机器人臂设备、机器人臂控制方法和程序技术

提供了一种机器人臂设备，所述机械人臂设备包括：臂单元，其由通过一个或多个关节单元彼此接合的多个联接件制成，所述臂单元能连接到成像单元；以及驱动控制单元，其通过致使各关节单元协作地驱动来控制所述臂单元的驱动。所述驱动控制单元使用相对于所述臂单元的参考位置的相对位置信息，以使所述参考位置位于所述成像单元的光轴上的方式来控制所述臂单元的驱动，所述相对位置信息是基于所述臂单元的状态和关于所述成像单元和所述参考位置之间距离的距离信息。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及机器人臂设备、机器人臂控制方法和程序。
技术介绍
近来，在医疗领域中，已经提出了以下方法：使用在其前沿上设置有成像装置的平衡臂(下文中也被称为支承臂)在观察成像装置采集的手术部位的图像的同时执行诸如手术的各种医疗程序，。通过使用平衡臂，可从期望方向一致地观察受影响区域，从而可以有效地执行医疗程序。另一方面，当用成像装置观察手术部位时，要求能够从不同距离和不同角度观察手术部位，同时保持视点锁定于手术部位。为了应对这种要求，正在开发致使成像装置执行集中于光轴上的点的倾斜移动(被称为枢转操作)的技术。用枢转操作，实现保持成像装置指向三维空间中的特定点(枢转中心点)的操作，并且使成像装置在其顶点位于该特定点处的圆锥形表面上方移动。例如，专利文献1公开了通过酌情用结合机构将多个联接机构接合在一起来实现成像装置的枢转操作的医疗设备支承设备(平衡臂)，结合机构与这些联接机构结合。引用列表专利文献专利文献1：JP2004-105726A
技术实现思路
技术问题然而，用专利文献1中描述的技术，通过联接机构的机械结构来实现枢转操作。为了用机械结构实现枢转操作，臂单元的结构变复杂，并且臂单元有可能重并且在驱动时惯性量大。因此，本公开提出了能够进一步提高用户便利度的新型改进的机器人臂设备、机器人臂控制方法和程序。问题的解决方案根据本公开，提供了一种机器人臂设备，所述机械人臂设备包括：臂单元，其由通过一个或多个关节单元彼此接合的多个联接件制成，所述臂单元能连接到成像单元；以及驱动控制单元，其通过致使各关节单元协作地驱动来控制所述臂单元的驱动。所述驱动控制单元使用相对于所述臂单元的参考位置的相对位置信息，以使所述参考位置设置在所述成像单元的光轴上的方式来控制所述臂单元的驱动，所述相对位置信息是基于所述臂单元的状态和关于所述成像单元和所述参考位置之间距离的距离信息。根据本公开，提供了一种机器臂控制方法，所述机器臂控制方法包括：获取由通过一个或多个关节单元彼此接合的多个联接件制成的臂单元的状态，所述臂单元能连接到成像单元；获取关于所述成像单元和参考位置之间距离的距离信息；以及使用相对于所述臂单元的参考位置的相对位置信息，以致使各关节单元基于所述机器臂的状态协作地驱动从而以使所述参考位置设置在所述成像单元的光轴上的方式来控制所述臂单元的驱动，所述相对位置信息是基于所述臂单元的状态和所述距离信息。根据本公开，提供了一种致使计算机的处理器实现以下功能的程序：获取由通过一个或多个关节单元彼此接合的多个联接件制成的臂单元的状态的功能，所述臂单元能连接到成像单元；获取关于所述成像单元和参考位置之间距离的距离信息的功能；以及使用相对于所述臂单元的参考位置的相对位置信息以致使各关节单元基于所述机器臂的状态协作地驱动从而以使所述参考位置设置在所述成像单元的光轴上的方式来控制所述臂单元的驱动的功能，所述相对位置信息是基于所述臂单元的状态和所述距离信息。根据本公开，基于在成像单元指向参考位置的同时臂单元的状态、处于真实空间中的特定点的参考位置、和在成像单元指向参考位置的同时成像单元和参考位置之间的距离，计算相对于臂单元的参考位置的相对位置。随后，基于计算出的相对位置，控制臂单元的驱动，使得参考位置设置在成像单元的光轴上。以这种方式，通过用户之前操作臂单元以将成像单元指向参考位置的操作来实现驱动臂单元的驱动控制使得成像单元一直指向参考位置。因此，可提高用户设置参考位置时的便利度。另外，通过整体协作控制来实现臂单元的这种驱动控制，在整体协作控制中，基于臂单元的状态来协作地驱动关节单元中的每个。以这种方式，作为驱动以更高用户操作性控制(被称为力控制)的臂单元的结果，，用户能够更容易地操作臂单元，并且可进一步提高用户便利度。本专利技术的有利效果根据如上所述的本公开，变得可以进一步提高用户便利度。注意的是，上述效果不一定受限制，并且作为这些效果的补充或替代，可表现出期望引入本说明书中的任何效果和可根据本说明书预期的其他效果。附图说明图1是示出根据本公开的实施例的机器人臂控制系统的功能构造的功能框图。图2是用于示出根据实施例的参考位置推导方法的概况的说明性示图。图3是示出根据实施例的机器人臂控制方法的处理程序的示例的流程图。图4是用于描述出于医疗目的的使用根据本公开的实施例的机器人臂设备的应用示例的说明性示图。图5是示出根据本公开的实施例的机器人臂设备的外部外观的示意图。图6是示意性示出沿着穿过旋转轴的剖面切割根据本公开的实施例的关节单元的致动器的状态的剖视图。图7A是示意性示出在传动轴的轴向方向上观察的图6中示出的转矩传感器的状态的示意图。图7B是示出应用于图6中示出的启动器的转矩传感器的另一个示例性构造的示意图。图8是用于描述根据本公开的实施例的理想关节控制的说明性示图。图9是示出根据本公开的实施例的机器人臂控制系统的示例性构造的功能框图。图10是用于描述根据本公开的实施例的作为臂移动的特定示例的枢转移动的说明性示图。图11是用于描述用于实现图10中示出的枢转移动的运动目的和约束条件的说明性示图。图12是示出根据本公开的实施例的在机器人臂设备中具有冗余自由度的修改例的外部外观的示意图。图13是示出根据本公开的实施例的机器人臂控制方法的处理程序的流程图。图14是示出根据本公开的实施例的机器人臂设备和控制装置的硬件构造的示例性构造的功能框图。具体实施方式下文中，将参照附图详细描述本公开的优选实施例。在本说明书和附图中，用相同的参考标号指代具有基本上相同的功能和结构的元件，并且省略对其的重复说明。将按以下次序进行描述。1.对机器人臂设备的研究2.机器人臂控制系统的构造3.机器人臂控制方法3-1.机器人臂控制方法的概述3-2.机器人臂控制方法的处理程序4.修改4-1.关于将成像单元指向参考位置的操作的修改4-2.关于获取关于成像单元和参考位置之间距离的距离信息的修改5.整体协作控制5-1.对医疗机器人臂设备的仔细研究5-2.本公开的实施例5-2-1.机器人臂设备的外部外观5-2-2.广义逆动力学5-2-2-1.虚拟力计算处理5-2-2-1.实际力计算处理5-2-3.理想关节控制5-2-4.机器人臂控制系统的构造5-2-5.运动目的的特定示例5-3.机器人臂控制方法的处理程序5-4.根据整体协作控制的机器人臂设备的概要6.硬件构造7.补充在本说明书中，首先，在<1.对机器人臂设备的研究>中，为了进一步阐明本公开，将给出机器人臂设备的概述，并且将描述谈到专利技术人对本公开的构想的背景。本文中，在本公开的优选实施例中，在其驱动受已知是力控制的控制的机器人臂设备中，使用设置在机器人臂设备的臂单元上的成像装置来观察目标对象。另外，此时，推导真实空间中作为特定点的参考点，并且控制臂单元的驱动，以在成像装置指向参考位置的状态下在其顶点位于参考位置的圆锥形的表面上方移动的枢转操作。注意的是，以下，枢转操作的参考位置也被称为枢转中心点。在<2.机器人臂控制系统的构造>和<3.机器人臂控制方法>中，将详细描述用于实现此控制的机器人臂控制系统和机器人臂设备的控制方法的构造。本文中，例如，在使参考位置处于成像装置的光轴上的约束条件下，可通过计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机器人臂设备，所述机械人臂设备包括：臂单元，其由通过一个或多个关节单元彼此接合的多个联接件制成，所述臂单元能连接到成像单元；以及驱动控制单元，其通过致使各关节单元协作地驱动来控制所述臂单元的驱动，其中，所述驱动控制单元使用相对于所述臂单元的参考位置的相对位置信息，以使所述参考位置位于所述成像单元的光轴上的方式来控制所述臂单元的驱动，所述相对位置信息是基于所述臂单元的状态和关于所述成像单元和所述参考位置之间距离的距离信息。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.28 JP 2014-0386541.一种机器人臂设备，所述机械人臂设备包括：臂单元，其由通过一个或多个关节单元彼此接合的多个联接件制成，所述臂单元能连接到成像单元；以及驱动控制单元，其通过致使各关节单元协作地驱动来控制所述臂单元的驱动，其中，所述驱动控制单元使用相对于所述臂单元的参考位置的相对位置信息，以使所述参考位置位于所述成像单元的光轴上的方式来控制所述臂单元的驱动，所述相对位置信息是基于所述臂单元的状态和关于所述成像单元和所述参考位置之间距离的距离信息。2.根据权利要求1所述的机器人臂设备，其中所述驱动控制单元基于针对所述臂单元的协作控制的控制值来控制所述关节单元的驱动，所述控制值以基于所述关节单元的多种状态获取的所述臂单元的状态为基础。3.根据权利要求2所述的机器人臂设备，其中所述驱动控制单元基于根据广义逆动力学的用于所述臂单元的整体协作控制的控制值来控制所述关节单元的驱动，所述广义逆动力学使用基于检测到的所述关节单元的多种状态而获取的所述臂单元的状态以及所述臂单元的运动目的和约束条件。4.根据权利要求3所述的机器人臂设备，其中所述控制值是基于虚拟力并且还基于实际力来计算的，所述虚拟力用于在描述作用于所述臂单元的力和所述臂单元中生成的加速度之间关系的操作空间中实现运动目的，所述虚拟力基于所述约束条件通过实际力来驱动所述关节单元。5.根据权利要求2所述的机器人臂设备，其中所述驱动控制单元基于通过校正干扰对所述控制值的影响而计算出的指令值来控制所述关节单元的驱动。6.根据权利要求5所述的机器人臂设备，其中通过使用干扰估计值校正所述控制值来计算所述指令值，所述干扰估计值表达干扰对基于检测到的所述关节单元的状态而估计的所述关节单元的驱动的影响。7.根据权利要求2所述的机器人臂设备，其中所述驱动控制单元基于所述参考位置位于所述成像单元的所述光轴上的约束条件来控制所述关节单元的驱动，从而控制所述臂单元的驱动，以在所述成像单元指向所述参考位置的状态下执行枢转操作，在所述枢转操作中，所述参考位置用作所述枢转的顶点。8.根据权利要求2所述的机器人臂设备，其中所述驱动控制单元基于使所述成像单元的光轴上的特定点被锁定于所述参考位置的约束条件来控制所述关节单元的驱动，从而控制所述臂单元的驱动，以在所述成像单元指向所述参考位置的状态下执行以所述参考位置为中心的枢转操作。9.根据权利要求2所述的机器人臂设备，其中所述驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：笠井荣良，神川康久，黑田容平，小久保亘，坪井利充，福岛哲治，松田康宏，宫本敦史，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP