医疗用机械手、其控制装置以及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供安全而且操作性良好的医疗用机械手、其控制装置和方法，检测主动单元姿势与从动单元姿势的偏差，通过其偏差的绝对值与预先确定的基准值的比较，进行从非主从动作模式向主从动作模式转移的转移主从动作模式与主从动作模式的切换。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，特别是涉及以主从方式进行动作的。
技术介绍
以往，在摘除胆囊手术等腹腔镜下手术中，在患者的腹部打一个小孔，在该部分中安装トラカ-ル，经过トラカ-ル插入内视镜或者钳子，手术者边用监视器观察内视镜的图像边操作钳子进行手术。这样的手术方法由于不需要开腹因此减少对于患者的负担，能够大幅度地减少手术后的恢复或者出院的天数。这样的腹腔镜下手术在对于患者的负担少这一点上十分出色，因此期待扩大应用领域。但是其反面，对于手术者来讲不能够直接观看患部，使用仅设置了开闭抓爪的缺乏操作性的钳子，不能够说一定适合于手术，需要手术者的熟练技术。为此，研究并正在导入在钳子顶端提供姿势的自由度，手术者操作具有多个自由度的操作单元(主动单元)，通过具有多个自由度的顶端的作业单元(从动单元)与操作单元的动作相配合进行动作的主从方法进行腹腔镜下手术。作为主从方式的医疗用机械手之一，有主动单元与从动单元位于相互离开位置的远离操作型的装置。这是在患者一侧配置多个从动臂，操作位于远离患者位置的主机，控制医疗用机械手顶端的位置和姿势的装置，该系统复杂而且体积庞大，成本或者维护性不理想。为了在手术室中进行准备要花费很多的时间，引起手术的中断等，与当前手术的互换性差。进而，由于手术者不能够靠近患者一侧进行手术，不能够进行紧急时的处理，因此在安全性方面存在问题。作为主从方法的医疗用机械手构造的另一种构造，具有主动单元和从动单元的每一个中的轴的一部分构成共通轴的易于用简洁的系统导入的一体型的医疗用机械手。对于前面举出的远离操作型的机械手，该一体型机械手由于手术者站在患者一侧直接操作手术机械手，因此大幅度地减少了安全性的问题。但是，这些医疗用机械手的功能在手术作业中是以其处置功能为中心开发的，还存在系统在手术室中设置的容易性，手术者使用的方便性，灭菌清洁性，系统应用开始时的容易性以及成本等方面的问题。专利文献1特开平08-215204号公报专利文献2特愿2001-243434号作以往的技术具有的课题之一，存在着在使主从方式的医疗用机械手动作时，如果在操作单元(主动单元)与作业单元(从动单元)的姿势关系不一致的状态下开始动作，则不能够按照操作者(手术者)的想法使从动单元进行动作，操作性差这样的缺点。这是由于如果在两者的姿势不一致的状态下开始操作，则手术者不能够正确地识别内视镜监视器中映出的从动单元的姿势与手术者操作的操作单元的姿势关系的差异而产生混乱。在这样的状态下，由于操作性差的同时安全性还降低，因此具有作为医疗用机械手应该解决的技术性的课题。作为解决该课题的方法之一，具有在使从动单元的姿势停止的状态下，使主动单元与从动单元的姿势一致的方法(参照专利文献1)。这是运用了在产业用机器人中实施的方法，具体地讲，在从动单元和主动单元中具备检测各自的姿势角度的检测单元以及把这些检测结果进行比较的单元的机械手中，首先使从动单元停止动作，手术者操作主动单元使得与从动单元的姿势一致，从该状态出发，开始主从动作。但是，在开始或者再次开始主从动作时，手术者要一个一个地使从动单元与主动单元的姿势吻合，因此可以说不一定提高了操作性。况且，由于如上述那样必须使多个自由度的每一个吻合，因此在姿势一致方面花费时间。进而，这些课题从临时应变处理现场中意外事态方面来讲也很不适宜。作为另一种方法，具有使从动单元自动地与主动单元的姿势吻合的方法(参照专利文献2)。具体地讲，在从动单元和主动单元中具备检测各自的姿势角度的检测单元以及顺序地把这些检测结果进行比较的单元的机械手中，根据主动单元与从动单元的姿势偏差的大小以及姿势一致经过时间，进行生成从动单元的动作的转移主从动作。该方法消除了作为以往方法的课题点的姿势吻合的繁琐，而且即使正在进行姿势吻合，也能够实现反映了手术者意图的动作，是提高作为医疗用机械手的操作性的方法。但是，如果在姿势偏差大的状态下开始姿势吻合，则从动单元自动地进行动作的距离、时间大，由于从动单元与姿势吻合开始指令一起进行动作，因此显著地出现不反映手术者意图的自动动作以及安全性方面仍然存在问题。
技术实现思路
从而，本专利技术的目的是为了解决以上所述的以往技术中存在的课题，提供一种通过在开始主从方法的医疗用机械手的操作时，手术者不用知道主动单元与从动单元的姿势吻合的过程，而且，作为医疗机器不进行危险的不符合操作者意图的自动动作，另外，即使在姿势吻合动作过程中也反映操作者的意图，从而提高了操作性和安全性的医疗用机械手。为了达到上述目的，本专利技术是以主从方式进行动作的医疗用机械手，特征是具备指令动作的主动单元；具有作业单元，并且根据主动单元的指令进行动作的从动单元；检测主动单元和从动单元的各个的姿势角度的检测器；控制装置，该控制装置根据来自上述主动单元的指令控制上述从动单元，构成为具有计算主动单元姿势与从动单元姿势的偏差的功能，以及根据该偏差的绝对值与预先确定的基准值的比较，进行从非主从动作模式转移到主从动作模式的转移主从动作模式与主从动作模式的切换的功能。上述控制装置的特征是构成为具备在上述转移主从动作模式中，根据主动单元姿势与从动单元姿势的偏差变化率的符号和主动单元姿势变化率的符号的异同，进行使从动单元的姿势目标值追赶上主动单元的姿势角度的加速跟随目标生成和使主动单元的姿势角度追赶上从动单元的姿势目标值的减速跟随目标生成中的任一种生成的、使转移主从动作模式的动作方式发生变化的功能。另外，上述控制装置的特征是构成为具备在转移主从动作模式中，根据能够变更设定的参数使所选择的动作方式的动作速度变化的功能。如果依据本专利技术，则由于即使在没有成为通常的主从动作的转移主从动作中，从动单元也能够对于主动单元的操作方向进行动作，因此能够瞬时反映符合手术者意图的动作。从而，能够提供提高了安全性的医疗用机械手。进而，转移主从动作对于手术者来讲，与能够反映本身意图的动作模式无关，不需要有意识地实施麻烦的姿势吻合，因此能够提供提高了操作性的医疗用机械手。进而，由于在转移主从动作模式中，如果使主动单元停止则从动单元也停止，而且，从动单元只是沿着操作主动单元的方向进行动作，因此作为医疗机械，不进行一切在安全性方面存在问题的不符合意图的自动动作，能够使主动单元与从动单元的姿势关系一致。另外，上述控制装置的特征是构成为具备根据上述参数的设定，进行转移主从动作模式中的动作方式的取舍选择的功能。另外，上述控制装置的特征是构成为具备切换转移主从动作模式，以及作为通常跟随目标生成动作模式的预先设定的自动转移动作模式的功能。另外，上述控制装置的特征是构成为能够在主动单元的每个姿势轴进行上述参数的设定。如果依据本专利技术，则由于在用于消除主动单元与从动单元的姿势角度差的转移主从动作中，能够容易地根据各种要求立即进行设定变更，因此能够提供可以与每个操作者的使用方法的差异相对应的提高了操作性和安全性的医疗用机械手。另外，上述控制装置的特征是构成为具备在通常的主从动作模式中，在转移主从动作模式中活用处于主动单元的操作角度读入值不灵敏区中的姿势角度的功能，在转移主从动作模式中，在所确定的动作方式的目标值生成以后进行从动单元的目标值饱和处理的功能。如果依据本专利技术，则由于在转移主从动作模式中，能够有效地利用主动单元的操本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种医疗用机械手，该机械手以主从方式进行动作，其特征在于具备：　　　　指示动作的主动单元；　　　　具有作业单元，并且根据上述主动单元的指令进行动作的从动单元；　　　　检测上述主动单元和上述从动单元的各个的姿势角度的检测器；以及　　　　根据来自上述主动单元的指令控制上述从动单元的控制装置，　　　　上述控制装置具有：　　　　计算主动单元姿势与从动单元姿势的偏差的功能，　　　　根据该偏差的绝对值与预先确定的基准值的比较，决定非主从动作模式、主从动作模式以及从非主从动作模式转移到主从动作模式的转移主从动作模式中的任一种动作模式的功能。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：砂押贵光，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]