机械手系统的制作方法_4

文档序号:9671852阅读:来源:国知局
装单元16的体外部分形状检测部29。
[0126] 在安装单元16中设置有记录了识别该安装单元16的识别信息的记录介质。
[0127] 体外部分形状检测部29读取安装在插入部安装部10上的安装单元16的记录介 质中记录的识别信息,将读取出的识别信息发送到补偿值设定部24、25。
[012引与第1实施方式中说明的设置在安装单元20上的记录介质和处置器械识别部26 同样,分别构成记录介质和体外部分形状检测部29的其他结构。
[0129] UD补偿值设定部24按照安装单元16的识别信息来保持具有不同力学特性的校 正系数〇。。(目J、0ff(k)的组合。UD补偿值设定部24选择与从体外部分形状检测部29 接收到的安装单元16的识别信息对应的校正系数auD(0,K)、0ff(k)的组合,使用选择出 的校正系数auD(0,u)、Pff化),根据式(1)计算FF增益Gff。。。在本实施方式中,根据各 安装单元16内的UD弯曲用的线15a的走线(引客回L)形状来设定校正系数α。。(ΘJ、 βff似。
[0130]LR补偿值设定部25按照安装单元16的识别信息来保持具有不同力学特性的 校正系数α,κ(θ。。)、0ff似的组合。LR补偿值设定部25选择与从体外部分形状检测部 29接收到的识别信息对应的校正系数α,κ(θ。。)、0ff(k)的组合,使用选择出的校正系数 曰(ΘJ、0ff化),根据式似计算FF增益Gff,,。在本实施方式中,根据各安装单元16内 的LR弯曲用的线巧b的走线形状来设定校正系数αΘJ、βff似。
[0131] 根据本实施方式的机械手系统200,除了第1实施方式的效果W外,还发挥W下效 果。弯曲部15的UD方向和LR方向的弯曲动作的响应性除了依赖第1实施方式中说明的 软性部14和弯曲部15的弯曲形状W外,还依赖于安装单元16内的线15a、15b的走线形状 的差异而不同。通过考虑该线15a、15b的走线形状来设定补偿值Gff。。、Gff^K,具有能够更 高精度地补偿弯曲部15的弯曲动作的响应性的降低和偏差的优点。
[0132](第3实施方式)
[0133] 接着,参照图14~图1抓对本发明的第3实施方式的机械手系统300进行说明。
[0134] 在本实施方式中,主要说明与上述第1和第2实施方式的不同之处,对与第1和第 2实施方式共通的结构标注相同符号并省略说明。
[0135] 如图14所示,本实施方式的机械手系统300与第1和第2实施方式的不同之处主 要在于,还具有处置器械识别部30,并且,代替补偿值设定部24、25而具有设定处置器械驱 动部13的控制用的补偿值G化。Gff"t的补偿值设定部31、32。
[0136] 在安装单元20中设置有记录了识别与该安装单元20连接的处置器械6的识别信 息的记录介质。
[0137] 处置器械识别部30读取安装在处置器械安装部11上的安装单元20的记录介质 中记录的识别信息,将读取出的识别信息发送到补偿值设定部31、32。
[013引与第1实施方式中说明的记录介质和处置器械识别部26同样地构成记录介质和 处置器械识别部30的其他结构。
[0139] 在本实施方式中,补偿值设定部31、32由设定处置器械6的进退动作用的补偿值 的进退补偿值设定部(补偿值设定部)31、W及设定处置器械6的旋转动作用的补偿值的旋 转补偿值设定部(补偿值设定部)32构成。
[0140] 进退补偿值设定部31根据下式(3)设定控制部3在处置器械6的进退动作的FF 控制中使用的FF增益Gffbf。
[0141] 做Gffbf=奸fbfX口bf(e皿,0LR)xebf(k)
[014引运里,奸fbf是软性部14和弯曲部15呈一条直线延伸时(即目二目UD二k二 0时)的FF增益,abf(9。。,是与弯曲部15的弯曲角度Θ。。、对应的校正系数, βbf化)是与软性部14的特征量k对应的校正系数。其中,αuD(0,0) = 1,βbf(0) = 1。 [014引校正系数αbf(θ。。,θJ是弯曲角度θ。。、θ的比例函数或多项式函数,根据弯 曲部15的力学特性而不同。校正系数Pbf似是特征量k的比例函数或多项式函数,根据 软性部14的力学特性而不同。与第1实施方式中说明的校正系数J、a,u(0j、 βff化)同样,W实验或逻辑的方式决定运种校正系数αbf(Θ。。,Θ,κ)、βbf化)。或者,也可 W组合逻辑手法和实验手法来决定校正系数αbf(Θ。。,ΘJ、βbf化)。
[0144] 同样,旋转补偿值设定部32根据下式(4)设定控制部3在处置器械6的旋转动作 的FF控制中使用的FF增益
[014引(4) Gf fmt =奸f "t X α "t(目UD,Θ LR) X0"t化)
[014引运里,奸是软性部14和弯曲部15呈一条直线延伸时(即θUD=θw=k= 0) 的FF增益,af"t(0。。,θJ是与弯曲部15的弯曲角度θ,κ、θ。。对应的校正系数,β化) 是与软性部14的特征量k对应的校正系数。其中,a"t(0,0)= 1,e"t(0) = 1。
[0147] 进退补偿值设定部31对应于处置器械6的识别信息来保持与各处置器械6的力 学特性(例如刚性或摩擦系数)对应的校正系数abf(0。。,ΘJ、0bf(k)的组合。进退补 偿值设定部31选择与从处置器械识别部30接收到的识别信息对应的校正系数αbf(Θ。。, ΘJ、0bf(k)的组合,使用选择出的校正系数abf(e。。,ΘJ、0bf(k),根据式(3)计算FF 增益Gff^K。
[014引旋转补偿值设定部32对应于处置器械6的识别信息来保持与各处置器械6的力 学特性(例如刚性或摩擦系数)对应的校正系数α(Θ。。,ΘJ、βt。,似的组合。旋转补 偿值设定部32选择与从处置器械识别部30接收到的识别信息对应的校正系数α(Θ。。, 0LR)、0加化)的组合,使用选择出的校正系数《加(0皿,0LR)、Prot化),根据式(4)计算 FF增益Gffr。"
[0149] 控制部3通过对根据从主输入部2输入的操作信号生成的进退控制信号和旋转控 制信号分别乘W根据式(3)和式(4)得到的FF增益Gffbf、对运些控制信号进行放 大,将放大后的控制信号发送到处置器械驱动部13。由此,对处置器械驱动部13进行FF控 制。
[0150] 接着,对运样构成的机械手系统300的作用进行说明。
[0151]基本顺序与第1实施方式相同。本实施方式的机械手系统100与第1和第2实施 方式的不同之处在于使处置器械6进退或旋转时的控制。
[0152] 手术医生化对主臂9输入用于使处置器械6前进或后退的操作后,与该操作对应 的操作信号从主臂9发送到控制部3。控制部3根据接收到的操作信号,生成用于使处置器 械6进行进退动作的进退控制信号和用于使其进行旋转动作的旋转控制信号。另一方面, 补偿值设定部31、32根据该时点的软性部14和弯曲部15的弯曲形状设定FF增益Gffbf、 Gffr。"将该FF增益Gffbf、Gffr。发送到控制部3。控制部3将通过FF增益Gffbf、Gffr。进 行放大后的进退控制信号和旋转控制信号发送到处置器械驱动部13,由此对处置器械驱动 部13进行FF控制。
[0153] 运里,对针对手术医生化输入到主臂9的操作的、处置器械6的动作的响应特性 进行说明。
[0154] 图15A~图15D示出针对操作信号的处置器械6的进退动作的响应特性,图15A 是软性部14和弯曲部15呈直线状延伸时,图15B是软性部14W形成直径150mm的半圆的 方式180°弯曲时,图15C是软性部14W形成直径150mm的圆的方式360°弯曲时。在图 15A~图15D中,实线表示主输入部2生成的操作信号,虚线表示根据设置在处置器械驱动 部13中的编码器的输出而W逻辑方式计算出的处置器械6的位置,单点划线表示处置器械 6的实际的位置。
[0155] 如图15A~图15C所示,在W使处置器械驱动部13的马达13a、13b的旋转量与输 入到主臂9的操作量成比例的方式控制该马达13a、13b(即非FF控制)的通常控制中,产 生与图9A和图9B相同的延迟时间,进而,存在处置器械6的进退动作不追随马达13a、13b 的旋转的不敏感段D3、D4、D5。可知与软性部14为直线状时相比,在软性部14弯曲时,延 迟时间和不敏感段D3、D4、D5更大,针对手术医生化输入到主臂9的操作的处置器械6的 进退动作的响应性根据软性部14的形状而不同。运种处置器械6的进退动作的响应性的 偏差是由于与第1实施方式中说明的弯曲部15的弯曲动作的响应性的偏差相同的理由而 产生的。
[0156] 图1抓示出在与图15A同样使软性部14呈直线状延伸的状态下对处置器械驱动 部13进行FF控制时的处置器械6的进退动作的响应特性。根据图15D可知,延迟时间和 不敏感段大幅消除,针对操作信号的处置器械6的进退动作的响应性提高。
[0157] 在处置器械6的旋转动作中也发现同样的响应性的特征。目P,针对操作信号的处 置器械6的旋转动作的响应性根据软性部14和弯曲部15的弯曲形状而变化,与软性部14 和弯曲部15呈直线状延伸时相比,在软性部14和弯曲部15弯曲时,处置器械6的响应性 降低。也通过对处置器械驱动部13进行FF控制来改善该响应性的降低。
[0158] 运样,根据本实施方式,通过根据软性部14和弯曲部15双方的弯曲形状来补偿用 于使处置器械6进行进退动作和旋转动作的进退控制信号和旋转控制信号,高精度地补偿 了依赖于软性部14和弯曲部15的弯曲形状的差异的处置器械6的动作的响应性的降低和 偏差。由此,具有始终能够得到良好且相同的处置器械6的进退动作和旋转动作的响应性 的优点。
[0159] 另外,在本实施方式中,与第1实施方式同样,补偿值设定部31、32也可W代替FF 增益而设定控制部3在马达13a、13b的FB控制中使用的FB增益,还可W设定控制部3在 弯曲控制信号中叠加的摩擦补偿系数(偏置信号)。
[0160](第4实施方式)
[0161] 接着,参照图16对本发明的第4实施方式的机械手系统400进行说明。
[0162] 在本实施方式中,主要说明与上述第1~第3实施方式的不同之处,对与第1~第 3实施方式共通的结构标注相同符号并省略说明。
[0163] 本实施方式的机械手系统400是对第3实施方式进行变形而得到的,如图16所 示,与第3实施方式的不同之处主要在于,还具有体外部分形状检测部34,该体外部分形状 检测部34通过识别插入到插入部5中的处置器械6的安装单元20,检测处置器械6的主体 18的基端部分的弯曲形状。
[0164] 体外部分形状检测部34检测主体18的从处置器械用端口 17拉出的部分(W下 将该部分称为处置器械6的体外部分。)的弯曲角度Θ。、。根据主体18的刚性或长度尺寸 等的差异,体外部分的走线形状按照每个处置器械6而不同。并且,在构成为设置多个处置 器械安装部11、根据处置器械6的种类或处置器械6所插入的通道来选择要安装安装单元 20的处置器械安装部11的情况下,由于安装了安装单元20的处置器械安装部11的位置不 同,处置器械6的体外部分的走线形状不同。
[0165] 体外部分的走线形状按照处置器械6和处置器械安装部11的每个组合而大致固 定。因此,体外部分形状检测部34保持将处置器械6和处置器械安装部11的组合与预先 测定的弯曲角度ΘΜ对应起来的表。体外部分形状检测部34对安装安装单元20
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