机械手装置的控制方法
【专利摘要】机械手装置的控制方法包括接收针对机械手的操作信号的步骤(SA1)、根据操作信号计算关节的目标位置的步骤(SA2)、计算假设在目标位置配置关节时的机械手间的最大距离的步骤(SA3、SA4、SA5)、对最大距离与规定阈值进行比较的步骤(SA6)、在最大距离为规定阈值以下的情况下使关节向目标位置移动的步骤(SA7)、在最大距离大于规定阈值的情况下中止关节的移动的步骤(SA8)。
【专利说明】
机械手装置的控制方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及机械手装置的控制方法。
【背景技术】
[0002] 以往，公知有如下技术:在将医疗用的机械手与内窥镜一起插入到体内、一边利用 内窥镜影像观察机械手一边对该机械手进行远程操作的手术系统中，将许可机械手的动作 的范围限制在内窥镜的视野内（例如参照专利文献1。）。根据专利文献1，医师能够利用内窥 镜影像观察机械手的可动部分的整体，所以，能够对机械手进行操作，以使得机械手不会与 周围组织发生碰撞。
[0003] 现有技术文献
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1:美国专利申请公开第2008/0065109号说明书
【发明内容】
[0006] 发明要解决的课题
[0007] 但是，如专利文献1那样，在将机械手的动作范围限制在视野内的情况下，由于机 械手能够进行的动作受限，所以，存在使用便利性变差的问题。例如如缝合作业那样，很难 利用内窥镜放大观察处置范围并应对机械手的大幅动作所需要的处置。另一方面，假设在 许可了内窥镜的视野外侧的机械手的动作的情况下，存在如下问题：即使机械手的一部分 在视野外侧与周围组织强力接触，也不容易注意到该情况。
[0008] 本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供最大限度地确保体内的机械 手的容许动作范围、并且能够防止机械手与周边组织强力接触的机械手装置的控制方法。
[0009] 用于解决课题的手段
[0010] 为了实现上述目的，本发明提供以下手段。
[0011] 本发明的第1方式是一种机械手装置的控制方法，所述机械手装置具有相互并列 配置的2个以上的机械手，这些机械手中的至少一个在其前端部具有关节，其中，所述控制 方法包括以下步骤:接收步骤，接收针对所述机械手的操作信号;位置计算步骤，根据该接 收步骤中接收到的操作信号，计算所述关节应该移动的目标位置;距离计算步骤，计算假设 在该位置计算步骤中计算出的目标位置配置所述关节时的所述机械手间的最大距离;判断 步骤，对该距离计算步骤中计算出的最大距离与规定阈值进行比较;移动执行步骤，在该判 断步骤中判断为所述最大距离为所述规定阈值以下的情况下，使所述关节向所述目标位置 移动；以及移动中止步骤，在所述判断步骤中判断为所述最大距离大于所述规定阈值的情 况下，中止所述关节的移动。
[0012] 根据本发明的第1方式，当在接收步骤中接收到操作信号后，在位置计算步骤中计 算操作信号所表示的关节的目标位置，在移动执行步骤中使关节移动到目标位置。由此，能 够使机械手执行与操作信号对应的动作。
[0013]该情况下，在移动执行步骤之前进行的距离计算步骤中，估计使关节移动到目标 位置时的各机械手的配置，计算所估计出的配置中的机械手间的最大距离。计算出的最大 距离相当于使机械手进行动作时的机械手的并列方向的动作范围的尺寸。通过在判断步骤 中对该最大距离与规定阈值进行比较，判定机械手的动作范围是否收敛在由规定阈值定义 的尺寸的容许动作范围内，在估计出所述最大距离大于规定阈值、机械手的动作范围超过 容许动作范围的情况下，通过移动中止步骤中止机械手的移动。
[0014]这样，通过使用各关节的目标位置，关于内窥镜等观察装置的影像中无法视觉辨 认的部分，也能够判断是否位于容许动作范围内。因此，能够最大限度地将容许动作范围确 保到配置机械手的体腔的尺寸。进而，在估计出机械手的动作范围超过容许动作范围的情 况下，中止机械手的移动，由此，能够防止机械手与周边组织强力接触。
[0015] 在上述第1方式中，也可以是，在所述距离计算步骤中，计算从穿过所述2个以上的 机械手之间且与这些机械手并列的基准线到各所述机械手的距离的最大值，将所计算出的 最大值彼此的合计作为所述最大距离来计算。
[0016] 由此，关于具有关节的机械手，能够将任意关节配置在动作范围的最外侧，所以， 能够有效利用位置计算步骤中计算出的各关节的目标位置，简单地求出机械手间的最大距 离。
[0017] 在上述第1方式中，也可以是，所述2个以上的机械手分别具有所述关节，在所述距 离计算步骤中，计算相互不同的所述机械手所具有的所述关节间的距离的最大值作为所述 最大距离。
[0018] 由此，得到不仅考虑了机械手彼此的排列方向，还考虑了所有方向时的机械手间 的最大距离。因此，对机械手进行控制以使得该最大距离成为规定阈值以下，由此，不依赖 于机械手相对于周边组织的姿势，能够更加可靠地防止机械手与周边组织的接触。
[0019] 本发明的第2方式是一种机械手装置的控制方法，所述机械手装置具有相互并列 配置的3个以上的机械手，这些机械手中的至少一个具有关节，其中，所述控制方法包括以 下步骤:接收步骤，接收针对所述机械手的操作信号;位置计算步骤，根据该接收步骤中接 收到的操作信号，计算所述关节应该移动的目标位置;面积计算步骤，计算假设在该位置计 算步骤中计算出的目标位置配置所述关节时的以所述3个以上的机械手作为顶点的多边形 的最大面积;判断步骤，对该面积计算步骤中计算出的最大面积与规定阈值进行比较;移动 执行步骤，在该判断步骤中判断为所述最大面积为所述规定阈值以下的情况下，使所述关 节向所述目标位置移动；以及移动中止步骤，在所述判断步骤中判断为所述最大面积大于 所述规定阈值的情况下，中止所述关节的移动。
[0020] 根据本发明的第2方式，在移动执行步骤之前进行的面积计算步骤中，估计使关节 移动到目标位置时的各机械手的配置，计算在估计出的配置中由机械手包围的机械手的排 列方向的最大面积。计算出的最大面积相当于使机械手进行动作时的机械手的并列方向的 工作范围的面积。通过在判断步骤中对该最大面积与规定阈值进行比较，判定机械手的动 作范围的面积是否在具有由规定阈值定义的截面面积的容许动作范围内，在所述最大面积 大于规定阈值的情况下，通过移动中止步骤中止机械手的移动。
[0021] 由此，能够最大限度地将容许动作范围的机械手的并列方向的面积确保到配置机 械手的体腔的横截面面积。进而，在估计出机械手的动作范围超过容许动作范围的情况下， 中止机械手的移动，由此，能够防止机械手与周边组织强力接触。
[0022] 本发明的第3方式是一种机械手装置的控制方法，所述机械手装置具有相互并列 配置的2个以上的机械手，这些机械手中的至少一个具有至少一个关节，其中，所述控制方 法包括使所述关节分别移动到规定基准位置的还原步骤，该还原步骤包括以下步骤:选择 步骤，择一地选择所述关节;距离计算步骤，计算假设将该选择步骤中选择出的关节配置在 该基准位置时的所述机械手间的最大距离;判断步骤，对该距离计算步骤中计算出的最大 距离与规定阈值进行比较;移动执行步骤，在该判断步骤中判断为所述最大距离为所述规 定阈值以下的情况下，使所述选择步骤中选择出的关节向所述基准位置移动;移动中止步 骤，在所述判断步骤中判断为所述最大距离大于所述规定阈值的情况下，中止所述选择步 骤中选择出的关节的移动；以及反复步骤，切换所述选择步骤中选择的关节，反复进行所述 距离计算步骤、所述判断步骤、所述移动执行步骤或所述移动中止步骤。
[0023] 根据本发明的第3方式，在还原步骤中，通过在反复步骤中切换关节而反复进行在 移动执行步骤中使选择步骤中选择出的1个关节向基准位置移动的作业，使关节一个一个 地依次向基准位置移动，由此能够使任意配置的机械手向规定基准配置还原。
[0024] 该情况下，在移动执行步骤之前进行的距离计算步骤中，估计使关节移动到目标 位置时的机械手的配置，计算所估计出的配置中的机械手间的最大距离。然后，在判断步骤 中对该最大距离与规定阈值进行比较，在所述最大距离大于规定阈值的情况下，通过移动 中止步骤中止该关节的移动。
[0025] 由此，能够最大限度地将容许动作范围确保到配置机械手的体腔的尺寸，并且，能 够防止机械手与周边组织强力接触。
[0026] 发明效果
[0027] 根据本发明，发挥最大限度地确保体内的机械手的容许动作范围、并且能够防止 机械手与周边组织强力接触的效果。
【附图说明】
[0028] 图1是示出本发明的第1实施方式的机械手系统的整体结构图。
[0029] 图2是图1的机械手系统的功能框图。
[0030]图3A是说明本发明的第1实施方式的从装置的控制方法和基于该控制方法的机械 手的动作的从装置的前端部分的示意图，示出机械手的当前的配置。
[0031]图3B示出在图3A的从装置的控制方法中假设使关节移动到目标位置时的机械手 的配置。
[0032]图4是示出本发明的第1实施方式的从装置的控制方法的流程图。
[0033]图5A是具有3条机械手的从装置的变形例的前端部分的示意图，示出机械手的当 前的配置。
[0034]图5B是示出从前端侧观察假设使关节移动到目标位置时的图5A的机械手的配置 的图。
[0035] 图6是具备不具有关节的机械手的从装置的变形例的前端部分的示意图。
[0036] 图7A是说明本发明的第2实施方式的从装置的控制方法和基于该控制方法的机械 手的动作的从装置的前端部分的示意图，示出机械手的当前的配置。
[0037] 图7B是示出假设使关节移动到目标位置时的图7A的机械手的配置的图。
[0038] 图8是示出本发明的第2实施方式的从装置的控制方法的流程图。
[0039] 图9是具有3条机械手的从装置的变形例的前端部分的示意图，示出假设使关节移 动到目标位置时的机械手的从前端侧观察时的配置。
[0040] 图10是说明本发明的第3实施方式的从装置的控制方法和基于该控制方法的机械 手的动作的从装置的前端部分的示意图，示出假设使关节移动到目标位置时的机械手的配 置。
[0041] 图11是示出本发明的第3实施方式的从装置的控制方法的流程图。
[0042] 图12A是说明本发明的第4实施方式的从装置的控制方法和基于该控制方法的机 械手的动作的从装置的前端部分的示意图。
[0043]图12B是从图12A的配置起使第2机械手的第3关节向基准位置移动后的从装置的 前端部分的示意图。
[0044] 图12C是从图12B的配置起使第2机械手的第2关节向基准位置移动后的从装置的 前端部分的示意图。
[0045] 图12D是示出图12A的机械手的基准配置的从装置的前端部分的示意图。
[0046] 图13是示出本发明的第4实施方式的从装置的控制方法的流程图。
【具体实施方式】 [0047](第1实施方式）
[0048] 下面，参照图1~图6对本发明的第1实施方式的机械手系统1及其控制方法进行说 明。
[0049] 如图1所示，本实施方式的机械手系统1具有由医师A操作的主装置2、通过经由该 主装置2的输入而被驱动的从装置(机械手装置)3、根据针对主装置2的输入而对从装置3进 行控制的控制器4、监视器5。
[0050] 如图2、图3A和图3B所示，从装置3具有能够插入到患者P的体内的细长的插入部6、 从该插入部6的前端突出且相互并列配置的2条多关节的机械手11、12、对该机械手11、12进 行驱动的驱动部71、72、对机械手11、12进行拍摄的内窥镜8。从装置3将由内窥镜8取得的内 窥镜影像输出到监视器5。在图2中，驱动部71、72设置在控制器4内，但是，也可以与控制器4 分开设置。
[0051] 机械手11从前端侧起依次具有末端执行器11A、以及由相互串联连结的多个(在本 例中为3个)关节11a、lib、Ilc构成的关节部11B。同样，机械手12从前端侧起依次具有末端 执行器12A、以及由相互串联连结的多个(在本例中为3个)关节12a、12b、12c构成的关节部 12B。关节11a、11b、11c、12a、12b、12c设置成能够绕与插入部6的长度方向垂直或平行的轴 摆动。通过驱动部71、72对各关节11a、11b、11c、12a、12b、12c进行驱动，由此，对机械手11、 12的位置和形状进行变更，对末端执行器11A、12A的位置和姿势进行变更。末端执行器11A、 12A是用于对组织进行处置的钳子、剪刀、持针器、电极、纤维切断机等。
[0052]机械手11、12的关节的数量不限于3个，能够适当变更。并且，机械手11、12的关节 的数量可以相互相同，也可以相互不同。
[0053]主装置2生成与由医师A进行的操作对应的操作信号，将所生成的操作信号发送到 控制器4。
[0054] 控制器4具有控制部9和存储部10,该控制部9根据从主装置2接收到的操作信号对 驱动部71、72进行控制，由此使机械手11、12执行与操作信号对应的动作。
[0055] 接着，关于与本发明的机械手装置的控制方法对应的、基于控制部9的从装置3的 控制方法，以使机械手11、12从图3A所示的配置向图3B所示的配置进行动作的情况为例进 行说明。
[0056] 如图4所示，控制部9从主装置2接收到操作信号后(接收步骤SA1)，使用正运动学 计算用于以该操作信号所表示的配置配设机械手11、12的各关节lla、llb、llc、12a、12b、 12c的目标位置(位置计算步骤SA2)。即，计算图3B所示的各关节lla、llb、llc、12a、12b、12c 的位置作为目标位置。在该计算中，使用存储部10中预先存储的DH参数等机械手11、12的尺 寸信息、由未图示的编码器检测到的各关节11a、11b、11c、12a、12b、12c的当前的位置。
[0057] 接着，控制部9根据计算出的目标位置，按照以下顺序来判断是否执行朝向该目标 位置的各关节11a、11b、11c、12a、12b、12c的移动。
[0058] 即，首先，控制部9根据下式（I)计算从插入部6的长度方向的中心轴线(基准线)C 到各关节113、1113、11〇、12&、1213、12(3的目标位置的距离(1(距离计算步骤543)。在式（1)中， 将各关节11&、1113、11〇、12 &、1213、12(3的目标位置的坐标定义为(1^7^2〇，将从各位置&^ ym、Zm)向中心轴线C引出的垂线的垂足的坐标定义为(XQ、y〇、ZO)。 _
…(i)
[0000]接着，控制部9提取针对第1机械手11的关节11a、lib、11 c计算出的距离d中的最大 值dmaxl，并提取针对第2机械手12的关节12a、12b、12c计算出的距离d中的最大值dmax2(距离 计算步骤SA4)。在图3B中，提取第1机械手11的最前端的第1关节Ila的距离和第2机械手12 的从前端起的第2个关节即第2关节12b的距离。
[0061]接着，控制部9将所提取出的2个最大值dmaxl、dmax2相加来计算最大距离D(距离计算 步骤SA5)。该最大距离D是根据操作信号使机械手11、12进行动作时、机械手11、12在与插入 部6的长度方向垂直的方向上可取的最大距离。
[0062] 控制部9对最大距离D与规定阈值Th进行比较(判断步骤SA6)，在最大距离D为规定 阈值Th以下的情况下（步骤SA6:是），执行朝向目标位置的关节I la、I Ib、11c、12a、12b、12c 的移动，由此，实际上使机械手11、12朝向图3B所示的配置进行动作(移动执行步骤SA7)。另 一方面，在最大距离D大于规定阈值Th的情况下(步骤SA6:否），控制部9中止朝向目标位置 的关节11a、11b、11c、12a、12b、12c的移动，使机械手11、12停留在图3A所示的配置(移动中 止步骤SA8)。
[0063] 即，在步骤SA6中，判断机械手11、12的整体是否仅能够在以规定阈值Th为直径、在 插入部6的长度方向上延伸的圆柱状的空间即容许动作范围内进行动作。然后，在判断为仅 能够在容许动作范围内进行动作的情况下，在步骤SA7中，机械手11、12执行基于操作信号 的动作，但是，在判断为机械手11、12的动作涉及到容许动作范围的外侧的情况下，在步骤 SA8中，中止机械手11、12的动作。
[0064]这里，根据供机械手11、12插入的体腔的尺寸和处置内容等来决定规定阈值Th。例 如，在机械手11、12插入到大肠这样的管状的体腔内的情况下，规定阈值Th设定为与体腔的 直径相同（具体而言，在大肠的情况下为50mm)。并且，在机械手11、12插入到平坦状的体腔 内的情况下，规定阈值Th设定为与体腔的厚度相同。例如，医师A在使用从装置3之前，从控 制器4中预先登记的值中选择适当的值来设定该阈值Th。
[0065] 接着，对这样构成的机械手系统1的作用进行说明。
[0066] 在使用本实施方式的机械手系统1进行存在于患者P的体腔内的患部的处置时，将 插入部6从前端导入到体腔内，使末端执行器11A、12A与患部对置。然后，医师A使用主装置2 对机械手11、12进行远程操作，由此，能够通过末端执行器11A、12A对患部进行处置。
[0067] 此时，在机械手系统1中，在使机械手11、12执行与由医师A输入到主装置2的操作 对应的动作之前，根据各关节11a、11b、11c、12a、12b、12c应该移动的目标位置(步骤SA2)， 事前估计机械手11、12的动作范围（步骤SA3~SA5)，判断该动作范围是否在容许动作范围 内（步骤SA6)。然后，在机械手11、12的动作范围在容许动作范围内的情况下(步骤SA6:是）， 通过机械手11、12执行该动作(步骤SA7)。另一方面，在机械手11、12的动作范围超过容许动 作范围的情况下(步骤SA6:否），中止该动作的执行(步骤SA8)。因此，机械手11、12的动作被 限制在容许动作范围内。
[0068] 该情况下，根据本实施方式的机械手系统1及其控制方法，使用各关节lla、llb、 11C、12a、12b、12c的目标位置来估计机械手11、12的各部分的动作后的位置，由此，关于机 械手11、12的位于内窥镜8的视野F的外侧的部分（即无法通过内窥镜影像进行观察的部 分），与是否在内窥镜8的视野F内无关，能够判断是否在容许动作范围内并适当进行控制。 因此，具有如下优点:关于机械手11、12的容许动作范围，在体腔为管状的情况下，能够在体 腔的径向或厚度方向上最大限度地确保到其直径尺寸，在体腔为平坦状的情况下，能够在 体腔的径向或厚度方向上最大限度地确保到其厚度尺寸。
[0069] 进而，由于机械手11、12整体的动作被限制在体腔的直径尺寸内或厚度尺寸内，所 以，机械手11、12不会与周边组织强力接触。因此，具有如下优点：能够防止由于机械手11、 12从周边组织受到力而使其操作性降低，能够维持机械手11、12的操作性。
[0070] 在本实施方式中，设为具有2条机械手11、12，但是，取而代之，如图5A和图5B所示， 也可以具有3条机械手11、12、13。
[0071] 该情况下，控制部9在步骤SA4中提取针对第3机械手13所具有的关节13a、13b计算 出的距离d中的最大值dmax3，求出所得到的3个最大值dmaxl、dmax2、dmax3中的前两个最大值的 合计作为最大距离D即可。
[0072] 在本实施方式中，设为两个机械手11、12具有关节lla、llb、llc、12a、12b、12cjS 是，取而代之，如图6所示，一个机械手11、12也可以不具有关节。例如，在第1机械手11不具 有关节的情况下，该第1机械手11与中心轴线C的距离固定，最大值dmaxl也固定。因此，在步 骤SA2、SA3中，仅针对第2机械手12的关节12a、12b、12c计算d max2即可。
[0073] (第2实施方式）
[0074] 接着，参照图7A~图9对本发明的第2实施方式的机械手系统1进行说明。
[0075] 本实施方式与第1实施方式的主要不同之处在于基于控制部9的从装置3的控制方 法。因此，在本实施方式中，主要对该控制内容进行说明，对与第1实施方式相同的结构标注 相同标号并省略说明。
[0076] 在本实施方式中，作为判断机械手11、12可否进行动作的基准，如图7A和图7B所 示，使用得到距离d的最大值dmaxl、dmax2的关节lla、12b彼此之间的距离D'。
[0077]具体而言，如图8所示，与第1实施方式的步骤SAl~SA3同样，控制部9进行步骤SBl ~SB3。然后，控制部9确定机械手11的关节11 a、11 b、11 c中的得到距离d的最大值dmaxi的最 远关节I Ia，确定机械手12的关节12a、12b、12c中的得到距离d的最大值dmax2的最远关节12b (距离计算步骤SB4)。接着，控制部9根据下式(2)计算最远关节lla、12b间的距离D'（距离计 算步骤SB5)。在式(2)中，将第1机械手11的最远关节的目标位置的坐标定义为( X1、yi、Z1)， 将第2机械手12的最远关节的目标位置的坐标定义为(X2、Y2、Z2 )。
[_]
…⑶
[0079] 该距离D'是第1机械手11的关节11a、11b、Ilc与第2机械手12的关节12a、12b、12c 之间的距离中的最大距离，相当于根据操作信号使机械手11、12进行动作时、机械手11、12 相对于插入部6的长度方向在所有方向上可取的最大尺寸。
[0080] 下面，除了代替距离D而使用距离D'这点以外，与第1实施方式的步骤SA6~SA8同 样，控制部9进行步骤SB6~SB8。
[0081] 根据这样构成的本实施方式的机械手系统1及其控制方法，在体腔内，插入部6不 一定与体腔的长度方向或平坦方向平行配置，也可能倾斜配置。在本实施方式中，对机械手 11、12进行控制，以使得不仅是与插入部6的长度方向垂直的方向，考虑了所有方向时的机 械手11、12的最大距离D'成为阈值Th以下。
[0082] 由此，在体腔内，不管机械手11、12配置成什么样的姿势，机械手11、12整体的动作 均被限制在体腔的直径尺寸内或厚度尺寸内，所以，具有能够更加可靠地防止机械手11、12 与周边组织强力接触的优点。
[0083]本实施方式的其他作用效果与第1实施方式相同，所以省略说明。
[0084]在本实施方式中，如图9所示，也可以具有3条机械手11、12、13。
[0085]该情况下，控制部9在步骤SB4中确定第3机械手13所具有的关节13a、13b中的得到 距离的最大值dmax3的最远关节13a，求出所得到的3个最大值dmaxi、dmax2、dmax3中的前两个最 大值的关节llb、12a间的距离D'即可。
[0086](第3实施方式）
[0087] 接着，参照图10和图11对本发明的第3实施方式的机械手系统1进行说明。
[0088] 本实施方式与第1和第2实施方式的主要不同之处在于基于控制部9的从装置3的 控制方法。因此，在本实施方式中，主要对该控制内容进行说明，对与第1和第2实施方式相 同的结构标注相同标号并省略说明。
[0089]在本实施方式中，如图10所示，从装置3具有3条机械手11、12、13，使用由得到距离 d的最大值dmaxl、cUx2、dmax3的关节彼此包围的面积S。机械手的数量不限于3条，也可以是4条 以上。
[0090]具体而言，如图11所示，与第2实施方式的步骤SBl~SB4同样，控制部9进行步骤 SCl~SC4。由此，控制部9确定机械手11的关节11a、lib、Ilc中的得到距离d的最大值dmaxi的 最远关节lib、机械手12的关节12a、12b、12c中的得到距离d的最大值dmax2的最远关节12a、 机械手13的关节13a、13b中的得到距离d的最大值dmax3的最远关节13a(面积计算步骤SC4)。 接着，控制部9计算在与中心轴线C正交的平面中以最远关节11b、12a、13a作为顶点的三角 形的面积S(面积计算步骤SC5)。如图10所示，该面积S相当于根据操作信号使机械手11、12 进行动作时由机械手11、12、13包围的区域可取的、与插入部6的长度方向垂直的方向上的 最大面积。
[0091] 然后，除了代替距离D而使用面积S、代替规定阈值Th而使用规定阈值Th'这点以 外，与第1实施方式的步骤SA6~SA8同样，控制部9进行步骤SC6~SC8。根据供机械手11、12、 13插入的体腔的尺寸和处置内容来决定规定阈值IV。本实施方式特别使用于在大肠这样 的管状的体腔内插入机械手11、12、13的情况，规定阈值IV设定为与体腔的横截面面积相 同。
[0092] 根据这样构成的本实施方式的机械手系统1及其控制方法，对机械手11、12进行控 制，以使得由机械手11、12、13包围的区域的、与插入部6的长度方向垂直的方向上的最大面 积S成为规定阈值IV以下。由于大肠这样的体腔的腔壁具有柔软性，所以，只要最大面积S 为体腔的横截面面积以下即可，可以按照上述三角形的形状而使其横断面形状变化。即，根 据本实施方式，在机械手11、12、13不会从腔壁受到过大的力的范围内许可机械手11、12、13 的动作，所以，具有能够防止机械手11、12、13与周边组织强力接触的优点。
[0093]本实施方式的其他作用效果与第1实施方式相同，所以省略说明。
[0094](第4实施方式）
[0095]接着，参照图12A~图13对本发明的第4实施方式的机械手系统1进行说明。
[0096]本实施方式涉及使图12A所示以任意配置配设的机械手11、12如图12D所示还原为 规定基准配置时的机械手11、12的控制方法。因此，在本实施方式中，主要对该控制内容进 行说明，对与第1~第3实施方式相同的结构标注相同标号并省略说明。
[0097]例如在利用第1~第3实施方式中说明的控制方法使机械手11、12以任意配置进行 动作后，使用本实施方式的从装置3的控制方法，可以与第1~第3实施方式进行组合来使 用。
[0098]在本实施方式中，控制部9从主装置2接收还原信号(接收步骤SD1)，由此执行图13 所示的还原流程。例如，医师A按下设置在主装置2上的还原开关，由此对主装置2输入还原 信号。
[0099] 用于以基准配置配设机械手11、12的各关节11&、1113、11〇、12&、1213、12(3的基准位 置预先存储在存储部10中。控制部9从基端侧的第3关节11c、12c起依次驱动关节11a、11b、 llc、12a、12b、12c，以使得与基准位置一致。此时，控制部9计算假设驱动对象的关节向基准 位置移动时的机械手11、12的配置，根据计算出的机械手11、12的配置来判断是否执行该关 节的移动。
[0100]具体而言，首先，控制部9选择一个机械手12的第3关节12c(选择步骤SD2)，计算假 设使该第3关节12c移动到基准位置时的最大距离D (步骤SD3~SD6)。图12A示出当前的机械 手11、12的配置，图12B示出使第3关节12c移动到基准位置时的机械手11、12的配置。最大距 离D的计算的顺序SD3~SD6与第1实施方式中说明的步骤SA2~SA5相同。
[0101]控制部9对最大距离D与规定阈值Th进行比较(判断步骤SD7)，在最大距离D为规定 阈值Th以下的情况下（步骤SD7:是），执行朝向目标位置的关节12c的移动，由此，实际上使 第2机械手12朝向图12B所示的配置进行动作(移动执行步骤SD8)。另一方面，在最大距离D 大于规定阈值Th的情况下（步骤SD7:否），控制部9中止朝向目标位置的关节12c的移动，使 第2机械手12停留在图12A所示的配置(移动中止步骤SD9)。
[0102]接着，如图12C所示，控制部9将驱动对象切换为第2关节12b(反复步骤SDll)，反复 进行步骤SD3~SD9，进而，将驱动对象切换为第1关节12a(步骤SDl 1)，反复进行步骤SD3~ SD9。然后，在第1关节12a的控制结束的时点（步骤SD10:是），假设在还存在未配置在基准位 置的关节的情况下(步骤SD12:否），控制部9再次从第3关节12c起依次(步骤SD13)按照步骤 SD3~SD9反复进行朝向基准位置的还原动作。
[0103]进而，虽然图13中没有示出，但是，在第2机械手12的全部关节12a、12b、12c朝向基 准位置的移动完成后，控制部9使第1机械手11的关节lla、llb、llc同样向基准位置移动，由 此，最终使机械手11、12还原为图12D所示的基准配置。
[0104] 接着，对这样构成的机械手系统1的作用进行说明。
[0105] 医师A在患部的处置的中途或结束后按下还原开关，由此，能够使以任意配置配设 的机械手11、12向规定基准位置还原。
[0106] 此时，在机械手系统1中，从基端侧的第3关节11c、12c起依次一个一个地执行朝向 基准位置的还原。但是，在使驱动对象的关节向基准位置移动之前，事前估计该关节移动时 的机械手11、12的动作范围，判断该动作范围是否在容许动作范围内。然后，在机械手11、12 的动作范围在容许动作范围内的情况下，执行该关节的移动。另一方面，在机械手11、12的 动作范围超过容许动作范围的情况下，该关节的移动被保留，驱动对象转移到下一个关节。 关于被保留的关节，在第1关节朝向基准位置的还原动作结束后，执行还原动作。如上所述， 机械手11、12的动作范围被限制在容许动作范围内并向基准配置还原。
[0107] 这样，根据本实施方式的机械手系统1及其控制方法，具有能够在体腔的径向或厚 度方向上最大限度地确保机械手11、12的容许动作范围的优点。并且，具有能够执行还原动 作以使得机械手11、12不会与周边组织强力接触的优点。
[0108] 在本实施方式中，设为利用与第1实施方式相同的方法来判断关节可否移动，但 是，取而代之，也可以采用第2实施方式中说明的方法。即，也可以代替步骤SD5~SD7而执行 步骤SB4~SB6。
[0109] 并且，在具有3条机械手11、12、13的情况下，如第3实施方式中说明的那样，也可以 根据以各机械手11、12、13的最远关节作为顶点的三角形的面积S来判断关节可否移动。 [0 110]另外，在上述各实施方式中，在判断为最大距离D、D'大于规定阈值Th、Th'的情况 下，中止关节11a、11b、11c、12a、12b、12c、13a、13b的移动，但是，取而代之，也可以使关节 I la、11b、11c、12a、12b、12c、13a、13b移动到最大距离D、D'成为规定阈值Th、Th'的位置，中 止进一步的移动。该情况下，优选规定阈值Th、Th'小于体腔的直径或厚度。
[0111] 而且，也可以在关节11a、11b、11c、12a、12b、12c、13a、13b向最大距离D、D'成为规 定阈值Th、Th'的位置移动的时点，对医师A(操作者)输出声音等的警告，由此，使手术医生A 识别在使关节11a、11b、11c、12a、12b、12c、13a、13b进一步移动的情况下最大距离D、D'大于 规定阈值Th、Th'。
[0112] 进而，在判断为最大距离D、D'大于规定阈值Th、Th'的情况下，控制器4也可以向主 装置2发送信号来限制该主装置2中的操作输入，由此，中止关节lla、llb、llc、12a、12b、 12c、13a、13b的移动，以使得最大距离D、D '不会大于规定阈值Th、Th '。
[0113] 标号说明
[0114] 1:机械手系统；2:主装置;3:从装置(机械手装置）；4:控制器;5:监视器;6:插入 部;8:内窥镜；9:控制部；10:存储部；11、12、13:机械手；114、124、134:末端执行器；118、 12B、13B:关节部；11a、lib、11c、12a、12b、12c、13a、13b:关节；71、72:驱动部;A:医师；P:患 者;F:内窥镜的视野;SAl、SBl、SCI、SDl:接收步骤;SA2、SB2、SC2、SD3:位置计算步骤;SA3、 SA4、SA5、SB3、SB4、SB5、SD4、SD5、SD6 :距离计算步骤；SA6、SB6、SC6、SD7:判断步骤；SA7、 SB7、SC7、SD8:移动执行步骤;SA8、SB8、SC8、SD9:移动中止步骤；SC4、SC5:面积计算步骤； SD2:选择步骤;SDl 1:反复步骤。
【主权项】
1. 一种机械手装置的控制方法，所述机械手装置具有相互并列配置的2个以上的机械 手，这些机械手中的至少一个具有关节，其中，所述控制方法包括以下步骤： 接收步骤，接收针对所述机械手的操作信号； 位置计算步骤，根据该接收步骤中接收到的操作信号，计算所述关节应该移动的目标 位置； 距离计算步骤，计算假设在该位置计算步骤中计算出的目标位置配置所述关节时的所 述机械手间的最大距离； 判断步骤，对该距离计算步骤中计算出的最大距离与规定阈值进行比较； 移动执行步骤，在该判断步骤中判断为所述最大距离为所述规定阈值以下的情况下， 使所述关节向所述目标位置移动；以及 移动中止步骤，在所述判断步骤中判断为所述最大距离大于所述规定阈值的情况下， 中止所述关节的移动。2. 根据权利要求1所述的机械手装置的控制方法，其中， 在所述距离计算步骤中，计算从穿过所述2个以上的机械手之间且与这些机械手并列 的基准线到各所述机械手的距离的最大值，将所计算出的最大值彼此的合计作为所述最大 距离来计算。3. 根据权利要求1所述的机械手装置的控制方法，其中， 所述2个以上的机械手分别具有所述关节， 在所述距离计算步骤中，计算相互不同的所述机械手所具有的所述关节间的距离的最 大值作为所述最大距离。4. 一种机械手装置的控制方法，所述机械手装置具有相互并列配置的3个以上的机械 手，这些机械手中的至少一个具有关节，其中，所述控制方法包括以下步骤： 接收步骤，接收针对所述机械手的操作信号； 位置计算步骤，根据该接收步骤中接收到的操作信号，计算所述关节应该移动的目标 位置； 面积计算步骤，计算假设在该位置计算步骤中计算出的目标位置配置所述关节时的以 所述3个以上的机械手作为顶点的多边形的最大面积； 判断步骤，对该面积计算步骤中计算出的最大面积与规定阈值进行比较； 移动执行步骤，在该判断步骤中判断为所述最大面积为所述规定阈值以下的情况下， 使所述关节向所述目标位置移动；以及 移动中止步骤，在所述判断步骤中判断为所述最大面积大于所述规定阈值的情况下， 中止所述关节的移动。5. -种机械手装置的控制方法，所述机械手装置具有相互并列配置的2个以上的机械 手，这些机械手中的至少一个具有至少一个关节，其中， 所述控制方法包括使所述关节分别移动到规定基准位置的还原步骤， 该还原步骤包括以下步骤： 选择步骤，择一地选择所述关节； 距离计算步骤，计算假设将该选择步骤中选择出的关节配置在该基准位置时的所述机 械手间的最大距离； 判断步骤，对该距离计算步骤中计算出的最大距离与规定阈值进行比较； 移动执行步骤，在该判断步骤中判断为所述最大距离为所述规定阈值以下的情况下， 使所述选择步骤中选择出的关节向该基准位置移动； 移动中止步骤，在所述判断步骤中判断为所述最大距离大于所述规定阈值的情况下， 中止所述选择步骤中选择出的关节的移动；以及 反复步骤，切换所述选择步骤中选择的关节，反复进行所述距离计算步骤、所述判断步 骤、所述移动执行步骤或所述移动中止步骤。
【文档编号】B25J19/06GK105979903SQ201580008351
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2015年2月9日
【发明人】小室考广, 饭田雅敏
【申请人】奥林巴斯株式会社