CN103079491B - 机械手系统的控制装置、机械手系统以及机械手系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

机械手系统具有如下的从控制电路（400）。从控制电路（400）在该机械手系统的结束时，生成表示其结束方式的结束识别信息，存储该结束识别信息，并在该机械手系统的起动时，读出所述结束识别信息。

Description

机械手系统的控制装置、机械手系统以及机械手系统的控制方法

技术领域

本发明涉及例如机械手系统的控制装置、机械手系统以及机械手系统的控制方法。

背景技术

近年来，关于使用了机器人的医疗处置的技术，进行了各种提案。尤其是在外科领域中，针对利用具有多自由度臂的多自由度机械手对患者进行处置的医疗用机械手系统进行了各种提案。例如，在日本特许第3680050号公报中公开了如下的技术。

即，在日本特许第3680050号公报中公开了具有如下部件的医疗用机械手：进行作业的作业部；生成操作指令的操作部；用于根据所述操作部的操作指令驱动所述作业部的驱动部；用于将所述驱动部的驱动力传递至所述作业部的动力传递机构；以及根据所述操作部的操作指令控制所述驱动部的控制部。在该医疗用机械手中，所述动力传递机构具有：处于所述驱动部侧的第1动力传递部；设置于所述第1动力传递部与所述驱动部之间的减速器；以及处于所述作业部侧并与所述第1动力传递部自由结合分离的第2动力传递部。

但是，在强制结束（例如接通紧急停止开关引起的结束或突然切断电力供给引起的结束等不经过通常的结束处理步骤的结束）医疗用机械手系统后，再次起动该医疗用机械手系统时，当然需要对该医疗用机械手系统进行初始化处理等某种应对。因此，在这种情况下，该医疗用机械手系统的操作者需要得知上次使用时的结束是强制结束、还是正常结束（强制结束以外的结束；经过通常的结束处理步骤的结束）。

此处，日本特许第3680050号公报所公开的医疗用机械手构成为能够由用户判定上次结束是强制结束还是正常结束。具体而言，该判定是基于是否在该医疗用机械手的关节部笔直的状态下进行了结束的判定。

因此，在该医疗用机械手的上次结束状态是不能明确地判别该医疗用机械手的关节部的状态的情况下（例如该关节部稍微弯曲的情况等），无法准确地进行所述判定。此外，即使该医疗用机械手的关节部笔直，也存在通过强制结束进行了结束的情况。

根据这种情况，在应用日本特许第3680050号公报所公开的技术的情况下，在每次结束该医疗用机械手的使用时，需要另外通过登记簿等管理其结束方式（是强制结束还是正常结束）。因此，该管理耗费时间，不能说使用便利性优良。

发明内容

本发明正是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种节省机械手系统利用上的时间，提高使用便利性的机械手系统的控制装置、具有该控制装置的机械手系统以及机械手系统的控制方法。

为了达到上述目的，本发明的第1方式的机械手系统的控制装置的特征在于，具有：

信息生成部，其在该机械手系统的结束时，生成表示该机械手系统的结束方式的结束识别信息；

存储部，其存储所述结束识别信息；以及

读出部，其在该机械手系统的起动时，读出所述结束识别信息。

为了达到上述目的，本发明的第2方式的机械手系统的特征在于，具有：

进行作业的作业部；

生成操作指令的操作部；以及

控制部，其根据所述操作部的操作指令进行所述作业部的动作控制，

所述控制部具有：

信息生成部，其在该机械手系统的结束时，生成表示该机械手系统的结束方式的结束识别信息；

存储部，其存储所述结束识别信息；

读出部，其在该机械手系统的起动时，读出所述结束识别信息；以及

动作控制部，其根据由所述读出部读出的所述结束识别信息和由所述操作部生成的操作指令，控制所述作业部。

为了达到上述目的，本发明的第3方式的机械手系统的控制方法的特征在于，

读入表示该机械手系统的上次的结束方式的结束识别信息，

根据所述结束识别信息，判定上次的结束方式是否为强制结束，

在上次的结束方式为强制结束的情况下，向操作者提示这一情况，

判定是否由所述操作者进行了该机械手系统的初始化处理操作，

在进行了所述初始化处理操作的情况下，进行该机械手系统的初始化处理，

在进行了所述初始化处理后，开始进行作业的作业部的动作控制，

在结束该机械手系统时，生成并存储表示该结束的方式的结束识别信息。

附图说明

图1是示出本发明的第1实施方式的医疗用机械手系统的一个结构例的图。

图2是示出本发明的第1实施方式的医疗用机械手系统的从控制电路进行的动作控制的流程图的图。

图3是示出本发明的第2实施方式的医疗用机械手系统的从控制电路进行的动作控制的流程图的图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

[第1实施方式]

图1是示出本发明的第1实施方式的医疗用机械手系统的一个结构例的图。在本第1实施方式中，说明主-从方式的医疗用机械手系统中的应用例。

此处，所谓主-从方式的医疗用机械手系统，是指具有由主臂和从臂构成的两种臂，并追随主臂的动作对从臂进行远程控制的系统。

图1所示的医疗用机械手系统具有：手术台100；作为进行医疗处置作业的作业部的从臂200a、200b、200c、200d；作为控制从臂200a、200b、200c、200d的动作控制的控制部的从控制电路400；主臂500a、500b；生成操作指令的操作部600；输入处理电路700；图像处理电路800；显示器900a、900b；以及提示部50A、50B。

所述手术台100是载置有作为观察/处置对象的患者1的台子。在该手术台100的附近，设置有多个从臂200a、200b、200c、200d。另外，也可以将从臂200a、200b、200c、200d设置在手术台100上。

所述从臂200a、200b、200c、200d是分别具有多个多自由度关节的从臂。从臂200a、200b、200c、200d通过使各关节弯曲，相对于被载置于手术台100的患者1对安装于从臂200a、200b、200c、200d的前端侧（接近患者1的体腔一侧）的处置器械或观察器具等各种手术器械进行定位。

这些从臂200a、200b、200c、200d具有的各个多自由度关节由设置于各个臂内的动力部单独驱动。作为该动力部，可采用例如具有伺服机构的电动机（伺服电动机），该伺服机构具备递增编码器和减速器等。该伺服电动机的动作控制由从控制电路400的未图示的动作控制部进行。

并且，从臂200a、200b、200c、200d还具有用于驱动安装于各自前端侧的手术器械240a、240b、240c、240d的多个动力部。作为该动力部也可以采用例如伺服电动机，该伺服电动机的动作控制也由从控制电路400的未图示的动作控制部进行。

在驱动了从臂200a、200b、200c、200d的动力部的情况下，通过位置检测器检测电动机的驱动量。将从位置检测器输出的检测信号输入到从控制电路400，并根据该检测信号，在从控制电路400中检测从臂200a、200b、200c、200d的驱动量。

所述手术器械240a、240b、240c、240d形成进行医疗处置作业的作业部，具有具备多个自由度的关节部，从开设于患者1的体壁的未图示的插入孔被插入到患者1的体腔内。此外，这些手术器械240a、240b、240c、240d以前端部能够进行弯曲驱动和旋转驱动的方式构成。

所述弯曲驱动例如通过驱动分别设置于从臂200a、200b、200c、200d内的伺服电动机并对贯穿插入配置到手术器械240a、240b、240c、240d内的线进行推拉操作来进行。

所述旋转驱动例如通过驱动分别设置于从臂200a、200b、200c、200d内的伺服电动机并使分别设置于手术器械240a、240b、240c、240d内的旋转机构动作来进行。并且，根据手术器械的种类，在手术器械的前端设置有开闭机构。该开闭机构例如也通过驱动分别设置于从臂200a、200b、200c、200d的伺服电动机并对贯穿插入配置到各个手术器械内的线进行推拉操作来进行动作。

另外，在图1中标注有标号240e的是更换用手术器械，构成为能够更换上述手术器械240a～240d。例如由助手2进行这种手术器械的更换作业。

在本第1实施方式中，在图1所示的4根从臂200a、200b、200c、200d中，采用例如从臂200a、200b、200d作为处置用的从臂。该情况下，在这些从臂200a、200b、200d上安装有各种外科手术器具作为手术器械240a、240b、240d。

另外，本第1实施方式中的外科手术器具是指例如手术刀、剪刀、牵引器等用于对患者1的体内组织部位进行处置和操作的手术器械。此外，在采用从臂200c作为观察用的照相机臂的情况下，在从臂200c上安装有各种观察器具作为手术器械240c。在本第1实施方式中，观察器具是指电子内窥镜等用于观察患者1的体内组织部位的手术器械。此外，例如由助手2进行手术器械的更换作业。

所述从控制电路400是例如形成具有CPU和存储器等的控制单元的控制装置。该从控制电路400存储有用于进行从臂200a、200b、200c、200d的控制的预定程序。从控制电路400依照来自输入处理电路700的控制信号，控制从臂200a、200b、200c、200d和/或手术器械240a、240b、240c、240d的动作。

即，从控制电路400根据来自输入处理电路700的控制信号，确定由操作者3操作的主臂的操作对象的从臂（或手术器械），并运算使该所确定的从臂（或手术器械）进行与操作者3的主臂的操作量对应的运动所需的驱动量。

并且，从控制电路400根据计算出的驱动量控制主臂的操作对象的从臂的动作。此时，从控制电路400向操作对象的从臂输入驱动信号，并且根据对应于操作对象的从臂的动作而从动力部的位置检测器输入的检测信号，控制驱动信号的大小和极性，以使得操作对象的从臂的驱动量成为目标的驱动量。

此外，从控制电路400在从安装于从臂200c的观察器具输入了图像信号的情况下，还将所输入的图像信号输出到图像处理电路800。

并且，从控制电路400具有存储部400m。从控制电路400具有未图示的位置姿态信息生成部，该位置姿态信息生成部在该医疗用机械手系统的结束时，生成该时刻的各个从臂和各个手术器械的位置姿态的信息（以下称作位置姿态信息），由该位置姿态信息生成部生成位置姿态信息并写入到存储部400m。此外，从控制电路400具有未图示的信息生成部，该信息生成部在该医疗用机械手系统的结束时，生成表示其结束方式的信息（以下称作结束识别信息），由该信息生成部生成结束识别信息并写入到存储部400m。具体而言，所述结束识别信息例如是表示为基于强制结束的结束的标志或表示为基于正常结束的结束的标志。存储部400m是可进行读取和写入两方的存储器件，并且是在该医疗用机械手系统的停止时也能够保持存储的存储器件。作为该存储部400m，例如可列举硬盘或非易失性存储器等。

另外，所述存储部400m不一定需要设置在从控制电路400内，例如当然也可以与从控制电路400分开设置。

并且，在该医疗用机械手系统的起动时，从控制电路400读入位置姿态信息和结束识别信息，判定上次的结束是否为强制结束，并根据该判定结果执行预定的处理（依照后述的图2所示的流程图的处理）。即，在从控制电路400中具有在该医疗用机械手系统的起动时，从存储部400m读出结束识别信息的未图示的读出部和判定部。

构成所述提示部的提示单元50A是通过从控制电路400的动作控制，在上次的结束为强制结束的情况下进行用于使操作者3和助手2识别到这一情况的声音输出或发光等的（例如扬声器或灯等）的声音输出单元/发光单元。

构成所述提示部的提示单元50B例如由液晶显示器构成。在该医疗用机械手系统的上次结束为强制结束的情况下，在下次的起动时，由从控制电路400向图像处理电路800输入用于使操作者3和助手2识别到这一情况的信息。图像处理电路800生成与该信息对应的图像数据，并输出到提示单元50B。并且，提示单元50B显示从图像处理电路800输入的“用于使操作者3和助手2识别到上次结束为强制结束这一情况的图像数据”。

所述主臂500a、500b由多个连杆机构构成。在构成连杆机构的各连杆中设置有例如递增编码器等位置检测器。通过该位置检测器检测各连杆的动作，在输入处理电路700中检测主臂500a、500b的操作量。

另外，在图1所示的例子中，主臂500a是由操作者3的右手操作的臂，主臂500b是由操作者3的左手操作的臂。由此，图1示出了使用两根主臂500a、500b对4根从臂进行操作时的例子。在这样构成的情况下，需要适当切换主臂的操作对象的从臂。例如通过操作者3对操作部600的操作进行这种切换。

另外，如果通过将主臂的根数和从臂的根数设为相同数量而使操作对象一对一地对应，则不需要这种切换。

所述操作部600具有用于切换主臂500a、500b的操作对象的从臂的切换按钮（以下简单称作切换按钮）、变更各个主臂与各个从臂的动作比率的比例变更开关、和用于使系统紧急停止的脚踏开关等各种操作部件。在由操作者3对构成操作部600的任意一个操作部件进行了操作的情况下，从操作部600将与对应的操作部件的操作对应的操作信号输入到输入处理电路700。

所述输入处理电路700对来自主臂500a、500b的操作信号和来自操作部600的操作信号（操作指令）进行分析，依照操作信号的分析结果生成用于控制本医疗用机械手系统的控制信号并输入到从控制电路400。

所述图像处理电路800实施用于显示由从控制电路400输入的图像信号的各种图像处理，并生成操作者用显示器900a、助手用显示器900b中的显示用的图像数据。

此外，在该医疗用机械手系统的上次结束为强制结束的情况下，在下次的起动时，由从控制电路400向图像处理电路800输入用于使操作者3和助手2识别到这一情况的图像信号。图像处理电路800对该图像信号实施预定的图像处理来生成图像数据，并输出到操作者用显示器900a和助手用显示器900b。

所述操作者用显示器900a和助手用显示器900b例如由液晶显示器构成，显示基于图像数据的图像，所述图像数据依照经由观察器具取得的图像信号在图像处理电路800中生成。此外，在上次结束为强制结束的情况下，从图像处理电路800输入用于使操作者3和助手2识别到这一情况的图像数据，并显示该图像数据。

图2是示出本第1实施方式的医疗用机械手系统的从控制电路400进行的动作控制（该医疗用机械手系统的起动/结束的处理）的流程图的图。另外，该医疗用机械手系统各部分的详细动作如上所述，因此此处主要说明处理流程。

首先，在起动该医疗用机械手系统时，进行系统检查等必需的初始化处理（未图示），接着从控制电路400从存储部400m中读入结束识别信息（步骤S1），并判定该医疗用机械手系统的上次的结束是否基于强制结束（步骤S2）。具体而言，从控制电路400在从存储部400m中读入了表示强制结束的标志时，判定为该医疗用机械手系统的上次结束基于强制结束（将步骤S2分支到是）。另一方面，从控制电路400在从存储部400m中读入了表示正常结束的标志时，判定为该医疗用机械手系统的上次结束基于正常结束（将步骤S2分支到否）。

在将所述步骤S2分支到是的情况下，从控制电路400对提示单元50A进行动作控制，使其进行“用于使用户识别到该医疗用机械手系统的上次结束是基于强制结束的”预定的声音输出和/或发光（步骤S3）。并且，在该步骤S3中，从控制电路400使图像处理电路800生成“表示该医疗用机械手系统的上次结束是基于强制结束的”图像数据，并使提示单元50B、操作者用显示器900a和助手用显示器900b显示该图像数据。

另外，在所述步骤S3中，当然可以向操作者3和助手2提示该医疗用机械手系统的上次结束是基于强制结束的消息，并且（或者替代提示）由从控制电路400进行用于使该医疗用机械手系统停止动作的处理或使手术器械后退至拔去位置（从患者1的体腔内拔去的位置）的处理等。

在结束所述步骤S3中的处理后，从控制电路400判定是否从输入处理电路700发送来了进行初始化处理（例如除了作为必需的初始化处理的系统检查处理外，还有作为不是通常必需的初始化处理的可动区域确认处理和原点检测处理等）的控制信号（步骤S4）。换言之，该步骤S4是判定是否由操作者3进行了对该医疗用机械手系统进行初始化处理的操作的步骤。由此，从控制电路400具有未图示的初始化处理部，该初始化处理部在提示单元50A、50B进行提示处理后，判定是否进行了对该医疗用机械手系统进行初始化处理的操作，在判定为进行了该操作的情况下，对该医疗用机械手系统进行初始化处理。

这样，构成为由操作者3进行初始化处理的操作才进行初始化处理，由此能够防止从臂200a、200b、200c、200d和手术器械240a、240b、240c、240d不依照操作者3的意思（违背操作者3的意图）进行动作的情况。但是，当然也可以不进行该步骤S4中的处理，而强制执行初始化处理。

在将该步骤S4分支到是的情况下，从控制电路400执行上述初始化处理（步骤S5）。在结束该步骤S5中的处理后/将所述步骤S4分支到否的情况下，转移到后述的步骤S8。将步骤S4分支到否的情况是分秒必争那样的紧急时等的情况。例如，在操作者或工程师（未图示）判断为没有初始化处理而需要且能够进行机械手的操作的情况下，为了执行这种机械手动作，进行将步骤S4分支到否的操作。

另外，在将步骤S2分支到否的情况（该医疗用机械手系统的上次结束是基于正常结束的情况）下，从控制电路400从存储部400m中读入位置姿态信息（步骤S6）。接着，从存储部400m中删除已经从存储部400m读入的信息（在所述步骤S1中读入的结束识别信息、和在所述步骤S6中读入的位置姿态信息）（步骤S7）。

另外，虽然在图2的流程图中未示出，但通过在后述的步骤S8中的动作控制开始前（或开始时），将在所述步骤S6中读入的位置姿态信息适当用于原点检测处理等初始化处理，不需要在系统开始时每次都进行原点检测处理等。由此，实现起动时间的缩短等且便利性提高。此外，优选对从臂和手术器械进行设计和管理，使得在电源断开时不会进行动作，并且在驱动部中设定适当的减速比，使得在移动时和收纳时不会与其他设备和人等发生碰撞。

在上述步骤S1至步骤S7中，在进行了与该医疗用机械手系统的上次结束状态对应的处理后，从控制电路400依照操作者3对操作部600的操作，开始从臂200a、200b、200c、200d和手术器械240a、240b、240c、240d的动作控制（步骤S8）。

在该步骤S8中的动作控制开始后，从控制电路400判定是否强制结束该医疗用机械手系统（步骤S9）。在将该步骤S9分支到是的情况下，从控制电路400将表示强制结束的标志作为结束识别信息写入到存储部400m（步骤S10），并结束该医疗用机械手系统。

另外，在将所述步骤S9分支到否的情况下，从控制电路400判定是否正常结束了该医疗用机械手系统的操作（步骤S11）。在将该步骤S11分支到否的情况下，转移到所述步骤S8。

另一方面，在将步骤S11分支到是的情况下，从控制电路400将该时刻的位置姿态信息写入到存储部400m（步骤S12）。在该步骤S12中将位置姿态信息写入到存储部400m，由此能够在下次起动时省略原点检测处理等初始化处理。

接着，将表示正常结束的标志作为结束识别信息写入到存储部400m（步骤S13），并结束该医疗用机械手系统。

如以上所说明那样，根据本第1实施方式，能够提供一种节省利用机械手系统的工夫，提高使用便利性的机械手系统的控制装置、具有该控制装置的机械手系统以及机械手系统的控制方法。

[第2实施方式]

下面，对本发明的第2实施方式的医疗用机械手系统进行说明。为了避免重复说明，说明与第1实施方式的不同点。所述第1实施方式与本第2实施方式的主要不同点之一是有无生成表示强制结束的标志。

图3是示出本发明的第2实施方式的医疗用机械手系统的从控制电路400进行的动作控制的流程图的图。在该流程图中，标注与图2所示的流程图相同的步骤编号的步骤是与该编号的步骤的处理进行相同处理的步骤。

所述从控制电路400在所述步骤S8中开始各个从臂和各个手术器械的动作控制后，判定是否正常结束了该医疗用机械手系统的操作（步骤S29）。在将该步骤S29分支到否的情况下，转移到所述步骤S8。

另一方面，在将步骤S29分支到是的情况下，从控制电路400将该时刻的位置姿态信息写入到存储部400m（步骤S30）。在该步骤S30中将位置姿态信息预先写入到存储部400m，由此能够在下次起动时省略原点检测处理等初始化处理。

接着，生成表示正常结束的标志作为结束识别信息并写入到存储部400m（步骤S31），并结束该医疗用机械手系统（步骤S32）。

在本第2实施方式的医疗用机械手系统中，为了进行上述结束处理（为了不生成表示强制结束的标志），在步骤S2的上次结束方式的判定中，只要在步骤S1中没有读出表示正常结束的标志则判定为强制结束。

如以上所说明那样，根据本第2实施方式，能够提供起到与第1实施方式的机械手系统的控制装置、具有该控制装置的机械手系统以及机械手系统的控制方法相同的效果的机械手系统的控制装置、具有该控制装置的机械手系统以及机械手系统的控制方法。

根据以上实施方式说明了本发明，但本发明不限于上述实施方式，当然可以在本发明宗旨的范围内进行各种变形和应用。

并且，上述实施方式包含了各种阶段的发明，可以通过所公开的多个构成要素的适当组合提取各种发明。例如，即使从实施方式所示的所有构成要素中删除几个构成要素，在能够解决上述课题，并获得上述效果的情况下，删除了该构成要素后的结构也可以作为发明提取。

Claims (8)

1.一种机械手系统的控制装置，其特征在于，该机械手系统的控制装置具有：

信息生成部，其在该机械手系统的结束时，生成表示该机械手系统的结束方式的结束识别信息；

存储部，其存储所述结束识别信息；以及

读出部，其在该机械手系统的起动时，读出所述结束识别信息；

其中，该机械手系统是主-从方式的机械手系统，

所述机械手系统的控制装置还包含位置姿态信息生成部，该位置姿态信息生成部生成关于从部件的位置和姿态的信息即位置姿态信息，

在进行了使该机械手系统结束的操作的情况下，所述存储部存储所述结束识别信息和所述位置姿态信息。

2.根据权利要求1所述的机械手系统的控制装置，其特征在于，该机械手系统的控制装置包含：

判定部，其在该机械手系统的起动时，根据由所述读出部读出的所述结束识别信息，判定该机械手系统的上次的结束方式是否为强制结束；以及

提示部，其在通过所述判定部判定为该机械手系统的上次的结束方式是强制结束的情况下，向该机械手系统的操作者提示这一情况。

3.根据权利要求2所述的机械手系统的控制装置，其特征在于，

该机械手系统的控制装置包含初始化处理部，该初始化处理部在所述提示部的提示后，判定是否进行了对该机械手系统进行初始化处理的操作，在判定为进行了该操作的情况下，对该机械手系统进行初始化处理。

4.根据权利要求1所述的机械手系统的控制装置，其特征在于，

所述结束识别信息是表示强制结束的标志或表示正常结束的标志。

5.一种机械手系统，其特征在于，该机械手系统具有：

进行作业的作业部；

生成操作指令的操作部；以及

控制部，其根据所述操作部的操作指令进行所述作业部的动作控制，

所述控制部具有：

信息生成部，其在该机械手系统的结束时，生成表示该机械手系统的结束方式的结束识别信息；

存储部，其存储所述结束识别信息；

读出部，其在该机械手系统的起动时，读出所述结束识别信息；以及

动作控制部，其根据由所述读出部读出的所述结束识别信息和由所述操作部生成的操作指令，控制所述作业部；

其中，该机械手系统是主-从方式的机械手系统，

所述控制部还包含位置姿态信息生成部，该位置姿态信息生成部生成关于从部件的位置和姿态的信息即位置姿态信息，

在进行了使该机械手系统结束的操作的情况下，所述存储部存储所述结束识别信息和所述位置姿态信息。

6.根据权利要求5所述的机械手系统，其特征在于，

所述结束识别信息是表示强制结束的标志或表示正常结束的标志。

7.一种机械手系统的控制方法，其特征在于，

读入表示该机械手系统的上次的结束方式的结束识别信息，

根据所述结束识别信息，判定上次的结束方式是否为强制结束，

在上次的结束方式为强制结束的情况下，向操作者提示这一情况，

判定是否由所述操作者进行了该机械手系统的初始化处理操作，

在进行了所述初始化处理操作的情况下，进行该机械手系统的初始化处理，

在进行了所述初始化处理后，开始进行作业的作业部的动作控制，

在结束该机械手系统时，生成并存储表示该结束的方式的结束识别信息；

其中，该机械手系统是主-从方式的机械手系统，所述方法还包括：

生成关于从部件的位置和姿态的信息即位置姿态信息，

在进行了使该机械手系统结束的操作的情况下，存储所述结束识别信息和所述位置姿态信息。

8.根据权利要求7所述的机械手系统的控制方法，其特征在于，

所述结束识别信息是表示强制结束的标志或表示正常结束的标志。