CN103402714A

CN103402714A - 主操作输入装置以及主-从机械手

Info

Publication number: CN103402714A
Application number: CN2012800100066A
Authority: CN
Inventors: 小川量平
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2032-02-22
Also published as: EP2671686A4; CN103402714B; US9186796B2; JP2012171088A; EP2671686B1; US20120221145A1; WO2012115166A1; EP2671686A1

Abstract

主操作输入装置用于操作具有与多个自由度对应的关节的从机械手，该主操作输入装置具有操作部（100）和两个系统以上的检测部（200、202、204、206、208、210、13）。操作部（100）通过操作者的操作使位置及姿势变化自如，并用于根据该位置及姿势的变化提供从机械手的位置及姿势的指令值。两个系统以上的检测部（200、202、204、206、208、210、13）为了检测操作部的位置及姿势而分别检测操作部的不同的物理量。

Description

主操作输入装置以及主-从机械手

技术领域

本发明涉及用于对从机械手进行远程操作的主操作输入装置以及具有这样的主操作输入装置的主-从机械手。

背景技术

近年来，为了实现医疗设施的节省人力化，进行了利用机器人的医疗处置的研究。尤其是在外科领域中，针对利用具有多自由度（多关节）臂的机械手对患者进行处置的机械手系统进行了各种提案。在这种机械手系统中，公知有能够通过主操作输入装置对直接接触患者体腔的机械手（从机械手）进行远程操作的机械手系统（主-从机械手），所述主操作输入装置相对于从机械手远程配置。通常，在主-从机械手中，将主操作输入装置的操作部的位置姿势作为指令值输入控制装置。在控制装置中，根据操作部的位置姿势的指令值对从机械手的末端部进行逆运动学求解，由此计算出从机械手的各关节的驱动量，并根据该驱动量来对各关节进行驱动控制。为了进行这样的控制，需要检测主操作输入装置的操作部的位置姿势。以往，主操作输入装置的位置姿势由安装于主操作输入装置的操作部的传感器检测。

在此，使用于检测操作部的位置姿势的传感器仅为一个系统，在该一个系统的传感器发生故障的情况下，无法对位置姿势进行检测。作为用于避免这种情况的方法，已知使传感器双重化的方法（例如，参照日本特开平6-168530号公报）。通过对主操作输入装置应用日本特开平6-168530号公报的技术，即使一个系统的传感器发生故障，也能够利用另一系统的传感器来检测主操作输入装置的操作部的位置姿势。

发明内容

在此，在日本特开平6-168530号公报的技术的情况下，双重化的传感器都检测同一物理量（例如日本特开平6-168530号公报的情况下的拾取器（picker）的位移量）。在这种情况下，当一个系统的传感器发生故障时，另一个系统的传感器也同时发生故障的可能性较高。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够以更不容易发生故障的结构来检测操作部的位置姿势的主操作输入装置和具备这样的主操作输入装置的主-从机械手。

为了实现上述目的，本发明的第1形态的主操作输入装置用于操作具有与多个自由度对应的关节的从机械手，其特征在于，所述主操作输入装置具备：操作部，其通过操作者的操作使位置及姿势变化自如，并用于根据其位置及姿势的变化来提供所述从机械手的位置及姿势的指令值；和两个系统以上的检测部，它们为了检测所述操作部的位置及姿势而分别检测所述操作部的不同的物理量。

另外，为了实现上述目的，本发明的第2形态的主-从机械手的特征在于，所述主-从机械手具有：第1形态中记载的主操作输入装置；第1控制部，其根据分别由所述两个系统以上的检测部检测出的物理量来计算多个所述操作部的位置及姿势；以及第2控制部，其根据由所述第1控制部计算出的所述操作部的位置及姿势来计算所述从机械手的位置及姿势的指令值，并根据该计算出的从机械手的位置及姿势的指令值对所述从机械手进行驱动控制。

附图说明

图1是示出本发明的第1实施方式的主-从机械手的一个例子的整体结构的图。

图2是示出用于检测本发明的第1实施方式的主操作输入装置的操作部的位置姿势的传感器的双重化的图。

图3是示出本发明的第1实施方式的主-从机械手的动作的流程图。

图4是示出在本发明的第1实施方式中使标识与摄像传感器的配置关系反转的变形例的图。

图5是示出用于检测本发明的第2实施方式的主操作输入装置的操作部的位置姿势的传感器的双重化的图。

图6是示出本发明的第2实施方式的主-从机械手的动作的流程图。

图7是示出在本发明的第2实施方式中使标识与摄像传感器的配置关系反转的变形例的图。

图8是示出用于检测本发明的第3实施方式的主操作输入装置的操作部的位置姿势的传感器的双重化的图。

图9是示出本发明的第3实施方式的主-从机械手的动作的流程图。

图10示出用于检测本发明的第4实施方式的主操作输入装置的操作部的位置姿势的传感器的双重化的图。

图11是示出本发明的第4实施方式的主-从机械手的动作的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

[第1实施方式]

首先，对本发明的第1实施方式进行说明。图1是示出本发明的第1实施方式的主-从机械手的一个例子的整体结构的图。如图1所示，本实施方式的主-从机械手具有主操作输入装置10、控制装置20以及从机械手30。

主操作输入装置10是作为本主-从机械手中的主部分发挥功能的部件，具有输入部11、显示部12以及摄像传感器13。

输入部11例如固定于主操作输入装置10的显示部12，受到操作者1的操作而输出用于操作从机械手30的信号。对输入部11的详细情况在后面进行叙述。

显示部12例如由液晶显示器构成，根据从控制装置20输入的图像信号显示图像。之后将叙述，但从控制装置20输入的图像信号是在控制装置20中对经由安装于从机械手的电子照相机（电子内窥镜）得到的图像信号进行处理后的图像信号。使基于这种图像信号的图像显示在显示部12上，由此，主操作输入装置10的操作者1能够确认配置于远离主操作输入装置10的场所的从机械手30的末端的图像。

摄像传感器13是例如隔开预定的间隔配置的双眼摄像传感器。该摄像传感器13通过摄像来生成具有预定视差的两张输入部11的图像。对摄像传感器13的详细情况在后面进行叙述。

控制装置20具有主控制部21、机械手控制部22以及图像处理部23。

作为第1控制部的一个例子发挥功能的主控制部21根据来自主操作输入装置10的信号计算主操作输入装置10的输入部11的末端的位置姿势。虽然在后面进行叙述，但在本实施方式中，为了计算输入部11的末端的位置姿势，在主操作输入装置10设有分别检测不同的物理量的两个系统以上的检测部（传感器）。主控制部21根据分别来自这两个系统以上的传感器的输出计算输入部11的末端的位置姿势。然后，主控制部21将计算出的输入部11的末端的位置姿势作为从机械手的末端的位置姿势的指令值输出至机械手控制部22。

作为第2控制部的一个例子发挥功能的机械手控制部22接受来自主控制部21的位置姿势的指令值，并通过例如逆运动学计算来计算为了使从机械手30的末端的位置姿势与指令值一致而需要的从机械手的各关节的驱动量。然后，机械手控制部22根据计算出的驱动量来驱动从机械手的各关节。

图像处理部23对从设于从机械手末端的电子照相机（电子内窥镜等）得到的图像信号进行处理，生成显示部12的显示用的图像信号并输出至显示部12。

从机械手30具有与多个自由度对应的多个关节。该从机械手30根据来自机械手控制部22的控制信号来驱动各关节。

图2是示出用于检测本实施方式的主操作输入装置的输入部11的位置姿势的传感器的双重化的图。

在输入部11的末端设有作为操作部的把持部100。并且，在把持部100分别经由多个关节连接有多个连杆。图2所示的关节由旋转关节和直线运动关节构成。操作者1把持并操作把持部100，由此，各关节根据其操作旋转或直线运动。在此，图2示出输入部11具有4个旋转关节和2个直线运动关节共6个关节的例子，通过这6个关节，能够使把持部100的自由度为6自由度（位置的3个自由度+姿势的3个自由度）。并且，图2的连杆结构为一个例子，也可以是旋转关节或直线运动关节的数量不同的其他连杆结构。操作部的自由度也可以不限于6。另外，图2仅示出右手用的操作部。左手用的操作部的结构相对于右手用的操作部来说仅是左右的关系反转。左手用的操作部的实质结构与图2所示的相同。

另外，在各个关节的附近设有用于检测关节的旋转量或直线运动量的传感器（例如编码器）200、202、204、206、208、210。各编码器的输出信号被输入到主控制部21。在图2中，编码器200是输出与下述关节的旋转量θ₁相对应的信号的传感器，所述关节设在从把持部100观察时最远的位置。编码器202是输出与下述关节的直线运动量d₁相对应的信号的传感器，所述关节设在从把持部100观察时其次远的位置。以下相同，编码器204是输出与关节的直线运动量d₂相对应的信号的传感器，编码器206是输出与关节的旋转量θ₂相对应的信号的传感器，编码器208是输出与关节的旋转量θ₃相对应的信号的传感器。并且，编码器210是输出与下述关节的旋转量θ₄相对应的信号的传感器，所述关节设在从把持部100观察时最近的位置。

另外，在把持部100设有3个反射标识（以下，称作标识）450、452、454。各标识由高反射率的材料形成，以便在由摄像传感器13获得的图像中成为高亮度。在此，优选的是，预先将反射标识450、452、454配置在把持部100上，以使标识450与标识452之间的间隔、标识452与标识454之间的间隔、以及标识454与标识450之间的间隔分别不同。另外，优选的是，预先以下述方式配置3个标识450、452、454：防止所述3个标识排列在一条直线上，并且即使改变把持部100即操作部的姿势，也能够在摄像传感器13中识别标识。这是为了在图像上提取标识450、452、454时，能够正确地识别各个标识。由摄像传感器13取得的操作部的特征点并不限于反射标识。例如，操作部的特征点也可以是LED等发光体。

摄像传感器13具有双眼摄像系统402、404。摄像系统402、404分别具有摄像光学系统和摄像元件，且相对于输入部11离开预定距离地进行配置。另外，摄像系统402和摄像系统404也配置成离开预先确定的距离。

摄像光学系统是用于使入射的光束在摄像元件的受光面上成像的光学系统。摄像元件是这样的传感器：将经由摄像光学系统入射的光束转换成电信号，从而生成用于获得把持部100的位置姿势的图像。由摄像元件生成的图像被输入到主控制部21。

以下，对本实施方式的主-从机械手的动作进行说明。图3是示出本发明的第1实施方式的主-从机械手的动作的流程图。图3特别示出主控制部21的动作。

首先，进行主-从机械手的初始设定（步骤S1）。在该初始设定中，例如操作者1将把持部100的位置姿势设定为预先确定的初始的位置姿势。然后，操作者1使摄像传感器13的摄像系统402、404动作，取得包括标识450、452、454的把持部100的图像。也可以自动地进行把持部100的位置姿势的设定。

主控制部21从分别经由摄像系统402、404获得的图像中提取作为特征点的标识450、452、454。作为提取图像内的标识450、452、454的方法，能够使用例如公知的模式匹配法。

图像内的标识450、452、454提取后，主控制部21在取得的图像内设定三维坐标系（照相机坐标系）C，并对应于该照相机坐标系C计算用于表示初始设定时的把持部100的位置姿势的姿势矩阵P。例如，作为照相机坐标系C，设图像的水平方向为X轴，垂直方向为Y轴，进深方向为Z轴，将标识454的坐标设定为原点。此时，姿势矩阵P能够由3×3的矩阵来表示，该3×3的矩阵使用在照相机坐标系C内设定的表示X轴方向的单位向量、表示Y轴方向的单位向量、以及表示Z轴方向的单位向量，或者，姿势矩阵P能够由还包括位置向量的4×4的矩阵来表示。

在计算出姿势矩阵P后，主控制部21计算用于将照相机坐标系C的姿势矩阵P转换为在世界坐标系（例如，以地表为基准的坐标系）W中观察的姿势矩阵的转换矩阵Q。通过计算转换矩阵Q，初始设定完成。

在初始设定后，如果操作者1操作把持部100，则把持部100的位置姿势根据该操作而变化，对应于该位置姿势的变化，来自编码器200～210的输出信号发生变化。主控制部21利用由来自编码器200～210的输出信号表示的直线运动量、旋转量进行运动学计算，由此计算把持部100的位置姿势的指令值A（步骤S2）。

另外，主控制部21根据由摄像传感器13得到的图像计算把持部100的位置姿势的指令值B（步骤S3）。

图像内的把持部100的位置变化（位移量）能够根据在位置姿势变化前由摄像传感器13得到的把持部100的图像和在位置姿势变化后由摄像传感器13得到的把持部100的图像之间的原点位置的标识（例如标识454）的位置变化来计算。在此，Z方向的位置变化能够根据因摄像系统402和摄像系统404的视差而产生的、经摄像系统402得到的图像中的标识454的位置和经摄像系统404得到的图像中的标识454的位置之间的偏移量来计算。作为计算该偏移量的方法，使用例如图像相关法。

另外，图像内的把持部100的姿势变化（旋转量）能够根据在位置姿势变化前由摄像传感器13得到的把持部100的图像和在位置姿势变化后由摄像传感器13得到的把持部100的图像之间的、其余的标识相对于原点位置的标识（例如标识454）的位置变化来计算。

在上述例子中，使用了双眼摄像系统，但也可以使用单眼的摄像系统。在这种情况下，进深坐标能够根据在摄像传感器13中反映的标识的大小来取得，进而，如果利用未呈同一直线状排列的3个标识，则能够取得操作部的位置姿势。由于该技术是公知的，因此对于详细的情况不进行记载。

当计算出在照相机坐标系C中观察的把持部100的位置姿势的指令值后，主控制部21将表示由把持部100的位置的变化量示出的平行移动的矩阵和由把持部100的旋转量示出的旋转矩阵左乘姿势矩阵P，由此计算在位置姿势变化后的照相机坐标系C中观察的姿势矩阵P’。然后，主控制部21将转换矩阵Q乘以姿势矩阵P'，由此计算在世界坐标系中观察的把持部100的位置姿势的指令值B。

计算出位置姿势的指令值A、B后，主控制部21判断指令值A与指令值B的差的绝对值是否在预定值Th以下（步骤S4）。指令值A和指令值B都表示操作者1进行操作后的把持部100的位置姿势，本来大致一致。因此，通过判断指令值A与指令值B的差的绝对值是否在预定值Th以下，由此能够判断编码器200～210和摄像传感器13中的任意一项是否发生了故障。

在步骤S4的判定中，在指令值A与指令值B的差的绝对值在预定值Th以下的情况下，主控制部21将指令值A和指令值B中的任意一项（或两者的平均值）输出至机械手控制部22（步骤S5）。机械手控制部22在接受该指令值后，通过进行逆运动学计算来计算为了使从机械手30的末端部的位置姿势成为从主控制部21输入的位置姿势的指令值而需要的各关节的驱动量。然后，机械手控制部22根据算出的驱动量对从机械手30的各关节进行驱动控制。这样，主-从机械手的一系列动作结束。

另外，在步骤S4的判定中，在指令值A与指令值B的差的绝对值超过预定值Th的情况下，主控制部21进行错误处理（步骤S6）。错误处理可以认为是例如不将算出的指令值向机械手控制部22发送的处理、向操作者1警告编码器200～210和摄像传感器13中的任意一项发生了故障的处理、以及将主-从机械手的系统自身切断的处理等。在该错误处理的情况下，也使主-从机械手的一系列动作结束。

如以上说明的那样，根据本实施方式，由用于检测设于输入部11的关节的位移量及旋转量的作为第1传感器的编码器、和通过摄像获得图像的作为第2传感器的摄像传感器这样的分别检测不同物理量的两个系统的传感器，来算出把持部100的位置姿势的指令值。由此，使得例如故障的检测很容易。

另外，在图3中，在指令值A与指令值B之间存在预定值以上的差的情况下进行错误处理。此时，在通过错误处理后的检查判断出编码器的输出信号和摄像传感器中的哪一个发生了故障的情况下，然后，也能够使用未发生故障的一侧进行从机械手30的驱动控制。由此，抗故障性也较强。

如现有技术那样，作为传感器的双重化，存在为了取得相同的物理量而在同一关节上配置两种传感器（例如编码器和限位开关或编码器和电位计的组合）的情况，在这种情况下，存在因热量或淹没而同时导致2个传感器发生故障的可能性。如本实施方式这样，在根据由摄像传感器得到的图像来计算把持部100的位置姿势的指令值的情况下，无需在输入部11的关节上配置摄像传感器。由此，也能够避免编码器和摄像传感器同时发生故障这样的情况。

在此，在上述的例子中，在输入部11的把持部100上设有3个标识450、452、454，与输入部11分离地配置有摄像传感器13。与此相对，如图4所示，也可以在把持部100设有摄像传感器410，并与输入部11分离地配置标识460、462、464。进而，也可以省略标识。在这种情况下，例如将把持部100的轮廓部分作为图像上的特征点，来取得操作部的位置姿势。

另外，在上述的例子中，为了在图像内识别标识450、452、454，使标识间的距离不同，但也可以使例如标识的反射率、直径或颜色不同。作为标识的代替，在使摄像传感器识别LED这样的发光体的结构的情况下，也可以使发光体的发光模式（发光间隔）变化。相对于前述的反射标识等的被动标识，这样的标识作为主动标识，在其识别方法中已知多种技术。

[第2实施方式]

接下来，对本发明的第2实施方式进行说明。第2实施方式是根据陀螺传感器的输出来得到作为指令值B的把持部100的姿势的指令值的例子。

图5是示出用于检测本实施方式的主操作输入装置的输入部11的位置姿势的传感器的双重化的图。在图5中，对与图2相同的部分省略说明。在图5中，在这一点上不同：在把持部100上设置的标识的数量为1个，另外，在把持部100上设有陀螺传感器600。

陀螺传感器600是输出与绕世界坐标系W的XYZ轴的在把持部100上发生的角速度相对应的信号的3轴传感器。通过对该角速度信号进行积分，检测作为把持部100的姿势变化量的旋转量。

以下，对本实施方式的主-从机械手的动作进行说明。图6是示出本发明的第2实施方式的主-从机械手的动作的流程图。在图6中，对与图3相同的部分省略说明。

首先，与第1实施方式相同地进行主-从机械手的初始设定（步骤S11）。在此，在第2实施方式的初始设定中，无需求出姿势的转换矩阵，只要仅求出位置的转换矩阵即可。位置的转换矩阵是用于将表示相对于在照相机坐标系C内设定的XYZ轴的平行移动的矩阵转换为表示在世界坐标系（例如，以地表为基准的坐标系）W中观察的平行移动的矩阵的转换矩阵。

在初始设定后，如果操作者1操作把持部100，则把持部100的位置姿势根据该操作而变化，对应于该位置姿势的变化，来自编码器200～210的输出信号发生变化。主控制部21利用由来自编码器200～210的输出信号表示的直线运动量、旋转量进行运动学计算，由此计算把持部100的位置姿势的指令值A（步骤S12）。

另外，主控制部21根据由摄像传感器13得到的图像计算把持部100的位置，并根据陀螺传感器600的输出信号计算把持部100的姿势，将它们作为位置姿势的指令值B（步骤S13）。

根据图像计算把持部100的位置的方法能够采用与第1实施方式相同的方法。在第2实施方式中，由于没有根据图像计算把持部100的姿势，因此，只要至少有一个标识即可，但考虑到摄像传感器与标识间的遮蔽，也可以使用一个以上的标识。

步骤S14以后的处理与图3的步骤S4～S6的处理相同，因此省略说明。

如以上说明的那样，根据本实施方式，由用于检测设于输入部11的关节的位移量及旋转量的作为第1传感器的编码器、和作为第2传感器的、通过摄像来获得图像的摄像传感器以及检测把持部100的角速度的陀螺传感器这样的分别检测不同物理量的两个系统的传感器，来算出把持部100的位置姿势的指令值。由此，能够获得与第1实施方式相同的效果。

另外，不是根据图像来计算把持部100的姿势的指令值，而是根据陀螺传感器的输出来计算把持部100的指令值，由此能够进一步提高姿势的指令值的计算精度。

在此，在上述的例子中，在输入部11的把持部100上设有标识454，与输入部11分离地配置有摄像传感器13。与此相对，如图7所示，也可以在把持部100设有摄像传感器410，并与输入部11分离地配置标识460。进而，也可以省略标识。在这种情况下，例如将把持部100的轮廓部分作为图像上的特征点。

[第3实施方式]

接下来，对本发明的第3实施方式进行说明。第3实施方式是由加速度传感器得到作为指令值B的把持部100的位置的指令值且根据陀螺传感器的输出得到把持部100的姿势的指令值的例子。

图8是示出用于检测本实施方式的主操作输入装置的输入部11的位置姿势的传感器的双重化的图。在图8中，对与图5相同的部分省略说明。在图8中，在这一点上不同：在把持部100设有陀螺传感器600和加速度传感器650。

加速度传感器650是输出与加速度对应的信号的3轴传感器，所述加速度是分别与世界坐标系W的XYZ轴平行的方向的加速度。通过对该加速度信号进行二次积分，检测作为把持部100的位置变化量的位移量。

以下，对本实施方式的主-从机械手的动作进行说明。图9是示出本发明的第3实施方式的主-从机械手的动作的流程图。在图9中，对与图6相同的部分省略说明。

如果操作者1操作把持部100，则把持部100的位置姿势根据该操作而变化，对应于该位置姿势的变化，来自编码器200～-210的输出信号发生变化。主控制部21利用由来自编码器200～210的输出信号表示的直线运动量、旋转量进行运动学计算，由此计算把持部100的位置姿势的指令值A（步骤S21）。

另外，主控制部21根据陀螺传感器600的输出信号计算把持部100的姿势的指令值，并根据加速度传感器650的输出信号计算把持部100的位置的指令值。然后，主控制部21将经加速度传感器650得到的把持部100的位置的指令值和经陀螺传感器600得到的把持部100的姿势的指令值作为指令值B（步骤S22）。

步骤S23以后的处理与图3的步骤S4～S6的处理相同，因此省略说明。

如以上说明的那样，根据本实施方式，由用于检测设于输入部11的关节的位移量及旋转量的作为第1传感器的编码器、和作为第2传感器的检测把持部100的加速度的加速度传感器以及检测把持部100的角速度的陀螺传感器这样的分别检测不同物理量的两个系统的传感器，来算出把持部100的位置姿势的指令值。由此，能够获得与第1及第2实施方式相同的效果。

并且，在计算位置时，必须从加速度传感器的输出值中除去重力加速度的影响，但对于该计算方法，根据例如日本特开2010-273765号公报等已经知道。为了区别重力加速度和由于操作部的变位而产生的加速度，可以如公知技术那样使用陀螺传感器的输出来进行校正。

[第4实施方式]

接下来，对本发明的第4实施方式进行说明。第3实施方式是根据超声波传感器的输出来得到作为指令值B的把持部100的位置姿势的例子。

图10是示出用于检测本实施方式的主操作输入装置的输入部11的位置姿势的传感器的双重化的图。在图10中，对与图8相同的部分省略说明。在图10中，在这一点上不同：在把持部100设有超声波传感器700，离开输入部11设有3个超声波发生器750、752、754。

超声波传感器700检测从超声波发生器750、752、754发出的超声波信号。超声波发生器750、752、754分别产生频率不同的超声波。通过检测至从超声波发生器750、752、754发出的超声波信号被超声波传感器700接收到为止的时间，能够分别计算超声波传感器700与超声波发生器750之间的距离、超声波传感器700与超声波发生器752之间的距离、以及超声波传感器700与超声波发生器754之间的距离。能够根据这些距离计算把持部100的三维的位置姿势。

以下，对本实施方式的主-从机械手的动作进行说明。图11是示出本发明的第4实施方式的主-从机械手的动作的流程图。在图11中，对与图9相同的部分省略说明。

如果操作者1操作把持部100，则把持部100的位置姿势根据该操作而变化，对应于该位置姿势的变化，来自编码器200～-210的输出信号发生变化。主控制部21利用由来自编码器200～210的输出信号表示的直线运动量、旋转量进行运动学计算，由此计算把持部100的位置姿势的指令值A（步骤S31）。

另外，主控制部21根据超声波传感器700的输出信号计算把持部100的位置姿势的指令值B（步骤S32）。

步骤S33以后的处理与图3的步骤S4～S6的处理相同，因此省略说明。

如以上说明的那样，根据本实施方式，由用于检测设于输入部11的关节的位移量及旋转量的作为第1传感器的编码器、和用于检测把持部100的位移量及旋转量的作为第2传感器的超声波传感器这样的分别检测不同物理量的两个系统的传感器，来计算把持部100的位置姿势的指令值。由此，能够获得与第1～第3实施方式相同的效果。

在此，在第4实施方式中，使用超声波传感器来检测把持部100的位置姿势，但也可以使用例如磁传感器来检测把持部100的位置姿势。

基于以上实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式，能够在本发明的宗旨的范围内进行各种变形和应用。例如，也可以将在第1～第4实施方式中说明的传感器组合起来，通过3个系统以上的传感器来检测把持部100的位置姿势。

另外，在上述的实施方式中包括各个阶段的发明，通过公开的多个结构要件的适当组合能够得出各种发明。例如，即使从实施方式所示的全部结构要件中去除几个结构要件，也能够解决上述那样的课题，在能够获得上述那样的效果的情况下，去除了该结构要件的结构也可以作为发明提取。

Claims

1.一种主操作输入装置，其用于操作具有与多个自由度对应的关节的从机械手，其特征在于，

所述主操作输入装置具备：

操作部，其通过操作者的操作使位置及姿势变化自如，并用于根据该位置及姿势的变化来提供所述从机械手的位置及姿势的指令值；和

两个系统以上的检测部，它们为了检测所述操作部的位置及姿势而分别检测所述操作部的不同的物理量。

2.根据权利要求1所述的主操作输入装置，其特征在于，

所述操作部安装于与多个自由度对应的关节上，

所述检测部具有：

多个第1传感器，它们分别检测多个所述关节的旋转量或位移量作为所述物理量；和

第2传感器，其检测与多个所述关节的旋转量或位移量不同的物理量。

3.根据权利要求2所述的主操作输入装置，其特征在于，

所述第1传感器分别配置于所述多个关节，

所述第2传感器配置在远离所述多个关节的位置。

4.根据权利要求2或3所述的主操作输入装置，其特征在于，

所述第2传感器包括为了检测所述操作部的位置及姿势而取得所述操作部的图像的摄像传感器。

5.根据权利要求2或3所述的主操作输入装置，其特征在于，

所述第2传感器包括：

摄像传感器，其为了检测所述操作部的位置而取得所述操作部的图像；和

角速度传感器，其将在所述操作部发生的角速度作为所述操作部的姿势进行检测。

6.根据权利要求2或3所述的主操作输入装置，其特征在于，

所述第2传感器包括：

加速度传感器，其为了检测所述操作部的位置及姿势而取得所述操作部的加速度；和

角速度传感器，其取得所述操作部的角速度。

7.根据权利要求2或3所述的主操作输入装置，其特征在于，

所述第2传感器是检测所述操作部的位置及姿势的超声波传感器或磁传感器。

8.一种主-从机械手，其特征在于，

所述主-从机械手具有：

权利要求1至7中的任意一项所述的主操作输入装置；

第1控制部，其根据分别由所述两个系统以上的检测部检测出的物理量来计算多个的所述操作部的位置及姿势；以及

第2控制部，其根据由所述第1控制部计算出的所述操作部的位置及姿势来计算所述从机械手的位置及姿势的指令值，并根据该计算出的从机械手的位置及姿势的指令值对所述从机械手进行驱动控制。

9.根据权利要求8所述的主-从机械手，其特征在于，

所述第1控制部判断根据分别由所述两个系统以上的检测部检测出的物理量计算出的多个的所述操作部的位置及姿势的差是否在预定的范围内，在所述预定的范围内的情况下，计算所述从机械手的位置及姿势的指令值，不在所述预定的范围内的情况下，进行错误处理。