CN108883541A - 控制装置和控制方法 - Google Patents

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CN108883541A CN201780018930.1A CN201780018930A CN108883541A CN 108883541 A CN108883541 A CN 108883541A CN 201780018930 A CN201780018930 A CN 201780018930A CN 108883541 A CN108883541 A CN 108883541A
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Abstract

问题：提供能够获取信息以更适当地控制机器人的操作的技术。解决方案：提供一种设置有用于基于外力推断外力的意图的控制单元的控制设备。

Description

控制装置和控制方法
技术领域
本公开涉及一种控制装置和控制方法。
背景技术
近来，已公开基于监测机器人的结果使机器人安全移动的技术。例如，已公开估计外部环境施加在机器人上的外力，并且在估计的外力满足预定条件的情况下使机器人停止的技术(例如，参见专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2015-208834号公报
发明内容
技术问题
然而，获得用于更适当地控制机器人移动的信息是重要的。因此，本公开提供能够获得用于更适当地控制机器人移动的信息的技术。
问题的解决方案
根据本公开，提供了一种控制装置，包括：控制部，基于外力推断外力的意图。
另外，根据本公开，提供了一种控制方法，包括：通过处理器基于外力推断外力的意图。
发明的有益效果
根据如上所述的本公开，能够获得用于更适当地控制机器人移动的信息。应注意，上述效果不一定是限定性的。利用或代替上述效果，可以实现本说明书中描述的任何一种效果或者可以从本说明书中理解的其他效果。
附图说明
[图1]是示出了根据本实施方式的内窥镜手术系统的示例性构造的示图。
[图2]是示出了根据本实施方式的支撑系统的功能构造的实例的框图。
[图3]是用于说明控制部的功能的概述的示图。
[图4]是用于说明并非意图用于手术的外力的实例的示图。
[图5]是用于说明并非意图用于手术的外力的实例的示图。
[图6]是用于说明意图用于手术的外力的实例的示图。
[图7]是示出控制部的总体操作的实例的流程图。
[图8]是示出了从臂部停止的状态至臂部移动的状态的操作的详细实例的流程图。
[图9]是示出了外力的大小的变化是逐渐的情况下的实例的示图。
[图10]是示出了外力的大小的变化是非逐渐的情况下的实例的示图。
[图11]是示出了外力的方向的变化是逐渐的情况下的实例的示图。
[图12]是示出了外力的方向的变化是非逐渐的情况下的实例的示图。
[图13]是示出了从臂部移动的状态至臂部停止的状态的操作的详细实例的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图对本公开的优选实施方式进行详细描述。注意，在本说明书和附图中，具有基本上相同的功能和结构的结构元件用相同的附图标记表示，并且省略这些结构元件的重复说明。
在下文中，按照以下顺序进行说明。
1、内窥镜手术系统的构造
2、支撑系统的构造
3、补充
应注意，以下通过将本技术应用于内窥镜手术系统的情况作为一个实例描述本公开的优选实施方式。然而，本技术不限于这样一个实例，并且还适用于利用由支撑臂装置支撑的手术仪器(观察仪器和/或治疗工具)执行的医疗过程(诸如各种类型的试验和手术)。另外，在以下描述中，“用户”假设为意指使用内窥镜手术系统的至少一个医务人员(诸如，进行手术的外科医生、操作内窥镜的技术人员及助手)。仅在必须详细区分用户时将用户描述为外科医生、内窥镜操作员等。
(1、内窥镜手术系统的构造)
将参考图1描述内窥镜手术系统的构造，根据本实施方式的支撑系统可应用于该内窥镜手术系统。图1是示出了根据本实施方式的内窥镜手术系统的示例性构造的示图。
图1示出外科医生(医生)3501正在使用内窥镜手术系统3000为躺在病床3503上的病人3505进行手术的情况。如图中示出的，内窥镜手术系统3000包括内窥镜3100、其他手术仪器3200、支撑内窥镜3100的支撑臂装置3300及其上提供有用于内窥镜手术的各种装置的手推车3400。通过将根据本实施方式的支撑系统应用于内窥镜手术系统3000，可以实现更安全的手术。
在内窥镜手术中，不是通过切割腹壁打开腹部，而是使用称为套管针3207a至3207d的管状开孔工具来在多个位置刺破腹壁。随后，内窥镜3100的镜头筒3101及其他手术仪器3200从套管针3207a至3207d插入病人3505的体腔中。在所示出的实例中，气腹管3201、能量治疗工具3203及钳子3205作为其他手术仪器3200插入病人3505的体腔中。能量治疗工具3203是利用高频电流或者超声波振动切开并且烧蚀组织，或者密封血管等的治疗工具。然而，图中示出的手术仪器3200仅是示例性的，并且通常用于内窥镜手术的各种类型的手术仪器的任一种，诸如镊子和牵引器例如还可以用作手术仪器3200。
在稍后描述的显示装置3403上显示由内窥镜3100拍摄的病人3505的体腔内的动手术点的图像。外科医生3501，例如，在实时观看显示装置3403上显示的动手术点的图像的同时使用能量治疗工具3203和钳子3205进行治疗，诸如切除受影响区。
应当注意，虽然从图中省去，但是气腹管3201、能量治疗工具3203及钳子3205在手术期间由诸如外科医生3501或者助手支撑。可替代地，虽然在图中示出的实例中仅设置一个支撑内窥镜3100的支撑臂装置3300，但是还可以设置多个支撑臂装置3300，并且气腹管3201、能量治疗工具3203及钳子3205可由多个支撑臂装置3300中的每一个支撑。
(支撑臂装置)
支撑臂装置3300设置有从基座部3301延伸的臂部3303。在所示出的实例中，臂部3303通过臂控制装置3407的控制驱动。内窥镜3100由臂部3303支撑，由此内窥镜的位置和姿态受控制。利用该布置，可以实现内窥镜3100在稳定位置的锁定。
(内窥镜)
内窥镜3100包括具有距插入病人3505的体腔中的前端一定长度的区域的镜头筒3101，及连接至镜头筒3101的底端的摄像头3103。内窥镜3100是具有刚性镜头筒3101的所谓的刚性镜。然而，本实施方式不限于这样一个实例，并且内窥镜3100还可以被配置为具有柔性镜头筒3101的所谓的柔性镜。
在镜头筒3101的前端上，提供有开口，物镜安装在该开口中。内窥镜3100配置为前视镜，其中物镜被布置为使得镜头筒3101的延伸方向与光轴大致对准。稍后描述的光源装置3405连接至内窥镜3100。光源装置3405生成的光被在镜头筒3101内延伸的光导管引导直至镜头筒的前端，并且通过物镜朝向病人3505体腔内的观察对象辐射。应注意，本实施方式不限于这样一个实例，并且内窥镜3100还可以是偏视镜或者侧视镜。
摄像头3103内部设置有光学系统和图像传感器，并且来自观察对象的反射光(观察光)通过该光学系统汇聚在图像传感器上。图像传感器对观察光进行光电转换，并且生成与观察光对应的电信号，或者换言之生成与观察图像对应的图像信号。图像信号作为RAW数据传输至稍后描述的摄像机控制单元(CCU)3401。应注意，摄像头3103可以设置有通过适当地驱动光学系统调整放大率和焦距的功能。
应注意，在本实施方式中，为了支持立体视觉(3D显示)等，在摄像头3103中设置有多个图像传感器。换言之，内窥镜3100可以配置为立体摄像机。在该情况下，在镜头筒3101内设置了多个中继光学子系统以将观察光引导至多个图像传感器的每一个。然而，本实施方式不限于这样一个实例，并且内窥镜3100还可以配置为使摄像头3103包括单个图像传感器。
(设置在手推车上的各种装置)
CCU 3401包括诸如中央处理单元(CPU)或者图形数据处理单元(GPU)的处理器，并且集中控制内窥镜3100和显示装置3403的操作。具体地，例如，CCU 3401使从摄像头3103接收的图像信号经受各种类型的图像处理以用于基于图像信号显示图像，诸如显色过程(去马赛克过程)。CCU 3401将已经受这种图像处理的图像信号提供至显示装置3403。另外，CCU3401将控制信号传输至摄像头3103以控制其驱动。控制信号可包括与成像条件相关的信息，诸如放大率和焦距。
显示装置3403在CCU 3401的控制下基于经受CCU 3401的图像处理的图像信号显示图像。在内窥镜3100支持诸如4K或者8K的高分辨率的成像和/或支持3D显示的情况下，例如，可以使用彼此兼容并且能够高分辨率显示和/或能够3D显示的装置作为显示装置3403。另外，例如，显示装置3403根据来自稍后描述的控制装置3408的指令以诸如文本的格式显示关于内窥镜操作员操作内窥镜3100的警告。
光源装置3405，例如，包括诸如发光二极管(LED)的光源并且在对动手术点进行成像时向内窥镜3100提供照射光。
臂控制装置3407例如包括诸如CPU的处理器，并且通过根据预定程序操作来根据预定的控制方式控制支撑臂装置3300的臂部3303的驱动。应注意，因为各种已知类型的方法的任一种可以应用为臂控制装置3407控制臂部3303的驱动的特定方法，所以在此省去其详细说明。
控制装置3408例如包括诸如CPU的处理器，并且与CCU 3401和臂控制装置3407协作执行各种类型的控制用于支持内窥镜操作员在手术中使用内窥镜手术系统3000的操作，目的为确保安全性。将在下文的(2、支撑系统的构造)中进一步描述关于控制装置3408的功能的细节。
输入装置3409是关于内窥镜手术系统3000的输入接口。用户通过该输入装置3409能够将各种信息和指令输入到内窥镜手术系统3000中。例如，用户通过该输入装置3409输入与手术相关的各种信息，诸如关于病人的身体信息和关于手术流程的信息。作为另一个实例，用户通过该输入装置3409输入驱动臂部3303的指令、通过内窥镜3100改变成像的成像条件(诸如，照射光的类型、放大率、及焦距)的指令等。另外，用户通过该输入装置3409能够输入支撑系统中处理的各种类型的信息(诸如，稍后描述的移动限制信息)。
输入装置3409的类型不受限制，并且输入装置3409可以是各种已知类型的输入装置的任一种。例如，鼠标、键盘、触摸板、开关、脚踏开关3419和/或控制杆等可以应用为输入装置3409。在触控板用作输入装置3409的情况下，触控板可以设置在显示装置3403的显示屏幕上。
可替代地，输入装置3409可以是例如用户佩戴的设备，诸如眼镜式可佩带设备或者头戴式显示器(HMD)，并且可以根据这些设备检测的用户手势或者目光移动、头部跟踪等执行各种类型的输入。可替代地，输入装置3409可以是能够检测用户移动的照相机。根据从照相机成像的图片检测到的用户手势或者目光可以执行各种类型的输入。可替代地，输入装置3409可以是能够采集用户语音的麦克风。通过麦克风讲话可以执行各种类型的输入。以这种方法，通过将输入装置3409配置为能够以非接触方式接受各种类型信息的输入，尤其是清洁区的用户(例如，外科医生3501)变得能够以非接触方式操作属于不洁区的设备。另外，因为用户能够无需使其手离开该用户握持的工具就能够操作设备，提高了用户便利性。
治疗工具控制装置3411控制能量治疗工具3203的驱动来烧灼或者切开组织、密封血管等。气腹装置3413通过气腹管3201将气体递送到体腔以使病人3505的体腔充气，以保证内窥镜3100的视野并且保证外科医生3501的工作空间。记录器3415是一种能够记录关于手术的各种类型的信息的装置。打印机3417是一种能够以各种格式，诸如文本、图像或者曲线图将关于手术的各种类型的信息打印出来的装置。
以上描述了内窥镜手术系统3000的构造。
(2、支撑系统的构造)
将参考图2描述根据本实施方式的支撑系统的构造，根据本实施方式的支撑系统应用于如上所述的内窥镜手术系统3000。图2是示出了根据本实施方式的支撑系统的功能构造的实例的框图。应注意，根据本实施方式的支撑系统在试验和手术期间通过支撑臂装置支持操作由支撑臂装置支撑的手术仪器的用户。通过将当镜检人员通过直接操作移动支撑臂装置的臂部的同时操作内窥镜时，支撑系统支持镜检人员的操作作为示例描述本实施方式。然而，本实施方式不限于这样一个实例，并且在另一用户操作支撑臂装置支撑的另一手术仪器的情况下，支撑系统还可以支持其他用户操作其他手术仪器。
参考图2，根据本实施方式的支撑系统1设置有控制部110、臂控制部130及检测部150作为其功能。
检测部150设置有力传感器151、扭矩传感器152、加速度传感器153、编码器154、速度传感器155及人员在场检测部156。力传感器151检测施加在支撑臂装置3300的每个关节部上的力。另外，力矩传感器152检测施加在支撑臂装置3300的每个关节部上的扭矩。加速度传感器153检测引入支撑臂装置3300的每个连杆的加速度。编码器154检测支撑臂装置3300的每个关节部的旋转角度。速度传感器155检测引入支撑臂装置3300的每个连杆的速度。
应注意，本说明书主要描述臂部3303包括多个连杆或者多个关节部，并且分立传感器设置在多个连杆或者多个关节部中的每一个中的实例。然而，对于臂部3303包括多个连杆或者多个关节部，以及对于传感器设置在多个连杆或者多个关节部的至少前端中是足够的。
人员在场检测部156检测存在于周围区域的人员。例如，人员在场检测部156中包括的传感器的具体类型不受特定限制。例如，人员在场检测部156可包括温度传感器、红外传感器或者测量在被人触摸时的电流或者电阻流的变化的测量仪器。可替代地，人员在场检测部156可包括可见光照相机或者高频传感器。
图1中示出的臂控制装置3407可以实现臂控制部130的功能。臂控制部130响应于指示从支撑臂装置3300设置的每个关节部状态的信息，及内窥镜操作员输入的操作通过控制支撑臂装置3300中的臂部3303的驱动来控制内窥镜3100的位置、姿态及移动。此时，在本实施方式中，臂控制部130根据控制部110的控制驱动臂部3303。
图1中示出的控制装置3408可以实现控制部110的功能。将参考图3描述控制部110的功能的概述。图3是用于说明本公开的控制部110的功能的概述的示图。如在图3中示出的，当外科医生3501、助手3506等在臂部3303上进行操作时，进行臂部3303的手术移动C11。此时，控制部110根据检测部150的检测结果确定臂部3303中出现的外力意图用于手术，并使臂部3303移动。
另一方面，如在图3中示出的，如果施加异常移动C22或者臂部3303接触障碍物C21，控制部110根据检测部150的检测结果确定臂部3303中出现的外力并非意图用于手术，并且锁定(停止)臂部3303。以这种方法，控制部110基于检测部150的检测结果推断外力的意图，或者换句话说，臂部3303上的外力(在下文中也简称为“外力”)。根据这种构造，可以更适当地获得控制臂部3303移动的信息。
此外，控制部110基于推断的意图控制是使臂部3303移动还是停止。随后，臂控制部130根据控制部110的控制驱动臂部3303。利用该布置，更适当地控制臂部3303的移动。在此，外力类型不受特别限制。例如，外力可包括力、扭矩、加速度及速度中至少一种。
应注意，力优选由力传感器151检测。另外，扭矩优选由扭矩传感器152检测。加速度可以由加速度传感器检测，或者可以根据编码器检测结果计算(支撑臂装置3300的每个关节部的旋转角度)。另外，速度可以由速度传感器检测，或者可以根据编码器检测结果计算(支撑臂装置3300的每个关节部的旋转角度)。
以上描述了控制部110的功能的概述。接下来，将参考图4至6描述不意图用于手术的外力的实例。图4至6是用于说明并非意图用于手术的外力的实例的示图。首先，将参考图4简要地描述臂部3303的构造。如图4所示，臂部3303包括关节部3305a至3305f及连杆3307a至3307e。应注意，虽然本说明书描述了臂部3303包括五个连杆和六个关节部的实例，但是连杆和关节部的数量不受特别限制。
关节部3305a至3305f利用致动器设置，并且关节部3305a至3305f被配置为根据致动器的驱动绕某个旋转轴可旋转。通过利用臂控制装置3407控制致动器的驱动，关节部3305a至3305f中的每一个的旋转角度得到控制，并且臂部3303的驱动得到控制。利用该布置，内窥镜3100的位置和姿态得到控制。
具体地，设置在关节部3305a至3305f中的致动器设置有用于检测每个关节部的状态的各种类型的传感器，诸如检测每个关节部的旋转角度的编码器，及检测施加在每个关节部上的扭矩的扭矩传感器。这些传感器的检测值传输到控制部110。控制部110包括内部模型，在该内部模型中，臂部3303的几何状态和机械状态由支撑臂装置3300的内坐标表示，并且基于内部模型和来自传感器的检测值，控制部110能够掌握关节部3305a至3305f的当前状态，即，臂部3303的当前状态(诸如，位置、姿态及速度)。臂控制装置3407基于臂部3303掌握的状态计算每个关节部的与关于来自用户的臂部3303的移动的操作输入对应的驱动控制量(例如，旋转角度和驱动扭矩)，并且根据驱动控制量驱动每个关节部。
在本实施方式中，臂控制装置3407通过力控制来控制臂部3303的驱动。在施加力控制的情况下，臂控制装置3407，响应于操作内窥镜3100的医生(内窥镜操作员)执行的直接触摸臂部3303或者内窥镜3100的操作(在下文中也表示直接操作)，能够执行所谓的力辅助控制，其中，关节部3305a至3305c的每个的致动器被驱动使得臂部3303跟随来自直接操作的外力平稳地移动。利用该布置，当内窥镜操作员在直接触摸臂部3303的同时移动臂部3303时，臂部3303可利用相当轻的力移动。因此，利用简单的操作可以更直观地移动内窥镜3100，并且可以提高内窥镜操作员的便利性。
图4示出在臂部3303当中接近基座部3301的位置(例如，在从连杆3307c至3307e的范围中)处出现大于预定力的力的实例。在这种情况下，控制部110优选确定该力并非意图用于手术，并且使臂部3303停止。应注意，接近基座部3301的位置不受特别限制，并且当内窥镜操作员操作臂部3303时具有被直接触摸的低概率的位置是足够的。另外，预定力的大小也不受特别限制。
图5示出在臂部3303中，前端的连杆3307a由于内窥镜操作员的操作沿V1方向移动，但是另一方面，臂部3303与障碍物C21碰撞的状态。在这种情况下，控制部110确定出现异常状态，并且可使臂部3303停止，或者控制臂部3303使得臂部3303不与障碍物C21接触。
图6示出在臂部3303中，由于内窥镜操作员的操作，突然向前端的连杆3307a施加力F2的状态。在这种情况下，控制部110优选使臂部3303停止以免使病人遭到危险。
接下来，将描述控制部110的功能的细节。图7是示出控制部110的总体操作的实例的流程图。应注意，在下面流程图中的条件语句中，不是力用于条件判断，而是加速度可用于条件判断，或者力和加速度均可用于条件判断。如在图7中示出的，当操作开始时(S110)，控制部110采取臂部3303停止的状态(S120)。接下来，通过力传感器151或者扭矩传感器152测量感测值(S121)。
接下来，在外力出现在臂部3303的预定部分中的条件，外力的大小(F)和阈值(α和β)之间的关系满足预定关系(α<F<β)的条件，以及外力的大小和方向的变化是逐渐的条件的一些或者全部都不成立的情况下(S122中的“否”)，控制部110锁定臂部3303(S142)，并使操作进行至S120。另一方面，在所有这些条件都满足的情况下，控制部110移动臂部3303(S142)，并使操作进行至S130。
应注意，臂部3303的预定部分不受特别限制，并且当内窥镜操作员操作臂部3303时，被以高概率直接触摸的位置是足够的。当达到臂部3303移动的状态时(S130)，力传感器151或者扭矩传感器152测量感测值，并且编码器154或者速度传感器155测量感测值(S131)。另外，在外力的大小(F)是α或者更小的情况下，可以设想已向臂部3303施加非故意的小的力(噪声)。另外，在外力的大小(F)是β或者更大的情况下，可以设想已向臂部3303施加非故意的强的力(诸如，医疗团队中的某人与臂部3303的碰撞)。
接下来，在臂部3303的预定部分中出现外力的条件，外力的大小(F)与阈值(α和β)之间的关系满足预定关系(α<F<β)的条件，以及速度(S)与阈值(θ和γ)之间的关系满足预定关系(θ<S<γ)的条件中的一些或者全部都不成立的情况下(S132中的“否”)，控制部110锁定臂部3303(S142)，并使操作进行至S120。另一方面，在所有这些条件都满足的情况下，控制部110移动臂部3303(S142)，并使操作进行至S130。
应注意，在速度(S)是θ或更小的情况下，假设臂部3303的速度过低(例如，假设在镜检人员松开臂部3303时，臂部3303速度低，但是臂部3303应当停止的情况)。另外，在速度(S)是γ或更大的情况下，假设臂部3303的速度过高(例如，假设医疗团队中的某人意外地推动臂部3303的情况)。
图8是示出了从臂部3303停止的状态S120至臂部3303移动的状态S130的操作的详细实例的流程图。如在图8中示出的，当臂部3303处于停止状态时(S120)，臂部3303上出现外力(S151)。此时，在附近没有人员的情况下(S152中的“否”)，控制部110锁定臂部3303(S142)，并使操作进行至S120。应注意，可以基于人员在场检测部156的感测值确定附近是否有人员。
另一方面，在附近有人员的情况下(S152中的“是”)，控制部110基于“多个轴(关节部3305a至3305f)的扭矩传感器152的感测值或者多个轴(关节部3305a至3305f)的力传感器151的感测值”或者“扭矩传感器152的感测值或者力传感器151的感测值和编码器154的值”指定接收外力的位置(S153)。
应注意，可以以任何方式指定接收外力的位置。例如，控制部110可基于多个轴(关节部3305a至3305f)的扭矩传感器152的感测值或者多个轴(关节部3305a至3305f)的力传感器151的感测值的比较指定接收外力的位置。可替代地，控制部110可通过使用如上所述的内部模型的估计以甚至更高的准确度指定接收外力的位置。
接下来，在臂部3303的预定部分中没有出现外力的情况下(S122a中的“否”)，控制部110锁定臂部3303(S142)，并使操作进行至S120。另一方面，在臂部3303的预定部分中出现外力的情况下(S122a中的“是”)，控制部110基于多个轴(关节部3305a至3305f)的扭矩传感器152的感测值或者多个轴(关节部3305a至3305f)的力传感器151的感测值和轴结构检测在指定位置接收的外力的大小(S154)。
接下来，在外力的大小(F)与阈值(α和β)之间的关系不满足预定关系(α<F<β)的情况下(S122b中的“否”)，控制部110锁定臂部3303(S142)，并使操作进行至S120。另一方面，在外力的大小(F)与阈值(α和β)之间的关系满足预定关系(α<F<β)的情况下(S122b中的“是”)，控制部110使操作进行至S122c。
接下来，在外力的大小和外力的方向中至少一个的变化不是逐渐的情况下(S122c中的“否”)，控制部110锁定臂部3303(S142)，并使操作进行至S120。另一方面，在外力的大小和外力的方向的变化都是逐渐的情况下(S122c中的“是”)，控制部110使操作进行至S155。
将描述外力的大小变化的逐渐情况和非逐渐情况。图9是示出了外力的大小的变化是逐渐的情况下的实例的示图。如在图9中示出的，在外力的大小变化是逐渐的情况下，外力的大小随着时间平缓地变化。因此，在通过在时间上区分外力的大小获得的值的绝对值降到预定值以下的情况下，控制部110可确定外力的大小的变化是逐渐的。
图10是示出了外力的大小的变化是非逐渐的情况下的实例的示图。如在图10中示出的，在外力的大小的变化是非逐渐的情况下，外力的大小随着时间突然变化。因此，在通过在时间上区分外力的大小获得的值的绝对值上升到预定值以上的情况下，控制部110可确定外力的大小的变化是非逐渐的。
图11是示出了外力的方向的变化是逐渐的情况下的实例的示图。如在图11中示出的，在外力的方向变化是逐渐的情况下，外力的方向随着时间平缓地变化。因此，在通过在时间上区分指出外力的方向的矢量的组成部分获得的每个值的绝对值降到预定值以下的情况下，控制部110可确定外力的方向的变化是逐渐的。
图12是示出了外力的方向的变化是非逐渐的情况下的实例的示图。如在图12中示出的，在外力的方向变化是非逐渐的情况下，外力的方向随着时间突然变化。因此，在通过在时间上区分指出外力的方向的矢量的组成部分获得的任一值的绝对值上升到预定值以上的情况下，控制部110可确定外力的方向的变化是非逐渐的。
描述将回到图8并且继续下去。通过预先输入外力和指出是否锁定臂部3303的数据的多个组合，通过机器学习，允许控制部110输出与输入的外力对应的指出是否锁定臂部3303的数据。因此，在外力与通过机器学习获悉的数据不对应的情况下(S155中的“否”)，控制部110锁定臂部3303(S142)，并使操作进行至S120。另一方面，在外力对应于通过机器学习获悉的数据的情况下(S155中的“是”)，控制部110移动臂部3303(S141)并且使臂部3303进入移动状态(S130)。
图13是示出了从臂部3303移动的状态S130至臂部3303停止的状态S120的操作的详细实例的流程图。如在图13中示出的，当臂部3303处于移动状态时(S130)，检测部150进行传感器测量(S161)。此时，在附近没有人员的情况下(S152中的“否”)，控制部110使臂部3303停止(S164)，并且臂部3303进入停止状态(S120)。
另一方面，在附近有人员的情况下(S152中的“是”)，控制部110基于“多个轴(关节部3305a至3305f)的扭矩传感器152的感测值或者多个轴(关节部3305a至3305f)的力传感器151的感测值”或者“扭矩传感器152的感测值或者力传感器151的感测值和编码器154的值”指定接收外力的位置(S153)。
接下来，在臂部3303的预定部分中没有出现外力的情况下(S122a中的“否”)，控制部110使臂部3303停止(S164)，并且臂部3303进入停止状态(S120)。另一方面，在臂部3303的预定部分中出现外力的情况下(S122a中的“是”)，控制部110基于多个轴(关节部3305a至3305f)的扭矩传感器152的感测值或者多个轴(关节部3305a至3305f)的力传感器151的感测值和轴结构检测在指定位置处接收的外力的大小(S154)。
接下来，在外力的大小(F)与阈值(α和β)之间的关系不满足预定关系(α<F<β)的情况下(S122b中的“否”)，控制部110使臂部3303停止(S142)，并且臂部3303进入停止状态(S120)。另一方面，在外力的大小(F)与阈值(α和β)之间的关系满足预定关系(α<F<β)的情况下(S122b中的“是”)，控制部110使操作进行至S122c。
接下来，在外力的大小和外力的方向中至少一个的变化不是逐渐的情况下(S122c中的“否”)，控制部110使臂部3303停止(S164)，并且臂部3303进入停止状态(S120)。另一方面，在外力的大小和外力的方向的变化都是逐渐的情况下(S122c中的“是”)，控制部110使操作进行至S162。
接下来，控制部110检测指定位置的速度(S162)，并且在速度(S)与阈值(θ和γ)之间的关系不满足预定关系(θ<S<γ)的情况下(S163中的“否”)，控制部110使臂部3303停止(S164)，并且臂部3303进入停止状态(S120)。另一方面，在速度(S)与阈值(θ和γ)之间的关系满足预定关系(θ<S<γ)的情况下(S163中的“是”)，控制部110使操作进行至S155。
接下来，在外力与通过机器学习获悉的数据不对应的情况下(S155中的“否”)，控制部110使臂部3303停止(S164)，并且臂部3303进入停止状态(S120)。另一方面，在外力对应于通过机器学习获悉的数据的情况下(S155中的“是”)，控制部110移动臂部3303(S141)并且使臂部3303进入移动状态(S130)。
以上描述了根据本实施方式的支撑系统1的构造。
(3、补充)
上面参考附图描述了本公开的优选实施方式，而本公开不限于上述实例。本领域技术人员可以在所附权利要求的范围内找到各种变更和修改，并且应该理解，这些变更和修改将自然地落入本公开的技术范围内。
例如，虽然前述实施方式描述了操作对象是医疗机器人(特别地，手术机器人的臂部)，但是操作对象不限于这样一个实例。例如，操作对象还可以是工业机器人、人型机器人等。另外，前述实施方式示出根据推断的意图控制是移动还是锁定臂部的实例，但是还可以执行其他控制。例如，在意图与用户在操作对象上的操作的意图一致的情况下，可以控制与用户的预定交互。
另外，前述实施方式示出了根据推断的意图控制是移动还是锁定臂部的实例，但是控制部110在该意图与用户对操作对象的操作的意图不一致的情况下还可以控制预定警报的输出。警报输出可以通过被显示或者通过作为声音输出实现。
另外，前述实施方式引用力传感器151、扭矩传感器152、加速度传感器153、编码器154及速度传感器155作为传感器的实例，但是传感器的实例不局限于这些实例。例如，在触觉传感器设置在支撑臂装置3300中的情况下，可以基于触觉传感器的检测结果推断用户意图。可替代地，在压力传感器设置在支撑臂装置3300中的情况下，可以基于压力传感器的检测结果推断用户意图。另外，在用户佩带包括传感器的可佩带设备等的情况下，可以基于传感器检测的结果推断用户意图。
此外，在本说明书中描述的效果仅仅是说明性或示例性的效果，而不是限制性的。即，利用或代替上述效果，根据本公开的技术可以从本说明书的描述中实现本领域技术人员清楚的其他效果。
此外，本技术还可被如下配置。
(1)
一种控制装置，包括：
控制部，基于外力推断外力的意图。
(2)
根据(1)所述的控制装置，其中
控制部基于预定操作对象上的外力推断外力的意图。
(3)
根据(2)所述的控制装置，其中
控制部基于意图控制是使操作对象移动还是停止。
(4)
根据(2)或(3)所述的控制装置，其中
控制部根据出现外力的位置是否在操作对象上的预定范围内控制是使操作对象移动还是停止。
(5)
根据(2)至(4)中的任一项所述的控制装置，其中
控制部根据外力的大小是否在预定范围内控制是使操作对象移动还是停止。
(6)
根据(2)至(5)的任一项所述的控制装置，其中
控制部根据外力的大小的变化是否是逐渐的来控制是使操作对象移动还是停止。
(7)
根据(2)至(6)的任一项所述的控制装置，其中
控制部根据外力的方向的变化是否是逐渐的来控制是使操作对象移动还是停止。
(8)
根据(2)至(7)的任一项所述的控制装置，其中
控制部基于是否检测到人员在场来控制是使操作对象移动还是停止。
(9)
根据(2)至(8)的任一项所述的控制装置，其中
控制部基于外力和机器学习的学习结果控制是使操作对象移动还是停止。
(10)
根据(2)至(9)的任一项所述的控制装置，其中
控制部使推断意图的技术根据操作对象是否移动而不同。
(11)
根据(10)所述的控制装置，其中
在操作对象停止的情况下，控制部根据施加至操作对象的力的上升速度是否在预定范围内控制是否移动操作对象。
(12)
根据(10)所述的控制装置，其中
在操作对象移动的情况下，控制部根据操作对象的速度是否在预定范围内控制是否移动操作对象。
(13)
根据(2)至(12)的任一项所述的控制装置，其中操作对象包括多个连杆或者多个关节部，并且传感器至少设置于多个连杆的或多个关节部的前端上的连杆中。
(14)
根据(13)所述的控制装置，其中
操作对象包括多个连杆或者多个关节部，并且分立传感器设置在多个连杆或者多个关节部中的每一个中。
(15)
根据(2)至(14)的任一项所述的控制装置，其中
在意图与用户在操作对象上的操作的意图一致的情况下，控制部控制与用户的预定交互。
(16)
根据(2)至(14)的任一项所述的控制装置，其中
在意图与用户在操作对象上的操作的意图不一致的情况下，控制部控制预定警报的输出。
(17)
根据(1)至(16)中的任一个所述的控制装置，其中
外力包括力、扭矩、加速度及速度中的至少一者。
(18)
根据(17)所述的控制装置，其中
加速度是由加速度传感器检测的，或者是根据检测在操作对象的连杆之间存在的关节部的旋转角度的编码器的检测结果计算的。
(19)
根据(17)所述的控制装置，其中
速度是由速度传感器检测的，或者是根据检测在操作对象的连杆之间存在的关节部的旋转角度的编码器的检测结果计算的。
(20)
一种控制方法，包括：
通过处理器基于外力推断外力的意图。
符号说明
1 支撑系统
110 控制部
130 臂控制部
150 检测部
151 力传感器
152 扭矩传感器
153 加速度传感器
154 编码器
3000 内窥镜手术系统
3100 内窥镜
3101 镜头筒
3103 摄像机头
3200 手术仪器
3201 气腹管
3203 能量处理工具
3205 钳子
3207a 套管针
3300 支撑臂装置
3301 基座部
3303 臂部
3400 手推车
3401 CCU
3403 显示装置
3405 光源装置
3407 臂控制装置
3408 控制装置
3409 输入装置
3411 治疗工具控制装置
3413 气腹装置
3415 记录器
3417 打印机
3419 脚踏开关
3501 外科医生
3503 病床
3505 病人。

Claims (20)

1.一种控制装置，包括：
控制部，基于外力推断所述外力的意图。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其中
所述控制部基于预定操作对象上的所述外力推断所述外力的意图。
3.根据权利要求2所述的控制装置，其中
所述控制部基于所述意图控制是使所述操作对象移动还是停止。
4.根据权利要求2所述的控制装置，其中
所述控制部根据出现所述外力的位置是否在所述操作对象上的预定范围内来控制是使所述操作对象移动还是停止。
5.根据权利要求2所述的控制装置，其中
所述控制部根据所述外力的大小是否在预定范围内来控制是使所述操作对象移动还是停止。
6.根据权利要求2所述的控制装置，其中
所述控制部根据所述外力的大小的变化是否是逐渐的来控制是使所述操作对象移动还是停止。
7.根据权利要求2所述的控制装置，其中
所述控制部根据所述外力的方向的变化是否是逐渐的来控制是使所述操作对象移动还是停止。
8.根据权利要求2所述的控制装置，其中
所述控制部基于是否检测到人的存在来控制是使所述操作对象移动还是停止。
9.根据权利要求2所述的控制装置，其中
所述控制部基于所述外力和机器学习的学习结果控制是使所述操作对象移动还是停止。
10.根据权利要求2所述的控制装置，其中
所述控制部使推断所述意图的技术根据所述操作对象是否移动而不同。
11.根据权利要求10所述的控制装置，其中
在所述操作对象停止的情况下，所述控制部根据施加至所述操作对象的力的上升速度是否在预定范围内控制是否移动所述操作对象。
12.根据权利要求10所述的控制装置，其中
在所述操作对象正在移动的情况下，所述控制部根据所述操作对象的速度是否在预定范围内来控制是否移动所述操作对象。
13.根据权利要求2所述的控制装置，其中
所述操作对象包括多个连杆或者多个关节部，并且传感器至少设置于所述多个连杆的或所述多个关节部的前端上的连杆中。
14.根据权利要求13所述的控制装置，其中
所述操作对象包括多个连杆或者多个关节部，并且分立传感器设置在所述多个连杆或者所述多个关节部中的每一个中。
15.根据权利要求2所述的控制装置，其中
在所述意图与用户在所述操作对象上的操作的意图一致的情况下，所述控制部控制与所述用户的预定交互。
16.根据权利要求2所述的控制装置，其中
在所述意图与用户在所述操作对象上的操作的意图不一致的情况下，所述控制部控制预定警报的输出。
17.根据权利要求1所述的控制装置，其中
所述外力包括力、扭矩、加速度及速度中的至少一者。
18.根据权利要求17所述的控制装置，其中
所述加速度是由加速度传感器检测的，或者是根据检测在操作对象的连杆之间存在的关节部的旋转角度的编码器的检测结果计算的。
19.根据权利要求17所述的控制装置，其中
所述速度是由速度传感器检测的，或者是根据检测在操作对象的连杆之间存在的关节部的旋转角度的编码器的检测结果计算的。
20.一种控制方法，包括：
通过处理器基于外力推断所述外力的意图。
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