DE112017001645T5

DE112017001645T5 - Steuervorrichtung und Steuerverfahren

Info

Publication number: DE112017001645T5
Application number: DE112017001645.2T
Authority: DE
Inventors: William Alexandre Conus; Yasuhisa Kamikawa; Wataru Kokubo
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2017-02-02
Publication date: 2018-12-20
Also published as: WO2017169098A1; CN108883541A; JP2017177297A; US20190022857A1

Abstract

[Aufgabe] Bereitstellen einer Technologie, die Informationen zum Steuern der Bewegungen eines Roboters auf angemessenere Weise erhalten kann.
[Lösung] Es wird eine Steuervorrichtung bereitgestellt, die Folgendes aufweist: einen Steuerabschnitt, der auf eine Intention einer externen Kraft auf Basis der externen Kraft schließt.

Description

Erfindungsgebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Steuervorrichtung und ein Steuerverfahren.
Allgemeiner Stand der Technik
Es sind jüngst Technologien offenbart worden, die bewirken, dass sich ein Roboter auf Basis eines Ergebnisses des Überwachens des Roboters sicher bewegt. Beispielsweise ist eine Technologie offenbart worden, die eine externe Kraft schätzt, die von einer externen Umgebung auf einen Roboter wirkt und bewirkt, dass der Roboter in einem Fall stoppt, in dem die geschätzte externe Kraft einer vorbestimmten Bedingung genügt (siehe beispielsweise Patentliteratur 1).
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: JP 2015-208834A
Offenbarung der Erfindung
Technisches Problem
Es ist jedoch wichtig, Informationen zum Steuern der Bewegungen eines Roboters auf angemessenere Weise zu erhalten. Dementsprechend stellt die vorliegende Offenbarung eine Technologie bereit, die Informationen zum Steuern der Bewegungen eines Roboters auf angemessenere Weise erhalten kann.
Lösung des Problems
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird eine Steuervorrichtung bereitgestellt, die Folgendes aufweist: einen Steuerabschnitt, der auf eine Intention einer externen Kraft auf Basis der externen Kraft schließt.
Außerdem wird gemäß der vorliegenden Offenbarung ein Steuerverfahren bereitgestellt, das Folgendes aufweist: Schließen, durch einen Prozessor, auf eine Intention einer externen Kraft auf Basis der externen Kraft.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Offenbarung, wie oben beschrieben, ist es möglich, Informationen zum Steuern der Bewegungen eines Roboters auf angemessenere Weise zu erhalten. Man beachte, dass die oben beschriebenen Effekte nicht notwendigerweise beschränkend sind. Mit den oder anstelle der obigen Effekte kann ein beliebiger der in dieser Patentschrift beschriebenen Effekte oder andere Effekte, die dieser Patentschrift entnommen werden können, erzielt werden.
Figurenliste

[1] 1 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Ausbildung eines endoskopischen Chirurgiesystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
[2] 2 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Funktionsausbildung eines Unterstützungssystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
[3] 3 ist ein Diagramm zum Erläutern eines Überblicks der Funktionen eines Steuerabschnitts.
[4] 4 ist ein Diagramm zum Erläutern eines Beispiels einer für die Chirurgie nicht beabsichtigten externen Kraft.
[5] 5 ist ein Diagramm zum Erläutern eines Beispiels einer für die Chirurgie nicht beabsichtigten externen Kraft.
[6] 6 ist ein Diagramm zum Erläutern eines Beispiels einer für die Chirurgie nicht beabsichtigten externen Kraft.
[7] 7 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel von Gesamtoperationen des Steuerabschnitts darstellt.
[8] 8 ist ein Flussdiagramm, das ein detailliertes Beispiel von Operationen von einem Zustand, in dem ein Armabschnitt gestoppt ist, zu einem Zustand, in dem sich der Armabschnitt bewegt, darstellt.
[9] 9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Falls darstellt, in dem die Änderung bei der Größe einer externen Kraft graduell ist.
[10] 10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Falls darstellt, in dem die Änderung bei der Größe einer externen Kraft nicht graduell ist.
[11] 11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Falls darstellt, in dem die Änderung bei der Richtung einer externen Kraft graduell ist.
[12] 12 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Falls darstellt, in dem die Änderung bei der Richtung einer externen Kraft nicht graduell ist.
[13] 13 ist ein Flussdiagramm, das ein detailliertes Beispiel von Operationen von einem Zustand, in dem ein Armabschnitt bewegt ist, zu einem Zustand, in dem der Armabschnitt gestoppt ist, dargestellt ist.

Modus (Modi) zum Ausführen der Erfindung
Im Folgenden werden eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Man beachte, dass in dieser Patentschrift und den beigefügten Zeichnungen Strukturelemente, die im Wesentlichen die gleiche Funktion und Struktur besitzen, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind und eine wiederholte Erläuterung dieser Strukturelemente entfällt.
Im Folgenden geht die Beschreibung in der folgenden Reihenfolge vor.

1. Ausbildung eines endoskopischen Chirurgiesystems
2. Konfiguration eines Unterstützungssystems
3. Ergänzung

Man beachte, dass Folgendes eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschreibt, indem als ein Beispiel ein Fall genommen wird, in dem die vorliegende Technologie auf ein endoskopisches Chirurgiesystem angewendet wird. Die vorliegende Technologie ist jedoch nicht auf ein derartiges Beispiel beschränkt und lässt sich auch auf medizinische Prozeduren (wie etwa verschiedene Arten von Untersuchungen und Operationen) anwenden, die mit einem chirurgischen Instrument (Beobachtungsinstrument und/oder Behandlungswerkzeug) durchgeführt werden, das von einer Unterstützungsarmvorrichtung unterstützt wird. Außerdem wird in der folgenden Beschreibung angenommen, dass „Benutzer“ mindestens ein Mitglied des medizinischen Personals bedeutet (wie etwa ein Chirurg, der eine Operation durchführt, ein Skopist, der das Endoskop betätigt, und ein Assistent), das das endoskopische Chirurgiesystem benutzt. Der Benutzer wird als der Chirurg, der Skopist oder dergleichen nur in Fällen beschrieben, in denen es notwendig ist, den Benutzer insbesondere zu unterscheiden.
(Ausbildung eines endoskopischen Chirurgiesystems)
Auf 1 wird Bezug genommen, um eine Ausbildung eines endoskopischen Chirurgiesystems zu beschreiben, auf das das Unterstützungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform angewendet werden kann. 1 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Ausbildung eines endoskopischen Chirurgiesystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
1 veranschaulicht eine Situation, in der ein Chirurg (Arzt) 3501 ein endoskopisches Chirurgiesystem 3000 verwendet, um an einem auf einem Patientenbett 3503 liegenden Patienten 3505 eine Operation durchzuführen. Wie in dem Diagramm dargestellt, weist das endoskopische Chirurgiesystem 3000 ein Endoskop 3100, andere Operationsinstrumente 3200, eine Unterstützungsarmvorrichtung 3300, die das Endoskop 3100 unterstützt, und einen Wagen 3400, auf dem verschiedene Vorrichtungen für die endoskopische Chirurgie vorgesehen sind, auf. Durch Anwenden des Unterstützungssystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf das endoskopische Chirurgiesystem 3000 kann eine sicherere Operation realisiert werden.
Bei der endoskopischen Chirurgie werden, anstatt den Bauch durch Schneiden der Bauchdecke zu öffnen, als Trokare 3207a bis 3207d bezeichnete Rohrlochöffnungswerkzeuge verwendet, um die Bauchdecke an mehreren Stellen zu punktieren. Danach werden der Objektivtubus 3101 des Endoskops 3100 und andere Operationsinstrumente 3200 von den Trokaren 3207a bis 3207d in den Körperhohlraum des Patienten 3505 eingeführt. In dem dargestellten Beispiel werden ein Pneumoperitoneumtubus 3201, ein Energiebehandlungswerkzeug 3203 und eine Zange 3205 als die anderen Operationsinstrumente 3200 in den Körperhohlraum des Patienten 3505 eingeführt. Das Energiebehandlungswerkzeug 3203 ist ein Behandlungswerkzeug, das mit einem hochfrequenten elektrischen Strom oder Ultraschallschwingung Schnitte in Gewebe vornimmt und es abträgt oder Blutgefäße oder dergleichen abdichtet. Die in dem Diagramm dargestellten Operationsinstrumente 3200 sind lediglich ein Beispiel und beliebige von verschiedenen Arten von typischerweise in der endoskopischen Chirurgie verwendeten Operationsinstrumenten, wie etwa Pinzetten und Retraktoren, als Beispiel, können ebenfalls als die Operationsinstrumente 3200 verwendet werden.
Ein durch das Endoskop 3100 aufgenommenes Bild der Operationsstelle innerhalb des Körperhohlraums des Patienten 3505 wird auf einer später beschriebenen Displayvorrichtung 3403 angezeigt. Der Chirurg 3501 verwendet das Energiebehandlungswerkzeug 3203 und die Zange 3205, um Behandlungen durchzuführen, wie etwa das Herausschneiden eines betroffenen Bereichs, als Beispiel, während das auf der Displayvorrichtung 3403 angezeigte Bild der Operationsstelle in Echtzeit betrachtet wird.
Man beachte, dass, wenngleich in dem Diagramm weggelassen, der Pneumoperitoneumtubus 3201, das Energiebehandlungswerkzeug 3203 und die Zange 3205 während der Operation von einer Person wie etwa dem Chirurgen 3501 oder einem Assistenten gehalten werden. Obwohl in dem in dem Diagramm dargestellten Beispiel nur eine Unterstützungsarmvorrichtung 3300, die das Endoskop 3100 unterstützt, vorgesehen ist, können alternativ auch mehrere Unterstützungsarmvorrichtungen 3300 vorgesehen sein und der Pneumoperitoneumtubus 3201, das Energiebehandlungswerkzeug 3203 und die Zange 3205 können von jeder der mehreren Unterstützungsarmvorrichtungen 3303 gehalten werden.
(Unterstützungsarmvorrichtung)
Die Unterstützungsarmvorrichtung 3300 ist mit einem Armabschnitt 3303 versehen, der sich von einem Basisabschnitt 3301 erstreckt. In dem dargestellten Beispiel wird der Armabschnitt 3303 durch Steuerung von einer Armsteuervorrichtung 3407 angesteuert. Das Endoskop 3100 wird durch den Armabschnitt 3303 gestützt, wobei die Position und Haltung dadurch gesteuert werden. Mit dieser Anordnung kann ein Verriegeln des Endoskops 3100 in einer stabilen Position realisiert werden.
(Endoskop)
Das Endoskop 3100 weist einen Objektivtubus 3101 mit einem Gebiet mit einer gewissen Länge ab dem Vorderende, das in den Körperhohlraum des Patienten 3505 eingeführt wird, und einen Kamerakopf 3103, der mit dem Basisende des Objektivtubus 3101 verbunden ist, auf. Das Endoskop 3100 ist das, was als ein starres Skop mit einem starren Objektivtubus 3101 bezeichnet wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf ein derartiges Beispiel beschränkt, und das Endoskop 3100 kann auch als das ausgebildet sein, was als ein flexibles Skop mit einem flexiblen Objektivtubus 3101 bezeichnet wird.
Am Vorderende des Objektivtubus 3101 ist eine Öffnung vorgesehen, in die eine Objektivlinse eingesetzt ist. Das Endoskop 3100 ist als ein vorausschauendes Skop ausgebildet, in dem die Objektivlinse so angeordnet ist, dass die Erstreckungsrichtung des Objektivtubus 3101 und die optische Achse ungefähr ausgerichtet sind. Eine später beschriebene Lichtquellenvorrichtung 3405 ist mit dem Endoskop 3100 verbunden. Durch die Lichtquellenvorrichtung 3405 generiertes Licht wird durch einen Lichtleiter, der sich innerhalb des Objektivtubus 3101 erstreckt, bis zum Vorderende des Objektivtubus geführt und wird durch die Objektivlinse zu einem Beobachtungsziel innerhalb des Körperhohlraums des Patienten 3505 abgestrahlt. Man beachte, dass die vorliegende Ausführungsform nicht auf ein derartiges Beispiel beschränkt ist und das Endoskop 3100 kann auch ein schräg blickendes Skop oder ein seitlich blickendes Skop sein.
Ein optisches System und ein Bildsensor sind innerhalb des Kamerakopfs 3103 vorgesehen und reflektiertes Licht (Beobachtungslicht) von dem Beobachtungsziel wird durch das optische System auf den Bildsensor konzentriert. Beobachtungslicht wird fotoelektrisch durch den Bildsensor umgewandelt, und ein dem Beobachtungslicht entsprechendes elektrisches Signal oder mit anderen Worten ein dem beobachteten Bild entsprechendes Bildsignal wird generiert. Das Bildsignal wird als RAW-Daten an eine später beschriebene Kamerasteuereinheit (CCU) 3401 übertragen. Man beachte, dass der Kamerakopf 3103 mit einer Funktion des Justierens der Vergrößerung und der Brennweite durch entsprechendes Ansteuern des optischen Systems ausgestattet sein kann.
Man beachte, dass in der vorliegenden Ausführungsform zum Unterstützen von stereoskopischem Sehen (3D-Display) oder dergleichen mehrere Bildsensoren im Kamerakopf 3103 vorgesehen sind. Mit anderen Worten kann das Endoskop 3100 als eine Stereokamera ausgebildet sein. In diesem Fall sind mehrere optische Übertragungsteilsysteme innerhalb des Objektivtubus 3101 vorgesehen, um das Beobachtungslicht zu jedem der mehreren Bildsensoren zu leiten. Die vorliegende Ausführungsform ist jedoch nicht auf ein derartiges Beispiel beschränkt und das Endoskop 3100 kann auch so ausgebildet sein, dass der Kamerakopf 3103 einen einzelnen Bildsensor aufweist.
(Verschiedene, auf dem Wagen vorgesehene Vorrichtungen)
Die CCU 3401 weist einen Prozessor wie etwa eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) oder eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU) auf und steuert zentral den Betrieb des Endoskops 3100 und der Displayvorrichtung 3403. Insbesondere unterzieht die CCU 3401 ein von dem Kamerakopf 3103 empfangenes Bildsignal verschiedenen Arten der Bildverarbeitung zum Anzeigen eines Bilds auf Basis des Bildsignals, wie etwa beispielsweise einem Entwicklungsprozess (Demosaicing-Prozess). Die CCU 3401 liefert ein Bildsignal, das einer derartigen Bildverarbeitung unterzogen worden ist, an die Displayvorrichtung 3403. Außerdem überträgt die CCU 3401 ein Steuersignal an den Kamerakopf 3101, um dessen Antrieb zu steuern. Das Steuersignal kann Informationen bezüglich Bildgebungsbedingungen wie etwa die Vergrößerung und die Brennweite aufweisen.
Die Displayvorrichtung 3403 zeigt unter der Steuerung durch die CCU 3401 ein Bild auf Basis eines Bildsignals an, das einer Bildverarbeitung durch die CCU 3401 unterzogen worden ist. In einem Fall, in dem das Endoskop 3100 die Bildgebung bei hoher Auflösung wie etwa 4K oder 8K unterstützt und/oder 3D-Display unterstützt kann beispielsweise eine Vorrichtung, die mit jedem kompatibel ist und für ein hochauflösendes Display in der Lage ist und/oder für ein 3D-Display in der Lage ist, als die Displayvorrichtung 3403 verwendet werden. Außerdem zeigt die Displayvorrichtung 3403 gemäß einer Anweisung von einer später beschriebenen Steuervorrichtung 3408 eine Warnung bezüglich des Betriebs des Endoskops 3100 durch den Skopisten in einem Format wie etwa beispielsweise Text an.
Die Lichtquellenvorrichtung 3405 weist eine Lichtquelle wie etwa beispielsweise eine Leuchtdiode (LED) auf und versorgt das Endoskop 3100 beim Abbilden der Operationsstelle mit Bestrahlungslicht.
Die Armsteuervorrichtung 3407 weist einen Prozessor wie etwa beispielsweise eine CPU auf und steuert durch Arbeiten gemäß einem vorbestimmten Programm das Antreiben des Armabschnitts 3303 der Unterstützungsarmvorrichtung 3300 gemäß einem vorbestimmten Steuerverfahren. Man beachte, dass, da beliebige von verschiedenen bekannten Arten von Verfahren als das spezifische Verfahren angewendet werden können, durch das die Armsteuervorrichtung 3407 das Antreiben des Armabschnitts 3303 steuert, eine detaillierte Beschreibung davon hier entfällt.
Die Steuervorrichtung 3408 weist einen Prozessor wie etwa beispielsweise eine CPU auf und kooperiert mit der CCU 3401 und der Armsteuervorrichtung 3407, um verschiedene Arten von Steuerung zum Unterstützen von Operationen durch den Skopisten bei chirurgischen Behandlungen unter Verwendung des endoskopischen Chirurgiesystems 3000 mit dem Ziel des Gewährleistens von Sicherheit zu unterstützen. Details bezüglich der Funktionen der Steuervorrichtung 3408 werden weiter in (2. Ausbildung des Unterstützungssystems) unten beschrieben.
Die Eingabevorrichtung 3409 ist eine Eingabeschnittstelle bezüglich des endoskopischen Chirurgiesystems 3000. Durch die Eingabevorrichtung 3409 kann der Benutzer verschiedene Informationen und Anweisungen in das endoskopische Chirurgiesystem 3000 eingeben. Beispielsweise gibt der Benutzer durch eine Eingabevorrichtung 3409 verschiedene, die Operation betreffende Informationen wie etwa physische Informationen über den Patienten und Informationen über chirurgische Prozeduren ein. Als ein anderes Beispiel gibt der Benutzer durch die Eingabevorrichtung 3409 Anweisungen zum Antreiben des Armabschnitts 3303, Anweisungen zum Ändern der Bildgebungsbedingungen der Bildgebung durch das Endoskop 3100 (wie etwa die Art von Bestrahlungslicht, die Vergrößerung und die Brennweite) und dergleichen ein. Außerdem ist der Benutzer durch die Eingabevorrichtung 3409 in der Lage, verschiedene Arten von Informationen (wie etwa die später beschriebenen bewegungsbeschränkenden Informationen) einzugeben, die im Unterstützungssystem verarbeitet werden.
Die Art der Eingabevorrichtung 3409 ist nicht beschränkt, und die Eingabevorrichtung 3409 kann eine beliebige von verschiedenen bekannten Arten von Eingabevorrichtungen sein. Beispielsweise können eine Maus, eine Tastatur, ein interaktives Bedienfeld, ein Schalter, der Fußschalter 3419 und/oder ein Hebel oder dergleichen als die Eingabevorrichtung 3409 angewendet werden. In dem Fall, in dem ein interaktives Bedienfeld als die Eingabevorrichtung 3409 verwendet wird, kann das interaktive Bedienfeld auf dem Display schirm der Displayvorrichtung 3403 vorgesehen sein.
Alternativ kann die Eingabevorrichtung 3409 eine vom Benutzer getragene Einrichtung sein, wie etwa eine Wearable-Vorrichtung vom Brillentyp oder ein Datenhelm(HMD) als Beispiel, und verschiedene Arten von Eingabe können gemäß Gesten oder Blickbewegungen, Kopfverfolgung oder dergleichen, die durch diese Einrichtung detektiert werden, des Benutzers durchgeführt werden. Alternativ kann die Eingabevorrichtung 3409 eine Kamera sein, die Bewegungen des Benutzers detektieren kann. Verschiedene Arten von Eingabe können gemäß Gesten oder eines Blicks des Benutzers durchgeführt werden, die anhand eines Bilds detektiert werden, das durch die Kamera abgebildet wird. Alternativ kann die Eingabevorrichtung 3409 ein Mikrofon sein, das Sprache des Benutzers aufgreifen kann. Verschiedene Arten von Eingabe können durch Sprache durch das Mikrofon durchgeführt werden. Auf diese Weise wird durch Ausbilden der Eingabevorrichtung 3409, so dass sie die Eingabe von verschiedenen Arten von Informationen auf kontaktfreie Weise akzeptieren kann, ein Benutzer, der zu einem sauberen Bereich gehört (beispielsweise der Chirurg 3501) fähig, Geräte, die zu einem unsauberen Bereich gehören, auf kontaktfreie Weise zu betätigen. Da der Benutzer fähig wird, Geräte zu bedienen, ohne die Hände von den Werkzeugen wegzunehmen, die der Benutzer hält, wird außerdem die Benutzerzweckmäßigkeit verbessert.
Eine Behandlungswerkzeugsteuervorrichtung 3411 steuert das Ansteuern des Energiebehandlungswerkzeugs 3203, um Gewebe zu kauterisieren oder Schnitte darin anzubringen, Blutgefäße abzudichten oder dergleichen. Eine Pneumoperitoneumvorrichtung 3413 schickt Gas durch den Pneumoperitoneumtubus 3201 in den Körperhohlraum, um den Körperhohlraum des Patienten 3505 zu dem Zweck aufzublasen, ein Gesichtsfeld für das Endoskop 3100 sicherzustellen und einen Arbeitsraum für den Chirurgen 3501 sicherzustellen. Ein Aufnahmegerät 3415 ist eine Vorrichtung, die verschiedene Arten von Informationen bezüglich der Operation aufnehmen kann. Ein Drucker 3417 ist eine Vorrichtung, die verschiedene Arten von Informationen bezüglich der Operation in verschiedenen Formaten wie etwa Text, Bildern oder grafischen Darstellungen ausdrucken kann.
Obiges beschreibt die Ausbildung des endoskopischen Chirurgiesystems 3000.
(Ausbildung des Unterstützungssystems)
Auf 2 wird Bezug genommen, um eine Ausbildung des Unterstützungssystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform zu beschreiben, das auf das oben beschriebene endoskopische Chirurgiesystems 3000 angewendet wird. 2 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Funktionsausbildung des Unterstützungssystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Man beachte, dass das Unterstützungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Benutzer, der chirurgische Instrumente bedient, die durch die Unterstützungsarmvorrichtung gestützt werden, während Untersuchungen und Operationen durch die Unterstützungsarmvorrichtung unterstützt. Die vorliegende Erfindung wird beschrieben, indem als ein Beispiel ein Fall genommen wird, in dem, wenn der Skopist das Endoskop bedient, während der Armabschnitt der Unterstützungsarmvorrichtung durch eine direkte Betätigung bewegt wird, das Unterstützungssystem die Handlungen des Skopisten unterstützt. Die vorliegende Ausführungsform ist jedoch nicht auf ein derartiges Beispiel beschränkt, und in dem Fall, in dem ein anderes chirurgisches Instrument, das von der Unterstützungsarmvorrichtung unterstützt wird, von einem anderen Benutzer bedient wird, das Unterstützungssystem auch die Betätigung des anderen chirurgischen Instruments durch den anderen Benutzer unterstützen kann.
Unter Bezugnahme auf 2 ist das Unterstützungssystem 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit einem Steuerabschnitt 110, einem Armsteuerabschnitt 130 und einem Detektionsabschnitt 150 als Funktionen davon ausgestattet.
Der Detektionsabschnitt 150 ist mit einem Kraftsensor 151, einem Drehmomentsensor 152, einem Beschleunigungssensor 153, einem Codierer 154, einem Geschwindigkeitssensor 155 und einem Personenanwesenheitsdetektionsabschnitt 156 versehen. Der Kraftsensor 151 detektiert eine Kraft, die auf jeden Gelenkabschnitt der Unterstützungsarmvorrichtung 3300 wirkt. Außerdem detektiert der Drehmomentsensor 152 ein Drehmoment, das auf jedem Gelenkabschnitt der Unterstützungsarmvorrichtung 3300 wirkt. Der Beschleunigungssensor 153 detektiert eine in jedem Glied der Unterstützungsarmvorrichtung 3300 induzierte Beschleunigung. Der Codierer 154 detektiert einen Drehwinkel jedes Gelenkabschnitts der Unterstützungsarmvorrichtung 3300. Der Geschwindigkeitssensor 155 detektiert eine in jedem Gelenk der Unterstützungsarmvorrichtung 3300 induzierte Geschwindigkeit.
Man beachte, dass diese Patentschrift primär ein Beispiel beschreibt, bei dem der Armabschnitt 3303 mehrere Glieder oder mehrere Gelenkabschnitte aufweist und diskrete Sensoren in jedem der mehreren Glieder oder mehreren Gelenkabschnitte vorgesehen sind. Es reicht jedoch für den Armabschnitt 3303 aus, mehrere Glieder oder mehrere Gelenkabschnitte aufzuweisen, und für einen Sensor, in mindestens dem Vorderende der mehreren Glieder oder der mehreren Gelenkabschnitte vorgesehen zu sein.
Das Personenanwesenheitsdetektionssystem 156 detektiert einen in dem umgebenden Bereich anwesende Person. Beispielsweise ist die spezifische Art von in dem Personenanwesenheitsdetektionsabschnitt 156 enthaltenen Sensor nicht besonders beschränkt. Beispielsweise kann der Personenanwesenheitsdetektionsabschnitt 156 einen Temperatursensor, einen Infrarotsensor oder ein Messinstrument, das eine Änderung bei einem Stromfluss oder einem elektrischen Widerstand bei Berührung durch eine Person misst, aufweisen. Alternativ kann der Personenanwesenheitsdetektionsabschnitt 156 eine Kamera für sichtbares Licht oder einen Hochfrequenzsensor aufweisen.
Die Funktionen des Armsteuerabschnitts 130 können durch die in 1 dargestellte Armsteuervorrichtung 3407 realisiert werden. Der Armsteuerabschnitt 130 steuert die Position, Lage und Bewegung des Endoskops 3100 durch Steuern des Antriebs des Armabschnitts 3303 in der Unterstützungsarmvorrichtung 3300 als Reaktion auf Informationen, die den Zustand jedes Gelenkabschnitts anzeigen, die von der Unterstützungsarmvorrichtung 3300 geliefert werden, und eine durch den Skopisten eingegebene Handlung. Zu diesem Zeitpunkt treibt der Armsteuerabschnitt 130 in der vorliegenden Ausführungsform den Armabschnitt 3303 gemäß der Steuerung durch den Steuerabschnitt 110.
Die Funktionen des Steuerabschnitts 110 können durch die in 1 dargestellte Steuervorrichtung 3408 realisiert werden. Ein Überblick über die Funktionen des Steuerabschnitts 110 werden unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. 3 ist ein Diagramm zum Erläutern eines Überblicks über die Funktionen des Steuerabschnitts 110 der vorliegenden Offenbarung. Wie in 3 dargestellt, wird, wenn eine Operation an dem Armabschnitt 3303 durch den Chirurgen 3501, einen Assistenten 3506 und dergleichen durchgeführt wird, eine chirurgische Bewegung C11 des Armabschnitts 3303 durchgeführt. Zu diesem Zeitpunkt bestimmt der Steuerabschnitt 110 aus einem Detektionsergebnis durch den Detektionsabschnitt 150, dass die in dem Armabschnitt 3303 auftretende externe Kraft für die Chirurgie absichtlich ist, und bewirkt, dass sich der Armabschnitt 3303 bewegt.
Falls andererseits, wie in 3 dargestellt, eine anormale Bewegung C22 vermittelt wird oder ein Hindernis C21 bezüglich des Armabschnitts 3303 kontaktiert wird, bestimmt der Steuerabschnitt 110 aus einem Detektionsergebnis durch den Detektionsabschnitt 150, dass die in dem Armabschnitt 3303 auftretende externe Kraft für die Chirurgie nicht beabsichtigt ist, und verriegelt (stoppt) den Armabschnitt 3303. Auf diesem Weg schließt der Steuerabschnitt 110 auf die Intention einer externen Kraft auf Basis eines Detektionsergebnisses durch den Detektionsabschnitt 150 oder mit anderen Worten die externe Kraft an dem Armabschnitt 3303 (im Folgenden einfach auch als die „externe Kraft“ bezeichnet). Gemäß einer derartigen Ausbildung wird es möglich, Informationen zum Steuern der Bewegungen des Armabschnitts 3303 auf angemessenere Weise zu erhalten.
Weiterhin steuert der Steuerabschnitt 110 auf Basis der inferrierten Intention, ob der Armabschnitt 3303 bewegt oder gestoppt werden soll. Danach treibt der Armsteuerabschnitt 130 den Armabschnitt 3303 gemäß der Steuerung durch den Steuerabschnitt 110. In dieser Anordnung werden die Bewegungen des Armabschnitts 3303 auf angemessenere Weise gesteuert. Hier ist die Art der externen Kraft nicht besonders beschränkt. Beispielsweise kann die externe Kraft mindestens eines einer Kraft, eines Drehmoments, einer Beschleunigung und einer Geschwindigkeit aufweisen.
Man beachte, dass eine Kraft bevorzugt durch den Kraftsensor 151 detektiert wird. Außerdem wird ein Drehmoment bevorzugt durch den Drehmomentsensor 152 detektiert. Eine Beschleunigung kann durch einen Beschleunigungssensor detektiert oder aus einem Codiererdetektionsergebnis berechnet werden (dem Drehwinkel jedes Gelenkabschnitts der Unterstützungsarmvorrichtung 3300). Außerdem kann eine Geschwindigkeit durch einen Geschwindigkeitssensor detektiert oder aus einem Codiererdetektionsergebnis berechnet werden (dem Drehwinkel jedes Gelenkabschnitts der Unterstützungsarmvorrichtung 3300).
Obiges beschreibt einen Überblick über die Funktionen des Steuerabschnitts 110. Als Nächstes wird ein Beispiel einer für die Chirurgie nicht absichtlichen externen Kraft unter Bezugnahme auf 4 bis 6 beschrieben. 4 bis 6 sind Diagramme zum Erläutern eines Beispiels einer für Chirurgie nicht absichtlichen externen Kraft. Zuerst wird die Ausbildung des Armabschnitts 3303 unter Bezugnahme auf 4 kurz beschrieben. Wie in 4 dargestellt, weist der Armabschnitt 3303 Gelenkabschnitte 3305a bis 3305f und Glieder 3307a bis 3307e auf. Man beachte, dass, obwohl diese Patentschrift ein Beispiel beschreibt, in dem der Armabschnitt 3303 fünf Glieder und sechs Gelenkabschnitte aufweist, die jeweiligen Zahlen von Gliedern und Gelenkabschnitten nicht besonders beschränkt sind.
Die Gelenkabschnitte 3305a bis 3305f sind mit Aktuatoren versehen, und die Gelenkabschnitte 3305a bis 3305f sind ausgelegt, um um eine gewisse Drehachse gemäß dem Antreiben der Aktuatoren gedreht werden zu können. Durch Steuern des Antreibens der Aktuatoren mit der Armsteuervorrichtung 3407 wird der Drehwinkel jedes der Gelenkabschnitte 3305a bis 3305f gesteuert, und das Antreiben des Armabschnitts 3303 wird gesteuert. Mit dieser Anordnung werden die Position und die Lage des Endoskops 3100 gesteuert.
Insbesondere sind die in den Gelenkabschnitten 3305a bis 3305f vorgesehenen Aktuatoren mit verschiedenen Arten von Sensor zum Detektieren des Zustands jedes Gelenkabschnitts versehen, wie etwa Codierern, die den Drehwinkel jedes Gelenkabschnitts detektieren, und Drehmomentsensoren, die das auf jeden Gelenkabschnitt wirkende Drehmoment detektieren. Die Detektionswerte dieser Sensoren werden an den Steuerabschnitt 110 übertragen. Der Steuerabschnitt 110 weist ein internes Modell auf, in dem der geometrische Zustand und der mechanische Zustand des Armabschnitts 3303 durch interne Koordinaten der Unterstützungsarmvorrichtung 3300 ausgedrückt werden, und auf Basis des internen Modells und der Detektionswerte von den Sensoren kann der Steuerabschnitt 110 den aktuellen Zustand der Gelenkabschnitte 3305a bis 3305f erfassen, das heißt den aktuellen Zustand (wie etwa die Position, die Lage und Geschwindigkeit) des Armabschnitts 3303. Die Armsteuervorrichtung 3407 berechnet auf Basis des erfassten Zustands des Armabschnitts 3303 Antriebssteuergrößen (beispielsweise den Drehwinkel und das Antriebsdrehmoment) jedes Gelenkabschnitts entsprechend einer Operationseingabe bezüglich der Bewegung des Armabschnitts 3303 von dem Benutzer und treibt jeden Gelenkabschnitt gemäß den Antriebssteuergrößen an.
In der vorliegenden Ausführungsform steuert die Armsteuervorrichtung 3407 das Antreiben des Armabschnitts 3303 durch Kraftsteuerung. In dem Fall, in dem eine Kraftsteuerung angewendet wird, ist die Armsteuervorrichtung 3407 als Reaktion auf eine durch den Arzt (Skopisten) durchgeführte Operation, der das Endoskop 3100 durch direktes Berühren des Armabschnitts 3303 oder des Endoskops 3100 betätigt (hiernach auch als eine direkte Betätigung bezeichnet), in der Lage, das auszuführen, was als Leistungsunterstützungssteuerung bezeichnet wird, bei dem die Aktuatoren jedes der Gelenkabschnitte 3305a bis 3305c so angetrieben werden, dass sich der Armabschnitt 3303 der externen Kraft von der direkten Betätigung folgend sanft bewegt. Wenn der Skopist mit dieser Anordnung den Armabschnitt 3303 bewegt, während der Armabschnitt 3303 direkt berührt wird, kann der Armabschnitt 3303 mit vergleichsweise geringer Kraft bewegt werden. Folglich wird es möglich, das Endoskop 3100 mit einer einfacheren Betätigung intuitiv zu bewegen, und die Zweckmäßigkeit für den Skopisten kann verbessert werden.
4 veranschaulicht ein Beispiel, bei dem eine Kraft, die stärker ist als eine vorbestimmte Kraft, an einer Position nahe dem Basisabschnitt 3301 (beispielsweise im Bereich von den Gliedern 3307c bis 3307e) unter dem Armabschnitt 3303 auftritt. In einem derartigen Fall bestimmt der Steuerabschnitt 110 bevorzugt, dass die Kraft für die Chirurgie nicht beabsichtigt ist, und stoppt den Armabschnitt 3303. Man beachte, dass die Position nahe dem Basisabschnitt 3301 nicht besonders beschränkt ist und ausreichenderweise eine Position mit einer geringen Wahrscheinlichkeit ist, direkt berührt zu werden, wenn ein Skopist den Armabschnitt 3303 betätigt. Außerdem ist die Größe der vorbestimmten Kraft ebenfalls nicht besonders beschränkt.
5 veranschaulicht einen Zustand, in dem unter dem Armabschnitt 3303 das Glied 3307a am Vorderende aufgrund einer Betätigung durch den Skopisten in einer Richtung V1 bewegt wird, aber andererseits kollidiert der Armabschnitt 3303 mit einem Hindernis C21. In einem derartigen Fall bestimmt der Steuerabschnitt 110, dass ein anormaler Zustand aufgetreten ist, und kann den Armabschnitt 3303 stoppen oder den Armabschnitt 3303 derart steuern, dass der Armabschnitt 3303 das Hindernis C21 nicht kontaktiert.
6 veranschaulicht einen Zustand, in dem unter dem Armabschnitt 3303 plötzlich eine Kraft F2 aufgrund einer Handlung durch den Skopisten auf das Glied 3307a am Vorderende übertragen wird. In einem derartigen Fall stoppt bevorzugt der Steuerabschnitt 110 den Armabschnitt 3303, um eine Gefährdung des Patienten zu verhindern.
Als Nächstes werden Details über die Funktionen des Steuerabschnitts 110 beschrieben. 7 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel von Gesamthandlungen des Steuerabschnitts 110 darstellt. Man beachte, dass in den bedingten Feststellungen in dem folgenden Flussdiagramm, anstatt in dem bedingten Urteil eine Kraft zu verwenden, eine Beschleunigung in dem bedingten Urteil verwendet werden kann oder sowohl Kraft als auch Beschleunigung in dem bedingten Urteil verwendet werden können. Wie in 7 dargestellt, nimmt, wenn die Handlung gestartet wird (S110), der Steuerabschnitt 110 einen Zustand ein, in dem der Armabschnitt 3303 gestoppt ist (S120). Als Nächstes wird ein Sensorwert durch den Kraftsensor 151 oder den Drehmomentsensor 152 gemessen (S121).
In dem Fall, in dem eine Bedingung, dass eine externe Kraft in einem vorbestimmten Teil des Armabschnitts 3303 aufgetreten ist, eine Bedingung, dass die Beziehung zwischen der Größe (F) der externen Kraft und Schwellwerten (α und β) einer vorbestimmten Beziehung (α<F<β) genügt und/oder eine Bedingung, dass die Änderung bei der Größe und Richtung der externen Kraft graduell ist, nicht zutreffen („NEIN“ in S122), verriegelt als Nächstes der Steuerabschnitt 110 den Armabschnitt 3303 (S142) und bewirkt, dass die Handlung zu S120 weitergeht. Andererseits bewegt in dem Fall, dass alle diese Bedingungen erfüllt sind, der Steuerabschnitt 110 den Armabschnitt 3303 (S142) und bewirkt, dass die Handlung zu S130 weitergeht.
Man beachte, dass der vorbestimmte Teil des Armabschnitts 3303 nicht besonders beschränkt ist und ausreichend eine Position ist, die mit hoher Wahrscheinlichkeit direkt berührt wird, wenn ein Skopist den Armabschnitt 3303 betätigt. Wenn ein Zustand, dass sich der Armabschnitt 3303 bewegt, erreicht ist (S130), wird ein Sensorwert durch den Kraftsensor 151 oder den Drehmomentsensor 152 gemessen und ein Sensorwert wird durch den Codierer 154 oder den Geschwindigkeitssensor 155 gemessen (S131). Außerdem ist es in dem Fall, in dem die Größe (F) der externen Kraft α oder weniger beträgt, denkbar, dass eine unbeabsichtigte kleine Kraft (Rauschen) zum Armabschnitt 3303 übermittelt worden ist. Außerdem ist es in dem Fall, in dem die Größe (F) der externen Kraft β oder größer beträgt, denkbar, dass eine unbeabsichtigte starke Kraft (wie etwa eine Kollision mit dem Armabschnitt 3303 durch jemanden im medizinischen Team) auf den Armabschnitt 3303 übertragen worden ist.
In dem Fall, in dem die Bedingung, dass eine externe Kraft in einem vorbestimmten Teil des Armabschnitts 3303 aufgetreten ist, die Bedingung, dass die Beziehung zwischen der Größe (F) der externen Kraft und Schwellwerten (α und β) einer vorbestimmten Beziehung (α<F<β) genügt und/oder eine Bedingung, dass die Beziehung zwischen der Geschwindigkeit (S) und Schwellwerten (θ und γ) einer vorbestimmten Beziehung (θ<S<γ) genügt, nicht zutreffen („NEIN“ in S132), verriegelt als Nächstes der Steuerabschnitt 110 den Armabschnitt 3303 (S142) und bewirkt, dass die Handlung zu S120 weitergeht. Andererseits bewegt in dem Fall, dass alle dieser Bedingungen erfüllt sind, der Steuerabschnitt 110 den Armabschnitt 3303 (S142) und bewirkt, dass die Handlung zu S130 weitergeht.
Man beachte, dass in dem Fall, in dem die Geschwindigkeit (S) θ oder weniger beträgt, angenommen wird, dass die Geschwindigkeit des Armabschnitts 3303 zu niedrig ist (beispielsweise wird ein Fall angenommen, in dem, wenn der Skopist den Armabschnitt 3303 loslässt, der Armabschnitt 3303 eine geringe Geschwindigkeit aufweist, aber der Armabschnitt 3303 gestoppt werden sollte). Außerdem wird in dem Fall, in dem die Geschwindigkeit (S) γ oder größer beträgt, angenommen, dass die Geschwindigkeit des Armabschnitt 3303 zu groß ist (beispielsweise wird ein Fall angenommen, in dem jemand im medizinischen Team den Armabschnitt 3303 versehentlich gestoßen hat).
8 ist ein Flussdiagramm, das ein detailliertes Beispiel von Handlungen von dem Zustand S120, in dem der Armabschnitt 3303 gestoppt ist, zu dem Zustand S130, in dem sich der Armabschnitt 3303 bewegt, darstellt. Wie in 8 dargestellt, tritt, wenn der Armabschnitt 3303 sich in einem gestoppten Zustand befindet (S120), eine externe Kraft an dem Armabschnitt 3303 auf (S151). Zu diesem Zeitpunkt verriegelt in dem Fall, bei dem sich keine Person in der Nähe befindet („NEIN“ in S152), der Steuerabschnitt 110 den Armabschnitt 3303 (S142) und bewirkt, dass die Handlung zu S120 weiter geht. Man beachte, dass, ob sich eine Person in der Nähe befindet oder nicht, auf Basis eines Sensorwerts durch den Personenanwesenheitsabschnitt 156 bestimmt werden kann.
Andererseits spezifiziert in dem Fall, in dem sich eine Person in der Nähe befindet („JA“ in S152), der Steuerabschnitt 110 die Position, wo die externe Kraft empfangen wurde, auf der Basis von „Sensorwerten durch die Drehmomentsensoren 152 von mehreren Achsen (Gelenkabschnitten 3305a bis 3305f) oder Sensorwerten durch die Kraftsensoren 151 von mehreren Achsen (Gelenkabschnitten 3305a bis 3305f)“ oder „einem Sensorwert durch den Drehmomentsensor 152 oder einem Sensorwert durch den Kraftsensor 151 und einem Wert des Codierers 154“ (S153).
Man beachte, dass die Position, wo die externe Kraft empfangen wurde, auf beliebige Weise spezifiziert werden kann. Beispielsweise kann der Steuerabschnitt 110 die Position, wo die externe Kraft empfangen wurde, auf Basis eines Vergleichs von Sensorwerten durch die Drehmomentsensoren 152 von mehreren Achsen (Gelenkabschnitten 3305a bis 3305f) oder Sensorwerten durch die Kraftsensoren 151 von mehreren Achsen (Gelenkabschnitten 3305a bis 3305f) spezifizieren. Alternativ kann der Steuerabschnitt 110 die Position, wo die externe Kraft empfangen wurde, mit noch höherer Genauigkeit durch eine Schätzung unter Verwendung des oben beschriebenen internen Modells spezifizieren.
Als Nächstes verriegelt in dem Fall, in dem eine externe Kraft nicht in einem vorbestimmten Teil des Armabschnitts 3303 auftritt („NEIN in S122a), der Steuerabschnitt 110 den Armabschnitt 3303 (S142) und bewirkt, dass die Handlung zu S120 weitergeht. Andererseits detektiert in dem Fall, in dem eine externe Kraft in einem vorbestimmten Teil des Armabschnitts 3303 auftritt („JA“ in S122a), der Steuerabschnitt 110 die Größe der an der spezifizierten Position empfangenen externen Kraft auf Basis von Sensorwerten durch die Drehmomentsensoren 152 von mehreren Achsen (Gelenkabschnitten 3305a bis 3305f) oder Sensorwerten durch die Kraftsensoren 151 von mehreren Achsen (Gelenkabschnitten 3305a bis 3305f) und der Achsenkonfiguration (S154).
Als Nächstes verriegelt in dem Fall, in dem die Beziehung zwischen der Größe (F) der externen Kraft und den Schwellwerten (α und β) der vorbestimmten Beziehung (α<F<β) nicht genügt („NEIN“ in S122b), der Steuerabschnitt 110 den Armabschnitt 3303 (S142) und bewirkt, dass die Handlung zu S120 weitergeht. Andererseits bewirkt in dem Fall, in dem die Beziehung zwischen der Größe (F) der externen Kraft und den Schwellwerten (α und β) der vorbestimmten Beziehung (α<F<β) genügt („JA“ in S122b) der Steuerabschnitt 110, dass die Handlung zu S122c weitergeht.
Als Nächstes verriegelt in dem Fall, in dem die Änderung bei mindestens einem der Größe der externen Kraft und der Richtung der externen Kraft nicht graduell ist („NEIN“ in S122c), der Steuerabschnitt 110 den Armabschnitt 3303 (S142) und bewirkt, dass die Handlung zu S120 weitergeht. Andererseits bewirkt in dem Fall, in dem die Änderung sowohl bei der Größe der externen Kraft als auch der Richtung der externen Kraft graduell ist („JA“ in S122c), der Steuerabschnitt 110, dass die Handlung zu S155 weitergeht.
Der graduelle Fall und der nicht graduelle Fall der Änderung bei der Größe der externen Kraft werden beschrieben. 9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für den Fall darstellt, in dem die Änderung bei der Größe der externen Kraft graduell ist. Wie in 9 dargestellt, ändert sich in dem Fall, in dem die Änderung bei der Größe der externen Kraft graduell ist, die Größe der externen Kraft sanft mit der Zeit. Folglich kann in dem Fall, in dem der Betrag des durch zeitliches Differenzieren der Größe der externen Kraft erhaltenen Werts unter einen vorbestimmten Wert fällt, der Steuerabschnitt 110 bestimmen, dass die Änderung bei der Größe der externen Kraft graduell ist.
10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für den Fall darstellt, in dem die Änderung bei der Größe der externen Kraft nicht graduell ist. Wie in 10 dargestellt, ändert sich in dem Fall, in dem die Änderung bei der Größe der externen Kraft nicht graduell ist, die Größe der externen Kraft plötzlich über der Zeit. Folglich kann in dem Fall, in dem der Betrag des durch zeitliches Differenzieren der Größe der externen Kraft erhaltenen Werts über einen vorbestimmten Wert ansteigt, der Steuerabschnitt 110 bestimmen, dass die Änderung bei der Größe der externen Kraft nicht graduell ist.
11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für den Fall darstellt, in dem die Änderung bei der Richtung der externen Kraft graduell ist. Wie in 11 dargestellt, ändert sich in dem Fall, in dem die Änderung bei der Richtung der externen Kraft graduell ist, die Richtung der externen Kraft sanft mit der Zeit. Folglich kann in dem Fall, in dem der Betrag des durch zeitliches Differenzieren der Komponenten eines die Richtung der externen Kraft anzeigenden Vektors erhaltenen Werts unter einen vorbestimmten Wert fällt, der Steuerabschnitt 110 bestimmen, dass die Änderung bei der Richtung der externen Kraft graduell ist.
12 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für den Fall darstellt, in dem die Änderung bei der Richtung der externen Kraft nicht graduell ist. Wie in 12 dargestellt, ändert sich in dem Fall, in dem die Änderung bei der Richtung der externen Kraft nicht graduell ist, die Richtung der externen Kraft plötzlich mit der Zeit. Folglich kann in dem Fall, in dem der Betrag des durch zeitliches Differenzieren der Komponenten eines die Richtung der externen Kraft anzeigenden Vektors erhaltenen Werts über einen vorbestimmten Wert ansteigt, der Steuerabschnitt 110 bestimmen, dass die Änderung bei der Richtung der externen Kraft nicht graduell ist.
Die Beschreibung kehrt zu 8 zurück und geht weiter. Durch die vorausgegangene Eingabe von mehreren Kombinationen von externen Kräften und Daten, die anzeigen, ob der Armabschnitt 3303 verriegelt oder nicht verriegelt werden soll, wird dem Steuerabschnitt 110 durch Maschinenlernen ermöglicht, Daten auszugeben, die anzeigen, ob der Armabschnitt 3303 verriegelt oder nicht verriegelt werden soll, in Übereinstimmung mit einer eingegebenen externen Kraft. Dementsprechend verriegelt in dem Fall, in dem die externe Kraft nicht durch Maschinenlernen gelernten Daten entspricht („NEIN“ in S155) der Steuerabschnitt 110 den Armabschnitt 3303 verriegelt (S142) und bewirkt, dass die Handlung zu S120 weitergeht. Andererseits bewegt in dem Fall, in dem die externe Kraft durch Maschinenlernen gelernten Daten entspricht („JA“ in S155), der Steuerabschnitt 110 den Armabschnitt 3303 (S141) und versetzt den Armabschnitt 3303 in einen bewegenden Zustand (S130).
13 ist ein Flussdiagramm, das ein detailliertes Beispiel von Handlungen von dem Zustand S130, in dem sich der Armabschnitt 3303 bewegt, zu dem Zustand S120, in dem der Armabschnitt 3303 gestoppt ist, darstellt. Wie in 13 dargestellt, wird, wenn sich der Armabschnitt 3303 in einem sich bewegenden Zustand befindet (S130), eine Sensormessung durch den Detektionsabschnitt 150 durchgeführt (S161). Zu diesem Zeitpunkt stoppt in dem Fall, in dem sich keine Person in der Nähe befindet („NEIN“ in S152), der Steuerabschnitt 110 den Armabschnitt 3303 (S164), und der Armabschnitt 3303 tritt in den gestoppten Zustand ein (S120).
Andererseits spezifiziert in dem Fall, in dem sich eine Person in der Nähe befindet („JA“ in S152), der Steuerabschnitt 110 die Position, wo die externe Kraft empfangen wurde, auf der Basis von „Sensorwerten durch die Drehmomentsensoren 152 von mehreren Achsen (Gelenkabschnitte 3305a bis 3305f) oder Sensorwerten durch die Kraftsensoren 151 von mehreren Achsen (Gelenkabschnitten 3305a bis 3305f)“ oder „einem Sensorwert durch den Drehmomentsensor 152 oder einem Sensorwert durch den Kraftsensor 151 und einem Wert des Codierers 154“ (S153).
Als Nächstes stoppt in dem Fall, in dem eine externe Kraft nicht in einem vorbestimmten Teil des Armabschnitts 3303 auftritt („NEIN in S122a), der Steuerabschnitt 110 den Armabschnitt 3303 (S164) und der Armabschnitt 3303 tritt in den gestoppten Zustand ein (S120). Andererseits detektiert in dem Fall, in dem eine externe Kraft in einem vorbestimmten Teil des Armabschnitts 3303 auftritt („JA“ in S122a), der Steuerabschnitt 110 die Größe der an der spezifizierten Position empfangenen externen Kraft auf Basis von Sensorwerten durch die Drehmomentsensoren 152 von mehreren Achsen (Gelenkabschnitte 3305a bis 3305f) oder Sensorwerten durch die Kraftsensoren 151 von mehreren Achsen (Gelenkabschnitten 3305a bis 3305f) und der Achsenkonfiguration (S154).
Als Nächstes stoppt in dem Fall, in dem die Beziehung zwischen der Größe (F) der externen Kraft und den Schwellwerten (α und β) der vorbestimmten Beziehung (α<F<β) nicht genügt („NEIN“ in S122b), der Steuerabschnitt 110 den Armabschnitt 3303 (S142) und tritt der Armabschnitt 3303 in den gestoppten Zustand ein (S120). Andererseits bewirkt in dem Fall, in dem die Beziehung zwischen der Größe (F) der externen Kraft und den Schwellwerten (α und β) der vorbestimmten Beziehung (α<F<β) genügt („JA“ in S122b), der Steuerabschnitt 110, dass die Handlung zu S122c weitergeht.
Als Nächstes stoppt in dem Fall, in dem die Änderung bei mindestens einem der Größe der externen Kraft und der Richtung der externen Kraft nicht graduell ist („NEIN“ in S122c), der Steuerabschnitt 110 den Armabschnitt 3303 (S164) und tritt der Armabschnitt 3303 in den gestoppten Zustand ein (S120). Andererseits bewirkt in dem Fall, in dem die Änderung sowohl bei der Größe der externen Kraft als auch der Richtung der externen Kraft graduell ist („JA“ in S122c), der Steuerabschnitt 110, dass die Handlung zu S162 weitergeht.
Als Nächstes detektiert der Steuerabschnitt 110 die Geschwindigkeit der spezifizierten Position (S162), und in dem Fall, in dem die Beziehung zwischen der Geschwindigkeit (S) und den Schwellwerten (θ und γ) der vorbestimmten Beziehung (θ<S<γ) nicht genügen („NEIN“ in S163), stoppt der Steuerabschnitt 110 den Armabschnitt 3303 (S164), und der Armabschnitt 3303 tritt in den gestoppten Zustand ein (S120). Andererseits bewirkt in dem Fall, in dem die Beziehung zwischen der Geschwindigkeit (S) und den Schwellwerten (θ und γ) der vorbestimmten Beziehung (θ<S<γ) genügen („JA“ in S163), der Steuerabschnitt 110, dass die Handlung zu S155 weitergeht.
Als Nächstes stoppt in dem Fall, in dem die externe Kraft durch Maschinenlernen gelernten Daten nicht entspricht („NEIN“ in S155), der Steuerabschnitt 110 den Armabschnitt 3303 (S164), und der Armabschnitt 3303 tritt in den gestoppten Zustand ein (S120). Andererseits bewegt in dem Fall, in dem die externe Kraft durch Maschinenlernen gelernten Daten entspricht („JA“ in S155), der Steuerabschnitt 110 den Armabschnitt 3303 (S141) und versetzt den Armabschnitt 3303 in einen sich bewegenden Zustand (S130).
Obiges beschreibt eine Ausbildung des Unterstützungssystems 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
(Ergänzung)
Die bevorzugte(n) Ausführungsform(en) der vorliegenden Offenbarung ist/sind oben unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben worden, während die vorliegende Offenbarung nicht auf die obigen Beispiele beschränkt ist. Der Fachmann findet verschiedene Abänderungen und Modifikationen innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche, und es versteht sich, dass sie natürlich unter den technischen Bereich der vorliegenden Offenbarung fallen.
Beispielsweise beschreibt zwar die obige Ausführungsform einen Fall, in dem das Operationsziel ein medizinischer Roboter ist (insbesondere ein Armabschnitt eines chirurgischen Roboters), das Operationsziel ist aber nicht auf ein derartiges Beispiel beschränkt. Beispielsweise kann das Operationsziel auch ein Industrieroboter, ein humanoider Roboter oder dergleichen sein. Außerdem veranschaulicht die obige Ausführungsform ein Beispiel des Steuerns, ob der Armabschnitt gemäß einer inferrierten Intention bewegt oder verriegelt werden soll, doch kann auch eine andere Steuerung ausgeführt werden. Beispielsweise kann in dem Fall, in dem die Intention mit der Intention einer Benutzeroperation an dem Operationsziel übereinstimmt, eine vorbestimmte Interaktion mit dem Benutzer gesteuert werden.
Außerdem veranschaulicht die obige Ausführungsform ein Beispiel des Steuerns, ob der Armabschnitt gemäß einer inferrierten Intention bewegt oder verriegelt werden soll, doch kann der Steuerabschnitt 110 auch die Ausgabe eines vorbestimmten Alarms in dem Fall steuern, dass die Intention nicht mit der Intention einer Benutzeroperation an dem Operationsziel übereinstimmt. Die Alarmausgabe kann durch Angezeigtwerden oder durch Ausgabe als Schall erzielt werden.
Außerdem führt die obige Ausführungsform den Kraftsensor 151, den Drehmomentsensor 152, den Beschleunigungssensor 153, den Codierer 154 und den Geschwindigkeitssensor 155 als Beispiele der Sensoren an, doch sind Beispiele der Sensoren nicht auf solche Beispiele beschränkt. Beispielsweise kann in dem Fall, dass ein taktiler Sensor in der Unterstützungsarmvorrichtung 3300 vorgesehen ist, auch auf eine Benutzerintention auf Basis eines Detektionsergebnisses durch den taktilen Sensor geschlossen werden. Alternativ kann in dem Fall, dass ein Drucksensor in der Unterstützungsarmvorrichtung 3300 vorgesehen ist, auf eine Benutzerintention auf Basis eines Detektionsergebnisses durch den Drucksensor geschlossen werden. Außerdem kann in dem Fall, dass der Benutzer eine Wearable-Einrichtung oder dergleichen trägt, die einen Sensor aufweist, auf eine Benutzerintention auf Basis eines Detektionsergebnisses durch den Sensor geschlossen werden.
Weiterhin sind die in dieser Patentschrift beschriebenen Effekte lediglich veranschaulichende oder exemplifizierte Effekte und sind nicht beschränkend. Das heißt, mit dem oder anstelle der obigen Effekte kann die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung andere Effekte erzielen, die für den Fachmann aus der Beschreibung dieser Patentschrift klar hervorgehen.
Außerdem kann die vorliegende Technologie zudem wie unten ausgebildet sein.

(1) Eine Steuervorrichtung, die aufweist:
- einen Steuerabschnitt, der auf eine Intention einer externen Kraft auf Basis der externen Kraft schließt.
(2) Die Steuervorrichtung nach (1), bei der der Steuerabschnitt auf die Intention der externen Kraft auf Basis der externen Kraft an einem vorbestimmten Operationsziel schließt.
(3) Die Steuervorrichtung nach (2), bei der der Steuerabschnitt steuert, ob das Operationsziel auf Basis der Intention bewegt oder gestoppt werden soll.
(4) Die Steuervorrichtung nach (2) oder (3), bei der der Steuerabschnitt steuert, ob das Operationsziel bewegt oder gesteuert werden soll, gemäß dem, ob sich eine Position, wo die externe Kraft auftritt, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs auf dem Operationsziel befindet oder nicht befindet.
(5) Die Steuervorrichtung nach einem von (2) bis (4), bei der der Steuerabschnitt steuert, ob das Operationsziel bewegt oder gestoppt werden soll, gemäß dem, ob sich eine Größe der externen Kraft innerhalb eines vorbestimmten Bereichs befindet oder nicht befindet.
(6) Die Steuervorrichtung nach einem von (2) bis (5), bei der der Steuerabschnitt steuert, ob das Operationsziel bewegt oder gestoppt werden soll, gemäß dem, ob eine Änderung bei einer Größe der externen Kraft graduell ist oder nicht graduell ist.
(7) Die Steuervorrichtung nach einem von (2) bis (6), bei der der Steuerabschnitt steuert, ob das Operationsziel bewegt oder gestoppt werden soll, gemäß dem, ob eine Änderung bei einer Richtung der externen Kraft graduell ist oder nicht graduell ist.
(8) Die Steuervorrichtung nach einem von (2) bis (7), bei der der Steuerabschnitt steuert, ob das Operationsziel bewegt oder gestoppt werden soll, auf Basis dessen, ob eine Anwesenheit einer Person detektiert oder nicht detektiert wird.
(9) Die Steuervorrichtung nach einem von (2) bis (8), bei der der Steuerabschnitt steuert, ob das Operationsziel bewegt oder gestoppt werden soll, auf Basis der externen Kraft und eines Ergebnisses des Lernens durch Maschinenlernen.
(10) Die Steuervorrichtung nach einem von (2) bis (9), bei der der Steuerabschnitt bewirkt, dass eine Technik des Schließens auf die Intention unterschiedlich ist, gemäß dem, ob sich das Operationsziel bewegt oder nicht bewegt.
(11) Die Steuervorrichtung nach einem von (10), bei der in einem Fall, in dem das Operationsziel gestoppt ist, der Steuerabschnitt steuert, ob das Operationsziel bewegt oder nicht bewegt werden soll, gemäß dem, ob sich eine Anstiegsgeschwindigkeit einer auf das Operationsziel einwirkenden Kraft innerhalb eines vorbestimmten Bereichs befindet oder nicht befindet.
(12) Die Steuervorrichtung nach einem von (10), bei der in einem Fall, in dem sich das Operationsziel bewegt, der Steuerabschnitt steuert, ob das Operationsziel bewegt oder nicht bewegt werden soll, gemäß dem, ob sich eine Geschwindigkeit des Operationsziels innerhalb eines vorbestimmten Bereichs befindet oder nicht befindet.
(13) Die Steuervorrichtung nach einem von (2) bis (12), bei der das Operationsziel mehrere Glieder oder mehrere Gelenkabschnitte aufweist und ein Sensor in mindestens dem Glied an einem Vorderende der mehreren Glieder oder der mehreren Gelenkabschnitte vorgesehen ist.
(14) Die Steuervorrichtung nach (13), bei der das Operationsziel mehrere Glieder oder mehrere Gelenkabschnitte aufweist und ein diskreter Sensor in jedem der mehreren Glieder oder der mehreren Gelenkabschnitte vorgesehen ist.
(15) Die Steuervorrichtung nach einem von (2) bis (14), bei der in einem Fall, in dem die Intention mit einer Intention einer Benutzeroperation an dem Operationsziel übereinstimmt, der Steuerabschnitt eine vorbestimmte Interaktion mit dem Benutzer steuert.
(16) Die Steuervorrichtung nach einem von (2) bis (14), bei der in einem Fall, in dem die Intention nicht mit einer Intention einer Benutzeroperation an dem Operationsziel übereinstimmt, der Steuerabschnitt eine Ausgabe eines vorbestimmten Alarms steuert.
(17) Die Steuervorrichtung nach einem von (1) bis (16), bei der die externe Kraft mindestens eine Kraft, ein Drehmoment, eine Beschleunigung und eine Geschwindigkeit aufweist.
(18) Die Steuervorrichtung nach (17), bei der die Beschleunigung durch einen Beschleunigungssensor detektiert wird oder aus einem Detektionsergebnis eines Codierers berechnet wird, der einen Drehwinkel eines Gelenkabschnitts detektiert, der zwischen Gliedern eines Operationsziels existiert.
(19) Die Steuervorrichtung nach (17), bei der die Geschwindigkeit durch einen Geschwindigkeitssensor detektiert wird oder aus einem Detektionsergebnis eines Codierers berechnet wird, der einen Drehwinkel eines Gelenkabschnitts detektiert, der zwischen Gliedern eines Operationsziels existiert.
(20) Ein Steuerverfahren, das Folgendes beinhaltet:
- Schließen, durch einen Prozessor, auf eine Intention einer externen Kraft auf Basis der externen Kraft.

Bezugszeichenliste

1: Unterstützungssystem
110: Steuerabschnitt
130: Armsteuerabschnitt
150: Detektionsabschnitt
151: Kraftsensor
152: Drehmomentsensor
153: Beschleunigungssensor
154: Codierer
3000: endoskopisches Chirurgiesystem
3100: Endoskop
3101: Objektivtubus
3103: Kamerakopf
3200: chirurgische Instrumente
3201: Pneumoperitoneumtubus
3203: Energiebehandlungswerkzeug
3205: Zange
3207a: Trokar
3300: Unterstützungsarmvorrichtung
3301: Basisabschnitt
3303: Armabschnitt
3400: Wagen
3401: CCU
3403: Displayvorrichtung
3405: Lichtquellenvorrichtung
3407: Armsteuervorrichtung
3408: Steuervorrichtung
3409: Eingabevorrichtung
3411: Behandlungswerkzeugsteuervorrichtung
3413: Pneumoperitoneumvorrichtung
3415: Aufzeichnungsgerät
3417: Drucker
3419: Fußschalter
3501: Chirurg
3503: Patientenbett
3505: Patient

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015208834 A [0003]

Claims

Steuervorrichtung, umfassend: einen Steuerabschnitt, der auf eine Intention einer externen Kraft auf Basis der externen Kraft schließt.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Steuerabschnitt auf die Intention der externen Kraft auf Basis der externen Kraft an einem vorbestimmten Operationsziel schließt.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Steuerabschnitt steuert, ob das Operationsziel auf Basis der Intention bewegt oder gestoppt werden soll.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Steuerabschnitt steuert, ob das Operationsziel bewegt oder gesteuert werden soll, gemäß dem, ob sich eine Position, wo die externe Kraft auftritt, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs auf dem Operationsziel befindet oder nicht befindet.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Steuerabschnitt steuert, ob das Operationsziel bewegt oder gestoppt werden soll, gemäß dem, ob sich eine Größe der externen Kraft innerhalb eines vorbestimmten Bereichs befindet oder nicht befindet.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Steuerabschnitt steuert, ob das Operationsziel bewegt oder gestoppt werden soll, gemäß dem, ob eine Änderung bei einer Größe der externen Kraft graduell ist oder nicht graduell ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Steuerabschnitt steuert, ob das Operationsziel bewegt oder gestoppt werden soll, gemäß dem, ob eine Änderung bei einer Richtung der externen Kraft graduell ist oder nicht graduell ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Steuerabschnitt steuert, ob das Operationsziel bewegt oder gestoppt werden soll, auf Basis dessen, ob eine Anwesenheit einer Person detektiert oder nicht detektiert wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Steuerabschnitt steuert, ob das Operationsziel bewegt oder gestoppt werden soll, auf Basis der externen Kraft und eines Ergebnisses des Lernens durch Maschinenlernen.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Steuerabschnitt bewirkt, dass eine Technik des Schließens auf die Intention unterschiedlich ist, gemäß dem, ob sich das Operationsziel bewegt oder nicht bewegt.
Steuervorrichtung nach Anspruch 10, wobei in einem Fall, in dem das Operationsziel gestoppt ist, der Steuerabschnitt steuert, ob das Operationsziel bewegt oder nicht bewegt werden soll, gemäß dem, ob sich eine Anstiegsgeschwindigkeit einer auf das Operationsziel einwirkenden Kraft innerhalb eines vorbestimmten Bereichs befindet oder nicht befindet.
Steuervorrichtung nach Anspruch 10, wobei in einem Fall, in dem sich das Operationsziel bewegt, der Steuerabschnitt steuert, ob das Operationsziel bewegt oder nicht bewegt werden soll, gemäß dem, ob sich eine Geschwindigkeit des Operationsziels innerhalb eines vorbestimmten Bereichs befindet oder nicht befindet.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Operationsziel mehrere Glieder oder mehrere Gelenkabschnitte aufweist und ein Sensor in mindestens dem Glied an einem Vorderende der mehreren Glieder oder der mehreren Gelenkabschnitte vorgesehen ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Operationsziel mehrere Glieder oder mehrere Gelenkabschnitte aufweist und ein diskreter Sensor in jedem der mehreren Glieder oder der mehreren Gelenkabschnitte vorgesehen ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei in einem Fall, in dem die Intention mit einer Intention einer Benutzeroperation an dem Operationsziel übereinstimmt, der Steuerabschnitt eine vorbestimmte Interaktion mit dem Benutzer steuert.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei in einem Fall, in dem die Intention nicht mit einer Intention einer Benutzeroperation an dem Operationsziel übereinstimmt, der Steuerabschnitt eine Ausgabe eines vorbestimmten Alarms steuert.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die externe Kraft mindestens eine Kraft, ein Drehmoment, eine Beschleunigung und eine Geschwindigkeit aufweist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Beschleunigung durch einen Beschleunigungssensor detektiert wird oder aus einem Detektionsergebnis eines Codierers berechnet wird, der einen Drehwinkel eines Gelenkabschnitts detektiert, der zwischen Gliedern eines Operationsziels existiert.
Steuervorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Geschwindigkeit durch einen Geschwindigkeitssensor detektiert wird oder aus einem Detektionsergebnis eines Codierers berechnet wird, der einen Drehwinkel eines Gelenkabschnitts detektiert, der zwischen Gliedern eines Operationsziels existiert.
Steuerverfahren, umfassend: Schließen, durch einen Prozessor, auf eine Intention einer externen Kraft auf Basis der externen Kraft.