JP2016515405A5 - - Google Patents

Claims (15)

1. マニピュレータアームの作動方法であって、前記マニピュレータアームは、エンドエフェクタを含む可動遠位部分、ベースに結合される近位部分、及び前記遠位部分と前記ベースとの間の複数の関節を含み、前記複数の関節は、前記エンドエフェクタの与えられた状態に対して異なる関節状態の範囲を可能にするように十分な自由度を有し、前記方法は：
   前記複数の関節の関節空間内の前記複数の関節の１又は複数の関節の位置ベースの拘束条件を定めるステップであって、前記位置ベースの拘束条件は、前記複数の関節の前記関節空間内の前記１又は複数の関節の所望の運動に対応する１又は複数の経路を含む、ステップ；
   前記エンドエフェクタを所望のエンドエフェクタ運動で動かすように操作指令を受信するステップ；
   前記所望のエンドエフェクタ運動を生じさせるように前記複数の関節のエンドエフェクタ変位運動を計算するステップであって、前記複数の関節のエンドエフェクタ変位運動を計算するステップは、前記エンドエフェクタが動いていることに対応する関節速度方向から前記複数の関節の関節速度を計算するステップを含む、ステップ；
   前記位置ベースの拘束条件に向かって前記複数の関節の前記１又は複数の関節の位置を動かすために前記複数の関節の追従運動を計算するステップであって、前記複数の関節の前記追従運動を計算するステップは、前記エンドエフェクタが動いていないことに対応する関節速度方向から前記複数の関節の関節速度を計算するステップを含む、ステップ；並びに
   前記追従運動と同時に前記エンドエフェクタ変位運動を生じさせるように計算された前記エンドエフェクタ変位運動及び前記追従運動にしたがって前記複数の関節を駆動するステップ；を含む、
   方法。
2. 前記エンドエフェクタが動いていないことに対応する前記関節速度方向は、前記マニピュレータアームのヤコビアンのゼロ空間に関連付けられ、前記エンドエフェクタが動いていることに対応する前記関節速度方向は、前記ヤコビアンのゼロ直交空間に関連付けられる、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記位置ベースの拘束条件の前記１又は複数の経路のうちの第１の経路は、少なくとも１次元を有するとともに、前記複数の関節の少なくとも２つの関節によって前記複数の関節の前記関節空間の部分空間内に定められる、
   請求項１に記載の方法。
4. 前記位置ベースの拘束条件の前記１又は複数の経路は、前記複数の関節の前記関節空間内の区分的連続経路のネットワークを含む、
   請求項１に記載の方法。
5. 前記追従運動を計算するステップは：
   前記複数の関節の前記１又は複数の関節の計算された位置と前記位置ベースの拘束条件の前記１又は複数の経路との間にポテンシャル場を定めるステップであって、前記ポテンシャル場の増加するポテンシャルが前記計算された位置と前記１又は複数の経路との間の増加する距離に対応する、ステップ；
   前記ポテンシャル場から、前記計算された位置と前記１又は複数の経路との間のポテンシャルを決定するステップ；及び
   前記１又は複数の経路に向かう前記計算された位置から方向を決定するために前記ポテンシャルを使用することによって前記追従運動を計算するステップ；を含む、
   請求項１に記載の方法。
6. 前記追従運動を計算するステップは：
   前記位置ベースの拘束条件の前記１又は複数の関節のポテンシャル関数を評価することによって、前記複数の関節の前記関節空間内で前記複数の関節の第１の運動を決定するステップ；及び
   前記複数の関節の前記第１の運動を前記マニピュレータアームのヤコビアンのゼロ空間に投影することによって前記追従運動のための前記複数の関節の前記関節速度を決定するステップ；を含む、
   請求項１に記載の方法。
7. 前記マニピュレータアームの前記遠位部分は、前記エンドエフェクタに遠位に延びる細長いシャフトを有する手術器具を解放可能に支持する器具ホルダを含み、前記シャフトは、動作中、遠隔中心周りに枢動する、
   請求項１に記載の方法。
8. エンドエフェクタを含む可動遠位部分、ベースに結合される近位部分、及び前記遠位部分と前記ベースとの間の複数の関節を有するマニピュレータアームであって、前記複数の関節は、前記エンドエフェクタの与えられた状態に対して異なる関節状態の範囲を可能にする十分な自由度を有する、マニピュレータアーム；
   前記エンドエフェクタを所望のエンドエフェクタ運動で動かすように操作指令を受信するための入力装置；並びに
   前記入力装置及び前記マニピュレータアームに動作可能に接続される１又は複数のプロセッサであって、前記１又は複数のプロセッサは：
   前記複数の関節の関節空間内の前記複数の関節の１又は複数の関節の位置ベースの拘束条件を定めることであって、前記位置ベースの拘束条件は、前記複数の関節の前記関節空間内の前記１又は複数の関節の所望の運動に対応する１又は複数の経路を含む、位置ベースの拘束条件を定めること；
   前記所望のエンドエフェクタ運動を生じさせるように前記複数の関節のエンドエフェクタ変位運動を計算することであって、前記複数の関節のエンドエフェクタ変位運動を計算することは、前記エンドエフェクタが動いていることに対応する関節速度方向から前記複数の関節の関節速度を計算することを含む、エンドエフェクタ変位運動を計算すること；
   前記位置ベースの拘束条件に向かって前記複数の関節の前記１又は複数の関節の位置を動かすために前記複数の関節の追従運動を計算することであって、前記追従運動を計算することは、前記エンドエフェクタが動いていないことに対応する関節速度方向から前記複数の関節の関節速度を計算することを含む、追従運動を計算すること；並びに
   前記追従運動と同時に前記エンドエフェクタ変位運動を生じさせるように、計算された前記エンドエフェクタ変位運動及び前記追従運動にしたがって前記複数の関節を駆動するように前記マニピュレータアームに指令を伝達すること；
   を含む動作を実行するように構成される、１又は複数のプロセッサ；を有する、
   システム。
9. 前記エンドエフェクタが動いていないことに対応する前記関節速度方向は、前記マニピュレータアームのヤコビアンのゼロ空間に関連付けられ、前記エンドエフェクタが動いていることに対応する前記関節速度方向は、前記ヤコビアンのゼロ直交空間に関連付けられる、
   請求項８に記載のシステム。
10. 前記位置ベースの拘束条件の前記１又は複数の経路のうちの第１の経路は、少なくとも１次元を有するとともに、前記複数の関節の少なくとも２つの関節によって、前記複数の関節の前記関節空間の部分空間内に定められる、
    請求項８に記載のシステム。
11. 前記位置ベースの拘束条件の前記１又は複数の経路は、前記複数の関節の前記関節空間内の区分的連続経路のネットワークを含む、
    請求項８に記載のシステム。
12. 前記追従運動を計算することは：
    前記複数の関節の前記１又は複数の関節の計算された位置と前記位置ベースの拘束条件の前記１又は複数の経路との間にポテンシャル場を定めることであって、前記ポテンシャル場の増加するポテンシャルが前記計算された位置と前記１又は複数の経路との間の増加する距離に対応する、ポテンシャル場を定めること；
    前記ポテンシャル場から、前記計算された位置と前記１又は複数の経路との間のポテンシャルを決定すること；及び
    前記１又は複数の経路に向かう前記計算された位置から方向を決定するために前記ポテンシャルを使用することによって前記追従運動を計算すること；を含む、
    請求項８に記載のシステム。
13. 前記追従運動を計算することは：
    前記位置ベースの拘束条件の前記１又は複数の関節のポテンシャル関数を評価することによって、前記複数の関節の前記関節空間内で前記複数の関節の第１の運動を決定すること；及び
    前記複数の関節の前記第１の運動を前記マニピュレータアームのヤコビアンのゼロ空間に投影することによって前記追従運動のための前記複数の関節の前記関節速度を決定すること；を含む、
    請求項８に記載のシステム。
14. 前記マニピュレータアームの前記遠位部分は、前記エンドエフェクタに遠位に延びる細長いシャフトを有する手術器具を解放可能に支持する器具ホルダを含み、前記シャフトは、動作中、遠隔中心周りに枢動する、
    請求項８に記載のシステム。
15. マニピュレータアームを動かすためのプロセッサ実行プログラムを格納する可読メモリであって、前記マニピュレータアームは、エンドエフェクタを含む可動遠位部分、ベースに結合される近位部分、及び前記遠位部分と前記ベースとの間の複数の関節を含み、前記複数の関節は、前記エンドエフェクタの与えられた状態に対して異なる関節状態の範囲を可能にするように十分な自由度を有し、前記プロセッサ実行プログラムは、１又は複数のプロセッサによって実行されるとき、前記１又は複数のプロセッサに：
    前記複数の関節の関節空間内の前記複数の関節の１又は複数の関節の位置ベースの拘束条件を定める値にアクセスするステップであって、前記位置ベースの拘束条件は、前記複数の関節の前記関節空間内の前記１又は複数の関節の所望の運動に対応する１又は複数の経路を含む、ステップ；
    前記エンドエフェクタを所望のエンドエフェクタ運動で動かす操作指令のための値にアクセスするステップ；
    前記所望のエンドエフェクタ運動を生じさせるように前記複数の関節のエンドエフェクタ変位運動を計算するステップであって、前記複数の関節のエンドエフェクタ変位運動を計算するステップは、前記エンドエフェクタが動いていることに対応する関節速度方向から前記複数の関節の関節速度を計算するステップを含む、ステップ；
    前記位置ベースの拘束条件に向かって前記複数の関節の前記１又は複数の関節の位置を動かすために前記複数の関節の追従運動を計算するステップであって、前記複数の関節の前記追従運動を計算するステップは、前記エンドエフェクタが動いていないことに対応する関節速度方向から前記複数の関節の関節速度を計算するステップを含む、ステップ；並びに
    前記追従運動と同時に前記エンドエフェクタ変位運動を生じさせるように計算された前記エンドエフェクタ変位運動及び前記追従運動にしたがって前記複数の関節を駆動させるように前記マニピュレータに指令を伝達するステップ；を含む動作を実行させる命令を含む、
    メモリ。