JP2020039922A - マルチジョイント医療器具の作動における張力制御 - Google Patents
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Abstract
Description
式1:F1=Tsign*(g1(θD−θ)+g2(dθD/dt−dθ/dt)+C)
式1の項g1(θD−θ)+g2(dθD/dt−dθ/dt)+Cは、伝達システム420を用いて与えられた時間Δtで所望の位置θDまで到達するようにジョイント410を回転させるためのジョイント410において現在必要とされるトルク、張力、又は力をほぼ決定するために使用され得る。トルク及び力又は張力は、トルクが力と有効モーメントアームRの積であることに関連し、この有効モーメントアームは、伝達システム420のジョイント410への接続部とジョイント410の回転軸との間の垂直距離によって定められる。有効モーメントアームRは、ゲイン係数g1及びg2並びに定数Cに吸収され得る又は計算された遠位張力TDISTを計算されたトルクに変換するために使用され得る。
式2:τi=g1i(θD−θ)i+g2i(dθD/dt−dθ/dt)i+Ci
ステップ735は、遠位張力TDISTを決定するためにステップ730で計算されたトルクを使用する。遠位張力TDISTは、伝達システム620−1乃至620−M及びアクチュエータ640−1乃至640−Mに対応するM成分ベクトルである。遠位張力の決定は、器具ジョイントと伝達システムの間のジオメトリ又は機構に依存する。特に、マルチジョイントでは、各ジョイントは、ジョイントに取付けられた伝達システムによって直接加えられる力によってだけでなく、器具の遠位端部に近いジョイントに接続する伝達システムによっても影響され得る。医療器具におけるトルク及び張力は、一般的に式3の形の式を用いてモデル化され得る。式3では、τ1乃至τNはトルクベクトルの成分であり、T1乃至TMはジョイント610を関節動作させるMの伝達システムそれぞれの遠位張力である。添え字I=1からNであり添え字J=1からMである各係数aIJは、一般的に、ジョイントの張力TJ及びトルクτIに対応する回転軸の有効モーメントアームに対応する。
式3:
したがって、ステップ735での計算は、M個の変数T1乃至TMに対するN個の方程式を解くことに対応する。Mは概してNより大きいので、解は一意的ではなく、したがって、全ての張力が最小値のセットより大きいという制約等の、不等式の制約が選択されることができ、最も低い最大値のセットが選択されるという条件等の、最適性条件が、全ての又は選択されたジョイントにおける所望の閾値より上に留まる最小張力のような所望の特性を持つ一意的な解を提供するために適用され得る。最小の張力の制約等不等式及び最適性条件を伴う式3の逆行列問題は、線形計画法のシンプレックス法等の幾つかの良く知られた技法によって解かれ得る。(例えば、その全体が参照により本願に援用される、"Linear Programming 1: Introduction," George B. Dantzig and Mukund N. Thapa, Springer−Verlag, 1997を参照。)本発明のさらなる態様によれば、遠位張力は、最も遠位のジョイントとから始まるジョイントを連続して評価する(調べる、数値を求める)とともに幾何学的パラメータ及びより遠位のジョイントに関して以前に計算された張力に基づいて各ジョイントに接続する伝達システムにおける張力を解くプロセスを使用して決定され得る。
式4:Fi=gpi*ePOS+gvi*eVT+Cfi
式5:τi=gorii*eORI+gvai*eVA+Cτi
ステップ732は、ステップ724で決定された先端部力FTIP及び先端部トルクτTIPを提供するジョイントトルクのセットを決定する。ジョイントトルクベクトルτ、先端部力FTIP及び先端部トルクτTIPの間の関係は、文書で十分に立証されており、通常は式6のように記載され、JTは器具の運動学的連鎖の良く知られたヤコビ行列Jの転置行列である。
式6
ヤコビ行列Jは、器具の幾何学的形状及びステップ710で決定された現在のジョイント位置によって決まり、既知の方法を使用して作ることができる。例えば、参照により本願に援用される、John J. Craig, "Introduction to Robotics: Mechanics and Control," Pearson Education Ltd.(2004)は、ロボット機構のためのヤコビ行列を作るために使用され得る技法を記載する。幾つかの場合、医療器具に提供された余分な又は冗長な動きの自由度の、例えば、6自由度より大きい先端部の動き、がある場合、先端部力FTIP及び先端部トルクτTIPを提供するジョイントトルクのセットは一意的ではなく、制約条件が、所望の特性を有するジョイントトルクのセットを選択するために、例えば、ジョイントが動きの範囲又は支持荷重におけるそれらの機械的なジョイントの限界に達することを防ぐジョイントトルクのセットを選択するために、或いは操作中に器具の任意の特定のジョイントに余分な用役を実行させるために、使用され得る。例えば、中央範囲のジョイント位置からの、ヤコビ行列の転置行列JTに関連するゼロ空間からの偏差を最小にする、ジョイントトルクのセットを選択することによってジョイントがそれらの機械的なジョイントの限界に達することを防ぐことができる。ジョイントトルクのセットは、式7にしたがって選択され得る。式7では、P(θ)は解によって提供されることになる追加有用性を定めるポテンシャル関数であり、∇は勾配演算子、N()は、入力に関連したヤコビ行列の転置行列JTのゼロ空間からジョイントトルクのセットを選択するゼロ空間射影演算子である。1つの実施形態では、ポテンシャルP(θ)は、ジョイントがそれらの動きの範囲の中心にある場合に最小値を有するジョイント位置の2次関数である。ポテンシャル関数の勾配−∇P(θ)は、動きの範囲の中心に向かって動くようにジョイントを引くジョイントトルクのセットを選択する一方、ゼロ空間射影演算子N()は、所望の先端部力及び先端部トルクを提供する選択されたジョイントトルクのセットもまた追加的な有用性を満足することを強制する。冗長な動きの自由度を提供するロボットシステムにおいて制約条件を使用するための技法は、技術分野で知られているとともに、ロボット工学の文献に見つけることができる。例えば、Yoshihiko Nakamura, "Advanced Robotics: Redundancy and Optimization," Addison−Wesley (1991)、及びOussama Khatib,による文献“The Operational Space Framework," JSME International Journal, Vol. 36, No. 3, 1993を参照。
式7
ステップ732の後、プロセス700Bは、上述のプロセス700と同じ方法で継続する。特に、ステップ732で決定されたジョイントトルクに基づいて、ステップ735は張力TDISTを決定する。ステップ740及び745は張力TDISTへの修正値TPROX及びTPAIRを決定し、ステップ750は組合せ張力ベクトルTを決定する。ステップ755及び760は、次に医療器具を時間間隔Δtの間駆動するために、伝達システムに組合せ張力ベクトルTの成分を加えるとともに保持する。
式3A
図8B及びbCは、互いに直交するそれぞれの回転軸z1及びz2を持つジョイント810及び820を含む医療器具の特性を示す。一般的に、各ジョイント810及び820における正味のトルクは、ジョイントを通って遠位端部に延びるテンドンの張力及びジョイントの駆動軸に対するテンドンに関連する有効モーメントアームによって決まる。図8Cは、各テンドンC1、C2、C3、及びC4が軸z1及びz2周りの異なるモーメントアームで動作する典型的な例を示すために、ジョイント810の基部の図を示す。ジョイント810及び820を孤立系又は器具の遠位端部の最後の2つの作動するジョイントとして考えると、ジョイント810及び820の正味のトルクτ1及びτ2は、式3Bに示されるように、それぞれのテンドンC1、C2、C3、及びC4の張力T1、T2、T3、及びT4に関連する。特に、ジョイント820は、テンドンC3の張力T3及びテンドンC3がジョイント820に付く軸z2に関するモーメントアームa32、並びにテンドンC4の張力T4及びテンドンC4がジョイント820に付く軸z2に関するモーメントアームa42によって決まる正味のトルクτ2にさらされる。ジョイント810のトルクτ1は、ジョイント810に取付けられるテンドンC1及びC2の張力T1及びT2、ジョイント820に取付けられるテンドンC3及びC4の張力T3及びT4、並びにモーメントアームa11、a21、a31、及びa41によって決まる。モーメントアームa21及びa41は、引っ張りテンドンC2及びC4がジョイント810のトルクτ1のための慣例定義の正の方向の反対の方向への回転を作り出すため、負符号が与えられる。同じ理由で、モーメントアームa31もまた、引っ張りテンドンC3がジョイント820の正の回転の方向と反対の回転を作り出すので、負符号が与えられる。
式3B
式3の行列Aを計算するための同様の方法が、ジョイント軸が互いに平行又は直行せず、むしろ任意の相対的な向きであるとき、それに応じて各ジョイント軸に関する各テンドンのモーメントアームを計算することによって、利用され得ることが理解されるべきである。
式3C
図9Cは、ジョイント910を駆動するために、図9Cにc1、c2、及びc3で標識される、3つのテンドン920を使用する実施形態の基部の図を示す。この配置を用いて、ジョイント910を曲げる傾向がある正味のトルクの成分τX及びτYは、式3Dに示されるように、テンドンc1、c2、及びc3の張力T1、T2、及びT3それぞれから決定され得る。ここで、raはX軸周りのテンドンc1のモーメントアームであり、−rbはX軸周りのテンドンc2及びc3のモーメントアームであり、rc及び−rcはそれぞれY軸周りのテンドンc2及びc3のモーメントアームである。X軸周りのテンドンc2及びc3のモーメントアームは、引っ張りテンドンc2及びc3が、引っ張りテンドンc1がジョイント910をX軸周りに曲げる方向と反対の方向に、ジョイント910を曲げるため、慣例により負符号が与えられる。同じ理由で、Y軸周りのテンドンc3のモーメントアームは慣例により負符号が与えられる。
式3D
図9Dは、柔軟な器具950、例えば柔軟なカテーテルが2つのジョイントを含む実施形態を示す。ジョイント910は、2自由度の動きを提供するようにテンドン920を通じて駆動され、ジョイント940は、別の2自由度の動きを提供するようにテンドン930を通じて駆動される。図9Eは、ジョイント910のために3つのテンドン920(図9Eにおいてc1、c2、及びc3で標識される)及びジョイント940のために3つのテンドン930(図9Eにおいてc4、c5、及びc6で標識される)を使用する特定の場合におけるジョイント940の基部を示す。最遠位ジョイント910におけるトルクと力の間の関係は、上述の式3Dを使用してモデル化され得る。しかし、ジョイント940におけるトルクは、柔軟な部分940を通過するテンドン920及び930の全ての張力によって決まる。したがって、器具950のトルク及び張力は、式3Eに示されるような1つの特定の例に関係し得る。式3Eにおいて、τ1X及びτ1Yはジョイント910におけるトルク成分であり、τ2X及びτ2Yはジョイント940におけるトルク成分であり、ra、rb、及びrcはモーメントアームの大きさであり、T1,T2、及びT3はテンドン920における張力であり、T4,T5、及びT6はテンドン930における張力である。
式3E
式3A乃至3Eは、多くの医療器具において、最遠位ジョイントにおいて特定のトルクを提供する張力を見つける問題が系における他の張力と独立して解かれ得ることを示す。より一般的には、各ジョイントのためのジョイントトルクは、そのジョイントに接続するテンドンにおける張力及び最遠位ジョイントに加えられる張力によって決まる。したがって、図7A及び7Bのプロセス700及び700Bのステップ735は、あるジョイントトルクのセットを作り出す張力のセットを決定するために、器具の遠位端部から器具の近位端部に向かって順番にジョイントを反復的に解析するプロセスを使用して実行され得る。
(付記1) 医療器具システムであって:
複数のジョイントと;
複数のアクチュエータと;
それぞれ前記アクチュエータに結合される近位端部を有する複数の伝達システムであって、それぞれの前記伝達システムは、前記医療器具システムの関節のために力の伝達を可能にするように、関連図けられた前記ジョイントの1つに取り付けられる遠位端部を有する、複数の伝達システムと;
前記医療器具の配置を測定するように結合されたセンサと;
配置測定値を受信するように結合された制御システムであって、前記制御システムは、前記伝達システムのための張力を決定するために前記配置測定値を使用するとともに前記伝達システムに前記張力を作り出すように前記アクチュエータを操作する、制御システムと;を含む、
医療器具システム。
(付記2) 前記伝達システムのそれぞれは、コンプライアントであるとともに、調整された値のアクチュエータ力の下でジョイント関節において許容された不正確さより多いものに対応する量だけ伸びる、
付記1に記載のシステム。
(付記3) 前記制御システムは、前記アクチュエータの位置に無関係であるように、前記伝達システムに加えられる前記張力を制御する、
付記1に記載のシステム。
(付記4) 前記制御システムは、前記伝達システム又は前記ジョイントのコンプライアンスに無関係であるように、前記伝達システムに加えられる前記張力を制御する、
付記1に記載のシステム。
(付記5) 前記制御システムは、前記伝達システムの前記近位端部から前記遠位端部への長さに無関係であるように、前記伝達システムに加えられる前記張力を制御する、
付記1に記載のシステム。
(付記6) 前記制御システムは、前記伝達システムの前記近位端部から前記遠位端部への形状に無関係であるように、前記伝達システムに加えられる前記張力を制御する、
付記1に記載のシステム。
(付記7) 前記制御システムは:
前記ジョイントの所望の配置と前記ジョイントの現在の配置との間の差を決定するステップ;
前記差から、前記差を減らすように前記ジョイントを作動させるジョイントトルクを決定するステップ;及び
前記ジョイントトルクを発生させる前記張力を決定するステップ;
を有する、プロセスを使用して前記張力を決定する、
付記1に記載のシステム。
(付記8) 前記制御システムは:
選択された前記ジョイントの1つの現在の配置と前記選択されたジョイントの所望の配置との間の第1の差を決定するステップ;及び
前記第1の差及び第1のゲイン係数の第1の積を前記選択されたジョイントを作動させるジョイントトルクを決定するのに使用するステップ;
を含む、プロセスにおいて、前記配置測定値を使用する、
付記1に記載のシステム。
(付記9) 前記制御システムが前記配置測定値を使用する前記プロセスは:
前記選択されたジョイントにおける現在の速度と前記ジョイントにおける所望の速度との間の第2の差を決定するステップ;及び
前記第2の差及び第2のゲイン係数の第2の積を決定するステップであって、前記選択されたジョイントを作動させる前記ジョイントトルクがさらに前記第2の積によって決まる、ステップ;
をさらに有する、
付記8に記載のシステム。
(付記10) 前記制御システムは:
前記器具の先端の所望の配置と前記先端の現在の配置との間の差を決定するステップ;
前記差から、前記先端に加えられるときに前記差を減少させる先端力及び先端トルクを決定するステップ;
前記器具の前記先端に前記先端力及び前記先端トルクを発生させるジョイントトルクを決定するステップ;及び
前記ジョイントトルクを発生させる前記張力を決定するステップ;
を有する、プロセスを使用して、前記張力を決定する、
付記1に記載のシステム。
(付記11) 前記先端力を決定するステップは:
前記先端の第1の位置座標の現在の値と前記先端の前記第1の位置座標の所望の値との間の第1の差を決定するステップ;
前記第1の差及び第1のゲイン係数の第1の積を決定するステップ;及び
前記先端力の第1の成分を決定するのに前記第1の積を使用するステップ;
を有する、
付記10に記載のシステム。
(付記12) 前記先端力を決定するステップは、
前記先端の第2の位置座標の現在の値と前記先端の前記第2の位置座標の所望の値との間の第2の差を決定するステップ;
前記第2の差及び第2のゲイン係数の第2の積を決定するステップであって、前記第2のゲイン係数は前記第1のゲイン係数と異なる、ステップ;及び
前記先端力の第2の成分を決定するのに前記第2の積を使用するステップ;
をさらに有する、
付記11に記載のシステム。
(付記13) 前記先端トルクを決定するステップは:
前記先端の第1の角度座標の現在の値と前記先端の前記第1の角度座標の所望の値との間の第1の差を決定するステップ;
前記第1の差及び第1のゲイン係数の第1の積を決定するステップ;及び
前記先端トルクの第1の成分を決定するのに前記第1の積を使用するステップ;
を有する、
付記10に記載のシステム。
(付記14) 前記先端トルクを決定するステップは:
前記先端の第2の角度座標の現在の値と前記先端の前記第2の角度座標の所望の値との間の第2の差を決定するステップ;及び
前記第2の差及び第2のゲイン係数の第2の積を決定するステップであって、前記第2のゲイン係数は前記第1のゲイン係数と異なるように設定される、ステップ;
をさらに有する、
付記13に記載のシステム。
(付記15) 前記先端力を決定するステップは:
前記先端の現在の速度の成分と前記先端の所望の速度の成分との間の差を決定するステップ;
前記差及びゲイン係数の積を決定するステップ;及び
前記先端力の成分を決定するのに前記積を使用するステップ;
を有する、
付記10に記載のシステム。
(付記16) 前記先端力を決定するステップは:
前記先端の角速度と前記先端の所望の角速度との間の差を決定するステップ;
前記差及びゲイン係数の積を決定するステップ;及び
前記先端力の成分を決定するのに前記積を使用するステップ;
を有する、
付記10に記載のシステム。
(付記17) 前記ジョイントは、6を超える動作の自由度を提供し、前記先端の動きに関して冗長である動作の自由度を含み、前記ジョイントトルクは、前記ジョイントの動きの範囲の限界に前記ジョイントが近付かないように又はジョイントトルク限界に近づかないように、計算される、
付記10に記載のシステム。
(付記18) 前記制御システムは:
前記ジョイントにおいてそれぞれジョイントトルクを決定するために前記配置測定値を使用するステップ;及び
前記ジョイントトルクを使用して前記伝達システムのための前記張力を決定するステップ;
を有するプロセスを使用して前記張力を決定する、
付記1に記載のシステム。
(付記19) 前記制御システムは:
前記器具の前記遠位端部から前記器具の前記近位端部に向かう順に連続して前記ジョイントを評価するステップであって、各ジョイントを評価する前記ステップは、その前記ジョイントのための前記ジョイントトルク及び前記器具の前記遠位端部により近いジョイントに関して決定された張力を、評価されている前記ジョイントに直接加えられる張力を決定するために使用するステップを有する、ステップ、
を有するプロセスを使用して前記張力を決定する、
付記18に記載のシステム。
(付記20) 各ジョイントを評価するとき、評価されている前記ジョイントに直接加えられる前記伝達システムの前記張力は、公称値と等しくなるように選ばれ、前記ジョイントに直接加えられる残りの前記伝達システムの前記張力は、そのジョイントのための前記ジョイントトルクを生成するように且つ前記公称値以上になることが検証されるように計算される、
付記19に記載のシステム。
(付記21) 前記公称値は、前記伝達システムにおいて全ての張力を効果的に開放するように選ばれる、
付記20に記載のシステム。
(付記22) 前記公称値は、前記伝達システムにおいて前記張力を効果的に保持するように選ばれる、
付記20に記載のシステム。
(付記23) 前記ジョイントトルクを使用して前記張力を決定する前記ステップは:
前記ジョイントトルクから遠位張力を決定するステップ;及び
前記ジョイントの速度と前記ジョイントに結合された前記アクチュエータの対応する速度との間のそれぞれの差に依存する修正値を決定するステップであって、前記伝達システムのための前記張力は、前記遠位張力及び前記修正値に依存する、ステップ;
を有する、
付記18に記載のシステム。
(付記24) 前記ジョイントトルクを使用して前記張力を決定する前記ステップは:
前記ジョイントトルクから遠位張力を決定するステップ;及び
前記ジョイントに結合された前記伝達システムに結合されたアクチュエータの速度の間の差に依存する修正値を各前記ジョイントに関して決定するステップであって、前記伝達システムのための前記張力は、前記遠位張力及び前記修正値に依存する、ステップ;
を有する、
付記18に記載のシステム。
(付記25) 医療器具を制御するための方法であって:
前記医療器具の複数のジョイントの配置を測定するステップ;
前記医療器具の所望の配置を示す指令を受信するステップ;
複数のアクチュエータを前記ジョイントにそれぞれ接続する複数の伝達システムそれぞれの張力を決定するステップであって、前記張力の決定は前記アクチュエータの位置に無関係である、ステップ;及び
前記伝達システムそれぞれに前記張力を加えるように、前記アクチュエータを操作するステップ;
を有する、
方法。
(付記26) 1つ又は複数の前記伝達システムは、前記ジョイントの位置と前記伝達システムに結合された前記アクチュエータの位置との間の関係を提供しないように、コンプライアンスを有し、前記伝達システムは前記関係を使用している前記ジョイントの制御に関して十分正確である、
付記25に記載の方法。
(付記27) 前記張力を決定するステップは:
前記ジョイントの所望の配置と前記ジョイントの現在の配置との間の差を決定するステップ;
前記差から、前記差を減らすように前記ジョイントを作動させるジョイントトルクを決定するステップ;及び
前記ジョイントトルクを発生させる前記張力を決定するステップ;
を有する、
付記25に記載の方法。
(付記28) 前記張力を決定するステップは:
前記器具の先端の所望の配置と前記先端の現在の配置との間の差を決定するステップ;
前記差から、前記先端に加えられるときに前記差を減少させる先端力及び先端トルクを決定するステップ;
前記器具の前記先端に前記先端力及び前記先端トルクを発生させるジョイントトルクを決定するステップ;及び
前記ジョイントトルクを発生させる前記張力を決定するステップ;
を有する、
付記25に記載の方法。
(付記29) 前記先端力を決定するステップは:
前記先端の第1の位置座標の現在の値と前記先端の前記第1の位置座標の所望の値との間の第1の差を決定するステップ;
前記第1の差及び第1のゲイン係数の第1の積を決定するステップ;及び
前記先端力の第1の成分を決定するのに前記第1の積を使用するステップ;
を有する、
付記28に記載の方法。
(付記30) 前記先端力を決定するステップは、
前記先端の第2の位置座標の現在の値と前記先端の前記第2の位置座標の所望の値との間の第2の差を決定するステップ;
前記第2の差及び第2のゲイン係数の第2の積を決定するステップであって、前記第2のゲイン係数は前記第1のゲイン係数と異なる、ステップ;及び
前記先端力の第2の成分を決定するのに前記第2の積を使用するステップ;
をさらに有する、
付記29に記載の方法。
(付記31) 前記先端トルクを決定するステップは:
前記先端の第1の角度座標の現在の値と前記先端の前記第1の角度座標の所望の値との間の第1の差を決定するステップ;
前記第1の差及び第1のゲイン係数の第1の積を決定するステップ;及び
前記先端トルクの第1の成分を決定するのに前記第1の積を使用するステップ;
を有する、
付記28に記載の方法。
(付記32) 前記先端トルクを決定するステップは、
前記先端の第2の角度座標の現在の値と前記先端の前記第2の角度座標の所望の値との間の第2の差を決定するステップ;及び
前記第2の差及び第2のゲイン係数の第2の積を決定するステップであって、前記第2のゲイン係数は前記第1のゲイン係数と異なるように設定される、ステップ;
をさらに有する、
付記31に記載の方法。
(付記33) 前記先端力を決定するステップは:
前記先端の現在の速度の成分と前記先端の所望の速度の成分との間の差を決定するステップ;
前記差及びゲイン係数の積を決定するステップ;及び
前記先端力の成分を決定するのに前記積を使用するステップ;
を有する、
付記28に記載の方法。
(付記34) 前記先端力を決定するステップは:
前記先端の角速度と前記先端の所望の角速度との間の差を決定するステップ;
前記差及びゲイン係数の積を決定するステップ;及び
前記先端力の成分を決定するのに前記積を使用するステップ;
を有する、
付記28に記載の方法。
(付記35) 前記ジョイントは、6を超える動作の自由度を提供し、前記先端の動きに関して冗長である動作の自由度を含み、前記ジョイントトルクを決定するステップは、前記ジョイントの動きの範囲の限界に前記ジョイントが近付かないように又はジョイントトルク限界に近づかないように、前記冗長な動作の自由度を使用する、
付記28に記載の方法。
(付記36) 前記張力の決定は:
前記ジョイントにおいてそれぞれジョイントトルクを決定するために前記配置測定値を使用するステップ;及び
前記ジョイントトルクを使用して前記伝達システムのための前記張力を決定するステップ;
を有する、
付記25に記載の方法。
(付記37) 前記張力を決定するステップは:
前記器具の前記遠位端部から前記器具の前記近位端部に向かう順に連続して前記ジョイントを評価するステップであって、各ジョイントを評価する前記ステップは、その前記ジョイントのための前記ジョイントトルク及び前記器具の前記遠位端部により近いジョイントに関して決定された張力を、評価されている前記ジョイントに直接加えられる張力を決定するために使用するステップを有する、ステップ、
をさらに有する、
付記36に記載の方法。
(付記38) 各ジョイントを評価するとき、評価されている前記ジョイントに直接加えられる前記伝達システムの前記張力は、公称値と等しくなるように選ばれ、前記ジョイントに直接加えられる残りの前記伝達システムの前記張力は、そのジョイントのための前記ジョイントトルクを生成するように且つ前記公称値以上になることが検証されるように計算される、
付記37に記載の方法。
(付記39) 前記公称値は、前記伝達システムにおいて全ての張力を効果的に開放するように選ばれる、
付記38に記載の方法。
(付記40) 前記公称値は、前記伝達システムにおいて前記張力を効果的に保持するように選ばれる、
付記38に記載の方法。
(付記41) 前記張力を決定するステップは:
前記ジョイントトルクから遠位張力を決定するステップ;及び
前記ジョイントの速度と前記ジョイントに結合された前記アクチュエータの対応する速度との間のそれぞれの差に依存する修正値を決定するステップであって、前記伝達システムのための前記張力は、前記遠位張力及び前記修正値に依存する、ステップ;
を有する、
付記36に記載の方法。
(付記42) 前記ジョイントトルクを使用して前記張力を決定する前記ステップは:
前記ジョイントトルクから遠位張力を決定するステップ;及び
前記ジョイントに結合された前記伝達システムに結合されたアクチュエータの速度の間の差に依存する修正値を各前記ジョイントに関して決定するステップであって、前記伝達システムのための前記張力は、前記遠位張力及び前記修正値に依存する、ステップ;
を有する、
付記36に記載の方法。
Claims (14)
- 遠位先端、ジョイント、及び複数の伝達システムを有する医療器具を駆動するための医療器具システムであって、前記ジョイントは、前記遠位先端に結合されるとともに前記遠位先端のための自由度を提供し、前記複数の伝達システムは、第1の伝達システム及び第2の伝達システムを有し、前記医療器具システムは:
第1及び第2のアクチュエータであって、使用中、前記第1の伝達システムは前記ジョイントを前記第1のアクチュエータに結合し、前記第2の伝達システムは前記ジョイントを前記第2のアクチュエータに結合する、第1及び第2のアクチュエータと;
前記第1のアクチュエータ及び前記第2のアクチュエータに動作可能に結合される制御システムであって:
第1及び第2の張力の少なくとも1つを最小張力以上に維持しながら前記遠位先端を前記自由度で動かすように前記第1及び前記第2のアクチュエータを作動させることによって、前記第1の伝達システムに前記第1の張力及び前記第2の伝達システムに前記第2の張力を加えること、
を含む動作を行う命令を実行するように構成される、
制御システムと;を有する、
医療器具システム。 - 前記第1及び前記第2の張力の少なくとも1つを前記最小張力以上に維持することは:
前記第1及び前記第2の張力のそれぞれを前記最小張力以上に維持することを含む、
請求項1に記載の器具システム。 - 前記第1及び前記第2の張力の少なくとも1つを前記最小張力以上に維持することは:
前記第1の張力を第1の最小張力以上に維持すること、及び
前記第2の張力を第2の最小張力以上に維持すること、
を含む、
請求項1に記載の器具システム。 - 前記第1の張力及び前記第2の張力を加えることは、前記ジョイントの動きが、所定の動作範囲に達することを防ぐように前記第1及び前記第2のアクチュエータを動作させることを含む、
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の器具システム。 - 前記動作はさらに:
前記遠位先端又は前記ジョイントの位置を決定すること、を含み、
前記第1及び前記第2の張力を加えることは、前記の決定された位置に基づいて前記第1及び前記第2のアクチュエータを操作することを含む、
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の器具システム。 - 医療器具システムを制御する方法であって、前記医療器具システムは:医療器具と、第1のアクチュエータと、第2のアクチュエータとを有し、前記医療器具は、遠位先端、前記遠位先端に結合されるとともに前記遠位先端のための自由度を提供するジョイント、及び複数の伝達システムを有し、前記複数の伝達システムは、前記ジョイントを前記第1のアクチュエータに結合する第1の伝達システムと、前記ジョイントを前記第2のアクチュエータに結合する第2の伝達システムとを有し、前記方法は:
前記医療器具システムを制御するように構成された制御システムが、前記第1の伝達システムに第1の張力及び第2の伝達システムに第2の張力を加えるステップであって、前記第1及び前記第2の張力の少なくとも1つを最小張力以上に維持しながら前記遠位先端を前記自由度で動かすように前記第1及び前記第2のアクチュエータを作動させることによって、前記第1の伝達システムに第1の張力及び第2の伝達システムに前記第2の張力を加えるステップ、を含む、
方法。 - 前記第1及び前記第2の張力の少なくとも1つを前記最小張力以上に維持することは:
前記制御システムが、前記第1の張力を第1の最小張力以上に維持すること、及び
前記制御システムが、前記第2の張力を第2の最小張力以上に維持すること、
を含む、
請求項6に記載の方法。 - エンドエフェクタ及び複数の伝達システムを有する医療器具を駆動するための医療器具システムであって、前記医療器具システムは:
複数のアクチュエータであって、使用中、前記複数の伝達システムの各伝達システムは、前記複数のアクチュエータが多自由度の動きで前記エンドエフェクタを動かすために前記複数の伝達システムを駆動するよう動作可能であるように、前記エンドエフェクタを前記複数のアクチュエータのそれぞれのアクチュエータに結合する、複数のアクチュエータと;
前記複数のアクチュエータに動作可能に結合される制御システムであって:
前記複数のアクチュエータの位置及び前記エンドエフェクタの所望の配置に基づいて前記複数の伝達システムに張力を加えるとともに前記張力が加えられている間の前記複数の伝達システムにおける緩みを防ぐように、前記複数のアクチュエータを作動させること、
を含む動作を行う命令を実行するように構成される、
制御システムと;を有する、
医療器具システム。 - 前記複数の伝達システムに前記張力を加えるように前記複数のアクチュエータを作動させることは:
前記複数の伝達システムの1つ又は複数の伝達システムにおける張力を最小張力以上に維持するように前記複数のアクチュエータを作動させることを含む、
請求項8に記載の医療器具システム。 - 前記複数の伝達システムに前記張力を加えるように前記複数のアクチュエータを作動させることは:
前記複数の伝達システムの全てにおける張力を最小張力以上に維持するように前記複数のアクチュエータを作動させることを含む、
請求項8に記載の医療器具システム。 - 前記複数の伝達システムに前記張力を加えるように前記複数のアクチュエータを作動させることは:
前記複数の伝達システムにおける張力を最小張力のセットのうちの対応する最小張力以上に維持するように前記複数のアクチュエータを作動させることを含む、
請求項8に記載の医療器具システム。 - 前記複数のアクチュエータの数は、前記自由度の数より大きい、
請求項8乃至11のいずれか1項に記載の医療器具システム。 - 医療器具システムを制御する方法であって、前記方法は:
前記医療器具システムを制御するように構成された制御システムが、医療器具のエンドエフェクタの所望の配置を受信するステップと;
前記制御システムが、前記エンドエフェクタの現在の配置を決定するステップと;
前記制御システムが、複数のアクチュエータの位置及び前記エンドエフェクタの前記所望の配置に基づいて前記医療器具の複数の伝達システムに張力を加えるとともに前記張力が加えられている間の前記複数の伝達システムのそれぞれにおける緩みを防ぐように、前記複数のアクチュエータを作動させるステップと;
を含む、
方法。 - 前記複数の伝達システムに前記張力を加えるように前記複数のアクチュエータを作動させるステップは:
前記制御システムが、前記複数の伝達システムの1つ又は複数の伝達システムにおける張力を最小張力以上に維持するように前記複数のアクチュエータを作動させるステップを含む、
請求項13に記載の方法。
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