JP2023052495A - ロボットアームの衝突の検出 - Google Patents

ロボットアームの衝突の検出 Download PDF

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Abstract

【課題】ロボットアームの相対位置を知ることなくロボットアーム同士の衝突を検出する。【解決手段】ロボットシステム３００は、第１，第２のロボット３０１、３０２及び制御ユニット３０３を備える。ロボットは、各ジョイントを駆動する駆動部と、ジョイントを検知対象とする位置センサおよびトルクセンサを備える。制御ユニットは、位置センサからの入力３０８が示すアーム形状構成における、第１,第２のロボットのアームのジョイントの重力トルクを特定し、トルクセンサからの入力および特定した重力トルクから、示されたアーム形状構成での第１，第２のロボットのアームのジョイントの残留トルクを特定し、各アームにつき、当該アームに作用したときに特定した残留トルクを発生させ得る少なくとも１つの力候補を算出し、第１のロボットのアームの少なくとも１つの力候補が第２のロボットのアームの逆向きの力候補と釣り合う場合に、衝突であると判定する。【選択図】図３

Description

本開示は、ロボット、特には手術用ロボットの動作の制御に関する。
図１に、共通の作業空間で動作している複数のロボット１０１，１０２，１０３を示す
。本例において、これらのロボットは、人間１０４に手術を実施するのに用いられる手術
用ロボットである。各ロボットは、基台がフレキシブルアームを介して手術器具と連結し
たものである。それらのロボットは、この例では外科医によって遠隔で操作される。その
外科医は、図２に示す外科医コンソール２００に位置している。その外科医は、ハンドコ
ントローラ２０１，２０２を操縦する。制御システムにより、当該ハンドコントローラの
動作が、手術用ロボットのアームジョイント及び／又は手術器具エンドエフェクタを動か
す制御信号へと変換される。複数のロボットが、同時に動かされ得る。
ロボットアーム同士を共通の作業空間で動作させると、これらのロボットアームが互い
に衝突する恐れがある。これは、ロボットの動作領域が他のロボットの動作領域と著しく
重複してしまうほど共通の作業空間が狭小である場合に特に起こり易い。上記の外科医－
ロボットシステムのようなマスタ－スレーブマニピュレータシステムでは、ロボットアー
ムの動作が予め決められているのではなく外科医の入力に応じて執行されるものであるた
め、衝突の可能性が高くなる。
複数のロボットを有するマスタ－スレーブマニピュレータシステムでは、全てのロボッ
トを共通のシャーシに取り付けることが知られている。この場合、ロボットの基台同士の
相対的な位置が既知のものとなる。各ロボットアームの姿勢については、センサデータを
用いて特定することが可能である。これにより、ロボットアーム上の各点の位置に対する
別のロボットアーム上の各点の位置を特定することができる。制御システムは、この情報
を用いることで、ロボットアーム同士の差し迫った衝突を検出し、衝突を阻止するよう当
該ロボットアーム同士の動きを変更することが可能である。
ロボット同士を共通のシャーシに取り付けずに互いに独立に取り付けているシステムで
は、所与のロボットに対する別のロボットの位置がそもそも既知でない。ロボット同士の
相対的な位置を特定しないと、上記の仕組みを利用して衝突を検出したり阻止したりする
ことができない。さらに、衝突が起こっても、ロボットアームのどの部分が衝突したのか
を特定することができない。
ロボットアーム同士の相対的な位置についての情報がなくともロボットアーム同士の衝
突を検出する制御システムが望まれる。
第１の態様では、ロボットシステムが提供される。当該ロボットシステムは、第１およ
び第２のロボットならびに制御ユニットを備える。当該第１および第２のロボットは、基
台および当該基台から器具の取付部へと延びるアームをそれぞれ含む。当該アームは、当
該アームの形状構成を変化させることが可能な複数のジョイントを具備している。前記ロ
ボットは、各ジョイントにつき、当該ジョイントを駆動して動かすように構成された駆動
部、ならびに当該ジョイントを検知対象とするように構成された位置センサおよびトルク
センサを含む。前記制御ユニットは、前記位置センサおよびトルクセンサからの入力を受
け取って、受け取った当該入力に応じて前記駆動部を制御するように構成されている。前
記制御ユニットは、前記位置センサからの前記入力が示すアーム形状構成における、前記
第１および第２のロボットの前記アームの前記ジョイントの重力トルクを特定して、前記
トルクセンサからの前記入力および特定した前記重力トルクから、示された前記アーム形
状構成での前記第１および第２のロボットの前記アームの前記ジョイントの残留トルクを
特定して、各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを発生
させ得る少なくとも１つの力候補を算出し、前記第１のロボットの前記アームの少なくと
も１つの力候補が前記第２のロボットの前記アームの逆向きの力候補と釣り合う場合に、
衝突であると判定するように構成されている。
前記制御ユニットは、衝突であると判定した場合、前記第１および第２のロボットの前
記アームの動きを阻止するように前記駆動部を制御し得る。
前記制御ユニットは、衝突であると判定した場合、前記第１および第２のロボットの前
記アームを接触点から遠ざけるように前記駆動部を制御し得る。
前記制御ユニットは、前記力候補が力閾値を上回った場合にのみ前記駆動部の制御を行
い得る。
前記制御ユニットは、前記力候補の時間プロファイルの勾配が勾配閾値を上回った場合
にのみ前記駆動部の制御を行い得る。
前記制御ユニットは、期間閾値よりも短い期間のあいだ前記力候補の大きさが基準値を
上回った場合にのみ前記駆動部の制御を行い得る。
前記ロボットシステムは、さらに、追加のロボットを備え得る。当該追加のロボットは
、基台および当該基台から器具の取付部へと延びるアームをそれぞれ含む。当該アームは
、当該アームの形状構成を変化させることが可能な複数のジョイントを具備している。前
記ロボットは、各ジョイントにつき、当該ジョイントを駆動して動かすように構成された
駆動部、ならびに当該ジョイントを検知対象とするように構成された位置センサおよびト
ルクセンサを含む。前記制御ユニットは、前記位置センサからの前記入力が示す前記アー
ム形状構成における、前記追加のロボットの前記アームの前記ジョイントの重力トルクを
特定して、前記トルクセンサからの前記入力および特定した前記重力トルクから、示され
た前記アーム形状構成での前記追加のロボットの前記アームの前記ジョイントの残留トル
クを特定して、前記追加のロボットの各アームにつき、当該アームに作用したときに前記
特定した残留トルクを発生させ得る少なくとも１つの力候補を算出し、衝突であると判定
した場合であって、前記第２のロボットの前記アームの逆向きの力候補と釣り合う前記第
１のロボットの前記アームの前記力候補が、追加のロボットの前記アームの逆向きの力候
補とは釣り合わない場合にのみ、前記駆動部の制御を行うように構成されている。
前記制御ユニットは、判定した前記衝突時の前記第１のロボットの前記アームの形状構
成および前記第２のロボットの前記アームの形状構成を記憶し、その後、記憶されたこれ
らの形状構成を前記第１のロボットおよび前記第２のロボットの双方が同時に採ることを
阻止し得る。
前記制御ユニットは、判定した前記衝突から前記第１のロボットの前記アームと前記第
２のロボットの前記アームとの相対的な位置を特定して、その後、同じ相対的な位置を前
記第１のロボットの前記アームおよび前記第２のロボットの前記アームが同時に採ること
を阻止し得る。
前記制御ユニットは、前記第１のロボットと前記第２のロボットとの相対的な位置を知
ることなく動作し得る。
前記制御ユニットは、前記第１および第２のロボットが互いに所定の向きを各自取って
いると仮定し得る。
前記制御ユニットは、各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留
トルクを発生させ得る単一の力候補を算出し得る。
前記制御ユニットは、前記示されたアーム形状構成での前記第１のロボットの前記アー
ムに作用したときに当該第１のロボットの当該アームの前記ジョイントの前記特定した残
留トルクを発生させ得る単一の力候補が存在しなかった場合、衝突が起こらなかったと判
定し得る。
前記制御ユニットは、各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留
トルクを発生させ得る単一の力候補範囲を算出し得る。
前記単一の力候補範囲は、大きさ候補範囲および作用線候補範囲を含み得る。
前記制御ユニットは、前記第１のロボットの前記アームの前記作用線候補範囲が前記第
２のロボットの前記アームの前記作用線候補範囲と重ならない場合、衝突が起こらなかっ
たと判定し得る。
前記制御ユニットは、前記第１のロボットの前記アームの前記作用線候補範囲が前記第
２のロボットの前記アームの前記作用線候補範囲内の作用線と反対方向の作用線を含んで
いない場合、衝突が起こらなかったと判定し得る。
前記制御ユニットは、前記第１のロボットの前記アームの前記大きさ候補範囲が前記第
２のロボットの前記アームの前記大きさ候補範囲と重ならない場合、衝突が起こらなかっ
たと判定し得る。
前記制御ユニットは、各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留
トルクを各自発生させたかもしれない複数の力候補を求め得て、当該複数の力候補は、２
つ以上の個別力候補の合成である合成力候補を含み、前記制御ユニットは、前記第１のロ
ボットの前記アームの所与の合成力候補における個別力候補が前記第２のロボットの前記
アームの逆向きの力候補と釣り合う場合に、衝突であると判定するように構成されている
。
前記ロボットシステムは手術ロボットシステムであり得て、前記第１および第２のロボ
ットは手術用ロボットであり得る。
第２の態様では、ロボットシステムの、基台および当該基台から器具の取付部へと延び
るアームをそれぞれ含む、第１のロボットと第２のロボットとの衝突を判定する方法が提
供される。前記アームは、当該アームの形状構成を変化させることが可能な複数のジョイ
ントを具備し、前記ロボットは、各ジョイントにつき、当該ジョイントを駆動して動かす
ように構成された駆動部、ならびに当該ジョイントを検知対象とするように構成された位
置センサおよびトルクセンサを含み、前記ロボットシステムは、さらに、前記位置センサ
およびトルクセンサからの入力を受け取って、受け取った当該入力に応じて前記駆動部を
制御する制御ユニットを備え、当該方法は、前記位置センサからの前記入力が示すアーム
形状構成における、前記第１および第２のロボットの前記アームの前記ジョイントの重力
トルクを特定する過程と、前記トルクセンサからの前記入力および特定した前記重力トル
クから、示された前記アーム形状構成での前記第１および第２のロボットの前記アームの
前記ジョイントの残留トルクを特定する過程と、各アームにつき、当該アームに作用した
ときに前記特定した残留トルクを発生させ得る少なくとも１つの力候補を算出する過程と
、前記第１のロボットの前記アームの少なくとも１つの力候補が前記第２のロボットの前
記アームの逆向きの力候補と釣り合う場合に、衝突であると判定する過程と、を備える。
以下では、本開示について、添付の図面を参照しながら例を用いて説明する。
３つの手術用ロボットを備えるロボットシステムで人間が手術を受けている様子を示す図である。 外科医コンソールを示す図である。 ロボットシステムを示す概略図である。 ロボットを示す図である。 ロボットアームに作用する残留トルクを特定する過程を示すフロー図である。 衝突解析のフロー図である。 他の衝突解析のフロー図である。 さらなる他の衝突解析のフロー図である。
後述の説明は、複数のロボットおよび制御ユニットを備えたロボットシステムに関する
ものである。当該制御ユニットは、前記ロボット同士を駆動して動かす。ロボットアーム
の位置センサおよびトルクセンサが、センサデータを前記制御ユニットへと受け渡す。前
記制御ユニットは、このセンサデータを用いて、前記ロボットアームに作用する外力を検
出する。前記制御ユニットは、アームに作用した外力が別のアームに作用した対向する外
力と釣り合う場合、これら２つのアーム間で衝突が起こったと判定する。
下記の例は、手術ロボットシステムに関するものである。図３を参照すると、手術ロボ
ットシステム３００は、制御ユニット３０３によって駆動される２つの手術用ロボット３
０１，３０２を備える。制御ユニット３０３は、第１および第２のハンドコントローラ３
０５，３０６からの入力を含む、外科医コンソール３０４からの入力３０７を受け取る。
前記制御ユニットは、前記外科医コンソールから、フットペダル入力、ボタン入力、音声
認識入力、ジェスチャ認識入力、眼認識入力などのその他の入力３０７も受け取り得る。
制御ユニット３０３は、さらに、手術用ロボット３０１，３０２からの入力３０８も受け
取る。当該入力には、前記ロボットアームのジョイントに設けられた位置センサおよびト
ルクセンサからのセンサデータが含まれる。制御ユニット３０３は、各ロボットから、力
フィードバック、手術器具由来のデータなどのその他の入力３０８も受け取り得る。制御
ユニット３０３は、前記ロボットや前記外科医コンソールから受け取った前記入力に応じ
てロボット３０１，３０２を駆動する。制御ユニット３０３は、プロセッサ３０９および
メモリ３１０を含む。当該メモリは、前記プロセッサにより実行されると当該プロセッサ
に前記駆動部の制御を本明細書で説明する様式で行わせることが可能なソフトウェアコー
ドを、非過渡的に記憶している。
各ロボット３０１，３０２は、図４に示す形状構成４００のものである。このロボット
は、手術の実施のあいだ定位置に固定されている基台４０１を含む。好適には、基台４０
１は、シャーシに取り付けられる。当該シャーシは、カート、例えば、ロボットをベッド
の高さに取り付けるベッドサイドカートであり得る。変形例では、前記シャーシが、天井
取付装置またはベッド取付装置とされ得る。
アーム４０２は、ロボットの基台４０１から手術器具４０４の取付部４０３へと延びる
。当該アームは曲折可能である。前記アームは、当該アームの長さに沿った複数のフレキ
シブルジョイント４０５によって回動する。当該ジョイント間には、剛体のアーム部材４
０６が存在する。図４のアームは、複数のジョイントを具備している。これらのジョイン
トは、１つ以上のロールジョイント（同ジョイントは、同ジョイントの片側にあるアーム
部材の長手方向に沿った回転軸心を有している）、１つ以上のピッチジョイント（同ジョ
イントは、基端側のアーム部材の長手方向と交差する回転軸心を有している）、および１
つ以上のヨージョイント（同ジョイントは、基端側のアーム部材の長手方向だけでなく同
じ場所に位置したピッチジョイントの回転軸心とも交差する回転軸心を有している）を含
む。しかしながら、前記アームは、別のジョイント方式とされてもよい。例えば、前記ア
ームにおけるジョイントの数が減らされても増やされてもよい。前記アームは、側方間の
回転以外の運動が可能なジョイント、例えば、伸縮ジョイントを含むものとされてもよい
。前記ロボットは、少なくとも１つのジョイント４０５をそれぞれ駆動する一連の駆動部
４０７を備えている。
取付部４０３は、手術器具４０４が前記アームの先端部に着脱自在に取り付けられるの
を可能にする。手術器具４０４は、直線状の剛体のシャフトおよび当該シャフトの先端部
にある作業用先端部を有する。当該作業用先端部は、医療行為に使用するためのエンドエ
フェクタを備える。前記手術器具は、前記アームにおける末端ジョイントの回転軸心と平
行かつ直線状に延設されるように構成され得る。例えば、前記手術器具は、前記アームに
おける前記末端ジョイントの回転軸心と合致する軸心に沿って延設され得る。手術器具４
０４は、例えば切断装置、把持装置、焼灼装置、撮像装置等であり得る。
前記ロボットアームは、一連のセンサ４０８，４０９を含む。これらのセンサは、各ジ
ョイントごとの、当該ジョイントの位置を検出する位置センサ４０８および当該ジョイン
トの回転軸心回りに作用するトルクを検出するトルクセンサ４０９を備える。ジョイント
の前記位置センサおよび／またはトルクセンサは、当該ジョイントのモータと一体化され
ていてもよい。これらのセンサの出力は、制御ユニット３０３に受け渡されてそこでプロ
セッサ３０９に対する入力となる。
以降では、ロボット３０１，３０２から受け取ったセンサデータを使って制御ユニット
３０３が当該ロボット同士のアーム間の衝突を検出する例について説明する。
まず、前記制御ユニットは、各ロボットアームについて、明らかにされていない力が当
該ロボットアームに作用しているか否かを判定する。図５は、これを行うのに制御ユニッ
ト３０３が実施するステップについて説明したフロー図である。
前記制御ユニットは、前記ロボットアームの前記ジョイントの位置センサ４０８から位
置センサデータ５０１を入力として受け取る。例えば、各位置センサは、検知対象とする
ジョイントのジョイント角度を報告し得る。前記制御ユニットは、ロボットアームの幾何
形状／レイアウト５００をメモリ３１０に記憶する。前記制御ユニットのプロセッサ３０
９は、メモリ３１０から、前記ロボットアームの記憶された幾何形状を取り出す。ステッ
プ５０２にて、前記制御ユニットのプロセッサ３０９は、受け取った前記位置センサデー
タおよび前記ロボットアームの前記幾何形状から、当該ロボットアームの最新の形状構成
を特定する。前記ロボットアームの形状構成は、当該ロボットアームの姿勢としても知ら
れている。好適には、プロセッサ３０９は、前記アームの前記最新の形状構成をメモリ３
１０に記憶する。
前記制御ユニットは、前記ロボットアームの重力モデル５０３をメモリ３１０に記憶す
る。メモリ３１０は、前記アーム及び取り付けられた前記器具における各構成要素につい
て、当該構成要素の質量、前記アームにおける手前側のジョイントからの当該構成要素の
質量中心の距離、および当該質量中心と当該手前側のジョイントのジョイントセンサの位
置出力との関係を記憶する。前記制御ユニットのプロセッサ３０９は、メモリ３１０から
、記憶された重力モデル５０３を取り出す。ステップ５０４にて、前記制御ユニットのプ
ロセッサ３０９は、前記ロボットアームの前記最新の形状構成および前記重力モデルを用
いて、当該ロボットアームの当該最新の形状構成での当該ロボットアームの前記構成要素
への重力の影響をモデル化する。この際、プロセッサ３０９は、前記ロボットアームの各
ジョイントへ作用する、重力に起因したトルクを特定する。
前記制御ユニットは、前記ロボットアームの前記ジョイントのトルクセンサ４０９から
トルクセンサデータ５０５を入力として受け取る。ステップ５０６にて、前記制御ユニッ
トのプロセッサ３０９は、前記ロボットアームの各ジョイントの残留トルクを算出する。
残留トルクとは、前記トルクセンサで測定されたジョイントトルクから、ジョイントへ作
用した既知のトルクを差し引いたものである。例えば、プロセッサ３０９は、測定された
ジョイントトルクからステップ５０４にて算出された重力によるトルクを差し引くことに
よって前記残留トルクを算出し得る。前記外科医コンソールの操作のもとで前記制御ユニ
ットが前記ジョイントを駆動して動かしている場合であれば、プロセッサ３０９が、既知
の駆動トルク値を測定されたジョイントトルクから差し引くことによって前記残留トルク
を求め得る。好適には、プロセッサ３０９は、残留ジョイントトルクをメモリ３１０に記
憶する。
前記制御ユニットは、前記ロボットアームの姿勢を必ずしも実際に求めなくてよい。前
記制御ユニットは、前記位置センサデータ、前記ロボットアームの既知の幾何形状、およ
び重力モデルから、重力トルクを直接算出すればよい。
前記制御ユニットは、前記ロボットアームの各ジョイントに作用する重力トルクを必ず
しも実際に求めなくてよい。前記制御ユニットは、前記位置センサデータ、前記ロボット
アームの既知の幾何形状、重力モデルおよびトルクセンサデータから、前記残留トルクを
直接算出すればよい。
前記制御ユニットは、当該制御ユニットと接続されている全ロボットアームについて、
図５との関連で説明したステップを実行する。
制御ユニット３０３は、前記ロボットの前記アームの前記ジョイントに作用する前記残
留トルクを解析して、当該残留トルクの一部又は全部が前記ロボット同士の衝突で引き起
こされたものであるのか否かを判定する。前記制御ユニットは、これを、前記ロボット同
士の相対的な位置を知ることなく行う。ただし、前記制御ユニットは、前記ロボット同士
が互いに所定の向きを取っているものと仮定する。変形例では、前記ロボット同士が衝突
したか否かを前記制御ユニットが判定するのに先立って、同システムでの当該ロボット同
士の相対的な向きが前記制御ユニットへと入力され得る。例えば、動作開始前に前記ロボ
ット同士をセットアップする際に、当該ロボット同士の相対的な向きが前記制御ユニット
へと送られ得る。
次に、２つのロボットアーム間で衝突が起こったか否かを判定するのに制御ユニット３
０３が当該ロボットアームのジョイントに作用した前記残留トルクをどのように解析する
のかについて、幾つかの例を説明する。
図６ａに、ロボットアームＡとロボットアームＢについての第１の実施形態を示す。ア
ームＡについて算出した残留ジョイントトルクは、ＲＴＡｊ（ｊ＝１，２…Ｊ）と表記す
る。アームＢの残留ジョイントトルクは、ＲＴＢｌ（ｌ＝１，２…Ｌ）と表記する。
前記制御ユニットは、メモリ３１０から、アームＡの前記最新の形状構成を取り出す。
前記制御ユニットは、さらに、メモリ３１０から、アームＡの残留ジョイントトルクＲＴ
Ａｊを取り出す。ステップ６０１にて、制御ユニット３０３は、アームＡの前記最新の形
状構成で残留ジョイントトルクＲＴＡｊを発生させたかもしれない力候補集合ＦＡｉ（ｉ
＝１，２…Ｎ）を特定する。
前記制御ユニットは、メモリ３１０から、アームＢの前記最新の形状構成を取り出す。
前記制御ユニットは、さらに、メモリ３１０から、アームＢの残留ジョイントトルクＲＴ
Ｂｌを取り出す。ステップ６０４にて、制御ユニット３０３は、アームＢの前記最新の形
状構成で残留ジョイントトルクＲＴＢｌを発生させたかもしれない力候補集合ＦＢｋ（ｋ
＝１，２…Ｋ）を特定する。
力候補とは、外部から対象のアームに作用する力のことである。前記力候補集合は、力
候補を一つだけ含むものであってもよい。前記力候補集合は、個別力候補を含み得る。換
言すると、前記制御ユニットは、前記アームの全残留ジョイントトルクを単独で発生させ
たかもしれない単一の外力を求め得る。前記力候補集合は、合成力候補を含み得る。換言
すると、前記制御ユニットは、前記アームの全残留ジョイントトルクを協働で発生させた
かもしれない２つ以上の外力を求め得る。前記力候補集合は、個別力候補および合成力候
補を含み得る。前記力候補集合は、前記アームに作用して当該アームの残留ジョイントト
ルクを発生させた可能性がある全ての外力を含み得る。
ステップ６０８にて、前記制御ユニットは、力候補ＦＡｉ（式中、ｉ＝１）と力候補Ｆ
Ｂｋ（式中、ｋ＝１）を比較する。すなわち、前記制御ユニットは、アームＡの第１の力
候補ＦＡ１をアームＢの第１の力候補ＦＢ１と比較する。前記制御ユニットは、比較する
力候補同士が釣り合っていて且つ対向している場合、アームＡがアームＢと衝突したとス
テップ６０９にて判定する。具体的に述べると、前記制御ユニットは、力候補ＦＡ１の大
きさ、作用線および作用線方向と力候補ＦＢ１の大きさ、作用線および作用線方向を比較
し得る。前記制御ユニットは、これらの力の大きさが等しく且つ相対する方向に平行線で
作用している場合、アームＡとアームＢとの間で衝突が起こったと判定する。
力候補ＦＡ１と力候補ＦＢ１が釣り合って且つ対向している力候補同士ではないと前記
制御ユニットがステップ６０８にて判定した場合、衝突は検出されない。ステップ６１０
にて、前記制御ユニットは、アームＢの前記力候補集合内にさらなる力候補が存在するか
否かを確認する。すなわち、前記制御ユニットは、ｋ＝ｋ＋１の力が存在するか否かを確
認する。さらなる力候補が存在する場合、ステップ６１１にてｋ＝ｋ＋１に設定されて解
析がステップ６０８へと戻る。このとき、前記制御ユニットは、力候補ＦＡｉと力候補Ｆ
Ｂｋ＋１、すなわち、ＦＡ１とＦＢ２を比較する。前記制御ユニットは、これら２つの力
候補が釣り合っていて且つ対向している場合、アームＡがアームＢと衝突したと判定する
。
力候補ＦＡ１と力候補ＦＢ２が釣り合って且つ対向している力候補同士ではないと前記
制御ユニットがステップ６０８にて判定した場合、衝突が検出されずにステップ６１０，
６１１，６０８のさらなる反復が行われる。力候補ＦＡ１が全ての力候補Ｂｋに対して判
断され尽くすか又は衝突が検出されるまで、これらの反復は継続する。
アームＢにさらなる力候補が存在しないと前記制御ユニットがステップ６１０にて判定
した場合、処理がステップ６１２へと続行する。ステップ６１２にて、前記制御ユニット
は、アームＡの前記力候補集合内にさらなる力候補が存在するか否かを確認する。すなわ
ち、前記制御ユニットは、ｉ＝ｉ＋１の力が存在するか否かを確認する。さらなる力候補
が存在する場合、ステップ６１３にてｉ＝ｉ＋１，ｋ＝１に設定される。そして、解析が
ステップ６０８へと戻る。このとき、前記制御ユニットは、力候補ＦＡｉ＋１と力候補Ｆ
Ｂｋ、すなわち、ＦＡ２とＦＢ１を比較する。前記制御ユニットは、これら２つの力候補
が釣り合っていて且つ対向している場合、アームＡがアームＢと衝突したと判定する。
力候補ＦＡ２と力候補ＦＢ１が釣り合って且つ対向している力候補同士ではないと前記
制御ユニットがステップ６０８にて判定した場合、衝突が検出されずにステップ６１０，
６１１，６０８のさらなる反復が行われる。力候補ＦＡ２が全ての力候補Ｂｋに対して判
断され終わるか又は衝突が検出されるまで、これらの反復は継続する。
アームＡの残りの力候補も、アームＢの力候補と上記の様式によって同様に比較される
。制御ユニット３０３は、アームＡの力候補ＦＡｉが一つでもアームＢの力候補ＦＢｋの
いずれかと釣り合っていて且つ対向していれば、衝突であると判定する。制御ユニット３
０３は、アームＡの力候補ＦＡｉのいずれもアームＢの力候補ＦＢｋと釣り合って且つ対
向している力候補でない場合、衝突が起こらなかったと判定する。
制御ユニット３０３は、衝突であると判定し次第、すなわち、互いに釣り合っていて且
つ対向している力候補対を特定し次第、図６ａの解析を停止し得る。変形例において、制
御ユニット３０３は、衝突を検出したか否かに関係なく、アームＡの全ての力候補をアー
ムＢの全ての力候補と比較し得る。
前記制御ユニットは、衝突であると判定した場合、互いに釣り合っていて且つ対向して
いるアームＡ，Ｂの力候補同士をメモリ３１０に記憶し得る。また、前記制御ユニットは
、衝突時のアームＡ，Ｂ双方の形状構成をメモリ３１０に記憶し得る。
この衝突解析によれば、衝突したロボットアームの一方又は双方に衝突の発生と同時に
別の外力が作用していた場合であっても、当該ロボットアーム同士の衝突が正確に検出さ
れる。
図６ｂに、ロボットアームＡとロボットアームＢについての第２の実施例を示す。図６
ａと同様に、アームＡについて算出した残留ジョイントトルクは、ＲＴＡｊ（ｊ＝１，２
…Ｊ）と表記する。アームＢの残留ジョイントトルクは、ＲＴＢｌ（ｌ＝１，２…Ｌ）と
表記する。
前記制御ユニットは、単一の外力のみがアームＡの残留ジョイントトルクを発生させた
と仮定するように構成されている。同じく、前記制御ユニットは、単一の外力のみがアー
ムＢの残留ジョイントトルクを発生させたと仮定するように構成されている。つまり、前
記制御ユニットは、各アームにつき、当該アームに作用したときに残留ジョイントトルク
を発生させたかもしれない単一の力候補を算出するように構成されている。当該単一の力
候補は、合成力候補ではなく個別力候補とする。
前記制御ユニットは、メモリ３１０から、アームＡの最新の形状構成を取り出す。前記
制御ユニットは、さらに、メモリ３１０から、アームＡの残留ジョイントトルクＲＴＡｊ
を取り出す。ステップ６２０にて、制御ユニット３０３は、アームＡの前記最新の形状構
成で残留ジョイントトルクＲＴＡｊを発生させたかもしれない単一の力候補ＦＡ１を特定
する。前記制御ユニットは、単一の力候補ＦＡ１を特定することができなかった場合、衝
突が起こらなかったとステップ６２７にて判定する。
前記制御ユニットは、メモリ３１０から、アームＢの最新の形状構成を取り出す。前記
制御ユニットは、さらに、メモリ３１０から、アームＢの残留ジョイントトルクＲＴＢｌ
を取り出す。ステップ６２４にて、制御ユニット３０３は、アームＢの前記最新の形状構
成で残留ジョイントトルクＲＴＢｌを発生させたかもしれない単一の力候補ＦＢ１を特定
する。前記制御ユニットは、単一の力候補ＦＢ１を特定することができなかった場合、衝
突が起こらなかったとステップ６２８にて判定する。
ステップ６２０にて力候補ＦＡ１が求められて、かつ、ステップ６２４にて力候補ＦＢ
１が求められた場合、ステップ６２９にて前記制御ユニットがＦＡ１とＦＢ１を比較する
。前記制御ユニットは、比較する力候補同士が釣り合っていて且つ対向している場合、ア
ームＡがアームＢと衝突したとステップ６３０にて判定する。具体的に述べると、前記制
御ユニットは、力候補ＦＡ１の大きさ、作用線および作用線方向と力候補ＦＢ１の大きさ
、作用線および作用線方向を比較し得る。前記制御ユニットは、これらの力の大きさが等
しく且つ相対する方向に平行線で作用している場合、アームＡとアームＢとの間で衝突が
起こったと判定する。
力候補ＦＡ１と力候補ＦＢ１が釣り合って且つ対向している力候補同士ではないと前記
制御ユニットがステップ６２９にて判定した場合、衝突は検出されない。
図６ａに関して説明した衝突解析に比べて、図６ｂに関して説明した衝突解析は計算負
荷が少ない。
図６ｃに、ロボットアームＡとロボットアームＢについての第３の実施例を示す。図６
ａ及び図６ｂと同様に、アームＡについて算出した残留ジョイントトルクは、ＲＴＡｊ（
ｊ＝１，２…Ｊ）と表記する。アームＢの残留ジョイントトルクは、ＲＴＢｌ（ｌ＝１，
２…Ｌ）と表記する。
前記制御ユニットは、単一の外力のみがアームＡの残留ジョイントトルクを発生させた
と仮定するように構成されている。同じく、前記制御ユニットは、単一の外力のみがアー
ムＢの残留ジョイントトルクを発生させたと仮定するように構成されている。前記制御ユ
ニットは、前記アームに作用したときに前記残留ジョイントトルクを発生させたかもしれ
ない単一の力候補について、その大きさ範囲および作用線範囲を算出するように構成され
ている。当該単一の力候補は、合成力候補ではなく個別力候補とする。
前記制御ユニットは、メモリ３１０から、アームＡの最新の形状構成を取り出す。前記
制御ユニットは、さらに、メモリ３１０から、アームＡの残留ジョイントトルクＲＴＡｊ
を取り出す。ステップ６４０にて、制御ユニット３０３は、アームＡの前記最新の形状構
成で残留ジョイントトルクＲＴＡｊを発生させたかもしれない単一の力候補ＦＡ１につい
て、その大きさ範囲および作用線範囲を特定する。前記制御ユニットは、力ＦＡ１の単一
の大きさ候補範囲および作用線範囲を特定することができなかった場合、衝突が起こらな
かったとステップ６４７にて判定する。
前記制御ユニットは、メモリ３１０から、アームＢの最新の形状構成を取り出す。前記
制御ユニットは、さらに、メモリ３１０から、アームＢの残留ジョイントトルクＲＴＢｌ
を取り出す。ステップ６４４にて、制御ユニット３０３は、アームＢの前記最新の形状構
成で残留ジョイントトルクＲＴＢｌを発生させたかもしれない単一の力候補ＦＢ１につい
て、その大きさ範囲および作用線範囲を特定する。前記制御ユニットは、力ＦＢ１の単一
の大きさ候補範囲および作用線範囲を特定することができなかった場合、衝突が起こらな
かったとステップ６４８にて判定する。
ステップ６４０にて力ＦＡ１の大きさ候補範囲および作用線候補範囲が求められて、か
つ、ステップ６４４にて力ＦＢ１の大きさ候補範囲および作用線候補範囲が求められた場
合、解析がステップ６４９へと進む。ステップ６４９にて、前記制御ユニットがＦＡ１の
作用線範囲とＦＢ１の作用線範囲を比較する。ＦＡ１の作用線範囲がＦＢ１の作用線範囲
と重ならない場合、衝突が起こらなかったと前記制御ユニットがステップ６５０にて判定
する。ＦＡ１の作用線範囲がＦＢ１の作用線範囲と重複した場合、解析がステップ６５１
へと進む。
ステップ６５１にて、前記制御ユニットは、力ＦＡ１の前記範囲と力ＦＢ１の前記範囲
との重複領域における、力ＦＡ１の前記範囲内の作用線方向と力ＦＢ１の前記範囲内の作
用線方向を比較する。力ＦＡ１の作用線範囲と力ＦＢ１の作用線範囲との重複領域におい
て、一方の範囲内の作用線と反対方向の作用線が他方の範囲内になかった場合、衝突が起
こらなかったと前記制御ユニットがステップ６５２にて判定する。しかしながら、力ＦＡ
１の作用線範囲と力ＦＢ１の作用線範囲との重複領域において、一方の範囲内の作用線と
反対方向の作用線が他方の範囲内に１つ以上存在する場合には、解析がステップ６５３へ
と進む。
変形例では、ステップ６４９とステップ６５１が別々ではなく並行して前記制御ユニッ
トにて検討され得る。この場合、前記制御ユニットは、ＦＡ１の作用線範囲とＦＢ１の作
用線範囲を、それらの作用線の方向同士を含めて比較する。力ＦＡ１の作用線範囲と力Ｆ
Ｂ１の作用線範囲との重複領域において、一方の範囲内の作用線と反対方向の作用線が他
方の範囲内になかった場合、衝突が起こらなかったと前記制御ユニットが判定する。力Ｆ
Ａ１の作用線範囲と力ＦＢ１の作用線範囲との重複領域において、一方の範囲内の作用線
と反対方向の作用線が他方の範囲内に存在する場合には、解析がステップ６５３へと進む
。
ステップ６５３にて、前記制御ユニットは、力ＦＡ１の大きさ範囲を力ＦＢ１の大きさ
範囲と比較する。力ＦＡ１の大きさ範囲が力ＦＢ１の大きさ範囲と重ならない場合、衝突
が起こらなかったと前記制御ユニットがステップ６５４にて判定する。しかしながら、力
ＦＡ１の大きさ範囲が力ＦＢ１の大きさ範囲と重複した場合、衝突が起こったと制御ユニ
ット３０３がステップ６５５にて判定する。
変形例において、制御ユニット３０３は、力ＦＡ１の大きさ範囲が力ＦＢ１の大きさ範
囲と重複した場合、衝突の可能性があると判定し得る。すると、前記制御ユニットは、ス
テップ６４０，６４４へと戻って図６ｃに関して説明した手法のさらなる反復を実行し得
る。この反復では、前記制御ユニットが、前記アームに作用したときに前記残留ジョイン
トトルクを発生させたかもしれない単一の力候補について、さらに狭い大きさ範囲および
／またはさらに狭い作用線範囲を算出する。制御ユニット３０３は、この反復後も力ＦＡ
１の大きさ範囲が力ＦＢ１の大きさ範囲と重複している場合、衝突が起こったと判定し得
る。この判定は、それ以前の反復で同じ判定を下した場合よりも、信頼度の高い判定とな
る。変形例では、制御ユニット３０３が、ステップ６５３の結果が肯定となるたびに毎回
ステップ６４０，６４４へ戻って図６ｃの手法のさらなる反復を実行し得て、かつ、それ
以降の各反復は、それ以前の反復よりも狭い大きさ範囲および／または作用線範囲で実行
され得る。この反復処理は：（ｉ）衝突が起こらなかったと制御ユニット３０３が判定す
る；（ｉｉ）衝突が起こったと前記制御ユニットが判定してよいほど十分に範囲が狭まる
；のいずれかが成立するまで継続する。所定回数の反復後に、十分に範囲が狭まったとさ
れ得る。
変形例では、ステップ６５３にて力ＦＡ１の大きさ範囲が力ＦＢ１の大きさ範囲と重複
した場合、衝突の可能性があると制御ユニット３０３が判定し得る。そして、前記制御ユ
ニットは、図６ａに関して説明した手法を用いて、衝突が起こったか否かを判定し得る。
変形例では、ステップ６５３にて力ＦＡ１の大きさ範囲が力ＦＢ１の大きさ範囲と重複
した場合、衝突の可能性があると制御ユニット３０３が判定し得る。そして、前記制御ユ
ニットは、図６ｂに関して説明した手法を用いて、衝突が起こったか否かを判定し得る。
制御ユニット３０３は、衝突が起こらなかったと、例えば作用線範囲同士が重複しなか
った場合にステップ６５０等にて判定し次第、図６ｃの衝突解析を停止し得る。変形例で
は、衝突解析が続行させられて、ステップ６５１，６５３にて前述のような力候補同士の
その他の特性についての比較が行われ得る。
場合にもよるが、図６ｃに関して説明した衝突解析によれば、図６ａや図６ｂに関して
説明した衝突解析よりも迅速に、前記制御ユニットにおいて、２つのロボットアームで検
出された残留ジョイントトルクを、衝突を示唆していないことにより判断の対象から外す
ことが可能となる。
図６ａ、図６ｂ及び図６ｃとの関連で述べた上記の例では、２つのロボットアーム間で
衝突が起こったか否かを前記制御ユニットがどのように判定するのかについて説明した。
前記制御ユニットは、衝突が起こらなかったと判定すれば、衝突判断前と変わらず２つの
ロボットアームを動作させ続ける。例えば、前記制御ユニットは、前記外科医コンソール
からの入力に応じて前記ロボットアームの前記ジョイントを駆動して動かしていたのであ
れば、前記ジョイントの駆動をそのまま継続させる。
前記制御ユニットは、衝突が起こったと判定した場合、衝突した２つのロボットアーム
のさらなる動作を阻止することで対処し得る。前記ロボットが前記外科医コンソールから
の入力に応じて操縦されていたのであれば、ロボットアームの動作を阻止することにより
、外科医が当該ロボットアームを操縦できないようにする。前記ロボットは、前記器具が
衝突時と同じ位置および形状構成に維持されたまま各ロボットアームの前記ジョイントが
外力に反応して動くというコンプライアントモードに置かれ得る。これにより、手術室の
スタッフは、ロボットアームを押すことで、ロボットアーム同士を引き離すよう位置変更
させることが可能となる。例えば、前記コンプライアントモードでは、前記制御ユニット
が、前記ロボットアームの前記ジョイントの力センサからセンサ入力を受け取り得る。前
記制御ユニットは、前記ロボットアームに外力が作用したことをこのセンサ入力から判断
する。前記制御ユニットは、前記外力のうち、前記ロボットアームを衝突点から遠ざける
ような方向の成分を抽出する。そして、前記制御ユニットは、ロボットアームジョイント
を駆動して、前記外力のその成分の方向へと前記ロボットアームを動かす。このアプロー
チでは、手術室のスタッフが、他方のロボットアームとの接触点から遠ざけるかたちでの
みロボットアームを位置変更させることが可能となる。前記制御ユニットは、一方又は双
方のロボットアームが位置変更され次第、当該ロボットアームを、前記外科医コンソール
からの入力に応じて操縦される動作モードへと戻し得る。
変形例において、前記制御ユニットは、衝突が起こったと判定した場合、前記ロボット
アーム同士を当該２つのアームの接触点から遠ざけるように制御することで対処し得る。
前記制御ユニットは、衝突解析から、前記外力のうち衝突を引き起こした作用線を各ロボ
ットについて特定した。前記制御ユニットは、前記ロボットアームの最新の形状構成から
、各ロボットアームのどの箇所に力が加わったのかを特定することができる。各ロボット
アームにおける当該力の位置が、そのロボットアームの、他方のロボットアームとの前記
接触点となる。
前記制御ユニットは、図６ａ、図６ｂ及び図６ｃの任意の図に関して述べたかたちで検
出した衝突に対し、前述のように前記ロボットアームの動作を阻止するか又は前記ロボッ
トアームを駆動して前記接触点から後退させることによって直接対処し得る。変形例にお
いて、前記制御ユニットは、検出した衝突に対して前述のように対処するのに、衝突が検
出された際に１つ以上のさらなる条件が満たされることを要件とし得る。
例えば、前記制御ユニットは、力閾値を超えた値であることを要件とし得る。この場合
、前記制御ユニットは、衝突を検出した際に力候補の大きさを力閾値と比較し得る。前記
制御ユニットは、力候補の大きさが前記力閾値を上回った場合、検出した衝突に対して前
述のように対処し得る。前記制御ユニットは、力候補の大きさが前記力閾値以下であった
場合、検出した衝突に対して前述のように対処しない。代わりに、前記制御ユニットは、
前記ロボットアームに通常動作を継続させるよう当該ロボットアームを駆動する。
他の例において、前記制御ユニットは、力候補が特定の波形を有することを要件とし得
る。例えば、前記制御ユニットは、急な衝突を指す急峻な力増加を力候補が示しているこ
とを要件とし得る。この場合、前記制御ユニットは、衝突を検出した際に力候補の時間プ
ロファイルを確認し得る。具体的に述べると、前記制御ユニットは、力の大きさが基準値
を上回っている期間のあいだの力候補の時間プロファイル（すなわち、大きさ－対－時間
）の勾配を確認し得る。前記制御ユニットは、この期間のあいだの時間プロファイルの勾
配が勾配閾値を上回った場合、検出した衝突に対して前述のように対処し得る。前記制御
ユニットは、この期間のあいだの時間プロファイルの勾配が勾配閾値以下であった場合、
検出した衝突に対して前述のように対処しない。代わりに、前記制御ユニットは、前記ロ
ボットアームに通常動作を継続させるよう当該ロボットアームを駆動する。
他の例として、前記制御ユニットは、力候補の波形がステップ関数を模していることを
要件し得る。前記制御ユニットは、衝突を検出した際に（ｉ）期間閾値よりも短い期間の
あいだ力候補の大きさが基準値を上回ったか否かを確認すると共に（ｉｉ）時間プロファ
イルの勾配が勾配閾値を上回ったか否かを確認することによってこれを実施し得る。前記
制御ユニットは、前記期間閾値よりも短い期間のあいだ力候補の大きさが前記基準値を上
回り、かつ、当該期間のあいだ力候補の勾配が前記勾配閾値を上回ったと判定した場合、
検出した衝突に対して前述のように対処し得る。前記制御ユニットは、この期間のあいだ
にこれらの要件が一方でも満たされなければ、検出した衝突に対して前述のように対処し
ない。代わりに、前記制御ユニットは、前記ロボットアームに通常動作を継続させるよう
当該ロボットアームを駆動する。
前記ロボットシステムは、上述した第１および第２のロボット以外にも追加のロボット
を備え得る。さらなる各ロボットは、図４を参照しながら説明した形状構成のものである
。前記制御ユニットは、さらなる各ロボットからも同様のセンサデータを受け取り、かつ
、当該さらなる各ロボットについても前記第１および第２のロボットに関して既述したよ
うに駆動するよう構成されている。また、前記制御ユニットは、さらなる各ロボットにつ
いても前述の衝突解析を実行する。前記制御ユニットは、検出した衝突に対して前述のよ
うに対処するのに、釣り合っていて且つ対向している力候補によって引き起こされたと判
断される残留ジョイントトルクを有しているのが２つのロボットアームだけであることを
要件とし得る。前記制御ユニットは、釣り合っていて且つ対向している力候補によって引
き起こされた可能性がある残留ジョイントトルクを３つ以上のロボットアームが有してい
ると判断した場合、検出した衝突に対して前述のように対処しない。代わりに、前記制御
ユニットは、前記ロボットアームに通常動作を継続させるよう当該ロボットアームを駆動
する。
衝突は、３つ以上のロボットアーム間で同時に起こるとは考えられ難い。前記制御ユニ
ットが、釣り合っていて且つ対向している力候補を３つ以上のロボットアームで検出した
場合、その外力の起源は他のロボットアームではなく患者である（患者内の手術部位に器
具をアクセスさせる結果として、それら全てのロボットアームが患者と繋がっている）可
能性が高い。よって、前記制御ユニットは、そのような検知に対し、前記ロボットアーム
の通常動作の継続を許容するという対応を取る。
前記制御ユニットは、検出した衝突に対して前述のようにロボットアームの動作を阻止
するか又は前記ロボットアームを駆動して接触点から後退させて対処するのに、上記のさ
らなる条件のいずれか１つ以上が満たされることを要件とし得る。これは、前述の衝突解
析からの誤判定の数を減らすためである。すなわち、検出した力の起源が実際には別のも
のであるのにロボットアーム間の衝突であると前記制御ユニットが検出してしまう回数を
減らすためである。よって、これにより、ロボットアーム間で衝突が発生しなかったにも
かかわらず前記制御ユニットが処理を停止して前記手術器具の操作を前記外科医コンソー
ルから取り上げてしまうという可能性が抑制される。
前記制御ユニットは、衝突を検出すると、衝突した各ロボットアームの衝突時の形状構
成をメモリ３１０に記憶し得る。前記制御ユニットは、記憶された当該形状構成をその後
の動作において２つのロボットアームが同時に採ることを阻止する。これにより、前記制
御ユニットは、２つのロボットアームが当初の衝突であると同じ様式で再び衝突するのを
阻止する。前記制御ユニットは、残りの手術の時間中ずっと、又は一方もしくは双方のロ
ボットの基台が動かされるまでこれを行う。
２つのロボットアーム間の衝突時には、双方のロボットアームに外力が同時に加わる。
各ロボットアームの力の大きさが同じになり、かつ、力の作用線がそれら２つのアームで
反対方向になる。前記ロボットアームの幾何形状についての知識および当該ロボットアー
ム同士の相対的な向きを基に、当該ロボットアームからのセンサデータを用いれば、当該
ロボットアーム同士の相対的な位置が不明であるにもかかわらず本明細書の説明のように
衝突を特定することが可能となる。また、前記制御ユニットは、検出した衝突にて明らか
になった作用線を用いることで、前記ロボットアームの幾何形状についての知識および当
該ロボットアーム同士の相対的な向きを基に、当該ロボットアーム同士の相対的な位置を
特定することも可能である。前記ロボットアーム同士の相対的な位置が明らかになると、
前記制御ユニットは、当該技術分野で既知の衝突回避手法を用いて前記ロボットアーム間
の衝突を回避することが可能となる。
前記制御ユニットは、本明細書で説明した衝突解析を周期的に実行するものとされ得る
。変形例では、前記制御ユニットが、図５を参照しながら説明したかたちで残留トルクを
連続的に特定して、２つのロボットアームの残留トルクが算出されるたびに図６ａ、図６
ｂ及び図６ｃのいずれかの衝突解析を実行し得る。後続の衝突解析をトリガするための要
件として、２つのロボットアームの残留トルクが基準値を上回ることを要件としてもよい
。
前述の衝突解析で前記制御ユニットにセンサデータを供与するよう用いられる前記位置
センサおよびトルクセンサは、衝突解析にのみ利用されるものでない。前記位置センサは
、別の目的で前記ロボットアームの形状構成を特定するのにも用いられる。前記トルクセ
ンサは、前記ロボットアームに加わる外力を測定するのに用いられる。前記ロボットアー
ムのコンプライアントモードでの前記制御ユニットは、作用した外力に対し、前記ロボッ
トを駆動して当該外力の方向に動かすという対応をとる。
前記位置センサは、例えばポテンショメータ、光学式の位置エンコーダ、超音波距離セ
ンサ、電波距離センサ等であり得る。前記力センサは、例えば抵抗式の歪みゲージ、圧電
式の歪みゲージ、光学式の歪みゲージ、半導体歪みゲージ等であり得る。前記ロボットの
前記ジョイントを駆動して動かす前記駆動部は、回転モータ、リニアモータ、またはモー
タ以外の例えば油圧ラム、空気圧ラム等の手段であり得る。
前記ロボットは、手術以外の目的にも適用可能である。例えば、前記ロボットは、自動
車製造でエンジン内部を確認するのに用いられることが可能である。
出願人は、本明細書で説明した個々の構成及び２つ以上のそのような構成の任意の組合
せのそれぞれが、本願の明細書全体と当業者の一般常識とに基づいてこのような構成又は
組合せが実施可能である限り、このような構成又は構成の組合せが本明細書で開示した任
意の課題を解決するか否かにかかわらず、特許請求の範囲に限定されることなく開示され
ているものとする。本発明の態様は、そのような任意の個々の構成又は構成の組合せのい
ずれで構成されたものであってもよい。本発明の範疇で様々な変更が施されてもよいこと
は、前述の説明を参酌することにより当業者にとって明白である。
出願人は、本明細書で説明した個々の構成及び２つ以上のそのような構成の任意の組合せのそれぞれが、本願の明細書全体と当業者の一般常識とに基づいてこのような構成又は組合せが実施可能である限り、このような構成又は構成の組合せが本明細書で開示した任意の課題を解決するか否かにかかわらず、特許請求の範囲に限定されることなく開示されているものとする。本発明の態様は、そのような任意の個々の構成又は構成の組合せのいずれで構成されたものであってもよい。本発明の範疇で様々な変更が施されてもよいことは、前述の説明を参酌することにより当業者にとって明白である。
なお、本発明は、実施の態様として以下の内容を含む。
［態様１］
基台および当該基台から器具の取付部へと延びるアームをそれぞれ有する、第１のロボットおよび第２のロボットであって、前記アームは、当該アームの形状構成を変化させることが可能な複数のジョイントを具備し、当該ロボットは、各ジョイントにつき、当該ジョイントを駆動して動かすように構成された駆動部、ならびに当該ジョイントを検知対象とするように構成された位置センサおよびトルクセンサを備える、第１のロボットおよび第２のロボットと、
前記位置センサおよびトルクセンサからの入力を受け取って、受け取った当該入力に応じて前記駆動部を制御するように構成された制御ユニットと、
を備える、ロボットシステムであって、
前記制御ユニットは、
前記位置センサからの前記入力が示すアーム形状構成における、前記第１および第２のロボットの前記アームの前記ジョイントの重力トルクを特定して、
前記トルクセンサからの前記入力および特定した前記重力トルクから、示された前記アーム形状構成での前記第１および第２のロボットの前記アームの前記ジョイントの残留トルクを特定して、
各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを発生させ得る少なくとも１つの力候補を算出し、
前記第１のロボットの前記アームの少なくとも１つの力候補が前記第２のロボットの前記アームの逆向きの力候補と釣り合う場合に、衝突であると判定する
ように構成されている、ロボットシステム。
［態様２］
請求項１に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、衝突であると判定した場合、前記第１および第２のロボットの前記アームの動きを阻止するように前記駆動部を制御するよう構成されている、ロボットシステム。
［態様３］
請求項１に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、衝突であると判定した場合、前記第１および第２のロボットの前記アームを接触点から遠ざけるように前記駆動部を制御するよう構成されている、ロボットシステム。
［態様４］
請求項２または３に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、前記力候補が力閾値を上回った場合にのみ同請求項に記載のように前記駆動部の制御を行うよう構成されている、ロボットシステム。
［態様５］
請求項２から４のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、前記力候補の時間プロファイルの勾配が勾配閾値を上回った場合にのみ同請求項に記載のように前記駆動部の制御を行うよう構成されている、ロボットシステム。
［態様６］
請求項２から５のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、期間閾値よりも短い期間のあいだ前記力候補の大きさが基準値を上回った場合にのみ同請求項に記載のように前記駆動部の制御を行うよう構成されている、ロボットシステム。
［態様７］
請求項２から６のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、さらに、
基台および当該基台から器具の取付部へと延びるアームをそれぞれ含む、追加のロボットであって、前記アームは、当該アームの形状構成を変化させることが可能な複数のジョイントを具備し、当該ロボットは、各ジョイントにつき、当該ジョイントを駆動して動かすように構成された駆動部、ならびに当該ジョイントを検知対象とするように構成された位置センサおよびトルクセンサを含む、追加のロボット、
を備え、前記制御ユニットは、
前記位置センサからの前記入力が示す前記アーム形状構成における、前記追加のロボットの前記アームの前記ジョイントの重力トルクを特定して、
前記トルクセンサからの前記入力および特定した前記重力トルクから、示された前記アーム形状構成での前記追加のロボットの前記アームの前記ジョイントの残留トルクを特定して、
前記追加のロボットの各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを発生させ得る少なくとも１つの力候補を算出し、
衝突であると判定した場合であって、前記第２のロボットの前記アームの逆向きの力候補と釣り合う前記第１のロボットの前記アームの前記力候補が、追加のロボットの前記アームの逆向きの力候補とは釣り合わない場合にのみ、同請求項に記載のように前記駆動部の制御を行う
よう構成されている、ロボットシステム。
［態様８］
請求項１から７のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、判定した前記衝突時の前記第１のロボットの前記アームの形状構成および前記第２のロボットの前記アームの形状構成を記憶し、その後、前記第１のロボットおよび前記第２のロボットの双方が、記憶された前記形状構成を同時に採ることを阻止するように構成されている、ロボットシステム。
［態様９］
請求項１から８のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、判定した前記衝突から前記第１のロボットの前記アームと前記第２のロボットの前記アームとの相対的な位置を特定して、その後、前記相対的な位置と同一の相対的な位置を前記第１のロボットの前記アームおよび前記第２のロボットの前記アームが同時に採ることを阻止するように構成されている、ロボットシステム。
［態様１０］
請求項１から９のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、前記第１のロボットと前記第２のロボットとの相対的な位置を知ることなく同請求項に記載のように動作するように構成されている、ロボットシステム。
［態様１１］
請求項１から１０のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、前記第１および第２のロボットが互いに所定の向きを各自採っていると仮定するように構成されている、ロボットシステム。
［態様１２］
請求項１から１１のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを発生させ得る単一の力候補を算出するように構成されている、ロボットシステム。
［態様１３］
請求項１２に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、前記示されたアーム形状構成での前記第１のロボットの前記アームに作用したときに当該第１のロボットの当該アームの前記ジョイントの前記特定した残留トルクを発生させ得る単一の力候補が存在しなかった場合、衝突が起こらなかったと判定するように構成されている、ロボットシステム。
［態様１４］
請求項１から１１のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを発生させ得る単一の力候補範囲を算出するように構成されている、ロボットシステム。
［態様１５］
請求項１４に記載のロボットシステムにおいて、前記単一の力候補範囲が、大きさ候補範囲および作用線候補範囲を含む、ロボットシステム。
［態様１６］
請求項１５に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、前記第１のロボットの前記アームの前記作用線候補範囲が前記第２のロボットの前記アームの前記作用線候補範囲と重ならない場合、衝突が起こらなかったと判定するように構成されている、ロボットシステム。
［態様１７］
請求項１５または１６に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、前記第１のロボットの前記アームの前記作用線候補範囲が前記第２のロボットの前記アームの前記作用線候補範囲内の作用線と反対方向の作用線を含んでいない場合、衝突が起こらなかったと判定するように構成されている、ロボットシステム。
［態様１８］
請求項１５から１７のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、前記第１のロボットの前記アームの前記大きさ候補範囲が前記第２のロボットの前記アームの前記大きさ候補範囲と重ならない場合、衝突が起こらなかったと判定するように構成されている、ロボットシステム。
［態様１９］
請求項１から１１のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを各自発生させたかもしれない複数の力候補を特定するように構成されており、当該複数の力候補は、２つ以上の個別力候補の合成である合成力候補を構成し、前記制御ユニットは、前記第１のロボットの前記アームの所与の合成力候補における個別力候補が前記第２のロボットの前記アームの逆向きの力候補と釣り合う場合に、衝突であると判定するように構成されている、ロボットシステム。
［態様２０］
請求項１から１９のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、当該ロボットシステムが手術ロボットシステムであり、前記第１および第２のロボットが手術用ロボットである、ロボットシステム。
［態様２１］
ロボットシステムの、基台および当該基台から器具の取付部へと延びるアームをそれぞれ含む、第１のロボットと第２のロボットとの衝突を判定する方法であって、前記アームは、当該アームの形状構成を変化させることが可能な複数のジョイントを具備し、前記ロボットは、各ジョイントにつき、当該ジョイントを駆動して動かすように構成された駆動部、ならびに当該ジョイントを検知対象とするように構成された位置センサおよびトルクセンサを含み、前記ロボットシステムは、さらに、前記位置センサおよびトルクセンサからの入力を受け取って、受け取った当該入力に応じて前記駆動部を制御する制御ユニットを備え、当該方法は、
前記位置センサからの前記入力が示すアーム形状構成における、前記第１および第２のロボットの前記アームの前記ジョイントの重力トルクを特定する過程と、
前記トルクセンサからの前記入力および特定した前記重力トルクから、示された前記アーム形状構成での前記第１および第２のロボットの前記アームの前記ジョイントの残留トルクを特定する過程と、
各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを発生させ得る少なくとも１つの力候補を算出する過程と、
前記第１のロボットの前記アームの少なくとも１つの力候補が前記第２のロボットの前記アームの逆向きの力候補と釣り合う場合に、衝突であると判定する過程と、
を備える、方法。

Claims (21)

  1. 基台および当該基台から器具の取付部へと延びるアームをそれぞれ有する、第１のロボ
    ットおよび第２のロボットであって、前記アームは、当該アームの形状構成を変化させる
    ことが可能な複数のジョイントを具備し、当該ロボットは、各ジョイントにつき、当該ジ
    ョイントを駆動して動かすように構成された駆動部、ならびに当該ジョイントを検知対象
    とするように構成された位置センサおよびトルクセンサを備える、第１のロボットおよび
    第２のロボットと、
    前記位置センサおよびトルクセンサからの入力を受け取って、受け取った当該入力に応
    じて前記駆動部を制御するように構成された制御ユニットと、
    を備える、ロボットシステムであって、
    前記制御ユニットは、
    前記位置センサからの前記入力が示すアーム形状構成における、前記第１および第２
    のロボットの前記アームの前記ジョイントの重力トルクを特定して、
    前記トルクセンサからの前記入力および特定した前記重力トルクから、示された前記
    アーム形状構成での前記第１および第２のロボットの前記アームの前記ジョイントの残留
    トルクを特定して、
    各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを発生させ得
    る少なくとも１つの力候補を算出し、
    前記第１のロボットの前記アームの少なくとも１つの力候補が前記第２のロボットの
    前記アームの逆向きの力候補と釣り合う場合に、衝突であると判定する
    ように構成されている、ロボットシステム。
  2. 請求項１に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、衝突であると判定
    した場合、前記第１および第２のロボットの前記アームの動きを阻止するように前記駆動
    部を制御するよう構成されている、ロボットシステム。
  3. 請求項１に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、衝突であると判定
    した場合、前記第１および第２のロボットの前記アームを接触点から遠ざけるように前記
    駆動部を制御するよう構成されている、ロボットシステム。
  4. 請求項２または３に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、前記力候
    補が力閾値を上回った場合にのみ同請求項に記載のように前記駆動部の制御を行うよう構
    成されている、ロボットシステム。
  5. 請求項２から４のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニット
    は、前記力候補の時間プロファイルの勾配が勾配閾値を上回った場合にのみ同請求項に記
    載のように前記駆動部の制御を行うよう構成されている、ロボットシステム。
  6. 請求項２から５のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニット
    は、期間閾値よりも短い期間のあいだ前記力候補の大きさが基準値を上回った場合にのみ
    同請求項に記載のように前記駆動部の制御を行うよう構成されている、ロボットシステム
    。
  7. 請求項２から６のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、さらに、
    基台および当該基台から器具の取付部へと延びるアームをそれぞれ含む、追加のロボッ
    トであって、前記アームは、当該アームの形状構成を変化させることが可能な複数のジョ
    イントを具備し、当該ロボットは、各ジョイントにつき、当該ジョイントを駆動して動か
    すように構成された駆動部、ならびに当該ジョイントを検知対象とするように構成された
    位置センサおよびトルクセンサを含む、追加のロボット、
    を備え、前記制御ユニットは、
    前記位置センサからの前記入力が示す前記アーム形状構成における、前記追加のロボ
    ットの前記アームの前記ジョイントの重力トルクを特定して、
    前記トルクセンサからの前記入力および特定した前記重力トルクから、示された前記
    アーム形状構成での前記追加のロボットの前記アームの前記ジョイントの残留トルクを特
    定して、
    前記追加のロボットの各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残
    留トルクを発生させ得る少なくとも１つの力候補を算出し、
    衝突であると判定した場合であって、前記第２のロボットの前記アームの逆向きの力
    候補と釣り合う前記第１のロボットの前記アームの前記力候補が、追加のロボットの前記
    アームの逆向きの力候補とは釣り合わない場合にのみ、同請求項に記載のように前記駆動
    部の制御を行う
    よう構成されている、ロボットシステム。
  8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニット
    は、判定した前記衝突時の前記第１のロボットの前記アームの形状構成および前記第２の
    ロボットの前記アームの形状構成を記憶し、その後、前記第１のロボットおよび前記第２
    のロボットの双方が、記憶された前記形状構成を同時に採ることを阻止するように構成さ
    れている、ロボットシステム。
  9. 請求項１から８のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニット
    は、判定した前記衝突から前記第１のロボットの前記アームと前記第２のロボットの前記
    アームとの相対的な位置を特定して、その後、前記相対的な位置と同一の相対的な位置を
    前記第１のロボットの前記アームおよび前記第２のロボットの前記アームが同時に採るこ
    とを阻止するように構成されている、ロボットシステム。
  10. 請求項１から９のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニット
    は、前記第１のロボットと前記第２のロボットとの相対的な位置を知ることなく同請求項
    に記載のように動作するように構成されている、ロボットシステム。
  11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニッ
    トは、前記第１および第２のロボットが互いに所定の向きを各自採っていると仮定するよ
    うに構成されている、ロボットシステム。
  12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニッ
    トは、各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを発生させ
    得る単一の力候補を算出するように構成されている、ロボットシステム。
  13. 請求項１２に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、前記示されたア
    ーム形状構成での前記第１のロボットの前記アームに作用したときに当該第１のロボット
    の当該アームの前記ジョイントの前記特定した残留トルクを発生させ得る単一の力候補が
    存在しなかった場合、衝突が起こらなかったと判定するように構成されている、ロボット
    システム。
  14. 請求項１から１１のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニッ
    トは、各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを発生させ
    得る単一の力候補範囲を算出するように構成されている、ロボットシステム。
  15. 請求項１４に記載のロボットシステムにおいて、前記単一の力候補範囲が、大きさ候補
    範囲および作用線候補範囲を含む、ロボットシステム。
  16. 請求項１５に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、前記第１のロボ
    ットの前記アームの前記作用線候補範囲が前記第２のロボットの前記アームの前記作用線
    候補範囲と重ならない場合、衝突が起こらなかったと判定するように構成されている、ロ
    ボットシステム。
  17. 請求項１５または１６に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、前記
    第１のロボットの前記アームの前記作用線候補範囲が前記第２のロボットの前記アームの
    前記作用線候補範囲内の作用線と反対方向の作用線を含んでいない場合、衝突が起こらな
    かったと判定するように構成されている、ロボットシステム。
  18. 請求項１５から１７のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニ
    ットは、前記第１のロボットの前記アームの前記大きさ候補範囲が前記第２のロボットの
    前記アームの前記大きさ候補範囲と重ならない場合、衝突が起こらなかったと判定するよ
    うに構成されている、ロボットシステム。
  19. 請求項１から１１のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニッ
    トは、各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを各自発生
    させたかもしれない複数の力候補を特定するように構成されており、当該複数の力候補は
    、２つ以上の個別力候補の合成である合成力候補を構成し、前記制御ユニットは、前記第
    １のロボットの前記アームの所与の合成力候補における個別力候補が前記第２のロボット
    の前記アームの逆向きの力候補と釣り合う場合に、衝突であると判定するように構成され
    ている、ロボットシステム。
  20. 請求項１から１９のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、当該ロボットシ
    ステムが手術ロボットシステムであり、前記第１および第２のロボットが手術用ロボット
    である、ロボットシステム。
  21. ロボットシステムの、基台および当該基台から器具の取付部へと延びるアームをそれぞ
    れ含む、第１のロボットと第２のロボットとの衝突を判定する方法であって、前記アーム
    は、当該アームの形状構成を変化させることが可能な複数のジョイントを具備し、前記ロ
    ボットは、各ジョイントにつき、当該ジョイントを駆動して動かすように構成された駆動
    部、ならびに当該ジョイントを検知対象とするように構成された位置センサおよびトルク
    センサを含み、前記ロボットシステムは、さらに、前記位置センサおよびトルクセンサか
    らの入力を受け取って、受け取った当該入力に応じて前記駆動部を制御する制御ユニット
    を備え、当該方法は、
    前記位置センサからの前記入力が示すアーム形状構成における、前記第１および第２
    のロボットの前記アームの前記ジョイントの重力トルクを特定する過程と、
    前記トルクセンサからの前記入力および特定した前記重力トルクから、示された前記
    アーム形状構成での前記第１および第２のロボットの前記アームの前記ジョイントの残留
    トルクを特定する過程と、
    各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを発生させ得
    る少なくとも１つの力候補を算出する過程と、
    前記第１のロボットの前記アームの少なくとも１つの力候補が前記第２のロボットの
    前記アームの逆向きの力候補と釣り合う場合に、衝突であると判定する過程と、
    を備える、方法。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10145747B1 (en) 2017-10-10 2018-12-04 Auris Health, Inc. Detection of undesirable forces on a surgical robotic arm
GB2578791B (en) * 2018-11-09 2022-08-17 Cmr Surgical Ltd Haptic control of a surgeon console
JP7290472B2 (ja) * 2019-05-29 2023-06-13 ファナック株式会社 ロボットシステム
GB2593740A (en) * 2020-03-31 2021-10-06 Cmr Surgical Ltd Control system of a surgical robot
CN111604897B (zh) * 2020-04-15 2022-12-02 上海钧控机器人有限公司 一种艾灸机械臂避碰撞安全防护方法
CN117062579A (zh) * 2021-03-26 2023-11-14 奥瑞斯健康公司 用于规程设置的术中调整的系统和方法
JP2022156449A (ja) * 2021-03-31 2022-10-14 ソニーグループ株式会社 手術ロボット及び手術システム
CN115500954A (zh) * 2021-06-07 2022-12-23 深圳市精锋医疗科技股份有限公司 手术机器人及其臂的防碰撞方法、防碰撞系统
GB2621578A (en) * 2022-08-15 2024-02-21 Cmr Surgical Ltd Controlling a surgical robot arm whilst entering a sleep mode
CN116901088B (zh) * 2023-09-14 2023-12-15 深圳市协和传动器材有限公司 多机械臂交叉作业防碰撞距离监测及控制系统

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5762458A (en) 1996-02-20 1998-06-09 Computer Motion, Inc. Method and apparatus for performing minimally invasive cardiac procedures
JP3865158B2 (ja) * 1997-05-30 2007-01-10 株式会社安川電機 ロボットアームのインピーダンス制御装置
US7837674B2 (en) * 2005-01-24 2010-11-23 Intuitive Surgical Operations, Inc. Compact counter balance for robotic surgical systems
US9895813B2 (en) * 2008-03-31 2018-02-20 Intuitive Surgical Operations, Inc. Force and torque sensing in a surgical robot setup arm
JP5902425B2 (ja) * 2011-09-21 2016-04-13 株式会社東芝 ロボット制御装置、外乱判定方法およびアクチュエータ制御方法
DE102013220798A1 (de) * 2013-10-15 2015-04-16 Kuka Laboratories Gmbh Verfahren zum Handhaben von Objekten mittels wenigstens zweier Industrieroboter, und zugehöriger Industrieroboter
EP3017920B1 (en) * 2014-11-07 2017-08-23 Comau S.p.A. An industrial robot and a method for controlling an industrial robot
DE102015200355B3 (de) 2015-01-02 2016-01-28 Siemens Aktiengesellschaft Medizinische roboterartige Vorrichtung mit Kollisionsdetektion und Verfahren zur Kollisionsdetektion einer medizinischen roboterartigen Vorrichtung
CN107848126B (zh) * 2015-09-16 2021-03-23 松下知识产权经营株式会社 机器人的碰撞检测方法
US10219868B2 (en) * 2016-01-06 2019-03-05 Ethicon Llc Methods, systems, and devices for controlling movement of a robotic surgical system
CN107427328B (zh) * 2016-01-22 2020-03-20 奥林巴斯株式会社 医疗用机械手系统
US10145747B1 (en) * 2017-10-10 2018-12-04 Auris Health, Inc. Detection of undesirable forces on a surgical robotic arm
GB2593740A (en) 2020-03-31 2021-10-06 Cmr Surgical Ltd Control system of a surgical robot

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