JP6532531B2 - 医療用マニピュレータ制御装置 - Google Patents
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Description
エンドエフェクタが組織を把持したり組織に当たったりして関節部に負荷がかかると、ワイヤにかかる張力によってワイヤが伸びるため、駆動部においては指令信号通りに駆動されていても、先端の関節部は移動できず、目標位置と実際の位置とが異なってしまい、正確な位置に移動させることができない。
このようにすることで、負荷の変動に合わせて、無負荷の目標移動量に近づくように関節部を駆動することができる。
関節部に負荷が作用している場合に、補正部は、駆動部に無負荷の場合よりも大きな指令信号を出力させているので、そのままの指令信号では、関節部に作用する負荷が減少したときには、移動させ過ぎになる。本態様によれば、負荷が減少したときには指令信号を減少させて関節部の移動させ過ぎを防止することができる。
把持部を閉じて対象物を把持している状態から把持部を開いて対象物を解放すると、関節部にかかる負荷が急激に変化する。本態様によれば、把持部の開閉情報によって負荷の変化を早期に検出し、指令信号を迅速に補正することができる。
このようにすることで、推定された負荷自体の変化を検出して指令信号を補正するよりも迅速に負荷の時間変化、例えば、微分あるいは2回微分によって負荷の変化を予測することができる。
本実施形態に係る医療用マニピュレータ制御装置1は、図1に示されるように、操作部(図示略)からの操作指令に応じて医療用マニピュレータ2を制御する装置である。
操作部は、操作者により操作される図示しないレバーを有し、レバーの傾斜角度に比例した目標指令信号θsを出力するようになっている。
負荷推定部11は、具体的には、記憶部10に記憶されている、式(1)で示される数式モデルf1を用いて負荷Rを推定するようになっている。
T=f1(θs,R) (1)
移動量推定部12は、具体的には、記憶部10に記憶されている、式(2)で示される数式モデルf2を用いて実際の移動量θを推定するようになっている。
θ=f2(θs,R) (2)
エンドエフェクタ3によって対象物が把持された状態で屈曲関節4を駆動する場合には、把持していない無負荷の場合と比較して負荷Rが作用する。
負荷変動を早期に検出する方法としては、負荷推定部11により推定される負荷Rの時間変化を検出することが挙げられる。すなわち、負荷Rの変動速度あるいは負荷Rの変動加速度を検出することにより、負荷変動を予測して早期に対応することができる。
2 医療用マニピュレータ
3 エンドエフェクタ
4 屈曲関節(関節部)
5 ワイヤ(張力伝達部材)
6 モータ(駆動部)
8 把持部
10 記憶部
11 負荷推定部
12 移動量推定部
13 補正部
θ 移動量
θs 目標指令信号
f1,f2 数式モデル
R 負荷
T 張力
Claims (5)
- エンドエフェクタを移動させる関節部と、張力伝達部材を介して前記関節部を駆動する駆動部とを備える医療用マニピュレータの数式モデルを記憶する記憶部と、
該記憶部に記憶された数式モデルと、前記駆動部に入力された目標指令信号と、該目標指令信号によって前記駆動部が駆動されたときに、前記張力伝達部材にかかる張力とに基づいて、前記関節部に作用する負荷を推定する負荷推定部と、
該負荷推定部により推定された負荷と、前記駆動部の駆動量とに基づいて、前記関節部の実際の移動量を推定する移動量推定部と、
該移動量推定部により推定された前記関節部の実際の移動量と、無負荷の場合の前記関節部の目標移動量とに基づいて、前記駆動部に対して出力する指令信号を補正する補正部とを備える医療用マニピュレータ制御装置。 - 前記補正部は、前記負荷推定部により推定された負荷が変化した場合に、前記指令信号を補正する請求項1に記載の医療用マニピュレータ制御装置。
- 前記補正部は、前記関節部に作用する負荷が減少したときに、前記指令信号を減少させるように補正する請求項2に記載の医療用マニピュレータ制御装置。
- 前記エンドエフェクタが開閉可能な把持部を備え、該把持部の開閉情報が入力され、
前記補正部が、入力された前記開閉情報に基づいて前記指令信号を補正する請求項3に記載の医療用マニピュレータ制御装置。 - 前記補正部は、前記負荷推定部により推定された負荷の時間変化から負荷の変化を検出する請求項2または請求項3に記載の医療用マニピュレータ制御装置。
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