JP6543742B2 - 画像キャプチャ装置及び操作可能な装置可動アームの制御された動作の間の衝突回避 - Google Patents
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Description
本出願は、2012年12月10日に出願された、米国仮出願第61/735,170号及び2013年12月10日に出願された、米国非仮出願第14/101,769号の優先権を主張し、当該出願はそれらの全体が参照により本出願に援用される。
X−ray Device”と題する特許文献3は、患者の解剖学的構造のX線画像が、カテーテル制御ロボットを使用する医療処置の実行中にキャプチャされることができるように、X線源及び検出器がCアームの反対側の端部に取り付けられる医療ロボットシステムを記載する。
幾つかの例では、第1の動作命令はコスト関数を最小にする。
of a Position and Orientation of a Frame Used in Controlling Movement of a Tool”と題する米国特許出願公開第2012/02900134号明細書に記載されている。
複数のリンク並びにその位置及び/又は速度が複数のジョイントセンサによって感知される複数の作動可能なジョイントを含む。各ロボットアーム1011、1012、1013、1014、1015の複数のジョイントセンサからの情報は、このジョイント情報がロボットアーム1011、1012、1013、1014、1015の形態情報を示しているので、制御目的のためにそれぞれのコントローラ1021、1022、1023、1024、1025に提供されるとともに、衝突回避目的のためにバス1040を通して他のコントローラの1又は複数に提供され得る。
ブロック9004では、方法は、次に、ユーザ指定関心領域の画像をキャプチャするように画像キャプチャ装置ロボットアームの動作を開始するためのオペレータの命令を待つ。
ここでMPは操作可能な装置基準座標系“M”内のポイントであり、
は画像キャプチャ装置基準座標系“I”から操作可能な装置基準座標系“M”への変換、及びIPは画像キャプチャ装置基準座標系“I”内のポイントである。
を決定し得る。このような基準座標系変換の追加的な詳細に関しては、先に参照によって援用された、“Estimation of a Position and Orientation of a Frame Used in Controlling Movement of a Tool”と題する米国特許出願公開第2012/02900134号明細書を参照されたい。
Claims (14)
- コンピュータ支援システムであって:
1又は複数のプロセッサ;及び
前記1又は複数のプロセッサに結合されるメモリ;を有する、
コントローラ、を有し;
前記コントローラは、第1の可動アーム及び第2の可動アームに結合されるように構成され、前記第1の可動アームは作業端部を有する操作可能な装置に結合されるように構成され、前記第2の可動アームは画像キャプチャ装置に結合されるように構成され、前記第2の可動アームは、前記第1の可動アームを有するコンピュータ支援装置から分離しており;
前記コントローラは:
前記画像キャプチャ装置から受信される前記作業端部の少なくとも1つの画像に基づいて、共通基準座標系における前記作業端部の姿勢を決定するように構成され、前記共通基準座標系は前記画像キャプチャ装置の基準座標系であり;
前記作業端部の姿勢に基づいて前記共通基準座標系における第1の可動アーム位置を決定するように構成され;
前記共通基準座標系における前記第1の可動アームに関する第1の可動アーム軌道を決定するように構成され;
前記共通基準座標系における前記第2の可動アームに関する第2の可動アーム位置及び第2の可動アーム軌道を決定するように構成され;
前記第1の可動アーム位置、前記第1の可動アーム軌道、前記第2の可動アーム位置、及び前記第2の可動アーム軌道に基づいて、前記第1の可動アームの動作、前記第2の可動アームの動作、又は前記第1の可動アーム及び前記第2の可動アームの一緒の動作が、前記第1の可動アームと前記第2の可動アームとの間の望ましくない関係をもたらすかどうかを決定するように構成され;且つ
前記望ましくない関係を避けるように前記第1の可動アーム又は前記第2の可動アームに第1の動作命令を送るように構成され;
前記コントローラは、前記第1の可動アームのジョイントの検知された位置、並びに前記第1の可動アームの前記ジョイント及び前記第1の可動アームのリンクの既知のジオメトリに基づいて、前記第1の可動アーム位置及び前記第1の可動アーム軌道を決定し、
前記コントローラは、前記第2の可動アームのジョイントの検知された位置、並びに前記第2の可動アームの前記ジョイント及び前記第2の可動アームのリンクの既知のジオメトリに基づいて、前記第2の可動アーム位置及び前記第2の可動アーム軌道を決定する、
コンピュータ支援システム。 - コンピュータ支援システムであって:
1又は複数のプロセッサ;及び
前記1又は複数のプロセッサに結合されるメモリ;を有する、
コントローラ、を有し;
前記コントローラは、第1の可動アーム及び第2の可動アームに結合されるように構成され、前記第1の可動アームは作業端部を有する操作可能な装置に結合されるように構成され、前記第2の可動アームは、前記第1の可動アームを有するコンピュータ支援装置から分離している画像キャプチャ装置に結合されるように構成され;
前記コントローラは:
前記画像キャプチャ装置から受信される前記作業端部の少なくとも1つの画像に基づいて、前記画像キャプチャ装置の基準座標系における前記作業端部の姿勢を決定するように構成され;
前記作業端部の姿勢を前記画像キャプチャ装置の基準座標系から共通基準座標系に変換するように構成され、前記共通基準座標系は前記コンピュータ支援装置の基準座標系であり;
前記作業端部の姿勢に基づいて前記共通基準座標系における第1の可動アーム位置を決定するように構成され;
前記共通基準座標系における前記第1の可動アームに関する第1の可動アーム軌道を決定するように構成され;
前記画像キャプチャ装置の基準座標系における第2の可動アーム位置及び第2の可動アーム軌道を決定するように構成され;
前記第2の可動アーム位置を前記画像キャプチャ装置の基準座標系から前記共通基準座標系に変換するように構成され;
前記第1の可動アーム位置、前記第1の可動アーム軌道、前記第2の可動アーム位置、及び前記第2の可動アーム軌道に基づいて、前記第1の可動アームの動作、前記第2の可動アームの動作、又は前記第1の可動アーム及び前記第2の可動アームの一緒の動作が、前記第1の可動アームと前記第2の可動アームとの間の望ましくない関係をもたらすかどうかを決定するように構成され;且つ
前記望ましくない関係を避けるように前記第1の可動アーム又は前記第2の可動アームに第1の動作命令を送るように構成され;
前記コントローラは、前記第1の可動アームのジョイントの検知された位置、並びに前記第1の可動アームの前記ジョイント及び前記第1の可動アームのリンクの既知のジオメトリに基づいて、前記第1の可動アーム位置及び前記第1の可動アーム軌道を決定し、
前記コントローラは、前記第2の可動アームのジョイントの検知された位置、並びに前記第2の可動アームの前記ジョイント及び前記第2の可動アームのリンクの既知のジオメトリに基づいて、前記第2の可動アーム位置及び前記第2の可動アーム軌道を決定する、
コンピュータ支援システム。 - 前記作業端部の少なくとも1つの画像は前記画像キャプチャ装置からの複数の2次元画像を含み;
前記コントローラはさらに、前記操作可能な装置の前記作業端部が前記画像キャプチャ装置と前記操作可能な装置の前記作業端部との間に配置された1又は複数の物体によって遮蔽されるときでさえ、前記2次元画像から前記作業端部の前記姿勢を決定するように構成される、
請求項1又は2に記載のシステム。 - 前記操作可能な装置の前記作業端部の作業空間の第2の画像を表示するように適合されるビューア;及び
前記ビューアに表示されている前記第2の画像内のユーザ指定関心領域の情報を受信するように構成される入力ユニット;をさらに有し、
前記コントローラはさらに、前記画像キャプチャ装置が前記ユーザ指定関心領域の画像をキャプチャするように、前記第2の可動アームに第2の動作命令を送るように構成される、
請求項1又は2に記載のシステム。 - 前記システムはコンピュータ支援医療システムであり、前記システムはさらに前記コンピュータ支援装置を有する、
請求項1又は2に記載のシステム。 - 前記第1の可動アームは、前記第1の可動アームの第1の複数の可能な位置及び配向が前記作業端部の同じ第1の制御可能な姿勢を提供するように、冗長自由度を有し、
前記第2の可動アームは、前記第2の可動アームの第2の複数の可能な位置及び配向が前記画像キャプチャ装置の同じ第2の制御可能な位置及び配向を提供するように、冗長自由度を有し、
前記第1の可動アーム又は前記第2の可動アームに送られる前記第1の動作命令は、前記第1の複数の可能な位置及び配向の1つに動くように前記第1の可動アームに指示する、或いは前記望ましくない関係を避ける前記第2の複数の可能な位置及び配向の1つに動くように前記第2の可動アームに指示する、
請求項1又は2に記載のシステム。 - 前記コントローラはさらに:
前記第1の可動アーム位置と前記第1の複数の可能な位置及び配向との間の第1の差と、前記第2の可動アーム位置と前記第2の複数の可能な位置及び配向との間の差と、コスト関数とに基づいて;前記第1の可動アーム及び前記第2の可動アームのどちらのアームが前記第1の動作命令を送られることになるかを決定するように構成される
請求項6に記載のシステム。 - 前記コスト関数は、前記第1の可動アームと前記第2の可動アームとの間の最小距離の逆二乗に基づく、前記第1の可動アームのリンクと前記第2の可動アームのリンクとの間の距離の逆二乗の平均に基づく、又は前記第1の可動アームの第1のリンク及び第1のジョイント並びに前記第2の可動アームの第2のリンク及び第2のジョイントに適用される仮想ポテンシャル場に基づく、
請求項7に記載のシステム。 - 前記望ましくない関係は、前記第1の可動アームと前記第2の可動アームとの間の衝突、前記第1の可動アームと前記第2の可動アームとの間が近接し過ぎること、及び前記第1の可動アームによる前記画像キャプチャ装置の関心領域の妨害からなるグループから選択される、
請求項1又は2に記載のシステム。 - システムの作動方法であって、前記方法は:
1又は複数のプロセッサが、コンピュータ支援装置の第1の可動アームに結合される操作可能な装置の作業端部の少なくとも1つの画像に基づいて、共通基準座標系における前記作業端部の姿勢を決定するステップであって、前記共通基準座標系は、画像キャプチャ装置の基準座標系又は前記コンピュータ支援装置の基準座標系である、ステップ;
前記1又は複数のプロセッサが、前記第1の可動アームの第1の形態及び前記作業端部の前記姿勢に基づいて、前記共通基準座標系における前記第1の可動アームに関する第1の可動アーム位置を決定するステップ;
前記1又は複数のプロセッサが、前記第1の可動アームの第1の形態に基づいて、前記共通基準座標系における前記第1の可動アームに関する第1の可動アーム軌道を決定するステップ;
前記1又は複数のプロセッサが、前記コンピュータ支援装置から分離している画像キャプチャ装置の第2の可動アームの第2の形態に基づいて、前記共通基準座標系における前記第2の可動アームに関する第2の可動アーム位置及び第2の可動アーム軌道を決定するステップ;
前記第1の可動アーム位置、前記第1の可動アーム軌道、前記第2の可動アーム位置、及び前記第2の可動アーム軌道に基づいて、前記1又は複数のプロセッサが、前記第1の可動アームの動作、前記第2の可動アームの動作、又は前記第1の可動アーム及び前記第2の可動アームの一緒の動作が、前記第1の可動アームと前記第2の可動アームとの間の望ましくない関係をもたらすかどうかを決定するステップ;並びに
前記1又は複数のプロセッサが、前記望ましくない関係を避けるように前記第1の可動アーム又は前記第2の可動アームに第1の動作命令を送るステップ;を含み、
前記1又は複数のプロセッサは、前記第1の可動アームのジョイントの検知された位置、並びに前記第1の可動アームの前記ジョイント及び前記第1の可動アームのリンクの既知のジオメトリに基づいて、前記第1の可動アーム位置及び前記第1の可動アーム軌道を決定し、
前記1又は複数のプロセッサは、前記第2の可動アームのジョイントの検知された位置、並びに前記第2の可動アームの前記ジョイント及び前記第2の可動アームのリンクの既知のジオメトリに基づいて、前記第2の可動アーム位置及び前記第2の可動アーム軌道を決定する、
方法。 - システムの作動方法であって、前記方法は:
1又は複数のプロセッサが、コンピュータ支援装置の第1の可動アームに結合される操作可能な装置の作業端部の少なくとも1つの画像に基づいて、画像キャプチャ装置の基準座標系における前記作業端部の姿勢を決定するステップであって、前記画像キャプチャ装置は、前記コンピュータ支援装置から分離している第2の可動アームに結合される、ステップ;
前記1又は複数のプロセッサが、前記作業端部の姿勢を前記画像キャプチャ装置の基準座標系から共通基準座標系に変換するステップであって、前記共通基準座標系は前記コンピュータ支援装置の基準座標系である、ステップ;
前記1又は複数のプロセッサが、前記共通基準座標系における前記第1の可動アームに関する第1の可動アーム位置及び第1の可動アーム軌道を決定するステップ;
前記1又は複数のプロセッサが、前記画像キャプチャ装置の基準座標系における前記第2の可動アームに関する第2の可動アーム位置及び第2の可動アーム軌道を決定するステップ;
前記1又は複数のプロセッサが、前記第2の可動アーム位置を前記画像キャプチャ装置の基準座標系から前記共通基準座標系に変換するステップ;
前記1又は複数のプロセッサが、前記第1の可動アーム位置、前記第1の可動アーム軌道、前記第2の可動アーム位置、及び前記第2の可動アーム軌道に基づいて、前記第1の可動アームの動作、前記第2の可動アームの動作、又は前記第1の可動アーム及び前記第2の可動アームの一緒の動作が、前記第1の可動アームと前記第2の可動アームとの間の望ましくない関係をもたらすかどうかを決定するステップ;並びに
前記1又は複数のプロセッサが、前記望ましくない関係を避けるように前記第1の可動アーム又は前記第2の可動アームに第1の動作命令を送るステップ;を含み、
前記1又は複数のプロセッサは、前記第1の可動アームのジョイントの検知された位置、並びに前記第1の可動アームの前記ジョイント及び前記第1の可動アームのリンクの既知のジオメトリに基づいて、前記第1の可動アーム位置及び前記第1の可動アーム軌道を決定し、
前記1又は複数のプロセッサは、前記第2の可動アームのジョイントの検知された位置、並びに前記第2の可動アームの前記ジョイント及び前記第2の可動アームのリンクの既知のジオメトリに基づいて、前記第2の可動アーム位置及び前記第2の可動アーム軌道を決定する、
方法。 - 前記作業端部の少なくとも1つの画像は前記画像キャプチャ装置からの複数の2次元画像を含み;
前記方法はさらに、前記作業端部が前記画像キャプチャ装置と前記作業端部との間に配置された1又は複数の物体によって遮蔽されるときでさえ、前記1又は複数のプロセッサが、前記2次元画像から前記作業端部の前記姿勢を決定するステップを含む、
請求項10又は11に記載の方法。 - 前記1又は複数のプロセッサが、コスト関数を最小にするように前記第1の動作命令を決定するステップをさらに含む、
請求項10又は11に記載の方法。 - 前記コスト関数は、前記第1の可動アームと前記第2の可動アームとの間の最小距離の逆二乗に基づく、前記第1の可動アームのリンクと前記第2の可動アームのリンクとの間の距離の逆二乗の平均に基づく、又は前記第1の可動アームの第1のリンク及び第1のジョイント並びに前記第2の可動アームの第2のリンク及び第2のジョイントに適用される仮想ポテンシャル場に基づく、
請求項13に記載の方法。
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