JP6585265B2 - ゼロ空間での複数の目標及びsli動作を取り扱うシステム及び方法 - Google Patents
ゼロ空間での複数の目標及びsli動作を取り扱うシステム及び方法 Download PDFInfo
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Description
本出願は、米国特許仮出願ではなく、2013年3月15日に出願された、”System and Methods for Managing Multiple Null-Space Objectives and SLI Behaviors”(代理人整理番号ISRG03790PROV/US)という標題の米国特許仮出願第61/800,810号について優先権の利益を主張するものであり、この文献の全体の開示は、その全体を参照することにより本明細書に組み込まれる。
dx/dt=J dq/dt
dx/dt=dxdes/dt+kΔx (1)
dq/dt=J#dx/dt (2)
qi=qi−1+dq/dtΔt (3)
dq/dt=dq垂直/dt+dqゼロ/dt (4)
dq垂直/dt=J#dx/dt (5)
dqゼロ/dt=(1−J#J)z=VnVn Tz=Vnα (6)
dx/dt=J*dq/dt
y=h(q)
dy/dt=∂h/∂q*dq/dt
[dx/dtT dy/dtT]T=[JT ∂h/∂qT]T*dq/dt
d(x;y)/dt=[J;h’]*dq/dt
dq/dt=[J;h’]# d(x;y)/dt
この属性は、複数の機能や目標のスケーリングされたブレンドを可能にする重み付き加算パラダイムで使用される。例えば、ユーザが、アーム同士の衝突回避目標のためにしたよりも2倍、拡張ピッチバック目標のためのゼロ空間の使用に重点をおくことを所望する場合に、拡張ピッチバック目標の重み付けは、アーム同士の衝突回避目標の重み付けの2倍となるように設定される。このような例が図14Aに示されており、この図14Aは、第1の目標についてのゼロ空間係数ベクトルα1、第2の目標についてのゼロ空間係数ベクトルα2を示す。第2の目標が第1の目標の2倍重み付けされたゼロ空間の運動を決定するために、第2の目標についてのゼロ空間係数ベクトルは、第1の目標についてのゼロ空間係数ベクトルα1と加算する前に、2倍にされ、それによって、得られた和、αΣは、ゼロ空間の運動の計算に使用するときに、第1の目標の2倍、第2の目標を強調するようなゼロ空間係数を表す。このような重み付けは、様々な他の属性を含む様々な他の管理アプローチに適用することができることを理解されたい。これは、基底ベクトルの単なる係数ではなく、ゼロ空間ベクトルに直接的に適用される重みを含む。
この属性は、互いに競合する又は打ち消し合うようなゼロ空間の複数の目標同士の間の管理を可能にする。上述したように、目的(目標)関数の数は、ゼロ空間の次元より大きくてもよい。これらの例において(時には厳密な次元よりも少ない場合もある)、複数の目的関数は、互いに正反対になるゼロ空間出力を生成することができる。この態様の一例が図14Bに示されており、この図14Bは、正反対のゼロ空間係数ベクトルα1u及びα2uを示す。これらの目的関数が、介入(intervention)なしに加算される場合に、その結果は、いずれかの目的関数について供された有益な動作をもたらさないようにゼロになる。飽和限界を使用することにより、最も高い飽和限界を有する目的関数は、より低い飽和限界を有する目的関数を圧倒することができる。例えば、ユーザは、アームと患者との衝突回避が、臨床の理由からアーム同士の衝突回避関数より常に優先する必要があることを望むことがある。このような場合に、ゼロ空間マネージャは、アームと患者との衝突回避が同順位の回避動作に勝つことを可能にし、それに応答して、直接的に競合するときに、マニピュレータは、患者の体表面を貫通する前に、マニュピュレータ自体を隣接するマニピュレータ内に駆動する。
このアプローチは、論理的な又は別々の分岐概念ではなく、連続的な空間の数学的概念を利用する。例えば、特定の目的関数がゼロ空間を無制限に使用し、他の目的関数も、前者の特定の目的(目標)関数の使用を妨害することなくゼロ空間を使用するという、1つの要件を想定する。優先順位の概念は、前者の特定の目標がゼロ空間全体にアクセスすることを可能にするだけでなく、後者の他の目標がゼロ空間の未使用の残りの直交部分にアクセスすることのみを可能にするような例に適用される。このアプローチは、前者の特定の目標が、実際は直線状であり、ゼロ空間における直交妨害がそのゼロ空間に影響を及ぼさないように提供される場合に、後者の他の目標が、前者の特定の目標の使用を妨げないので、有利である。このアプローチは、図14Cの実施例に示されるように実行してもよい。この実施例では、最も高い優先順位で操作される目的関数は、上述した(a)及び(b)の重み付け及び飽和技術の一方又は両方を使用等することによって、それらの出力を組み合わせることができる。得られた出力ベクトルは、次に、ゼロ空間にマッピングされる。ゼロ空間が1よりも大きな次元を有する場合に、優先順位の最も高いこの出力ベクトルに対して直交するゼロ空間の部分空間は、その後、次に優先順位の最も高いベクトルに利用可能である。次に最も高い優先順位の全ての目的関数の重み付けされた飽和合計が、ゼロ空間の残りの部分空間に投影される。このプロセスは、全ての目的関数の優先順位のレベルが対処されるまで又は全てのゼロ空間の次元を使い切るまで継続することができる。別の態様では、このアプローチは、関節固定、又は関節運動の取消しを可能にするためにも使用することができる。
ゼロ空間の各種目的(目標)関数は、部分的に自律的に構成することができる。効率性と使い易さの理由から、様々な用途において、いくつかの自律的な機能を可能にするのが有用である。もっとも安全上の理由から、外科医が、自律的な動作を監督し且つ無効にする能力を可能にすることが望ましい。この機能を可能にする1つの方法は、ゼロ空間の特定の目的関数の出力の大きさをマスターの速度に比例するように制限することである。このようにして、自律動作が望ましくない場合に、外科医は、マスターの動きを単に停止することができ、且つ自律的運動が停止する。しかしながら、マスター速度制限がそれら目的関数に適用される場合に、少なくともいくつかの目的関数が正しく機能しない場合がある。従って、この属性は、マスター速度制限を所定の目的関数に適用するかどうかをゼロ空間マネージャに伝える。このように、特定の目標は、制限が適しているこれらの目標のみにマスター速度制限が適用されるように、ゼロ空間のマネージャにフラグを立てることもできる。
飽和制限積分アルゴリズムは、関節速度制限や関節位置制限(例えば、急停止)のいずれかに違反することなく、命令された関節速度を積分して命令された関節位置を求める。以下で説明するようないくつかの変更が、ゼロ空間の2つ以上の特定の動作を可能にするために、特定の実施形態に対して行われ得る。この属性によって、マネージャが、複数の目的関数からのゼロ空間の統合出力を2つ以上のバケットに並べる(collate)ことが可能になり、各バケットは、以下の実施例のように、2つ以上の動作のそれぞれに関連付けられる。
SLIアルゴリズムは、動作プロファイルを関節速度及び関節位置制限内にフィットさせるために、関節速度の入力コマンドを変更する権限を有する。しかしながら、ゼロ空間の速度コマンドについてゼロ空間内に残るようにするために、SLIアルゴリズムは、速度の大きさのみを制限する必要があるが、方向は制限する必要がない。例えば、ツールチップの姿勢を阻害することを回避するために、速度ベクトルは、方向変化を含まなくてもよい。この動作は、他の出力よりもゼロ空間の特定の目標出力について有用であり、検討が望まれるゼロ空間の目標に従って選択的に使用することができる。動作1の態様が、図14Dに示されている。
動作1に関連する1つの欠点は、例えば、マニピュレータが関節が制限される壁に接しており且つこの壁に沿って摺動するように命令された場合に発生し得る、大抵の場合、「扱い難い(sticky)壁」と呼ばれる現象を引き起こすことがあるということである(図14D参照)。このような動きについて、動作1を適用して、方向を変えることなく、任意の摺動コマンド(例えば、要素を壁に向けて動かす運動)について長さを0にまで短くすることのみ行う。従って、摺動は許容されず、関節制限によって、扱い難い壁のように振る舞うことになる。特定のアルゴリズムは、自由度毎の単位で速度制限を行うことにより、この問題を回避することができる。このようなケースでは、関節制限に関する自由度のみがゼロに設定されるが、残りの自由度は影響を受けないだろう。この結果は、ツールチップの動作を命令するときに所望の動作である、関節制限に沿った摺動コマンドであろう。特定の実施形態では、関節速度制限は、ベクトルを用いた方法に適用されるが、関節位置制限は、自由度毎の様式で適用される。
これらの一般的な概念に従った他の属性(現在使用されていないか、当業者により想起される属性)が、ゼロ空間マネージャを介して、特定の方法で複数の目的関数を異なるように処理するために使用され得る。また、所望の目標及び/又はゼロ空間の関連する運動に基づいて、上述した属性の様々な組合せを様々な方法で使用し且つ適用することができることが理解される。
[実施例1]
遠隔操作方法であって、当該方法は:
可動式先端側手術用エンドエフェクタと、ベースに結合された基端部と、先端部と前記ベースとの間の複数の関節とを含むマニピュレータアームを提供するステップであって、前記複数の関節は、エンドエフェクタの所定状態について異なる範囲の関節状態を可能にするような十分な自由度を有する、提供するステップと;
第1の目標に従ってヤコビアンのゼロ空間内の前記複数の関節のうちの第1セットの関節の第1の運動を計算し、且つ第2の目標に従って前記ヤコビアンのゼロ空間内の前記複数の関節のうちの第2セットの関節の第2の運動を計算するステップであって、第2の目標と第1の目標とが異なる、計算するステップと;
第1の目標に従って第1の計算された運動に関連する第1の属性を決定し、且つ第2の目標に従って第2の計算された運動に関連する第2の属性を決定するステップと;
第1及び第2の目標の間の所望の関係及び/又は動作に従ってそれぞれの属性に部分的に基づいて、第1及び第2の計算された運動を前記複数の関節から構成される複合運動に統合するステップと;
前記複数の関節から構成される複合運動を行うように前記複数の関節を駆動するステップと;を含む、
遠隔操作方法。
[実施例2]
第1セットの関節及び第2セットの関節のそれぞれは、前記複数の関節のうちの1つ又は複数の関節を含む、
実施例1に記載の遠隔操作方法。
[実施例3]
第1セットの関節及び第2セットの関節は、前記複数の関節のうちの共通する1つ又は複数の関節、及び/又は前記複数の関節のうちの異なる1つ又は複数の関節を含む、
実施例2に記載の遠隔操作方法。
[実施例4]
第1の目標又は第2の目標は、関節状態、関節状態の組合せ、相対的な関節状態、関節状態の範囲、関節状態のプロファイル、前記複数の関節のうちの1つ又は複数の関節の速度、前記複数の関節のうちの1つ又は複数の関節の速度の集合、前記複数の関節のうちの1つ又は複数の関節の運動エネルギー、クラッチ動作、動きキャンセル動作、前記複数の関節のうちの1つ又は複数の関節のロック、衝突回避動作、特異点回避動作、マニピュレータ姿勢選好、所望のマニピュレータ構成、命令を受けたマニピュレータの再構成、及び関節の異方性強調のいずれかを含む、
実施例2に記載の遠隔操作方法。
[実施例5]
第1及び第2の属性のそれぞれは、それぞれの目標の間の重み付けに対応する重みを含む、
実施例2に記載の遠隔操作方法。
[実施例6]
第1及び第2の属性のそれぞれは、飽和レベルを含む、
実施例2に記載の遠隔操作方法。
[実施例7]
前記統合するステップは、第1及び第2の運動が競合する場合に、前記飽和レベルを適用するステップを含む、
実施例6に記載の遠隔操作方法。
[実施例8]
第1及び第2の属性のそれぞれは、第1及び第2の目標の間の優先順位をさらに含む、
実施例2に記載の遠隔操作方法。
[実施例9]
前記優先順位に従って統合するステップは、前記複数の属性を適用するステップを含み、第1の目標が第2の目標よりも優先される場合に、前記統合するステップは、第2の計算された運動を犠牲にして、第1の計算された運動を適用するステップを含む、
実施例8に記載の遠隔操作方法。
[実施例10]
前記優先順位に従って統合するステップは、第1の計算された運動と競合しない第2の計算された運動の一部のみに適用するステップを含む、
実施例8に記載の遠隔操作方法。
[実施例11]
前記統合するステップは、第1の計算された運動に直交する前記ゼロ空間の第3の部分を決定するとともに、該ゼロ空間の第3の部分に第2の計算された運動を投影することによって、第1の計算された運動と競合しない第2の計算された運動の一部を決定するステップを含む、
実施例7に記載の遠隔操作方法。
[実施例12]
第1及び第2の運動をそれぞれ計算するステップは、ゼロ空間係数を決定するステップを含み、前記属性は、前記ゼロ空間係数に適用される、
実施例2に記載の遠隔操作方法。
[実施例13]
第1の計算された運動を行うための第1のゼロ空間コマンドを出力し、第2の計算された運動を行うための第2のゼロ空間コマンドを出力するステップと;
第1及び第2のゼロ空間コマンドをプロセッサのゼロ空間マネージャモジュールで受信し、且つ第1及び第2の計算された運動を前記ゼロ空間内の前記複数の関節から構成される複合運動に統合するステップと;
前記複数の関節から構成される複合運動を前記ゼロ空間内で行うように、統合ゼロ空間コマンドを出力するステップと;をさらに含む、
実施例2に記載の遠隔操作方法。
[実施例14]
前記エンドエフェクタの命令を受けた組織操作運動に伴うマスター速度に関連して、第1及び第2の計算された運動のうちの少なくとも一方を制限するステップをさらに含む、
実施例2に記載の遠隔操作方法。
[実施例15]
第1又は第2の計算された運動が、前記エンドエフェクタの命令を受けた操作運動組織に伴うマスター速度に関連する制限と互換性があるかどうかを指示するステップと;
前記指示に基づいて、前記マスター速度に関連して第1及び第2の計算された運動のうちの少なくとも一方を制限するステップと;をさらに含む、
実施例2に記載の遠隔操作方法。
[実施例16]
第1及び第2の計算された運動のそれぞれを前記ゼロ空間内で行うための関節速度コマンドを決定するステップと;
第1セットの関節において、第1の属性に基づいて、第1の関節の関節速度を第1の関節の関節制限に制限するステップと;をさらに含む、
実施例2に記載の遠隔操作方法。
[実施例17]
第1の関節の関節速度は、複数の自由度(DOF)を有しており、且つ自由度(DOF)毎の基準に制限され、それによって、第1の方向に関節速度を制限することと第2の方向に関節速度を制限することとが、無関係になる、
実施例16に記載の遠隔操作方法。
[実施例18]
当該方法は、ベクトルの向きを維持しながら、飽和する間に前記ベクトルの長さを短くすることにより、ベクトル飽和を実行するステップを含む、
実施例16に記載の遠隔操作方法。
[実施例19]
遠隔操作システムであって、当該システムは:
基端側ベースに対して先端側エンドエフェクタをロボット操作で動かすように構成されたマニピュレータアームであって、該マニピュレータアームは、先端部と前記ベースに結合された基端部との間に複数の関節を有しており、前記関節は、エンドエフェクタの状態について所定範囲の関節状態を可能にするような十分な自由度を提供する、マニピュレータアームと;
該マニピュレータアームに入力装置を結合するプロセッサと;を有しており、
該プロセッサは、
第1の目標に従ってヤコビアンのゼロ空間内の前記複数の関節のうちの第1セットの関節の第1の運動を計算し、且つ第2の目標に従って前記ヤコビアンのゼロ空間内の前記複数の関節のうちの第2セットの関節の第2の運動を計算し、第2の目標と第1の目標とが異なり、
第1の計算された運動に関連する第1の属性を決定し、且つ第2の計算された運動に関連する第2の属性を決定し、
第1及び第2の目標の間の所望の関係及び/又は動作に従ってそれぞれの属性に部分的に基づいて、第1及び第2の計算された運動を前記複数の関節から構成される複合運動に統合し、
前記複数の関節から構成される複合運動を行うように前記複数の関節を駆動するように構成される、
遠隔操作システム。
[実施例20]
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な操作コマンドを受信するための入力部をさらに有しており、
前記プロセッサは、前記ヤコビアンのゼロ−垂直空間内の関節速度を計算することにより、前記操作コマンドに応答して、エンドエフェクタの前記関節の変位運動を計算するように構成される、
実施例19に記載の遠隔操作システム。
[実施例21]
第1セットの関節及び第2セットの関節のそれぞれは、前記複数の関節のうちの1つ又は複数の関節を含んでおり、第1セットの関節及び第2セットの関節は、前記複数の関節のうちの共通する1つ又は複数の関節、及び/又は前記複数の関節のうちの異なる1つ又は複数の関節を含む、
実施例19に記載の遠隔操作システム。
[実施例22]
第1の目標又は第2の目標は、関節状態、関節状態の組合せ、相対的な関節状態、関節状態の範囲、関節状態のプロファイル、前記複数の関節のうちの1つ又は複数の関節の速度、前記複数の関節のうちの1つ又は複数の関節の速度の集合、前記複数の関節のうちの1つ又は複数の関節の運動エネルギー、クラッチ動作、動きキャンセル動作、前記複数の関節のうちの1つ又は複数の関節のロック、衝突回避動作、特異点回避動作、マニピュレータ姿勢選好、所望のマニピュレータ構成、命令を受けたマニピュレータの再構成、及び関節の異方性強調のいずれかを含む、
実施例19に記載の遠隔操作システム。
[実施例23]
第1及び第2の属性のそれぞれは、それぞれの目標の間の重み付けに対応する重みを含む、
実施例19に記載の遠隔操作システム。
[実施例24]
第1及び第2の属性のそれぞれは、飽和レベルを含む、
実施例19に記載の遠隔操作システム。
[実施例25]
前記統合することは、第1及び第2の運動が競合する場合に、前記飽和レベルを適用することを含む、
実施例24に記載の遠隔操作システム。
[実施例26]
第1及び第2の属性は、第1及び第2の目標の間の優先順位に対応しており、前記プロセッサは、前記優先順位に従って第1及び第2の運動を統合するように構成されており、第1の目標が第2の目標をよりも優先される場合に、前記統合することは、第2の計算された運動を犠牲にして第1の計算された運動を適用することを含む、
実施例19に記載の遠隔操作システム。
[実施例27]
前記プロセッサは、第2の計算された運動が第1の計算された運動と競合する場合に、第2の計算された運動の一部のみに適用することを含むような優先順位に従って、第1及び第2の運動を統合するようにさらに構成される、
実施例26に記載の遠隔操作システム。
[実施例28]
前記プロセッサは、第1の計算された運動を行うための第1のゼロ空間コマンドを出力し、且つ第2の計算された運動を行うため第2のゼロ空間コマンドを出力し、
第1及び第2のゼロ空間コマンドをプロセッサのゼロ空間マネージャモジュールで受信し、且つ第1及び第2の計算された運動を前記ゼロ空間内の前記複数の関節から構成される複合運動に統合し、
前記複数の関節から構成される複合運動を前記ゼロ空間内で行うように、統合ゼロ空間コマンドを出力するようにさらに構成される、
実施例19に記載の遠隔操作システム。
[実施例29]
前記プロセッサは、前記エンドエフェクタの命令を受けた組織操作運動に伴うマスター速度に関連して、第1及び第2の計算された運動のうちの少なくとも一方を制限することによって、第1及び第2の運動を統合するように構成される、
実施例19に記載の遠隔操作システム。
[実施例30]
前記プロセッサは、
第1又は第2の計算された運動が、第1及び第2の属性に基づいて、前記エンドエフェクタの命令を受けた組織操作運動に伴うマスター速度に関連する制限と互換性があるかどうかを指示し、
該指示に基づいて、マスター速度に関連して第1セットの関節のうちの第1の関節を制限するようにさらに構成される、
実施例29に記載の遠隔操作システム。
[実施例31]
前記プロセッサは、
第1及び第2の計算された運動のそれぞれを前記ゼロ空間内で行うための関節速度コマンドを決定し、
複数の自由度を有する第1の関節の関節速度を自由度毎の基準に制限し、それによって、第1の方向に関節速度を制限することと第2の方向に関節速度を制限することとが、無関係になるようにさらに構成される、
実施例28に記載の遠隔操作システム。
[実施例32]
遠隔操作方法であって、当該方法は:
可動式先端側手術用エンドエフェクタと、ベースに結合された基端部と、先端部と前記ベースとの間の複数の関節とを含むマニピュレータアームを提供するステップであって、前記複数の関節は、エンドエフェクタの所定状態について異なる範囲の関節状態を可能にするような十分な自由度を有する、提供するステップと;
第1の目標に従って、拡張ヤコビアンを用いて前記複数の関節のうちの第1セットの関節の第1の運動を計算し、且つ第2の目標に従って、前記拡張ヤコビアンを用いて前記複数の関節のうちの第2セットの第2の運動を計算するステップであって、第2の目標と第1の目標とが異なる、計算するステップと;
第1の目標に従って第1の計算された運動に関連する第1の属性を決定し、且つ第2の目標に従って第2の計算された運動に関連する第2の属性を決定するステップと;
第1及び第2の目標の間の所望の関係及び/又は動作に従ってそれぞれの属性に部分的に基づいて、第1及び第2の計算された運動を前記複数の関節から構成される複合運動に統合するステップと;
前記複数の関節から構成される複合運動を行うように前記複数の関節を駆動するステップと;を含む、
遠隔操作方法。
[実施例33]
前記拡張ヤコビアンを用いて関節運動を計算するステップは、前記拡張ヤコビアンの逆関数を返すステップを含む、
実施例32に記載の遠隔操作方法。
Claims (18)
- マニピュレータアームを移動させるためのプロセッサで実施される方法であって、
前記マニピュレータアームは、可動式先端部分と、ベースに結合された基端部分と、前記先端部分と前記ベースとの間の複数の関節とを含み、該複数の関節は、前記先端部分の所与の状態に対して前記複数の関節の異なる関節状態の範囲を許容するのに十分な自由度を有しており、当該方法は、
前記プロセッサが、複数の目標のうちの第1の目標に従って前記複数の関節の第1の運動を計算するステップであって、前記複数の目標は、前記マニピュレータアームのヤコビアンのゼロ空間内の運動のための目標であり、前記第1の運動は前記ゼロ空間内にあり、記第1の目標は第1の属性に関連付けられる、計算するステップと、
前記プロセッサが、前記複数の目標のうちの第2の目標に従って前記複数の関節の第2の運動を計算するステップであって、該第2の運動は前記ゼロ空間内にあり、前記第2の目標は第2の属性に関連付けられる、計算するステップと、
前記プロセッサが、マスター速度に関して少なくとも1つの運動を制限しながら、前記第1及び第2の属性を使用して前記第1及び第2の運動を組み合わせることにより、前記複数の関節の複合運動を決定するステップであって、前記マスター速度は、前記先端部分を移動させるための複合運動に関連付けられ、前記少なくとも1つの運動は、前記第1の運動、前記第2の運動、及び前記複合運動から構成されるグループから選択される、決定するステップと、
前記プロセッサが、前記複数の関節を駆動して、該複数の関節の前記複合運動を実行するステップと、を含む、
方法。 - 前記プロセッサが前記複合運動を決定するステップは、前記プロセッサが前記第1及び第2の運動のうちの少なくとも1つを前記マスター速度に比例して制限するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- マスター速度を与えるマスター制御入力装置が動いていない場合に、前記マスター速度に関して少なくとも1つの運動を制限することは、前記複数の関節の動きを生じさせない、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記マスター速度に関して前記少なくとも1つの運動を制限しながら、前記第1及び第2の属性を使用して前記第1及び第2の運動を組み合わせることは、
前記第1の目標に基づいて前記第1の運動を制限するかどうかを決定することと、
前記第2の目標に基づいて前記第2の運動を制限するかどうかを決定することと、を含む、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の方法。 - 前記プロセッサが前記複数の関節の複合運動を決定するステップは、前記プロセッサが、前記第1及び第2の属性に基づいて、前記複合運動の方向を変更することなく、前記複合運動の全体的な大きさを制限するステップを含む、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記プロセッサが前記複数の関節の複合運動を決定するステップは、前記プロセッサが、前記第1及び第2の属性に基づいて、前記複合運動の大きさを自由度毎に(degree-of-freedom
by degree-of-freedom)制限するステップを含む、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の方法。 - システムであって、当該システムは、
可動式先端部分と、ベースに結合された基端部分と、前記先端部分と前記ベースとの間の複数の関節とを含むマニピュレータアームであって、前記複数の関節は、前記先端部分の所与の状態に対して前記複数の関節の異なる関節状態の範囲を許容するのに十分な自由度を有する、マニピュレータアームと、
該マニピュレータアームに結合されたプロセッサと、を有しており、
該プロセッサは、
複数の目標のうちの第1の目標に従って前記複数の関節の第1の運動を計算することであって、前記複数の目標は、前記マニピュレータアームのヤコビアンのゼロ空間内の運動のための目標であり、前記第1の運動は前記ゼロ空間内にあり、前記第1の目標は第1の属性に関連付けられる、計算することと、
前記複数の目標のうちの第2の目標に従って前記複数の関節の第2の運動を計算することであって、該第2の運動は前記ゼロ空間内にあり、前記第2の目標は第2の属性に関連付けられる、計算することと、
マスター速度に関して少なくとも1つの運動を制限しながら、前記第1及び第2の属性を使用して前記第1及び第2の運動を組み合わせることにより、前記複数の関節の複合運動を決定することであって、前記マスター速度は、前記先端部分を移動させるための複合運動に関連付けられ、前記少なくとも1つの運動は、前記第1の運動、前記第2の運動、及び前記複合運動から構成されるグループから選択される、決定することと、
前記複数の関節を駆動して、該複数の関節の前記複合運動を実行させることと、を含む動作を実行するように構成される、
システム。 - 前記第1の属性は前記第1の目標の第1の重みを含み、前記第2の属性は前記第2の目標の第2の重みを含み、前記複合運動を決定することは、前記第1及び第2の重みを使用して、前記第1及び第2の運動の重み付けされた複合運動を計算することを含む、又は、
前記第1の属性は飽和値を含み、前記複合運動を決定することは、前記第1の運動を制限するために前記飽和値を適用することを含む、請求項7に記載のシステム。 - 前記第1の属性は前記第1の目標の第1の優先順位を含み、前記第2の属性は前記第2の目標の第2の優先順位を含み、
前記複合運動を決定することは、
前記第1の優先順位が前記第2の優先順位よりも高いことに応答して、前記第2の運動よりも高い優先順位のアクセスを有する前記第1の運動を前記ゼロ空間に与えることと、
前記第2の優先順位が前記第1の優先順位よりも高いことに応答して、前記第1の運動よりも高い優先順位のアクセスを有する前記第2の運動を前記ゼロ空間に与えることと、を含む、請求項7又は8に記載のシステム。 - 前記複合運動を決定することは、前記第1及び第2の運動のうちの少なくとも1つを前記マスター速度に比例して制限することを含む、請求項7乃至9のいずれか一項に記載のシステム。
- マスター速度を与えるマスター制御入力装置が動いていない場合に、前記マスター速度に関して少なくとも1つの運動を制限することは、前記複数の関節の動きを生じさせない、請求項7乃至10のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記マスター速度に関して前記少なくとも1つの運動を制限しながら、前記第1及び第2の属性を使用して前記第1及び第2の運動を組み合わせることは、
前記第1の目標に基づいて前記第1の運動を制限するかどうかを決定することと、
前記第2の目標に基づいて前記第2の運動を制限するかどうかを決定することと、を含む、請求項7乃至11のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記複数の関節の複合運動を決定することは、前記第1及び第2の属性に基づいて、前記複合運動の方向を変更することなく、前記複合運動の全体的な大きさを制限することを含む、請求項7乃至12のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記複数の関節の複合運動を決定することは、前記第1及び第2の属性に基づいて、前記複合運動の大きさを自由度毎に制限することを含む、請求項7乃至13のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記先端部分を移動させるための操作コマンドを受信することであって、該操作コマンドは前記マスター速度を与える、受信することと、
前記複数の関節の先端部分の運動を計算して前記先端部分を移動させることと、
前記複数の関節を駆動して、前記複数の関節の前記複合運動と組み合わせた前記複数の関節の前記先端部分の運動を実行することと、をさらに含む、請求項7乃至14のいずれか一項に記載のシステム。 - プロセッサによって実行されると、該プロセッサに、マニピュレータアームを移動させるための動作を実行させる命令を格納するプロセッサ読み取り可能な記録ユニットであって、
前記マニピュレータアームは、可動式先端部分と、ベースに結合された基端部分と、前記先端部分と前記ベースとの間の複数の関節とを含み、前記複数の関節は、前記先端部分の所与の状態に対して前記複数の関節の異なる関節状態の範囲を許容するのに十分な自由度を有しており、前記動作は、
複数の目標のうちの第1の目標に従って前記複数の関節の第1の運動を計算することであって、前記複数の目標は、前記マニピュレータアームのヤコビアンのゼロ空間内の運動のための目標であり、前記第1の運動は前記ゼロ空間内にあり、前記第1の目標は、第1の属性に関連付けられる、計算することと、
前記複数の目標のうちの第2の目標に従って前記複数の関節の第2の運動を計算することであって、前記第2の運動は前記ゼロ空間内にあり、前記第2の目標は第2の属性に関連付けられる、計算することと、
マスター速度に関して少なくとも1つの運動を制限しながら、前記第1及び第2の属性を使用して前記第1及び第2の運動を組み合わせることにより、前記複数の関節の複合運動を決定することであって、前記マスター速度は、前記先端部分を移動させるための命令された運動に関連付けられ、前記少なくとも1つの運動は、前記第1の運動、前記第2の運動、及び前記複合運動から構成されるグループから選択される、決定することと、
前記複数の関節を駆動して、該複数の関節の前記複合運動を実行することと、を含む、
記録ユニット。 - 前記マスター速度に関して前記少なくとも1つの運動を制限しながら、前記第1及び第2の属性を使用して前記第1及び第2の運動を組み合わせることは、
前記第1の目標に基づいて前記第1の運動を制限するかどうかを決定することと、
前記第2の目標に基づいて前記第2の運動を制限するかどうかを決定することと、を含む、請求項16に記載の記録ユニット。 - 前記複数の関節の複合運動を決定することは、前記第1及び第2の属性に基づいて前記複合運動の大きさを自由度毎に制限することを含む、請求項16又は17に記載の記録ユニット。
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