JP6698184B2 - 手動でのロボットアームの運動によって制御される可動な手術用装着プラットフォーム - Google Patents
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Description
全体の動作は、“鼻で馬を導く(Lead-the-Horse-By-the-Nose)”(LHBN)制御モードにいくらか類似している(また、本明細書においてしばしばそのように呼ばれる)。LHBN制御モードは、使用者が操作プラットフォーム76を動かすことを可能にし、浮動している(floating)マニピュレータ82の遠隔中心を手動で動かすことによってセットアップ構造を駆動する。一つの基本的な形式において、制御の目標は、マニピュレータ82遠隔中心が操作プラットフォーム76のフレーム内の所望の位置に留まるように、操作プラットフォーム76を動かすことである。したがって、使用者が絶対的なフレーム(the world frame)内でマニピュレータ82を手動で変位させた場合に、制御部は、実際の遠隔中心と所望の遠隔中心との間のエラーがゼロになる方向に駆動するように、操作プラットフォーム76及びそのフレームを、その同一の変位を通して、動かすことができる
図12Aに示されるように、実際の遠隔中心RC位置と所望の中心RCd位置との間の生のエラーは、LHBN制御部に対する入力コマンド220を形成する。エラーを生の速度コマンドにスケールを変更する前に、小さな不感帯(dead zone)222(10cmよりも小さく、しばしば約3cm以下である)が、エラー信号に適用される。(約0.1Hzと10Hzとの間の、典型的には訳1Hzの)低域通過フィルタは、周波数帯が制限された速度コマンドを生成する。そのコマンドは次いで、操作プラットフォームフレーム内に速度コマンドを生成するために、飽和させられる(224)。LHBNモードが開始された場合に、コマンドを滑らかに増加させるために、短い時間帯(window)に渡って、コマンドに半余弦(half cosine)形状のスケーリングが適用される。同様に、そのコマンドは、モードが滑らかな減速に向かって終了させられる場合に、半コサイン形状のスケーリングによって、逆方向にスケールを変更される。速度コマンドは、起動/停止スケーリングの後に、セットアップ構造の逆運動学に提供される。関節がそれらのいくつかの制限内又はその近傍にある場合に、速度コマンドの更なるトリミングが、逆運動学計算において起こり得る。
(1)費用関数を最小化しようとする、セットアップ構造最適化課題。
この費用関数は、方向付けプラットフォームとポジション及び方向が最適又は所望のマニピュレータRCに対する位置に到達した場合に、最小値を得るように構成される。
(2)部屋に対する一定のマニピュレータ方向を維持しようとする、マニピュレータ制御課題。
この第二の戦略は、ECMとガントリーマニピュレータとの間で共有される必要がある情報は、それぞれの基部及び先端の位置のみである、すなわち、全ての関節のポジションを知ることは要求されないという事実から恩恵を受ける。この事実は、複数のマニピュレータの間のより小さな通信帯域幅しか必要としないことにおいて、この具体的な戦略に素晴らしい利点を与える。
Claims (15)
- カニューレに取り付けられるように構成されるマニピュレータと、
プロセッサとを含む、
システムであって、
前記プロセッサは、
前記カニューレの取付け状態を検出し、
当該システムがセットアップモードにあるべきことを示す入力を検出し、且つ
当該システムが前記検出される取付け状態に応答して前記セットアップモードに移行するのを抑制する、
ように構成される、
システム。 - 前記セットアップモードと関連付けられる専用入力ボタンを更に含み、
当該システムが前記セットアップモードにあるべきことを示す前記入力を検出するために、前記プロセッサは、前記専用入力ボタンの起動を検出するように構成される、
請求項1に記載のシステム。 - 前記プロセッサは、前記検出される取付け状態に応答して前記セットアップモードにある当該システムの作動を終了させるように更に構成される、請求項1又は2に記載のシステム。
- 前記カニューレの前記取付け状態を検出するために、前記プロセッサは、前記マニピュレータに取り付けられる前記カニューレを検出するように構成される、請求項1乃至3のうちのいずれか1項に記載のシステム。
- 当該システムは、手術システムであり、前記カニューレは、前記マニピュレータによって制御されるツールのための作業部位への最小侵襲的なアクセスを提供する管腔を含む、請求項1乃至4のうちのいずれか1項に記載のシステム。
- プラットフォームと、
該プラットフォームを支持する第1の運動学的構造と、
前記プラットフォームと連結され、第1のリンクを含む、第2の運動学的構造とを更に含み、
前記マニピュレータは、前記第2の運動学的構造に連結される、
請求項1乃至5のうちのいずれか1項に記載のシステム。 - 前記プロセッサは、前記検出される取付け状態に応答して前記プラットフォームの動きを抑制するように更に構成される、請求項6に記載のシステム。
- 当該システムが前記セットアップモードにあるべきことを示す前記入力を検出するために、前記プロセッサは、前記第2の運動学的構造の関節の可動域の限界に達する又は前記関節の可動域の限界に接近する前記関節の動きを検出するように構成される、請求項6に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、当該システムがポートクラッチングモードにあるときに、当該システムが前記セットアップモードにあるべきことを示す前記入力を検出する、請求項8に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、前記検出される取付け状態に応答して前記第1の運動学的構造の関節の動きを抑制するように更に構成される、請求項8に記載のシステム。
- システムをセットアップする方法であって、
前記システムは、プロセッサと、カニューレに取り付けられるように構成されるマニピュレータとを有し、
当該方法は、
前記プロセッサが、前記カニューレの取付け状態を検出するステップと、
前記プロセッサが、前記システムがセットアップモードにあるべきことを示す入力を検出するステップと、
前記プロセッサが、前記システムが前記検出される取付け状態に応答して前記セットアップモードに移行することを抑制する、ステップとを含む、
方法。 - 前記システムが前記セットアップモードにあるべきことを示す前記入力を検出するステップは、前記マニピュレータに配置される専用入力ボタンの起動を検出するステップを含む、請求項11に記載の方法。
- 前記プロセッサが、前記検出される取付け状態に応答して前記セットアップモードにある前記システムの作動を終了させる、ステップを更に含む、請求項11又は12に記載の方法。
- 前記システムは、更に、プラットフォームと、該プラットフォームを支持する第1の運動学的構造と、前記プラットフォームと連結され、第1のリンクを含む、第2の運動学的構造とを含み、前記マニピュレータは、前記第2の運動学的構造に連結され、
当該方法は、更に、前記プロセッサが、前記検出される取付け状態に応答して前記プラットフォームの動きを抑制する、ステップを更に含む、
請求項11乃至13のうちのいずれか1項に記載の方法。 - 前記システムは、更に、プラットフォームと、該プラットフォームを支持する第1の運動学的構造と、前記プラットフォームと連結され、第1のリンクを含む、第2の運動学的構造とを含み、前記マニピュレータは、前記第2の運動学的構造に連結され、
前記プロセッサが、前記システムが前記セットアップモードにあるべきことを示す前記入力を検出するステップは、前記第2の運動学的構造の関節の可動域の限界に達する又は前記関節の可動域の限界に接近する前記関節の動きを検出するステップを含む、
請求項11乃至13のうちのいずれか1項に記載の方法。
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