JP6880324B2 - ロボットマニピュレータ又は関連ツールを制御するためのシステム及び方法 - Google Patents
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Description
本願は、2017年11月10日に出願された米国仮出願第62/584,377号の利益を主張するものであり、この文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
FCART=K(Δx)+B(Δx’)(1)
ここで、「K」はばね定数であり、「B」は減衰定数であり、「Δx’」はデカルトコントローラ307へのデカルト速度入力同士の間の差であり、「Δx」はデカルトコントローラ307へのデカルト位置入力同士の間の差である。向き合せエラーの場合に、デカルト空間での対応するトルクが決定される。
を受信し、負荷側位置266の融合状態推定デカルト変換416(Tsensor (fus)として示される)を生成し得る。融合状態推定値416Tsensor (fus)は、負荷側位置266の位置/動きの推定値を含み得る。例えば、カルマンフィルタ及びその変形(拡張カルマンフィルタ、unscentedカルマンフィルタ、定常カルマンフィルタ等)、H∞フィルタ、粒子フィルタ、Luenbergerオブザーバ、Madgwickフィルタ、アルファ・ベータ・ガンマフィルタ、スライディングモードオブザーバ等の、様々な状態推定器アルゴリズムは、融合状態推定値416Tsensor (fus)を生成するために使用され得る。融合ブロックを使用して、関節エンコーダデータ404θenc に基づいて生成された推定値406T sensor (enc)と負荷側センサシステム264からの測定データ414とを組み合わせることにより、負荷側位置266の位置及び動きは、関節エンコーダデータ404θencのみを使用して生成された推定値406Tsensor (enc)よりも適切に捕捉される。
Claims (21)
- システムであって、当該システムは、
医療ツールの動きを制御するように構成されたロボットマニピュレータであって、該ロボットマニピュレータは、関節と、該関節に接続されたリンクとを含み、該リンクは、前記医療ツールに接続するように構成される、ロボットマニピュレータと、
1つ又は複数のプロセッサを含む処理ユニットと、を含み、
該処理ユニットは、
前記関節のエンコーダから関節測定データを受信すること、
該関節測定データに前記リンクに関連する順方向運動学を適用して、前記医療ツールの先端部に結合されたツールチップの第1のパラメータの第1のツールチップ推定値を生成することであって、前記ツールチップの前記第1のパラメータは、前記ツールチップの位置又は速度である、生成すること、
前記リンクのセンサ部分又は前記医療ツールに配置されたセンサシステムから負荷側測定データを受信すること、
前記第1のツールチップ推定値及び前記負荷側測定データを組み合わせて、前記ツールチップの前記第1のパラメータの第2のツールチップ推定値を生成すること、及び
前記第1のツールチップ推定値と前記第2のツールチップ推定値との間の第1の差に基づいて、前記関節を制御すること、を行うように構成される、
システム。 - 前記第2のツールチップ推定値を生成するために、前記処理ユニットは、
前記第1のツールチップ推定値及び前記負荷側測定データを組み合わせて、前記センサ部分の第1のパラメータのセンサ部分の推定値を生成することであって、前記センサ部分の前記第1のパラメータは、前記センサ部分の位置又は速度である、生成すること、及び
前記センサ部分の推定値と、前記センサ部分と前記ツールチップとの間の動的モデルとに基づいて、前記第2のツールチップ推定値を生成すること、を行うように構成される、請求項1に記載のシステム。 - 前記センサ部分の推定値は、カルマンフィルタ、粒子フィルタ、非線形オブザーバ、及びアルファ・ベータ・ガンマフィルタから構成されるグループから選択される状態推定器アルゴリズムを使用して生成される、請求項2に記載のシステム。
- 前記処理ユニットは、
前記関節測定データに前記リンクに関連する順方向運動学を適用して、前記ツールチップの第2のパラメータの第3のツールチップ推定値を生成することであって、前記ツールチップの前記第2のパラメータは、前記ツールチップの前記位置及び前記速度の他方である、生成すること、
前記第3のツールチップ推定値及び前記負荷側測定データを組み合わせて、前記ツールチップの前記第2のパラメータの第4のツールチップ推定値を生成すること、及び
前記第1の差と、前記第3のツールチップ推定値と前記第4のツールチップ推定値との間の第2の差とに基づいて、前記関節を制御すること、を行うようにさらに構成される、請求項1に記載のシステム。 - 前記関節測定データは、前記関節の位置及び速度のうちの少なくとも1つに関連するデータを含む、請求項1乃至4のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記負荷側測定データは、並進加速度データ及び角速度データを含む、請求項1乃至4のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記センサシステムは、加速度計及びジャイロスコープを含む、請求項1乃至4のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記関節の動きを駆動するために前記関節に結合された作動アセンブリをさらに含み、
前記第1の差に基づいて前記関節を制御するために、前記処理ユニットは、
前記第1の差に基づいて関節調整データを生成すること、及び
前記関節調整データに基づいて前記作動アセンブリを制御するための制御信号を生成すること、を行うように構成される、請求項1乃至4のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記関節調整データは、逆運動学を前記第1の差に適用することによって生成される、請求項8に記載のシステム。
- 前記第1の差は、前記第1のツールチップ推定値の第1のツールチップ速度推定値と前記第2のツールチップ推定値の第2のツールチップ速度推定値との間の差を含み、
前記関節調整データは、関節速度調整データを含み、
逆ヤコビ関数が前記第1の差に適用されて、前記関節速度調整データが生成される、請求項9に記載のシステム。 - 方法であって、当該方法は、
ロボットマニピュレータの関節のエンコーダから関節測定データを受信するステップであって、前記ロボットマニピュレータは、前記関節に接続されたリンクを含む、受信するステップと、
前記関節測定データに前記リンクに関連する順方向運動学を適用して、医療ツールの先端部に結合されたツールチップの第1のパラメータの第1のツールチップ推定値を生成するステップであって、前記医療ツールは前記リンクに接続され、前記ツールチップの前記第1のパラメータは、前記ツールチップの位置又は速度である、生成するステップと、
前記リンクのセンサ部分又は前記医療ツールに配置されたセンサシステムから負荷側測定データを受信するステップと、
前記第1のツールチップ推定値及び前記負荷側測定データを組み合わせて、前記ツールチップの前記第1のパラメータの第2のツールチップ推定値を生成するステップと、
前記第1のツールチップ推定値と前記第2のツールチップ推定値との間の第1の差に基づいて、前記関節を制御するステップと、を含む、
方法。 - 前記第2のツールチップ推定値を生成するステップは、
前記第1のツールチップ推定値及び前記負荷側測定データを組み合わせて、前記センサ部分の第1のパラメータのセンサ部分の推定値を生成するステップであって、前記センサ部分の前記第1のパラメータは、前記センサ部分の位置又は速度である、生成するステップと、
前記センサ部分の推定値と、前記センサ部分と前記ツールチップとの間の動的モデルとに基づいて、前記第2のツールチップ推定値を生成するステップと、を含む、請求項11に記載の方法。 - 前記センサ部分の推定値は、カルマンフィルタ、粒子フィルタ、及びアルファ・ベータ・ガンマフィルタから構成されるグループから選択される状態推定器アルゴリズムを使用して生成される、請求項12に記載の方法。
- 前記関節測定データに前記リンクに関連する順方向運動学を適用して、前記ツールチップの第2のパラメータの第3のツールチップ推定値を生成するステップであって、前記ツールチップの前記第2のパラメータは、前記ツールチップの前記位置及び前記速度の他方である、生成するステップと、
前記第3のツールチップ推定値及び前記負荷側測定データを組み合わせて、前記ツールチップの前記第2のパラメータの第4のツールチップ推定値を生成するステップと、
前記第1の差と、前記第3のツールチップ推定値と前記第4のツールチップ推定値との間の第2の差とに基づいて、前記関節を制御するステップと、をさらに含む、請求項11に記載の方法。 - 前記関節測定データは、前記関節の位置及び速度のうちの少なくとも1つに関連するデータを含む、請求項11乃至14のいずれか一項に記載の方法。
- 前記負荷側測定データは、並進加速度データ及び角速度データを含む、請求項11乃至14のいずれか一項に記載の方法。
- 前記センサシステムは、加速度計及びジャイロスコープを含む、請求項11乃至14のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の差に基づいて、前記関節を制御するステップは、
前記第1の差に基づいて、関節調整データを生成するステップと、
該関節調整データに基づいて、前記関節に結合された作動アセンブリを制御するための制御信号を生成して、前記関節の動きを駆動させるステップと、をさらに含む、請求項11乃至14のいずれか一項に記載の方法。 - 前記関節調整データは、逆運動学を前記第1の差に適用することによって生成される、請求項18に記載の方法。
- 前記第1の差は、前記第1のツールチップ推定値の第1のツールチップ速度推定値と、前記第2のツールチップ推定値の第2のツールチップ速度推定値との間の差を含み、
前記関節調整データは、関節速度調整データを含み、
逆ヤコビ関数が前記第1の差に適用され、前記関節速度調整データが生成される、請求項19に記載の方法。 - 複数の機械可読命令を含む非一時的な機械可読媒体であって、前記命令が1つ又は複数のプロセッサによって実行されると、該1つ又は複数のプロセッサに、
ロボットマニピュレータの関節のエンコーダから関節測定データを受信することであって、前記ロボットマニピュレータは、前記関節に接続されたリンクを含む、受信すること、
前記関節測定データに前記リンクに関連する順方向運動学を適用して、医療ツールの先端部に結合されたツールチップの第1のパラメータの第1のツールチップ推定値を生成することであって、前記医療ツールは前記リンクに接続され、前記ツールチップの前記第1のパラメータは、前記ツールチップの位置又は速度である、生成すること、
前記リンクのセンサ部分又は前記医療ツールに配置されたセンサシステムから負荷側測定データを受信すること、
前記第1のツールチップ推定値及び前記負荷側測定データを組み合わせて、前記ツールチップの前記第1のパラメータの第2のツールチップ推定値を生成すること、及び
前記第1のツールチップ推定値と前記第2のツールチップ推定値との間の第1の差に基づいて、前記関節を制御すること、を含む段階を実行させるように適合される、
非一時的な機械可読媒体。
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