JP7176037B2 - 器具外乱補償のためのシステム及び方法 - Google Patents
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Description
本開示は、2014年10月27日に出願された"System and Method for Integrated Operating Table"と題する米国仮出願第62/069,245号及び2015年3月17日に出願された"System and Method for Reducing Tool Disturbances"と題する米国仮特許出願第62/134,212号の優先権を主張し、これらの両方は、それらの全部が参照により本明細書に援用される。
(付記1) 多関節アームの第1のジョイントセットと、
前記多関節アームの第2のジョイントセットと、
前記第1のジョイントセット及び前記第2のジョイントセットに結合される制御ユニットと、を有し、
前記制御ユニットは、
1又は複数のブレーキの解放によって生じる前記第1のジョイントセットに対する外乱を決定するように、及び
前記多関節アーム上の関心のあるポイントの位置に対する動作を減少させるよう前記第2のジョイントセットを使用して前記外乱を補償するように、構成される、
コンピュータ支援医療装置。
(付記2) 前記制御ユニットは、前記1又は複数のブレーキを解放するように構成される、
付記1に記載の装置。
(付記3) 前記関心のあるポイントは、前記多関節アームのエンドエフェクタの先端である、
付記1に記載の装置。
(付記4) 前記1又は複数のブレーキの前記解放はずらされる、
付記1に記載の装置。
(付記5) 前記第2のジョイントセットを使用して前記外乱を補償するために、前記制御ユニットは、
基準ポイントに対する前記関心のあるポイントに関する初期位置を決定するように、
前記第1のジョイントセットに対する前記外乱に基づいて前記関心のあるポイントに関する予測動作を決定するように、及び
前記第2のジョイントセットに駆動コマンドを送信するように、構成され、
前記駆動コマンドは、前記予測動作の反対の方向に前記関心のあるポイントを動かす第1のコマンドを含む、
付記1に記載の装置。
(付記6) 前記関心のあるポイントに関する前記予測動作を決定するために、前記制御ユニットは、エラーを調整する、
付記5に記載の装置。
(付記7) 前記エラーを調整するために、前記制御ユニットは、前記多関節アームの1又は複数のリンクの曲げを調整するように構成される、
付記6に記載の装置。
(付記8) 前記エラーを調整するために、前記制御ユニットは、前記第1のジョイントセットに対する前記外乱に基づいて前記関心のあるポイントの並進動作予測にスカラー値を掛けるように構成される、
付記6に記載の装置。
(付記9) 前記駆動コマンドはさらに、ユーザコマンドに基づいて前記関心のあるポイントを動かす第2のコマンドを含み、前記第1のコマンド及び前記第2のコマンドは重ねられる、
付記5に記載の装置。
(付記10) 前記制御ユニットはさらに、駆動されるとき前記第2のジョイントセットの前記速さを制限するように構成される、
付記5に記載の装置。
(付記11) 医療装置の動作を制御する方法であって
第1のセーブされる変換を決定するステップであって、前記第1のセーブされる変換は、外乱の前の前記医療装置の多関節アームの第1のジョイントセットに及ぶ2つの座標フレームの間の変換である、ステップ;
第2のセーブされる変換を決定するステップであって、前記第2のセーブされる変換は、前記多関節アームの第2のジョイントセットに及ぶ2つの座標フレームの間の変換である、ステップ;
外乱を受けるステップであって、前記外乱は、前記第1のジョイントセットの1又は複数のジョイントの前記位置を乱す、ステップ;
第3の変換を決定するステップであって、前記第3の変換は、前記外乱の後の前記第1のジョイントセットに及ぶ2つの座標フレームの間の変換である、ステップ;及び
前記外乱によって生じる関心あるポイントの予測動作を決定するステップであって、
前記第1及び前記第2のセーブされる変換に基づく第1の位置決定と前記第3の変換及び前記第2のセーブされる変換に基づく第2の位置決定との間の差を計算することを含む、ステップ、を含む、
方法。
(付記12) 前記方法は、
関心のあるポイントのエラー訂正された予測動作を決定するステップであって、
前記関心のあるポイントの前記予測動作の並進運動部分を第1のスケールファクタでスケーリングするステップ、を含む、
ステップをさらに含む、
付記11に記載の方法。
(付記13) 前記関心のあるポイントの前記エラー訂正された部分を決定するステップはさらに、前記関心のあるポイントの前記予測動作の回転運動部分を前記第1のスケールファクタと異なる第2のスケールファクタでスケーリングするステップ、を含む、
付記12に記載の方法。
(付記14) 前記第1のスケールファクタは、0.85である、
付記12に記載の方法。
(付記15) 前記第1のスケールファクタは、0.8から0.95の間である、
付記12に記載の方法。
(付記16) 前記方法はさらに、
前記エラー訂正された予測動作に基づいて前記第2のジョイントセットの1又は複数のジョイントを駆動するステップを含む、
付記12に記載の方法。
(付記17) 前記エラー訂正された予測動作に基づいて前記第2のジョイントセットの前記1又は複数のジョイントを駆動するステップは、前記第2のジョイントセットの構成に基づいて速度調整される、
付記16に記載の方法。
(付記18) 前記方法はさらに、
動作コマンドを受信するステップと、
前記動作コマンドに基づいて前記第2のジョイントセットの前記1又は複数のジョイントをさらに駆動するステップと、を含む、
付記17に記載の方法。
(付記19) 前記動作コマンドは、カメラ座標フレームに対する所望の運動を含む、
付記18に記載の方法。
(付記20) 前記外乱は、前記第1のジョイントセットに関するブレーキ解放によって引き起こされる、
付記11に記載の方法。
(付記21) 前記第1のジョイントセットに関する前記ブレーキ解放は、ずらされるブレーキ解放である、
付記20に記載の方法。
(付記22) 前記第1のジョイントセットに関する前記ブレーキ解放は、漸進的なブレーキ解放である、
付記20に記載の方法。
(付記23) イメージング装置を持つ第1の多関節アームと、
エンドエフェクタを持つ第2の多関節アームと、
前記第1の多関節アーム及び前記第2の多関節アームに結合される制御ユニットと、を有し、
前記制御ユニットは、
第1の時間における前記イメージング装置の位置に基づいている第1の基準フレームを設定するように、
前記第1の時間において前記イメージング装置の前記位置から離れて前記イメージング装置を動かす前記第1の多関節アームに対する第1の外乱を許容するように、
前記エンドエフェクタを動かすコマンドを受信するように、及び
前記第1の基準フレームからの前記エンドエフェクタを動かすコマンドを前記エンドエフェクタに関する基準フレームにおいて前記エンドエフェクタを動かすコマンドに変換するように、構成される、
コンピュータ支援医療装置。
(付記24) 前記制御ユニットはさらに、
前記第2の多関節アームの第1のジョイントセットに対する第2の外乱を許容するように、及び
前記第1のジョイントセットに対する前記第2の外乱によって生じる前記エンドエフェクタに対する運動を減少させるように、前記多関節アームの第2のジョイントセットの1又は複数のジョイントを駆動するように、構成される、
付記23に記載の装置。
(付記25) 前記第1のジョイントセットに対する前記第2の外乱によって生じる前記エンドエフェクタに対する運動を減少させるように前記第2のジョイントセットの前記1又は複数のジョイントを駆動するために、前記制御ユニットはさらに、
前記第2の外乱の前の前記第1のジョイントセットを含む2つの座標フレームの間の変換である第1のセーブされる変換を決定するように、
前記第2のジョイントセットを含む2つの座標フレームの間の変換である第2のセーブされる変換を決定するように、
前記第2の外乱の後の前記第1のジョイントセットを含む2つの座標フレームの間の変換である第3の変換を決定するように、
前記第1及び前記第2のセーブされる変換に基づく前記エンドエフェクタの第1の位置と前記第3の変換及び前記第2のセーブされる変換に基づく前記エンドエフェクタの第2の位置決定との間の差を計算することによって前記第2の外乱によって生じる前記エンドエフェクタの予測動作を決定するように、構成される、
付記24に記載の装置。
(付記26) 前記第1のジョイントセットに対する前記外乱によって生じる前記エンドエフェクタに対する運動を減少させるように前記第2のジョイントセットの前記1又は複数のジョイントを駆動するために、前記制御ユニットはさらに、
スカラー値を前記エンドエフェクタの前記予測動作の一部に掛けることによって前記エンドエフェクタのエラー訂正された予測動作を決定するように構成される、
付記25に記載の装置。
(付記27) 医療装置に関連付けられる1又は複数のプロセッサによって実行されるとき、1又は複数のプロセッサに方法を実行させるように適合される複数の機械可読指令を含む非一時的機械可読媒体であって、前記方法は、
外乱の前の前記医療装置の多関節アームの第1のジョイントセットに及ぶ2つの座標フレームの間の変換である第1のセーブされる変換を決定するステップ;
前記多関節アームの第2のジョイントセットに及ぶ2つの座標フレームの間の変換である第2のセーブされる変換を決定するステップ;
前記第1のジョイントセットの1又は複数のジョイントの位置を乱す前記外乱を受けるステップ;
前記外乱の後の前記第1のジョイントセットに及ぶ2つの座標フレームの間の変換である第3の変換を決定するステップ;及び
前記外乱によって生じる関心あるポイントの予測動作を決定するステップであって、
前記第1及び前記第2のセーブされる変換に基づく第1の位置決定と前記第3の変換及び前記第2のセーブされる変換に基づく第2の位置決定との間の差を計算するステップを含む、
ステップ、を含む、
非一時的機械可読媒体。
(付記28) 前記方法は、
関心のあるポイントのエラー訂正された予測動作を決定するステップであって、
前記関心のあるポイントの前記予測動作の並進運動部分を第1のスケールファクタでスケーリングするステップ、を含む、
ステップをさらに含む、
付記27に記載の非一時的機械可読媒体。
(付記29) 前記関心のあるポイントの前記エラー訂正された部分を決定するステップはさらに、前記関心のあるポイントの前記予測動作の回転運動部分を前記第1のスケールファクタと異なる第2のスケールファクタでスケーリングするステップ、を含む、
付記28に記載の非一時的機械可読媒体。
(付記30) 前記第1のスケールファクタは、0.85である、
付記28に記載の非一時的機械可読媒体。
(付記31) 前記第1のスケールファクタは、0.8から0.95の間である、
付記28に記載の非一時的機械可読媒体。
(付記32) 前記方法はさらに、
前記エラー訂正された予測動作に基づいて前記第2のジョイントセットの1又は複数のジョイントを駆動するステップを含む、
付記28に記載の非一時的機械可読媒体。
(付記33) 前記エラー訂正された予測動作に基づいて前記第2のジョイントセットの前記1又は複数のジョイントを駆動するステップは、前記第2のジョイントセットの構成に基づいて速度調整される、
付記32に記載の非一時的機械可読媒体。
(付記34) 前記方法はさらに、
動作コマンドを受信するステップと、
前記動作コマンドに基づいて前記第2のジョイントセットの前記1又は複数のジョイントをさらに駆動するステップと、を含む、
付記33に記載の非一時的機械可読媒体。
(付記35) 前記動作コマンドは、カメラ座標フレームに対する所望の運動を含む、
付記34に記載の非一時的機械可読媒体。
Claims (13)
- コンピュータ支援装置であって:
1つ又は複数の第1のジョイント及び1つ又は複数の第2のジョイントを含む複数のジョイントを有する、多関節アームであって、前記1つ又は複数の第1のジョイントの各々は、それぞれのブレーキに関連付けられ、前記1つ又は複数の第2のジョイントの各々は、それぞれのアクチュエータに関連付けられる、多関節アームと、
前記多関節アームに結合される制御ユニットと、を有し、
前記制御ユニットは:
前記1つ又は複数の第1のジョイントにそれぞれの外乱を引き起こす前記1つ又は複数の第1のジョイントの各々に対する前記それぞれのブレーキの解放に応答して、前記1つ又は複数の第1のジョイントに対する前記それぞれの外乱に基づいて前記多関節アームの関心のあるポイントの位置に対する変化を決定し、前記関心のあるポイントは:前記多関節アームの遠位端部に取り付けられる器具上のポイント、前記器具の遠位端部に位置するエンドエフェクタ上のポイント、又は前記器具についての動作の遠隔中心に対応し、
前記1つ又は複数の第2のジョイントの各々に関連付けられた前記それぞれのアクチュエータにそれぞれの駆動コマンドを送信することにより前記関心のあるポイントの前記位置に対する前記変化を補償することによって、前記関心のあるポイントの前記位置を維持する、
ように構成される、
コンピュータ支援装置。 - 前記制御ユニットはさらに、前記それぞれのブレーキを解放するように構成される、
請求項1に記載のコンピュータ支援装置。 - 前記制御ユニットはさらに:
動作コマンドを受信し、前記動作コマンドは、カメラ座標フレームに対する前記器具の所望の運動を含み;
さらに、前記動作コマンドに基づいて前記1つ又は複数の第2のジョイントを駆動する;
ようにさらに構成される、
請求項1又は2に記載のコンピュータ支援装置。 - 前記関心のあるポイントの前記位置に対する前記変化を補償するために、前記制御ユニットはさらに:
基準ポイントに対する前記関心のあるポイントに関する初期位置を決定し、
前記1つ又は複数の第1のジョイントに対する前記それぞれの外乱に基づいて前記関心のあるポイントに関する予測動作を決定し、
前記予測動作の反対の方向に前記関心のあるポイントを動かすよう前記1つ又は複数の第2のジョイントの各々に関連付けられた前記それぞれのアクチュエータに前記それぞれの駆動コマンドを送信する、
ように構成される、
請求項1乃至3のいずれか1項に記載のコンピュータ支援装置。 - 前記関心のあるポイントに関する前記予測動作を決定するために、前記制御ユニットは、前記多関節アームの1又は複数のリンクの曲げを調整するように構成される、
請求項4に記載のコンピュータ支援装置。 - 前記関心のあるポイントの前記位置を維持するために、前記制御ユニットはさらに:
第1のセーブされる変換を決定し、前記第1のセーブされる変換は、1つ又は複数の前記ブレーキの前記解放が前記1つ又は複数の第1のジョイントのうちのジョイントの位置に対する変化を引き起こす前の前記1つ又は複数の第1のジョイントに及ぶ2つの座標フレームの間の変換であり、前記1つ又は複数のブレーキの前記解放の前の前記1つ又は複数の第1のジョイントに及ぶ前記2つの座標フレームの各々は、前記コンピュータ支援装置に関連付けられた基準座標フレームに対するものであり;
第2のセーブされる変換を決定し、前記第2のセーブされる変換は、前記1つ又は複数の第2のジョイントに及ぶ2つの座標フレームの間の変換であり、前記1つ又は複数の第2のジョイントに及ぶ前記2つの座標フレームの各々は、前記基準座標フレームに対するものであり;
前記1つ又は複数の第1のジョイントの前記ジョイントの前記位置に対する前記変化を検出し;
第3の変換を決定し、前記第3の変換は、前記1つ又は複数のブレーキの前記解放が前記1つ又は複数の第1のジョイントのうちの前記ジョイントの前記位置に対する前記変化を引き起こした後の前記1つ又は複数の第1のジョイントに及ぶ2つの座標フレームの間の変換であり、前記1つ又は複数のブレーキの前記解放の後の前記1つ又は複数の第1のジョイントに及ぶ2つの座標フレームの各々は、前記基準座標フレームに対するものであり;
前記1つ又は複数の第1のジョイントの前記ジョイントの前記位置に対する前記変化によって引き起こされる前記関心あるポイントの予測動作を:
前記第1のセーブされる変換及び前記第2のセーブされる変換に基づく前記関心のあるポイントについての外乱を受けていない位置と前記第3の変換及び前記第2のセーブされる変換に基づく前記関心のあるポイントの予測位置との間の差を計算することによって、
決定する;
ように構成される、
請求項1乃至3のいずれか1項に記載のコンピュータ支援装置。 - 前記制御ユニットはさらに:
前記関心のあるポイントのエラー訂正された予測動作を:
前記関心のあるポイントの前記予測動作の並進運動部分を第1のスケールファクタでスケーリングすること、又は
前記関心のあるポイントの前記予測動作の回転運動部分を前記第1のスケールファクタと異なる第2のスケールファクタでスケーリングすること、
によって決定する、
ように構成される、
請求項1乃至6のいずれか1項に記載のコンピュータ支援装置。 - 動作を制御するための装置の作動方法であって、前記装置は、多関節アーム及び制御ユニットを有し、前記多関節アームは1つ又は複数の第1のジョイント及び1つ又は複数の第2のジョイントを含む複数のジョイントを有し、前記1つ又は複数の第1のジョイントの各々は、それぞれのブレーキに関連付けられ、前記1つ又は複数の第2のジョイントの各々は、それぞれのアクチュエータに関連付けられ、前記方法は:
前記制御ユニットが、前記1つ又は複数の第1のジョイントにそれぞれの外乱を引き起こす前記1つ又は複数の第1のジョイントの各々に対する前記それぞれのブレーキの解放に応答して、前記1つ又は複数の第1のジョイントに対する前記それぞれの外乱に基づいて前記多関節アームの関心のあるポイントの位置に対する変化を決定するステップであって、前記関心のあるポイントは、前記多関節アームの遠位端部に取り付けられる器具上のポイント、前記器具の遠位端部に位置するエンドエフェクタ上のポイント、又は前記器具についての動作の遠隔中心に対応する、ステップと、
前記制御ユニットが、前記1つ又は複数の第2のジョイントの各々に関連付けられた前記それぞれのアクチュエータにそれぞれの駆動コマンドを送信することにより前記関心のあるポイントの位置に対する前記変化を補償することによって、前記関心のあるポイントの前記位置を維持するステップと、
を含む、
方法。 - 前記制御ユニットが動作コマンドを受信するステップであって、前記動作コマンドは、カメラ座標フレームに対する前記器具の所望の運動を含む、ステップと、
前記制御ユニットが、前記動作コマンドに基づいて前記1つ又は複数の第2のジョイントをさらに駆動するステップと、
をさらに含む、
請求項8に記載の方法。 - 前記関心のあるポイントの前記位置に対する前記変化を補償するステップは:
前記制御ユニットが、基準ポイントに対する前記関心のあるポイントに関する初期位置を決定するステップと、
前記制御ユニットが、前記1つ又は複数の第1のジョイントに対する前記それぞれの外乱に基づいて前記関心のあるポイントに関する予測動作を決定するステップと、
前記制御ユニットが、前記予測動作の反対の方向に前記関心のあるポイントを動かすよう前記1つ又は複数の第2のジョイントの各々に関連付けられた前記それぞれのアクチュエータに前記それぞれの駆動コマンドを送信するステップと、
を含む、
請求項8又は9に記載の方法。 - 前記関心のあるポイントの前記位置を維持するステップは:
前記制御ユニットが、前記1つ又は複数の第1のジョイントに対する前記それぞれの外乱の前の前記1つ又は複数の第1のジョイントに及ぶ第1の座標フレームと第2の座標フレームとの間の第1の変換を決定するステップであって、前記第1の座標フレーム及び前記第2の座標フレームはそれぞれ、前記装置に関連付けられた基準座標フレームに対するものである、ステップと、
前記制御ユニットが、前記1つ又は複数の第2のジョイントに及ぶ第3の座標フレームと第4の座標フレームとの間の第2の変換を決定するステップであって、前記第3の座標フレーム及び前記第4の座標フレームはそれぞれ、前記基準座標フレームに対するものである、ステップと、
前記制御ユニットが、前記それぞれの外乱の後の前記第1の座標フレームと前記第2の座標フレームとの間の第3の変換を決定するステップと、
前記制御ユニットが、前記第1及び前記第2の変換に基づいて前記関心のあるポイントの第1の位置を決定するステップと、
前記制御ユニットが、前記第2及び前記第3の変換に基づいて前記関心のあるポイントの第2の位置を決定するステップと、
前記制御ユニットが、前記第1の位置と前記第2の位置との間の差に基づく前記それぞれの外乱によって生じる前記関心あるポイントの予測動作を決定するステップと、
前記制御ユニットが、前記予測動作に基づいて、前記1つ又は複数の第2のジョイントの1つ又は複数のジョイントを駆動するステップと、
を含む、
請求項8乃至10のいずれか1項に記載の方法。 - 前記制御ユニットが、前記関心のあるポイントのエラー訂正された予測動作を:
前記制御ユニットが、前記関心のあるポイントの前記予測動作の並進運動部分を第1のスケールファクタでスケーリングするステップ、又は
前記制御ユニットが、前記関心のあるポイントの前記予測動作の回転運動部分を前記第1のスケールファクタと異なる第2のスケールファクタでスケーリングするステップ、
によって、決定するステップをさらに含む、
請求項8乃至11のいずれか1項に記載の方法。 - 装置に関連付けられる1又は複数のプロセッサによって実行されるとき、前記1又は複数のプロセッサに請求項8乃至12のいずれか1項に記載の方法を実行させるように構成される複数の機械可読指令を含む非一時的機械可読媒体。
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