JP7589263B2 - 主従運動の制御方法、ロボットシステム、設備および記憶媒体 - Google Patents

Description

＜関連出願の相互参照＞
本願は、２０２０年７月１日に出願された出願番号が２０２０１０６２７４７７８で、発明名称が「遠隔操作主従マッピング運動制御システムおよび方法」である中国特許出願の優先権を要求し、当該出願の全文は、参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、ロボットの分野に関わるものであり、特に主従運動の制御方法、ロボットシステム、設備および記憶媒体に関わるものである。

科学技術の発展に伴い、医療ロボットによる医療スタッフの手術支援は、急速に発展し、医療ロボットは、医療スタッフのさまざまな医療診断と補助治療を支援するだけでなく、医療資源の不足問題を効果的に緩和することができる。

一般的に、医療ロボットは、操作を実行するための従動工具と、従動工具の運動を制御するための主操作器とを備える。実際のシーンでは、従動工具は、操作領域に入ることができるように設けられ、医療スタッフは、主操作器を遠隔操作することにより、操作領域における従動工具の運動を制御し、医療操作を実現する。一般的に、医療ロボットは、主操作器と従動工具との間の運動変換により、主操作器による従動工具の運動制御を実現する。

手術ロボットは、操作精度とマンマシンインタフェースの体験に対する要求が高い。例えば、手術ロボットは、従動工具の画像をカメラで採取し、ディスプレイで表示してもよい。操作者（例えば、手術医）は、ディスプレイ内の画像から従動工具の位置および姿勢を取得し、主操作器を遠隔操作して従動工具の位置および姿勢を制御する。このように、カメラとディスプレイの位置および姿勢は、操作者の次の操作方向と距離に影響を与える。このため、手術ロボットの主従運動制御の精度を向上させて、主操作器と従動工具との主従運動制御の目標結果と操作者の感官意欲との一致性を実現する必要がある。

いくつかの実施例において、本開示は、現在位置と現在姿勢とを含む主操作器の現在位置姿勢を特定することと、主操作器の現在位置姿勢および主操作器と従動工具との位置姿勢関係に基づいて、従動工具の目標位置姿勢を特定することと、従動工具の目標位置姿勢に基づいて、従動工具の制御信号を生成することと、を含む主従運動の制御方法を提供する。

いくつかの実施例において、本開示は、ロボットアーム、ロボットアームに設けられるハンドル、ロボットアームの少なくとも１つの関節に設けられて少なくとも１つの関節の関節情報を得るための少なくとも１つの主操作器センサを備える主操作器と、フレキシブルアーム体と末端デバイスを備える従動工具と、従動工具のフレキシブルアーム体を駆動するための少なくとも１つの駆動装置と、少なくとも１つの駆動装置に結合されて、駆動情報を取得するための少なくとも１つの駆動装置センサと、主操作器および少なくとも１つの駆動装置に通信可能に接続される制御装置であって、現在位置と現在姿勢とを含む主操作器の現在位置姿勢を特定し、主操作器の現在位置姿勢および主操作器と従動工具との位置姿勢関係に基づいて、従動工具の目標位置姿勢を特定し、従動工具の目標位置姿勢に基づいて、従動工具の制御信号を生成するように構成されている制御装置と、を備えるロボットシステムを提供する。

いくつかの実施例において、本開示は、少なくとも１つの指令を記憶するためのコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供し、少なくとも１つの指令は、コンピュータによって実行されるときに、ロボットシステムに主従運動の制御方法を実行させ、前記制御方法は、現在位置と現在姿勢とを含む主操作器の現在位置姿勢を特定することと、主操作器の現在位置姿勢および主操作器と従動工具との位置姿勢関係に基づいて、従動工具の目標位置姿勢を特定することと、従動工具の目標位置姿勢に基づいて、従動工具の制御信号を生成することと、を含む。

以下、本開示の実施例における技術案をより明確に説明するために、本開示の実施例の説明において必要とされる図面について簡単に説明するが、以下に説明する図面は、本開示のいくつかの実施例のみを示しており、当業者にとって、創造的な労働を行わずに、本開示の実施例の内容およびこれらの図面に基づいて他の実施例を得ることもできる。
本開示のいくつかの実施例に係る主従運動の制御方法のフローチャートを示す。 本開示のいくつかの実施例に係るロボットシステムの構成概略図を示す。 本開示のいくつかの実施例に係る主従運動マッピングにおける座標系の概略図を示す。 本開示のいくつかの実施例に係るロボットシステムの概略図を示す。

以下、本開示により解決された技術課題、採用された技術案および達成された技術効果をより明確にするために、添付図面と併せて本開示の実施例における技術案をさらに詳細に説明するが、勿論、説明される実施例は、本開示の例示的な実施例に過ぎず、実施例の全体ではない。

なお、本開示の説明において、「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「鉛直」、「水平」、「内」、「外」という用語が示す方位または位置関係は、図面に示す方位または位置関係に基づくものであり、本開示の説明を容易にして説明を簡略化することのみを目的としており、指す装置または素子が特定の方位を有して特定の方位で構造・操作しなければならないことを示す又は暗示するものではないので、本開示に対する制限として理解されない。さらに、「第１」、「第２」という用語は、説明の目的にのみ使用され、相対的な重要性を示すまたは暗示するものとして理解されない。なお、本開示の説明において、明確な規定および限定がない限り、「取り付け」、「連結」、「接続」、「カップリング」という用語は、広義に捉えるべきであり、例えば、固定的な接続であってもよいし、取り外し可能な接続であってもよいし、機械的接続であってもよいし、電気的接続であってもよいし、直接的に接続してもよいし、中間媒体を介して間接的に接続してもよいし、２つの素子内部の連通であってもよい。当業者にとって、上記用語の本開示での具体的な意味は、具体的な状況に応じて理解され得る。本開示において、操作者（例えば医師）に近接する一端を近位端、近位部または後端、後部と定義し、手術の患者に近接する一端を遠位端、遠位部または前端、前部と定義する。当業者であれば、本開示の実施例は、医療設備または手術ロボットに用いてもよいし、他の非医療装置に用いてもよいことが理解される。

本開示において、「位置」という用語は、三次元空間におけるオブジェクトまたはオブジェクトの一部の位置決めを意味する（例えば、デカルトＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸のそれぞれに沿った３つの平行移動自由度のような３つの平行移動自由度は、デカルトＸ、ＹおよびＺ座標の変化を用いて説明してもよい）。本開示において、「姿勢」という用語は、オブジェクトまたはオブジェクトの一部の回転設定を意味する（例えば、３つの回転自由度に対して、これら３つの回転自由度をローリング、ピッチングおよびヨーイングを用いて説明してもよい）。本開示において、「位置姿勢」という用語は、オブジェクトまたはオブジェクトの一部の位置および姿勢の組み合わせを意味し、例えば、上述した６つの自由度のうちの６つのパラメータを用いて説明してもよい。本開示において、主操作器のハンドルの位置姿勢は、主操作器の関節の関節情報の集合（例えば、これらの関節情報からなる一次元行列）によって表現されてもよい。従動工具の位置姿勢は、従動工具の駆動情報（例えば、従動工具のフレキシブルアーム体の駆動情報）によって特定してもよい。本開示において、関節の関節情報は、対応する関節の、対応する関節軸に対する回転角度または初期位置に対する移動距離を含んでもよい。

図１は、本開示のいくつかの実施例に係る主従運動の制御方法のフローチャート１００を示し、図２は、本開示のいくつかの実施例に係るロボットシステムの構成概略図２００を示す。方法１００は、ハードウェア、ソフトウェア、またはファームウェアによって実現または実行してもよい。いくつかの実施例において、方法１００は、ロボットシステム（例えば、図２に示すロボットシステム２００）によって実行してもよい。いくつかの実施例において、方法１００は、コンピュータ読取可能な指令として実現してもよい。これらの指令は、汎用プロセッサまたは専用プロセッサ（例えば、図２に示す制御装置２２０）によって読み取られて、実行されてもよい。例えば、ロボットシステム２００に用いる制御装置は、方法１００を実行するように配置されるプロセッサを備えてもよい。いくつかの実施例において、これらの指令は、コンピュータ読取可能な媒体に記憶してもよい。

いくつかの実施例において、図２に示すように、ロボットシステム２００は、主制御台車２１０、手術台車２３０および制御装置２２０を備えてもよい。制御装置２２０は、主制御台車２１０および手術台車２３０と通信可能に接続してもよく、例えば、ケーブル接続、または無線接続によって、主制御台車２１０と手術台車２３０との間の通信を実現してもよい。主制御台車２１０は、操作者が遠隔操作するための主操作器を備え、手術台車２３０は、手術を行うための従動工具を備える。制御装置２２０により、主制御台車における主操作器と手術台車における従動工具との間の主従マッピングが実現され、主操作器による従動工具の運動制御が実現される。いくつかの実施例において、手術台車は、手術台車に設置された少なくとも１つの従動工具（例えば、手術ツールまたは視覚用ツール）を備える。また、従動工具は、鞘カバーを介して操作領域に入ることができるように設けられ、鞘カバーは、患者の手術口（例えば、切り口または自然開口）に固定されてもよく、操作領域は、手術を行う領域であってもよい。従動工具は、アーム体および末端デバイスを備えてもよい。従動工具のアーム体は、フレキシブルアーム体であってもよく、末端デバイスは、フレキシブルアーム体の遠位端に設けられてもよい。手術ツールの末端デバイスとしては、手術用クランプ、電気ナイフ、電気フック等が挙げられるが、これらに限定されない。視覚用ツールの末端デバイスとしては、結像装置や照明装置等が挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの実施例において、主制御台車は、主操作器、ディスプレイおよびフットペダルを備える。当業者であれば、主制御台車２１０および手術台車２３０は、ベース、ブラケット、または建物などの他の構造または形態を採用してもよいことが理解される。

図３は、本開示のいくつかの実施例に係る主従運動マッピングにおける座標系の概略図を示す。図３における各座標系の定義は、以下の通りである。

｛Ｅｂ｝：原点が視覚用ツールのベースまたは入腹鞘カバーの出口に位置し、
がベース延長線または入腹鞘カバーの軸方向と一致し、
方向が図３に示す通りであるカメラベース座標系。

｛Ｔｂ｝：原点が従動工具のベースまたは入腹鞘カバーの出口に位置し、
がベース延長線または入腹鞘カバーの軸方向と一致し、
方向が図３に示す通りである従動工具ベース座標系。

｛Ｃａｍ｝：原点がカメラの中心に位置し、カメラの軸線方向が
方向であり、視野を正規にした場合の上方が
方向であるカメラ座標。

｛Ｔｔ｝：原点が従動工具の末端に位置し、
が末端デバイスの軸線方向と一致し、
方向が図３に示す通りである従動工具の末端デバイスの座標系。

｛ＩＴｔ｝：ディスプレイに表示される末端デバイスの画像に関連付けられている従動工具の末端デバイスの画像座標系。

｛Ｗ｝：主操作器が位置する空間の座標系または世界座標系であってもよく、操作者の体感を基準として、操作者がメインコンソールの前に正座したときの体感の上向きを
方向とし、体感の前向きを
方向としてもよい参照座標系。

｛Ｓｃｒｅｅｎ｝：原点がディスプレイの中心にあり、スクリーンの画面に垂直して奥側に向かう方向を
の正方向とし、スクリーンの画面の上方を
方向とするディスプレイ座標系。

｛ＣｏｍｂＸ｝：座標軸方向が図３に示す通りである主操作器ベース座標系。

｛Ｈ｝：座標軸方向が図３に示す通りである主操作器のハンドル座標系。

以下、図３に示す座標系を例として、主従運動の制御方法１００について説明する。しかし、当業者であれば、他の座標系を用いて主従運動を実現するための制御方法１００を定義してもよいことが理解される。

図１に示すように、ステップ１０１では、現在位置および現在姿勢を含む主操作器の現在位置姿勢を特定してもよい。いくつかの実施例において、主操作器の現在位置姿勢は、主操作器ベース座標系に対する位置姿勢である。例えば、主操作器の位置姿勢は、主操作器のハンドルまたはその一部で定義された座標系の主操作器ベース座標系（例えば、主操作器が位置するブラケットまたはベースで定義された座標系、または世界座標系）に対する位置姿勢である。いくつかの実施例において、主操作器の現在位置を特定することは、主操作器ベース座標系に対する主操作器のハンドルの現在位置を特定することを含み、主操作器の現在姿勢を特定することは、主操作器ベース座標系に対する主操作器のハンドルの現在姿勢を特定することを含む。

いくつかの実施例において、座標変換に基づいて主操作器の現在位置姿勢を特定してもよい。例えば、ハンドルの現在姿勢は、主操作器のハンドルの座標系と主操作器ベース座標系との間の変換関係に基づいて特定してもよい。一般的に、主操作器ベース座標系は、主操作器が位置するブラケットまたはベースに設けられてもよく、かつ、遠隔操作において、主操作器ベース座標系は、変わらない。

いくつかの実施例において、主操作器センサに基づいて、主操作器の現在位置姿勢を特定してもよい。いくつかの実施例において、主操作器の少なくとも１つの関節の現在関節情報を受信し、少なくとも１つの関節の現在関節情報に基づいて、主操作器の現在位置姿勢を特定する。例えば、主操作器の現在位置姿勢は、主操作器センサによって得られた少なくとも１つの関節の現在関節情報に基づいて特定される。主操作器センサは、主操作器の少なくとも１つの関節位置に設けられる。例えば、主操作器は、少なくとも１つの関節を備え、少なくとも１つの関節には、少なくとも１つの主操作器センサが設けられる。主操作器センサに基づいて対応する関節の関節情報（位置または角度）を取得し、主操作器の現在位置姿勢を計算する。例えば、順運動学モデルに基づいて、主操作器の現在位置と現在姿勢を計算する。

いくつかの実施例において、主操作器は、ハンドルの姿勢を制御するための少なくとも１つの姿勢関節を備える。主操作器のハンドルの現在姿勢を特定することは、少なくとも１つの姿勢関節の関節情報を取得し、少なくとも１つの姿勢関節の関節情報に基づいて主操作器の現在姿勢を特定することを含む。主操作器は、ロボットアームを備え、ロボットアームは、位置関節および姿勢関節を備える。姿勢関節は、主操作器の姿勢を調整し、１つまたは複数の姿勢関節によって主操作器を目標姿勢に制御する。位置関節は、主操作器の位置を調整し、１つ又は複数の位置関節によって主操作器を目標位置に制御する。主操作器センサは、姿勢関節および位置関節に対応する関節情報（位置または角度）を取得するために、ロボットアームの姿勢関節および位置関節に設けられる。取得した関節情報に基づいて、主操作器ベース座標系に対する主操作器のハンドルの現在位置姿勢を特定できる。例えば、主操作器は、７つの関節を備え、そのうち、関節５、関節６および関節７は、主操作器のハンドルの姿勢を調整するための姿勢関節である。姿勢関節の主操作器センサが取得した関節情報（例えば、角度）と順運動学モデルに基づいて、主操作器の現在姿勢を計算する。関節１、関節２、関節３は、主操作器のハンドルの位置を調整するための位置関節である。位置関節の主操作器センサが取得した関節情報（例えば、位置）および順運動学モデルに基づいて、主操作器の現在位置を計算する。

ステップ１０３では、主操作器の現在位置姿勢および主操作器と従動工具との位置姿勢関係に基づいて、従動工具の目標位置姿勢を特定してもよい。例えば、主操作器と従動工具との主従マッピング関係を確立し、主操作器を遠隔操作して従動工具の位置姿勢を制御する。位置姿勢関係は、参照座標系に対する従動工具またはディスプレイ内の従動工具の画像の位置姿勢と、参照座標系に対する主操作器の位置姿勢との関係を含む。参照座標系は、主操作器が位置する空間の座標系または世界座標系を含む。いくつかの実施例において、参照座標系は、操作者の体感を基準としてもよいので、参照座標系に対するディスプレイ内の従動工具の画像の位置姿勢を考慮する。

いくつかの実施例において、主操作器と従動工具との間の位置姿勢関係は、主操作器の位置姿勢変化量と従動工具の位置姿勢変化量との関係、例えば等しいかまたは比例することを含む。従動工具の目標位置姿勢の特定は、主操作器の過去位置姿勢を特定することと、従動工具の現在位置姿勢を特定することと、主操作器の過去位置姿勢、現在位置姿勢および従動工具の現在位置姿勢に基づいて、従動工具の目標位置姿勢を特定することと、を含む。主操作器の過去位置姿勢および現在位置姿勢は、主操作器ベース座標系に対する主操作器のハンドルの位置姿勢であってもよい。従動工具の現在位置姿勢および目標位置姿勢は、従動工具ベース座標系に対する従動工具の末端デバイスの位置姿勢であってもよい。

従動工具は、フレキシブルアーム体と、フレキシブルアーム体の末端に設けられる末端デバイスとを備え、従動工具の位置姿勢は、従動工具ベース座標系に対する従動工具の末端デバイスの姿勢を含む。従動工具ベース座標系は、従動工具が取り付けられたベース（例えば、手術ロボットの運動アーム末端）の座標系、従動工具が通過する鞘管の座標系（例えば、鞘管出口の座標系）、従動工具の遠位運動中心点（Ｒｅｍｏｔｅ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｍｏｔｉｏｎ，ＲＣＭ）の座標系等であってもよい。例えば、従動工具ベース座標系は、鞘管出口位置に設けられてもよく、かつ、遠隔操作において、従動工具ベース座標系は、変わらない。末端デバイスの現在姿勢を座標系変換し、他の座標系に対する姿勢を取得してもよい。

いくつかの実施例において、主操作器の少なくとも１つの関節の過去関節情報を受信し、少なくとも１つの関節の過去関節情報に基づいて、主操作器の過去位置姿勢を特定してもよい。例えば、主操作器センサに基づいて主操作器の過去時間および現在時間での関節情報を読み取り、主操作器のハンドルの過去位置姿勢および現在位置姿勢を特定する。主操作器ベース座標系に対するハンドルの過去位置および現在位置に基づいて、主操作器のハンドルの位置変化量を特定する。主操作器ベース座標系に対するハンドルの過去姿勢および現在姿勢に基づいて、主操作器のハンドルの姿勢変化量を特定する。

いくつかの実施例において、従動工具の少なくとも１つの駆動装置の現在駆動情報を受信してもよく、そのうち、少なくとも１つの駆動装置は、従動工具のフレキシブルアーム体を駆動する。少なくとも１つの駆動装置の現在駆動情報に基づいて、従動工具の現在位置姿勢を特定する。いくつかの実施例において、駆動装置センサによって、従動工具の現在駆動情報（例えば、角度）を取得し、現在駆動情報に基づいて従動工具の現在姿勢を特定する。例えば、順運動学モデルによって、従動工具の現在姿勢を計算してもよい。

駆動装置センサは、駆動装置に設けられてもよく、駆動装置は、従動工具のフレキシブルアーム体を駆動するために用いられる。駆動装置センサは、駆動情報を取得するために用いられる。駆動情報に基づいて、従動工具の現在姿勢を特定してもよい。例えば、駆動装置は、少なくとも１つの駆動電機を備えてもよく、駆動装置センサは、電機データを記録・出力するように駆動電機に結合される。例えば、電機データは、２進法または１６進法の数字を含み、換算すると、従動工具の現在姿勢を得ることができる。駆動装置センサは、ポテンショメータまたはエンコーダを備えてもよい。ポテンショメータやエンコーダで角度などの情報を取得し、さらに従動工具の現在姿勢を特定する。いくつかの実施例において、位置姿勢センサを用いて従動工具の姿勢を得てもよい。例えば、位置姿勢センサは、光ファイバセンサであってもよく、従動工具のアーム体に貫通して設けられ、従動工具の位置や姿勢をセンシングするために用いられる。

いくつかの実施例において、主操作器の過去位置姿勢および現在位置姿勢に基づいて、主操作器の位置姿勢変化量を特定してもよい。主操作器の位置姿勢変化量および主操作器と従動工具との位置姿勢関係に基づいて、従動工具の位置姿勢変化量を特定してもよい。従動工具の現在位置姿勢および従動工具の位置姿勢変化量に基づいて、従動工具の目標位置姿勢を特定してもよい。

位置姿勢関係は、位置関係および姿勢関係を含んでもよい。主操作器と従動工具との位置関係は、主操作器の位置変化量と従動工具の位置変化量との関係を含んでもよく、主操作器と従動工具との姿勢関係は、主操作器の姿勢変化量と従動工具の姿勢変化量との関係を含んでもよい。

いくつかの実施例において、方法１００は、主操作器ベース座標系に対する主操作器のハンドルの現在位置を特定することと、主操作器ベース座標系に対するハンドルの過去位置を特定することと、従動工具ベース座標系に対する従動工具の末端デバイスの現在位置を特定することと、主操作器ベース座標系に対するハンドルの過去位置と現在位置および従動工具ベース座標系に対する末端デバイスの現在位置に基づいて、従動工具ベース座標系に対する末端デバイスの目標位置を特定することと、をさらに含む。例えば、主操作器センサが読み取った主操作器の過去時間に対応する関節情報に基づいて、主操作器の過去位置を特定し、主操作器センサが読み取った主操作器の現在時間に対応する関節情報に基づいて、主操作器の現在位置を特定する。主操作器ベース座標系に対するハンドルの過去位置および現在位置に基づいて、主操作器の位置変化量を特定する。従動工具センサによって読み取られた従動工具の現在時間の関節情報に基づいて、従動工具の現在位置を特定する。主操作器の位置変化量および主操作器と従動工具との位置姿勢関係に基づいて、従動工具の位置変化量を特定する。従動工具の現在位置および従動工具の位置変化量に基づいて、従動工具の目標位置を特定する。

いくつかの実施例において、位置姿勢関係は、参照座標系に対するディスプレイ内の従動工具の画像の位置姿勢と参照座標系に対する主操作器の位置姿勢との関係を含む。従動工具は、手術ツールおよび視覚用ツールを含む。手術において、手術ツールは、患者体内で手術を行い、視覚用ツールは、患者体内の画像を採取し、採取した画像を手術台車に伝送する。画像は、手術台車におけるビデオ処理モジュールにより処理された後，主制御台車のディスプレイに表示される。操作者は、ディスプレイ内の画像を介して、参照座標系に対する従動工具の位置姿勢をリアルタイムで取得する。参照座標系に対する主操作器の位置姿勢は、操作器が実際に感じる姿勢である。操作者が主操作器を遠隔操作して感じる位置姿勢変化と、操作者がディスプレイで感じる従動工具の姿勢変化とは、予め設定された位置姿勢関係を満足するので、主操作器を遠隔操作して、予め設定された位置姿勢関係に基づいて主操作器の位置姿勢を従動工具の位置姿勢変化に変換し、従動工具に対する位置姿勢制御を実現する。

いくつかの実施例において、位置姿勢関係は、参照座標系に対するディスプレイ内の従動工具の画像の位置変化量が参照座標系に対する主操作器の位置変化量に比例することを含む。このように、操作者が主操作器のハンドルを握って操作すると、直感的な操作の原則に基づいて、操作者が感じる従動工具の末端デバイスの画像の位置変化量と、操作者が感じる主操作器のハンドルの位置変化量とが一定の比例関係を保ち、遠隔操作の精度を向上させる。

参照座標系に対するディスプレイ内の従動工具の画像の位置変化量は、参照座標系に対する主操作器の位置変化量に比例して、以下のように表すことができる。
式（１）において、左側の
は、参照座標系に対するディスプレイ内の従動工具の末端デバイスの画像の位置変化量を示し、右側の
は、参照座標系に対する主操作器のハンドルの位置変化量を示す。
と
は、比例関係にあり，比例係数は、ｋである。

いくつかの実施例において、参照座標系に対するディスプレイ内の従動工具の画像の現在位置
および目標位置
に基づいて、従動工具の位置変化量
を特定してもよい。参照座標系に対する主操作器の過去位置
および現在位置
に基づいて、主操作器の位置変化量
を特定してもよい。例えば、遠隔操作指令がトリガされた場合や、前回の制御サイクルでは、ｔ０時刻として示され、主操作器センサが取得した主操作器の関節情報に基づいて、参照座標系に対する主操作器のハンドルの過去位置
を特定してもよい。現在の制御サイクルでは、時刻ｔ１として示され、主操作器センサが取得した主操作器の関節情報に基づいて、参照座標系に対する主操作器のハンドルの現在位置
を特定してもよい。主操作器のｔ０時刻での過去位置
およびｔ１時刻での現在位置
に基づいて、主操作器の位置変化量
を得る。また、ｔ０の時刻で、従動工具の駆動情報に基づいて、ディスプレイ内の従動工具の画像の現在位置
を特定してもよい。ハンドルの位置変化量
およびディスプレイ内の従動工具の画像の現在位置
に基づいて、ディスプレイ内の従動工具の画像の目標位置
を特定してもよい。

いくつかの実施例において、式（１）の左側では、参照座標系に対するディスプレイ内の従動工具の末端デバイスの画像の位置変化量
は、ディスプレイ座標系に対するディスプレイ内の従動工具の画像の位置変化量
およびディスプレイ座標系と世界座標系との変換関係
に基づいて特定してもよい。具体的には、式（２）の通りである。

いくつかの実施例において、ディスプレイ座標系Ｓｃｒｅｅｎとカメラ座標系Ｃａｍの視野方向の定義は、一致する。このため、ディスプレイ座標系に対するディスプレイ内の従動工具の画像の位置変化量
とカメラ座標系に対する従動工具の位置変化量
は、一致する。具体的には、式（３）を参照する。

式（２）および式（３）に基づいて、式（４）を得る。
式（４）において、参照座標系に対するディスプレイ内の従動工具の画像の位置変化量
は、カメラ座標系に対する従動工具の末端デバイスの位置変化量
およびディスプレイ座標系と世界座標系との変換関係
に基づいて特定してもよい。ここで、ディスプレイ座標系は、基準座標系に対して所定の変換関係
を有する。

式（４）では、カメラ座標系に対する従動工具の末端デバイスの位置変化量
は、式（５）のように、カメラ座標系に対する末端デバイスのｔ０時刻での位置
およびカメラ座標系に対する末端デバイスのｔ時刻での位置
の差に基づいて特定してもよい。

式（４）および式（５）において、従動工具の末端デバイスのカメラ座標系での位置変化量
は、カメラベース座標系とカメラ座標系との間の変化関係
と、カメラベース座標系と従動工具ベース座標との間の変化関係
と、従動工具ベース座標系に対する従動工具の末端デバイスの位置変化量
とに基づいて特定してもよい。具体的には、式（６）を参照する。
ここで、
は、従動工具の駆動情報に基づいて特定してもよい。

いくつかの実施例において、式（１）の右側では、参照座標系に対する主操作器のハンドルの位置変化量
は、式（７）のように、主操作器ベース座標系と参照座標系との変換関係
および主操作器ベース座標系に対するハンドルの位置変化量
に基づいて特定してもよい。

式（７）において、
は、主操作器の配置位置関係により特定される。いくつかの実施例において、参照座標系は、主操作器ベース座標系に対して所定の変換関係を有する。

式（７）において、主操作器ベース座標系に対するハンドルの位置変化量
は、主操作器ベース座標系に対する主操作器のハンドルの現在姿勢
および主操作器ベース座標系に対するハンドルの過去姿勢
に基づいて特定してもよく、具体的には、式（８）を参照する。

式（１）から式（８）までを纏めると、式（９）のように、遠隔操作での従動工具の目標位置
の表現式を得ることができる。

式（９）に基づいて、いくつかの実施例において、主操作器ベース座標系に対するハンドルの過去位置
および現在位置
と、従動工具ベース座標系に対する末端デバイスの現在位置
と、主操作器ベース座標系とディスプレイ座標系との変換関係
と、カメラ座標系と従動工具ベース座標系との変換関係
とに基づいて、従動工具ベース座標系に対する末端デバイスの目標位置
を特定してもよい。

いくつかの実施例において、カメラ座標系と従動工具ベース座標系との変換関係
は、カメラ座標系とカメラベース座標系との変換関係
およびカメラベース座標系と従動工具ベース座標系との変換関係
に基づいて特定してもよい。

いくつかの実施例において、主操作器ベース座標系とディスプレイ座標系との変換関係
は、主操作器ベース座標系と参照座標系との変換関係
および参照座標系とディスプレイ座標系との変換関係
に基づいて特定してもよい。

いくつかの実施例において、参照座標系に対するディスプレイ内の従動工具の画像の姿勢変化量は、参照座標系に対する主操作器の姿勢変化量と一致する。このように、操作者が主操作器ハンドルを握って操作すると、直感的な操作の原則に基づいて、操作者が感じる手術ツールの末端デバイスの画像の姿勢変化量と、操作者が感じる主操作器ハンドルの姿勢変化量とが一致に保ち、遠隔操作の精度を向上させる。

参照座標系に対するディスプレイ内の従動工具の画像の姿勢変化量
は、参照座標系に対する主操作器の姿勢変化量
と一致し、以下のように表すことができる。

いくつかの実施例において、参照座標系に対する主操作器のｔ０時刻での過去姿勢
およびｔ１時刻での現在姿勢
に基づいて、主操作器の姿勢変化量
を特定してもよい。また、姿勢変化量
および参照座標系に対するディスプレイ内の従動工具の画像のｔ０時刻での現在姿勢
に基づいて、ディスプレイ内の従動工具の画像の目標姿勢
を特定してもよい。

例えば、遠隔操作指令がトリガされた場合や、前回の制御サイクルでは、ｔ０時刻として示され、主操作器センサが取得した主操作器の関節情報に基づいて、参照座標系に対する主操作器のハンドルの過去姿勢
を特定してもよい。現在の制御サイクルでは、時刻ｔ１として示され、主操作器センサが取得した主操作器の関節情報に基づいて、参照座標系に対する主操作器のハンドルの現在姿勢
を特定する。主操作器のｔ０時刻での過去姿勢
およびｔ１時刻での現在姿勢
に基づいて、主操作器の姿勢変化量
を得る。また、ｔ０の時刻で、従動工具の駆動情報に基づいて、ディスプレイ内の従動工具の画像の現在姿勢
を特定してもよい。ハンドルの姿勢変化量
およびディスプレイ内の従動工具の画像の現在姿勢
に基づいて、ディスプレイ内の従動工具の画像の目標姿勢
を特定してもよい。

いくつかの実施例において、式（１０）の左側では、参照座標系に対するディスプレイ内の従動工具の画像の姿勢変化量
は、参照座標系とディスプレイ座標系との間の変換関係
と、ディスプレイ座標系とカメラ座標系との間の変換関係
と、カメラ座標系に対する従動工具の末端デバイスの過去姿勢
およびカメラ座標系に対する末端デバイスの現在姿勢
とに基づいて特定してもよい。具体的には、式（１１）を参照する。

いくつかの実施例において、式（１０）の右側では、参照座標系に対する主操作器の姿勢変化量
は、参照座標系と主操作器ベース座標系との間の変換関係
と、主操作器ベース座標系に対する主操作器のハンドルの過去姿勢
および主操作器ベース座標系に対する主操作器のハンドルの現在姿勢
とに基づいて特定してもよい。具体的には、式（１２）を参照する。

式（１０）から式（１２）までを纏めると、式（１３）のように、遠隔操作での従動工具の目標姿勢の表現式を得ることができる。

式（１３）に基づいて、いくつかの実施例において、主操作器ベース座標系に対するハンドルの過去姿勢
および現在姿勢
と、従動工具ベース座標系に対する従動工具のエンドエフェクタの現在姿勢
と、従動工具ベース座標系と主操作器ベース座標系との変換関係
とに基づいて、従動工具ベース座標系に対する末端デバイスの目標姿勢
を特定してもよい。

いくつかの実施例において、従動工具ベース座標系と主操作器ベース座標系との変換関係
は、従動工具ベース座標系とカメラ座標系との変換関係
と、カメラ座標系とディスプレイ座標系との変換関係
と、ディスプレイ座標系と主操作器ベース座標系との変換関係
とに基づいて特定してもよい。

いくつかの実施例において、従動工具ベース座標系とカメラ座標系との変換関係
は、従動工具ベース座標系とカメラベース座標系との変換関係
と、カメラ座標系とカメラベース座標系との変換関係
とに基づいて特定してもよい。ディスプレイ座標系と主操作器ベース座標系との変換関係
は、ディスプレイ座標系と参照座標系との変換関係
および参照座標系と主操作器ベース座標系との変換関係
に基づいて特定してもよい。

いくつかの実施例において、カメラは、駆動可能なフレキシブルアーム体の末端に配置されてもよく、カメラ座標系とカメラベース座標系との変換関係は、フレキシブルアーム体の駆動情報に基づいて特定される。

いくつかの実施例において、従動工具ベース座標系は、カメラベース座標系に対して所定の変換関係を有する。いくつかの実施例において、視覚用ツールは、主従運動の制御段階に入る前に運動がすでに終了し、カメラの現在姿勢のカメラベース座標系での表現
は、変化しない。

いくつかの実施例において、ディスプレイ座標系は、参照座標系に対して所定の変換関係を有する。いくつかの実施例において、参照座標系は、主操作器ベース座標系に対して所定の変換関係を有する。いくつかの実施例において、ディスプレイ座標系は、主操作器ベース座標系に対して所定の変換関係を有する。

いくつかの実施例において、参照座標系に対する従動工具の姿勢変化量は、参照座標系に対する主操作器の姿勢変化量と一致する。いくつかの実施例において、参照座標系に対する従動工具の位置変化量は、参照座標系に対する主操作器の位置変化量に比例する。このように、操作者が主操作器のハンドルを握って移動して従動工具を操作すると、直感的な操作の原則に基づいて、操作者が感じる従動工具の末端デバイスの位置変化量と、操作者が感じる主操作器の位置変化量とが一定の比例関係を保ち、遠隔操作の精度を向上させる。

参照座標系に対する従動工具の位置変化量は、参照座標系に対する主操作器の位置変化量に比例して、以下のように表すことができる。

式（１４）において、左側の
は、参照座標系に対する従動工具の位置変化量を示し、右側の
は、参照座標系に対する主操作器の位置変化量を示す。また、
と
は、比例関係にあり，比例係数は、ｋである。

いくつかの実施例において、参照座標系に対する従動工具の過去位置
および現在位置
に基づいて、従動工具の位置変化量
を特定してもよい。参照座標系に対する主操作器の過去位置
および現在位置
に基づいて、主操作器の位置変化量
を特定してもよい。例えば、遠隔操作指令がトリガされた場合や、前回の制御サイクルでは、ｔ０時刻として示され、主操作器センサが取得した主操作器の関節情報に基づいて、参照座標系に対する主操作器のハンドルの過去位置
を特定してもよい。現在の制御サイクルでは、時刻ｔ１として示され、主操作器センサが取得した主操作器の関節情報に基づいて、参照座標系に対する主操作器のハンドルの現在位置
を特定する。主操作器のｔ０時刻での過去位置
およびｔ１時刻での現在位置
に基づいて、主操作器の位置変化量
を得る。また、ｔ０の時刻で、従動工具の駆動情報に基づいて、参照座標系に対する従動工具の現在位置
を特定してもよい。ハンドルの位置変化量
および参照座標系に対する従動工具の現在位置
に基づいて、参照座標系に対する従動工具の目標位置
を特定してもよい。

式（１４）では、参照座標系に対する従動工具の末端デバイスの位置変化量
は、式（１５）のように、参照座標系に対する末端デバイスのｔ０時刻での位置
と参照座標系に対する末端デバイスのｔ時刻での位置
との差に基づいて特定してもよい。

式（１４）では、世界座標系に対する主操作器の位置変化量
は、式（１６）のように、参照座標系に対する主操作器のｔ０時刻での位置
と、参照座標系に対する主操作器のｔ時刻での位置
との差で表すことができる。

いくつかの実施例において、式（１４）の左右両側に同じ行列
をそれぞれ乗算し、式（１４）から式（１６）に基づいて式（１７）を得る。

式（１７）の左側に基づいて、式（１８）を得て、
式（１７）の右側に基づいて、式（１９）を得て、
式（１８）および式（１９）に基づいて、式（２０）を得て、
式（２０）に基づいて、いくつかの実施例において、主操作器ベース座標系に対するハンドルの過去位置
および現在位置
と、従動工具ベース座標系に対する末端デバイスの現在位置
と、主操作器ベース座標系と従動工具ベース座標系との変換関係
とに基づいて、従動工具ベース座標系に対する末端デバイスの目標位置
を特定してもよい。

いくつかの実施例において、参照座標系に対する従動工具の姿勢変化量は、参照座標系に対する主操作器の姿勢変化量と一致する。このように、操作者が主操作器のハンドルを握って移動して従動工具を操作すると、直感的な操作の原則に基づいて、操作者が感じる手術ツールの末端デバイスの姿勢変化量と、操作者が感じる主操作器の姿勢変化量とが一致に保ち、遠隔操作の精度を向上させる。

参照座標系に対する従動工具の姿勢変化量は、参照座標系に対する主操作器の姿勢変化量と一致し、以下のように表すことができる。

式（２１）において、左側の
は、参照座標系に対する従動工具の姿勢の姿勢変化量を示し、右側の
は、参照座標系に対する主操作器の姿勢変化量を示す。

いくつかの実施例において、参照座標系に対する従動工具の現在姿勢
および目標姿勢
に基づいて、従動工具の姿勢変化量
を特定し、参照座標系に対する主操作器の過去姿勢
および現在姿勢
に基づいて、主操作器の姿勢変化量
を特定してもよい。例えば、遠隔操作指令がトリガされた場合や、前回の制御サイクルでは、ｔ０時刻として示され、主操作器センサが取得した主操作器の関節情報に基づいて、参照座標系に対する主操作器のハンドルの過去姿勢
を特定してもよい。現在の制御サイクルでは、時刻ｔ１として示され、主操作器センサが取得した主操作器の関節情報に基づいて、参照座標系に対する主操作器のハンドルの現在姿勢
を特定する。主操作器のｔ０時刻での過去姿勢
および主操作器のｔ１時刻での現在姿勢
に基づいて、主操作器の姿勢変化量
を得てもよい。また、ｔ０の時刻で、従動工具の駆動情報に基づいて、参照座標系に対する従動工具の現在位置姿勢
を特定してもよく、ハンドルの姿勢変化量
および参照座標系に対する従動工具の現在姿勢
に基づいて、参照座標系に対する従動工具の目標姿勢
を特定してもよい。

式（２１）において、参照座標系に対する従動工具の姿勢の姿勢変化量
は、参照座標系に対する末端デバイスのｔ０時刻での現在姿勢
および参照座標系に対する末端デバイスのｔ時刻での目標姿勢
に基づいて特定してもよい。参照座標系に対する主操作器の姿勢変化量
は、参照座標系に対する過去姿勢ハンドルのｔ０時刻での
および参照座標系に対するハンドルのｔ時刻での現在姿勢
に基づいて特定してもよい。具体的には、式（２２）を参照する。

いくつかの実施例において、式（２２）の左右両側に同じ行列
をそれぞれ乗算し、式（２２）に基づいて式（２３）を得る。

式（２３）の左側に基づいて、式（２４）を得て、
式（２３）の右側に基づいて、式（２５）を得て、
式（２１）から式（２５）までを纏めると、式（２６）のように、遠隔操作での従動工具の目標姿勢
の表現式を得ることができる。

式（２６）に基づいて、いくつかの実施例において、主操作器ベース座標系に対するハンドルの過去姿勢
および現在姿勢
と、従動工具ベース座標系に対する従動工具のエンドエフェクタの現在姿勢
と、従動工具ベース座標系と主操作器ベース座標系との変換関係
とに基づいて、従動工具ベース座標系に対する末端デバイスの目標姿勢
を特定してもよい。

ステップ１０５では、従動工具の目標位置姿勢に基づいて、従動工具の制御信号を生成してもよい。いくつかの実施例において、従動工具の目標位置に基づいて、従動工具を駆動するための少なくとも１つの駆動装置の駆動信号を生成する。いくつかの実施例において、従動工具の現在位置姿勢および目標位置姿勢に基づいて、従動工具を駆動するための少なくとも１つの駆動装置の駆動信号を生成する。例えば、従動工具を駆動するための少なくとも１つの駆動装置の駆動信号は、逆運動学モデルに基づいて計算する。

いくつかの実施例において、主従運動の制御方法は、主従運動の制御を所定の周期で実行することをさらに含む。例えば、主従運動制御において、主操作器の現在位置姿勢を所定の周期で読み出し、主操作器の現在位置姿勢および主従間の位置姿勢関係に基づいて従動工具の目標位置姿勢を特定し、従動工具を目標位置姿勢に運動させるように制御し、主操作器による従動工具の運動制御を実現する。

いくつかの実施例において、現在の周期ごとに対して、主操作器の過去位置姿勢は、主操作器と従動工具が初めて主従マッピング関係を確立したとき、または前回の周期における位置姿勢を含む。主操作器の現在位置姿勢は、主操作器の現在の周期での位置姿勢（例えば、遠隔操作後の位置姿勢）を含む。従動工具の現在位置姿勢は、現在の周期の位置姿勢（例えば、現在の周期において主従制御を行わない過去位置姿勢）を含み、目標位置姿勢は、現在の周期における主従制御の目標位置姿勢を含む。主操作器の現在位置姿勢は、従動工具の目標位置姿勢と一致する。

手術ロボットは、操作精度とマンマシンインタフェースの体験に対する要求が高い。一般的に、手術ロボットは、視覚システムによって手術操作を行う。視覚システムにおけるカメラの位置姿勢は、通常、視野の角度および範囲を調整するように調整可能である。しかし、カメラの位置姿勢の調整は、操作者（例えば、手術医）の観察体験に変化をもたらす可能性がある。本開示のいくつかの実施例は、カメラおよびディスプレイの位置および姿勢を考慮し、操作者の使用体験を最適化することで、従動工具の所望の位置への移動を正確かつ迅速的に制御することができ、かつ主操作器の運動限界を突破し、より大きな操作範囲に達することができる。このため、本開示のいくつかの実施例は、主操作器の位置姿勢の従動工具の位置姿勢に対する直接的なマッピングによる視覚的および実質的な相違と、主操作器が従動工具を制御する位置姿勢制限による従動工具の運動範囲の制限とを軽減し、ひいては回避することができる。

図４は、本開示のいくつかの実施例に係るロボットシステムの概略図４００を示す。図４に示すように、ロボットシステム４００は、主操作器４１０と、従動工具４２０と、駆動装置４３０と、制御装置４４０とを備える。主操作器４１０は、ロボットアームと、ロボットアームに設けられるハンドルと、ロボットアームの少なくとも１つの関節に設けられて、少なくとも１つの関節の関節情報を得るための少なくとも１つの主操作器センサとを備える。従動工具４２０は、フレキシブルアーム体および末端デバイスを備える。駆動装置４３０は、従動工具のフレキシブルアーム体を駆動するために用いられ、少なくとも１つの駆動装置センサは、少なくとも１つの駆動装置に結合されて、駆動情報を得るために用いられる。制御装置４４０は、主操作器４１０および少なくとも１つの駆動装置４３０と通信可能に接続されている。制御装置４４０は、本開示のいくつかの実施例に係る主従運動の制御方法を実行するように配置されている。

いくつかの実施例において、主操作器４１０は、六自由度のロボットアームを備え、六自由度のロボットアームの各関節には、主操作器センサが設けられ、各関節の主操作器センサによって関節情報（例えば、関節角度データ）を生成する。いくつかの実施例において、主操作器センサは、ポテンショメータおよび／またはエンコーダを使用する。

いくつかの実施例において、従動工具４２０は、マルチ関節の六自由度のフレキシブルアーム体を備える。

いくつかの実施例において、駆動装置４３０は、従動工具４２０のフレキシブルアーム体を駆動するために用いられ、駆動装置センサによって従動工具に対応する駆動情報を取得する。

いくつかの実施例において、制御装置４４０は、主操作器４１０および駆動装置４３０と通信可能に接続されている。例えば、主操作器４１０、駆動装置４３０および制御装置４４０は、データ伝送バスを介して接続されてもよく、無線データ伝送と、有線データ接続と、または多種類のデータ通信方式を混合して使用することとを含むが、これらに限定されない。データ伝送バスは、例えば、コントローラローカルエリアネットワークバス（ＣＡＮ、Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）のような通信プロトコルバスを用いてもよい。

制御装置４４０は、本開示のいくつかの実施例に係る主従運動の制御方法を実行するように配置されている。例えば、制御装置は、主操作器センサおよび駆動装置センサが送信するネットワークパケット（例えば、関節情報）を受信するために用いられる。制御装置は、従動工具の関節情報と主操作器の関節情報とに基づいて、主操作器のハンドルが従動工具の現在姿勢と一致する目標姿勢に到達する関節目標値を算出し、駆動信号に変換して駆動装置４３０に送信する。駆動装置４３０は、ネットワークパケットを介して駆動信号を受信し、ＣＡＮバスを介して各Ｅｐｏｓ制御ツールに送信し、主操作器の各電機の運動を駆動して主操作器を所定の位置に移動させ、主操作器のハンドルと従動工具の姿勢のマッチングを実現する。

いくつかの実施例において、主操作器には、コントローラが設けられていてもよく、コントローラは、各主操作器センサによって取得された関節情報から主操作器の姿勢データを算出し、算出された姿勢データを制御装置に送信してもよい。他のいくつかの実施例において、制御装置は、主操作器センサから送信された関節データに基づいて主操作器の姿勢データを算出してもよい。

１．主従運動の制御方法であって、
現在位置と現在姿勢とを含む、主操作器の現在位置姿勢を特定することと、
前記主操作器の前記現在位置姿勢および前記主操作器と従動工具との位置姿勢関係に基づいて、前記従動工具の目標位置姿勢を特定することと、
前記従動工具の前記目標位置姿勢に基づいて、前記従動工具の制御信号を生成することと、を含む。

２．第１項に記載の制御方法であって、前記位置姿勢関係は、参照座標系に対する前記従動工具またはディスプレイ内の前記従動工具の画像の位置姿勢と、前記参照座標系に対する前記主操作器の位置姿勢との関係を含む。

３．第１項または第２項に記載の制御方法であって、前記位置姿勢関係は、以下の少なくとも１つを含み、
前記参照座標系に対する前記従動工具またはディスプレイ内の前記従動工具の画像の位置変化量が、前記参照座標系に対する前記主操作器の位置変化量に比例すること、あるいは、
前記参照座標系に対する前記従動工具または前記ディスプレイ内の前記従動工具の画像の姿勢変化量が、前記参照座標系に対する前記主操作器の姿勢変化量と一致する。

４．第２項または第３項に記載の制御方法であって、前記参照座標系は、前記主操作器の位置する空間の座標系または世界座標系を含む。

５．第１項～第４項のいずれか１項に記載の制御方法であって、
前記主操作器の過去位置姿勢を特定することと、
前記従動工具の現在位置姿勢を特定することと、
前記主操作器の過去位置姿勢と現在位置姿勢および前記従動工具の現在位置姿勢に基づいて、前記従動工具の目標位置姿勢を特定すること
をさらに含む。

６．第１項～第５項のいずれか１項に記載の制御方法であって、
主操作器ベース座標系に対する前記主操作器のハンドルの現在位置を特定することと、
主操作器ベース座標系に対する前記ハンドルの過去位置を特定することと、
従動工具ベース座標系に対する前記従動工具の末端デバイスの現在位置を特定することと、
前記主操作器ベース座標系に対する前記ハンドルの過去位置および現在位置と、前記従動工具ベース座標系に対する前記末端デバイスの現在位置とに基づいて、前記従動工具ベース座標系に対する前記末端デバイスの目標位置を特定することと、
をさらに含む。

７．第６項に記載の制御方法であって、前記従動工具ベース座標系に対する前記末端デバイスの目標位置を特定することは、
前記主操作器ベース座標系に対する前記ハンドルの過去位置および現在位置と、前記主操作器ベース座標系とディスプレイ座標系との変換関係と、カメラ座標系と前記従動工具ベース座標系との変換関係と、前記従動工具ベース座標系に対する前記末端デバイスの現在位置とに基づいて、前記従動工具ベース座標系に対する前記末端デバイスの目標位置を特定すること、を含む。

８．第７項に記載の制御方法であって、前記ディスプレイ座標系と前記カメラ座標系の視野方向の定義は、一致する。

９．第６項～第８項のいずれか１項に記載の制御方法であって、前記従動工具ベース座標系に対する前記末端デバイスの目標位置を特定することは、
前記主操作器ベース座標系に対する前記ハンドルの過去位置および現在位置と、前記主操作器ベース座標系と前記従動工具ベース座標系との変換関係と、前記従動工具ベース座標系に対する前記末端デバイスの現在位置とに基づいて、前記従動工具ベース座標系に対する前記末端デバイスの目標位置を特定すること、を含む。

１０．第１項～第９項のいずれか１項に記載の制御方法であって、
主操作器ベース座標系に対する前記主操作器のハンドルの現在姿勢を特定することと、
主操作器ベース座標系に対する前記ハンドルの過去姿勢を特定することと、
従動工具ベース座標系に対する前記従動工具の末端デバイスの現在姿勢を特定することと、
前記主操作器ベース座標系に対する前記ハンドルの過去姿勢および現在姿勢と、前記従動工具ベース座標系と前記主操作器ベース座標系との変換関係と、前記従動工具ベース座標系に対する前記従動工具のエンドエフェクタの現在姿勢とに基づいて、前記従動工具ベース座標系に対する前記末端デバイスの目標姿勢を特定することと、をさらに含む。

１１．第１０項に記載の制御方法であって、前記従動工具ベース座標系と前記主操作器ベース座標系との変換関係は、前記従動工具ベース座標系とカメラ座標系との変換関係と、前記カメラ座標系とディスプレイ座標系との変換関係と、前記ディスプレイ座標系と前記主操作器ベース座標系との変換関係とに基づいて特定される。

１２．第７項または第１１項に記載の制御方法であって、前記従動工具ベース座標系とカメラ座標系との変換関係は、前記従動工具ベース座標系とカメラベース座標系との変換関係と、カメラ座標系と前記カメラベース座標系との変換関係とに基づいて特定される。

１３．第７項または第１１項に記載の制御方法であって、前記ディスプレイ座標系と前記主操作器ベース座標系との変換関係は、前記ディスプレイ座標系と参照座標系との変換関係と、前記参照座標系と前記主操作器ベース座標系との変換関係とに基づいて特定される。

１４．第１２項または第１３項に記載の制御方法であって、従動工具ベース座標系は、前記カメラベース座標系に対して所定の変換関係を有する。

１５．第１３項または第１４項に記載の制御方法であって、前記ディスプレイ座標系は、前記参照座標系に対して所定の変換関係を有する。

１６．第１３項～第１５項のいずれか１項に記載の制御方法であって、前記参照座標系は、前記主操作器ベース座標系に対して所定の変換関係を有する。

１７．第１２項～第１６項のいずれか１項に記載の制御方法であって、前記カメラは、駆動可能なフレキシブルアーム体の末端に配置され、前記カメラ座標系と前記カメラベース座標系との変換関係は、前記フレキシブルアーム体の駆動情報に基づいて特定される。

１８．第１項～第１７項のいずれか１項に記載の制御方法であって、
前記主操作器の少なくとも１つの関節の現在関節情報を受信することと、
前記少なくとも１つの関節の関節情報に基づいて、前記主操作器の現在位置姿勢を特定することと、
をさらに含む。

１９．第１項～第１８項のいずれか１項に記載の制御方法であって、前記従動工具の制御信号を生成することは、
前記従動工具の前記目標位置姿勢に基づいて、前記従動工具を駆動するための少なくとも１つの駆動装置の駆動信号を生成すること、を含む。

２０．第５項～第１９項のいずれか１項に記載の制御方法であって、
前記主操作器の少なくとも１つの関節の過去関節情報を受信することと、
前記少なくとも１つの関節の過去関節情報に基づいて、過去位置および過去姿勢を含む前記主操作器の過去位置姿勢を特定することと、
前記従動工具のフレキシブルアーム体を駆動するための、前記従動工具の少なくとも１つの駆動装置の現在駆動情報を受信することと、
前記少なくとも１つの駆動装置の現在駆動情報に基づいて、現在位置および現在姿勢を含む前記従動工具の現在位置姿勢を特定することと、
をさらに含む。

２１．第１項～第２０項のいずれか１項に記載の制御方法であって、主従運動の制御サイクルを所定周期で実行することをさらに含む。

２２．ロボットシステムであって、
ロボットアームと、前記ロボットアームに設けられるハンドルと、前記ロボットアームの少なくとも１つの関節に設けられて、前記少なくとも１つの関節の関節情報を得るための少なくとも１つの主操作器センサとを備える主操作器と、
フレキシブルアーム体および末端デバイスを備える従動工具と、
前記従動工具のフレキシブルアーム体を駆動するための少なくとも１つの駆動装置と、
前記少なくとも１つの駆動装置に結合されて、駆動情報を得るために用いられる少なくとも１つの駆動装置センサと、
前記主操作器および前記少なくとも１つの駆動装置に通信可能に接続されて、第１項～第２１項のいずれか１項に記載の主従運動の制御方法を実行するように配置されている制御装置と、
を備える。

２３．コンピュータ装置であって、
少なくとも１つの指令を格納するためのメモリと、
前記メモリに結合されて、第１項～第２１項のいずれか１項に記載の主従運動の制御方法を実行するように前記少なくとも１つの指令を実行するプロセッサと、
を備える。

２４．コンピュータ読取可能な記憶媒体であって、ロボットシステムに第１項～第２１項のいずれか１項に記載の主従運動の制御方法を実現させるためにコンピュータによって実行される少なくとも１つの指令を記憶する。

なお、上記は、単に本開示の例示的な実施例および適用される技術原理である。当業者が分かるように、本開示は、上記の特定の実施例に限定されるものではなく、当業者にとって、本開示の保護範囲から逸脱することなく、種々の明確な変更、再調整および置換を行うことができる。このため、以上の実施例により本開示について詳細に説明したが、本開示は、以上の実施例に限定されるものではなく、本開示の構想から逸脱することなく、さらに他の同等な実施例を含むことができ、本開示の範囲は添付の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (18)

1. 視覚用ツールのフレキシブルアーム体の遠位端に設けられたカメラの視野を調整するように、前記視覚用ツールのフレキシブルアーム体の運動を制御することと、
   手術ツールの現在姿勢と一致する目標姿勢に到達するように主操作器を移動させることと、
   複数の制御サイクルを所定の周期で実行することによって前記主操作器による前記手術ツールの主従制御を実行することと、を含む主従運動の制御方法であって、
   複数の制御サイクルを所定の周期で実行することによって前記主操作器による前記手術ツールの主従制御を実行することは、
   前記複数の制御サイクルの各々ごとに、
   現在位置と現在姿勢とを含む前記主操作器の現在位置姿勢を特定することと、
   前記主操作器の前記現在位置姿勢および前記手術ツールと前記主操作器との位置姿勢関係に基づいて、前記手術ツールの目標位置姿勢を特定することと、
   前記手術ツールの前記目標位置姿勢に基づいて、前記手術ツールを前記目標位置姿勢に運動させるように前記手術ツールのフレキシブルアーム体の運動を制御するための前記手術ツールの制御信号を生成することと、を含む
   主従運動の制御方法。
2. 前記位置姿勢関係は、参照座標系に対する前記手術ツールの位置姿勢または参照座標系に対するディスプレイ内の前記手術ツールの画像の位置姿勢と、前記参照座標系に対する前記主操作器の位置姿勢との関係を含むことを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
3. 前記位置姿勢関係は、
   前記参照座標系に対する前記手術ツールまたはディスプレイ内の前記手術ツールの画像の位置変化量が、前記参照座標系に対する前記主操作器の位置変化量に比例すること、あるいは、
   前記参照座標系に対する前記手術ツールまたは前記ディスプレイ内の前記手術ツールの画像の姿勢変化量が、前記参照座標系に対する前記主操作器の姿勢変化量と一致することと、のいずれか１つを含むことを特徴とする請求項２に記載の制御方法。
4. 主操作器ベース座標系に対する前記主操作器のハンドルの現在位置を特定することと、
   主操作器ベース座標系に対する前記ハンドルの過去位置を特定することと、
   手術ツールベース座標系に対する前記手術ツールの末端デバイスの現在位置を特定することと、
   前記主操作器ベース座標系に対する前記ハンドルの過去位置および現在位置と、前記手術ツールベース座標系に対する前記末端デバイスの現在位置とに基づいて、前記手術ツールベース座標系に対する前記末端デバイスの目標位置を特定することと、
   を含むことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の制御方法。
5. 前記手術ツールベース座標系に対する前記末端デバイスの目標位置を特定することは、前記主操作器ベース座標系に対する前記ハンドルの過去位置および現在位置と、前記主操作器ベース座標系とディスプレイの座標系との変換関係と、カメラの座標系と前記手術ツールベース座標系との変換関係と、前記手術ツールベース座標系に対する前記末端デバイスの現在位置とに基づいて、前記手術ツールベース座標系に対する前記末端デバイスの目標位置を特定すること、
   を含むことを特徴とする請求項４に記載の制御方法。
6. 前記手術ツールベース座標系とカメラの座標系との変換関係は、前記手術ツールベース座標系とカメラベース座標系との変換関係と、カメラの座標系と前記カメラベース座標系との変換関係とに基づいて特定されることを特徴とする請求項５に記載の制御方法。
7. 前記ディスプレイの座標系と前記カメラの座標系とは、視野方向に関する定義が一致であることを特徴とする請求項５に記載の制御方法。
8. 前記手術ツールベース座標系に対する前記末端デバイスの目標位置を特定することは、前記主操作器ベース座標系に対する前記ハンドルの過去位置および現在位置と、前記主操作器ベース座標系と前記手術ツールベース座標系との変換関係と、前記手術ツールベース座標系に対する前記末端デバイスの現在位置とに基づいて、前記手術ツールベース座標系に対する前記末端デバイスの目標位置を特定することを含むことを特徴とする請求項４に記載の制御方法。
9. 主操作器ベース座標系に対する前記主操作器のハンドルの現在姿勢を特定することと、
   主操作器ベース座標系に対する前記ハンドルの過去姿勢を特定することと、
   手術ツールベース座標系に対する前記手術ツールの末端デバイスの現在姿勢を特定することと、
   前記主操作器ベース座標系に対する前記ハンドルの過去姿勢および現在姿勢と、前記手術ツールベース座標系と前記主操作器ベース座標系との変換関係と、前記手術ツールベース座標系に対する前記手術ツールのエンドエフェクタの現在姿勢とに基づいて、前記手術ツールベース座標系に対する前記末端デバイスの目標姿勢を特定することと、
   をさらに含むことを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の制御方法。
10. 前記手術ツールベース座標系と前記主操作器ベース座標系との変換関係は、前記手術ツールベース座標系とカメラの座標系との変換関係と、前記カメラの座標系とディスプレイの座標系との変換関係と、前記ディスプレイの座標系と前記主操作器ベース座標系との変換関係とに基づいて特定されることを特徴とする請求項９に記載の制御方法。
11. 前記手術ツールベース座標系とカメラの座標系との変換関係は、前記手術ツールベース座標系とカメラベース座標系との変換関係と、カメラの座標系と前記カメラベース座標系との変換関係とに基づいて特定されることを特徴とする請求項１０に記載の制御方法。
12. 手術ツールベース座標系は、前記カメラベース座標系に対して所定の変換関係を有することを特徴とする請求項１１に記載の制御方法。
13. 前記カメラは、駆動可能なフレキシブルアーム体の末端に設置され、前記カメラの座標系と前記カメラベース座標系との変換関係は、前記フレキシブルアーム体の駆動情報に基づいて特定されることを特徴とする請求項１１に記載の制御方法。
14. 前記主操作器の少なくとも１つの関節の現在関節情報を受信することと、
    前記少なくとも１つの関節の関節情報に基づいて、前記主操作器の現在位置姿勢を特定することと、をさらに含むことを特徴とする請求項１～１３のいずれか１項に記載の制御方法。
15. 前記手術ツールの制御信号を生成することは、前記手術ツールの前記目標位置姿勢に基づいて、前記手術ツールを駆動するための少なくとも１つの駆動装置の駆動信号を生成すること、を含むことを特徴とする請求項１～１４のいずれか１項に記載の制御方法。
16. 前記主操作器の少なくとも１つの関節の過去関節情報を受信することと、
    前記少なくとも１つの関節の過去関節情報に基づいて、過去位置および過去姿勢を含む前記主操作器の過去位置姿勢を特定することと、
    前記手術ツールのフレキシブルアーム体を駆動するための、前記手術ツールの少なくとも１つの駆動装置の現在駆動情報を受信することと、
    前記少なくとも１つの駆動装置の現在駆動情報に基づいて、現在位置および現在姿勢を含む前記手術ツールの現在位置姿勢を特定することと、をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の制御方法。
17. ロボットアーム、前記ロボットアームに設けられるハンドル、前記ロボットアームの少なくとも１つの関節に設けられて前記少なくとも１つの関節の関節情報を得るための少なくとも１つの主操作器センサを備える主操作器と、
    前記主操作器を駆動するための少なくとも１つの主操作器駆動装置と、
    フレキシブルアーム体および末端デバイスを備える手術ツールと、
    前記手術ツールのフレキシブルアーム体を駆動するための少なくとも１つの手術ツール駆動装置と、
    前記少なくとも１つの手術ツール駆動装置に結合されて、前記少なくとも１つの手術ツール駆動装置の駆動情報を得るために用いられる少なくとも１つの手術ツール駆動装置センサと、
    フレキシブルアーム体およびカメラを備える視覚用ツールと、
    前記視覚用ツールのフレキシブルアーム体を駆動するための少なくとも１つの視覚用ツール駆動装置と、
    前記少なくとも１つの視覚用ツール駆動装置に結合されて、前記少なくとも１つの視覚用ツール駆動装置の駆動情報を得るために用いられる少なくとも１つの視覚用ツール駆動装置センサと、
    前記主操作器、前記少なくとも１つの主操作器駆動装置、前記少なくとも１つの手術ツール駆動装置および前記少なくとも１つの視覚用ツール駆動装置に通信可能に接続される制御装置であって、請求項１～１６のいずれか１項に記載の制御方法を実行するように構成されている制御装置と、
    を備えるロボットシステム。
18. ロボットシステムに請求項１～１６のいずれか１項に記載の制御方法を実行させるためにコンピュータによって実行される少なくとも１つの指令を記憶するコンピュータ読取可能な記憶媒体。