KR102031232B1 - 로봇시스템 - Google Patents

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KR102031232B1
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츠요시 토죠
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카와사키 주코교 카부시키 카이샤
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Abstract

로봇시스템은 로봇암과, 상기 로봇암에 부착된 엔드이펙터를 구비한 로봇본체와, 조작부를 가지고, 조작부가 조작되면 해당 조작에 따른 조작정보를 출력하는 조작장치와, 상기 조작장치로부터 출력되는 조작정보에 따라 로봇본체의 동작을 제어하는 동작제어부와, 상기 엔드이펙터의 선단의 속도를 검출하는 속도검출수단과, 상기 엔드이펙터의 선단의 속도에 대해 정(正)의 상관(相關)을 가진 제1의 힘성분을 포함하는 힘정보를 가상반력정보로서 출력하는 가상반력정보 생성기와, 상기 가상반력정보 생성기로부터 출력되는 상기 가상반력정보에 따른 힘을 조작자에게 지각시키기 위해서 상기 조작부에 힘을 부여하는 힘부여장치를 구비한다.

Description

로봇시스템
본 발명은 로봇시스템에 관한 것이다.
종래부터 로봇시스템에 있어서, 촉각정보를 이용한 기술이 알려져 있다. 예를 들어 특허문헌1에는, 조이스틱과 모바일로봇의 사이에서 역각(力覺)피드백을 얻으면서, 모바일로봇을 조작하는 로봇시스템이 개시되어 있다. 최근 몇 년, 로봇시스템은 높은 정밀도가 요구되는 여러가지 작업에 적용되고 있다. 예를 들어, 마스터슬레이브식의 로봇시스템의 적용 예로서, 부품(파츠)의 끼우기작업, 외료수술시스템 등을 들 수 있다.
특개2009-282720호 공보
그러나, 상기 종래의 로봇시스템에 의한 작업중에 슬레이브암이 작업대상물로부터 받는 힘에 따른 힘성분을 마스터암으로 제시한 경우에는, 조작자가 마스터암으로부터 손을 떼어 놓으면, 이 힘에 의해 마스터암 자신이 움직이게 되고 만다. 이 때문에, 조작성에 악영향을 끼쳐, 그 결과, 작업정밀도가 저하한다. 이와 같은 과제는 로봇 시스템을 부품의 감함작업 등의 높은 정밀도가 필요한 작업에 적용한 경우에서 공통적이다.
그래서, 본 발명은, 로봇시스템에 있어서 높은 정밀도의 작업을 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태에 관계되는 로봇시스템은, 로봇암과, 상기 로봇암에 부착된 엔드이펙터를 구비한 로봇본체와, 조작부를 가지고, 조작부가 조작되면 해당 조작에 따른 조작정보를 출력하는 조작장치와, 상기 조작장치로부터 출력되는 조작정보에 따라 상기 로봇본체의 동작을 제어하는 동작제어부와, 상기 엔드이펙터의 선단의 속도를 검출하는 속도검출수단과, 상기 엔드이펙터의 선단의 속도에 대해 정(正; 플러스)의 상관(相關)을 가진 제1의 힘성분을 포함하는 힘정보와, 가상반력(反力; 반력)정보로써 출력하는 가상반력정보 생성기와, 상기 가상반력정보 생성기로부터 출력되는 상기 가상반력정보에 따른 힘을 상기 조작자에 지각(知覺)시키기 위해서 상기 조작부에 힘을 부여하는 힘부여장치를 구비한다.
상기 구성에 의하면, 조작자에 의해서 조작부가 조작되면, 조작장치는 해당 조작에 따른 조작정보를 출력한다. 그러면, 동작제어부는 조작장치로부터 출력되는 조작정보에 따라 로봇본체의 동작을 제어한다. 로봇본체의 동작 중에 있어서, 속도검출수단은 로봇암에 부착된 엔드이펙터의 선단의 속도를 검출한다. 가상반력정보 생성기는 엔드이펙터의 선단의 속도에 대해서, 정의 상관을 가진 제1의 힘성분을 포함하는 힘정보를 가상반력정보로서 출력한다. 그러면, 힘부여장치는 가상반력정보 생성기로부터 출력되는 가상반력정보에 따른 힘을 조작자에 지각시키기 위해서 조작부에 힘을 부여한다. 조작자는 조작부에 부여된 가상반력정보에 따른 힘을 지각할 수 있다. 즉, 조작자는 점성저항이 강조된 가상반력을 조작부로부터 느끼면서, 작업대상물에 대해 로봇이 적절한 작업을 행하도록 로봇을 조작하기 위해 조작부를 조작할 수가 있다. 따라서, 높은 정밀도의 작업이 가능해진다.
상기 로봇시스템에서는 상기 로봇본체는 슬레이브암이고, 상기 조작장치는 마스터암이고, 상기 마스터암에 의해 상기 슬레이브암이 원격조작되어도 좋다.
상기 가상반력정보 생성기는 상기 제1의 힘성분으로만 이루어진 힘정보를 상기 가상반력 정보로써 출력해도 좋다.
상기 구성에 의하면 제1의 힘성분으로만 이루어진 힘정보가 가상반력정보로써 출력되어, 힘부여장치는 제1의 힘성분으로만 이루어진 힘정보에 따른 힘을 조작자에게 지각시키기 위해서 조작부에 힘을 부여한다. 이에 의해, 조작자가 조작부로부터 손을 뗀 경우라도, 조작부가 마음대로 동작하는 일이 없으므로, 조작성에 악영향을 주지는 않는다.
상기 가상반력정보 생성기는 상기 엔드이펙터의 선단의 속도의 정부(正負)를 판정하고, 상기 엔드이펙터의 선단의 속도가 정일 경우는, 상기 가상반력정보를 출력하고, 상기 엔드이펙터의 선단의 속도가 부(負; 마이너스)인 경우는 제로값을 출력해도 좋다.
상기 구성에 의하면 엔드이펙터의 선단의 속도가 정인 경우는, 힘부여장치는 점성저항이 강조된 가상반력정보에 따른 힘을 조작부에 부여하는 한 편, 엔드이팩터 선단의 속도가 부인 경우는, 힘부여장치는 조작부에 어떠한 힘을 부여하지 않는다. 예를 들면, 외과수술 시스템에 있어서, 수술기구를 절개부로부터 뽑아내는 것과 같은 경우, 시술자는 수술기구로부터 점성저항을 느낄 일이 없으므로, 스무스하게 조작이 가능해진다.
상기 로봇본체가 상기 엔드이펙터의 선단에 가해지는 힘을 검지하는 힘검지장치를 구비하고, 상기 가상반력정보 생성기는 상기 제1의 힘성분에 상기 힘검지장치가 검지하는 힘에 따른 제2의 힘성분을 가한 힘정보를 상기 가상반력정보로써 출력해도 좋다. 여기서 힘검지장치에 의해 검지되는 힘은, 서로 직교하는 3축의 각 방향의 힘과, 이들의 각 축 주위로 작용하는 모멘트를 포함한다.
상기 구성에 의하면, 힘검지장치가 엔드이펙터의 선단에 가해지는 힘을 검지하면, 가상반력정보 생성기는 제1의 힘성분에, 힘검지장치가 검지하는 힘에 따른 제2의 힘성분을 가한 힘정보를 가상반력정보로써 출력한다. 그러면, 힘부여장치는 제1 및 제2의 힘성분으로부터 이루어진 힘정보에 따른 힘을 조작자에게 지각시키기 위해서 조작부로 힘을 부여한다. 여기서, 조작부로 힘을 부여하는 힘은 조작자가 조작부로부터 손을 뗐을 때에, 조작부의 이동이 허용되는 범위에 속하는 정도의 힘이다. 이에 의해, 조작자는 조작부로부터 점성저항이 보다 강조된 가상반력을 느낄 수 있다.
상기 힘검지장치는 상기 엔드이펙터의 기단에 부착되어, 해당 엔드이펙터의 선단에 가해지는 힘을 검지하도록 구성된 역각센서라도 좋다.
상기 제1의 힘성분은 상기 엔드이펙터의 선단의 속도에 비례한 힘성분이라도 좋다.
상기 로봇의 원격조작 시스템은 상기 로봇본체의 동작을 제어하는 상기 동작제어부의 운전모드를 상기 조작정보를 상기 로봇본체의 동작에 반영시키는 일 없이, 미리 설정된 소정의 프로그램을 이용하여, 상기 로봇본체의 동작을 제어하는 자동모드와, 상기 조작정보를 상기 로봇본체의 동작에 반영시키는 것이 가능한 상태에서, 미리 설정된 소정의 프로그램을 이용하여, 상기 로봇본체의 동작을 제어하는 수정자동모드와, 상기 소정의 프로그램을 이용하는 일 없이 상기 조작정보를 이용하여 상기 로봇본체의 동작을 제어하는 수동모드의 어느 것을 선택가능하게 구성된 모드선택부를 더 구비하고, 상기 동작제어부는 상기 운전모드가 상기 수정자동모드일 때에, 상기 로봇본체가 상기 소정의 프로그램을 이용하여 동작하고 있는 도중에 상기 조작정보를 받아, 상기 소정의 프로그램에 관한 동작으로부터 수정된 동작을 행하도록 상기 로봇본체를 제어해도 좋다.
상기 구성에 의하면, 모드선택부에 의해 동작제어부의 운전모드로써 자동모드를 선택할 수 있기 때문에, 로봇의 동작수정이 필요하지 않은 경우에는 자동모드를 선택하여, 부주의하게 조작장치가 조작되어 동작이 수정되는 것을 방지할 수 있다. 또, 모드선택부에 의해 동작제어부의 운전모드로써 수동모드를 선택할 수 있기 때문에, 소정의 프로그램을 이용하지 않고, 로봇본체를 조작할 수 있다.
상기 로봇시스템은 외과수술시스템에 적용되어, 상기 엔드이펙터는 수술기구라도 좋다.
본 발명에 의하면, 로봇시스템에 있어서 높은 정밀도의 작업이 가능해진다.
본 발명의 상기 목적, 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부도면의 참조 하에, 이하의 적절한 실시형태의 상세한 설명으로부터 명백해진다.
도1은 제1실시형태에 관계되는 로봇시스템의 구성 예를 나타내는 모식도이다.
도2는, 도1의 슬레이브암 선단의 구성 예를 나타내는 모식도이다.
도3은, 도1의 마스터암 및 제어장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도4는 도2의 로봇핸드 선단에 작용하는 힘을 작업단계에 따라 모식적으로 나타내는 도이다.
도5는 제1실시형태의 변형 예에 관계되는 로봇시스템의 마스터암 및 제어장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도6은, 제2실시형태에 관계되는 로봇시스템의 구성을 나타내는 모식도이다.
도7은, 도6의 수술기구 선단에 작용하는 힘을 시술단계에 따라 모식적으로 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 관계되는 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 이하에서는, 모든 도면을 통해 동일 또는 상당하는 요소에는 같은 부호를 부여하고, 중복하는 설명은 생략한다.
(제1실시형태)
도1은, 본 발명의 제1실시형태에 관계되는 로봇시스템의 구성 예를 나타내는 모식도이다. 도1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 로봇시스템(100)은, 슬레이브 암(1)이 마스터암(2)에 의해, 원격조작되는 마스터슬레이브방식의 로봇의 원격조작시스템으로 구성된다.
로봇의 원격조작시스템(100)(이하, 단순히 원격조작 시스템이라고 함)은, 제1의 로봇으로 구성되는 슬레이브암(1)과, 제2의 로봇으로 구성되는 마스터암(2)과, 제어장치(3)와, 역각센서(5)와, 입력장치(9)와, 카메라(11)와, 모니터(12)를 구비한다. 슬레이브암(1)은 임의의 타입의 로봇으로 구성될 수 있다. 슬레이브암(1)은 본 발명의 "로봇본체"에 상당한다. 슬레이브암(1)은 본 실시형태에서는, 예를 들면, 주지된 다관절로봇으로 구성되어, 기대(1a)와, 기대(1a)에 설치된 다관절의 암(1b)과, 암(1b)의 선단에 설치된 손목(1c)을 구비한다. 다관절의 암(1b)의 각 관절은 구동용의 서보모터 및 서보모터의 회전각도위치를 검출하는 인코더, 서보모터에 흐르는 전류를 검출하는 전류센서를 구비한다(어느것도 도시하지 않음). 손목(1c)에는 엔드이펙터(4)가 부착된다. 엔드이펙터(4)에는 역각센서(5)가 부착된다.
마스터암(2)은 임의타입의 로봇에서 구성될 수 있다. 마스터암(2)은 본 발명의 "조작장치"에 상당한다. 마스터암(2)은 조작부(26)를 가지고, 조작부(26)가 조작되면 해당 조작에 따른 조작정보를 제어장치(3)에 출력하도록 구성된다. 조작부(26)는 본 실시형태에서는 슬레이브암(1)의 다관절암(1b)과 서로 닮은 구조를 하고 있지만, 조작자가 조작함에 의해 슬레이브암(1)을 조작하는 것이 가능하다면, 예를 들어 스위치, 조절기, 조작레버 또는 태블릿 등의 휴대단말이라도 좋고, 조종간과 같은 간이의 것이라도 좋다.
입력장치(9)는 터치패널, 키보드 등의 맨-머신 인터페이스로 구성된다. 입력장치(9)는 주로 슬레이브암(1)의 후술하는 자동모드, 수정자동모드 및 수동모드의 3개 모드의 전환, 각종 데이터 등을 입력하기 위해 이용된다. 입력장치(9)에 입력된 정보는 제어장치(3)로 송신된다.
원격조작시스템(100)에서는, 슬레이브암(1)의 작업영역으로부터 떨어진 위치(작업 에리어 밖)에 있는 조작자가 마스터암(2)을 움직여서 조작정보를 입력함으로써, 슬레이브암(1)이 조작정보에 대응한 동작을 행하고, 특정작업을 행할 수 있다. 또, 원격조작시스템(100)에서는 슬레이브암(1)은 조작자에 의한 마스터암(2)의 조작없이, 소정의 작업을 자동적으로 행할 수도 있다.
본 명세서에서는, 마스터암(2)을 통해 입력된 조작정보에 따라, 슬레이브암(1)을 동작시키는 운전모드를 "수동모드"라고 칭한다. 또한, 상술한 "수동모드"에는, 조작자가 마스터암(2)을 조작함에 의해 입력된 조작정보에 기초하여 동작중인 슬레이브암(1)의 동작의 일부가 자동으로 동작 보정되는 경우도 포함한다. 또, 미리 설정된 소정의 프로그램에 따라서 슬레이브암(1)을 동작시키는 운전모드를 "자동모드"라고 칭한다.
더욱이, 본 실시형태의 원격조작시스템(100)에서는 슬레이브암(1)이 자동으로 동작하고 있는 도중에, 마스터암(2)의 조작을 슬레이브암(1)의 자동 동작에 반영시켜서, 자동으로 행하도록 되어있던 동작을 수정할 수 있도록 구성되어 있다. 본 명세서에서는 마스터암(2)을 통해 입력된 조작정보를 반영 가능한 상태에서, 미리 설정된 소정의 프로그램에 따라 슬레이브암(1)을 동작시키는 운전모드를 "수정자동모드"라고 칭한다. 또한, 상술한 "자동모드"는 슬레이브암(1)을 동작시키는 운전모드가 자동모드일 때에는 마스터암(2)의 조작이 슬레이브암(1)의 동작에 반영되지 않는다는 점에서, "수정자동모드"와 구별된다.
카메라(11)는 슬레이브암(1)의 가동 범위의 전부 또는 일부에 있어서의 해당 슬레이브암(1)의 동작을 촬영 가능하도록 설치된다. 카메라(11)가 촬영한 화상정보는 제어장치(3)에 송신되어, 제어장치(3)는 이 화상정보에 대응하는 화상을 표시하도록 모니터(12)를 제어한다.
도2는 슬레이브암(1) 선단의 구성 예를 나타내는 모식도이다. 도2에서 나타내는 바와 같이, 손목(1c) 선단의 부착면(1d)에 엔드이펙터(4)가 부착된다. 본 실시형태에서는 엔드이펙터(4)는 끼우기부품(200)을 파지(把持; 꽉 쥐는 것)가능한 로봇핸드이다. 로봇핸드는 손목(1c) 선단의 부착면(1d)에 부착된 핸드본체와, 예를 들어, 모터에서 구성된 액츄에이터(미도시)에서 구동되는 2개의 손가락부(指部)를 구비한다. 액츄에이터가 동작하면, 2개의 손가락부가 핸드본체에 대해서 이동한다. 즉, 로봇핸드의 2개의 손가락부는 서로 근접 또는 이격(離隔)하도록 이동가능하고, 2개의 손가락부에서 끼우기부품(200)을 파지하도록 할 수 있다. 본 실시형태의 원격조작시스템(100)에서는, 로봇핸드(4)에 보지(保持)된 샤프트(200)를 슬레이브암(1)의 작동에 의해 기어(210)의 구멍(211)에 삽입한다. 기어(210)의 표면 및 구멍(211)의 측면에는 윤활유(212)가 도포되어 있다. 이 작업은 높은 정밀도가 필요하기 때문에 조립작업 중에서도 조작자의 숙련이 요구된다.
역각센서(5)는 손목(1c) 선단의 부착면(1d)과 엔드이펙터(4)의 사이에 부착된다. 역각센서(5)는 본 발명의 "힘검지장치"에 상당한다. 역각센서(5)는 본 실시형태에서는 엔드이펙터(4)의 기단에 부착되어, 엔드이펙터(4) 선단에 가해지는 힘을 검지하도록 구성된다. 역각센서(5)는, 본 실시형태에서는 손목좌표계에서 정의되는 XYZ축방향의 힘과 각 축 주위로 작용하는 모멘트를 검출하는 것이 가능한 6축 역각센서이다. 여기서, 손목좌표계라는 것은, 손목(1c)을 기준으로 한 좌표계이다. 도2에서는, 손목(1c)의 부착면(1d)에 평행하게 X축 및 Y축이 정의되어, 부착면(1d)에 수직인 방향으로 Z축이 정의된다. 역각센서(5)는 무선 또는 유선에 의해 제어장치(3)로 검출신호를 송신한다.
도3은, 마스터암(2) 및 제어장치(3)의 구성을 나타내는 블록도이다. 도3에 나타내는 바와 같이, 마스터암(2)은 조작부(26)와, 조작정보생성부(27)와, 힘부여장치(28)를 구비한다. 조작부(26)는 슬레이브암(1)과 닮은 다관절암으로 구성되어 (도1참조), 조작자에 의해 조작됨과 함께 힘부여장치(28)에 의해 각 관절축에 대해 힘(토크)가 부여된다. 조작정보생성부(27)는 조작부(26)가 조작자에 의해 조작되면, 그 조작에 따른 조작정보를 생성하고, 동작제어부(6)에 출력하도록 구성된다. 힘부여장치(28)는 다관절암(조작부(26)의 각 관절축에 대해 힘(토크)을 부여하도록 구성된다.
제어장치(3)는 동작제어부(6)와, 역각정보처리부(7)와, 모니터제어부(8)와, 기억부(10)와, 인터페이스부(도시하지 않음)를 포함한다. 제어장치(3)는 컴퓨터, 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서 등의 연산처리능력을 가진 장치로 구성된다. 동작제어부(6), 역각정보처리부(7) 및 모니터제어부(8)는 제어장치(3)의 기억부(10)에 저장된 소정의 프로그램이 제어장치(3)의 연산처리부(도시하지 않음)에 의해 실행됨에 따라 실현된다. 제어장치(3)의 하드웨어 상의 구성은 임의적이고, 제어장치(3)는 슬레이브암(1) 등의 다른 장치로부터 독립하여 설치되어도 좋고, 다른 장치와 일체적으로 설치되어도 좋다.
동작제어부(6)는 마스터암(2)으로부터 송신된 조작정보 및 입력장치(9)로부터 입력된 정보에 따라 슬레이브암(1)의 동작을 제어한다. 여기서, 입력장치(9)의 모드선택부(25)는 슬레이브암(1)을 동작시키는 운전모드로써, 상술한 "자동모드", "수정자동모드" 및 "수동모드" 중 어느 것을 조작자가 선택하기 위한 것이다. 조작자에 의해 선택된 모드에 관한 정보는 모드선택부(25)로부터 동작제어부(6)로 입력된다. 기억부(10)는 읽기 쓰기가 가능한 기록 매체이고, 슬레이브암(1)에 자동으로 소정의 동작을 시키기 위한 소정의 프로그램 및 각종 데이터가 미리 기억되어 있다. 소정의 프로그램은 예를 들어, 교시작업에 의해 소정의 작업을 행하도록 슬레이브암(1)을 동작시켜 기억된 교시정보이다. 본 실시형태에서는, 교시정보는 마스터암(2)을 조작함에 의해 슬레이브암(1)의 동작을 지시하여 기억시킨 정보라도 좋고, 다이랙트 교시에 의해 기억된 정보라도 좋다. 또한, 기억부(10)는 제어장치(3)와 일체로 설치되어 있지만, 제어장치(3)와 별개로 설치되어 있어도 좋다. 동작제어부(6)는, 구체적으로는 마스터암(2)으로부터의 조작정보 및 미리 기억된 정보의 적어도 어느 한쪽의 정보에 기초하여, 슬레이브암(1)의 각 관절축을 구동하는 서보모터를 제어한다. 동작제어부(6)는 슬레이브암(1)의 각 관절축의 위치지령값을 생성하고, 생성한 위치지령값과 인코더의 검출값(실제값)의 편차에 기초하여 속도지령값을 생성한다. 그리고, 생성한 속도지령값과 속도현재값의 편차에 기초하여 토크지령값(전류지령값)을 생성하고, 생성한 전류지령값과 전류센서의 검출값(실제값)의 편차에 기초하여 서보모터를 제어한다.
역각정보처리부(7)는 위치산출기(21)와 속도산출기(22)와 가상반력정보 생성기(23)를 구비한다.
위치산출기(21)는 인코더(20)의 검출신호를 취득하고, 슬레이브암(1)의 각 관절축의 회전각도위치와 슬레이브암(1)을 구성하는 링크의 길이에 의해, 공통의 베이스좌표계에 있어서의 슬레이브암(1)의 손목(1c)의 위치 및 자세를 특정할 수 있다. 그리고, 위치산출기(21)는 손목(1c)을 기준으로한 손목좌표계에 있어서의 손목(1c)의 위치로부터 엔드이펙터(4) 선단까지의 벡터를 미리 기억해둠에 의해, 베이스좌표계를 기준으로한 엔드이펙터(4) 선단의 위치를 산출하고, 이를 속도산출기(22)로 출력한다. 또한, 원격조작시스템(100)이 공간상의 임의의 점을 계측하고, 그리고 그 좌표데이터를 생성가능한 계측장치(도시하지 않음)를 구비하고, 위치산출기(21)가 계측점의 좌표데이터를 계측장치의 소정의 좌표계로부터 베이스좌표계로 좌표 변환을 행함에 의해, 베이스 좌표계를 기준으로한 엔드이펙터(4) 선단의 위치를 산출해도 좋다.
속도산출기(22)는 위치산출기(21)로부터 출력되는 엔드이펙터(4) 선단의 위치를 취득하고, 소정시간마다의 이동량으로부터 엔드이펙터(4) 선단의 속도성분을 산출하여, 이를 가상반력정보 생성기(23)로 출력한다.
가상반력정보 생성기(23)는 역각센서(5)의 검출신호 및 속도산출기(22)에서 계산된 엔드이펙터(4) 선단의 속도성분을 취득하고, 이들의 정보에 기초하여, 가상반력정보를 생성하고, 이를 마스터암(2)으로 출력한다. 여기에서는, 가상반력정보 생성기(23)는 역각센서(5)의 검출신호에 기초하여 엔드이펙터(4) 선단에 가해지는 힘이 시간경과와 함께 증가하는지 아닌지를 판정한다. 그리고, 엔드이펙터(4) 선단에 가해지는 힘이 증가하고 있는 경우는, 엔드이펙터(4) 선단의 속도에 대해서 정의 상관을 가진 제1의 힘성분을 포함하는 힘정보를 가상반력정보로써 힘부여장치(28)로 출력한다. 가상반력정보 생성기(23)는 엔드이펙터(4) 선단에 가해지는 힘이 시간경과와 함께 감소하고 있는 경우는, 제로값을 힘부여장치(28)에 출력한다.
힘부여장치(28)는 가상반력정보 생성기(23)로부터 출력되는 가상반력정보에 상당하는 힘을 조작자에게 지각시키기 위해, 조작부(26)로 힘을 부여한다. 여기서, 합성반력정보는 마스터암(2)(조작부(26))의 각 관절축에 대한 토크값으로 변환된다. 예를 들어, 변환된 토크값은 각 관절축을 구동하는 서보모터의 드라이버회로로의 토크지령에 상당한다.
모니터제어부(8)는 카메라(11)로 촬영된 화상정보에 대응하는 화상을 표시하도록 모니터(12)를 제어한다. 조작자는 모니터(12)를 보면서 마스터암(2)(조작부(26))를 조작함에 의해, 슬레이브암(1)을 조작자가 의도하는 것과 같이 조작할 수 있다.
[동작]
다음으로, 원격조작시스템(100)의 동작에 대해 도2~도4를 이용하여 설명한다. 본 실시형태의 원격조작시스템(100)에서는, 로봇핸드(4)에 보지(保持)된 샤프트(200)를 슬레이브암(1)의 작동에 의해, 기어(210)의 구멍(211)에 삽입한다(도2참조). 여기에서는 조작자에 의해 모드선택부(25)에서 선택된 운전모드가 "수동모드"인 경우에 대해 설명한다. 동작제어부(6)는 슬레이브암(1)을 동작시키는 운전모드가 "수동모드"일 때, 소정의 프로그램을 이용하지 않고, 마스터암(2)을 조작함으로써 보내진 조작정보(입력지령)에 따라, 슬레이브암(1)의 동작을 제어한다(도3참조).
도4는 로봇핸드(4) 선단에 작용하는 힘을 작업단계에 따라 모식적으로 나타내는 도이다. 우선, 도4(A)에 나타내는 바와 같이, 조작자는 모니터(12)를 보면서 마스터암(2)(조작부(26))을 조작함에 의해, 그 슬레이브암(1)의 작동에 의해 샤프트(200)를 파지한 로봇핸드(4)를 기어(210)의 방향(같은 도에서는 Z축의 플러스 방향)으로 눌러서 내린다. 이 때, 샤프트(200)의 중심선은, 기어(210)의 구멍(211)의 중심선과 일치하도록 제어한다. 본 실시형태에서는, 역각센서(5)의 검출신호에 의해, 샤프트(200)의 선단이 기어(210)에 닿았는지 아닌지의 접촉판정이 행해진다. 샤프트(200)의 선단이 기어(210)에 접촉할 때까지는, 로봇핸드(4) 선단에는 어떤 힘이 가해지는 일이 없으므로, 역각센서(5)에서 검출되는 힘의 값은 제로이다. 또한, 본 실시형태에서는 샤프트(200)는 로봇핸드(4)에 의해 파지되어 있으므로, 로봇핸드(4)에 의해 파지된 샤프트(200)의 선단에 가해진 힘과 로봇핸드(4)의 선단에 가해진 힘은 같은 정도이다.
다음으로, 도4(B)에 나타내는 바와 같이, 조작자는 샤프트(200)의 선단이 기어(210)에 접촉하면, 모니터(12)를 보면서 마스터암(2)을 조작함으로써, 슬레이브암(1)의 작동에 의해 샤프트(200)를 기어(210)에 삽입하는 작업을 개시한다. 슬레이브암(1)의 선단에 부착된 역각센서(5)가 로봇핸드(4)의 선단에 가해지는 힘(F)을 검지하면, 가상반력정보 생성기(23)는 역각센서(5)의 검출신호에 기초하여 엔드이펙터(4)의 선단에 가해지는 힘(F)이 시간경과와 함께 증가하는지 아닌지를 판정한다. 도4(B)에서는, 샤프트(200)선단은 기어(210)의 표면 또는 구멍(211)의 측면에 접촉했을 때에, Z축의 마이너스방향의 힘을 받는다. 이 경우는, 로봇핸드(4)의 선단에 가해지는 힘은 시간의 경과와 함께 증가하므로, 가상반력정보 생성기(23)는 식(1)에 나타내는 바와 같이, 로봇핸드(4)선단의 속도에 대해서 정(正)의 상관을 가진 제1의 힘성분을 포함하는 힘정보를 가상반력정보P(t)로써 마스터암(2)(힘부여장치(28))으로 출력한다.
Figure 112018028305203-pct00001
여기에서r은 로봇핸드(4)선단의 위치, t는 시간, K는 비례상수를 나타내고 있다. h(t)는 식(2)에서 나타내는 단위스텝함수이다. F는 로봇핸드(4)선단에 가해지는 힘이다.
Figure 112018028305203-pct00002
식(1)에 의해, 로봇핸드(4) 선단의 속도에 대해서 정(正)의 상관을 가진 제1의 힘성분은 로봇핸드(4)선단의 속도성분에 비례한 힘성분이다. 즉, 가상반력정보 생성기(23)는 로봇핸드(4) 선단의 속도성분 dr/dt을 적정한 레인지(Range)로 변환하고, 이를 가상반력정보로써, 마스터암(2)의 힘부여장치(28)로 출력한다. 또한, 로우 패스 필터(Low-pass filter)(도시하지 않음)에 의해 가상반력정보의 잡음성분이 소거되어도 좋다.
힘부여장치(28)는 가상반력정보 생성기(23)로부터 출력되는 가상반력정보에따른 힘을 조작자에게 지각시키기 위해서, 마스터암(2)(조작부(26))에 힘을 부여한다. 조작자는 조작부(26)에 부여된 가상반력정보에 따른 힘을 지각할 수 있다. 즉, 조작자는 점성저항이 강조된 가상반력을 조작부(26)로부터 느끼면서, 슬레이브암(1)의 작동에 의해 샤프트(200)를 윤활유(212)가 도포된 기어(210)에 삽입하도록 조작부(26)를 조작할 수 있다. 따라서, 높은 정밀도의 작업이 가능해진다.
또, 힘부여장치(28)는 제1의 힘성분만으로 이루어진 정보에 따른 힘을 조작자에게 지각 시키기 위해서 조작부(26)에게 힘을 부여하므로, (식(1)참조), 조작자가 조작부(26)로부터 손을 뗀 경우에 있어서도, 조작부(26)가 마음대로 동작하는 일은 없으므로, 조작성에 악영향을 끼치는 일은 없다.
한편, 도4(C)에 나타내는 바와 같이, 조작자는 작업중에 일단, 삽입된 샤프트(200)의 선단부를 구멍(211)에서 뽑아내는 경우가 있다. 구멍(211)의 내부에는 윤활유(212)가 도포되어 있으므로, 샤프트(200)의 선단은 Z축의 마이너스 방향으로 힘을 받는다. 이 경우는, 샤프트(200)의 선단에 가해진 힘(F)(Z축의 마이너스 방향)은 도4(B)의 경우에 비해서 감소한다. 그 결과, 로봇핸드(4)의 선단에 가해진 힘은 시간경과와 함께 감소되므로, 가상반력정보 생성기(23)는 제로값을 마스터암(2)의 힘부여장치(28)로 출력한다. 그 결과, 힘부여장치(28)는 조작부(26)에 어떤 힘을 부여하지 않는다. 조작자는 조작부(26)로부터 점성저항을 느끼는일이 없으므로, 스무스하게 조작이 가능해진다.
또한, 본 실시형태에서는 가상반력정보 생성기(23)는 로봇핸드(4)선단의 속도에 대해서 정(正)의 상관을 가지는 제1의 힘성분을 포함하는 정보를 가상반력정보로써 출력했지만(식(1)참조), 이 구성에 한정되지 않는다. 가상반력정보 생성기(23)는 식(3)에 나타내는 바와 같이, 제1의 힘성분에 역각센서(5)가 검지하는 힘에 따른 제2의 힘성분을 가한 힘정보를 가상반력정보P(t)로써 출력해도 좋다.
Figure 112018028305203-pct00003
여기서, f(t)는 역각센서(5)가 검지하는 힘에 따른 제2의 힘성분이다. 이에 의해, 조작자는 조작부(26)로부터의 점성저항이 보다 강조된 가상반력을 느낄 수 있다.
또한, 가상반력정보 생성기(23)는 제2의 힘성분f(t)을 생성할 때에는, 역각센서(5)가 검지된 로봇핸드(4)의 선단에 가해지는 힘을 적정한 레인지로 변환함에 의해, 조작부(26)에 부여되는 힘은 조작자가 조작부(26)로부터 손을 뗐을 때에, 조작부(26)의 이동이 허용되는 범위에 드는 정도의 힘을 설정할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 가상반력정보 생성기(23)는 로봇핸드(4)의 선단에 가해지는 힘이 감소되어 있는 경우에 제로값을 출력했지만(식(1)참조), 그 힘의 절대값이 소정값보다도 작은 경우에 제로값을 출력해도 좋다.
도5는 본 실시형태의 변형 예에 관계되는 로봇의 원격조작 시스템의 제어장치(3A)의 구성을 나타내는 블록도이다. 도5에 나타내는 바와 같이, 본 변형 예의 원격조작 시스템은 역각센서(5)(도3참조)를 구비하지 않은 점이 본 실시형태와 다르다. 역각정보처리부(7A)는 힘산출기(24)를 더 구비한다. 힘산출기(24)는 전류센서(30)로부터 슬레이브암(1)의 각 관절축을 구동하는 서보모터에 흐르는 전류값을 취득하고, 전류지령값과 전류센서(30)의 검출값의 편차의 변화율에 기초하여, 슬레이브암(1)의 엔드이펙터(4) 선단에 작동하는 힘을 산출하지만, 각 관절축의 위치편차 또는 속도편차의 변화율에 기초하여, 슬레이브암(1)의 엔드이펙터(4) 선단에 작동하는 힘을 산출해도 좋다. 본 변형예에서는 가상반력정보 생성기(23A)는 힘산출기(24)의 출력신호에 기초하여, 샤프트(200)의 선단이 기어(210)에 닿았는지 아닌지를 판정한다. 또, 가상반력정보 생성기(23A)는 로봇핸드(4)선단의 속도만을 기초하여 가상반력정보를 생성한다. 가상반력정보 생성기(23A)는 로봇핸드(4)선단의 속도의 정부(正負)를 판정하여, 상술한 식(1) 및 식(4)에 따라, 로봇핸드(4)의 선단의 속도가 정(正)인 경우는 가상반력정보P(t)를 출력하고, 로봇핸드(4)의 선단의 속도가 부(負)인 경우는 제로값을 출력한다.
Figure 112018028305203-pct00004
Figure 112018028305203-pct00005
본 실시예의 원격조작 시스템에서는, 역각센서(5)가 불필요해지므로, 간단한 구성으로 본 실시형태와 동일한 효과를 이룰 수 있다.
또, 본 실시형태에 있어서도, 가상반력정보 생성기(23A)는, 상술한 식(3)에 나타낸 가상반력정보P(t)를 출력해도 좋다.
또한, 본 실시형태에서는 모드선택부(25)에서 선택된 운전모드가 "수동모드"인 경우에 대해 설명했지만, 모드선택부(25)에서 선택된 운전모드가 "자동모드"라도 좋다. 동작제어부(6)는 슬레이브암(1)을 동작시키는 운전모드가 "자동모드"일 때, 마스터암(2)으로부터 보내진 조작정보를 이용하지 않고, 미리 설정된 소정의 프로그램에 따라 슬레이브 암(1)의 동작을 제어한다.
또, 모드선택부(25)에서 선택되어 있는 운전모드는 "수정자동모드"라도 좋다. 동작제어부(6)는 운전모드가 "수정자동모드"일 때에, 소정의 프로그램과 조작정보 양쪽을 이용한다. 또한, 운전모드가 "수정자동모드"일 때에, 조작정보가 동작제어부(6)에 보내지지 않은 경우는, 동작제어부(6)는 소정의 프로그램만을 이용한다. 보다 자세히는, 동작제어부(6)는 슬레이브암(1)을 동작시키는 운전모드가 "수정자동모드"일 때, 슬레이브암(1)이 소정의 프로그램을 이용하여 자동으로 동작하는 도중에 조작정보를 받으면, 소정의 프로그램과 조작정보 양쪽을 이용하여 슬레이브암(1)의 동작을 제어한다. 이에 의해, 슬레이브암(1)은 소정의 프로그램에 관한 동작, 즉, 자동으로 행해지는 것으로 되어있던 동작으로부터 수정된 동작을 행한다.
또한, 본 실시형태에서는, 동작제어부(6)는 조작자에 의해 입력장치(9)의 모드선택부(25)에서 선택된 "자동모드", "수정자동모드" 및 "수동모드"중 어느 운전모드에 따라, 슬레이브암(1)의 동작을 행하도록 구성되었지만, 이와 같은 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 동작제어부(6)가 슬레이브암(1)을 소정의 스텝까지 "자동모드"에 의해 동작시키도록 제어한 경우, 조작자에 대해, 슬레이브암(1)의 자동운전의 계속허가에 관한 문의를 출력하는 출력제어부(도시하지 않음)와, 출력제어부(도시하지 않음)에 의한 문의를 출력한 후에, 수신부(도시하지 않음)에 의해 수신한 입력신호에 기초하여, 자동운전의 계속을 허가하는지 아닌지를 판정하는 계속판정부(도시하지 않음)를 가져도 좋다. 이에 의해, 조작자의 숙련이 필요한 경우에는 "자동모드"로부터 "수동모드"로 전환하여 작업을 행할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 윤활유(212)가 이미 칠해져 있는 부품(파츠)에 대해 다른 부품을 장착하는 작업에 원격조작시스템(100)을 적용했지만, 이에 한정되지 않는다. 높은 정밀도가 필요한 작업이라면, 예를 들어, 액체 중의 작업대상물에 대한 작업 또는 고점성액의 교반(攪拌)작업에 적용해도 좋다. 조작장치에 제시하는 힘에 점성저항을 가함으로써 작업대상물이 액체 중에 있는지 아닌지를 판별하기 쉬워진다.
(제2실시형태)
다음으로, 제2실시형태에 대해 설명한다. 본 실시형태의 원격조작 시스템의 기본적인 구성은 상기 실시형태와 동일하다. 이하에서는, 제1실시형태와 공통하는 구성의 설명은 생략하고, 상이한 구성을 중심으로 설명한다. 본 실시형태의 원격조작 시스템은 외과수술 시스템에 적용되고, 엔드이펙터는 수술기구이다. 외과수술 시스템은 마스터슬레이브형의 수술지원로봇이다. 여기에서는, 의사 등의 시술자가 환자에게 내시경 외과수술을 시행하는 시스템이다.
또한, 본 실시형태의 외과수술 시스템은 수술지원용이기 때문에, 슬레이브암(1)은 "수동모드"로만 동작하도록 구성된다. 이 때문에, 입력장치(9)는 조작자에 의해서 운전모드를 선택하기 위한 모드선택부(25)를 구비하지 않는다(도3참조). 시술자는 모니터(12)를 보면서 마스터암(2)의 조작부(26)를 조작함에 의해, 슬레이브암(1)을 시술자가 의도한 것과 같이 조작한다. 조작부(26)는 시술자가 조작함에 의해 슬레이브암(1)를 조작하는 것이 가능하다면, 주지된 구성이라도 좋다. 슬레이브암(1)도 또, 마스터암(2)으로부터 출력되는 정보에 따라 제어된다면 주지된 구성이라도 좋다. 예를 들어, 슬레이브암(1)은 기단부에 대해서 선단부를 3차원 공간 내에서 이동 가능한 구성을 가진다.
도6은, 제2실시형태에 관계되는 로봇의 원격조작 시스템의 구성을 나타내는 모식도이다. 도6에 나타내는 바와 같이, 슬레이브암(1)의 선단의 손목(1c)에는 인스트루맨트(외과용기구)(42)를 보지하는 홀더(36)(기구보지부)가 형성된다. 슬레이브암(1)선단의 손목(1c)의 부착면(1d)(홀더(36)의 뒷면)과 인스트루멘트(42)의 사이에는 역각센서(5)가 부착되어 있다. 홀더(36)에는 인스트루멘트(42)가 탈착가능하게 보지되어 있다. 홀더(36)에 보지된 인스트루멘트(42)의 샤프트(43)는 기준방향(D)과 평행하게 연재(延在: 어떤 방향으로 연장되도록 존재하는 것)하도록 구성되어 있다. 또한 이 홀더(36)에 내시경 어셈블리가 탈착 가능하게 보지되어도 좋다. 본 실시형태에서는, 시술자는 그 슬레이브암 (1)의 작동에 의해 슬레이브암(1)의 인스트루멘트(42)를 동작시킨다.
인스트루멘트(42)는 그 기단부에 설치된 구동유닛(45)과, 그 선단부에 설치된 엔드이펙터(처치구)(4)와, 구동유닛(45)과 엔드이펙터(4)의 사이를 연결하는 얇고 긴 샤프트(43)로 구성되어 있다. 인스트루멘트(42)에는 기준방향(D)이 규정되어 있어, 구동유닛(45), 샤프트(43) 및 엔드이펙터(4)는 기준방향(D)과 평행하게 늘어선다. 인스트루멘트(42)의 엔드이펙터(4)는 동작하는 관절을 가진 수술기구(예를 들어, 겸자, 가위, 글래스퍼(Grasper), 니들홀더, 마이크로 디섹터(Micro-Dissector), 스테이플 어플라이어(Staple apllier)，타카，흡인세정툴，스네어와이어(Snare wire) 및　클립 어플라이어(Clip applier) 등)이나, 관절을 가지지 않는 기구(예를 들어, 절단도, 소작프로브, 세정기, 카테터 및 흡입관 등)로 이루어진 군(群)에 의해 선택된다.
외과수술 시스템(100)에서는 슬레이브암(1)의 선단의 수술기구(4)에 의해 환자(214)에 대한 각종 시술이 행해진다. 일반시술뿐만 아니라, 외과수술 시스템(100)을 이용한 시술도 또한, 시술자의 숙련이 요구된다.
도7은 수술기구(4)의 선단에 작용하는 힘을 수술단계에 따라 모식적으로 나타낸 도이다. 우선, 도7(A)에 나타내는 바와 같이 시술자는 모니터(12)를 보면서 마스터암(2)(조작부(26))을 조작함으로써, 그 슬레이브암(1)의 동작에 의해 샤프트(43)에 부착된 수술기구(4)선단을 환자(214)의 방향(같은 도에서는 Z축의 플러스 방향)으로 눌러서 내린다. 이 때, 예를 들어, 수술기구(4)의 선단이 환자(214)의 절개부(Q)에 위치하도록 제어한다. 본 실시형태에서는, 역각센서(5)의 검출신호에 의해, 수술기구(4)의 선단이 환자(214)에 닿았는지 아닌지의 접촉판정이 행해진다. 수술기구(4)의 선단이 절개부(Q)에 접촉될 때까지는, 선단에는 어떤 힘을 가해지는 일은 없으므로, 역각센서(5)로 검출되는 힘의 값은 제로이다.
다음으로, 도7(B)에 나타내는 바와 같이, 시술자는 수술기구(4)의 선단이 절개부(Q)에 접촉하면, 모니터(12)를 보면서 마스터암(2)을 조작함으로써, 슬레이브암(1)의 작동에 따라 수술기구(4)에 의한 시술을 개시한다. 슬레이브암(1)의 선단에 부착된 역각센서(5)가 수술기구(4)의 선단에 가해진 힘을 검지하면, 가상반력정보 생성기(23)는 역각센서(5)의 검출신호에 기초하여 수술기구(4)의 선단에 가해지는 힘(F)이 시간경과와 함께 증가하는지 아닌지를 판정한다. 도7(B)에서는 수술기구(4)선단은 환자(214)의 절개부(Q)에 접촉했을 때, Z축의 마이너스방향의 힘을 받는다. 이 경우는, 수술기구(4)의 선단에 가해지는 힘은 시간경과와 함께 증가하므로, 가상반력정보 생성기(23)는 상술한 식(1)에서 나타낸 바와 같이, 수술기구(4)선단의 속도에 대해서 정(正)의 상관을 가지는 제1의 힘성분을 포함하는 힘정보를 가상반력정보P(t)로써 마스터암(2)(힘부여장치(28))으로 출력한다. 식(1)에 의해, 로봇핸드(4)선단의 속도에 대해서 정(正)의 상관을 가지는 제1의 힘성분은 로봇핸드(4)선단의 속도성분에 비례한 힘성분이다.
힘부여장치(28)는 가상반력정보 생성기(23)로부터 출력되는 가상반력정보에 따른 힘을 조작자에게 지각시키기 위해서, 마스터암(2)(조작부(26))으로 힘을 부여한다. 시술자는 조작부(26)에 부여한 가상반력정보에 따른 힘을 지각할 수 있다. 즉, 시술자는 점성저항이 강조된 가상반력을 조작부(26)로부터 느끼면서 수술기구(4)에 의해서 환자(214)의 절개부(Q)를 절개하도록 조작부(26)를 조작할 수 있다. 따라서, 높은 정밀도의 작업이 가능해진다.
또, 힘부여장치(28)는 제1의 힘성분만으로 이루어진 힘정보에 따른 힘을 시술자에게 지각시키기 위해서 조작부(26)에 힘을 부여하므로(식(1)참조), 시술자가 조작부(26)로부터 손을 뗀 경우라도, 조작부(26)가 마음대로 동작하는 일이 없으므로 조작성에 악영향을 주는 일은 없다.
한편, 도7(C)에 나타내는 바와 같이, 시술자는 수술 중 또는 수술 후에 일단, 삽입한 수술기구(4)를 환자(214)의 체내로부터 꺼내는 경우가 있다. 이 경우, 수술기구(4)의 선단은 Z축의 마이너스 방향으로 힘을 받는다. 수술기구(4)의 선단에 가해지는 힘(F)(Z축의 마이너스 방향)은 도7(B)의 경우와 비교하여 감소한다. 그 결과, 수술기구(4)의 선단에 가해지는 힘은 시간경과와 함께 감소하므로, 가상반력정보 생성기(23)는 제로값을 마스터암(2)의 힘부여장치(28)로 출력한다. 그 결과, 힘부여장치(28)는 조작부(26)에 어떤 힘도 부여하지 않는다. 조작자는 조작부(26)로부터 점성저항을 느끼는 일이 없으므로, 스무스한 조작이 가능해진다.
또한, 본 실시형태에서는 가상반력정보 생성기(23)는 수술기구(4)선단의 속도에 대해서 정(正)의 상관을 가지는 제1의 힘성분을 포함하는 힘정보를 가상반력정보로써 출력했지만(식(1)참조), 이 구성에 한정되지 않는다. 가상반력정보 생성기(23)는 상술한 식(3)에 나타낸 가상반력정보P(t)를 출력해도 좋다.
또한, 가상반력정보 생성기(23)는 식(3)의 제2의 힘성분f(t)을 생성할 때에는, 역각센서(5)가 검지된 수술기구(4)의 선단에 가해진 힘을 적정한 레인지로 변환함에 의해, 조작부(26)에 부여되는 힘은 조작자가 조작부(26)로부터 손을 뗐을 때에, 조작부(26)의 이동이 허용되는 범위에 들어가는 정도의 힘으로 설정할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 가상반력정보 생성기(23)는 수술기구(4)의 선단에 가해지는 힘이 감소되고 있는 경우에 제로값을 출력했지만(식(1)참조), 그 힘의 절대값이 소정값보다도 작은 경우에 제로값을 출력해도 좋다.
또한, 본 실시형태의 변형 예로써, 제1실시형태의 변형예의 구성(도5참조)과 동일하게 역각센서(5)를 구비하지 않아도 좋다. 이 경우는, 수술기구(4)선단의 속도만을 기초로 하여 가상반력정보가 생성된다. 역각센서(5)가 불필요해지므로 간단한 구성으로 본 실시형태와 동일한 효과를 이룰 수 있다.
또한, 상기 각 실시형태에서는 엔드이펙터(4) 선단의 속도에 대해서 정(正)의 상관을 가지는 제1의 힘성분은 엔드이펙터(4) 선단의 속도성분에 비례한 힘 성분이었지만(식(1)참조), 속도성분의 증가에 따라 증가하는 힘성분이라면, 예를 들어, 속도성분의 제곱으로 비례한 힘성분이라도 좋다.
(그 외의 실시형태)
또한, 상기 각 실시형태의 로봇시스템(100)은 마스터슬레이브식의 원격조작 시스템으로 구성되었지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 그 외의 로봇시스템에 있어서, 로봇암에 부착된 엔드이펙터에서 작업을 행할 때에, 가상반력을 주위의 인간 또는 시스템의 관리자에게 지각시킬 수 있는 구성이라도 좋다.
상기 설명으로부터, 통상의 기술자(당업자)에게는 본 발명의 많은 개량이나 다른 실시형태가 명백하다. 따라서, 상기 발명은 예시로써만 해석되어야만 하고, 본 발명을 실행하는 최선의 형태를 통상의 기술자에게 교시하는 목적으로 제공된 것 이다. 본 발명의 정신을 벗어나는 일 없이, 그 구조 및 기능의 한쪽 또는 양쪽의 상세를 실질적으로 변경할 수 있다.
본 발명은 로봇시스템을 높은 정밀도가 필요한 작업에 적용하는 경우에 유용하다.
1 슬레이브암(로봇본체)
2 마스터암(조작장치)
3 제어장치
4 엔드이펙터
5 역각센서
6 동작제어부
7 역각정보처리부
8 모니터제어부
9 입력장치
10 기억부
20 인코더
21 위치산출기
22 속도산출기
23 가상반력정보 생성기
25 모드선택부
26 조작부
27 조작정보생성부
28 힘부여장치
30 전류센서
100 원격조작 시스템
200 끼우기부품(샤프트)
210 피끼우기부품(기어)
211 끼우기구멍
212 윤활유
214 환자

Claims (9)

  1. 로봇암과, 상기 로봇암에 부착된 엔드이펙터를 구비한 로봇본체와,
    조작부를 가지고, 조작부가 조작되면 해당 조작에 따른 조작정보를 출력하는 조작장치와,
    상기 조작장치로부터 출력되는 조작정보에 따라 상기 로봇본체의 동작을 제어하는 동작제어부와,
    상기 엔드이펙터의 선단의 속도를 검출하는 속도검출수단과,
    상기 엔드이펙터 선단의 속도에 대해 정(正)의 상관(相關)을 가진 제1의 힘성분을 포함하는 힘정보를 가상반력정보로써 출력하는 가상반력정보 생성기와,
    상기 가상반력정보 생성기로부터 출력되는 상기 가상반력정보에 따른 힘을 조작자에게 지각시키기 위해서 상기 조작부에 힘을 부여하는 힘부여장치를 구비하되,
    상기 가상반력정보 생성기는 상기 엔드이펙터의 선단의 속도의 정부(正負)를 판정하고, 상기 엔드이펙터의 선단의 속도가 정(正)일 경우는, 상기 가상반력정보를 출력하고, 상기 엔드이펙터의 선단의 속도가 부(負)인 경우는 제로값을 출력하는 로봇시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 로봇본체는 슬레이브암이고, 상기 조작장치는 마스터암이고, 상기 마스터암에 의해 상기 슬레이브암이 원격조작되는, 로봇시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가상반력정보 생성기는 상기 제1의 힘성분으로만 이루어진 힘정보를 상기 가상반력 정보로써 출력하는, 로봇시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 로봇본체가 상기 엔드이펙터의 선단에 가해지는 힘을 검지하는 힘검지장치를 구비하고,
    상기 가상반력정보 생성기는 상기 제1의 힘성분에 상기 힘검지장치가 검지하는 힘에 따른 제2의 힘성분을 가한 힘정보를 상기 가상반력정보로써 출력하는, 로봇시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 힘검지장치는 상기 엔드이펙터의 기단에 부착되어, 해당 엔드이펙터의 선단에 가해지는 힘을 검지하도록 구성된 역각센서인, 로봇시스템.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1의 힘성분은 상기 엔드이펙터의 선단의 속도에 비례한 힘성분인, 로봇시스템.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로봇본체의 동작을 제어하는 상기 동작제어부의 운전모드를, 상기 조작정보를 상기 로봇본체의 동작에 반영시키는 일 없이, 미리 설정된 소정의 프로그램을 이용하여, 상기 로봇본체의 동작을 제어하는 자동모드와, 상기 조작정보를 상기 로봇본체의 동작에 반영시키는 것이 가능한 상태에서, 미리 설정된 소정의 프로그램을 이용하여, 상기 로봇본체의 동작을 제어하는 수정자동모드와, 상기 소정의 프로그램을 이용하는 일 없이 상기 조작정보를 이용하여 상기 로봇본체의 동작을 제어하는 수동모드의 어느 것을 선택가능하게 구성된 모드선택부를 더 구비하고,
    상기 동작제어부는 상기 운전모드가 상기 수정자동모드일 때에, 상기 로봇본체가 상기 소정의 프로그램을 이용하여 동작하고 있는 도중에 상기 조작정보를 받아, 상기 소정의 프로그램에 관한 동작으로부터 수정된 동작을 행하도록 상기 로봇본체를 제어하는, 로봇시스템.
  8. (외과수술 시스템)
    제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로봇시스템은 외과수술시스템에 적용되어, 상기 엔드이펙터는 수술기구인, 로봇시스템.
  9. 삭제
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