WO2017169143A1 - 情報処理装置、情報処理方法及びキャリブレーションシステム - Google Patents

情報処理装置、情報処理方法及びキャリブレーションシステム Download PDF

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WO2017169143A1
WO2017169143A1 PCT/JP2017/004473 JP2017004473W WO2017169143A1 WO 2017169143 A1 WO2017169143 A1 WO 2017169143A1 JP 2017004473 W JP2017004473 W JP 2017004473W WO 2017169143 A1 WO2017169143 A1 WO 2017169143A1
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WO
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arm
mechanical error
unit
information
information processing
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/004473
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English (en)
French (fr)
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長尾　大輔
武藤　輝
祥宏 相馬
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ソニー株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/06—Programme-controlled manipulators characterised by multi-articulated arms
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/404—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for compensation, e.g. for backlash, overshoot, tool offset, tool wear, temperature, machine construction errors, load, inertia

Definitions

  • the present disclosure relates to an information processing apparatus, an information processing method, and a calibration system.
  • Non-Patent Documents 1 and 2 propose a technique for easily estimating and correcting a mechanical error without requiring a special measurement means.
  • Patent Document 1 discloses a configuration method for calibrating the origin position of the arm tip quickly and accurately on an actual site based on the modified Powell method for a multi-axis robot composed of a plurality of joints.
  • Non-Patent Documents 1 and 2 require a complicated calibration of the measuring apparatus and are not practical.
  • the technique described in Patent Document 1 calibrates the arm position and the like only from the rotation angle detection information from the rotation angle detection means mounted on each arm rotation shaft. It is necessary to consider an error, an error of the origin of the arm, and the like, and implementation is not easy.
  • the present disclosure proposes a new and improved information processing apparatus, information processing method, and calibration system that can easily and accurately estimate a mechanical error.
  • an angle information acquisition unit that acquires the angle of each joint of the arm as angle information for a plurality of postures in a state in which the tip of a multiaxial arm having a plurality of joints is fixed;
  • an information processing apparatus including a mechanical error estimation unit that estimates a mechanical error of an arm based on mechanism information.
  • the angle of each joint of the arm is acquired as angle information for a plurality of postures in a state where the tip of a multiaxial arm having a plurality of joints is fixed, and the angle information and the mechanism information of the arm
  • An information processing method includes estimating a mechanical error of the arm based on the above.
  • the information processing apparatus includes a multi-axis arm having a plurality of joints, a tip fixing jig that fixes the tip of the arm, and an information processing device that estimates a mechanical error of the arm.
  • An angle information acquisition unit that acquires the angle of each joint of the arm as angle information for a plurality of postures, and a mechanical error estimation unit that estimates the mechanical error of the arm based on the angle information and the mechanism information of the arm A calibration system is provided.
  • a mechanical error can be estimated easily and with high accuracy.
  • the above effects are not necessarily limited, and any of the effects shown in the present specification, or other effects that can be grasped from the present specification, together with or in place of the above effects. May be played.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing the relationship between the teaching position to the arm and the machine error.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an example of a machine error model.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a plurality of postures of the arm.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of the link configuration of the arm.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of the deviation of the machine error calculated by the linear least square method from the actual machine error.
  • an arm is a multi-axis arm device having a plurality of joints, and the present disclosure is a technique applicable to, for example, medical arms, industrial robots, and other multipurpose robot arms. .
  • a multi-axis arm having a plurality of joints is provided with a position detector for detecting a joint angle for each link.
  • the tip position of the arm can be calculated based on the mechanism data of the arm and the joint angle detected by the position detector.
  • the mechanical error J ⁇ of the arm 10 causes a shift between the teaching position P 0 and the calculated virtual position ⁇ of the tip of the arm. Therefore, in Non-Patent Documents 1 and 2 described above, the arm is modeled using a forward progression and a rotation matrix by forward kinematics in order to determine the tip position of the arm.
  • a translation error is represented by a translation sequence
  • a rotation error is represented by a rotation matrix
  • an approximate model is constructed assuming that deflection and lost motion are small in principle.
  • the position / posture relationship between two adjacent links is a matrix composed of a total of six parameters of three translational movement amounts and three rotational movement amounts. It is expressed in a coordinate system ⁇ Mi expressed by Mi (i is a link number).
  • the mechanical error ⁇ i as a geometric parameter of the arm can be formulated as shown in the following formula (1) with reference to FIG.
  • the partial differentiation of the matrix product can be expressed by the following equation (4).
  • the term that does not include the target error matrix is zero, and the term that includes the error matrix is also only the term that is partially differentiated from the error matrix portion. Remains.
  • the result of partial differentiation by ⁇ 4x is expressed as the following formula (5). Further, when the error matrix part is partially differentiated, the following equation (6) is obtained.
  • each component of the Jacobian matrix of machine errors can be calculated.
  • the coefficient corresponding to the deflection error variable can be obtained by multiplying the coefficient corresponding to the rotation error variable by the torque value.
  • the Jacobian matrix represents the amount of change in the tip position of the arm when each error variable changes slightly.
  • the arm mechanical error is estimated by fixing the tip of the arm 10 to the jig 20 and acquiring angle information of each joint in a plurality of postures. And based on the acquired angle information and the mechanism data of the arm 10, a mechanical error can be estimated using a Jacobian matrix.
  • the solution can be obtained using, for example, the linear least square method.
  • an indefinite relationship such as the above equation (7) exists, a solution is obtained after pre-processing for deleting variables in the indefinite relationship in advance, or a linear least square method is performed while leaving the indefinite relationship. It is necessary to appropriately select two solutions out of many solutions.
  • the solution can be obtained, but the solutions are strictly the same in numerical calculation, and are often different from the actual error.
  • FIG. 5 shows an example of an accurate mechanical error and a mechanical error obtained by using the linear least square method for an eight-axis arm device having links 0 to 7.
  • the tip of the arm was fixed, and the mechanical error was acquired based on the angle information of each joint acquired for 200 postures.
  • ⁇ x , ⁇ y , ⁇ z are translation errors
  • ⁇ x , ⁇ y , ⁇ z are rotation errors
  • k x , k y , k z are link deflections
  • ⁇ zk is lost motion.
  • the tip position of the fixed arm is calculated based on the above formulas (1) and (3), the coordinates of the tip position are the same regardless of which machine error is used.
  • the linear least square method it is effective when the number of joints of the arm is small, but it is known that the error increases as the number of joints increases. Specifically, it can withstand practical use up to about 6 axes, but the error increases when it is 7 axes or more.
  • the accuracy of estimation of the mechanical error is improved by maintaining the high-order accuracy by using the above formula (2) as it is.
  • the method for estimating the mechanical error of the arm according to the present embodiment will be described in detail.
  • the trust region method is a gradient method that solves the unconstrained optimization problem, and is a method that gives the Newton method global convergence. Since the trust region method guarantees global convergence, a solution can always be obtained. However, using the trust region method does not always give a correct solution. For this reason, a correct solution is derived by providing a certain constraint condition. Specifically, the range of the mechanical error can be defined as a constraint condition based on the maximum mechanical error defined at the time of arm design. By applying this constraint condition to each error parameter, convergence is improved and accuracy is improved.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the concept of convergence in the trust region method.
  • STEP 3 Decrease of model function value ⁇ q k and objective function decrease amount ⁇ f (x k ) to determine necessity of updating approximate solution and confidence radius
  • Model function value decrease amount ⁇ q k and objective function The amount of decrease ⁇ f (x k ) is expressed by the following equations (9) and (10).
  • STEP 4 Generate matrix B k + 1
  • the search direction is given after provisionally giving the size of the step width of the trust region in which the quadratic model is considered to be valid. To decide. If the confidence radius in the k-th iteration is ⁇ k , the search direction vector s k is obtained as a solution to the next subproblem.
  • the arm 10 shown in FIG. 7 is an eight-axis arm device including links 0 to 7. It is assumed that the joint in LINKBase is a fundamental virtual joint and no rotation occurs.
  • FIG. 8 is a functional block diagram showing a configuration example of the system 1 for performing the estimation process of the arm mechanical error according to the present embodiment.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of the machine error data obtained by the machine error estimation unit 131.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of mechanism data stored in the mechanism data storage unit 140.
  • the system 1 estimates the mechanical error of the arm 10, as shown in FIG. 8, the data acquisition processing unit 110, the angle information storage unit 120, the arithmetic processing unit 130, and the mechanism data storage unit 140.
  • the data acquisition processing unit 110 acquires angle information at each joint of the arm 10 necessary for estimating the mechanical error of the arm 10.
  • the data acquisition processing unit 110 includes a calibration execution processing unit 111 and an angle information acquisition unit 113.
  • the calibration execution processing unit 111 instructs the posture of the arm 10 whose tip is fixed to the tip fixing jig 20.
  • the calibration execution processing unit 111 causes the arm 10 to take a different posture as many times as necessary to estimate the mechanical error of the arm 10.
  • the drive mechanism of the arm 10 is driven.
  • the angle information acquisition unit 113 acquires angle information of each joint of the arm 10 in each posture of the arm 10.
  • Each joint of the arm 10 is provided with an angle detector that detects the angle of the joint such as an encoder. When the angle information acquisition unit 113 receives the angle information of each joint from the angle detector, the angle information acquisition unit 113 stores the angle information in the angle information storage unit 120 for each posture.
  • the angle information storage unit 120 is a storage unit that stores angle information in each posture of the arm 10 input from the angle information acquisition unit 113.
  • the angle information recorded in the angle information storage unit 120 is used by the arithmetic processing unit 130 that performs a mechanical error estimation process of the arm 10.
  • the arithmetic processing unit 130 performs a mechanical error estimation process of the arm 10.
  • the arithmetic processing unit 130 includes a machine error estimation unit 131 and an estimated data output unit 133.
  • the machine error estimation unit 131 estimates the machine error using the trust region method based on the angle information of the arm 10 stored in the angle information storage unit 120 and the mechanism data of the arm 10 stored in the mechanism data storage unit 140. To do. A detailed description of the machine error estimation process by the machine error estimation unit 131 will be described later.
  • the machine error estimation unit 131 obtains information such as translation error, rotation error, deflection, and lost motion of each link by machine error estimation processing, as shown in FIG. 9, for example. These estimation results are output to the estimated data output unit 133 as machine error data.
  • the estimated data output unit 133 outputs the mechanical error of the arm 10 estimated by the mechanical error estimating unit 131 to the external device as estimated data.
  • the mechanism data storage unit 140 is a storage unit that stores the mechanism data of the arm 10. As shown in FIG. 9, the mechanism data of the arm 10 stored in the mechanism data storage unit 140 includes, for example, the link length, link mass, joint mass, center of gravity direction, rotation direction, and the like of each link. These data are information given in advance.
  • FIG. 11 is a flowchart showing a mechanical error estimation process according to this embodiment.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram showing a configuration example of the tip of the arm 10 and the tip fixing jig 20 according to the present embodiment.
  • FIG. 13 is a flowchart showing the machine error estimation process using the trust region method performed in step S140 of FIG.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram showing a coordinate system of an arm link mechanism in the present embodiment.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram illustrating an example of an estimated value of the mechanical error of the arm obtained by the mechanical error estimation process of the present embodiment.
  • step S100 preparation for performing calibration of the arm 10 is performed (S100).
  • the tip of the arm 10 installed at a predetermined position is fixed to the tip fixing jig 20 installed at an arbitrary position so that the arm 10 can be calibrated.
  • a metal spherical tip member 13 is attached to the arm 10 by a connecting member 12 at the tip of the most advanced link 11 (corresponding to the link 7 in FIG. 7).
  • the tip fixing jig 20 to which the tip member 13 is fixed is provided with a support 23 on a base 21, and the tip position of the support 23 is a teaching position for the arm 10.
  • a substantially hemispherical recess 25 corresponding to the spherical shape of the distal end member 13 of the arm 10 is formed at the distal end of the column 23, and a magnet having a magnetic force capable of attracting the distal end member 13 is provided in the recess 25. ing.
  • the tip member 13 of the arm 10 and the recess 25 at the tip of the column 23 of the tip fixing jig 20 are connected. Since these are in contact with a part of the spherical surface, the tip member 13 can be kept connected to the recess 25 even if the posture of the arm 10 changes.
  • the tip fixing jig 20 may be installed at an arbitrary position, and the tip member 13 attached to the tip of the arm 10 may be fixed to the tip fixing jig 20. Calibration can be performed.
  • teaching of the posture to the arm 10 is started by the calibration execution processing unit 111 (S110).
  • the calibration execution processing unit 111 teaches the arm 10 a predetermined number or more of postures. As the posture to be taught, a posture that the arm 10 can take is selected, and the proportion of the teaching data may be increased for the posture that can be frequently taken. Further, teaching to the arm 10 may be automatically performed by the calibration execution processing unit 111, or the user may teach by moving the arm 10, or another robot moves and teaches the arm 10. Also good.
  • the angle information acquisition unit 113 stores the angle information in the angle information storage unit 120 for each posture.
  • the calibration execution processing unit 111 determines whether the number of teachings to the arm 10 is a predetermined number, for example, 10 times or more the number of joints (S130).
  • the arm 10 has 10 machine error parameters per link.
  • a nonlinear simultaneous equation is generated.
  • angle information in a posture greater than the number of parameters is required. That is, in step S130, it is determined whether or not the number of pieces of angle information that can solve the nonlinear simultaneous equations has been acquired. If the number of teachings to the arm 10 is less than 10 times the number of joints, the processes of steps S110 and S120 are repeated.
  • step S130 If it is determined in step S130 that the number of teachings to the arm 10 has become ten times or more than the number of joints, the mechanical error estimating unit 131 of the arithmetic processing unit 130 executes a mechanical error estimating process of the arm 10 ( S140).
  • the angle information of each joint of the arm 10 obtained in step S120 is applied to the above equation (2). If the number of joints is L and the number of teachings is N, a nonlinear simultaneous equation of L order 10N elements or more is established. A solution can be obtained by solving these nonlinear simultaneous equations. However, since the coordinates of the origin of the arm 10 and the tip position of the arm 10 are unknown, the solutions exist infinitely, and the nonlinear simultaneous equations cannot be solved.
  • the matrix M representing the tip position in the above equation (2) can be represented by the following equation (11).
  • the vectors T (x N y N z N ) in the orthogonal coordinate system are all at the same position. Therefore, by solving the L-th order (10N + 3) simultaneous equations obtained by adding the unknown number of the vector T to the nonlinear simultaneous equations of Lth order 10N or more, the coordinate values of the origin and tip positions of the arm 10 that were conventionally required are unknown. Even so, a solution can be obtained.
  • the nonlinear simultaneous equations can be solved by the process shown in the flowchart of FIG.
  • a nonlinear simultaneous equation is solved using a trust region method.
  • the machine error estimation unit 131 generates a nonlinear simultaneous equation based on joint angle information and mechanism data in each posture of the arm 10 (S200).
  • the simultaneous conversion matrix that simultaneously performs a rotation matrix and a parallel progression (for example, the above-mentioned) Non-patent document 1). If the rotation matrix is R ( ⁇ ), the destination vector is P A , the vector representing the position of the origin of the arm 10 is P Prog , and the source vector is P B , then the simultaneous conversion matrix is Can be expressed as:
  • the simultaneous transformation matrix is expressed by the product of the parallel progression and the rotation matrix at the tip of the arm, but in this embodiment, a coordinate system different from a general homogeneous transformation matrix is set. That is, the coordinate system set by a general homogeneous transformation matrix is a coordinate system after reflecting the rotation by the joint at the base of the link as shown in FIG.
  • the coordinate system in this embodiment is a coordinate system before reflecting the rotation of the joint at the base of the link as shown in FIG. This is because the error matrix represents the joint assembly error, and therefore coordinate conversion is performed by the error before the joint is rotated.
  • the coordinate system in the present embodiment is set so that the longitudinal direction of the immediately preceding link is always the X axis, as shown in FIG.
  • the coordinate transformation matrix of each link is reversed in the operation order of the rotation matrix and the parallel progression sequence as compared with the general format.
  • i a link number.
  • P Prog the longitudinal direction of the immediately preceding link is always the X axis as shown in FIG. 14, it can be set from the mechanism data.
  • the link length of the root link is L0 [m]
  • P Prog0 [L0 0 0] T
  • the link length of the next link 1 is L1 [m]
  • the offset with respect to the Y direction is D [ m]
  • P Prog1 [L1 D 0] T.
  • the arm tip position vector P end is obtained by substituting the angle information of the arm into the rotation matrix component of the above equation (14) and setting the origin P origin as follows. Can be expressed as:
  • the M R above formula (13) from each link has 10 unknowns, respectively, and dimension to become a fraction n-order link, all unknowns are 10 ⁇ n.
  • an n-order 10 ⁇ n nonlinear equation is solved and nonlinear programming is required.
  • the arm in order to fix the tip position of the arm to the tip fixing jig 20, the arm is taught a plurality of postures, and the obtained angle information is expressed by the above equation (15). when applied to), P end the is the same position. Therefore, teaching the arm at least 10 ⁇ n times, substituting each angle information into the above equation (15), and using the fact that P end points to the same position, a 10 ⁇ n element nonlinear equation is established, Find the solution using the trust region method.
  • the trust region method is basically an iterative method, the approximate solution is substituted into the equation, and the calculation is performed until it becomes equal to or less than the specified residual. That is, if the simultaneous conversion matrix to the tip position during the nth iteration is M n , the following equation (16) is satisfied.
  • P end becomes indefinite, so that an error matrix solution can be obtained, but an incorrect solution may be obtained depending on conditions. Therefore, P end The by treating the coordinates also variable P end The from performing the numerical calculation using the trust region method uniquely determined, accurate error matrix can be generated. That is, if the n-th P end is P endn , simultaneous equations can be established as in the following equation (17), and the number of variables to be solved in the confidence region at this time is (10 ⁇ n + 3).
  • the machine error estimation unit 131 sets an initial value for performing the next calculation process (S210).
  • the initial value may be set by acquiring mechanism data known at the time of design from the mechanism data storage unit 140, for example. If there is an unknown parameter, set it to zero.
  • the initial value of the vector T may be a value in the basic posture of the arm 10.
  • the machine error estimation unit 131 sets a constraint condition (S220). For example, if the initial value set in step S210 is significantly different from the actual machine error, it takes time to converge the solution. Therefore, a constraint condition is set so that solution convergence is accelerated.
  • the constraint condition is set to a value within a practical range. For example, for the translation errors ( ⁇ x , ⁇ y , ⁇ z ) and the like shown in FIG. 9, an allowable error is set at the time of design.
  • the numerical range of the allowable error may be set as a constraint condition.
  • the machine error estimation unit 131 starts arithmetic processing using the trust region method (S230 to S280).
  • a trust region radius is set (S230).
  • the trust region radius is initially set to a large value so that the solution is searched widely.
  • the machine error estimation unit 131 performs arithmetic processing based on the above-described algorithm and searches for a solution (S240).
  • the machine error estimation unit 131 determines whether or not the solution obtained in step S240 satisfies the constraint condition set in step S220 (S250). If the obtained solution does not satisfy the constraint condition, a penalty is given to the solution at that time (S260), and the processing from step S240 is performed again. This accelerates solution convergence and improves solution accuracy.
  • step S250 When a solution satisfying the constraint condition is obtained in step S250, the machine error estimation unit 131 records the best solution among the obtained solutions in a memory or the like (S270), and then returns to step S230 to narrow the trust radius. Steps S240 to S270 are repeated. Finally, the machine error estimation unit 131 selects the best solution with few residuals from the obtained solutions (S280).
  • the solution obtained in step S280 is the estimated value of the machine error data shown in FIG.
  • FIG. 15 shows an example of machine error data estimated by the machine error estimation method according to the present embodiment.
  • the machine error data in FIG. 15 is estimated for the arm having the accurate machine error shown in FIG.
  • the machine error estimated by the machine error estimation method according to the present embodiment shown in FIG. 15 is clearly close to an accurate machine error even when compared with the machine error by the linear least square method shown in FIG. It is estimated.
  • the translation error of link 0 is a value that deviates from an accurate mechanical error, but since this embodiment does not require the origin and tip position of the arm, the base position and tip of the arm are not required. This is because the position of is relative. For this reason, the error of the link 0 cannot be obtained, but the translation error of the link 0 is at a level that can be ignored because the arm is stationary with respect to data acquisition at the time of calibration.
  • the configuration of the system for estimating the mechanical error of the arm according to the present embodiment and the method for estimating the mechanical error by this have been described.
  • the machine error estimation method according to the present embodiment the machine error can be estimated easily and with high accuracy. Therefore, even in medical equipment that requires high precision of operation at the production site, it is possible to control the arm with high accuracy by increasing the accuracy of mechanical error, and it is possible to apply it to, for example, remote operation. Become.
  • calibration can be performed easily, reducing the number of man-hours required for workers during arm manufacturing, maintenance, and repairs, thereby contributing to cost reduction.
  • each axis has an angle detector that detects the rotation angle of the joint axis, and for a multi-axis arm having a plurality of joints, a parallel progression sequence based on the mechanism data of the arm and an error caused by manufacturing or assembly. , Rotation matrix, and error matrix.
  • the position of each joint can be estimated using forward kinematics based on the model, the accuracy of estimating the position of each joint can be improved by correctly estimating the mechanical error of the arm.
  • each joint when the tip of the arm is fixed by a tip fixing jig that allows the arm to take an arbitrary posture and the posture of the arm is taken in a plurality of postures in other ways or autonomously. Get angle information of.
  • the position of each joint in the Cartesian coordinate system can be calculated accurately by estimating the mechanical error of the arm using the trust region method, which is a nonlinear programming method with constraints, and control of the tip position of the arm. Accuracy can be increased.
  • robots that can move in a fixed, autonomous, or other manner are being used.
  • a robot also has a multi-axis arm as described above, and also has a computer that performs arithmetic processing such as robot control or image processing, and a wired or wireless or optical network or serial communication function. is doing. That is, since the robot can communicate with an external computer, it can be operated remotely and can operate alone.
  • the arm can be controlled in real time, and a device such as a camera or a sensor can be attached to the tip of the arm. In order to precisely operate the device attached to the arm, it is necessary to improve the control accuracy of the arm itself.
  • the mechanical error is estimated based on the arm mechanical error estimating method according to this embodiment.
  • known arm design information for example, each arm, joint length, mass, rotation angle detection accuracy
  • errors that occur when parts are replaced during robot manufacturing or repair (for example, variation in parts, manufacturing)
  • the machine error is estimated from the error) correction parameter.
  • Calibration or parameters for correcting errors by calibration may be acquired offline or online.
  • the arm has a plurality of joints each having an angle detector for the joint axis, but the angle information acquired by the angle detector is at a sufficiently small interval (for example, 1 ms or less) compared to the operating speed of the arm. You may make it obtainable.
  • the angle information may include not only the angle of the joint but also, for example, angular velocity, each acceleration, or torque. From this information and mechanism data such as the arm mass or the three-dimensional link length, the end point (tip position) indicated by the tip of the arm can be calculated and estimated by dynamic forward kinematics.
  • the system 1 may further include a mechanical error correction unit (not shown).
  • the mechanical error correction unit is provided, for example, in a device that estimates the tip position of the arm in real time, so that the mechanical error of the arm can be updated by correction, and the arm can be stably controlled with high accuracy.
  • the machine error correction unit reads error correction data composed of, for example, text format (CSV, XML, JSON) or binary data when the apparatus is activated, and determines whether or not error correction is performed when the arm is operating.
  • the mechanism parameter has an error larger than a predetermined value compared with the time of manufacture due to aging deterioration or failure, when a predetermined time has passed, or the difference from the previously estimated mechanical error is not less than a predetermined value. Error correction may be performed when the error occurs. Thereby, autonomous maintenance by an arm is also possible.
  • FIG. 16 is a block diagram illustrating a hardware configuration example of the information processing apparatus according to the embodiment of the present disclosure.
  • the illustrated information processing apparatus 900 includes, for example, information including at least one functional unit of the data acquisition processing unit 110, the angle information storage unit 120, the arithmetic processing unit 130, or the mechanism data storage unit 140 in the above-described embodiment.
  • a processing device can be realized.
  • the information processing apparatus 900 includes a CPU (Central Processing unit) 901, a ROM (Read Only Memory) 903, and a RAM (Random Access Memory) 905.
  • the information processing apparatus 900 may include a host bus 907, a bridge 909, an external bus 911, an interface 913, an input device 915, an output device 917, a storage device 919, a drive 921, a connection port 923, and a communication device 925.
  • the information processing apparatus 900 may include an imaging device 933 and a sensor 935 as necessary.
  • the information processing apparatus 900 may include a processing circuit such as a DSP (Digital Signal Processor), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or an FPGA (Field-Programmable Gate Array) instead of or in addition to the CPU 901.
  • DSP Digital Signal Processor
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • FPGA Field-Programmable Gate Array
  • the CPU 901 functions as an arithmetic processing device and a control device, and controls all or a part of the operation in the information processing device 900 according to various programs recorded in the ROM 903, the RAM 905, the storage device 919, or the removable recording medium 927.
  • the ROM 903 stores programs and calculation parameters used by the CPU 901.
  • the RAM 905 primarily stores programs used in the execution of the CPU 901, parameters that change as appropriate during the execution, and the like.
  • the CPU 901, the ROM 903, and the RAM 905 are connected to each other by a host bus 907 configured by an internal bus such as a CPU bus. Further, the host bus 907 is connected to an external bus 911 such as a PCI (Peripheral Component Interconnect / Interface) bus via a bridge 909.
  • PCI Peripheral Component Interconnect / Interface
  • the input device 915 is a device operated by the user, such as a mouse, a keyboard, a touch panel, a button, a switch, and a lever.
  • the input device 915 may be, for example, a remote control device that uses infrared rays or other radio waves, or may be an external connection device 929 such as a mobile phone that supports the operation of the information processing device 900.
  • the input device 915 includes an input control circuit that generates an input signal based on information input by the user and outputs the input signal to the CPU 901. The user operates the input device 915 to input various data and instruct processing operations to the information processing device 900.
  • the output device 917 is configured by a device capable of notifying the acquired information to the user using a sense such as vision, hearing, or touch.
  • the output device 917 can be, for example, a display device such as an LCD (Liquid Crystal Display) or an organic EL (Electro-Luminescence) display, an audio output device such as a speaker or headphones, or a vibrator.
  • the output device 917 outputs the result obtained by the processing of the information processing device 900 as video such as text or image, sound such as sound or sound, or vibration.
  • the storage device 919 is a data storage device configured as an example of a storage unit of the information processing device 900.
  • the storage device 919 includes, for example, a magnetic storage device such as an HDD (Hard Disk Drive), a semiconductor storage device, an optical storage device, or a magneto-optical storage device.
  • the storage device 919 stores, for example, programs executed by the CPU 901 and various data, and various data acquired from the outside.
  • the drive 921 is a reader / writer for a removable recording medium 927 such as a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, or a semiconductor memory, and is built in or externally attached to the information processing apparatus 900.
  • the drive 921 reads information recorded on the attached removable recording medium 927 and outputs the information to the RAM 905.
  • the drive 921 writes a record in the attached removable recording medium 927.
  • the connection port 923 is a port for connecting a device to the information processing apparatus 900.
  • the connection port 923 can be, for example, a USB (Universal Serial Bus) port, an IEEE 1394 port, a SCSI (Small Computer System Interface) port, or the like.
  • the connection port 923 may be an RS-232C port, an optical audio terminal, an HDMI (registered trademark) (High-Definition Multimedia Interface) port, or the like.
  • the communication device 925 is a communication interface configured with, for example, a communication device for connecting to the communication network 931.
  • the communication device 925 can be, for example, a communication card for LAN (Local Area Network), Bluetooth (registered trademark), Wi-Fi, or WUSB (Wireless USB).
  • the communication device 925 may be a router for optical communication, a router for ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), or a modem for various communication.
  • the communication device 925 transmits and receives signals and the like using a predetermined protocol such as TCP / IP with the Internet and other communication devices, for example.
  • the communication network 931 connected to the communication device 925 is a network connected by wire or wireless, and may include, for example, the Internet, a home LAN, infrared communication, radio wave communication, satellite communication, or the like.
  • the imaging device 933 uses various members such as an imaging element such as a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) or a CCD (Charge Coupled Device), and a lens for controlling the formation of a subject image on the imaging element. It is an apparatus that images a real space and generates a captured image.
  • the imaging device 933 may capture a still image or may capture a moving image.
  • the sensor 935 is various sensors such as an acceleration sensor, an angular velocity sensor, a geomagnetic sensor, an illuminance sensor, a temperature sensor, an atmospheric pressure sensor, or a sound sensor (microphone).
  • the sensor 935 acquires information about the state of the information processing apparatus 900 itself, such as the posture of the information processing apparatus 900, and information about the surrounding environment of the information processing apparatus 900, such as brightness and noise around the information processing apparatus 900, for example. To do.
  • the sensor 935 may also include a GPS receiver that receives GNSS (Global Navigation Satellite System (s)) signals and measures the latitude, longitude, and altitude of the device.
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • Each component described above may be configured using a general-purpose member, or may be configured by hardware specialized for the function of each component. Such a configuration can be appropriately changed according to the technical level at the time of implementation.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure may be applied to a microscopic surgery system used for so-called microsurgery performed while magnifying and observing a fine part of a patient.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of a microscopic surgery system 5300 to which the technology according to the present disclosure can be applied.
  • the microscope surgery system 5300 includes a microscope device 5301, a control device 5317, and a display device 5319.
  • “user” means any medical staff who uses the microscope surgery system 5300, such as an operator and an assistant.
  • the microscope apparatus 5301 includes a microscope unit 5303 for magnifying and observing an observation target (a patient's surgical site), an arm unit 5309 that supports the microscope unit 5303 at the distal end, and a base unit 5315 that supports the proximal end of the arm unit 5309. Have.
  • the microscope unit 5303 includes a substantially cylindrical cylindrical part 5305, an imaging unit (not shown) provided inside the cylindrical part 5305, and an operation unit 5307 provided in a partial area on the outer periphery of the cylindrical part 5305. And.
  • the microscope unit 5303 is an electronic imaging type microscope unit (so-called video type microscope unit) in which a captured image is electronically captured by the imaging unit.
  • a cover glass that protects the internal imaging unit is provided on the opening surface at the lower end of the cylindrical part 5305.
  • Light from the observation target (hereinafter also referred to as observation light) passes through the cover glass and enters the imaging unit inside the cylindrical part 5305.
  • a light source such as an LED (Light Emitting Diode) may be provided inside the cylindrical portion 5305, and light is emitted from the light source to the observation target through the cover glass during imaging. May be.
  • the imaging unit includes an optical system that collects the observation light and an image sensor that receives the observation light collected by the optical system.
  • the optical system is configured by combining a plurality of lenses including a zoom lens and a focus lens, and the optical characteristics thereof are adjusted so that the observation light is imaged on the light receiving surface of the image sensor.
  • the imaging element receives the observation light and photoelectrically converts it to generate a signal corresponding to the observation light, that is, an image signal corresponding to the observation image.
  • an element having a Bayer array capable of color photography is used.
  • the image sensor may be various known image sensors such as a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor or a CCD (Charge Coupled Device) image sensor.
  • the image signal generated by the image sensor is transmitted to the control device 5317 as RAW data.
  • the transmission of the image signal may be preferably performed by optical communication.
  • the surgeon performs the operation while observing the state of the affected area with the captured image.
  • the moving image of the surgical site should be displayed in real time as much as possible. Because it is.
  • a captured image can be displayed with low latency.
  • the imaging unit may have a drive mechanism that moves the zoom lens and focus lens of the optical system along the optical axis. By appropriately moving the zoom lens and the focus lens by the drive mechanism, the enlargement magnification of the captured image and the focal length at the time of imaging can be adjusted.
  • the imaging unit may be equipped with various functions that can be generally provided in an electronic imaging microscope unit, such as an AE (Auto Exposure) function and an AF (Auto Focus) function.
  • the imaging unit may be configured as a so-called single-plate imaging unit having one imaging element, or may be configured as a so-called multi-plate imaging unit having a plurality of imaging elements.
  • image signals corresponding to RGB may be generated by each imaging element, and a color image may be obtained by combining them.
  • the said imaging part may be comprised so that it may have a pair of image sensor for each acquiring the image signal for right eyes and left eyes corresponding to a stereoscopic vision (3D display). By performing the 3D display, the surgeon can more accurately grasp the depth of the living tissue in the surgical site.
  • a plurality of optical systems can be provided corresponding to each imaging element.
  • the operation unit 5307 is configured by, for example, a cross lever or a switch, and is an input unit that receives a user operation input.
  • the user can input an instruction to change the magnification of the observation image and the focal length to the observation target via the operation unit 5307.
  • the magnification ratio and the focal length can be adjusted by appropriately moving the zoom lens and the focus lens by the drive mechanism of the imaging unit in accordance with the instruction.
  • the user can input an instruction to switch the operation mode (all-free mode and fixed mode described later) of the arm unit 5309 via the operation unit 5307.
  • the operation unit 5307 may be provided at a position where the user can easily operate with a finger while holding the tubular portion 5305 so that the operation portion 5307 can be operated while the tubular portion 5305 is moved. preferable.
  • the arm portion 5309 is configured by a plurality of links (first link 5313a to sixth link 5313f) being connected to each other by a plurality of joint portions (first joint portion 5311a to sixth joint portion 5311f). Is done.
  • the first joint portion 5311a has a substantially cylindrical shape, and at its tip (lower end), the upper end of the cylindrical portion 5305 of the microscope portion 5303 is a rotation axis (first axis) parallel to the central axis of the cylindrical portion 5305. O 1 ) is supported so as to be rotatable around.
  • the first joint portion 5311a may be configured such that the first axis O 1 coincides with the optical axis of the imaging unit of the microscope unit 5303.
  • the first link 5313a fixedly supports the first joint portion 5311a at the tip. More specifically, the first link 5313a is a rod-shaped member having a substantially L-shaped, while stretching in the direction in which one side of the front end side is perpendicular to the first axis O 1, the end portion of the one side is first It connects to the 1st joint part 5311a so that it may contact
  • the second joint portion 5311b is connected to the end portion on the other side of the substantially L-shaped base end side of the first link 5313a.
  • the second joint portion 5311b has a substantially cylindrical shape, and at the tip thereof, the base end of the first link 5313a can be rotated around a rotation axis (second axis O 2 ) orthogonal to the first axis O 1. To support.
  • the distal end of the second link 5313b is fixedly connected to the proximal end of the second joint portion 5311b.
  • the second link 5313b is a rod-shaped member having a substantially L-shaped, while stretching in the direction in which one side of the front end side is perpendicular to the second axis O 2, the ends of the one side of the second joint portion 5311b Fixedly connected to the proximal end.
  • a third joint portion 5311c is connected to the other side of the base end side of the substantially L-shaped base of the second link 5313b.
  • the third joint portion 5311c has a substantially cylindrical shape, and at its tip, the base end of the second link 5313b is a rotation axis (third axis O 3) orthogonal to the first axis O 1 and the second axis O 2. ) Support so that it can rotate around.
  • the distal end of the third link 5313c is fixedly connected to the proximal end of the third joint portion 5311c.
  • the microscope unit 5303 is moved so as to change the position of the microscope unit 5303 in the horizontal plane by rotating the configuration on the distal end side including the microscope unit 5303 around the second axis O 2 and the third axis O 3. Can be made. That is, by controlling the rotation around the second axis O 2 and the third axis O 3 , the field of view of the captured image can be moved in a plane.
  • the third link 5313c is configured such that the distal end side thereof has a substantially cylindrical shape, and the proximal end of the third joint portion 5311c has substantially the same central axis at the distal end of the cylindrical shape. Fixedly connected.
  • the proximal end side of the third link 5313c has a prismatic shape, and the fourth joint portion 5311d is connected to the end portion thereof.
  • the fourth joint portion 5311d has a substantially cylindrical shape, and at the tip thereof, the base end of the third link 5313c can be rotated around a rotation axis (fourth axis O 4 ) orthogonal to the third axis O 3. To support.
  • the distal end of the fourth link 5313d is fixedly connected to the proximal end of the fourth joint portion 5311d.
  • Fourth link 5313d is a rod-shaped member extending substantially in a straight line, while stretched so as to be orthogonal to the fourth axis O 4, the end of the tip side of the substantially cylindrical shape of the fourth joint portion 5311d It is fixedly connected to the fourth joint portion 5311d so as to abut.
  • the fifth joint portion 5311e is connected to the base end of the fourth link 5313d.
  • the fifth joint portion 5311e has a substantially cylindrical shape, and on the distal end side thereof, the base end of the fourth link 5313d can be rotated around a rotation axis (fifth axis O 5 ) parallel to the fourth axis O 4. To support.
  • the distal end of the fifth link 5313e is fixedly connected to the proximal end of the fifth joint portion 5311e.
  • the fourth axis O 4 and the fifth axis O 5 are rotation axes that can move the microscope unit 5303 in the vertical direction.
  • the fifth link 5313e includes a first member having a substantially L shape in which one side extends in the vertical direction and the other side extends in the horizontal direction, and a portion extending in the horizontal direction of the first member in a vertically downward direction. A rod-shaped second member that extends is combined.
  • the proximal end of the fifth joint portion 5311e is fixedly connected in the vicinity of the upper end of the portion of the fifth link 5313e extending in the vertical direction of the first member.
  • the sixth joint portion 5311f is connected to the proximal end (lower end) of the second member of the fifth link 5313e.
  • the sixth joint portion 5311f has a substantially cylindrical shape, and supports the base end of the fifth link 5313e on the distal end side thereof so as to be rotatable about a rotation axis (sixth axis O 6 ) parallel to the vertical direction. .
  • the distal end of the sixth link 5313f is fixedly connected to the proximal end of the sixth joint portion 5311f.
  • the sixth link 5313f is a rod-like member extending in the vertical direction, and its base end is fixedly connected to the upper surface of the base portion 5315.
  • the rotatable range of the first joint portion 5311a to the sixth joint portion 5311f is appropriately set so that the microscope portion 5303 can perform a desired movement.
  • a total of 6 degrees of freedom of translational 3 degrees of freedom and 3 degrees of freedom of rotation can be realized with respect to the movement of the microscope unit 5303.
  • the position and posture of the microscope unit 5303 can be freely controlled within the movable range of the arm unit 5309. It becomes possible. Therefore, the surgical site can be observed from any angle, and the surgery can be performed more smoothly.
  • the configuration of the arm portion 5309 shown in the figure is merely an example, and the number and shape (length) of the links constituting the arm portion 5309, the number of joint portions, the arrangement position, the direction of the rotation axis, and the like are desired. It may be designed as appropriate so that the degree can be realized.
  • the arm unit 5309 in order to freely move the microscope unit 5303, the arm unit 5309 is preferably configured to have six degrees of freedom, but the arm unit 5309 has a greater degree of freedom (ie, redundant freedom). Degree).
  • the arm unit 5309 can change the posture of the arm unit 5309 while the position and posture of the microscope unit 5303 are fixed. Therefore, for example, control that is more convenient for the operator can be realized, such as controlling the posture of the arm unit 5309 so that the arm unit 5309 does not interfere with the field of view of the operator who views the display device 5319.
  • the first joint portion 5311a to the sixth joint portion 5311f may be provided with actuators mounted with a drive mechanism such as a motor, an encoder for detecting a rotation angle at each joint portion, and the like. Then, the drive of each actuator provided in the first joint portion 5311a to the sixth joint portion 5311f is appropriately controlled by the control device 5317, whereby the posture of the arm portion 5309, that is, the position and posture of the microscope portion 5303 can be controlled. . Specifically, the control device 5317 grasps the current posture of the arm unit 5309 and the current position and posture of the microscope unit 5303 based on information about the rotation angle of each joint unit detected by the encoder. Can do.
  • a drive mechanism such as a motor, an encoder for detecting a rotation angle at each joint portion, and the like.
  • the control device 5317 calculates the control value (for example, rotation angle or generated torque) for each joint unit that realizes the movement of the microscope unit 5303 according to the operation input from the user, using the grasped information. And the drive mechanism of each joint part is driven according to the said control value.
  • the control method of the arm unit 5309 by the control device 5317 is not limited, and various known control methods such as force control or position control may be applied.
  • the drive of the arm unit 5309 is appropriately controlled by the control device 5317 according to the operation input, and the position and posture of the microscope unit 5303 are controlled. May be.
  • the microscope unit 5303 can be moved from an arbitrary position to an arbitrary position and then fixedly supported at the position after the movement.
  • an input device that can be operated even if the operator has a surgical tool in his / her hand.
  • non-contact operation input may be performed based on gesture detection or gaze detection using a wearable device or a camera provided in an operating room.
  • the arm portion 5309 may be operated by a so-called master slave method.
  • the arm unit 5309 can be remotely operated by the user via an input device installed at a location away from the operating room.
  • the actuators of the first joint portion 5311a to the sixth joint portion 5311f are driven so that the external force from the user is received and the arm portion 5309 moves smoothly according to the external force.
  • so-called power assist control may be performed.
  • the driving of the arm portion 5309 may be controlled so as to perform a pivoting operation.
  • the pivoting operation is an operation of moving the microscope unit 5303 so that the optical axis of the microscope unit 5303 always faces a predetermined point in space (hereinafter referred to as a pivot point). According to the pivot operation, the same observation position can be observed from various directions, so that more detailed observation of the affected area is possible.
  • the pivot operation is performed in a state where the distance between the microscope unit 5303 and the pivot point is fixed. In this case, the distance between the microscope unit 5303 and the pivot point may be adjusted to a fixed focal length of the microscope unit 5303.
  • the microscope unit 5303 moves on a hemispherical surface (schematically illustrated in FIG. 17) having a radius corresponding to the focal length centered on the pivot point, and is clear even if the observation direction is changed. A captured image is obtained.
  • the microscope unit 5303 is configured to be adjustable in focal length
  • the pivot operation may be performed in a state where the distance between the microscope unit 5303 and the pivot point is variable.
  • the control device 5317 calculates the distance between the microscope unit 5303 and the pivot point based on the information about the rotation angle of each joint unit detected by the encoder, and based on the calculation result, the microscope 5317
  • the focal length of the unit 5303 may be automatically adjusted.
  • the microscope unit 5303 is provided with an AF function
  • the focal length may be automatically adjusted by the AF function every time the distance between the microscope unit 5303 and the pivot point is changed by the pivot operation. .
  • the first joint portion 5311a to the sixth joint portion 5311f may be provided with a brake that restrains the rotation thereof.
  • the operation of the brake can be controlled by the control device 5317.
  • the control device 5317 activates the brake of each joint unit. Accordingly, since the posture of the arm unit 5309, that is, the position and posture of the microscope unit 5303 can be fixed without driving the actuator, power consumption can be reduced.
  • the control device 5317 may release the brake of each joint unit and drive the actuator according to a predetermined control method.
  • Such an operation of the brake can be performed according to an operation input by the user via the operation unit 5307 described above.
  • the user wants to move the position and posture of the microscope unit 5303, the user operates the operation unit 5307 to release the brakes of the joint units.
  • the operation mode of the arm part 5309 shifts to a mode (all free mode) in which the rotation at each joint part can be freely performed.
  • the user wants to fix the position and posture of the microscope unit 5303, the user operates the operation unit 5307 to activate the brakes of the joint units.
  • the operation mode of the arm part 5309 shifts to a mode (fixed mode) in which rotation at each joint part is restricted.
  • the control device 5317 comprehensively controls the operation of the microscope operation system 5300 by controlling the operations of the microscope device 5301 and the display device 5319.
  • the control device 5317 controls the driving of the arm portion 5309 by operating the actuators of the first joint portion 5311a to the sixth joint portion 5311f according to a predetermined control method.
  • the control device 5317 changes the operation mode of the arm portion 5309 by controlling the brake operation of the first joint portion 5311a to the sixth joint portion 5311f.
  • the control device 5317 performs various kinds of signal processing on the image signal acquired by the imaging unit of the microscope unit 5303 of the microscope device 5301 to generate image data for display and display the image data. It is displayed on the device 5319.
  • the signal processing for example, development processing (demosaic processing), high image quality processing (band enhancement processing, super-resolution processing, NR (Noise reduction) processing and / or camera shake correction processing, etc.) and / or enlargement processing (that is, Various known signal processing such as electronic zoom processing may be performed.
  • communication between the control device 5317 and the microscope unit 5303 and communication between the control device 5317 and the first joint unit 5311a to the sixth joint unit 5311f may be wired communication or wireless communication.
  • wired communication communication using electrical signals may be performed, or optical communication may be performed.
  • a transmission cable used for wired communication can be configured as an electric signal cable, an optical fiber, or a composite cable thereof depending on the communication method.
  • wireless communication there is no need to lay a transmission cable in the operating room, so that the situation where the transmission cable prevents the medical staff from moving in the operating room can be eliminated.
  • the control device 5317 may be a processor such as a CPU (Central Processing Unit) or a GPU (Graphics Processing Unit), or a microcomputer or a control board in which a processor and a storage element such as a memory are mixedly mounted.
  • the various functions described above can be realized by the processor of the control device 5317 operating according to a predetermined program.
  • the control device 5317 is provided as a separate device from the microscope device 5301, but the control device 5317 is installed inside the base portion 5315 of the microscope device 5301 and integrated with the microscope device 5301. May be configured.
  • the control device 5317 may be configured by a plurality of devices.
  • a microcomputer, a control board, and the like are arranged in the microscope unit 5303 and the first joint unit 5311a to the sixth joint unit 5311f of the arm unit 5309, and these are communicably connected to each other. Similar functions may be realized.
  • the display device 5319 is provided in the operating room, and displays an image corresponding to the image data generated by the control device 5317 under the control of the control device 5317. In other words, the display device 5319 displays an image of the surgical part taken by the microscope unit 5303.
  • the display device 5319 may display various types of information related to the surgery, such as information about the patient's physical information and the surgical technique, for example, instead of or together with the image of the surgical site. In this case, the display of the display device 5319 may be switched as appropriate by a user operation.
  • a plurality of display devices 5319 may be provided, and each of the plurality of display devices 5319 may display an image of the surgical site and various types of information regarding surgery.
  • various known display devices such as a liquid crystal display device or an EL (Electro Luminescence) display device may be applied.
  • FIG. 18 is a diagram showing a state of surgery using the microscope surgery system 5300 shown in FIG.
  • a state in which an operator 5321 performs an operation on a patient 5325 on a patient bed 5323 using a microscope operation system 5300 is schematically shown.
  • the control device 5317 is omitted from the configuration of the microscope surgery system 5300 and the microscope device 5301 is illustrated in a simplified manner.
  • an image of the surgical part taken by the microscope apparatus 5301 is enlarged and displayed on the display device 5319 installed on the wall of the operating room using the microscope operation system 5300.
  • the display device 5319 is installed at a position facing the surgeon 5321, and the surgeon 5321 observes the state of the surgical site by an image projected on the display device 5319, for example, the surgical site such as excision of the affected site.
  • Various treatments are performed on
  • the microscopic surgery system 5300 to which the technology according to the present disclosure can be applied has been described.
  • the microscopic surgery system 5300 has been described as an example, but a system to which the technology according to the present disclosure can be applied is not limited to such an example.
  • the microscope apparatus 5301 can function as a support arm apparatus that supports another observation apparatus or another surgical tool instead of the microscope unit 5303 at the tip.
  • an endoscope can be applied.
  • the other surgical tools forceps, a lever, an insufflation tube for insufflation, or an energy treatment instrument for incising a tissue or sealing a blood vessel by cauterization can be applied.
  • the technology according to the present disclosure may be applied to a support arm device that supports a configuration other than the microscope unit.
  • the technique according to the present disclosure can be suitably applied to the estimation of the mechanical error of the arm unit 5309 of the microscope apparatus 5301 among the configurations described above.
  • the mechanical error of the arm unit 5309 can be estimated with high accuracy.
  • the arm unit 5309 can be controlled with high accuracy. . Since the position and posture of the microscope unit 5303 can be controlled with higher accuracy, an operation part image can be obtained more stably, and surgery can be performed more safely.
  • the technology according to the present disclosure is not limited to the support arm device that supports the microscope unit 5303 and the above-described observation device and other surgical tools, but also industrial robots installed on a production line, and other multipurpose robot arms. It can also be applied to machine error estimation.
  • the embodiment of the present disclosure includes, for example, an information processing apparatus (for example, a server) as described above, a system, an information processing method executed by the information processing apparatus or system, a program for causing the information processing apparatus to function, And a non-transitory tangible medium on which the program is recorded.
  • an information processing apparatus for example, a server
  • a system for example, a system, an information processing method executed by the information processing apparatus or system, a program for causing the information processing apparatus to function, And a non-transitory tangible medium on which the program is recorded.
  • An angle information acquisition unit that acquires angles of the joints of the arms as angle information with respect to a plurality of postures in a state in which the tip of a multiaxial arm having a plurality of joints is fixed.
  • a mechanical error estimator for estimating a mechanical error of the arm based on the angle information and the mechanism information of the arm;
  • An information processing apparatus comprising: (2) The machine error estimator is Based on the angle information and the mechanism information of the arm, a nonlinear simultaneous equation is generated, The information processing apparatus according to (1), wherein a solution of the nonlinear simultaneous equations obtained using a trust region method is a mechanical error of the arm.
  • a multi-axis arm having a plurality of joints; A tip fixing jig for fixing the tip of the arm; An information processing device for estimating a mechanical error of the arm; Consists of The information processing apparatus includes: An angle information acquisition unit for acquiring the angle of each joint of the arm as angle information for a plurality of postures; A mechanical error estimator for estimating a mechanical error of the arm based on the angle information and the mechanism information of the arm; A calibration system comprising: (10) A metal spherical tip member is provided at the tip of the arm, The calibration system according to (9), wherein the tip fixing jig has a shape corresponding to the shape of the tip member, and is formed with a recess provided with a magnet.

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Abstract

【課題】容易かつ高精度に機械誤差を推定可能な情報処理装置を提供する。 【解決手段】複数の関節を有する多軸のアームの先端を固定した状態で、複数の姿勢についてアームの各関節の角度を角度情報として取得する角度情報取得部と、角度情報とアームの機構情報とに基づいて、アームの機械誤差を推定する機械誤差推定部と、を備える、情報処理装置。

Description

情報処理装置、情報処理方法及びキャリブレーションシステム
　本開示は、情報処理装置、情報処理方法及びキャリブレーションシステムに関する。
　生産ラインに大量導入されたロボットアーム等のアーム装置に対する教示工数は、生産のリードタイム短縮を妨げる一因となっている。また、近年、アーム装置は生産ラインのみならず、医療現場や過程等へも導入されているが、このようなアーム装置に対しては教示する場所にも制限があり、アーム装置へ教示すること自体が困難な場合もある。そこで、ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ技術を利用したオフラインプログラミングシステムの導入が検討されてきた。しかし、一般にロボット実機と機構モデルとの間には機械誤差が存在するため、オフラインプログラミングデータによる位置再現精度を確保するのは難しい。
　機械誤差は、機構モデルのパラメータとして表現可能な幾何学的パラメータと、機構モデルのパラメータとしては表現困難な非幾何学的パラメータとの２つに分類される。ロボットの機械誤差の推定及び補正は、一般に、カメラや３次元計測機等を用いて、計測位置の精度管理のもと実施されているが、特殊な計測手段が必要であり、実際の生産ラインや医療現場での実施は難しい。このような状況から、例えば、非特許文献１、２では、特殊な計測手段を必要とせず、簡便に機械誤差の推定及び補正するための手法が提案されている。また、特許文献１には、複数の関節からなる多軸ロボットについて、修正パウエル法に基づき、実際現場において迅速かつ正確にアーム先端の原点位置を較正する構成手法が開示されている。
特許第３３１９０２２号公報
中村尚範、「ロボットの機械誤差キャリブレーション技術と生産ラインにおける現状」、日本ロボット学会誌、１９９７年３月、Ｖｏｌ．１５、Ｎｏ．２、ｐｐ．１７８～１８２ 中村尚範　他２名、「ロボットのオフラインプログラミングシステムのための簡便なロボット機械誤差補正法」、精密工学会誌、１９９４年、Ｖｏｌ．６０、Ｎｏ．１０、ｐｐ．１５００－１５０４
　しかし、上記非特許文献１、２に記載の手法は、計測装置の複雑なキャリブレーションが必要であり、実用性に乏しい。また、上記特許文献１に記載の手法は、各アーム回転軸に装着された回転角検出手段からの回転角検出情報のみからアームの位置等を較正するが、リンク長等のパラメータ、治具の誤差、及びアームの原点の誤差等を考慮する必要があり、実施が容易ではない。
　そこで、本開示では、容易かつ高精度に機械誤差を推定可能な、新規かつ改良された情報処理装置、情報処理方法及びキャリブレーションシステムを提案する。
　本開示によれば、複数の関節を有する多軸のアームの先端を固定した状態で、複数の姿勢についてアームの各関節の角度を角度情報として取得する角度情報取得部と、角度情報とアームの機構情報とに基づいて、アームの機械誤差を推定する機械誤差推定部と、を備える、情報処理装置が提供される。
　また、本開示によれば、複数の関節を有する多軸のアームの先端を固定した状態で、複数の姿勢についてアームの各関節の角度を角度情報として取得すること、角度情報とアームの機構情報とに基づいて、アームの機械誤差を推定すること、を含む、情報処理方法が提供される。
　さらに、本開示によれば、複数の関節を有する多軸のアームと、アームの先端を固定する先端固定治具と、アームの機械誤差を推定する情報処理装置と、からなり、情報処理装置は、複数の姿勢についてアームの各関節の角度を角度情報として取得する角度情報取得部と、角度情報とアームの機構情報とに基づいて、アームの機械誤差を推定する機械誤差推定部と、を備える、キャリブレーションシステムが提供される。
　以上説明したように本開示によれば、容易かつ高精度に機械誤差を推定することができる。なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
アームへの教示位置と機械誤差との関係を示す説明図である。 機械誤差モデルの一例を示す説明図である。 アームの複数の姿勢を説明する説明図である。 アームのリンク構成の一例を示す説明図である。 線形最小二乗法により算出した機械誤差の、実際の機械誤差とのずれを表す一例を示す説明図である。 信頼領域法における収束の概念を示す説明図を示す。 本開示の実施形態に係る機械誤差の推定処理の説明における、アームのリンク構成の一例を示す説明図である。 同実施形態に係るアームの機械誤差の推定処理を行うためのシステムの一構成例を示す機能ブロック図である。 機械誤差推定部により得られる機械誤差データの一例を示す説明図である。 機構データ記憶部が記憶する機構データの一例を示す説明図である。 同実施形態に係る機械誤差の推定処理を示すフローチャートである。 同実施形態に係るアームの先端及び先端固定治具の一構成例を示す説明図である。 図１１のステップＳ１４０にて行われる、信頼領域法を用いた機械誤差推定処理を示すフローチャートである。 同実施形態におけるアームのリンク機構の座標系を示す説明図である。 同実施形態の機械誤差の推定処理により得られたアームの機械誤差の推定値の一例を示す説明図である。 同実施形態に係る情報処理装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。 顕微鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す説明図である。 図１７に示す顕微鏡手術システムを用いた手術の様子を示す説明図である。
　以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
　なお、説明は以下の順序で行うものとする。
　１．背景
　２．アームの機械誤差の推定
　　２．１．非線形連立方程式の取り扱い
　　２．２．機械誤差推定
　　（１）情報処理装置の構成
　　（２）機械誤差推定処理
　　２．３．まとめ
　３．ハードウェア構成
　４．応用例
　＜１．背景＞
　本開示の一実施形態に係る機械誤差推定を行う情報処理装置を説明するにあたり、背景として、まず、図１～図５を参照して、従来のアームの機械誤差の推定手法について説明する。図１は、アームへの教示位置と機械誤差との関係を示す説明図である。図２は、機械誤差モデルの一例を示す説明図である。図３は、アームの複数の姿勢を説明する説明図である。図４は、アームのリンク構成の一例を示す説明図である。図５は、線形最小二乗法により算出した機械誤差の、実際の機械誤差とのずれを表す一例を示す説明図である。なお、本開示においてアームとは、複数の関節を有する多軸のアーム装置であり、本開示は、例えば、医療用アーム、産業用ロボット、その他多目的用途のロボットアーム等に適用可能な技術である。
　一般に、複数の関節を有する多軸のアームには、リンク毎に関節角度を検出する位置検出器が設けられている。アームの先端位置は、アームの機構データと位置検出器により検出された関節角度とに基づき計算することができる。しかし、図１に示すように、アーム１０の機械誤差ＪΔにより、教示位置Ｐ０と、計算によるアームの先端の仮想位置Φとにずれが生じてしまう。そこで、上記非特許文献１、２では、アームの先端位置を決定するため、順運動学により並進行列と回転行列とを用いて、アームをモデル化している。この際、並進行列により並進誤差を表し、回転行列により回転誤差を表し、たわみ及びロストモーションは原則小さいものとして近似モデルを構築している。
　具体的には、アームの機構モデルでは、一般に、隣接する２つのリンク間の位置・姿勢関係は、３個の並進移動量及び３個の回転移動量の合計６個のパラメータで構成される行列Ｍｉ（ｉはリンク番号）により表現された座標系ΣＭｉにおいて表される。そして、アームの幾何学的パラメータとしての機械誤差Δｉは、図２により下記式（１）のように定式化できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、アームの先端をアームのベース座標系から見た場合の行列をＭＲとし、アームの関節数をＮとすると、上記式（１）の各リンクの機械誤差ｄＭｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，Ｎ）による変異ｄＭＲが発生する。これらは下記式（２）で表される。式（２）を展開すると、式（３）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　また、行列積の偏微分は下記式（４）で表せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　上記式（４）より、上記式（３）の誤差変数での偏微分は、対象の誤差行列を含まない項はゼロとなり、さらに誤差行列を含む項も誤差行列部分を偏微分した項のみが残る。例えば、δ４ｘで偏微分した結果は、下記式（５）のように表される。また、誤差行列部分を偏微分すると、下記式（６）のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　このように、機械誤差のヤコビ行列の各成分は計算することができる。なお、たわみ誤差変数に対応する係数は、回転誤差変数に対応する係数にトルク値を乗算することで求めることができる。このようなヤコビ行列を作成すると、アームの機械誤差の推定が可能となる。ヤコビ行列は、各誤差変数が微小変化したときのアームの先端位置の変動量を表している。アームの機械誤差の推定は、例えば図３に示すようにアーム１０の先端を治具２０に固定し、複数の姿勢における各関節の角度情報を取得する。そして、取得された角度情報とアーム１０の機構データとに基づき、ヤコビ行列を用いて、機械誤差を推定することができる。なお、アーム１０の各関節の角度情報は、オンラインもしくはオフラインのいずれの状態で取得してもよい。
　アームの機械誤差の推定を行うためには、ヤコビ行列の作成が必要となるが、このヤコビ行列を逆方向から説明すると、アームの先端位置の変動量を把握して分析することで、機械誤差への寄与分を導き出すことができる。したがって、アームの先端位置の変動の挙動が同一となる誤差変数間においては、不定関係によりどちらの誤差変数がどのくらい先端位置の変動に寄与したのかを決めることができない行列成分が存在する。これが、誤差変数間の不定関係である。例えば、図４に示すアーム１０のリンク機構において、リンクＬ０の長さと、リンクＬ１の長さとのいずれかが若干長い誤差を持っていたとする。このとき、アーム１０の先端位置の変動量及び方向からは、どちらのリンク長さが誤差を持っていたのかを特定することはできない。
　図４に示したアーム１０のリンク構成に存在する不定関係をまとめると、下記式（７）の通りになる。ここで、Ｐｘ１、Ｐｙ１、Ｐｚ１はジョイント１から見た先端位置の相対座標であり、またＸ０、Ｙ０、Ｚ０は、例えば図１に示した教示位置座標である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　アームの機械誤差を推定する際、例えば線形最小二乗法を用いてその解を得ることができる。しかし、上記式（７）のような不定関係が存在するため、不定関係にある変数を予め削除する前処理を行った後に解を得たり、あるいは、不定関係を残したまま線形最小二乗法を用いて計算し、多数の解の中から解の２つを適当に選び出したりする必要がある。しかし、前者においては、アームの関節数が少なければ、代数的に演算することができるが、関節数が増加すると非常に演算が困難となる。一方、後者の場合は、解は得られるが、あくまでも数値計算上解が一致するということであり、実際の誤差とは異なるケースが多い。
　具体例として、リンク０～７を有する８軸のアーム装置について、正確な機械誤差と、線形最小二乗法を用いて得られた機械誤差との一例を図５に示す。線形最小二乗法では、アームの先端を固定し、２００姿勢について取得した各関節の角度情報に基づき、機械誤差を取得した。図１の各表において、Δｘ、Δｙ、Δｚは並進誤差、δｘ、δｙ、δｚは回転誤差、ｋｘ、ｋｙ、ｋｚはリンクのたわみ、δｚｋはロストモーションを表す。
　上記式（１）及び式（３）に基づき、固定されたアームの先端位置を計算すると、いずれの機械誤差を用いても先端位置の座標は一致する。しかし、線形最小二乗法を用いた場合は、あくまでも数値として一致するのみであり、正確な機械誤差とは大きく異なることがわかる。また、線形最小二乗法を用いた場合、アームの関節数が少ない場合は有効であるが、関節が増えると誤差が大きくなることがわかっている。具体的には、６軸程度までは実用に耐え得るが、７軸以上になると誤差が大きくなる。この原因としては、多軸になると不定関係の代数的計算が難しく、線形最小二乗法における不定関係の取り扱いによる誤差の影響が生じること、上記式（２）及び式（３）において高次の項目を無視したモデル化により、モデル化誤差が顕著になることが考えられる。すなわち、従来技術においては、上記式（２）を線形最小二乗法に適用するために計算を簡略化し、上記式（３）のように高次項を無視することで、多軸のアームの機械誤差の推定精度が得られなかった。
　そこで、本実施形態では、上記式（２）をそのまま活用して高次精度を維持することで機械誤差の推定精度を向上させる。また、従来は、アームの角度情報を取得するために、アームの先端に固定治具を取り付け、かつ、複数のツールを用いてアームの原点と教示位置との正確な距離を測定する必要があった。そこで、本実施形態では、アームの機械誤差を推定するために必要なツール数を低減し、従来に比べて非常に簡便に機械誤差の推定を実施可能にする。以下、本実施形態に係るアームの機械誤差の推定方法について、詳細に説明していく。
　＜２．アームの機械誤差の推定＞
　（２．１．非線形連立方程式の取り扱い）
　本実施形態に係るアームの機械誤差の推定では、上記式（２）をそのまま活用し、高次のモデル化を行っているため、機械誤差を計算する際に非線形連立方程式を取り扱うことになる。非線形連立方程式を解くための手法としては、例えばニュートン法や最小二乗法、最急降下法、修正パウエル法等がある。非線形連立方程式の解を得ることが可能であればその手法は特に限定されないが、例えば、非線形計画法としてのニュートン法では解が収束しなかったり、修正パウエル法では適切な目的関数を与えないと正しい解を得られなかったりする。そこで、本実施形態では、非線形計画法である信頼領域法を用いて非線形連立方程式の解を取得する。
　信頼領域法は、制約なし最適化問題を解く勾配法の一手法であり、ニュートン法に大域的収束性を持たせる手法である。信頼領域法は大域的収束性を保証するため、必ず解を得ることができる。しかし、信頼領域法を用いれば正しい解を得られるとは限らない。このため、ある制約条件を設けることで、正しい解を導く。具体的には、アーム設計時に規定された最大機械誤差より、機械誤差の範囲を制約条件として規定できる。この制約条件を各機械誤差のパラメータに適用することで収束性を向上させ、かつ精度を向上させる。
　ここで、本実施形態にて適用する信頼領域法のアルゴリズムは、以下のようになる。また、図６に、信頼領域法における収束の概念を示す説明図を示す。
（信頼領域法アルゴリズム）
ＳＴＥＰ０：初期値設定
　　初期点ｘ０、初期行列Ｂ０ Ｏ、初期信頼半径Δ０、
　　パラメータ０＜ｃ１＜ｃ２＜１、０＜ｃ３＜ｃ４＜１＜ｃ５＜ｃ６、Ｏｋ＝０とする。
ＳＴＥＰ１：停止条件を検査
ＳＴＥＰ２：部分問題を解き、解ｓｋを求める
　　部分問題は下記式（８）で表される。なお、Ｂｋはヘッセ行列∇２ｆ（ｘｋ）またはその近似式である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
ＳＴＥＰ３：モデル関数値の減少量Δｑｋと目的関数の減少量Δｆ（ｘｋ）とを比較して、近似解及び信頼半径の更新の要否を判断
　　モデル関数値の減少量Δｑｋと目的関数の減少量Δｆ（ｘｋ）とは、下記式（９）、式（１０）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　そして、モデル関数値の減少量Δｑｋと目的関数の減少量Δｆ（ｘｋ）とについて、以下の判定を行い、判定結果に従って、近似解及び信頼半径を更新する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
  
ＳＴＥＰ４：行列Ｂｋ＋１を生成
ＳＴＥＰ５：行列ｋ＝ｋ＋１とし、ＳＴＥＰ１から処理を繰り返す
　このように、信頼領域法では、目的関数の２次モデルを最小化して解を得る際、この２次モデルが妥当と思われる信頼領域のステップ幅の大きさを暫定的に与えてから探索方向を決定する。ｋ回目の反復における信頼半径をΔｋとすると、探索方向ベクトルｓｋは次の部分問題の解として得られる。また、信頼領域法では、上記式（９）で示すモデル関数値の減少量Δｑｋと上記式（１０）で示す目的関数の減少量Δｆ（ｘｋ）とを比較し、それらの減少量の大小に基づいて近似解を更新したり（ｘｋ＋１＝（ｘｋ＋ｓｋ））、更新しなかったりする（ｘｋ＋１＝ｘｋ）。そして状況に応じて信頼半径Δｋを大きくしたり小さくしたりする。
　（２．２．機械誤差推定）
　以下、本実施形態に係るアームの機械誤差の推定方法について、具体的に説明していく。ここでは、一例として、図７に示すリンク機構のアーム１０についての機械誤差の推定処理を説明する。図７に示すアーム１０は、リンク０～７からなる８軸のアーム装置である。なお、ＬＩＮＫＢａｓｅにおける関節は根本の仮想関節となり、回転が発生しないものとする。
（１）情報処理装置の構成
　まず、図８～図１０に基づいて、本実施形態に係るアームの機械誤差の推定処理を行うためのシステム１の一構成例を説明する。図８は、本実施形態に係るアームの機械誤差の推定処理を行うためのシステム１の一構成例を示す機能ブロック図である。図９は、機械誤差推定部１３１により得られる機械誤差データの一例を示す説明図である。図１０は、機構データ記憶部１４０が記憶する機構データの一例を示す説明図である。
　本実施形態に係るシステム１は、アーム１０の機械誤差を推定するため、図８に示すように、データ取得処理部１１０と、角度情報記憶部１２０と、演算処理部１３０と、機構データ記憶部１４０とを含む。
　データ取得処理部１１０は、アーム１０の機械誤差を推定するために必要なアーム１０の各関節における角度情報を取得する。データ取得処理部１１０は、キャリブレーション実行処理部１１１と、角度情報取得部１１３とを含む。キャリブレーション実行処理部１１１は、先端が先端固定治具２０に固定されたアーム１０に対して姿勢を指示する。キャリブレーション実行処理部１１１は、アーム１０の機械誤差を推定するために必要な数だけアーム１０に異なる姿勢を取らせる。キャリブレーション実行処理部１１１の指示に基づき、アーム１０の駆動機構が駆動される。角度情報取得部１１３は、アーム１０の各姿勢において、アーム１０の各関節の角度情報を取得する。アーム１０の各関節には、エンコーダ等の関節の角度を検出する角度検出器が設けられている。角度情報取得部１１３は、角度検出器から各関節の角度情報の入力を受けると、角度情報記憶部１２０に、姿勢毎に角度情報を記憶する。
　角度情報記憶部１２０は、角度情報取得部１１３から入力されたアーム１０の各姿勢における角度情報を記憶する記憶部である。角度情報記憶部１２０に記録された角度情報は、当該アーム１０の機械誤差の推定処理を行う演算処理部１３０によって利用される。
　演算処理部１３０は、アーム１０の機械誤差の推定処理を行う。演算処理部１３０は、機械誤差推定部１３１と、推定データ出力部１３３とを含む。機械誤差推定部１３１は、角度情報記憶部１２０に記憶されたアーム１０の角度情報と、機構データ記憶部１４０が記憶するアーム１０の機構データとに基づき、信頼領域法を用いて機械誤差を推定する。機械誤差推定部１３１による機械誤差の推定処理の詳細な説明は後述する。機械誤差推定部１３１は、機械誤差の推定処理により、例えば図９に示すように、各リンクの並進誤差、回転誤差、たわみ、ロストモーション等の情報を得る。これらの推定結果は、機械誤差データとして、推定データ出力部１３３へ出力される。推定データ出力部１３３は、機械誤差推定部１３１により推定されたアーム１０の機械誤差を推定データとして外部機器へ出力する。
　機構データ記憶部１４０は、アーム１０の機構データを記憶する記憶部である。機構データ記憶部１４０が記憶するアーム１０の機構データとしては、図９に示すように、例えば各リンクのリンク長やリンク質量、関節質量、重心方向、回転方向等がある。これらのデータは予め与えられる情報である。
（２）機械誤差推定処理
　次に、図１１～図１５に基づいて、本実施形態に係る機械誤差の推定処理を説明する。なお、図１１は、本実施形態に係る機械誤差の推定処理を示すフローチャートである。図１２は、本実施形態に係るアーム１０の先端及び先端固定治具２０の一構成例を示す説明図である。図１３は、図１１のステップＳ１４０にて行われる、信頼領域法を用いた機械誤差推定処理を示すフローチャートである。図１４は、本実施形態におけるアームのリンク機構の座標系を示す説明図である。図１５は、本実施形態の機械誤差の推定処理により得られたアームの機械誤差の推定値の一例を示す説明図である。
　まず、図１１に示すように、アーム１０のキャリブレーションを実施するための準備が行われる（Ｓ１００）。ステップＳ１００では、所定の位置に設置されたアーム１０の先端を、任意の位置に設置した先端固定治具２０に固定して、アーム１０をキャリブレーション実施可能な状態にする。
　アーム１０には、例えば図１２に示すように、最先端のリンク１１（図７のリンク７に対応）の先端に、金属製の球状の先端部材１３が接続部材１２により取り付けられている。また、先端部材１３が固定される先端固定治具２０は、基台２１上に支柱２３が設けられており、支柱２３の先端位置がアーム１０への教示位置とされる。支柱２３の先端には、アーム１０の先端部材１３の球状に対応する略半球形状の窪み２５が形成されており、当該窪み２５には、先端部材１３を吸着可能な磁力を有する磁石が設けられている。これにより、アーム１０の先端部材１３と先端固定治具２０の支柱２３の先端の窪み２５とが接続される。これらは球面の一部で接しているため、アーム１０の姿勢が変化しても先端部材１３は窪み２５に連結された状態を維持することができる。
　このように、本実施形態ではキャリブレーションの準備として先端固定治具２０を任意の位置に設置し、アーム１０の先端に取り付けた先端部材１３を先端固定治具２０に固定させるだけでよく、容易にキャリブレーションを実施することができる。
　キャリブレーションの準備を終えると、キャリブレーション実行処理部１１１により、アーム１０への姿勢の教示を開始する（Ｓ１１０）。キャリブレーション実行処理部１１１は、所定数以上の姿勢をアーム１０に教示する。教示する姿勢としては、アーム１０が取り得ると考えられる姿勢を選択し、頻繁に取り得る姿勢についてはその教示データの割合を多くしてもよい。また、アーム１０への教示は、キャリブレーション実行処理部１１１により自動的に行ってもよく、ユーザがアーム１０を動かして教示してもよく、別のロボットが当該アーム１０を動かして教示してもよい。
　アーム１０が教示内容に基づき所定の姿勢を取ると、アーム１０の各関節に設けられた角度検出器により角度がそれぞれ検出され、角度情報取得部１１３に入力される（Ｓ１２０）。角度情報取得部１１３は、角度検出器から各関節の角度情報の入力を受けると、角度情報記憶部１２０に、角度情報を姿勢毎に記憶する。
　その後、キャリブレーション実行処理部１１１は、アーム１０への教示数が所定数、例えば関節数の１０倍以上となったかを判定する（Ｓ１３０）。本実施形態における例では、図９に示したように、アーム１０は１つのリンクあたり１０個の機械誤差のパラメータを有している。これらのパラメータの値を求めるために非線形連立方程式が生成されるが、この非線形連立方程式を解くためには、当該パラメータ数以上の姿勢における角度情報が必要となる。すなわち、ステップＳ１３０では、非線形連立方程式を解くことが可能となる数の角度情報が取得されたか否かを判定している。アーム１０への教示数が関節数の１０倍より少ない場合には、ステップＳ１１０、Ｓ１２０の処理を繰り返す。
　ステップＳ１３０にてアーム１０への教示数が関節数の１０倍以上となったと判定されると、演算処理部１３０の機械誤差推定部１３１により、アーム１０の機械誤差の推定処理が実行される（Ｓ１４０）。
　本実施形態では、ステップＳ１２０にて得られたアーム１０の各関節の角度情報を上記式（２）に適用する。関節数をＬ、教示回数をＮとすれば、Ｌ次１０Ｎ元以上の非線形連立方程式が成立する。これらの非線形連立方程式を解くことによって解を得ることができる。しかし、アーム１０の原点及び当該アーム１０の先端位置の座標が不明であるため、解が無限に存在し、非線形連立方程式を解くことができない。ここで、上記式（２）において先端位置を表す行列Ｍは、下記式（１１）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　ここで、図１２に示すように、アーム１０の先端は先端固定治具２０に固定されているため、直交座標系におけるベクトルＴ（ｘＮ　ｙＮ　ｚＮ）はすべて同一位置となる。したがって、Ｌ次１０Ｎ元以上の非線形連立方程式にベクトルＴの未知数を追加したＬ次（１０Ｎ＋３）元の連立方程式を解くことで、従来必要であったアーム１０の原点及び先端位置の座標値が不明であっても解を得ることができる。
　非線形連立方程式は、図１３のフローチャートに示す処理によって解くことができる。本実施形態では信頼領域法を利用して非線形連立方程式を解く。信頼領域法を利用するにあたり、まず、機械誤差推定部１３１は、アーム１０の各姿勢における関節の角度情報と機構データとに基づき、非線形連立方程式を生成する（Ｓ２００）。
　以下詳細に説明すると、アーム１０の機構データと角度情報とから、アーム１０の先端を求めるには、回転行列と並進行列とを同時に行う同時変換行列を利用するのが一般的である（例えば上記非特許文献１参照）。回転行列をＲ（θ）、移動先のベクトルをＰＡ、アーム１０の原点の位置を表すベクトルをＰＰｒｏｇ、移動元のベクトルをＰＢとすると、同時変換行列は、下記式（１２）のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　このように、同時変換行列は、並進行列とアームの先端の回転行列との積で表現されるが、本実施形態では一般的な同次変換行列とは異なる座標系を設定する。すなわち、一般的な同次変換行列で設定される座標系は、図４に示したような、リンクの根元のジョイントによる回転を反映した後の座標系である。これに対して、本実施形態における座標系は、図１４に示すような、リンクの根元のジョイントの回転を反映する前の座標系とする。これは、誤差行列はジョイントの組み付け誤差を表していることから、ジョイントの回転前に誤差による座標変換をするためである。また、本実施形態における座標系は、図１４に示すように、直前のリンクの長手方向が常にＸ軸になるように設定する。
　本実施形態における座標系では、各リンクの座標変換行列は、一般的な形式と比較して、回転行列と並進行列との作用順序が逆になる。なお、ｉはリンク番号を表す。
　　　一般的な変換行列：Ｔｉ＝（並進行列ｉ）・（先端位置の回転行列ｉ）
　　　本開示の変換行列：Ｔｉ＝（リンク根本の回転行列ｉ）・（並進行列ｉ）
　ここで、誤差の同時変換行列は、下記式（１３）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　アームの根元から先端位置への同時変換行列をＭＲ、リンク数をｎとし、各リンクにおける同時変換行列をＭｎとした場合、誤差を含めた変換行列は、上記式（１２）の同時変換行列と上記式（１３）とより、下記式（１４）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　ここで、各リンクの原点の位置を表すベクトルをＰＰｒｏｇは、図１４に示すように直前のリンクの長手方向が常にＸ軸になるように定義されているので、機構データより設定できる。例えば、根元のリンクのリンク長がＬ０［ｍ］となる場合は、ＰＰｒｏｇ０＝［Ｌ０　０　０］Ｔとなり、その次のリンク１のリンク長がＬ１［ｍ］、Ｙ方向に対するオフセットがＤ［ｍ］である場合は、ＰＰｒｏｇ１＝［Ｌ１　Ｄ　０］Ｔとなる。
　以上より、アームの先端位置のベクトルＰｅｎｄは、アームの角度情報を上記式（１４）の回転行列成分に代入し、原点Ｐｏｒｉｇｉnを下記のように設定することで、下記式（１５）のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　さらに、ＭＲは上記式（１３）より各リンクにそれぞれ１０個の未知数があり、かつ、次元はリンク数分のｎ次となるため、すべての未知数は１０×ｎある。上述したように、この未知数を求めるためには、ｎ次１０×ｎ元の非線形方程式を解くことになり非線形計画法が必要となる。ここで、本実施形態においては、図１２に示したように、アームの先端位置を先端固定治具２０に固定するため、アームに複数の姿勢を教示させ、得られる角度情報を上記式（１５）に適用した場合、Ｐｅｎｄは同一位置となる。よって、アームに１０×ｎ回以上の教示をさせ、それぞれの角度情報を上記式（１５）に代入し、Ｐｅｎｄが同一位置を指すことを利用して１０×ｎ元の非線形方程式を立て、信頼領域法を用いて解を求める。
　信頼領域法による演算処理は上述するが、信頼領域法は基本的に反復法であるため、近似解を方程式に代入し、指定した残差以下になるまで計算を行う。つまり、ｎ回目の反復演算中の先端位置への同時変換行列をＭｎとすれば、下記式（１６）を満たすことになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　しかしながら、この方法では、Ｐｅｎｄが不定となるので、誤差行列の解は得られるものの、条件によっては誤った解が得られる可能性がある。そこで、信頼領域法を用いた数値計算を行うことからＰｅｎｄの座標も変数として扱うことでＰｅｎｄが一意に決まり、精度のよい誤差行列が生成できる。すなわち、ｎ回目のＰｅｎｄをＰｅｎｄｎとすれば、下記式（１７）のように連立方程式を立てることができ、このとき信頼領域で解くべき変数の数は（１０×ｎ＋３）となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　ステップＳ２００にて連立方程式を生成すると、機械誤差推定部１３１は、次に演算処理を行うための初期値を設定する（Ｓ２１０）。初期値は、例えば設計時に既知である機構データを機構データ記憶部１４０から取得して設定してもよい。仮に不明のパラメータがあればゼロを設定する。また、ベクトルＴの初期値については、アーム１０の基本姿勢における値とすればよい。
　さらに、機械誤差推定部１３１は、拘束条件を設定する（Ｓ２２０）。例えば、ステップＳ２１０にて設定した初期値が、実際の機械誤差から大きく外れていた場合、解の収束に時間が掛かる。そこで、拘束条件を設定し、解の収束を早めるようにする。拘束条件には設計上現実的な範囲の値が設定される。例えば図９に示した並進誤差（Δｘ、Δｙ、Δｚ）等については、設計時に許容誤差が設定されている。この許容誤差の数値範囲を拘束条件として設定してもよい。
　ステップＳ２２０までの処理が完了すると、機械誤差推定部１３１は、信頼領域法を適用した演算処理を開始する（Ｓ２３０～Ｓ２８０）。まず、信頼領域法を適用するにあたり、信頼領域半径を設定する（Ｓ２３０）。信頼領域半径は、最初は大きな値が設定されて広く解を探索するようにする。そして、機械誤差推定部１３１は、上述のアルゴリズムに基づき演算処理を行い、解を探索する（Ｓ２４０）。機械誤差推定部１３１は、ステップＳ２４０にて得られた解について、ステップＳ２２０にて設定した拘束条件を満たすか否かを判定する（Ｓ２５０）。得られた解が拘束条件を満たさない場合には、その時点の解にペナルティを与えた後（Ｓ２６０）、ステップＳ２４０からの処理を再び行う。これにより、解の収束を早め、解の精度を向上させる。
　ステップＳ２５０にて拘束条件を満たす解が得られると、機械誤差推定部１３１は、得られた解のうち最善の解をメモリ等に記録した後（Ｓ２７０）、ステップＳ２３０に戻って信頼半径を狭めてステップＳ２４０～Ｓ２７０の処理を繰り返す。最終的に、機械誤差推定部１３１は、得られた解のうち残差の少ない最善の解を選択する（Ｓ２８０）。ステップＳ２８０にて得られた解が、図９に示した機械誤差データの推定値となる。
　図１１の説明に戻り、ステップＳ１４０にて機械誤差が推定されると、推定データ出力部１３３により機械誤差が推定データとして出力される（Ｓ１５０）。例えば、図１５に、本実施形態に係る機械誤差の推定方法により推定された機械誤差データの一例を示す。図１５の機械誤差データは、図５に示した正確な機械誤差を有するアームについて推定したものである。図１５に示す本実施形態に係る機械誤差の推定方法により推定された機械誤差は、図５に示した線形最小二乗法による機械誤差と比較しても、明らかに正確な機械誤差に近い値が推定されている。なお、リンク０の並進誤差については正確な機械誤差から外れた値となっているが、本実施形態はアームの原点と先端位置とを必要としない手法であるから、アームの根本の位置と先端の位置とは相対的なものとなるためである。このためリンク０の誤差を求めることはできないが、キャリブレーションを行う際のデータ取得に関してはアームを静止させるため、リンク０の並進誤差は無視できるレベルとなる。
　（２．３．まとめ）
　以上、本実施形態に係るアームの機械誤差を推定するシステムの構成と、これによる機械誤差の推定方法について説明した。本実施形態に係る機械誤差の推定方法により、容易かつ高精度に機械誤差の推定を行うことができる。したがって、生産現場や極めて高い動作精度を求められる医療機器においても、機械誤差の精度が高まることで、高精度にアームを制御することが可能となり、例えば遠隔操作による手術等への適用も可能となる。また、キャリブレーションを容易に実施できる、アームの製造時あるいはメンテナンス、修理対応時における作業員の工数を削減し、コスト削減にも寄与する。
　例えば、関節軸の回転角度を検出する角度検出器を各軸に有し、複数の関節を有する多軸のアームについては、アームの機構データと製造あるいは組み立てにより発生する誤差とに基づき、並進行列、回転行列、誤差行列を用いてモデル化できる。当該モデルに基づき順運動学を用いて各関節の位置を推定できるが、この際、アームの機械誤差を正しく推定することで、各関節の位置の推定精度を向上させることができる。本実施形態では、アームの先端を、アームが任意の姿勢をとることの可能な先端固定治具により固定して、アームの姿勢を他律もしくは自律で複数の姿勢を取ったときの、各関節の角度情報を取得する。そして、拘束条件付き非線形計画法である信頼領域法を用いて、アームの機械誤差を推定することで、各関節の直交座標系における位置を精度よく算出することができ、アームの先端位置の制御精度を高めることができる。
　また、医療現場、介護現場等のように極めて高い信頼性を求められる領域においても、固定式もしくは自律または他律で移動できるロボットの活用が進んでいる。このようなロボットも、上述のような多軸のアームを備えており、さらに、ロボット制御あるいは画像処理等の演算処理を実行するコンピュータと有線、無線、または光学等のネットワークやシリアル通信機能も有している。すなわち、ロボットは、外部のコンピュータと通信可能であるので遠隔操作も可能であり、単体でも動作できる。アームは、リアルタイムに制御可能であり、アームの先端には、カメラまたはセンサ等の機器を取り付けることができる。アームに取り付けられた機器を緻密に動作させるには、アーム自体の制御精度を高める必要がある。
　そこで、本実施形態に係るアームの機械誤差の推定方法に基づき、機械誤差を推定する。例えば、既知のアームの設計情報（例えば、各アーム、関節の長さ、質量、回転角度検出精度）と、ロボットの製造時あるいは修理等における部品交換時に発生する誤差（例えば、パーツのバラツキ、製造誤差）の補正パラメータとから、機械誤差を推定する。そして、機械誤差をアームの制御時に補正することで、アームの制御精度を向上させることができる。校正、キャリブレーションにより誤差を補正するパラメータに関しては、オフラインもしくはオンラインで取得できるようにしてもよい。
　また、アームは、関節軸の角度検出器を各軸に有する複数の関節を有するが、角度検出器により取得される角度情報は、アームの動作スピードに比べ十分に小さい間隔（例えば１ｍｓ以下）で取得できるようにしてもよい。ここで、角度情報は、関節の角度だけでなく、例えば角速度、各加速度あるいはトルクを含んでもよい。これらの情報とアームの質量あるいは３次元のリンク長等の機構データとから、アームの先端が指し示すエンドポイント（先端位置）を動的順運動学で計算し、推定することもできる。
　さらに、上記システム１は、機械誤差補正部（図示せず。）をさらに備えてもよい。機械誤差補正部は、例えば、リアルタイムにアームの先端位置を推定する装置等に設けることで、アームの機械誤差を補正により更新することができ、安定してアームを精度よく制御することができる。この場合、機械誤差補正部は、例えば装置起動時にテキスト形式（ＣＳＶ、ＸＭＬ、ＪＳＯＮ）あるいはバイナリデータで構成される誤差補正データを読み込み、アーム稼働時に、誤差補正を行うか否かを判定する。例えば、経年劣化や故障等により、機構パラメータが製造時に比べ所定の値よりも誤差が大きくなったとき、所定時間が経過したとき、あるいは、前回推定された機械誤差との差が所定値以上となったとき等に、誤差補正を行うようにしてもよい。これにより、アームによる自律的なメンテナンスも可能となる。
　＜３．ハードウェア構成＞
　次に、図１６を参照して、本開示の実施形態に係る情報処理装置のハードウェア構成について説明する。図１６は、本開示の実施形態に係る情報処理装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。図示された情報処理装置９００は、例えば、上記の実施形態におけるデータ取得処理部１１０、角度情報記憶部１２０、演算処理部１３０、または機構データ記憶部１４０のうち、少なくとも１つの機能部を備える情報処理装置を実現しうる。
　情報処理装置９００は、ＣＰＵ（Central　Processing　unit）９０１、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）９０３、およびＲＡＭ（Random　Access　Memory）９０５を含む。また、情報処理装置９００は、ホストバス９０７、ブリッジ９０９、外部バス９１１、インターフェース９１３、入力装置９１５、出力装置９１７、ストレージ装置９１９、ドライブ９２１、接続ポート９２３、通信装置９２５を含んでもよい。さらに、情報処理装置９００は、必要に応じて、撮像装置９３３、およびセンサ９３５を含んでもよい。情報処理装置９００は、ＣＰＵ９０１に代えて、またはこれとともに、ＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）、またはＦＰＧＡ（Field-Programmable　Gate　Array）などの処理回路を有してもよい。
　ＣＰＵ９０１は、演算処理装置および制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１９、またはリムーバブル記録媒体９２７に記録された各種プログラムに従って、情報処理装置９００内の動作全般またはその一部を制御する。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータなどを記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１の実行において使用するプログラムや、その実行において適宜変化するパラメータなどを一次記憶する。ＣＰＵ９０１、ＲＯＭ９０３、およびＲＡＭ９０５は、ＣＰＵバスなどの内部バスにより構成されるホストバス９０７により相互に接続されている。さらに、ホストバス９０７は、ブリッジ９０９を介して、ＰＣＩ（Peripheral　Component　Interconnect/Interface）バスなどの外部バス９１１に接続されている。
　入力装置９１５は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチおよびレバーなど、ユーザによって操作される装置である。入力装置９１５は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール装置であってもよいし、情報処理装置９００の操作に対応した携帯電話などの外部接続機器９２９であってもよい。入力装置９１５は、ユーザが入力した情報に基づいて入力信号を生成してＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路を含む。ユーザは、この入力装置９１５を操作することによって、情報処理装置９００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりする。
　出力装置９１７は、取得した情報をユーザに対して視覚や聴覚、触覚などの感覚を用いて通知することが可能な装置で構成される。出力装置９１７は、例えば、ＬＣＤ（Liquid　Crystal　Display）または有機ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイなどの表示装置、スピーカまたはヘッドフォンなどの音声出力装置、もしくはバイブレータなどでありうる。出力装置９１７は、情報処理装置９００の処理により得られた結果を、テキストもしくは画像などの映像、音声もしくは音響などの音声、またはバイブレーションなどとして出力する。
　ストレージ装置９１９は、情報処理装置９００の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９１９は、例えば、ＨＤＤ（Hard　Disk　Drive）などの磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、または光磁気記憶デバイスなどにより構成される。ストレージ装置９１９は、例えばＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ、および外部から取得した各種のデータなどを格納する。
　ドライブ９２１は、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリなどのリムーバブル記録媒体９２７のためのリーダライタであり、情報処理装置９００に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ９２１は、装着されているリムーバブル記録媒体９２７に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０５に出力する。また、ドライブ９２１は、装着されているリムーバブル記録媒体９２７に記録を書き込む。
　接続ポート９２３は、機器を情報処理装置９００に接続するためのポートである。接続ポート９２３は、例えば、ＵＳＢ（Universal　Serial　Bus）ポート、ＩＥＥＥ１３９４ポート、ＳＣＳＩ（Small　Computer　System　Interface）ポートなどでありうる。また、接続ポート９２３は、ＲＳ－２３２Ｃポート、光オーディオ端子、ＨＤＭＩ（登録商標）（High-Definition　Multimedia　Interface）ポートなどであってもよい。接続ポート９２３に外部接続機器９２９を接続することで、情報処理装置９００と外部接続機器９２９との間で各種のデータが交換されうる。
　通信装置９２５は、例えば、通信ネットワーク９３１に接続するための通信デバイスなどで構成された通信インターフェースである。通信装置９２５は、例えば、ＬＡＮ（Local　Area　Network）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ－Ｆｉ、またはＷＵＳＢ（Wireless　USB）用の通信カードなどでありうる。また、通信装置９２５は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Asymmetric　Digital　Subscriber　Line）用のルータ、または、各種通信用のモデムなどであってもよい。通信装置９２５は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、ＴＣＰ／ＩＰなどの所定のプロトコルを用いて信号などを送受信する。また、通信装置９２５に接続される通信ネットワーク９３１は、有線または無線によって接続されたネットワークであり、例えば、インターネット、家庭内ＬＡＮ、赤外線通信、ラジオ波通信または衛星通信などを含みうる。
　撮像装置９３３は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary　Metal　Oxide　Semiconductor）またはＣＣＤ（Charge　Coupled　Device）などの撮像素子、および撮像素子への被写体像の結像を制御するためのレンズなどの各種の部材を用いて実空間を撮像し、撮像画像を生成する装置である。撮像装置９３３は、静止画を撮像するものであってもよいし、また動画を撮像するものであってもよい。
　センサ９３５は、例えば、加速度センサ、角速度センサ、地磁気センサ、照度センサ、温度センサ、気圧センサ、または音センサ（マイクロフォン）などの各種のセンサである。センサ９３５は、例えば情報処理装置９００の筐体の姿勢など、情報処理装置９００自体の状態に関する情報や、情報処理装置９００の周辺の明るさや騒音など、情報処理装置９００の周辺環境に関する情報を取得する。また、センサ９３５は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System(s)；全地球航法衛星システム）信号を受信して装置の緯度、経度および高度を測定するＧＰＳ受信機を含んでもよい。
　以上、情報処理装置９００のハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。かかる構成は、実施する時々の技術レベルに応じて適宜変更されうる。
　＜４．応用例＞
　本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、患者の微細部位を拡大観察しながら行う、いわゆるマイクロサージェリーに用いられる顕微鏡手術システムに適用されてもよい。
　図１７は、本開示に係る技術が適用され得る顕微鏡手術システム５３００の概略的な構成の一例を示す図である。図１７を参照すると、顕微鏡手術システム５３００は、顕微鏡装置５３０１と、制御装置５３１７と、表示装置５３１９と、から構成される。なお、以下の顕微鏡手術システム５３００についての説明において、「ユーザ」とは、術者及び助手等、顕微鏡手術システム５３００を使用する任意の医療スタッフのことを意味する。
　顕微鏡装置５３０１は、観察対象（患者の術部）を拡大観察するための顕微鏡部５３０３と、顕微鏡部５３０３を先端で支持するアーム部５３０９と、アーム部５３０９の基端を支持するベース部５３１５と、を有する。
　顕微鏡部５３０３は、略円筒形状の筒状部５３０５と、当該筒状部５３０５の内部に設けられる撮像部（図示せず）と、筒状部５３０５の外周の一部領域に設けられる操作部５３０７と、から構成される。顕微鏡部５３０３は、撮像部によって電子的に撮像画像を撮像する、電子撮像式の顕微鏡部（いわゆるビデオ式の顕微鏡部）である。
　筒状部５３０５の下端の開口面には、内部の撮像部を保護するカバーガラスが設けられる。観察対象からの光（以下、観察光ともいう）は、当該カバーガラスを通過して、筒状部５３０５の内部の撮像部に入射する。なお、筒状部５３０５の内部には例えばＬＥＤ（Light　Emitting　Diode）等からなる光源が設けられてもよく、撮像時には、当該カバーガラスを介して、当該光源から観察対象に対して光が照射されてもよい。
　撮像部は、観察光を集光する光学系と、当該光学系が集光した観察光を受光する撮像素子と、から構成される。当該光学系は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成され、その光学特性は、観察光を撮像素子の受光面上に結像するように調整されている。当該撮像素子は、観察光を受光して光電変換することにより、観察光に対応した信号、すなわち観察像に対応した画像信号を生成する。当該撮像素子としては、例えばＢａｙｅｒ配列を有するカラー撮影可能なものが用いられる。当該撮像素子は、ＣＭＯＳ（Complementary　Metal　Oxide　Semiconductor）イメージセンサ又はＣＣＤ（Charge　Coupled　Device）イメージセンサ等、各種の公知の撮像素子であってよい。撮像素子によって生成された画像信号は、ＲＡＷデータとして制御装置５３１７に送信される。ここで、この画像信号の送信は、好適に光通信によって行われてもよい。手術現場では、術者が撮像画像によって患部の状態を観察しながら手術を行うため、より安全で確実な手術のためには、術部の動画像が可能な限りリアルタイムに表示されることが求められるからである。光通信で画像信号が送信されることにより、低レイテンシで撮像画像を表示することが可能となる。
　なお、撮像部は、その光学系のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って移動させる駆動機構を有してもよい。当該駆動機構によってズームレンズ及びフォーカスレンズが適宜移動されることにより、撮像画像の拡大倍率及び撮像時の焦点距離が調整され得る。また、撮像部には、ＡＥ（Auto　Exposure）機能やＡＦ（Auto　Focus）機能等、一般的に電子撮像式の顕微鏡部に備えられ得る各種の機能が搭載されてもよい。
　また、撮像部は、１つの撮像素子を有するいわゆる単板式の撮像部として構成されてもよいし、複数の撮像素子を有するいわゆる多板式の撮像部として構成されてもよい。撮像部が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、当該撮像部は、立体視（３Ｄ表示）に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、当該撮像部が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、光学系も複数系統が設けられ得る。
　操作部５３０７は、例えば十字レバー又はスイッチ等によって構成され、ユーザの操作入力を受け付ける入力手段である。例えば、ユーザは、操作部５３０７を介して、観察像の拡大倍率及び観察対象までの焦点距離を変更する旨の指示を入力することができる。当該指示に従って撮像部の駆動機構がズームレンズ及びフォーカスレンズを適宜移動させることにより、拡大倍率及び焦点距離が調整され得る。また、例えば、ユーザは、操作部５３０７を介して、アーム部５３０９の動作モード（後述するオールフリーモード及び固定モード）を切り替える旨の指示を入力することができる。なお、ユーザが顕微鏡部５３０３を移動させようとする場合には、当該ユーザは筒状部５３０５を握るように把持した状態で当該顕微鏡部５３０３を移動させる様態が想定される。従って、操作部５３０７は、ユーザが筒状部５３０５を移動させている間でも操作可能なように、ユーザが筒状部５３０５を握った状態で指によって容易に操作しやすい位置に設けられることが好ましい。
　アーム部５３０９は、複数のリンク（第１リンク５３１３ａ～第６リンク５３１３ｆ）が、複数の関節部（第１関節部５３１１ａ～第６関節部５３１１ｆ）によって互いに回動可能に連結されることによって構成される。
　第１関節部５３１１ａは、略円柱形状を有し、その先端（下端）で、顕微鏡部５３０３の筒状部５３０５の上端を、当該筒状部５３０５の中心軸と平行な回転軸（第１軸Ｏ１）まわりに回動可能に支持する。ここで、第１関節部５３１１ａは、第１軸Ｏ１が顕微鏡部５３０３の撮像部の光軸と一致するように構成され得る。これにより、第１軸Ｏ１まわりに顕微鏡部５３０３を回動させることにより、撮像画像を回転させるように視野を変更することが可能になる。
　第１リンク５３１３ａは、先端で第１関節部５３１１ａを固定的に支持する。具体的には、第１リンク５３１３ａは略Ｌ字形状を有する棒状の部材であり、その先端側の一辺が第１軸Ｏ１と直交する方向に延伸しつつ、当該一辺の端部が第１関節部５３１１ａの外周の上端部に当接するように、第１関節部５３１１ａに接続される。第１リンク５３１３ａの略Ｌ字形状の基端側の他辺の端部に第２関節部５３１１ｂが接続される。
　第２関節部５３１１ｂは、略円柱形状を有し、その先端で、第１リンク５３１３ａの基端を、第１軸Ｏ１と直交する回転軸（第２軸Ｏ２）まわりに回動可能に支持する。第２関節部５３１１ｂの基端には、第２リンク５３１３ｂの先端が固定的に接続される。
　第２リンク５３１３ｂは、略Ｌ字形状を有する棒状の部材であり、その先端側の一辺が第２軸Ｏ２と直交する方向に延伸しつつ、当該一辺の端部が第２関節部５３１１ｂの基端に固定的に接続される。第２リンク５３１３ｂの略Ｌ字形状の基端側の他辺には、第３関節部５３１１ｃが接続される。
　第３関節部５３１１ｃは、略円柱形状を有し、その先端で、第２リンク５３１３ｂの基端を、第１軸Ｏ１及び第２軸Ｏ２と互いに直交する回転軸（第３軸Ｏ３）まわりに回動可能に支持する。第３関節部５３１１ｃの基端には、第３リンク５３１３ｃの先端が固定的に接続される。第２軸Ｏ２及び第３軸Ｏ３まわりに顕微鏡部５３０３を含む先端側の構成を回動させることにより、水平面内での顕微鏡部５３０３の位置を変更するように、当該顕微鏡部５３０３を移動させることができる。つまり、第２軸Ｏ２及び第３軸Ｏ３まわりの回転を制御することにより、撮像画像の視野を平面内で移動させることが可能になる。
　第３リンク５３１３ｃは、その先端側が略円柱形状を有するように構成されており、当該円柱形状の先端に、第３関節部５３１１ｃの基端が、両者が略同一の中心軸を有するように、固定的に接続される。第３リンク５３１３ｃの基端側は角柱形状を有し、その端部に第４関節部５３１１ｄが接続される。
　第４関節部５３１１ｄは、略円柱形状を有し、その先端で、第３リンク５３１３ｃの基端を、第３軸Ｏ３と直交する回転軸（第４軸Ｏ４）まわりに回動可能に支持する。第４関節部５３１１ｄの基端には、第４リンク５３１３ｄの先端が固定的に接続される。
　第４リンク５３１３ｄは、略直線状に延伸する棒状の部材であり、第４軸Ｏ４と直交するように延伸しつつ、その先端の端部が第４関節部５３１１ｄの略円柱形状の側面に当接するように、第４関節部５３１１ｄに固定的に接続される。第４リンク５３１３ｄの基端には、第５関節部５３１１ｅが接続される。
　第５関節部５３１１ｅは、略円柱形状を有し、その先端側で、第４リンク５３１３ｄの基端を、第４軸Ｏ４と平行な回転軸（第５軸Ｏ５）まわりに回動可能に支持する。第５関節部５３１１ｅの基端には、第５リンク５３１３ｅの先端が固定的に接続される。第４軸Ｏ４及び第５軸Ｏ５は、顕微鏡部５３０３を上下方向に移動させ得る回転軸である。第４軸Ｏ４及び第５軸Ｏ５まわりに顕微鏡部５３０３を含む先端側の構成を回動させることにより、顕微鏡部５３０３の高さ、すなわち顕微鏡部５３０３と観察対象との距離を調整することができる。
　第５リンク５３１３ｅは、一辺が鉛直方向に延伸するとともに他辺が水平方向に延伸する略Ｌ字形状を有する第１の部材と、当該第１の部材の水平方向に延伸する部位から鉛直下向きに延伸する棒状の第２の部材と、が組み合わされて構成される。第５リンク５３１３ｅの第１の部材の鉛直方向に延伸する部位の上端近傍に、第５関節部５３１１ｅの基端が固定的に接続される。第５リンク５３１３ｅの第２の部材の基端（下端）には、第６関節部５３１１ｆが接続される。
　第６関節部５３１１ｆは、略円柱形状を有し、その先端側で、第５リンク５３１３ｅの基端を、鉛直方向と平行な回転軸（第６軸Ｏ６）まわりに回動可能に支持する。第６関節部５３１１ｆの基端には、第６リンク５３１３ｆの先端が固定的に接続される。
　第６リンク５３１３ｆは鉛直方向に延伸する棒状の部材であり、その基端はベース部５３１５の上面に固定的に接続される。
　第１関節部５３１１ａ～第６関節部５３１１ｆの回転可能範囲は、顕微鏡部５３０３が所望の動きを可能であるように適宜設定されている。これにより、以上説明した構成を有するアーム部５３０９においては、顕微鏡部５３０３の動きに関して、並進３自由度及び回転３自由度の計６自由度の動きが実現され得る。このように、顕微鏡部５３０３の動きに関して６自由度が実現されるようにアーム部５３０９を構成することにより、アーム部５３０９の可動範囲内において顕微鏡部５３０３の位置及び姿勢を自由に制御することが可能になる。従って、あらゆる角度から術部を観察することが可能となり、手術をより円滑に実行することができる。
　なお、図示するアーム部５３０９の構成はあくまで一例であり、アーム部５３０９を構成するリンクの数及び形状（長さ）、並びに関節部の数、配置位置及び回転軸の方向等は、所望の自由度が実現され得るように適宜設計されてよい。例えば、上述したように、顕微鏡部５３０３を自由に動かすためには、アーム部５３０９は６自由度を有するように構成されることが好ましいが、アーム部５３０９はより大きな自由度（すなわち、冗長自由度）を有するように構成されてもよい。冗長自由度が存在する場合には、アーム部５３０９においては、顕微鏡部５３０３の位置及び姿勢が固定された状態で、アーム部５３０９の姿勢を変更することが可能となる。従って、例えば表示装置５３１９を見る術者の視界にアーム部５３０９が干渉しないように当該アーム部５３０９の姿勢を制御する等、術者にとってより利便性の高い制御が実現され得る。
　ここで、第１関節部５３１１ａ～第６関節部５３１１ｆには、モータ等の駆動機構、及び各関節部における回転角度を検出するエンコーダ等が搭載されたアクチュエータが設けられ得る。そして、第１関節部５３１１ａ～第６関節部５３１１ｆに設けられる各アクチュエータの駆動が制御装置５３１７によって適宜制御されることにより、アーム部５３０９の姿勢、すなわち顕微鏡部５３０３の位置及び姿勢が制御され得る。具体的には、制御装置５３１７は、エンコーダによって検出された各関節部の回転角度についての情報に基づいて、アーム部５３０９の現在の姿勢、並びに顕微鏡部５３０３の現在の位置及び姿勢を把握することができる。制御装置５３１７は、把握したこれらの情報を用いて、ユーザからの操作入力に応じた顕微鏡部５３０３の移動を実現するような各関節部に対する制御値（例えば、回転角度又は発生トルク等）を算出し、当該制御値に応じて各関節部の駆動機構を駆動させる。なお、この際、制御装置５３１７によるアーム部５３０９の制御方式は限定されず、力制御又は位置制御等、各種の公知の制御方式が適用されてよい。
　例えば、術者が、図示しない入力装置を介して適宜操作入力を行うことにより、当該操作入力に応じて制御装置５３１７によってアーム部５３０９の駆動が適宜制御され、顕微鏡部５３０３の位置及び姿勢が制御されてよい。当該制御により、顕微鏡部５３０３を任意の位置から任意の位置まで移動させた後、その移動後の位置で固定的に支持することができる。なお、当該入力装置としては、術者の利便性を考慮して、例えばフットスイッチ等、術者が手に術具を有していても操作可能なものが適用されることが好ましい。また、ウェアラブルデバイスや手術室内に設けられるカメラを用いたジェスチャ検出や視線検出に基づいて、非接触で操作入力が行われてもよい。これにより、清潔域に属するユーザであっても、不潔域に属する機器をより自由度高く操作することが可能になる。あるいは、アーム部５３０９は、いわゆるマスタースレイブ方式で操作されてもよい。この場合、アーム部５３０９は、手術室から離れた場所に設置される入力装置を介してユーザによって遠隔操作され得る。
　また、力制御が適用される場合には、ユーザからの外力を受け、その外力にならってスムーズにアーム部５３０９が移動するように第１関節部５３１１ａ～第６関節部５３１１ｆのアクチュエータが駆動される、いわゆるパワーアシスト制御が行われてもよい。これにより、ユーザが、顕微鏡部５３０３を把持して直接その位置を移動させようとする際に、比較的軽い力で顕微鏡部５３０３を移動させることができる。従って、より直感的に、より簡易な操作で顕微鏡部５３０３を移動させることが可能となり、ユーザの利便性を向上させることができる。
　また、アーム部５３０９は、ピボット動作をするようにその駆動が制御されてもよい。ここで、ピボット動作とは、顕微鏡部５３０３の光軸が空間上の所定の点（以下、ピボット点という）を常に向くように、顕微鏡部５３０３を移動させる動作である。ピボット動作によれば、同一の観察位置を様々な方向から観察することが可能となるため、より詳細な患部の観察が可能となる。なお、顕微鏡部５３０３が、その焦点距離を調整不可能に構成される場合には、顕微鏡部５３０３とピボット点との距離が固定された状態でピボット動作が行われることが好ましい。この場合には、顕微鏡部５３０３とピボット点との距離を、顕微鏡部５３０３の固定的な焦点距離に調整しておけばよい。これにより、顕微鏡部５３０３は、ピボット点を中心とする焦点距離に対応する半径を有する半球面（図１７に概略的に図示する）上を移動することとなり、観察方向を変更しても鮮明な撮像画像が得られることとなる。一方、顕微鏡部５３０３が、その焦点距離を調整可能に構成される場合には、顕微鏡部５３０３とピボット点との距離が可変な状態でピボット動作が行われてもよい。この場合には、例えば、制御装置５３１７は、エンコーダによって検出された各関節部の回転角度についての情報に基づいて、顕微鏡部５３０３とピボット点との距離を算出し、その算出結果に基づいて顕微鏡部５３０３の焦点距離を自動で調整してもよい。あるいは、顕微鏡部５３０３にＡＦ機能が設けられる場合であれば、ピボット動作によって顕微鏡部５３０３とピボット点との距離が変化するごとに、当該ＡＦ機能によって自動で焦点距離の調整が行われてもよい。
　また、第１関節部５３１１ａ～第６関節部５３１１ｆには、その回転を拘束するブレーキが設けられてもよい。当該ブレーキの動作は、制御装置５３１７によって制御され得る。例えば、顕微鏡部５３０３の位置及び姿勢を固定したい場合には、制御装置５３１７は各関節部のブレーキを作動させる。これにより、アクチュエータを駆動させなくてもアーム部５３０９の姿勢、すなわち顕微鏡部５３０３の位置及び姿勢が固定され得るため、消費電力を低減することができる。顕微鏡部５３０３の位置及び姿勢を移動したい場合には、制御装置５３１７は、各関節部のブレーキを解除し、所定の制御方式に従ってアクチュエータを駆動させればよい。
　このようなブレーキの動作は、上述した操作部５３０７を介したユーザによる操作入力に応じて行われ得る。ユーザは、顕微鏡部５３０３の位置及び姿勢を移動したい場合には、操作部５３０７を操作し、各関節部のブレーキを解除させる。これにより、アーム部５３０９の動作モードが、各関節部における回転を自由に行えるモード（オールフリーモード）に移行する。また、ユーザは、顕微鏡部５３０３の位置及び姿勢を固定したい場合には、操作部５３０７を操作し、各関節部のブレーキを作動させる。これにより、アーム部５３０９の動作モードが、各関節部における回転が拘束されたモード（固定モード）に移行する。
　制御装置５３１７は、顕微鏡装置５３０１及び表示装置５３１９の動作を制御することにより、顕微鏡手術システム５３００の動作を統括的に制御する。例えば、制御装置５３１７は、所定の制御方式に従って第１関節部５３１１ａ～第６関節部５３１１ｆのアクチュエータを動作させることにより、アーム部５３０９の駆動を制御する。また、例えば、制御装置５３１７は、第１関節部５３１１ａ～第６関節部５３１１ｆのブレーキの動作を制御することにより、アーム部５３０９の動作モードを変更する。また、例えば、制御装置５３１７は、顕微鏡装置５３０１の顕微鏡部５３０３の撮像部によって取得された画像信号に各種の信号処理を施すことにより、表示用の画像データを生成するとともに、当該画像データを表示装置５３１９に表示させる。当該信号処理では、例えば現像処理（デモザイク処理）、高画質化処理（帯域強調処理、超解像処理、ＮＲ（Noise　reduction）処理及び／又は手ブレ補正処理等）及び／又は拡大処理（すなわち、電子ズーム処理）等、各種の公知の信号処理が行われてよい。
　なお、制御装置５３１７と顕微鏡部５３０３との通信、及び制御装置５３１７と第１関節部５３１１ａ～第６関節部５３１１ｆとの通信は、有線通信であってもよいし無線通信であってもよい。有線通信の場合には、電気信号による通信が行われてもよいし、光通信が行われてもよい。この場合、有線通信に用いられる伝送用のケーブルは、その通信方式に応じて電気信号ケーブル、光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルとして構成され得る。一方、無線通信の場合には、手術室内に伝送ケーブルを敷設する必要がなくなるため、当該伝送ケーブルによって医療スタッフの手術室内の移動が妨げられる事態が解消され得る。
　制御装置５３１７は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、ＧＰＵ（Graphics　Processing　Unit）等のプロセッサ、又はプロセッサとメモリ等の記憶素子が混載されたマイコン若しくは制御基板等であり得る。制御装置５３１７のプロセッサが所定のプログラムに従って動作することにより、上述した各種の機能が実現され得る。なお、図示する例では、制御装置５３１７は、顕微鏡装置５３０１と別個の装置として設けられているが、制御装置５３１７は、顕微鏡装置５３０１のベース部５３１５の内部に設置され、顕微鏡装置５３０１と一体的に構成されてもよい。あるいは、制御装置５３１７は、複数の装置によって構成されてもよい。例えば、顕微鏡部５３０３や、アーム部５３０９の第１関節部５３１１ａ～第６関節部５３１１ｆにそれぞれマイコンや制御基板等が配設され、これらが互いに通信可能に接続されることにより、制御装置５３１７と同様の機能が実現されてもよい。
　表示装置５３１９は、手術室内に設けられ、制御装置５３１７からの制御により、当該制御装置５３１７によって生成された画像データに対応する画像を表示する。つまり、表示装置５３１９には、顕微鏡部５３０３によって撮影された術部の画像が表示される。なお、表示装置５３１９は、術部の画像に代えて、又は術部の画像とともに、例えば患者の身体情報や手術の術式についての情報等、手術に関する各種の情報を表示してもよい。この場合、表示装置５３１９の表示は、ユーザによる操作によって適宜切り替えられてよい。あるいは、表示装置５３１９は複数設けられてもよく、複数の表示装置５３１９のそれぞれに、術部の画像や手術に関する各種の情報が、それぞれ表示されてもよい。なお、表示装置５３１９としては、液晶ディスプレイ装置又はＥＬ（Electro　Luminescence）ディスプレイ装置等、各種の公知の表示装置が適用されてよい。
　図１８は、図１７に示す顕微鏡手術システム５３００を用いた手術の様子を示す図である。図１８では、術者５３２１が、顕微鏡手術システム５３００を用いて、患者ベッド５３２３上の患者５３２５に対して手術を行っている様子を概略的に示している。なお、図１８では、簡単のため、顕微鏡手術システム５３００の構成のうち制御装置５３１７の図示を省略するとともに、顕微鏡装置５３０１を簡略化して図示している。
　図１８に示すように、手術時には、顕微鏡手術システム５３００を用いて、顕微鏡装置５３０１によって撮影された術部の画像が、手術室の壁面に設置される表示装置５３１９に拡大表示される。表示装置５３１９は、術者５３２１と対向する位置に設置されており、術者５３２１は、表示装置５３１９に映し出された映像によって術部の様子を観察しながら、例えば患部の切除等、当該術部に対して各種の処置を行う。
　以上、本開示に係る技術が適用され得る顕微鏡手術システム５３００の一例について説明した。なお、ここでは、一例として顕微鏡手術システム５３００について説明したが、本開示に係る技術が適用され得るシステムはかかる例に限定されない。例えば、顕微鏡装置５３０１は、その先端に顕微鏡部５３０３に代えて他の観察装置や他の術具を支持する、支持アーム装置としても機能し得る。当該他の観察装置としては、例えば内視鏡が適用され得る。また、当該他の術具としては、鉗子、攝子、気腹のための気腹チューブ、又は焼灼によって組織の切開や血管の封止を行うエネルギー処置具等が適用され得る。これらの観察装置や術具を支持アーム装置によって支持することにより、医療スタッフが人手で支持する場合に比べて、より安定的に位置を固定することが可能となるとともに、医療スタッフの負担を軽減することが可能となる。本開示に係る技術は、このような顕微鏡部以外の構成を支持する支持アーム装置に適用されてもよい。
　本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、顕微鏡装置５３０１のアーム部５３０９の機械誤差の推定に好適に適用され得る。アーム部５３０９の機械誤差の推定に本開示に係る技術を適用することにより、アーム部５３０９の有する機械誤差を高精度に推定することができる結果、アーム部５３０９を高精度に制御することができる。そして、顕微鏡部５３０３の位置及び姿勢をより高精度に制御可能となるため、より安定的に術部画像を得ることができ、手術をより安全に行うことが可能になる。
　さらに、本開示に係る技術は、顕微鏡部５３０３及び上述の観察装置や他の術具を支持する支持アーム装置のみならず、生産ラインに設置される産業用ロボット、その他の多目的用途のロボットアームの機械誤差の推定にも適用可能である。
　以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
　また、本開示の実施形態は、例えば、上記で説明したような情報処理装置（例えばサーバ）、システム、情報処理装置またはシステムで実行される情報処理方法、情報処理装置を機能させるためのプログラム、およびプログラムが記録された一時的でない有形の媒体を含みうる。
　さらに、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
　なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
　複数の関節を有する多軸のアームの先端を固定した状態で、複数の姿勢について前記アームの各前記関節の角度を角度情報として取得する角度情報取得部と、
　前記角度情報と前記アームの機構情報とに基づいて、前記アームの機械誤差を推定する機械誤差推定部と、
を備える、情報処理装置。
（２）
　前記機械誤差推定部は、
　前記角度情報と前記アームの機構情報とに基づいて、非線形連立方程式を生成し、
　信頼領域法を用いて得た前記非線形連立方程式の解を、前記アームの機械誤差とする、前記（１）に記載の情報処理装置。
（３）
　前記機械誤差推定部は、前記信頼領域法による前記非線形連立方程式の演算処理において、前記解に対する拘束条件を設定する、前記（２）に記載の情報処理装置。
（４）
　前記機械誤差推定部は、前記アームの各前記関節における座標系の一軸を、当該関節にて連結するリンクのうち原点側のリンクの長手方向に沿って設定する、前記（２）または（３）に記載の情報処理装置。
（５）
　前記角度情報取得部は、少なくとも前記アームの関節数の１０倍以上の姿勢について、前記アームの各前記関節の角度を取得する、前記（１）～（４）のいずれか１項に記載の情報処理装置。
（６）
　前記機械誤差推定部により取得された機械誤差に基づいて、現在の前記アームの機械誤差を補正する機械誤差補正部を備える、前記（１）～（５）のいずれか１項に記載の情報処理装置。
（７）
　前記アームは、内視鏡を支持する支持アーム装置である、前記（１）～（６）のいずれか１項に記載の情報処理装置。
（８）
　複数の関節を有する多軸のアームの先端を固定した状態で、複数の姿勢について前記アームの各前記関節の角度を角度情報として取得すること、
　前記角度情報と前記アームの機構情報とに基づいて、前記アームの機械誤差を推定すること、
を含む、情報処理方法。
（９）
　複数の関節を有する多軸のアームと、
　前記アームの先端を固定する先端固定治具と、
　前記アームの機械誤差を推定する情報処理装置と、
からなり、
　前記情報処理装置は、
　複数の姿勢について前記アームの各前記関節の角度を角度情報として取得する角度情報取得部と、
　前記角度情報と前記アームの機構情報とに基づいて、前記アームの機械誤差を推定する機械誤差推定部と、
を備える、キャリブレーションシステム。
（１０）
　前記アームの先端には、金属製の球状の先端部材が設けられ、
　前記先端固定治具には、前記先端部材の形状に対応する形状を有し、磁石が設けられた窪みが形成されている、前記（９）に記載のキャリブレーションシステム。
　１　　　システム
　１０　　アーム
　１３　　先端部材
　２０　　先端固定治具
　２１　　基台
　２３　　支柱
　１１０　データ取得処理部
　１１１　キャリブレーション実行処理部
　１１３　角度情報取得部
　１２０　角度情報記憶部
　１３０　演算処理部
　１３１　機械誤差推定部
　１３３　推定データ出力部
　１４０　機構データ記憶部

Claims (10)

  1. 　複数の関節を有する多軸のアームの先端を固定した状態で、複数の姿勢について前記アームの各前記関節の角度を角度情報として取得する角度情報取得部と、
    　前記角度情報と前記アームの機構情報とに基づいて、前記アームの機械誤差を推定する機械誤差推定部と、
    を備える、情報処理装置。
  2. 　前記機械誤差推定部は、
    　前記角度情報と前記アームの機構情報とに基づいて、非線形連立方程式を生成し、
    　信頼領域法を用いて得た前記非線形連立方程式の解を、前記アームの機械誤差とする、請求項１に記載の情報処理装置。
  3. 　前記機械誤差推定部は、前記信頼領域法による前記非線形連立方程式の演算処理において、前記解に対する拘束条件を設定する、請求項２に記載の情報処理装置。
  4. 　前記機械誤差推定部は、前記アームの各前記関節における座標系の一軸を、当該関節にて連結するリンクのうち原点側のリンクの長手方向に沿って設定する、請求項２に記載の情報処理装置。
  5. 　前記角度情報取得部は、少なくとも前記アームの関節数の１０倍以上の姿勢について、前記アームの各前記関節の角度を取得する、請求項１に記載の情報処理装置。
  6. 　前記機械誤差推定部により取得された機械誤差に基づいて、現在の前記アームの機械誤差を補正する機械誤差補正部を備える、請求項１に記載の情報処理装置。
  7. 　前記アームは、内視鏡を支持する支持アーム装置である、請求項１に記載の情報処理装置。
  8. 　複数の関節を有する多軸のアームの先端を固定した状態で、複数の姿勢について前記アームの各前記関節の角度を角度情報として取得すること、
    　前記角度情報と前記アームの機構情報とに基づいて、前記アームの機械誤差を推定すること、
    を含む、情報処理方法。
  9. 　複数の関節を有する多軸のアームと、
    　前記アームの先端を固定する先端固定治具と、
    　前記アームの機械誤差を推定する情報処理装置と、
    からなり、
    　前記情報処理装置は、
    　複数の姿勢について前記アームの各前記関節の角度を角度情報として取得する角度情報取得部と、
    　前記角度情報と前記アームの機構情報とに基づいて、前記アームの機械誤差を推定する機械誤差推定部と、
    を備える、キャリブレーションシステム。
  10. 　前記アームの先端には、金属製の球状の先端部材が設けられ、
    　前記先端固定治具には、前記先端部材の形状に対応する形状を有し、磁石が設けられた窪みが形成されている、請求項９に記載のキャリブレーションシステム。
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