(57)【要約】【課題】ロボットアームの相対位置を知ることなくロボットアーム同士の衝突を検出する。【解決手段】ロボットシステムは、第１，第２のロボット及び制御ユニットを備える。前記ロボットは、各ジョイントを駆動して動かす駆動部、ならびに当該ジョイントを検知対象とする位置センサおよびトルクセンサを備える。前記制御ユニットは、位置センサからの入力が示すアーム形状構成における、第１および第２のロボットのアームのジョイントの重力トルクを特定し、トルクセンサからの入力および特定した重力トルクから、示されたアーム形状構成での第１，第２のロボットのアームのジョイントの残留トルクを特定し、各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを発生させ得る少なくとも１つの力候補を算出し、第１のロボットのアームの少なくとも１つの力候補が第２のロボットのアームの逆向きの力候補と釣り合う場合に、衝突であると判定する。【選択図】図３
2021531846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台および当該基台から器具の取付部へと延びるアームをそれぞれ有する、第１のロボットおよび第２のロボットであって、前記アームは、当該アームの形状構成を変化させることが可能な複数のジョイントを具備し、当該ロボットは、各ジョイントにつき、当該ジョイントを駆動して動かすように構成された駆動部、ならびに当該ジョイントを検知対象とするように構成された位置センサおよびトルクセンサを備える、第１のロボットおよび第２のロボットと、
前記位置センサおよびトルクセンサからの入力を受け取って、受け取った当該入力に応じて前記駆動部を制御するように構成された制御ユニットと、
を備える、ロボットシステムであって、
前記制御ユニットは、
前記位置センサからの前記入力が示すアーム形状構成における、前記第１および第２のロボットの前記アームの前記ジョイントの重力トルクを特定して、
前記トルクセンサからの前記入力および特定した前記重力トルクから、示された前記アーム形状構成での前記第１および第２のロボットの前記アームの前記ジョイントの残留トルクを特定して、
各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを発生させ得る少なくとも１つの力候補を算出し、
前記第１のロボットの前記アームの少なくとも１つの力候補が前記第２のロボットの前記アームの逆向きの力候補と釣り合う場合に、衝突であると判定する
ように構成されている、ロボットシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、衝突であると判定した場合、前記第１および第２のロボットの前記アームの動きを阻止するように前記駆動部を制御するよう構成されている、ロボットシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、衝突であると判定した場合、前記第１および第２のロボットの前記アームを接触点から遠ざけるように前記駆動部を制御するよう構成されている、ロボットシステム。
【請求項４】
請求項２または３に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、前記力候補が力閾値を上回った場合にのみ同請求項に記載のように前記駆動部の制御を行うよう構成されている、ロボットシステム。
【請求項５】
請求項２から４のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、前記力候補の時間プロファイルの勾配が勾配閾値を上回った場合にのみ同請求項に記載のように前記駆動部の制御を行うよう構成されている、ロボットシステム。
【請求項６】
請求項２から５のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、期間閾値よりも短い期間のあいだ前記力候補の大きさが基準値を上回った場合にのみ同請求項に記載のように前記駆動部の制御を行うよう構成されている、ロボットシステム。
【請求項７】
請求項２から６のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、さらに、
基台および当該基台から器具の取付部へと延びるアームをそれぞれ含む、追加のロボットであって、前記アームは、当該アームの形状構成を変化させることが可能な複数のジョイントを具備し、当該ロボットは、各ジョイントにつき、当該ジョイントを駆動して動かすように構成された駆動部、ならびに当該ジョイントを検知対象とするように構成された位置センサおよびトルクセンサを含む、追加のロボット、
を備え、前記制御ユニットは、
前記位置センサからの前記入力が示す前記アーム形状構成における、前記追加のロボットの前記アームの前記ジョイントの重力トルクを特定して、
前記トルクセンサからの前記入力および特定した前記重力トルクから、示された前記アーム形状構成での前記追加のロボットの前記アームの前記ジョイントの残留トルクを特定して、
前記追加のロボットの各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを発生させ得る少なくとも１つの力候補を算出し、
衝突であると判定した場合であって、前記第２のロボットの前記アームの逆向きの力候補と釣り合う前記第１のロボットの前記アームの前記力候補が、追加のロボットの前記アームの逆向きの力候補とは釣り合わない場合にのみ、同請求項に記載のように前記駆動部の制御を行う
よう構成されている、ロボットシステム。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、判定した前記衝突時の前記第１のロボットの前記アームの形状構成および前記第２のロボットの前記アームの形状構成を記憶し、その後、前記第１のロボットおよび前記第２のロボットの双方が、記憶された前記形状構成を同時に採ることを阻止するように構成されている、ロボットシステム。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、判定した前記衝突から前記第１のロボットの前記アームと前記第２のロボットの前記アームとの相対的な位置を特定して、その後、前記相対的な位置と同一の相対的な位置を前記第１のロボットの前記アームおよび前記第２のロボットの前記アームが同時に採ることを阻止するように構成されている、ロボットシステム。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、前記第１のロボットと前記第２のロボットとの相対的な位置を知ることなく同請求項に記載のように動作するように構成されている、ロボットシステム。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、前記第１および第２のロボットが互いに所定の向きを各自採っていると仮定するように構成されている、ロボットシステム。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを発生させ得る単一の力候補を算出するように構成されている、ロボットシステム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、前記示されたアーム形状構成での前記第１のロボットの前記アームに作用したときに当該第１のロボットの当該アームの前記ジョイントの前記特定した残留トルクを発生させ得る単一の力候補が存在しなかった場合、衝突が起こらなかったと判定するように構成されている、ロボットシステム。
【請求項１４】
請求項１から１１のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを発生させ得る単一の力候補範囲を算出するように構成されている、ロボットシステム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のロボットシステムにおいて、前記単一の力候補範囲が、大きさ候補範囲および作用線候補範囲を含む、ロボットシステム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、前記第１のロボットの前記アームの前記作用線候補範囲が前記第２のロボットの前記アームの前記作用線候補範囲と重ならない場合、衝突が起こらなかったと判定するように構成されている、ロボットシステム。
【請求項１７】
請求項１５または１６に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、前記第１のロボットの前記アームの前記作用線候補範囲が前記第２のロボットの前記アームの前記作用線候補範囲内の作用線と反対方向の作用線を含んでいない場合、衝突が起こらなかったと判定するように構成されている、ロボットシステム。
【請求項１８】
請求項１５から１７のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、前記第１のロボットの前記アームの前記大きさ候補範囲が前記第２のロボットの前記アームの前記大きさ候補範囲と重ならない場合、衝突が起こらなかったと判定するように構成されている、ロボットシステム。
【請求項１９】
請求項１から１１のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを各自発生させたかもしれない複数の力候補を特定するように構成されており、当該複数の力候補は、２つ以上の個別力候補の合成である合成力候補を構成し、前記制御ユニットは、前記第１のロボットの前記アームの所与の合成力候補における個別力候補が前記第２のロボットの前記アームの逆向きの力候補と釣り合う場合に、衝突であると判定するように構成されている、ロボットシステム。
【請求項２０】
請求項１から１９のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、当該ロボットシステムが手術ロボットシステムであり、前記第１および第２のロボットが手術用ロボットである、ロボットシステム。
【請求項２１】
ロボットシステムの、基台および当該基台から器具の取付部へと延びるアームをそれぞれ含む、第１のロボットと第２のロボットとの衝突を判定する方法であって、前記アームは、当該アームの形状構成を変化させることが可能な複数のジョイントを具備し、前記ロボットは、各ジョイントにつき、当該ジョイントを駆動して動かすように構成された駆動部、ならびに当該ジョイントを検知対象とするように構成された位置センサおよびトルクセンサを含み、前記ロボットシステムは、さらに、前記位置センサおよびトルクセンサからの入力を受け取って、受け取った当該入力に応じて前記駆動部を制御する制御ユニットを備え、当該方法は、
前記位置センサからの前記入力が示すアーム形状構成における、前記第１および第２のロボットの前記アームの前記ジョイントの重力トルクを特定する過程と、
前記トルクセンサからの前記入力および特定した前記重力トルクから、示された前記アーム形状構成での前記第１および第２のロボットの前記アームの前記ジョイントの残留トルクを特定する過程と、
各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを発生させ得る少なくとも１つの力候補を算出する過程と、
前記第１のロボットの前記アームの少なくとも１つの力候補が前記第２のロボットの前記アームの逆向きの力候補と釣り合う場合に、衝突であると判定する過程と、
を備える、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ロボット、特には手術用ロボットの動作の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に、共通の作業空間で動作している複数のロボット１０１，１０２，１０３を示す。本例において、これらのロボットは、人間１０４に手術を実施するのに用いられる手術用ロボットである。各ロボットは、基台がフレキシブルアームを介して手術器具と連結したものである。それらのロボットは、この例では外科医によって遠隔で操作される。その外科医は、図２に示す外科医コンソール２００に位置している。その外科医は、ハンドコントローラ２０１，２０２を操縦する。制御システムにより、当該ハンドコントローラの動作が、手術用ロボットのアームジョイント及び／又は手術器具エンドエフェクタを動かす制御信号へと変換される。複数のロボットが、同時に動かされ得る。
【０００３】
ロボットアーム同士を共通の作業空間で動作させると、これらのロボットアームが互いに衝突する恐れがある。これは、ロボットの動作領域が他のロボットの動作領域と著しく重複してしまうほど共通の作業空間が狭小である場合に特に起こり易い。上記の外科医−ロボットシステムのようなマスタ−スレーブマニピュレータシステムでは、ロボットアームの動作が予め決められているのではなく外科医の入力に応じて執行されるものであるため、衝突の可能性が高くなる。
【０００４】
複数のロボットを有するマスタ−スレーブマニピュレータシステムでは、全てのロボットを共通のシャーシに取り付けることが知られている。この場合、ロボットの基台同士の相対的な位置が既知のものとなる。各ロボットアームの姿勢については、センサデータを用いて特定することが可能である。これにより、ロボットアーム上の各点の位置に対する別のロボットアーム上の各点の位置を特定することができる。制御システムは、この情報を用いることで、ロボットアーム同士の差し迫った衝突を検出し、衝突を阻止するよう当該ロボットアーム同士の動きを変更することが可能である。
【０００５】
ロボット同士を共通のシャーシに取り付けずに互いに独立に取り付けているシステムでは、所与のロボットに対する別のロボットの位置がそもそも既知でない。ロボット同士の相対的な位置を特定しないと、上記の仕組みを利用して衝突を検出したり阻止したりすることができない。さらに、衝突が起こっても、ロボットアームのどの部分が衝突したのかを特定することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ロボットアーム同士の相対的な位置についての情報がなくともロボットアーム同士の衝突を検出する制御システムが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の態様では、ロボットシステムが提供される。当該ロボットシステムは、第１および第２のロボットならびに制御ユニットを備える。当該第１および第２のロボットは、基台および当該基台から器具の取付部へと延びるアームをそれぞれ含む。当該アームは、当該アームの形状構成を変化させることが可能な複数のジョイントを具備している。前記ロボットは、各ジョイントにつき、当該ジョイントを駆動して動かすように構成された駆動部、ならびに当該ジョイントを検知対象とするように構成された位置センサおよびトルクセンサを含む。前記制御ユニットは、前記位置センサおよびトルクセンサからの入力を受け取って、受け取った当該入力に応じて前記駆動部を制御するように構成されている。前記制御ユニットは、前記位置センサからの前記入力が示すアーム形状構成における、前記第１および第２のロボットの前記アームの前記ジョイントの重力トルクを特定して、前記トルクセンサからの前記入力および特定した前記重力トルクから、示された前記アーム形状構成での前記第１および第２のロボットの前記アームの前記ジョイントの残留トルクを特定して、各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを発生させ得る少なくとも１つの力候補を算出し、前記第１のロボットの前記アームの少なくとも１つの力候補が前記第２のロボットの前記アームの逆向きの力候補と釣り合う場合に、衝突であると判定するように構成されている。
【０００８】
前記制御ユニットは、衝突であると判定した場合、前記第１および第２のロボットの前記アームの動きを阻止するように前記駆動部を制御し得る。
【０００９】
前記制御ユニットは、衝突であると判定した場合、前記第１および第２のロボットの前記アームを接触点から遠ざけるように前記駆動部を制御し得る。
【００１０】
前記制御ユニットは、前記力候補が力閾値を上回った場合にのみ前記駆動部の制御を行い得る。
【００１１】
前記制御ユニットは、前記力候補の時間プロファイルの勾配が勾配閾値を上回った場合にのみ前記駆動部の制御を行い得る。
【００１２】
前記制御ユニットは、期間閾値よりも短い期間のあいだ前記力候補の大きさが基準値を上回った場合にのみ前記駆動部の制御を行い得る。
【００１３】
前記ロボットシステムは、さらに、追加のロボットを備え得る。当該追加のロボットは、基台および当該基台から器具の取付部へと延びるアームをそれぞれ含む。当該アームは、当該アームの形状構成を変化させることが可能な複数のジョイントを具備している。前記ロボットは、各ジョイントにつき、当該ジョイントを駆動して動かすように構成された駆動部、ならびに当該ジョイントを検知対象とするように構成された位置センサおよびトルクセンサを含む。前記制御ユニットは、前記位置センサからの前記入力が示す前記アーム形状構成における、前記追加のロボットの前記アームの前記ジョイントの重力トルクを特定して、前記トルクセンサからの前記入力および特定した前記重力トルクから、示された前記アーム形状構成での前記追加のロボットの前記アームの前記ジョイントの残留トルクを特定して、前記追加のロボットの各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを発生させ得る少なくとも１つの力候補を算出し、衝突であると判定した場合であって、前記第２のロボットの前記アームの逆向きの力候補と釣り合う前記第１のロボットの前記アームの前記力候補が、追加のロボットの前記アームの逆向きの力候補とは釣り合わない場合にのみ、前記駆動部の制御を行うように構成されている。
【００１４】
前記制御ユニットは、判定した前記衝突時の前記第１のロボットの前記アームの形状構成および前記第２のロボットの前記アームの形状構成を記憶し、その後、記憶されたこれらの形状構成を前記第１のロボットおよび前記第２のロボットの双方が同時に採ることを阻止し得る。
【００１５】
前記制御ユニットは、判定した前記衝突から前記第１のロボットの前記アームと前記第２のロボットの前記アームとの相対的な位置を特定して、その後、同じ相対的な位置を前記第１のロボットの前記アームおよび前記第２のロボットの前記アームが同時に採ることを阻止し得る。
【００１６】
前記制御ユニットは、前記第１のロボットと前記第２のロボットとの相対的な位置を知ることなく動作し得る。
【００１７】
前記制御ユニットは、前記第１および第２のロボットが互いに所定の向きを各自取っていると仮定し得る。
【００１８】
前記制御ユニットは、各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを発生させ得る単一の力候補を算出し得る。
【００１９】
前記制御ユニットは、前記示されたアーム形状構成での前記第１のロボットの前記アームに作用したときに当該第１のロボットの当該アームの前記ジョイントの前記特定した残留トルクを発生させ得る単一の力候補が存在しなかった場合、衝突が起こらなかったと判定し得る。
【００２０】
前記制御ユニットは、各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを発生させ得る単一の力候補範囲を算出し得る。
【００２１】
前記単一の力候補範囲は、大きさ候補範囲および作用線候補範囲を含み得る。
【００２２】
前記制御ユニットは、前記第１のロボットの前記アームの前記作用線候補範囲が前記第２のロボットの前記アームの前記作用線候補範囲と重ならない場合、衝突が起こらなかったと判定し得る。
【００２３】
前記制御ユニットは、前記第１のロボットの前記アームの前記作用線候補範囲が前記第２のロボットの前記アームの前記作用線候補範囲内の作用線と反対方向の作用線を含んでいない場合、衝突が起こらなかったと判定し得る。
【００２４】
前記制御ユニットは、前記第１のロボットの前記アームの前記大きさ候補範囲が前記第２のロボットの前記アームの前記大きさ候補範囲と重ならない場合、衝突が起こらなかったと判定し得る。
【００２５】
前記制御ユニットは、各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを各自発生させたかもしれない複数の力候補を求め得て、当該複数の力候補は、２つ以上の個別力候補の合成である合成力候補を含み、前記制御ユニットは、前記第１のロボットの前記アームの所与の合成力候補における個別力候補が前記第２のロボットの前記アームの逆向きの力候補と釣り合う場合に、衝突であると判定するように構成されている。
【００２６】
前記ロボットシステムは手術ロボットシステムであり得て、前記第１および第２のロボットは手術用ロボットであり得る。
【００２７】
第２の態様では、ロボットシステムの、基台および当該基台から器具の取付部へと延びるアームをそれぞれ含む、第１のロボットと第２のロボットとの衝突を判定する方法が提供される。前記アームは、当該アームの形状構成を変化させることが可能な複数のジョイントを具備し、前記ロボットは、各ジョイントにつき、当該ジョイントを駆動して動かすように構成された駆動部、ならびに当該ジョイントを検知対象とするように構成された位置センサおよびトルクセンサを含み、前記ロボットシステムは、さらに、前記位置センサおよびトルクセンサからの入力を受け取って、受け取った当該入力に応じて前記駆動部を制御する制御ユニットを備え、当該方法は、前記位置センサからの前記入力が示すアーム形状構成における、前記第１および第２のロボットの前記アームの前記ジョイントの重力トルクを特定する過程と、前記トルクセンサからの前記入力および特定した前記重力トルクから、示された前記アーム形状構成での前記第１および第２のロボットの前記アームの前記ジョイントの残留トルクを特定する過程と、各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを発生させ得る少なくとも１つの力候補を算出する過程と、前記第１のロボットの前記アームの少なくとも１つの力候補が前記第２のロボットの前記アームの逆向きの力候補と釣り合う場合に、衝突であると判定する過程と、を備える。
【００２８】
以下では、本開示について、添付の図面を参照しながら例を用いて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】３つの手術用ロボットを備えるロボットシステムで人間が手術を受けている様子を示す図である。
【図２】外科医コンソールを示す図である。
【図３】ロボットシステムを示す概略図である。
【図４】ロボットを示す図である。
【図５】ロボットアームに作用する残留トルクを特定する過程を示すフロー図である。
【図６ａ】衝突解析のフロー図である。
【図６ｂ】他の衝突解析のフロー図である。
【図６ｃ】さらなる他の衝突解析のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
後述の説明は、複数のロボットおよび制御ユニットを備えたロボットシステムに関するものである。当該制御ユニットは、前記ロボット同士を駆動して動かす。ロボットアームの位置センサおよびトルクセンサが、センサデータを前記制御ユニットへと受け渡す。前記制御ユニットは、このセンサデータを用いて、前記ロボットアームに作用する外力を検出する。前記制御ユニットは、アームに作用した外力が別のアームに作用した対向する外力と釣り合う場合、これら２つのアーム間で衝突が起こったと判定する。
【００３１】
下記の例は、手術ロボットシステムに関するものである。図３を参照すると、手術ロボットシステム３００は、制御ユニット３０３によって駆動される２つの手術用ロボット３０１，３０２を備える。制御ユニット３０３は、第１および第２のハンドコントローラ３０５，３０６からの入力を含む、外科医コンソール３０４からの入力３０７を受け取る。前記制御ユニットは、前記外科医コンソールから、フットペダル入力、ボタン入力、音声認識入力、ジェスチャ認識入力、眼認識入力などのその他の入力３０７も受け取り得る。制御ユニット３０３は、さらに、手術用ロボット３０１，３０２からの入力３０８も受け取る。当該入力には、前記ロボットアームのジョイントに設けられた位置センサおよびトルクセンサからのセンサデータが含まれる。制御ユニット３０３は、各ロボットから、力フィードバック、手術器具由来のデータなどのその他の入力３０８も受け取り得る。制御ユニット３０３は、前記ロボットや前記外科医コンソールから受け取った前記入力に応じてロボット３０１，３０２を駆動する。制御ユニット３０３は、プロセッサ３０９およびメモリ３１０を含む。当該メモリは、前記プロセッサにより実行されると当該プロセッサに前記駆動部の制御を本明細書で説明する様式で行わせることが可能なソフトウェアコードを、非過渡的に記憶している。
【００３２】
各ロボット３０１，３０２は、図４に示す形状構成４００のものである。このロボットは、手術の実施のあいだ定位置に固定されている基台４０１を含む。好適には、基台４０１は、シャーシに取り付けられる。当該シャーシは、カート、例えば、ロボットをベッドの高さに取り付けるベッドサイドカートであり得る。変形例では、前記シャーシが、天井取付装置またはベッド取付装置とされ得る。
【００３３】
アーム４０２は、ロボットの基台４０１から手術器具４０４の取付部４０３へと延びる。当該アームは曲折可能である。前記アームは、当該アームの長さに沿った複数のフレキシブルジョイント４０５によって回動する。当該ジョイント間には、剛体のアーム部材４０６が存在する。図４のアームは、複数のジョイントを具備している。これらのジョイントは、１つ以上のロールジョイント（同ジョイントは、同ジョイントの片側にあるアーム部材の長手方向に沿った回転軸心を有している）、１つ以上のピッチジョイント（同ジョイントは、基端側のアーム部材の長手方向と交差する回転軸心を有している）、および１つ以上のヨージョイント（同ジョイントは、基端側のアーム部材の長手方向だけでなく同じ場所に位置したピッチジョイントの回転軸心とも交差する回転軸心を有している）を含む。しかしながら、前記アームは、別のジョイント方式とされてもよい。例えば、前記アームにおけるジョイントの数が減らされても増やされてもよい。前記アームは、側方間の回転以外の運動が可能なジョイント、例えば、伸縮ジョイントを含むものとされてもよい。前記ロボットは、少なくとも１つのジョイント４０５をそれぞれ駆動する一連の駆動部４０７を備えている。
【００３４】
取付部４０３は、手術器具４０４が前記アームの先端部に着脱自在に取り付けられるのを可能にする。手術器具４０４は、直線状の剛体のシャフトおよび当該シャフトの先端部にある作業用先端部を有する。当該作業用先端部は、医療行為に使用するためのエンドエフェクタを備える。前記手術器具は、前記アームにおける末端ジョイントの回転軸心と平行かつ直線状に延設されるように構成され得る。例えば、前記手術器具は、前記アームにおける前記末端ジョイントの回転軸心と合致する軸心に沿って延設され得る。手術器具４０４は、例えば切断装置、把持装置、焼灼装置、撮像装置等であり得る。
【００３５】
前記ロボットアームは、一連のセンサ４０８，４０９を含む。これらのセンサは、各ジョイントごとの、当該ジョイントの位置を検出する位置センサ４０８および当該ジョイントの回転軸心回りに作用するトルクを検出するトルクセンサ４０９を備える。ジョイントの前記位置センサおよび／またはトルクセンサは、当該ジョイントのモータと一体化されていてもよい。これらのセンサの出力は、制御ユニット３０３に受け渡されてそこでプロセッサ３０９に対する入力となる。
【００３６】
以降では、ロボット３０１，３０２から受け取ったセンサデータを使って制御ユニット３０３が当該ロボット同士のアーム間の衝突を検出する例について説明する。
【００３７】
まず、前記制御ユニットは、各ロボットアームについて、明らかにされていない力が当該ロボットアームに作用しているか否かを判定する。図５は、これを行うのに制御ユニット３０３が実施するステップについて説明したフロー図である。
【００３８】
前記制御ユニットは、前記ロボットアームの前記ジョイントの位置センサ４０８から位置センサデータ５０１を入力として受け取る。例えば、各位置センサは、検知対象とするジョイントのジョイント角度を報告し得る。前記制御ユニットは、ロボットアームの幾何形状／レイアウト５００をメモリ３１０に記憶する。前記制御ユニットのプロセッサ３０９は、メモリ３１０から、前記ロボットアームの記憶された幾何形状を取り出す。ステップ５０２にて、前記制御ユニットのプロセッサ３０９は、受け取った前記位置センサデータおよび前記ロボットアームの前記幾何形状から、当該ロボットアームの最新の形状構成を特定する。前記ロボットアームの形状構成は、当該ロボットアームの姿勢としても知られている。好適には、プロセッサ３０９は、前記アームの前記最新の形状構成をメモリ３１０に記憶する。
【００３９】
前記制御ユニットは、前記ロボットアームの重力モデル５０３をメモリ３１０に記憶する。メモリ３１０は、前記アーム及び取り付けられた前記器具における各構成要素について、当該構成要素の質量、前記アームにおける手前側のジョイントからの当該構成要素の質量中心の距離、および当該質量中心と当該手前側のジョイントのジョイントセンサの位置出力との関係を記憶する。前記制御ユニットのプロセッサ３０９は、メモリ３１０から、記憶された重力モデル５０３を取り出す。ステップ５０４にて、前記制御ユニットのプロセッサ３０９は、前記ロボットアームの前記最新の形状構成および前記重力モデルを用いて、当該ロボットアームの当該最新の形状構成での当該ロボットアームの前記構成要素への重力の影響をモデル化する。この際、プロセッサ３０９は、前記ロボットアームの各ジョイントへ作用する、重力に起因したトルクを特定する。
【００４０】
前記制御ユニットは、前記ロボットアームの前記ジョイントのトルクセンサ４０９からトルクセンサデータ５０５を入力として受け取る。ステップ５０６にて、前記制御ユニットのプロセッサ３０９は、前記ロボットアームの各ジョイントの残留トルクを算出する。残留トルクとは、前記トルクセンサで測定されたジョイントトルクから、ジョイントへ作用した既知のトルクを差し引いたものである。例えば、プロセッサ３０９は、測定されたジョイントトルクからステップ５０４にて算出された重力によるトルクを差し引くことによって前記残留トルクを算出し得る。前記外科医コンソールの操作のもとで前記制御ユニットが前記ジョイントを駆動して動かしている場合であれば、プロセッサ３０９が、既知の駆動トルク値を測定されたジョイントトルクから差し引くことによって前記残留トルクを求め得る。好適には、プロセッサ３０９は、残留ジョイントトルクをメモリ３１０に記憶する。
【００４１】
前記制御ユニットは、前記ロボットアームの姿勢を必ずしも実際に求めなくてよい。前記制御ユニットは、前記位置センサデータ、前記ロボットアームの既知の幾何形状、および重力モデルから、重力トルクを直接算出すればよい。
【００４２】
前記制御ユニットは、前記ロボットアームの各ジョイントに作用する重力トルクを必ずしも実際に求めなくてよい。前記制御ユニットは、前記位置センサデータ、前記ロボットアームの既知の幾何形状、重力モデルおよびトルクセンサデータから、前記残留トルクを直接算出すればよい。
【００４３】
前記制御ユニットは、当該制御ユニットと接続されている全ロボットアームについて、図５との関連で説明したステップを実行する。
【００４４】
制御ユニット３０３は、前記ロボットの前記アームの前記ジョイントに作用する前記残留トルクを解析して、当該残留トルクの一部又は全部が前記ロボット同士の衝突で引き起こされたものであるのか否かを判定する。前記制御ユニットは、これを、前記ロボット同士の相対的な位置を知ることなく行う。ただし、前記制御ユニットは、前記ロボット同士が互いに所定の向きを取っているものと仮定する。変形例では、前記ロボット同士が衝突したか否かを前記制御ユニットが判定するのに先立って、同システムでの当該ロボット同士の相対的な向きが前記制御ユニットへと入力され得る。例えば、動作開始前に前記ロボット同士をセットアップする際に、当該ロボット同士の相対的な向きが前記制御ユニットへと送られ得る。
【００４５】
次に、２つのロボットアーム間で衝突が起こったか否かを判定するのに制御ユニット３０３が当該ロボットアームのジョイントに作用した前記残留トルクをどのように解析するのかについて、幾つかの例を説明する。
【００４６】
図６ａに、ロボットアームＡとロボットアームＢについての第１の実施形態を示す。アームＡについて算出した残留ジョイントトルクは、ＲＴＡｊ（ｊ＝１，２…Ｊ）と表記する。アームＢの残留ジョイントトルクは、ＲＴＢｌ（ｌ＝１，２…Ｌ）と表記する。
【００４７】
前記制御ユニットは、メモリ３１０から、アームＡの前記最新の形状構成を取り出す。前記制御ユニットは、さらに、メモリ３１０から、アームＡの残留ジョイントトルクＲＴＡｊを取り出す。ステップ６０１にて、制御ユニット３０３は、アームＡの前記最新の形状構成で残留ジョイントトルクＲＴＡｊを発生させたかもしれない力候補集合ＦＡｉ（ｉ＝１，２…Ｎ）を特定する。
【００４８】
前記制御ユニットは、メモリ３１０から、アームＢの前記最新の形状構成を取り出す。前記制御ユニットは、さらに、メモリ３１０から、アームＢの残留ジョイントトルクＲＴＢｌを取り出す。ステップ６０４にて、制御ユニット３０３は、アームＢの前記最新の形状構成で残留ジョイントトルクＲＴＢｌを発生させたかもしれない力候補集合ＦＢｋ（ｋ＝１，２…Ｋ）を特定する。
【００４９】
力候補とは、外部から対象のアームに作用する力のことである。前記力候補集合は、力候補を一つだけ含むものであってもよい。前記力候補集合は、個別力候補を含み得る。換言すると、前記制御ユニットは、前記アームの全残留ジョイントトルクを単独で発生させたかもしれない単一の外力を求め得る。前記力候補集合は、合成力候補を含み得る。換言すると、前記制御ユニットは、前記アームの全残留ジョイントトルクを協働で発生させたかもしれない２つ以上の外力を求め得る。前記力候補集合は、個別力候補および合成力候補を含み得る。前記力候補集合は、前記アームに作用して当該アームの残留ジョイントトルクを発生させた可能性がある全ての外力を含み得る。
【００５０】
ステップ６０８にて、前記制御ユニットは、力候補ＦＡｉ（式中、ｉ＝１）と力候補ＦＢｋ（式中、ｋ＝１）を比較する。すなわち、前記制御ユニットは、アームＡの第１の力候補ＦＡ１をアームＢの第１の力候補ＦＢ１と比較する。前記制御ユニットは、比較する力候補同士が釣り合っていて且つ対向している場合、アームＡがアームＢと衝突したとステップ６０９にて判定する。具体的に述べると、前記制御ユニットは、力候補ＦＡ１の大きさ、作用線および作用線方向と力候補ＦＢ１の大きさ、作用線および作用線方向を比較し得る。前記制御ユニットは、これらの力の大きさが等しく且つ相対する方向に平行線で作用している場合、アームＡとアームＢとの間で衝突が起こったと判定する。
【００５１】
力候補ＦＡ１と力候補ＦＢ１が釣り合って且つ対向している力候補同士ではないと前記制御ユニットがステップ６０８にて判定した場合、衝突は検出されない。ステップ６１０にて、前記制御ユニットは、アームＢの前記力候補集合内にさらなる力候補が存在するか否かを確認する。すなわち、前記制御ユニットは、ｋ＝ｋ＋１の力が存在するか否かを確認する。さらなる力候補が存在する場合、ステップ６１１にてｋ＝ｋ＋１に設定されて解析がステップ６０８へと戻る。このとき、前記制御ユニットは、力候補ＦＡｉと力候補ＦＢｋ＋１、すなわち、ＦＡ１とＦＢ２を比較する。前記制御ユニットは、これら２つの力候補が釣り合っていて且つ対向している場合、アームＡがアームＢと衝突したと判定する。
【００５２】
力候補ＦＡ１と力候補ＦＢ２が釣り合って且つ対向している力候補同士ではないと前記制御ユニットがステップ６０８にて判定した場合、衝突が検出されずにステップ６１０，６１１，６０８のさらなる反復が行われる。力候補ＦＡ１が全ての力候補Ｂｋに対して判断され尽くすか又は衝突が検出されるまで、これらの反復は継続する。
【００５３】
アームＢにさらなる力候補が存在しないと前記制御ユニットがステップ６１０にて判定した場合、処理がステップ６１２へと続行する。ステップ６１２にて、前記制御ユニットは、アームＡの前記力候補集合内にさらなる力候補が存在するか否かを確認する。すなわち、前記制御ユニットは、ｉ＝ｉ＋１の力が存在するか否かを確認する。さらなる力候補が存在する場合、ステップ６１３にてｉ＝ｉ＋１，ｋ＝１に設定される。そして、解析がステップ６０８へと戻る。このとき、前記制御ユニットは、力候補ＦＡｉ＋１と力候補ＦＢｋ、すなわち、ＦＡ２とＦＢ１を比較する。前記制御ユニットは、これら２つの力候補が釣り合っていて且つ対向している場合、アームＡがアームＢと衝突したと判定する。
【００５４】
力候補ＦＡ２と力候補ＦＢ１が釣り合って且つ対向している力候補同士ではないと前記制御ユニットがステップ６０８にて判定した場合、衝突が検出されずにステップ６１０，６１１，６０８のさらなる反復が行われる。力候補ＦＡ２が全ての力候補Ｂｋに対して判断され終わるか又は衝突が検出されるまで、これらの反復は継続する。
【００５５】
アームＡの残りの力候補も、アームＢの力候補と上記の様式によって同様に比較される。制御ユニット３０３は、アームＡの力候補ＦＡｉが一つでもアームＢの力候補ＦＢｋのいずれかと釣り合っていて且つ対向していれば、衝突であると判定する。制御ユニット３０３は、アームＡの力候補ＦＡｉのいずれもアームＢの力候補ＦＢｋと釣り合って且つ対向している力候補でない場合、衝突が起こらなかったと判定する。
【００５６】
制御ユニット３０３は、衝突であると判定し次第、すなわち、互いに釣り合っていて且つ対向している力候補対を特定し次第、図６ａの解析を停止し得る。変形例において、制御ユニット３０３は、衝突を検出したか否かに関係なく、アームＡの全ての力候補をアームＢの全ての力候補と比較し得る。
【００５７】
前記制御ユニットは、衝突であると判定した場合、互いに釣り合っていて且つ対向しているアームＡ，Ｂの力候補同士をメモリ３１０に記憶し得る。また、前記制御ユニットは、衝突時のアームＡ，Ｂ双方の形状構成をメモリ３１０に記憶し得る。
【００５８】
この衝突解析によれば、衝突したロボットアームの一方又は双方に衝突の発生と同時に別の外力が作用していた場合であっても、当該ロボットアーム同士の衝突が正確に検出される。
【００５９】
図６ｂに、ロボットアームＡとロボットアームＢについての第２の実施例を示す。図６ａと同様に、アームＡについて算出した残留ジョイントトルクは、ＲＴＡｊ（ｊ＝１，２…Ｊ）と表記する。アームＢの残留ジョイントトルクは、ＲＴＢｌ（ｌ＝１，２…Ｌ）と表記する。
【００６０】
前記制御ユニットは、単一の外力のみがアームＡの残留ジョイントトルクを発生させたと仮定するように構成されている。同じく、前記制御ユニットは、単一の外力のみがアームＢの残留ジョイントトルクを発生させたと仮定するように構成されている。つまり、前記制御ユニットは、各アームにつき、当該アームに作用したときに残留ジョイントトルクを発生させたかもしれない単一の力候補を算出するように構成されている。当該単一の力候補は、合成力候補ではなく個別力候補とする。
【００６１】
前記制御ユニットは、メモリ３１０から、アームＡの最新の形状構成を取り出す。前記制御ユニットは、さらに、メモリ３１０から、アームＡの残留ジョイントトルクＲＴＡｊを取り出す。ステップ６２０にて、制御ユニット３０３は、アームＡの前記最新の形状構成で残留ジョイントトルクＲＴＡｊを発生させたかもしれない単一の力候補ＦＡ１を特定する。前記制御ユニットは、単一の力候補ＦＡ１を特定することができなかった場合、衝突が起こらなかったとステップ６２７にて判定する。
【００６２】
前記制御ユニットは、メモリ３１０から、アームＢの最新の形状構成を取り出す。前記制御ユニットは、さらに、メモリ３１０から、アームＢの残留ジョイントトルクＲＴＢｌを取り出す。ステップ６２４にて、制御ユニット３０３は、アームＢの前記最新の形状構成で残留ジョイントトルクＲＴＢｌを発生させたかもしれない単一の力候補ＦＢ１を特定する。前記制御ユニットは、単一の力候補ＦＢ１を特定することができなかった場合、衝突が起こらなかったとステップ６２８にて判定する。
【００６３】
ステップ６２０にて力候補ＦＡ１が求められて、かつ、ステップ６２４にて力候補ＦＢ１が求められた場合、ステップ６２９にて前記制御ユニットがＦＡ１とＦＢ１を比較する。前記制御ユニットは、比較する力候補同士が釣り合っていて且つ対向している場合、アームＡがアームＢと衝突したとステップ６３０にて判定する。具体的に述べると、前記制御ユニットは、力候補ＦＡ１の大きさ、作用線および作用線方向と力候補ＦＢ１の大きさ、作用線および作用線方向を比較し得る。前記制御ユニットは、これらの力の大きさが等しく且つ相対する方向に平行線で作用している場合、アームＡとアームＢとの間で衝突が起こったと判定する。
【００６４】
力候補ＦＡ１と力候補ＦＢ１が釣り合って且つ対向している力候補同士ではないと前記制御ユニットがステップ６２９にて判定した場合、衝突は検出されない。
【００６５】
図６ａに関して説明した衝突解析に比べて、図６ｂに関して説明した衝突解析は計算負荷が少ない。
【００６６】
図６ｃに、ロボットアームＡとロボットアームＢについての第３の実施例を示す。図６ａ及び図６ｂと同様に、アームＡについて算出した残留ジョイントトルクは、ＲＴＡｊ（ｊ＝１，２…Ｊ）と表記する。アームＢの残留ジョイントトルクは、ＲＴＢｌ（ｌ＝１，２…Ｌ）と表記する。
【００６７】
前記制御ユニットは、単一の外力のみがアームＡの残留ジョイントトルクを発生させたと仮定するように構成されている。同じく、前記制御ユニットは、単一の外力のみがアームＢの残留ジョイントトルクを発生させたと仮定するように構成されている。前記制御ユニットは、前記アームに作用したときに前記残留ジョイントトルクを発生させたかもしれない単一の力候補について、その大きさ範囲および作用線範囲を算出するように構成されている。当該単一の力候補は、合成力候補ではなく個別力候補とする。
【００６８】
前記制御ユニットは、メモリ３１０から、アームＡの最新の形状構成を取り出す。前記制御ユニットは、さらに、メモリ３１０から、アームＡの残留ジョイントトルクＲＴＡｊを取り出す。ステップ６４０にて、制御ユニット３０３は、アームＡの前記最新の形状構成で残留ジョイントトルクＲＴＡｊを発生させたかもしれない単一の力候補ＦＡ１について、その大きさ範囲および作用線範囲を特定する。前記制御ユニットは、力ＦＡ１の単一の大きさ候補範囲および作用線範囲を特定することができなかった場合、衝突が起こらなかったとステップ６４７にて判定する。
【００６９】
前記制御ユニットは、メモリ３１０から、アームＢの最新の形状構成を取り出す。前記制御ユニットは、さらに、メモリ３１０から、アームＢの残留ジョイントトルクＲＴＢｌを取り出す。ステップ６４４にて、制御ユニット３０３は、アームＢの前記最新の形状構成で残留ジョイントトルクＲＴＢｌを発生させたかもしれない単一の力候補ＦＢ１について、その大きさ範囲および作用線範囲を特定する。前記制御ユニットは、力ＦＢ１の単一の大きさ候補範囲および作用線範囲を特定することができなかった場合、衝突が起こらなかったとステップ６４８にて判定する。
【００７０】
ステップ６４０にて力ＦＡ１の大きさ候補範囲および作用線候補範囲が求められて、かつ、ステップ６４４にて力ＦＢ１の大きさ候補範囲および作用線候補範囲が求められた場合、解析がステップ６４９へと進む。ステップ６４９にて、前記制御ユニットがＦＡ１の作用線範囲とＦＢ１の作用線範囲を比較する。ＦＡ１の作用線範囲がＦＢ１の作用線範囲と重ならない場合、衝突が起こらなかったと前記制御ユニットがステップ６５０にて判定する。ＦＡ１の作用線範囲がＦＢ１の作用線範囲と重複した場合、解析がステップ６５１へと進む。
【００７１】
ステップ６５１にて、前記制御ユニットは、力ＦＡ１の前記範囲と力ＦＢ１の前記範囲との重複領域における、力ＦＡ１の前記範囲内の作用線方向と力ＦＢ１の前記範囲内の作用線方向を比較する。力ＦＡ１の作用線範囲と力ＦＢ１の作用線範囲との重複領域において、一方の範囲内の作用線と反対方向の作用線が他方の範囲内になかった場合、衝突が起こらなかったと前記制御ユニットがステップ６５２にて判定する。しかしながら、力ＦＡ１の作用線範囲と力ＦＢ１の作用線範囲との重複領域において、一方の範囲内の作用線と反対方向の作用線が他方の範囲内に１つ以上存在する場合には、解析がステップ６５３へと進む。
【００７２】
変形例では、ステップ６４９とステップ６５１が別々ではなく並行して前記制御ユニットにて検討され得る。この場合、前記制御ユニットは、ＦＡ１の作用線範囲とＦＢ１の作用線範囲を、それらの作用線の方向同士を含めて比較する。力ＦＡ１の作用線範囲と力ＦＢ１の作用線範囲との重複領域において、一方の範囲内の作用線と反対方向の作用線が他方の範囲内になかった場合、衝突が起こらなかったと前記制御ユニットが判定する。力ＦＡ１の作用線範囲と力ＦＢ１の作用線範囲との重複領域において、一方の範囲内の作用線と反対方向の作用線が他方の範囲内に存在する場合には、解析がステップ６５３へと進む。
【００７３】
ステップ６５３にて、前記制御ユニットは、力ＦＡ１の大きさ範囲を力ＦＢ１の大きさ範囲と比較する。力ＦＡ１の大きさ範囲が力ＦＢ１の大きさ範囲と重ならない場合、衝突が起こらなかったと前記制御ユニットがステップ６５４にて判定する。しかしながら、力ＦＡ１の大きさ範囲が力ＦＢ１の大きさ範囲と重複した場合、衝突が起こったと制御ユニット３０３がステップ６５５にて判定する。
【００７４】
変形例において、制御ユニット３０３は、力ＦＡ１の大きさ範囲が力ＦＢ１の大きさ範囲と重複した場合、衝突の可能性があると判定し得る。すると、前記制御ユニットは、ステップ６４０，６４４へと戻って図６ｃに関して説明した手法のさらなる反復を実行し得る。この反復では、前記制御ユニットが、前記アームに作用したときに前記残留ジョイントトルクを発生させたかもしれない単一の力候補について、さらに狭い大きさ範囲および／またはさらに狭い作用線範囲を算出する。制御ユニット３０３は、この反復後も力ＦＡ１の大きさ範囲が力ＦＢ１の大きさ範囲と重複している場合、衝突が起こったと判定し得る。この判定は、それ以前の反復で同じ判定を下した場合よりも、信頼度の高い判定となる。変形例では、制御ユニット３０３が、ステップ６５３の結果が肯定となるたびに毎回ステップ６４０，６４４へ戻って図６ｃの手法のさらなる反復を実行し得て、かつ、それ以降の各反復は、それ以前の反復よりも狭い大きさ範囲および／または作用線範囲で実行され得る。この反復処理は：（ｉ）衝突が起こらなかったと制御ユニット３０３が判定する；（ｉｉ）衝突が起こったと前記制御ユニットが判定してよいほど十分に範囲が狭まる；のいずれかが成立するまで継続する。所定回数の反復後に、十分に範囲が狭まったとされ得る。
【００７５】
変形例では、ステップ６５３にて力ＦＡ１の大きさ範囲が力ＦＢ１の大きさ範囲と重複した場合、衝突の可能性があると制御ユニット３０３が判定し得る。そして、前記制御ユニットは、図６ａに関して説明した手法を用いて、衝突が起こったか否かを判定し得る。
【００７６】
変形例では、ステップ６５３にて力ＦＡ１の大きさ範囲が力ＦＢ１の大きさ範囲と重複した場合、衝突の可能性があると制御ユニット３０３が判定し得る。そして、前記制御ユニットは、図６ｂに関して説明した手法を用いて、衝突が起こったか否かを判定し得る。
【００７７】
制御ユニット３０３は、衝突が起こらなかったと、例えば作用線範囲同士が重複しなかった場合にステップ６５０等にて判定し次第、図６ｃの衝突解析を停止し得る。変形例では、衝突解析が続行させられて、ステップ６５１，６５３にて前述のような力候補同士のその他の特性についての比較が行われ得る。
【００７８】
場合にもよるが、図６ｃに関して説明した衝突解析によれば、図６ａや図６ｂに関して説明した衝突解析よりも迅速に、前記制御ユニットにおいて、２つのロボットアームで検出された残留ジョイントトルクを、衝突を示唆していないことにより判断の対象から外すことが可能となる。
【００７９】
図６ａ、図６ｂ及び図６ｃとの関連で述べた上記の例では、２つのロボットアーム間で衝突が起こったか否かを前記制御ユニットがどのように判定するのかについて説明した。前記制御ユニットは、衝突が起こらなかったと判定すれば、衝突判断前と変わらず２つのロボットアームを動作させ続ける。例えば、前記制御ユニットは、前記外科医コンソールからの入力に応じて前記ロボットアームの前記ジョイントを駆動して動かしていたのであれば、前記ジョイントの駆動をそのまま継続させる。
【００８０】
前記制御ユニットは、衝突が起こったと判定した場合、衝突した２つのロボットアームのさらなる動作を阻止することで対処し得る。前記ロボットが前記外科医コンソールからの入力に応じて操縦されていたのであれば、ロボットアームの動作を阻止することにより、外科医が当該ロボットアームを操縦できないようにする。前記ロボットは、前記器具が衝突時と同じ位置および形状構成に維持されたまま各ロボットアームの前記ジョイントが外力に反応して動くというコンプライアントモードに置かれ得る。これにより、手術室のスタッフは、ロボットアームを押すことで、ロボットアーム同士を引き離すよう位置変更させることが可能となる。例えば、前記コンプライアントモードでは、前記制御ユニットが、前記ロボットアームの前記ジョイントの力センサからセンサ入力を受け取り得る。前記制御ユニットは、前記ロボットアームに外力が作用したことをこのセンサ入力から判断する。前記制御ユニットは、前記外力のうち、前記ロボットアームを衝突点から遠ざけるような方向の成分を抽出する。そして、前記制御ユニットは、ロボットアームジョイントを駆動して、前記外力のその成分の方向へと前記ロボットアームを動かす。このアプローチでは、手術室のスタッフが、他方のロボットアームとの接触点から遠ざけるかたちでのみロボットアームを位置変更させることが可能となる。前記制御ユニットは、一方又は双方のロボットアームが位置変更され次第、当該ロボットアームを、前記外科医コンソールからの入力に応じて操縦される動作モードへと戻し得る。
【００８１】
変形例において、前記制御ユニットは、衝突が起こったと判定した場合、前記ロボットアーム同士を当該２つのアームの接触点から遠ざけるように制御することで対処し得る。前記制御ユニットは、衝突解析から、前記外力のうち衝突を引き起こした作用線を各ロボットについて特定した。前記制御ユニットは、前記ロボットアームの最新の形状構成から、各ロボットアームのどの箇所に力が加わったのかを特定することができる。各ロボットアームにおける当該力の位置が、そのロボットアームの、他方のロボットアームとの前記接触点となる。
【００８２】
前記制御ユニットは、図６ａ、図６ｂ及び図６ｃの任意の図に関して述べたかたちで検出した衝突に対し、前述のように前記ロボットアームの動作を阻止するか又は前記ロボットアームを駆動して前記接触点から後退させることによって直接対処し得る。変形例において、前記制御ユニットは、検出した衝突に対して前述のように対処するのに、衝突が検出された際に１つ以上のさらなる条件が満たされることを要件とし得る。
【００８３】
例えば、前記制御ユニットは、力閾値を超えた値であることを要件とし得る。この場合、前記制御ユニットは、衝突を検出した際に力候補の大きさを力閾値と比較し得る。前記制御ユニットは、力候補の大きさが前記力閾値を上回った場合、検出した衝突に対して前述のように対処し得る。前記制御ユニットは、力候補の大きさが前記力閾値以下であった場合、検出した衝突に対して前述のように対処しない。代わりに、前記制御ユニットは、前記ロボットアームに通常動作を継続させるよう当該ロボットアームを駆動する。
【００８４】
他の例において、前記制御ユニットは、力候補が特定の波形を有することを要件とし得る。例えば、前記制御ユニットは、急な衝突を指す急峻な力増加を力候補が示していることを要件とし得る。この場合、前記制御ユニットは、衝突を検出した際に力候補の時間プロファイルを確認し得る。具体的に述べると、前記制御ユニットは、力の大きさが基準値を上回っている期間のあいだの力候補の時間プロファイル（すなわち、大きさ−対−時間）の勾配を確認し得る。前記制御ユニットは、この期間のあいだの時間プロファイルの勾配が勾配閾値を上回った場合、検出した衝突に対して前述のように対処し得る。前記制御ユニットは、この期間のあいだの時間プロファイルの勾配が勾配閾値以下であった場合、検出した衝突に対して前述のように対処しない。代わりに、前記制御ユニットは、前記ロボットアームに通常動作を継続させるよう当該ロボットアームを駆動する。
【００８５】
他の例として、前記制御ユニットは、力候補の波形がステップ関数を模していることを要件し得る。前記制御ユニットは、衝突を検出した際に（ｉ）期間閾値よりも短い期間のあいだ力候補の大きさが基準値を上回ったか否かを確認すると共に（ｉｉ）時間プロファイルの勾配が勾配閾値を上回ったか否かを確認することによってこれを実施し得る。前記制御ユニットは、前記期間閾値よりも短い期間のあいだ力候補の大きさが前記基準値を上回り、かつ、当該期間のあいだ力候補の勾配が前記勾配閾値を上回ったと判定した場合、検出した衝突に対して前述のように対処し得る。前記制御ユニットは、この期間のあいだにこれらの要件が一方でも満たされなければ、検出した衝突に対して前述のように対処しない。代わりに、前記制御ユニットは、前記ロボットアームに通常動作を継続させるよう当該ロボットアームを駆動する。
【００８６】
前記ロボットシステムは、上述した第１および第２のロボット以外にも追加のロボットを備え得る。さらなる各ロボットは、図４を参照しながら説明した形状構成のものである。前記制御ユニットは、さらなる各ロボットからも同様のセンサデータを受け取り、かつ、当該さらなる各ロボットについても前記第１および第２のロボットに関して既述したように駆動するよう構成されている。また、前記制御ユニットは、さらなる各ロボットについても前述の衝突解析を実行する。前記制御ユニットは、検出した衝突に対して前述のように対処するのに、釣り合っていて且つ対向している力候補によって引き起こされたと判断される残留ジョイントトルクを有しているのが２つのロボットアームだけであることを要件とし得る。前記制御ユニットは、釣り合っていて且つ対向している力候補によって引き起こされた可能性がある残留ジョイントトルクを３つ以上のロボットアームが有していると判断した場合、検出した衝突に対して前述のように対処しない。代わりに、前記制御ユニットは、前記ロボットアームに通常動作を継続させるよう当該ロボットアームを駆動する。
【００８７】
衝突は、３つ以上のロボットアーム間で同時に起こるとは考えられ難い。前記制御ユニットが、釣り合っていて且つ対向している力候補を３つ以上のロボットアームで検出した場合、その外力の起源は他のロボットアームではなく患者である（患者内の手術部位に器具をアクセスさせる結果として、それら全てのロボットアームが患者と繋がっている）可能性が高い。よって、前記制御ユニットは、そのような検知に対し、前記ロボットアームの通常動作の継続を許容するという対応を取る。
【００８８】
前記制御ユニットは、検出した衝突に対して前述のようにロボットアームの動作を阻止するか又は前記ロボットアームを駆動して接触点から後退させて対処するのに、上記のさらなる条件のいずれか１つ以上が満たされることを要件とし得る。これは、前述の衝突解析からの誤判定の数を減らすためである。すなわち、検出した力の起源が実際には別のものであるのにロボットアーム間の衝突であると前記制御ユニットが検出してしまう回数を減らすためである。よって、これにより、ロボットアーム間で衝突が発生しなかったにもかかわらず前記制御ユニットが処理を停止して前記手術器具の操作を前記外科医コンソールから取り上げてしまうという可能性が抑制される。
【００８９】
前記制御ユニットは、衝突を検出すると、衝突した各ロボットアームの衝突時の形状構成をメモリ３１０に記憶し得る。前記制御ユニットは、記憶された当該形状構成をその後の動作において２つのロボットアームが同時に採ることを阻止する。これにより、前記制御ユニットは、２つのロボットアームが当初の衝突であると同じ様式で再び衝突するのを阻止する。前記制御ユニットは、残りの手術の時間中ずっと、又は一方もしくは双方のロボットの基台が動かされるまでこれを行う。
【００９０】
２つのロボットアーム間の衝突時には、双方のロボットアームに外力が同時に加わる。各ロボットアームの力の大きさが同じになり、かつ、力の作用線がそれら２つのアームで反対方向になる。前記ロボットアームの幾何形状についての知識および当該ロボットアーム同士の相対的な向きを基に、当該ロボットアームからのセンサデータを用いれば、当該ロボットアーム同士の相対的な位置が不明であるにもかかわらず本明細書の説明のように衝突を特定することが可能となる。また、前記制御ユニットは、検出した衝突にて明らかになった作用線を用いることで、前記ロボットアームの幾何形状についての知識および当該ロボットアーム同士の相対的な向きを基に、当該ロボットアーム同士の相対的な位置を特定することも可能である。前記ロボットアーム同士の相対的な位置が明らかになると、前記制御ユニットは、当該技術分野で既知の衝突回避手法を用いて前記ロボットアーム間の衝突を回避することが可能となる。
【００９１】
前記制御ユニットは、本明細書で説明した衝突解析を周期的に実行するものとされ得る。変形例では、前記制御ユニットが、図５を参照しながら説明したかたちで残留トルクを連続的に特定して、２つのロボットアームの残留トルクが算出されるたびに図６ａ、図６ｂ及び図６ｃのいずれかの衝突解析を実行し得る。後続の衝突解析をトリガするための要件として、２つのロボットアームの残留トルクが基準値を上回ることを要件としてもよい。
【００９２】
前述の衝突解析で前記制御ユニットにセンサデータを供与するよう用いられる前記位置センサおよびトルクセンサは、衝突解析にのみ利用されるものでない。前記位置センサは、別の目的で前記ロボットアームの形状構成を特定するのにも用いられる。前記トルクセンサは、前記ロボットアームに加わる外力を測定するのに用いられる。前記ロボットアームのコンプライアントモードでの前記制御ユニットは、作用した外力に対し、前記ロボットを駆動して当該外力の方向に動かすという対応をとる。
【００９３】
前記位置センサは、例えばポテンショメータ、光学式の位置エンコーダ、超音波距離センサ、電波距離センサ等であり得る。前記力センサは、例えば抵抗式の歪みゲージ、圧電式の歪みゲージ、光学式の歪みゲージ、半導体歪みゲージ等であり得る。前記ロボットの前記ジョイントを駆動して動かす前記駆動部は、回転モータ、リニアモータ、またはモータ以外の例えば油圧ラム、空気圧ラム等の手段であり得る。
【００９４】
前記ロボットは、手術以外の目的にも適用可能である。例えば、前記ロボットは、自動車製造でエンジン内部を確認するのに用いられることが可能である。
【００９５】
出願人は、本明細書で説明した個々の構成及び２つ以上のそのような構成の任意の組合せのそれぞれが、本願の明細書全体と当業者の一般常識とに基づいてこのような構成又は組合せが実施可能である限り、このような構成又は構成の組合せが本明細書で開示した任意の課題を解決するか否かにかかわらず、特許請求の範囲に限定されることなく開示されているものとする。本発明の態様は、そのような任意の個々の構成又は構成の組合せのいずれで構成されたものであってもよい。本発明の範疇で様々な変更が施されてもよいことは、前述の説明を参酌することにより当業者にとって明白である。
【図１】
2021531846.tif 000003
【図２】
2021531846.tif 000004
【図３】
2021531846.tif 000005
【図４】
2021531846.tif 000006
【図５】
2021531846.tif 000007
【図６ａ】
2021531846.tif 000008
【図６ｂ】
2021531846.tif 000009
【図６ｃ】
2021531846.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】令和3年2月19日(2021.2.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台および当該基台から器具の取付部へと延びるアームをそれぞれ有する、第１の手術用ロボットおよび第２の手術用ロボットであって、前記アームは、当該アームの形状構成を変化させることが可能な複数のジョイントを具備し、当該手術用ロボットは、各ジョイントにつき、当該ジョイントを駆動して動かすように構成された駆動部、ならびに当該ジョイントを検知対象とするように構成された位置センサおよびトルクセンサを備える、第１の手術用ロボットおよび第２の手術用ロボットと、
前記位置センサおよびトルクセンサからの入力を受け取って、受け取った当該入力に応じて前記駆動部を制御するように構成された制御ユニットと、
を備える、手術用ロボットシステムであって、
前記制御ユニットは、
前記位置センサからの前記入力が示すアーム形状構成における、前記第１および第２の手術用ロボットの前記アームの前記ジョイントの重力トルクを特定して、
前記トルクセンサからの前記入力および特定した前記重力トルクから、示された前記アーム形状構成での前記第１および第２の手術用ロボットの前記アームの前記ジョイントの残留トルクを特定して、
各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを発生させ得る少なくとも１つの力候補を算出し、
前記第１の手術用ロボットの前記アームの少なくとも１つの力候補が前記第２の手術用ロボットの前記アームの逆向きの力候補と釣り合う場合に、衝突であると判定する
ように構成されている、手術用ロボットシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の手術用ロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、衝突であると判定した場合、前記第１および第２の手術用ロボットの前記アームの動きを阻止するように前記駆動部を制御するよう構成されている、手術用ロボットシステム。
【請求項３】
請求項１に記載の手術用ロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、衝突であると判定した場合、前記第１および第２の手術用ロボットの前記アームを接触点から遠ざけるように前記駆動部を制御するよう構成されている、手術用ロボットシステム。
【請求項４】
請求項２または３に記載の手術用ロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、前記力候補が力閾値を上回った場合にのみ同請求項に記載のように前記駆動部の制御を行うよう構成されている、手術用ロボットシステム。
【請求項５】
請求項２から４のいずれか一項に記載の手術用ロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、前記力候補の時間プロファイルの勾配が勾配閾値を上回った場合にのみ同請求項に記載のように前記駆動部の制御を行うよう構成されている、手術用ロボットシステム。
【請求項６】
請求項２から５のいずれか一項に記載の手術用ロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、期間閾値よりも短い期間のあいだ前記力候補の大きさが基準値を上回った場合にのみ同請求項に記載のように前記駆動部の制御を行うよう構成されている、手術用ロボットシステム。
【請求項７】
請求項２から６のいずれか一項に記載の手術用ロボットシステムにおいて、さらに、
基台および当該基台から器具の取付部へと延びるアームをそれぞれ含む、追加の手術用ロボットであって、前記アームは、当該アームの形状構成を変化させることが可能な複数のジョイントを具備し、当該手術用ロボットは、各ジョイントにつき、当該ジョイントを駆動して動かすように構成された駆動部、ならびに当該ジョイントを検知対象とするように構成された位置センサおよびトルクセンサを含む、追加の手術用ロボット、
を備え、前記制御ユニットは、
前記位置センサからの前記入力が示す前記アーム形状構成における、前記追加の手術用ロボットの前記アームの前記ジョイントの重力トルクを特定して、
前記トルクセンサからの前記入力および特定した前記重力トルクから、示された前記アーム形状構成での前記追加の手術用ロボットの前記アームの前記ジョイントの残留トルクを特定して、
前記追加の手術用ロボットの各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを発生させ得る少なくとも１つの力候補を算出し、
衝突であると判定した場合であって、前記第２の手術用ロボットの前記アームの逆向きの力候補と釣り合う前記第１の手術用ロボットの前記アームの前記力候補が、追加の手術用ロボットの前記アームの逆向きの力候補とは釣り合わない場合にのみ、同請求項に記載のように前記駆動部の制御を行う
よう構成されている、手術用ロボットシステム。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の手術用ロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、判定した前記衝突時の前記第１の手術用ロボットの前記アームの形状構成および前記第２の手術用ロボットの前記アームの形状構成を記憶し、その後、前記第１の手術用ロボットおよび前記第２の手術用ロボットの双方が、記憶された前記形状構成を同時に採ることを阻止するように構成されている、手術用ロボットシステム。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の手術用ロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、判定した前記衝突から前記第１の手術用ロボットの前記アームと前記第２の手術用ロボットの前記アームとの相対的な位置を特定して、その後、前記相対的な位置と同一の相対的な位置を前記第１の手術用ロボットの前記アームおよび前記第２の手術用ロボットの前記アームが同時に採ることを阻止するように構成されている、手術用ロボットシステム。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の手術用ロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを発生させ得る単一の力候補を算出するように構成されており、かつ、前記示されたアーム形状構成での前記第１の手術用ロボットの前記アームに作用したときに当該第１の手術用ロボットの当該アームの前記ジョイントの前記特定した残留トルクを発生させ得る単一の力候補が存在しなかった場合、衝突が起こらなかったと判定するように構成されている、手術用ロボットシステム。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の手術用ロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを発生させ得る単一の力候補範囲を算出するように構成されており、
前記単一の力候補範囲が、大きさ候補範囲および作用線候補範囲を含む、手術用ロボットシステム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の手術用ロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、（i）前記第１の手術用ロボットの前記アームの前記作用線候補範囲が前記第２の手術用ロボットの前記アームの前記作用線候補範囲と重ならない場合、または（ii）前記第１の手術用ロボットの前記アームの前記作用線候補範囲が前記第２の手術用ロボットの前記アームの前記作用線候補範囲内の作用線と反対方向の作用線を含んでいない場合に、衝突が起こらなかったと判定するように構成されている、手術用ロボットシステム。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の手術用ロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、前記第１の手術用ロボットの前記アームの前記大きさ候補範囲が前記第２の手術用ロボットの前記アームの前記大きさ候補範囲と重ならない場合、衝突が起こらなかったと判定するように構成されている、手術用ロボットシステム。
【請求項１４】
請求項１から９のいずれか一項に記載の手術用ロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを各自発生させたかもしれない複数の力候補を特定するように構成されており、当該複数の力候補は、２つ以上の個別力候補の合成である合成力候補を構成し、前記制御ユニットは、前記第１の手術用ロボットの前記アームの所与の合成力候補における個別力候補が前記第２の手術用ロボットの前記アームの逆向きの力候補と釣り合う場合に、衝突であると判定するように構成されている、手術用ロボットシステム。
【請求項１５】
手術用ロボットシステムの、基台および当該基台から器具の取付部へと延びるアームをそれぞれ含む、第１の手術用ロボットと第２の手術用ロボットとの衝突を判定する方法であって、前記アームは、当該アームの形状構成を変化させることが可能な複数のジョイントを具備し、前記手術用ロボットは、各ジョイントにつき、当該ジョイントを駆動して動かすように構成された駆動部、ならびに当該ジョイントを検知対象とするように構成された位置センサおよびトルクセンサを含み、前記手術用ロボットシステムは、さらに、前記位置センサおよびトルクセンサからの入力を受け取って、受け取った当該入力に応じて前記駆動部を制御する制御ユニットを備え、当該方法は、
前記位置センサからの前記入力が示すアーム形状構成における、前記第１および第２の手術用ロボットの前記アームの前記ジョイントの重力トルクを特定する過程と、
前記トルクセンサからの前記入力および特定した前記重力トルクから、示された前記アーム形状構成での前記第１および第２の手術用ロボットの前記アームの前記ジョイントの残留トルクを特定する過程と、
各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを発生させ得る少なくとも１つの力候補を算出する過程と、
前記第１の手術用ロボットの前記アームの少なくとも１つの力候補が前記第２の手術用ロボットの前記アームの逆向きの力候補と釣り合う場合に、衝突であると判定する過程と、
を備える、方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９５】
出願人は、本明細書で説明した個々の構成及び２つ以上のそのような構成の任意の組合せのそれぞれが、本願の明細書全体と当業者の一般常識とに基づいてこのような構成又は組合せが実施可能である限り、このような構成又は構成の組合せが本明細書で開示した任意の課題を解決するか否かにかかわらず、特許請求の範囲に限定されることなく開示されているものとする。本発明の態様は、そのような任意の個々の構成又は構成の組合せのいずれで構成されたものであってもよい。本発明の範疇で様々な変更が施されてもよいことは、前述の説明を参酌することにより当業者にとって明白である。
なお、本発明は、実施の態様として以下の内容を含む。
［態様１］
基台および当該基台から器具の取付部へと延びるアームをそれぞれ有する、第１のロボットおよび第２のロボットであって、前記アームは、当該アームの形状構成を変化させることが可能な複数のジョイントを具備し、当該ロボットは、各ジョイントにつき、当該ジョイントを駆動して動かすように構成された駆動部、ならびに当該ジョイントを検知対象とするように構成された位置センサおよびトルクセンサを備える、第１のロボットおよび第２のロボットと、
前記位置センサおよびトルクセンサからの入力を受け取って、受け取った当該入力に応じて前記駆動部を制御するように構成された制御ユニットと、
を備える、ロボットシステムであって、
前記制御ユニットは、
前記位置センサからの前記入力が示すアーム形状構成における、前記第１および第２のロボットの前記アームの前記ジョイントの重力トルクを特定して、
前記トルクセンサからの前記入力および特定した前記重力トルクから、示された前記アーム形状構成での前記第１および第２のロボットの前記アームの前記ジョイントの残留トルクを特定して、
各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを発生させ得る少なくとも１つの力候補を算出し、
前記第１のロボットの前記アームの少なくとも１つの力候補が前記第２のロボットの前記アームの逆向きの力候補と釣り合う場合に、衝突であると判定する
ように構成されている、ロボットシステム。
［態様２］
態様１に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、衝突であると判定した場合、前記第１および第２のロボットの前記アームの動きを阻止するように前記駆動部を制御するよう構成されている、ロボットシステム。
［態様３］
態様１に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、衝突であると判定した場合、前記第１および第２のロボットの前記アームを接触点から遠ざけるように前記駆動部を制御するよう構成されている、ロボットシステム。
［態様４］
態様２または３に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、前記力候補が力閾値を上回った場合にのみ同態様に記載のように前記駆動部の制御を行うよう構成されている、ロボットシステム。
［態様５］
態様２から４のいずれかに記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、前記力候補の時間プロファイルの勾配が勾配閾値を上回った場合にのみ同態様に記載のように前記駆動部の制御を行うよう構成されている、ロボットシステム。
［態様６］
態様２から５のいずれかに記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、期間閾値よりも短い期間のあいだ前記力候補の大きさが基準値を上回った場合にのみ同態様に記載のように前記駆動部の制御を行うよう構成されている、ロボットシステム。
［態様７］
態様２から６のいずれかに記載のロボットシステムにおいて、さらに、
基台および当該基台から器具の取付部へと延びるアームをそれぞれ含む、追加のロボットであって、前記アームは、当該アームの形状構成を変化させることが可能な複数のジョイントを具備し、当該ロボットは、各ジョイントにつき、当該ジョイントを駆動して動かすように構成された駆動部、ならびに当該ジョイントを検知対象とするように構成された位置センサおよびトルクセンサを含む、追加のロボット、
を備え、前記制御ユニットは、
前記位置センサからの前記入力が示す前記アーム形状構成における、前記追加のロボットの前記アームの前記ジョイントの重力トルクを特定して、
前記トルクセンサからの前記入力および特定した前記重力トルクから、示された前記アーム形状構成での前記追加のロボットの前記アームの前記ジョイントの残留トルクを特定して、
前記追加のロボットの各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを発生させ得る少なくとも１つの力候補を算出し、
衝突であると判定した場合であって、前記第２のロボットの前記アームの逆向きの力候補と釣り合う前記第１のロボットの前記アームの前記力候補が、追加のロボットの前記アームの逆向きの力候補とは釣り合わない場合にのみ、同態様に記載のように前記駆動部の制御を行う
よう構成されている、ロボットシステム。
［態様８］
態様１から７のいずれかに記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、判定した前記衝突時の前記第１のロボットの前記アームの形状構成および前記第２のロボットの前記アームの形状構成を記憶し、その後、前記第１のロボットおよび前記第２のロボットの双方が、記憶された前記形状構成を同時に採ることを阻止するように構成されている、ロボットシステム。
［態様９］
態様１から８のいずれかに記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、判定した前記衝突から前記第１のロボットの前記アームと前記第２のロボットの前記アームとの相対的な位置を特定して、その後、前記相対的な位置と同一の相対的な位置を前記第１のロボットの前記アームおよび前記第２のロボットの前記アームが同時に採ることを阻止するように構成されている、ロボットシステム。
［態様１０］
態様１から９のいずれかに記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、前記第１のロボットと前記第２のロボットとの相対的な位置を知ることなく同態様に記載のように動作するように構成されている、ロボットシステム。
［態様１１］
態様１から１０のいずれかに記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、前記第１および第２のロボットが互いに所定の向きを各自採っていると仮定するように構成されている、ロボットシステム。
［態様１２］
態様１から１１のいずれかに記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを発生させ得る単一の力候補を算出するように構成されている、ロボットシステム。
［態様１３］
態様１２に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、前記示されたアーム形状構成での前記第１のロボットの前記アームに作用したときに当該第１のロボットの当該アームの前記ジョイントの前記特定した残留トルクを発生させ得る単一の力候補が存在しなかった場合、衝突が起こらなかったと判定するように構成されている、ロボットシステム。
［態様１４］
態様１から１１のいずれかに記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを発生させ得る単一の力候補範囲を算出するように構成されている、ロボットシステム。
［態様１５］
態様１４に記載のロボットシステムにおいて、前記単一の力候補範囲が、大きさ候補範囲および作用線候補範囲を含む、ロボットシステム。
［態様１６］
態様１５に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、前記第１のロボットの前記アームの前記作用線候補範囲が前記第２のロボットの前記アームの前記作用線候補範囲と重ならない場合、衝突が起こらなかったと判定するように構成されている、ロボットシステム。
［態様１７］
態様１５または１６に記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、前記第１のロボットの前記アームの前記作用線候補範囲が前記第２のロボットの前記アームの前記作用線候補範囲内の作用線と反対方向の作用線を含んでいない場合、衝突が起こらなかったと判定するように構成されている、ロボットシステム。
［態様１８］
態様１５から１７のいずれかに記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、前記第１のロボットの前記アームの前記大きさ候補範囲が前記第２のロボットの前記アームの前記大きさ候補範囲と重ならない場合、衝突が起こらなかったと判定するように構成されている、ロボットシステム。
［態様１９］
態様１から１１のいずれかに記載のロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは、各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを各自発生させたかもしれない複数の力候補を特定するように構成されており、当該複数の力候補は、２つ以上の個別力候補の合成である合成力候補を構成し、前記制御ユニットは、前記第１のロボットの前記アームの所与の合成力候補における個別力候補が前記第２のロボットの前記アームの逆向きの力候補と釣り合う場合に、衝突であると判定するように構成されている、ロボットシステム。
［態様２０］
態様１から１９のいずれかに記載のロボットシステムにおいて、当該ロボットシステムが手術ロボットシステムであり、前記第１および第２のロボットが手術用ロボットである、ロボットシステム。
［態様２１］
ロボットシステムの、基台および当該基台から器具の取付部へと延びるアームをそれぞれ含む、第１のロボットと第２のロボットとの衝突を判定する方法であって、前記アームは、当該アームの形状構成を変化させることが可能な複数のジョイントを具備し、前記ロボットは、各ジョイントにつき、当該ジョイントを駆動して動かすように構成された駆動部、ならびに当該ジョイントを検知対象とするように構成された位置センサおよびトルクセンサを含み、前記ロボットシステムは、さらに、前記位置センサおよびトルクセンサからの入力を受け取って、受け取った当該入力に応じて前記駆動部を制御する制御ユニットを備え、当該方法は、
前記位置センサからの前記入力が示すアーム形状構成における、前記第１および第２のロボットの前記アームの前記ジョイントの重力トルクを特定する過程と、
前記トルクセンサからの前記入力および特定した前記重力トルクから、示された前記アーム形状構成での前記第１および第２のロボットの前記アームの前記ジョイントの残留トルクを特定する過程と、
各アームにつき、当該アームに作用したときに前記特定した残留トルクを発生させ得る少なくとも１つの力候補を算出する過程と、
前記第１のロボットの前記アームの少なくとも１つの力候補が前記第２のロボットの前記アームの逆向きの力候補と釣り合う場合に、衝突であると判定する過程と、
を備える、方法。
【国際調査報告】
2021531846.tif 000011
2021531846.tif 000012
2021531846.tif 000013