專利名稱：手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
醫(yī)學(xué)上的手術(shù)是指使用醫(yī)療器械對皮膚 、粘膜或其它組織進(jìn)行切開、切割或進(jìn)行操作而治愈病的行為。特別是，切開手術(shù)部位皮膚而對其內(nèi)部器官等進(jìn)行治療、整形或切除的剖腹手術(shù)等，由于出血、副作用、患者痛苦、疤痕等問題，最近使用機(jī)器人(robot)的手術(shù)備受歡迎。這種手術(shù)機(jī)器人具備用于進(jìn)行手術(shù)操作的機(jī)器臂，在機(jī)器臂的前端部安裝有手術(shù)器械(instrument)，手術(shù)器械根據(jù)由機(jī)器人生成、傳遞的驅(qū)動カ而執(zhí)行手術(shù)所需動作。一般安裝在機(jī)器人上的手術(shù)器械包括軸，向長度方向延伸；執(zhí)行器，與軸的末端結(jié)合；以及驅(qū)動單元，與軸的前端結(jié)合，并且用于驅(qū)動執(zhí)行器。在驅(qū)動單元上設(shè)有多個驅(qū)動輪，各驅(qū)動輪通過鋼絲等與執(zhí)行器的各部分連接，當(dāng)驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)時，執(zhí)行器與其相應(yīng)地執(zhí)行手術(shù)所需的各種動作。將手術(shù)器械安裝在機(jī)器人上吋，驅(qū)動單元與機(jī)器臂上具有的致動器結(jié)合，而且設(shè)置在驅(qū)動單元上的各驅(qū)動輪接收來自致動器的驅(qū)動カ進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，由此通過機(jī)器人控制手術(shù)器械。在以往的‘機(jī)器人-手術(shù)器械’的安裝結(jié)構(gòu)中，設(shè)置有與手術(shù)器械的運(yùn)轉(zhuǎn)自由度相應(yīng)數(shù)量的驅(qū)動輪，并且與驅(qū)動輪數(shù)量相應(yīng)地，致動器中也具備相同數(shù)量的運(yùn)轉(zhuǎn)輪。最近,隨著單通道手術(shù)(single port surgery)等新手術(shù)技術(shù)的出現(xiàn),有必要追加手術(shù)器械運(yùn)轉(zhuǎn)自由度，但是以往的機(jī)器人-手術(shù)器械驅(qū)動機(jī)制而言，如果追加手術(shù)器械的運(yùn)轉(zhuǎn)自由度，則與其相應(yīng)地需要追加驅(qū)動輪及運(yùn)轉(zhuǎn)輪個數(shù)，因此存在不僅要變更手術(shù)器械的設(shè)計還要變更手術(shù)機(jī)器人自身設(shè)計的問題。例如，以往安裝有以四自由度運(yùn)轉(zhuǎn)的手術(shù)器械的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)而言，在機(jī)器人上安裝設(shè)置有四個驅(qū)動輪的手術(shù)器械，并且與其相應(yīng)的在機(jī)器人的致動器中也要具備四個運(yùn)轉(zhuǎn)輪，但是如果想要使手術(shù)器械以五自由度運(yùn)轉(zhuǎn)時，可能發(fā)生以往的手術(shù)器械不能使用的情況，從而需要重新制作設(shè)置有五個驅(qū)動輪的手術(shù)器械，并且與其相應(yīng)地在手術(shù)機(jī)器人的致動器中也要具備五個運(yùn)轉(zhuǎn)輪。上述背景技術(shù)是發(fā)明人為了導(dǎo)出本發(fā)明而所掌握或在導(dǎo)出本發(fā)明的過程中所學(xué)到的技術(shù)信息，并不一定是本發(fā)明申請之前就被一般公眾公開的公知技木。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)課題本發(fā)明提供一種手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)及其控制方法，即使追加手術(shù)器械的運(yùn)轉(zhuǎn)自由度，也不必變更手術(shù)器械的驅(qū)動單元結(jié)構(gòu)及手術(shù)機(jī)器人的致動器結(jié)構(gòu)。技術(shù)解決方法
根據(jù)本發(fā)明的ー實施方式，提供一種手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其安裝有手術(shù)器械，該手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)包括第一驅(qū)動單元，用于中介手術(shù)器械與機(jī)器人之間的結(jié)合，并且具有η個(η是自然數(shù))基本驅(qū)動子，從而使手術(shù)器械以規(guī)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)為操作原點以η自由度運(yùn)轉(zhuǎn)；第ニ驅(qū)動單元，與手術(shù)器械結(jié)合，并且具有m個(m是自然數(shù))附加驅(qū)動子，從而使手術(shù)器械以n+m自由度運(yùn)轉(zhuǎn)；傳感單元，檢測第二驅(qū)動單元的有關(guān)驅(qū)動程度的信息并輸出傳感信號；控制器，接收傳感信號并修改對應(yīng)于操作原點的值，而且輸出用于驅(qū)動第一驅(qū)動單元的控制信號。第一驅(qū)動單元與手術(shù)器械的前端部結(jié)合，基本驅(qū)動子可以以設(shè)置在第一驅(qū)動單元的與機(jī)器人對置的面上的ー個以上驅(qū)動輪實現(xiàn)。附加驅(qū)動子可以由使用者手動操作，或者接收來自単獨(dú)的驅(qū)動裝置的驅(qū)動カ進(jìn)行操作。m為1，手術(shù)器械的軸構(gòu)成為能夠以其長度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，軸可以通過使用者對附加驅(qū)動子的操作而執(zhí)行旋轉(zhuǎn)動作。此時，軸的旋轉(zhuǎn)動作也可以通過基本驅(qū) 動子的運(yùn)轉(zhuǎn)而執(zhí)行。m為1，手術(shù)器械的軸包括外部軸，向其長度方向之外的方向彎曲(bending)，并且能夠以其長度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)；內(nèi)部軸，收容在外部軸內(nèi)，并且在外部軸內(nèi)能夠以其延伸方向為中心旋轉(zhuǎn)；外部軸可以通過操作者對附加驅(qū)動子的操作而執(zhí)行旋轉(zhuǎn)動作。此時，外部軸的旋轉(zhuǎn)動作也可以通過基本驅(qū)動子的運(yùn)轉(zhuǎn)而執(zhí)行。m為1，手術(shù)器械的軸構(gòu)成為能夠以其長度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)并且能夠向其長度方向之外的方向彎曲的結(jié)構(gòu)，軸可以通過操作者對附加驅(qū)動子的操作而執(zhí)行彎曲動作。此時，軸的彎曲動作也可以通過基本驅(qū)動子的運(yùn)轉(zhuǎn)而執(zhí)行。m為2，手術(shù)器械的軸包括外部軸，能夠以其長度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)；內(nèi)部軸，收容在外部軸內(nèi)，并且在外部軸內(nèi)能夠以其延伸方向為中心旋轉(zhuǎn)；軸構(gòu)成為能夠向其長度方向之外的方向彎曲的結(jié)構(gòu)，外部軸可以通過操作者操作附加驅(qū)動子中的ー個而執(zhí)行旋轉(zhuǎn)動作，軸可以通過操作者操作附加驅(qū)動子中的另ー個而執(zhí)行彎曲動作。此時，外部軸的旋轉(zhuǎn)動作及軸的彎曲動作中的一個也可以通過基本驅(qū)動子的運(yùn)轉(zhuǎn)而執(zhí)行。m為2，手術(shù)器械的軸包括第一軸部；第二軸部；以及介于第一軸部與第二軸部之間的肘部；第一軸部及第二軸部構(gòu)成為分別能夠以其長度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，第二軸部構(gòu)成為以肘部為中心相對于第一軸部可彎曲的結(jié)構(gòu)，第一軸部可以通過使用者操作附加驅(qū)動子中的一個而執(zhí)行旋轉(zhuǎn)動作，第一軸部與第二軸部之間的彎曲動作可以通過操作者操作附加驅(qū)動子中的另ー個而執(zhí)行。此時，第一軸部的旋轉(zhuǎn)動作及第一軸部與第二軸部之間的彎曲動作中的一個也可以通過基本驅(qū)動子的運(yùn)轉(zhuǎn)而執(zhí)行。有關(guān)驅(qū)動程度的信息可以包括第二驅(qū)動單元的驅(qū)動程度、第二驅(qū)動單元的操作程度、第二驅(qū)動單元的驅(qū)動引起的手術(shù)器械的運(yùn)轉(zhuǎn)程度等?？刂破骺梢孕薷牟僮髟c所對應(yīng)的值，以便使手術(shù)器械通過第二驅(qū)動單元的驅(qū)動而運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)成為操作原點，并輸出用于驅(qū)動第一驅(qū)動單元的控制信號，從而使手術(shù)器械以修改的操作原點為基準(zhǔn)以η自由度運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，根據(jù)本發(fā)明的另ー實施方式，提供一種手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的控制方法，該方法用于控制手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，該手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)包括第一驅(qū)動單元，用于中介手術(shù)器械與安裝手術(shù)器械的手術(shù)機(jī)器人之間的結(jié)合，并且使手術(shù)器械以規(guī)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)為操作原點以η自由度運(yùn)轉(zhuǎn)；第二驅(qū) 動單元，與手術(shù)器械結(jié)合，并且使手術(shù)器械以n+m自由度運(yùn)轉(zhuǎn)；該手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的控制方法包括如下步驟檢測第二驅(qū)動單元的有關(guān)驅(qū)動程度的信息并輸出傳感信號的步驟；接收傳感信號并修改操作原點所對應(yīng)的值的步驟；以及輸出用于驅(qū)動第一驅(qū)動單元的控制信號的步驟，該第一驅(qū)動單元使手術(shù)器械以修改的操作原點為基準(zhǔn)以η自由度運(yùn)轉(zhuǎn)。m為1，手術(shù)器械的軸構(gòu)成為能夠以其長度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，傳感信號輸出步驟可以包括檢測軸的旋轉(zhuǎn)程度的步驟。m為1，手術(shù)器械的軸包括外部軸，向其長度方向之外的方向彎曲，并且能夠以其長度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)；內(nèi)部軸，收容在外部軸內(nèi)，并且在外部軸內(nèi)能夠以其延伸方向為中心旋轉(zhuǎn)；傳感信號輸出步驟可以包括檢測外部軸的旋轉(zhuǎn)程度的步驟。m為1，手術(shù)器械的軸構(gòu)成為能夠以其長度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)并且向其長度方向之外的方向可彎曲的結(jié)構(gòu)，傳感信號輸出步驟可以包括檢測軸的彎曲程度的步驟。m為2，手術(shù)器械的軸包括外部軸，能夠以其長度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)；內(nèi)部軸，收容在外部軸內(nèi)，并且在外部軸內(nèi)能夠以其延伸方向為中心旋轉(zhuǎn)；軸構(gòu)成為能夠向其長度方向之外的方向彎曲的結(jié)構(gòu)，傳感信號輸出步驟可以包括檢測外部軸的旋轉(zhuǎn)程度及軸的彎曲程度的步驟。m為2，手術(shù)器械的軸包括第一軸部、第二軸部以及介于第一軸部與第二軸部之間的肘部；第一軸部及第二軸部構(gòu)成為分別能夠以其長度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，第二軸部構(gòu)成為能夠以肘部為中心相對于第一軸部彎曲的結(jié)構(gòu)，傳感信號輸出步驟可以包括檢測第一軸部的旋轉(zhuǎn)程度及第一軸部與第二軸部之間的彎曲程度的步驟。傳感信號輸出步驟可以包括如下步驟，檢測第二驅(qū)動單元的驅(qū)動程度、第二驅(qū)動単元的操作程度、手術(shù)器械隨著第二驅(qū)動單元的驅(qū)動而運(yùn)轉(zhuǎn)的程度的步驟。除上述之外的其它實施方式、特點和優(yōu)點，可以通過下面的附圖、保護(hù)范圍以及發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容明確。有益效果根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，需要追加手術(shù)器械的運(yùn)轉(zhuǎn)自由度時，不必變更現(xiàn)有的驅(qū)動單元，而增設(shè)負(fù)責(zé)追加自由度的專用驅(qū)動單元，因此不必變更現(xiàn)有手術(shù)機(jī)器人及手術(shù)器械的結(jié)構(gòu)。而且，増加用于檢測在機(jī)器人系統(tǒng)上追加的驅(qū)動單元的運(yùn)轉(zhuǎn)程度的傳感單元，并檢測手術(shù)器械通過增加的驅(qū)動單元而運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，且以它為基礎(chǔ)控制手術(shù)器械的運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，即使手術(shù)器械的運(yùn)轉(zhuǎn)自由度増加，也能夠利用現(xiàn)有的機(jī)器人-手術(shù)器械的安裝結(jié)構(gòu)控制手術(shù)機(jī)器人及手術(shù)器械。


圖I是示出本發(fā)明的實施例涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的概念圖。圖2是示出本發(fā)明的實施例涉及的第一驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3至圖8是示出本發(fā)明的實施例涉及的手術(shù)器械及其運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的示意圖。圖9是示出本發(fā)明的實施例涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的控制方法的順序圖。
具體實施方式
本發(fā)明可以進(jìn)行各種改進(jìn)、具有各種實施例，附圖中示出具體的實施例并進(jìn)行詳細(xì)說明。然而，這并不意味著將本發(fā)明限定在具體的實施方式，應(yīng)該理解為，包括屬于本發(fā)明的精神及技術(shù)范圍的所有改進(jìn)、等同物和替換。當(dāng)判斷出與本發(fā)明相關(guān)的公知技術(shù)的詳細(xì)描述使本發(fā)明的主g模糊時，將省略該詳細(xì)描述。
可以使用諸如“第一”和“第二”等術(shù)語來描述各種構(gòu)成要素，但是所述構(gòu)成要素不受所述術(shù)語限制。所述術(shù)語僅用于將ー個構(gòu)成要素與另ー構(gòu)成要素區(qū)分開來。本申請中使用的術(shù)語僅用于說明具體的實施例，并不意在限制本發(fā)明。單數(shù)表示包括復(fù)數(shù)表示，只要可以清晰地區(qū)別理解。在本申請中，諸如“包括”和“具有”等術(shù)語意在表示說明書上記載的特征、序號、步驟、動作、構(gòu)成要素、組件或其組合，因此應(yīng)該理解，并不排除存在或増加ー個或多個不同的特征、編號、步驟、動作、構(gòu)成要素、組件或其組合的可能性。下面，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施例，在參照附圖進(jìn)行說明的過程中，相同或相對應(yīng)的構(gòu)成要素賦予了相同的附圖標(biāo)記，省略對其的重復(fù)說明。圖I是示出本發(fā)明的實施例涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的概念圖，圖2是示出本發(fā)明的實施例涉及的第一驅(qū)動單元結(jié)構(gòu)的示意圖。參照圖I及圖2，示出了機(jī)器人I、控制器3、致動器5、運(yùn)轉(zhuǎn)輪7、手術(shù)器械9、軸10、執(zhí)行器12、第一驅(qū)動單元20、基本驅(qū)動子22、第二驅(qū)動單元30、附加驅(qū)動子32、傳感單元40。在本實施例中，其特征在于，使安裝在手術(shù)機(jī)器人上的手術(shù)器械的驅(qū)動單元與現(xiàn)有技術(shù)中的自由度相同的自由度(基本自由度，例如四自由度)運(yùn)轉(zhuǎn)，需要追加運(yùn)轉(zhuǎn)自由度時，追加專用驅(qū)動單元。通過驅(qū)動追加的專用驅(qū)動單元而使手術(shù)器械運(yùn)轉(zhuǎn)時，手術(shù)機(jī)器人檢測根據(jù)該追加的自由度的運(yùn)轉(zhuǎn)，并且以該運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)為基礎(chǔ)控制手術(shù)器械，以使手術(shù)器械以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)。本實施例涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)由手術(shù)機(jī)器人I和安裝在機(jī)器人I上的手術(shù)器械9構(gòu)成。手術(shù)機(jī)器人I具備用于生成、傳遞驅(qū)動カ的致動器5，通過將手術(shù)器械9安裝在手術(shù)機(jī)器人I上，手術(shù)器械9的驅(qū)動單元(第一驅(qū)動單元20)與致動器5匹配，從而從致動器5接收驅(qū)動カ而運(yùn)轉(zhuǎn)。即，本實施例涉及的第一驅(qū)動單元20是使手術(shù)器械9接收來自機(jī)器人I的驅(qū)動カ的、在手術(shù)器械9與機(jī)器人I之間中介動カ傳遞關(guān)系的構(gòu)成要素。本實施例涉及的第一驅(qū)動單元20以使手術(shù)器械9以η自由度運(yùn)轉(zhuǎn)的方式傳遞驅(qū)動力，在此，η自由度可相當(dāng)于上述基本自由度。例如，在手術(shù)器械9的末端作為執(zhí)行器12結(jié)合有夾具(gripper)的情況，夾具可以進(jìn)行如下動作，一對夾爪(jaw)各自的夾住動作(ニ自由度)，整個夾具的傾斜(tilting)( —自由度)及夾具的旋轉(zhuǎn)(一自由度)。因此，可以以四自由度作為基本自由度進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。手術(shù)器械9以初始狀態(tài)或基準(zhǔn)狀態(tài)作為基準(zhǔn)運(yùn)轉(zhuǎn)，例如可以將手術(shù)器械9安裝在機(jī)器人I上而第一驅(qū)動單元20匹配在致動器5上的狀態(tài)作為基準(zhǔn)狀態(tài)。從這種基準(zhǔn)狀態(tài)，第一驅(qū)動單元20接收來自致動器5的驅(qū)動カ而驅(qū)動，從而使手術(shù)器械9進(jìn)行規(guī)定狀態(tài)的運(yùn)轉(zhuǎn)。在此，這種基準(zhǔn)狀態(tài)稱為“操作原點”而進(jìn)行說明。操作原點可以包括手術(shù)器械9安裝在機(jī)器人I上的初始狀態(tài)，由于本實施例涉及的手術(shù)機(jī)器人I可以存儲手術(shù)器械9處于初始狀態(tài)時的有關(guān)致動器5狀態(tài)的信息，所以也可以存儲有關(guān)手術(shù)器械9的操作原點的信息。例如，手術(shù)器械9初期以第一狀態(tài)設(shè)定的情況下，可以將第一狀態(tài)作為操作原點存儲，之后驅(qū)動機(jī)器人I而手術(shù)器械9運(yùn)轉(zhuǎn)為第二狀態(tài)時，由于手術(shù)機(jī)器人I能夠得知其驅(qū)動程度，所以能夠?qū)С鲇嘘P(guān)第二狀態(tài)的信息。如果使手術(shù)器械9以第二狀態(tài)為基準(zhǔn)狀態(tài)重 新運(yùn)轉(zhuǎn)時，可以修改有關(guān)操作原點的信息使第二狀態(tài)成為操作原點。為了使手術(shù)器械9以η自由度運(yùn)轉(zhuǎn)，可以在第一驅(qū)動單元20上設(shè)置η個基本驅(qū)動子22。即，可以具有與手術(shù)器械運(yùn)轉(zhuǎn)自由度相應(yīng)數(shù)量的驅(qū)動子，從而隨著各驅(qū)動子的運(yùn)動使與其連接的各部分進(jìn)行運(yùn)動。本實施例涉及的基本驅(qū)動子22可以以驅(qū)動輪形式構(gòu)成。例如，當(dāng)本實施例涉及的第一驅(qū)動單元20在其前端部結(jié)合有手術(shù)器械9以便中介機(jī)器人I與手術(shù)器械9之間的動カ傳遞關(guān)系時，可以在第一驅(qū)動單元20的與機(jī)器人I對置的面上(作為基本驅(qū)動子22)設(shè)置多個驅(qū)動輪。各驅(qū)動輪可以通過滑輪線與執(zhí)行器12的各部分連接，并且隨著各驅(qū)動輪的旋轉(zhuǎn)使與其連接的執(zhí)行器12的各部分運(yùn)動，從而執(zhí)行手術(shù)所需動作。在此“前端(proximal end) ”表示軸開始部分的端部,“末端(distal end) ”表示軸結(jié)束部分的端部，所以前端與末端相當(dāng)于軸的相反側(cè)的各端部?；掘?qū)動子22以驅(qū)動輪形式構(gòu)成吋，與其相應(yīng)地，在致動器5上可具有與各驅(qū)動輪匹配的多個運(yùn)轉(zhuǎn)輪7。即，手術(shù)機(jī)器人I控制各運(yùn)轉(zhuǎn)輪7以便旋轉(zhuǎn)所需程度，與運(yùn)轉(zhuǎn)輪7匹配的驅(qū)動輪隨之旋轉(zhuǎn)，而且與各驅(qū)動輪連接的執(zhí)行器12的各部分隨之運(yùn)動。本實施例涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，除了設(shè)置有使手術(shù)器械9以基本自由度(例如η自由度)運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動單元(第一驅(qū)動單元20)之外，還設(shè)置有使手術(shù)器械9以追加的自由度(例如m自由度)運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動單元(第二驅(qū)動單元30)。由于追加了第ニ驅(qū)動單元30，所以本實施例涉及的手術(shù)器械9也可以以除基本自由度以外的追加的自由度(例如n+m自由度)運(yùn)轉(zhuǎn)。第二驅(qū)動單元30可以與第一驅(qū)動單元20相同地與手術(shù)器械結(jié)合，例如，除了使手術(shù)器械9以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)之外，為了使其軸10旋轉(zhuǎn)或彎曲，還可以在手術(shù)器械軸10的前端部設(shè)置旋轉(zhuǎn)用操作手柄及/或彎曲用操作手柄，此時，旋轉(zhuǎn)用操作手柄及/或彎曲用操作手柄可相當(dāng)于第二驅(qū)動單元30。為了使手術(shù)器械9以m自由度進(jìn)行追加運(yùn)轉(zhuǎn)，可以在第二驅(qū)動單元30上設(shè)置m個附加驅(qū)動子32。即，可以具有與手術(shù)器械9進(jìn)行追加運(yùn)轉(zhuǎn)的自由度(追加的自由度)相應(yīng)數(shù)量的驅(qū)動子，從而隨著各驅(qū)動子的運(yùn)動使與其連接的各部分進(jìn)行追加運(yùn)轉(zhuǎn)。本實施例涉及的第二驅(qū)動單元30及其具備的附加驅(qū)動子32是為了使手術(shù)器械除了以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)之外進(jìn)行追加運(yùn)轉(zhuǎn)而設(shè)置的，附加驅(qū)動子32可以制作成由使用者直接手動操作的形式。如上述例，為了使手術(shù)器械9以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)而在第一驅(qū)動單元20上設(shè)置多個驅(qū)動輪(基本驅(qū)動子22)，且為了使手術(shù)器械的軸10進(jìn)ー步彎曲而還設(shè)置彎曲用操作手柄(附加驅(qū)動子32)吋，多個驅(qū)動輪可以與手術(shù)機(jī)器人I結(jié)合并接收來自機(jī)器人I的驅(qū)動カ而運(yùn)轉(zhuǎn)，而彎曲用操作手柄可以由使用者手動操作。操作手柄也可以接收來自機(jī)器人I的驅(qū)動カ而運(yùn)轉(zhuǎn)。此時，不僅要變更手術(shù)器械與機(jī)器臂結(jié)合的接ロ部分的結(jié)構(gòu)，還要變更機(jī)器人(具體是致動器5)結(jié)構(gòu)。但是，本實施例涉及的附加驅(qū)動子32并不一定必須以手動操作用構(gòu)成，也可以適用于通過手術(shù)機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)的方式、通過單獨(dú)的驅(qū)動裝置(例如単獨(dú)的電機(jī)包)運(yùn)轉(zhuǎn)的方式等。如上所述，本實施例的特征在于增設(shè)第二驅(qū)動單元30并通過手動(或手術(shù)機(jī)器人或単獨(dú)的驅(qū)動裝置等)操作第二驅(qū)動單元30，通過操 作第二驅(qū)動單元30，手術(shù)器械9隨之運(yùn)轉(zhuǎn)。即，變更手術(shù)器械9的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。手術(shù)器械9運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的變更，導(dǎo)致用于使手術(shù)器械以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)的基準(zhǔn)狀態(tài)(上述操作原點)發(fā)生變更。例如，驅(qū)動第一驅(qū)動單元20使執(zhí)行器12以基本自由度執(zhí)行手術(shù)所需動作之后，驅(qū)動第二驅(qū)動單元30使軸10彎曲30度左右吋，由于需要以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)的執(zhí)行器12的位置及方向發(fā)生了變更，所以可能需要修改執(zhí)行器12運(yùn)轉(zhuǎn)的操作原點。為此，本實施例涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)可以包括傳感單元40，該傳感単元40檢測手術(shù)器械9通過第二驅(qū)動單元30的驅(qū)動而以追加自由度運(yùn)轉(zhuǎn)的程度，并提供用于修改手術(shù)器械9操作原點的數(shù)據(jù)。下面，說明傳感單元40的結(jié)構(gòu)及功能。本實施例涉及的傳感單元40起到檢測有關(guān)第二驅(qū)動單元30驅(qū)動程度的信息并輸出傳感信號的作用。為此，傳感単元40可以由傳感器和有/無線通信單元構(gòu)成，該傳感器與第二驅(qū)動單元30結(jié)合，該有/無線通信単元(電線、光纜、無線通信模塊、光通信模塊等)將來自傳感器的信號傳送給機(jī)器人系統(tǒng)?；蛘?，也可以將傳感單元40構(gòu)成為，將傳感器設(shè)置在機(jī)器人I側(cè)從而使傳感器檢測第二驅(qū)動單元30的驅(qū)動程度而輸出傳感信號?；蛘?，可以將傳感單元40構(gòu)成為，也可以使単獨(dú)的傳感器檢測第二驅(qū)動單元30的驅(qū)動程度而生成傳感信號，且利用有/無線通信單元連接傳感器與機(jī)器人系統(tǒng)，從而將傳感信號傳送給機(jī)器人系統(tǒng)。除此之外，本實施例涉及的傳感單元40可以以能夠檢測有關(guān)第二驅(qū)動單元30驅(qū)動程度的信息并傳送給機(jī)器人系統(tǒng)的多種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。作為第二驅(qū)動單元30的‘有關(guān)驅(qū)動程度的信息’，本實施例涉及的傳感單元40可以檢測第二驅(qū)動單元30的驅(qū)動程度。例如，作為第二驅(qū)動單元30設(shè)置軸彎曲用操作手柄，為了將軸10彎曲30度而旋轉(zhuǎn)(驅(qū)動)操作手柄Icm時，有關(guān)驅(qū)動程度的信息可以是操作手柄的旋轉(zhuǎn)程度、即1cm。另外，作為有關(guān)驅(qū)動程度的信息，可以使傳感單元40檢測第二驅(qū)動單元30的操作程度。如上述例，當(dāng)手動操作第二驅(qū)動單元30時，第二驅(qū)動單元30的操作程度可以是與第ニ驅(qū)動單元30的驅(qū)動程度相同的值。但是，使用手術(shù)機(jī)器人或単獨(dú)具備的動力裝置操作第ニ驅(qū)動單元30時，第二驅(qū)動單元30的操作程度也可以是與第二驅(qū)動單元30的驅(qū)動程度不同的值。此時，傳感単元40也可以檢測第二驅(qū)動單元30的操作程度。另外，作為有關(guān)驅(qū)動程度的信息，傳感單元40也可以檢測手術(shù)器械9隨著第二驅(qū)動單元30的驅(qū)動而運(yùn)轉(zhuǎn)的程度。例如，作為第二驅(qū)動單元30設(shè)置軸彎曲用操作手柄，并旋轉(zhuǎn)操作手柄Icm使軸10彎曲30度時，有關(guān)驅(qū)動程度的信息可以是手術(shù)器械9運(yùn)轉(zhuǎn)的程度、即30度。
這樣的，為了獲得用于修改操作原點的數(shù)據(jù)，作為本實施例涉及的傳感單元40可以使用對應(yīng)檢測對象信息的多種傳感器，該傳感器可以檢測根據(jù)第二驅(qū)動單元30的有關(guān)手術(shù)器械運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的多種信息。另外，由傳感單元40檢測的信息，可以使用在掌握手術(shù)器械9根據(jù)第二驅(qū)動單元30而進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)。例如，檢測到第二驅(qū)動單元30的操作程度時，由于第二驅(qū)動單元30的操作與根據(jù)該操作的手術(shù)器械9的運(yùn)轉(zhuǎn)具有規(guī)定的函數(shù)關(guān)系，因此可以利用該檢測結(jié)果導(dǎo)出手術(shù)器械9的運(yùn)轉(zhuǎn)程度。檢測到第二驅(qū)動單元30的驅(qū)動程度時也相同。而且，檢測到手術(shù)器械9通過第二驅(qū)動單元30的驅(qū)動而運(yùn)轉(zhuǎn)的程度時，可以根據(jù)檢測結(jié)果直接導(dǎo)出手術(shù)器械9的運(yùn)轉(zhuǎn)程度?；谶@樣導(dǎo)出的手術(shù)器械9根據(jù)第二驅(qū)動單元30而運(yùn)轉(zhuǎn)的程度，可以使手術(shù)器械9重新以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)。下面，說明負(fù)責(zé)該功能的控制器。本實施例涉及的控制器3是在機(jī)器人系統(tǒng)中起到控制手術(shù)器械9運(yùn)轉(zhuǎn)的作用的構(gòu) 成要素。所以，控制器3接收從傳感單元40輸出的傳感信號，并掌握手術(shù)器械9根據(jù)第二驅(qū)動單元30而運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)之后，以該運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)為基礎(chǔ)，控制手術(shù)器械9重新以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)。S卩，控制器3使用傳感信號進(jìn)行設(shè)定使導(dǎo)出的手術(shù)器械9 (根據(jù)第二驅(qū)動單元30)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)重新變成用于手術(shù)器械9 (根據(jù)第一驅(qū)動單元20)運(yùn)轉(zhuǎn)的初始狀態(tài)，為此，可以使用手術(shù)器械9通過第二驅(qū)動單元30的驅(qū)動而進(jìn)行的最終運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的信息修改操作原點。有關(guān)操作原點的信息被修改后，手術(shù)器械9可以以被修改的操作原點為基準(zhǔn)重新以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)，為此，控制器3控制機(jī)器人系統(tǒng)，以便驅(qū)動第一驅(qū)動單元20使手術(shù)器械9以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)。圖3至圖7是示出本發(fā)明的實施例涉及的手術(shù)器械及其運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的示意圖。參照圖3至圖7，示出了手術(shù)器械9、軸10、肘部11、執(zhí)行器12、第一驅(qū)動單元20、基本驅(qū)動子22、第二驅(qū)動單元30、附加驅(qū)動子32a、32b、32c、傳感單元40。圖3是示出在手術(shù)器械9上設(shè)置ー個附加驅(qū)動子32a時本實施例涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的示意圖。由于設(shè)置有一個附加驅(qū)動子32a，所以手術(shù)器械9的追加自由度m為I ο例如，手術(shù)器械9的軸10制作成能夠以其長度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)，并且軸10通過操作一個附加驅(qū)動子32a實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)時，軸10的旋轉(zhuǎn)屬于手術(shù)器械9以追加自由度進(jìn)行的運(yùn)轉(zhuǎn)。S卩，圖3所示的手術(shù)器械9是以四自由度(軸旋轉(zhuǎn)(圖3的‘R’)、執(zhí)行器的手腕動作、一對夾爪各自的運(yùn)動)運(yùn)轉(zhuǎn)的手術(shù)器械，機(jī)器臂(第一驅(qū)動單元)負(fù)責(zé)三自由度，第ニ驅(qū)動單元負(fù)責(zé)剩余一自由度(例如，軸的旋轉(zhuǎn))的運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，手術(shù)器械的四自由度并不限定于上述例，四自由度也可以以例如‘軸旋轉(zhuǎn)、手腕上下動作、手腕左右動作、夾爪動作’這樣的多種方式實現(xiàn)。因此，通過驅(qū)動第一驅(qū)動單元20使手術(shù)器械9運(yùn)轉(zhuǎn)之后，使用者操作第二驅(qū)動單元30 (附加驅(qū)動子32a)使手術(shù)器械軸10旋轉(zhuǎn)規(guī)定角度吋，傳感單元40掌握軸10的旋轉(zhuǎn)程度，而且控制器3以軸10旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)作為操作原點，并控制手術(shù)器械9以修改的操作原點為基準(zhǔn)重新以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)。
另外，如同本實施例的四自由度手術(shù)器械9的情況，出了可以設(shè)置第二驅(qū)動單元30從而單獨(dú)旋轉(zhuǎn)軸，還可以通過第一驅(qū)動單元20旋轉(zhuǎn)軸10。即，可以運(yùn)轉(zhuǎn)基本驅(qū)動子22中的ー個，使軸10旋轉(zhuǎn)。此時，如果手動操作第二驅(qū)動單元30吋，軸10的旋轉(zhuǎn)動作可以通過‘手動操作’及‘機(jī)器人操作’混合的方式實現(xiàn)。于是，通過機(jī)器人操作使軸10在規(guī)定角度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)吋，在此結(jié)合手動操作能夠給旋轉(zhuǎn)角度賦予偏移量(offset)。例如，通過機(jī)器人，軸在-270度 +270度的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，在此加以手動操作手動賦予+90度的偏移量時，手術(shù)器械的軸10在-180度 +360度的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)。如此，對機(jī)器人操作賦予偏移量，從而可以變更軸10的旋轉(zhuǎn)范圍。圖4也是示出在手術(shù)器械9上設(shè)置ー個附加驅(qū)動子32a時本實施例涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的例示圖。由于設(shè)置有一個附加驅(qū)動子32a，所以手術(shù)器械9的追加自由度m為I。例如，手術(shù)器械9的軸10制作成，彎曲且由雙軸(外部軸10a、內(nèi)部軸IOb)構(gòu)成，外部軸IOa能夠以其長度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)，內(nèi)部軸IOb收容在外部軸IOa內(nèi)并且能夠以其延伸方向為中心旋轉(zhuǎn)，而且外部軸IOa通過操作一個附加驅(qū)動子32a實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)時，夕卜部軸IOa的旋轉(zhuǎn)相當(dāng)于手術(shù)器械9以追加自由度進(jìn)行的運(yùn)轉(zhuǎn)。S卩，圖4所示的手術(shù)器械9是以五自由度(外部軸IOa旋轉(zhuǎn)(圖4的‘Ro’)、內(nèi)部軸IOb旋轉(zhuǎn)(圖4的‘Ri’ )、執(zhí)行器的手腕動作、一對夾爪各自的運(yùn)動)運(yùn)轉(zhuǎn)的手術(shù)器械，機(jī)器臂(第一驅(qū)動單元)負(fù)責(zé)四自由度，第二驅(qū)動單元30負(fù)責(zé)剩余的一自由度(例如，夕卜部軸IOa的旋轉(zhuǎn))的運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，通過驅(qū)動第一驅(qū)動單元20使手術(shù)器械9運(yùn)轉(zhuǎn)之后，使用者操作第二驅(qū)動單元30 (附加驅(qū)動子32a)使外部軸IOa旋轉(zhuǎn)規(guī)定角度吋，傳感單元40掌握外部軸IOa的旋轉(zhuǎn)程度，而且控制器3以外部軸IOa旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)作為操作原點，控制手術(shù)器械9以修改的操作原點為基準(zhǔn)重新以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)。圖5也是示出在手術(shù)器械9上設(shè)置ー個附加驅(qū)動子32a時本實施例涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的例示圖。由于設(shè)置有一個附加驅(qū)動子32a，所以手術(shù)器械9的追加自由度m為I。例如，手術(shù)器械9的軸10制作成，能夠以其長度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)并且能夠向其長度方向之外的方向彎曲(bending)，而且軸10通過ー個附加驅(qū)動子32a的操作而實現(xiàn)彎曲吋，軸10的彎曲相當(dāng)于手術(shù)器械9以追加自由度進(jìn)行的運(yùn)轉(zhuǎn)。S卩，圖5所示的手術(shù)器械9是以五自由度(軸旋轉(zhuǎn)(圖5的‘R’)、軸彎曲(圖5的‘B’)、執(zhí)行器的手腕動作、一對夾爪各自運(yùn)動)運(yùn)轉(zhuǎn)的手術(shù)器械，機(jī)器臂(第一驅(qū)動單元)負(fù)責(zé)四自由度，第二驅(qū)動單元30負(fù)責(zé)剩余的一自由度(例如，軸的旋轉(zhuǎn))的運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，通過驅(qū)動第一驅(qū)動單元20使手術(shù)器械9運(yùn)轉(zhuǎn)之后，使用者操作第二驅(qū)動單元30 (附加驅(qū)動子32a)使手術(shù)器械軸10彎曲規(guī)定程度吋，傳感單元40掌握軸10的彎曲 程度，而且控制器3以軸10彎曲的狀態(tài)作為操作原點，并控制手術(shù)器械9以修改的操作原點為基準(zhǔn)重新以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)。圖6是示出在手術(shù)器械9上設(shè)置兩個附加驅(qū)動子32a、32b時本實施例涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的例示圖。由于設(shè)置有兩個附加驅(qū)動子32a、32b，所以手術(shù)器械9的追加自由度m為2。例如，手術(shù)器械9的軸10制作成由雙軸(外部軸10c、內(nèi)部軸IOd)構(gòu)成，外部軸IOc能夠以其長度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)，內(nèi)部軸IOd收容在外部軸IOc內(nèi)并且能夠以其延伸方向為中心旋轉(zhuǎn)，軸10向其長度方向之外的方向可彎曲，而且外部軸IOc通過操作第一附加驅(qū)動子32a實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，軸10通過操作第二附加驅(qū)動子32b實現(xiàn)彎曲時，外部軸IOc的旋轉(zhuǎn)及軸10的彎曲屬于手術(shù)器械9以追加自由度進(jìn)行的運(yùn)轉(zhuǎn)。即，圖6所示的手術(shù)器械9是以六自由度(外部軸旋轉(zhuǎn)(圖6的‘Ro’)、內(nèi)部軸旋轉(zhuǎn)(圖6的‘Ri’)、軸的彎曲(圖6的‘B’)、執(zhí)行器的手腕動作、一對夾爪各自的運(yùn)動)運(yùn)轉(zhuǎn)的手術(shù)器械，機(jī)器臂(第一驅(qū)動單元)負(fù)責(zé)四自由度，第二驅(qū)動單元30負(fù)責(zé)剩余ニ自由度(例如，外部軸IOc的旋轉(zhuǎn)及軸10的彎曲)的運(yùn)轉(zhuǎn)。 因此，通過驅(qū)動第一驅(qū)動單元20使手術(shù)器械9運(yùn)轉(zhuǎn)之后，使用者操作第二驅(qū)動單元30 (附加驅(qū)動子32a、32b)使外部軸IOc旋轉(zhuǎn)規(guī)定角度且使軸10彎曲規(guī)定程度時，傳感単元40掌握外部軸IOc的旋轉(zhuǎn)程度及軸10的彎曲程度，而且控制器3以軸旋轉(zhuǎn)及彎曲的狀態(tài)作為操作原點，控制手術(shù)器械9以修改的操作原點為基準(zhǔn)重新以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)。圖7也是示出在手術(shù)器械9上設(shè)置兩個附加驅(qū)動子32a、32b時本實施例涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的例示圖。由于設(shè)置有兩個附加驅(qū)動子32a、32b，所以手術(shù)器械9的追加自由度m為2。例如，手術(shù)器械9的軸10區(qū)分為分別以其長度方向的軸線為中心可旋轉(zhuǎn)的兩個部分(第一軸部10e、第二軸部IOf)，兩個部分10e、10f可以通過肘部11彼此彎曲地結(jié)合，而且第一軸部IOe通過第一附加驅(qū)動子32a的操作實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，軸10通過第二附加驅(qū)動子32b的操作實現(xiàn)彎曲時，第一軸部IOe的旋轉(zhuǎn)及軸的彎曲屬于手術(shù)器械9以追加自由度進(jìn)行的運(yùn)轉(zhuǎn)。S卩，圖7所示的手術(shù)器械9是以六自由度(第一軸部旋轉(zhuǎn)(圖7的‘R1’)、第二軸部旋轉(zhuǎn)(圖7的‘R2’)、軸彎曲(圖7的‘F’)、執(zhí)行器的手腕動作、一對夾爪各自的運(yùn)動)運(yùn)轉(zhuǎn)的手術(shù)器械，機(jī)器臂(第一驅(qū)動單元)負(fù)責(zé)四自由度，第二驅(qū)動單元30負(fù)責(zé)剩余ニ自由度(例如，第一軸部IOe的旋轉(zhuǎn)及軸10的彎曲)的運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，通過第一驅(qū)動單元20的驅(qū)動使手術(shù)器械9運(yùn)轉(zhuǎn)之后，使用者操作第二驅(qū)動単元30 (附加驅(qū)動子32a、32b)使手術(shù)器械的第一軸部IOe旋轉(zhuǎn)規(guī)定角度且使軸10彎曲規(guī)定程度吋，傳感單元40掌握第一軸部IOe的旋轉(zhuǎn)程度及軸10的彎曲程度，而且控制器3以軸10旋轉(zhuǎn)及彎曲的狀態(tài)作為操作原點，控制手術(shù)器械9以修改的操作原點為基準(zhǔn)重新以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)。上述有關(guān)附加驅(qū)動子負(fù)責(zé)的追加自由度的說明只是作為一例，附加驅(qū)動子不一定必須負(fù)責(zé)軸的旋轉(zhuǎn)、彎曲等特定追加自由度，附加驅(qū)動子也可以負(fù)責(zé)需要単獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)的多種自由度(例如，執(zhí)行器的手腕動作、夾爪運(yùn)動等)。另外，如圖4至圖7所示實施例的情況，也與圖3同樣，通過第二驅(qū)動單元30單獨(dú)地(例如手動地)使軸運(yùn)轉(zhuǎn)的同時，也可以通過第一驅(qū)動單元20實現(xiàn)其它單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)(通過第二驅(qū)動單元30的運(yùn)轉(zhuǎn))。為此，可以在第二驅(qū)動單元30上還追加ー個附加驅(qū)動子，并且使追加的附加驅(qū)動子負(fù)責(zé)ー自由度，由此運(yùn)轉(zhuǎn)多余的基本驅(qū)動子，從而實現(xiàn)軸的単獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)。例如，具有六自由度的手術(shù)器械的情況，可以是追加兩個附加驅(qū)動子負(fù)責(zé)ニ自由度，而且由基本驅(qū)動子負(fù)責(zé)剩余四自由度，也可以是如圖8所示，追加三個附加驅(qū)動子32a、32b、32c負(fù)責(zé)三自由度,剩余的三自由度由基本驅(qū)動子負(fù)責(zé)，由多余(redundant)的ー個基本驅(qū)動子22a負(fù)責(zé)附加驅(qū)動子負(fù)責(zé)的自由度中的ー個，從而能夠以(通過附加驅(qū)動子32c)手動操作混合(通過多余的基本驅(qū)動子22a)機(jī)器人操作的方式運(yùn)轉(zhuǎn)手術(shù)器械。圖9是示出本發(fā)明的實施例涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的控制方法的順序圖。本實施例涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)包括如上 所述的手術(shù)機(jī)器人和安裝在機(jī)器人上的手術(shù)器械9，手術(shù)器械9與機(jī)器人之間的動力傳遞關(guān)系通過第一驅(qū)動單元20來中介，而且為了使手術(shù)器械9以追加自由度運(yùn)轉(zhuǎn)，在手術(shù)器械9上結(jié)合有第二驅(qū)動單元30。第一驅(qū)動單元20傳遞驅(qū)動カ使手術(shù)器械9以基本自由度(η自由度)運(yùn)轉(zhuǎn)，第二驅(qū)動單元30起到使手術(shù)器械9還以追加自由度(m自由度)運(yùn)轉(zhuǎn)的作用，結(jié)果手術(shù)器械9以m+n自由度運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，如圖8中的說明，根據(jù)手術(shù)器械的構(gòu)成方式，部分自由度也可以成為多余(redundant)自由度。如上所述，手術(shù)器械9可以以操作原點為基準(zhǔn)以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)，并且根據(jù)手術(shù)器械9進(jìn)行的m自由度的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，由傳感單元40及控制器3修改有關(guān)操作原點的信息。為了控制這種手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，首先檢測有關(guān)第二驅(qū)動單元30驅(qū)動程度的信息(SlO)。有關(guān)第二驅(qū)動單元30驅(qū)動程度的信息可以是第二驅(qū)動單元30的操作程度、第二驅(qū)動單元30的驅(qū)動程度、或手術(shù)器械9隨著第二驅(qū)動單元30的驅(qū)動而運(yùn)轉(zhuǎn)的程度等。檢測到的有關(guān)第二驅(qū)動單元30驅(qū)動程度的信息的詳細(xì)事項如上所述，在此省略詳細(xì)說明。另外，如圖3所示的手術(shù)器械9的軸10通過第二驅(qū)動單元30進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)中，檢測對象可以是有關(guān)軸10旋轉(zhuǎn)程度的信息(S12);如圖4所示的手術(shù)器械9的外部軸IOa通過第二驅(qū)動單元30進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)中，檢測對象可以是有關(guān)外部軸IOa旋轉(zhuǎn)程度的信息(S13)。而且，如圖5及圖6所示，軸10為旋轉(zhuǎn)及/或彎曲的結(jié)構(gòu)時，檢測對象可以是有關(guān)軸10的旋轉(zhuǎn)程度及/或彎曲程度的信息(S14)。進(jìn)ー步，如圖7所示，軸10為區(qū)分為通過肘部11連接的兩個部分(第一軸部IOe、第二軸部IOf)的結(jié)構(gòu)時，檢測對象可以是有關(guān)第一軸部10e、旋轉(zhuǎn)程度及/或兩個部分10e、10f之間彎曲程度的信息(S16)。下一歩，接收檢測結(jié)果、即輸出的傳感信號并修改手術(shù)器械9的操作原點(S20)。操作原點是用于使手術(shù)器械9以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)的基準(zhǔn)狀態(tài)，可以進(jìn)行再設(shè)定使手術(shù)器械9根據(jù)第二驅(qū)動單元30而運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)重新成為操作原點，從而使手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)不受第二驅(qū)動單元30的運(yùn)轉(zhuǎn)與否而使手術(shù)器械9重新以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)。下一歩，驅(qū)動第一驅(qū)動單元20使手術(shù)器械9以修改的操作原點為基準(zhǔn)以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)(S30)。因此，本實施例涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)可以使安裝的手術(shù)器械9以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)后，即使在途中由于驅(qū)動第二驅(qū)動單元30而使手術(shù)器械9的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)發(fā)生變更，也能夠以變更的狀態(tài)為基準(zhǔn)重新以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)。S卩，需要追加安裝在手術(shù)機(jī)器人上的手術(shù)器械9的運(yùn)轉(zhuǎn)自由度吋，不必變更驅(qū)動単元(第一驅(qū)動單元20)及與驅(qū)動單元結(jié)合的致動器5的結(jié)構(gòu)，使手術(shù)器械9以現(xiàn)有自由度運(yùn)轉(zhuǎn)，通過追加與追加自由度相應(yīng)的驅(qū)動單元30，并且在機(jī)器人手術(shù)過程中根據(jù)使用者需要操作第二驅(qū)動單元30，從而使手術(shù)器械9以追加自由度進(jìn)行運(yùn)動。
進(jìn)ー步，在手術(shù)過程中使用者操作第二驅(qū)動單元30使手術(shù)器械9運(yùn)轉(zhuǎn)時，手術(shù)機(jī)器人檢測其運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)并以其為基礎(chǔ)再設(shè)定手術(shù)器械9的基準(zhǔn)狀態(tài)(操作原點)，因此不受第ニ驅(qū)動單元30的操作約束，而通過機(jī)器人使手術(shù)器械9重新以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)。
在上面參照本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行了說明，但該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不超出下面權(quán)利要求書中記載的本發(fā)明的思想及領(lǐng)域的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以進(jìn)行多種變形和變更。
權(quán)利要求
1.一種手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其安裝有手術(shù)器械，該手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)包括 第一驅(qū)動單元，用于中介所述手術(shù)器械與所述機(jī)器人之間的結(jié)合，并且具有n個基本驅(qū)動子，該n個基本驅(qū)動子使所述手術(shù)器械以規(guī)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)為操作原點以n自由度運(yùn)轉(zhuǎn)，其中n是自然數(shù)； 第二驅(qū)動單元，與所述手術(shù)器械結(jié)合，并且具有m個附加驅(qū)動子，從而使所述手術(shù)器械以n+m自由度運(yùn)轉(zhuǎn)，其中m是自然數(shù)； 傳感單元，檢測所述第二驅(qū)動單元的有關(guān)驅(qū)動程度的信息并輸出傳感信號； 控制器，接收所述傳感信號并修改所述操作原點所對應(yīng)的值，而且輸出用于驅(qū)動所述第一驅(qū)動單元的控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在干， 所述第一驅(qū)動單元與所述手術(shù)器械的前端部結(jié)合，所述基本驅(qū)動子為設(shè)置在所述第一驅(qū)動單元的與所述機(jī)器人對置的面上的ー個以上驅(qū)動輪。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在干， 所述附加驅(qū)動子由使用者手動操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在干， 所述附加驅(qū)動子通過接收來自單獨(dú)的驅(qū)動裝置的驅(qū)動カ而被操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在干， 所述m為I, 所述手術(shù)器械的軸構(gòu)成為能夠以其長度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)， 所述軸通過使用者對所述附加驅(qū)動子的操作而執(zhí)行旋轉(zhuǎn)動作。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在干， 還通過所述基本驅(qū)動子的運(yùn)轉(zhuǎn)而執(zhí)行所述軸的旋轉(zhuǎn)動作。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在干， 所述m為I, 所述手術(shù)器械的軸包括外部軸，向其長度方向之外的方向彎曲，并且能夠以其長度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)；內(nèi)部軸，收容在所述外部軸內(nèi)，并且在所述外部軸內(nèi)能夠以其延伸方向為中心旋轉(zhuǎn)， 所述外部軸通過操作者對所述附加驅(qū)動子的操作而執(zhí)行旋轉(zhuǎn)動作。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在干， 還通過所述基本驅(qū)動子的運(yùn)轉(zhuǎn)而執(zhí)行所述外部軸的旋轉(zhuǎn)動作。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在干， 所述m為I, 所述手術(shù)器械的軸構(gòu)成為能夠以其長度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)并且能夠向其長度方向之外的方向彎曲， 所述軸通過操作者對所述附加驅(qū)動子的操作而執(zhí)行彎曲動作。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在干， 還通過所述基本驅(qū)動子的運(yùn)轉(zhuǎn)而執(zhí)行所述軸的旋轉(zhuǎn)動作。
全文摘要
公開了手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)及其控制方法。手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)安裝有手術(shù)器械，該系統(tǒng)包括第一驅(qū)動單元，用于中介手術(shù)器械與機(jī)器人之間的結(jié)合，并具有n個(n是自然數(shù))基本驅(qū)動子，其使手術(shù)器械以規(guī)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)為操作原點以n自由度運(yùn)轉(zhuǎn)；第二驅(qū)動單元，與手術(shù)器械結(jié)合，并具有m個(m是自然數(shù))附加驅(qū)動子，其使手術(shù)器械以n+m自由度運(yùn)轉(zhuǎn)；傳感單元，檢測第二驅(qū)動單元驅(qū)動程度的信息并輸出傳感信號；控制器，接收傳感信號并修改操作原點所對應(yīng)的值，而且輸出用于驅(qū)動第一驅(qū)動單元的控制信號。當(dāng)需要追加手術(shù)器械的運(yùn)轉(zhuǎn)自由度時，不必變更現(xiàn)有的驅(qū)動單元，而增設(shè)負(fù)責(zé)追加自由度的專用驅(qū)動單元，因此不必變更現(xiàn)有手術(shù)機(jī)器人及手術(shù)器械的結(jié)構(gòu)。
文檔編號A61B19/00GK102626341SQ201210024049
公開日2012年8月8日 申請日期2012年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月7日
發(fā)明者崔勝旭, 李濟(jì)善, 李珉奎 申請人:伊頓株式會社