TWI627039B - Robot system - Google Patents

Abstract

本發明之機器人系統具備：機器人本體，其具備機械臂、安裝於機械臂之末端效應器、及偵測施加於末端效應器之前端之力之力偵測裝置；實際反作用力資訊生成器，其生成與力偵測裝置感測之力相應之力覺資訊，且將該力覺資訊作為實際反作用力資訊輸出；假想反作用力資訊生成器，其將與力偵測裝置所檢測之力之時間微分值成正比之大小之成分作為假想反作用力資訊輸出；加法器，其將自實際反作用力資訊生成器輸出之實際反作用力資訊與自假想反作用力資訊生成器輸出之假想反作用力資訊相加所得者作為合成反作用力資訊輸出；操作裝置，其使操作者感覺到與自加法器輸出之合成反作用力資訊相應之力，且若操作者進行操作則輸出與該操作相應之操作資訊；及動作控制部，其按照自操作裝置輸出之操作資訊控制機器人本體之動作。

Description

機器人系統

本發明係關於一種機器人系統。

通常，於利用人手進行作業之情形時，除對於手之反作用力以外，亦可藉由觸覺感知手接觸作業對象物時之手之溫度變化等，因此，能夠進行高精度之接觸感測。自習知以來，已知有於機器人系統中利用觸覺資訊之技術。例如，於專利文獻1中，揭示有一面於控制桿與可移動機器人之間獲得力覺回饋一面操作可移動機器人之機器人系統。近年來，機器人系統被應用於要求較高之精度之各種作業。作為其應用例，可列舉零件之嵌合作業、檢查機械加工後之精加工面之作業、及外科手術系統。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2009-282720號公報

然而，於上述習知之機器人系統中，能夠反饋至操作裝置側 之觸覺資訊限於反作用力。因此，於將此種機器人系統例如應用於外科手術系統之情形時，難以敏感地感知安裝於機器人之前端之手術器具接觸患部之情況，於操作性方面尚有改善之餘地。此種課題於將機器人系統應用於零件之嵌合作業、檢查機械加工後之精加工面之作業等需要較高之精度之作業之情形時共通。

因此，本發明之目的在於使機器人系統中需要較高之精度之作業之操作性提高。

本發明之一態樣之機器人系統具備：機器人本體，其具備機械臂、安裝於上述機械臂之末端效應器、及偵測施加於上述末端效應器之前端之力之力偵測裝置；實際反作用力資訊生成器，其生成與上述力偵測裝置所偵測之力相應之力覺資訊，且將該力覺資訊作為實際反作用力資訊輸出；假想反作用力資訊生成器，其將與上述力偵測裝置感測之力之時間微分值成正比之大小之成分作為假想反作用力資訊輸出；加法器，其將自上述實際反作用力資訊生成器輸出之上述實際反作用力資訊與自上述假想反作用力資訊生成器輸出之假想反作用力資訊相加所得者作為合成反作用力資訊輸出；操作裝置，其使上述操作者感覺到與自上述加法器輸出之上述合成反作用力資訊相應之力，且若操作者進行操作則輸出與該操作相應之操作資訊；及動作控制部，其按照自上述操作裝置輸出之操作資訊控制上述機器人之動作。此處，藉由力偵測裝置檢測之力包含相互正交之3軸之各方向之力及繞該等各軸作用之力矩。

根據上述構成，於機器人本體中，若力偵測裝置檢測施加於 末端效應器之前端之力，則實際反作用力資訊生成器生成與藉由力偵測裝置偵測到之力相應之力覺資訊，且將該力覺資訊作為實際反作用力資訊輸出。此時，假想反作用力資訊生成器將與藉由力偵測裝置偵測到之力之時間微分值成正比之大小之成分作為假想反作用力資訊輸出。於是，操作裝置使操作者感覺到與自加法器輸出之合成反作用力資訊相應之力。操作者掌握與合成反作用力資訊相應之力，且基於該掌握之與合成反作用力資訊相應之力，對操作裝置進行操作以便以機器人進行適當之作業之方式操作機器人。於是，操作裝置輸出與該操作相應之操作資訊，動作控制部按照該操作資訊控制機器人之動作。藉此，於末端效應器之前端與作業對象物接觸之情形時，操作者自操作裝置感到瞬間較強之反作用力，因此，敏感地感知接觸而能夠進行高精度之作業。

於上述機器人系統中，亦可為，上述機器人本體為從動臂，上述操作裝置為主動臂，藉由上述主動臂對上述從動臂進行遠距離操作。

上述力偵測裝置亦可為安裝於上述末端效應器之基端且以偵測施加於該末端效應器之前端之力之方式構成之力覺感測器。

上述機器人系統進而具備模式選擇部，該模式選擇部構成為可使控制上述機器人本體之動作之上述動作控制部之運轉模式選擇如下模式之任一種：自動模式，其不使上述操作資訊反映至上述機器人本體之動作而使用預先設定之既定之程式控制上述機器人本體之動作；修正自動模式，其以能將上述操作資訊反映至上述機器人本體之動作之狀態使用預先設定之既定之程式控制上述機器人本體之動作；及手動模式，其不使用上述既定之程式而使用上述操作資訊控制上述機器人本體之動作。上述動作 控制部係以如下方式控制上述機器人本體，即，於上述運轉模式為上述修正自動模式時，在上述機器人本體使用上述既定之程式動作之中途接收上述操作資訊，進行自關於上述既定之程式之動作修正後之動作。

根據上述構成，可藉由模式選擇部選擇自動模式作為動作控制部之運轉模式，因此，於無需機器人之動作修正之情形時，可選擇自動模式來防止意外地對操作裝置進行操作而動作被修正之情況。又，由於可藉由模式選擇部選擇手動模式作為動作控制部之運轉模式，故而可不使用既定之程式而對機器人本體進行操作。

亦可為，將上述機器人之遠距離操作系統應用於外科手術系統，上述末端效應器為手術器具。

根據上述構成，實施手術者於外科手術系統中可敏感地感到手術器具接觸患部，因此，能夠進行高精度之手術。手術器具例如亦可為鉗子、內視鏡等。

根據本發明，可使機器人系統中需要較高之精度之作業之操作性提高。

本發明之上述目的、其他目的、特徵及優勢可參照隨附圖式由以下之較佳之實施態樣之詳細說明而明確。

1‧‧‧從動臂(機器人本體)

2‧‧‧主動臂(操作裝置)

3‧‧‧控制裝置

4‧‧‧末端效應器

5‧‧‧力覺感測器(力偵測裝置)

6‧‧‧動作控制部

7‧‧‧力覺資訊處理部

8‧‧‧顯示器控制部

9‧‧‧輸入裝置

10‧‧‧記憶部

21‧‧‧實際反作用力資訊生成器

22‧‧‧假想反作用力資訊生成器

23‧‧‧加法器

25‧‧‧模式選擇部

100‧‧‧遠距離操作系統(機器人系統)

200‧‧‧嵌合零件

210‧‧‧被嵌合零件

211‧‧‧孔

212‧‧‧被測定物

213‧‧‧測定台

214‧‧‧患者

圖1係表示第1實施形態之機器人系統之構成例之示意圖。

圖2係表示圖1之從動臂前端之構成例之示意圖。

圖3係表示圖1之控制裝置之構成之方塊圖。

圖4係示意性地表示與力覺感測器所偵測之力相應之實際反作用力、假想反作用力、及其等之合成反作用力之時間變化之圖表。

圖5係表示第2實施形態之機器人系統之構成之示意圖。

圖6係表示第3實施形態之機器人系統之構成之示意圖。

以下，一面參照圖式一面對本發明之實施形態進行說明。以下，於所有圖式中，對相同或相當之要素附註相同之符號並省略重複之說明。

(第1實施形態)

圖1係表示本發明之第1實施形態之機器人系統之構成例之示意圖。如圖1所示，本實施形態之機器人系統100係由從動臂1藉由主動臂2而遠距離操作之主從式之遠距離操作系統構成。

機器人系統100(以下稱為遠距離操作系統)具備由第1機器人所構成之從動臂1、由第2機器人所構成之主動臂2、控制裝置3、力覺感測器5、輸入裝置9、相機11、及顯示器12。從動臂1可由任意類型之機器人構成。從動臂1相當於本發明之「機器人本體」。於本實施形態中，從動臂1例如由眾所周知之多關節機器人構成，且具備基台1a、設置於基台1a之多關節之臂1b、及設置於臂1b之前端之手腕1c。多關節之臂1b之各關節具備驅動用伺服馬達、及檢測伺服馬達之旋轉角度位置之編碼器、檢測於伺服馬達流動之電流之電流感測器(均未圖示)。於手腕1c安裝末端 效應器4。於末端效應器4安裝力覺感測器5。

主動臂2可由任意類型之機器人構成。主動臂2相當於本發明之「操作裝置」。於本實施形態中，主動臂2設為與從動臂1相似構造，但只要可藉由操作者進行操作而操作從動臂1，則例如可為開關、調整柄、操作桿或輸入板等移動終端，亦可為如操縱桿之簡易者。若操作者為了操作從動臂1而對主動臂2進行操作，則將與該操作相應之操作資訊發送至控制裝置3。

輸入裝置9係由觸控面板、鍵盤等人機介面所構成。輸入裝置9主要用於從動臂1之下述自動模式、修正動作模式、及手動模式之3種模式之切換、及輸入各種資料等。輸入至輸入裝置9之資訊被發送至控制裝置3。

於遠距離操作系統100中，處於遠離從動臂1之作業區域之位置(作業區域外)之操作者藉由移動主動臂2並輸入操作資訊而使從動臂1進行與操作資訊對應之動作，從而可進行既定之作業。又，於遠距離操作系統100中，從動臂1亦可無需由操作者對主動臂2操作而自動地進行既定之作業。

於本說明書中，將按照經由主動臂2而輸入之操作資訊使從動臂1動作之運轉模式稱為「手動模式」。再者，於上述「手動模式」中亦包含如下情形，即，基於藉由操作者對主動臂2進行操作而輸入之操作資訊對動作中之從動臂1之動作之一部分自動地進行動作修正。又，將按照預先設定之既定之程式使從動臂1動作之運轉模式稱為「自動模式」。

進而，於本實施形態之遠距離操作系統100中，以如下方式 構成，即，可於從動臂1自動地動作之中途使主動臂2之操作反映至從動臂1之自動之動作，對自動地進行之動作進行修正。於本說明書中，將於能夠反映經由主動臂2而輸入之操作資訊之狀態下按照預先設定之既定之程式使從動臂1動作之運轉模式稱為「修正自動模式」。再者，上述「自動模式」於當使從動臂1動作之運轉模式為自動模式時不將主動臂2之操作反映至從動臂1之動作之方面與「修正自動模式」區別。

相機11以能夠拍攝從動臂1之可動範圍之全部或一部分中之該從動臂1之動作之方式設置。相機11拍攝之圖像資訊被發送至控制裝置3，控制裝置3以顯示與該圖像資訊對應之圖像之方式控制顯示器12。

圖2係表示從動臂1前端之構成例之示意圖。如圖2所示，於手腕1c前端之安裝面1d安裝末端效應器4。於本實施形態中，末端效應器4係能夠抓持嵌合零件200之機器手。機器手具備：手本體，其安裝於手腕1c前端之安裝面1d；及2根手指部，其等係由例如由馬達所構成之致動器(未圖示)驅動。若致動器動作，則2根手指部相對於手本體移動。亦即，機器手之2根手指部能夠以相互接近或分離之方式移動，且可利用2根手指部抓持嵌合零件200。於本實施形態之遠距離操作系統100中，使保持於機器手(4)之嵌合零件200藉由從動臂1之作動而精密嵌合於被嵌合零件210之孔211。該嵌合作業尤其於組裝作業中要求操作者熟練操作。

力覺感測器5安裝於手腕1c前端之安裝面1d與末端效應器4之間。力覺感測器5相當於本發明之「力偵測裝置」。於本實施形態中，力覺感測器5安裝於末端效應器4之基端，且以偵測施加於末端效應器4之前端之力之方式構成。力覺感測器5係能夠檢測出於手腕座標系統中定 義之XYZ軸方向之力、及繞各軸作用之力矩之六軸力覺感測器。此處，所謂手腕座標系統係以手腕1c為基準之座標系統。於圖2中，與手腕1c之安裝面1d平行地定義X軸及Y軸，於與安裝面1d垂直之方向定義Z軸。力覺感測器5藉由無線或有線將檢測信號發送至控制裝置3。

圖3係表示控制裝置3之構成之方塊圖。如圖3所示，控制裝置3包含動作控制部6、力覺資訊處理部7、顯示器控制部8、記憶部10、及介面部(未圖示)。控制裝置3由電腦、微控器、微處理器等具有運算處理功能之裝置構成。動作控制部6、力覺資訊處理部7、及顯示器控制部8藉由利用控制裝置3之運算處理部(未圖示)執行儲存於控制裝置3之記憶部10之既定之程式而實現。控制裝置3之硬體上之構成為任意，控制裝置3可與從動臂1等其他裝置獨立地設置，亦可與其他裝置一體地設置。

動作控制部6按照自輸入裝置9輸入之資訊及自主動臂2發送之操作資訊控制從動臂1之動作。此處，輸入裝置9之模式選擇部25係用於供操作者選擇上述「自動模式」、「修正自動模式」及「手動模式」中之任一者作為使從動臂1動作之運轉模式者。關於由操作者選擇之模式之資訊自模式選擇部25被輸入至動作控制部6。記憶部10係可讀寫之記錄媒體，預先記憶有用以使從動臂1自動地進行既定之動作之既定之程式。既定之程式例如係藉由教示作業以進行既定之作業之方式使從動臂1動作並記憶之教示資訊。於本實施形態中，教示資訊可為藉由操作主動臂2而指示從動臂1之動作並使之記憶之資訊，亦可為藉由直接教示而記憶之資訊。再者，記憶部10係與控制裝置3設為一體，但亦可與控制裝置3分開設置。具體而言，動作控制部6基於來自主動臂2之操作資訊、及預先記 憶之資訊之至少其中任一種資訊控制驅動從動臂1之各關節軸之伺服馬達。動作控制部6生成從動臂1之各關節軸之位置指令值，且基於所生成之位置指令值與編碼器之檢測值(實際值)之偏差而生成速度指令值。然後，基於所生成之速度指令值與速度當前值之偏差而生成轉矩指令值(電流指令值)，並基於所生成之電流指令值與電流感測器之檢測值(實際值)之偏差而控制伺服馬達。

力覺資訊處理部7具備實際反作用力資訊生成器21、假想反作用力資訊生成器22、及加法器23。實際反作用力資訊生成器21生成與力覺感測器5所偵測之力相應之力覺資訊，且將該力覺資訊作為實際反作用力資訊輸出。此處，實際反作用力資訊生成器21以如下方式構成，即，取得力覺感測器5之檢測信號，將施加於機器手(4)之前端之力轉換為適當之範圍，並將其作為實際反作用力輸出至加法器23。實際反作用力資訊生成器21亦可包含低通濾波器以便去除雜訊。

假想反作用力資訊生成器22將與力覺感測器5偵測之力之時間微分值成正比之大小之成分作為假想反作用力資訊輸出。此處，假想反作用力資訊生成器22以如下方式構成，即，取得力覺感測器5之檢測信號，對與施加於機器手(4)之前端之力之時間微分值成正比之大小之成分進行運算，並將其作為假想反作用力資訊輸出至加法器23。

加法器23將自實際反作用力資訊生成器21輸出之實際反作用力資訊與自假想反作用力資訊生成器22輸出之假想反作用力資訊相加所得者作為合成反作用力資訊輸出。此處，加法器23以如下方式構成，即，將自實際反作用力資訊生成器21輸出之實際反作用力資訊與自假想反作用 力資訊生成器22輸出之假想反作用力資訊相加，並將其作為合成反作用力資訊輸出至主動臂2。此處，將合成反作用力轉換為主動臂2之各關節之轉矩值。經轉換之轉矩值相當於對驅動各關節之致動器(未圖示)之驅動之轉矩指令。主動臂2使操作者感覺相當於自加法器23輸出之合成反作用力資訊之力，且若操作者進行操作，則將與該操作相應之操作資訊輸出至動作控制部6。

顯示器控制部8以顯示與利用相機11拍攝之圖像資訊對應之圖像之方式控制顯示器12。操作者可藉由一面觀察顯示器12一面操作主動臂2而如操作者所欲般操作從動臂1。

其次，使用圖2~圖4對遠距離操作系統100之動作進行說明。於本實施形態之遠距離操作系統100中，操作者藉由一面觀察顯示器12一面操作主動臂2而藉由從動臂1之作動將使機器手(4)保持之嵌合零件200插入至被嵌合零件210之孔211(參照圖2)。此處，對由操作者利用模式選擇部25選擇之運轉模式為「手動模式」之情形進行說明。動作控制部6於使從動臂1動作之運轉模式為「手動模式」時，不使用既定之程式而按照藉由操作主動臂2而傳送之操作資訊(輸入指令)來控制從動臂1之動作(參照圖3)。另一方面，安裝於從動臂1之前端之力覺感測器5偵測施加於機器手(4)之前端之力。實際反作用力資訊生成器21生成與藉由力覺感測器5偵測到之力相應之力覺資訊，並將該力覺資訊作為實際反作用力資訊輸出。操作者藉由一面觀察顯示器12一面操作主動臂2而藉由其從動臂1之作動將抓持有嵌合零件200之機器手(4)朝向被嵌合零件210按下(圖2之Z方向)。其結果為，機器手(4)之前端或保持於機器手(4) 之嵌合零件200與被嵌合零件210或設置於被嵌合零件210之孔211接觸。圖4(a)係示意性地表示與力覺感測器5偵測到之力相應之實際反作用力F之時間變化之曲線圖。如圖4(a)所示，剛開始從動臂1之動作之後，施加於機器手(4)之前端之力為零，但於時刻t₀，施加於機器手(4)之前端之力上升，與利用力覺感測器5偵測到之力相應之實際反作用力F亦上升。

另一方面，假想反作用力資訊生成器22將與力覺感測器5偵測之力之時間微分值成正比之大小之成分作為假想反作用力資訊輸出。圖4(b)係示意性地表示假想反作用力K(dF/dt)之時間變化之曲線圖。此處，K為常數。如圖4(b)所示，於剛開始從動臂1之動作之後，與力覺感測器5偵測之力之時間微分值成正比之假想反作用力K(dF/dt)為零。當於時刻t₀與利用力覺感測器5偵測到之力相應之實際反作用力F上升時，假想反作用力亦隨之急遽地上升，但其後急遽地衰減。

加法器23將自實際反作用力資訊生成器21輸出之實際反作用力資訊與自假想反作用力資訊生成器22輸出之假想反作用力資訊相加所得者作為合成反作用力資訊輸出至主動臂2。於是，主動臂2使操作者感覺到與自加法器23輸出之合成反作用力資訊相應之力。操作者掌握與合成反作用力資訊相應之力，且基於該掌握之與合成反作用力資訊相應之力，操作主動臂2以便以機器人進行適當之作業之方式操作機器人。於是，主動臂2輸出與該操作相應之操作資訊，動作控制部6按照該操作資訊控制機器人之動作。

圖4(c)係示意性地表示合成反作用力Fb之時間變化之曲線圖。如圖4(c)所示，於時刻t₀機器手(4)之前端或保持於機器手(4) 之嵌合零件200與被嵌合零件210或設置於被嵌合零件210之孔211接觸之情形時，合成反作用力Fb因假想反作用力K(dF/dt)之影響而急遽地上升。藉此，操作者自主動臂2感到瞬間較強之反作用力，因此，敏感地感知接觸，而能夠進行高精度之作業。

(第2實施形態)

其次，對第2實施形態進行說明。本實施形態之遠距離操作系統之基本之構成與第1實施形態同樣。以下，省略與第1實施形態共通之構成之說明，僅對不同之構成進行說明。

圖5係表示第2實施形態之機器人之遠距離操作系統之構成之示意圖。如圖5所示，於本實施形態中，若與第1實施形態進行比較，則於安裝於從動臂1之手腕1c前端之末端效應器4係用以測定電阻之接觸探針之方面不同。接觸探針(4)具有針狀之前端形狀。又，此處亦於手腕1c前端之安裝面1d與末端效應器4之間安裝有力覺感測器5。於本實施形態之遠距離操作系統中，進行固定配置於測定台213之被測定物212之表面之電阻之測定作業。電阻測定之連接方法例如為二端子法或四端子法。於測定作業中，使針狀之接觸探針(4)之前端藉由其從動臂1之作動而與被測定物212之檢查面接觸。於被測定物212例如為薄板、薄壁圓筒等剛性較低之零件之情形時，容易產生變形等，使極小之針之前端與被測定物212之表面接觸之作業要求操作者熟練操作。

於利用模式選擇部25選擇之運轉模式為「手動模式」之情形時，操作者藉由一面觀察顯示器12一面操作主動臂2，而藉由其從動臂1之作動將前端安裝有接觸探針(4)之機器手(4)朝向被測定物212按下 (圖5之Z方向)。

即便為本實施形態之構成，於接觸探針(4)之前端與被測定物212接觸之情形時，操作者亦於接觸之瞬間自主動臂2感到瞬間較強之反作用力，因此，敏感地感知接觸，而能夠進行高精度之作業。

再者，於上述實施形態中，對利用模式選擇部25選擇之運轉模式為「手動模式」之情形進行了說明，但利用模式選擇部25選擇之運轉模式亦可為「自動模式」。動作控制部6於使從動臂1動作之運轉模式為「自動模式」時，不使用自主動臂2傳送之操作資訊而按照預先設定之既定之程式控制從動臂1之動作。

又，利用模式選擇部25選擇之運轉模式亦可為「修正自動模式」。動作控制部6於運轉模式為「修正自動模式」時，使用既定之程式與操作資訊之兩者。再者，於運轉模式為「修正自動模式」時，於未將操作資訊傳送至動作控制部6之情形時，動作控制部6僅使用既定之程式。更詳細而言，動作控制部6於使從動臂1動作之運轉模式為「修正自動模式」時，若於從動臂1使用既定之程式自動地進行動作之中途接收操作資訊，則使用既定之程式與操作資訊之兩者控制從動臂1之動作。藉此，從動臂1進行自關於既定之程式之動作即自動進行之動作修正後之動作。

再者，於上述各實施形態中，動作控制部6構成為按照由操作者利用輸入裝置9之模式選擇部25選擇之「自動模式」、「修正自動模式」及「手動模式」中之任一運轉模式進行從動臂1之動作，但並不限定於此種構成。例如，亦可具有：輸出控制部(未圖示)，其於動作控制部6以使從動臂1藉由「自動模式」動作至既定之步驟之方式進行控制時，對於操 作者輸出關於從動臂1之自動運轉之繼續許可之詢問；及繼續判定部(未圖示)，其基於在利用輸出控制部(未圖示)輸出詢問之後由接收部(未圖示)接收之輸入信號，判定是否允許自動運轉之繼續。藉此，於需要作業者之熟練之場景(例如，嵌合作業或接觸作業)中，可自「自動模式」切換為「手動模式」，從而可進行高精度之作業。

(第3實施形態)

其次，對第3實施形態進行說明。本實施形態之遠距離操作系統之基本之構成與上述實施形態同樣。以下，省略與第1實施形態共通之構成之說明，以不同之構成為中心進行說明。本實施形態之遠距離操作系統應用於外科手術系統，末端效應器為手術器具。外科手術系統為主從型之手術支援機器人。此處係醫師等實施手術者對患者實施內視鏡外科手術之系統。

再者，由於本實施形態之外科手術系統用於手術支援，故而從動臂1構成為僅以「手動模式」進行動作。因此，輸入裝置9不具備用於由操作者選擇運轉模式之模式選擇部25(參照圖3)。實施手術者藉由一面觀察顯示器12一面操作主動臂2而如實施手術者所欲般操作從動臂1。對於主動臂2之具體之構成省略圖示。

圖6係表示第3實施形態之機器人之遠距離操作系統之構成之示意圖。如圖6所示，於從動臂1之前端之手腕1c形成保持儀器(外科用器具)42之保持器36(器具保持部)。於從動臂1前端之手腕1c之安裝面1d(保持器36之背面)與儀器42之間安裝有力覺感測器5。於保持器36可裝卸地保持有儀器42。保持於保持器36之儀器42之長柄43以與基準 方向D平行地延伸之方式構成。再者，亦可於該保持器36可裝卸地保持內視鏡組件。於本實施形態中，實施手術者藉由該從動臂1之作動而使從動臂1之儀器42動作。

儀器42係由設置於其基端部之驅動單元45、設置於其前端部之末端效應器(處理器具)4、及將驅動單元45與末端效應器4之間連接之細長之長柄43構成。於儀器42規定基準方向D，驅動單元45、長柄43及末端效應器44與基準方向D平行地排列。儀器42之末端效應器4選自由具有能夠動作之關節之手術器具(例如，鉗子、剪子、抓鉗、持針器、顯微解剖器、縫合器、縫釘、吸引洗淨工具、圈套器鋼絲、及施夾器等)或不具有關節之器具(例如，切斷刀、燒灼探針、洗淨器、導管、及吸引孔等)所組成之群。

於外科手術系統(100)中，利用從動臂1之前端之手術器具(4)對患者214進行各種手術。不僅一般之手術，使用外科手術系統(100)之手術亦要求實施手術者熟練操作。即便為本實施形態之構成，於手術器具(4)與患者214接觸之情形時，實施手術者亦會於接觸之瞬間自主動臂2感到瞬間較強之反作用力，因此，可敏感地感知接觸，而能夠實施高精度之手術。

(其他實施形態)

再者，上述各實施形態之遠距離操作系統100係具備力覺感測器5作為力偵測裝置且藉由該力覺感測器5偵測施加於末端效應器之前端之力之構成(參照圖2、圖3)，但並不限於此。例如，如上述般，動作控制部6控制驅動從動臂1之各關節軸之伺服馬達，但亦可基於各關節軸 之位置偏差、速度偏差、及電流偏差之至少一者之變化率算出作用於從動臂1之末端效應器4之前端之力。藉此，能夠不具備力覺感測器5而以簡易之構成發揮與上述實施形態同等之效果。

又，上述各實施形態之機器人系統100係由主從式之遠距離操作系統構成，但並不限於此。例如，於其他機器人系統中，亦可為如下構成，即，於安裝於機械臂之末端效應器之前端與作業對象物接觸時，使周圍之人或系統之管理者感覺到自作業對象物受到之反作用力。

對本發明所屬技術領域中具有通常知識者而言，由上述說明可明確得知本發明之較多之改良或其他實施形態。因此，上述說明應僅作為例示解釋，且係以將執行本發明之最佳之態樣教示給本發明所屬技術領域中具有通常知識者之目的提供者。可於不脫離本發明之精神之範圍內實質上變更其構造及功能之一者或兩者之詳情。

[產業上之可利用性]

本發明於將機器人系統應用於需要較高之精度之作業之情形時有用。

Claims (5)

1. 一種機器人系統，其具備：機器人本體，其具備機械臂、安裝於上述機械臂之末端效應器、及偵測施加於上述末端效應器之前端之力之力偵測裝置；實際反作用力資訊生成器，其生成與上述力偵測裝置所偵測之力相應之力覺資訊，且將該力覺資訊作為實際反作用力資訊輸出；假想反作用力資訊生成器，其將與上述力偵測裝置所偵測之力之時間微分值成正比之大小之成分作為假想反作用力資訊輸出；加法器，其將自上述實際反作用力資訊生成器輸出之上述實際反作用力資訊與自上述假想反作用力資訊生成器輸出之假想反作用力資訊相加所得者作為合成反作用力資訊輸出；操作裝置，其使上述操作者感覺到與自上述加法器輸出之上述合成反作用力資訊相應之力，且若操作者進行操作則輸出與該操作相應之操作資訊；及動作控制部，其按照自上述操作裝置輸出之操作資訊控制上述機器人本體之動作，藉由上述力偵測裝置偵測之力包含相互正交之3軸之各方向之力及繞該等各軸作用之力矩。
2. 如申請專利範圍第1項之機器人系統，其中上述機器人本體為從動臂，上述操作裝置為主動臂，藉由上述主動臂對上述從動臂進行遠距離操作。
3. 如申請專利範圍第1項之機器人系統，其中上述力偵測裝置係安裝於上述末端效應器之基端，且以偵測施加於該末端效應器之前端之力之方式構成之力覺感測器。
4. 如申請專利範圍第1或2項之機器人系統，其進而具備模式選擇部，該模式選擇部構成為可使控制上述機器人本體之動作之上述動作控制部之運轉模式選擇如下模式之任一種：自動模式，其不將上述操作資訊反映至上述機器人本體之動作而使用預先設定之既定之程式控制上述機器人本體之動作；修正自動模式，其在能將上述操作資訊反映至上述機器人本體之動作之狀態下，使用預先設定之既定之程式控制上述機器人本體之動作；及手動模式，其不使用上述既定之程式而使用上述操作資訊控制上述機器人本體之動作；且上述動作控制部以如下方式控制上述機器人本體，即，於上述運轉模式為上述修正自動模式時，於上述機器人本體使用上述既定之程式動作之中途接收上述操作資訊，進行自關於上述既定之程式之動作修正後之動作。
5. 如申請專利範圍第1或2項之機器人系統，其中上述機器人之遠距離操作系統應用於外科手術系統，上述末端效應器為手術器具。