[发明专利]机器人和控制该机器人的方法

说明书

本申请要求于2013年3月15日提交到韩国知识产权局的第10-2013-0028308号韩国专利申请的权益，所述韩国专利申请的公开内容通过引用被包含于此。

技术领域

本发明的实施例涉及一种具有多个工具的机器人和控制该机器人的方法。

背景技术

通常，利用电作用或磁作用做出和人体运动相似的运动的机械装置被称为机器人。近来，由于控制技术的发展，机器人(诸如手术机器人、管家机器人、用于公共场所的服务机器人、航空远程机器人和危险品处理机器人)已经被使用在各种领域中。这些机器人利用机械手执行任务，机械手被构造为基于机电原理做接近于臂或手的动作的运动。

在上述各种类型的机器人中的手术机器人包括主控装置和从属机器人，主控装置由操纵者(主要为医生)的操纵而产生和传送必要的信号，从属机器人响应于从主控装置接收的信号对病人执行手术所需的操作。主控装置和从属机器人以有线/无线方式连接，使得可以以远程方式执行手术。

利用现有的手术机器人的微创手术主要是基于多端口手术(multi-port surgery)的，通过多端口手术，每个均具有附着有末端效应器的末端的多个手术器械通过多个切口被放入病人的身体内。然而，近来单端口手术(single-port surgery)的示例也日益增加，通过单端口手术，多个手术器械通过一个切口被放入病人的身体内。单端口手术具有几个优点，例如，比多端口手术更短的治疗周期以及在外观方面比多端口手术更少的手术痕迹。然而，在单端口手术中可能会发生手术器械之间的干涉，并且由于手术器械的工作空间的限制，可适用的手术的范围受到限制。

发明内容

因此，本发明的一方面提供一种机器人和控制该机器人的方法，所述机器人包括安装臂、引导管和多个工具，引导管被安装在安装臂上，所述多个工具具有末端效应器并从引导管叉开，所述机器人控制安装臂、引导管和多个工具在彼此互锁时操作，利用由于近端(即，安装臂和引导管)的自由度产生的冗余度，因此，所述多个工具的工作空间可被扩大，并且那些由传统的工具控制方法无法实现的任务可被执行。

本发明的另一方面提供一种机器人和控制该机器人的方法，所述机器人包括安装臂、引导管和多个工具，引导管被安装在安装臂上，所述多个工具具有末端效应器并从引导管叉开，所述机器人控制安装臂、引导管和多个工具在彼此互锁时操作，利用由于近端(即，安装臂和引导管)的自由度产生的冗余度，因此，工具的关节所需的刚度可被最小化，并且工具和周围障碍物之间碰撞的可能性可被最小化。

本发明的又一方面提供一种机器人和控制该机器人的方法，所述机器人包括安装臂、引导管和多个工具，引导管被安装在安装臂上，所述多个工具具有末端效应器并从引导管叉开，所述机器人控制安装臂、引导管和多个工具在彼此互锁时操作，利用由于近端(即，安装臂和引导管)的自由度产生的冗余度，因此，工具所需的自由度可被最小化，并且那些由传统的工具控制方法无法执行的复杂任务可被执行。

本公开的其他方面一部分将在下面的描述中进行阐述，一部分将通过该描述而变得明显，或者可通过对该公开的实施而了解。

根据本发明的一方面，一种机器人，包括：多工具模块，包括引导管和多个工具，所述多个工具在与引导管彼此互锁时操作并从引导管叉开，所述多工具模块具有冗余度；控制器，基于关于所述多个工具的末端在工作空间中的运动指令信息而产生关于所述多工具在接合空间中的运动的控制信号，其中，冗余度反应所述多工具模块在接合空间中的自由度的数量大于所述多工具模块在工作空间中的自由度的数量，所述控制信号利用冗余度产生。

所述引导管和多个工具中的每一个均可包括多个连接件和多个关节，并且在所述多个工具的末端上可安装末端效应器。

控制器可计算与关于所述多个工具的末端在工作空间中的运动指令信息相对应的雅可比矩阵，并且控制器可利用冗余度基于关于所述多个工具的末端在工作空间中的运动指令信息和所计算的雅可比矩阵而产生关于所述多工具模块在接合空间中的运动的控制信号。

当所述控制信号产生时，控制器可计算所述机器人的目标函数，并且所述目标函数可被表达为多个个体目标函数的加权总和。

所述多个个体目标函数中的每一个可包括每个工具与接合极限之间的距离的倒数。

所述多个个体目标函数中的每一个可包括每个工具与单个姿势之间的距离的倒数。

所述多个个体目标函数中的每一个可包括接合扭矩平方和。