JP2020065904A - Surgery assistance apparatus - Google Patents

Surgery assistance apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2020065904A
JP2020065904A JP2019004439A JP2019004439A JP2020065904A JP 2020065904 A JP2020065904 A JP 2020065904A JP 2019004439 A JP2019004439 A JP 2019004439A JP 2019004439 A JP2019004439 A JP 2019004439A JP 2020065904 A JP2020065904 A JP 2020065904A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
arm
robot
robot arm
body cavity
surgical instrument
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2019004439A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6546361B1 (en
Inventor
啓太 粟野
Keita Awano
啓太 粟野
岳洋 安藤
Takehiro Ando
岳洋 安藤
寛之 宮本
Hiroyuki Miyamoto
寛之 宮本
吉英 杉浦
Yoshihide Sugiura
吉英 杉浦
勇太 福嶋
Yuta Fukushima
勇太 福嶋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asahi Surgical Robotics Co Ltd
Original Assignee
A Traction Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by A Traction Inc filed Critical A Traction Inc
Priority to JP2019004439A priority Critical patent/JP6546361B1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6546361B1 publication Critical patent/JP6546361B1/en
Publication of JP2020065904A publication Critical patent/JP2020065904A/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Manipulator (AREA)

Abstract

To provide a surgery assistance apparatus that does not require a console, whose installation in an operation room is difficult, and is capable of manipulating a robot arm by a simple manipulation.SOLUTION: A surgery assistance apparatus according to the present invention comprises: a plurality of robot arms that control a posture of a surgical tool that is inserted into a body cavity for use; a gimbal mechanism that is interposed between a tip end of at least one robot arm among the plurality of robot arms and the surgical tool, and is rotatable around two rotation axes; and control means for controlling operations of the plurality of robot arms according to manipulation by an operator. Each of the plurality of robot arms is a robot arm having three degrees of freedom where a joint part rotatable around an axis in a vertical direction and a join part performing a direct-acting movement are combined with each other. The control means controls an insertion angle and an insertion depth of a shaft of the surgical tool into the body cavity by controlling the joint parts of the robot arms, and calculates positions of reference points of the insertion angle and the insertion depth of the shaft of the surgical tool into the body cavity on the basis of angles around the two rotation axes of the gimbal mechanism.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、手術支援装置に関する。   The present invention relates to a surgery support device.

腹腔鏡手術は、一般に、臓器の切開、切除、縫合を行う医師(以下、「術者」という)と、内視鏡を保持する医師(以下、「スコピスト」という)と、術者の視野展開のため臓器の牽引や切開時の張力保持などを行う医師(以下、「助手」という)とによって行われる。腹腔鏡手術に用いられる手術支援装置(手術支援ロボットなどともいわれる)には、鉗子や内視鏡、電気メス等の術具の姿勢を1以上のロボットアームで制御することで、手術に必要な医師数を緩和しようとするものがある。   Laparoscopic surgery is generally performed by a doctor who performs an incision, excision, and suturing of an organ (hereinafter referred to as "operator"), a doctor who holds an endoscope (hereinafter referred to as "scopist"), and the field of view of the operator. Therefore, it is performed with a doctor (hereinafter, referred to as an "assistant") who pulls organs and maintains tension during incision. A surgical support device (also called a surgical support robot) used for laparoscopic surgery is required for surgery by controlling the posture of surgical tools such as forceps, an endoscope, and an electric scalpel with one or more robot arms. Some are trying to reduce the number of doctors.

手術支援装置の操作には、手術支援装置に備わるコントロールユニットから医師が操作するコンソール型と、内視鏡のみを保持するロボットアームなどは術者がなんらかの方法で手術手技を行いながらロボットアームをコントロールする方式がある。   For operation of the surgery support device, a console type that is operated by a doctor from the control unit equipped with the surgery support device and a robot arm that holds only the endoscope are used by the surgeon to control the robot arm while performing a surgical procedure. There is a method to do.

従来の腹腔鏡手術に使用される手術支援装置は、術者、スコピスト、助手の3名分の動作を行うものと、内視鏡を1つのアームで保持するものに大別できる。術者、スコピスト、助手の役割を果たすものはコンソール型の手術支援ロボットで、複数のロボットアームを患者の周辺や患者上部に配置するものが知られている(特許文献1、特許文献2)。   Conventional surgical support devices used for laparoscopic surgery can be roughly classified into those that perform the operations of three operators, a scoopist, and an assistant, and those that hold the endoscope with one arm. It is known that a console-type surgery support robot plays a role of an operator, a scopist, and an assistant, and a plurality of robot arms are arranged around the patient or above the patient (Patent Documents 1 and 2).

一方、1つのロボットアームで内視鏡だけを持たせる手術支援ロボットも知られている(特許文献3)。特許文献3で開示される手術支援ロボットは、操作にコンソールを必要とせず、術者又は助手が音声によって操作する方法が用いられる。   On the other hand, there is also known a surgery support robot in which one robot arm has only an endoscope (Patent Document 3). The surgery support robot disclosed in Patent Document 3 does not require a console for operation, and a method in which an operator or an assistant operates by voice is used.

特開2011−4880号公報JP, 2011-4880, A 特開2017−104455号公報JP, 2017-104455, A 特開平6−30896号公報JP-A-6-30896

特許文献1で開示されるコンソール型の手術支援ロボットでは、装置サイズが大きく、手術室の他装置との兼ね合いにより患者とロボットの位置関係を最適化することが困難な場合がある。また、コンソール型は遠隔操作が可能な場合もあるが患者の外観観察や看護師との意思疎通のため、患者とロボットのある手術室に操作コンソールを設置することが通常であり、これが手術室を圧迫する要因のひとつとなっている。特許文献2で開示されるコンソール型の手術支援ロボットは、装置サイズを小さくした場合であっても多数ある多関節ロボットアームを操作するためには複雑かつ大型のコンソールが必要となっている。   The console-type surgery support robot disclosed in Patent Document 1 has a large device size, and it may be difficult to optimize the positional relationship between the patient and the robot due to the balance with other devices in the operating room. In addition, the console type may be remotely controllable, but in order to observe the patient's appearance and communicate with the nurse, it is common to install an operation console in the operating room where the patient and robot are located. Has become one of the factors that pressure. The console-type surgery support robot disclosed in Patent Document 2 requires a complicated and large-sized console in order to operate many articulated robot arms even when the device size is reduced.

特許文献3で開示される手術支援ロボットでは、操作対象が1つアームロボットであるため装置サイズも抑えることができる。しかし、依然として助手等による作業を要し、複数の人間の近くにロボットアームが接近するため、十分なロボットアームの動作領域が確保できないか、術者や助手にロボットアームが干渉し手術手技に影響を与えてしまう。また、音声による操作手段を用いる場合、内視鏡とは異なる複雑な術具を操作する際に意図通りに操作することが困難であることは容易に想像できる。   In the surgery support robot disclosed in Patent Document 3, since the operation target is the one-arm robot, the device size can be suppressed. However, it still requires work by an assistant, etc., and the robot arm approaches a plurality of humans, so it is not possible to secure a sufficient robot arm operation area, or the robot arm interferes with the surgeon or assistant and affects the surgical procedure. Will be given. Further, when using a voice operation means, it can be easily imagined that it is difficult to operate a complicated surgical instrument different from an endoscope as intended.

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、手術室への設置が困難なコンソールを必要とせず、かつ簡便な操作でロボットアームを操作可能な手術支援装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems. That is, an object of the present invention is to provide a surgery support device that does not require a console that is difficult to install in an operating room and that can operate a robot arm with a simple operation.

この課題を解決するため、例えば本発明の手術支援装置は以下の構成を備える。すなわち、体腔に挿入されて使用される術具の姿勢を制御する複数のロボットアームと、前記複数のロボットアームの1つ以上のロボットアームの先端と前記術具との間に介在し、2つの回転軸まわりに回転可能なジンバル機構と、
術者による操作に応じて前記複数のロボットアームの動作を制御する制御手段と、を有する手術支援装置であって、前記複数のロボットアームのそれぞれは、鉛直方向の軸まわりに回転可能な関節部と直動運動を行う関節部とを組み合わせた3自由度を有するロボットアームであり、前記制御手段は、前記ロボットアームの関節部を制御することにより前記術具のシャフトの前記体腔への挿入角度と挿入深度とを制御するとともに、前記ジンバル機構の前記2つの回転軸まわりの角度に基づいて、前記術具のシャフトの前記体腔への挿入角度と挿入深度の基準点の位置を算出する、ことを特徴とする。
In order to solve this problem, for example, the surgery support device of the present invention has the following configuration. That is, a plurality of robot arms that control the posture of the surgical instrument that is inserted into the body cavity and that is interposed between the distal ends of one or more robot arms of the plurality of robot arms and the surgical instrument are provided. A gimbal mechanism that can rotate around the rotation axis,
A surgery support apparatus comprising: a control unit that controls the operations of the plurality of robot arms in accordance with an operation by an operator, wherein each of the plurality of robot arms is a joint unit rotatable about a vertical axis. Is a robot arm having three degrees of freedom, which is a combination of a joint part that performs linear motion, and the control means controls the joint part of the robot arm to insert an angle of the shaft of the surgical instrument into the body cavity. And the insertion depth is controlled, and the position of the insertion angle of the shaft of the surgical instrument into the body cavity and the position of the reference point of the insertion depth are calculated based on the angles around the two rotation axes of the gimbal mechanism. Is characterized by.

本発明によれば、手術室への設置が困難なコンソールを必要とせず、かつ簡便な操作でロボットアームを操作可能な手術支援装置を提供することが可能になる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the surgery assistance apparatus which can operate a robot arm by a simple operation, without requiring the console which is difficult to install in an operating room.

本発明に係る手術支援装置の全体構成例の一例を示す図The figure which shows an example of the whole structural example of the surgery assistance apparatus which concerns on this invention. 本実施形態に係る手術支援装置の機能構成例(a)と、手術支援装置の使用において手持ち医療器具及びロボット医療器具を体腔内に挿入している様子を模式的に示す図(b)The functional configuration example (a) of the surgery support device according to the present embodiment, and a diagram schematically showing how a handheld medical device and a robot medical device are inserted into a body cavity when the surgery support device is used (b). 本実施形態に係る水平ロボットアームの詳細な構成例を示す図The figure which shows the detailed structural example of the horizontal robot arm which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る水平ロボットアームの先端部を拡大した図The figure which expanded the tip part of the horizontal robot arm which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る水平ロボットアームの有する直動関節部の構成例を示す図The figure which shows the structural example of the linear motion joint part which the horizontal robot arm which concerns on this embodiment has. 本実施形態に係るブレーキ解除スイッチ付のグリップについて説明する図The figure explaining the grip with a brake release switch which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るブレーキ解除スイッチを鉛直方向から見た場合の内部構造例を示す図The figure which shows the internal structure example at the time of seeing the brake release switch which concerns on this embodiment from the vertical direction. 本実施形態に係るベクトル操作モードのための術具マニピュレータ側の入力スイッチの例を示す図The figure which shows the example of the input switch by the side of the surgical instrument manipulator for the vector operation mode which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る水平ロボットアームの機構等価モデルを示す図The figure which shows the mechanism equivalent model of the horizontal robot arm which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る直動ロボットアームの詳細な構成例を示す図The figure which shows the detailed structural example of the linear motion robot arm which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る直動ロボットアームの垂直駆動関節部の構成例を示す図The figure which shows the structural example of the vertical drive joint part of the linear motion robot arm which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る直動ロボットアームの機構等価モデルを示す図The figure which shows the mechanism equivalent model of the linear motion robot arm which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る2つのフレームと直動ロボットアームの第1アームとの関係を模式的に示す図The figure which shows typically the relationship between the two frames which concern on this embodiment, and the 1st arm of a linear motion robot arm. 本実施形態に係る2つのフレームと直動ロボットアームの第1アームとの関係を詳細に示す図The figure which shows in detail the relationship between the two frames which concern on this embodiment, and the 1st arm of a linear motion robot arm. 本実施形態に係る各ロボットアームのアーム先端部の可動範囲を説明する図The figure explaining the movable range of the arm tip part of each robot arm which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るイニシャライズについて説明する図The figure explaining the initialization which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るイニシャライズ処理の一連の動作を示すフローチャートFlowchart showing a series of operations of the initialization process according to the present embodiment 本実施形態に係る挿入点の位置を算出する方法を説明する図The figure explaining the method of calculating the position of the insertion point which concerns on this embodiment.

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本発明に係る手術支援装置は、患者の体腔内に外套管を通して挿入された術具やエンドエフェクタの姿勢を制御するロボットアームを有する。手術支援装置は、術者が体腔内に挿入して実際に手術に用いる術具(以下、手持ち医療器具ともいう)の挿入角度及び挿入深度を計測する。そして、計測結果に応じて、術具やエンドエフェクタ(以下、合わせてロボット医療器具ともいう)の姿勢を制御するためのロボットアーム100を制御するように構成されている。   Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The surgery support apparatus according to the present invention has a robot arm that controls the posture of the surgical instrument or the end effector inserted through the outer tube into the body cavity of the patient. The surgery support device measures an insertion angle and an insertion depth of a surgical instrument (hereinafter, also referred to as a hand-held medical instrument) which is inserted into a body cavity by an operator and is actually used for surgery. The robot arm 100 for controlling the posture of the surgical instrument or the end effector (hereinafter, also referred to as a robot medical instrument) is configured to be controlled according to the measurement result.

(手術支援装置に係るロボットアーム100の概要)
図1(a)及び(b)は、それぞれ、本発明に係る手術支援装置に係るロボットアーム100の概要と、本実施形態において想定される、手術支援装置200を使用する際の患者、術者、手術台151の様子を示している。本実施形態に係るロボットアーム100は2つの水平ロボットアーム110と1つの直動ロボットアーム120と複数のフレーム(基盤)とから構成される。
(Outline of Robot Arm 100 Related to Surgery Support Device)
1 (a) and 1 (b) respectively show an outline of a robot arm 100 according to a surgery support apparatus according to the present invention, and a patient and an operator when using the surgery support apparatus 200, which is assumed in the present embodiment. , The operating table 151 is shown. The robot arm 100 according to this embodiment includes two horizontal robot arms 110, one linear motion robot arm 120, and a plurality of frames (bases).

第1フレーム101は、患者とロボットアーム100とが適切な距離に配置できるよう能動車輪又は受動車輪、もしくはその両方を備える。第2フレーム102は、第1フレーム101の上に固定されたフレームであり、第2フレーム102に垂直な方向にのみ自由度を持つ部品で第3フレーム103が接続されている。第3フレーム103には水平方向に自由度を有する関節を有する3軸の水平多関節ロボットアーム(単に水平ロボットアーム110という)が2つ取り付けられている。また、第3フレーム103の先端には、3軸の直動多関節ロボットアーム(単に直動ロボットアーム120ともいう)が垂直方向にのみ自由度を有する部品で接続されている。   The first frame 101 includes active wheels, passive wheels, or both so that the patient and the robot arm 100 can be placed at an appropriate distance. The second frame 102 is a frame fixed on the first frame 101, and the third frame 103 is connected by a component having a degree of freedom only in a direction perpendicular to the second frame 102. Two triaxial horizontal articulated robot arms (simply referred to as horizontal robot arm 110) having joints having horizontal degrees of freedom are attached to the third frame 103. Further, a triaxial direct acting articulated robot arm (also simply referred to as a direct acting robot arm 120) is connected to the tip of the third frame 103 by a component having a degree of freedom only in the vertical direction.

水平ロボットアーム110は、その先端には、2軸まわりに回転可能に構成されるジンバル機構を介して、術具マニピュレータ124が取り付けられている。術具マニピュレータ124は、水平ロボットアーム110によって体腔への挿入角度及び挿入深度が制御されるロボット医療器具に対し、更にロボット医療器具の先端部の位置姿勢を制御するための駆動装置である。術具マニピュレータ124は複数の独立した回転動力を発生させる複数のモータを含んでおり、それぞれの動力が例えばロボット医療器具のシャフト内を伝達してロボット医療器具の先端部に伝達される。   A surgical instrument manipulator 124 is attached to the distal end of the horizontal robot arm 110 via a gimbal mechanism configured to be rotatable about two axes. The surgical instrument manipulator 124 is a drive device for controlling the position and orientation of the distal end portion of the robot medical instrument with respect to the robot medical instrument whose insertion angle and insertion depth into the body cavity are controlled by the horizontal robot arm 110. The surgical instrument manipulator 124 includes a plurality of motors that generate a plurality of independent rotational powers, and the respective powers are transmitted, for example, in the shaft of the robot medical device to be transmitted to the distal end portion of the robot medical device.

水平ロボットアーム110は、第1アーム111と第2アーム112が水平方向回転にのみ自由度を持つ能動関節で接続されており、また第2アーム112と第3アーム113も水平方向回転にのみ自由度を持った能動関節で接続されている。第1アーム111は垂直方向(第3フレーム103の長軸方向)に自由度をもつ能動関節を有することで第2アーム112と第3アーム113を垂直方向へ移動可能に構成される。これにより水平ロボットアーム110の手先の術具マニピュレータに接続されるロボット医療器具を3次元的に移動可能になるため、ロボット医療器具の体腔内への挿入角度及び挿入深度が制御される。水平ロボットアームのより詳細な構成については後述する。   In the horizontal robot arm 110, the first arm 111 and the second arm 112 are connected by an active joint having a degree of freedom only for horizontal rotation, and the second arm 112 and the third arm 113 are also only free for horizontal rotation. Connected with active joints with a certain degree. The first arm 111 has an active joint having a degree of freedom in the vertical direction (long axis direction of the third frame 103), so that the second arm 112 and the third arm 113 can be moved in the vertical direction. As a result, the robot medical instrument connected to the surgical instrument manipulator on the hand of the horizontal robot arm 110 can be moved three-dimensionally, and thus the insertion angle and the insertion depth of the robot medical instrument into the body cavity are controlled. A more detailed structure of the horizontal robot arm will be described later.

直動ロボットアーム120は、水平ロボットアーム110と同様、その先端に2軸まわりに回転可能に構成されるジンバル機構を有する。直動ロボットアーム120は、ジンバル機構に一般的な内視鏡を取り付けることができる内視鏡ホルダを備える。直動ロボットアーム120は、第3アーム123と第2アーム122は水平方向の自由度を持つ能動関節で接続され、また、第2アーム122と第1アーム121が水平方向回転の自由度を持った能動関節で接続される。第1アーム121が垂直方向(第3フレーム113の長軸方向)に自由度を持つ能動関節に接続されることで、第2アーム122と第3アーム123を垂直方向へ移動可能に構成される。これにより直動ロボットアーム120の手先の内視鏡ホルダ114に接続される内視鏡(ロボット医療器具)を3次元的に移動可能になるため、内視鏡(ロボット医療器具)の体腔内への挿入角度及び挿入深度が制御される。   Like the horizontal robot arm 110, the linear motion robot arm 120 has a gimbal mechanism at the tip thereof so as to be rotatable about two axes. The linear motion robot arm 120 includes an endoscope holder to which a general endoscope can be attached to the gimbal mechanism. In the linear motion robot arm 120, the third arm 123 and the second arm 122 are connected by an active joint having a horizontal degree of freedom, and the second arm 122 and the first arm 121 have a horizontal degree of freedom. Connected by active joints. The first arm 121 is connected to an active joint having a degree of freedom in the vertical direction (long axis direction of the third frame 113), so that the second arm 122 and the third arm 123 can be moved in the vertical direction. . As a result, the endoscope (robot medical instrument) connected to the endoscope holder 114 at the end of the linear motion robot arm 120 can be moved three-dimensionally, and thus the endoscope (robot medical instrument) can be moved into the body cavity. The insertion angle and the insertion depth are controlled.

(手術支援装置200の構成)
図2(a)と図2(b)には、本実施形態に係る手術支援装置200の機能構成例と、手術支援装置200の使用において手持ち医療器具及びロボット医療器具を体腔内に挿入している様子を模式的に示している。手術支援装置200は、一般的なコンソール型マスタースレーブではなく、術者が術中に使用する術具(すなわち手持ち医療器具)の動作に基づいてロボットアームの動作を制御する。
(Structure of the surgery support device 200)
2 (a) and 2 (b), a functional configuration example of the surgery support apparatus 200 according to the present embodiment and a handheld medical instrument and a robot medical instrument inserted in the body cavity when the surgery support apparatus 200 is used. The situation is shown schematically. The surgery support apparatus 200 controls the operation of the robot arm based on the operation of a surgical tool (that is, a hand-held medical device) used by an operator during the operation, not a general console-type master-slave.

手持ち医療器具131は、術者が実際に手で動かして通常の処置を行う術具であり、腹壁150に開けた小径の穴に挿入された術者側外套管135を通して体腔内に挿入される。手持ち医療器具131は、例えば体腔内に挿入して使用される鉗子、攝子、電気メス、吸引管、超音波凝固切開装置、止血装置、ラジオ波焼灼装置、医療用ステープラ、持針器を含む。手持ち医療器具131に取り付けられた術具動作計測部132と、術者側外套管135に取り付けられた術者側挿入深度計測部136は、手持ち医療器具131の体腔に対する挿入角度及び挿入深度を計測する。   The hand-held medical instrument 131 is a surgical instrument that the surgeon actually moves by hand to perform a normal procedure, and is inserted into the body cavity through the surgeon-side mantle tube 135 that is inserted into a small-diameter hole formed in the abdominal wall 150. . The handheld medical device 131 includes, for example, forceps, a constrictor, an electric knife, a suction tube, an ultrasonic coagulation / incision device, a hemostatic device, a radiofrequency ablation device, a medical stapler, and a needle holder that are inserted into a body cavity and used. A surgical instrument movement measuring unit 132 attached to the handheld medical instrument 131 and an operator side insertion depth measuring unit 136 attached to the operator's outer sheath tube 135 measure an insertion angle and an insertion depth of the handheld medical instrument 131 with respect to a body cavity. To do.

ロボット医療器具127は、腹壁150に開けた小径の穴に挿入されたロボット側外套管125を通過して、その一部が体腔内に挿入される。例えば、ロボット医療器具127は、例えば体腔内に挿入して使用される鉗子、攝子、電気メス、吸引管、超音波凝固切開装置、止血装置、ラジオ波焼灼装置、医療用ステープラ、持針器、内視鏡、胸腔鏡、腹腔鏡等を含み、その形状は直線状であっても屈曲関節を有していてもよい。本実施形態の例では、直動ロボットアーム120は、内視鏡ホルダ114を介してロボット医療器具127としての内視鏡を装着している。また、水平ロボットアーム110は、術具マニピュレータ124を介して、ロボット医療器具127として鉗子や電子メス等を装着する。術具マニピュレータ124を介して装着された鉗子等の医療器具は術具マニピュレータ124の駆動によってその先端の姿勢が制御される。なお、本実施形態では、単にロボットアームという場合には、術具マニピュレータ124がロボットアームに含まれるものとする。また、ロボット医療器具127と術具マニピュレータ124とが別体である場合を例に説明するがロボット医療器具127と術具マニピュレータ124とが術具として一体化してもよい。   The robot medical device 127 passes through the robot side outer tube 125 inserted into the small-diameter hole formed in the abdominal wall 150, and a part thereof is inserted into the body cavity. For example, the robot medical device 127 is, for example, a forceps, a forceps, an electric knife, an aspiration tube, an ultrasonic coagulation / incision device, a hemostatic device, a radiofrequency ablation device, a medical stapler, a needle holder, which is used by being inserted into a body cavity. It includes an endoscope, a thoracoscope, a laparoscope, and the like, and may have a linear shape or a flexion joint. In the example of the present embodiment, the linear motion robot arm 120 is equipped with an endoscope serving as a robot medical instrument 127 via the endoscope holder 114. Further, the horizontal robot arm 110 is equipped with forceps, an electronic scalpel or the like as the robot medical instrument 127 via the surgical instrument manipulator 124. A medical instrument such as forceps attached through the surgical instrument manipulator 124 has its tip position controlled by driving the surgical instrument manipulator 124. In the present embodiment, when the robot arm is simply referred to, the surgical instrument manipulator 124 is included in the robot arm. Further, the case where the robot medical instrument 127 and the surgical instrument manipulator 124 are separate bodies will be described as an example, but the robot medical instrument 127 and the surgical instrument manipulator 124 may be integrated as a surgical instrument.

ロボット側挿入深度計測部126は、ロボットアームがロボット側外套管125に挿入されたことを検知することができる。また、ロボット側外套管125に取り付けられる1つ以上の距離センサにより、水平ロボットアーム110又は直動ロボットアーム120によって制御されるロボット医療器具127の体腔への挿入深度を計測する。なお、ロボット側挿入深度計測部126は、ロボットアームがロボット側外套管125に挿入されたことが検知可能な構成だけであってもよい。この場合、ロボットアームのエンコーダからの出力に応じて位置姿勢の情報を得ることができる。また、ロボット側挿入深度計測部126は、送信機又は受信機のように、ロボット側外套管125とロボット医療器具127とに分離して取り付けられる構成であってもよいし、ロボット医療器具127にのみ取り付けられる構成であってもよい。   The robot-side insertion depth measuring unit 126 can detect that the robot arm has been inserted into the robot-side outer tube 125. Further, the depth of insertion of the robot medical instrument 127 controlled by the horizontal robot arm 110 or the linear motion robot arm 120 into the body cavity is measured by one or more distance sensors attached to the robot side outer tube 125. The robot-side insertion depth measuring unit 126 may have only a configuration capable of detecting that the robot arm has been inserted into the robot-side outer tube 125. In this case, the position / orientation information can be obtained according to the output from the encoder of the robot arm. Further, the robot-side insertion depth measuring unit 126 may be configured to be separately attached to the robot-side outer tube 125 and the robot medical instrument 127, like a transmitter or a receiver, or to the robot medical instrument 127. It may be configured to be attached only.

術具動作計測部132は、例えば加速度センサ、超音波センサ、地磁気センサ、レーザセンサ、光学式モーションキャプチャの1以上のセンサ又はこれらの組合せを含み、3軸から6軸の術具動作を読み取る。本実施形態では、術具動作計測部132は、例えば術者が操作する手持ち医療器具の体腔内への挿入角度を計測する。   The surgical instrument motion measurement unit 132 includes, for example, one or more sensors of an acceleration sensor, an ultrasonic sensor, a geomagnetic sensor, a laser sensor, an optical motion capture sensor, or a combination thereof, and reads the surgical instrument actions of three to six axes. In the present embodiment, the surgical instrument movement measuring unit 132 measures, for example, the insertion angle of the handheld medical device operated by the operator into the body cavity.

術者側挿入深度計測部136は、術者側外套管135に取り付けられる1つ以上の距離センサを含み、手持ち医療器具131の体腔内への挿入深度を計測する。本実施形態では、術者側挿入深度計測部136が術者側外套管135に取り付けられる例について説明する。しかし、術者側挿入深度計測部136は、送信機又は受信機のように、術者側外套管135と手持ち医療器具131とに分離して取り付けられる構成であってもよいし、手持ち医療器具131にのみ取り付けられる構成であってもよい。   The operator-side insertion depth measuring unit 136 includes one or more distance sensors attached to the operator-side outer tube 135, and measures the insertion depth of the handheld medical device 131 into the body cavity. In the present embodiment, an example in which the operator-side insertion depth measuring unit 136 is attached to the operator-side outer tube 135 will be described. However, the operator-side insertion depth measuring unit 136 may be configured to be separately attached to the operator-side outer tube 135 and the handheld medical device 131, like a transmitter or a receiver, or may be a handheld medical device. It may be configured to be attached only to 131.

制御部201は、CPU或いはGPU等の1つ以上のプロセッサを含み、記録媒体204に格納されたプログラムをメモリ205に読み出して実行することにより、手術支援装置200の全体の動作を制御する。また、制御部201は、操作部202に対する操作に基づいて、手術支援装置の動作モードを切り替える切替手段として機能する。また、手持ち医療器具131のシャフトの体腔内への挿入角度と挿入深度に応じて、ロボット医療器具の姿勢を制御するように、ロボットアームの動作を制御する制御手段としても機能する。手術支援装置の操作モードは、処置のために手持ち医療器具131を操作して実際に処置を行うモード(単に処置モードともいう)と、手持ち医療器具131を用いてロボット医療器具127を操作するモード(単にロボット操作モードともいう)とを含む。また、詳細は後述するが、術者がロボットアームに対する接触を含む操作によりロボットアームを操作するモードを含む。   The control unit 201 includes one or more processors such as a CPU or a GPU, and controls the overall operation of the surgery support apparatus 200 by reading the program stored in the recording medium 204 into the memory 205 and executing the program. The control unit 201 also functions as a switching unit that switches the operation mode of the surgery support apparatus based on the operation on the operation unit 202. It also functions as control means for controlling the operation of the robot arm so as to control the posture of the robot medical device according to the insertion angle and the insertion depth of the shaft of the handheld medical device 131 into the body cavity. The operation mode of the surgery support device is a mode in which the hand-held medical instrument 131 is operated for treatment to actually perform the treatment (also simply referred to as a treatment mode) and a mode in which the hand-held medical instrument 131 is used to operate the robot medical instrument 127. (Also referred to as a robot operation mode). Further, as will be described later in detail, it includes a mode in which the operator operates the robot arm by an operation including contact with the robot arm.

操作部202は、例えば手持ち医療器具131に取り付けられるスイッチや、術者が足で操作可能なフットスイッチなどの操作部材を含む。操作部202は、更に、スイッチに代えて、音声による操作入力の可能な音声入力システムを含んでよい。制御部201は、操作部202からの入力に応じて、手術支援装置200内の動作モードの変更、制御対象のアームの変更、及び表示部203に表示する情報の変更を行う。例えば、術者は、操作部202を用いて制御対象となるアームを1つ選択することができる。   The operation unit 202 includes an operation member such as a switch attached to the handheld medical device 131 or a foot switch that can be operated by the operator with his / her foot. The operation unit 202 may further include a voice input system capable of voice operation input instead of the switch. The control unit 201 changes the operation mode in the surgery support apparatus 200, changes the arm to be controlled, and changes the information displayed on the display unit 203 according to the input from the operation unit 202. For example, the operator can use the operation unit 202 to select one arm to be controlled.

このように、術者によって操作される手持ち医療器具131の動作に応じて、ロボット医療器具127を操作可能に構成することにより、従来の腹腔鏡手術では通常医師が3名で手術を行うところ、術具を操るような手術と同等の動作でありながら術者がロボットアームを操作して同様の手術を行うことが可能になる。   As described above, by configuring the robot medical instrument 127 to be operable in accordance with the operation of the handheld medical instrument 131 operated by the operator, in the conventional laparoscopic surgery, usually three doctors perform an operation, It is possible for an operator to perform the same operation by operating the robot arm while the operation is similar to the operation of operating a surgical tool.

(水平ロボットアーム110の詳細)
<水平駆動関節部>
水平ロボットアーム110の詳細について図3から図8を参照して説明する。図3に示すように、水平ロボットアーム110の(第3アーム113の)先端部は、術具マニピュレータ124を取り付けることができる2軸のジンバル機構301を有する。図4には、水平ロボットアーム110の(第3アーム113の)先端部を拡大して示している。ジンバル機構301は、図4に示す2つの回転軸401及び402まわりに回転可能に構成され、これらの回転軸401及び402は、術具マニピュレータ124に取り付けられたロボット医療器具の術具シャフトの軸線403と交わる。ジンバル機構301は、動力部を持たない受動関節であるが、各回転軸まわりの回転を計測するエンコーダを備える。例えば、アブソリュートエンコーダを2軸とも備えることでロボット医療器具127の位置姿勢を、順運動学を用いて求めることが可能である。また、水平ロボットアーム110は、その動作時の微振動による影響や患者の呼吸による微小な動きを抑制し、姿勢の安定化や特異姿勢の回避機能を備えるための弾性機構(例えば回転方向におけるダンパや樹脂ばね、金属ばね)或いは補助的な動力を用いることができる。
(Details of the horizontal robot arm 110)
<Horizontal drive joint>
Details of the horizontal robot arm 110 will be described with reference to FIGS. 3 to 8. As shown in FIG. 3, the distal end portion (of the third arm 113) of the horizontal robot arm 110 has a biaxial gimbal mechanism 301 to which the surgical instrument manipulator 124 can be attached. FIG. 4 is an enlarged view of the tip portion (of the third arm 113) of the horizontal robot arm 110. The gimbal mechanism 301 is configured to be rotatable around two rotating shafts 401 and 402 shown in FIG. 4, and these rotating shafts 401 and 402 are axes of the surgical instrument shaft of the robot medical instrument attached to the surgical instrument manipulator 124. Intersect with 403. The gimbal mechanism 301 is a passive joint that does not have a power unit, but includes an encoder that measures rotation about each rotation axis. For example, it is possible to obtain the position and orientation of the robot medical instrument 127 by using forward kinematics by providing both absolute encoders. In addition, the horizontal robot arm 110 has an elastic mechanism (for example, a damper in the rotation direction) for suppressing the influence of microvibration during the operation and the minute movement due to the breathing of the patient, and having the function of stabilizing the posture and avoiding the peculiar posture. Or resin spring, metal spring) or auxiliary power can be used.

第2アーム112内にある第3アーム駆動ユニット302は、第3アーム113を駆動する駆動モータと、無励磁作動ブレーキと、減速機とを含む。第3アーム113と第2アーム112は、水平方向回転にのみ自由度を持ち、第3アーム113は、第3アーム駆動ユニット302からタイミングベルト307で出力された動力を同じくタイミングプーリで受けることで能動回転を行うことができる。第2アーム112は、第3アーム113の第2アームに対する回転を計測するための第3アーム用センサユニット303を有する。第3アーム用センサユニット303は、第3アーム113と第2アーム112とが接続する関節部の回転軸まわりの回転位置を検出するためのエンコーダ及び他のセンサを含む。また、この関節部の回転軸には、ベアリング304を有する。   The third arm drive unit 302 in the second arm 112 includes a drive motor that drives the third arm 113, a non-excitation actuated brake, and a speed reducer. The third arm 113 and the second arm 112 have a degree of freedom only in the horizontal rotation, and the third arm 113 receives the power output from the timing belt 307 from the third arm drive unit 302 by the same timing pulley. Active rotation can be performed. The second arm 112 has a third arm sensor unit 303 for measuring the rotation of the third arm 113 with respect to the second arm. The third arm sensor unit 303 includes an encoder and other sensors for detecting the rotational position around the rotation axis of the joint portion connecting the third arm 113 and the second arm 112. A bearing 304 is provided on the rotary shaft of this joint.

第1アーム111は、第2アーム112をC型構造のフレームで支えている。これは片側に、モーメントを許容できるベアリングを備える減速機305を配置し、その対に補助目的の補助ベアリング306を配置することで、第3アーム113及び第2アーム112と術具マニピュレータ124及びロボット医療器具127との自重と外力から発生するモーメント荷重を分散することができる。第1フレーム111内の第2アーム駆動ユニット309は、第2アーム112を回転させる動力を駆動ベルト310によって伝達し、第2アーム112を関節部(第3アーム113と第2アーム112との接続部)の回転軸まわりに回転させる。また、各機構部を第1フレーム111内に分配することで大きな中空構造を確保し、配線や第2アーム112の第1アーム111に対する回転位置を検出するエンコーダ308を取り付けることを可能としている。図3に示す例では、第1フレーム111内の下部にモーメントを許容できるベアリングが内蔵された減速機305を配置し、上部を中空構造としている例を説明したが、これらの配置は逆であってもよい。   The first arm 111 supports the second arm 112 with a frame having a C-shaped structure. By arranging a speed reducer 305 having a bearing capable of allowing a moment on one side, and arranging an auxiliary bearing 306 for auxiliary purpose on the pair, a third arm 113 and a second arm 112, a surgical instrument manipulator 124, and a robot are arranged. It is possible to disperse the moment load generated from the own weight of the medical device 127 and the external force. The second arm drive unit 309 in the first frame 111 transmits the power for rotating the second arm 112 by the drive belt 310 to connect the second arm 112 to the joint portion (connection between the third arm 113 and the second arm 112). Part) rotation axis. Moreover, a large hollow structure is ensured by distributing the respective mechanical parts in the first frame 111, and it is possible to attach an encoder 308 that detects the wiring and the rotational position of the second arm 112 with respect to the first arm 111. In the example shown in FIG. 3, the speed reducer 305 having a bearing capable of accepting a moment is arranged in the lower portion of the first frame 111, and the upper portion has a hollow structure. However, these arrangements are opposite. May be.

本実施形態では、水平ロボットアーム110の小型化のため、減速機305や第2アーム駆動ユニット309等の出力機構を扁平型にする場合を例に説明している。例えば、扁平型であっても高減速が可能な波動歯車減速機やサイクロイド減速機、モータ自体の出力を上げた扁平型モータ、又は関節部にそのまま取り付けられるダイレクトドライブモータを用いることができる。この4つ回転関節に使用されるベアリングはモーメントを許容しながら小型で構成できるようにするため、クロスローラーベアリングや4点ベアリングを用いることができる。   In this embodiment, in order to downsize the horizontal robot arm 110, a case where the output mechanism such as the speed reducer 305 and the second arm drive unit 309 is a flat type is described as an example. For example, it is possible to use a wave gear reducer or a cycloid reducer capable of high deceleration even with a flat type, a flat type motor having an increased output of the motor itself, or a direct drive motor directly attached to a joint portion. As the bearings used for the four rotary joints, cross roller bearings and four-point bearings can be used in order to allow the bearings to accept moments and be made compact.

<垂直駆動関節部>
図5は、水平ロボットアーム110の有する直動関節部を示している。この直動関節部は第3フレーム103に組み込まれる。第1アーム111を駆動する直動機構部には第1アーム111から第3アーム113の自重モーメントとアームが受ける外力を十分に許容でき、かつ滑らかな動きをさせるためのボールリニアガイド501を垂直方向に2つ並行に配置する。
<Vertical drive joint>
FIG. 5 shows the linear motion joint section of the horizontal robot arm 110. This linear motion joint portion is incorporated in the third frame 103. The linear motion mechanism that drives the first arm 111 is provided with a ball linear guide 501 for allowing the moment of self-weight of the third arm 113 from the first arm 111 and the external force received by the arm to be sufficiently allowed and for smooth movement. Place two parallel to each other.

第1アーム111は、ボールリニアガイド501に取り付けられた支持ブロック502に固定される。第1アーム111を支持している支持ブロック502から伸びた動力伝達プレート503にはタイミングベルト505が固定されており、ボールリニアガイド501と平行になるように配置されている。駆動モータ504が回転動力をタイミングベルト505に伝達してタイミングベルト505をタイミングプーリにより駆動することで、第1アームを支持する支持ブロック502を鉛直方向に能動的に進退させる。このとき、位置検出制御ユニット510は、エンコーダを含み、進退した駆動ベルト505の移動量に基づき、第1アーム111の鉛直方向の移動量を計測する。また、位置検出制御ユニット510は、ブレーキ機構を含み、支持ブロック502の動作(すなわち水平ロボットアーム110の直動運動)において姿勢を維持するようにブレーキを与える。なお、本実施形態では、ブレーキ機構を用いる例を説明するが、ブレーキ機構を使用しないようにしてもよい。その場合、例えば、姿勢を維持するための駆動力を駆動モータ504が発生させた状態を維持する。動力伝達プレート503には、支持プーリ511に支持される牽引ワイヤ506によってカウンターウェイト507が接続されている。   The first arm 111 is fixed to a support block 502 attached to the ball linear guide 501. A timing belt 505 is fixed to a power transmission plate 503 extending from a support block 502 supporting the first arm 111, and is arranged so as to be parallel to the ball linear guide 501. The drive motor 504 transmits the rotational power to the timing belt 505 and drives the timing belt 505 by the timing pulley, thereby actively moving the support block 502 supporting the first arm in the vertical direction. At this time, the position detection control unit 510 includes an encoder and measures the amount of vertical movement of the first arm 111 based on the amount of movement of the drive belt 505 that has moved forward and backward. Further, the position detection control unit 510 includes a brake mechanism, and applies a brake so as to maintain the posture during the operation of the support block 502 (that is, the linear motion of the horizontal robot arm 110). In the present embodiment, an example in which the brake mechanism is used will be described, but the brake mechanism may not be used. In that case, for example, the state in which the drive motor 504 generates the driving force for maintaining the posture is maintained. A counterweight 507 is connected to the power transmission plate 503 by a pulling wire 506 supported by a support pulley 511.

カウンターウェイト507は、第1アーム111から第3アーム113と術具マニピュレータ124とロボット医療器具127との自重を補償することにより、これらを駆動する駆動モータ504の出力を抑えることができる。より具体的に本実施形態に係るカウンターウェイト507について説明する。水平ロボットアーム110は、術者による手持ち医療器具からの操作だけでなく、手術準備や非常時用には、手動で直接移動できるようにする必要がある。このとき、水平駆動関節部はブレーキを解除するだけで人手によって容易に動かすことが可能であるが、垂直駆動関節は、ブレーキを解除すると水平ロボットアーム110の多大な重量を人手で保持しなければならない。そのため、図5に示した垂直駆動関節部には各部品の自重補償をするカウンターウェイト507を備えることで、駆動部品への出力緩和と、ロボットアームの重量を感じることなく手動で移動することを可能としている。なお、カウンターウェイト507の使用は必須ではなく、定荷重バネを用いる構成でもよい。   The counterweight 507 can suppress the output of the drive motor 504 that drives the first arm 111 to the third arm 113, the surgical instrument manipulator 124, and the robot medical instrument 127 by compensating for their own weights. More specifically, the counterweight 507 according to this embodiment will be described. The horizontal robot arm 110 needs to be directly movable not only by an operator using a hand-held medical instrument but also by a surgical preparation or an emergency. At this time, the horizontal drive joint can be easily moved by hand only by releasing the brake, but the vertical drive joint has to manually hold a large weight of the horizontal robot arm 110 when the brake is released. I won't. Therefore, the vertical drive joint shown in FIG. 5 is provided with a counter weight 507 for compensating the weight of each component, so that the output to the drive component can be eased and the robot arm can be moved manually without feeling the weight of the robot arm. It is possible. The use of the counterweight 507 is not essential, and a constant load spring may be used.

なお、ロボットアームを手動で動作させるようにするためには、プログラムによりロボットアームの自重分だけを垂直軸方向に出力するアシストシステムでも可能ではあるが、システムダウンした場合は手動で移動させることが困難になる可能性がある。それに対し、カウンターウェイト507は、ブレーキ解除とモータの電源供給を切る論理回路により、システムとは切り離すことでシステム異常が起きても手動での移動を可能にする目的もある。   In order to operate the robot arm manually, an assist system that outputs only the weight of the robot arm in the vertical axis direction by a program is possible, but if the system goes down, it can be moved manually. It can be difficult. On the other hand, the counterweight 507 also has a purpose of enabling manual movement even when a system abnormality occurs by disconnecting the counterweight 507 from the system by a logic circuit that releases the brake and supplies power to the motor.

第3フレーム113は、2つの平行に配置されたボールリニアガイド501の間に、信号線と動力線を第3アーム113に接続するための、配線の直線運動を補助するケーブルガイド509を備える。   The third frame 113 includes a cable guide 509 for connecting the signal line and the power line to the third arm 113 between two ball linear guides 501 arranged in parallel to assist the linear movement of the wiring.

なお、図5に示す直動機構は出力側からの操作(バックドライブアビリティ)が容易に行えるよう高効率であるタイミングベルトプーリを用いているが、リードの大きなボールねじや、高効率のすべりねじであってもよい。   The linear motion mechanism shown in FIG. 5 uses a highly efficient timing belt pulley so that the operation (back drive ability) from the output side can be easily performed. However, a ball screw with a large lead or a highly efficient sliding screw is used. May be

<ブレーキ解除スイッチ付きグリップ>
状況に応じてロボットアームを手動で移動可能にするための自重補償機構(カウンターウェイト507)に加え、本実施形態に係る水平ロボットアーム110は、ロボットアームの手動操作を容易に扱うためのブレーキ解除スイッチ311を備える。ブレーキ解除スイッチ311は、図6に示すように、片手で握った状態でロボットアームを鉛直方向及び水平方向に移動させることが可能なスイッチ付グリップを構成する。後述するように、このブレーキ解除スイッチ311は、ロボットアームが操作者に対して様々な姿勢に変化しても、操作者がほぼ一定の姿勢でスイッチを押下することができるように、多方向からスイッチを押下可能に構成されている。
<Grip with brake release switch>
In addition to the weight compensation mechanism (counterweight 507) for manually moving the robot arm according to the situation, the horizontal robot arm 110 according to the present embodiment is provided with a brake release for easily handling the manual operation of the robot arm. A switch 311 is provided. As shown in FIG. 6, the brake release switch 311 constitutes a grip with a switch that can move the robot arm in the vertical direction and the horizontal direction while holding it with one hand. As will be described later, the brake release switch 311 is provided from multiple directions so that the operator can press the switch in a substantially constant posture even if the robot arm changes to various postures with respect to the operator. The switch can be pressed.

ブレーキ解除スイッチ311は、第3アーム113の先端部に配置される。ブレーキ解除スイッチ311は、水平ロボットアーム110の各関節部に取り付けられている保持ブレーキを解除するスイッチ、術者などが握るための円筒状のグリップを備えている。   The brake release switch 311 is arranged at the tip of the third arm 113. The brake release switch 311 includes a switch for releasing the holding brake attached to each joint of the horizontal robot arm 110, and a cylindrical grip for an operator to hold.

ロボットアームの姿勢を維持するためのブレーキは、安全面からこのブレーキ解除スイッチ311が押されている間のみ解除される。なお、ブレーキの代わりに、姿勢を維持するための駆動力を一時的に低下させるような構成であってもよい。このようなブレーキを実現するため、本実施形態に係るブレーキ解除スイッチ311は、術者が水平ロボットアーム110の先端部を移動させるための力を付加しながらスイッチを安定的に押し続けられる構造となっている。図6(a)に示すブレーキ解除スイッチ311は、図6(b)に示すように術者が手で掴むことで水平ロボットアーム110の水平方向の移動と、当該移動に伴う水平方向回転の滑り、そして水平ロボットアーム110に対する上下方向への力の付加を容易に行うことができる形状である。水平方向回転の滑りを許容しながらもスイッチを安定的に押すため、図7に示すように、スイッチがブレーキ解除スイッチ311の円筒部に円周上に配置されている。   The brake for maintaining the posture of the robot arm is released only while the brake release switch 311 is pressed for safety. Instead of the brake, the driving force for maintaining the posture may be temporarily reduced. In order to realize such a brake, the brake release switch 311 according to the present embodiment has a structure in which the operator can continue to press the switch stably while applying a force for moving the tip of the horizontal robot arm 110. Has become. The brake release switch 311 shown in FIG. 6 (a) is moved by the operator as shown in FIG. 6 (b) by the operator's hand to move the horizontal robot arm 110 in the horizontal direction, and the sliding of the horizontal rotation accompanying the movement. The shape is such that a vertical force can be easily applied to the horizontal robot arm 110. As shown in FIG. 7, the switch is circumferentially arranged in the cylindrical portion of the brake release switch 311 in order to stably push the switch while allowing the horizontal rotation slip.

本実施形態に係るブレーキ解除スイッチ311のグリップは円筒形状に構成され、術者が親指と中指、又は親指と人差し指で挟むように把持することが想定される。この場合、水平ロボットアーム110が水平方向に移動された場合のグリップの回転の滑りを許容するため、2本指でほぼ平行に挟まれる接触をどの方向からでも反応できる機構を有する。操作者は、ブレーキ解除スイッチ311全体を覆う(5本の指が円筒部に接する)ように握ることもできる。   The brake of the brake release switch 311 according to the present embodiment has a cylindrical shape, and it is assumed that an operator holds the brake so that the operator holds the thumb and middle finger or the thumb and forefinger. In this case, in order to allow the grip to rotate when the horizontal robot arm 110 is moved in the horizontal direction, there is provided a mechanism capable of reacting a contact sandwiched by two fingers substantially in parallel from any direction. The operator can also grasp the brake release switch 311 so as to cover the entire brake release switch 311 (five fingers contact the cylindrical portion).

図7(a)〜図7(c)は、ブレーキ解除スイッチ311を鉛直方向から見た場合の内部構造を示している。図7(a)に示す例では、一般的なタクトスイッチ701を円等配で配置し、その外周を回転支点703を持つレバー702で囲ったものである。レバー702は、支点から最も離れた位置ほど押し込み量が多く、タクトスイッチ701を押す方向に力が加わりやすいが、回転支点に近付くと相対したタクトスイッチ701を押す力が小さくなる。そのため、タクトスイッチ701とレバー702との組を3つ以上の奇数個で等間隔に配置することで、どの方向からグリップを把持されても2本指のどちらかによってタクトスイッチ701を押下することが可能となる。   7A to 7C show the internal structure of the brake release switch 311 when viewed from the vertical direction. In the example shown in FIG. 7A, a general tact switch 701 is arranged in an equal circle, and its outer circumference is surrounded by a lever 702 having a rotation fulcrum 703. The lever 702 has a large amount of push-in at a position farthest from the fulcrum, and a force tends to be applied in a direction to push the tact switch 701. However, when approaching the rotation fulcrum, the force pushing the opposed tact switch 701 becomes smaller. Therefore, by arranging a set of the tact switch 701 and the lever 702 with an odd number of three or more at equal intervals, it is possible to press the tact switch 701 with either of two fingers regardless of which direction the grip is gripped. Is possible.

なお、レバー702は回転支点を持つものだけでなく、平行にグリップ中心に向かって押し込まれるものであっても動作可能であるが、上述のように3つ以上の奇数個のレバーを配置することが望ましい。   It should be noted that the lever 702 is not limited to the one having a rotation fulcrum, and the lever 702 can be operated in parallel toward the grip center, but it is possible to arrange an odd number of levers of three or more as described above. Is desirable.

図7(b)は、3つ以上の奇数個で等間隔にタクトスイッチ701を配置し、その外周を弾性樹脂705で囲うことによって、どの方向からグリップを把持されてもタクトスイッチ701が押されるようにしたものである。この例では、良好なスイッチの感度を有するように、タクトスイッチ701の数を図7(a)に示した例よりも多くしている。図7(c)に示す例では、一般的な帯状の感圧スイッチ704(加圧によって抵抗値が変化するもの)を円筒に配置し、その外周を弾性樹脂705で囲うことによって、どの方向からグリップを把持されてもスイッチが押すことが可能なものである。   In FIG. 7B, the tact switches 701 are arranged at equal intervals with an odd number of three or more, and the outer circumference of the tact switches 701 is surrounded by an elastic resin 705, so that the tact switches 701 are pressed no matter which direction the grip is gripped. It was done like this. In this example, the number of tact switches 701 is made larger than that in the example shown in FIG. 7A so as to have good switch sensitivity. In the example shown in FIG. 7C, a general strip-shaped pressure sensitive switch 704 (whose resistance value changes due to pressurization) is arranged in a cylinder, and the outer circumference thereof is surrounded by an elastic resin 705 so that the direction The switch can be pushed even if the grip is gripped.

<ベクトル操作モード>
図6及び図7で示したブレーキ解除スイッチ311は、水平ロボットアーム110を大きく動かす場合やロボット医療器具127がロボット側外套管125に挿入された後であれば、ロボットアームの操作を容易にする。一方、ロボット医療器具127の先端部がロボット側外套管125に挿入されていない状態では、2軸のジンバル機構301が受動関節であるため、術具マニピュレータ124及びロボット医療器具127の向きが安定しない。このため、ロボット医療器具127をロボット側外套管125に挿入する際には操作が困難になる場合がある。
<Vector operation mode>
The brake release switch 311 shown in FIGS. 6 and 7 facilitates the operation of the robot arm when the horizontal robot arm 110 is largely moved or after the robot medical instrument 127 is inserted into the robot-side outer tube 125. . On the other hand, in the state where the distal end portion of the robot medical instrument 127 is not inserted into the robot-side outer tube 125, the biaxial gimbal mechanism 301 is a passive joint, and therefore the orientations of the surgical instrument manipulator 124 and the robot medical instrument 127 are not stable. . Therefore, the operation may be difficult when the robot medical instrument 127 is inserted into the robot-side outer tube 125.

そのため、本実施形態では、図8に示すような2軸のジンバル機構301の先である術具マニピュレータ124側に2つの入力スイッチを設け、当該入力スイッチに対する操作に基づいてロボットアーム全体を操作可能とするベクトル操作モードを備える。   Therefore, in the present embodiment, two input switches are provided on the side of the surgical instrument manipulator 124, which is the tip of the biaxial gimbal mechanism 301 as shown in FIG. 8, and the entire robot arm can be operated based on the operation on the input switches. It has a vector operation mode.

2つの入力スイッチは前後方向のみを表したものであり、術者は、2軸のジンバル機構301より先を手で支持しながら(接触しながら)この前後スイッチのどちらかを押して指示を出すことができる。水平ロボットアーム110は、ロボット医療器具127のシャフトの軸線上の、押された方向と合致する方向にロボットアームの先端を移動させる。そのため、術具マニピュレータ124が2軸のジンバル機構301を手動操作するための操作手段として機能することで、ロボットアーム全体の進行方向を決めることができる。換言すれば、水平ロボットアーム110は、ロボット医療器具127のシャフトの軸方向と、スイッチに対する指示がシャフトの軸方向のいずれの向きを示すかに従って動作を制御する。これにより、ロボット医療器具127の先端部をロボット側外套管125へ容易かつ円滑に挿入することが可能になる。また、ロボット医療器具127の先端を体腔内から抜去する場合にも、このベクトル操作モードを使うことで、臓器への接触を最小限に抑えた抜去動作をすることが可能になる。   The two input switches represent only the front-rear direction, and the operator pushes one of the front-rear switches to give an instruction while supporting (contacting) the tip of the biaxial gimbal mechanism 301 by hand. You can The horizontal robot arm 110 moves the tip of the robot arm in a direction that matches the pushed direction on the axis of the shaft of the robot medical device 127. Therefore, the surgical instrument manipulator 124 functions as an operating unit for manually operating the biaxial gimbal mechanism 301, so that the traveling direction of the entire robot arm can be determined. In other words, the horizontal robot arm 110 controls the operation according to the axial direction of the shaft of the robot medical device 127 and whether the instruction to the switch indicates the axial direction of the shaft. This allows the distal end of the robot medical device 127 to be easily and smoothly inserted into the robot-side outer tube 125. Further, even when the tip of the robot medical instrument 127 is removed from the body cavity, by using this vector operation mode, it is possible to perform the removal operation with the contact with the organ minimized.

なお、上述の例では、水平ロボットアーム110においてブレーキ解除スイッチ311とベクトル操作モードを用いる例を説明したが、内視鏡ホルダ114や直動ロボットアーム120を用いる場合にも適用可能である。   In the above example, the example in which the brake release switch 311 and the vector operation mode are used in the horizontal robot arm 110 has been described, but the present invention is also applicable to the case where the endoscope holder 114 or the linear motion robot arm 120 is used.

図3〜図5で上述した機構は、当該機構に術具マニピュレータ124及びロボット医療器具127を接続することで、図9に示す5軸の機構等価モデルとなる。この5軸の自由度を持ったロボット医療器具127の先端部を患者の腹部に取り付けられた外套管に挿入することで、2軸の自由度が固定される。このため、挿入点901を挿入深度及び挿入角度の基準点としながらロボット医療器具127の先端部の位置を患者の体腔内で3次元的に制御することが可能になる。   The mechanism described above with reference to FIGS. 3 to 5 becomes a 5-axis mechanism equivalent model shown in FIG. 9 by connecting the surgical instrument manipulator 124 and the robot medical instrument 127 to the mechanism. By inserting the distal end portion of the robot medical instrument 127 having five-axis degrees of freedom into the outer tube attached to the abdomen of the patient, the two-axis degrees of freedom are fixed. Therefore, it becomes possible to three-dimensionally control the position of the distal end portion of the robot medical device 127 within the body cavity of the patient while using the insertion point 901 as a reference point for the insertion depth and the insertion angle.

(直動ロボットアームの詳細)
<直動駆動関節部>
直動ロボットアーム120の詳細について、図10〜図12を参照して説明する。図10に示すように、第3アーム123と第2アーム123とは、自重モーメントと直動ロボットアーム120が受ける外力を十分に許容でき、かつ滑らかな動きをさせるため、水平方向に2つの平行に配置されたボールリニアガイド1001で接続されている。
(Details of linear motion robot arm)
<Direct drive joint>
Details of the linear motion robot arm 120 will be described with reference to FIGS. 10 to 12. As shown in FIG. 10, the third arm 123 and the second arm 123 have two parallels in the horizontal direction in order to sufficiently allow the self-weight moment and the external force received by the linear motion robot arm 120 and to make a smooth motion. Are connected by a ball linear guide 1001 arranged in the.

第3アーム123の駆動は、第2アーム122側に固定されている、減速機とモータを含む駆動ユニット1002によってなされる。もう一端が第3アーム123の末端に固定され、水平方向に直動することができる。第3アームセンサユニット1008は、駆動ユニット1002によって駆動された第3アーム駆動ベルト1009の変化に基づき、第3アーム123の進退動作を計測する。このタイミングベルトプーリと、配線の直線運動を補助するケーブルガイドは第2アーム122及び第3アーム123に内包される形で配置されている。2つの平行に配置されたボールリニアガイド1001の間に、信号線と動力線を第3アーム123に接続するための、配線の直線運動を補助するケーブルガイド1010を備える。   The third arm 123 is driven by a drive unit 1002 fixed to the second arm 122 side and including a speed reducer and a motor. The other end is fixed to the end of the third arm 123 and can be moved linearly in the horizontal direction. The third arm sensor unit 1008 measures the forward / backward movement of the third arm 123 based on the change of the third arm drive belt 1009 driven by the drive unit 1002. The timing belt pulley and the cable guide for assisting the linear movement of the wiring are arranged so as to be included in the second arm 122 and the third arm 123. A cable guide 1010 for connecting the signal line and the power line to the third arm 123 is provided between the two ball linear guides 1001 arranged in parallel to assist the linear movement of the wiring.

第3アーム123の先端には、水平ロボットアーム110と同様にエンコーダを有する2軸のジンバル機構1003が取り付けられており、その軸線上に内視鏡ホルダ114を取り付けることができる。この内視鏡ホルダ114は、一般的に使用されている内視鏡1004を取付けられるように構成されている。必要に応じて内視鏡形状に合わせた内視鏡ホルダ114を用いることで、様々な製造元、機能、形状の内視鏡を手術支援装置に取り付けることを可能にする。また、第3アーム123の先端付近には、ブレーキ解除スイッチ1011が配置されている。   As with the horizontal robot arm 110, a biaxial gimbal mechanism 1003 having an encoder is attached to the tip of the third arm 123, and the endoscope holder 114 can be attached on the axis thereof. The endoscope holder 114 is configured so that a generally used endoscope 1004 can be attached to it. By using the endoscope holder 114 adapted to the shape of the endoscope as necessary, it is possible to attach endoscopes of various manufacturers, functions, and shapes to the surgery assistance device. A brake release switch 1011 is arranged near the tip of the third arm 123.

モーメントが許容できる接続ベアリング1005を介して取り付けられた第1アーム接続プレート1006に減速機1007が備わっており、第2アーム駆動モータ1012の動力をタイミングベルトプーリによって伝達することで、鉛直方向の回転軸まわりに水平方向回転を可能としている。なお、第1接続プレート1006を介さず、第1アーム121と第2アーム122の接続部にモーメントを許容できる中空構造の減速機を直接取り付けてもよい。   The first arm connection plate 1006 attached via the connection bearing 1005 that allows the moment is equipped with the speed reducer 1007, and the power of the second arm drive motor 1012 is transmitted by the timing belt pulley, thereby rotating in the vertical direction. It is possible to rotate in the horizontal direction around the axis. It should be noted that a speed reducer having a hollow structure capable of allowing a moment may be directly attached to the connecting portion between the first arm 121 and the second arm 122 without the first connecting plate 1006.

第3アーム123の先端部にある2軸のジンバル機構1003は、水平ロボットアーム110と同様に動力部を持たない受動関節であるが、アブソリュートエンコーダを2軸とも備えることでロボット医療器具127の位置を順運動学を用いて求めることができる。また、ロボットアーム動作時の微振動による影響や患者の呼吸による微小な動きを抑制するため、弾性機構(回転方向におけるダンパや樹脂ばね、金属ばね)、または補助的な動力を用いて姿勢の安定化や特異姿勢の回避機能を有していても良い。   The biaxial gimbal mechanism 1003 at the tip of the third arm 123 is a passive joint that does not have a power unit similar to the horizontal robot arm 110, but the position of the robot medical device 127 can be increased by including both absolute encoders. Can be determined using forward kinematics. In addition, in order to suppress the effects of minute vibrations during robot arm movement and minute movements caused by patient breathing, an elastic mechanism (damper, resin spring, metal spring in the rotation direction) or auxiliary power is used to stabilize the posture. It may have a function of avoiding the eccentricity and peculiar posture.

<垂直駆動関節部>
次に、図11を参照して、直動ロボットアーム120の垂直駆動関節部について説明する。第1アーム121はナット回転型のボールねじによって駆動する。そのため、ボールねじシャフト1101は第2フレーム102に固定され、駆動側である第1アーム121の下部に、回転を可能とするナットと、それを駆動するモータ、減速機、エンコーダを備える駆動ユニット1102を有する。このナット回転型ボールねじは一般的に使用されている機構部品を用いることができる。
<Vertical drive joint>
Next, with reference to FIG. 11, the vertical drive joint portion of the linear motion robot arm 120 will be described. The first arm 121 is driven by a nut rotation type ball screw. Therefore, the ball screw shaft 1101 is fixed to the second frame 102, and a drive unit 1102 including a nut that enables rotation, a motor that drives the nut, a motor, a speed reducer, and an encoder is provided under the first arm 121 that is the drive side. Have. For this nut rotation type ball screw, generally used mechanical parts can be used.

第1アーム121は水平ロボットアーム110と同様、ワイヤで接続された自重補償するためカウンターウェイト1103を備えることで、駆動ユニット1102におけるモータの出力を抑え、かつ直接接触する手動操作でロボットアームを容易に動かすことを可能にする。カウンターウェイト1103は支持プーリ1106等を介して第2フレーム102に2つないし複数に分割し配置することで、ワイヤの安全性を高めながら装置全体の小型化にも効果を奏する。第2フレーム102から第1アーム121に伸びるケーブル等の運動はケーブルガイド1105によって補助される。なお、カウンターウェイト1103の使用は必須ではなく、定荷重バネを用いる構成でもよい。   Like the horizontal robot arm 110, the first arm 121 is equipped with a counter weight 1103 for compensating its own weight, which is connected by a wire, so that the output of the motor in the drive unit 1102 can be suppressed and the robot arm can be easily operated by direct contact. Allows you to move to. The counterweight 1103 is divided into two or more parts on the second frame 102 via the support pulley 1106 and the like, so that the safety of the wire is improved and the size of the entire device is reduced. The movement of the cable or the like extending from the second frame 102 to the first arm 121 is assisted by the cable guide 1105. The use of the counterweight 1103 is not essential, and a constant load spring may be used.

第1アーム121は、接続部1104を介して第2アーム122と接続され、第2アーム122は、接続部1104において鉛直方向の軸まわりに回転可能に接続されている。   The first arm 121 is connected to the second arm 122 via a connecting portion 1104, and the second arm 122 is connected to the connecting portion 1104 so as to be rotatable about a vertical axis.

図10から図11に示した直動ロボットアーム120の機構に内視鏡ホルダ114を介して内視鏡1004を接続することで、図12に示すような5軸の機構等価モデルとなる。この5軸の自由度を持った内視鏡先端部を患者腹部に取り付けられたロボット側外套管125に挿入することで、2軸の自由度が固定され、挿入点を回転中心としながら内視鏡の先端部の位置を体腔内で3次元的に制御することができる。   By connecting the endoscope 1004 to the mechanism of the linear motion robot arm 120 shown in FIGS. 10 to 11 via the endoscope holder 114, a 5-axis mechanism equivalent model as shown in FIG. 12 is obtained. By inserting the endoscope distal end portion having this five-axis degree of freedom into the robot-side outer tube 125 attached to the patient's abdomen, the two-axis degree of freedom is fixed, and the insertion point is used as the center of rotation for endoscopy. The position of the tip of the mirror can be controlled three-dimensionally within the body cavity.

(ねじ軸の共有化)
腹腔鏡手術が適用される疾患は多岐にわたり、その術式も多様なものである。図1(b)に示した手術台151の高さは術式、患者体型、術者の身長などによって最大500mm程度垂直方向に移動できるものがある。本実施形態に係る手術支援装置も状況の変化によって変化する手術台高さに対応できる動作量の確保を行うことができる。
(Sharing of screw shaft)
There are a wide variety of diseases to which laparoscopic surgery is applied, and the surgical procedures are also diverse. The height of the operating table 151 shown in FIG. 1 (b) may be vertically movable up to about 500 mm depending on the operation method, the patient's body type, the height of the operator, and the like. The surgical operation support apparatus according to the present embodiment can also secure an operation amount that can cope with the operating table height that changes according to changes in the situation.

一般に、広い動作量を確保するためには装置全体の高さが高くなってしまう。しかし、手術台の高さは術中常時移動するのではなく、手術開始に上記術式等の要因で決定され、術中の移動は多くない。そのため、以下で説明する本実施形態では、術中に常時可動する動作範囲と、手術台の高さに合わせて変化させる動作範囲を機構的に分離しかつ共有化することで、装置サイズを抑えながら十分な動作範囲を確保できるようにしている。具体的に、図13には、本実施形態に係る、2つのフレーム(第2フレーム102、第3フレーム103)と直動ロボットアーム120の第1アーム121との関係を模式的に示している。また、図14(a)には、第3フレームに水平ロボットアーム110を取り付けた様子を示している。   Generally, the height of the entire device is increased in order to secure a wide operation amount. However, the height of the operating table does not always move during the operation, but is determined by factors such as the above-mentioned operation method at the start of the operation, and the movement during the operation is not so large. Therefore, in the present embodiment described below, the operation range that is always movable during the operation and the operation range that is changed according to the height of the operating table are mechanically separated and shared, thereby suppressing the device size. It is designed to ensure a sufficient operating range. Specifically, FIG. 13 schematically shows the relationship between the two frames (the second frame 102 and the third frame 103) and the first arm 121 of the linear motion robot arm 120 according to the present embodiment. . Further, FIG. 14A shows a state in which the horizontal robot arm 110 is attached to the third frame.

例えば、水平ロボットアーム110の垂直駆動関節部に手術台151の高さの変位と術具マニピュレータの動作範囲を合算した動作範囲を確保しようとすると、背の高いフレームが必要となり、それに付随して直動ロボットアーム120の高さも高くなってしまう。そのため、手術台の高さの変位には第3フレーム103を上下させて高さを調整する。そして、手持ち医療器具131の動作の制御には、第3フレーム103に接続された2つの水平ロボットアーム110(すなわち第1アーム111)を個別に垂直方向へ動作させることで、2段階のストロークを確保できる。図13及び図14(a)から明らかなように、第3フレーム103と直動ロボットアーム120の第1アーム121とを共通の支持部材に進退可能に取り付けることで、高さ方向だけではなく装置全体を小型化することができる。   For example, if an attempt is made to secure an operation range in which the displacement of the height of the operating table 151 and the operation range of the surgical instrument manipulator are added to the vertical drive joint portion of the horizontal robot arm 110, a tall frame is required. The height of the linear motion robot arm 120 also becomes high. Therefore, for displacement of the height of the operating table, the third frame 103 is moved up and down to adjust the height. Then, in order to control the operation of the handheld medical device 131, two horizontal robot arms 110 (that is, the first arms 111) connected to the third frame 103 are individually operated in the vertical direction so that a two-step stroke is performed. Can be secured. As is clear from FIG. 13 and FIG. 14A, the third frame 103 and the first arm 121 of the linear motion robot arm 120 are attached to a common support member so as to be able to move forward and backward, so that not only the height direction but also the device The whole can be miniaturized.

図14(b)には、本実施形態に係る各フレームの断面図を示している。第3フレーム103と直動ロボットアーム120の第1アーム121は、倒れ方向のモーメントに対し高い剛性を保ちつつ重ねて配置することが可能なようにコの字形状になっている。更に、装置の中心にボールねじシャフト1101を配置して部品を共有化することで装置の小型化を実現することができる。   FIG. 14B shows a cross-sectional view of each frame according to this embodiment. The third frame 103 and the first arm 121 of the linear motion robot arm 120 are U-shaped so that they can be arranged in a stack while maintaining high rigidity with respect to the moment in the tilting direction. Furthermore, by arranging the ball screw shaft 1101 in the center of the device and sharing the parts, the device can be downsized.

一般に、多くのボールねじは軸端にベアリングを取り付け、駆動側にナットを固定し、ねじ軸を回転させることで直動運動をさせる。これに対し、本実施形態では、1つのねじシャフト1101を用いて2つの直動運動(すなわち第3フレームと第1アーム121の直動運動)を可能にするため、ナット回転型ボールねじを用いる。ねじ軸を共有化することにより、第3フレーム103が上昇すると追従して直動ロボットアーム120の第1アーム121も上昇するため、第1アーム121の下限の動作範囲が狭くなる。しかし、直動ロボットアーム120第1アームも手術台151の高さに合わせ下限の動作範囲を必要としなくなるため、実際上の問題は生じない。すなわち、第3フレームと第1アーム121の直動運動において、1つのねじシャフト1101を共有することにより、手術に必要なロボットアームの可動範囲を制約するような実際上の不都合を生じさせることなく、承知の小型化や低コスト化を実現することができる。   In general, many ball screws have a bearing attached to the shaft end, a nut is fixed to the driving side, and a screw shaft is rotated to make a linear motion. On the other hand, in the present embodiment, a nut rotation type ball screw is used in order to enable two linear motions (that is, linear motions of the third frame and the first arm 121) by using one screw shaft 1101. . By sharing the screw shaft, when the third frame 103 moves up, the first arm 121 of the linear motion robot arm 120 also moves up, so that the lower limit operation range of the first arm 121 becomes narrow. However, since the first arm of the linear motion robot arm 120 does not need the lower limit operation range according to the height of the operating table 151, no practical problem occurs. That is, in the linear motion of the third frame and the first arm 121, sharing one screw shaft 1101 does not cause a practical inconvenience that restricts the movable range of the robot arm necessary for the surgery. Therefore, it is possible to realize the miniaturization and the cost reduction that are well known.

(各ロボットアームの動作範囲)
図15(a)及び(b)に示す部分的な球状の範囲1501〜1503は、ロボット医療器具127を体腔に挿入する場合における各ロボットアームのアーム先端部の可動範囲の例を表している。この球状の範囲の中心は患者腹部の外套管を挿入した位置であり、球状の範囲の表面にあたる軌跡は、ロボット医療器具127の先端部がロボット側外套管125から最も引抜かれた位置でのアーム先端部を表現したものである。ロボットアーム単独の可動範囲はこれとは異なるが、ロボット医療器具127のシャフトの長さ以上にアーム先端を外套管挿入位置から離すと術具先端部が外套管から引き抜かれてしまうため、図に示す球状の範囲がロボット医療器具127の挿入時におけるアーム先端部の最大の可動範囲を示している。
(Operating range of each robot arm)
Partial spherical ranges 1501 to 1503 shown in FIGS. 15A and 15B represent examples of the movable range of the arm tip of each robot arm when the robot medical instrument 127 is inserted into the body cavity. The center of this spherical range is the position where the mantle tube of the patient's abdomen is inserted, and the trajectory corresponding to the surface of the spherical range is the arm at the position where the tip of the robot medical instrument 127 is most pulled out from the robot side mantle tube 125. It is a representation of the tip. Although the movable range of the robot arm alone is different from this, when the arm tip is separated from the mantle tube insertion position by more than the length of the shaft of the robot medical instrument 127, the surgical instrument tip part is pulled out from the mantle tube. The spherical range shown indicates the maximum movable range of the arm tip when the robot medical device 127 is inserted.

ロボット医療器具127の外套管への挿入点1504の直上における空間1505は2軸のジンバル機構301の特異姿勢になるため可動範囲から除かれている。内視鏡1004を支持する直動ロボットアーム120も同様の可動範囲(例えば1503)を持つが、水平ロボットアーム110との可動範囲の干渉を最小限に抑えるため、対称形状の球状の範囲動作範囲を持っている。実際の術式ではこの動作範囲を常時動作するのではなく、下腹部、上腹部などに集中して行われるため、この球状の範囲のさらに半分程度の形状の範囲が常時動作範囲になると考えられる。図15(a)に示すように、アーム先端部の可動範囲は重なりが多いため、垂直平面に対して対称構造を持つ水平ロボットアーム110が適しており、それらの可動範囲を避けるように内視鏡1004を支持できるアームには、垂直ロボットアーム120が適している。   The space 1505 immediately above the insertion point 1504 of the robot medical device 127 into the outer tube is excluded from the movable range because it has a peculiar posture of the biaxial gimbal mechanism 301. The linear motion robot arm 120 that supports the endoscope 1004 also has a similar movable range (for example, 1503), but in order to minimize the interference of the movable range with the horizontal robot arm 110, a symmetrical spherical range operating range. have. In actual surgery, this operating range is not always operated, but it is concentrated on the lower abdomen, upper abdomen, etc., so it is considered that the range of the shape that is about half of this spherical range will be the continuous operating range. . As shown in FIG. 15 (a), since the movable ranges of the arm tip portions are often overlapped with each other, the horizontal robot arm 110 having a symmetrical structure with respect to the vertical plane is suitable. The vertical robot arm 120 is suitable as an arm capable of supporting the mirror 1004.

また、術具挿入時におけるロボットアームの先端部の可動範囲から各ロボットアームの干渉を抑える構成は、上述の図1(b)から明らかなように、手持ち医療器具131を用いて処置を行ったり、ロボット医療器具127を支持するロボットアームを操作したりする術者の手腕への干渉を避け、同時に十分な動作範囲を確保することができる。なお、内視鏡1004を支持する直動ロボットアーム120も同様の可動範囲(1503)の可動範囲は術者側の手元を含む場合があるが、内視鏡は手持ち医療器具131の先端を移すように移動するため、内視鏡の方向と手持ち医療器具131の方向が一致する。すなわち、内視鏡の方向と手持ち医療器具131の干渉は抑えられる。   Further, as is clear from FIG. 1B, the configuration for suppressing the interference of each robot arm from the movable range of the distal end portion of the robot arm at the time of inserting the surgical tool is performed by using the handheld medical instrument 131. Therefore, it is possible to avoid the interference with the hand and arm of the operator who operates the robot arm that supports the robot medical instrument 127, and at the same time to secure a sufficient operation range. Note that the linear motion robot arm 120 supporting the endoscope 1004 may include the hand side on the operator side in the same movable range (1503), but the endoscope moves the distal end of the hand-held medical instrument 131. Since it moves like this, the direction of the endoscope and the direction of the handheld medical device 131 match. That is, the interference between the direction of the endoscope and the handheld medical device 131 can be suppressed.

なお、図15で示した可動範囲は一例であって、厳密にこの範囲である必要はなく、ロボットアームの機械的動作限界範囲のなかで術式などに合わせて縮小、拡大、変形され得る。   It should be noted that the movable range shown in FIG. 15 is an example, and it is not necessary to be strictly within this range, and it can be reduced, expanded, or deformed within the mechanical operation limit range of the robot arm in accordance with a surgical technique or the like.

(能動関節を有するロボットアームの故障検知システム)
上述の手術支援装置200は、各ロボットアームの能動関節部に対する故障検知システムを更に備えてもよい。故障検知システムの実現には、各ロボットアームを駆動する全モータにはインクリメンタル型エンコーダを有するサーボモータを使用する。また、減速機の入力側、または出力側に無励磁作動型ブレーキを備え、かつ出力側にアブソリュートエンコーダを備えるようにすればよい。
(Robot arm failure detection system with active joints)
The surgery support apparatus 200 described above may further include a failure detection system for the active joint portion of each robot arm. To realize the failure detection system, servo motors with incremental encoders are used for all the motors that drive each robot arm. Further, a non-excitation actuated brake may be provided on the input side or the output side of the speed reducer, and an absolute encoder may be provided on the output side.

このようにすれば、ロボットアームに動作指示を与えた際に、モータの指令値に対し出力側の動作量に差異を検出したか否かを判定すればよい。差異を検出したと判定した場合、モータから減速機間における動力伝達異常、減速機の破損、減速機から最終出力軸における動力伝達異常を検出することができる。なお、ここでいう動力伝達は、例えばギヤ、タイミングベルトプーリ、ボールねじ、ワイヤを含む。   With this configuration, when the operation instruction is given to the robot arm, it may be determined whether or not a difference in the operation amount on the output side with respect to the command value of the motor is detected. When it is determined that the difference is detected, it is possible to detect power transmission abnormality between the motor and the speed reducer, damage to the speed reducer, and power transmission abnormality at the final output shaft from the speed reducer. The power transmission here includes, for example, a gear, a timing belt pulley, a ball screw, and a wire.

一方、ロボットアームへ動作指示を与えていない待機状態であっても、ロボットアームに外力を与える場合、出力側エンコーダとモータエンコーダに差異を検出できる。このため、外力が与えられた際に出力側エンコーダとモータエンコーダに差異を検出したかを判定し、差異を検出したと判定した場合にロボットアームの外部接触等の異常を検出する。   On the other hand, even when the robot arm is in the standby state where no operation instruction is given, when an external force is given to the robot arm, the difference between the output encoder and the motor encoder can be detected. Therefore, it is determined whether a difference is detected between the output side encoder and the motor encoder when an external force is applied, and when it is determined that a difference is detected, an abnormality such as external contact of the robot arm is detected.

(イニシャライズ処理)
本実施形態の各ロボットアームは受動関節を有している。このため、図9及び図12で上述したように、術具を患者腹部に取付けられた外套管に挿入し、挿入点901を決定することにより、例えば制御部201が体腔内でのロボット医療器具127の先端の位置を演算、特定することが可能になる。例えば、図16に示すように各ロボットアームを所定の手順でイニシャライズ処理を行うことにより、挿入した外套管を割付ける作業と、ロボットアームの制御に必要な挿入点901の位置情報を取得することができる。
(Initialization process)
Each robot arm of this embodiment has a passive joint. Therefore, as described above with reference to FIGS. 9 and 12, by inserting the surgical instrument into the mantle tube attached to the abdomen of the patient and determining the insertion point 901, for example, the control unit 201 causes the robot medical device in the body cavity. The position of the tip of 127 can be calculated and specified. For example, as shown in FIG. 16, by performing initialization processing on each robot arm in a predetermined procedure, work for allocating the inserted outer tube and position information of the insertion point 901 necessary for controlling the robot arm are obtained. You can

イニシャライズ処理の一連の動作について図17を参照して説明する。なお、図17に示すイニシャライズモードの動作は、制御部201が記録媒体204に格納されたプログラムをメモリ205に展開、実行することにより実行される。このイニシャライズ処理は、例えば、術者による(例えばフットスイッチなどの)操作部202に対する操作によって、手術支援装置の動作モードが予めイニシャライズモードに設定された状態で開始される。   A series of operations of the initialization process will be described with reference to FIG. The operation in the initialization mode shown in FIG. 17 is executed by the control unit 201 loading a program stored in the recording medium 204 into the memory 205 and executing the program. The initialization process is started in a state where the operation mode of the surgery support apparatus is set to the initialization mode in advance by an operation of the operation unit 202 (for example, a foot switch) by the operator.

S1701において、制御部201は、ロボット側外套管125に挿入されていない第1のロボットアームのブレーキ解除スイッチ311又はベクトル操作スイッチ801に対する術者の接触による指示(例えばスイッチ押下)を検出する。   In step S <b> 1701, the control unit 201 detects an instruction (for example, switch depression) by the operator's contact with the brake release switch 311 or the vector operation switch 801 of the first robot arm that is not inserted into the robot side outer tube 125.

S1702において、制御部201は、イニシャライズモードに対応するロボットアームの制御を行う。制御部201は、押されたスイッチに応じて、イニシャライズモードに含まれる、ブレーキ解除モードとベクトル操作モードのいずれかに切り替わってもよい。例えば、制御部201は、ブレーキ解除スイッチ311が押された場合には、動作モードをブレーキ解除モードに設定し、対象となるロボットアームのブレーキを解除するようにロボットアームを制御する。制御部201は、ベクトル操作スイッチ801が押された場合には、動作モードをベクトル操作モードに切り替えて、ベクトル操作スイッチ801に対する指示に応じてロボットアームを制御する。   In step S1702, the control unit 201 controls the robot arm corresponding to the initialization mode. The control unit 201 may switch to either the brake release mode or the vector operation mode included in the initialization mode according to the pressed switch. For example, when the brake release switch 311 is pressed, the control unit 201 sets the operation mode to the brake release mode and controls the robot arm to release the brake of the target robot arm. When the vector operation switch 801 is pressed, the control unit 201 switches the operation mode to the vector operation mode and controls the robot arm according to the instruction to the vector operation switch 801.

S1703において、制御部201は、特定のロボットアームに対するイニシャライズモード時において、他のロボットアームのブレーキ解除スイッチ311又はベクトル操作スイッチ801が押下されたかを判定する。制御部201は、他のロボットアームのブレーキ解除スイッチ311又はベクトル操作スイッチ801が押下されたと判定した場合はS1703に進み、そうでない場合には、S1704に進む。   In step S1703, the control unit 201 determines whether the brake release switch 311 or the vector operation switch 801 of another robot arm is pressed in the initialization mode for the specific robot arm. If the control unit 201 determines that the brake release switch 311 or the vector operation switch 801 of another robot arm has been pressed, the process proceeds to step S1703, and if not, the process proceeds to step S1704.

S1704において、制御部201は、イニシャライズモードでは、1つのロボットアームごとにロボットアームを動かすよう警告するメッセージを表示部203に表示する。この警告は、表示部203に表示するものに限らず、不図示の音声出力部から警告音を発生させてもよいし、操作された他のロボットアームに触覚フィードバックを与えてもよい。   In step S1704, the control unit 201 displays, on the display unit 203, a message warning that the robot arm should be moved for each robot arm in the initialization mode. This warning is not limited to the one displayed on the display unit 203, and a warning sound may be generated from a voice output unit (not shown) or tactile feedback may be given to another operated robot arm.

S1705において、制御部201は、ロボット側挿入深度計測部126からの出力に基づいて、ロボット側外套管125へのロボット医療器具127の挿入を監視する。   In step S1705, the control unit 201 monitors the insertion of the robot medical device 127 into the robot-side mantle tube 125 based on the output from the robot-side insertion depth measuring unit 126.

S1706において、制御部201は、術者による手動操作(ブレーキ解除スイッチ311を含むグリップに対する操作やベクトル操作スイッチ801に対する操作)に応じてロボットアームの動作を制御し、ロボット医療器具127をロボット側外套管125に挿入する。   In step S1706, the control unit 201 controls the operation of the robot arm in response to a manual operation by the operator (an operation on the grip including the brake release switch 311 or an operation on the vector operation switch 801), and the robot medical instrument 127 is covered with the robot-side mantle. Insert into tube 125.

S1707において、制御部201は、ロボット側挿入深度計測部126からロボット医療器具127が未挿入のロボット側外套管125に挿入されたことを検知する。S1708において、制御部201は、手動操作されたロボットアームと挿入を検知したロボット側外套管125とを対応付ける。   In step S1707, the control unit 201 detects that the robot-side insertion depth measuring unit 126 has inserted the robot medical device 127 into the robot-side outer tube 125 that has not been inserted. In step S1708, the control unit 201 associates the manually operated robot arm with the robot side outer tube 125 that has detected insertion.

S1709において、制御部201は、対応付けられたロボット側外套管125からの信号に基づいて、ロボット側外套管125からロボットアームが抜去されたかを判定する。ロボットアームが抜去されたと判定した場合、S1710に進み、そうでない場合はS1711に進む。S1710において、制御部201は、イニシャライズ処理が完了するまでロボットアームを抜去しないよう警告メッセージを表示部203に表示する。   In step S1709, the control unit 201 determines whether the robot arm has been removed from the robot-side outer tube 125 based on the signal from the associated robot-side outer tube 125. If it is determined that the robot arm has been removed, the process proceeds to S1710, and if not, the process proceeds to S1711. In step S1710, the control unit 201 displays a warning message on the display unit 203 so as not to remove the robot arm until the initialization process is completed.

S1711において、制御部201は、挿入点901の位置を算出する。挿入点の位置の算出については、後述する。S1712において、制御部201は、全てのロボット側外套管125にロボットアームが対応付けられたかを判定し、全てのロボット側外套管125にロボットアームが対応付けられていないと判定した場合、S1701に戻る。一方、全てのロボット側外套管125にロボットアームが対応付けられたと判定した場合、手術支援装置の動作モードを元の動作モードに切り替えて、イニシャライズ処理を終了する。   In step S1711, the control unit 201 calculates the position of the insertion point 901. The calculation of the position of the insertion point will be described later. In step S1712, the control unit 201 determines whether all the robot-side mantle tubes 125 are associated with the robot arms. If it is determined that all robot-side mantle tubes 125 are not associated with the robot arms, the control unit 201 proceeds to step S1701. Return. On the other hand, when it is determined that the robot arms are associated with all the robot-side outer tubes 125, the operation mode of the surgical operation support device is switched to the original operation mode, and the initialization process ends.

なお、イニシャライズ処理のS1711における、挿入点901の算出方法の例について2つの方法を示す。1つは、挿入検知センサとしても動作するロボット側挿入深度計測部によって検知された、ロボット医療器具127の位置を挿入点とする。このようにすることで、制御部201は、各リンク長、術具長、関節角から、順運動学を用いてロボット座標系における挿入点の位置を算出することが可能である。   Two methods are shown as examples of the method of calculating the insertion point 901 in S1711 of the initialization processing. One is that the position of the robot medical instrument 127 detected by the robot-side insertion depth measuring unit that also operates as an insertion detection sensor is the insertion point. By doing so, the control unit 201 can calculate the position of the insertion point in the robot coordinate system from the link length, the surgical tool length, and the joint angle using forward kinematics.

もう1つの方法としては、術具マニピュレータの姿勢から計算するものである。図18に示すように、ある2つの姿勢におけるジンバル機構の回転中心をP1およびQ1、そのときのロボット医療器具127の先端座標をP2およびQ2とする。理想的にはこれらの各姿勢において回転中心は一致するはずであるが、腹壁のたわみ等によって図18に示すようにねじれの位置となる。そこで、本方法では、これらの姿勢の間の点xを挿入点(回転中心)として用いる。 Another method is to calculate from the posture of the surgical instrument manipulator. As shown in FIG. 18, the rotation centers of the gimbal mechanism in two given postures are P 1 and Q 1 , and the tip coordinates of the robot medical instrument 127 at that time are P 2 and Q 2 . Ideally, the centers of rotation should be the same in each of these postures, but due to the bending of the abdominal wall, etc., the positions are twisted as shown in FIG. Therefore, in this method, the point x between these postures is used as the insertion point (center of rotation).

挿入点xの座標を求めるために、各直線から下した垂線が交わる点S1およびS2を以下の式に従って算出する。
ここで、n1およびn2は術具マニピュレータの姿勢を表す単位ベクトルを、PQ11はP1からQ1へ向かうベクトルを表す。
In order to obtain the coordinates of the insertion point x, the points S 1 and S 2 at which the perpendiculars drawn from the respective straight lines intersect are calculated according to the following formula.
Here, n 1 and n 2 are unit vectors representing the posture of the surgical instrument manipulator, and PQ 11 is a vector from P 1 to Q 1 .

点S1とS2が求まると、その間の点xは
に従って求めることができる。より多くの姿勢から回転中心の位置を求める場合でも、ここで求めた方法と同様の方法で各中間の点を求め、それらを平均するなどして回転中心として使用することができる。
Once the points S 1 and S 2 are found, the point x between them is
Can be asked according to. Even when obtaining the position of the rotation center from more postures, it is possible to obtain intermediate points by the same method as the method obtained here and average them to be used as the rotation center.

制御部201は、S1711において、上記算出方法の内の1つないし両方を用いて挿入点の位置を算出する。これにより、制御部201は、手術支援装置200が持つ空間座標(ロボット座標系)上でロボット側外套管125の位置を特定し、手持ち医療器具の体腔への挿入角度と挿入深度に応じて各ロボットアームの動作を制御することができるようになる。   In step S1711, the control unit 201 calculates the position of the insertion point by using one or both of the above calculation methods. As a result, the control unit 201 identifies the position of the robot-side mantle tube 125 on the spatial coordinates (robot coordinate system) of the surgery support apparatus 200, and determines each position according to the insertion angle and the insertion depth of the handheld medical device into the body cavity. It becomes possible to control the operation of the robot arm.

なお、挿入点は、患者腹膜の微動などにより、術中にロボット座標系において変動してしまう可能性がある。しかし、本実施形態では、ロボットアームが受動関節の2軸のジンバル機構301を有しているため、(RCM(Remote Center of Motion)機構で挿入点を支持するロボットアームと異なり、)挿入点の微動に追従、検知することが可能である。挿入点の位置が変動する場合、制御部201が図18に示した算出方法を、手持ち術具を用いてロボットアームを制御するループにおいて所定の時間間隔で実行することで、挿入点901のロボット座標系におけるズレを随時修正することができる。すなわち、ロボット医療器具127の先端部の操作精度を高いまま保つことができる。   The insertion point may change in the robot coordinate system during the operation due to slight movement of the patient's peritoneum. However, in this embodiment, since the robot arm has the biaxial gimbal mechanism 301 of the passive joint, the insertion point (unlike the robot arm that supports the insertion point by the RCM (Remote Center of Motion) mechanism) It is possible to follow and detect minute movements. When the position of the insertion point changes, the control unit 201 executes the calculation method shown in FIG. 18 at a predetermined time interval in the loop for controlling the robot arm using the hand-held surgical tool, so that the robot at the insertion point 901 is moved. The deviation in the coordinate system can be corrected at any time. That is, the operation accuracy of the tip of the robot medical device 127 can be kept high.

なお、術者側外套管135については、ロボット側外套管125の挿入点の位置を特定する方法とは別個の方法で行い得るが、ロボット側外套管125に差し込むロボットアームを用いて行ってもよい。例えば、各ロボットアームと対応するロボット側外套管125のイニシャライズ後に、2つあるうちのどちらかのロボット医療器具127を割付けた外套管から抜去し、術者側外套管135に挿入する。このようにすることで、ロボット座標系における術者側外套管135の位置情報を取得することができる。   The operator-side mantle tube 135 may be performed by a method different from the method of specifying the position of the insertion point of the robot-side mantle tube 125, but may be performed by using a robot arm inserted into the robot-side mantle tube 125. Good. For example, after initializing the robot-side outer tube 125 corresponding to each robot arm, one of the two robot medical instruments 127 is removed from the assigned outer tube and inserted into the operator-side outer tube 135. By doing so, it is possible to acquire the position information of the operator-side outer tube 135 in the robot coordinate system.

(半自動牽引モード)
上述のように手術支援装置200は、術者の手術手技を、ロボットアームを用いて補助するために使用される。例えば、手術支援装置200を用いれば、ロボット医療器具127で臓器を把持してその場に固定することで術野を確保したり、ロボット医療器具127に針糸を持たせて運針等を行ったり、内視鏡を意図した位置に移動させたりすることができる。
(Semi-automatic towing mode)
As described above, the surgery support device 200 is used to assist the surgeon's surgical procedure with the robot arm. For example, when the surgery support device 200 is used, the robot medical instrument 127 holds an organ and fixes it in place to secure an operative field, or the robot medical instrument 127 holds a needle thread to perform needle operation or the like. , The endoscope can be moved to the intended position.

ここでは、手術支援装置200の半自動牽引モードについて、ロボット医療器具127が臓器を牽引して固定されている状態を例に説明する。術者は臓器に対して何らかの処置(一般的には切離等)を施していくが、ロボット医療器具127が空間的に固定されたままであるため、切離が進行して臓器の形状が変化すると次第に牽引力が弱まってしまう場合がある。人間が助手として牽引する際と同様に、術者による手術の進行、状況に合わせて臓器に対する牽引力を簡便に調整可能であれば、より円滑に手術を遂行することが可能になる。   Here, the semi-automatic pulling mode of the surgery support apparatus 200 will be described by taking as an example a state in which the robot medical instrument 127 pulls an organ and is fixed. The operator performs some kind of treatment (generally, cutting, etc.) on the organ, but since the robot medical device 127 remains spatially fixed, the cutting progresses and the shape of the organ changes. Then, the traction force may gradually weaken. Similar to when a human pulls as an assistant, if the pulling force on the organ can be easily adjusted according to the progress and situation of the surgery by the operator, the surgery can be performed more smoothly.

そこで、手術支援装置200の半自動牽引モードでは、ロボット医療器具127を用いる際の牽引力を簡便に調整可能にする。なお、術者は手術支援装置200の動作モードを半自動牽引モードに切り替えるために、操作部202に含まれる手持ち医療器具131に取り付けられたスイッチを用いる場合を例に説明するが、他の操作手段を用いてもよく、切り替えは物理的なスイッチに限らず、音声認識やジェスチャ認識に基づくものであってもよい。   Therefore, in the semi-automatic traction mode of the surgery support apparatus 200, the traction force when using the robot medical device 127 can be easily adjusted. It should be noted that although the operator uses the switch attached to the hand-held medical device 131 included in the operation unit 202 to switch the operation mode of the surgery support apparatus 200 to the semi-automatic traction mode, the operation will be described as an example, but other operation means. May be used, and switching is not limited to a physical switch, but may be based on voice recognition or gesture recognition.

まず、術者は、例えば処置に用いる術具を用いてロボットアームを制御し、ロボット医療器具127によって臓器を牽引させる。このとき、制御部201は、ロボット医療器具127の先端座標の軌跡を、ロボット医療器具127に対する操作開始から終了までに渡ってメモリ205に一時的に記録する。制御部201は、記録した軌跡から、操作終了の直前に移動していた方向(牽引方向という)を算出する。但し、牽引方向としては最後のサンプリングで得られた方向だけでなく、操作終了直前の所定期間の先端位置の移動を積分して求めた或いは平均して求めた方向でもよい。   First, the surgeon controls the robot arm by using, for example, a surgical tool used for treatment, and causes the robot medical instrument 127 to pull the organ. At this time, the control unit 201 temporarily records the trajectory of the tip coordinates of the robot medical device 127 in the memory 205 from the start to the end of the operation on the robot medical device 127. The control unit 201 calculates the direction (referred to as the pulling direction) that was moving immediately before the end of the operation, from the recorded locus. However, the pulling direction is not limited to the direction obtained by the last sampling, and may be the direction obtained by integrating or averaging the movement of the tip position in the predetermined period immediately before the end of the operation.

制御部201は、半自動牽引モードへの切り替え操作を検知したことに応じて、ロボット医療器具127の先端座標が牽引方向と一致する一定の方向のみに動くようにロボットアームを制御する(医療器具127の先端位置の移動を制限する)。すなわち、術具を用いてロボット医療器具127の先端位置を制御する通常の動作モードでは、6自由度の位置決めを術具による操作で行なう必要があるが、半自動牽引モードを用いれば1自由度の操作をするだけで牽引力の調整が可能となる。   In response to the detection of the switching operation to the semi-automatic pulling mode, the control unit 201 controls the robot arm so that the tip coordinates of the robot medical instrument 127 move only in a certain direction that matches the pulling direction (the medical instrument 127. Limit the movement of the tip position). That is, in the normal operation mode in which the distal end position of the robot medical instrument 127 is controlled using a surgical tool, it is necessary to perform positioning with 6 degrees of freedom by operating the surgical tool. The traction force can be adjusted simply by operating.

半自動牽引モードにおいて先端位置を牽引方向に移動させる大きさや速さの調整については、術具を用いた操作に限らず、操作部202のフットスイッチ等を用いてもよいし、新たにスイッチ等を付け足しても良い。例えば、制御部201は、半自動牽引モードにおいて、術者が持つ術具がシャフト周りに右回転したことを検知すると牽引力を強くする方向に、左回転させたことを検知すると牽引力を弱くする方向に、制御してもよい。1自由度の速度を変化させられる方法であれば他の方法であってもよい。   In the semi-automatic pulling mode, adjustment of the size and speed of moving the tip position in the pulling direction is not limited to the operation using the surgical tool, but a foot switch or the like of the operation unit 202 may be used, or a new switch or the like may be used. You can add more. For example, in the semi-automatic traction mode, the control unit 201 increases the traction force when it detects that the surgical instrument held by the operator has rotated right around the shaft, and weakens the traction force when it detects that the surgical instrument has rotated left. , May be controlled. Other methods may be used as long as the speed with one degree of freedom can be changed.

以上説明したように、本実施形態に係る手術支援装置では、体腔に挿入され且つ機械的に駆動可能なロボット医療器具127の姿勢を、体腔に挿入される手持ち医療器具131を用いて制御可能にした。そして、手術支援装置の動作モードがロボットアームを操作するモードである場合、手持ち術具の姿勢に応じてロボットアームの動作を制御する。その一方、動作モードが手動操作モードである場合、ロボットアームに対する手動操作に応じてロボットアームの動作を制御するようにした。このようにすることで、手術室への設置が困難なコンソールを必要とせず、かつ簡便な操作でロボットアームを操作可能な手術支援装置を提供することが可能になる。また、最低限の術者によって操作可能になるため、ロボットアームと術者との干渉も低減される。   As described above, in the surgery support apparatus according to the present embodiment, the posture of the robot medical instrument 127 that is inserted into the body cavity and can be mechanically driven can be controlled using the handheld medical instrument 131 that is inserted into the body cavity. did. Then, when the operation mode of the surgery support device is a mode of operating the robot arm, the operation of the robot arm is controlled according to the posture of the hand-held surgical instrument. On the other hand, when the operation mode is the manual operation mode, the operation of the robot arm is controlled according to the manual operation on the robot arm. By doing so, it is possible to provide a surgery support device that does not require a console that is difficult to install in the operating room and that can operate the robot arm with a simple operation. Further, since it can be operated by a minimum number of operators, interference between the robot arm and the operator is reduced.

更に、水平ロボットアームを装着するフレームと直動ロボットアームの鉛直方向の進退とを共通の支持部材を用いて実現するようにした。このようにすることで、手術支援装置を小型化、低コスト化することができるようになる。   Further, the frame for mounting the horizontal robot arm and the vertical movement of the linear motion robot arm are realized by using a common supporting member. By doing so, it becomes possible to reduce the size and cost of the surgery support device.

なお、上述した手術支援装置の構成のそれぞれが分離され又は統合された構成として実現されてもよい。また、本発明は、上述した処理を実行するコンピュータのプログラムを、1つ以上のプロセッサを含む制御部が記録媒体から読み出して実行する場合のほか、当該プログラムを有線通信又は無線通信を介して取得して実行する場合を含み得る。   It should be noted that each of the configurations of the surgery support device described above may be realized as a separated or integrated configuration. Further, the present invention is applicable to a case where a control unit including one or more processors reads and executes a program of a computer that executes the above-described processing, and obtains the program via wired communication or wireless communication. This may be included in the case of executing the above.

110…水平ロボットアーム、120…直動ロボットアーム、126…ロボット側挿入深度計測部、131…手持ち医療器具、132…術具動作計測部、136…術者側挿入深度計測部、201…制御部   110 ... Horizontal robot arm, 120 ... Linear motion robot arm, 126 ... Robot-side insertion depth measuring unit, 131 ... Handheld medical instrument, 132 ... Operation tool operation measuring unit, 136 ... Surgeon-side insertion depth measuring unit, 201 ... Control unit

この課題を解決するため、例えば本発明の手術支援装置は以下の構成を備える。すなわち、体腔に挿入されて使用される術具の姿勢を制御する複数のロボットアームと、前記複数のロボットアームの1つ以上のロボットアームの先端と前記術具との間に介在し、2つの回転軸まわりに回転可能なジンバル機構と、
術者による操作に応じて前記複数のロボットアームの動作を制御する制御手段と、を有する手術支援装置であって、前記複数のロボットアームのそれぞれは、鉛直方向の軸まわりに回転可能な関節部と直動運動を行う関節部とを組み合わせた3自由度を有するロボットアームであり、前記制御手段は、前記ロボットアームの関節部を制御することにより前記術具のシャフトの前記体腔への挿入角度と挿入深度とを制御するとともに、前記術具が前記体腔に挿入されたとき又は前記術具が前記体腔に挿入されている状態における、前記ロボットアームの先端の位置と前記ジンバル機構の前記2つの回転軸まわりの角度との組を少なくとも用いることにより、前記術具のシャフトの前記体腔への挿入角度と挿入深度の基準となる挿入点の位置を算出する、ことを特徴とする。
In order to solve this problem, for example, the surgery support device of the present invention has the following configuration. That is, a plurality of robot arms that control the posture of the surgical instrument that is inserted into the body cavity and that is interposed between the distal ends of one or more robot arms of the plurality of robot arms and the surgical instrument are provided. A gimbal mechanism that can rotate around the rotation axis,
A surgery support apparatus comprising: a control unit that controls the operations of the plurality of robot arms in accordance with an operation by an operator, wherein each of the plurality of robot arms is a joint unit rotatable about a vertical axis. Is a robot arm having three degrees of freedom, which is a combination of a joint part that performs linear motion, and the control means controls the joint part of the robot arm to insert an angle of the shaft of the surgical instrument into the body cavity. And the insertion depth, and the position of the tip of the robot arm and the two of the gimbal mechanism when the surgical instrument is inserted into the body cavity or in the state where the surgical instrument is inserted into the body cavity . by using a set of the angle around the rotation axis at least, calculate the insertion angle and serving as a reference of the insertion point position of the insertion depth into the body cavity of the shaft of the surgical instrument To, characterized in that.

Claims (7)

体腔に挿入されて使用される術具の姿勢を制御する複数のロボットアームと、
前記複数のロボットアームの1つ以上のロボットアームの先端と前記術具との間に介在し、2つの回転軸まわりに回転可能なジンバル機構と、
術者による操作に応じて前記複数のロボットアームの動作を制御する制御手段と、を有し、
前記複数のロボットアームのそれぞれは、鉛直方向の軸まわりに回転可能な関節部と直動運動を行う関節部とを組み合わせた3自由度を有するロボットアームであり、
前記制御手段は、前記ロボットアームの関節部を制御することにより前記術具のシャフトの前記体腔への挿入角度と挿入深度とを制御するとともに、前記ジンバル機構の前記2つの回転軸まわりの角度に基づいて、前記術具のシャフトの前記体腔への挿入角度と挿入深度の基準点の位置を算出する、ことを特徴とする手術支援装置。
A plurality of robot arms that control the posture of the surgical tool inserted into the body cavity and used,
A gimbal mechanism that is interposed between the tip of one or more robot arms of the plurality of robot arms and the surgical instrument, and is rotatable about two rotation axes;
A control means for controlling the operation of the plurality of robot arms according to an operation by an operator,
Each of the plurality of robot arms is a robot arm having three degrees of freedom, which is a combination of a joint part rotatable about a vertical axis and a joint part performing a linear motion.
The control means controls an insertion angle and an insertion depth of the shaft of the surgical instrument into the body cavity by controlling a joint portion of the robot arm, and controls an angle around the two rotation axes of the gimbal mechanism. Based on the above, the position of the reference point of the insertion angle and the insertion depth of the shaft of the surgical instrument into the body cavity is calculated.
前記術者による接触を含む操作を受け付ける操作手段を更に有し、
前記制御手段は、前記操作手段によって前記接触を含む操作を受け付けたことに応じて、前記術具の先端位置が一定の方向に動くように、前記操作手段に対応するロボットアームの動作を制御する、ことを特徴とする請求項1に記載の手術支援装置。
Further comprising operation means for receiving an operation including contact by the operator,
The control means controls the operation of the robot arm corresponding to the operating means such that the distal end position of the surgical instrument moves in a certain direction in response to the operation including the contact being received by the operating means. The surgical operation support apparatus according to claim 1, wherein:
前記制御手段は、前記術具が前記体腔に挿入されていない場合、前記術具のシャフトの先端が前記体腔に挿入されたことに応じて、前記術具のシャフトの前記体腔への挿入角度と挿入深度の前記基準点の位置を算出する、ことを特徴とする請求項1または2に記載の手術支援装置。   When the surgical instrument is not inserted into the body cavity, the control means determines an insertion angle of the shaft of the surgical instrument into the body cavity in response to the tip of the shaft of the surgical instrument being inserted into the body cavity. The surgery support apparatus according to claim 1 or 2, wherein the position of the reference point of the insertion depth is calculated. 前記制御手段は、前記体腔に挿入された外套管に前記術具のシャフトの先端が挿入されたことに応じて、前記術具のシャフトの前記体腔への挿入角度と挿入深度の前記基準点の位置を算出する、ことを特徴とする請求項3に記載の手術支援装置。   The control means, in response to the tip of the shaft of the surgical instrument being inserted into the mantle tube inserted into the body cavity, sets the reference point of the insertion angle and the insertion depth of the shaft of the surgical instrument into the body cavity. The surgical operation support apparatus according to claim 3, wherein a position is calculated. 体腔に挿入されて使用される術具の姿勢を制御する複数のロボットアームと、
術者による操作に応じて前記複数のロボットアームの動作を制御する制御手段と、を有し、
前記複数のロボットアームは、
鉛直方向に進退可能な直動関節部に取り付けられた第1アームと、鉛直方向の軸まわりに回転する関節部で前記第1アームと接続する第2アームと、前記第2アームと鉛直方向の軸まわりに回転する関節部で前記第2アームと接続する第3アームとを有する第1ロボットアームと、
鉛直方向に進退可能な第4アームと、鉛直方向の軸まわりの回転によりアームが移動する第5アームと、前記第5アームに取り付けられ水平方向に直動可能な第6アームとを含む第2ロボットアームと、を含む、ことを特徴とする手術支援装置。
A plurality of robot arms that control the posture of the surgical tool inserted into the body cavity and used,
A control means for controlling the operation of the plurality of robot arms according to an operation by an operator,
The plurality of robot arms are
A first arm attached to a linearly movable joint that can advance and retreat in the vertical direction, a second arm that is connected to the first arm by a joint that rotates around an axis in the vertical direction, and a second arm that is vertical to the second arm. A first robot arm having a third arm connected to the second arm at a joint that rotates about an axis;
A second arm that includes a fourth arm that can move back and forth in the vertical direction, a fifth arm that moves by rotation about an axis in the vertical direction, and a sixth arm that is attached to the fifth arm and that can move in the horizontal direction A surgical support device, comprising: a robot arm.
前記直動関節部が取り付けられる第1基盤と、前記第4アームが取り付けられる第2基盤とを有し、前記第1基盤は前記第2基盤と鉛直方向に進退可能に取り付けられる、ことを特徴とする請求項5に記載の手術支援装置。   It has a first base to which the linear motion joint is attached and a second base to which the fourth arm is attached, and the first base is attached to the second base so as to be able to move back and forth in the vertical direction. The surgery support device according to claim 5. 前記第1基盤と前記第4アームは、共通の鉛直方向の軸に沿って進退する、ことを特徴とする請求項6に記載の手術支援装置。   The surgery support device according to claim 6, wherein the first base and the fourth arm move forward and backward along a common vertical axis.
JP2019004439A 2019-01-15 2019-01-15 Surgery support device Active JP6546361B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019004439A JP6546361B1 (en) 2019-01-15 2019-01-15 Surgery support device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019004439A JP6546361B1 (en) 2019-01-15 2019-01-15 Surgery support device

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018199386A Division JP6469304B1 (en) 2018-10-23 2018-10-23 Surgery support apparatus, control method thereof, and program

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019090054A Division JP6562174B1 (en) 2019-05-10 2019-05-10 Surgery support device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6546361B1 JP6546361B1 (en) 2019-07-17
JP2020065904A true JP2020065904A (en) 2020-04-30

Family

ID=67297595

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019004439A Active JP6546361B1 (en) 2019-01-15 2019-01-15 Surgery support device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6546361B1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113397710A (en) * 2020-03-17 2021-09-17 上海奥朋医疗科技有限公司 Biplane mechanical arm device suitable for vascular intervention operation
CN113208546A (en) * 2021-05-13 2021-08-06 北京天星博迈迪医疗器械有限公司 Endoscope fixing device, endoscope assembly, imaging system and positioning method
CN113749784B (en) * 2021-10-11 2023-06-20 中南大学 Force feedback transmission system of surgical robot
CN115211972A (en) * 2022-07-04 2022-10-21 上海神玑医疗科技有限公司 Elevating system and blood vessel intervene operation auxiliary robot

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020055795A1 (en) * 1998-12-08 2002-05-09 Intuitive Surgical, Inc. Alignment of master and slave in a minimally invasive surgical apparatus
US20140076077A1 (en) * 2010-05-14 2014-03-20 Intuitive Surgical Operations, Inc. Lever actuated output gimbals
CN104622585A (en) * 2015-03-13 2015-05-20 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 Master-slave isomorphic teleoperation main hand of laparoscope minimally-invasive surgery robot
JP6149175B1 (en) * 2017-01-12 2017-06-14 株式会社A−Traction Surgery support apparatus, control method thereof, program, and surgery support system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020055795A1 (en) * 1998-12-08 2002-05-09 Intuitive Surgical, Inc. Alignment of master and slave in a minimally invasive surgical apparatus
US20140076077A1 (en) * 2010-05-14 2014-03-20 Intuitive Surgical Operations, Inc. Lever actuated output gimbals
CN104622585A (en) * 2015-03-13 2015-05-20 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 Master-slave isomorphic teleoperation main hand of laparoscope minimally-invasive surgery robot
JP6149175B1 (en) * 2017-01-12 2017-06-14 株式会社A−Traction Surgery support apparatus, control method thereof, program, and surgery support system

Also Published As

Publication number Publication date
JP6546361B1 (en) 2019-07-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102345782B1 (en) Surgical assistance device, control method therefor, and recording medium
US11589951B2 (en) Intelligent holding arm for head surgery, with touch-sensitive operation
US9827061B2 (en) Touch-free catheter user interface controller
US8306656B1 (en) Method and system for performing medical procedure
JP6546361B1 (en) Surgery support device
JP3540362B2 (en) Surgical manipulator control system and control method
JP3339953B2 (en) Medical master-slave manipulator
Kwon et al. Microsurgical telerobot system
US9713500B2 (en) Surgical robot control apparatus
CN111315309A (en) System and method for controlling a robotic manipulator or related tool
US11801103B2 (en) Surgical system and method of controlling surgical system
CN108210078B (en) Surgical robot system
JP6562174B1 (en) Surgery support device
CN113180836B (en) Input device, main operation device, and surgical robot
JP2012071406A (en) Control device and control method for master slave type manipulator
WO2021188017A1 (en) Assistive surgical complex
JP2019187995A (en) Surgery system
KR20200075535A (en) User interface device, master console for surgical robot apparatus and operating method of master console
US20220175479A1 (en) Surgical operation system and method of controlling surgical operation system
JP7153335B2 (en) Surgery support device
US20230012535A1 (en) Surgical robot, surgical system, and control method
WO2023112732A1 (en) Robot system and coordinate registration method
EP4101414A1 (en) Robotic surgical system
CN114378819A (en) Master-slave hand control method and device for digestive endoscopy minimally invasive surgery robot
JPWO2013018908A1 (en) Medical manipulator and operation support device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190115

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20190115

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20190208

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190311

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190510

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190614

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190620

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6546361

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250