JP5006093B2 - マニピュレータシステム及び制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、マニピュレータと制御部とを有するマニピュレータシステム、及びマニピュレータ等を制御する制御装置に関し、特に、マニピュレータの一部又は全部が制御部に対して着脱自在に構成されているマニピュレータシステム及び制御装置に関する。

腹腔鏡下手術においては、患者の腹部等に小さな孔をいくつかあけて内視鏡、マニピュレータ（又は鉗子）等を挿入し、術者が内視鏡の映像をモニタで見ながら手術を行っている。このような腹腔鏡下手術は、開腹を必要としないため患者への負担が少なく、術後の回復や退院までの日数が大幅に低減されることから、適用分野の拡大が期待されている。

マニピュレータシステムは、例えば特許文献１に記載されているように、マニピュレータ本体と、該マニピュレータ本体を制御する制御装置とから構成される。マニピュレータ本体は、人手によって操作される操作部と、操作部に対して交換自在に着脱される作業部とから構成される。

作業部は長い連結シャフトと、該連結シャフトの先端に設けられた先端動作部（エンドエフェクタとも呼ばれる。）とを有し、ワイヤによって先端の作業部を駆動するモータが操作部に設けられている。ワイヤは基端側でプーリに巻き掛けられている。制御装置は、操作部に設けられたモータを駆動して、プーリを介してワイヤを循環駆動する。

作業部側は洗浄、滅菌を容易にする必要性からセンサなどの電子機器を含まず、先端動作部及び後端のプーリの位置又は原点を直接的には検出できない構成であり、モータの回転量に基づいて先端動作部の姿勢を算出する構成がとられている。

ところで、腹腔鏡下手術では、手技に応じて多様な作業部が用いられ、例えばグリッパ、カッタ、電気メス、超音波メス、医療用ドリルなどが挙げられる。これらの作業部は操作部に対して着脱自在に構成され、装着時には作業部基端側のプーリが操作部に設けられたモータの回転軸に係合するように構成されている。

このように、１つの操作部に対して複数の異なる作業部を接続することを前提としているシステムの場合、すべての作業部が唯一共通して着脱のできる姿勢となるモータ位相を設定する必要がある（例えば、特許文献１参照）。これを原点姿勢（又は初期姿勢）としている。

また、先端動作部を他のものに交換したい場合にはマニピュレータ本体を交換してもよく、この場合にはマニピュレータ本体の操作部と制御装置とを接続するコネクタを抜いて他のマニピュレータ本体のコネクタを接続し直すことになる。

一般の産業用マニピュレータでは、システム運用中にマニピュレータと制御装置とを切り離すことがないが、マニピュレータでは前記のように多種の作業部を用いることからマニピューレータ本体と制御装置とを切り離すことが簡便に行えると好適である。

このように、マニピュレータを他のものに交換する場合でコネクタを接続し直すときには、一般には制御装置の供給電源をＯＦＦに切り換えて、コネクタの着脱を行う必要がある。なぜなら、操作部にはプーリの回転角度を検出するエンコーダが設けられており、モータを駆動する回路が制御装置との間で閉ループが構成されており、エンコーダの出力信号が途切れることにより、意図しないモータの回転が起こる可能性のある開ループ（以下単に開ループと記載）となる場合があり得るからである。

すなわち、制御装置とマニピュレータとを接続するコネクタには、モータ線２本（Ｍ＋、Ｍ−）、エンコーダ線４本（Ａ相、Ｂ相、回路電源Ｖｃｃ、Ｇｎｄ）等のピンが設けられており、開ループとならないためにはこれらの各ピンが同時に切断されるか、エンコーダ線よりも先にモータの電力線が切れることが必要である。ところが、実際に多ピンを有するコネクタを外すときは、全てのピンが同時に切断されるわけではなく、瞬間的に開ループとなることが起こりうる。したがって、前記のようにコネクタの着脱を行う際には制御装置の供給電源をＯＦＦにしておく必要がある。

マニピュレータシステムについての先行技術としては、下記の特許文献１〜特許文献３が挙げられる。

特許文献１では、着脱時におけるモータ励磁切り換えや電気的な構成については考慮する必要のない構成が提案されている。

特許文献２では、複数の先端ツール（作業部）の電気的着脱について記載されている。

特許文献３は、医用マニピュレータの着脱について、先端のマニピュレータにＩＤを取得するための回路を有していて制御装置がその情報を取得して制御することが記載されている。

特開２００４−１０５４５１公報 特開２００４−２０８９２２公報 米国特許第６３３１１８１号明細書

ところで、上記のとおり先端動作部の姿勢は、例えば原点位置を基準として算出される。したがって、手術の途中で作業部を交換する場合には、新たに装着される別の作業部は正確に原点位置に一致した姿勢となっている必要がある。換言すれば、作業部を操作部から取り外す場合に該作業部は原点位置に一致した姿勢としておくことが望ましい。

このため、原点以外では作業部の取り外しができないように、機械的ロックがかかるようなシステムにする方法が考えられる。しかしながらこの方法では、原点復帰ごとにロック機構の固定解除を行うことが必要であり、その回数が多く煩雑である。

一方、作業部ごとの個別認識情報を取得し、取り外し時点でのモータ角度を制御装置で記憶しておくことで、次に医用機器を制御装置に取り付けたときに、運用開始前に自動でモータ位相を合わせる処理を行う方法も考えられる。しかし、この方法では、操作部を制御装置に接続し、操作部と作業部を接続することで区別認識信号線が制御装置まで接続され、このときはじめてＩＤを取得できるわけであるから、接続時にモータ位相がずれていて接続できない時点で個別情報を認識することができない。

また、先端動作部を他のものに交換したい場合でコネクタを接続し直すときには、一般的には前記のように制御装置の電源をＯＦＦとしている。しかしながら電源をＯＦＦとし、コネクタの着脱を行い、その後制御装置の電源を再度ＯＮとすると、制御装置内のコンピュータ等のシステムが再起動をすることになり、該再起動に多少の時間がかかる。

なお、特許文献１では、マニピュレータ本体と制御装置との間におけるコネクタの着脱については記載されていない。

特許文献２は、モータ制御における閉ループがないため、モータ励磁切り換えの必要がない機器の着脱である。実施例にてマニピュレータの記載があるが、着脱される部分はマニピュレータの先端につけたツールであって、マニピュレータそのものの着脱ではない。

特許文献３は、マニピュレータ本体と制御装置との間におけるコネクタの着脱時の対応については記載されていない。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、作業部における動作をする部分が規定の原点位置からずれた状態で作業部が取り外されることを認識して操作者に注意喚起をすることのできるマニピュレータシステム及び制御装置を提供することを目的とする。

若しくは、本発明は、マニピュレータシステム及び制御装置で、制御装置からマニピュレータを取り外す場合にアクチュエータを停止状態に保つことのできるマニピュレータシステム及び制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係るマニピュレータシステムは、マニピュレータ及び該マニピュレータを制御する制御部とを備えるマニピュレータシステムにおいて、前記マニピュレータは、操作指令を入力する操作部と、前記操作部に対して着脱自在で、前記操作部のアクチュエータに連携して動作する動作部を備える作業部とを備え、前記作業部は、固体識別用のＩＤを保持するＩＤ保持部を備え、前記制御部は、前記ＩＤ保持部のＩＤを認識するＩＤ認識部と、前記ＩＤ認識部で認識されたＩＤに基づいて、前記作業部が前記操作部から取り外されているか否かを判断する取外判断部と、前記動作部が規定の原点位置又は非原点位置であることを認識する原点認識部と、前記原点認識部から得られる信号に基づいて前記動作部が非原点位置であると判断される場合で、前記取外判断部の判断により前記作業部が前記操作部から取り外されていると判断されるときに取外警告を発する警告部とを有することを特徴とする。

さらに、本発明は、制御対象において操作指令を入力する操作部と、前記操作部に対して着脱自在で、前記操作部のアクチュエータに連携して動作する動作部を備える作業部と、前記作業部に設けられ、固体識別用のＩＤを保持するＩＤ保持部と、前記操作部に設けられ、前記ＩＤを検出するＩＤ検出部と、を有する制御対象の制御装置であって、前記ＩＤ検出部から供給される信号に基づいてＩＤを認識するＩＤ認識部と、前記ＩＤ認識部で認識されたＩＤに基づいて、前記作業部が前記操作部から取り外されているか否かを判断する取外判断部と、前記動作部が規定の原点位置又は非原点位置であることを認識する原点認識部と、前記原点認識部から得られる信号に基づいて前記動作部が非原点位置であると判断される場合で、前記取外判断部の判断により前記作業部が前記操作部から取り外されていると判断されるときに取外警告を発する警告部とを有することを特徴とする。

本発明に係るマニピュレータシステムでは、作業部が固体識別用のＩＤを保持するＩＤ保持部を備え、制御部がＩＤ認識部、原点認識部、及び警告部を備える。警告部は、原点認識部から得られる信号に基づいて動作部が非原点位置であると判断される場合で、ＩＤ認識部から得られるＩＤに基づいて作業部が操作部から取り外されたと判断されるときに取外警告を発する。これにより、マニピュレータピュレータシステムでは、作業部における動作をする部分が規定の原点位置からずれた状態で作業部が取り外されることを認識して操作者に注意喚起をすることができる。

以下、本発明に係る作業機構として第１の実施形態に係るマニピュレータシステム５００ａ及び第２の実施形態に係るマニピュレータシステム５００ｂ及びそれらの制御装置について添付の図１〜図２０を参照しながら説明する。

第１の実施の形態に係るマニピュレータシステム５００ａ及び制御装置５１４ａ（図１参照）、第２の実施の形態に係るマニピュレータシステム５００ｂ及び制御装置５１４ｂ（図１６参照）は、医療用であって腹腔鏡下手術等に用いられるものである。

図１に示すように、マニピュレータシステム５００ａは、マニピュレータ（制御対象）１０と、制御装置５１４ａと、動作状態表示器５１６と、指令入力手段５１８とを有する。

動作状態表示器５１６は、術者や手術に携わる助手などが操作状態の確認が容易となるようにマニピュレータ１０の動作状態を表示するものであり、制御装置５１４ａに接続されている。動作状態表示器５１６は、提示結果が見やすいように、内視鏡用モニタ付近に設置するとよい。

指令入力手段５１８はマニピュレータ１０の動作の指示（例えば、一時停止）をするためのものであり、例えばフットスイッチ、音声入力手段が用いられる。指令入力手段５１８は操作スイッチとしてマニピュレータ本体に設けてもよい。これらのフットスイッチ、音声入力手段及び操作スイッチの操作は、マニピュレータの操作の支障とならない。

マニピュレータ１０の動作状態表示器５１６及び指令入力手段５１８はそれぞれケーブルを介して制御装置５１４ａに接続されている。マニピュレータ１０と制御装置５１４ａとの接続部には着脱可能なようにコネクタ５２０が設けられている。マニピュレータ１０は、先端動作部１２に生体の一部又は湾曲針等を把持して所定の処置を行うためのものである。

図２に示すように、マニピュレータシステム５００ａは、選択的に種々の構成を採りうる。すなわち、制御装置５１４ａには、操作部１４ａに代えて操作部１４ｂ、１４ｃ及び１４ｄを装着することができる。また、各操作部１４ａ〜１４ｄに対し、作業部１５ａに代えて作業部１５ｂ、１５ｃ及び１５ｄを装着することができる。すなわち、術者は手技の種類や慣れ等に応じて操作部１４ａ〜１４ｄ（以下、代表的に操作部１４とも呼ぶ。）及び作業部１５ａ〜１５ｄ（以下、代表的に作業部１５とも呼ぶ。）を選択的に組み合わせて構成することができる。このうち、作業部１５ｂは先端動作部１２がはさみとなっている。作業部１５ｃは先端動作部１２がブレード型電気メスとなっている。作業部１５ｄは先端動作部１２がフック型電気メスとなっている。各作業部１５ａ〜１５ｄは、連結部４６内のプーリ５０ａ、５０ｂ及び５０ｃ（図３参照）は共通の構成となっている。作業部１５ｃ及び１５ｄにおける連結部４６の上面には電極が設けられている。

次に、操作部１４ａ及び作業部１５ａからなるマニピュレータ１０について説明する。

図３に示すように、マニピュレータ１０は、人手によって把持及び操作される基端部の操作部１４ａと、該操作部１４ａに対して着脱自在な作業部１５ａとを有する。作業部１５ａは、先端部で作業を行う先端動作部１２と、これらの先端動作部１２と操作部１４とを接続する長尺な連結シャフト４８とを有する。

マニピュレータ１０の先端動作部１２及び連結シャフト４８は細径に構成されており、患者の腹部等に設けられた円筒形状のトラカール２０から体腔２２内に挿入可能であり、操作部１４の操作により体腔２２内において患部切除、把持、縫合及び結紮等の様々な手技を行うことができる。

なお、以下の説明では、図３における幅方向をＸ方向、高さ方向をＹ方向及び、連結シャフト４８の延在方向をＺ方向と規定する。また、右方をＸ１方向、左方をＸ２方向、上方向をＹ１方向、下方向をＹ２方向、前方をＺ１方向、後方をＺ２方向と規定する。さらに、特に断りのない限り、これらの方向の記載はマニピュレータ１０が原点姿勢である場合を基準として表すものとする。これらの方向の定義は説明の便宜上のものであり、マニピュレータ１０は任意の向きで（例えば、上下を反転させて）使用可能であることはもちろんである。

なお、ここでいう原点姿勢とは、図４に示す状態として予め規定されており、各軸が予め規定された原点位置にある場合をいい、ヨー軸が左右中心位置、ロール軸が回動の中心位置（グリッパが正立する位置）とする。また、グリッパ軸が閉状態として規定されている。制御装置５１４ａでは、この原点位置を基準にしてモータの積算角度から各軸角度を算出する。

操作部１４は、人手によって把持されるグリップハンドル２６と、該グリップハンドル２６の上部から延在するブリッジ２８と、該ブリッジ２８の先端に接続されたアクチュエータブロック３０とを有する。グリップハンドル２６の下端部はアクチュエータブロック３０の下端部と接続されていてもよい。

グリップハンドル２６は、ブリッジ２８の端部からＹ２方向に向かって延在しており、人手によって把持されるのに適した長さであり、入力手段としてのトリガーレバー（入力手段）３２と、複合入力部（入力手段）３４とを有する。トリガーレバー３２は、ブリッジ２８のやや下方でＺ１方向にやや突出したレバーであり、人差し指による引き寄せ動作が容易な位置に設けられている。

複合入力部３４は、先端動作部１２に対してロール方向（軸回転方向）及びヨー方向（左右方向）の回転指令を与える複合的な入力手段であり、例えば縦方向に動作する第１入力手段によってロール方向指示を行い、横方向に動作する第２入力手段によってヨー方向指示を行うことができる。トリガーレバー３２、複合入力部３４には、それぞれ動作量を検出する入力センサ３９ａ、３９ｂ、３９ｃ（図３参照）が設けられており、検出した動作信号（例えばアナログ信号）を制御装置５１４ａに供給する。

アクチュエータブロック３０には先端動作部１２が有する３自由度の機構に対応してモータ４０、モータ４１及びモータ４２が連結シャフト４８の延在方向に沿って並列して設けられている。これらのモータ４０、４１及び４２は小型、細径であって、アクチュエータブロック３０はコンパクトな扁平形状に構成されている。アクチュエータブロック３０は、操作部１４のＺ１方向端部の下方に設けられている。また、モータ４０、４１及び４２は、操作部１４の操作に基づき、制御装置５１４ａの作用下に回転をする。

モータ４０、４１及び４２には、回転角度を検出することのできる角度センサ４３、４４及び４５が設けられており、検出した角度信号は制御装置５１４ａに供給される。角度センサ４３、４４及び４５としては、例えばロータリエンコーダが用いられる。

制御装置５１４ａは、マニピュレータ１０の電気的な制御をするものであり、グリップハンドル２６の下端部から延在するケーブル５１５に対してコネクタ５２０を介して接続されている。

作業部１５ａは、アクチュエータブロック３０に対して接続される連結部４６と、該連結部４６からＺ１方向に向かって延在する中空の連結シャフト４８とを有する。連結部４６には、モータ４０、４１及び４２の駆動軸に接続されるプーリ５０ａ、プーリ５０ｂ及びプーリ５０ｃが回転自在に設けられている。プーリ５０ａ〜５０ｃにはそれぞれカップリングが設けられている。

プーリ５０ａ、プーリ５０ｂ及びプーリ５０ｃには、ワイヤ５２、ワイヤ５３及びワイヤ５４が巻き掛けられており、連結シャフト４８の中空部分４８ａ（図５参照）を通って先端動作部１２まで延在している。ワイヤ５２、ワイヤ５３及びワイヤ５４はそれぞれ同種、同径のものを用いることができる。

作業部１５ａは、連結部４６における所定の操作によって操作部１４から離脱可能であって、洗浄、滅菌及びメンテナンス等を行うことができる。また、連結部４６から先の部分は交換可能であって、手技に応じて連結シャフト４８の長さの異なるもの、又は先端動作部１２の機構が異なるものを装着することができる。

図５に示すように、先端動作部１２はＹ方向の第１回転軸Ｏｙを中心にして、それよりも先の部分がヨー方向に回動する第１自由度の機構（傾動機構、ピボット軸）と、第２回転軸Ｏｒを中心にしてロール方向に回動する第２自由度の機構（ロール回転機構）と、第３回転軸Ｏｇを中心として先端のグリッパ（開閉機構）５９を開閉させる第３自由度とを有する合計３自由度の機構となっている。

第１自由度の機構である第１回転軸Ｏｙは、連結シャフト４８の基端側から先端側に延在する軸線Ｃと非平行に回動可能に設定するとよい。第２自由度の機構である第２回転軸Ｏｒは先端動作部１２における先端部（つまりグリッパ５９）の延在方向の軸線を中心として回動可能な回転機構とし、先端部をロール回転可能に設定するとよい。

先端動作部１２は、ワイヤ５２、ワイヤ５３及びワイヤ５４によって駆動され、各ワイヤ５２、５３及び５４は、それぞれ対応する筒体６０ｃ、６０ｂ、６０ａに巻き掛けられている。

先端動作部１２では、ワイヤ５２及び５４の作用下に歯車５１及び５５が回転し、図示しないフェイスギアを回転させることによって先端部をロール方向に回転させることができる。また、ワイヤ５４の作用下に歯車５１が回転し、ファイスギア５７及び歯車５８を介してグリッパ５９を開閉させることができる。さらに、ワイヤ５２、５３、５４の作用下に主軸部材６２を介して先端部をヨー方向に回転させることができる。

図６及び図７に示すように、作業部１５ａは、操作部１４ａに対して着脱自在であり、プーリ５０ａ、５０ｂ及び５０ｃの中心穴に対して、モータ４０、４１及び４２の回転軸４０ａ、４１ａ及び４２ａが嵌合するように構成されている。プーリ５０ａ、５０ｂ及び５０ｃの各中心穴には結合凸部１００が設けられ、回転軸４０ａ、４１ａ及び４２ａには結合凹部１０２が設けられている。結合凸部１００と結合凹部１０２は互いに係合可能に形成されており、モータ４０、４１及び４２の回転がプーリ５０ａ、５０ｂ及び５０ｃに対して確実に伝達される。また、結合凸部１００と結合凹部１０２とは原点姿勢以外で係合しないよう構成されている。

連結部４６には、作業部１５ａ〜１５ｄを識別することのできるＩＤを保持するＩＤ保持部１０４が設けられている。ＩＤ保持部１０４は３ビット構成である。ＩＤ保持部１０４はの各ビットは磁気の有無により「１」又は「０」として識別される。つまり磁気があるビットはアクティブであり、「１」として認識され、磁気がないビットはネガティブであり、「０」として認識される。ここで、ネガティブとは、自然状態を意味し作業部１５が操作部１４に取り付けられているときと、取り外されているときでステータスが変わらない状態をいう。また、アクティブは、作業部１５が操作部１４から取り外されているときのステータスと比較して、作業部１５が操作部１４に取り付けられているときに異なるステータスをいう。

ＩＤ保持部１０４の各ビット部は磁気式に限らず、例えばＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）等の無線式、バーコード若しくはマトリックス型二次元コード等の光学式等の非接触検出式、又は小突起列等の接触式で構成してもよい。ＩＤ保持部１０４のビット数は３ビットに限定されない。

作業部１５ａ〜１５ｄにＲＦＩＤ等のように書き込み可能な記憶媒体を用いる場合、製造日、使用開始日、最終使用日、メンテナンス期限日等のタイムスタンプやシリアルナンバー、使用回数上限、位相修正値（又は原点修正値）等の固有情報を都度記憶させてもよい。このような情報は、制御装置５１４ａで読み込み動作状態表示器５１６に表示させ、又は所定の判断を行って注意又は警告を発させるとよい。

ＩＤ保持部１０４は、作業部１５ａ〜１５ｄはＩＤとして順に０１１_b（添え字のｂは二進数を示す。以下同様。）、１０１_b、１１０_b、１１１_bを保持している。つまり、各作業部１５ａ〜１５ｄは、識別が可能なように異なるＩＤが付与されており、且つ各ＩＤには「１」のビットが２ビット以上設けられている。また、ＩＤが４ビット以上である場合には、「１」のビットを全ビット数の半分以上（例えば、全４ビットの場合には２ビット以上）に設定するとよい。

ところで、ＩＤ保持部１０４は通電の必要がなく、連結部４６及び作業部１５には電気部品が存在していない。したがって、操作部１４から取り外した作業部１５は洗浄、滅菌等を容易に行うことができる。つまり、モータやスイッチ、センサなどの電気機器をすべて操作部１４側に配し、連結シャフト４８及び先端動作部１２からなる機械構成部品のみからなるものを作業部１５側に配することで洗浄性を向上させている。作業部１５と操作部１４では汚れ具合、汚れ種類、洗浄方法が異なり、異なるメンテナンスが行われるため、離脱可能にすることが好適である。

操作部１４は、接続された作業部１５のＩＤ保持部１０４における各ビットを読取って制御装置５１４ａに供給するＩＤ中継部（ＩＤ検出部）１０６を有する。ＩＤ中継部１０６はＩＤ保持部１０４の各ビット毎に磁気を検出する磁気センサから構成されている。また、ＩＤ保持部１０４の各ビット部が小突起列から構成されている場合には、ＩＤ中継部１０６は各小突起によって操作される小スイッチで構成するとよい。

磁気、光又は電波方式を用いると、ＩＤ保持部１０４はＩＤ中継部１０６に対して非接触でＩＤを伝達することができ、ＩＤ保持部１０４及びＩＤ中継部１０６の耐久性が高く、汚れが少なく、しかも清掃、洗浄が容易となる。

図８に示すように、制御装置５１４ａは演算部１１０と、電源部１１２と、保護装置１１４と、ドライバ１１６と、スイッチ１１８とを有する。電源部１１２は、外部電源１１９から得られる電力を調整して各部に供給するとともに、バッテリ１１２ａに充電を行い、外部電源１１９から電力が供給されない場合においても自動的にバッテリ１１２ａからの電力供給へと切り替える機能を有しており、いわゆる無停電電源として作用する。バッテリ１１２ａは内部の変圧整流器に対して、直列または並列に接続される。

保護装置１１４は、演算部１１０の演算周期情報、ドライバ情報、所定の停止指令などの各情報に基づいて、マニピュレータ１０への電力を遮断する。保護装置１１４の作用下にドライバ１１６の電力を遮断することにより、マニピュレータ１０の動作を直ちに停止させることができる。

スイッチ１１８は、マニピュレータ１０の動作状態の切換指令、電源切換などに用いられる。

演算部１１０は、角度センサ４３、４４、４５、入力センサ３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、指令入力手段５１８及びスイッチ１１８に接続されており、これらの各部から得られる信号に基づいてマニピュレータ１０の動作を決定して、所定の指令信号をドライバ１１６に供給するとともに、動作状態表示器５１６に所定の状態量を表示させる。演算部１１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等から構成されており、プログラムを読み込み実行することにより所定のソフトウェア処理を実行する。

ドライバ１１６は、モータ４０、４１及び４２に接続されており、演算部１１０から得られる指令に基づいて該モータ４０、４１及び４２を駆動する。ところで、これらのモータ４０、４１及び４２の駆動系は、先ず、入力センサ３９ａ、３９ｂ、３９ｃに基づいて先端動作部に対する動作角度指令値を求め、該動作角度指令値と角度センサ４３、４４、４５から得られる角度信号との偏差を求め、該偏差に基づいて所定の補償処理をして指令信号をドライバ１１６に供給している。したがって、これらの各モータ４０、４１及び４２の駆動系は閉ループを形成している。

演算部１１０は、ＩＤ認識部１２０と、取外判断部１２１と、原点認識部１２２と、警告部１２４とを有する。ＩＤ認識部１２０は、ＩＤ保持部１０４のＩＤを認識する。取外判断部１２１はＩＤ認識部１２０で認識されたＩＤに基づいて、作業部１５が操作部１４から取り外されているか否かを判断する。

具体的には、ＩＤ認識部１２０から得られるＩＤは、３ビットであることから２³＝８通りの区別が可能であるが、このうち０００_bは作業部１５ａ〜１５ｄのいずれも接続されていない状態として認識する。つまり、作業部１５ａ〜１５ｄのいずれも接続されていない場合には、各ビットともネガティブであり、ＩＤ中継部１０６の各ビットに対応する検出部は磁気を検出することなく、制御装置５１４ａに対してそれぞれ「０」を供給するからである。さらに、ＩＤ認識部１２０では、認識するＩＤが変化したときに作業部１５が取り外されたと判断する。具体的には、ＩＤの３ビットのうち２ビット以上の「１」について、いずれかが「０」に切り換わったときに作業部１５ａ〜１５ｄが取り外されたと認識する。これにより、作業部１５ａ〜１５ｄの取り外しを迅速に認識することができ、所定の対応処理を素早く行うことができる。

演算部１１０は、ＩＤ認識部１２０、原点認識部１２２及び操作部１４の他の信号に基づいて条件判断を行い、所定条件下でドライバ１１６に対する電力供給を停止させ、モータ４０、４１及び４２を非励磁とする。なお、モータ４０、４１及び４２を非励磁にする手段としては、これ以外にもリレー等を用いて、該リレーによりドライバとコネクタ５２０との間を切り離すようにしてもよい。

これらの条件のうち、第１の条件としては、作業部１５の先端動作部１２が原点位置にあるときで所定時間が経過したという条件が挙げられる。このようなときには、マニピュレータ１０の操作を一次休止、又は作業部１５の取外準備をしているときであると判断され、モータ４０、４１及び４２を非励磁にするとよい。これにより、作業部１５を操作部１４から切り離す際にもモータが非励磁となっており、プーリ５０ａ〜５０ｃが無駄な動作をすることがない。

また、第２の条件としては、作業部１５が操作部１４から切り離されているという条件が挙げられる。このようなときには、モータ４０、４１及び４２を非励磁にすることにより回転軸４０ａ、４１ａ及び４２ａが不必要に動作することが防止され、所定の規定角度に維持される。

さらに、第３の条件としては、操作部１４が制御装置５１４ａから切り離されているという条件が挙げられる。このようなときには、ドライバ１１６に対する電力供給を停止させることにより、該ドライバ１１６内の電力消費がなくなるとともに、コネクタ５２０の電力ピン１５２（図９参照）に対して不必要に電圧が印加されることがない。

なお、この第３の条件は、トリガーレバー３２や複合入力部３４の入力センサ３９ａ、３９ｂ、３９ｃから得られる信号に基づいて判断が可能である。すなわち、これらの信号は操作部１４が接続されているときには所定レンジの電圧値を示すように構成されており、操作部１４が切り離されたときにはプルダウン回路により０Ｖとなって、切り離しの判断が可能となる。

つまり、トリガーレバー３２及び複合入力部３４には、人手による操作量を検出する検出部（ポテンショメータ等）に所定の電圧が印加され、該電圧の所定範囲が操作範囲として設定され、制御装置５１４ａでは、該検出部から供給される電圧が所定範囲以外であることに基づいて操作部１４が取り外されたことを認識する。これにより、トリガーレバー３２及び複合入力部３４を、操作量の入力手段と操作部１４の取外認識手段に兼用することができる。操作部１４の取り外し時の処理については、さらに後述する。

モータ励磁には多くの消費電力を費やすため、第１〜第３の条件によってドライバ１１６に対する電力の供給を停止することにより、システムの消費電力を低減することができる。これは、広域停電等により病院に設置されたバックアップ電源を用いる場合に、該バックアップ電源の電力消費を抑制することができて好適である。また、院内停電時に制御装置５１４ａ内のバッテリ１１２ａで動作する場合にも、該バッテリ１１２ａの消費電力を抑え、手技を続行し、又は退避操作をする時間を確保することができる。

ところで、一般的にモータを停止させる方法としては３つの方法が挙げられる。第１には、モータの励磁を切り、モータを回路的に解放させる方法であり、サーボＯＦＦと呼ばれる。このサーボＯＦＦはモータドライバの機能であり、ドライバには回路電源が供給されている必要がある。この方法は、構造及び手順が簡便であって信頼性が高く、より確実でエネルギー消費が少ない。また、コンピュータの動作状態を監視するウォッチドッグ機能が作用した場合には、この方法によるモータ停止とするとよい。

例えば、モータ内における減速比が大きく設定されており、通常の外力では動いてしまうことはないと判断できる場合には、この第１の方法が好適である。

第２には、短絡による電磁ブレーキによる方法であり、一般的なモータドライバに設けられている機能である。これはモータの両端に同じ電圧をかけて電気的に停止させる機能であり、モータが解放された場合で該当部分に負荷が加わったときに不必要に動作してしまうことを防止する。

減速比が小さく、又はモータ軸に常に外力が加わる場合で、該外力による動作を防止するときには、この第２の方法が好適である。

第３には、モータドライバの電源を切断する方法である。第１の方法および第２方法を適用することが困難である場合においても、モータを停止させることが可能であり、このような場合にはこの方法によるモータ停止とするとよい。状況により第１の方法乃至第３の方法を組合わせ又は使い分けてもよいことはもちろんである。

また、第１〜第３の条件が成立するときには、演算部１１０はドライバ１１６に対して停止信号を供給するとよい。

ここで、停止信号とはモータが回転しない指令信号であり、例えば０Ｖを供給する。また、ドライバ１１６によっては０〜５Ｖの入力仕様のものがあり、この場合には停止信号として、中間の２．５Ｖを供給する。

操作部１４（モータ）と制御装置５１４ａとの接続がされていないと認識される場合、かつ制御装置５１４ａがバックアップ電源で動作されている場合は、消費電流の低減を図るために停止信号を０Ｖ付近とするとよい。これはインターフェイスのＤＡ回路における出力電圧が０Ｖであることが回路電源の消費を下げるからである。先に説明のモータへの停止信号として２．５Ｖを供給する場合でも、ＤＡ回路は０Ｖを出力し回路的にオフセットを持たせる構成をとるとよい。

これにより、モータ４０、４１及び４２を一層確実に非励磁とすることができる。さらに、第１〜第３の条件が成立するときには、モータ４０、４１及び４２の励磁が一層低減されることを図り、モータ４０、４１及び４２の制御ループにおけるゲインを演算部１１０内で低下させ、又はＰＩＤ定数を変更してもよい。

原点認識部１２２は、先端動作部１２が規定の原点位置又は非原点位置であることを認識する。警告部１２４は、原点認識部１２２から得られる信号に基づいて先端動作部１２が非原点位置であると判断される場合で、ＩＤ認識部１２０から得られるＩＤに基づいて作業部１５が操作部１４から取り外されたと判断されるときに取外警告を発する。

また、警告部１２４は、取外警告を発しているとき、ＩＤ認識部１２０から得られるＩＤを監視し、作業部１５ａ〜１５ｄが再接続されたことを認識し、得られたＩＤが取り外し前に認識したＩＤと等しいときに取り消し警告を解除し、得られたＩＤが取り外し前に認識したＩＤと異なるときに誤接続警告を発する。

取外警告及び誤接続警告は、音響・音声手段又は動作状態表示器５１６等の視覚的手段により行うことができる。取外警告と誤接続警告とは容易に区別可能であることが好ましく、例えば吹鳴インターバルや周波数の異なるブザー音とするとよい。

ＩＤ認識部１２０により作業部１５が取り外されていると判断される場合、又は、原点認識部１２２により先端動作部１２が原点位置にあると判断される場合には、演算部１１０は、保護装置１１４の作用下にドライバ１１６に対する電力供給を停止させる。

図９に示すように、コネクタ５２０は２０本のピンを有する。このうち、図９上で塗りつぶしで示す６本の電力ピン１５２はモータ４０、４１及び４２を駆動するための正極及び負極に対応した動力線であり、コネクタ５２０の中央部に集中的に配置されている。電力ピン１５２はモータ４０、４１及び４２とドライバ１１６とを接続する。

図９上で白抜きで示す８本の第１信号ピン１５４は、角度センサ４３、４４及び４５毎のＡ相及びＢ相信号と、共通の回路電源Ｖｃｃ及びＧｎｄに対応する信号線であり、電力ピン１５２を囲むように配置されている。第１信号ピン１５４は角度センサ４３、４４及び４５と演算部１１０とを接続する。

図９上で×印で示す３本の第２信号ピン１５５は、トリガーレバー３２及び複合入力部３４の操作信号を示す線であり、径方向位置が第１信号ピン１５４と略同じに設定されている。第２信号ピン１５５の回路電源Ｖｃｃ及びＧｎｄは第１信号ピン１５４におけるものと共通である。

図９上でハッチングで示す３本のＩＤピン１５６は、ＩＤ保持部１０４の３ビットに対応するＩＤ線であり、コネクタ５２０の周縁部に略等間隔に配置されている。つまり、電力ピン１５２、第１信号ピン１５４及び第２信号ピン１５５と比較してＩＤピン１５６は最も外径側に配置されている。

本実施形態では、動作部（先端動作部１２）の位置を検出するセンサ（角度センサ４３、４４及び４５）を備えるマニピュレータ１０と、該マニピュレータ１０に対してコネクタ５２０により接続される制御部（制御装置５１４ａ）とを備えたマニピュレータシステム５００ａにおいて、コネクタ５２０は、動作部を動作させるアクチュエータ（モータ４０、４１及び４２）に電力を供給する電力ピン１５２と、センサに接続される信号ピン（第１信号ピン１５４及び第２信号ピン１５５）とを有し、コネクタ５２０が外されるときに、電力ピン１５２が非接続となった後に信号ピンが非接続となるように各ピンの長さが設定されている。
本実施形態では、動作部の位置を検出するセンサを備える制御対象（マニピュレータ１０）と、該制御対象に対してコネクタ５２０により接続される制御装置５１４ａにおいて、コネクタ５２０は、動作部を動作させるアクチュエータに電力を供給する電力ピン１５２と、センサに接続される信号ピンとを有し、コネクタ５２０が外されるときに、電力ピン１５２が非接続となった後に信号ピンが非接続となるように各ピンの長さが設定されている。
マニピュレータシステム５００ａでは、電力ピン１５２が非接続となった後に信号ピンが非接続となるように各ピンの長さが設定されていることから、制御装置５１４ａからマニピュレータ１０を取り外す場合にアクチュエータを停止状態に保つことができる。
図１０に示すように、コネクタ５２０はプラグ５２０ａとレセプタクル５２０ｂから構成されている。この場合、各ピンはプラグ５２０ａ側が雄、レセプタクル５２０ｂ側が雌となっている。また、レセプタクル５２０ｂにおける電力ピン１５２は、第１信号ピン１５４、第２信号ピン１５５及びＩＤピン１５６よりも短く形成されている。すなわち、プラグ５２０ａとレセプタクル５２０ｂとを切り離すときには、先ず電力ピン１５２の雄と雌が切り離されモータ４０、４１及び４２を非励磁にし、その後に第１信号ピン１５４、第２信号ピン１５５及びＩＤピン１５６の雄と雌とが切り離されることになる。したがって、モータ４０、４１及び４２が励磁されたままの状態で角度センサ４３、４４及び４５の信号が途切れることがなく、駆動系が開ループの状態となることが防止できる。

したがって、制御装置５１４ａの供給電源をＯＮにしたままであっても、コネクタ５２０の着脱をする際に先端動作部１２が無駄な動きをすることがなく、頻繁に着脱を行う際に便利である。特に、制御装置５１４ａの電源をＯＮに維持しておくことができ、電源スイッチを操作する煩雑さがなく、しかも演算部１１０等の再起動の必要がなく、手技を迅速に行うことができる。

なお、後述するように、ＩＤピン１５６の雄と雌とが切り離されると制御装置５１４ａの演算部１１０では作業部１５ａ〜１５ｄ又はマニピュレータ１０が取り外されたと認識してドライバ１１６に対する電力供給を停止させることから、ＩＤピン１５６を短く設定しておいてもよい。すなわち、ＩＤピン１５６の雄と雌とが切り離されるとドライバ１１６に対する電力供給が停止され、モータ４０、４１及び４２が非励磁となることから、電力ピン１５２を短く設定した場合と同様に、駆動系が開ループの状態となることが防止できる。

また、短く設定するピンは必ずしも雄側である必要はなく、雌側を短くしてもよい。換言すれば、コネクタ５２０のプラグ５２０ａとレセプタクル５２０ｂとが切り離されるときに、電力ピン１５２が非接続となった後に第１信号ピン１５４が非接続となり、又はＩＤピン１５６が非接続となった後に電力ピン１５２が非接続となるように各ピンの長さが設定されていればよい。

さらに、３つのＩＤピン１５６はコネクタの周縁部に設けられ、他のピンと比較して最も外周側で、且つ略等角度に配置されている。このような構成によれば、第１信号ピン１５４等と比較して３つのうちいずれか１つ又は２つのＩＤピン１５６が先に切り離される可能性が高い。また、各ＩＤは３ビットのうち２ビット以上（換言すれば全ビット数の半分以上）に「１」が設定されていることから、該ビットが「１」から「０」にいち早く切り換わり、ＩＤ認識部１２０では作業部１５ａ〜１５ｄが切り離されたことを迅速に認識することができ、ドライバ１１６に対する電力供給を素早く停止させることができる。なお、ビット数が多い場合には、このような効果をより確実に得るために「１」のビットをできるだけ等間隔に配置し、「０」のビットの両隣は必ず「１」に対応するようにＩＤが設定されているとよい。

ここでは、ＩＤ認識信号を接続確認と兼用する場合の信号の例として、パラレル信号を例にとって示したが、この信号がアナログ信号やシリアル信号など信号の種類を問わずおよそ多方向の外周にその信号線を配する点で同様の効果がある。

次に、このように構成されるマニピュレータシステム５００ａの作用について説明する。先ず、図１１に基づいて作業部１５ａ〜１５ｄの着脱動作時の概略作用について説明し、次いで図１２〜図１３のフローチャートに基づいて詳細な作用について説明する。

図１１では、最初に制御装置５１４ａに対して操作部１４と作業部１５ａとからなるマニピュレータ１０が接続されているものとする。術者はこのマニピュレータ１０によって所定の手技を行う。つまり、マニピュレータ１０は、操作部１４の指令に従って作業部１５ａも動作する通常の操作状態となる（Ｙ１３）。

作業部１５ａを取り外し別の作業部１５ｂ〜１５ｄと交換する場合には、いったん作業部１５ａの先端動作部１２の姿勢を原点姿勢へ復帰させ（Ｙ１４）、原点認識部１２２により原点で停止したことを確認後、作業部１５ａを操作部１４から取り外して（Ｙ１２）別の作業部１５ｂ〜１５ｄと交換する（Ｙ１１）。作業部１５ａが原点に復帰していることは、動作状態表示器５１６に表示され、又は制御装置５１４ａのパネル面等に設けられたランプの点灯により確認することができる。

また、仮に作業部１５ａの先端動作部１２が非原点姿勢であるときに、該作業部１５ａを操作部１４から取り外した場合（Ｙ１５）には、原点認識部１２２及びＩＤ認識部１２０の作用下に該状態が認識される。このような状態は非原点接続エラーと定義され、警告部１２４の作用下に取外警告を発し、術者に認識させる。

非原点接続エラー状態から通常の状態へ戻るためには、取り外した作業部１５ａを再度取り付ける（Ｙ１６）ことで、通常の操作状態に移行し、取り外した時点からの操作を継続できる。このとき、非原点接続エラー及び取外警告は解除される。そして、先端動作部１２の姿勢を原点姿勢へ復帰させて停止させれば前記のＹ１４と同じ状態となり、取り外して別の作業部１５ｂ〜１５ｄと交換することができる。

さらに、非原点接続エラーの状態で、取り外した作業部１５ａとは異なる作業部１５ｂ〜１５ｄを接続した場合（Ｙ１７）には、原点認識部１２２及びＩＤ認識部１２０の作用下に該状態が認識される。このような状態は再接続エラーと定義され、警告部１２４の作用下に誤接続警告を発し、術者に認識させる。

この状態から、誤接続をした作業部１５ｂ〜１５ｄを取り外すことで（Ｙ１８）、再接続エラー及び誤接続警告は解除され、非原点接続エラーの状態へ戻り、取外警告が再度発せられる。

次に、このようなマニピュレータシステム５００ａの作用を図１２〜図１３に基づいて詳細に説明する。マニピュレータシステム５００ａは、制御装置５１４ａの演算部１１０の統合的な制御作用下に動作し、基本的には図１２に示すフローチャートに従った処理を行う。図１２の処理は予め決められた制御周期に従って繰り返し実行される。以下の説明では、断りのない限りステップ番号順（又は添え字のアルファベット順）に処理が行われるものとする。

図１２のステップＳ１１において、操作部１４の角度検出器および駆動部モータの角度検出器の出力を演算部１１０にて読み取る。

ステップＳ１２において、指令入力手段や制御装置５１４ａに装備の指令入力手段５１８及びスイッチ１１８等の入力を演算部１１０で認識する。

ステップＳ１３において、演算部１１０による認識結果をもとにマニピュレータ１０の動作モードを決定する。

ステップＳ１４において、判定された動作モードに従って動作方式の判別とモータ４０、４１及び４２の目標値を生成する。ここで動作モードとは、予め決められた動作を自動で実行する自動モードや、操作部１４の操作に従って作業部１５ａを動作させるマスタスレーブ動作モードをいう。動作方式とは、両動作モードの切り換えにおいて確実に動作をつなげるための、加速動作、減速動作、等速動作、停止動作などの動作方式をいう。

ステップＳ１５において、生成された制御目標値と先に読み取った角度センサ４３、４４及び４５の信号とからＰＩＤ制御などの制御演算によってモータ出力を算出しドライバ１１６へ出力する。

ステップＳ１６において、定義された種々の条件と角度センサ４３、４４及び４５などで読み取った状態とを比較し、状態判別を行う。

ステップＳ１７において、判別された結果に基づき、制御装置５１４ａに装備されたランプや動作状態表示器５１６へ出力を行う。

次に、マニピュレータシステム５００ａにおける非原点接続エラーと再接続エラーの判定方法を、図１３及び図１５を用いて説明する。図１３は前記ステップＳ１６（図１２参照）の状態判定で行われる処理の一部を詳しく展開したものである。先ず、動作状態判別のために、サーボフラグ、接続フラグ、原点フラグ、非原点接続エラーフラグ、再接続エラーフラグを制御プログラム内に準備する。

ステップＳ２１のサーボ状態取得処理では、モータ励磁状態を演算部で認識し、励磁状態であるときにサーボフラグをＯＮに、非励磁状態であるときにサーボフラグをＯＦＦに設定する。モータが複数あれば、それぞれのモータ４０、４１及び４２ごとにサーボフラグを準備してもよいし、いずれかのモータ４０、４１及び４２が励磁状態であるときにサーボフラグをＯＮに設定し、すべてのモータ４０、４１及び４２が非励磁状態であるときにサーボフラグをＯＦＦに設定するようにしてもよい。これは自由度の異なる作業部１５の交換によって制御するモータの数にも変更があるためで、適宜、制御対象とするモータの励磁状態に着目するように変更すればよい。

ステップＳ２２において、原点復帰動作後などの作業部１５が原点姿勢で停止している状態時に原点フラグをＯＮに設定し、非原点時には原点フラグをＯＦＦに設定するする。

ステップＳ２３においてＩＤ取得・接続判定処理を行う。このステップＳ２３は図１５に示すように分けることができる。

先ずステップＳ２３ａにおいて、ＩＤ保持部１０４及びＩＤ中継部１０６の状態を読み取った値から変数ｇｅｔＩＤを生成する。

ステップＳ２３ｂにおいて、予め規定された未接続ＩＤとｇｅｔＩＤを比較する。この未接続ＩＤは、例えばセンサ信号がすべてない状態に対応する値や、登録していない値であり、本実施の形態では前記のとおり０００_bに規定されている。未接続ＩＤとｇｅｔＩＤが等しいときには、ステップＳ２３ｃへ移り、異なるときにはステップＳ２３ｄに移る。

ステップＳ２３ｃにおいて、接続フラグをＯＦＦ（コネクタ未接続）に設定する。

ステップＳ２３ｄにおいて、はサーボフラグを確認し、該サーボフラグがＯＮであるときにはステップＳ２３ｅに移り、ＯＦＦであるときにはステップＳ２３ｆへ移る。

ステップＳ２３ｅにおいて、新たにＩＤを読み込む前の値ｐｒｅＩＤ値と取得したｇｅｔＩＤ値を比較する。ｐｒｅＩＤ値とｇｅｔＩＤが等しいときにはステップＳ２３ｆへ移り、異なるときにはステップＳ２３ｃに移る。

ステップＳ２３ｆでは接続フラグをＯＮに設定し、ステップＳ２３ｇでは取得したｇｅｔＩＤを現状認識しているＩＤ値であるｎｏｗＩＤとして記憶する。

このように判断処理することで、取得したＩＤ値から作業部１５の接続の有無を認識するとともに、接続と判断できる際には、その取得したＩＤをｎｏｗＩＤとして記憶する。

図１３に戻り、ステップＳ２４において非原点接続エラー判定処理を行う。すなわち、ステップＳ２４ａにおいて、接続フラグがＯＦＦ、且つ原点フラグがＯＦＦである条件で判定し、該条件が成立するときにはステップＳ２４ｂに移り、非成立であるときにはステップＳ２４ｃに移る。

ステップＳ２４ｂにおいては、非原点接続エラーと判断し、非原点接続エラーフラグをＯＮに設定する。

ステップＳ２４ｃにおいては、非原点接続エラーを解除し、非原点接続エラーフラグをＯＦＦに設定する。なお、図１３において、条件判断分岐を示すＳ２４ａにて、“未接続”とは、接続フラグがＯＦＦであることを、“原点ではない”とは、原点フラグがＯＦＦであることを意味する。以降同様に、“接続”とは、接続フラグがＯＮであることを、“原点”とは、原点フラグがＯＮであることを意味する。

ステップＳ２５において、接続フラグがＯＮ、かつ、原点フラグがＯＮである条件で判定し、該条件が成立するときにはステップＳ２６ａに移り、非成立であるときにはステップＳ２６ｅに移る。

この後に行われるステップＳ２６ａ〜２６ｄの処理は、再接続エラー判定処理を行うステップＳ２６として分類される。

ステップＳ２６ａにおいて、予め記憶しておいた取得前のＩＤ値であるｐｒｅＩＤ値と新たに取得したｎｏｗＩＤ値の両者を比較する。ｐｒｅＩＤ値とｎｏｗＩＤ値が等しいときにはステップＳ２６ｄへ移り、異なるときにはステップＳ２６ｂに移る。

ステップＳ２６ｂにおいて、別の作業部１５ｂ〜１５ｄが接続されたと判断でき、該作業部１５ｂ〜１５ｄに応じた制御パラメータの更新を行う。

ステップＳ２６ｃにおいて、ｐｒｅＩＤ値をｎｏｗＩＤ値に置き換える。

ステップＳ２６ｄにおいて、再接続エラーを解除し、再接続エラーフラグをＯＦＦに設定する。

一方、ステップＳ２６ｅにおいて、予め記憶しておいた取得前のＩＤ値であるｐｒｅＩＤ値と新たに取得したｎｏｗＩＤ値の両者を比較する。ｐｒｅＩＤ値とｎｏｗＩＤ値とが等しいときにはステップＳ２６ｄに移り、異なるときにはステップＳ２６ｆへ移る。

ステップＳ２６ｆにおいては、異なる作業部１５ｂ〜１５ｄが接続されたと判断できるため、再接続エラーと判断し、再接続エラーフラグをＯＮに設定する。この後ステップＳ２７へ移る。

ステップＳ２７において、接続フラグがＯＦＦ、非原点接続エラーフラグがＯＮ、又は、再接続エラーフラグがＯＮのいずれかの条件を満たすかどうかを判断する。該条件が成立する場合には、ステップＳ２８へ移る。

ステップＳ２８においては、サーボＯＦＦ指令を行い、モータ励磁を停止する
。この場合、前記のようにモータを回路的に解放させるが、状況に応じて、短絡による電磁ブレーキにより停止させてもよい。

ステップＳ２７の条件が非成立である場合及びステップＳ２８の後、図１３に示す今回の処理を終了する。なお、図１３において、条件判断分岐を示すＳ２７にて、“エラー”とは、非原点接続エラーフラグがＯＮ、または、再接続エラーフラグがＯＮであることを意味する。

このサーボＯＦＦ処理は、さらに条件を分けて実行するようにしてもよい。例えば、作業部１５ａと操作部１４との着脱においては、モータ制御における閉ループの切断が含まれないので、必ずしもモータ励磁を強制的に停止させる必要はない。一方、コネクタ５２０による作業部１５ａと制御装置５１４ａとの着脱においては、モータ制御における閉ループの切断が含まれるので、電力供給停止処理が必要となる。さらに、通常の作業部１５の交換、特に作業部１５の交換が確実になされるるように、原点停止状態ではモータ４０、４１及び４２の励磁を停止するように、サーボＯＦＦ処理を実行する条件に、原点フラグがＯＮである条件を含めてもよい。さらに、サーボＯＦＦ処理にて、モータ４０、４１及び４２の制御目標値、角度センサ４３、４４及び４５の読み取り値を記憶しておくことで、非原点接続エラーが解除された後に動作を継続することができる。

ここで、操作部１４の取り外し時の処理について図１４を参照しながらさらに述べる。図１４において、時刻ｔ１は、切断時刻と同じ制御変数を有している最も古い時刻であり、時刻ｔ２は、実際の切断時刻であり、時刻ｔ３は、操作部センサにより切断と認識された時刻である。

マニピュレータシステム５００ａでは、操作部１４の着脱を操作部１４のデバイス（トリガーレバー３２、複合入力部３４の入力センサ３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、モータ角度実測値等）から出力されるアナログ値で判断している。コネクタ５２０を抜くときには、図１４に示すようにアナログ値のモータ角度実測値は連続的に変化するため、これを関数とする姿勢軸目標値も連続的に変化する。モータ角度実測値は、例えばエンコーダにより計測される。

一方で、コネクタ５２０を外すことで実際にはモータ線が切断され、モータは停止し、エンコーダカウンタも停止している。つまり実際に切断された時刻とアナログ出力により判断される切断時刻は異なることから、判断された切断時の姿勢軸目標値は、実際のモータの状態と異なっている。したがって、このときの値を記憶して再接続時に使用すると、目標値と実際の角度との間に誤差が生じることがあり得る。

このような現象の対応として、再接続時に、エンコーダ実測値を新たな目標値とする方法が考えられるが、目標値と実測値とは微小といえども制御偏差が生じているため、着脱を繰り返しているうちにこの誤差が累積することで、姿勢軸目標値が実際の所望角度（絶対角度）からずれてしまうことが起こり得る。このような姿勢軸目標値のずれを解消するために、実際に切断された時刻を推定し、その時刻の姿勢目標値を、再接続時に使用するとよい。

実際に外れた時刻ｔ２を正確に特定することは困難であるが、その時刻ｔ２と同じモータ角度を高い精度で推定することは可能である。つまり、制御周期あるいはそれより大きな一定間隔で、駆動部のモータ角度実測値と前回サンプリングした値との差分がなければモータは停止しており、そのような状況が３つのモータすべてに同時に発生していたら、切断推定フラグをＯＮとする。いずれか１つのモータでも差が生じていたら切断推定フラグをＯＦＦとする。切断と判断された時点でのモータ角度と同じ角度でモータが停止している間で時間的に遡ったいずれかの時点は、補正量ともに変化してしまうが、この切断推定フラグがＯＮである間で最も時間的に遡った時点の目標値は、実際に切断されたそれと同じであると考えられる。よって、この時点で得られる目標値を、再接続時に使用することで、接続後も目標値が連続的につながり問題なく動作を継続することができる。

ここで、図１１と図１３における処理を整理して対応付けて説明する。図１１における通常の操作時（Ｙ１３）の処理の流れは、図１３においては次のように表される。つまり、Ｓ２１→Ｓ２２→Ｓ２３（Ｓ２３ａ→Ｓ２３ｂ→Ｓ２３ｄ→Ｓ２３ｅ→Ｓ２３ｆ→Ｓ２３ｇ）→Ｓ２４ａ→Ｓ２４ｃ→Ｓ２５→Ｓ２６ａ→Ｓ２６ｄ→Ｓ２７である。

図１１における通常の器具の取り外し（Ｙ１２）の処理の流れは、図１３においては次のように表される。つまり、Ｓ２１→Ｓ２２→Ｓ２３（Ｓ２３ａ→Ｓ２３ｂ→Ｓ２３ｃ）→Ｓ２４ａ→Ｓ２４ｃ→Ｓ２５→Ｓ２６ｅ→Ｓ２６ｄ→Ｓ２７である。

図１１における通常の器具の取り付け（Ｙ１１）の処理の流れは、図１３においては次のように表される。つまり、Ｓ２１→Ｓ２２→Ｓ２３（Ｓ２３ａ→Ｓ２３ｂ→Ｓ２３ｄ→Ｓ２３ｆ→Ｓ２３ｇ）→Ｓ２４ａ→Ｓ２４ｃ→Ｓ２５→Ｓ２６ａ→Ｓ２６ｂ→Ｓ２６ｃ→Ｓ２６ｄ→Ｓ２７である。

図１１における非原点接続エラー（Ｙ１５）の処理の流れは、図１３においては次のように表される。つまり、Ｓ２１→Ｓ２２→Ｓ２３（Ｓ２３ａ→Ｓ２３ｂ→Ｓ２３ｄ→Ｓ２３ｅ→Ｓ２３ｃ）→Ｓ２４ａ→Ｓ２４ｂ→Ｓ２５→Ｓ２６ｅ→Ｓ２６ｄ→Ｓ２７→Ｓ２８である。

図１１における非原点接続エラー解除（Ｙ１６）の処理の流れは、図１３においては次のように表される。つまり、Ｓ２１→Ｓ２２→Ｓ２３（Ｓ２３ａ→Ｓ２３ｂ→Ｓ２３ｄ→Ｓ２３ｆ→Ｓ２３ｇ）→Ｓ２４ａ→Ｓ２４ｃ→Ｓ２５→Ｓ２６ｅ→Ｓ２６ｄ→Ｓ２７である。

図１１における再接続エラー（Ｙ１７）の処理の流れは、図１３においては次のように表される。つまり、Ｓ２１→Ｓ２２→Ｓ２３（Ｓ２３ａ→Ｓ２３ｂ→Ｓ２３ｄ→Ｓ２３ｆ→Ｓ２３ｇ）→Ｓ２４ａ→Ｓ２４ｃ→Ｓ２５→Ｓ２６ｅ→Ｓ２６ｆ→Ｓ２７→Ｓ２８である。

図１１における再接続エラー解除（Ｙ１８）の処理の流れは、図１３においては次のように表される。つまり、Ｓ２１→Ｓ２２→Ｓ２３（Ｓ２３ａ→Ｓ２３ｂ→Ｓ２３ｃ）→Ｓ２４ａ→Ｓ２４ｂ→Ｓ２５→Ｓ２６ｅ→Ｓ２６ｄ→Ｓ２７→Ｓ２８である。

次に、第２の実施形態に係るマニピュレータシステム５００ｂ及び制御装置５１３ｂについて図１６〜図２０を参照しながら説明する。マニピュレータシステム５００ｂについて前記のマニピュレータシステム５００ａと同様の箇所については同符号を付して詳細な説明を省略する。

図１６に示すように、マニピュレータシステム５００ｂは、マニピュレータシステム５００ａ（図２参照）の制御装置５１４ａを制御装置５１４ｂに代えたものである。つまり、マニピュレータ１０（図３参照）、操作部１４ａ〜１４ｄ、作業部１５ａ〜１５ｄは、マニピュレータシステム５００ａにおいても利用可能である。

制御装置５１４ｂは、レセプタクル５２０ｂの他にレセプタクル５１２を有する。レセプタクル５２０ｂとレセプタクル５１２は同構成であり、操作部１４ａ〜１４ｄのプラグ５２０ａは、レセプタクル５２０ｂとレセプタクル５１２のいずれにも接続可能である。レセプタクル５２０ｂとレセプタクル５１２とは、同時に有効となり、術者は２本のマニピュレータ１０を手技に応じて使い分け、又は同時に操作することができる。便宜上、レセプタクル５２０ｂに接続される側を第１マニピュレータ（制御対象）１０ａ、レセプタクル５１２に接続される側を第２マニピュレータ（制御対象）１０ｂと呼び分ける。また、レセプタクル５２０ｂ及びレセプタクル５１２を接続ポートとも呼ぶ。

制御装置５１４ｂでは基本的に第１マニピュレータ１０ａと第２マニピュレータ１０ｂとを独立的に制御することができ、術者はあたかも前記のマニピュレータシステム５００ａが２式設けられているように自由な操作が可能である。なお、後述するように制御装置５１４ｂでは、第１マニピュレータ１０ａと第２マニピュレータ１０ｂの各作業部１５の着脱に際して、原点位置に復帰していない状態で取り外し、他の接続ポートに装着してしまわないように協調的なチェックを行う。また、制御装置５１４ｂは、モードに応じて第１マニピュレータ１０ａ及び第２マニピュレータ１０ｂが協調的動作をするように制御してもよい。

図１７に示すように、制御装置５１４ｂは、演算部１１０と、電源部１１２と、第１保護装置１１４ａ及び第２保護装置１１４ｂと、第１ドライバ１１６ａ及び第２ドライバ１１６ｂと、第１スイッチ１１８ａ及び第２スイッチ１１８ｂとを有する。

第１保護装置１１４ａ及び第２保護装置１１４ｂは、前記の保護装置１１４と同構成であり、第１ドライバ１１６ａ及び第２ドライバ１１６ｂは前記のドライバ１１６と同構成である。第１保護装置１１４ａは、第１ドライバ１１６ａ及び第１マニピュレータ１０ａの保護を行い、第２保護装置１１４ｂは、第２ドライバ１１６ｂ及び第２マニピュレータ１０ｂの保護を行う。第１ドライバ１１６ａは第１マニピュレータ１０ａの駆動を行い、第２ドライバ１１６ｂは第２マニピュレータ１０ｂの駆動を行う。

演算部１１０の内部構成について説明する。演算部１１０は、ＣＰＵ１１０ａと、ＲＯＭ１１０ｂと、ＲＡＭ１１０ｃと、第１インターフェイス１１０ｄと、第２インターフェイス１１０ｅとを有し、それぞれバスで接続されている。ＲＡＭ１１０ｃは広義の読み書き手段であり、例えば不揮発性メモリが用いられる。

第１インターフェイス１１０ｄ及び第２インターフェイス１１０ｅは、ＣＰＵ１１０ａから得られる指令を第１ドライバ１１６ａ及び第２ドライバ１１６ｂに供給するとともに所定の情報をＣＰＵ１１０ａに供給する。

演算部１１０のＣＰＵ１１０ａはＲＯＭ１１０ｂ等に記録されたプログラムを読み込み実行し、ソフトウェア処理により第１マニピュレータ１０ａ及び第２マニピュレータ１０ｂの動作制御を行う。

図１７においては、２つのマニピュレータ１０ａ、１０ｂに対応する動作状態表示器５１６、指令入力手段５１８を１組示しているが、各マニピュレータ１０ａ、１０ｂに対して１組ずつ設けてもよい。これにより、表示確認が容易となる。

図１８に示すように、ソフトウェア処理では、第１マニピュレータ１０ａの制御が第１制御プロセス１３０ａによって行われ、第２マニピュレータ１０ｂの制御が第２制御プロセス１３０ｂによって行われる。

第１制御プロセス１３０ａと第２制御プロセス１３０ｂは基本的には同じプログラムタスクであり、対応する入出力ポートと、ＲＡＭ１１０ｃに対するアクセスアドレスのみが一部異なる。ＲＡＭ１１０ｃは、見かけ上、第１制御プロセス１３０ａと第２制御プロセス１３０ｂから共通してアクセス可能な共有メモリとして作用する。

第１制御プロセス１３０ａと第２制御プロセス１３０ｂは、実体的には異なる２つのプログラムであってもよいし、共通処理部を同じライブラリ（例えばＤＬＬ形式）を用いる形式でもよいし、１つのプログラムを２箇所のアドレス部に展開して個別に動作させるようにしてもよいし、又はその他の手段を用いてもよい。いずれの場合においても、第１制御プロセス１３０ａと第２制御プロセス１３０ｂは、マルチタスク等の手段により同時並行的に作用し、第１マニピュレータ１０ａと第２マニピュレータ１０ｂとをリアルタイムに制御可能なように構成する。第１制御プロセス１３０ａ及び第２制御プロセス１３０ｂは、基本的には図１９に示す処理を行う。

図１９のステップＳ３１〜Ｓ３５は、前記のステップＳ１１〜Ｓ１５と同じ処理である。

その後、ステップＳ３６において、第１制御プロセス１３０ａ及び第２制御プロセス１３０ｂは、自らが管理している接続ポートにおける状態を表す各種フラグの状態や、制御目標値、モータ角度、操作指令角度などの情報を予め定められたＲＡＭ１１０ｃの自らの接続ポート分の書き込み領域へデータを書き込む。

ステップＳ３７において、他の接続ポートを管理している他方の制御プロセスが書き込んだＲＡＭ１１０ｃ内の別の領域にアクセスし、他方の制御プロセスの状態を読み込む。

その後のステップＳ３８及びステップＳ３９はステップＳ１６及びステップＳ１７と同じ処理である。

次に、図１８に戻り、接続ポートごとに実行される第１制御プロセス１３０ａ及び第２制御プロセス１３０ｂの処理について説明する。先ず、制御装置５１４ｂに電源を投入すると第１制御プロセス１３０ａ及び第２制御プロセス１３０ｂが起動する。起動する制御プロセスの数は２つに限らず、マニピュレータ及び接続ポートの数に合わせて起動させればよい。

ステップＳ４１において、第１制御プロセス１３０ａ及び第２制御プロセス１３０ｂがアクセスするインターフェイスと接続ポートとの対応を予めとっておき、プロセス起動時に変数（引数）として与える。起動したプロセスは各々、変数の初期化、制御パラメータの読み込みなどの初期化処理を行う。

ステップＳ４２において、各制御タスクを実行する。制御タスクは、一定周期で処理を繰り返すループ処理で、具体的には図１９で示した処理を行う。

第１制御プロセス１３０ａ及び第２制御プロセス１３０ｂに割り当てられたインターフェイスの読み書きを行って、インターフェイスと接続されている第１マニピュレータ１０ａ及び第２マニピュレータ１０ｂを制御する。

また、それぞれの制御プロセスはＲＡＭ１１０ｃへアクセスして所定の情報の書き込みを行う。ＲＡＭ１１０ｃへ書き込む自らの接続ポートの情報としては、接続フラグ、非原点接続エラーフラグ、再接続エラーフラグ、後述の接続ポートエラーフラグ、制御エラーコード、操作部ＩＤ、作業部ＩＤ、モータ４０、４１及び４２の制御目標値、動作角度、操作部１４により生成された操作軸角度等が挙げられる。

制御エラーコードは、状態判定（Ｓ３８）で取得される情報で、モータ速度超過、位置偏差過大、トルク出力過大などのモータ制御に関するエラーをコード化したものである。

一方、制御プロセスは、ＲＡＭ１１０ｃへアクセスして他方の制御プロセスが書き込んだ上記の情報の読み取りを行う。つまり、第１制御プロセス１３０ａに対してはＲＡＭ１１０ｃの所定の第１領域（警告領域）１３２ａが書き込み用に割り当てられており、所定の第２領域（警告領域）１３２ｂが読み込み用に割り当てられている。これに対して、第２制御プロセス１３０ｂに対しては第１領域１３２ａが読み込み用に割り当てられており、第２領域１３２ｂが書き込み用に割り当てられている。このようなＲＡＭ１１０ｃの利用により、各制御プロセスは各情報の交換を行うことができる。

ステップＳ４３において、操作者の指令によりシステム終了の指令が入力されると、第１制御プロセス１３０ａ及び第２制御プロセス１３０ｂは制御プロセス間通信の切断、インターフェイスアクセスの切断などの終了処理を行う。すべての制御プロセスが終了するときの判断条件として、ＲＡＭ１１０ｃを介して、すべての接続ポートにおいて、エラーが発生していないか、原点で停止しているか、モータ励磁が停止しているかの判断を行い、接続されていた作業部１５が通常の手続きに従って原点停止で終了していることを確保する。条件が非成立である場合には、システムを終了させずに、対応する接続ポートの番号を、動作状態表示器５１６に表示する。

このように、接続ポートごとに第１制御プロセス１３０ａ及び第２制御プロセス１３０ｂに分けて実行管理することで、フェールソフトなシステムを構築することができる。

また、接続ポートごとにインターフェイス、ドライバ、保護装置が設けられていることからシステムの可用性が高い。一方、ＣＰＵ１１０ａを含む演算部１１０は信頼性の高い構成部品であり、該演算部１１０をを共有することで、コストと可用性のバランスを取ることができる。また、接続ポートごとに制御プロセスを割り当てた構成にすることで、接続ポートの増設にも柔軟に対応でき、開発効率、機能拡張性に優れる。

接続ポートごとに、インターフェイス、ドライバ、保護装置を持ち、それぞれの制御プロセスが第１ドライバ１１６ａ及び第２ドライバ１１６ｂへの電力供給を個別に停止させ、モータ励磁の切り換えを行うことができる。各ドライバへの電力の供給停止の条件としては、前記の第１〜第３の条件を適用するとよい。

これにより、第１マニピュレータ１０ａ及び第２マニピュレータ１０ｂの双方の先端動作部１２が原点姿勢である場合、双方の作業部１５が取り外されている場合、及び双方が制御装置５１４ｂから取り外されている場合に、第１ドライバ１１６ａ及び第２ドライバ１１６ｂに対する電力供給を停止させて消費電力を抑制させることができる。

また、第１マニピュレータ１０ａ及び第２マニピュレータ１０ｂのいずれか一方の先端動作部１２が原点姿勢である場合、いずれか一方の作業部１５が取り外されている場合、及びいずれか一方が制御装置５１４ｂから取り外されている場合に、第１ドライバ１１６ａ及び第２ドライバ１１６ｂのうち対応する側だけの電力供給を停止させて消費電力を適切に抑制させることができる。

上記の例では、接続ポートが２つあるマニピュレータシステム５００ｂについて述べたが、接続ポートは３つ以上設けてもよい。腹腔鏡下手術においては、３以上のマニピュレータを用いる場合もあり、又は一度に２本しか用いない場合でも予備や次の手技用の準備として設けておくことが好適だからである。

また、２又は３以上のマニピュレータを１つの制御装置５１４ｂで制御することにより、演算部１１０等が共用化されて消費電力の抑制効果が大きい。

ところで、マニピュレータシステム５００ｂのように同時に複数のマニピュレータを操作できる多対多接続システムの場合、エラーの発生していない接続ポートと、エラーの発生している接続ポートが混在する状況があるため、その状況下でも術者に対して適切に情報提供しなければならない。

このような状況として、具体的には、一部の接続ポートで非原点接続エラーが発生している場合、それを解除するために、エラーを発生させた作業部１５を適切にもとの接続ポートへ接続しなければならず、エラーの発生していない未接続ポートへ接続し、動作を再開させることがないようにしなければならない。非原点接続エラーを起こしている作業部１５は、位相がずれている（つまり非原点位置である）が、その作業部１５を正常なポートへ接続すると、その姿勢を原点と設定してしまい、本来の動作範囲と逸脱した動作を指令することなり好ましくない。

通常、位相がずれている作業部１５は、正常終了した操作部１４には結合することはできないが、作業部１５に外力を加えて作業部１５の位相を戻してしまったり、作業部１５の位相のずれがわずかであったときに操作部１４へ無理に結合させるときに倣って位相が合ってしまう懸念がある。以下、このような状況を回避するために、他の接続ポートで非原点接続エラーを起こしている作業部１５が、正常状態の接続ポートに接続された場合（図１１におけるＹ２１）を接続ポートエラーと定義し、誤操作を防止する方法について図２０を参照して説明する。図２０の処理は、前記の図１３に示す処理に対応しており、ステップＳ５１〜Ｓ５６はステップＳ２１〜Ｓ２６と同じ処理である。また、ステップＳ５８及びＳ５９はステップＳ２７及びＳ２８と同じ処理である。

先ず、共有メモリとしてのＲＡＭ１１０ｃからの他ポート情報読み込みにおいて、他ポートで非原点接続エラーが発生していれば、そのエラーを起こしている種別ＩＤをｅｒｒＩＤ値として読み込む。非原点接続エラーが発生しているポートの数だけｅｒｒＩＤ値を記憶する。

非原点接続エラーが発生していない自ポートで他の作業部１５を接続できるのは、通常の原点停止時の着脱である。よって、接続フラグがＯＮでかつ原点停止フラグがＯＮである条件を満たすかどうかを判定し（Ｓ５５）、この条件を満足する場合に接続ポートエラー処理へと実行される。なお、作業部１５を接続できる状態として、自ポートが非原点接続エラーを起こしている状況が考えられるが、この場合に、他ポートで非原点接続エラーを起こしている別の作業部１５を接続すると、再接続エラーと認識される。

次に、自ポートが記録しているｎｏｗＩＤ値とｅｒｒＩＤ値を比較して（Ｓ５７ａ）、両者の値が等しければ、他ポートで非原点接続エラーを発生させた作業部１５が自ポートに接続されたことを意味する接続ポートエラーと判別し、接続ポートエラーフラグをＯＮに設定する（Ｓ５７ｂ）。両者のＩＤ値を比較した結果、その値が異なれば、接続ポートエラーを解除または発生していないと判別し、接続ポートエラーがあればそれを解除し、接続ポートエラーフラグをＯＦＦに設定する（Ｓ５７ｃ）。なお、分岐判断Ｓ５７ａは、図１３において、分岐判断Ｓ２５と分岐判断Ｓ２６ａの間に挿入されたと判断される。

この後は前述と同様に、条件判定しサーボ切り換え判定処理に移る。ここでの分岐判断（Ｓ５８）での判定条件の“エラー”は、非原点接続エラーフラグがＯＮ、再接続エラーフラグがＯＮ、又は接続ポートエラーフラグがＯＮであることを意味する。

何らかの不測の事態により意図して原点姿勢以外の作業部１５の接続を外し、新たな作業部１５ａ〜１５ｄを接続するという場合のために、制御装置５１４ｂは接続ポートごとにエラーを解除する機能を有している。非原点接続エラーフラグ、再接続エラーフラグ、接続ポートエラーフラグをそれぞれＯＦＦに設定し、目標値とセンサ読み取り角度を初期化し現姿勢を原点姿勢とする。

なお、プロセス間通信の形態としてＲＡＭ１１０ｃによる方法について例示したが、ソケット通信を利用しても情報の授受ができる。また、第１マニピュレータ１０ａの制御用と第２マニピュレータ１０ｂの制御用に個別の演算部１１０を設け、これらの２つの演算部１１０（つまり、第１制御プロセス１３０ａ及び第２制御プロセス１３０ｂ）から共通してアクセス可能な共有メモリを設けてもよい。

マニピュレータシステム５００ａ、５００ｂ及び制御装置５１４ａ、５１４ｂは医療用のものとして説明したが、使用用途はこれに限らず、例えば、エネルギー機器等の狭隘部補修の用途や、患者から離れた箇所から電気通信手段等を介して手技を行う遠隔操作機構に好適に適用可能であることはもちろんである。

制御装置５１４ａ、５１４ｂで制御する制御対象は、マニピュレータ１０、１０ａ及び１０ｂに限られない。

本発明に係る作業機構及びマニピュレータ及び制御装置は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

第１の実施形態に係るマニピュレータシステムの概略構成図である。 第１の実施形態に係るマニピュレータシステムの構成の組合わせに係る説明図である。 マニピュレータの斜視図である。 先端動作部の斜視図である。 分解した先端動作部の斜視図である。 作業部と操作部とを分解したマニピュレータの斜視図である。 作業部と操作部とを分解したマニピュレータの側面図である。 第１の実施の形態に係るマニピュレータシステムの制御装置のブロック構成図である。 コネクタの正面図である。 コネクタの側面図である。 作業部の着脱動作時の概略作用の説明図である。 第１の実施形態に係るマニピュレータシステムの動作を示すメインフローチャートである。 第１の実施形態に係るマニピュレータシステムにおける状態判定処理のフローチャートである。 コネクタ切断時の姿勢軸目標値とモータ角度実測値のタイムチャートである。 ＩＤ取得と状態判定のフローチャートである。 第２の実施形態に係るマニピュレータシステムの構成の組合わせに係る説明図である。 第２の実施の形態に係るマニピュレータシステムの制御装置のブロック構成図である。 第１制御プロセスと第２制御プロセスの関係の説明図である。 第２の実施形態に係るマニピュレータシステムの動作を示すメインフローチャートである。 第２の実施形態に係るマニピュレータシステムにおける状態判定処理のフローチャートである。

符号の説明

１０、１０ａ、１０ｂ…マニピュレータ １２…先端動作部
１４、１４ａ〜１４ｄ…操作部 １５、１５ａ〜１５ｄ…作業部
３４…複合入力部 ４０、４１、４２…モータ
４０ａ、４１ａ、４２ａ…回転軸 ４３、４４、４５…角度センサ
４６…連結部 ４８…連結シャフト
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ…プーリ １０４…ＩＤ保持部
１０６…ＩＤ中継部 １１０…演算部
１１４、１１４ａ、１１４ｂ…保護装置 １１６、１１６ａ、１１６ｂ…ドライバ
１１９…外部電源 １２０…ＩＤ認識部
１２１…取外判断部 １２２…原点認識部
１２４…警告部 １３０ａ…第１制御プロセス
１３０ｂ…第２制御プロセス １５２…電力ピン
１５４、１５５…信号ピン １５６…ＩＤピン
５００ａ、５００ｂ…マニピュレータシステム ５１４ａ、５１４ｂ…制御装置
５２０…コネクタ

Claims (20)

1. マニピュレータ及び該マニピュレータを制御する制御部とを備えるマニピュレータシステムにおいて、
   前記マニピュレータは、操作指令を入力する操作部と、
   前記操作部に対して着脱自在で、前記操作部のアクチュエータに連携して動作する動作部を備える作業部とを備え、
   前記作業部は、固体識別用のＩＤを保持するＩＤ保持部を備え、
   前記制御部は、前記ＩＤ保持部のＩＤを認識するＩＤ認識部と、
   前記ＩＤ認識部で認識されたＩＤに基づいて、前記作業部が前記操作部から取り外されているか否かを判断する取外判断部と、
   前記動作部が規定の原点位置又は非原点位置であることを認識する原点認識部と、
   前記原点認識部から得られる信号に基づいて前記動作部が非原点位置であると判断される場合で、前記取外判断部の判断により前記作業部が前記操作部から取り外されていると判断されるときに取外警告を発する警告部と、
   を有することを特徴とするマニピュレータシステム。
2. 請求項１記載のマニピュレータシステムにおいて、
   前記取外警告を発しているときに、前記ＩＤ認識部から得られるＩＤを監視し、前記作業部が再接続されたことを認識し、得られたＩＤが取り外し前に認識したＩＤと等しいときに前記取外警告を解除し、得られたＩＤが取り外し前に認識したＩＤと異なるときに誤接続警告を発することを特徴とするマニピュレータシステム。
3. 請求項１又は２記載のマニピュレータシステムにおいて、
   前記取外判断部により前記作業部が取り外されていると判断される場合には、前記制御部は、前記動作部を動作させるアクチュエータに対する電力供給を停止させることを特徴とするマニピュレータシステム。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のマニピュレータシステムにおいて、
   前記原点認識部により前記動作部が原点位置にあると判断される場合には、前記制御部は、前記動作部を動作させるアクチュエータに対する電力供給を停止させることを特徴とするマニピュレータシステム。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のマニピュレータシステムにおいて、
   前記操作部における人手によって操作される入力手段の信号により前記操作部が取り外されていると判断される場合には、前記制御部は、前記動作部を動作させるアクチュエータを駆動するドライバに対する電力供給を停止させることを特徴とするマニピュレータシステム。
6. 請求項１又は２記載のマニピュレータシステムにおいて、
   前記ＩＤ認識部により前記作業部が取り外されていると判断される場合には、前記制御部は、前記動作部を動作させるアクチュエータを駆動するドライバに対して停止信号を供給することを特徴とするマニピュレータシステム。
7. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のマニピュレータシステムにおいて、
   前記原点認識部により前記動作部が原点位置にあると判断される場合には、前記制御部は、前記動作部を動作させるアクチュエータを駆動するドライバに対して停止信号を供給することを特徴とするマニピュレータシステム。
8. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のマニピュレータシステムにおいて、
   前記操作部における人手によって操作される入力手段の信号により前記操作部が取り外されていると判断される場合には、前記制御部は、前記動作部を動作させるアクチュエータを駆動するドライバに対して停止信号を供給することを特徴とするマニピュレータシステム。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のマニピュレータシステムにおいて、
   前記ＩＤ保持部は、前記操作部のＩＤ検出部に対して非接触でＩＤを伝達するように構成されていることを特徴とするマニピュレータシステム。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載のマニピュレータシステムにおいて、
    前記操作部における人手によって操作される入力手段には、操作量を検出する検出部に所定の電圧が印加され、該電圧の所定範囲が操作範囲として設定され、前記制御部は、前記検出部から供給される電圧が前記所定範囲以外であることに基づいて前記操作部が取り外されたことを認識することを特徴とするマニピュレータシステム。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載のマニピュレータシステムにおいて、
    前記取外判断部は、認識するＩＤが変化したときに前記作業部が取り外されたと判断することを特徴とするマニピュレータシステム。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載のマニピュレータシステムにおいて、
    前記操作部と前記制御部との接続箇所には一対のコネクタが設けられ、
    一対の前記コネクタは、前記動作部を動作させるアクチュエータに電力を供給する電力ピンと、前記動作部の位置を検出するセンサに接続される信号ピンと、前記ＩＤ保持部に接続されるＩＤピンとを有し、
    一対の前記コネクタが外されるときに、前記電力ピンの雄雌が非接続となった後に前記信号ピンの雄雌が非接続となり、又は前記ＩＤピンの雄雌が非接続となった後に前記電力ピンの雄雌が非接続となるように各ピンの長さが設定されていることを特徴とするマニピュレータシステム。
13. 請求項１２記載のマニピュレータシステムにおいて、
    前記ＩＤは複数ビットからなる２進数で表され、前記ＩＤピンはビット数に応じた数だけ設けられ、前記ＩＤ保持部はＩＤの特定ビットに対応してアクティブな信号を前記操作部のＩＤ検出部に供給し、前記特定ビット以外は前記ＩＤ検出部でネガティブな信号として認識されることを特徴とするマニピュレータシステム。
14. 請求項１３記載のマニピュレータシステムにおいて、
    前記アクティブな信号は、ＩＤの複数ビットのうち半分以上のビットに割り当てられていることを特徴とするマニピュレータシステム。
15. 請求項１３〜１４のいずれか１項に記載のマニピュレータシステムにおいて、
    前記ＩＤピンは、他のピンと比較して最も外周側で、且つ略等角度に配置されていることを特徴とするマニピュレータシステム。
16. 請求項１５記載のマニピュレータシステムにおいて、
    前記ＩＤ保持部は、前記ＩＤピンでネガティブな信号に対応するピンの両隣はアクティブな信号に対応するようにＩＤが設定されていることを特徴とするマニピュレータシステム。
17. 請求項１〜１６のいずれか１項に記載のマニピュレータシステムにおいて、
    前記制御部には、少なくとも２台のマニピュレータが接続可能に構成され、
    前記制御部は、第１マニピュレータを制御する第１制御プロセス部と、第２マニピュレータを制御する第２制御プロセス部と、前記第１制御プロセス部及び前記第２制御プロセス部から共通してアクセス可能な記憶部と、
    を有し、
    前記第１制御プロセス部は、前記取外警告を発する際に、前記記憶部の所定の警告領域にＩＤが認識可能なように信号を記録し、前記取外警告を解除する際に、前記警告領域に記録された前記信号を取り消し、
    第２制御プロセス部は、前記警告領域から前記信号を読み取り前記第１制御プロセス部が記録したＩＤを読み取り、第２制御プロセス部におけるＩＤ認識部から得られるＩＤが前記第１制御プロセス部が記録したＩＤと等しいとき、前記第２マニピュレータの駆動を禁止することを特徴とするマニピュレータシステム。
18. 請求項１７記載のマニピュレータシステムにおいて、
    前記第１制御プロセス部と前記第２制御プロセス部は同一の演算部により同時並列的に実行されるソフトウェア処理であることを特徴とするマニピュレータシステム。
19. 請求項１８記載のマニピュレータシステムにおいて、
    前記第１マニピュレータのアクチュエータを駆動する第１ドライバと、
    前記第２マニピュレータのアクチュエータを駆動する第２ドライバと、
    を有し、
    前記演算部が、前記第１ドライバ及び前記第２ドライバに対して個別に電力供給を停止可能に構成されていることを特徴とするマニピュレータシステム。
20. 制御対象において操作指令を入力する操作部と、
    前記操作部に対して着脱自在で、前記操作部のアクチュエータに連携して動作する動作部を備える作業部と、
    前記作業部に設けられ、固体識別用のＩＤを保持するＩＤ保持部と、
    前記操作部に設けられ、前記ＩＤを検出するＩＤ検出部と、
    を有する制御対象の制御装置であって、
    前記ＩＤ検出部から供給される信号に基づいてＩＤを認識するＩＤ認識部と、
    前記ＩＤ認識部で認識されたＩＤに基づいて、前記作業部が前記操作部から取り外されているか否かを判断する取外判断部と、
    前記動作部が規定の原点位置又は非原点位置であることを認識する原点認識部と、
    前記原点認識部から得られる信号に基づいて前記動作部が非原点位置であると判断される場合で、前記取外判断部の判断により前記作業部が前記操作部から取り外されていると判断されるときに取外警告を発する警告部と、
    を有することを特徴とする制御装置。

Images