CN105612032B - 机械手系统的控制方法和机械手系统 - Google Patents

机械手系统的控制方法和机械手系统 Download PDF

Info

Publication number
CN105612032B
CN105612032B CN201480055321.XA CN201480055321A CN105612032B CN 105612032 B CN105612032 B CN 105612032B CN 201480055321 A CN201480055321 A CN 201480055321A CN 105612032 B CN105612032 B CN 105612032B
Authority
CN
China
Prior art keywords
joint
arm
hand system
moving direction
end actuator
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.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201480055321.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN105612032A (zh
Inventor
小川量平
岸宏亮
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.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
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 Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
Priority claimed from PCT/JP2014/077644 external-priority patent/WO2015060207A1/ja
Publication of CN105612032A publication Critical patent/CN105612032A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105612032B publication Critical patent/CN105612032B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/005—Flexible endoscopes
    • A61B1/0051—Flexible endoscopes with controlled bending of insertion part
    • A61B1/0052—Constructional details of control elements, e.g. handles
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/74—Manipulators with manual electric input means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/77—Manipulators with motion or force scaling
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/04—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating
    • A61B18/12—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by passing a current through the tissue to be heated, e.g. high-frequency current
    • A61B18/14—Probes or electrodes therefor
    • A61B18/1492—Probes or electrodes therefor having a flexible, catheter-like structure, e.g. for heart ablation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00017—Electrical control of surgical instruments
    • A61B2017/00212—Electrical control of surgical instruments using remote controls
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28—Surgical forceps
    • A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A61B2017/2926—Details of heads or jaws
    • A61B2017/2927—Details of heads or jaws the angular position of the head being adjustable with respect to the shaft
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28—Surgical forceps
    • A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A61B2017/2926—Details of heads or jaws
    • A61B2017/2927—Details of heads or jaws the angular position of the head being adjustable with respect to the shaft
    • A61B2017/2929—Details of heads or jaws the angular position of the head being adjustable with respect to the shaft with a head rotatable about the longitudinal axis of the shaft
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B2034/301—Surgical robots for introducing or steering flexible instruments inserted into the body, e.g. catheters or endoscopes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/74—Manipulators with manual electric input means
    • A61B2034/742—Joysticks

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Endoscopes (AREA)

Abstract

本发明提供一种机械手系统的控制方法，其中，该机械手系统具有：机械手，其具有前端执行器和关节部；以及操作输入装置，其能够经由输入部件输入前端执行器的移动方向，关节部具有：第一关节，其能够绕沿着前端执行器和关节部的排列方向的第一轴摆动；以及第二关节，其位于比该第一关节靠前端侧的位置，能够绕与第一轴垂直的第二轴摆动，该机械手系统的控制方法包含如下步骤：接收步骤(S2)，接收移动方向；旋转步骤(S3)，根据移动方向使第一关节动作；弯曲步骤(S6)，使第二关节动作；以及转移步骤(S5)，根据对操作部件进行的操作的物理量的大小的变化，从旋转步骤(S3)转移到弯曲步骤(S6)。

Description

机械手系统的控制方法和机械手系统
技术领域
本发明涉及机械手系统的控制方法和机械手系统。
背景技术
以往，公知有具有处置器具和操作输入装置的医疗用的机械手系统，其中，处置器具具有前端执行器和关节部，操作输入装置由手术人员进行手动操作(例如，参照专利文献1至3。)。手术人员通过使用手边的操作输入装置对关节部进行操作，能够对体内的前端执行器进行远程操作。专利文献1的操作输入装置具有主臂，该主臂具有与关节部的关节结构相似的关节结构。专利文献2、3的操作输入装置具有操纵杆式或键式的操作部件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第5011060号公报
专利文献2：日本特开2009-101077号公报
专利文献3：日本特开平10-262900号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在从基端侧依次具有能够绕处置器具的长度轴旋转的旋转关节和能够在与所述长度轴交叉的方向上弯曲的弯曲关节的处置器具中，根据旋转关节的姿势，有时无法仅通过弯曲关节的动作而直接使前端执行器向所期望的方向移动。
在这种情况下，在专利文献1的操作输入装置中，需要组合旋转关节和弯曲关节两者使其动作，手术人员必须计算这些关节的动作方向和动作量。这种作业具有非常繁杂并且要求熟练性的问题。并且，如果使用与处置器具呈相似结构的操作输入装置来使多个关节同时动作，则主臂的动作量变大，具有难以实现操作输入装置的小型化的问题。
另一方面，专利文献2、3的操作输入装置适合于小型化。然而，伴随着旋转关节的旋转，显示器上显示的处置器具的弯曲关节的弯曲方向和手边的操作部件的输入方向的对应关系会变化。其结果为，失去了与输入输出的方向相关的一致性，操作者无法得到操作部件在操作方向上的反馈，因此具有无法直观地对前端执行器进行操作的问题。
本发明是鉴于上述的情况而完成的，其目的在于，在具备从基端侧依次具有旋转关节和弯曲关节的机械手的机械手系统中，提供仅以简单的操作在任意的方向上都能直观地对前端执行器进行操作并且能够使操作输入装置小型化的机械手系统的控制方法和机械手系统。
用于解决课题的手段
为了达成上述目的，本发明提供以下的手段。
本发明的第一方式是一种机械手系统的控制方法，其中，所述机械手系统具有：机械手，其从前端侧依次具有前端执行器和关节部；以及操作输入装置，其能够输入所述前端执行器的移动方向，所述关节部具有：第一关节，其能够绕沿着所述前端执行器和所述关节部的排列方向的第一轴摆动；以及第二关节，其位于比该第一关节靠前端侧的位置，能够绕与所述第一轴垂直的第二轴摆动，所述操作输入装置具有能够由操作者进行操作的操作部件，通过对该操作部件进行操作来输入所述移动方向，该机械手系统的控制方法包含如下步骤：接收步骤，从所述操作输入装置接收所述移动方向；旋转步骤，根据在该接收步骤中接收到的所述移动方向使所述第一关节动作；弯曲步骤，在该旋转步骤之后，根据在所述接收步骤中接收到的所述移动方向使所述第二关节动作；以及转移步骤，根据对所述操作部件进行的操作的物理量的大小的变化，从所述旋转步骤转移到所述弯曲步骤。
根据本发明的第一方式，当由操作者对操作部件进行操作时，在接收步骤中，接收与该操作对应的移动方向，在旋转步骤中，通过第一关节动作而使第二关节的摆动方向与移动方向对准，接着在弯曲步骤中，通过第二关节的动作而使前端执行器向移动方向移动。由此，不论输入的移动方向是哪个方向，都能够使前端执行器向移动方向移动。
在这种情况下，在转移步骤中，根据对操作部件进行的操作的物理量的大小的变化，动作的关节从第一关节切换到第二关节。即，操作者对操作部件施加与前端执行器的移动方向对应的操作，然后通过仅变更该操作的物理量(例如，时间、距离、压力)的简单的操作，就能够直观地使前端执行器在所期望的方向上移动。并且，由于操作输入装置只要能够输入至少前端执行器的移动方向即可，因此能够采用简单的结构，能够实现小型化。
在上述第一方式中，也可以是，所述接收步骤接收与所述操作部件被操作的二维的位置或方向对应的所述移动方向，所述转移步骤根据所述操作在同一位置或同一方向的所述物理量的变化，从所述旋转步骤转移到所述弯曲步骤。
这样，操作者仅通过对操作部件的同一位置进行操作或向同一方向对操作部件进行操作，就能使第一关节和第二关节依次动作。即，手术人员能够几乎不移动配置在操作部件上的手而使前端执行器移动。
在上述第一方式中，所述物理量可以是所述操作部件被操作的时间或者所述操作部件的移动量。
这样，操作者通过在对操作部件施加一次操作后仍持续进行操作或变更操作部件的移动量，依次使第一关节和第二关节动作。由此，能够进一步减少移动前端执行器所需的手术人员的手的移动。
在上述第一方式中，也可以是，所述机械手系统的控制方法包含对所述第二关节能够摆动的方向是否与所述移动方向一致进行判断的弯曲方向判断步骤，在所述弯曲方向判断步骤中判断为所述第二关节能够摆动的方向与所述移动方向一致的情况下，所述转移步骤转移到所述弯曲步骤。
这样，能够准确地使前端执行器在所输入的移动方向上移动。
本发明的第二方式是一种机械手系统的控制方法，其中，所述机械手系统具有：机械手，其从前端侧依次具有前端执行器和关节部；以及操作输入装置，其能够输入所述前端执行器的移动方向，所述关节部具有：第一关节，其能够绕沿着所述前端执行器和所述关节部的排列方向的第一轴摆动；以及第二关节，其位于比该第一关节靠前端侧的位置，能够绕与所述第一轴垂直的第二轴摆动，所述操作输入装置具有能够由操作者进行操作的操作部件，通过对该操作部件进行操作来输入所述移动方向，该机械手系统的控制方法包含如下步骤：接收步骤，从所述操作输入装置接收所述移动方向；旋转步骤，根据在该接收步骤中接收到的所述移动方向使所述第一关节动作；弯曲步骤，在该旋转步骤之后，根据在所述接收步骤中接收到的所述移动方向使所述第二关节动作；弯曲方向判断步骤，在所述旋转步骤期间，对所述第二关节能够摆动的方向是否与所述移动方向一致进行判断；以及转移步骤，在该弯曲方向判断步骤中判断为所述第二关节能够摆动的方向与所述移动方向一致的情况下，从所述旋转步骤转移到所述弯曲步骤。
根据本发明的第二方式，当在旋转步骤中第一关节开始动作时，在弯曲方向判断步骤中对第二关节的摆动方向是否与移动方向一致进行判断，在第二关节的摆动方向与移动方向一致时，通过转移步骤转移到弯曲步骤。由此，不论所输入的移动方向是哪个方向，都能够使前端执行器向移动方向移动。
在这种情况下，操作者通过仅对操作部件持续施加与前端执行器的移动方向对应的操作的简单的操作，就能够直观地使前端执行器在所期望的方向上移动。并且，由于操作输入装置只要能够输入至少前端执行器的移动方向即可，因此能够采用简单的结构，能够实现小型化。
在上述第一方式和第二方式中，所述机械手系统的控制方法可以包含使所述第二关节向规定的初始位置复位的复位步骤。
这样，能够使第二关节复位到规定的初始位置，例如前端执行器、第一关节以及第二关节配置在一条直线上的位置。
在上述第一方式和第二方式中，所述复位步骤可以包含复位指令接收步骤，该复位指令接收步骤接收指示所述第二关节向所述初始位置复位的复位指令。
这样，操作者通过输入复位指令能够在任意的时机使第二关节复位到规定的初始位置。
在上述第一方式和第二方式中，也可以是，所述旋转步骤中的所述第一关节的动作速度比所述弯曲步骤中的所述第二关节的动作速度大。
这样，迅速地进行第二关节的方向对准，缓慢地进行之后的第二关节的弯曲动作。由此，在利用基于第二关节的弯曲动作的前端执行器的移动进行切开等处置的情况下，能够提高使用便利性。
本发明的第三方式是一种机械手系统，该机械手系统具有：机械手，其从前端侧依次具有前端执行器和关节部，所述关节部具有第一关节和第二关节，其中，所述第一关节能够绕沿着所述前端执行器和所述关节部的排列方向的第一轴摆动，所述第二关节位于比该第一关节靠前端侧的位置且能够绕与所述第一轴垂直的第二轴摆动；操作输入装置，其具有能够由操作者进行操作的操作部件，能够通过对该操作部件进行操作来输入所述前端执行器的移动方向；以及控制装置，其根据该操作输入装置所输入的所述移动方向，使所述第一关节和所述第二关节依次动作，该控制装置使所述第一关节动作，然后根据对所述操作部件进行的所述操作的物理量的大小的变化使所述第二关节动作。
本发明的第四方式是一种机械手系统，该机械手系统具有：机械手，其从前端侧依次具有前端执行器和关节部，所述关节部具有第一关节和第二关节，其中，所述第一关节能够绕沿着所述前端执行器和所述关节部的排列方向的第一轴摆动，所述第二关节位于比该第一关节靠前端侧的位置且能够绕与所述第一轴垂直的第二轴摆动；操作输入装置，其具有能够由操作者进行操作的操作部件，能够通过对该操作部件进行操作来输入所述前端执行器的移动方向；以及控制装置，其根据该操作输入装置所输入的所述移动方向，使所述第一关节和所述第二关节依次动作，该控制装置使所述第一关节动作，然后，在所述第二关节能够摆动的方向与所述移动方向一致的情况下使所述第二关节动作。
发明效果
根据本发明实现了如下效果：仅以简单的操作在任意的方向上都能直观地对前端执行器进行操作，并且能够使操作输入装置小型化。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的机械手系统的整体结构图。
图2是示出图1的机械手系统所具有的处置器具的前端执行器和关节部的结构的(a)从前端侧观察时的主视图和(b)侧视图。
图3是示出图1的机械手系统所具有的操作输入装置的结构的主视图。
图4是示出图2的前端执行器和关节部的变形例的侧视图。
图5是示出图3的操作输入装置的变形例的立体图。
图6是对使用了图3的方向键的前端执行器的操作方法进行说明的图，示出(a)接收步骤、(b)旋转步骤以及(c)弯曲步骤中的关节部的动作。
图7是对(a)内窥镜的插入部和处置器具、(b)内窥镜影像以及(c)方向键的坐标系彼此的关系进行说明的图。
图8是示出本发明的一个实施方式的机械手系统的控制方法的流程图。
图9是示出图8的机械手系统的控制方法的变形例的流程图。
图10(a)、(b)是具有模式切换按钮的操作输入装置的变形例的主视图。
图11是对机械手系统的控制方法的变形例进行说明的图，示出(a)接收步骤、(b)复位步骤、(c)旋转步骤以及(d)弯曲步骤中的关节部的动作。
图12是对机械手系统的控制方法的另一个变形例进行说明的图，示出(a)接收步骤、(b)旋转步骤以及(c)弯曲步骤中的关节部的动作。
图13是具有复位按钮的操作输入装置的变形例的主视图。
图14(a)、(b)、(c)是示出具有操纵杆的操作输入装置的变形例且对操纵杆的动作进行说明的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一个实施方式的医疗用的机械手系统100进行说明。
如图1所示，本实施方式的机械手系统100具有：柔性的内窥镜1；处置器具(机械手)2，其能够沿着长度方向插入到该内窥镜1所具有的通道12内；操作输入装置3，其由手术人员(操作者)输入对该处置器具2的操作指示；以及控制装置4，其对处置器具2所具有的关节部23进行控制。
内窥镜1具有：具有挠性的细长的插入部11；以及通道12，其在长度方向上贯穿形成于该插入部11的内部。并且，内窥镜1在前端面具有照相机13，该照相机13从上侧对从通道12的出口突出的处置器具2进行俯瞰摄影，内窥镜1将由该照相机13取得的内窥镜影像输出给显示部5。
另外，内窥镜1不限定于柔性的内窥镜，根据用途也可以使用硬性的内窥镜。
处置器具2具有：具有挠性的细长的体部21；前端执行器22，其位于该体部21的前端侧，对治疗部位进行处置；关节部23，其对体部21和前端执行器22进行连结；以及驱动部24，其驱动该关节部23。在图1中，驱动部24与控制装置4设置为一体，但驱动部24也可以与控制装置4分体。
前端执行器22是例如钳子、剪刀、持针器、电极、缝合器等一般的手术用的处置器具中使用的前端部件。
如图2(a)、(b)所示，关节部23从基端侧依次具有第一关节23a和第二关节23b。第一关节23a是设置成能够绕与体部21的中心轴同轴的第一轴A1旋转的旋转关节。通过第一关节23a的旋转，前端执行器22能够在其周向上旋转。第二关节23b是设置成能够绕与第一轴A1垂直的第二轴A2摆动的弯曲关节，该弯曲关节能够在与体部21的中心轴交叉的方向上弯曲。通过第二关节23b的弯曲，前端执行器22能够在与体部21的中心轴交叉的方向上移动。这里，关于前端执行器22，规定了左右(LR)方向，第二关节23b和前端执行器22设置成能够在该LR方向上移动。
另外，在本实施方式中，为了便于说明，对仅具有两个关节23a、23b的关节部23进行了说明，但关节部23除了这两个关节23a、23b之外还可以具有关节。例如，还可以在第二关节23b的前端侧具有能够绕与第一轴A1垂直的第三轴摆动的第三关节。
驱动部24从控制装置4接收后述的第一控制信号或第二控制信号，根据第一控制信号来驱动第一关节23a，根据第二控制信号来驱动第二关节23b。
如图3所示，操作输入装置3具有：主体31，其具有手术人员(操作者)的单手能够把持的形状和尺寸；以及方向键(操作部件)32，其设置于该主体31。方向键32设置在能够由对主体31进行把持的单手的拇指T进行操作的位置。关于方向键32，规定了上下左右(UDLR)方向，其构成为能够在二维的多个方向上优选所有方向上进行输入。操作输入装置3将方向键32被按下的方向作为输入方向(移动方向)，通过例如无线通信发送给控制装置4。
图4和图5示出前端执行器22和操作输入装置3的变形例。如图4所示，作为前端执行器22的把持钳子可以是向其两侧摆动那样的结构。在这种情况下，用于对把持钳子进行开闭的开关34设置在主体31的例如相对于方向键32的背面侧。
控制装置4根据从操作输入装置3接收到的输入方向依次生成第一控制信号和第二控制信号，并将生成的控制信号发送给驱动部24，由此，以两个阶段对关节部23进行控制。具体而言，当开始接收输入方向时，控制装置4首先通过生成用于使第一关节23a旋转的第一控制信号并将该第一控制信号发送给驱动部24而使第一关节23a旋转以使得内窥镜影像内的前端执行器22的LR方向与输入方向一致。在内窥镜影像内的前端执行器22的LR方向与输入方向一致后，控制装置4接着通过生成用于使第二关节23b向输入方向弯曲的第二控制信号并将该第二控制信号发送给驱动部24而使第二关节23b弯曲。这样，通过伴随着方向键32的按下时间(物理量)的经过而使第一关节23a和第二关节23b依次动作，从而前端执行器22在方向键32所输入的方向上移动。
例如，如图6(a)至(c)所示，当在内窥镜影像内的前端执行器22的LR方向与内窥镜影像的LR方向(图中的LR方向)一致的状态下方向键32的左下方被按下的情况下(参照图6(a)。)，控制装置4通过使第一关节23a在逆时针方向上旋转45°，在内窥镜影像内，前端执行器22的LR方向朝向连结内窥镜影像的右上和左下的倾斜方向(参照图6(b)。)。接下来，控制装置4使第二关节23b向L方向弯曲(参照图6(c)。)。由此，前端执行器22按照在方向键32上输入那样向左下移动。
这里，只要从操作输入装置3连续地接收输入方向，控制装置4就按照上述的过程依次生成第一控制信号和第二控制信号。假设在来自操作输入装置3的输入方向的发送中断了的情况下，控制装置4通过中止控制信号的生成而使驱动部24停止。即，手术人员通过持续按压方向键32的同一方向，能够使第一关节23a和第二关节23b依次动作，使前端执行器22向所期望的方向移动。
如上所述，为了使前端执行器22的方向对准输入方向，控制装置4需要预先识别内窥镜影像内的前端执行器22的当前的LR方向。图7(a)至(c)示出插入部11的坐标系∑endoscope、该插入部11内的处置器具2的坐标系∑instrument、内窥镜影像的坐标系∑display以及主体31的坐标系∑master的关系。
内窥镜影像内的前端执行器22的LR方向的朝向是使用例如检测内窥镜影像内的前端执行器22的形状或检测设置于前端执行器22的标记等图像识别技术进行检测的。或者，也可以是，在将处置器具2插入到通道12后，进行初始动作以使得内窥镜影像内的前端执行器22的LR方向朝向规定的初始方向，然后通过编码器等对第一关节23a的旋转角度进行检测，并对检测出的旋转角度进行累积，由此，计算前端执行器22的当前的LR方向。或者，也可以代替进行初始动作，而将通道12和体部21的横截面形状设为非圆形或设置阻止体部21在通道12内旋转的结构，以使得体部21相对于插入部11在周向上的相对位置是恒定的。
接下来，参照图8对这样构成的机械手系统100的作用进行说明。
要想使用本实施方式的机械手系统100对患部进行处置，首先，将插入部11插入到体内，并将插入部11的前端配置到能够在显示部5所显示的内窥镜影像内观察到治疗部位的位置。接着，将处置器具2插入到通道12内。手术人员能够在内窥镜影像内对从通道12的出口突出的前端执行器22和关节部23进行观察。关于该内窥镜影像内的前端执行器22的LR方向的朝向，设置像上述那样使内窥镜1和处置器具2的相对位置恒定的结构，或者通过图像识别等进行检测并将检测出的朝向存储于控制装置4(步骤S1)。
接下来，手术人员把持主体31以使得内窥镜影像的UDLR方向与方向键32的UDLR方向大致一致，通过按下方向键32而使前端执行器22开始移动。在方向键32被持续按压的期间，输入方向被连续地从操作输入装置3向控制装置4发送(接收步骤S2)。控制装置4根据接收到的输入方向，首先通过生成第一控制信号而使第一关节23a旋转(旋转步骤S3)，以将前端执行器22的LR方向与输入方向对准(弯曲方向判断步骤S4)。在前端执行器22的方向对准结束后(步骤S4的“是”)，在仍然持续接收到输入方向的情况下(转移步骤S5)，控制装置4接着通过生成第二控制信号而使第二关节23b向输入方向弯曲(弯曲步骤S6)。由此，前端执行器22向输入方向移动。
这样，根据本实施方式，在无法仅通过第二关节23b的弯曲而直接使前端执行器22向输入方向移动的情况下，首先通过第一关节23a旋转来进行第二关节23b的方向对准以使得第二关节23b能够弯曲的方向与输入方向一致，然后，使第二关节23b向输入方向弯曲。此时，手术人员只要持续按压方向键32的想要使前端执行器22移动的方向即可，而不需要计算各关节23a、23b的动作方向和动作量或对这两个关节23a、23b分别进行操作。
这里，优选第一关节23a的动作速度比第二关节23b的动作速度大。这样，能够迅速地进行向输入方向的方向对准，能够缓慢地进行第二关节23b的摆动动作。这样的结构适合于利用第二关节23b的动作来切开组织的情况等，使用便利性变好。
这样，具有如下优点：仅以单一的简单的操作就能直观地使前端执行器22向任意的所期望的方向移动。并且，由于手术人员不需要频繁地对手边的方向键32进行视认，因此具有如下优点：能够持续注视内窥镜影像内的前端执行器22，能够将注意力集中于前端执行器22的操作。并且，由于控制这些关节23a、23b所需的输入仅为前端执行器22的移动方向即可，简单的结构的方向键32就足够了，因此能够实现可以单手把持的小型的操作输入装置3。
另外，第一关节23a能够在顺时针方向和逆时针方向上旋转，旋转步骤S3中的第一关节23a的旋转方向可以是预先规定的方向，也可以根据状况进行选择。例如，可以是，控制装置4选择顺时针方向和逆时针方向中的旋转量较小就能够完成的一方。或者，在将内窥镜影像的LR方向与该内窥镜影像内的前端执行器22的LR方向一致时的第一关节23a的角度设为0°时，如果第一关节23a的旋转角度超过90°，则内窥镜影像的LR方向变成与该内窥镜影像内的前端执行器22的LR方向相反，难以一边观察内窥镜影像一边直观地对前端执行器22进行操作。为了避免这种状况于未然，可以对第一关节23a的旋转方向进行控制以使得第一关节23a的旋转角度在－90°至+90°的范围内。并且，可以在旋转角度接近动作极限的情况下，将第一关节23a旋转180°后，再使其向旋转量较小就能够完成的一方的方向旋转。
并且，在本实施方式中，通过长按方向键32，使第一关节23a和第二关节23b依次动作，但可以取而代之，通过变更方向键32的按入量(物理量、移动量)而使第一关节23a和第二关节23b依次动作。
参照图9，对例如方向键32构成为能够以半按和全按两个阶段变更按入量的情况进行说明，手术人员首先半按方向键32(接收步骤S2)。在方向键32被半按的状态下(转移步骤S7的“否”)，控制装置4生成第一控制信号使第一关节23a旋转(旋转步骤S3)来进行第二关节23b的方向对准(弯曲方向判断步骤S4)。第一关节23a的旋转停止后(步骤S4的“是”)，手术人员全按方向键32(接收步骤S2)。在方向键32被全按的状态下(转移步骤S7的“是”)，控制装置4生成第二控制信号使第二关节23b弯曲(弯曲步骤S6)，由此，前端执行器22向输入方向移动。
这样，通过变更方向键32的按入量，也能够在将拇指T置于方向键32的同一位置的状态下，连续地使第一关节23a和第二关节23b依次动作。并且，与采用上述的长按的结构不同，手术人员能够决定第二关节23b开始弯曲的时机，能够更加提高使用便利性。
假设在第二关节23b的方向对准结束之前全按了方向键32的情况下，能够通过下述的第一至第三种方法中的任意一种进行应对。也可以构成为手术人员能够选择下述的第一至第三种方法中的一种。
作为第一种方法，持续使第一关节23a旋转直到第二关节23b的方向对准结束为止，在方向对准结束后使第二关节23b弯曲。
作为第二种方法，在方向键32被全按的时刻，停止第一关节23a的旋转，开始第二关节23b的弯曲。
作为第三种方法，强制停止两个关节23a、23b的动作，输出表示第二关节23b的方向对准未完成的内容的通知信号。強制停止能够通过例如半按方向键32的任意的方向来解除。
并且，在本实施方式中，如图10(a)、(b)所示，可以在主体31上设置模式切换开关7，该模式切换开关7择一地对使第一关节23a旋转的旋转模式和使第二关节23b弯曲的弯曲模式进行选择。该模式切换开关7设置在能够使用与拇指T不同的手指进行操作的位置，手术人员能够在将拇指T置于方向键32的状态下切换模式。
图10(a)、(b)所示的模式切换开关7是按钮式的，如图10(a)所示，在模式切换开关7处于非按下状态时，控制装置4选择旋转模式，在方向键32被按下时使第一关节23a旋转。另一方面，如图10(b)所示，在模式切换开关7处于按下状态时，控制装置4选择弯曲模式，在方向键32被按下时使第二关节23b弯曲。但是，在弯曲模式下，控制装置4形成为：对内窥镜影像的前端执行器22的LR方向是否与输入方向一致进行判断，仅在一致的情况下使第二关节23b动作。
这样，通过设置模式切换开关7也能够直观地并且在将拇指T置于方向键32的同一位置的状态下对前端执行器22进行操作。
并且，在本实施方式中，在第二关节23b弯曲的状态下方向键32被输入其他方向时，如图11(a)至(d)所示，可以在执行使第二关节23b复位到前端执行器22和体部21配置在一条直线上的初始位置(即，0°)的复位步骤(参照图11(b)。)后，执行旋转步骤S3(参照图11(c)、(d)。)及以后的步骤。
在第二关节23b弯曲的状态下使第一关节23a旋转的情况下，前端执行器22的移动范围变广。因此，通过在使第一关节23a旋转之前，执行复位步骤使第二关节23b复位到初始位置，即使在狭窄的空间中也能够使前端执行器22顺畅地移动。
或者，如图12(a)至(c)所示，也可以在第二关节23b弯曲的状态下，执行旋转步骤S3及以后的步骤。
并且，也可以构成为：能够根据情况，对第一模式和第二模式进行切换，其中，在第一模式中，执行复位步骤后，执行旋转步骤S3及以后的步骤，在第二模式中，省略复位步骤而在第二关节23b弯曲的状态下执行旋转步骤S3及以后的步骤。例如，可以是，通过使前端执行器22与组织接触等在规定值以上的外力作用于前端执行器22的情况下，选择第一模式，在外力的大小不到规定値的情况下，选择第二模式。
关于该模式的切换，可以是控制装置4自动地进行，也可以是例如在规定值以上的外力作用于前端执行器22时，输出提醒手术人员向第一模式切换的警告。并且，在第二模式下，可以仅执行旋转步骤S3，而禁止弯曲步骤S6。或者，也可以构成为：在主体31上设置择一地对第一模式和第二模式进行选择的装置(例如，与图10中的模式切换开关7类似的开关)，手术人员能够对第一模式和第二模式中的一方进行选择。
并且，在本实施方式中，如图13所示，也可以在主体31上设置复位按钮8。该复位按钮8也优选设置在主体31的能够使用与拇指T不同的手指进行操作的位置。在这种情况下，在复位按钮8被按下时，控制装置4从操作输入装置3接收复位指令(复位指令接收步骤)，根据该复位指令强制地使至少第二关节23b复位到初始位置。
这样，手术人员能够在任意的时机使第二关节23b复位到初始位置。在这种情况下，也可以构成为：不仅使第二关节23b，也使第一关节23a复位到规定的初始位置(例如，内窥镜影像的LR方向与该内窥镜影像内的前端执行器22的LR方向一致的位置)。
并且，在本实施方式中，作为操作部件，对方向键32进行了说明，但可以取而代之，如图14(a)至(c)所示，采用能够在二维的多个方向优选所有方向上倾斜的操纵杆33。
在这种情况下，与方向键32的半按和全按对应地，控制装置4根据操纵杆33的倾斜角度(物理量、移动量)的变化而从旋转步骤S3转移到弯曲步骤S6。例如，操纵杆33构成为能够在较浅的第一角度(参照图14(b)。)和较深的第二角度(参照图14(c)。)之间变更倾斜角度。控制装置4可以构成为：在操纵杆33的倾斜角度是第一角度时执行旋转步骤S3，在操纵杆33的倾斜角度是第二角度时执行弯曲步骤S6。
这样，手术人员也能够以仅使操纵杆33向一个方向倾斜然后变更倾斜角度的简单的操作，直观地使前端执行器22向任意的所期望的方向移动。
标号说明
1：内窥镜；11：插入部；12：通道；13：照相机；2：处置器具(机械手)；21：体部；22：前端执行器；23：关节部；23a：第一关节；23b：第二关节；24：驱动部；3：操作输入装置；31：主体；32：方向键(操作部件)；33：操纵杆(操作部件)；4：控制装置；5：显示部；7：模式切换开关；8：复位按钮；100：机械手系统；A1：第一轴；A2：第二轴；T：拇指；S2、S5：接收步骤；S3：旋转步骤；S4：弯曲方向判断步骤；S5、S7：转移步骤；S6：弯曲步骤。

Claims (11)

1.一种机械手系统的控制方法，其中，所述机械手系统具有：机械手，其从前端侧依次具有前端执行器和关节部；以及操作输入装置，其能够输入所述前端执行器的移动方向，所述关节部具有：第一关节，其能够绕沿着所述前端执行器和所述关节部的排列方向的第一轴摆动；以及第二关节，其位于比该第一关节靠前端侧的位置，能够绕与所述第一轴垂直的第二轴摆动，所述操作输入装置具有能够由操作者进行操作的操作部件，通过对该操作部件进行操作来输入所述移动方向，该机械手系统的控制方法包含如下步骤：
接收步骤，从所述操作输入装置接收所述移动方向；
旋转步骤，根据在该接收步骤中接收到的所述移动方向使所述第一关节动作；
弯曲步骤，在该旋转步骤后，根据在所述接收步骤中接收到的所述移动方向使所述第二关节动作；以及
转移步骤，根据对所述操作部件进行的操作的物理量的大小的变化，从所述旋转步骤转移到所述弯曲步骤，
其中，所述接收步骤接收与所述操作部件被操作的二维的位置或方向对应的所述移动方向，
所述转移步骤根据所述操作在同一位置或同一方向的所述物理量的变化，从所述旋转步骤转移到所述弯曲步骤。
2.根据权利要求1所述的机械手系统的控制方法，其中，
所述物理量是所述操作部件被操作的时间或者所述操作部件的移动量。
3.根据权利要求1或2所述的机械手系统的控制方法，其中，
所述机械手系统的控制方法包含对所述第二关节能够摆动的方向是否与所述移动方向一致进行判断的弯曲方向判断步骤，
在所述弯曲方向判断步骤中判断为所述第二关节能够摆动的方向与所述移动方向一致的情况下，所述转移步骤转移到所述弯曲步骤。
4.根据权利要求1或2所述的机械手系统的控制方法，其中，
该机械手系统的控制方法包含将所述第二关节复位到规定的初始位置的复位步骤。
5.根据权利要求1或2所述的机械手系统的控制方法，其中，
所述旋转步骤中的所述第一关节的动作速度比所述弯曲步骤中的所述第二关节的动作速度大。
6.一种机械手系统的控制方法，其中，所述机械手系统具有：机械手，其从前端侧依次具有前端执行器和关节部；以及操作输入装置，其能够输入所述前端执行器的移动方向，所述关节部具有：第一关节，其能够绕沿着所述前端执行器和所述关节部的排列方向的第一轴摆动；以及第二关节，其位于比该第一关节靠前端侧的位置，能够绕与所述第一轴垂直的第二轴摆动，所述操作输入装置具有能够由操作者进行操作的操作部件，通过对该操作部件进行操作来输入所述移动方向，该机械手系统的控制方法包含如下步骤：
接收步骤，从所述操作输入装置接收所述移动方向；
旋转步骤，根据在该接收步骤中接收到的所述移动方向使所述第一关节动作；
弯曲步骤，在该旋转步骤之后，根据在所述接收步骤中接收到的所述移动方向使所述第二关节动作；
弯曲方向判断步骤，在所述旋转步骤期间，对所述第二关节能够摆动的方向是否与所述移动方向一致进行判断；以及
转移步骤，在该弯曲方向判断步骤中判断为所述第二关节能够摆动的方向与所述移动方向一致的情况下，从所述旋转步骤转移到所述弯曲步骤，
其中，所述接收步骤接收与所述操作部件被操作的二维的位置或方向对应的所述移动方向，
所述转移步骤根据所述操作在同一位置或同一方向的物理量的变化，从所述旋转步骤转移到所述弯曲步骤。
7.根据权利要求6所述的机械手系统的控制方法，其中，
该机械手系统的控制方法包含将所述第二关节复位到规定的初始位置的复位步骤。
8.根据权利要求7所述的机械手系统的控制方法，其中，
所述复位步骤包含复位指令接收步骤，该复位指令接收步骤接收指示使所述第二关节向所述初始位置复位的复位指令。
9.根据权利要求6至8中的任意一项所述的机械手系统的控制方法，其中，
所述旋转步骤中的所述第一关节的动作速度比所述弯曲步骤中的所述第二关节的动作速度大。
10.一种机械手系统，该机械手系统具有：
机械手，其从前端侧依次具有前端执行器和关节部，所述关节部具有第一关节和第二关节，其中，所述第一关节能够绕沿着所述前端执行器和所述关节部的排列方向的第一轴摆动，所述第二关节位于比该第一关节靠前端侧的位置且能够绕与所述第一轴垂直的第二轴摆动；
操作输入装置，其具有能够由操作者进行操作的操作部件，通过对该操作部件进行操作能够输入所述前端执行器的移动方向；以及
控制装置，其根据该操作输入装置所输入的所述移动方向，使所述第一关节和所述第二关节依次动作，
该控制装置使所述第一关节动作，然后根据对所述操作部件进行的所述操作的物理量的大小的变化使所述第二关节动作，
其中，从所述操作输入装置接收与所述操作部件被操作的二维的位置或方向对应的所述移动方向，
所述控制装置根据所述操作在同一位置或同一方向的所述物理量的变化使所述第二关节动作。
11.一种机械手系统，该机械手系统具有：
机械手，其从前端侧依次具有前端执行器和关节部，所述关节部具有第一关节和第二关节，其中，所述第一关节能够绕沿着所述前端执行器和所述关节部的排列方向的第一轴摆动，所述第二关节位于比该第一关节靠前端侧的位置且能够绕与所述第一轴垂直的第二轴摆动；
操作输入装置，其具有能够由操作者进行操作的操作部件，通过对该操作部件进行操作能够输入所述前端执行器的移动方向；以及
控制装置，其根据该操作输入装置所输入的所述移动方向，使所述第一关节和所述第二关节依次动作，该控制装置使所述第一关节动作，然后，在所述第二关节能够摆动的方向与所述移动方向一致的情况下使所述第二关节动作，
其中，从所述操作输入装置接收与所述操作部件被操作的二维的位置或方向对应的所述移动方向，
所述控制装置根据所述操作在同一位置或同一方向的物理量的变化使所述第二关节动作。
CN201480055321.XA 2013-10-22 2014-10-17 机械手系统的控制方法和机械手系统 Expired - Fee Related CN105612032B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361894096P 2013-10-22 2013-10-22
US61/894,096 2013-10-22
JP2014010578A JP6053701B2 (ja) 2013-10-22 2014-01-23 マニピュレータシステムの制御方法およびマニピュレータシステム
JP2014-010578 2014-01-23
PCT/JP2014/077644 WO2015060207A1 (ja) 2013-10-22 2014-10-17 マニピュレータシステムの制御方法およびマニピュレータシステム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105612032A CN105612032A (zh) 2016-05-25
CN105612032B true CN105612032B (zh) 2017-09-01

Family

ID=53011735

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480055321.XA Expired - Fee Related CN105612032B (zh) 2013-10-22 2014-10-17 机械手系统的控制方法和机械手系统

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20160193000A1 (zh)
EP (1) EP3061577A4 (zh)
JP (1) JP6053701B2 (zh)
CN (1) CN105612032B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107848106B (zh) * 2015-07-31 2021-03-09 奥林巴斯株式会社 操纵器系统
CN106965190B (zh) * 2017-03-13 2020-06-26 山东若比邻机器人股份有限公司 机械手控制系统
CN112512759B (zh) * 2018-08-10 2024-06-11 川崎重工业株式会社 中介装置及使用该中介装置的中介方法
CN116421236B (zh) * 2023-04-26 2024-01-26 极限人工智能有限公司 一种手术器械用导管控制摇杆、导管驱动装置及手术器械

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS641885U (zh) * 1987-06-22 1989-01-09
JP3339953B2 (ja) * 1993-12-29 2002-10-28 オリンパス光学工業株式会社 医療用マスタースレーブ式マニピュレータ
JP3810177B2 (ja) * 1997-03-25 2006-08-16 オリンパス株式会社 内視鏡システム
JP2001087281A (ja) * 1999-09-20 2001-04-03 Olympus Optical Co Ltd 多機能マニピュレータ
JP2007130485A (ja) * 2004-03-30 2007-05-31 Toshiba Corp マニピュレータ装置
JP5121132B2 (ja) * 2005-11-02 2013-01-16 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 内視鏡システム、及び内視鏡用操作補助装置
US7524284B2 (en) * 2006-02-06 2009-04-28 Olympus Medical Systems Corp. Endoscopy system
JP4747070B2 (ja) * 2006-10-13 2011-08-10 テルモ株式会社 マニピュレータ
JP4960112B2 (ja) * 2007-02-01 2012-06-27 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 内視鏡手術装置
JP4256440B2 (ja) * 2007-08-10 2009-04-22 ファナック株式会社 ロボットプログラム調整装置
JP5011060B2 (ja) * 2007-10-22 2012-08-29 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 医療装置
JP5237608B2 (ja) * 2007-10-25 2013-07-17 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 医療装置
JP5011067B2 (ja) * 2007-10-31 2012-08-29 株式会社東芝 マニピュレータシステム
FR2927011B1 (fr) * 2008-01-31 2010-11-19 Pascal Barrier Manipulateur a decouplage des mouvements, et application aux instruments pour la chirurgie mini invasive
JP5431749B2 (ja) * 2009-03-04 2014-03-05 テルモ株式会社 医療用マニピュレータ
JP2012040202A (ja) * 2010-08-19 2012-03-01 Olympus Medical Systems Corp マニピュレータ
JP5859650B2 (ja) * 2011-08-25 2016-02-10 アンドコントロルＥｎｄｏｃｏｎｔｒｏｌ 係合解除可能なハンドル付きの手術器具
EP2967521B1 (en) * 2013-03-15 2019-12-25 SRI International Electromechanical surgical system

Also Published As

Publication number Publication date
CN105612032A (zh) 2016-05-25
US20160193000A1 (en) 2016-07-07
EP3061577A1 (en) 2016-08-31
JP2015080848A (ja) 2015-04-27
JP6053701B2 (ja) 2016-12-27
EP3061577A4 (en) 2017-07-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110475523B (zh) 用于操纵器的关联过程和相关系统
JP7275204B2 (ja) 遠隔操作医療システムにおけるオンスクリーンメニューのためのシステム及び方法
CN105612032B (zh) 机械手系统的控制方法和机械手系统
US10292780B2 (en) Haptic gloves and surgical robot systems
JP5336760B2 (ja) 内視鏡システム
CN108135667A (zh) 用于输入装置的可变扫动
JP4744595B2 (ja) 内視鏡外科手術器具
EP2442744B1 (en) Virtual measurement tool for minimally invasive surgery
CN106231980B (zh) 内窥镜装置
CN107708598A (zh) 医疗系统
EP3245975A1 (en) Operation input device and medical manipulator system
JP6109001B2 (ja) 医療用システムおよびその作動方法
JPWO2018159155A1 (ja) 医療用観察システム、制御装置及び制御方法
US20160175057A1 (en) Assistance device for imaging support of a surgeon during a surgical operation
CN106572791B (zh) 内窥镜系统
US20150038984A1 (en) Manipulator system
WO2017014301A1 (ja) 入力機構及び医療システム
CN105188511B (zh) 主从系统及其驱动方法
CN109688894A (zh) 内窥镜
WO2018216501A1 (ja) 制御装置、制御方法、および手術システム
US8038689B2 (en) Intracoelomic suturing and ligating method
CN112040879B (zh) 用于一医疗器材的控制单元
JP2002248073A (ja) 内視鏡湾曲装置
WO2015060207A1 (ja) マニピュレータシステムの制御方法およびマニピュレータシステム
KR20120105134A (ko) 수술용 로봇의 마스터 디바이스 및 이를 포함하는 수술용 로봇

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20170901