CN108024837B - 医疗支撑臂设备和医疗系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种不损害操作者的操作性并且可以减小尺寸的医疗支撑臂设备。医疗支撑臂设备设置有臂部，其中，医疗器具配置在其远端；以及可移动轴设置成提供至少6个自由度。可移动轴中的设置在远侧上的可移动轴调整医疗器具的取向，并且是响应于外力而旋转的被动轴。设置在近侧上的至少一个可移动轴调整医疗器具的位置并且是由致动器驱动的驱动轴。

Description

医疗支撑臂设备和医疗系统

技术领域

本公开涉及一种医疗支撑臂设备和一种医疗系统。

背景技术

最近，在医疗领域，支撑臂设备正用于支持手术。例如，提出了一种方法，其中，在支撑臂设备的臂部的前端设置包括相机等成像部，并且外科医生观看由成像部拍摄的图片的同时进行手术。或者，还提出了一种方法，其中，在臂部的前端设置镊子或牵开器等处理器具，使支撑臂设备利用处理器具来支持或者进行以往手动进行的手术。

通常，为了高精度地控制设置在臂部的前端的医疗器具(例如，上述成像部、处理器具等)的位置和姿势，并且还在使医疗器具移动时，考虑到外科医生的操作性，支撑臂设备的臂部被配置成可以支撑臂部的重量。例如，已知一种方法，由此，在臂部的基端侧设置配重，使得臂部整体平衡(即，使得可以支撑臂部本身的重量)，支撑臂设备被配置成所谓的平衡臂(例如，参考专利文献1)。

引文列表

专利文献

专利文献1：JP H8-266555A

发明内容

技术问题

然而，由于配重比较庞大，因此如果将支撑臂设备配置成平衡臂，则设备整体也变得庞大。因此，手术室的空间由支撑臂设备占据，手术工作可能受阻。另外，由于设备的重量整体变重，例如，在配置支撑臂设备使得臂部从天花板垂下的情况下，需要大规模的构建工作，存在增加安装成本的风险。此外，通常，由于对于设置有配重的支撑臂设备惯性也大，所以往往难以快速且舒适地操作臂部的前端。

因此，本公开提出了：一种新型改进的医疗支撑臂设备，该医疗支撑臂设备可以被配置成不会损害外科医生的可操作性并且还紧凑地配置；以及一种医疗系统，其设置有这种医疗支撑臂设备。

解决问题的方法

根据本公开，提供了一种医疗支撑臂设备，包括：臂部，被配置成使得医疗器具设置在前端上，并且设置可移动轴，使得臂部具有至少6个自由度。在可移动轴之中，设置在前端侧的规定医疗器具的姿势的可移动轴是随外力而旋转的被动轴，并且设置在基端侧的规定医疗器具的位置的至少一个轴是由致动器驱动的驱动轴。

另外，根据本公开，提供了一种医疗系统，包括：观察设备，被配置成拍摄手术部位的图像，以用于观察手术部位；以及显示设备，被配置成显示拍摄的图像。所述观察设备包括臂部，其被配置成使得拍摄图像的成像部设置在前端，并且设置可移动轴，使得臂部具有至少6个自由度，并且在所述臂部中，在可移动轴之中，设置在前端侧的规定成像部的姿势的可移动轴是随外力而旋转的被动轴，并且设置在基端侧的规定成像部的位置的至少一个轴是由致动器驱动的驱动轴。

根据本公开，对于设置在医疗支撑臂设备的臂部中的可移动轴，设置在基端侧上的规定医疗器具的位置的至少一个可移动轴被配置成驱动轴。根据该配置，通过驱动驱动轴来支撑在前端侧上的配置的重量，可以维持臂部的位置和姿势，而无需提供配重。因此，可以实现更紧凑且不会损害外科医生的操作性的医疗支撑臂设备。

发明的有益效果

根据如上所述的本发明，可以配置医疗支撑臂设备，其不损害外科医生的可操作性，而且紧凑。注意，上述效果不一定是限定性的。利用或代替上述效果，可以实现本说明书中描述的任何一种效果或者可以从本说明书中理解的其他效果。

附图说明

图1是示出根据第一实施例的医疗系统以及支撑臂设备的示意性配置的示图；

图2是用于说明在枢转操作期间的控制设备中的处理的说明图；

图3是示出在枢转操作期间的控制设备中的处理序列的示例的流程图；

图4是示出根据第二实施例的医疗系统以及支撑臂设备的示意性配置的示图；

图5是示出根据第三实施例的医疗系统以及支撑臂设备的示意性配置的示图；

图6是用于说明对旋转轴实现平衡的状态的说明图；

图7是示出根据第四实施例的医疗系统以及支撑臂设备的示意性配置的示图；

图8是示出根据第五实施例的医疗系统以及支撑臂设备的示意性配置的示图；

图9是示出根据第六实施例的医疗系统以及支撑臂设备的示意性配置的示图；

图10是示出根据第七实施例的医疗系统以及支撑臂设备的示意性配置的示图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本公开的优选实施例。注意，在本说明书和附图中，具有基本上相同的功能和结构的结构元件用相同的附图标记表示，并且省略这些结构元件的重复说明。

在下文中，按照以下顺序进行说明。

1、第一实施例

1-1、系统和支撑臂设备的配置

1-2、关节部的配置和臂部的操作

2、第二实施例

2-1、系统和支撑臂设备的配置

3、第三实施例

3-1、系统和支撑臂设备的配置

4、第四实施例

4-1、系统和支撑臂设备的配置

5、第五实施例

5-1、系统和支撑臂设备的配置

6、第六实施例

6-1、系统和支撑臂设备的配置

7、第七实施例

7-1、系统和支撑臂设备的配置

8、结论

9、补充

(1、第一实施例)

(1-1、系统和支撑臂设备的配置)

参考图1，描述根据本公开的第一实施例的医疗系统和支撑臂设备的配置。图1是示出根据第一实施例的医疗系统以及支撑臂设备的示意性配置的示图。

参考图1，根据第一实施例的医疗系统1a包括支撑臂设备500a和显示设备400。在图1中，示出了支撑臂设备500a用于对在手术台330上面的患者340进行手术的状态。具体地，在使用支撑臂设备500a的手术中，由稍后描述的支撑臂设备500a的成像部520拍摄患者340的手术部位341，并且在设置在手术室内部的显示设备400上显示所拍摄的图片。外科医生(未示出)在通过出现在显示设备400上的图片观察手术部位341的状态的同时，在手术部位341上进行各种治疗。这样，医疗系统1a是用于在手术期间支撑外科医生(使用者)的系统。

(显示设备400)

显示设备400是在显示屏幕上显示诸如文本和图像等各种格式的各种信息，从而在视觉上通知用户各种信息的设备。如上所述，显示设备400安装在手术室内部，并且显示由支撑臂设备500a的成像部520拍摄的手术部位341的图片。

例如，显示设备400包括功能，例如，对由成像部520获取的图片信号执行各种类型的图像处理的图片信号处理部(未示出)以及控制在显示屏上显示基于处理后的图片信号的图片的显示控制部(未示出)。以其他方式，显示设备400可以包括在典型的显示设备中包括的各种功能中的任一功能。

具体地，可以使用各种已知类型的显示设备中的任一种，作为显示设备400，例如，阴极射线管(CRT)显示设备、液晶显示设备、等离子显示设备或电致发光(EL)显示设备。而且，成像部520和显示设备400之间的通信可以通过各种已知类型的有线或无线方法中的任何一种来实现。

(支撑臂设备)

支撑臂设备500a设置有臂部510a、连接到臂部510a的前端的成像部520以及控制支撑臂设备500a的操作的控制设备530。支撑臂设备500a是设置在手术室内并支撑外科医生进行手术的医疗支撑臂设备500a。

臂部510a具有基端部分，其连接到手术室的天花板，并且安装成从天花板垂下。注意，图1示意性地示出了控制设备530，但是实际上，控制设备530可以设置在臂部510a的基端部分与天花板之间的连接部位，可以安装在与臂部510a相距一定距离的位置(例如，手术室的地板上)，或者可以通过各种有线或无线通信方法中的任意一种来与臂部510a可通信地连接。

注意，在下文中，当描述臂部510a的配置时，设置有成像部520的一侧也可以称为前端侧、前端部分等，而靠近天花板的一侧也可以称为基端侧、基端部分等。另外，垂直方向也称为z轴方向，而与z轴方向正交的两个方向(即，在水平面内相互正交的两个方向)称为x轴方向和y轴方向。

臂部510a包括分别设置在与每个旋转轴(按照从前端侧开始的顺序称为第一轴O₁、第二轴O₂、第三轴O₃、第四轴O₄、第五轴O₅和第六轴O₆)对应的位置的关节部511a、511b、511c、511d、511e以及511f以及通过关节部511b至511f彼此可旋转地接合的多个连杆512a、512b、512c、512d、512e和512f。而且，在臂部510a的前端，成像部520经由关节部511a连接。

注意，尽管在图1中简单地用实线表示，但是实际上，连杆512a至512f可以是具有预定厚度的杆状或管状部件。而且，连杆512a至512f的横截面形状不受限制，并且可以是各种形状中的任一种，例如，圆形、椭圆形或矩形。作为连杆512a至512f的具体结构，可以应用用作典型的支撑臂设备的连杆的各种类型中的任何一种。

而且，尽管在图1中通过圆和三角形的组合来简单地示出，但是实际上，关节部511a至511f具有充当旋转轴的轴、可枢转地支撑轴的轴承等，并且可以是使得一个元件能够围绕另一元件旋转的元件。然而，如后所述，第一实施例具有相对于关节部511a至511f设置的致动器和旋转编码器(在下文中简称为编码器)的特征设置。在第一实施例中，关节部511a至511f被配置成使得一个元件能够围绕另一元件旋转，并且还能够实现稍后描述的致动器和编码器的设置就足够了，而对于特定结构的剩余部分，可以应用用作典型的支撑臂设备的关节部的各种类型的任何一种。

将详细描述臂部510a的配置。在大致垂直方向上延伸的连杆512f的基端连接到天花板。连杆512f的前端通过关节部511f连接到连杆512e的基端，连杆512f通过关节部511f可旋转地支撑连杆512e。

此后，类似地，连杆512e、512d、512c和512b的前端分别通过关节部511e、511d、511c和511b连接到连杆512d、512c、512b和512a的基端。另外，连杆512e、512d、512c和512b分别通过关节部511e、511d、511c和511b可旋转地支撑连杆512d、512c、512b和512a。

成像部520通过关节部511a接合到连杆512a的前端。连杆512a通过关节部511a可旋转地支撑成像部520。

这样，与天花板连接的连杆512f的基端充当支点，多个连杆512a至512f的端部通过关节部511b至511f彼此接合，从而形成从天花板延伸的臂部形状。

在旋转轴中，第一轴O₁、第三轴O₃以及第六轴O₆是在与连杆512a、连杆512c和设置在基端侧的连杆512f的延伸方向大致平行的方向的旋转轴。在本说明书中，为了方便，具有这种方向的旋转轴也称为偏航轴。另一方面，第二轴O₂、第四轴O₄以及第五轴O₅是在与连杆512b、连杆512d和设置在基端侧的连杆512e的延伸方向大致正交的方向的旋转轴。在本说明书中，为了方便起见，具有这种方向的旋转轴也称为俯仰轴。

换言之，臂部510a是这样的设置，即，从基端侧开始依次为偏航轴(第六轴O₆)、俯仰轴(第五轴O₅)、俯仰轴(第四轴O₄)、偏航轴(第三轴O₃)、俯仰轴(第二轴O₂)和偏航轴(第一轴O₁)。利用该配置，在臂部510a中，相对于成像部520的运动实现三个平移自由度和三个旋转自由度，总共六个自由度。通过将臂部510a配置为具有六个自由度，可以在臂部510a的可移动范围内自由地移动成像部520。

然而，臂部510a的配置不限于所示的示例。在第一实施例中，臂部510a被配置成相对于成像部520的运动具有至少六个自由度，并且可以适当地设置关节部511a至511f以及连杆512a至512f的数量和设置、关节部511a至511f的驱动轴的方向、连杆512a至512f的长度等，使得臂部510a具有等于或大于六个自由度的期望的自由度就足够了。

在本文中，虽然在下面的(1-2、关节部的配置和臂部的操作)中稍后详细描述，但是在第一实施例中，这些旋转轴中的仅一些被配置成由致动器驱动的驱动轴。另外，其他旋转轴被配置成随外力而旋转的被动轴。外力例如是相对于驱动轴的旋转施加到被动轴的力或者根据试图移动成像部520的外科医生的操作施加到被动轴的力。

致动器至少包括产生驱动力的马达、检测旋转轴的旋转角度的旋转编码器(在下文中简称为编码器)以及检测作用于关节部上的力(转矩)的转矩传感器。致动器的驱动由控制设备530控制。通过使控制设备530控制相对于每个驱动轴设置的每个致动器的驱动，控制每个驱动轴中的旋转，并且控制臂部510a的驱动，例如，延伸或收缩(折叠)臂部510a。

成像部520是用于观察手术部位的观察单元的示例，例如，包括能够拍摄摄像目标的动态图像和/或静态图像的相机等。成像部520可以是所谓的视频显微镜。

当进行手术时，控制臂部510a和成像部520的位置和姿势，使得设置在臂部510a的前端的成像部520拍摄患者340的手术部位341。将关于由成像部520拍摄的手术部位341的图片信号传输到显示设备400。基于传输的图片信号，在显示设备400上显示手术部位341的图片。外科医生在通过出现在显示设备400上的图片观察手术部位341的同时，进行手术。

注意，对于成像部520的具体配置，可以应用各种已知类型的视频显微镜配置中的任何一种。例如，虽然在图1中简单地表示为杆状元件，但是实际上，成像部520可以包括：圆柱形壳体；图像传感器，其设置在壳体内部并且从摄像目标接收光(观察光)并输出对应于观察光的图片信号；以及光学系统，其也设置在壳体内部并且将观察光会聚到图像传感器上。在圆柱形壳体的底端部分内设有开口，物镜设置在开口中。观察光通过物镜进入壳体，并且通过光学系统将光会聚到图像传感器上，可以通过图像传感器获取表示摄像目标(例如，手术部位341)的图像的图片信号。

而且，成像部520可以设置有通过适当地移动包括在光学系统中的变焦透镜和聚焦透镜来调整倍率和焦距的功能。通过在显示设备400上显示由成像部520拍摄的适当放大的手术部位341的图片，外科医生能够执行对手术部位341的放大观察。例如，成像部520中的倍率和焦距的调整可以由外科医生通过设置在支撑臂设备500a上的输入设备(未示出)手动执行，或者可以通过使用典型的自动对焦功能(AF功能)等自动执行。以其他方式，成像部520可以设置有包括在典型的视频显微镜中的各种类型的功能中的任何一种。

在本文中，像支撑臂设备500那样，在臂部510a的前端设置有用于观察的患者的手术部位的观察单元的支撑臂设备500a，在本说明书中也称为观察设备500a。在所示的示例中，设置成像部520，作为观察单元，但观察单元并不限定于这种示例，例如，也可以设置内窥镜、光学显微镜等，作为观察单元。

然而，设置在臂部510a的前端的单元不限于观察单元，各种类型的医疗器具中的任何一种可以连接到臂部510a的前端。例如，也可以在臂部510a的前端连接钳子、牵开器等各种类型的处理器具中的任何一种。或者，例如，用于内窥镜或显微镜的光源或用于密封血管的手术能量装置可以连接在臂部510a的前端。

控制设备530包括诸如中央处理单元(CPU)或数字信号处理器(DSP)等处理器，或者其上安装有这些处理器和诸如存储器等存储元件的微控制器、控制板等。通过使控制设备530的处理器执行遵循预定程序的信号处理，控制支撑臂设备500a的操作。

在第一实施例中，力控制被有利地用作支撑臂设备500a的控制方法。通过力控制，臂部510a和成像部520的状态(位置、姿势、作用力等)被设置在每个关节部511a至511f中的编码器和/或转矩传感器检测。另外，基于臂部510a和成像部520的检测状态，计算使臂部510a执行期望的操作所需的驱动轴中生成的转矩。通过驱动相对于驱动轴设置的致动器，使得生成所计算的生成的转矩，控制臂部510a的操作，以执行期望的操作。期望的操作可以是例如重力补偿操作、位置精细移动操作、枢转操作等(将在后面进一步描述这些操作的细节)。

通过力控制，例如，响应于外科医生直接接触臂部510a，以移动臂部510a的操作，控制设备530可以控制致动器的驱动和臂部510a的操作，使得臂部510a在施加给臂部510a的力的方向移动(换言之，追踪外科医生的操作)。这样，通过使用力控制，外科医生能够在直接接触臂部510a的同时移动臂部510a，从而使得更容易和更直观的操作成为可能。注意，在以下描述中，外科医生在直接接触臂部510a的同时移动臂部510a的操作也被称为直接操作。

然而，第一实施例不限于这种示例，并且位置控制也可以用作支撑臂设备500a的控制方法。在通过位置控制来控制支撑臂设备500a的情况下，支撑臂设备500a可以设置有用于操作臂部510a的输入设备。外科医生能够通过输入设备移动臂部510a。

注意，作为通过力控制或位置控制的臂部510a的特定驱动方法，可以使用各种已知类型的方法中的任一种，因此在本文中省略了详细描述。

(1-2、关节部的配置和臂部的操作)

如参考图1所述，臂部510a是从基端侧开始依次设置偏航轴(第六轴O₆)、俯仰轴(第五轴O₅)、俯仰轴(第四轴O₄)、偏航轴(第三轴O₃)、俯仰轴(第二轴O₂)和偏航轴(第一轴O₁)的设置。

因此，在臂部510a中，通过控制围绕第一轴O₁的旋转，控制由成像部520拍摄的图片的朝向。而且，通过控制围绕第二轴O₂的旋转，控制成像部520在x-z平面中的朝向。而且，通过控制围绕第三轴O₃的旋转，控制成像部520在y-z平面中的朝向。换言之，第一轴O₁、第二轴O₂和第三轴O₃可以被认为是规定成像部520的光轴的朝向(或者换言之，成像部520的姿势)的旋转轴。

另一方面，通过控制围绕第四轴O₄、第五轴O₅和第六轴O₆的每个旋转，控制成像部520在三维空间中的位置。换言之，第四轴O₄、第五轴O₅和第六轴O₆可以被认为是规定成像部520的位置的旋转轴。

这样，在支撑臂设备500a的臂部510a中，在前端侧，设置可以规定设置在前端上的单元的姿势的旋转轴，而在基端侧，设置可以规定单元的位置的旋转轴。注意，旋转轴的这种设置不是第一实施例所特有的，并且也被广泛地应用在典型的支撑臂设备中。

在第一实施例中，在第一轴O₁至第六轴O₆中，设置在基端侧并且可以规定成像部520的位置的旋转轴(即第四轴O₄至第六轴O₆)被配置成驱动轴。换言之，致动器设置在与这些旋转轴对应的关节部511d至511f中。

此外，设置在前端侧并且可以规定成像部520的姿势的旋转轴(即第一轴O₁至第三轴O₃)被配置成被动轴。对应于这些旋转轴的关节部511a至511c没有设置致动器，并且仅设置有编码器。

注意，在图1中，为了理解，设置有致动器的关节部511d至511f用“A”表示，并且设置有编码器的关节部511a至511c仅用“E”表示，由此，表示致动器和编码器的设置。

根据该配置，通过利用控制设备530适当地控制设置在关节部511d至511f中的致动器的驱动，臂部510a能够执行重力补偿操作、位置精细移动操作和枢转操作。

重力补偿操作指的是利用任何一个致动器来支撑比设置有致动器的关节部(即，对应于任何驱动轴的关节部)在前端侧上更远的臂部510a的配置的重量的操作。在重力补偿操作期间，为了支撑重量，驱动作为俯仰轴的驱动轴。根据第一实施例，驱动设置在与作为俯仰轴的驱动轴(第四轴O₄和第五轴O₅)对应的关节部511d和511e上的致动器，以支撑在前端侧上比关节部511d更远的配置(即，连杆512c、关节部511c、连杆512b、关节部511b、连杆512a、关节部511a和成像部520)的重量，从而实现重力补偿操作。

具体地，在重力补偿操作中，通过设置在关节部511a至511c中的编码器，检测这些关节部511a至511c中的旋转角度。控制设备530基于检测到的旋转角度来计算前端侧的配置的当前重心位置。另外，基于在前端侧的配置的计算的重心位置，控制设备530来计算通过在前端侧的配置施加于基端侧的力矩，并驱动设置在关节部511d和511e中的致动器，从而生成抵消力矩的转矩。

注意，预先输入到控制设备530中的臂部510a的内部模型包括关于前端侧上的配置的重量的信息，作为关于臂部510a的结构的信息。因此，控制设备530能够基于关于前端侧上的配置的计算出的重心位置的信息和关于在前端侧的配置的重量的信息来计算上述力矩。

通过进行重力补偿操作，即使没有配重，在臂部510a中，也可以维持位置和姿势。因此，可以实现更紧凑和更轻的支撑臂设备500a。

在本文中，为了进行重力补偿操作，能够在远离基端侧的任何关节部处支撑在支撑臂部510a的前端侧上的配置的重量即可。因此，在设置在臂部510a中的旋转轴之中，至少将基端侧的轴相对配置为驱动轴即可。例如，有利地，可以规定成像部520的位置的三个轴(第四轴O₄至第六轴O₆)中的至少一个轴可以被配置成驱动轴。换言之，可以实现重力补偿操作的臂部510a的配置不必限于根据第一实施例的配置，并且如果满足上述条件，则可以是另一配置。例如，根据稍后描述的第二到第七实施例的支撑臂设备500b、500c、500d、200a、200b和200c可以满足上述条件，并且可以实现重力补偿操作。

而且，位置精细移动操作是指根据外科医生的操作，将成像部520在x轴方向、y轴方向或z轴方向上平移微量的操作。例如，在成像部520放大并拍摄微小部位的情况下，即使成像部520仅仅稍微移动，观察范围也大幅移动。因此，在想要稍微移动观察范围的情况下，需要使成像部520移动极少量。在这种情况下，即使臂部510a处于完全自由移动的状态并且外科医生试图调整成像部520的位置，也难以将成像部520稍微移动到期望的位置。因此，通过执行位置精细移动操作，可以使成像部520稍微移动，使得可以更容易地移动观察范围。

注意，在应用力控制作为支撑臂设备500a的控制方法的情况下，可以根据外科医生的直接操作来执行位置精细移动操作，而在应用位置控制作为支撑臂设备500a的控制方法的情况下，可以根据外科医生通过诸如杠杆或方向键等输入设备输入的操作来执行位置精细移动操作。在前一种情况下，由外科医生试图移动臂部510a或成像部520而施加的力由驱动轴的致动器的转矩传感器检测，致动器由控制设备530驱动，并且控制臂部510a的运动，使得成像部520在力的方向上精细地移动。另一方面，在后一种情况下，致动器由控制设备530驱动，并且控制臂部510a的运动，使得成像部520在由外科医生通过输入设备输入的方向上精细地移动。

在本文中，为了执行位置精细移动操作，成像部520的位置需要通过驱动致动器而可移动，因此，可以规定成像部520的位置的至少三个轴(第四轴O₄至第六轴O₆)被配置成驱动轴就足够了。换言之，可以实现位置精细移动操作的臂部510a的配置不必限于根据第一实施例的配置，并且如果满足上述条件，则可以是其他配置。例如，根据稍后描述的第六和第七实施例的支撑臂设备200b和200c可以满足上述条件，并且可以实现位置精细移动操作。

另外，枢转操作是指这样的操作，其中，在成像部520的光轴面向空间中的预定点的同时成像部520移动，另外，成像部520维持到预定点的固定距离。充当枢转操作的参考点的上述预定点也被称为枢转点。例如，在将枢转点设置到手术部位341的状态下，例如，枢转操作，可以在总是面对手术部位341并且同时保持到手术部位341的固定距离来移动成像部520，由此，能够从各种角度观察手术部位341，对外科医生而言提高了便利性。

在本文中，将详细描述在枢转操作期间的控制设备530中的处理。当外科医生移动成像部520时，通过控制设备530控制第四轴O₄到第六轴O₆的旋转角度，来实现枢转操作，使得在成像部520的光轴面向观察部位的方向的同时，另外，同时在成像部520和观察部位之间保持固定的距离来成像部520移动。换言之，在枢转操作期间，根据用户操作确定被动轴(即第一轴O₁至第三轴O₃)的旋转角度(即，前端侧上的配置的姿势)，确定第四轴O₄至第六轴O₆的旋转角度，使得可以由控制设备530根据前端侧上的配置的姿势来实现枢转操作，结果，唯一确定所有旋转轴中的旋转角度。

将参考图2和图3来描述在枢转操作期间的控制设备530中的处理。图2是用于说明在枢转操作期间的控制设备530中的处理的说明图。注意，在图2中，仅从图1中提取并且示出支撑臂设备500a。图3是示出在枢转操作期间的控制设备530中的处理序列的示例的流程图。注意，通过使控制设备530的处理器根据预定程序进行操作来执行图3所示的每个处理。

如图2所示，第一轴O₁至第六轴O₆的旋转角度取为q1至q6。此外，枢轴点位于X_f＝(x_f、y_f、z_f)。例如，枢轴点X_f是患者340的手术部位341。而且，与第一轴O₁至第三轴O₃对应的关节部511a至511c之间的配置是与所谓的手腕部分对应的部分，手腕部分的重心位置(手腕点)取为X_W。此外，根据第一轴O₁至第三轴O₃的三个旋转角度q1至q3，表示手腕部分的姿势的矢量(即姿势矢量v)被表示为u＝f(q1、q2、q3)。

在枢转操作期间，预设枢轴点X_f以及从枢轴点X_f到手腕点X_w的距离f。换言之，在枢转操作期间，控制设备530获得关于枢轴点X_f在空间中的坐标(x_f、y_f、z_f)以及从枢转点X_f到手腕点X_w的距离f的信息。

参考图3，在枢转操作期间，首先，检测根据用户操作而改变的第一轴O₁至第三轴O₃的旋转角度q1、q2和q3，并且确定姿势矢量u＝f(q1、q2、a3)(步骤S101)。具体地，旋转角度q1、q2、q3由设置在关节部511a至511c的编码器检测。将每个编码器的旋转角度的检测值(q1、q2、q3)传输到控制设备530，在控制设备530中，基于这些检测值，计算姿态矢量u。

接下来，根据枢轴点X_f＝(x_f、y_f、z_f)和姿势矢量u＝f(q1、q2、a3)确定手腕点X_w(步骤S103)。在本文中，通常，在被配置为具有六个自由度的臂部中，对于单个姿势向量u，可以唯一确定距预定的枢转点X_f的距离为f的手腕点X_w。如上所述，由于支撑臂设备500a的臂部510a被配置成具有六个自由度，所以在第一实施例中，在步骤S103中，唯一确定手腕点X_w。

接下来，确定第四轴O₄至第六轴O₆的旋转角度q4、q5和q6，以便实现所确定的手腕点X_w(步骤S105)。由于唯一确定手腕点X_w，因此可以唯一确定实现其的旋转角度q4、q5和q6。

此外，根据所确定的旋转角度q4、q5和q6，驱动第四轴O₄至第六轴O₆，或者换言之，驱动设置在关节部511d至511f中的致动器(步骤S107)。利用这种设置，可以实现枢转操作。

在本文中，为了实现枢转操作，臂部510a被配置成使得包括在臂部510a中的所有第一轴O₁至第六轴O₆的旋转角度q1至q6是可检测的或可控的，并且还使得在枢轴点X_f、姿势矢量u以及枢轴点X_f与手腕点X_w之间的距离f固定时，可以唯一确定手腕点X_w在空间中的坐标就足够了。换言之，可以实现枢转操作的臂部510a的配置不必限于根据第一实施例的配置，并且如果满足上述条件，则可以是其他配置。例如，根据稍后描述的第六和第七实施例的支撑臂设备200b和200c可以满足上述条件，并且可以实现枢转操作。

注意，当执行枢转操作时，具有倍率调整功能和/或AF功能的成像部可以有利地用作成像部520。在枢转操作期间，枢轴点X_f和手腕点X_w之间的距离f保持固定，但是每次执行枢转操作时，可以设置距离f。因此，如果成像部520的倍率和焦点是不可调整的，则仅可以在以预定的距离f枢转操作期间，获得清晰的图片，并且由于这个原因，不能说对外科医生高度方便。通过使成像部520具有倍率调整功能和/或AF功能，并且通过根据距离f适当地调整倍率和/或焦点，甚至在具有不同距离f的枢转操作期间，也可以更清楚地拍摄预定部位，可以大幅提高外科医生的方便。

上面描述了第一实施例。

(2、第二实施例)

将描述本公开的第二实施例。注意，在下面描述的第二到第四实施例中，仅臂部的每个关节部中的致动器和编码器的设置与第一实施例不同，而其他项目与第一实施例类似。因此，在第二至第四实施例的以下描述中，将主要描述与第一实施例不同的特征，而将省略与第一实施例重叠的特征的详细描述。

(2-1、系统和支撑臂设备的配置)

参考图4，将描述根据本公开的第二实施例的医疗系统和支撑臂设备的配置。图4是示出根据第二实施例的医疗系统和支撑臂设备的示意性配置的示图。

参考图4，根据第二实施例的医疗系统1b包括支撑臂设备500b和显示设备400。根据第二实施例的医疗系统1b的配置类似于根据上述第一实施例的医疗系统1a，除了支撑臂设备500b的配置不同之外。

参考图4，根据第二实施例的支撑臂设备500b设置有臂部510b、附连接到臂部510b的前端的成像部520以及控制支撑臂设备500b的操作的控制设备530。除了设置在臂部510b的每个关节部511a至511f中的致动器和编码器的设置之外，支撑臂设备500b的配置类似于根据第一实施例的支撑臂设备500a。

在第二实施例中，在臂部510b中，在设置在基端侧并且可以规定成像部520的位置的旋转轴(即第四轴O₄至第六轴O₆)之中，第四轴O₄和第五轴O₅被配置成驱动轴。换言之，致动器设置在与这些旋转轴对应的关节部511d和511e中。

此外，设置在前端侧并且可以规定成像部520的姿势的旋转轴(即第一轴O₁至第三轴O₃)被配置成被动轴。对应于这些旋转轴的关节部511a至511c没有设置致动器，并且仅设置有编码器。

另外，第六轴O₆也被配置成被动轴。然而，与第六轴O₆对应的关节部511f的配置是任意的，并且可以是任何类型的配置，只要使第六轴O₆用作被动轴。例如，关节部511f可以不具有任何致动器或编码器。

注意，在图2中，与图1相似，设置有致动器的关节部511d和511e用“A”表示，并且设置有编码器的关节部511a至511c仅由“E”表示，由此，表示致动器和编码器的设置。注意，任意配置的关节部511f既不用“A”也不用“E”表示，因此保留为空白。

根据该配置，与第一实施例相似，通过利用控制设备530适当地控制设置在关节部511d和511e中的致动器的驱动，臂部510b能够执行重力补偿操作。由于第二实施例中的重力补偿操作的细节与第一实施例类似，所以在本文中省略详细说明。

上面描述了第二实施例。

(3、第三实施例)

(3-1、系统和支撑臂设备的配置)

参考图5，将描述根据本公开的第三实施例的医疗系统和支撑臂设备的配置。图5是示出根据第三实施例的医疗系统和支撑臂设备的示意性配置的示图。

参考图5，根据第三实施例的医疗系统1c包括支撑臂设备500c和显示设备400。根据第三实施例的医疗系统1c的配置与上述第一实施例的医疗系统1a相似，除了支撑臂设备500c的配置不同之外。

参考图5，根据第三实施例的支撑臂设备500c设置有臂部510c、连接到臂部510c的前端的成像部520以及控制支撑臂设备500c的操作的控制设备530。除了设置在臂部510c的每个关节部511a至511f中的致动器和编码器的设置之外，支撑臂设备500c的配置类似于根据第一实施例的支撑臂设备500a。

在第三实施例中，在臂部510c中，在设置在基端侧并且可以规定成像部520的位置的旋转轴(即第四轴O₄至第六轴O₆)之中，第四轴O₄和第五轴O₅被配置成驱动轴。换言之，致动器设置在与这些旋转轴对应的关节部511d和511e中。

另外，类似于第二实施例，第六轴O₆被配置成被动轴。对应于第六轴O₆的关节部511f的配置是任意的，并且可以是任何类型的配置，只要第六轴O₆用作被动轴。例如，关节部511f可以不具有任何致动器或编码器。

此外，设置在前端侧并且可以规定成像部520的姿势的旋转轴(即第一轴O₁至第三轴O₃)被配置成被动轴。然而，与第一和第二实施例不同，与这些旋转轴对应的关节部511a至511c没有设置任何致动器或编码器。然而，与这些关节部511a至511c相关的配置被配置成分别通过第一轴O₁至第三轴O₃实现平衡。在本文中，对旋转轴实现平衡的状态是指与旋转轴相关的可移动部分的重心位置与旋转轴对准的状态，并且即使可移动部分围绕旋转轴旋转，重心位置也不变。换言之，该状态时无论姿势如何变化重心位置固定的状态。

图6是用于说明对旋转轴实现平衡的状态的说明图。在图6中，为了便于说明，示出了包括两个旋转轴的简单的臂部610。臂部610由通过与第一轴的旋转轴对应的关节部601连接的连杆和与第二轴的旋转轴对应的关节部603形成。在图中由虚线包围的部分605表示与关节部603中的旋转相关联地旋转的部分，或者换言之，与第二轴的旋转轴相关的可移动部分605。

例如，假设臂部610被配置成对于第二轴的旋转轴实现平衡。在这种情况下，例如，通过配重等调整可移动部分605的重心位置，以便与第二轴的旋转轴对准。当以这种方式调整重心位置时，即使可移动部分605围绕第二轴的旋转轴旋转，类似于图6中 (a)所示的状态到图6中 (b)所示的状态，可移动部分605的重心位置保持固定。如果臂部610还包括第三轴的旋转轴，如果与第三轴的旋转轴相关的可移动部分被类似地配置成使得对于第三轴的旋转轴实现平衡，即使围绕第三轴的旋转轴发生旋转，与第三轴的旋转轴相关的可移动部分的重心位置也不变化。因此，有效地，与第二轴的旋转轴相关的可移动部分605的重心位置和与第三轴的旋转轴相关的可移动部分的重心位置都不变化。

同样，在图5中，与图1等相似，设置有致动器的关节部511d和511e用“A”表示，由此，表示致动器的设置。而且，为了表示实现平衡的旋转轴，对应的关节部511a至511c用“B”表示。注意，任意配置的关节部511f都不用“A”和“B”表示，并且保留为空白。

根据该配置，与第一和第二实施例类似，通过利用控制设备530适当地控制设置在关节部511d和511e中的致动器的驱动，臂部510c能够执行重力补偿操作。然而，在第三实施例中，在重力补偿操作期间由控制设备530执行的处理与第一和第二实施例不同。

具体地，在第三实施例中，相对于在前端侧的的旋转轴(即第一轴O₁至第三轴O₃)，由于臂部510c被配置为对于这些旋转轴中的每一个实现平衡，所以在前端侧的配置(连杆512c、关节部511c、连杆512b、关节部511b、连杆512a、关节部511a以及成像部520)的重心位置是固定的，而不管在前端侧的配置的姿势如何。因此，与第一和第二实施例一样，不必执行基于编码器的检测值来计算重心位置的处理。

在第三实施例中，关于在前端侧的配置的重心位置的信息被输入到控制设备530中。因此，基于该信息，控制设备530能够计算由在前端侧的配置施加在基端侧上的力矩，而不管在前端侧的配置的姿势如何。通过使控制设备530驱动设置在关节部511d和511e中的致动器，使得生成抵消所计算的力矩的转矩，实现重力补偿操作。

上面描述了第三实施例。

(4、第四实施例)

(4-1、系统和支撑臂设备的配置)

参考图7，将描述根据本公开的第四实施例的医疗系统和支撑臂设备的配置。图7是示出根据第四实施例的医疗系统和支撑臂设备的示意性配置的示图。

参考图7，根据第四实施例的医疗系统1d包括支撑臂设备500d和显示设备400。根据第四实施例的医疗系统1d的配置与根据上述第一实施例的医疗系统1a相似，除了支撑臂设备500d的配置不同之外。

参考图7，根据第四实施例的支撑臂设备500d设置有臂部510d、连接到臂部510d的前端的成像部520以及控制支撑臂设备500d的操作的控制设备530。除了设置在臂部510d的每个关节部511a至511f中的致动器和编码器的设置之外，支撑臂设备500d的配置类似于根据第一实施例的支撑臂设备500a。

在第四实施例中，在臂部510d中，在设置在基端侧并且可以规定成像部520的位置的旋转轴(即第四轴O₄至第六轴O₆)之中，第四轴O₄和第五轴O₅被配置成驱动轴。换言之，致动器设置在与这些旋转轴对应的关节部511d和511e中。

此外，设置在前端侧并且可以规定成像部520的姿势的旋转轴(即第一轴O₁至第三轴O₃)被配置成被动轴。其中，对应于第二轴O₂和第三轴O₃的关节部511b和511c设置有编码器。另一方面，对应于第一轴O₁的关节部511a没有设置致动器或编码器。然而，根据关节部511a的配置被配置成使得为第一轴O₁实现平衡。

另外，类似于第二和第三实施例，第六轴O₆被配置成被动轴。对应于第六轴O₆的关节部511f的配置是任意的，并且可以是任何类型的配置，只要第六轴O₆用作被动轴。例如，关节部511f可以没有设置任何致动器或编码器。

同样，在图7中，与图1等相似，设置有致动器的关节部511d和511e用“A”表示，设置有编码器的关节部511b和511c用“E”表示，由此，表示致动器和编码器的设置。而且，为了表示实现了平衡的旋转轴，对应的关节部511a用“B”表示。注意，任意配置的关节部511f都不用“A”、“E”和“B”表示，并且保留为空白。

根据该配置，与第一到第三实施例类似，通过利用控制设备530适当地控制设置在关节部511d和511e中的致动器的驱动，臂部510c能够执行重力补偿操作。

在根据第四实施例的重力补偿操作中，通过设置在关节部511b和511c中的编码器，检测关节部511b和511c中的旋转角度。基于这些检测出的旋转角度，控制设备530从在前端侧的配置(连杆512c、关节部511c、连杆512b、关节部511b、连杆512a、关节部511a以及成像部520)中，计算与关节部511b和511c相关的配置的当前重心位置。

另外，关于第一轴O₁，由于存在为旋转轴实现平衡的配置，因此与第一轴O₁相关的配置(即，与关节部511a相关的配置)的重心位置固定，而不管配置的姿势如何。关于与关节部511a相关的配置的重心位置的信息被预先输入到控制设备530中。

基于关于关节部511b和511c的配置的重心位置信息和关于关节部511a的配置的重心位置信息，控制设备530计算在前端侧的配置的重心位置，并且基于在前端侧的配置的重心位置，能够计算通过前端侧的配置施加在基端侧的力矩。通过使控制设备530驱动设置在关节部511d和511e中的致动器，从而生成抵消所计算的力矩的转矩，实现重力补偿操作。

上面描述了第四实施例。

(5、第五实施例)

将描述本公开的第五实施例。注意，在下面描述的第五至第七实施例中，仅支撑臂设备的臂部的结构与第一实施例不同，其他项目与第一实施例类似。因此，在第五至第七实施例的以下描述中，将主要描述与第一实施例不同的特征，而将省略与第一实施例重叠的特征的详细描述。

(5-1、系统和支撑臂设备的配置)

参考图8，将描述根据本公开的第五实施例的医疗系统和支撑臂设备的配置。图8是示出根据第五实施例的医疗系统以及支撑臂设备的示意性配置的示图。

参考图8，根据第五实施例的医疗系统1e包括支撑臂设备200a和显示设备400。根据第五实施例的医疗系统1e的配置与根据上述第一实施例的医疗系统1a相似，除了支撑臂设备200a的配置不同之外。

参考图8，根据第五实施例的支撑臂设备200a设置有臂部210a、连接到臂部210a的前端的成像部220以及控制支撑臂设备200a的操作的控制设备230。注意，成像部220和控制设备230具有与第一实施例中的成像部520和控制设备530类似的配置和功能。

臂部210a具有基端部分，其连接到手术室的天花板，并且安装成从天花板垂下。臂部210a包括分别设置在与每个旋转轴(按照从前端侧开始依次称为第一轴O₁、第二轴O₂、第三轴O₃、第四轴O₄、第五轴O₅和第六轴O₆)对应的位置处的关节部211a、211b、211c、211d、211e以及211f以及通过关节部211b至211f彼此可旋转地接合的多个连杆212a、212b、212c、212d、212e和212f。而且，在臂部210a的前端，成像部220经由关节部211a连接。

注意，在图8中，连杆212a至212f被示出为具有矩形横截面的杆状元件，但是连杆212a至212f的形状不限于这种示例，并且横截面可以是各种类型的形状中的任何一种，例如，圆形或椭圆形。作为连杆212a至212f的具体结构，可以应用用作典型的支撑臂设备的连杆的各种类型中的任何一种。

而且，尽管简单地通过图8中的圆柱形来说明，但是实际上，关节部211a至211f具有充当旋转轴的轴、可枢转地支撑轴的轴承等，并且可以是使得一个元件能够围绕另一元件旋转的元件。然而，类似于上述每个实施例，第五实施例同样具有相对于关节部211a至211f设置的致动器和旋转编码器的特征设置。在第五实施例中，关节部211a至211f被配置成使得一个元件能够围绕另一元件旋转，并且还能够实现稍后描述的致动器和编码器的设置就足够了，而对于特定结构的剩余部分，可以应用用作典型的支撑臂设备的关节部的各种类型的任何一种。

将详细描述臂部210a的配置。在大致垂直方向上延伸的连杆212f的基端连接到天花板。连杆212f的前端通过关节部211f连接到连杆212e的基端，连杆212f通过关节部211f可旋转地支撑连杆212e。

此后，类似地，连杆212e、212d、212c和212b的前端分别通过关节部211e、211d、211c和211b连接到连杆212d、212c、212b和212a的基端。另外，连杆212e、212d、212c和212b分别通过关节部211e、211d、211c和211b可旋转地支撑连杆212d、212c、212b和212a。

成像部220通过关节部211a接合到连杆212a的前端。连杆212a通过关节部211a可旋转地支撑成像部220。

这样，与天花板连接的连杆212f的基端充当支点，多个连杆212a至212f的端部通过关节部211b至211f彼此接合，从而形成从天花板延伸的臂部形状。

在本文中，在臂部210a中，在每个旋转轴中，对于第一轴O₁至第四轴O₄，旋转轴的方向类似于第一实施例。换言之，第一轴O₁和第三轴O₃是偏航轴，而第二轴O₂和第四轴O₄是俯仰轴。另一方面，在臂部210a中，对于第五轴O₅和第六轴O₆，旋转轴的方向与第一实施例不同。

在臂部210a中，第五轴O₅和第六轴O₆均具有平行于垂直方向(z轴方向)的旋转轴。另外，连接到与第五轴O₅对应的关节部211e和与第六轴O₆对应的关节部211f的连杆212d和212e沿大致水平方向延伸。通过围绕第五轴O₅和第六轴O₆旋转，这些连杆212d和212e一个端部作为基点在水平面内旋转。

这样，与臂部210a的第五轴O₅和第六轴O₆相关的配置具有所谓的水平多关节结构。通过具有水平多关节结构，例如，即使由于某种原因，与水平多关节结构相关的致动器发生故障时，臂部210a也只能在水平面内移动，因此，可以避免臂部210a前端的位置大幅上下移动的情况。因此，可以提供更安全的医疗系统1e。

在第五实施例中，在臂部210a中，在设置在基端侧并且可以规定成像部220的位置的旋转轴(即第四轴O₄至第六轴O₆)之中，第四轴O₄和第五轴O₅被配置成驱动轴。换言之，致动器设置在与这些旋转轴对应的关节部211d和211e中。

此外，设置在前端侧并且可以规定成像部220的姿势的旋转轴(即第一轴O₁至第三轴O₃)被配置成被动轴。对应于这些旋转轴的关节部211a至211c没有设置致动器，并且仅设置有编码器。另外，第六轴O₆也被配置成被动轴，并且与旋转轴对应的关节部211f仅设置有编码器。

注意，在图8中，与图1等相似，设置有致动器的关节部211d至211f用“A”表示，并且设置有编码器的关节部211a至211c仅用“E”表示，由此，表示致动器和编码器的设置。

根据该配置，通过利用控制设备230适当地控制设置在关节部211d中的致动器的驱动，臂部210b能够执行重力补偿操作。

具体地，在重力补偿操作中，控制设备230基于由编码器检测到的关节部211a到211c的旋转角度，计算在前端侧的配置(连杆212c、关节部211c、连杆212b、关节部211b、连杆212a、关节部211a和成像部220)的重心位置。另外，基于在前端侧的配置的计算的重心位置，控制设备230计算通过前端侧的配置施加在基端侧的力矩，并且驱动设置在关节部211d中的致动器，从而生成抵消力矩的转矩。

上面描述了第五实施例。

(6、第六实施例)

(6-1、系统和支撑臂设备的配置)

参考图9，将描述根据本公开的第六实施例的医疗系统和支撑臂设备的配置。图9是示出根据第六实施例的医疗系统和支撑臂设备的示意性配置的示图。

参考图9，根据第六实施例的医疗系统1f包括支撑臂设备200b和显示设备400。根据第六实施例的医疗系统1f的结构与根据上述第一实施例的医疗系统1a相似，除了支撑臂设备200b的配置不同之外。

参考图9，根据第六实施例的支撑臂设备200b设置有臂部210b、连接到臂部210b的前端的成像部220以及控制支撑臂设备200b的操作的控制设备230。除了设置在臂部210b的每个关节部211a至211f中的致动器和编码器的设置之外，支撑臂设备200b的配置类似于根据第五实施例的支撑臂设备200a。

臂部210b中的致动器和编码器的设置类似于第一实施例。换言之，在第六实施例中，在第一轴O₁至第六轴O₆中，设置在基端侧并且可以规定成像部220的位置的旋转轴(即第四轴O₄至第六轴O₆)被配置成驱动轴。换言之，致动器设置在与这些旋转轴对应的关节部211d至211f中。

此外，设置在前端侧并且可以规定成像部220的姿势的旋转轴(即第一轴O₁至第三轴O₃)被配置成被动轴。对应于这些旋转轴的关节部211a至211c没有设置致动器，并且仅设置有编码器。

注意，在图9中，与图1等相似，设置有致动器的关节部211d至211f用“A”表示，并且设置有编码器的关节部211a至211c仅用“E”表示，由此，表示致动器和编码器的设置。

根据该配置，通过利用控制设备230适当地控制设置在关节部211d中的致动器的驱动，臂部210b能够执行重力补偿操作。而且，根据该配置，通过利用控制设备230适当地控制设置在关节部211d至211f中的致动器的驱动，臂部210b能够执行位置精细移动操作和枢转操作。

在重力补偿操作中，在控制设备230中，执行与第五实施例类似的处理。具体地，控制设备230基于由编码器检测到的关节部211a到211c的旋转角度，计算在前端侧的配置(连杆212c、关节部211c、连杆212b、关节部211b、连杆212a、关节部211a和成像部220)的重心位置。另外，基于在前端侧的配置的计算的重心位置，控制设备230计算通过前端侧的配置施加在基端侧的力矩，并且驱动设置在关节部211d中的致动器，从而生成抵消力矩的转矩。

而且，在位置精细移动操作和枢转操作中，在控制设备230中，执行与第一实施例类似的处理。具体地，在位置精细移动操作中，控制设备230驱动设置在关节部211d至211f的致动器，使得根据外科医生输入的操作，在与操作输入对应的方向上平移成像部220。

在枢转操作中，由编码器检测根据外科医生的操作确定的关节部211a至211c的旋转角度，并且从编码器的检测值和要约束的枢轴点，控制设备230计算驱动轴(第四轴O₄至第六轴O₆)的角度，以实现枢转操作。另外，根据这些角度，控制设备230驱动设置在关节部211d至211f中的致动器。

上面描述了第六实施例。

(7、第七实施例)

(7-1、系统和支撑臂设备的配置)

参考图10，将描述根据本公开的第七实施例的医疗系统和支撑臂设备的配置。图10是示出根据第七实施例的医疗系统以及支撑臂设备的示意性配置的示图。

参考图10，根据第七实施例的医疗系统1g包括支撑臂设备200c和显示设备400。根据第七实施例的医疗系统1g的配置与根据上述第一实施例的医疗系统1a相同，除了支撑臂设备200c的配置不同之外。

参考图10，根据第七实施例的支撑臂设备200c设置有臂部210c、连接到臂部210c的前端的成像部220以及控制支撑臂设备200a的操作的控制设备230。

根据第七实施例的臂部210c具有与根据第六实施例的臂部210b大致相似的配置。然而，在臂部210c中，设置线性运动机构，代替与第四轴O₄对应的关节部211d。

具体地，在臂部210c中，其前端与对应于第三轴O₃的关节部211c连接的连杆212c被配置成具有大致L形，并且被设置为使得与短边对应的部分在大致水平方向上延伸，而与长边对应的部分在大致垂直方向上延伸。与短边对应的部分的前端连接到关节部211c。另外，在与长边对应的部分的大致垂直方向上延伸的表面上，其基端连接到与第五轴O₅对应的关节部211e的连杆212d的前端被连接，以便大致垂直地邻接。

在连杆212c的与长边对应的部分上，在与连杆212d的前端邻接的表面上，沿长边方向形成有导向机构，例如，导轨，连杆212d的前端接合到导向机构。通过该导向机构，在连杆212c的前端侧的配置可以相对于连杆212d在垂直方向平移。

这样，根据第七实施例的臂部210c对应于根据上述第五和第六配置的臂部210a和210b的配置中的关节部211d已被线性运动机构代替的臂部，或者换言之，旋转轴(第四轴O₄)已经被平移轴代替的臂部。由于第四轴O₄是俯仰轴，即，使在第四轴O₄的前端侧的配置旋转以便在上下方向移动的旋转轴，所以即使第四轴O₄被垂直方向上的平移轴代替，臂部210c也可以具有与臂部210a和210b类似的六个自由度。

注意，在本说明书中，旋转轴和平移轴被统一指定为可移动轴。在上述第一至第六实施例中，臂部510a、510b、510c、510d、210a和210b被配置成使得所有的可移动轴都是旋转轴，像第七实施例那样，甚至臂部210c被配置成具有旋转轴和平移轴的混合，臂部210c被适当地配置为具有至少六个自由度，由此，使得可以实现重力补偿操作等，类似于第一到第六实施例。这样，在本公开中，臂部被配置成具有至少六个自由度，并且臂部中的每个可移动轴可以是旋转轴或平移轴就足够了。

在第七实施例中，在第一轴O₁至第三轴O₃、第五轴O₅以及第六轴O₆之中，设置在基端侧并且可以规定成像部220的位置的旋转轴(即第五轴O₅和第六轴O₆)被配置成驱动轴。换言之，致动器设置在与这些旋转轴对应的关节部211e和211f中。

此外，与线性运动机构对应的平移轴起到第四轴O₄的作用，并且平移轴也是可以规定成像部220的位置的可移动轴。在第七实施例中，平移轴也被配置成驱动轴。换言之，与平移轴对应的线性运动机构也设置有致动器。致动器使在连杆212c的前端侧的配置相对于连杆212d在垂直方向上平移。而且，致动器也可以设置有编码器，并且编码器是线性编码器，其检测在连杆212c的前端侧上的配置的平移距离。

此外，设置在前端侧并且可以规定成像部220的姿势的旋转轴(即第一轴O₁至第三轴O₃)被配置成被动轴。与这些旋转轴对应的关节部211a至211c没有设置致动器，并且仅设置有编码器。这样，虽然不同之处在于，第四轴O₄被平移轴替代，但是臂部210c中的致动器和编码器的设置类似于根据第六实施例的臂部210b。

注意，在图10中，与图1等相似，设置有致动器的关节部211d至211f和线性运动机构用“A”表示，并且设置有编码器的关节部211a至211c仅用“E”表示，由此，表示致动器和编码器的设置。

根据该配置，通过利用控制设备230适当地控制设置在线性运动机构中的致动器的驱动，臂部210c能够执行重力补偿操作。而且，根据该配置，通过利用控制设备230适当地控制设置在关节部211e和211f中的致动器和设置在线性运动机构中的致动器的驱动，臂部210a能够执行位置精细移动操作和枢转操作。

在重力补偿操作、位置精细移动操作和枢转操作中，在控制设备230中，执行与第六实施例类似的处理。具体地，在重力补偿操作中，控制设备230基于由编码器检测到的关节部211a到211c的旋转角度，计算在前端侧的配置(连杆212c、关节部211c、连杆212b、关节部211b、连杆212a、关节部211a和成像部220)的重心位置。另外，基于在前端侧的配置的计算的重心位置，控制设备230计算通过前端侧的配置施加在基端侧的力矩，并且驱动设置在线性运动机构中的致动器，从而生成抵消力矩的转矩。

在位置精细操作中，控制设备230驱动设置在关节部211e和211f的致动器和设置在线性运动机构中的致动器，使得根据外科医生输入的操作，在与操作输入对应的方向上平移成像部220。

在枢转操作中，由编码器检测根据外科医生的操作确定的关节部211a至211c的旋转角度，并且从编码器的检测值和要约束的枢轴点，控制设备230计算驱动轴的变化量(即，平移轴的移动距离以及第五轴O₅和第六轴O₆的旋转角度)，以实现枢转操作。另外，根据变化量，控制设备230驱动设置在关节部211e和211f中的致动器以及设置在线性运动机构中的致动器。

上面描述了第七实施例。

(8、结论)

概述上述第一至第七实施例。

如上所述，在根据第一至第七实施例的所有支撑臂设备500a、500b、500c、500d、200a、200b和200c中，重力补偿操作是可执行的。利用这种设置，甚至在不提供配重的情况下，臂部510a、510b、510c、510c、210a、210b和210c也能够保持其位置和姿势。因此，可以实现更紧凑和更轻的支撑臂设备500a、500b、500c、500d、200a、200b和200c，而不会损害外科医生的可操作性。因此，在不占用手术室内的空间的情况下，并且还甚至在如所示的将臂部510a、510b、510c、510d、210a、210b和210c配置成从天花板垂下的情况下，能够进行比较简单的安装。

而且，在支撑臂设备500a、500b、500c、500d、200a、200b和200c中，由于由致动器执行臂部510a、510b、510c、510d、210a、210b和210c的驱动，所以与设置有配重的所谓平衡臂相比，通过致动器驱动臂部510a、510b、510c、510d、210a、210b和210c，以辅助惯性部件，可以进行快速且舒适的操作。

在本文中，作为不设置配重而维持臂部的位置和姿势的方法，在臂部的全部关节部中设置致动器的方法(即，将全部旋转轴配置为驱动轴)也是可以想象的。然而，通过这种配置，需要许多致动器，成本大幅增加。而且，由于致动器也设置在臂部的前端附近的关节部中，所以前端附近的配置变得更庞大且更重。如果前端附近的配置变得更庞大，则观察拍摄的图片的外科医生的视野和外科医生的工作空间受到前端附近的配置的阻碍，并且存在造成妨碍顺利进行手术的风险。

另一方面，在支撑臂设备500a、500b、500c、500d、200a、200b和200c中，仅在一部分关节部设置有致动器。因此，与如上所述在所有关节部中设置致动器的配置相比，可以降低成本。另外，在支撑臂设备500a、500b、500c、500d、200a、200b和200c中，设置有促动器的关节部可以是相对地在基端侧上的关节部(例如，关节部511a、511b、511c、211a、211b和211c，其可以规定成像部520和220的位置)。由此，可以使前端附近的配置小型化，可以更容易地确保外科医生的视野和外科医生的工作空间。

此外，在根据第一、第六和第七实施例的支撑臂设备500a、200b和200c中，除了重力补偿操作之外，位置精细移动操作和枢转操作也是可执行的。这样，根据这些支撑臂设备500a、200b和200c，可以在也执行进一步提高外科医生的便利性的操作(例如，位置精细移动操作和枢转操作)的同时，保持紧凑。

(9、补充)

上面参考附图描述了本公开的优选实施例，而本公开不限于上述示例。本领域技术人员可以在所附权利要求的范围内找到各种变更和修改，并且应该理解，这些变更和修改将自然地落入本公开的技术范围内。

此外，在本说明书中描述的效果仅仅是说明性或示例性的效果，而不是限制性的。即，利用或代替上述效果，根据本公开的技术可以从本说明书的描述中实现本领域技术人员清楚的其他效果。

例如，在上述实施例中，描述了医疗支撑臂设备500a、500b、500c、500d、200a、200b和200c，但是本技术不限于这种示例。例如，根据上述每个实施例的支撑臂设备500a、500b、500c、500d、200a、200b和200c也可以用于工业用途，例如，在工厂的产品的制造步骤和检查步骤。

另外，也可以如下配置本技术。

(1)一种医疗支撑臂设备，包括：

臂部，被配置成使得医疗器具设置在前端，并且设置可移动轴，使得臂部具有至少6个自由度，其中，

在所述可移动轴之中，设置在前端侧的规定医疗器具的姿势的可移动轴是随着外力而旋转的被动轴，并且设置在基端侧上的规定医疗器具的位置的至少一个轴是由致动器驱动的驱动轴。

(2)根据(1)所述的医疗支撑臂设备，其中，

所述驱动轴被驱动为执行重力补偿操作，该重力补偿操作支撑在前端侧上比驱动轴更远的配置的重量。

(3)根据(2)所述的医疗支撑臂设备，其中，

设置为在前端侧上比驱动轴更远的可移动轴设置有检测可移动轴的变化量的编码器，并且

基于在前端侧比驱动轴更远的配置的重心位置来驱动驱动轴，以执行重力补偿操作，使用编码器的检测值来计算重心位置。

(4)根据(2)所述的医疗支撑臂设备，其中，

在前端上比驱动轴更远的配置被配置成使得无论姿势如何变化但重心位置固定，并且

驱动所述驱动轴，以基于重心位置执行重力补偿操作。

(5)根据(1)到(4)中任一项所述的医疗支撑臂设备，其中，

在与臂部的六个自由度对应的六个可移动轴中，在基端侧上的三个可移动轴为驱动轴，并且在前端侧上的三个可移动轴为被动轴，

作为被动轴的三个可移动轴中的每一个设置有检测可移动轴的变化量的编码器，并且

所述驱动轴被驱动为执行枢转操作，在枢转操作中，医疗器具在医疗器具面向空间中的预定点并且到预定点的距离保持固定的状态下移动。

(6)根据(1)到(5)中任一项所述的医疗支撑臂设备，其中，

在与臂部的六个自由度对应的六个可移动轴中，在基端侧的三个可移动轴为驱动轴，并且在前端侧的三个可移动轴为被动轴，

作为被动轴的三个可移动轴中的每一个设置有检测可移动轴的变化量的编码器，并且

驱动轴被驱动以执行使医疗器具根据用户操作沿一方向精细移动的精细移动操作。

(7)根据(1)到(6)中任一项所述的医疗支撑臂设备，其中，

所述臂部包括水平多关节结构。

(8)根据(1)到(7)中任一项所述的医疗支撑臂设备，其中，

设置在臂部中的至少一个可移动轴是指示促使一个连杆相对于另一连杆沿预定方向平移的轴的平移轴。

(9)根据(1)到(8)中任一项所述的医疗支撑臂设备，其中，

所述医疗器具是拍摄手术部位的图像的成像部。

(10)根据(9)所述的医疗支撑臂设备，其中，

所述成像部具有AF功能。

(11)一种医疗系统，包括：

观察设备，被配置成拍摄手术部位的图像以用于观察手术部位；以及

显示设备，被配置成显示拍摄的图像，

其中，观察设备包括

臂部，被配置成使得拍摄图像的成像部设置在前端上，并且设置可移动轴，使得所述臂部具有至少6个自由度，并且

在臂部中，在可移动轴之中，设置在前端侧上的规定成像部的姿势的可移动轴是随外力而旋转的被动轴，并且设置在基端侧上的规定成像部的位置的至少一个轴是由致动器驱动的驱动轴。

附图标记列表

1a、1b、1c、1d、1e、1f、1g 医疗系统

400 显示设备

500a、500b、500c、500d、200a、200b、200c 支撑臂设备

510a、510b、510c、510d、210a、210b、210c 臂部

511a、511b、511c、511d、511e、511f、211a、211b、211c、211d、211e、211f 关节部

512a、512b、512c、512d、512e、512f、212a、212b、212c、212d、212e、212f 连杆

520、220 成像部

530、230 控制设备。

Claims (10)

1.一种医疗支撑臂设备，包括：

臂部，被配置成使得医疗器具设置在前端，并且设置可移动轴，使得所述臂部具有至少六个自由度，其中，

在所述可移动轴之中，设置在前端侧上的规定所述医疗器具的姿势的可移动轴是随着外力而旋转的被动轴，并且设置在基端侧上的规定所述医疗器具的位置的至少一个轴是由致动器驱动的驱动轴，其中，

所述驱动轴被驱动为执行重力补偿操作，所述重力补偿操作支撑比所述驱动轴更靠近所述前端侧的配置的重量。

2.根据权利要求1所述的医疗支撑臂设备，其中，

设置为比所述驱动轴更靠近前端侧的可移动轴设置有检测可移动轴的变化量的编码器，并且

所述驱动轴被驱动为基于比所述驱动轴更靠近所述前端侧的配置的重心位置来执行重力补偿操作，使用编码器的检测值来计算所述重心位置。

3.根据权利要求1所述的医疗支撑臂设备，其中，

比所述驱动轴更靠近所述前端侧的配置被配置成使得无论姿势如何变化但重心位置固定，并且

所述驱动轴被驱动为基于所述重心位置执行所述重力补偿操作。

4.根据权利要求1所述的医疗支撑臂设备，其中，

在与所述臂部的六个自由度对应的六个可移动轴中，在基端侧上的三个可移动轴为驱动轴，并且在前端侧上的三个可移动轴为被动轴，

作为被动轴的三个可移动轴中的每一个设置有检测该可移动轴的变化量的编码器，并且

所述驱动轴被驱动为执行枢转操作，在所述枢转操作中，所述医疗器具在所述医疗器具面向空间中的预定点并且到所述预定点的距离保持固定的状态下移动。

5.根据权利要求1所述的医疗支撑臂设备，其中，

在与所述臂部的六个自由度对应的六个可移动轴中，在基端侧上的三个可移动轴为驱动轴，并且在前端侧上的三个可移动轴为被动轴，

作为被动轴的三个可移动轴中的每一个设置有检测该可移动轴的变化量的编码器，并且

所述驱动轴被驱动为执行使医疗器具根据用户操作沿一方向精细地移动的精细移动操作。

6.根据权利要求1所述的医疗支撑臂设备，其中，

所述臂部包括水平多关节结构。

7.根据权利要求1所述的医疗支撑臂设备，其中，

设置在所述臂部中的至少一个可移动轴是指示使一个连杆相对于另一连杆沿预定方向平移的轴的平移轴。

8.根据权利要求1所述的医疗支撑臂设备，其中，

所述医疗器具是拍摄手术部位的图像的成像部。

9.根据权利要求8所述的医疗支撑臂设备，其中，

所述成像部具有AF功能。

10.一种医疗系统，包括：

观察设备，被配置成拍摄手术部位的图像以用于观察所述手术部位；以及

显示设备，被配置成显示拍摄的图像，

其中，所述观察设备包括

臂部，被配置成使得拍摄图像的成像部设置在前端上，并且设置可移动轴，使得所述臂部具有至少六个自由度，并且

在所述臂部中，在所述可移动轴之中，设置在前端侧上的规定所述成像部的姿势的可移动轴是随外力而旋转的被动轴，并且设置在基端侧上的规定所述成像部的位置的至少一个轴是由致动器驱动的驱动轴，

其中，

所述驱动轴被驱动为执行重力补偿操作，所述重力补偿操作支撑比所述驱动轴更靠近所述前端侧的配置的重量。

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