JP2001145638A - Manipulator controller - Google Patents

Manipulator controller

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JP2001145638A
JP2001145638A JP33311299A JP33311299A JP2001145638A JP 2001145638 A JP2001145638 A JP 2001145638A JP 33311299 A JP33311299 A JP 33311299A JP 33311299 A JP33311299 A JP 33311299A JP 2001145638 A JP2001145638 A JP 2001145638A
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slave manipulator
calibration
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裕史 高橋
Keisuke Miura
圭介 三浦
Junichi Onishi
順一 大西
Keiichi Seki
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manipulator controller capable of improving the durability of the whole system by reducing a mechanical load operating to the side of the driving mechanism of a slave manipulator at the time of the operation of the calibration of the position and the posture of a master manipulator and the slave manipulator. SOLUTION: This controller is provided with a position deviation detecting means 28c for detecting the position deviation between the present position of a master manipulator 3 and that of a slave manipulator 2 at the time of starting calibration operation and a deceleration means 28d for reducing a mechanical load operating to a slave driving part 6 at the time of the operation of calibration for matching the position of the manipulator 3 and that the manipulator 2 based on a detecting result from the detecting means 28c.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、生体の、例えば体
腔内に挿入したマニピュレータを操作手段によって遠隔
的に操作し、診断・処置等の手術を行う手術用のマニピ
ュレータ制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a manipulator control device for an operation in which a manipulator of a living body, for example, inserted into a body cavity, is remotely operated by an operation means to perform an operation such as diagnosis or treatment.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、腹壁等の体壁に穴を開け、この
穴を通じて内視鏡や処置具を経皮的に体腔内に挿入する
ことにより、その体腔内での様々な処置を行なう経皮的
内視鏡下手術が、大きな切開を要しない低侵襲なものと
して、近年、注目されている。こうした術式は胆のう摘
出手術や肺の一部を摘出除去する手術等で広く行なわれ
ている。
2. Description of the Related Art In general, a hole is made in a body wall such as an abdominal wall, and an endoscope or a treatment tool is percutaneously inserted into the body cavity through the hole to perform various treatments in the body cavity. In recent years, percutaneous endoscopic surgery has attracted attention as a minimally invasive procedure that does not require a large incision. Such surgical procedures are widely performed in gallbladder removal surgery, surgery for removing part of the lung, and the like.

【0003】このような手術において、マニピュレータ
に内視鏡や処置具を搭載し、そのマニピュレータによる
内視鏡や処置具を用いた手術を術者に代わって間接的に
行う手術用マニピュレータシステムが、米国特許第5,
217,003号や、特開平7−328016号公報な
どに示されている。
In such an operation, an operation manipulator system in which an endoscope or a treatment tool is mounted on a manipulator and an operation using the endoscope or the treatment tool by the manipulator is performed indirectly on behalf of an operator is known. US Patent 5,
217,003 and JP-A-7-328016.

【0004】図13はこの手術用マニピュレータシステ
ムの概略構成を示すものである。このマニピュレータシ
ステムには術野にアクセスするように設置されているス
レーブマニピュレータaと、術者が操作できる領域内に
設置されたジョイスティックなどのマスターマニピュレ
ータbとが設けられている。ここで、スレーブマニピュ
レータaにはスレーブ制御部c、マスターマニピュレー
タbにはマスター制御部dがそれぞれ連結されている。
FIG. 13 shows a schematic configuration of the surgical manipulator system. This manipulator system is provided with a slave manipulator a installed to access an operation field and a master manipulator b such as a joystick installed in an area operable by an operator. Here, a slave controller c is connected to the slave manipulator a, and a master controller d is connected to the master manipulator b.

【0005】さらに、スレーブ制御部cとマスター制御
部dとの間は信号ケーブルなどの通信手段を介して連結
されている。ここで、マスター制御部dにはマスターマ
ニピュレータbの操作部の操作を検出する検出手段が設
けられている。そして、このマスター制御部dによって
検出されたマスターマニピュレータbの操作部の操作状
態が制御信号に変換されて通信手段を介してスレーブ制
御部cに伝送されるようになっている。また、スレーブ
制御部cからはマスター制御部dから送られるマスター
マニピュレータbの操作部の操作に追従した動きをスレ
ーブマニピュレータaに伝達する制御信号が出力される
ようになっている。
Further, the slave controller c and the master controller d are connected via communication means such as a signal cable. Here, the master control unit d is provided with detection means for detecting an operation of the operation unit of the master manipulator b. The operation state of the operation section of the master manipulator b detected by the master control section d is converted into a control signal and transmitted to the slave control section c via the communication means. The slave control unit c outputs a control signal transmitted from the master control unit d to the slave manipulator a to transmit the movement following the operation of the operation unit of the master manipulator b.

【0006】そして、こうした手術用マニピュレータの
遠隔操作では、内視鏡等の観察手段によりモニターに映
し出された腹腔内の患部の状態を見ながら、操作者がジ
ョイスティックなどのマスターマニピュレータbの操作
部を操作することによって例えばマスターマニピュレー
タbの操作部の操作方向にスレーブマニピュレータaを
動作させるようになっている。
[0006] In such remote control of the surgical manipulator, the operator operates the operation section of the master manipulator b such as a joystick while watching the condition of the affected part in the abdominal cavity displayed on the monitor by an observation means such as an endoscope. By operating, for example, the slave manipulator a is operated in the operation direction of the operation unit of the master manipulator b.

【0007】また、マスターマニピュレータbとして例
えば略鋏型の開閉動作可能な操作部を使用するととも
に、スレーブマニピュレータaとして例えば把持鉗子の
ように開閉可能な1対の鉗子片を備えた処置部を使用す
るシステムが考えらている。ここでは、マスターマニピ
ュレータbの操作部を開閉操作した場合にこのマスター
マニピュレータbの操作部を開閉動作に応じてスレーブ
マニピュレータaの把持鉗子の1対の鉗子片が開閉駆動
されるようになっている。このとき、スレーブマニピュ
レータaの把持鉗子の1対の鉗子片の開閉動作(動作
量)を検出し、スレーブマニピュレータaの1対の鉗子
片間の開閉動作が異常動作か、正常な動作かを判別する
判別手段を設けた構成が考えられている。
[0007] In addition, an operating section which can be opened and closed substantially in the form of scissors is used as the master manipulator b, and a treatment section having a pair of forceps pieces which can be opened and closed like a grasping forceps is used as the slave manipulator a. A system to do this is being considered. Here, when the operation unit of the master manipulator b is opened / closed, a pair of forceps pieces of the grasping forceps of the slave manipulator a are driven to open / close according to the opening / closing operation of the operation unit of the master manipulator b. . At this time, the opening / closing operation (movement amount) of the pair of forceps of the grasping forceps of the slave manipulator a is detected, and it is determined whether the opening / closing operation between the pair of forceps of the slave manipulator a is an abnormal operation or a normal operation. There has been considered a configuration in which a determination means for determining the type of the image is provided.

【0008】また、マスターマニピュレータbの操作部
の操作前にマスターマニピュレータbの初期位置と、ス
レーブマニピュレータaの初期位置とを位置合わせする
初期位置調整用のキャリブレーション(イニシャライ
ズ)を行った状態で、スレーブマニピュレータaの動作
範囲を検査することにより、スレーブマニピュレータa
の機械的な異常の有無(スレーブマニピュレータaの動
作範囲が規定通りか否か)を確認する作業を行うことが
一般的である。
In addition, before operating the operation section of the master manipulator b, a calibration (initialization) for initial position adjustment for aligning the initial position of the master manipulator b with the initial position of the slave manipulator a is performed. By inspecting the operating range of the slave manipulator a, the slave manipulator a
It is common practice to check whether there is any mechanical abnormality (whether or not the operation range of the slave manipulator a is as specified).

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところで、手術用マニ
ピュレータシステムの使用開始時に初期位置調整用のキ
ャリブレーションを行う場合には例えばマスターマニピ
ュレータbの現在位置とスレーブマニピュレータaの現
在位置とが検出されるとともに、マスターマニピュレー
タbの現在位置と対応する位置に合わせるように電気制
御によってスレーブマニピュレータaの駆動機構を動か
してスレーブマニピュレータaの位置を移動させる初期
位置調整作業が行われている。このとき、スレーブマニ
ピュレータaを現在位置から調整位置まで移動させる際
にはスレーブ制御部cから出力される制御信号がスレー
ブマニピュレータaの駆動機構部に入力されると同時
に、マスターマニピュレータbのズレ量がスレーブマニ
ピュレータaに即座に反映され、スレーブマニピュレー
タaが急速に調整位置まで移動される。そのため、この
スレーブマニピュレータaを現在位置から調整位置まで
移動させる移動時には、スレーブマニピュレータaの駆
動機構部に作用する機械的な負荷が大きくなるので、ス
レーブマニピュレータaの駆動機構部の耐久性の向上を
図るうえで問題がある。
When the calibration for initial position adjustment is performed at the start of use of the surgical manipulator system, for example, the current position of the master manipulator b and the current position of the slave manipulator a are detected. At the same time, an initial position adjustment operation of moving the position of the slave manipulator a by moving the drive mechanism of the slave manipulator a by electric control so as to match the position corresponding to the current position of the master manipulator b is being performed. At this time, when the slave manipulator a is moved from the current position to the adjustment position, the control signal output from the slave control unit c is input to the drive mechanism of the slave manipulator a, and at the same time, the amount of displacement of the master manipulator b is reduced. This is immediately reflected on the slave manipulator a, and the slave manipulator a is quickly moved to the adjustment position. Therefore, at the time of moving the slave manipulator a from the current position to the adjustment position, a mechanical load acting on the drive mechanism of the slave manipulator a becomes large, so that the durability of the drive mechanism of the slave manipulator a is improved. There is a problem in planning.

【0010】さらに、このキャリブレーション作業時に
スレーブマニピュレータaの移動量が大きい場合にはス
レーブマニピュレータaの駆動機構部に作用する機械的
な負荷が一層大きくなる問題がある。
Further, if the movement amount of the slave manipulator a is large during the calibration work, there is a problem that the mechanical load acting on the drive mechanism of the slave manipulator a becomes even greater.

【0011】本発明は上記事情に着目してなされたもの
で、その目的は、マスターマニピュレータとスレーブマ
ニピュレータとの位置・姿勢のキャリブレーションの作
業時にスレーブマニピュレータの駆動機構側に作用する
機械的な負荷を軽減させることができ、システム全体の
耐久性の向上を図ることができるマニピュレータ制御装
置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a mechanical load acting on a drive mechanism side of a slave manipulator at the time of calibration of the position and orientation of a master manipulator and a slave manipulator. It is an object of the present invention to provide a manipulator control device capable of reducing the number of times and improving the durability of the entire system.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、術野
にアクセスするように設置されたスレーブマニピュレー
タと、術者が操作できる領域内に設置され、前記スレー
ブマニピュレータを遠隔的に操作するマスターマニピュ
レータと、このマスターマニピュレータに接続され、前
記マスターマニピュレータの操作を電気信号に変換する
マスター制御部と、前記スレーブマニピュレータおよび
前記マスター制御部にそれぞれ接続され、前記マスター
制御部から送られる前記マスターマニピュレータの操作
に追従した動きを前記スレーブマニピュレータに伝達す
る制御信号を出力するスレーブ制御部と、前記マスター
マニピュレータの動作開始時に前記マスターマニピュレ
ータの現在位置と前記スレーブマニピュレータの現在位
置との間の位置ズレ量を検出する位置ズレ量検出手段
と、この位置ズレ量検出手段からの検出結果にもとづい
て前記マスターマニピュレータの位置と前記スレーブマ
ニピュレータの位置とを整合させるキャリブレーション
作業時に前記スレーブマニピュレータの駆動機構に作用
する機械的な負荷を低減させる負荷低減手段とを具備し
たことを特徴とするマニピュレータ制御装置である。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a slave manipulator installed to access an operative field, and a slave manipulator installed in an area operable by an operator to remotely operate the slave manipulator. A master manipulator, a master controller connected to the master manipulator, for converting an operation of the master manipulator into an electric signal, and a master manipulator connected to the slave manipulator and the master controller, respectively, and sent from the master controller; A slave control unit for outputting a control signal for transmitting a movement following the operation of the master manipulator to the slave manipulator; and a position shift between a current position of the master manipulator and a current position of the slave manipulator when the operation of the master manipulator starts. A displacement amount detecting means for detecting the amount, and a driving mechanism of the slave manipulator during a calibration operation for matching the position of the master manipulator and the position of the slave manipulator based on the detection result from the displacement amount detecting means. A manipulator control device comprising: a load reducing unit configured to reduce an acting mechanical load.

【0013】そして、本請求項1の発明では、マスター
マニピュレータの動作開始時には位置ズレ量検出手段に
よってマスターマニピュレータの現在位置とスレーブマ
ニピュレータの現在位置との間の位置ズレ量を検出し、
この位置ズレ量検出手段からの検出結果にもとづいてマ
スターマニピュレータの位置とスレーブマニピュレータ
の位置とを整合させるキャリブレーション作業が行われ
る。このキャリブレーション作業時には負荷低減手段に
よってスレーブマニピュレータの駆動機構に作用する機
械的な負荷を低減させるようにしたものである。
According to the first aspect of the present invention, when the operation of the master manipulator is started, the displacement amount between the current position of the master manipulator and the current position of the slave manipulator is detected by the displacement amount detecting means.
A calibration operation for matching the position of the master manipulator with the position of the slave manipulator is performed based on the detection result from the displacement amount detecting means. At the time of this calibration work, the mechanical load acting on the drive mechanism of the slave manipulator is reduced by the load reducing means.

【0014】請求項2の発明は、前記負荷低減手段は、
前記キャリブレーション作業時に前記スレーブマニピュ
レータの移動速度を前記スレーブマニピュレータ駆動機
構の機械的な負荷が低減できる程度に減速する減速手段
によって形成されていることを特徴とする請求項1に記
載のマニピュレータ制御装置である。
According to a second aspect of the present invention, the load reducing means includes:
2. The manipulator control device according to claim 1, wherein the manipulator control device according to claim 1, further comprising a speed reduction unit configured to reduce a moving speed of the slave manipulator during the calibration work to a degree that a mechanical load on the slave manipulator drive mechanism can be reduced. 3. It is.

【0015】そして、本請求項2の発明では、キャリブ
レーション作業時に減速手段によってスレーブマニピュ
レータの移動速度をスレーブマニピュレータ駆動機構の
機械的な負荷が低減できる程度に減速するようにしたも
のである。
According to the second aspect of the present invention, the speed of movement of the slave manipulator is reduced by the speed reduction means during the calibration work to such an extent that the mechanical load on the slave manipulator drive mechanism can be reduced.

【0016】請求項3の発明は、前記負荷低減手段は、
前記キャリブレーション作業時に前記マスターマニピュ
レータの位置検出用の座標系を前記スレーブマニピュレ
ータの現在位置に合わせて前記位置ズレ量を補完する状
態に再構築する座標補完手段によって形成されることを
特徴とする請求項1に記載のマニピュレータ制御装置で
ある。
According to a third aspect of the present invention, the load reducing means includes:
It is formed by coordinate complementing means for reconstructing a coordinate system for detecting the position of the master manipulator during the calibration work so as to complement the position shift amount in accordance with the current position of the slave manipulator. Item 4. The manipulator control device according to item 1.

【0017】そして、本請求項3の発明では、キャリブ
レーション作業時に座標補完手段によってマスターマニ
ピュレータの位置検出用の座標系をスレーブマニピュレ
ータの現在位置に合わせて位置ズレ量を補完する状態に
再構築するようにしたものである。
According to the third aspect of the present invention, during the calibration operation, the coordinate system for detecting the position of the master manipulator is reconstructed by the coordinate complementing means so as to complement the positional deviation amount according to the current position of the slave manipulator. It is like that.

【0018】請求項4の発明は、前記負荷低減手段は、
前記キャリブレーション作業時に前記スレーブマニピュ
レータの移動が可能な動作範囲内で、前記動作範囲の中
心位置から一定量離れた所定の設定範囲に位置整合動作
の制御実行範囲を予め設定し、前記スレーブマニピュレ
ータの現在位置が前記制御実行範囲外である場合には前
記位置整合動作を行わずに前記スレーブマニピュレータ
の現在位置が前記制御実行範囲外である状態を報知する
報知手段を備えたことを特徴とする請求項1に記載のマ
ニピュレータ制御装置である。
According to a fourth aspect of the present invention, the load reducing means includes:
Within the operation range in which the slave manipulator can move during the calibration work, a control execution range of the position matching operation is set in advance to a predetermined setting range separated by a fixed amount from the center position of the operation range, and the When the current position is out of the control execution range, there is provided notifying means for notifying the state in which the current position of the slave manipulator is out of the control execution range without performing the position matching operation. Item 4. The manipulator control device according to item 1.

【0019】そして、本請求項4の発明では、キャリブ
レーション作業時にスレーブマニピュレータの移動が可
能な動作範囲内で、動作範囲の中心位置から一定量離れ
た所定の設定範囲に位置整合動作の制御実行範囲を予め
設定し、スレーブマニピュレータの現在位置が制御実行
範囲外である場合には位置整合動作を行わずに報知手段
によってスレーブマニピュレータの現在位置が制御実行
範囲外である状態を報知するようにしたものである。
According to the fourth aspect of the present invention, the control execution of the position matching operation is performed within a predetermined setting range which is a predetermined distance away from the center position of the operation range within the operation range in which the slave manipulator can move during the calibration operation. The range is set in advance, and when the current position of the slave manipulator is outside the control execution range, the state in which the current position of the slave manipulator is outside the control execution range is notified by the notification unit without performing the position matching operation. Things.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明の第1の実施の形態
を図1乃至図8(A),(B)を参照して説明する。図
1は本実施の形態のマニピュレータ制御装置1のシステ
ム全体の概略構成を示すものである。本実施の形態のマ
ニピュレータ制御装置1には術野にアクセスするように
設置されたスレーブマニピュレータ2と、術者が操作で
きる領域内に設置され、スレーブマニピュレータ2を遠
隔的に操作するマスターマニピュレータ3とが設けられ
ている。ここで、スレーブマニピュレータ2には2組の
スレーブマニピュレータ、すなわち左側スレーブマニピ
ュレータ2aと、右側スレーブマニピュレータ2bとが
設けられている。さらに、マスターマニピュレータ3に
も同様に左側スレーブマニピュレータ2aを操作する左
側マスターマニピュレータ3aと、右側スレーブマニピ
ュレータ2bを操作する右側マスターマニピュレータ3
bとが設けられている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 8A and 8B. FIG. 1 shows a schematic configuration of an entire system of a manipulator control device 1 according to the present embodiment. The manipulator control device 1 according to the present embodiment includes a slave manipulator 2 installed to access an operation field, and a master manipulator 3 installed in an area where an operator can operate and remotely operating the slave manipulator 2. Is provided. Here, the slave manipulator 2 is provided with two sets of slave manipulators, that is, a left slave manipulator 2a and a right slave manipulator 2b. Similarly, the master manipulator 3 operates the left master manipulator 3a for operating the left slave manipulator 2a and the right master manipulator 3 for operating the right slave manipulator 2b.
b.

【0021】また、2つのスレーブマニピュレータ2
a,2b、マスターマニピュレータ3a,3bはそれぞ
れ略同一構成になっているので、ここでは一方の左側の
スレーブマニピュレータ2aおよびマスターマニピュレ
ータ3aの構成のみを説明し、右側のスレーブマニピュ
レータ2bおよびマスターマニピュレータ3bの同一部
分には同一の符号を付してその説明を省略する。
Further, two slave manipulators 2
a and 2b and the master manipulators 3a and 3b have substantially the same configuration, so that only the configuration of one of the left-side slave manipulator 2a and the master manipulator 3a will be described here, and the right-side slave manipulator 2b and the master manipulator 3b will be described. The same portions are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.

【0022】すなわち、本実施の形態の左側のスレーブ
マニピュレータ2aには細長い挿入部4を備えたマニピ
ュレータ本体5と、このマニピュレータ本体5を駆動す
るスレーブ駆動部6とが設けられている。さらに、挿入
部4の先端部には図3に示すように例えば把持鉗子のよ
うに開閉可能な1対の把持部材7a,7bを備えた先端
把持部7が設けられている。これらの把持部材7a,7
bの基端部間は挿入部4の先端部に回動ピン8を中心に
回動可能に連結されている。そして、これらの把持部材
7a,7bはリンク機構部9によって回動ピン8を中心
に開閉可能に支持されている。
That is, the left-hand slave manipulator 2a of the present embodiment is provided with a manipulator main body 5 having an elongated insertion portion 4, and a slave drive portion 6 for driving the manipulator main body 5. Further, as shown in FIG. 3, a distal end grip 7 having a pair of gripping members 7a and 7b that can be opened and closed like gripping forceps is provided at the distal end of the insertion section 4. These gripping members 7a, 7
The base portion b is connected to the distal end portion of the insertion portion 4 so as to be rotatable around a rotation pin 8. These gripping members 7a and 7b are supported by a link mechanism 9 so as to be openable and closable about a pivot pin 8.

【0023】また、マニピュレータ本体5はスレーブ駆
動部6内の図示しないマニピュレータ本体駆動ユニット
によって図3中で、X軸方向(左右方向)、Y軸方向
(上下方向)、Z軸方向(前後方向)にそれぞれ移動可
能に駆動され、かつX軸の軸回り方向、Y軸の軸回り方
向、Z軸の軸回り方向にそれぞれ回動駆動されるように
なっている。さらに、マニピュレータ本体5の先端把持
部7も同様にスレーブ駆動部6内の図示しない先端把持
部駆動ユニットによって把持部材7a,7b間が回動ピ
ン8を中心に開閉駆動されるようになっている。なお、
図3中で、Oはスレーブマニピュレータ2aのマニピ
ュレータ本体5の原点位置である。
The manipulator body 5 is driven by a manipulator body drive unit (not shown) in the slave drive unit 6 in FIG. 3 in the X-axis direction (left-right direction), the Y-axis direction (vertical direction), and the Z-axis direction (front-back direction). , And are driven to rotate in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. Further, the tip grip 7 of the manipulator body 5 is similarly opened and closed by the tip grip drive unit (not shown) in the slave drive 6 between the grip members 7a and 7b about the pivot pin 8. . In addition,
In Figure 3, O S is the origin position of the manipulator 5 of the slave manipulator 2a.

【0024】また、左側マスターマニピュレータ3aに
は図2に示すように例えば略鋏型の開閉動作可能なハン
ドル(操作部)10と、このハンドル10を図2中で、
X軸方向(左右方向)、Y軸方向(上下方向)、Z軸方
向(前後方向)にそれぞれ移動可能に、かつX軸の軸回
り方向、Y軸の軸回り方向、Z軸の軸回り方向にそれぞ
れ回動可能に支持する支持機構部11(図4に示す)と
が設けられている。なお、図2中で、OM はマスター
マニピュレータ3aのハンドル10の原点位置である。
As shown in FIG. 2, the left master manipulator 3a has, for example, a handle (operating portion) 10 which can be opened and closed in a substantially scissor shape.
It is movable in the X-axis direction (left-right direction), the Y-axis direction (vertical direction), and the Z-axis direction (front-rear direction), respectively, and is around the X-axis, around the Y-axis, and around the Z-axis. And a supporting mechanism 11 (shown in FIG. 4) for rotatably supporting each of them. In FIG. 2, O M Is the origin position of the handle 10 of the master manipulator 3a.

【0025】また、ハンドル10には図2に示すように
トッププレート12に一端部が固定された支軸13と、
この支軸13の他端部に回動軸14を中心に回動可能に
連結された2つのハンドル部材15a,15bとが設け
られている。さらに、2つのハンドル部材15a,15
b間には回動軸14側にリンク部材16、自由端部側に
板ばね部材17がそれぞれ配設されている。そして、こ
のハンドル10は板ばね部材17のばね力によって図2
中に実線で示すように全開位置方向に付勢されている。
As shown in FIG. 2, the handle 10 has a support shaft 13 having one end fixed to a top plate 12;
The other end of the support shaft 13 is provided with two handle members 15a and 15b rotatably connected around a rotation shaft 14. Further, the two handle members 15a, 15
Between b, a link member 16 is provided on the rotating shaft 14 side, and a leaf spring member 17 is provided on the free end side. The handle 10 is moved by the spring force of the leaf spring member 17 as shown in FIG.
It is urged toward the fully open position as indicated by the solid line therein.

【0026】また、このハンドル10の一方のハンドル
部材15aにはストッパ18が他方のハンドル部材15
b側に向けて突設されている。そして、このハンドル1
0の閉操作時には図2中に仮想線で示すようにハンドル
部材15aのストッパ18がハンドル部材15bに突き
当たることにより、このハンドル10の閉操作が規制さ
れ、この状態が全閉位置に設定されている。
A stopper 18 is provided on one of the handle members 15a of the handle 10.
It protrudes toward the b side. And this handle 1
At the time of the closing operation of 0, the closing operation of the handle 10 is regulated by the stopper 18 of the handle member 15a abutting on the handle member 15b as shown by the phantom line in FIG. 2, and this state is set to the fully closed position. I have.

【0027】さらに、ハンドル10のハンドル部材15
aにはポテンショメータ19が取付けられている。そし
て、このポテンショメータ19によってハンドル10の
開閉角度が検出されるようになっている。
Further, the handle member 15 of the handle 10
The potentiometer 19 is attached to a. The opening / closing angle of the handle 10 is detected by the potentiometer 19.

【0028】また、マスターマニピュレータ3aの支持
機構部11はパンタグラフ機構を複数組み合わせて構成
された多自由度マニピュレータによって形成されてい
る。ここで、出力節であるトッププレート12には、3
つのパンタグラフと3つの回転対偶軸とが取付けられて
いる。なお、各パンダグラフ、対偶軸には、図示しない
エンコーダが取付けられている。そして、このエンコー
ダによってハンドル10の操作を検出する検出手段が形
成されている。さらに、マスターマニピュレータ3には
このマスターマニピュレータ3を操作不能なロック状態
と、このマスターマニピュレータ3の操作が可能なロッ
ク解除状態とに切換える例えば電磁ロック式の図示しな
いロック機構部が組込まれている。
The support mechanism 11 of the master manipulator 3a is formed by a multi-degree-of-freedom manipulator constructed by combining a plurality of pantograph mechanisms. Here, the top plate 12 which is the output node has 3
One pantograph and three rotating pairs are mounted. An encoder (not shown) is attached to each of the panda graphs and the even axes. A detecting means for detecting the operation of the handle 10 by the encoder is formed. Further, the master manipulator 3 incorporates, for example, a lock mechanism (not shown) of an electromagnetic lock type, for example, which switches between a locked state in which the master manipulator 3 cannot be operated and an unlocked state in which the master manipulator 3 can be operated.

【0029】また、マスターマニピュレータ3にはこの
マスターマニピュレータ3の操作を電気信号に変換する
マスター制御部20が接続されている。このマスター制
御部20にはマスターマニピュレータ3のポテンショメ
ータ19および支持機構部11のエンコーダなどの位置
検出装置21と、例えば位置計算用のコンピュータによ
って形成される演算回路22とが設けられている。そし
て、位置検出装置21による左右のマスターマニピュレ
ータ3a,3bの操作状態の検出データ(L検出信号、
R検出信号)は演算回路22に入力され、この演算回路
22で位置計算されてマスターマニピュレータ3のハン
ドル10の操作状態や、ハンドル10の開閉状態などの
データが算出されるようになっている。
The master manipulator 3 is connected to a master controller 20 for converting the operation of the master manipulator 3 into an electric signal. The master control unit 20 is provided with a position detecting device 21 such as a potentiometer 19 of the master manipulator 3 and an encoder of the support mechanism unit 11, and an arithmetic circuit 22 formed by, for example, a computer for position calculation. Then, the detection data (L detection signal, L detection signal) of the operation state of the left and right master manipulators 3a and 3b by the position
The R detection signal) is input to an arithmetic circuit 22, where the position is calculated by the arithmetic circuit 22, and data such as the operation state of the handle 10 of the master manipulator 3 and the open / close state of the handle 10 are calculated.

【0030】さらに、このマスター制御部20にはマス
ターマニピュレータ3のロック機構部の制御用のフット
スイッチ23が接続されている。このフットスイッチ2
3には2つのペダル23a,23bが設けられている。
そして、一方のペダル23aによってマスターマニピュ
レータ3のロック状態と、ロック解除状態とを切換える
ロック状態の切換え操作部、他方のペダル23bによっ
て移動用クラッチの切換え操作部がそれぞれ形成されて
いる。
Further, a foot switch 23 for controlling the lock mechanism of the master manipulator 3 is connected to the master control unit 20. This foot switch 2
3 is provided with two pedals 23a and 23b.
A switching operation unit for switching between a locked state and an unlocked state of the master manipulator 3 is formed by one of the pedals 23a, and a switching operation unit of a moving clutch is formed by the other pedal 23b.

【0031】なお、マスターマニピュレータ3を操作す
る術者の近傍位置にはモニター24が配置されている。
そして、このモニター24に表示される表示画面を見な
がらマスターマニピュレータ3の操作が行われるように
なっている。
A monitor 24 is provided near the operator who operates the master manipulator 3.
The operation of the master manipulator 3 is performed while watching the display screen displayed on the monitor 24.

【0032】また、スレーブマニピュレータ2にはマス
ターマニピュレータ3の操作に追従した動きをスレーブ
マニピュレータ2に伝達する制御信号を出力するスレー
ブ制御部25が接続されている。このスレーブ制御部2
5にはスレーブマニピュレータ2のスレーブ駆動部6に
組込まれている複数の駆動モータ26を制御するモータ
駆動回路27と、例えばスレーブマニピュレータ制御用
のコンピュータによって形成される演算回路28とが設
けられている。
The slave manipulator 2 is connected to a slave controller 25 that outputs a control signal for transmitting a movement following the operation of the master manipulator 3 to the slave manipulator 2. This slave control unit 2
5 is provided with a motor drive circuit 27 for controlling a plurality of drive motors 26 incorporated in the slave drive unit 6 of the slave manipulator 2, and an arithmetic circuit 28 formed by a computer for controlling the slave manipulator, for example. .

【0033】さらに、スレーブ制御部25の演算回路2
8とマスター制御部20の演算回路22との間は例えば
光ファイバーケーブルなどの通信手段29を介して接続
されている。そして、スレーブ制御部25ではマスター
制御部20から送られるマスターマニピュレータ3の操
作に追従した動きをスレーブマニピュレータ2に伝達す
る制御信号を出力するようになっている。
Further, the arithmetic circuit 2 of the slave control unit 25
8 and the arithmetic circuit 22 of the master control unit 20 are connected via communication means 29 such as an optical fiber cable. The slave control unit 25 outputs a control signal transmitted from the master control unit 20 to the slave manipulator 2 to transmit a movement following the operation of the master manipulator 3.

【0034】また、スレーブ制御部25の演算回路28
には図5に示すようにキャリブレーション動作の開始状
態を検出するキャリブレーション動作検出手段28a
と、スレーブマニピュレータ2の現在位置(X方向の位
置Xs、Y方向の位置Ys、Z方向の位置Zs、X軸回
り方向の回動角度θxs、Y軸回り方向の回動角度θy
s、Z軸回り方向の回動角度θzs)を検出するスレー
ブマニピュレータ位置検出手段28bと、キャリブレー
ション動作の開始時にマスターマニピュレータ3の現在
位置(X方向の位置Xm、Y方向の位置Ym、Z方向の
位置Zm、X軸回り方向の回動角度θxm、Y軸回り方
向の回動角度θym、Z軸回り方向の回動角度θzm)
とスレーブマニピュレータ2の現在位置(Xs、Ys、
Zs、θxs、θys、θzs)との間の位置ズレ量を
検出する位置ズレ量検出手段28cと、キャリブレーシ
ョン動作の開始時に位置ズレ量検出手段28cからの検
出結果にもとづいてスレーブマニピュレータ2をマスタ
ーマニピュレータ3の現在位置(Xm、Ym、Zm、θ
xm、θym、θzm)と対応するキャリブレーション
位置(Xc、Yc、Zc、θc、θc、θc)に移動さ
せる際のスレーブ駆動部6に作用する機械的な負荷を低
減させる負荷低減手段であるスレーブ駆動部6の減速手
段28dと、CPU28eとが設けられている。ここ
で、減速手段28dはキャリブレーション動作時にスレ
ーブマニピュレータ2の移動速度をスレーブ駆動部6の
機械的な負荷が低減できる程度、例えばスレーブマニピ
ュレータ2のX方向、Y方向、Z方向の各移動速度を1
00mms(1step)毎に2mmの移動量で、かつX軸
回り方向の回動角度θx、Y軸回り方向の回動角度θ
y、Z軸回り方向の回動角度θzが100mms(1st
ep)毎に2°の移動量でそれぞれ回動動作させる状態に
減速する手段によって形成されている。
The arithmetic circuit 28 of the slave control unit 25
As shown in FIG. 5, a calibration operation detecting means 28a for detecting a start state of the calibration operation
And the current position of the slave manipulator 2 (the position Xs in the X direction, the position Ys in the Y direction, the position Zs in the Z direction, the rotation angle θxs around the X axis, and the rotation angle θy around the Y axis.
s, a slave manipulator position detecting means 28b for detecting a rotation angle θzs around the Z axis, and a current position of the master manipulator 3 (a position Xm in the X direction, a position Ym in the Y direction, and a Z direction) at the start of the calibration operation. Position Zm, rotation angle θxm around the X axis, rotation angle θym around the Y axis, rotation angle θzm around the Z axis)
And the current position of the slave manipulator 2 (Xs, Ys,
Zs, θxs, θys, θzs), and sets the slave manipulator 2 as a master on the basis of the detection result from the displacement amount detecting means 28c at the start of the calibration operation. The current position of the manipulator 3 (Xm, Ym, Zm, θ
xm, θym, θzm) and a slave as load reduction means for reducing the mechanical load acting on the slave drive unit 6 when moving to the calibration position (Xc, Yc, Zc, θc, θc, θc) corresponding to the calibration position (Xc, Yc, θc, θc). A deceleration unit 28d of the drive unit 6 and a CPU 28e are provided. Here, the deceleration means 28d sets the moving speed of the slave manipulator 2 during the calibration operation to such an extent that the mechanical load of the slave driving unit 6 can be reduced, for example, the moving speed of the slave manipulator 2 in the X, Y, and Z directions. 1
The rotation amount θx in the direction around the X axis and the rotation angle θ in the direction around the Y axis with a movement amount of 2 mm every 00 mms (1 step)
The rotation angle θz around the y and Z axes is 100 mms (1st
Each ep) is formed by means for decelerating to a state of rotating by a moving amount of 2 °.

【0035】次に、上記構成の作用について説明する。
本実施の形態のマニピュレータ制御装置1の使用時に
は、マスターマニピュレータ3が術者が操作できる領域
内に設置される。さらに、スレーブマニピュレータ2は
術野にアクセスするように設置される。例えば、図4に
示すように予め診断・処置等の手術を行う患者の腹壁等
の体壁Hに図示しないトロッカーによって穴を開け、こ
の穴に刺入されたトロッカー外套管内にスレーブマニピ
ュレータ2の挿入部4が挿入され、このトロッカー外套
管内を通じてスレーブマニピュレータ2の挿入部4が経
皮的に体腔内に挿入された状態にセットされる。このと
き、マスターマニピュレータ3を操作する術者の近傍位
置のモニター24にはスレーブマニピュレータ2とは別
の場所から経皮的に体腔内に挿入された内視鏡による術
野の内視鏡像、或いはコンピュータグラフィック装置に
よって合成された術野のコンピュータグラフィック画像
(CG画像)などが表示される。
Next, the operation of the above configuration will be described.
When using the manipulator control device 1 of the present embodiment, the master manipulator 3 is installed in an area where the operator can operate. Further, the slave manipulator 2 is installed so as to access an operation field. For example, as shown in FIG. 4, a hole is made in a body wall H such as an abdominal wall of a patient who is to be subjected to an operation such as diagnosis and treatment in advance by a trocar (not shown), and the slave manipulator 2 is inserted into the trocar mantle tube inserted into the hole. The insertion section 4 of the slave manipulator 2 is inserted into the body cavity percutaneously through the trocar mantle tube. At this time, the monitor 24 at a position near the operator who operates the master manipulator 3 is an endoscopic image of the operation field by an endoscope inserted percutaneously into the body cavity from a place different from the slave manipulator 2, or A computer graphic image (CG image) of the operation field synthesized by the computer graphic device is displayed.

【0036】また、スレーブマニピュレータ2およびマ
スターマニピュレータ3のセット後、スレーブ制御部2
5のキャリブレーション動作検出手段28aによってキ
ャリブレーション動作の開始状態が検出されると、スレ
ーブマニピュレータ2の位置と、マスターマニピュレー
タ3の位置とを対応させるキャリブレーション動作が行
われる。このキャリブレーション動作は図6のフローチ
ャートにしたがって行われる。なお、キャリブレーショ
ン動作の開始前は、左右のスレーブマニピュレータ2
a,2bおよび左右のマスターマニピュレータ3a,3
bはそれぞれ任意の位置で保持されている。図7はマス
ターマニピュレータ3a,3bの現在位置(Xm、Y
m、Zm、θxm、θym、θzm)を示す。
After setting the slave manipulator 2 and the master manipulator 3, the slave controller 2
When the calibration operation detecting means 28a detects the start state of the calibration operation, the calibration operation for associating the position of the slave manipulator 2 with the position of the master manipulator 3 is performed. This calibration operation is performed according to the flowchart of FIG. Before the start of the calibration operation, the left and right slave manipulators 2
a, 2b and left and right master manipulators 3a, 3
b is held at an arbitrary position. FIG. 7 shows the current positions (Xm, Y) of the master manipulators 3a, 3b.
m, Zm, θxm, θym, θzm).

【0037】また、キャリブレーション動作の開始時に
はスレーブマニピュレータ位置検出手段28bによって
左右のスレーブマニピュレータ2a,2bの現在位置
(Xs、Ys、Zs、θxs、θys、θzs)が検出
される。そして、ステップS1で、左右のスレーブマニ
ピュレータ2a,2bが図8に示すように原点位置Os
(X方向の位置Xs=0、Y方向の位置Ys=0、Z方
向の位置Zs=0、X軸回り方向の回動角度θxs=
0、Y軸回り方向の回動角度θys=0、Z軸回り方向
の回動角度θzs=0)に移動される。
At the start of the calibration operation, the current positions (Xs, Ys, Zs, θxs, θys, θzs) of the left and right slave manipulators 2a, 2b are detected by the slave manipulator position detecting means 28b. Then, in step S1, the left and right slave manipulators 2a and 2b move to the origin position Os as shown in FIG.
(Position Xs = 0 in X direction, Position Ys = 0 in Y direction, Position Zs = 0 in Z direction, rotation angle θxs around X axis =
0, the rotation angle θys = 0 around the Y axis, and the rotation angle θzs = 0 around the Z axis).

【0038】その後、次のステップS2で、左右のスレ
ーブマニピュレータ2a,2bが原点位置Osか否かが
判断される。このステップS2で、左右のスレーブマニ
ピュレータ2a,2bが原点位置Osではないと判断さ
れた場合にはステップS1に戻される。そして、ステッ
プS2で、左右のスレーブマニピュレータ2a,2bが
原点位置Osと確認された場合には次のステップS3に
進む。
Thereafter, in the next step S2, it is determined whether or not the left and right slave manipulators 2a and 2b are at the origin position Os. If it is determined in step S2 that the left and right slave manipulators 2a and 2b are not at the origin position Os, the process returns to step S1. Then, in step S2, when it is confirmed that the left and right slave manipulators 2a and 2b are at the origin position Os, the process proceeds to the next step S3.

【0039】このステップS3では図7に示すマスター
マニピュレータ3a,3bの現在位置(Xm、Ym、Z
m、θxm、θym、θzm)が検出される。なお、マ
スターマニピュレータ3a,3bの使用開始位置は操作
者により位置・姿勢が多少ズレることが普通である。こ
のとき、位置ズレ量検出手段28cによってキャリブレ
ーション動作の開始時のマスターマニピュレータ3a,
3bの現在位置(Xm、Ym、Zm、θxm、θym、
θzm)とスレーブマニピュレータ2a,2bの現在位
置(Xs、Ys、Zs、θxs、θys、θzs)との
間の位置ズレ量が検出される。
In step S3, the current positions (Xm, Ym, Z) of the master manipulators 3a, 3b shown in FIG.
m, θxm, θym, θzm) are detected. Note that the use start positions of the master manipulators 3a and 3b are usually slightly shifted in position and posture by the operator. At this time, the master manipulators 3a, 3a at the start of the calibration operation by the displacement amount detecting means 28c.
3b (Xm, Ym, Zm, θxm, θym,
θzm) and the current position (Xs, Ys, Zs, θxs, θys, θzs) of the slave manipulators 2a and 2b are detected.

【0040】その後、次のステップS4に進む。このス
テップS4ではマスターマニピュレータ3のロックが解
除状態か、否かが判断される。ここで、フットスイッチ
23のペダル23aを踏むことにより、マスターマニピ
ュレータ3のロックが解除される。この状態では左右の
マスターマニピュレータ3a,3bが図2中で、X軸方
向(左右方向)、Y軸方向(上下方向)、Z軸方向(前
後方向)にそれぞれ移動可能、かつX軸の軸回り方向、
Y軸の軸回り方向、Z軸の軸回り方向にそれぞれ回動可
能な状態にそれぞれ切換えられるとともに、左右のマス
ターマニピュレータ3a,3bの2つのハンドル部材1
5a,15b間が開閉動作可能な状態にそれぞれ切換え
られる。このとき、マスターマニピュレータ3a,3b
の現在位置(Xm、Ym、Zm、θxm、θym、θz
m)の情報がスレーブ制御部25に送られる。
Thereafter, the flow advances to the next step S4. In this step S4, it is determined whether or not the lock of the master manipulator 3 is released. Here, by depressing the pedal 23a of the foot switch 23, the lock of the master manipulator 3 is released. In this state, the left and right master manipulators 3a and 3b can move in the X-axis direction (left-right direction), the Y-axis direction (vertical direction), and the Z-axis direction (front-rear direction) in FIG. direction,
Each of the two handle members 1 of the left and right master manipulators 3a and 3b is switched to a state in which it can be turned around the Y-axis and the Z-axis, respectively.
The state between 5a and 15b is switched to a state where opening and closing operations are possible. At this time, the master manipulators 3a, 3b
Current position (Xm, Ym, Zm, θxm, θym, θz
The information of m) is sent to the slave control unit 25.

【0041】そして、ステップS4で、ロックが解除さ
れていないと判断された場合にはステップS3に戻され
る。また、ステップS4で、ロック解除状態と判断され
た場合には次のステップS5に進む。
If it is determined in step S4 that the lock has not been released, the process returns to step S3. If it is determined in step S4 that the lock is released, the process proceeds to the next step S5.

【0042】このステップS5ではスレーブマニピュレ
ータ2a,2bを現在位置(Xs、Ys、Zs、θx
s、θys、θzs)から減速状態で、左右のマスター
マニピュレータ3a,3bの現在位置(Xm、Ym、Z
m、θxm、θym、θzm)と対応するキャリブレー
ション位置(Xc、Yc、Zc、θc、θc、θc)に
移動させる動作が行われる。このとき、スレーブ駆動部
6の減速手段28dによってスレーブマニピュレータ2
a,2bの移動速度がスレーブ駆動部6の機械的な負荷
が低減できる程度、例えばスレーブマニピュレータ2
a,2bのX方向、Y方向、Z方向の各移動速度を10
0mms(1step)毎に2mmの移動量で、かつX軸回
り方向の回動角度θx、Y軸回り方向の回動角度θy、
Z軸回り方向の回動角度θzが100mms(1step)
毎に2°の移動量でそれぞれ回動動作させる状態に減速
される。
In step S5, the slave manipulators 2a and 2b are moved to the current position (Xs, Ys, Zs, θx
s, θys, θzs) and the current positions (Xm, Ym, Z) of the left and right master manipulators 3a, 3b in a decelerating state.
An operation of moving to the calibration position (Xc, Yc, Zc, θc, θc, θc) corresponding to m, θxm, θym, θzm) is performed. At this time, the slave manipulator 2 is controlled by the speed reduction means 28d of the slave drive unit 6.
a and 2b are moving to the extent that the mechanical load on the slave drive unit 6 can be reduced, for example, the slave manipulator 2
a, 2b, the moving speed in the X, Y, and Z directions is 10
The rotation amount θx about the X axis, the rotation angle θy about the Y axis, the movement amount of 2 mm every 0 mms (1 step),
The rotation angle θz around the Z axis is 100 mms (1 step)
Each time, the vehicle is decelerated to a state where it is rotated by an amount of movement of 2 °.

【0043】その後、次のステップS6で、スレーブマ
ニピュレータ2a,2bのキャリブレーション位置(X
c、Yc、Zc、θc、θc、θc)が左右のマスター
マニピュレータ3a,3bの現在位置(Xm、Ym、Z
m、θxm、θym、θzm)と等しいか、否かが判断
される。ここで、両方のマニピュレータ2a,2b、3
a,3bの位置が等しくないと判断された場合にはステ
ップS5に戻される。また、ステップS6で、両方のマ
ニピュレータ2a,2b、3a,3bの位置が等しいと
判断された場合にはキャリブレーション動作が終了す
る。
Then, in the next step S6, the calibration position (X) of the slave manipulators 2a and 2b is set.
c, Yc, Zc, θc, θc, θc) are the current positions (Xm, Ym, Z) of the left and right master manipulators 3a, 3b.
m, θxm, θym, θzm). Here, both manipulators 2a, 2b, 3
If it is determined that the positions of a and 3b are not equal, the process returns to step S5. If it is determined in step S6 that the positions of the two manipulators 2a, 2b, 3a, 3b are equal, the calibration operation ends.

【0044】さらに、このキャリブレーション動作の終
了後、本実施の形態のマニピュレータ制御装置1による
診断・処置等の手術が開始される。この手術時には術者
はモニター24に表示される術野の内視鏡像、或いはC
G画像の画面を見ながらマスターマニピュレータ3の左
右のマスターマニピュレータ3a,3bがそれぞれ操作
される。このとき、左側マスターマニピュレータ3aの
ハンドル10が術者の左手、右側マスターマニピュレー
タ3bのハンドル10が術者の右手で握られた状態でそ
れぞれ操作され、左側マスターマニピュレータ3aによ
って左側スレーブマニピュレータ2a、右側マスターマ
ニピュレータ3bによって右側スレーブマニピュレータ
2bがそれぞれ独立に遠隔操作される。
Further, after the completion of the calibration operation, operations such as diagnosis and treatment by the manipulator control device 1 of the present embodiment are started. At the time of this operation, the surgeon displays an endoscopic image of the operation field displayed on the monitor 24 or C
While viewing the screen of the G image, the left and right master manipulators 3a and 3b of the master manipulator 3 are operated. At this time, the handle 10 of the left master manipulator 3a is operated while the handle 10 of the right master manipulator 3b is gripped by the operator's left hand, and the handle 10 of the right master manipulator 3b is gripped by the operator's right hand, and the left slave manipulator 3a is operated by the left master manipulator 3a. The right slave manipulators 2b are remotely controlled independently by the manipulators 3b.

【0045】例えば、左側マスターマニピュレータ3a
のハンドル10を図2中で、X軸方向(左右方向)、Y
軸方向(上下方向)、Z軸方向(前後方向)にそれぞれ
移動させ、かつX軸の軸回り方向、Y軸の軸回り方向、
Z軸の軸回り方向にそれぞれ回動させた場合にはこのと
きのマスターマニピュレータ3aの動作がマスター制御
部20の位置検出装置21で検出される。この位置検出
装置21からの検出データは演算回路22に入力され、
この演算回路22で位置計算されてマスターマニピュレ
ータ3のハンドル10の操作状態や、ハンドル10の開
閉状態などのデータが算出される。
For example, the left master manipulator 3a
2 in the X-axis direction (left-right direction) in FIG.
Are moved in the axial direction (vertical direction) and the Z-axis direction (front-rear direction), respectively, and around the X-axis, the Y-axis,
When the operation is performed in the directions around the Z axis, the operation of the master manipulator 3a at this time is detected by the position detection device 21 of the master control unit 20. The detection data from the position detection device 21 is input to an arithmetic circuit 22,
The arithmetic circuit 22 calculates the position, and calculates data such as the operation state of the handle 10 of the master manipulator 3 and the open / close state of the handle 10.

【0046】さらに、マスター制御部20の演算回路2
2で位置計算された算出データは光ファイバーケーブル
などの通信手段29を介してスレーブ制御部25に送信
される。
Further, the arithmetic circuit 2 of the master control unit 20
The calculation data obtained by the position calculation in 2 is transmitted to the slave control unit 25 via a communication unit 29 such as an optical fiber cable.

【0047】また、スレーブ制御部25では受信された
制御信号にもとづいて演算回路28によってスレーブ駆
動部6に組込まれているモータ駆動回路27の複数の駆
動モータ26を制御する制御信号が算出される。そし
て、このスレーブ制御部25から出力される制御信号が
左側スレーブマニピュレータ2aに伝達され、左側スレ
ーブマニピュレータ2aが遠隔的に操作される。このと
き、左側スレーブマニピュレータ2aは左側マスターマ
ニピュレータ3aのハンドル10の動きに追従して動
く。なお、右側マスターマニピュレータ3bの操作時に
も同様の作用によって右側スレーブマニピュレータ2b
の動作が制御され、右側マスターマニピュレータ3bの
操作に追従して右側スレーブマニピュレータ2bが動く
ようになっている。
In the slave control section 25, a control signal for controlling the plurality of drive motors 26 of the motor drive circuit 27 incorporated in the slave drive section 6 is calculated by the arithmetic circuit 28 based on the received control signal. . Then, the control signal output from the slave control unit 25 is transmitted to the left slave manipulator 2a, and the left slave manipulator 2a is remotely operated. At this time, the left slave manipulator 2a moves following the movement of the handle 10 of the left master manipulator 3a. Note that the same operation is performed when the right master manipulator 3b is operated.
Is controlled, and the right slave manipulator 2b moves following the operation of the right master manipulator 3b.

【0048】そこで、上記構成のものにあっては次の効
果を奏する。すなわち、本実施の形態ではマスターマニ
ピュレータ3の動作開始時にはスレーブ制御部25の演
算回路28における位置ズレ量検出手段28cによって
マスターマニピュレータ3の現在位置とスレーブマニピ
ュレータ2の現在位置との間の位置ズレ量を検出し、こ
の位置ズレ量検出手段28cからの検出結果にもとづい
てマスターマニピュレータ3の位置とスレーブマニピュ
レータ2の位置とを整合させるキャリブレーション作業
が行われる。このキャリブレーション作業時には負荷低
減手段であるスレーブ駆動部6の減速手段28dによっ
てスレーブマニピュレータ2の移動速度を低減させるよ
うにしたので、マスターマニピュレータ3の位置とスレ
ーブマニピュレータ2の位置との間に座標のズレ量が有
ったとしてもスレーブマニピュレータ2がマスターマニ
ピュレータ3の位置と対応する位置に急激に移動するこ
とない。そのため、マスターマニピュレータ3とスレー
ブマニピュレータ2との位置・姿勢のキャリブレーショ
ンの作業時にスレーブマニピュレータ2の駆動機構であ
るスレーブ駆動部6側に作用する機械的な負荷を軽減さ
せることができ、システム全体の耐久性の向上を図るこ
とができる。
Therefore, the above configuration has the following effects. That is, in the present embodiment, when the operation of the master manipulator 3 starts, the position shift amount between the current position of the master manipulator 3 and the current position of the slave manipulator 2 is detected by the position shift amount detecting means 28c in the arithmetic circuit 28 of the slave control unit 25. Is performed, and a calibration operation for matching the position of the master manipulator 3 and the position of the slave manipulator 2 is performed based on the detection result from the displacement amount detecting means 28c. At the time of this calibration work, the moving speed of the slave manipulator 2 is reduced by the deceleration means 28d of the slave driving unit 6 which is a load reducing means, so that the coordinate of the coordinate between the position of the master manipulator 3 and the position of the slave manipulator 2 is reduced. Even if there is a shift amount, the slave manipulator 2 does not suddenly move to a position corresponding to the position of the master manipulator 3. Therefore, it is possible to reduce the mechanical load acting on the slave driving unit 6 which is the driving mechanism of the slave manipulator 2 during the operation of calibrating the position / posture of the master manipulator 3 and the slave manipulator 2, and the entire system can be reduced. The durability can be improved.

【0049】また、図9乃至図12は本発明の第2の実
施の形態を示すものである。本実施の形態は第1の実施
の形態(図1乃至図8(A),(B)参照)のマニピュ
レータ制御装置1のスレーブ制御部25の構成を次の通
り変更したものである。
FIGS. 9 to 12 show a second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the configuration of the slave control unit 25 of the manipulator control device 1 of the first embodiment (see FIGS. 1 to 8A and 8B) is changed as follows.

【0050】すなわち、本実施の形態ではスレーブ制御
部25の演算回路28は図9に示すように構成されてい
る。ここで、本実施の形態の演算回路28には第1の実
施の形態と同様にキャリブレーション動作検出手段28
aと、スレーブマニピュレータ位置検出手段28bと、
位置ズレ量検出手段28cと、CPU28eとが設けら
れている。さらに、CPU28eにはキャリブレーショ
ン作業時にマスターマニピュレータ3の位置検出用の座
標系をスレーブマニピュレータ2の現在位置に合わせて
位置ズレ量を補完する状態に再構築する座標補完手段3
1が接続されている。
That is, in this embodiment, the arithmetic circuit 28 of the slave control unit 25 is configured as shown in FIG. Here, the arithmetic operation circuit 28 of the present embodiment includes the calibration operation detecting means 28 as in the first embodiment.
a, slave manipulator position detecting means 28b,
A displacement amount detecting means 28c and a CPU 28e are provided. Further, the CPU 28e includes a coordinate complementing means 3 for reconstructing a coordinate system for detecting the position of the master manipulator 3 during the calibration operation so as to complement the positional deviation amount according to the current position of the slave manipulator 2.
1 is connected.

【0051】そして、本実施の形態のマニピュレータ制
御装置1では使用開始時にスレーブマニピュレータ2の
位置と、マスターマニピュレータ3の位置とを対応させ
るキャリブレーション動作は図10のフローチャートに
したがって行われる。
In the manipulator control device 1 of the present embodiment, the calibration operation for associating the position of the slave manipulator 2 with the position of the master manipulator 3 at the start of use is performed according to the flowchart of FIG.

【0052】まず、キャリブレーション動作の開始時に
はステップS11で、図11(A)に示す現在のマスタ
ーマニピュレータ3の座標系(X−Y−Z)と、図11
(B)に示す現在のスレーブマニピュレータ2の座標系
(X−Y−Z)とを対応させる動作が行われる。このと
き、スレーブマニピュレータ位置検出手段28bによっ
て左右のスレーブマニピュレータ2a,2bの現在位置
(Xs、Ys、Zs、θxs、θys、θzs)が検出
される。そして、次のステップS12で、左右のスレー
ブマニピュレータ2a,2bが図11(B)に示すよう
に原点位置Os(X方向の位置Xs=0、Y方向の位置
Ys=0、Z方向の位置Zs=0、X軸回り方向の回動
角度θxs=0、Y軸回り方向の回動角度θys=0、
Z軸回り方向の回動角度θzs=0)に移動される。
First, at the start of the calibration operation, in step S11, the current coordinate system (XYZ) of the master manipulator 3 shown in FIG.
An operation for associating with the current coordinate system (XYZ) of the slave manipulator 2 shown in FIG. At this time, the current positions (Xs, Ys, Zs, θxs, θys, θzs) of the left and right slave manipulators 2a, 2b are detected by the slave manipulator position detection means 28b. Then, in the next step S12, the left and right slave manipulators 2a and 2b move the origin position Os (position Xs = 0 in the X direction, position Ys = 0 in the Y direction, position Zs in the Z direction) as shown in FIG. = 0, rotation angle θxs = 0 around the X axis, rotation angle θys = 0 around the Y axis,
(The rotation angle θzs = 0) around the Z axis.

【0053】その後、次のステップS13で、左右のス
レーブマニピュレータ2a,2bが原点位置Osか否か
が判断される。このステップS13で、左右のスレーブ
マニピュレータ2a,2bが原点位置Osではないと判
断された場合にはステップS12に戻される。そして、
ステップS13で、左右のスレーブマニピュレータ2
a,2bが原点位置Osと確認された場合には次のステ
ップS14に進む。
Thereafter, in the next step S13, it is determined whether or not the left and right slave manipulators 2a and 2b are at the origin position Os. If it is determined in step S13 that the left and right slave manipulators 2a and 2b are not at the origin position Os, the process returns to step S12. And
In step S13, the left and right slave manipulators 2
When it is confirmed that a and 2b are the origin positions Os, the process proceeds to the next step S14.

【0054】このステップS14では図11(A)に示
すマスターマニピュレータ3a,3bの現在位置(X
m、Ym、Zm、θxm、θym、θzm)が検出され
る。このとき、位置ズレ量検出手段28cによってキャ
リブレーション動作の開始時のマスターマニピュレータ
3a,3bの現在位置(Xm、Ym、Zm、θxm、θ
ym、θzm)とスレーブマニピュレータ2a,2bの
現在位置(Xs、Ys、Zs、θxs、θys、θz
s)との間の位置ズレ量が検出される。
In step S14, the current position (X) of the master manipulators 3a and 3b shown in FIG.
m, Ym, Zm, θxm, θym, θzm) are detected. At this time, the current position (Xm, Ym, Zm, θxm, θ) of the master manipulators 3a, 3b at the start of the calibration operation by the position shift amount detecting means 28c.
ym, θzm) and the current positions (Xs, Ys, Zs, θxs, θys, θz) of the slave manipulators 2a, 2b.
s) is detected.

【0055】その後、次のステップS15に進む。この
ステップS15ではマスターマニピュレータ3のロック
が解除状態か、否かが判断される。ここで、フットスイ
ッチ23のペダル23aを踏むことにより、マスターマ
ニピュレータ3のロックが解除される。この状態では左
右のマスターマニピュレータ3a,3bがX軸方向(左
右方向)、Y軸方向(上下方向)、Z軸方向(前後方
向)にそれぞれ移動可能、かつX軸の軸回り方向、Y軸
の軸回り方向、Z軸の軸回り方向にそれぞれ回動可能な
状態にそれぞれ切換えられるとともに、左右のマスター
マニピュレータ3a,3bの2つのハンドル部材15
a,15b間が開閉動作可能な状態にそれぞれ切換えら
れる。
Thereafter, the flow advances to the next Step S15. In this step S15, it is determined whether or not the lock of the master manipulator 3 is released. Here, by depressing the pedal 23a of the foot switch 23, the lock of the master manipulator 3 is released. In this state, the left and right master manipulators 3a and 3b can move in the X-axis direction (left-right direction), the Y-axis direction (vertical direction), and the Z-axis direction (front-rear direction), respectively, and rotate around the X-axis, Each of the two handle members 15 of the left and right master manipulators 3a and 3b is switched so as to be rotatable around the axis and the Z axis.
The positions between a and 15b are switched to a state in which the opening and closing operation is possible.

【0056】そして、ステップS15で、ロックが解除
されていないと判断された場合にはステップS14に戻
される。また、ステップS15で、ロック解除状態と判
断された場合には次のステップS16に進む。
If it is determined in step S15 that the lock has not been released, the process returns to step S14. If it is determined in step S15 that the lock is released, the process proceeds to the next step S16.

【0057】このステップS16では図12中に点線で
示すマスターマニピュレータ3の位置検出用の座標系
(X−Y−Z)を図11(B)に示すスレーブマニピュ
レータ2の座標系(X−Y−Z)に合わせて回転させ、
位置ズレ量を補完する図12中に実線で示す新座標系
(X1−Y1−Z1)に再構築する座標補完作業が行わ
れる。
In this step S16, the coordinate system (XYZ) for detecting the position of the master manipulator 3 shown by the dotted line in FIG. 12 is replaced with the coordinate system (XY-Y) for the slave manipulator 2 shown in FIG. Z) to rotate,
A coordinate complement operation for reconstructing a new coordinate system (X1-Y1-Z1) indicated by a solid line in FIG.

【0058】その後、次のステップS17で、マスター
マニピュレータ3の新座標系(X1−Y1−Z1)と、
スレーブマニピュレータ2の座標系(X−Y−Z)とが
等しいか、否かが判断される。ここで、マスターマニピ
ュレータ3の新座標系(X1−Y1−Z1)と、スレー
ブマニピュレータ2の座標系(X−Y−Z)とが等しく
ないと判断された場合にはステップS16に戻される。
また、ステップS17で、マスターマニピュレータ3の
新座標系(X1−Y1−Z1)と、スレーブマニピュレ
ータ2の座標系(X−Y−Z)とが等しいと判断された
場合にはこのマスターマニピュレータ3の新座標系(X
1−Y1−Z1)を元にマスターマニピュレータ3の位
置、姿勢情報が作成されてスレーブマニピュレータ2側
にその情報データが送信され、キャリブレーション動作
が終了する。
Then, in the next step S17, the new coordinate system (X1-Y1-Z1) of the master manipulator 3
It is determined whether or not the coordinate system (XYZ) of the slave manipulator 2 is equal. Here, when it is determined that the new coordinate system (X1-Y1-Z1) of the master manipulator 3 is not equal to the coordinate system (XYZ) of the slave manipulator 2, the process returns to step S16.
If it is determined in step S17 that the new coordinate system (X1-Y1-Z1) of the master manipulator 3 is the same as the coordinate system (XYZ) of the slave manipulator 2, the master manipulator 3 has a new coordinate system. New coordinate system (X
Based on 1-Y1-Z1), the position and orientation information of the master manipulator 3 is created, the information data is transmitted to the slave manipulator 2 side, and the calibration operation ends.

【0059】さらに、このキャリブレーション動作の終
了後、第1の実施の形態のマニピュレータ制御装置1と
同様の手順によって診断・処置等の手術が開始される。
Further, after the completion of the calibration operation, an operation such as diagnosis and treatment is started by the same procedure as that of the manipulator control device 1 of the first embodiment.

【0060】そこで、本実施の形態ではキャリブレーシ
ョン作業時にはスレーブ制御部25の演算回路28にお
ける座標補完手段31によってマスターマニピュレータ
3の位置検出用の座標系(X−Y−Z)をスレーブマニ
ピュレータ2の現在位置に合わせて位置ズレ量を補完す
る状態に再構築した新座標系(X1−Y1−Z1)を作
るようにしたので、キャリブレーション作業時にスレー
ブマニピュレータ2を動かすこと無く、かつマスターマ
ニピュレータ3の開始位置がずれたままの状態で診断・
処置等の手術を開始させることができる。そのため、マ
スターマニピュレータ3とスレーブマニピュレータ2と
の位置・姿勢のキャリブレーションの作業時に格別にス
レーブマニピュレータ2を動かす必要が無いので、スレ
ーブマニピュレータ2の駆動機構であるスレーブ駆動部
6側に作用する機械的な負荷を軽減させることができ、
システム全体の耐久性の向上を図ることができる。さら
に、キャリブレーション作業時にスレーブマニピュレー
タ2や、マスターマニピュレータ3の動きによって操作
者に違和感を与えることがない、安定したキャリブレー
ション作業を行うことができる。
Therefore, in the present embodiment, the coordinate system (XYZ) for detecting the position of the master manipulator 3 is changed by the coordinate complementing means 31 in the arithmetic circuit 28 of the slave control unit 25 during the calibration work. Since the new coordinate system (X1-Y1-Z1) is reconstructed to complement the displacement amount in accordance with the current position, the slave manipulator 2 is not moved during the calibration operation, and the master manipulator 3 is not moved. Diagnosis and diagnosis with the start position shifted
Surgery such as treatment can be started. Therefore, it is not necessary to particularly move the slave manipulator 2 when calibrating the position / posture of the master manipulator 3 and the slave manipulator 2, so that the mechanical force acting on the slave driving unit 6, which is the driving mechanism of the slave manipulator 2, is not required. Load can be reduced,
The durability of the entire system can be improved. Further, a stable calibration operation can be performed without giving an uncomfortable feeling to the operator due to the movement of the slave manipulator 2 or the master manipulator 3 during the calibration operation.

【0061】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではない。例えば、キャリブレーション作業時に
スレーブマニピュレータ2の移動が可能な動作範囲内
で、この動作範囲の中心位置から一定量離れた所定の設
定範囲に位置整合動作の制御実行範囲を予め設定し、ス
レーブマニピュレータ2の現在位置が制御実行範囲外で
ある場合には位置整合動作を行わずにスレーブマニピュ
レータ2の現在位置が制御実行範囲外である状態を報知
する報知手段を設けてもよい。この場合には、キャリブ
レーション作業時にスレーブマニピュレータ2の現在位
置が制御実行範囲外である場合には報知手段によってそ
の状態を報知することができるので、無駄な位置整合動
作を行わずに済む効果がある。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, within the operation range in which the slave manipulator 2 can be moved during the calibration work, the control execution range of the position matching operation is set in advance to a predetermined setting range separated from the center position of the operation range by a predetermined amount. If the current position of the slave manipulator 2 is out of the control execution range, a notifying unit may be provided for notifying the state that the current position of the slave manipulator 2 is out of the control execution range without performing the position matching operation. In this case, if the current position of the slave manipulator 2 is out of the control execution range at the time of the calibration work, the state can be reported by the reporting means, so that there is no need to perform useless position matching operation. is there.

【0062】さらに、その他、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲で種々変形実施できることは勿論である。次に、
本出願の他の特徴的な技術事項を下記の通り付記する。 記 (付記項1) マスタ開始位置のズレを検出するズレ量
検出手段と、ズレた差分をマスタスレーブ操作開始時に
任意のスピードでキャリブレーションを実行するスロー
キャリブレーション手段を備えたマスタースレーブ装
置。
Further, it goes without saying that various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. next,
Other characteristic technical matters of the present application are additionally described as follows. (Additional Item 1) A master-slave device including a shift amount detecting means for detecting a shift of a master start position, and a slow calibration means for executing calibration of a shifted difference at an arbitrary speed at the start of a master-slave operation.

【0063】(付記項2) マスタ開始位置のズレを検
出するズレ量検出手段と、前記ズレ値からマスタの座標
系を再構築する座標補完手段を備えたマスタースレーブ
装置。
(Additional Item 2) A master-slave device including a shift amount detecting means for detecting a shift of a master start position, and a coordinate complementing means for reconstructing a master coordinate system from the shift values.

【0064】(付記項3) 可動範囲の中心より、一定
量離れた位置の場合、キャリブレーションを行わず、範
囲外であることを報知する報知手段を備えた1、または
2のマスタースレーブ装置。
(Additional Item 3) A master / slave device of one or two provided with notifying means for notifying that the position is outside the range without performing calibration when the position is a fixed distance from the center of the movable range.

【0065】(付記項1〜3の従来技術) マスターマ
ニピュレータの開閉角度を任意の固定倍率でデータ変換
後スレーブマニピュレータ開閉角度として扱っている。
(Conventional Techniques of Supplementary Items 1 to 3) The opening / closing angle of the master manipulator is treated as the slave manipulator opening / closing angle after data conversion at an arbitrary fixed magnification.

【0066】(付記項1、3が解決しようとする課題)
マスタとスレーブの操作開始時にマスタのズレ量がス
レーブに即座に反映される為、メカ的負荷がかかる。
(Problems to be Solved by Additional Items 1 and 3)
When the operation of the master and the slave is started, the amount of deviation of the master is immediately reflected on the slave, so that a mechanical load is applied.

【0067】(付記項2、3が解決しようとする課題)
ズレの位置合わせによる移動により、操作者に違和感
を与えてしまう。
(Problems to be Solved by Additional Items 2 and 3)
The movement caused by the misalignment gives the operator an uncomfortable feeling.

【0068】(付記項1、3の目的) マスタとスレー
ブの位置・姿勢のキャリブレーションでメカの負荷を軽
減させる制御方法の提供。
(Purpose of Supplementary Items 1 and 3) A control method for reducing the mechanical load by calibrating the position and orientation of the master and the slave.

【0069】(付記項2、3の目的) 操作者に違和感
を与えない制御方法の提供。
(Purpose of Supplementary Items 2 and 3) A control method that does not give an uncomfortable feeling to an operator is provided.

【0070】[0070]

【発明の効果】請求項1の発明によれば、マスターマニ
ピュレータの動作開始時にマスターマニピュレータの現
在位置とスレーブマニピュレータの現在位置との間の位
置ズレ量を検出する位置ズレ量検出手段を設けるととも
に、この位置ズレ量検出手段からの検出結果にもとづい
てマスターマニピュレータの位置とスレーブマニピュレ
ータの位置とを整合させるキャリブレーション作業時に
スレーブマニピュレータの駆動機構に作用する機械的な
負荷を低減させる負荷低減手段けたので、マスターマニ
ピュレータとスレーブマニピュレータとの位置・姿勢の
キャリブレーションの作業時にスレーブマニピュレータ
の駆動機構側に作用する機械的な負荷を軽減させること
ができ、システム全体の耐久性の向上を図ることができ
る。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a displacement amount detecting means for detecting a displacement amount between the current position of the master manipulator and the current position of the slave manipulator when the operation of the master manipulator starts. The load reducing means reduces the mechanical load acting on the drive mechanism of the slave manipulator during the calibration work for matching the position of the master manipulator and the position of the slave manipulator based on the detection result from the position shift amount detecting means. In addition, it is possible to reduce the mechanical load acting on the drive mechanism side of the slave manipulator during the operation of calibrating the position / posture of the master manipulator and the slave manipulator, thereby improving the durability of the entire system.

【0071】請求項2の発明によれば、キャリブレーシ
ョン作業時に減速手段によってスレーブマニピュレータ
の移動速度をスレーブマニピュレータ駆動機構の機械的
な負荷が低減できる程度に減速することができる。これ
により、マスターマニピュレータとスレーブマニピュレ
ータとの位置・姿勢のキャリブレーションの作業時にス
レーブマニピュレータの駆動機構側に作用する機械的な
負荷を軽減させることができる。
According to the second aspect of the present invention, the speed of movement of the slave manipulator can be reduced by the speed reduction means during the calibration work to such an extent that the mechanical load on the slave manipulator drive mechanism can be reduced. This can reduce the mechanical load acting on the drive mechanism side of the slave manipulator during the work of calibrating the position / posture of the master manipulator and the slave manipulator.

【0072】請求項3の発明によれば、キャリブレーシ
ョン作業時に座標補完手段によってマスターマニピュレ
ータの位置検出用の座標系をスレーブマニピュレータの
現在位置に合わせて位置ズレ量を補完する状態に再構築
するようにしたので、マスターマニピュレータとスレー
ブマニピュレータとの位置・姿勢のキャリブレーション
の作業時にスレーブマニピュレータの駆動機構側に作用
する機械的な負荷を軽減させることができる。
According to the third aspect of the present invention, during the calibration operation, the coordinate complementing means reconstructs the coordinate system for detecting the position of the master manipulator in accordance with the current position of the slave manipulator so as to complement the positional deviation amount. Therefore, it is possible to reduce the mechanical load acting on the drive mechanism side of the slave manipulator at the time of calibration of the position / posture of the master manipulator and the slave manipulator.

【0073】請求項4の発明によれば、キャリブレーシ
ョン作業時にスレーブマニピュレータの移動が可能な動
作範囲内で、動作範囲の中心位置から一定量離れた所定
の設定範囲に位置整合動作の制御実行範囲を予め設定
し、スレーブマニピュレータの現在位置が制御実行範囲
外である場合には位置整合動作を行わずに報知手段によ
ってスレーブマニピュレータの現在位置が制御実行範囲
外である状態を報知するようにしたので、キャリブレー
ション作業時にスレーブマニピュレータの現在位置が制
御実行範囲外である場合にはその状態を確実に確認する
ことができる。
According to the fourth aspect of the present invention, the control execution range of the position matching operation is set within a predetermined setting range which is a predetermined distance away from the center position of the operation range within the operation range in which the slave manipulator can move during the calibration operation. When the current position of the slave manipulator is out of the control execution range, the notifying operation is not performed when the current position of the slave manipulator is out of the control execution range. If the current position of the slave manipulator is out of the control execution range during the calibration work, it is possible to surely confirm the state.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の第1の実施の形態におけるマニピュ
レータ制御装置のシステム全体の概略構成図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an entire system of a manipulator control device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 第1の実施の形態のマニピュレータ制御装置
におけるマスターマニピュレータの操作部を一部断面に
して示す側面図。
FIG. 2 is a side view showing a partially sectioned operation unit of the master manipulator in the manipulator control device according to the first embodiment.

【図3】 第1の実施の形態のマニピュレータ制御装置
におけるスレーブマニピュレータの先端把持部を示す要
部の斜視図。
FIG. 3 is a perspective view of a main part showing a distal end grip portion of a slave manipulator in the manipulator control device according to the first embodiment.

【図4】 第1の実施の形態のマニピュレータ制御装置
の使用状態を示す全体の概略構成図。
FIG. 4 is an overall schematic configuration diagram illustrating a use state of the manipulator control device according to the first embodiment.

【図5】 第1の実施の形態のマニピュレータ制御装置
におけるスレーブ制御部の演算回路の概略構成図。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an arithmetic circuit of a slave control unit in the manipulator control device according to the first embodiment.

【図6】 第1の実施の形態のマニピュレータ制御装置
におけるキャリブレーション動作を説明するためのフロ
ーチャート。
FIG. 6 is a flowchart illustrating a calibration operation in the manipulator control device according to the first embodiment.

【図7】 第1の実施の形態のマニピュレータ制御装置
におけるマスターマニピュレータの現在位置を説明する
ための説明図。
FIG. 7 is an explanatory diagram for describing a current position of a master manipulator in the manipulator control device according to the first embodiment.

【図8】 第1の実施の形態のマニピュレータ制御装置
におけるスレーブマニピュレータの動作を説明するもの
で、(A)はスレーブマニピュレータのキャリブレーシ
ョン動作開始位置を説明するための説明図、(B)はス
レーブマニピュレータのキャリブレーション位置を説明
するための説明図。
8A and 8B are diagrams for explaining the operation of the slave manipulator in the manipulator control device according to the first embodiment, wherein FIG. 8A is an explanatory diagram for explaining a calibration operation start position of the slave manipulator, and FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a calibration position of the manipulator.

【図9】 本発明の第2の実施の形態のマニピュレータ
制御装置におけるスレーブ制御部の演算回路の概略構成
図。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of an arithmetic circuit of a slave control unit in the manipulator control device according to the second embodiment of the present invention.

【図10】 第2の実施の形態のマニピュレータ制御装
置におけるキャリブレーション動作を説明するためのフ
ローチャート。
FIG. 10 is a flowchart illustrating a calibration operation in the manipulator control device according to the second embodiment.

【図11】 第2の実施の形態のマニピュレータ制御装
置におけるマスターマニピュレータの動作を説明するも
ので、(A)はマスターマニピュレータの動作開始位置
を説明するための説明図、(B)はマスターマニピュレ
ータのキャリブレーション状態を説明するための説明
図。
11A and 11B are diagrams for explaining the operation of the master manipulator in the manipulator control device according to the second embodiment, wherein FIG. 11A is an explanatory diagram for explaining an operation start position of the master manipulator, and FIG. 11B is a diagram for explaining the operation of the master manipulator; FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a calibration state.

【図12】 第2の実施の形態におけるマニピュレータ
制御装置のスレーブマニピュレータの動作開始位置を説
明するための説明図。
FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating an operation start position of a slave manipulator of the manipulator control device according to the second embodiment.

【図13】 従来の手術用マニピュレータシステムの概
略構成図。
FIG. 13 is a schematic configuration diagram of a conventional surgical manipulator system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 スレーブマニピュレータ 3 マスターマニピュレータ 6 スレーブ駆動部(スレーブマニピュレータの駆動
機構) 20 マスター制御部 21 位置検出装置 25 スレーブ制御部 28c 位置ズレ量検出手段 28d スレーブ駆動部の減速手段(負荷低減手段) 31 座標補完手段(負荷低減手段)
Reference Signs List 2 slave manipulator 3 master manipulator 6 slave drive unit (slave manipulator drive mechanism) 20 master control unit 21 position detection device 25 slave control unit 28c position shift amount detection unit 28d deceleration unit (load reduction unit) of slave drive unit 31 coordinate complement Means (load reduction means)

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成12年1月19日(2000.1.1
9)
[Submission date] January 19, 2000 (2000.1.1)
9)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0034[Correction target item name] 0034

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0034】また、スレーブ制御部25の演算回路28
には図5に示すようにキャリブレーション動作の開始状
態を検出するキャリブレーション動作検出手段28a
と、スレーブマニピュレータ2の現在位置(X方向の位
置Xs、Y方向の位置Ys、Z方向の位置Zs、X軸回
り方向の回動角度θxs、Y軸回り方向の回動角度θy
s、Z軸回り方向の回動角度θzs)を検出するスレー
ブマニピュレータ位置検出手段28bと、キャリブレー
ション動作の開始時にマスターマニピュレータ3の現在
位置(X方向の位置Xm、Y方向の位置Ym、Z方向の
位置Zm、X軸回り方向の回動角度θxm、Y軸回り方
向の回動角度θym、Z軸回り方向の回動角度θzm)
とスレーブマニピュレータ2の現在位置(Xs、Ys、
Zs、θxs、θys、θzs)との間の位置ズレ量を
検出する位置ズレ量検出手段28cと、キャリブレーシ
ョン動作の開始時に位置ズレ量検出手段28cからの検
出結果にもとづいてスレーブマニピュレータ2をマスタ
ーマニピュレータ3の現在位置(Xm、Ym、Zm、θ
xm、θym、θzm)と対応するキャリブレーション
位置(Xc、Yc、Zc、θxc、θyc、θzc)に
移動させる際のスレーブ駆動部6に作用する機械的な負
荷を低減させる負荷低減手段であるスレーブ駆動部6の
減速手段28dと、CPU28eとが設けられている。
ここで、減速手段28dはキャリブレーション動作時に
スレーブマニピュレータ2の移動速度をスレーブ駆動部
6の機械的な負荷が低減できる程度、例えばスレーブマ
ニピュレータ2のX方向、Y方向、Z方向の各移動速度
を100mSec(1step)毎に2mmの移動量で、か
つX軸回り方向の回動角度θx、Y軸回り方向の回動角
度θy、Z軸回り方向の回動角度θzが100mSec
(1step)毎に2°の移動量でそれぞれ回動動作させる
状態に減速する手段によって形成されている。
The arithmetic circuit 28 of the slave control unit 25
As shown in FIG. 5, a calibration operation detecting means 28a for detecting a start state of the calibration operation
And the current position of the slave manipulator 2 (the position Xs in the X direction, the position Ys in the Y direction, the position Zs in the Z direction, the rotation angle θxs around the X axis, and the rotation angle θy around the Y axis.
s, the slave manipulator position detecting means 28b for detecting the rotation angle θzs around the Z axis, and the current position of the master manipulator 3 at the start of the calibration operation (the position Xm in the X direction, the position Ym in the Y direction, and the Z direction). Position Zm, rotation angle θxm around the X axis, rotation angle θym around the Y axis, rotation angle θzm around the Z axis)
And the current position (Xs, Ys,
Zs, θxs, θys, θzs), and sets the slave manipulator 2 as a master based on the detection result from the displacement amount detecting means 28c at the start of the calibration operation. The current position of the manipulator 3 (Xm, Ym, Zm, θ
xm, θym, θzm) and a slave as load reduction means for reducing the mechanical load acting on the slave drive unit 6 when moving to the calibration position (Xc, Yc, Zc, θxc, θyc, θzc ). A deceleration means 28d of the drive unit 6 and a CPU 28e are provided.
Here, the deceleration means 28d sets the moving speed of the slave manipulator 2 during the calibration operation to such an extent that the mechanical load of the slave driving unit 6 can be reduced, for example, the moving speed of the slave manipulator 2 in the X, Y, and Z directions. With a movement amount of 2 mm every 100 mSec (1 step), the rotation angle θx around the X axis, the rotation angle θy around the Y axis, and the rotation angle θz around the Z axis are 100 mSec.
It is formed by means for decelerating to a state of rotating each by a moving amount of 2 ° every (1 step).

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0042[Correction target item name] 0042

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0042】このステップS5ではスレーブマニピュレ
ータ2a,2bを現在位置(Xs、Ys、Zs、θx
s、θys、θzs)から減速状態で、左右のマスター
マニピュレータ3a,3bの現在位置(Xm、Ym、Z
m、θxm、θym、θzm)と対応するキャリブレー
ション位置(Xc、Yc、Zc、θxc、θyc、θz
)に移動させる動作が行われる。このとき、スレーブ
駆動部6の減速手段28dによってスレーブマニピュレ
ータ2a,2bの移動速度がスレーブ駆動部6の機械的
な負荷が低減できる程度、例えばスレーブマニピュレー
タ2a,2bのX方向、Y方向、Z方向の各移動速度を
100mSec(1step)毎に2mmの移動量で、かつ
X軸回り方向の回動角度θx、Y軸回り方向の回動角度
θy、Z軸回り方向の回動角度θzが100mSec
(1step)毎に2°の移動量でそれぞれ回動動作させる
状態に減速される。
In step S5, the slave manipulator
Data 2a, 2b to the current position (Xs, Ys, Zs, θx
s, θys, θzs) and the left and right masters
The current position of the manipulators 3a, 3b (Xm, Ym, Z
m, θxm, θym, θzm) and corresponding calibration
(Xc, Yc, Zc,θxc, θyc, θz
c) Is performed. At this time, the slave
The slave manipulator is controlled by the speed reducing means 28d of the driving unit 6.
The moving speed of the motors 2a and 2b is
Load, such as a slave manipulator
The moving speeds of the data 2a, 2b in the X, Y, and Z directions
100mSec(1step) every 2mm, and
Rotation angle θx around X axis, rotation angle around Y axis
θy, the rotation angle θz around the Z axis is 100mSec
(1 step) Each time it rotates by 2 degrees of movement
Slow down to state.

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0043[Correction target item name] 0043

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0043】その後、次のステップS6で、スレーブマ
ニピュレータ2a,2bのキャリブレーション位置(X
c、Yc、Zc、θxc、θyc、θzc)が左右のマ
スターマニピュレータ3a,3bの現在位置(Xm、Y
m、Zm、θxm、θym、θzm)と等しいか、否か
が判断される。ここで、両方のマニピュレータ2a,2
b、3a,3bの位置が等しくないと判断された場合に
はステップS5に戻される。また、ステップS6で、両
方のマニピュレータ2a,2b、3a,3bの位置が等
しいと判断された場合にはキャリブレーション動作が終
了する。
Then, in the next step S6, the calibration position (X) of the slave manipulators 2a and 2b is set.
c, Yc, Zc, θxc, θyc, θzc ) are the current positions (Xm, Y) of the left and right master manipulators 3a, 3b.
m, Zm, θxm, θym, θzm). Here, both manipulators 2a, 2
If it is determined that the positions of b, 3a, and 3b are not equal, the process returns to step S5. If it is determined in step S6 that the positions of the two manipulators 2a, 2b, 3a, 3b are equal, the calibration operation ends.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大西 順一 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 関 敬一 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 Fターム(参考) 3F059 AA10 CA08 DB01 EA05 FB26 FC00 FC02 4C060 GG22 GG32 GG36 GG40 MM24 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Junichi Onishi 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Inside Olympus Optical Co., Ltd. (72) Keiichi Seki 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Olympus Optical Co., Ltd. F term (reference) 3F059 AA10 CA08 DB01 EA05 FB26 FC00 FC02 4C060 GG22 GG32 GG36 GG40 MM24

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 術野にアクセスするように設置されたス
レーブマニピュレータと、 術者が操作できる領域内に設置され、前記スレーブマニ
ピュレータを遠隔的に操作するマスターマニピュレータ
と、 このマスターマニピュレータに接続され、前記マスター
マニピュレータの操作を電気信号に変換するマスター制
御部と、 前記スレーブマニピュレータおよび前記マスター制御部
にそれぞれ接続され、前記マスター制御部から送られる
前記マスターマニピュレータの操作に追従した動きを前
記スレーブマニピュレータに伝達する制御信号を出力す
るスレーブ制御部と、 前記マスターマニピュレータの動作開始時に前記マスタ
ーマニピュレータの現在位置と前記スレーブマニピュレ
ータの現在位置との間の位置ズレ量を検出する位置ズレ
量検出手段と、 この位置ズレ量検出手段からの検出結果にもとづいて前
記マスターマニピュレータの位置と前記スレーブマニピ
ュレータの位置とを整合させるキャリブレーション作業
時に前記スレーブマニピュレータの駆動機構に作用する
機械的な負荷を低減させる負荷低減手段とを具備したこ
とを特徴とするマニピュレータ制御装置。
A slave manipulator installed to access an operative field, a master manipulator installed in an area operable by an operator, and remotely operating the slave manipulator, connected to the master manipulator, A master control unit that converts the operation of the master manipulator into an electric signal, and the slave manipulator is connected to the slave manipulator and the master control unit, and performs a movement following the operation of the master manipulator sent from the master control unit to the slave manipulator. A slave control unit that outputs a control signal to be transmitted; and a position shift amount detection unit that detects a position shift amount between a current position of the master manipulator and a current position of the slave manipulator when the operation of the master manipulator starts. And reducing the mechanical load acting on the drive mechanism of the slave manipulator during a calibration operation for matching the position of the master manipulator and the position of the slave manipulator based on the detection result from the position shift amount detection means. A manipulator control device comprising: a load reducing unit.
【請求項2】 前記負荷低減手段は、前記キャリブレー
ション作業時に前記スレーブマニピュレータの移動速度
を前記スレーブマニピュレータ駆動機構の機械的な負荷
が低減できる程度に減速する減速手段によって形成され
ていることを特徴とする請求項1に記載のマニピュレー
タ制御装置。
2. The method according to claim 1, wherein the load reducing unit is formed by a speed reducing unit that reduces a moving speed of the slave manipulator during the calibration work to a degree that can reduce a mechanical load on the slave manipulator driving mechanism. The manipulator control device according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記負荷低減手段は、前記キャリブレー
ション作業時に前記マスターマニピュレータの位置検出
用の座標系を前記スレーブマニピュレータの現在位置に
合わせて前記位置ズレ量を補完する状態に再構築する座
標補完手段によって形成されることを特徴とする請求項
1に記載のマニピュレータ制御装置。
3. A coordinate complementer for reconstructing a coordinate system for detecting the position of the master manipulator during the calibration operation so as to complement the displacement amount according to the current position of the slave manipulator. The manipulator control device according to claim 1, wherein the manipulator control device is formed by means.
【請求項4】 前記負荷低減手段は、前記キャリブレー
ション作業時に前記スレーブマニピュレータの移動が可
能な動作範囲内で、前記動作範囲の中心位置から一定量
離れた所定の設定範囲に位置整合動作の制御実行範囲を
予め設定し、前記スレーブマニピュレータの現在位置が
前記制御実行範囲外である場合には前記位置整合動作を
行わずに前記スレーブマニピュレータの現在位置が前記
制御実行範囲外である状態を報知する報知手段を備えた
ことを特徴とする請求項1に記載のマニピュレータ制御
装置。
4. The control unit according to claim 1, wherein said load reducing unit controls a position matching operation within a predetermined setting range, which is a predetermined distance from a center position of said operation range, within an operation range in which said slave manipulator can move during said calibration operation. An execution range is set in advance, and when the current position of the slave manipulator is out of the control execution range, the state in which the current position of the slave manipulator is outside the control execution range is notified without performing the position matching operation. The manipulator control device according to claim 1, further comprising a notification unit.
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