JP2007289675A - マニピュレータの移動構造及び手術支援ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】 ＭＲＩのガントリ内のようにアームの可動高さが制約された空間内でも、マニピュレータのピボット運動を行えるようにすること。
【解決手段】駆動装置１１とロボット本体１２とを備えて手術支援ロボット１０が構成されている。ロボット本体１２は、ほぼ水平方向に動作する第１及び第２アーム３６，３７を備えている。第２アーム３７には、その先端側に設けられたジンバル機構４８と、このジンバル機構４８に支持されるとともに、マニピュレータＭがその軸線方向に移動可能に保持されるスライダー４９とを備えている。ジンバル機構４８は、アーム３６，３７の動作に応じて、スライダー４９を介してマニピュレータＭの姿勢を変化させ、スライダー４９は、マニピュレータＭの姿勢の変化に伴って、その先端の高さ位置がほぼ一定となるように、マニピュレータＭを軸線方向に移動させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マニピュレータの移動構造及び手術支援ロボットに係り、更に詳しくは、磁気共鳴画像診断装置のガントリ内等の狭い空間内でのロボットによる手術支援に適したマニピュレータの移動構造及び手術支援ロボットに関する。

近時、大きな切開を要さない低侵襲手術を行うための手術支援ロボットが種々研究開発されている。当該手術支援ロボットは、内視鏡や処置具等の術具を保持するマニピュレータと、このマニピュレータを所定方向に移動させるロボットアームとを備えており、医師の遠隔操作にてロボットアームを動作させることで、患者の体内に挿入されたマニピュレータを動かし、術具による患部の処置等を行えるようになっている。

このようなロボットアームの構造として、アクチュエータによって動作する平行リンクを主体としたリンク機構が特許文献１に開示されており、当該リンク機構の動作によって、マニピュレータの先端の位置や姿勢を変えるようになっている。

ところで、近時、開放型の磁気共鳴画像診断装置（以下、「ＭＲＩ」と称する。）が出現するに至っており、この開放型のＭＲＩは、ガントリが患者を上下から挟む構造となっており、ガントリ内に側方からアクセスできるようになっている。この開放型ＭＲＩの出現により、患部をＭＲＩで撮像しながら、手術支援ロボットによって手術支援を行う態様も考えられるようになってきた。
特開平６−２６１９１１号公報

しかしながら、前記特許文献１のリンク機構にあっては、ＭＲＩ内で動作する手術支援ロボットに適用した場合、ＭＲＩのガントリ内という狭い空間内でロボットアームを動作させることが難しくなる。すなわち、患者の体表面に空けられた穴にマニピュレータを挿入した状態で、マニピュレータの先端高さを変えずに、前記穴の形成縁周りにマニピュレータを回転させるピボット運動を行おうとする場合、前記リンク機構では、平行リンクの動作に伴いマニピュレータの先端が上下方向に変位するため、当該変位を相殺するように前記平行リンク全体を昇降させることで、当該マニピュレータの先端高さを一定にしなければならない。ところが、このような動作を行おうとすると、４００ｍｍ程度と狭い高さのガントリの内部では、当該ガントリに前記ロボットアームや平行リンクが干渉してしまう可能性がある。また、前記特許文献１のリンク機構では、ガントリの近傍に平行リンクを動作させるアクチュエータが配置されることになり、当該アクチュエータの駆動によりカントリ内の磁場に影響を与え、ＭＲＩによる正確な測定ができなくなる。更に、モータ等のアクチュエータから発生するノイズは、ＭＲＩの画像に影響を及ぼし、良好なＭＲＩ画像が得られないという不都合もある。

本発明は、このような課題に着目して案出されたものであり、その目的は、ＭＲＩのガントリ内のようにロボットアームの可動高さが制約された空間内でも、マニピュレータのピボット運動を難なく行うことができるマニピュレータの移動構造及び手術支援ロボットを提供することにある。

また、他の目的は、ＭＲＩに対する影響を抑制することができるマニピュレータの移動構造及び手術支援ロボットを提供することにある。

（１）前記目的を達成するため、本発明は、手術支援ロボットに適用されるマニピュレータの移動構造において、
ほぼ水平方向に動作可能なアームと、このアームの先端側に設けられたジンバル機構と、このジンバル機構に支持されるとともに、前記マニピュレータがその軸線方向に移動可能に保持されるスライダーとを備え、
前記ジンバル機構は、前記アームの水平動作に応じて前記マニピュレータの姿勢を変化させ、
前記スライダーは、前記マニピュレータの姿勢の変化に伴って、前記マニピュレータの先端の高さ位置がほぼ一定となるように、前記マニピュレータをその軸線方向に移動させる、という構成を採っている。

（２）ここで、前記スライダーは、前記ジンバル機構に連なるレールと、当該レール上を摺動自在に取り付けられた摺動部材と、当該摺動部材に固定された本体とを備え、
前記本体は、前記マニピュレータが通過する内部空間と、この内部空間に配置されて前記マニピュレータを固定する保持体と、前記内部空間内で前記マニピュレータの軸線方向に沿って延びるとともに、前記保持体に係合するねじ軸とを備え、
前記マニピュレータの姿勢の変化に伴って前記摺動部材がレール上を摺動することで、前記マニピュレータをその軸線方向に移動させ、前記マニピュレータの先端の高さ位置を維持可能に設けられるとともに、
前記ねじ軸を回転させると、前記保持体とともに前記マニピュレータがその軸線方向に任意に移動可能に設けられる、という構成を採ることができる。

（３）また、前記本体の内部空間には、前記マニピュレータに作用する力を測定可能な力センサが配置される、という構成を採るとよい。

（４）更に、本発明は、前記マニピュレータの移動構造を備えた手術支援ロボットにおいて、
前記移動構造を含むロボット本体と、前記移動構造に動力を付与する駆動装置とを備え、
前記駆動装置からの動力は、ベルトを介して前記移動構造に伝達され、前記アームを動作させる、という構成を採っている。

（５）また、本発明は、前記マニピュレータの移動構造を備えた手術支援ロボットにおいて、
前記移動構造を含むロボット本体と、前記移動構造に動力を付与する駆動装置とを備え、
前記駆動装置からの動力は、ベルトを介して前記移動構造に伝達され、前記アームを動作させるとともに、前記ねじ軸を回転可能に設けられているという構成を採っている。

前記（１）の構成によれば、患者の体表面に空けられた穴にマニピュレータを挿入した状態で、アームをほぼ水平に動作させると、ジンバル機構及びスライダーの作用により、マニピュレータの先端の高さをほぼ一定にしたまま、当該マニピュレータの姿勢を変えてピボット運動を行わせることができる。従って、アームをほぼ水平方向に動作させることで、難なくマニピュレータのピボット運動が可能となるため、マニピュレータの先端の高さを調整するためにアームを上下動させる必要がなく、ＭＲＩのガントリ内のように、アームの可動高さが制約された空間内の使用に好適となる。

前記（２）、（５）の構成によれば、マニピュレータの先端を組織の上方から当てた状態でピボット運動をさせた場合、例えば、マニピュレータが鉛直状態から傾斜状態に姿勢が変わって、マニピュレータの先端が組織から浮き上がろうとしたときに、スライダー等の重力により、摺動部材がレール上を摺動することで、マニピュレータが固定された本体が自動的にマニピュレータの軸線方向に下降し、マニピュレータの先端を組織に当てた状態を維持できる。一方、手術中等において、マニピュレータの先端の高さを強制的に変えたい場合には、ねじ軸を回転させることで、マニピュレータをその軸線方向に移動させることもできる。従って、何れの場合もアームを上下動させることなく、マニピュレータの先端の高さ調整が可能となる。

前記（３）のように構成することで、手術中にマニピュレータの先端に作用する力、つまり、マニピュレータの先端が当たる組織からの反力を測定することができ、マニピュレータによって組織に付与される外力の監視、当該外力に応じたロボットの動作制御、或いは、マニピュレータによる自動触診等が可能になる。特に、力センサが、スライダーの本体内に設けられるため、力センサを新たな場所に外付けする必要がなくなり、手術用の限られた空間を有効活用することができる。また、力センサが取り付けられたマニピュレータ用いずに、マニピュレータの先端に作用する反力の測定が可能になり、他の種類のマニピュレータに交換する場合、力センサのない汎用的なマニピュレータを用いることができ、また、当該交換作業を簡単に行うことができる。

前記（４）の構成によれば、前記（１）と同様の効果が得られる他、ＭＲＩ近傍に設置されたロボット本体に対して、駆動装置を離れて配置することができ、ＭＲＩの使用時に発生する磁場に影響を与えず、また、駆動装置を構成するモータ等から発生するノイズの影響を抑制することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１には、本実施形態に係る手術支援ロボットの要部の概略斜視図が示されている。この図において、手術支援ロボット１０は、同図中左側の駆動装置１１と、同図中右側のロボット本体１２とを備えて構成されている。なお、特に限定されるものではないが、手術支援ロボット１０は、図示省略しているが、ガントリ内に側方からアクセス可能な開放型の磁気共鳴画像診断装置（以下、「ＭＲＩ」と称する）と併用可能になっており、前記ガントリ内にロボット本体１２が配置され、ＭＲＩで患者の患部を撮像しながら手術支援を行うようになっている。

前記駆動装置１１は、ロボット本体１２から離れた位置に設置可能になっており、第１〜第４のモータ１４〜１７と、これらモータ１４〜１７が設置されるベース体１９とを備えている。

前記各モータ１４〜１７は、超音波モータであり、図示省略した制御装置によってその駆動が制御され、それらの動力がそれぞれベルトＶを介してロボット本体１２側に伝達される。なお、第１のモータ１４は、図１中最も奥行側に配置され、同図中手前側に向かって第２〜第４のモータ１５〜１７の順で配置されている。

前記ロボット本体１２は、各モータ１４〜１７からのベルトＶが繋がる下部構造体２１と、この下部構造体２１に対して起立状態で配置された中間リンク構造体２２と、当該中間リンク構造体２２の上側に配置されたアーム構造体２３とを備えて構成されている。このロボット本体１２には、各構造体２１〜２３にそれぞれに設けられた多数のプーリＰ及びローラＲと、当該プーリＰ及びローラＲに掛け回されたベルトＶと、プーリＰ等と一体回転する歯車Ｇとが、各モータ１４〜１７を動力源とした後述する各種動作を可能に配置されている。これらプーリＰ、ローラＲ、ベルトＶ、及び歯車Ｇは、ＭＲＩの使用時に発生する磁場の影響を極力低減する目的で、ゴムや樹脂等の非磁性体により形成されることが好ましい。

なお、以下のロボット本体１２の説明において、特に明示しない限り、「前」、「後」、「左」、「右」は、図１中、駆動装置１１側からロボット本体１２を見た状態での「前」、「後」、「左」、「右」を意味する。

前記下部構造体２１は、前記ベース１９の端部に取り付けられた二本のシャフト２５，２５が固定された長尺状の前端プレート２６と、この前端プレート２６の左右両端側に起立配置された一対の側端プレート２７，２７と、これら側端プレート２７，２７間に回転可能に掛け渡された前後二箇所の下部シャフト２９，２９と、この下部シャフト２９，２９に設けられたプーリＰとを備えている。

前記下部シャフト２９，２９は、第１のモータ１４に繋がるベルトＶが掛け回されており、第１のモータ１４の駆動によって回転可能になっている。

前記中間リンク構造体２２は、各下部シャフト２９，２９にそれぞれ固定された下部ロッド３１，３１と、これら下部ロッド３１，３１の上端側に相対回転可能に連結された上部ロッド３２，３２とを備えている。

前記下部ロッド３１及び上部ロッド３２は、それらの後側に相互に径の異なるプーリＰ，Ｐが固定され、これらプーリＰ，Ｐ間にベルトＶが掛け回されている。この構成によれば、第１のモータ１４が所定の正方向に駆動すると、下部シャフト２９の回転に伴って下部ロッド３１が下部シャフト２９を中心として図１中前側に回転し、中間リンク構造体２２が全体的に昇降するようになっている。一方、第１のモータ１４が前述の逆方向に駆動すると、中間リンク構造体２２が全体的に下降するようになっている。

前記アーム構造体２３は、先端側に術具等（図示省略）が取り付けられたマニピュレータＭを保持し、当該マニピュレータＭを所定方向に移動させるものであり、本発明に係るマニピュレータ移動構造が採用されている。このアーム構造体２３は、上部ロッド３２の上端側に固定された支持ボックス３４と、この支持ボックス３４の側方に取り付けられた固定用リンク３５と、支持ボックス３４の上端側に対してほぼ水平回転可能に取り付けられた第１アーム３６と、この第１アーム３６の先端側に対してほぼ水平回転可能に取り付けられた第２アーム３７とを備えて構成されている。

前記アーム構造体２３の内部には、外側のカバーを省略した図２に示されるように、中間リンク構造体２２側からの動力を第１及び第２アーム３６，３７に伝達する歯車Ｇ、プーリＰ、ベルトＶ及びローラＲ等が適宜配置されている。

前記固定用リンク３５は、支持ボックス３４に対してほぼ水平回転可能に取り付けられた第１ロッド３９と、当該第１ロッド３９の先端側に対してほぼ水平回転可能に取り付けられた第２ロッド４０とにより構成されている。

これら第１及び第２ロッド３９，４０は、それらの回転をねじ摘み４１により規制できるようになっており、後述するように、患者の患部位置に応じて位置決めされた後は、回転規制がなされた固定状態とされる。

前記第２ロッド４０の先端側には、平面視ほぼコ字状のブラケット４３が、第２ロッド４０の端面に沿って回転可能に取り付けられている。このブラケット４３の先端側の内部には、その両内面間に首振り回転可能に掛け渡されたブロック体４５が取り付けられている。このブロック体４５は、図２中上下方向に貫通する穴部Ｈが形成されており、当該穴部Ｈには、棒状に設けられたマニピュレータＭが摺動可能に挿入される。

前記第１アーム３６は、第３のモータ１６の駆動により、下部構造体２１、中間リンク構造体２２及び支持ボックス３４内に適宜配置された歯車Ｇ、プーリＰ、ベルトＶ、ローラＲ等の駆動機構を通じ、支持ボックス３４の上面側となる基端側を支点として、ほぼ水平方向に回転動作するようになっている。

一方、前記第２アーム３７は、第４のモータ１７の駆動により、下部構造体２１、中間リンク構造体２２、支持ボックス３４及び第１アーム３６内に適宜配置された歯車Ｇ、プーリＰ、ベルトＶ、ローラＲ等の駆動機構を通じ、第１アーム３６の先端側となる基端側を支点としてほぼ水平方向に回転動作するようになっている。

前記第２アーム３７の先端側には、マニピュレータＭの上部を保持するジンバル機構４８と、このジンバル機構４８に支持されるとともに、マニピュレータＭをその軸線方向に移動可能に保持するスライダー４９とが設けられている。

前記ジンバル機構４８は、上側のカバーを省略した図３に示されるように、ほぼ水平面上を回転可能な向きで配置されたジンバルプーリ５０と、このジンバルプーリ５０の内部に取り付けられたリング部材５１と、このリング部材５１の内部に取り付けられたブロック体５２とにより構成されている。

前記ジンバルプーリ５０は、第１アーム３６側から延びるベルトＶが掛け回されており、第２のモータ１５の駆動により、下部構造体２１、中間リンク構造体２２、支持ボックス３４及び第１アーム３６内に適宜配置された歯車Ｇ、プーリＰ、ベルトＶ、ローラＲ等の駆動機構を通じて回転されるようになっている。

前記リング部材５１には、その外周面から外側に向って、ほぼ１８０度間隔でピン５４，５４が設けられている。これらピン５４，５４は、ジンバルプーリ５０の内周面に対し回転可能に取り付けられ、これにより、ジンバルプーリ５０の内部では、リング部材５１がピン５４，５４を支点として揺動可能になっている。

前記ブロック体５２には、その外周面から外側に向って、前記ピン５４，５４に対し周方向にほぼ９０度離れた方向にピン５５，５５が設けられている。これらピン５５，５５は、リング部材５１の内周面に対して回転可能に取り付けられ、これにより、リング部材５１の内部では、ブロック体５２がピン５５，５５を支点として揺動可能になっている。また、このブロック体５２には、上下方向に貫通する穴部Ｈが形成されており、当該穴部Ｈには、前記マニピュレータＭが摺動自在に挿入されている。

前記スライダー４９は、図４に示されるように、リング部材５１に連なって同図中下方に延びる左右一対のレール５８，５８と、これらレール５８，５８上を摺動自在に取り付けられた摺動部材６０，６０と、これら摺動部材６０，６０に固定された箱状の本体６１とを備えている。

前記本体６１は、図４及び図５に示されるように、摺動部材６０，６０が固定される側壁６３と、この側壁６３の上下両端側に連なる頂壁６４及び底壁６５と、これら側壁６３、頂壁６４及び底壁６５で囲まれる内側に形成されるとともに、マニピュレータＭが図５中上下方向に通過する内部空間Ｓと、この内部空間Ｓ内に配置され、マニピュレータＭの一部分が固定される保持体６７と、内部空間Ｓの図５中上下方向に延びるねじ軸７０とを備えて構成されている。なお、この本体６１は、図２に示されるように、同図中上下両側のブロック体４５，５２の間に配置される。

前記頂壁６４には、図５に示されるように、マニピュレータＭを挿通可能なサイズの貫通穴７２と、ねじ軸７０を挿通可能なサイズの貫通穴７３とが形成されている。

前記底壁６５には、貫通穴７２に相対する位置に設けられ、マニピュレータＭを挿通可能なサイズの貫通穴７４が形成されている。

前記保持体６７には、貫通穴７２，７４に相対する位置に設けられ、マニピュレータＭを挿通可能なサイズの貫通穴７５と、ねじ軸７０が貫通するとともに、当該ねじ軸７０に係合するねじ穴７７とが形成されている。ここで、図示省略しているが、貫通穴７５には、その側方から内部に向ってねじ止めされるようになっており、当該ねじ止めによって、マニピュレータＭは、保持体６７に対し移動不能に固定されることになる。

前記ねじ軸７０は、頂壁６４の上方から当該頂壁６４及び保持体６７を貫通して底壁６５まで延びるように設けられており、駆動装置１１からの動力により、図示しない伝達機構を通じて回転可能となっている。このねじ軸７０が回転すると、保持体６７に対する送りねじ軸機構により、当該保持体６７がねじ軸７０に沿って図５中上下方向に移動し、保持体６７に固定されたマニピュレータＭも一体的にその軸線方向に移動する。

次に、手術支援ロボット１０の動作について図１を主として用いながら説明する。

先ず、図示しないＭＲＩのガントリの内部に、ロボット本体１２を設置し、当該ガントリの外側に駆動装置１１を設置する。そして、患者の患部がガントリ内部に位置した状態で、ロボット本体１２の高さ調整を行う。この高さ調整は、第１のモータ１４を駆動させ、中間リンク構造体２２を昇降させることにより行われる。なお、本実施形態では、第１のモータ１４を使って高さ調整が行われるが、本発明はこれに限らず、モータを使わずに人間の手によって、中間リンク構造体２２に昇降力を付与することにより、当該中間リンク構造体２２を昇降させるようにしてもよい。

次に、固定用リンク３５を動かして、患者の体表面に空けられたマニピュレータＭの挿入用穴（図示省略）に、第２ロッド４０のブロック体４５を相対させ、第１及び第２ロッド３９，４０をねじ摘み４１により固定する。このとき、マニピュレータＭは、各ブロック体４５，５２及びスライダー４９の本体６１に挿通され、患者の体表面に空けられた前記挿入用穴に挿入される。

以上の準備が整った後、医師の操作でロボット本体１２を動作させる。図示しない操作装置を使って操作を行うことで、第３及び第４のモータ１６，１７が駆動し、これによって、第１及び第２アーム３６，３７が水平方向に動作する。このとき、第２アーム３７の先端側のジンバル機構４８により、マニピュレータＭは、第１及び第２アーム３６，３７の水平動作に伴って、固定用リンク３５のブロック体４５の部分を支点として姿勢が変わることになる。このため、第２アーム３６の先端が円を描くように第１及び第２アーム３６，３７を水平方向に動作させると、マニピュレータＭは、ブロック体４５の姿勢を変えながら当該ブロック体４５を支点としてピボット運動が行われる。

ここで、マニピュレータＭを鉛直姿勢にして、その先端を図示しない臓器等の組織の上方から当てた状態から前記ピボット運動を行う場合、マニピュレータＭの回転支点がその延出方向中間のブロック体４５の部分となることから、マニピュレータＭが鉛直姿勢から傾斜姿勢に変化すると、その先端が前記組織から浮き上がろうとする。ところが、スライダー４９の作用により、マニピュレータＭの先端を組織に当てたまま、すなわち、前記マニピュレータＭの先端の高さをほぼ一定にしたまま、前記ピボット運動が可能になる。つまり、ねじ軸７０（図５参照）が回転されずにマニピュレータＭが本体６１に相対移動不能に支持された状態で、図６（Ａ）の状態から第２アーム３７が同図中矢印の水平方向に移動すると、ジンバル機構４８の作用により、マニピュレータＭは、傾斜するように姿勢変化を伴いながらピボット運動を行う。この際、前述したように、マニピュレータＭの先端が前記組織から浮き上がろうとするが、図６（Ｂ）に示されるように、スライダー４９の重力によって、マニピュレータＭを支持する本体６１に固定された摺動部材６０，６０がレール５８，５８上を摺動し、マニピュレータＭの先端が組織に当たって摺動部材６０，６０の摺動が規制されるまで、本体６１がマニピュレータＭの軸線に沿って斜めに下降することになる。つまり、マニピュレータＭの姿勢変化に伴い、第２アーム３７からマニピュレータＭの先端側までのマニピュレータＭの軸線方向の距離Ｌの変化に合わせて、本体６１がレール５８，５８に沿って移動する。このスライダー４９の作用により、第２アーム３７の水平運動のみで、マニピュレータＭの先端の高さをほぼ維持したまま、マニピュレータＭのピボット運動が可能となる。

また、図示しない前記操作装置による動作指令によって、第２のモータ１５が駆動すると、図２及び図３に示されるジンバルプーリ５０が回転し、それに伴い、リング部材５１及びブロック体５２がジンバルプーリ５０と一体的に回転し、ブロック体５２に挿通されたマニピュレータＭ自体がその軸線回りに回転することとなる。

更に、手術中に、患部の位置や状況に応じてマニピュレータＭの先端の高さ位置を任意に調整したい場合、医師による前記操作装置による動作指令により、駆動装置１１側の動力で図５のねじ軸７０を回転させ、マニピュレータＭの先端の高さを変えることができる。従って、前記中間リンク構造体２２の昇降により第１及び第２アーム３６，３７の高さを変えなくても、マニピュレータＭの先端の任意の高さ調整が可能となり、当該先端の高さを手術中に変える場合でも、図示しないガントリとその下方に位置する第１及び第２アーム３６，３７の干渉を確実に防止することができる。

従って、このような実施形態によれば、第１及び第２アーム３６，３７の水平方向の動作により、手術の際に必要となるマニピュレータＭのピボット運動やその軸線に沿った移動が可能となる。このため、これら運動を第１及び第２アーム３６，３７を上下方向に動かさずに行うことができ、アーム３６，３７の可動高さの限られたＭＲＩのガントリ内部での使用に好適となる。

また、駆動装置１１を前記ガントリの外側に配置することができ、しかも、当該駆動装置１１からロボット本体１２への駆動力の伝達がゴム製等のベルトＶ等で行われるため、ＭＲＩに磁気やノイズを付与させることなく、ＭＲＩを使った手術支援が可能となる。

なお、前記スライダー４９の変形例としては、図７に示されるように、本体６１の内部空間Ｓに、マニピュレータＭの先端に作用する力を測定する力センサ８２を配置することもできる。

ここでの保持体６７は、側壁６３から離れた状態でマニピュレータＭに固定される第１部分６７Ａと、ねじ軸７０が図７中上下方向に貫通する第２部分６７Ｂに二分割され、これら第１及び第２部分６７Ａ，６７Ｂの間に力センサ８２が取り付けられた構成となっている。

前記第１部分６７Ａは、前記実施形態と同様の貫通穴７５が設けられており、その側方から内部に向ってねじ止めされることで、マニピュレータＭは、第１部分６７Ａに対し移動不能に固定されることになる。

前記第２部分６７Ｂには、前記実施形態と同様、ねじ軸７０が係合するねじ穴７７が形成されており、ねじ軸７０が回転すると、保持体６７全体が力センサ８２とともに図７中上下方向に移動し、マニピュレータＭも一体的にその軸線方向に移動する。

本変形例によれば、力センサ８２を設けることで、手術中にマニピュレータＭの先端に作用する力、すなわち、組織からの反力を測定することができ、マニピュレータＭによって組織に付与される外力の監視、当該外力に応じたロボット１０の動作制御、或いは、マニピュレータＭによる自動触診等が可能になる。特に、本変形例では、当該力センサ８２が、スライダー４９の本体６１の内部空間Ｓに収まるため、力センサ８２を新たに外付けする必要がなくなり、手術用の限られた空間を有効活用することができる。また、力センサ８２は、マニピュレータＭに直接固定されずに、本体６１内に設けられるため、他の種類のマニピュレータＭに交換する際に、マニピュレータＭ毎に力センサ８２を取り付けなくても、マニピュレータＭの先端に作用する外力の測定が可能になり、マニピュレータＭの交換作業を簡単に行える。

また、前記スライダー４９は、前記実施形態及び変形例の各構成に限定されるものではなく、第２アーム３７の水平運動のみで、マニピュレータＭの先端の高さを維持しながらマニピュレータＭのピボット運動を可能にする構造であれば何でも良い。例えば、前記実施形態及び変形例の各構成では、医師がマニピュレータＭの高さ調整を任意に行う際に、ねじ軸７０を回転するようになっているが、マニピュレータＭの姿勢をセンシング或いは演算し、当該姿勢に応じて、駆動装置１１の動力を制御してねじ軸７０の回転量を調整することで、マニピュレータＭの先端の高さを自動調整することも可能である。但し、前記実施形態及び変形例の各構成の方が、マニピュレータＭの姿勢に応じたねじ軸７０の回転制御システムが不要となるため、スライダー４９を含めた装置構成をより簡素化することができる。

その他、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。

本実施形態に係る手術支援ロボットの要部概略斜視図。 図１の上部を拡大して一部を省略した斜視図。 第２リンクの要部拡大斜視図。 スライダーをその周囲に配置される一部の部材とともに示した拡大正面図。 図４のＡ−Ａ線に沿う断面図。 （Ａ）は、図４と同じ姿勢のスライダーの状態を示し、（Ｂ）は、（Ａ）の状態から第２アームが水平方向に移動したときにおけるスライダーの状態を示す。 変形例に係る本体における図４と同方向の断面図。

符号の説明

１０ 手術支援ロボット
１１ 駆動装置
１２ ロボット本体
３６ 第１アーム
３７ 第２アーム
４８ ジンバル機構
４９ スライダー
６７ 保持体
７０ ねじ軸
８２ 力センサ
Ｍ マニピュレータ
Ｓ 内部空間
Ｖ ベルト

Claims (5)

1. 手術支援ロボットに適用されるマニピュレータの移動構造において、
   ほぼ水平方向に動作可能なアームと、このアームの先端側に設けられたジンバル機構と、このジンバル機構に支持されるとともに、前記マニピュレータがその軸線方向に移動可能に保持されるスライダーとを備え、
   前記ジンバル機構は、前記アームの水平動作に応じて前記マニピュレータの姿勢を変化させ、
   前記スライダーは、前記マニピュレータの姿勢の変化に伴って、前記マニピュレータの先端の高さ位置がほぼ一定となるように、前記マニピュレータをその軸線方向に移動させることを特徴とするマニピュレータの移動構造。
2. 前記スライダーは、前記ジンバル機構に連なるレールと、当該レール上を摺動自在に取り付けられた摺動部材と、当該摺動部材に固定された本体とを備え、
   前記本体は、前記マニピュレータが通過する内部空間と、この内部空間に配置されて前記マニピュレータを固定する保持体と、前記内部空間内で前記マニピュレータの軸線方向に沿って延びるとともに、前記保持体に係合するねじ軸とを備え、
   前記マニピュレータの姿勢の変化に伴って前記摺動部材がレール上を摺動することで、前記マニピュレータをその軸線方向に移動させ、前記マニピュレータの先端の高さ位置を維持可能に設けられるとともに、
   前記ねじ軸を回転させると、前記保持体とともに前記マニピュレータがその軸線方向に任意に移動可能に設けられていることを特徴とする請求項１記載のマニピュレータの移動構造。
3. 前記本体の内部空間には、前記マニピュレータに作用する力を測定可能な力センサが配置されていることを特徴とする請求項２記載のマニピュレータの移動構造。
4. 請求項１、２又は３記載のマニピュレータの移動構造を備えた手術支援ロボットにおいて、
   前記移動構造を含むロボット本体と、前記移動構造に動力を付与する駆動装置とを備え、
   前記駆動装置からの動力は、ベルトを介して前記移動構造に伝達され、前記アームを動作させることを特徴とする手術支援ロボット。
5. 請求項２又は３記載のマニピュレータの移動構造を備えた手術支援ロボットにおいて、
   前記移動構造を含むロボット本体と、前記移動構造に動力を付与する駆動装置とを備え、
   前記駆動装置からの動力は、ベルトを介して前記移動構造に伝達され、前記アームを動作させるとともに、前記ねじ軸を回転可能に設けられていることを特徴とする手術支援ロボット。

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