JP2010022416A - Medical manipulator - Google Patents

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弘明 佐野
Yoshiaki Yuno
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To easily and appropriately determine the service life of a flexible member. <P>SOLUTION: The medical manipulator 10 includes: an actuator block 30 provided with motors 40a-40c; a connection part 15 freely attachable and detachable to/from the actuator block 30 and provided with pulleys 50a-50c connected to the rotary shafts of the motors 40a, 40b and 40c; a distal end operation part 12 provided on the distal end of a connection shaft 48 extended from the connection part 15 and linked with the pulleys 50a-50c through wires 54a-54c; a current sensor 118 for detecting the torque T of the motors 40a-40c; and a controller 27. The controller 27 compares the torque T with drive force thresholds A1 and A2, obtains an excess torque integrated value X for a part of the torque T exceeding the drive force thresholds A1 and A2, and performs prescribed coping processing when the excess torque integrated value X exceeds a first integrated threshold B1 and a second integrated threshold B2. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、制御部からモータを駆動することにより、可撓性部材を介して連結シャフトの先端に設けられた先端動作部を駆動する医療用マニピュレータに関する。   The present invention relates to a medical manipulator that drives a distal end working unit provided at the distal end of a connecting shaft via a flexible member by driving a motor from a control unit.

内視鏡下外科手術(又は腹腔鏡下手術とも呼ばれる。)においては、患者の腹部等に複数の孔を開け、器具の通過ポートとしてトラカール(筒状の器具)を挿入した後、シャフトを有する鉗子の先端部をトラカールを通じて体腔内に挿入して患部の手術を行っている。鉗子の先端部には、作業部として、生体組織を把持するためのグリッパや、鋏、電気メスのブレード等が取り付けられている。   In endoscopic surgery (also called laparoscopic surgery), a plurality of holes are made in a patient's abdomen, etc., and a trocar (tubular instrument) is inserted as a passing port of the instrument, and then a shaft is provided. The distal end of the forceps is inserted into a body cavity through a trocar and the affected area is operated. A gripper, a scissors, an electric scalpel blade, and the like are attached to the distal end of the forceps as a working unit for gripping a living tissue.

鉗子による内視鏡下外科手術は、作業空間である体腔内が狭くしかもトラカールを支点として鉗子を操作するため、一定のトレーニングが必要となる。また、従来使用されている鉗子では先端の作業部に関節が無いため、自由度が小さく、先端動作部はシャフトの延長線上での動作しか行うことができない。従って、通常のトレーニングで実施可能な症例には限度があり、他の様々な症例に対して適用するためには相当に高度なトレーニング及び習熟が必要になる。   Endoscopic surgery using forceps requires a certain amount of training because the inside of the body cavity, which is the working space, is narrow and the forceps are operated using the trocar as a fulcrum. In addition, since the forceps that have been used in the past do not have a joint at the distal end working portion, the degree of freedom is small, and the distal end working portion can only operate on the extension line of the shaft. Therefore, there are limits to the cases that can be performed by normal training, and a considerably high level of training and proficiency is required to apply to various other cases.

このような観点から、従来の鉗子を改良し、作業部に複数の関節を有する鉗子の開発が行われている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載のマニピュレータは、人手によって操作される操作部と、操作部に対して交換自在に着脱される作業部とから構成される。このようなマニピュレータでは、従来の鉗子のような制約や不自由がなく、手技が容易となり、適用可能な症例が多くなり、また、作業部の種類を交換することにより種々の手技に対応することができる。   From such a viewpoint, a conventional forceps has been improved and a forceps having a plurality of joints in a working unit has been developed (for example, see Patent Document 1). The manipulator described in Patent Document 1 includes an operation unit that is operated manually and a work unit that is detachably attached to the operation unit. In such a manipulator, there are no restrictions or inconveniences like conventional forceps, the procedure is easy, the number of applicable cases increases, and various types of procedures can be handled by exchanging the types of working parts. Can do.

一方、このようなマニピュレータをロボットアームにより駆動する医療用ロボットシステムが提案されている(例えば、特許文献2参照)。   On the other hand, a medical robot system that drives such a manipulator with a robot arm has been proposed (see, for example, Patent Document 2).

特開2004−105451号公報JP 2004-105451 A 米国特許第6331181号明細書US Pat. No. 6,331,181

上記のように、医療用マニピュレータにおける作業部は操作部に対して交換自在に構成されることがある。これにより、手技に応じた種々の型式のものを装着することができ、手技の終了後には作業部だけを洗浄することができ、さらには、作業部だけを定期的に新しい物に交換して十分な信頼性を確保することができる。すなわち、操作部は多くの電気部品が設けられていて比較的コスト高であるため可及的に長く使用可能であることが望ましいが、作業部については弱電部品がなく廉価であり、しかも体腔内で先端動作部が動作をして負荷を受けることから機械的寿命や、蒸気及び熱による洗浄時のダメージ等を考慮して適度な時期に新しい物に交換することが望ましいのである。このように、作業部は定期的に新しい物に交換することが前提となっており、適度な寿命があればよいのであって、過度に高強度である必要はない。   As described above, the working unit in the medical manipulator may be configured to be replaceable with respect to the operation unit. This makes it possible to wear various types according to the procedure, clean only the working part after the procedure is completed, and replace only the working part with a new one periodically. Sufficient reliability can be ensured. That is, since the operation unit is provided with many electrical components and is relatively expensive, it is desirable that the operation unit can be used for as long as possible. Therefore, it is desirable to replace the tip operation unit with a new one at an appropriate time in consideration of mechanical life and damage caused by cleaning with steam and heat. As described above, it is assumed that the working unit is periodically replaced with a new one, and it is only necessary to have an appropriate life, and it is not necessary to have an excessively high strength.

一方、作業部は、アクチュエータ部に接続する接続部と、該接続部から延在する連結シャフトとを有しており、先端動作部は該連結シャフトの先端に設けられ、接続部のプーリに巻き掛けられた複数のワイヤ等の可撓性部材に連動する。これらの可撓性部材は、往復動作に応じてプーリに巻きかけられる円弧状態と、プーリから離間した直線状態とを繰り返すことになり、繰り返しの曲げ応力を受けることから、作業部の構成要素の中でも寿命が比較的短くなる。したがって、作業部の寿命を決定する上で、これらの可撓性部材の寿命を考慮することが好適であり、例えば、使用回数、使用時間、耐久年数等の他の要因からは寿命に達していない場合であっても、可撓性部材が寿命に達したときには、その作業部は交換することが望ましい。   On the other hand, the working part has a connecting part connected to the actuator part and a connecting shaft extending from the connecting part, and the tip operating part is provided at the tip of the connecting shaft and is wound around the pulley of the connecting part. Interlocks with a flexible member such as a plurality of wires. These flexible members repeat the arc state wound around the pulley according to the reciprocating motion and the linear state apart from the pulley, and are repeatedly subjected to bending stress. In particular, the lifetime is relatively short. Therefore, it is preferable to consider the lifetime of these flexible members in determining the lifetime of the working part. For example, the lifetime has been reached due to other factors such as the number of times of use, usage time, and durable years. Even if not, it is desirable to replace the working part when the flexible member reaches the end of its life.

ところが、可撓性部材の寿命は、操作方法や手技によって相当に異なる場合があって、自動的な検出が困難であり、目視等による外観判断に頼るしかない。   However, the lifespan of the flexible member may vary considerably depending on the operation method and procedure, and automatic detection is difficult, and there is no choice but to rely on visual appearance judgment.

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、着脱可能な作業部における可撓性部材の寿命を簡便且つ適切に検出することのできる医療用マニピュレータを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a medical manipulator that can easily and appropriately detect the life of a flexible member in a detachable working part. .

本発明に係る医療用マニピュレータは、モータを備えたアクチュエータ部と、前記アクチュエータ部に着脱自在で前記モータの回転軸に接続される回転体を備える接続部と、前記接続部から延在する連結シャフトの先端に設けられ、可撓性部材を介して前記回転体に連動する先端動作部と、前記モータの駆動力を検出する駆動力検出部と、前記駆動力検出部から得られる前記駆動力と駆動力閾値とを比較し、前記駆動力が前記駆動力閾値を超える箇所について超過量の積算値を求め、該積算値が積算閾値を超えたときに所定の対応処理を行う制御部とを有することを特徴とする。   A medical manipulator according to the present invention includes an actuator unit including a motor, a connection unit that is detachably attached to the actuator unit and connected to a rotation shaft of the motor, and a connecting shaft extending from the connection unit. A distal end operating unit that is provided at the distal end of the motor and interlocks with the rotating body via a flexible member, a driving force detecting unit that detects the driving force of the motor, and the driving force obtained from the driving force detecting unit. A control unit that compares a driving force threshold value, obtains an integrated value of an excess amount at a location where the driving force exceeds the driving force threshold value, and performs predetermined response processing when the integrated value exceeds the integrated threshold value It is characterized by that.

このように、モータの駆動力が駆動力閾値を超える箇所について超過量の積算値を求めることにより、該積算値が積算閾値を超えたときに可撓性部材が寿命となり、又はそれに準ずる状態になったと簡便且つ適切に判断することができ、所定の対応処理を行うことができる。   As described above, by calculating the integrated value of the excess amount for the location where the driving force of the motor exceeds the driving force threshold value, the flexible member reaches the end of its life when the integrated value exceeds the integrated threshold value, or is in a state equivalent thereto. It is possible to easily and appropriately determine that it has become, and a predetermined response process can be performed.

前記作業部は、前記積算値を保持する不揮発性記憶部を備え、前記制御部は、前記アクチュエータ部に前記作業部が装着されたときに前記不揮発性記憶部から前記積算値を読み出し、読み出した該積算値を基準にして積算をさらに行い、積算した結果を所定のタイミングで前記不揮発性記憶部に記録してもよい。このように不揮発性記憶部に積算値を記録しておくことにより、作業部を一度アクチュエータ部から取り外しても、次回に装着したときに積算値が不揮発性記憶部に保持されていることから、継続的な積算が可能となる。また、制御部側で個別の作業部毎に積算値を管理・保持しておく必要がなく、簡便である。   The working unit includes a nonvolatile storage unit that holds the integrated value, and the control unit reads and reads the integrated value from the nonvolatile storage unit when the working unit is mounted on the actuator unit. The integration may be further performed based on the integration value, and the integration result may be recorded in the nonvolatile storage unit at a predetermined timing. By recording the integrated value in the non-volatile storage unit in this way, even if the working unit is once removed from the actuator unit, the integrated value is held in the non-volatile storage unit when next installed, Continuous integration is possible. Further, it is not necessary to manage and hold the integrated value for each individual working unit on the control unit side, which is simple.

前記所定のタイミングは、前記先端動作部を基準姿勢に自動的に戻して停止させる処理に対応させてもよい。医療用マニピュレータでは、作業部を取り外す前に先端動作部を基準姿勢に戻しておく。したがって、このタイミングで積算値を記録し書き換えておくことにより、無駄に何度も書き換える必要がなく、しかも作業部の取り外し前に確実に書換が行われる。   The predetermined timing may correspond to a process of automatically returning the distal end working unit to a reference posture and stopping it. In the medical manipulator, the distal end working unit is returned to the reference posture before removing the working unit. Therefore, by recording and rewriting the integrated value at this timing, it is not necessary to rewrite the accumulated value many times, and the rewriting is surely performed before the working unit is removed.

前記作業部は、固体識別用の個体信号を保持するID保持部を備え、前記アクチュエータ部は、該ID保持部の前記個体信号を認識し前記制御部へ供給するID認識部を備え、前記制御部は、前記積算値を前記個体信号毎に区別して保持する不揮発性記憶部を備え、前記アクチュエータ部に前記作業部が装着されたときに前記ID認識部から前記個体信号を読み出し、読み出した該個体信号に対応する積算値を不揮発性記憶部から読み出して積算を行い、積算した結果を所定のタイミングで前記不揮発性記憶部に記録してもよい。このように、制御部側で作業部の固体信号毎に積算値を保持しておくと、確実な積算が可能となり、しかも作業部側には積算値書き込みのための記憶部が不要となり、作業部の構成が簡便となる。   The working unit includes an ID holding unit that holds an individual signal for identification, and the actuator unit includes an ID recognition unit that recognizes the individual signal of the ID holding unit and supplies the individual signal to the control unit. The unit includes a non-volatile storage unit that distinguishes and holds the integrated value for each individual signal, and reads the individual signal from the ID recognition unit when the working unit is attached to the actuator unit. An integrated value corresponding to the individual signal may be read from the nonvolatile storage unit and integrated, and the integrated result may be recorded in the nonvolatile storage unit at a predetermined timing. In this way, if the integrated value is held for each solid signal of the work unit on the control unit side, reliable integration is possible, and the storage unit for writing the integrated value is not required on the work unit side, The structure of a part becomes simple.

前記の対応処理は、警報を発生させる処理としてもよい。このような警報により、操作者は可撓性部材が寿命となり、又はそれに準ずる状態となったことを認識でき、操作者の判断に基づいて柔軟な対応処理ができる。   The response process may be a process for generating an alarm. By such an alarm, the operator can recognize that the flexible member has reached the end of its life or is in a state equivalent thereto, and can perform flexible response processing based on the operator's judgment.

前記積算閾値として、第1積算閾値と、該第1積算閾値より大きい第2積算閾値が設けられ、前記制御部は、前記積算値が前記第1積算閾値を超えたときに第1警報を発生させ、前記積算値が前記第2閾値を超えたときに第2警報を発生させてもよい。このように第2警報が発生する前に第1警報を発生させることにより、操作者は予め適切な対応をとることができる。   As the integration threshold, a first integration threshold and a second integration threshold larger than the first integration threshold are provided, and the control unit generates a first alarm when the integration value exceeds the first integration threshold. And a second alarm may be generated when the integrated value exceeds the second threshold value. By generating the first alarm before the second alarm is generated in this way, the operator can take appropriate measures in advance.

前記の対応処理は、前記先端動作部を基準姿勢に自動的に戻して停止させる処理としてもよい。このように、先端動作部を基準姿勢に自動的に戻すことにより、先端動作部をトラカールから抜き出しやすい。   The handling process may be a process of automatically returning the distal end working unit to a reference posture and stopping it. Thus, by automatically returning the distal end working unit to the reference posture, the tip working unit can be easily extracted from the trocar.

前記積算閾値として、第1積算閾値と、該第1積算閾値より大きい第2積算閾値が設けられ、前記制御部は、前記積算値が前記第1積算閾値を超えたときに警報を発生させ、前記積算値が前記第2閾値を超えたときに前記先端動作部を基準姿勢に戻して停止させてもよい。このように、積算値が第2積算閾値を超えて先端動作部を停止させる前に、積算値が第1積算閾値を超えたときに警報を発生させておくと、予め適切な対応をとることができる。   As the integration threshold, a first integration threshold and a second integration threshold larger than the first integration threshold are provided, and the control unit generates an alarm when the integration value exceeds the first integration threshold, When the integrated value exceeds the second threshold value, the distal end working unit may be returned to a reference posture and stopped. In this way, if the integrated value exceeds the first integrated threshold before the integrated value exceeds the second integrated threshold and the tip action unit is stopped, an appropriate response is taken in advance. Can do.

前記駆動力閾値として、プラス及びマイナスの値が設けられ、前記制御部は、前記積算値がプラス及びマイナスの前記基準値を超える部分について、その絶対値の積算値を求めてもよい。このように、プラス及びマイナスの値に対応して積算を行うことにより、モータの双方向の回転に対応することができる。   A positive and negative value may be provided as the driving force threshold value, and the control unit may obtain an absolute integrated value of a portion where the integrated value exceeds the positive and negative reference values. Thus, by performing integration corresponding to plus and minus values, it is possible to deal with bidirectional rotation of the motor.

前記可撓性部材は、ワイヤであってもよい。   The flexible member may be a wire.

本発明に係る医療用マニピュレータでは、モータの駆動力が駆動力閾値を超える箇所について超過量の積算値を求めることにより、該積算値が積算閾値を超えたときに可撓性部材が寿命となり、又はそれに準ずる状態になったと簡便且つ適切に判断することができ、所定の対応処理を行うことができる。   In the medical manipulator according to the present invention, the flexible member becomes a life when the integrated value exceeds the integrated threshold value by obtaining the integrated value of the excess amount for the location where the driving force of the motor exceeds the driving force threshold value, Alternatively, it can be determined simply and appropriately that the state conforming to that is achieved, and a predetermined response process can be performed.

以下、本発明に係る医療用マニピュレータについて実施の形態を挙げ、添付の図1〜図13を参照しながら説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a medical manipulator according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図1、図2及び図3に示すように、本実施の形態に係る医療用マニピュレータ10は、先端動作部12に生体の一部又は湾曲針等を把持して所定の処置を行うためのものであり、通常、把持鉗子やニードルドライバ(持針器)等とも呼ばれる。   As shown in FIGS. 1, 2, and 3, the medical manipulator 10 according to the present embodiment is for performing a predetermined treatment by holding a part of a living body or a curved needle or the like on the distal end working unit 12. Usually, it is also called a grasping forceps or a needle driver (needle holder).

医療用マニピュレータ10は、人手によって把持及び操作される操作部14と、該操作部14に対して着脱自在な作業部16とを備え、操作部14に対してコネクタ24を介して着脱自在なコントローラ(制御部)27を有するマニピュレータシステムとして構成されている。   The medical manipulator 10 includes an operation unit 14 that is manually held and operated, and a work unit 16 that is detachable from the operation unit 14, and a controller that is detachable from the operation unit 14 via a connector 24. A manipulator system having a (control unit) 27 is configured.

医療用マニピュレータ10は、基本構成として操作部14と作業部16とを有しており、コントローラ27は当該医療用マニピュレータ10の電気的な制御をするものであり、グリップハンドル26の下端部から延在するケーブル62に対してコネクタ24を介して接続されている。制御部であるコントローラ27の機能の一部又は全部を、例えば操作部14に一体的に搭載することもできる。   The medical manipulator 10 has an operation unit 14 and a working unit 16 as a basic configuration. A controller 27 controls the medical manipulator 10 electrically, and extends from the lower end of the grip handle 26. The existing cable 62 is connected via the connector 24. For example, part or all of the functions of the controller 27 serving as the control unit can be integrally mounted on the operation unit 14.

以下の説明では、図1における幅方向をX方向、高さ方向をY方向、及び、連結シャフト48の延在方向をZ方向と規定する。また、右方をX1方向、左方をX2方向、上方向をY1方向、下方向をY2方向、前方をZ1方向、後方をZ2方向と規定する。さらに、特に断りのない限り、これらの方向の記載は医療用マニピュレータ10が基準姿勢(中立姿勢)である場合を基準として表すものとする。これらの方向は説明の便宜上のものであり、医療用マニピュレータ10は任意の向きで(例えば、上下を反転させて)使用可能であることはもちろんである。   In the following description, the width direction in FIG. 1 is defined as the X direction, the height direction is defined as the Y direction, and the extending direction of the connecting shaft 48 is defined as the Z direction. Further, the right side is defined as the X1 direction, the left side as the X2 direction, the upward direction as the Y1 direction, the downward direction as the Y2 direction, the forward direction as the Z1 direction, and the backward direction as the Z2 direction. Further, unless otherwise specified, the description of these directions is based on the case where the medical manipulator 10 is in the reference posture (neutral posture). These directions are for convenience of explanation, and it is needless to say that the medical manipulator 10 can be used in any orientation (for example, upside down).

作業部16は、作業を行う先端動作部12と、操作部14のアクチュエータブロック(アクチュエータ部)30に対して接続される接続部15と、これらの先端動作部12と接続部15とを連接する長尺で中空の連結シャフト48とを有する。作業部16は、アクチュエータブロック30における所定の操作によって操作部14から離脱可能であって、洗浄、滅菌及びメンテナンス等を行うことができる。   The working unit 16 connects the tip operating unit 12 that performs the work, the connection unit 15 connected to the actuator block (actuator unit) 30 of the operation unit 14, and the tip operating unit 12 and the connection unit 15. A long and hollow connecting shaft 48. The working unit 16 can be detached from the operation unit 14 by a predetermined operation in the actuator block 30 and can perform cleaning, sterilization, maintenance, and the like.

先端動作部12及び連結シャフト48は細径に構成されており、患者の腹部等に設けられた円筒形状のトラカール20から体腔22内に挿入可能であり、操作部14の操作により体腔22内において患部切除、把持、縫合及び結紮等の様々な手技を行うことができる。   The distal end working unit 12 and the connecting shaft 48 are configured to have a small diameter, and can be inserted into a body cavity 22 from a cylindrical trocar 20 provided in a patient's abdomen or the like. Various procedures such as excision of the affected area, grasping, suturing and ligation can be performed.

操作部14は、人手によって把持されるグリップハンドル26と、該グリップハンドル26の上部から延在するブリッジ28と、該ブリッジ28の先端に接続されたアクチュエータブロック30とを有する。   The operation unit 14 includes a grip handle 26 that is gripped by a human hand, a bridge 28 that extends from the top of the grip handle 26, and an actuator block 30 that is connected to the tip of the bridge 28.

接続部15は、左右側面の係合片200と、上下面に開口する3つの嵌合孔202a、202b及び202cとを有する。3つの嵌合孔202a〜202cは、Z1方向及びZ2方向の端部近傍に設けられており、Y方向に延在する孔である。   The connecting portion 15 includes an engagement piece 200 on the left and right side surfaces, and three fitting holes 202a, 202b, and 202c that open on the upper and lower surfaces. The three fitting holes 202a to 202c are provided in the vicinity of the ends in the Z1 direction and the Z2 direction, and extend in the Y direction.

アクチュエータブロック30には、先端動作部12が有する3自由度の機構に対応してモータ40a、40b及びモータ40cがZ方向に沿って並列して設けられている。これらのモータ40a〜40cは、操作部14の操作に基づき、コントローラ27の作用下に回転をする。モータ40a〜40cは小型・細径であって、アクチュエータブロック30はコンパクトな扁平形状に構成されている。モータ40a、40b、40cには、減速機42a、42b、42cが内蔵されている。減速機42a〜42cは、例えば遊星式であり、減速比は1:100〜1:300程度である。   In the actuator block 30, motors 40a and 40b and a motor 40c are provided in parallel along the Z direction corresponding to the mechanism of three degrees of freedom that the distal end working unit 12 has. These motors 40 a to 40 c rotate under the action of the controller 27 based on the operation of the operation unit 14. The motors 40a to 40c are small and have a small diameter, and the actuator block 30 is configured in a compact flat shape. The motors 40a, 40b, and 40c incorporate speed reducers 42a, 42b, and 42c. The reduction gears 42a to 42c are, for example, planetary types, and the reduction ratio is about 1: 100 to 1: 300.

アクチュエータブロック30は、操作部14のZ1方向端部の下方に設けられている。ここで、アクチュエータブロック30は作業部16が装着される箇所を意味するものであり、モータ40a、40b及び40cを格納する場所に限定されず、ブリッジ28との接続面30a(図3参照)を含む。   The actuator block 30 is provided below the end of the operation unit 14 in the Z1 direction. Here, the actuator block 30 means a place where the working unit 16 is mounted, and is not limited to a place where the motors 40a, 40b, and 40c are stored, and a connection surface 30a (see FIG. 3) with the bridge 28 is provided. Including.

モータ40a、40b及び40cには、回転角度を検出することのできるロータリ式のエンコーダ44a、44b及び44cが設けられており、検出した角度信号はコントローラ27に供給される。   The motors 40 a, 40 b and 40 c are provided with rotary encoders 44 a, 44 b and 44 c that can detect the rotation angle, and the detected angle signals are supplied to the controller 27.

図2及び図3に示すように、グリップハンドル26は、ブリッジ28の端部からY2方向に向かって延在しており、人手によって把持されるのに適した長さであり、該グリップハンドル26の近傍には先端動作部12の動作等に供される入力手段が設けられている。すなわち、このような入力手段として、グリップハンドル26に近接したZ1方向にトリガーレバー32及びスイッチ36が設けられ、Y1方向に複合入力部34及び作動スイッチ35が設けられている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the grip handle 26 extends from the end of the bridge 28 in the Y2 direction and has a length suitable for being gripped by a hand. Is provided with input means for the operation of the distal end working unit 12. That is, as such an input means, the trigger lever 32 and the switch 36 are provided in the Z1 direction close to the grip handle 26, and the composite input unit 34 and the operation switch 35 are provided in the Y1 direction.

作動スイッチ35のZ1方向でブリッジ28の上面における視認しやすい箇所にはLED29が設けられている。LED29は、医療用マニピュレータ10の制御状態を示すインジケータであり、操作者が容易に認識可能な大きさであり、かつ操作に支障がない程度に十分に小型軽量である。   An LED 29 is provided at an easily visible position on the upper surface of the bridge 28 in the Z1 direction of the operation switch 35. The LED 29 is an indicator that indicates the control state of the medical manipulator 10, is a size that can be easily recognized by an operator, and is sufficiently small and light enough that there is no hindrance to the operation.

グリップハンドル26の下端には、コントローラ27に接続されるケーブル62が設けられている。グリップハンドル26とケーブル62とはコネクタにより接続されていてもよい。   A cable 62 connected to the controller 27 is provided at the lower end of the grip handle 26. The grip handle 26 and the cable 62 may be connected by a connector.

作動スイッチ35は、医療用マニピュレータ10の動作状態の有効又は無効を設定するための入力手段である。LED29は、医療用マニピュレータ10の制御状態を示すインジケータであり、操作者が容易に認識可能な大きさであり、且つ操作に支障がない程度に十分に小型軽量である。LED29は、ブリッジ28の上面における略中央部で、視認性のよい位置に設けられており、作動スイッチ35と並んで配置されていることから、例えば、作動スイッチ35によるON操作に同期して点灯等をするため、操作者は作動スイッチ35の操作をしながらその入力状態をLED29により確実に認識することができる。   The operation switch 35 is an input means for setting whether the operation state of the medical manipulator 10 is valid or invalid. The LED 29 is an indicator that indicates the control state of the medical manipulator 10, is a size that can be easily recognized by an operator, and is sufficiently small and light to such an extent that the operation is not hindered. The LED 29 is provided at a position with good visibility at a substantially central portion on the upper surface of the bridge 28. Since the LED 29 is arranged side by side with the operation switch 35, for example, the LED 29 is lit in synchronization with an ON operation by the operation switch 35. Thus, the operator can reliably recognize the input state by the LED 29 while operating the operation switch 35.

この場合、コントローラ27は、作動スイッチ35の状態を読み込み、オン状態であるときに動作モードとし、オン状態からオフ状態に切り換わったときに自動原点復帰動作としてモータ40a〜40cを所定の原点に戻し、原点に戻った後に停止モードとする。動作モードは、操作部14の操作指令を有効にしてモータ40a〜40cを駆動するモードである。停止モードは、操作部14の操作指令の有無に関わらずモータ40a〜40cを停止させるモードである。これらのモード及び動作はコントローラ27によって区別されて制御され、LED29の点灯状態が切り換えられる。   In this case, the controller 27 reads the state of the operation switch 35, sets the operation mode when it is in the on state, and sets the motors 40a to 40c to a predetermined origin as an automatic home position return operation when switching from the on state to the off state. Return to the home position after returning to the origin. The operation mode is a mode in which the operation commands of the operation unit 14 are validated to drive the motors 40a to 40c. The stop mode is a mode in which the motors 40a to 40c are stopped regardless of the presence or absence of an operation command from the operation unit 14. These modes and operations are distinguished and controlled by the controller 27, and the lighting state of the LED 29 is switched.

すなわち、LED29は、動作モードのときに緑色に点灯、停止モードのときに赤に点灯し、動作モードから停止モードに移る自動原点復帰モードのときには赤の点滅をする。   That is, the LED 29 is lit in green in the operation mode, lit in red in the stop mode, and flashes red in the automatic origin return mode in which the operation mode is changed to the stop mode.

複合入力部34は、先端動作部12に対してロール方向(軸回転方向)及びヨー方向(左右方向)の回転指令を与える複合的な入力手段であり、例えば軸回転に動作する第1入力手段によってロール方向指示を行い、横方向に動作する第2入力手段によってヨー方向指示を行うことができる。トリガーレバー32は、先端動作部12のグリッパ60(図1及び図5参照)に開閉指令を与える入力手段である。   The composite input unit 34 is a composite input unit that gives rotation commands in the roll direction (axial rotation direction) and yaw direction (left-right direction) to the distal end working unit 12, and is, for example, a first input unit that operates in axial rotation. The roll direction can be instructed by using the second input means operating in the lateral direction. The trigger lever 32 is an input means for giving an open / close command to the gripper 60 (see FIGS. 1 and 5) of the distal end working unit 12.

複合入力部34、トリガーレバー32には、それぞれ動作量を検出する入力センサ39a、39b、39cが設けられており、検出した動作信号をコントローラ27に供給する。   The composite input unit 34 and the trigger lever 32 are provided with input sensors 39a, 39b, and 39c for detecting operation amounts, respectively, and supply the detected operation signals to the controller 27.

トリガーレバー32は、ブリッジ28のやや下方でZ1方向にやや突出したレバーであり、人差し指による操作が容易な位置に設けられている。   The trigger lever 32 is a lever that slightly protrudes in the Z1 direction slightly below the bridge 28, and is provided at a position where the operation with the index finger is easy.

トリガーレバー32は、グリップハンドル26に対してアーム98により接続されており、該グリップハンドル26に対して進退するように構成されている。アーム98はグリップハンドル26内で入力センサ39cに接続されており、トリガーレバー32の進退量が該入力センサ39cによって計測されてコントローラ27に供給される。トリガーレバー32は、指を当て、グリップハンドル26の方向(つまり、Z2方向)に向かって引き込む操作と、グリップハンドル26からZ1方向に押し出す操作とが可能に構成され、これにより、グリッパ60へと開閉指令を与えることができる。   The trigger lever 32 is connected to the grip handle 26 by an arm 98 and is configured to advance and retreat with respect to the grip handle 26. The arm 98 is connected to the input sensor 39 c in the grip handle 26, and the advance / retreat amount of the trigger lever 32 is measured by the input sensor 39 c and supplied to the controller 27. The trigger lever 32 is configured to be able to perform an operation of applying a finger and pulling in the direction of the grip handle 26 (that is, the Z2 direction) and an operation of pushing out from the grip handle 26 in the Z1 direction. An open / close command can be given.

なお、トリガーレバー32のY2方向に設けられたスイッチ36は、オルタネート式であって、該スイッチ36を操作することによりトリガーレバー32により所定の開閉状態とされたグリッパ60の状態、例えば、閉じ状態を保持しておくことができる。   Note that the switch 36 provided in the Y2 direction of the trigger lever 32 is an alternate type, and the gripper 60 is opened or closed by the trigger lever 32 by operating the switch 36, for example, a closed state. Can be held.

接続部15が載置されるアクチュエータブロック30の上面30bにおいて、Z2方向の端部近傍には、接続部15の有無を検出する作業部検出手段107が設けられている。作業部検出手段107は、対向する位置に設けられた投光器であるLED107aと受光器であるフォトダイオード107bとからなるフォトインタラプタの構成とされており、該LED107aと該フォトダイオード107bとの間に接続部15の後端の遮光片109(図2参照)が挿入されて遮光することにより該接続部15が装着されたことを検出できる。LED107aとフォトダイオード107bは、X方向に対向する向きで且つ近接した位置に設けられている。   On the upper surface 30b of the actuator block 30 on which the connecting portion 15 is placed, working portion detecting means 107 for detecting the presence or absence of the connecting portion 15 is provided in the vicinity of the end in the Z2 direction. The working unit detection means 107 is configured as a photo interrupter composed of an LED 107a that is a projector and a photodiode 107b that is a light receiver provided at opposite positions, and is connected between the LED 107a and the photodiode 107b. When the light shielding piece 109 (see FIG. 2) at the rear end of the portion 15 is inserted and shielded from light, it can be detected that the connecting portion 15 is mounted. The LED 107a and the photodiode 107b are provided in positions close to each other in the direction facing the X direction.

アクチュエータブロック30には、さらに作業部16の接続部15を保持する2つの独立した係合部210と、該接続部15の位置決め機能及び保持機構を有する3本のアライメントピン212a、212b及び212cとが設けられる。   The actuator block 30 further includes two independent engaging portions 210 that hold the connecting portion 15 of the working portion 16, and three alignment pins 212 a, 212 b, and 212 c that have a positioning function and a holding mechanism for the connecting portion 15. Is provided.

2つの係合部210は、アクチュエータブロック30の左右側面(X1及びX2側面)で対称位置に設けられており、操作面204と、該操作面204からY1方向に延在するレバー206とを有する。レバー206はアクチュエータブロック30の上面よりもY1方向に向かってやや突出しており、先端内側がテーパ形状になっている。係合部210は、図示しない弾性部材によってレバー206が内側に向かう方向に弾性付勢されている。   The two engaging portions 210 are provided at symmetrical positions on the left and right side surfaces (X1 and X2 side surfaces) of the actuator block 30, and have an operation surface 204 and a lever 206 extending from the operation surface 204 in the Y1 direction. . The lever 206 slightly protrudes in the Y1 direction from the upper surface of the actuator block 30, and the inside of the tip is tapered. The engaging portion 210 is elastically biased in the direction in which the lever 206 is directed inward by an elastic member (not shown).

アライメントピン212a〜212cは、嵌合孔202a〜202cに対向する位置で、アクチュエータブロック30の上面におけるZ1方向端の近傍に2本、Z2方向端の近傍に1本設けられ、それぞれY1方向に延在している。Z1方向端の近傍に2本のアライメントピン212a、212bがX方向に並んで設けられている。   Two alignment pins 212a to 212c are provided near the end in the Z1 direction on the upper surface of the actuator block 30 and one near the end in the Z2 direction at positions facing the fitting holes 202a to 202c, and extend in the Y1 direction. Exist. Two alignment pins 212a and 212b are provided side by side in the X direction in the vicinity of the end in the Z1 direction.

このように、アライメントピン212a〜212cは3本設けられていることから、接続部15は3点で支持され、簡便且つ確実に位置決めを行うことができる。また、3本のアライメントピン212a〜212cは直線状配列ではないため、いずれの方向のねじれに対しても、接続部15を安定して保持することができる。アライメントピン212a〜212cは、このうち2本以上設けられていれば、接続部15は確実に位置決めがなされて、安定して保持される。この場合、Z方向に離間した2本を選択すると一層安定する。   Thus, since the three alignment pins 212a to 212c are provided, the connecting portion 15 is supported at three points, and positioning can be performed easily and reliably. In addition, since the three alignment pins 212a to 212c are not linearly arranged, the connection portion 15 can be stably held against twisting in any direction. If two or more of the alignment pins 212a to 212c are provided, the connecting portion 15 is reliably positioned and stably held. In this case, it is more stable if two separated in the Z direction are selected.

接続部15を操作部14から取り外す場合には、アクチュエータブロック30の両側面に設けられたレバー206を押してそれぞれ外方に開くように傾動させ、該レバー206の楔部206aを、接続部15の両側面に設けられた係合片200から解放する。これにより接続部15を操作部14から上方(Y1方向)に引き抜き、取り外しが可能となる。アクチュエータブロック30の上面30bの3本のアライメントピン212が、プーリ収納体300に設けられた嵌合孔202に嵌合することにより該接続部15を安定して保持可能である。   When removing the connection portion 15 from the operation portion 14, the levers 206 provided on both side surfaces of the actuator block 30 are pushed and tilted so as to open outward, and the wedge portion 206 a of the lever 206 is moved to the connection portion 15. It releases from the engagement piece 200 provided in the both sides | surfaces. As a result, the connecting portion 15 can be pulled upward (Y1 direction) from the operation portion 14 and can be removed. When the three alignment pins 212 on the upper surface 30 b of the actuator block 30 are fitted into the fitting holes 202 provided in the pulley housing 300, the connection portion 15 can be stably held.

接続部15を操作部14に取り付ける場合には、3本のアライメントピン212がそれぞれ嵌合孔202に嵌合するように合わせて、接続部15を下方(Y2方向)に押し下げる。これにより、レバー206は一旦外方に拡がり、その後原位置に戻ることにより係合片200に係合して、接続が完了する。   When attaching the connection portion 15 to the operation portion 14, the three alignment pins 212 are fitted into the fitting holes 202, respectively, and the connection portion 15 is pushed down (Y2 direction). As a result, the lever 206 once expands outward and then returns to its original position to engage with the engaging piece 200 and the connection is completed.

図1、図2及び図4に示すように、作業部16の接続部15は、樹脂のカバー37に覆われており、モータ(DCモータ)40a、40b及び40cの駆動軸に接続されて従動回転されるプーリ50a、50b及び50cをそれぞれ回転自在に保持している。プーリ50a〜50cは、プーリ収納体300に収納されている。   As shown in FIGS. 1, 2 and 4, the connecting portion 15 of the working portion 16 is covered with a resin cover 37 and is connected to the drive shafts of motors (DC motors) 40a, 40b and 40c to be driven. The pulleys 50a, 50b and 50c to be rotated are rotatably held. The pulleys 50 a to 50 c are stored in the pulley storage body 300.

プーリ50a、50b及び50cには、ワイヤ54a、54b及び54c(図5、図6参照)が巻き掛けられており、連結シャフト48の中空部分を通って先端動作部12まで延在している。ワイヤ54a〜54cは、プーリ50a〜50c(及び57a〜57c)に対して滑りが生じないように一部が固定されている。ワイヤ54a〜54cは同種、同径のものを用いることができる。   Wires 54 a, 54 b and 54 c (see FIGS. 5 and 6) are wound around the pulleys 50 a, 50 b and 50 c, and extend to the distal end working unit 12 through the hollow portion of the connecting shaft 48. The wires 54a to 54c are partially fixed so as not to slip with respect to the pulleys 50a to 50c (and 57a to 57c). The wires 54a to 54c can be of the same type and the same diameter.

接続部15を構成するプーリ50a、50b及び50cのY2方向下端にはそれぞれ十字状の結合凸部51a、51b及び51cが設けられ、アクチュエータブロック30を構成するモータ40a、40b及び40cの回転軸には十字状の結合凹部41a、41b及び41cが設けられている。結合凸部51a〜51cと結合凹部41a〜41cとは互いに係合可能であり、すなわち、アクチュエータブロック30に接続部15が装着された状態において、モータ40a〜40cの回転がプーリ50a〜50cに対して確実に伝達される。これらの係合部は十字形状に限られない。   At the lower ends in the Y2 direction of the pulleys 50a, 50b and 50c constituting the connecting portion 15, cross-shaped coupling convex portions 51a, 51b and 51c are provided, respectively, on the rotation shafts of the motors 40a, 40b and 40c constituting the actuator block 30. Are provided with cross-shaped coupling recesses 41a, 41b and 41c. The coupling convex portions 51a to 51c and the coupling concave portions 41a to 41c can be engaged with each other. That is, in a state where the connection portion 15 is mounted on the actuator block 30, the rotation of the motors 40a to 40c is relative to the pulleys 50a to 50c. Is transmitted reliably. These engaging portions are not limited to a cross shape.

図5に示すように、連結シャフト48内を挿通したワイヤ54a、54b及び54cは、グリッパ60を備えた先端動作部12の対応するプーリ57a、57b及び57cにそれぞれ巻き掛けられている。   As shown in FIG. 5, the wires 54 a, 54 b and 54 c inserted through the connection shaft 48 are respectively wound around corresponding pulleys 57 a, 57 b and 57 c of the distal end working unit 12 including the gripper 60.

従って、プーリ50aとプーリ57aとの間にワイヤ54aが巻き掛けられた状態で当該プーリ50aがモータ40aによって回転駆動されると、その回転駆動力がワイヤ54aを介してプーリ57aへと伝達され、該プーリ57aを回転させる。そうすると、プーリ57aの回転が、例えば歯車へと順次伝達され、グリッパ60を開閉させることができる。   Accordingly, when the pulley 50a is rotationally driven by the motor 40a with the wire 54a wound between the pulley 50a and the pulley 57a, the rotational driving force is transmitted to the pulley 57a via the wire 54a, The pulley 57a is rotated. Then, the rotation of the pulley 57a is sequentially transmitted to, for example, a gear, and the gripper 60 can be opened and closed.

図4に示すように、接続部15における後端部近傍には、ステー102で位置決めされたRFID(Radio Frequency Identification(ID保持部))104が設けられている。RFIDとは微小なICチップに製品の個別情報を格納し、無線を利用して情報の読み取りや更新などを行う無線認証システムのことであり、無線タグ、ICタグ又はミューチップとも呼ばれる。RFID104には作業部16の個体情報、仕様、タイムスタンプ(製造日等)やシリアルナンバー、使用回数上限等の情報が含まれている。RFID104の保持する個体情報は、作業部毎に識別が可能なように異なる値が付与されている。また、RFID104は書き込みが可能であり、使用回数、使用時間、エラー履歴、滅菌処理日、位相修正値(又は原点修正値)等の固有情報が記録されている。RFID104は、情報を保持するのに外部電源が不要な不揮発性記憶部である。   As shown in FIG. 4, an RFID (Radio Frequency Identification (ID holding unit)) 104 positioned by the stay 102 is provided in the vicinity of the rear end of the connection unit 15. RFID is a wireless authentication system that stores individual product information in a small IC chip and reads and updates information using wireless communication, and is also called a wireless tag, IC tag, or mu chip. The RFID 104 includes information such as individual information, specifications, time stamp (manufacturing date, etc.), serial number, and upper limit of the number of times of use of the working unit 16. The individual information held by the RFID 104 is given a different value so that it can be identified for each working unit. The RFID 104 is writable and stores unique information such as the number of uses, use time, error history, sterilization date, phase correction value (or origin correction value), and the like. The RFID 104 is a nonvolatile storage unit that does not require an external power source to hold information.

RFID104には、さらに各ワイヤ54a〜54cに対応した過トルク積算値Xa、Xb、Xc(以下、代表的に過トルク積算値Xとも記す。)が記録されている。過トルク積算値Xa、Xb、Xcは、作業部16の製造時に0に初期化されており、アクチュエータブロック30に装着されたときにコントローラ27によって読み込まれ、後述する手順で積算処理が行われる。作業部16をアクチュエータブロック30から取り外す前に過トルク積算値XはRFID104に書込・更新がなされる。   The RFID 104 further records overtorque integrated values Xa, Xb, and Xc (hereinafter also referred to as overtorque integrated values X) corresponding to the wires 54a to 54c. The overtorque integrated values Xa, Xb, and Xc are initialized to 0 when the working unit 16 is manufactured, and are read by the controller 27 when the working unit 16 is mounted, and integration processing is performed according to the procedure described later. Prior to removing the working unit 16 from the actuator block 30, the overtorque integrated value X is written / updated in the RFID 104.

アクチュエータブロック30において、接続部15が接続された状態におけるRFID104に対向する位置には送受信器(ID認識部、データ送信部)106が設けられており、電波を用いてRFID104に対して送信及び受信を行う。接続部15がアクチュエータブロック30に装着された状態では、RFID104と送受信器106との相対的な位置及び向きは固定されていることから、それぞれの電波の指向性を狭くするとともに、指向性のメインローブを相手の方向に向けて、その方向の電波を強くすると省電力で送受信が確実に行われる。   In the actuator block 30, a transceiver (ID recognition unit, data transmission unit) 106 is provided at a position facing the RFID 104 in a state where the connection unit 15 is connected, and transmission and reception are performed with respect to the RFID 104 using radio waves. I do. When the connection unit 15 is attached to the actuator block 30, the relative position and orientation of the RFID 104 and the transceiver 106 are fixed, so that the directivity of each radio wave is narrowed and the directivity main When the lobe is pointed in the direction of the other party and the radio wave in that direction is strengthened, transmission / reception is reliably performed with power saving.

図6に示すように、プーリ50a〜50c、ワイヤ54a〜54c及びプーリ57a〜57cを備えた動力伝達部材により、先端動作部12をロール方向(Or軸回転方向)、ヨー方向(Oy軸を基準とした左右方向)及びグリッパ開閉(Og軸を基準とした開閉)からなる3自由度の機構として構成している。3自由度の機構は、動作上の機構干渉があるため、該機構干渉を補償するようにモータ40a〜40cを協働させる。   As shown in FIG. 6, the power transmission member including pulleys 50a to 50c, wires 54a to 54c, and pulleys 57a to 57c causes the distal end working unit 12 to move in the roll direction (Or axis rotation direction) and the yaw direction (Oy axis as a reference). Left and right direction) and a gripper opening and closing (opening and closing with the Og axis as a reference). Since the three-degree-of-freedom mechanism has an operation mechanism interference, the motors 40a to 40c cooperate to compensate for the mechanism interference.

モータ40a〜40cは、コントローラ27の作用下に、複合入力部34、トリガーレバー32の動作量を検出する入力センサ39a、39b、39cから得られる信号に基づいて駆動される。   The motors 40a to 40c are driven based on signals obtained from input sensors 39a, 39b, and 39c that detect the operation amounts of the composite input unit 34 and the trigger lever 32 under the action of the controller 27.

図7に示すように、コントローラ27は演算部110と、電源部112と、ドライバ116と、電流センサ(駆動力検出部)118とを有する。電源部112は、外部電源119から得られる電力を調整して各部に供給するとともに、バッテリ112aに充電を行い、外部電源119から電力が供給されない場合においても自動的にバッテリ112aからの電力供給へと切り替える機能を有しており、いわゆる無停電電源として作用する。バッテリ112aは内部の変圧整流器に対して、直列または並列に接続される。   As shown in FIG. 7, the controller 27 includes a calculation unit 110, a power supply unit 112, a driver 116, and a current sensor (driving force detection unit) 118. The power supply unit 112 adjusts the electric power obtained from the external power supply 119 and supplies it to the respective units, and also charges the battery 112a to automatically supply power from the battery 112a even when no power is supplied from the external power supply 119. It functions as a so-called uninterruptible power supply. The battery 112a is connected in series or in parallel to the internal transformer rectifier.

電流センサ118は、例えばホール素子を用いたセンサであり、ドライバ116からモータ40a〜40cに対して供給する電流を検出して演算部110に供給する。演算部110では、電流センサ118から得られる電流値に基づいて、モータ40a〜40cが発生しているトルク(駆動力)Ta、Tb、Tc(以下、代表的にトルクTとも記す。)を算出する。   The current sensor 118 is, for example, a sensor using a Hall element, detects a current supplied from the driver 116 to the motors 40a to 40c, and supplies the detected current to the calculation unit 110. Based on the current value obtained from the current sensor 118, the calculation unit 110 calculates torques (driving forces) Ta, Tb, and Tc (hereinafter also referred to as torque T) generated by the motors 40a to 40c. To do.

トルクTの検出については、モータ40a〜40cに対する角度指令値と、エンコーダ44a〜44cから得られる角度信号との偏差に基づいて算定してもよい(駆動力検出部)。   About the detection of the torque T, you may calculate based on the deviation of the angle command value with respect to motor 40a-40c, and the angle signal obtained from encoder 44a-44c (driving force detection part).

演算部110は、エンコーダ44a、44b、44c、入力センサ39a、39b、39cに接続されており、これらの各部から得られる信号に基づいて医療用マニピュレータ10の動作を決定して、所定の指令信号をドライバ116に供給するとともに、状態量を表示させる。演算部110は、CPU、ROM及びRAM等から構成されており、プログラムを読み込み実行することにより所定のソフトウェア処理を実行する。演算部110は、さらに所定のパラメータを記憶するための不揮発性記憶部128(ハードディスク、記録ディスク、フラッシュメモリ等)を有している。   The calculation unit 110 is connected to the encoders 44a, 44b, 44c, and the input sensors 39a, 39b, 39c, determines the operation of the medical manipulator 10 based on signals obtained from these units, and determines predetermined command signals. Is supplied to the driver 116 and the state quantity is displayed. The arithmetic unit 110 includes a CPU, a ROM, a RAM, and the like, and executes predetermined software processing by reading and executing a program. The calculation unit 110 further includes a nonvolatile storage unit 128 (a hard disk, a recording disk, a flash memory, or the like) for storing predetermined parameters.

ドライバ116は、モータ40a、40b、40cに接続されており、演算部110から得られる指令に基づいて該モータ40a、40b及び40cを駆動する。図7においては、簡便にドライバ116及び電流センサ118を1つずつ示しているが、実際には各モータ40a〜40cに対してそれぞれ設けられている。   The driver 116 is connected to the motors 40a, 40b, and 40c, and drives the motors 40a, 40b, and 40c based on a command obtained from the calculation unit 110. In FIG. 7, one driver 116 and one current sensor 118 are shown for simplicity, but in reality, each of the motors 40 a to 40 c is provided.

演算部110は、入出力部(ID認識部)120と、取外判断部121と、先端制御部122と、過トルク積算部124と、警告部126とを有する。   The calculation unit 110 includes an input / output unit (ID recognition unit) 120, a removal determination unit 121, a tip control unit 122, an overtorque integration unit 124, and a warning unit 126.

入出力部120は、送受信器106を介してRFID104が保持するID等の情報を読み込み、さらに過トルク積算値X等の情報をRFID104に書き込むことができる。   The input / output unit 120 can read information such as an ID held by the RFID 104 via the transceiver 106 and can write information such as an overtorque integrated value X into the RFID 104.

取外判断部121は作業部検出手段107から得られる信号に基づいて、作業部16が操作部14から取り外されているか否かを判断する。   The removal determination unit 121 determines whether or not the work unit 16 has been removed from the operation unit 14 based on a signal obtained from the work unit detection unit 107.

先端制御部122は、入力センサ39a〜39cから得られる信号に基づいて、先端動作部12の各動作軸の角度及びモータ40a〜40cの角度を決定し、エンコーダ44a〜44cから所定のカウンタを介して得られる角度信号を参照しながらモータ40a〜40cを駆動する。   The front end control unit 122 determines the angle of each operation axis of the front end operation unit 12 and the angle of the motors 40a to 40c based on signals obtained from the input sensors 39a to 39c, and from the encoders 44a to 44c via a predetermined counter. The motors 40a to 40c are driven while referring to the angle signals obtained in this way.

警告部126は、過トルク積算部124等の作用下に、音声、音響及びランプ等の警報を発生させる。   The warning unit 126 generates alarms such as sound, sound, and lamp under the action of the overtorque integrating unit 124 and the like.

過トルク積算部124は、電流センサ118から得られるモータ40a〜40cが発生するトルクTと駆動力閾値A1、A2とを比較し、該トルクTが駆動力閾値A1、A2を超える箇所について超過量を積算して過トルク積算値Xを求める。   The overtorque integrating unit 124 compares the torque T generated by the motors 40a to 40c obtained from the current sensor 118 with the driving force thresholds A1 and A2, and the excess amount for the portion where the torque T exceeds the driving force thresholds A1 and A2. Is integrated to obtain an overtorque integrated value X.

図8に示すように、積算処理では、トルクTが駆動力閾値A1、A2を超えるハッチング部分について過トルク積算値Xの積算を行う。駆動力閾値A1及びA2は、絶対値が等しいプラス及びマイナスの値として設けられ、過トルク積算値Xが駆動力閾値A1、A2を超える超過量について、その絶対値(つまり、ハッチング部分の面積)の積算値を求める。これにより、モータ40a〜40cの双方向の回転に対応することができ、医療用マニピュレータ10に好適である。   As shown in FIG. 8, in the integrating process, the overtorque integrated value X is integrated for hatched portions where the torque T exceeds the driving force thresholds A1 and A2. The driving force threshold values A1 and A2 are provided as positive and negative values having the same absolute value, and the absolute value (that is, the area of the hatched portion) of the excess amount where the overtorque integrated value X exceeds the driving force threshold values A1 and A2. Find the integrated value of. Thereby, it can respond to bidirectional | two-way rotation of motor 40a-40c, and is suitable for the medical manipulator 10. FIG.

無負荷状態では、先端動作部12は小さいトルクTで動作可能であり、駆動力閾値A1及びA2を超えることはない。しかしながら、例えば、グリッパ60によって湾曲針を安定して確実に把持するためには、ある程度強い力が必要であり、例えばワイヤ54a〜54bの弾性限界かそれをやや超える程度にトルクTを大きくする必要がある。これに基づき、駆動力閾値A1、A2は、例えば、ワイヤ54a〜54bの弾性限界か、それよりやや小さい伸びに対応して設定するとよく、計算、実験又はシミュレーション等に基づいて設定可能である。   In the no-load state, the distal end working unit 12 can be operated with a small torque T, and does not exceed the driving force thresholds A1 and A2. However, for example, in order to stably and surely grip the curved needle with the gripper 60, a certain amount of force is required, and for example, the torque T needs to be increased to the extent that the elastic limit of the wires 54a to 54b is slightly exceeded. There is. Based on this, the driving force thresholds A1 and A2 may be set corresponding to, for example, the elastic limit of the wires 54a to 54b or slightly smaller elongation, and can be set based on calculation, experiment, simulation, or the like.

具体的には、図9に示すように、トルクTはデジタル化した離散値として認識され、トルクTが駆動力閾値A1を超えたときに、X←X+|T−A1|×Δtとして積算が行われる。マイナス方向でトルクTが駆動力閾値A2を超えたときには、同様にX←X+|T−A2|×Δtとする。ここで、Δtは積算が行われる制御周期である。過トルク積算値Xの比較対象である第1積算閾値B1及び第2積算閾値B2がΔtを考慮した値になっていれば、過トルク積算値Xの積算処理におけるΔtの乗算は不要である。トルクTが駆動力閾値A1と駆動力閾値A2との間であるときには、過トルク積算値Xの値はそのまま維持される。   Specifically, as shown in FIG. 9, the torque T is recognized as a digitized discrete value, and when the torque T exceeds the driving force threshold A1, the integration is performed as X ← X + | T−A1 | × Δt. Done. Similarly, when the torque T exceeds the driving force threshold A2 in the minus direction, X ← X + | T−A2 | × Δt. Here, Δt is a control cycle in which integration is performed. If the first integrated threshold value B1 and the second integrated threshold value B2 to be compared with the overtorque integrated value X are values that take Δt into consideration, the multiplication of Δt in the overtorque integrated value X integration process is unnecessary. When the torque T is between the driving force threshold value A1 and the driving force threshold value A2, the value of the overtorque integrated value X is maintained as it is.

過トルク積算部124は、さらに、図10に示すように、過トルク積算値X(Xa、Xb、Xcの少なくとも1つ)が第1積算閾値B1及び第2積算閾値B2を超えたときt1、t2に所定の対応処理を行う。   Further, as shown in FIG. 10, the overtorque integration unit 124 t1, when the overtorque integration value X (at least one of Xa, Xb, and Xc) exceeds the first integration threshold B1 and the second integration threshold B2. A predetermined response process is performed at t2.

第2積算閾値B2は第1積算閾値B1よりも大きく、過トルク積算値Xはt1において第1積算閾値B1を超えて第1の対応処理を行い、その後第2積算閾値B2を超えたときt2に第2の対応処理を行う。図10に示す例では、区間N1、N2、N3、N4、N5及びN6は、所定の作業部16について順に初回〜6回目の使用を示し、区間N6において過トルク積算値Xが第1積算閾値B1を超え、次いで第2積算閾値B2を超えている。   The second integration threshold value B2 is greater than the first integration threshold value B1, and the overtorque integration value X exceeds the first integration threshold value B1 at t1 to perform the first handling process, and then when the second integration threshold value B2 is exceeded, t2. A second response process is performed. In the example illustrated in FIG. 10, the sections N1, N2, N3, N4, N5, and N6 indicate the first to sixth use in order for the predetermined working unit 16, and the overtorque integrated value X is the first integrated threshold value in the section N6. B1 is exceeded, and then the second integration threshold B2 is exceeded.

また、図10においては、過トルク積算値Xは連続的なグラフとして示しているが、隣接する使用回には相当の間隔が設けられていてもよく、その間には別の作業部16が使用されてもよい。   In FIG. 10, the overtorque integrated value X is shown as a continuous graph. However, a considerable interval may be provided between adjacent use times, and another working unit 16 is used between them. May be.

第1の対応処理は、第2の対応処理の前に行われる準備的な、注意報又は予備的警報ともいうべきものであり、音声、音響又はランプ(例えば黄色ランプ)点灯等により操作者に注意を促す。これにより、操作者は第2の対応処理の前に予め適切な対応をとることができる(第1警報)。つまり、操作者は第1の対応処理により、第2の対応処理が発生する前に必要となる物理的準備及び精神的準備をすることができ、例えば、手技を早めたり、手技の順番を変えたり、先端動作部12に無駄に大きい負荷がかかることを避けたり、又は、新たな作業部16を使用可能なように準備を進めるなどの対応をとることができて、効率的である。   The first response process should be referred to as a preliminary warning or a preliminary warning that is performed before the second response process. The first response process is performed by voice, sound, or a lamp (for example, a yellow lamp) or the like. Call attention. Thereby, the operator can take an appropriate response in advance before the second response process (first alarm). In other words, the operator can make physical preparations and mental preparations required before the second response process occurs by the first response process. For example, the operator can speed up the procedure or change the order of the procedures. It is efficient because it is possible to take measures such as avoiding unnecessary load on the distal end working unit 12 or making preparations so that a new working unit 16 can be used.

第2の対応処理としては、作業部16の操作中止を促すための本警報ともいうべきものであり、音声、音響(例えば、第1の対応処理より大きく又は高周波の音)又はランプ(例えば赤ランプ)点灯等により操作者に警報を発生する(第2警報)。この場合、先端動作部12を自動的に停止させることはなく、その後の対応は操作者の判断に委ねられる。すなわち、過トルク積算値Xが第2積算閾値B2を超えたこと等は一応の寿命に達したと判断されるが、第2積算閾値B2は所定の安全率が考慮されており、直ちにワイヤが劣化することはないため、操作者は自らの判断により区切りのよいところまで手技を継続することができ、臨機応変な対応が可能となる。   The second response process should be called a main alarm for prompting the operation of the working unit 16 to be stopped. The sound, sound (for example, louder or higher frequency than the first response process), or lamp (for example, red) A warning is generated to the operator when the lamp is turned on (second alarm). In this case, the distal end working unit 12 is not automatically stopped, and the subsequent response is left to the operator's judgment. That is, it is determined that the overtorque integrated value X has exceeded the second integrated threshold value B2 or the like, but it has been determined that the lifetime has reached a certain value. However, the second integrated threshold value B2 takes into account a predetermined safety factor and Since there is no deterioration, the operator can continue the procedure up to a good break by his / her own judgment, and can respond flexibly.

また、第2の対応処理としては、先端動作部12を基準姿勢に自動的に戻して停止させる処理(つまり、前記の自動原点復帰モードの処理)としてもよい。過トルク積算値Xが第2積算閾値B2を超えたときには、基本的には作業部16の操作を停止させ、その後、連結シャフト48及び先端動作部12をトラカール20から抜くことから、第2の対応処理として先端動作部12を基準姿勢に戻しておくと、該先端動作部12をトラカールから抜き出しやすい。   Further, the second handling process may be a process of automatically returning the distal end working unit 12 to the reference posture and stopping it (that is, the process of the automatic origin return mode). When the overtorque integrated value X exceeds the second integrated threshold B2, basically, the operation of the working unit 16 is stopped, and then the connecting shaft 48 and the distal end operating unit 12 are removed from the trocar 20, so that the second If the distal end working unit 12 is returned to the reference posture as a corresponding process, the distal end working unit 12 can be easily extracted from the trocar.

ところで、操作部14は多くの電気部品が設けられていて、作業部16に比較するとコスト高ではあるが、長く使用可能である。一方、作業部16については弱電通電部品がなく廉価であり、しかも体腔22内で先端動作部12が動作をして負荷を受けることから機械的寿命や、蒸気及び熱による洗浄時のダメージ等を考慮して適度な時期に新しい物に交換する。つまり、作業部16は定期的に新しい物に交換することが前提となっており、適度な寿命があればよい。   By the way, the operation unit 14 is provided with a lot of electric parts and can be used for a long time although the cost is higher than that of the working unit 16. On the other hand, the working unit 16 is inexpensive because there are no weakly energized parts, and the distal end working unit 12 operates in the body cavity 22 to receive a load. Consider replacing it with a new one at an appropriate time. That is, it is assumed that the working unit 16 is periodically replaced with a new one, and it is sufficient that the working unit 16 has an appropriate life.

ワイヤ54a〜54cは、往復動作に応じてプーリ50a〜50c及び57a〜57cに巻きかけられる円弧状態と、離間した直線状態とを繰り返すことになり、繰り返しの曲げ応力を受けることから、作業部16の構成要素の中でも寿命が短く、作業部16の交換を前提として過度に高寿命な仕様とはなっていない。   The wires 54a to 54c repeat an arc state wound around the pulleys 50a to 50c and 57a to 57c according to a reciprocating operation and a linear state apart from each other, and are subjected to repeated bending stress. Among these components, the lifetime is short, and the specifications are not excessively long on the assumption that the working unit 16 is replaced.

前記の第1積算閾値B1及び第2積算閾値B2は、このようなワイヤ54a〜54cの特性を考慮し、計算、実験及びシミュレーション等によって設定しておくとよい。   The first integration threshold value B1 and the second integration threshold value B2 may be set by calculation, experiment, simulation, or the like in consideration of the characteristics of the wires 54a to 54c.

次に、このように構成される医療用マニピュレータ10の作用について説明する。   Next, the operation of the medical manipulator 10 configured as described above will be described.

先ず、操作者は手技に応じて選択した作業部16を操作部14に装着する。   First, the operator attaches the operation unit 16 selected according to the procedure to the operation unit 14.

これにより、図11のステップS1において、コントローラ27では作業部検出手段107の信号に基づいて、作業部16が操作部14に装着されたことを検出する。また、作業部16におけるRFID104は、操作部14における送受信器106に対向することになり、コントローラ27ではRFID104に記憶されている過トルク積算値Xを含む各種の情報を読み出す。この時点で、作業部16の先端動作部12は所定の基準姿勢となっており、コントローラ27では停止モードとしてLED29を赤に発光させる。この後、操作者は先端動作部12及び連結シャフト48をトラカール20から体腔22内に挿入する。   Accordingly, in step S1 of FIG. 11, the controller 27 detects that the working unit 16 is attached to the operation unit 14 based on the signal from the working unit detection means 107. The RFID 104 in the working unit 16 faces the transmitter / receiver 106 in the operation unit 14, and the controller 27 reads various information including the overtorque integrated value X stored in the RFID 104. At this time, the distal end working unit 12 of the working unit 16 is in a predetermined reference posture, and the controller 27 causes the LED 29 to emit red light as a stop mode. Thereafter, the operator inserts the distal end working unit 12 and the connecting shaft 48 into the body cavity 22 from the trocar 20.

ステップS2においては、作動スイッチ35及びスイッチ36の操作の有無と、その時点におけるモードとに基づき、モードを維持し、又はモード移行をするためのモード判断を行う。動作モードではステップS3へ移り、自動原点復帰モードでは、ステップS5へ移り、停止モードではステップS6へ移る。   In step S2, based on the presence / absence of operation of the operation switch 35 and the switch 36 and the mode at that time, the mode determination for maintaining the mode or changing the mode is performed. The operation mode moves to step S3, the automatic origin return mode moves to step S5, and the stop mode moves to step S6.

ステップS3、つまり動作モードでは、LED29を緑に点灯させる。   In step S3, that is, in the operation mode, the LED 29 is lit in green.

ついで、ステップS4において動作モード処理を行う。動作モード処理は図12に基づいて後述する。   Next, operation mode processing is performed in step S4. The operation mode process will be described later with reference to FIG.

ステップS5、つまり自動原点復帰モードでは、LED29を赤で点滅させる。   In step S5, that is, in the automatic origin return mode, the LED 29 blinks red.

ステップS6において、その時点の過トルク積算値Xa、Xb、Xcを作業部検出手段107を介してRFID104に書込・更新する。   In step S6, the overtorque integrated values Xa, Xb, and Xc at that time are written / updated in the RFID 104 via the working unit detecting means 107.

ステップS7において、先端動作部12を所定速度で基準姿勢に自動的に戻して停止させる自動原点復帰モード処理を行う。自動原点復帰モード処理は、所定の操作により中断して停止モード又は動作モードに強制的に移行させることができる。自動原点復帰モードにより先端動作部12が基準姿勢に達したら停止モードのステップS8へ移行する。   In step S7, automatic origin return mode processing is performed in which the distal end working unit 12 is automatically returned to the reference posture at a predetermined speed and stopped. The automatic origin return mode process can be interrupted by a predetermined operation and forcibly shifted to the stop mode or the operation mode. When the tip operating unit 12 reaches the reference posture in the automatic origin return mode, the process proceeds to step S8 in the stop mode.

ステップS8、つまり停止モードではLED29を赤に点灯させる。   In step S8, that is, in the stop mode, the LED 29 is lit red.

ステップS4及びS8の後、ステップS2へ戻ってモード判断処理をする。   After steps S4 and S8, the process returns to step S2 to perform mode determination processing.

医療用マニピュレータ10では、基本的に停止モード時にLED29が赤に点灯していることを確認して、作業部16をアクチュエータブロック30から取り外す。つまり、作業部16を取り外す前に、自動原点復帰モードにおいて先端動作部12を基準姿勢に戻しておく。また、過トルク積算値Xは、積算されたその時点の結果を、先端動作部12を基準姿勢に自動的に戻す自動原点復帰モードのタイミングに対応してRFID104に記録する。   In the medical manipulator 10, basically, it is confirmed that the LED 29 is lit red in the stop mode, and the working unit 16 is removed from the actuator block 30. That is, before removing the working unit 16, the distal end working unit 12 is returned to the reference posture in the automatic origin return mode. The overtorque integrated value X is recorded on the RFID 104 in correspondence with the timing of the automatic home return mode in which the integrated result at that time is automatically returned to the reference posture.

従って、自動原点復帰モードで過トルク積算値Xを記録し書き換えておくことにより、無駄に何度も書き換える必要がなく、しかも作業部16の取り外し前に確実に書換が行われる。また、作業部16を一度アクチュエータブロック30から取り外しても、次回に装着したときに過トルク積算値XがRFID104に保持されていることから、継続的な積算が可能となる。また、コントローラ27側で個別の作業部16毎に積算値を管理・保持しておく必要がなく、簡便である。   Therefore, by recording and rewriting the overtorque integrated value X in the automatic home position return mode, it is not necessary to rewrite it many times, and rewriting is performed reliably before the working unit 16 is removed. Further, even if the working unit 16 is once removed from the actuator block 30, since the overtorque integrated value X is held in the RFID 104 when it is mounted next time, continuous integration is possible. Further, it is not necessary to manage and hold the integrated value for each individual working unit 16 on the controller 27 side, which is simple.

次に、前記のステップS4における動作モードについて説明する。   Next, the operation mode in step S4 will be described.

図12のステップS101において、先端制御部122が入力センサ39a〜39cから得られる信号に基づいてモータ40a〜40cを駆動するために駆動指令を出力する。   In step S101 in FIG. 12, the tip control unit 122 outputs a drive command to drive the motors 40a to 40c based on signals obtained from the input sensors 39a to 39c.

ステップS102において、過トルク積算部124は、トルクTと駆動力閾値A1とを比較し、T>A1であれば、過トルク積算値Xの積算処理として、X←X+|T−A1|×Δtの処理(ステップS103)を行う。   In step S102, the overtorque integrating unit 124 compares the torque T and the driving force threshold A1, and if T> A1, the overtorque integrated value X is integrated as X ← X + | T−A1 | × Δt. The process (step S103) is performed.

ステップS104において、過トルク積算部124は、トルクTと駆動力閾値A2とを比較し、T<A2であれば、過トルク積算値Xの積算処理として、X←X+|T−A2|×Δtの処理(ステップS105)を行う。T<A2であることは、数学的表現ではトルクTが駆動力閾値A2を下回っているのであるが、0を基準としたマイナス領域では、トルクTが駆動力閾値A2を超えていると言える。   In step S104, the overtorque integrating unit 124 compares the torque T and the driving force threshold A2, and if T <A2, the overtorque integrated value X is integrated as X ← X + | T−A2 | × Δt. (Step S105) is performed. T <A2 means that the torque T is lower than the driving force threshold A2 in mathematical expression, but it can be said that the torque T exceeds the driving force threshold A2 in the minus region with 0 as a reference.

ステップS106において、過トルク積算部124は、過トルク積算値Xと第1積算閾値B1とを比較し、X>B1であればステップS107へ移り、X≦B1であればステップS110へ移る。   In step S106, the overtorque integration unit 124 compares the overtorque integration value X with the first integration threshold B1, and if X> B1, the process proceeds to step S107, and if X ≦ B1, the process proceeds to step S110.

ステップS107において、過トルク積算部124は、過トルク積算値Xと第2積算閾値B2とを比較し、X>B2であればステップS109へ移り、X≦B2であればステップS108へ移る。   In step S107, the overtorque integration unit 124 compares the overtorque integration value X with the second integration threshold B2. If X> B2, the process proceeds to step S109, and if X ≦ B2, the process proceeds to step S108.

ステップS108において、前記の第1の対応処理を行う。つまり、注意報又は予備的警報として音声、音響又はランプ点灯等によって操作者に注意を促す。音声、音響による警報は操作者が認識可能な程度の時間だけならした後に停止させてもよい。   In step S108, the first corresponding process is performed. That is, the operator is alerted by voice, sound, lamp lighting, or the like as a warning or preliminary warning. The alarm by sound and sound may be stopped after the time has reached a level that can be recognized by the operator.

ステップS109において、前記の第2の対応処理を行う。つまり、本警報として、音声、音響又はランプ点灯等によって操作者に注意を促すとともに、先端動作部12を基準姿勢に自動的に戻して停止させる。先端動作部12を基準姿勢に自動的に戻すのは、ステップS7の自動原点復帰モード処理と同じである。ステップS109では、音声等による警報か、先端動作部12を基準姿勢に戻す処理のいずれか一方だけを行ってもよい。いずれの対応処理を行うかは設計条件に基づくものであり、図12ではステップS109の後の移行先を省略している。   In step S109, the second corresponding process is performed. That is, as the warning, the operator is alerted by voice, sound, lamp lighting, or the like, and the distal end working unit 12 is automatically returned to the reference posture and stopped. The automatic return of the distal end working unit 12 to the reference posture is the same as the automatic origin return mode process in step S7. In step S <b> 109, only one of a warning by voice or the like or a process of returning the distal end working unit 12 to the reference posture may be performed. Which of the corresponding processing is performed is based on the design condition, and the transition destination after step S109 is omitted in FIG.

従来、ワイヤ54a〜54cの寿命は、操作者や手技によって相当に異なる場合があって、検出が困難であり、目視等による外観判断に頼るしかなかった。   Conventionally, the lifetimes of the wires 54a to 54c may vary considerably depending on the operator and the procedure, are difficult to detect, and have to rely on visual appearance judgment.

これに対して、上述したように、本実施の形態に係る医療用マニピュレータ10では、モータ40a〜40cのトルクTが駆動力閾値A1及びA2を超える部分についての過トルク積算値Xを求め、該過トルク積算値Xが第2積算閾値B2を超えたときにワイヤ54a〜54cが寿命となり、第1積算閾値B1を超えたときにはそれに準ずる状態になったと簡便且つ適切に判断することができ、第1の対応処理及び第2の対応処理を行うことができる。   On the other hand, as described above, in the medical manipulator 10 according to the present embodiment, the overtorque integrated value X for the portion where the torque T of the motors 40a to 40c exceeds the driving force thresholds A1 and A2 is obtained, When the overtorque integrated value X exceeds the second integrated threshold B2, the wires 54a to 54c reach the end of their lives, and when the overtorque integrated value X exceeds the first integrated threshold B1, it can be simply and appropriately determined that the state has been reached. One corresponding process and a second corresponding process can be performed.

これにより、ワイヤ54a〜54cを過度に高寿命仕様にする必要がなく、作業部16の低廉化が図られる。   As a result, the wires 54a to 54c do not need to have an excessively long life specification, and the cost of the working unit 16 can be reduced.

コントローラ27では、過トルク積算値Xが第1積算閾値B1及び第2積算閾値B2を下回っている場合であっても、対応する作業部16の使用回数、使用時間、耐久年数等の他の要因により寿命であると判断されたときには、所定の警報を発生するように構成してもよい。   In the controller 27, even if the overtorque integrated value X is lower than the first integrated threshold value B1 and the second integrated threshold value B2, other factors such as the number of times that the corresponding working unit 16 is used, the usage time, the durable years, etc. When it is determined that the lifetime is reached, a predetermined alarm may be generated.

上記の実施形態では、コントローラ27で積算された過トルク積算値Xは、対応する作業部16におけるRFID104に記録させたが、記録の場所はコントローラ27内の不揮発性記憶部128であってもよい。この場合には、作業部16の固体信号を保持するID保持部は、RFID104のような書込可能な媒体ではなく、例えばQRコードのような二値コードとして、カメラ等のバーコードリーダ(ID認識部)で個体信号をコントローラ27へ供給してもよい。もちろん、固体信号の認識はバーコードリーダ及びコントローラ27のいずれであってもよい。   In the above embodiment, the overtorque integrated value X integrated by the controller 27 is recorded in the RFID 104 in the corresponding working unit 16, but the recording location may be the non-volatile storage unit 128 in the controller 27. . In this case, the ID holding unit that holds the solid signal of the working unit 16 is not a writable medium such as the RFID 104, but a barcode reader (ID) such as a camera as a binary code such as a QR code. The recognition unit may supply the individual signal to the controller 27. Of course, the recognition of the solid signal may be performed by either the bar code reader or the controller 27.

コントローラ27は、供給された個体信号に基づいて、固体信号に対応した過トルク積算値X(Xa、Xb、Xc)を不揮発性記憶部128から読みだし、作業部16毎に異なる過トルク積算値Xを求め、第1積算閾値B1及び第2積算閾値B2を超えたときに警報を発生させる。このように、コントローラ27側で作業部16の固体信号毎に過トルク積算値Xを保持しておくと、確実な積算が可能となり、しかも作業部16側には過トルク積算値Xを書き込みのための記憶部が不要となり、作業部16の構成が簡便となる。   Based on the supplied individual signal, the controller 27 reads the overtorque integrated value X (Xa, Xb, Xc) corresponding to the solid signal from the non-volatile storage unit 128, and the overtorque integrated value that differs for each working unit 16. X is obtained, and an alarm is generated when the first integration threshold B1 and the second integration threshold B2 are exceeded. Thus, if the controller 27 side holds the overtorque integrated value X for each solid signal of the working unit 16, reliable integration is possible, and the overtorque integrated value X is written to the working unit 16 side. Therefore, the storage unit is not required, and the configuration of the working unit 16 is simplified.

また、この場合には、過トルク積算値Xを記録するタイミングとしては、前記と同様に自動原点復帰モードに対応させてもよいが、作業部16がアクチュエータブロック30から取り外されたことを作業部検出手段107によって検出した後に不揮発性記憶部128に記録してもよい。   Further, in this case, the timing for recording the overtorque integrated value X may correspond to the automatic home position return mode as described above, but it is determined that the working unit 16 has been removed from the actuator block 30. You may record in the non-volatile memory | storage part 128, after detecting by the detection means 107. FIG.

作業部16に係る情報の記憶場所は、コントローラ27内の不揮発性記憶部128である必要はなく、複数のコントローラ27からアクセス可能な共通端末(ホストコンピュータ、サーバ等を含む)内に記憶させておいてもよい。   The storage location of the information related to the working unit 16 does not need to be the non-volatile storage unit 128 in the controller 27, but is stored in a common terminal (including a host computer, a server, etc.) accessible from the plurality of controllers 27. It may be left.

上記実施形態は、例えば図13に示すような医療用ロボットシステム800に適用してもよい。   The above embodiment may be applied to a medical robot system 800 as shown in FIG. 13, for example.

医療用ロボットシステム800は、多関節型のロボットアーム802と、コンソール804とを有し、作業部806はロボットアーム802の先端に接続されている。ロボットアーム802の先端には前記の医療用マニピュレータ10と同様な機構を有するマニピュレータ808が設けられている。ロボットアーム802は、作業部806を移動させる手段であればよく、据置型に限らず、例えば自律移動型でもよい。コンソール804は、テーブル型、制御盤型等の構成を採りうる。   The medical robot system 800 includes an articulated robot arm 802 and a console 804, and the working unit 806 is connected to the tip of the robot arm 802. A manipulator 808 having a mechanism similar to that of the medical manipulator 10 is provided at the tip of the robot arm 802. The robot arm 802 may be any means that moves the working unit 806, and is not limited to a stationary type, but may be an autonomous moving type, for example. The console 804 may take a configuration such as a table type or a control panel type.

ロボットアーム802は、独立的な6以上の関節(回転軸やスライド軸等)を有すると、作業部806の位置及び向きを任意に設定できて好適である。先端のマニピュレータ808は、ロボットアーム802の先端部810と一体化している。マニピュレータ808は、前記のアクチュエータブロック30(図1参照)の代わりに、基端側が前記先端部810に連結されると共に、内部にモータを収納したアクチュエータブロック812を有する。   If the robot arm 802 has six or more independent joints (such as a rotation axis and a slide axis), the position and orientation of the working unit 806 can be arbitrarily set. The manipulator 808 at the tip is integrated with the tip 810 of the robot arm 802. Instead of the actuator block 30 (see FIG. 1), the manipulator 808 has an actuator block 812 having a proximal end connected to the distal end portion 810 and accommodating a motor therein.

ロボットアーム802は、コンソール804の作用下に動作し、プログラムによる自動動作や、コンソール804に設けられたジョイスティック814に倣った操作、及びこれらの複合的な動作をする構成にしてもよい。コンソール804は、前記のコントローラ27(図1参照)の機能を含んでいる。作業部806には、前記の先端動作部12が設けられている。   The robot arm 802 may operate under the action of the console 804, and may be configured to perform an automatic operation by a program, an operation following a joystick 814 provided on the console 804, and a composite operation thereof. The console 804 includes the function of the controller 27 (see FIG. 1). The working unit 806 is provided with the distal end working unit 12.

コンソール804には、操作指令部としての2つのジョイスティック814と、モニタ816が設けられている。図示を省略するが、2つのジョイスティック814により、2台のロボットアーム802を個別に操作が可能である。2つのジョイスティック814は、両手で操作しやすい位置に設けられている。モニタ816には、内視鏡による画像等の情報が表示される。   The console 804 is provided with two joysticks 814 as operation command units and a monitor 816. Although not shown, two robot arms 802 can be individually operated by two joysticks 814. The two joysticks 814 are provided at positions that can be easily operated with both hands. On the monitor 816, information such as an image by an endoscope is displayed.

ジョイスティック814は、上下動作、左右動作、捻り動作、及び傾動動作が可能であり、これらの動作に応じてロボットアーム802を動かすことができる。ジョイスティック814はマスターアームであってもよい。ロボットアーム802とコンソール804との間の通信手段は、有線、無線、ネットワーク又はこれらの組合わせでよい。   The joystick 814 can move up and down, move left and right, twist, and tilt, and can move the robot arm 802 in accordance with these operations. The joystick 814 may be a master arm. The communication means between the robot arm 802 and the console 804 may be wired, wireless, network, or a combination thereof.

本発明に係る医療用マニピュレータは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。   The medical manipulator according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.

本実施の形態に係る医療用マニピュレータの斜視図である。It is a perspective view of the medical manipulator concerning this embodiment. 作業部と操作部とを分離したマニピュレータの側面図である。It is a side view of the manipulator which separated the work part and the operation part. 操作部の斜視図である。It is a perspective view of an operation part. 接続部の一部断面斜視図である。It is a partial cross section perspective view of a connection part. 先端動作部の斜視図である。It is a perspective view of a front-end | tip operation | movement part. プーリ及びワイヤと先端動作部の基本構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the basic composition of a pulley, a wire, and a front-end | tip operation | movement part. 医療用マニピュレータ及びコントローラのブロック構成図である。It is a block block diagram of a medical manipulator and a controller. トルクと駆動力閾値との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a torque and a driving force threshold value. 微小時間におけるトルクと駆動力閾値との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the torque in a micro time, and a driving force threshold value. 過トルク積算値と第1積算閾値及び第2積算閾値との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between an overtorque integrated value, a 1st integration threshold value, and a 2nd integration threshold value. 医療用マニピュレータの基本的なモード遷移を示すメインフローチャートである。It is a main flowchart which shows the basic mode transition of a medical manipulator. 動作モードの手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of an operation mode. マニピュレータをロボットアームの先端に接続した医療用ロボットシステムの斜視図である。It is a perspective view of the medical robot system which connected the manipulator to the front-end | tip of a robot arm.

符号の説明Explanation of symbols

10…医療用マニピュレータ 12…先端動作部
14…操作部 15…接続部
16、806…作業部 27…コントローラ(制御部)
30、812…アクチュエータブロック(アクチュエータ部)
32…トリガーレバー 34…複合入力部
40a〜40c…モータ 48…連結シャフト
50a〜50c、57a〜57c…プーリ 54a〜54c…ワイヤ(可撓性部材)
104…RFID 106…送受信器
107…作業部検出手段 110…演算部
121…取外判断部 122…先端制御部
124…過トルク積算部 126…警告部
800…医療用ロボットシステム 802…ロボットアーム
A1、A2…駆動力閾値 B1…第1積算閾値
B2…第2積算閾値 T…トルク
X…過トルク積算値
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Medical manipulator 12 ... Tip operation | movement part 14 ... Operation part 15 ... Connection part 16,806 ... Working part 27 ... Controller (control part)
30, 812 ... Actuator block (actuator part)
32 ... Trigger lever 34 ... Composite input section 40a-40c ... Motor 48 ... Connection shaft 50a-50c, 57a-57c ... Pulley 54a-54c ... Wire (flexible member)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 104 ... RFID 106 ... Transmitter / receiver 107 ... Working part detection means 110 ... Operation part 121 ... Removal judgment part 122 ... Tip control part 124 ... Overtorque integration part 126 ... Warning part 800 ... Medical robot system 802 ... Robot arm A1, A2 ... Driving force threshold B1 ... First integration threshold B2 ... Second integration threshold T ... Torque X ... Overtorque integration value

Claims (10)

モータを備えたアクチュエータ部と、
前記アクチュエータ部に着脱自在で前記モータの回転軸に接続される回転体を備える接続部と、
前記接続部から延在する連結シャフトの先端に設けられ、可撓性部材を介して前記回転体に連動する先端動作部と、
前記モータの駆動力を検出する駆動力検出部と、
前記駆動力検出部から得られる前記駆動力と駆動力閾値とを比較し、前記駆動力が前記駆動力閾値を超える箇所について超過量の積算値を求め、該積算値が積算閾値を超えたときに所定の対応処理を行う制御部と、
を有することを特徴とする医療用マニピュレータ。
An actuator unit equipped with a motor;
A connecting portion comprising a rotating body that is detachably attached to the actuator portion and connected to a rotating shaft of the motor;
A tip operating portion provided at a tip of a connecting shaft extending from the connecting portion and interlocking with the rotating body via a flexible member;
A driving force detector for detecting the driving force of the motor;
When the driving force obtained from the driving force detecting unit is compared with a driving force threshold, an integrated value of an excess amount is obtained for a location where the driving force exceeds the driving force threshold, and the integrated value exceeds the integrated threshold A control unit that performs predetermined response processing,
A medical manipulator characterized by comprising:
請求項1記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記作業部は、前記積算値を保持する不揮発性記憶部を備え、
前記制御部は、前記アクチュエータ部に前記作業部が装着されたときに前記不揮発性記憶部から前記積算値を読み出し、読み出した該積算値を基準にして積算をさらに行い、積算した結果を所定のタイミングで前記不揮発性記憶部に記録することを特徴とする医療用マニピュレータ。
The medical manipulator according to claim 1, wherein
The working unit includes a nonvolatile storage unit that holds the integrated value,
The control unit reads the integrated value from the non-volatile storage unit when the working unit is mounted on the actuator unit, further performs integration based on the read integrated value, and calculates the integrated result as a predetermined value. A medical manipulator characterized by recording in the non-volatile storage unit at a timing.
請求項2記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記所定のタイミングは、前記先端動作部を基準姿勢に自動的に戻して停止させる処理に対応していることを特徴とする医療用マニピュレータ。
The medical manipulator according to claim 2,
The medical manipulator according to claim 1, wherein the predetermined timing corresponds to a process of automatically returning the distal end working unit to a reference posture and stopping it.
請求項1記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記作業部は、固体識別用の個体信号を保持するID保持部を備え、
前記アクチュエータ部は、該ID保持部の前記個体信号を認識し前記制御部へ供給するID認識部を備え、
前記制御部は、前記積算値を前記個体信号毎に区別して保持する不揮発性記憶部を備え、前記アクチュエータ部に前記作業部が装着されたときに前記ID認識部から前記個体信号を読み出し、読み出した該個体信号に対応する積算値を不揮発性記憶部から読み出して積算を行い、積算した結果を所定のタイミングで前記不揮発性記憶部に記録することを特徴とする医療用マニピュレータ。
The medical manipulator according to claim 1, wherein
The working unit includes an ID holding unit that holds an individual signal for solid identification,
The actuator unit includes an ID recognition unit that recognizes the individual signal of the ID holding unit and supplies the signal to the control unit.
The control unit includes a nonvolatile storage unit that distinguishes and holds the integrated value for each individual signal, and reads and reads the individual signal from the ID recognition unit when the working unit is mounted on the actuator unit. An integrated value corresponding to the individual signal is read from the nonvolatile storage unit, integrated, and the integrated result is recorded in the nonvolatile storage unit at a predetermined timing.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記の対応処理は、警報を発生させる処理であることを特徴とする医療用マニピュレータ。
The medical manipulator according to any one of claims 1 to 4,
A medical manipulator characterized in that the corresponding processing is processing for generating an alarm.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記積算閾値として、第1積算閾値と、該第1積算閾値より大きい第2積算閾値が設けられ、
前記制御部は、前記積算値が前記第1積算閾値を超えたときに第1警報を発生させ、前記積算値が前記第2閾値を超えたときに第2警報を発生させることを特徴とする医療用マニピュレータ。
The medical manipulator according to any one of claims 1 to 4,
As the integration threshold, a first integration threshold and a second integration threshold larger than the first integration threshold are provided,
The control unit generates a first alarm when the integrated value exceeds the first integrated threshold, and generates a second alarm when the integrated value exceeds the second threshold. Medical manipulator.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記の対応処理は、前記先端動作部を基準姿勢に自動的に戻して停止させる処理であることを特徴とする医療用マニピュレータ。
The medical manipulator according to any one of claims 1 to 4,
The handling process is a process for automatically returning the distal end working unit to a reference posture and stopping it.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記積算閾値として、第1積算閾値と、該第1積算閾値より大きい第2積算閾値が設けられ、
前記制御部は、前記積算値が前記第1積算閾値を超えたときに警報を発生させ、前記積算値が前記第2閾値を超えたときに前記先端動作部を基準姿勢に戻して停止させることを特徴とする医療用マニピュレータ。
The medical manipulator according to any one of claims 1 to 4,
As the integration threshold, a first integration threshold and a second integration threshold larger than the first integration threshold are provided,
The control unit generates an alarm when the integrated value exceeds the first integrated threshold value, and returns the tip operating unit to a reference posture and stops when the integrated value exceeds the second threshold value. A medical manipulator characterized by
請求項1〜8のいずれか1項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記駆動力閾値として、プラス及びマイナスの値が設けられ、
前記制御部は、前記積算値がプラス及びマイナスの前記基準値を超える部分について、その絶対値の積算値を求めることを特徴とする医療用マニピュレータ。
In the medical manipulator according to any one of claims 1 to 8,
As the driving force threshold, positive and negative values are provided,
The said control part calculates | requires the integrated value of the absolute value about the part in which the said integrated value exceeds the said reference value of plus and minus, The medical manipulator characterized by the above-mentioned.
請求項1〜9のいずれか1項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記可撓性部材は、ワイヤであることを特徴とする医療用マニピュレータ。
The medical manipulator according to any one of claims 1 to 9,
The medical manipulator, wherein the flexible member is a wire.
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