JP2010022416A - Medical manipulator - Google Patents
Medical manipulator Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010022416A JP2010022416A JP2008183888A JP2008183888A JP2010022416A JP 2010022416 A JP2010022416 A JP 2010022416A JP 2008183888 A JP2008183888 A JP 2008183888A JP 2008183888 A JP2008183888 A JP 2008183888A JP 2010022416 A JP2010022416 A JP 2010022416A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- unit
- medical manipulator
- threshold
- integrated value
- integrated
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Abstract
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).
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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。
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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 /
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
30, 812 ... Actuator block (actuator part)
32 ...
DESCRIPTION OF
Claims (10)
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:
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
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.
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008183888A JP2010022416A (en) | 2008-07-15 | 2008-07-15 | Medical manipulator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008183888A JP2010022416A (en) | 2008-07-15 | 2008-07-15 | Medical manipulator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010022416A true JP2010022416A (en) | 2010-02-04 |
Family
ID=41728840
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008183888A Withdrawn JP2010022416A (en) | 2008-07-15 | 2008-07-15 | Medical manipulator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010022416A (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013215238A (en) * | 2012-04-04 | 2013-10-24 | Takeshi Ohira | Motion memory type narrow diameter surgical robot system |
JP2018062028A (en) * | 2016-10-12 | 2018-04-19 | ファナック株式会社 | Robot system for tracking information on module and maintenance method |
WO2018189856A1 (en) * | 2017-04-13 | 2018-10-18 | オリンパス株式会社 | Manipulator system |
KR20190070358A (en) * | 2016-11-11 | 2019-06-20 | 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드 | Remote operated surgical system with surgical instrument wear tracking |
US10881475B2 (en) | 2015-07-09 | 2021-01-05 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Surgical robot |
JP7000803B2 (en) | 2017-11-08 | 2022-01-19 | 株式会社ニコン | Strength assisting devices, control methods for strength assisting devices, and strength assisting systems |
-
2008
- 2008-07-15 JP JP2008183888A patent/JP2010022416A/en not_active Withdrawn
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013215238A (en) * | 2012-04-04 | 2013-10-24 | Takeshi Ohira | Motion memory type narrow diameter surgical robot system |
US10881475B2 (en) | 2015-07-09 | 2021-01-05 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Surgical robot |
JP2018062028A (en) * | 2016-10-12 | 2018-04-19 | ファナック株式会社 | Robot system for tracking information on module and maintenance method |
KR20190070358A (en) * | 2016-11-11 | 2019-06-20 | 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드 | Remote operated surgical system with surgical instrument wear tracking |
KR102429144B1 (en) | 2016-11-11 | 2022-08-04 | 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드 | Teleoperated Surgical System with Surgical Instrument Wear Tracking |
KR20220116057A (en) * | 2016-11-11 | 2022-08-19 | 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드 | Teleoperated surgical system with surgical instrument wear tracking |
KR102512693B1 (en) | 2016-11-11 | 2023-03-22 | 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드 | Teleoperated surgical system with surgical instrument wear tracking |
WO2018189856A1 (en) * | 2017-04-13 | 2018-10-18 | オリンパス株式会社 | Manipulator system |
JP7000803B2 (en) | 2017-11-08 | 2022-01-19 | 株式会社ニコン | Strength assisting devices, control methods for strength assisting devices, and strength assisting systems |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5881384B2 (en) | Medical manipulator system | |
EP3851064A1 (en) | Handheld electromechanical surgical instruments | |
JP5017076B2 (en) | Manipulator system and manipulator control method | |
EP2042120B1 (en) | Manipulator system | |
CN107019533B (en) | Wireless detection of surgical fastener assemblies and surgical loading units | |
US8409174B2 (en) | Medical manipulator system | |
JP5475262B2 (en) | Medical manipulator | |
JP2010075242A (en) | Medical manipulator | |
JP5210014B2 (en) | manipulator | |
JP5624536B2 (en) | Medical manipulator | |
JP2010046384A (en) | Medical manipulator and experimental device | |
JP2009056164A (en) | Medical manipulator system | |
JP2010022416A (en) | Medical manipulator | |
JP2009226028A (en) | Manipulator | |
EP3205289B1 (en) | Adapter assemblies for interconnecting electromechanical handle assemblies and surgical loading units | |
JP2003052701A (en) | Operation manipulator | |
JP2010268844A (en) | Medical manipulator | |
US20110218677A1 (en) | Medical manipulator system | |
JP6261376B2 (en) | Surgical manipulator system | |
US20170128146A1 (en) | Medical manipulator and treatment tool package | |
US20230030629A1 (en) | Inductively powered end of life indicators for robotic surgical instruments | |
CN113573852A (en) | Surgical instrument and medical manipulator system | |
JP2010035875A (en) | Medical manipulator | |
JP2010022414A (en) | Medical manipulator | |
JP2010051497A (en) | Medical manipulator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20111004 |