JP2015080845A - 医療用マニピュレータおよび医療用マニピュレータの初期化方法 - Google Patents

医療用マニピュレータおよび医療用マニピュレータの初期化方法 Download PDF

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Abstract

【課題】医療用マニピュレータにおいて、アーム部に対する操作入力と位置姿勢関係とを対応させ、アーム部の直感的な操作が実現できるようにする。
【解決手段】手術支援ロボットは、挿入部３と、アーム部８と、アーム軸線Ｏ１３に平行な光軸を有するレーザ光束Ｌを照射する光照射部と、レーザ光束Ｌによる光像の軌跡を撮像する撮像部９と、アーム部８を基準軸線Ｏの回りに回転する回転駆動モータ１０と、アーム部８が基準軸線Ｏに沿って整列する初期化制御を行う初期化制御部と、を備え、初期化制御部は、光照射部、回転駆動モータ１０、および撮像部９を制御することにより、レーザ光束Ｌの軌跡を取得する軌跡取得制御部と、軌跡の径を計算して軌跡の径の収束判定を行う収束判定部と、軌跡の径がより小さくなるような第１関節１２の駆動量を求めて駆動する駆動量修正部と、収束動作制御部と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は医療用マニピュレータおよび医療用マニピュレータの初期化方法に関する。
従来、医療用マニピュレータとして、種々の構成や制御方式を採用した装置が知られている。例えば、操作者によって操作されるマスタマニピュレータと、マスタマニピュレータから発せられる信号に基づいて動作するスレーブマニピュレータとを備えたマスタ・スレーブ型の医療用マニピュレータが知られている。
このような医療用マニピュレータとして、可動アームの先端に処置対象部位に処置を行う処置部が設けられ、可動アームの基端部が内視鏡の先端部のチャンネルに保持される構成を有するものが知られている。
可動アームの構成としては、例えば、複数のアームが、互いに隣接するアーム間の角度を変更する屈曲用関節を含む関節によって連結された構成を有する。
このような医療用マニピュレータは、例えば、内視鏡によって、前方の画像を表示部に表示し、術者はこの表示画面を見ながら、遠隔操作による手技を行う。
このような手技を容易に行うためには、アーム部に対する駆動指令値と、体腔内でのアーム部の動作量や動作方向と、体腔内の処置対象に対する位置関係とが、互いに正確に対応していることが好ましい。
例えば、特許文献１には、光源から導光手段を用いて処置部の先端まで導いた光を、処置部の位置決めのためのガイド光として出射部から出射し、ガイド光によって対象部位又はその周囲に形成されるビームスポットの位置を確認しながら、処置部の位置合わせが行えるようにした、内視鏡用処置具および内視鏡用処置具システムが記載されている。
特開２００５−２９６３７９号公報
しかしながら、上記のような従来の医療用マニピュレータには、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、画面上で観察される処置部と、ビームスポットの位置とを比較参照することにより、処置部と対象部位に対するおよその位置関係が把握できるようになっている。そして、術者はアーム部を操作して処置部を対象部位へと位置決めし処置を行う。
その際、手動操作では、処置部と対象部位との相対関係が分かれば、目的の位置に駆動するまでは、操作入力と動作との対応が一致していなくても操作可能である。しかしマスタ・スレーブ型の医療用マニピュレータでの操作では、マスタマニピュレータからの指令に対してスレーブマニピュレータの動作を一致するように制御する必要がある。
軟性部を持たない体内に挿入される挿入部に備えたアーム部の場合には、事前に制御パラメータを同定しておき、そのパラメータに基づいて制御を行なうことで、直感的な操作が実現される。
しかし、軟性部を有する体内に挿入される挿入部に備えたアーム部では、挿入前のアーム部の関節が直線状態であっても、例えば、挿入によって軟性部の形状が変化することによってアーム部の位置姿勢が変化する。これにより、原点がずれ、軟性部を通る動力伝達部材の特性が変化したりする。このため直感的な操作を実現できない恐れがあるという問題がある。
挿入後の原点のずれによる影響としては、例えば、可動範囲を超えて駆動し関節に負荷をかけたり、駆動力伝達線材であるワイヤを破断する可能性がある。また、自由度によっては特異点を回避して制御する必要があるが、原点がずれることで回避できない可能性がある。
このような、挿入後の原点のずれは、医療用マニピュレータの操作性にも影響を与える。例えば、スレーブマニピュレータの初期位置姿勢が不明であるとマスタマニピュレータとの初期位置姿勢が一致しないため、常にずれた状態で操作することになる。この結果、直感的な操作性が損なわれ、むしろ操作が困難となるおそれがあるという問題がある。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、アーム部を体内に挿入した状態で、制御開始時の位置姿勢を既知の位置姿勢として初期化することで、アーム部に対する操作入力と、アーム部の位置姿勢関係とを対応させ、アーム部の直感的な操作が実現できる医療用マニピュレータおよび医療用マニピュレータの初期化方法を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様の医療用マニピュレータは、体内に挿入される挿入部と、複数のアームが、互いに隣接するアーム間の角度を変更する屈曲用関節を含む関節によって連結されたアーム部と、前記挿入部の先端部で前記アーム部を支持する支持部と、前記アーム部において前記屈曲用関節よりも先端寄りのアームに配置された照射口から前記アームの軸線に平行な光軸を有する光束を照射する光照射部と、前記挿入部の先端部または前記支持部に設けられ、前記光束による光像の軌跡を撮像する撮像部と、前記支持部に支持された前記アーム部の被支持部を前記挿入部の長手方向に略沿う基準軸線の回りに回転する回転移動部と、前記被支持部を前記基準軸線に沿って進退する進退移動部との少なくとも一方を有する移動部と、前記アーム部の前記アームが前記基準軸線に沿って整列する基準状態を形成する初期化制御を行う初期化制御部と、を備え、該初期化制御部は、前記光照射部、前記移動部、および前記撮像部を制御することにより、前記光束を照射しつつ、前記アーム部を移動して、前記軌跡を取得する軌跡取得制御部と、前記軌跡から該軌跡の収束状態を判定するための所定の物理量を計算する収束判定量算出部と、該収束判定量算出部で計算された前記物理量に基づいて、前記屈曲用関節の駆動量を修正する駆動量修正部と、を備える構成とする。
上記医療用マニピュレータにおいては、前記物理量の計算の値が最も小さくなった場合に前記軌跡が収束したと判定する収束判定部をさらに備えることが好ましい。
上記医療用マニピュレータにおいては、前記収束判定部によって、前記軌跡が収束したと判定されるまで、前記軌跡取得制御部、前記収束判定量算出部、前記収束判定部、および前記駆動量修正部の動作を繰り返す制御を行う収束動作制御部をさらに備え、前記駆動量修正部は、前記収束判定部によって前記軌跡が収束していないと判定された場合に、前記物理量がより小さくなるような前記屈曲用関節の駆動量を求めて、該駆動量で前記屈曲用関節を駆動することが好ましい。
上記医療用マニピュレータにおいては、前記初期化制御部は、前記屈曲用関節における冗長関節の有無の情報、および前記照射口が配置された前記アームの軸線と前記光軸との距離であるオフセット量の情報を含む、前記アーム部の構成情報を記憶するアーム部情報記憶部を備え、前記アーム部の構成情報に基づいて、前記軌跡取得制御部、前記収束判定量算出部、前記収束判定部、および前記駆動量修正部の動作を制御することが好ましい。
上記医療用マニピュレータにおいては、前記支持部に支持された前記アーム部が冗長関節を有さず、前記オフセット量が０または前記屈曲用関節の屈曲平面に直交する方向に正値を有する場合に、前記軌跡取得制御部は、前記回転移動部による前記アーム部の回転移動、または前記進退移動部による前記アーム部の進退移動を行い、前記収束動作制御部は、前記屈曲用関節のすべてについて、前記軌跡取得制御部、前記収束判定量算出部、前記収束判定部、および前記駆動量修正部の動作を繰り返す制御を行うことが好ましい。
上記医療用マニピュレータにおいては、前記移動部が前記回転移動部および前記進退移動部を有する場合であって、かつ前記支持部に支持された前記アーム部が冗長関節を有さず、前記オフセット量が前記屈曲用関節の屈曲平面に直交する方向に正値を有する場合に、前記軌跡取得制御部は、前記回転移動部による前記アーム部の回転移動、または前記進退移動部による前記アーム部の進退移動を行い、前記収束判定部は、前記回転移動部が前記アーム部を回転移動した場合に、前記物理量が収束した第１の収束状態であるかどうかと、前記進退移動部が前記アーム部を進退移動した場合に、前記物理量が収束した第２の収束状態であるかどうかと、を判定し、前記第１の収束状態であり、かつ前記第２の収束状態である場合に前記軌跡が収束したと判定し、前記収束動作制御部は、前記屈曲用関節の一つに関して、前記回転移動部により前記アーム部の回転移動を行い、前記収束判定部により前記第１の収束状態であると判定されるまで、前記駆動量修正部によって前記屈曲用関節を駆動する第１収束動作と、前記進退移動部により前記アーム部の進退移動を行い、前記収束判定部により前記第２の収束状態であると判定されるまで、前記駆動量修正部によって前記屈曲用関節を駆動する第２収束動作と、を、前記収束判定部によって、前記軌跡が収束したと判定されるまで行う収束動作を前記屈曲用関節のすべてに対して繰り返す制御を行うことが好ましい。
上記医療用マニピュレータにおいては、前記移動部が前記回転移動部および前記進退移動部を有する場合であって、かつ前記支持部に支持された前記アーム部が冗長関節を有さず、前記オフセット量が前記屈曲用関節の屈曲平面に平行な方向に正値を有する場合に、前記軌跡取得制御部は、前記回転移動部による前記アーム部の回転移動、および前記進退移動部による前記アーム部の進退移動の少なくとも一方を行い、前記収束判定部は、前記回転移動部が前記アーム部を回転移動した場合に、前記物理量が収束した第１の収束状態であるかどうかと、前記進退移動部が前記アーム部を進退移動した場合に、前記物理量が収束した第２の収束状態であるかどうかと、を判定し、前記第１の収束状態であり、かつ前記第２の収束状態である場合に前記軌跡が収束したと判定し、前記収束動作制御部は、前記屈曲用関節の一つに関して、前記回転移動部による前記アーム部の回転移動および前記進退移動部による前記アーム部の進退移動を行い、前記収束判定部により前記第１の収束状態であると判定されるまで、前記駆動量修正部によって前記物理量の変化量と前記物理量の変化方向とに応じて前記屈曲用関節を駆動する第１収束動作と、前記進退移動部により前記アーム部の進退移動を行い、前記収束判定部により前記第２の収束状態であると判定されるまで、前記駆動量修正部によって前記屈曲用関節を駆動する第２収束動作と、を、前記収束判定部によって、前記軌跡が収束したと判定されるまで行う収束動作を前記屈曲用関節のすべてに対して繰り返す制御を行うことが好ましい。
上記医療用マニピュレータにおいては、前記移動部が前記回転移動部および前記進退移動部を有する場合であって、かつ前記支持部に支持された前記アーム部が冗長関節を有し、前記オフセット量が０の場合に、前記軌跡取得制御部は、前記回転移動部による前記アーム部の回転移動、または前記進退移動部による前記アーム部の進退移動を行い、前記収束判定部は、前記回転移動部が前記アーム部を回転移動した場合に、前記物理量が収束した第１の収束状態であるかどうかと、前記進退移動部が前記アーム部を進退移動した場合に、前記物理量が収束した第２の収束状態であるかどうかと、を判定し、前記第１の収束状態であり、かつ前記第２の収束状態である場合に前記軌跡が収束したと判定し、前記収束動作制御部は、互いに隣接する前記冗長関節の一方を第１冗長関節と、他方を第２冗長関節と称するとき、前記第２冗長関節の角度を固定して、前記回転移動部により前記アーム部の回転移動を行い、前記収束判定部により前記第１の収束状態であると判定されるまで、前記駆動量修正部によって求められた前記第１冗長関節の駆動量で前記第１冗長関節を駆動する第１収束動作を行ってから、前記第１冗長関節の角度を固定して、前記進退移動部により前記アーム部の進退移動を行い、前記収束判定部により前記第２の収束状態であると判定されるまで、前記駆動量修正部によって求められた前記第２冗長関節の駆動量で前記第２冗長関節を駆動する第２収束動作を行い、前記第１収束動作と、前記第２収束動作とを、前記第２収束動作の際の前記収束判定部によって前記軌跡が収束したと判定されるまで、この順に繰り返す制御を行うことが好ましい。
上記医療用マニピュレータにおいては、前記移動部が前記回転移動部および前記進退移動部を有する場合であって、かつ前記支持部に支持された前記アーム部が冗長関節を有し、前記オフセット量が０の場合に、前記軌跡取得制御部は、前記回転移動部による前記アーム部の回転移動、または前記進退移動部による前記アーム部の進退移動を行い、前記収束判定部は、前記回転移動部が前記アーム部を回転移動した場合に、前記物理量が収束した第１の収束状態であるかどうかと、前記進退移動部が前記アーム部を進退移動した場合に、前記物理量が収束した第２の収束状態であるかどうかと、を判定し、前記第１の収束状態であり、かつ前記第２の収束状態である場合に前記軌跡が収束したと判定し、前記収束動作制御部は、互いに隣接する前記冗長関節の一方を第１冗長関節と、他方を第２冗長関節と称するとき、前記第２冗長関節の角度を固定して、前記進退移動部により前記アーム部の進退移動を行い、前記収束判定部により前記第２の収束状態であると判定されるまで、前記駆動量修正部によって求められた前記第１冗長関節の駆動量で前記第１冗長関節を駆動して、前記光軸と前記基準軸線とを平行にする平行化動作を行い、前記回転移動部により前記アーム部の回転移動を行い、前記収束判定部により前記第１の収束状態であると判定されるまで、前記駆動量修正部により、前記光軸と前記基準軸線との距離が近づいて前記物理量がより小さくなるように、前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とが互いに逆向きに同じ角度だけ屈曲する駆動量を求め、該駆動量で前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とをそれぞれ駆動する直線化動作を行う制御を行うことが好ましい。
上記医療用マニピュレータにおいては、前記移動部が前記回転移動部および前記進退移動部を有する場合であって、かつ前記支持部に支持された前記アーム部が冗長関節を有し、前記オフセット量が前記屈曲用関節の屈曲平面に平行な方向に正値を有する場合に、前記軌跡取得制御部は、前記回転移動部による前記アーム部の回転移動、または前記進退移動部による前記アーム部の進退移動を行い、前記収束判定部は、前記回転移動部が前記アーム部を回転移動した場合に、前記物理量が収束した第１の収束状態であるかどうかと、前記進退移動部が前記アーム部を進退移動した場合に、前記物理量が収束した第２の収束状態であるかどうかと、を判定し、前記第１の収束状態であり、かつ前記第２の収束状態である場合に前記軌跡が収束したと判定し、前記駆動量修正部は、互いに隣接する前記冗長関節の一方を第１冗長関節と、他方を第２冗長関節と称するとき、前記光軸と前記基準軸線とが整列している場合に、前記光軸を前記オフセット量だけずらすことにより、前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とを前記基準軸線に整列させる前記第１冗長関節と前記第２冗長関節との駆動量を、前記オフセット量に基づいて算出できるようになっており、前記収束動作制御部は、前記第２冗長関節の角度を固定して、前記回転移動部により前記アーム部の回転移動を行い、前記収束判定部により前記第１の収束状態であると判定されるまで、前記駆動量修正部によって求められた前記第１冗長関節の駆動量で前記第１冗長関節を駆動する第１収束動作を行ってから、前記第１冗長関節の角度を固定して、前記進退移動部により前記アーム部の進退移動を行い、前記収束判定部により前記第２の収束状態であると判定されるまで、前記駆動量修正部によって求められた前記第２冗長関節の駆動量で前記第２冗長関節を駆動する第２収束動作を行い、前記第１収束動作と、前記第２収束動作とを、前記収束判定部によって前記軌跡が収束したと判定されるまで繰り返して、前記光軸と前記基準軸線とを整列させる光軸整列動作を行い、前記光軸と前記基準軸線とが整列した状態から、前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とを互いに逆方向に回動させることで、前記第１冗長関節の先端側に連結されたアームの軸線と前記第２冗長関節の先端側に連結されたアームの軸線とを前記基準軸線に整列させる駆動量を、前記駆動量修正部により前記オフセット量に基づいて算出し、前記駆動量で前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とをそれぞれを駆動するアーム軸線整列動作を行う制御を行うことが好ましい。
上記医療用マニピュレータにおいては、前記移動部が前記回転移動部および前記進退移動部を有する場合であって、かつ前記支持部に支持された前記アーム部が冗長関節を有し、前記オフセット量が前記屈曲用関節の屈曲平面に平行な方向に正値を有する場合に、前記軌跡取得制御部は、前記回転移動部による前記アーム部の回転移動、または前記進退移動部による前記アーム部の進退移動を行い、前記収束判定部は、前記回転移動部が前記アーム部を回転移動した場合に、前記物理量が収束した第１の収束状態であるかどうかと、前記進退移動部が前記アーム部を進退移動した場合に、前記物理量が収束した第２の収束状態であるかどうかと、を判定し、前記第１の収束状態であり、かつ前記第２の収束状態である場合に前記軌跡が収束したと判定し、前記収束動作制御部は、互いに隣接する前記冗長関節の一方を第１冗長関節と、他方を第２冗長関節と称するとき、前記第２冗長関節の角度を固定して、前記進退移動部により前記アーム部の進退移動を行い、前記収束判定部により前記第２の収束状態であると判定されるまで、前記駆動量修正部によって求められた前記第１冗長関節の駆動量で前記第１冗長関節を駆動して、前記光軸と前記基準軸線とを平行にする平行化動作を行い、前記回転移動部により前記アーム部の回転移動を行い、前記収束判定部により前記第１の収束状態であると判定されるまで、前記駆動量修正部により、前記光軸と前記基準軸線との距離が近づいて前記物理量がより小さくなるように、前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とが互いに逆向きに同じ角度だけ屈曲する駆動量を求め、該駆動量で前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とをそれぞれ駆動して、前記光軸を前記基準軸線とを整列させる光軸整列動作を行う制御を行い、前記光軸と前記基準軸線とが整列した状態から、前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とを互いに逆方向に回動させることで、前記第１冗長関節の先端側に連結されたアームの軸線と前記第２冗長関節の先端側に連結されたアームの軸線とを前記基準軸線に整列させる駆動量を、前記駆動量修正部により前記オフセット量に基づいて算出し、前記駆動量で前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とをそれぞれを駆動するアーム軸線整列動作を行う制御を行うことが好ましい。
上記医療用マニピュレータにおいては、前記アーム部は、前記屈曲用関節を駆動するための駆動部または前記支持部に対して着脱可能に設けられ、前記初期化制御部に前記構成情報を伝達するアーム情報供給部を備えることが好ましい。
上記医療用マニピュレータにおいては、前記物理量は、前記軌跡の径、前記光像のズレ量、前記軌跡で囲まれた面積、および前記軌跡の長さのうちのいずれかを含むことが好ましい。
上記医療用マニピュレータにおいては、前記物理量は、前記移動部によって回転移動が行われた場合には、前記軌跡の径であり、前記移動部によって進退移動が行われた場合には、前記光像のズレ量であることが好ましい。
上記医療用マニピュレータにおいては、前記初期化制御部は、前記光照射部から前記光束を照射しつつ、前記屈曲用関節が所定の角度範囲を往復する屈曲動作を行うように、前記屈曲用関節を駆動して、前記撮像部により撮像された前記光像の位置と、前記屈曲用関節の駆動指令値との関係から、前記屈曲用関節のバックラッシ量を測定するバックラッシ測定制御部を備え、前記駆動量修正部は、前記駆動量を、前記バックラッシ量によって補正することが好ましい。
本発明の第２の態様の医療用マニピュレータの初期化方法は、複数のアームが互いに隣接するアーム間の角度を変更する屈曲用関節を含む関節によって連結され、体内に挿入される挿入部の先端の支持部において支持されたアーム部を有する医療用マニピュレータの初期化方法であって、前記アーム部において前記屈曲用関節よりも先端寄りのアームに配置された照射口から前記アームの軸線に平行な光軸を有する光束を照射し、前記アームの被支持部を前記挿入部の長手方向に略沿う基準軸線の回りに回転する回転移動と、前記被支持部を前記基準軸線に沿って進退する進退移動との少なくとも一方の移動を行って、前記光束による光像の軌跡を取得する軌跡取得工程と、前記軌跡から該軌跡の収束状態を判定するための所定の物理量を計算する収束判定量算出工程と、該収束判定量算出工程で計算された前記物理量に基づいて、前記屈曲用関節の駆動量を修正する駆動量修正工程と、を備える方法とする。
上記医療用マニピュレータの初期化方法においては、前記収束判定量算出工程の後に、前記物理量の計算の値が最も小さくなった場合に前記軌跡が収束したと判定する収束判定工程をさらに備えることが好ましい。
上記医療用マニピュレータの初期化方法においては、前記駆動量修正工程では、前記物理量がより小さくなるような前記屈曲用関節の駆動量を求めて、該駆動量で前記屈曲用関節を駆動し、前記収束判定工程によって、前記軌跡が収束したと判定されるまで、前記軌跡取得工程、前記収束判定量算出工程、前記収束判定工程、および前記駆動量修正工程を繰り返すことが好ましい。
上記医療用マニピュレータの初期化方法においては、前記軌跡取得工程を最初に開始する前に、前記屈曲用関節における冗長関節の有無の情報、および前記照射口が配置された前記アームの軸線と前記光軸との距離であるオフセット量の情報を含む、前記アーム部の構成情報を取得し、該アーム部の構成情報に基づいて、前記軌跡取得工程、前記収束判定量算出工程、前記収束判定工程、および前記駆動量修正工程における動作を設定する動作設定工程を備えることが好ましい。
上記医療用マニピュレータの初期化方法においては、前記支持部に支持された前記アーム部が冗長関節を有さず、前記照射口が配置された前記アームの軸線と前記光軸との距離であるオフセット量が０または前記屈曲用関節の屈曲平面に直交する方向に正値を有する場合に、前記軌跡取得工程では、前記アーム部の回転移動または進退移動を行い、前記屈曲用関節のすべてについて、前記軌跡取得工程、前記収束判定量算出工程、前記収束判定工程、および前記駆動量修正工程をこの順に繰り返すことが好ましい。
上記医療用マニピュレータの初期化方法においては、前記支持部に支持された前記アーム部が冗長関節を有さず、前記照射口が配置された前記アームの軸線と前記光軸との距離であるオフセット量が前記屈曲用関節の屈曲平面に直交する方向に正値を有する場合に、前記軌跡取得工程では、前記アーム部の回転移動または進退移動を行い、前記収束判定工程では、前記アーム部を回転移動した前記軌跡取得工程を行った場合に、前記物理量が収束した第１の収束状態であるかどうかと、前記アーム部を進退移動した前記軌跡取得工程を行った場合に、前記物理量が収束した第２の収束状態であるかどうかと、を判定し、前記第１の収束状態であり、かつ前記第２の収束状態である場合に前記軌跡が収束したと判定し、前記アーム部の回転移動を行う前記軌跡取得工程と、前記収束判定量算出工程と、前記収束判定工程と、該収束判定工程により前記第１の収束状態であると判定されるまで行われる前記駆動量修正工程と、を有し、前記収束判定工程によって前記第１の収束状態であると判定された場合に終了する第１収束工程と、前記アーム部の進退移動を行う前記軌跡取得工程と、前記収束判定量算出工程と、前記収束判定工程と、前記収束判定工程により前記第２の収束状態であると判定されるまで行われる前記駆動量修正工程と、を有し、前記収束判定工程によって前記第２の収束状態であると判定された場合に終了する第２収束工程と、を備え、前記第１収束工程、前記第２収束工程をこの順または逆の順に行って、いずれかの前記収束判定工程で前記軌跡が収束したと判定された場合に一つの屈曲用関節の初期化を終了し、以上の各工程を、前記屈曲用関節のすべてに対して行うことが好ましい。
上記医療用マニピュレータの初期化方法においては、前記支持部に支持された前記アーム部が冗長関節を有さず、前記照射口が配置された前記アームの軸線と前記光軸との距離であるオフセット量が前記屈曲用関節の屈曲平面に平行な方向に正値を有する場合に、前記軌跡取得工程では、前記アーム部の回転移動および進退移動の少なくとも一方を行い、前記収束判定工程では、前記アーム部を回転移動した前記軌跡取得工程を行った場合に、前記物理量が収束した第１の収束状態であるかどうかと、前記アーム部を進退移動した前記軌跡取得工程を行った場合に、前記物理量が収束した第２の収束状態であるかどうかと、を判定し、前記第１の収束状態であり、かつ前記第２の収束状態である場合に前記軌跡が収束したと判定し、前記アーム部の回転移動および進退移動を行う前記軌跡取得工程と、前記回転移動および前記進退移動でそれぞれ取得された軌跡からそれぞれの物理量を計算する前記収束判定量算出工程と、前記収束判定工程と、該収束判定工程により前記第１の収束状態であると判定されるまで行われ、前記それぞれの物理量の変化量または変化方向とに応じて前記駆動量を修正する前記駆動量修正工程と、を有し、前記収束判定工程によって前記第１の収束状態であると判定された場合に終了する第１収束工程と、前記アーム部の進退移動を行う前記軌跡取得工程と、前記収束判定量算出工程と、前記収束判定工程と、前記収束判定工程により前記第２の収束状態であると判定されるまで行われる前記駆動量修正工程と、を有し、前記収束判定工程によって前記第２の収束状態であると判定された場合に終了する第２収束工程と、を備え、前記第１収束工程、前記第２収束工程をこの順に行って、前記収束判定工程で前記軌跡が収束したと判定された場合に一つの屈曲用関節の初期化を終了し、以上の各工程を、前記屈曲用関節のすべてに対して行うことが好ましい。
上記医療用マニピュレータの初期化方法においては、前記支持部に支持された前記アーム部が冗長関節を有し、前記照射口が配置された前記アームの軸線と前記光軸との距離であるオフセット量が０の場合に、前記軌跡取得工程では、前記アーム部の回転移動または進退移動を行い、前記収束判定工程では、前記アーム部を回転移動した前記軌跡取得工程を行った場合に、前記物理量が収束した第１の収束状態であるかどうかと、前記アーム部を進退移動した前記軌跡取得工程を行った場合に、前記物理量が収束した第２の収束状態であるかどうかと、を判定し、前記第１の収束状態であり、かつ前記第２の収束状態である場合に前記軌跡が収束したと判定し、互いに隣接する前記冗長関節の一方を第１冗長関節と、他方を第２冗長関節と称するとき、前記第２冗長関節の角度を固定して、前記アーム部の回転移動を行う前記軌跡取得工程と、前記収束判定量算出工程と、前記収束判定工程と、前記第１冗長関節の駆動量を修正する前記駆動量修正工程と、を有し、前記収束判定工程によって前記第１の収束状態であると判定された場合に終了する第１収束工程と、
前記第１冗長関節の角度を固定して、前記アーム部の進退移動を行う前記軌跡取得工程と、前記収束判定量算出工程と、前記収束判定工程と、前記第２冗長関節の駆動量を修正する前記駆動量修正工程と、を有し、前記収束判定工程によって前記第２の収束状態であると判定された場合に終了する第２収束工程と、を備え、前記第１収束工程および前記第２収束工程をこの順に繰り返し行って、前記第２収束工程の前記収束判定工程で前記軌跡が収束したと判定された場合に一組の冗長関節の初期化を終了し、以上の各工程を、前記冗長関節のすべてに対して行うことが好ましい。
上記医療用マニピュレータの初期化方法においては、 前記支持部に支持された前記アーム部が冗長関節を有し、前記照射口が配置された前記アームの軸線と前記光軸との距離であるオフセット量が０の場合に、前記軌跡取得工程では、前記アーム部の回転移動または進退移動を行い、前記収束判定工程では、前記アーム部を回転移動した前記軌跡取得工程を行った場合に、前記物理量が収束した第１の収束状態であるかどうかと、前記アーム部を進退移動した前記軌跡取得工程を行った場合に、前記物理量が収束した第２の収束状態であるかどうかと、を判定し、前記第１の収束状態であり、かつ前記第２の収束状態である場合に前記軌跡が収束したと判定し、互いに隣接する前記冗長関節の一方を第１冗長関節と、他方を第２冗長関節と称するとき、前記第２冗長関節の角度を固定して、前記アーム部の進退移動を行う前記軌跡取得工程と、前記収束判定量算出工程と、前記収束判定工程と、前記第１冗長関節の駆動量を修正する前記駆動量修正工程と、を有し、前記収束判定工程によって前記第２の収束状態であると判定された場合に終了して、前記光軸と前記基準軸線とを平行にする平行化工程と、前記アーム部の回転移動を行う前記軌跡取得工程と、前記収束判定量算出工程と、前記収束判定工程と、前記光軸と前記基準軸線との距離が近づいて前記物理量がより小さくなるように、前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とが互いに逆向きに同じ角度だけ屈曲する駆動量を求めて該駆動量で前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とをそれぞれ駆動する前記駆動量修正工程と、を有し、前記収束判定工程によって前記第１の収束状態であると判定された場合に終了する直線化工程と、を備え、前記平行化工程、および前記直線化工程をこの順に行って、前記収束判定工程で前記軌跡が収束したと判定された場合に一組の冗長関節の初期化を終了し、以上の各工程を、前記冗長関節のすべてに対して行うことが好ましい。
上記医療用マニピュレータの初期化方法においては、前記支持部に支持された前記アーム部が冗長関節を有し、前記照射口が配置された前記アームの軸線と前記光軸との距離であるオフセット量が前記屈曲用関節の屈曲平面に平行な方向に正値を有する場合に、前記軌跡取得工程では、前記アーム部の回転移動または進退移動を行い、前記収束判定工程では、前記アーム部を回転移動した前記軌跡取得工程を行った場合に、前記物理量が収束した第１の収束状態であるかどうかと、前記アーム部を進退移動した前記軌跡取得工程を行った場合に、前記物理量が収束した第２の収束状態であるかどうかと、を判定し、前記第１の収束状態であり、かつ前記第２の収束状態である場合に前記軌跡が収束したと判定し、互いに隣接する前記冗長関節の一方を第１冗長関節と、他方を第２冗長関節と称するとき、前記第２冗長関節の角度を固定して、前記アーム部の回転移動を行う前記軌跡取得工程と、前記収束判定量算出工程と、前記収束判定工程と、前記第１冗長関節の駆動量を修正する前記駆動量修正工程と、を有し、前記収束判定工程によって前記第１の収束状態であると判定された場合に終了する第１収束工程と、前記第１冗長関節の角度を固定して、前記アーム部の進退移動を行う前記軌跡取得工程と、前記収束判定量算出工程と、前記収束判定工程と、前記第２冗長関節の駆動量を修正する前記駆動量修正工程と、を有し、前記収束判定工程によって前記第２の収束状態であると判定された場合に終了する第２収束工程と、前記第１収束工程および前記第２収束工程を、この順に行って、前記収束判定工程で前記軌跡が収束したと判定された場合に終了して、前記光軸と前記基準軸線とを整列させる光軸整列工程と、前記光軸と前記基準軸線とが整列した状態から、前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とを互いに逆方向に回動させることで、前記第１冗長関節の先端側に連結されたアームの軸線と前記第２冗長関節の先端側に連結されたアームの軸線とを前記基準軸線に整列させる駆動量を、前記オフセット量に基づいて算出し、前記駆動量で前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とをそれぞれを駆動するアーム軸線整列工程と、を備え、前記第１収束工程、前記第２収束工程、前記光軸整列工程、および前記アーム軸線整列工程を、この順に行って、一組の冗長関節の初期化を終了し、以上の各工程を、前記冗長関節のすべてに対して行うことが好ましい。
上記医療用マニピュレータの初期化方法においては、前記アーム部が冗長関節を有し、前記照射口が配置された前記アームの軸線と前記光軸との距離であるオフセット量が前記屈曲用関節の屈曲平面に平行な方向に正値を有する場合に、前記軌跡取得工程では、前記アーム部の回転移動または進退移動を行い、前記収束判定工程では、前記アーム部を回転移動した前記軌跡取得工程を行った場合に、前記物理量が収束した第１の収束状態であるかどうかと、前記アーム部を進退移動した前記軌跡取得工程を行った場合に、前記物理量が収束した第２の収束状態であるかどうかと、を判定し、前記第１の収束状態であり、かつ前記第２の収束状態である場合に前記軌跡が収束したと判定し、互いに隣接する前記冗長関節の一方を第１冗長関節と、他方を第２冗長関節と称するとき、前記第２冗長関節の角度を固定して、前記アーム部の進退移動を行う前記軌跡取得工程と、前記収束判定量算出工程と、前記収束判定工程と、前記第１冗長関節の駆動量を修正する前記駆動量修正工程と、を有し、前記収束判定工程によって前記第２の収束状態であると判定された場合に終了して、前記光軸と前記基準軸線とを平行にする平行化工程と、前記アーム部の回転移動を行う前記軌跡取得工程と、前記収束判定量算出工程と、前記収束判定工程と、前記光軸と前記基準軸線との距離が近づいて前記物理量がより小さくなるように、前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とが互いに逆向きに同じ角度だけ屈曲する駆動量を求め、該駆動量で前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とをそれぞれ駆動する前記駆動量修正工程と、を有し、前記収束判定工程によって前記第１の収束状態であると判定された場合に終了して、前記光軸と前記基準軸線とを整列させる光軸整列工程と、前記光軸と前記基準軸線とが整列した状態から、前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とを互いに逆方向に回動させることで、前記第１冗長関節の先端側に連結されたアームの軸線と前記第２冗長関節の先端側に連結されたアームの軸線とを前記基準軸線に整列させる駆動量を、前記オフセット量に基づいて算出し、前記駆動量で前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とをそれぞれを駆動するアーム軸線整列工程と、を備え、前記平行化工程、前記光軸整列工程、および前記アーム軸線整列工程をこの順に行って、一組の冗長関節の初期化を終了し、以上の各工程を、前記冗長関節のすべてに対して行うことが好ましい。
上記医療用マニピュレータの初期化方法においては、前記物理量は、前記軌跡の径、前記光像のズレ量、前記軌跡で囲まれた面積、および前記軌跡の長さのうちのいずれかを含むことが好ましい。
上記医療用マニピュレータの初期化方法においては、前記物理量は、前記軌跡取得工程において回転移動が行われた場合には、前記軌跡の径であり、前記軌跡取得工程において進退移動が行われた場合には、前記光像のズレ量であることが好ましい。
上記医療用マニピュレータの初期化方法においては、最初に行う前記軌跡取得工程よりも前に、前記照射口から前記光束を照射しつつ、前記屈曲用関節が所定の角度範囲を往復する屈曲動作を行うように、前記屈曲用関節を駆動して、前記光像の位置と、前記屈曲用関節の駆動指令値との関係から、前記屈曲用関節のバックラッシ量を測定するバックラッシ測定工程を備え、前記駆動量修正工程では、前記駆動量を、前記バックラッシ量によって補正することが好ましい。
本発明の医療用マニピュレータおよび医療用マニピュレータの初期化方法によれば、アーム部から光束を照射しつつアーム部を移動して、光束の光像の軌跡が収束するように屈曲用関節を駆動してアーム部の屈曲用関節の初期化を行えるため、アーム部の直感的な操作を実現できるという効果を奏する。
本発明の第１の実施形態の医療用マニピュレータの模式的なシステム構成図である。 本発明の第１の実施形態の医療用マニピュレータの主要部の構成を示す模式的な斜視図である。 本発明の第１の実施形態の医療用マニピュレータの光照射部の配置を説明する模式的な正面図および平面図である。 本発明の第１の実施形態の医療用マニピュレータのアーム部の構成を示す模式図、およびその動作説明図である。 本発明の第１の実施形態の医療用マニピュレータの制御部の主要な機能構成を示す機能ブロック図である。 本発明の第１の実施形態の医療用マニピュレータの初期化制御の機能構成を示す機能ブロック図である。 本発明の第１の実施形態の医療用マニピュレータの表示部に表示された画像の一例を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態の医療用マニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態の医療用マニピュレータの初期化方法における光像の軌跡の例を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態の医療用マニピュレータの初期化方法における駆動修正工程のフローを示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態の第１変形例の医療用マニピュレータの主要部の構成を示す正面視の模式図、および平面視の模式図である。 本発明の第１の実施形態の第１変形例の医療用マニピュレータの制御部の主要な機能構成を示す機能ブロック図である。 本発明の第１の実施形態の第１変形例の医療用マニピュレータの初期化制御部の機能構成を示す機能ブロック図である。 本発明の第１の実施形態の第１変形例の医療用マニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態の第２変形例の医療用マニピュレータの主要部の構成を示す正面視の模式図、および動作説明図である。 本発明の第１の実施形態の第２変形例の医療用マニピュレータの制御部の主要な機能構成を示す機能ブロック図である。 本発明の第１の実施形態の第２変形例の医療用マニピュレータの初期化制御の機能構成を示す機能ブロック図である。 本発明の第１の実施形態の第２変形例の医療用マニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態の第２変形例の医療用マニピュレータの初期化方法における光像の軌跡の例を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態の第２変形例の医療用マニピュレータの初期化方法における駆動修正工程のフローを示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態の医療用マニピュレータの主要部の構成を示す正面視の模式図、および平面視の模式図である。 本発明の第２の実施形態の医療用マニピュレータの光照射部の配置を説明する模式的な正面図および平面図である。 本発明の第２の実施形態の医療用マニピュレータの制御部の主要な機能構成を示す機能ブロック図である。 本発明の第２の実施形態の医療用マニピュレータの初期化制御の機能構成を示す機能ブロック図である。 本発明の第２の実施形態の医療用マニピュレータの初期化動作を説明する模式図である。 本発明の第２の実施形態の変形例（第３変形例）の医療用マニピュレータの主要部の構成を示す正面視の模式図である。 本発明の第２の実施形態の変形例（第３変形例）の医療用マニピュレータの初期化動作の一部を説明する模式図である。 本発明の第２の実施形態の変形例（第３変形例）の医療用マニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態の変形例（第３変形例）の医療用マニピュレータの回転移動後の駆動方向の設定の仕方を説明する模式図である。 本発明の第２の実施形態の変形例（第４変形例）の医療用マニピュレータの主要部の構成を示す正面視の模式図、および平面視の模式図である。 本発明の第２の実施形態の変形例（第４変形例）の医療用マニピュレータの制御部の主要な機能構成を示す機能ブロック図である。 本発明の第２の実施形態の変形例（第４変形例）の医療用マニピュレータの初期化制御の機能構成を示す機能ブロック図である。 本発明の第２の実施形態の変形例（第４変形例）の医療用マニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態の変形例（第４変形例）の医療用マニピュレータの初期化方法において、第１関節の収束動作の一例を説明する模式図である。 本発明の第２の実施形態の変形例（第４変形例）の医療用マニピュレータの初期化方法において、第１関節の収束動作の一例を説明する模式図である。 本発明の第２の実施形態の変形例（第５変形例）の医療用マニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態の医療用マニピュレータの主要部の構成を示す正面視の模式図である。 本発明の第３の実施形態の医療用マニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態の医療用マニピュレータの初期化方法の収束動作の一例を説明する模式図である。 図３９に続く収束動作の一例を説明する模式図である。 本発明の第３の実施形態の変形例（第６変形例）の医療用マニピュレータの初期化方法の動作説明図である。 本発明の第３の実施形態の変形例（第６変形例）の医療用マニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態の変形例（第６変形例）の医療用マニピュレータの初期化方法において、冗長関節の駆動量修正時の駆動方向の設定方法を説明する模式図である。 本発明の第４の実施形態の医療用マニピュレータの主要部の構成を示す正面視の模式図、および平面視の模式図である。 本発明の第４の実施形態の変形例（第７変形例）の医療用マニピュレータの主要部の構成を示す正面視の模式図である。 本発明の第４の実施形態の変形例（第７変形例）の医療用マニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。 本発明の第４の実施形態の変形例（第７変形例）の医療用マニピュレータの初期化動作を説明する模式図である。 本発明の第４の実施形態の変形例（第７変形例）の医療用マニピュレータ初期化方法におけるアーム軸整列工程のフローを示すフローチャートである。 本発明の第４の実施形態の変形例（第８変形例）の医療用マニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。 本発明の第４の実施形態の変形例（第８変形例）の医療用マニピュレータの初期化動作を説明する模式図である。 本発明の第５の実施形態の医療用マニピュレータの主要部の構成を示す正面視の屈曲状態の模式図、および整列状態の模式図である。 本発明の第５の実施形態の医療用マニピュレータの制御部の主要な機能構成を示す機能ブロック図である。 本発明の第５の実施形態の医療用マニピュレータの初期化制御の機能構成を示す機能ブロック図である。 本発明の第５の実施形態の医療用マニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。 本発明の第５の実施形態の変形例（第９変形例）の医療用マニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。 本発明の第６の実施形態の医療用マニピュレータの主要部の構成を示す正面視の屈曲状態の模式図、および整列状態の模式図である。 本発明の第６の実施形態の医療用マニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。 本発明の第６の実施形態の変形例（第１０変形例）の医療用マニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。 本発明の第７の実施形態の医療用マニピュレータの初期化制御の機能構成を示す機能ブロック図である。 本発明の第７の実施形態の医療用マニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。 本発明の第７の実施形態の医療用マニピュレータの初期化方法の動作説明図である。 バックラッシの算出方法を説明するための模式的なグラフである。 本発明の第１の実施形態の変形例の医療用マニピュレータの初期化方法における光像の軌跡の例を示す模式図である。 本発明の各実施形態および各変形例の医療用マニピュレータの初期化方法に適用可能な駆動量修正工程および収束判定工程の変形例（第１１変形例）のフローを示すフローチャートである。
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態の医療用マニピュレータについて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態の医療用マニピュレータの模式的なシステム構成図である。図２は、本発明の第１の実施形態の医療用マニピュレータの主要部の構成を示す模式的な斜視図である。図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の医療用マニピュレータの光照射部の配置を説明する模式的な正面図および平面図である。図４（ａ）は、本発明の第１の実施形態の医療用マニピュレータのアーム部の構成を示す模式図である。図４（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の医療用マニピュレータのアーム部の動作説明図である。図５は、本発明の第１の実施形態の医療用マニピュレータの制御部の主要な機能構成を示す機能ブロック図である。図６は、本発明の第１の実施形態の医療用マニピュレータの初期化制御の機能構成を示す機能ブロック図である。
なお、各図面は模式図であり、形状や寸法等は見やすくなるように誇張されている（後出の図面も同様）。
図１に示すように、本実施形態の医療用マニピュレータである手術支援ロボット１は、マスタ・スレーブ方式の内視鏡システムであって、操作者ＯＰにより操作される操作部２と、患者Ｐの体内、例えば、大腸等の柔らかい臓器内に挿入される軟性の挿入部３と後述する術具１８とを有する内視鏡４と、この内視鏡４の挿入部３の挿入動作、挿入部３の先端の湾曲動作、挿入部３の捻り動作、術具１８の駆動等の駆動を挿入部３の基端側において行う駆動部５と、手術支援ロボット１の動作制御を行う制御部６と、制御部６と電気的に接続され、内視鏡４により取得された画像を操作部２で操作中の操作者ＯＰが見えるように表示する表示部７とを備えている。
操作部２は、操作台２ａに取り付けられた一対の操作アーム２ｂ、２ｃと、床面Ｆ上に配置されたフットスイッチ２ｄとを有している。
操作アーム２ｂ、２ｃは多関節構造を有している。操作アーム２ｂは挿入部３の先端の湾曲部を湾曲操作するためのものであり、操作アーム２ｃは内視鏡４の先端に設けられた後述の術具１８（図２参照）を操作するためのものである。
フットスイッチ２ｄは、制御部６の制御モードを切り替えるモード切替スイッチ２ｅと、操作者ＯＰが確認指示などを入力するための確認スイッチ２ｆとを備えている。
本実施形態では、制御モードとして、術具１８および内視鏡４を操作して処置動作モードと、後述するアーム部８を初期化する初期化モードとを備えている。
図２に、患者Ｐの体内である体腔Ｃに挿入された挿入部３を示す。
挿入部３は、いわゆる軟性のものであり、挿入方向の先端側に設けられた先端硬質部３ａ（支持部）と、先端硬質部３ａよりも基端側に設けられ操作部２によって湾曲操作可能な湾曲部３ｂと、湾曲部３ｂよりも基端側に設けられ可撓性を有する可撓管部３ｃとを有している。
挿入部３の内部には、基端から先端まで後述する術具１８を摺動可能に挿通する孔部または管状部からなるチャンネル３ｆが設けられている。
湾曲部３ｂの詳細構成は、図示を省略するが、例えば、互いに回動可能に連結された複数の節輪と、節輪の内側に挿通され、先端が最も先端側の節輪に固定され、基端が駆動部５内駆動モータ等に連結された操作ワイヤとを備えている。
先端硬質部３ａの先端面３ｄには、先端硬質部３ａの前方の画像を撮像するための受光窓３ｅが設けられ、受光窓３ｅに臨む先端硬質部３ａの内部には、受光窓３ｅを通して、先端硬質部３ａの前方の画像を撮像する撮像部９が内蔵されている。
撮像部９の構成は特に限定されないが、一例として、図示略の撮像素子と、例えば、ＣＣＤなどの撮像素子を組み合わせた構成を採用している。
撮像部９は、図示略の配線によって制御部６と通信可能に接続され、制御部６の制御信号に応じて撮像動作を行うとともに、映像信号を制御部６に送出できるようになっている。
撮像部９の図示略の配線は、挿入部３の内部に挿通されて挿入部３の基端側に延ばされ、駆動部５を経由して、配線ケーブル６ａの内部に挿通されて、制御部６に接続されている。
先端硬質部３ａにおいて、受光窓３ｅに隣り合う領域には、チャンネル３ｆの先端側の開口が形成され、処置部１６とともに術具１８を構成するアーム部８の先端部が、先端面３ｄの前方に突出可能に設けられている。
なお、チャンネル３ｆは、先端硬質部３ａにおいては、挿通されるアーム部８の軸受部を兼ねる硬性の円筒孔であり、湾曲部３ｂおよび可撓管部３ｃの内部では、可撓性を有した管状に形成されている。
チャンネル３ｆは、先端硬質部３ａにおいて、直線状に延ばされており、以下ではこの中心軸を基準軸線Ｏと称する。
基準軸線Ｏの方向は、挿入部３の先端側の長手方向に略沿う（完全に沿う場合を含む）方向であれば、必要に応じた方向を採用することができる。本実施形態では、一例として、基準軸線Ｏは先端面３ｄと直交しており、これにより、挿入部３の先端側の長手方向に平行になっている。また、本実施形態では、基準軸線Ｏは撮像部９の撮像光軸とも平行である。このため、基準軸線Ｏは、撮像部９の撮像画面に対して一定の位置関係を占めている。
術具１８は、このようなチャンネル３ｆ内を進退することが可能であり、例えば、挿入部３を体腔Ｃに挿入する際は、処置部１６およびアーム部８を挿入部３の内部に収納することが可能である。
以下では、特に断らない限り、図２に示すように、体腔Ｃでの使用時の形態に合わせ、処置部１６およびアーム部８が先端面３ｄから突出された状態での位置関係に基づいて説明する。
処置部１６は、処置対象を処置するための装置部分であり、アーム部８のエンドエフェクタの一例として設けられている。処置部１６は、必要に応じて適宜の処置具を採用することが可能である。処置部１６の例としては、例えば、生体組織を押さえるため、棒状、鉤状などに延ばされた部材、注射針等の管部材、複数の処置具片を組み合わせた把持鉗子、通電によって生体組織を切断あるいは焼灼する部材、レーザ光によって生体組織を切断あるいは焼灼するレーザ処置具、止血や組織を引張るためのクリップなどの例を挙げることができる。また、処置部１６に代えて処置以外のエンドエフェクタとして、処置対象の詳細部の観察のための拡大内視鏡や，立体形状を取得するカメラを設けることも可能である。
本実施形態では、処置部１６の一例として、図３（ａ）、（ｂ）に示すような把持鉗子を採用している。すなわち、処置部１６は、アーム部８の最先端部であるアーム先端１３ｂに固定された支持部材１６ｃと、支持部材１６ｃに回動可能に支持された処置具片１６ａ、１６ｂとを備える。
処置具片１６ａ、１６ｂの基端側には、処置具片１６ａ、１６ｂの先端部を開閉動作させるため、例えば、ワイヤなどからなる図示略の操作部材が連結されている。この操作部材は、アーム部８および挿入部３の内部に挿通されて、駆動部５に連結されている。
アーム部８は、図４（ａ）に模式的に示すよう、先端硬質部３ａに支持された基端側から先端側に向かって、第１アーム１１（アーム）と、第１アーム１１のアーム先端１１ｂに連結された第１関節１２（屈曲用関節）と、第１関節１２によって第１アーム１１に対して屈曲可能に連結された第２アーム１３（アーム）を備える。
第１アーム１１は、図４（ａ）、（ｂ）では模式化して直線で描かれているが、チャンネル３ｆ内に摺動可能に挿通される筒状部材である。第１アーム１１は、アーム先端１１ｂのみが真直に延ばされた硬性の部材からなる。ただし、第１アーム１１のアーム先端１１ｂよりも基端側の部分は、湾曲部３ｂ、可撓管部３ｃ内のチャンネル３ｆの湾曲状態に沿って湾曲することが可能な可撓性を有している。
第１アーム１１のアーム先端１１ｂは、先端硬質部３ａ内のチャンネル３ｆによって、基準軸線Ｏ回りに回転可能な状態で支持されている。図４（ａ）、（ｂ）では、模式的にアーム先端１１ｂが先端面３ｄよりかなり先端側に突出して描かれているが、突出していなくてもよい。
このため、アーム先端１１ｂは、基準軸線Ｏと同軸なアーム軸線Ｏ１１に沿って直線状に延ばされている。
このように、先端硬質部３ａは、アーム部８を挿入部３の先端部で支持する支持部を構成している。
第１アーム１１のアーム基端１１ａは、駆動部５に固定された回転駆動モータ１０（回転移動部、移動部）と、連結部１０ａを介して着脱可能に固定されている。
アーム基端１１ａには、アーム部８の構成情報を、制御部６に間接的または直接的に伝達するアーム情報供給部１１ｃが設けられている。
ここで、アーム部８の構成情報とは、後述するアーム部８の初期化動作に必要となるアーム部８の構成の情報であり、例えば、関節の個数、関節の種類や配列、冗長関節の有無に関する情報と、後述するオフセット量の情報とを含んでいる。冗長関節を有する場合には、冗長関節の関係にある関節を特定する情報も含まれる。
オフセット量の情報は、オフセットの大きさの情報とオフセット方向の情報とを含んでいる。オフセット方向は、後述する「回動軸方向オフセット」と「屈曲平面方向オフセット」との区別も含んでいる。
アーム情報供給部１１ｃの構成としては、構成情報自体、またはアーム部８の構成情報と関連づけられたアーム部８の識別番号、識別コード、シリアル番号などからなる伝達コードを、凹凸部等により機械的に読み取り可能に設けた構成、無線タグなどに書き込んで電磁的に伝達する構成、光学的読み取りコードに変換した情報表示部を設けた構成などの例を挙げることができる。
本実施形態では、一例として、機械的に読み取り可能に設けた構成を採用している。
回転駆動モータ１０は、第１アーム１１をその中心軸線回りに回転するモータであり、図示略の配線により制御部６と電気的に接続されている。
回転駆動モータ１０は、第１アーム１１のアーム基端１１ａを少なくとも１回転させることができればよく、例えば、一方向に１回転以上できる構成でもよいし、二方向に半回転以上ずつ回転できる構成でもよい。
本実施形態における回転駆動モータ１０は、先端硬質部３ａに支持されたアーム部８の被支持部である第１アーム１１のアーム基端１１ａを挿入部３の長手方向に略沿う基準軸線Ｏの回りに回転する回転移動部を構成している。
連結部１０ａは、第１アーム１１のアーム基端１１ａを、アーム軸線Ｏ１１が基準軸線Ｏと同軸となるように着脱可能に連結する部材である。本実施形態では、上述のアーム情報供給部１１ｃの構成に応じて、第１アーム１１の装着時に、アーム部８の構成情報を機械的な凹凸構造に基づいて読み取るセンサが設けられている。読み取られた構成情報は、図示略の配線を通して、制御部６に送出されるようになっている。
第１関節１２の構成は、第１アーム１１のアーム先端１１ｂと、第２アーム１３のアーム基端１３ａとを連結する屈曲用関節であれば、特に限定されない。
本実施形態では、アーム基端１１ａの先端にピン結合されることにより、第１回動軸Ｏ１２回りに回動可能に連結された回転体を有する回動関節を採用している。第１関節１２の回転体には、基端側からの回転駆動力を伝達するプーリ１２ａが第１回動軸Ｏ１２と同軸に設けられている。
プーリ１２ａには、駆動部５から延ばされる図示略の駆動ワイヤ（駆動力伝達線材）が巻き回されている。この駆動ワイヤは、例えば、コイルシースなどに挿通された状態で挿入部３（第１アーム１１）内に配回され、基端側で駆動部５（後述の関節駆動モータ１２Ａ）に接続されている。このため、この駆動ワイヤを駆動部５（後述の関節駆動モータ１２Ａ）によって、挿入部３（第１アーム１１）の長手方向に沿って押引きすることによりプーリ１２ａおよびプーリ１２ａが固定された回転体が回動するようになっている。
プーリ１２ａが設けられた回転体には、第２アーム１３が連結されている。
第１関節１２は、第１アーム１１のアーム先端１１ｂにおいて、第１回動軸Ｏ１２がアーム軸線Ｏ１１および基準軸線Ｏと直交するように連結されている。
第２アーム１３は、アーム軸線Ｏ１３（アームの軸線）に沿って延ばされた部材であり、図４（ａ）、（ｂ）では模式化して直線で描かれているが、本実施形態では、一例として、アーム軸線Ｏ１３が中心軸線になっている筒状部材を採用している。
第２アーム１３のアーム基端１３ａは、第２アーム１３がアーム軸線Ｏ１１と第１回動軸Ｏ１２の交点を中心として、第１回動軸Ｏ１２回りに回動できるように、第１関節１２と連結されている。
このため、第１関節１２の駆動量を調整することにより、アーム軸線Ｏ１３をアーム軸線Ｏ１１に対して同軸の位置関係に整列させることが可能である。
このような構成のアーム部８の内部には、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、光ファイバ１７ａが配置されている。
光ファイバ１７ａの先端部のファイバ端面１７ｂ（照射口）は、ファイバ軸がアーム軸線Ｏ１３に整列されるともに、処置部１６が開いた状態で処置具片１６ａ、１６ｂの間に露出するように配置されている。
光ファイバ１７ａの基端側は、図２に示すように、アーム部８および挿入部３の内部を通して駆動部５まで延ばされ、駆動部５の内部に設けられたレーザ光源１７ｃに接続されている。
このため、レーザ光源１７ｃで発生したレーザ光束は、光ファイバ１７ａ内を導光されて、ファイバ端面１７ｂからレーザ光束Ｌ（光束）として前方に照射されるようになっている。レーザ光束Ｌの光軸ＯＬはアーム軸線Ｏ１３に同軸に整列している。
レーザ光束Ｌは、体腔Ｃの内壁Ｓに投影された際に、撮像部９によって撮像された画像中に光像が形成され、この光像の中心位置が取得可能であって、かつアーム部８の移動に伴って移動する光像の軌跡を取得できれば、発散光束、収束光束、および平行光束のいずれでもよい。すなわち、レーザ光束Ｌの照射領域が撮像範囲に比べて十分小さいスポット径を有する光像が形成されれば、スポット径は照射場所や移動先に応じて変化してもよい。
本実施形態では、一例として、光ファイバ１７ａの先端部に図示略の集光レンズを備え、略平行光束（平行光束の場合を含む）を出射できる構成を採用している。レーザ光束Ｌが平行光束であると、体腔Ｃの内壁Ｓに投影された際に内壁Ｓとの距離が変化しても、光像のスポット径が変化しにくい。また、輝度低下が小さいため、スポット中心が算出しやすい。
このような構成により、光ファイバ１７ａおよびレーザ光源１７ｃは、屈曲用関節よりも先端寄りのアームに配置された照射口から、このアームの軸線に平行な光軸を有する光束を照射する光照射部１７を構成している。
ここで、屈曲用関節、アーム、照射口、アームの軸線、光軸、および光束は、それぞれ第１関節１２、第２アーム１３、ファイバ端面１７ｂ、アーム軸線Ｏ１３、光軸ＯＬ、およびレーザ光束Ｌが該当する。
照射口が配置されたアームの軸線と光軸との距離を、「オフセット量」と定義すると、本実施形態では、アーム軸線Ｏ１３と光軸ＯＬとが同軸であるため、オフセット量は０である。
また、光軸ＯＬは、処置部１６の把持中心に一致しているため、レーザ光束Ｌは、処置部１６の正面に当たる処置対象部位を指し示すマーカになっている。
次に、制御部６の機能構成について説明する。
図５に示すように、制御部６は、本体制御ユニット２００と、初期化制御ユニット２０１（初期化制御部）とを備える。
本体制御ユニット２００は、手術支援ロボット１による処置動作の制御を行うもので、撮像部９、光照射部１７、関節駆動モータ１２Ａ、処置部１６、回転駆動モータ１０、湾曲部駆動モータ５Ａ、および初期化制御ユニット２０１と通信可能に接続されている。
ここで、関節駆動モータ１２Ａは第１関節１２に回転駆動力を供給するためのモータ、湾曲部駆動モータ５Ａは、駆動部５の内部に設けられて湾曲部３ｂの湾曲動作を制御するモータである。関節駆動モータ１２Ａおよび湾曲部駆動モータ５Ａは、回転駆動モータ１０とともに、駆動部５の一部を構成するものである。
本体制御ユニット２００の詳細の構成は省略するが、処置部１６を用いて遠隔操作による処置を行うため、各装置部分の動作を制御したり種々の情報を取得したりすることができるようになっている。
また、後述する初期化制御ユニット２０１からアーム部８の初期化が終了したことが通知されると、その際の第１関節１２の回動角度位置を駆動の原点位置に設定する制御を行う。
本体制御ユニット２００が行う光照射部１７の制御は、操作部２を介した操作者ＯＰの操作に応じてレーザ光束Ｌの点灯および消灯と、光量との制御である。これにより、操作者ＯＰは、表示部７の画像におけるレーザ光束ＬのビームスポットＢ（図２参照）の位置を見て、処置対象部位と処置部１６との位置関係を確認することができる。
本体制御ユニット２００が行う関節駆動モータ１２Ａ、回転駆動モータ１０、処置部１６の制御は、操作部２を介した操作者ＯＰの操作に応じて、アーム部８の屈曲状態を変化させて処置部１６を移動したり、処置部１６を開閉したりする制御である。
初期化制御ユニット２０１は、第２アーム１３が基準軸線Ｏに沿って整列する基準状態を形成するアーム部８の初期化の制御を行う装置部分であり、図６に示すように、軌跡取得制御部２１０、収束判定部２１１（収束判定量算出部）、軌跡記憶部２１２、駆動量修正部２１３、記憶部２１４、および収束動作制御部２１５を備える。
軌跡取得制御部２１０は、光照射部１７、回転駆動モータ１０、および撮像部９を制御することにより、光照射部１７からレーザ光束Ｌを照射しつつ、回転駆動モータ１０によってアーム部８を回転移動して、撮像部９によってレーザ光束Ｌの光像の軌跡の撮像を行い、画像処理により光像の中心の軌跡である光像の軌跡を取得するものである。
光像の軌跡は、回転駆動モータ１０を１回転以上回転することにより、閉曲線として取得する。
軌跡取得制御部２１０は、光照射部１７、回転駆動モータ１０、撮像部９、および収束動作制御部２１５とそれぞれ通信可能に接続されている。
撮像部９から送られる画像は、光像の軌跡を取得する画像処理の必要に応じて、軌跡記憶部２１２に記憶され、軌跡取得制御部２１０によって適宜読み出される。
軌跡を取得する画像処理としては、例えば、光像をサンプリングして、その重心から通過点の座標を取得し、これらの複数の通過点から軌跡を取得する方法や、光像の走査による帯状の画像を順次取得して、移動方向に直交する幅の中心位置から軌跡を取得する方法などを挙げることができる。
このようにして取得された光像の軌跡は、軌跡記憶部２１２に送出されて軌跡記憶部２１２によって記憶される。また、必要に応じて軌跡画像を生成して表示部７に送出されて表示部７に表示される。
収束判定部２１１は、軌跡取得制御部２１０が取得した軌跡から、軌跡の収束状態を判定するための物理量である軌跡の径を計算して、軌跡の収束判定を行うものであり、撮像部９、軌跡記憶部２１２、表示部７、および収束動作制御部２１５とそれぞれ通信可能に接続されている。
本実施形態における収束判定は、軌跡の径が予め決められた判定閾値以下である場合に収束したと判定する。判定閾値は、アーム部８の製造誤差によるアーム軸線Ｏ１１、Ｏ１３の整列限界や、光像の軌跡の算出誤差などを考慮して、０に近い適宜値に予め設定しておく。
収束判定部２１１による収束判定結果の情報と、軌跡の径の情報とは、収束動作制御部２１５に送出され、必要に応じて表示部７に送出されて収束判定結果が表示部７に表示される。また、収束判定部２１１は、記憶領域を有しており、軌跡の径の情報を時系列に記憶できるようになっている。
軌跡記憶部２１２は、収束判定部２１１で解析された軌跡のデータを時系列で記憶するものである。このため、収束判定部２１１は、時系列における軌跡の変化を必要に応じて参照することができる。
駆動量修正部２１３は、収束判定部２１１によって軌跡が収束していないと判定された場合に、収束判定部２１１で計算された軌跡の径に基づいて、径がより小さくなるような第１関節１２の駆動量を求めて、この駆動量で第１関節１２を駆動するものである。
駆動量修正部２１３は、関節駆動モータ１２Ａ、記憶部２１４、および収束動作制御部２１５とそれぞれ通信可能に接続されている。
ここで駆動量は、第１関節１２の回動角と回動方向との情報からなる。
算出された駆動量は、記憶部２１４に時系列に記憶されるとともに、関節駆動モータ１２Ａの駆動指令値に換算されて関節駆動モータ１２Ａに送出される。
駆動量の詳しい求め方については、後述する動作説明の中で説明する。
記憶部２１４は、駆動量修正部２１３が求めた駆動量を記憶するとともに、収束動作制御部２１５を介して送出されるアーム部８の構成情報を記憶するものである。このため、記憶部２１４は、アーム部８の構成情報を記憶するアーム部情報記憶部を構成している。
本実施形態で記憶される構成情報は、アーム部８の構成に応じて、「屈曲用関節が１個」、「冗長関節なし」、「オフセット量は０」というものである。
収束動作制御部２１５は、モード切替スイッチ２ｅによって初期化モードが入力された際に、収束判定部２１１によって、軌跡が収束したと判定されるまで、軌跡取得制御部２１０、収束判定部２１１、および駆動量修正部２１３の動作を繰り返す制御を行うものである。
また、収束動作制御部２１５は、連結部１０ａにアーム部８が連結されると、アーム情報供給部１１ｃにより伝達されるアーム部８の構成情報を読み取って、記憶部２１４に記憶させる。
また、収束動作制御部２１５は、収束判定部２１１によって軌跡が収束したと判定されると、初期化が終了したことを、本体制御ユニット２００に通知する。
収束動作制御部２１５は、モード切替スイッチ２ｅ、軌跡取得制御部２１０、収束判定部２１１、軌跡記憶部２１２、駆動量修正部２１３、アーム情報供給部１１ｃ、記憶部２１４、および本体制御ユニット２００と通信可能に接続されている。
以上に説明した制御部６の装置構成は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース、外部記憶装置などからなるコンピュータからなり、これにより、上記のような制御や演算を行う制御プログラムや演算プログラムを実行されるようになっている。
次に、手術支援ロボット１の動作について、本実施形態の医療用マニピュレータの初期化方法を中心として説明する。
図７は、本発明の第１の実施形態の医療用マニピュレータの表示部に表示された画像の一例を示す模式図である。図８は、本発明の第１の実施形態の医療用マニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の第１の実施形態の医療用マニピュレータの初期化方法における光像の軌跡の例を示す模式図である。図１０は、本発明の第１の実施形態の医療用マニピュレータの初期化方法における駆動修正工程のフローを示すフローチャートである。
本実施形態の手術支援ロボット１によって、処置を行うには、図１に示すように、例えば、患者Ｐの大腸等の柔らかい臓器内に内視鏡４の先端側の挿入部３を挿入して、挿入部３とともに術具１８を、体腔Ｃ内に配置する。このとき、表示部７には、図７に示すように、撮像部９で撮像された撮像部９の前方の画像が表示されている。
そして、操作者ＯＰは、処置に先立って、モード切替スイッチ２ｅ（図１参照）によって、手術支援ロボット１の制御モードを初期化モードに切り替える。
これにより、制御部６において、本体制御ユニット２００による制御が一時的に停止され、処置部１６は、レーザ光束Ｌを遮らないように開放される。
初期化制御ユニット２０１では、収束動作制御部２１５により動作制御が開始され、以下のようにして本実施形態の医療用マニピュレータの初期化方法が実行され、アーム部８の初期化が行われる。
本実施形態の医療用マニピュレータの初期化方法は、軌跡取得工程、収束判定量算出工程、収束判定工程、および駆動量修正工程を備え、収束判定工程によって、レーザ光束Ｌによる光像の軌跡が収束したと判定されるまで、軌跡取得工程、収束判定量算出工程、収束判定工程、および駆動量修正工程を繰り返すことで行われる。
これらの工程は、図８に示すステップＳ１〜Ｓ５を図８のフローにしたがって実行することで行われる。
ステップＳ１は、光照射を行いつつアーム部８を回転するステップである。
本ステップは、収束動作制御部２１５から軌跡取得制御部２１０に制御信号が送出され、軌跡取得制御部２１０の制御が開始されることで行われる。
軌跡取得制御部２１０は、光照射部１７のレーザ光源１７ｃを点灯する。これにより、図７に示すように、ファイバ端面１７ｂからアーム軸線Ｏ１３に沿ってレーザ光束Ｌが出射し、内壁Ｓが照射されて、内壁Ｓ上に点状のビームスポットＢ（光像）が形成される。
次に、軌跡取得制御部２１０は、回転駆動モータ１０に制御信号を送出して、回転駆動モータ１０の回転を開始する。
以上でステップＳ１が終了する。
次に、ステップＳ２を行う。本ステップは、光像の軌跡を取得するステップである。
軌跡取得制御部２１０は、回転駆動モータ１０を少なくとも１回転させる間に、撮像部９によって撮像された画像を取得し、この画像に画像処理を施して、軌跡を取得する。
本ステップにおいて、第１関節１２の回動角の状態は不明であり、第１アーム１１と第２アーム１３との間の角度も不明である。このため、第１アーム１１と第２アーム１３とは、図４（ａ）に示すように、第２アーム１３のアーム軸線Ｏ１３が、基準軸線Ｏに整列していない状態（以下、アーム部８の「屈曲状態」と称する）であるか、または、図４（ｂ）に示すように、基準軸線Ｏに整列している状態（以下、アーム部８の「整列状態」と称する）である。
アーム部８の屈曲状態では、ビームスポットＢは、基準軸線Ｏと内壁Ｓとが交差する内壁Ｓ上の点Ｐ０を中心として、回転移動する。このとき、ビームスポットＢの回転半径は、基準軸線Ｏに対するアーム軸線Ｏ１３の角度θと、第１関節１２の第１回動軸Ｏ１２から内壁Ｓまでの距離とに応じて変化するが、回転駆動モータ１０が１回転以上回転すると、ビームスポットＢは元の位置に戻るため、図９（ａ）に示すように、略円状（円の場合も含む）の閉曲線Ｑを描く。
ただし、アーム部８の整列状態では角度θが０であるため、ビームスポットＢは、点Ｐ上の略一点（一点の場合を含む）に収束する。ここで、完全に一点に収束しない場合としては、例えば、第１アーム１１と第２アーム１３との製造誤差に起因する軸ずれや、画像処理の誤差などを有する場合などの例を挙げることができる。
以下では、ビームスポットＢの軌跡が図９（ａ）のように取得されたものとして説明する。
軌跡の取得が完了したら、軌跡取得制御部２１０は、回転駆動モータ１０の回転を停止し、閉曲線Ｑの画像を軌跡記憶部２１２に記憶させ、必要に応じて表示部７に表示させる。
そして、収束動作制御部２１５にステップＳ２が終了したことを通知する。
以上で、ステップＳ２が終了する。
上記ステップＳ１、Ｓ２は、アーム部８において第１関節１２よりも先端寄りの第２アーム１３に配置されたファイバ端面１７ｂからアーム軸線Ｏ１３に平行な光軸ＯＬを有するレーザ光束Ｌを照射し、アームの被支持部であるアーム基端１１ａを基準軸線Ｏ回りに回転する回転移動を行って、レーザ光束ＬによるビームスポットＢの軌跡を取得する、本実施形態の軌跡取得工程を構成している。
次に、ステップＳ３を行う。本ステップは、光像の軌跡から、軌跡の径を計算するステップである。
収束動作制御部２１５は、収束判定部２１１に軌跡の取得を開始させる制御信号を送出する。
収束判定部２１１は、軌跡記憶部２１２から、軌跡取得制御部２１０で取得された最新の軌跡データを読み出して、画像処理を行うことにより、閉曲線Ｑの径を計算する。本実施形態では、一例として最大径である径Ｄ（図９（ａ）参照）を計算する。計算された径Ｄは、計算結果を収束判定部２１１内の記憶領域に記憶する。
軌跡の径の計算方法は、特に限定されない。例えば、撮像部９によって撮像された画像上の軌跡の各点同士の距離をピクセル数として計算し、最大距離を径とすることが可能である。
また、軌跡の長さや面積に基づいて、弧の長さや面積の公式から算出することが可能である。軌跡に囲まれた領域の面積の算出方法としては、画像内の光像の点列をつなぎ、その境界の内側のピクセル数をカウントして面積とすることが可能である。軌跡の長さは、軌跡を構成する光像の隣接する点間の距離をピクセル数として計算し、これらの点間距離の和をとることで長さとすることが可能である。
以上で、ステップＳ３が終了する。
次に、ステップＳ４を行う。本ステップは、ステップＳ３で計算された径が収束したか判定するステップである。
収束判定部２１１は、閉曲線Ｑの径Ｄが判定閾値より大きい場合には、径が収束していないという判定し、この判定結果の情報と、軌跡の径の情報とを、収束動作制御部２１５に送出するとともに、必要に応じて表示部７に表示する。
通知を受けた収束動作制御部２１５は、ステップＳ４を終了し、ステップＳ５に移行する。
収束判定部２１１は、閉曲線Ｑの径Ｄが判定閾値以下の場合には、径が収束したと判定し、この判定結果の情報と、軌跡の径の情報とを、収束動作制御部２１５に送出するとともに、必要に応じて表示部７に表示する。
通知を受けた収束動作制御部２１５は、レーザ光束Ｌを消灯し、本体制御ユニット２００にアーム部８の初期化が終了したことを通知する。以上で、アーム部８の初期化が終了する。
本体制御ユニット２００は、初期化終了の通知を受けた際の第１関節１２の回動角度位置を駆動の原点位置に設定する。これにより、本体制御ユニット２００から第１関節１２に原点復帰の制御信号が送出されると、第１アーム１１のアーム軸線Ｏ１１と、第２アーム１３のアーム軸線Ｏ１３とが基準軸線Ｏに整列する基準状態が再現される。
ステップＳ３は、軌跡の収束状態を判定するための所定の物理量としてビームスポットＢの軌跡から軌跡の径を計算する本実施形態の収束判定量算出工程を構成している。
ステップＳ４は、収束判定量算出工程の後に、物理量の計算の値が最も小さくなった場合に軌跡が収束したと判定する本実施形態の収束判定工程を構成している。
また、収束判定部２１１は、物理量の計算の値が最も小さくなった場合に軌跡が収束したと判定する本実施形態の収束判定部であるとともに、ビームスポットＢの軌跡から軌跡の径を計算する本実施形態の収束判定量算出部を兼ねている。
ステップＳ５は、本実施形態の駆動修正工程を構成するステップであり、図１０に示すステップＳ１１〜Ｓ１６を図１０のフローにしたがって実行することで行われる。
ステップＳ１１は、ステップＳ４による判定に用いたビームスポットＢの軌跡である閉曲線Ｑを参照軌跡として記憶するステップである。
収束動作制御部２１５は、ステップＳ４による判定に用いたビームスポットＢの軌跡である閉曲線Ｑの画像データを軌跡記憶部２１２から読み出して、駆動量修正部２１３に送出するとともに、駆動量修正部２１３によって駆動修正工程を開始させる制御信号を送出する。
駆動量修正部２１３では、閉曲線Ｑの画像データを参照軌跡として駆動量修正部２１３の記憶領域に記憶する。
以上で、ステップＳ１１が終了する。
次に、ステップＳ１２を行う。本ステップは、第１関節１２の駆動量を試し駆動量に設定するステップである。
試し駆動量は、一定の駆動角と一定の方向とが予め決められており、これらが記憶部２１４に記憶されている。
駆動量修正部２１３は、記憶部２１４から試し駆動量を読み出して、関節駆動モータ１２Ａを駆動する駆動量に設定する。
以上でステップＳ１２が終了する。
次に、ステップＳ１３を行う。本ステップは、光照射を行いつつ、設定された駆動量で第１関節１２を駆動するステップである。
本ステップでは、レーザ光源１７ｃは点灯中であるため、収束動作制御部２１５は、駆動量修正部２１３に、設定済みの駆動量で第１関節１２を駆動させる制御信号を送出する。このとき、回転駆動モータ１０の位置は固定しておく。
駆動量修正部２１３は、設定済みの駆動量に対応する駆動指令値を第１関節１２に送出する。これにより、第１関節１２が駆動される。
これにより、第２アーム１３が第１回動軸Ｏ１２回りに回動し、これに伴ってレーザ光束Ｌの光軸ＯＬも回動するため、ビームスポットＢの内壁Ｓ上の位置が移動する。
例えば、図９（ｂ）に示すように、ビームスポットＢの位置から、ビームスポットＢ１の位置に移動する。
駆動終了後、収束動作制御部２１５は、軌跡取得制御部２１０に撮像部９からの画像を取得しビームスポットＢの移動位置（ビームスポットＢ１の位置）を算出する制御信号を送出する。軌跡取得制御部２１０はビームスポットＢ１の位置である点Ｐ１の座標を算出して、収束動作制御部２１５に送出する。
収束動作制御部２１５は、点Ｐ１の座標を、駆動量修正部２１３に送出する。
以上でステップＳ１４が終了する。
次に、ステップＳ１５を行う。本ステップは、光像の移動位置が参照軌跡の内側かどうかを判定するステップである。
駆動量修正部２１３は、点Ｐ１の座標を、参照軌跡になっている閉曲線Ｑの座標と比較して判定を行う。
点Ｐ１の座標が、閉曲線Ｑよりも内側である場合には、設定された駆動量により回転駆動モータ１０による回転移動を行うと、軌跡の径が縮小するため、収束に近づく。
そこで、ステップＳ５を終了し、図８のステップＳ１に移行し、ステップＳ１〜Ｓ５を繰り返す。
点Ｐ１の座標が、閉曲線Ｑの外側にある場合（閉曲線Ｑ上にある場合も含む）には、設定された駆動量により回転駆動モータ１０による回転移動を行うと、軌跡の径が増大するため、収束から遠ざかる。
そこで、ステップＳ１６に移行する。
図９（ａ）の例では、点Ｐ１は、閉曲線Ｑの外側に位置するため、ステップＳ１６に移行することになる。
ステップＳ１６は、光像を参照軌跡の内側に移動するように、駆動量を設定するステップである。
駆動量修正部２１３は、ビームスポットＢ１の中心点Ｐ１と閉曲線Ｑの中心点Ｐ０を結ぶ直線上における閉曲線Ｑまでの最短距離Ｐ１ＰＱ（＝Δ）を求め、駆動量の大きさを２Δ−δ（ただし、０＜δ＜Δ）として、ビームスポットＢ１が前回の移動方向と逆方向に移動するように、駆動量を設定する。
このような駆動量で再駆動すると、ビームスポットＢ１は、図９（ｂ）におけるビームスポットＢ２のように、点Ｐ１から点Ｐ２に移動して、閉曲線Ｑの内側に移動されることになる。
例えば、前回の駆動で、閉曲線Ｑを横断して閉曲線Ｑの外部に移動したビームスポットＢ１’の場合でも、距離Ｐ１’ＰＱ’（＝Δ）用いて同様に、閉曲線Ｑの内側に移動されることは容易に分かる。
以上で、ステップＳ１６が終了する。
ステップＳ１６の終了後は、ステップＳ１３に移行し、ステップＳ１３〜Ｓ１６を繰り返す。この繰り返しにおいて、例えば、図９（ｃ）に示すように、ビームスポットＢ１がビームスポットＢ２のように閉曲線Ｑの内側に移動すると、ステップＳ１５で閉曲線Ｑの内側に位置すると判定されて、ステップＳ５が終了し、図８のステップＳ１に移行することになる。
このように、ステップＳ１１〜Ｓ１６は、収束判定工程によって軌跡が収束していないと判定された場合に、収束判定量算出工程で計算された径に基づいて、径がより小さくなるような屈曲用関節の駆動量を求めて、この駆動量で屈曲用関節を駆動する駆動量修正工程を構成している。
この繰り返しのステップＳ１〜Ｓ３では、図９（ｃ）に示すように、ビームスポットＢが閉曲線Ｑの内側に小径の閉曲線Ｑ’を描くことになり、閉曲線Ｑ’の径が縮小する。
このような繰り返しにより、第１関節１２の基準軸線Ｏに対する角度θが漸次０になるように修正されていくため、ビームスポットＢの軌跡の径が判定閾値以下となって、アーム部８の整列状態が形成される。
このように、本実施形態の医療用マニピュレータの初期化方法によれば、体腔Ｃ内にアーム部８を挿入した状態で、アーム部８が基準軸線Ｏに整列した基準状態に初期化される。この基準状態は、本体制御ユニット２００によって、この状態で原点が設定されることにより、必要に応じて再現することが可能である。
この基準状態では、アーム部８の先端の処置部１６の位置が、撮像部９の撮像範囲内の一定位置にあるため、撮像部９による画像を見てアーム部８の操作をする際に、移動位置と駆動量との関係が所定の関係になる。このため、アーム部８の位置姿勢が既知の状態から制御を開始することができ、直感的な操作が可能となる。
すなわち、アーム部８の位置姿勢が既知の状態から制御を開始することで、操作時の各時刻において、駆動ワイヤ等の駆動力伝達線材の変位量からアーム部８の位置姿勢を算出できる。それにより、操作者が扱う操作アーム２ｃの位置姿勢とアーム部８の位置姿勢との対応関係が得られるため、直感的な操作が可能となる。
また、アーム部８の各関節の屈曲可能角度以上に駆動ワイヤ等の駆動力伝達線材を駆動することや、内視鏡や他の処置具等との干渉が生じないように、駆動ワイヤ等の駆動力伝達線部材の駆動量を制限することにより、アーム部８の関節や駆動ワイヤに不要な荷重をかけることがないように確実に操作できる。
また、本実施形態の医療用マニピュレータの初期化方法によれば、関節自体に位置決め用のエンコーダを有していなくても正確な初期化が可能である。このため、関節の構成を簡素化、小型化することができる。
［第１変形例］
次に、本実施形態の第１変形例の医療用マニピュレータおよび医療用マニピュレータの初期化方法について説明する。
図１１は、本発明の第１の実施形態の第１変形例の医療用マニピュレータの主要部の構成を示す正面視の模式図、および平面視の模式図である。図１２は、本発明の第１の実施形態の第１変形例の医療用マニピュレータの制御部の主要な機能構成を示す機能ブロック図である。図１３は、本発明の第１の実施形態の第１変形例の医療用マニピュレータの初期化制御部の機能構成を示す機能ブロック図である。
図１に示すように、本変形例の手術支援ロボット１Ａ（医療用マニピュレータ）は、上記第１の実施形態の術具１８、制御部６に代えて、術具１８Ａ、制御部６Ａを備える。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
術具１８Ａは、図１１（ａ）、（ｂ）に主要部を模式的に示すように、上記第１の実施形態のアーム部８に代えて、アーム部８のアーム先端１３ｂに第２関節１４（屈曲用関節）と、第３アーム１５（アーム）とをこの順に連結したアーム部２８を備える。
アーム部８の処置部１６およびファイバ端面１７ｂは、本変形例においては、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、上記第１の実施形態と同様の位置関係で、第３アーム１５のアーム先端１５ｂに移動されている。
第２関節１４は、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、第２回動軸Ｏ１４回りに回動する回転体を有する回動関節である。第２関節１４の回転体には、基端側からの回転駆動力を伝達するプーリ１４ａ（図１１（ｂ）参照）が第２回動軸Ｏ１４と同軸に設けられている。
プーリ１４ａには、駆動部５から延ばされ第１アーム１１、第１関節１２、第２アーム１３を経由して挿通される図示略の駆動ワイヤ（駆動力伝達線材）が巻き回されている。この駆動ワイヤは、例えば、コイルシースなどに挿通された状態で挿入部３（第１アーム１１）内に配回され、基端側で駆動部５（後述の関節駆動モータ１４Ａ）に接続されている。このため、この駆動ワイヤを駆動部５（後述の関節駆動モータ１４Ａ）によって、挿入部３（第１アーム１１）の長手方向に沿って押引きすることによりプーリ１４ａおよびプーリ１４ａが固定された回転体が回動するようになっている。
プーリ１４ａが設けられた回転体には、第３アーム１５が連結されている。
ただし、図１１（ｂ）に示すように、第２関節１４は、第２アーム１３のアーム先端１３ｂにおいて、基準軸線Ｏおよび第１回動軸Ｏ１２に直交する位置関係に連結されている。このため、第１関節１２と第２関節１４とは互いに冗長関係にはない。
第３アーム１５は、アーム軸線Ｏ１５（アームの軸線）に沿って延ばされた部材であり、本実施形態では、一例として、アーム軸線Ｏ１５が中心軸線になっている筒状部材を採用している。
第３アーム１５のアーム基端１５ａは、第３アーム１５がアーム軸線Ｏ１３と第２回動軸Ｏ１４との交点を中心として、第２回動軸Ｏ１４回りに回動できるように、第２関節１４と連結されている。
このため、第２関節１４の駆動量を調整することにより、アーム軸線Ｏ１５をアーム軸線Ｏ１３に対して同軸の位置関係に整列させることが可能である。
本変形例の光ファイバ１７ａ、処置部１６は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、上記第１の実施形態における第２アーム１３のアーム先端１３ｂにおけるのと同様の位置関係で、第３アーム１５のアーム先端１５ｂに設けられている。
このようなアーム部２８の構成に応じて、本変形例のアーム情報供給部１１ｃは、「屈曲用関節が２個」、「冗長関節なし」、「オフセット量は０」というアーム部２８の構成情報を伝達する。
図１２に示すように、制御部６Ａは、上記第１の実施形態の初期化制御ユニット２０１に代えて初期化制御ユニット２０１Ａ（初期化制御部）を備える点と、本体制御ユニット２００が、関節駆動モータ１４Ａに接続されて、関節駆動モータ１４Ａの駆動も行える点が、上記第１の実施形態の制御部６と異なる。
ここで、関節駆動モータ１４Ａは、第２関節１４に回転駆動力を供給するためのモータであり、関節駆動モータ１２Ａと同様に、駆動部５の内部に設けられ、駆動部５の一部を構成するものである。
初期化制御ユニット２０１Ａは、図１３に示すように、上記第１の実施形態の収束動作制御部２１５、収束判定部２１１に代えて、収束動作制御部２１５Ａ、収束判定部２１１Ａ（収束判定量算出部）を備える点と、駆動量修正部２１３が関節駆動モータ１４Ａに接続されて関節駆動モータ１４Ａの駆動量も修正できる点とが、上記第１の実施形態の初期化制御ユニット２０１と異なる。
収束動作制御部２１５Ａ、収束判定部２１１Ａが行う制御については、動作説明の中で説明する。
次に、手術支援ロボット１Ａの動作について、本変形例の医療用マニピュレータの初期化方法を中心として説明する。
図１４は、本発明の第１の実施形態の第１変形例の医療用マニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。
本変形例の手術支援ロボット１Ａは、上記第１の実施形態の手術支援ロボット１が第１関節１２のみを有するアーム部８を備えるのに対して、アーム部２８が第１関節１２、第２関節１４を有することにより、アーム部２８が互いに直交する２軸方向に屈曲できる点が異なる。そこで、アーム部２８に初期化方法について、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
本変形例の医療用マニピュレータの初期化方法は、上記第１の実施形態と同様に軌跡取得工程、収束判定量算出工程、収束判定工程、および駆動量修正工程を備え、収束判定工程によって、レーザ光束Ｌによる光像の軌跡が収束したと判定されるまで、軌跡取得工程、収束判定工程、および駆動量修正工程を繰り返すことで行われる。
これらの工程は、図１４に示すステップＳ２１〜Ｓ３０を図１４のフローにしたがって実行することで行われる。
ステップＳ２１〜Ｓ２５は、第２関節１４の駆動量を固定して、第１関節１２の駆動量を上記第１の実施形態と同様に修正していくことにより、アーム軸線Ｏ１３を基準軸線Ｏに整列させるステップである。
図１１（ｂ）に示すように、第２関節１４によって第２アーム１３と第３アーム１５とが屈曲している場合でも、図１１（ａ）に示すように、第１回動軸Ｏ１２に沿う方向から見ると、アーム軸線Ｏ１３、Ｏ１５は一直線上に整列している。このため、第２関節１４の駆動量を固定する限りは、回転駆動モータ１０を回転させたときに、ビームスポットＢは内壁Ｓ上で閉曲線を描いて回転する。
したがって、上記第１の実施形態と同様の工程を行うことで、第１回動軸Ｏ１２に沿う方向から見たアーム軸線Ｏ１１、Ｏ１３、Ｏ１５を整列させることが可能である。
ステップＳ２１、Ｓ２２は、上記第１の実施形態のステップＳ１、Ｓ２と同様のステップであり、本変形例の軌跡取得工程を構成する。
ステップＳ２３は、収束判定部２１１Ａによって行われる点を除いて、上記第１の実施形態のステップＳ３と同様のステップである。
ステップＳ２４は、ステップＳ２３で計算された径が収束したか判定するステップである。
ただし、本変形例では、アーム軸線Ｏ１５がアーム軸線Ｏ１３に対して屈曲していると、第１回動軸Ｏ１２に沿う方向から見てアーム軸線Ｏ１３、Ｏ１５が整列しても、ビームスポットＢの軌跡は点Ｐ０を中心とする閉曲線を描く。この閉曲線の径は、第２関節１４の角度に依存して変わるため、径の絶対値では収束を判定できない。
収束判定部２１１Ａは、判定閾値として、径の絶対値に関する判定閾値ではなく、径の変化幅に関する判定閾値を備えている。または、ビームスポットＢが軌跡の閉曲線内に位置するようにアーム関節を駆動する際の駆動量が収束に伴って小さくなっていくため、その駆動量に対する判定閾値を備えている。
そして、収束判定部２１１Ａは、ステップＳ２３で上記第１の実施形態と同様に計算された閉曲線Ｑの径Ｄを、記憶領域に記憶された直近の値と比較して径の変化量を算出し、この変化量と判定閾値を比較する。直近の値は、１つでもよいが、より確実に収束を判定するために、２以上の値を用いてもよい。
径の変化量が判定閾値より大きい場合には、径が収束していないという判定し、この判定結果情報と、軌跡の径の情報とを、収束動作制御部２１５Ａに送出するとともに、必要に応じて表示部７に表示する。
通知を受けた収束動作制御部２１５は、ステップＳ２４を終了し、ステップＳ２５に移行する。
収束判定部２１１Ａは、径の変化量が判定閾値以下の場合には、径が収束したと判定し、この判定結果情報と、軌跡の径の情報とを、収束動作制御部２１５Ａに送出するとともに、必要に応じて表示部７に表示する。
このような収束判定部２１１Ａによれば、閉曲線Ｑの径Ｄが一定値に収束する場合でも、点Ｐ０の一点に収束する場合でも、収束状態を判定することができる。
通知を受けた収束動作制御部２１５Ａは、ステップＳ２５に移行する。
ステップＳ２３、Ｓ２４は、それぞれ本変形例の収束判定量算出工程、収束判定工程を構成する。
ステップＳ２５は、上記第１の実施形態のステップＳ５と同様なステップであり、第２関節１４の駆動量を固定し、第１関節１２の駆動量を修正することによって行われる。具体的には、図１０のステップＳ１１〜Ｓ１６を実行する。
本ステップは、本変形例の駆動修正工程を構成する。
このようにして、ステップＳ２１〜Ｓ２５を行って、ステップＳ２４によって径の収束が判定されると、アーム軸線Ｏ１１、Ｏ１３が基準軸線Ｏ上に整列する位置関係になっている。
ステップＳ２６〜Ｓ３０は、第１関節１２の駆動量を固定して、第２関節１４の駆動量を上記第１の実施形態と同様に修正していくことにより、すでに基準軸線Ｏと整列したアーム軸線Ｏ１３に対して、アーム軸線Ｏ１５を整列させるステップである。
第２関節１４によって第２アーム１３と第３アーム１５とが屈曲している場合、アーム軸線Ｏ１３が基準軸線Ｏに整列すると、第１回動軸Ｏ１２に沿う方向から見て、アーム軸線Ｏ１５も基準軸線Ｏに整列している。しかし、図１１（ｂ）に示すように、第２回動軸Ｏ１４に沿う方向から見ると、アーム軸線Ｏ１３に対してアーム軸線Ｏ１５は屈曲している。このため、第１関節１２の駆動量を固定する限りは、回転駆動モータ１０を回転させたときに、このような屈曲をもたらす第２関節１４の角度に応じて、ビームスポットＢは内壁Ｓ上で閉曲線を描いて回転する。
すでに基準軸線Ｏと整列したアーム軸線Ｏ１１、Ｏ１３は、１本のアームの軸線と同じと見なせるため、上記第１の実施形態と同様の工程を行うことで、アーム軸線Ｏ１１、Ｏ１３、Ｏ１５を整列させることが可能である。
ステップＳ２６、Ｓ２７は、上記第１の実施形態のステップＳ１、Ｓ２と同様のステップであり、本変形例の軌跡取得工程を構成する。
ステップＳ２８は、収束判定部２１１Ａによって行われる点を除いて、上記第１の実施形態のステップＳ３と同様のステップである。
ステップＳ２９は、ステップＳ２８で計算された径が収束したか判定するステップであり、収束判定部２１１Ａによって行われる点と、収束しないと判定された場合にステップＳ３０に移行する点を除いて、上記第１の実施形態のステップＳ４と同様のステップである。
ステップＳ２８、Ｓ２９は、それぞれ本変形例の収束判定量算出工程、収束判定工程を構成する。
ステップＳ３０は、上記第１の実施形態のステップＳ５と同様なステップであり、第１関節１２の駆動量を固定し、第２関節１４の駆動量を修正することによって行われる。具体的には、図１０のステップＳ１１〜Ｓ１６を実行する。
本ステップは、本変形例の駆動修正工程を構成する。
このようにして、ステップＳ２６〜Ｓ３０を行うことで、アーム軸線Ｏ１１、Ｏ１３、Ｏ１５が基準軸線Ｏ上に整列する。
以上で、本変形例の医療用マニピュレータの初期化方法が終了する。
本変形例の手術支援ロボット１Ａによれば、上記のようにアーム部２８を初期化することができるため、アーム部２８の位置姿勢が既知の状態から制御を開始することができ、直感的な操作が可能となる。
本変形例は、冗長関節を有さず、オフセット量が０の場合には、複数の屈曲用関節を有していても、回転駆動モータ１０によるアーム部２８の回転移動のみで、初期化が行えることを示す例になっている。
［第２変形例］
次に、本実施形態の第２変形例の医療用マニピュレータおよび医療用マニピュレータの初期化方法について説明する。
図１５は、本発明の第１の実施形態の第２変形例の医療用マニピュレータの主要部の構成を示す正面視の模式図、および動作説明図である。図１６は、本発明の第１の実施形態の第２変形例の医療用マニピュレータの制御部の主要な機能構成を示す機能ブロック図である。
図１に示すように、本変形例の手術支援ロボット１Ｂ（医療用マニピュレータ）は、上記第１の実施形態の術具１８、制御部６に代えて、術具１８Ｂ、制御部６Ｂを備える。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
術具１８Ｂは、図１５（ａ）、（ｂ）に主要部を模式的に示すように、上記第１の実施形態の駆動部５の回転駆動モータ１０に代えて、進退駆動モータ３０（進退移動部、移動部）を備える。
進退駆動モータ３０は、制御信号に基づいて進退軸３０ｂをその軸方向に進退駆動させるモータである。進退軸３０ｂの先端部は、上記第１の実施形態と同様の連結部１０ａを介して、第１アーム１１のアーム基端１１ａと連結されている。
これにより、進退駆動モータ３０を駆動すると、第１アーム１１全体がチャンネル３ｆに沿って進退移動する。この結果、第１アーム１１のアーム先端１１ｂは、先端硬質部３ａにおけるチャンネル３ｆの基準軸線Ｏに沿って進退するようになっている。
このため、本変形例における第１アーム１１のアーム先端１１ｂは、先端硬質部３ａにおいて基準軸線Ｏ上を進退可能に支持されている。この進退移動に際しても、第１アーム１１のアーム軸線Ｏ１１は、基準軸線Ｏと同軸に配置されている。
本変形例における進退駆動モータ３０は、先端硬質部３ａに支持されたアーム部８の被支持部である第１アーム１１のアーム基端１１ａを挿入部３の長手方向に略沿う基準軸線Ｏに沿って進退する進退移動部を構成している。
図１６に示すように、制御部６Ｂは、上記第１の実施形態の初期化制御ユニット２０１に代えて初期化制御ユニット２０１Ｂを備える点と、本体制御ユニット２００が、進退駆動モータ３０に接続されて、進退駆動モータ３０の駆動も行える点が、上記第１の実施形態の制御部６と異なる。
初期化制御ユニット２０１Ｂは、図１７に示すように、上記第１の実施形態の収束動作制御部２１５、収束判定部２１１、駆動量修正部２１３に代えて、収束動作制御部２１５Ｂ、収束判定部２１１Ｂ（収束判定量算出部）、駆動量修正部２１３Ｂを備える点が、上記第１の実施形態の初期化制御ユニット２０１と異なる。
収束動作制御部２１５Ｂ、収束判定部２１１Ｂ、駆動量修正部２１３Ｂが行う制御については、動作説明の中で説明する。
次に、手術支援ロボット１Ｂの動作について、本変形例の医療用マニピュレータの初期化方法を中心として説明する。
図１８は、本発明の第１の実施形態の第２変形例の医療用マニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。図１９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の第１の実施形態の第２変形例の医療用マニピュレータの初期化方法における光像の軌跡の例を示す模式図である。図２０は、本発明の第１の実施形態の第２変形例の医療用マニピュレータの初期化方法における駆動修正工程のフローを示すフローチャートである。
本変形例の手術支援ロボット１Ｂは、初期化動作において、上記第１の実施形態の手術支援ロボット１が回転駆動モータ１０による回転移動を行うのに対して、進退駆動モータ３０による進退移動を行う点のみが異なる。そこで、アーム部８に初期化方法について、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
本変形例の医療用マニピュレータの初期化方法は、上記第１の実施形態と同様に軌跡取得工程、収束判定量算出工程、収束判定工程、および駆動量修正工程を備え、収束判定工程によって、レーザ光束Ｌによる光像の軌跡が収束したと判定されるまで、軌跡取得工程、収束判定工程、および駆動量修正工程を繰り返すことで行われる。
これらの工程は、図１８に示すステップＳ３１〜Ｓ３５を図１８のフローにしたがって実行することで行われる。
ステップＳ３１は、光照射を行いつつアーム部８を進退するステップである。
本ステップは、収束動作制御部２１５Ｂから軌跡取得制御部２１０Ｂに制御信号が送出され、軌跡取得制御部２１０Ｂの制御が開始されることで行われる。
軌跡取得制御部２１０Ｂは、上記第１の実施形態と同様に、光照射部１７のレーザ光源１７ｃを点灯する。
次に、軌跡取得制御部２１０Ｂは、進退駆動モータ３０に制御信号を送出して、進退軸３０ｂが予め決められた方向に、所定距離だけ移動するように進退駆動モータ３０の駆動を開始する。
以上でステップＳ３１が終了する。
次に、ステップＳ３２を行う。本ステップは、光像の軌跡を取得するステップである。
軌跡取得制御部２１０Ｂは、ステップＳ３１によってアーム部８が移動する間に、撮像部９によって撮像された画像を取得し、この画像に画像処理を施して、軌跡を取得する。
軌跡の取得方法は、本変形例では、軌跡が略直線状になる点は異なるものの、上記第１の実施形態の軌跡取得制御部２１０と同様な取得方法を採用することができる。
本ステップにおいて、第１関節１２の回動角の状態は不明であり、第１アーム１１と第２アーム１３との間の角度も不明である。例えば、図１５（ａ）に示すように、基準軸線Ｏに対してアーム軸線Ｏ１３が角度θをなして屈曲する状態にあるとする。
このようなアーム部８の屈曲状態では、図１９（ａ）に示すように、ビームスポットＢは、内壁Ｓ上の点Ｐ０から撮像部９の画面上で上方に離れた点ｙ０の位置に投影されている。この場合、図１５（ｂ）に示すように、進退軸３０ｂを内壁Ｓ側に進出させると、ビームスポットＢは、ビームスポットＢ１のように点Ｐ０に近づく。
この場合、軌跡取得制御部２１０Ｂによって、図１９（ｂ）に示すように、点ｙ０から点ｙ１に向かって上方から下方に向かってする直線状の軌跡Ｑ１が取得される。
以下一例として、進退軸３０ｂを前進させた場合の例で説明するが、進退軸３０ｂを後退させた場合は、ビームスポットＢが逆向きに移動するため、すべての方向を反対に読み替えればよい。
軌跡の取得が完了したら、軌跡取得制御部２１０Ｂは、軌跡Ｑ１を軌跡記憶部２１２に記憶させ、必要に応じて表示部７に表示させる。
そして、収束動作制御部２１５ＢにステップＳ３２が終了したことを通知する。
以上で、ステップＳ３２が終了する。
上記ステップＳ３１、Ｓ３２は、アーム部８において第１関節１２よりも先端寄りの第２アーム１３に配置されたファイバ端面１７ｂからアーム軸線Ｏ１３に平行な光軸ＯＬを有するレーザ光束Ｌを照射し、アームの被支持部であるアーム基端１１ａを基準軸線Ｏに沿って進退する進退移動を行って、レーザ光束ＬによるビームスポットＢの軌跡を取得する、本変形例の軌跡取得工程を構成している。
次に、ステップＳ３３を行う。本ステップは、光像の軌跡から、軌跡の収束状態を判定するための物理量である軌跡の光像のズレ量を計算するステップである。
収束動作制御部２１５Ｂは、収束判定部２１１Ｂに軌跡の取得を開始させる制御信号を送出する。
収束判定部２１１Ｂは、軌跡記憶部２１２から、軌跡取得制御部２１０Ｂで取得された最新の軌跡を読み出して、画像処理を行うことにより、軌跡Ｑ１の長さｄ（図１９（ｂ）参照）を、光像のズレ量の大きさとして求める。
光像のズレ量は、移動前後の光像の中心位置を画像上のピクセル単位の座標で表し、その距離を計算すればよい。
計算された長さｄは、ビームスポットＢの移動方向とともに収束判定部２１１内の記憶領域に記憶する。
以上で、ステップＳ３３が終了する。
次に、ステップＳ３４を行う。本ステップは、ステップＳ３３で計算された、ズレ量が収束したか判定するステップである。
移動量ｄは、アーム軸線Ｏ１３が基準軸線Ｏと整列すると、図１９（ｃ）に示すように、進退量によらず０になる。
このため、収束判定部２１１Ｂは、ビームスポットＢのズレ量の大きさである長さｄが予め決められた判定閾値以下である場合に収束したと判定する。判定閾値は、アーム部８の製造誤差によるアーム軸線Ｏ１１、Ｏ１３の整列限界や、光像の軌跡の算出誤差などを考慮して、０に近い適宜値を予め設定しておく。
収束判定部２１１Ｂは、軌跡Ｑ１の長さｄが判定閾値より大きい場合には、ズレ量が収束していないという判定し、この判定結果の情報と、ズレ量の大きさの情報とを、収束動作制御部２１５Ｂに送出するとともに、必要に応じて表示部７に表示する。
通知を受けた収束動作制御部２１５Ｂは、ステップＳ３４を終了し、ステップＳ３５に移行する。
収束判定部２１１Ｂは、軌跡Ｑ１の長さｄが判定閾値以下の場合には、ズレ量が収束したと判定し、この判定結果の情報と、軌跡の径の情報とを、収束動作制御部２１５に送出するとともに、必要に応じて表示部７に表示する。
通知を受けた収束動作制御部２１５Ｂは、レーザ光束Ｌを消灯し、本体制御ユニット２００にアーム部８の初期化が終了したことを通知する。以上で、アーム部８の初期化が終了する。
本体制御ユニット２００は、初期化終了の通知を受けた際の第１関節１２の回動角度位置を駆動の原点位置に設定する。これにより、本体制御ユニット２００から第１関節１２に原点復帰の制御信号が送出されると、第１アーム１１のアーム軸線Ｏ１１と、第２アーム１３のアーム軸線Ｏ１３とが基準軸線Ｏに整列する基準状態が再現される。
ステップＳ３３は、軌跡の収束状態を判定するための所定の物理量としてビームスポットＢの軌跡から光像のズレ量を計算する本変形例の収束判定量算出工程を構成している。
ステップＳ３４は、収束判定量算出工程の後に、物理量の計算の値が最も小さくなった場合に軌跡が収束したと判定する本変形例の収束判定工程を構成している。
ステップＳ３５は、本変形例の駆動修正工程を構成するステップであり、図２０に示すステップＳ４１〜Ｓ４３を図２０のフローにしたがって実行することで行われる。
ステップＳ４１は、ステップＳ３２で光像の軌跡を光像の軌跡を取得した際の光像のズレ方向から駆動方向を設定するステップである。
駆動量修正部２１３Ｂは、収束判定部２１１Ｂで計算されたビームスポットＢのズレ量に基づいて、第１関節１２の駆動方向を設定する。
例えば、軌跡Ｑ１から、進退駆動モータ３０による移動に伴って、図１９（ｂ）に示すように、ビームスポットＢが点ｙ０から点ｙ１に向かって上方から下方に向かって長さｄだけずれたとすると、図１５（ｂ）に示すように、アーム軸線Ｏ１３が第１回動軸Ｏ１２を中心として、図１５（ｂ）の図示反時計回りに回動した状態であることが分かる。このため、第１関節１２の駆動方向は、ビームスポットＢの移動方向に合わせて、図１５（ｂ）の図示時計回り方向であることが分かる。
以上で、ステップＳ４１が終了する。
次にステップＳ４２を行う。本ステップは、駆動量の大きさを設定するステップである。
第１関節１２の駆動量の大きさは、軌跡Ｑ１を取得した際の駆動量の大きさよりも小さい大きさに設定する。例えば、軌跡Ｑ１を取得した際の駆動量の大きさから所定量を減じた大きさか、または軌跡Ｑ１を取得した際の駆動量の大きさ１未満の係数を乗じた大きさとする。
以上でステップＳ４２が終了する。
次に、ステップＳ４３を行う。本ステップは、ステップＳ４２で設定された駆動量で第１関節１２を駆動するステップである。
駆動量修正部２１３Ｂは、設定済みの駆動量に対応する駆動指令値を第１関節１２に送出する。これにより、第１関節１２が駆動される。
例えば、図１９（ｂ）に示すように、点ｙ１に位置するビームスポットＢ１が、点Ｐ０により近づいた点ｙ２に移動する（図１９（ｂ）のビームスポットＢ２参照）。
以上で、ステップＳ４３が終了する。これにより、ステップＳ３５が終了し、図１８のステップＳ３１に移行することになる。
このようにして、ステップＳ３１〜Ｓ３５を繰り返すことで、第２アーム１３のアーム軸線Ｏ１３の基準軸線Ｏに対する角度θが漸次０になるように修正されていくため、ビームスポットＢのズレ量が判定閾値以下となって、アーム部８の整列状態が形成される。
本変形例の手術支援ロボット１Ｂによれば、上記のようにアーム部８を初期化することができるため、アーム部２８の位置姿勢が既知の状態から制御を開始することができ、直感的な操作が可能となる。
本変形例は、冗長関節を有さず、オフセット量が０の場合には、進退駆動モータ３０によるアーム部８の進退移動のみで、初期化が行えることを示す例になっている。
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態の医療用マニピュレータおよび医療用マニピュレータの初期化方法について説明する。
図２１は、本発明の第２の実施形態の医療用マニピュレータの主要部の構成を示す正面視の模式図、および平面視の模式図である。図２２（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態の医療用マニピュレータの光照射部の配置を説明する模式的な正面図および平面図である。図２３は、本発明の第２の実施形態の医療用マニピュレータの制御部の主要な機能構成を示す機能ブロック図である。図２４は、本発明の第２の実施形態の医療用マニピュレータの初期化制御の機能構成を示す機能ブロック図である。
図１に示すように、本変形例の手術支援ロボット１Ｃ（医療用マニピュレータ）は、上記第１の実施形態の術具１８、制御部６に代えて、術具１８Ｃ、制御部６Ｃを備える。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
術具１８Ｃは、図２１（ａ）、（ｂ）に主要部を模式的に示すように、上記第１の実施形態の回転駆動モータ１０、アーム部８に代えて、移動部４０、アーム部４８を備える。
移動部４０は、移動軸４０ｂを有し、移動軸４０ｂをその中心軸線回りに回転する回転移動する回転駆動モータ４０Ａ（回転移動部）と、中心軸線に沿って進退させる進退移動する進退駆動モータ４０Ｂと（進退移動部）とを備える。
移動軸４０ｂの先端部には上記第１の実施形態と同様の連結部１０ａが設けられている。
このため、連結部１０ａに第１アーム１１のアーム基端１１ａを連結することにより、第１アーム１１の回転移動および進退移動のうち、少なくとも一方の移動を行うことができる。これらの移動に伴って、第１アーム１１のアーム先端１１ｂが、基準軸線Ｏ回りに回転移動と、基準軸線Ｏに沿う進退移動との少なくとも一方が行われる。
このように、本変形例における第１アーム１１のアーム先端１１ｂは、先端硬質部３ａにおいて基準軸線Ｏ回りに回転可能、かつ基準軸線Ｏ上を進退可能に支持されている。第１アーム１１のアーム軸線Ｏ１１は、基準軸線Ｏと同軸に配置されている。
アーム部４８は、上記第１の実施形態のアーム部８の第２アーム１３に代えて、第２アーム４３（アーム）を備える。
第２アーム４３は、第２アーム１３のアーム先端１３ｂに代えて、ファイバ端面１７ｂを距離ｈ（ただし、ｈ＞０）だけ平行移動して配置したアーム先端４３ｂを備える点のみが第２アーム１３と異なる。
図２２（ａ）、（ｂ）に示すように、ファイバ端面１７ｂの光軸ＯＬは、処置部１６の開閉方向（図２２（ａ）における矢印参照）に対して直交する方向において、アーム軸線Ｏ１３から距離ｈだけ平行移動されている。このため、アーム部４８におけるオフセット量はｈである。
オフセット方向は、図２１（ａ）、（ｂ）に示すように、第２アーム４３に一番近い基端側の屈曲用関節である第１関節１２の第１回動軸Ｏ１２に沿う方向になっている。
このように、光軸ＯＬをアーム軸線Ｏ１３に対してオフセットして配置した構成は、例えば、処置部１６の構造や形状などによって、ファイバ端面１７ｂをアーム軸線Ｏ１３上に配置できない場合に好適な構成である。
このような第１関節１２の第１回動軸Ｏ１２に沿う方向に光軸ＯＬをオフセットされた場合を、以下では、「回動軸方向オフセット」と称する。
これに対して、第１回動軸Ｏ１２に直交する方向にオフセットされた場合、すなわちアーム軸線Ｏ１３の屈曲運動によって掃かれる平面（以下、「屈曲平面」と称する）に沿う方向（屈曲平面に平行な方向）にオフセットされた場合を、「屈曲平面方向オフセット」と称する。
この屈曲平面という用語を用いると、回動軸方向オフセットは、第１関節１２の屈曲平面に直交する方向へのオフセットと同義である。
アーム部４８のオフセット量は、オフセット量の大きさとオフセット方向とが、アーム情報供給部１１ｃによって、制御部６Ｃに伝達されるようになっている。
本実施形態で伝達される構成情報は、このようなアーム部８の構成に応じて、「屈曲用関節が１個」、「冗長関節なし」、「オフセット量の大きさはｈ、オフセット方向は回動軸方向オフセット」というものである。
図２３に示すように、制御部６Ｃは、上記第１の実施形態の初期化制御ユニット２０１に代えて初期化制御ユニット２０１Ｃを備える点と、本体制御ユニット２００が、移動部４０の回転駆動モータ４０Ａ、進退駆動モータ４０Ｂに接続されてこれらの駆動も行える点が、上記第１の実施形態の制御部６と異なる。
初期化制御ユニット２０１Ｃは、図２４に示すように、上記第１の実施形態の収束動作制御部２１５、軌跡取得制御部２１０、収束判定部２１１、駆動量修正部２１３に代えて、収束動作制御部２１５Ｃ、軌跡取得制御部２１０Ｃ、収束判定部２１１Ｃ（収束判定量算出部）、駆動量修正部２１３Ｃを備える点が、上記第１の実施形態の初期化制御ユニット２０１と異なる。
軌跡取得制御部２１０Ｃは、回転駆動モータ４０Ａを用いて軌跡を取得する場合には、上記第１の実施形態の軌跡取得制御部２１０と同様な制御が行われ、進退駆動モータ４０Ｂを用いて軌跡を取得する場合には、上記第２変形例の軌跡取得制御部２１０Ｂと同様な制御が行われ、これらを収束動作制御部２１５Ｃからの制御信号に応じて切り替えられるようにしたものである。
収束判定部２１１Ｃは、回転移動によって軌跡が取得された場合には、上記第１変形例の収束判定部２１１Ａと同様な制御が行われ、進退移動によって軌跡が取得された場合には、上記第２変形例の収束判定部２１１Ｂと同様な制御が行われ、これらを収束動作制御部２１５Ｃからの制御信号に応じて切り替えられるようにしたものである。
駆動量修正部２１３Ｃは、回転移動によって軌跡が取得された場合には、上記第１の実施形態の駆動量修正部２１３と同様な制御が行われ、進退移動によって軌跡が取得された場合には、上記第２変形例の駆動量修正部２１３Ｂと同様な制御が行われ、これらを収束動作制御部２１５Ｃからの制御信号に応じて切り替えられるようにしたものである。
収束動作制御部２１５Ｃは、アーム部４８の回転移動による初期化動作と、アーム部４８の進退移動による初期化動作と、を必要に応じて選択する動作を行い、これに応じて、軌跡取得制御部２１０Ｃ、収束判定部２１１Ｃ、駆動量修正部２１３Ｃの動作等を制御するものである。
次に、手術支援ロボット１Ｃの動作について、本変形例の医療用マニピュレータの初期化方法を中心として説明する。
図２５（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態の医療用マニピュレータの初期化動作を説明する模式図である。図２５（ａ）は、屈曲状態のアーム部４８を回転駆動モータ４０Ａによって、回転移動した際のアーム部４８の先端側を基準軸線Ｏの軸線方向から見た模式図である。図２５（ｂ）は、同じく整列状態の様子を示す模式図である。
本実施形態の手術支援ロボット１Ｃは、初期化動作において、上記第１の実施形態の手術支援ロボット１が回転駆動モータ１０による回転移動を行うのに対して、回転駆動モータ４０Ａを用いて、上記第１の実施形態と略同様な初期化を行うことができる。また、手術支援ロボット１Ｃは、進退駆動モータ４０Ｂによる進退移動によって、上記第２変形例と同様な初期化を行うことができる。
そこで、アーム部４８の初期化方法について、上記第１の実施形態および上記第２変形例と異なる点を中心に説明する。
アーム部４８は、光軸ＯＬが回転軸上オフセットの状態に設けられているため、図２１（ｂ）に示すように、第１回動軸Ｏ１２に沿う方向から見ると、第１関節１２の回動により光軸ＯＬがアーム軸線Ｏ１３に整列して回動する。したがって、アーム部４８の進退移動を行った場合のビームスポットＢの軌跡は、上記第２変形例の場合と同様である。
したがって、回転駆動モータ４０Ａを停止して、進退駆動モータ４０Ｂのみを用いることで、上記第２変形例と全く同様にして、アーム部４８の初期化を行うことができる。
また、進退駆動モータ４０Ｂを停止し、回転駆動モータ４０Ａによって、アーム部４８の回転移動を行うと、図２５（ａ）に示すように、屈曲状態では、光軸ＯＬは、アーム先端４３ｂとともに、基準軸線Ｏ回りを周回する。このため、図示は省略するが、内壁Ｓ上のビームスポットＢは上記第１の実施形態と同様の閉曲線Ｑを描く。
そして、第１関節１２を駆動して、矢印Ｒの方向に回動して、図２５（ｂ）に示すような整列状態になると、光軸ＯＬは、基準軸線Ｏおよび第２アーム４３の回りをオフセット量ｈに等しい半径で回転する。このとき、第１関節１２は、図示の矢印Ｕ方向に回動可能であるが、矢印Ｕは、回転駆動モータ４０Ａによる回転円の接線方向であるため、どちらに移動してもビームスポットＢの軌跡の径は拡径することになり、径が最小となる収束状態が一義的に決まる。
このため、上記第１の実施形態と同様に閉曲線Ｑを取得し、上記第１変形例と同様に、軌跡の径の変化幅に関する収束判定を行うことで、アーム部４８の初期化を行うことができる。
このように、アーム部４８は、回転移動のみ、進退移動のみのいずれでも、初期化動作を行うことができるため、収束動作制御部２１５Ｃは、操作部２からの操作入力に応じていずれかを選択する。
例えば、体腔Ｃ内のスペースによっては、回転移動の方がアーム部４８を移動しやすい場合や、進退移動の方がアーム部４８を移動しやすい場合がある。また、内壁Ｓの凹凸や傾斜状態によって、回転移動および進退移動のうちの一方の方が、他方よりも高精度な収束判定が可能となる場合がある。
また、収束動作制御部２１５Ｃは、回転移動と進退移動とを組み合わせた初期化動作を行うようにしてもよい。例えば、進退移動により略整列状態を形成した後、回転移動を行ってより高精度に整列させる収束動作や、回転移動により略整列状態を形成した後、進退移動を行ってより高精度に整列させる収束動作などが可能である。
このように本実施形態の手術支援ロボット１Ｃによれば、上記第１の実施形態および上記第２変形例と同様にして、アーム部４８を初期化することができるため、アーム部４８の位置姿勢が既知の状態から制御を開始することができ、直感的な操作が可能となる。
［第３変形例］
次に、上記第２の実施形態の変形例（第３変形例）の医療用マニピュレータおよび医療用マニピュレータの初期化方法について説明する。
図２６は、本発明の第２の実施形態の変形例（第３変形例）の医療用マニピュレータの主要部の構成を示す正面視の模式図である。
図１に示すように、本変形例の手術支援ロボット１Ｄ（医療用マニピュレータ）は、上記第２の実施形態の術具１８Ｃ、制御部６Ｃに代えて、術具１８Ｄ、制御部６Ｄを備える。
以下、上記第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。
術具１８Ｄは、図２６に主要部を模式的に示すように、上記第２の実施形態のアーム部４８に代えて、アーム部５８を備える。
アーム部５８は、上記第２の実施形態のアーム部４８の第２アーム４３に代えて、第２アーム５３（アーム）を備える。
第２アーム５３は、第２アーム４３のアーム先端４３ｂに代えて、ファイバ端面１７ｂを距離ｈ（ただし、ｈ＞０）だけ平行移動して、第１関節１２に関して屈曲平面方向オフセットが形成されたアーム先端５３ｂを備える点のみが第２アーム４３と異なる。
このようなアーム部５８の構成に応じて、本変形例のアーム情報供給部１１ｃは、「屈曲用関節が１個」「冗長関節なし」、「オフセット量の大きさはｈ、オフセット方向は屈曲平面方向オフセット」という構成情報を伝達する。
図２３に示すように、制御部６Ｄは、上記第１の実施形態の初期化制御ユニット２０１に代えて初期化制御ユニット２０１Ｄを備える点が、上記第２の実施形態の制御部６Ｃと異なる。
初期化制御ユニット２０１Ｄは、図２４に示すように、上記第２の実施形態の収束動作制御部２１５Ｃ、駆動量修正部２１３Ｃに代えて、収束動作制御部２１５Ｄ、駆動量修正部２１３Ｄを備える点が、上記第１の実施形態の初期化制御ユニット２０１Ｃと異なる。
収束動作制御部２１５Ｄ、駆動量修正部２１３Ｄが行う制御については、動作説明の中で説明する。
次に、手術支援ロボット１Ｄの動作について、本変形例の医療用マニピュレータの初期化方法を中心として説明する。
図２７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の第２の実施形態の変形例（第３変形例）の医療用マニピュレータの初期化動作の一部を説明する模式図である。図２８は、本発明の第２の実施形態の変形例（第３変形例）の医療用マニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。図２９（ａ−１）、（ａ−２）、（ｂ−１）、（ｂ−２）、（ｃ−１）、（ｃ−２）は、本発明の第２の実施形態の変形例（第３変形例）の医療用マニピュレータの回転移動後の駆動方向の設定の仕方を説明する模式図である。
本変形例の手術支援ロボット１Ｄのアーム部５８は、光軸ＯＬが第１関節１２に関して屈曲平面方向オフセットの状態に設けられているため、初期化動作では、回転移動と進退移動とを組み合わせることが必須となる。この理由について簡単に説明する。
進退駆動モータ４０Ｂを停止し、回転駆動モータ４０Ａによって、アーム部５８の回転移動を行うと、図２７（ａ）に示すように、屈曲状態では、光軸ＯＬは、アーム先端５３ｂとともに、基準軸線Ｏ回りに周回する。ただし、ファイバ端面１７ｂの回転半径は、アーム先端５３ｂの回転半径とオフセット量ｈだけ異なる。図示は省略するが、内壁Ｓ上のビームスポットＢは上記第１の実施形態と同様の閉曲線Ｑを描く。
そして、第１関節１２を駆動して、矢印Ｒの方向に回動して、図２７（ｂ）に実線で示すような整列状態になると、光軸ＯＬは、基準軸線Ｏおよび第２アーム５３の回りをオフセット量ｈに等しい半径で回転する。このとき、第１関節１２は、図示の矢印Ｖ方向に回動可能であるが、矢印Ｖは、回転駆動モータ４０Ａによる回転円の法線方向であるため、基準軸線Ｏ側に回動すると、さらに小さくなる。したがってビームスポットＢは半径ｈの円には収束しない。
図２７（ｃ）に示すように、ビームスポットＢが一点に収束することは可能であるが、これは、アーム軸線Ｏ１３が基準軸線Ｏと斜めに交差した屈曲状態である。
また、軌跡が半径ｈの円に収束しても、例えば、図２７（ｂ）に二点鎖線で示すように、一定の屈曲状態でアーム先端５３ｂが回転している場合があるため、正しい収束判定を行うことができない。
本変形例では、回転移動による収束判定と、進退移動による収束判定とを組み合わせて、回転移動時の軌跡の径が収束する第１の収束状態を実現する第１収束工程と、この状態で進退移動時の光像のズレ量が収束する第２の収束状態を実現する第２収束工程とをこの順に行う。
具体的には、図２８に示すステップＳ５１〜Ｓ６３を図２８のフローにしたがって実行する。
ステップＳ５１〜Ｓ５３は、上記第１の実施形態のステップＳ１〜Ｓ３（図８参照）と同様のステップである。
ステップＳ５４は、収束判定部２１１Ｄによって、上記第２の実施形態の収束判定部２１１Ｃと同様、上記第１変形例の収束判定部２１１Ａが行う径の変化幅による収束判定を行うステップである。すなわち、上記ステップＳ２４（図１４参照）と同様のステップである。
本ステップで径が収束したと判定された場合は、ステップＳ５９に移行する。
本ステップで径が収束していないと判定された場合は、ステップＳ５５に移行する。
ステップＳ５５〜Ｓ５７は、上記第２変形例のステップＳ３１〜３３（図１８参照）と同様なステップである。
次に、ステップＳ５８を行う。本ステップは、ステップＳ５３、Ｓ５７において収束判定部２１１Ｄによって計算された、回転移動時のビームスポットＢの軌跡の径の変化量と、進退移動時のビームスポットＢのズレ量の方向とから、第１関節１２の駆動量を修正するステップである。具体的には、図２０に示すステップＳ７１〜Ｓ７３を図２０のフローにしたがって実行することで行われる。
収束判定部２１１Ｄによって計算された、回転移動時のビームスポットＢの軌跡の径の変化量と、進退移動時のビームスポットＢのズレ量の方向とは、収束判定部２１１Ｄから収束動作制御部２１５Ｄに送出され、ステップＳ５８の開始時に駆動量修正部２１３Ｄに送出される。
ステップＳ７１は、光像のズレ方向から駆動方向を設定するステップである。
まず、本ステップにおいて駆動方向を設定する原理について説明する。
屈曲状態にあるアーム部５８とビームスポットＢとの位置関係は、図２９（ａ−１）、（ｂ−１）、（ｃ−１）に示す３パターンに分類される。以下では、アーム軸線Ｏ１３の延長線と内壁Ｓとの交点を点Ｔと称する。ビームスポットＢの軌跡の径を収束状態とするには、点Ｔを点Ｐ０に一致させる必要がある。
なお、図２９の各図は、動きが見易くなるように、第１アーム１１の基端部側を切断して描いている。
図２９（ａ−１）に示すのは、点Ｔが、点Ｐ０と、ビームスポットＢとの間にあるパターンａである。点Ｔを点Ｐ０に近づけるには、図示の状態であれば、第１関節１２を図示時計回りに回動させる必要がある。
図２９（ｂ−１）に示すのは、点Ｔが、点Ｐ０を挟んで、ビームスポットＢと対向するパターンｂである。点Ｔを点Ｐ０に近づけるには、図示の状態であれば、第１関節１２を図示反時計回りに回動させる必要がある。
図２９（ｃ−１）に示すのは、点Ｔが、ビームスポットＢを挟んで、点Ｐ０と対向するパターンｃである。点Ｔを点Ｐ０に近づけるには、図示の状態であれば、第１関節１２を図示反時計回りに回動させる必要がある。
これらのパターンａ、ｂ、ｃは、アーム部５８を進退移動して光像の軌跡のズレ方向を求めることで判別できる。
進退移動の方向は、前進、後退のいずれでもよいが、判定するズレ方向は反対になる。以下では一例として、アーム部５８を前進して判定する場合で説明する。
パターンａの場合、アーム部５８を前進させると、図２９（ａ−２）にビームスポットＢ１で示すように、内壁Ｓ上で、ビームスポットＢが点Ｐ０に近づく方向に移動する。すなわち図示の下方に移動し、第１回動軸Ｏ１２に関して図示時計回りの移動になる。
パターンｂの場合、アーム部５８を前進させると、図２９（ｂ−２）にビームスポットＢ１で示すように、内壁Ｓ上で、ビームスポットＢが点Ｐ０から遠ざかる方向に移動する。すなわち図示の上方に移動し、第１回動軸Ｏ１２に関して図示反時計回りの移動になる。
パターンｃの場合、アーム部５８を前進させると、図２９（ｃ−２）にビームスポットＢ１で示すように、内壁Ｓ上で、ビームスポットＢが点Ｐ０に近づく方向に移動する。すなわち図示の上方に移動し、第１回動軸Ｏ１２に関して図示反時計回りの移動になる。
したがって、アーム部５８を前進した場合には、この移動によるビームスポットＢの移動方向が実現されるように、第１関節１２を回動すれば、ビームスポットＢを径が収束する方向に移動できることになる。
駆動量修正部２１３Ｄは、このような進退移動時におけるビームスポットＢのズレ方向と第１関節１２の回動方向との対応を、例えば、テーブルとして記憶している。
本ステップでは、駆動量修正部２１３Ｄは、収束判定部２１１Ｄから送出されるビームスポットＢのズレ方向の情報の送出を受けると、このテーブルを参照して、第１関節１２の駆動方向を設定する。
以上で、ステップＳ７１が終了する。
次に、ステップＳ７２を行う。本ステップは、駆動量の大きさを設定するステップである。駆動量修正部２１３Ｄは、ステップＳ５７で計算された光像のズレ量に基づいて、上記ステップＳ４２と同様にして、第１関節１２の駆動量を設定する。すなわち、前回の第1関節１２の駆動量に対する今回の進退移動によるビームスポットＢのズレ量が大きい場合には、駆動量をより大きくし、ズレ量が小さい場合には駆動量をより小さくする。この駆動量は初期値としてある値を有し、収束処理が進むにつれてビームスポットＢのズレ量が小さくなり、駆動量も小さくなる。
以上で、ステップＳ７２が終了する。
次に、ステップＳ７３を行う。本ステップは、ステップＳ７２で設定された駆動量で第１関節１２を駆動するステップである。
駆動量修正部２１３Ｄは、設定済みの駆動量に対応する駆動指令値を第１関節１２に送出する。これにより、第１関節１２が駆動される。
以上で、ステップＳ７３およびステップＳ５８が終了し、図２８のステップＳ５１に移行する。
このようにして、ステップＳ５１〜Ｓ５８を繰り返すことで、ビームスポットＢの軌跡の径の変化幅が小さくなるように、修正され、収束判定部２１１Ｄによって、第１の収束状態と判定されると、ステップＳ５９に移行する。
ステップＳ５９〜Ｓ６３は、上記第２変形例のステップＳ３１〜Ｓ３５（図１８参照）と同様なステップである。
本変形例では、ステップＳ５９に移行する状態で、第１の収束状態になっている。このため、ステップＳ６２においてズレ量が収束する第２の収束状態であることが判定されると、収束判定部２１１Ｄは、軌跡が収束したと判定し、初期化動作を終了する。
このようにして、ステップＳ５１〜Ｓ６３を行うことで、第２アーム１３のアーム軸線Ｏ１３が基準軸線Ｏと整列してアーム部５８の整列状態が形成される。
上記ステップＳ５１〜Ｓ５８は、アーム部の回転移動および進退移動を行う軌跡取得工程と、収束判定量算出工程、収束判定工程と、収束判定工程により第１の収束状態であると判定されるまで行われ、径の変化量とズレ量の方向とに応じて駆動量を修正する駆動量修正工程と、を有し、収束判定工程によって第１の収束状態であると判定された場合に終了する第１収束工程を構成している。以下、第１収束工程の動作をまとめて第１収束動作と言う場合がある。
本変形例の第１収束工程では、回転移動部によりアーム部の回転移動および進退移動を行い、収束判定部により第１の収束状態であると判定されるまで、駆動量修正部によって径がより小さくなるように求められた駆動量で屈曲用関節を駆動する第１収束動作が行われている。
上記ステップＳ５９〜Ｓ６３は、アーム部の進退移動を行う軌跡取得工程と、収束判定量算出工程、収束判定工程と、収束判定工程により第２の収束状態であると判定されるまで行われる駆動量修正工程と、を有し、収束判定工程によって第２の収束状態であると判定された場合に終了する第２収束工程を構成している。以下、第２収束工程の動作をまとめて第２収束動作と言う場合がある。
本変形例の第２収束工程では、進退移動部によりアーム部の進退移動を行い、収束判定部により第２の収束状態であると判定されるまで、駆動量修正部によってズレ量がより小さくなるように求められた駆動量で屈曲用関節を駆動する第２収束動作が行われている。
本変形例の手術支援ロボット１Ｄによれば、上記のようにアーム部５８を初期化することができるため、アーム部５８の位置姿勢が既知の状態から制御を開始することができ、直感的な操作が可能となる。
本変形例は、冗長関節を有さず、屈曲平面方向にオフセットを有する場合に初期化が行えることを示す例になっている。
［第４変形例］
次に、上記第２の実施形態の変形例（第４変形例）の医療用マニピュレータおよび医療用マニピュレータの初期化方法について説明する。
図３０（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態の変形例（第４変形例）の医療用マニピュレータの主要部の構成を示す正面視の模式図、および平面視の模式図である。図３１は、本発明の第２の実施形態の変形例（第４変形例）の医療用マニピュレータの制御部の主要な機能構成を示す機能ブロック図である。図３２は、本発明の第２の実施形態の変形例（第４変形例）の医療用マニピュレータの初期化制御の機能構成を示す機能ブロック図である。
図１に示すように、本変形例の手術支援ロボット１Ｅ（医療用マニピュレータ）は、上記第２の実施形態の術具１８Ｃ、制御部６Ｃに代えて、術具１８Ｅ、制御部６Ｅを備える。
以下、上記第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。
術具１８Ｅは、図３０（ａ）、（ｂ）に主要部を模式的に示すように、上記第２の実施形態のアーム部４８に代えて、アーム部６８を備える。
アーム部６８は、アーム部４８の第２アーム４３に代えて、上記第１変形例の第２アーム１３を備え、第２アーム１３と上記第１変形例と同様に連結された第２関節１４と、第３アーム６５（アーム）とを追加したものである。
第３アーム６５は、上記第１変形例の第３アーム１５のアーム先端１５ｂを、アーム先端６５ｂに代えた点のみが異なる。
したがって、第３アーム６５のアーム基端１５ａは、上記第１変形例の第３アーム１５と同様にして第２関節１４と連結され、これにより、第３アーム６５のアーム軸線Ｏ１５も、アーム軸線Ｏ１３と第２回動軸Ｏ１４との交点を中心として、第２回動軸Ｏ１４回りに回動できるようになっている。
アーム先端６５ｂは、上記第２の実施形態のアーム先端１５ｂの処置部１６およびファイバ端面１７ｂを、図２２（ａ）、（ｂ）に示すように、処置部１６をアーム軸線Ｏ１５上、ファイバ端面１７ｂを距離ｈだけ平行移動して、第２関節１４に関して屈曲平面方向オフセットを構成する位置関係に移動したものである。
このようなアーム部６８の構成に応じて、本変形例のアーム情報供給部１１ｃは、「屈曲用関節が２個」、「冗長関節なし」、「オフセット量の大きさはｈ、オフセット方向は回動軸方向オフセット」という構成情報を伝達する。
図３１に示すように、制御部６Ｅは、上記第２の実施形態の初期化制御ユニット２０１Ｃに代えて初期化制御ユニット２０１Ｅ（初期化制御部）を備える点と、本体制御ユニット２００が、関節駆動モータ１４Ａに接続されて、関節駆動モータ１４Ａの駆動も行える点が、上記第２の実施形態の制御部６Ｃと異なる。
初期化制御ユニット２０１Ｅは、図３２に示すように、上記第２の実施形態の収束動作制御部２１５Ｃ、駆動量修正部２１３Ｃに代えて、収束動作制御部２１５Ｅ、駆動量修正部２１３Ｅを備える点と、駆動量修正部２１３Ｅが関節駆動モータ１４Ａに接続されて関節駆動モータ１４Ａの駆動量も修正できる点とが、上記第２の実施形態の初期化制御ユニット２０１Ｃと異なる。
収束動作制御部２１５Ｅ、駆動量修正部２１３Ｅが行う制御については、動作説明の中で説明する。
次に、手術支援ロボット１Ｅの動作について、本変形例の医療用マニピュレータの初期化方法を中心として説明する。
図３３は、本発明の第２の実施形態の変形例（第４変形例）の医療用マニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。図３４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の第２の実施形態の変形例（第４変形例）の医療用マニピュレータの初期化方法において、第１関節の収束動作の一例を説明する模式図である。図３５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の第２の実施形態の変形例（第４変形例）の医療用マニピュレータの初期化方法において、第１関節の収束動作の一例を説明する模式図である。
アーム部６８において、光軸ＯＬのオフセットは、最も近い第２関節１４に関しては回動軸方向オフセットであるが、第２関節１４の駆動量を固定して、第１関節１２によって駆動する場合を考えると、光軸ＯＬのオフセットは、第１関節１２に関して屈曲平面方向オフセットになっている。
このため、本変形例では、第１関節１２および第２関節１４を１つずつ駆動して、軌跡が収束する状態を形成し、これにより、アーム部６８の初期化を行う。
回動軸方向オフセットの方が、収束動作が簡素になるため、本変形例では、第１関節１２を固定して第２関節１４の駆動量を修正してから、第２関節１４を固定して、第１関節１２の駆動量を修正するようにしている。
具体的には、図３３に示すステップＳ８１〜Ｓ９０を図３３のフローにしたがって実行する。
ただし、上記第３変形例で説明したように、１関節の場合、屈曲平面方向オフセットを有していても収束させることができるから、この逆に駆動量を修正することも可能である。
ステップＳ８１〜Ｓ８５は、上記第２の実施形態において、アーム部４８を回動移動によって初期化する場合の動作に相当しており、アーム部６８の第１関節１２の角度は固定されている。具体的には、上記第１の実施形態のステップＳ１〜Ｓ５（図８参照）と略同様のステップである。
ステップＳ８１〜Ｓ８３は、収束動作制御部２１５Ｅの制御によって、第１関節１２の角度を固定した状態のアーム部６８を回転移動する点を除いて、上記ステップＳ１〜Ｓ３と同様のステップである。
ステップＳ８４は、収束判定部２１１Ｃによって、上記第１変形例の収束判定部２１１Ａが行う径の変化幅による収束判定を行うステップである。すなわち、上記ステップＳ２４（図１４参照）と同様のステップである。
本ステップで径が収束したと判定された場合は、ステップＳ８６に移行する。
本ステップで径が収束していないと判定された場合は、ステップＳ８５に移行する。
ステップＳ８５は、本変形例の駆動修正工程を構成するステップであり、図１０に示すように、上記第１の実施形態のステップＳ１１〜１６と略同様のステップＳ９１〜Ｓ９６を図１０のフローにしたがって実行することで行われる。
ステップＳ９１は、ステップＳ８４による判定に用いた軌跡を参照軌跡として記憶する以外は、ステップＳ１１と同様のステップである。
次にステップＳ９２を行う。本ステップは、第２関節１４の駆動量を試し駆動量に設定するステップである。
試し駆動量は、一定の駆動角と一定の方向とが、予め決められており、記憶部２１４に記憶されている。
駆動量修正部２１３Ｅは、記憶部２１４から試し駆動量を読み出して、関節駆動モータ１４Ａを駆動する駆動量に設定する。
以上でステップＳ９２が終了する。
次に、ステップＳ９３を行う。本ステップは、第１関節１２の角度を固定して第２関節１４の駆動を行う点を除いて、ステップＳ１３と同様ステップである。
次に行うステップＳ９４〜Ｓ９６は、ステップＳ１４〜Ｓ１６と同様のステップである。
ただし、本変形例では、アーム部６８の構成が第１の実施形態と異なるため、ビームスポットＢの移動方向は異なる。
参照軌跡の取得時のアーム部６８を内壁Ｓ側から基準軸線Ｏに沿って見ると、図３０（ａ）に記載の屈曲状態で回転する場合には、図３４（ａ）に模式的に示すように回転しており、図３０（ｂ）に記載の屈曲状態で回転する場合には、図３５（ａ）に模式的に示すように回転している。
このような状態から、ビームスポットＢの軌跡の径を縮小するには、第２関節１４を、図３４（ａ）の場合は図示矢印Ｕ１方向、図３５（ｂ）の場合は図示矢印Ｕ２方向に移動すればよい。それぞれ第２関節１４を逆方向に回動すると、ビームスポットＢの軌跡の径は拡大する。
すなわち、第２関節１４を回動すると、ファイバ端面１７ｂの回転円Ｃ１（図３４（ａ）参照）、回転円Ｃ２（図３５（ａ）参照）が縮小もしくは拡大するため、ビームスポットＢの軌跡もこれに対応して縮小または拡大する。
このため、ステップＳ９３〜Ｓ９６を繰り返すことで、上記第１の実施形態と同様にして、ビームスポットＢの軌跡の径を縮小する駆動量だけ、第２関節１４を駆動することができる。
ステップＳ９５によって、ビームスポットＢの位置が参照軌跡の内側に移動したことが判定されると、ステップＳ８５が終了し、ステップＳ８１に移行する。
このようにして、ステップＳ８１〜Ｓ８５を繰り返すと、ビームスポットＢの軌跡の径が最小になり、アーム軸線Ｏ１３、Ｏ１５が整列状態になる。
このとき、アーム部６８を回転駆動モータ４０Ａによって回転すると、図３４（ｂ）、図３５（ｂ）に示すように、ファイバ端面１７ｂの回転円が最小径Ｃ０になる。
これに応じてビームスポットＢの軌跡の径も最小径となるため、ステップＳ８４によって、ビームスポットＢの軌跡の径が収束したことが判定され、ステップＳ８６に移行する。
このような整列状態では、第２関節１４を駆動しない限り、第２アーム１３、第３アーム６５は、共通の軸線に沿って延ばされた１本のアームと同じである。このような整列状態は、上記第３変形例のアーム部５８の構成と実質的に同じである。
ステップＳ８６〜Ｓ９０は、アーム部６８において第２関節１４の角度を固定して第１関節１２を駆動する点以外は、上記第３変形例のステップＳ５９〜Ｓ６３（図２８参照）と同様のステップである。
これらのステップを繰り返して行うことにより、図３４（ｂ）、図３５（ｂ）に示す状態から、進退駆動モータ４０Ｂによって、アーム部６８を進退させて、光像のズレ量から光像のズレ量が収束するまで、第１関節１２による図示Ｒ方向の駆動を繰り返すことにより、それぞれ図３４（ｃ）、図３５（ｃ）に示す整列状態が形成される。
このようにして、アーム部６８において、アーム軸線Ｏ１３、Ｏ１５が基準軸線Ｏと整列してアーム部６８の整列状態が形成される。
本変形例の手術支援ロボット１Ｅによれば、上記のようにアーム部６８を初期化することができるため、アーム部６８の位置姿勢が既知の状態から制御を開始することができ、直感的な操作が可能となる。
本変形例は、冗長関節の関係にない２つの関節を有し、先端側の屈曲用関節に関して光軸ＯＬが屈曲平面方向にオフセットされた場合に初期化が行えることを示す例になっている。
［第５変形例］
次に、上記第２の実施形態の変形例（第５変形例）の医療用マニピュレータの初期化方法について説明する。
図３６は、本発明の第２の実施形態の変形例（第５変形例）の医療用マニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。
本変形例の医療用マニピュレータの初期化方法は、上記第４変形例の手術支援ロボット１Ｅのアーム部６８を、進退駆動モータ４０Ｂによる進退移動のみによって初期化する例である。
上記第２の実施形態で説明したように、１関節の場合、回動軸方向オフセットを有している場合に、回転移動で軌跡を取得しても、進退移動で軌跡を取得しても収束させることができるから、上記第４変形例におけるステップＳ８１〜Ｓ８５は、進退移動による収束動作に置き換えることが可能である。
以下、上記第４変形例と異なる点を中心に説明する。
本変形例の医療用マニピュレータの初期化方法は、図３６に示すステップＳ１０１〜Ｓ１１０を図３６のフローにしたがって実行する。
ステップＳ１０１〜Ｓ１０５は、アーム部６８の第１関節１２の角度を固定して、第２関節１４を駆動する点を除いて、上記第４変形例のステップＳ８６〜Ｓ９０と同様なステップである。
ステップＳ１０６〜Ｓ１１０は、上記第４変形例のステップＳ８６〜Ｓ９０と同様なステップである。
このため、詳しい説明は省略するが、このようなステップを繰り返すことによっても、アーム部６８を整列状態とすることができることは、上記の説明から容易に理解される。
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態の医療用マニピュレータおよび医療用マニピュレータの初期化方法について説明する。
図３７は、本発明の第３の実施形態の医療用マニピュレータの主要部の構成を示す正面視の模式図である。図３８は、本発明の第３の実施形態の医療用マニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。図３９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の第３の実施形態の医療用マニピュレータの初期化方法の収束動作の一例を説明する模式図である。図４０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図３９（ｃ）に続く収束動作の一例を説明する模式図である。
図１に示すように、本実施形態の手術支援ロボット１Ｆ（医療用マニピュレータ）は、上記第１の実施形態の第１変形例の術具１８Ａ、制御部６Ａ代えて、術具１８Ｆ、制御部６Ｆを備える。
以下、上記第１の実施形態の第１変形例と異なる点を中心に説明する。
術具１８Ｆは、図３７に主要部を模式的に示すように、上記第１変形例の回転駆動モータ１０に代えて、上記第２の実施形態と同様の移動部４０を備え、アーム部２８に代えて、アーム部７８を備える。
アーム部７８は、上記第１変形例のアーム部２８の第２関節１４を、第２回動軸Ｏ１４が第１回動軸Ｏ１２と平行になるように設けた点のみが、アーム部２８と異なる。
このような関節を本明細書では冗長関節と称することとし、以下では、冗長関節として互いに区別するために、後述するフローチャートでは、一方を第１冗長関節、他方を第２冗長関節と称している。アーム部７８において、第１関節１２、第２関節１４をそれぞれどちらに割り当てるかは、後述するように任意である。
このため、第１関節１２によりアーム軸線Ｏ１３が掃く屈曲平面と、第２関節１４によりアーム軸線Ｏ１５が掃く屈曲平面とは、同一平面（図３７の紙面に相当）になっている。これにより、第３アーム１５は、第１関節１２および第２関節１４のいずれが駆動されても、屈曲平面内で移動され、本実施形態における第１関節１２と第２関節１４とは互いに冗長関係になっている。
なお、多数の屈曲用関節を有する場合には、本明細書では、アーム部の各アームの軸線を一直線上に整列したとき、屈曲用関節の回動軸が平行な関係にある関節を冗長関節と称する。
このようなアーム部７８の構成に応じて、本実施形態のアーム情報供給部１１ｃは、「屈曲用関節が２個」、「冗長関節あり」、「オフセット量は０」というアーム部７８の構成情報を伝達する。
図３１に示すように、制御部６Ｆは、上記第１変形例の初期化制御ユニット２０１Ａに代えて初期化制御ユニット２０１Ｆを備える点と、本体制御ユニット２００が、移動部４０の回転駆動モータ４０Ａ、進退駆動モータ４０Ｂに接続されてこれらの駆動も行える点が、上記第１変形例の制御部６Ａと異なる。
初期化制御ユニット２０１Ｆは、図３２に示すように、上記第１変形例の収束動作制御部２１５Ａ、軌跡取得制御部２１０、収束判定部２１１Ａ、駆動量修正部２１３に代えて、収束動作制御部２１５Ｆ、軌跡取得制御部２１０Ｃ、収束判定部２１１Ｃ、駆動量修正部２１３Ｆを備える点が、上記第１変形例の初期化制御ユニット２０１Ａと異なる。
本実施形態の軌跡取得制御部２１０Ｃ、収束判定部２１１Ｃは、収束動作制御部２１５Ｆからの制御信号に応じて制御される点を除いて、上記第２の実施形態の軌跡取得制御部２１０Ｃ、収束判定部２１１Ｃと同じものである。
収束動作制御部２１５Ｆ、駆動量修正部２１３Ｆが行う制御の説明は、動作説明とともに行う。
次に、手術支援ロボット１Ｆの動作について、本変形例の医療用マニピュレータの初期化方法を中心として説明する。
図３８は、本発明の第３の実施形態の医療用マニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。図３９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の第３の実施形態の医療用マニピュレータの初期化方法の収束動作の一例を説明する模式図である。
第１関節１２と第２関節１４とは、屈曲平面が同じであるため、屈曲状態のアーム部７８を回転移動してビームスポットＢが内壁Ｓ上の点Ｐ０に収束したとしても、第１関節１２および第２関節１４の角度は種々の値を取り得る。
また、屈曲状態のアーム部７８を進退移動する場合、整列状態の判定は可能になるが、光像のズレ量から駆動量を修正する場合に、屈曲状態が把握できないと、駆動修正量を２つの冗長関節にどのように割り振ったらよいか決めることができない。
これに対して、一方の関節のみを進退移動のみで繰り返し修正すると（上記第２変形例参照）、例えば、第２関節１４を修正した場合には、図３７に示す屈曲状態から、図３９（ａ）に示すように、アーム軸線Ｏ１５が基準軸線Ｏに平行な状態が得られる。しかし、これは、アーム部７８としては、依然として屈曲状態である。したがって、次に第１関節１２の駆動量を修正して進退移動を行っても、この屈曲状態以外には収束させることができない。
そこで、本実施形態では、一組の冗長関節の駆動量を交代に修正するとともに、アーム部の回転移動と進退移動とを交互に繰り返して行うことにより、第１の収束状態かつ第２の収束状態となる整列状態を得る。
具体的には、図３８に示すステップＳ１１１〜Ｓ１２０を図３８のフローにしたがって実行する。一組の冗長関節はどちらを先に駆動してもよいが、図３８では、アーム部の回転移動により先行して駆動量を修正する冗長関節を第１冗長関節、アーム部の進退移動により後行して駆動量を修正する冗長関節を第２冗長関節と称している。
以下では、一例として、先端側の第２関節１４を第１冗長関節、基端側の第１関節１２を第２冗長関節とする場合の例で説明する。
逆に、基端側の第１関節１２を第１冗長関節、先端側の第２関節１４を第２冗長関節とすることも可能である。この場合、基端側の第１関節１２を回動する方が回動半径が大きくなり、ビームスポットＢの移動量が大きくなる。
例えば、撮像部９の撮像視野が狭い場合などの理由で、ビームスポットＢの移動量をより小さくするためには、第２関節１４を第１冗長関節、第１関節１２を第２冗長関節とすることが好ましい。
ステップＳ１１１〜Ｓ１１５は、収束動作制御部２１５Ｆ、および駆動量修正部２１３によって制御が行われる点と、第２冗長関節である第１関節１２を固定して、第１冗長関節である第２関節１４の駆動量を修正する点を除いて、上記第１変形例のステップＳ２１〜Ｓ２５（図１４参照）と同様のステップである。
ステップＳ１１５における駆動量修正部２１３Ｆの動作は、上記第１変形例の駆動量修正部２１３と同様な動作である。
例えば、アーム部７８が図３７に示すような屈曲状態であると、これらのステップを何回か繰り返すことにより、図３９（ａ）に示すように、第２関節１４の駆動量が修正されて、アーム軸線Ｏ１５の基準軸線Ｏに対する角度が修正されていく。そして、図３９（ｂ）に示すように、ビームスポットＢの位置が内壁Ｓ上の点Ｐ０に収束する。このとき、基準軸線Ｏとアーム軸線Ｏ１３、Ｏ１５とのなす角をそれぞれθ１３、θ１５とする。
これにより、ステップＳ１１４において、収束判定部２１１Ｃによって、第１の収束状態であると判定され、収束動作制御部２１５Ｆの制御がステップＳ１１６に移行する。
ステップＳ１１１〜Ｓ１１５は、第２冗長関節の角度を固定して、アーム部の回転移動を行う軌跡取得工程と、収束判定量算出工程、収束判定工程と、径がより小さくなるように駆動量を求めて、この駆動量で第１冗長関節を駆動する駆動量修正工程と、を有し、収束判定工程によって第１の収束状態であると判定された場合に終了する第１収束工程を構成している。
ステップＳ１１６〜Ｓ１１９は、収束動作制御部２１５Ｆ、および駆動量修正部２１３Ｆによって制御が行われる点と、アーム部７８の第１冗長関節である第２関節１４の角度を固定して第２冗長関節である第１関節１２を駆動する点と、以外は、上記第３変形例のステップＳ５９〜Ｓ６２（図２８参照）と同様のステップである。
例えば、ステップＳ１１６によって、図３９（ｂ）の第１の収束状態から、図３９（ｃ）に示すように、移動部４０の進退駆動モータ４０Ｂ（図示略）を駆動して、アーム部７８を内壁Ｓの方に前進させる。
これにより、ステップＳ１１７では、ビームスポットＢがビームスポットＢ’に移動する軌跡が取得される。
次に、ステップＳ１１８では、ビームスポットＢ’のズレ量を計算して、移動方向が図３９（ｃ）における図示上方であるとの情報が得られる。このため、ステップＳ１１９では、第２の収束状態ではないと判定されて、収束動作制御部２１５Ｆの制御は、ステップＳ１２０に移行する。
ステップＳ１２０は、第２冗長関節の駆動修正工程を構成するステップであり、図２０に示すステップＳ１２１〜Ｓ１２３を図２０のフローにしたがって実行することで行われる。
ステップＳ１２１は、光像のズレ方向から駆動方向を設定するステップである。
駆動量修正部２１３Ｆは、収束判定部２１１Ｃで計算されたビームスポットＢ’のズレ量に基づいて、第１関節１２の駆動方向を設定する。
例えば、図３９（ｃ）に示すように、アーム部７８の前進により、ビームスポットＢ’が、点Ｐ０から図示上方側に移動した場合、第２関節１４は、基準軸線Ｏの上側に位置している。このため、整列状態に近づけるには、第２関節１４を基準軸線Ｏに近づけるように、第１関節１２を第１回動軸Ｏ１２回りに図示時計回りに回動すればよいことが分かる。
設定した駆動方向は、駆動量修正部２１３Ｆの記憶領域に時系列で記憶しておく。
以上で、ステップＳ１２１が終了する。
次にステップＳ１２２を行う。本ステップは、駆動量の大きさを設定するステップである。
第１関節１２の駆動量の大きさは、初回は予め設定した所定値を設定し、以下、１つの冗長関節について本ステップを実行するたびに、記憶領域に記憶された駆動方向を参照して、駆動方向が変化した際には、駆動量の大きさを減少する。これは、駆動方向が変化すると、第２関節１４が基準軸線Ｏを通り過ぎたこと、すなわち第２アーム１３が整列状態を行き過ぎたことを意味するためである。
以上でステップＳ１２２が終了する。
次に、ステップＳ１２３を行う。本ステップは、ステップＳ１２１で設定された駆動量で第１関節１２を駆動するステップである。
駆動量修正部２１３Ｆは、設定済みの駆動量（大きさと方向）に対応する駆動指令値を第１関節１２に送出する。これにより、第１関節１２が駆動される。
これにより、例えば、図４０（ａ）に示すように、例えば、第２アーム１３と基準軸線Ｏとのなす角が、θ１３’（ただし、θ１３’＜θ１３）となる。一方、第２関節１４の角度は固定されているため、光軸ＯＬは第１回動軸Ｏ１２回りに回動して、図示下方にビームスポットＢ’’が移動し、ビームスポットＢ’’が点Ｐ０から外れた状態になる。
以上で、ステップＳ１２３が終了する。これにより、図３８のステップＳ１２０が終了し、ステップＳ１１１に移行することになる。
このようなステップを繰り返すと、例えば、次に行われるステップＳ１１１〜Ｓ１１５では、図４０（ａ）示す屈曲状態から、図４０（ｂ）に示すように、ステップＳ１１５によって第２関節１４の駆動量が修正されることで、点Ｐ０にビームスポットＢが収束する状態が得られる。このとき、アーム軸線Ｏ１３、Ｏ１５と基準軸線Ｏとのなす角は、それぞれθ１３’、θ１５’（ただし、θ１５’＜θ１５）となるため、より整列状態に近づいた屈曲状態となる。
したがって、ステップＳ１１１〜ステップＳ１２０を繰り返すことにより、図４０（ｃ）に示すように、アーム軸線Ｏ１３、Ｏ１５と基準軸線Ｏとが整列状態になる。この場合、ステップＳ１１９において進退移動時の第２の収束状態が判定されるため、初期化動作が終了する。
ステップＳ１１６〜Ｓ１２０は、第１冗長関節の角度を固定して、アーム部の進退移動を行う軌跡取得工程と、収束判定量算出工程、収束判定工程と、ズレ量がより小さくなるように駆動量を求めてこの駆動量で第２冗長関節を駆動する駆動量修正工程と、を有し、収束判定工程によって第２の収束状態であると判定された場合に終了する第２収束工程を構成している。
また、ステップＳ１１１〜Ｓ１２０は、第１収束工程および第２収束工程をこの順に繰り返し行って、第２収束工程の収束判定工程で軌跡が収束したと判定された場合に一組の冗長関節の初期化を終了する工程を構成している。
本実施形態の手術支援ロボット１Ｆによれば、上記のようにアーム部７８を初期化することができるため、アーム部７８の位置姿勢が既知の状態から制御を開始することができ、直感的な操作が可能となる。
本実施形態は、冗長関節を有し、オフセット量が０の場合の、初期化動作の一例になっている。
本実施形態の初期化動作によれば、駆動量を修正して、回転移動による軌跡と、進退移動による軌跡を繰り返すことにより、初期化動作を行うため、第１関節１２および第２関節１４における駆動指令値と実動作の回動量の大きさとの関係が不明であっても初期化動作が可能である。例えば、本実施形態では、第１関節１２および第２関節１４が第１アーム１１の軟性部に挿通された駆動ワイヤ等の駆動力伝達線材を介して駆動されるため、軟性部の湾曲形状によっては、移動部４０の動作量に対して先端の動作量が変化することがある。例えば、駆動ワイヤの抵抗負荷が変化して駆動ワイヤが伸張することも考えられる。この場合には、駆動指令値に対する第１関節１２および第２関節１４の実動作の回動量の大きさが不明になる。
［第６変形例］
次に、上記第３の実施形態の変形例（第６変形例）の医療用マニピュレータおよび医療用マニピュレータの初期化方法について説明する。
本変形例は、上記第３の実施形態における初期化方法の変形例であり、図１に示すように、本実施形態の手術支援ロボット１Ｇ（医療用マニピュレータ）は、上記第３の実施形態の制御部６Ｆ代えて、制御部６Ｇを備える。
以下、上記第３の実施形態と異なる点を中心に説明する。
図３１に示すように、制御部６Ｇは、上記第３の実施形態の初期化制御ユニット２０１Ｆに代えて、初期化制御ユニット２０１Ｇを備える。
初期化制御ユニット２０１Ｇは、図３２に示すように、上記第３の実施形態の収束動作制御部２１５Ｆ、駆動量修正部２１３Ｆに代えて、収束動作制御部２１５Ｇ、駆動量修正部２１３Ｇを備える。
収束動作制御部２１５Ｇ、駆動量修正部２１３Ｇが行う制御については、動作説明の中で説明する。
次に、手術支援ロボット１Ｇの動作について、本変形例の医療用マニピュレータの初期化方法を中心として説明する。
図４１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の第３の実施形態の変形例（第６変形例）の医療用マニピュレータの初期化方法の動作説明図である。図４２は、本発明の第３の実施形態の変形例（第６変形例）の医療用マニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。図４３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、本発明の第３の実施形態の変形例（第６変形例）の医療用マニピュレータの初期化方法において、冗長関節の駆動量修正時の駆動方向の設定方法を説明する模式図である。
本変形例では、例えば、図３７に示すようなアーム部７８の屈曲状態から、図４１（ａ）に示すような、アーム軸線Ｏ１５と基準軸線Ｏとが平行になる状態（以下、「平行化状態」と称する）を形成する（以下、「平行化動作」と称する場合がある）。そして、この平行化状態から、第１関節１２および第２関節１４の駆動量を同じ大きさで反対の駆動方向に駆動を繰り返すこと（以下、「直線化動作」と称する場合がある）で、図４１（ｃ）に示す整列状態を形成する。
ただし、本変形例では、駆動量修正部２１３Ｇによって生成される、駆動量の大きさが同じで駆動方向が異なる駆動指令値に対して、少なくとも、第１関節１２および第２関節１４の実動作における駆動量の大きさが一定の許容範囲内に収まるように、略一致（一致する場合も含む）する場合に好適な初期化方法である。
具体的には、図４２に示すステップＳ１３１〜Ｓ１４０を図４２のフローにしたがって実行する。
本変形例では、上記第３の実施形態と同様に、一組の冗長関節はどちらを先に駆動してもよいが、図４２では、平行化状態を形成するために先行して駆動量を修正する冗長関節を第１冗長関節と称し、直線化動作を開始するまでは角度が固定される冗長関節を第２冗長関節と称している。
以下では、一例として、先端側の第２関節１４を第１冗長関節、基端側の第１関節１２を第２冗長関節とする場合の例で説明する。
ステップＳ１３１〜Ｓ１３４は、収束動作制御部２１５Ｇ、および駆動量修正部２１３Ｇによって制御が行われる点と、第２冗長関節である第１関節１２を固定して、第１冗長関節である第２関節１４の駆動量を修正する点を除いて、上記第３の実施形態のステップＳ１１６〜Ｓ１１９（図３８参照）と同様のステップである。
ステップＳ１３５における駆動量修正部２１３Ｇの動作は、アーム軸線Ｏ１３と基準軸線Ｏとを平行化状態に近づけるように、第２関節１４の駆動量を修正するステップであり、駆動方向の判定方法が、上記第３の実施形態のステップＳ１２０とは異なる。
具体的には、図２０のステップＳ１４１〜Ｓ１４３を図２０のフローにしたがって実行する。
ステップＳ１４１は、光像のズレ方向から駆動方向を設定するステップである。
まず、本ステップにおいて駆動方向を設定する原理について説明する。
屈曲状態にあるアーム部７８とビームスポットＢとの位置関係は、図４３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す４パターンに分類される。
図４３（ａ）に示すのは、基準軸線Ｏに関して、第２関節１４が図示上側、かつビームスポットＢが平行化状態よりも図示上側の場合である。この場合、第１関節１２は図示時計回りに回動させる必要がある。
図４３（ｂ）に示すのは、基準軸線Ｏに関して、第２関節１４が図示上側、かつビームスポットＢが平行化状態よりも図示下側の場合である。この場合、第１関節１２は図示反時計回りに回動させる必要がある。
図４３（ｃ）に示すのは、基準軸線Ｏに関して、第２関節１４が図示下側、かつビームスポットＢが平行化状態よりも図示上側の場合である。この場合、第１関節１２は図示時計回りに回動させる必要がある。
図４３（ｄ）に示すのは、基準軸線Ｏに関して、第２関節１４が図示下側、かつビームスポットＢが平行化状態よりも図示下側の場合である。この場合、第１関節１２は図示反時計回りに回動させる必要がある。
これらのパターンごとの駆動方向は、移動部４０の進退駆動モータ４０Ｂによってアーム部７８を進退した際のビームスポットＢのズレ方向から分かる。
例えば、アーム部７８を内壁Ｓに向かって前進した場合は、ビームスポットＢのズレ方向（図示の縦矢印）に沿って第３アーム１５を回動する方向になっている。
アーム部７８を後退した場合は、反対の方向になる。
駆動量修正部２１３Ｇは、このような進退移動時におけるビームスポットＢのズレ方向と第２関節１４の回動方向との対応を、例えば、テーブルとして記憶している。
本ステップでは、駆動量修正部２１３Ｇは、収束判定部２１１Ｃから送出されるビームスポットＢのズレ方向の情報の送出を受けると、このテーブルを参照して、第２関節１４の駆動方向を設定する。
設定した駆動方向は、駆動量修正部２１３Ｇの記憶領域に時系列で記憶しておく。
以上で、ステップＳ１４１が終了する。
次に、ステップＳ１４２を行う。本ステップは、駆動量の大きさを設定するステップである。
第２関節１４の駆動量の大きさは、初回は予め設定した所定値とし、以下、１つの冗長関節について本ステップを実行するたびに、記憶領域に記憶された駆動方向を参照して、駆動方向が変化した際には、駆動量の大きさを減少する。これは、駆動方向が変化するということは、第３アーム１５が平行化状態を行き過ぎたことを意味するためである。
以上で、ステップＳ１４２が終了する。
次に、ステップＳ１４３を行う。本ステップは、ステップＳ１４１で設定された駆動量で第２関節１４を駆動するステップである。
駆動量修正部２１３Ｇは、設定済みの駆動量（大きさと方向）に対応する駆動指令値を第２関節１４に送出する。これにより、第２関節１４が駆動される。
以上で、ステップＳ１４３が終了する。これにより、図４２のステップＳ１３５が終了し、ステップＳ１３１に移行することになる。
このようなステップを繰り返すと、図４１（ａ）示す平行化状態の屈曲状態となる。この場合、ステップＳ１３４において進退移動時の第２の収束状態が判定されるため、収束動作制御部２１５Ｇの制御はステップＳ１３６に移行する。
ステップＳ１３１〜Ｓ１３５は、第２冗長関節の角度を固定して、アーム部の進退移動を行う軌跡取得工程と、収束判定量算出工程、収束判定工程と、ズレ量がより小さくなるように第１冗長関節の駆動量を求めて、この駆動量で第１冗長関節を駆動する駆動量修正工程と、を有し、収束判定工程によって第２の収束状態であると判定された場合に終了して、光軸と前記基準軸線とを平行にする平行化工程を構成している。
ステップＳ１３６〜Ｓ１３９は、収束動作制御部２１５Ｇ、および駆動量修正部２１３Ｇによって制御が行われる点と、第１冗長関節である第２関節１４を固定して、第２冗長関節である第１関節１２の駆動量を修正する点を除いて、上記第１変形例のステップＳ２１〜Ｓ２４（図１４参照）と同様のステップである。
したがって、ステップＳ１３６〜Ｓ１３９が行われることで、図４１（ａ）の平行化状態で、ビームスポットＢの軌跡が取得され、軌跡の径が計算される。軌跡の径の変化量の判定が行われる。
ステップＳ１４０は、本変形例の駆動修正工程を構成するステップであり、光軸ＯＬと基準軸線Ｏとの距離が近づいて軌跡の径がより小さくなるように、第１冗長関節と第２冗長関節とが互いに逆向きに同じ角度だけ屈曲する駆動量を求めて、この駆動量で第１冗長関節と第２冗長関節とをそれぞれ駆動するステップである。
具体的には、図１０に示すように、ステップＳ１５１〜Ｓ１５６を図１０のフローにしたがって実行すること行われる。
ステップＳ１５１〜Ｓ１５６は、駆動量修正部２１３Ｇによって制御が行われる点と、第１関節１２と第２関節１４の駆動量を同じ大きさで互いに逆方向に修正して行く点以外は、上記第２の実施形態の第４変形例におけるステップＳ９１〜Ｓ９６と同様のステップである。
ステップＳ１５２では、適宜の大きさで駆動方向が互いに反対の試し駆動量を第１関節１２および第２関節１４に設定し、ステップＳ１５３において、第１関節１２および第２関節１４を駆動する。
ステップＳ１５４、Ｓ１５５では、ステップＳ９４、Ｓ９５と全く同様の動作を行う。
次にステップＳ１５６では、ステップＳ９６と同様の駆動量であって、駆動方向が互いに反対の駆動量を第１関節１２および第２関節１４に設定する。
例えば、図４１（ａ）に示す平行化状態では、ステップＳ１５６において、図４１（ｂ）に示すように、第１関節１２をΔθだけ図示時計回りに回動し、第２関節１４をΔθだけ図示反時計回りに回動する駆動量が設定される。
ステップＳ１５３では、このような駆動量で、第１関節１２および第２関節１４が駆動される結果、図４１（ｂ）に示すように、基準軸線Ｏとアーム軸線Ｏ１３との距離が減少した状態の平行化状態が実現される。このため、ステップＳ１５５で参照軌跡の内側であることが判定されて、図４２のステップＳ１４０が終了し、ステップＳ１３６に移行することになる。
このため、ステップＳ１３６〜Ｓ１４０を繰り返すことにより、アーム部７８は、平行化状態を保った状態で、基準軸線Ｏと第２アーム１３との距離が漸次小さくなり、図４１（ｃ）に示すように、アーム軸線Ｏ１３、Ｏ１５が基準軸線Ｏと整列してアーム部６８の整列状態が形成される。
この場合、ステップＳ１３９において回転移動時の第１の収束状態が判定されるため、初期化動作が終了する。
ステップＳ１３６〜Ｓ１４０は、アーム部の回転移動を行う軌跡取得工程と、収束判定量算出工程、収束判定工程と、光軸と基準軸線との距離が近づいて軌跡の径がより小さくなるように、第１冗長関節と第２冗長関節とが互いに逆向きに同じ角度だけ屈曲する駆動量を求めて、この駆動量で第１冗長関節と第２冗長関節とをそれぞれ駆動する駆動量修正工程と、を有し、収束判定工程によって第１の収束状態であると判定された場合に終了する直線化工程を構成している。
また、ステップＳ１３１〜Ｓ１４０は、平行化工程、および直線化工程をこの順に行って、直線化工程の収束判定工程で軌跡が収束したと判定された場合に一組の冗長関節の初期化を終了する工程になっている。
本変形例の手術支援ロボット１Ｇによれば、上記のようにアーム部７８を初期化することができるため、アーム部７８の位置姿勢が既知の状態から制御を開始することができ、直感的な操作が可能となる。
本実施形態は、冗長関節を有し、オフセット量が０の場合の、初期化動作の一例になっている。
本実施形態の初期化動作によれば、平行化状態を保って初期化を行えるため、迅速な収束が可能となる。また、上記第３の実施形態に比べると、駆動量を修正する際に、アーム部７８の屈曲状態の変化が少なくて済むため、初期化に必要なスペースが少なくて済む。
本変形例では、第１関節１２および第２関節１４における駆動指令値と実動作の回動量の大きさが、駆動量の大きさに関して略一致（一致する場合を含む）していればさえすれば、駆動指令値と実動作の回動量との関係が不明であっても初期化動作が可能である。
［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態の医療用マニピュレータおよび医療用マニピュレータの初期化方法について説明する。
図４４（ａ）、（ｂ）は、本発明の第４の実施形態の医療用マニピュレータの主要部の構成を示す正面視、および平面視の模式図である。
図１に示すように、本実施形態の手術支援ロボット１Ｈ（医療用マニピュレータ）は、上記第２の実施形態の第４変形例の術具１８Ｅ、制御部６Ｅに代えて、術具１８Ｈ、制御部６Ｈを備える。
以下、上記第２の実施形態の第４変形例と異なる点を中心に説明する。
術具１８Ｈは、図４４（ａ）、（ｂ）に主要部を模式的に示すように、上記第４変形例のアーム部６８に代えて、アーム部８８を備える。
アーム部８８は、上記第４変形例のアーム部６８の第１関節１２を、第１回動軸Ｏ１２が第２関節１４と平行になるように設けた点のみが、アーム部７８と異なる。
このため、第１関節１２によりアーム軸線Ｏ１３が掃く屈曲平面と、第２関節１４によりアーム軸線Ｏ１５が掃く屈曲平面とは、同一平面（図４４（ｂ）の紙面に相当）になっている。これにより、第３アーム６５は、第１関節１２のいずれが駆動されても、屈曲平面内で移動され、本実施形態における第１関節１２と第２関節１４とは、上記第２実施形態の場合と同様に、互いに冗長関係になっている。
このようなアーム部８８の構成に応じて、本実施形態のアーム情報供給部１１ｃは、「屈曲用関節が２個」、「冗長関節あり」、「オフセット量の大きさはｈ、オフセット方向は回動軸方向オフセット」というアーム部８８の構成情報を伝達する。
このように、アーム部８８は、上記第３の実施形態のアーム部７８の第３アーム１５を第３アーム６５に代えることにより、光軸ＯＬをアーム軸線Ｏ１３に対して回転軸方向オフセットを形成した構成になっている。
このため、図４４（ｂ）に示すように、第１回動軸Ｏ１２および第２回動軸Ｏ１４に沿う方向からアーム部８８を見ると、基準軸線Ｏに対する、第１回動軸Ｏ１２、第２回動軸Ｏ１４、光軸ＯＬの位置関係は、アーム部７８（図３７参照）における位置関係と全く同様である。
図３１に示すように、制御部６Ｈは、上記第４変形例の初期化制御ユニット２０１Ｅに代えて初期化制御ユニット２０１Ｈを備える点が、上記第４変形例の制御部６Ｅと異なる。
初期化制御ユニット２０１Ｈは、図３２に示すように、上記第１変形例の収束動作制御部２１５Ｅ、駆動量修正部２１３Ｅに代えて、収束動作制御部２１５Ｈ、駆動量修正部２１３Ｈを備える点が、上記第４変形例の初期化制御ユニット２０１Ｅと異なる。
収束動作制御部２１５Ｈは、上記第３の実施形態の収束動作制御部２１５Ｆと上記第６変形例の収束動作制御部２１５Ｇとの両方の機能を備えている。
駆動量修正部２１３Ｈは、上記第３の実施形態の駆動量修正部２１３Ｆと上記第６変形例の駆動量修正部２１３Ｇとの両方の機能を備えている。
次に、手術支援ロボット１Ｈの動作について、本変形例の医療用マニピュレータの初期化方法を中心として説明する。
アーム部８８のオフセットは、冗長関節に対して回転軸方向オフセットになっている。このため、上記第２の実施形態で１関節の場合の例で説明したように、回転移動時の軌跡が一点に収束せず最小径に収束する点を除けば、オフセット量が０の場合と同様にして初期化を行うことができる。
したがって、アーム部８８の場合、同様な２つの冗長関節を有する上記第３の実施形態または上記第６変形例の場合と同様にして初期化を行うことができる。このことは、屈曲平面に直交する方向から見た動作説明図（図３９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図４０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図４１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図４３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）参照）におけるアーム部８８の動作が、アーム部７８と全く同様になることでも明らかである。
このため、本実施形態の収束動作制御部２１５Ｈは、モード切替スイッチ２ｅの操作入力により、上記第３の実施形態の収束動作と、上記第６変形例の収束動作とを選択できるようになっている。
収束動作制御部２１５Ｈは、上記第３の実施形態の初期化方法を行う場合は、図３８に示すステップＳ１１１〜Ｓ１２０を実行し、上記第６変形例の初期化方法を行う場合には、図４２に示すステップＳ１３１〜Ｓ１４０を実行する。
このようにして、アーム部８８は、上記第３の実施形態または上記第６変形例と同様にして初期化することができる。
本実施形態の手術支援ロボット１Ｈによれば、上記のようにアーム部８８を初期化することができるため、アーム部８８の位置姿勢が既知の状態から制御を開始することができ、直感的な操作が可能となる。
本実施形態は、冗長関節を有し、オフセット量が０の場合の、初期化動作の一例になっている。
［第７変形例］
次に、上記第４の実施形態の変形例（第７変形例）の医療用マニピュレータおよび医療用マニピュレータの初期化方法について説明する。
図４５は、本発明の第４の実施形態の変形例（第７変形例）の医療用マニピュレータの主要部の構成を示す正面視の模式図である。図４６は、本発明の第４の実施形態の変形例（第７変形例）の医療用マニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。図４７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の第４の実施形態の変形例（第７変形例）の医療用マニピュレータの初期化動作を説明する模式図である。図４８は、本発明の第４の実施形態の変形例（第７変形例）の医療用マニピュレータ初期化方法におけるアーム軸整列工程のフローを示すフローチャートである。
図１に示すように、本実施形態の手術支援ロボット１Ｊ（医療用マニピュレータ）は、上記第４の実施形態の第４変形例の術具１８Ｈ、制御部６Ｈに代えて、術具１８Ｊ、制御部６Ｊを備える。
以下、上記第４の実施形態と異なる点を中心に説明する。
術具１８Ｊは、図４５に主要部を模式的に示すように、上記第４変形例のアーム部６８に代えて、アーム部９８を備える。
アーム部９８は、上記第４の実施形態のアーム部８８の第３アーム６５に代えて、第３アーム９５（アーム）を備える。
第３アーム９５は、第３アーム９５のアーム基端１５ａを、アーム軸線Ｏ１３回りに９０°回転して、第２関節１４に連結した点のみが異なる。
このため、第３アーム９５のファイバ端面１７ｂは、図４５に示すように、ファイバ端面１７ｂは、第２関節１４に関して屈曲平面方向オフセットを構成する位置関係に配置されている。ただし、図２２（ａ）、（ｂ）に示すように、処置部１６が基準軸線Ｏ上、ファイバ端面１７ｂが距離ｈだけ平行移動しているという位置関係は、アーム部８８と同じである。
このようなアーム部９８の構成に応じて、本変形例のアーム情報供給部１１ｃは、「屈曲用関節が２個」、「冗長関節あり」、「オフセット量の大きさはｈ、オフセット方向は屈曲平面方向オフセット」という構成情報を伝達する。
図３１に示すように、制御部６Ｊは、上記第４の実施形態の初期化制御ユニット２０１Ｈに代えて初期化制御ユニット２０１Ｊ（初期化制御部）を備える点が異なる。
初期化制御ユニット２０１Ｊは、図３２に示すように、上記第４の実施形態の収束動作制御部２１５Ｈ、駆動量修正部２１３Ｈに代えて、収束動作制御部２１５Ｊ、駆動量修正部２１３Ｊを備える点が、上記第４の実施形態の初期化制御ユニット２０１Ｈと異なる。
収束動作制御部２１５Ｊ、駆動量修正部２１３Ｊが行う制御については、動作説明の中で説明する。
次に、手術支援ロボット１Ｊの動作について、本変形例の医療用マニピュレータの初期化方法を中心として説明する。
図４６は、本発明の第４の実施形態の変形例（第７変形例）の医療用マニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。図４７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の第４の実施形態の変形例（第７変形例）の医療用マニピュレータの初期化方法の初期化動作を説明する模式図である。図４８は、本発明の第４の実施形態の変形例（第４変形例）の医療用マニピュレータの初期化方法におけるアーム軸線整列工程のフローを示すフローチャートである。
本変形例において、アーム部９８の初期化を行うには、図４６に示すステップＳ１６１〜Ｓ１７１を図４６のフローにしたがって実行する。
ステップＳ１６１〜Ｓ１６５は、第１関節１２の角度を固定して、アーム部９８の回転移動を行って取得した軌跡の径がより小さくなるように駆動量を求めて、この駆動量で第２関節１４を駆動し、第１の収束状態であると判定された場合に終了する第１収束工程である。本工程は、上記第３の実施形態の第１収束工程と同様にして行われる。
上記第３の実施形態で説明したように、アーム部７８のようにオフセット量が０の場合、２つの冗長関節を有していても、一方の冗長関節を固定して、回転移動による軌跡を取得することで、ビームスポットＢを点Ｐ０に収束させる収束動作が可能である。
アーム部９８は、屈曲平面方向オフセットを有しているため、光軸ＯＬとアーム軸線Ｏ１５は屈曲平面内で移動し互いに平行な位置関係を保っている。このため、図４５に二点鎖線で示すように、第２回動軸Ｏ１４と内壁Ｓ上のビームスポットＢとを結ぶ直線ｔは、アーム軸線Ｏ１５に対して傾斜している。
したがって、この位置関係のアーム部９８は、直線ｔ上に光軸ＯＬを有するオフセット量０のアーム部７８と等価である。
上記第３の実施形態の初期化方法は、屈曲用関節の角度が不明でも、駆動量の修正を繰り返すことで収束させることができる方法であるから、アーム部７８と同様にして、アーム部９８もビームスポットＢを点Ｐ０に収束させることができる。
ステップＳ１６１〜Ｓ１６５は、収束動作制御部２１５Ｊ、および駆動量修正部２１３Ｊによって制御が行われる点を除いて、上記第３の実施形態のステップＳ１１１〜Ｓ１１５（図３８参照）と同様のステップである。
これらのステップにより、例えば、アーム部９８は、図４５に示す屈曲状態から、図４７（ａ）に示すように、ビームスポットＢが点Ｐ０に収束する第１の収束状態になる。
ステップＳ１６４によってこの第１の収束状態であると判定されると、収束動作制御部２１５ＪはステップＳ１６６に移行する。
ステップＳ１６６〜Ｓ１７０は、第２関節１４の角度を固定して、アーム部９８の進退移動を行って取得した軌跡の光像のズレ量がより小さくなるように駆動量を求めて、この駆動量で第１関節１２を駆動し、第２の収束状態であると判定された場合に終了する第２収束工程である。本工程は、上記第３の実施形態の第２収束工程と同様にして行われる。
ステップＳ１６６〜Ｓ１７０は、収束動作制御部２１５Ｊ、および駆動量修正部２１３Ｊによって制御が行われる点を除いて、上記第３の実施形態のステップＳ１１６〜Ｓ１２０（図３８参照）と同様のステップである。
これらのステップでは、ステップＳ１６９でビームスポットＢのズレ量が収束して、第２の収束状態になったと判定されるまでの間、アーム部９８の進退移動により取得された軌跡に基づいて、アーム部９８における光軸ＯＬを基準軸線Ｏと平行にするように、第１関節１２の駆動量の修正が行われる。
このようなステップを繰り返すと、上記第３の実施形態と同様に、光軸ＯＬと基準軸線Ｏとが平行であって、かつビームスポットＢが点Ｐ０に収束する状態になる。ただし、アーム部９８は、光軸ＯＬがオフセットしているため、図４７（ｃ）に示すように、光軸ＯＬと基準軸線Ｏとが整列するとともにアーム軸線Ｏ１５が基準軸線Ｏからオフセット量ｈだけ平行移動した状態（以下、「光軸整列状態」と称する。）に収束する。
これにより、ステップＳ１６９では第２の収束状態と判定されるため、ステップＳ１７１に移行する。
本実施形態のステップＳ１６１〜Ｓ１７０は、本実施形態の第１収束工程と第２収束工程とをこの順に行って、収束判定工程で軌跡が収束したと判定された場合に終了して、光軸と基準軸線とを整列させる光軸整列工程を構成している。
ステップＳ１７１は、光軸整列状態から第１冗長関節と第２冗長関節とを互いに逆方向に回動させることで、第１冗長関節の先端側に連結されたアームの軸線と第２冗長関節の先端側に連結されたアームの軸線とを基準軸線に整列させる駆動量を、オフセット量に基づいて算出し、この駆動量で第１冗長関節と第２冗長関節とをそれぞれを駆動するアーム軸線整列工程を構成するステップである。具体的には、図４８に示すステップＳ１８１、Ｓ１８２を図４８のフローに従って実行することで行われる。
ステップＳ１８１は、オフセット量ｈから第１関節１２および第２関節１４の先端側に連結された第２アーム１３および第３アーム９５のアーム軸線Ｏ１３、Ｏ１５を基準軸線Ｏ上に整列させる駆動量を算出するステップである。
光軸整列状態では、アーム軸線Ｏ１３は、基準軸線Ｏと距離ｈだけ離間して基準軸線Ｏと平行である。このため、図４７（ｃ）に示すように、基準軸線Ｏとアーム軸線Ｏ１３とのなす角度をαとすると、アーム軸線Ｏ１３、Ｏ１５のなす角は同位角になることから角度αに等しい。
角度αは、第１回動軸Ｏ１２と第２回動軸Ｏ１４との距離と、オフセット量ｈとによって一意的に決まるため、駆動量修正部２１３Ｊは、アーム部９８の構成情報からこれらの情報を取得して、角度αを、駆動方向を含めて算出する。
以上で、ステップＳ１８１が終了する。
次にステップＳ１８２を行う。本ステップは、ステップＳ１８１で設定された駆動量で第１関節１２および第２関節１４を駆動するステップである。
駆動量修正部２１３Ｊは、設定済みの駆動量に対応する駆動指令値を第１関節１２および第２関節１４に送出する。これにより、第１関節１２および第２関節１４が駆動される。
以上で、ステップＳ１８２が終了する。これにより、ステップＳ１７１が終了し、初期化動作が終了する。
本変形例の手術支援ロボット１Ｊによれば、上記のようにアーム部９８を初期化することができるため、アーム部９８の位置姿勢が既知の状態から制御を開始することができ、直感的な操作が可能となる。
本変形例は、２つの冗長関節を有し、先端側の冗長関節に関して光軸ＯＬが屈曲平面方向にオフセットされた場合に初期化が行えることを示す例になっている。
［第８変形例］
次に、上記第４の実施形態の変形例（第８変形例）の医療用マニピュレータおよび医療用マニピュレータの初期化方法について説明する。
本変形例は、上記第４の実施形態の第７変形例における初期化方法の変形例であり、図１に示すように、本実施形態の手術支援ロボット１Ｋ（医療用マニピュレータ）は、上記第７変形例の制御部６Ｊ代えて、制御部６Ｋを備える。
以下、上記第７変形例と異なる点を中心に説明する。
図３１に示すように、制御部６Ｋは、上記第７変形例の初期化制御ユニット２０１Ｊに代えて、初期化制御ユニット２０１Ｋを備える。
初期化制御ユニット２０１Ｋは、図３２に示すように、上記第７変形例の収束動作制御部２１５Ｊ、駆動量修正部２１３Ｊに代えて、収束動作制御部２１５Ｋ、駆動量修正部２１３Ｋを備える。
収束動作制御部２１５Ｋ、駆動量修正部２１３Ｋが行う制御の説明は、動作説明とともに行う。
次に、手術支援ロボット１Ｋの動作について、本変形例の医療用マニピュレータの初期化方法を中心として説明する。
図４９は、本発明の第４の実施形態の変形例（第８変形例）の医療用マニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。図５０（ａ）、（ｂ）は、本発明の第４の実施形態の変形例（第８変形例）の医療用マニピュレータの初期化方法の初期化動作を説明する模式図である。
本変形例において、アーム部９８の初期化を行うには、図４９に示すステップＳ１９１〜Ｓ２０１を図４９のフローにしたがって実行する。
ステップＳ１９１〜Ｓ１９５は、第１関節１２の角度を固定して、アーム部９８の進退移動を行って取得した軌跡による光像のズレ量がより小さくなるように駆動量を求めて、この駆動量で第２関節１４を駆動し、第２の収束状態であると判定された場合に終了して、光軸ＯＬと基準軸線Ｏとを平行にする平行化工程である。本工程は、上記第３の実施形態の第６変形例の平行化工程と同様にして行われる。
上記第６変形例で説明したように、アーム部７８のようにオフセット量が０の場合、２つの冗長関節を有していても、一方の冗長関節を固定して、進退移動による軌跡を取得することで、光軸ＯＬを基準軸線Ｏと平行にすることが可能である。
アーム部９８は、屈曲平面方向オフセットを有しているため、光軸ＯＬとアーム軸線Ｏ１３とは屈曲平面内で移動し互いに平行な位置関係を保っている。
このため、上記第６変形例とまったく同様にして、光軸ＯＬと基準軸線Ｏとを平行化状態にすることが可能である。
ステップＳ１９１〜Ｓ１９５は、収束動作制御部２１５Ｋ、および駆動量修正部２１３Ｋによって制御が行われる点を除いて、上記第６変形例のステップＳ１３１〜Ｓ１３５（図４２参照）と同様のステップである。
これらのステップにより、例えば、アーム部９８は、図４５に示す屈曲状態から、図５０（ａ）に示すように、光軸ＯＬと基準軸線Ｏとが平行になる平行化状態が得られる。
ステップＳ１９４によって第２の収束状態であると判定されると、収束動作制御部２１５ＫはステップＳ１９６に移行する。
ステップＳ１９６〜Ｓ２００は、第２関節１４の角度を固定して、アーム部９８の回転移動を行って取得した軌跡の径がより小さくなるように第１関節１２と第２関節１４とが互いに逆向きに同じ角度だけ屈曲する駆動量を求めて、この駆動量で第１関節１２および第２関節１４を駆動して、第１の収束状態であると判定された場合に終了し、光軸ＯＬと基準軸線Ｏとを整列させる光軸整列工程である。本工程は、上記第６変形例の直線化工程と同様にして行われる。
ステップＳ１９６〜Ｓ２００は、収束動作制御部２１５Ｋ、および駆動量修正部２１３Ｋによって制御が行われる点を除いて、上記第６変形例のステップＳ１３６〜Ｓ１４０（図４２参照）と同様のステップである。
これらのステップでは、ステップＳ１９９でビームスポットＢの軌跡の径が収束して、第１の収束状態になったと判定されるまでの間、アーム部９８の回転移動により取得された軌跡に基づいて、アーム部９８における光軸ＯＬを基準軸線Ｏと平行にするように、第１関節１２と第２関節１４との駆動量の修正が行われる。
このようなステップを繰り返すと、上記第６変形例と同様に、光軸ＯＬと基準軸線Ｏとが平行であって、かつビームスポットＢが点Ｐ０に収束する状態になる。ただし、アーム部９８は、光軸ＯＬがオフセットしているため、図５０（ｂ）に示すように、上記第７変形例と同様の光軸整列状態に収束する。
これにより、ステップＳ２００では、第２の収束状態と判定されて、収束動作制御部２１５Ｋは、ステップＳ２０１に移行する。
ステップＳ２０１は、上記第７変形例と同様のアーム軸線整列工程を構成するステップであり、具体的には、図４８に示すステップＳ１８１、Ｓ１８２を図４８のフローに従って実行することで行われる。
ステップＳ１８２が終了すると、ステップＳ２０１が終了し、初期化動作が終了する。
本変形例の手術支援ロボット１Ｋによれば、上記のようにアーム部９８を初期化することができるため、アーム部９８の位置姿勢が既知の状態から制御を開始することができ、直感的な操作が可能となる。
本変形例は、２つの冗長関節を有し、先端側の冗長関節に関して光軸ＯＬが屈曲平面方向にオフセットされた場合に初期化が行えることを示す例になっている。
［第５の実施形態］
次に、本発明の第５の実施形態の医療用マニピュレータおよび医療用マニピュレータの初期化方法について説明する。
図５１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第５の実施形態の医療用マニピュレータの主要部の構成を示す正面視の屈曲状態の模式図、および整列状態の模式図である。図５２は、本発明の第５の実施形態の医療用マニピュレータの制御部の主要な機能構成を示す機能ブロック図である。図５３は、本発明の第５の実施形態の医療用マニピュレータの初期化制御の機能構成を示す機能ブロック図である。
図１に示すように、本実施形態の手術支援ロボット１Ｌ（医療用マニピュレータ）は、上記第３の実施形態の術具１８Ｆ、制御部６Ｆに代えて、術具１８Ｌ、制御部６Ｌを備える。
以下、上記第３の実施形態と異なる点を中心に説明する。
術具１８Ｌは、図５１（ａ）、（ｂ）に主要部を模式的に示すように、上記第３の実施形態のアーム部７８に代えて、アーム部１０８を備える。
アーム部１０８は、上記第３の実施形態のアーム部７８が冗長関節を一組有していたのに対して、２方向に冗長関節を有している場合の例である。この場合の冗長関節は、３組以上あってもよいが、以下では、一例として、二組の場合の例で説明する。
アーム部１０８は、基端側から先端側に向かって、第１アーム１１、第１関節１２、第２アーム１３、第２関節１４、第３アーム１５、第３関節２２（屈曲用関節）、第４アーム２３（アーム）、第４関節２４（屈曲用関節）、および第５アーム２５（アーム）をこの順に備える。
アーム部１０８は、第１関節１２、第２関節１４、第３関節２２、第４関節２４によって、第１アーム１１、第２アーム１３、第３アーム１５、第４アーム２３、第５アーム２５（アーム）が、屈曲可能であって（図５１（ａ）参照）、基準軸線Ｏに整列可能に設けられた（図５１（ｂ）参照）多関節構造のアーム部である。
以下では、相互の位置関係を説明する場合、特に断らない限りは、各アームが基準軸線Ｏに整列した状態（整列状態）にあるものとして説明する。
第１アーム１１、第１関節１２、および第２アーム１３は、アーム部７８と同様の構成を有する。
第２関節１４は、第２回動軸Ｏ１４がアーム軸線Ｏ１３回りに９０°回転した位置に設けられている点のみが異なる。このため、第１回動軸Ｏ１２と第２関節１４とは直交する位置関係にあり、互いに冗長関係にはない。
第３アーム１５は、アーム先端１５ｂの処置部１６、ファイバ端面１７ｂが除去され、第３関節２２が連結された点が異なる。
第３関節２２は、第３回動軸Ｏ２２回りに回動する回転体を有する回動関節である。第３関節２２の回転体には、基端側からの回転駆動力を伝達するプーリ２２ａが第３回動軸Ｏ２２と同軸に設けられている。
プーリ２２ａには、駆動部５から延ばされ第１アーム１１、第１関節１２、第２アーム１３、第２関節１４、第３アーム１５を経由して挿通される図示略の駆動ワイヤ（駆動力伝達線材）が巻き回されている。この駆動ワイヤは、例えば、コイルシースなどに挿通された状態で挿入部３（第１アーム１１）内に配回され、基端側で駆動部５（後述の関節駆動モータ２２Ａ）に接続されている。このため、この駆動ワイヤを駆動部５（後述の関節駆動モータ２２Ａ）によって、挿入部３（第１アーム１１）の長手方向に沿って押引きすることによりプーリ２２ａおよびプーリ２２ａが固定された回転体が回動するようになっている。
プーリ２２ａが設けられた回転体には、第４アーム２３が連結されている。
第３関節２２は、第３アーム１５のアーム先端１５ｂにおいて、基準軸線Ｏおよび第２回動軸Ｏ１４に直交する位置関係に連結されている。
第４アーム２３は、アーム軸線Ｏ２３に沿って延ばされた部材であり、本実施形態では、一例として、アーム軸線Ｏ２３が中心軸線になっている筒状部材を採用している。
第４アーム２３のアーム基端２３ａは、第４アーム２３がアーム軸線Ｏ１５と第３関節２２との交点を中心として、第３回動軸Ｏ２２回りに回動できるように、第３関節２２と連結されている。
第４関節２４は、第４回動軸Ｏ２４回りに回動する回転体を有する回動関節である。第４関節２４の回転体には、図示は省略するが、第３関節２２のプーリ２２ａと同様のプーリが第４回動軸Ｏ２４と同軸に設けられている。このプーリには、基端部が駆動部５（後述の関節駆動モータ２４Ａ）に接続され、駆動部５（後述の関節駆動モータ２４Ａ）から第４関節２４まで延ばされた図示略の駆動ワイヤ（駆動力伝達線材）が、プーリ２２ａの場合と同様に巻き回されている。
このため、この駆動ワイヤを駆動部５（後述の関節駆動モータ２４Ａ）によって、挿入部３（第１アーム１１）の長手方向に沿って押引きすることによりこのプーリおよびプーリが固定された回転体が回動するようになっている。
プーリ２２ａが設けられた回転体には、第５アーム２５が連結されている。
第４関節２４は、第４アーム２３のアーム先端２３ｂにおいて、基準軸線Ｏおよび第３回動軸Ｏ２２に直交する位置関係に連結されている。
第５アーム２５は、アーム軸線Ｏ２５に沿って延ばされた部材であり、本実施形態では、一例として、アーム軸線Ｏ２５が中心軸線になっている筒状部材を採用している。
第５アーム２５のアーム基端２５ａは、第５アーム２５がアーム軸線Ｏ２３と第４関節２４との交点を中心として、第４回動軸Ｏ２４回りに回動できるように、第４関節２４と連結されている。
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、アーム先端２５ｂには、上記第３の実施形態のアーム部７８のアーム先端１５ｂにおけるのと同様の位置関係で、ファイバ端面１７ｂ、処置部１６が設けられている。
本実施形態の駆動部５には、図５２に示すように、第３関節２２、第４関節２４に回転駆動力をそれぞれ供給するためのモータとして、関節駆動モータ２２Ａ、２４Ａが設けられている。関節駆動モータ２２Ａ、２４Ａは、本体制御ユニット２００（図５２参照）および初期化制御ユニット２０１Ｌ（図５３参照）と通信可能に接続されている。
このような構成のアーム部１０８では、各アームの軸が一直線上に整列された場合、第１関節１２および第３関節２２は、図５１（ｂ）における図示紙面を屈曲平面とするため、冗長関係にある。また、第２関節１４および第４関節２４は、図５１（ｂ）における図示紙面垂直方向の平面を屈曲平面とするため、冗長関係にある。
このようなアーム部１０８の構成に応じて、本実施形態のアーム情報供給部１１ｃは、「屈曲用関節が４個」、「冗長関節は、第１関節１２および第３関節２２と、第２関節１４および第４関節２４の二組」、「オフセット量０」というアーム部１０８の構成情報を伝達する。
図５２に示すように、制御部６Ｌは、上記第３の実施形態の初期化制御ユニット２０１Ｆに代えて初期化制御ユニット２０１Ｌを備える点が、上記第３の実施形態の制御部６Ｆと異なる。
初期化制御ユニット２０１Ｌは、図５３に示すように、上記第３の実施形態の収束動作制御部２１５Ｆ、駆動量修正部２１３Ｆ、収束判定部２１１Ｃに代えて、収束動作制御部２１５Ｌ、駆動量修正部２１３Ｌ、収束判定部２１１Ｌ（収束判定量算出部）を備える点が、上記第３の実施形態の初期化制御ユニット２０１Ｆと異なる。
収束動作制御部２１５Ｌ、駆動量修正部２１３Ｌ、収束判定部２１１Ｌが行う制御については、動作説明の中で説明する。
次に、手術支援ロボット１Ｌの動作について、本変形例の医療用マニピュレータの初期化方法を中心として説明する。
図５４は、本発明の第５の実施形態の医療用マニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。
本実施形態では、互いに冗長関節の関係にある屈曲用関節同士に関して、上記第３の実施形態における初期化方法を繰り返して適用することによって初期化を行う。
具体的には、図５４に示すステップＳ２１１〜Ｓ２１４を図５４のフローにしたがって実行する。
一組の冗長関節に関して、回転移動による収束動作と、進退移動による収束動作との順序が維持されていれば、各関節に対する実行順序は特に限定されない。
以下では、一例として、アーム部１０８の先端側の関節から収束動作を実行する場合の例で説明する。図５４のフローでは、アーム部１０８の関節を先端側から基端側に向かって、関節１〜４と称している（以下、他の図面の符号と混同しないように、本明細書では［関節１］のように、大かっこでくくって表す）。［関節１］、［関節３］はそれぞれ一方の組の冗長関節における第１冗長関節、第２冗長関節である。［関節２］、［関節４］はそれぞれ他方の冗長関節における第１冗長関節、第２冗長関節である。
本実施形態では、［関節１］〜［関節４］は、第４関節２４、第３関節２２、第２関節１４、第１関節１２に相当する。
また以下では、方向参照の便宜のため、第１回動軸Ｏ１２に平行な方向をＸ方向、第１回動軸Ｏ１２および基準軸線Ｏに直交する方向をＹ方向と称する。
Ｘ方向は、アーム部１０８の整列状態において第１回動軸Ｏ１２、第３回動軸Ｏ２２に平行な方向である。
Ｙ方向は、アーム部１０８の整列状態において第２回動軸Ｏ１４、第４回動軸Ｏ２４に平行な方向である。
ステップＳ２１１は、収束動作制御部２１５Ｌの制御によって、第３関節２２（［関節２］）、第１関節１２（［関節４］）の角度を固定した状態で、第４関節２４（［関節１］）を第１冗長関節、第２関節１４（［関節３］）を第２冗長関節として、オフセット量０の冗長関節の整列を行うステップである。
具体的には、ステップＳ２１１は、図３８に示す上記ステップＳ２２１〜Ｓ２２８、Ｓ２２９、Ｓ２３０を図３８のフローにしたがって実行する。
ステップＳ２２１〜Ｓ２２８は、収束動作制御部２１５Ｌの制御によって行われる以外は、上記第３の実施形態のステップＳ１１１〜Ｓ１１８（図３８参照）と同様のステップである。
ステップＳ２２９は、収束判定部２１１Ｌが、ズレ量の収束を、Ｙ方向から見たズレ量、すなわち、ズレ量のＸ方向成分によって判定する以外は、上記ステップＳ１１９と同様のステップである。
ステップＳ２３０は、駆動量修正部２１３Ｌが、駆動方向を、Ｘ方向におけるズレ方向から判定する以外は、上記ステップＳ１２０と同様のステップである。
ステップＳ２１１が実行されると、第４関節２４および第３関節２２の駆動量が修正されて、Ｙ方向から見たアーム軸線Ｏ１５、Ｏ２３、Ｏ２５が、一直線上に整列する。
次に、ステップＳ２１２を行う。本ステップは、収束動作制御部２１５Ｌによって、第４関節２４（［関節１］）、第２関節１４（［関節３］）の角度を固定した状態で、第３関節２２（［関節２］）を第１冗長関節、第１関節１２（［関節４］）を第２冗長関節として、オフセット量０の冗長関節の整列を行うステップである。
具体的には、ステップＳ２１２は、図３８に示す上記ステップＳ２２１〜Ｓ２２８、Ｓ２２９’、Ｓ２３０’を図３８のフローにしたがって実行する。
ステップＳ２２９’は、収束判定部２１１Ｌが、ズレ量の収束を、Ｘ方向から見たズレ量、すなわち、ズレ量のＹ方向成分によって判定する以外は、上記ステップＳ１１９と同様のステップである。
ステップＳ２３０’は、駆動量修正部２１３Ｌが、駆動方向を、Ｙ方向におけるズレ方向から判定する以外は、上記ステップＳ１２０と同様のステップである。
このようにして、Ｓ２１２が実行されると、第３関節２２および第１関節１２の駆動量が修正されて、Ｘ方向から見たアーム軸線Ｏ１１、Ｏ１３、Ｏ１５、Ｏ２３、Ｏ２５が、一直線上に整列する。
次に、ステップＳ２１３は、収束動作制御部２１５Ｌの制御により、アーム部１０８を回転移動して軌跡を取得し、アーム部１０８の整列状態を確認する工程である。
ステップＳ２１３、Ｓ２１４は、収束動作制御部２１５Ｌ、収束判定部２１１Ｌの制御により実行される点以外は、上記第１の実施形態のステップＳ１〜Ｓ４と同様のステップである。
ステップＳ２１４では、径が収束しなかった場合には、ステップＳ２１１に移行する。
径が収束した場合には、ステップＳ２１１、Ｓ２１２において、Ｘ方向およびＹ方向における第２の収束状態が達成されており、ステップＳ２１４において第１の収束状態が達成されているため、収束判定部２１１Ｌは収束したと判定する。この判定結果の通知を受けて収束動作制御部２１５Ｌは、初期化動作を終了する。
このようにして、アーム部１０８は、アーム軸線Ｏ１１、Ｏ１３、Ｏ１５、Ｏ２３、Ｏ２５が、基準軸線Ｏと整列する整列状態となり、初期化される。
本実施形態の手術支援ロボット１Ｌによれば、上記のようにアーム部１０８を初期化することができるため、アーム部１０８の位置姿勢が既知の状態から制御を開始することができ、直感的な操作が可能となる。
本実施形態は、複数組の冗長関節を有し、オフセット量が０の場合の、初期化動作の一例になっている。
本実施形態では、Ｘ方向、Ｙ方向のズレ量の収束を別々に判定するステップＳ２１１、Ｓ２１２の終了後に、ステップＳ２１３を行って、アームの回転移動による軌跡を取得し、ステップＳ２１４において収束状態の判定を行っている。この場合、ステップＳ２１３、Ｓ２１４は、Ｘ方向およびＹ方向の収束状態を同時に確認するステップになっている。
その際、回転移動による軌跡は、進退移動によって抽出されるズレ量よりも整列状態からのズレを拡大して抽出しやすいため、高精度に最終的な整列状態を確認することができる。
ただし、内壁Ｓの傾斜等の条件によって、進退移動による光像のズレ量から整列状態を判定しやすい場合には、本実施形態において、ステップＳ２１３、Ｓ２１４の代わりに、各関節の回動角を固定した状態で、進退移動を行ってズレ量を取得するステップと、このズレ量の長さが収束したかどうかを判定するステップとに置き換えることが可能である。この場合、判定するステップで収束しなかった場合には、ステップＳ２１１に移行して、収束するまで各ステップを繰り返す。
［第９変形例］
次に、上記第５の実施形態の変形例（第９変形例）の医療用マニピュレータの初期化方法について説明する。
図５５は、本発明の第５の実施形態の変形例（第９変形例）の医療用マニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。
本変形例の医療用マニピュレータの初期化方法は、上記第５の実施形態のアーム部１０８の初期化方法の変形例である。
上記第５の実施形態の初期化方法は、一組の冗長関節をその屈曲方向に応じて一方向から見たときにアームの軸線を整列させた後に、他の一組の冗長関節をその屈曲方向に応じてもう一方の方向から見たときにアームの軸線を整列させる直列的な動作を行う場合の例になっている。
これに対して、本変形例では、各組の冗長関節において回転移動による収束動作を行った後に、各組の冗長関節において進退移動による収束動作を行う場合の例になっている。
具体的には、図５５に示すステップＳ２３１〜Ｓ２３８を図５５のフローにしたがって実行する。
ただし、図５５に示すフローは、一例であり、各組内において、どちらを第１冗長関節、第２冗長関節に割り当てるかは特に限定されず、各組間において、どちらの第１冗長関節を先に移動させるかも特に限定されない。
ステップＳ２３１、Ｓ２３２は、上記第５の実施形態のステップＳ２１３、Ｓ２１４と同様のステップである。
ステップＳ２３２では、径が収束しなかった場合には、ステップＳ２３３に移行する。
径が収束した場合には、ステップＳ２３５に移行する。
ステップＳ２３３は、第４関節２４（［関節１］）を第１冗長関節として、他の［関節２］〜［関節４］を固定して、第４関節２４の駆動量を修正するステップであり、上記第５の実施形態のステップＳ２２５と同様のステップである。
ステップＳ２３３が終了するとステップＳ２３４に移行する。
ステップＳ２３４は、第３関節２２（［関節２］）を第１冗長関節として、他の［関節１］、［関節３］、［関節４］を固定して、第３関節２２の駆動量を修正する点を除いて、上記ステップＳ２３３と同様のステップである。
ステップＳ２３６が終了するとステップＳ２３１に移行する。
ステップＳ２３５は、上記第５の実施形態のステップＳ２２６〜Ｓ２２８（図３８参照）と同様のステップである。
次に行うステップＳ２３６は、上記第５の実施形態のステップＳ２２９と同様のステップである。
ステップＳ２３６では、ズレ量が収束しなかった場合には、ステップＳ２３７に移行する。
ズレ量が収束した場合には、ステップＳ２３２において、Ｘ方向およびＹ方向における第１の収束状態が達成されており、ステップＳ２３６において、Ｘ方向およびＹ方向における第２の収束状態が達成されていることになる。
そこで、収束判定部２１１Ｌは収束したと判定する。この判定結果の通知を受けて収束動作制御部２１５Ｌは、初期化動作を終了する。
このようにして、アーム部１０８は、アーム軸線Ｏ１１、Ｏ１３、Ｏ１５、Ｏ２３、Ｏ２５が、基準軸線Ｏと整列する整列状態となり、初期化される。
ステップＳ２３７は、上記第５の実施形態のステップＳ２３０と同様のステップである。すなわち、第２関節１４（［関節３］）を第２冗長関節として、他の［関節１］、［関節２］、［関節４］を固定して、第２関節１４の駆動量を進退移動による光像のズレ量に基づいて修正するステップである。
ステップＳ２３７が終了するとステップＳ２３８に移行する。
ステップＳ２３８は、上記第５の実施形態のステップＳ２２９’と同様のステップである。すなわち、第１関節１２（［関節４］）を第２冗長関節として、他の［関節１］〜［関節３］を固定して、第１関節１２の駆動量を進退移動による光像のズレ量に基づいて修正するステップである。
ステップＳ２３８が終了したら、ステップＳ２３１に移行し、ステップＳ２３１からステップＳ２３６を繰り返す。
本変形例の手術支援ロボット１Ｌによれば、上記のようにアーム部１０８を初期化することができるため、アーム部１０８の位置姿勢が既知の状態から制御を開始することができ、直感的な操作が可能となる。
本変形例は、複数組の冗長関節を有し、オフセット量が０の場合の、初期化動作の一例になっている。
なお、本変形例では、ステップＳ２３６の後に、最終的な整列状態を確認するステップを省略した場合の例で説明したが、より高精度な整列状態を得るために、上記第５の実施形態と同様に、ステップＳ２３６の後に、ステップＳ２１３、Ｓ２１４と同様なステップを実行することも可能である。ステップＳ２１４で収束しなかった場合には、ステップＳ２３１に移行して全体を収束するまで繰り返す。
［第６の実施形態］
次に、本発明の第６の実施形態の医療用マニピュレータおよび医療用マニピュレータの初期化方法について説明する。
図５６（ａ）、（ｂ）は、本発明の第６の実施形態の医療用マニピュレータの主要部の構成を示す正面視の屈曲状態の模式図、および整列状態の模式図である。
図１に示すように、本実施形態の手術支援ロボット１Ｍ（医療用マニピュレータ）は、上記第５の実施形態の術具１８Ｌ、制御部６Ｌに代えて、術具１８Ｍ、制御部６Ｍを備える。
以下、上記第５の実施形態と異なる点を中心に説明する。
術具１８Ｍは、図５６（ａ）、（ｂ）に主要部を模式的に示すように、上記第３の実施形態のアーム部１０８に代えて、アーム部１１８を備える。
アーム部１１８は、上記第５の実施形態のアーム部１０８の第５アーム２５に代えて、第５アーム１０５（アーム）を備える。
第５アーム１０５は、第５アーム２５のアーム先端２５ｂに代えて、ファイバ端面１７ｂを距離ｈ（ただし、ｈ＞０）だけ平行移動して配置したアーム先端１０５ｂを備える点のみが第５アーム２５と異なる。
図２２（ａ）、（ｂ）に示すように、ファイバ端面１７ｂの光軸ＯＬは、処置部１６の開閉方向（図２２（ａ）における矢印参照）に対して直交する方向において、アーム軸線Ｏ２５から距離ｈだけ平行移動されている。このため、アーム部１１８におけるオフセット量はｈである。
オフセット方向は、図５６（ａ）、（ｂ）に示すように、第５アーム１０５に一番近い基端側の屈曲用関節である第４関節２４の第４回動軸Ｏ２４に沿う方向になっている。
このようなアーム部１１８の構成に応じて、本実施形態のアーム情報供給部１１ｃは、「屈曲用関節が４個」、「冗長関節は、第１関節１２および第３関節２２と、第２関節１４および第４関節２４の二組」、「オフセット量の大きさはｈ、オフセット方向は回動軸方向オフセット」というアーム部１１８の構成情報を伝達する。
図５２に示すように、制御部６Ｍは、上記第５の実施形態の初期化制御ユニット２０１Ｌに代えて初期化制御ユニット２０１Ｍを備える点が、上記第５の実施形態の制御部６Ｌと異なる。
初期化制御ユニット２０１Ｍは、図５３に示すように、上記第５の実施形態の収束動作制御部２１５Ｌ、駆動量修正部２１３Ｌに代えて、収束動作制御部２１５Ｍ、駆動量修正部２１３Ｍを備える点が、上記第５の実施形態の初期化制御ユニット２０１Ｍと異なる。
収束動作制御部２１５Ｍ、駆動量修正部２１３Ｍが行う制御については、動作説明の中で説明する。
次に、手術支援ロボット１Ｍの動作について、本変形例の医療用マニピュレータの初期化方法を中心として説明する。
図５７は、本発明の第６の実施形態の医療用マニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。
本実施形態では、上記第５の実施形態と同様に第１収束工程、第２収束工程を各冗長関節の間で行った後、上記第４の実施形態の第７変形例と同様なアーム軸線整列工程を行うことにより初期化を行う。
具体的には、図５７に示すステップＳ２５１〜Ｓ２５５を図５７のフローにしたがって実行する。
本実施形態においても、一組の冗長関節に関して、回転移動による収束動作と、進退移動による収束動作との順序が維持されていれば、各関節に対する実行順序は特に限定されない。
以下では、一例として、アーム部１１８の先端側の関節から収束動作を実行する場合の例で説明する。図５７のフローでは、上記第５の実施形態と同様に、アーム部１１８の関節を先端側から基端側に向かって、関節１〜４と称している。
また以下では、方向参照の便宜のため、上記第５の実施形態と同様に、第１回動軸Ｏ１２に平行な方向をＸ方向、第１回動軸Ｏ１２および基準軸線Ｏに直交する方向をＹ方向と称する。
ステップＳ２５１〜Ｓ２５４は、アーム部１１８を制御部６Ｍによって制御する点を除いて、上記第５の実施形態のステップＳ２１１〜Ｓ２１４（図５４参照）と同様のステップである。
ステップＳ２５４では、径が収束しなかった場合には、ステップＳ２５１に移行する。
径が収束した場合には、ステップＳ２５１、Ｓ２５２において、Ｘ方向およびＹ方向における第２の収束状態が達成されており、ステップＳ２５４において第１の収束状態が達成されている。
このとき、アーム部１１８は、光軸ＯＬがオフセット量ｈを有するため、上記第４の実施形態の第７変形例と同様に、図５６（ｂ）に示すように、光軸ＯＬと基準軸線Ｏとが整列するとともにアーム軸線Ｏ１０５が基準軸線Ｏからオフセット量ｈだけ平行移動した状態（以下、「光軸整列状態」と称する。）に収束している。
すなわち、基準軸線Ｏとアーム軸線Ｏ１３、Ｏ１５とのなす角度をαとすると、アーム軸線Ｏ１３、Ｏ１５と、アーム軸線Ｏ２３とのなす角は同位角になることから角度αに等しい。
角度αは、第１回動軸Ｏ１２と第３関節２２との距離と、オフセット量ｈとによって一意的に決まる。
これにより、収束判定部２１１Ｌによって、収束したことが判定されるため、ステップＳ２５５に移行する。
ステップＳ２５５は、本実施形態におけるアーム軸整列工程を構成するステップであり、第１関節１２および第３関節２２をそれぞれ第１冗長関節および第２冗長関節として行われる点を除いて、上記第４の実施形態の第７変形例におけるステップＳ１８１、Ｓ１８２（図４８参照）と同様なステップである。
すなわち、駆動量修正部２１３Ｍは、アーム部１１８の構成情報から、第１回動軸Ｏ１２と第３関節２２との距離と、オフセット量ｈとの情報を取得して、角度αを、駆動方向を含めて算出し（ステップＳ１８１）、第１関節１２と第３関節２２とをステップＳ１８２と同様にして駆動する。
このようにして、アーム部１１８は、アーム軸線Ｏ１１、Ｏ１３、Ｏ１５、Ｏ２３、Ｏ１０５が、基準軸線Ｏと整列する整列状態となり、初期化される。
本実施形態の手術支援ロボット１Ｍによれば、上記のようにアーム部１１８を初期化することができるため、アーム部１１８の位置姿勢が既知の状態から制御を開始することができ、直感的な操作が可能となる。
本実施形態は、複数組の冗長関節を有し、オフセット量がｈの場合の、初期化動作の一例になっている。
［第１０変形例］
次に、上記第６の実施形態の変形例（第１０変形例）の医療用マニピュレータの初期化方法について説明する。
図５８は、本発明の第６の実施形態の変形例（第１０変形例）の医療用マニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。
本変形例の医療用マニピュレータの初期化方法は、上記第６の実施形態のアーム部１１８の初期化方法の変形例である。
上記第６の実施形態の初期化方法は、一組の冗長関節をその屈曲方向に応じて一方向から見たときにアームの軸線を整列させた後に、他の一組の冗長関節をその屈曲方向に応じてもう一方の方向から見たときにアームの軸線を整列させる直列的な動作を行う場合の例になっている。
これに対して、本変形例では、各組の冗長関節において回転移動による収束動作を行った後に、各組の冗長関節において進退移動による収束動作を行う場合の例になっている。
具体的には、図５８に示すステップＳ２６１、Ｓ２６２を図５８のフローにしたがって実行する。
ステップＳ２６１は、アーム部１１８の光軸ＯＬと基準軸線Ｏとを整列させるステップであり、制御部６Ｍによって制御される点を除いて、上記第５の実施形態の第９変形例のステップＳ２３１〜Ｓ２３８（図５５参照）と同様のステップである。ただし、本変形例のアーム部１１８はオフセットを有するため、ステップＳ２３８終了後には、図５６（ｂ）に示す光軸整列状態になる点が、上記第９変形例と異なる。このため、本ステップは、第１収束工程と第２収束工程とを行って、光軸ＯＬと基準軸線Ｏとを整列させる光軸整列工程を構成している。
ステップＳ２６２は、上記第６の実施形態のステップＳ２５５と同様なステップである。
これにより、アーム部１１８の第１回動軸Ｏ１２と第３関節２２とが、上記ステップＳ２５５と同様にして駆動される。この結果、アーム部１１８は、アーム軸線Ｏ１１、Ｏ１３、Ｏ１５、Ｏ２３、Ｏ１０５が、基準軸線Ｏと整列する整列状態となり、初期化される。
ただし、上記第６の実施形態と同様に、図５８に示すフローは、一例であり、各組内において、どちらを第１冗長関節、第２冗長関節 に割り当てるかは特に限定されない。また、各組間において、どちらの第１冗長関節を先に移動させるかも特に限定されない。
本変形例の手術支援ロボット１Ｍによれば、上記のようにアーム部１１８を初期化することができるため、アーム部１１８の位置姿勢が既知の状態から制御を開始することができ、直感的な操作が可能となる。
［第７の実施形態］
次に、本発明の第７の実施形態の医療用マニピュレータおよび医療用マニピュレータの初期化方法について説明する。
図５９は、本発明の第７の実施形態の医療用マニピュレータの初期化制御の機能構成を示す機能ブロック図である。
図１に示すように、本実施形態の手術支援ロボット１Ｎ（医療用マニピュレータ）は、上記第４の実施形態の第７変形例の制御部６Ｊに代えて、制御部６Ｎを備える。
以下、上記第７変形例と異なる点を中心に説明する。
図３１に示すように、制御部６Ｎは、上記第７変形例の初期化制御ユニット２０１Ｊに代えて初期化制御ユニット２０１Ｎを備える点が、上記第７変形例の制御部６Ｊと異なる。
初期化制御ユニット２０１Ｎは、図５９に示すように、上記第７変形例の収束動作制御部２１５Ｊに代えて、収束動作制御部２１５Ｎを備え、バックラッシ測定制御部２１６を追加した点が、上記第７変形例の初期化制御ユニット２０１Ｊと異なる。
収束動作制御部２１５Ｎが行う制御については、動作説明の中で説明する。
バックラッシ測定制御部２１６は、光照射部１７からレーザ光束Ｌを照射しつつ、屈曲用関節が所定の角度範囲を往復する屈曲動作を行うように、屈曲用関節を駆動して、撮像部９により撮像されたビームスポットＢの位置と、屈曲用関節の駆動指令値との関係から、屈曲用関節のバックラッシ量を測定するものである。
このため、バックラッシ測定制御部２１６は、収束動作制御部２１５Ｎ、関節駆動モータ１２Ａ、１４Ａ、撮像部９と通信可能に接続されている。
次に、手術支援ロボット１Ｎの動作について、本変形例の医療用マニピュレータの初期化方法を中心として説明する。
図６０は、本発明の第７の実施形態の医療用マニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。図６１は、本発明の第７の実施形態の医療用マニピュレータの初期化方法の動作説明図である。図６２は、バックラッシの算出方法を説明するための模式的なグラフである。横軸は駆動指令値、縦軸は光像の位置を示す。
本実施形態の初期化方法は、上記第７変形例によるアーム部９８の初期化方法の変形例であり、上記第７変形例の第１収束工程を行う前に、バックラッシ測定工程を行う点が、上記第７変形例と異なる。
具体的には、図６０に示すステップＳ２７１〜Ｓ２７６を図６０のフローにしたがって実行する。
ステップＳ２７１は、本実施形態のバックラッシ測定工程を構成するステップである。
収束動作制御部２１５Ｎは、光照射部１７を点灯し、バックラッシ測定制御部２１６に制御信号を送出して、バックラッシ測定を開始させる。
バックラッシ測定制御部２１６は、予め決められた角度範囲を往復する屈曲動作を行ように、関節駆動モータ１２Ａを駆動して、撮像部９により撮像されたビームスポットＢの画像を、時系列に取得する。
例えば、図６１に示すように、内壁Ｓ上で点ａと点ｂとなる角度の間を往復する屈曲動作を行う。
バックラッシ測定制御部２１６は、取得したビームスポットＢの画像から、ビームスポットＢの中心位置を算出し、ビームスポットＢの移動座標と、駆動指令値との関係を求める。
図６２に示すように、例えば、点ａ、ｂの中間の点ｃから点ａに向かって駆動した場合、関節駆動モータ１２Ａにバックラッシがあると、点ａに達してから、点ｃ側に戻り始めるまで、バックラッシの量に応じて、ビームスポットＢの移動が停止する。バックラッシ測定制御部２１６は、点ａに達して方向を逆転する際は、関節駆動モータ１２Ａを単位駆動量ずつ駆動して、画像からビームスポットＢの位置を検出する。ビームスポットＢが移動を開始するまでに要した単位駆動量の大きさをバックラッシ量ＢＬａとして求める。
同様にして、点ｂの側でもバックラッシ量ＢＬｂを求める。
次に、関節駆動モータ１４Ａに関しても同様にして、バックラッシ量ＢＬａ、ＢＬｂを求める。
これらバックラッシ量ＢＬａ、ＢＬｂは、収束動作制御部２１５Ｎに送出される。
収束動作制御部２１５Ｎは、各バックラッシ量ＢＬａ、ＢＬｂを、駆動量修正部２１３Ｎに送出する。駆動量修正部２１３Ｎでは、関節駆動モータ１２Ａ、１４Ａの駆動方向を変更する際に、駆動指令値として、それぞれのバックラッシ量ＢＬａ、ＢＬｂを補正した駆動指令値を生成する。
以上で、ステップＳ２７１が終了する。
次にステップＳ２７２〜Ｓ２７６を行う。
ステップＳ２７２は、上記第７変形例におけるステップＳ１６１〜Ｓ１６５（図４６参照）と同様のステップである。
次に行う、ステップＳ２７３は、上記第７変形例におけるステップＳ１６６〜Ｓ１６８（図４６参照）と同様のステップである。
ステップＳ２７４〜Ｓ２７６は、上記第７変形例におけるステップＳ１６９〜Ｓ１７１（図４６参照）と同様のステップである。
このように、ステップＳ２７２〜Ｓ２７６は、上記第７変形例のステップＳ１６１〜Ｓ１７１と同様のステップになっている。ただし、これらの各ステップにおいて、関節駆動モータ１２Ａ、１４Ａの駆動方向が変更される場合には、駆動量修正部２１３Ｎによって、バックラッシ量が補正される。
このため、バックラッシによる駆動量の変動がなくなるため、収束動作が迅速になる。
また、特に、ステップＳ２７６においては、バックラッシによる整列誤差が除去されるため、より高精度の整列状態を形成することができる。
従来のアーム部では、バックラッシによる駆動量の変動がある場合、制御パラメータが適切でないと操作部とアーム部との動作の対応関係が一致しなくなり、直感的な操作が損なわれる可能性があった。しかし、本変形例の手術支援ロボット１Ｎによれば、上記のようにバックラッシによる駆動量の変動がなくなる。これにより、アーム部９８を初期化することができるため、アーム部９８の位置姿勢が既知の状態から制御を開始することができ、直感的な操作が可能となる。
以上、本発明の各実施形態および各変形例について説明したが、本発明はこれらの実施形態および変形例には限定されない。上記に説明したすべての構成要素を本発明の技術的思想の範囲で、適宜変形したり、組み合わせたり、削除したりして実施することができる。
以下では、上記各実施形態および各変形例に適用可能な他の変形例について説明する。
上記各実施形態および各変形例の説明では、アーム部の回転駆動による参照軌跡を取得した後と、回転移動を停止した状態で屈曲用関節の駆動を行うことにより、軌跡の径を縮小する駆動方向と駆動量とを決める場合の例で説明した。しかし、回転移動を停止することなく駆動方向と駆動量とを変更することが可能である。
図６３（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の変形例の医療用マニピュレータの初期化方法における光像の軌跡の例を示す模式図である。
例えば、以下のような動作が可能である。
図６３（ａ）に示すように、第１の実施形態において、閉曲線Ｑを取得してから、アーム部８の回転移動を停止させることなく、試し駆動量だけ第１関節１２を駆動して、ビームスポットＢがビームスポットＢ’に移動する軌跡を取得する。この画像から、閉曲線Ｑまでの距離Δを算出する。そして、アーム部８を回転しつつ、第１関節１２をΔ−δだけ、反対方向に駆動し、ビームスポットＢ’がビームスポットＢ’’のように移動したら、図６３（ｂ）に示すように、この角度を保って、ビームスポットＢ’’’が描く回転移動による軌跡を取得して、閉曲線Ｑ’を得る。これらの動作を繰り返して、第１の収束状態が得られるまで続ける。
このような回転移動の変形例は、回転移動を用いるすべての実施形態および変形例に適用可能である。
上記各実施形態および各変形例の説明では、一例として、軌跡の収束状態を判定するために軌跡から計算する所定の物理量が、移動部によって回転移動が行われた場合には、軌跡の径であり、移動部によって進退移動が行われた場合には、光像のズレ量であるとして説明した。
ただし、所定の物理量はこれらには限定されない。例えば、回転運動による軌跡の長さ、あるいは軌跡をトレースして囲まれた部分の面積などを採用することも可能である。
上記各実施形態および各変形例では、光像の軌跡を取得し（軌跡取得工程）、この軌跡から軌跡の収束状態を判定するための所定の物理量である軌跡の径や光像のズレ量を計算し（収束判定量算出工程）、収束判定工程においてこの軌跡の径や光像のズレ量が収束していないと判定された場合に、屈曲用関節の駆動量を修正し（駆動量修正工程）、軌跡が収束するまで軌跡取得工程、収束判定量算出工程、収束判定工程、および駆動量修正工程を繰り返す場合の例で説明した。
しかし、収束判定工程および駆動量修正工程は、このような実施形態には限定されない。
例えば、収束状態となる駆動量が含まれる範囲から複数の駆動量を選んで、これら複数の駆動量で屈曲用関節を駆動し、それぞれの駆動状態で軌跡取得工程、収束判定量算出工程を行って、複数の軌跡および所定の物理量を取得する。そして、その後に複数の物理量の最小値を求めることにより、軌跡の収束を判定する収束判定工程を行う。その後、収束判定工程によって、収束判定量算出工程で算出された複数の物理量の最小値として選ばれた駆動量に基づいて、屈曲用関節の駆動量を修正する駆動量修正工程を行うことが可能である。
このような変形例について、物理量が軌跡の径である場合の例で説明する。
図６４は、本発明の各実施形態および各変形例の医療用マニピュレータの初期化方法に適用可能な駆動量修正工程および収束判定工程の変形例（第１１変形例）のフローを示すフローチャートである。
本変形例は、例えば、上記第１の実施形態の図８に示すフローに対応して、図６４に示すステップＳ２８１〜Ｓ２９２を図６４のフローにしたがって実行することで行われる。
このようなフローを実行するには、例えば、上記第１の実施形態の手術支援ロボット１において、収束判定部２１１、収束動作制御部２１５、駆動量修正部２１３に代えて、以下のような動作を行う収束判定部２１１Ｘ（収束判定量算出部）、収束動作制御部２１５Ｘ、駆動量修正部２１３Ｘを備えるようにする（図６参照）。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
ステップＳ２８１では、収束動作制御部２１５Ｘが、Ｎ個（ただし、Ｎは３以上の整数）の駆動量を設定する。
Ｎ個の駆動量は、予め初期化に必要な駆動範囲を適宜の駆動ステップで分割した固定値を記憶しておいてもよいし、操作部２を介して、操作者が駆動範囲、駆動ステップ等を入力しこれらの入力値に基づいて収束動作制御部２１５Ｘが設定してもよい。
いずれの場合も、駆動範囲中に、精度よく収束状態が実現されるような駆動範囲、駆動ステップに基づいて、Ｎ個の駆動量が設定される。
次に、ステップＳ２８２を行う。本ステップでは、収束動作制御部２１５Ｘがカウンタｎを設定し、初期値０を代入する。
次に、ステップＳ２８３では、収束動作制御部２１５Ｘは、カウンタｎをｎ＝ｎ＋１として更新する。
次に、ステップＳ２８４〜Ｓ２８６を行う。ステップＳ２８４〜Ｓ２８６は、図８に示すステップＳ１〜Ｓ３と同様のステップである。
次に、ステップＳ２８７を行う。本ステップは、ステップＳ２８６で計算された軌跡の径を、ｎ番目の径として、軌跡記憶部２１２に記憶するステップである。
次に、ステップＳ２８８では、収束動作制御部２１５Ｘから駆動量修正部２１３Ｘに制御信号が送出され、駆動量修正部２１３Ｘによって関節駆動モータ１２Ａが駆動される。このときの駆動量は、Ｎ個の駆動量のうち、ｎ番目の駆動量である。
次に、ステップＳ２８９を行う。本ステップは、カウンタｎがＮ以上かどうかを判定するステップである。
ｎがＮ未満の場合には、ステップＳ２８３に移行する。
ｎがＮ以上の場合には、ステップＳ２９０に移行する。
これにより、ステップＳ２８３〜Ｓ２８８がＮ回繰り返されたのち、ステップＳ２９０に移行することになる。
ステップＳ２９０は、収束判定部２１１Ｘが、軌跡記憶部２１２からＮ個の軌跡の径を読み出すステップである。
次に、ステップＳ２９１を行う。本ステップは、収束判定部２１１Ｘが、Ｎ個の軌跡の径を比較して、最小値を求め、この最小値で軌跡が収束したと判定するステップである。収束判定部２１１Ｘは、最小値が得られたときのカウンタ値ｎを収束動作制御部２１５Ｘに送出する。
以上でステップＳ２９１が終了する。
次に、ステップＳ２９２を行う。本ステップは、屈曲用関節の駆動量を、軌跡の径が最小となった駆動量に修正するステップである。本ステップでは、収束動作制御部２１５Ｘから駆動量修正部２１３Ｘに制御信号が送出され、駆動量修正部２１３Ｘによって関節駆動モータ１２Ａが駆動される。このときの駆動量は、ステップＳ２９１で送出されたカウンタ値ｎに対応する駆動量である。
これにより、屈曲用関節は、軌跡が収束したと判定された駆動量に駆動されるため、手術支援ロボット１では、第２アーム１３が、基準軸線Ｏに整列することになる。
本変形例において、ステップＳ２８４、Ｓ２８５は軌跡取得工程を、ステップＳ２８６は収束判定量算出工程を、ステップＳ２９１は収束判定工程を、ステップＳ２９２は駆動量修正工程を、それぞれ構成している。
本変形例によれば、Ｎ個の駆動量に対応して、Ｎ回だけ軌跡を取得し、軌跡から計算した所定の物理量が最も小さくなった場合に軌跡が収束したと判定するため、略一定の時間で収束状態を判定することができ、初期化に要する時間のバラツキを抑制することができる。
以上、本変形例を第１の実施形態の変形例として説明したが、これは一例である。本変形例は上記の各実施形態および各変形例に適用可能である。
また、軌跡から計算する所定の物理量は、軌跡の径には限定されず、必要に応じて、適宜の物理量を採用することができる。
上記各実施形態および各変形例では、回転移動による軌跡の径として、最大径を計算する場合の例で説明したが、径の収束の判定が行えれば、これには限定されない。
例えば、平均径を用いてもよい。
また、軌跡が円形や楕円形に近似できる場合には、曲線の当て嵌めなどを行って得られた円や楕円の径を用いてもよい。
上記第７実施形態で説明したバックラッシ測定制御部は、上記の各実施形態および各変形例に適用することが可能である。
上記各実施形態および各変形例では、アーム部の構成情報を、アーム情報供給部１１ｃから伝達する場合の例で説明したが、アーム情報供給部１１ｃは必須の構成ではない。例えば、アーム部の着脱や交換に際して、操作部２を通して、アーム部の構成情報を入力することも可能である。この場合、操作部２はアーム情報供給部を構成している。
また、アーム部の構成情報は、着脱や交換が可能なアーム部に関するすべての情報が予めアーム部情報記憶部である記憶部２１４に記憶され、アーム情報供給部１１ｃや操作部２から伝達される伝達コードに対応する情報を選択する構成が可能である。
また、アーム部を着脱や交換を行わない場合には、装着されたアーム部の構成情報をアーム部情報記憶部に記憶しておけば、アーム情報供給部は不要である。
また、上記各実施形態および各変形例のうち異なる装置構成を有するものは、適宜の機能を有する装置構成を組み合わせて有することにより、各実施形態および各変形例の機能を複合した装置構成が可能である。
例えば、上記機能をすべて含む装置構成を有し、アーム部の構成情報に応じて、それぞれに対応する上記初期化動作が実施される構成としてもよい。
また、アーム部は、複数の構成を有するものと適宜交換して用いることができる。
このような複合的な構成では、アーム部の構成によって、初期化動作を変更する必要が生じたり、複数の初期化動作が可能になったりする場合がある。
この場合、収束動作制御部は、初期化動作において最初に軌跡取得工程を行う前に、アーム部情報記憶部からアーム部の構成情報を取得し、このアーム部の構成情報に基づいて、軌跡取得工程、収束判定量算出工程、収束判定工程、および駆動量修正工程の動作を設定する動作設定工程を行うことが可能である。
上記各実施形態および各変形例では、関節が屈曲用関節のみからなる場合の例で説明したが、アーム部は、屈曲用関節以外の関節を有していてもよい。
例えば、上記第１実施形態において、第１アーム１１の中間部には、アーム先端１１ｂをアーム基端１１ａに対してアーム軸線Ｏ１１に沿って進退させるスライド関節や、アーム先端１１ｂをアーム基端１１ａに対してアーム軸線Ｏ１１回りに回転する軸回転関節を備えた構成とすることもできる。
このようなスライド関節、軸回転関節は、第１アーム１１を屈曲させないため、アーム部８の屈曲状態を変更しない。このため、第１アーム１１および第２アーム１３を基準軸線Ｏに沿って整列させる初期化操作の際には、これらのスライド関節や、軸回転関節の駆動を停止しておくことで、スライド関節や、軸回転関節を有しない場合とまったく同様に初期化動作を行うことができる。
他の実施形態、変形例における他のアームにおいても同様である。
上記第１変形例の説明では、アーム部が２つの屈曲用関節を有しオフセット量が０の場合に、回転移動のみで、初期化動作を行う場合の例で説明したが、上記第２変形例で説明した進退移動のみによっても初期化動作を行うことが可能である。
上記各実施形態および各変形例の説明では、第１アーム１１のアーム基端１１ａが挿入部３を通して駆動部５まで延ばされ、駆動部５内に、移動部として、回転駆動モータ１０、４０Ａ、進退駆動モータ３０、４０Ｂが設けられている場合の例で説明したが、移動部は、先端硬質部３ａの内部または外部に固定してもよい。この場合、第１アーム１１は、全体が硬性の部材で構成する。
このような構成の場合、移動部はアーム部の支持部を兼ねている。
上記第２実施形態の説明では、回転軸上オフセットを有するアーム部４８が、回転移動による軌跡取得と、進退移動による軌跡取得のいずれを用いても初期化動作を行えることから、操作部２によってそれぞれの動作を選択できる場合の例で説明した。
しかし、回転駆動モータ４０Ａ、進退駆動モータ４０Ｂのいずれかを削除して、一方の軌跡取得のみによって初期化動作を行う構成とすることも可能である。
上記各実施形態および各変形例の説明では、処置部１６とは別に光照射部１７を設ける場合の例で説明したが、レーザ光照射を行う処置部を設ける場合には、処置部が、光照射部を兼ねる構成としてもよい。この場合、初期化動作には、処置部から低強度のレーザ光束を照射することにより、上記レーザ光束Ｌと同様の光照射を行う。
この場合、レーザ光束の照射口が、アームの軸線上に配置されれば、オフセット量は０になり、アームの軸線からずらして配置すれば、オフセット量を有する場合の例になる。
上記各実施形態および各変形例の説明では、筒状部材からなるアームを、模式的に直線として図示しているが、これは、アームが細長い筒状に限定されることを意味するものではない。アームは、アームの直径に比べて長さが短く、環状と言えるような筒状部材も可能である。このようなアームの例としては、例えば、いわゆる内視鏡に用いられる節輪（コマ）を挙げることができる。
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ、１Ｈ、１Ｊ、１Ｋ、１Ｌ、１Ｍ、１Ｎ 手術支援ロボット（医療用マニピュレータ）
２ 操作部
２ｅ モード切替スイッチ
３ 挿入部
３ａ 先端硬質部（支持部）
４ 内視鏡
５ 駆動部
６、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、６Ｇ、６Ｈ、６Ｊ、６Ｋ、６Ｌ、６Ｍ、６Ｎ 制御部
７ 表示部
８、２８、４８、５８、６８、７８、８８、９８、１１８ アーム部
９ 撮像部
１０、４０Ａ 回転駆動モータ（回転移動部、移動部）
１１ 第１アーム（アーム）
１１ｃ アーム情報供給部
１２ 第１関節（屈曲用関節）
１２Ａ、１４Ａ、２２Ａ、２４Ａ 関節駆動モータ
１３、４３、５３ 第２アーム（アーム）
１４ 第２関節（屈曲用関節）
１５、６５、９５、１０５ 第３アーム（アーム）
１６ 処置部
１７ 光照射部
１７ｂ ファイバ端面（照射口）
１８、１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄ、１８Ｅ、１８Ｆ、１８Ｈ、１８Ｊ、１８Ｌ、１８Ｍ 術具
２２ 第３関節（屈曲用関節）
２３ 第４アーム（アーム）
２４ 第４関節（屈曲用関節）
２５ 第５アーム（アーム）
３０、４０Ｂ 進退駆動モータ（進退移動部、移動部）
４０ 移動部
２００ 本体制御ユニット
２０１、２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１Ｃ、２０１Ｄ、２０１Ｅ、２０１Ｆ、２０１Ｇ、２０１Ｈ、２０１Ｊ、２０１Ｋ、２０１Ｌ、２０１Ｍ、２０１Ｎ 初期化制御ユニット（初期化制御部）
２１０、２１０Ｂ、２１０Ｃ 軌跡取得制御部
２１１、２１１Ａ、２１１Ｂ、２１１Ｃ、２１１Ｌ、２１１Ｘ 収束判定部（収束判定量算出部）
２１２ 軌跡記憶部
２１３、２１３Ａ、２１３Ｃ、２１３Ｄ、２１３Ｅ、２１３Ｆ、２１３Ｇ、２１３Ｈ、２１３Ｊ、２１３Ｋ、２１３Ｌ、２１３Ｍ、２１３Ｎ、２１３Ｘ 駆動量修正部
２１４ 記憶部（アーム情報記憶部）
２１５、２１５Ａ、２１５Ｂ、２１５Ｃ、２１５Ｄ、２１５Ｅ、２１５Ｆ、２１５Ｇ、２１５Ｈ、２１５Ｊ、２１５Ｋ、２１５Ｌ、２１５Ｍ、２１５Ｎ、２１５Ｘ 収束動作制御部
２１６ バックラッシ測定制御部
Ｂ、Ｂ’、Ｂ’’、Ｂ’’’、Ｂ１、Ｂ２ ビームスポット（光像）
ＢＬａ、ＢＬｂ バックラッシ量
Ｃ 体腔
Ｌ レーザ光束（光束）
Ｏ 基準軸線
Ｏ１１、Ｏ１３、Ｏ１５、Ｏ２３、Ｏ２５ アーム軸線（アームの軸線）
Ｏ１２ 第１回動軸
Ｏ１４ 第２回動軸
Ｏ２２ 第３回動軸
Ｏ２４ 第４回動軸
ＯＬ 光軸
Ｑ、Ｑ’、Ｑ１ 閉曲線（軌跡）
Ｓ 内壁

Claims (29)

  1. 体内に挿入される挿入部と、
    複数のアームが、互いに隣接するアーム間の角度を変更する屈曲用関節を含む関節によって連結されたアーム部と、
    前記挿入部の先端部で前記アーム部を支持する支持部と、
    前記アーム部において前記屈曲用関節よりも先端寄りのアームに配置された照射口から前記アームの軸線に平行な光軸を有する光束を照射する光照射部と、
    前記挿入部の先端部または前記支持部に設けられ、前記光束による光像の軌跡を撮像する撮像部と、
    前記支持部に支持された前記アーム部の被支持部を前記挿入部の長手方向に略沿う基準軸線の回りに回転する回転移動部と、前記被支持部を前記基準軸線に沿って進退する進退移動部との少なくとも一方を有する移動部と、
    前記アーム部の前記アームが前記基準軸線に沿って整列する基準状態を形成する初期化制御を行う初期化制御部と、
    を備え、
    該初期化制御部は、
    前記光照射部、前記移動部、および前記撮像部を制御することにより、前記光束を照射しつつ、前記アーム部を移動して、前記軌跡を取得する軌跡取得制御部と、
    前記軌跡から該軌跡の収束状態を判定するための所定の物理量を計算する収束判定量算出部と、
    該収束判定量算出部で計算された前記物理量に基づいて、前記屈曲用関節の駆動量を修正する駆動量修正部と、
    を備える、医療用マニピュレータ。
  2. 前記物理量の計算の値が最も小さくなった場合に前記軌跡が収束したと判定する収束判定部をさらに備える
    ことを特徴とする、請求項１に記載の医療用マニピュレータ。
  3. 前記収束判定部によって、前記軌跡が収束したと判定されるまで、前記軌跡取得制御部、前記収束判定量算出部、前記収束判定部、および前記駆動量修正部の動作を繰り返す制御を行う収束動作制御部をさらに備え、
    前記駆動量修正部は、
    前記収束判定部によって前記軌跡が収束していないと判定された場合に、前記物理量がより小さくなるような前記屈曲用関節の駆動量を求めて、該駆動量で前記屈曲用関節を駆動する
    ことを特徴とする、請求項２に記載の医療用マニピュレータ。
  4. 前記初期化制御部は、
    前記屈曲用関節における冗長関節の有無の情報、および前記照射口が配置された前記アームの軸線と前記光軸との距離であるオフセット量の情報を含む、前記アーム部の構成情報を記憶するアーム部情報記憶部を備え、
    前記アーム部の構成情報に基づいて、前記軌跡取得制御部、前記収束判定量算出部、前記収束判定部、および前記駆動量修正部の動作を制御する
    ことを特徴とする、請求項３に記載の医療用マニピュレータ。
  5. 前記支持部に支持された前記アーム部が冗長関節を有さず、前記オフセット量が０または前記屈曲用関節の屈曲平面に直交する方向に正値を有する場合に、
    前記軌跡取得制御部は、
    前記回転移動部による前記アーム部の回転移動、または前記進退移動部による前記アーム部の進退移動を行い、
    前記収束動作制御部は、
    前記屈曲用関節のすべてについて、前記軌跡取得制御部、前記収束判定量算出部、前記収束判定部、および前記駆動量修正部の動作を繰り返す制御を行う
    ことを特徴とする、請求項４に記載の医療用マニピュレータ。
  6. 前記移動部が前記回転移動部および前記進退移動部を有する場合であって、かつ前記支持部に支持された前記アーム部が冗長関節を有さず、前記オフセット量が前記屈曲用関節の屈曲平面に直交する方向に正値を有する場合に、
    前記軌跡取得制御部は、
    前記回転移動部による前記アーム部の回転移動、または前記進退移動部による前記アーム部の進退移動を行い、
    前記収束判定部は、
    前記回転移動部が前記アーム部を回転移動した場合に、前記物理量が収束した第１の収束状態であるかどうかと、
    前記進退移動部が前記アーム部を進退移動した場合に、前記物理量が収束した第２の収束状態であるかどうかと、
    を判定し、
    前記第１の収束状態であり、かつ前記第２の収束状態である場合に前記軌跡が収束したと判定し、
    前記収束動作制御部は、
    前記屈曲用関節の一つに関して、
    前記回転移動部により前記アーム部の回転移動を行い、前記収束判定部により前記第１の収束状態であると判定されるまで、前記駆動量修正部によって前記屈曲用関節を駆動する第１収束動作と、
    前記進退移動部により前記アーム部の進退移動を行い、前記収束判定部により前記第２の収束状態であると判定されるまで、前記駆動量修正部によって前記屈曲用関節を駆動する第２収束動作と、
    を、前記収束判定部によって、前記軌跡が収束したと判定されるまで行う収束動作を前記屈曲用関節のすべてに対して繰り返す制御を行う
    ことを特徴とする、請求項４に記載の医療用マニピュレータ。
  7. 前記移動部が前記回転移動部および前記進退移動部を有する場合であって、かつ前記支持部に支持された前記アーム部が冗長関節を有さず、前記オフセット量が前記屈曲用関節の屈曲平面に平行な方向に正値を有する場合に、
    前記軌跡取得制御部は、
    前記回転移動部による前記アーム部の回転移動、および前記進退移動部による前記アーム部の進退移動の少なくとも一方を行い、
    前記収束判定部は、
    前記回転移動部が前記アーム部を回転移動した場合に、前記物理量が収束した第１の収束状態であるかどうかと、
    前記進退移動部が前記アーム部を進退移動した場合に、前記物理量が収束した第２の収束状態であるかどうかと、
    を判定し、
    前記第１の収束状態であり、かつ前記第２の収束状態である場合に前記軌跡が収束したと判定し、
    前記収束動作制御部は、
    前記屈曲用関節の一つに関して、
    前記回転移動部による前記アーム部の回転移動および前記進退移動部による前記アーム部の進退移動を行い、前記収束判定部により前記第１の収束状態であると判定されるまで、前記駆動量修正部によって前記物理量の変化量と前記物理量の変化方向とに応じて前記屈曲用関節を駆動する第１収束動作と、
    前記進退移動部により前記アーム部の進退移動を行い、前記収束判定部により前記第２の収束状態であると判定されるまで、前記駆動量修正部によって前記屈曲用関節を駆動する第２収束動作と、
    を、前記収束判定部によって、前記軌跡が収束したと判定されるまで行う収束動作を前記屈曲用関節のすべてに対して繰り返す制御を行う
    ことを特徴とする、請求項４に記載の医療用マニピュレータ。
  8. 前記移動部が前記回転移動部および前記進退移動部を有する場合であって、かつ前記支持部に支持された前記アーム部が冗長関節を有し、前記オフセット量が０の場合に、
    前記軌跡取得制御部は、
    前記回転移動部による前記アーム部の回転移動、または前記進退移動部による前記アーム部の進退移動を行い、
    前記収束判定部は、
    前記回転移動部が前記アーム部を回転移動した場合に、前記物理量が収束した第１の収束状態であるかどうかと、
    前記進退移動部が前記アーム部を進退移動した場合に、前記物理量が収束した第２の収束状態であるかどうかと、
    を判定し、
    前記第１の収束状態であり、かつ前記第２の収束状態である場合に前記軌跡が収束したと判定し、
    前記収束動作制御部は、
    互いに隣接する前記冗長関節の一方を第１冗長関節と、他方を第２冗長関節と称するとき、
    前記第２冗長関節の角度を固定して、前記回転移動部により前記アーム部の回転移動を行い、前記収束判定部により前記第１の収束状態であると判定されるまで、前記駆動量修正部によって求められた前記第１冗長関節の駆動量で前記第１冗長関節を駆動する第１収束動作を行ってから、
    前記第１冗長関節の角度を固定して、前記進退移動部により前記アーム部の進退移動を行い、前記収束判定部により前記第２の収束状態であると判定されるまで、前記駆動量修正部によって求められた前記第２冗長関節の駆動量で前記第２冗長関節を駆動する第２収束動作を行い、
    前記第１収束動作と、前記第２収束動作とを、前記第２収束動作の際の前記収束判定部によって前記軌跡が収束したと判定されるまで、この順に繰り返す制御を行う
    ことを特徴とする、請求項４に記載の医療用マニピュレータ。
  9. 前記移動部が前記回転移動部および前記進退移動部を有する場合であって、かつ前記支持部に支持された前記アーム部が冗長関節を有し、前記オフセット量が０の場合に、
    前記軌跡取得制御部は、
    前記回転移動部による前記アーム部の回転移動、または前記進退移動部による前記アーム部の進退移動を行い、
    前記収束判定部は、
    前記回転移動部が前記アーム部を回転移動した場合に、前記物理量が収束した第１の収束状態であるかどうかと、
    前記進退移動部が前記アーム部を進退移動した場合に、前記物理量が収束した第２の収束状態であるかどうかと、
    を判定し、
    前記第１の収束状態であり、かつ前記第２の収束状態である場合に前記軌跡が収束したと判定し、
    前記収束動作制御部は、
    互いに隣接する前記冗長関節の一方を第１冗長関節と、他方を第２冗長関節と称するとき、
    前記第２冗長関節の角度を固定して、前記進退移動部により前記アーム部の進退移動を行い、前記収束判定部により前記第２の収束状態であると判定されるまで、前記駆動量修正部によって求められた前記第１冗長関節の駆動量で前記第１冗長関節を駆動して、前記光軸と前記基準軸線とを平行にする平行化動作を行い、
    前記回転移動部により前記アーム部の回転移動を行い、前記収束判定部により前記第１の収束状態であると判定されるまで、前記駆動量修正部により、前記光軸と前記基準軸線との距離が近づいて前記物理量がより小さくなるように、前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とが互いに逆向きに同じ角度だけ屈曲する駆動量を求め、該駆動量で前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とをそれぞれ駆動する直線化動作を行う制御を行う
    ことを特徴とする、請求項４に記載の医療用マニピュレータ。
  10. 前記移動部が前記回転移動部および前記進退移動部を有する場合であって、かつ前記支持部に支持された前記アーム部が冗長関節を有し、前記オフセット量が前記屈曲用関節の屈曲平面に平行な方向に正値を有する場合に、
    前記軌跡取得制御部は、
    前記回転移動部による前記アーム部の回転移動、または前記進退移動部による前記アーム部の進退移動を行い、
    前記収束判定部は、
    前記回転移動部が前記アーム部を回転移動した場合に、前記物理量が収束した第１の収束状態であるかどうかと、
    前記進退移動部が前記アーム部を進退移動した場合に、前記物理量が収束した第２の収束状態であるかどうかと、
    を判定し、
    前記第１の収束状態であり、かつ前記第２の収束状態である場合に前記軌跡が収束したと判定し、
    前記駆動量修正部は、
    互いに隣接する前記冗長関節の一方を第１冗長関節と、他方を第２冗長関節と称するとき、
    前記光軸と前記基準軸線とが整列している場合に、前記光軸を前記オフセット量だけずらすことにより、前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とを前記基準軸線に整列させる前記第１冗長関節と前記第２冗長関節との駆動量を、前記オフセット量に基づいて算出できるようになっており、
    前記収束動作制御部は、
    前記第２冗長関節の角度を固定して、前記回転移動部により前記アーム部の回転移動を行い、前記収束判定部により前記第１の収束状態であると判定されるまで、前記駆動量修正部によって求められた前記第１冗長関節の駆動量で前記第１冗長関節を駆動する第１収束動作を行ってから、
    前記第１冗長関節の角度を固定して、前記進退移動部により前記アーム部の進退移動を行い、前記収束判定部により前記第２の収束状態であると判定されるまで、前記駆動量修正部によって求められた前記第２冗長関節の駆動量で前記第２冗長関節を駆動する第２収束動作を行い、
    前記第１収束動作と、前記第２収束動作とを、前記収束判定部によって前記軌跡が収束したと判定されるまで繰り返して、前記光軸と前記基準軸線とを整列させる光軸整列動作を行い、
    前記光軸と前記基準軸線とが整列した状態から、前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とを互いに逆方向に回動させることで、前記第１冗長関節の先端側に連結されたアームの軸線と前記第２冗長関節の先端側に連結されたアームの軸線とを前記基準軸線に整列させる駆動量を、前記駆動量修正部により前記オフセット量に基づいて算出し、前記駆動量で前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とをそれぞれを駆動するアーム軸線整列動作を行う制御を行う
    ことを特徴とする、請求項４に記載の医療用マニピュレータ。
  11. 前記移動部が前記回転移動部および前記進退移動部を有する場合であって、かつ前記支持部に支持された前記アーム部が冗長関節を有し、前記オフセット量が前記屈曲用関節の屈曲平面に平行な方向に正値を有する場合に、
    前記軌跡取得制御部は、
    前記回転移動部による前記アーム部の回転移動、または前記進退移動部による前記アーム部の進退移動を行い、
    前記収束判定部は、
    前記回転移動部が前記アーム部を回転移動した場合に、前記物理量が収束した第１の収束状態であるかどうかと、
    前記進退移動部が前記アーム部を進退移動した場合に、前記物理量が収束した第２の収束状態であるかどうかと、
    を判定し、
    前記第１の収束状態であり、かつ前記第２の収束状態である場合に前記軌跡が収束したと判定し、
    前記収束動作制御部は、
    互いに隣接する前記冗長関節の一方を第１冗長関節と、他方を第２冗長関節と称するとき、
    前記第２冗長関節の角度を固定して、前記進退移動部により前記アーム部の進退移動を行い、前記収束判定部により前記第２の収束状態であると判定されるまで、前記駆動量修正部によって求められた前記第１冗長関節の駆動量で前記第１冗長関節を駆動して、前記光軸と前記基準軸線とを平行にする平行化動作を行い、
    前記回転移動部により前記アーム部の回転移動を行い、前記収束判定部により前記第１の収束状態であると判定されるまで、前記駆動量修正部により、前記光軸と前記基準軸線との距離が近づいて前記物理量がより小さくなるように、前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とが互いに逆向きに同じ角度だけ屈曲する駆動量を求め、該駆動量で前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とをそれぞれ駆動して、前記光軸を前記基準軸線とを整列させる光軸整列動作を行う制御を行い、
    前記光軸と前記基準軸線とが整列した状態から、前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とを互いに逆方向に回動させることで、前記第１冗長関節の先端側に連結されたアームの軸線と前記第２冗長関節の先端側に連結されたアームの軸線とを前記基準軸線に整列させる駆動量を、前記駆動量修正部により前記オフセット量に基づいて算出し、前記駆動量で前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とをそれぞれを駆動するアーム軸線整列動作を行う制御を行う
    ことを特徴とする、請求項４に記載の医療用マニピュレータ。
  12. 前記アーム部は、
    前記屈曲用関節を駆動するための駆動部または前記支持部に対して着脱可能に設けられ、前記初期化制御部に前記構成情報を伝達するアーム情報供給部を備える
    ことを特徴とする、請求項４〜１１のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータ。
  13. 前記物理量は、
    前記軌跡の径、前記光像のズレ量、前記軌跡で囲まれた面積、および前記軌跡の長さのうちのいずれかを含む
    ことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータ。
  14. 前記物理量は、
    前記移動部によって回転移動が行われた場合には、前記軌跡の径であり、
    前記移動部によって進退移動が行われた場合には、前記光像のズレ量である
    ことを特徴とする、請求項１３に記載の医療用マニピュレータ。
  15. 前記初期化制御部は、
    前記光照射部から前記光束を照射しつつ、前記屈曲用関節が所定の角度範囲を往復する屈曲動作を行うように、前記屈曲用関節を駆動して、前記撮像部により撮像された前記光像の位置と、前記屈曲用関節の駆動指令値との関係から、前記屈曲用関節のバックラッシ量を測定するバックラッシ測定制御部を備え、
    前記駆動量修正部は、
    前記駆動量を、前記バックラッシ量によって補正する
    ことを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータ。
  16. 複数のアームが互いに隣接するアーム間の角度を変更する屈曲用関節を含む関節によって連結され、体内に挿入される挿入部の先端の支持部において支持されたアーム部を有する医療用マニピュレータの初期化方法であって、
    前記アーム部において前記屈曲用関節よりも先端寄りのアームに配置された照射口から前記アームの軸線に平行な光軸を有する光束を照射し、前記アームの被支持部を前記挿入部の長手方向に略沿う基準軸線の回りに回転する回転移動と、前記被支持部を前記基準軸線に沿って進退する進退移動との少なくとも一方の移動を行って、前記光束による光像の軌跡を取得する軌跡取得工程と、
    前記軌跡から該軌跡の収束状態を判定するための所定の物理量を計算する収束判定量算出工程と、
    該収束判定量算出工程で計算された前記物理量に基づいて、前記屈曲用関節の駆動量を修正する駆動量修正工程と、
    を備える、医療用マニピュレータの初期化方法。
  17. 前記収束判定量算出工程の後に、前記物理量の計算の値が最も小さくなった場合に前記軌跡が収束したと判定する収束判定工程をさらに備える
    ことを特徴とする、請求項１６に記載の医療用マニピュレータの初期化方法。
  18. 前記駆動量修正工程では、
    前記物理量がより小さくなるような前記屈曲用関節の駆動量を求めて、該駆動量で前記屈曲用関節を駆動し、
    前記収束判定工程によって、前記軌跡が収束したと判定されるまで、前記軌跡取得工程、前記収束判定量算出工程、前記収束判定工程、および前記駆動量修正工程を繰り返す
    ことを特徴とする、請求項１７に記載の医療用マニピュレータの初期化方法。
  19. 前記軌跡取得工程を最初に開始する前に、
    前記屈曲用関節における冗長関節の有無の情報、および前記照射口が配置された前記アームの軸線と前記光軸との距離であるオフセット量の情報を含む、前記アーム部の構成情報を取得し、該アーム部の構成情報に基づいて、前記軌跡取得工程、前記収束判定量算出工程、前記収束判定工程、および前記駆動量修正工程における動作を設定する動作設定工程を備える
    ことを特徴とする、請求項１８に記載の医療用マニピュレータの初期化方法。
  20. 前記支持部に支持された前記アーム部が冗長関節を有さず、前記照射口が配置された前記アームの軸線と前記光軸との距離であるオフセット量が０または前記屈曲用関節の屈曲平面に直交する方向に正値を有する場合に、
    前記軌跡取得工程では、
    前記アーム部の回転移動または進退移動を行い、
    前記屈曲用関節のすべてについて、前記軌跡取得工程、前記収束判定量算出工程、前記収束判定工程、および前記駆動量修正工程をこの順に繰り返す
    ことを特徴とする、請求項１８または１９に記載の医療用マニピュレータの初期化方法。
  21. 前記支持部に支持された前記アーム部が冗長関節を有さず、前記照射口が配置された前記アームの軸線と前記光軸との距離であるオフセット量が前記屈曲用関節の屈曲平面に直交する方向に正値を有する場合に、
    前記軌跡取得工程では、
    前記アーム部の回転移動または進退移動を行い、
    前記収束判定工程では、
    前記アーム部を回転移動した前記軌跡取得工程を行った場合に、前記物理量が収束した第１の収束状態であるかどうかと、
    前記アーム部を進退移動した前記軌跡取得工程を行った場合に、前記物理量が収束した第２の収束状態であるかどうかと、
    を判定し、
    前記第１の収束状態であり、かつ前記第２の収束状態である場合に前記軌跡が収束したと判定し、
    前記アーム部の回転移動を行う前記軌跡取得工程と、前記収束判定量算出工程と、前記収束判定工程と、該収束判定工程により前記第１の収束状態であると判定されるまで行われる前記駆動量修正工程と、を有し、前記収束判定工程によって前記第１の収束状態であると判定された場合に終了する第１収束工程と、
    前記アーム部の進退移動を行う前記軌跡取得工程と、前記収束判定量算出工程と、前記収束判定工程と、前記収束判定工程により前記第２の収束状態であると判定されるまで行われる前記駆動量修正工程と、を有し、前記収束判定工程によって前記第２の収束状態であると判定された場合に終了する第２収束工程と、
    を備え、
    前記第１収束工程、前記第２収束工程をこの順または逆の順に行って、いずれかの前記収束判定工程で前記軌跡が収束したと判定された場合に一つの屈曲用関節の初期化を終了し、以上の各工程を、前記屈曲用関節のすべてに対して行う
    ことを特徴とする、請求項１８または１９に記載の医療用マニピュレータの初期化方法。
  22. 前記支持部に支持された前記アーム部が冗長関節を有さず、前記照射口が配置された前記アームの軸線と前記光軸との距離であるオフセット量が前記屈曲用関節の屈曲平面に平行な方向に正値を有する場合に、
    前記軌跡取得工程では、
    前記アーム部の回転移動および進退移動の少なくとも一方を行い、
    前記収束判定工程では、
    前記アーム部を回転移動した前記軌跡取得工程を行った場合に、前記物理量が収束した第１の収束状態であるかどうかと、
    前記アーム部を進退移動した前記軌跡取得工程を行った場合に、前記物理量が収束した第２の収束状態であるかどうかと、
    を判定し、
    前記第１の収束状態であり、かつ前記第２の収束状態である場合に前記軌跡が収束したと判定し、
    前記アーム部の回転移動および進退移動を行う前記軌跡取得工程と、前記回転移動および前記進退移動でそれぞれ取得された軌跡からそれぞれの物理量を計算する前記収束判定量算出工程と、前記収束判定工程と、該収束判定工程により前記第１の収束状態であると判定されるまで行われ、前記それぞれの物理量の変化量または変化方向とに応じて前記駆動量を修正する前記駆動量修正工程と、を有し、前記収束判定工程によって前記第１の収束状態であると判定された場合に終了する第１収束工程と、
    前記アーム部の進退移動を行う前記軌跡取得工程と、前記収束判定量算出工程と、前記収束判定工程と、前記収束判定工程により前記第２の収束状態であると判定されるまで行われる前記駆動量修正工程と、を有し、前記収束判定工程によって前記第２の収束状態であると判定された場合に終了する第２収束工程と、
    を備え、
    前記第１収束工程、前記第２収束工程をこの順に行って、前記収束判定工程で前記軌跡が収束したと判定された場合に一つの屈曲用関節の初期化を終了し、以上の各工程を、前記屈曲用関節のすべてに対して行う
    ことを特徴とする、請求項１８または１９に記載の医療用マニピュレータの初期化方法。
  23. 前記支持部に支持された前記アーム部が冗長関節を有し、前記照射口が配置された前記アームの軸線と前記光軸との距離であるオフセット量が０の場合に、
    前記軌跡取得工程では、
    前記アーム部の回転移動または進退移動を行い、
    前記収束判定工程では、
    前記アーム部を回転移動した前記軌跡取得工程を行った場合に、前記物理量が収束した第１の収束状態であるかどうかと、
    前記アーム部を進退移動した前記軌跡取得工程を行った場合に、前記物理量が収束した第２の収束状態であるかどうかと、
    を判定し、
    前記第１の収束状態であり、かつ前記第２の収束状態である場合に前記軌跡が収束したと判定し、
    互いに隣接する前記冗長関節の一方を第１冗長関節と、他方を第２冗長関節と称するとき、
    前記第２冗長関節の角度を固定して、前記アーム部の回転移動を行う前記軌跡取得工程と、前記収束判定量算出工程と、前記収束判定工程と、前記第１冗長関節の駆動量を修正する前記駆動量修正工程と、を有し、前記収束判定工程によって前記第１の収束状態であると判定された場合に終了する第１収束工程と、
    前記第１冗長関節の角度を固定して、前記アーム部の進退移動を行う前記軌跡取得工程と、前記収束判定量算出工程と、前記収束判定工程と、前記第２冗長関節の駆動量を修正する前記駆動量修正工程と、を有し、前記収束判定工程によって前記第２の収束状態であると判定された場合に終了する第２収束工程と、
    を備え、
    前記第１収束工程および前記第２収束工程をこの順に繰り返し行って、前記第２収束工程の前記収束判定工程で前記軌跡が収束したと判定された場合に一組の冗長関節の初期化を終了し、以上の各工程を、前記冗長関節のすべてに対して行う
    ことを特徴とする、請求項１８または１９に記載の医療用マニピュレータの初期化方法。
  24. 前記支持部に支持された前記アーム部が冗長関節を有し、前記照射口が配置された前記アームの軸線と前記光軸との距離であるオフセット量が０の場合に、
    前記軌跡取得工程では、
    前記アーム部の回転移動または進退移動を行い、
    前記収束判定工程では、
    前記アーム部を回転移動した前記軌跡取得工程を行った場合に、前記物理量が収束した第１の収束状態であるかどうかと、
    前記アーム部を進退移動した前記軌跡取得工程を行った場合に、前記物理量が収束した第２の収束状態であるかどうかと、
    を判定し、
    前記第１の収束状態であり、かつ前記第２の収束状態である場合に前記軌跡が収束したと判定し、
    互いに隣接する前記冗長関節の一方を第１冗長関節と、他方を第２冗長関節と称するとき、
    前記第２冗長関節の角度を固定して、前記アーム部の進退移動を行う前記軌跡取得工程と、前記収束判定量算出工程と、前記収束判定工程と、前記第１冗長関節の駆動量を修正する前記駆動量修正工程と、を有し、前記収束判定工程によって前記第２の収束状態であると判定された場合に終了して、前記光軸と前記基準軸線とを平行にする平行化工程と、
    前記アーム部の回転移動を行う前記軌跡取得工程と、前記収束判定量算出工程と、前記収束判定工程と、前記光軸と前記基準軸線との距離が近づいて前記物理量がより小さくなるように、前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とが互いに逆向きに同じ角度だけ屈曲する駆動量を求めて該駆動量で前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とをそれぞれ駆動する前記駆動量修正工程と、を有し、前記収束判定工程によって前記第１の収束状態であると判定された場合に終了する直線化工程と、
    を備え、
    前記平行化工程、および前記直線化工程をこの順に行って、前記収束判定工程で前記軌跡が収束したと判定された場合に一組の冗長関節の初期化を終了し、以上の各工程を、前記冗長関節のすべてに対して行う
    ことを特徴とする、請求項１８または１９に記載の医療用マニピュレータの初期化方法。
  25. 前記支持部に支持された前記アーム部が冗長関節を有し、前記照射口が配置された前記アームの軸線と前記光軸との距離であるオフセット量が前記屈曲用関節の屈曲平面に平行な方向に正値を有する場合に、
    前記軌跡取得工程では、
    前記アーム部の回転移動または進退移動を行い、
    前記収束判定工程では、
    前記アーム部を回転移動した前記軌跡取得工程を行った場合に、前記物理量が収束した第１の収束状態であるかどうかと、
    前記アーム部を進退移動した前記軌跡取得工程を行った場合に、前記物理量が収束した第２の収束状態であるかどうかと、
    を判定し、
    前記第１の収束状態であり、かつ前記第２の収束状態である場合に前記軌跡が収束したと判定し、
    互いに隣接する前記冗長関節の一方を第１冗長関節と、他方を第２冗長関節と称するとき、
    前記第２冗長関節の角度を固定して、前記アーム部の回転移動を行う前記軌跡取得工程と、前記収束判定量算出工程と、前記収束判定工程と、前記第１冗長関節の駆動量を修正する前記駆動量修正工程と、を有し、前記収束判定工程によって前記第１の収束状態であると判定された場合に終了する第１収束工程と、
    前記第１冗長関節の角度を固定して、前記アーム部の進退移動を行う前記軌跡取得工程と、前記収束判定量算出工程と、前記収束判定工程と、前記第２冗長関節の駆動量を修正する前記駆動量修正工程と、を有し、前記収束判定工程によって前記第２の収束状態であると判定された場合に終了する第２収束工程と、
    前記第１収束工程および前記第２収束工程を、この順に行って、前記収束判定工程で前記軌跡が収束したと判定された場合に終了して、前記光軸と前記基準軸線とを整列させる光軸整列工程と、
    前記光軸と前記基準軸線とが整列した状態から、前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とを互いに逆方向に回動させることで、前記第１冗長関節の先端側に連結されたアームの軸線と前記第２冗長関節の先端側に連結されたアームの軸線とを前記基準軸線に整列させる駆動量を、前記オフセット量に基づいて算出し、前記駆動量で前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とをそれぞれを駆動するアーム軸線整列工程と、
    を備え、
    前記第１収束工程、前記第２収束工程、前記光軸整列工程、および前記アーム軸線整列工程を、この順に行って、一組の冗長関節の初期化を終了し、以上の各工程を、前記冗長関節のすべてに対して行う
    ことを特徴とする、請求項１８または１９に記載の医療用マニピュレータの初期化方法。
  26. 前記アーム部が冗長関節を有し、前記照射口が配置された前記アームの軸線と前記光軸との距離であるオフセット量が前記屈曲用関節の屈曲平面に平行な方向に正値を有する場合に、
    前記軌跡取得工程では、
    前記アーム部の回転移動または進退移動を行い、
    前記収束判定工程では、
    前記アーム部を回転移動した前記軌跡取得工程を行った場合に、前記物理量が収束した第１の収束状態であるかどうかと、
    前記アーム部を進退移動した前記軌跡取得工程を行った場合に、前記物理量が収束した第２の収束状態であるかどうかと、
    を判定し、
    前記第１の収束状態であり、かつ前記第２の収束状態である場合に前記軌跡が収束したと判定し、
    互いに隣接する前記冗長関節の一方を第１冗長関節と、他方を第２冗長関節と称するとき、
    前記第２冗長関節の角度を固定して、前記アーム部の進退移動を行う前記軌跡取得工程と、前記収束判定量算出工程と、前記収束判定工程と、前記第１冗長関節の駆動量を修正する前記駆動量修正工程と、を有し、前記収束判定工程によって前記第２の収束状態であると判定された場合に終了して、前記光軸と前記基準軸線とを平行にする平行化工程と、
    前記アーム部の回転移動を行う前記軌跡取得工程と、前記収束判定量算出工程と、前記収束判定工程と、前記光軸と前記基準軸線との距離が近づいて前記物理量がより小さくなるように、前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とが互いに逆向きに同じ角度だけ屈曲する駆動量を求め、該駆動量で前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とをそれぞれ駆動する前記駆動量修正工程と、を有し、前記収束判定工程によって前記第１の収束状態であると判定された場合に終了して、前記光軸と前記基準軸線とを整列させる光軸整列工程と、
    前記光軸と前記基準軸線とが整列した状態から、前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とを互いに逆方向に回動させることで、前記第１冗長関節の先端側に連結されたアームの軸線と前記第２冗長関節の先端側に連結されたアームの軸線とを前記基準軸線に整列させる駆動量を、前記オフセット量に基づいて算出し、前記駆動量で前記第１冗長関節と前記第２冗長関節とをそれぞれを駆動するアーム軸線整列工程と、
    を備え、
    前記平行化工程、前記光軸整列工程、および前記アーム軸線整列工程をこの順に行って、一組の冗長関節の初期化を終了し、以上の各工程を、前記冗長関節のすべてに対して行う
    ことを特徴とする、請求項１８または１９に記載の医療用マニピュレータの初期化方法。
  27. 前記物理量は、
    前記軌跡の径、前記光像のズレ量、前記軌跡で囲まれた面積、および前記軌跡の長さのうちのいずれかを含む
    ことを特徴とする、請求項１６〜２６のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータの初期化方法。
  28. 前記物理量は、
    前記軌跡取得工程において回転移動が行われた場合には、前記軌跡の径であり、
    前記軌跡取得工程において進退移動が行われた場合には、前記光像のズレ量である
    ことを特徴とする、請求項２７に記載の医療用マニピュレータの初期化方法。
  29. 最初に行う前記軌跡取得工程よりも前に、
    前記照射口から前記光束を照射しつつ、前記屈曲用関節が所定の角度範囲を往復する屈曲動作を行うように、前記屈曲用関節を駆動して、前記光像の位置と、前記屈曲用関節の駆動指令値との関係から、前記屈曲用関節のバックラッシ量を測定するバックラッシ測定工程を備え、
    前記駆動量修正工程では、
    前記駆動量を、前記バックラッシ量によって補正する
    ことを特徴とする、請求項１６〜２８のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータの初期化方法。
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