JP2020104843A - 電動ハンドカート及び手術支援ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】手術支援ロボットのベース部として好適な電動ハンドカートにおいて、ハンドカートを目標位置へ位置決めする際の操縦性を向上する【解決手段】電動ハンドカートは、駆動輪を有し当該駆動輪の回転により走行するボディと、駆動輪を回転させる電動モータと、電動モータの回転速度が目標回転速度となるように電動モータを制御するコントローラと、ボディの走行速度に対する操作量を入力する操作入力装置と、オペレータが握るグリップを有し、ボディを操縦するハンドルと、グリップに設けられ、オペレータによるグリップの握り強さを検出する握り強さ検出センサとを備える。コントローラは、握り強さに対し正の相関を有するゲインを求め、ゲインで増幅された操作量を求め、操作量に基づいて電動モータの目標回転速度を求める。【選択図】図７

Description

本発明は、電動ハンドカート及びそれを含む手術支援ロボットに関する。

従来、低侵襲外科手術を行うためのロボット手術システムが知られている。ロボット手術システムは、手術器具を装備した手術器具マニピュレータ及び内視鏡を装備した内視鏡マニピュレータを有する手術支援ロボットと、この手術支援ロボットを外科医が遠隔操作するための外科医用コンソールとを備える。特許文献１は、この種のロボット支援手術システムを開示する。

特許文献１のロボット支援手術システムは、外科医用コンソールと、患者側カート（手術支援ロボット）とを備える。患者側カートは、取付ベースと、取付ベースに固定された支持リンク機構と、支持リンク機構に回転可能に連結されたプラットフォームと、プラットフォームに固定された複数のセットアップリンク機構と、各セットアップリンク機構に取り付けられた手術器具マニピュレータとを備える。取付ベースは、操舵可能な車輪アセンブリを備えることにより、移動が許容されることと、移動が阻止されることとが可能である。取付ベースは、手術室の床に支持されており、任意の位置に再位置決めされ得る。

特開２０１８−１４９３０３号公報

特許文献１に記載されているように、一般的なロボット支援手術システムにおいて、手術支援ロボット（患者側カート）のベース部は、所謂、ハンドカートとなっている。オペレータは、ハンドカートを押したり引いたりすることを繰り返して、手術支援ロボットを目標位置まで移動させ、ハンドカートをそこから動かないように静止させる。

手術支援ロボットは重量物であり、且つ、オペレータの体と比較して大きい。そこで、オペレータの操作力をアシストするモータが搭載されたハンドカートを、手術支援ロボットのベース部として用いることが考えうる。

一般に、ハンドカートが目標位置へ位置決めされる際に、先ず、ハンドカートを目標位置へ向かって比較的長距離を走行させる大雑把な移動を行い、次いで、ハンドカートを目標位置へ精確に位置決めするために比較的短距離を走行させる細やかな移動を行う。大雑把な移動に照準定めて、大雑把な移動と細やかな移動とで同様にオペレータ操作力がアシストされると、細やかな移動の際にハンドカートを微量に変位させることが難しい。また、細やかな移動に照準を定めて、大雑把な移動と細やかな移動とで同様にオペレータ操作力がアシストされると、大雑把な移動の際に時間がかかる。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、ロボットのベース部として好適な電動ハンドカートにおいて、ハンドカートを目標位置へ位置決めする際の操縦性を向上することにある。

本発明の一態様に係る電動ハンドカートは、
駆動輪を有し当該駆動輪の回転により走行するボディと、
前記駆動輪を回転させる電動モータと、
前記電動モータの回転速度が目標回転速度となるように前記電動モータを制御するコントローラと、
前記ボディの走行速度に対する操作量を入力する操作入力装置と、
オペレータが握るグリップを有し、前記ボディを操縦するハンドルと、
前記グリップに設けられ、前記オペレータによる前記グリップの握り強さを検出する握り強さ検出センサとを備え、
前記コントローラは、前記握り強さに対し正の相関を有するゲインを求め、前記ゲインで増幅された前記操作量を求め、前記操作量に基づいて前記目標回転速度を求めるものである。

上記電動ハンドカートによれば、オペレータが回転グリップを強く握るとゲインの増加幅が大きくなり、オペレータが回転グリップを弱く（又は、通常の力で）握るとゲインの増加幅が抑えられる。そして、ゲインの増加幅が大きいほど、即ち、握り強さが大きいほど、操作量に対する電動モータの目標回転速度が速くなり、その結果、ハンドカートの走行速度が速くなる。

例えば、電動ハンドカートを大雑把に移動させたいときは、オペレータは回転グリップを強く握り込む。これにより、操作量に対するハンドカートの走行速度が高められ、ハンドカートを早く目標位置へ到達させることができる。また、例えば、ハンドカートを細やかに移動させたいときは、オペレータは回転グリップを弱く（又は、通常の力で）握る。これにより、操作量に対するハンドカートの走行速度が抑えられ、ハンドカートを目標位置へ正確に位置合わせすることが容易となる。以上の通り、本発明に係る電動ハンドカートによれば、目標位置へ位置決めする際の操縦性を向上させることができる。

上記電動ハンドカートにおいて、前記操作入力装置は、前記ハンドルに設けられた回転グリップと、当該回転グリップの回転位置を前記操作量として検出する回転センサとを含むものであってよい。

これにより、ハンドルに走行速度に対する操作量を入力する機能と、その操作量に対する増幅率（ゲイン）を入力する機能とが集約される。よって、オペレータによる操作を単純化することができる。

また、本発明の一態様に係る手術支援ロボットは、少なくとも１本のマニピュレータと、前記マニピュレータを支持する電動ハンドカートとを備えるものである。

また、本発明の一態様に係る手術支援ロボットは、遠位端部に内視鏡又は手術器具を有する少なくとも１本のマニピュレータと、前記マニピュレータを支持するポジショナと、前記ポジショナを支持する電動ハンドカートとを備えるものである。

電動ハンドカートは、前述の通り、操縦性が向上されているので、大雑把な移動と細やかな移動との双方を行い得るロボット・手術支援ロボットのベース部として好適である。

本発明によれば、手術支援ロボットのベース部として好適な電動ハンドカートにおいて、ハンドカートを目標位置へ位置決めする際の操縦性を向上することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るハンドカートを含む手術支援ロボットの概略構成図である。 図２は、ハンドカートの背面図である。 図３は、ハンドカートの車輪の位置関係を説明する平面図である。 図４は、パワーステアリング機構の構成を示す図である。 図５は、ハンドカートの制御系統の構成を説明する図である。 図６は、ハンドルの内部構造を示す図である。 図７は、コントローラの処理の流れを示す図である。 図８は、ゲインと握り強さとの関係（第１例）を示すグラフ１である。 図９は、ゲインと握り強さとの関係（第２例）を示すグラフ２である。 図１０は、回転速度とゲインで増幅されたグリップの回転位置との関係を表すグラフ３である。 図１１は、回転速度とグリップの回転位置との関係を表すグラフ４である。 図１２は、操作入力装置の変形例を示す図である。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電動ハンドカート（以下、単に「ハンドカート２」と称する）を含む手術支援ロボット１の概略構成図である。この図では、オペレータＯが、患者が載せられる手術台の傍へ手術支援ロボット１を移動させる様子が示されている。

〔手術支援ロボット１の全体構成〕
手術支援ロボット１は、ハンドカート２、ポジショナ３、複数の手術マニピュレータ４、及び手術支援ロボット１の制御を司るロボットコントローラ１０を備える。ポジショナ３の近位端部は、ハンドカート２に固定されている。ポジショナ３は、所謂、マニピュレータ（多関節型ロボットアーム）であって、その遠位端部にプラットフォーム３０が装着されている。ポジショナ３は、プラットフォーム３０を任意の位置及び姿勢に移動させる。プラットフォーム３０には、手術マニピュレータ４の近位端部が着脱可能に連結される。手術マニピュレータ４の遠位端部には、外科手術に用いられる器具がエンドエフェクタ４０として設けられている。複数の手術マニピュレータ４のうち少なくとも１つは、その遠位端部にエンドエフェクタ４０として内視鏡（ロボット内視鏡）が装着された内視鏡マニピュレータである。また、複数の手術マニピュレータ４のうち少なくとも１つは、その遠位端部にエンドエフェクタ４０として手術器具（ロボット手術器具）のいずれか１つが装着された手術器具マニピュレータである。

〔ハンドカート２の概略構成〕
図２は、ハンドカート２の背面図である。図１及び図２に示すように、ハンドカート２は、駆動源としての電動モータが搭載された、所謂、電動ハンドカートである。ハンドカート２は、ボディ２１と、駆動輪２２及びその駆動機構６と、操舵輪２３及びその駆動機構５と、ハンドル２８と、電源装置２９とを備える。電源装置２９は、外部電源と接続されて、電力を駆動機構６及び駆動機構５へ供給する。

図３は、ハンドカート２の車輪の位置関係を説明する平面図である。図１及び図３に示すように、ボディ２１から見て水平な一方向を「前Ｆ」とし、ボディ２１から見て前Ｆと反対側を「後Ｂ」とする。

ハンドカート２は、ボディ２１の前部に左右一対の駆動輪２２を有し、ボディ２１の後部に左右一対の操舵輪２３を有する。更に、駆動輪２２と操舵輪２３との前後方向の間に補助輪２４を有する。一対の駆動輪２２の軌間距離よりも、一対の操舵輪２３の軌間距離のほうが小さい。一対の操舵輪２３、右の駆動輪２２、及び、左の操舵輪２３を線でつなぐと、平面視三角形が描かれる。補助輪２４は、この三角形の外側に位置する。

ボディ２１の前部には、左右一対の前スタビライザ２５が設けられている。また、ボディ２１の後部には、左右一対の後スタビライザ２６が設けられている。図２に示すように、後スタビライザ２６は、接床部材２６ｂと、接床部材２６ｂを昇降動作させるアクチュエータ２６ａとを備える。アクチュエータ２６ａは、例えば、エアシリンダと、エアシリンダから進退可能なシリンダロッドで構成されていてよい。前スタビライザ２５は、後スタビライザ２６と実質的に同じ構造を有し、接床部材２５ｂ及びアクチュエータ２５ａを備える（図５、参照）。前スタビライザ２５及び後スタビライザ２６が床と接触することにより、ハンドカート２の移動が阻止される。

ハンドル２８は、ボディ２１の後Ｂに設けられている。操舵輪２３と連結されたステアリング軸２７が上方へ向かって伸び、ステアリング軸２７の先端部にハンドル２８が固定されている。また、ボディ２１の後部には、ステアリングボックス４１が連結されており、ステアリングボックス４１から上方へステアリング軸２７を覆うステアリングポスト４２が伸びている。ステアリングポスト４２には、ステー３９を介してディスプレイ装置３１が取り付けられている。

ディスプレイ装置３１には、ボディ２１の前部に設けられた第１カメラ３２、及び、プラットフォーム３０に設けられた第２カメラ３３のうち少なくとも一方で撮像された画像（映像）が映し出される。ディスプレイ装置３１は、ハンドル２８を握るオペレータＯから視認し易い、ハンドル２８の直ぐ上前方に位置する。オペレータＯが一方の手でハンドル２８を握りながら他方の手でディスプレイ装置３１を操作できるように、ハンドル２８とディスプレイ装置３１とは近接して配置されている。オペレータＯは、ディスプレイ装置３１に映し出された画像で前方を確認しながら、ハンドル２８を握ってハンドカート２を走行させるとともに操舵することができる。

図５は、ハンドカートの制御系統の構成を説明する図である。図５に示すように、ディスプレイ装置３１は、表示部３１ａ、入力部３１ｂ、及び制御部３１ｃを有する。表示部３１ａは、入力部３１ｂとしての機能を併せ備えたタッチパネル式ディスプレイであってもよい。入力部３１ｂは、表示部３１ａの周囲に設けられたレバー、ボタン、ダイヤル、スイッチ、及びタッチパネルなどのうち少なくとも一種類の操作入力具を有していてよい。制御部３１ｃは、第１カメラ３２及び第２カメラ３３のうち少なくとも一方から撮像データを受け取り、それを表示部３１ａに表示出力させる。また、制御部３１ｃは、入力部３１ｂが受け付けた操作の入力を取得して、表示部３１ａの出力を切り替えることができる。制御部３１ｃは、コントローラ６０やロボットコントローラ１０と電気的に接続されている。制御部３１ｃは、コントローラ６０やロボットコントローラ１０から情報を取得して、表示部３１ａに情報を表示させることができる。制御部３１ｃは、入力部３１ｂが受け付けた操作の入力を取得して、コントローラ６０やロボットコントローラ１０へ操作信号を出力するように構成されている。例えば、制御部３１ｃは、ロボットコントローラ１０へロボット１の動作に関する操作信号を出力することができる。例えば、制御部３１ｃは、コントローラ６０へスタビライザ２５，２６の動作に関する操作信号を出力することができる。コントローラ６０はこの操作信号に基づいてスタビライザ２５，２６が昇降又は降下するように、アクチュエータ２５ａ，２６ａを動作させる。

〔パワーステアリング機構７１〕
ハンドカート２は、パワーステアリング機構７１を備える。パワーステアリング機構７１は、ハンドル２８の操舵荷重を軽減する。図４は、パワーステアリング機構７１の構成を示す図である。図２及び図４に示すように、一対の操舵輪２３は略水平に延びる車輪軸２７６で結合されている。車輪軸２７６には、略垂直に延びる車輪操縦軸２７５が連結されている。

ステアリング軸２７は、上操作軸２７１と下操作軸２７３とが、ユニバーサル連結軸２７２で連結されてなる。上操作軸２７１の先端部にはハンドル２８が固定されている。ユニバーサル連結軸２７２には、その回転位置を検出する回転センサ５６が設けられている。この回転センサ５６で検出される回転位置は、ハンドル２８の操舵角度と対応する。

下操作軸２７３の基端部は、ジョイント２７４を介して車輪操縦軸２７５と接続されている。これにより、ステアリング軸２７の回転が車輪操縦軸２７５に伝達される。ジョイント２７４には遊びが設けられており、ステアリング軸２７から車輪操縦軸２７５へ回転が伝達されない不感帯が設けられている。

車輪操縦軸２７５には、ステアリング軸２７からの回転に加えて、駆動機構５からの回転動力が伝達される。駆動機構５は、サーボモータ５１、減速機５２、減速機５２の出力軸に嵌装されたギヤ５４、車輪操縦軸２７５に嵌装されたギヤ５５、及び、コントローラ５８を含む。コントローラ５８は、回転センサ５６で検出された回転位置と車輪操縦軸２７５の回転位置とが対応するように、サーボモータ５１を駆動させる。サーボモータ５１の回転速度及び回転位置は、サーボモータ５１に付帯したロータリエンコーダ５３で検出され、コントローラ５８にフィードバックされる。サーボモータ５１の回転出力は、減速機５２でトルクが増幅されたのち、ギヤ５４，５５を介して車輪操縦軸２７５へ伝達される。このようにして車輪操縦軸２７５に伝達された回転動力によって、車輪操縦軸２７５と連結されたステアリング軸２７も回転し、その結果、ハンドル２８の操舵操作力がアシストされる。

〔走行アシスト機構７２〕
ハンドカート２は、走行アシスト機構７２を備える。走行アシスト機構７２は、ハンドル２８の押し引き荷重を軽減する。図５に示すように、駆動輪２２には略水平に延びる車輪軸６５が結合されている。車輪軸６５は、駆動機構６によって回転駆動される。駆動機構６は、サーボモータ６２、サーボモータ６２の出力トルクを増幅する減速機６１、減速機６１の出力を車輪軸６５に伝達する動力伝達機構６４、及び、サーボモータ６２を制御するコントローラ６０を含む。サーボモータ６２の回転速度及び回転位置は、サーボモータ６２に付帯したロータリエンコーダ６３で検出され、コントローラ６０にフィードバックされる。なお、一対の駆動輪２２の駆動機構６は実質的に同一であり、これらの駆動輪２２は同様に制御される。そこで、一対の駆動輪２２のうち一方について説明し他方の説明を省略する。

図６は、ハンドル２８の内部構造を示す図である。図２及び図６に示すように、ハンドル２８は、ステアリング軸２７の先端部に固定された操舵桿８３と、操舵桿８３の左右一側に固定された固定グリップ８１と、操舵桿８３の左右他側に回動可能に支持された回転グリップ８２とを備える。固定グリップ８１は、中軸８１ａと、中軸８１ａを被覆するカバー８１ｂとを有する。回転グリップ８２は、中軸８２ａと、中軸８２ａを被覆するカバー８２ｂとを有する。カバー８２ｂは、スポンジ状の柔らかい素材から成る。

回転グリップ８２の中軸８２ａとカバー８２ｂとの間にはシート状の握り強さ検出センサ８８が設けられている。握り強さ検出センサ８８は、オペレータＯが回転グリップ８２を握ったときの握り強さを検出する。握り強さは力［Ｎ］とされてもよく、圧力［Ｐａ］とされてもよい。握り強さ検出センサ８８はコントローラ６０と電気的に接続されており、握り強さ検出センサ８８の検出信号がコントローラ６０へ出力される。本実施形態に係る握り強さ検出センサ８８は、シート状の感圧センサであって、握り強さとして握り圧力を検出する。但し、握り強さ検出センサ８８はこれに限定されず、オペレータＯがグリップ８２を握る強さ、又は、それと対応する変化量を検出できるものであればよい。

回転グリップ８２の中軸８２ａの一方の端部は、操舵桿８３に挿入されている。回転グリップ８２は、操舵桿８３に内装されたリターンスプリング８５によって、所定の初期回転位置に戻り、且つ、初期回転位置からの回転量が大きくなるに従って操作負荷が大きくなるように付勢されている。

操舵桿８３内において、回転グリップ８２の中軸８２ａの端部と回転センサ８７の検出端とがジョイント８６を介して連結されている。回転センサ８７は、回転グリップ８２の回転位置を検出する。回転センサ８７は、特に限定されないが、例えば、ポテンショメータなどの回転グリップ８２の回転位置（回転角）を検出できるものであればよい。回転センサ８７はコントローラ６０と電気的に接続されており、回転センサ８７の検出信号がコントローラ６０へ出力される。回転センサ８７及び回転グリップ８２の少なくとも一方には、回転グリップ８２の回転角度が初期回転角度から所定回転角度までの間である場合に操作が入力されないように、不感帯が設けられている。

本実施形態においては、ハンドカート２（ボディ２１）の走行速度に対する操作量を入力する操作入力装置として、回転グリップ８２、及び、回転グリップ８２の回転位置を前記操作量として検出する回転センサ８７を備える。但し、操作入力装置は、これに限定されない。例えば、操作入力装置として、例えば、図１２に示すように、ハンドル２８に設けられたレバー３８及び当該レバー３８の変位を操作量として検出するセンサ３７（又は、レバー３８の回転変位を操作量として検出する回転センサ）が採用されてもよい。この場合、変位を操作量として検出するセンサ３７及びレバー３８の少なくとも一方には、レバー３８の変位位置が初期位置から所定位置までの間である場合に操作が入力されないように、不感帯が設けられてもよく、回転グリップ８２の場合と同様に、レバー３８の回転角度が初期回転角度から所定回転角度までの間である場合に操作が入力されないように、不感帯が設けられてもよい。操作入力装置として回転グリップ８２が採用される場合には、回転ブリップ８２の不感帯の幅（回転グリップ８２の初期回転角度から所定回転角度までの間の角度）は、０．１度以上５度以内、又は、１度以上５度以内とされてもよい。操作入力装置として傾倒又はスライドするレバー３８が採用される場合には、レバー３８の不感帯の幅（レバー３８の初期位置から所定位置までの間の変位）は、０．３ｍｍ以上１５ｍｍ以内、又は、３ｍｍ以上１５ｍｍ以内とされてよい。操作入力装置として回転するレバー３８が採用される場合には、レバー３８の不感帯の幅（レバー３８の初期回転角度から所定回転角度までの間の角度）は、０．１度以上５度以内、又は、１度以上５度以内とされてもよい。

コントローラ６０は、速度決定部６０１と、モータ駆動部６０２との機能部を含む。速度決定部６０１は、サーボモータ６２の出力回転速度Ｖを決定し、速度指令を生成する。速度決定部６０１は、ＰＬＣ（プログラマブルコントローラ）などの、一種のコンピュータとして具現化されてよい。速度決定部６０１は、演算装置と、揮発性及び不揮発性の記憶装置とを備える（いずれも図示略）。演算装置は、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＧＰＵなどで構成され、記憶装置に格納された各種プログラムを読み出して実行することで、速度決定部６０１としての機能を実現する。モータ駆動部６０２は、速度指令と実回転速度とが一致するようにサーボモータ６２へ電流を供給する。モータ駆動部６０２は、サーボドライバやサーボアンプとして具現化されてよい。

ここで、図７を参照して、速度決定部６０１による回転速度Ｖの算出方法を説明する。まず、速度決定部６０１は、ゲインＧと握り強さＰとの関係を表すゲイン−握り強さ情報Ｆ１を利用して、握り強さ検出センサ８８で検出された握り強さＰと対応するゲインＧを求める。ゲイン−握り強さ情報Ｆ１は予めコントローラ６０に記憶されている。ゲイン−握り強さ情報Ｆ１は、握り強さＰとゲインＧとが正の相関を有するように、任意にデザインすることができる。なお、「正の相関」は、２つの変数（即ち、握り強さＰ及びゲイン）の一方が増加するとき他方も増加する関係であるが、これに加えて、２つの変数の一方が増加するとき他方が一定（減少しない）関係である範囲が存在してもよい。

図８は、ゲイン−握り強さ情報Ｆ１の一例（第１例）としての、ゲインＧと握り強さＰとの関係を示すグラフ１である。グラフ１の縦軸はゲインＧを表し、横軸は握り強さＰを表す。グラフ１に示されるゲイン−握り強さ情報Ｆ１では、握り強さＰが０からｐ１までの間はゲインＧはｇ１で一定であり、握り強さＰがｐ１からｐ２までの間は握り強さＰの増加に伴ってゲインＧがｇ１からｇ２まで増加し、握り強さＰがｐ２以上ではゲインはｇ２で一定である（０＜ｇ１＜ｇ２）。

また、図９は、ゲイン−握り強さ情報Ｆ１の別の一例（第２例）としての、ゲインＧと握り強さＰとの関係を示すグラフ２である。グラフ２の縦軸はゲインＧを表し、横軸は握り強さＰを表す。グラフ２に示されるゲイン−握り強さ情報Ｆ１’では、握り強さＰが０からｐ１’までの間はゲインＧはｇ１’で一定であり、握り強さＰがｐ１’以上ではゲインはｇ２’で一定である（０＜ｇ１’＜ｇ２’）。

次に、速度決定部６０１は、回転センサ８７で検出された回転グリップ８２の回転位置Ｒ（即ち、ハンドカート２の走行速度に対する操作量）にゲインＧを掛け合わせ、ゲインＧで増幅された回転位置ＧＲに対応する回転速度Ｖ（サーボモータ６２の目標回転速度）を求める。回転グリップ８２のゲインで増幅された回転位置ＧＲと回転速度Ｖとの関係を表す回転位置−回転速度情報Ｆ２は、予めコントローラ６０に記憶されている。

図１０は、回転位置−回転速度情報Ｆ２の一例としての、ゲインＧで増幅された回転位置ＧＲと回転速度Ｖとの関係を示すグラフ３である。グラフ３の縦軸は回転速度Ｖを表し、横軸はゲインＧで増幅された回転位置ＧＲを表す。グラフ３に示される回転位置−回転速度情報Ｆ２では、ゲインＧで増幅された回転位置ＧＲが０からｒ１までの間は不感帯であって回転速度Ｖは０であり、回転位置ＧＲがｒ１からｒ２までの間は回転位置ＧＲの増加に伴って回転速度Ｖも０からｖ１まで増加し、回転位置ＧＲがｒ２以上では回転速度Ｖはｖ１で一定である。

上記のゲインＧで増幅された回転位置ＧＲと回転速度Ｖとの関係を回転位置Ｒと回転速度Ｖとの関係に変換すれば、図１１のグラフ４に示すような関係となる。ゲインＧが大きいとき（即ち、握り強さＰが大きいとき）には、ゲインＧが小さいとき（即ち、握り強さＰが小さいとき）と比較して、同じ回転位置Ｒに対する回転速度Ｖが大きい。つまり、オペレータＯが回転グリップ８２を強く握って回転グリップ８２を回転させると、ハンドカート２は速く進む。また、オペレータＯが回転グリップ８２を弱く握って回転グリップ８２を回転させると、ハンドカート２はゆっくりと進む。

上記のような走行アシスト機構７２は、例えば、手術室の隅に置かれている手術支援ロボット１を、手術室の中央に配置された手術台の近傍の目標位置へ移動させるシチュエーションで、以下のように機能的に作用する。

先ず、オペレータＯは、回転グリップ８２を強く握って回転させつつハンドル２８を操作することにより、大よそ目標位置までハンドカート２を走行させる。このように、ハンドカート２を大雑把に移動させたいときは、ゲインＧを大きな値として、ハンドカート２の走行速度を上昇させることによって、ハンドカート２を素早く目標位置へ到達させることができる。

次に、オペレータＯは、回転グリップ８２を弱く（又は、通常の力で）握って回転させつつハンドル２８を操作することにより、ハンドカート２を目標位置へ正確に位置合わせする。このように、ハンドカート２を細やかに移動させたいときは、ゲインＧの増加幅を抑えてゲインＧを小さな値とすることにより、ハンドカート２の走行速度を抑える。これにより、ハンドカート２の微量な移動による位置合わせが容易となる。

以上に説明したように、本実施形態のハンドカート２は、駆動輪２２を有し当該駆動輪２２の回転により走行するボディ２１と、駆動輪２２を回転させるサーボモータ６２（電動モータ）と、サーボモータ６２の回転速度が目標回転速度となるようにサーボモータ６２を制御するコントローラ６０と、ボディ２１の走行速度に対する操作量を入力する操作入力装置（回転グリップ８２）と、オペレータＯが握るグリップ８１，８２を有し、ボディ２１を操縦するハンドル２８と、グリップ８２に設けられ、オペレータＯによるグリップ８２の握り強さＰを検出する握り強さ検出センサ８８とを備える。そして、コントローラ６０は、握り強さＰに対し正の相関を有するゲインＧを求め、ゲインＧで増幅された操作量（回転位置ＧＲ）を求め、操作量（回転位置ＧＲ）に基づいて目標回転速度（回転速度Ｖ）を求める。

上記構成のハンドカート２によれば、オペレータＯが回転グリップ８２を強く握るとゲインＧの増加幅が大きくなり、オペレータＯが回転グリップ８２を弱く（又は、通常の力で）握るとゲインＧの増加幅が抑えられる。そして、ゲインＧの増加幅が大きいほど、即ち、握り強さＰが大きいほど、操作量に対するハンドカート２の走行速度が速くなる。

例えば、ハンドカート２を大雑把に移動させたいときは、オペレータＯは回転グリップ８２を強く握り込む。これにより、回転グリップ８２の回転位置（走行速度の操作量）に対するハンドカート２の走行速度が高められ、ハンドカート２を早く目標位置へ到達させることができる。また、例えば、ハンドカート２を細やかに移動させたいときは、オペレータＯは回転グリップ８２を弱く（又は、通常の力で）握る。これにより、回転グリップ８２の回転位置（走行速度の操作量）に対するハンドカート２の走行速度が抑えられ、ハンドカート２を目標位置へ正確に位置合わせすることが容易となる。以上の通り、本実施形態に係るハンドカート２によれば、目標位置へ位置決めする際の操縦性を向上させることができる。

また、本実施形態に係るハンドカート２において、握り強さが０から所定の第１の値（図８のｐ１、又は、図９のｐ１’）までの範囲に対応するゲインは一定（図８のｇ２、又は、図９のｇ１’）である。これにより、グリップ８２を握り始めたときにハンドカート２の走行速度が急速に上昇することを防止できる。

また、本実施形態に係るハンドカート２において、握り強さが所定の第２の値（図８のｐ２、又は、図９のｐ１’）以上の範囲に対応するゲインは一定（図８のｇ２、又は、図９のｇ２’）である。これにより、ハンドカート２の走行速度が上限なく急速することを防止できる。

また、本実施形態に係るハンドカート２において、操作入力装置は、ハンドル２８に設けられた回転グリップ８２と、当該回転グリップ８２の回転位置を操作量として検出する回転センサ８７とを含む。

上記ハンドカート２では、ハンドル２８の回転グリップ８２に、ハンドカート２の走行速度に対する操作量を入力する機能と、その操作量に対する増幅率（ゲイン）を入力する機能とが集約される。これにより、オペレータＯは単一の操作具（回転グリップ８２）で２つの操作を入力することができる。よって、オペレータＯによる操作を単純化することができる。

また、本実施形態に係るハンドカート２において、操作入力装置（回転グリップ８２又はレバー３８）に、不感帯が設けられている。本実施形態では、ディスプレイ装置３１の近傍に操作入力装置が配置されており、ディスプレイ装置３１を操作している間にオペレータＯの体の一部が操作入力装置に当接して意図せずに操作される可能性もある。そこで、このように操作入力装置に不感帯が設けられていることによって、誤操作や意図しない操作によってハンドカート２の走行速度が上昇することを防止できる。

上記実施形態に係る手術支援ロボット１は、遠位端部に内視鏡又は手術器具を有する少なくとも１本の手術マニピュレータ４と、手術マニピュレータ４を支持するポジショナ３と、ポジショナ３を支持するハンドカート２とを備えるものである。但し、上記構成の手術支援ロボット１において、ポジショナ３が省略され、手術マニピュレータ４が直接にハンドカート２に支持されていてもよい。

本実施形態に係るハンドカート２は、前述の通り操縦性が向上されているので、大雑把な移動と、細やかな移動との双方を行い得るロボット（手術支援ロボット１を含む）のベース部として好適である。

また、上記実施形態に係る手術支援ロボット１は、表示部３１ａを有するディスプレイ装置３１を更に備えている。ハンドル２８とディスプレイ装置３１とは、オペレータＯがハンドル２８を操作している片手を離してディスプレイ装置３１を操作できる程度に、近接して配置されている。これにより、オペレータＯは、ディスプレイ装置３１を視認して様々な情報を得ながら、ハンドカート２を操舵することができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明の思想を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び／又は機能の詳細を変更したものも本発明に含まれ得る。上記の構成は、例えば、以下のように変更することができる。

例えば、上記実施形態に係るハンドカート２では、握り強さ検出センサ８８は回転グリップ８２に設けられているが、握り強さ検出センサ８８は固定グリップ８１に設けられていてもよい。

また、上記実施形態に係るロボットは手術支援ロボット１であるが、本発明に係るロボットは手術支援ロボット１に限定されない。ロボットは、ハンドカート２に支持された少なくとも１本のマニピュレータを備えるものであればよい。マニピュレータの態様は特に限定されない。

また、上記実施形態に係るハンドカート２のパワーステアリング機構では、ハンドル２８から車輪操縦軸２７５までが物理的に接続されて、ハンドル２８に加えられた操作力が車輪操縦軸２７５に伝達される。但し、パワーステアリング機構の構成はこれに限定されない。例えば、図４に示すパワーステアリング機構において、下操作軸２７３及びユニバーサル連結軸２７２が省略され、ハンドル２８と連結されたステアリング軸２７に回転センサ５６が設けられてもよい。この場合も、コントローラ５８は、回転センサ５６で検出された回転位置と車輪操縦軸２７５の回転位置とが対応するように、サーボモータ５１を駆動させる。

１ ：手術支援ロボット（ロボットの一例）
２ ：電動ハンドカート
３ ：ポジショナ
４ ：手術マニピュレータ
５ ：駆動機構
６ ：駆動機構
２１ ：ボディ
２２ ：駆動輪
２３ ：操舵輪
２４ ：補助輪
２５，２６ ：スタビライザ
２７ ：ステアリング軸
２８ ：ハンドル
２９ ：電源装置
３０ ：プラットフォーム
３１ ：ディスプレイ装置
３２，３３ ：カメラ
３８ ：レバー
３９ ：ステー
３９ ：ステー
５１ ：サーボモータ
５２ ：減速機
５３ ：ロータリエンコーダ
５４，５５ ：ギヤ
５６ ：回転センサ
５８ ：コントローラ
６０ ：コントローラ
６１ ：減速機
６２ ：サーボモータ
６３ ：ロータリエンコーダ
６４ ：動力伝達機構
６５ ：車輪軸
７１ ：パワーステアリング機構
７２ ：走行アシスト機構
８１ ：固定グリップ
８２ ：回転グリップ（操作入力装置の一例）
８３ ：操舵桿
８５ ：リターンスプリング
８６ ：ジョイント
８７ ：回転センサ
８８ ：握り強さ検出センサ

Claims (14)

1. 駆動輪を有し当該駆動輪の回転により走行するボディと、
   前記駆動輪を回転させる電動モータと、
   前記電動モータの回転速度が目標回転速度となるように前記電動モータを制御するコントローラと、
   前記ボディの走行速度に対する操作量を入力する操作入力装置と、
   オペレータが握るグリップを有し、前記ボディを操縦するハンドルと、
   前記グリップに設けられ、前記オペレータによる前記グリップの握り強さを検出する握り強さ検出センサとを備え、
   前記コントローラは、前記握り強さに対し正の相関を有するゲインを求め、前記ゲインで増幅された前記操作量を求め、前記操作量に基づいて前記目標回転速度を求める、
   電動ハンドカート。
2. 前記握り強さが０から所定の第１の値までの範囲に対応する前記ゲインは一定である、
   請求項１に記載の電動ハンドカート。
3. 前記握り強さが所定の第２の値以上の範囲に対応する前記ゲインは一定である、
   請求項１又は２に記載の電動ハンドカート。
4. 前記操作入力装置は、前記ハンドルに設けられた回転グリップと、当該回転グリップの回転位置を前記操作量として検出する回転センサとを含む、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動ハンドカート。
5. 前記操作入力装置は、前記ハンドルに設けられたレバーと、当該レバーの変位を前記操作量として検出するセンサ又は当該レバーの回転位置を前記操作量として検出する回転センサとを含む、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動ハンドカート。
6. 前記操作入力装置に、不感帯が設けられている、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の電動ハンドカート。
7. 遠位端部に内視鏡又は手術器具を有するマニピュレータと、
   前記マニピュレータを支持する電動ハンドカートとを備え、
   前記電動ハンドカートは、
   駆動輪を有し当該駆動輪の回転により走行するボディと、
   前記駆動輪を回転させる電動モータと、
   前記電動モータの回転速度が目標回転速度となるように前記電動モータを制御するコントローラと、
   前記ボディの走行速度に対する操作量を入力する操作入力装置と、
   オペレータが握るグリップを有し、前記ボディを操縦するハンドルと、
   前記グリップに設けられ、前記オペレータによる前記グリップの握り強さを検出する握り強さ検出センサとを有し、
   前記コントローラは、前記握り強さに対し正の相関を有するゲインを求め、前記ゲインで増幅された前記操作量を求め、前記操作量に基づいて前記目標回転速度を求める、
   手術支援ロボット。
8. 前記握り強さが０から所定の第１の値までの範囲に対応する前記ゲインは一定である、
   請求項７に記載の手術支援ロボット。
9. 前記握り強さが所定の第２の値以上の範囲に対応する前記ゲインは一定である、
   請求項７又は８に記載の手術支援ロボット。
10. 前記操作入力装置は、前記ハンドルに設けられた回転グリップと、当該回転グリップの回転位置を前記操作量として検出する回転センサとを含む、
    請求項７〜９のいずれか一項に記載の手術支援ロボット。
11. 前記操作入力装置は、前記ハンドルに設けられたレバーと、当該レバーの変位を前記操作量として検出するセンサ又は当該レバーの回転位置を前記操作量として検出する回転センサとを含む、
    請求項７〜９のいずれか一項に記載の手術支援ロボット。
12. 前記操作入力装置には不感帯が設けられている、
    請求項７〜１１のいずれか一項に記載の手術支援ロボット。
13. 表示部を有するディスプレイ装置を更に備え、
    前記ハンドルと前記ディスプレイ装置とは近接して配置される、
    請求項７〜１１のいずれか一項に記載の手術支援ロボット。
14. 遠位端部に内視鏡又は手術器具を有する少なくとも１本のマニピュレータと、
    前記マニピュレータを支持するポジショナと、
    前記ポジショナを支持する電動ハンドカートとを備え、
    前記電動ハンドカートは、
    駆動輪を有し当該駆動輪の回転により走行するボディと、
    前記駆動輪を回転させる電動モータと、
    前記電動モータの回転速度が目標回転速度となるように前記電動モータを制御するコントローラと、
    前記ボディの走行速度に対する操作量を入力する操作入力装置と、
    オペレータが握るグリップを有し、前記ボディを操縦するハンドルと、
    前記グリップに設けられ、前記オペレータによる前記グリップの握り強さを検出する握り強さ検出センサとを有し、
    前記コントローラは、前記握り強さに対し正の相関を有するゲインを求め、前記ゲインで増幅された前記操作量を求め、前記操作量に基づいて前記目標回転速度を求める、
    手術支援ロボット。

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