JP2020156691A - 医用ロボットシステム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の空気圧アクチュエータを用いた医用ロボットの安全性を高めることが可能な医用ロボットシステムを提供する。【解決手段】供給される気体によって駆動される複数の気体圧アクチュエータ５３により動作が制御される医用ロボットシステムであって、供給源１３から供給される流体を気体圧アクチュエータ５３に導く配管３１に配置され、当該配管３１における気体の流れを制御する制御弁１４と、気体圧アクチュエータ５３に供給された気体の圧力を低下させる圧力弁１４と、が設けられている。制御弁１４を閉じることにより気体圧アクチュエータ５３への流体の供給を止めることができ、圧力弁１４によって、気体圧アクチュエータ５３に供給された気体の圧力を低下させることができるため、複数の空気圧アクチュエータ５３を用いた医用ロボットの安全性を高めることができる。【選択図】 図２

Description

本発明は、気体の圧力により駆動されるアクチュエータによって動きが制御される医用ロボットシステムに関する。

近年、手術支援に用いられる医用ロボットを用いた内視鏡外科手術が普及しつつある。内視鏡外科手術では、医用ロボットに取り付けられた腹腔鏡や内視鏡、鉗子など（以下、「術具」とも表記する。）が用いられる。

これらの医用ロボットにおいては、振動波を発生させる振動体と、振動体に対向して配置され振動波を受けて移動する移動体と、振動体および移動体の接触圧を制御する加圧手段などにより医用ロボットを駆動制御するものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１４−００３７３４号公報

その他に、空気圧を利用した空気圧アクチュエータを用いて医用ロボットを駆動させる技術も知られている。複数の空気圧アクチュエータを用いることにより複数の動きを組み合わせた動作を医用ロボットに行わせることができる。

上述の複数の空気圧アクチュエータを用いた医用ロボットの場合、１つの空気圧アクチュエータまたは当該空気圧アクチュエータに空気を供給するシステムが故障すると、他の空気圧アクチュエータを動作させることが難しいという問題があった。

また仮に、他の空気圧アクチュエータが動作可能であったとしても、故障して動作不可能となった空気圧アクチュエータにより、手術支援の継続が難しくなる、または、他の空気圧アクチュエータの動作が困難になるという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、複数の空気圧アクチュエータを用いた医用ロボットの安全性を高めることが可能な医用ロボットシステムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の第１の態様に係る医用ロボットシステムは、供給される気体によって駆動される複数の気体圧アクチュエータにより動作が制御される医用ロボットシステムであって、供給源から供給される前記流体を前記気体圧アクチュエータに導く配管に配置され、当該配管における前記気体の流れを制御する制御弁と、前記気体圧アクチュエータに供給された前記気体の圧力を低下させる圧力弁と、が設けられていることを特徴とする。

本発明の医用ロボットシステムによれば、制御弁を閉じることにより気体圧アクチュエータへの流体の供給を止めることができる。例えば、配管における制御弁から気体圧アクチュエータまでの領域において気体が漏洩するなどの不具合が発生した場合、当該気体圧アクチュエータに対応する制御弁を閉じられる。これにより、気体が更に漏洩することが抑制され、他の気体圧アクチュエータの動作に不具合が発生することが抑制される。

また、圧力弁によって、気体圧アクチュエータに供給された気体の圧力を低下させることができる。例えば、上述の制御弁が閉じられた気体圧アクチュエータに対応する圧力弁を操作することにより、当該気体圧アクチュエータに供給された気体の圧力を低下させることができる。これにより、外力を加えることにより気体圧アクチュエータを動かすことが容易になる。

上記発明の第１の態様において前記供給源から延びる前記配管には、それぞれ複数の前記気体圧アクチュエータに前記流体を供給する複数の分岐配管が接続され、前記分岐配管のそれぞれには、当該分岐配管に接続された前記気体圧アクチュエータに供給される前記流体の流れを制御する前記制御弁が配置され、前記複数の気体圧アクチュエータのそれぞれに対して、前記圧力弁が設けられていることが好ましい。

このように配管から分岐する複数の分岐配管を用いて複数の気体圧アクチュエータに流体を供給することにより、複数の気体圧アクチュエータに対して供給源から並列に流体を供給することが可能となる。

また、複数の分岐配管のそれぞれに制御弁を配置することにより、一の気体圧アクチュエータに流体の供給を停止するとともに、他の気体圧アクチュエータに継続して流体の供給を行うことが可能となる。

さらに、複数の気体圧アクチュエータに対して圧力弁を設けることにより、流体の供給が停止された一の気体圧アクチュエータについてのみ、供給された気体の圧力を低下させることができる。

上記発明の第１の態様においては、一の前記制御弁および一の前記気体圧アクチュエータの間から、他の気体圧アクチュエータに前記流体を供給する分岐配管が設けられ、前記分岐配管には、当該分岐配管に接続された前記他の気体圧アクチュエータに供給される前記流体の流れを制御する他の前記制御弁が配置され、前記他の気体圧アクチュエータに対して他の前記圧力弁が設けられていることが好ましい。

このように一の制御弁および一の気体圧アクチュエータの間から他の気体圧アクチュエータに流体を供給する分岐配管を設けることにより、複数の気体圧アクチュエータに対して供給源から直列に流体を供給することが可能となる。

また、一の制御弁を開くとともに他の制御弁を閉じるにより、他の気体圧アクチュエータに流体の供給を停止するとともに、一の気体圧アクチュエータに継続して流体の供給を行うことが可能となる。

さらに、他の気体圧アクチュエータに対して他の圧力弁を設けることにより、流体の供給が停止された他の気体圧アクチュエータについてのみ、供給された気体の圧力を低下させることができる。

本発明の第２の態様に係る医用ロボットシステムは、供給される気体によって駆動される気体圧アクチュエータにより複数の動作部の動作が制御される医用ロボットシステムであって、前記動作部を支持する本体に配置され、前記気体を供給する供給源と、前記動作部に配置され、前記流体が供給されて駆動される前記気体圧アクチュエータと、前記供給源および前記気体圧アクチュエータの間に配置され、内部を前記流体が流通する配管と、前記配管における前記動作部の動作によって変形する領域であって、最も前記供給源に近い領域である可動部および前記供給源との間に配置され、前記流体の流れを制御する制御弁と、前記気体圧アクチュエータに供給された前記気体の圧力を低下させる圧力弁と、が設けられていることを特徴とする。

本発明の医用ロボットシステムによれば、制御弁を閉じることにより気体圧アクチュエータへの流体の供給を止めることができる。また、圧力弁によって、気体圧アクチュエータに供給された気体の圧力を低下させることができる。

その他に、可動部および前記供給源との間に制御弁を配置することにより、例えば、配管の可動部において気体が漏れる等の不具合が生じて気体圧アクチュエータが動作不能となったとしても、当該気体圧アクチュエータに対応した制御弁を閉じることにより、他の気体圧アクチュエータを継続して動作させることができる。

上記発明の第２の態様において前記配管は、前記供給源から延びた後に複数に分岐する分岐配管を含むものであり、前記複数の分岐配管は、並列に配置された前記複数の気体圧アクチュエータのそれぞれに前記流体を導くものであり、前記電磁弁は前記複数の分岐配管のそれぞれに配置され、前記供給源から複数の前記電磁弁までの前記配管および前記分岐配管のそれぞれの長さは略等しいことが好ましい。

このように供給源から複数の電磁弁までの配管および分岐配管のそれぞれの長さを略等しくすることにより、複数の気体圧アクチュエータにおける動作特性のバラツキを抑えやすくなる。具体的には、複数の気体圧アクチュエータに供給される流体が通過する配管および分岐配管における流路抵抗等のバラツキを抑えやすくなるため、複数の気体圧アクチュエータにおける動作特性のバラツキを、例えば、手術支援に用いる際に許容される範囲内に抑えやすくなる。

上記発明の第２の態様において前記複数の分岐配管の断面積の合計は、分岐前の前記配管の断面積の４倍以内であることが好ましい。
このように分岐前の配管の断面積と、分岐後の複数の分岐配管の断面積の合計を４倍以内にすることにより、例えば、分岐後の複数の分岐配管の断面積の合計が４倍を超える場合と比較して、分岐配管内の気体圧の低下を抑制しやすくなり、複数の気体圧アクチュエータの動作を制御しやすくなる。

また複数の分岐配管の断面積の合計は、分岐前の配管の断面積の１．１２５倍以上であることが好ましい。このようにすることで、必要以上に分岐前の配管として必要以上に太い配管を選択しにくくなる。言い換えると、太い配管を選択することによるコストの増大を抑制しやすくなる。

上記発明の第２の態様においては、前記複数の制御弁に対して、前記流体の流れを制御する共通の制御信号が入力されることが好ましい。
このように複数の制御弁に対して共通の制御信号を入力することにより、例えば、複数の気体圧アクチュエータの動作を同時に停止させることができる。具体的には、気体圧アクチュエータへ流体の供給を停止させる共通の制御信号を、複数の制御弁に入力することにより、当該複数の制御弁に対応する気体圧アクチュエータの動作を同時に停止させることができる。

本発明の第１の態様および第２の態様に係る医用ロボットシステムによれば、制御弁を閉じることにより気体圧アクチュエータへの流体の供給を止めることができ、圧力弁によって、気体圧アクチュエータに供給された気体の圧力を低下させることができるため、複数の空気圧アクチュエータを用いた医用ロボットの安全性を高めることができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る医用ロボットシステムの構成を説明する模式図である。 図２（ａ）は、図１における元栓電磁弁の弁体が第１位置の場合の空気の流れの一例を説明する模式図であり、図２（ｂ）は、弁体が第２位置の場合の空気の流れの一例を説明する模式図である。 図１の第１分岐配管の構成を説明する模式図である。 図１の第２分岐配管の構成を説明する模式図である。 図１のアームの外形を説明する模式図である。 図１の元栓電磁弁の別の実施例を説明する模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る医用ロボットシステムのアーム構成を説明する模式図である。

〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係る医用ロボットシステムついて図１から図６を参照しながら説明する。本実施形態の医用ロボットシステム１は、内視鏡外科手術の支援に用いられるものであり、手術に用いられる腹腔鏡や内視鏡、鉗子などの術具６３を保持するものである。本実施形態では、術具６３が鉗子である例に適用して説明する。

医用ロボットシステム１には、図１に示すように、本体１０と、本体１０に設けられる複数のアーム（動作部）５０と、が主に設けられている。なお、本実施形態では、本体１０に３つのアーム（動作部）５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃが設けられている例に適用して説明するが、アーム５０の数は３つよりも多くてもよいし、少なくてもよい。また、３つのアーム５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃのそれぞれを識別せず総称する場合には、アーム５０とも表記する。

本体１０は、３つのアーム５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃが配置されるものであり、３つのアーム５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの動きを制御する各種機器が内部に配置されるものである。本体１０には、電源１１と、本体制御部１２と、コンプレッサ（供給源）１３と、元栓電磁弁（制御弁、圧力弁）１４と、が主に設けられている。

電源１１は、主に元栓電磁弁１４や後述するアーム制御部５１などを駆動する電力を供給するものである。本実施形態では、電源１１により供給される電圧が２４Ｖの電力である例に適用して説明する。なお、供給される電圧は、２４Ｖに限定されるものではなく、２４Ｖよりも高圧であってもよいし、低圧であってもよい。さらに供給される電力は、交流であってもよいし、直流であってもよい。

電源１１と後述するアーム制御部５１の間には、電力供給を常時行う第１電力線２１が配置されている。第１電力線２１には、操作者の手動による入力で電力の供給を停止する第１１非常停止スイッチ２２と、本体制御部１２の制御により電力の供給を停止する第１２非常停止スイッチ２３と、が設けられている。

電源１１と後述するアーム制御部５１との間、および、電源１１と元栓電磁弁１４との間には、電力の供給および停止の制御が可能な第２電力線２５が配置されている。第２電力線２５は、第１１非常停止スイッチ２２と第１２非常停止スイッチ２３で制御される。第２電力線２５には、本体制御部１２の制御により電力の供給および停止を制御する第２１スイッチ２６および第２２スイッチ２７が設けられている。

第２１スイッチ２６は、第２２スイッチ２７よりも電源１１側であってアーム制御部５１および元栓電磁弁１４に電力を供給する第２電力線２５に配置されるものである。第２電力線２５は、第２１スイッチ２６よりもアーム制御部５１および元栓電磁弁１４側においてアーム制御部５１に向かうもの、および、元栓電磁弁１４に向かうものに分岐する。第２２スイッチ２７は、元栓電磁弁１４に向かう第２電力線２５に配置されるものである。

なお、第１１非常停止スイッチ２２としては手動で動作する公知の構成のスイッチを用いることができる。また、第１２非常停止スイッチ２３、第２１スイッチ２６および第２２スイッチ２７としては制御信号に基づいて動作する公知の構成のスイッチを用いることができる。

本体制御部１２は、後述するアーム制御部５１に対してアーム５０の動作を制御する制御信号を生成して出力するものである。本体制御部１２はアーム制御部５１との間で情報通信可能に接続されたている。また、本体制御部１２は、上述の第１２非常停止スイッチ２３、第２１スイッチ２６および第２２スイッチ２７との間で制御信号の出力が可能に接続されたものである。

コンプレッサ１３は、後述するエアシリンダ５３に供給する空気（気体）を供給するものである。供給される空気は、コンプレッサ１３に吸入された後、エアシリンダ５３の駆動に必要な圧力にまで昇圧された後、エアシリンダ５３に供給される。

コンプレッサ１３としては、アーム５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの駆動に要求される圧力および流量の空気を供給できるものであればよく、昇圧された空気を供給する方式などを限定するものではない。さらに、アーム５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの駆動に要求される圧力および流量を、必要な期間満たすものであれば、コンプレッサ１３の代わりに高圧の空気が貯留されたボンベを用いてもよい。

元栓電磁弁１４は、後述するエアシリンダ５３に導かれる空気の流れを制御する制御弁であるとともに、エアシリンダ５３に供給された空気の圧力を低下させる圧力弁である。コンプレッサ１３と元栓電磁弁１４との間には空気の流通を可能とする第１分岐配管（配管）３１が配置されている。また、元栓電磁弁１４とサーボ弁５２との間には、第２分岐配管（配管）３２が配置されている。元栓電磁弁１４は、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、弁体４１と、弾性体４２と、駆動部４３と、サイレンサ４４と、から主に構成されている。

弁体４１は、第１分岐配管３１と第２分岐配管３２との間に配置されるものである。弁体４１には、第１分岐配管３１、第２分岐配管３２およびサイレンサ４４にそれぞれ接続される３つのポートが設けられている。

さらに弁体４１には、第１位置において第１分岐配管３１に対応するポートを閉塞し、第２分岐配管３２およびサイレンサ４４を空気の流通が可能に接続する流路と、第２位置において第１分岐配管３１および第２分岐配管３２を空気の流通が可能に接続し、サイレンサ４４に対応するポートを閉塞する流路と、が設けられている。

弾性体４２は、弁体４１に対して第２位置から第１位置に向かう方向へ付勢する力を発生させるものである。弾性体４２としては、ゴムやバネなど公知の材料および構造から構成されるものを用いることができる。

駆動部４３は、本体制御部１２から入力される制御信号に基づいて弁体４１に対して第１位置から第２位置に向かう方向を押圧する力を発生させるものである。駆動部４３としては、電磁石など公知の駆動力を発生させるものを用いることができる。

サイレンサ４４は、エアシリンダ５３の内部の圧力が高い空気が外部に放出される際に発生される騒音を消音するものである。サイレンサ４４としては、公知の方式および構成のものを用いることができる。

第１分岐配管３１は、図３に示すように、コンプレッサ１３と元栓電磁弁１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃとの間を空気の流通が可能に接続するものである。第１分岐配管３１は、コンプレッサ１３から延びる配管が、分岐点ＢＰ１において分岐してそれぞれ元栓電磁弁１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃに延びる配管を有している。

第１分岐配管３１におけるコンプレッサ１３から元栓電磁弁１４Ａまでの長さである配管長ＬＡ１と、コンプレッサ１３から元栓電磁弁１４Ｂまでの長さである配管長ＬＢ１と、コンプレッサ１３から元栓電磁弁１４Ｃまでの長さである配管長ＬＣ１とは、ほぼ等しい。なお、配管長がほぼ等しいとは、空気の流れに影響を与えるその他の条件が等しいとの前提において、配管長の違いに起因する流れの抵抗の差が、アーム５０の操作に与える影響が無視できる程度であることをいう。

さらに第１分岐配管３１における分岐点ＢＰ１よりも元栓電磁弁１４側の断面積ＳＡ１，ＳＢ１，ＳＣ１の合計は、分岐点ＢＰ１よりもコンプレッサ１３側の断面積Ｓ１の１．１２５倍以上、かつ、４倍以内となっている。

第２分岐配管３２Ａは、図１に示すように、元栓電磁弁１４Ａと後述するサーボ弁５２Ａａ，５２Ａｂ，５２Ａｃとの間を空気の流通が可能に接続するものである。第２分岐配管３２Ｂは、元栓電磁弁１４Ｂと後述するサーボ弁５２Ｂａ，５２Ｂｂ，５２Ｂｃとの間を空気の流通が可能に接続するものである。および、第２分岐配管３２Ｃは、元栓電磁弁１４Ｃと後述するサーボ弁５２Ｃａ，５２Ｃｂ，５２Ｃｃとの間を空気の流通が可能に接続するものである。以後、元栓電磁弁１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃを区別する必要がない場合には、単に元栓電磁弁１４と表記し、サーボ弁５２Ａａ，５２Ａｂ，５２Ａｃとサーボ弁５２Ｂａ，５２Ｂｂ，５２Ｂｃとサーボ弁５２Ｃａ，５２Ｃｂ，５２Ｃｃとを区別する必要がない場合には、単にサーボ弁５２ａ，５２ｂ，５２ｃと表記する。

第２分岐配管３２は、図４に示すように、元栓電磁弁１４から延びる配管が、分岐点ＢＰ２において分岐してそれぞれサーボ弁５２ａ，５２ｂ，５２ｃに延びる配管を有している。

第２分岐配管３２における元栓電磁弁１４からサーボ弁５２ａまでの長さである配管長ＬＡ２と、元栓電磁弁１４からサーボ弁５２ｂまでの長さである配管長ＬＢ２と、元栓電磁弁１４からサーボ弁５２ｃまでの長さである配管長ＬＣ２とは、ほぼ等しい。なお、配管長がほぼ等しいとは、空気の流れに影響を与えるその他の条件が等しいとの前提において、配管長の違いに起因する流れの抵抗の差が、アーム５０の操作に与える影響が無視できる程度であることをいう。

さらに第２分岐配管３２における分岐点ＢＰ２よりもサーボ弁５２側の断面積ＳＡ２，ＳＢ２，ＳＣ２の合計は、分岐点ＢＰ２よりも元栓電磁弁１４側の断面積Ｓ２の１．１２５倍以上、かつ、４倍以内となっている。

アーム５０は、図５に示すように、医用ロボットシステム１における腹腔鏡や内視鏡、鉗子などの術具６３を保持するとともに、術具６３の配置位置や姿勢を変更するものである。図１および図４に示すように、アーム５０Ａには、アーム制御部５１Ａと、サーボ弁５２Ａａ，５２Ａｂ，５２Ａｃと、エアシリンダ（気体圧アクチュエータ）５３Ａａ，５３Ａｂ，５３Ａｃと、が主に設けられている。アーム５０Ｂには、アーム制御部５１Ｂと、サーボ弁５２Ｂａ，５２Ｂｂ，５２Ｂｃと、エアシリンダ（気体圧アクチュエータ）５３Ｂａ，５３Ｂｂ，５３Ｂｃと、が主に設けられている。アーム５０Ｃには、アーム制御部５１Ｃと、サーボ弁５２Ｃａ，５２Ｃｂ，５２Ｃｃと、エアシリンダ（気体圧アクチュエータ）５３Ｃａ，５３Ｃｂ，５３Ｃｃと、が主に設けられている。

以後、アーム制御部５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃを区別する必要がない場合には、単にアーム制御部５１と表記する。サーボ弁５２Ａａ，５２Ａｂ，５２Ａｃと、サーボ弁５２Ｂａ，５２Ｂｂ，５２Ｂｃと、サーボ弁５２Ｃａ，５２Ｃｂ，５２Ｃｃと、を区別する必要がない場合には、単にサーボ弁５２ａ，５２ｂ，５２ｃと表記する。更に、サーボ弁５２ａ，５２ｂ，５２ｃを区別する必要がない場合には、単にサーボ弁５２と表記する。

エアシリンダ５３Ａａ，５３Ａｂ，５３Ａｃと、エアシリンダ５３Ｂａ，５３Ｂｂ，５３Ｂｃと、エアシリンダ５３Ｃａ，５３Ｃｂ，５３Ｃｃと、を区別する必要がない場合には、単にエアシリンダ５３ａ，５３ｂ，５３ｃと表記する。更に、エアシリンダ５３ａ，５３ｂ，５３ｃを区別する必要がない場合には、単にエアシリンダ５３と表記する。

アーム制御部５１は、本体制御部１２から入力される制御信号に基づいて、アーム５０の動作を制御するものである。具体的には、サーボ弁５２の動作を制御する制御信号を生成して出力するものである。アーム制御部５１およびサーボ弁５２の間には、当該制御信号が伝達可能な信号線５６が配置されている。

サーボ弁５２は、アーム制御部５１から入力される制御信号に基づいて、エアシリンダ５３に導かれる空気の制御を行うものである。サーボ弁５２およびエアシリンダ５３の内の一方の空間および他方の空間のそれぞれとの間には、空気の流通が可能な配管５７，５７が設けられている。言い換えると、サーボ弁５２は、第２分岐配管３２と、配管５７，５７のそれぞれとの間の連通および閉鎖を制御するものである。

エアシリンダ５３は、コンプレッサ１３から供給される空気に基づいて、アーム５０を動作させる駆動力を発生させるものである。本実施形態では、筒状に形成されたシリンダ（図示せず）、および、当該シリンダの内部を一方の空間と他方の空間に区画するとともにシリンダに対して相対移動可能とされたピストンから主に構成されている例に適用して説明する。当該一方の空間および他方の空間に導かれた空気の圧力差に基づいて、ピストンがシリンダに対して相対的に移動することにより、駆動力が発生される。

本実施形態では、図５に示すように、アーム５０の本体１０側の第１関節６１がエアシリンダ５３ａにより駆動され、術具６３側の第２関節６２がエアシリンダ５３ｂにより駆動され、術具６３がエアシリンダ５３ｃにより駆動される例に適用して説明する。また、第１関節６１、第２関節６２および術具６３には、それぞれの動作の状態を表示する表示部が設けられている。なお、第１関節６１、第２関節６２および術具６３の少なくとも１つには、表示部が設けられていなくてもよい。

本実施形態では、エアシリンダ５３に空気が送気されている場合には緑色、排気されている場合には赤色、空気の送気が停止されている場合には、赤色で発光する発光部が表示部として配置されている例に適用して説明する。発光部としては公知の発光する部品を用いることができ、本実施形態では発光ダイオード（ＬＥＤ）が発光部として用いられる例に適用して説明する。

また、図５に示すように、アーム５０において本体１０に最も近い可動部分が第１関節６１である場合には、第２分岐配管３２における第１関節６１に対応する箇所が可動部７１となる。本実施形態では、アーム５０の第１関節６１が最も本体１０に近い可動部分である例に適用して説明するが、アーム５０と本体１０との接続部が可動部分である場合には、第２分岐配管３２におけるアーム５０と本体１０との接続部に対応する箇所が可動部７１となる。

次に、上記の構成からなる医用ロボットシステム１におけるアーム５０の操作について図１から図３を参照しながら説明する。
まず、医用ロボットシステム１の操作を行う場合には、本体制御部１２は元栓電磁弁１４の弁体４１を第１位置から第２位置に移動させる制御を行う。具体的には、第１２非常停止ＳＷ２３、第２１スイッチ２６および第２２スイッチ２７に対して通電状態とする制御信号を出力する。この制御により、元栓電磁弁１４の駆動部４３に電力が供給され、弾性体４２により第１位置に位置する弁体４１を第２位置に移動させる駆動力を発生させる。

コンプレッサ１３から供給される空気は、元栓電磁弁１４を通過してサーボ弁５２に供給される。本体制御部１２は、外部から入力される操作情報に基づいて、アーム制御部５１へ制御信号を出力する。

アーム制御部５１は、入力された制御信号に基づいてサーボ弁５２を制御してエアシリンダ５３への空気の供給を制御する。空気が供給されたエアシリンダ５３は、アーム５０を操作する駆動力を発生する。具体的には、第１関節６１や第２関節６２を駆動する力や、術具６３を開閉する駆動力を発生する。

次に、医用ロボットシステム１の全てのアーム５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの操作を一度に停止する非常停止について説明する。非常停止の操作には、操作者が第１１非常停止スイッチ２２を操作する場合と、本体制御部１２が第１２非常停止スイッチ２３を制御する場合と、本体制御部１２が全ての第２２スイッチ２７を制御する場合と、がある。

図１に示すように、第１１非常停止スイッチ２２または第１２非常停止スイッチ２３が操作されると、第２電力線２５を介した元栓電磁弁１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃへの電力供給が停止される。または、本体制御部１２が全ての第２２スイッチ２７に対して共通する制御信号を出力することにより、第２電力線２５を介した元栓電磁弁１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃへの電力供給が停止される。具体的には、元栓電磁弁１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃの駆動部４３への電力供給が停止される。

電力供給が停止されると、図３（ａ）に示すように弁体４１は、第２位置から第１位置へ移動する。つまり、電力供給の停止により駆動部４３が発生する駆動力が消滅し、弾性体４２の付勢力により、弁体４１が第２位置から第１位置へ移動する。

弁体４１が第１位置へ移動すると、エアシリンダ５３およびサーボ弁５２とサイレンサ４４との間の空気の流通が可能となる。その結果、エアシリンダ５３およびサーボ弁５２内の空気が、元栓電磁弁１４を介して外部へ流出する。

次に、アーム５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃのいずれかの第２分岐配管３２において、空気が外部へ漏出した場合の操作について説明する。空気が外部へ漏出する箇所としては、第２分岐配管３２における可動部７１を例示することができる。また、空気の漏出は、医用ロボットシステム１の操作者がアーム５０の操作性の悪化により把握される場合や、図示しないセンサにより測定される第２分岐配管３２における空気の圧力により把握される場合などを例示することができる。

医用ロボットシステム１の本体制御部１２は、空気の漏出が発生したアーム５０の第２1スイッチ２６に対して、電力供給の供給を停止する制御信号を出力する。第２１スイッチ２６は、元栓電磁弁１４の駆動部４３を含む空気の漏出が発生したアーム５０への電力供給を停止する。

電力供給が停止された元栓電磁弁１４では、図３（ａ）に示すように、弁体４１が第１位置へ移動する。つまり、空気が漏出している第２分岐配管３２と、第１分岐配管３１とは、電力供給が停止された元栓電磁弁１４により分離される。

その一方で、電力供給が継続されている他の元栓電磁弁１４では、図３（ｂ）に示すように、弁体４１は第２位置に位置したままとなる。つまり、他の元栓電磁弁１４に係るアーム５０における操作を継続することができる。

上記の構成の医用ロボットシステム１によれば、元栓電磁弁１４を閉じることによりエアシリンダ５３への空気の供給を止めることができる。例えば、第２分岐配管３２における元栓電磁弁１４からエアシリンダ５３までの領域において空気が漏洩するなどの不具合が発生した場合、当該エアシリンダ５３に対応する元栓電磁弁１４を閉じられる。これにより、空気が更に漏洩することが抑制され、他のエアシリンダ５３の動作に不具合が発生することが抑制される。

また、元栓電磁弁１４によって、エアシリンダ５３に供給された空気の圧力を低下させることができる。例えば、上述の元栓電磁弁１４が閉じられたエアシリンダ５３に対応する元栓電磁弁１４を操作することにより、当該エアシリンダ５３に供給された空気の圧力を低下させることができる。これにより、外力を加えることによりエアシリンダ５３を動かすことが容易になる。

第１分岐配管３１および第２分岐配管３２を用いて複数のエアシリンダ５３に空気を供給することにより、複数のエアシリンダ５３に対してコンプレッサ１３から並列に空気を供給することが可能となる。

また、第１分岐配管３１のそれぞれに元栓電磁弁１４を配置することにより、一のエアシリンダ５３に空気の供給を停止するとともに、他のエアシリンダ５３に継続して空気の供給を行うことが可能となる。

さらに、複数のエアシリンダ５３に対して元栓電磁弁１４を設けることにより、空気の供給が停止された一のエアシリンダ５３についてのみ、供給された空気の圧力を低下させることができる。

可動部７１およびコンプレッサ１３との間に元栓電磁弁１４を配置することにより、例えば、第２分岐配管３２の可動部７１において空気が漏れる等の不具合が生じてエアシリンダ５３が動作不能となったとしても、当該エアシリンダ５３に対応した元栓電磁弁１４を閉じることにより、他のエアシリンダ５３を継続して動作させることができる。なお、元栓電磁弁１４が配置される可動部７１およびコンプレッサ１３との間としては、アーム５０の内部を例示することができる。

コンプレッサ１３から複数の元栓電磁弁１４までの第１分岐配管３１の長さを略等しくすることにより、複数のエアシリンダ５３における動作特性のバラツキを抑えやすくなる。具体的には、複数のエアシリンダ５３に供給される空気が通過する第１分岐配管３１における流路抵抗等のバラツキを抑えやすくなるため、複数のエアシリンダ５３における動作特性のバラツキを、例えば、手術支援に用いる際に許容される範囲内に抑えやすくなる。

複数の元栓電磁弁１４に対して共通の制御信号を入力することにより、例えば、複数のエアシリンダ５３の動作を同時に停止させることができる。具体的には、エアシリンダ５３へ流体の供給を停止させる共通の制御信号を、複数の元栓電磁弁１４に入力することにより、当該複数の元栓電磁弁１４に対応するエアシリンダ５３の動作を同時に停止させることができる。

なお、上述の実施形態では、元栓電磁弁１４がエアシリンダ５３に導かれる空気の流れを制御する制御弁であるとともに、エアシリンダ５３に供給された空気の圧力を低下させる圧力弁でもある例に適用して説明したが、図６に示すように、制御弁１４Ｃおよび圧力弁１４Ｐに分離して設けてもよい。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係る医用ロボットシステムついて図７を参照して説明する。本実施形態の医用ロボットシステムの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、アームの構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図７を用いてアームの構成について説明し、その他の等の説明を省略する。

本実施形態では医用ロボットシステム１０１のアーム１５０Ｂの構成が、第１の実施形態の構成とは異なる例に適用して説明する。なお、医用ロボットシステム１０１の全てのアームまたは任意の２つのアームが本実施形態と同じ構成を有していてもよい。

医用ロボットシステム１０１のアーム１５０Ｂには、図７に示すように、アーム制御部５１Ｂと、サーボ弁５２Ｂａ，５２Ｂｂ，５２Ｂｃと、エアシリンダ（一の気体圧アクチュエータ）５３Ｂａ，５３Ｂｂ，５３Ｂｃと、第２アーム制御部１５１Ｂと、第２サーボ弁１５２Ｂａ，１５２Ｂｂ，１５２Ｂｃと、第２エアシリンダ（他の気体圧アクチュエータ）１５３Ｂａ，１５３Ｂｂ，１５３Ｂｃと、が主に設けられている。更にアーム１５０Ｂには、元栓電磁弁（他の制御弁、他の圧力弁）１１４Ｂと、第２２スイッチ１２７Ｂと、第２分岐配管１３２Ｂと、が設けられている。

本実施形態では、アーム１５０Ｂにおける本体側の部分に、アーム制御部５１Ｂと、サーボ弁５２Ｂａ，５２Ｂｂ，５２Ｂｃと、エアシリンダ５３Ｂａ，５３Ｂｂと、元栓電磁弁１１４Ｂと、第２２スイッチ１２７Ｂと、が配置されている。また、アーム１５０Ｂにおける中央部分に、エアシリンダ５３Ｂｃと、第２アーム制御部１５１Ｂと、第２サーボ弁１５２Ｂａ，１５２Ｂｂ，１５２Ｂｃと、第２分岐配管１３２Ｂと、が配置されている。アーム１５０Ｂにおける先端側の部分に、第２エアシリンダ１５３Ｂａ，１５３Ｂｂ，１５３Ｂｃと、が配置されている。

第２アーム制御部１５１Ｂは、第２サーボ弁１５２Ｂａ，１５２Ｂｂ，１５２Ｂｃの動作を制御する制御信号を生成して出力するものである。第２アーム制御部１５１Ｂを制御する制御信号は、アーム制御部５１Ｂを介して本体制御部１２から入力される。

第２サーボ弁１５２Ｂａ，１５２Ｂｂ，１５２Ｂｃはそれぞれ、第２アーム制御部１５１Ｂから入力される制御信号に基づいて、第２エアシリンダ１５３Ｂａ，１５３Ｂｂ，１５３Ｂｃに導かれる空気の制御を行うものである。

第２エアシリンダ１５３Ｂａ，１５３Ｂｂ，１５３Ｂｃは、コンプレッサ１３から供給される空気に基づいて、アーム５０を動作させる駆動力を発生させるものである。第２エアシリンダ１５３Ｂａ，１５３Ｂｂ，１５３Ｂｃには、第２分岐配管１３２Ｂを介して空気が供給される。

元栓電磁弁１１４Ｂは、第２エアシリンダ１５３Ｂａ，１５３Ｂｂ，１５３Ｂｃに導かれる空気の流れを制御する制御弁であるとともに、第２エアシリンダ１５３Ｂａ，１５３Ｂｂ，１５３Ｂｃに供給された空気の圧力を低下させる圧力弁である。元栓電磁弁１４Ｂと元栓電磁弁１１４Ｂとの間には空気の流通を可能とする第２分岐配管３２Ｂが配置されている。

第２２スイッチ１２７Ｂは、本体制御部１２の制御により元栓電磁弁１１４Ｂへの電力の供給および停止を制御するものである。
第２分岐配管１３２Ｂは、元栓電磁弁１１４Ｂと後述する第２サーボ弁１５２Ｂａ，１５２Ｂｂ，１５２Ｂｃとの間を空気の流通が可能に接続するものである。第２分岐配管１３２Ｂにおける形状の特徴は、第１の実施形態の第２分岐配管３２の特徴と同じである。

上記の構成からなる医用ロボットシステム１０１におけるアーム１５０Ｂの操作については、第１の実施形態の医用ロボットシステム１におけるアーム５０の操作と概ね同じであるためその説明を省略する。

上記の構成によれば、元栓電磁弁１４Ｂ（一の制御弁、一の圧力弁）とエアシリンダ５３Ｂａ，５３Ｂｂ，５３Ｂｃの間から第２エアシリンダ１５３Ｂａ，１５３Ｂｂ，１５３Ｂｃに空気を供給する第２分岐配管１３２Ｂを設けることにより、エアシリンダ５３Ｂａ，５３Ｂｂ，５３Ｂｃおよび第２エアシリンダ１５３Ｂａ，１５３Ｂｂ，１５３Ｂｃに対してコンプレッサ１３から直列に空気を供給することが可能となる。

また、元栓電磁弁１４Ｂを開くとともに元栓電磁弁１１４Ｂを閉じるにより、第２エアシリンダ１５３Ｂａ，１５３Ｂｂ，１５３Ｂｃに空気の供給を停止するとともに、エアシリンダ５３Ｂａ，５３Ｂｂ，５３Ｂｃに継続して空気の供給を行うことが可能となる。

さらに、第２エアシリンダ１５３Ｂａ，１５３Ｂｂ，１５３Ｂｃに対して元栓電磁弁１１４Ｂを設けることにより、空気の供給が停止された第２エアシリンダ１５３Ｂａ，１５３Ｂｂ，１５３Ｂｃについてのみ、供給された空気の圧力を低下させることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、本発明を上記の実施形態に適用したものに限られることなく、これらの実施形態を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定するものではない。

１，１０１…医用ロボットシステム、 １０…本体、 １３…コンプレッサ（供給源）、 １４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ…元栓電磁弁（制御弁、圧力弁、一の制御弁、一の圧力弁）、 ３１…第１分岐配管（配管）、 ３２…第２分岐配管（配管）、 ５０，５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ，１５０，１５０Ｂ…アーム（動作部）、 ５３，５３Ａａ，５３Ａｂ，５３Ａｃ，５３Ｂａ，５３Ｂｂ，５３Ｂｃ，５３Ｃａ，５３Ｃｂ，５３Ｃｃ…エアシリンダ（気体圧アクチュエータ、一の気体圧アクチュエータ）、 ７１…可動部、 １１４Ｂ…元栓電磁弁（他の制御弁、他の圧力弁）、 １３２Ｂ…第２分岐配管、 １５３Ｂａ，１５３Ｂｂ，１５３Ｂｃ…第２エアシリンダ（他の気体圧アクチュエータ）

Claims (7)

1. 供給される気体によって駆動される複数の気体圧アクチュエータにより動作が制御される医用ロボットシステムであって、
   供給源から供給される前記流体を前記気体圧アクチュエータに導く配管に配置され、当該配管における前記気体の流れを制御する制御弁と、
   前記気体圧アクチュエータに供給された前記気体の圧力を低下させる圧力弁と、
   が設けられていることを特徴とする医用ロボットシステム。
2. 前記供給源から延びる前記配管には、それぞれ複数の前記気体圧アクチュエータに前記流体を供給する複数の分岐配管が接続され、
   前記分岐配管のそれぞれには、当該分岐配管に接続された前記気体圧アクチュエータに供給される前記流体の流れを制御する前記制御弁が配置され、
   前記複数の気体圧アクチュエータのそれぞれに対して、前記圧力弁が設けられていることを特徴とする請求項１記載の医用ロボットシステム。
3. 一の前記制御弁および一の前記気体圧アクチュエータの間から、他の気体圧アクチュエータに前記流体を供給する分岐配管が設けられ、
   前記分岐配管には、当該分岐配管に接続された前記他の気体圧アクチュエータに供給される前記流体の流れを制御する他の前記制御弁が配置され、
   前記他の気体圧アクチュエータに対して他の前記圧力弁が設けられていることを特徴とする請求項１記載の医用ロボットシステム。
4. 供給される気体によって駆動される気体圧アクチュエータにより複数の動作部の動作が制御される医用ロボットシステムであって、
   前記動作部を支持する本体に配置され、前記気体を供給する供給源と、
   前記動作部に配置され、前記流体が供給されて駆動される前記気体圧アクチュエータと、
   前記供給源および前記気体圧アクチュエータの間に配置され、内部を前記流体が流通する配管と、
   前記配管における前記動作部の動作によって変形する領域であって、最も前記供給源に近い領域である可動部および前記供給源との間に配置され、前記流体の流れを制御する制御弁と、
   前記気体圧アクチュエータに供給された前記気体の圧力を低下させる圧力弁と、
   が設けられていることを特徴とする医用ロボットシステム。
5. 前記配管は、前記供給源から延びた後に複数に分岐する分岐配管を含むものであり、
   前記複数の分岐配管は、並列に配置された前記複数の気体圧アクチュエータのそれぞれに前記流体を導くものであり、
   前記電磁弁は前記複数の分岐配管のそれぞれに配置され、
   前記供給源から複数の前記電磁弁までの前記配管および前記分岐配管のそれぞれの長さは略等しいことを特徴とする請求項４記載の医用ロボットシステム。
6. 前記複数の分岐配管の断面積の合計は、分岐前の前記配管の断面積の４倍以内であることを特徴とする請求項５記載の医用ロボットシステム。
7. 前記複数の制御弁に対して、前記流体の流れを制御する共通の制御信号が入力されることを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の医用ロボットシステム。

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