JP2021175500A - 手術支援ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】アームを操作具により容易に操作することが可能な手術支援ロボットを提供する。【解決手段】この医療用マニピュレータ１（手術支援ロボット）は、アーム６０と、アーム６０を操作する操作部８０とを備える。操作部８０は、押下されることによりアーム６０の移動を許可するイネーブルスイッチ８１と、アーム６０の移動方向を操作可能なジョイスティック８２とを含み、イネーブルスイッチ８１及びジョイスティック８２は、操作部８０において操作者Ｏの片手の指で操作可能な範囲に離間して配置される。【選択図】図４

Description

この発明は、手術支援ロボットに関し、特に、アームを操作する操作具を備える手術支援ロボットに関する。

従来、手術支援ロボットが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、関節式プローブと、手術用器具と、コントローラ（以下、アームという）とを備えるロボットシステム（手術支援ロボット）が開示されている。手術用器具は、関節式プローブの先端に設けられている。また、アームは、関節式プローブおよび手術用器具を操作（移動）するように構成されている。また、ロボットシステムには、ジョイスティックが設けられている。操作者がジョイスティックを操作することによって、アームに対して、手術用器具を操作させるための信号が出力される。また、ジョイスティックの変位（倒れ方）に応じて手術用器具の変位、速度および加速度が操作される。なお、ジョイスティックは、アーム（関節式プローブ、手術用器具）から離間した位置に配置されている。

特開２０１９−１６２４２７号公報

しかしながら、上記特許文献１のようなロボットシステム（手術支援ロボット）では、手術時には、アームから離間した位置に配置されているジョイスティックが操作されることにより、手術用器具が操作される。一方、手術前の準備の段階では、アームを移動させて、手術用器具を患者の近傍まで移動させる。この場合、上記特許文献１のようなロボットシステムでは、ジョイスティックが、アームから離間した位置に配置されているため、手術用器具を患者の近傍まで移動させるようにジョイスティックによりアームを移動させるのが困難な場合があるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、アームを操作具により容易に操作することが可能な手術支援ロボットを提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による手術支援ロボットは、アームと、アームに設けられる操作部とを備え、操作部は、押下されることによりアームの移動を許可するイネーブルスイッチと、アームの移動方向を制御する操作具とを含み、イネーブルスイッチ及び操作具は、操作部において操作者の片手の指で操作可能な範囲に離間して配置される。

この発明の一の局面による手術支援ロボットでは、上記のように、操作部がアームに設けられている。これにより、操作者は、アームの近傍において操作具を操作することができるので、アームを操作具により容易に操作することができる。

また、操作部をアームに設けた場合、操作者による操作具の操作に伴って、アームが比較的高速（急激に）に移動する場合には、アームの急激な移動に操作者の動きが追随できない場合がある。具体的には、アームは移動する一方、操作者の操作具を把持した手はアームの移動に追随できずに静止しているか、または、アームの移動速度よりも遅い速度で移動する。この場合、操作具に対する操作量が操作者の意図に反して変化してしまい、アームに対する操作方向が操作者の意図に反して変化してしまう。その結果、アームの移動方向が急激に変化してしまう。また、逆に、アームの移動速度が急激に小さくなった場合でも、操作具に対する操作方向が操作者の意図に反して変化してしまう。そして、このような状態が連続して行われることにより、アームが振動するように動作する。

そこで、上記のように、操作部は、押下されることによりアームの移動を許可するイネーブルスイッチと、アームの移動方向を制御する操作具とを含み、イネーブルスイッチ及び操作具は、操作部において操作者の片手の指で操作可能な範囲に離間して配置されるように構成する。これにより、アームの移動方向を操作する操作具が、イネーブルスイッチを押下した状態で操作者の指により操作可能であるので、操作者の操作具を操作する指とイネーブルスイッチを押下する指との間隔が、略一定に保持される。つまり、アームが比較的高速に移動した場合でも、操作者の操作部を把持する指と操作部を操作する指との間隔が、略一定に保持される。これにより、アームが比較的高速に移動した場合でも、操作者の指の操作部に対する状態が変化しにくいので、操作部によるアームの操作方向が変化しにくい。その結果、アームが比較的高速に移動する場合でも、操作具の操作方向が変化することに起因するアームの振動を抑制することができる。

本発明によれば、上記のように、アームを操作具により容易に操作することができる。

本発明の一実施形態による外科手術システムの構成を示す図である。 本発明の一実施形態による医療用マニピュレータの構成を示す図である。 本発明の一実施形態による医療用マニピュレータのアームの構成を示す図である。 本発明の一実施形態による医療用マニピュレータの操作部の構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による医療用マニピュレータの操作部の構成を示す側面図である。 本発明の一実施形態による医療用マニピュレータの操作部を操作者が把持した状態を示す図である。 アームの並進移動を説明するための図である。 アームの回転移動を説明するための図である。 本開示の一実施形態による医療用マニピュレータの制御部の構成を示すブロック図である。 本開示の一実施形態による医療用マニピュレータの制御部の制御ブロックを示す図である。

以下、本発明を具体化した本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図１０を参照して、本実施形態による外科手術システム１００の構成について説明する。外科手術システム１００は、患者Ｐ側装置である医療用マニピュレータ１と、医療用マニピュレータ１を操作するための操作者側装置である遠隔操作装置２とを備えている。医療用マニピュレータ１は医療用台車３を備えており、移動可能に構成されている。遠隔操作装置２は、医療用マニピュレータ１から離間した位置に配置されており、医療用マニピュレータ１は、遠隔操作装置２により遠隔操作されるように構成されている。術者は、医療用マニピュレータ１に所望の動作を行わせるための指令を遠隔操作装置２に入力する。遠隔操作装置２は、入力された指令を医療用マニピュレータ１に送信する。医療用マニピュレータ１は、受信した指令に基づいて動作する。また、医療用マニピュレータ１は、滅菌された滅菌野である手術室内に配置されている。なお、医療用マニピュレータ１は、特許請求の範囲の「手術支援ロボット」の一例である。

遠隔操作装置２は、たとえば、手術室の中または手術室の外に配置されている。遠隔操作装置２は、操作用マニピュレータアーム２１と、操作ペダル２２と、タッチパネル２３と、モニタ２４と、支持アーム２５と、支持バー２６とを含む。操作用マニピュレータアーム２１は、術者が指令を入力するための操作用のハンドルを構成する。モニタ２４は、内視鏡により撮影された画像を表示するスコープ型表示装置である。支持アーム２５は、モニタ２４の高さを術者の顔の高さに合わせるようにモニタ２４を支持する。タッチパネル２３は、支持バー２６に配置されている。モニタ２４近傍に設けられた図示しないセンサにより術者の頭部を検知することにより医療用マニピュレータ１は遠隔操作装置２による操作が可能になる。術者は、モニタ２４により患部を視認しながら、操作用マニピュレータアーム２１および操作ペダル２２を操作する。これにより、遠隔操作装置２に指令が入力される。遠隔操作装置２に入力された指令は、医療用マニピュレータ１に送信される。

医療用台車３には、医療用マニピュレータ１の動作を制御する制御部３１と、医療用マニピュレータ１の動作を制御するためのプログラムなどが記憶される記憶部３２とが設けられている。そして、遠隔操作装置２に入力された指令に基づいて、医療用台車３の制御部３１は、医療用マニピュレータ１の動作を制御する。

また、医療用台車３には、入力装置３３が設けられている。入力装置３３は、主に施術前に手術の準備を行うために、ポジショナ４０、アームベース５０、および、複数のアーム６０の移動や姿勢の変更の操作を受け付けるように構成されている。

図１および図２に示すように、医療用マニピュレータ１は、手術室内に配置されている。医療用マニピュレータ１は、医療用台車３と、ポジショナ４０と、アームベース５０と、複数のアーム６０とを備えている。アームベース５０は、ポジショナ４０の先端に取り付けられている。アームベース５０は、比較的長い棒形状（長尺形状）を有する。また、複数のアーム６０は、各々のアーム６０の根元部が、アームベース５０に取り付けられている。複数のアーム６０は、折り畳まれた姿勢（収納姿勢）をとることが可能に構成されている。アームベース５０と、複数のアーム６０とは、図示しない滅菌ドレープにより覆われて使用される。

ポジショナ４０は、たとえば、７軸多関節ロボットにより構成されている。また、ポジショナ４０は、医療用台車３上に配置されている。ポジショナ４０は、アームベース５０の位置を３次元に移動させるように構成されている。

また、ポジショナ４０は、ベース部４１と、ベース部４１に連結された複数のリンク部４２とを含む。複数のリンク部４２同士は、関節部４３により連結されている。

図１に示すように、複数のアーム６０の各々の先端には、医療器具４が着脱可能に取り付けられている。医療器具４は、たとえば、取り換え可能なインストゥルメント、内視鏡アセンブリ（図示せず）などを含む。

図３に示すように、医療器具４としてのインストゥルメントには、アーム６０のホルダ７１に設けられたサーボモータＭ２によって駆動される被駆動ユニット４ａが設けられている。また、インストゥルメントの先端には、エンドエフェクタ４ｂが設けられている。エンドエフェクタ４ｂは、関節を有する器具として、鉗子、ハサミ、グラパー、ニードルホルダ、マイクロジセクター、ステーブルアプライヤー、タッカー、吸引洗浄ツール、スネアワイヤ、および、クリップアプライヤーなどを含む。また、エンドエフェクタ４ｂは、関節を有しない器具として、切断刃、焼灼プローブ、洗浄器、カテーテル、および、吸引オリフィスなどを含む。また、医療器具４は、被駆動ユニット４ａとエンドエフェクタ４ｂとを接続するシャフト４ｃを含む。被駆動ユニット４ａと、シャフト４ｃと、エンドエフェクタ４ｂとは、Ｚ方向に沿って配置されている。

次に、アーム６０の構成について詳細に説明する。

図３に示すように、アーム６０は、アーム部６１（ベース部６２、リンク部６３、関節部６４）と、アーム部６１の先端に設けられる並進移動機構部７０とを含む。アーム６０は、アーム６０の根元側（アームベース５０）に対して先端側を３次元に移動されるように構成されている。なお、複数のアーム６０は、互いに同様の構成を有する。

本実施形態では、並進移動機構部７０は、医療器具４が取り付けられるとともに、医療器具４をアーム部６１に対して相対的に並進移動させるように構成されている。具体的には、並進移動機構部７０には、医療器具４を保持するホルダ７１が設けられている。ホルダ７１には、サーボモータＭ２（図９参照）が収容されている。サーボモータＭ２は、医療器具４の被駆動ユニット４ａに設けられた回転体を回転させるように構成されている。被駆動ユニット４ａの回転体が回転されることにより、エンドエフェクタ４ｂが動作される。

アーム６０は、アームベース５０に対して着脱可能に構成されている。

アーム部６１は、７軸多関節ロボットアームから構成されている。また、アーム部６１は、アーム部６１をアームベース５０に取り付けるためのベース部６２と、ベース部６２に連結された複数のリンク部６３とを含む。複数のリンク部６３同士は、関節部６４により連結されている。

並進移動機構部７０は、ホルダ７１をＺ方向に沿って並進移動させることにより、ホルダ７１に取り付けられた医療器具４をＺ方向（シャフト４ｃが延びる方向）に沿って並進移動させるように構成されている。具体的には、並進移動機構部７０は、アーム部６１の先端に接続される基端側リンク部７２と、先端側リンク部７３と、基端側リンク部７２と先端側リンク部７３との間に設けられる連結リンク部７４とを含む。また、ホルダ７１は、先端側リンク部７３に設けられている。

そして、並進移動機構部７０の連結リンク部７４は、基端側リンク部７２に対して、先端側リンク部７３を、Ｚ方向に沿って相対的に移動させる倍速機構として構成されている。また、基端側リンク部７２に対して先端側リンク部７３がＺ方向に沿って相対的に移動されることにより、ホルダ７１に設けられた医療器具４が、Ｚ方向に沿って並進移動するように構成されている。また、アーム部６１の先端は、基端側リンク部７２を、Ｚ方向に直交するＹ方向を軸として回動させるように基端側リンク部７２に接続されている。

ここで、本実施形態では、図４に示すように、医療用マニピュレータ１は、アーム６０に設けられる操作部８０を備えている。操作部８０は、イネーブルスイッチ８１と、アーム６０による医療器具４の移動を操作するためのジョイスティック８２と、アーム６０による医療器具４の移動を操作するためのスイッチ部８３を含む。イネーブルスイッチ８１は、ジョイスティック８２およびスイッチ部８３によるアーム６０の移動を許可するとともに、押下されることによりアーム６０の移動を許可する状態となる。また、ジョイスティック８２は、アーム６０の移動方向および移動速度を制御（操作）する。また、イネーブルスイッチ８１及びジョイスティック８２は、操作部８０において操作者Ｏの片手の指で操作可能な範囲に離間して配置される。また、操作部８０は、操作者Ｏ（看護師、技師など）が操作部８０を把持して操作する。また、操作部８０は、操作者Ｏがアーム６０の移動を許可する状態となるように操作部８０を把持してイネーブルスイッチ８１を押下した状態で、操作者Ｏの指により操作可能に構成されている。なお、ジョイスティック８２およびスイッチ部８３は、特許請求の範囲の「操作具」の一例である。

具体的には、イネーブルスイッチ８１は、操作者Ｏの指により押下される押しボタンスイッチにより構成されている。イネーブルスイッチ８１が押下されることにより、サーボモータＭ１〜Ｍ３（図９参照）に通電する制御（サーボモータＭ１〜Ｍ３を駆動させる制御）を行うことが可能になる。すなわち、イネーブルスイッチ８１が押下されている間のみ、アーム６０を移動させる制御が可能になる。

また、ジョイスティック８２は、操作者Ｏの指により倒されることにより操作されるように構成されている。また、ジョイスティック８２が倒された方向および倒された角度に応じて、アーム６０が移動されるように制御される。また、操作者Ｏは、ジョイスティック８２の先端８２ａに操作者Ｏの指を当接させるとともに、指を動かすことによりジョイスティック８２を倒すように操作可能する。また、イネーブルスイッチ８１が押下されている間のみ、ジョイスティック８２が操作されることによる信号の入力が受け付けられる。すなわち、イネーブルスイッチ８１が押下されていない状態では、ジョイスティック８２を操作してもアーム６０は移動されない。

また、本実施形態では、イネーブルスイッチ８１は、操作部８０の外周面８０ａに設けられており、操作者Ｏが操作部８０の外周面８０ａを把持してイネーブルスイッチ８１を押下することによりアーム６０の移動を許可する。また、図５に示すように、イネーブルスイッチ８１は、操作部８０の外周面８０ａの両側に一対設けられている。具体的には、操作部８０の断面は、略矩形形状を有しており、一対のイネーブルスイッチ８１は、操作部８０の互いに対向する面８０ｂに各々設けられている。詳細には、操作部８０は、略角柱形状を有しており、略角柱形状の操作部８０の側面（長手方向に沿った面８０ｂ）に、一対のイネーブルスイッチ８１が設けられている。そして、操作者Ｏが操作部８０の外周面８０ａを把持して、操作部８０の外周面８０ａの両側に設けられているイネーブルスイッチ８１のうちの少なくとも一方を押下することによりアーム６０の移動が許可される。

これにより、操作部８０の外周面８０ａの両側に設けられているイネーブルスイッチ８１の両方を押下する必要がない分、操作者Ｏの負担を低減することができるとともに操作者Ｏの利便性が向上される。

また、本実施形態では、図５に示すように、ジョイスティック８２は、操作部８０の外周面８０ａに交差する端面８０ｃに設けられている。そして、操作者Ｏがアーム６０の移動を許可する状態となるように操作部８０の外周面８０ａを把持してイネーブルスイッチ８１を押下した状態で、操作者Ｏの指により操作可能な位置に配置されている。たとえば、図６に示すように、操作部８０の外周面８０ａに設けられている一対のイネーブルスイッチ８１を、操作者Ｏの親指と中指などとで押下した状態で、操作部８０の端面８０ｃに設けられているジョイスティック８２を、操作者Ｏの人差し指などで操作する。これにより、操作者Ｏの操作部８０を把持する親指および中指と、ジョイスティック８２を操作する人差し指との間隔を容易に略一定に保持することが可能になる。なお、イネーブルスイッチ８１とジョイスティック８２とをいずれの指で操作するのかは、上記の例に限られない。

また、本実施形態では、ジョイスティック８２は、医療器具４の先端４ｄ（図３参照）が所定の平面上を移動するようにアーム６０による医療器具４の移動を操作したり、医療器具４の先端４ｄを中心に回転するようにアーム６０による医療器具４の移動を操作したりするように構成されている。また、操作部８０は、医療器具４の長手方向に沿って医療器具４の先端４ｄが移動するようにアーム６０による医療器具４の移動を操作するためのスイッチ部８３を含む。医療器具４の先端４ｄが移動する所定の平面は、操作部８０の端面８０ｃに平行な平面（図４のＸ−Ｙ平面）である。また、医療器具４の長手方向は、図４のＸ−Ｙ平面に直交するＺ方向である。図４のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸によって表される座標は、ツール座標系（または、ベース座標系）と呼ばれる。また、スイッチ部８３が、イネーブルスイッチ８１が押下された状態（アーム６０による医療器具４の移動を許可する状態）で、押下されることにより、医療器具４の長手方向に沿って医療器具４の先端４ｄが移動される。

また、スイッチ部８３は、操作部８０の外周面８０ａの両側に一対設けられている。そして、操作者Ｏが操作部８０の外周面８０ａを把持して、操作部８０の外周面８０ａの両側に設けられているスイッチ部８３のうちの少なくとも一方を押下することにより並進移動機構部７０が医療器具４を並進移動させる。

また、本実施形態では、ジョイスティック８２は、傾斜された状態に応じて移動速度が変化し、最大に傾斜された状態で医療器具４の先端４ｄの所定の平面上の移動速度を最大にするように構成されている。そして、スイッチ部８３が操作者Ｏに押下されて医療器具４の先端４ｄの所定の平面に直交する医療器具４の長手方向に沿った移動速度が最大となるまでの時間は、操作者Ｏによりジョイスティック８２が操作されて医療器具４の先端４ｄの移動速度が最大になるまでの時間よりも長い。すなわち、ジョイスティック８２が操作されることによって、医療器具４の先端４ｄは、比較的高速に移動される。これに対して、スイッチ部８３が操作されることにより医療器具４の先端４ｄが移動される速度は、比較的低速である。

また、本実施形態では、スイッチ部８３は、医療器具４の長手方向と平行な、医療器具４を患者Ｐに挿入する方向側に医療器具４の先端４ｄを移動させるスイッチ部８３ａと、医療器具４を患者Ｐに挿入する方向と反対側に医療器具４の先端４ｄを移動させるスイッチ部８３ｂとを含む。スイッチ部８３ａとスイッチ部８３ｂとは、共に、押しボタンスイッチから構成されている。また、スイッチ部８３ａとスイッチ部８３ｂとは、共に、略円形状を有する。

また、操作部８０の面８０ｂには、イネーブルスイッチ８１に隣り合うようにピボットボタン８５が設けられている。ピボットボタン８５は、ピボット点を設定するように構成されている。なお、ピボット点とは、アーム６０が動作する支点である。また、操作部８０の面８０ｂには、アーム６０の位置を最適化するためのアジャストメントボタン８６が設けられている。

また、本実施形態では、ピボット位置ＰＰが設定される前は、スイッチ部８３が操作されることにより、アーム部６１が移動することにより医療器具４の先端４ｄが並進移動される。ピボット位置ＰＰが設定された後は、スイッチ部８３が操作されることにより、医療器具４の先端４ｄがピボット位置ＰＰから所定の距離分移動するまでは、アーム部６１が移動することにより医療器具４の先端４ｄが並進移動される。そして、医療器具４の先端４ｄがピボット位置ＰＰから所定の距離分移動した後は、並進移動機構部７０が移動することにより医療器具４の先端４ｄが並進移動される。つまり、医療器具４の先端４ｄがピボット位置ＰＰから所定の距離分移動した後は、アーム部６１は移動されずに並進移動機構部７０のみが移動される。

また、本実施形態では、図４に示すように、操作部８０は、アーム６０に取り付けられた医療器具４の先端４ｄが、所定の平面内を並進移動（図７参照）する並進移動モードと、医療器具４の先端４ｄを中心に回転移動（図８参照）する回転移動モードとを切り替えるモード切替ボタン８４を含む。操作部８０において、モード切替ボタン８４は、ジョイスティック８２の近傍に配置されている。具体的には、操作部８０の端面８０ｃにおいて、モード切替ボタン８４は、ジョイスティック８２と隣り合うように設けられている。また、モード切替ボタン８４は、押しボタンスイッチからなる。また、モード切替ボタン８４の近傍には、モードインジケータ８４ａが設けられている。モードインジケータ８４ａが点灯または消灯されることにより、現在のモード（並進移動モードまたは回転移動モード）が報知される。

図７に示すように、医療器具４の先端４ｄを並進移動させる並進移動モードでは、医療器具４の先端４ｄが、Ｘ−Ｙ平面上において移動するように、ジョイスティック８２によりアーム６０が移動される。また、図８に示すように、医療器具４の先端４ｄを中心に回転移動する回転移動モードでは、ピボット位置ＰＰが教示されていない時は、エンドエフェクタ４ｂの先端４ｄを中心に医療器具４が回転移動し、ピボット位置ＰＰが教示されている時は、ピボット位置ＰＰを支点として医療器具４が回転移動するように、ジョイスティック８２によりアーム６０が移動される。なお、ピボット点（ピボット位置ＰＰ）が設定された後は、並進移動モードは設定できなくなる。また、医療器具４のシャフト４ｃがトロカールＴに挿入されている場合、シャフト４ｃがピボット位置ＰＰを支点として拘束された状態で医療器具４が回転移動される。

すなわち、ジョイスティック８２は、アーム６０に取り付けられた医療器具４の先端４ｄが所定の平面内を並進移動（図７参照）するように、アーム６０が医療器具４を移動させる並進移動モードと、医療器具４の先端４ｄを中心に医療器具４が回転移動（図８参照）するように、アーム６０が医療器具４を移動させる回転移動モードと、のうちの一のモードによってアーム６０を操作するように構成されている。

また、本実施形態では、図３に示すように、操作部８０は、並進移動機構部７０に設けられている。また、操作部８０は、並進移動機構部７０に取り付けられた医療器具４に隣り合うように並進移動機構部７０に設けられている。具体的には、操作部８０は、並進移動機構部７０の先端側リンク部７３に設けられている。また、操作部８０は、医療器具４の被駆動ユニット４ａに隣り合うように配置されている。

また、図９に示すように、アーム６０には、アーム部６１の複数の関節部６４に対応するように、複数のサーボモータＭ１と、エンコーダＥ１と、減速機（図示せず）とが設けられている。エンコーダＥ１は、サーボモータＭ１の回転角を検出するように構成されている。減速機は、サーボモータＭ１の回転を減速させてトルクを増大させるように構成されている。

また、図９に示すように、並進移動機構部７０には、医療器具４の被駆動ユニット４ａに設けられた回転体を回転させるためのサーボモータＭ２と、医療器具４を並進移動させるためのサーボモータＭ３と、エンコーダＥ２およびエンコーダＥ３と、減速機（図示せず）とが設けられている。エンコーダＥ２およびエンコーダＥ３は、それぞれ、サーボモータＭ２およびサーボモータＭ３の回転角を検出するように構成されている。減速機は、サーボモータＭ２およびサーボモータＭ３の回転を減速させてトルクを増大させるように構成されている。

また、ポジショナ４０には、ポジショナ４０の複数の関節部４３に対応するように、複数のサーボモータＭ４と、エンコーダＥ４と、減速機（図示せず）とが設けられている。エンコーダＥ４は、サーボモータＭ４の回転角を検出するように構成されている。減速機は、サーボモータＭ４の回転を減速させてトルクを増大させるように構成されている。

また、医療用台車３には、医療用台車３の複数の前輪（図示せず）の各々を駆動するサーボモータＭ５と、エンコーダＥ５と、減速機（図示せず）とが設けられている。エンコーダＥ５は、サーボモータＭ５の回転角を検出するように構成されている。減速機は、サーボモータＭ５の回転を減速させてトルクを増大させるように構成されている。

医療用台車３の制御部３１は、指令に基づいて複数のアーム６０の移動を制御するアーム制御部３１ａと、指令に基づいてポジショナ４０の移動および医療用台車３の前輪（図示せず）の駆動を制御するポジショナ制御部３１ｂとを含む。アーム制御部３１ａには、アーム６０を駆動するためのサーボモータＭ１を制御するためのサーボ制御部Ｃ１が電気的に接続されている。また、サーボ制御部Ｃ１には、サーボモータＭ１の回転角を検出するためのエンコーダＥ１が電気的に接続されている。

また、アーム制御部３１ａには、医療器具４を駆動するためのサーボモータＭ２を制御するためのサーボ制御部Ｃ２が電気的に接続されている。また、サーボ制御部Ｃ２には、サーボモータＭ２の回転角を検出するためのエンコーダＥ２が電気的に接続されている。また、アーム制御部３１ａには、並進移動機構部７０を並進移動するためのサーボモータＭ３を制御するためのサーボ制御部Ｃ３が電気的に接続されている。また、サーボ制御部Ｃ３には、サーボモータＭ３の回転角を検出するためのエンコーダＥ３が電気的に接続されている。

そして、遠隔操作装置２に入力された動作指令が、アーム制御部３１ａに入力される。アーム制御部３１ａは、入力された動作指令と、エンコーダＥ１（Ｅ２、Ｅ３）により検出された回転角とに基づいて位置指令を生成するとともに、位置指令をサーボ制御部Ｃ１（Ｃ２、Ｃ３）に出力する。サーボ制御部Ｃ１（Ｃ２、Ｃ３）は、アーム制御部３１ａから入力された位置指令と、エンコーダＥ１（Ｅ２、Ｅ３）により検出された回転角とに基づいて、トルク指令を生成するとともに、トルク指令をサーボモータＭ１（Ｍ２、Ｍ３）に出力する。これにより、遠隔操作装置２に入力された動作指令に沿うように、アーム６０が移動される。

また、本実施形態では、制御部３１（アーム制御部３１ａ）は、操作部８０のジョイスティック８２からの入力信号に基づいてアーム６０を操作するように構成されている。具体的には、アーム制御部３１ａは、ジョイスティック８２から入力された入力信号（動作指令）と、エンコーダＥ１により検出された回転角とに基づいて位置指令を生成するとともに、位置指令をサーボ制御部Ｃ１に出力する。サーボ制御部Ｃ１は、アーム制御部３１ａから入力された位置指令と、エンコーダＥ１により検出された回転角とに基づいて、トルク指令を生成するとともに、トルク指令をサーボモータＭ１に出力する。これにより、ジョイスティック８２に入力された動作指令に沿うように、アーム６０が移動される。

ここで、本実施形態では、制御部３１（アーム制御部３１ａ）は、ジョイスティック８２からの入力信号に上限値を設けることと、ジョイスティック８２からの入力信号を平滑化することとのうちの少なくとも一方を行うことにより、アーム６０の移動速度の変化を低減する制御を行うように構成されている。具体的には、制御部３１は、ジョイスティック８２からの入力信号に上限値を設けて、上限値を超える入力信号が入力された際には、上限値を入力信号として、アーム６０の移動を制御する。また、制御部３１は、ジョイスティック８２からの入力信号を、たとえば、ＬＰＦ（Ｌｏｗ−ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）により平滑化する。なお、本実施形態では、制御部３１は、ジョイスティック８２からの入力信号に上限値を設けることと、ジョイスティック８２からの入力信号を平滑化することとの両方を行っている。
また、制御部３１（アーム制御部３１ａ）は、下記の数式に示す制御用の運動方程式に基づいて、アーム６０の移動を制御する。

また、制御部３１（アーム制御部３１ａ）は、図１０に示す制御ブロックに基づいて、アーム６０の移動を制御する。すなわち、制御部３１（アーム制御部３１ａ）は、ジョイスティック８２からの入力信号Ｆ（ｓ）に対して、速度（ｘの１階微分）と粘性係数ｃとの積を減算する。そして、減算された値に慣性係数１／ｍを乗算する。そして、乗算された値（＝１／ｍ（Ｆ（ｓ）−ｃ×速度）＝加速度＝ｘの２階微分）が、上限値を超える場合、加速度は、上限値に設定される。そして、加速度が積分されて速度（ｘの１階微分）が算出され、速度が積分されて位置Ｘ（ｓ）が算出される。

また、ポジショナ制御部３１ｂには、ポジショナ４０を移動するサーボモータＭ４を制御するためのサーボ制御部Ｃ４が電気的に接続されている。また、サーボ制御部Ｃ４には、サーボモータＭ４の回転角を検出するためのエンコーダＥ４が電気的に接続されている。また、ポジショナ制御部３１ｂには、医療用台車３の前輪（図示せず）を駆動するサーボモータＭ５を制御するためのサーボ制御部Ｃ５が電気的に接続されている。また、サーボ制御部Ｃ５には、サーボモータＭ５の回転角を検出するためのエンコーダＥ５が電気的に接続されている。

また、入力装置３３から準備位置の設定などに関する動作指令が、ポジショナ制御部３１ｂに入力される。ポジショナ制御部３１ｂは、入力装置３３から入力された動作指令と、エンコーダＥ４により検出された回転角とに基づいて位置指令を生成するとともに、位置指令をサーボ制御部Ｃ４出力する。サーボ制御部Ｃ４は、ポジショナ制御部３１ｂから入力された位置指令と、エンコーダＥ４により検出された回転角とに基づいて、トルク指令を生成するとともに、トルク指令をサーボモータＭ４に出力する。これにより、入力装置３３に入力された動作指令に沿うように、ポジショナ４０が移動される。同様に、入力装置３３からの動作指令に基づいて、ポジショナ制御部３１ｂは、医療用台車３を移動させる。

次に、医療用マニピュレータ１を用いた施術の手順について説明する。医療用マニピュレータ１を用いた施術においては、最初に、医療用台車３が操作者Ｏによって、手術室内の所定の位置に移動される。次に、操作者Ｏは、入力装置３３に含まれるタッチパネルを操作することにより、アームベース５０と、手術台５または患者Ｐとが所望の位置関係になるように、ポジショナ４０を動作させることによりアームベース５０を移動させる。また、患者Ｐの体表に配置されたカニューレスリーブ（手術器具等を体腔に挿入するための作業用チャンネル）と医療器具４とが、所定の位置関係になるようにアーム６０が移動される。また、操作者Ｏによってジョイスティック８２が操作されることにより、複数のアーム６０が所望の位置に移動される。そして、ポジショナ４０を静止させた状態で、遠隔操作装置２からの指令に基づいて、複数のアーム６０および医療器具４が動作される。これにより、医療用マニピュレータ１による施術が行われる。

［本実施形態の効果］
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、操作部８０がアーム６０に設けられている。これにより、操作者Ｏは、アーム６０の近傍においてジョイスティック８２やスイッチ部８３を操作することができるので、アーム６０を操作具により容易に操作することができる。

また、本実施形態では、上記のように、操作部８０は、押下されることによりアーム６０の移動を許可するイネーブルスイッチ８１と、アーム６０の移動方向および移動速度を制御（操作）するジョイスティック８２とを含み、イネーブルスイッチ８１及びジョイスティック８２は、操作部８０において操作者Ｏの片手の指で操作可能な範囲に離間して配置されるように構成する。これにより、アーム６０の移動方向および移動速度を操作するジョイスティック８２が、イネーブルスイッチ８１を押下した状態で操作者Ｏの指により操作可能であるので、操作者Ｏの操作部８０を操作する指とイネーブルスイッチ８１を押下する指との間隔が、略一定に保持される。つまり、アーム６０が比較的高速に移動した場合でも、操作者Ｏのジョイスティック８２を把持する指と操作部８０を操作する指との間隔が、略一定に保持される。これにより、アーム６０が比較的高速に移動した場合でも、操作者Ｏの指の操作部８０に対する状態が変化しにくいので、操作部８０によるアーム６０の方向が変化しにくい。その結果、アーム６０が比較的高速に移動する場合でも、ジョイスティック８２の方向が変化することに起因するアーム６０の振動を抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、ジョイスティック８２は、アーム６０の移動方向及び移動速度を操作する。これにより、ジョイスティック８２の方向が変化すること、および、操作量が変化することに起因するアーム６０の振動を抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、イネーブルスイッチ８１は、操作者Ｏが操作部８０の外周面８０ａを把持してイネーブルスイッチ８１を押下することによりアーム６０の移動を許可する。これにより、操作者Ｏが操作部８０の外周面８０ａを指で覆うように把持するだけで、容易に、イネーブルスイッチ８１を押下してアーム６０の移動を許可する状態にすることができる。

また、本実施形態では、上記のように、イネーブルスイッチ８１は、操作者Ｏが操作部８０の外周面８０ａを把持して、操作部８０の外周面８０ａの両側に設けられているイネーブルスイッチ８１のうちの少なくとも一方を押下することによりアーム６０の移動を許可する。これにより、イネーブルスイッチ８１が操作部８０の外周面８０ａの両側に設けられているので、操作者Ｏが操作部８０の外周面８０ａを指で覆って把持するように、操作者Ｏに促すことができる。また、イネーブルスイッチ８１のどちらか一方のみを押下することによりアーム６０の移動を許可するように構成すれば、操作者Ｏは、押下しやすい方のイネーブルスイッチ８１を押下してアーム６０の移動操作を行うことができるので、操作の利便性を向上させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、操作部８０の断面は、略矩形形状を有しており、一対のイネーブルスイッチ８１は、操作部８０の互いに対向する面８０ｂに各々設けられている。これにより、一対のイネーブルスイッチ８１が操作部８０の互いに対向する面８０ｂに各々設けられているので、操作者Ｏが互いに対向する面８０ｂを挟み込むように操作部８０を把持することによって、容易に、イネーブルスイッチ８１を押下することができる。

また、本実施形態では、上記のように、ジョイスティック８２は、操作部８０の外周面８０ａに交差する端面８０ｃに設けられており、操作者Ｏがアーム６０の移動を許可する状態となるように操作部８０の外周面８０ａを把持してイネーブルスイッチ８１を押下した状態で、操作者Ｏの指により操作可能な位置に配置されている。これにより、操作部８０の外周面８０ａに設けられているイネーブルスイッチ８１を、操作者Ｏの親指と中指などとで押下した状態で、操作部８０の外周面８０ａに交差する端面８０ｃに設けられているジョイスティック８２を、操作者Ｏの人差し指などで操作することができる。これにより、操作者Ｏの操作部８０を把持する親指および中指などと、操作部８０を操作する人差し指との間隔を容易に略一定に保持することができる。

また、本実施形態では、上記のように、アーム６０は、７軸多関節ロボットアームからなるアーム部６１と、アーム部６１の先端に設けられるとともに医療器具４が取り付けられ、医療器具４をアーム部６１に対して相対的に並進移動させる並進移動機構部７０とを含む。これにより、操作部８０が医療器具４の近傍（医療器具４が取り付けられる並進移動機構部７０）に配置されるので、医療器具４を所望の位置に移動させるようにアーム６０を移動させる操作を、操作部８０により容易に行うことができる。

また、本実施形態では、上記のように、操作部８０は、医療器具４に隣り合うように、並進移動機構部７０に設けられている。これにより、操作部８０が医療器具４の近傍に確実に配置されるので、医療器具４を所望の位置に移動させるようにアーム６０を移動させる操作を、操作部８０により、より容易に行うことができる。

また、本実施形態では、上記のように、操作部８０において、操作者Ｏの指により操作可能なジョイスティック８２が設けられている。これにより、ジョイスティック８２は比較的小さな力で操作することができるので、操作者Ｏがアーム６０の移動を許可する状態となるように操作部８０の外周面８０ａを把持してイネーブルスイッチ８１を押下した状態で、操作者Ｏの指によりジョイスティック８２を容易に操作することができる。

また、本実施形態では、操作部８０は、医療器具４の長手方向に沿って医療器具４の先端４ｄが移動するようにアーム６０を操作するためのスイッチ部８３をさらに含む。これにより、ジョイスティック８２、および、スイッチ部８３を併用することにより、アーム６０を３次元的に移動させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、ジョイスティック８２は、アーム６０の移動方向及び移動速度を操作し、医療用マニピュレータ１は、ジョイスティック８２からの入力信号に基づいてアーム６０を操作する制御部３１をさらに備えている。そして制御部３１は、ジョイスティック８２からの入力信号に上限値を設けることと、ジョイスティック８２からの入力信号を平滑化することとのうちの少なくとも一方を行うことにより、アーム６０の移動速度の変化を低減する制御を行うように構成されている。これにより、アーム６０がさらに高速に移動して、操作部８０に対する操作者Ｏの指の操作量が変化した場合でも、ジョイスティック８２からの入力信号に上限値を設けることと、ジョイスティック８２からの入力信号を平滑化することとのうちの少なくとも一方が制御部３１に行われることにより、ジョイスティック８２の操作量が変化することに起因するアーム６０の振動をより効果的に抑制することができる。

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、操作部８０に操作者Ｏの指により操作可能なジョイスティック８２が設けられている例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、操作部８０に操作者Ｏの指により操作可能な加速度センサを設けて、加速度センサに入力される入力信号に基づいてアーム６０を移動させてもよい。または、操作部８０に操作者Ｏの指により操作可能な力センサを設けて、力センサに入力される入力信号に基づいてアーム６０を移動させてもよい。また、力センサとして、たとえば、ひずみゲージ式の力センサや圧電式の力センサが用いられる。また、力センサとして、３方向の力およびモーメントを検出することか可能な３軸力センサや、６方向の力およびモーメントを検出することか可能な６軸力センサが用いられる。

また、上記実施形態では、操作部８０の外周面８０ａの両側に一対設けられているイネーブルスイッチ８１のうちの片方が押下されることにより、アーム６０の移動が許可される状態となる例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、操作部８０の外周面８０ａの両側に一対設けられているイネーブルスイッチ８１のうちの両方が押下されることにより、アーム６０の移動が許可される状態となるように構成してもよい。

また、上記実施形態では、イネーブルスイッチ８１が操作部８０の外周面８０ａの両側に一対設けられている例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、イネーブルスイッチ８１が操作部８０の外周面８０ａの片側に１つ設けられていてもよい。

また、上記実施形態では、操作部８０の断面が略矩形形状を有している（操作部８０が略角柱形状を有している）例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、操作部８０が略円筒形状を有していてもよい。

また、上記実施形態では、ジョイスティック８２が、操作部８０の外周面８０ａに交差する端面８０ｃに設けられている例を示したが、本開示はこれに限られない。本開示では、ジョイスティック８２は、操作者Ｏがイネーブルスイッチ８１を押下するように操作部８０を把持した状態で、操作者Ｏの指により操作可能な位置に設けられていればよい。

また、上記実施形態では、操作部８０が並進移動機構部７０に設けられている例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、操作部８０が、アーム部６１に設けられていてもよい。

また、上記実施形態では、ジョイスティック８２は、医療器具４の先端４ｄが、所定の平面を並進移動（図７参照）するモードと、医療器具４の先端４ｄを中心に回転移動（図８参照）するモードでアーム６０を操作するように構成されている例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、ジョイスティック８２が、医療器具４の長手方向に沿って医療器具４が並進移動するようにアーム６０を操作可能に構成されていてもよい。

また、上記実施形態では、制御部３１は、ジョイスティック８２からの入力信号に上限値を設けることと、ジョイスティック８２からの入力信号を平滑化することとの両方を行う例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、制御部３１が、ジョイスティック８２からの入力信号に上限値を設けることと、ジョイスティック８２からの入力信号を平滑化することとのうちのいずれか一方のみを行ってもよい。

また、上記実施形態では、アーム６０が４つ設けられている例を示したが、本開示はこれに限られない。アーム６０の数は、３つでもよい。

また、上記実施形態では、アーム部６１およびポジショナ４０が７軸多関節ロボットから構成されている例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、アーム６０およびポジショナ４０が７軸多関節ロボット以外の軸構成（例えば、６軸や８軸）の多関節ロボットなどから構成されていてもよい。

１ 医療用マニピュレータ（手術支援ロボット）
４ 医療器具
３１ 制御部
６０ アーム
６１ アーム部
７０ 並進移動機構部
８０ 操作部
８１ イネーブルスイッチ
８２ ジョイスティック（操作具）
８０ａ 外周面
８０ｂ 面
８０ｃ 端面
８３、８３ａ、８３ｂ スイッチ部
Ｏ 操作者

Claims (12)

1. アームと、
   前記アームに設けられる操作部とを備え、
   前記操作部は、押下されることにより前記アームの移動を許可するイネーブルスイッチと、前記アームの移動方向を制御する操作具とを含み、
   前記イネーブルスイッチ及び前記操作具は、前記操作部において操作者の片手の指で操作可能な範囲に離間して配置される、手術支援ロボット。
2. 前記操作具は、前記アームの前記移動方向及び移動速度を操作する、請求項１に記載の手術支援ロボット。
3. 前記イネーブルスイッチは、前記操作部の外周面に設けられており、前記操作者が前記操作部の外周面を把持して前記イネーブルスイッチを押下することにより前記アームの移動を許可する、請求項１または２に記載の手術支援ロボット。
4. 前記イネーブルスイッチは、前記操作部の外周面の両側に一対設けられており、前記操作者が前記操作部の外周面を把持して、前記操作部の外周面の両側に設けられている前記イネーブルスイッチのうちの少なくとも一方を押下することにより前記アームの移動を許可する、請求項３に記載の手術支援ロボット。
5. 前記操作部の断面は、略矩形形状を有しており、前記一対のイネーブルスイッチは、前記操作部の互いに対向する面に各々設けられている、請求項４に記載の手術支援ロボット。
6. 前記操作具は、前記操作者が前記アームの移動を許可する状態となるように前記操作部の外周面を把持して前記イネーブルスイッチを押下した状態で、前記操作者の指により操作可能な位置に配置されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の手術支援ロボット。
7. 前記アームは、多関節ロボットアームからなるアーム部と、前記アーム部の先端に設けられるとともに医療器具が取り付けられ、前記医療器具を前記アーム部に対して相対的に並進移動させる並進移動機構部とをさらに備え、
   前記操作部は、前記並進移動機構部に設けられている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の手術支援ロボット。
8. 前記操作部は、前記医療器具に隣り合うように、前記並進移動機構部に設けられている、請求項７に記載の手術支援ロボット。
9. 前記操作具は、前記操作者の指により操作可能なジョイスティックを含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の手術支援ロボット。
10. 前記ジョイスティックは、前記アームの先端に取り付けられた医療器具の先端が所定の平面上を移動するように前記アームの移動させる並進移動モードと、前記医療器具の先端を中心に前記医療器具が回転移動するように前記アームが前記医療器具を移動させる回転移動モードと、のうちの一つのモードによって前記アームを操作するように構成されている、請求項９に記載の手術支援ロボット。
11. 前記操作具は、前記アームの前記移動方向及び移動速度を操作し、
    前記操作具からの入力信号に基づいて前記アームを操作する制御部をさらに備え、
    前記制御部は、前記操作具からの入力信号に上限値を設けることと、前記操作具からの入力信号を平滑化することとのうちの少なくとも一方を行うことにより、前記アームの移動速度の変化を低減する制御を行う、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の手術支援ロボット。
12. 前記操作部は、前記アームの先端に取り付けられた医療器具の長手方向に沿って前記医療器具の先端が移動するように前記アームによる前記医療器具の移動を操作するためのスイッチ部を含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の手術支援ロボット。
    
    

Images