JP2023033162A - Robot surgery system, surgery support robot, and robot surgery method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ロボット手術システム、手術支援ロボットおよびロボット手術方法に関する。 The present invention relates to a robotic surgery system, a surgical assistance robot, and a robotic surgery method.
従来、一対のジョー部材を有する手術器具を備えるロボット手術システムが知られている(たとえば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a robotic surgery system that includes a surgical instrument having a pair of jaw members (see, for example, Patent Document 1).
上記特許文献1には、一対の顎部(ジョー部材)を有する手術ツールと、位置制御部と把持力制御部とを用いて、一対の顎部の顎角および把持力を制御可能なロボット制御システムを備えた手術支援ロボットシステム(ロボット手術システム)が開示されている。この手術支援ロボットシステムでは、把持力制御部が顎部を駆動するためのケーブルの張力を取得するために、ケーブルにロードセルまたはトルクセンサが設けられている。そして、把持力制御部により、ケーブルのロードセルまたはトルクセンサで測定されたケーブルの張力に基づいて、所望の把持力が達成される。
In the
しかしながら、上記特許文献1に記載された手術支援ロボットシステムでは、所望の把持力を達成することができる一方で、把持力制御部が手術ツールのケーブル張力を取得するために、ケーブルにロードセルまたはトルクセンサを設ける必要がある。この場合、ケーブル(細長要素)の周辺の構造が複雑化するという問題点がある。
However, in the surgical assist robot system described in
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、細長要素の周辺の構造の複雑化を抑制しつつ、適切な把持力を達成することが可能なロボット手術システム、手術支援ロボットおよびロボット手術方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above problems, and one object of the present invention is to achieve an appropriate gripping force while suppressing complication of the structure around the elongated element. To provide a robotic surgery system, a surgery support robot, and a robotic surgery method capable of
上記目的を達成するために、この発明の第1の局面によるロボット手術システムは、被駆動部材に接続された細長要素の駆動により開閉して対象物を把持する一対のジョー部材を有する手術器具と、一対のジョー部材を開閉させる指令が入力される入力装置と、手術器具が取り付けられ、被駆動部材を駆動させる駆動部を含むロボットアームと、入力装置への入力に関連づけられた一対のジョー部材の開き角度に関するジョー指令開き角度に基づいて駆動部を駆動させる制御部とを有する手術ロボットと、を備え、制御部は、一対のジョー部材の閉じ動作中に駆動部の電流値が所定のしきい値を超えているか否かを判定し、駆動部の電流値が所定のしきい値を超えていると判定した場合、ジョー指令開き角度の大きさが制限された制限モードにおいて駆動部を駆動させる。 To achieve the above object, a robotic surgical system according to a first aspect of the present invention is a surgical instrument having a pair of jaw members that open and close to grip an object by driving an elongated element connected to a driven member. an input device to which a command to open and close a pair of jaw members is input; a robot arm to which a surgical instrument is attached and which includes a drive section for driving the driven member; and a pair of jaw members associated with the input to the input device. a control unit for driving the driving unit based on the jaw command opening angle regarding the opening angle of the pair of jaw members, wherein the control unit keeps the current value of the driving unit at a predetermined level during the closing operation of the pair of jaw members. If it is determined that the current value of the drive unit exceeds the threshold value, the drive unit is driven in a limit mode in which the magnitude of the commanded jaw opening angle is limited. Let
この発明の第1の局面によるロボット手術システムでは、上記のように、制御部を、一対のジョー部材の閉じ動作中に駆動部の電流値が所定のしきい値を超えているか否かを判定し、駆動部の電流値が所定のしきい値を超えていると判定した場合、ジョー指令開き角度の大きさが制限された制限モードにおいて駆動部を駆動させるように構成する。これにより、一対のジョー部材の閉じ動作中に駆動部の電流値が所定のしきい値を超えていると判定した場合、ジョー指令開き角度の大きさが制限された制限モードにおいて駆動部が駆動されるため、過剰な把持力が発生することを抑制することができる。その結果、適切な把持力を達成することができる。また、ジョー指令開き角度の大きさを制限するために、ケーブル、ワイヤおよびロッドなどの細長要素にロードセルまたはトルクセンサを設ける必要がないので、細長要素にロードセルまたはトルクセンサを設ける場合に比べて、細長要素の周辺の構造の複雑化を抑制することができる。これらの結果、細長要素の周辺の構造の複雑化を抑制しつつ、適切な把持力を達成することが可能なロボット手術システムを提供することができる。 In the robotic surgery system according to the first aspect of the present invention, as described above, the controller determines whether or not the current value of the drive unit exceeds the predetermined threshold value during the closing operation of the pair of jaw members. Then, when it is determined that the current value of the drive unit exceeds a predetermined threshold value, the drive unit is driven in a limit mode in which the magnitude of the commanded jaw opening angle is limited. Accordingly, when it is determined that the current value of the drive unit exceeds the predetermined threshold value during the closing operation of the pair of jaw members, the drive unit is driven in the limit mode in which the magnitude of the commanded jaw opening angle is limited. Therefore, generation of an excessive gripping force can be suppressed. As a result, an appropriate gripping force can be achieved. Also, since there is no need to provide load cells or torque sensors on elongated elements such as cables, wires and rods to limit the magnitude of the commanded jaw opening angle, compared to providing load cells or torque sensors on elongated elements, It is possible to suppress the complication of the structure around the elongated element. As a result, it is possible to provide a robotic surgical system capable of achieving an appropriate grasping force while suppressing complication of the structure around the elongated element.
この発明の第2の局面によるロボット手術方法は、被駆動部材に接続された細長要素の駆動により開閉して対象物を把持する一対のジョー部材を有する手術器具と、一対のジョー部材を開閉させる指令が入力される入力装置と、手術器具が取り付けられ、被駆動部材を駆動させる駆動部を含むロボットアームを有する手術ロボットとを備えるロボット手術システムのロボット手術方法であって、入力装置への入力に関連づけられた一対のジョー部材の開き角度に関するジョー指令開き角度を取得するステップと、ジョー指令開き角度に基づいて駆動部を駆動させるステップと、を備え、駆動部を駆動させるステップは、一対のジョー部材の閉じ動作中に駆動部の電流値が所定のしきい値を超えているか否かを判定し、駆動部の電流値が所定のしきい値を超えていると判定した場合、ジョー指令開き角度の大きさが制限された制限モードにおいて駆動部を駆動させるステップを含む。 A robotic surgery method according to a second aspect of the present invention includes a surgical instrument having a pair of jaw members that open and close to grip an object by driving an elongated element connected to a driven member, and opening and closing the pair of jaw members. A robotic surgical method for a robotic surgery system comprising an input device for inputting commands and a surgical robot having a robotic arm to which a surgical instrument is attached and including a drive unit for driving a driven member, wherein an input to the input device obtaining a commanded jaw opening angle related to the opening angle of a pair of jaw members associated with the pair of It is determined whether or not the current value of the drive unit exceeds a predetermined threshold value during the closing operation of the jaw members, and if it is determined that the current value of the drive unit exceeds the predetermined threshold value, a jaw command and driving the drive in a limited mode in which the magnitude of the opening angle is limited.
この発明の第2の局面によるロボット手術方法では、上記のように、駆動部を駆動させるステップを、一対のジョー部材の閉じ動作中に駆動部の電流値が所定のしきい値を超えているか否かを判定し、駆動部の電流値が所定のしきい値を超えていると判定した場合、ジョー指令開き角度の大きさが制限された制限モードにおいて駆動部を駆動させるステップを含むように構成する。これにより、一対のジョー部材の閉じ動作中に駆動部の電流値が所定のしきい値を超えていると判定した場合、ジョー指令開き角度の大きさが制限された制限モードにおいて駆動部が駆動されるため、過剰な把持力が発生することを抑制することができる。その結果、適切な把持力を達成することができる。また、ジョー指令開き角度の大きさを制限するために、ケーブル、ワイヤおよびロッドなどの細長要素にロードセルまたはトルクセンサを設ける必要がないので、細長要素の周辺のロードセルまたはトルクセンサを設ける場合に比べて、細長要素の周辺の構造の複雑化を抑制することができる。これらの結果、細長要素の周辺の構造の複雑化を抑制しつつ、適切な把持力を達成することが可能なロボット手術方法を提供することができる。 In the robotic surgery method according to the second aspect of the present invention, as described above, the step of driving the drive unit is performed by determining whether the current value of the drive unit exceeds the predetermined threshold value during the closing operation of the pair of jaw members. and if it is determined that the current value of the drive unit exceeds a predetermined threshold value, the drive unit is driven in a limit mode in which the magnitude of the commanded jaw opening angle is limited. Configure. Accordingly, when it is determined that the current value of the drive unit exceeds the predetermined threshold value during the closing operation of the pair of jaw members, the drive unit is driven in the limit mode in which the magnitude of the commanded jaw opening angle is limited. Therefore, generation of an excessive gripping force can be suppressed. As a result, an appropriate gripping force can be achieved. Also, since there is no need to provide load cells or torque sensors on the elongated elements such as cables, wires and rods to limit the magnitude of the commanded jaw opening angle, the load cells or torque sensors around the elongated elements are less demanding. Therefore, it is possible to suppress the complication of the structure around the elongated element. As a result, it is possible to provide a robotic surgery method capable of achieving an appropriate grasping force while suppressing complication of the structure around the elongated element.
この発明の第3の局面による手術支援ロボットは、被駆動部材に接続された細長要素の駆動により開閉して対象物を把持する一対のジョー部材を有する手術器具と、手術器具が取り付けられ、被駆動部材を駆動させる駆動部を含むロボットアームと、一対のジョー部材の開き角度に関するジョー指令開き角度に基づいて駆動部を駆動させる制御部と、を備え、制御部は、一対のジョー部材の閉じ動作中に駆動部の電流値が所定のしきい値を超えているか否かを判定し、駆動部の電流値が所定のしきい値を超えていると判定した場合、ジョー指令開き角度の大きさが制限された制限モードにおいて駆動部を駆動させる。 A surgical assistance robot according to a third aspect of the present invention includes a surgical instrument having a pair of jaw members that are opened and closed to grip an object by driving an elongated element connected to a driven member; a robot arm including a driving section that drives the driving member; and a control section that drives the driving section based on a jaw command opening angle related to the opening angle of the pair of jaw members, wherein the control section controls closing of the pair of jaw members. During operation, it is determined whether or not the current value of the drive unit exceeds a predetermined threshold value, and when it is determined that the current value of the drive unit exceeds the predetermined threshold value, the commanded jaw opening angle drive the drive in a restricted mode with limited power;
この発明の第3の局面による手術支援ロボットでは、上記のように、制御部を、一対のジョー部材の閉じ動作中に駆動部の電流値が所定のしきい値を超えているか否かを判定し、駆動部の電流値が所定のしきい値を超えていると判定した場合、ジョー指令開き角度の大きさが制限された制限モードにおいて駆動部を駆動させるように構成する。これにより、一対のジョー部材の閉じ動作中に駆動部の電流値が所定のしきい値を超えていると判定した場合、ジョー指令開き角度の大きさが制限された制限モードにおいて駆動部が駆動されるため、過剰な把持力が発生することを抑制することができる。その結果、適切な把持力を達成することができる。また、ジョー指令開き角度の大きさを制限するために、ケーブル、ワイヤおよびロッドなどの細長要素にロードセルまたはトルクセンサを設ける必要がないので、細長要素にロードセルまたはトルクセンサを設ける場合に比べて、細長要素の周辺の構造の複雑化を抑制することができる。これらの結果、細長要素の周辺の構造の複雑化を抑制しつつ、適切な把持力を達成することが可能な手術支援ロボットを提供することができる。 In the surgical assistance robot according to the third aspect of the present invention, as described above, the control unit determines whether or not the current value of the driving unit exceeds the predetermined threshold value during the closing operation of the pair of jaw members. Then, when it is determined that the current value of the drive unit exceeds a predetermined threshold value, the drive unit is driven in a limit mode in which the magnitude of the commanded jaw opening angle is limited. Accordingly, when it is determined that the current value of the drive unit exceeds the predetermined threshold value during the closing operation of the pair of jaw members, the drive unit is driven in the limit mode in which the magnitude of the commanded jaw opening angle is limited. Therefore, generation of an excessive gripping force can be suppressed. As a result, an appropriate gripping force can be achieved. Also, since there is no need to provide load cells or torque sensors on elongated elements such as cables, wires and rods to limit the magnitude of the commanded jaw opening angle, compared to providing load cells or torque sensors on elongated elements, It is possible to suppress the complication of the structure around the elongated element. As a result, it is possible to provide a surgical assistance robot capable of achieving an appropriate grasping force while suppressing complication of the structure around the elongated element.
本発明によれば、上記のように、細長要素の周辺の構造の複雑化を抑制しつつ、適切な把持力を達成することができる。 According to the present invention, as described above, an appropriate gripping force can be achieved while suppressing complication of the structure around the elongated element.
以下、本発明を具体化した本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention that embody the present invention will be described based on the drawings.
[第1実施形態]
(ロボット手術システムの構成)
図1および図2を参照して、一実施形態によるロボット手術システム100の構成について説明する。
[First embodiment]
(Configuration of robotic surgery system)
The configuration of a robotic
図1に示すように、ロボット手術システム100は、遠隔操作装置10と、患者側装置20と、を備えている。遠隔操作装置10は、患者側装置20に設けられた医療器具(medical equipment)を遠隔操作するために設けられている。患者側装置20によって実行されるべき動作態様指令が術者(surgeon)である操作者により遠隔操作装置10に入力されると、遠隔操作装置10は、動作態様指令をコントローラ24を介して患者側装置20に送信する。そして、患者側装置20は、遠隔操作装置10から送信された動作態様指令に応答して、ロボットアーム21aに取り付けられた手術器具(surgical instrument)40、および、ロボットアーム21bに取り付けられた内視鏡50等の医療器具を操作する。これにより、低侵襲手術が行われる。なお、患者側装置20は、手術ロボットおよび手術支援ロボットの一例である。また、コントローラ24は、制御部の一例である。
As shown in FIG. 1 , the
患者側装置20は、患者Pに対して手術を行うインターフェイスを構成する。患者側装置20は、患者Pが横たわる手術台30の傍らに配置される。患者側装置20は、複数のロボットアーム21a、21bを有し、このうち1つのロボットアーム21bに内視鏡50が取り付けられ、その他のロボットアーム21aに手術器具40が取り付けられる。各ロボットアーム21a、21bは、アームベース22に共通に支持されている。複数のロボットアーム21a、21bは複数の関節を有し、それぞれの関節には、サーボモータを含む駆動部と、エンコーダ等の位置検出器とが設けられている。ロボットアーム21a、21bは、コントローラ24を介して与えられた駆動信号によりロボットアーム21a、21bに取り付けられた医療器具が所望の動作を行うように制御されるように構成されている。
The patient-
アームベース22は、手術室の床の上に載置されたポジショナ23に支持されている。ポジショナ23は、垂直多関節ロボットを含んでいる。ポジショナ23は、アームベース22の位置を3次元的に移動させるように構成されている。コントローラ24は、CPU等の演算器と、ROMおよびRAM等のメモリとを有する制御回路である。
The
ロボットアーム21aには、先端部に医療器具としての手術器具40が着脱可能に取り付けられる。手術器具40は、ロボットアーム21aに取り付けられるハウジング41(図4参照)と、細長形状のシャフト42(図4参照)と、シャフト42の先端部(遠位端部)に設けられたエンドエフェクタ43(図4参照)とを備えている。エンドエフェクタ43として、たとえば、把持鉗子、シザーズ、フック、高周波ナイフ、スネアワイヤ、クランプ、ステイプラー、クリップアプライア、電気メス、ニードルが挙げられるがこれに限られるものではなく、各種の処置具を適用することができる。患者側装置20を用いた手術において、ロボットアーム21aは、患者Pの体表に留置したカニューラ(トロッカ)を介して患者Pの体内に手術器具40を導入する。そして、手術器具40のエンドエフェクタ43は、手術部位の近傍に配置される。
A
ロボットアーム21bには、先端部に医療器具としての内視鏡50が着脱可能に取り付けられる。内視鏡50は、患者Pの体腔内を撮影するものであり、撮影した画像は、遠隔操作装置10に対して出力される。内視鏡50として、3次元画像を撮影することができる3D内視鏡または2D内視鏡が用いられる。患者側装置20を用いた手術において、ロボットアーム21bは、患者Pの体表に留置したトロッカを介して患者Pの体内に内視鏡50を導入する。そして、内視鏡50が手術部位の近傍に配置される。
An
遠隔操作装置10は、操作者とのインターフェイスを構成する。遠隔操作装置10は、ロボットアーム21aに取り付けられた医療器具を操作者が操作するための装置である。すなわち、遠隔操作装置10は、操作者によって入力された手術器具40および内視鏡50によって実行されるべき動作態様指令をコントローラ24を介して患者側装置20へ送信可能に構成されている。遠隔操作装置10は、たとえば、マスタの操作をしながらも患者Pの様子がよく見えるように手術台30の傍らに設置される。なお、遠隔操作装置10は、たとえば、動作態様指令を無線で送信するようにし、手術台30が設置された手術室とは別室に設置することも可能である。
A
手術器具40によって実行されるべき動作態様とは、手術器具40の動作(一連の位置及び姿勢)及び手術器具40個別の機能によって実現される動作の態様である。たとえば、手術器具40が把持鉗子である場合には、手術器具40によって実行されるべき動作態様とは、エンドエフェクタ43の手首のロール回転位置及びピッチ回転位置と、ジョーの開閉を行う動作である。また、手術器具40が高周波ナイフである場合には、手術器具40によって実行されるべき動作態様とは、高周波ナイフの振動動作、具体的には高周波ナイフに対する電流の供給であり得る。また、手術器具40がスネアワイヤである場合には、手術器具40によって実行されるべき動作態様とは、束縛動作および束縛状態の解放動作であり得る。また、バイポーラやモノポーラに電流を供給することによって手術対象部位を焼き切る動作であり得る。
The operational aspects to be performed by the
内視鏡50によって実行されるべき動作態様とは、たとえば、内視鏡50先端の位置及び姿勢、又はズーム倍率の設定である。
The operation mode to be executed by the
遠隔操作装置10は、図1および図2に示すように、操作ハンドル11と、操作ペダル部12と、表示部13と、制御装置14と、を備えている。なお、操作ハンドル11は、入力装置の一例である。
The
操作ハンドル11は、ロボットアーム21aに取り付けられた医療器具を遠隔で操作するために設けられている。具体的には、操作ハンドル11は、医療器具(手術器具40、内視鏡50)を操作するための操作者による操作を受け付ける。操作ハンドル11は、水平方向に沿って2つ設けられている。つまり、2つの操作ハンドル11のうち一方の操作ハンドル11は、操作者の右手により操作され、2つの操作ハンドル11のうち他方の操作ハンドル11は、操作者の左手により操作される。
The operating
また、操作ハンドル11は、遠隔操作装置10の後方側から、前方側に向かって延びるように配置されている。操作ハンドル11は、所定の3次元の操作領域内で動かすことができるように構成されている。すなわち、操作ハンドル11は、上下方向、左右方向、前後方向、および回転して動かすことができるように構成されている。
Further, the operating
図3に示すように、操作ハンドル11は、操作者が手で操作するハンドコントローラである。操作ハンドル11は、支持部材11aと、支持部材11aを挟んで支持部材11aの両側にそれぞれ設けられた一対のグリップ部材11bと、一対のグリップ部材11bの各々に設けられた指挿入部11cとを有する。操作者は、一対の指挿入部11cに指(親指および中指など)を挿入して操作ハンドル11を操作する。すなわち、一対のグリップ部材11bは、それぞれの基端が支持部材11aに対して回動可能に接続されており、一対のグリップ部材11bの開き角度を大きくしたり小さくしたりすることにより、後述する一対のジョー部材43a、43bの開き角度が変更される。操作ハンドル11には、一対のジョー部材43a、43bを開閉させる指令が入力される。一対のグリップ部材11bの開き角度は、例えばセンサにより検知される。例えば、操作ハンドル11は、支持部材11aにホールセンサを有するとともに一対のグリップ部材11bの一方又は両方に磁石を有することにより、一対のグリップ部材11bの開き角度が検知される。あるいは、操作ハンドル11は、一対のグリップ部材11bの一方にホールセンサを有するとともに一対のグリップ部材11bの他方に磁石を有することにより、一対のグリップ部材11bの開き角度が検知される。検知された一対のグリップ部材11bの開き角度に関する信号は、後述する制御部141又はコントローラ24で一対のジョー部材43a、43bの開き角度θに関するジョー指令開き角度に変換される。
As shown in FIG. 3, the operating
図1に示すように、遠隔操作装置10と患者側装置20とは、ロボットアーム21aおよびロボットアーム21bの動作の制御においては、マスタスレーブ型のシステムを構成する。すなわち、操作ハンドル11は、マスタスレーブ型のシステムにおけるマスタ側の操作部を構成し、医療器具が取り付けられたロボットアーム21aおよびロボットアーム21bはスレーブ側の動作部を構成する。そして、操作ハンドル11を操作者が操作すると、操作ハンドル11の動きをロボットアーム21aの先端部(手術器具40のエンドエフェクタ43)またはロボットアーム21bの先端部(内視鏡50)がトレースして移動するようにロボットアーム21aまたはロボットアーム21bの動作が制御される。
As shown in FIG. 1, the
また、患者側装置20は、設定された動作倍率に応じてロボットアーム21aの動作を制御するよう構成されている。たとえば、動作倍率が1/2倍に設定されている場合、手術器具40のエンドエフェクタ43は、操作ハンドル11の移動距離の1/2の移動距離を移動するよう制御される。これによって、精細な手術を精確に行うことができる。
Further, the patient-
操作ペダル部12は、医療器具に関する機能を実行するための複数のペダルを含んでいる。複数のペダルは、凝固ペダルと、切断ペダルと、カメラペダルと、クラッチペダルと、を含んでいる。また、複数のペダルは、操作者の足により操作される。
The operating
凝固ペダルは、手術器具40を用いて手術部位を凝固させる操作を行うことができる。具体的には、凝固ペダルは、操作されることにより、手術器具40に凝固用の電圧が印加されて、手術部位の凝固が行われる。切断ペダルは、手術器具40を用いて手術部位を切断させる操作を行うことができる。具体的には、切断ペダルは、操作されることにより、手術器具40に切断用の電圧が印加されて、手術部位の切断が行われる。
The coagulation pedal is operable to coagulate the surgical site with
カメラペダルは、体腔内を撮像する内視鏡50の位置及び姿勢を操作するために用いられる。具体的には、カメラペダルは、内視鏡50の操作ハンドル11による操作を有効にする。つまり、カメラペダルが押されている間は、操作ハンドル11により内視鏡50の位置および姿勢を操作することが可能である。たとえば、内視鏡50は、左右の操作ハンドル11の両方を用いることにより操作される。具体的には、左右の操作ハンドル11の中間点を中心に左右の操作ハンドル11を回動させることにより、内視鏡50が回動される。また、左右の操作ハンドル11を共に押し込むことにより、内視鏡50が奥に進む。また、左右の操作ハンドル11を共に引っ張ることにより、内視鏡50が手前に戻る。また、左右の操作ハンドル11を共に上下左右に移動させることにより、内視鏡50が上下左右に移動する。
The camera pedal is used for manipulating the position and orientation of the
クラッチペダルは、ロボットアーム21aと、操作ハンドル11との操作接続を一時切断し手術器具40の動作を停止させる場合に用いられる。具体的には、クラッチペダルが操作されている間は、操作ハンドル11を操作しても、患者側装置20のロボットアーム21aが動作しない。たとえば、操作により操作ハンドル11が移動可能な範囲の端部近傍に来た場合に、クラッチペダルが操作されることにより、操作接続を一時切断して、操作ハンドル11を中央位置付近に戻すことができる。そして、クラッチペダルの操作を中止するとロボットアーム21aと操作ハンドル11とが再び接続され、中央付近で操作ハンドル11の操作を再開することができる。
The clutch pedal is used to temporarily disconnect the operating connection between the
表示部13は、内視鏡50が撮像した画像を表示することができるものである。表示部13は、スコープ型表示部または非スコープ型表示部からなる(図1では、スコープ型表示部を示す)。スコープ型表示部とは、たとえば、覗き込むタイプの表示部である。また、非スコープ型表示部とは、通常のパーソナルコンピュータのディスプレイのような覗き込むタイプではない平坦な画面を有する開放型の表示部を含む概念である。
The
スコープ型表示部が取り付けられた場合、患者側装置20のロボットアーム21bに取り付けられた内視鏡50により撮像された3D画像が表示される。非スコープ型表示部が取り付けられた場合にも、患者側装置20に設けられた内視鏡50により撮像された3D画像が表示される。なお、非スコープ型表示部が取り付けられた場合、患者側装置20に設けられた内視鏡50により撮像された2D画像が表示されてもよい。
When the scope-type display unit is attached, a 3D image captured by the
また、表示部13には、操作者により操作ハンドル11が操作されている状態であるか否かを検知するためのヘッドセンサ13aが設けられている。具体的には、ヘッドセンサ13aは、操作者の頭部の存在を検知するように構成されている。すなわち、ヘッドセンサ13aは、操作者が表示部13をのぞき込んで、操作ハンドル11の操作を行っているか否かを検知するように構成されている。
Further, the
図2に示すように、制御装置14は、たとえば、CPU等の演算器を有する制御部141と、ROMおよびRAM等のメモリを有する記憶部142と、画像制御部143とを含んでいる。制御装置14は、集中制御する単独の制御装置により構成されていてもよく、互いに協働して分散制御する複数の制御装置により構成されてもよい。制御部141は、操作ハンドル11により入力された動作態様指令を、操作ペダル部12の切替状態に応じて、ロボットアーム21aによって実行されるべき動作態様指令であるか、または、内視鏡50によって実行されるべき動作態様指令であるかを判定する。そして、制御部141は、操作ハンドル11に入力された動作態様指令が手術器具40によって実行されるべき動作態様指令であると判断すると、コントローラ24を介してロボットアーム21aに対して動作態様指令を送信する。これによって、コントローラ24により、ロボットアーム21aが駆動され、この駆動によってロボットアーム21aに取り付けられた手術器具40の動作が制御される。
As shown in FIG. 2, the
また、制御部141は、操作ハンドル11に入力された動作態様指令が内視鏡50によって実行されるべき動作態様指令であると判定すると、コントローラ24を介してロボットアーム21bに対して動作態様指令を送信する。これによって、ロボットアーム21bが駆動され、この駆動によってロボットアーム21bに取り付けられた内視鏡50の動作が制御される。
Further, when the
記憶部142には、たとえば、手術器具40の種類に応じた制御プログラムが記憶されていて、取り付けられた手術器具40の種類に応じて制御部141がこれらの制御プログラムを読み出すことにより、遠隔操作装置10の操作ハンドル11及び/又は操作ペダル部12の動作指令が個別の手術器具40に適合した動作をさせることができる。
The
画像制御部143は、内視鏡50が取得した画像を表示部13に伝送する。画像制御部143は、必要に応じて画像の加工修正処理を行う。
The
(手術器具、アダプタ、ドレープおよびロボットアームの構成)
次に、図4~図6を参照して、手術器具40、アダプタ60、ドレープ70およびロボットアーム21aの構成について説明する。
(Composition of surgical instruments, adapters, drapes and robotic arms)
Next, configurations of the
ここで、手術器具40の延びる方向(シャフト42の延びる方向)をY方向とし、Y方向のうち手術器具40の先端側方向(エンドエフェクタ43側方向)をY1方向とし、Y1方向の反対側をY2方向とする。手術器具40とアダプタ60とが隣接する方向をZ方向とし、Z方向のうち手術器具40側をZ1方向とし、Z1方向の反対側をZ2方向とする。また、Y方向およびZ方向に直交する方向をX方向とし、X方向のうち一方側をX1方向とし、X方向のうち他方側をX2方向とする。
Here, the direction in which the
図4および図5に示すように、手術器具40は、ロボット手術システム100のロボットアーム21aに取り外し可能に取り付けられる。具体的には、手術器具40は、ロボットアーム21aにアダプタ60を介して取り外し可能に取り付けられる。アダプタ60は、ロボットアーム21aを覆うための滅菌処理されたドレープ70をロボットアーム21aとの間に挟み込むためのドレープアダプタである。
As shown in FIGS. 4 and 5,
手術器具40は、アダプタ60のZ1方向側に取り付けられる。アダプタ60は、ロボットアーム21aのZ1方向側に取り付けられる。
The
ロボットアーム21aは、清潔区域において使用されるため、ドレープ70により覆われる。ここで、手術室では、手術により切開した部分および医療機器が病原菌や異物などにより汚染されることを防ぐため、清潔操作が行われる。この清潔操作においては、清潔区域および清潔区域以外の区域である汚染区域が設定される。手術部位は、清潔区域に配置される。操作者を含む手術チームのメンバーは、手術中、清潔区域に殺菌されている物体のみが位置するよう配慮し、かつ、汚染区域に位置している物体を清潔区域に移動させるときは、この物体に滅菌処理を施す。同様に、操作者を含む手術チームの補助者がその手を汚染区域に位置させたときは、清潔区域に位置している物体に直接接触する前に、手の滅菌処理を行う。清潔区域において用いられる器具は、滅菌処理が行われる、または、滅菌処理されたドレープ70により覆われる。
The
図5に示すように、ドレープ70は、ロボットアーム21aを覆う本体部71と、ロボットアーム21aとアダプタ60との間に挟み込まれる取付部72とを備えている。本体部71は、フィルム状に形成された可撓性フィルム部材により構成されている。可撓性フィルム部材は、熱可塑性ポリウレタンやポリエチレンなどの樹脂材料からなる。本体部71には、ロボットアーム21aとアダプタ60とが互いに係合可能なように、開口部が設けられている。本体部71の開口部には、取付部72が設けられている。取付部72は、樹脂成形部材により構成されている。樹脂成形部材は、ポリエチレンテレフタレートなどの樹脂材料からなる。取付部72は、本体部71に比べて硬く(撓みにくく)形成されている。取付部72は、ロボットアーム21aとアダプタ60とが互いに係合可能なように、開口部が設けられている。取付部72の開口部は、ロボットアーム21aとアダプタ60との係合する部分に対応するように設けられていてもよい。また、取付部72の開口部は、ロボットアーム21aとアダプタ60との複数の係合する部分に対応するように複数設けられていてもよい。
As shown in FIG. 5, the
図5および図6に示すように、手術器具40は、複数(4個)の被駆動部材44a、44b、44cおよび44dを有している。被駆動部材44a~44dは、ハウジング41内に設けられ、Z方向に延びる回転軸線を中心に回転可能に設けられている。複数の被駆動部材44a~44dは、エンドエフェクタ43を操作(駆動)するために設けられている。被駆動部材44b~44dは、シャフト42内に挿通されたワイヤまたはケーブルからなる軟質の細長要素Wにより、エンドエフェクタ43と接続されている。これにより、被駆動部材44b~44dの回転に応じて細長要素Wが駆動されるとともに、細長要素Wの駆動に応じてエンドエフェクタ43が操作(駆動)される。また、被駆動部材44aは、ギア42a(図7参照)を介してシャフト42に接続されている。これにより、被駆動部材44aの回転に応じてシャフト42が回転されるとともに、シャフト42の回転に応じてエンドエフェクタ43も回転する。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
複数の被駆動部材44a~44dの各々は、ロボットアーム21aからの駆動力をエンドエフェクタ43に伝達させるために、アダプタ60の駆動伝達部材61と係合する突起441および442を含んでいる。突起441および442は、被駆動部材44a~44dのZ2方向側の表面からアダプタ60側(Z2方向側)に向かって突出している。また、突起441および442は、直線状に複数並んでいる。また、被駆動部材44aおよび44bに設けられた突起441と、被駆動部材44cおよび44dに設けられた突起442とは、互いに異なる形状を有している。
Each of the plurality of driven
図5に示すように、アダプタ60は、複数(4個)の駆動伝達部材61を有している。駆動伝達部材61は、ロボットアーム21aからの駆動力を手術器具40の被駆動部材44a~44dに伝達するように構成されている。つまり、駆動伝達部材61は、手術器具40の被駆動部材44a~44dに対応するように設けられている。駆動伝達部材61は、Z方向に延びる回転軸線を中心に回転可能に設けられている。
As shown in FIG. 5 , the
複数の駆動伝達部材61の各々は、手術器具40の被駆動部材44a~44dの突起441および442と係合する係合凹部611を含んでいる。係合凹部611は、駆動伝達部材61の手術器具40側(Z1方向側)に設けられているとともに、駆動伝達部材61のZ1方向側の表面から手術器具40側とは反対側(Z2方向側)に向かって窪んでいる。複数の駆動伝達部材61の各々は、Z2方向側の面に、ロボットアーム21aの係合凸部213と係合する係合凹部を含んでいる。
Each of the plurality of
ロボットアーム21aは、フレーム211と、複数(4個)の駆動部212と、複数の係合凸部213とを有している。複数の駆動部212は、手術器具40の複数(4個)の被駆動部材44a~44dおよびアダプタ60の複数(4個)の駆動伝達部材61にそれぞれ対応するように設けられている。駆動部212は、アブソリュートエンコーダと、サーボモータを含み、係合凸部213をZ方向に延びる回転軸線回りに回転駆動するように構成されている。係合凸部213は、駆動伝達部材61のZ2方向側の面の係合凹部と係合する。係合凸部213は、ロボットアーム21aのZ1方向側の表面からZ1方向側(アダプタ60側)に向かって突出している。駆動部212は、係合凸部213と係合したアダプタ60の駆動伝達部材61をZ方向に延びる回転軸線回りに回転駆動させるとともに、駆動伝達部材61と係合した手術器具40の被駆動部材44a~44dをZ方向に延びる回転軸線回りに回転駆動させるように構成されている。
The
(手術器具の詳細な構成)
次に、図7~図9を参照して、手術器具40の詳細な構成について説明する。ここでは、手術器具40のエンドエフェクタ43が一対のジョー部材43a、43bを有する把持鉗子である例について説明する。
(Detailed configuration of surgical instruments)
Next, the detailed configuration of the
図7および図8に示すように、手術器具40の被駆動部材44b~44dには、細長要素Wが巻き止められている。すなわち、被駆動部材44b~44dには、細長要素Wが接続されている。
As shown in FIGS. 7 and 8, driven
被駆動部材44bには、細長要素W3が巻き止められている。具体的には、被駆動部材44bの上部には、細長要素W3の第1部分W3aが時計回りに巻き止められ、被駆動部材44bの下部には、細長要素W3の第2部分W3bが反時計回りに巻き止められている。
An elongated element W3 is wound around the driven
また、被駆動部材44cには、細長要素W1が巻き止められている。具体的には、被駆動部材44cの上部には、細長要素W1の第1部分W1aが時計回りに巻き止められ、被駆動部材44cの下部には、細長要素W1の第2部分W1bが反時計回りに巻き止められている。
An elongated element W1 is wound around the driven
また、被駆動部材44dには、細長要素W2が巻き止められている。具体的には、被駆動部材44dの上部には、細長要素W2の第1部分W2aが時計回りに巻き止められ、被駆動部材44dの下部には、細長要素W2の第2部分W2bが反時計回りに巻き止められている。
An elongated element W2 is wound around the driven
細長要素Wは、被駆動部材44b~44dの各々から、シャフト42を通り、エンドエフェクタ43に掛けられて、再びシャフト42を通り、被駆動部材44b~44dに到達している。また、細長要素Wは、内蔵プーリ45に掛けられている。内蔵プーリ45は、プーリ保持部451により保持されている。
The elongated element W passes from each of the driven
図8および図9に示すように、被駆動部材44cは、回転軸を中心に回転することにより、エンドエフェクタ43の一対のジョー部材43a、43bのうちのジョー部材43aを操作する。具体的には、被駆動部材44cは、駆動部212によって回転されることにより、細長要素W1を駆動させる。細長要素W1は、シャフト42の内部を介してジョー部材43aと被駆動部材44cとを接続している。被駆動部材44cは、C1方向(図8参照)に回転することにより、細長要素W1の第1部分W1aを引っ張り第2部分W1bを送り出してジョー部材43aをジョー部材43aが開く方向であるC1a方向(図9参照)に駆動する。また、被駆動部材44cは、C1方向とは反対方向であるC2方向(図8参照)に回転することにより、細長要素W1の第2部分W1bを引っ張り第1部分W1aを送り出してジョー部材43aをジョー部材43aが閉じる方向であるC2a方向(図9参照)に駆動する。
As shown in FIGS. 8 and 9, the driven
被駆動部材44dは、回転軸を中心に回転することにより、エンドエフェクタ43の一対のジョー部材43a、43bのうちのジョー部材43bを操作する。具体的には、被駆動部材44dは、駆動部212によって回転されることにより、細長要素W2を駆動させる。細長要素W2は、シャフト42の内部を介してジョー部材43bと被駆動部材44dとを接続している。被駆動部材44dは、C3方向(図8参照)に回転することにより、細長要素W2の第1部分W2aを引っ張り第2部分W2bを送り出してジョー部材43bをジョー部材43bが開く方向であるC3a方向(図9参照)に駆動する。また、被駆動部材44dは、C3方向とは反対方向であるC4方向(図8参照)に回転することにより、細長要素W2の第2部分W2bを引っ張り第1部分W2aを送り出してジョー部材43bをジョー部材43bが閉じる方向であるC4a方向(図9参照)に駆動する。被駆動部材44b、44cの細長要素Wの駆動により一対のジョー部材43a、43bが開閉される。
The driven
被駆動部材44bは、回転軸を中心に回転することにより、エンドエフェクタ43の手首部43cを操作する。具体的には、被駆動部材44bは、駆動部212によって回転されることにより、細長要素W3を駆動させる。細長要素W3は、シャフト42の内部を介して手首部43cと被駆動部材44bとを接続している。被駆動部材44bは、C5方向(図8参照)に回転することにより、細長要素W3の第1部分W3aを引っ張り第2部分W3bを送り出して手首部43cをC5a方向(図9参照)に駆動する。また、被駆動部材44bは、C5方向とは反対方向であるC6方向(図8参照)に回転することにより、細長要素W3の第2部分W3bを引っ張り第1部分W3aを送り出して手首部43cをC5a方向とは反対方向であるC6a方向(図9参照)に駆動する。
The driven
ギア443を有する被駆動部材44aは、シャフト42の近位端に接続されたギア42aとギア443が係合した状態で、駆動部212によって回転軸を中心に回転されることにより、シャフト42を操作して、エンドエフェクタ43を操作する。具体的には、被駆動部材44aは、C7方向(図8参照)に回転することにより、シャフト42をC7a方向(図9参照)に回転駆動して、エンドエフェクタ43をC7a方向に回転駆動する。また、被駆動部材44aは、C8方向(図8参照)に回転することにより、シャフト42をC7a方向とは反対方向であるC8a方向(図9参照)に回転駆動して、エンドエフェクタ43をC8a方向に回転駆動する。
The driven
(一対のジョー部材の開閉制御の構成) (Structure of Opening/Closing Control of Pair of Jaw Members)
次に、図11~図14を参照して、一対のジョー部材43a、43bの開閉制御について説明する。なお、以下では、ジョー部材43aを駆動するロボットアーム21aの駆動部212を、駆動部212aと称し、ジョー部材43bを駆動するロボットアーム21aの駆動部212を、駆動部212bと称する。
Next, the opening/closing control of the pair of
図11および図12に示すように、患者側装置20が有するコントローラ24は、一対のジョー部材43a、43bの開き角度θに関するジョー指令開き角度に基づいて駆動部212a、212bのモータを回転駆動させるように構成されている。ジョー指令開き角度とは、一対のジョー部材43a、43bの開き角度θの指令値であり、操作ハンドル11への入力に関連づけられている。ジョー指令開き角度は、一対のジョー部材43a、43bの開き角度θが、操作ハンドル11の一対のグリップ部材11bの開き角度に対応する角度になるように、コントローラ24が駆動部212a、212bのモータに与える回転量の指令値(駆動信号)に変換される。
As shown in FIGS. 11 and 12, the
図12は、後述する制限がない場合の一対のグリップ部材11bの開き角度と一対のジョー部材43a、43bのジョー指令開き角度との関係を示したグラフである。図12(および図13)に示すグラフでは、横軸は、一対のグリップ部材11bの開き角度であり、縦軸は、一対のジョー部材43a、43bのジョー指令開き角度である。図12に示すグラフでは、一対のグリップ部材11bの開き角度が小さくなるにつれて、一対のジョー部材43a、43bが徐々に閉じていくこと、および、一対のジョー部材43a、43bが完全に閉じ切った後(すなわち、開き角度θがゼロになった後)、一対のジョー部材43a、43bをさらに閉じる方向に移動させようと駆動部212a、212bのモータが回転することによって、一対のジョー部材43a、43bが締め込む力を発生させることが表されている。
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the opening angle of the pair of
ここで、一対のジョー部材43a、43bの間に対象物T(図14参照)が存在するか否かにかかわらず、図12のグラフに示すジョー指令開き角度の最小値まで、一対のジョー部材43a、43bを締め込むことが可能な場合、過剰な把持力が発生するおそれがある。
Here, regardless of whether or not the object T (see FIG. 14) exists between the pair of
そこで、第1実施形態では、図13および図14に示すように、コントローラ24は、一対のジョー部材43a、43bの閉じ動作中に駆動部212a、212bのモータにかかる電流値(以下、モータ電流値ともいう)を監視し、当該モータ電流値により対象物Tを把持していると判定した場合、ジョー指令開き角度の大きさが制限された制限モードにおいて駆動部212a、212bを駆動させるように構成されている。すなわち、コントローラ24は、一対のジョー部材43a、43bの閉じ動作中に駆動部212a、212bのモータ電流値が所定のしきい値を超えているか否かを判定し、駆動部212a、212bのモータ電流値が所定のしきい値を超えていると判定した場合、ジョー指令開き角度の大きさが制限された制限モードにおいて駆動部212a、212bを駆動させるように構成されている。これにより、一対のジョー部材43a、43bの閉じ動作中に駆動部212a、212bのモータ電流値が所定のしきい値を超えていると判定した場合、ジョー指令開き角度の大きさが制限された制限モードにおいて駆動部212a、212bが駆動されるため、過剰な把持力が発生することを抑制することができる。その結果、適切な把持力を達成することができる。また、ジョー指令開き角度の大きさを制限するために、細長要素Wにロードセルまたはトルクセンサを設ける必要がないので、細長要素Wにロードセルまたはトルクセンサを設ける場合に比べて、細長要素Wの周辺の構造の複雑化を抑制することができる。これらの結果、細長要素Wの周辺の構造の複雑化を抑制しつつ、適切な把持力を達成することができる。
Therefore, in the first embodiment, as shown in FIGS. 13 and 14, the
具体的には、コントローラ24は、一対のジョー部材43a、43bの閉じ動作中に駆動部212a、212bのモータ電流値が所定のしきい値を超えたと判定した場合、駆動部212a、212bのモータ電流値が所定のしきい値を超えた際のジョー指令開き角度の値V1とジョー指令開き角度の最小値V2との差が所定値V3となるようにジョー指令開き角度の最小値V2が制限モードではない場合のジョー指令開き角度の最小値である初期値V4よりも大きい値に制限された制限モードにおいて駆動部212a、212bを駆動させるように構成されている。これにより、ジョー指令開き角度の最小値が制限モードではない場合のジョー指令開き角度の最小値である初期値V4よりも大きい値に制限された制限モードにおいて駆動部212a、212bを駆動させるため、過剰な把持力が発生することをより容易に抑制することができる。その結果、適切な把持力をより容易に達成することができる。
Specifically, when the
言い換えると、コントローラ24は、駆動部212a、212bのモータ電流値が所定のしきい値を超えていると判定した場合、駆動部212a、212bのモータ電流値が所定のしきい値を超えていると判定してからの一対のジョー部材43a、43bの閉め角が所定値V3(一定値)となるように、ジョー指令開き角度の最小値を初期値V4よりも大きい値(すなわち、V2)に設定し直すように構成されている。
In other words, when the
制限モードでは、コントローラ24は、操作ハンドル11の一対のグリップ部材11bの開き角度に対応して生成されるジョー指令開き角度の値が制限後のジョー指令開き角度の最小値V2未満である場合、制限後のジョー指令開き角度の最小値V2になるように制限した値のジョー指令開き角度により、駆動部212a、212bを駆動させるように構成されている。また、制限モードでは、コントローラ24は、操作ハンドル11の一対のグリップ部材11bの開き角度に対応して生成されるジョー指令開き角度の値が制限後のジョー指令開き角度の最小値V2以上である場合、制限モードではない場合(図12)と同じ値のジョー指令開き角度により、駆動部212a、212bを駆動させるように構成されている。
In the limit mode, when the value of the commanded jaw opening angle generated corresponding to the opening angle of the pair of
また、第1実施形態では、駆動部212a、212bのモータ電流値が所定のしきい値を超えた際のジョー指令開き角度の値V1とジョー指令開き角度の最小値V2との差である所定値V3は、一対のジョー部材43a、43bの開き角度θをゼロにする場合のジョー指令開き角度の値V5と初期値V4との差V6と同じ値である。これにより、駆動部212a、212bのモータ電流値が所定のしきい値を超えた際のジョー指令開き角度の値V1とジョー指令開き角度の最小値V2との差が、一対のジョー部材43a、43bの開き角度θをゼロにする場合のジョー指令開き角度の値V5と初期値の場合のジョー指令開き角度の最小値V4との差V6と同じ値になるように、ジョー指令開き角度の最小値が制限された制限モードにおいて駆動部212a、212bを駆動させることができる。その結果、制限モードにおいて、一対のジョー部材43a、43bが対象物Tを把持していない場合の把持力の最大値に略対応する一定の把持力を発生させることができるので、過剰な把持力が発生することをより一層容易に抑制することができる。その結果、適切な把持力をより一層容易に達成することができる。
Further, in the first embodiment, the difference between the value V1 of the commanded jaw opening angle and the minimum value V2 of the commanded jaw opening angle when the motor current value of the
また、第1実施形態では、コントローラ24は、駆動部212a、212bのモータ電流値が所定のしきい値を超え、かつ、ジョー指令開き角度の値が患者側装置20が有するメモリ25(図1参照)に記憶された直前(前回)の値よりも小さくなっていると判定した場合、制限モードに切り替えるように構成されている。これにより、駆動部212a、212bのモータ電流値により一対のジョー部材43a、43bが対象物Tを把持していることを検知し、かつ、ジョー指令開き角度の値が直前の値よりも小さくなっていることにより一対のジョー部材43a、43bが閉じ動作をしていることを検知した場合に、制限モードに切り替えることができる。その結果、一対のジョー部材43a、43bの把持力を制限すべき適切なタイミングで、制限モードに切り替えることができる。なお、メモリ25は、記憶部の一例である。
Further, in the first embodiment, the
具体的には、コントローラ24は、駆動部212a、212bのモータ電流値が所定のしきい値を超え、かつ、ジョー指令開き角度の値がメモリ25に記憶された直前(前回)の値よりも小さくなっているという判定を複数回(たとえば、2回)繰り返した場合、制限モードに切り替えるように構成されている。これにより、駆動部212a、212bのモータ電流値により一対のジョー部材43a、43bが対象物Tを把持していることを検知し、かつ、ジョー指令開き角度の値が直前の値よりも小さくなっていることにより一対のジョー部材43a、43bが閉じ動作をしていることを確実に検知した状態で、制限モードに切り替えることができる。その結果、より適切なタイミングで、制限モードに切り替えることができる。
Specifically, the
より具体的には、コントローラ24は、駆動部212aのモータ電流値または駆動部212bのモータ電流値のいずれか一方が所定のしきい値を超え、かつ、ジョー指令開き角度の値がメモリ25に記憶された直前(前回)の値よりも小さくなっているという判定を複数回繰り返した場合、制限モードに切り替えるように構成されている。
More specifically, the
また、第1実施形態では、コントローラ24は、駆動部212a、212bのモータ電流値が所定のしきい値以下となった場合、制限モードを解除するように構成されている。これにより、駆動部212a、212bのモータ電流値により一対のジョー部材43a、43bによる対象物Tの把持の解除を検知した場合に、制限モードを解除することができる。その結果、制限モードを解除すべき適切なタイミングで、制限モードを解除することができる。
Further, in the first embodiment, the
具体的には、コントローラ24は、操作ハンドル11により手術器具40が操作可能な状態である場合には、駆動部212a、212bのモータ電流値が所定のしきい値以下となり、かつ、ジョー指令開き角度の値が制限モードを開始した際の値(すなわち、V1)を超えているかまたはジョー指令開き角度の値がジョー指令開き角度の最大値近傍の値(たとえば、最大値-1度)を超えている場合、制限モードを解除するように構成されている。これにより、操作ハンドル11により手術器具40が操作可能な状態である場合には、駆動部212a、212bのモータ電流値により一対のジョー部材43a、43bによる対象物Tの把持の解除を検知し、かつ、ジョー指令開き角度の値が制限モードを開始した際の値を超えていることにより一対のジョー部材43a、43bが制限モードの開始時よりも開いていることを検知した場合に、制限モードを解除することができる。その結果、より適切なタイミングで、制限モードを解除することができる。また、駆動部212a、212bのモータ電流値により一対のジョー部材43a、43bによる対象物Tの把持の解除を検知し、かつ、ジョー指令開き角度の値がジョー指令開き角度の最大値近傍の値を超えている値であることにより一対のジョー部材43a、43bが最大限開いた状態であることを検知した場合に、制限モードを解除することができる。その結果、一対のジョー部材43a、43bが制限モードの開始時に最大限開いていたことに起因して、一対のジョー部材43a、43bが制限モードの開始時よりも開くことができない場合にも、制限モードを解除することができる。
Specifically, when the
なお、コントローラ24は、ヘッドセンサ13a(図1参照)により操作者の頭部の存在が検知され、かつ、操作者が操作ハンドル11を用いて所定の操作を行った場合、操作ハンドル11により手術器具40が操作可能な状態(以下、フォローイング中ともいう)であることを検知するように構成されている。また、コントローラ24は、ヘッドセンサ13aにより操作者の頭部の存在が検知されない場合、操作ハンドル11により手術器具40が操作できない状態(以下、フォローイング外ともいう)であることを検知するように構成されている。
Note that the
また、第1実施形態では、コントローラ24は、フォローイング外である場合には、駆動部212a、212bのモータ電流値が所定のしきい値以下となったことを検知した場合、ジョー指令開き角度の値にかかわらず、制限モードを解除するように構成されている。これにより、フォローイング外である場合には、ジョー指令開き角度が変化しないことを考慮して、駆動部212a、212bのモータ電流値により一対のジョー部材43a、43bによる対象物の把持の解除を検知すれば、ジョー指令開き角度の値にかかわらず、制限モードを解除することができる。その結果、フォローイング外に適した条件で、制限モードを解除することができる。なお、フォローイング中に制限モードを開始した後、フォローイング外に切り替わって、フォローイング外で制限モードが継続される場合がある。この場合において、上記条件を満たした場合、制限モードが解除される。
Further, in the first embodiment, when the
また、第1実施形態では、所定のしきい値は、駆動部212a、212bのモータの摩擦力に基づき設定されている。これにより、駆動部212a、212b自身の摩擦力に起因して発生する電流値の影響を考慮して、一対のジョー部材43a、43bによる対象物Tの把持の検知に関する所定のしきい値を設定することができる。その結果、駆動部212a、212b自身の摩擦力に起因して発生する電流値の影響を考慮しない場合に比べて、所定のしきい値により一対のジョー部材43a、43bによる対象物Tの把持を正確に検知することができる。
Further, in the first embodiment, the predetermined threshold value is set based on the frictional force of the motors of the
具体的には、所定のしきい値は、以下の式(1)により設定されている。以下の式(1)に示すように、所定のしきい値は、基準値に対して、駆動部212a(212b)のモータの粘性摩擦と駆動部212a(212b)の軸速度との積、および、駆動部212a(212b)のモータの動摩擦を考慮して設定されている。以下の式(1)では、駆動部212a(212b)の粘性摩擦に起因して発生する電流値が駆動部212a(212b)の軸速度に応じて変化するため、駆動部212a(212b)の軸速度に応じて変化する値として考慮されている。また、以下の式(1)では、駆動部212a(212b)の動摩擦に起因して発生する電流値が駆動部212a(212b)の軸速度にかかわらず一定であるため、駆動部212a(212b)の軸速度に応じて変化しない一定値として考慮されている。
α=α1+(a×As+b) ・・・(1)
ここで、
α:所定のしきい値
α1:基準値
a:駆動部の粘性摩擦に関する定数
b:駆動部の動摩擦に関する定数
As:駆動部の軸速度(回転速度)の変数
である。
Specifically, the predetermined threshold is set by the following formula (1). As shown in equation (1) below, the predetermined threshold value is the product of the viscous friction of the motor of the
α=α1+(a×As+b) (1)
here,
α: Predetermined threshold value α1: Reference value a: Constant b: Constant relating to viscous friction of the driving portion As: Variable of shaft speed (rotational speed) of the driving portion.
α1は、所定のしきい値の基準となる定数である。aは、駆動部212a(212b)の減速機などでグリスなどに起因して発生する粘性摩擦に関する定数である。bは、駆動部212a(212b)の減速機などで回転に起因して発生する動摩擦に関する定数である。α1、aおよびbは、実験などにより予め求められている。α1、aおよびbは、特に限られないが、たとえば、α1は、0.2[Arms]であり、aは、0.0006[Arms/sec/deg]であり、bは、0.1194[Arms]である。Asは、駆動部212a(212b)の軸速度(回転速度)を表す変数である。Asは、駆動部212a(212b)のエンコーダなどの位置検出器の出力に基づいて取得することが可能である。
α1 is a constant that serves as a reference for a predetermined threshold value. a is a constant related to viscous friction caused by grease or the like in the speed reducer of the
コントローラ24は、制限モードに切り替えるか否かの判定の際、上記式(1)によりリアルタイムに取得した駆動部212aの所定のしきい値と、駆動部212aに対して設けられ駆動部212aのモータ電流値を検出する電流検出部220aからリアルタイムに取得した駆動部212aのモータ電流値とを比較するように構成されている。同様に、コントローラ24は、制限モードに切り替えるか否かの判定の際、上記式(1)によりリアルタイムに取得した駆動部212bの所定のしきい値と、駆動部212bに対して設けられ駆動部212bのモータ電流値を検出する電流検出部220bからリアルタイムに取得した駆動部212bのモータ電流値とを比較するように構成されている。
When determining whether or not to switch to the limit mode, the
また、第1実施形態では、図9および図10に示すように、エンドエフェクタ43は、ジョー部材43aを駆動する細長要素W1が巻き掛けられたプーリ43dと、ジョー部材43bを駆動する細長要素W2が巻き掛けられたプーリ43eと、を有する。また、プーリ43dには、ジョー部材43aの係合ピン43aaと係合する係合孔43daが設けられており、プーリ43eには、ジョー部材43bの係合ピン43baと係合する係合孔43eaが設けられている。また、一対のジョー部材43a、43bは、プーリ43d、43eを回転させることにより、プーリ43d、43eの軸43fとは異なる軸43gで開閉するように構成されている。すなわち、一対のジョー部材43a、43bと、プーリ43d、43eとは、リンク機構を成している。これにより、一対のジョー部材43a、43bにより大きな把持力を発生させることができる。また、把持力が大きな一対のジョー部材43a、43bを用いる場合において、上記制限モードにより、過剰な把持力が発生することを抑制することができる。なお、係合孔43daおよび係合孔43eaは、ジョー駆動用係合部の一例である。
In the first embodiment, as shown in FIGS. 9 and 10, the
プーリ43dは、細長要素W1が巻き掛けられ、細長要素W1の駆動により回転する。プーリ43eは、細長要素W2が巻き掛けられ、細長要素W2の駆動により回転する。プーリ43d、43eは、共通の軸43fに回転可能に支持されている。また、一対のジョー部材43a、43bは、共通の軸43gに回転可能に支持されている。軸43gは、軸43fと略平行な軸である。また、軸43gは、一対のジョー部材43a、43bの先端側の部分と基端側の部分との間に配置されている。軸43gは、一対のジョー部材43a、43bの先端側の部分とプーリ43d、43eとの間に配置されている。ジョー部材43aの基端側の部分には、プーリ43dの係合孔43daに挿入される係合ピン43aaが設けられている。ジョー部材43bの基端側の部分には、プーリ43eの係合孔43eaに挿入される係合ピン43baが設けられている。
The elongated element W1 is wound around the
細長要素W1によりプーリ43dが軸43f周りに回転されると、係合孔43daに係合した係合ピン43aaを介して、ジョー部材43aに回転駆動力が伝達される。これにより、ジョー部材43aが軸43g周りに回転される。この際、ジョー部材43aの先端側の対象物Tの把持部分には、リンク機構の作用により、プーリ43dの回転駆動力が所定のレバー比で増幅されて伝達される。同様に、細長要素W2によりプーリ43eが軸43g周りに回転されると、係合孔43eaに係合した係合ピン43baを介して、ジョー部材43bに回転駆動力が伝達される。これにより、ジョー部材43bが軸43g周りに回転される。この際、ジョー部材43bの先端側の対象物Tの把持部分には、リンク機構の作用により、プーリ43eの回転駆動力が所定のレバー比で増幅されて伝達される。
When the
ここで、図9に示すような把持力が大きな一対のジョー部材43a、43bにより比較的大きな対象物T(図14参照)を把持した場合、過剰な把持力が発生しやすい。また、過剰な把持力が発生した場合には、細長要素W1、W2が内蔵プーリ45(図8参照)から脱落してしまう場合がある。すなわち、過剰な把持力が発生した場合には、たとえば細長要素W1の第1部分W1aおよび第2部分W1bのうちの送り出される方が、過剰に送り出されてしまうため、内蔵プーリ45においてゆるみが発生し、内蔵プーリ45から脱落してしまう場合がある。なお、細長要素W2についても同様である。
Here, when a relatively large object T (see FIG. 14) is gripped by a pair of
そこで、第1実施形態では、図15に示すように、内蔵プーリ45の近傍には、細長要素W1、W2の内蔵プーリ45からの脱落を防止するための脱落防止部46が設けられている。脱落防止部46は、内蔵プーリ45の溝部との間で細長要素W1、W2を保持するための凹部461を有する。凹部461は、内蔵プーリ45の溝部を側方から覆うことによって、内蔵プーリ45の溝部に配置された細長要素W1、W2を、凹部461と内蔵プーリ45の溝部とで区画した空間内に保持するように設けられている。また、凹部461は、細長要素W1の第1部分W1aおよび第2部分W1bの2つの部分と、細長要素W2の第1部分W2aおよび第2部分W2bの2つの部分との合計4つの部分に対応するように、4つ設けられている。
Therefore, in the first embodiment, as shown in FIG. 15, a fall-
(制限モードの開始の制御処理)
次に、図16を参照して、コントローラ24によるフォローイング中の制限モードの開始の制御処理をフローチャートに基づいて説明する。
(Control processing for starting restricted mode)
Next, referring to FIG. 16, control processing for starting the limit mode during following by the
図16に示すように、まず、ステップS1において、駆動部212a、212bのモータ電流値が所定のしきい値を超えたか否かが判定される。すなわち、ステップS1では、一対のジョー部材43a、43bが対象物Tを把持したことにより、駆動部212a、212bのモータ電流値の上昇が発生したか否かが判定される。
As shown in FIG. 16, first, in step S1, it is determined whether or not the motor current values of the driving
具体的には、ステップS1では、駆動部212aのモータ電流値が上記式(1)による駆動部212aの所定のしきい値を超えたか、または、駆動部212bのモータ電流値が上記式(1)による駆動部212bの所定のしきい値を超えたか否かが判定される。駆動部212aのモータ電流値および駆動部212bのモータ電流値の両方が所定のしきい値を超えていない場合、ステップS1の処理が繰り返される。また、駆動部212aのモータ電流値または駆動部212bのモータ電流値の少なくともいずれか一方が所定のしきい値を超えた場合、ステップS2に進む。
Specifically, in step S1, the motor current value of the
そして、ステップS2において、操作ハンドル11の一対のグリップ部材11bの開き角度に対応して生成されるジョー指令開き角度の値が直前(前回)よりも小さいか否かが判定される。ジョー指令開き角度の値が直前(前回)よりも小さくない場合、ステップS1に進む。また、ジョー指令開き角度の値が直前(前回)よりも小さい場合、ステップS3に進む。なお、例えば、ステップS1、S2、S3からステップS1に進む際に、ジョー指令開き角度の値が直前(前回)のジョー指令開き角度の値としてメモリ25に記憶される。
Then, in step S2, it is determined whether or not the value of the commanded jaw opening angle generated corresponding to the opening angle of the pair of
そして、ステップS3において、ステップS1およびS2の条件が2回連続で満たされたか否かが判定される。ステップS1およびS2の条件が2回連続で満たされていない場合、ステップS1に進む。また、ステップS1およびS2の条件が2回連続で満たされた場合、ステップS4に進む。 Then, in step S3, it is determined whether or not the conditions of steps S1 and S2 are satisfied two times in succession. If the conditions of steps S1 and S2 are not satisfied two times in a row, the process proceeds to step S1. Moreover, when the conditions of steps S1 and S2 are satisfied twice consecutively, the process proceeds to step S4.
そして、ステップS4において、制限モードへの切り替えが行われるとともに、制限モードを開始した際のジョー指令開き角度の値がメモリ25に記憶される。制限モードでは、上記のように、ジョー指令開き角度の大きさが制限される。その後、制限モードが解除されるまで、制限モードが継続される。
Then, in step S4, switching to the limit mode is performed, and the value of the commanded jaw opening angle at the start of the limit mode is stored in the
(制限モードの解除の制御処理)
次に、図17を参照して、コントローラ24によるフォローイング中の制限モードの解除の制御処理をフローチャートに基づいて説明する。
(Control processing for canceling restriction mode)
Next, referring to FIG. 17, control processing for canceling the limit mode during following by the
図17に示すように、まず、ステップS11において、駆動部212a、212bのモータ電流値が所定のしきい値以下となったか否かが判定される。すなわち、ステップS11では、一対のジョー部材43a、43bが対象物Tを把持しなくなったことにより、駆動部212a、212bのモータ電流値が下降したか否かが判定される。
As shown in FIG. 17, first, in step S11, it is determined whether or not the motor current values of the
具体的には、ステップS11では、駆動部212aのモータ電流値が上記式(1)による駆動部212aの所定のしきい値以下となり、かつ、駆動部212bのモータ電流値が上記式(1)による駆動部212bの所定のしきい値以下となったか否かが判定される。駆動部212aのモータ電流値および駆動部212bのモータ電流値の両方が所定のしきい値以下となっていない場合、ステップS11の処理が繰り返される。また、駆動部212aのモータ電流値および駆動部212bのモータ電流値の両方が所定のしきい値以下となった場合、ステップS12に進む。
Specifically, in step S11, the motor current value of the
そして、ステップS12において、操作ハンドル11の一対のグリップ部材11bの開き角度に対応して生成されるジョー指令開き角度の値が、制限モードを開始した際の値を超えているか否かが判定される。ジョー指令開き角度の値が制限モードを開始した際の値を超えている場合、ステップS14に進む。そして、ステップS14において、制限モードが解除される。
Then, in step S12, it is determined whether or not the value of the commanded jaw opening angle generated corresponding to the opening angle of the pair of
また、ステップS12において、ジョー指令開き角度の値が制限モードを開始した際の値を超えていない場合、ステップS13に進む。 Also, in step S12, if the value of the commanded jaw opening angle does not exceed the value at the start of the limit mode, the process proceeds to step S13.
そして、ステップS13において、ジョー指令開き角度の値が最大値近傍の値(ここでは最大値-1度)を超えているか否かが判定される。ジョー指令開き角度の値が最大値-1度を超えていない場合、ステップS11に進む。また、ジョー指令開き角度の値が最大値-1度を超えている場合、ステップS14に進む。そして、ステップS14において、制限モードが解除される。 Then, in step S13, it is determined whether or not the value of the commanded jaw opening angle exceeds a value near the maximum value (maximum value -1 degree here). If the value of the commanded jaw opening angle does not exceed the maximum value -1 degree, the process proceeds to step S11. If the value of the commanded jaw opening angle exceeds the maximum value -1 degree, the process proceeds to step S14. Then, in step S14, the restriction mode is canceled.
(制限モードの解除の制御処理)
次に、図18を参照して、コントローラ24によるフォローイング外の制限モードの解除の制御処理をフローチャートに基づいて説明する。
(Control processing for canceling restriction mode)
Next, referring to FIG. 18, control processing for canceling the non-following restriction mode by the
図18に示すように、まず、ステップS21において、駆動部212a、212bのモータ電流値が所定のしきい値以下となったか否かが判定される。なお、ステップS21の処理は、図17に示すステップS11の処理と同様である。このため、駆動部212aのモータ電流値および駆動部212bのモータ電流値の両方が所定のしきい値以下となっていない場合、ステップS21の処理が繰り返される。また、駆動部212aのモータ電流値および駆動部212bのモータ電流値の両方が所定のしきい値以下となった場合、ステップS22に進む。そして、ステップS22において、制限モードが解除される。図18に示すフォローイング外の制限モードの解除の制御処理では、図17に示すフォローイング中の制限モードの解除の制御処理とは異なり、ジョー指令開き角度の条件(ステップS12、S13の条件)が判定されていない。
As shown in FIG. 18, first, in step S21, it is determined whether or not the motor current values of the
[第2実施形態]
次に、図19~図21を参照して、第2実施形態について説明する。この第2実施形態では、上記第1実施形態と異なり、ジョー指令開き角度の最小値がゼロ以下に制限された制限モードに切り替える例について説明する。なお、上記第1実施形態と同一の構成については、図中において同じ符号を付して図示し、その説明を省略する。
[Second embodiment]
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. 19 to 21. FIG. In the second embodiment, unlike the first embodiment, an example of switching to a limit mode in which the minimum value of the commanded jaw opening angle is limited to zero or less will be described. In the drawings, the same components as in the first embodiment are indicated by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
(ロボット手術システムの構成)
第2実施形態によるロボット手術システム300は、図19に示すように、上記第1実施形態のコントローラ24に代えて、コントローラ324を備えている。なお、コントローラ324は、制御部の一例である。
(Configuration of robotic surgery system)
A
図20は、一対のグリップ部材11bの開き角度と一対のジョー部材43a、43bのジョー指令開き角度との関係を示したグラフ(図12に示すグラフ)に、検知角度とジョー指令開き角度の最小値との関係を示したグラフ(一点鎖線で示す)を追加したグラフである。図20に示すグラフでは、横軸は、一対のグリップ部材11bの開き角度であり、縦軸は、一対のジョー部材43a、43bのジョー指令開き角度である。なお、検知角度は、駆動部212a、212bのモータ電流値が所定のしきい値を超えた際の一対のジョー部材43a、43bの開き角度θである。例えば、検知角度は、駆動部212a、212bのモータ電流値が所定のしきい値を超えた際にコントローラ324が検知した駆動部212a、212bのモータの回転角度から、細長要素Wの伸びを考慮することにより、推定することができる。
FIG. 20 is a graph (graph shown in FIG. 12) showing the relationship between the opening angle of the pair of
また、図21は、検知角度とジョー指令開き角度の最小値との関係を示したグラフである。図21に示すグラフでは、横軸は、検知角度であり、縦軸は、一対のジョー部材43a、43bのジョー指令開き角度の最小値である。また、図21に示すグラフでは、上記第1実施形態の制御を行った場合の検知角度とジョー指令開き角度の最小値との関係を示したグラフを実線で示し、第2実施形態の制御を行った場合の検知角度とジョー指令開き角度の最小値との関係を示したグラフを一点鎖線で示す。
FIG. 21 is a graph showing the relationship between the detected angle and the minimum value of the commanded jaw opening angle. In the graph shown in FIG. 21, the horizontal axis is the detected angle, and the vertical axis is the minimum commanded jaw opening angle of the pair of
ここで、第2実施形態では、図20および図21に示すように、コントローラ324は、一対のジョー部材43a、43bの閉じ動作中に駆動部212a、212bのモータ電流値が所定のしきい値を超えたと判定した場合、ジョー指令開き角度の最小値V2が、初期値V4よりも大きい値で、かつ、ゼロ以下に制限された制限モードにおいて駆動部212a、212bを駆動させるように構成されている。すなわち、第2実施形態の制限モードでは、ジョー指令開き角度の最小値の下限値のみならず、上限値も制限されている。ここで、例えば、対象物Tが組織であり、一対のジョー部材43a、43bにより対象物Tを把持した状態で対象物Tを牽引した場合などに対象物Tの厚みが薄く変化する。上記第1実施形態では、一対のジョー部材43a、43bのジョー指令開き角度の最小値がゼロよりも大きくなる場合があるため(図21参照)、対象物Tの厚みの変化によっては、一対のジョー部材43a、43bから対象物Tが脱落する虞がある。一方、第2実施形態では、制限モードにおいても、ジョー指令開き角度の最小値が常にゼロ以下になるように設定されているため、対象物Tの厚みが変化したとしても、一対のジョー部材43a、43bが対象物Tの厚みの変化に追従して閉じるため、対象物Tを確実に把持することができる。
Here, in the second embodiment, as shown in FIGS. 20 and 21, the
また、第2実施形態では、制限モードには、制限後のジョー指令開き角度の最小値V2の上限値V11が設定されている。上限値V11は、ゼロよりも所定量小さい負の値である。これにより、上限値V11がゼロである場合と異なり、ジョー部材43a(43b)とプーリ43d(43e)との間のバックラッシュを考慮したとしても、制限モードにおいて一対のジョー部材43a、43bを完全に閉じ切ることが可能に動作させることができる。上限値V11は、ジョー部材43a(43b)とプーリ43d(43e)との間のバックラッシュに対応する所定量分だけ小さい負の値に設定されている。たとえば、バックラッシュが1.5度であれば、上限値V11は-1.5度に設定される。
In the second embodiment, the upper limit value V11 of the minimum value V2 of the commanded jaw opening angle after the limit is set in the limit mode. The upper limit value V11 is a negative value smaller than zero by a predetermined amount. As a result, unlike the case where the upper limit V11 is zero, the pair of
また、第2実施形態では、コントローラ324は、一対のジョー部材43a、43bの閉じ動作中に駆動部212a、212bのモータ電流値が所定のしきい値を超えたと判定した場合に、モータ電流値が所定のしきい値を超えた際のモータの回転角度を検知し、検知したモータの回転角度に基づいて制限モードへの切り替えを制御するように構成されている。具体的には、コントローラ324は、一対のジョー部材43a、43bの閉じ動作中に駆動部212a、212bのモータ電流値が所定のしきい値を超えたと判定した場合に、検知角度が所定値V12以上である場合に、制限モードに切り替え、検知角度が所定値V12未満である場合には、制限モードに切り替えないように構成されている。これにより、検知角度が小さい領域で、不必要に制限モードに切り替えないようにすることができる。なお、制限モードに切り替えない場合には、ジョー指令開き角度の最小値は、初期値V4となる。
Further, in the second embodiment, when the
また、コントローラ324は、一対のジョー部材43a、43bの閉じ動作中に駆動部212a、212bのモータ電流値が所定のしきい値を超えたと判定した場合に、検知角度が所定値V12以上である場合、制限モードに切り替えるように構成されている。具体的には、コントローラ324は、検知角度が所定値V12以上で、かつ、所定値V13未満(V13>V12)である場合、ジョー指令開き角度の最小値V2が、初期値V4よりも大きい値で、かつ、上限値V11未満に制限された制限モードに切り替えるように構成されている。この場合、コントローラ324は、検知角度が小さくなるにつれて、ジョー指令開き角度の最小値V2が徐々に小さくなるように、ジョー指令開き角度の最小値V2を制限するように構成されている。たとえば、コントローラ324は、以下の式(2)により、ジョー指令開き角度の最小値V2を取得するように構成されている。
V2=V4×R+V4-c ・・・(2)
ここで、
V2:制限後のジョー指令開き角度の最小値
V4:初期値(制限前のジョー指令開き角度の最小値)
R:検知角度に対する減速比(検知角度に応じて変化する変数)
c:予め決められた定数
である。
Further, when the
V2=V4×R+V4-c (2)
here,
V2: Minimum value of commanded jaw opening angle after limitation V4: Initial value (minimum value of commanded jaw opening angle before limitation)
R: Reduction ratio with respect to detection angle (variable that changes according to detection angle)
c: A predetermined constant.
また、コントローラ324は、検知角度が所定値V13以上である場合、ジョー指令開き角度の最小値V2が上限値V11に制限された制限モードに切り替えるように構成されている。この場合、コントローラ324は、検知角度にかかわらず、ジョー指令開き角度の最小値V2が上限値V11になるように、ジョー指令開き角度の最小値V2を制限するように構成されている。
Further, the
[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。
[Modification]
It should be noted that the embodiments disclosed this time should be considered as examples and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims rather than the description of the above-described embodiments, and includes all modifications (modifications) within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.
たとえば、上記第1および第2実施形態では、一対のジョー部材が、ワイヤまたはケーブルからなる軟質の細長要素により駆動される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、一対のジョー部材が、ロッドからなる硬質の細長要素により駆動されてもよい。 For example, in the first and second embodiments, the pair of jaw members are driven by flexible elongated elements made of wires or cables, but the present invention is not limited to this. For example, a pair of jaw members may be driven by rigid elongated elements comprising rods.
また、上記第1および第2実施形態では、一対のグリップ部材を有する操作ハンドルが、一対のジョー部材を開閉させる指令が入力される入力装置として設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、一対のグリップ部材を有する操作ハンドル以外の操作ハンドルが、一対のジョー部材を開閉させる指令が入力される入力装置として設けられていてもよい。また、操作ハンドル以外が、一対のジョー部材を開閉させる指令が入力される入力装置として設けられていてもよい。 Further, in the first and second embodiments, an example is shown in which the operation handle having a pair of grip members is provided as an input device for inputting a command to open and close the pair of jaw members. It is not limited to this. For example, an operating handle other than the operating handle having a pair of grip members may be provided as an input device for inputting commands for opening and closing the pair of jaw members. Also, an input device other than the operating handle may be provided as an input device for inputting a command to open and close the pair of jaw members.
また、上記第1実施形態では、駆動部のモータ電流値が所定のしきい値を超えた際のジョー指令開き角度の値とジョー指令開き角度の最小値との差である所定値が、一対のジョー部材の開き角度がゼロの場合のジョー指令開き角度の値と、初期値の場合のジョー指令開き角度の最小値との差と同じ値である例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、所定値が、一対のジョー部材の開き角度がゼロの場合のジョー指令開き角度の値と、初期値の場合のジョー指令開き角度の最小値との差よりも大きい値であってもよいし、小さい値であってもよい。 Further, in the first embodiment, the predetermined value, which is the difference between the value of the commanded jaw opening angle when the motor current value of the driving unit exceeds the predetermined threshold value, and the minimum value of the commanded jaw opening angle is An example was shown in which the difference between the value of the commanded jaw opening angle when the opening angle of the jaw member is zero and the minimum value of the commanded jaw opening angle in the case of the initial value is the same value, but the present invention is based on this Not limited. For example, the predetermined value may be a value larger than the difference between the value of the commanded jaw opening angle when the opening angle of the pair of jaw members is zero and the minimum value of the commanded jaw opening angle when the opening angle is the initial value. and may be a small value.
また、上記第1および第2実施形態では、コントローラが駆動部のモータ電流値が所定のしきい値を超え、かつ、ジョー指令開き角度の値が直前の値よりも小さくなっていると判定した場合、制限モードに切り替える例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、コントローラは、駆動部のモータ電流値が所定のしきい値を超えたことを検知した場合、ジョー指令開き角度にかかわらず、制限モードに切り替えてもよい。 Further, in the first and second embodiments, the controller determines that the motor current value of the driving unit exceeds the predetermined threshold value and that the commanded jaw opening angle value is smaller than the previous value. case, the example of switching to the restriction mode has been shown, but the present invention is not limited to this. For example, when the controller detects that the motor current value of the drive exceeds a predetermined threshold, the controller may switch to limit mode regardless of the commanded jaw opening angle.
また、上記第1および第2実施形態では、コントローラが駆動部のモータ電流値が所定のしきい値を超え、かつ、ジョー指令開き角度の値が直前の値よりも小さくなっているという判定を複数回繰り返した場合、制限モードに切り替える例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、コントローラは、駆動部のモータ電流値が所定のしきい値を超え、かつ、ジョー指令開き角度の値が直前の値よりも小さくなっているという判定を1回だけ判定して、制限モードに切り替えてもよい。 Further, in the first and second embodiments, the controller determines that the motor current value of the driving unit exceeds the predetermined threshold value and that the value of the commanded jaw opening angle is smaller than the previous value. Although an example of switching to the restriction mode when repeated multiple times has been shown, the present invention is not limited to this. For example, the controller determines only once that the motor current value of the driving unit exceeds a predetermined threshold value and the value of the commanded jaw opening angle is smaller than the previous value, and the limit mode is performed. You can switch to
また、上記第1および第2実施形態では、コントローラは、フォローイング中である場合には、駆動部のモータ電流値が所定のしきい値以下となり、かつ、ジョー指令開き角度の値が制限モードを開始した際の値を超えているかまたはジョー指令開き角度の値がジョー指令開き角度の最大値近傍の値を超えている場合、制限モードを解除する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、コントローラは、フォローイング中である場合に、駆動部のモータ電流値が所定のしきい値以下となったと判定した場合、ジョー指令開き角度にかかわらず、制限モードを解除してもよい。 Further, in the first and second embodiments, the controller controls the motor current value of the drive unit to be equal to or less than the predetermined threshold value and the value of the commanded jaw opening angle to the limit mode when following is in progress. or the value of the commanded jaw opening angle exceeds the value near the maximum value of the commanded jaw opening angle, the limit mode is canceled. Not limited. For example, when the controller determines that the motor current value of the drive unit has become equal to or less than a predetermined threshold during following, the controller may release the limit mode regardless of the commanded jaw opening angle.
また、上記第1および第2実施形態では、所定のしきい値は、上記式(1)により設定されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、所定のしきい値は、上記式(1)以外の式により設定されていてもよい。 Further, in the above-described first and second embodiments, an example in which the predetermined threshold value is set by the above formula (1) has been shown, but the present invention is not limited to this. For example, the predetermined threshold may be set by a formula other than formula (1) above.
また、上記第1および第2実施形態では、脱落防止部が設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、脱落防止部が設けられていなくてもよい。 Moreover, in the above-described first and second embodiments, an example in which the anti-falling portion is provided has been shown, but the present invention is not limited to this. For example, the drop-off preventing portion may not be provided.
また、上記第1および第2実施形態では、マスタスレーブ型のシステムとしてロボット手術システムを示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、遠隔操作装置の指示を受けず、患者側装置が一部工程を自動的に行う半自動化の工程を含むシステムや、患者側装置が単独で行う完全自動化されたシステムであってもよい。その場合、制御部又はコントローラにて、制限モードを含む制御プログラムに基づきジョー指令開き角度が生成される。 Also, in the above-described first and second embodiments, the robotic surgery system is shown as a master-slave system, but the present invention is not limited to this. For example, a system including a semi-automated process in which a patient-side device automatically performs some steps without receiving instructions from a remote control device, or a fully-automated system in which a patient-side device performs alone may be used. In that case, the commanded jaw opening angle is generated by the control unit or the controller based on the control program including the limit mode.
また、上記第2実施形態では、制限モードにジョー指令開き角度の最小値の上限値を設定する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、制限モードにジョー指令開き角度の最小値の上限値を設定しなくてもよい。 Further, in the above-described second embodiment, an example in which the upper limit value of the minimum commanded jaw opening angle is set in the limit mode has been described, but the present invention is not limited to this. For example, it is not necessary to set the upper limit value of the minimum value of the commanded jaw opening angle in the limit mode.
また、上記第2実施形態では、上限値が所定量分負の値である例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、上限値がゼロであってもよい。 Also, in the above-described second embodiment, an example in which the upper limit value is a negative value by a predetermined amount has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the upper limit may be zero.
本明細書で開示する要素の機能は、開示された機能を実行するよう構成またはプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ASIC(Application Specific Integrated Circuits)、従来の回路、および/または、それらの組み合わせ、を含む回路または処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路または回路と見なされる。本開示において、回路、ユニット、または手段は、列挙された機能を実行するハードウェアであるか、または、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウェアである。ハードウェアは、本明細書に開示されているハードウェアであってもよいし、あるいは、列挙された機能を実行するようにプログラムまたは構成されているその他の既知のハードウェアであってもよい。ハードウェアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、手段、またはユニットはハードウェアとソフトウェアの組み合わせであり、ソフトウェアはハードウェアおよび/またはプロセッサの構成に使用される。 The functionality of the elements disclosed herein may be accomplished using general purpose processors, special purpose processors, integrated circuits, Application Specific Integrated Circuits (ASICs), conventional circuits, and/or those configured or programmed to perform the disclosed functions. can be implemented using a circuit or processing circuit that includes a combination of A processor is considered a processing circuit or circuit because it includes transistors and other circuits. In this disclosure, a circuit, unit, or means is hardware that performs or is programmed to perform the recited functions. The hardware may be the hardware disclosed herein, or other known hardware programmed or configured to perform the recited functions. A circuit, means or unit is a combination of hardware and software where the hardware is a processor which is considered a type of circuit, the software being used to configure the hardware and/or the processor.
20:患者側装置(手術ロボット、手術支援ロボット)、11:操作ハンドル(入力装置)、21a:ロボットアーム、24、324:コントローラ(制御部)、25:メモリ(記憶部)、40:手術器具、43:エンドエフェクタ、43a、43b:一対のジョー部材、43d、43e:プーリ、43da、43ea:係合孔(ジョー駆動用係合部)、43f:軸(プーリの軸)、43g:軸(ジョー部材の軸)、44c、44d:被駆動部材、100:ロボット手術システム、212a、212b:駆動部、T:対象物、V1:ジョー指令開き角度の値、V2:ジョー指令開き角度の最小値、V4:初期値、V5:ジョー指令開き角度の値、V6:差、V11:上限値、W1、W2:細長要素、θ:開き角度 20: Patient side device (surgical robot, surgery support robot), 11: Operation handle (input device), 21a: Robot arm, 24, 324: Controller (control unit), 25: Memory (storage unit), 40: Surgical instrument , 43: end effector, 43a, 43b: pair of jaw members, 43d, 43e: pulley, 43da, 43ea: engagement hole (jaw driving engagement portion), 43f: shaft (shaft of pulley), 43g: shaft ( 44c, 44d: driven member; 100: robotic surgical system; 212a, 212b: drive unit; , V4: Initial value, V5: Jaw command opening angle value, V6: Difference, V11: Upper limit value, W1, W2: Elongated element, θ: Opening angle
Claims (15)
前記一対のジョー部材を開閉させる指令が入力される入力装置と、
前記手術器具が取り付けられ、前記被駆動部材を駆動させる駆動部を含むロボットアームと、前記入力装置への入力に関連づけられた前記一対のジョー部材の開き角度に関するジョー指令開き角度に基づいて前記駆動部を駆動させる制御部とを有する手術ロボットと、を備え、
前記制御部は、前記一対のジョー部材の閉じ動作中に前記駆動部の電流値が所定のしきい値を超えているか否かを判定し、前記駆動部の電流値が前記所定のしきい値を超えていると判定した場合、前記ジョー指令開き角度の大きさが制限された制限モードにおいて前記駆動部を駆動させる、ロボット手術システム。 a surgical instrument having a pair of jaw members that open and close to grasp an object by actuation of an elongated element connected to a driven member;
an input device for inputting a command to open and close the pair of jaw members;
a robot arm to which the surgical instrument is attached and including a drive unit for driving the driven member; a surgical robot having a control unit that drives the unit,
The control section determines whether or not the current value of the driving section exceeds a predetermined threshold value during the closing operation of the pair of jaw members, and determines whether the current value of the driving section exceeds the predetermined threshold value. and driving the drive unit in a limit mode in which the magnitude of the commanded jaw opening angle is limited.
前記制御部は、前記駆動部の電流値が前記所定のしきい値を超え、かつ、前記ジョー指令開き角度の値が前記記憶部に記憶された直前の値よりも小さくなっていると判定した場合、前記制限モードに切り替える、請求項1に記載のロボット手術システム。 further comprising a storage unit,
The control unit determines that the current value of the drive unit exceeds the predetermined threshold value and that the value of the commanded jaw opening angle is smaller than the previous value stored in the storage unit. 2. The robotic surgical system of claim 1, wherein the robotic surgical system switches to the restricted mode if a
前記プーリには、前記ジョー部材と係合するジョー駆動用係合部が設けられており、
前記一対のジョー部材は、前記プーリを回転させることにより、前記プーリの軸とは異なる軸で開閉する、請求項1に記載のロボット手術システム。 the surgical instrument further comprising a pulley around which the elongated element drives the jaw member;
The pulley is provided with a jaw drive engaging portion that engages with the jaw member,
2. The robotic surgical system of claim 1, wherein the pair of jaw members are opened and closed on an axis different from an axis of the pulley by rotating the pulley.
前記上限値は、ゼロよりも所定量小さい負の値である、請求項11に記載のロボット手術システム。 An upper limit value of a minimum value of the jaw command opening angle after limitation is set in the limitation mode,
12. The robotic surgical system of claim 11, wherein the upper limit is a negative value less than zero by a predetermined amount.
前記制御部は、前記一対のジョー部材の閉じ動作中に前記モータの電流値が前記所定のしきい値を超えたと判定した場合に、前記モータの電流値が前記所定のしきい値を超えた際の前記モータの回転角度を検知し、検知した前記モータの回転角度に基づいて前記制限モードへの切り替えを制御する、請求項11に記載のロボット手術システム。 The drive unit includes a motor,
When the controller determines that the current value of the motor exceeds the predetermined threshold value during the closing operation of the pair of jaw members, the controller determines that the current value of the motor exceeds the predetermined threshold value. 12. The robotic surgery system according to claim 11, wherein the rotation angle of said motor during operation is detected, and switching to said limit mode is controlled based on the detected rotation angle of said motor.
前記入力装置への入力に関連づけられた前記一対のジョー部材の開き角度に関するジョー指令開き角度を取得するステップと、
前記ジョー指令開き角度に基づいて前記駆動部を駆動させるステップと、を備え、
前記駆動部を駆動させるステップは、前記一対のジョー部材の閉じ動作中に前記駆動部の電流値が所定のしきい値を超えているか否かを判定し、前記駆動部の電流値が前記所定のしきい値を超えていると判定した場合、前記ジョー指令開き角度の大きさが制限された制限モードにおいて前記駆動部を駆動させるステップを含む、ロボット手術方法。 A surgical instrument having a pair of jaw members that are opened and closed to grip an object by driving an elongated element connected to a driven member, an input device for inputting a command to open and close the pair of jaw members, and the surgical instrument. and a surgical robot having a robot arm including a drive unit for driving the driven member, wherein
obtaining a jaw command opening angle for the opening angle of the pair of jaw members associated with the input to the input device;
and driving the driving unit based on the commanded jaw opening angle;
The step of driving the drive section determines whether or not the current value of the drive section exceeds a predetermined threshold value during the closing operation of the pair of jaw members, and determines whether the current value of the drive section exceeds the predetermined threshold value. exceeding a threshold value of the commanded jaw opening angle, driving the drive unit in a limited mode in which the magnitude of the commanded jaw opening angle is limited.
前記手術器具が取り付けられ、前記被駆動部材を駆動させる駆動部を含むロボットアームと、
前記一対のジョー部材の開き角度に関するジョー指令開き角度に基づいて前記駆動部を駆動させる制御部と、を備え、
前記制御部は、前記一対のジョー部材の閉じ動作中に前記駆動部の電流値が所定のしきい値を超えているか否かを判定し、前記駆動部の電流値が所定のしきい値を超えていると判定した場合、前記ジョー指令開き角度の大きさが制限された制限モードにおいて前記駆動部を駆動させる、手術支援ロボット。 a surgical instrument having a pair of jaw members that open and close to grasp an object by actuation of an elongated element connected to a driven member;
a robotic arm to which the surgical instrument is attached and which includes a drive unit for driving the driven member;
a control unit that drives the driving unit based on a commanded jaw opening angle related to the opening angle of the pair of jaw members;
The control section determines whether or not the current value of the driving section exceeds a predetermined threshold value during the closing operation of the pair of jaw members, and the current value of the driving section exceeds the predetermined threshold value. A surgery support robot that drives the drive unit in a limit mode in which the magnitude of the commanded jaw opening angle is limited when it is determined that the commanded jaw opening angle is exceeded.
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