JP3695779B2 - Manipulator system - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は、スコープ又は処置具等を制御する複数のマニピュレータユニットから構成されたマニピュレータシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
腹壁等の体壁に穴を開け、この穴を通じて内視鏡や処置具を経皮的に体腔内に挿入することにより、その体腔内での様々な処置( 診察を含む )を行う経皮的内視鏡下手術が、大きな切開が必要とないため、患者に負担をかけずにできる手術として近年注目されている。
【0003】
この内視鏡下手術では、マニピュレータに内視鏡( スコープ )や処置具を搭載し、内視鏡及び処理具を使用した手術を術者に代わってマニピュレータにより間接的に行う手術用マニピュレータシステムが提案されている。
【0004】
図20は、この手術用マニピュレータシステムの概略を示す図である。
61は、寝台62に載置され、腹腔鏡下手術を受ける被体である。この被体61の腹部内側の腹腔は気腹針(図示せず)により炭酸(CO2 )ガスが送り込まれて膨脹させられている。
【0005】
この被体61の腹部には第1のトラカール63及び第2のトラカール64が差込まれ、その孔にはそれぞれスコープ65及び摘出等の処置を行う処置具66が挿入される。
【0006】
前記スコープ65及び前記処置具66は、第1のマニピュレータ67及び第2のマニピュレータ68により固定点T1及び固定点T2で固定支持されている。また前記第1のマニピュレータ67及び前記第2のマニピュレータ68は、それぞれ取付位置O1及び取付位置O2に設置されている。
【0007】
従って、このような手術用マニピュレータによる間接的操作では、スコープによりモニタに映し出された腹腔内の患部の状態を見ながら、操作者は、処置具をマニピュレータにより操作することになる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
マニピュレータの台数が多くなると、各マニピュレータ間の動作範囲が互いに重なり合うことになり、マニピュレータの動作状態によっては、マニピュレータ間で干渉、接触等が発生する可能性があるという問題があった。
【0009】
そこでこの発明は、各マニピュレータの位置を認識してマニピュレータ間で干渉、接触等が発生するのを確実に防止することができるマニピュレータシステムを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、体腔内の観察を行うスコープ又は体腔内で患部の処置を行う処置具等を制御する複数のマニピュレータユニットと前記複数のマニピュレータユニットが移動可能に固定されるベース部とから構成されたマニピュレータシステムにおいてスコープ又は処置具等を支持すると共に前記ベース部上を移動するマニピュレータと、前記ベース部の所定の位置に対する前記マニピュレータの基準位置の情報及び他のマニピュレータユニットに設けられたマニピュレータの基準位置の情報を入力する入力手段と、前記入力手段によりあらかじめ入力された情報に基づいて、前記他のマニピュレータユニットと干渉しない範囲で前記マニピュレータの動きを制御する制御手段と、を有することを特徴とするマニピュレータシステムである。
請求項2の発明は、前記入力手段及び前記制御手段は前記複数のマニピュレータユニットごとに設けられていることを特徴とする請求項1記載のマニピュレータシステムである。
【0011】
【作用】
このような構成の本発明において、各マニピュレータユニット毎に、発生手段により、自己のマニピュレータの基準位置及び少なくともこのマニピュレータの周辺に位置する他のマニピュレータの基準位置の情報が発生し、これらの基準位置の情報に基づいて、制御手段により、マニピュレータが制御される。
【0012】
【実施例】
以下、この発明の第1実施例を図1乃至図3を参照して説明する。なおこの第1実施例以降の各実施例は、この発明を手術用マニピュレータシステムに適用したものである。
【0013】
図1( a )は、手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図であり、図1( b )は、基準座標系と固有座標系との間のねじれ角を説明するための図である。
【0014】
1は患者が載置されるベットである。このベット1の縁に沿ってマニピュレータを取付けるための取付用ベース2が設けられ、このベース2に第1のマニピュレータ3-1、第2のマニピュレータ3-2、第3のマニピュレータ3-3、…、第nのマニピュレータ3-n( 以下3と略する。図1では3個のマニピュレータ3-1〜3-3のみを図示する。 )のn個のマニピュレータがそれぞれ固定配置されている。
【0015】
これらの各マニピュレータ3には、それぞれコントローラ部4-1〜4-n( 以下4と略する。3個のコントローラ部4-1〜4-3のみを図示する。 )が接続され、この各コントローラ部4-1〜4-nには、それぞれキー入力部5-1〜5-n( 以下5と略す。3個のキー入力部を図示する。 )が接続されている。
【0016】
前記各コントローラ部4は、各マニピュレータ3をそれぞれ固有の座標系( x1 ,y1 ,z1 ) 〜( xn ,yn ,zn ) に基づいて制御する。前記ベース2の所定箇所には、前記各マニピュレータ3の座標系( x1 ,y1 ,z1 ) 〜( xn ,yn ,zn ) の基準座標としての座標系( x0 ,y0 ,z0 ) が設定されている。なお、各座標系のZ軸は全て図1の紙面に対して垂直上方向きに設定されている。
【0017】
図2は、前記マニピュレータ3( 3-1〜3-n )の概略の構成を示す図で、図2( a )はマニピュレータ3の上面図、図2( b )はスコープ6を支持したマニピュレータ3の側面図を示し、図2( c )はマニピュレータ3によって支持される処置具7の一例としての処置具7を示す図である。前記スコープ6及び前記処置具7は、前記ベット1に横臥した図示しない患者の腹腔内にカテーテルを通して挿入される。
【0018】
前記各マニピュレータ3の外側には、前述した固有の座標系の基準となる点A( A1 ,…,An)、B( B1 ,…,Bn ) 、C( C1 ,…,Cn ) 、D( D1 ,…,Dn ) がそれぞれ形成されている。なお、各マニピュレータ3の固有座標系( x,y,z )と点A、B、C、Dとの関係は予め決められている。
【0019】
前記マニピュレータ3は、縦方向及び横方向に伸縮するアームと、スコープ6又は処置具7を支持する方向を自由に変更できる先端部を有し、それらの各アクチュエータ機構は図示しないがモータにより駆動され、このモータと、このモータの回転状態( 回転数、回転角度 )を検出するエンコーダとが、前記マニピュレータ3内に設けられている。
【0020】
前記コントローラ部4( 4-1〜4-n )は、前記マニピュレータ3の動作量をモータの回転数に変換し、モータを駆動して前記マニピュレータ3を制御する。このときモータに接続されているエンコーダからの出力によりモータの回転状態を確認することで、前記マニピュレータ3の動作状態( 正常動作か、異常動作か )を確認する。
【0021】
図3は、前記キー入力部5( 5-1〜5-n )を示す図である。
このキー入力部5は、ディスプレイ8、テンキー9及び各種ファンクションキー( Xキー,Yキー,Zキー,r1 キー,r2 キー,r3 キー,…) 10から構成されている。前記テンキー9及び前記ファンクションキー10からキー入力が行われると、前記ディスプレイ8に、キー入力の内容が表示される。
【0022】
このような構成の第1実施例においては、基準座標系( x0 ,y0 ,z0 ) に対する例えばマニピュレータ3-1の固有座標系( x1 ,y1 ,z1 ) のずれ、例えば、原点のずれ( Δx,Δy,Δz )及びねじれ角( θx ,θy ,θz ) ( 図1( b )参照 )をキー入力部5-1により入力する。
【0023】
この座標系間のずれの入力方法の一例としては、基準座標系( x0 ,y0 ,z0 ) の原点Oと第1のマニピュレータ3-1上の点A1 、B1 、C1 、D1 との距離を測定して、キー入力部5-1により入力する。このとき、第1のマニピュレータ3-1の固有座標系( x1 ,y1 ,z1 ) と点A1 、B1 、C1 、D1 との関係は予め決められているので、上述した距離のキー入力により、第1のマニピュレータ3-1を制御するコントローラ部4-1は、基準座標系( x0 ,y0 ,z0 ) と第1のマニピュレータ3-1の固有座標系( x1 ,y1 ,z1 ) とのずれを認識する。
【0024】
さらに、基準座標系( x0 ,y0 ,z0 ) の原点Oと第1のマニピュレータ3-1の周辺の各マニピュレータ3-2及び3-3上の点A2 、B2 、C2 、D2 及び点A3 、B3 、C3 、D3 との距離を測定して、順次キー入力部5-1により入力する。このとき、この周辺の各マニピュレータ3-2及び3-3の固有座標系( x2 ,y2 ,z2 ) 及び( x3 ,y3 ,z3 ) と点A2 、B2 、C2 、D2 及び点A3 、B3 、C3 、D3 との関係は予め決められているので、上述したキー入力により、第1のマニピュレータ3-1を制御するコントローラ部4-1は、基準座標系( x0 ,y0 ,z0 ) と周辺の各マニピュレータ3-2及び3-3の固有座標系( x2 ,y2 ,z2 ) 及び( x3 ,y3 ,z3 ) とのずれを認識する。
【0025】
以上のキー入力により、コントローラ部4-1は、制御する第1のマニピュレータ3-1とこの第1のマニピュレータ3-1の周辺の各マニピュレータ3-2及び3-3との各固有座標系の位置関係を認識することができる。
【0026】
コントローラ部4-2について、同様にして基準座標系( x0 ,y0 ,z0 ) の原点Oと第2のマニピュレータ3-2上の点A2 、B2 、C2 、D2 との距離及びその原点Oと周辺の各マニピュレータ3-1及び3-3上の点A1 、B1 、C1 、D1 及び点A3 、B3 、C3 、D3 との距離を、キー入力部5-2によりキー入力することによって、コントローラ部4-2も、制御する第2のマニピュレータ3-2と周辺の各マニピュレータ3-1及び3-3との固有座標系の位置関係を認識することができる。
【0027】
また、コントローラ部4-3についても、同様にして基準座標系( x0 ,y0 ,z0 ) の原点Oと第3のマニピュレータ3-3上の点A3 、B3 、C3 、D3 との距離及びその原点Oと周辺の各マニピュレータ3-1及び3-2上の点A1 、B1 、C1 、D1 及び点A2 、B2 、C2 、D2 との距離を、キー入力部5-3によりキー入力することによって、コントローラ部4-3も、制御する第3のマニピュレータ3-3と周辺のマニピュレータ3-1及び3-2との固有座標系の位置関係を認識することができる。
【0028】
一方、マニピュレータ3の動作範囲は概知であるので、各コントローラ部4-1はそれぞれ制御する第1のマニピュレータ3-1が、周辺のマニピュレータ3-2,3-3の動作範囲に入ったか否かを判断することができる。
【0029】
従って、各コントローラ部4-1は、制御する第1のマニピュレータ3-1が周辺のマニピュレータ3-2,3-3の動作範囲に入ったときには、第1のマニピュレータ3-1の動作速度を低下させるか又は停止させて、周辺のマニピュレータ3-2,3-3との接触を防止する。また、音、光等のアラームで報知させても良いものである。
【0030】
なお、ここまでマニピュレータ3-1,3-2,3-3、コントローラ部4-1,4-2,4-3及びキー入力部5-1,5-2,5-3の3セットについて説明したが、以上説明した技術は一般的なマニピュレータ3-1〜3-n、コントローラ部4-1〜4-n及びキー入力部5-1〜5-nのnセットについても適用できるものである。
【0031】
このように第1実施例によれば、キー入力部5と、このキー入力部5により入力された基準座標系原点Oからマニピュレータ3上の点A、B、C、Dまでの距離の情報に基づいて、制御するマニピュレータ3及びこのマニピュレータ3の周辺に位置するマニピュレータの固有座標系間の位置関係を認識するコントローラ部4と設けたことにより、各コントローラ部4は、周辺のマニピュレータの動作範囲を認識しながら、それぞれが制御するマニピュレータ3を動作させることが可能であり、このマニピュレータ3と周辺のマニピュレータとの干渉、接触等を確実に防止することができる。
【0032】
また、各コントローラ部は、通信によらないで、それぞれキー入力部により各マニピュレータの位置の情報が入力されるようになっており、各コントローラ部間が回線により接続されないため、マニピュレータシステムが配線が少なく衛生的で簡単な構成となり、しかも、通信のための処理を行う必要がないため、各コントローラ部での処理時間をより高速にすることができる。
【0033】
この発明の第2実施例を図4及び図5を参照して説明する。
なおこの第2実施例及び以降の実施例において、前述した実施例と同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
【0034】
図4は、手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図である。
各マニピュレータ3-1〜3-n( 以下3と略す。図4では3個のマニピュレータ3-1〜3-3のみを図示する。 )には、それぞれコントローラ部11-1〜11-n( 以下11と略す。3個のコントローラ部11-1〜11-3のみを図示する。 )が接続され、この各コントローラ部11には、それぞれキー入力部5-1〜5-n( 以下5と略す。3個のキー入力部5-1〜5-3のみを図示する )が接続されている。
【0035】
前記コントローラ11-1には接続ケーブルと介して3次元位置センサ12が接続されている。この3次元位置センサ12には、直交する方向の磁界を生成するソース13と、磁界を検出する磁界検出センサ14とが取付けられている。
【0036】
図5は、前記マニピュレータ3の概略の構成を示す図である。
前記各マニピュレータ3-1〜3-n( 3 )上の所定位置( 固有の座標系の基準位置 )には、前記磁界検出センサ14を固定するためのアダプタ( 取付部材 )又はマーク15( 15-1〜15-n )及び16( 16-1〜16-n )が設けられている。
【0037】
前記3次元位置センサ12は、前記ソース13の座標系、基準座標系( x0 ,y0 ,z0 ) と前記磁界検出センサ14の座標系とにおける原点間の距離及び各軸のなす角を算出して、前記コントローラ部11-1に出力する。
【0038】
このような構成の第2実施例においては、まず、磁界検出センサ14を第1のマニピュレータ3-1上のアダプタに固定するか、又はマーク15,16上に固定する。
【0039】
すると、3次元位置センサ12は、磁界検出センサ14からの信号により、基準座標系( x0 ,y0 ,z0 ) に対する磁界検出センサ14の座標系、すなわち第1のマニピュレータ3-1の固有座標系( x1 ,y1 ,z1 ) における原点間の距離及び各軸のなす角を算出し、その算出結果をコントローラ部11-1に出力する。
【0040】
コントローラ部11-1は、この原点間の距離及び各軸のなす角に基づいて、基準座標系( x0 ,y0 ,z0 ) に対する第1のマニピュレータ3-1の固有座標系( x1 ,y1 ,z1 ) における原点間のずれ( Δx,Δy,Δz )及び各軸のねじれ角( θx ,θy ,θz ) を算出する。
【0041】
この算出結果の原点間のずれ及び各軸のねじれ角は、キー入力部5-1のディスプレイ8に表示される。操作者は、このディスプレイ8に表示された数値を確認して、キー入力部5-1により入力( リターンキーの押下のみ )する。
【0042】
このキー入力により、第1のマニピュレータ3-1を制御するコントローラ部11-1は、基準座標系( x0 ,y0 ,z0 ) と第1のマニピュレータ3-1の固有座標系( x1 ,y1 ,z1 ) とのずれを認識する。
【0043】
次に、磁界検出センサ14を第2のマニピュレータ3-2上のアダプタに固定するか、又はマーク15,16上に固定する。
すると、3次元位置センサ12は、磁界検出センサ14により、基準座標系( x0 ,y0 ,z0 ) に対する第2のマニピュレータ3-2の固有座標系( x2 ,y2 ,z2 ) における原点間の距離及び各軸のなす角を算出して、コントローラ部11-1に出力する。
【0044】
コントローラ部11-1は、この原点間の距離及び各軸のなす角に基づいて、基準座標系( x0 ,y0 ,z0 ) に対する第2のマニピュレータ3-2の固有座標系( x2 ,y2 ,z2 ) におけるずれを算出し、ディスプレイ8に表示する。操作者は、このディスプレイ8に表示された数値を確認して、キー入力部5-1により入力( リターンキーの押下のみ )する。
【0045】
このキー入力により、コントローラ部11-1は、基準座標系( x0 ,y0 ,z0 ) と第2のマニピュレータ3-2の固有座標系( x2 ,y2 ,z2 ) とのずれを認識する。
【0046】
次に磁界検出センサ14を第3のマニピュレータ3-2上のアダプタに固定するか、又はマーク15,16上の固定すると、同様にして、キー入力部5-1による入力( リターンキーの押下のみ )により、基準座標系( x0 ,y0 ,z0 ) と第3のマニピュレータ3-3の固有座標系( x3 ,y3 ,z3 ) とのずれを認識する。
【0047】
以上により、コントローラ部11-1は、制御する第1のマニピュレータ3-1の固有座標系( x1 ,y1 ,z1 ) とこの第1のマニピュレータ3-1の周辺の各マニピュレータ3-2及び3-3の各固有座標系( x2 ,y2 ,z2 ) ( x3 ,y3 ,z3 ) との位置関係を認識することができる。
【0048】
さらに、コントローラ部11-2についても同様にして、3次元位置センサ12からコントローラ11-1を介して得られた基準座標系( x0 ,y0 ,z0 ) に対する各マニピュレータ3-1,3-2,3-3の固有座標系( x1 ,y1 ,z1 ) 、( x2 ,y2 ,z2 ) 、( x3 ,y3 ,z3 ) とのずれがキー入力部5-1のディスプレイ8に順次表示され、このコントローラ部11-2に接続されたキー入力部5-2による入力( ずれデータの入力 )により、基準座標系( x0 ,y0 ,z0 ) に対する各マニピュレータ3-1,3-2,3-3の固有座標系( x1 ,y1 ,z1 ) 、( x2 ,y2 ,z2 ) 、( x3 ,y3 ,z3 ) とのずれを認識して、制御する第2のマニピュレータ3-2の固有座標系( x2 ,y2 ,z2 ) とこの第2のマニピュレータ3-2の周辺の各マニピュレータ3-1及び3-3の固有座標系( x1 ,y1 ,z1 ) 、( x3 ,y3 ,z3 ) との位置関係を認識することができる。
【0049】
また、コントローラ部11-3についても同様にして、キー入力部5-3の入力( ずれデータの入力 )により、制御する第3のマニピュレータ3-3の固有座標系( x3 ,y3 ,z3 ) とこの第3のマニピュレータ3-3の周辺の各マニピュレータ3-1及び3-2の固有座標系( x1 ,y1 ,z1 ) 、( x2 ,y2 ,z2 ) との位置関係を認識することができる。
【0050】
マニピュレータの固有座標系の認識の後の処理は、第1実施例と同様であるのでここでは省略する。
このように第2実施例によれば、上述した第1実施例と同様な効果を得ることができる。
【0051】
さらに、基準座標系となるソース13と固有座標系となる磁界検出センサ14とを有する3次元位置センサ12と、磁界検出センサ14をマニピュレータ3上の所定の位置に設置したときに算出され出力される座標系原点間の距離及び座標各軸のなす角に基づいて原点間のずれ及び各軸のねじれ角を求めてディスプレイ8に表示させるコントローラ部11とを設けたことにより、操作者が座標系の原点間のずれや各軸のねじれ角を測定及び計算する必要がなく、単に各キー入力部のディスプレイ8に表示された位置情報を、キー入力部5から入力するだけで良いので、操作性を向上させることができる。
【0052】
なおこの第2実施例では、3次元位置センサ12はコントローラ11-1と接続され、このコントローラ11-1のディスプレイ8に基準座標系とマニピュレータ3-1〜3-3の固有座標系とのずれを表示して、各コントローラ11-1〜11-3のそれぞれのキー入力部5-1〜5-3から確認のための入力又は、ずれデータの入力を行うことにより、それぞれの各コントローラ11-1〜11-3が各マニピュレータ3-1〜3-3の各固有座標系の位置関係を認識するようになっていたが、この発明はこれに限定されるものではない。
【0053】
例えば、3次元位置センサ12を各コントローラ11-1〜11-3と接続し、この3次元位置センサ12により、基準座標系とそれぞれのマニピュレータ3-1〜3-3の固有座標系とのずれまで算出し、この算出したずれを直接各コントローラ11-1〜11-3に入力設定しても良いものである。
【0054】
このようにすれば、この第2実施例により、自己のマニピュレータの位置情報については自動的に設定されるので、より操作性を向上させるという効果を得ることができる。
【0055】
またこの第2実施例では、ソース13と磁界検出センサ14とを有する3次元位置センサ12を使用したものについて説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、例えば後述する第9実施例に説明する加速度センサを有する3次元位置センサを使用したものでも良い。
【0056】
この発明の第3実施例を図6及び図7を参照して説明する。
図6は、手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図である。なおこの第3実施例では図示していないが、前述した実施例と同様にベースには複数台のマニピュレータが取付可能である。
【0057】
マニピュレータ3が取付けられるベース20上の各所定位置には、マーク21-1〜21-12 が形成され、この各マーク21-1〜21-12 の上又は近傍にマークを識別するための記号( 一例として「1」〜「12」という数字を図示する。 )を設けている。
【0058】
図7は、前記マニピュレータ3の概略の構成を示す図である。
前記マニピュレータ3は、前記ベース20に取付けるための取付用部材22が設けられている。この取付用部材22は、上固定部22-1と、この上固定部22-1に向かって上下にスライドする下可動部22-2と、この下可動部22-2をスライドさせるねじ調整部22-3とからなり、このねじ調整部22-3を回転させることで下可動部22-2を上下にスライドさせ、前記ベース20を前記上固定部22-1と下可動部22-2で挟んで、前記ベース20にマニピュレータ3を取付ける。
【0059】
なお、前記マーク21-1〜21-12 の位置は、それぞれ予め所定の基準座標系からの距離が測定されており、コントローラ部4のメモリ23に、その各測定データは記号「1」〜「12」の数字に対応して記憶されている。
【0060】
このような構成の第3実施例においては、ねじ調整部22-3を緩めることにより、マニピュレータ3はベース20から取外されるか、又はベース20上を移動可能になる。
【0061】
ここで操作者は、マニピュレータ3を所望の位置、すなわち、所望のマーク位置に移動させて、ねじ調整部22-3を締めて取付ける。このとき操作者は、その所望のマーク上又はマークの近傍に設けられた記号( 数値データ )を、キー入力部5から入力する。コントローラ部4は、この入力された数値に対応する距離データをメモリ23から読取り、制御するマニピュレータ3の位置を確認する。
【0062】
同様に、このマニピュレータ3の周辺に取付られた他のマニピュレータについても、その取付位置のマークの記号をキー入力部5から入力する。このキー入力によりコントローラ部4は、入力された数値に対応する距離データをメモリ23から読取り、周辺の他のマニピュレータの位置を認識する。
【0063】
従って、コントローラ部4は、制御するマニピュレータ3及びこのマニピュレータ3の周辺に位置する他のマニピュレータの取付位置を確認する。
以上の操作を他のマニピュレータを制御するコントローラ部( キー入力部 )で行えば、各コントローラ部はそれぞれ、制御するマニピュレータ及びこのマニピュレータの周辺に位置するマニピュレータの取付位置を確認する。
【0064】
このように第3実施例によれば、上述した第1実施例と同様な効果を得ることができる。
さらに、ベース20上のマニピュレータの各取付位置にマーク21を形成すると共にそのマーク21の上又は近傍にマーク21を識別するための記号と、この各記号に対応して基準座標系からの距離の情報が記憶されたメモリ23とを設け、キー入力部5から記号が入力されたときに、メモリ23からその記号に対応する距離の情報を読み取ることにより、操作者は、基準座標系とマニピュレータ3の固有座標系との距離情報や各軸ねじれ角等を測定・算出する必要がなく、キー入力部5でマニピュレータ3を取付けたマーク21上又は近傍の記号を入力すれば良いので、操作性を向上させることができる。
【0065】
この発明の第4実施例を図8及び図9を参照して説明する。
図8は、手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図である。なおこの第4実施例では図示していないが、前述した実施例と同様にベースには複数台のマニピュレータが取付可能である。
【0066】
マニピュレータ3が取付けられるベース24上に、電気抵抗を有する位置検出部材としての電気抵抗式スケール25が設けられている。この電気抵抗式スケール25の一端がコントローラ部4に接続されており、一方、図9に示すように、マニピュレータ3の取付部材22の、上固定部22-1の内側の前記電気抵抗式スケール25に接触する部分に電気接点26を設けている。
【0067】
従って、前記コントローラ部4は、このコントローラ部4に接続された前記電気抵抗式スケール25の一端と、前記マニピュレータ3を介してその取付部材22の電気接点26との間の抵抗値を検出することができる。
【0068】
なお、前記電気抵抗式スケール25の全体の抵抗値は概知である。
このような構成の第4実施例においては、マニピュレータ3が取付られると、コントローラ部4に接続された電気抵抗式スケール25の一端とマニピュレータ3の取付部材22の電気接点26との間の抵抗値が検出される。
【0069】
この検出された抵抗値により、電気抵抗式スケール25の一端を基準位置としたときの電気抵抗式スケール25上の電気接点26の位置、すなわちマニピュレータ3の取付位置が検出される。この検出された取付位置は、キー入力部5のディスプレイ8に表示され、操作者はこのディスプレイ8に表示されたマニピュレータ3の取付位置を確認して、キー入力部5により入力( リターンキーの押下のみ )する。
【0070】
このキー入力により、コントローラ部4は、制御するマニピュレータ3の取付位置を認識する。
同様に、マニピュレータ3-mの周辺に位置する他のマニピュレータについても、それらの各マニピュレータに接続されたコントローラ部は、それぞれ電気抵抗式スケール25上の各マニピュレータの取付部材の電気接点の位置、すなわち各マニピュレータの取付位置が、それぞれのキー入力部のディスプレイに表示される。
【0071】
従って、操作者は、各ディスプレイにそれぞれ表示された各マニピュレータの取付位置を確認して、キー入力部5-mから入力( データ入力 )する。
このキー入力により、マニピュレータ3-mを制御するコントローラ部4-mは、周辺に位置するマニピュレータの取付位置を認識する。
【0072】
また、以上の操作を他のマニピュレータを制御するコントローラ部( キー入力部 )について行って、各コントローラ部はそれぞれ、制御するマニピュレータ及びこのマニピュレータの周辺のマニピュレータの取付位置を確認する。
【0073】
このように第4実施例によれば、上述した第1実施例と同様な効果を得ることができる。
さらに、電気抵抗式スケール25及び各マニピュレータ3に電気抵抗式スケール25上の位置を検出するための電気接点26を設けたことにより、ベース24上のどの位置にマニピュレータ3が取付けられたのかを自動的に検出することができるので、上述した第2実施例と同様な効果を得ることができる。
【0074】
この発明の第5の実施例を図10及び図11を参照して説明する。
図10は、手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図である。なおこの第5実施例では図示していないが、前述した実施例と同様にベースには複数台のマニピュレータが取付可能である。
【0075】
ベース27上のマニピュレータが取付けられる箇所に、所定の基準位置からの距離情報等が書込まれたバーコードが印刷された位置検出部材としてのバーコード印刷部28が設けられている。
【0076】
図11は、前記マニピュレータの概略の構成を示す図である。
前記マニピュレータ3の取付部材22の上固定部22-1の内側の前記バーコード印刷部28と対向する部分に、光学反射式のバーコード読取部29が設けられ、このバーコード読取部29は、前記バーコード印刷部28のバーコードを読取る。
【0077】
前記バーコード読取部29により読取ったバーコード情報( 基準位置からの距離情報 )等は、コントローラ部4へ供給される。
このような構成の第5実施例においては、マニピュレータ3が取付けられると、マニピュレータ3の取付部材22のバーコード読取部29により、マニピュレータ3が取付けられた箇所のバーコードが読取られる。
【0078】
この読取ったバーコード情報には基準位置からの距離情報が含まれており、コントローラ部4は、この距離情報等によりマニピュレータ3の取付位置を導き、キー入力部5のディスプレイ8にこのマニピュレータ3の取付位置を表示し、操作者はこの表示を確認してキー入力部5から入力( リターンキーの押下のみ )する。
【0079】
このキー入力によりマニピュレータ3を制御するコントローラ部4は、マニピュレータ3の取付位置を認識する。
同様に、マニピュレータ3-mの周辺に位置する他のマニピュレータについても、それらの各マニピュレータの取付部材のバーコード読取部により、ベース27上のバーコード印刷部28の取付箇所のバーコードが読取られ、この読取ったバーコード情報に基づいてマニピュレータの取付位置が、それぞれのキー入力部のディスプレイに表示される。
【0080】
従って、操作者が、各ディスプレイにそれぞれ表示された各マニピュレータの取付位置を確認して、キー入力部5-mから入力( データ入力 )する。
このキー入力により、マニピュレータ3-mを制御するコントローラ部4-mは、周辺に位置するマニピュレータの取付位置を認識する。
【0081】
また、以上の操作を他のマニピュレータを制御するコントローラ部( キー入力部 )について行って、各コントローラ部はそれぞれ、制御するマニピュレータ及びこのマニピュレータの周辺のマニピュレータの取付位置を確認する。
【0082】
このように第5実施例によれば、上述した第1実施例と同様な効果を得ることができる。
さらに、ベース27上に位置情報が書き込まれたバーコードを印刷したバーコード印刷部28及びこのバーコードを読取るバーコード読取部29を設けたことにより、ベース27上のどの位置にマニピュレータが取付けられたのかを自動的に検出することができるので、上述した第2実施例と同様な効果を得ることができる。
【0083】
この発明の第6実施例を図12及び図13を参照して説明する。
図12( a )は、手術用マニピュレータシステムのベット1及びベース30を示す図である。なお、この第6実施例では図示していないが、前述した実施例と同様に、前記ベース30に複数台のマニピュレータが取付可能であり、各マニピュレータにはコントローラ部が接続され、コントローラ部にはキー入力部が接続されている。
【0084】
前記ベース30上のマニピュレータ3が取付けられる取付用穴31-1〜31-21 が形成され、その近傍には識別するための記号( 数字1〜21 )が設けられている。
【0085】
前記取付用穴31-1〜31-21 は、図12( b )に示すように、その口径形状が正多角形に形成され、さらに、その各辺には取付方向の情報として記号( アルファベットa〜h )が設けられている。
【0086】
図13( a )は、前記マニピュレータ3の概略の構成を示す図である。
前記マニピュレータ3の取付部材32には、前記ベース30の各取付用穴31-1〜31-21 を嵌合させて( 又は貫通させてナット等により )固定される取付用ボルト33が設けられている。この取付用ボルト33の形状も、図13( b )に示すように、前記各取付用穴に31-1〜31-21 に嵌合するように、各取付用穴31-1〜31-21 の口径形状に対応した正多角形となっている。
【0087】
このような構成の第6実施例においては、マニピュレータ3は、その取付用ボルト33をベース30の取付用穴31-1〜31-21 の中から選択した1つの取付用穴31に嵌合して取付ける。このとき、取付用穴31及び取付用ボルト33は正多角形形状であるので、前記取付用穴31と前記取付用ボルト33との嵌合する向きを選択することにより、マニピュレータ3の取付角度が選択できる。
【0088】
このとき、操作者は図示しないキー入力部により、取付用ボルト33を取付けた取付用穴31の近傍の記号( 数値データ )及び取付方向を示す記号( アルファベットデータ )を入力する。
【0089】
図示しないコントローラ部は、この入力された数値及びアルファベットに対応する所定の基準座標からの距離及びマニピュレータの固有座標のデータ( 取付方向の情報を含む )をコントローラ部内のメモリから読取り、制御するマニピュレータ3の位置を確認する。
【0090】
同様に、このマニピュレータ3の周辺に位置する他のマニピュレータについても、マニピュレータ3に接続されたコントローラ部に接続されたキー入力部から、そのマニピュレータの取付ボルトを取付けた取付用穴の近傍の記号及び取付方向を示す記号を入力する。このキー入力により、マニピュレータ3に接続されたコントローラ部は、入力された数値及びアルファベットに対応する所定の基準座標からの距離及び固有座標のデータをメモリから読取り、周辺に位置する他のマニピュレータの位置を確認する。
【0091】
従って、マニピュレータ3に接続されたコントローラ部は、制御するマニピュレータ3及びこのマニピュレータ3の周辺に位置する他のマニピュレータの取付位置を確認する。
【0092】
以上の操作を他のマニピュレータを制御するコントローラ部( キー入力部 )で行えば、各コントローラ部はそれぞれ、制御するマニピュレータ及びこのマニピュレータの周辺に位置するマニピュレータの取付位置を確認する。
【0093】
このように第6実施例によれば、上述した第1実施例と同様な効果を得ることができる。
さらに、ベース30上のマニピュレータの各取付位置に取付用穴31を形成すると共にその取付用穴31の近傍に取付用穴31を識別するための記号とを設けたことにより、上述した第3実施例と同様な効果を得ることができる。
【0094】
また、取付用穴31及びマニピュレータ3に設けられた取付用ボルト33をお互いに正多角形に形成し嵌合させることにより、マニピュレータの取付角度を所望の角度に固定して取付けるという効果を得ることができる。
【0095】
この発明の第7実施例を図14を参照して説明する。
図14は、手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図である。
各マニピュレータ3-1〜3-n( 以下3と略す。図14では3個のマニピュレータ3-1〜3-3のみを図示する。 )には、それぞれコントローラ部34-1〜34-n( 以下34と略す。3個のコントローラ部34-1〜34-3のみを図示する。 )が接続されている。
【0096】
これらの各コントローラ部34は、RS−232Cインターフェイス( 図示せず )を備え、互いに( 少なくとも周辺に位置するマニピュレータを制御するコントローラ部に対しては )RS−232C回線35-1〜35-k( 以下35と略す。k≦J=n( n−1 )/2、3本のRS−232回線35-1〜35-3のみを図示する。 )を介して接続されている。
【0097】
なお図示しないが、これらの各コントローラ部34にキー入力部を接続してマニピュレータ3の位置に関するデータを入力しても良いし、また3次元位置センサを接続して位置に関する検出データをコントローラ部34に出力するようにしても良いものである。
【0098】
このような構成の第7実施例においては、各コントローラ部34には、それぞれが制御するマニピュレータ3の基準座標に対する位置の情報が入力され、この入力された情報に基づいて、制御するマニピュレータ3の取付位置を認識する。
【0099】
一方、この各コントローラ部34が得たそれぞれ制御するマニピュレータ3の位置の情報は、RS−232C回線35を介して少なくとも周辺に位置するマニピュレータを制御する各コントローラ部に出力される。
【0100】
従って、各コントローラ部34には、制御するマニピュレータ3の位置の情報が直接入力されると共に、RS−232C回線35を介してそのマニピュレータ3の周辺に位置するマニピュレータの位置の情報が入力される。その結果、各コントローラ部34は、制御するマニピュレータ3及びこのマニピュレータ3の周辺に位置するマニピュレータの位置を認識する。
【0101】
また、常にRS−232C回線35を介して各コントローラ部34からそれぞれが制御するマニピュレータ3の位置の情報を出力するので、リアルタイムで周辺に位置するマニピュレータの位置( 取付位置 )の移動を認識する。
【0102】
このように第7実施例によれば、各コントローラ部34を互いにRS−232C回線35により接続したことにより、上述した第1実施例から第6実施例までのいずれかの方法により各コントローラ部34がそれぞれ制御するマニピュレータ3の位置の情報を入力すると、各マニピュレータ3の位置の情報がRS−232C回線を介して各コントローラ部34に供給されるので、各コントローラ部34はそれぞれ制御するマニピュレータ3とこのマニピュレータ3の周辺に位置するマニピュレータとの位置関係を認識することができ、各コントローラ部34は、周辺のマニピュレータの動作範囲を認識しながら、それぞれが制御するマニピュレータ3を動作させることが可能であり、このマニピュレータ3とその周辺のマニピュレータとの干渉、接触等を確実に防止することができる。
【0103】
また、各コントローラ部は、それぞれが制御するマニピュレータの位置の情報が入力されるだけで良く、周辺のマニピュレータの位置の情報は、周辺の各マニピュレータを制御する各コントローラ部からRS−232C回線35を介して得られるので、各コントローラ部毎に周辺のマニピュレータの位置の情報を、例えばキー入力部等により入力する必要がないので、操作性が向上できる。
【0104】
また、RS−232C回線35を介して送受信する情報は、マニピュレータを取り付ける位置の情報に限らず、各マニピュレータの動作量( モータの回転数、回転角等 )でも良い。この場合、RS−232C回線35を介して、各コントローラ部は周辺のマニピュレータの動作中の姿勢をリアルタイムで認識することができるので、制御するマニピュレータ3とその周辺のマニピュレータとの干渉、接触等をさらにより確実に防止できるという効果を得ることができる。
【0105】
この発明の第8実施例を図15を参照して説明する。
図15は、手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図である。
各マニピュレータ3-1〜3-n( 以下3と略す。図15では3個のマニピュレータ3-1〜3-3のみを図示する。 )には、それぞれコントローラ部36-1〜36-n( 以下36と略す。3個のコントローラ部36-1〜36-3のみを図示する。 )が接続されている。
【0106】
これらの各コントローラ部36は、それぞれLAN( local area network、図示せず )インターフェイスを備え、それぞれLAN37を介して接続されている。 なお図示しないが、これらの各コントローラ部36にキー入力部を接続してマニピュレータの位置に関するデータを入力しても良いし、また3次元位置センサを接続して位置に関する検出データをコントローラ部36に出力するようにしても良いものである。
【0107】
このような構成の第8実施例においては、各コントローラ部36には、それぞれが制御するマニピュレータ3の基準座標に対する位置の情報が入力され、この入力された情報に基づいて、制御するマニピュレータ3の取付位置を認識する。
【0108】
一方、この各コントローラ部36が得たそれぞれ制御するマニピュレータ3の位置の情報は、LAN37を介して少なくとも周辺に位置するマニピュレータ3;を制御する各コントローラ部に出力される。
【0109】
従って、各コントローラ部36には、制御するマニピュレータ3の位置の情報が直接入力されると共に、LAN37を介してそのマニピュレータ3の周辺に位置するマニピュレータの位置の情報が入力される。その結果、各コントローラ部36は、制御するマニピュレータ3及びこのマニピュレータ3の周辺に位置するマニピュレータの位置を認識する。
【0110】
また、常にLAN37を介して各コントローラ部36からそれぞれが制御するマニピュレータ3の位置の情報を出力するので、リアルタイムで周辺のマニピュレータの位置( 取付位置 )の移動を認識する。また、位置情報は、各マニピュレータの動作量( モータの回転数、回転角等 )でも良い。
【0111】
このように第8実施例によれば、各コントローラ部36をLAN37を介して接続したことにより、上述した第7実施例と同様な効果を得ることができる。
この発明の第9実施例を図16を参照して説明する。
【0112】
図16は、手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図である。
各マニピュレータ3-1〜3-n( 以下3と略する。図16では3個のマニピュレータ3-1〜3-3のみを図示する。 )のアーム38-1〜38-n( 以下38と略す。図16では3個のみを図示する 。 )の先端部のスコープ又は処置具を固定する部分の近傍には、それぞれ加速度センサからなる3次元位置センサ39-1〜39-n( 以下39と略す。3個の3次元位置センサ39-1〜39-3のみを示す。 )が設けられている。
【0113】
前記各マニピュレータ3には、それぞれコントローラ部40-1〜40-n( 以下40と略す。3個のコントローラ部40-1〜40-3のみを図示する。 )が接続されている。
【0114】
これらの各コントローラ40は、RS−232Cインターフェイス( 図示せず )を備え、互いにRS−232C回線35-1〜35-k( 以下35と略す、3本のRS−232回線35-1〜35-3のみを図示する。 )を介して接続されている。
【0115】
前記各コントローラ40は、それぞれ前記各3次元位置センサ39により得られた3次元的な加速度データを入力し、この入力した3次元的な加速度データを処理して、制御するマニピュレータ3の取付位置を認識する。
【0116】
また、このような構成の第9実施例においては、各コントローラ40によりマニピュレータ3を動作させ、マニピュレータ3のアーム38が移動すると、3次元位置センサ39により、その移動量が3次元的な加速度データとして得られる。
【0117】
この得られた3次元的な加速度データに基づいて、各コントローラ部40は、それぞれが制御するマニピュレータ3の動作量を算出し、このマニピュレータ3の位置を認識する。
【0118】
各コントローラ部40の制御するマニピュレータ3の位置の情報は、RS−232C回線35を介して、少なくとも周辺に位置するマニピュレータを制御するコントローラ部へ出力される。
【0119】
従って、各コントローラ部40は、それぞれが制御するマニピュレータ3の位置の情報が3次元位置センサ39からの3次元的な加速度データにより直接入力されると共に、RS−232C回線35を介して、少なくともそのマニピュレータ3の周辺に位置するマニピュレータの位置の情報が入力される。その結果、各コントローラ部40は、それぞれが制御するマニピュレータ3及びこのマニピュレータの周辺に位置するマニピュレータの位置を認識する。
【0120】
このように第9実施例によれば、上述した第7実施例と同様な効果を得ることができる。
また、加速度センサを有する3次元位置センサ39を使用して、各コントローラ部40のそれぞれが制御するマニピュレータ3の位置の情報を入力しているので、操作者がマニピュレータ3の位置に関する測定及び計算する必要がなく、単に各キー入力部5のディスプレイ8に表示された位置情報を、キー入力部5から入力するだけで良いので、操作性を向上させることができる。さらに、このキー入力部5のキー入力を省略して、直接3次元位置センサ39からのマニピュレータの位置の情報をコントローラ部40に入力すれば、操作者は、全くマニピュレータ3の位置をコントローラ部に入力する操作を行わずに済むので、操作性を一層向上させることができる。
【0121】
なお、この第9実施例では3次元位置センサとして加速度センサを使用したものについて説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、例えば第2実施例で説明した磁界検出センサを使用しても良いものである。
【0122】
この発明の第10実施例を図17及び図18を参照して説明する。
図17は、手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図である。
各マニピュレータ3-1〜3-n( 以下3と略する。図16では3個のマニピュレータ3-1〜3-3のみを図示する。 )は、直接中央コントローラ部41に接続されている。
【0123】
この中央コントローラ部41には位置情報共有メモリ42が設けられ、前記中央コントローラ部41は、この位置情報共有メモリ42に記憶された位置情報に基づいて各マニピュレータ3を制御する。
【0124】
図18は、前記中央コントローラ部41が行う処理の構成を示す機能ブロック図である。
前記各マニピュレータ3-1〜3-nをそれぞれ制御する第1マニピュレータ制御ルーチン43-1〜第nマニピュレータ制御ルーチン43-nと、システム全体を管理し、前記各マニピュレータ制御ルーチン43-1〜43-nにより制御される各マニピュレータ3-1〜3-n間の位置関係をチェックして干渉、接触等を防止するシステム制御ルーチン44とから、前記中央コントローラ部41のルーチンは構成される。なお、各ルーチン43-1〜43-n,44は、それぞれ位置情報共有メモリ42に各マニピュレータ3-1〜3-nの位置情報を書込むと共に、書込まれた位置情報に基づいて制御を行うようになっている。
【0125】
このような構成の第10実施例において、中央コントローラ部41は、システム制御ルーチン44及び各マニピュレータ制御ルーチン43-1〜43-nとにより各マニピュレータ3-1〜3-nが制御される。各マニピュレータ3の位置情報は、上述した第1実施例〜第6実施例に示すいずれかの方法により入力されるようになっており、入力された位置情報は位置情報共有メモリ42に記憶される。
【0126】
さらにシステム制御ルーチン44は、位置情報共有メモリ42に記憶されている情報に基づいて、各マニピュレータ3の位置を認識して、各マニピュレータ間の位置関係をチェックし、マニピュレータ間で干渉、接触等が予想される場合には、その干渉等を回避する指示を該当する各マニピュレータ制御ルーチンへ出す。
【0127】
各マニピュレータ制御ルーチンは、このシステム制御ルーチン44から出された干渉等を回避する指示にしたがって、各マニピュレータ3の制御を変更する。例えば、マニピュレータ3の動作速度を低速にしたり、またマニピュレータ3の動作を停止する等の変更が行われる。
【0128】
このように第10実施例によれば、各マニピュレータ3を制御する中央コントローラ41と、各マニピュレータ3毎にそれぞれの位置の情報を記憶する位置情報を記憶する位置情報共有メモリ42とを設け、上述した第1実施例から第6実施例までのいずれかの方法により各マニピュレータ3の位置の情報を入力すると、その位置の情報を位置情報共有メモリ42に記憶し、この位置情報共有メモリ42に記憶された各マニピュレータ3の位置の情報に基づいて中央コントローラ41が各マニピュレータ3を制御することにより、各マニピュレータ3とこのマニピュレータ3の周辺に位置するマニピュレータとの位置関係を認識することができ、周辺のマニピュレータの動作範囲を認識しながら、マニピュレータ3を動作させることが可能であり、このマニピュレータ3とその周辺のマニピュレータとの干渉、接触等を確実に防止することができる。
【0129】
また、各マニピュレータ3の位置の情報は、位置情報共有メモリ42を使用して中央コントローラ部41が集中管理すると共に、マニピュレータ3の制御も中央コントローラ部41が集中管理しているので、通信を行わずにしかもマニピュレータ3の位置の情報の入力が1度で済むので、処理速度及び操作性を向上させることができる。
【0130】
なお、位置情報は、取付位置に限らず、各マニピュレータ3の動作中の位置情報( 各モータの回転数、回転角等 )でも良い。この場合でも、動作中の位置情報を基にマニピュレータ3とその周辺のマニピュレータの干渉、接触等を確実に防止することができる。
【0131】
この発明の第11実施例を図19を参照して説明する。
図19は、手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図である。
各マニピュレータ3-1〜3-n( 以下3と略す。図15では3個のマニピュレータ3-1〜3-3のみを図示する。 )には、それぞれコントローラ部45-1〜45-n( 以下45と略す。3個のコントローラ部45-1〜45-3のみを図示する。 )が接続されている。
【0132】
これらの各コントローラ部45は、メインコントローラ部46と接続され、このメインコントローラ部46には、位置情報共有メモリ42が設けられている。前記各コントローラ部45は、メインコントローラ部46を介して供給される位置情報に基づいてそれぞれ制御するマニピュレータ3を制御する。
【0133】
なお、この第11実施例は前述の第10実施例の変形例であり、前記各コントローラ部45は、第10実施例の各マニピュレータ制御ルーチンを行うための専用コントローラであり、前記メインコントローラ部46は、システム制御ルーチンを行うための専用コントローラである。
【0134】
このような構成の第11実施例において、各コントローラ部45は、それぞれメインコントローラ部46から出力される指令及び位置情報共有メモリ42からの位置情報に基づいて、それぞれ各マニピュレータ3を制御する。
【0135】
各マニピュレータの位置情報は、上述した第1実施例〜第6実施例に示す方法のいずれかにより各コントローラ部45に入力されたものが、メインコントローラ部46に出力され、メインコントローラ部46は、入力した位置情報を位置情報共有メモリ42に書込むと共に、この位置情報共有メモリから各マニピュレータの位置情報を読取る。
【0136】
メインコントローラ部46は、この読取った位置情報に基づいて、各マニピュレータ3の位置を認識して各マニピュレータ間の位置関係をチェックし、マニピュレータ間で干渉、接触等が予想される場合には、その干渉等を回避する指示を該当する各コントローラ部45に出力する。
【0137】
従って、各コントローラ部46は、メインコントローラ部46から出力された干渉、接触等を回避する指示にしたがって、各マニピュレータ3の制御を変更する。
【0138】
なお、位置情報は、前述した第10実施例と同様にマニピュレータの動作中の位置情報でも良い。
このように第11実施例によれば、上述した第10実施例の中央コントローラ部41の機能の一部、すなわち各マニピュレータ制御ルーチン43をコントローラ部45として独立させ、各マニピュレータ3の位置の情報を集中管理して、各コントローラ部45にマニピュレータの制御の指令を出力するメインコントローラ部46を設けたことにより、上述した第10実施例と同様な効果を得ることができる。
【0139】
さらに、各マニピュレータ制御ルーチン43をコントローラ部として独立させているので、マニピュレータ制御ルーチン43を並列に処理でき、しかもメインコントローラ部41は、システム制御ルーチン44のみを処理すれば良いので、処理速度のより高速化を図ることができる。
【0140】
( 追記 )
( 1 )体腔内の観察を行うスコープや体腔内で患部の処置を行う処置具等を制御する複数のマニピュレータユニットから構成されたマニピュレータシステムにおいて、前記各マニピュレータユニットは、
スコープ又は処置具等を支持するマニピュレータと、
このマニピュレータの基準位置の情報及び少なくともこのマニピュレータの周辺に位置する他の各マニピュレータユニットに設けられたマニピュレータの基準位置の情報を入力するためのキー部と、
このキー部から入力された各マニピュレータの基準位置の情報に基づいて前記マニピュレータを制御する制御手段とを設けたことを特徴とするマニピュレータシステム。
【0141】
( 2 )体腔内の観察を行うスコープや体腔内で患部の処置を行う処置具等を制御する複数のマニピュレータユニットから構成されたマニピュレータシステムにおいて、
マニピュレータの基準位置を判定するための検出対象部を設け、
前記各マニピュレータユニットは、
スコープ又は処置具等を支持するマニピュレータと、
前記マニピュレータの基準位置の情報及び少なくともこのマニピュレータの周辺に位置する他の各マニピュレータユニットに設けられたマニピュレータの基準位置の情報を発生する発生手段と、
この発生手段により発生した各マニピュレータの基準位置の情報に基づいて前記マニピュレータを制御する制御手段とを設けたことを特徴とするマニピュレータシステム。
【0142】
( 3 )体腔内の観察を行うスコープや体腔内で患部の処置を行う処置具等を制御する複数のマニピュレータユニットから構成されたマニピュレータシステムにおいて、
軌道と、
前記軌道上に設けられこの軌道上の各位置を示す位置検出マークとを設け、
前記各マニピュレータユニットは、
スコープ又は処置具等を支持すると共に前記軌道上を移動するマニピュレータと、
前記マニピュレータの基準位置の情報及び少なくともこのマニピュレータの周辺に位置する他の各マニピュレータユニットに設けられたマニピュレータの基準位置の情報を発生する発生手段と、
この発生手段により発生した各マニピュレータの基準位置の情報に基づいて前記マニピュレータを制御する制御手段とを設けたことを特徴とするマニピュレータシステム。
【0143】
( 4 )前記検出対象部は、位置を示すマークと、このマークを識別するための記号とを設けたことを特徴とする前記2に記載されるマニピュレータシステム。
( 5 )前記記号は数字であることを特徴とする前記4に記載されるマニピュレータシステム。
【0144】
( 6 )前記記号はアルファベットであることを特徴とする前記4に記載されるマニピュレータシステム。
( 7 )体腔内の観察を行うスコープや体腔内で患部の処置を行う処置具等を制御する複数のマニピュレータユニットから構成されたマニピュレータシステムにおいて、前記各マニピュレータユニットは、
スコープ又は処置具等を支持するマニピュレータと、
このマニピュレータの基準位置の情報及び少なくともこのマニピュレータの周辺に位置する他の各マニピュレータユニットに設けられたマニピュレータの基準位置を検出する3次元位置センサと、
この3次元位置センサにより検出された各マニピュレータの基準位置の情報に基づいて前記マニピュレータを制御する制御手段とを設けたことを特徴とするマニピュレータシステム。
【0145】
( 8 )前記3次元位置センサは磁気センサであることを特徴とする前記7に記載されるマニピュレータシステム。
( 9 )体腔内の観察を行うスコープや体腔内で患部の処置を行う処置具等を制御する複数のマニピュレータユニットから構成されたマニピュレータシステムにおいて、
軌道と、
前記軌道上に設けられた電気抵抗部材とを設け、
前記各マニピュレータユニットは、
スコープ又は処置具等を支持すると共に前記軌道上を移動するマニピュレータと、
前記電気抵抗部材の抵抗値の変化から前記マニピュレータの基準位置の情報及び少なくともこのマニピュレータの周辺に位置する他の各マニピュレータユニットに設けられたマニピュレータの基準位置の判定する判定手段と、
この判定手段により判定した各マニピュレータの基準位置に基づいて前記マニピュレータを制御する制御手段とを設けたことを特徴とするマニピュレータシステム。
( 11 )前記位置検出マークはバーコードであることを特徴とする前記3に記載されるマニピュレータシステム。
( 12 )体腔内の観察を行うスコープや体腔内で患部の処置を行う処置具等を制御する複数のマニピュレータユニットから構成されたマニピュレータシステムにおいて、
軌道と、
前記軌道上に設けられこの軌道上の各位置を示すバーコードとを設け、
前記各マニピュレータユニットは、
スコープ又は処置具等を支持すると共に前記軌道上を移動するマニピュレータと、
軌道上に設けられた前記バーコードを読取るバーコード読取手段と、
このバーコード読取手段により読取ったバーコード情報に基づいて、前記マニピュレータの基準位置の情報及び少なくともこのマニピュレータの周辺に位置する他の各マニピュレータユニットに設けられたマニピュレータの基準位置を判定する判定手段と、
この判定手段により判定した各マニピュレータの基準位置に基づいて前記マニピュレータを制御する制御手段とを設けたことを特徴とするマニピュレータシステム。
( 13 )前記検出対象部は、マニピュレータの取付位置を示す穴と、この穴を識別するための記号とを設けたことを特徴とする前記2に記載されるマニピュレータシステム。
( 14 )前記穴の断面は多角形であることを特徴とする前記13に記載されるマニピュレータシステム。
( 15 )前記記号は数字であることを特徴とする前記13に記載されるマニピュレータシステム。
( 16 )前記記号はアルファベットであることを特徴とする前記13に記載されるマニピュレータシステム。
( 17 )体腔内の観察を行うスコープや体腔内で患部の処置を行う処置具等を制御する複数のマニピュレータユニットから構成されたマニピュレータシステムにおいて、前記各マニピュレータユニットは、
スコープ又は処置具等を支持するマニピュレータと、
このマニピュレータの基準位置及び姿勢を検出する自己検出手段と、
他のマニピュレータユニットに対して前記自己検出手段により検出された前記マニピュレータの基準位置及び姿勢を情報として出力すると共に、他のマニピュレータからの基準位置及び姿勢の情報を入力する情報入出力手段と、
前記自己検出手段及び前記情報入出力手段からの各マニピュレータの基準位置及び姿勢の情報に基づいて前記マニピュレータを制御する制御手段とを設けたことを特徴とするマニピュレータシステム。
( 18 )前記情報入出力手段は通信回線を介して基準位置及び姿勢の情報の交換を行うことを特徴とする前記17に記載されるマニピュレータシステム。
( 19 )前記情報入出力手段はRS−232C回線を介して基準位置及び姿勢の情報の交換を行うことを特徴とする前記17に記載されるマニピュレータシステム。
( 20 )前記情報入出力手段はローカルエリアネットワークを介して基準位置及び姿勢の情報の交換を行うことを特徴とする前記17に記載されるマニピュレータシステム。
( 21 )体腔内の観察を行うスコープや体腔内で患部の処置を行う処置具等を制御する複数のマニピュレータユニットから構成されたマニピュレータシステムにおいて、前記各マニピュレータユニットは、
スコープ又は処置具等を支持するマニピュレータと、
このマニピュレータの位置を移動させるためのモータと、
このモータの回転状態を検出するエンコーダと、
このエンコーダからのモータの回転状態から前記マニピュレータの基準位置及び姿勢を判定する自己判定手段と、
他のマニピュレータユニットに対して前記自己判定手段により判定された前記マニピュレータの基準位置及び姿勢を情報として出力すると共に、他のマニピュレータからの基準位置の情報及び姿勢情報を入力する情報入出力手段と、
前記自己判定手段及び前記情報入出力手段からの各マニピュレータの基準位置及び姿勢の情報に基づいて前記マニピュレータを制御する制御手段とを設けたことを特徴とするマニピュレータシステム。
( 22 )体腔内の観察を行うスコープや体腔内で患部の処置を行う処置具等を制御する複数のマニピュレータユニットから構成されたマニピュレータシステムにおいて、前記各マニピュレータユニットは、
スコープ又は処置具等を支持するマニピュレータと、
このマニピュレータの基準位置及び姿勢を検出する3次元位置センサと、
他のマニピュレータユニットに対して前記3次元位置センサにより検出された前記マニピュレータの基準位置及び姿勢を情報として出力すると共に、他のマニピュレータからの基準位置の情報及び姿勢情報を入力する情報入出力手段と、
前記3次元位置センサ及び前記情報入出力手段からの各マニピュレータの基準位置及び姿勢の情報に基づいて前記マニピュレータを制御する制御手段とを設けたことを特徴とするマニピュレータシステム。
( 23 )前記3次元位置センサは加速度センサであることを特徴とする前記22に記載されるマニピュレータシステム。
( 24 )前記3次元位置センサは磁気センサであることを特徴とする前記22に記載されるマニピュレータシステム。
( 25 )前記情報入出力手段はメモリを介して基準位置及び姿勢の情報の交換を行うことを特徴とする前記17に記載されるマニピュレータシステム。
【0146】
【発明の効果】
以上詳述したようにこの発明によれば、各マニピュレータの位置を認識してマニピュレータ間で干渉、接触等が発生するのを確実に防止することができるマニピュレータシステムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施例の手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図及び基準座標系と固有座標系との間の捩じれ各説明するための図。
【図2】同実施例の手術用マニピュレータシステムのマニピュレータの基本的な構成を示す図。
【図3】同実施例の手術用マニピュレータシステムのキー入力部を示す図。
【図4】この発明の第2実施例の手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図。
【図5】同実施例の手術用マニピュレータシステムのマニピュレータの概略の構成を示す図。
【図6】この発明の第3実施例の手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図。
【図7】同実施例の手術用マニピュレータシステムのマニピュレータの概略の構成を示す図。
【図8】この発明の第4実施例の手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図。
【図9】同実施例の手術用マニピュレータシステムのマニピュレータの概略の構成を示す図。
【図10】この発明の第5実施例の手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図。
【図11】同実施例の手術用マニピュレータシステムのマニピュレータの概略の構成を示す図。
【図12】この発明の第6実施例の手術用マニピュレータシステムのベット及びベースを示す図。
【図13】同実施例の手術用マニピュレータシステムのマニピュレータの概略の構成を示す図。
【図14】この発明の第7実施例の手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図。
【図15】この発明の第8実施例の手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図。
【図16】この発明の第9実施例の手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図。
【図17】この発明の第10実施例の手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図。
【図18】同実施例の手術用マニピュレータシステムの中央コントローラ部が行う処理の構成を示す機能ブロック図。
【図19】この発明の第11実施例の手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図。
【図20】一般的なマニピュレータシステムの構成を示す図。
【符号の説明】
3…マニピュレータ、
4,11,34,36,40,45…コントローラ部、
5…キー入力部、
6…スコープ( 内視鏡 )、
7…処置具、
8…ディスプレイ、
12…3次元位置センサ、
13…ソース、
14…磁界検出センサ、
15,16,21…マーク、
23…メモリ、
25…電気抵抗スケール、
28…バーコード印刷部、
29…バー読取部、
31…取付穴、
33…取付用ボルト
35…RS−232C回線、
37…LAN、
39…加速度センサ、
42…位置情報共有メモリ、
41…中央コントローラ部、
46…メインコントローラ部。
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a manipulator system including a plurality of manipulator units that control a scope, a treatment instrument, or the like.
[0002]
[Prior art]
Percutaneous to perform various treatments (including medical examinations) in the body cavity by opening a hole in the body wall such as the abdominal wall and inserting an endoscope or treatment tool into the body cavity through the hole. Endoscopic surgery has recently attracted attention as an operation that can be performed without burdening the patient because a large incision is not required.
[0003]
In this endoscopic surgery, there is an operating manipulator system in which an endoscope (scope) and a treatment tool are mounted on the manipulator, and the operation using the endoscope and the treatment tool is performed indirectly by the manipulator on behalf of the operator. Proposed.
[0004]
FIG. 20 is a diagram showing an outline of this surgical manipulator system.
61 is a body placed on the bed 62 and undergoing laparoscopic surgery. The abdominal cavity on the inner side of the abdomen of the body 61 is inflated with carbon dioxide (CO2) gas fed by a pneumothorax needle (not shown).
[0005]
A first trocar 63 and a second trocar 64 are inserted into the abdomen of the body 61, and a scope 65 and a treatment tool 66 for performing treatment such as extraction are inserted into the holes, respectively.
[0006]
The scope 65 and the treatment instrument 66 are fixedly supported at a fixed point T1 and a fixed point T2 by a first manipulator 67 and a second manipulator 68. Further, the first manipulator 67 and the second manipulator 68 are respectively installed at the attachment position O1 and the attachment position O2.
[0007]
Therefore, in such an indirect operation by the surgical manipulator, the operator operates the treatment tool with the manipulator while observing the state of the affected part in the abdominal cavity displayed on the monitor by the scope.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
When the number of manipulators increases, the operation ranges between the manipulators overlap each other, and there is a problem that interference, contact, etc. may occur between the manipulators depending on the operation state of the manipulators.
[0009]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a manipulator system capable of recognizing the position of each manipulator and reliably preventing interference and contact between the manipulators.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
Claim 1 The invention provides a plurality of manipulator units for controlling a scope for observing the inside of a body cavity or a treatment tool for treating an affected area in the body cavity. And a base portion to which the plurality of manipulator units are movably fixed In a manipulator system composed of , Support scope or treatment tool And move on the base A manipulator, The said relative to a predetermined position of the base portion; Information on the reference position of the manipulator and other Information on the reference position of the manipulator provided in the manipulator unit Input means to input When, Based on information input in advance by the input means, the manipulator moves within a range not interfering with the other manipulator unit. Control means for controlling A manipulator system characterized by comprising It is.
The invention according to claim 2 is characterized in that the input means and the control means are provided for each of the plurality of manipulator units. It is.
[0011]
[Action]
In the present invention having such a configuration, for each manipulator unit, information on the reference position of its own manipulator and at least the reference positions of other manipulators located around the manipulator is generated by the generating means. Based on this information, the manipulator is controlled by the control means.
[0012]
【Example】
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. In each of the first and subsequent embodiments, the present invention is applied to a surgical manipulator system.
[0013]
FIG. 1 (a) is a diagram showing a schematic configuration of a surgical manipulator system, and FIG. 1 (b) is a diagram for explaining a twist angle between a reference coordinate system and a natural coordinate system.
[0014]
Reference numeral 1 denotes a bed on which a patient is placed. A mounting base 2 for mounting a manipulator is provided along the edge of the bed 1, and a first manipulator 3-1, a second manipulator 3-2, a third manipulator 3-3,. , N manipulators 3-n (hereinafter abbreviated as 3; only three manipulators 3-1 to 3-3 are shown in FIG. 1) are fixedly arranged.
[0015]
Each of these manipulators 3 is connected with a controller unit 4-1 to 4 -n (hereinafter abbreviated as 4; only three controller units 4-1 to 4-3 are illustrated). Key input units 5-1 to 5-n (hereinafter abbreviated as 5; three key input units are shown) are connected to the units 4-1 to 4-n, respectively.
[0016]
Each controller unit 4 controls each manipulator 3 based on its own coordinate system (x1, y1, z1) to (xn, yn, zn). Coordinate systems (x0, y0, z0) as reference coordinates of the coordinate systems (x1, y1, z1) to (xn, yn, zn) of the respective manipulators 3 are set at predetermined locations on the base 2. . Note that all the Z axes of each coordinate system are set vertically upward with respect to the paper surface of FIG.
[0017]
2 is a diagram showing a schematic configuration of the manipulator 3 (3-1 to 3-n), FIG. 2 (a) is a top view of the manipulator 3, and FIG. 2 (b) is a manipulator 3 that supports the scope 6. FIG. 2 (c) is a view showing a treatment instrument 7 as an example of the treatment instrument 7 supported by the manipulator 3. The scope 6 and the treatment tool 7 are inserted through a catheter into the abdominal cavity of a patient (not shown) lying on the bed 1.
[0018]
Outside each of the manipulators 3, points A (A1,..., An), B (B1,..., Bn), C (C1,..., Cn), D (D1) serving as a reference for the above-described unique coordinate system. ,..., Dn) are formed. Note that the relationship between the unique coordinate system (x, y, z) of each manipulator 3 and the points A, B, C, D is determined in advance.
[0019]
The manipulator 3 has an arm that expands and contracts in the vertical direction and the horizontal direction, and a tip that can freely change the direction in which the scope 6 or the treatment instrument 7 is supported. Each actuator mechanism is driven by a motor (not shown). The motor and an encoder for detecting the rotation state (rotation speed, rotation angle) of the motor are provided in the manipulator 3.
[0020]
The controller unit 4 (4-1 to 4-n) converts the operation amount of the manipulator 3 into the rotation speed of the motor, and drives the motor to control the manipulator 3. At this time, the operational state (normal operation or abnormal operation) of the manipulator 3 is confirmed by confirming the rotational state of the motor based on the output from the encoder connected to the motor.
[0021]
FIG. 3 is a diagram showing the key input unit 5 (5-1 to 5-n).
The key input unit 5 includes a display 8, a numeric keypad 9, and various function keys (X key, Y key, Z key, r1 key, r2 key, r3 key,...) 10. When key input is performed from the numeric keypad 9 and the function key 10, the contents of the key input are displayed on the display 8.
[0022]
In the first embodiment having such a configuration, a deviation of, for example, the intrinsic coordinate system (x1, y1, z1) of the manipulator 3-1 with respect to the reference coordinate system (x0, y0, z0), for example, a deviation of the origin (Δx, [Delta] y, [Delta] z) and torsion angles ([theta] x, [theta] y, [theta] z) (see FIG. 1 (b)) are input by the key input unit 5-1.
[0023]
As an example of a method for inputting the deviation between the coordinate systems, the distance between the origin O of the reference coordinate system (x0, y0, z0) and the points A1, B1, C1, D1 on the first manipulator 3-1 is measured. Then, input is made by the key input unit 5-1. At this time, since the relationship between the intrinsic coordinate system (x1, y1, z1) of the first manipulator 3-1 and the points A1, B1, C1, D1 is determined in advance, The controller unit 4-1 that controls one manipulator 3-1 recognizes a deviation between the reference coordinate system (x0, y0, z0) and the intrinsic coordinate system (x1, y1, z1) of the first manipulator 3-1. To do.
[0024]
Furthermore, the origin O of the reference coordinate system (x0, y0, z0) and the points A2, B2, C2, D2 and points A3, B3 on the manipulators 3-2 and 3-3 around the first manipulator 3-1. , C3, and D3 are measured and sequentially input by the key input unit 5-1. At this time, the eigen coordinate systems (x2, y2, z2) and (x3, y3, z3) of the surrounding manipulators 3-2 and 3-3 and the points A2, B2, C2, D2 and the points A3, B3, C3 , D3 is determined in advance, so that the controller unit 4-1, which controls the first manipulator 3-1, by the above-described key input has the reference coordinate system (x0, y0, z0) and each of the surroundings. Recognize the deviation of the manipulators 3-2 and 3-3 from the proper coordinate systems (x2, y2, z2) and (x3, y3, z3).
[0025]
By the above key input, the controller unit 4-1 has the unique coordinate system of the first manipulator 3-1 to be controlled and the manipulators 3-2 and 3-3 around the first manipulator 3-1. The positional relationship can be recognized.
[0026]
Similarly, the distance between the origin O of the reference coordinate system (x0, y0, z0) and the points A2, B2, C2, D2 on the second manipulator 3-2 and the origin O and the periphery of the controller unit 4-2. By inputting the distances between the points A1, B1, C1, D1 and the points A3, B3, C3, D3 on the manipulators 3-1 and 3-3 with the key input unit 5-2, the controller unit 4 -2 can also recognize the positional relationship of the inherent coordinate system between the second manipulator 3-2 to be controlled and the surrounding manipulators 3-1 and 3-3.
[0027]
Similarly, the distance between the origin O of the reference coordinate system (x0, y0, z0) and the points A3, B3, C3, D3 on the third manipulator 3-3 and the origin of the controller unit 4-3. By inputting the distance between O and the points A1, B1, C1, D1 and points A2, B2, C2, D2 on the surrounding manipulators 3-1 and 3-2 with the key input unit 5-3, The controller unit 4-3 can also recognize the positional relationship of the inherent coordinate system between the third manipulator 3-3 to be controlled and the peripheral manipulators 3-1 and 3-2.
[0028]
On the other hand, since the operation range of the manipulator 3 is known, whether or not the first manipulator 3-1 controlled by each controller unit 4-1 has entered the operation range of the surrounding manipulators 3-2 and 3-3. Can be determined.
[0029]
Accordingly, each controller unit 4-1 reduces the operating speed of the first manipulator 3-1 when the first manipulator 3-1 to be controlled enters the operating range of the surrounding manipulators 3-2 and 3-3. To prevent contact with surrounding manipulators 3-2 and 3-3. Moreover, you may make it alert | report by alarms, such as a sound and light.
[0030]
Up to this point, three sets of manipulators 3-1, 3-2, 3-3, controller units 4-1, 4-2, 4-3 and key input units 5-1, 5-2, 5-3 have been described. However, the technology described above can be applied to n sets of general manipulators 3-1 to 3-n, controller units 4-1 to 4-n, and key input units 5-1 to 5-n. .
[0031]
As described above, according to the first embodiment, the key input unit 5 and the distance information from the reference coordinate system origin O input by the key input unit 5 to the points A, B, C, and D on the manipulator 3 are included. Based on the manipulator 3 to be controlled and the controller unit 4 for recognizing the positional relationship between the eigen coordinate systems of the manipulators located around the manipulator 3, each controller unit 4 can set the operation range of the surrounding manipulators. While recognizing, it is possible to operate the manipulator 3 controlled by each, and it is possible to reliably prevent interference, contact, etc. between the manipulator 3 and the peripheral manipulator.
[0032]
In addition, each controller unit is configured not to use communication but to input the position information of each manipulator by the key input unit, and since the controller units are not connected by a line, the manipulator system is wired. Since the configuration is less sanitary and simple, and it is not necessary to perform processing for communication, the processing time in each controller unit can be further increased.
[0033]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the second embodiment and the following embodiments, the same members as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
[0034]
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a surgical manipulator system.
Each of the manipulators 3-1 to 3 -n (hereinafter abbreviated as 3; FIG. 4 shows only three manipulators 3-1 to 3-3.) 11, only three controller units 11-1 to 11-3 are illustrated, and each controller unit 11 is connected to a key input unit 5-1 to 5 -n (hereinafter abbreviated as 5). Only three key input sections 5-1 to 5-3 are shown).
[0035]
A three-dimensional position sensor 12 is connected to the controller 11-1 via a connection cable. The three-dimensional position sensor 12 is provided with a source 13 that generates a magnetic field in an orthogonal direction and a magnetic field detection sensor 14 that detects the magnetic field.
[0036]
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of the manipulator 3.
An adapter (mounting member) or a mark 15 (15-) for fixing the magnetic field detection sensor 14 is provided at a predetermined position (reference position of a specific coordinate system) on each of the manipulators 3-1 to 3-n (3). 1 to 15-n) and 16 (16-1 to 16-n).
[0037]
The three-dimensional position sensor 12 calculates the distance between the origins in the coordinate system of the source 13, the reference coordinate system (x0, y0, z0) and the coordinate system of the magnetic field detection sensor 14, and the angle formed by each axis. To the controller unit 11-1.
[0038]
In the second embodiment having such a configuration, first, the magnetic field detection sensor 14 is fixed to the adapter on the first manipulator 3-1 or fixed to the marks 15 and 16.
[0039]
Then, the three-dimensional position sensor 12 uses the signal from the magnetic field detection sensor 14 to determine the coordinate system of the magnetic field detection sensor 14 relative to the reference coordinate system (x0, y0, z0), that is, the unique coordinate system of the first manipulator 3-1. The distance between the origins in x1, y1, z1) and the angle formed by each axis are calculated, and the calculation result is output to the controller unit 11-1.
[0040]
Based on the distance between the origins and the angles formed by the axes, the controller unit 11-1 determines the eigen coordinate system (x1, y1, z1) of the first manipulator 3-1 with respect to the reference coordinate system (x0, y0, z0). ) To calculate the deviation (Δx, Δy, Δz) between the origins and the twist angles (θx, θy, θz) of each axis.
[0041]
The deviation between the origins of the calculation result and the twist angle of each axis are displayed on the display 8 of the key input unit 5-1. The operator confirms the numerical value displayed on the display 8 and inputs it (only pressing the return key) with the key input unit 5-1.
[0042]
The controller unit 11-1 that controls the first manipulator 3-1 by this key input causes the reference coordinate system (x0, y0, z0) and the unique coordinate system (x1, y1, z1) of the first manipulator 3-1. ) Is recognized.
[0043]
Next, the magnetic field detection sensor 14 is fixed to the adapter on the second manipulator 3-2 or fixed to the marks 15 and 16.
Then, the three-dimensional position sensor 12 causes the magnetic field detection sensor 14 to detect the distance between the origins in the intrinsic coordinate system (x2, y2, z2) of the second manipulator 3-2 with respect to the reference coordinate system (x0, y0, z0). The angle formed by each axis is calculated and output to the controller unit 11-1.
[0044]
Based on the distance between the origins and the angles formed by the axes, the controller unit 11-1 determines the intrinsic coordinate system (x2, y2, z2) of the second manipulator 3-2 with respect to the reference coordinate system (x0, y0, z0). ) Is calculated and displayed on the display 8. The operator confirms the numerical value displayed on the display 8 and inputs it (only pressing the return key) with the key input unit 5-1.
[0045]
By this key input, the controller unit 11-1 recognizes a deviation between the reference coordinate system (x0, y0, z0) and the intrinsic coordinate system (x2, y2, z2) of the second manipulator 3-2.
[0046]
Next, when the magnetic field detection sensor 14 is fixed to the adapter on the third manipulator 3-2 or fixed on the marks 15 and 16, the input by the key input unit 5-1 is similarly performed (only the return key is pressed). ) To recognize the deviation between the reference coordinate system (x0, y0, z0) and the unique coordinate system (x3, y3, z3) of the third manipulator 3-3.
[0047]
As described above, the controller unit 11-1 controls the inherent coordinate system (x1, y1, z1) of the first manipulator 3-1 to be controlled and the manipulators 3-2 and 3− around the first manipulator 3-1. It is possible to recognize the positional relationship with each of the three unique coordinate systems (x2, y2, z2) (x3, y3, z3).
[0048]
Further, similarly for the controller unit 11-2, the manipulators 3-1, 3-2, 3-2 for the reference coordinate system (x0, y0, z0) obtained from the three-dimensional position sensor 12 via the controller 11-1. Deviations from the 3-3 unique coordinate system (x1, y1, z1), (x2, y2, z2), (x3, y3, z3) are sequentially displayed on the display 8 of the key input section 5-1, and this controller Each manipulator 3-1, 3-2, 3-3 with respect to the reference coordinate system (x0, y0, z0) is input by the key input unit 5-2 (displacement data input) connected to the unit 11-2. Recognize the deviation from the coordinate system (x1, y1, z1), (x2, y2, z2), (x3, y3, z3) and control the unique coordinate system (x2, y2) of the second manipulator 3-2 , Z2) and the eigen coordinate system of each of the manipulators 3-1 and 3-3 around the second manipulator 3-2 ( 1, y1, z1), it can recognize the positional relationship between (x3, y3, z3).
[0049]
Similarly, for the controller unit 11-3, the eigen coordinate system (x3, y3, z3) of the third manipulator 3-3 to be controlled by the input of the key input unit 5-3 (input of deviation data) and The positional relationship between the manipulators 3-1 and 3-2 around the third manipulator 3-3 and the specific coordinate systems (x1, y1, z1) and (x2, y2, z2) can be recognized.
[0050]
The processing after the recognition of the unique coordinate system of the manipulator is the same as that in the first embodiment, and is omitted here.
As described above, according to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained.
[0051]
Furthermore, it is calculated and output when the three-dimensional position sensor 12 having the source 13 serving as the reference coordinate system and the magnetic field detection sensor 14 serving as the intrinsic coordinate system and the magnetic field detection sensor 14 are installed at predetermined positions on the manipulator 3. By providing a controller unit 11 for obtaining the deviation between the origins and the twist angle of each axis based on the distance between the coordinate system origins and the angle formed by each axis and displaying it on the display 8, the operator can It is not necessary to measure and calculate the deviation between the origins of each other and the twist angle of each axis, and it is only necessary to input the position information displayed on the display 8 of each key input unit from the key input unit 5. Can be improved.
[0052]
In the second embodiment, the three-dimensional position sensor 12 is connected to the controller 11-1, and the display 8 of the controller 11-1 has a difference between the reference coordinate system and the intrinsic coordinate system of the manipulators 3-1 to 3-3. Is displayed, and input for confirmation or deviation data is input from the respective key input sections 5-1 to 5-3 of the controllers 11-1 to 11-3, whereby the respective controllers 11- Although 1 to 11-3 recognize the positional relationship of each unique coordinate system of each of the manipulators 3-1 to 3-3, the present invention is not limited to this.
[0053]
For example, the three-dimensional position sensor 12 is connected to each of the controllers 11-1 to 11-3, and the three-dimensional position sensor 12 makes a deviation between the reference coordinate system and the intrinsic coordinate system of each manipulator 3-1 to 3-3. The calculated deviation may be directly input and set in each of the controllers 11-1 to 11-3.
[0054]
In this way, according to the second embodiment, since the position information of the own manipulator is automatically set, an effect of improving the operability can be obtained.
[0055]
In the second embodiment, the three-dimensional position sensor 12 having the source 13 and the magnetic field detection sensor 14 has been described. However, the present invention is not limited to this, and for example, a ninth embodiment described later. The thing using the three-dimensional position sensor which has the acceleration sensor demonstrated to an example may be used.
[0056]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a surgical manipulator system. Although not shown in the third embodiment, a plurality of manipulators can be attached to the base as in the above-described embodiment.
[0057]
Marks 21-1 to 21-12 are formed at predetermined positions on the base 20 to which the manipulator 3 is attached, and symbols (1) for identifying the marks on or near the marks 21-1 to 21-12. As an example, numbers “1” to “12” are illustrated.
[0058]
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of the manipulator 3.
The manipulator 3 is provided with a mounting member 22 for mounting on the base 20. The mounting member 22 includes an upper fixed portion 22-1, a lower movable portion 22-2 that slides up and down toward the upper fixed portion 22-1, and a screw adjustment portion that slides the lower movable portion 22-2. 22-3, and by rotating the screw adjusting portion 22-3, the lower movable portion 22-2 is slid up and down, and the base 20 is moved by the upper fixed portion 22-1 and the lower movable portion 22-2. The manipulator 3 is attached to the base 20 with the pinch in between.
[0059]
The positions of the marks 21-1 to 21-12 are measured in advance from a predetermined reference coordinate system, and the measured data is stored in the memory 23 of the controller unit 4 with symbols "1" to "1". 12 "is stored corresponding to the number.
[0060]
In the third embodiment having such a configuration, the manipulator 3 can be removed from the base 20 or moved on the base 20 by loosening the screw adjusting portion 22-3.
[0061]
Here, the operator moves the manipulator 3 to a desired position, that is, a desired mark position, and tightens and attaches the screw adjusting portion 22-3. At this time, the operator inputs a symbol (numerical data) provided on or near the desired mark from the key input unit 5. The controller unit 4 reads the distance data corresponding to the input numerical value from the memory 23 and confirms the position of the manipulator 3 to be controlled.
[0062]
Similarly, with respect to other manipulators mounted around the manipulator 3, the mark symbol of the mounting position is input from the key input unit 5. By this key input, the controller unit 4 reads distance data corresponding to the input numerical value from the memory 23 and recognizes positions of other peripheral manipulators.
[0063]
Therefore, the controller unit 4 confirms the mounting positions of the manipulator 3 to be controlled and other manipulators located around the manipulator 3.
If the above operation is performed by a controller unit (key input unit) that controls another manipulator, each controller unit confirms the manipulator to be controlled and the mounting positions of manipulators located around the manipulator.
[0064]
As described above, according to the third embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained.
Furthermore, a mark 21 is formed at each mounting position of the manipulator on the base 20, and a symbol for identifying the mark 21 on or near the mark 21, and a distance from the reference coordinate system corresponding to each symbol. And a memory 23 in which information is stored. When a symbol is input from the key input unit 5, the operator reads information on the distance corresponding to the symbol from the memory 23, thereby allowing the operator to read the reference coordinate system and the manipulator 3. It is not necessary to measure / calculate distance information with respect to the specific coordinate system of each axis, the torsion angle of each axis, etc., and it is only necessary to input a symbol on or near the mark 21 to which the manipulator 3 is attached by the key input unit 5. Can be improved.
[0065]
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of a surgical manipulator system. Although not shown in the fourth embodiment, a plurality of manipulators can be attached to the base as in the above-described embodiment.
[0066]
An electric resistance scale 25 as a position detection member having electric resistance is provided on a base 24 to which the manipulator 3 is attached. One end of the electric resistance type scale 25 is connected to the controller unit 4. On the other hand, as shown in FIG. 9, the electric resistance type scale 25 inside the upper fixing part 22-1 of the mounting member 22 of the manipulator 3. An electrical contact 26 is provided at a portion in contact with.
[0067]
Therefore, the controller unit 4 detects a resistance value between one end of the electric resistance scale 25 connected to the controller unit 4 and the electric contact 26 of the mounting member 22 via the manipulator 3. Can do.
[0068]
The overall resistance value of the electric resistance scale 25 is well known.
In the fourth embodiment having such a configuration, when the manipulator 3 is attached, the resistance value between one end of the electric resistance type scale 25 connected to the controller unit 4 and the electric contact 26 of the attachment member 22 of the manipulator 3. Is detected.
[0069]
Based on the detected resistance value, the position of the electrical contact 26 on the electrical resistance scale 25 when one end of the electrical resistance scale 25 is used as a reference position, that is, the attachment position of the manipulator 3 is detected. The detected mounting position is displayed on the display 8 of the key input unit 5, and the operator confirms the mounting position of the manipulator 3 displayed on the display 8 and inputs it with the key input unit 5 (pressing the return key) Only).
[0070]
By this key input, the controller unit 4 recognizes the mounting position of the manipulator 3 to be controlled.
Similarly, with respect to the other manipulators located around the manipulator 3-m, the controller unit connected to each of the manipulators has the position of the electrical contact of the mounting member of each manipulator on the electric resistance scale 25, that is, The mounting position of each manipulator is displayed on the display of each key input unit.
[0071]
Therefore, the operator confirms the mounting position of each manipulator displayed on each display, and inputs (data input) from the key input unit 5-m.
By this key input, the controller unit 4-m that controls the manipulator 3-m recognizes the mounting position of the manipulator located in the vicinity.
[0072]
Further, the above operation is performed on a controller unit (key input unit) that controls other manipulators, and each controller unit confirms the manipulator to be controlled and the mounting positions of the manipulators around the manipulator.
[0073]
As described above, according to the fourth embodiment, the same effect as that of the first embodiment described above can be obtained.
Furthermore, by providing the electric resistance type scale 25 and each manipulator 3 with an electric contact 26 for detecting the position on the electric resistance type scale 25, it is automatically determined at which position on the base 24 the manipulator 3 is attached. Therefore, the same effect as in the second embodiment described above can be obtained.
[0074]
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of a surgical manipulator system. Although not shown in the fifth embodiment, a plurality of manipulators can be attached to the base as in the above-described embodiment.
[0075]
A bar code printing unit 28 is provided as a position detection member on which a bar code in which distance information from a predetermined reference position is written is provided at a position where the manipulator on the base 27 is attached.
[0076]
FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration of the manipulator.
An optical reflection type barcode reading unit 29 is provided in a portion facing the barcode printing unit 28 inside the upper fixing portion 22-1 of the attachment member 22 of the manipulator 3, and the barcode reading unit 29 includes: The barcode of the barcode printing unit 28 is read.
[0077]
The barcode information (distance information from the reference position) read by the barcode reading unit 29 is supplied to the controller unit 4.
In the fifth embodiment having such a configuration, when the manipulator 3 is attached, the barcode at the place where the manipulator 3 is attached is read by the barcode reading portion 29 of the attachment member 22 of the manipulator 3.
[0078]
The read bar code information includes distance information from the reference position, and the controller unit 4 guides the mounting position of the manipulator 3 based on the distance information and the like, and displays the manipulator 3 on the display 8 of the key input unit 5. The installation position is displayed, and the operator confirms this display and inputs it from the key input unit 5 (only pressing the return key).
[0079]
The controller unit 4 that controls the manipulator 3 by this key input recognizes the mounting position of the manipulator 3.
Similarly, with respect to the other manipulators located around the manipulator 3-m, the barcode of the attachment portion of the barcode printing unit 28 on the base 27 is read by the barcode reading unit of the attachment member of each manipulator. Based on the read bar code information, the attachment position of the manipulator is displayed on the display of each key input unit.
[0080]
Accordingly, the operator confirms the mounting position of each manipulator displayed on each display, and inputs (data input) from the key input unit 5-m.
By this key input, the controller unit 4-m that controls the manipulator 3-m recognizes the mounting position of the manipulator located in the vicinity.
[0081]
Further, the above operation is performed on a controller unit (key input unit) that controls other manipulators, and each controller unit confirms the manipulator to be controlled and the mounting positions of the manipulators around the manipulator.
[0082]
As described above, according to the fifth embodiment, the same effect as that of the first embodiment described above can be obtained.
Further, by providing a barcode printing unit 28 that prints a barcode on which position information is written on the base 27 and a barcode reading unit 29 that reads this barcode, the manipulator is attached to any position on the base 27. Since it can be automatically detected, the same effect as in the second embodiment described above can be obtained.
[0083]
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 12 (a) is a view showing the bed 1 and the base 30 of the surgical manipulator system. Although not shown in the sixth embodiment, a plurality of manipulators can be attached to the base 30 as in the above-described embodiment, and a controller unit is connected to each manipulator. The key input section is connected.
[0084]
Mounting holes 31-1 to 31-21 for mounting the manipulator 3 on the base 30 are formed, and symbols (numbers 1 to 21) for identification are provided in the vicinity thereof.
[0085]
As shown in FIG. 12 (b), the mounting holes 31-1 to 31-21 have a regular polygonal shape, and each side has a symbol (alphabet a) as information on the mounting direction. -H) are provided.
[0086]
FIG. 13 (a) is a diagram showing a schematic configuration of the manipulator 3.
The mounting member 32 of the manipulator 3 is provided with mounting bolts 33 which are fixed by fitting the mounting holes 31-1 to 31-21 of the base 30 (or through the nuts). Yes. As shown in FIG. 13B, the shape of the mounting bolt 33 is also such that each mounting hole 31-1 to 31-21 is fitted to each mounting hole 31-1 to 31-21. It becomes a regular polygon corresponding to the aperture shape.
[0087]
In the sixth embodiment having such a configuration, the manipulator 3 fits the mounting bolt 33 into one mounting hole 31 selected from the mounting holes 31-1 to 31-21 of the base 30. And install. At this time, since the mounting hole 31 and the mounting bolt 33 have a regular polygonal shape, the mounting angle of the manipulator 3 is selected by selecting the fitting direction of the mounting hole 31 and the mounting bolt 33. You can choose.
[0088]
At this time, the operator inputs a symbol (numerical data) in the vicinity of the mounting hole 31 to which the mounting bolt 33 is mounted and a symbol (alphabet data) indicating the mounting direction by a key input unit (not shown).
[0089]
The controller unit (not shown) reads the data from the predetermined reference coordinates corresponding to the input numerical values and alphabets and the data of the unique coordinates of the manipulator (including information on the mounting direction) from the memory in the controller unit and controls the manipulator 3. Check the position of.
[0090]
Similarly, with respect to other manipulators located around the manipulator 3, symbols near the mounting holes to which the mounting bolts of the manipulators are attached from the key input unit connected to the controller unit connected to the manipulator 3, and Enter the symbol indicating the mounting direction. By this key input, the controller unit connected to the manipulator 3 reads the input numerical value and the distance from the predetermined reference coordinates corresponding to the alphabet and the data of the specific coordinates from the memory, and positions of other manipulators located in the vicinity. Confirm.
[0091]
Therefore, the controller unit connected to the manipulator 3 confirms the mounting positions of the manipulator 3 to be controlled and other manipulators located around the manipulator 3.
[0092]
If the above operation is performed by a controller unit (key input unit) that controls another manipulator, each controller unit confirms the manipulator to be controlled and the mounting positions of manipulators located around the manipulator.
[0093]
As described above, according to the sixth embodiment, the same effect as that of the first embodiment described above can be obtained.
Further, the mounting hole 31 is formed at each mounting position of the manipulator on the base 30, and a symbol for identifying the mounting hole 31 is provided in the vicinity of the mounting hole 31, thereby providing the third embodiment described above. The same effect as the example can be obtained.
[0094]
Further, the mounting hole 31 and the mounting bolt 33 provided in the manipulator 3 are formed in a regular polygon shape and fitted to each other, thereby obtaining the effect of fixing the mounting angle of the manipulator at a desired angle. Can do.
[0095]
A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 14 is a diagram showing a schematic configuration of a surgical manipulator system.
Each of the manipulators 3-1 to 3-n (hereinafter abbreviated as 3; FIG. 14 shows only three manipulators 3-1 to 3-3). This is abbreviated as 34. Only the three controller units 34-1 to 34-3 are shown in the figure.
[0096]
Each of these controller units 34 includes an RS-232C interface (not shown), and RS-232C lines 35-1 to 35-k (for controller units controlling at least the manipulators located in the vicinity). Hereinafter, it is abbreviated to 35. k ≦ J = n (n−1) / 2, and only three RS-232 lines 35-1 to 35-3 are illustrated.
[0097]
Although not shown, a key input unit may be connected to each controller unit 34 to input data related to the position of the manipulator 3, or a three-dimensional position sensor may be connected to send detection data related to the position to the controller unit 34. It may be output to.
[0098]
In the seventh embodiment having such a configuration, information on the position of the manipulator 3 controlled by the controller 34 is input to each controller unit 34, and the manipulator 3 to be controlled is controlled based on the input information. Recognize the mounting position.
[0099]
On the other hand, the information on the position of the manipulator 3 controlled by each controller unit 34 is output via the RS-232C line 35 to each controller unit controlling at least the manipulators located in the vicinity.
[0100]
Therefore, information on the position of the manipulator 3 to be controlled is directly input to each controller unit 34, and information on the positions of manipulators located around the manipulator 3 is input via the RS-232C line 35. As a result, each controller unit 34 recognizes the manipulator 3 to be controlled and the positions of manipulators located around the manipulator 3.
[0101]
Further, since the position information of the manipulator 3 controlled by each controller unit 34 is always output from each controller unit 34 via the RS-232C line 35, the movement of the position (attachment position) of the manipulator located in the vicinity is recognized in real time.
[0102]
As described above, according to the seventh embodiment, the controller units 34 are connected to each other by the RS-232C line 35, so that each controller unit 34 can be obtained by any one of the above-described first to sixth embodiments. When the position information of the manipulator 3 to be controlled is input, the position information of each manipulator 3 is supplied to each controller unit 34 via the RS-232C line. The positional relationship with the manipulators located around the manipulator 3 can be recognized, and each controller unit 34 can operate the manipulator 3 controlled by each controller unit 34 while recognizing the operation range of the surrounding manipulators. Yes, this manipulator 3 and the surrounding manipulators , It is possible to reliably prevent the contact or the like.
[0103]
Further, each controller unit only needs to input information on the position of the manipulator controlled by each controller unit. Information on the position of the peripheral manipulator is transmitted from each controller unit controlling each peripheral manipulator via the RS-232C line 35. Therefore, it is not necessary to input information on the positions of the peripheral manipulators for each controller unit, for example, with a key input unit or the like, so that operability can be improved.
[0104]
The information transmitted / received via the RS-232C line 35 is not limited to the information on the position where the manipulator is attached, but may be the amount of operation of each manipulator (the number of rotations of the motor, the rotation angle, etc.). In this case, each controller unit can recognize the operating posture of the peripheral manipulator in real time via the RS-232C line 35, so that interference, contact, etc. between the manipulator 3 to be controlled and the peripheral manipulator can be detected. Furthermore, the effect that it can prevent more reliably can be acquired.
[0105]
An eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 15 is a diagram showing a schematic configuration of a surgical manipulator system.
Each of the manipulators 3-1 to 3-n (hereinafter abbreviated as 3; FIG. 15 shows only three manipulators 3-1 to 3-3). This is abbreviated as 36. Only three controller sections 36-1 to 36-3 are shown in the figure.
[0106]
Each of these controller units 36 includes a LAN (local area network, not shown) interface, and is connected via a LAN 37. Although not shown, a key input unit may be connected to each of these controller units 36 to input data relating to the position of the manipulator, and detection data relating to the position may be input to the controller unit 36 by connecting a three-dimensional position sensor. It may be output.
[0107]
In the eighth embodiment having such a configuration, each controller unit 36 receives position information with respect to the reference coordinates of the manipulator 3 controlled by each controller unit 36, and based on this input information, the manipulator 3 to be controlled is controlled. Recognize the mounting position.
[0108]
On the other hand, the information on the position of the manipulator 3 controlled by each controller unit 36 is output via the LAN 37 to each controller unit that controls at least the manipulator 3 located in the vicinity.
[0109]
Accordingly, information on the position of the manipulator 3 to be controlled is directly input to each controller unit 36, and information on the position of the manipulator located around the manipulator 3 is input via the LAN 37. As a result, each controller unit 36 recognizes the manipulator 3 to be controlled and the positions of manipulators located around the manipulator 3.
[0110]
Also, since the position information of the manipulator 3 controlled by each controller unit 36 is always output from each controller unit 36 via the LAN 37, the movement of the position (attachment position) of the surrounding manipulators is recognized in real time. Further, the position information may be an operation amount of each manipulator (motor rotation speed, rotation angle, etc.).
[0111]
As described above, according to the eighth embodiment, since the controller units 36 are connected via the LAN 37, the same effects as those of the seventh embodiment described above can be obtained.
A ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0112]
FIG. 16 is a diagram showing a schematic configuration of a surgical manipulator system.
Arms 38-1 to 38-n (hereinafter abbreviated to 38) of each of the manipulators 3-1 to 3-n (hereinafter abbreviated as 3; only three manipulators 3-1 to 3-3 are illustrated in FIG. 16) 16, only three are shown in the vicinity of the portion of the distal end portion of) where the scope or treatment tool is fixed, and three-dimensional position sensors 39-1 to 39-n (hereinafter abbreviated as 39) each consisting of an acceleration sensor. Only three three-dimensional position sensors 39-1 to 39-3 are shown.
[0113]
Each of the manipulators 3 is connected to controller units 40-1 to 40-n (hereinafter abbreviated as 40. Only three controller units 40-1 to 40-3 are illustrated).
[0114]
Each of these controllers 40 is provided with an RS-232C interface (not shown) and is mutually connected to RS-232C lines 35-1 to 35-k (hereinafter abbreviated as 35) three RS-232 lines 35-1 to 35-. Only 3 is shown.
[0115]
Each controller 40 inputs the three-dimensional acceleration data obtained by each three-dimensional position sensor 39, processes the input three-dimensional acceleration data, and determines the mounting position of the manipulator 3 to be controlled. recognize.
[0116]
Further, in the ninth embodiment having such a configuration, when the manipulator 3 is operated by each controller 40 and the arm 38 of the manipulator 3 is moved, the movement amount is three-dimensional acceleration data by the three-dimensional position sensor 39. As obtained.
[0117]
Based on the obtained three-dimensional acceleration data, each controller unit 40 calculates the movement amount of the manipulator 3 controlled by each controller unit 40 and recognizes the position of the manipulator 3.
[0118]
Information on the position of the manipulator 3 controlled by each controller unit 40 is output via the RS-232C line 35 to a controller unit that controls at least the manipulators located in the vicinity.
[0119]
Therefore, each controller unit 40 directly inputs the information of the position of the manipulator 3 controlled by each controller unit by the three-dimensional acceleration data from the three-dimensional position sensor 39, and at least through the RS-232C line 35, Information on the position of a manipulator located around the manipulator 3 is input. As a result, each controller unit 40 recognizes the manipulator 3 controlled by the controller unit 40 and the positions of the manipulators located around the manipulator.
[0120]
As described above, according to the ninth embodiment, it is possible to obtain the same effect as that of the seventh embodiment described above.
Moreover, since the information of the position of the manipulator 3 controlled by each controller unit 40 is input using the three-dimensional position sensor 39 having an acceleration sensor, the operator performs measurement and calculation regarding the position of the manipulator 3. This is unnecessary, and it is only necessary to input the position information displayed on the display 8 of each key input unit 5 from the key input unit 5, so that the operability can be improved. Furthermore, if the key input of the key input unit 5 is omitted and the information on the position of the manipulator from the three-dimensional position sensor 39 is directly input to the controller unit 40, the operator can completely input the position of the manipulator 3 to the controller unit. Since it is not necessary to perform an input operation, the operability can be further improved.
[0121]
In the ninth embodiment, the acceleration sensor is used as the three-dimensional position sensor. However, the present invention is not limited to this. For example, the magnetic field detection sensor described in the second embodiment is used. It is good.
[0122]
A tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 17 is a diagram showing a schematic configuration of a surgical manipulator system.
Each of the manipulators 3-1 to 3 -n (hereinafter abbreviated as 3; only three manipulators 3-1 to 3-3 are illustrated in FIG. 16) is directly connected to the central controller unit 41.
[0123]
The central controller unit 41 is provided with a position information sharing memory 42, and the central controller unit 41 controls each manipulator 3 based on the position information stored in the position information sharing memory 42.
[0124]
FIG. 18 is a functional block diagram showing a configuration of processing performed by the central controller unit 41.
The first manipulator control routine 43-1 to n-th manipulator control routine 43-n for controlling the manipulators 3-1 to 3-n, respectively, and the entire system are managed, and the manipulator control routines 43-1 to 43- The routine of the central controller unit 41 is composed of a system control routine 44 that checks the positional relationship between the manipulators 3-1 to 3-n controlled by n and prevents interference, contact, and the like. Each of the routines 43-1 to 43-n and 44 writes the position information of each of the manipulators 3-1 to 3-n in the position information sharing memory 42, and controls based on the written position information. To do.
[0125]
In the tenth embodiment having such a configuration, the central controller unit 41 controls the manipulators 3-1 to 3-n by the system control routine 44 and the manipulator control routines 43-1 to 43-n. The position information of each manipulator 3 is input by any of the methods shown in the first to sixth embodiments described above, and the input position information is stored in the position information sharing memory 42. .
[0126]
Further, the system control routine 44 recognizes the position of each manipulator 3 based on the information stored in the position information sharing memory 42, checks the positional relationship between the manipulators, and causes interference, contact, etc. between the manipulators. When expected, an instruction for avoiding the interference or the like is issued to the corresponding manipulator control routine.
[0127]
Each manipulator control routine changes the control of each manipulator 3 in accordance with an instruction for avoiding interference or the like issued from the system control routine 44. For example, the operation speed of the manipulator 3 is lowered, or the operation of the manipulator 3 is stopped.
[0128]
As described above, according to the tenth embodiment, the central controller 41 for controlling each manipulator 3 and the position information sharing memory 42 for storing position information for storing the position information for each manipulator 3 are provided. When the position information of each manipulator 3 is input by any of the methods from the first embodiment to the sixth embodiment, the position information is stored in the position information sharing memory 42 and stored in the position information sharing memory 42. The central controller 41 controls each manipulator 3 based on the information on the position of each manipulator 3, so that the positional relationship between each manipulator 3 and the manipulator located around the manipulator 3 can be recognized. The manipulator 3 can be operated while recognizing the operating range of the manipulator Ri, it is possible to prevent interference between the manipulator 3 and around the manipulator, the contact or the like reliably.
[0129]
Further, the position information of each manipulator 3 is centrally managed by the central controller unit 41 using the position information sharing memory 42, and the central controller unit 41 also centrally manages the control of the manipulator 3, so that communication is performed. Moreover, since the input of the position information of the manipulator 3 only needs to be performed once, the processing speed and operability can be improved.
[0130]
The position information is not limited to the mounting position, but may be position information during operation of each manipulator 3 (the rotation speed, rotation angle, etc. of each motor). Even in this case, interference and contact between the manipulator 3 and the surrounding manipulators can be reliably prevented based on the position information during operation.
[0131]
An eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 19 is a diagram showing a schematic configuration of a surgical manipulator system.
Each of the manipulators 3-1 to 3-n (hereinafter abbreviated as 3; FIG. 15 shows only the three manipulators 3-1 to 3-3). It is abbreviated as 45. Only three controller parts 45-1 to 45-3 are shown in the figure.
[0132]
Each of these controller units 45 is connected to a main controller unit 46, and the main controller unit 46 is provided with a position information sharing memory 42. Each of the controller units 45 controls the manipulator 3 that is controlled based on position information supplied via the main controller unit 46.
[0133]
The eleventh embodiment is a modification of the tenth embodiment described above, and each controller unit 45 is a dedicated controller for performing each manipulator control routine of the tenth embodiment, and the main controller unit 46 Is a dedicated controller for performing system control routines.
[0134]
In the eleventh embodiment having such a configuration, each controller unit 45 controls each manipulator 3 based on a command output from the main controller unit 46 and position information from the position information sharing memory 42, respectively.
[0135]
The position information of each manipulator is input to each controller unit 45 by any of the methods shown in the first to sixth embodiments described above, and is output to the main controller unit 46. The input position information is written into the position information sharing memory 42, and the position information of each manipulator is read from the position information sharing memory.
[0136]
Based on the read position information, the main controller unit 46 recognizes the position of each manipulator 3 and checks the positional relationship between the manipulators. If interference or contact between the manipulators is expected, An instruction to avoid interference or the like is output to the corresponding controller units 45.
[0137]
Accordingly, each controller unit 46 changes the control of each manipulator 3 in accordance with an instruction to avoid interference, contact, etc. output from the main controller unit 46.
[0138]
The position information may be position information during operation of the manipulator as in the tenth embodiment described above.
As described above, according to the eleventh embodiment, a part of the function of the central controller section 41 of the tenth embodiment described above, that is, each manipulator control routine 43 is made independent as the controller section 45, and the position information of each manipulator 3 is obtained. By providing the main controller unit 46 for centralized management and outputting manipulator control commands to each controller unit 45, the same effects as those of the tenth embodiment described above can be obtained.
[0139]
Furthermore, since each manipulator control routine 43 is independent as a controller unit, the manipulator control routine 43 can be processed in parallel, and the main controller unit 41 only needs to process the system control routine 44. The speed can be increased.
[0140]
(Appendix)
(1) In a manipulator system including a scope for observing a body cavity and a plurality of manipulator units for controlling a treatment tool for treating an affected area in the body cavity, each of the manipulator units includes:
A manipulator that supports a scope or a treatment instrument,
A key unit for inputting information on the reference position of the manipulator and information on the reference position of the manipulator provided in at least each other manipulator unit located around the manipulator;
And a control means for controlling the manipulator based on the reference position information of each manipulator input from the key unit.
[0141]
(2) In a manipulator system comprising a plurality of manipulator units for controlling a scope for observing the inside of a body cavity and a treatment tool for treating an affected area in the body cavity,
Provide a detection target part for determining the reference position of the manipulator,
Each of the manipulator units is
A manipulator that supports a scope or a treatment instrument,
Generating means for generating information on a reference position of the manipulator and information on a reference position of a manipulator provided in at least each other manipulator unit located around the manipulator;
A manipulator system comprising: control means for controlling the manipulator based on information on a reference position of each manipulator generated by the generating means.
[0142]
(3) In a manipulator system comprising a plurality of manipulator units for controlling a scope for observing the inside of a body cavity, a treatment tool for treating an affected area in the body cavity, etc.
Orbit,
A position detection mark provided on the track and indicating each position on the track;
Each of the manipulator units is
A manipulator that supports a scope or a treatment instrument and moves on the trajectory;
Generating means for generating information on a reference position of the manipulator and information on a reference position of a manipulator provided in at least each other manipulator unit located around the manipulator;
A manipulator system comprising: control means for controlling the manipulator based on information on a reference position of each manipulator generated by the generating means.
[0143]
(4) The manipulator system described in (2) above, wherein the detection target section is provided with a mark indicating a position and a symbol for identifying the mark.
(5) The manipulator system as described in 4 above, wherein the symbol is a number.
[0144]
(6) The manipulator system as described in 4 above, wherein the symbol is an alphabet.
(7) In a manipulator system including a scope for observing the inside of a body cavity and a plurality of manipulator units for controlling a treatment tool for treating an affected area in the body cavity, each of the manipulator units includes:
A manipulator that supports a scope or a treatment instrument,
A three-dimensional position sensor for detecting information on a reference position of the manipulator and at least a reference position of a manipulator provided in each of the other manipulator units located around the manipulator;
A manipulator system comprising: control means for controlling the manipulator based on information on a reference position of each manipulator detected by the three-dimensional position sensor.
[0145]
(8) The manipulator system described in (7) above, wherein the three-dimensional position sensor is a magnetic sensor.
(9) In a manipulator system comprising a plurality of manipulator units for controlling a scope for observing the inside of a body cavity, a treatment tool for treating an affected area in the body cavity, etc.
Orbit,
An electrical resistance member provided on the track,
Each of the manipulator units is
A manipulator that supports a scope or a treatment instrument and moves on the trajectory;
Determination means for determining the reference position of the manipulator from the change in the resistance value of the electric resistance member and the reference position of the manipulator provided in at least each other manipulator unit located around the manipulator,
A manipulator system comprising: control means for controlling the manipulator based on a reference position of each manipulator determined by the determination means.
(11) The manipulator system as described in 3 above, wherein the position detection mark is a bar code.
(12) In a manipulator system comprising a plurality of manipulator units for controlling a scope for observing a body cavity, a treatment tool for treating a diseased part in the body cavity, and the like.
Orbit,
A bar code provided on the track and indicating each position on the track;
Each of the manipulator units is
A manipulator that supports a scope or a treatment instrument and moves on the trajectory;
Barcode reading means for reading the barcode provided on the track;
Determining means for determining the reference position information of the manipulator and at least the reference position of the manipulator provided in each of the other manipulator units located around the manipulator based on the barcode information read by the barcode reading means; ,
A manipulator system comprising: control means for controlling the manipulator based on a reference position of each manipulator determined by the determination means.
(13) The manipulator system as described in 2 above, wherein the detection target part is provided with a hole indicating a mounting position of the manipulator and a symbol for identifying the hole.
(14) The manipulator system as described in (13) above, wherein the hole has a polygonal cross section.
(15) The manipulator system as described in (13) above, wherein the symbol is a number.
(16) The manipulator system as described in (13) above, wherein the symbol is an alphabet.
(17) In a manipulator system including a scope for observing in a body cavity and a plurality of manipulator units for controlling a treatment tool for treating an affected area in the body cavity, each of the manipulator units includes:
A manipulator that supports a scope or a treatment instrument,
Self-detecting means for detecting the reference position and orientation of the manipulator;
An information input / output unit that outputs the reference position and orientation of the manipulator detected by the self-detecting unit to other manipulator units as information, and inputs information on the reference position and orientation from the other manipulator;
A manipulator system comprising: control means for controlling the manipulator based on reference position and orientation information of each manipulator from the self-detecting means and the information input / output means.
(18) The manipulator system as described in (17) above, wherein the information input / output means exchanges information of a reference position and a posture via a communication line.
(19) The manipulator system as described in (17) above, wherein the information input / output means exchanges information of a reference position and an attitude via an RS-232C line.
(20) The manipulator system as described in (17) above, wherein the information input / output means exchanges information of a reference position and a posture via a local area network.
(21) In a manipulator system including a scope for observing a body cavity and a plurality of manipulator units for controlling a treatment tool for treating an affected area in the body cavity, each of the manipulator units includes:
A manipulator that supports a scope or a treatment instrument,
A motor for moving the position of the manipulator;
An encoder for detecting the rotation state of the motor;
Self-determination means for determining the reference position and orientation of the manipulator from the rotation state of the motor from the encoder;
An information input / output unit that outputs, as information, the reference position and orientation of the manipulator determined by the self-determination unit with respect to another manipulator unit, and information on the reference position and orientation from other manipulators;
A manipulator system comprising: control means for controlling the manipulator based on reference position and orientation information of each manipulator from the self-determination means and the information input / output means.
(22) In a manipulator system including a scope for observing in a body cavity and a plurality of manipulator units for controlling a treatment tool for treating an affected area in the body cavity, each of the manipulator units includes:
A manipulator that supports a scope or a treatment instrument,
A three-dimensional position sensor for detecting the reference position and orientation of the manipulator;
An information input / output means for outputting the reference position and orientation of the manipulator detected by the three-dimensional position sensor as information to another manipulator unit, and inputting information on the reference position and orientation from the other manipulator; ,
A manipulator system comprising control means for controlling the manipulator based on information on a reference position and orientation of each manipulator from the three-dimensional position sensor and the information input / output means.
(23) The manipulator system as described in (22) above, wherein the three-dimensional position sensor is an acceleration sensor.
(24) The manipulator system as described in 22 above, wherein the three-dimensional position sensor is a magnetic sensor.
(25) The manipulator system as described in (17) above, wherein the information input / output means exchanges information of a reference position and a posture through a memory.
[0146]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide a manipulator system capable of recognizing the position of each manipulator and reliably preventing interference and contact between the manipulators.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a surgical manipulator system according to a first embodiment of the present invention and a diagram for explaining each twist between a reference coordinate system and a natural coordinate system.
FIG. 2 is a diagram showing a basic configuration of a manipulator of the surgical manipulator system according to the embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a key input unit of the surgical manipulator system according to the embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a surgical manipulator system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a manipulator of the surgical manipulator system according to the embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a surgical manipulator system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a manipulator of the surgical manipulator system according to the embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of a surgical manipulator system according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of a manipulator of the surgical manipulator system according to the embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of a surgical manipulator system according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration of a manipulator of the surgical manipulator system according to the embodiment.
FIG. 12 is a view showing a bed and a base of a surgical manipulator system according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing a schematic configuration of a manipulator of the surgical manipulator system according to the embodiment.
FIG. 14 is a diagram showing a schematic configuration of a surgical manipulator system according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing a schematic configuration of a surgical manipulator system according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a diagram showing a schematic configuration of a surgical manipulator system according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a diagram showing a schematic configuration of a surgical manipulator system according to a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a functional block diagram showing a configuration of processing performed by a central controller unit of the surgical manipulator system according to the embodiment.
FIG. 19 is a diagram showing a schematic configuration of a surgical manipulator system according to an eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a diagram showing a configuration of a general manipulator system.
[Explanation of symbols]
3 ... Manipulator,
4, 11, 34, 36, 40, 45 ... controller part,
5 ... Key input part,
6 ... scope (endoscope),
7 ... treatment tool,
8 ... Display,
12 ... 3D position sensor,
13 ... source,
14 ... Magnetic field detection sensor,
15, 16, 21 ... mark,
23 ... Memory,
25 ... Electric resistance scale,
28 ... Barcode printing section,
29 ... Bar reader,
31 ... Mounting hole,
33 ... Mounting bolt
35 ... RS-232C line,
37 ... LAN,
39: Accelerometer,
42 ... location information sharing memory,
41 ... Central controller part,
46: Main controller section.

Claims (2)

体腔内の観察を行うスコープ又は体腔内で患部の処置を行う処置具等を制御する複数のマニピュレータユニットと前記複数のマニピュレータユニットが移動可能に固定されるベース部とから構成されたマニピュレータシステムにおいて、
スコープ又は処置具等を支持すると共に前記ベース部上を移動するマニピュレータと、
前記ベース部の所定の位置に対する前記マニピュレータの基準位置の情報及び他のマニピュレータユニットに設けられたマニピュレータの基準位置の情報を入力する入力手段と、
前記入力手段によりあらかじめ入力された情報に基づいて、前記他のマニピュレータユニットと干渉しない範囲で前記マニピュレータの動きを制御する制御手段と
を有することを特徴とするマニピュレータシステム。
In a manipulator system comprising a scope for observing a body cavity or a plurality of manipulator units for controlling a treatment tool for treating an affected area in the body cavity and a base portion to which the plurality of manipulator units are movably fixed ,
A manipulator that supports a scope or a treatment instrument and moves on the base portion;
Input means for inputting information on a reference position of the manipulator with respect to a predetermined position of the base portion and information on a reference position of a manipulator provided in another manipulator unit;
Control means for controlling the movement of the manipulator within a range not interfering with the other manipulator unit based on information input in advance by the input means ;
Manipulator system characterized in that it comprises a.
前記入力手段及び前記制御手段は前記複数のマニピュレータユニットごとに設けられていることを特徴とする請求項1記載のマニピュレータシステム。The manipulator system according to claim 1, wherein the input unit and the control unit are provided for each of the plurality of manipulator units.
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