JP3769469B2 - Operation training equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は操作訓練用装置に係り、さらに詳細には、外科医の手術訓練等に有効な操作訓練用装置であって、かつ操作訓練結果の操作熟練度合を定量的に評価可能の操作訓練用装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、外科医において手術を行う場合、大きく開腹せずに小さな複数の穴から鉗子を挿入して腹腔鏡下で行われている。この手術は低侵襲手術と言われ、傷が小さく痛みが少なく、しかも回復が早いので、患者の負担が小さくかつ早期退院が可能なことから、現在普及しつつある。しかし、上述のごとき手術は外科医に高度の技術が要求されるので、どこでも誰もが行い得る手術ではない。
【0003】
したがって、従来は、図8に示すごとき手術訓練用の操作訓練用装置101を用いて手術の訓練を行っていた。すなわち、上記操作訓練用装置101は、複数の脚部103によって支持された透明で水平なアクリル板105を備え、このアクリル板105の適宜複数箇所に設けた穴部107にトラカール109を介して鉗子111を支持した構成である。
【0004】
そして、前記アクリル板105の下方位置に、例えば胃などの術部を模擬したスポンジなどの模擬臓器113を配置し、前記鉗子111の基部に備えたグリップ部115を把持して把持用レバー115Lを操作し、鉗子111の先端部に開閉自在に備えたグリッパ117の開閉操作を行い、このグリッパ117によって針や糸を把持して縫合、結紮等を、前記アクリル板115の中央部に備えた内視鏡カメラ119の画像を見ながら訓練するものであった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述したごとき従来の操作訓練用装置においては、感覚的に鉗子の操作に慣れるものの、訓練者の操作がどの位上達したかを知ることが出来ないという問題があると共に、例えば熟練した外科医の操作との相違を把握することができず、熟練するまで時間がかかる等の問題がある。
【0006】
上述のごとき問題に対して、鉗子の操作状態を例えばビデオ撮影して操作を評価することもできるが、この評価も感覚的なものであって定量的に評価できるものではない。
【0007】
また、鉗子の操作状態を計測する方法としては、鉗子の特徴点などにマーカを貼付け、上記マーカをカメラにより撮影し画像処理することも可能であるが、前記マーカがカメラの死角に入ると撮影することができないという問題がある。さらに、バーチャルリアリティ(VR)を用いた手術訓練装置の研究も行われているが、鉗子を実際に操作するものではなく、鉗子の把持部を模擬した把持部を操作するものであり、その操作対象はコンピュータによってグラフィカルに表示されたコンピュータグラフイック(CG)であって、現実感に乏しいという問題がある。
【0008】
本発明の一態様によれば、操作部及び当該操作部の操作によって従動操作される従動操作部を備えた操作訓練用具と、複数のリンクを接続し自由端に前記操作訓練用具を支持した多関節機構と、基部側のリンクに対する先端側のリンクの移動を検出すべく前記多関節機構における各関節部に設けられたセンサと、前記各センサの検出データに基いて前記操作訓練用具の所望位置を表示部に表示するためのデータ処理を行うデータ処理部と、を備え、前記操作訓練用具はバー部材を備えた鉗子であり、前記バー部材の基部側に操作部としてのグリップ部を備え先端側に従動操作部としての開閉部を備えてなり、前記多関節機構は、前記グリップ部と前記開閉部との間で前記バー部材を支持することを特徴とする操作訓練用装置が提供される。
【0009】
本発明の一態様によれば、前記バー部材は、当該バー部材の軸心回りに回動可能に支持されていることを特徴とする操作訓練用装置である。
【0010】
請求項3に係る発明は、請求項1又は2に記載の操作訓練用装置において、前記多関節機構における各関節部にアクチュエータを備えると共に前記各アクチュエータを制御する制御用コントローラを備え、かつ各センサの検出データと基準データとを比較した結果に基いて前記各アクチュエータに負荷信号を出力するための比較演算部を備えた構成である。
【0011】
請求項4に係る発明は、請求項1又は2に記載の操作訓練用装置において、前記データ処理部は、各センサの検出データに基いて前記操作訓練用具の位置姿勢を演算する演算機能を有し、この演算結果に基いて表示部に前記操作訓練用具の位置姿勢をグラフ表示あるいはアニメーション表示する構成である。
【0012】
請求項5に係る発明は、請求項1又は2に記載の操作訓練用装置において、操作部に、従動操作部の操作状態を検出するためのセンサを備えた構成である。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明の実施の形態について説明するに、図1には本発明の実施の形態に係る操作訓練用装置1の全体的構成が概念的、概略的に示されている。
【0014】
図1を参照するに、上記操作訓練用装置1は、複数のリンクを接続した多関節機構3における自由端に操作訓練用具5を備えた構成である。
【0015】
より詳細には、前記多関節機構3は、架台7に矢印A方向へ水平に回動可能に支持された旋回台9を備えており、この旋回台9には、旋回台9の軸心に対して直交する軸心Pの回りに矢印B方向へ回動自在の第1関節部11を介して第1リンク13の基部が支持されている。この第1リンク13の先端には、上記軸心Pと平行な軸心Qの回りに矢印C方向へ回動自在の第2関節部15を介して第2リンク17の基部が支持されており、この第2リンク17の先端部には、リスト部材19が第2リンク17の軸心を中心として矢印D方向へ回動自在に支持されている。そして、上記リスト部材19の先端部には、当該リスト部材19の軸心に対して直交する軸心Rの回りに矢印E方向へ回動自在の第3関節部21を介してハンド部材(保持部材)23が支持されており、このハンド部材23に前記操作訓練用具5が回転自在に支持されている。
【0016】
前記架台7と旋回台9との間には、基部側としての架台7に対する先端側としての旋回台9の回動移動を検出するためのロータリエンコーダ等のごとき適宜のセンサ(図示省略)が設けられている。したがって、架台7の基準位置に対する旋回台9の回動量(移動量)及び回動速度(移動速度)を検出することができる。
【0017】
同様に、前記第1関節部11には基部側としての旋回台9の基準位置に対する先端側としての第1リンク13の回動量を検出するためのセンサが設けてあり、第2関節部15には基部側としての第1リンク13の基準位置に対する先端側としての第2リンク17の回動量を検出するためのセンサが設けられている。また、第2リンク17とリスト部材19との間には基部側としての第2リンク17の基準位置に対する先端側としてのリスト部材19の回動量を検出するためのセンサが設けられており、前記第3関節部21には基部側としてのリスト部材19の基準位置に対する先端側としてのハンド部材23の回動量を検出するためのセンサが設けられている。さらに、前記ハンド部材23と前記操作訓練用具5との間には、基部側としてのハンド部材23の基準位置に対する先端側としての操作訓練用具5の矢印F方向の回動量を検出するためのセンサが設けられている。
【0018】
したがって、上記各センサによって基部側の基準位置に対する先端側の移動を検出し、この各検出データを適宜に処理することにより、前記操作訓練用具5の位置及び姿勢を求めることができるものである。すなわち、前記旋回台9,第1,第2リンク13,17,リスト部材19,ハンド部材23の寸法及びハンド部材23に対する操作訓練用具5の取付位置データは予め知ることができるので、これらのデータと前記各センサの検出データに基いて多関節機構3における各関節部の位置,姿勢等を順運動学的に演算でき、前記操作訓練用具5の姿勢や先端位置等も同様に演算により算出することができる。
【0019】
前記操作訓練用具5は前述した従来の鉗子と同様の鉗子であって、長いパイプ状のバー部材25の基部側に操作部としてのグリップ部27を備え、このバー部材25の先端部には、前記グリップ部27に近接して備えた操作レバー29を操作することによって開閉作動されるグリッパ31が開閉部として備えられている。換言すると、上記グリッパ31は、操作部としての前記グリップ部27の操作レバー29を操作することによって従動的に開閉作動するものであって従動操作部を構成するものである。なお、鉗子を操作訓練用具としたが、上記操作訓練用具としては、他に挟み鉗子,持針器等実際の手術に使用される医療機器であることが望ましい。
【0020】
前記グリップ部27には前記操作レバー29の操作を検出するためのセンサ33が設けられている。したがって、上記センサ33によって操作レバー29が引かれたときや把持を開放されたときを検出することができ、操作訓練用具5がどのような位置,姿勢にあるときにグリッパ31の開閉操作が行われたかを知ることができる。
【0021】
前記ハンド部材23によって前記バー部材25を支持する構成としては、図2(A)に示すように、ハンド部材23に貫通穴35を設け、この貫通穴35に回転自在に嵌合したスリーブ37に前記バー部材25を挿入し、ハンド部材23から前記グリッパ31までの寸法を調節した後に、止めねじ39によって一体的に固定する構成とすることができる。なお上記スリーブ37の先端部には貫通穴35からの抜け止め用のストッパ41が取付けてあると共に、上記スリーブ37には、ハンド部材23の基準位置に対するスリーブ37の回転を検出するためのロータリエンコーダ等のごとき位置検出用のセンサ(図示省略)が設けられている。
【0022】
ところで、前記操作訓練用装置1を操作したときの動作を再現するために、また基準的な操作時における作動に対して前記操作訓練用装置1の操作時の動作が許容値以上にずれた動作である場合に各動作部に負荷を付与するために、前記架台7と旋回台9との間,第1,第2,第3の関節部11,15,21及び第2リンク17とリスト部材19との間並びにハンド部材23に備えたスリーブ37の部分に、例えばサーボモータ等のごとき適宜のアクチュエータを設けることが望ましい。
【0023】
また、前記リスト部材19が前記ハンド部材23を支持する構成としては、図2(B)に示すごとき構成とすることも可能である。すなわち、リスト部材19の先端部にL字形状のブラケット19Bを一体的に取付け、このブラケット19Bの先端部に、前記リスト部材19の軸心に対して直交する方向の回転軸20Sを備えたアクチュエータ20を装着する。そして、上記回転軸20Sの先端部に、前記バー部材25を回転自在に支持した保持部材(ハンド部材)23の軸心が前記回転軸20Sの軸心に対して直交するように取付けるものである。この場合、前記リスト部材19の軸心の延長部と前記回転軸20Sの軸心の延長部と前記バー部材25の軸心とが一点で交差する構成としてある。
【0024】
なお、前記アクチュエータ20は、基部側としてのブラケット19Bの基準位置に対する先端側としてのハンド部材23の回動量を検出するロータリーエンコーダ等のごとき適宜のセンサ(図示省略)を備えている。
【0025】
上記構成によれば、リスト部材19の矢印D´方向の回転軸心とハンド部材23の矢印E´方向の回転軸心とバー部材25の矢印F´方向の回転軸心とが一点Mで交差した構成であることにより、バー部材25の姿勢や所望位置を演算するための演算量が低減すると共に自由度が大きくなり動作範囲も広くなるものである。
【0026】
前記交差点Mの位置は、前記多関節機構3における旋回台9、第1リンク13及び第2リンク17の動作(矢印A,B,C方向の回動動作)によって決まる位置であって、前記矢印D´,E´,F´,の回動動作によって変動するものではない。よって、前記交差点Mを回動中心としてバー部材25の姿勢を様々変更したときの姿勢等の演算がより容易になるものである。
【0027】
サーボモータ等のごときアクチュエータを前記第2関節部15に設けた場合について例示すると、図3に示すように、第2関節部15においては基部側に属する第1リンク13に、位置・速度検出用のセンサの1例としてのロータリエンコーダ43,サーボモータ45,減速機47及び電磁ブレーキ49を備えた構成のアクチュエータ51を装着し、このアクチュエータ51における回転自在な出力軸53に、先端側に属する前記第2リンク17の基部をキー55,止めねじ57を介して一体的に固定する。
【0028】
上記構成により、第1リンク13に対して第2リンク17を回動すると、第1リンク13に対する第2リンク17の回動位置はロータリエンコーダ43によって検出することができる。また、上述のごとく第1リンク13に対して第2リンク17を回動した後、電磁ブレーキ49により任意の位置で保持することができる。さらに、サーボモータ45を制御回転することにより、第1リンク13に対して第2リンク17を自動的に回動するや操作者に負荷を感じされることができる。
【0029】
以上のごとき構成において、旋回台9,第1,第2リンク13,17,リスト部材19,ハンド部材23及び操作訓練用具5がそれぞれ初期の基準位置にあるとき、上記操作訓練用具5のグリップ部27を把持してグリッパ31を所望位置へ移動し開閉操作し、通常の手術同様に内臓などを模擬したスポンジに対して縫合や結紮などの練習を行うと、旋回台9は架台7に対して矢印A方向に回動され、その回動位置は当該部分に備えたロータリエンコーダ等のごときセンサによって検出される。
【0030】
また、旋回台9に対して第1リンク13が回動されると共に第1リンク13に対して第2リンク17が回動され、かつ第1リンク13に対してリスト部材19が回動され、さらにリスト部材19に対してハンド部材23が回動されると共にハンド部材23に対してバー部材25が回動されることになる。前記旋回台9に対する第1リンク13の移動位置(回動位置)は第1関節部11に備えたセンサによって検出され、第1リンク13に対する第2リンク17の移動位置は第2関節部15に備えたセンサによって検出される。
【0031】
すなわち多関節機構3において各関節部等の接続部における基部側に対する先端側のリンク等の移動位置等は各関節部に備えた各センサS(図4には1個のみ図示)によって検出され、各センサSの検出データは制御用コントローラ59における第1メモリ61に格納される。上記制御用コントローラ59は中央処理装置を備えたコンピュータよりなるものであって、前記第1メモリ61にはサンプリング時間毎に検出された各センサSの検出データ及びこの検出データと関連付けて操作レバー29の操作を検出した前記センサ33の検出データが格納されるものである。
【0032】
前記制御用コントローラ59には、操作基準となる基準データを格納した第2メモリ63を備えている。すなわち第2メモリ63は、例えば熟練した外科医が前記操作訓練用装置1を操作したときの各センサSの検出データを基準データとして格納してある。
【0033】
前記制御用コントローラ59には前記第1,第2のメモリ61,63に格納されたデータを所望のデータにデータ処理するデータ処理部65を備えている。上記データ処理部65は、前記旋回台9,第1,第2リンク13,17,リスト部材19及びハンド部材23の既知の形状,寸法データ及び操作訓練用具5の既知の形状,寸法データ並びに前記第1メモリ61又は第2メモリ63に格納されたデータに基いて、表示部67に前記操作訓練用具5の位置姿勢を例えばアニメーション表示するように演算処理するものである。
【0034】
この場合、図5に示すように、操作訓練用具5の姿勢の変化とグリッパ31の移動軌跡を連続的に表示することができる。したがって、また時間経過と各関節部の変化状態などを知ることができ、操作訓練用具5の操作の習熟度合を評価できるようになる。
【0035】
さらに、例えばA,B,C及びDの複数人で操作訓練用具5を交互に操作した場合には、各人が操作したときの各関節部における各センサの検出データを前記第1メモリ61に個別に格納し、例えばグリッパ31の移動軌跡等をそれぞれ演算して、図6に示すように、A,B,C,Dの各人毎に表示することにより、各操作者の操作の相違を比較することができる。この場合、第2メモリ63に格納されているデータに基いてグリッパ31の移動軌跡等をも同時に表示することにより、熟練者の操作に対する各人毎の習熟度合を比較して定量的に知ることができることになる。
【0036】
さらに、図7に示すように、同一人が複数回練習したときの操作軌跡等を操作順毎に区別できるように表示することも可能である。この場合には操作訓練を繰り返したことにより操作が向上したか否かを知ることができる。なお、この場合にも第2メモリに格納されているデータに基いて熟練者の場合の操作軌跡等をも同時に表示することにより、熟練者との比較を定量的に行って習熟度合を知ることができる。
【0037】
また、前記データ処理部65は、第1メモリ61または第2メモリ63に格納されたデータを基にして前記操作訓練用具5の動作を再現すべく演算処理機能を有するものであって、この場合の演算結果のデータは各アクチュエータ51に対応した各アクチュエータ駆動用ドライバ69へ出力され、この各アクチュエータ駆動用ドライバ69によって各アクチュエータ51を駆動制御することによって、第1メモリ61又は第2メモリ63に格納されたデータに基いて再現動作されることになる。
【0038】
すなわち訓練者が操作した場合の操作状態を再現動作することができると共に熟練者が操作した場合の操作状態を再現動作することができ、この際の再現動作を比較することにより、訓練者の習熟度を知ることができることになる。
【0039】
さらに前記制御用コントローラ59には比較演算部71が備えられている。この比較演算部71は、前記操作訓練用装置1の操作時に、多関節機構3における各関節部の各センサの検出データと前記第2メモリ63に格納されている各関節部の基準データとを比較して、その差の絶対値が許容値以上である場合に、差が許容値以上となったセンサに対応したアクチュエータ51に対してトルク信号(負荷信号)を出力して前記差の大きさに対応するように制御して負荷を付与するものである。
【0040】
したがって、訓練(練習)者は、操作訓練用装置1の操作時に、各アクチュエータ51の発生トルクにより、基準動作或は基準操作に対比して動作或は操作がずれている程度を感じ知ることができる。よって、上記負荷が小さくなるように操作訓練用装置1を操作練習することにより習熟度合の向上を図ることができるものである。
【0041】
また、例えば熟練者の操作軌跡を予め表示部67に表示し、この操作軌跡に倣うように操作訓練用装置1の操作を練習することにより、手術等の訓練を効果的に行うことができる。
【0042】
なお、本発明は前述の実施の形態のみに限るものではなく、適宜の変更を行なうことにより、その他の態様でも実施可能である。すなわち、前記説明においては、操作訓練用具として鉗子の場合について説明したが、鉗子に限ることなくその他の適宜の操作用具であっても良いものである。
【0043】
【発明の効果】
以上のごとき説明より理解されるように、請求項1にかかる発明は、操作部及び当該操作部の操作によって従動操作される従動操作部を備えた操作訓練用具と、複数のリンクを接続し自由端に前記操作訓練用具を支持した多関節機構と、基部側のリンクに対する先端側のリンクの移動を検出すべく前記多関節機構における各関節部に設けられたセンサと、前記各センサの検出データに基いて前記操作訓練用具の所望位置を表示部に表示するためのデータ処理を行うデータ処理部と、を備えた構成であるから、操作部を把持して操作訓練用具を操作すると、多関節機構における各関節部に設けた各センサが基部側のリンクに対する先端側のリンクの移動を検出できる。したがって、各関節部における各センサの検出データに基いて、データ処理を行うことにより前記操作訓練用具の従動操作部など所望位置を、所望の表示方法によって表示部に表示することができる。よって、操作訓練用具を操作したときの操作状態等を知ることができ、操作の習熟度を知り向上を図ることができるものである。
【0044】
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の操作訓練用装置において、前記操作訓練用具はバー部材を備えた鉗子であり、前記バー部材の基部側に操作部としてのグリップ部を備え先端側に従動操作部としての開閉部を備えてなり、前記バー部材は当該バー部材の軸心回りに回動可能に支持されているものであるから、請求項1に記載の発明と同一の効果を奏し得ると共に、鉗子を使用しての手術訓練を行うことができると共に、鉗子の回転の動作範囲を広く取ることができる。
【0045】
請求項3に係る発明は、請求項1又は2に記載の操作訓練用装置において、前記多関節機構における各関節部にアクチュエータを備えると共に前記各アクチュエータを制御する制御用コントローラを備え、かつ各センサの検出データと基準データとを比較した結果に基いて前記各アクチュエータに負荷信号を出力するための比較演算部を備えた構成であるから、請求項1又は2に記載の発明と同一の効果を奏し得ると共に、操作訓練時に基準データを得る場合の操作からずれた操作を行うと負荷として感じることができ、この負荷を少なくするように操作することにより、操作の習熟の向上を図ることができる。
【0046】
請求項4に係る発明は、請求項1又は2に記載の操作訓練用装置において、前記データ処理部は、各センサの検出データに基いて前記操作訓練用具の位置姿勢を演算する演算機能を有し、この演算結果に基いて表示部に前記操作訓練用具の位置姿勢をグラフ表示あるいはアニメーション表示するものであるから、請求項1又は2に記載の発明と同一の効果を奏し得ると共に、表示部の表示を見ることにより訓練の習熟度合を知ることができると共に操作時の問題点も知ることができ、操作訓練の習熟を促進することができる。
【0047】
請求項5に係る発明は、請求項1又は2に記載の操作訓練用装置において、操作部に、従動操作部の操作状態を検出するためのセンサを備えた構成であるから、請求項1又は2に記載の発明と同一の効果を奏し得ると共に、操作訓練用具のどのような位置,姿勢のときに従動操作部の操作を行ったかを知ることができ、より詳細に操作を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る操作訓練用装置の全体的構成を概念的,概略的に示した作用説明図である。
【図2】多関節機構に対するバー部材の支持構成を示す説明図である。
【図3】関節部にアクチュエータを備えた構成を示す説明図である。
【図4】機能ブロック図である。
【図5】表示部の表示例を示す説明図である。
【図6】表示部の表示例を示す説明図である。
【図7】表示部の表示例を示す説明図である。
【図8】従来の手術訓練装置の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
1 操作訓練用装置
3 多関節機構
5 操作訓練用具
7 架台
9 旋回台
11 第1関節部
13 第1リンク
15 第2関節部
17 第2リンク
19 リスト部材
21 第3関節部
23 ハンド部材
25 バー部材
27 グリップ部
29 操作レバー
31 グリッパ
33 センサ
43 ロータリエンコーダ
45 サーボモータ
47 減速機
49 電磁ブレーキ
51 アクチュエータ
59 制御用コントローラ
61 第1メモリ
63 第2メモリ
65 データ処理部
67 表示部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an operation training device, and more particularly, an operation training device effective for surgeon's operation training and the like, and an operation training device capable of quantitatively evaluating the degree of operation skill of the operation training result. About.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when a surgeon performs an operation, it is performed under a laparoscope by inserting forceps from a plurality of small holes without greatly opening the abdomen. This operation is said to be a minimally invasive operation, and it is currently spreading because it is small in wound, less painful, and recovers quickly, so the burden on the patient is small and early discharge is possible. However, since the above-described operation requires a high level of skill from the surgeon, it is not an operation that anyone can perform anywhere.
[0003]
Therefore, conventionally, surgical training has been performed using an
[0004]
A simulated
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional operation training apparatus as described above, although it is sensibly familiar with the operation of the forceps, there is a problem that it is not possible to know how much the operation of the trainee has been improved. There is a problem that it is difficult to grasp the difference from the above and it takes time to become skilled.
[0006]
For the above-mentioned problems, the operation state of the forceps can be evaluated by taking a video, for example, but this evaluation is also sensuous and cannot be quantitatively evaluated.
[0007]
In addition, as a method of measuring the operation state of the forceps, it is possible to attach a marker to a feature point of the forceps and photograph the marker with a camera and process the image. There is a problem that you can not. In addition, research on surgical training devices using virtual reality (VR) has been conducted, but it does not actually operate the forceps, but operates the gripping part simulating the gripping part of the forceps. The target is a computer graphic (CG) displayed graphically by a computer, and there is a problem that the reality is poor.
[0008]
According to one aspect of the present invention, an operation training tool including an operation unit and a driven operation unit that is driven by the operation of the operation unit, and a plurality of links that connect a plurality of links and support the operation training tool at a free end. A joint mechanism, a sensor provided at each joint in the multi-joint mechanism to detect movement of the link on the distal side relative to the link on the base side, and a desired position of the operation training tool based on detection data of each sensor A data processing unit for performing data processing for displaying the data on the display unit, and the operation training tool is a forceps including a bar member, and a tip including a grip unit as an operation unit on the base side of the bar member An operation training apparatus is provided, comprising an opening / closing part as a side driven operation part, wherein the multi-joint mechanism supports the bar member between the grip part and the opening / closing part. .
[0009]
According to one aspect of the present invention, the bar member is an operation training device characterized by being supported so as to be rotatable about an axis of the bar member.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, in the operation training device according to the first or second aspect, each joint portion in the multi-joint mechanism includes an actuator and a controller for controlling the actuator, and each sensor And a comparison operation unit for outputting a load signal to each actuator based on the result of comparing the detected data and the reference data.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, in the operation training device according to the first or second aspect, the data processing unit has a calculation function for calculating a position and orientation of the operation training tool based on detection data of each sensor. The position and orientation of the operation training tool are displayed in a graph or animation on the display unit based on the calculation result.
[0012]
According to a fifth aspect of the present invention, in the operation training device according to the first or second aspect, the operation unit includes a sensor for detecting an operation state of the driven operation unit.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 conceptually and schematically shows an overall configuration of an operation training apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
[0014]
Referring to FIG. 1, the operation training apparatus 1 has a configuration in which an
[0015]
More specifically, the multi-joint mechanism 3 includes a
[0016]
An appropriate sensor (not shown) such as a rotary encoder for detecting the rotational movement of the
[0017]
Similarly, the first joint part 11 is provided with a sensor for detecting the amount of rotation of the
[0018]
Therefore, the position and posture of the
[0019]
The
[0020]
The
[0021]
The
[0022]
By the way, in order to reproduce the operation when the operation training device 1 is operated, the operation at the time of operation of the operation training device 1 deviates more than an allowable value with respect to the operation at the time of a standard operation. In order to apply a load to each operating part, the first, second and third
[0023]
The
[0024]
The
[0025]
According to the above configuration, the rotation axis of the
[0026]
The position of the intersection M is a position determined by the operations of the
[0027]
In the case where an actuator such as a servo motor is provided in the second
[0028]
With the above configuration, when the
[0029]
In the configuration as described above, when the
[0030]
Further, the
[0031]
That is, in the multi-joint mechanism 3, the movement position of the link on the distal end side with respect to the base side in the connection part such as each joint part is detected by each sensor S (only one is shown in FIG. 4) provided in each joint part. The detection data of each sensor S is stored in the
[0032]
The
[0033]
The
[0034]
In this case, as shown in FIG. 5, the posture change of the
[0035]
Further, for example, when the
[0036]
Furthermore, as shown in FIG. 7, it is also possible to display the operation trajectory or the like when the same person has practiced a plurality of times so that they can be distinguished for each operation order. In this case, it is possible to know whether or not the operation has been improved by repeating the operation training. In this case as well, it is possible to know the level of proficiency by quantitatively comparing with the expert by simultaneously displaying the operation trajectory etc. of the expert based on the data stored in the second memory. Can do.
[0037]
The
[0038]
In other words, the operation state when the trainee operates can be reproduced and the operation state when the expert operates can be reproduced. You will know the degree.
[0039]
Further, the
[0040]
Therefore, the trainer (practice) can feel the degree of movement or operation deviating from the standard operation or the standard operation by the torque generated by each actuator 51 when the operation training apparatus 1 is operated. it can. Therefore, the degree of proficiency can be improved by operating the operation training apparatus 1 so that the load is reduced.
[0041]
Further, for example, an operation trajectory of a skilled person is displayed on the
[0042]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in other modes by making appropriate modifications. That is, in the above description, the case of the forceps has been described as the operation training tool, but other appropriate operation tools may be used without being limited to the forceps.
[0043]
【The invention's effect】
As can be understood from the above description, the invention according to claim 1 is free to connect a plurality of links to an operation training tool including an operation unit and a driven operation unit driven by the operation of the operation unit. A multi-joint mechanism that supports the operation training tool at an end; a sensor provided at each joint in the multi-joint mechanism to detect movement of a distal-side link relative to a base-side link; and detection data of each sensor And a data processing unit that performs data processing for displaying a desired position of the operation training tool on the display unit, so that when the operation training tool is gripped and operated, Each sensor provided at each joint in the mechanism can detect the movement of the link on the distal end side with respect to the link on the base side. Therefore, by performing data processing based on the detection data of each sensor in each joint portion, a desired position such as a driven operation portion of the operation training tool can be displayed on the display portion by a desired display method. Therefore, it is possible to know the operation state when the operation training tool is operated, and to know and improve the skill level of the operation.
[0044]
According to a second aspect of the present invention, in the operation training device according to the first aspect, the operation training tool is a forceps including a bar member, and a tip having a grip portion as an operation portion on the base side of the bar member. The same effect as that of the invention according to claim 1, comprising an opening / closing part as a driven operation part on the side, wherein the bar member is supported so as to be rotatable around an axis of the bar member. As well as performing surgical training using forceps, the operating range of rotation of the forceps can be widened.
[0045]
According to a third aspect of the present invention, in the operation training device according to the first or second aspect, each joint portion in the multi-joint mechanism includes an actuator and a controller for controlling the actuator, and each sensor Since the comparison operation unit for outputting a load signal to each actuator based on the result of comparing the detected data and the reference data is provided, the same effect as that of the invention according to claim 1 or 2 can be obtained. In addition to performing the operation that deviates from the operation for obtaining the reference data during operation training, it can be felt as a load, and the operation can be improved by operating so as to reduce this load. .
[0046]
According to a fourth aspect of the present invention, in the operation training device according to the first or second aspect, the data processing unit has a calculation function for calculating a position and orientation of the operation training tool based on detection data of each sensor. Since the position and orientation of the operation training tool are displayed in a graph or an animation on the display unit based on the calculation result, the same effect as that of the invention according to claim 1 or 2 can be obtained, and the display unit It is possible to know the degree of training proficiency and the problem during operation by observing the display of, and to promote the proficiency of operation training.
[0047]
Since the invention which concerns on
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an operation explanatory diagram conceptually and schematically showing an overall configuration of an operation training apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view showing a support structure of a bar member for a multi-joint mechanism.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a configuration in which an actuator is provided in a joint portion.
FIG. 4 is a functional block diagram.
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a display example of a display unit.
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a display example of a display unit.
FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating a display example of a display unit.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a configuration of a conventional surgical training apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Operation training apparatus 3 Articulated
Claims (5)
前記操作訓練用具はバー部材を備えた鉗子であり、前記バー部材の基部側に操作部としてのグリップ部を備え先端側に従動操作部としての開閉部を備えてなり、
前記多関節機構は、前記グリップ部と前記開閉部との間で前記バー部材を支持することを特徴とする操作訓練用装置。An operation training tool provided with an operation part and a driven operation part driven by the operation of the operation part, a multi-joint mechanism connecting a plurality of links and supporting the operation training tool at a free end, and a link on the base side Sensors provided at each joint part in the multi-joint mechanism for detecting the movement of the link on the distal end side, and data for displaying the desired position of the operation training tool on the display part based on the detection data of each sensor A data processing unit for processing ,
The operation training tool is a forceps provided with a bar member, comprising a grip part as an operation part on the base side of the bar member, and an opening / closing part as a driven operation part on the distal end side,
The multi-joint mechanism supports the bar member between the grip part and the opening / closing part .
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