JP4469439B2 - 医療用マニピュレータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療用マニピュレータに係り、とりわけ、機構が簡単化されると共に操作性に優れる医療用マニピュレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、胆のう摘出手術などの腹腔鏡下手術においては、図１１に示すように、患者１５０の腹部に小さな穴１５１、１５２、１５３を幾つかあけ、それらにトラカール１５４を取付け、トラカール１５４を介してそれらの孔に内視鏡１６１，鉗子１７１、１７２等を挿入し、術者（通常、外科医）１６０が内視鏡１６１の映像をモニタ１６２で見ながら手術を行っている。
【０００３】
このような手術方法は、開腹を必要としないため、患者への負担が少なく、術後の回復や退院までの日数が大幅に低減される。このため、このような手術方法は、適用分野の拡大が期待されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述の腹腔鏡下手術は、患者１５０への負担が少ないという点で優れた手術方法であるが、術者１６０が実際に術部を見れないという点が、場合によって問題となり得る。
【０００５】
また、鉗子１７１、１７２には、開閉するグリッパしか設けられておらず、グリッパの姿勢を変えることは困難で、操作性に乏しい。
【０００６】
以上の要因により、前述の手術方法で適切な処置を行えるのは、熟練した術者に限られる。また、手術方法に熟練するまでには、長期間を要する。
【０００７】
このような課題に対して、マスタースレーブマニピュレータ等の遠隔操作型ロボット技術を、医療分野へ応用することが研究されている。
【０００８】
遠隔操作型ロボット技術は、術者が操作するマスターアームと、実際に術部に操作を施すスレーブアームとが、完全に分離したロボットシステムであり、マスターアームの指令値が電気信号としてスレーブアームに伝わるものである。したがって、通常、マスターアームとスレーブアームとは、共に６自由度以上の関節数を有しており、それぞれの自由度に対応してコントローラが設けられており、電気的に多数の制御系、部品，配線を有する複雑なシステムとなっている。
【０００９】
複雑であるが故に、マスタースレーブマニピュレータシステムの操作に関する信頼性は、未だ十分に高いと言えるレベルにはない。また、システム自体が大掛かりであるため、購入費用やメンテナンス費用も高価である。さらに、マスタースレーブマニピュレータシステムでは、術者は患者から離れたところでマスターアームを操作するので、緊急時に直ちに患者に直接処置を施すことができない、という問題がある。
【００１０】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、機構を単純化して信頼性を向上させた医療用マニピュレータを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、姿勢操作部と処置操作部とを有する操作指令部と、一端側が前記操作指令部に接続され、軸方向に直線移動可能かつ軸周りに回転可能に支持機構の支持連結部に連結可能な棒状部材を有する連結部と、前記連結部の他端側に接続され、処置部と、前記処置部を２自由度に姿勢変更可能に支持する支持部と、を有する作業部と、前記姿勢操作部からの操作指令を前記支持部に送って前記処置部の姿勢を変更させると共に、前記処置操作部からの操作指令を前記処置部に送って前記処置部を作動させる制御部と、前記操作指令部と前記連結部との接続部分に設けられ、前記処置部の姿勢の変更のための動力及び前記処置部の作動のための動力を発生させる駆動部と、を備えることを特徴とする医療用マニピュレータである。
【００１２】
本発明によれば、支持部によって処置部の支持姿勢が２自由度に変更可能である一方、操作指令部と作業部とが連結部によって機械的に接続されているため、操作性及び操作信頼性に優れる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施の形態による医療用マニピュレータを示す構成概略図である。図１に示すように、本発明の第１の実施の形態の医療用マニピュレータ１は、作業部１０と、操作指令部２０と、両端が作業部１０と操作指令部２０とに接続された連結部３０とを備えている。
【００１５】
作業部１０は、術部に処置を施す処置部としてのグリッパ１１と、グリッパ１１を２自由度で姿勢変更可能に支持する支持部としてのヨー軸関節支持部１２及びピッチ軸関節支持部１３と、を有している。
【００１６】
図１に示すように、グリッパ１１は、蝶番状に開閉するように構成されている。あるいは、平行開閉する機構でもよい。ヨー軸関節支持部１２は、グリッパ１１の開閉軸部分を支持すると共に、当該開閉軸と平行な軸周りにグリッパ１１全体を回動するようになっている。ピッチ軸関節支持部１３は、ヨー軸関節支持部１２の全体を支持すると共に、グリッパ１１の開閉軸と垂直な軸周りにヨー軸関節支持部１２全体（グリッパ１１を伴う）を回動するようになっている。
【００１７】
操作指令部２０は、姿勢操作部としての指操作部２２と、処置操作部としてのハンドル２１とを有している。
【００１８】
指操作部２２は、ハンドル２１を握る手の親指と人差し指とが挿入される２つの指挿入部２２ａ、２２ｂを有している。当該２つの指挿入部２２ａ、２２ｂは、少なくとも一方が可動に構成され、両者の間隔が任意に変更可能となっている。指挿入部２２ａ、２２ｂは、互いに平行に移動する態様の他、蝶番状に回動する態様でもよい。
【００１９】
本実施の形態では、指挿入部２２ａ、２２ｂの間隔を調整することによって、グリッパ１１の開閉指令を行うようになっている。この場合、指挿入部２２ａ、２２ｂの間隔を検出する間隔センサ（図示せず）を設けると共に、指挿入部２２ａ、２２ｂの間隔が最も狭い状態をグリッパ１１の閉状態に対応させ、指挿入部２２ａ、２２ｂの間隔が最も広い状態をグリッパ１１の全開状態に対応させている。
【００２０】
ハンドル２１は、連結部３０側に配置される円弧部２１ａと、操作者の手によって握られる把持部２１ｂとを有している。円弧部２１ａと把持部２１ｂとは、ヨー軸回動部２３を介して接続されており、把持部２１ｂは円弧部２１ａに対して、把持部２１ｂ自身の実質的な中心軸周りに回動可能となっている。ヨー軸回動部２３には、図示しない角度検出センサが設けられている。これにより、本実施の形態の場合、当該センサによって検出される変位角度を、ヨー軸関節支持部１２の回動角度に対応させている。
【００２１】
前述の指挿入部２２ａ、２２ｂは、円弧部２１ａと干渉しないような配置関係で把持部２１ｂ側に取付けられ、把持部２１ｂの回動に伴って全体が回動可能となっている。
【００２２】
円弧部２１ａは、ヨー軸回動部２３の回動軸上の点２５を中心とした略半円状のアームとして形成されている。円弧部２１ａには、円弧部２１ａに沿って移動する摺動支持部２４が設けられている（実際には、摺動支持部２４に対して円弧部２１ａが動く）。連結部３０の一端は、摺動支持部２４に接続されている。摺動支持部２４と円弧部２１ａとの相対角度位置（摺動支持部２４を固定しての円弧部２１ａの位置）は、図示しない角度検出センサによって検出されるようになっている。これにより、本実施の形態の場合、当該センサによって検出される角度位置を、ピッチ軸関節支持部１３の回動角度位置に対応させている。
【００２３】
また、本実施の形態では、摺動支持部２４と連結部３０との間に駆動部１０ｍが取付けられている。図中の１０ｍは、駆動部の集合部分を示している。図中、制御部（制御装置）は図示されていない。駆動部１０ｍは、前述の間隔センサ、角度検出センサ（いずれも図示せず）からの検出信号に基づいて、対応する駆動部１１ｍ、１２ｍ及び１３ｍからの動力を、図示しないワイヤまたはプーリ等を介して、作業部１０の前述のグリッパ１１、ヨー軸関節支持部１２及びピッチ軸関節支持部１３に伝達するようになっている。
【００２４】
本実施の形態の場合、連結部３０は、棒状部材によって構成されている。連結部３０は、連結部３０の中心軸線が、ヨー軸回動部２３の回動軸上の円弧部２１ａの円弧中心２５を通るような配置関係で、摺動支持部２４に対して固定されている。また、連結部３０は、各駆動部１１ｍ、１２ｍ、１３ｍから作業部１０に至るワイヤ等を収容すべく、中空管状となっている。
【００２５】
連結部３０は、軸方向に直線移動可能かつ軸周りに回転可能に、支持機構４０の支持連結部６０に連結されている。支持機構４０の基端部（図示せず）は、天井、床またはベッドに固定されている。
【００２６】
本実施の形態の支持機構４０は、基端部側に対して上下動する高さ調節機構４１と、高さ調節機構４１の下端部に設けられ鉛直軸周りに回動する水平回動部４２と、水平回動部４２の外周に一端が接続された円弧アーム４３とを有している。水平回動部４２の回動軸は、連結部３０上の適宜の点５０の略鉛直上方に位置している。
【００２７】
円弧アーム４３は、実質的に鉛直面内に延びており、連結部３０上の前記点５０を中心とした上方側かつ操作指令部２０側の略４分の１円弧状に形成されている。
【００２８】
支持連結部６０は、このような円弧アーム４３に沿って移動可能な態様で、当該円弧アーム４３によって支持されている。これにより、連結部３０は、支持連結部６０とは異なる点５０を中心として、連結支持部６０が円弧アーム４３上を移動することによって鉛直方向に、水平回動部４２が回動することによって水平方向に、あるいは両者の複合方向に、揺動可能に支持されている。
【００２９】
なお、前述の点５０は、患者の腹部に形成された小孔部分に設定されることが好ましい。また、小孔部分には、図１に示すように、通常トラカール５３が設置されている。
【００３０】
次に、このような構成よりなる本実施の形態の作用について説明する。
【００３１】
図２に示すように、操作者は、ハンドル２１の把持部２１ｂを握り、指操作部２２の指挿入部２２ａ、２２ｂに親指と人差し指とを挿入する。
【００３２】
操作者が親指と人差し指との間隔を調整して、指挿入部２２ａ、２２ｂの間隔を変更すると、当該情報が間隔センサによって検出される。間隔センサによる検出信号は、制御装置（図示せず）に送られて処理され、対応する駆動力が駆動部１１ｍから作業部１０のグリッパ１１に伝達される。これにより、グリッパ１１の開閉角度が制御される。
【００３３】
一方、操作者がハンドル２１の把持部２１ｂを円弧部２１ａに対して回動させると、当該情報が角度センサによって検出される。角度センサによる検出信号は、制御装置（図示せず）に送られて処理され、対応する駆動力が駆動部１２ｍから作業部１０のヨー軸関節支持部１２に伝達される。これにより、ヨー軸関節支持部１２の回動角度が制御される。
【００３４】
一方、操作者がハンドル２１の円弧部２１ａを連結部３０と一体の摺動支持部２４に対して回動させると、当該情報が角度センサによって検出される。角度センサによる検出信号は、制御装置（図示せず）に送られて処理され、対応する駆動力が駆動部１３ｍから作業部１０のピッチ軸関節支持部１３に伝達される。これにより、ピッチ軸関節支持部１３の回動角度が制御される。
【００３５】
ヨー軸関節支持部１２の回動角度とピッチ軸関節支持部１３の回動角度とが任意に制御されることにより、グリッパ１１の姿勢を２自由度で制御することができる。グリッパ１１は、連結部３０をその中心軸周りに回転させることによって、さらに１自由度の姿勢変更が可能であり、結果として任意に制御することができる。
【００３６】
前述のように、グリッパ１１の姿勢の自由度は、ヨー軸関節支持部１２の回動と、ピッチ軸関節支持部１３の回動と、連結部３０全体の軸周りの回転と、の３つである。これら３つの自由度に対応して、操作者は、円弧部２１ａに対する把持部２１ｂの回動と、摺動支持部２４に対する円弧部２１ａの回動と、連結部３０全体の軸周りの回転と、を操作するようになっている。連結部３０全体の軸周りの回転は、ハンドル２１の全体を回転させることによって行われる。
【００３７】
本実施の形態では、把持部２１ｂの回動軸線と、円弧部２１ａの回動軸線と、連結部３０の回転軸線とが、１点にて交差しており、いわゆるジンバル機構を構成している。このため、操作部の点２５の位置をそのまま維持して姿勢のみを任意に３自由度で動かす操作が、極めて容易に実現できる。これに対応するように制御装置によって各関節を駆動すれば、ピッチ軸関節支持部１３と連結部３０との交点の位置を維持してグリッパ１１の姿勢を操作することが可能である。
【００３８】
例えば、針を術部に通したり、糸を掴む作業をする際に、グリッパ１１の姿勢を変える操作に伴ってグリッパ１１の位置が動いてしまったのでは、操作性が悪い。逆に、グリッパ１１の位置を変えようとする操作時にグリッパ１１の姿勢が変わってしまっても、操作性は悪い。これに対して、本実施の形態のようなジンバル機構では、位置の操作と姿勢の操作とが機構的に分離されるため、操作性が非常に良い。
【００３９】
位置の操作については、点５０を中心とした揺動運動及び連結部３０軸方向の前後移動のいずれについても、操作部２０と連結部３０とが機械的に一体となっていることにより、操作者がハンドル２１の全体を連結支持部６０に対して移動させることで容易に操作できる。
【００４０】
以上のように、本実施の形態によれば、ヨー軸関節支持部１２の回動とピッチ軸関節支持部１３の回動とによって、グリッパ１１の支持姿勢が２自由度で変更可能である一方、操作指令部２０と作業部１０とが連結部３０によって機械的に接続され、連結部３０の回転によるグリッパ１１の姿勢変更についてはハンドル２１を直接回転させることによって行うため、操作性と操作信頼性に優れる。
【００４１】
特に本実施の形態の場合、ジンバル機構を採用しているため、グリッパ１１の位置をそのまま維持して、姿勢のみを任意に３自由度で動かす操作が、極めて容易に実現できる。
【００４２】
また、操作者は、患者の様子を間近に見ながら手術を行えるので、緊急時等に迅速な対応をとることが可能である。
【００４３】
また、本実施の形態の医療用マニピュレータ１は、支持機構４０によって支持されており、操作者はマニピュレータ１の重量を基本的に支える必要がないため、操作指令部２０からの操作指令を高精度に行うことができる。
【００４４】
また、本実施の形態の医療用マニピュレータ１は、不動点５０を有するように構成されているため、不動点５０付近にトラカール５３が来るように高さ調節機構４１等を位置決めすれば、患者の腹部の小孔（貫通部）における変位が少なくなり、患者の負担をより低減することができる。
【００４５】
特に、不動点５０を中心とした円弧アーム４３の円弧半径を大きくとると、術部の周りの空間を広く確保することができるため、助手などの支援がより容易である。
【００４６】
なお、連結支持部６０が不動点５０を中心として揺動する機構については、本実施の形態のような水平回転部４２及び円弧アーム４３を利用する態様の他、リンク機構等を用いた構成も可能である。
【００４７】
なお、本実施の形態では、作業部１０がヨー軸関節支持部１２とピッチ軸関節支持部１３とを有しているが、いずれか一方を省略した態様も可能である。この場合、対応する指令操作部２０側の指令機構、すなわち、把持部２１ｂの円弧部２１ａに対する回動機構と摺動支持部２４の円弧部２１ａに対する摺動機構とのいずれか一方も省略され得る。
【００４８】
次に、本発明の第２の実施の形態の医療用マニピュレータについて図３を用いて説明する。図３は、第２の実施の形態の医療用マニピュレータの概略斜視図である。
【００４９】
図３に示すように、本実施の形態の医療用マニピュレータは、ハンドル２１が、円弧部２１ａと摺動支持部２４の代わりに、基準台座部２１ｓと揺動アーム２４ａとを有している他は、図１に示す第１の実施の形態の医療用マニピュレータ１と略同様の構成である。第２の実施の形態において、図１に示す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５０】
基準台座部２１ｓには、ヨー軸回動部２３を介して、把持部２１ｂが接続されている。本実施の形態の基準台座部２１ｓは、把持部２１ｂの下方側に配置されているが、上方側であってもよい。
【００５１】
揺動アーム部２４ａは、Ｌ字部材によって構成され、一端側が基準台座部２１ｓに回動可能に接続され、他端側に駆動部１０ｍ及び連結部３０が接続されている。揺動アーム部２４ａと基準台座部２１ｓとの回動軸線は、ヨー軸回動部２３の回動軸線と連結部３０の中心軸線との交点を通ると共に、両軸線に対して垂直となっている。
【００５２】
揺動アーム２４ａの基準台座部２１ｓに対しての角度位置は、図示しない角度検出センサによって検出されるようになっている。これにより、本実施の形態の場合、当該センサによって検出される角度を、ピッチ軸関節支持部１３の回動角度に対応させている。
【００５３】
本実施の形態においては、操作者がハンドル２１の把持部２１ｂを基準台座部２１ｓに対して回動させると、当該情報が角度検出センサによって検出される。角度検出センサによる検出信号は、制御装置（図示せず）に送られて処理され、対応する駆動力が駆動部１２ｍから作業部１０のヨー軸関節支持部１２に伝達される。これにより、ヨー軸関節支持部１２の回動角度が制御される。
【００５４】
一方、操作者がハンドル２１の基準台座部２１ｓを連結部３０と一体の揺動アーム２４ａに対して回動させると、当該情報が角度検出センサによって検出される。角度検出センサによる検出信号は、制御装置（図示せず）に送られて処理され、対応する駆動力が駆動部１３ｍから作業部１０のピッチ軸関節支持部１３に伝達される。これにより、ピッチ軸関節支持部１３の回動角度が制御される。
【００５５】
本実施の形態によれば、ハンドル２１の構成を簡単化することができ、医療用マニピュレータ１の製造が容易となる。
【００５６】
次に、本発明の第３の実施の形態の医療用マニピュレータについて図４乃至図７を用いて説明する。図４は、第３の実施の形態の医療用マニピュレータの概略斜視図である。図５は、図４のハンドルの要部を示す斜視図であり、図６は、図４のハンドルの要部を示す正面図であり、図７は、操作中のハンドル２１の概略図である。
【００５７】
図４乃至図７に示すように、本実施の形態の医療用マニピュレータは、ハンドル２１が、把持部２１ｂの代わりに、手クランプ部２１ｈを有している他は、図３に示す第２の実施の形態の医療用マニピュレータ１と略同様の構成である。第３の実施の形態において、図３に示す第２の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５８】
手クランプ部２１ｈは、断面Ｕ字状のバネ部材によって構成され、操作者の掌部分を挟み込んで操作者の掌と一体化されるように構成されている。
【００５９】
本実施の形態においては、操作者がハンドル２１の手クランプ部２１ｈを基準台座部２１ｓに対して回動させると、当該情報が角度検出センサによって検出される。角度検出センサによる検出信号は、制御装置（図示せず）に送られて処理され、対応する駆動力が駆動部１２ｍから作業部１０のヨー軸関節支持部１２に伝達される。これにより、ヨー軸関節支持部１２の回動角度が制御される。
【００６０】
一方、操作者がハンドル２１の基準台座部２１ｓを連結部３０と一体の揺動アーム２４ａに対して回動させると、当該情報が角度検出センサによって検出される。角度検出センサによる検出信号は、制御装置（図示せず）に送られて処理され、対応する駆動力が駆動部１３ｍから作業部１０のピッチ軸関節支持部１３に伝達される。これにより、ピッチ軸関節支持部１３の回動角度が制御される。
【００６１】
本実施の形態によれば、手クランプ部２１ｈによって操作者の手がハンドル２１に固定されるため、位置決め操作を意識することなくグリッパ１１の姿勢操作、開閉操作に一層集中することができ、作業性が更に向上する。
【００６２】
次に、本発明の第４の実施の形態の医療用マニピュレータについて図８を用いて説明する。図８は、第４の実施の形態の医療用マニピュレータの概略斜視図である。
【００６３】
図８に示すように、本実施の形態の医療用マニピュレータは、支持連結部６０が、連結部３０の軸方向の直線移動に対する直線制動機構６１と、連結部３０の軸周りの回転に対する回転制動機構６２と、を有しており、直線制動機構６１の制動力及び回転制動機構６２の制動力がそれぞれ変更可能となっている他は、図１に示す第１の実施の形態の医療用マニピュレータ１と略同様の構成である。第４の実施の形態において、図１に示す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６４】
本実施の形態の直線制動機構６１には、直線制動機構６１の制動力を変更するための直線制動調節部６１ｓが接続され、回転制動機構６２には、回転制動機構６２の制動力を変更するための回転制動調節部６２ｓが接続されている。
【００６５】
本実施の形態においては、操作者が、直線制動調節部６１ｓを操作することによって、直線制動機構６１の制動力を変更することにより、連結部３０の直線移動に対する制動力を調節することができる。また、操作者が、回転制動調節部６２を操作することによって、回転制動機構６２の制動力を変更することにより、連結部３０の回転に対する制動力を調節することができる。
【００６６】
本実施の形態によれば、作業内容に応じて、直線制動機構６１の制動力及び回転制動機構６２の制動力を調節することができるため、例えば微細作業時に大きい制動力とすることが可能で、術部近傍からのグリッパ１１のアプローチ作業時や、実際の処置動作のような微細作業時における操作性を、更に向上させることができる。
【００６７】
直線制動機構６１及び回転制動機構６２は、例えば電磁ブレーキのように、外部からオン、オフ可能なもので構成され得る。直線制動調節部６１ｓ及び回転制動調節部６２ｓは、フットスイッチ等で構成されることが好ましい。
【００６８】
次に、本発明の第５の実施の形態の医療用マニピュレータについて図９を用いて説明する。図９は、第５の実施の形態の医療用マニピュレータのグリッパ部分の概略図であり、図１０は、第５の実施の形態の医療用マニピュレータの指操作部の概略図である。
【００６９】
図９及び図１０に示すように、本実施の形態の医療用マニピュレータは、グリッパ１１が、処置状況に関する情報を検出するセンサとしての歪ゲージ１１ｇを有しており、指操作部２２は、歪ゲージ１１ｇが検出する情報に基づいて、操作特性が変化するようになっている他は、図１に示す第１の実施の形態の医療用マニピュレータ１と略同様の構成である。第５の実施の形態において、図１に示す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７０】
本実施の形態の歪ゲージ１１ｇは、図９に示すように、グリッパ１１の蝶番状に開閉する２部分１１ａ、１１ｂのそれぞれの薄肉部の表面側と裏面側とに貼付されている。
【００７１】
本実施の形態の指操作部２２は、図１０に示すように、グリッパ１１と略同様に蝶番状に開閉する指挿入部２２ｃ、２２ｄを有しており、指挿入部２２ｃ、２２ｄの開閉操作に抵抗トルクを与えるアクチュエータ２２ｍが設けられている。
【００７２】
本実施の形態においては、歪ゲージ１１ｇによって検出されるグリッパ１１に作用する力の情報に基づいてアクチュエータ２２ｍが駆動して、操作者の指による指挿入部２２ｃ、２２ｄの開閉操作に抵抗トルクを与えるようになっている。
【００７３】
本実施の形態によれば、手術中にグリッパ１１に作用する力が、指操作部２２に抵抗トルクとして還元されるため、操作性が極めて顕著に向上する。特に、カメラからのモニタ画像では、距離感を掴むことが困難であったが、本実施の形態では、実際の臓器の感覚を擬似的に得ることができるため、処置が極めて正確に行える。
【００７４】
なお、歪ゲージ１１ｇは、グリッパ１１の開閉する２部分１１ａ、１１ｂのうちの一方にのみ設けることも可能である。しかしながら、双方の部分に設ける方が、片方の部分にのみ作用力が存在する場合でも抵抗トルクを発生させることができるので好ましい。
【００７５】
また、指操作部２２には、アクチュエータ２２ｍの代わりに、指挿入部の中に振動素子等を取付けて、振動によってグリッパ１１に作用する力を還元して、操作特性を変化させてもよい。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、支持部によって処置部の支持姿勢が２自由度で変更可能である一方、操作指令部と作業部とが連結部によって機械的に接続されているため、操作性及び操作信頼性に優れる医療用マニピュレータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による医療用マニピュレータを示す概略斜視図。
【図２】図１のハンドル部分の操作中の状態を示す概略図。
【図３】本発明の第２の実施の形態による医療用マニピュレータを示す概略斜視図。
【図４】本発明の第３の実施の形態による医療用マニピュレータを示す概略斜視図。
【図５】図４のハンドル部分の要部を示す斜視図。
【図６】図４のハンドル部分の要部を示す正面図。
【図７】図４のハンドル部分の操作中の状態を示す概略図。
【図８】本発明の第４の実施の形態による医療用マニピュレータを示す概略斜視図。
【図９】本発明の第５の実施の形態による医療用マニピュレータのグリッパ部分を示す概略図。
【図１０】本発明の第５の実施の形態による医療用マニピュレータの指操作部を示す概略図。
【図１１】従来の医療用マニピュレータを示す概略図。
【符号の説明】
１ 医療用マニピュレータ
１０ 作業部
１０ｍ 駆動部
１１ グリッパ
１１ｇ 歪ゲージ
１２ ヨー軸関節支持部
１３ ピッチ軸関節支持部
２０ 操作指令部
２１ ハンドル
２１ａ 円弧部
２１ｂ 把持部
２１ｓ 基準台座部
２１ｈ 手クランプ部
２２ 指操作部
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ 指挿入部
２２ｍ アクチュエータ
２３ ヨー軸回動部
２４ 摺動支持部
２４ａ 揺動アーム
３０ 連結部
４０ 支持機構
４１ 高さ調節機構
４２ 水平回転部
４３ 円弧アーム
５０ 不動点
６０ 連結支持部
６１ 直線制動機構
６１ｓ 直線制動調節部
６２ 回転制動機構
６２ｓ 回転制動調節部
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療用マニピュレータに係り、とりわけ、機構が簡単化されると共に操作性に優れる医療用マニピュレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、胆のう摘出手術などの腹腔鏡下手術においては、図１１に示すように、患者１５０の腹部に小さな穴１５１、１５２、１５３を幾つかあけ、それらにトラカール１５４を取付け、トラカール１５４を介してそれらの孔に内視鏡１６１，鉗子１７１、１７２等を挿入し、術者（通常、外科医）１６０が内視鏡１６１の映像をモニタ１６２で見ながら手術を行っている。
【０００３】
このような手術方法は、開腹を必要としないため、患者への負担が少なく、術後の回復や退院までの日数が大幅に低減される。このため、このような手術方法は、適用分野の拡大が期待されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述の腹腔鏡下手術は、患者１５０への負担が少ないという点で優れた手術方法であるが、術者１６０が実際に術部を見れないという点が、場合によって問題となり得る。
【０００５】
また、鉗子１７１、１７２には、開閉するグリッパしか設けられておらず、グリッパの姿勢を変えることは困難で、操作性に乏しい。
【０００６】
以上の要因により、前述の手術方法で適切な処置を行えるのは、熟練した術者に限られる。また、手術方法に熟練するまでには、長期間を要する。
【０００７】
このような課題に対して、マスタースレーブマニピュレータ等の遠隔操作型ロボット技術を、医療分野へ応用することが研究されている。
【０００８】
遠隔操作型ロボット技術は、術者が操作するマスターアームと、実際に術部に操作を施すスレーブアームとが、完全に分離したロボットシステムであり、マスターアームの指令値が電気信号としてスレーブアームに伝わるものである。したがって、通常、マスターアームとスレーブアームとは、共に６自由度以上の関節数を有しており、それぞれの自由度に対応してコントローラが設けられており、電気的に多数の制御系、部品，配線を有する複雑なシステムとなっている。
【０００９】
複雑であるが故に、マスタースレーブマニピュレータシステムの操作に関する信頼性は、未だ十分に高いと言えるレベルにはない。また、システム自体が大掛かりであるため、購入費用やメンテナンス費用も高価である。さらに、マスタースレーブマニピュレータシステムでは、術者は患者から離れたところでマスターアームを操作するので、緊急時に直ちに患者に直接処置を施すことができない、という問題がある。
【００１０】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、機構を単純化して信頼性を向上させた医療用マニピュレータを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、姿勢操作部と処置操作部とを有する操作指令部と、一端側が前記操作指令部に接続され、軸方向に直線移動可能かつ軸周りに回転可能に支持機構の支持連結部に連結可能な棒状部材を有する連結部と、前記連結部の他端側に接続され、処置部と、前記処置部を２自由度に姿勢変更可能に支持する支持部と、を有する作業部と、前記姿勢操作部からの操作指令を前記支持部に送って前記処置部の姿勢を変更させると共に、前記処置操作部からの操作指令を前記処置部に送って前記処置部を作動させる制御部と、前記操作指令部と前記連結部との接続部分に設けられ、前記処置部の姿勢の変更のための動力及び前記処置部の作動のための動力を発生させる駆動部と、を備えることを特徴とする医療用マニピュレータである。
【００１２】
本発明によれば、支持部によって処置部の支持姿勢が２自由度に変更可能である一方、操作指令部と作業部とが連結部によって機械的に接続されているため、操作性及び操作信頼性に優れる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施の形態による医療用マニピュレータを示す構成概略図である。図１に示すように、本発明の第１の実施の形態の医療用マニピュレータ１は、作業部１０と、操作指令部２０と、両端が作業部１０と操作指令部２０とに接続された連結部３０とを備えている。
【００１５】
作業部１０は、術部に処置を施す処置部としてのグリッパ１１と、グリッパ１１を２自由度で姿勢変更可能に支持する支持部としてのヨー軸関節支持部１２及びピッチ軸関節支持部１３と、を有している。
【００１６】
図１に示すように、グリッパ１１は、蝶番状に開閉するように構成されている。あるいは、平行開閉する機構でもよい。ヨー軸関節支持部１２は、グリッパ１１の開閉軸部分を支持すると共に、当該開閉軸と平行な軸周りにグリッパ１１全体を回動するようになっている。ピッチ軸関節支持部１３は、ヨー軸関節支持部１２の全体を支持すると共に、グリッパ１１の開閉軸と垂直な軸周りにヨー軸関節支持部１２全体（グリッパ１１を伴う）を回動するようになっている。
【００１７】
操作指令部２０は、姿勢操作部としての指操作部２２と、処置操作部としてのハンドル２１とを有している。
【００１８】
指操作部２２は、ハンドル２１を握る手の親指と人差し指とが挿入される２つの指挿入部２２ａ、２２ｂを有している。当該２つの指挿入部２２ａ、２２ｂは、少なくとも一方が可動に構成され、両者の間隔が任意に変更可能となっている。指挿入部２２ａ、２２ｂは、互いに平行に移動する態様の他、蝶番状に回動する態様でもよい。
【００１９】
本実施の形態では、指挿入部２２ａ、２２ｂの間隔を調整することによって、グリッパ１１の開閉指令を行うようになっている。この場合、指挿入部２２ａ、２２ｂの間隔を検出する間隔センサ（図示せず）を設けると共に、指挿入部２２ａ、２２ｂの間隔が最も狭い状態をグリッパ１１の閉状態に対応させ、指挿入部２２ａ、２２ｂの間隔が最も広い状態をグリッパ１１の全開状態に対応させている。
【００２０】
ハンドル２１は、連結部３０側に配置される円弧部２１ａと、操作者の手によって握られる把持部２１ｂとを有している。円弧部２１ａと把持部２１ｂとは、ヨー軸回動部２３を介して接続されており、把持部２１ｂは円弧部２１ａに対して、把持部２１ｂ自身の実質的な中心軸周りに回動可能となっている。ヨー軸回動部２３には、図示しない角度検出センサが設けられている。これにより、本実施の形態の場合、当該センサによって検出される変位角度を、ヨー軸関節支持部１２の回動角度に対応させている。
【００２１】
前述の指挿入部２２ａ、２２ｂは、円弧部２１ａと干渉しないような配置関係で把持部２１ｂ側に取付けられ、把持部２１ｂの回動に伴って全体が回動可能となっている。
【００２２】
円弧部２１ａは、ヨー軸回動部２３の回動軸上の点２５を中心とした略半円状のアームとして形成されている。円弧部２１ａには、円弧部２１ａに沿って移動する摺動支持部２４が設けられている（実際には、摺動支持部２４に対して円弧部２１ａが動く）。連結部３０の一端は、摺動支持部２４に接続されている。摺動支持部２４と円弧部２１ａとの相対角度位置（摺動支持部２４を固定しての円弧部２１ａの位置）は、図示しない角度検出センサによって検出されるようになっている。これにより、本実施の形態の場合、当該センサによって検出される角度位置を、ピッチ軸関節支持部１３の回動角度位置に対応させている。
【００２３】
また、本実施の形態では、摺動支持部２４と連結部３０との間に駆動部１０ｍが取付けられている。図中の１０ｍは、駆動部の集合部分を示している。図中、制御部（制御装置）は図示されていない。駆動部１０ｍは、前述の間隔センサ、角度検出センサ（いずれも図示せず）からの検出信号に基づいて、対応する駆動部１１ｍ、１２ｍ及び１３ｍからの動力を、図示しないワイヤまたはプーリ等を介して、作業部１０の前述のグリッパ１１、ヨー軸関節支持部１２及びピッチ軸関節支持部１３に伝達するようになっている。
【００２４】
本実施の形態の場合、連結部３０は、棒状部材によって構成されている。連結部３０は、連結部３０の中心軸線が、ヨー軸回動部２３の回動軸上の円弧部２１ａの円弧中心２５を通るような配置関係で、摺動支持部２４に対して固定されている。また、連結部３０は、各駆動部１１ｍ、１２ｍ、１３ｍから作業部１０に至るワイヤ等を収容すべく、中空管状となっている。
【００２５】
連結部３０は、軸方向に直線移動可能かつ軸周りに回転可能に、支持機構４０の支持連結部６０に連結されている。支持機構４０の基端部（図示せず）は、天井、床またはベッドに固定されている。
【００２６】
本実施の形態の支持機構４０は、基端部側に対して上下動する高さ調節機構４１と、高さ調節機構４１の下端部に設けられ鉛直軸周りに回動する水平回動部４２と、水平回動部４２の外周に一端が接続された円弧アーム４３とを有している。水平回動部４２の回動軸は、連結部３０上の適宜の点５０の略鉛直上方に位置している。
【００２７】
円弧アーム４３は、実質的に鉛直面内に延びており、連結部３０上の前記点５０を中心とした上方側かつ操作指令部２０側の略４分の１円弧状に形成されている。
【００２８】
支持連結部６０は、このような円弧アーム４３に沿って移動可能な態様で、当該円弧アーム４３によって支持されている。これにより、連結部３０は、支持連結部６０とは異なる点５０を中心として、連結支持部６０が円弧アーム４３上を移動することによって鉛直方向に、水平回動部４２が回動することによって水平方向に、あるいは両者の複合方向に、揺動可能に支持されている。
【００２９】
なお、前述の点５０は、患者の腹部に形成された小孔部分に設定されることが好ましい。また、小孔部分には、図１に示すように、通常トラカール５３が設置されている。
【００３０】
次に、このような構成よりなる本実施の形態の作用について説明する。
【００３１】
図２に示すように、操作者は、ハンドル２１の把持部２１ｂを握り、指操作部２２の指挿入部２２ａ、２２ｂに親指と人差し指とを挿入する。
【００３２】
操作者が親指と人差し指との間隔を調整して、指挿入部２２ａ、２２ｂの間隔を変更すると、当該情報が間隔センサによって検出される。間隔センサによる検出信号は、制御装置（図示せず）に送られて処理され、対応する駆動力が駆動部１１ｍから作業部１０のグリッパ１１に伝達される。これにより、グリッパ１１の開閉角度が制御される。
【００３３】
一方、操作者がハンドル２１の把持部２１ｂを円弧部２１ａに対して回動させると、当該情報が角度センサによって検出される。角度センサによる検出信号は、制御装置（図示せず）に送られて処理され、対応する駆動力が駆動部１２ｍから作業部１０のヨー軸関節支持部１２に伝達される。これにより、ヨー軸関節支持部１２の回動角度が制御される。
【００３４】
一方、操作者がハンドル２１の円弧部２１ａを連結部３０と一体の摺動支持部２４に対して回動させると、当該情報が角度センサによって検出される。角度センサによる検出信号は、制御装置（図示せず）に送られて処理され、対応する駆動力が駆動部１３ｍから作業部１０のピッチ軸関節支持部１３に伝達される。これにより、ピッチ軸関節支持部１３の回動角度が制御される。
【００３５】
ヨー軸関節支持部１２の回動角度とピッチ軸関節支持部１３の回動角度とが任意に制御されることにより、グリッパ１１の姿勢を２自由度で制御することができる。グリッパ１１は、連結部３０をその中心軸周りに回転させることによって、さらに１自由度の姿勢変更が可能であり、結果として任意に制御することができる。
【００３６】
前述のように、グリッパ１１の姿勢の自由度は、ヨー軸関節支持部１２の回動と、ピッチ軸関節支持部１３の回動と、連結部３０全体の軸周りの回転と、の３つである。これら３つの自由度に対応して、操作者は、円弧部２１ａに対する把持部２１ｂの回動と、摺動支持部２４に対する円弧部２１ａの回動と、連結部３０全体の軸周りの回転と、を操作するようになっている。連結部３０全体の軸周りの回転は、ハンドル２１の全体を回転させることによって行われる。
【００３７】
本実施の形態では、把持部２１ｂの回動軸線と、円弧部２１ａの回動軸線と、連結部３０の回転軸線とが、１点にて交差しており、いわゆるジンバル機構を構成している。このため、操作部の点２５の位置をそのまま維持して姿勢のみを任意に３自由度で動かす操作が、極めて容易に実現できる。これに対応するように制御装置によって各関節を駆動すれば、ピッチ軸関節支持部１３と連結部３０との交点の位置を維持してグリッパ１１の姿勢を操作することが可能である。
【００３８】
例えば、針を術部に通したり、糸を掴む作業をする際に、グリッパ１１の姿勢を変える操作に伴ってグリッパ１１の位置が動いてしまったのでは、操作性が悪い。逆に、グリッパ１１の位置を変えようとする操作時にグリッパ１１の姿勢が変わってしまっても、操作性は悪い。これに対して、本実施の形態のようなジンバル機構では、位置の操作と姿勢の操作とが機構的に分離されるため、操作性が非常に良い。
【００３９】
位置の操作については、点５０を中心とした揺動運動及び連結部３０軸方向の前後移動のいずれについても、操作部２０と連結部３０とが機械的に一体となっていることにより、操作者がハンドル２１の全体を連結支持部６０に対して移動させることで容易に操作できる。
【００４０】
以上のように、本実施の形態によれば、ヨー軸関節支持部１２の回動とピッチ軸関節支持部１３の回動とによって、グリッパ１１の支持姿勢が２自由度で変更可能である一方、操作指令部２０と作業部１０とが連結部３０によって機械的に接続され、連結部３０の回転によるグリッパ１１の姿勢変更についてはハンドル２１を直接回転させることによって行うため、操作性と操作信頼性に優れる。
【００４１】
特に本実施の形態の場合、ジンバル機構を採用しているため、グリッパ１１の位置をそのまま維持して、姿勢のみを任意に３自由度で動かす操作が、極めて容易に実現できる。
【００４２】
また、操作者は、患者の様子を間近に見ながら手術を行えるので、緊急時等に迅速な対応をとることが可能である。
【００４３】
また、本実施の形態の医療用マニピュレータ１は、支持機構４０によって支持されており、操作者はマニピュレータ１の重量を基本的に支える必要がないため、操作指令部２０からの操作指令を高精度に行うことができる。
【００４４】
また、本実施の形態の医療用マニピュレータ１は、不動点５０を有するように構成されているため、不動点５０付近にトラカール５３が来るように高さ調節機構４１等を位置決めすれば、患者の腹部の小孔（貫通部）における変位が少なくなり、患者の負担をより低減することができる。
【００４５】
特に、不動点５０を中心とした円弧アーム４３の円弧半径を大きくとると、術部の周りの空間を広く確保することができるため、助手などの支援がより容易である。
【００４６】
なお、連結支持部６０が不動点５０を中心として揺動する機構については、本実施の形態のような水平回転部４２及び円弧アーム４３を利用する態様の他、リンク機構等を用いた構成も可能である。
【００４７】
なお、本実施の形態では、作業部１０がヨー軸関節支持部１２とピッチ軸関節支持部１３とを有しているが、いずれか一方を省略した態様も可能である。この場合、対応する指令操作部２０側の指令機構、すなわち、把持部２１ｂの円弧部２１ａに対する回動機構と摺動支持部２４の円弧部２１ａに対する摺動機構とのいずれか一方も省略され得る。
【００４８】
次に、本発明の第２の実施の形態の医療用マニピュレータについて図３を用いて説明する。図３は、第２の実施の形態の医療用マニピュレータの概略斜視図である。
【００４９】
図３に示すように、本実施の形態の医療用マニピュレータは、ハンドル２１が、円弧部２１ａと摺動支持部２４の代わりに、基準台座部２１ｓと揺動アーム２４ａとを有している他は、図１に示す第１の実施の形態の医療用マニピュレータ１と略同様の構成である。第２の実施の形態において、図１に示す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５０】
基準台座部２１ｓには、ヨー軸回動部２３を介して、把持部２１ｂが接続されている。本実施の形態の基準台座部２１ｓは、把持部２１ｂの下方側に配置されているが、上方側であってもよい。
【００５１】
揺動アーム部２４ａは、Ｌ字部材によって構成され、一端側が基準台座部２１ｓに回動可能に接続され、他端側に駆動部１０ｍ及び連結部３０が接続されている。揺動アーム部２４ａと基準台座部２１ｓとの回動軸線は、ヨー軸回動部２３の回動軸線と連結部３０の中心軸線との交点を通ると共に、両軸線に対して垂直となっている。
【００５２】
揺動アーム２４ａの基準台座部２１ｓに対しての角度位置は、図示しない角度検出センサによって検出されるようになっている。これにより、本実施の形態の場合、当該センサによって検出される角度を、ピッチ軸関節支持部１３の回動角度に対応させている。
【００５３】
本実施の形態においては、操作者がハンドル２１の把持部２１ｂを基準台座部２１ｓに対して回動させると、当該情報が角度検出センサによって検出される。角度検出センサによる検出信号は、制御装置（図示せず）に送られて処理され、対応する駆動力が駆動部１２ｍから作業部１０のヨー軸関節支持部１２に伝達される。これにより、ヨー軸関節支持部１２の回動角度が制御される。
【００５４】
一方、操作者がハンドル２１の基準台座部２１ｓを連結部３０と一体の揺動アーム２４ａに対して回動させると、当該情報が角度検出センサによって検出される。角度検出センサによる検出信号は、制御装置（図示せず）に送られて処理され、対応する駆動力が駆動部１３ｍから作業部１０のピッチ軸関節支持部１３に伝達される。これにより、ピッチ軸関節支持部１３の回動角度が制御される。
【００５５】
本実施の形態によれば、ハンドル２１の構成を簡単化することができ、医療用マニピュレータ１の製造が容易となる。
【００５６】
次に、本発明の第３の実施の形態の医療用マニピュレータについて図４乃至図７を用いて説明する。図４は、第３の実施の形態の医療用マニピュレータの概略斜視図である。図５は、図４のハンドルの要部を示す斜視図であり、図６は、図４のハンドルの要部を示す正面図であり、図７は、操作中のハンドル２１の概略図である。
【００５７】
図４乃至図７に示すように、本実施の形態の医療用マニピュレータは、ハンドル２１が、把持部２１ｂの代わりに、手クランプ部２１ｈを有している他は、図３に示す第２の実施の形態の医療用マニピュレータ１と略同様の構成である。第３の実施の形態において、図３に示す第２の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５８】
手クランプ部２１ｈは、断面Ｕ字状のバネ部材によって構成され、操作者の掌部分を挟み込んで操作者の掌と一体化されるように構成されている。
【００５９】
本実施の形態においては、操作者がハンドル２１の手クランプ部２１ｈを基準台座部２１ｓに対して回動させると、当該情報が角度検出センサによって検出される。角度検出センサによる検出信号は、制御装置（図示せず）に送られて処理され、対応する駆動力が駆動部１２ｍから作業部１０のヨー軸関節支持部１２に伝達される。これにより、ヨー軸関節支持部１２の回動角度が制御される。
【００６０】
一方、操作者がハンドル２１の基準台座部２１ｓを連結部３０と一体の揺動アーム２４ａに対して回動させると、当該情報が角度検出センサによって検出される。角度検出センサによる検出信号は、制御装置（図示せず）に送られて処理され、対応する駆動力が駆動部１３ｍから作業部１０のピッチ軸関節支持部１３に伝達される。これにより、ピッチ軸関節支持部１３の回動角度が制御される。
【００６１】
本実施の形態によれば、手クランプ部２１ｈによって操作者の手がハンドル２１に固定されるため、位置決め操作を意識することなくグリッパ１１の姿勢操作、開閉操作に一層集中することができ、作業性が更に向上する。
【００６２】
次に、本発明の第４の実施の形態の医療用マニピュレータについて図８を用いて説明する。図８は、第４の実施の形態の医療用マニピュレータの概略斜視図である。
【００６３】
図８に示すように、本実施の形態の医療用マニピュレータは、支持連結部６０が、連結部３０の軸方向の直線移動に対する直線制動機構６１と、連結部３０の軸周りの回転に対する回転制動機構６２と、を有しており、直線制動機構６１の制動力及び回転制動機構６２の制動力がそれぞれ変更可能となっている他は、図１に示す第１の実施の形態の医療用マニピュレータ１と略同様の構成である。第４の実施の形態において、図１に示す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６４】
本実施の形態の直線制動機構６１には、直線制動機構６１の制動力を変更するための直線制動調節部６１ｓが接続され、回転制動機構６２には、回転制動機構６２の制動力を変更するための回転制動調節部６２ｓが接続されている。
【００６５】
本実施の形態においては、操作者が、直線制動調節部６１ｓを操作することによって、直線制動機構６１の制動力を変更することにより、連結部３０の直線移動に対する制動力を調節することができる。また、操作者が、回転制動調節部６２を操作することによって、回転制動機構６２の制動力を変更することにより、連結部３０の回転に対する制動力を調節することができる。
【００６６】
本実施の形態によれば、作業内容に応じて、直線制動機構６１の制動力及び回転制動機構６２の制動力を調節することができるため、例えば微細作業時に大きい制動力とすることが可能で、術部近傍からのグリッパ１１のアプローチ作業時や、実際の処置動作のような微細作業時における操作性を、更に向上させることができる。
【００６７】
直線制動機構６１及び回転制動機構６２は、例えば電磁ブレーキのように、外部からオン、オフ可能なもので構成され得る。直線制動調節部６１ｓ及び回転制動調節部６２ｓは、フットスイッチ等で構成されることが好ましい。
【００６８】
次に、本発明の第５の実施の形態の医療用マニピュレータについて図９を用いて説明する。図９は、第５の実施の形態の医療用マニピュレータのグリッパ部分の概略図であり、図１０は、第５の実施の形態の医療用マニピュレータの指操作部の概略図である。
【００６９】
図９及び図１０に示すように、本実施の形態の医療用マニピュレータは、グリッパ１１が、処置状況に関する情報を検出するセンサとしての歪ゲージ１１ｇを有しており、指操作部２２は、歪ゲージ１１ｇが検出する情報に基づいて、操作特性が変化するようになっている他は、図１に示す第１の実施の形態の医療用マニピュレータ１と略同様の構成である。第５の実施の形態において、図１に示す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７０】
本実施の形態の歪ゲージ１１ｇは、図９に示すように、グリッパ１１の蝶番状に開閉する２部分１１ａ、１１ｂのそれぞれの薄肉部の表面側と裏面側とに貼付されている。
【００７１】
本実施の形態の指操作部２２は、図１０に示すように、グリッパ１１と略同様に蝶番状に開閉する指挿入部２２ｃ、２２ｄを有しており、指挿入部２２ｃ、２２ｄの開閉操作に抵抗トルクを与えるアクチュエータ２２ｍが設けられている。
【００７２】
本実施の形態においては、歪ゲージ１１ｇによって検出されるグリッパ１１に作用する力の情報に基づいてアクチュエータ２２ｍが駆動して、操作者の指による指挿入部２２ｃ、２２ｄの開閉操作に抵抗トルクを与えるようになっている。
【００７３】
本実施の形態によれば、手術中にグリッパ１１に作用する力が、指操作部２２に抵抗トルクとして還元されるため、操作性が極めて顕著に向上する。特に、カメラからのモニタ画像では、距離感を掴むことが困難であったが、本実施の形態では、実際の臓器の感覚を擬似的に得ることができるため、処置が極めて正確に行える。
【００７４】
なお、歪ゲージ１１ｇは、グリッパ１１の開閉する２部分１１ａ、１１ｂのうちの一方にのみ設けることも可能である。しかしながら、双方の部分に設ける方が、片方の部分にのみ作用力が存在する場合でも抵抗トルクを発生させることができるので好ましい。
【００７５】
また、指操作部２２には、アクチュエータ２２ｍの代わりに、指挿入部の中に振動素子等を取付けて、振動によってグリッパ１１に作用する力を還元して、操作特性を変化させてもよい。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、支持部によって処置部の支持姿勢が２自由度で変更可能である一方、操作指令部と作業部とが連結部によって機械的に接続されているため、操作性及び操作信頼性に優れる医療用マニピュレータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による医療用マニピュレータを示す概略斜視図。
【図２】図１のハンドル部分の操作中の状態を示す概略図。
【図３】本発明の第２の実施の形態による医療用マニピュレータを示す概略斜視図。
【図４】本発明の第３の実施の形態による医療用マニピュレータを示す概略斜視図。
【図５】図４のハンドル部分の要部を示す斜視図。
【図６】図４のハンドル部分の要部を示す正面図。
【図７】図４のハンドル部分の操作中の状態を示す概略図。
【図８】本発明の第４の実施の形態による医療用マニピュレータを示す概略斜視図。
【図９】本発明の第５の実施の形態による医療用マニピュレータのグリッパ部分を示す概略図。
【図１０】本発明の第５の実施の形態による医療用マニピュレータの指操作部を示す概略図。
【図１１】従来の医療用マニピュレータを示す概略図。
【符号の説明】
１ 医療用マニピュレータ
１０ 作業部
１０ｍ 駆動部
１１ グリッパ
１１ｇ 歪ゲージ
１２ ヨー軸関節支持部
１３ ピッチ軸関節支持部
２０ 操作指令部
２１ ハンドル
２１ａ 円弧部
２１ｂ 把持部
２１ｓ 基準台座部
２１ｈ 手クランプ部
２２ 指操作部
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ 指挿入部
２２ｍ アクチュエータ
２３ ヨー軸回動部
２４ 摺動支持部
２４ａ 揺動アーム
３０ 連結部
４０ 支持機構
４１ 高さ調節機構
４２ 水平回転部
４３ 円弧アーム
５０ 不動点
６０ 連結支持部
６１ 直線制動機構
６１ｓ 直線制動調節部
６２ 回転制動機構
６２ｓ 回転制動調節部
Claims (9)
- 姿勢操作部と処置操作部とを有し、操作者の手で操作する操作指令部と、
一端側が前記操作指令部に接続され、軸方向に直線移動可能かつ軸周りに回転可能に支持機構の支持連結部に連結可能な棒状部材を有する連結部と、
前記連結部の他端側に接続され、処置部と、前記処置部を２自由度に姿勢変更可能に支持する支持部と、を有する作業部と、
前記姿勢操作部からの操作指令を前記支持部に送って前記処置部の姿勢を変更させると共に、前記処置操作部からの操作指令を前記処置部に送って前記処置部を作動させる制御部と、
前記操作指令部と前記連結部との接続部分に設けられ、前記処置部の姿勢の変更のための動力及び前記処置部の作動のための動力を発生させる駆動部と、
を備えることを特徴とする医療用マニピュレータ。 - 前記連結部を軸方向に直線移動可能かつ軸周りに回転可能に連結する支持機構の支持連結部
を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の医療用マニピュレータ。 - 前記支持機構は、前記連結部を、前記支持連結部とは異なる点を揺動中心として揺動運動可能に支持している
ことを特徴とする請求項２に記載の医療用マニピュレータ。 - 前記姿勢操作部は、直交する２軸の各軸周りに回動する２つの回動部と、各回動部の回転変位角を検出する検出部と、を有しており、
前記姿勢操作部の前記直交する２軸の交点が、前記連結部の軸線上にある
ことを特徴とする請求項２または３に記載の医療用マニピュレータ。 - 前記支持連結部は、前記連結部の軸方向の直線移動に対する直線制動機構を有していることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の医療用マニピュレータ。
- 前記直線制動機構の制動力は、変更可能となっていることを特徴とする請求項５に記載の医療用マニピュレータ。
- 前記支持連結部は、前記連結部の軸周りの回転移動に対する回転制動機構を有していることを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の医療用マニピュレータ。
- 前記回転制動機構の制動力は、変更可能となっていることを特徴とする請求項７に記載の医療用マニピュレータ。
- 前記処置部は、処置状況に関する情報を検出するセンサを有しており、
前記処置操作部は、前記センサが検出する前記処置状況に関する情報に基づいて、操作特性が変化するようになっている
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の医療用マニピュレータ。
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