JP5327687B2 - 力覚提示機能を有する操縦システム - Google Patents

力覚提示機能を有する操縦システム Download PDF

Info

Publication number
JP5327687B2
JP5327687B2 JP2009502555A JP2009502555A JP5327687B2 JP 5327687 B2 JP5327687 B2 JP 5327687B2 JP 2009502555 A JP2009502555 A JP 2009502555A JP 2009502555 A JP2009502555 A JP 2009502555A JP 5327687 B2 JP5327687 B2 JP 5327687B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
operating device
link
slave
parallel
force
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2009502555A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2008108289A1 (ja
Inventor
健嗣 川嶋
耕太郎 只野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Institute of Technology NUC
Original Assignee
Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Institute of Technology NUC filed Critical Tokyo Institute of Technology NUC
Priority to JP2009502555A priority Critical patent/JP5327687B2/ja
Publication of JPWO2008108289A1 publication Critical patent/JPWO2008108289A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5327687B2 publication Critical patent/JP5327687B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B34/37—Master-slave robots
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/76—Manipulators having means for providing feel, e.g. force or tactile feedback
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/02—Hand grip control means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • B25J17/0258—Two-dimensional joints
    • B25J17/0266—Two-dimensional joints comprising more than two actuating or connecting rods
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J3/00—Manipulators of master-slave type, i.e. both controlling unit and controlled unit perform corresponding spatial movements
    • B25J3/04—Manipulators of master-slave type, i.e. both controlling unit and controlled unit perform corresponding spatial movements involving servo mechanisms
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28—Surgical forceps
    • A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A61B2017/2926—Details of heads or jaws
    • A61B2017/2927—Details of heads or jaws the angular position of the head being adjustable with respect to the shaft
    • A61B2017/2929—Details of heads or jaws the angular position of the head being adjustable with respect to the shaft with a head rotatable about the longitudinal axis of the shaft
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B2034/304—Surgical robots including a freely orientable platform, e.g. so called 'Stewart platforms'
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B2034/305—Details of wrist mechanisms at distal ends of robotic arms
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/06—Measuring instruments not otherwise provided for
    • A61B2090/064—Measuring instruments not otherwise provided for for measuring force, pressure or mechanical tension
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/50—Supports for surgical instruments, e.g. articulated arms
    • A61B2090/506—Supports for surgical instruments, e.g. articulated arms using a parallelogram linkage, e.g. panthograph
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/20—Control lever and linkage systems
    • Y10T74/20207—Multiple controlling elements for single controlled element
    • Y10T74/20305—Robotic arm

Description

本発明は、主操作装置の手動操作に倣った従操作装置の自動操作を通信によりバイラテラル制御可能な操縦システムに関し、特に力覚提示機能を有する操縦システムに関する。
近年、外科手術において、患者の痛みの低減入院期間の短縮や傷跡の縮小などのＱＯＬ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｌｉｆｅ）の重視の観点から、内視鏡手術が広く行なわれている。内視鏡手術とは、術者が細い筒（トロッカール）から鉗子類を入れ、腹腔鏡の映像を観察しながら手術を行うものである。開腹手術より傷口が小さくて済むことから、患者への負担が少ない。しかし、腹壁を支点として鉗子類を動かすために鉗子先端の自由度が不足し、対象物への自由なアプローチが容易ではないことから、高度な技術を必要とする。そこで、術者の負担を軽減することを目的として、ロボット技術により鉗子先端を多自由度化した多自由度鉗子システムの研究が盛んに行われている。
製品化された多自由度鉗子システムで用いられているマスタ・スレーブ方式は、鉗子の遠隔操作が可能である、直感的操作に優れている等の利点を有している。更に、より正確で安全な作業のために、術者への力覚提示が望まれており、鉗子先端付近にカセンサを用いた研究が行なわれている。しかし、上記多自由度鉗子システムは、マスタ及びスレーブの駆動に電動アクチュエータを用いており、減速比が高いために微細な力を術者に提示することができない、可動範囲が狭く、装置が大型である等の欠点を有している。また、小型化、滅菌、較正等の実用面を考慮すると鉗子へのカセンサの取り付けは容易ではない。
そこで、マスタ及びスレーブの駆動に空気圧アクチュエータを用いた多自由度鉗子システムの研究が行なわれている。空気圧アクチュエータは、非線形特性を有しているため制御性能の観点からは電動アクチュエータに劣るが、受動的な柔らかさを有している、質量対出力比が高く減速機無しに大きな力を発生できる等の利点を有している。例えば、空気圧シリンダを用いた３自由度鉗子マニピュレータをスレーブに備え、鉗子先端に生じる外力を力センサを用いずに空気圧シリンダ内の圧力値から推定する多自由度鉗子システムが提案されている（非特許文献１参照）。更に、上記３自由度鉗子マニピュレータを腹腔外で保持、駆動する３自由度の空気圧マニピュレータを備えた多自由度鉗子システムが提案されている（非特許文献２参照）。
空気圧サーボを用いた力センシング機能を有する多自由度鉗子システムのバイラテラル制御，日本コンピュータ外科学会誌，ｐｐ２５〜３１，（２００５），只野耕太郎，川嶋健嗣 空気圧駆動多自由度鉗子による力覚提示機能を有するマスタスレーブシステムの開発−鉗子保持マニピュレータの開発−，ロボティクス・メカトロニクス講演会，１Ａ１−Ａ０３，（２００６），只野耕太郎，川嶋健嗣
上述した前者の多自由度鉗子システムは、鉗子マニピュレータが３自由度しかなく、そのままでは人間の手の動きを再現することは困難である。また、前者及び後者の多自由度鉗子システムの鉗子マニピュレータは、空気圧シリンダの直動を回転に変換する機構を有していることから軽量化が難しい。更に、マスタがスレーブと同構造であるが、これは必ずしも操作性において最適な形状ではない。
本発明は、上記のような課題に鑑みなされたものであり、その目的は、操作性に優れた小型軽量の力覚提示機能を有する操縦システムを提供することにある。
上記目的達成のため、本発明の力覚提示機能を有する操縦システムでは、主操作装置の手動操作に倣った従操作装置の自動操作を通信によりバイラテラル制御可能な操縦システムであって、前記主操作装置は、電気駆動系による速度制御を主とし、前記従操作装置は、空気圧駆動系による力制御を主とし、前記従操作装置側に働く力を前記主操作装置側で力覚提示することを特徴としている。これにより、主操作装置においては、使用者の動作帯域では主操作装置のダイナミクスや自重の補償が不要となり、電気駆動系特有の高精度、広帯域の位置制御を行うことができ、従操作装置においては、空気圧駆動系特有の非線形特性により受動的な柔らかさを有し、質量対出力比が高く大きな力を発生させることができる。
また、前記主操作装置は、３自由度の並進部と、当該並進部に連結された４自由度の姿勢部とを備え、前記従操作装置は、３自由度の保持部と、当該保持部に保持された４自由度の挟持部とを備えていることを特徴としている。また、前記並進部は、デルタ機構で構成され、前記姿勢部は、ジンバル機構で構成され、前記保持部は、平行リンク機構とジンバル機構の組み合わせで構成され、前記挟持部は、ワイヤ機構で構成されていることを特徴としている。これにより、主操作装置側での人間の手の動きを従操作装置側で再現することができる。また、主操作装置と従操作装置は互いに異構造となるので、操作性において最適な形状とすることができる。また、前記挟持部は、揺動駆動する空気圧アクチュエータと、当該空気圧アクチュエータに接続されたワイヤとを備え、前記空気圧アクチュエータによる前記ワイヤの引張動作により駆動されることを特徴としている。これにより、挟持部は空気圧アクチュエータの揺動をそのまま伝達駆動することができるので、従操作装置を軽量化することができる。
また、前記挟持部に働く力は、前記空気圧アクチュエータのバックドライバビリティを利用し、それぞれの駆動力から推定されることを特徴としている。これにより、挟持部に力センサを取り付ける必要が無くなるので、挟持部を小型化することができ、挟持部の滅菌作業が容易となり、挟持部の較正が不要になるという効果を得ることができる。また、前記従操作装置は、コンプライアンスを持たせた制御が行われることを特徴としている。これにより、従操作装置側における過大な力の発生を避けることができる。また、前記主操作装置は、力制御ループに運動制御ループを内包した運動制御型のインピーダンス制御が行われ、前記従操作装置は、運動制御ループに力制御ループを内包した力制御型のインピーダンス制御が行われることを特徴としている。これにより、主操作装置側にて適度の粘性効果を持たせることで安定した動作を実現することができる。また、前記主操作装置の手動操作に倣った前記従操作装置の自動操作が、有線通信によりバイラテラル制御されることを特徴としている。これにより、主操作装置により従操作装置をインターネットを使用して遠隔操作することができる。また、従操作装置は、以下の（１）及び（２）により制御されることを特徴とする。（１）従操作装置の先端が発生すべき力ｆｄｒを次式により計算する。ｆｄｒ＝Ｋｄ（ｘｓ−ｘｍ）＋Ｂｄ ｄｘｓ／ｄｔ（ここで、Ｋｄ：従操作装置の設定剛性、ｘｓ：従操作装置の先端の位置及び姿勢、ｘｍ：主操作装置の先端の位置及び姿勢、Ｂｄ：従操作装置の設定粘性）、（２）空気圧駆動系の駆動トルクの目標値τｄｒｒｅｆを次式により計算する。τｄｒｒｅｆ＝−Ｊｓ（転置）ｆｄｒ＋Ｚ（ｑｓ，ｄｑｓ／ｄｔ，ｄ２ｑｓ／ｄｔ２）（ここで、Ｊｓ：従操作装置の関節変位から先端位置までのヤコビ行列、Ｚ：従操作装置の逆動力学関数、ｑｓ：従操作装置の各関節の変位、ｄｑｓ／ｄｔ，ｄ２ｑｓ／ｄｔ２：主操作装置からの目標軌道値を用いる）。また、主操作装置は、以下の方法により制御されることを特徴とする。ｄｘｍ／ｄｔを次式により計算する。ｄｘｍ／ｄｔ＝（ｆｍ−ｆｓ）／Ｃｄ（ここで、ｆｍ：術者が主操作装置の先端に加える力、ｆｓ：従操作装置の先端が発生すべき力ｆｄｒを用いる、Ｃｄ：主操作装置の設定粘性）。また、従操作装置は、以下の方法により制御されることを特徴とする。空気圧駆動系の駆動トルクの目標値τｄｒｒｅｆを次式により計算する。τｄｒｒｅｆ＝−Ｊｓ（転置）ｆｄｒ＋Ｚ（ｑｓ，ｄｑｓ／ｄｔ，ｄ ２ ｑｓ／ｄｔ ２ ）（ここで、Ｊｓ：従操作装置の関節変位から先端位置までのヤコビ行列、ｆｄｒ：従操作装置の先端が発生すべき力、Ｚ：従操作装置の逆動力学関数、ｑｓ：従操作装置の各関節の変位、ｄｑｓ／ｄｔ，ｄ ２ ｑｓ／ｄｔ ２ ：主操作装置からの目標軌道値を用いる）。また、従操作装置は、以下の方法により制御されることを特徴とする。空気圧駆動系の駆動トルクの目標値を、逆動力学関数［Ｚ（ｑｓ，ｄｑｓ／ｄｔ，ｄ ２ ｑｓ／ｄｔ ２ ）］を含む式により計算する。（ここで、ｑｓ：従操作装置の各関節の変位、ｄｑｓ／ｄｔ，ｄ ２ ｑｓ／ｄｔ ２ ：主操作装置からの目標軌道値を用いる）。また、従操作装置は、以下の方法により制御されることを特徴とする。空気圧駆動系の駆動トルクの目標値を、ｄｑｓ／ｄｔとｄ ２ ｑｓ／ｄｔ ２ を含む式により計算する。（ここで、ｑｓ：従操作装置の各関節の変位、ｄｑｓ／ｄｔ，ｄ ２ ｑｓ／ｄｔ ２ ：主操作装置からの目標軌道値を用いる）。
本発明の一実施の形態に係る力覚提示機能を有する操縦システムを示す概略構成図である。 図１のマスタマニピュレータの外観を示す斜視図である。 図２の並進部を示す斜視図である。 図２の姿勢部を示す斜視図である。 図１のスレーブマニピュレータの外観を示す斜視図である。 図５の保持部を示す斜視図、及び空気圧シリンダ駆動用の空気圧回路を示す図である。 図５の挟持部を示す斜視図である。 図７の鉗子部を示す斜視図である。 図７の鉗子保持部を示す斜視図である。 多自由度鉗子システムの制御ブロック線図である。
３１ コンピュータ、３２ サーボアンプリファイア、７１ コンピュータ、７２ サーボバルブ、７３ 空気源、７４ 圧力計、１００ 多自由度鉗子システム、１０１ マスタマニピュレータ、１０３ マスタ制御部、１０５ スレーブマニピュレータ、１０７ スレーブ制御部、１１０ 並進部、１１２ モータ、１１３ リンク、１１４ 平行リンク、１２０ 姿勢部、１２２ 第１モータ、１２４ 第２モータ、１２６ 第３モータ、１２９ 力センサ、１３２ 操作子、１５０ 保持部、１５３ 平行リンク、１５５、１５６、１５７ 空気圧シリンダ、１６０ 挟持部、１７０ 鉗子部、１７１ 鉗子軸、１７２ 鉗子爪保持部、１７３、１７４ 鉗子爪、１８０ 鉗子保持部、１８２、１８３、１８４、１８５ 空圧揺動アクチュエータ、１８６、１８７、１８８、１８９ ロータリーエンコーダ及び圧力センサ、１９１、１９２ 圧力計、１９３ サーボバルブ、１９４ レギュレータ、１９５ 空気源
本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図１は、本発明の一実施の形態に係る力覚提示機能を有する操縦システムを示す概略構成図である。この力覚提示機能を有する操縦システムは、多自由度鉗子システム１００であり、マスタマニピュレータ（主操作装置）１０１、マスタ制御部１０３、スレーブマニピュレータ（従操作装置）１０５及びスレーブ制御部１０７を備えている。この多自由度鉗子システム１００は、マスタマニピュレータ１０１の手動操作に倣ったスレーブマニピュレータ１０５の自動操作を、マスタ制御部１０３とスレーブ制御部１０７との間の有線通信により遠隔制御可能な遠隔操縦システムである。
マスタマニピュレータ１０１は、駆動に電動アクチュエータを使用した電気駆動系による位置決め制御を主としており、デルタ機構で構成された３自由度の並進部１１０と、当該並進部１１０に連結され、ジンバル機構で構成された４自由度の姿勢部１２０とを備えている。一方、スレーブマニピュレータ１０５は、駆動に空気圧アクチュエータを使用した空気圧駆動系による力制御を主としており、平行リンク機構とジンバル機構の組み合わせで構成された３自由度の保持部１５０と、当該保持部１５０に保持された４自由度の挟持部１６０とを備えている。
電動アクチュエータ、特に高減速比のギヤと電動モータの組合せを用いた場合、空気圧シリンダと比較して高精度、広帯域の位置制御が可能であり、運動制御ベースの力制御を適用することで、術者の動作帯域ではマスタマニピュレータ１０１のダイナミクスや自重の補償が不要となる等の利点を有している。一方、空気圧アクチュエータは、非線形特性を有しているため制御性能の観点からは電動アクチュエータに劣るが、受動的な柔らかさを有している、質量対出力比が高く減速機無しに大きな力を発生できる等の利点を有している。
マスタ制御部１０３は、コンピュータ３１及びサーボアンプリファイア３２を備えている。スレーブ制御部１０７は、コンピュータ７１、サーボバルブ７２、空気源７３及び圧力計７４を備えている。マスタ制御部１０３側のコンピュータ３１は、マスタマニピュレータ１０１の各エンコーダの信号ＳＰＭから運動学計算により得られた先端位置信号を、ＵＤＰ／ＩＰ通信によりスレーブ制御部１０７側のコンピュータ７１へ送信する。スレーブ制御部１０７側のコンピュータ７１は、受信した位置信号に基づいて、制御信号ＳＣＳをサーボバルブ７２へ送信する。そして、サーボバルブ７２は、受信した制御信号ＳＣＳに基づいて、空気源７３からの圧縮空気ＣＰＡを調整してスレーブマニピュレータ１０５へ供給し、マスタマニピュレータ１０１の手動操作に倣ったスレーブマニピュレータ１０５の自動操作を制御する。
一方、スレーブ制御部１０７側のコンピュータ７１は、計算された先端の発生力の目標値を、ＵＤＰ／ＩＰ通信によりマスタ制御部１０３側のコンピュータ３１へ送信する。マスタ制御部１０３側のコンピュータ３１は、受信した力信号に基づいて、制御信号ＳＣＭをサーボアンプリファイア３２へ送信する。そして、サーボアンプリファイア３２は、受信した制御信号ＳＣＭに基づいて、スレーブマニピュレータ１０５側に働く力をマスタマニピュレータ１０１側で力覚提示する。
図２は、上記マスタマニピュレータ１０１の外観を示す斜視図、図３は、上記並進部１１０を示す斜視図、図４は、上記姿勢部１２０を示す斜視図である。このマスタマニピュレータ１０１は、図２に示すように、図示しない筐体等にネジ止め固定される並進部１１０に姿勢部１２０がネジ止め固定されており、スレーブマニピュレータ１０５とは、自由度は同じ７自由度であるが、構造はパラレルリンク機構という異構造であってコンパクト化を実現している。
並進部１１０は、図２及び図３に示すように、円形状の設置板１１１、３台のモータ１１２、３本のリンク１１３、３組の平行リンク１１４及び三角形状の固定板１１５を備えている。設置板１１１は、外周縁近傍に等角度間隔で複数の貫通穴１１１ａが穿孔されており、これらの貫通穴１１１ａにボルト１１１ｂが挿入されて筐体等にネジ止め固定されている。そして、設置板１１１は、３台のモータ１１２が、外周縁より内側の円周上に等角度（１２０度）間隔で配置され、且つモータ軸１１２ａが当該配置円周接線方向を向くように配置されてネジ止め固定されている。モータ１１２は、ハーモニックギヤとエンコーダを内蔵したＡＣサーボモータである。
リンク１１３は、一端（後端）がモータ軸１１２ａに固定され、他端（先端）に当該リンク軸と直交するように軸受１１３ａが固定されている。平行リンク１１４は、２本のリンク１１４ａと２本のリンク軸１１４ｂで構成されており、２本のリンク１１４ａが所定間隔で互いに平行移動可能なように、２本のリンク１１４ａの各端部同士が２本のリンク軸１１４ｂの両端部にそれぞれ回転自在に軸支されている。そして、一方のリンク軸１１４ｂは、リンク１１３の先端に固定されている軸受１１３ａに嵌入されている。固定板１１５は、三角形の各頂点に配置される軸受１１５ａが、リンク１１３の軸受１１３ａの軸と平行になるように固定されている。そして、他方のリンク軸１１４ｂは、固定板１１５の各頂点に固定されている軸受１１５ａに嵌入されている。
以上のような構成の並進部１１０は、リンク１１３がモータ１１２のモータ軸１１２ａを中心に図３の矢印ａ方向に旋回自在となり、平行リンク１１４がリンク１１３の先端を中心にリンク１１３の旋回方向ａと同方向及びそれと直交する図３の矢印ｂ方向に旋回自在となり、固定板１１５が平行リンク１１４の先端を中心にリンク１１３の旋回方向ａと同方向に旋回自在となる、全体で３自由度のデルタ機構である。従って、並進部１１０は、並進駆動に高い発生力が得られ、位置によらず姿勢が変化しないという特徴を有している。
姿勢部１２０は、図２及び図４に示すように、側面視Ｌ字状の取付板１２１、第１モータ１２２、側面視Ｕ字状の第１モータ固定板１２３、第２モータ１２４、側面視Ｌ字状の第２モータ固定板１２５、第３モータ１２６、側面視Ｌ字状の第３モータ固定板１２７、円柱状の回転アーム１２８、力センサ１２９、側面視Ｌ字状の力センサ固定板１３０、角柱状の操作子支持アーム１３１及び棒状の操作子１３２を備えている。取付板１２１は、一端に複数の貫通穴１２１ａが穿孔されており、これらの貫通穴１２１ａにボルト１２１ｂが挿入されて固定板１１５にネジ止め固定されている。そして、取付板１２１の他端には、第１モータ１２２がネジ止め固定された第１モータ固定板１２３が、モータ軸１２２ａと固定板１１５とが平行になるようにネジ止め固定されている。
第２モータ固定板１２５の一端は、第１モータ１２２のモータ軸１２２ａに固定され、第２モータ固定板１２５の他端には、第２モータ１２４が、モータ軸１２４ａと第１モータ１２２のモータ軸１２２ａとが直交するようにネジ止め固定されている。第３モータ固定板１２７の一端は、第２モータ１２４のモータ軸１２４ａに固定され、第３モータ固定板１２７の他端には、第３モータ１２６が、モータ軸１２６ａと第１モータ１２２のモータ軸１２２ａと第２モータ１２４のモータ軸１２４ａとが互いに直交するようにネジ止め固定されている。回転アーム１２８は、軸方向が第３モータ１２６のモータ軸１２６ａの軸方向を向くようにして、回転アーム１２８の後端が第３モータ１２６のモータ軸１２６ａに連結固定されている。
力センサ１２９は、回転軸１２９ａが第３モータ１２６のモータ軸１２６ａと直交するようにして、回転アーム１２８の先端に力センサ固定板１３０を介して固定されている。操作子支持アーム１３１は、後端が力センサ１２９の回転軸１２９ａ周りを回転自在となるように回転アーム１２８の先端に軸支されている。操作子１３２は、中空円筒状の本体１３２ａと、この本体１３２ａ内に挿入されて軸方向にスライド自在な中実円筒状のスライダ１３２ｂを備え、本体１３２ａの先端が操作子支持アーム１３１の先端にて力センサ１２９の回転軸１２９ａと同方向に回転自在となるように軸支され、スライダ１３２ｂの先端が回転アーム１２８の略中央に穿設された穴１２８ａに挿入固定されている。第１モータ１２２、第２モータ１２４及び第３モータ１２６は、ハーモニックギヤとエンコーダを内蔵したＡＣサーボモータである。力センサ１２９は、それぞれ直交した３軸方向の並進力と、各軸周りのモーメントとを検出可能な６軸力センサである。
以上のような構成の姿勢部１２０は、第２モータ固定板１２５が第１モータ１２２のモータ軸１２２ａを中心に図４のα方向に旋回自在となり、第３モータ固定板１２７が第２モータ１２４のモータ軸１２４ａを中心に図４のβ方向に旋回自在となり、回転アーム１２８が第３モータ１２６のモータ軸１２６ａを中心に図４のγ方向に回転自在となる。更に、操作子支持アーム１３１が力センサ１２９の回転軸１２９ａを中心に図４のδ方向に旋回自在となり、操作子１３２の本体１３２ａは、術者の操作によりスライダ１３２ｂに沿って軸方向（図４のＡ方向）にスライド自在となる、全体で４自由度のシリアル型のジンバル機構である。従って、姿勢部１２０は、人間の手首の動きをカバーする広い可動範囲を実現することができるという特徴を有している。
図５は、上記スレーブマニピュレータ１０５の外観を示す斜視図、図６は、上記保持部１５０を示す斜視図、図７は、上記挟持部１６０を示す斜視図である。このスレーブマニピュレータ１０５は、図５に示すように、図示しない筐体等にネジ止め固定される保持部１５０に挟持部１６０がネジ止め固定されており、マスタマニピュレータ１０１とは、自由度は同じ７自由度であるが、構造は２組の平行リンク機構とジンバル機構を組み合わせ及びワイヤ機構の異構造であってコンパクト化を実現している。
保持部１５０は、図５及び図６に示すように、矩形状の台座１５１、平行リンク支持軸１５２、２組の平行リンク１５３、挟持部支持台１５４、３台の空気圧シリンダ（空気圧アクチュエータ）１５５、１５６、１５７及び３つのシリンダ固定板１５８ａ、１５８ｂ、１５８ｃを備えている。台座１５１上には、平行リンク支持軸１５２を回転自在に支持する２つの軸受１５１ａが所定間隔をあけて配置されて固定されていると共に、第１の空気圧シリンダ１５５のロッド１５５ａの先端に固定されたブロック１５５ａｂを回転自在に軸支するロッド支持部１５１ｂが軸受１５１ａの間に配置されて固定されている。平行リンク支持軸１５２の略中央には、第１の空気圧シリンダ１５５の本体１５５ｂを一端で支持する側面視Ｌ字状のシリンダ固定板１５８ａの他端が固定されている。
平行リンク支持軸１５２の両端には、平行リンク１５３を構成する２本のリンク１５３ａ、１５３ｂの一端が回転自在に軸支されている。２本のリンク１５３ａ、１５３ｂが平行を保った状態で、平行リンク１５３を構成する１本のリンク１５３ｃの一端がリンク１５３ｂの他端に回転自在に軸支されていると共に、リンク１５３ｃの略中央がリンク１５３ａの略中央に回転自在に軸支されている。平行リンク１５３を構成する１本のリンク１５３ｄの一端がリンク１５３ａの他端に回転自在に軸支されている。そして、２本のリンク１５３ｃ、１５３ｄが平行を保った状態で、リンク１５３ｃ、１５３ｄの他端がシリンダ固定板１６０に回転自在に軸支されている。
リンク１５３ｂとリンク１５３ｃの軸支部には、第２の空気圧シリンダ１５６の本体１５６ｂを一端で支持する側面視Ｌ字状のシリンダ固定板１５８ｂの他端が回転自在に軸支されている。そして、リンク１５３ａの両端間には、第２の空気圧シリンダ１５６のロッド１５６ａの先端に固定された図示しないブロックが回転自在に軸支されている。第３の空気圧シリンダ１５７の本体１５７ｂを一端で支持する側面視Ｌ字状のシリンダ固定板１５８ｃには、挟持部支持台１５４が第３の空気圧シリンダ１５７のロッド１５７ａの移動方向にスライド自在に取り付けられている。そして、第３の空気圧シリンダ１５７のロッド１５７ａの先端が、挟持部支持台１５４の上部に固定された固定板１５４ａに固定されている。空気圧シリンダ１５５、１５６、１５７は、復動片ロッドの低摩擦シリンダである。
図６に示すように、空気圧シリンダ１５５、１５６、１５７の両室は、5ポート（供給ポート、制御ポート2、排気ポート2の合計5つのポート）の流量制御型サーボバルブ１９３の制御ポートと接続されている。制御信号によって、サーボバルブ１９３の制御ポートの開度を調整し、供給ポートから空気圧シリンダ１５５、１５６、１５７の一方の部屋へ流入する流量を調整する。同時にもう一方の部屋内の空気は、サーボバルブ１９３のもう一つの制御ポートから排気ポートを通して大気に開放される。これによって、空気圧シリンダ両室の差圧を制御する。
以上のような構成の保持部１５０は、平行リンク１５３が、第１の空気圧シリンダ１５５の作用により平行リンク支持軸１５２を中心に図６のφ方向に旋回自在になると共に、第２の空気圧シリンダ１５６の作用により平行リンク支持軸１５２とリンク１５３ａ、１５３ｂの軸支部を中心に図６のψ方向に旋回自在となり、挟持部支持台１５４が、第３の空気圧シリンダ１５７の作用により図６のρ方向にスライド自在となる、全体で３自由度の平行リンク機構とジンバル機構の組み合わせである。従って、保持部１５０は、腹腔鏡手術の際に被術者の腹部に装着するトロッカー部が不動点となるように設計することができるので、鉗子の挿入孔部分を直接支持する必要がなく、鉗子の挿入孔における生体への負荷を最小限にして駆動可能であり、運動学演算においてトロッカー部のポートの位置座標を必要としないという特徴を有している。尚、一部カウンタウエイト１５９により機械的に自重補償を行っている。
挟持部１６０は、図５及び図７に示すように、鉗子部１７０と鉗子保持部１８０を備えており、更に図８の鉗子部１７０を示す斜視図及び図９の鉗子保持部１８０を示す斜視図も参照して説明する。鉗子部１７０は、棒状の鉗子軸１７１、鉗子爪保持部１７２及び２つの鉗子爪１７３、１７４を備えている。鉗子軸１７１は、後端が鉗子保持部１８０に回転自在に軸支されている。鉗子爪保持部１７２は、一端が鉗子軸１７１の先端に鉗子軸１７１の回転軸と直交する方向に配置された回転軸１７２ａを中心に回転自在に軸支されている。鉗子爪１７３、１７４は、一端が鉗子爪保持部１７２の他端に鉗子軸１７１の回転軸及び鉗子爪保持部１７２の回転軸１７２ａの両者に直交する方向に配置された回転軸１７３ａ、１７４ａを中心に回転自在に軸支されている。
鉗子保持部１８０は、箱状の保持体１８１、４台の空圧揺動アクチュエータ（空気圧アクチュエータ）１８２、１８３、１８４、１８５、４台のロータリーエンコーダ及び圧力センサ１８６、１８７、１８８、１８９、４つの駆動プーリ１９０、１９１、１９２、１９３、１つの被駆動プーリ１９４及び３つの方向変換プーリ１９５、１９６、１９７を備えている。保持体１８１は、保持部１５０の挟持部支持台１５４にネジ止め固定される。そして、保持体１８１の側面１８１ａに設けられた穴を覆うように取り付けられた軸受１８１ｂには、鉗子軸１７１が貫通挿入されて回転自在に軸支され、鉗子軸１７１の後端に被駆動プーリ１９４が固定されている。
第１〜第４の空圧揺動アクチュエータ１８２、１８３、１８４、１８５は、円筒状の本体１８２ａ、１８３ａ、１８４ａ、１８５ａと、その中心に所定角度範囲内で揺動自在な軸を有し、当該揺動軸から本体内周面まで伸びる図示しない揺動片と、当該揺動軸から本体内周面まで伸びる図示しない仕切り板を備えている。そして、本体１８２ａ、１８３ａ、１８４ａ、１８５ａの周面に設けられた２つの空気給排気口１８２ｂ、１８２ｃ、１８３ｂ、１８３ｃ、１８４ｂ、１８４ｃ、１８５ｂ、１８５ｃから揺動片と仕切り板で区切られた２つの区画室に対し、空気を給排気することにより揺動片を揺動させて揺動軸と連結された回転軸１８２ｄ、１８３ｄ、１８４ｄ、１８５ｄを所定角度範囲内で回転させる。
第１〜第３のロータリーエンコーダ及び圧力センサ１８６、１８７、１８８が連結された第１〜第３の空圧揺動アクチュエータ１８２、１８３、１８４は、回転軸１８２ｄ、１８３ｄ、１８４ｄが保持体１８１の側面１８１ａと直交する側面１８１ｃに並設された３つの穴１８１ｄを貫通するように側面１８１ｃに並列に取り付けられ、回転軸１８２ｄ、１８３ｄ、１８４ｄの先端に第１〜第３の駆動プーリ１９０、１９１、１９２が並列固定されている。第１〜第３の方向変換プーリ１９５、１９６、１９７は、側面１８１ｃの内側に第１〜第３の駆動プーリ１９０、１９１、１９２と並列に軸支されている。そして、図示しない無端の３本のワイヤが、第１〜第３の駆動プーリ１９０、１９１、１９２に掛けられ、第１〜第３の方向変換プーリ１９５、１９６、１９７を介して鉗子爪保持部１７２の回転軸１７２ａ及び２つの鉗子爪１７３、１７４の回転軸１７３ａ、１７４ａにそれぞれ架け渡され、第１〜第３の駆動プーリ１９０、１９１、１９２と鉗子爪保持部１７２の回転軸１７２ａ及び２つの鉗子爪１７３、１７４の回転軸１７３ａ、１７４ａにそれぞれ固定されている。
第４のロータリーエンコーダ及び圧力センサ１８９が連結された第４の空圧揺動アクチュエータ１８５は、回転軸１８５ｄが鉗子軸１７１と平行になって保持体１８１の側面１８１ａに設けられた穴を貫通するように側面１８１ａに取り付けられ、回転軸１８５ｄの先端に第４の駆動プーリ１９３が被駆動プーリ１９４と並列固定されている。そして、図示しない無端のワイヤが、第４の駆動プーリ１９３と被駆動プーリ１９４の間に架け渡されて第４の駆動プーリ１９３と被駆動プーリ１９４にそれぞれ固定されている。
以上のような構成の挟持部１６０は、鉗子爪保持部１７２が、第１の空圧揺動アクチュエータ１８２の作用により回転軸１７２ａを中心に図８のζ方向に回転自在となり、２つの鉗子爪１７３、１７４は、第２、第３の空圧揺動アクチュエータ１８３、１８４の作用により回転軸１７３ａ、１７４ａを中心に図８のη方向に回転自在となり、鉗子軸１７１が、第４の空圧揺動アクチュエータ１８５の作用により回転軸１８５ｄを中心に図８及び図９のθ方向に回転自在となる、屈曲、把持、回転の４自由度のワイヤ機構である。従って、鉗子部１７０と鉗子保持部１８０は滅菌処理を想定して分離可能な構造とすることができるという特徴を有している。
図１０は、多自由度鉗子システム１００の制御ブロック線図である。空気圧シリンダ１５５、１５６、１５７及び空圧揺動アクチュエータ１８２、１８３、１８４、１８５の駆動には５ポートのスプール形のサーボバルブ１７２を用いている。尚、空気圧アクチュエータである空気圧シリンダ１５５、１５６、１５７及び空圧揺動アクチュエータ１８２、１８３、１８４、１８５の駆動力Ｆｄｒ（区画室の差圧から算出）から外乱オブザーバを用いてスレーブマニピュレータ１０５の先端である鉗子爪１７３、１７４に働く外力ｆｅｘｔを推定する制御方法も適用することができる。但し、この制御方法を用いるためには、空気圧シリンダ１５５、１５６、１５７及び空圧揺動アクチュエータ１８２、１８３、１８４、１８５から鉗子爪１７３、１７４までの逆動力学モデルが必要である。しかし、ワイヤを動力伝達に用いているため、ワイヤの摩擦や自由度間の干渉の影響によりモデル化は容易ではない。そこで、任意の駆動パターンを与え、ニューラルネットワークで学習させてモデルの導出を行う。
また、一般にマスタスレーブシステムにおける理想応答は、マスタマニピュレータとスレーブマニピュレータの位置と力が全く同じになることである。しかし、仮に理想応答が実現できた場合、術者は自分の手で直接操作している感覚が得られるが、作業能力は完全に術者に依存する。そこで、マスタマニピュレータ１０１とスレーブマニピュレータ１０５それぞれに異なるインピーダンス制御を適用したバイラテラル制御系が用いられる。
スレーブ制御部１０７は、空気圧シリンダ１５５、１５６、１５７及び空圧揺動アクチュエータ１８２、１８３、１８４、１８５の柔らかさを活かし、スレーブマニピュレータ１０５にコンプライアンスを持たせる制御方法を採用している。つまり空気は圧縮性があることから、スレーブマニピュレータ１０５は柔らかさを有している。また、その柔らかさは圧縮空気の圧力によって調整可能である。
スレーブマニピュレータ１０５がコンプライアンスを有することで、過大な力の発生を避けることができる。スレーブマニピュレータ１０５が柔らかさを有していることから、対象物に強く当たった時に、クッションの役目を果たすことができる。
この場合、スレーブマニピュレータ１０５が高剛性の環境と接触する際、コンプライアンスによってマスタマニピュレータ１０１とスレーブマニピュレータ１０５の位置偏差が大きくなる。しかし、手術用のスレーブマニピュレータ１０５の主な接触対象は臓器であり、術者は内視鏡によってスレーブマニピュレータ１０５の映像を見ながら作業するため、マスタマニピュレータ１０１とスレーブマニピュレータ１０５との間に位置偏差が生じても違和感なく作業することができる。
また、マスタマニピュレータ１０１では、適度の粘性効果を持たせることで安定した動作の実現が望まれる。そこで、マスタ制御部１０３は、モータ１１２、第１モータ１２２、第２モータ１２４、第３モータ１２６の特性から、力制御ループに運動制御ループを内包した運動制御型インピーダンス制御方法（アドミタンス制御方法）を採用している。そして、スレーブ制御部１０７は、空気圧シリンダ１５５、１５６、１５７及び空圧揺動アクチュエータ１８２、１８３、１８４、１８５が、高いバックドライバビリティと低剛性特性を有していることから、運動制御に力制御ループを内包した力制御型インピーダンス制御を採用している。
図１０に示すように、マスタ制御部１０３スレーブ制御部１０７は、マスタマニピュレータ１０１とスレーブマニピュレータ１０５にそれぞれ以下のようなインピーダンス特性を持たせるように制御を行う。
スレーブマニピュレータ１０５
−ｆｓ＝Ｋｄ（ｘｓ−ｘｍ）＋Ｂｄ ｄｘｓ／ｄｔ…（１）
マスタマニピュレータ１０１
ｆｍ−ｆｓ＝Ｃｄ ｄｘｍ／ｄｔ…（２）
ここで、
ｘｓ：スレーブマニピュレータ１０５の先端（鉗子爪１７３、１７４）の位置及び姿勢
ｘｍ：マスタマニピュレータ１０１の先端（操作子１３２）の位置及び姿勢
ｆｓ：スレーブマニピュレータ１０５の先端が外部環境に加える力
ｆｍ：術者がマスタマニピュレータ１０１の先端に加える力
Ｋｄ：スレーブマニピュレータ１０５の設定剛性
Ｂｄ：スレーブマニピュレータ１０５の設定粘性
Ｃｄ：マスタマニピュレータ１０１の設定粘性
スレーブマニピュレータ１０５側では式（１）を実現するため力制御ループを内包するインピーダンス制御を適用する。まず、スレーブマニピュレータ１０５の運動方程式は関節座標系で以下のように記述される。
τｄｒ−Ｊｓ（転置）ｆｓ＝Ｚ（ｑｓ，ｄｑｓ／ｄｔ，ｄ２ｑｓ／ｄｔ２）…（３）
ここで、
τｄｒ：スレーブマニピュレータ１０５の各関節の駆動トルク
Ｚ：スレーブマニピュレータ１０５の逆動力学関数
ｑｓ：スレーブマニピュレータ１０５の各関節の変位
Ｊｓ：スレーブマニピュレータ１０５の関節変位から先端位置までのヤコビ行列
式（１）を実現するためにスレーブマニピュレータ１０５の先端が発生すべき力ｆｄｒと、空気圧シリンダ１５５、１５６、１５７及び空圧揺動アクチュエータ１８２、１８３、１８４、１８５の駆動トルクの目標値τｄｒｒｅｆを以下のように計算する。
ｆｄｒ＝Ｋｄ（ｘｓ−ｘｍ）＋Ｂｄ ｄｘｓ／ｄｔ…（４）（図中１の枠内）
τｄｒｒｅｆ＝−Ｊｓ（転置）ｆｄｒ＋Ｚ（ｑｓ，ｄｑｓ／ｄｔ，ｄ２ｑｓ／ｄｔ２）…（５）（図中２の枠内）
空気圧シリンダ１５５、１５６、１５７及び空圧揺動アクチュエータ１８２、１８３、１８４、１８５の動特性が十分でτｄｒｒｅｆとτｄｒが一致すると仮定し、式（４）を式（５）に代入し、さらに式（３）に代入すれば式（１）が導かれる。実際には式（５）において位相遅れによる不安定化を避けるため、逆動力学モデルの入力のうち速度、加速度についてはマスタマニピュレータ１０１からの目標軌道値を用いている（図中３の枠内）。式（５）で計算されるトルクを各関節で発生させるため、次式（６）として機構学計算により空気圧シリンダ１５５、１５６、１５７及び空圧揺動アクチュエータ１８２、１８３、１８４、１８５の駆動力目標値Ｆｄｒｒｅｆに変換する。
Ｆｄｒｒｅｆ＝Ｊａτｄｒｒｅｆ…（６）（図中４の枠内）
ここで、
Ｊａ：空気圧シリンダ１５５、１５６、１５７及び空圧揺動アクチュエータ１８２、１８３、１８４、１８５の変位から関節変位までのヤコビアン
次に、式（６）で計算された駆動力を発生させるためＰＩ制御を行う。
ｕ＝（Ｋａｐ+Ｋａｉ／ｓ）・（Ｆｄｒｒｅｆ−Ｆｄｒ）…（７）（図中５の枠内）
ここで、
ｕ：サーボバルブ１７２への制御電圧
Ｋａｐ：比例ゲイン
Ｋａｉ：積分ゲイン
Ｆｄｒ：圧力値から計算される空気圧シリンダ１５５、１５６、１５７及び空圧揺動アクチュエータ１８２、１８３、１８４、１８５の駆動力
マスタマニピュレータ１０１側では以下のようにアドミタンス制御により式（２）を実現する。
ｄｘｍ／ｄｔ＝（ｆｍ−ｆｓ）／Ｃｄ…（８）（図中６の枠内）
ｄｑｍ／ｄｔ＝Ｊｍ（インバース）ｄｘｍ／ｄｔ…（９）（図中７の枠内）
式（８）から分かるようにスレーブマニピュレータ１０５と外部環境と接触力が必要であるが、スレーブマニピュレータ１０５側でのインピーダンス制御が実現されている場合、ｆｄｒはｆｓと一致するため推定値としてそれぞれ相手側のマスタ制御部１０３、スレーブ制御部１０７に与えられる（図中８の枠内）。空気圧シリンダ１５５、１５６、１５７及び空圧揺動アクチュエータ１８２、１８３、１８４、１８５の駆動力目標値Ｆｄｒｒｅｆは、内包された差圧制御ループによって高速、高精度に発生することができる。このため、空気の圧縮性やバルブの中立点のずれ等の位置決めに悪影響を及ぼす特性を補償することが可能となる。
以上のように、本実施形態の多自由度鉗子システム１００によれば、マスタマニピュレータ１０１は、電気駆動系による速度制御を主とし、スレーブマニピュレータ１０５は、空気圧駆動系による力制御を主とし、スレーブマニピュレータ１０５側に働く力をマスタマニピュレータ１０１側で力覚提示するので、マスタマニピュレータ１０１においては、術者の動作帯域ではマスタマニピュレータ１０１のダイナミクスや自重の補償が不要となり、電気駆動系特有の高精度、広帯域の位置制御を行うことができ、スレーブマニピュレータ１０５においては、空気圧駆動系特有の非線形特性により受動的な柔らかさを有し、質量対出力比が高く大きな力を発生させることができる。また、スレーブマニピュレータ１０５は、空気圧駆動系で構成されているため、例えば磁場を伴うＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）内に設置して手術を行うことが可能となる。
また、マスタマニピュレータ１０１は、３自由度の並進部１１０と、当該並進部１１０に連結された４自由度の姿勢部１２０とを備え、スレーブマニピュレータ１０５は、３自由度の保持部１５０と、当該保持部１５０に保持された４自由度の挟持部１６０とを備えているので、マスタマニピュレータ１０１側での人間の手の動きをスレーブマニピュレータ１０５側で再現することができる。また、並進部１１０は、デルタ機構で構成され、姿勢部１２０は、ジンバル機構で構成され、保持部１５０は、平行リンク機構とジンバル機構の組み合わせで構成され、挟持部１６０は、ワイヤ機構で構成されているので、マスタマニピュレータ１０１とスレーブマニピュレータ１０５は互いに異構造となり、操作性において最適な形状とすることができる。また、挟持部１６０は、揺動駆動する空圧揺動アクチュエータ１８２、１８３、１８４、１８５と、空圧揺動アクチュエータ１８２、１８３、１８４、１８５に接続されたワイヤとを備え、空圧揺動アクチュエータ１８２、１８３、１８４、１８５によるワイヤの引張動作により駆動されるので、挟持部１６０は空圧揺動アクチュエータ１８２、１８３、１８４、１８５の揺動をそのまま伝達駆動することができ、スレーブマニピュレータ１０５を軽量化することができる。
また、挟持部１６０に働く力は、空気圧シリンダ１５５、１５６、１５７及び空圧揺動アクチュエータ１８２、１８３、１８４、１８５のバックドライバビリティによりそれぞれの駆動力から推定されるので、挟持部１６０に力センサを取り付ける必要が無く、挟持部１６０を小型化することができ、挟持部１６０の滅菌作業が容易となり、挟持部１６０の較正が不要になるという効果を得ることができる。また、スレーブマニピュレータ１０５は、コンプライアンスを持たせた制御が行われるので、スレーブマニピュレータ１０５側における過大な力の発生を避けることができる。
また、マスタマニピュレータ１０１は、力制御ループに運動制御ループを内包した運動制御型のインピーダンス制御が行われ、スレーブマニピュレータ１０５は、運動制御ループに力制御ループを内包した力制御型のインピーダンス制御が行われるので、マスタマニピュレータ１０１側にて適度の粘性効果を持たせることで安定した動作を実現することができる。つまり、本制御系によってマスタマニピュレータ１０１は、固定壁にダンパで固定され、これを操作者が押し引きする感覚を実現できる。また、マスタマニピュレータ１０１とスレーブマニピュレータ１０５は、ばねとダンパを介して結合されている状態が実現される。さらに、このばねとダンパの値は制御パラメータの選定によって調整することができる。
尚、上述した実施形態では、有線通信による遠隔制御可能な多自由度鉗子システム１００を説明したが、無線通信のシステムであっても良く、また近傍で制御可能なシステムであっても良い。また、多自由度鉗子システム１００を内視鏡手術支援装置として説明したが、医師のトレーニング装置やスキル評価装置としても構成することができる。また、力覚提示機能を有する操縦システムとして医療業界で使用される多自由度鉗子システム１００を例に説明したが、これに限定されるものでは無く、広く一般的な製造業界においても適用可能である。

Claims (8)

  1. 主操作装置の手動操作に倣った従操作装置の自動操作を制御し、前記従操作装置は空気圧駆動系による力制御を主とする操縦システムであって、
    台座上に、回転自在に支持される平行リンク支持軸と、
    一端が前記平行リンク支持軸に回転自在に軸支される第１のリンクと、
    一端が前記平行リンク支持軸に回転自在に軸支され、前記第１のリンクに平行な第２のリンクと、
    一端が前記第２のリンクの他端に回転自在に軸支されると共に、略中央が前記第１のリンクに回転自在に軸支され、前記平行リンク支持軸に平行な第３のリンクと、
    一端が前記第１のリンクの他端に回転自在に軸支され、前記第３のリンクに平行な第４のリンクと、
    前記第３のリンクの他端及び前記第４のリンクの他端に回転自在に軸支される固定部とから構成される平行リンクを有し、
    前記固定部と前記第３のリンクの軸支部の回転軸を通り、また前記固定部と前記第４のリンクの軸支部の回転軸を通る平面は、前記第１のリンクと平行であり、
    前記平行リンクを、前記平行リンク支持軸を中心に旋回自在に作用する第１の空気圧アクチュエータと、
    前記第１のリンクを、前記平行リンク支持軸と前記第１のリンクの軸支部を中心に旋回自在に作用する第２の空気圧アクチュエータと、
    前記平行リンク支持軸の回転軸と前記平面との交点に対し、移動体が前記交点を通る方向にスライド自在に作用する第３の空気圧アクチュエータを有し、
    前記移動体に働く力は、前記第１の空気圧アクチュエータ、前記第２の空気圧アクチュエータ、または前記第３の空気圧アクチュエータのバックドライバビリティを利用し、それぞれの駆動力から推定され、
    前記従操作装置の逆動力学関数を、ｄｑｓ／ｄｔまたはｄ２ｑｓ／ｄｔ２を含む式により計算する
    ここで、
    ｑｓ：従操作装置の各関節の変位
    ｄｑｓ／ｄｔ，ｄ２ｑｓ／ｄｔ２：主操作装置からの目標軌道値を用いる
    ことを特徴とする操縦システム。
  2. 主操作装置の手動操作に倣った従操作装置の自動操作を制御し、前記従操作装置は空気圧駆動系による力制御を主とする操縦システムであって、
    台座上に、回転自在に支持される平行リンク支持軸と、
    一端が前記平行リンク支持軸に回転自在に軸支される第１のリンクと、
    一端が前記平行リンク支持軸に回転自在に軸支され、前記第１のリンクに平行な第２のリンクと、
    一端が前記第２のリンクの他端に回転自在に軸支されると共に、略中央が前記第１のリンクに回転自在に軸支され、前記平行リンク支持軸に平行な第３のリンクと、
    一端が前記第１のリンクの他端に回転自在に軸支され、前記第３のリンクに平行な第４のリンクと、
    前記第３のリンクの他端及び前記第４のリンクの他端に回転自在に軸支される固定部とから構成される平行リンクを有し、
    前記固定部と前記第３のリンクの軸支部の回転軸を通り、また前記固定部と前記第４のリンクの軸支部の回転軸を通る平面は、前記第１のリンクと平行であり、
    前記平行リンクを、前記平行リンク支持軸を中心に旋回自在に作用する第１の空気圧アクチュエータと、
    前記第１のリンクを、前記平行リンク支持軸と前記第１のリンクの軸支部を中心に旋回自在に作用する第２の空気圧アクチュエータと、
    前記平行リンク支持軸の回転軸と前記平面との交点に対し、移動体が前記交点を通る方向にスライド自在に作用する第３の空気圧アクチュエータを有し、
    前記移動体に働く力は、前記第１の空気圧アクチュエータ、前記第２の空気圧アクチュエータ、または前記第３の空気圧アクチュエータのバックドライバビリティを利用し、それぞれの駆動力から推定される
    ことを特徴とする操縦システム。
  3. 主操作装置の手動操作に倣った従操作装置の自動操作を制御し、前記従操作装置は空気圧駆動系による力制御を主とする操縦システムであって、
    台座上に、回転自在に支持される平行リンク支持軸と、
    一端が前記平行リンク支持軸に回転自在に軸支される第１のリンクと、
    一端が前記平行リンク支持軸に回転自在に軸支され、前記第１のリンクに平行な第２のリンクと、
    一端が前記第２のリンクの他端に回転自在に軸支されると共に、略中央が前記第１のリンクに回転自在に軸支され、前記平行リンク支持軸に平行な第３のリンクと、
    一端が前記第１のリンクの他端に回転自在に軸支され、前記第３のリンクに平行な第４のリンクと、
    前記第３のリンクの他端及び前記第４のリンクの他端に回転自在に軸支される固定部とから構成される平行リンクを有し、
    前記固定部と前記第３のリンクの軸支部の回転軸を通り、また前記固定部と前記第４のリンクの軸支部の回転軸を通る平面は、前記第１のリンクと平行であり、
    前記平行リンクを、前記平行リンク支持軸を中心に旋回自在に作用する第１の空気圧アクチュエータと、
    前記第１のリンクを、前記平行リンク支持軸と前記第１のリンクの軸支部を中心に旋回自在に作用する第２の空気圧アクチュエータと、
    前記平行リンク支持軸の回転軸と前記平面との交点に対し、移動体が前記交点を通る方向にスライド自在に作用する第３の空気圧アクチュエータを有する
    ことを特徴とする操縦システム。
  4. 主操作装置の手動操作に倣った従操作装置の自動操作を通信によりバイラテラル制御可能な操縦システムであって、
    前記主操作装置は、電気駆動系による速度制御を主とし、前記従操作装置は、空気圧駆動系による力制御を主とし、前記従操作装置側に働く力を前記主操作装置側で力覚提示し、
    前記従操作装置は、以下の（１）及び（２）により制御されることを特徴とする力覚提示機能を有する操縦システム。
    （１）従操作装置の先端が発生すべき力ｆｄｒを次式により計算する。
    ｆｄｒ＝Ｋｄ（ｘｓ−ｘｍ）＋Ｂｄ ｄｘｓ／ｄｔ
    ここで、
    Ｋｄ：従操作装置の設定剛性
    ｘｓ：従操作装置の先端の位置及び姿勢
    ｘｍ：主操作装置の先端の位置及び姿勢
    Ｂｄ：従操作装置の設定粘性
    （２）空気圧駆動系の駆動トルクの目標値τｄｒｒｅｆを次式により計算する。
    τｄｒｒｅｆ＝−Ｊｓ（転置）ｆｄｒ＋Ｚ（ｑｓ，ｄｑｓ／ｄｔ，ｄ２ｑｓ／ｄｔ２）
    ここで、
    Ｊｓ：従操作装置の関節変位から先端位置までのヤコビ行列
    Ｚ：従操作装置の逆動力学関数
    ｑｓ：従操作装置の各関節の変位
    ｄｑｓ／ｄｔ，ｄ２ｑｓ／ｄｔ２：主操作装置からの目標軌道値を用いる
  5. 主操作装置は、以下の方法により制御されることを特徴とする請求項４に記載の力覚提示機能を有する操縦システム。
    ｄｘｍ／ｄｔを次式により計算する。
    ｄｘｍ／ｄｔ＝（ｆｍ−ｆｓ）／Ｃｄ
    ここで、
    ｆｍ：術者が主操作装置の先端に加える力
    ｆｓ：従操作装置の先端が発生すべき力ｆｄｒを用いる
    Ｃｄ：主操作装置の設定粘性
  6. 主操作装置の手動操作に倣った従操作装置の自動操作を通信によりバイラテラル制御可能な操縦システムであって、
    前記主操作装置は、電気駆動系による速度制御を主とし、前記従操作装置は、空気圧駆動系による力制御を主とし、前記従操作装置側に働く力を前記主操作装置側で力覚提示し、
    前記従操作装置は、以下の方法により制御されることを特徴とする力覚提示機能を有する操縦システム。
    空気圧駆動系の駆動トルクの目標値τｄｒｒｅｆを次式により計算する。
    τｄｒｒｅｆ＝−Ｊｓ（転置）ｆｄｒ＋Ｚ（ｑｓ，ｄｑｓ／ｄｔ，ｄ２ｑｓ／ｄｔ２）
    ここで、
    Ｊｓ：従操作装置の関節変位から先端位置までのヤコビ行列
    ｆｄｒ：従操作装置の先端が発生すべき力
    Ｚ：従操作装置の逆動力学関数
    ｑｓ：従操作装置の各関節の変位
    ｄｑｓ／ｄｔ，ｄ２ｑｓ／ｄｔ２：主操作装置からの目標軌道値を用いる
  7. 主操作装置の手動操作に倣った従操作装置の自動操作を通信によりバイラテラル制御可能な操縦システムであって、
    前記主操作装置は、電気駆動系による速度制御を主とし、前記従操作装置は、空気圧駆動系による力制御を主とし、前記従操作装置側に働く力を前記主操作装置側で力覚提示し、
    前記従操作装置は、以下の方法により制御されることを特徴とする力覚提示機能を有する操縦システム。
    空気圧駆動系の駆動トルクの目標値を、逆動力学関数［Ｚ（ｑｓ，ｄｑｓ／ｄｔ，ｄ２ｑｓ／ｄｔ２）］を含む式により計算する。
    ここで、
    ｑｓ：従操作装置の各関節の変位
    ｄｑｓ／ｄｔ，ｄ２ｑｓ／ｄｔ２：主操作装置からの目標軌道値を用いる
  8. 主操作装置の手動操作に倣った従操作装置の自動操作を通信によりバイラテラル制御可能な操縦システムであって、
    前記主操作装置は、電気駆動系による速度制御を主とし、前記従操作装置は、空気圧駆動系による力制御を主とし、前記従操作装置側に働く力を前記主操作装置側で力覚提示し、
    前記従操作装置は、以下の方法により制御されることを特徴とする力覚提示機能を有する操縦システム。
    空気圧駆動系の駆動トルクの目標値を、ｄｑｓ／ｄｔとｄ２ｑｓ／ｄｔ２を含む式により計算する。
    ここで、
    ｑｓ：従操作装置の各関節の変位
    ｄｑｓ／ｄｔ，ｄ２ｑｓ／ｄｔ２：主操作装置からの目標軌道値を用いる

JP2009502555A 2007-03-01 2008-02-29 力覚提示機能を有する操縦システム Active JP5327687B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009502555A JP5327687B2 (ja) 2007-03-01 2008-02-29 力覚提示機能を有する操縦システム

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007051390 2007-03-01
JP2007051390 2007-03-01
JP2009502555A JP5327687B2 (ja) 2007-03-01 2008-02-29 力覚提示機能を有する操縦システム
PCT/JP2008/053614 WO2008108289A1 (ja) 2007-03-01 2008-02-29 力覚提示機能を有する操縦システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2008108289A1 JPWO2008108289A1 (ja) 2010-06-17
JP5327687B2 true JP5327687B2 (ja) 2013-10-30

Family

ID=39738172

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009502555A Active JP5327687B2 (ja) 2007-03-01 2008-02-29 力覚提示機能を有する操縦システム

Country Status (3)

Country Link
US (3) US8700213B2 (ja)
JP (1) JP5327687B2 (ja)
WO (1) WO2008108289A1 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015075689A1 (en) * 2013-11-22 2015-05-28 Sudhir Srivastava Motorized surgical instrument
WO2015166932A1 (ja) * 2014-04-30 2015-11-05 マッスル株式会社 マスタスレーブシステム
US10321928B2 (en) 2014-10-09 2019-06-18 Sony Corporation Information processing device, information processing method, and program
WO2021161706A1 (ja) 2020-02-12 2021-08-19 リバーフィールド株式会社 手術用ロボット

Families Citing this family (88)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7960935B2 (en) 2003-07-08 2011-06-14 The Board Of Regents Of The University Of Nebraska Robotic devices with agent delivery components and related methods
US8679096B2 (en) 2007-06-21 2014-03-25 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Multifunctional operational component for robotic devices
CA2655964C (en) 2006-06-22 2014-10-28 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Magnetically coupleable robotic devices and related methods
US9579088B2 (en) 2007-02-20 2017-02-28 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Methods, systems, and devices for surgical visualization and device manipulation
US8974440B2 (en) 2007-08-15 2015-03-10 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Modular and cooperative medical devices and related systems and methods
EP3673855B1 (en) 2007-07-12 2021-09-08 Board of Regents of the University of Nebraska Systems of actuation in robotic devices
JP2010536435A (ja) 2007-08-15 2010-12-02 ボード オブ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ ネブラスカ 医療用膨張、取り付けおよび送達装置、ならびに関連する方法
JP5212797B2 (ja) * 2008-05-19 2013-06-19 国立大学法人 名古屋工業大学 力覚提示マニピュレータ
JP5126892B2 (ja) * 2008-12-19 2013-01-23 国立大学法人 名古屋工業大学 多自由度の力覚提示マニピュレータ
IT1394602B1 (it) * 2009-05-19 2012-07-05 Univ Bologna Alma Mater Meccanismi rotazionali in catena chiusa con attuazione disaccoppiata ed omocinetica.
CN102029615B (zh) * 2009-09-29 2013-06-05 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 并联机构及其平移支链
CN102069495B (zh) * 2009-11-23 2014-01-22 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 并联机器人
DE102010033326B4 (de) * 2010-08-04 2014-05-15 Siemens Aktiengesellschaft Roboter, insbesondere zur Ausführung einer medizinischen Behandlung
JP2014529414A (ja) 2010-08-06 2014-11-13 ボード オブ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ ネブラスカ 自然開口部手術用材料の取扱または送達のための方法およびシステム
WO2012029227A1 (ja) * 2010-08-31 2012-03-08 パナソニック株式会社 マスタースレーブロボットの制御装置及び制御方法、マスタースレーブロボット、制御プログラム、並びに、集積電子回路
DE102011004926A1 (de) * 2011-03-01 2012-09-06 Karl Storz Gmbh & Co. Kg Einstellbare Haltevorrichtung für ein Endoskop
CN103443723B (zh) * 2011-03-02 2016-05-25 贝利莫控股公司 具有电动马达和马达控制器的致动器
CA2838637C (en) 2011-06-10 2020-11-17 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Methods, systems, and devices relating to surgical end effectors
CA3082073C (en) 2011-07-11 2023-07-25 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Robotic surgical devices, systems, and related methods
JP5953058B2 (ja) 2011-08-04 2016-07-13 オリンパス株式会社 手術支援装置およびその着脱方法
JP5841451B2 (ja) 2011-08-04 2016-01-13 オリンパス株式会社 手術器具およびその制御方法
US9161772B2 (en) 2011-08-04 2015-10-20 Olympus Corporation Surgical instrument and medical manipulator
JP6005950B2 (ja) 2011-08-04 2016-10-12 オリンパス株式会社 手術支援装置及びその制御方法
JP6081061B2 (ja) 2011-08-04 2017-02-15 オリンパス株式会社 手術支援装置
JP5931497B2 (ja) 2011-08-04 2016-06-08 オリンパス株式会社 手術支援装置およびその組立方法
WO2013018861A1 (ja) 2011-08-04 2013-02-07 オリンパス株式会社 医療用マニピュレータおよびその制御方法
JP5936914B2 (ja) 2011-08-04 2016-06-22 オリンパス株式会社 操作入力装置およびこれを備えるマニピュレータシステム
JP6021484B2 (ja) 2011-08-04 2016-11-09 オリンパス株式会社 医療用マニピュレータ
JP6000641B2 (ja) 2011-08-04 2016-10-05 オリンパス株式会社 マニピュレータシステム
JP6009840B2 (ja) 2011-08-04 2016-10-19 オリンパス株式会社 医療機器
JP6021353B2 (ja) 2011-08-04 2016-11-09 オリンパス株式会社 手術支援装置
CN103648425B (zh) 2011-08-04 2016-10-19 奥林巴斯株式会社 医疗用机械手和手术支援装置
EP2579234B1 (en) * 2011-10-07 2018-08-15 E2M Technologies B.V. Motion platform system
RU2014122527A (ru) 2011-11-04 2015-12-10 Те Джонс Хопкинс Юниверсити Стационарный робот для ручных микроманипуляций
JP5883638B2 (ja) * 2011-12-21 2016-03-15 川崎重工業株式会社 デルタ型パラレルロボット
CA2860754C (en) 2012-01-10 2020-12-29 Shane Farritor Methods, systems, and devices for surgical access and insertion
US9498292B2 (en) 2012-05-01 2016-11-22 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Single site robotic device and related systems and methods
JP5766150B2 (ja) * 2012-05-29 2015-08-19 国立大学法人東京工業大学 内視鏡操作システム
EP3424651B1 (en) 2012-06-22 2020-02-12 Board of Regents of the University of Nebraska Local control robotic surgical devices
JP2015526171A (ja) 2012-08-08 2015-09-10 ボード オブ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ ネブラスカ ロボット手術用デバイス、システム及び関連の方法
US9770305B2 (en) 2012-08-08 2017-09-26 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Robotic surgical devices, systems, and related methods
CN103853364A (zh) * 2012-11-29 2014-06-11 联想(北京)有限公司 一种触觉反馈方法、电子设备及触觉反馈系统
US9694455B2 (en) * 2012-12-05 2017-07-04 Alio Industries, Inc. Precision tripod motion system with six degrees of freedom
JP6112300B2 (ja) * 2013-01-10 2017-04-12 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 マスタースレーブロボットの制御装置及び制御方法、マスタースレーブロボット、並びに、制御プログラム
TWI508831B (zh) * 2013-01-28 2015-11-21 Prec Machinery Res & Dev Ct A joint device for a parallel robot
CN103085054B (zh) * 2013-01-29 2016-02-03 山东电力集团公司电力科学研究院 带电抢修机器人主从式液压力反馈机械臂控制系统及方法
US9566414B2 (en) 2013-03-13 2017-02-14 Hansen Medical, Inc. Integrated catheter and guide wire controller
US10058310B2 (en) 2013-03-13 2018-08-28 Ethicon Llc Electrosurgical device with drum-driven articulation
US9888966B2 (en) 2013-03-14 2018-02-13 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Methods, systems, and devices relating to force control surgical systems
CA2905948C (en) 2013-03-14 2022-01-11 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Methods, systems, and devices relating to robotic surgical devices, end effectors, and controllers
US9283046B2 (en) 2013-03-15 2016-03-15 Hansen Medical, Inc. User interface for active drive apparatus with finite range of motion
US10849702B2 (en) 2013-03-15 2020-12-01 Auris Health, Inc. User input devices for controlling manipulation of guidewires and catheters
US10667883B2 (en) 2013-03-15 2020-06-02 Virtual Incision Corporation Robotic surgical devices, systems, and related methods
US11020016B2 (en) 2013-05-30 2021-06-01 Auris Health, Inc. System and method for displaying anatomy and devices on a movable display
EP3021779A4 (en) 2013-07-17 2017-08-23 Board of Regents of the University of Nebraska Robotic surgical devices, systems and related methods
EP2923669B1 (en) 2014-03-24 2017-06-28 Hansen Medical, Inc. Systems and devices for catheter driving instinctiveness
JP6472624B2 (ja) * 2014-08-28 2019-02-20 国立大学法人東京工業大学 ロボットマニピュレータ
US10342561B2 (en) 2014-09-12 2019-07-09 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Quick-release end effectors and related systems and methods
CA2967593C (en) 2014-11-11 2024-02-27 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Robotic device with compact joint design and related systems and methods
US10646990B2 (en) * 2015-07-17 2020-05-12 The Johns Hopkins University Delta mechanism with enhanced torsional stiffness
WO2017024081A1 (en) 2015-08-03 2017-02-09 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Robotic surgical devices systems and related methods
ITUB20154977A1 (it) 2015-10-16 2017-04-16 Medical Microinstruments S R L Strumento medicale e metodo di fabbricazione di detto strumento medicale
DE102016105682A1 (de) 2016-03-29 2017-10-05 Technische Universität Darmstadt Geregeltes haptisches System und Verfahren zur Darstellung von Kontaktkräften
EP4353182A2 (en) 2016-05-18 2024-04-17 Virtual Incision Corporation Robotic surgical devices and systems
US11037464B2 (en) 2016-07-21 2021-06-15 Auris Health, Inc. System with emulator movement tracking for controlling medical devices
US11173617B2 (en) 2016-08-25 2021-11-16 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Quick-release end effector tool interface
EP3507065A4 (en) 2016-08-30 2020-04-29 Board of Regents of the University of Nebraska ROBOTIC DEVICE HAVING COMPACT ARTICULATION DESIGN AND ADDITIONAL DEGREE OF FREEDOM, AND RELATED SYSTEMS AND METHODS
US11357595B2 (en) 2016-11-22 2022-06-14 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Gross positioning device and related systems and methods
EP3548773A4 (en) 2016-11-29 2020-08-05 Virtual Incision Corporation USER CONTROL DEVICE WITH USER PRESENCE DETECTION AND ASSOCIATED SYSTEMS AND PROCEDURES
US10722319B2 (en) 2016-12-14 2020-07-28 Virtual Incision Corporation Releasable attachment device for coupling to medical devices and related systems and methods
US10112788B2 (en) * 2017-01-20 2018-10-30 Mid-Columbia Producers Sweep auger apparatus
JP6800044B2 (ja) * 2017-02-24 2020-12-16 Ntn株式会社 リンク作動装置の制御装置および制御方法
CN107038944A (zh) * 2017-05-11 2017-08-11 广东工业大学 一种六自由度力反馈手术训练的装置
CN107560777B (zh) * 2017-07-31 2019-07-30 东南大学 基于力/力矩传感器的三维力反馈手柄回复力控制结构及方法
CA3076625A1 (en) 2017-09-27 2019-04-04 Virtual Incision Corporation Robotic surgical devices with tracking camera technology and related systems and methods
EP3684281A4 (en) 2017-12-08 2021-10-13 Auris Health, Inc. SYSTEM AND PROCEDURE FOR NAVIGATION AND TARGETING OF MEDICAL INSTRUMENTS
CN117140580A (zh) 2018-01-05 2023-12-01 内布拉斯加大学董事会 具有紧凑型关节设计的单臂机器人装置及相关系统和方法
CN108582119A (zh) * 2018-04-11 2018-09-28 南京理工大学 一种带电作业机器人力反馈主从控制方法及系统
EP3793465A4 (en) * 2018-05-18 2022-03-02 Auris Health, Inc. CONTROL DEVICES FOR ROBOTIC ACTIVATION REMOTE CONTROL SYSTEMS
JP6650153B1 (ja) * 2018-09-06 2020-02-19 リバーフィールド株式会社 アーム装置、制御方法およびプログラム
CA3125742A1 (en) 2019-01-07 2020-07-16 Virtual Incision Corporation Robotically assisted surgical system and related devices and methods
CN114025700A (zh) 2019-06-28 2022-02-08 奥瑞斯健康公司 控制台叠加以及其使用方法
CN110385707B (zh) * 2019-07-26 2022-05-10 重庆邮电大学 一种工作空间可变的七自由度力反馈操作装置
JP6982357B1 (ja) * 2020-03-27 2021-12-17 リバーフィールド株式会社 手術ロボット
CN112719830B (zh) * 2020-12-18 2022-05-17 江苏大学 一种机械臂柔顺装配设备及控制方法
JP2023055151A (ja) * 2021-10-05 2023-04-17 川崎重工業株式会社 制御装置、ロボットシステム、ロボット制御方法及びロボット制御プログラム
CN114027988B (zh) * 2021-12-07 2023-07-07 临沂大学 一种三自由度连续体机器人主操作手及其工作方法
WO2023112540A1 (ja) * 2021-12-13 2023-06-22 ソニーグループ株式会社 支持アーム装置及びロボット装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0655467A (ja) * 1992-08-05 1994-03-01 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> マスタスレーブ運動体制御装置
JPH0661481U (ja) * 1993-02-01 1994-08-30 古河電気工業株式会社 マスタスレーブマニピュレータ
JPH06261911A (ja) * 1992-10-30 1994-09-20 Internatl Business Mach Corp <Ibm> マニピュレータ装置
JPH07136173A (ja) * 1993-11-15 1995-05-30 Olympus Optical Co Ltd 手術用マニピュレータ
WO2005028166A1 (ja) * 2003-09-22 2005-03-31 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 弾性体アクチュエータの制御装置及び制御方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3575301A (en) * 1968-01-02 1971-04-20 Ibm Manipulator
JPH0661481A (ja) 1992-08-04 1994-03-04 Matsushita Electron Corp Ｍｏｓ型半導体装置
US5762458A (en) * 1996-02-20 1998-06-09 Computer Motion, Inc. Method and apparatus for performing minimally invasive cardiac procedures
US6406472B1 (en) * 1993-05-14 2002-06-18 Sri International, Inc. Remote center positioner
JP2665052B2 (ja) * 1993-05-14 1997-10-22 エスアールアイ インターナショナル 遠隔中心位置決め装置
US5513100A (en) * 1993-06-10 1996-04-30 The University Of British Columbia Velocity controller with force feedback stiffness control
US5784542A (en) * 1995-09-07 1998-07-21 California Institute Of Technology Decoupled six degree-of-freedom teleoperated robot system
EP2362283B1 (en) * 1997-09-19 2015-11-25 Massachusetts Institute Of Technology Robotic apparatus
US6435794B1 (en) * 1998-11-18 2002-08-20 Scott L. Springer Force display master interface device for teleoperation
US6799065B1 (en) * 1998-12-08 2004-09-28 Intuitive Surgical, Inc. Image shifting apparatus and method for a telerobotic system
US6377011B1 (en) * 2000-01-26 2002-04-23 Massachusetts Institute Of Technology Force feedback user interface for minimally invasive surgical simulator and teleoperator and other similar apparatus
US6840127B2 (en) * 2003-02-05 2005-01-11 Michael Julius Moran Tendon link mechanism with six degrees of freedom
US9002518B2 (en) * 2003-06-30 2015-04-07 Intuitive Surgical Operations, Inc. Maximum torque driving of robotic surgical tools in robotic surgical systems

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0655467A (ja) * 1992-08-05 1994-03-01 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> マスタスレーブ運動体制御装置
JPH06261911A (ja) * 1992-10-30 1994-09-20 Internatl Business Mach Corp <Ibm> マニピュレータ装置
JPH0661481U (ja) * 1993-02-01 1994-08-30 古河電気工業株式会社 マスタスレーブマニピュレータ
JPH07136173A (ja) * 1993-11-15 1995-05-30 Olympus Optical Co Ltd 手術用マニピュレータ
WO2005028166A1 (ja) * 2003-09-22 2005-03-31 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 弾性体アクチュエータの制御装置及び制御方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6013005936; Ｓｕｓｕｍｕ　ＴＡＣＨＩ: 'インピーダンス制御型マスタ・スレーブ・システム（Ｉ）' 日本ロボット学会誌　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｒｏｂｏｔｉｃｓ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ｊａｐａｎ 第８巻第３号, 19900615, ｐｐ１-１２ *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015075689A1 (en) * 2013-11-22 2015-05-28 Sudhir Srivastava Motorized surgical instrument
WO2015166932A1 (ja) * 2014-04-30 2015-11-05 マッスル株式会社 マスタスレーブシステム
US10321928B2 (en) 2014-10-09 2019-06-18 Sony Corporation Information processing device, information processing method, and program
WO2021161706A1 (ja) 2020-02-12 2021-08-19 リバーフィールド株式会社 手術用ロボット

Also Published As

Publication number Publication date
US20100139436A1 (en) 2010-06-10
WO2008108289A1 (ja) 2008-09-12
US20140222208A1 (en) 2014-08-07
US20140222204A1 (en) 2014-08-07
US8700213B2 (en) 2014-04-15
JPWO2008108289A1 (ja) 2010-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5327687B2 (ja) 力覚提示機能を有する操縦システム
JP5452813B2 (ja) 力覚提示機能を有する操縦システム
US8897916B2 (en) Maneuvering system having inner force sense presenting function
JP5769209B2 (ja) 力覚提示機能を有する操縦システム
US8306656B1 (en) Method and system for performing medical procedure
US9888974B2 (en) Friction compensation in a minimally invasive surgical apparatus
KR102345782B1 (ko) 수술 지원 장치, 그 제어 방법 및 기록 매체
KR102555546B1 (ko) 길이 보존 수술용 기구
WO2015068716A1 (ja) マスタスレーブシステム
JP6892967B2 (ja) ロボット手首を制御するためのシステム及び方法
JP2014090800A (ja) 鉗子マニピュレータ、および鉗子マニピュレータを備える鉗子システム
Miyazaki et al. A master–slave integrated surgical robot with active motion transformation using wrist axis
WO2023083057A1 (zh) 主手手腕、主操作设备及手术机器人
JP2020065904A (ja) 手術支援装置
JP2023539863A (ja) 外科用ロボットシステムにおける外部負荷をかけられた状態のバックラッシュ、摩擦、及びコンプライアンスを有する外科用器具の制御
RU2718595C1 (ru) Контроллер оператора для управления роботохирургическим комплексом
JPH08224246A (ja) 医療用マニピュレータ
JP2020065910A (ja) 手術支援装置
JP7153335B2 (ja) 手術支援装置
WO2020195316A1 (ja) 制御装置及び制御方法、並びにマスタスレーブシステム
WO2021049189A1 (ja) 医療用アームシステム、アーム装置、及びマスタースレーブシステムの作動方法
WO2021147264A1 (zh) 操作组件及手术机器人
Tadano et al. Evaluation of a master slave system with force sensing using pneumatic servo system for laparoscopic surgery
JP2022187879A (ja) 手術支援システム、操作者側装置および手術支援システムの制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110218

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110218

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110218

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120731

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120929

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130305

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130430

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130618

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130713

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5327687

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250