JP5636239B2 - Medical manipulator - Google Patents

Medical manipulator Download PDF

Info

Publication number
JP5636239B2
JP5636239B2 JP2010213903A JP2010213903A JP5636239B2 JP 5636239 B2 JP5636239 B2 JP 5636239B2 JP 2010213903 A JP2010213903 A JP 2010213903A JP 2010213903 A JP2010213903 A JP 2010213903A JP 5636239 B2 JP5636239 B2 JP 5636239B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
value
correction value
target value
axis
power transmission
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
JP2010213903A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2012065889A (en
Inventor
神野 誠
誠 神野
亮平 勝木
亮平 勝木
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.)
Karl Storz SE and Co KG
Original Assignee
Karl Storz SE and Co KG
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 Karl Storz SE and Co KG filed Critical Karl Storz SE and Co KG
Priority to JP2010213903A priority Critical patent/JP5636239B2/en
Publication of JP2012065889A publication Critical patent/JP2012065889A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5636239B2 publication Critical patent/JP5636239B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、姿勢変更動作が可能なエンドエフェクタを有する先端動作部を備えた医療用マニピュレータに関する。   The present invention relates to a medical manipulator including a distal end working unit having an end effector capable of posture changing operation.

内視鏡下外科手術(または腹腔鏡下手術とも呼ばれる。)においては、患者の腹部等に複数の孔を開け、これらの孔にトラカール(筒状の器具)を挿入した後、各トラカールを通して、腹腔鏡(カメラ)と複数の鉗子を体腔内に挿入する。鉗子の先端部には、エンドエフェクタとして、生体組織を把持するためのグリッパや、鋏、電気メスのブレード等が取り付けられている。腹腔鏡と鉗子を体腔内に挿入したら、腹腔鏡に接続されたモニタに映る腹腔内の様子を見ながら鉗子を操作して手術を行う。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。   In endoscopic surgery (also called laparoscopic surgery), a plurality of holes are opened in the patient's abdomen, etc., trocars (tubular instruments) are inserted into these holes, and then through each trocar, A laparoscope (camera) and a plurality of forceps are inserted into the body cavity. A gripper, a scissors, an electric knife blade, and the like are attached to the distal end portion of the forceps as an end effector for gripping a living tissue. After the laparoscope and forceps are inserted into the body cavity, the operation is performed by operating the forceps while observing the inside of the abdominal cavity reflected on a monitor connected to the laparoscope. Since such an operation method does not require laparotomy, the burden on the patient is small, and the number of days until recovery and discharge from the operation is greatly reduced. For this reason, such an operation method is expected to expand the application field.

トラカールから挿入される鉗子として、先端部に関節を持たない一般的な鉗子に加えて、先端部に複数の関節を有して先端部の姿勢を変更できる鉗子、いわゆる医療用マニピュレータの開発が行われている(例えば、特許文献1参照)。このような医療用マニピュレータによれば、体腔内で自由度の高い動作が可能であり、手技が容易となり、適用可能な症例が多くなる。   As forceps inserted from trocars, in addition to general forceps that do not have joints at the tip, forceps that have multiple joints at the tip and can change the posture of the tip, so-called medical manipulators have been developed. (For example, refer to Patent Document 1). According to such a medical manipulator, an operation with a high degree of freedom is possible in the body cavity, the procedure becomes easy, and the number of applicable cases increases.

特許文献1にて提案された医療用マニピュレータは、グリップハンドルを有する操作部からシャフトが前方に延出し、このシャフトの先端部にはエンドエフェクタを有する姿勢変更が可能な先端動作部が設けられている。この先端動作部における姿勢変更機構は、ヨー軸を中心に回動動作する主軸部材と、主軸部材に回転自在に支持されてロール軸を中心に回動動作するギア体とを有する。主軸部材およびギア体は、それぞれモータの駆動力が動力伝達機構により伝達されて回転駆動され、主軸部材が回転駆動されることで先端動作部がヨー動作し、ギア体が回転駆動されることで先端動作部がロール動作する。   In the medical manipulator proposed in Patent Document 1, a shaft extends forward from an operation unit having a grip handle, and a tip operating unit having an end effector is provided at the tip of the shaft. Yes. The posture changing mechanism in the distal end working unit includes a main shaft member that rotates about the yaw axis, and a gear body that is rotatably supported by the main shaft member and rotates about the roll shaft. The main shaft member and the gear body are driven to rotate by the driving force of the motor being transmitted by the power transmission mechanism. The main shaft member is driven to rotate, so that the tip operating portion performs yaw operation, and the gear body is driven to rotate. The tip operating unit rolls.

特開2009−107087号公報JP 2009-107087 A

モータの駆動力を主軸部材に伝達する動力伝達機構には、通常、機械的ガタ(以下、ガタという)が存在するため、ガタの範囲内でモータが動作しても、主軸部材の動作が行われない。したがって、先端動作部の軌跡精度や位置決め精度の低下が懸念される。   The power transmission mechanism that transmits the driving force of the motor to the main shaft member usually has mechanical backlash (hereinafter referred to as backlash). Therefore, even if the motor operates within the backlash range, the main shaft member operates. I will not. Therefore, there is a concern that the trajectory accuracy and positioning accuracy of the distal end working unit may be lowered.

また、ロール動作をさせるためにギア体を回転させようとすると、ギア体を支持する主軸部材がギア体から力を受ける。このとき、ヨー軸駆動系の動力伝達機構に存在するガタにより、あるいはこの動力伝達機構の剛性が低い場合に弾性変形が生じることにより、先端動作部の軌跡精度や位置決め精度の低下が懸念される。   Further, when the gear body is rotated in order to perform the roll operation, the main shaft member that supports the gear body receives a force from the gear body. At this time, there is a concern that the locus accuracy and the positioning accuracy of the tip working portion may be lowered due to the backlash existing in the power transmission mechanism of the yaw axis drive system or due to elastic deformation when the rigidity of the power transmission mechanism is low. .

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、先端動作部の軌跡精度や位置決め精度を向上できる医療用マニピュレータを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a medical manipulator that can improve the trajectory accuracy and positioning accuracy of the distal end working portion.

上記の目的を達成するため、本発明に係る医療用マニピュレータは、第1駆動源と、エンドエフェクタと、前記第1駆動源の駆動力が機械的に伝達されることで第1姿勢変更動作をするように構成された第1動作部とを有する先端動作部と、前記第1駆動源の駆動力を噛み合い部又は係合部を介して機械的に伝達して前記第1動作部を動作させる第1動力伝達機構と、前記第1駆動源を制御するコントローラと、を備え、前記噛み合い部又は前記係合部を含む前記第1動力伝達機構には、機械的なガタが存在しており、前記コントローラは、前記第1姿勢変更動作に係る第1操作指令を受けた場合、第1の補償制御として、前記第1操作指令に基づく第1目標軌道を生成する処理と、前記第1目標軌道に基づく前記第1駆動源の目標値である第1の正規1軸目標値を生成する処理と、前記第1目標軌道に基づき前記第1動力伝達機構に存在する前記ガタの影響をなくす第1補正値を生成する処理と、前記第1の正規1軸目標値と前記第1補正値とに基づいて前記第1駆動源の制御上の目標値である第1の補正1軸目標値を生成する処理と、を行い前記第1の補正1軸目標値を用いて前記第1駆動源を制御する、ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a medical manipulator according to the present invention performs a first posture changing operation by mechanically transmitting a driving force of a first driving source, an end effector, and the first driving source. A first operating unit having a first operating unit configured to perform the operation of the first operating unit by mechanically transmitting a driving force of the first drive source via a meshing unit or an engaging unit . A first power transmission mechanism and a controller for controlling the first drive source, the first power transmission mechanism including the meshing part or the engagement part has a mechanical backlash; The controller, when receiving a first operation command related to the first posture change operation, generates a first target trajectory based on the first operation command as the first compensation control, and the first target trajectory Is a target value of the first drive source based on And generating a regular uniaxial target value of 1, and generating a first correction value to eliminate the influence of the backlash present in the first power transmission mechanism based on the first target trajectory, the first normal Generating a first corrected one-axis target value that is a target value for controlling the first drive source based on the one-axis target value and the first correction value, and performing the first correction 1 The first drive source is controlled using an axis target value .

上記の構成によれば、第1の補償制御により、第1動力伝達機構に存在するガタ分が補償される。このため、第1動作部の姿勢制御を精度良く行うことができ、操作性が向上する。また、第1の正規1軸目標値を、第1動力伝達機構に存在するガタの影響をなくす第1補正値により補正して第1の補正1軸目標値を生成するので、先端動作部の軌跡精度や位置決め精度を効果的に向上できる。 According to said structure, the backlash which exists in a 1st power transmission mechanism is compensated by 1st compensation control. For this reason, the attitude control of the first operation unit can be performed with high accuracy, and the operability is improved. Further, since the first corrected one-axis target value is generated by correcting the first normal one-axis target value with the first correction value that eliminates the influence of the play existing in the first power transmission mechanism, Trajectory accuracy and positioning accuracy can be improved effectively.

前記医療用マニピュレータは、前記先端動作部が先端に設けられたシャフトと、第2駆動源と、前記第2駆動源の駆動力を機械的に伝達して第2動作部を動作させる第2動力伝達機構とをさらに備え、前記先端動作部は、前記シャフトの軸線に対して非平行なヨー軸を基準に傾動する前記第1姿勢変更動作としてのヨー動作と、先端を指向するロール軸を基準に回転する第2姿勢変更動作としてのロール動作とが可能であり、前記第1動作部は、前記ヨー軸を中心に回動可能な部材であり、前記第2動作部は、第2姿勢変更動作を行うことが可能なように前記第1動作部により前記ロール軸を中心に回転可能に支持され、前記コントローラは、前記ロール動作に係る第2操作指令を受けた場合、前記第2操作指令に基づいて前記第2駆動源を制御するとともに、第2の補償制御として、前記ロール動作に起因する前記ヨー動作の発生を防止または抑制するように、前記第1駆動源を制御し、前記コントローラは、前記第2の補償制御において、前記第2操作指令に基づく第2目標軌道を生成する処理と、前記第2目標軌道に基づく前記第1駆動源の目標値である第2の正規1軸目標値を生成する処理と、前記ロール動作に起因して前記第1動作部が前記第2動作部から受ける力の方向とは逆方向のガタをなくす第2補正値を生成する処理と、前記第2の正規1軸目標値と前記第2補正値とに基づいて前記第1駆動源の制御上の目標値である第2の補正1軸目標値を生成する処理と、を行い、前記第2の補正1軸目標値を用いて前記第1駆動源を制御するとよい。 The medical manipulator includes a shaft having the distal end working portion provided at the distal end, a second driving source, and a second power that mechanically transmits the driving force of the second driving source to operate the second working portion. A transmission mechanism, and the tip motion section is based on a yaw motion as the first posture changing motion that tilts with respect to a yaw axis that is non-parallel to the axis of the shaft, and a roll shaft that points to the tip. A roll operation as a second posture changing operation that rotates in the first direction, the first operating unit is a member that can rotate about the yaw axis, and the second operating unit is a second posture changing unit. by the so capable of performing the operation first operation portion is rotatably supported about the roll axis, wherein the controller, when receiving the second operation command according to the rolling operation, the second operation command Based on the second drive source With Gosuru, as the second compensation control, so as to prevent or suppress the occurrence of the yaw behavior caused by the rolling operation, it controls the first driving source, the controller, in the second compensation control , Processing for generating a second target trajectory based on the second operation command, processing for generating a second normal uniaxial target value that is a target value of the first drive source based on the second target trajectory, A process of generating a second correction value that eliminates backlash in a direction opposite to the direction of the force received by the first operating unit from the second operating unit due to a roll operation; and the second normal uniaxial target value; Generating a second corrected one-axis target value that is a target value for controlling the first drive source based on the second correction value, and using the second corrected one-axis target value. And controlling the first drive source .

上記の構成によれば、第2の補償制御により、第2姿勢変更動作に起因する第1姿勢変更動作の発生が防止または抑制される。すなわち、第2姿勢変更動作をさせる際の先端動作部の軌跡精度や位置決め精度を効果的に向上できる。また、第2の正規1軸目標値を、第1動力伝達機構に存在するガタの影響をなくす第2補正値により補正して第2の補正1軸目標値を生成するので、第2動作部に第2姿勢変更動作をさせる際の先端動作部の軌跡精度や位置決め精度を効果的に向上できる。また、第2動作部に第2姿勢変更動作をさせる際に、第1動作部が第2動作部から受ける力の方向とは逆方向に、第1動作部を動作させることで、ガタの影響をなくすので、ガタに起因する第1動作部の動作の発生を効果的に防止できる。 According to said structure, generation | occurrence | production of the 1st attitude | position change operation | movement resulting from 2nd attitude | position change operation | movement is prevented or suppressed by 2nd compensation control. That is, it is possible to effectively improve the trajectory accuracy and positioning accuracy of the distal end working unit when performing the second posture changing operation. Further, since the second corrected uniaxial target value is corrected by the second correction value that eliminates the influence of the play existing in the first power transmission mechanism, the second corrected uniaxial target value is generated. It is possible to effectively improve the trajectory accuracy and positioning accuracy of the distal end working unit when the second posture changing operation is performed. In addition, when the second operation unit is caused to perform the second posture changing operation, the first operation unit is operated in a direction opposite to the direction of the force received by the first operation unit from the second operation unit, thereby causing an influence of backlash. Therefore, it is possible to effectively prevent the occurrence of the operation of the first operation unit due to the backlash.

前記先端動作部が先端に設けられたシャフトと、第2駆動源と、前記第2駆動源の駆動力を機械的に伝達して第2動作部を動作させる第2動力伝達機構とをさらに備え、前記先端動作部は、前記シャフトの軸線に対して非平行なヨー軸を基準に傾動する前記第1姿勢変更動作としてのヨー動作と、先端を指向するロール軸を基準に回転する第2姿勢変更動作としてのロール動作とが可能であり、前記第1動作部は、前記ヨー軸を中心に回動可能な部材であり、前記第2動作部は、第2姿勢変更動作を行うことが可能なように前記第1動作部により前記ロール軸を中心に回転可能に支持され、前記コントローラは、前記ロール動作に係る第2操作指令を受けた場合、前記第2操作指令に基づいて前記第2駆動源を制御するとともに、第2の補償制御として、前記ロール動作に起因する前記ヨー動作の発生を防止または抑制するように、前記第1駆動源を制御し、前記コントローラは、前記第2の補償制御において前記第2操作指令に基づく第2目標軌道を生成する処理と、前記第2目標軌道に基づく前記第1駆動源の目標値である第2の正規1軸目標値を生成する処理と、前記第1動力伝達機構の弾性変形に起因する前記第1動作部の動作の発生を防止または抑制する第2補正値を生成する処理と、前記第2の正規1軸目標値と前記第2補正値とに基づいて、前記第1駆動源の制御上の目標値である第2の補正1軸目標値を生成する処理と、を行い、前記第2の補正1軸目標値を用いて前記第1駆動源を制御するとよい。 The shaft further includes a shaft provided with the tip operating portion at the tip, a second driving source, and a second power transmission mechanism that mechanically transmits the driving force of the second driving source to operate the second operating portion. The tip motion unit is configured to tilt with respect to a yaw axis that is not parallel to the axis of the shaft as a reference for the yaw motion as the first posture change motion, and to rotate with respect to the roll shaft that is directed toward the tip. A roll operation as a change operation is possible, the first operation unit is a member that can rotate around the yaw axis, and the second operation unit can perform a second posture change operation. When the controller receives the second operation command related to the roll operation, the second operation command based on the second operation command is supported by the first operation unit so as to be rotatable about the roll axis. Control drive source and second compensation As control, so as to prevent or suppress the occurrence of the yaw behavior caused by the rolling operation, the controls the first driving source, the controller, in the second compensation control, based on the second operation command Processing for generating a second target trajectory, processing for generating a second normal uniaxial target value that is a target value of the first drive source based on the second target trajectory, and elastic deformation of the first power transmission mechanism Based on the process of generating the second correction value that prevents or suppresses the occurrence of the operation of the first operation unit due to the first normal axis value and the second correction value, the first correction value performs a process of generating a second correction uniaxial target value is a target value for control of the driving source, may it controls the first driving source using the second correction uniaxial target value.

上記の構成によれば、正規1軸目標値を、第1動力伝達機構の弾性変形に起因する第1動作部の動作の発生を防止または低減する補正値により補正して補正1軸目標値を生成するので、第2動作部に第2姿勢変更動作をさせる際の、第1動力伝達機構の弾性変形に起因する第1動作部の動作の発生を効果的に防止できる。   According to the above configuration, the corrected one-axis target value is corrected by correcting the normal one-axis target value with the correction value that prevents or reduces the occurrence of the operation of the first operation unit due to the elastic deformation of the first power transmission mechanism. Since it produces | generates, generation | occurrence | production of the operation | movement of the 1st action part resulting from the elastic deformation of the 1st power transmission mechanism at the time of making the 2nd action part perform the 2nd posture change operation can be prevented effectively.

前記第2の補償制御における前記第2補正値は、前記第2動作部による前記第1動作部への干渉トルクが相対的に高い高トルク状態での前記第1動力伝達機構の弾性変形に起因する前記第1動作部の動作の発生を防止する補正値以上、かつ、前記干渉トルクが相対的に低い低トルク状態での前記第1動力伝達機構の弾性変形に起因する前記第1動作部の動作の発生を防止する補正値以下の値であるとよい。 The second correction value in the second compensation control is caused by elastic deformation of the first power transmission mechanism in a high torque state in which interference torque to the first operation unit by the second operation unit is relatively high. More than the correction value for preventing occurrence of the operation of the first operating unit, and the first operating unit is caused by elastic deformation of the first power transmission mechanism in a low torque state where the interference torque is relatively low. It is preferable that the value is equal to or less than a correction value for preventing the occurrence of an operation.

上記の構成によれば、第2の補償制御における第2補正値として、低トルク状態に対応する補正値以上、かつ高トルク状態に対応する補正値以下の値を用いることで、エンドエフェクタの状態または第2動作部の動作抵抗を測定または推定しなくても、第2動作部に第2姿勢変更動作をさせる際の先端動作部の軌跡精度や位置決め精度を効果的に向上できる。 According to the above configuration, the state of the end effector is obtained by using a value that is greater than or equal to the correction value corresponding to the low torque state and less than or equal to the correction value corresponding to the high torque state as the second correction value in the second compensation control. Or, without measuring or estimating the operating resistance of the second operating unit, it is possible to effectively improve the trajectory accuracy and positioning accuracy of the distal end operating unit when the second operating unit is caused to perform the second posture changing operation.

前記コントローラは、前記低トルク状態のときは、前記低トルク状態に対応した補正値で前記第2の補償制御を行い、前記エンドエフェクタが前記高トルク状態のときは、前記高トルク状態に対応した補正値で前記第2の補償制御を行うとよい。   The controller performs the second compensation control with a correction value corresponding to the low torque state when in the low torque state, and corresponds to the high torque state when the end effector is in the high torque state. The second compensation control may be performed with a correction value.

上記の構成によれば、低トルク状態と高トルク状態の各状態に応じた補正値で第2の補償制御を行うので、第1動力伝達機構の弾性変形に起因する第1動作部の動作の発生を効果的に防止することができる。   According to the above configuration, since the second compensation control is performed with the correction values corresponding to the low torque state and the high torque state, the operation of the first operation unit due to the elastic deformation of the first power transmission mechanism is performed. Generation | occurrence | production can be prevented effectively.

前記コントローラは、計測または推定した前記第2動作部の動作抵抗に応じた補正値で前記第2の補償制御を行うとよい。   The controller may perform the second compensation control with a correction value corresponding to the measured or estimated operating resistance of the second operating unit.

上記の構成によれば、計測または推定した第2動作部の動作抵抗に応じた補正値で第2の補償制御を行うので、第1動力伝達機構の弾性変形に起因する第1動作部の動作の発生を効果的に防止することができる。   According to the above configuration, since the second compensation control is performed with the correction value corresponding to the measured or estimated operation resistance of the second operation unit, the operation of the first operation unit due to the elastic deformation of the first power transmission mechanism. Can be effectively prevented.

本発明に係る医療用マニピュレータによれば、先端動作部の軌跡精度や位置決め精度を向上できる。   The medical manipulator according to the present invention can improve the trajectory accuracy and positioning accuracy of the distal end working unit.

本発明の一実施形態に係る医療用マニピュレータの斜視図である。It is a perspective view of the medical manipulator concerning one embodiment of the present invention. 先端動作部の斜視図である。It is a perspective view of a front-end | tip operation | movement part. 作業部と操作部とを分離した状態でのマニピュレータ本体の一部断面側面図である。It is a partial cross section side view of the manipulator main body in the state which isolate | separated the working part and the operation part. 作業部の一部省略断面平面図である。It is a partially omitted cross-sectional plan view of a working part. 駆動部の駆動力を姿勢変更機構に伝達するための機構の模式構造図である。FIG. 5 is a schematic structural diagram of a mechanism for transmitting a driving force of a driving unit to a posture changing mechanism. 作業部を操作部に装着した状態の、第1構成例に係る検出機構を備えた医療用マニピュレータを示す一部省略側面図である。It is a partially omitted side view showing a medical manipulator provided with a detection mechanism according to a first configuration example in a state where a working unit is mounted on an operation unit. 第2構成例に係る検出機構を備えた医療用マニピュレータの一部省略側面図である。It is a partially omitted side view of a medical manipulator provided with a detection mechanism according to a second configuration example. 医療用マニピュレータの機能ブロック図である。It is a functional block diagram of a medical manipulator. 図9Aは、先端動作部にヨー動作をさせる場合の補正1軸目標値を説明する第1の模式説明図であり、図9Bは、先端動作部にヨー動作をさせる場合の補正1軸目標値を説明する第2の模式説明図であり、図9Cは、先端動作部にヨー動作をさせる場合の補正1軸目標値を説明する第3の模式説明図である。FIG. 9A is a first schematic explanatory view for explaining a corrected uniaxial target value when the tip operating unit performs a yaw operation, and FIG. 9B is a corrected uniaxial target value when the tip operating unit performs a yaw operation. FIG. 9C is a third schematic explanatory view illustrating a corrected one-axis target value when the yaw operation is performed by the distal end operating portion. 図10Aは、先端動作部にヨー動作をさせる場合の第1モータの正規速度指令値の時間変化を示す図であり、図10Bは、先端動作部にヨー動作をさせる場合の第1モータの速度補正指令値の時間変化を示す図であり、図10Cは、先端動作部にヨー動作をさせる場合の第1モータの速度指令値の時間変化を示す図である。FIG. 10A is a diagram illustrating a temporal change in the normal speed command value of the first motor when the tip operating unit performs the yaw operation, and FIG. 10B is a speed of the first motor when the tip operating unit performs the yaw operation. FIG. 10C is a diagram illustrating a change over time of the correction command value, and FIG. 10C is a diagram illustrating a change over time in the speed command value of the first motor when the tip operating unit performs a yaw operation. 図11Aは、先端動作部にロール動作をさせる際のヨー動作に対する影響を説明する第1の模式説明図であり、図11Bは、先端動作部にロール動作をさせる際のヨー動作に対する影響を説明する第2の模式説明図であり、図11Cは、先端動作部にロール動作をさせる際のヨー動作に対する影響を説明する第3の模式説明図である。FIG. 11A is a first schematic explanatory view for explaining the influence on the yaw motion when the tip action portion performs the roll action, and FIG. 11B explains the influence on the yaw action when the tip action portion performs the roll action. FIG. 11C is a third schematic explanatory diagram for explaining the influence on the yaw motion when the tip motion section performs a roll motion. 図12Aは、先端動作部にロール動作をさせる場合の1軸補正値を説明する第1の模式説明図であり、図12Bは、先端動作部にロール動作をさせる場合の1軸補正値を説明する第2の模式説明図であり、図12Cは、先端動作部にロール動作をさせる場合の1軸補正値を説明する第3の模式説明図である。FIG. 12A is a first schematic explanatory diagram for explaining a uniaxial correction value when the tip operation unit performs a roll operation, and FIG. 12B explains a uniaxial correction value when the tip operation unit performs a roll operation. FIG. 12C is a third schematic explanatory view for explaining a uniaxial correction value when the tip operating portion performs a roll operation. 図13Aは、先端動作部にロール動作をさせる場合の第2モータの正規速度指令値の時間変化を示す図であり、図13Bは、先端動作部にロール動作をさせる場合の第1モータの速度指令値(速度補正値)の時間変化を示す図である。FIG. 13A is a diagram illustrating a change over time in the normal speed command value of the second motor when the tip operation unit performs a roll operation, and FIG. 13B illustrates the speed of the first motor when the tip operation unit performs a roll operation. It is a figure which shows the time change of command value (speed correction value).

以下、本発明に係る医療用マニピュレータ(以下、マニピュレータという。)について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS A medical manipulator (hereinafter referred to as a manipulator) according to the present invention will be described below with reference to preferred embodiments and with reference to the accompanying drawings.

まず、図1を参照し、本発明の一実施形態に係る医療用マニピュレータ10の全体構成について説明する。マニピュレータ10は、先端に設けられた先端動作部12で生体の一部を把持し又は生体に触れて、所定の処置を行うための医療用の器具であり、通常、把持鉗子やニードルドライバ(持針器)等とも呼ばれる。   First, an overall configuration of a medical manipulator 10 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The manipulator 10 is a medical instrument for performing a predetermined treatment by grasping or touching a part of a living body with a distal end working unit 12 provided at the distal end. Usually, the manipulator 10 is a grasping forceps or a needle driver (holding tool). It is also called a needle).

マニピュレータ10は、医療用器具を構成するマニピュレータ本体11と、マニピュレータ本体11にケーブル28を介して接続されたコントローラ29とを備える。マニピュレータ本体11は、ボディ21と、ボディ21から延出するシャフト18と、シャフトの先端に設けられた先端動作部12とを有する。   The manipulator 10 includes a manipulator main body 11 constituting a medical instrument, and a controller 29 connected to the manipulator main body 11 via a cable 28. The manipulator body 11 includes a body 21, a shaft 18 extending from the body 21, and a distal end working unit 12 provided at the distal end of the shaft.

以下の説明では、シャフト18の延在方向をZ方向と規定し、さらに、シャフト18の前方(先端側)をZ1方向、後方(根元側)をZ2方向と規定する。また、Z方向に直角な方向であって、マニピュレータ本体11を図1の姿勢にしたときのマニピュレータ本体11を基準とした左右方向をX方向とし、特に、マニピュレータ本体11の左側方向をX1方向、右側方向をX2方向と規定する。また、Z方向に直角な方向であって、マニピュレータ本体11を図1の姿勢にしたときのマニピュレータ本体11の上下方向をY方向とし、特に、上方向をY1方向、下方向をY2方向と規定する。   In the following description, the extending direction of the shaft 18 is defined as the Z direction, and the front (tip side) of the shaft 18 is defined as the Z1 direction and the rear (root side) is defined as the Z2 direction. Further, the right-and-left direction with respect to the manipulator body 11 when the manipulator body 11 is in the posture shown in FIG. 1 is the X direction, and in particular, the left side direction of the manipulator body 11 is the X1 direction, The right direction is defined as the X2 direction. Further, the vertical direction of the manipulator body 11 when the manipulator body 11 is in the posture shown in FIG. 1 is defined as the Y direction, and in particular, the upper direction is defined as the Y1 direction and the lower direction is defined as the Y2 direction. To do.

なお、特に断りのない限り、これらの方向の記載はマニピュレータ本体11が基準姿勢(中立姿勢)である場合を基準として表すものとする。これらの方向は説明の便宜上のものであり、マニピュレータ本体11は任意の向きで(例えば、上下を反転させて)使用可能であることは勿論である。   Unless otherwise specified, the description of these directions is based on the case where the manipulator body 11 is in the reference posture (neutral posture). These directions are for convenience of explanation, and it is needless to say that the manipulator body 11 can be used in any direction (for example, upside down).

マニピュレータ本体11は、人手によって把持及び操作される操作部14と、該操作部14に対して着脱自在な作業部16とを有する。操作部14は、上述したボディ21の一部を構成し、筐体を構成しZ1方向及びY2方向に略L字状に延在する左右一対の上部カバー25a、25bと、上部カバー25a、25b内に収容された駆動部30と、人手によって操作される複合入力部24とを有する。   The manipulator main body 11 includes an operation unit 14 that is gripped and operated by a hand and a work unit 16 that is detachable from the operation unit 14. The operation unit 14 constitutes a part of the body 21 described above, constitutes a housing, and a pair of left and right upper covers 25a and 25b extending in a substantially L shape in the Z1 direction and the Y2 direction, and the upper covers 25a and 25b. It has the drive part 30 accommodated in the inside, and the composite input part 24 operated manually.

駆動部30は、先端動作部12の姿勢を変更させるための駆動源50として第1モータ(第1駆動源)50a及び第2モータ(第2駆動源)50bを有し、駆動源50の駆動力が先端動作部12に機械的に伝達されることで、先端動作部12の姿勢を変更できるように構成されている。   The drive unit 30 includes a first motor (first drive source) 50 a and a second motor (second drive source) 50 b as drive sources 50 for changing the posture of the distal end working unit 12. The force is mechanically transmitted to the distal end working unit 12 so that the posture of the distal end working unit 12 can be changed.

第1モータおよび第2モータには、それぞれエンコーダ51a、51bが付帯して設けられており、各エンコーダ51a、51bにより第1モータ50aおよび第2モータ50bの動作角度(回転角度)が検出され、その検出角度をフィードバック信号として、コントローラ29により第1モータ50aおよび第2モータ50bがフィードバック制御される。   The first motor and the second motor are provided with encoders 51a and 51b, respectively, and the operation angles (rotation angles) of the first motor 50a and the second motor 50b are detected by the encoders 51a and 51b, The first motor 50a and the second motor 50b are feedback controlled by the controller 29 using the detected angle as a feedback signal.

操作部14の基端側でY2方向に延びた部分は、人手によって把持されるグリップハンドル26として構成されている。グリップハンドル26の上部に設けられた複合入力部24は、回転操作部90および傾動操作部92とを有する。回転操作部90に対する左右方向への回動操作及び傾動操作部92に対する傾動操作を単独又は複合的に行うことで、その操作に応じた信号がコントローラ29に送信され、コントローラ29が第1モータおよび第2モータの駆動を制御することにより、先端動作部12の姿勢変更が行われる。   A portion extending in the Y2 direction on the proximal end side of the operation unit 14 is configured as a grip handle 26 that is gripped by a hand. The composite input unit 24 provided on the upper portion of the grip handle 26 includes a rotation operation unit 90 and a tilt operation unit 92. By performing a rotation operation in the left-right direction with respect to the rotation operation unit 90 and a tilting operation with respect to the tilting operation unit 92 singly or in combination, a signal corresponding to the operation is transmitted to the controller 29, and the controller 29 receives the first motor and By controlling the driving of the second motor, the posture of the distal end working unit 12 is changed.

作業部16は、Z方向で略対称に分割された一対の下部カバー37a、37bを筐体としており、上記の先端動作部12と、この先端動作部12を先端に設けた長尺且つ中空のシャフト18と、このシャフト18の基端側が固定され、下部カバー37a、37b内に収容されたプーリボックス32と、プーリボックス32の後方に設けられ、トリガ軸39を支点としてX方向の軸心を中心に回動可能に軸支されたトリガレバー36とを有する。下部カバー37a、37b、プーリボックス32及びトリガレバー36は、上述したボディ21の一部を構成する。   The working unit 16 includes a pair of lower covers 37a and 37b divided substantially symmetrically in the Z direction as a housing. The distal end working unit 12 and the long and hollow provided with the distal end working unit 12 at the distal end are provided. The shaft 18, the base end side of the shaft 18 is fixed, the pulley box 32 accommodated in the lower covers 37a and 37b, the rear of the pulley box 32, and the axis in the X direction with the trigger shaft 39 as a fulcrum. And a trigger lever 36 pivotally supported at the center. The lower covers 37a and 37b, the pulley box 32, and the trigger lever 36 constitute a part of the body 21 described above.

作業部16は、操作部14に設けられた左右一対の着脱レバー40、40によって当該操作部14と連結・固定されると共に、着脱レバー40の開放操作によって操作部14から分離可能であり、特別な器具を用いることなく、手術現場で容易に交換作業等を行うことができる。   The working unit 16 is connected and fixed to the operation unit 14 by a pair of left and right attachment / detachment levers 40, 40 provided on the operation unit 14, and can be separated from the operation unit 14 by an opening operation of the attachment / detachment lever 40. It is possible to easily perform replacement work or the like at the operation site without using a simple instrument.

トリガレバー36は、操作者の手指が引っ掛けられるように構成されたトリガ操作子36bと、トリガ操作子36bの上部に設けられたアーム部36aとを有し、アーム部36aの箇所でトリガ軸39に軸支されることで、X方向の軸線を中心として前後方向(Z方向)に揺動可能に配置されている。   The trigger lever 36 includes a trigger operator 36b configured to be hooked by an operator's finger, and an arm portion 36a provided on an upper portion of the trigger operator 36b. A trigger shaft 39 is provided at the arm portion 36a. By being pivotally supported by the shaft, the shaft is disposed so as to be swingable in the front-rear direction (Z direction) about the axis in the X direction.

図2は、先端動作部12の斜視図である。先端動作部12は、開閉動作するエンドエフェクタ19と、エンドエフェクタ19の姿勢を変化させる姿勢変更機構13とを有する。エンドエフェクタ19は、例えば、生体の一部や縫合用の針を把持するグリッパ、生体の一部を切断するハサミ等として、所定の開閉動作軸を基準に開閉動作可能に構成される。図示例のエンドエフェクタ19は、グリッパ19Aとして構成されている。   FIG. 2 is a perspective view of the distal end working unit 12. The distal end working unit 12 includes an end effector 19 that opens and closes, and a posture changing mechanism 13 that changes the posture of the end effector 19. The end effector 19 is configured to be openable and closable on the basis of a predetermined opening / closing operation axis, for example, as a gripper for gripping a part of the living body or a suture needle, or a scissor for cutting a part of the living body. The illustrated end effector 19 is configured as a gripper 19A.

エンドエフェクタ19は、人手によるトリガレバー36の操作(押し引き操作)に基づく力が機械的に伝達されることで開閉動作する。具体的には、作業部16の内部には、ロッド83a、83b(図3及び図4参照)、動力伝達部材としてのワイヤ82a、82b(図3及び図4参照)、プーリ等から構成される伝達機構が設けられており、トリガレバー36の押し引き操作が、伝達機構によりエンドエフェクタ19の開閉動作に変換されるようになっている。   The end effector 19 opens and closes when a force based on a manual operation (push / pull operation) of the trigger lever 36 is mechanically transmitted. Specifically, the working unit 16 includes rods 83a and 83b (see FIGS. 3 and 4), wires 82a and 82b (see FIGS. 3 and 4) as power transmission members, pulleys, and the like. A transmission mechanism is provided, and a push / pull operation of the trigger lever 36 is converted into an opening / closing operation of the end effector 19 by the transmission mechanism.

なお、トリガレバー36の操作をエンドエフェクタ19の開閉動作に変換する機構としては、例えば、特開2008−104855号公報や特開2009−106606号公報に記載された構成と同様の構成を採用してよい。   As a mechanism for converting the operation of the trigger lever 36 into the opening / closing operation of the end effector 19, for example, a configuration similar to the configuration described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-104855 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-106606 is adopted. It's okay.

姿勢変更機構13は、Y方向のヨー軸Oyを基準に傾動するヨー動作(第1姿勢変更動作)と、先端を指向するロール軸Or(中立姿勢時にはZ軸)を基準に回転するロール動作(第2姿勢変更動作)とが可能である。ヨー動作は、シャフト18の軸線に対して傾斜した方向へ動作することから、傾動動作ということもできる。姿勢変更機構13は、ロール動作とヨー動作とを選択的に又は複合的に行うことが可能である。   The posture changing mechanism 13 includes a yaw operation (first posture changing operation) that tilts with respect to the Y-direction yaw axis Oy, and a roll operation that rotates based on the roll axis Or (or Z axis in the neutral posture) that points toward the tip. Second posture changing operation). Since the yaw operation moves in a direction inclined with respect to the axis of the shaft 18, it can also be called a tilting operation. The posture changing mechanism 13 can perform a roll operation and a yaw operation selectively or in combination.

本実施形態の場合、エンドエフェクタ19の姿勢変更の動作(ヨー動作及びロール動作)は、複合入力部24の操作に基づいて駆動源50が駆動し、この駆動源50の駆動力が先端動作部12に機械的に伝達されることで行われる。   In the case of the present embodiment, the posture change operation (yaw operation and roll operation) of the end effector 19 is driven by the drive source 50 based on the operation of the composite input unit 24, and the driving force of the drive source 50 is the tip operation unit. This is done by being mechanically transmitted to 12.

先端動作部12及びシャフト18は細径に構成されており、患者の腹部等に装着された円筒形状のトラカール20を通して体腔22内に挿入可能であり、複合入力部24及びトリガレバー36の操作によって体腔22内で患部切除、把持、縫合及び結紮等の様々な手技を行うことができる。   The distal end working unit 12 and the shaft 18 are configured to have a small diameter and can be inserted into the body cavity 22 through a cylindrical trocar 20 attached to the patient's abdomen or the like, and by operation of the composite input unit 24 and the trigger lever 36. Various procedures such as excision of the affected area, grasping, suturing and ligation can be performed in the body cavity 22.

図1に示すコントローラ29は、マニピュレータ本体11を総合的に制御する制御部であって、グリップハンドル26の下端部から延在するケーブル28と接続される。コントローラ29の機能の一部又は全部は、例えば操作部14に一体的に搭載することもできる。コントローラ29は、複数(図示例では、3個)の接続ポート27a〜27cを備えており、3台のマニピュレータ本体11を独立的に同時に制御することができる。   The controller 29 shown in FIG. 1 is a control unit that comprehensively controls the manipulator body 11 and is connected to a cable 28 that extends from the lower end of the grip handle 26. A part or all of the functions of the controller 29 can be integrally mounted on the operation unit 14, for example. The controller 29 includes a plurality (three in the illustrated example) of connection ports 27a to 27c, and can control the three manipulator bodies 11 independently and simultaneously.

次に、駆動源50の駆動力を先端動作部12に機械的に伝達する機構について説明する。ここで、図3は、作業部16と操作部14とを分離した状態でのマニピュレータ本体11の一部断面側面図であり、図4は、作業部16の一部省略断面平面図である。作業部16には、上述したトリガレバー36に入力された操作力をエンドエフェクタ19に伝達する機構の構成要素である2本のロッド83a、83bがY方向に並んで、それぞれZ方向に延在し、ロッド83a、83bの先端部(Z1方向側の端部)は、プーリボックス32を構成する空洞部66まで達している。   Next, a mechanism for mechanically transmitting the driving force of the driving source 50 to the distal end working unit 12 will be described. Here, FIG. 3 is a partially sectional side view of the manipulator main body 11 in a state where the working unit 16 and the operation unit 14 are separated, and FIG. 4 is a partially omitted sectional plan view of the working unit 16. In the working unit 16, two rods 83a and 83b that are components of a mechanism that transmits the operation force input to the trigger lever 36 to the end effector 19 are arranged in the Y direction and extend in the Z direction. The rods 83a and 83b have their distal ends (ends on the Z1 direction side) reaching the cavity 66 constituting the pulley box 32.

また、ロッド83a、83bの先端部には、それぞれ、シャフト18に挿通されて先端動作部12(図1参照)まで延在するワイヤ82a、82b(索体)が連結されている。ワイヤ82a、82bのZ1方向側の端部は、先端動作部12のエンドエフェクタ19を駆動するための図示しない開閉機構に係合しており、トリガレバー36を押し引き操作することによるワイヤ82a、82bの進退動作により前記開閉機構が駆動され、エンドエフェクタ19が開閉動作するようになっている。   Further, wires 82a and 82b (cord) that are inserted through the shaft 18 and extend to the distal end working unit 12 (see FIG. 1) are connected to the distal ends of the rods 83a and 83b, respectively. The ends of the wires 82a, 82b on the Z1 direction side are engaged with an opening / closing mechanism (not shown) for driving the end effector 19 of the distal end working unit 12, and the wire 82a, The opening / closing mechanism is driven by the forward / backward movement of 82b, and the end effector 19 is opened / closed.

図3及び図4に示すように、プーリボックス32のZ2側には、Z方向を基準として対称な一対のピン穴84、84が形成されている。各ピン穴84、84には、作業部16と操作部14との装着時、ブラケット52の底面からY1方向に突出した一対のガイドピン86、86が挿入され、これにより、操作部14と作業部16とが位置決めされ且つ高い剛性で装着される。   As shown in FIGS. 3 and 4, a pair of pin holes 84 and 84 that are symmetrical with respect to the Z direction are formed on the Z2 side of the pulley box 32. A pair of guide pins 86, 86 projecting from the bottom surface of the bracket 52 in the Y1 direction are inserted into the pin holes 84, 84 when the working unit 16 and the operating unit 14 are mounted. The part 16 is positioned and mounted with high rigidity.

駆動部30は、上述した第1及び第2モータ50a、50bと、第1及び第2モータ50a、50bを支持するブラケット52と、第1及び第2モータ50a、50bの回転方向を変換して作業部16側に伝達するギア機構部54とを有する。ギア機構部54は、第1モータ50aおよび第2モータ50bの出力軸56a、56bにそれぞれ固定された駆動傘歯車58a、58bと、駆動傘歯車58a、58bと噛み合う従動傘歯車62a、62bとを有する。   The drive unit 30 converts the rotation directions of the first and second motors 50a and 50b, the bracket 52 that supports the first and second motors 50a and 50b, and the first and second motors 50a and 50b. And a gear mechanism 54 that transmits to the working unit 16 side. The gear mechanism 54 includes drive bevel gears 58a and 58b fixed to the output shafts 56a and 56b of the first motor 50a and the second motor 50b, and driven bevel gears 62a and 62b that mesh with the drive bevel gears 58a and 58b, respectively. Have.

従動傘歯車62a、62bには、それぞれ駆動軸60a、60bが固定されている。駆動軸60a、60bは、X方向に離間して互いに平行に配置されるとともに、図示しないベアリングによってブラケット52に回転可能に軸支されている。駆動軸60a、60bの下端部には、係合凸部64a、64bがそれぞれ設けられている。係合凸部64a、64bは、例えば、断面波形六角形状で先細りのテーパ形状に形成され得る。   Drive shafts 60a and 60b are fixed to the driven bevel gears 62a and 62b, respectively. The drive shafts 60a and 60b are spaced apart in the X direction and arranged in parallel to each other, and are rotatably supported by the bracket 52 by a bearing (not shown). Engagement projections 64a and 64b are provided at the lower ends of the drive shafts 60a and 60b, respectively. The engaging protrusions 64a and 64b can be formed in, for example, a tapered shape with a corrugated cross-sectional hexagonal shape.

作業部16に設けられたプーリボックス32は、X方向両側が開口した空洞部66と、該空洞部66に収納された駆動プーリ(従動軸)70a、70b及びガイド部材72a、72bとを有し、空洞部66のZ1側に貫通した孔部でシャフト18が固定・支持されている。   The pulley box 32 provided in the working unit 16 includes a hollow portion 66 that is open on both sides in the X direction, and driving pulleys (driven shafts) 70a and 70b and guide members 72a and 72b housed in the hollow portion 66. The shaft 18 is fixed and supported by a hole that penetrates the cavity 66 on the Z1 side.

駆動プーリ70a、70bは、X方向に離間して互いに平行に配置されており、その上端部には、駆動軸60a、60b側の係合凸部64a、64bと係合可能な係合凹部74a、74bが設けられている。係合凹部74a、74bは、前記係合凸部64a、64bが係合(嵌合)可能であり、例えば断面波形六角形状で奥細りのテーパ形状の凹部を有する。   The drive pulleys 70a and 70b are spaced apart from each other in the X direction and are arranged in parallel to each other, and an engagement recess 74a that can be engaged with the engagement protrusions 64a and 64b on the drive shafts 60a and 60b side at the upper end thereof. 74b. The engaging recesses 74a and 74b can be engaged (fitted) with the engaging protrusions 64a and 64b. For example, the engaging recesses 74a and 74b have recesses having a tapered corrugated shape with a corrugated cross section.

操作部14に作業部16を装着した状態では、係合凸部64a、64bと係合凹部74a、74bとが係合する。これにより、駆動軸60a、60bの回転駆動力は、係合凸部64a、64bおよび係合凹部74a、74bを介して、駆動プーリ70a、70bに伝達される。なお、係合凸部64aや係合凹部74aの係合構造は他の構造であってもよい。   In a state where the working unit 16 is mounted on the operation unit 14, the engaging convex portions 64a and 64b and the engaging concave portions 74a and 74b are engaged. Thereby, the rotational driving force of the drive shafts 60a and 60b is transmitted to the drive pulleys 70a and 70b via the engaging convex portions 64a and 64b and the engaging concave portions 74a and 74b. The engagement structure of the engagement convex part 64a and the engagement concave part 74a may be another structure.

図4に示すように、ガイド部材72a、72bは、駆動プーリ70a、70bのZ1側に配設されると共に、互いの外周面の間隔が、駆動プーリ70a、70bの外周面間の間隔よりも狭く設定されている。ワイヤ(索体)80a、80bは、駆動プーリ70a、70bに巻き掛けられるとともに、ガイド部材72a、72bによりガイドされて、シャフト18内に挿通されている。   As shown in FIG. 4, the guide members 72a and 72b are disposed on the Z1 side of the drive pulleys 70a and 70b, and the interval between the outer peripheral surfaces of the guide members 72a and 72b is larger than the interval between the outer peripheral surfaces of the drive pulleys 70a and 70b. It is set narrowly. The wires (corresponding bodies) 80 a and 80 b are wound around the drive pulleys 70 a and 70 b, guided by the guide members 72 a and 72 b, and inserted into the shaft 18.

図5は、姿勢変更機構13、第1動力伝達機構および第2動力伝達機構の模式構造図である。姿勢変更機構13は、シャフト18の軸線と非平行なヨー軸(傾動軸)Oyを中心に回動可能な主軸部材(第1動作部)100と、主軸部材の軸線と一致するロール軸Orを中心に回転自在に主軸部材に支持されたギア体102(第1動作部)と、ギア体102と噛み合いヨー軸Oyを中心に回転自在に支持された歯車体104とを有する。   FIG. 5 is a schematic structural diagram of the posture changing mechanism 13, the first power transmission mechanism, and the second power transmission mechanism. The posture changing mechanism 13 includes a main shaft member (first operation unit) 100 that can rotate around a yaw axis (tilting axis) Oy that is not parallel to the axis of the shaft 18, and a roll axis Or that matches the axis of the main shaft member. A gear body 102 (first operating portion) supported by the main shaft member so as to be rotatable about the center, and a gear body 104 which meshes with the gear body 102 and is supported rotatably about the yaw axis Oy.

主軸部材100は、シャフト18の先端部に設けられた軸106によってヨー軸Oyを中心に回転可能である。主軸部材100の前部は、円筒形の筒部100aとして構成されており、主軸部材100の基端部には、ワイヤ80aが巻き掛けられた従動プーリ100bが一体的に設けられている。ワイヤ80aは、その一部が所定の固定手段によって従動プーリ100bに固定されることで、従動プーリ100bとの間ですべりが生じることが防止されている。   The main shaft member 100 can be rotated around the yaw axis Oy by a shaft 106 provided at the tip of the shaft 18. A front portion of the main shaft member 100 is configured as a cylindrical tube portion 100a, and a driven pulley 100b around which a wire 80a is wound is integrally provided at the base end portion of the main shaft member 100. Part of the wire 80a is fixed to the driven pulley 100b by a predetermined fixing means, thereby preventing slippage between the wire 80a and the driven pulley 100b.

主軸部材100は、ヨー軸Oyを中心に回動することが可能であるため、従動プーリ100bがワイヤ80aにより回転駆動されることで、従動プーリ100bが一体的に設けられた主軸部材100がヨー軸Oyを中心に回動する。   Since the main shaft member 100 can rotate around the yaw axis Oy, the driven pulley 100b is rotationally driven by the wire 80a, so that the main shaft member 100 integrally provided with the driven pulley 100b is It rotates about the axis Oy.

ギア体102は、先端カバー108に固定されるとともに、ロール軸Orを中心として回転可能かつロール軸Or方向には移動が拘束された状態で主軸部材100の筒部100aの外周に支持されている。ギア体102のZ2方向端面には、歯車104bと噛み合うフェイスギア110が設けられている。   The gear body 102 is fixed to the tip cover 108 and is supported on the outer periphery of the cylindrical portion 100a of the main shaft member 100 in a state where the gear body 102 is rotatable about the roll axis Or and restricted in the direction of the roll axis Or. . A face gear 110 that meshes with the gear 104b is provided on the end surface of the gear body 102 in the Z2 direction.

歯車体104は、ワイヤ80bが巻き掛けられ従動プーリ104aと、該従動プーリ104aの上部に同心状に設けられた歯車104bとを有し、軸106により回転可能に支持されている。従動プーリ104aに巻き掛けられたワイヤ80bは、その一部が所定の固定手段によって従動プーリ104aに固定されることで、従動プーリ104aとの間ですべりが生じることが防止されている。   The gear body 104 has a driven pulley 104a around which a wire 80b is wound, and a gear 104b provided concentrically on the driven pulley 104a, and is rotatably supported by a shaft 106. A part of the wire 80b wound around the driven pulley 104a is fixed to the driven pulley 104a by a predetermined fixing means, thereby preventing slippage between the driven pulley 104a and the driven pulley 104a.

上記のように構成された姿勢変更機構13において、従動プーリ100bを回転させると、従動プーリ100bが一体的に設けられた主軸部材100がヨー軸Oyを中心に回動するとともに、ギア体102、先端カバー108及びエンドエフェクタ19が主軸部材100と一体的にヨー軸Oyを中心として傾動する。すなわち、姿勢変更機構13のヨー動作が行われる。   In the posture changing mechanism 13 configured as described above, when the driven pulley 100b is rotated, the main shaft member 100 integrally provided with the driven pulley 100b rotates about the yaw axis Oy, and the gear body 102, The tip cover 108 and the end effector 19 are tilted integrally with the main shaft member 100 about the yaw axis Oy. That is, the yaw operation of the posture changing mechanism 13 is performed.

一方、歯車体104を回転させると、歯車体104によりギア体102がロール軸Orを中心に回転するとともに、先端カバー108及びエンドエフェクタ19がギア体102と一体的にロール軸Orを中心として回転する。すなわち、姿勢変更機構13のロール動作が行われる。   On the other hand, when the gear body 104 is rotated, the gear body 102 is rotated about the roll axis Or by the gear body 104, and the tip cover 108 and the end effector 19 are rotated about the roll axis Or integrally with the gear body 102. To do. That is, the roll operation of the posture changing mechanism 13 is performed.

第1動力伝達機構112aは、第1モータ50aの駆動力を、主軸部材100を動作させるように、主軸部材100に機械的に伝達する機構である。したがって、上述した駆動傘歯車58a、従動傘歯車62a、係合凸部64a、係合凹部74a、駆動プーリ70aおよびワイヤ80aは、第1動力伝達機構112aの構成要素である。第1動力伝達機構112aにおける動力伝達経路上にはガタが存在する。図示例の第1動力伝達機構112aの場合、図示しない減速機、ギア機構部54を構成する駆動傘歯車58aと従動傘歯車62aとの噛み合い部、および係合凸部64aと係合凹部74aとの係合部にそれぞれ僅かにガタが存在するため、これらのガタの大きさを合算したものが、第1動力伝達機構112aに存在するガタである。   The first power transmission mechanism 112 a is a mechanism that mechanically transmits the driving force of the first motor 50 a to the main shaft member 100 so as to operate the main shaft member 100. Therefore, the driving bevel gear 58a, the driven bevel gear 62a, the engaging convex portion 64a, the engaging concave portion 74a, the driving pulley 70a, and the wire 80a described above are components of the first power transmission mechanism 112a. There is a backlash on the power transmission path in the first power transmission mechanism 112a. In the case of the first power transmission mechanism 112a of the illustrated example, a reduction gear (not shown), a meshing portion of the driving bevel gear 58a and the driven bevel gear 62a constituting the gear mechanism portion 54, and an engaging convex portion 64a and an engaging concave portion 74a. Since there is a slight backlash in each of the engaging portions, the sum of these backlashes is the backlash present in the first power transmission mechanism 112a.

第2動力伝達機構112bは、第2モータ50bの駆動力を、ギア体102を回転させるように、ギア体102に機械的に伝達する機構である。したがって、上述した駆動傘歯車58b、従動傘歯車62b、係合凸部64b、係合凹部74b、駆動プーリ70bおよびワイヤ80bは、第2動力伝達機構112bの構成要素である。なお、第2動力伝達機構112bの動力伝達経路上には、第1動力伝達機構112aと同様にガタが存在する。   The second power transmission mechanism 112b is a mechanism that mechanically transmits the driving force of the second motor 50b to the gear body 102 so as to rotate the gear body 102. Therefore, the driving bevel gear 58b, the driven bevel gear 62b, the engaging convex portion 64b, the engaging concave portion 74b, the driving pulley 70b, and the wire 80b described above are components of the second power transmission mechanism 112b. Note that the backlash exists on the power transmission path of the second power transmission mechanism 112b as in the first power transmission mechanism 112a.

図6に示すように、マニピュレータ本体11は、トリガレバー36の操作状態を検出する第1構成例に係る検出機構120をさらに備える。図6に示す検出機構120は、トリガレバー36が引き位置に達したことを検出するように構成されている。すなわち、検出機構120は、エンドエフェクタ19であるグリッパ19Aが閉じた状態または殆ど閉じた状態に対応する動作位置にトリガレバー36が達したことを検出するものである。   As shown in FIG. 6, the manipulator body 11 further includes a detection mechanism 120 according to a first configuration example that detects an operation state of the trigger lever 36. The detection mechanism 120 shown in FIG. 6 is configured to detect that the trigger lever 36 has reached the pulling position. In other words, the detection mechanism 120 detects that the trigger lever 36 has reached the operating position corresponding to the state where the gripper 19A as the end effector 19 is closed or almost closed.

なお、トリガレバー36に関し、「押出し位置」とは、トリガレバー36を十分に押し出した位置(トリガレバー36の可動範囲のうち最もZ1方向側に回動した位置)またはその近傍位置を意味する。また、トリガレバー36に関し、「引き位置」とは、トリガレバー36を十分に引いた位置(トリガレバー36の可動範囲のうち最もZ2方向側に回動した位置)またはその近傍位置を意味する。図6では、押出し位置にあるときのトリガレバー36を実線で描いており、引き位置にあるときのトリガレバー36を二点鎖線で描いている。   With respect to the trigger lever 36, the “pushing position” means a position where the trigger lever 36 is sufficiently pushed out (a position where the trigger lever 36 is most rotated in the Z1 direction) or a position in the vicinity thereof. Further, regarding the trigger lever 36, the “pull position” means a position where the trigger lever 36 is sufficiently pulled (a position where the trigger lever 36 is most rotated in the Z2 direction) or a position near the position. In FIG. 6, the trigger lever 36 when in the pushing position is drawn with a solid line, and the trigger lever 36 when in the pulling position is drawn with a two-dot chain line.

検出機構120は、トリガレバー36に設けられたカム体(検出用突出片)122と、操作部14に設けられた検出部124とを有する。カム体122は、トリガレバー36のアーム部36aに固定され(設けられ)、図示例では、Z2方向に突出するように設けられおり、トリガレバー36と一体的に動作する。すなわち、トリガレバー36が前後方向(Z方向)に揺動すると、カム体122も、トリガ軸39を回転支点として揺動する。   The detection mechanism 120 includes a cam body (detection protruding piece) 122 provided on the trigger lever 36 and a detection unit 124 provided on the operation unit 14. The cam body 122 is fixed (provided) to the arm portion 36a of the trigger lever 36, and is provided so as to protrude in the Z2 direction in the illustrated example, and operates integrally with the trigger lever 36. That is, when the trigger lever 36 swings in the front-rear direction (Z direction), the cam body 122 also swings about the trigger shaft 39 as a rotation fulcrum.

検出部124は、作業部16を操作部14に装着した状態での操作部14における、カム体122に対向する位置に設けられており、作業部16が操作部14に装着された状態でカム体122を検出することによりトリガレバー36が上記の引き位置に達したことを検出する。   The detection unit 124 is provided at a position facing the cam body 122 in the operation unit 14 in a state where the work unit 16 is mounted on the operation unit 14, and the detection unit 124 cams in a state where the work unit 16 is mounted on the operation unit 14. By detecting the body 122, it is detected that the trigger lever 36 has reached the pulling position.

図示例の検出部124は、検出部124は、カム体122により押圧されてZ方向に移動する作動ロッド126と、作動ロッド126が挿通されて作動体の移動をガイドする筒状ガイド部材128と、作動ロッド126により押圧されるタクトスイッチ130とを有する。作動ロッド126のZ1側の端部は、カム体122側に突出するとともに、図示しないバネによりZ1方向に付勢され、図示しない係止部材によりカム体122側に抜け出ることが防止されている。タクトスイッチ130は、操作部14の内部に設けられたスイッチ基板132に固定され、このスイッチ基板132はケーブル28を介してコントローラ29に電気的に接続されており、スイッチ基板132から出力される信号がコントローラ29に送信される。   The detecting unit 124 in the illustrated example includes a working rod 126 that is pressed by the cam body 122 and moves in the Z direction, and a cylindrical guide member 128 through which the working rod 126 is inserted to guide the movement of the working body. The tact switch 130 is pressed by the actuating rod 126. The end of the actuating rod 126 on the Z1 side protrudes toward the cam body 122, and is biased in the Z1 direction by a spring (not shown), and is prevented from coming out toward the cam body 122 by a locking member (not shown). The tact switch 130 is fixed to a switch board 132 provided inside the operation unit 14, and the switch board 132 is electrically connected to the controller 29 via the cable 28, and a signal output from the switch board 132. Is transmitted to the controller 29.

上記のように構成された検出機構120において、トリガレバー36が押出し位置にあるときには、カム体122が作動ロッド126をZ2方向に押し込まないので、タクトスイッチ130は作動ロッド126に押圧されない。一方、トリガレバー36が図6でZ2方向に回動操作され、引き位置まで達すると、カム体122が作動ロッド126をZ2方向に押圧して移動させ、作動ロッド126によりタクトスイッチ130が押圧される。そして、押圧されたことに対応する信号がタクトスイッチ130から出力され、この信号がコントローラ29に送信されることで、コントローラ29において、トリガレバー36が引き位置に達したことが認識(検出)される。   In the detection mechanism 120 configured as described above, when the trigger lever 36 is in the push-out position, the cam body 122 does not push the operating rod 126 in the Z2 direction, so that the tact switch 130 is not pressed by the operating rod 126. On the other hand, when the trigger lever 36 is rotated in the Z2 direction in FIG. 6 and reaches the pulling position, the cam body 122 presses and moves the operating rod 126 in the Z2 direction, and the tact switch 130 is pressed by the operating rod 126. The Then, a signal corresponding to the depression is output from the tact switch 130, and this signal is transmitted to the controller 29, whereby the controller 29 recognizes (detects) that the trigger lever 36 has reached the pulling position. The

図示例の検出機構120は、トリガレバー36が引き位置に達したことを検出するように構成されているが、これに代えて、トリガレバー36が押出し位置に達したことを検出するように構成されてもよい。また、検出機構120は、トリガレバー36が、引き位置に達しときと押出し位置に達したときの両方を検出するように構成されてもよい。検出機構120において、カム体122をトリガ操作子36bに設け、上記の検出部124をグリップハンドル26に設けてもよい。   The detection mechanism 120 in the illustrated example is configured to detect that the trigger lever 36 has reached the pulling position, but instead, is configured to detect that the trigger lever 36 has reached the push-out position. May be. The detection mechanism 120 may be configured to detect both when the trigger lever 36 reaches the pulling position and when the trigger lever 36 reaches the pushing position. In the detection mechanism 120, the cam body 122 may be provided in the trigger operator 36b, and the detection unit 124 may be provided in the grip handle 26.

このようにマニピュレータ10では、検出機構120により、トリガレバー36が引き位置または押出し位置に達したことを検出するので、トリガレバー36の使用状態を把握することが可能である。例えば、トリガレバー36が引き位置にあることを検出した場合、コントローラ29は、エンドエフェクタ19が把持対象物(例えば、生体組織の一部、湾曲針等)を把持した「把持状態」であると認識してもよい。また、トリガレバー36が引き位置にあることを検出しない場合、コントローラ29は、エンドエフェクタ19が対象物を把持しない「非把持状態」であると認識してもよい。   Thus, in the manipulator 10, since the detection mechanism 120 detects that the trigger lever 36 has reached the pulling position or the pushing position, it is possible to grasp the usage state of the trigger lever 36. For example, when it is detected that the trigger lever 36 is in the pulling position, the controller 29 is in a “gripping state” in which the end effector 19 grips a gripping target (for example, a part of a living tissue, a curved needle, etc.). You may recognize it. If it is not detected that the trigger lever 36 is in the pulling position, the controller 29 may recognize that the end effector 19 is in a “non-gripping state” in which the object is not gripped.

なお、検出機構120の検出部124において、タクトスイッチ130に代えて、投光器と受光器とにより構成されるフォトセンサを設けてもよい。このようなフォトセンサを設ける場合、トリガレバー36が引き位置に来たときに作動ロッド126が投光器と受光器との間に入って投光器からの光を遮断するように、投光器および受光器を配置することで、トリガレバー36が引き位置に達したことを検出できる。また、タクトスイッチ130に代わる他の感知手段として、磁気センサ、近接センサ等を用いてもよい。   Note that the detection unit 124 of the detection mechanism 120 may be provided with a photosensor including a projector and a light receiver instead of the tact switch 130. When such a photosensor is provided, the projector and the light receiver are arranged so that when the trigger lever 36 comes to the pulling position, the operating rod 126 enters between the light projector and the light receiver and blocks light from the light projector. Thus, it can be detected that the trigger lever 36 has reached the pulling position. Further, a magnetic sensor, a proximity sensor, or the like may be used as other sensing means instead of the tact switch 130.

次に、図7を参照し、第2構成例に係る検出機構140について説明する。検出機構140は、トリガレバー36の動作方向、つまり回動方向の位置を検出するように構成されている。図7に示すように、トリガレバー36は、最もZ1側に回動した最進出位置P1から、最もZ2側に回動した最後退位置P2までの角度θの可動範囲を有する。   Next, a detection mechanism 140 according to a second configuration example will be described with reference to FIG. The detection mechanism 140 is configured to detect the operation direction of the trigger lever 36, that is, the position in the rotation direction. As shown in FIG. 7, the trigger lever 36 has a movable range of an angle θ from the most advanced position P1 rotated to the most Z1 side to the last retracted position P2 rotated to the most Z2 side.

検出機構140は、トリガレバー36と一体的に動作する駆動要素142と、操作部14に設けられ作業部16が操作部14に装着された状態で駆動要素142に連動する従動要素144と、従動要素144の動作方向の位置を検出する検出部146とを有する。図示例において、駆動要素142は、トリガレバー36の回動軸心回りに周方向に延在する歯を有する第1ギア部142Aであり、従動要素144は、操作部14に回動自在に設けられ作業部16が操作部14に装着された状態で第1ギア部142Aと噛み合う第2ギア部144Aであり、検出部146は、第2ギア部144Aの回転角度を検出する回転検出器146Aである。   The detection mechanism 140 includes a drive element 142 that operates integrally with the trigger lever 36, a driven element 144 that is provided in the operation unit 14 and that is linked to the drive element 142 in a state where the work unit 16 is mounted on the operation unit 14, and a driven And a detection unit 146 that detects the position of the element 144 in the operation direction. In the illustrated example, the drive element 142 is a first gear portion 142A having teeth extending in the circumferential direction around the rotation axis of the trigger lever 36, and the driven element 144 is rotatably provided on the operation portion 14. The second gear unit 144A meshes with the first gear unit 142A in a state where the working unit 16 is mounted on the operation unit 14, and the detection unit 146 is a rotation detector 146A that detects the rotation angle of the second gear unit 144A. is there.

第1ギア部142Aは、トリガレバー36と一体的に回転するように設けられている。すなわち、第1ギア部142Aは、トリガレバー36と一体的に回転するトリガ軸39に固定されており、トリガレバー36が前後方向(Z方向)に回動すると、第1ギア部142Aも、トリガ軸39を回転支点として回動する。なお、図示例の第1ギア部142Aでは、全周に歯が形成されているが、トリガレバー36の可動範囲の全範囲で第2ギア部144Aと噛み合うことができれば、外周の一部のみに歯が形成されてもよい。   The first gear portion 142A is provided to rotate integrally with the trigger lever 36. That is, the first gear portion 142A is fixed to a trigger shaft 39 that rotates integrally with the trigger lever 36, and when the trigger lever 36 rotates in the front-rear direction (Z direction), the first gear portion 142A is also triggered. The shaft 39 is rotated about the rotation fulcrum. In the illustrated first gear portion 142A, teeth are formed on the entire circumference. However, if the first gear portion 142A can mesh with the second gear portion 144A in the entire movable range of the trigger lever 36, it is only on a part of the outer periphery. Teeth may be formed.

第2ギア部144Aは、上部カバー25bの側面に設けられている。回転検出器146Aは、上部カバー25a、25bの内部に設けられている。第2ギア部144Aと回転検出器146Aとは、上部カバー25a、25bを貫通する軸148を介して連結されている。上部カバー25a、25bと軸との間には、図示しないシール部材(例えば、Oリング)が配置され、シール部材により、外部から上部カバー25a、25bの内部23への液体や塵埃の進入が防止される。   The second gear portion 144A is provided on the side surface of the upper cover 25b. The rotation detector 146A is provided inside the upper covers 25a and 25b. The second gear portion 144A and the rotation detector 146A are connected via a shaft 148 that passes through the upper covers 25a and 25b. A seal member (not shown) (for example, an O-ring) is disposed between the upper covers 25a and 25b and the shaft, and the seal member prevents liquid and dust from entering the inside 23 of the upper covers 25a and 25b from the outside. Is done.

回転検出器146Aとしては、例えば、ロータリエンコーダ、ポテンショメータ、レゾルバ等を用いることができる。ロータリエンコーダとしては、インクリメンタルエンコーダとアブソリュートエンコーダとがあるが、いずれを用いてもよい。回転検出器146Aは、ケーブル28を介してコントローラ29に電気的に接続されており、回転検出器146Aから出力される信号は、コントローラ29に送信されるようになっている。   As the rotation detector 146A, for example, a rotary encoder, a potentiometer, a resolver, or the like can be used. As the rotary encoder, there are an incremental encoder and an absolute encoder, either of which may be used. The rotation detector 146A is electrically connected to the controller 29 via the cable 28, and a signal output from the rotation detector 146A is transmitted to the controller 29.

上記のように構成された検出機構140では、トリガレバー36が回動操作されると、トリガレバー36に設けられた第1ギア部142Aがトリガレバー36と一体的にトリガ軸39を中心に回転する。また、第1ギア部142Aの回転に伴い、第1ギア部142Aと噛み合う第2ギア部144Aが回転し、第2ギア部144Aの回転角度が回転検出器146Aにより検出され、トリガレバー36の動作角度が検出される。すなわち、回転検出器146Aから回転角度に対応する信号が出力され、この信号がコントローラ29に送信され、コントローラ29において、回転検出器146Aからの信号に基づいてトリガレバー36の動作角度が演算される。   In the detection mechanism 140 configured as described above, when the trigger lever 36 is rotated, the first gear portion 142A provided in the trigger lever 36 rotates about the trigger shaft 39 integrally with the trigger lever 36. To do. As the first gear portion 142A rotates, the second gear portion 144A that meshes with the first gear portion 142A rotates, and the rotation angle of the second gear portion 144A is detected by the rotation detector 146A, and the operation of the trigger lever 36 is performed. An angle is detected. That is, a signal corresponding to the rotation angle is output from the rotation detector 146A, and this signal is transmitted to the controller 29. The controller 29 calculates the operating angle of the trigger lever 36 based on the signal from the rotation detector 146A. .

なお、回転検出器146Aがインクリメンタルエンコーダである場合、インクリメンタルエンコーダからは回転角度の変化に応じてパルスが出力されるだけであり、トリガレバー36の絶対角度を直接検出することはできない。一方、トリガレバー36の可動範囲(最大回転角度)θは既知であるので、使用時の回転角度範囲からトリガレバー36の絶対角度を推測することが可能である。そこで、回転検出器146Aがインクリメンタルエンコーダである場合、コントローラ29は、マニピュレータ本体11の使用時において、トリガレバー36の可動範囲θと回転検出器146Aで検出した回転角度範囲とに基づいて、トリガレバー36の絶対角度を推定(演算)する。このように、インクリメンタルエンコーダの検出信号からトリガレバー36の絶対角度を推定することで、簡素な構成で、トリガレバー36の動作角度の検出を行うことができる。   When the rotation detector 146A is an incremental encoder, only pulses are output from the incremental encoder according to the change in the rotation angle, and the absolute angle of the trigger lever 36 cannot be directly detected. On the other hand, since the movable range (maximum rotation angle) θ of the trigger lever 36 is known, the absolute angle of the trigger lever 36 can be estimated from the rotation angle range in use. Therefore, when rotation detector 146A is an incremental encoder, controller 29 uses trigger lever 36 based on the movable range θ of trigger lever 36 and the rotation angle range detected by rotation detector 146A when manipulator body 11 is used. 36 absolute angles are estimated (calculated). Thus, by estimating the absolute angle of the trigger lever 36 from the detection signal of the incremental encoder, the operation angle of the trigger lever 36 can be detected with a simple configuration.

検出機構140を搭載したマニピュレータ10では、マニピュレータ本体11の使用中、所定のサンプリングタイム毎に、トリガレバー36の動作角度が検出される。したがって、トリガレバー36が押出し位置(P1またはその近傍)、引き位置(P2またはその近傍)、または押出し位置と引き位置の間の位置にあることを検出することができる。コントローラ29は、トリガレバー36が引き位置にあることを検出した場合には、エンドエフェクタ19が「把持状態」であると認識し、トリガレバー36が引き位置以外の位置にあることを検出した場合には、エンドエフェクタ19が「非把持状態」であると認識してもよい。   In the manipulator 10 equipped with the detection mechanism 140, the operating angle of the trigger lever 36 is detected at every predetermined sampling time while the manipulator body 11 is used. Therefore, it can be detected that the trigger lever 36 is in the pushing position (P1 or its vicinity), the pulling position (P2 or its vicinity), or a position between the pushing position and the pulling position. When the controller 29 detects that the trigger lever 36 is in the pulling position, the controller 29 recognizes that the end effector 19 is in the “gripping state”, and detects that the trigger lever 36 is in a position other than the pulling position. May recognize that the end effector 19 is in the “non-gripping state”.

なお、トリガレバー36の回転を回転検出器146Aに伝達する機構として、磁気カップリングを採用してもよい。すなわち、トリガレバー36に設けられる駆動要素142と、操作部14に設けられる従動要素144のうち少なくとも一方を永久磁石が配置された円板として構成し、他方を永久磁石が配置された円板または強磁性体からなる円板として構成し、このように構成した駆動要素142と従動要素144とにより磁気カップリングを構成してもよい。   A magnetic coupling may be adopted as a mechanism for transmitting the rotation of the trigger lever 36 to the rotation detector 146A. That is, at least one of the drive element 142 provided on the trigger lever 36 and the driven element 144 provided on the operation unit 14 is configured as a disk on which a permanent magnet is disposed, and the other is a disk on which a permanent magnet is disposed or A magnetic coupling may be configured by the driving element 142 and the driven element 144 configured as described above as a disk made of a ferromagnetic material.

ところで、上述したように、第1モータ50aの駆動力を主軸部材100に伝達する第1動力伝達機構112a(図5参照)には、通常、ガタが存在するため、ガタの範囲内で第1モータ50aが動作しても、主軸部材100がヨー軸Oyを中心に回動動作せず、結局、先端動作部12のロール動作が行われない。このため、回転操作部90への入力操作に対してロール動作が遅れることがあり、先端動作部12の軌跡精度や位置決め精度の低下が懸念される。   Incidentally, as described above, the first power transmission mechanism 112a (see FIG. 5) that transmits the driving force of the first motor 50a to the main shaft member 100 normally has backlash. Even if the motor 50a operates, the main shaft member 100 does not rotate around the yaw axis Oy, and eventually the tip operation unit 12 is not rolled. For this reason, the roll operation may be delayed with respect to the input operation to the rotation operation unit 90, and there is a concern that the trajectory accuracy and positioning accuracy of the distal end operation unit 12 may be lowered.

これに対処するため、本実施形態に係るマニピュレータ10では、コントローラ29は、傾動操作部92からのヨー軸操作指令(第1姿勢変更動作に係る第1操作指令)を受けた場合、第1の補償制御として、第1動力伝達機構112aに存在するガタ分を補償するように、第1モータ50aを制御する。すなわち、コントローラ29は、より精密なヨー動作の姿勢制御を行うため、フィードフォワード制御などにより、ガタ分を補償する制御を行う。   In order to cope with this, in the manipulator 10 according to the present embodiment, when the controller 29 receives the yaw axis operation command (the first operation command related to the first posture changing operation) from the tilt operation unit 92, the first As compensation control, the first motor 50a is controlled so as to compensate for the backlash present in the first power transmission mechanism 112a. That is, the controller 29 performs control to compensate for the backlash by feedforward control or the like in order to perform more precise yaw motion attitude control.

図8を参照し、第1の補償制御について説明する。図8は、マニピュレータ10の機能ブロック図である。ヨー動作をさせるため、傾動操作部92を操作すると、その操作量に応じたヨー軸操作指令c1が出力され、出力されたヨー軸操作指令c1は、コントローラ29に設けられたヨー軸目標軌道生成手段150に入力される。ヨー軸目標軌道生成手段150は、ヨー軸操作指令c1に応じたヨー軸(主軸部材100)の目標値(以下、ヨー軸目標値v1という)を生成し、生成されたヨー軸目標値v1は、第1補正値生成手段156と正規1軸・2軸目標軌道生成手段154に入力される。   The first compensation control will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a functional block diagram of the manipulator 10. When the tilt operation unit 92 is operated to perform the yaw operation, a yaw axis operation command c1 corresponding to the operation amount is output, and the output yaw axis operation command c1 is generated by the yaw axis target trajectory generation provided in the controller 29. Input to means 150. The yaw axis target trajectory generating means 150 generates a target value (hereinafter referred to as a yaw axis target value v1) of the yaw axis (spindle member 100) according to the yaw axis operation command c1, and the generated yaw axis target value v1 is The first correction value generation unit 156 and the normal 1-axis / bi-axis target trajectory generation unit 154 are input.

正規1軸・2軸目標軌道生成手段154は、ヨー軸目標値v1とロール軸(ギア体102)の目標値(以下、ロール軸目標値v2という)に基づいて、干渉行列を解くことにより、第1モータ50aと第1モータ50bの制御上の目標値(以下、それぞれ、正規1軸目標値v3、正規2軸目標値v4という)を生成する手段である。姿勢変更機構13において、ヨー軸動作を行うための機構とロール動作を行うための機構との間には機構的な干渉があるため、互いに動作干渉を生じないように第1モータ50aおよび第1モータ50bを制御することが必要である。   The normal one-axis / two-axis target trajectory generating means 154 solves the interference matrix based on the yaw axis target value v1 and the target value of the roll axis (gear body 102) (hereinafter referred to as roll axis target value v2). This is means for generating target values for control of the first motor 50a and the first motor 50b (hereinafter referred to as a normal 1-axis target value v3 and a normal 2-axis target value v4, respectively). In the posture changing mechanism 13, since there is a mechanical interference between the mechanism for performing the yaw axis operation and the mechanism for performing the roll operation, the first motor 50a and the first motor 50a and the first motor are prevented so as not to cause operation interference with each other. It is necessary to control the motor 50b.

例えば、ギア体102をロール軸Orを中心に回転させることなく、主軸部材100をヨー軸Oyを中心に回転させるには、第1モータ50aを駆動して主軸部材100を回転させるだけでなく、第2モータ50bを駆動して歯車体104を主軸部材100と同方向かつ同じ角度で回転させることが必要である。また、ロール動作とヨー動作を複合して行う際に、回転操作部90に対する入力操作で指示した回転方向および回転量でロール動作をさせるためには、ヨー動作による干渉分を見込んで第2モータ50bを回転させることが必要である。   For example, in order to rotate the main shaft member 100 about the yaw axis Oy without rotating the gear body 102 about the roll axis Or, not only the first motor 50a is driven and the main shaft member 100 is rotated, It is necessary to drive the second motor 50b to rotate the gear body 104 in the same direction and at the same angle as the main shaft member 100. Further, when performing the roll operation and the yaw operation in combination, in order to perform the roll operation in the rotation direction and the rotation amount instructed by the input operation to the rotation operation unit 90, the second motor is expected in consideration of the interference due to the yaw operation. It is necessary to rotate 50b.

第1補正値生成手段156は、ヨー動作を行うに際して第1動力伝達機構112aに存在するガタの影響をなくす補正値(以下、第1補正値v5という)を生成する。生成された第1補正値v5と、正規1軸目標値v3は、補正1軸目標軌道生成手段160に入力される。補正1軸目標軌道生成手段160は、第1補正値v5と正規1軸目標値v3から、補正1軸目標値v7(正規1軸目標値v3を第1補正値v5によって補正した目標値)を生成する。   The first correction value generation unit 156 generates a correction value (hereinafter, referred to as a first correction value v5) that eliminates the influence of backlash existing in the first power transmission mechanism 112a when performing the yaw operation. The generated first correction value v5 and the normal uniaxial target value v3 are input to the corrected uniaxial target trajectory generating means 160. The corrected uniaxial target trajectory generating means 160 calculates a corrected uniaxial target value v7 (target value obtained by correcting the normal uniaxial target value v3 with the first correction value v5) from the first corrected value v5 and the normal uniaxial target value v3. Generate.

生成された補正1軸目標値v7は、第1モータ制御手段162に入力される。一方、正規1軸・2軸目標軌道生成手段154により生成された正規2軸目標値v4は、第2モータ制御手段164に入力される。第1モータ制御手段162および第2モータ制御手段164は、それぞれ、第1モータ50aおよび第2モータ50bを駆動制御するモータドライバである。   The generated corrected one-axis target value v7 is input to the first motor control means 162. On the other hand, the normal two-axis target value v4 generated by the normal one-axis / two-axis target trajectory generating means 154 is input to the second motor control means 164. The first motor control means 162 and the second motor control means 164 are motor drivers that drive and control the first motor 50a and the second motor 50b, respectively.

操作部14に設けられた第1モータ50aおよび第2モータ50bは、第1モータ制御手段162および第2モータ制御手段164により、動作角度がそれぞれ補正1軸目標値v7および正規2軸目標値v4となるようにフィードバック制御される。この場合、第1モータ50aおよび第2モータ50bにそれぞれ付設されたエンコーダ51a、51b(図1参照)からの出力信号が、フィードバック制御におけるフィードバック信号となる。このように第1モータ50aおよび第2モータ50bが駆動制御されることにより、第1モータ50aの駆動に基づいて第1動力伝達機構112a(図5参照)を介して主軸部材100が回動駆動されるとともに、第2モータ50bの駆動に基づいて第2動力伝達機構112bを介して歯車体104が回動駆動される。この場合、第1モータ50aの補正1軸目標値v7は、第1動力伝達機構112aに存在するガタの影響をなくすように補償された目標値であるため、先端動作部12において、精度の高い姿勢制御がなされたヨー動作が行われる。   The first motor 50a and the second motor 50b provided in the operation unit 14 have their operating angles corrected by the first motor control means 162 and the second motor control means 164, respectively, as corrected one-axis target value v7 and regular two-axis target value v4. Feedback control is performed so that In this case, output signals from encoders 51a and 51b (see FIG. 1) attached to the first motor 50a and the second motor 50b, respectively, become feedback signals in feedback control. As the first motor 50a and the second motor 50b are driven and controlled in this way, the main shaft member 100 is rotationally driven via the first power transmission mechanism 112a (see FIG. 5) based on the driving of the first motor 50a. At the same time, the gear body 104 is rotationally driven via the second power transmission mechanism 112b based on the driving of the second motor 50b. In this case, the corrected one-axis target value v7 of the first motor 50a is a target value compensated so as to eliminate the influence of the play existing in the first power transmission mechanism 112a. A yaw operation with attitude control is performed.

以下の説明では、図8を参照する場合にのみ、上述したヨー軸目標値、ロール軸目標値、正規1軸目標値、正規2軸目標値、第1補正値、第2補正値および補正1軸目標値に、それぞれ参照符号v1〜v7を付すものとする。   In the following description, only when referring to FIG. 8, the above-described yaw axis target value, roll axis target value, normal 1 axis target value, normal 2 axis target value, first correction value, second correction value, and correction 1 Assume that reference numerals v1 to v7 are respectively attached to the axis target values.

次に、図9A〜図9Cを参照し、先端動作部12にヨー動作をさせる場合の第1補正標値の生成方法について説明する。図9Aに示すように、正規1軸目標値の正方向および負方向にそれぞれ同一の大きさのガタが存在すると考える。   Next, with reference to FIG. 9A to FIG. 9C, a method for generating the first correction standard value when the tip operating unit 12 performs the yaw motion will be described. As shown in FIG. 9A, it is assumed that there is a backlash of the same size in the positive direction and the negative direction of the normal uniaxial target value.

この場合に、第1モータ50aの動作角度を図9A中の正方向に移動するとき(正方向の速度指令があったとき)の補正1軸目標値(すなわち、第1モータ50aの制御上の目標値)は、正規1軸目標値に第1補正値最終値を加算したものとなる。ここで、第1補正値最終値は、第1動力伝達機構112aに存在するガタの大きさ(正規1軸目標値に対して正方向および負方向のガタの大きさ)に対応する。一方、第1モータ50aの動作角度を負方向に移動するとき(負方向の速度指令があったとき)の補正1軸目標値は、正規1軸目標値から第1補正値最終値を減算したものとなる。   In this case, when the operating angle of the first motor 50a is moved in the positive direction in FIG. 9A (when there is a speed command in the positive direction), the corrected one-axis target value (that is, in the control of the first motor 50a) (Target value) is obtained by adding the final value of the first correction value to the normal uniaxial target value. Here, the final value of the first correction value corresponds to the size of the play existing in the first power transmission mechanism 112a (size of play in the positive direction and the negative direction with respect to the normal uniaxial target value). On the other hand, the corrected uniaxial target value when the operating angle of the first motor 50a is moved in the negative direction (when the negative speed command is issued) is obtained by subtracting the first corrected value final value from the normal uniaxial target value. It will be a thing.

このように、正規1軸目標値を、第1モータ50aの動作方向に応じてガタの大きさに相当する分だけ正方向または負方向に補正することで、ガタ分が補償されたヨー動作が行われる。。   As described above, the normal uniaxial target value is corrected in the positive direction or the negative direction by an amount corresponding to the backlash according to the operation direction of the first motor 50a, so that the yaw operation in which the backlash is compensated is performed. Done. .

図9Aに示した例は、第1の補償制御の基本的な考え方を説明するものであるが、実際の制御では、所定のサンプリングタイム毎に制御上の目標値が変わり、第1補正値もサンプリングタイム毎に生成(計算)される。このため、制御上は、現在の第1補正値に対して、補正するべき第1補正値の補正量を加算または減算して、補正1軸目標値を得る。   The example shown in FIG. 9A explains the basic concept of the first compensation control. However, in actual control, the control target value changes every predetermined sampling time, and the first correction value is also set. Generated (calculated) at every sampling time. For this reason, in terms of control, a correction uniaxial target value is obtained by adding or subtracting the correction amount of the first correction value to be corrected to the current first correction value.

例えば、図9Bに示すように、第1モータ50aの動作角度を正方向に移動するときの補正1軸目標値は、現在の第1補正値(負の補正値)に、補正するべき第1補正値の補正量を加算したもの(=正規1軸目標値+第1補正値最終値)となる。図9Cに示すように、第1モータ50aの動作角度を負方向に移動するときの補正1軸目標値は、現在の第1補正値(負の補正値)から、補正するべき第1補正値の補正量を減算したもの(=正規1軸目標値−第1補正値最終値)となる。   For example, as shown in FIG. 9B, the corrected one-axis target value when the operating angle of the first motor 50a is moved in the positive direction is the first correction value to be corrected to the current first correction value (negative correction value). This is the sum of the correction amounts of the correction values (= normal uniaxial target value + first correction value final value). As shown in FIG. 9C, the corrected one-axis target value when the operating angle of the first motor 50a is moved in the negative direction is the first correction value to be corrected from the current first correction value (negative correction value). Is obtained by subtracting the correction amount (= normal uniaxial target value−first correction value final value).

なお、通常、現在の第1補正値は、正または負の第1補正値最終値となる。現在の第1補正値が正の第1補正値最終値のときに正方向の速度指令が出た場合、第1補正値は、正の第1補正値最終値で変化しない。一方、現在の第1補正値が正の第1補正値最終値のときに負方向の速度指令が出た場合、第1補正値の変化量は、−2×第1補正値最終値となり、結局、第1補正値は、負の第1補正値最終値となる。   Normally, the current first correction value is a positive or negative first correction value final value. When a speed command in the positive direction is issued when the current first correction value is the positive first correction value final value, the first correction value does not change with the positive first correction value final value. On the other hand, when a speed command in the negative direction is issued when the current first correction value is the positive first correction value final value, the change amount of the first correction value is −2 × first correction value final value, Eventually, the first correction value becomes the negative first correction value final value.

以上のように本実施形態に係るマニピュレータ10によれば、コントローラ29が第1の補償制御を行うことにより、第1動力伝達機構112aに存在するガタをなくしたのと同様の状態で主軸部材100を動作させることができる。このため、主軸部材100の位置精度が向上し、操作性が向上する。また、第1の補償制御では、正規1軸目標値を、第1動力伝達機構112aに存在するガタの影響をなくす第1補正値により補正して補正1軸目標値を生成するので、先端動作部12の軌跡精度や位置決め精度を効果的に向上できる。   As described above, according to the manipulator 10 according to this embodiment, the controller 29 performs the first compensation control, so that the main shaft member 100 is in a state similar to that in which the backlash present in the first power transmission mechanism 112a is eliminated. Can be operated. For this reason, the positional accuracy of the main shaft member 100 is improved, and the operability is improved. In the first compensation control, the corrected uniaxial target value is generated by correcting the normal uniaxial target value with the first correction value that eliminates the influence of the play existing in the first power transmission mechanism 112a. The locus accuracy and positioning accuracy of the portion 12 can be effectively improved.

次に、図10A〜図10Cを参照し、ヨー動作をさせる場合の第1モータ50aの速度指令値の生成方法について説明する。   Next, a method for generating a speed command value for the first motor 50a when performing a yaw operation will be described with reference to FIGS. 10A to 10C.

図10Aは第1モータ50aの正規速度指令値の時間変化を示している。第1モータ50aの正規速度指令値は、正規1軸目標値に対応する指令値であり、傾動操作部92(図1参照)からのヨー軸操作指令に基づいて生成される。傾動操作部92からの指令がスイッチのオンオフのようなステップ状の場合、フィルタリング処理等を施すことにより、図10Aに示すような滑らかな速度指令信号とすることが好ましい。   FIG. 10A shows the change over time of the normal speed command value of the first motor 50a. The normal speed command value of the first motor 50a is a command value corresponding to the normal uniaxial target value, and is generated based on the yaw axis operation command from the tilt operation unit 92 (see FIG. 1). When the command from the tilt operation unit 92 is stepped such as on / off of a switch, it is preferable that a smooth speed command signal as shown in FIG.

図10Bは第1モータ50aの速度補正指令値の時間変化を示している。第1モータ50aの速度補正指令値は、第1補正値に対応する速度指令値であり、図10Aに示した正規速度指令値を変数とする関数により生成される。この関数は、例えば、第1モータ50aの正規速度指令値に比例した速度補正指令値を算出するものであるとよい。このような関数を用いることにより、正規速度指令値による加速と同期して速度補正指令値による加速が行われるので、第1動力伝達機構112aのガタをなくす補正を無理なくスムーズに行うことができる。   FIG. 10B shows the time change of the speed correction command value of the first motor 50a. The speed correction command value of the first motor 50a is a speed command value corresponding to the first correction value, and is generated by a function having the normal speed command value shown in FIG. 10A as a variable. For example, this function may calculate a speed correction command value proportional to the normal speed command value of the first motor 50a. By using such a function, the acceleration based on the speed correction command value is performed in synchronization with the acceleration based on the normal speed command value, so that the correction for eliminating the backlash of the first power transmission mechanism 112a can be performed without difficulty. .

速度補正指令値の積分値(図10B中、符号S1で示す部分の面積)が第1補正値最終値に達したら、速度指令はゼロとする。第1モータ50aの速度指令値(補正後の速度指令値)である1軸速度指令値は、図10Cに示すように、正規速度指令値に速度補正指令値を加算したものとなる。   When the integral value of the speed correction command value (the area of the portion indicated by S1 in FIG. 10B) reaches the final value of the first correction value, the speed command is set to zero. As shown in FIG. 10C, the uniaxial speed command value that is the speed command value (corrected speed command value) of the first motor 50a is obtained by adding the speed correction command value to the normal speed command value.

上記では、第1動力伝達機構112aに存在するガタに起因する先端動作部12の軌跡精度や位置決め精度の低下の懸念について説明したが、ロール動作時には以下のようなヨー動作の発生が懸念される。すなわち、ロール動作をさせるためにギア体102(図5参照)を回転させようとすると、ギア体102を支持する主軸部材100がギア体102から力を受け、このとき、第1動力伝達機構112aに存在するガタにより、先端動作部12がヨー動作をすることがある。また、このようなヨー動作は、以下の理由により、第1動力伝達機構112aの剛性が十分でない場合にも発生し得る。   In the above description, there has been a concern about a decrease in the trajectory accuracy and positioning accuracy of the distal end working unit 12 due to backlash existing in the first power transmission mechanism 112a. However, there is a concern that the following yaw operation may occur during the roll operation. . That is, when the gear body 102 (see FIG. 5) is rotated to perform the roll operation, the main shaft member 100 that supports the gear body 102 receives a force from the gear body 102, and at this time, the first power transmission mechanism 112a. The tip action unit 12 may perform a yaw action due to the backlash. Such a yaw operation can also occur when the rigidity of the first power transmission mechanism 112a is not sufficient for the following reason.

例えば、トリガレバー36を引き位置まで引いた状態では、ギア体102が主軸部材100に軸方向(Z2方向)に押し付けられるため、ギア体102の回転抵抗(動作抵抗)が大きくなる。トリガレバー36を押出し位置まで押し出した状態では、ギア体102が主軸部材100に軸方向(Z1方向)に押し付けられるため、ギア体102の回転抵抗が大きくなる。   For example, in a state where the trigger lever 36 is pulled to the pulling position, the gear body 102 is pressed against the main shaft member 100 in the axial direction (Z2 direction), so that the rotational resistance (operation resistance) of the gear body 102 increases. In a state where the trigger lever 36 is pushed out to the pushing position, the gear body 102 is pressed against the main shaft member 100 in the axial direction (Z1 direction), so that the rotational resistance of the gear body 102 increases.

歯車体104(図5参照)を回転させ、歯車体104と噛み合うギア体102を回転させることでエンドエフェクタ19をロール動作させようとするとき、ロール軸Orを中心にギア体102が回転しようとするだけでなく、ヨー軸Oyを中心に主軸部材100を回動させようとするトルク(以下、これを干渉トルクという)としても作用する。そして、ヨー軸Oyを中心に主軸部材100を回動させようとするトルクは、第1動力伝達機構112aが受けることになる。このため、第1動力伝達機構112aの剛性が十分でない場合は、第1動力伝達機構112aの構成要素(ワイヤ等)が弾性変形することで、ヨー動作を発生する場合がある。   When the end effector 19 is to be rolled by rotating the gear body 104 (see FIG. 5) and rotating the gear body 102 meshing with the gear body 104, the gear body 102 tries to rotate about the roll axis Or. In addition to this, it also acts as torque (hereinafter referred to as interference torque) for rotating the main shaft member 100 about the yaw axis Oy. Then, the first power transmission mechanism 112a receives the torque for rotating the main shaft member 100 around the yaw axis Oy. For this reason, when the rigidity of the first power transmission mechanism 112a is not sufficient, a component (wire or the like) of the first power transmission mechanism 112a may be elastically deformed to generate a yaw operation.

これに対処するため、本実施形態に係るマニピュレータ10では、コントローラ29は、回転操作部90からのロール操作指令(第2姿勢変更動作に係る第2操作指令)を受けた場合、第2の補償制御として、ロール動作に起因するヨー動作の発生を防止または抑制するように第1モータ50aを制御する。すなわち、コントローラ29は、より精密な姿勢制御を行うため、フィードフォワード制御などにより、第1動力伝達機構112aに存在するガタや第1動力伝達機構112aの弾性変形による影響を補償する制御を行う。   In order to cope with this, in the manipulator 10 according to the present embodiment, when the controller 29 receives a roll operation command (second operation command related to the second posture changing operation) from the rotation operation unit 90, the second compensation is performed. As the control, the first motor 50a is controlled so as to prevent or suppress the occurrence of the yaw motion due to the roll motion. In other words, the controller 29 performs control to compensate for the effects of backlash existing in the first power transmission mechanism 112a and elastic deformation of the first power transmission mechanism 112a by feedforward control or the like in order to perform more precise posture control.

このような第2の補償制御について、まず図8を参照し、その概要について説明する。ロール動作をさせるため、回転操作部90を操作すると、その操作量に応じたロール軸操作指令c2が出力され、出力されたロール軸操作指令c2は、コントローラ29に設けられたロール軸目標軌道生成手段152に入力される。ロール軸目標軌道生成手段152は、ロール軸操作指令c2に応じたロール軸(ギア体102)の目標軌道(目標値)を生成し、生成された目標軌道は、正規1軸・2軸目標軌道生成手段154と第2補正値生成手段158に入力される。正規1軸・2軸目標軌道生成手段154では、正規1軸目標値v3と、正規2軸目標値v4が生成される。   The outline of the second compensation control will be described first with reference to FIG. When the rotation operation unit 90 is operated to perform a roll operation, a roll axis operation command c2 corresponding to the operation amount is output. The output roll axis operation command c2 is generated by a roll axis target trajectory generation provided in the controller 29. Input to means 152. The roll axis target trajectory generating means 152 generates a target trajectory (target value) of the roll axis (gear body 102) according to the roll axis operation command c2, and the generated target trajectories are normal 1-axis and 2-axis target trajectories. The data is input to the generation unit 154 and the second correction value generation unit 158. The normal one-axis / two-axis target trajectory generating means 154 generates a normal one-axis target value v3 and a normal two-axis target value v4.

第2補正値生成手段158は、コントローラ29がロール軸操作指令c2を受けた場合に、第1動力伝達機構112aに存在するガタと、干渉トルクによる第1動力伝達機構112aの弾性変形の影響をなくす補正値(以下、第2補正値v6という)を生成する。生成された第2補正値v6と、正規1軸目標値v3は、補正1軸目標軌道生成手段160に入力される。補正1軸目標軌道生成手段160は、第1補正値v5と正規1軸目標値v3から、補正1軸目標値v7(この場合、正規1軸目標値v3を第2補正値v6によって補正した目標値)を生成する。   When the controller 29 receives the roll axis operation command c2, the second correction value generation unit 158 is able to reduce the backlash present in the first power transmission mechanism 112a and the influence of the elastic deformation of the first power transmission mechanism 112a due to the interference torque. A correction value to be lost (hereinafter referred to as a second correction value v6) is generated. The generated second correction value v6 and the normal uniaxial target value v3 are input to the corrected uniaxial target trajectory generating means 160. The corrected one-axis target trajectory generating means 160 calculates a corrected one-axis target value v7 (in this case, a target obtained by correcting the normal one-axis target value v3 with the second correction value v6) from the first correction value v5 and the normal one-axis target value v3. Value).

生成された補正1軸目標値v7は、第1モータ制御手段162に入力される。一方、正規1軸・2軸目標軌道生成手段154により生成された正規2軸目標値v4は、第2モータ制御手段164に入力される。   The generated corrected one-axis target value v7 is input to the first motor control means 162. On the other hand, the normal two-axis target value v4 generated by the normal one-axis / two-axis target trajectory generating means 154 is input to the second motor control means 164.

操作部14に設けられた第1モータ50aおよび第2モータ50bは、第1モータ制御手段162および第2モータ制御手段164により、動作角度がそれぞれ補正1軸目標値v7および正規2軸目標値v4となるようにフィードバック制御される。このように第2モータ50bが駆動制御されることにより、第2モータ50bの駆動に基づいて第2動力伝達機構112bを介して歯車体104が回動駆動されるとともに、第1モータ50aの駆動に基づいて第1動力伝達機構112aを介して主軸部材100が回動駆動される。   The first motor 50a and the second motor 50b provided in the operation unit 14 have their operating angles corrected by the first motor control means 162 and the second motor control means 164, respectively, as corrected one-axis target value v7 and regular two-axis target value v4. Feedback control is performed so that By controlling the driving of the second motor 50b in this way, the gear body 104 is rotationally driven via the second power transmission mechanism 112b based on the driving of the second motor 50b and the driving of the first motor 50a. Based on this, the main shaft member 100 is rotationally driven via the first power transmission mechanism 112a.

この場合、第1モータ50aの補正1軸目標値v7は、第1動力伝達機構112aのガタおよび弾性変形の影響をなくすように補償された目標値であるため、先端動作部12においては、ロール動作に起因するヨー動作が発生せず、精度の高い姿勢制御の作用下にロール動作が行われる。   In this case, the corrected one-axis target value v7 of the first motor 50a is a target value that has been compensated so as to eliminate the effects of backlash and elastic deformation of the first power transmission mechanism 112a. The yaw motion resulting from the motion does not occur, and the roll motion is performed under the action of highly accurate posture control.

次に、図11A〜図11Cを参照し、先端動作部12にロール動作をさせる際のヨー動作に対する影響を説明する。なお、ここでは、第1動力伝達機構112aに存在するガタの影響のみに着目し、干渉トルクによる第1動力伝達機構112aの弾性変形の影響については考慮しないものとする。第1動力伝達機構112aの弾性変形の影響を考慮した補償については、後述する。   Next, with reference to FIGS. 11A to 11C, the influence on the yaw operation when the tip operation unit 12 performs the roll operation will be described. Here, only the influence of the play existing in the first power transmission mechanism 112a is focused, and the influence of the elastic deformation of the first power transmission mechanism 112a due to the interference torque is not considered. Compensation in consideration of the influence of elastic deformation of the first power transmission mechanism 112a will be described later.

先端動作部12に正方向のロール動作をさせるとき(ギア体102を正方向に回転させるとき)、主軸部材100も正方向の干渉トルクを受ける。これにより、干渉トルクの大小にかかわらず、図11Aの下側に示すように、主軸部材100が正方向にガタ分だけ動かされる。すなわち、正方向にロール動作に起因するヨー動作が発生する。   When causing the distal end working unit 12 to roll in the forward direction (when rotating the gear body 102 in the forward direction), the main shaft member 100 also receives the interference torque in the forward direction. As a result, regardless of the magnitude of the interference torque, as shown in the lower side of FIG. That is, the yaw motion resulting from the roll motion occurs in the positive direction.

ロール動作の方向が正方向である場合において、図11Bに示すように、仮に、負方向にガタ分だけ第1モータ50aの目標値である1軸目標値が補正されているとき(ガタが消されているとき)は、ガタの影響を受けないため、主軸部材100が正方向に動かされず、ロール動作に起因するヨー動作は発生しない。   When the direction of the roll operation is the positive direction, as shown in FIG. 11B, the uniaxial target value, which is the target value of the first motor 50a, is corrected in the negative direction by the backlash (the backlash is erased). Since the main shaft member 100 is not moved in the forward direction and the yaw motion due to the roll motion does not occur.

ロール動作の方向が正方向である場合において、図11Cに示すように、仮に、正方向にガタ分だけ1軸目標値が補正されているとき(ガタが反対側に消されているとき)は、正方向および負方向の2つのガタ分だけ主軸部材100が正方向に動かされる。すなわち、正方向にロール動作に起因するヨー動作が発生する。   When the direction of the roll operation is the positive direction, as shown in FIG. 11C, if the uniaxial target value is corrected by the backlash in the forward direction (when the backlash is erased to the opposite side). The main shaft member 100 is moved in the positive direction by two backlashes in the positive direction and the negative direction. That is, the yaw motion resulting from the roll motion occurs in the positive direction.

次に、図12A〜図12Cを参照し、先端動作部12にロール動作をさせる場合の第2補正値の生成方法について説明する。なお、図12A〜図12Cでは、ロール動作の方向が正方向である場合を想定する。   Next, with reference to FIGS. 12A to 12C, a method for generating the second correction value when the tip operating unit 12 performs a roll operation will be described. In FIGS. 12A to 12C, it is assumed that the direction of the roll operation is the positive direction.

図12Aは、図11Aの場合に対応する補正方法であり、現在の第2補正値が0の場合、補正後の第2補正値は、負の第2補正値最終値となる。この場合、補正の変化量は、第2補正値最終値と同じである。ここで、第2補正値最終値は、第1動力伝達機構112aに存在するガタの大きさ(正規1軸目標値に対して正方向および負方向のガタの大きさ)に対応する。このように、第2補正値は、主軸部材100がギア体102から受ける力の方向とは逆方向に主軸部材100の目標値を補正する補正値である。   FIG. 12A shows a correction method corresponding to the case of FIG. 11A. When the current second correction value is 0, the corrected second correction value becomes the negative second correction value final value. In this case, the amount of change in correction is the same as the final value of the second correction value. Here, the final value of the second correction value corresponds to the amount of play existing in the first power transmission mechanism 112a (the amount of play in the positive and negative directions with respect to the normal uniaxial target value). As described above, the second correction value is a correction value for correcting the target value of the main shaft member 100 in the direction opposite to the direction of the force that the main shaft member 100 receives from the gear body 102.

図12Bは、図11Bの場合に対応する補正方法であり、現在の第2補正値が負の第2補正値最終値の場合、補正後の第2補正値は、正の第2補正値最終値のままで変化しない。この場合、補正の変化量はゼロである。   FIG. 12B shows a correction method corresponding to the case of FIG. 11B. When the current second correction value is a negative second correction value final value, the corrected second correction value is a positive second correction value final value. The value remains unchanged. In this case, the amount of change in correction is zero.

図12Cは、図11Cの場合に対応する補正方法であり、現在の第2補正値が正の第2補正値最終値の場合、補正後の第2補正値は、負の第2補正値最終値となる。この場合、補正の変化量は、第2補正値最終値の2倍である。   FIG. 12C shows a correction method corresponding to the case of FIG. 11C. When the current second correction value is a positive second correction value final value, the corrected second correction value is the negative second correction value final value. Value. In this case, the amount of change in correction is twice the final value of the second correction value.

以上のように本実施形態に係るマニピュレータ10によれば、コントローラ29が第2の補償制御を行うことにより、ロール動作を行う際に、第1動力伝達機構112aのガタの影響をなくすことで、ロール動作に起因するヨー動作の発生を防止または抑制することができ、操作性を向上することができる。また、第2の補償制御では、正規1軸目標値を、第1動力伝達機構112aの影響をなくす補正値により補正して補正1軸目標値を生成するので、先端動作部12にロール動作をさせる際の、ガタおよび弾性変形に起因するヨー動作の発生を効果的に防止できる。さらに、第2の補償制御では、主軸部材100がギア体102から受ける力の方向とは逆方向に、主軸部材100を動作させることで、ガタの影響をなくすので、ロール動作に起因するヨー動作の発生を一層効果的に防止できる。   As described above, according to the manipulator 10 according to the present embodiment, the controller 29 performs the second compensation control, thereby eliminating the influence of the backlash of the first power transmission mechanism 112a when performing the roll operation. Occurrence of yaw motion due to roll motion can be prevented or suppressed, and operability can be improved. In the second compensation control, the normal uniaxial target value is corrected with a correction value that eliminates the influence of the first power transmission mechanism 112a to generate the corrected uniaxial target value. It is possible to effectively prevent the yaw movement caused by the play and the elastic deformation during the operation. Further, in the second compensation control, the main shaft member 100 is operated in the direction opposite to the direction of the force received by the main shaft member 100 from the gear body 102, thereby eliminating the influence of play. Can be more effectively prevented.

次に、図13Aおよび図13Bを参照し、第2の補償制御をする場合の第1モータ50aおよび第1モータ50bの速度指令値の生成方法について説明する。   Next, a method for generating speed command values for the first motor 50a and the first motor 50b when performing the second compensation control will be described with reference to FIGS. 13A and 13B.

図13Aは、第2モータ50bの制御上の目標値である正規2軸目標値に対応する指令値(2軸速度指令値)の時間変化を示している。回転操作部90からの指令がスイッチのオンオフのようなステップ状の場合、フィルタリング処理等を施すことにより、図13Aに示すような滑らかな速度指令信号とすることが好ましい。   FIG. 13A shows a change over time of a command value (biaxial speed command value) corresponding to a normal biaxial target value that is a target value for control of the second motor 50b. When the command from the rotation operation unit 90 is stepped such as on / off of a switch, it is preferable to perform a filtering process or the like to obtain a smooth speed command signal as shown in FIG. 13A.

図13Bは、傾動操作部92からのヨー動作指令がなく、回転操作部90からのロール動作指令のみがあった場合の第1モータ50aの速度指令値を示している。この場合の速度指令値は、第2補正値に対応した速度補正指令値のみとなる。図13Bに示すように、第1モータ50aの速度補正指令値は、第2モータ50bの速度指令値を変数とする関数により生成される。   FIG. 13B shows the speed command value of the first motor 50 a when there is no yaw operation command from the tilt operation unit 92 and only the roll operation command from the rotation operation unit 90. In this case, the speed command value is only the speed correction command value corresponding to the second correction value. As shown in FIG. 13B, the speed correction command value of the first motor 50a is generated by a function having the speed command value of the second motor 50b as a variable.

この関数は、例えば、第1モータ50aの速度指令値に比例した速度補正指令値を算出するものであるとよい。このような関数を用いることにより、ロール動作の開始と同期して第1動力伝達機構112aのガタをなくす補正が行われるため、適切なタイミングで補正を行うことができる。   For example, this function may calculate a speed correction command value proportional to the speed command value of the first motor 50a. By using such a function, the correction that eliminates the backlash of the first power transmission mechanism 112a is performed in synchronization with the start of the roll operation, so that the correction can be performed at an appropriate timing.

速度補正指令値の積分値(図13B中、符号S2で示す部分の面積)が第2補正値最終値に達したら、速度指令はゼロとする。これにより、第2補正値最終値の分だけ主軸部材100を移動させることができる。   When the integral value of the speed correction command value (the area of the portion indicated by symbol S2 in FIG. 13B) reaches the final value of the second correction value, the speed command is set to zero. Thereby, the main shaft member 100 can be moved by the second correction value final value.

なお、回転操作部90からのロール動作指令と同時並行的に、傾動操作部92からのヨー動作指令があった場合、第1モータ50aの速度指令値は、図10Aに示した正規速度指令値に、図13Bに示す速度補正指令値を加算した指令値となる。   When there is a yaw operation command from the tilt operation unit 92 in parallel with the roll operation command from the rotation operation unit 90, the speed command value of the first motor 50a is the normal speed command value shown in FIG. 10A. The command value is obtained by adding the speed correction command value shown in FIG. 13B.

上記では、第2補正値は、第1動力伝達機構112aのガタ分を補正するものとして説明したが、ガタは第1動力伝達機構112aの剛性がある範囲でゼロであることと等価であると考えることができる。換言すれば、干渉トルクによる第1動力伝達機構112aの弾性変形を、ある大きさのガタと等価と考えることができる。したがって、第2補正値は、第1動力伝達機構112aの剛性が低い場合の干渉トルク補償、すなわち、干渉トルクによる第1動力伝達機構112aの弾性変形の影響をなくす補正値としても同様に適用できる。   In the above description, the second correction value is described as correcting the backlash of the first power transmission mechanism 112a. However, the backlash is equivalent to being zero within a certain range of rigidity of the first power transmission mechanism 112a. Can think. In other words, the elastic deformation of the first power transmission mechanism 112a due to the interference torque can be considered equivalent to a certain amount of play. Therefore, the second correction value can be similarly applied as an interference torque compensation when the rigidity of the first power transmission mechanism 112a is low, that is, a correction value that eliminates the influence of the elastic deformation of the first power transmission mechanism 112a due to the interference torque. .

そこで、第2補正値生成手段158は、第1動力伝達機構112aのガタの影響を考慮した補正値に、第1動力伝達機構112aの弾性変形に起因する主軸部材100のヨー動作の発生を防止または低減する補正値を加えたものを、第2補正値として生成するとよい。これにより、ガタに起因するヨー動作のみならず、第1動力伝達機構112aの弾性変形に起因するヨー動作の発生についても防止または抑制することができ、先端動作部12の姿勢制御を一層精度良く行うことができる。   Therefore, the second correction value generation unit 158 prevents the yaw operation of the main shaft member 100 from occurring due to the elastic deformation of the first power transmission mechanism 112a to the correction value considering the backlash of the first power transmission mechanism 112a. Or what added the correction value to reduce may be produced | generated as a 2nd correction value. As a result, not only the yaw motion caused by the play but also the yaw motion caused by the elastic deformation of the first power transmission mechanism 112a can be prevented or suppressed, and the posture control of the distal end working unit 12 can be performed with higher accuracy. It can be carried out.

エンドエフェクタ19を閉じた状態(トリガレバー36を引き位置まで引いた「引き状態」)では、把持対象物(例えば、生体組織の一部、湾曲針等)を強く把持している状態(把持状態)であると考えられ、ギア体102の回転抵抗が大きく、干渉トルクが大きい。また、エンドエフェクタ19を大きく開いた状態(トリガレバー36を押出し位置まで押し出した「押出し状態」)では、なんらかの物を広げている状態(拡張状態)であると考えられ、干渉トルクが大きい。このような高トルク状態のとき、ヨー動作の影響が大きくなる。一方、エンドエフェクタ19が引き位置にも押出し位置にもない場合、干渉トルクが小さい。このような低トルク状態のとき、ヨー動作の影響が小さい。   In a state in which the end effector 19 is closed (“pulling state” in which the trigger lever 36 is pulled to the pulling position), a state in which the object to be grasped (for example, a part of a living tissue, a curved needle, etc.) is strongly grasped (gripping state) The rotation resistance of the gear body 102 is large, and the interference torque is large. Further, in a state in which the end effector 19 is largely opened (“extruded state” in which the trigger lever 36 is pushed out to the pushing position), it is considered that some object is being spread (expanded state), and the interference torque is large. In such a high torque state, the influence of the yaw operation becomes large. On the other hand, when the end effector 19 is neither in the pulling position nor in the pushing position, the interference torque is small. In such a low torque state, the influence of the yaw operation is small.

このように、エンドエフェクタ19の状態によって干渉トルクが異なる場合には、それぞれの状態の干渉トルクの大きさに応じて、第1動力伝達機構112aの弾性変形を加味した第2補正値を生成するとよい。上述したように、本実施形態に係るマニピュレータ10の場合、検出機構120、140によりトリガレバー36が引き位置にあること(高トルク状態)を検出することができる。そこで、高トルク状態での最適な第2補正値を「第2補正値C1」とし、低トルク状態での最適な第2補正値を「第2補正値C2」として、状態に応じて適切な補正値を生成するように第2補正値生成手段158を構成するとよい。ただし、第2補正値C2≦第2補正値C1である。   As described above, when the interference torque varies depending on the state of the end effector 19, a second correction value that takes into account the elastic deformation of the first power transmission mechanism 112a is generated according to the magnitude of the interference torque in each state. Good. As described above, in the case of the manipulator 10 according to the present embodiment, the detection mechanism 120, 140 can detect that the trigger lever 36 is in the pulling position (high torque state). Therefore, the optimal second correction value in the high torque state is set as “second correction value C1”, and the optimal second correction value in the low torque state is set as “second correction value C2”. The second correction value generation means 158 may be configured to generate a correction value. However, the second correction value C2 ≦ the second correction value C1.

これにより、高トルク状態の場合には、第2補正値C1により正規1軸目標値を補正し、低トルク状態の場合には、第2補正値C2により正規1軸目標値を補正することが可能となる。したがって、エンドエフェクタ19の状態に応じて変化する干渉トルクに対応した補正が可能となり、先端動作部12の姿勢制御を一層精度良く行うことができる。なお、検出機構120、140によりトリガレバー36が引き位置にあることが検出できるが、押出し位置にあることを検出できない場合には、トリガレバー36が引き位置にないときを「低トルク状態」とみなして、上記のような補正を行う。   Thus, the normal uniaxial target value is corrected by the second correction value C1 in the high torque state, and the normal uniaxial target value is corrected by the second correction value C2 in the low torque state. It becomes possible. Therefore, correction corresponding to the interference torque that changes in accordance with the state of the end effector 19 can be performed, and the posture control of the distal end working unit 12 can be performed with higher accuracy. Although the detection mechanism 120, 140 can detect that the trigger lever 36 is in the pulling position, but cannot detect that the trigger lever 36 is in the push-out position, the state where the trigger lever 36 is not in the pulling position is referred to as “low torque state”. Therefore, the above correction is performed.

マニピュレータ10において、上述した検出機構120、140が設けられていない場合には、高トルク状態に適した第2補正値C1と、低トルク状態に適した第2補正値C2とを求め、その中間値を第2補正値として第2補正値生成手段158により生成してもよい。この場合の第2補正値は、下記の(1)式または(2)式を満たすものであればよい。
第2補正値C2≦第2補正値≦第2補正値C1 ・・・(1)
第2補正値=(第2補正値C1+第2補正値C2)/2・・・(2)
In the manipulator 10, when the above-described detection mechanisms 120 and 140 are not provided, a second correction value C1 suitable for the high torque state and a second correction value C2 suitable for the low torque state are obtained, and the intermediate The value may be generated by the second correction value generation unit 158 as the second correction value. The second correction value in this case only needs to satisfy the following expression (1) or (2).
Second correction value C2 ≦ second correction value ≦ second correction value C1 (1)
Second correction value = (second correction value C1 + second correction value C2) / 2 (2)

上記の(1)式または(2)式に従って生成した第2補正値を用いて第1モータ50aを制御することにより、検出機構120、140が設けられていない場合でも、干渉トルクによるヨー動作の発生を抑制することができる。   By controlling the first motor 50a using the second correction value generated according to the above equation (1) or (2), the yaw operation by the interference torque can be performed even when the detection mechanisms 120 and 140 are not provided. Occurrence can be suppressed.

また、トリガレバー36の引き状態と押出し状態(ともに高トルク状態)とで、干渉トルクが異なる場合には、それぞれ、第2補正値C1(a)、第2補正値C1(b)として区別してもよい。検出機構120、140が設けられていないマニピュレータ10において、このように干渉トルクが異なる場合には、第2補正値生成手段158で生成される第2補正値は、下記の(3)式〜(5)式のいずれか1つを満たすものであればよい。ただし、(3)式は、第2補正値C1(a)>第2補正値C1(b)の場合であり、(4)式は、第2補正値C1(a)<第2補正値C1(b)の場合である。
第2補正値C2≦第2補正値v6≦第2補正値C1(a)・・・(3)
第2補正値C2≦第2補正値v6≦第2補正値C1(b)・・・(4)
第2補正値=(第2補正値C1(a)+第2補正値C1(b)+第2補正値C2)/3・・・(5)
Further, when the interference torque is different between the pulled state of the trigger lever 36 and the pushed-out state (both high torque states), they are distinguished as the second correction value C1 (a) and the second correction value C1 (b), respectively. Also good. In the manipulator 10 in which the detection mechanisms 120 and 140 are not provided, when the interference torque is different as described above, the second correction value generated by the second correction value generation unit 158 is expressed by the following equations (3) to (3). 5) Any one satisfying any one of the formulas may be used. However, the expression (3) is a case where the second correction value C1 (a)> the second correction value C1 (b), and the expression (4) is the second correction value C1 (a) <the second correction value C1. This is the case in (b).
Second correction value C2 ≦ second correction value v6 ≦ second correction value C1 (a) (3)
Second correction value C2 ≦ second correction value v6 ≦ second correction value C1 (b) (4)
Second correction value = (second correction value C1 (a) + second correction value C1 (b) + second correction value C2) / 3 (5)

上記の(3)式〜(5)式のいずれか1つに従って生成した第2補正値を用いて第1モータ50aを制御することにより、検出機構120、140が設けられていない場合でも、干渉トルクによるヨー動作の発生を抑制することができる。   By controlling the first motor 50a using the second correction value generated according to any one of the above formulas (3) to (5), interference can be achieved even when the detection mechanisms 120 and 140 are not provided. Generation of yaw motion due to torque can be suppressed.

なお、マニピュレータ10において、ロール動作時の干渉トルク(主軸部材100に作用するヨー軸Oy周りのトルク)を検出または推定できる機構が設けられる場合には、使用状況によって変化する干渉トルクに応じた第2補正値を用いて、第1モータ50aの正規1軸目標値を補正するようにしてもよい。このような補正を行うことで、先端動作部12の姿勢制御をより精度良く行うことができる。   In the case where the manipulator 10 is provided with a mechanism capable of detecting or estimating the interference torque during the roll operation (torque around the yaw axis Oy acting on the main shaft member 100), the manipulator 10 is provided with the first one corresponding to the interference torque that varies depending on the use situation. The normal one-axis target value of the first motor 50a may be corrected using the two correction values. By performing such correction, the posture control of the distal end working unit 12 can be performed with higher accuracy.

上記では、第1補正値と第2補正値の生成手段が異なるため、ヨー動作をする場合の1軸補正値(第1モータ50aの正規目標値に対する補正値)を第1補正値、ロール動作をする場合の1軸補正値を第2補正値として説明した。しかし、制御時には、1軸補正値として、ひとつの補正値として扱ってよい。すなわち、1軸補正値=第1補正値+第2補正値、として扱ってよい。ただし、1軸補正値≦第1補正値最終値=第2補正値最終値、である。   In the above, since the first correction value and the second correction value generating means are different, the uniaxial correction value (correction value for the normal target value of the first motor 50a) when performing the yaw operation is used as the first correction value and the roll operation. The one-axis correction value in the case of performing is described as the second correction value. However, at the time of control, it may be handled as one correction value as a uniaxial correction value. That is, the uniaxial correction value = first correction value + second correction value may be handled. However, uniaxial correction value ≦ first correction value final value = second correction value final value.

上記において、本発明について好適な実施の形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。   In the above description, the present invention has been described with reference to preferred embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Needless to say.

10…医療用マニピュレータ 12…先端動作部
13…姿勢変更機構 14…操作部
16…作業部 19…エンドエフェクタ
29…コントローラ 50…駆動源
50a…第1モータ 50b…第2モータ
100…主軸部材 102…ギア体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Medical manipulator 12 ... End operation | movement part 13 ... Posture change mechanism 14 ... Operation part 16 ... Working part 19 ... End effector 29 ... Controller 50 ... Drive source 50a ... 1st motor 50b ... 2nd motor 100 ... Main shaft member 102 ... Gear body

Claims (6)

第1駆動源と、
エンドエフェクタと、前記第1駆動源の駆動力が機械的に伝達されることで第1姿勢変更動作をするように構成された第1動作部とを有する先端動作部と、
前記第1駆動源の駆動力を噛み合い部又は係合部を介して機械的に伝達して前記第1動作部を動作させる第1動力伝達機構と、
前記第1駆動源を制御するコントローラと、を備え、
前記噛み合い部又は前記係合部を含む前記第1動力伝達機構には、機械的なガタが存在しており、
前記コントローラは、前記第1姿勢変更動作に係る第1操作指令を受けた場合、第1の補償制御として、前記第1操作指令に基づく第1目標軌道を生成する処理と、前記第1目標軌道に基づく前記第1駆動源の目標値である第1の正規1軸目標値を生成する処理と、前記第1目標軌道に基づき前記第1動力伝達機構に存在する前記ガタの影響をなくす第1補正値を生成する処理と、前記第1の正規1軸目標値と前記第1補正値とに基づいて前記第1駆動源の制御上の目標値である第1の補正1軸目標値を生成する処理と、を行い前記第1の補正1軸目標値を用いて前記第1駆動源を制御する、
ことを特徴とする医療用マニピュレータ。
A first drive source;
A tip operating unit having an end effector and a first operating unit configured to perform a first posture changing operation by mechanically transmitting a driving force of the first driving source;
A first power transmission mechanism that mechanically transmits the driving force of the first driving source via a meshing part or an engaging part to operate the first operating part;
A controller for controlling the first drive source,
In the first power transmission mechanism including the meshing part or the engaging part, mechanical play exists,
The controller, when receiving a first operation command related to the first posture change operation, generates a first target trajectory based on the first operation command as the first compensation control, and the first target trajectory the elimination and generating a first normal uniaxial target value is a target value of the first drive source based on the effect of the backlash present in the first power transmission mechanism based on the first target trajectory 1 Based on a process for generating a correction value, the first normal uniaxial target value and the first correction value, a first correction uniaxial target value which is a target value for controlling the first drive source is generated. And controlling the first drive source using the first corrected one-axis target value .
A medical manipulator characterized by that.
請求項1記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記先端動作部が先端に設けられたシャフトと、第2駆動源と、前記第2駆動源の駆動力を機械的に伝達して第2動作部を動作させる第2動力伝達機構とをさらに備え、
前記先端動作部は、前記シャフトの軸線に対して非平行なヨー軸を基準に傾動する前記第1姿勢変更動作としてのヨー動作と、先端を指向するロール軸を基準に回転する第2姿勢変更動作としてのロール動作とが可能であり、
前記第1動作部は、前記ヨー軸を中心に回動可能な部材であり、
前記第2動作部は、第2姿勢変更動作を行うことが可能なように前記第1動作部により前記ロール軸を中心に回転可能に支持され、
前記コントローラは、前記ロール動作に係る第2操作指令を受けた場合、前記第2操作指令に基づいて前記第2駆動源を制御するとともに、第2の補償制御として、前記ロール動作に起因する前記ヨー動作の発生を防止または抑制するように、前記第1駆動源を制御
前記コントローラは、前記第2の補償制御において、前記第2操作指令に基づく第2目標軌道を生成する処理と、前記第2目標軌道に基づく前記第1駆動源の目標値である第2の正規1軸目標値を生成する処理と、前記ロール動作に起因して前記第1動作部が前記第2動作部から受ける力の方向とは逆方向のガタをなくす第2補正値を生成する処理と、前記第2の正規1軸目標値と前記第2補正値とに基づいて前記第1駆動源の制御上の目標値である第2の補正1軸目標値を生成する処理と、を行い、前記第2の補正1軸目標値を用いて前記第1駆動源を制御する、
ことを特徴とする医療用マニピュレータ。
The medical manipulator according to claim 1, wherein
The shaft further includes a shaft provided with the tip operating portion at the tip, a second driving source, and a second power transmission mechanism that mechanically transmits the driving force of the second driving source to operate the second operating portion. ,
The tip motion section is a yaw motion as the first posture change operation that tilts with respect to a yaw axis that is not parallel to the axis of the shaft, and a second posture change that rotates with reference to a roll axis that points to the tip. Roll operation as an operation is possible,
The first operation unit is a member that can rotate around the yaw axis,
The second operation unit is supported by the first operation unit so as to be rotatable around the roll axis so that a second posture changing operation can be performed.
When the controller receives a second operation command related to the roll operation, the controller controls the second drive source based on the second operation command, and the second compensation control results from the roll operation. so as to prevent or suppress the occurrence of yawing operation, it controls the first driving source,
In the second compensation control, the controller generates a second target trajectory based on the second operation command, and a second normal value that is a target value of the first drive source based on the second target trajectory. A process of generating a uniaxial target value, and a process of generating a second correction value that eliminates backlash in the direction opposite to the direction of the force that the first operating unit receives from the second operating unit due to the roll operation. Performing a process of generating a second corrected one-axis target value that is a target value for controlling the first drive source based on the second normal one-axis target value and the second correction value; Controlling the first drive source using the second corrected one-axis target value;
A medical manipulator characterized by that.
請求項記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記先端動作部が先端に設けられたシャフトと、第2駆動源と、前記第2駆動源の駆動力を機械的に伝達して第2動作部を動作させる第2動力伝達機構とをさらに備え、
前記先端動作部は、前記シャフトの軸線に対して非平行なヨー軸を基準に傾動する前記第1姿勢変更動作としてのヨー動作と、先端を指向するロール軸を基準に回転する第2姿勢変更動作としてのロール動作とが可能であり、
前記第1動作部は、前記ヨー軸を中心に回動可能な部材であり、
前記第2動作部は、第2姿勢変更動作を行うことが可能なように前記第1動作部により前記ロール軸を中心に回転可能に支持され、
前記コントローラは、前記ロール動作に係る第2操作指令を受けた場合、前記第2操作指令に基づいて前記第2駆動源を制御するとともに、第2の補償制御として、前記ロール動作に起因する前記ヨー動作の発生を防止または抑制するように、前記第1駆動源を制御し、
前記コントローラは、前記第2の補償制御において前記第2操作指令に基づく第2目標軌道を生成する処理と、前記第2目標軌道に基づく前記第1駆動源の目標値である第2の正規1軸目標値を生成する処理と、前記第1動力伝達機構の弾性変形に起因する前記第1動作部の動作の発生を防止または抑制する第2補正値を生成する処理と、前記第2の正規1軸目標値と前記第2補正値とに基づいて、前記第1駆動源の制御上の目標値である第2の補正1軸目標値を生成する処理と、を行い、前記第2の補正1軸目標値を用いて前記第1駆動源を制御する、
ことを特徴とする医療用マニピュレータ。
The medical manipulator according to claim 1 , wherein
The shaft further includes a shaft provided with the tip operating portion at the tip, a second driving source, and a second power transmission mechanism that mechanically transmits the driving force of the second driving source to operate the second operating portion. ,
The tip motion section is a yaw motion as the first posture change operation that tilts with respect to a yaw axis that is not parallel to the axis of the shaft, and a second posture change that rotates with reference to a roll axis that points to the tip. Roll operation as an operation is possible,
The first operation unit is a member that can rotate around the yaw axis,
The second operation unit is supported by the first operation unit so as to be rotatable around the roll axis so that a second posture changing operation can be performed.
When the controller receives a second operation command related to the roll operation, the controller controls the second drive source based on the second operation command, and the second compensation control results from the roll operation. Controlling the first drive source to prevent or suppress the occurrence of yaw motion;
In the second compensation control , the controller generates a second target trajectory based on the second operation command, and a second normal value that is a target value of the first drive source based on the second target trajectory. A process for generating a uniaxial target value , a process for generating a second correction value for preventing or suppressing the occurrence of an operation of the first operation unit due to an elastic deformation of the first power transmission mechanism, and the second based on regular uniaxial target value and the second correction value, it performs a process of generating a second correction uniaxial target value is a target value for control of the first driving source, the second Controlling the first drive source using the corrected one-axis target value;
A medical manipulator characterized by that.
請求項記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記第2の補償制御における前記第2補正値は、前記第2動作部による前記第1動作部への干渉トルクが相対的に高い高トルク状態での前記第1動力伝達機構の弾性変形に起因する前記第1動作部の動作の発生を防止する補正値以上、かつ、前記干渉トルクが相対的に低い低トルク状態での前記第1動力伝達機構の弾性変形に起因する前記第1動作部の動作の発生を防止する補正値以下の値である、
ことを特徴とする医療用マニピュレータ。
The medical manipulator according to claim 3 , wherein
The second correction value in the second compensation control is caused by elastic deformation of the first power transmission mechanism in a high torque state in which interference torque to the first operation unit by the second operation unit is relatively high. More than the correction value for preventing occurrence of the operation of the first operating unit, and the first operating unit is caused by elastic deformation of the first power transmission mechanism in a low torque state where the interference torque is relatively low. It is a value below the correction value to prevent the occurrence of movement,
A medical manipulator characterized by that.
請求項記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記コントローラは、前記低トルク状態のときは、前記低トルク状態に対応した補正値で前記第2の補償制御を行い、前記エンドエフェクタが前記高トルク状態のときは、前記高トルク状態に対応した補正値で前記第2の補償制御を行う、
ことを特徴とする医療用マニピュレータ。
The medical manipulator according to claim 4 , wherein
The controller performs the second compensation control with a correction value corresponding to the low torque state when in the low torque state, and corresponds to the high torque state when the end effector is in the high torque state. Performing the second compensation control with a correction value;
A medical manipulator characterized by that.
請求項記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記コントローラは、計測または推定した前記第2動作部の動作抵抗に応じた補正値で前記第2の補償制御を行う、
ことを特徴とする医療用マニピュレータ。
The medical manipulator according to claim 3 , wherein
The controller performs the second compensation control with a correction value according to the measured or estimated operating resistance of the second operating unit;
A medical manipulator characterized by that.
JP2010213903A 2010-09-24 2010-09-24 Medical manipulator Active JP5636239B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010213903A JP5636239B2 (en) 2010-09-24 2010-09-24 Medical manipulator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010213903A JP5636239B2 (en) 2010-09-24 2010-09-24 Medical manipulator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012065889A JP2012065889A (en) 2012-04-05
JP5636239B2 true JP5636239B2 (en) 2014-12-03

Family

ID=46163872

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010213903A Active JP5636239B2 (en) 2010-09-24 2010-09-24 Medical manipulator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5636239B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6836649B2 (en) * 2017-05-01 2021-03-03 株式会社メディカロイド Medical treatment tools and surgical systems
CN111588462B (en) * 2020-06-28 2023-05-05 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 A hand-held type anti-shake surgical robot for microsurgery

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012065889A (en) 2012-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5875973B2 (en) Medical manipulator
JP5090045B2 (en) Manipulator and control method thereof
JP5431749B2 (en) Medical manipulator
JP4755047B2 (en) Working mechanism and manipulator
JP5323578B2 (en) Medical robot system
JP5336568B2 (en) manipulator
US20090110533A1 (en) Manipulator system and manipulator control method
WO2013002063A1 (en) Medical manipulator
WO2012124635A1 (en) Medical treatment tool and manipulator
Lee et al. Modeling and control of robotic surgical platform for single-port access surgery
KR102199910B1 (en) Multi degree-of-freedom laparoscopic apparatus using disposable surgical robot tool
JP5636239B2 (en) Medical manipulator
US10420575B2 (en) Treatment tool and treatment tool system
JP2010012087A (en) Manipulator system and control method of manipulator
JP2012061195A (en) Medical manipulator
WO2014162479A1 (en) Medical manipulator
US20120136370A1 (en) Medical manipulator
JP5669410B2 (en) Medical manipulator
JP2010253205A (en) Manipulator
WO2022074978A1 (en) Surgery assistance system, control device for surgery assistance system, and control method for surgery assistance system
JP2011206191A (en) Medical manipulator
WO2024046147A1 (en) Surgical system and force feedback method
JP2022181066A (en) Surgical system and control method of surgical system
JP2022187879A (en) Surgery support system, operator side device, and control method for surgery support system
KR20230079178A (en) Limitation of grip force in position control mode and maintenance of minimum jaw opening force, and control of grip force when switching between position control mode and force mode

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130805

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140313

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140325

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20140327

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140411

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: 20140930

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20141020

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5636239

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

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

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