JP5704833B2 - 操作入力装置およびマニピュレータシステム - Google Patents
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Description
本発明は、観察装置によって取得されたマニピュレータの映像を表示するディスプレイと、該ディスプレイ上に表示された前記マニピュレータを操作する操作部と、操作者の頭部に装着される頭部装着部と、該頭部装着部または前記操作部の一方に設けられ、前記頭部装着部または前記操作部の一方に対する他方の相対位置および相対姿勢を検出する相対位置センサと、該相対位置センサにより検出された相対位置および相対姿勢の変化に基づいて、前記観察装置および前記ディスプレイ内に表示されている前記マニピュレータを作動させる制御部とを備える操作入力装置を提供する。
このようにすることで、頭部装着部を装着した操作者は、眼前に配置されたディスプレイに表示された表示物を見ながら操作することができる。ディスプレイが操作者の頭部に装着されることにより、操作者の移動を可能にすることができる。
このようにすることで、頭部装着部または操作部の一方に設けられた指標を、他方に設けられた撮像部によって撮影することにより、頭部装着部と操作部との相対位置を直接的に検出することができる。頭部装着部に固定したディスプレイを、操作者の眼前に置くことで、操作者の視野を基準とした視線座標系での操作部の相対位置・姿勢情報が取得できるため、ディスプレイ上に表示される表示物と、それを表示する視線座標系との変換が省略あるいは容易になる。これにより、演算量を低減して高速処理が可能となると共に直感的な操作が可能となる。
この場合は、前記指標が同一平面上に配置されない少なくとも4箇所に設けられていればよい。
このようにすることで、4箇所の指標の全体的な位置の変化によって頭部装着部と操作部との相対姿勢の変化を検出し、4箇所の指標の指標間の位置の変化によって頭部装着部と操作部との相対位置の変化を検出することができる。
また、上記発明においては、前記撮像部を2以上備えていてもよい。
この場合は、前記指標が同一直線上に配置されない少なくとも3箇所に設けられていればよい。
このようにすることで、3箇所の指標の全体的な位置の変化によって頭部装着部と操作部との相対姿勢の変化を検出し、3箇所の指標の指標間の位置の変化によって頭部装着部と操作部との相対位置の変化を検出することができる。
また、上記発明においては、前記相対位置センサが、操作者の視線を取得可能な視線検出センサを備えていてもよい。このようにすることで、より正確な操作者の視線と操作部の相対位置が取得できる。
このようにすることで、空間センサが備えられた頭部装着部または操作部の空間座標系における変位情報と、頭部装着部と操作部との相対位置および相対姿勢とに基づいてディスプレイ内に表示されている表示物の動作の精度を向上することができる。
また、頭部装着部と操作部との間の相対位置あるいは相対姿勢の変化が、頭部装着部あるいは操作部のいずれを変位させたために発生したものであるのかを判別でき、制御部による表示物の作動をより正確に制御することが可能となる。
このようにすることで、空間座標系に固定されたディスプレイに備えられたディスプレイ用指標を撮像部によって撮影して、撮像部に対するディスプレイの角度や位置を検出することができる。これにより、操作者がディスプレイに対して移動しても、表示物の角度や方向を調節することができ、操作者の視線座標系に対して、表示物の座標を常に一定に保つことが可能となる。
このようにすることで、観察装置により取得された表示物であるマニピュレータの映像がディスプレイに表示され、操作入力装置に備えられた操作部と頭部装着部との相対位置および相対姿勢の変化によって制御部がマニピュレータを作動させる。これにより、操作部の可動範囲が他の障害物によって制限されてしまうのを防止ししながら、マニピュレータによる処置を行うことができる。
本実施形態に係るマニピュレータシステム1は、図1に示されるように、患者Aの体内に挿入されるマニピュレータ2と、該マニピュレータ2の映像を撮影する内視鏡(観察装置)3と、本実施形態に係る操作入力装置4とを備えている。
また、HMD6は、図2に示されるように、撮像部9により撮影した画像信号および加速度センサ10により検出したHMD6の空間座標系における加速度信号を無線送信する送信部11を備えている。
また、制御部8は、HMD6から無線送信されてきた画像信号および加速度信号と、操作部7から無線送信されてきた操作入力信号を受信部14により受信して、マニピュレータ2を動作させるための制御信号を生成し、生成した制御信号に基づいてマニピュレータ2のモータ2aを作動させ、マニピュレータ2を移動させあるいは作動状態を変化させるようになっている。また、これらの制御信号に基づいて内視鏡3のモータ3aを作動させ、内視鏡3を移動させあるいは作動状態を変化させることもできる。
また、HMD6に操作者の視線を取得できる視線検出センサ18を取り付けることで、より正確な操作者の視線と操作部の相対位置が取得できる。
また、撮像部9を2つ設けることで、操作部7もしくはHMD6に取り付けるLEDを3点として相対位置を取得してもよい。この場合、LEDつまり指標は同一直線上に配置されない位置に配置されて固定される。また、指標は、少なくとも3箇所あればよい。
また、加速度センサ10からなる空間センサをHMD6に設けることにしたが、これに代えて、操作部7に設けることにしてもよい。
また、加速度センサ10をHMD6および操作部7の両方に設けた場合、相対位置を撮像部9と少なくとも1つの指標とから検出し、相対姿勢を加速度センサ10により取得してもよい。
また、指標は5個以上設けることにしてもよい。
また、本実施形態においては、空間センサとして加速度センサ10を例示したが、これに代えてジャイロセンサや速度センサを採用してもよい。また、これらの組み合わせでもよい。
B 操作者
C 頭部
1 マニピュレータシステム
2 マニピュレータ(表示物)
3 内視鏡(観察装置)
4 操作入力装置
5 表示部(ディスプレイ)
6 HMD(頭部装着型ディスプレイ、頭部装着部)
7 操作部
8 制御部
9 撮像部(相対位置センサ)
10 加速度センサ(空間センサ)
12 LED(指標、相対位置センサ)
15 配線
16 ディスプレイ
17 指標(ディスプレイ用指標)
18 視線検出センサ
Claims (11)
- 観察装置によって取得されたマニピュレータの映像を表示するディスプレイと、
該ディスプレイ上に表示された前記マニピュレータを操作する操作部と、
操作者の頭部に装着される頭部装着部と、
該頭部装着部または前記操作部の一方に設けられ、前記頭部装着部または前記操作部の一方に対する他方の相対位置および相対姿勢を検出する相対位置センサと、
該相対位置センサにより検出された相対位置および相対姿勢の変化に基づいて、前記観察装置および前記ディスプレイ内に表示されている前記マニピュレータを作動させる制御部とを備える操作入力装置。 - 前記ディスプレイは、前記頭部装着部が前記操作者の頭部に装着されたときに前記操作者の眼前に配置されるように、前記頭部装着部に固定されている請求項1に記載の操作入力装置。
- 前記相対位置センサが、前記頭部装着部または前記操作部の一方に設けられた指標と、前記頭部装着部または前記操作部の他方に設けられ、前記指標を撮影する撮像部とを備える請求項1に記載の操作入力装置。
- 前記撮像部を1つ備える請求項3に記載の操作入力装置。
- 前記指標が同一平面上に配置されない少なくとも4箇所に設けられている請求項4に記載の操作入力装置。
- 前記撮像部を2以上備える請求項3に記載の操作入力装置。
- 前記指標が同一直線上に配置されない少なくとも3箇所に設けられている請求項6に記載の操作入力装置。
- 前記相対位置センサが、操作者の視線を取得可能な視線検出センサを備える請求項1に記載の操作入力装置。
- 前記頭部装着部または前記操作部の少なくとも一方に、その空間座標系における変位情報を検出する空間センサを備える請求項1に記載の操作入力装置。
- 前記ディスプレイが、空間座標系に固定されるとともに、前記頭部装着部または前記操作部の前記他方に設けられた前記撮像部により撮影されるディスプレイ用指標を備える請求項3に記載の操作入力装置。
- 請求項1から請求項10のいずれかに記載の操作入力装置と、
前記マニピュレータと、
前記ディスプレイに表示する前記マニピュレータの映像を取得する前記観察装置とを備えるマニピュレータシステム。
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