JP6157785B1 - 医療用マニピュレータシステム - Google Patents
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- G05B2219/45—Nc applications
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Abstract
Description
特許文献1に開示された医療用マニピュレータシステムは、遠隔中心の位置を維持しながらアームのリンク機構を自動又は手動で移動させることができる。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、リンク機構を手動で動作させるための入力操作を簡便に行うことができる医療用マニピュレータシステムを提供することを目的とする。
本発明の第1実施形態について説明する。図1は、本実施形態の医療用マニピュレータシステムの模式的な全体図である。図2は、医療用マニピュレータシステムの模式図である。図3は、医療用マニピュレータシステムのブロック図である。図4は、医療用マニピュレータシステムにおける制御モードの選択条件を示す表である。
エンドエフェクタ4の動作は、第1の操作部13に対する操作に基づいて、制御部30によって制御される。本実施形態のエンドエフェクタ4の構成として、例えば把持鉗子やナイフ等、腹腔鏡手術に適用される公知のエンドエフェクタ4の構成が適宜選択されてよい。
さらに、リンク機構8は、リンク機構8が他の物体に接触したことを検知するための力覚センサ12(図3参照)を有している。リンク機構8の力覚センサ12は、例えば、複数のリンク機構8同士の干渉や、人や他の医療機器等に対するリンク機構8の接触や衝突等を検知するために使用される。
図3に示すように、制御部30は、状態取得部31と、制御信号出力部32と、モード選択部33とを有している。
第一センサ18が執刀医の頭部を検知している場合には、状態取得部31は、第1の操作部13を用いた操作中状態であるとして状態を記憶する。
第二センサ19がマスタアーム15の操作を検知している場合には、状態取得部31は、第1の操作部13を用いた操作中状態であるとして状態を記憶する。
第三センサ20がフットスイッチ16に対する入力があることを検知している場合には、状態取得部31は、第1の操作部13を用いた操作中状態であるとして状態を記憶する。
すなわち、第一センサ18に執刀医の頭部が検知されず、且つ、第二センサ19にマスタアーム15の操作が検知されず、且つ、第三センサ20にフットスイッチ16に対する入力が検知されない場合に、状態取得部31は第1の操作部13を用いた操作が行われていないとして状態を記憶する。
本実施形態では、複数のリンク機構8の力覚センサ12に同時に入力がある場合には、状態取得部31が、リンク機構8同士の干渉であるとして状態を記憶する。
また、移動中の1つのリンク機構8の力覚センサ12が他の物体に対する接触を検知した場合には、状態取得部31が、医療用マニピュレータシステム1の認識外の他の物体にこのリンク機構8が接触したとして状態を記憶する。
制御信号出力部32には、複数の制御モードが設定されている。複数の制御モードは、第1の操作部13が発する操作指令のみに基づいて手術器具2、器具ホルダ6、ベースリンク7、及びリンク機構8に対して制御信号を出力する処置モード(不図示)と、第1の操作部13が発する操作指令と第2の操作部21に対する操作との両方に基づいて手術器具2、器具ホルダ6、ベースリンク7、及びリンク機構8に対して制御信号を出力するリンク調整モード(図4に示す第一モードから第四モードまで)とを有している。
リンク調整モードは、図4に示すように、執刀医が処置対象部位に対して処置を行っているなど第1の操作部13の使用中状態である場合にリンク機構8の位置及び姿勢を調整可能とするモード(第一モード及び第二モード)と、第1の操作部13の使用中状態でない場合に手術器具2、器具ホルダ6、ベースリンク7、及びリンク機構8を助手が自在に動作させることできるモード(第三モード)と、第2の操作部21に対する操作を禁止するモード(第四モード)とを含む。
第三モードは、手術器具2、器具ホルダ6、ベースリンク7、及びリンク機構8の位置関係を全体的に変更するために、たとえば処置開始前や処置の休止中に利用される。
制御部30は、以下のステップS1からステップS8までの各ステップを含むフローを繰り返すことにより、医療用マニピュレータシステム1の状態をリアルタイムで把握しながら、1つの制御モードを選択する。
ステップS2は、医療用マニピュレータシステム1の状態を取得する第二ステップである。ステップS2では、状態取得部31が医療用マニピュレータシステム1の状態を取得して記憶する。これでステップS2は終了し、ステップS3へ進む。
医療用マニピュレータシステム1の起動後、医療用マニピュレータシステム1は、所定のイニシャライズモードで動作して、患者に対して手術器具2、器具ホルダ6、ベースリンク7、及びリンク機構8の初期位置設定を行う。
処置対象部位に対して処置を行う場合には、執刀医は、モニタ14を見ながら第1の操作部13のマスタアーム15を動作させて、エンドエフェクタ4を用いて処置対象部位の処置を行う。このとき、リンク機構8の位置や姿勢を助手が手動で変化させる必要がない状態では、第2の操作部21に配されたモード変更入力部22には入力がされていないので、医療用マニピュレータシステム1は第四モードが選択されてリンク調整モードがオフとなり、処置モードで動作する。
本発明の第2実施形態について説明する。図6は、本実施形態の医療用マニピュレータシステムの制御部における制御手順の一例を示すフローチャートである。なお、本実施形態において上記第1実施形態と共通の構成要素には、第1実施形態と同一の符号(図1から図3までを参照)が付され、重複する説明は省略される。
本実施形態では、第1実施形態におけるステップS3とステップS4との間に、リンク機構8の干渉又は衝突の有無に基づいて処理の分岐するステップS9を含む。
ステップS9では、リンク機構8の干渉や衝突があると状態取得部31が記憶している場合には、ステップS6へ進んで第二モードが選択される。ステップS9では、リンク機構8の干渉や衝突がないと状態取得部31が記憶している場合には、モード選択部33は、ステップS4へ進んで第1実施形態と同様にステップS4以降の処理を行う。
また、上述の各実施形態において示した構成要素は適宜に組み合わせて構成することが可能である。
2 手術器具
3 シャフト
4 エンドエフェクタ
5 駆動部
6 器具ホルダ
7 ベースリンク
8 リンク機構
9 常用関節
10 冗長関節
11 アーム
12 力覚センサ
13 第1の操作部
14 モニタ
15 マスタアーム
16 フットスイッチ
17 センサ
18 第一センサ
19 第二センサ
20 第三センサ
21 第2の操作部
22 モード変更入力部
30 制御部
31 状態取得部
32 制御信号出力部
33 モード選択部
Claims (6)
- 医療用マニピュレータシステムであって、
エンドエフェクタを有する手術器具と、
前記手術器具と結合するように構成される器具ホルダと、
患者に対して固定位置に保持されるように構成されるベースリンクと、
前記器具ホルダを前記ベースリンクに結合するリンク機構と、
前記手術器具、前記器具ホルダおよび前記リンク機構を操作するための第1の操作部と、
前記リンク機構を操作するための第2の操作部と、
複数の制御モードから1つを選択し選択された制御モードに従って前記リンク機構を制御する制御部と、
前記制御部に選択されているモードから前記複数の制御モードのうちの他のモードへ変更する入力を受け付けるために前記第2の操作部に設けられたモード変更入力部と、
を有し、
前記制御部は、前記リンク機構を制御するための制御手順として、
前記モード変更入力部に対する入力の有無を判定する第一ステップと、
前記第一ステップの後、前記医療用マニピュレータシステムの状態を取得する第二ステップと、
前記第二ステップの後、前記医療用マニピュレータシステムの状態に基づいて前記複数の制御モードのうち前記医療用マニピュレータシステムの状態に適合するモードを選択する第三ステップと、
を含み、前記制御手順に従って前記リンク機構を制御する
ことを特徴とする医療用マニピュレータシステム。 - 前記複数の制御モードは、
前記手術器具を揺動動作させる中心となる遠隔中心の位置を固定した状態で前記第1の操作部の操作と前記手術器具の動作との対応関係を維持したまま前記第2の操作部により前記リンク機構を移動可能とする第一モードと、
前記遠隔中心の位置及び前記エンドエフェクタの位置を固定した状態で前記第1の操作部の操作と前記手術器具の動作との対応関係を維持したまま前記第2の操作部により前記リンク機構を移動可能とする第二モードと、
前記第2の操作部により前記手術器具及び前記リンク機構を移動可能とする第三モードと、
前記第2の操作部による操作を禁止して前記第1の操作部のみで前記手術器具及び前記リンク機構を移動可能とする第四モードと、
を有する請求項1に記載の医療用マニピュレータシステム。 - 前記制御部は、前記モード変更入力部に対する入力の有無に対応して、前記第一モード,前記第二モード,及び前記第三モードのうちのいずれか1つと、前記第四モードとを相互に切り替える。
請求項2に記載の医療用マニピュレータシステム。 - 前記制御部は、前記第1の操作部による操作中状態であるか否かを前記第三ステップにおいて判定し、
前記医療用マニピュレータシステムの状態が前記第1の操作部による操作中状態であると前記制御部が判定した場合には、前記制御部は、前記モード変更入力部に対する入力操作が行われていない場合には前記第四モードを選択し、前記モード変更入力部に対する入力操作が行われている間は前記第一モードと前記第二モードとのいずれか一方を選択する
請求項3に記載の医療用マニピュレータシステム。 - 前記制御部は、前記リンク機構と他の物体との干渉又は衝突の有無を前記第三ステップにおいて判定し、
前記医療用マニピュレータシステムの状態が前記リンク機構と他の物体とが干渉または衝突している状態であると前記制御部が判定した場合には、前記制御部は、前記モード変更入力部に対する入力操作が行われていない場合には前記第四モードを選択し、前記モード変更入力部に対する入力操作が行われている間は前記第二モードを選択し、
前記医療用マニピュレータシステムの状態が前記リンク機構と他の物体とが干渉していない状態であると前記制御部が判定した場合には、前記制御部は、前記モード変更入力部に対する入力操作が行われていない場合には前記第四モードを選択し、前記モード変更入力部に対する入力操作が行われている間は前記第一モードを選択する
請求項3に記載の医療用マニピュレータシステム。 - 前記リンク機構は少なくとも1以上の冗長関節を有し、
前記第2の操作部は、前記冗長関節のみを操作可能である
請求項1に記載の医療用マニピュレータシステム。
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