JP6157786B1 - 医療用マニピュレータシステム - Google Patents
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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を自動又は手動で移動させることができる。
前記制御部は、前記第三モードにおける前記第一マニピュレータの制御手順として、前記終了検知部が前記第二操作部による操作の終了を検知した場合に前記第三モードへの移行前のモードに復帰する復帰ステップをさらに有し、前記第三モードにおける前記第一マニピュレータの制御手順に従って前記第一マニピュレータを制御してもよい。
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を示す模式図である。図2は、医療用マニピュレータシステムの第一マニピュレータを示す模式図である。図3は、医療用マニピュレータシステムの要部を示すブロック図である。
第一マニピュレータ10の関節群13のうち、常用関節13Aに含まれる関節13A1,13A2,13A3は、例えばヨー、ピッチ、ロールの少なくとも1つの駆動軸となり、第一マニピュレータ10の動作時において優先的に使用される。常用関節13Aに含まれる関節の数は、第一マニピュレータ10に必要な自由度を考慮して適宜選択されてよい。
第一マニピュレータ10の関節群13のうち、冗長関節13Bに含まれる関節13B1,13B2,13B3は、それぞれ、上記の常用関節(関節13A1,13A2,13A3)に対して冗長関係を有している。冗長関節13Bは、常用関節13Aが第一マニピュレータ10に与える自由度より多くの冗長自由度を第一マニピュレータ10に与える。本実施形態では、常用関節13Aに属するすべての関節に対して冗長関節13Bが割り当てられている。
ステップS14及びステップS15の繰り返しにより、第一マニピュレータ10の動作量が不足していて障害物との接触が解消しなかった場合にも、障害物との接触が解消するまで第一マニピュレータ10が移動し、障害物との接触が解消した後にステップS12へ戻る。なお、ステップS14とステップS15との繰り返し動作では、復帰動作設定部106によって設定された動作量に限らず、第一マニピュレータ10と障害物との接触を解消する方向へ所定の微小量だけ第一マニピュレータ10を移動させてもよい。
なお、第一モードで移動中に第一マニピュレータ10と障害物との接触を検知した場合は第一モードから第三モード(復帰モード)に直接遷移してもよい。その場合は、第一マニピュレータ10と障害物との接触が解消すると第一モードに戻る。
上記第1実施形態の変形例について説明する。図9は、本変形例における第一マニピュレータを示す模式図である。
本変形例では、接触検知部として、第1実施形態に開示されたトルクセンサ14(図2参照)に代えて、図9に示すように接触センサ17を有している。
本変形例では、接触センサ17に障害物が接触した場合に、上記第1実施形態と同様に障害物と第一マニピュレータ10との接触を解消するように第一マニピュレータ10を動作させることができる。
本発明の第2実施形態について説明する。図10は、本実施形態の医療用マニピュレータシステムの模式図である。図11は、本実施形態の医療用マニピュレータシステムの作用を説明するための図である。
本実施形態の医療用マニピュレータシステム2は、第三モードにおいて、第一マニピュレータ10に加えて第二マニピュレータ20が移動する。すなわち、制御部100による制御によって、第二マニピュレータ20は、第一マニピュレータ10とは独立して、又は第一マニピュレータ10と協働して動作可能である。
本発明の第3実施形態について説明する。図12は、本実施形態の医療用マニピュレータシステムの要部を示すブロック図である。図13及び図14は、本実施形態の医療用マニピュレータシステムの作用を説明するための図である。
また、本実施形態の医療用マニピュレータシステム3の制御部100は、記憶部109に記憶された障害物の座標を、第一マニピュレータ10の進入禁止位置として利用する。
本発明の第4実施形態について説明する。図15は、本実施形態の医療用マニピュレータシステムの要部を示すブロック図である。図16は、本実施形態の医療用マニピュレータシステムを使用した操作の流れを示すフローチャートである。
すなわち、本実施形態の第三モードでは、第一マニピュレータ10のアーム11を助手が押し引きしたり回転させたりすることがトルクセンサ14に対する操作である。トルクセンサ14に対する操作は、アーム11を助手が押し引きした方向へとアクチュエータ15によってアーム11を移動させるための指令である。このように、本実施形態では、関節群13のブレーキの解除及び第一マニピュレータ10の倣い動作制御によって、制御部100は、第二操作部62による第一マニピュレータの操作を許可する(許可ステップ)。
上記第4実施形態の変形例1について説明する。図17は、本変形例における第一マニピュレータを示す模式図である。
本変形例では、図17に示すように、第一マニピュレータ10が、各関節がどのように制御されているかを示すインジケータ120を有している。
なお、インジケータ120は他のマニピュレータ20,30,40(図1参照)にも設けられていてもよい。
上記第4実施形態の変形例2について説明する。
本変形例では、図17に示すように、第一マニピュレータ10が、第三モードにおいて助手がアーム11をどの方向に移動させるのが好ましいのかを示すナビゲーター130を有している。また、本変形例では、制御部(不図示)は、第一マニピュレータ10と第二マニピュレータと障害物との位置関係に基づいてナビゲーター130を制御する。
10 第一マニピュレータ(スレーブマニピュレータ)
11 アーム
12 リンク群
13 関節群
13A 常用関節
13B 冗長関節
14 トルクセンサ(接触検知部)
15 アクチュエータ
16 エンコーダ
17 接触センサ(接触検知部)
18 アダプタ
19 術具(第一術具)
19a エンドエフェクタ
20 第二マニピュレータ(スレーブマニピュレータ)
21 アーム
28 アダプタ
29 術具(第二術具)
30 第三マニピュレータ(スレーブマニピュレータ)
31 アーム
38 アダプタ
39 術具
40 第四マニピュレータ(スレーブマニピュレータ)
41 アーム
48 アダプタ
49 術具
50 手術台
60 操作部
61 マスターアーム
62 第二操作部
70 入力処理回路
80 画像処理回路
90 表示部
100 制御部
101 位置認識部
102 冗長制御活用判定部
103 干渉予測部
104 干渉回避動作設定部
105 復帰動作判定部
106 復帰動作設定部
107 モード選択部
108 駆動信号生成部
109 記憶部
110 タイマ
111 終了検知部
112 ダイレクトドライブ活用判定部
120 インジケータ
121〜126 ランプ
130 ナビゲーター
Claims (5)
- 関節群を有する第一マニピュレータと、
前記第一マニピュレータを操作するための指令を発する第一操作部と、
前記指令を受け付けて複数の動作モードのうちの1つの動作モードに応じて前記第一マニピュレータを制御する制御部と、
前記第一マニピュレータと障害物とが接触したことを検知する接触検知部と、
前記第一マニピュレータとは独立して又は協働して動作可能な第二マニピュレータと、
を備え、
前記関節群は、
第一グループに属する1以上の関節と、
第二グループに属する1以上の関節と、
を有し、
前記複数の動作モードは、
前記第一グループに属する関節のみを用いて前記第一マニピュレータを動作させる第一移動経路に沿って前記第一マニピュレータが移動するように前記第一マニピュレータを制御する第一モードと、
前記第一グループに属する関節及び前記第二グループに属する関節を用いて前記第一マニピュレータを移動させる第二移動経路に沿って前記第一マニピュレータが移動するように前記第一マニピュレータを制御する第二モードと、
前記接触検知部が前記第一マニピュレータと前記障害物との接触を検知したときに前記第一マニピュレータと前記障害物との接触を解消するように前記第一マニピュレータを動作させる第三モードと、
を含み、
前記制御部は、
前記第一マニピュレータ及び前記第二マニピュレータの位置を認識する位置認識部と、
前記第一移動経路に沿って前記第一マニピュレータを移動させた場合に前記第二マニピュレータに干渉するか否かを予測する干渉予測部と、
前記第一マニピュレータが前記第二マニピュレータに干渉しないと前記干渉予測部が予測した場合には前記第一モード、前記第一マニピュレータが前記第二マニピュレータに干渉すると前記干渉予測部が予測した場合には前記第二モードとなるように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し、前記第一モード又は前記第二モードで前記制御部が動作している間に前記接触検知部が前記第一マニピュレータと前記障害物との接触を検知した場合に前記第一モード又は前記第二モードから前記第三モードへ移行するように前記複数の動作モードから1つのモードを選択するモード選択部と、
を有し、
前記制御部は、前記第二モードにおいて、前記第二マニピュレータの位置を迂回する経路を前記第二移動経路として設定する
ことを特徴とする医療用マニピュレータシステム。 - 前記第二グループに属する関節は前記第一グループに属する関節と冗長関係にある冗長関節を含む請求項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、前記第三モードにおける前記第一マニピュレータの制御手順として、
前記指令に基づく前記第一マニピュレータの制御を停止する指令停止ステップと、
前記第一マニピュレータと前記障害物との接触を解消するための前記第一マニピュレータの移動量を算出する移動量算出ステップと、
前記移動量算出ステップにおいて算出された移動量だけ前記第一マニピュレータを移動させる移動ステップと、
前記第一モードと前記第二モードとのうち前記第三モードへの移行前のモードに復帰する復帰ステップと、
を含み、前記第三モードにおける前記第一マニピュレータの制御手順に沿って前記第一マニピュレータを制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の医療用マニピュレータシステム。 - 前記第一マニピュレータは、前記第一マニピュレータを操作可能であり前記第一操作部とは異なる第二操作部をさらに有し、
前記制御部は、前記第三モードにおける前記第一マニピュレータの制御手順として、
前記指令に基づく前記第一マニピュレータの制御を停止する指令停止ステップと、
前記第二操作部による前記第一マニピュレータの操作を許可する許可ステップと、
を含み、前記第三モードにおける前記第一マニピュレータの制御手順に従って前記第一マニピュレータを制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の医療用マニピュレータシステム。 - 前記第二操作部は、前記第二操作部による操作の終了を検知する終了検知部を有し、
前記制御部は、前記第三モードにおける前記第一マニピュレータの制御手順として、前記終了検知部が前記第二操作部による操作の終了を検知した場合に前記第三モードへの移行前のモードに復帰する復帰ステップをさらに有し、前記第三モードにおける前記第一マニピュレータの制御手順に従って前記第一マニピュレータを制御する
ことを特徴とする請求項4に記載の医療用マニピュレータシステム。
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