JP6188995B1 - マニピュレータシステムとその作動方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、処置に必要な操作性および可動域が損なわれることを防止し、かつ、マニピュレータが湾曲した形状のままチャネル内に引き込まれたり、チャネル内に収容されているマニピュレータが誤動作したりしないように保護することができるマニピュレータシステムとその作動方法を提供することを目的としている。
このようにすることで、操作者が可動部を軟性部の長手方向に沿う形状にしたときには、可動部が引き込み可能な状態であると、可動部状態認定部により認定されるので、規制部よる規制が規制解除部によって解除され、可動部をスムーズにチャネル内に引き込むことができる。
このようにすることで、操作者が入力部を介して引き込み指令を入力すると、制御部が可動部を制御して軟性部の長手方向に沿う形状に駆動させるので、自動的に引き込み可能な状態となって、可動部状態認定部が引き込み可能な状態であると認定し、規制部による規制が解除される。これにより、可動部をチャネル内にスムーズに引き込むことができる。
このようにすることで、操作者が入力部を介して引き込み指令を入力している状態で、制御部が可動部を制御して軟性部の長手方向に沿う形状に駆動させるので、引き込み指令の入力が継続されている限り、自動的に引き込み可能な状態に近づき、引き込み指令の入力が停止すると、可動部の動作が停止する。これにより、操作者の管理下で半自動的に可動部を制御し、引き込み可能な状態となったときに、規制部による規制が解除される。
本実施形態に係るマニピュレータシステム1は、図1および図2に示されるように、操作者Oにより操作される操作入力部2と、患者Pの体腔内に挿入されるオーバーチューブ(挿入部)6と、該オーバーチューブ6のチャネル8内にそれぞれ挿入されるマニピュレータ3および内視鏡(撮像部)7と、操作入力部2の操作に基づいてマニピュレータ3を制御する制御部4と、モニタ(表示部)5とを備えている。図2に示す例では、マニピュレータ3は2つ備えられ、オーバーチューブ6の2つのチャネル8にそれぞれ挿入されているが、以下は一方のマニピュレータ3のみについて説明する。
可動部10は、最先端に配置され、体内の患部に作用してこれを処置する処置部12と、該処置部12の先端位置および姿勢を変化させる複数の関節13,14,15とを備えている。処置部12は、例えば、把持鉗子あるいは高周波ナイフ等である。
進退機構17は、ベース18と、該ベース18に対して直線移動可能にモータユニット16を支持するスライダ19とを備えている。
また、第1の操作部23の先端部29には、後述するように、可動部10全体がマニピュレータ用チャネル8の先端から突出したことを操作者Oに確認入力させるための入力部(図示略)が設けられている。
電気信号伝達部34は、第1の操作部23により発生された電気信号からなる動作指令を制御部4に伝達し、制御部4によって生成された指令信号を、モータユニット16の各モータに供給するようになっている。制御部4は、第1の操作部23により発生した動作指令に基づいて、モータユニット16の各モータの回転移動量および回転速度を算出し各モータを制御するようになっている。
図4に示されるように、伝達部36は、操作入力部2のスライダ32の直進移動量を回転角度に変換する第1のラックアンドピニオン機構37と、回転動作を進退機構17のスライダ19の直進移動量に変換する第2のラックアンドピニオン機構38と、これらのラックアンドピニオン機構37,38のピニオンギヤにそれぞれ固定されたプーリ39,40と、これらのプーリ39,40に掛け渡されたベルト41とを備えている。
規制部42は、例えば、図7に示されるように、第2のラックアンドピニオン機構38のラックギヤの進退位置を検出するエンコーダ43と、該エンコーダ43が所定の位置を検出したときに、ピニオンギヤ回転を規制するブレーキ44とを備えている。
本実施形態に係るマニピュレータシステム1を用いて患者Pの体内の患部を処置するには、図8Aに示されるように、オーバーチューブ6の内視鏡用チャネル20内に内視鏡7を挿入した状態で、内視鏡7およびオーバーチューブ6を患者Pの体腔内に挿入し、内視鏡7により取得された画像をモニタ5に表示する。
そして、図8Bに示されるように、進退機構17のスライダ19を最も後退させた位置に配置してブレーキ44により規制しておき、マニピュレータ用チャネル8を介して患者Pの体内にマニピュレータ3の可動部10および軟性部9を挿入する。
これに応じて、操作者Oが第2の操作部24の腕置き台30が固定されたスライダ32を前進させる方向に力を加える。スライダ32は加えられた力の方向に移動し、その直進移動量が第1のラックアンドピニオン機構37によって回転角度に変換される。
操作者Oが把持している第1の操作部23の先端部29を掌または手指の力で移動させると、その移動量が各関節26,27,28に設けられたセンサによって検出され、電気信号として制御部4に伝達される。制御部4においてはセンサによって検出された各関節26,27,28の角度に一致するように可動部10の各関節13,14,15を動作させる電気的な動作指令が算出されて、各関節13,14,15に接続されたモータユニット16のモータに供給される。これにより、可動部10の先端に設けられている処置部12の先端位置が掌または手指によって指示された通りに電動で精密に移動させられる。
マニピュレータ用チャネル8の内面に凸部47を設け、マニピュレータ3の外面に凸部47に係合する凹部(係合部)46を設けることにしてもよい。
Δd=π×(ROUT−RIN)×θ÷180 (1)
また、オーバーチューブ6に歪みゲージ、光ファイバセンサあるいは磁気センサ等の形状センサ(図示略)を設けておき、形状センサによって検出されたオーバーチューブ6の湾曲形状に基づいて可動部10全体をマニピュレータ用チャネル8の先端から突出させる駆動部11の進退量および長手方向の回転量を算出することにしてもよい。
また、操作者Oが、モータユニット16と駆動部11との接続を切り離したことが検出された場合に、ブレーキ44による規制を解除することにしてもよい。モータユニット16と駆動部11との接続が解除されることにより、可動部10は外力に倣って変位する状態となるので、ブレーキ44が解除されていればオーバーチューブ6のチャネル8から抜き出すことができる。
また、マニピュレータ3を挿入するチャネル8がオーバーチューブ6に設けられている場合について説明したが、内視鏡7の挿入部に備えられたチャネルを経由してマニピュレータ3を導入する場合に適用してもよい。
3 マニピュレータ
4 制御部(可動部状態認定部、規制解除部、報知部)
6 オーバーチューブ(挿入部)
7 内視鏡(撮像部)
8 チャネル
9 軟性部
10 可動部
11 駆動部
17 進退機構(進退部)
43 規制部
S3 可動部状態認定ステップ
S5 規制ステップ
S8 規制解除ステップ
Claims (6)
- 長尺の軟性部と、該軟性部の先端に設けられた可動部と、前記軟性部の基端に設けられ前記可動部を駆動する駆動部とを備えるマニピュレータと、
該マニピュレータを貫通させるチャネルを有し、可撓性を有する挿入部と、
前記駆動部を前記軟性部の長手方向に進退させ、前記可動部を前記チャネルの先端から出没させる進退部と、
前記可動部の状態を認定する可動部状態認定部と、
該可動部状態認定部により、前記可動部全体が前記チャネルの先端から突出した突出状態であると認定されたときに、前記進退部による前記駆動部のそれ以上の後退を規制する規制部と、
前記可動部状態認定部により、前記可動部が前記チャネル内に引き込み可能な状態であると認定されたときに、前記規制部による規制を解除する規制解除部とを備えるマニピュレータシステム。 - 前記可動部状態認定部は、前記可動部が前記軟性部の長手方向に沿う形状になったときに、前記可動部が前記チャネル内に引き込み可能な状態であると認定する請求項1に記載のマニピュレータシステム。
- 前記可動部状態認定部は、前記可動部が前記軟性部の長手方向に沿う形状になったときに引き込み可能である旨を報知する報知部と、引き込み指令を入力する入力部とを備え、前記報知部により引き込み可能である旨が報知されている状態で前記入力部により引き込み指令が入力されたときに引き込み可能な状態であると認定する請求項1に記載のマニピュレータシステム。
- 引き込み指令を入力する入力部と、
該入力部に引き込み指令が入力されたときに、前記可動部を前記軟性部の長手方向に沿う形状に駆動させる制御部とを備える請求項1に記載のマニピュレータシステム。 - 引き込み指令を入力する入力部と、
該入力部に引き込み指令が入力されている状態で、前記可動部を前記軟性部の長手方向に沿う形状に駆動させる制御部とを備える請求項1に記載のマニピュレータシステム。 - 長尺の軟性部の先端に可動部、基端に前記可動部を駆動する駆動部を備えたマニピュレータを湾曲形状が設定された可撓性を有する挿入部のチャネル内に挿入した状態において、前記可動部の状態を認定する可動部状態認定ステップと、
該可動部状態認定ステップにおいて、前記可動部全体が前記チャネルの先端から突出した突出状態であると認定されたときに、前記駆動部のその位置からの後退を規制する規制ステップと、
該規制ステップにおいて後退が規制された状態で、前記可動部状態認定ステップにより、前記可動部が前記チャネル内に引き込み可能な状態であると認定されたときに、規制を解除する規制解除ステップとを含むマニピュレータシステムの作動方法。
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