JP6205528B1 - マニピュレータシステムとその作動方法 - Google Patents

Abstract

挿入部の先端からのマニピュレータの突出位置を精度よく検出して、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を目的として、本発明に係るマニピュレータシステム（１）は、長尺の軟性部（９）と、その先端に設けられた可動部（１０）と、可動部（１０）を駆動する駆動部（１１）とを備えるマニピュレータ（３）と、該マニピュレータ（３）を貫通させるチャネル（８）を有し、可撓性を有する挿入部（６）と、可動部（１０）をチャネル（８）の先端から出没させる進退部（１７）と、可動部（１０）全体がチャネル（８）の先端から突出した突出状態であることを認定する突出状態認定部（４５）と、突出状態であることが認定されたときに、進退部（１７）による駆動部（１１）のそれ以上の後退を規制する規制部とを備える。

Description

本発明は、マニピュレータシステムとその作動方法に関するものである。

多関節の処置具を有するマスタスレーブ方式のマニピュレータシステムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。このマニピュレータシステムにおいては、挿入部に設けられた鉗子チャネルの先端から突出するマニピュレータの位置を検知して、鉗子チャネル内に入っているマニピュレータの部分については鉗子チャネルの形状に沿うように関節角度を決定するようにしている。

特開２００８−２１２３４９号公報

特許文献１のマニピュレータシステムでは、鉗子チャネルの基端側に配置したエンコーダによってマニピュレータの進退量を検出し、鉗子チャネルの先端から突出するマニピュレータの位置を検知している。
しかしながら、挿入部が軟性である場合に、挿入部が湾曲することによって鉗子チャネルの湾曲の内周側と外周側とで経路長が変化するため、鉗子チャネルの基端側に配置したエンコーダによって鉗子チャネルの先端から突出するマニピュレータの位置を精度よく検知することは困難である。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、挿入部の先端からのマニピュレータの突出位置を精度よく検出して、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。

本発明の一態様は、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ことを認定する突出状態認定部と、該突出状態認定部により、前記突出状態であることが認定されたときに、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を備えるマニピュレータシステムである。

本態様によれば、可撓性を有する挿入部を、例えば、患者の体内に湾曲させながら挿入することによって、先端が患部に対向する位置に配されるように挿入した後に、駆動部を取り付けた進退部を前進させることによって、挿入部のチャネルを介してマニピュレータを前進させ、その先端に設けられている可動部をチャネルの先端から突出させる。可動部全体がチャネルの先端から突出状態であることが突出状態認定部により認定されると、規制部の作動により、駆動部がその位置から後退しないように進退部が規制される。

すなわち、規制部によって規制された後には、可動部が部分的にチャネル内に引き込まれることが防止されるので、操作者は、チャネルの先端から全体が突出させられた状態の可動部を、制限されることなく自由に作動させることができる。これにより、可動部が湾曲した状態のままチャネル内に引き込まれたり、可動部が部分的にチャネル内に引き込まれて操作者が意図せずに可動部自体の動作が制限されてしまったりすることを防止することができる。

上記態様においては、前記突出状態認定部が、操作者に前記突出状態であるか否かを認識させる状態認識部と、該状態認識部により前記突出状態であると認識された場合にその旨を入力させる入力部とを備えていてもよい。
このようにすることで、可動部全体がチャネルの先端から突出したことを状態認識部により認識した操作者が入力部によってその旨を入力することにより、規制部によって駆動部がその位置から後退しないように進退部が規制される。

また、上記態様においては、前記挿入部の先端側を撮影する撮像部と、該撮像部により取得された画像を表示する表示部とを備え、前記状態認識部が、マニピュレータに、前記可動部が前記突出状態となったときに、前記撮像部による視野範囲内に配置される位置に設けられたマーカであってもよい。
このようにすることで、チャネルを介してマニピュレータが前進させられて可動部全体がチャネルの先端から突出させられると、撮像部の視野範囲にマニピュレータに設けられたマーカが配置されて、撮像部により取得された画像が表示部に表示される。これにより、操作者は表示部に表示された画像により、マニピュレータの可動部全体がチャネルの先端から突出したことを視覚的に容易に認識することができる。

また、上記態様においては、前記状態認識部が、前記チャネル内に設けられた凹部または凸部と、前記マニピュレータの外面に設けられ、前記可動部が前記突出状態となったときに、前記凹部または凸部に解除可能に係合する係合部とを備えていてもよい。

このようにすることで、チャネルを介してマニピュレータが前進させられて可動部全体がチャネルの先端から突出させられると、チャネル内に設けられた凹部または凸部にマニピュレータの外面に設けられた係合部が係合する。これにより、操作者は、マニピュレータの可動部全体がチャネルの先端から突出したことを力覚的に容易に認識することができる。そして、規制部により駆動部の後退を規制した後には、凹部または凸部と係合部との係合状態を解除して駆動部の前進動作および可動部の自由な動作が可能となる。

また、上記態様においては、前記突出状態認定部が、前記挿入部の湾曲形状を推定する形状推定部と、該形状推定部により推定された湾曲形状に基づいて前記可動部が前記突出状態となる前記進退部による前記駆動部の進退量を算出する進退量算出部とを備えていてもよい。
このようにすることで、形状推定部により予め挿入部の湾曲形状が推定されれば、可動部全体がチャネルの先端から突出するための駆動部の進退量を進退量算出部により算出でき、算出結果に基づいて突出状態を認定して規制部による規制を実施することができる。

また、上記態様においては、前記形状推定部が、前記挿入部に設けられたセンサを備えていてもよい。
このようにすることで、挿入部に備えられたセンサにより挿入部の湾曲形状を容易に推定することができる。

また、上記態様においては、前記形状推定部が、体腔内の部位の識別情報と、該部位まで前記挿入部が挿入された状態での湾曲形状とを対応づけて記憶する記憶部と、前記識別情報を入力させる識別情報入力部とを備えていてもよい。
このようにすることで、操作者が識別情報入力部により、処置しようとする体腔内の部位の識別情報を入力すると、記憶部に対応づけて記憶されている挿入部の湾曲形状が読み出されることにより、挿入部の湾曲形状を容易に推定することができる。

また、本発明の他の態様は、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か否かを認定する状態認定ステップと、該状態認定ステップにおいて、前記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を含むマニピュレータシステムの作動方法である。

本発明によれば、挿入部の先端からのマニピュレータの突出位置を精度よく検出して、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という効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るマニピュレータシステムを示す全体構成図である。 図１のマニピュレータシステムの一部を示す斜視図である。 図１のマニピュレータシステムに用いられるマニピュレータ、操作入力部および制御部を示す図である。 図１のマニピュレータシステムの操作入力部の第２の操作部、指令伝達部および進退機構を説明する平面図である。 図１のマニピュレータシステムのマニピュレータの可動部全体がオーバーチューブの先端から突出した状態を示す側面図である。 図１のマニピュレータシステムにおいて、オーバーチューブに挿通された内視鏡により取得された、マーカが表示された内視鏡画像の一例を示す図である。 図１のマニピュレータシステムの可動部全体がオーバーチューブのマニピュレータ用チャネル内に収容された収容状態を示す図である。 図１のマニピュレータシステムにおける規制部の一例を示す図である。 図１のマニピュレータシステムのオーバーチューブの内視鏡用チャネルに内視鏡を挿入した状態を示す図である。 図１のマニピュレータシステムのオーバーチューブのマニピュレータ用チャネルにマニピュレータを挿入した状態を示す図である。 図８Ｂのマニピュレータの駆動部をモータユニットに接続した状態を示す図である。 図１のマニピュレータシステムの作動方法を説明するフローチャートである。 図１のマニピュレータシステムの状態認識部の変形例を示す部分的な縦断面図である。 図１０Ａのマニピュレータシステムの状態認識部の変形例を示す部分的な縦断面図である。 図１０Ｂの状態認識部により、可動部全体がオーバーチューブの先端から突出した突出状態であることが認識された状態を示す部分的な縦断面図である。 図１のマニピュレータシステムの状態認識部であるマーカの変形例を示す図である。 図１１Ａの状態から、マニピュレータを軟性部の長手軸回りに回転させマーカを中央に配置した状態を示す図である。 図１１Ｂの回転動作をユーザに実施させるためのＧＵＩの画面の一例を示す図である。 オーバーチューブの湾曲形状に基づいて可動部全体がマニピュレータ用チャネルの先端から突出状態となる駆動部の進退量を算出する計算方法を説明する図である。 図９のマニピュレータシステムの作動方法の変形例を示すフローチャートである。 図９のマニピュレータシステムの作動方法の他の変形例を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態に係るマニピュレータシステム１とその作動方法について、図面を参照して以下に説明する。
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。

マニピュレータ３は、図３に示されるように、オーバーチューブ６のチャネル８を介して患者Ｐの体内に挿入される長尺の軟性部９と、該軟性部９の先端に備えられた可動部１０と、挿入部６の基端側に配置され、図示しないワイヤ等の動力伝達部材によって可動部１０を駆動する駆動部１１とを備えている。
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。

また、マニピュレータ３は、図３に示されるように、駆動部１１に着脱可能に接続され、駆動部１１に動力を付与するモータ等の電気的な駆動源（図示略）を内蔵したモータユニット１６と、該モータユニット１６を直線移動させる進退機構（進退部）１７とを備えている。
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。

オーバーチューブ６は、可撓性を有する材質からなるチューブであって、図２および図３に示されるように、マニピュレータ３を貫通させるマニピュレータ用チャネル（チャネル）８および内視鏡７を貫通させる内視鏡用チャネル２０を有する先端側管状部２１と、該先端側管状部２１の基端からマニピュレータ用チャネル８を基端側に延長するように延びる基端側管状部２２とを備えている。

操作入力部２は、図３に示されるように、操作者Ｏの手によって把持されて操作される第１の操作部２３と、操作者Ｏの手首または腕によって操作される第２の操作部２４と、これらの操作部２３，２４により入力された操作指令をマニピュレータ３に伝達する指令伝達部２５とを備えている。

第１の操作部２３は、マニピュレータ３の可動部１０と相似形に構成されており、可動部１０と同じ数の関節２６，２７，２８によって支持された先端部２９が操作者Ｏの手によって把持されて、掌または手指によって移動させられるようになっている。第１の操作部２３には、該第１の操作部２３を構成している各関節２６，２７，２８の角度を検出する図示しないセンサが備えられている。なお、第１の操作部２３は可動部１０と相似形である場合に限られず、非相似形であってもよい。

センサは、各関節２６，２７，２８の角度に応じた電気信号を発生するようになっている。これにより、各第１の操作部２３は、操作者Ｏの掌または手指により操作指令を入力し、電気信号からなる動作指令を発生することができるようになっている。
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。

第２の操作部２４は、第１の操作部２３の基部に固定された腕置き台３０と、該腕置き台３０および第１の操作部２３を一体的に移動可能に支持する直動機構３１とを備えている。腕置き台３０は、操作者Ｏが第１の操作部２３の先端部２９を把持したときに、丁度先端部２９を把持する手の手首近傍の腕が載せられる位置に配置されている。

直動機構３１は、腕置き台３０および第１の操作部２３を固定するスライダ３２と、図３および図４に黒塗りの矢印で示すように、該スライダ３２を水平方向に移動可能に支持する直線ガイド３３とを備えている。腕置き台３０に乗せた腕によってスライダ３２を水平方向に移動させることにより第１の操作部２３を把持した姿勢を維持したままで、第１の操作部２３の位置を移動させることができるようになっている。これにより、第２の操作部２４は、操作者Ｏの手首または腕により操作指令を入力し、手首または腕により入力した力を、２つのスライダ３２の機械的な駆動力として動作指令を発生することができるようになっている。なお、スライダ３２が機械的な駆動力としての動作指令を発生する場合の他、電気的な駆動力としての動作指令を発生する方式のものでもよい。

指令伝達部２５は、第１の操作部２３と駆動部１１とを接続する電気信号伝達部３４と、第２の操作部２４と進退機構１７とを接続する機械的動力伝達部３５とを備えている。
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。

機械的動力伝達部３５は、図３に示されるように、操作入力部２の各スライダ３２を前後進させる直線動作を進退機構１７の直線動作に変換する伝達部３６を備えている。
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。

本実施形態においては、直動機構３１のスライダ３２の動作範囲は、オーバーチューブ６に対してマニピュレータ３を軟性部９の長手方向に移動させる進退機構１７のスライダ３２の動作範囲に対応している。すなわち、スライダ３２を最前端位置と最後端位置との間で移動させると、図５Ａに示されるように、マニピュレータ３の先端に設けられた可動部１０全体がオーバーチューブ６のマニピュレータ用チャネル８から前方に突出している処置状態と、図６に示されるように、可動部１０全体がオーバーチューブ６のマニピュレータ用チャネル８内に収容されている収容状態との間でマニピュレータ３を移動させることができるようになっている。

そして、本実施形態においては、進退機構１７のスライダ１９の動作範囲の途中位置において、スライダ１９のそれ以上の後退を規制する位置調整可能な規制部４２が設けられている。
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。

また、本実施形態においては、図５Ａおよび図５Ｂに示されるように、処置部１２の先端側にマーカ（突出状態認定部、状態認識部）４５が設けられている。マーカ４５は、塗装、ゴムカバー、印字あるいは可動部１０の特徴形状（特定の関節やロゴマーク等）により構成すればよい。

さらに本実施形態においては、制御部４は、操作者Ｏが、モニタ５上に表示されている内視鏡画像において、処置部１２のマーカ４５を確認したときに、操作入力部２の第１の操作部２３に設けられた入力部（図示略）において確認入力を行うことによりエンコーダ４３および処置部１２の回転角度を初期化し、マーカ４５がモニタ５表示されている位置から可動部１０全体がチャネル８より先端側に突出させられた状態となる位置までの予め設定されている長さ分スライダ１９を前進させる。その後、スライダ１９が予め設定されている長さ分前進した位置に配置された時点で、制御部４はブレーキ４４を作動させてラックギヤの後退を規制するようになっている（規制モード）。

さらに、制御部４は、図６に示されるように、操作者Ｏが第１の操作部２３を操作して、該第１の操作部２３を構成している全ての関節２６，２７，２８が収容可能な形状（例えば、真っ直ぐに延ばされた形状）になることにより、マニピュレータ３の可動部１０が軟性部９の長手方向に沿う形状になったときに、ブレーキ４４による規制を解除するようになっている（引き込み可能モード）。

このように構成された本実施形態に係るマニピュレータシステム１の作動方法について以下に説明する。
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。

制御部４は、図９に示されるように、規制部４２による規制を解除しており、引き込み可能モードとなっている（ステップＳ１）。
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。

また、スライダ１９が最も後退させた位置にない場合、その位置まで動かすようにモニタ５や音によって操作者Ｏに通知する。このとき、スライダ１９が最も後退させた位置にある場合にのみ、進退機構１７に設けられた信号を出力するセンサ等の検知部（図示略）により検知して判定を行う。

そして、スライダ１９が最も後退させた位置に配置されたことを検知部によって検知した場合、図８Ｃに示されるように、マニピュレータ３の駆動部１１が進退機構１７のスライダ１９に固定されたモータユニット１６に接続されることを待機する（ステップＳ２）。駆動部１１がモータユニット１６に接続された時点で、スライダ１９は最も後退した位置に配置されているので、マニピュレータ３の可動部１０全体は、図８Ｃに示されるように、マニピュレータ用チャネル８内に完全に収容されている。

次いで、制御部４は、進退機構１７のスライダ１９によるマニピュレータ３の進退位置調整を行うようにモニタ５上において通知し、ブレーキ４４による規制を解除する。
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。

第１のラックアンドピニオン機構３７の回転角度に変換された直進移動量は、プーリ３９およびベルト４１を介して第２のラックアンドピニオン機構３８に伝達され、進退機構１７のスライダ１９の直進移動量に変換される。進退機構１７のスライダ１９にはモータユニット１６が固定されているので、モータユニット１６に接続された駆動部１１、軟性部９および可動部１０が一体的に軟性部９の長手方向に沿って移動させられる。これにより、可動部１０の先端に位置する処置部１２が手動によって前進させられる。

操作者Ｏによるマニピュレータ３の移動が継続されると、マニピュレータ３の先端に設けられている可動部１０がオーバーチューブ６のマニピュレータ用チャネル８の先端から突出させられる。操作者Ｏは、内視鏡７により取得された画像をモニタ５で確認しながら、第２の操作部２４のスライダ３２を前進させ続ける。

そして、図５Ａに示されるように、処置部１２がマニピュレータ用チャネル８の先端から突出させられると、図５Ｂに示されるように、マニピュレータ３に設けられたマーカ４５がモニタ５上に表示される。これにより、操作者Ｏは、処置部１２がマニピュレータ用チャネル８の先端から突出させられたことを認識することができる（状態認定ステップＳ３）。

そして、次いで、位置調整が完了したかどうかを判定する（ステップＳ４）。調整が完了していないと判定された場合は、再度位置調整を実行するよう操作者Ｏにモニタ５上において通知する。操作者Ｏがマーカ４５を認識したことを第１の操作部２３の入力部により入力して、位置調整が完了したと判定された場合は、エンコーダ４３が初期化される。なお、この時点では、可動部１０がオーバーチューブ６内に位置するため、可動部１０を作動させることはできない。

操作者Ｏがマーカ４５を認識したことを入力すると、制御部４は、マーカ４５がモニタ５に表示されている位置から可動部１０全体がチャネル８より先端側に突出させられた状態となる位置までの予め設定されている長さ分スライダ１９を前進させる（操作者Ｏがスライダ１９を前進させてもよい）。スライダ１９が予め設定されている長さ分前進した位置に配置されたことを検知すると、その初期位置よりもマニピュレータ３の後退方向への移動がブレーキ４４によって規制された規制モードとなる（規制ステップＳ５）。なお、この時点で、制御部４は操作入力部２とマニピュレータ３とを連動させるマスタスレーブ制御を開始する（ステップＳ６）。

また、マスタスレーブ制御の開始に関しては、スライダ１９が前進した位置に配置されたことをマニピュレータシステム１が検知して自動的に開始してもよい。あるいは、マニピュレータシステム１が操作者Oからの操作（例えば、操作入力部２におけるスイッチ押下や画面のボタン押下等）があるまで待機し、その操作をマニピュレータシステム１が検知してマスタスレーブ制御を自動的に開始してもよい。

この状態で、操作入力部２を操作するには、操作者Ｏは、図４に示されるように、第１の操作部２３の先端部２９を両手で把持し、腕を第２の操作部２４の腕置き台３０に乗せる。
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。

本実施形態に係るマニピュレータシステム１によれば、可動部１０がオーバーチューブ６のマニピュレータ用チャネル８内に可動部１０が収容されている収容状態から、第２の操作部２４のスライダ３２が前進させられて、可動部１０がマニピュレータ用チャネル８内から突出させられる処置状態に駆動するときには、ブレーキ４４が作動しておらず、操作者Ｏは、移動を規制されることなく腕置き台３０を前後進させることができる。

一方、可動部１０全体がマニピュレータ用チャネル８から突出させられたことがモニタ５に表示された内視鏡画像によって認識され、入力部によりその旨が入力された後には、エンコーダ４３および処置部１２の回転角度が初期化され、エンコーダ４３が初期位置となるとブレーキ４４が作動して、腕置き台３０をそれ以上基端側に後退させることができなくなる。

腕置き台３０の移動が規制されると、操作者Ｏは、スライダ３２をそれ以上後退させることができないので、可動部１０が突出状態から収容状態に駆動しようとしていることを認識することができる。したがって、操作者Ｏが意図せず腕置き台３０を後退させすぎることによる可動部１０のマニピュレータ用チャネル８内への引き込みを防止することができる。

すなわち、規制モードにおいては、腕置き台３０のスライダ３２が初期位置まで後退させられることによりブレーキ４４によってそれ以上の後退動作が規制される以外は、可動部１０を制限されることなく自由に動作させて、処置を行うことができる。したがって、可動部１０の関節１３，１４，１５が曲がったままの状態でマニピュレータ用チャネル８内に強引に引き込まれることを防止して、可動部１０の先端が意図しない方向に移動してしまうことを防止できるとともに、可動部１０の曲がった関節１３，１４，１５を真っ直ぐに強制しようとする過大な負荷が関節１３，１４，１５にかかることを防止することができるという利点がある。

そして、可動部１０を意図して収容状態に駆動させようとする操作者Ｏは、図６に示されるように、第１の操作部２３を構成している各関節２６，２７，２８を収容可能な形状にする。例えば真っ直ぐにする（ステップＳ７）。これにより、可動部１０を構成している各関節１３，１４，１５が軟性部９の長手方向に沿う形状となるので、制御部４がブレーキ４４の作動を停止する（ステップＳ８、引き込み可能モード）。これにより、操作者Ｏはスライダ３２を後退させて可動部１０をマニピュレータ用チャネル８内に無理なく収容することができる。

なお、本実施形態に係るマニピュレータシステム１においては、処置部１２の先端側にマーカ４５を設けたものを採用したが、これに代えて、図１０Ａに示されるように、可動部１０よりも基端側の位置に、可動部１０全体がチャネル８より先端側に突出させられた状態で内視鏡７の視野範囲内に配置されるものを採用してもよい。

これにより、モニタ５に表示される内視鏡画像内のマーカ４５によって、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が視覚的に認識し、操作者Ｏが進退機構１７を操作することなく、制御部４は操作入力部２とマニピュレータ３とを連動させるマスタスレーブ制御を開始することができる。

また、マスタスレーブ制御の開始に関しては、スライダ１９が前進した位置に配置されたことをマニピュレータシステム１が検知して自動的に開始してもよい。あるいは、マニピュレータシステム１が操作者Oからの操作（例えば、操作入力部２におけるスイッチ押下や画面のボタン押下等）があるまで待機し、その操作をマニピュレータシステム１が検知してマスタスレーブ制御を自動的に開始してもよい。

また、図１０Ｂに示されるように、マニピュレータ用チャネル８の内面に周溝状の凹部（状態認識部）４６を設け、マニピュレータ３の外面に、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時点で凹部４６に係合する凸部（係合部、状態認識部）４７を設けることにしてもよい。凸部４７は、例えばゴム等の弾性変形可能なリングである。

マニピュレータ３の移動により、図１０Ｃに示されるように、凸部４７が凹部４６に一致すると、凸部４７は拡大した形状に復元されて、凹部４６に係合する。これにより、操作者Ｏは、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力覚（クリック感）によって認識することができる。
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。

また、操作者Ｏが内視鏡画像上でマーカ４５を認識した旨を操作入力部２の先端部２９に設けられた入力部によって入力させることに代えて、モニタ５上にＧＵＩによって表示したボタンの操作により入力させることにしてもよい。

また、内視鏡画像に現れるマーカ４５によって可動部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に認識させることとしたが、これに加えて、軟性部９の長手軸回りの可動部１０の回転についてもマーカ４５を用いて初期化することにしてもよい。例えば、図１１Ａおよび図１１Ｂに示されるように、マーカ４５として周方向位置を識別可能なもの、例えば、周方向の一部のみに存在するマーカ４５によって、図１１Ｂに示されるように、マーカ４５が内視鏡画像において正面に現れるように、可動部１０の回転位置を調節することにしてもよい。

マニピュレータ３が可動部１０よりも基端側に回転関節を有するものである場合には、図１２に示されるようなボタンをＧＵＩによって表示し、操作者Ｏに回転操作と確認操作とを実施させることにしてもよい。この場合の確認操作は、エンコーダ４３の初期化のための確認操作と共通にしてもよい。

また、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に認識させ、その旨を入力部を介して入力させることに代えて、制御部４が、オーバーチューブ６の湾曲形状を推定する形状推定部（図示略）と、推定された湾曲形状に基づいて可動部１０全体がマニピュレータ用チャネル８の先端から突出状態となる駆動部１１の進退量および長手方向の回転量を算出する進退量算出部（図示略）とを備えていてもよい。

湾曲形状に基づく計算方法は、図１３および下式により説明することができる。
Δｄ＝π×（Ｒｏｕｔ−Ｒｉｎ）×θ／１８０
ここで、Δｄは２つのマニピュレータ用チャネル８が湾曲形状の半径方向に並んで配置されている場合の２つのマニピュレータ用チャネル８の経路差、θは湾曲部分の角度（図１３に示す例ではθ＝１８０°）である。

本例では、２つのマニピュレータ用チャネル８の内外輪差について計算例を示した。これ以外にも、マニピュレータ用チャネル８と挿入部６の中心軸との距離により、湾曲方向によって経路長が変化する。この変化量は、挿入部６の曲げ方向に対する挿入部６の中心軸とマニピュレータ用チャネル８の中心軸の距離をΔｒとすると、
Δｄ’＝π×Δｒ×θ／１８０
となる。
また、挿入部６の先端に湾曲部分がある場合は、その湾曲方向・角度に対しても同様の計算を行うことで軟性部６（マニピュレータ用チャネル８）の基端から先端まで経路長が算出できる。

また、制御部４が、処置を行う部位の識別情報と湾曲形状とを対応づけて記憶部（図示略）に記憶しておき、操作者Ｏが、処置に先立って処置を行う部位の識別情報を識別情報入力部（図示略）により入力することにより、記憶部から読み出した湾曲形状に基づいて駆動部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、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、本実施形態においては、可動部１０が収容可能な形状となったときに、制御部４が、ブレーキ４４による規制を解除することとしたが、これに代えて、図１４に示されるように、可動部１０が収容可能な形状となったときに、制御部４が、規制解除可能であることを報知し（ステップＳ９）、報知されている状態で、操作者Ｏが引き込み許可トリガを入力することにより（ステップＳ１０）、ブレーキ４４による規制を解除することにしてもよい。

また、図１５に示されるように、ブレーキ４４によって初期位置よりも基端側への引き込みが規制されている規制モードにおいて、操作者Ｏが引き込みトリガを入力することにより（ステップＳ１１）、制御部４が可動部１０を制御して自動的に引き込み可能な形状に駆動させ（ステップＳ１２）、引き込み可能モードに遷移することしてもよい。そして、引き込み可能な形状に駆動させた後、制御部４が、進退機構１７のスライダ１９を最も基端側の位置まで移動させることにしてもよい。

また、操作者Ｏが引き込みトリガを長押ししている間だけ、制御部４が可動部１０を制御して自動的に引き込み可能な形状に駆動させてもよい。この場合には、操作者Ｏが引き込みトリガから手を離したら、制御部４による可動部１０の動作は停止される。
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、引き込みトリガによって引き込み可能モードに遷移することに代えて、オーバーチューブ６の位置調整要求を検知した場合に引き込み可能モードに遷移することにしてもよい。
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。

１ マニピュレータシステム
３ マニピュレータ
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）
４２ 規制部
４５ マーカ（突出状態認定部、状態認識部）
４６ 凹部（状態認識部、係合部）
４７ 凸部（状態認識部、係合部）
Ｓ３ 状態認定ステップ
Ｓ５ 規制ステップ

Claims (11)

1. 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、
   該マニピュレータが挿通されるチャネルを有する挿入部と、
   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ことを認定する突出状態認定部と、
   該突出状態認定部により、前記突出状態であることが認定されたときに、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を備えるマニピュレータシステム。
2. 前記突出状態認定部が、操作者に前記突出状態であるか否かを認識させる状態認識部と、該状態認識部により前記突出状態であると認識された場合にその旨を入力させる入力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。
3. 前記挿入部の先端よりも先端側を撮影する撮像部を備え、
   前記状態認識部が、マニピュレータに、前記可動部が前記突出状態となったときに、前記撮像部による視野範囲内に配置される位置に設けられたマーカである請求項２に記載のマニピュレータシステム。
4. 前記状態認識部が、前記チャネル内に設けられた凹部または凸部と、前記マニピュレータの外面に設けられ、前記可動部が前記突出状態となったときに、前記凹部または凸部に解除可能に係合する係合部とを備える請求項２に記載のマニピュレータシステム。
5. 前記突出状態認定部が、前記挿入部の湾曲形状を推定する形状推定部と、該形状推定部により推定された湾曲形状に基づいて前記可動部が前記突出状態となる前記進退部による前記駆動部の進退量を算出する進退量算出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。
6. 前記形状推定部が、前記挿入部に設けられたセンサを備える請求項５に記載のマニピュレータシステム。
7. 前記形状推定部が、体腔内の部位の識別情報と、該部位まで前記挿入部が挿入された状態での湾曲形状とを対応づけて記憶する記憶部と、前記識別情報を入力させる識別情報入力部とを備える請求項５に記載のマニピュレータシステム。
8. 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か否かを認定する状態認定ステップと、
   該状態認定ステップにおいて、前記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を含むマニピュレータシステムの作動方法。
9. 先端に可動部を有するマニピュレータと、該マニピュレータを挿通可能なチューブと、前記マニピュレータを取り付け可能なスライダとを備え、該スライダの進退によって前記可動部を前記チューブから突没させるマニピュレータシステムを制御する制御装置であって、
   前記可動部の全体が前記チューブから突出した突出状態であることを認定し、該認定がされたときの前記スライダの位置を規制位置とした場合に、前記スライダが前記規制位置まで後退したときに前記スライダの後退を規制するように前記スライダを制御する制御装置。
10. 前記マニピュレータシステムは、前記チューブの湾曲形状を検知するセンサを備え、
    前記センサにより検知された湾曲形状に基づいて前記可動部が前記突出状態となる前記スライダの進退量を算出することで前記突出状態を認定する請求項９に記載の制御装置。
11. 体腔内の部位の識別情報と、前記部位まで前記チューブが挿入された状態における前記チューブの湾曲形状とを対応付けて記憶する記憶部を有し、
    前記識別情報の入力に応じて前記記憶部から読み出した湾曲形状に基づいて前記可動部が前記突出状態となる前記スライダの進退量を算出することで前記突出状態を認定する請求項９に記載の制御装置。

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