JP6807122B1 - 手術ロボット、及び手術ロボットの制御ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】操作に必要な力が適切に設定されることにより、使用者が所望の操作感覚で操作を行うことができ、その操作が行い易い手術ロボットを提供する。【解決手段】使用者の操作によって移動する可動部を備えた操作部と、操作に応じた作動を行う作動部２０，７０と、作動部に駆動力を供給する駆動部と、可動部の動きを制御する操作制御部と、可動部の移動を妨げる力であって可動部の移動方向とは反対向きの抵抗力の大きさを設定する抵抗力設定部を備え、抵抗力設定部は、予め設定された抵抗パラメータに基づいて抵抗力の大きさを設定し、操作制御部は、抵抗力設定部が設定した大きさの抵抗力を可動部に付与する手術ロボット１。【選択図】図１

Description

本開示は、内視鏡下外科手術やその他の手術に用いて好適な手術ロボットに関する。

医師などの医療従事者（以降において「使用者」とも記載する。）による操作によって作動し、縫合、剥離、切断等の患者の組織に対する処置を行う手術ロボットが知られている。この手術ロボットは、医療処置を行う鉗子や電気メスなどの手術用の器具（以降においてこれらを総称して「術具」とも記載する。）を備えている。更にこの手術ロボットは、それらの術具を所望の位置、及び姿勢で支持する複数のアームを備えている。そして、使用者による操作に従って、これらのアームや、術具の可動部が作動して、患者の組織に対する処置が行われる（例えば、特許文献１参照。）。

特許第４９９９０１２号公報

上述の特許文献１に記載された技術を用いた手術ロボットでは、使用者が操作を行うと、操作部から操作信号が出力され、手術ロボットは、その操作信号に従った作動を行う。即ち操作部は、電気信号である操作信号を出力する部分であるため、比較的小さな力でその操作を行うことができる。

しかしながら、使用者によっては、操作に必要とされる力が小さすぎると、手術ロボットを操作しているという直感的な感覚（以降において「操作感覚」とも記載する。）が得られずに、操作が行いにくいと感じる場合がある。また使用者によっては、自身の手指を用いて処置を行う場合の感覚と、手術ロボットを用いた処置を行う場合の感覚との違いが大きすぎ、その操作が行いにくいと感じる場合がある。また、操作に必要とされる力が小さすぎることによって、術具の位置を移動させる操作などを行う際に、不要に速く術具を動かしてしまうおそれがある。この場合には、その操作を上手く行うことができずに、意図せずに術具を患者の組織と接触させてしまうなど、好ましくない状態が生じることも想定される。

本開示は、その操作に必要な力が適切に設定されることにより、使用者が所望の操作感覚で操作を行うことができ、その操作が行い易い手術ロボットの一例を開示する。

上記目的を達成するために、本開示は、以下の手段を提供する。
本開示にかかる手術ロボットは、使用者の操作によって移動する可動部を備えた操作部と、前記操作に応じた作動を行う作動部と、前記作動部に駆動力を供給する駆動部と、前記可動部の動きを制御する操作制御部と、前記可動部の移動を妨げる力であって前記可動部の移動方向とは反対向きの抵抗力の大きさを設定する抵抗力設定部とを備え、前記抵抗力設定部は、予め設定された抵抗パラメータに基づいて前記抵抗力の大きさを設定し、前記操作制御部は、前記抵抗力設定部が設定した大きさの前記抵抗力を前記可動部に付与することを特徴とする。

このような手術ロボットでは、使用者が、その操作のために操作部の可動部を移動させる際に、その可動部の移動方向（操作方向）とは反対向きの抵抗力が、可動部に付与される。このため使用者は、予め設定した大きさの抵抗力を感じながら、その操作を行うことになる。このことによって使用者は、その操作の際に、所望の操作感覚で操作を行うことができる。

前記抵抗パラメータを設定するための情報の入力を受け付ける入力部を更に備え、前記抵抗力設定部は、前記入力部が受け付けた情報に基づいて設定された前記抵抗パラメータに基づいて前記抵抗力の大きさを設定することが好ましい。

このようにされると、使用者が、操作部の抵抗力を、所望の値に設定することができる。このため、より使用者の感覚にあった操作感覚で操作ができる手術ロボットを提供することができる。

更に前記作動部は、その作動によって前記手術ロボットの所定の箇所を、前記可動部の移動距離である第１の距離と対応する第２の距離だけ移動させるものであり、前記抵抗力設定部は、前記第１の距離と前記第２の距離の比であるスケーリング係数に基づいて設定された前記抵抗パラメータに基づいて前記抵抗力の大きさを設定することが好ましい。

このようにされると、使用者が可動部を所定の距離だけ移動させた際に、手術ロボットの所定の箇所が移動する距離を定めるスケーリング係数によって、その抵抗パラメータが設定される。このスケーリング係数は、手術ロボットによって行われる処置の内容や、処置が行われる対象部位などによって主に定められるものである。即ち、処置の内容や、処置が行われる対象部位などに応じた抵抗値が設定され、所望の操作感覚で操作ができる手術ロボットを提供することができる。

更に手術ロボットは、前記駆動力に対応した力であって、前記可動部の移動方向とは反対の向きの力である反力の大きさを、前記作動部が前記操作に応じた作動を行う際に前記駆動部が供給した前記駆動力の変化に関する変化情報に基づいて設定する反力設定部を更に備え、前記抵抗力設定部は、前記反力設定部が設定した前記反力の大きさに基づいて設定された前記抵抗パラメータに基づいて、前記抵抗力の大きさを設定し、前記操作制御部は、前記抵抗力設定部が設定した大きさの前記抵抗力と、前記反力設定部が設定した大きさの前記反力を加えた力を、前記操作部に付与することが好ましい。

このようにされると、手術ロボットが作動することによって処置が行われる組織に付与される力に対応した反力の大きさに基づいて抵抗力が設定される。このため、使用者が、所望の操作感覚を感じることができるとともに、処置が行われる組織に付与される力を知覚することができる手術ロボットを提供することができる。

更に手術ロボットは、前記使用者に関する使用者情報の入力を受け付ける受付部と、前記使用者ごとに設定された前記抵抗パラメータを、前記使用者情報と関連づけて記憶する記憶部を備え、前記抵抗力設定部は、前記記憶部を参照し、前記受付部が受け付けた前記使用者情報と関連付けられた前記抵抗パラメータに基づいて前記抵抗力の大きさを設定することが好ましい。

このようにされると、使用者が、自身に関する情報の入力を行うだけで、所望の抵抗力が設定される。このため、使用者に応じた抵抗力を容易に設定可能な手術ロボットを提供することができる。

更に手術ロボットは、複数の前記操作部と、前記操作部に対応する複数の前記作動部を備え、前記抵抗力設定部は、前記抵抗力の大きさを前記操作部ごとに設定することが好ましい。

このようにされると、処置の内容や、処置が行われる対象部位などに応じて、適切な抵抗力をそれぞれの操作部に設定することができる。このため使用者が、処置の内容や、処置が行われる対象部位などに応じた所望の使用感覚で操作が可能な手術ロボットを提供することができる。

本開示にかかる手術ロボットによれば、使用者が、その操作の際に所望の操作感覚で操作を行うことができる手術ロボットを提供することができるという効果を奏する。

第１の実施形態に係る手術ロボットの外観を示す図である。 第１の実施形態にかかる手術ロボットのブロック図である。 図３（ａ）は、第１の実施形態にかかる手術ロボットの操作部を説明する概略図である。図３（ｂ）は、第１の実施形態にかかる手術ロボットの操作部を説明する概略図である。 図４（ａ）は、第１の実施形態にかかる手術ロボットの操作部を説明する概略図である。図４（ｂ）は、第１の実施形態にかかる手術ロボットの操作部を説明する概略図である。 第１の実施形態にかかる手術ロボットの設定画面の一例を示す図である。 第１の実施形態にかかる手術ロボットによる処理の流れを説明するフロー図である。 第２の実施形態にかかる手術ロボットによる処理の流れ説明するフロー図である。 第３の実施形態にかかる手術ロボットのブロック図である。 第３の実施形態にかかる手術ロボットによる処理の流れ説明するフロー図である。

以下の「発明の実施形態」は、本開示の技術的範囲に属する実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的構成や構造等に限定されない。

なお、各図に付された方向を示す矢印及び斜線等は、各図相互の関係及び各部材又は部位の形状を理解し易くするために記載されたものである。したがって、本開示に示された発明は、各図に付された方向に限定されない。斜線が付された図は、必ずしも断面図を示すものではない。

少なくとも符号が付されて説明された部材又は部位は、「１つの」等の断りがされた場合を除き、少なくとも１つ設けられている。つまり、「１つの」等の断りがない場合には、当該部材は２以上設けられていてもよい。本開示に示された手術用ロボットは、少なくとも符号が付されて説明された部材又は部位等の構成要素、並びに図示された構造部位を備える。

〔第１の実施形態〕
以下、第１の実施形態に係る手術ロボットについて、主に図１から図６を参照しながら説明する。本実施形態では、本開示にかかる手術ロボットが、内視鏡下外科手術に用いられる例に適用して以降の説明を行う。なお、以降の説明において、前後、左右、上下の方向は、特に断りのない限りそれぞれ図中に示す方向とする。

＜１．構成の説明＞
手術ロボット１は、ロボットアーム２、制御ユニット３、操作ユニット５、及び術具７を主に備えている。なお術具７は、ロボットアーム２によって支持されている。

本実施形態において手術ロボット１は、１つのロボットアーム２を備えている例に適用して説明を行うが、複数のロボットアーム２と、それぞれのロボットアーム２が支持する複数の術具７を備えた構成としてもよい。

＜術具について＞
はじめに術具７について説明を行う。術具７は、その先側の一部が、手術が行われる対象者（以降において「患者」とも記載する。）の腹部などに穿刺されたトロッカー８を介して患者の体内に挿入され、組織に対する処置を行う器具である。本実施形態では、術具７が、内視鏡下外科手術にて用いられる公知の鉗子である例に適用して以降の説明を行う。

術具７は、把持部７１、シャフト７３、及びアダプタ７５から主に構成されている。把持部７１は、トロッカー８を介して患者の体内に挿入されて、組織などを把持するなどの処置を行う部分であり、シャフト７３の一方の端側に設けられている。なお以降において、シャフト７３の把持部７１が設けられている側を、シャフト７３の「先側」、あるいは術具７の「先側」とも記載する。

シャフト７３は、細長い筒状の形状をした部分で、その把持部７１とは反対側にアダプタ７５が設けられている。また、シャフト７３の把持部７１の近傍の部分には、所定の方向に折り曲げ、あるいは屈曲可能なリスト部７４が設けられている。このリスト部７４は、所定の向きに折り曲げ、あるいは屈曲されることで、把持部７１の向きを変更する部分である。

把持部７１は、ジョー７２ａと、ジョー７２ａと対応するジョー７２ｂと、図示されていないベース部７２ｃから主に構成されている。ジョー７２ａとジョー７２ｂは、相互に近接、離間ができるようにベース部７２ｃに支持されている。

把持部７１は、ジョー７２ａとジョー７２ｂが近接することで、その間に配置された組織などを把持する作動を行う。また、ジョー７２ａとジョー７２ｂが離間して、把持していた組織などを離す作動を行う。以降においてジョー７２ａとジョー７２ｂが近接することを、把持部７１が「閉じる」、ジョー７２ａとジョー７２ｂが離間することを把持部７１が「開く」とも記載する。また、把持部７１を開いたり閉じたりする作動を、「開閉動作」とも記載する。

筒状のシャフト７３の内側には、把持部７１、及びリスト部７４に所定の作動を行わせるための図示されていない複数のワイヤが設けられている。このワイヤに所定の張力が作用されると、把持部７１、あるいはリスト部７４の対応する部分が、張力に応じた作動を行う。なお、以降において、把持部７１及びリスト部７４など、所定の張力などが作用されて作動する術具７の部分を総称して、「術具７の作動部」あるいは「作動部７０」とも記載する。

＜ロボットアームについて＞
ロボットアーム２は、使用者による操作に応じて作動して、その操作に応じた姿勢、及び位置にて術具７を保持するアーム装置である。換言すれば、ロボットアーム２は、術具７の先側の部分（本実施形態に於いては把持部７１）が、使用者の所望の位置、及び姿勢となるように術具７を保持するものである。

即ち使用者が操作を行うと、術具７の先側の部分（把持部７１）が操作に応じた方向に移動するように、ロボットアーム２が作動する。以降において、使用者の操作に伴って、術具７の先側の部分（把持部７１）が移動する方向を、「術具７の移動方向」あるいは単に「移動方向」とも記載する。

ロボットアーム２は、複数の関節部（ジョイント）２２を有するリンク機構にて構成されている。即ち、複数のアーム２１が、複数の関節部２２にてそれぞれ所定の方向に回転可能に接続されて構成されている。

ロボットアーム２には、術具７を取り付け、取り外し可能に接続する接続部２５が設けられている。術具７は、この接続部２５にそのアダプタ７５が接続されて、ロボットアーム２に支持される。

ロボットアーム２は、アーム２１や関節部２２に、使用者による操作に応じた作動を行わせるための複数の駆動部２６ａを備えている。この駆動部２６ａは、使用者による操作に応じて物理的な運動を行い、アーム２１や関節部２２に所定の駆動力を与える部分である。なお図２において、説明のために一つの駆動部２６ａを例示として記載し、他の駆動部２６ａの記載は省略している。

即ち、使用者が操作ユニット５にて所定の操作を行うと、その操作に対応した駆動部２６ａが作動して、対応するアーム２１や関節部２２に操作に対応した大きさの駆動力を作用させる。すると、対応するアーム２１が、使用者による操作に応じた方向に、関節部２２を中心に回転、あるいは移動する。アーム２１や関節部２２がそのように作動すると、ロボットアーム２が、使用者による操作に応じた作動を行う。なお、以降において駆動部２６ａからの駆動力によって作動するアーム２１、及び関節部２２を総称して、「ロボットアーム２の作動部」あるいは「作動部２０」とも記載する。なお、図２においては、説明のために、例示として記載した一つの駆動部２６ａに対応するアーム２１、及び関節部２２を作動部２０として記載し、他のアーム２１、及び関節部２２の記載は省略している。

ロボットアーム２は、術具７の把持部７１やリスト部７４などに所定の作動を行うのに必要な力を与える複数の駆動部２６ｂも備えている。この駆動部２６ｂは、使用者の操作に従って物理的な運動を行い、術具７のアダプタ７５の所定の箇所に駆動力を作用させて、把持部７１などに使用者の操作に応じた作動を行わせる部分である。なお、図２において、説明のため、一つの駆動部２６ｂを例示として記載し、他の駆動部２６ｂの記載は省略している。

本実施形態では、駆動部２６ａ及び駆動部２６ｂが、公知の空気圧式のアクチュエータを備えたものである例に適用して以降の説明を行う。即ち駆動部２６ａ及び駆動部２６ｂが、図示されていない空気圧シリンダー、空気圧シリンダーに圧縮空気を供給する圧力発生装置、制御用電磁弁、及び空気圧シリンダーの動きを所定の箇所に伝達する公知の構造の力伝達機構等から構成されている例に適用して以降の説明を行う。なお以降において、駆動部２６ａ，２６ｂを総称して「駆動部２６」とも記載する。

＜操作ユニット＞
操作ユニット５は、使用者が操作を行う部分であり、モニタ５５、操作装置５０、及び入力デバイス５６を主に備えている。なお手術ロボット１が、複数のロボットアーム２を備える場合には、操作ユニット５は、それぞれのロボットアーム２と対応する操作装置５０を備えてもよい。

モニタ５５は、操作に必要な設定を行う設定画面、患者の内視鏡画像、あるいはロボットアーム２、及び術具７の状態や、その操作に必要な表示が行われる公知のモニタ装置である。なお、内視鏡画像は、患者の腹部などに穿刺された、図示されていない他のトロッカーから患者の体腔内に挿入された図示されていない内視鏡から取得された患者の体腔内の画像である。なお、この内視鏡は、図示されていない他のロボットアームや、他の公知の内視鏡ホルダ、あるいは内視鏡保持装置によって保持されている。

入力デバイス５６は、図示されていないキーボードやマウス、あるいはタッチパネルやフットスイッチなどの公知の入力デバイスである。

操作装置５０は、使用者がロボットアーム２と、術具７の操作を行う操作装置である。換言すれば、操作装置５０は、ロボットアーム２と術具７に、使用者の操作に応じた作動を行わせるための操作信号を出力する部分である。

操作装置５０は、位置操作部５１ａと把持操作部５１ｂを備えている。位置操作部５１ａは、使用者が、術具７の先側の位置、より具体的には把持部７１の位置を変更する際に、操作される部分である。即ち、位置操作部５１ａが操作されると、把持部７１が、使用者による操作に応じた方向に移動するように、ロボットアーム２が制御される。

把持操作部５１ｂは、使用者が、術具７の把持部７１に開閉する作動を行わせる際に操作される部分である。即ち、把持操作部５１ｂが操作されると、把持部７１に、使用者による操作に応じた開閉動作を行わせるように、ロボットアーム２が制御される。なお、位置操作部５１ａ、あるいは把持操作部５１ｂは、フットスイッチなどの入力デバイス５６による切替操作によって、術具７のリスト部７４などの他の部分の操作を行う際に用いられてもよい。

本実施形態において位置操作部５１ａは、グリップ５３ａと図示されていない支持部５２ａを備えた操作デバイスである例に適用して以降の説明を行う。グリップ５３ａは、使用者が操作の際に保持して、所望の方向に移動させる部分である。支持部５２ａは、グリップ５３ａを、上下、前後、左右の任意の方向、即ち任意の三次元の方向に移動可能に支持する部分である（図３（ａ）参照。）。即ち使用者は、所定の範囲において、グリップ５３ａを任意の三次元の方向に移動させることができる。なお、以降においてグリップ５３ａが移動する上下方向をＹ（軸）方向、左右方向をＸ（軸）方向、前後方向をＺ（軸）方向とも記載する。なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示されているグリップ５３ａの形状は例示であって、これに限定される訳ではない。

本実施形態では支持部５２ａが、グリップ５３ａを任意の三次元の方向に移動可能に支持する、リンク機構からなる図示されていない公知の支持機構である例に適用して以降の説明を行う。なお位置操作部５１ａは、任意の方向に移動する部分を備えた、ロボットアーム２の操作に適したものであれば、その他の公知の構成の操作デバイスであってもよい。

また、本実施形態において把持操作部５１ｂは、把持体５３ｂと、把持体５３ｂを回転可能に支持する支持体５２ｂを備えた操作デバイスである例に適用して以降の説明を行う。把持体５３ｂは、支持体５２ｂに設けられたジョイント部５３ｃにて、支持体５２ｂに対して回転可能に支持されている（図４（ａ）参照。）。なお、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示されている把持操作部５１ｂの形状は例示であって、これに限定される訳ではない。

なお把持操作部５１ｂは、把持体５３ｂと支持体５２ｂが、使用者の親指と人差し指などで挟むように保持され、把持体５３ｂを支持体５２ｂに近づけたり離したりする操作が行われる。なお、把持操作部５１ｂは、所定の方向に移動する部分を備えた把持部７１の操作に適したものであれば、他の公知の構成からなる操作デバイスであってもよい。

なお本実施形態において、グリップ５３ａの支持部５２ａ側の部分、即ち使用者がグリップ５３ａを保持した際に使用者の指が配置される部分に、把持操作部５１ｂが設けられている例に適用して説明を行う。なお、使用者が把持操作部５１ｂの操作を行うことができる箇所であれば、上記とは異なる箇所に把持操作部５１ｂが設けられていてもよい。

以降の説明において、位置操作部５１ａ、及び把持操作部５１ｂを総称して、「操作部５１」とも記載する。また、使用者の操作によってグリップ５３ａが移動する方向、あるいは把持体５３ｂが移動する方向を、「操作部５１の操作方向」、あるいは単に「操作方向」とも記載する。また、グリップ５３ａと把持体５３ｂを総称して「可動部５３」とも記載する。

位置操作部５１ａには、グリップ５３ａの位置を検出するためのエンコーダなどの図示されていない複数のセンサが設けられている。即ち位置操作部５１ａは、使用者による操作によってグリップ５３ａが移動されると、そのグリップ５３ａの移動方向、及び移動距離に対応した操作信号を、詳細は後述する駆動制御部３１に出力する。

また把持操作部５１ｂは、支持体５２ｂと把持体５３ｂがなす角度や、その間の距離などを検出するエンコーダなどの公知のセンサが備えられている。このため、使用者が把持操作部５１ｂを操作して、把持体５３ｂの位置を変更すると、把持操作部５１ｂは、把持体５３ｂの移動に対応した操作信号を、詳細は後述する駆動制御部３１に出力する。

更に操作装置５０は、グリップ５３ａ、及び把持体５３ｂの動きを制御する操作制御部５４ａ，５４ｂをそれぞれ備えている。操作制御部５４ａ，５４ｂは、詳細は後述する操作力設定部３８が設定した大きさの力を位置操作部５１ａ及び把持操作部５１ｂにそれぞれ付与して、グリップ５３ａや把持体５３ｂの移動に必要となる力を制御する部分である。

具体的には、操作制御部５４ａは、操作力設定部３８からの信号に基づく大きさの力を出力するアクチュエータと、そのアクチュエータの出力した力を、位置操作部５１ａの操作方向とは反対の向きにグリップ５３ａに作用させる公知の構造からなる力伝達機構から構成されている。

同様に、操作制御部５４ｂは、操作力設定部３８からの信号に基づく大きさの力を出力するアクチュエータと、そのアクチュエータの出力した力を、把持操作部５１ｂの操作方向とは反対の向きに把持体５３ｂに作用させる公知の構造からなる力伝達機構から構成されている。

本実施形態では、操作制御部５４ａ，５４ｂは、空気圧式のアクチュエータと、リンクやワイヤ、プーリなどから構成された公知の力伝達機構から構成されている例に適用して説明を行う。なお、電動式のアクチュエータ（電動モータ）や他の公知のアクチュエータが用いられてもよい。また、リンク機構などの他の公知の構成からなる他の公知の力伝達機構が用いられたものであってもよい。なお、以降において操作制御部５４ａと操作制御部５４ｂを総称して「操作制御部５４」とも記載する。

＜操作力について＞
ここで、使用者が操作装置５０を用いて操作を行う際に、使用者が操作部５１に作用させる必要のある力である「操作力」について説明を行う。

使用者が、操作部５１の操作を行う際には、可動部５３に所定の大きさの力を作用させて、可動部５３の位置を変更（可動部５３を移動）することによって、その操作を行う。ここで「操作力」とは、使用者が操作のために可動部５３に作用させるために必要となる力である。

ここで、術具７が患者の組織等に接触しておらず、外部から力を受けていない状態において、使用者が可動部５３を移動させるのに必要となる操作力を「移動時操作力」と記載する。

使用者が移動時操作力（Ｆ_０）以上の力（Ｆ）を可動部５３に作用させた場合には、可動部５３は、使用者が加えた力の方向に移動し、対応する作動部２０，７０が作動する。一方、使用者が、可動部５３に作用させた力が移動時操作力（Ｆ_０）未満大きさの場合には、可動部５３は移動せず、作動部２０，７０は作動しない。

即ち可動部５３には、移動時操作力と同じ大きさで逆向きの力（以降において「抵抗力」とも記載する。）が作用しており、この抵抗力によって移動時操作力の大きさが定まるもと言える。

このため、この抵抗力が小さい場合には、使用者は僅かな大きさの力を可動部５３に作用させるだけで、操作部５１の操作を行うことができる。また、抵抗力が大きければ、使用者は、操作部５１の操作を行うために、比較的大きな力を可動部５３に作用させる必要がある。

一般に、この抵抗力は、使用者によって感じ方が異なる。換言すれば、使用者によっては、抵抗力が小さい場合は、可動部５３が容易に移動してしまい、操作を行いにくい（可動部５３の操作感が軽すぎる）と感じる場合がある。あるいは他の使用者によっては、小さな抵抗力の方が、僅かな力で操作を行うことができるため、操作が行い易いと感じる場合がある。あるいは、使用者によっては、より大きな抵抗力の方が、慎重な操作を行うことができるため、操作に適していると感じる場合もあれば、他の使用者によっては、不要な力を可動部５３に作用させなければならないため操作が行いにくい（可動部５３の操作感が重すぎる）と感じる場合がある。

このため、本実施形態の手術ロボット１では、操作制御部５４に使用者の設定に従った大きさの力を可動部５３に付与（作用）させて、操作部５１の抵抗力（Ｆ_０）を制御する機能を有している。

＜制御ユニット＞
制御ユニット３は、主にロボットアーム２、及び操作ユニット５の制御を行う部分である。制御ユニット３は、駆動制御部３１、スケーリング係数設定部３６、抵抗パラメータ設定部３７、操作力設定部３８、入力／受付部３４、及び記憶部３５を主に備えている。

本実施形態において、制御ユニット３は、専用のソフトウェアがインストールされた公知のコンピュータシステムである例に適用して説明を行う。即ち、専用のソフトウェアとハードウェアが協働して、駆動制御部３１各部の機能を実現している例に適用して以降の説明を行う。なお、制御ユニット３の各部が、それぞれの機能を発揮するように構成された専用のハードウェアから構成されていてもよい。

駆動制御部３１は、使用者の操作に応じて出力される操作ユニット５からの操作信号に従って、駆動部２６を制御する部分である。即ち、駆動制御部３１は、入力された操作信号に応じた駆動力を、対応する駆動部２６ａ，２６ｂに出力させて、ロボットアーム２や術具７が、使用者による位置操作部５１ａや把持操作部５１ｂの操作に応じた作動を行うように制御を行う部分である。

スケーリング係数設定部３６は、使用者の操作によって可動部５３が移動した距離（以降において「操作部移動距離」とも記載する。）と、当該操作によって術具７の先側の部分（把持部７１）が移動した距離（以降において「術具移動距離」とも記載する。）との比であるスケーリング係数を設定する部分である。

具体的な説明を行うために、以下、スケーリング係数が「１」として設定されている場合に、可動部５３が距離「Ｌ_１」だけ移動した際に、術具７の先側の部分が距離「Ｌ_２」だけ移動するように、駆動制御部３１がその制御を行う様に設定されている場合を例に以降の説明を行う。この場合において、例えばスケーリング係数が「０．５」として設定され、使用者が、グリップ５３ａを距離「Ｌ_１」だけ移動させると、術具７の先側の対応する部分が、グリップ５３ａの移動方向と対応する方向に、その半分の距離「Ｌ_２×０．５」だけ移動するように制御が行われる。

また、例えばスケーリング係数が「１．２」として設定され、使用者が、例えば把持体５３ｂを距離「Ｌ_１」だけ移動させると、把持部７１の対応する部分が、把持体５３ｂの移動方向と対応する方向に、「Ｌ_２×１．２」の距離だけ移動するように制御が行われる。

即ち、スケーリング係数を小さな値に設定すれば、操作部移動距離に対する術具移動距離は短くなるため、細かな処置などが行いやすくなる。一方、スケーリング係数を大きな値に設定すれば、操作部移動距離に対する術具移動距離は長くなるため、術具７を早く移動させたりすることができるようになる。即ち、スケーリング係数は、術具７を用いて行われる処置の内容や目的などに応じて設定される係数であり、スケーリング係数設定部３６は、設定されたスケーリング係数に従った制御を駆動制御部３１に行わせる部分である。

抵抗パラメータ設定部３７は、詳細は後述する操作力設定部３８が、操作制御部５４に出力させる抵抗力を設定する際に用いられる抵抗パラメータを設定する部分である。

操作力設定部３８は、抵抗パラメータ設定部３７が設定した抵抗パラメータに基づいて、抵抗力を設定するとともに、操作制御部５４に設定した大きさの力を出力させる信号を出力する部分である。なお操作力設定部３８が、抵抗力設定部の一例である。

入力／受付部３４は、使用者が入力デバイス５６を用いて入力した情報を受け付ける部分であり、入力デバイス５６とのインターフェースでもある。入力／受付部３４は、主に使用者が入力した抵抗パラメータに関する情報を受け付ける。また、入力／受付部３４は、使用者に関する情報や、処置の内容、あるいは患者に関する情報など、手術ロボット１によって行われる手術の内容に関する情報など入力や、あるいはその他の情報の入力も受け付ける。なお入力／受付部３４が、入力部、及び受付部の一例である。

記憶部３５は、ハードディスクやメモリなどの公知の記憶媒体であり、制御ユニット３による処理に必要なプログラムや、手術ロボット１の操作に必要な設定に関する情報などを記憶する部分である。なお記憶部３５は、手術ロボット１に関するその他の情報を記憶してもよい。

＜２．制御の詳細＞
続いて、手術ロボット１にて行われる制御について、その操作方法に従って説明を行う。

手術ロボット１に電源が入力され、所定の操作が行われると、手術ロボット１が起動する。この際、入力／受付部３４は、モニタ５５に表示された所定の画面に従って使用者が入力した、使用者に関する情報（使用者情報）や、患者に関する情報、及び処置が行われる部位に関する情報などの入力を受け付ける。

更に使用者が所定の操作を行うと、モニタ５５に設定画面６０が表示される（図５参照。）。この設定画面６０には、移動抵抗パラメータ入力部６１と、把持抵抗パラメータ入力部６２と、スケーリング係数入力部６３が設けられている。移動抵抗パラメータ入力部６１は、位置操作部５１ａの操作を行う際の移動時操作力（抵抗力）に関する抵抗パラメータを設定する情報の入力が行われる部分である。把持抵抗パラメータ入力部６２は、把持操作部５１ｂの操作を行う際の移動時操作力（抵抗力）に関する抵抗パラメータを設定する情報の入力が行われる部分である。スケーリング係数入力部６３は、スケーリング係数を設定するための情報の入力が行われる部分である。

使用者が、入力デバイス５６を操作して、移動抵抗パラメータ入力部６１、及び把持抵抗パラメータ入力部６２に所望の抵抗パラメータを設定するための情報を入力すると、入力／受付部３４がその情報を受け付ける。

本実施形態では、移動抵抗パラメータ入力部６１、及び把持抵抗パラメータ入力部６２のそれぞれに表示される複数の選択肢の中から、使用者が所望の設定を選択することでその入力が行われる例に適用して説明を行う。なお、使用者が、抵抗パラメータの設定に関する数値などを直接入力することで、その入力が行われてもよい。

抵抗パラメータ設定部３７は、入力／受付部３４が受け付けた情報に基づいて、それぞれの抵抗パラメータを設定する（Ｓ１０）。

使用者が、入力デバイス５６を操作して、スケーリング係数入力部６３に所望のスケーリング係数を設定するための情報を入力すると、入力／受付部３４がその情報を受け付ける。本実施形態では、スケーリング係数入力部６３に表示される複数の選択肢の中から、使用者が所望の設定を選択することでその入力が行われる例に適用して説明を行う。なお、使用者が、スケーリング係数の設定に関する数値などを直接入力することで、その入力が行われてもよい。スケーリング係数設定部３６は、入力／受付部３４が受け付けた情報に基づいて、スケーリング係数を設定する。

操作力設定部３８は、抵抗パラメータ設定部３７が設定した抵抗パラメータに基づいて、移動時操作力（抵抗力）の大きさを設定する（Ｓ２０）。本実施形態において、操作力設定部３８が、位置操作部５１ａに作用させる抵抗力としてＦ_０ａを、把持操作部５１ｂに作用させる抵抗力としてＦ_０ｂを設定する場合を例に、以降の説明を行う。

操作力設定部３８は、操作制御部５４ａ，５４ｂに対し、設定した抵抗力を出力させる信号を出力する（Ｓ３０）。具体的には、操作制御部５４ａに対して、グリップ５３ａの操作方向とは逆向きの抵抗力Ｆ_０ａを出力させる信号を出力する（図３（ｂ）参照。）。また、操作制御部５４ｂに対して、把持体５３ｂの操作方向とは逆向きの抵抗力Ｆ_０ｂを出力させる信号を出力する（図４（ｂ）参照。）。

使用者が、位置操作部５１ａ、及び把持操作部５１ｂの操作を行うと、位置操作部５１ａ、及び把持操作部５１ｂが、その操作に応じた操作信号を駆動制御部３１に出力する。この際、使用者は、グリップ５３ａに対してＦ_０ａよりも大きな力（Ｆ_ａ）を作用させてその操作を行う。また、使用者は、把持体５３ｂに対してＦ_０ｂよりも大きな力（Ｆ_ｂ）を作用させてその操作を行う。

駆動制御部３１は、操作信号が入力されると（Ｓ４０）、入力された操作信号、及びスケーリング係数入力部６３が設定したスケーリング係数に基づいて、対応した駆動部２６を作動させる。即ち、作動部２０及び作動部７０が、使用者による操作に従った作動を行うように、対応する駆動部２６を制御する（Ｓ５０）。そして、目的の処置が行われ、手術が終了すると、使用者による所定の操作に従って処理が終了する。

上記の実施形態に係る手術ロボット１によれば、使用者がその操作のために操作部５１の可動部５３を移動させる際に、その可動部５３の移動方向（操作方向）とは反対向きの抵抗力が、可動部５３に付与される。このため使用者は、予め設定した大きさの抵抗力を感じながら、操作部５１の操作を行うことができる。即ち、使用者の所望の操作感で、その操作を行うことができるため、操作の行い易い手術ロボットとすることができる。

また、使用者は、移動抵抗パラメータ入力部６１、及び把持抵抗パラメータ入力部６２に所望の抵抗パラメータを入力して、抵抗力を所望の値に任意に変更することができる。このため、より使用者の感覚にあった操作感覚が得られる手術ロボットとすることができ、操作の行い易い手術ロボットとすることができる。

また、移動抵抗パラメータ入力部６１、及び把持抵抗パラメータ入力部６２が独立して設けられている。このため、位置操作部５１ａの抵抗力と、把持操作部５１ｂの抵抗力をそれぞれ個別に設定することができる。このため、使用者の好みや、行う処置の内容に応じて、例えばグリップ５３ａの移動については、その抵抗力を大きくして重い操作感とする一方、把持体５３ｂの移動については、その抵抗力を小さくして軽い操作感とするなど、使用者の好みやその使用目的に適した、様々な設定を行うことができる。このため、更に使用者の操作感にあった、操作の行い易い手術ロボットとすることができる。

なお、位置操作部５１ａに関する抵抗パラメータ、及び把持操作部５１ｂに関する抵抗パラメータを、使用者ごとに予め設定しておき、使用者に関する情報（使用者情報）と、それぞれに設定した抵抗パラメータの組み合わせを記憶部３５に記憶させておいてもよい。そして、抵抗パラメータ設定部３７が、入力／受付部３４が受け付けた使用者に関する情報（使用者情報）に基づいて記憶部３５を参照し、当該使用者情報に紐づけられた抵抗パラメータを設定する構成としてもよい。このようにすれば、例えば使用開始時に、使用者が自身の使用者情報を入力するだけで、所望の抵抗パラメータが設定されるため、その設定が容易な手術ロボットとすることができる。

また、処置が行われる部位ごとに、又は手技の種類ごとなどに、予めそれぞれ適した抵抗パラメータを設定し、その組み合わせを記憶部３５に記憶させておいてもよい。そして、抵抗パラメータ設定部３７が、入力／受付部３４が、受け付けた処置が行われる部位に関する情報や、手技の種類などの情報に基づいて記憶部３５を参照し、当該情報に紐づけられた抵抗パラメータを設定する構成としてもよい。このようにすれば、例えば使用開始時に、使用者が手術ロボット１による処置が行われる部位等に関する情報を入力するだけで、当該部位に適した抵抗パラメータが設定されるため、その設定が容易な手術ロボットを提供することができる。

〔第２の実施形態〕
以下、第２の実施形態について、主に図７を参照して説明を行う。
本実施形態に係る手術ロボット１Ａの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、抵抗パラメータを設定するための処理が、上記実施形態と相違する。

よって、本実施形態においては、図７を用いて主に相違点について説明をおこない、第１の実施形態と同一の部分については同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施形態に係る手術ロボット１Ａの抵抗パラメータ設定部３７Ａは、スケーリング係数設定部３６により設定されたスケーリング係数に基づいて、抵抗パラメータを設定する。

具体的に説明を行うと、スケーリング係数設定部３６が、使用者による入力に従ってスケーリング係数を設定すると、抵抗パラメータ設定部３７Ａが、設定されたスケーリング係数に基づいて抵抗パラメータを設定する。

本実施形態では、スケーリング係数を設定する際にスケーリング係数入力部６３に表示される各選択肢に、それぞれ対応する抵抗パラメータが予め設定されている例に適用して以降の説明を行う。即ち、記憶部３５が、スケーリング係数入力部６３に表示されるスケーリング係数の選択肢と、それぞれに対応して予め設置された抵抗パラメータとを紐づけて記憶している例に適用して以降の説明を行う。

使用者が、スケーリング係数入力部６３に表示された選択肢の中から、所望のスケーリング係数の設定を選択すると、入力／受付部３４がその情報を受け付ける。そして、スケーリング係数設定部３６が、入力／受付部３４が受け付けた情報に基づいて、スケーリング係数を設定する（Ｓ１０Ａ）。

抵抗パラメータ設定部３７Ａは、設定されたスケーリング係数に基づいて記憶部３５を参照し、当該スケーリング係数と紐づけられている抵抗パラメータを取得し、抵抗力の設定に用いられる抵抗パラメータとして設定する（Ｓ２０Ａ）。

なお、抵抗パラメータ設定部３７Ａが、公知の他の方法によって、設定されたスケーリング係数に関する情報から、対応する抵抗パラメータを決定し、算出した抵抗パラメータを抵抗力の設定に用いられる抵抗パラメータとして設定してもよい。

上記の実施形態に係る手術ロボット１Ａによれば、抵抗パラメータ設定部３７Ａは、
使用者が設定したスケーリング係数に基づいて抵抗パラメータを設定する。このため、抵抗パラメータを設定する操作が容易な手術ロボットとすることができる。

なお、スケーリング係数は、処置の内容や、手術部位に応じて設定されるパラメータである。このため、それぞれのスケーリング係数が用いられる処置や手術に対応した、抵抗パラメータを予め設定しておくことで、行われる処置や、手術部位に適した抵抗力を設定することができ、設定やその操作が容易な手術ロボットとすることができる。

また、使用者ごとに、スケーリング係数、及び抵抗パラメータを予め設定しておき、それらの組み合わせを使用者に関する情報（使用者情報）と紐づけて、記憶部３５に記憶させておいてもよい。そして、抵抗パラメータ設定部３７が、入力／受付部３４が受け付けた使用者情報と、設定されたスケーリング係数に基づいて記憶部３５を参照し、それぞれに紐づけられた抵抗パラメータを抵抗力の設定に用いられる抵抗パラメータとして設定するようにしてもよい。このようにすれば、使用者の操作感にあった設定を容易に行うことができる手術ロボットとすることができる。

〔第３の実施形態〕
以下、第３の実施形態について、主に図８〜９を参照して説明を行う。
本実施形態に係る手術ロボット１Ｂの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、抵抗パラメータを設定するための処理が、上記実施形態と相違する。よって、本実施形態においては、図８〜９を用いて主に相違点について説明をおこない、第１の実施形態と同一の部分については同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施形態に係る手術ロボット１Ｂは、術具７の先側の部分（把持部７１など）が、患者の組織と接触した状態で作動を行った際に、その接触によって患者の組織等が受けている力と対応する力を、「反力」として使用者に知覚させる機能を有している。

＜反力について＞
以下、本実施形態における反力について説明を行う。
一般に手術ロボットを用いた処置が行われる場合には、使用者の操作に従って、手術ロボットが作動し、所定の処置が行われる。この操作は、使用者が、操作部の操作に伴ってその位置を変更可能な（移動可能な）可動部を、所望の方向、及び所望の距離だけ移動させることによって行われる。

即ち、使用者が移動時操作力よりも僅かに大きな力を、操作部５１の可動部５３に作用させている限り、ロボットアーム２や術具７は、その操作に応じた方向に作動する。換言すれば、例えば術具７が、すでに患者の組織に接触している状態であったとしても、使用者が、その可動部５３を移動させる操作を止めない限り、ロボットアーム２や術具７は、その作動を継続する。ロボットアーム２や術具７などがそのような作動を行うと、術具などが、その接触している患者の組織に対して力を作用させることになる。

この組織に対して作用させる力の大きさによっては、患者に対して好ましくない影響を与えてしまったりする可能性がある。このため、本実施形態に係る手術ロボット１Ｂは、術具７の先側の部分などが、患者の組織等に力を作用させている場合には、その作用させている力の大きさと対応した力を可動部５３に作用させ、そのことを使用者に知覚させる機能を有している。

術具７が、他の部分と接触していない状態において、術具７を移動させたり、把持部７１の開閉動作を行わせたりする場合には、駆動部２６が一定の駆動力を出力することで、作動部２０，７０に所定の作動を行わせる。（以降においてこの駆動力を「移動時駆動力」とも記載する）。

一方、術具７が患者と接触している状態で、更に術具７を組織と接触させる方向に移動させたり、あるいは把持部７１を閉じて組織を把持する作動を行わせたりする場合には、駆動部２６は、作動部２０や作動部７０にその作動を行わせるために、移動駆動力よりも大きな力を出力する必要がある。以降において、この術具７が患者と接触した状態で更にその位置を変更する作動を行わせたり、あるいは把持部７１を閉じて組織を把持する作動を行わせたりする際に、駆動部２６が出力する駆動力を「処置時駆動力」とも記載する。またその際に、使用者が可動部５３を移動させるために可動部５３に作用させる力を「処置時操作力」とも記載する。

本実施形態に係る手術ロボット１は、駆動部２６が処置時駆動力を出力している場合、換言すれば駆動部２６が移動時駆動力よりも大きな力を出力している場合には、術具７が患者の組織等と接触し、接触した組織等に力を作用させていると判断する機能を有している。そしてその場合に、反力設定部３２Ｂが、操作制御部５４ａ，５４ｂを制御して、術具７が患者の組織等に作用させている力と対応した大きさの力を、可動部５３に対し、その操作方向とは逆向きに作用させる機能を有している。

このような力が可動部５３に作用されると、使用者は、可動部５３を移動させる際に、移動時操作力よりも大きな力を可動部５３に作用させなければ、可動部５３を移動させることができない。このことによって使用者は、術具７が患者と接触していたり、あるいは把持部７１が対象組織を把持したりしていることを、操作部５１の操作を行いながら知覚することができる。また、その術具７等が患者の組織等に作用させている力の大きさも知覚することができる。

本実施形態では、この操作制御部５４ａ，５４ｂが、可動部５３に作用させる、術具７が患者の組織等に作用させている力と対応した大きさで、可動部５３の操作方向とは逆向きの力を「反力」と記載する。換言すれば、駆動部２６が出力する駆動力の増加に従って、操作制御部５４ａ，５４ｂが、可動部５３に作用させる可動部５３の操作方向とは逆向きの力が反力である。

＜１．構成の説明＞
本実施形態に係る手術ロボット１Ｂのロボットアーム２Ｂは、変化情報取得部２７ａ，２７ｂを更に備えている。変化情報取得部２７ａ，２７ｂは、公知の気圧センサであり、駆動部２６ａ，２６ｂを構成するそれぞれの空気圧式のアクチュエータの圧縮空気の圧力を測定するものである。なお、図７においては、説明のために例示として記載した駆動部２６ａ，２６ｂにそれぞれ対応する変化情報取得部２７ａ，２７ｂを例示として記載し、他の変化情報取得部２７ａ，２７ｂの記載は省略している。以降において、変化情報取得部２７ａ，２７ｂを総称して「変化情報取得部２７」とも記載する。

制御ユニット３Ｂは、駆動制御部３１、反力設定部３２Ｂ、変換率設定部３３Ｂ、抵抗パラメータ設定部３７Ｂ、操作力設定部３８Ｂ、入力／受付部３４、及び記憶部３５を備えている。

反力設定部３２Ｂは、変化情報取得部２７から取得した情報に基づいて、反力の大きさを設定する部分である。変換率設定部３３Ｂは、反力設定部３２Ｂが、反力を設定する際に用いる変換係数を設定する部分である。

抵抗パラメータ設定部３７Ｂは、抵抗力を設定する際に用いられる係数である抵抗パラメータを設定する部分である。抵抗パラメータ設定部３７Ｂは、使用者が入力した抵抗パラメータに関する情報と、反力設定部３２Ｂが設定した反力に基づいて、抵抗パラメータを設定する。

操作力設定部３８Ｂは、操作制御部５４ａ，５４ｂが、可動部５３に作用させる力の大きさを設定する部分である。換言すれば、移動時作動力、及び処置時作動力の大きさを設定する部分である。また操作力設定部３８Ｂは、抵抗パラメータに基づいて設定した抵抗力と、反力設定部３２Ｂが設定した反力を加えた大きさの力を、操作制御部５４ａ，５４ｂに出力させる部分である。

＜２．制御の詳細＞
抵抗パラメータ設定部３７Ｂは、入力／受付部３４が受け付けた情報に基づいて、それぞれの抵抗パラメータを設定する（Ｓ１０Ｂ）。本実施形態では、抵抗パラメータ設定部３７Ｂが、位置操作部５１ａに作用させる抵抗力に対する抵抗パラメータとしてｋ_１ａを、把持操作部５１ｂに作用させる抵抗力に対する抵抗パラメータとしてｋ_１ｂを設定する例に適用して以降の説明を行う。なお、抵抗パラメータ（ｋ_１ａ，ｋ_１ｂ）は、０以上、１未満の値の実数である。

また変換率設定部３３Ｂが、入力／受付部３４が受け付けた情報に基づいて、変換係数を設定する。本実施形態では、位置操作部５１ａ（グリップ５３ａ）に付与される反力に対応する変換係数としてｋ_ｈａを、把持操作部５１ｂ（把持体５３ｂ）に付与される反力に対応する変換係数としてｋ_ｈｂを、設定する例に適用して説明を行う。ここで変換係数（ｋ_ｈａ，ｋ_１ｂ）は、０以上の実数である。

操作力設定部３８Ｂは、抵抗パラメータ設定部３７Ｂが設定した抵抗パラメータ（ｋ_１ａ、及びｋ_１ｂ）に基づいて、抵抗力の大きさを設定する（Ｓ２０Ｂ）。本実施形態において、操作力設定部３８が、位置操作部５１ａに作用させる抵抗力としてＦ_０ａ（＝ｋ_１ａ×Ｆ_ａ）を、把持操作部５１ｂに作用させる抵抗力としてＦ_０ｂ（＝ｋ_１ｂ×Ｆ_ｂ）を設定する場合を例に、以降の説明を行う。ここで、Ｆ_ａ及びＦ_ｂは、抵抗力を設定する際の基準となる所定の大きさの力である。なお操作力設定部３８Ｂは、上記とは異なる公知の方法で、抵抗パラメータ設定部３７Ｂによって設定された抵抗パラメータに基づき抵抗力を設定してもよい。

操作力設定部３８Ｂは、操作制御部５４ａ，５４ｂに対し、設定した抵抗力を出力させる信号を出力する（Ｓ３０Ｂ）。

使用者が、位置操作部５１ａ、及び把持操作部５１ｂの操作を行うと、位置操作部５１ａ、及び把持操作部５１ｂが、その操作に応じた操作信号を駆動制御部３１に出力する。この際、使用者は、グリップ５３ａに対して、Ｆ_０ａ（＝ｋ_１ａ×Ｆ_ａ）よりも大きな力を作用させてその操作を行う。また、使用者は、把持体５３ｂに対して、Ｆ_０ｂ（＝ｋ_１ｂ×Ｆ_ｂ）よりも大きな力を作用させてその操作を行う。

駆動制御部３１Ｂは、操作信号が入力されると（Ｓ４０Ｂ）、入力された操作信号に基づいて、対応した駆動部２６を作動させるための信号を出力する。即ち、作動部２０及び作動部７０が、使用者による操作に従った作動を行うように、対応する駆動部２６を制御する（Ｓ５０Ｂ）。

術具７が移動し、例えばシャフト７３の先側の把持部７１が患者の組織と接触すると、駆動部２６は、操作信号に従った作動を行うために、移動駆動力よりも大きな駆動力を出力する。

駆動部２６ａを例に具体的に説明を行うと、駆動部２６ａは、対応する作動部２０に、操作信号に基づいた作動を行わせるために、移動駆動力よりも大きな駆動力を出力する。即ち、図示されていない圧力発生装置から追加の圧縮空気が供給され、駆動部２６ａの圧力が増加する。

また駆動部２６ｂについても同様に、使用者が把持部７１を閉じて対象組織を把持する操作を行い、ジョー７２ａ、及びジョー７２ｂが対象組織と接触すると、把持動作を行うために、駆動部２６ｂは、移動駆動力よりも大きな駆動力を出力する。即ち、図示されていない圧力発生装置から追加の圧縮空気が供給され、駆動部２６ｂの圧力が増加する。

反力設定部３２Ｂは、変化情報取得部２７ａ，２７ｂからの情報に基づいて、駆動部２６ａ、及び駆動部２６ｂの圧力の変化を検出する（Ｓ６０Ｂ）。具体的には、反力設定部３２Ｂは、駆動部２６ａ，２６ｂの圧力が、移動駆動力を出力している際の駆動部２６ａ、及び駆動部２６ｂのそれぞれの圧力から増加する圧力の変化量を検出する。

なお、この変化情報取得部２７ａ，２７ｂが検出する駆動部２６ａ，２６ｂの圧力の変化に関する情報が、変化情報の一例である。本実施形態では、駆動部２６ａ，２６ｂの変化量が、それぞれΔＰ_ａ、ΔＰ_ｂである例に適用して以降の説明を行う。

反力設定部３２Ｂは、駆動部２６ａ，２６ｂの変化（増加）を検出すると、反力の設定処理を行う（Ｓ７０Ｂ）。具体的には、反力設定部３２は、変化情報取得部２７ａ，２７ｂからの信号に基づく圧力の変化量に、変換率設定部３３Ｂが設定した係数（変換係数）を乗じた値を反力として設定する。

反力設定部３２Ｂは、設定された変換係数に基づいて、それぞれの反力を設定する。具体的に説明すると、反力設定部３２Ｂは、位置操作部５１ａ（グリップ５３ａ）に作用させる反力としてＦ_ｈａ（＝ΔＰａ×ｋ_ｈａ）を設定する。また、反力設定部３２Ｂは、把持操作部５１ｂ（把持体５３ｂ）に作用させる反力としてＦ_ｈｂ（＝ΔＰｂ×ｋ_ｈｂ）を設定する。

抵抗パラメータ設定部３７Ｂは、反力設定部３２Ｂによって反力が設定されると、設定された反力に関する情報に基づき、抵抗パラメータを設定する。本実施形態では、反力設定部３２Ｂによって反力が設定されると、抵抗パラメータ設定部３７Ｂが、抵抗パラメータを「０」に設定する例に適用して以降の説明を行う。

即ち、操作制御部５４ａ，５４ｂによって、反力（Ｆ_ｈａ，Ｆ_ｈｂ）のみが操作部５１に作用されように、抵抗パラメータが設定される例に適用して以降の説明を行う。換言すれば、処置時操作力が反力（Ｆ_ｈａ，Ｆ_ｈｂ）となるように抵抗パラメータが設定される例に適用して以降の説明を行う。このように抵抗パラメータが設定されれば、使用者は、術具７等が患者に作用させている力を的確に知覚できるようになる。

なお、抵抗パラメータ設定部３７Ｂは、反力が設定された際に、「０」以上の大きさの抵抗パラメータを設定してもよい。即ち処置時操作力が、反力と抵抗力が加算された大きさの力となるように抵抗パラメータを設定してもよい。このようにすれば、使用者は、希望する一定の操作感を得ながら、処置のための操作を行うことができる。

例えば、抵抗パラメータ設定部３７Ｂは、反力が設定された際に、所定の大きさの抵抗パラメータを設定し、その後、反力の値が大きくなるにつれて、抵抗パラメータの値を減少させる設定を行ってもよい。

このようにすれば、反力が大きくなれば、抵抗力は小さくなるため、術具７等が患者の組織に作用させている力が大きくなるほど、反力を知覚しやすい手術ロボットとすることができる。

あるいは、抵抗パラメータ設定部３７Ｂは、反力が設定された際に、所定の大きさの抵抗パラメータを設定し、その後、反力の値が大きくなるにつれて、抵抗パラメータの値を増加させる設定を行ってもよい。

このようにすれば、反力が大きくなるにつれて、即ち、術具７等が患者の組織に作用させている力が大きくなるにつれて、抵抗力が大も大きくなるため、使用者が患者の組織に力を作用させていることを認識しやすくなるということが期待できる。

あるいは、抵抗パラメータ設定部３７Ｂは、反力が設定された際に、「０」以上の一定の大きさの抵抗パラメータを設定してもよい。又は、抵抗パラメータ設定部３７Ｂが、上記以外の他の公知の方法に従って、反力（Ｆ_ｈａ，Ｆ_ｈｂ）に基づいて抵抗パラメータを設定するようにしてもよい。

抵抗パラメータ設定部３７Ｂが抵抗パラメータを設定すると、操作力設定部３８Ｂは、設定された抵抗パラメータに基づいて、抵抗力の大きさを設定する（Ｓ８０Ｂ）。本実施形態では、抵抗パラメータ設定部３７Ｂが抵抗パラメータを「０」に設定しているため、操作力設定部３８Ｂは、位置操作部５１ａ作用させる抵抗力、及び把持操作部５１ｂに作用させる抵抗力をそれぞれ「０」に設定する。

更に操作力設定部３８Ｂは、操作制御部５４ａ，５４ｂに対し、設定した抵抗力と、反力を加えた大きさの力を出力させる信号を出力する（Ｓ９０）。本実施形態では、抵抗力はそれぞれ「０」に設定されているため、操作力設定部３８Ｂは、操作制御部５４ａに、反力（Ｆ_ｈａ）を、位置操作部５１ａ（グリップ５３ａ）に対して、その操作方向と逆向きの方向に作用させるように制御を行う。また、操作力設定部３８Ｂは、操作制御部５４ｂに、反力（Ｆ_ｈｂ）を、把持操作部５１ｂ（把持体５３ｂ）に対して、その操作方向と逆向きの方向に作用させるように制御を行う。

使用者によって、把持部７１と対象組織との接触が離れる方向に術具７を移動する操作が行われると、駆動制御部３１Ｂは、対応する駆動部２６ａに対して、出力していた駆動力を移動時駆動力に戻す制御を行う。即ち、駆動部２６ａの圧力を低下させる制御を行う。

あるいは、使用者によって、把持部７１を開き、把持していた対象組織を離す操作が行われると、駆動制御部３１Ｂは、対応する駆動部２６ｂに対して、出力していた駆動力を移動時駆動力に戻す制御を行う。即ち、駆動部２６ｂの圧力を低下させる制御を行う。

この場合において、移動時駆動力との圧力の差（変化量）であるΔＰ_ａ、ΔＰ_ｂがいずれも０となるため、反力設定部３２Ｂは、位置操作部５１ａ（グリップ５３ａ）に作用させる反力、把持操作部５１ｂをそれぞれ「０」に設定する（Ｓ７０Ｂ）。

反力設定部３２Ｂによって、反力が「０」に設定されると、抵抗パラメータ設定部３７Ｂは、設定された反力に関する情報に基づき、抵抗パラメータを設定する。抵抗パラメータ設定部３７Ｂは、位置操作部５１ａに作用させる抵抗力に対する抵抗パラメータとしてｋ_１ａを，把持操作部５１ｂに作用させる抵抗力に対する抵抗パラメータとしてｋ_１ｂを新たに設定する。

そして、設定された抵抗パラメータ（ｋ_１ａ，ｋ_１ｂ）に基づいて、抵抗力Ｆ_０ａ（＝ｋ_１ａ×Ｆ_ａ）及びＦ_０ｂ（＝ｋ_１ｂ×Ｆ_ｂ）が設定され、位置操作部５１ａ及び把持操作部５１ｂに作用される。

上記の操作が繰り返されて、処置が終了すると、使用者による所定の操作に従って処理が終了する。

上記の手術ロボット１Ｂによれば、術具７が患者の組織等に接触し、駆動部２６が移動時駆動力以上の力を出力した場合に設定される反力に応じて、抵抗力の大きさが設定される。このため、術具７が患者の組織と接触していない状態においては、使用者が求める操作感で操作を行うことができる。また、術具７が患者の対象組織と接触した状態においては、即ち処置等を行う際には、患者に作用させている力の大きさに応じた操作感とすることができる。即ち、対象組織の部位やその状態、処置の内容に応じ、処置を行う際の抵抗力の大きさを設定することができる。このため、操作が行い易く、更に処置を行う対象組織の部位や組織の状態に適した処置を行うことが可能な、手術ロボットとすることができる。

またこの反力は、駆動部２６の出力の変化量（増加量）に基づいて設定される。このため使用者は、その操作によって対象部位の組織等が受ける力の大きさを、手術ロボットの操作を行いながら的確に知ることができる。換言すれば、対象部位の組織等が受ける力の大きさを、操作を行う自身の手を介して知覚することができる。このため、所望の操作感で操作を行いながら、術部７等が患者の組織等に作用させている力の大きさを考慮した操作を行うことができる。即ち操作が行い易く、更に処置を行う対象組織の部位や組織の状態に適した処置を行うことが可能な手術ロボットとすることができる。

なお、本開示の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記の実施形態では、操作制御部５４ａ，５４ｂが、空気圧式のアクチュエータを用いた構成である例に適用して説明を行ったが、電動式のアクチュエータ（電動モータ）を用いた構成としてもよい。その場合に、変化情報取得部２７ａ，２７ｂとして、電動モータに供給される電力（電流）を検出する電力センサ（電流計等）が用いられてもよい。そして反力設定部３２Ｂが、駆動部２６が出力した駆動力の変化量（増加量）を、駆動部２６に供給された電力の変化量（増加量）から算出し、その値から反力を設定する構成としてもよい。

上記実施形態では、術具７が鉗子である例に適用して説明を行ったがこれに限定される訳ではない。術具７は、例えば電気メスやステープラ、あるいはその他の内視鏡下外科手術に用いられる器具が、シャフト７３の先側に設けられたものであってもよい。

上記実施形態では、手術ロボット１が、内視鏡下外科手術に使用される例に適用して説明を行ったが、これに限定される訳ではない。例えば、手術ロボット１が脳神経外科手術や循環器系の手術など、その他の領域の外科手術、あるいは患者の治療に用いられてもよい。

また、例えば手術ロボット１が使用される手術の分野やその部位ごとに、対応する抵抗パラメータと変換係数を予め設定しておき、記憶部３５に、それらの組み合わせを記憶させておいてもよい。そして変換率設定部３３Ｂが、入力／受付部３４が受け付けた手術の分野やその部位に関する情報に基づいて記憶部３５を参照し、対応する変換係数と抵抗パラメータを取得し、それぞれを設定する様にしてもよい。そのようにすれば、例えば手術が行われる部位や手術の分野を選択するだけで、部位や手術の分野に適した抵抗パラメータや変換係数を設定することができるため、設定が容易な手術ロボットとすることができる。

あるいは使用者ごとに抵抗パラメータと変換係数をそれぞれ設定しておき、使用者に関する情報（使用者情報）と予め設定された抵抗パラメータと変換係数の組み合わせを記憶部３５に記憶させておいてもよい。そして、変換率設定部３３Ｂが、入力／受付部３４が受け付けた使用者情報に基づいて記憶部３５を参照し、対応する抵抗パラメータと変換係数の組み合わせを取得して、それぞれ設定する様にしてもよい。このようにすれば、使用者が自身の情報を入力するだけで、使用者に適した抵抗パラメータと変換係数が設定されるため、設定が容易な手術ロボットとすることができる。

例えば、本発明を上記の実施形態に適用したものに限られることなく、これらの実施形態を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定するものではない。

１，１Ａ，１Ｂ…手術ロボット ２，２Ｂ…ロボットアーム
３，３Ｂ…制御ユニット ５…操作ユニット ７…術具
８…トロッカー ２０，７０…作動部 ２１…アーム ２２…関節部
２５…接続部 ２６ａ，２６ｂ…駆動部 ２７ａ，２７ｂ…変化情報取得部
３１，３１Ｂ…駆動制御部 ３２Ｂ…反力設定部 ３３Ｂ…変換率設定部
３４…入力／受付部 ３５…記憶部 ３６…スケーリング係数設定部
３７，３７Ａ，３７Ｂ…抵抗パラメータ設定部
３８，３８Ｂ…操作力設定部（抵抗力設定部）
５０…操作装置 ５１ａ，５１ｂ…位置操作部 ５１ｂ…把持操作部
５２ａ…支持部 ５２ｂ…支持体 ５３…可動部 ５３ａ…グリップ
５３ｂ…把持体 ５３ｃ…ジョイント部 ５４ａ，５４ｂ…操作制御部
５５…モニタ ５６…入力デバイス ６０…設定画面
６１…移動抵抗パラメータ入力部 ６２…把持抵抗パラメータ入力部
６３…スケーリング係数入力部 ７１…把持部 ７２ａ，７２ｂ…ジョー
７２ｃ…ベース部 ７３…シャフト ７４…リスト部 ７５…アダプタ

Claims (6)

1. 手術ロボットであって、
   使用者の操作によって移動する可動部を備えた操作部と、
   前記操作に応じた作動を行う作動部と、
   前記作動部に駆動力を供給する空気圧式アクチュエータを備えた駆動部と、
   前記可動部の動きを制御する操作制御部と、
   前記可動部を移動させるために必要となる力と同じ大きさの力であって前記可動部の移動方向とは反対向きの力である抵抗力の大きさを設定する抵抗力設定部と、
   前記駆動力に対応した力であって、前記可動部の移動方向とは反対の向きの力である反力の大きさを、前記空気圧式アクチュエータの圧力の変化量に関する変化情報に基づいて設定する反力設定部と、
   を備え、
   前記操作制御部は、
   前記圧力が一定の場合には、予め設定された抵抗パラメータに基づいて前記抵抗力設定部が設定した所定の大きさの前記抵抗力を前記可動部に付与し、
   前記圧力が変化する場合には、前記反力設定部が設定した前記反力と、前記反力に基づいて前記抵抗力設定部が設定した前記抵抗力を加えた力を前記可動部に付与する、
   手術ロボット。
2. 前記抵抗パラメータを設定するための情報の入力を受け付ける入力部を更に備え、
   前記抵抗力設定部は、前記入力部が受け付けた情報に基づいて設定された前記抵抗パラメータに基づいて前記抵抗力の大きさを設定する、
   請求項１に記載の手術ロボット。
3. 前記作動部は、その作動によって前記手術ロボットの所定の箇所を、前記可動部の移動距離である第１の距離と対応する第２の距離だけ移動させるものであり、
   前記抵抗力設定部は、前記第１の距離と前記第２の距離の比であるスケーリング係数に基づいて設定された前記抵抗パラメータに基づいて、前記抵抗力の大きさを設定する、請求項１に記載の手術ロボット。
4. 前記手術ロボットは、
   前記使用者に関する使用者情報の入力を受け付ける受付部と、前記使用者ごとに設定された前記抵抗パラメータを、前記使用者情報と関連づけて記憶する記憶部を備え、
   前記抵抗力設定部は、
   前記記憶部を参照し、前記受付部が受け付けた前記使用者情報と関連付けられた前記抵抗パラメータに基づいて前記抵抗力の大きさを設定する請求項１に記載の手術ロボット。
5. 前記手術ロボットは、
   複数の前記操作部と、
   前記操作部に対応する複数の前記作動部を備え、
   前記抵抗力設定部は、前記抵抗力の大きさを前記操作部ごとに設定する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の手術ロボット。
6. 使用者が行う操作によって移動する可動部を有する操作部と、前記可動部の動きを制御する操作制御部と、前記操作に応じた作動を行う作動部と、前記作動部に駆動力を供給する空気圧式アクチュエータを備えた駆動部と、
   を備えた手術ロボットの制御を行う手術ロボットの制御ユニットであって、
   前記制御ユニットは、
   前記可動部を移動させるために必要となる力と同じ大きさの力であって前記可動部の移動方向とは反対向きの力である抵抗力の大きさを設定する抵抗力設定部と、
   前記駆動力に対応した力であって、前記可動部の移動方向とは反対の向きの力である反力の大きさを、前記空気圧式アクチュエータの圧力の変化量に関する変化情報に基づいて設定する反力設定部と、
   を備え、
   前記圧力が一定の場合には、前記操作制御部に、予め設定された抵抗パラメータに基づいて前記抵抗力設定部が設定した所定の大きさの前記抵抗力を前記可動部に付与させる制御を行い、
   前記圧力が変化する場合には、前記操作制御部に、前記反力設定部が設定した前記反力と、前記反力に基づいて前記抵抗力設定部が設定した前記抵抗力を加えた力を前記可動部に付与させる制御を行う、
   手術ロボットの制御ユニット。

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