JP7295831B2 - Surgery support system, patient-side device and calculation method - Google Patents
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Description
この発明は、手術支援システム、患者側装置および医療器具の操作方法に関し、特に、操作部が受け付けた医療器具の操作量をスケーリングする手術支援システム、患者側装置および医療器具の操作方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a surgery support system, a patient-side device, and a method of operating a medical device, and more particularly to a surgery support system, a patient-side device, and a method of operating a medical device for scaling the amount of operation of a medical device received by an operating unit.
従来、操作部が受け付けた医療器具の操作量をスケーリング(操作部が受け付けた医療器具の操作量に対する医療器具の移動量を変更)するロボット外科用システムが知られている(たとえば、特許文献1参照)。 Conventionally, there is known a robotic surgical system that scales the amount of operation of a medical instrument received by an operation section (changes the amount of movement of the medical instrument with respect to the amount of operation of the medical instrument received by the operation section) (for example, Patent Document 1). reference).
上記特許文献1には、複数の方向に移動可能な入力ハンドル(操作部)と、入力ハンドルと通信し、入力ハンドルが受け付けた操作量をスケーリングして外科用ツールを移動させる処理装置とを備えるロボット外科用システムが開示されている。上記特許文献1では、入力ハンドルが操作される3次元の作業空間を予め定義しておき、外科医が入力ハンドルを3次元の作業空間の中心から離間する方向に移動させる場合の外科用ツールの移動量が、入力ハンドルを3次元の作業空間の中心に向かって移動させる場合の外科用ツールの移動量よりも大きくなるようにスケーリングが設定されている。これにより、入力ハンドルを3次元の作業空間の中心から離間する方向に移動させる際には外科用ツールの移動量が大きくなるので、入力ハンドルの移動可能な範囲の最大限まで入力ハンドルを移動させることなく、外科用ツールを所望の位置まで移動することが可能になる。
The
ここで、上記特許文献1には明記されていないが、上記特許文献1のような従来のロボット外科用システムでは、外科用ツール(医療器具)の移動の支点となるピボット位置が予め設定されており、ピボット位置を中心として外科用ツールが移動(たとえば、回転移動など)される。そして、上記特許文献1のような従来のロボット外科用システムにおいて、ピボット位置を中心として外科用ツールが移動される際に、ロボットのアームおよび外科用ツールが振動する場合があるという不都合がある。具体的には、外科用ツールは、ピボット位置を中心として移動するので、ピボット位置と外科用ツールの先端との間の距離が大きい場合、アームの小さい移動で外科用ツールの先端を所望の距離分移動させることが可能になる。一方、ピボット位置と外科用ツールの先端との間の距離が小さい場合、アームを大きく移動させないと、外科用ツールの先端を所望の距離分移動させることができない。このため、特に、ピボット位置と外科用ツールの先端との間の距離が小さい場合、アームが大きく移動することに起因して、アームおよびツールの振動が大きくなるという問題点がある。上記特許文献1では、ピボット位置と外科用ツールの先端との間の距離に起因する振動については考慮されていないので、上記と同様の問題点がある。
Here, although not specified in
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、アームおよび医療器具の振動を抑制可能な手術支援システム、患者側装置および医療器具の操作方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above problems, and one object of the present invention is to provide a surgical support system capable of suppressing vibrations of an arm and medical instruments, a patient-side device, and an operation of medical instruments. to provide a method.
上記目的を達成するために、この発明の第1の局面による手術支援ロボットは、先端側に医療器具が取り付けられるアームを含む患者側装置と、医療器具に対する操作量を受け付ける操作部を含む操作者側装置と、受け付けられた操作量をスケーリングして実際に医療器具を動作させる際の操作量である実操作量を演算する制御部と、を備え、医療器具は、エンドエフェクタと、エンドエフェクタを第1軸について回転可能に支持する第1支持体と、第1支持体を第2軸について回転可能に支持する第2支持体と、第2支持体に接続されるシャフトとを含み、制御部は、医療器具の先端から第1軸を含む先端側部分が、アームによって医療器具を回転移動させる際の支点となるように1つの点として設定されたピボット位置に近づくにつれて、操作量に対する先端側部分の移動量が小さくなるようにスケーリングの倍率を小さくする(但し、スケーリングの倍率は0を含まない値である)。 In order to achieve the above object, a surgical assistance robot according to a first aspect of the present invention includes a patient-side device including an arm to which a medical instrument is attached on the distal end side, and an operator including an operation unit that receives an operation amount for the medical instrument. a side device, and a control unit that scales the received operation amount and calculates an actual operation amount that is an operation amount when actually operating the medical instrument , and the medical instrument includes an end effector, and the end effector. a control unit including a first support rotatably supporting a first axis, a second support supporting the first support rotatably about a second axis, and a shaft connected to the second support; is the distal end side with respect to the operation amount as the distal end side portion including the first axis from the distal end of the medical device approaches the pivot position set as one point so as to serve as a fulcrum when the medical device is rotated by the arm. Decrease the scaling factor so that the amount of movement of the part becomes small (however, the scaling factor is a value that does not include 0) .
この発明の第1の局面による手術支援ロボットでは、上記のように、制御部は、医療器具の先端側の部分である先端側部分が医療器具を移動させる際の支点となる位置であるピボット位置に近づくにつれて、操作量に対する先端側部分の移動量が小さくなるようにスケーリングの倍率を小さくする。これにより、医療器具の先端側部分とピボット位置との間の距離が小さい場合、操作量に対する医療器具の先端側部分の移動量が小さくなる。すなわち、医療器具を移動させるアームの移動量も小さくなるので、その分、アームおよび医療器具の振動を抑制することができる。 In the surgical assistance robot according to the first aspect of the present invention, as described above, the control unit controls the pivot position, which is the position where the distal end portion of the medical instrument becomes a fulcrum when moving the medical instrument. , the scaling factor is decreased so that the amount of movement of the distal end portion with respect to the operation amount becomes smaller. Accordingly, when the distance between the distal end portion of the medical device and the pivot position is small, the amount of movement of the distal end portion of the medical device relative to the amount of operation is small. That is, since the amount of movement of the arm that moves the medical instrument is also reduced, the vibration of the arm and the medical instrument can be suppressed accordingly.
この発明の第2の局面による患者側装置は、先端側に医療器具が取り付けられるアームを含む患者側装置であって、医療器具に対する操作量を受け付ける操作部により受け付けられた操作量をスケーリングして実際に医療器具を動作させる際の操作量である実操作量を演算する制御部を備え、医療器具は、エンドエフェクタと、エンドエフェクタを第1軸について回転可能に支持する第1支持体と、第1支持体を第2軸について回転可能に支持する第2支持体と、第2支持体に接続されるシャフトとを含み、制御部は、医療器具の先端から第1軸を含む先端側部分がアームによって医療器具を回転移動させる際の支点となるように1つの点として設定されたピボット位置に近づくにつれて、操作量に対する先端側部分の移動量が小さくなるようにスケーリングの倍率を小さくする(但し、スケーリングの倍率は0を含まない値である)。 A patient-side device according to a second aspect of the present invention is a patient-side device including an arm to which a medical instrument is attached on the distal end side, wherein the operation amount received by an operation unit for receiving the operation amount for the medical instrument is scaled. The medical device includes an end effector, a first support that supports the end effector rotatably about a first axis, a second support that supports the first support rotatably about a second axis; and a shaft connected to the second support . is closer to the pivot position set as a fulcrum when rotating the medical instrument by the arm , the scaling factor is decreased so that the amount of movement of the tip side portion relative to the amount of operation is smaller ( However, the scaling factor is a value that does not include 0) .
この発明の第2の局面による患者側装置では、上記のように、制御部は、医療器具の先端側の部分である先端側部分が医療器具を移動させる際の支点となる位置であるピボット位置に近づくにつれて、操作量に対する先端側部分の移動量が小さくなるようにスケーリングの倍率を小さくする。これにより、医療器具の先端側部分とピボット位置との間の距離が小さい場合、操作量に対する医療器具の先端側部分の移動量が小さくなる。すなわち、医療器具を移動させるアームの移動量も小さくなるので、その分、アームおよび医療器具の振動を抑制することが可能な患者側装置を提供することができる。 In the patient-side device according to the second aspect of the present invention, as described above, the controller controls the pivot position, which is the position where the distal end portion of the medical instrument is a fulcrum when the medical instrument is moved. , the scaling factor is decreased so that the amount of movement of the distal end portion with respect to the operation amount becomes smaller. Accordingly, when the distance between the distal end portion of the medical device and the pivot position is small, the amount of movement of the distal end portion of the medical device relative to the amount of operation is small. That is, since the amount of movement of the arm that moves the medical instrument is also reduced, it is possible to provide a patient-side device capable of suppressing the vibration of the arm and the medical instrument accordingly.
この発明の第3の局面による演算方法は、先端側に医療器具が取り付けられるアームを含む患者側装置と、医療器具に対する操作量を受け付ける操作部を含む操作者側装置と、制御部とを備える手術支援システムの制御部によって実行される演算方法であって、医療器具は、エンドエフェクタと、エンドエフェクタを第1軸について回転可能に支持する第1支持体と、第1支持体を第2軸について回転可能に支持する第2支持体と、第2支持体に接続されるシャフトとを含み、操作部が医療器具に対する操作量を受け付けた場合に、制御部が受け付けられた操作量をスケーリングして実際に医療器具を動作させる際の操作量である実操作量を演算し、実操作量の演算は、医療器具の先端から第1軸を含む先端側部分がアームによって医療器具を回転移動させる際の支点となるように1つの点として設定されたピボット位置に近づくにつれて、操作量に対する先端側部分の移動量が小さくなるようにスケーリングの倍率を小さくして実操作量を演算する(但し、スケーリングの倍率は0を含まない値である)ことにより実行される。 A computing method according to a third aspect of the present invention includes a patient-side device including an arm to which a medical instrument is attached on the distal end side, an operator-side device including an operation section for receiving an operation amount for the medical instrument, and a control section. A computing method executed by a control unit of a surgical assistance system comprising a medical instrument comprising: an end effector; a first support that supports the end effector rotatably about a first axis; An operation received by the control unit when the operation unit receives an operation amount for the medical instrument, including a second support that is rotatably supported about an axis and a shaft connected to the second support. The amount is scaled to calculate the actual operation amount, which is the operation amount when actually operating the medical device. As the instrument approaches a pivot position set as a single point that serves as a fulcrum for rotating the instrument, the actual amount of operation is reduced by reducing the scaling factor so that the amount of movement of the tip side portion relative to the amount of operation becomes smaller. It is executed by calculating ( however, the scale factor is a value that does not include 0).
この発明の第3の局面による医療器具の操作方法は、上記のように、実操作量を演算するステップは、医療器具の先端側の部分である先端側部分が医療器具を移動させる際の支点となるピボット位置に近づくにつれて、操作量に対する先端側部分の移動量が小さくなるようにスケーリングの倍率を小さくして実操作量を演算するステップを含む。これにより、医療器具の先端側部分とピボット位置との間の距離が小さい場合、操作量に対する医療器具の先端側部分の移動量が小さくなる。すなわち、医療器具を移動させるアームの移動量も小さくなるので、その分、アームおよび医療器具の振動を抑制することが可能な医療器具の操作方法を提供することができる。 In the method for operating a medical instrument according to the third aspect of the present invention, as described above, in the step of calculating the actual amount of operation, the distal end portion of the medical instrument is the fulcrum when the medical instrument is moved. and calculating the actual manipulated variable by decreasing the scaling factor so that the amount of movement of the tip side portion relative to the manipulated variable becomes smaller as the pivot position becomes closer to . Accordingly, when the distance between the distal end portion of the medical device and the pivot position is small, the amount of movement of the distal end portion of the medical device relative to the amount of operation is small. That is, since the amount of movement of the arm that moves the medical device is also reduced, it is possible to provide a method of operating the medical device that can suppress vibrations of the arm and the medical device accordingly.
本発明によれば、上記のように、アームおよび医療器具の振動を抑制することができる。 According to the present invention, vibrations of the arm and the medical instrument can be suppressed as described above.
以下、本発明を具体化した本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。 An embodiment of the present invention, which embodies the present invention, will be described below with reference to the drawings.
図1~図19を参照して、本実施形態による外科手術システム100の構成について説明する。外科手術システム100は、患者P側装置である医療用マニピュレータ1と、医療用マニピュレータ1を操作するための操作者側装置である遠隔操作装置2とを備えている。医療用マニピュレータ1は医療用台車3を備えており、移動可能に構成されている。遠隔操作装置2は、医療用マニピュレータ1から離間した位置に配置されており、医療用マニピュレータ1は、遠隔操作装置2により遠隔操作されるように構成されている。術者は、医療用マニピュレータ1に所望の動作を行わせるための指令を遠隔操作装置2に入力する。遠隔操作装置2は、入力された指令を医療用マニピュレータ1に送信する。医療用マニピュレータ1は、受信した指令に基づいて動作する。また、医療用マニピュレータ1は、滅菌された滅菌野である手術室内に配置されている。なお、外科手術システム100は、特許請求の範囲の「手術支援システム」の一例である。
The configuration of a
遠隔操作装置2は、たとえば、手術室の中または手術室の外に配置されている。遠隔操作装置2は、操作用マニピュレータアーム21と、操作ペダル22と、タッチパネル23と、モニタ24と、支持アーム25と、支持バー26とを含む。操作用マニピュレータアーム21は、術者が指令を入力するための操作用のハンドルを構成する。操作用マニピュレータアーム21は、医療器具4に対する操作量を受け付ける。モニタ24は、内視鏡により撮影された画像を表示するスコープ型表示装置である。支持アーム25は、モニタ24の高さを術者の顔の高さに合わせるようにモニタ24を支持する。タッチパネル23は、支持バー26に配置されている。モニタ24近傍に設けられた図示しないセンサにより術者の頭部を検知することにより医療用マニピュレータ1は遠隔操作装置2による操作が可能になる。術者は、モニタ24により患部を視認しながら、操作用マニピュレータアーム21および操作ペダル22を操作する。これにより、遠隔操作装置2に指令が入力される。遠隔操作装置2に入力された指令は、医療用マニピュレータ1に送信される。なお、操作用マニピュレータアーム21は、特許請求の範囲の「操作部」の一例である。
The
医療用台車3には、医療用マニピュレータ1の動作を制御する制御部31と、医療用マニピュレータ1の動作を制御するためのプログラムなどが記憶される記憶部32とが設けられている。そして、遠隔操作装置2に入力された指令に基づいて、医療用台車3の制御部31は、医療用マニピュレータ1の動作を制御する。
The
また、医療用台車3には、入力装置33が設けられている。入力装置33は、主に施術前に手術の準備を行うために、ポジショナ40、アームベース50、および、複数のアーム60の移動や姿勢の変更の操作を受け付けるように構成されている。
An
図1および図2に示す医療用マニピュレータ1は、手術室内に配置されている。医療用マニピュレータ1は、医療用台車3と、ポジショナ40と、アームベース50と、複数のアーム60とを備えている。アームベース50は、ポジショナ40の先端に取り付けられている。アームベース50は、比較的長い棒形状(長尺形状)を有する。また、複数のアーム60は、各々のアーム60の根元部が、アームベース50に取り付けられている。複数のアーム60は、折り畳まれた姿勢(収納姿勢)をとることが可能に構成されている。アームベース50と、複数のアーム60とは、図示しない滅菌ドレープにより覆われて使用される。
The
ポジショナ40は、たとえば、7軸多関節ロボットにより構成されている。また、ポジショナ40は、医療用台車3上に配置されている。ポジショナ40は、アームベース50を移動させる。具体的には、ポジショナ40は、アームベース50の位置を3次元に移動させるように構成されている。
The
また、ポジショナ40は、ベース部41と、ベース部41に連結された複数のリンク部42とを含む。複数のリンク部42同士は、関節部43により連結されている。
The
図1に示すように、複数のアーム60の各々の先端には、医療器具4が取り付けられている。医療器具4は、たとえば、取り換え可能なインストゥルメント、内視鏡6(図6参照)などを含む。
As shown in FIG. 1, the
図3に示すように、インストゥルメントには、アーム60のホルダ71に設けられたサーボモータM2によって駆動される被駆動ユニット4aが設けられている。また、インストゥルメントの先端には、鉗子4b(エンドエフェクタ)が設けられている。
As shown in FIG. 3, the instrument is provided with a driven
また、図4に示すように、インストゥルメントは、鉗子4bを第1軸A1について回転可能に支持する第1支持体4eと、第1支持体4eを第2軸A2について回転可能に支持する第2支持体4fと、第2支持体4fに接続されるシャフト4cとを含む。被駆動ユニット4aと、シャフト4cと、第2支持体4fと、第1支持体4eと、鉗子4bとは、Z方向に沿って配置されている。
Also, as shown in FIG. 4, the instrument includes a
第1支持体4eには、第1軸A1の回転軸線R1周りに回転するように鉗子4bが取り付けられている。また、第2支持体4fは、第1支持体4eを第2軸A2について回転可能に支持している。つまり、第2支持体4fには、第2軸A2の回転軸線R2周りに回転するように第1支持体4eが取り付けられている。また、第1支持体4eの先端側(Z1方向側)の部分は、U字形状を有している。第1支持体4eのU字形状の先端側の部分の回転軸線R1方向における中央部にツールセンタポイント(TCP1、クレビス)が設定されている。
A
また、図6に示すように、内視鏡6のTCP2は、内視鏡6の先端に設定されている。
Further, as shown in FIG. 6 , the
次に、アーム60の構成について詳細に説明する。
Next, the configuration of
図3に示すように、アーム60は、アーム部61(ベース部62、リンク部63、関節部64)と、アーム部61の先端に設けられる並進移動機構部70とを含む。アーム60は、アーム60の根元側(アームベース50)に対して先端側を3次元に移動させるように構成されている。なお、複数のアーム60は、互いに同様の構成を有する。
As shown in FIG. 3 ,
並進移動機構部70は、アーム部61の先端側に設けられるとともに医療器具4が取り付けられている。また、並進移動機構部70は、医療器具4を患者Pに挿入する方向に並進移動させる。また、並進移動機構部70は、医療器具4をアーム部61に対して相対的に並進移動させるように構成されている。具体的には、並進移動機構部70には、医療器具4を保持するホルダ71が設けられている。ホルダ71には、サーボモータM2(図10参照)が収容されている。サーボモータM2は、医療器具4の被駆動ユニット4aに設けられた回転体を回転させるように構成されている。被駆動ユニット4aの回転体が回転されることにより、鉗子4bが動作される。
The translational
アーム部61は、7軸多関節ロボットアームから構成されている。また、アーム部61は、アーム部61をアームベース50に取り付けるためのベース部62と、ベース部62に連結された複数のリンク部63とを含む。複数のリンク部63同士は、関節部64により連結されている。
The
並進移動機構部70は、ホルダ71をZ方向に沿って並進移動させることにより、ホルダ71に取り付けられた医療器具4をZ方向(シャフト4cが延びる方向)に沿って並進移動させるように構成されている。具体的には、並進移動機構部70は、アーム部61の先端に接続される基端側リンク部72と、先端側リンク部73と、基端側リンク部72と先端側リンク部73との間に設けられる連結リンク部74とを含む。また、ホルダ71は、先端側リンク部73に設けられている。
The
そして、並進移動機構部70の連結リンク部74は、基端側リンク部72に対して、先端側リンク部73を、Z方向に沿って相対的に移動させる倍速機構として構成されている。また、基端側リンク部72に対して先端側リンク部73がZ方向に沿って相対的に移動されることにより、ホルダ71に設けられた医療器具4が、Z方向に沿って並進移動するように構成されている。また、アーム部61の先端は、基端側リンク部72を、Z方向に直交するX方向を軸として回動させるように基端側リンク部72に接続されている。
The connecting
また、図5に示すように、医療用マニピュレータ1は、アーム60に取り付けられ、アーム60を操作する操作部80を備えている。操作部80は、イネーブルスイッチ81と、ジョイスティック82とスイッチ部83とを含む。イネーブルスイッチ81は、ジョイスティック82およびスイッチ部83によるアーム60の移動を許可または不許可とする。また、イネーブルスイッチ81は、操作者(看護師、助手など)が操作部80を把持して押下されることによりアーム60による医療器具4の移動を許可する状態となる。
Further, as shown in FIG. 5 , the
また、スイッチ部83は、医療器具4の長手方向に沿った医療器具4を患者Pに挿入する方向側に医療器具4を移動させるスイッチ部83aと、医療器具4を患者Pに挿入する方向と反対側に医療器具4を移動させるスイッチ部83bとを含む。スイッチ部83aとスイッチ部83bとは、共に、押しボタンスイッチから構成されている。
The
また、図5に示すように、操作部80は、アーム60に取り付けられた医療器具4の移動の支点(図9参照)となるピボット位置PPを教示するピボットボタン85を含む。ピボットボタン85は、操作部80の面80bに、イネーブルスイッチ81に隣り合うように設けられている。そして、内視鏡6(図6参照)またはピボット位置教示器具7(図7)の先端が、患者Pの体表面Sに挿入されたトロカールTの挿入位置に対応する位置まで移動された状態で、ピボットボタン85が押下されることによりピボット位置PPが教示され、記憶部32に記憶される。なお、ピボット位置PPの教示において、ピボット位置PPは、1つの点(座標)として設定され、ピボット位置PPの教示は、医療器具4の方向を設定するものではない。
Further, as shown in FIG. 5, the
また、図1に示すように、複数のアーム60のうちの一つのアーム60(たとえば、アーム60b)には内視鏡6が取り付けられ、残りのアーム60(たとえば、アーム60a、60cおよび60d)には、内視鏡6以外の医療器具4が取り付けられる。具体的には、手術において、4つのアーム60のうちの1つのアーム60に内視鏡6が取り付けられ、3つのアーム60に内視鏡6以外の医療器具4(鉗子4bなど)が取り付けられる。そして、内視鏡6が取り付けられているアーム60に対して、内視鏡6が取り付けられた状態でピボット位置PP2(図19参照)が教示される。また、内視鏡6以外の医療器具4が取り付けられるアーム60に対して、ピボット位置教示器具7が取り付けられた状態でピボット位置PP1(図17参照)が教示される。なお、内視鏡6は、互いに隣り合うように配置されている4つのアーム60のうちの、中央に配置される2つのアーム60(アーム60bおよび60c)のうちのいずれかに取り付けられる。すなわち、ピボット位置PPは、複数のアーム60毎に個別に設定される。なお、アーム60a、アーム60cおよびアーム60dは、特許請求の範囲の「第1アーム」の一例である。また、アーム60bは、特許請求の範囲の「第2アーム」の一例である。
Also, as shown in FIG. 1, the
また、図5に示すように、操作部80の面80bには、アーム60の位置を最適化するためのアジャストメントボタン86が設けられている。内視鏡6が取り付けられたアーム60に対するピボット位置PPの教示後、アジャストメントボタン86が押下さえることにより、他のアーム60(アームベース50)の位置が最適化される。
Further, as shown in FIG. 5, an
また、図5に示すように、操作部80は、アーム60に取り付けられた医療器具4を並進移動(図8参照)させるモードと、回転移動(図9参照)させるモードとを切り替えるモード切替ボタン84を含む。また、モード切替ボタン84の近傍には、モードインジケータ84aが設けられている。モードインジケータ84aは、切り替えられたモードを表示する。具体的には、モードインジケータ84aが点灯(回転移動モード)または消灯(並進移動モード)されることにより、現在のモード(並進移動モードまたは回転移動モード)が表示される。
Further, as shown in FIG. 5, the
また、モードインジケータ84aは、ピボット位置PPが教示されたことを表示するピボット位置インジケータを兼ねている。
The
図8に示すように、アーム60を並進移動させるモードでは、医療器具4の先端4dが、X-Y平面上において移動するように、アーム60が移動される。また、図9に示すように、アーム60を回転移動させるモードでは、ピボット位置PPが教示されていない時は、鉗子4bを中心に回転移動し、ピボット位置PPが教示されている時は、ピボット位置PPを支点として医療器具4が回転移動するように、アーム60が移動される。なお、医療器具4のシャフト4cがトロカールTに挿入された状態で、医療器具4が回転移動される。
As shown in FIG. 8, in the mode of translational movement of the
また、図10に示すように、アーム60には、アーム部61の複数の関節部64に対応するように、複数のサーボモータM1と、エンコーダE1と、減速機(図示せず)とが設けられている。エンコーダE1は、サーボモータM1の回転角を検出するように構成されている。減速機は、サーボモータM1の回転を減速させてトルクを増大させるように構成されている。
Further, as shown in FIG. 10, the
また、図10に示すように、並進移動機構部70には、医療器具4の被駆動ユニット4aに設けられた回転体を回転させるためのサーボモータM2と、医療器具4を並進移動させるためのサーボモータM3と、エンコーダE2およびエンコーダE3と、減速機(図示せず)とが設けられている。エンコーダE2およびエンコーダE3は、それぞれ、サーボモータM2およびサーボモータM3の回転角を検出するように構成されている。減速機は、サーボモータM2およびサーボモータM3の回転を減速させてトルクを増大させるように構成されている。
Further, as shown in FIG. 10, the translational
また、ポジショナ40には、ポジショナ40の複数の関節部43に対応するように、複数のサーボモータM4と、エンコーダE4と、減速機(図示せず)とが設けられている。エンコーダE4は、サーボモータM4の回転角を検出するように構成されている。減速機は、サーボモータM4の回転を減速させてトルクを増大させるように構成されている。
Further, the
また、医療用台車3には、医療用台車3の複数の前輪(図示せず)の各々を駆動するサーボモータM5と、エンコーダE5と、減速機(図示せず)とが設けられている。エンコーダE5は、サーボモータM5の回転角を検出するように構成されている。減速機は、サーボモータM5の回転を減速させてトルクを増大させるように構成されている。
The
医療用台車3の制御部31は、指令に基づいて複数のアーム60の移動を制御するアーム制御部31aと、指令に基づいてポジショナ40の移動および医療用台車3の前輪(図示せず)の駆動を制御するポジショナ制御部31bとを含む。アーム制御部31aには、アーム60を駆動するためのサーボモータM1を制御するためのサーボ制御部C1が電気的に接続されている。また、サーボ制御部C1には、サーボモータM1の回転角を検出するためのエンコーダE1が電気的に接続されている。
The
また、アーム制御部31aには、医療器具4を駆動するためのサーボモータM2を制御するためのサーボ制御部C2が電気的に接続されている。また、サーボ制御部C2には、サーボモータM2の回転角を検出するためのエンコーダE2が電気的に接続されている。また、アーム制御部31aには、並進移動機構部70を並進移動するためのサーボモータM3を制御するためのサーボ制御部C3が電気的に接続されている。また、サーボ制御部C3には、サーボモータM3の回転角を検出するためのエンコーダE3が電気的に接続されている。
A servo control unit C2 for controlling a servo motor M2 for driving the
そして、遠隔操作装置2に入力された動作指令が、アーム制御部31aに入力される。アーム制御部31aは、入力された動作指令と、エンコーダE1(E2、E3)により検出された回転角とに基づいて位置指令を生成するとともに、位置指令をサーボ制御部C1(C2、C2)に出力する。サーボ制御部C1(C2、C3)は、アーム制御部31aから入力された位置指令と、エンコーダE1(E2、E3)により検出された回転角とに基づいて、トルク指令を生成するとともに、トルク指令をサーボモータM1(M2、M3)に出力する。これにより、遠隔操作装置2に入力された動作指令に沿うように、アーム60が移動される。
Then, the operation command input to the
また、制御部31は、操作用マニピュレータアーム21によって受けられた医療器具4の操作量をスケーリングして実際に医療器具4を動作させる際の操作量である実操作量を演算する。ここで、「スケーリング」とは、ユーザ(術者)が操作用マニピュレータアーム21を操作した操作量に対して、ある比率(スケーリングの倍率)を乗算した分だけ、医療器具4の先端側の部分(本実施形態では、ツールセンタポイント:TCP)を移動させることを意味する。たとえば、図11に示すように、術者の操作量が「2」である場合に、医療器具4の先端側の部分を「1」だけ移動させるとき(図11の倍率1:2)、スケーリングの倍率は、0.5となる。なお、ツールセンタポイント(TCP)は、特許請求の範囲の「先端側部分」の一例である。
Further, the
ここで、本実施形態では、図11に示すように、制御部31は、医療器具4のTCPが医療器具4を移動させる際の支点となる位置であるピボット位置PPに近づくにつれて、操作量に対するTCPの移動量が小さくなるようにスケーリングの倍率を小さくする。具体的には、制御部31は、TCPがピボット位置PPに近づくにつれてスケーリングの倍率が小さくなるようにスケーリングの倍率を動的に変化させる。言い換えると、スケーリングの倍率は、医療器具4のTCPがピボット位置PPに近づくにつれてリアルタイムで(連続的に)小さくなる。
Here, in the present embodiment, as shown in FIG. 11, the
また、本実施形態では、図11および図12に示すように、鉗子4bのTCP1と鉗子4b用のピボット位置PP1との間の距離L1(図17、図18参照)に応じて変更される鉗子4b用のスケーリングの倍率と、内視鏡6のTCP2と内視鏡用のピボット位置PP2との間の距離L2(図19参照)に応じて変更される内視鏡用のスケーリングの倍率とは互いに独立して設定される。なお、以下では、鉗子4bのTCP1と内視鏡6のTCP2とをまとめでTCPと記載する場合がある。また、鉗子4b用のピボット位置PP1と内視鏡用のピボット位置PP2とをまとめてピボット位置PPと記載する場合がある。また、鉗子4bのTCP1と鉗子4b用のピボット位置PP1との間の距離L1と、内視鏡6のTCP2と内視鏡用のピボット位置PP2との間の距離L2とをまとめて距離Lと記載する場合がる。また、距離L1および距離L2は、特許請求の範囲の「離間距離」の一例である。
Further, in the present embodiment, as shown in FIGS. 11 and 12, forceps that are changed according to the distance L1 (see FIGS. 17 and 18) between the TCP1 of the
具体的には、本実施形態では、図11に示すように、鉗子4b用のスケーリングの倍率は、予めユーザ(術者)に選択可能に複数設けられている。たとえば、鉗子4b用のスケーリングの倍率は、1:1.5(=0.667)、1:2(=0.5)、および、1:3(=0.333)の3種類が設けられており、術者は、3種類のうちのいずれかのスケーリングの倍率を選択する。また、スケーリングの倍率の選択は、遠隔操作装置2において行われる。
Specifically, in the present embodiment, as shown in FIG. 11, a plurality of scaling magnifications for the
なお、図12に示すように、内視鏡6用のスケーリングの倍率は、たとえば、1:3(=0.333)の1種類のみ設けられている。
Note that, as shown in FIG. 12, only one type of scaling factor, for example, 1:3 (=0.333), is provided for the
また、本実施形態では、制御部31は、鉗子4bのTCP1とピボット位置PP1との間の距離L1が第1距離L14以下である場合にスケーリングの倍率を小さくする。また、制御部31は、内視鏡6のTCP2とピボット位置PP2との間の距離L2が第1距離L22以下である場合にスケーリングの倍率を小さくする。たとえば、鉗子4bが設けられるアーム60では、第1距離L14は、100mmである。また、内視鏡6が設けられるアーム60では、第1距離L22は、50mmである。
Further, in the present embodiment, the
また、本実施形態では、制御部31は、鉗子4bのTCP1とピボット位置PP1との間の距離L1が第1距離L14よりも小さい第2距離L11未満である場合に、スケーリングの倍率を一定にする。また、制御部31は、内視鏡6のTCP2とピボット位置PP2との間の距離L2が第1距離L22よりも小さい第2距離L21未満である場合に、スケーリングの倍率を一定にする。たとえば、第2距離L11(L21)は、10mmである。また、一定にされるスケーリングの倍率は、鉗子4bおよび内視鏡6共に、1:5(=0.2)である。
Further, in the present embodiment, when the distance L1 between the TCP1 of the
また、本実施形態では、図11および図12に示すように、制御部31は、医療器具4のTCPとピボット位置PPとの間の距離Lに基づいて、各スケーリングの倍率の間を線形補完することにより、距離Lに対応するスケーリングの倍率を取得する。たとえば、鉗子4bの場合において、鉗子4bのTCP1とピボット位置PP1との間の距離L1がL14の時のスケーリングの倍率が0.667であり、距離がL13の時のスケーリングの倍率が0.5であり、距離がL12の時のスケーリングの倍率が0.333であるとする。そして、現在の、鉗子4bのTCP1とピボット位置PP1との間の距離L1が、L15(L13<L15<L14)である場合、制御部31は、座標(L14、0.667)と、座標(L13、0.5)とを結ぶ線分に基づいて線形補完することにより、L15に対応する倍率K(0.5<K<0.667)を算出する。なお、内視鏡6についても、線形補完の方法は同様である。
Further, in this embodiment, as shown in FIGS. 11 and 12, the
また、本実施形態では、制御部31は、術者によって予め選択されたスケーリングの倍率に対応する移動量を超えない範囲でスケーリングの倍率を動的に変化させる。すなわち、術者が予め鉗子4bに対するスケーリングの倍率のうち、1:2(=0.5)を選択していたとする。この場合において、距離L1が、L13を超えた場合でも、スケーリングの倍率は、1:2(=0.5)を超えることはない。つまり、術者が予め選択した倍率以下の範囲で、スケーリングの倍率が変化する。なお、内視鏡6に対するスケーリングの倍率は、1つ(1:3)であり、距離L2が、L22を超えた場合でも、スケーリングの倍率は、1:3を超えることはない。
Further, in the present embodiment, the
また、アーム60は、鉗子4bが取り付けられる複数のアーム60a、60cおよび60dと、内視鏡6が取り付けられる1つのアーム60bとを含む。ここで、術者が、遠隔操作装置2の操作ペダル22を操作(踏む)ことにより、操作用マニピュレータアーム21によって操作されるアーム60a~60dが選択される。たとえば、鉗子4bが取り付けられる複数のアーム60a、60cおよび60dのうちの2つが、操作用マニピュレータアーム21によって操作されるアーム60として選択される。また、内視鏡6が取り付けられる1つのアーム60bが、操作用マニピュレータアーム21によって操作されるアーム60として選択される。
そして、本実施形態では、制御部31は、鉗子4bが取り付けられる各アーム60(アーム60a、60cおよび60dのうちのいずれか2つ)のスケーリングの倍率のうちの最も小さいスケーリングの倍率を、各アーム60(アーム60a、60cおよび60cのうちのいずれか2つ)に共通のスケーリングの倍率とする。たとえば、アーム60aおよび60cが操作用マニピュレータアーム21によって操作されるアーム60として選択されている場合、アーム60aに対するスケーリングの倍率と、アーム60cに対するスケーリングの倍率とのうち、小さい方(操作用マニピュレータアーム21の操作量に対するTCP1の移動量が小さい方)のスケーリングの倍率が、アーム60aおよび60cに共通のスケーリングの倍率となる。
In this embodiment, the
また、制御部31(アーム制御部31a)は、操作部80のジョイスティック82からの入力信号に基づいてアーム60を操作するように構成されている。具体的には、アーム制御部31aは、ジョイスティック82から入力された入力信号(動作指令)と、エンコーダE1により検出された回転角とに基づいて位置指令を生成するとともに、位置指令をサーボ制御部C1に出力する。サーボ制御部C1は、アーム制御部31aから入力された位置指令と、エンコーダE1により検出された回転角とに基づいて、トルク指令を生成するとともに、トルク指令をサーボモータM1に出力する。これにより、ジョイスティック82に入力された動作指令に沿うように、アーム60が移動される。
The control section 31 (
制御部31(アーム制御部31a)は、操作部80のスイッチ部83からの入力信号に基づいてアーム60を操作するように構成されている。具体的には、アーム制御部31aは、スイッチ部83から入力された入力信号(動作指令)と、エンコーダE1またはE3により検出された回転角とに基づいて位置指令を生成するとともに、位置指令をサーボ制御部C1またはC3に出力する。サーボ制御部C1またはC3は、アーム制御部31aから入力された位置指令と、エンコーダE1またはE3により検出された回転角とに基づいて、トルク指令を生成するとともに、トルク指令をサーボモータM1またはM3に出力する。これにより、スイッチ部83に入力された動作指令に沿うように、アーム60が移動される。
The control section 31 (
また、図10に示すように、ポジショナ制御部31bには、ポジショナ40を移動するサーボモータM4を制御するためのサーボ制御部C4が電気的に接続されている。また、サーボ制御部C4には、サーボモータM4の回転角を検出するためのエンコーダE4が電気的に接続されている。また、ポジショナ制御部31bには、医療用台車3の前輪(図示せず)を駆動するサーボモータM5を制御するためのサーボ制御部C5が電気的に接続されている。また、サーボ制御部C5には、サーボモータM5の回転角を検出するためのエンコーダE5が電気的に接続されている。
Further, as shown in FIG. 10, the
また、入力装置33から準備位置の設定などに関する動作指令が、ポジショナ制御部31bに入力される。ポジショナ制御部31bは、入力装置33から入力された動作指令と、エンコーダE4により検出された回転角とに基づいて位置指令を生成するとともに、位置指令をサーボ制御部C4に出力する。サーボ制御部C4は、ポジショナ制御部31bから入力された位置指令と、エンコーダE4により検出された回転角とに基づいて、トルク指令を生成するとともに、トルク指令をサーボモータM4に出力する。これにより、入力装置33に入力された動作指令に沿うように、ポジショナ40が移動される。同様に、入力装置33からの動作指令に基づいて、ポジショナ制御部31bは、医療用台車3を移動させる。
Further, an operation command related to the setting of the preparation position is input from the
(鉗子の操作方法)
次に、図13および図14を参照して、医療器具4(鉗子4b)の操作方法について説明する。なお、以下では、術者が、遠隔操作装置2の操作ペダル22を操作(踏む)ことにより、操作用マニピュレータアーム21によって操作されるアーム60として、鉗子4bが取り付けられた2つのアーム60が選択されているとする。また、術者は、予め、3つのスケーリングの倍率のうちのいずれかが選択されているとする。
(How to operate forceps)
Next, a method of operating the medical instrument 4 (
まず、図13に示すように、ステップS1において、制御部31は、鉗子4bに対する操作量を受け付ける。具体的には、術者が操作用マニピュレータアーム21を操作する。制御部31は、操作された操作用マニピュレータアーム21の操作量を受け付ける。
First, as shown in FIG. 13, in step S1, the
次に、ステップS2において、制御部31は、操作用マニピュレータアーム21により受け付けられた鉗子4bに対する操作量をスケーリングして実際に鉗子4bを動作させる際の操作量である実操作量を演算する。具体的には、制御部31は、鉗子4bのTCP1が鉗子4bを移動させる際の支点となる位置であるピボット位置PP1に近づくにつれて、操作量に対するTCP1の移動量が小さくなるようにスケーリングの倍率を小さくして実操作量を演算する。
Next, in step S2, the
詳細には、図14に示すように、まず、ステップS2aにおいて、術者により予め選択されたスケーリングの倍率が1:1.5であるか否かが判定される。 Specifically, as shown in FIG. 14, first, in step S2a, it is determined whether or not the scaling ratio preselected by the operator is 1:1.5.
ステップS2aにおいて、yesの場合、ステップS2bにおいて、鉗子4bのTCP1と、ピボット位置PP1との間の距離L1が、L14(たとえば、100mm)以上であるか否かが判定される。ステップS2bにおいて、yesの場合、ステップS2cにおいて、スケーリングの倍率が、1:1.5に設定される。
If yes in step S2a, it is determined in step S2b whether or not the distance L1 between the TCP1 of the
ステップS2bにおいて、noの場合、ステップS2dにおいて、距離L1が、L13(たとえば、70.5mm)以上であるか否かが判定される。ステップS2bにおいて、yesの場合、ステップS2eにおいて、スケーリングの倍率1:1.5と1:2との間において線形補完されたスケーリングの倍率が設定される。 If no in step S2b, it is determined in step S2d whether or not the distance L1 is greater than or equal to L13 (for example, 70.5 mm). If yes in step S2b, a linearly interpolated scaling factor between 1:1.5 and 1:2 is set in step S2e.
ステップS2dにおいて、noの場合、ステップS2fにおいて、距離L1が、L12(たとえば、50mm)以上であるか否かが判定される。ステップS2fにおいて、yesの場合、ステップS2gにおいて、スケーリングの倍率1:2と1:3との間において線形補完されたスケーリングの倍率が設定される。 If no in step S2d, it is determined in step S2f whether or not the distance L1 is greater than or equal to L12 (for example, 50 mm). If yes in step S2f, a linearly interpolated scaling factor between scaling factors 1:2 and 1:3 is set in step S2g.
ステップS2fにおいて、noの場合、ステップS2hにおいて、距離L1が、L11(たとえば、10mm)以上であるか否かが判定される。ステップS2hにおいて、yesの場合、ステップS2iにおいて、スケーリングの倍率1:3と1:5との間において線形補完されたスケーリングの倍率が設定される。ステップS2hにおいて、noの場合、ステップS2jにおいて、スケーリングの倍率が1:5に設定される。 If no in step S2f, it is determined in step S2h whether or not the distance L1 is greater than or equal to L11 (for example, 10 mm). If yes in step S2h, a linearly interpolated scaling factor between 1:3 and 1:5 is set in step S2i. If no in step S2h, the scaling factor is set to 1:5 in step S2j.
ステップS2aにおいて、noの場合、ステップS2kにおいて、術者により予め選択されたスケーリングの倍率が1:2であるか否かが判定される。ステップS2kにおいて、yesの場合、ステップS2lにおいて、距離L1が、L13未満であるか否かが判定される。ステップS2lにおいて、yesの場合、ステップS2fに進む。ステップS2lにおいて、noの場合、ステップS2mにおいて、スケーリングの倍率が1:2に設定される。 If no in step S2a, it is determined in step S2k whether or not the scaling factor pre-selected by the operator is 1:2. If yes in step S2k, it is determined in step S2l whether or not the distance L1 is less than L13. If yes in step S2l, the process proceeds to step S2f. If no in step S2l, the scaling ratio is set to 1:2 in step S2m.
ステップS2kにおいて、noの場合、ステップS2nにおいて、距離L1が、L12未満であるか否かが判定される。ステップS2nにおいて、yesの場合、ステップS2hに進む。ステップS2nにおいて、noの場合、ステップS2oにおいて、スケーリングの倍率が1:3に設定される。 If no in step S2k, it is determined in step S2n whether or not the distance L1 is less than L12. If yes in step S2n, the process proceeds to step S2h. If no in step S2n, the scaling factor is set to 1:3 in step S2o.
そして、図13に示すように、ステップS3において、制御部31は、鉗子4bが取り付けられた2つのアーム60の各々に対して、スケーリングの倍率を演算したか否かを判定する。ステップS3において、noの場合、ステップS2に戻る。
Then, as shown in FIG. 13, in step S3, the
ステップS3においてyesの場合、ステップS4において、制御部31は、鉗子4bが取り付けられた2つのアーム60の各々に対するスケーリングの倍率を比較して、スケーリングの倍率のうちの最も小さいスケーリングの倍率を、鉗子4bが取り付けられた2つのアーム60に共通のスケーリングの倍率とする。
If yes in step S3, in step S4, the
そして、ステップS5において、制御部31は、共通のスケーリングの倍率に基づいて、鉗子4bが取り付けられた2つのアーム60を動作させる。具体的には、制御部31は、操作用マニピュレータアーム21が受け付けた操作量に共通のスケーリングの倍率を乗算した値を逆変換して、アーム60を駆動する。なお、「逆変換」とは、操作量(目的となるアーム60の位置・姿勢)からアーム60の関節の変位(サーボモータM1~M3の回転角度)を求めることである。なお、上記の動作は、アーム60の動作中に繰り返し行われている。また、操作用マニピュレータアーム21によって操作されるアーム60が変更された場合には、変更後のアーム60に対して上記の動作が行われる。
Then, in step S5, the
(内視鏡の操作方法)
次に、図15および図16を参照して、内視鏡6の操作方法について説明する。なお、以下では、術者が、遠隔操作装置2の操作ペダル22を操作(踏む)ことにより、操作用マニピュレータアーム21によって操作されるアーム60が選択されているとする。
(How to operate an endoscope)
Next, a method of operating the
図15に示すように、ステップS11において、制御部31は、内視鏡6に対する操作量を受け付ける。
As shown in FIG. 15, in step S11, the
次に、ステップS12において、操作用マニピュレータアーム21により受け付けられた内視鏡6に対する操作量をスケーリングして実際に内視鏡6を動作させる際の操作量である実操作量を演算する。
Next, in step S12, the operation amount for the
具体的には、図16に示すように、ステップS12aにおいて、距離L2が、L22(たとえば、50mm)以下であるか否かが判定される。ステップS12aにおいて、yesの場合、ステップS12bにおいて、距離L2が、L21(たとえば、10mm)以上であるか否かが判定される。ステップS12bにおいて、yesの場合、ステップS12cにおいて、スケーリングの倍率1:3と1:5との間において線形補完されたスケーリングの倍率が設定される。 Specifically, as shown in FIG. 16, in step S12a, it is determined whether or not the distance L2 is equal to or less than L22 (for example, 50 mm). If yes in step S12a, it is determined in step S12b whether or not the distance L2 is greater than or equal to L21 (for example, 10 mm). If yes in step S12b, then in step S12c, a linearly interpolated scaling factor between 1:3 and 1:5 is set.
ステップS12bにおいて、noの場合、ステップS12dにおいて、スケーリングの倍率が1:5に設定される。 If no in step S12b, the scaling factor is set to 1:5 in step S12d.
ステップS12aにおいて、noの場合、ステップS12eにおいて、スケーリングの倍率が1:3に設定される。 If no in step S12a, the scaling factor is set to 1:3 in step S12e.
そして、図15に示すように、ステップS13において、制御部31は、設定されたスケーリングの倍率に基づいて、内視鏡6が取り付けられたアーム60を動作させる。具体的には、制御部31は、操作用マニピュレータアーム21が受け付けた操作量に設定されたスケーリングの倍率を乗算した値を逆変換して、アーム60を駆動する。
Then, as shown in FIG. 15, in step S13, the
次に、図17および図18を参照して、鉗子4bのTCP1とピボット位置PP1との間の距離L1と、アーム60の振動との関係について説明する。
Next, the relationship between the distance L1 between the TCP1 of the
図17に示すように、鉗子4bのTCP1とピボット位置PP1との間の距離L1が比較的大きい場合において、鉗子4bのTCP1を所望の距離L3分動かそうとする際、アーム60の小さい移動で鉗子4bのTCP1を移動させることが可能になる。一方、図18に示すように、鉗子4bのTCP1とピボット位置PP1との間の距離L1が比較的小さい場合において、鉗子4bのTCP1を所望の距離L3分動かそうとする際、アーム60を大きく動かす必要がある。このとき、アーム60および鉗子4bが振動する。そこで、上記のように、鉗子4bのTCP1がピボット位置PP1に近づくにつれてスケーリングの倍率を小さくすることにより、術者の操作量に対してアーム60の移動量が少なくなるので、アーム60の振動を抑制することが可能になる。図19に示すように、内視鏡6についても同様に、内視鏡6のTCP2がピボット位置PP2に近づくにつれてスケーリングの倍率を小さくすることにより、アーム60および内視鏡6の振動を抑制することが可能になる。
As shown in FIG. 17, when the distance L1 between the TCP1 of the
[本実施形態の効果]
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
[Effect of this embodiment]
The following effects can be obtained in this embodiment.
(手術支援ロボットの効果)
本実施形態では、上記のように、制御部31は、医療器具4の先端側の部分(TCP)が医療器具4を移動させる際の支点となる位置であるピボット位置PPに近づくにつれて、操作量に対するTCPの移動量が小さくなるようにスケーリングの倍率を小さくする。これにより、医療器具4のTCPとピボット位置PPとの間の距離Lが小さい場合、操作量に対する医療器具4のTCPの移動量が小さくなる。すなわち、医療器具4を移動させるアーム60の移動量も小さくなるので、その分、アーム60および医療器具4の振動を抑制することができる。
(Effect of surgical assistance robot)
In the present embodiment, as described above, the
また、本実施形態では、上記のように、制御部31は、医療器具4のTCPがピボット位置PPに近づくにつれてスケーリングの倍率が小さくなるようにスケーリングの倍率を動的に変化させる。これにより、ピボット位置PPに対して医療器具4のTCPが相対的に移動した場合でも、移動した後の医療器具4のTCPに対応してスケーリングの倍率が変化されるので、ピボット位置PPに対する医療器具4のTCPのいずれの相対位置においても、アーム60および医療器具4が振動するのを抑制することができる。
Further, in the present embodiment, as described above, the
また、本実施形態では、上記のように、制御部31は、医療器具4のTCPとピボット位置PPとの間の距離L1(L2)が第1距離L14(L22)以下である場合にスケーリングの倍率を小さくする。これにより、アーム60および医療器具4の振動が比較的小さい、医療器具4のTCPとピボット位置PPとの間の距離L1(L2)が大きい領域では、スケーリングの倍率が変更されないので、制御部31の負担(制御負担)を軽減することができる。
Further, in the present embodiment, as described above, the
また、本実施形態では、上記のように、制御部31は、医療器具4のTCPとピボット位置PPとの間の距離L1(L2)が第1距離L14(L22)よりも小さい第2距離L11(L21)未満である場合に、スケーリングの倍率を一定にする。これにより、操作量に対する医療器具4のTCPの移動量が過度に小さくなる(操作用マニピュレータアーム21を操作しても医療器具4がほとんど動かなくなる)のを抑制することができる。
Further, in the present embodiment, as described above, the
また、本実施形態では、上記のように、スケーリングの倍率は、予め術者に選択可能に複数設けられており、制御部31は、医療器具4のTCPとピボット位置PPとの間の距離L1(L2)に基づいて、複数のスケーリングの倍率の間を線形補完することにより、距離に対応するスケーリングの倍率を取得する。これにより、予め術者に選択可能なスケーリングの倍率が離散的な値であっても、複数のスケーリングの倍率の間を線形補完することにより、医療器具4のTCPとピボット位置PPとの間の距離L1(L2)に応じたスケーリングの倍率を精度よく設定することができる。
Further, in the present embodiment, as described above, a plurality of scaling magnifications are provided in advance so that the operator can select them. Based on (L2), a scaling factor corresponding to the distance is obtained by linearly interpolating between a plurality of scaling factors. As a result, even if the scaling factors that can be selected in advance by the operator are discrete values, linear interpolation between a plurality of scaling factors allows the relationship between the TCP of the
また、本実施形態では、上記のように、制御部31は、術者によって予め選択されたスケーリングの倍率に対応する移動量を超えない範囲でスケーリングの倍率を動的に変化させる。これにより、医療器具4のTCPとピボット位置PPとの間の距離Lが大きくなった場合でも、術者の意図に反して医療器具4のTCPの移動量が大きくなるのを抑制することができる。
Further, in the present embodiment, as described above, the
また、本実施形態では、上記のように、アーム60は、医療器具4としての鉗子4bが取り付けられるアーム60a、60cおよび60dと、医療器具4としての内視鏡6が取り付けられるアーム60bとを含み、ピボット位置PPは、アーム60a、60cおよび60dに対する鉗子4b用のピボット位置PP1と、アーム60bに対する内視鏡6用のピボット位置PP2とを含む。鉗子4bのTCP1と鉗子4b用のピボット位置PP1との間の距離L1に応じて変更される鉗子4b用のスケーリングの倍率と、内視鏡6のTCP2と内視鏡6のピボット位置PP2との間の距離L2に応じて変更される内視鏡6のスケーリングの倍率とは互いに独立して設定される。これにより、鉗子4b用のスケーリングの倍率と内視鏡6用のスケーリングの倍率とが同じに設定されている場合と異なり、鉗子4bと内視鏡6とに対して適切にスケーリングの倍率を設定することができる。
In this embodiment, as described above, the
また、本実施形態では、上記のように、アーム60は、医療器具4としての鉗子4bが取り付けられる複数のアーム60a、60cおよび60dを含む。制御部31は、各アーム60(上記の実施形態では、アーム60a、60cおよび60dのうちの2つ)のスケーリングの倍率のうちの最も小さいスケーリングの倍率を、各アーム60に共通のスケーリングの倍率とする。これにより、各アーム60のスケーリングの倍率が等しくされるので、各アーム60に取り付けられた複数の医療器具4に対する術者の操作感(操作用マニピュレータアーム21の操作に対する医療器具4の移動量)を均一にすることができる。また、各アーム60のスケーリングの倍率のうちの大きい側のスケーリングの倍率を共通のスケーリングの倍率とする場合と異なり、術者の意図に反して医療器具4のTCP1の移動量が大きくなるのを抑制することができる。
Moreover, in this embodiment, as described above, the
また、本実施形態では、上記のように、制御部31は、医療器具4のTCP(ツールセンタポイント)がピボット位置PPに近づくにつれてスケーリングの倍率を小さくする。ここで、医療器具4の先端の位置(座標)は、医療器具4の形状(長さなど)によって異なる場合があるので、医療器具4の先端とピボット位置PPとの間の距離Lに応じてスケーリングの倍率を変更する場合、医療器具4の形状ごとに制御を異ならせる必要がある。そこで、上記のようにツールセンタポイントを用いることによって、医療器具4の形状などが変更されてもTCPが共通である場合があるので、その場合には、共通の制御によってスケーリングの倍率を変更することができる。
Further, in the present embodiment, as described above, the
(医療器具4の操作方法の効果)
また、本実施形態では、上記のように、実操作量を演算するステップは、医療器具4のTCPが医療器具4を移動させる際の支点となるピボット位置PPに近づくにつれて、操作量に対する医療器具4のTCPの移動量が小さくなるようにスケーリングの倍率を小さくして実操作量を演算するステップを含む。これにより、医療器具4のTCPとピボット位置PPとの間の距離Lが小さい場合、操作量に対する医療器具4のTCPの移動量が小さくなる。すなわち、医療器具4を移動させるアーム60の移動量も小さくなるので、その分、アーム60および医療器具4の振動を抑制することが可能な医療器具4の操作方法を提供することができる。
(Effect of operation method of medical device 4)
Further, in the present embodiment, as described above, the step of calculating the actual amount of operation is performed as the TCP of the
[変形例]
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。
[Modification]
It should be noted that the embodiments disclosed this time should be considered as examples and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is indicated by the scope of claims rather than the description of the above-described embodiments, and includes all modifications (modifications) within the scope and meaning equivalent to the scope of claims.
たとえば、上記実施形態では、制御部31が医療用マニピュレータ1に設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、制御部31が遠隔操作装置2に設けられていてもよい。たとえば、制御部31が医療用マニピュレータ1と遠隔操作装置2とは別に設けられていてもよい。
For example, in the above embodiment, an example in which the
また、上記実施形態では、医療器具4のTCPがピボット位置PPに近づくにつれてスケーリングの倍率が小さくなるようにスケーリングの倍率が連続的に変化する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、制御部31が、医療器具4のTCPがピボット位置PPに近づくにつれてスケーリングの倍率が小さくなるようにスケーリングの倍率を段階的に変化させてもよい。これにより、設定可能なスケーリングの倍率の数が少なくなるので、制御部31の負担を軽減することができる。
Further, in the above-described embodiment, an example was shown in which the scaling factor continuously changes so that the scaling factor decreases as the TCP of the
また、上記実施形態では、制御部31は、鉗子4bのTCP1とピボット位置PP1との間の距離L1が第1距離L14以下である場合にスケーリングの倍率を小さくし、第1距離L14よりも小さい第2距離L11未満である場合に、スケーリングの倍率を一定にする例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第1距離L14および第2距離L11を超える領域で、スケーリングの倍率を変化させてもよい。同様に、内視鏡6に対する、第1距離L22および第2距離L21を超える領域で、スケーリングの倍率を変化させてもよい。
Further, in the above embodiment, the
また、上記実施形態では、アーム60が4つ設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、アーム60の数は、少なくとも1つ以上設けられていればよい。
Moreover, although the example in which the four
また、上記実施形態では、鉗子4bに対するスケーリングの倍率が3つ設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、鉗子4bに対するスケーリングの倍率が3つ以外の数、設けられていてもよい。
Further, in the above-described embodiment, an example in which three scaling magnifications are provided for the
また、上記実施形態では、内視鏡6に対するスケーリングの倍率が1つ設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、内視鏡6に対するスケーリングの倍率を複数設けてもよい。
Further, in the above-described embodiment, an example in which one scaling factor is provided for the
また、上記実施形態では、制御部31は、医療器具4のTCPとピボット位置PPとの間の距離Lが大きくなった場合でも、術者によって予め選択されたスケーリングの倍率に対応する移動量を超えない範囲でスケーリングの倍率を動的に変化させる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、医療器具4のTCPとピボット位置PPとの間の距離Lが大きくなった場合に、術者によって予め選択されたスケーリングの倍率に対応する移動量を超えてスケーリングの倍率を動的に変化させてもよい。
Further, in the above embodiment, even when the distance L between the TCP of the
また、上記実施形態では、アーム部61およびポジショナ40が7軸多関節ロボットから構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、アーム60およびポジショナ40が7軸多関節ロボット以外の軸構成(例えば、6軸や8軸)の多関節ロボットなどから構成されていてもよい。
Further, in the above-described embodiment, an example in which the
また、上記実施形態では、医療用マニピュレータ1が、医療用台車3と、ポジショナ40と、アームベース50とを備えている例を示したが、本発明はこれに限らない。たとえば、医療用台車3と、ポジショナ40と、アームベース50は必ずしも必要なく、医療用マニピュレータ1が、アーム60だけで構成されてもよい。
Moreover, although the
また、上記実施形態では、医療器具4の先端側部分が、ツールセンタポイントである例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、医療器具4の先端側部分を、ツールセンタポイントの近傍(TCPから1mm~3mm離間した位置)としてもよい。
Further, in the above-described embodiment, an example was shown in which the tip side portion of the
本明細書で開示する要素の機能は、開示された機能を実行するよう構成またはプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ASIC(Application Specific Integrated Circuits)、従来の回路、および/または、それらの組み合わせ、を含む回路または処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路または回路と見なされる。本開示において、回路、ユニット、または手段は、列挙された機能を実行するハードウェアであるか、または、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウェアである。ハードウェアは、本明細書に開示されているハードウェアであってもよいし、あるいは、列挙された機能を実行するようにプログラムまたは構成されているその他の既知のハードウェアであってもよい。ハードウェアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、手段、またはユニットはハードウェアとソフトウェアの組み合わせであり、ソフトウェアはハードウェアおよび/またはプロセッサの構成に使用される。 The functionality of the elements disclosed herein may be accomplished using general purpose processors, special purpose processors, integrated circuits, Application Specific Integrated Circuits (ASICs), conventional circuits, and/or those configured or programmed to perform the disclosed functions. can be implemented using a circuit or processing circuit that includes a combination of A processor is considered a processing circuit or circuit because it includes transistors and other circuits. In this disclosure, a circuit, unit, or means is hardware that performs or is programmed to perform the recited functions. The hardware may be the hardware disclosed herein, or other known hardware programmed or configured to perform the recited functions. A circuit, means or unit is a combination of hardware and software where the hardware is a processor which is considered a type of circuit, the software being used to configure the hardware and/or the processor.
1 医療用マニピュレータ(患者側装置)
2 遠隔操作装置(操作者側装置)
4 医療器具
4b 鉗子
6 内視鏡
21 操作用マニピュレータアーム(操作部)
31 制御部
60 アーム
60a、60c、60d アーム(第1アーム)
60b アーム(第2アーム)
100 外科手術システム(手術支援システム)
L1 鉗子のTCP1とピボット位置PP1との間の距離(離間距離)
L2 内視鏡のTCP2とピボット位置PP2との間の距離(離間距離)
L14、L22 第1距離
L11、L21 第2距離
PP ピボット位置
PP1 ピボット位置(鉗子用ピボット位置)
PP2 ピボット位置(内視鏡用ピボット位置)
TCP ツールセンタポイント(先端側部分)
1 Medical manipulator (patient device)
2 Remote control device (operator side device)
4
31
60b arm (second arm)
100 surgical operation system (surgical support system)
L1 Distance between TCP1 of forceps and pivot position PP1 (separation distance)
L2 Distance (separation distance) between TCP2 of the endoscope and pivot position PP2
L14, L22 First distance L11, L21 Second distance PP Pivot position PP1 Pivot position (pivot position for forceps)
PP2 pivot position (endoscope pivot position)
TCP tool center point (tip side part)
Claims (12)
前記医療器具に対する操作量を受け付ける操作部を含む操作者側装置と、
受け付けられた前記操作量をスケーリングして実際に前記医療器具を動作させる際の操作量である実操作量を演算する制御部と、を備え、
前記医療器具は、エンドエフェクタと、前記エンドエフェクタを第1軸について回転可能に支持する第1支持体と、前記第1支持体を第2軸について回転可能に支持する第2支持体と、前記第2支持体に接続されるシャフトとを含み、
前記制御部は、前記医療器具の先端から前記第1軸を含む先端側部分が、前記アームによって前記医療器具を回転移動させる際の支点となるように1つの点として設定されたピボット位置に近づくにつれて、前記操作量に対する前記先端側部分の移動量が小さくなるように前記スケーリングの倍率を小さくする(但し、前記スケーリングの倍率は0を含まない値である)、手術支援システム。 a patient side device including an arm to which a medical device is attached on the distal side;
an operator-side device including an operation unit that receives an operation amount for the medical instrument;
a control unit that scales the received operation amount and calculates an actual operation amount that is an operation amount when actually operating the medical device;
The medical device includes an end effector, a first support that supports the end effector rotatably about a first axis, a second support that supports the first support rotatably about a second axis, and a shaft connected to the second support;
The control unit approaches a pivot position set as one point so that a distal end side portion including the first axis from the distal end of the medical instrument becomes a fulcrum when the medical instrument is rotationally moved by the arm. As the operation amount increases, the scaling factor is decreased so that the amount of movement of the distal end portion with respect to the operation amount decreases (however, the scaling factor is a value that does not include 0).
前記制御部は、前記先端側部分と前記ピボット位置との間の距離である離間距離に基づいて、各前記スケーリングの倍率の間を線形補完することにより、前記離間距離に対応するスケーリングの倍率を取得する、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の手術支援システム。 A plurality of magnifications for the scaling are provided in advance so that they can be selected by the user,
Based on the separation distance, which is the distance between the distal end portion and the pivot position, the control unit obtains the scaling magnification corresponding to the separation distance by linearly interpolating between the respective scaling magnifications. 5. The surgical support system according to any one of claims 1 to 4, obtained.
前記ピボット位置は、前記第1アームに対する鉗子用のピボット位置と、前記第2アームに対する内視鏡用のピボット位置とを含み、
前記鉗子の前記先端側部分と前記鉗子用のピボット位置との間の距離に応じて変更される鉗子用のスケーリングの倍率と、前記内視鏡の先端と前記内視鏡用のピボット位置との間の距離に応じて変更される内視鏡用のスケーリングの倍率とは互いに独立して設定される、請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の手術支援システム。 The arm includes a first arm to which forceps as the medical instrument is attached and a second arm to which the endoscope as the medical instrument is attached,
the pivot positions include a forceps pivot position relative to the first arm and an endoscope pivot position relative to the second arm;
a scaling factor for a forceps that changes according to the distance between the distal portion of the forceps and a pivot position for the forceps; 7. The surgery support system according to any one of claims 1 to 6, which is set independently of the endoscope scaling magnification that is changed according to the distance between the two.
前記制御部は、各前記第1アームの前記スケーリングの倍率のうちの最も小さい前記スケーリングの倍率を、各前記第1アームに共通の前記スケーリングの倍率とする、請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の手術支援システム。 The arm includes a plurality of first arms to which forceps as the medical instrument are attached,
8. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the control unit sets the smallest scaling factor among the scaling factors of the first arms as the scaling factor common to the first arms. The surgery support system according to any one of items 1 and 2.
前記医療器具に対する操作量を受け付ける操作部により受け付けられた前記操作量をスケーリングして実際に前記医療器具を動作させる際の操作量である実操作量を演算する制御部を備え、
前記医療器具は、エンドエフェクタと、前記エンドエフェクタを第1軸について回転可能に支持する第1支持体と、前記第1支持体を第2軸について回転可能に支持する第2支持体と、前記第2支持体に接続されるシャフトとを含み、
前記制御部は、前記医療器具の先端から前記第1軸を含む先端側部分が前記アームによって前記医療器具を回転移動させる際の支点となるように1つの点として設定されたピボット位置に近づくにつれて、前記操作量に対する前記先端側部分の移動量が小さくなるように前記スケーリングの倍率を小さくする(但し、前記スケーリングの倍率は0を含まない値である)、患者側装置。 A patient-side device comprising an arm with a medical device attached to the distal end thereof,
a control unit that scales the operation amount received by the operation unit that receives the operation amount for the medical device and calculates an actual operation amount that is the operation amount when actually operating the medical device;
The medical device includes an end effector, a first support that supports the end effector rotatably about a first axis, a second support that supports the first support rotatably about a second axis, and a shaft connected to the second support;
As the control unit approaches a pivot position set as one point so that a distal end portion including the first axis from the distal end of the medical instrument approaches a fulcrum when the medical instrument is rotationally moved by the arm. , the patient-side device, wherein the scaling factor is reduced so that the amount of movement of the distal end portion with respect to the operation amount is small (however, the scaling factor is a value that does not include 0).
前記医療器具は、エンドエフェクタと、前記エンドエフェクタを第1軸について回転可能に支持する第1支持体と、前記第1支持体を第2軸について回転可能に支持する第2支持体と、前記第2支持体に接続されるシャフトとを含み、
前記操作部が前記医療器具に対する前記操作量を受け付けた場合に、前記制御部が受け付けられた前記操作量をスケーリングして実際に前記医療器具を動作させる際の操作量である実操作量を演算し、
前記実操作量の演算は、前記医療器具の先端から前記第1軸を含む先端側部分が前記アームによって前記医療器具を回転移動させる際の支点となるように1つの点として設定されたピボット位置に近づくにつれて、前記操作量に対する前記先端側部分の移動量が小さくなるように前記スケーリングの倍率を小さくして前記実操作量を演算する(但し、前記スケーリングの倍率は0を含まない値である)ことにより実行される、演算方法。 performed by the control unit of a surgery support system comprising a patient-side device including an arm to which a medical device is attached on the tip end side, an operator-side device including an operation unit that receives an operation amount for the medical device, and a control unit A calculation method that
The medical device includes an end effector, a first support that supports the end effector rotatably about a first axis, a second support that supports the first support rotatably about a second axis, and a shaft connected to the second support;
When the operation unit receives the operation amount for the medical device, the control unit scales the received operation amount to actually operate the medical device. calculate the amount of
The calculation of the actual operation amount is performed by setting a pivot point such that a distal end side portion including the first axis from the distal end of the medical device serves as a fulcrum when the medical device is rotationally moved by the arm. As the position is approached, the actual operation amount is calculated by reducing the scaling factor so that the amount of movement of the tip side portion with respect to the operation amount becomes smaller ( however, the scaling factor is a value that does not include 0). method of operation performed by
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