JP7345010B2 - surgical support robot - Google Patents

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Description

この発明は、手術支援ロボットに関し、特に、アームを操作する操作部を備える手術支援ロボットに関する。 The present invention relates to a surgical support robot, and more particularly to a surgical support robot equipped with an operating section for operating an arm.

従来、アームを操作する操作部を備える手術支援ロボットが知られている(たとえば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a surgical support robot including an operating section for operating an arm is known (see, for example, Patent Document 1).

上記特許文献1には、関節式プローブと、手術用器具と、コントローラ(以下、アームという)とを備えるロボットシステム(手術支援ロボット)が開示されている。手術用器具は、関節式プローブの先端に設けられている。また、アームは、関節式プローブおよび手術用器具を操作(移動)するように構成されている。また、ロボットシステムには、ジョイスティックが設けられている。操作者がジョイスティックを操作することによって、アームに対して、手術用器具を操作させるための信号が出力される。また、ジョイスティックの変位(倒れ方)に応じて手術用器具の変位、速度および加速度が操作される。なお、ジョイスティックは、アーム(関節式プローブ、手術用器具)から離間した位置に配置されている。 The above Patent Document 1 discloses a robot system (surgery support robot) that includes an articulated probe, a surgical instrument, and a controller (hereinafter referred to as an arm). A surgical instrument is provided at the tip of the articulating probe. The arm is also configured to manipulate (move) the articulating probe and surgical instruments. The robot system is also provided with a joystick. When the operator operates the joystick, a signal for operating the surgical instrument is output to the arm. Furthermore, the displacement, speed, and acceleration of the surgical instrument are controlled according to the displacement (how it falls) of the joystick. Note that the joystick is placed at a position separated from the arm (articulated probe, surgical instrument).

特開2019-162427号公報JP2019-162427A

しかしながら、上記特許文献1のようなロボットシステム(手術支援ロボット)では、手術時には、アームから離間した位置に配置されているジョイスティックが操作されることにより、手術用器具が操作される。一方、手術前の準備の段階では、アームを移動させて、手術用器具を患者の近傍まで移動させる。この場合、上記特許文献1のようなロボットシステムでは、ジョイスティックが、アームから離間した位置に配置されているため、手術用器具を患者の近傍まで移動させるようにジョイスティックによりアームを移動させるのが困難な場合があるという問題点がある。 However, in the robot system (surgical support robot) as disclosed in Patent Document 1, during surgery, surgical instruments are operated by operating a joystick located at a position separated from the arm. On the other hand, in the preparation stage before surgery, the arm is moved to move the surgical instrument close to the patient. In this case, in a robot system such as the one disclosed in Patent Document 1, the joystick is located at a distance from the arm, so it is difficult to move the arm using the joystick to move the surgical instrument close to the patient. The problem is that there are cases where

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、アームを操作部により容易に操作することが可能な手術支援ロボットを提供することである。 This invention was made to solve the above-mentioned problems, and one object of the invention is to provide a surgical support robot whose arm can be easily operated by an operating section. .

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、複数のリンクと複数の関節を有するアームと、複数のリンクのうちの少なくとも一つのリンクに取り付けられ、アームを操作する操作部とを備え、操作部は、操作者が把持する把持部と、把持部に加えられた力に基づいて、アームの移動方向および移動速度を制御するための信号を出力するセンサと、押下されることによりアームの移動を許可するイネーブルスイッチと、を含み、センサは、操作者がアームの移動を許可する状態となるように操作部を把持してイネーブルスイッチを押下した状態で、把持部に加えられた力に基づいて、アームの移動方向および移動速度を制御するための信号を出力するIn order to achieve the above object, a surgical support robot according to a first aspect of the present invention includes an arm having a plurality of links and a plurality of joints, and is attached to at least one link of the plurality of links to operate the arm. The operating section includes a grip part that is gripped by the operator, and a sensor that outputs a signal for controlling the moving direction and speed of the arm based on the force applied to the grip part. an enable switch that permits movement of the arm when pressed ; Based on the force applied to the grip, a signal is output for controlling the moving direction and speed of the arm .

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、操作部がアームに取り付けられている。これにより、操作者は、アームの近傍において操作部を操作することができるので、アームを操作部により容易に操作することができる。
この発明の第2の局面による手術支援ロボットは、複数のリンクと複数の関節を有するアームと、複数のリンクのうちの少なくとも一つのリンクに取り付けられ、アームを操作する操作部とを備え、操作部は、操作者が把持する把持部と、把持部に加えられた力に基づいて、アームの移動方向および移動速度を制御するための信号を出力するセンサと、把持部とセンサとの間に設けられ、把持部からセンサに加えられる力を緩和する緩衝部材とを含む。
In the surgical support robot according to the first aspect of the present invention, the operating section is attached to the arm as described above. Thereby, the operator can operate the operating section near the arm, and therefore can easily operate the arm using the operating section.
A surgical support robot according to a second aspect of the invention includes an arm having a plurality of links and a plurality of joints, and an operation section attached to at least one link of the plurality of links to operate the arm. The part includes a grip part held by an operator, a sensor that outputs a signal for controlling the moving direction and speed of the arm based on the force applied to the grip part, and a sensor between the grip part and the sensor. and a buffer member that relieves the force applied to the sensor from the grip.

本発明によれば、上記のように、アームを操作部により容易に操作することができる。 According to the present invention, as described above, the arm can be easily operated by the operating section.

本発明の一実施形態による外科手術システムの構成を示す図である。1 is a diagram showing the configuration of a surgical operation system according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による医療用マニピュレータの構成を示す図である。1 is a diagram showing the configuration of a medical manipulator according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による医療用マニピュレータのアームの構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of an arm of a medical manipulator according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による医療用マニピュレータの操作部の構成を示す側面図である。FIG. 2 is a side view showing the configuration of an operating section of a medical manipulator according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による医療用マニピュレータの操作部の構成を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of an operating section of a medical manipulator according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による医療用マニピュレータの操作部の構成を示す断面図(1)である。FIG. 1 is a cross-sectional view (1) showing the configuration of an operating section of a medical manipulator according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による医療用マニピュレータの操作部の構成を示す断面図(2)である。FIG. 2 is a cross-sectional view (2) showing the configuration of the operating section of the medical manipulator according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による医療用マニピュレータの操作部を操作者が把持した状態を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a state in which an operator grips the operating section of the medical manipulator according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による医療用マニピュレータの制御部の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a control section of a medical manipulator according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による医療用マニピュレータの制御部の制御ブロックを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a control block of a control unit of a medical manipulator according to an embodiment of the present invention. アームの移動量と力センサへの入力値(操作量)との関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the movement amount of the arm and the input value (operation amount) to the force sensor.

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。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, one embodiment of the present invention that embodies the present invention will be described based on the drawings.

図1~図10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、医療用マニピュレータ1は、特許請求の範囲の「手術支援ロボット」の一例である。 The configuration of a surgical operation system 100 according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 10. The surgical operation system 100 includes a medical manipulator 1, which is a patient P-side device, and a remote control device 2, which is an operator-side device for operating the medical manipulator 1. The medical manipulator 1 includes a medical cart 3 and is configured to be movable. The remote control device 2 is arranged at a position separated from the medical manipulator 1, and the medical manipulator 1 is configured to be remotely controlled by the remote control device 2. The operator inputs a command to the remote control device 2 to cause the medical manipulator 1 to perform a desired operation. The remote control device 2 transmits the input command to the medical manipulator 1. The medical manipulator 1 operates based on the received command. Further, the medical manipulator 1 is placed in an operating room which is a sterilized field. Note that the medical manipulator 1 is an example of a "surgery support robot" in the claims.

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。モニタ24は、内視鏡など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。 The remote control device 2 is arranged, for example, inside or outside the operating room. The remote control device 2 includes an operating manipulator arm 21, an operating pedal 22, a touch panel 23, a monitor 24, a support arm 25, and a support bar 26. The operating manipulator arm 21 constitutes an operating handle for inputting commands by the operator. The monitor 24 is a scope-type display device that displays images captured by an endoscope or the like. The support arm 25 supports the monitor 24 so that the height of the monitor 24 matches the height of the surgeon's face. The touch panel 23 is arranged on the support bar 26. The medical manipulator 1 can be operated by the remote control device 2 by detecting the operator's head with a sensor (not shown) provided near the monitor 24 . The operator operates the operating manipulator arm 21 and the operating pedal 22 while visually checking the affected area on the monitor 24. As a result, a command is input to the remote control device 2. Commands input to the remote control device 2 are transmitted to the medical manipulator 1.

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 medical cart 3 is provided with a control section 31 that controls the operation of the medical manipulator 1, and a storage section 32 that stores programs and the like for controlling the operation of the medical manipulator 1. Based on the command input to the remote control device 2, the control unit 31 of the medical cart 3 controls the operation of the medical manipulator 1.

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。 Furthermore, the medical trolley 3 is provided with an input device 33. The input device 33 is configured to accept operations for moving the positioner 40, the arm base 50, and the plurality of arms 60 and changing the posture, mainly in order to prepare for the surgery before the surgery.

図1および図2に示すように、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。 As shown in FIGS. 1 and 2, the medical manipulator 1 is placed in an operating room. The medical manipulator 1 includes a medical cart 3, a positioner 40, an arm base 50, and a plurality of arms 60. The arm base 50 is attached to the tip of the positioner 40. The arm base 50 has a relatively long rod shape (long shape). Furthermore, the plurality of arms 60 are attached to the arm base 50 at the base of each arm 60 . The plurality of arms 60 are configured to be able to take a folded posture (storage posture). The arm base 50 and the plurality of arms 60 are used while being covered with a sterile drape (not shown).

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の位置を3次元に移動させるように構成されている。 The positioner 40 is configured by, for example, a seven-axis articulated robot. Furthermore, the positioner 40 is placed on the medical trolley 3. The positioner 40 is configured to move the position of the arm base 50 in three dimensions.

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。 Further, the positioner 40 includes a base portion 41 and a plurality of link portions 42 connected to the base portion 41. The plurality of link parts 42 are connected to each other by joint parts 43.

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、内視鏡アセンブリ(図示せず)などを含む。 As shown in FIG. 1, a medical instrument 4 is attached to the tip of each of the plurality of arms 60. Medical instruments 4 include, for example, replaceable instruments, endoscope assemblies (not shown), and the like.

図3に示すように、医療器具4としての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、エンドエフェクタ4bが設けられている。エンドエフェクタ4bは、関節を有する器具として、鉗子、ハサミ、グラスバー、ニードルホルダ、マイクロジセクター、ステーブルアプライヤー、タッカー、吸引洗浄ツール、スネアワイヤ、および、クリップアプライヤーなどを含む。また、エンドエフェクタ4bは、関節を有しない器具として、切断刃、焼灼プローブ、洗浄器、カテーテル、および、吸引オリフィスなどを含む。また、医療器具4は、被駆動ユニット4aとエンドエフェクタ4bとを接続するシャフト4cを含む。被駆動ユニット4aと、シャフト4cと、エンドエフェクタ4bとは、Z方向に沿って配置されている。 As shown in FIG. 3, the instrument as the medical device 4 is provided with a driven unit 4a that is driven by a servo motor M2 provided on a holder 71 of the arm 60. As shown in FIG. Furthermore, an end effector 4b is provided at the tip of the instrument. The end effector 4b includes jointed instruments such as forceps, scissors, a glass bar, a needle holder, a micro dissector, a stable applier, a tacker, a suction cleaning tool, a snare wire, and a clip applier. The end effector 4b also includes non-articulated instruments such as a cutting blade, a cautery probe, an irrigator, a catheter, and a suction orifice. The medical instrument 4 also includes a shaft 4c that connects the driven unit 4a and the end effector 4b. The driven unit 4a, the shaft 4c, and the end effector 4b are arranged along the Z direction.

次に、アーム60の構成について詳細に説明する。 Next, the configuration of arm 60 will be explained in detail.

図3に示すように、アーム60は、7軸多関節ロボットアームからなるアーム部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, the arm 60 includes an arm section 61 (base section 62, link section 63, joint section 64) consisting of a 7-axis articulated robot arm, and a translation mechanism section 70 provided at the tip of the arm section 61. including. The arm 60 is configured to move the tip side three-dimensionally with respect to the base side (arm base 50) of the arm 60. Note that the plurality of arms 60 have mutually similar configurations.

本実施形態では、並進移動機構部70は、医療器具4が取り付けられるとともに、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9参照)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、エンドエフェクタ4bが動作される。 In this embodiment, the translation mechanism section 70 is configured to have the medical instrument 4 attached thereto and to translate the medical instrument 4 relative to the arm section 61 . Specifically, the translation mechanism section 70 is provided with a holder 71 that holds the medical instrument 4. The holder 71 accommodates a servo motor M2 (see FIG. 9). The servo motor M2 is configured to rotate a rotating body provided in the driven unit 4a of the medical instrument 4. The end effector 4b is operated by rotating the rotating body of the driven unit 4a.

アーム60は、アームベース50に対して着脱可能に構成されている。 The arm 60 is configured to be detachable from the arm base 50.

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。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 arm section 61 is composed of a seven-axis articulated robot arm. The arm portion 61 includes a base portion 62 for attaching the arm portion 61 to the arm base 50 and a plurality of link portions 63 connected to the base portion 62. The plurality of link parts 63 are connected to each other by joint parts 64.

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 translation mechanism section 70 is configured to translate the medical instrument 4 attached to the holder 71 along the Z direction (the direction in which the shaft 4c extends) by translating the holder 71 along the Z direction. ing. Specifically, the translation mechanism section 70 includes a proximal link section 72 connected to the distal end of the arm section 61, a distal link section 73, and a proximal link section 72 and distal link section 73. and a connecting link section 74 provided therebetween. Further, the holder 71 is provided at the distal end side link portion 73.

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Y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 link section 74 of the translation mechanism section 70 is configured as a double speed mechanism that moves the distal end link section 73 relative to the proximal link section 72 along the Z direction. Furthermore, by moving the distal end link portion 73 relative to the proximal link portion 72 along the Z direction, the medical instrument 4 provided in the holder 71 is translated along the Z direction. It is configured as follows. Further, the distal end of the arm portion 61 is connected to the proximal link portion 72 so as to rotate the proximal link portion 72 about the Y direction orthogonal to the Z direction.

ここで、本実施形態では、図4~図7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、操作者Oが把持する把持部としての筐体82を含む。また、操作部80は、操作者Oが筐体82に加えられた力に基づいて、アーム60の移動方向および移動速度を制御するための信号を出力する力センサ83を含む。また、操作部80は、筐体82と力センサ83との間に設けられ、筐体82から力センサ83に加えられる力を緩和する緩衝部材84を含む。なお、筐体82は、特許請求の範囲の「把持部」の一例である。また、力センサ83は、特許請求の範囲の「センサ」の一例である。 Here, in this embodiment, as shown in FIGS. 4 to 7, the medical manipulator 1 includes an operating section 80 that is attached to the arm 60 and that operates the arm 60. The operation section 80 includes a housing 82 as a grip section that is gripped by the operator O. Further, the operating unit 80 includes a force sensor 83 that outputs a signal for controlling the moving direction and moving speed of the arm 60 based on the force applied to the housing 82 by the operator O. Further, the operation unit 80 includes a buffer member 84 that is provided between the housing 82 and the force sensor 83 and that relieves the force applied from the housing 82 to the force sensor 83. Note that the housing 82 is an example of a "grip section" in the claims. Further, the force sensor 83 is an example of a "sensor" in the claims.

また、本実施形態では、把持部としての筐体82は、力センサ83と緩衝部材84とを内部に収容する操作部80の外表面を構成する。具体的には、筐体82は、略筒形状(断面が略長円の円筒形状)有している。そして、略筒形状の筐体82の内部に、力センサ83と緩衝部材84とが収容されている。また、筐体82は、略筒形状の筐体82の内面82aには、力センサ83および緩衝部材84側に向かって突出する凸部82bが設けられている。凸部82bは、略円筒形状を有する。そして、凸部82b、緩衝部材84および力センサ83が、略筒形状の筐体82が延びる方向(Z方向)にこの順で並んで配置されている。また、凸部82b、緩衝部材84および力センサ83の各々の中心軸線C(図7参照)が、略一致するように、凸部82b、緩衝部材84および力センサ83が配置されている。 Further, in this embodiment, the housing 82 serving as the gripping portion constitutes the outer surface of the operating portion 80 that houses the force sensor 83 and the buffer member 84 therein. Specifically, the housing 82 has a substantially cylindrical shape (a cylindrical shape with a substantially oval cross section). A force sensor 83 and a buffer member 84 are housed inside the substantially cylindrical housing 82 . Further, the housing 82 is provided with a convex portion 82b that protrudes toward the force sensor 83 and the buffer member 84 on the inner surface 82a of the approximately cylindrical housing 82. The convex portion 82b has a substantially cylindrical shape. The convex portion 82b, the buffer member 84, and the force sensor 83 are arranged in this order in the direction in which the substantially cylindrical housing 82 extends (Z direction). Further, the convex portion 82b, the buffer member 84, and the force sensor 83 are arranged so that the central axes C (see FIG. 7) of each of the convex portion 82b, the buffer member 84, and the force sensor 83 substantially coincide with each other.

また、図7に示すように、緩衝部材84は、略円柱形状を有する。また、力センサ83も、略円柱形状を有する。そして、凸部82bのZ1方向側の面と、緩衝部材84のZ2方向側の面とが接着剤85により接着されている。また、緩衝部材84のZ1方向側の面と、力センサ83のZ2方向側の面とが接着剤85により接着されている。すなわち、筐体82は、緩衝部材84を介して、力センサ83に固定されている Moreover, as shown in FIG. 7, the buffer member 84 has a substantially cylindrical shape. Further, the force sensor 83 also has a substantially cylindrical shape. Then, the surface of the convex portion 82b on the Z1 direction side and the surface of the buffer member 84 on the Z2 direction side are bonded with an adhesive 85. Further, the surface of the buffer member 84 on the Z1 direction side and the surface of the force sensor 83 on the Z2 direction side are bonded together with an adhesive 85. That is, the housing 82 is fixed to the force sensor 83 via the buffer member 84.

また、本実施形態では、図3および図4に示すように、力センサ83は、アーム60(並進移動機構部70の先端側リンク部73)に固定されている。そして、筐体82は、緩衝部材84を介して、アーム60に固定された力センサ83に力を加える。具体的には、力センサ83のZ1方向側の面が並進移動機構部70に対して、取り付けのための台座86(図6および図7参照)を介して、ねじ止めなどにより固定されている。すなわち、筐体82は、並進移動機構部70に対して固定された力センサ83に、緩衝部材84を介して固定されている。また、筐体82のZ1方向側の端部と、アーム60のZ2方向側の端部との間には、隙間CL(図4参照)が存在する。 Further, in this embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, the force sensor 83 is fixed to the arm 60 (the distal end side link section 73 of the translation mechanism section 70). Then, the housing 82 applies force to the force sensor 83 fixed to the arm 60 via the buffer member 84. Specifically, the surface of the force sensor 83 on the Z1 direction side is fixed to the translation mechanism section 70 by screws or the like via a mounting pedestal 86 (see FIGS. 6 and 7). . That is, the housing 82 is fixed to a force sensor 83 fixed to the translational movement mechanism section 70 via a buffer member 84. Further, a gap CL (see FIG. 4) exists between the end of the housing 82 in the Z1 direction and the end of the arm 60 in the Z2 direction.

また、本実施形態では、緩衝部材84は、ゴム部材を含む。これにより、緩衝部材84が弾性を有するので、力センサ83に対して筐体82(操作部80)は、傾斜可能に構成されている。すなわち、操作者Oが筐体82を把持して筐体82を傾斜させるように力を加える。これにより、緩衝部材84が変形して、力センサ83に対して筐体82が傾斜する。 Further, in this embodiment, the buffer member 84 includes a rubber member. Thereby, since the buffer member 84 has elasticity, the housing 82 (operating section 80) is configured to be tiltable with respect to the force sensor 83. That is, the operator O grips the housing 82 and applies force to tilt the housing 82. As a result, the buffer member 84 is deformed, and the housing 82 is tilted with respect to the force sensor 83.

また、力センサ83は、たとえば、歪ゲージ式のセンサから構成されている。また、力センサ83は、3方向の力の大きさを検出する。すなわち、操作部80(筐体82)が傾斜されることにより、力センサ83は、2次元内(X-Y平面内)の方向の力の大きさを検出する。また、操作部80(筐体82)が、Z1方向に押下されるか、または、Z2方向に引っ張られることにより、Z方向の力の大きさを検出する。なお、力センサ83として、6方向の力の大きさを検出する力センサを用いてもよい。 Further, the force sensor 83 is composed of, for example, a strain gauge type sensor. Further, the force sensor 83 detects the magnitude of force in three directions. That is, when the operation section 80 (casing 82) is tilted, the force sensor 83 detects the magnitude of force in a two-dimensional direction (in the XY plane). Furthermore, when the operation unit 80 (casing 82) is pressed down in the Z1 direction or pulled in the Z2 direction, the magnitude of the force in the Z direction is detected. Note that a force sensor that detects the magnitude of force in six directions may be used as the force sensor 83.

また、本実施形態では、図4~図7に示すように、操作部80は、アーム60の移動を許可するイネーブルスイッチ81を含む。そして、力センサ83は、操作者Oがアーム60の移動を許可する状態となるように操作部80を把持してイネーブルスイッチ81を押下した状態(図8参照)で、筐体82に加えられた力に基づいて、アーム60の移動方向および移動速度を制御するための信号を出力するように構成されている。 Furthermore, in this embodiment, as shown in FIGS. 4 to 7, the operating section 80 includes an enable switch 81 that allows movement of the arm 60. Then, the force sensor 83 is applied to the casing 82 while the operator O grasps the operating section 80 and presses down the enable switch 81 so as to permit movement of the arm 60 (see FIG. 8). The arm 60 is configured to output a signal for controlling the moving direction and moving speed of the arm 60 based on the applied force.

具体的には、イネーブルスイッチ81は、操作者Oの指により押下される押しボタンスイッチにより構成されている。イネーブルスイッチ81が押下されることにより、サーボモータM1~M3(図9参照)に通電する制御(サーボモータM1~M3を駆動させる制御)を行うことが可能になる。すなわち、イネーブルスイッチ81が押下されている間のみ、アーム60を移動させる制御が可能になる。 Specifically, the enable switch 81 is constituted by a push button switch that is pressed down by the finger of the operator O. By pressing the enable switch 81, it becomes possible to perform control to energize the servo motors M1 to M3 (see FIG. 9) (control to drive the servo motors M1 to M3). That is, control to move the arm 60 is possible only while the enable switch 81 is pressed down.

また、本実施形態では、イネーブルスイッチ81は、操作部80の外周面80aに設けられており、操作者Oが操作部80の外周面80aを把持してイネーブルスイッチ81を押下することによりアーム60の移動を許可する。また、イネーブルスイッチ81は、操作部80の外周面80aの両側に一対設けられている。 Further, in this embodiment, the enable switch 81 is provided on the outer circumferential surface 80a of the operating section 80, and when the operator O grasps the outer circumferential surface 80a of the operating section 80 and presses down the enable switch 81, the arm 60 Allow movement of. Furthermore, a pair of enable switches 81 are provided on both sides of the outer circumferential surface 80a of the operating section 80.

具体的には、操作部80の断面は、互いに対向して略平行に延びる一対の辺S(図5および図6参照)を有する形状を有している。そして、一対のイネーブルスイッチ81は、操作部80の互いに対向する一対の辺Sを含む面80bに各々設けられている。具体的には、操作部80の断面は、略長円形状を有している。そして、互いに対向して略平行に延びる略長円形状の操作部80の面80bにイネーブルスイッチ81が設けられている。そして、操作者Oが操作部80の外周面80aを把持して、操作部80の外周面80aの両側に設けられているイネーブルスイッチ81のうちの少なくとも一方を押下することによりアーム60の移動が許可される状態となる。 Specifically, the cross section of the operation unit 80 has a shape having a pair of sides S (see FIGS. 5 and 6) that face each other and extend substantially parallel to each other. The pair of enable switches 81 are each provided on a surface 80b including a pair of opposing sides S of the operating section 80. Specifically, the cross section of the operating portion 80 has a substantially oval shape. An enable switch 81 is provided on a surface 80b of a substantially oval operating section 80 that faces each other and extends substantially parallel to each other. Then, when the operator O grasps the outer circumferential surface 80a of the operating section 80 and presses at least one of the enable switches 81 provided on both sides of the outer circumferential surface 80a of the operating section 80, the arm 60 can be moved. It will be in a state where it is allowed.

これにより、操作部80の外周面80aの両側に設けられているイネーブルスイッチ81の両方を押下する必要がない分、操作者Oの負担を低減することができるとともに操作者Oの利便性が向上される。 This eliminates the need to press both enable switches 81 provided on both sides of the outer circumferential surface 80a of the operation unit 80, reducing the burden on the operator O and improving convenience for the operator O. be done.

また、本実施形態では、図3に示すように、操作部80は、並進移動機構部70に設けられている。また、操作部80は、並進移動機構部70に取り付けられた医療器具4に隣り合うように並進移動機構部70に取り付けられている。具体的には、操作部80は、並進移動機構部70の先端側リンク部73に取り付けられている。また、操作部80は、医療器具4の被駆動ユニット4aに隣り合うように配置されている。 Further, in this embodiment, as shown in FIG. 3, the operating section 80 is provided in the translational movement mechanism section 70. Further, the operating section 80 is attached to the translational movement mechanism section 70 so as to be adjacent to the medical instrument 4 attached to the translational movement mechanism section 70 . Specifically, the operating section 80 is attached to the distal end link section 73 of the translation mechanism section 70. Furthermore, the operating section 80 is arranged adjacent to the driven unit 4a of the medical instrument 4.

また、図9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. 9, the arm 60 is provided with a plurality of servo motors M1, an encoder E1, and a speed reducer (not shown) so as to correspond to the plurality of joints 64 of the arm portion 61. It is being Encoder E1 is configured to detect the rotation angle of servo motor M1. The reducer is configured to reduce rotation of the servo motor M1 and increase torque.

また、図9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. 9, the translational movement mechanism section 70 includes a servo motor M2 for rotating a rotating body provided in the driven unit 4a of the medical instrument 4, and a servo motor M2 for rotating the rotating body provided in the driven unit 4a of the medical instrument 4, and a servo motor M2 for rotating the rotating body provided in the driven unit 4a of the medical instrument 4. A servo motor M3, encoders E2 and E3, and a reduction gear (not shown) are provided. Encoder E2 and encoder E3 are configured to detect rotation angles of servo motor M2 and servo motor M3, respectively. The speed reducer is configured to reduce the rotation speed of the servo motor M2 and the servo motor M3 to increase the torque.

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 positioner 40 is provided with a plurality of servo motors M4, an encoder E4, and a speed reducer (not shown) so as to correspond to the plurality of joints 43 of the positioner 40. Encoder E4 is configured to detect the rotation angle of servo motor M4. The reducer is configured to reduce rotation of the servo motor M4 and increase torque.

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 medical cart 3 is also provided with a servo motor M5 that drives each of a plurality of front wheels (not shown) of the medical cart 3, an encoder E5, and a speed reducer (not shown). Encoder E5 is configured to detect the rotation angle of servo motor M5. The speed reducer is configured to slow down the rotation of the servo motor M5 and increase the torque.

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 control unit 31 of the medical trolley 3 includes an arm control unit 31a that controls the movement of the plurality of arms 60 based on commands, and a control unit 31a that controls the movement of the positioner 40 and the front wheels (not shown) of the medical trolley 3 based on the commands. and a positioner control section 31b that controls driving. A servo control unit C1 for controlling a servo motor M1 for driving the arm 60 is electrically connected to the arm control unit 31a. Furthermore, an encoder E1 for detecting the rotation angle of the servo motor M1 is electrically connected to the servo control section C1.

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。 Furthermore, a servo control section C2 for controlling a servo motor M2 for driving the medical instrument 4 is electrically connected to the arm control section 31a. Furthermore, an encoder E2 for detecting the rotation angle of the servo motor M2 is electrically connected to the servo control unit C2. Further, a servo control section C3 for controlling a servo motor M3 for translationally moving the translational movement mechanism section 70 is electrically connected to the arm control section 31a. Furthermore, an encoder E3 for detecting the rotation angle of the servo motor M3 is electrically connected to the servo control unit C3.

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 remote control device 2 is input to the arm control section 31a. The arm control unit 31a generates a position command based on the input operation command and the rotation angle detected by the encoder E1 (E2, E3), and also transmits the position command to the servo control unit C1 (C2, C2). Output. The servo control unit C1 (C2, C3) generates a torque command based on the position command input from the arm control unit 31a and the rotation angle detected by the encoder E1 (E2, E3), and also generates a torque command. is output to servo motor M1 (M2, M3). As a result, the arm 60 is moved in accordance with the operation command input to the remote control device 2.

また、本実施形態では、制御部31(アーム制御部31a)は、操作部80の力センサ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、力センサ83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、力センサ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。 Further, in this embodiment, the control section 31 (arm control section 31a) is configured to operate the arm 60 based on an input signal from the force sensor 83 of the operation section 80. Specifically, the arm control unit 31a generates a position command based on the input signal (operation command) input from the force sensor 83 and the rotation angle detected by the encoder E1, and also performs servo control on the position command. It is output to section C1. The servo control unit C1 generates a torque command based on the position command input from the arm control unit 31a and the rotation angle detected by the encoder E1, and outputs the torque command to the servo motor M1. As a result, the arm 60 is moved in accordance with the operation command input to the force sensor 83.

ここで、本実施形態では、制御部31(アーム制御部31a)は、力センサ83からの入力信号に上限値を設けることと、力センサ83からの入力信号を平滑化することとのうちの少なくとも一方を行うことにより、アーム60の移動速度の変化を低減する制御を行う。具体的には、制御部31は、力センサ83からの入力信号に上限値を設けて、上限値を超える入力信号が入力された際には、上限値を入力信号として、アーム60の移動を制御する。また、制御部31は、力センサ83からの入力信号を、たとえば、LPF(Low-pass filter)により平滑化する。なお、本実施形態では、制御部31は、力センサ83からの入力信号に上限値を設けることと、力センサ83からの入力信号を平滑化することとの両方を行っている。 Here, in the present embodiment, the control unit 31 (arm control unit 31a) sets an upper limit value to the input signal from the force sensor 83 and smoothes the input signal from the force sensor 83. By performing at least one of these, control is performed to reduce changes in the moving speed of the arm 60. Specifically, the control unit 31 sets an upper limit value for the input signal from the force sensor 83, and when an input signal exceeding the upper limit value is input, the control unit 31 uses the upper limit value as the input signal to control the movement of the arm 60. Control. Further, the control unit 31 smoothes the input signal from the force sensor 83 using, for example, an LPF (Low-pass filter). Note that in this embodiment, the control unit 31 both sets an upper limit value for the input signal from the force sensor 83 and smoothes the input signal from the force sensor 83.

また、制御部31(アーム制御部31a)は、下記の数式1に示す制御用の運動方程式に基づいて、アーム60の移動を制御する。

Figure 0007345010000001
また、制御部31(アーム制御部31a)は、図10に示す制御ブロックに基づいて、アーム60の移動を制御する。すなわち、制御部31(アーム制御部31a)は、力センサ83からの入力信号F(s)に対して、速度(xの1階微分)と粘性係数cとの積を減算する。そして、減算された値に慣性係数1/mを乗算する。そして、乗算された値(=1/m(F(s)-c×速度)=加速度=xの2階微分)が、上限値を超える場合、加速度は、上限値に設定される。そして、加速度が積分されて速度(xの1階微分)が算出され、速度が積分されて位置X(s)が算出される。 Further, the control unit 31 (arm control unit 31a) controls the movement of the arm 60 based on a control equation of motion shown in Equation 1 below.
Figure 0007345010000001
Further, the control unit 31 (arm control unit 31a) controls movement of the arm 60 based on the control block shown in FIG. That is, the control unit 31 (arm control unit 31a) subtracts the product of the velocity (first derivative of x) and the viscosity coefficient c from the input signal F(s) from the force sensor 83. Then, the subtracted value is multiplied by the inertia coefficient 1/m. If the multiplied value (=1/m(F(s)-c×velocity)=acceleration=second-order differential of x) exceeds the upper limit value, the acceleration is set to the upper limit value. Then, the acceleration is integrated to calculate the velocity (first derivative of x), and the velocity is integrated to calculate the position X(s).

また、図9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. 9, a servo control unit C4 for controlling a servo motor M4 that moves the positioner 40 is electrically connected to the positioner control unit 31b. Further, an encoder E4 for detecting the rotation angle of the servo motor M4 is electrically connected to the servo control unit C4. Further, a servo control unit C5 for controlling a servo motor M5 that drives a front wheel (not shown) of the medical cart 3 is electrically connected to the positioner control unit 31b. Further, an encoder E5 for detecting the rotation angle of the servo motor M5 is electrically connected to the servo control unit C5.

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, operation commands related to setting of the preparation position and the like are input from the input device 33 to the positioner control section 31b. The positioner control unit 31b generates a position command based on the operation command input from the input device 33 and the rotation angle detected by the encoder E4, and outputs the position command to the servo control unit C4. The servo control unit C4 generates a torque command based on the position command input from the positioner control unit 31b and the rotation angle detected by the encoder E4, and outputs the torque command to the servo motor M4. As a result, the positioner 40 is moved in accordance with the operation command input to the input device 33. Similarly, the positioner control unit 31b moves the medical trolley 3 based on the operation command from the input device 33.

次に、医療用マニピュレータ1を用いた施術の手順について説明する。医療用マニピュレータ1を用いた施術においては、最初に、医療用台車3が操作者O(医療従事者である助手、看護師など)によって、手術室内の所定の位置に移動される。次に、操作者Oは、入力装置33に含まれるタッチパネルを操作することにより、アームベース50と、手術台5または患者Pとが所望の位置関係になるように、ポジショナ40を動作させることによりアームベース50を移動させる。また、患者Pの体表に配置されたカニューレスリーブ(手術器具等を体腔に挿入するための作業用チャンネル)と医療器具4とが、所定の位置関係になるようにアーム60が移動される。また、操作者Oによって操作部80が操作される(力が加えられる)ことにより、複数のアーム60が所望の位置に移動される。そして、ポジショナ40を静止させた状態で、遠隔操作装置2からの指令に基づいて、複数のアーム60および医療器具4が動作される。これにより、医療用マニピュレータ1による施術が行われる。 Next, a procedure for a treatment using the medical manipulator 1 will be explained. In a treatment using the medical manipulator 1, the medical trolley 3 is first moved to a predetermined position in the operating room by the operator O (medical assistant, nurse, etc.). Next, the operator O operates the positioner 40 by operating the touch panel included in the input device 33 so that the arm base 50 and the operating table 5 or the patient P have a desired positional relationship. Move the arm base 50. Further, the arm 60 is moved so that a cannula sleeve (a working channel for inserting a surgical instrument or the like into a body cavity) placed on the body surface of the patient P and the medical instrument 4 are in a predetermined positional relationship. Furthermore, when the operator O operates the operation unit 80 (applies force), the plurality of arms 60 are moved to desired positions. Then, while the positioner 40 is kept stationary, the plurality of arms 60 and the medical instruments 4 are operated based on commands from the remote control device 2. Thereby, the medical treatment using the medical manipulator 1 is performed.

次に、図11を参照して、アーム60の移動量と操作部80の入力値(操作量)との関係について説明する。上記のように本実施形態では、筐体82と力センサ83との間には、筐体82から力センサ83に加えられる力を緩和するための緩衝部材84が設けられている。これにより、アーム60が比較的高速に移動した場合でも、操作者Oの操作部80に対する操作量が急激に変化しにくいので、アーム60の移動量(図11の破線)に、操作部80の入力値(操作量、図11の実線)が追随することが可能になる。 Next, with reference to FIG. 11, the relationship between the movement amount of the arm 60 and the input value (operation amount) of the operation unit 80 will be described. As described above, in this embodiment, a buffer member 84 is provided between the housing 82 and the force sensor 83 to relieve the force applied from the housing 82 to the force sensor 83. As a result, even if the arm 60 moves at a relatively high speed, the amount of operation by the operator O on the operation section 80 is unlikely to change suddenly, so that the amount of movement of the arm 60 (broken line in FIG. 11) It becomes possible for the input value (operated amount, solid line in FIG. 11) to follow.

[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。
[Effects of this embodiment]
In this embodiment, the following effects can be obtained.

本実施形態では、上記のように、操作部80がアーム60に取り付けられている。これにより、操作者Oは、アーム60の近傍において操作部80を操作することができるので、アーム60を操作部80により容易に操作することができる。 In this embodiment, the operating section 80 is attached to the arm 60 as described above. Thereby, the operator O can operate the operating section 80 in the vicinity of the arm 60, and therefore can easily operate the arm 60 using the operating section 80.

また、本実施形態では、上記のように、操作部80は、操作者Oが把持する筐体82と、筐体82に加えられた力に基づいて、アーム60の移動方向および移動速度を操作するための信号を出力する力センサ83と、筐体82と力センサ83との間に設けられ、筐体82から力センサ83に加えられる力を緩和する緩衝部材84とを含む。これにより、操作者Oが筐体82を把持した状態でアーム60が比較的高速に移動した場合でも、アーム60の移動に起因して筐体82から力センサ83に加えられる力を緩衝部材84により緩和することができる。これにより、筐体82に加えた力が急激に変化するのが抑制される。その結果、アーム60が比較的高速に移動する場合でも、力センサ83に対する操作量が変化することに起因するアーム60の振動を抑制することができる。 Further, in the present embodiment, as described above, the operating unit 80 operates the moving direction and moving speed of the arm 60 based on the casing 82 held by the operator O and the force applied to the casing 82. It includes a force sensor 83 that outputs a signal to act on the force sensor 83, and a buffer member 84 that is provided between the casing 82 and the force sensor 83 and relieves the force applied from the casing 82 to the force sensor 83. As a result, even if the arm 60 moves at a relatively high speed while the operator O is holding the casing 82, the force applied from the casing 82 to the force sensor 83 due to the movement of the arm 60 is absorbed by the buffer member 84. This can be alleviated by This suppresses sudden changes in the force applied to the housing 82. As a result, even when the arm 60 moves at a relatively high speed, vibrations of the arm 60 caused by changes in the amount of operation applied to the force sensor 83 can be suppressed.

また、本実施形態では、上記のように、筐体82は、力センサ83と緩衝部材84とを内部に収容する操作部80の外表面を構成する。これにより、操作部80の外表面を構成する筐体82が、操作者Oが把持す把持部を兼ねるので、筐体82と把持部とを別個に設ける場合と異なり、部品点数が増加するのを抑制することができる。 Furthermore, in the present embodiment, as described above, the housing 82 constitutes the outer surface of the operating section 80 that houses the force sensor 83 and the buffer member 84 therein. As a result, the casing 82 that constitutes the outer surface of the operating section 80 also serves as a grip that the operator O holds, so unlike the case where the casing 82 and the grip are provided separately, the number of parts increases. can be suppressed.

また、本実施形態では、上記のように、力センサ83は、アーム60に固定されており、筐体82は、緩衝部材84を介して、アーム60に固定された力センサ83に力を加える。これにより、筐体82が緩衝部材84を介して力センサ83に力を加えるので、緩衝部材84によってアーム60に対して筐体82がある程度傾く。すなわち、操作者Oがアーム60を移動したい方向に筐体82をある程度傾斜させることができるので、操作者Oの操作に対するアーム60の移動方向を容易に認識させることができる。 Further, in this embodiment, as described above, the force sensor 83 is fixed to the arm 60, and the housing 82 applies force to the force sensor 83 fixed to the arm 60 via the buffer member 84. . As a result, the casing 82 applies force to the force sensor 83 via the buffer member 84, so that the casing 82 is tilted to some extent with respect to the arm 60 by the buffer member 84. That is, since the housing 82 can be tilted to some extent in the direction in which the operator O wants to move the arm 60, the direction in which the arm 60 is moved in response to the operation by the operator O can be easily recognized.

また、本実施形態では、上記のように、操作部80は、押下されることによりアーム60の移動を許可するイネーブルスイッチ81をさらに含む。力センサ83は、操作者Oがアーム60の移動を許可する状態となるように操作部80を把持してイネーブルスイッチ81を押下した状態で、筐体82に加えられた力に基づいて、アーム60の移動方向および移動速度を制御するための信号を出力するように構成されている。これにより、操作者Oが操作部80を把持してイネーブルスイッチ81を押下する操作と、筐体82に対して力を加える操作とを同じ手で行うことができるので、操作者Oの操作部80に対する操作性を向上させることができる。 Further, in the present embodiment, as described above, the operation unit 80 further includes the enable switch 81 that allows the arm 60 to move when pressed. The force sensor 83 moves the arm based on the force applied to the casing 82 when the operator O grasps the operation part 80 and presses down the enable switch 81 so as to permit movement of the arm 60. 60 is configured to output signals for controlling the moving direction and moving speed. As a result, the operator O can grasp the operating section 80 and press the enable switch 81 with the same hand, and the operation of applying force to the housing 82 can be performed with the same hand. 80 can be improved.

また、本実施形態では、上記のように、イネーブルスイッチ81は、操作部80の外周面80aに設けられており、操作者Oが操作部80の外周面80aを把持してイネーブルスイッチ81を押下することによりアーム60の移動を許可する。これにより、操作者Oが操作部80の外周面80aを指で覆うように把持するだけで、容易に、イネーブルスイッチ81を押下してアーム60の移動を許可する状態にすることができる。 Further, in this embodiment, as described above, the enable switch 81 is provided on the outer circumferential surface 80a of the operating section 80, and the operator O holds the outer circumferential surface 80a of the operating section 80 and presses the enable switch 81. This allows the arm 60 to move. As a result, the operator O can easily press down the enable switch 81 to permit movement of the arm 60 simply by gripping the outer circumferential surface 80a of the operating section 80 so as to cover it with his or her fingers.

また、本実施形態では、上記のように、イネーブルスイッチ81は、操作部80の外周面80aの両側に一対設けられており、操作者Oが操作部80の外周面80aを把持して、操作部80の外周面80aの両側に設けられているイネーブルスイッチ81のうちの少なくとも一方を押下することによりアーム60の移動を許可する。これにより、イネーブルスイッチ81が操作部80の外周面80aの両側に設けられているので、操作者Oが操作部80の外周面80aを指で覆って把持するように、操作者Oに促すことができる。また、イネーブルスイッチ81のどちらか一方のみを押下することによりアーム60の移動を許可するように構成すれば、操作者Oは、押下しやすい方のイネーブルスイッチ81を押下してアーム60の移動操作を行うことができるので、操作の利便性を向上させることができる。 Further, in this embodiment, as described above, a pair of enable switches 81 are provided on both sides of the outer circumferential surface 80a of the operating section 80, and the operator O can operate the enable switch 81 by grasping the outer circumferential surface 80a of the operating section 80. Movement of the arm 60 is permitted by pressing down at least one of the enable switches 81 provided on both sides of the outer peripheral surface 80a of the portion 80. As a result, since the enable switch 81 is provided on both sides of the outer circumferential surface 80a of the operating section 80, the operator O is prompted to cover and grasp the outer circumferential surface 80a of the operating section 80 with his/her fingers. I can do it. Furthermore, if the configuration is such that movement of the arm 60 is permitted by pressing only one of the enable switches 81, the operator O can operate the movement of the arm 60 by pressing the enable switch 81 that is easier to press. The convenience of operation can be improved.

また、本実施形態では、上記のように、操作部80の断面は、互いに対向して略平行に延びる一対の辺Sを有する形状を有しており、一対のイネーブルスイッチ81は、操作部80の互いに対向する一対の辺Sを含む面80bに各々設けられている。これにより、一対のイネーブルスイッチ81が操作部80の互いに対向する面80bに各々設けられているので、操作者Oが互いに対向する面80bを挟込むように操作部80を把持することによって、容易に、イネーブルスイッチ81を押下することができる。 Further, in the present embodiment, as described above, the cross section of the operating section 80 has a shape having a pair of sides S facing each other and extending substantially parallel to each other, and the pair of enable switches 81 are connected to the operating section 80. are respectively provided on a surface 80b including a pair of mutually opposing sides S. Accordingly, since the pair of enable switches 81 are respectively provided on the mutually opposing surfaces 80b of the operating section 80, the operator O can easily grip the operating section 80 so as to sandwich the mutually opposing surfaces 80b. Then, the enable switch 81 can be pressed.

また、本実施形態では、上記のように、アーム60は、7軸多関節ロボットアームからなるアーム部61と、アーム部61の先端に設けられるとともに医療器具4が取り付けられ、医療器具4をアーム60に対して相対的に並進移動させる並進移動機構部70とを設ける。そして、操作部80は、並進移動機構部70に取り付けられている。これにより、操作部80が医療器具4の近傍(医療器具4が取り付けられる並進移動機構部70)に配置されるので、医療器具4を所望の位置に移動させるようにアーム60を移動させる操作を、操作部80により容易に行うことができる。 Further, in this embodiment, as described above, the arm 60 includes an arm section 61 consisting of a 7-axis multi-joint robot arm, and is provided at the tip of the arm section 61 and the medical instrument 4 is attached to it, and the medical instrument 4 is attached to the arm section 61. A translation mechanism section 70 that translates relative to 60 is provided. The operating section 80 is attached to the translation mechanism section 70. As a result, the operating section 80 is placed near the medical instrument 4 (the translational movement mechanism section 70 to which the medical instrument 4 is attached), so that the operation of moving the arm 60 to move the medical instrument 4 to a desired position can be performed. , can be easily performed using the operating section 80.

また、本実施形態では、上記のように、操作部80は、医療器具4に隣り合うように、並進移動機構部70に取り付けられている。これにより、操作部80が医療器具4の近傍に確実に配置されるので、医療器具4を所望の位置に移動させるようにアーム60を移動させる操作を、操作部80により、より容易に行うことができる。 Further, in this embodiment, as described above, the operating section 80 is attached to the translational movement mechanism section 70 so as to be adjacent to the medical instrument 4. As a result, the operating section 80 is reliably placed near the medical instrument 4, so the operation of moving the arm 60 to move the medical instrument 4 to a desired position can be more easily performed using the operating section 80. I can do it.

また、本実施形態では、上記のように、力センサ83は、操作者Oが筐体82を把持して筐体82に対して加えられた力に基づいて、アーム60の移動方向および移動速度を制御するための信号を出力する。これにより、操作者Oにより力センサ83に加えられた力の大きさと力の方向とに基づいて、容易に、アーム60の移動方向および移動速度を操作することができる。 Further, in this embodiment, as described above, the force sensor 83 detects the moving direction and moving speed of the arm 60 based on the force applied to the housing 82 by the operator O while gripping the housing 82. Outputs a signal to control. Thereby, the moving direction and moving speed of the arm 60 can be easily controlled based on the magnitude and direction of the force applied to the force sensor 83 by the operator O.

また、本実施形態では、上記のように、緩衝部材84は、ゴム部材を含む。これにより、筐体82と力センサ83との間に比較的簡易な構成のゴム部材を設けるだけで、容易に、アーム60が比較的高速に移動する場合でも、力センサ83に対する操作量が変化することに起因するアーム60の振動を抑制することができる。 Further, in this embodiment, as described above, the buffer member 84 includes a rubber member. As a result, by simply providing a rubber member with a relatively simple configuration between the housing 82 and the force sensor 83, the amount of operation for the force sensor 83 can be easily changed even when the arm 60 moves at a relatively high speed. Vibration of the arm 60 caused by this can be suppressed.

また、本実施形態では、上記のように、力センサ83からの入力信号に基づいてアーム60を操作する制御部30を設ける。そして、制御部30は、力センサ83からの入力信号に上限値を設けることと、力センサ83からの入力信号を平滑化することとのうちの少なくとも一方を行うことにより、アーム60の移動速度の変化を低減する制御を行う。これにより、アーム60がさらに高速に移動して、力センサ83に対する操作者Oの操作量が変化した場合でも、力センサ83からの入力信号に上限値を設けることと、力センサ83からの入力信号を平滑化することとのうちの少なくとも一方が制御部30に行われることにより、力センサ83に対する操作量が変化することに起因するアーム60の振動をより効果的に抑制することができる。 Further, in this embodiment, as described above, the control unit 30 is provided to operate the arm 60 based on the input signal from the force sensor 83. Then, the control unit 30 controls the movement speed of the arm 60 by performing at least one of setting an upper limit value on the input signal from the force sensor 83 and smoothing the input signal from the force sensor 83. control to reduce changes in As a result, even if the arm 60 moves at a higher speed and the amount of operation by the operator O with respect to the force sensor 83 changes, an upper limit value can be set for the input signal from the force sensor 83, and an upper limit value can be set for the input signal from the force sensor 83. By having the control unit 30 perform at least one of smoothing the signal, it is possible to more effectively suppress vibrations of the arm 60 caused by changes in the amount of operation on the force sensor 83.

[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。
[Modified example]
Note that the embodiments disclosed this time should be considered to be illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims rather than the description of the embodiments described above, and further includes all changes (modifications) within the meaning and range equivalent to the claims.

たとえば、上記実施形態では、操作部80に力センサ83が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、筐体82に対して加えられた力に基づいてアーム60の移動方向および移動速度を操作するための信号を出力する力センサ83以外のセンサ(加速度センサやジョイスティックなど)を用いてもよい。 For example, in the embodiment described above, an example is shown in which the force sensor 83 is provided in the operation section 80, but the present invention is not limited to this. In the present invention, a sensor (such as an acceleration sensor or a joystick) other than the force sensor 83 that outputs a signal for controlling the moving direction and moving speed of the arm 60 based on the force applied to the housing 82 is used. Good too.

また、上記実施形態では、操作部80の外表面を構成する筐体82が、操作者Oが把持する把持部を兼ね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、筐体82とは別個に操作者Oが把持する把持部を設けてもよい。 Further, in the embodiment described above, an example was shown in which the housing 82 that constitutes the outer surface of the operating section 80 also serves as a grip section held by the operator O, but the present invention is not limited to this. For example, a grip part that is gripped by the operator O may be provided separately from the housing 82.

また、上記実施形態では、操作部80にイネーブルスイッチ81が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、イネーブルスイッチ81が操作部80以外の部分に設けられていてもよい。 Further, in the embodiment described above, an example is shown in which the enable switch 81 is provided in the operating section 80, but the present invention is not limited to this. For example, the enable switch 81 may be provided in a portion other than the operating section 80.

また、上記実施形態では、操作部80の外周面80aの両側に一対設けられているイネーブルスイッチ81のうちの片方が押下されることにより、アーム60の移動が許可される状態となる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、操作部80の外周面80aの両側に一対設けられているイネーブルスイッチ81のうちの両方が押下されることにより、アーム60の移動が許可される状態となるように構成してもよい。 Furthermore, in the above embodiment, an example is shown in which movement of the arm 60 is permitted by pressing one of the pair of enable switches 81 provided on both sides of the outer circumferential surface 80a of the operating section 80. However, the present invention is not limited to this. For example, the configuration may be such that movement of the arm 60 is permitted when both of a pair of enable switches 81 provided on both sides of the outer circumferential surface 80a of the operating portion 80 are pressed down.

また、上記実施形態では、イネーブルスイッチ81が操作部80の外周面80aの両側に一対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、イネーブルスイッチ81が操作部80の外周面80aの片側に1つ設けられていてもよい。 Further, in the embodiment described above, an example has been shown in which a pair of enable switches 81 are provided on both sides of the outer circumferential surface 80a of the operating section 80, but the present invention is not limited to this. For example, one enable switch 81 may be provided on one side of the outer peripheral surface 80a of the operating section 80.

また、上記実施形態では、操作部80の断面が略長円形状を有し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、操作部80が略角柱形状を有していてもよい。 Further, in the embodiment described above, an example was shown in which the cross section of the operating section 80 has a substantially elliptical shape, but the present invention is not limited to this. For example, the operating section 80 may have a substantially prismatic shape.

また、上記実施形態では、緩衝部材84がゴム部材により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。本発明では、緩衝部材がゴム部材以外の部材(ばね部材など)により構成されていてもよい。 Further, in the embodiment described above, an example was shown in which the buffer member 84 was made of a rubber member, but the present invention is not limited to this. In the present invention, the buffer member may be made of a member other than a rubber member (such as a spring member).

また、上記実施形態では、操作部80が並進移動機構部70に取り付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、操作部80が、アーム部61に直接取り付けられていてもよい。 Further, in the embodiment described above, an example was shown in which the operating section 80 is attached to the translational movement mechanism section 70, but the present invention is not limited to this. For example, the operating section 80 may be directly attached to the arm section 61.

また、上記実施形態では、制御部30は、力センサ83からの入力信号に上限値を設けることと、力センサ83からの入力信号を平滑化することとの両方を行う例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、制御部30が、力センサ83からの入力信号に上限値を設けることと、力センサ83からの入力信号を平滑化することとのうちのいずれか一方のみを行ってもよい。 Further, in the above embodiment, an example was shown in which the control unit 30 both sets an upper limit value for the input signal from the force sensor 83 and smoothes the input signal from the force sensor 83. The present invention is not limited to this. For example, the control unit 30 may perform only one of providing an upper limit value to the input signal from the force sensor 83 and smoothing the input signal from the force sensor 83.

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。アーム60の数は、3つでもよい。 Further, in the above embodiment, an example in which four arms 60 are provided is shown, but the present invention is not limited to this. The number of arms 60 may be three.

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 embodiment described above, an example was shown in which the arm section 61 and the positioner 40 are constituted by a 7-axis articulated robot, but the present invention is not limited to this. For example, the arm 60 and the positioner 40 may be composed of an articulated robot with an axis configuration (for example, 6 axes or 8 axes) other than a 7-axis articulated robot.

1 医療用マニピュレータ(手術支援ロボット)
4 医療器具
31 制御部
60 アーム
61 アーム部
70 並進移動機構部
80 操作部
80a 外周面
80b 面
81 イネーブルスイッチ
82 筐体(把持部)
83 力センサ(センサ)
84 緩衝部材
O 操作者
S 辺
1 Medical manipulator (surgical support robot)
4 Medical instrument 31 Control part 60 Arm 61 Arm part 70 Translational movement mechanism part 80 Operation part 80a Outer peripheral surface 80b Surface 81 Enable switch 82 Housing (grip part)
83 Force sensor (sensor)
84 Buffer member O Operator S Side

Claims (13)

複数のリンクと複数の関節を有するアームと、
前記複数のリンクのうちの少なくとも一つのリンクに取り付けられ、前記アームを操作する操作部とを備え、
前記操作部は、
操作者が把持する把持部と、
前記把持部に加えられた力に基づいて、前記アームの移動方向および移動速度を制御するための信号を出力するセンサと、
押下されることにより前記アームの移動を許可するイネーブルスイッチと、を含
前記センサは、前記操作者が前記アームの移動を許可する状態となるように前記操作部を把持して前記イネーブルスイッチを押下した状態で、前記把持部に加えられた力に基づいて、前記アームの移動方向および移動速度を制御するための信号を出力する、手術支援ロボット。
An arm with multiple links and multiple joints,
an operating section attached to at least one link of the plurality of links and operating the arm,
The operation section is
a grip part that is gripped by an operator;
a sensor that outputs a signal for controlling the moving direction and moving speed of the arm based on the force applied to the gripping part;
an enable switch that allows movement of the arm when pressed ;
The sensor moves the arm based on the force applied to the grip when the operator grips the operation part and presses down the enable switch so as to permit movement of the arm. A surgical support robot that outputs signals to control the direction and speed of movement .
前記操作部は、前記複数のリンクのうち、最先端のリンクに取り付けられている、請求項1に記載の手術支援ロボット。 The surgical support robot according to claim 1, wherein the operation section is attached to the most advanced link among the plurality of links. 前記アームは、医療器具が取り付けられる先端側リンクと基端側リンクとを含み、前記先端側リンクを前記基端側リンクに対して相対的に並進移動させる並進移動機構部をさらに備えており、
前記操作部が支持される前記リンクは、前記先端側リンクである、請求項1または2に記載の手術支援ロボット。
The arm includes a distal link and a proximal link to which a medical instrument is attached, and further includes a translation mechanism that translates the distal link relative to the proximal link,
The surgery support robot according to claim 1 or 2, wherein the link on which the operating section is supported is the distal end link.
前記操作部は、前記医療器具に隣り合うように、前記先端側リンクに取り付けられている、請求項3に記載の手術支援ロボット。 The surgery support robot according to claim 3, wherein the operation section is attached to the distal end link so as to be adjacent to the medical instrument. 前記イネーブルスイッチは、前記操作部の外周面に設けられており、前記操作者が前記操作部の外周面を把持して前記イネーブルスイッチを押下することにより前記アームの移動を許可する、請求項1~4のいずれか1項に記載の手術支援ロボット。 2. The enable switch is provided on an outer circumferential surface of the operating section, and the operator permits movement of the arm by grasping the outer circumferential surface of the operating section and pressing down the enable switch. The surgical support robot according to any one of items 4 to 4 . 前記イネーブルスイッチは、前記操作部の外周面の両側に一対設けられており、前記操作者が前記操作部の外周面を把持して、前記操作部の外周面の両側に設けられている前記イネーブルスイッチのうちの少なくとも一方を押下することにより前記アームの移動を許可する、請求項1~4のいずれか1項に記載の手術支援ロボット。 A pair of enable switches are provided on both sides of the outer circumferential surface of the operating section, and when the operator grasps the outer circumferential surface of the operating section, the enable switches provided on both sides of the outer circumferential surface of the operating section are activated. The surgical support robot according to any one of claims 1 to 4, wherein movement of the arm is permitted by pressing down at least one of the switches. 前記操作部の断面は、互いに対向して略平行に延びる一対の辺を有する形状を有しており、前記一対のイネーブルスイッチは、前記操作部の互いに対向する一対の辺を含む面に各々設けられている、請求項に記載の手術支援ロボット。 The cross section of the operation section has a shape having a pair of sides extending substantially parallel to each other, and the pair of enable switches are each provided on a surface of the operation section including the pair of opposite sides. The surgical support robot according to claim 6 , wherein the surgical support robot is 前記センサは、前記操作者が前記把持部を把持して前記把持部に対して加えられた力に基づいて、前記アームの移動方向および移動速度を操作するための信号を出力する力センサを含む、請求項1~のいずれか1項に記載の手術支援ロボット。 The sensor includes a force sensor that outputs a signal for controlling the moving direction and moving speed of the arm based on the force applied to the gripping part when the operator grips the gripping part. , The surgical support robot according to any one of claims 1 to 7 . 前記センサからの入力信号に基づいて前記アームを操作する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記センサからの入力信号に上限値を設けることと、前記センサからの入力信号を平滑化することとのうちの少なくとも一方を行うことにより、前記アームの移動速度の変化を低減する制御を行う、請求項1~のいずれか1項に記載の手術支援ロボット。
further comprising a control unit that operates the arm based on an input signal from the sensor,
The control unit reduces changes in the movement speed of the arm by performing at least one of setting an upper limit on the input signal from the sensor and smoothing the input signal from the sensor. The surgical support robot according to any one of claims 1 to 8 , which performs control such that:
複数のリンクと複数の関節を有するアームと、
前記複数のリンクのうちの少なくとも一つのリンクに取り付けられ、前記アームを操作する操作部とを備え、
前記操作部は、
操作者が把持する把持部と、
前記把持部に加えられた力に基づいて、前記アームの移動方向および移動速度を制御するための信号を出力するセンサと、
前記把持部と前記センサとの間に設けられ、前記把持部から前記センサに加えられる力を緩和する緩衝部材を含む、手術支援ロボット。
An arm with multiple links and multiple joints,
an operating section attached to at least one link of the plurality of links and operating the arm,
The operation section is
a grip part that is gripped by an operator;
a sensor that outputs a signal for controlling the moving direction and moving speed of the arm based on the force applied to the gripping part;
A surgical support robot, comprising: a buffer member provided between the gripping part and the sensor, and relieving force applied from the gripping part to the sensor.
前記把持部は、前記センサと前記緩衝部材とを内部に収容する前記操作部の外表面を構成する筐体を含む、請求項10に記載の手術支援ロボット。 11. The surgical support robot according to claim 10 , wherein the gripping section includes a casing constituting an outer surface of the operating section that houses the sensor and the buffer member therein. 前記センサは、前記アームに固定されており、
前記把持部は、前記緩衝部材を介して、前記アームに固定された前記センサに力を加える、請求項10または11に記載の手術支援ロボット。
the sensor is fixed to the arm,
The surgical support robot according to claim 10 or 11 , wherein the gripping section applies force to the sensor fixed to the arm via the buffer member.
前記緩衝部材は、ゴム部材を含む、請求項1012のいずれか1項に記載の手術支援ロボット。 The surgical support robot according to any one of claims 10 to 12 , wherein the buffer member includes a rubber member.
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