JPH07184923A - Remote precise surgical operation supporting device - Google Patents

Remote precise surgical operation supporting device

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JPH07184923A
JPH07184923A JP5334938A JP33493893A JPH07184923A JP H07184923 A JPH07184923 A JP H07184923A JP 5334938 A JP5334938 A JP 5334938A JP 33493893 A JP33493893 A JP 33493893A JP H07184923 A JPH07184923 A JP H07184923A
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JP
Japan
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information
remote
microsurgery
remote microsurgery
operation command
Prior art date
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Pending
Application number
JP5334938A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Fujio Tajima
不二夫 田島
Masakatsu Fujie
正克 藤江
Isao Nakajima
功 中島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH07184923A publication Critical patent/JPH07184923A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide the master/slave type remote precise surgical operation supporting device for enabling a precise surgical operation which requires various kinds of degrees of freedom for the fingers inside a narrow space. CONSTITUTION:This device is composed of a working environment information detecting means 104, presence control information generating means 101, operating command generating means 103, diseased part tissue operating means 102 and operating command input means 114.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、医療用機器であり、脳
・神経系・眼球等の微細な外科的治療を術者が術具を遠
隔操作することによって行うことを支援する遠隔微細手
術支援装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a medical device, which is a remote microsurgery for assisting an operator to perform fine surgical treatment of the brain, nervous system, eyeball, etc. by remotely controlling an operating tool. Regarding the support device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、脳神経手術用の装置として、特開
平3-121064号公報に示されるような、定位脳手術のため
の穿刺マニピュレータがある。また、遠隔操作による手
術装置としては、特開平4-146097号公報に示されるよう
な、二重管のプローブ内に遠隔操作される手術用マニピ
ュレータを有した装置がある。また、マイクロハンドリ
ング装置としては、例えば日本機械学会ロボティクス・
メカトロニクス講演会’93講演論文集p。693〜p。696に
示されるような、マニピュレータとステージに回転と並
進の自由度を分けた構成のものなどがある。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a device for cranial nerve surgery, there is a puncture manipulator for stereotactic brain surgery as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 311064. Further, as a remote operation device, there is a device having a remotely operated operation manipulator in a double-tube probe as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-146097. Further, as the micro handling device, for example, Robotics
Mechatronics Conference '93 Proceedings p. 693-p. As shown in 696, there is a manipulator and a stage in which the degrees of freedom of rotation and translation are separated.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のうち、
特開平3-121064号公報に記載の公知例は定位脳手術用で
あり穿刺のみを行うことができるが、脳神経疾患の中に
は穿刺だけでは十分な外科的治療を行うことができず、
患部組織の操作のために多くの自由度を必要とするもの
も存在する。また、上記公知例に記載してある事項は穿
刺用マニピュレータに関する部分だけであり、それを操
作するための他の部分に関する記述はされていない。ま
た、特開平4-146097号公報に記載の公知例は患者と術者
がまったく隔てられているため、非常時の対応が不可能
であるかあるいはかなり遅れるおそれがある。また、日
本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会’93講
演論文集p。693〜p。696記載の公知例では、作業対象物
をステージに載せないと作業のできない構成になってお
り、手術作業には不向きである。
Of the above-mentioned conventional techniques,
The known example described in JP-A-3-21064 is for stereotactic brain surgery and can be performed only by puncturing, but some cerebral nerve diseases cannot perform sufficient surgical treatment by only puncturing,
Some require a large number of degrees of freedom to manipulate the affected tissue. Further, the matters described in the above-mentioned publicly known examples are only the portion related to the puncture manipulator, and the description regarding the other portions for operating the puncture manipulator is not described. Further, in the known example described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-146097, the patient and the operator are completely separated from each other, so that there is a possibility that it is impossible to deal with an emergency or it may be considerably delayed. Also, the Japan Society of Mechanical Engineers Robotics and Mechatronics Conference '93 Proceedings p. 693-p. In the publicly known example described in 696, the work cannot be performed unless the work target is placed on the stage, which is unsuitable for surgical work.

【0004】本発明の一つの目的は、狭隘空間内で手先
に多くの自由度を必要とするような微細手術作業を行う
ことのできるマスタ・スレーブ型の遠隔微細手術支援装
置を提供することである。
One object of the present invention is to provide a master-slave type remote microsurgery assisting apparatus capable of performing microsurgery work requiring a great deal of freedom in the hand in a narrow space. is there.

【0005】本発明の他の目的は、加齢による視力の低
下や手先分解能の劣化等に起因する術者の作業スキルの
低下を補う遠隔微細手術支援装置を提供することであ
る。
Another object of the present invention is to provide a remote microsurgery assisting apparatus which compensates for a decrease in working skill of an operator due to deterioration of visual acuity and deterioration of hand resolution due to aging.

【0006】本発明のさらに他の目的は、患者と術者の
間の血液感染を防ぐ遠隔微細手術支援装置を提供するこ
とである。
Still another object of the present invention is to provide a remote microsurgery support device for preventing blood infection between a patient and an operator.

【0007】本発明の他の目的は、組織の変性を主に利
用することで侵襲度の低い手術を実現する遠隔微細手術
支援装置を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a remote microsurgery assisting device which realizes surgery with low invasiveness by mainly utilizing tissue degeneration.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、脳・神
経系・眼球等の外科手術において術者が術具を遠隔操作
することによって微細な作業を行うことを支援する遠隔
微細手術支援装置であり、患部およびその周辺の画像を
検出する視覚センサと作業機の先端の患部への接近を検
出する近接覚センサと作業機先端が患部に接触している
時の接触力を検出する力覚センサからなる作業環境情報
検出手段と、術者に対して作業環境情報検出手段によっ
て検出された情報を加工して提示する臨場感制御情報生
成手段と、術者が臨場感制御情報生成手段により提示さ
れる情報にもとづいて起こす動作を検出すると同時に作
業環境情報検出手段の力覚センサが検出した情報を術者
に伝達する操作指令生成手段と、動作手段を介して入力
された術者の動作と作業環境情報検出手段によって検出
された情報にもとづいて加えられる拘束との間で調整を
行うことによって生成される指令値に従って術具を駆動
する複数の作業機を制御する患部組織操作手段とから構
成されることを特徴とする遠隔微細手術支援装置が提供
される。
According to the present invention, in the surgical operation of the brain, the nervous system, the eyeball, etc., a remote microsurgery support for assisting an operator to perform a fine work by remotely operating a surgical tool. The device is a visual sensor that detects the image of the affected area and its surroundings, a proximity sensor that detects the approach of the tip of the working machine to the affected area, and a force that detects the contact force when the tip of the working machine is in contact with the affected area. By means of a work environment information detecting means including a sense sensor, a sense of presence control information generating means for processing and presenting information detected by the work environment information detecting means to the operator, and a sense of presence control information generating means by the surgeon. An operation command generating means for transmitting the information detected by the force sensor of the work environment information detecting means to the operator at the same time as detecting the motion to be caused based on the presented information, and the operation of the operator input through the operating means. And a diseased part tissue operating means for controlling a plurality of working machines that drive a surgical instrument according to a command value generated by adjusting a constraint applied based on information detected by the work environment information detecting means. A remote microsurgery support device is provided.

【0009】また、本発明によれば、上記構成の遠隔微
細手術支援装置において、作業機の先端に微細な冷凍素
子を有することを特徴とする遠隔微細手術支援装置が提
供される。
Further, according to the present invention, there is provided a remote microsurgery assisting apparatus having the above-mentioned configuration, characterized in that a fine refrigeration element is provided at a tip of a working machine.

【0010】また、本発明によれば、上記構成の遠隔微
細手術支援装置において、多数の電極間に働く静電気力
を利用したアクチュエータによって作業機の各関節が駆
動されることを特徴とする遠隔微細手術支援装置が提供
される。
Further, according to the present invention, in the remote microsurgery assisting apparatus having the above structure, each joint of the working machine is driven by an actuator utilizing an electrostatic force acting between a large number of electrodes. An operation support device is provided.

【0011】また、本発明によれば、上記構成の遠隔微
細手術支援装置において、術者が操作指令生成手段を介
して操作する1本または2本のスレーブマニピュレータの
位置姿勢と、他の複数のスレーブマニピュレータ群の位
置姿勢、および環境との間にある関係を設定し動作手段
がつねに設定された関係を満足するように他の複数のス
レーブマニピュレータ群を自動制御することにより、術
者がすべてのスレーブマニピュレータ群を操作すること
なく複数のスレーブマニピュレータ群が追従的協調動作
を行うことを特徴とする遠隔微細手術支援装置が提供さ
れる。
Further, according to the present invention, in the remote microsurgery assisting apparatus having the above structure, the position and orientation of one or two slave manipulators operated by the operator via the operation command generating means, and other plural positions. By setting the relationship between the position and orientation of the slave manipulator group and the environment and automatically controlling the other slave manipulator groups so that the motion means always satisfies the set relationship, the operator can There is provided a remote microsurgery assisting device characterized in that a plurality of slave manipulator groups perform follow-up cooperative operation without operating the slave manipulator group.

【0012】また、本発明によれば、上記構成の遠隔微
細手術支援装置において、操作指令生成手段の操作端マ
スタが患部を直接操作可能でありマスタとスレーブが協
調作業を行うことができることを特徴とする遠隔微細手
術支援装置が提供される。
Further, according to the present invention, in the remote microsurgery assisting apparatus having the above-mentioned structure, the operating end master of the operation command generating means can directly operate the affected area, and the master and the slave can perform a cooperative work. A remote microsurgery support device is provided.

【0013】また、本発明によれば、上記構成の遠隔微
細手術支援装置において、マスタとスレーブの位置姿勢
を対応させる際のスケール変換における各自由度の変換
係数を独立に設定し動作内容に応じて切り替えることを
特徴とする遠隔微細手術支援装置が提供される。
Further, according to the present invention, in the remote microsurgery assisting apparatus having the above-mentioned structure, the conversion coefficient of each degree of freedom in the scale conversion when the position and orientation of the master and the slave are made to correspond to each other is set independently, and the conversion coefficient is set according to the operation content. Provided is a remote microsurgery assisting device, which is characterized by being switched over.

【0014】また、本発明によれば、上記構成の遠隔微
細手術支援装置において、視覚センサの姿勢とスレーブ
マニピュレータの姿勢が連動することを特徴とする遠隔
微細手術支援装置が提供される。
Further, according to the present invention, there is provided a remote microsurgery assisting apparatus having the above structure, wherein the attitude of the visual sensor and the attitude of the slave manipulator are interlocked.

【0015】また、本発明によれば、上記構成の遠隔微
細手術支援装置において、赤外線の発光素子と受光素子
の組み合わせを用いてスレーブマニピュレータ先端の患
部への接近を検出することを特徴とする遠隔微細手術支
援装置が提供される。
Further, according to the present invention, in the remote microsurgery assisting apparatus having the above structure, the approach of the tip of the slave manipulator to the affected part is detected by using a combination of an infrared emitting element and an infrared receiving element. A microsurgery support device is provided.

【0016】また、本発明によれば、上記構成の遠隔微
細手術支援装置において、半導体製造技術を用いて一体
製造された歪ゲージと処理回路とからなる微小力覚セン
サによりスレーブマニピュレータ先端の反力を検出する
ことを特徴とする遠隔微細手術支援装置が提供される。
Further, according to the present invention, in the remote microsurgery assisting apparatus having the above-mentioned structure, the reaction force of the tip of the slave manipulator is controlled by the minute force sensor including the strain gauge and the processing circuit integrally manufactured by using the semiconductor manufacturing technology. There is provided a remote microsurgery assisting device, which is characterized by detecting

【0017】また、本発明によれば、上記構成の遠隔微
細手術支援装置において、スレーブマニピュレータと視
覚センサの位置を連動させる粗動機構の自由度構成が球
面座標系となっていることを特徴とする遠隔微細手術支
援装置が提供される。
Further, according to the present invention, in the remote microsurgery assisting apparatus having the above structure, the degree of freedom structure of the coarse movement mechanism for interlocking the positions of the slave manipulator and the visual sensor is a spherical coordinate system. Provided is a remote microsurgery support device.

【0018】また、本発明によれば、上記構成の遠隔微
細手術支援装置において、通常の光学画像の他に赤外領
域波長を検出可能な視覚センサを有することを特徴とす
る遠隔微細手術支援装置が提供される。
Further, according to the present invention, in the remote microsurgery assisting apparatus having the above-mentioned structure, a remote microsurgery assisting apparatus is provided which has a visual sensor capable of detecting infrared region wavelengths in addition to a normal optical image. Will be provided.

【0019】また、本発明によれば、上記構成の遠隔微
細手術支援装置において、視覚センサの検出した画像情
報を提示する際に通常の光学画像に加えて温度の高低・
力覚センサによって検出されたスレーブマニピュレータ
先端の接触力の大小・近接覚センサによって検出された
患部とスレーブマニピュレータ先端との距離を色の種類
や明度・彩度に変換したものを重ね合わせたものを画像
情報として提示する臨場感制御情報生成手段を有するこ
とを特徴とする遠隔微細手術支援装置が提供される。
Further, according to the present invention, in the remote microsurgery assisting apparatus having the above-mentioned configuration, when the image information detected by the visual sensor is presented, in addition to the usual optical image
The contact force at the tip of the slave manipulator detected by the force sensor ・ The distance between the affected area detected by the proximity sensor and the tip of the slave manipulator is converted to the type of color and brightness / saturation. There is provided a remote microsurgery assisting device having a presence control information generating means for presenting it as image information.

【0020】また、本発明によれば、上記構成の遠隔微
細手術支援装置において、上記の画像情報の他に温度の
高低・力覚センサによって検出されたスレーブマニピュ
レータ先端の接触力の大小・近接覚センサによって検出
された患部とスレーブマニピュレータ先端との距離を音
量・音程・音色に変換したものを音響情報として提示す
る臨場感制御情報生成手段を有することを特徴とする遠
隔微細手術支援装置が提供される。
Further, according to the present invention, in the remote microsurgery assisting apparatus having the above-mentioned structure, in addition to the above-mentioned image information, the magnitude of the contact force at the tip of the slave manipulator detected by the force sensor and the force sensor, and the proximity sensation. Provided is a remote microsurgery assisting device having a presence control information generating means for presenting, as acoustic information, information obtained by converting the distance between the affected area detected by a sensor and the tip of the slave manipulator into volume, pitch, and timbre. It

【0021】また、本発明によれば、上記構成の遠隔微
細手術支援装置において、上記の画像情報に加えて術者
が状況を表現するための図形・記号を編集し上記画像情
報に重ねて提示する臨場感制御情報生成手段を有するこ
とを特徴とする遠隔微細手術支援装置が提供される。
Further, according to the present invention, in the remote microsurgery assisting apparatus having the above-mentioned configuration, in addition to the above-mentioned image information, a figure / symbol for the operator to express the situation is edited and presented on the above-mentioned image information. There is provided a remote microsurgery assisting device, characterized in that it has a realistic control information generating means.

【0022】また、本発明によれば、上記構成の遠隔微
細手術支援装置において、前記画像情報を提示する画像
表示部の下に操作指令生成手段の操作用マスタを配置す
ることを特徴とする遠隔微細手術支援装置が提供され
る。
Further, according to the present invention, in the remote microsurgery assisting apparatus having the above-mentioned configuration, the operation master of the operation command generating means is arranged below the image display section for presenting the image information. A microsurgery support device is provided.

【0023】また、本発明によれば、上記構成の遠隔微
細手術支援装置において、患部組織操作手段が粗動と微
動に分離されていることを特徴とする遠隔微細手術支援
装置が提供される。
Further, according to the present invention, there is provided a remote microsurgery assisting apparatus having the above-mentioned configuration, wherein the affected tissue operation means is separated into coarse and fine movements.

【0024】また、本発明によれば、上記構成の遠隔微
細手術支援装置において、多数の電極間に働く静電気力
を利用したアクチュエータを用いて動作指令入力手段の
各関節が駆動されることによって反力を発生することを
特徴とする遠隔微細手術支援装置か提供される。
Further, according to the present invention, in the remote microsurgery assisting apparatus having the above-described structure, each joint of the operation command inputting means is driven by using the actuator utilizing the electrostatic force acting between the plurality of electrodes. There is provided a remote microsurgery assisting device characterized by generating force.

【0025】また、本発明によれば、上記構成の遠隔微
細手術支援装置において、動作指令入力時に術者の把持
する部分と反力を発生する部分が電磁石の磁力によって
結合されており過大入力等の異状時には電磁石への電流
を切ることによって上記の結合を解除することを特徴と
する遠隔微細手術支援装置が提供される。
Further, according to the present invention, in the remote microsurgery assisting apparatus having the above-mentioned configuration, a portion gripped by an operator and a portion which generates a reaction force at the time of inputting an operation command are coupled by the magnetic force of the electromagnet, so that an excessive input is applied. There is provided a remote microsurgery assisting device characterized in that the above-mentioned coupling is released by cutting off the electric current to the electromagnet in the abnormal state.

【0026】また、本発明によれば、請求項18記載の動
作指令入力手段において、結合部分に固定手段を設け、
術者が把持部分を操作することによって入力できる位置
姿勢の自由度の数を変化させることを特徴とする遠隔微
細手術支援装置が提供される。
Further, according to the present invention, in the operation command input means according to claim 18, a fixing means is provided in the coupling portion,
There is provided a remote microsurgery assisting device characterized by changing the number of position / orientation degrees of freedom that an operator can input by operating a grip portion.

【0027】また、本発明によれば、上記構成の遠隔微
細手術支援装置において、請求項12記載の画像情報に加
えて術者に状況を説明するための図形・記号を上記画像
情報に重ねて提示する臨場感制御情報生成手段を有する
ことを特徴とする遠隔微細手術支援装置が提供される。
Further, according to the present invention, in the remote microsurgery support device having the above-mentioned configuration, in addition to the image information according to claim 12, a figure / symbol for explaining the situation to the operator is superimposed on the image information. There is provided a remote microsurgery support device characterized by having a presence control information generation unit to be presented.

【0028】[0028]

【作用】本発明によれば、狭隘空間内で手先に多くの自
由度を必要とするような微細手術作業を行うことのでき
るマスタ・スレーブ型の遠隔微細手術支援装置を実現す
ることができる。
According to the present invention, it is possible to realize a master-slave type remote microsurgery assisting apparatus capable of performing a microsurgery operation requiring a great deal of freedom for the hand in a narrow space.

【0029】また、本発明によれば、加齢による視力の
低下や手先分解能の劣化等に起因する術者の作業スキル
の低下を補う遠隔微細手術支援装置を実現することがで
きる。
Further, according to the present invention, it is possible to realize a remote microsurgery assisting apparatus which compensates for a decrease in the working skill of an operator due to deterioration of visual acuity due to aging, deterioration of hand resolution, and the like.

【0030】また、本発明によれば、患者と術者の間の
血液感染を防ぐ遠隔微細手術支援装置を実現することが
できる。
Further, according to the present invention, it is possible to realize a remote microsurgery support device for preventing blood infection between a patient and an operator.

【0031】また、本発明によれば、組織の変性を主に
利用することで侵襲度の低い手術を実現する遠隔微細手
術支援装置を実現することができる。
Further, according to the present invention, it is possible to realize a remote microsurgery assisting apparatus which realizes surgery with low invasiveness by mainly utilizing the degeneration of tissues.

【0032】[0032]

【実施例】図1は本発明の装置の構成を示すもので、こ
の図1中において、101は臨場感制御情報生成手段、102
は患部組織操作手段、103は操作指令生成手段、104は作
業環境情報検出手段、105は力覚センサ情報、106は近接
覚センサ情報、107は視覚センサ情報、108は仮想反力情
報、109は合成加工画像、110は仮想音場、111は操作指
令情報、112は合成反力、113は動作指令、114は操作指
令入力手段、115はスレーブマニピュレータ位置情報、1
16は拡大倍率情報を表す。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows the structure of the device of the present invention. In FIG.
Is affected tissue operation means, 103 is operation command generation means, 104 is work environment information detection means, 105 is force sensor information, 106 is proximity sensor information, 107 is visual sensor information, 108 is virtual reaction force information, 109 is Composite processed image, 110 virtual sound field, 111 operation command information, 112 synthetic reaction force, 113 operation command, 114 operation command input means, 115 slave manipulator position information, 1
Reference numeral 16 represents magnification information.

【0033】作業環境情報検出手段104は視覚センサと
マニピュレータ先端の力覚センサおよび近接覚センサを
もって患部とその周辺環境を検出する。臨場感制御情報
生成手段101は作業環境情報検出手段104の検出した情報
とスレーブマニピュレータ位置情報115を加工し画像と
音および仮想反力を生成する。これをもって患部の状態
が術者に示される。力覚センサおよび近接覚センサの情
報は操作指令生成手段103にも伝達される。力覚センサ
により検出された実際の反力は術者の感じることのでき
るレンジに変換される。
The work environment information detecting means 104 detects the affected part and its surrounding environment by means of a visual sensor, a force sensor and a proximity sensor at the tip of the manipulator. The presence control information generation means 101 processes the information detected by the work environment information detection means 104 and the slave manipulator position information 115 to generate an image, a sound and a virtual reaction force. With this, the condition of the affected area is shown to the operator. Information on the force sensor and the proximity sensor is also transmitted to the operation command generating means 103. The actual reaction force detected by the force sensor is converted into a range that the operator can feel.

【0034】臨場感制御情報生成手段101で生成された
仮想反力はレンジ変換された実反力と加え合わせられ動
作指令入力手段114を介して術者に伝えられる。術者は
臨場感制御情報生成手段101の示した情報をもとに動作
指令入力手段114を介して患部組織操作手段102に対する
動作指令を入力する。入力された動作指令は操作指令生
成手段102によって操作指令情報111に変換される。患部
組織操作手段は拡大倍率情報116をパラメータとして操
作指令情報111を解釈実行し患部組織を操作する。
The virtual reaction force generated by the realistic control information generating means 101 is added to the range-converted actual reaction force and transmitted to the operator via the motion command input means 114. The operator inputs an operation command to the affected part tissue operating means 102 via the operation command inputting means 114 based on the information indicated by the presence control information generating means 101. The input operation command is converted into operation command information 111 by the operation command generation means 102. The affected tissue operation means interprets and executes the operation command information 111 using the magnification information 116 as a parameter to operate the affected tissue.

【0035】次に上述した各手段について説明する。Next, each means described above will be explained.

【0036】まず、臨場感制御情報生成手段101につい
て説明する。
First, the presence control information generating means 101 will be described.

【0037】臨場感制御情報生成手段101の一構成例お
よび操作指令生成手段102の一部を図2に示す。図中にお
いて、201は作業環境情報加工器、202は両眼視界操作
器、203は加工画像表示用ディスプレイ、210は201によ
って105〜107、115の情報をもとに生成された仮想音場
再生手段、211は201によって105〜107の情報をもとに生
成された仮想画像情報と実画像である視覚センサ情報を
加工したものを合成した合成画像情報、213は両眼視界
操作器202の制御信号を表す。図2を上から見たのが図14
である。術者の手首から先は手術環境内では1401に示す
ようにスレーブマニピュレータの先端になったように見
える。
FIG. 2 shows an example of the configuration of the realistic control information generating means 101 and a part of the operation command generating means 102. In the figure, 201 is a work environment information processor, 202 is a binocular visual field operator, 203 is a display for displaying a processed image, 210 is a virtual sound field reproduction generated by 201 based on the information of 105 to 107 and 115. Numeral 211, synthetic image information obtained by synthesizing processed virtual sensor information which is a real image and virtual image information generated based on the information of 105 to 107 by 201, 213 is control of the binocular vision operator 202 Represents a signal. Seen from above in Figure 2 is Figure 14
Is. From the surgeon's wrist, it appears to be the tip of the slave manipulator 1401 in the surgical environment.

【0038】次に、作業環境情報加工器201の動作につい
て図15乃至図24を用いて説明する。まず図15乃至図18を
用いて画像情報の生成について説明する。
Next, the operation of the work environment information processor 201 will be described with reference to FIGS. 15 to 24. First, generation of image information will be described with reference to FIGS.

【0039】図15では最初に力覚センサ情報105、近接
覚センサ情報106によりスレーブマニピュレータ先端の
接触の有無を検出・判断する(ステップ1501、1502)。ス
レーブマニピュレータが非接触の場合には視覚センサ情
報107と近接覚センサ情報106をもとにその距離を計算し
(ステップ1505)、距離の大小を色の種類(距離大:赤→距
離小:紫)、色の明度(距離大:明度高→距離小:明度低)、
色の彩度(距離大:彩度高→距離小:彩度低)で表現する
(ステップ1506)。
In FIG. 15, first, the force sensor information 105 and the proximity sensor information 106 detect / determine the presence or absence of contact of the tip of the slave manipulator (steps 1501 and 1502). When the slave manipulator is not in contact, its distance is calculated based on the visual sensor information 107 and the proximity sensor information 106.
(Step 1505), the size of the distance is the color type (large distance: red → small distance: purple), the brightness of the color (large distance: high brightness → small distance: low brightness),
Expressed with color saturation (large distance: high saturation → small distance: low saturation)
(Step 1506).

【0040】また、接触している場合は視覚センサ情報
107と近接覚情報106をもとに患部での応力分布を推定し
(ステップ1503)、画像各点での応力の大小を色の種類
(応力大:赤→応力小:紫)、色の明度(応力大:明度高→応
力小:明度低)、色の彩度(応力大:彩度高→応力小:彩度
低)で表現する(ステップ1504)。1504または1506を行っ
た後にこれを原画像に重ねて表示する(ステップ1507)。
すなわち患部とスレーブマニピュレータの距離が近いと
ころ、あるいは力のかかっているところが明るくなった
り、鮮やかになったり、ある特定の色を帯びたりする。
あるいは図16のようにスレーブマニピュレータの先端の
運動を色の種類・明度・彩度と対応させるやりかたもで
きる。
Further, when in contact, visual sensor information
The stress distribution in the affected area is estimated based on 107 and proximity information 106.
(Step 1503), the magnitude of stress at each point in the image is determined by the color type
Expressed as (high stress: red → low stress: purple), color lightness (high stress: high lightness → low stress: low lightness), color saturation (high stress: high saturation → low stress: low saturation) Yes (step 1504). After performing 1504 or 1506, this is displayed overlaid on the original image (step 1507).
That is, the place where the affected part and the slave manipulator are close to each other, or the place where the force is applied, becomes brighter, brighter, or has a specific color.
Alternatively, as shown in FIG. 16, it is also possible to associate the movement of the tip of the slave manipulator with the color type, lightness, and saturation.

【0041】まず、スレーブマニピュレータの先端位置
情報115 (これには目標値および応答が含まれる)からマ
ニピュレータの位置偏差・速度・加速度を計算する(ス
テップ1601)。次に位置偏差・速度・加速度の値の大小
を色の種類(大:赤→小:紫)、色の明度(大:明度高→小:
明度低)、色の彩度(大:彩度高→小:彩度低)で表現する
(ステップ1602)。このとき位置偏差・速度・加速度と色
の種類・明度・彩度との対応は任意であり何通りも考え
られる。最後に表現された色を原画像のマニピュレータ
先端付近に重ねて表示する(ステップ1603)。赤外波長領
域の画像を可視光領域に変換したものを一時的に重ね合
わせることも考えられる。これを図17を用いて説明す
る。
First, the position deviation / speed / acceleration of the manipulator is calculated from the tip position information 115 of the slave manipulator (this includes the target value and the response) (step 1601). Next, the magnitude of the position deviation / velocity / acceleration is determined by the type of color (large: red → small: purple) and the brightness of the color (large: high brightness → small:
Expressed in terms of color saturation (large: high saturation → small: low saturation)
(Step 1602). At this time, the correspondence between the position deviation / velocity / acceleration and the type of color / brightness / saturation is arbitrary and many variations are possible. The finally expressed color is superimposed and displayed near the tip of the manipulator of the original image (step 1603). It is also conceivable to temporarily superimpose images obtained by converting images in the infrared wavelength region into the visible light region. This will be described with reference to FIG.

【0042】まず、視覚センサ情報から原画像中各点の
赤外波長領域成分を抽出する(ステップ1701)。各点のデ
ータについてその成分の光強度はそのままで波長のみを
可視領域にシフトする(ステップ1702)。最後に原画像に
重ねて表示する(ステップ1703)。組織の悪い部分は一般
に周囲と温度が異なることが多いので、本来は不可視で
ある温度分布を可視化することで患部位置の特定が容易
になる。
First, the infrared wavelength region component of each point in the original image is extracted from the visual sensor information (step 1701). With respect to the data at each point, only the wavelength is shifted to the visible region while the light intensity of that component remains unchanged (step 1702). Finally, the original image is displayed overlaid (step 1703). In general, the temperature of a bad part of the tissue is different from that of the surroundings, so that the position of the affected area can be easily identified by visualizing a temperature distribution that is originally invisible.

【0043】さらに環境内でのスレーブマニピュレータ
の運動をわかりやすくするための矢印・効果線や、状況
を説明する擬声語・擬態語の描き文字を重ね合わせて表
示することも考えられる。図18はその一例である。まず
スレーブマニピュレータの先端位置情報115から先端位
置ベクトルの時間微分あるいはサンプル時刻間での変分
ベクトルを計算する(ステップ1801)。ベクトルの大きさ
と方向を半透明な矢印で表現したのち(ステップ1802)、
原画像のマニピュレータの先端を始点として矢印を描画
する(ステップ1803)。以上のようにして生成あるいは合
成された画像情報は両眼視界制御手段202と合成画像表
示用ディスプレイ203を同期して駆動することにより立
体視画像として操作者に提示される。これは左右の目の
視界を交互に遮りそれに同期して左目用および右目用の
画像を表示する方法でもよいし、画面を左右に分割して
わずかに視差のある画像を表示しこれを特殊なレンズを
介して眺める方法でもよい。以上図15〜図18に示したア
ルゴリズムによって、実画像に対してより一層の臨場感
を付け加えることができ、術者の操作しやすさを増すこ
とができる。
Further, it is also possible to superimpose and display arrows and effect lines for making the movement of the slave manipulator in the environment easy to understand, and superimposed characters of onomatopoeia and mimetic words for explaining the situation. FIG. 18 shows an example. First, a time derivative of the tip position vector or a variation vector between sample times is calculated from the tip position information 115 of the slave manipulator (step 1801). After expressing the magnitude and direction of the vector with semi-transparent arrows (step 1802),
An arrow is drawn starting from the tip of the manipulator of the original image (step 1803). The image information generated or combined as described above is presented to the operator as a stereoscopic image by driving the binocular visual field control means 202 and the combined image display 203 in synchronization. This may be a method of alternately blocking the view of the left and right eyes and displaying the images for the left eye and the right eye in synchronization with it, or dividing the screen into the left and right and displaying an image with a slight parallax A method of looking through a lens may be used. With the algorithms shown in FIGS. 15 to 18, it is possible to add a more realistic sensation to the actual image, and increase the operability of the operator.

【0044】次に、図19乃至図22を用いて音場情報の生
成について説明する。図19では最初に力覚センサ情報10
5、近接覚センサ情報106によりスレーブマニピュレータ
先端の接触の有無を検出・判断する(ステップ1901、190
2)。スレーブマニピュレータが非接触の場合には視覚セ
ンサ情報107と近接覚センサ情報106をもとにその距離を
計算し(ステップ1905)、距離の大小を音量(音の大きさ)
(距離大:音量大→距離小:紫)、音質(音量の時間的な変
化)(距離大:変化大→距離小:変化小)、音程(音の高さ)
(距離大:音程高→距離小:音程低)、音色(基本波および
高調波の成分分布)(距離大:成分少→距離小:成分多)で
表現する(ステップ1906)。
Next, generation of sound field information will be described with reference to FIGS. 19 to 22. In FIG. 19, first the force sensor information 10
5. The proximity sensor information 106 is used to detect and determine whether or not the tip of the slave manipulator is in contact (steps 1901 and 190).
2). When the slave manipulator is non-contact, the distance is calculated based on the visual sensor information 107 and the proximity sensor information 106 (step 1905), and the magnitude of the distance is changed to the volume (volume of sound).
(Large distance: Large volume → Small distance: Purple), Sound quality (Volume change over time) (Large distance: Large change → Small distance: Small change), Pitch (Pitch)
(Large distance: high pitch → Small distance: Low pitch), tone color (fundamental wave and harmonic component distribution) (large distance: few components → small distance: many components) (step 1906).

【0045】また、接触している場合は視覚センサ情報
107と近接覚情報106をもとに患部での応力分布を推定し
(ステップ1903)、マニピュレータ先端から最も近い組織
上の一点での応力の大小を音量(音の大きさ)(応力大:音
量大→応力小:紫)、音質(音量の時間的な変化)(応力大:
変化大→応力小:変化小)、音程(音の高さ)(応力大:音程
高→応力小:音程低)、音色(基本波および高調波の成分
分布)(応力大:成分少→応力小:成分多)で表現する(ステ
ップ1904)。1904または1906を行った後にこれを仮想音
場再生手段210によって再生する(ステップ1907)。すな
わち患部とスレーブマニピュレータの距離が近いとこ
ろ、あるいは力のかかっている場合に音が大きくなった
り、音程が高くなったり、音質が明るくなったり、音の
種類が金属的なものになったりする。あるいは図20のよ
うにスレーブマニピュレータの先端の運動を音量・音質
・音程・音色と対応させるやりかたもできる。まずスレ
ーブマニピュレータの先端位置情報115 (これには目標
値および応答が含まれる)からマニピュレータの位置偏
差・速度・加速度を計算する(ステップ2001)。次に位置
偏差・速度・加速度の値の大小を音量(音の大きさ)(大:
音量大→小:紫)、音質(音量の時間的な変化)(大:変化大
→小:変化小)、音程(音の高さ)(大:音程高→小:音程
低)、音色(基本波および高調波の成分分布)(大:成分少
→小:成分多)で表現する(ステップ2002)。このとき位置
偏差・速度・加速度と音量・音質・音程・音色の対応は
任意であり何通りも考えられる。最後に表現された音を
仮想音場再生手段210によって再生する(ステップ200
3)。赤外波長領域の画像から得られた温度分布を音の変
化に対応させることも考えられる。
Further, when the contact is made, the visual sensor information
The stress distribution in the affected area is estimated based on 107 and proximity information 106.
(Step 1903), the volume of the stress at a point on the tissue closest to the tip of the manipulator is changed to the volume (sound volume) (stress: large volume → low stress: purple), sound quality (temporal change of volume) ( High stress:
Large change → small stress: small change), pitch (sound pitch) (stress large: high pitch → low stress: low pitch), timbre (fundamental and harmonic component distribution) (large stress: small component → stress) Small: many components) (step 1904). After performing 1904 or 1906, this is reproduced by the virtual sound field reproducing means 210 (step 1907). That is, when the affected part and the slave manipulator are close to each other, or when a force is applied, the sound becomes loud, the pitch becomes high, the sound quality becomes bright, and the kind of the sound becomes metallic. Alternatively, as shown in FIG. 20, the movement of the tip of the slave manipulator can be associated with the volume, sound quality, pitch, and timbre. First, the position deviation / velocity / acceleration of the manipulator is calculated from the tip position information 115 (which includes the target value and the response) of the slave manipulator (step 2001). Next, change the magnitude of the position deviation, velocity, and acceleration values to the volume (loudness) (loud:
Volume high → low: purple, sound quality (volume change over time) (high: high change → low: low change), pitch (pitch) (high: high pitch → low: low pitch), timbre ( It is expressed by (component distribution of fundamental wave and harmonics) (large: small number of components → small: large number of components) (step 2002). At this time, the correspondence between the position deviation / speed / acceleration and the volume / sound quality / tone / tone is arbitrary, and many variations are possible. The finally expressed sound is reproduced by the virtual sound field reproducing means 210 (step 200
3). It is also possible to make the temperature distribution obtained from the image in the infrared wavelength region correspond to the change in sound.

【0046】これを図21を用いて説明する。まず視覚セ
ンサ情報から原画像中各点の赤外波長領域成分を抽出す
る(ステップ2101)。スレーブマニピュレータから最も近
い点の光強度を温度と解釈し音量・音質・音程・音色の
いずれかに対応させる(ステップ2102)。最後に仮想音場
再生手段にって再生する(ステップ2103)。病変組織は一
般に周囲と温度が異なることが多いので、本来は検出不
可能である温度分布を可聴化することで患部位置の特定
が容易になる。さらに環境内でのスレーブマニピュレー
タの運動をわかりやすくするための効果音や、状況を説
明する擬声語・擬態語を同時に合わせて発音する。一例
を図22に示す。まずスレーブマニピュレータの先端位置
情報115から先端位置ベクトルの時間微分あるいはサン
プル時刻間での変分ベクトルを計算する(ステップ220
1)。ベクトルの大きさと方向を風切り音の音量・音質・
音程・音色および音像定位で表現したのち(ステップ2
202)、最後に仮想音場再生手段にって再生する(ス
テップ2203)。以上のようにして生成された音場は仮想
音場再生手段210によって操作者に提示される。これに
より、音場を用いてより一層の臨場感を付け加えること
ができ、術者の操作しやすさを増すことができる。
This will be described with reference to FIG. First, the infrared wavelength region component of each point in the original image is extracted from the visual sensor information (step 2101). The light intensity at the closest point from the slave manipulator is interpreted as the temperature and made to correspond to any of the volume, sound quality, pitch, and timbre (step 2102). Finally, the virtual sound field reproducing means reproduces the sound (step 2103). Since the temperature of the diseased tissue generally differs from that of the surroundings, it is easy to identify the position of the affected area by making the temperature distribution that is originally undetectable audible. In addition, sound effects that make it easier to understand the movement of the slave manipulator in the environment, and onomatopoeia and mimetic words that explain the situation are also pronounced at the same time. An example is shown in FIG. First, the time differential of the tip position vector or the variation vector between sample times is calculated from the tip position information 115 of the slave manipulator (step 220).
1). The volume and direction of the vector are the volume and sound quality of the wind noise.
After expressing by pitch, tone color and sound image localization (Step 2
202) and finally, the virtual sound field reproducing means reproduces the sound (step 2203). The sound field generated as described above is presented to the operator by the virtual sound field reproducing means 210. This makes it possible to add a more realistic sensation using the sound field, and increase the ease of operation by the operator.

【0047】次に、図23乃至図24を用いて仮想反力情報
の生成について説明する。
Next, generation of virtual reaction force information will be described with reference to FIGS.

【0048】図23に一例を示す。まず力覚センサ情報10
5、近接覚センサ情報106によりスレーブマニピュレータ
先端の接触の有無を検出・判断する(ステップ2301、230
2)。スレーブマニピュレータが非接触の場合には何もし
ない(ステップ2303)。また接触している場合はスレーブ
マニピュレータ位置情報115と視覚センサ情報107と近接
覚情報106をもとに患部と先端位置との距離rおよびそ
のn階微分値あるいは差分値を計算し(ステップ2304)、
マニピュレータ先端と患部との間に働く仮想反力Fv
(r、 dr/dt、 d(dr/dt)/dt、 。。。 tn)を計算する
(ステップ2305)。そののち仮想反力情報106を操作指令
生成手段103に伝える(ステップ2306)。たとえば患部と
スレーブマニピュレータの距離が近い場合に大きな仮想
的斥力を生成するようなポテンシャルを設定する。こう
しておけば操作者にとっての接触状態と非接触状態の間
の反力の不連続性を避けられるため、操作者は接触・非
接触の状態遷移を意識することなく操作でき操作性が向
上する。次に温度分布に応じた仮想反力の生成について
図24を用いて説明する。まず視覚センサ情報から赤外領
域の光強度分布を抽出する(ステップ2401)。強度分布が
温度分布に等しいとみなして画像各点における光強度に
応じた奥行き方向反対向きの仮想反力Fv′を計算し(ス
テップ2402)、これを操作指令生成手段103に伝える。こ
れにより温度の高低を反力の大小で感じるという非接触
の触診方法が可能になる。
FIG. 23 shows an example. First, force sensor information 10
5. The proximity sensor information 106 detects / determines whether or not the tip of the slave manipulator is in contact (steps 2301, 230).
2). If the slave manipulator is not in contact, nothing is done (step 2303). If they are in contact with each other, the distance r between the affected part and the tip position and its nth-order differential value or difference value are calculated based on the slave manipulator position information 115, the visual sensor information 107, and the proximity information 106 (step 2304). ,
Virtual reaction force Fv acting between the tip of the manipulator and the affected area
Calculate (r, dr / dt, d (dr / dt) / dt, ... tn)
(Step 2305). After that, the virtual reaction force information 106 is transmitted to the operation command generating means 103 (step 2306). For example, a potential is set such that a large virtual repulsive force is generated when the affected part and the slave manipulator are close to each other. In this way, the discontinuity of the reaction force between the contact state and the non-contact state for the operator can be avoided, so that the operator can operate without being aware of the contact / non-contact state transition, and the operability is improved. Next, the generation of the virtual reaction force according to the temperature distribution will be described with reference to FIG. First, the light intensity distribution in the infrared region is extracted from the visual sensor information (step 2401). Assuming that the intensity distribution is equal to the temperature distribution, the virtual reaction force Fv ′ in the opposite direction in the depth direction corresponding to the light intensity at each point of the image is calculated (step 2402), and this is transmitted to the operation command generation means 103. As a result, a non-contact palpation method in which the temperature rise and fall are felt by the reaction force becomes possible.

【0049】以上の仮想反力生成方法を適宜組み合わせ
て操作者に与えることにより、より一層の臨場感を付け
加えることができ、術者の操作しやすさを増すことがで
きる。以上に示したように、情報加工生成手段201は105
〜107、115の情報に対して加工を加えたり、これらをも
とにして情報の質の変換や新たな情報の生成(人間の感
覚器官がもともととらえることのできない物理量をでき
るものに変換する・・・質の変換);人間の感覚器官の検
出可能領域から外れている物理量を領域内の値になるよ
うに修正する(レンジの適正化);ある感覚器官が検出可
能であるが直感的に理解しにくい量を別の感覚器官が検
出可能でかつより理解しやすい量に変換する(感覚器官
の交換))を行う。これにより手術に対する臨場感を制御
することができ、術者の操作しやすさを増すことができ
る。
By appropriately combining the above virtual reaction force generating methods and giving them to the operator, a more realistic feeling can be added and the operability of the operator can be increased. As shown above, the information processing generation means 201
~ 107, 115 information is processed, based on these, the quality of the information is converted and new information is generated (converted into a physical quantity that the human sense organs cannot originally grasp.・ ・ Conversion of quality); Modify physical quantities that are out of the detectable area of human sensory organs to be values within the area (range optimization); It is possible to intuitively detect a certain sensory organ The amount that is difficult to understand is converted into an amount that can be detected by another sensory organ and is easier to understand (sensory organ replacement). This makes it possible to control the realistic sensation of the surgery and increase the operability of the operator.

【0050】次に、図3を用いて操作指令生成手段103
について説明する。
Next, the operation command generating means 103 will be described with reference to FIG.
Will be described.

【0051】図中において、307は動作指令の伝達を制
御するする仮想的接点、308は力覚センサ情報105を適正
なレンジに変換するように増幅や雑音除去に相当する再
帰的演算を行う力覚センサ情報演算部、309は308によっ
て処理された実反力情報、310は動作指令113から動作モ
ード・制御モードを設定し操作指令入力手段の各関節デ
ータを取り込む指令変換器、316は操作指令情報、317は
合成反力情報を表す。
In the figure, 307 is a virtual contact for controlling the transmission of the operation command, and 308 is a force for performing recursive calculation corresponding to amplification and noise removal so as to convert the force sensor information 105 into an appropriate range. Sense sensor information calculation unit, 309 is actual reaction force information processed by 308, 310 is a command converter that sets the operation mode / control mode from the operation command 113 and takes in each joint data of the operation command input means, 316 is an operation command Information, 317 represents synthetic reaction force information.

【0052】次に、力覚センサ情報演算部308の動作を
図25を用いて説明する。まず力覚センサ情報の値の大き
さを人間の筋力に対して適正なレベルに変換する(ステ
ップ2501)。次にノイズ除去のためにローパスフィルタ
と同等な再帰演算処理を行う(ステップ2502)。各自由度
に対する重み付けを行ったのち(ステップ2503)、仮想反
力情報の値を加算し(ステップ2505)、114へ伝える。す
なわち実反力情報309は臨場感制御情報生成手段101で生
成された仮想反力情報108と加え合わせられて合成反力
情報となり、図26で示されるように操作指令入力手段11
4の反力発生部の各関節トルク値に変換され(ステップ26
01)D/A変換器318でアナログ量に変換される(ステッ
プ2602)。これは114に伝えられ各関節アクチュエータの
ドライバへのトルク指令となる(ステップ2603)。
Next, the operation of the force sensor information calculation unit 308 will be described with reference to FIG. First, the magnitude of the value of the force sensor information is converted into an appropriate level for human muscle strength (step 2501). Next, recursive calculation processing equivalent to that of a low-pass filter is performed to remove noise (step 2502). After weighting each degree of freedom (step 2503), the value of the virtual reaction force information is added (step 2505), and the result is transmitted to 114. That is, the actual reaction force information 309 is combined with the virtual reaction force information 108 generated by the presence control information generating means 101 to become combined reaction force information, and as shown in FIG.
It is converted into each joint torque value of the reaction force generation part of 4 (Step 26
01) The analog amount is converted by the D / A converter 318 (step 2602). This is transmitted to 114 and becomes a torque command to the driver of each joint actuator (step 2603).

【0053】次に、指令変換器310の動作を図27を用い
て説明する。114からの信号の中にはモード選択信号が
含まれているのでこれを読みとる(ステップ2701)。これ
に基づき動作モードを設定し(ステップ2702)、102へ動
作モードを出力する(ステップ2703)。次に動作モードに
基づいて制御モードを決定し(ステップ2704)制御モード
データを102へ出力する(ステップ2705)。そのあとはA
/D変換器318を介して各関節角度データを取り込み(ス
テップ2706)、作業座標系への変換を行う(ステップ270
7)。102へマニピュレータ先端位置目標値データを出力
してから(ステップ2708)動作モードを監視し(ステップ2
709)、動作モードがstopならば停止モードへ遷移し
そうでなければ2706へ戻る。このとき102へ送られるデ
ータ列の構造は図28のようになっている。すなわちヘッ
ダ2801、動作モード2802、制御モード2803、任意の時刻
tnまでの位置姿勢データ列2804からなっておりシーケ
ンシャルに102へ伝えられるのである。
Next, the operation of the command converter 310 will be described with reference to FIG. Since the mode selection signal is included in the signal from 114, it is read (step 2701). Based on this, the operation mode is set (step 2702) and the operation mode is output to 102 (step 2703). Next, the control mode is determined based on the operation mode (step 2704) and the control mode data is output to 102 (step 2705). After that, A
Each joint angle data is fetched via the / D converter 318 (step 2706) and converted into the work coordinate system (step 270).
7). After outputting the manipulator tip position target value data to the 102 (step 2708), monitor the operation mode (step 2
709), if the operation mode is stop, transition to the stop mode is not likely to occur, and the process returns to 2706. The structure of the data string sent to 102 at this time is as shown in FIG. That is, the header 2801, the operation mode 2802, the control mode 2803, and the position / orientation data sequence 2804 up to an arbitrary time tn are sequentially transmitted to the 102.

【0054】次に、仮想的接点307の動作を説明する。
図29はそのアルゴリズムを図視したものである。まず先
端位置と患部との距離を検出し(ステップ2901)、それが
ある一定値以下になっているかどうかをチェックする
(ステップ2902)。なっていなければ2901に戻る。なって
いれば近接覚センサにより患部近傍でのマニピュレータ
先端位置・速度を検出する(ステップ2903)。次に速度ベ
クトルの大きさ・各成分の大きさ・仮想反力の大きさ・
各成分の大きさ・制御モードが速度サーボのときは速度
指令ベクトルの大きさ・各成分の大きさを調べ、すべて
一定値以下であったら2901に戻り、一つでも条件を満た
さない場合は制御モードを位置制御にして現在の位置を
指令値とする(ステップ2904-2910)。これにより異常時
には指令値は変化しないので、作業の安全性を高めるこ
とができる。
Next, the operation of the virtual contact 307 will be described.
FIG. 29 illustrates the algorithm. First, the distance between the tip position and the affected area is detected (step 2901), and it is checked whether it is below a certain value.
(Step 2902). If not, return to 2901. If so, the proximity sensor detects the tip position / speed of the manipulator near the affected area (step 2903). Next, the magnitude of velocity vector, the magnitude of each component, the magnitude of virtual reaction force,
Magnitude of each component ・ When the control mode is speed servo, check the magnitude of the speed command vector and the magnitude of each component, and if all are below a certain value, return to 2901, and control even if one of the conditions is not satisfied The mode is set to position control and the current position is set as the command value (steps 2904-2910). As a result, the command value does not change in the event of an abnormality, so the work safety can be improved.

【0055】次に、操作指令入力手段114について図30
を用いて説明する。図中において、3001は把持部-反力
発生部結合用電磁石、3002は把持部拘束用ソレノイド制
御信号、3003は結合用電磁石電流制御信号、3004は把持
部拘束用ソレノイド、3005は動作モード設定信号、3006
は動作モード切り替えスイッチ、3007は把持部、3008は
球状結合部、3009は球面継手、3010は直動型円筒静電ア
クチュエータ、3011はアクチュエータ制御入力、3012は
変位センサ出力を表す。112は各アクチュエータごとの
制御入力である。各アクチュエータはこれによって駆動
され全体として所要の反力を発生する。術者は把持部30
07を持ち、反力を感じながらこれを動かし、動作データ
を入力する。モードの切り替えは根元の動作モード切り
替えスイッチで行う。このとき、把持部3007と反力発生
部の間の球面結合部3006は電磁石の磁力によって結合さ
れている。この結合部は動作モードと入力の大小によっ
て磁力制御手段3001により制御され、自由度に関する拘
束を変えることができる構造になっている。磁力制御手
段3001の動作は図35に示される。動作モードスイッチを
読み取り(ステップ3501)、動作モードが位置のみ指令す
るモードになっていた場合は(ステップ3502)電磁石の磁
力のみを作用させる(ステップ3503)。このようにした場
合この結合部は球状なので姿勢に関してはフリーにな
る。言い替えれば把持部を操作して指令できるのは位置
の3自由度のみということになる。一方位置姿勢の6自由
度すべてを指令する場合は把持部根元をソレノイド3004
でクリップしてやれば姿勢変化も指令できる(ステップ3
504)。またジョイントが固定されている状態で過大な力
あるいはモーメントが加わった場合は拘束を解くように
してやる。これにより過大な力の指令を入力することを
防ぐことができ、操作の安全性が高まる。なお直動型積
層静電アクチュエータについては後述する。これにより
異常時には指令値は患部組織操作手段には伝達されない
ので、作業の安全性を高めることができる。
Next, the operation command input means 114 is shown in FIG.
Will be explained. In the figure, 3001 is a gripping part-reaction force generating part connecting electromagnet, 3002 is a gripping part restraining solenoid control signal, 3003 is a connecting electromagnet current control signal, 3004 is a gripping part restraining solenoid, and 3005 is an operation mode setting signal. , 3006
Is an operation mode changeover switch, 3007 is a gripping part, 3008 is a spherical coupling part, 3009 is a spherical joint, 3010 is a direct acting cylindrical electrostatic actuator, 3011 is an actuator control input, and 3012 is a displacement sensor output. Reference numeral 112 is a control input for each actuator. Each actuator is driven by this and as a whole generates a required reaction force. The operator holds the grip 30
Hold 07, move it while feeling the reaction force, and input motion data. Mode switching is done with the root operation mode switch. At this time, the spherical coupling portion 3006 between the grip portion 3007 and the reaction force generating portion is coupled by the magnetic force of the electromagnet. This coupling part is controlled by the magnetic force control means 3001 according to the operation mode and the magnitude of the input, and has a structure capable of changing the constraint regarding the degree of freedom. The operation of the magnetic force control means 3001 is shown in FIG. The operation mode switch is read (step 3501), and if the operation mode is the mode for commanding only the position (step 3502), only the magnetic force of the electromagnet is applied (step 3503). In this case, since this joint is spherical, the posture is free. In other words, only the three degrees of freedom of position can be commanded by operating the gripper. On the other hand, when commanding all 6 degrees of freedom of position and orientation, the gripper base is solenoid 3004
You can also command a posture change by clipping with (Step 3
504). If an excessive force or moment is applied while the joint is fixed, the constraint will be released. As a result, it is possible to prevent the input of an excessive force command, and the operational safety is improved. The direct acting laminated electrostatic actuator will be described later. As a result, the command value is not transmitted to the affected tissue operating means in the event of an abnormality, so that the safety of work can be improved.

【0056】次に、図4を用いて作業環境情報検出手段
104の説明を行う。図中において、401は力覚・近接覚セ
ンサ信号前処理回路制御手段および視差角調整用アクチ
ュエータ制御手段および照明制御手段、402は視覚セン
サ、403は視覚センサの取り付け部、404は402と403を連
結する受動回転関節、405は視差角調整用リニアアクチ
ュエータ、406は右目用画像信号、407は左目用画像信
号、408はリニアアクチュエータの制御信号、409は照明
の制御信号、410は患部を照らす照明、411はスレーブマ
ニピュレータの先端部分の拡大図、412は力覚センサと
力覚信号前処理回路、413は近接覚センサと近接覚信号
前処理回路、414は力覚センサ信号、415は力覚信号前処
理回路の制御信号、416は近接覚センサ信号、417は近接
覚信号前処理回路の制御信号を表す。視覚センサ402は
患部画像を取り込み右目用画像信号406と左目用画像信
号407を出力する。視覚センサ402は受動回転関節404を
介して取付部403に連結されている。401はさまざまな部
分の制御と信号処理を司る。401において画像信号406、
407はディジタル化され視覚センサ情報107となる。また
力覚センサ信号414、近接覚センサ信号416もディジタル
値に変換され力覚センサ情報105、近接覚センサ情報106
となる。401はまた以下に示すようなアルゴリズムで各
部分の制御を行う。
Next, referring to FIG. 4, work environment information detecting means
104 will be explained. In the figure, 401 is a force / proximity sensor signal preprocessing circuit control means and parallax angle adjustment actuator control means and lighting control means, 402 is a visual sensor, 403 is a visual sensor mounting portion, and 404 is 402 and 403. Passive rotary joint to be connected, 405 is a parallax angle adjusting linear actuator, 406 is a right-eye image signal, 407 is a left-eye image signal, 408 is a linear actuator control signal, 409 is a lighting control signal, and 410 is illumination for illuminating an affected area. , 411 is an enlarged view of the tip of the slave manipulator, 412 is a force sensor and force signal preprocessing circuit, 413 is a proximity sensor and proximity signal preprocessing circuit, 414 is a force sensor signal, and 415 is a force signal. A control signal of the preprocessing circuit, 416 represents a proximity sensor signal, and 417 represents a control signal of the proximity signal preprocessing circuit. The visual sensor 402 captures the affected part image and outputs a right-eye image signal 406 and a left-eye image signal 407. The visual sensor 402 is connected to the mounting portion 403 via a passive rotary joint 404. The 401 controls various parts and controls signals. Image signal 406 at 401,
407 is digitized and becomes visual sensor information 107. Further, the force sensor signal 414 and the proximity sensor signal 416 are also converted into digital values, and the force sensor information 105 and the proximity sensor information 106.
Becomes The 401 also controls each part by the following algorithm.

【0057】まず、図32に示すように患部組織操作手段
の粗動部503による患部奥行き方向の移動量を検出した
時には(ステップ3201)、左右視覚センサの視差角が基準
位置における値と等しくなるようにリニアアクチュエー
タ405に対して制御信号408を送る(ステップ3202)。リニ
アアクチュエータ405が伸縮し402の左右視覚センサは40
4を中心に等しく微小回転するため、視差角を一定に保
つことができる。
First, as shown in FIG. 32, when the amount of movement in the depth direction of the affected part by the coarse movement part 503 of the affected part tissue operating means is detected (step 3201), the parallax angle of the left and right visual sensors becomes equal to the value at the reference position. Then, the control signal 408 is sent to the linear actuator 405 (step 3202). Linear actuator 405 expands and contracts, and the left and right visual sensors of 402 are 40
The parallax angle can be kept constant because it makes a minute rotation about the center of 4.

【0058】一方、照明410は401の制御信号によってそ
の明るさを制御される。図33に示すように、まず視覚セ
ンサから患部までの距離を検出し(ステップ3301)、n
= (患部までの距離)/(基準距離)を求める(ステップ33
02)。次にm = (現在の倍率)/(基準倍率)を求め(ス
テップ3303)最後にm×m×n×nに比例した値に光量
を制御する(ステップ3304)。これらにより患部から視覚
センサまでの距離や倍率が変化した時にそれに対応して
視差角と患部の明るさを適応的に調整できる。
On the other hand, the brightness of the illumination 410 is controlled by the control signal of 401. As shown in FIG. 33, first, the distance from the visual sensor to the affected area is detected (step 3301), and n
= (Distance to affected area) / (reference distance) is calculated (step 33
02). Next, m = (current magnification) / (reference magnification) is obtained (step 3303) and finally the light quantity is controlled to a value proportional to m × m × n × n (step 3304). As a result, the parallax angle and the brightness of the affected area can be adaptively adjusted when the distance or magnification from the affected area to the visual sensor changes.

【0059】次に、力覚センサとその前処理回路412お
よび近接覚センサとその前処理回路413はスレーブマニ
ピュレータの先端部分411に取り付けられている。微小
な力覚・近接覚センサとその信号処理回路はマイクロマ
シニング技術によって製作可能であることが知られてい
る。412は力覚センサ信号414を、413は近接覚センサ信
号416をそれぞれ出力するが、その際に401が信号レベル
に応じて各々の処理回路に対して制御信号415、417を送
り増幅率を変化させる。制御信号にはそこで想定される
ノイズレベルに比べて高い電圧のHigh-Lowによる数ビッ
トのディジタル信号を用いる。図31に示すように、まず
センサ信号をサンプルし零次ホールドする(ステップ310
1)。これをA/D変換し(ステップ3102)、n=(センサ
信号の基準値)/(センサ信号の値)を求め(ステップ310
3)、信号前処理回路に増幅率をn倍するように指令する
(ステップ3104)。3101〜3103間での処理時間は非常に短
くこの間に信号の値が変化することはないものとする。
そののち再びサンプル−零次ホールドし(ステップ310
5)、A/D変換したのち(ステップ3106)数値化したもの
を実数表現しnで割る(ステップ3107)。すなわち信号レ
ベルが小さい時には処理回路の増幅率を上げて信号が41
3から401までの間に混入するノイズに埋もれることを防
ぎ、大きい時には増幅率を下げて信号が飽和するのを防
ぐ。
Next, the force sensor and its preprocessing circuit 412 and the proximity sensor and its preprocessing circuit 413 are attached to the tip portion 411 of the slave manipulator. It is known that a minute force / proximity sensor and its signal processing circuit can be manufactured by micromachining technology. 412 outputs a force sensor signal 414 and 413 outputs a proximity sensor signal 416, respectively.At this time, 401 sends control signals 415 and 417 to each processing circuit according to the signal level to change the amplification factor. Let As the control signal, a digital signal of several bits by High-Low having a voltage higher than the noise level expected there is used. As shown in FIG. 31, first, the sensor signal is sampled and held in the zero order (step 310
1). This is A / D converted (step 3102) to obtain n = (reference value of sensor signal) / (value of sensor signal) (step 310
3), command the signal preprocessing circuit to multiply the amplification factor by n
(Step 3104). The processing time between 3101 and 3103 is very short, and the value of the signal does not change during this period.
After that, the sample-zero-order hold is performed again (step 310
5) After A / D conversion (step 3106), the digitized one is expressed as a real number and divided by n (step 3107). That is, when the signal level is low, the amplification factor of the processing circuit is increased to
It prevents from being buried in the noise mixed between 3 and 401, and when it is large, it lowers the amplification factor to prevent the signal from being saturated.

【0060】これにより周囲環境やアクチュエータから
の雑音の影響を軽減することができる。またこの処理に
よってディジタルサンプリングによる量子化の影響を軽
減することもできる。
This makes it possible to reduce the influence of noise from the surrounding environment and the actuator. In addition, this processing can reduce the influence of quantization due to digital sampling.

【0061】次に、患部組織操作手段102について説明
する。
Next, the affected area tissue operating means 102 will be described.

【0062】患部組織操作手段102の全体的構成は図5
に示すように操作指令解釈手段および患部操作用運動機
構制御手段502と、粗動部503と、微動部505と、超微動
部508からなっている。502は操作指令解釈手段および患
部操作用運動機構制御手段、503は粗動部、504は粗動部
各ジョイントの変位(角度もしくは並進移動量)センサ情
報、505は微動部、506は微動部各ジョイントへの制御入
力、507は微動部各ジョイントからの変位センサ情報、5
08は超微動部、509は超微動部各ジョイントおよびエン
ドエフェクタへの制御入力、510は超微動部各ジョイン
トからの変位センサ情報を表す。
The overall structure of the affected area tissue manipulating means 102 is shown in FIG.
As shown in FIG. 7, it comprises an operation command interpreting means and a diseased part operating motion mechanism control means 502, a coarse moving part 503, a fine moving part 505, and an ultrafine moving part 508. 502 is operation command interpreting means and affected part operating motion mechanism control means, 503 is coarse movement section, 504 is displacement (angle or translational movement amount) sensor information of each joint of coarse movement section, 505 is fine movement section, and 506 is each fine movement section. Control input to the joint, 507 is displacement sensor information from each joint of the fine movement part, 5
Reference numeral 08 represents the ultrafine-motion unit, 509 represents control input to each joint and end effector of the ultrafine-motion unit, and 510 represents displacement sensor information from each joint of the ultrafine-motion unit.

【0063】動作指令501は“grasp”などの抽象度の高
いコマンドと制御モードおよび1台のマニピュレータ先
端の時系列的運動指令データ列になっている。操作指令
解釈手段および患部操作用運動機構制御手段502はこれ
を受けて解釈しgraspコマンドと制御モードおよび1台の
運動指令値から微動部各ジョイントおよび超微動部の複
数台のマニピュレータの運動指令を生成すると同時にサ
ーボレベルのプリミティブな制御をも司る。微動部およ
び超微動部への制御入力506、509は上記の運動指令と各
部の変位センサ情報504、507、510と力覚センサ情報105
を用いて決定される。
The operation command 501 is a highly abstract command and control mode such as “grasp” and a time-series motion command data string of one manipulator tip. The operation command interpreting means and the affected part operating motion mechanism control means 502 receive and interpret the received command to obtain motion commands for each joint of the fine motion part and a plurality of manipulators of the ultra fine motion part from the motion command value and the motion command value of one unit. At the same time as generating, it also controls the servo-level primitive control. The control inputs 506 and 509 to the fine movement part and the ultra fine movement part are the above-mentioned motion command, the displacement sensor information 504, 507 and 510 of each part and the force sensor information 105.
Is determined using.

【0064】まず、操作指令解釈手段および患部操作用
運動機構制御手段502の動作について図34を用いて説明
する。前記の操作指令生成手段103からは図28に示すよ
うなシーケンスでデータが送られてくる。
First, the operation of the operation command interpreting means and the affected part operating motion mechanism control means 502 will be described with reference to FIG. Data is sent from the operation command generating means 103 in the sequence shown in FIG.

【0065】最初に制御モード・動作モードをを読み込
み(ステップ3401、3402)、動作モードに従って分岐する
(ステップ3403)。1で示した処理手順は次のようにな
る。位置姿勢データ列を制御モードに基づいて解釈する
(ステップ3411)。制御モードとしては位置制御/速度制
御/インピーダンス制御などの制御方式や、指令されて
いる自由度の数、自由度に関する異方性の有無などが指
示されている。
First, the control mode / operation mode is read (steps 3401 and 3402), and the process branches according to the operation mode.
(Step 3403). The processing procedure shown in 1 is as follows. Interpret position / orientation data sequence based on control mode
(Step 3411). As the control mode, a control method such as position control / speed control / impedance control, the number of degrees of freedom instructed, and the presence or absence of anisotropy regarding the degrees of freedom are designated.

【0066】次に、これを特定単一マニピュレータの先
端位置姿勢指令値とみなし微動部・超微動部の各関節角
度指令値へ変換する(ステップ3412)。なお、ここでは直
動関節の変位量も角度と呼び表すことにしている。この
指令値に基づいて特定マニピュレータの関節サーボ制御
を行う。2の処理手順は次のようになる。特定マニピュ
レータ(位置姿勢データ列で操作しようとしているマニ
ピュレータ)と他のマニピュレータの先端の間に作用す
る仮想引力ポテンシャルを設定する(ステップ3407)。
Next, this is regarded as the tip position / orientation command value of the specific single manipulator, and is converted into each joint angle command value of the fine movement part / superfine movement part (step 3412). In addition, here, the displacement amount of the linear motion joint is also referred to as an angle. Joint servo control of the specific manipulator is performed based on this command value. The processing procedure of 2 is as follows. A virtual attractive force acting between the specific manipulator (the manipulator to be operated with the position and orientation data string) and the tip of another manipulator is set (step 3407).

【0067】次に、ポテンシャルの平衡点(引力が零に
なる点)を各マニピュレータ先端の張る空間の内部に設
定する(ステップ3408)。そののち他のマニピュレータは
先端に仮想的に作用する力を各関節トルクに分解しトル
ク制御を行う(ステップ3409)。3の処理手順は2と原理的
に等しいがポテンシャルの平衡点を前記の空間の外部に
設定する点だけが異なる(ステップ3410)。1のみ実行す
れば移動、1と2ならば把持、1と3を実行すればその逆が
実行できる。ここでは例として3種類の動作モードのみ
挙げたが、実際にはもう数種類程度の基本的動作モード
を必要とする。
Next, the equilibrium point of the potential (the point where the attractive force becomes zero) is set inside the space defined by the tips of the manipulators (step 3408). After that, the other manipulator decomposes the force virtually acting on the tip into each joint torque to perform torque control (step 3409). The processing procedure of 3 is basically the same as that of 2, except that the equilibrium point of the potential is set outside the space (step 3410). If only 1 is executed, it can be moved, if 1 and 2, it can be gripped, and if 1 and 3 are executed, the opposite can be executed. Although only three kinds of operation modes are given here as an example, actually, several kinds of basic operation modes are required.

【0068】続いて、粗動部について図6および図36を
用いて説明する。図6は側面図、図36は正面図である。6
01は台座、602は第1リンク、603は第1ジョイント、604
は第2リンク、605は第2ジョイント、606は第3リンク、607は
第3ジョイント、608は微動部、を表す。台座601と第1リ
ンク602は直動レールで結合され第1リンク以降の機構は
台座と水平に動かすことができる。この部分の自由度は
手動であり任意の位置で固定することができるように機
械的なロックを設けている。この部分を手動にすること
により停電等の非常時での対処を速やかに行うことがで
き安全性を高めることができる。
Next, the coarse moving section will be described with reference to FIGS. 6 and 36. 6 is a side view and FIG. 36 is a front view. 6
01 is the base, 602 is the first link, 603 is the first joint, 604
Is a second link, 605 is a second joint, 606 is a third link, 607 is a third joint, and 608 is a fine movement part. The pedestal 601 and the first link 602 are connected by a linear rail, and the mechanism after the first link can be moved horizontally with the pedestal. The degree of freedom of this part is manual, and a mechanical lock is provided so that it can be fixed at any position. By making this part manual, it is possible to promptly deal with an emergency such as a power failure and to improve safety.

【0069】第1リンクの形状は第2リンク以降と機構的
に干渉しない形状であれば、必ずしも半円形である必要
はない。第2リンク604は第1ジョイント603を介して第1
リンク602と結合されている。第2リンク604は両側の第1
ジョイント603の中心線を軸にして回転する。第1ジョイ
ント603もまた直動レールを手動にしたのと同じ理由か
ら手動で回転しロックがかかる構造になっている。第2
リンクの形状は半円形である。第3リンク606は第2ジョ
イント605を介して第2リンク604と結合されている。第3
リンク606は第2ジョイント605の中心線を軸にして回転
する。これも手動と機械的ロックという構造で安全性を
高めている。第3リンクの形状も半円形である。微動部6
08は第3ジョイント607を介して第3リンク606と結合され
ている。3ジョイント607は第3リンク606の法線方向へ直
動する構造である。各ジョイントの変位センサ情報504
は前出の502に送られる。
The shape of the first link does not necessarily have to be a semicircle as long as it does not mechanically interfere with the second and subsequent links. The second link 604 is the first via the first joint 603.
Combined with link 602. The second link 604 is the first on both sides
Rotate around the center line of the joint 603. The first joint 603 also has a structure in which it is manually rotated and locked for the same reason that the linear motion rail is manually operated. No. 2
The shape of the link is semicircular. The third link 606 is coupled to the second link 604 via the second joint 605. number 3
The link 606 rotates about the center line of the second joint 605. This also has a structure with manual and mechanical locks to enhance safety. The shape of the third link is also semicircular. Fine movement part 6
08 is connected to the third link 606 via the third joint 607. The 3-joint 607 has a structure that linearly moves in the normal direction of the third link 606. Displacement sensor information for each joint 504
Is sent to 502 above.

【0070】以上のような構成をとることにより、この
粗動系は平行移動の1自由度と球面座標系の3自由度とい
う横たわる患者の頭蓋形状にあった機構・自由度構成に
なり、手術の際の粗位置決めと緊急時の撤去を迅速かつ
容易にする。
By adopting the above-mentioned configuration, this coarse movement system has a mechanism / degree-of-freedom configuration corresponding to the lying patient's skull shape with one degree of freedom of translation and three degrees of freedom of the spherical coordinate system. Make coarse positioning and emergency removal quick and easy.

【0071】次に、図7を用いて微動部を説明する。70
4は台座リンク、705は第1ジョイント、706は第2リン
ク、707は第2ジョイント、708は第3リンク、709は第3ジ
ョイント、712は微動部土台を表す。第1〜第3ジョイン
トはすべて回転であり、ここでは超微動部508全体の姿
勢のみが変化する。微細作業の場合、姿勢変化に関して
はスケーリングされないことが指摘されている。よって
位置と姿勢の自由度を分離して、姿勢に関しては通常の
スケールと同じ駆動方法・機構を用いることができる。
また超微動部の姿勢変化は視覚センサ402と連動する構
成をとる。これにより視覚センサ402の焦点はつねにお
おむね超微動部のマニピュレータの作業空間に位置する
ことになる。なお図7ではジンバル構造としたがスチュ
ワートプラットホームのような機構を用いてもよい。
Next, the fine movement part will be described with reference to FIG. 70
4 is a base link, 705 is a first joint, 706 is a second link, 707 is a second joint, 708 is a third link, 709 is a third joint, and 712 is a fine movement part base. The first to third joints are all rotating, and here only the posture of the entire ultrafine movement part 508 changes. It has been pointed out that posture changes are not scaled for fine work. Therefore, the degree of freedom of the position and the posture can be separated, and the same driving method and mechanism as the normal scale can be used for the posture.
Further, the posture change of the ultrafine movement part is configured to be linked with the visual sensor 402. As a result, the focus of the visual sensor 402 is generally located in the working space of the manipulator of the ultrafine movement part. Although a gimbal structure is used in FIG. 7, a mechanism such as a Stewart platform may be used.

【0072】次に、超微動部を図8を用いて説明する。8
01は超微動部を支える支柱、802はリングレール、803は
第1ジョイント、804は第1リンク、805は第2ジョイン
ト、806は第2リンク、809はマイクロ冷凍素子を表す。
第1ジョイント803はリングレール802の微小部分である
円筒に対して図中に示すようにその中心線の方向への直
動と中心線まわりの回転の2自由度の運動を行う。第2ジ
ョイント805は円筒状になっておりその中心線まわりの
回転を行う。
Next, the ultrafine movement part will be described with reference to FIG. 8
Reference numeral 01 is a column supporting the ultrafine movement part, 802 is a ring rail, 803 is a first joint, 804 is a first link, 805 is a second joint, 806 is a second link, and 809 is a micro refrigeration element.
The first joint 803 performs a two-degree-of-freedom motion with respect to a cylinder, which is a minute portion of the ring rail 802, as shown in the figure, linear motion in the direction of the center line and rotation about the center line. The second joint 805 has a cylindrical shape and rotates about its center line.

【0073】このような構成をとることにより、マニピ
ュレータ全体をコンパクトにできる。ここでは3自由度
の構成としたが、第1リンク804および第2リンク806を第
2ジョイント805と同じ構造に置き換えることで自由度を
増やすことは可能である。この部分の自由度と微動部の
回転3自由度を合わせて6以上の自由度を実現している。
マニピュレータの先端にはマイクロ冷凍素子809が取り
付けられている。これはペルチェ効果による電子冷却を
実現する素子をマイクロマシニングの技術で実現したも
のである。微細作業を行うマニピュレータ自身に生体組
織(脳組織、神経、血管等)を破壊し得る機械力を付与す
ることは、暴走などの事故を想定した場合非常に危険で
ある。微細手術においては、従来は機械力で行っていた
患部組織の切断・剥奪を、エネルギの流れを制御するこ
とによって組織を変性させる操作主体に置き換えてゆく
ことが必要である。必要な機械力を小さくすると、マニ
ピュレータとそれを駆動するアクチュエータをより小型
にし得ること、あるいはそれらに求められる仕様を緩め
られることという設計上の利点も生まれるため非常に好
都合である。 従来、エネルギ制御による組織の変性法
には超高温(レーザメスなど)によるものが用いられてい
るが、周囲への輻射の影響が大きく、微細手術への適用
には若干の不安が残る。
With such a structure, the manipulator as a whole can be made compact. Although the configuration has three degrees of freedom here, the first link 804 and the second link 806 are
It is possible to increase the degree of freedom by replacing it with the same structure as the two joint 805. A total of 6 degrees of freedom are realized by combining the degrees of freedom of this part and the 3 degrees of freedom of rotation of the fine movement part.
A micro refrigeration element 809 is attached to the tip of the manipulator. This is an element that realizes electronic cooling by the Peltier effect realized by micromachining technology. It is extremely dangerous to apply a mechanical force capable of destroying living tissues (brain tissue, nerves, blood vessels, etc.) to the manipulator itself that performs minute work, assuming an accident such as runaway. In microsurgery, it is necessary to replace the cutting and stripping of the affected tissue, which was conventionally performed by mechanical force, with an operating subject that denatures the tissue by controlling the flow of energy. Reducing the required mechanical force is very advantageous because it also has the design advantage that the manipulator and the actuator that drives it can be made smaller, or the specifications required for them can be relaxed. Conventionally, an ultrahigh temperature (laser scalpel, etc.) method has been used as a tissue modification method by energy control, but the influence of radiation to the surroundings is large, and there is some concern about application to microsurgery.

【0074】一方、冷凍によって組織の変性・破壊を行
うことにすれば接触しない限り熱の移動は(殆ど)起こら
ないので、操作した部分のみが確実に変性する。またレ
ーザなどに比べて、環境との温度差があまり大きくない
ので、輻射(この場合は温度差が逆だが)の問題を考えな
くてもよい。
On the other hand, if the tissue is denatured / destroyed by freezing, heat transfer (almost) does not occur unless it comes into contact with the tissue, so that only the operated portion is surely denatured. Moreover, since the temperature difference with the environment is not so large as compared with a laser or the like, it is not necessary to consider the problem of radiation (in this case, the temperature difference is opposite).

【0075】図8の第1ジョイントを取り出したものが図
9である。図中において、901は内側固定子すなわちリン
グレール802の微小部分、902は多自由度移動子、903は
第1リンクが剛に結合されている外側固定子、904は外側
固定子903の電極電圧を制御する駆動回路1、905は902の
外周面電極電圧を制御する駆動回路2、907は多自由度移
動子902の内周面電極電圧を制御する駆動回路3、906は
多自由度移動子901の電極電圧を制御する駆動回路4、90
8は904〜907に指令を与えるこのアクチュエータの主コ
ントローラを表す。移動子および固定子の材質はポリイ
ミドおよび接着剤である。電極には銅を用いる。内側固
定子円筒901の外周には円筒の軸と垂直に円環状電極が
配置されている。多自由度移動子円筒902の内周には901
と平行に電極が配置されおり、外周には901と垂直に多
数の線状電極が配置されている。またここには描かれて
いないが多自由度円筒902の両側には鍔状部品が取り付
けられており外側固定子903の自由度を円筒中心線まわ
りの回転のみに拘束している。外側固定子903の内周に
は902の外周の電極と平行な多数の線状電極が配置され
ている。
The figure showing the first joint of FIG. 8 taken out.
Is 9. In the figure, 901 is an inner stator, that is, a minute portion of the ring rail 802, 902 is a multi-degree-of-freedom mover, 903 is an outer stator to which the first link is rigidly coupled, and 904 is an electrode voltage of the outer stator 903. Drive circuit 1, 905 for controlling the outer peripheral surface electrode voltage of 902, drive circuit 2 for controlling the outer peripheral surface electrode voltage of 902, drive circuit 3 for controlling the inner peripheral surface electrode voltage of the multi-degree-of-freedom moving element 902, and 906 for the multi-degree-of-freedom moving element. Driving circuit 4, 90 for controlling the electrode voltage of 901
Reference numeral 8 represents a main controller of this actuator which gives commands to 904 to 907. The materials of the mover and the stator are polyimide and adhesive. Copper is used for the electrodes. On the outer circumference of the inner stator cylinder 901, an annular electrode is arranged perpendicular to the axis of the cylinder. 901 is provided on the inner circumference of the multi-degree-of-freedom mover cylinder 902.
Electrodes are arranged in parallel with, and a large number of linear electrodes are arranged perpendicular to 901 on the outer circumference. Further, although not shown here, collar-shaped parts are attached to both sides of the multi-degree-of-freedom cylinder 902, and the degree of freedom of the outer stator 903 is restricted only to the rotation around the center line of the cylinder. On the inner circumference of the outer stator 903, a large number of linear electrodes parallel to the electrodes on the outer circumference of 902 are arranged.

【0076】図10は図9のアクチュエータを中心軸を含
む平面とそれに直交する平面で切った断面図である。図
中において、1001は外側固定子、1002は多自由度移動
子、1003は内側固定子を表す。
FIG. 10 is a sectional view of the actuator of FIG. 9 taken along a plane including the central axis and a plane orthogonal to the plane. In the figure, 1001 is an outer stator, 1002 is a multi-degree-of-freedom mover, and 1003 is an inner stator.

【0077】A部における断面の拡大図を図11に示し、
B部における断面の拡大図を図12に示す。
FIG. 11 shows an enlarged view of a cross section of the portion A.
FIG. 12 shows an enlarged view of a cross section of the B part.

【0078】図11において、1101は外側固定子の断面、
1102は多自由度移動子の断面、1103は内側固定子の
断面、1104は内側固定子の内周カバーフィルム、11
05は銅電極、1106は接着剤、1107は内側固定子の外周カ
バーフィルム、1108・1109は絶縁液、1110は外側固定子
の内周カバーフィルム、1111は銅電極、1112は接着剤、
1113は外側固定子の外周カバーフィルムを表す。外側固
定子の断面1101においては銅電極の配置が円筒と円筒の
中心軸に垂直な平面との交線になっており、これが等間
隔に配置されている。一方内側固定子の断面1103におい
ては銅電極が円筒と円筒の中心軸を含む平面との交線に
なっており、これが等間隔に配置されているので断面が
鎖線状になる。多自由度移動子の断面1102の構造につい
ては、外周部分は外側固定子の断面1101に、内周部分は
内側固定子の断面1103にそれぞれ等しい。
In FIG. 11, 1101 is a cross section of the outer stator,
1102 is a cross section of the multi-degree-of-freedom mover, 1103 is a cross section of the inner stator, 1104 is an inner peripheral cover film of the inner stator, 11
05 is a copper electrode, 1106 is an adhesive, 1107 is an outer peripheral cover film of the inner stator, 1108 and 1109 are insulating liquids, 1110 is an inner peripheral cover film of the outer stator, 1111 is a copper electrode, 1112 is an adhesive,
Reference numeral 1113 represents an outer peripheral cover film of the outer stator. In the cross section 1101 of the outer stator, the arrangement of the copper electrodes is a line of intersection between the cylinder and a plane perpendicular to the center axis of the cylinder, which are arranged at equal intervals. On the other hand, in the cross section 1103 of the inner stator, the copper electrode is a line of intersection between the cylinder and a plane including the central axis of the cylinder, and since the copper electrodes are arranged at equal intervals, the cross section becomes a chain line. Regarding the structure of the cross section 1102 of the multi-degree-of-freedom mover, the outer peripheral portion is equal to the cross section 1101 of the outer stator, and the inner peripheral portion is equal to the cross section 1103 of the inner stator.

【0079】また、図12において、1201は外側固定子の
断面、1202は多自由度移動子の断面、1203は内側固定子
の断面、1204は内側固定子の内周カバーフィルム、1205
は接着剤、1206は銅電極、1207は内側固定子の外周カバ
ーフィルム、1208、1209は絶縁液、1210は外側固定子の
内周カバーフィルム、1211は銅電極、1212は接着剤、12
13は外側固定子の外周カバーフィルムを表す。1201〜12
03においては図12の断面方向が図11と直交しているため
にこのような断面形状になっている。
Further, in FIG. 12, 1201 is a cross section of the outer stator, 1202 is a cross section of the multi-degree-of-freedom mover, 1203 is a cross section of the inner stator, 1204 is an inner peripheral cover film of the inner stator, and 1205.
Is an adhesive, 1206 is a copper electrode, 1207 is an outer peripheral cover film of the inner stator, 1208 and 1209 are insulating liquids, 1210 is an inner peripheral cover film of the outer stator, 1211 is a copper electrode, 1212 is an adhesive, 12
Reference numeral 13 represents an outer peripheral cover film of the outer stator. 1201 ~ 12
In 03, the cross-sectional direction of FIG. 12 is orthogonal to that of FIG. 11, and thus the cross-sectional shape is such.

【0080】次に、図13を用いて本アクチュエータの基
本動作原理を説明する。
Next, the basic operation principle of this actuator will be described with reference to FIG.

【0081】図13は外側固定子と多自由度移動子の外周
部分の組合せを示す断面図である。図中において、1301
は外側固定子の電極への配線、1302は外側固定子、1303
は多自由度移動子の外周部分、1304は多自由度移動子の
外周部分への配線、1305は多自由度移動子の外周電極に
印加する電圧を発生する駆動回路2、1306は外側固定子
電極に印加する電圧を発生する駆動回路1を表す。130
2、1303とも3本の電極を一組として三相交流電圧が印
加される。このとき1302と1303の電圧が逆相であるか周
波数が異なっているかすると移動子・固定子間に駆動力
を生じ、移動子は円筒の軸方向に並進を行う。同様のこ
とを多自由度移動子の内周部分と内側固定子の組合せに
ついて行う。内側部分の電極の組は前記の外側部分の電
極の組と直交しているので、微視的には内側電極の組は
円筒の軸に垂直な円断面の接線方向への駆動力を発生す
る。これを円周方向に積分すると軸周りの回転力とな
り、多自由度移動子は回転を行う。上記二方向の運動は
お互いに直交しており、一方の組合せによって生じる運
動が他方の組合せにおける電極の位置関係を変えること
がない。
FIG. 13 is a sectional view showing a combination of the outer stator and the outer peripheral portion of the multi-degree-of-freedom mover. In the figure, 1301
Is the wiring to the electrodes of the outer stator, 1302 is the outer stator, 1303
Is an outer peripheral part of the multi-degree-of-freedom mover, 1304 is wiring to the outer peripheral part of the multi-degree-of-freedom mover, 1305 is a drive circuit 2 for generating a voltage to be applied to the outer-side electrode of the multi-degree-of-freedom mover, and 1306 is an outer stator. 1 shows a drive circuit 1 that generates a voltage applied to electrodes. 130
A three-phase AC voltage is applied to both 2 and 1303 with one set of three electrodes. At this time, if the voltages of 1302 and 1303 have opposite phases or different frequencies, a driving force is generated between the moving element and the stator, and the moving element translates in the axial direction of the cylinder. The same thing is done for the combination of the inner peripheral part of the multi-degree-of-freedom mover and the inner stator. Since the electrode set of the inner part is orthogonal to the electrode set of the outer part, microscopically, the electrode set of the inner part generates a driving force in a tangential direction of a circular cross section perpendicular to the axis of the cylinder. . If this is integrated in the circumferential direction, it becomes a rotational force around the axis, and the multi-degree-of-freedom mover rotates. The movements in the two directions are orthogonal to each other, and movements caused by one combination do not change the positional relationship of the electrodes in the other combination.

【0082】したがって、本アクチュエータは円筒の軸
方向への並進と軸周りの回転を同時に行うことができ
る。なお第2ジョイント805は図9の多自由度移動子902と
外側固定子903の組合せに等しい。
Therefore, the present actuator can simultaneously translate the cylinder in the axial direction and rotate about the axis. The second joint 805 is equivalent to the combination of the multi-degree-of-freedom moving element 902 and the outer stator 903 in FIG.

【0083】以上の構成によって、比較的低侵襲かつ周
辺への影響を抑えた超微動部を備えた遠隔微細手術支援
装置が実現できることになる。
With the above configuration, it is possible to realize a remote microsurgery assisting apparatus having a superfine movement part that is relatively minimally invasive and suppresses the influence on the surroundings.

【0084】[0084]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
狭隘空間内で手先に多くの自由度を必要とするような微
細手術作業を行うことのできるマスタ・スレーブ型の遠
隔微細手術支援装置を実現することができる。
As described above, according to the present invention,
It is possible to realize a master-slave type remote microsurgery assisting device capable of performing microsurgery work requiring a great deal of freedom in the hand in a narrow space.

【0085】また、本発明によれば、加齢による視力の
低下や手先分解能の劣化等に起因する術者の作業スキル
の低下を補う遠隔微細手術支援装置を実現することがで
きる。
Further, according to the present invention, it is possible to realize a remote microsurgery assisting apparatus which compensates for a decrease in working skill of an operator due to deterioration of visual acuity due to aging, deterioration of hand resolution, and the like.

【0086】また、本発明によれば、患者と術者の間の
血液感染を防ぐ遠隔微細手術支援装置を実現することが
できる。
Further, according to the present invention, it is possible to realize a remote microsurgery support device which prevents blood infection between a patient and an operator.

【0087】また、本発明によれば、組織の変性を主に
利用することで侵襲度の低い手術を実現する遠隔微細手
術支援装置を実現することができる。
Further, according to the present invention, it is possible to realize a remote microsurgery assisting apparatus which realizes surgery with low invasiveness by mainly utilizing the degeneration of tissues.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の装置の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an apparatus of the present invention.

【図2】本発明の装置の構成する臨場感制御情報生成手
段の一構成例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the presence control information generating means that is included in the device of the present invention.

【図3】本発明の装置の構成する操作指令生成手段の一
構成例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of an operation command generating means that constitutes the device of the present invention.

【図4】本発明の装置の構成する作業環境情報検出手段
の構成例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a work environment information detection unit that is included in the device of the present invention.

【図5】本発明の装置の構成する患部組織操作手段の全
体的構成を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an overall structure of a diseased part tissue operating means included in the device of the present invention.

【図6】本発明の装置の構成する粗動部の構成例の側面
図である。
FIG. 6 is a side view of an example of the configuration of a coarse movement unit included in the device of the present invention.

【図7】本発明の装置の構成する微動部の構成例を示す
図である。
FIG. 7 is a diagram showing an example of the configuration of a fine movement unit included in the device of the present invention.

【図8】本発明の装置の構成する超微動部の構成例を示
す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an example of the configuration of the ultrafine movement part constituting the device of the present invention.

【図9】本発明の装置の構成する超微動部の第1ジョイ
ントを示す図である。
FIG. 9 is a view showing a first joint of the ultrafine movement part which constitutes the device of the present invention.

【図10】図9に示す本発明の装置の構成する超微動部
のアクチュエータの断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view of the actuator of the ultrafine movement part included in the device of the present invention shown in FIG.

【図11】図10のA部における断面の拡大図である。11 is an enlarged view of a cross section taken along the line A in FIG.

【図12】図10のB部における断面の拡大図である。12 is an enlarged view of a cross section taken along the line B in FIG.

【図13】図9に示す本発明の装置の構成する超微動部
のアクチュエータの基本動作原理を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a basic operation principle of the actuator of the ultrafine movement part included in the device of the present invention shown in FIG. 9.

【図14】図2に示す本発明の装置の平面図である。14 is a plan view of the device of the present invention shown in FIG. 2. FIG.

【図15】本発明の装置における応力分布または距離の
可視化データ生成アルゴリズム例を示すフロ−チャ−ト
図である。
FIG. 15 is a flow chart showing an example of a stress distribution or distance visualization data generation algorithm in the device of the present invention.

【図16】本発明の装置におけるマニピュレータ運動の
色情報への変換アルゴリズム例を示すフロ−チャ−ト図
である。
FIG. 16 is a flowchart showing an example of an algorithm for converting manipulator movement into color information in the apparatus of the present invention.

【図17】本発明の装置におけるマニピュレータ運動の
図形情報への変換アルゴリズム例を示すフロ−チャ−ト
図である。
FIG. 17 is a flowchart showing an example of an algorithm for converting manipulator motion into graphic information in the device of the present invention.

【図18】本発明の装置における患部の温度分布の可視
化データ生成アルゴリズム例を示すフロ−チャ−ト図で
ある。
FIG. 18 is a flow chart showing an example of a visualization data generation algorithm of the temperature distribution of the affected area in the device of the present invention.

【図19】本発明の装置における応力分布または距離の
可聴化データ生成アルゴリズム例を示すフロ−チャ−ト
図である。
FIG. 19 is a flowchart showing an example of an algorithm for generating audible data of stress distribution or distance in the device of the present invention.

【図20】本発明の装置におけるマニピュレータ運動の
音場情報への変換アルゴリズム例を示すフロ−チャ−ト
図である。
FIG. 20 is a flowchart showing an example of an algorithm for converting manipulator motion into sound field information in the device of the present invention.

【図21】本発明の装置における患部の温度分布の可聴
化データ生成アルゴリズム例を示すフロ−チャ−ト図で
ある。
FIG. 21 is a flowchart showing an example of an algorithm for generating audible data of the temperature distribution of the affected area in the device of the present invention.

【図22】本発明の装置におけるマニピュレータ運動の
効果音への変換アルゴリズム例を示すフロ−チャ−ト図
である。
FIG. 22 is a flowchart showing an example of an algorithm for converting manipulator movement into sound effects in the device of the present invention.

【図23】本発明の装置における距離から仮想反力を生
成するアルゴリズム例を示すフロ−チャ−ト図である。
FIG. 23 is a flowchart showing an example of an algorithm for generating a virtual reaction force from a distance in the device of the present invention.

【図24】本発明の装置における温度分布から仮想反力
を生成するアルゴリズム例を示すフロ−チャ−ト図であ
る。
FIG. 24 is a flowchart showing an example of an algorithm for generating a virtual reaction force from the temperature distribution in the device of the present invention.

【図25】本発明の装置を構成する力覚センサ情報演算
部の動作アルゴリズムを示すフロ−チャ−ト図である。
FIG. 25 is a flowchart showing the operation algorithm of the force sensor information calculation unit that constitutes the device of the present invention.

【図26】本発明の装置における合成反力の変換アルゴ
リズムを示すフロ−チャ−ト図である。
FIG. 26 is a flowchart showing a conversion algorithm of a synthetic reaction force in the device of the present invention.

【図27】本発明の装置を構成する指令変換部の動作ア
ルゴリズムを示すフロ−チャ−ト図である。
FIG. 27 is a flowchart showing an operation algorithm of a command conversion unit which constitutes the device of the present invention.

【図28】本発明の装置における操作指令情報のデータ
シーケンスを示す図である。
FIG. 28 is a diagram showing a data sequence of operation command information in the device of the present invention.

【図29】本発明の装置における仮想的接点の動作アル
ゴリズムを示すフロ−チャ−ト図である。
FIG. 29 is a flowchart showing an operation algorithm of virtual contacts in the device of the present invention.

【図30】本発明の装置を構成する操作指令入力手段の
一構成例を示す図である。
FIG. 30 is a diagram showing an example of the configuration of operation command input means that constitutes the device of the present invention.

【図31】本発明の装置を構成する力覚・近接覚センサ
信号前処理回路制御手段および視差角調整用リニアアク
チュエ−タ制御手段および照明制御手段401での力覚セ
ンサ信号処理アルゴリズムを示すフロ−チャ−ト図であ
る。
FIG. 31 is a flowchart showing a force sensor signal processing algorithm in the force / proximity sensor signal preprocessing circuit control means, the parallax angle adjusting linear actuator control means, and the illumination control means 401, which constitute the device of the present invention. It is a chart.

【図32】本発明の装置を構成する視差角制御用アクチ
ュエータの制御アルゴリズムを示すフロ−チャ−ト図で
ある。
FIG. 32 is a flowchart showing a control algorithm of the parallax angle control actuator which constitutes the device of the present invention.

【図33】本発明の装置における照明制御アルゴリズム
を示すフロ−チャ−ト図である。
FIG. 33 is a flowchart showing an illumination control algorithm in the device of the present invention.

【図34】本発明の装置を構成する操作指令解釈手段お
よび患部操作用運動機構制御手段での解釈実行アルゴリ
ズム例を示すフロ−チャ−ト図である。
FIG. 34 is a flowchart showing an example of an interpretation execution algorithm in the operation command interpreting means and the affected part operating motion mechanism controlling means constituting the device of the present invention.

【図35】本発明の装置を構成する磁力制御手段のアル
ゴリズム例を示すフロ−チャ−ト図である。
FIG. 35 is a flowchart showing an algorithm example of the magnetic force control means constituting the device of the present invention.

【図36】本発明の装置を構成する粗動部の構成例の正
面図である。
FIG. 36 is a front view of a configuration example of a coarse movement unit that constitutes the device of the present invention.

【符号の説明】 101…臨場感制御情報生成手段、102…患部組織操作手
段、103…操作指令生成手段、104…作業環境情報検出手
段、114…操作指令入力手段。
[Explanation of Codes] 101 ... Reality control information generation means, 102 ... Affected part tissue operation means, 103 ... Operation command generation means, 104 ... Work environment information detection means, 114 ... Operation command input means.

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】脳・神経系・眼球等の外科手術において術
者が術具を遠隔操作することによって微細な作業を行う
ことを支援する遠隔微細手術支援装置において、作業環
境情報検出手段と、臨場感制御情報生成手段と、操作指
令生成手段と、患部組織操作手段と、動作指令入力手段
とからなる遠隔微細手術支援装置であり、作業環境情報
検出手段は患部およびその周辺の画像と患部組織操作用
であるスレーブマニピュレータ先端の患部への接近と作
業機先端が患部に接触している時の接触力を検出し力覚
センサ情報と近接覚センサ情報と視覚センサ情報を臨場
感制御情報生成手段に伝えまた力覚センサ情報と近接覚
センサ情報を操作指令生成手段に伝え画像検出時の拡大
倍率を患部組織操作手段に伝え、臨場感制御情報生成手
段は患部組織操作手段から伝えられたスレーブマニピュ
レータ先端位置情報と術者に対して作業環境情報検出手
段によって検出された各情報を加工して画像・音場・仮
想反力情報を生成し画像および音は術者にこれを提示し
仮想反力情報は操作指令生成手段にこれを伝え、動作指
令入力手段は術者が臨場感制御情報生成手段により提示
される合成加工画像と仮想音場および操作指令生成手段
において合成された合成反力にもとづいて起こす動作を
検出しこれを操作指令生成手段に伝え、操作指令生成手
段は作業環境情報検出手段の力覚センサが検出した力覚
センサ情報と臨場感制御情報生成手段の提示する仮想反
力情報とを合成したものを合成反力として術者に伝える
とともに動作指令入力手段から伝えられた動作指令を操
作指令情報へと変換しこれを患部組織操作手段へと伝
え、患部組織操作手段は上記操作指令情報および拡大倍
率情報に基づき術具を駆動する複数の作業機を制御する
ことを特徴とする遠隔微細手術支援装置。
1. A remote microsurgery assisting device for assisting an operator in performing a minute work by remotely operating an operation tool in a surgical operation on the brain, nervous system, eyeball, etc., comprising a work environment information detecting means, It is a remote microsurgery assisting device consisting of presence control information generating means, operation command generating means, diseased part tissue operating means, and motion command inputting means, and work environment information detecting means is an image of the affected part and its periphery and affected part tissue. Presence control information generating means for detecting force sensor information, proximity sensor information and visual sensor information by detecting the contact force when the tip of the slave manipulator for operation approaches the affected area and the tip of the working machine is in contact with the affected area In addition, the force sensor information and the proximity sensor information are transmitted to the operation command generation means, and the magnification at the time of image detection is transmitted to the affected tissue operation means, and the presence control information generation means operates the affected tissue operation. The slave manipulator tip position information transmitted from the step and each information detected by the work environment information detection means for the operator are processed to generate image, sound field, virtual reaction force information, and the image and sound are presented to the operator. This is presented and the virtual reaction force information is transmitted to the operation command generating means, and the motion command inputting means synthesizes the synthetic processed image presented by the operator by the realistic control information generating means with the virtual sound field and the operation command generating means. The motion generated based on the generated combined reaction force is detected and transmitted to the operation command generation means, and the operation command generation means generates the force sensor information detected by the force sensor of the work environment information detection means and the presence control information generation means. The composite of the virtual reaction force information presented by the operator is transmitted to the operator as a combined reaction force, and the operation command transmitted from the operation command input means is converted into operation command information, which is affected Say to the operating means, the diseased tissue manipulating means remote microsurgical support device and controls a plurality of working machine for driving a surgical instrument on the basis of the operation command information and the magnification information.
【請求項2】請求項1記載の遠隔微細手術支援装置にお
いて、作業機の先端に微細な冷凍素子を有することを特
徴とする遠隔微細手術支援装置。
2. The remote microsurgery support apparatus according to claim 1, wherein a fine refrigeration element is provided at the tip of the working machine.
【請求項3】請求項1記載の遠隔微細手術支援装置にお
いて、多数の電極間に働く静電気力を利用したアクチュ
エータによって作業機の各関節が駆動されることを特徴
とする遠隔微細手術支援装置。
3. The remote microsurgery assisting apparatus according to claim 1, wherein each joint of the working machine is driven by an actuator utilizing electrostatic force acting between a large number of electrodes.
【請求項4】請求項1記載の遠隔微細手術支援装置にお
いて、術者が操作指令生成手段を介して操作する1本ま
たは2本のスレーブマニピュレータの位置姿勢と、他の
複数のスレーブマニピュレータ群の位置姿勢、および環
境との間にある関係を設定し患部組織操作手段がつねに
設定された関係を満足するように他の複数のスレーブマ
ニピュレータ群を自動制御することにより、術者がすべ
てのスレーブマニピュレータ群を操作することなく複数
のスレーブマニピュレータ群が追従的協調動作を行うこ
とを特徴とする遠隔微細手術支援装置。
4. The remote microsurgery assisting apparatus according to claim 1, wherein the position and orientation of one or two slave manipulators operated by the operator via the operation command generating means, and other slave manipulator groups. By setting the relationship between the position and posture and the environment and automatically controlling the other slave manipulator groups so that the affected tissue operation means always satisfies the set relationship, the operator can operate all slave manipulators. A remote microsurgery assisting device characterized in that a plurality of slave manipulator groups perform a follow-up cooperative operation without operating the group.
【請求項5】請求項4記載の遠隔微細手術支援装置にお
いて、マスタである操作指令入力手段の把持部分が患部
を直接操作可能でありマスタとスレーブが協調作業を行
うことができることを特徴とする遠隔微細手術支援装
置。
5. The remote microsurgery support device according to claim 4, wherein the grasping portion of the operation command input means, which is the master, can directly operate the affected area, and the master and the slave can perform cooperative work. Remote microsurgery support device.
【請求項6】請求項1記載の遠隔微細手術支援装置にお
いて、マスタとスレーブの位置姿勢を対応させる際のス
ケール変換における各自由度の変換係数を独立に設定し
動作内容に応じて切り替えることを特徴とする遠隔微細
手術支援装置。
6. The remote microsurgery support apparatus according to claim 1, wherein the conversion coefficient of each degree of freedom in scale conversion when the position and orientation of the master and slave are made to correspond to each other is independently set and switched according to the operation content. Characteristic remote microsurgery support device.
【請求項7】請求項1記載の遠隔微細手術支援装置にお
いて、視覚センサの姿勢とスレーブマニピュレータの姿
勢が連動することを特徴とする遠隔微細手術支援装置。
7. The remote microsurgery assisting apparatus according to claim 1, wherein the attitude of the visual sensor and the attitude of the slave manipulator are interlocked with each other.
【請求項8】請求項1記載の遠隔微細手術支援装置にお
いて、赤外線の発光素子と受光素子の組み合わせを用い
てスレーブマニピュレータ先端の患部への接近を検出す
ることを特徴とする遠隔微細手術支援装置。
8. The remote microsurgery support apparatus according to claim 1, wherein the approach of the tip of the slave manipulator to the affected area is detected by using a combination of an infrared light emitting element and a light receiving element. .
【請求項9】請求項1記載の遠隔微細手術支援装置にお
いて、半導体製造技術を用いて一体製造された歪ゲージ
と処理回路とからなる微小力覚センサによりスレーブマ
ニピュレータ先端の反力を検出することを特徴とする遠
隔微細手術支援装置。
9. The remote microsurgery assisting apparatus according to claim 1, wherein a reaction force at the tip of the slave manipulator is detected by a micro force sensor composed of a strain gauge and a processing circuit integrally manufactured by using semiconductor manufacturing technology. A remote microsurgery support device characterized by:
【請求項10】請求項1記載の遠隔微細手術支援装置に
おいて、スレーブマニピュレータと視覚センサの位置を
連動させる粗動機構の自由度構成が球面座標系となって
いることを特徴とする遠隔微細手術支援装置。
10. The remote microsurgery apparatus according to claim 1, wherein the coarse movement mechanism for interlocking the positions of the slave manipulator and the visual sensor has a spherical coordinate system. Support device.
【請求項11】請求項1記載の遠隔微細手術支援装置に
おいて、通常の光学画像の他に赤外領域波長を検出可能
な視覚センサを有することを特徴とする遠隔微細手術支
援装置。
11. The remote microsurgery assisting apparatus according to claim 1, further comprising a visual sensor capable of detecting a wavelength in an infrared region in addition to a normal optical image.
【請求項12】請求項1記載の遠隔微細手術支援装置に
おいて、視覚センサの検出した画像情報を提示する際に
通常の光学画像に加えて温度の高低・力覚センサによっ
て検出されたスレーブマニピュレータ先端の接触力の大
小・近接覚センサによって検出された患部とスレーブマ
ニピュレータ先端との距離を色の種類や明度・彩度に変
換したものを重ね合わせたものを画像情報として提示す
る臨場感制御情報生成手段を有することを特徴とする遠
隔微細手術支援装置。
12. The remote manipulator tip according to claim 1, wherein when presenting image information detected by a visual sensor, a slave manipulator tip detected by a high / low temperature / force sensor in addition to a normal optical image. Presence / absence control information generation that presents as image information a combination of the distance between the affected area detected by the proximity sensor and the tip of the slave manipulator, converted to color type and brightness / saturation A remote microsurgery support device comprising means.
【請求項13】請求項1記載の遠隔微細手術支援装置に
おいて、請求項12記載の画像情報の他に温度の高低・力
覚センサによって検出されたスレーブマニピュレータ先
端の接触力の大小・近接覚センサによって検出された患
部とスレーブマニピュレータ先端との距離を音量・音質
・音程・音色および音像定位に変換したものを音響情報
として提示する臨場感制御情報生成手段を有することを
特徴とする遠隔微細手術支援装置。
13. The remote microsurgery assisting apparatus according to claim 1, wherein in addition to the image information according to claim 12, the magnitude of the contact force at the tip of the slave manipulator detected by the temperature sensor / force sensor and the proximity sensor. Remote microsurgery support characterized by having presence control information generating means for presenting as sound information information obtained by converting the distance between the affected area detected by the robot and the tip of the slave manipulator into sound volume, sound quality, pitch, tone color and sound image localization apparatus.
【請求項14】請求項1記載の遠隔微細手術支援装置に
おいて、請求項12記載の画像情報に加えて術者が状況を
表現するための図形・記号を編集し上記画像情報に重ね
て提示する臨場感制御情報生成手段を有することを特徴
とする遠隔微細手術支援装置。
14. The remote microsurgery support apparatus according to claim 1, wherein, in addition to the image information according to claim 12, a figure / symbol for the operator to express the situation is edited and presented on top of the image information. A remote microsurgery support device, characterized in that it has a presence control information generation means.
【請求項15】請求項1記載の遠隔微細手術支援装置に
おいて、前記画像情報を提示する画像表示部の下に操作
指令入力手段を配置することを特徴とする遠隔微細手術
支援装置。
15. The remote microsurgery support apparatus according to claim 1, wherein an operation command input means is arranged below the image display section for presenting the image information.
【請求項16】請求項1記載の遠隔微細手術支援装置に
おいて、患部組織操作手段が粗動と微動に分離されてい
ることを特徴とする遠隔微細手術支援装置。
16. The remote microsurgery support apparatus according to claim 1, wherein the affected tissue operation means is separated into coarse movement and fine movement.
【請求項17】請求項1記載の遠隔微細手術支援装置に
おいて、多数の電極間に働く静電気力を利用したアクチ
ュエータを用いて動作指令入力手段の各関節が駆動され
ることによって反力を発生することを特徴とする遠隔微
細手術支援装置。
17. The remote microsurgery support device according to claim 1, wherein each joint of the operation command input means is driven by using an actuator utilizing electrostatic force acting between a large number of electrodes to generate a reaction force. A remote microsurgery support device characterized by the above.
【請求項18】請求項1記載の遠隔微細手術支援装置に
おいて、動作指令入力時に術者の把持する部分と反力を
発生する部分が電磁石の磁力によって結合されており過
大入力等の異状時には電磁石への電流を切ることによっ
て上記の結合を解除することを特徴とする遠隔微細手術
支援装置。
18. The remote microsurgery support apparatus according to claim 1, wherein a portion gripped by an operator when a motion command is input and a portion which generates a reaction force are coupled by a magnetic force of an electromagnet, and when an abnormal input such as an excessive input occurs. A remote microsurgery assisting device, characterized in that the above-mentioned coupling is released by cutting off a current to the device.
【請求項19】請求項18記載の動作指令入力手段におい
て、結合部分に固定手段を設け、術者が把持部分を操作
することによって入力できる位置姿勢の自由度の数を変
化させることを特徴とする遠隔微細手術支援装置。
19. The operation command inputting means according to claim 18, wherein the connecting portion is provided with a fixing means, and the number of degrees of freedom of position and orientation that can be input by operating the gripping portion is changed. Remote microsurgery support device.
【請求項20】請求項1記載の遠隔微細手術支援装置に
おいて、請求項12記載の画像情報に加えて術者に状況を
説明するための図形・記号を上記画像情報に重ねて提示
する臨場感制御情報生成手段を有することを特徴とする
遠隔微細手術支援装置。
20. In the remote microsurgery support apparatus according to claim 1, in addition to the image information according to claim 12, a realistic sensation of presenting a figure / symbol for explaining a situation to an operator in superimposition on the image information. A remote microsurgery support device comprising control information generation means.
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