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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remote
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Application number
JP5334938A
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Japanese (ja)
Inventor
Masakatsu Fujie
Isao Nakajima
Fujio Tajima
功 中島
不二夫 田島
正克 藤江
Original Assignee
Hitachi Ltd
株式会社日立製作所
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Publication date
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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。 The present invention relates to a medical equipment, remote micro-surgery to help be carried out by the operator a fine surgical treatment such as the brain and nervous system and the eye is to remotely operate the surgical tool on 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。 Conventionally, as an apparatus for neurosurgery, as shown in JP-A-3-121064, there is a puncture manipulator for stereotaxic surgery. 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。 As the surgical device by remote control, as shown in JP-A-4-146097, there is a device having a surgical manipulator is remotely operated in a probe of the double pipe. 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・ In addition, as the micro-handling equipment, for example, Japan Society of Mechanical Engineers Robotics and
メカトロニクス講演会'93講演論文集p。 Mechatronics lecture '93 Proceedings p. 693〜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。 As shown in 696, and the like having a structure obtained by dividing the degree of freedom of rotation and translation to a manipulator and a stage.

【0003】 [0003]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のうち、 The object of the invention is to solve] Among the above-mentioned prior art,
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、 Known example described in JP-A-3-121064 may be performed only puncturing is for stereotactic brain surgery, it is impossible to perform sufficient surgical treatment only puncture in a brain disease,
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。 There are also those that require a lot of freedom for manipulation of the affected tissue. 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。 Also, matters that are described in the known examples are only part related to the puncturing manipulator, description of other parts to manipulate it is not. 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。 Further, the known example described in JP-A-4-146097 because it has separated patient and the surgeon at all, there is a possibility that delayed or rather it is impossible to emergency response. 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。 In addition, the Japan Society of Mechanical Engineers Robotics and Mechatronics lecture '93 Proceedings p. 693〜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。 In the known example 696 described, which has a configuration that can not work and not put the work object to the stage, it is not suitable for surgical operations.

【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。 [0004] One object of the present invention is to provide a remote micro surgery supporting system master-slave type which can perform microsurgical operations that require a lot of flexibility in the hand in the 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 micro surgery supporting system which compensate for the reduction in the operating skills of the operator due to deterioration of loss or hand the resolution of visual acuity 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。 [0006] Still another object of the present invention is to provide a remote micro surgery supporting system which prevents blood infection between a patient and the surgeon.

【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 micro surgery supporting system which realizes a low surgical invasive degree by mainly utilizing the degeneration of tissue.

【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 According to the present invention According to an aspect of the remote fine operation support to assist in performing a fine working by remotely operating surgeon surgical instrument in surgical procedures such as brain, nervous system, eye an apparatus, a force for detecting a contact force when the affected area and the working machine tip and proximity sensor for detecting the approach of the tip of the affected part of the visual sensor and the working machine for detecting an image of its surroundings are in contact with the affected area a work environment information detecting means comprising a sensory sensor, and realism control data generating means for presenting by processing the information detected by the work environment information detecting means with respect to the operator, surgeon by realism control data generating means an operation command generation means for transmitting a force sensor at the same time work environment information detecting means detects the operation to cause on the basis of the information presented detects information to the operator, the operator of the operation input via the operation means 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。 Composed of the diseased tissue manipulating means for controlling a plurality of working machine for driving a surgical instrument in accordance with a command value generated by performing the adjustment with the restraint applied on the basis of the information detected by the work environment information detecting means remote microsurgical support device is provided which is characterized in the that the.

【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, the remote micro-surgery supporting system of the above configuration, the remote micro-surgery supporting system is provided characterized by having a fine frozen element to the tip of the 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, the remote micro-surgery supporting system of the above configuration, the remote fine, characterized in that each joint of the working machine by an actuator utilizing electrostatic force acting between a large number of electrodes are driven operation support apparatus 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, the remote micro-surgery supporting system of the above configuration, the operator and the position and orientation of one or two of the slave manipulator which operated through the operation command generation means, the other plurality of the position and orientation of the slave manipulator group, and by automatically controlling the other of the plurality of slave manipulators groups as set operating means the relationship satisfies the set relationship always located between the environment, operator all remote fine surgery supporting system in which a plurality of slave manipulators group without operating the slave manipulator group and performing follow-up cooperative operation is provided.

【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。 [0014] According to the present invention, characterized in that the can in a remote micro surgery supporting system of the above configuration, the operating end master manipulation command generating means is operable to affected area directly master and slave perform cooperative work remote microsurgical support device is provided to.

【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, the remote micro-surgery supporting system of the above configuration, according to the position and orientation of the master and slave operation content independently set the conversion factor of each degree of freedom in scaling when made to correspond remote microsurgical support device is provided and switches Te.

【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, the remote micro-surgery supporting system of the above configuration, the remote micro-surgery supporting system is provided, wherein the orientation of the orientation and the slave manipulator visual sensor 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, remotely and detects the approach of the slave manipulator tip of the affected part using the remote micro surgery supporting system of the above configuration, a combination of infrared light emitting element and the light receiving element fine surgery supporting system 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, the remote micro-surgery supporting system of the above configuration, the reaction force of the slave manipulator tip by micro force sensor comprising a processing circuit integrally fabricated strain gauge using a semiconductor manufacturing technology remote microsurgical support device is provided, which comprises 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, and characterized in that the remote microsurgical support apparatus having the above structure, the degree of freedom configuration of the coarse mechanism for interlocking the position of the slave manipulator and the visual sensor is in the spherical coordinate system remote fine surgery supporting system which is provided.

【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, the remote micro-surgery supporting system of the above configuration, the remote micro-operation support apparatus characterized by having a visual sensor capable of detecting infrared region wavelength to another conventional optical image There is 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・ Further, according to the present invention, the remote micro-surgery supporting system of the above configuration, high and low-temperature in addition to the normal optical image when presenting the detected image information of the visual sensor
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。 Those obtained by superposing a transformation of the distance between the diseased part and the slave manipulator tip detected by the magnitude-proximity sensor of the contact force of the slave manipulator tip detected by the force sensor to the color type and lightness, chroma remote microsurgical supporting apparatus characterized by having a sense of realism control data generating means for presenting the image information is provided.

【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 above-mentioned remote micro surgery supporting system configuration, in addition to temperature magnitude, proximity sense contact force of the slave manipulator tip detected by the high and low-force sensor of the image information remote microsurgical support device is provided which is characterized in that it has a sense of realism control data generating means for presenting a transformation of the distance between the diseased part and the slave manipulator tip detected in volume and pitch-tone by the sensor as the acoustic information that.

【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。 [0021] According to the present invention, the remote micro-surgery supporting system of the above configuration, editing the graphical and symbols for operator in addition to the image information of the to express the situation superimposed on the image information presentation remote microsurgical support device is provided which is characterized by having a sense of realism control data generating means for.

【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, the remote micro-surgery supporting system of the above configuration, remote characterized by arranging the operating master manipulation command generating means under the image display unit for presenting the image information fine surgery supporting system 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, the remote micro-surgery supporting system of the above configuration, the remote micro-operation support apparatus characterized by diseased tissue manipulating means is separated into fine movement and rough movement is provided.

【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, the remote micro-surgery supporting system of the above configuration, anti by each joint of the operation command input means using an actuator utilizing electrostatic force acting between a large number of electrodes are driven or remote micro-surgery supporting system is provided, which comprises generating a 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, the remote micro-surgery supporting system of the above configuration, the operation command input when the operator of the grip portion and the reaction force generated parts etc. are coupled excessive input by the magnetic force of the electromagnet of the time abnormal remote microsurgical support device is provided which is characterized by releasing the coupling of the by cutting the current to the electromagnet.

【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、 Further, according to the present invention, the operation command input means of claim 18, wherein the fixing means provided on the coupling portion,
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。 Operator remote microsurgical support apparatus characterized by varying the number of degrees of freedom of the position and orientation that can be entered by operating the grip portion is provided.

【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, the remote micro-surgery supporting system of the above configuration, the shapes and symbols to describe the situation added caster to the image information according to claim 12 superimposed on the image information remote microsurgical support device is provided which is characterized by having a sense of realism control data generating means for presenting.

【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 remote micro surgery supporting system master-slave type which can perform microsurgical operations that require a lot of flexibility in the hand in the 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 micro surgery supporting system which compensate for the reduction in the operating skills of the operator due to deterioration of loss or hand the resolution of visual acuity due to aging.

【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 micro surgery supporting system which prevents blood infection between a patient and the surgeon.

【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 micro surgery supporting system which realizes a low surgical invasive degree by mainly utilizing the degeneration of tissue.

【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 DETAILED DESCRIPTION FIG. 1 shows the structure of a device of the present invention, during the 1, 101 realism control data generating means, 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 Diseased tissue manipulating means, the manipulation command generating means 103, 104 work environment information detecting means, 105 force sensor information, the proximity sensor information 106, 107 visual sensor information, 108 virtual reaction force information, the 109 synthesis processed image, 110 virtual sound field, 111 the operation command information, 112 synthesis reaction force, 113 operation commands, 114 operation command input unit, 115 is a slave manipulator position information, 1
16は拡大倍率情報を表す。 16 represents the 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。 The work environment data detecting means 104 for detecting the affected area and its surroundings with a force sensor and proximity sensor of the visual sensor and manipulator tip. 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。 Realism control data generating means 101 generates a processed image and sound and virtual reaction force detected information and slave manipulator position information 115 of the work environment information detecting means 104. これをもって患部の状態が術者に示される。 The affected area of ​​the state is shown in the operator with this. 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。 The force sensor and the proximity sense information of the sensor is also transmitted to the manipulation command generating means 103. 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 actual reaction force detected by the force sensor is converted to the range that can be felt by the operator.

【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。 [0034] generated by the realism control data generating means 101 virtual reaction force is transmitted to the operator via the operation command input unit 114 is added together with the actual reaction force is range converted. 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。 Operator inputs an operation command for the diseased tissue manipulating means 102 via the action command inputting means 114 based on the information shown in the realism control data generating means 101. 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。 Operation command input is converted to the operation command information 111 by the operation command generating means 102. 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。 Diseased tissue manipulating means to manipulate the interpretation executed diseased tissue the operation command information 111 of the enlargement magnification information 116 as a parameter.

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

【0036】まず、臨場感制御情報生成手段101について説明する。 Firstly, a description will be given realism control data generating means 101.

【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。 [0037] shows a part of a configuration example and an operation command generating means 102 of the realism control data generating unit 101 in FIG. 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。 In the figure, 201 is the work environment information processing unit, 202 binocular vision manipulator, 203 processed image display for the display, 210 201 virtual sound field reproducing generated based on the information of 105~107,115 by means, 211 synthesized composite image information obtained by processing the visual sensor information is a virtual image information and real image generated based on the information of 105 to 107 by 201, 213 control of binocular vision operations 202 representing the signal. 図2を上から見たのが図14 The figure was viewed from above Figure 2 14
である。 It is. 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。 From the operator's wrist before seems to become the tip of the slave manipulator as shown in 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。 Next, it will be described with reference to FIGS. 15 to 24, the operation of the work environment information processing unit 201. 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。 First, the generation of the image information will be described with reference to FIGS. 15 to 18.

【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)。 [0039] Figure 15 first force sensor information 105 in, by proximity sensor information 106 to detect and determine the presence or absence of contact of the slave manipulator tip (step 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 Slave manipulator based on calculates the distance visual sensor information 107 and proximity sensor information 106 in the case of non-contact
(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)、 (Step 1505), the distance large and small color kind of (distance large: red → distance Small: purple), color of brightness (distance Large: brightness high → distance Small: brightness low),
色の彩度(距離大:彩度高→距離小:彩度低)で表現する Color saturation is represented by (distance University: saturation high → distance small saturation low)
(ステップ1506)。 (Step 1506).

【0040】また、接触している場合は視覚センサ情報 [0040] In addition, if you are in contact with the visual sensor information
107と近接覚情報106をもとに患部での応力分布を推定し 107 and the proximity sense information 106 to estimate the stress distribution in the affected part based on
(ステップ1503)、画像各点での応力の大小を色の種類 (Step 1503), the magnitude of the stress at the image points color type
(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)。 (Stress large: red → stress small: purple), color of brightness (stress University: brightness high → stress small: brightness low), color saturation expressed by (stress University: saturation high → stress small saturation low) (step 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)。 This is displayed superimposed on the original image after the 1504 or 1506 (step 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。 That where there is a short distance of the affected part and the slave manipulator, or takes or brighter place is the force, or become bright, or take on a specific color.
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。 Or may manner to correspond to movement of the tip of the slave manipulator from the color of the type, lightness and saturation as shown in Figure 16.

【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)。 Firstly, the tip position information 115 of the slave manipulator (in which are included the target value and response) from the calculation of the positional deviation, velocity and acceleration of the manipulator (step 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: Next, position deviation, velocity and acceleration of large and small color kind of value (large: red → Small: purple), color of brightness (large: brightness high → small:
明度低)、色の彩度(大:彩度高→小:彩度低)で表現する Brightness low), color saturation (large: saturation high → small: be expressed in saturation low)
(ステップ1602)。 (Step 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。 At this time correspondence between the positional deviation, velocity and acceleration and the color of the type-lightness-saturation is thinking ways is optional. 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)。 Finally the color expressed on the displayed superimposed in the vicinity of the manipulator tip in the original image (step 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。 Also conceivable to temporarily superimposing a transformation of the image of the infrared wavelength region in the visible light region. これを図17を用いて説明する。 This will be described with reference to FIG. 17.

【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)。 [0042] First, the original image from the visual sensor data to extract the infrared wavelength region component of each point (step 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)。 Light intensity of the component for the data of each point is shifted only wavelengths in the visible region as it is (step 1702). 最後に原画像に重ねて表示する(ステップ1703)。 Finally, the display superimposed on the original image (step 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。 Since bad part of the tissue is generally ambient temperature is often different, originally specific affected area position is facilitated by visualizing the temperature distribution is 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。 [0043] it is also conceivable that further displays superimposed arrows and effect lines and, to draw onomatopoeia, mimetic words to describe the situation character for easy understanding of the movement of the slave manipulator in the environment. 図18はその一例である。 Figure 18 is one example. 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)。 First calculate the variation vector between time derivative or sample time of tip position vector from the slave manipulator tip position information 115 (step 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)、 After the magnitude and direction of the vector expressed in translucent arrow (step 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)。 The tip of the manipulator in the original image drawing the arrow as the start point (step 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。 Image information generated or synthesized as described above is presented to the operator as a stereoscopic image by synchronously driving the binocular visual-field control unit 202 a composite image display for the display 203. 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。 This may be a method of displaying an image for the left eye and the right eye in synchronization therewith obstruct alternately the view of the right and left eyes to display the image slightly parallax by dividing a screen into left and right of this special lens or a method to look through. 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。 Or the algorithm shown in FIGS. 15 to 18, more can be added to further realism for the real image, it is possible to increase the operating ease 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。 Next, discussion will be made on generation of the sound field information with reference to FIGS. 19 to 22. 図19では最初に力覚センサ情報10 FIG first force sensor information 10, 19
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 5, to detect and determine the presence or absence of contact of the slave manipulator tip by proximity sensor information 106 (Step 1901,190
2)。 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) The visual sensor information 107 and proximity sensor information 106 when the slave manipulator is in non-contact to calculate the original in that distance (step 1905), the distance of the large and small volume (loudness)
(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) (Distance University: Volume Up → distance Small: purple), sound quality (the temporal change of the volume) (distance University: change Large → distance Small: change is small), (height of sound) pitch
(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)。 (Distance University: pitch High → Distance Small: pitch low), tone (component distribution of the fundamental and harmonic) is expressed by (Distance University:: Ingredient small → distance small component multi) (step 1906).

【0045】また、接触している場合は視覚センサ情報 [0045] In addition, if you are in contact with the visual sensor information
107と近接覚情報106をもとに患部での応力分布を推定し 107 and the proximity sense information 106 to estimate the stress distribution in the affected part based on
(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: (Step 1903), the volume the magnitude of stress at a point on the nearest tissue from the manipulator tip (the size of the sound) (stress University: Volume Up → stress Small: purple), sound quality (the temporal change of the volume) ( stress large:
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)。 Change Large → stress Small: change is small), the height of the pitch (sound) (Stress University: pitch High → stress Small: pitch low), tone (component distribution of the fundamental and harmonic) (Stress University: component small → stress small: representing a component multi) (step 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)。 1904 or 1906 which is reproduced by the virtual sound field reproducing means 210 after performing (step 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。 That where there is a short distance of the affected part and the slave manipulator, or if or sound increases the suffering of force, or pitch becomes high, or brighter sound quality, the type of sound or become ones metallic. 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。 Or may manner that the movement of the tip of the slave manipulator correspond with the sound volume and sound quality, pitch, tone as shown in Figure 20. 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)。 First slave manipulator tip position information 115 (in which are included the target value and response) from the calculation of the positional deviation, velocity and acceleration of the manipulator (step 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: Then (the size of the sound) large and small the volume of the value of the position deviation, velocity and acceleration (large:
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)。 Volume Up → Small: purple), sound quality (the temporal change of the volume) (large: change Large → Small: change is small), pitch (height of sound) (large: pitch high → small: pitch low), timbre ( component distribution of the fundamental and harmonic) (large: component small → small: representing a component multi) (step 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。 This when the corresponding position deviation, velocity and acceleration and the volume and sound quality, pitch, tone color is also considered a number of ways is optional. 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 Finally the sound expressed in play by the virtual sound field reproducing means 210 (step 200
3)。 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。 It is conceivable to adapt the temperature distribution obtained from the image of the infrared wavelength region to the change of sound.

【0046】これを図21を用いて説明する。 [0046] This will be described with reference to FIG. 21. 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)。 First the original image from the visual sensor data to extract the infrared wavelength region component of each point (step 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)。 The light intensity of the closest point from the slave manipulator is interpreted as a temperature to correspond to one of the volume and sound quality and pitch-tone (step 2102). 最後に仮想音場再生手段にって再生する(ステップ2103)。 Finally, to play me in a virtual sound field reproducing means (step 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。 Since diseased tissue are often generally ambient temperature is different, the original specific affected area position is facilitated by sonification the temperature distribution is undetectable. 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。 Further and sound effects for clarity of motion of the slave manipulator within the environment, Could together simultaneously onomatopoeic word-mimetic to explain the situation. 一例を図22に示す。 An example is shown in Figure 22. 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 First calculate the variation vector between time derivative or sample time of tip position vector from the slave manipulator tip position information 115 (step 220
1)。 1). ベクトルの大きさと方向を風切り音の音量・音質・ Volume and sound quality of the magnitude and direction of the vector wind noise -
音程・音色および音像定位で表現したのち(ステップ2 After expressed in pitch, tone color and sound localization (Step 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)。 202), to play me in the end to a virtual sound field reproducing means (step 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。 Above manner sound field thus generated may be presented to the operator by the virtual sound field reproducing means 210. 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。 As a result, the sound field more can be added to further realism by using a, it is possible to increase the operating ease of 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, the generation of virtual reaction force information is described with reference to FIGS. 23 to 24.

【0048】図23に一例を示す。 [0048] Figure 23 shows an example. まず力覚センサ情報10 First force sensor information 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 5, to detect and determine the presence or absence of contact of the slave manipulator tip by proximity sensor information 106 (Step 2301,230
2)。 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)。 It does nothing when the slave manipulator is in a non-contact (step 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)、 In the case in contact computes the distance r and n order differential value or the difference value between the affected area and the distal end position on the basis of the proximity sense information 106 and the slave manipulator position information 115 and the visual sensor data 107 (step 2304) ,
マニピュレータ先端と患部との間に働く仮想反力Fv Virtual reaction force Fv acting between the manipulator tip and the affected area
(r、 dr/dt、 d(dr/dt)/dt、 。。。 tn)を計算する (R, dr / dt, d (dr / dt) / dt, ... tn) to calculate the
(ステップ2305)。 (Step 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)。 Thereafter convey virtual reaction force information 106 to the manipulation command generating means 103 (step 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。 For example to set a potential such as the distance of the diseased part and the slave manipulator generates a large virtual repulsive force when they are near. 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。 For avoiding the reaction force of the discontinuity between the contact and non-contact state for the way to Oke if the operator, the operator operation can operability is improved without being aware of the state transition of the contact and non-contact. 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。 It will now be described with reference to FIG. 24 for generating a virtual reaction force corresponding to the temperature distribution. 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)。 First extracts the light intensity distribution of the infrared region from the visual sensor information (step 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。 Is regarded as the intensity distribution is equal to the temperature distribution to calculate the virtual reaction force Fv 'in the depth direction opposite that corresponding to the light intensity in the image each point (step 2402) and transmits it to the manipulation command generating means 103. 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。 This enables non-contact palpation method that feels the level of temperature in the magnitude of the reaction force.

【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。 The above virtual reaction force generation process by appropriate combination gives the operator more can be added to further realism, it can increase the operating ease of the operator. 以上に示したように、情報加工生成手段201は105 As shown above, the information processing generation unit 201 105
〜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。 Or added working against ~107,115 information, - converting those them capable physical quantities can not be generated (be regarded human sense organs original conversion or new information the quality of information based on · quality conversion); correcting the physical quantity is out of the detection area of ​​the human sense organs as a value in the region (optimization of range); there sensory organs but intuitively is detectable difficult to understand the amount of different sensory organs is converted into possible and more understandable amount detecting performing (exchange sensory organ)). 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。 This makes it possible to control the realism for the surgery, it is possible to increase the operating ease of the operator.

【0050】次に、図3を用いて操作指令生成手段103 Next, the operation command generation means 103 with reference to FIG. 3
について説明する。 It 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。 [0051] In the figure, 307 is a virtual contact point for controlling the transmission of the operation command, 308 performs a recursive calculation equivalent to the amplification and noise removal to convert the force sensor information 105 to an appropriate range force Satoru sensor information calculation unit, 309 actual reaction force information processed by the 308, 310 command converter to control the acquisition of joint data of the operation command input unit to set the operating mode control mode from the operation command 113, 316 operation command information, 317 represents a synthesis 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。 Next, it will be described with reference to FIG. 25 the operation of the force sensor information calculation unit 308. 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)。 First converted to a proper level the magnitude of the value of the force sensor information to a human muscle (step 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)。 Then perform equivalent recursive operation processing and a low pass filter to eliminate noise (step 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。 After performing weighting for each degree of freedom (step 2503), by adding the value of the virtual reaction force information (Step 2505) and transmits to 114. 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 That becomes a real reaction force information 309 keyed synthesized reaction force information added and virtual reaction force information 108 generated by the realism control data generating means 101, the operation command input unit as shown in Figure 26 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 4 is converted to the joint torque value of the reaction force generating unit (step 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)。 01) is converted into an analog amount by the D / A converter 318 (step 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)。 It is transferred to 114 becomes a torque command to each joint actuator driver (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。 Next, it will be described with reference to FIG. 27 the operation of the command converter 310. 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)。 Because it contains the mode selection signal in the signal from the 114 reading this (step 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)。 It sets the operation mode based on this (Step 2702), and outputs an operation mode to 102 (step 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)。 Then determines a control mode based on the operation mode (step 2704) and outputs the control mode data to 102 (step 2705). そのあとはA Then the 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 / Via D converter 318 takes in the joint angle data (step 2706), to convert to the working coordinate system (step 270
7)。 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2 102 from the output of the manipulator tip position setpoint data to (step 2708) to monitor the operation mode (Step 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。 709), the operation mode is returned to 2706 if it is not likely to transition to stop if the stop mode. 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。 Structure of the data sequence sent to the time 102 is as shown in FIG 28. 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。 That header 2801, the operating mode 2802, the control mode 2803 is the transmitted to 102 sequentially serves from the position and orientation data string 2804 to an arbitrary time tn.

【0054】次に、仮想的接点307の動作を説明する。 [0054] Next, the operation of the virtual contact 307.
図29はそのアルゴリズムを図視したものである。 Figure 29 is obtained by Zushi its algorithm. 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 First detecting the distance between the tip position and the affected area (step 2901) to check whether it is located equal to or less than a predetermined value
(ステップ2902)。 (Step 2902). なっていなければ2901に戻る。 If not now return to 2901. 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)。 Made by long as proximity sensor to detect the manipulator tip position and velocity at the affected area near (step 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・ Then the size and virtual reaction force magnitude, the components of the velocity vector magnitude,
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)。 When the size and the control mode of each component of the velocity servo examines the size of the size-each component of the velocity command vector, all return to 2901 when there below a predetermined value, if the condition is not satisfied even one control Set the mode to the position control and the command value of the current position (step 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。 Since thereby the abnormal state is not the command value change, it is possible to enhance the safety of the work.

【0055】次に、操作指令入力手段114について図30 Next, the operation command input unit 114 FIG. 30
を用いて説明する。 It will be described with reference to. 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 In the figure, 3001 gripper - reaction force generating unit coupling electromagnet, the gripper constraining solenoid controlling signal 3002, the coupling electromagnet current controlling signal 3003, the gripper constraining solenoid 3004, 3005 operation mode setting signal , 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。 Operation mode changeover switch, 3007 denotes a grip portion, 3008 spherical coupling unit, 3009 spherical joint, 3010 direct acting cylindrical electrostatic actuator 3011 is an actuator control input, 3012 displacement sensor output. 112は各アクチュエータごとの制御入力である。 112 is a control input for each actuator. 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。 Each actuator to generate the required reaction force as a whole is driven by this. 術者は把持部30 The operator gripping portion 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。 It has a 07, to move this while feeling the reaction force, to enter the operating data. 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。 Switching of the mode is carried out at the root operating mode selector switch. 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。 At this time, the spherical coupling portion 3006 between the grip portion 3007 reaction force generating section is coupled by magnetic force of the electromagnet. 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。 The coupling portion is controlled by the magnetic force control means 3001 depending on the magnitude of the input operation mode has a structure capable of changing the constraint regarding freedom. 磁力制御手段3001の動作は図35に示される。 Operation of the magnetic force controlling means 3001 shown in FIG. 35. 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)。 It reads the operation mode switch (step 3501), if the operation mode has become the mode to command only the position to act only magnetic force (step 3502) electromagnets (step 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。 In this way, the coupling part if you will free the terms of attitude because it is spherical. 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。 Can command by operating the grip portion other words will be that only three degrees of freedom of position. 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 On the other hand, when an instruction to all six degrees of freedom of the position and orientation are gripper root solenoid 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 In if Shiteyare clip attitude change can also command (step 3
504)。 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。 In the case where an excessive force or moment is applied in a state where the joint is fixed we'll make to solve the constraint. 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。 This makes it possible to prevent to enter a command for excessive force increases the safety of the operation. 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。 Is described later linear multilayer electrostatic actuator. 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。 Since Accordingly command value at the time of abnormality is not transmitted to the diseased tissue manipulating means, it is possible to enhance the safety of the work.

【0056】次に、図4を用いて作業環境情報検出手段 Next, work environment information detecting means with reference to FIG. 4
104の説明を行う。 Performing 104 description. 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。 In the figure, the force-proximity sensor signal pre-processing circuit control means and parallax angle adjustment actuator control means and illumination controller 401, the visual sensor 402, 403 attachment portion of the visual sensor, 404 402 and 403 connected to the passive rotary joint, the linear actuator for adjusting parallax angle 405, 406 right-eye image signal, 407 is a left eye image signal, 408 is a control signal of the linear actuator, control signal 409 is illuminated, 410 lighting to illuminate the affected area , 411 is an enlarged view of the tip portion of the slave manipulator, a force sensor and force signal preprocessing circuit 412, the proximity sensor and the proximity sense signal preprocessing circuit 413, 414 a force sensor signal, 415 is the force signal control signal preprocessing circuit, 416 proximity sensor signal 417 represents the control signal of the proximity sense signal preprocessing circuit. 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。 Vision sensor 402 outputs a right eye image signal 406 and the left eye image signal 407 captures an affected part image. 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。 The visual sensor 402 is coupled to the mounting portion 403 via the passive rotary joint 404. 401はさまざまな部分の制御と信号処理を司る。 401 responsible for controlling the signal processing of the various parts. 401において画像信号406、 Image signal 406 in 401,
407はディジタル化され視覚センサ情報107となる。 407 is the visual sensor information 107 is digitized. 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 The force sensor signal 414, proximity sensor signal 416 is converted into a digital value the force sensor information 105, proximity sensor data 106
となる。 To become. 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。 401 also controls each portion in the algorithm described below.

【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)。 Firstly, equal to the value in (step 3201), the parallax angle reference position of the left and right visual sensor when it detects the amount of movement of the affected part depth direction by coarse portion 503 of the diseased tissue manipulating means as shown in FIG. 32 sends a control signal 408 with respect to linear actuator 405 so (step 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 Right and left visual sensors of the linear actuator 405 expands and contracts 402 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。 4 to equalize small rotation about the, you can keep a parallax angle constant.

【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。 Meanwhile, illumination 410 is controlled its brightness by a control signal 401. 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 As shown in FIG. 33, first, it detects the distance from the visual sensor to the diseased part (step 3301), n
= (患部までの距離)/(基準距離)を求める(ステップ33 = Request (distance to the affected area) / (reference distance) (step 33
02)。 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)。 Then m = (current ratio) / (reference magnification) is obtained (Step 3303) Finally to control the amount of light to a value proportional to m × m × n × n (step 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。 These makes adaptively adjusted to correspond brightness of parallax angle and the affected area it when the distance and the magnification from the affected area to the visual sensor has changed.

【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。 Next, the force sensor and its preprocessing circuit 412 and proximity sensor and its preprocessing circuit 413 is attached to the tip portion 411 of the slave manipulator. 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。 The signal processing circuit and micro force-proximity sensor is known to be manufactured by micromachining technology. 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。 412 a force sensor signal 414, 413 is respectively output proximity sensor signal 416, changes the amplification factor sends a control signal 415, 417 for each of the processing circuits in accordance with the 401 signal level in the make. 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。 Using a digital signal of several bits by High-Low voltage higher than the noise level is assumed there is a control signal. 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 As shown in FIG. 31, first, the sample was zero-order hold the sensor signal (step 310
1)。 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 This was an A / D converter (step 3102), n = calculated (reference value of the sensor signal) / (value of sensor signal) (step 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 3), to direct the amplification factor to the signal preprocessing circuit as multiplying n
(ステップ3104)。 (Step 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。 Processing time between 3101-3103 shall not change the value of the very short during which the signal.
そののち再びサンプル−零次ホールドし(ステップ310 As later again sample - and zero-order hold (step 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)。 5) After conversion A / D (divided by a material obtained by step 3106) digitized real representation n (step 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 That signal by increasing the gain of the processing circuit when the signal level is small 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。 It prevents buried in noise mixed between 3 to 401, when a large prevent signal to lower the gain is 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。 [0060] Accordingly, it is possible to reduce the effect of noise from the surrounding environment and actuators. 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。 It is also possible to reduce the influence of quantization by digital sampled by this process.

【0061】次に、患部組織操作手段102について説明する。 Next, a description will be given diseased tissue manipulating means 102.

【0062】患部組織操作手段102の全体的構成は図5 [0062] Overall configuration of the diseased tissue manipulating means 102 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。 An operation command interpreting means and diseased operating movement mechanism controller 502 as shown in, the coarse portion 503, fine movement unit 505 consists of a ultra-fine positioning unit 508. 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、5 502 operation command interpreting means and diseased operating motion mechanism control means, 503 coarse portion, 504 coarse portion displacement of each joint (the angle or translation amount) sensor information, 505 fine positioning unit, 506 fine positioning unit each control input to the joint, 507 fine positioning unit displacement sensor information from each joint 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。 08 Ultra fine positioning unit, 509 super fine motion portion control input to the joint and the end effector, 510 represents a displacement sensor information from the super-fine positioning unit each joint.

【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。 [0063] Operation instruction 501 is in the time-series motion command data sequence of abstract high command and control mode and one manipulator tip such as "grasp". 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。 Manipulation command interpreting means and diseased operating movement mechanism controller 502 to the motion command of the plurality of manipulators of the fine portions each joint and ultra fine motion portion from which the received and interpreted grasp command and control mode and one motion command value At the same time the generation also governs the primitive control of the servo level. 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 Displacement control input 506 and 509 to the fine motion portion and ultra fine movement unit of the movement command and Part sensor information 504,507,510 and the force sensor information 105
を用いて決定される。 It 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。 [0064] First, the operation of the operation command interpretation means and diseased operating motion mechanism control unit 502 will be described with reference to FIG. 34. 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。 Data is transmitted in sequence as shown in FIG. 28 from the manipulation command generating means 103 of the.

【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 [0065] reads the first control mode and operation mode (step 3401,3402), branches in accordance with the operation mode
(ステップ3403)。 (Step 3403). 1で示した処理手順は次のようになる。 Processing procedure shown in 1 is as follows. 位置姿勢データ列を制御モードに基づいて解釈する Interpreting the basis the position and orientation data string to the control mode
(ステップ3411)。 (Step 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。 The control modes and control methods, such as position control / velocity control / impedance control, the number of degrees of freedom being commanded, the presence or absence of anisotropy is instructed about the degree of freedom.

【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)。 Next, this is converted to the joint angle command value of the fine portion, ultra-fine positioning unit considers tip position and orientation command values ​​of a specific single manipulator (step 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。 Here, it is to represent called the displacement of the angle of prismatic joint. 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。 Performing joint servo control of the specific manipulator based on the command value. 2の処理手順は次のようになる。 2 of the processing procedure is as follows. 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)。 Setting the virtual attractive potential acting between the tip of the other of the manipulator and the specific manipulator (the manipulator that are attempting to operate by the position and orientation data string) (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)。 Next, the equilibrium point of the potential (the point at which attraction becomes zero) to set the interior of the space spanned by the manipulator tip (step 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)。 Thereafter the other manipulator disassembly and torque control to the joint torque forces acting virtually the tip (step 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)。 3 of the procedure is only in that is equal to 2 and theoretically sets the balance point of the potential outside the space is different (step 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。 Movement be executed only 1, 1 and 2 if the grip, 1 and vice versa if you run 3 can perform. 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。 Here is cited only three modes as an example, actually it requires basic operation mode of the other order of several.

【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。 [0068] Next, will be described with reference to FIGS. 6 and 36 for coarse portion. 図6は側面図、図36は正面図である。 Figure 6 is a side view, FIG. 36 is a front view. 6 6
01は台座、602は第1リンク、603は第1ジョイント、604 01 pedestal, the 602 first link, the 603 first joint, 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。 The second link is 605 and the second joint, 606 represents a third joint, 608 fine motion portion, the third link, 607. 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。 Pedestal 601 and the first link 602 mechanism of the first link after joined by linear rail can be moved horizontally and the base. 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。 Freedom of this part is provided with a mechanical locking so that it can be fixed by manually and any position. 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。 This part can be enhanced emergency in rapidly it is safe to conduct to deal with such as a power failure by manually.

【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。 [0069] The shape of the first link have a shape which does not interfere with mechanically second link after, not necessarily semi-circular. 第2リンク604は第1ジョイント603を介して第1 The second link 604 via the first joint 603 first
リンク602と結合されている。 It is coupled to the link 602. 第2リンク604は両側の第1 The second link 604 is first sides
ジョイント603の中心線を軸にして回転する。 The center line of the joint 603 rotates the shaft. 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。 The first joint 603 are also turned manually rotating it locks structure for the same reason as that of the linear rail to manual. 第2 No. 2
リンクの形状は半円形である。 Link shape is semicircular. 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。 The third link 606 is coupled to the second link 604 via a second joint 605. 第3 number 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。 Link 606 is rotated in the axial center line of the second joint 605. 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。 This also enhances the safety structure of manual and mechanical locking. 第3リンクの形状も半円形である。 The shape of the third link is also semi-circular. 微動部6 Fine positioning unit 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。 08 is coupled to the third link 606 via a third joint 607. 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。 3 joint 607 is a structure for linear motion in the normal direction of the third link 606. 各ジョイントの変位センサ情報504 Displacement sensor information 504 of each joint
は前出の502に送られる。 It is sent to 502, supra.

【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。 [0070] By taking the above configuration, the coarse system becomes one degree of freedom and the mechanism-freedom structure was in skull shape of the patient lying in that three degrees of freedom of the spherical coordinate system of translation, surgery to allow quick and easy coarse positioning and removal of emergency upon.

【0071】次に、図7を用いて微動部を説明する。 Next, the fine motion portion will be described with reference to FIG. 70 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。 4 pedestal link 705 represents the first joint, 706 second link, the second joint 707, the third link 708, the 709 third joint, the fine motion portion base 712. 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。 First through third joints are all rotary, where only the attitude of the entire ultra fine positioning unit 508 is changed. 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。 In the case of fine work, it has been pointed out that not scaled with respect to attitude change. 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。 Accordingly by separating the freedom of position and orientation, it is possible to use the same driving method, mechanism and normal scale with respect to orientation.
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。 The change in the attitude of the ultra fine motion portion takes a configuration in conjunction with the visual sensor 402. 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。 Thus the focus of the visual sensor 402 will be always positioned in a generally work space of the manipulator of the ultra fine positioning unit. 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。 Although the gimbal structure in Fig. 7 may be used a mechanism such as Stewart platform.

【0072】次に、超微動部を図8を用いて説明する。 Next, the ultra-fine positioning unit will be described with reference to FIG. 8 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。 01 posts to support the ultra-fine positioning unit, 802 ring rail, the first joint 803, the 804 first link, the 805 second joint, the 806 second link 809 represents a micro refrigeration device.
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。 The first joint 803 performs a two-degree-of-freedom of movement of rotation about the linear motion and the center line in the direction of the center line as shown in FIG respect to the cylindrical a minute portion of the ring rail 802. 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。 The second joint 805 performs rotation about its center line has become cylindrical.

【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。 [0073] By adopting such a configuration, it is possible the entire manipulator compact. 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 Although the 3 degrees of freedom structure here, the first link 804 and second link 806 first
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。 Increasing the degree of freedom by replacing the same structure as the second joint 805 is possible. 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。 It is realized more than six degrees of freedom to match the three rotational degrees of freedom degrees of freedom and the fine movement of this part.
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。 Micro refrigeration device 809 is attached to the tip of the manipulator. 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。 This is what was realized element to realize an electronic cooling by Peltier effect in micromachining technology. 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。 Living tissue manipulator itself for performing fine working (brain tissue, nerves, blood vessels, etc.) applying a mechanical force which can destroy is very dangerous assuming an accident such as a runaway. 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。 In microsurgery, conventionally cut-deprivation of the affected tissue which has been performed by mechanical force, it is necessary to Yuku replaced with an operation subject to denature the tissue by controlling the flow of energy. 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。 The smaller the necessary mechanical strength, it may render the actuator for driving the manipulator and it more compact, or is very advantageous since born advantage of the design of the relaxed specifications required for them. 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。 Conventionally, the modification method of tissue by energy control although is used by ultra high temperature (such as laser knife), large effect of radiation to the surroundings, a slight anxiety remains in application to fine surgery.

【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。 [0074] On the other hand, since the transfer of heat unless contact if that perform degeneration and destruction of tissue by freezing it does not occur (almost) only the operation portion is securely modified. 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。 Also in comparison, such as the laser, the temperature difference between the environment is not too large, radiation may not consider the (temperature difference in this case is but the reverse) of the problem.

【0075】図8の第1ジョイントを取り出したものが図 [0075] those removed first joint 8 in FIG.
9である。 9. 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 In the figure, the small portion of the inner stator or ring rails 802 901, 902 multiple degrees of freedom mover, the outer stator of the first link is coupled to Tsuyoshi 903, 904 electrode voltage of the outer stator 903 driving circuit 3,906 driving circuit 190.5 which controls the driving circuit 2,907 for controlling the outer peripheral surface electrode voltage 902 for controlling the inner circumferential surface electrode voltages in multiple degrees of freedom mover 902 a multi-degree of freedom mover drive circuit for controlling the electrode voltage of 901 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。 8 represents a main controller of the actuator that provides commands to 904-907. 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。 The material mover and stator are polyimide and adhesive. 電極には銅を用いる。 The electrode using copper. 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。 The outer circumference of the inner stator cylinder 901 perpendicular to the axis in an annular electrode of the cylinder is disposed. 多自由度移動子円筒902の内周には901 The inner circumference of the multiple degrees of freedom mover cylindrical 902 901
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。 And which is arranged parallel to the electrodes, 901 and perpendicular to a large number of linear electrodes are disposed on the outer periphery. 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。 Also not depicted here are numerous to both sides of freedom cylinder 902 is restrained only in rotation about cylinder center line the degree of freedom of the outer stator 903 is attached is flanged part. 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 inner periphery of the outer stator 903 outer periphery of the electrode and parallel to a large number of linear electrodes 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。 [0076] FIG. 10 is a sectional view in a plane and the plane perpendicular thereto including the central axis of the actuator of FIG. 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。 In the figure, 1001 is an outer stator, 1002 multiple degrees of freedom mover, 1003 represents the inner stator.

【0077】A部における断面の拡大図を図11に示し、 [0077] Figure 11 shows an enlarged view of the cross section of the A section,
B部における断面の拡大図を図12に示す。 An enlarged view of the cross section of the part B shown in FIG. 12.

【0078】図11において、1101は外側固定子の断面、 [0078] In FIG. 11, 1101 of the outer stator section,
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 1102 multi-degree-of-freedom mover cross-section 1103 of the inner stator section, the inner peripheral cover film of the inner stator 1104, 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、 05 copper electrodes, 1106 adhesive, the outer peripheral cover film of the inner stator 1107, 1108, 1109 an insulating liquid, the inner peripheral cover film of the outer stator 1110, 1111 copper electrodes, 1112 adhesive,
1113は外側固定子の外周カバーフィルムを表す。 1113 represents the outer peripheral cover film of the outer stator. 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。 Arrangement of the copper electrode in the cross section 1101 of the outer stator has become a line of intersection between a plane perpendicular to the cylinder and the center axis of the cylinder, which are arranged at equal intervals. 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。 Meanwhile and copper electrodes in cross section 1103 of the inner stator become intersection line between a plane including the central axis of the cylinder and the cylinder, which cross section is chain linear because it is arranged at equal intervals. 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。 The structure of the cross-section 1102 of the multi-degree-of-freedom moving element, the outer peripheral portion in cross section 1101 of the outer stator, the inner peripheral portion, respectively 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 [0079] Further, in FIG. 12, 1201 of the outer stator section, 1202 the multi-degree-of-freedom mover section, 1203 of the inner stator section, the inner peripheral cover film of the inner stator 1204, 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 Adhesives, 1206 copper electrode, the outer peripheral cover film of the inner stator 1207, 1208 and 1209 is an insulating fluid, the inner circumference the cover film of the outer stator 1210, 1211 copper electrodes, 1212 adhesive, 12
13は外側固定子の外周カバーフィルムを表す。 13 represents the outer periphery cover film of the outer stator. 1201〜12 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。 The cross-sectional direction in FIG. 12 has such a sectional shape for being orthogonal to FIG. 11 in 03.

【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。 [0080] Next, the basic operation principle of the actuator with reference to FIG. 13.

【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。 [0081] Figure 13 is a sectional view showing a combination of an outer peripheral portion of the outer stator and multiple degrees of freedom mover. 図中において、1301 In the figure, 1301
は外側固定子の電極への配線、1302は外側固定子、1303 The wiring to the outer stator electrode, 1302 is an outer stator, 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。 The outer peripheral portion of the multiple degrees of freedom mover, 1304 wiring to the outer peripheral portion of the multi-degree-of-freedom moving element, the drive circuit 1305 generates a voltage to be applied to the peripheral electrode of the multi-degree-of-freedom mover 2,1306 outer stator It represents a driving circuit 1 for generating a voltage to be applied to the electrodes. 130 130
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。 Three-phase AC voltage is applied to 2,1303 both three electrodes as a set. 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。 Generate driving force between the moving element, the stator when the voltage at this time 1302 and 1303 whether the different frequency or an inverse phase, the moving element performs axial translation of the cylinder. 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。 It performed for the combination of the inner peripheral portion and the inner stator of the multiple degrees of freedom mover similar thing. 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。 Since the set of the inner portion of the electrode is perpendicular to the set of electrodes of the outer portion of the, microscopically set of inner electrodes generates a driving force in the tangential direction of the perpendicular circular cross section the axis of the cylinder . 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。 Integrating this in the circumferential direction as a rotary force about the axis, multiple degree of freedom mover performs rotation. 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。 The two directions of movement are orthogonal to each other, never motion caused by one of the combination changing the positional relationship of the electrodes in the other combinations.

【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。 [0082] Accordingly, the present actuator can perform rotation about translation and the shaft in the axial direction of the cylinder at the same time. 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。 Note second joint 805 is equal to the combination of multiple degree of freedom mover 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。 [0083] With the above configuration, the remote micro-surgery supporting system is can be realized with the ultra-fine positioning unit that suppresses the influence of the relatively low invasiveness and near.

【0084】 [0084]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、 As described in the foregoing, according to the present invention,
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。 It is possible to realize a remote micro surgery supporting system master-slave type which can perform microsurgical operations that require a lot of flexibility in the hand in the 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 micro surgery supporting system which compensate for the reduction in the operating skills of the operator due to deterioration of loss or hand the resolution of visual acuity due to aging.

【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。 [0086] Further, according to the present invention, it is possible to realize a remote micro surgery supporting system which prevents blood infection between a patient and the surgeon.

【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。 [0087] Further, according to the present invention, it is possible to realize a remote micro surgery supporting system which realizes a low surgical invasive degree by mainly utilizing the degeneration of tissue.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明の装置の構成を示す図である。 1 is a diagram showing a structure 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。 It is a diagram showing a configuration example of realism control data generating means constituting the apparatus of the invention; FIG.

【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。 3 is a diagram showing one configuration example of the operation command generating means constituting the apparatus 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。 It is a diagram illustrating a configuration example of a work environment information detecting means constituting the apparatus of the present invention; FIG.

【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。 It is a diagram illustrating the overall configuration of the diseased tissue manipulating means constituting the apparatus of the present invention; FIG.

【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。 6 is a side view of a configuration example of the coarse portion constituting the apparatus 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。 7 is a diagram showing a configuration example of a fine positioning unit constituting the apparatus 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。 8 is a diagram showing a configuration example of a super-fine positioning unit constituting the apparatus 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。 9 is a diagram showing a first joint of the ultra-fine positioning unit constituting the apparatus 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。 10 is a cross-sectional view of the actuator of the ultra-fine positioning unit constituting the apparatus 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 the cross section of part A of FIG. 10.

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

【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。 13 is a diagram showing the basic operating principle of the actuator of the ultra fine positioning unit constituting the apparatus of the present invention shown in FIG.

【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 apparatus of the present invention shown in 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。 Figure 15 shows a visualization data generation algorithm example of stress distribution or distance in the apparatus of the present invention flow - Cha - a preparative view.

【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。 Flow shows the conversion algorithm example to the color information of the manipulator movement in the apparatus of Figure 16 the present invention - Cha - a preparative view.

【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。 Flow shows the conversion algorithm example to graphic information of the manipulator movement in the apparatus of Figure 17 the present invention - Cha - a preparative view.

【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。 Flow shows a visualization data generation algorithm example of the temperature distribution of the affected part in the apparatus of Figure 18 the present invention - Cha - a preparative view.

【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。 Figure 19 shows the audible data generation algorithm example of stress distribution or distance in the apparatus of the present invention flow - Cha - a preparative view.

【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。 Figure 20 shows the conversion algorithm example of sound field information of the manipulator movement in the apparatus of the present invention flow - Cha - a preparative view.

【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。 Flow shows the audible data generation algorithm example of the temperature distribution of the affected part in the apparatus of Figure 21 the present invention - Cha - a preparative view.

【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。 Flow shows the conversion algorithm example to the sound effect of the manipulator movement in the apparatus of Figure 22 the present invention - Cha - a preparative view.

【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。 Flow showing an example of an algorithm which generates a virtual reaction force from the distance in the apparatus of Figure 23 the present invention - Cha - a preparative view.

【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。 Flow showing an example of an algorithm which generates a virtual reaction force from the temperature distribution in the apparatus of Figure 24 the present invention - Cha - a preparative view.

【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。 25 shows an operation algorithm of the force sensor information calculation unit constituting the apparatus of the present invention flow - Cha - a preparative view.

【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。 Figure 26 shows the conversion algorithm of the synthesis reaction force in the apparatus of the present invention flow - Cha - a preparative view.

【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。 Flow shows an operation algorithm of the instruction converting portion constituting the device of FIG. 27 the present invention - Cha - a preparative view.

【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。 28 is a diagram illustrating a data sequence of operation command information in the apparatus 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。 Flow shows an operation algorithm of the virtual contacts in the apparatus of Figure 29 the present invention - Cha - a preparative view.

【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。 It is a diagram showing one configuration example of the operation command input means constituting the apparatus of Figure 30 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。 [Figure 31] haptic - proximity sensor signal pre-processing circuit control means and the parallax angle adjusting linear actuator constituting the device of the present invention - flow illustrating a force sensor signal processing algorithms in motor control means and the lighting control means 401 - is a door view - tea.

【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。 Figure 32 shows the control algorithm of parallax angle control actuator constituting the device of the present invention flow - Cha - a preparative view.

【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。 Flow showing an illumination control algorithm in the apparatus of Figure 33 the present invention - Cha - a preparative view.

【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。 Figure 34 shows the interpretation execution algorithm example of the operation command interpretation means and diseased operating motion mechanism control means constituting the apparatus of the present invention flow - Cha - a preparative view.

【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。 Figure 35 shows an example algorithm of magnetic force controlling means constituting the apparatus of the present invention flow - Cha - a preparative view.

【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。 Figure 36 is a front view of a configuration example of the coarse portion constituting the apparatus 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。 [Description of Reference Numerals] 101 ... realism control data generating means, 102 ... diseased tissue manipulating means 103 ... operation command generation means, 104 ... work environment information detecting means, 114 ... operation command input unit.

Claims (20)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【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 1. A remote microsurgical support apparatus for supporting to carry out fine work by remotely operating surgeon surgical instrument in surgical procedures such as brain, nervous system, eye, and work environment information detecting means, and realism control data generating means, an operation command generation means, and diseased tissue manipulating means, a remote micro surgery supporting system comprising the operation command input means, work environment information detecting means affected area and the peripheral image and diseased tissue detecting force sensor information and proximity sensor information and visual sensor information realism control data generating means contact force when approaching the working machine tips of the slave manipulator tip of the affected part is for operation in contact with the affected area to tell also conveyed to the diseased tissue manipulating means a magnification ratio for image detection transmitted to the operation command generating means proximity sensor information and the force sensor information, realism control data generating means diseased tissue manipulation 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 By processing the respective information detected by the work environment information detecting means to the slave manipulator tip position information and the operator, which is transmitted from the stage generated image and the sound image, the sound field, a virtual reaction force information to the operator is presented virtual reaction force information which convey it to the manipulation command generating means, the operation command input means surgeon synthesized in synthesis processed image and virtual sound field and operation command generating means which is presented by the realism control data generating means has been transmitted to the synthesis reaction force detecting an operation to cause on the basis of the operation command generating means which, manipulation command generating means work environment information detecting means force sensor information and realism control data generating means for the force sensor detects the to presentation virtual reaction force information is converted and the into the synthesized synthesis reaction force as a surgeon in the operation command input unit operation command information operation command conveyed from with important thing which an affected part set 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。 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.
  2. 【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. A remote fine surgery supporting system according to claim 1, the remote micro-operation support apparatus characterized by having a fine frozen element to the tip of the working machine.
  3. 【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. A remote fine surgery supporting system according to claim 1, wherein a number of the electrode remote micro surgery supporting system, characterized in that each joint of work implement by an actuator utilizing electrostatic force is driven acting between.
  4. 【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. A remote fine surgery supporting system according to claim 1, surgeon operation 1 and the position and orientation of the or two of the slave manipulator for manipulating through the command generating means, the other of the plurality of slave manipulator group position and orientation, and by automatically controlling the other of the plurality of slave manipulators groups so that set diseased tissue manipulating means a relationship that satisfies the set relationship always between environment, operator all slave manipulators remote fine surgery supporting system featuring a plurality of slave manipulator group to perform the following cooperative operation without operating the group.
  5. 【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. A remote fine surgery supporting system according to claim 4, wherein the grip portion of the operation command input unit is a master direct manipulation is possible master and slave the affected area is characterized in that it is possible to perform cooperative work remote micro-surgery support device.
  6. 【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. A remote fine surgery supporting system according to claim 1, to switch in accordance with the operation contents independently set the conversion factor of each degree of freedom in scaling when made to correspond to the position and orientation of the master and slave remote fine surgery supporting system according to claim.
  7. 【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 fine surgery supporting system according to claim 1, the remote micro-operation support apparatus characterized by orientation of the orientation of the visual sensor and the slave manipulator is interlocked.
  8. 【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 fine surgery supporting system according to claim 1, the remote micro-operation support apparatus characterized by detecting the approach of the slave manipulator tip of the affected area using a combination of infrared light emitting element and the light receiving element .
  9. 【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 fine surgery supporting system according to claim 1, wherein, to detect a reaction force of the slave manipulator tip by micro force sensor comprising a processing circuit integrally fabricated strain gauge using a semiconductor manufacturing technology remote fine surgery supporting system according to claim.
  10. 【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. A remote fine surgery supporting system according to claim 1, remote microsurgery freedom configuration of the coarse mechanism for interlocking the position of the slave manipulator and the visual sensor is characterized in that it is a spherical coordinate system support device.
  11. 【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. A remote fine surgery supporting system according to claim 1, the remote micro-operation support apparatus characterized by having a visual sensor capable of detecting infrared region wavelength to another conventional optical image.
  12. 【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. A remote fine surgery supporting system according to claim 1, slave manipulator tip detected by the temperature elevation, the force sensor in addition to the conventional optical image when presenting the detected image information of the visual sensor of realism control data generating presented as image information which distance the superimposed obtained by converting the color type and lightness and saturation of the detected diseased and slave manipulator tip by the contact force magnitude, proximity sensor of remote microsurgical support device characterized in that it comprises a means.
  13. 【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 fine surgery supporting system according to claim 1, in addition to being detected by the high and low-force sensor temperature slave manipulator tip contact force magnitude, proximity sensor of the image information according to claim 12, wherein remote microsurgical support and having a sense of realism control data generating means for presenting the acoustic information obtained by converting the distance between the diseased part and the slave manipulator tip was detected sound volume and sound quality, pitch, tone color and sound image localization by apparatus.
  14. 【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 fine surgery supporting system according to claim 1, presenting overlaid edit graphics and symbols for the surgeon, in addition to image information according to claim 12, wherein to express situations the image information remote microsurgical supporting apparatus characterized by having a sense of realism control data generating means.
  15. 【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 method of claim in a remote micro surgery supporting system according 1, the remote micro-operation support apparatus characterized by disposing the operation command input means below the image display unit for presenting the image information.
  16. 【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. A remote fine surgery supporting system according to claim 1, the remote micro-operation support apparatus characterized by diseased tissue manipulating means is separated into fine movement and flutter.
  17. 【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 fine surgery supporting system according to claim 1, wherein each joint operation command input means using an actuator utilizing electrostatic force acting between a large number of electrodes to generate a reaction force by being driven remote microsurgical support device, characterized in that.
  18. 【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 fine surgery supporting system according to claim 1, wherein the electromagnet during abnormal excessive input or the like are coupled gripped portion and a portion for generating a reaction force by the magnetic force of the electromagnet of the operator during the operation command input remote microsurgical support apparatus characterized by releasing the coupling of the by cutting the current to.
  19. 【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 input unit according to claim 18, and characterized by varying the number of degrees of freedom of the position and orientation that can be entered by the fixing means to the coupling portion is provided, the operator operates the grip portion remote micro-surgery support device that.
  20. 【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. A remote fine surgery supporting system according to claim 1, realism graphic and symbols to describe the situation to the operator in addition to the image information according to claim 12, wherein presenting superimposed on the image information remote microsurgical support apparatus characterized by comprising a control information generating means.
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