JPWO2017022307A1 - マニピュレータシステム - Google Patents
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Abstract
Description
このマニピュレータシステムにおいては、クラッチの切断によって操作入力装置とマニピュレータとの連動が切断されている状態から、操作入力装置とマニピュレータとを連動させる場合に、マニピュレータの状態に合わせるように操作入力装置を手動で動かすことにより、大まかに位置合わせしてからクラッチを接続することが行われる。
すなわち、操作入力装置に対して特定の操作を行うことにより、例えば、屈曲関節が上向きに先端部を揺動させる場合に、回転関節の回転角度が180°異なると、操作入力装置に対して同じ操作を行っても、屈曲関節が下向きに先端部を揺動させてしまう不都合がある。
本発明の一態様は、操作指令を入力する操作入力部と、マニピュレータと、前記操作入力部に入力された操作指令に応じて前記マニピュレータを制御する制御部とを備え、前記マニピュレータが、長尺の挿入部と、該挿入部の先端に設けられた先端部を前記挿入部の長手軸に直交する軸線回りに揺動させる1以上の屈曲関節と、該屈曲関節よりも基端側に設けられ前記先端部を前記長手軸回りに回転させる回転関節とを備え、前記操作入力部が、前記屈曲関節の操作指令を入力する屈曲操作入力部と、前記回転関節の操作指令を入力する回転操作入力部とを備え、前記制御部が、前記回転操作入力部の操作指令と前記回転関節の回転角度とを0°または±180°の相対角度となるように前記回転操作入力部または前記回転関節を動作させるマニピュレータシステムを提供する。
このようにすることで、操作者はハンドルを把持して相互に交差するいずれか一方の軸線回りにハンドルを回転させることにより一方の屈曲関節を動作させ、他方の軸線回りにハンドルを回転させることにより他方の屈曲関節を動作させ、マニピュレータをイメージ通りに動作させることができる。
このようにすることで、回転操作入力部の操作指令と回転関節の回転角度とが0°または±180°の相対角度となる場合に加え、±90°となる場合にも、制御部によって屈曲関節の動作方向を屈曲操作入力部の操作方向を容易に一致させることができる。
このようにすることで、屈曲操作入力部の回転角度と屈曲関節の動作速度とを対応付けて動作させることができる。
このようにすることで、屈曲操作入力部のハンドルに力を加えて回転角度を増大させて行くと屈曲関節の動作速度が増大していき、ハンドルに加えた力を解除すると、付勢部材によってハンドルが原点位置に戻り、屈曲関節を停止させることができる。
このようにすることで、操作者は、原点報知部によって報知されることにより、屈曲操作入力部のハンドルが原点にあることを認識できる。
本実施形態に係るマニピュレータシステム1は、図1に示されるように、患者Pの体内に挿入される内視鏡2および2つのマニピュレータ3a,3bと、これらを収容するオーバーチューブ4と、操作者Oにより操作される操作部(操作入力部)5と、操作部5の操作に基づいて各マニピュレータ3a,3bを制御する制御部6と、モニタ7とを備えている。
可動部9は、最先端に配置され、体内の患部に作用してこれを処置する処置部(先端部)11と、該処置部11の先端位置および姿勢を変化させる複数の関節12,13,14,15とを備えている。
すなわち、挿入部8に接続する基端側から順に、処置部11を挿入部8の長手軸方向に進退させるスライド関節12と、処置部11を長手軸回りに回転させる回転関節13と、長手軸に直交する軸線回りに処置部11を揺動させる第1の屈曲関節(屈曲関節)14と、該第1の屈曲関節14の軸線および長手軸に直交する軸線回りに処置部11を揺動させる第2の屈曲関節(屈曲関節)15とを備えている。
駆動部10には、可動部9を構成する各関節12,13,14,15の角度および移動量を検出する図示しないセンサが備えられている。
すなわち、操作部5は、操作者Oの掌により把持される丸棒状のハンドル(回転操作入力部、屈曲操作入力部)23と、該ハンドル23に設けられ処置部11を操作するためのツマミ24とを備えている。
操作部5には、図示しないクラッチスイッチが設けられ、可動部9と操作部5との連動と切断とを切り替えるための入力を行うことができるようになっている。
センサからの枠体25の前後方向の移動量が送られてくると、その移動量に応じた距離だけスライド関節12を直線移動させる指令信号を発生するようになっている。
制御部6には、クラッチが接続された際の操作部5のセンサからのハンドル23の回転角度が送られる。
−45°<Δθ≦+45° (1)
である場合には、制御部6は、回転機構28を作動させて、相対角度Δθ=0°となるようにハンドル23を第3軸線C回りに回転させるようになっている。制御部6は、この後にクラッチを接続し、ハンドル23の3つの軸線A,B,Cの交点に固定された座標系によって、2つの屈曲関節14,15、回転関節13およびスライド関節12を制御するようになっている。
である場合には、制御部6は、回転機構28を作動させて、相対角度Δθ=+180°となるようにハンドル23を第3軸線C回りに回転させるようになっている。この状態で、制御部6は、可動部9の座標系のうち、先端側の2つの屈曲関節14,15の座標系を、ハンドル23の3つの軸線A,B,Cの交点に固定された座標系に一致する座標系に設定し直した後に、クラッチを接続し、新たな座標系によって2つの屈曲関節14,15、回転関節13およびスライド関節12を制御するようになっている。
−225°<Δθ≦−135° (3)
である場合には、制御部6は、回転機構28を作動させて、相対角度Δθ=−180°となるようにハンドル23を第3軸線C回りに回転させるようになっている。この状態で、制御部6は、可動部9の座標系のうち、先端側の2つの屈曲関節14,15の座標系を、ハンドル23の3つの軸線A,B,Cの交点に固定された座標系に一致する座標系に設定し直した後に、クラッチを接続し、新たな座標系によって2つの屈曲関節14,15、回転関節13およびスライド関節12を制御するようになっている。
である場合には、制御部6は、回転機構28を作動させて、相対角度Δθ=90°となるようにハンドル23を第3軸線C回りに回転させるようになっている。この状態で、制御部6は、可動部9の座標系のうち、先端側の2つの屈曲関節14,15の座標系を、ハンドル23の3つの軸線A,B,Cの交点に固定された座標系に一致する座標系に設定し直すとともに、ハンドル23の第1軸線Aおよび第2軸線B回りの回転と第1の屈曲関節14および第2の屈曲関節15の回転との対応関係を入れ替えるようになっている。そして、この後に、制御部6は、クラッチを接続し、新たな座標系によって2つの屈曲関節14,15、回転関節13およびスライド関節12を制御するようになっている。
−135°<Δθ≦−45° (5)
である場合にも、制御部6は、回転機構28を作動させて、相対角度Δθ=−90°となるようにハンドル23を第3軸線C回りに回転させるようになっている。この状態で、制御部6は、可動部9の座標系のうち、先端側の2つの屈曲関節14,15の座標系を、ハンドル23の3つの軸線A,B,Cの交点に固定された座標系に一致する座標系に設定し直すとともに、ハンドル23の第1軸線Aおよび第2軸線B回りの回転と第1の屈曲関節14および第2の屈曲関節15の回転との対応関係を入れ替えるようになっている。そして、この後に、制御部6は、クラッチを接続し、新たな座標系によって2つの屈曲関節14,15、回転関節13およびスライド関節12を制御するようになっている。
本実施形態に係るマニピュレータシステム1を用いて体内の患部を処置するには、内視鏡2および2つのマニピュレータ3a,3bを各チャネル16に挿入した状態のオーバーチューブ4を患者Pの体内に挿入する。この状態では、クラッチは切断されており、操作部5とマニピュレータ3a,3bとは連動していない。
例えば、ハンドル23の第3軸線C回りの回転角度がθであり、可動部9の回転関節13の回転角度がθ+40°である場合には、相対角度Δθが40°であり、上記条件式(1)に相当するため、制御部6は、回転機構28を作動させて、ハンドル23の第3軸線C回りの回転角度をθに設定する。これにより、ハンドル23の第3軸線C回りの回転角度と可動部9の回転関節13の角度との相対角度Δθが、精度よく0°に設定される。
すなわち、この場合には、ハンドル23の基準位置からの回転角度に応じた速度で、ハンドル23の回転方向に応じた方向に可動部9の各関節13,14,15が動作させられる。
3a,3b マニピュレータ
5 操作部(操作入力部)
6 制御部
8 挿入部
11 処置部(先端部)
13 回転関節
14 第1の屈曲関節(屈曲関節)
15 第2の屈曲関節(屈曲関節)
23,32 ハンドル(回転操作入力部、屈曲操作入力部)
33 回転部材(回転操作入力部)
37 レバー(屈曲操作入力部)
O 操作者
Claims (6)
- 操作指令を入力する操作入力部と、
マニピュレータと、
前記操作入力部に入力された操作指令に応じて前記マニピュレータを制御する制御部とを備え、
前記マニピュレータが、長尺の挿入部と、該挿入部の先端に設けられた先端部を前記挿入部の長手軸に直交する軸線回りに揺動させる1以上の屈曲関節と、該屈曲関節よりも基端側に設けられ前記先端部を前記長手軸回りに回転させる回転関節とを備え、
前記操作入力部が、前記屈曲関節の操作指令を入力する屈曲操作入力部と、前記回転関節の操作指令を入力する回転操作入力部とを備え、
前記制御部が、前記回転操作入力部の操作指令と前記回転関節の回転角度とを0°または±180°の相対角度となるように前記回転操作入力部または前記回転関節を動作させるマニピュレータシステム。 - 前記屈曲関節が、前記先端部を相互に直交する軸線回りに回転させる第1の屈曲関節と第2の屈曲関節であり、
前記屈曲操作入力部が、操作者により把持されるハンドルの相互に交差する軸線回りの回転により前記第1の屈曲関節および前記第2の屈曲関節への操作指令を入力する請求項1に記載のマニピュレータシステム。 - 前記制御部が、前記回転操作入力部の操作指令と前記回転関節の回転角度とを0°、±90°または±180°の相対角度となるように前記回転操作入力部または前記回転関節を動作させる請求項2に記載のマニピュレータシステム。
- 前記屈曲操作入力部による操作指令が、前記第1の屈曲関節および前記第2の屈曲関節の速度指令である請求項2または請求項3に記載のマニピュレータシステム。
- 前記屈曲操作入力部が、前記ハンドルを原点位置に戻す方向に付勢する付勢部材を備える請求項4に記載のマニピュレータシステム。
- 前記屈曲操作入力部が、前記操作者に前記ハンドルの原点を認識させる原点報知部を備える請求項4に記載のマニピュレータシステム。
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