KR102345782B1 - 수술 지원 장치, 그 제어 방법 및 기록 매체 - Google Patents

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Abstract

[과제] 수술실로의 설치가 곤란한 콘솔을 필요로 하지 않고, 또한 간편한 조작으로 로봇 암을 조작 가능한 수술 지원 장치를 제공한다.
[해결 수단] 본 발명에 관한 수술 지원 장치는, 체강에 삽입되고 또한 기계적으로 구동 가능한 제1 수술 도구의 자세를, 체강에 삽입되는 제2 수술 도구를 사용하여 제어 가능한 수술 지원 장치이며, 설치된 제1 수술 도구의 자세를 제어하는 로봇 암과, 로봇 암의 동작을 제어하기 위한 동작 모드를 전환하는 전환 수단과, 동작 모드에 따라, 로봇 암의 동작을 제어하는 제어 수단을 갖고, 동작 모드는, 제1 수술 도구를 제어하기 위해서 제2 수술 도구를 사용하는 제1 모드와, 로봇 암에 대한 접촉을 포함하는 조작에 의해 로봇 암을 이동시키는 제2 모드를 포함하고, 제어 수단은, 동작 모드가 제1 모드인 경우, 제2 수술 도구의 자세에 따라 제1 수술 도구의 자세를 제어하도록, 로봇 암의 동작을 제어하고, 동작 모드가 제2 모드인 경우, 로봇 암에 대한 접촉을 포함하는 조작에 따라 로봇 암의 동작을 제어한다.

Description

수술 지원 장치, 그 제어 방법 및 기록 매체 {SURGICAL ASSISTANCE DEVICE, CONTROL METHOD THEREFOR, AND RECORDING MEDIUM}
본 발명은, 수술 지원 장치, 그 제어 방법 및 기록 매체에 관한 것이다.
복강경 수술은, 일반적으로, 장기의 절개, 절제, 봉합을 행하는 의사(이하, 「시술자」라고 함)와, 내시경을 보유 지지하는 의사(이하, 「스코피스트」라고 함)와, 시술자의 시야 전개를 위해서 장기의 견인이나 절개 시의 장력 유지 등을 행하는 의사(이하, 「조수」라고 함)에 의해 행해진다. 복강경 수술에 사용되는 수술 지원 장치(수술 지원 로봇 등이라고도 일컬어짐)에는, 겸자나 내시경, 전기 메스 등의 수술 도구의 자세를 1 이상의 로봇 암으로 제어함으로써, 수술에 필요한 의사 수를 완화하고자 하는 바가 있다.
수술 지원 장치의 조작에는, 수술 지원 장치에 구비되는 컨트롤 유닛으로부터 의사가 조작하는 콘솔형과, 내시경만을 보유 지지하는 로봇 암 등은 시술자가 어떠한 방법으로 수술 기술을 행하면서 로봇 암을 컨트롤하는 방식이 있다.
종래의 복강경 수술에 사용되는 수술 지원 장치는, 시술자, 스코피스트, 조수 3명분의 동작을 행하는 것과, 내시경을 하나의 암으로 보유 지지함으로써 대별할 수 있다. 시술자, 스코피스트, 조수의 역할을 하는 것은 콘솔형 수술 지원 로봇으로, 복수의 로봇 암을 환자의 주변이나 환자 상부에 배치하는 것이 알려져 있다(특허문헌 1, 특허문헌 2).
한편, 하나의 로봇 암으로 내시경만을 갖게 하는 수술 지원 로봇도 알려져 있다(특허문헌 3). 특허문헌 3에 개시되는 수술 지원 로봇은, 조작에 콘솔을 필요로 하지 않으며, 시술자 또는 조수가 음성에 의해 조작하는 방법이 사용된다.
일본 특허 공개 제2011-4880호 공보 일본 특허 공개 제2017-104455호 공보 일본 특허 공개 평6-30896호 공보
특허문헌 1에 개시되는 콘솔형 수술 지원 로봇에서는, 장치 사이즈가 커서, 수술실의 타 장치와의 균형에 의해 환자와 로봇의 위치 관계를 최적화하는 것이 곤란한 경우가 있다. 또한, 콘솔형은 원격 조작이 가능한 경우도 있지만 환자의 외관 관찰이나 간호사와의 의사 소통을 위해서, 환자와 로봇이 있는 수술실에 조작 콘솔을 설치하는 것이 통상이며, 이것이 수술실을 압박하는 요인의 하나로 되어 있다. 특허문헌 2에 개시되는 콘솔형 수술 지원 로봇은, 장치 사이즈를 작게 한 경우여도 다수 있는 다관절 로봇 암을 조작하기 위해서는 복잡하고도 대형의 콘솔이 필요로 되고 있다.
특허문헌 3에 개시되는 수술 지원 로봇에서는, 조작 대상이 하나의 암 로봇이기 때문에 장치 사이즈도 억제할 수 있다. 그러나, 여전히 조수 등에 의한 작업을 요하며, 복수의 인간의 근처에 로봇 암이 접근하기 때문에, 충분한 로봇 암의 동작 영역을 확보할 수 없거나, 시술자나 조수에게 로봇 암이 간섭하여 수술 기술에 영향을 주어 버린다. 또한, 음성에 의한 조작 수단을 사용하는 경우, 내시경과는 상이한 복잡한 수술 도구를 조작할 때 의도대로 조작하기가 곤란한 것은 용이하게 상상할 수 있다.
본 발명은, 상술한 문제점을 감안하여 이루어진 것이다. 즉, 수술실로의 설치가 곤란한 콘솔을 필요로 하지 않고, 또한 간편한 조작으로 로봇 암을 조작 가능한 수술 지원 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 과제를 해결하기 위해서, 예를 들어 본 발명의 수술 지원 장치는 이하의 구성을 구비한다. 즉, 체강에 삽입되고 또한 기계적으로 구동 가능한 제1 수술 도구의 자세를, 상기 체강에 삽입되는 제2 수술 도구를 사용하여 제어 가능한 수술 지원 장치이며, 설치된 상기 제1 수술 도구의 자세를 제어하는 로봇 암과, 상기 로봇 암의 동작을 제어하기 위한 동작 모드를 전환하는 전환 수단과, 상기 동작 모드에 따라, 상기 로봇 암의 동작을 제어하는 제어 수단을 갖고, 상기 동작 모드는, 상기 제1 수술 도구를 제어하기 위해서 상기 제2 수술 도구를 사용하는 제1 모드와, 상기 로봇 암에 대한 접촉을 포함하는 조작에 의해 상기 로봇 암을 이동시키는 제2 모드를 포함하고, 상기 제어 수단은, 상기 동작 모드가 상기 제1 모드인 경우, 상기 제2 수술 도구의 자세에 따라 상기 제1 수술 도구의 자세를 제어하도록, 상기 로봇 암의 동작을 제어하고, 상기 동작 모드가 상기 제2 모드인 경우, 상기 로봇 암에 대한 상기 접촉을 포함하는 조작에 따라 상기 로봇 암의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 수술실로의 설치가 곤란한 콘솔을 필요로 하지 않고, 또한 간편한 조작으로 로봇 암을 조작 가능한 수술 지원 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
도 1a 및 도 1b는, 본 발명에 관한 수술 지원 장치의 전체 구성예의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2a는, 본 실시 형태에 관한 수술 지원 장치의 기능 구성예이다.
도 2b는, 본 실시 형태에 관한 수술 지원 장치의 사용에 있어서 손에 든 의료 기구 및 로봇 의료 기구를 체강 내에 삽입하고 있는 모습을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 실시 형태에 관한 수평 로봇 암의 상세한 구성예를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 실시 형태에 관한 수평 로봇 암의 선단부를 확대한 도면이다.
도 5는 본 실시 형태에 관한 수평 로봇 암이 갖는 직동 관절부의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 6a 및 6b는, 본 실시 형태에 관한 브레이크 해제 스위치를 구비한 그립에 대해서 설명하는 도면이다.
도 7a 내지 7c는, 본 실시 형태에 관한 브레이크 해제 스위치를 연직 방향으로부터 본 경우의 내부 구조예를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 실시 형태에 관한 벡터 조작 모드를 위한 수술 도구 매니퓰레이터측의 입력 스위치의 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 실시 형태에 관한 수평 로봇 암의 기구 등가 모델을 도시하는 도면이다.
도 10은 본 실시 형태에 관한 직동 로봇 암의 상세한 구성예를 도시하는 도면이다.
도 11은 본 실시 형태에 관한 직동 로봇 암의 수직 구동 관절부의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 12는 본 실시 형태에 관한 직동 로봇 암의 기구 등가 모델을 도시하는 도면이다.
도 13은 본 실시 형태에 관한 두 프레임과 직동 로봇 암의 제1 암의 관계를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 14a 및 14b는, 본 실시 형태에 관한 두 프레임과 직동 로봇 암의 제1 암의 관계를 상세하게 도시하는 도면이다.
도 15a 및 15b는, 본 실시 형태에 관한 각 로봇 암의 암 선단부의 가동 범위를 설명하는 도면이다.
도 16은 본 실시 형태에 관한 이니셜라이즈에 대해서 설명하는 도면이다.
도 17은 본 실시 형태에 관한 이니셜라이즈 처리의 일련의 동작을 도시하는 흐름도이다.
도 18은 본 실시 형태에 관한 삽입점의 위치를 산출하는 방법을 설명하는 도면이다.
이하, 본 발명의 예시적인 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명에 관한 수술 지원 장치는, 환자의 체강 내에 외투관을 통하여 삽입된 수술 도구나 엔드 이펙터의 자세를 제어하는 로봇 암을 갖는다. 수술 지원 장치는, 시술자가 체강 내에 삽입하여 실제로 수술에 사용하는 수술 도구(이하, 손에 든 의료 기구라고도 함)의 삽입 각도 및 삽입 심도를 계측한다. 그리고, 계측 결과에 따라, 수술 도구나 엔드 이펙터(이하, 합쳐서 로봇 의료 기구라고도 함)의 자세를 제어하기 위한 로봇 암(100)을 제어하도록 구성되어 있다.
(수술 지원 장치에 관한 로봇 암(100)의 개요)
도 1a 및 도 1b는, 각각, 본 발명에 관한 수술 지원 장치에 관한 로봇 암(100)의 개요와, 본 실시 형태에 있어서 상정되는, 수술 지원 장치(200)를 사용할 때의 환자, 시술자, 수술대(151)의 모습을 나타내고 있다. 본 실시 형태에 관한 로봇 암(100)은 두 수평 로봇 암(110)과 하나의 직동 로봇 암(120)과 복수의 프레임(기반)으로 구성된다.
제1 프레임(101)은, 환자와 로봇 암(100)이 적절한 거리에 배치될 수 있도록 능동 차륜 또는 수동 차륜, 혹은 그 양쪽을 구비한다. 제2 프레임(102)은, 제1 프레임(101)의 위에 고정된 프레임이며, 제2 프레임(102)에 수직인 방향으로만 자유도를 갖는 부품이며 제3 프레임(103)이 접속되어 있다. 제3 프레임(103)에는 수평 방향으로 자유도를 갖는 관절을 갖는 3축의 수평 다관절 로봇 암(단순히 수평 로봇 암(110)이라고 함)이 둘 설치되어 있다. 또한, 제3 프레임(103)의 선단에는, 3축의 직동 다관절 로봇 암(단순히 직동 로봇 암(120)이라고도 함)이 수직 방향으로만 자유도를 갖는 부품으로 접속되어 있다.
수평 로봇 암(110)은, 그 선단에는, 2축 주위로 회전 가능하게 구성되는 짐벌 기구를 통해, 수술 도구 매니퓰레이터(124)가 설치되어 있다. 수술 도구 매니퓰레이터(124)는, 수평 로봇 암(110)에 의해 체강에 대한 삽입 각도 및 삽입 심도가 제어되는 로봇 의료 기구에 대해서, 로봇 의료 기구의 선단부의 위치 자세를 더욱 제어하기 위한 구동 장치이다. 수술 도구 매니퓰레이터(124)는 복수의 독립된 회전 동력을 발생시키는 복수의 모터를 포함하고 있으며, 각각의 동력이 예를 들어 로봇 의료 기구의 샤프트 내를 통해 전달되어 로봇 의료 기구의 선단부에 전달된다.
수평 로봇 암(110)은, 제1 암(111)과 제2 암(112)이 수평 방향 회전으로만 자유도를 갖는 능동 관절에서 접속되어 있고, 또한 제2 암(112)과 제3 암(113)도 수평 방향 회전으로만 자유도를 갖는 능동 관절에서 접속되어 있다. 제1 암(111)은 수직 방향(제3 프레임(103)의 장축 방향)으로 자유도를 갖는 능동 관절을 가짐으로써 제2 암(112)과 제3 암(113)을 수직 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 이에 의해 수평 로봇 암(110)의 바로 앞의 수술 도구 매니퓰레이터에 접속되는 로봇 의료 기구를 3차원적으로 이동 가능하게 되기 때문에, 로봇 의료 기구의 체강 내에 대한 삽입 각도 및 삽입 심도가 제어된다. 수평 로봇 암의 보다 상세한 구성에 대해서는 후술한다.
직동 로봇 암(120)은, 수평 로봇 암(110)과 마찬가지로, 그 선단에 2축 주위로 회전 가능하게 구성되는 짐벌 기구를 갖는다. 직동 로봇 암(120)은, 짐벌 기구에 일반적인 내시경을 설치할 수 있는 내시경 홀더를 구비한다. 직동 로봇 암(120)은, 제3 암(123)과 제2 암(122)은 수평 방향의 자유도를 갖는 능동 관절에서 접속되고, 또한, 제2 암(122)과 제1 암(121)이 수평 방향 회전의 자유도를 갖는 능동 관절에서 접속된다. 제1 암(121)이 수직 방향(제3 프레임(113)의 장축 방향)으로 자유도를 갖는 능동 관절에 접속됨으로써, 제2 암(122)과 제3 암(123)을 수직 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 이에 의해 직동 로봇 암(120)의 바로 앞의 내시경 홀더(114)에 접속되는 내시경(로봇 의료 기구)를 3차원적으로 이동 가능하게 되기 때문에, 내시경(로봇 의료 기구)의 체강 내에 대한 삽입 각도 및 삽입 심도가 제어된다.
(수술 지원 장치(200)의 구성)
도 2a와 도 2b에는, 본 실시 형태에 관한 수술 지원 장치(200)의 기능 구성예와, 수술 지원 장치(200)의 사용에 있어서 손에 든 의료 기구 및 로봇 의료 기구를 체강 내에 삽입하고 있는 모습을 모식적으로 도시하고 있다. 수술 지원 장치(200)는, 일반적인 콘솔형 마스터 슬레이브가 아닌, 시술자가 수술 중에 사용하는 수술 도구(즉 손에 든 의료 기구)의 동작에 기초하여 로봇 암의 동작을 제어한다.
손에 든 의료 기구(131)는, 시술자가 실제로 손으로 움직여 통상의 처치를 행하는 수술 도구이며, 복벽(150)에 형성한 소직경의 구멍에 삽입된 시술자측 외투관(135)을 통하여 체강 내에 삽입된다. 손에 든 의료 기구(131)는, 예를 들어 체강 내에 삽입하여 사용되는 겸자, 섭자, 전기 메스, 흡인관, 초음파 응고 절개 장치, 지혈 장치, 라디오파 소작 장치, 의료용 스테이플러, 파침기를 포함한다. 손에 든 의료 기구(131)에 설치된 수술 도구 동작 계측부(132)와, 시술자측 외투관(135)에 설치된 시술자측 삽입 심도 계측부(136)는, 손에 든 의료 기구(131)의 체강에 대한 삽입 각도 및 삽입 심도를 계측한다.
로봇 의료 기구(127)는, 복벽(150)에 형성한 소직경의 구멍에 삽입된 로봇측 외투관(125)을 통과하여, 그 일부가 체강 내에 삽입된다. 예를 들어, 로봇 의료 기구(127)는, 예를 들어 체강 내에 삽입되어 사용되는 겸자, 섭자, 전기 메스, 흡인관, 초음파 응고 절개 장치, 지혈 장치, 라디오파 소작 장치, 의료용 스테이플러, 파침기, 내시경, 흉강경, 복강경 등을 포함하고, 그 형상은 직선형이어도 굴곡 관절을 가지고 있어도 된다. 본 실시 형태의 예에서는, 직동 로봇 암(120)은, 내시경 홀더(114)를 통해 로봇 의료 기구(127)로서의 내시경을 장착하고 있다. 또한, 수평 로봇 암(110)은, 수술 도구 매니퓰레이터(124)를 통해, 로봇 의료 기구(127)로서 겸자나 전자 메스 등을 장착한다. 수술 도구 매니퓰레이터(124)를 통해 장착된 겸자 등의 의료 기구는 수술 도구 매니퓰레이터(124)의 구동에 의해 그 선단의 자세가 제어된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 단순히 로봇 암이라고 할 경우에는, 수술 도구 매니퓰레이터(124)가 로봇 암에 포함되는 것으로 한다. 또한, 로봇 의료 기구(127)와 수술 도구 매니퓰레이터(124)가 별체인 경우를 예로 들어 설명하지만 로봇 의료 기구(127)와 수술 도구 매니퓰레이터(124)가 수술 도구로서 일체화되어도 된다.
로봇측 삽입 심도 계측부(126)는, 로봇 암이 로봇측 외투관(125)에 삽입된 것을 검지할 수 있다. 또한, 로봇측 외투관(125)에 설치되는 하나 이상의 거리 센서에 의해, 수평 로봇 암(110) 또는 직동 로봇 암(120)에 의해 제어되는 로봇 의료 기구(127)의 체강에 대한 삽입 심도를 계측한다. 또한, 로봇측 삽입 심도 계측부(126)는, 로봇 암이 로봇측 외투관(125)에 삽입된 것을 검지 가능한 구성만이어도 된다. 이 경우, 로봇 암의 인코더로부터의 출력에 따라 위치 자세의 정보를 얻을 수 있다. 또한, 로봇측 삽입 심도 계측부(126)는, 송신기 또는 수신기와 같이, 로봇측 외투관(125)과 로봇 의료 기구(127)에 분리하여 설치되는 구성이어도 되고, 로봇 의료 기구(127)에만 설치되는 구성이어도 된다.
수술 도구 동작 계측부(132)는, 예를 들어 가속도 센서, 초음파 센서, 지자기 센서, 레이저 센서, 광학식 모션 캡처의 1 이상의 센서 또는 이들의 조합을 포함하고, 3축 내지 6축의 수술 도구 동작을 판독한다. 본 실시 형태에서는, 수술 도구 동작 계측부(132)는, 예를 들어 시술자가 조작하는 손에 든 의료 기구의 체강 내에 대한 삽입 각도를 계측한다.
시술자측 삽입 심도 계측부(136)는, 시술자측 외투관(135)에 설치되는 하나 이상의 거리 센서를 포함하고, 손에 든 의료 기구(131)의 체강 내에 대한 삽입 심도를 계측한다. 본 실시 형태에서는, 시술자측 삽입 심도 계측부(136)가 시술자측 외투관(135)에 설치되는 예에 대해서 설명한다. 그러나, 시술자측 삽입 심도 계측부(136)는, 송신기 또는 수신기와 같이, 시술자측 외투관(135)과 손에 든 의료 기구(131)에 분리하여 설치되는 구성이어도 되고, 손에 든 의료 기구(131)에만 설치되는 구성이어도 된다.
제어부(201)는, CPU 혹은 GPU 등의 하나 이상의 프로세서를 포함하고, 기록 매체(204)에 저장된 프로그램을 메모리(205)에 판독하여 실행함으로써, 수술 지원 장치(200)의 전체의 동작을 제어한다. 또한, 제어부(201)는, 조작부(202)에 대한 조작에 기초하여, 수술 지원 장치의 동작 모드를 전환하는 전환 수단으로서 기능한다. 또한, 손에 든 의료 기구(131)의 샤프트의 체강 내에 대한 삽입 각도와 삽입 심도에 따라, 로봇 의료 기구의 자세를 제어하도록, 로봇 암의 동작을 제어하는 제어 수단으로서도 기능한다. 수술 지원 장치의 조작 모드는, 처치를 위해서 손에 든 의료 기구(131)를 조작하여 실제로 처치를 행하는 모드(단순히 처치 모드라고도 함)와, 손에 든 의료 기구(131)를 사용하여 로봇 의료 기구(127)를 조작하는 모드(단순히 로봇 조작 모드라고도 함)를 포함한다. 또한, 상세는 후술하지만, 시술자가 로봇 암에 대한 접촉을 포함하는 조작에 의해 로봇 암을 조작하는 모드를 포함한다.
조작부(202)는, 예를 들어 손에 든 의료 기구(131)에 설치되는 스위치나, 시술자가 발로 조작 가능한 풋 스위치 등의 조작 부재를 포함한다. 조작부(202)는, 또한, 스위치 대신, 음성에 의한 조작 입력이 가능한 음성 입력 시스템을 포함해도 된다. 제어부(201)는, 조작부(202)로부터의 입력에 따라, 수술 지원 장치(200) 내의 동작 모드의 변경, 제어 대상의 암의 변경, 및 표시부(203)에 표시하는 정보의 변경을 행한다. 예를 들어, 시술자는, 조작부(202)를 사용하여 제어 대상으로 되는 암을 하나 선택할 수 있다.
이와 같이, 시술자에 의해 조작되는 손에 든 의료 기구(131)의 동작에 따라, 로봇 의료 기구(127)를 조작 가능하게 구성함으로써, 종래의 복강경 수술에서는 통상 의사가 3명으로 수술을 행하는바, 수술 도구를 조종하는 수술과 동등한 동작이면서도 시술자가 로봇 암을 조작하여 마찬가지의 수술을 행하는 것이 가능해진다.
(수평 로봇 암(110)의 상세)
<수평 구동 관절부>
수평 로봇 암(110)의 상세에 대해서 도 3 내지 도 8을 참조하여 설명한다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 수평 로봇 암(110)의(제3 암(113)의) 선단부는, 수술 도구 매니퓰레이터(124)를 설치할 수 있는 2축의 짐벌 기구(301)를 갖는다. 도 4에는, 수평 로봇 암(110)의(제3 암(113)의) 선단부를 확대하여 도시하고 있다. 짐벌 기구(301)는, 도 4에 도시하는 두 회전축(401 및 402) 주위로 회전 가능하게 구성되며, 이들 회전축(401 및 402)은, 수술 도구 매니퓰레이터(124)에 설치된 로봇 의료 기구의 수술 도구 샤프트의 축선(403)과 교차한다. 짐벌 기구(301)는, 동력부를 갖지 않는 수동 관절이지만, 각 회전축 주위의 회전을 계측하는 인코더를 구비한다. 예를 들어, 앱솔루트 인코더를 2축 모두 구비함으로써 로봇 의료 기구(127)의 위치 자세를, 순 운동학을 이용하여 구하는 것이 가능하다. 또한, 수평 로봇 암(110)은, 그 동작 시의 미진동에 의한 영향이나 환자의 호흡에 의한 미소한 움직임을 억제하여, 자세의 안정화나 특이 자세의 회피 기능을 구비하기 위한 탄성 기구(예를 들어 회전 방향에 있어서의 댐퍼나 수지 스프링, 금속 스프링) 혹은 보조적인 동력을 사용할 수 있다.
제2 암(112) 내에 있는 제3 암 구동 유닛(302)은, 제3 암(113)을 구동하는 구동 모터와, 무여자 작동 브레이크와, 감속기를 포함한다. 제3 암(113)과 제2 암(112)은, 수평 방향 회전으로만 자유도를 갖고, 제3 암(113)은, 제3 암 구동 유닛(302)으로부터 타이밍 벨트(307)로 출력된 동력을 동일하게 타이밍 풀리로 받음으로써 능동 회전을 행할 수 있다. 제2 암(112)은, 제3 암(113)의 제2 암에 대한 회전을 계측하기 위한 제3 암용 센서 유닛(303)을 갖는다. 제3 암용 센서 유닛(303)은, 제3 암(113)과 제2 암(112)이 접속하는 관절부의 회전축 주위의 회전 위치를 검출하기 위한 인코더 및 다른 센서를 포함한다. 또한, 이 관절부의 회전축에는, 베어링(304)을 갖는다.
제1 암(111)은, 제2 암(112)을 C형 구조의 프레임으로 지지하고 있다. 이것은 편측에, 모멘트를 허용할 수 있는 베어링을 구비하는 감속기(305)를 배치하고, 그 반대편에 보조 목적의 보조 베어링(306)을 배치함으로써, 제3 암(113) 및 제2 암(112)과 수술 도구 매니퓰레이터(124) 및 로봇 의료 기구(127)의 자중과 외력으로부터 발생하는 모멘트 하중을 분산할 수 있다. 제1 프레임(111) 내의 제2 암 구동 유닛(309)은, 제2 암(112)을 회전시키는 동력을 구동 벨트(310)에 의해 전달하고, 제2 암(112)을 관절부(제3 암(113)과 제2 암(112)의 접속부)의 회전축 주위로 회전시킨다. 또한, 각 기구부를 제1 프레임(111) 내에 분배함으로써 큰 중공 구조를 확보하고, 배선이나 제2 암(112)의 제1 암(111)에 대한 회전 위치를 검출하는 인코더(308)를 설치하는 것을 가능하게 하고 있다. 도 3에 도시하는 예에서는, 제1 프레임(111) 내의 하부에 모멘트를 허용할 수 있는 베어링이 내장된 감속기(305)를 배치하고, 상부를 중공 구조로 하고 있는 예를 설명하였지만, 이들의 배치는 반대여도 된다.
본 실시 형태에서는, 수평 로봇 암(110)의 소형화를 위해서, 감속기(305)나 제2 암 구동 유닛(309) 등의 출력 기구를 편평형으로 하는 경우를 예로 들어 설명하고 있다. 예를 들어, 편평형이어도 고감속이 가능한 파동 기어 감속기나 사이클로이드 감속기, 모터 자체의 출력을 올린 편평형 모터, 또는 관절부에 그대로 설치되는 다이렉트 드라이브 모터를 사용할 수 있다. 이 네 회전 관절에 사용되는 베어링은 모멘트를 허용하면서 소형으로 구성할 수 있도록 하기 위해서, 크로스 롤러 베어링이나 4점 베어링을 사용할 수 있다.
<수직 구동 관절부>
도 5는, 수평 로봇 암(110)이 갖는 직동 관절부를 나타내고 있다. 이 직동 관절부는 제3 프레임(103)에 내장된다. 제1 암(111)을 구동하는 직동 기구부에는 제1 암(111) 내지 제3 암(113)의 자중 모멘트와 암이 받는 외력을 충분히 허용할 수 있으며, 또한 매끄러운 움직임을 하게 하기 위한 볼 리니어 가이드(501)를 수직 방향으로 둘 병행으로 배치한다.
제1 암(111)은, 볼 리니어 가이드(501)에 설치된 지지 블록(502)에 고정된다. 제1 암(111)을 지지하고 있는 지지 블록(502)으로부터 뻗은 동력 전달 플레이트(503)에는 타이밍 벨트(505)가 고정되어 있고, 볼 리니어 가이드(501)와 평행해지도록 배치되어 있다. 구동 모터(504)가 회전 동력을 타이밍 벨트(505)에 전달하여 타이밍 벨트(505)를 타이밍 풀리에 의해 구동함으로써, 제1 암을 지지하는 지지 블록(502)을 연직 방향으로 능동적으로 진퇴시킨다. 이때, 위치 검출 제어 유닛(510)은, 인코더를 포함하고, 진퇴한 구동 벨트(505)의 이동량에 기초하여, 제1 암(111)의 연직 방향의 이동량을 계측한다. 또한, 위치 검출 제어 유닛(510)은, 브레이크 기구를 포함하고, 지지 블록(502)의 동작(즉 수평 로봇 암(110)의 직동 운동)에 있어서 자세를 유지하도록 브레이크를 부여한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 브레이크 기구를 사용하는 예를 설명하지만, 브레이크 기구를 사용하지 않도록 해도 된다. 그 경우, 예를 들어 자세를 유지하기 위한 구동력을 구동 모터(504)가 발생시킨 상태를 유지한다. 동력 전달 플레이트(503)에는, 지지 풀리(511)에 지지되는 견인 와이어(506)에 의해 카운트 웨이트(507)가 접속되어 있다.
카운트 웨이트(507)는, 제1 암(111) 내지 제3 암(113)과 수술 도구 매니퓰레이터(124)와 로봇 의료 기구(127)의 자중을 보상함으로써, 이들을 구동하는 구동 모터(504)의 출력을 억제할 수 있다. 보다 구체적으로 본 실시 형태에 관한 카운트 웨이트(507)에 대해서 설명한다. 수평 로봇 암(110)은, 시술자에 의한 손에 든 의료 기구로부터의 조작뿐만 아니라, 수술 준비나 비상시 용에는, 수동으로 직접 이동할 수 있도록 할 필요가 있다. 이때, 수평 구동 관절부는 브레이크를 해제하는 것만으로 사람 손에 의해 용이하게 움직이게 하는 것이 가능하지만, 수직 구동 관절은, 브레이크를 해제하면 수평 로봇 암(110)이 엄청난 중량을 사람 손으로 보유 지지해야만 한다. 그 때문에, 도 5에 도시한 수직 구동 관절부에는 각 부품의 자중 보상을 하는 카운트 웨이트(507)를 구비함으로써, 구동 부품에 대한 출력 완화와, 로봇 암의 중량을 느끼지 않고 수동으로 이동하는 것을 가능하게 하고 있다. 또한, 카운트 웨이트(507)의 사용은 필수는 아니며, 정하중 스프링을 사용하는 구성이어도 된다.
또한, 로봇 암을 수동으로 동작시키도록 하기 위해서는, 프로그램에 의해 로봇 암의 자중만큼을 수직 축 방향으로 출력하는 어시스트 시스템으로도 가능하지만, 시스템 다운한 경우는 수동으로 이동시키기가 곤란해질 가능성이 있다. 그것에 비해서, 카운트 웨이트(507)는, 브레이크 해제와 모터의 전원 공급을 끊는 논리 회로에 의해, 시스템과는 분리함으로써 시스템 이상이 일어나도 수동으로의 이동을 가능하게 하는 목적도 있다.
제3 프레임(113)은, 두 평행하게 배치된 볼 리니어 가이드(501)의 사이에, 신호선과 동력선을 제3 암(113)에 접속하기 위한, 배선의 직선 운동을 보조하는 케이블 가이드(509)를 구비한다.
또한, 도 5에 도시하는 직동 기구는 출력측으로부터의 조작(백 드라이브 어빌리티)을 용이하게 행할 수 있도록 고효율인 타이밍 벨트 풀리를 사용하고 있지만, 리드의 큰 볼 나사나, 고효율의 미끄럼 나사여도 된다.
<브레이크 해제 스위치를 구비한 그립>
상황에 따라 로봇 암을 수동으로 이동 가능하게 하기 위한 자중 보상 기구(카운트 웨이트(507))에 더하여, 본 실시 형태에 관한 수평 로봇 암(110)은, 로봇 암의 수동 조작을 용이하게 취급하기 위한 브레이크 해제 스위치(311)를 구비한다. 브레이크 해제 스위치(311)는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 한손으로 쥔 상태에서 로봇 암을 연직 방향 및 수평 방향으로 이동시키는 것이 가능한 스위치를 구비한 그립을 구성한다. 후술하는 바와 같이, 이 브레이크 해제 스위치(311)는, 로봇 암이 조작자에 대해서 여러 가지 자세로 변화해도, 조작자가 거의 일정한 자세로 스위치를 압하 가능하도록, 다방향으로부터 스위치를 압하 가능하게 구성되어 있다.
브레이크 해제 스위치(311)는, 제3 암(113)의 선단부에 배치된다. 브레이크 해제 스위치(311)는, 수평 로봇 암(110)의 각 관절부에 설치되어 있는 보유 지지 브레이크를 해제하는 스위치, 시술자 등이 쥐기 위한 원통형 그립을 구비하고 있다.
로봇 암의 자세를 유지하기 위한 브레이크는, 안전면에서 이 브레이크 해제 스위치(311)가 눌려져 있는 동안에만 해제된다. 또한, 브레이크 대신, 자세를 유지하기 위한 구동력을 일시적으로 저하시키는 구성이어도 된다. 이와 같은 브레이크를 실현하기 위해서, 본 실시 형태에 관한 브레이크 해제 스위치(311)는, 시술자가 수평 로봇 암(110)의 선단부를 이동시키기 위한 힘을 부가하면서 스위치를 안정적으로 계속해서 누를 수 있는 구조로 되어 있다. 도 6a에 나타내는 브레이크 해제 스위치(311)는, 도 6b에 도시하는 바와 같이 시술자가 손으로 파지함으로써 수평 로봇 암(110)의 수평 방향의 이동과, 당해 이동에 수반하는 수평 방향 회전의 미끄럼, 그리고 수평 로봇 암(110)에 대한 상하 방향에 대한 힘의 부가를 용이하게 행할 수 있는 형상이다. 수평 방향 회전의 미끄럼을 허용하면서도 스위치를 안정적으로 누르기 위해서, 도 7에 도시하는 바와 같이, 스위치가 브레이크 해제 스위치(311)의 원통부의 원주 상에 배치되어 있다.
본 실시 형태에 관한 브레이크 해제 스위치(311)의 그립은 원통 형상으로 구성되어, 시술자가 엄지손가락과 가운뎃손가락, 또는 엄지손가락과 집게손가락으로 집도록 파지하는 것이 상정된다. 이 경우, 수평 로봇 암(110)이 수평 방향으로 이동된 경우의 그립의 회전의 미끄럼을 허용하기 때문에, 두 손가락으로 거의 평행하게 집히는 접촉을 어느 방향으로부터도 반응할 수 있는 기구를 갖는다. 조작자는, 브레이크 해제 스위치(311) 전체를 덮도록(다섯 손가락이 원통부에 접함) 쥘 수도 있다.
도 7a 내지 도 7c는, 브레이크 해제 스위치(311)를 연직 방향으로부터 본 경우의 내부 구조를 도시하고 있다. 도 7a에 도시하는 예에서는, 일반적인 택트 스위치(701)를 원등배로 배치하고, 그 외주를 회전 지점(703)을 갖는 레버(702)로 둘러싼 것이다. 레버(702)는, 지지점으로부터 가장 떨어진 위치일수록 압입량이 많아，택트 스위치(701)를 누르는 방향으로 힘이 가해지기 쉽지만, 회전 지점에 접근하면 서로 마주보는 택트 스위치(701)를 누르는 힘이 작아진다. 그 때문에, 택트 스위치(701)와 레버(702)의 조를 셋 이상의 홀수개로 등간격으로 배치함으로써, 어느 방향으로부터 그립이 파지되어도 두 손가락의 어느 쪽인가에 의해 택트 스위치(701)를 누르는 것이 가능해진다.
또한, 레버(702)는 회전 지점을 갖는 것뿐만 아니라, 평행하게 그립 중심을 향해서 압입되는 것이어도 동작 가능하지만, 상술한 바와 같이 셋 이상의 홀수개의 레버를 배치하는 것이 바람직하다.
도 7b는, 셋 이상의 홀수개로 등간격으로 택트 스위치(701)를 배치하고, 그 외주를 탄성 수지(705)로 둘러쌈으로써, 어느 방향으로부터 그립이 파지되어도 택트 스위치(701)가 눌리도록 한 것이다. 이 예에서는, 양호한 스위치의 감도를 갖도록, 택트 스위치(701)의 수를 도 7a에 도시한 예보다도 많게 하고 있다. 도 7c에 나타내는 예에서는, 일반적인 띠 형상의 감압 스위치(704)(가압에 의해 저항값이 변화하는 것)를 원통에 배치하고, 그 외주를 탄성 수지(705)로 둘러쌈으로써, 어느 방향으로부터 그립이 파지되어도 스위치를 누르는 것이 가능한 것이다.
<벡터 조작 모드>
도 6 및 도 7에 나타낸 브레이크 해제 스위치(311)는, 수평 로봇 암(110)을 크게 움직이게 하는 경우나 로봇 의료 기구(127)가 로봇측 외투관(125)에 삽입된 후라면, 로봇 암의 조작을 용이하게 한다. 한편, 로봇 의료 기구(127)의 선단부가 로봇측 외투관(125)에 삽입되어 있지 않은 상태에서는, 2축의 짐벌 기구(301)가 수동 관절이기 때문에, 수술 도구 매니퓰레이터(124) 및 로봇 의료 기구(127)의 방향이 안정되지 않는다. 이 때문에, 로봇 의료 기구(127)를 로봇측 외투관(125)에 삽입할 때는 조작이 곤란해지는 경우가 있다.
그 때문에, 본 실시 형태에서는, 도 8에 도시하는 바와 같은 2축의 짐벌 기구(301)의 끝인 수술 도구 매니퓰레이터(124)측에 두 입력 스위치를 마련하여, 당해 입력 스위치에 대한 조작에 기초하여 로봇 암 전체를 조작 가능하도록 하는 벡터 조작 모드를 구비한다.
두 입력 스위치는 전후 방향만을 나타낸 것이며, 시술자는, 2축의 짐벌 기구(301)보다 끝을 손으로 지지하면서(접촉하면서) 이 전후 스위치의 어느 쪽인가를 눌러서 지시를 내릴 수 있다. 수평 로봇 암(110)은, 로봇 의료 기구(127)의 샤프트의 축선 상의, 눌린 방향과 합치하는 방향으로 로봇 암의 선단을 이동시킨다. 그 때문에, 수술 도구 매니퓰레이터(124)가 2축의 짐벌 기구(301)를 수동 조작하기 위한 조작 수단으로서 기능함으로써, 로봇 암 전체의 진행 방향을 정할 수 있다. 바꾸어 말하면, 수평 로봇 암(110)은, 로봇 의료 기구(127)의 샤프트의 축 방향과, 스위치에 대한 지시가 샤프트의 축 방향의 어느 방향을 나타내는지에 따라서 동작을 제어한다. 이에 의해, 로봇 의료 기구(127)의 선단부를 로봇측 외투관(125)으로 용이하고도 원활하게 삽입하는 것이 가능해진다. 또한, 로봇 의료 기구(127)의 선단을 체강 내로부터 발거하는 경우에도, 이 벡터 조작 모드를 사용함으로써, 장기에 대한 접촉을 최소한으로 억제한 발거 동작을 하는 것이 가능해진다.
또한, 상술한 예에서는, 수평 로봇 암(110)에 있어서 브레이크 해제 스위치(311)와 벡터 조작 모드를 사용하는 예를 설명하였지만, 내시경 홀더(114)나 직동 로봇 암(120)을 사용하는 경우에도 적용 가능하다.
도 3 내지 도 5에서 상술한 기구는, 당해 기구에 수술 도구 매니퓰레이터(124) 및 로봇 의료 기구(127)를 접속함으로써, 도 9에 나타내는 5축의 기구 등가 모델로 된다. 이 5축의 자유도를 갖는 로봇 의료 기구(127)의 선단부를 환자의 복부에 설치된 외투관에 삽입함으로써, 2축의 자유도가 고정된다. 이 때문에, 삽입점(901)을 삽입 심도 및 삽입 각도의 기준점으로 하면서 로봇 의료 기구(127)의 선단부의 위치를 환자의 체강 내에서 3차원적으로 제어하는 것이 가능해진다.
(직동 로봇 암의 상세)
<직동 구동 관절부>
직동 로봇 암(120)의 상세에 대해서, 도 10 내지 도 12를 참조하여 설명한다. 도 10에 도시하는 바와 같이, 제3 암(123)과 제2 암(123)은, 자중 모멘트와 직동 로봇 암(120)이 받는 외력을 충분히 허용할 수 있으며, 또한 매끄러운 움직임을 하게 하기 위해서, 수평 방향으로 두 평행하게 배치된 볼 리니어 가이드(1001)로 접속되어 있다.
제3 암(123)의 구동은, 제2 암(122)측에 고정되어 있는, 감속기와 모터를 포함하는 구동 유닛(1002)에 의해 이루어진다. 또한 일단부가 제3 암(123)의 말단에 고정되고, 수평 방향으로 직동할 수 있다. 제3 암 센서 유닛(1008)은, 구동 유닛(1002)에 의해 구동된 제3 암 구동 벨트(1009)의 변화에 기초하여, 제3 암(123)의 진퇴 동작을 계측한다. 이 타이밍 벨트 풀리와, 배선의 직선 운동을 보조하는 케이블 가이드는 제2 암(122) 및 제3 암(123)에 내포되는 형태로 배치되어 있다. 두 평행하게 배치된 볼 리니어 가이드(1001)의 사이에, 신호선과 동력선을 제3 암(123)에 접속하기 위한, 배선의 직선 운동을 보조하는 케이블 가이드(1010)를 구비한다.
제3 암(123)의 선단에는, 수평 로봇 암(110)과 마찬가지로 인코더를 갖는 2축의 짐벌 기구(1003)가 설치되어 있고, 그 축선 상에 내시경 홀더(114)를 설치할 수 있다. 이 내시경 홀더(114)는, 일반적으로 사용되고 있는 내시경(1004)을 설치할 수 있도록 구성되어 있다. 필요에 따라 내시경 형상에 맞춘 내시경 홀더(114)를 사용함으로써 여러 가지 제조원, 기능, 형상의 내시경을 수술 지원 장치에 설치하는 것을 가능하게 한다. 또한, 제3 암(123)의 선단 부근에는, 브레이크 해제 스위치(1011)가 배치되어 있다.
모멘트를 허용할 수 있는 접속 베어링(1005)을 통해 설치된 제1 암 접속 플레이트(1006)에 감속기(1007)가 구비되어 있어, 제2 암 구동 모터(1012)의 동력을 타이밍 벨트 풀리에 의해 전달함으로써, 연직 방향의 회전축 주위로 수평 방향 회전을 가능하게 하고 있다. 또한, 제1 접속 플레이트(1006)를 통하지 않고, 제1 암(121)과 제2 암(122)의 접속부에 모멘트를 허용할 수 있는 중공 구조의 감속기를 직접 설치해도 된다.
제3 암(123)의 선단부에 있는 2축의 짐벌 기구(1003)는, 수평 로봇 암(110)과 마찬가지로 동력부를 갖지 않는 수동 관절이지만, 앱솔루트 인코더를 2축 모두 구비함으로써 로봇 의료 기구(127)의 위치를 순운동학을 이용하여 구할 수 있다. 또한, 로봇 암 동작 시의 미진동에 의한 영향이나 환자의 호흡에 의한 미소한 움직임을 억제하기 위해서, 탄성 기구(회전 방향에 있어서의 댐퍼나 수지 스프링, 금속 스프링), 또는 보조적인 동력을 사용하여 자세의 안정화나 특이 자세의 회피기능을 가지고 있어도 된다.
<수직 구동 관절부>
다음으로, 도 11을 참조하여, 직동 로봇 암(120)의 수직 구동 관절부에 대해서 설명한다. 제1 암(121)은 너트 회전형 볼 나사에 의해 구동된다. 그 때문에, 볼 나사 샤프트(1101)는 제2 프레임(102)에 고정되며, 구동측인 제1 암(121)의 하부에, 회전을 가능하게 하는 너트와, 그것을 구동하는 모터, 감속기, 인코더를 구비하는 구동 유닛(1102)을 갖는다. 이 너트 회전형 볼 나사는 일반적으로 사용되고 있는 기구 부품을 사용할 수 있다.
제1 암(121)은 수평 로봇 암(110)과 마찬가지로, 와이어로 접속된 자중 보상하기 위해서 카운트 웨이트(1103)를 구비함으로써, 구동 유닛(1102)에 있어서의 모터의 출력을 억제하고, 또한 직접 접촉하는 수동 조작으로 로봇 암을 용이하게 움직이게 하는 것을 가능하게 한다. 카운트 웨이트(1103)는 지지 풀리(1106) 등을 통해 제2 프레임(102)에 둘 내지 복수로 분할하여 배치함으로써, 와이어의 안전성을 높이면서 장치 전체의 소형화에도 효과를 발휘한다. 제2 프레임(102)으로부터 제1 암(121)으로 뻗는 케이블 등의 운동은 케이블 가이드(1105)에 의해 보조된다. 또한, 카운트 웨이트(1103)의 사용은 필수는 아니며, 정하중 스프링을 사용하는 구성이어도 된다.
제1 암(121)은, 접속부(1104)를 통해 제2 암(122)과 접속되고, 제2 암(122)은, 접속부(1104)에 있어서 연직 방향의 축 주위에 회전 가능하게 접속되어 있다.
도 10 내지 도 11에 도시한 직동 로봇 암(120)의 기구에 내시경 홀더(114)를 통해 내시경(1004)을 접속함으로써, 도 12에 도시하는 바와 같은 5축의 기구 등가 모델로 된다. 이 5축의 자유도를 갖는 내시경 선단부를 환자 복부에 설치된 로봇측 외투관(125)에 삽입함으로써, 2축의 자유도가 고정되며, 삽입점을 회전 중심으로 하면서 내시경의 선단부의 위치를 체강 내에서 3차원적으로 제어할 수 있다.
(나사축의 공유화)
복강경 수술이 적용되는 질환은 다방면에 걸쳐, 그 수술 방식도 다양한 것이다. 도 1b에 도시한 수술대(151)의 높이는 수술 방식, 환자 체형, 시술자의 신장 등에 따라 최대 500mm 정도 수직 방향으로 이동할 수 있는 것이 있다. 본 실시 형태에 관한 수술 지원 장치도 상황의 변화에 따라 변화하는 수술대 높이에 대응할 수 있는 동작량의 확보를 행할 수 있다.
일반적으로, 넓은 동작량을 확보하기 위해서는 장치 전체의 높이가 높아져 버린다. 그러나, 수술대의 높이는 수술 중 상시 이동되는 것은 아니며, 수술 개시에 상기 수술 방식 등의 요인으로 결정되며, 수술 중의 이동은 많지 않다. 그 때문에, 이하에서 설명하는 본 실시 형태에서는, 수술 중에 상시 가동하는 동작 범위와, 수술대의 높이에 맞추어 변화시키는 동작 범위를 기구적으로 분리하고 또한 공유화함으로써, 장치 사이즈를 억제하면서 충분한 동작 범위를 확보할 수 있도록 하고 있다. 구체적으로, 도 13에는, 본 실시 형태에 관한, 두 프레임(제2 프레임(102), 제3 프레임(103))과 직동 로봇 암(120)의 제1 암(121)의 관계를 모식적으로 도시하고 있다. 또한, 도 14a에는, 제3 프레임에 수평 로봇 암(110)을 설치한 모습을 도시하고 있다.
예를 들어, 수평 로봇 암(110)의 수직 구동 관절부에 수술대(151)의 높이의 변위와 수술 도구 매니퓰레이터의 동작 범위를 합산한 동작 범위를 확보하고자 하면, 키가 큰 프레임이 필요해지고, 거기에 부수적으로 직동 로봇 암(120)의 높이도 높아져 버린다. 그 때문에, 수술대의 높이의 변위에는 제3 프레임(103)을 상하 이동시켜서 높이를 조정한다. 그리고, 손에 든 의료 기구(131)의 동작의 제어에는, 제3 프레임(103)에 접속된 두 수평 로봇 암(110)(즉 제1 암(111))을 개별로 수직 방향으로 동작시킴으로써, 2단계의 스트로크를 확보할 수 있다. 도 13 및 도 14a로부터 명백해진 바와 같이, 제3 프레임(103)과 직동 로봇 암(120)의 제1 암(121)을 공통의 지지 부재에 진퇴 가능하게 설치함으로써, 높이 방향뿐만 아니라 장치 전체를 소형화할 수 있다.
도 14b에는, 본 실시 형태에 관한 각 프레임의 단면도를 도시하고 있다. 제3 프레임(103)과 직동 로봇 암(120)의 제1 암(121)은, 쓰러짐 방향의 모멘트에 대해서 높은 강성을 유지하면서 겹쳐 배치하는 것이 가능하도록 역ㄷ자형 형상으로 되어 있다. 또한, 장치의 중심에 볼 나사 샤프트(1101)를 배치하여 부품을 공유화함으로써 장치의 소형화를 실현할 수 있다.
일반적으로, 많은 볼 나사는 축단에 베어링을 설치하고, 구동측에 너트를 고정하고, 나사축을 회전시킴으로써 직동 운동을 시킨다. 이에 비해, 본 실시 형태에서는, 하나의 나사 샤프트(1101)를 사용하여 두 직동 운동(즉 제3 프레임과 제1 암(121)의 직동 운동)을 가능하게 하기 위해서, 너트 회전형 볼 나사를 사용한다. 나사축을 공유화함으로써, 제3 프레임(103)이 상승하면 추종하여 직동 로봇 암(120)의 제1 암(121)도 상승하기 때문에, 제1 암(121)의 하한의 동작 범위가 좁아진다. 그러나, 직동 로봇 암(120)의 제1 암도 수술대(151)의 높이에 맞추어 하한의 동작 범위를 필요로 하지 않게 되기 때문에, 실제상의 문제는 발생하지 않는다. 즉, 제3 프레임과 제1 암(121)의 직동 운동에 있어서, 하나의 나사 샤프트(1101)를 공유함으로써, 수술에 필요한 로봇 암의 가동 범위를 제약하는 실제상의 문제를 발생시키지 않고, 잘 알려진 소형화나 저비용화를 실현할 수 있다.
(각 로봇 암의 동작 범위)
도 15a 및 도 15b에 도시하는 부분적인 구형의 범위 1501 내지 1503은, 로봇 의료 기구(127)를 체강에 삽입하는 경우에 있어서의 각 로봇 암의 암 선단부의 가동 범위의 예를 나타내고 있다. 이 구형의 범위의 중심은 환자 복부의 외투관을 삽입한 위치이며, 구형의 범위의 표면에 맞는 궤적은, 로봇 의료 기구(127)의 선단부가 로봇측 외투관(125)으로부터 가장 많이 빼내어진 위치에서의 암 선단부를 표현한 것이다. 로봇 암 단독의 가동 범위는 이것과는 상이하지만, 로봇 의료 기구(127)의 샤프트의 길이 이상으로 암 선단을 외투관 삽입 위치로부터 이격시키면 수술 도구 선단부가 외투관으로부터 빠져 버리기 때문에, 도면에 도시하는 구형의 범위가 로봇 의료 기구(127)의 삽입 시에 있어서의 암 선단부의 최대의 가동 범위를 나타내고 있다.
로봇 의료 기구(127)의 외투관에 대한 삽입점(1504)의 바로 위에 있어서의 공간(1505)은 2축의 짐벌 기구(301)의 특이 자세가 되기 때문에 가동 범위로부터 제외되어 있다. 내시경(1004)을 지지하는 직동 로봇 암(120)도 마찬가지의 가동 범위(예를 들어 1503)를 갖지만, 수평 로봇 암(110)과의 가동 범위의 간섭을 최소한으로 억제하기 위해서, 대칭 형상의 구형의 범위 동작 범위를 가지고 있다. 실제의 수술 방식에서는 이 동작 범위를 상시 동작하는 것은 아니며, 하복부, 상복부 등에 집중적으로 행해지기 때문에, 이 구형의 범위의 추가적으로 절반 정도의 형상의 범위가 상시 동작 범위가 된다고 생각된다. 도 15a에 도시하는 바와 같이, 암 선단부의 가동 범위는 겹침이 많기 때문에, 수직 평면에 대해서 대칭 구조를 갖는 수평 로봇 암(110)이 적합하며, 그것들의 가동 범위를 피하도록 내시경(1004)을 지지할 수 있는 암에는, 수직 로봇 암(120)이 적합하다.
또한, 수술 도구 삽입 시에 있어서의 로봇 암의 선단부의 가동 범위로부터 각 로봇 암의 간섭을 억제하는 구성은, 상술한 도 1b로부터 명백해진 바와 같이, 손에 든 의료 기구(131)를 사용하여 처치를 행하거나, 로봇 의료 기구(127)를 지지하는 로봇 암을 조작하거나 하는 시술자의 수완에 대한 간섭을 피하고, 동시에 충분한 동작 범위를 확보할 수 있다. 또한, 내시경(1004)을 지지하는 직동 로봇 암(120)도 마찬가지의 가동 범위(1503)의 가동 범위는 시술자측의 주변을 포함하는 경우가 있지만, 내시경은 손에 든 의료 기구(131)의 선단을 옮기도록 이동하기 때문에, 내시경의 방향과 손에 든 의료 기구(131)의 방향이 일치한다. 즉, 내시경의 방향과 손에 든 의료 기구(131)의 간섭은 억제된다.
또한, 도 15에 도시한 가동 범위는 일례이며, 엄밀하게 이 범위일 필요는 없으며, 로봇 암의 기계적 동작 한계 범위 중에서 수술 방식 등에 맞추어 축소, 확대, 변형될 수 있다.
(능동 관절을 갖는 로봇 암의 고장 검지 시스템)
상술한 수술 지원 장치(200)는, 각 로봇 암의 능동 관절부에 대한 고장 검지 시스템을 추가로 구비해도 된다. 고장 검지 시스템의 실현에는, 각 로봇 암을 구동하는 전체 모터에는 인크리멘탈형 인코더를 갖는 서보 모터를 사용한다. 또한, 감속기의 입력측, 또는 출력측에 무여자 작동형 브레이크를 구비하고, 또한 출력측에 앱솔루트 인코더를 구비하게 하면 된다.
이와 같이 하면, 로봇 암에 동작 지시를 내렸을 때, 모터의 명령값에 대해서 출력측의 동작량에 차이를 검출하였는지 여부를 판정하면 된다. 차이를 검출하였다고 판정한 경우, 모터로부터 감속 기간에 있어서의 동력 전달 이상, 감속기의 파손, 감속기로부터 최종 출력축에 있어서의 동력 전달 이상을 검출할 수 있다. 또한, 여기에서 말하는 동력 전달은, 예를 들어 기어, 타이밍 벨트 풀리, 볼 나사, 와이어를 포함한다.
한편, 로봇 암으로 동작 지시를 내리지 않은 대기 상태여도, 로봇 암에 외력을 부여하는 경우, 출력측 인코더와 모터 인코더에 차이를 검출할 수 있다. 이 때문에, 외력이 부여되었을 때 출력측 인코더와 모터 인코더에 차이를 검출하였는지를 판정하고, 차이를 검출하였다고 판정한 경우에 로봇 암의 외부 접촉 등의 이상을 검출한다.
(이니셜라이즈 처리)
본 실시 형태의 각 로봇 암은 수동 관절을 가지고 있다. 이 때문에, 도 9 및 도 12에서 상술한 바와 같이, 수술 도구를 환자 복부에 설치된 외투관에 삽입하여, 삽입점(901)을 결정함으로써, 예를 들어 제어부(201)가 체강 내에서의 로봇 의료 기구(127)의 선단 위치를 연산, 특정하는 것이 가능해진다. 예를 들어, 도 16에 도시하는 바와 같이 각 로봇 암을 소정의 수순으로 이니셜라이즈 처리를 행함으로써, 삽입한 외투관을 할당하는 작업과, 로봇 암의 제어에 필요한 삽입점(901)의 위치 정보를 취득할 수 있다.
이니셜라이즈 처리의 일련의 동작에 대해서 도 17을 참조하여 설명한다. 또한, 도 17에 도시하는 이니셜라이즈 모드의 동작은, 제어부(201)가 기록 매체(204)에 저장된 프로그램을 메모리(205)에 전개, 실행함으로써 실행된다. 이 이니셜라이즈 처리는, 예를 들어 시술자에 의한(예를 들어 풋 스위치 등의) 조작부(202)에 대한 조작에 의해, 수술 지원 장치의 동작 모드가 미리 이니셜라이즈 모드로 설정된 상태에서 개시된다.
S1701에 있어서, 제어부(201)는, 로봇측 외투관(125)에 삽입되어 있지 않은 제1 로봇 암의 브레이크 해제 스위치(311) 또는 벡터 조작 스위치(801)에 대한 시술자의 접촉에 의한 지시(예를 들어 스위치 누름)를 검출한다.
S1702에 있어서, 제어부(201)는, 이니셜라이즈 모드에 대응하는 로봇 암의 제어를 행한다. 제어부(201)는, 눌린 스위치에 따라, 이니셜라이즈 모드에 포함되는, 브레이크 해제 모드와 벡터 조작 모드의 어느 것으로 전환되어도 된다. 예를 들어, 제어부(201)는, 브레이크 해제 스위치(311)가 눌린 경우에는, 동작 모드를 브레이크 해제 모드로 설정하여, 대상으로 되는 로봇 암의 브레이크를 해제하도록 로봇 암을 제어한다. 제어부(201)는, 벡터 조작 스위치(801)가 눌린 경우에는, 동작 모드를 벡터 조작 모드로 전환하여, 벡터 조작 스위치(801)에 대한 지시에 따라 로봇 암을 제어한다.
S1703에 있어서, 제어부(201)는, 특정 로봇 암에 대한 이니셜라이즈 모드 시에 있어서, 다른 로봇 암의 브레이크 해제 스위치(311) 또는 벡터 조작 스위치(801)가 눌렸는지를 판정한다. 제어부(201)는, 다른 로봇 암의 브레이크 해제 스위치(311) 또는 벡터 조작 스위치(801)가 눌렸다고 판정한 경우는 S1703으로 진행되고, 그렇지 않은 경우에는, S1704로 진행된다.
S1704에 있어서, 제어부(201)는, 이니셜라이즈 모드에서는, 하나의 로봇 암마다 로봇 암을 움직이도록 경고하는 메시지를 표시부(203)에 표시한다. 이 경고는, 표시부(203)에 표시하는 것에 한정되지 않으며, 도시하지 않은 음성 출력부로부터 경고음을 발생시켜도 되고, 조작된 다른 로봇 암에 촉각 피드백을 주어도 된다.
S1705에 있어서, 제어부(201)는, 로봇측 삽입 심도 계측부(126)로부터의 출력에 기초하여, 로봇측 외투관(125)으로의 로봇 의료 기구(127)의 삽입을 감시한다.
S1706에 있어서, 제어부(201)는, 시술자에 의한 수동 조작(브레이크 해제 스위치(311)를 포함하는 그립에 대한 조작이나 벡터 조작 스위치(801)에 대한 조작)에 따라 로봇 암의 동작을 제어하여, 로봇 의료 기구(127)를 로봇측 외투관(125)에 삽입한다.
S1707에 있어서, 제어부(201)는, 로봇측 삽입 심도 계측부(126)로부터 로봇 의료 기구(127)가 미삽입의 로봇측 외투관(125)에 삽입된 것을 검지한다. S1708에 있어서, 제어부(201)는, 수동 조작된 로봇 암과 삽입을 검지한 로봇측 외투관(125)을 대응짓는다.
S1709에 있어서, 제어부(201)는, 대응지어진 로봇측 외투관(125)으로부터의 신호에 기초하여, 로봇측 외투관(125)으로부터 로봇 암이 발거되었는지를 판정한다. 로봇 암이 발거되었다고 판정한 경우, S1710으로 진행되고, 그렇지 않은 경우에는 S1711로 진행된다. S1710에 있어서, 제어부(201)는, 이니셜라이즈 처리가 완료되기까지 로봇 암을 발거하지 않도록 경고 메시지를 표시부(203)에 표시한다.
S1711에 있어서, 제어부(201)는, 삽입점(901)의 위치를 산출한다. 삽입점의 위치의 산출에 대해서는, 후술한다. S1712에 있어서, 제어부(201)는, 모든 로봇측 외투관(125)에 로봇 암이 대응지어졌는지를 판정하고, 모든 로봇측 외투관(125)에 로봇 암이 대응지어져 있지 않다고 판정한 경우, S1701로 되돌아간다. 한편, 모든 로봇측 외투관(125)에 로봇 암이 대응지어졌다고 판정한 경우, 수술 지원 장치의 동작 모드를 원래의 동작 모드로 전환하고, 이니셜라이즈 처리를 종료한다.
또한, 이니셜라이즈 처리의 S1711에 있어서의, 삽입점(901)의 산출 방법의 예에 대해서 두 방법을 나타낸다. 하나는, 삽입 검지 센서로서도 동작하는 로봇측 삽입 심도 계측부에 의해 검지된, 로봇 의료 기구(127)의 위치를 삽입점으로 한다. 이와 같이 함으로써, 제어부(201)는, 각 링크 길이, 수술 도구 길이, 관절각으로부터, 순운동학을 사용하여 로봇 좌표계에 있어서의 삽입점의 위치를 산출하는 것이 가능하다.
또 하나의 방법으로서는, 수술 도구 매니퓰레이터의 자세로부터 계산하는 것이다. 도 18에 도시하는 바와 같이, 어떤 두 자세에 있어서의 짐벌 기구의 회전 중심을 P1 및 Q1, 그때의 로봇 의료 기구(127)의 선단 좌표를 P2 및 Q2로 한다. 이상적으로는 이들 각 자세에 있어서 회전 중심은 일치할 것이지만, 복벽의 휨 등에 의해 도 18에 도시하는 바와 같이 비틀림의 위치로 된다. 그래서, 본 방법에서는, 이들 자세의 사이의 점 x를 삽입점(회전 중심)으로서 사용한다.
삽입점 x의 좌표를 구하기 위해서, 각 직선으로부터 내린 수선이 교차하는 점 S1 및 S2를 이하의 식에 따라서 산출한다.
Figure 112019106524518-pat00001
여기서, n1 및 n2는 수술 도구 매니퓰레이터의 자세를 나타내는 단위 벡터를, PQ11은 P1로부터 Q1을 향하는 벡터를 나타낸다.
점 S1과 S2가 구해지면, 그 사이의 점 x는
Figure 112019106524518-pat00002
에 따라서 구할 수 있다. 보다 많은 자세로부터 회전 중심의 위치를 구하는 경우에도, 여기서 구한 방법과 마찬가지의 방법으로 각 중간의 점을 구하여, 그것들을 평균하거나 하여 회전 중심으로서 사용할 수 있다.
제어부(201)는, S1711에 있어서, 상기 산출 방법 중 하나 내지 양쪽을 사용하여 삽입점의 위치를 산출한다. 이에 의해, 제어부(201)는, 수술 지원 장치(200)가 갖는 공간 좌표(로봇 좌표계) 상에서 로봇측 외투관(125)의 위치를 특정하여, 손에 든 의료 기구의 체강에 대한 삽입 각도와 삽입 심도에 따라 각 로봇 암의 동작을 제어할 수 있게 된다.
또한, 삽입점은, 환자 복막의 미동 등에 의해, 수술 중에 로봇 좌표계에 있어서 변동되어 버릴 가능성이 있다. 그러나, 본 실시 형태에서는, 로봇 암이 수동 관절의 2축의 짐벌 기구(301)를 가지고 있기 때문에, (RCM(Remote Center of Motion)기구로 삽입점을 지지하는 로봇 암과 다르게) 삽입점의 미동에 추종, 검지하는 것이 가능하다. 삽입점의 위치가 변동될 경우, 제어부(201)가 도 18에 도시한 산출 방법을, 손에 든 수술 도구를 사용하여 로봇 암을 제어하는 루프에 있어서 소정의 시간 간격으로 실행함으로써, 삽입점(901)의 로봇 좌표계에 있어서의 어긋남을 수시 수정할 수 있다. 즉, 로봇 의료 기구(127)의 선단부의 조작 정밀도를 높은 채로 유지할 수 있다.
또한, 시술자측 외투관(135)에 대해서는, 로봇측 외투관(125)의 삽입점의 위치를 특정하는 방법과는 별개의 방법으로 행할 수 있지만, 로봇측 외투관(125)에 삽입하는 로봇 암을 사용하여 행해도 된다. 예를 들어, 각 로봇 암과 대응하는 로봇측 외투관(125)의 이니셜라이즈 후에, 둘 중 어느쪽의 로봇 의료 기구(127)를 할당된 외투관으로부터 발거하고, 시술자측 외투관(135)에 삽입한다. 이와 같이 함으로써, 로봇 좌표계에 있어서의 시술자측 외투관(135)의 위치 정보를 취득할 수 있다.
(반자동 견인 모드)
상술한 바와 같이 수술 지원 장치(200)는, 시술자의 수술 기술을, 로봇 암을 사용하여 보조하기 위해서 사용된다. 예를 들어, 수술 지원 장치(200)를 사용하면, 로봇 의료 기구(127)로 장기를 파지하여 그 자리에 고정함으로써 수술 시야 범위를 확보하거나, 로봇 의료 기구(127)에 침사를 갖게 하여 운침 등을 행하거나, 내시경을 의도한 위치로 이동시키거나 할 수 있다.
여기에서는, 수술 지원 장치(200)의 반자동 견인 모드에 대해서, 로봇 의료 기구(127)가 장기를 견인하여 고정되어 있는 상태를 예로 들어 설명한다. 시술자는 장기에 대해서 어떠한 처치(일반적으로는 절리 등)를 실시해 가지만, 로봇 의료 기구(127)가 공간적으로 고정된 채로 있기 때문에, 절리가 진행되어 장기의 형상이 변화되면 점차 견인력이 약해져 버리는 경우가 있다. 인간이 조수로서 견인할 때와 마찬가지로, 시술자에 의한 수술의 진행, 상황에 맞추어 장기에 대한 견인력을 간편하게 조정 가능하다면, 보다 원활하게 수술을 수행하는 것이 가능해진다.
그래서, 수술 지원 장치(200)의 반자동 견인 모드에서는, 로봇 의료 기구(127)를 사용할 때의 견인력을 간편하게 조정 가능하게 한다. 또한, 시술자는 수술 지원 장치(200)의 동작 모드를 반자동 견인 모드로 전환하기 위해서, 조작부(202)에 포함되는 손에 든 의료 기구(131)에 설치된 스위치를 사용하는 경우를 예로 들어 설명하지만, 다른 조작 수단을 사용해도 되고, 전환은 물리적인 스위치에 한정되지 않으며, 음성 인식이나 제스처 인식에 기초하는 것이어도 된다.
먼저, 시술자는, 예를 들어 처치에 사용하는 수술 도구를 사용하여 로봇 암을 제어하고, 로봇 의료 기구(127)에 의해 장기를 견인시킨다. 이때, 제어부(201)는, 로봇 의료 기구(127)의 선단 좌표의 궤적을, 로봇 의료 기구(127)에 대한 조작 개시부터 종료까지에 걸쳐서 메모리(205)에 일시적으로 기록한다. 제어부(201)는, 기록된 궤적으로부터, 조작 종료 직전에 이동하고 있던 방향(견인 방향이라고 함)을 산출한다. 단, 견인 방향으로서는 마지막의 샘플링에서 얻어진 방향뿐만 아니라, 조작 종료 직전의 소정 기간의 선단 위치의 이동을 적분하여 구한 혹은 평균하여 구한 방향이어도 된다.
제어부(201)는, 반자동 견인 모드로의 전환 조작을 검지함에 따라, 로봇 의료 기구(127)의 선단 좌표가 견인 방향과 일치하는 일정 방향으로만 움직이도록 로봇 암을 제어한다(의료 기구(127)의 선단 위치의 이동을 제한함). 즉, 수술 도구를 사용하여 로봇 의료 기구(127)의 선단 위치를 제어하는 통상의 동작 모드에서는, 6자유도의 위치 결정을 수술 도구에 의한 조작으로 행할 필요가 있지만, 반자동 견인 모드를 사용하면 1자유도의 조작을 하는 것만으로 견인력의 조정이 가능해진다.
반자동 견인 모드에 있어서 선단 위치를 견인 방향으로 이동시키는 크기나 속도의 조정에 대해서는, 수술 도구를 사용한 조작에 한정되지 않으며, 조작부(202)의 풋 스위치 등을 사용해도 되고, 새롭게 스위치 등을 부가해도 된다. 예를 들어, 제어부(201)는, 반자동 견인 모드에 있어서, 시술자가 갖는 수술 도구가 샤프트 주위로 우회전한 것을 검지하면 견인력을 강하게 하는 방향으로, 좌회전시킨 것을 검지하면 견인력을 약하게 하는 방향으로, 제어해도 된다. 1자유도의 속도를 변화시킬 수 있는 방법이라면 다른 방법이어도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 수술 지원 장치에서는, 체강에 삽입되고 또한 기계적으로 구동 가능한 로봇 의료 기구(127)의 자세를, 체강에 삽입되는 손에 든 의료 기구(131)를 사용하여 제어 가능하게 하였다. 그리고, 수술 지원 장치의 동작 모드가 로봇 암을 조작하는 모드인 경우, 손에 든 수술 도구의 자세에 따라 로봇 암의 동작을 제어한다. 한편, 동작 모드가 수동 조작 모드인 경우, 로봇 암에 대한 수동 조작에 따라 로봇 암의 동작을 제어하도록 하였다. 이와 같이 함으로써, 수술실에 대한 설치가 곤란한 콘솔을 필요로 하지 않고, 또한 간편한 조작으로 로봇 암을 조작 가능한 수술 지원 장치를 제공하는 것이 가능해진다. 또한, 최저한의 시술자에 의해 조작 가능하게 되기 때문에, 로봇 암과 시술자의 간섭도 저감된다.
또한, 수평 로봇 암을 장착하는 프레임과 직동 로봇 암의 연직 방향의 진퇴를 공통의 지지 부재를 사용하여 실현하도록 하였다. 이와 같이 함으로써, 수술 지원 장치를 소형화, 저비용화할 수 있게 된다.
또한, 상술한 수술 지원 장치의 구성의 각각이 분리되고 또는 통합된 구성으로서 실현되어도 된다. 또한, 본 발명은, 상술한 처리를 실행하는 컴퓨터의 프로그램을, 하나 이상의 프로세서를 포함하는 제어부가 기록 매체로부터 판독하여 실행하는 경우 이외에, 당해 프로그램을 유선 통신 또는 무선 통신을 통해 취득하여 실행하는 경우를 포함할 수 있다.
110: 수평 로봇 암
120: 직동 로봇 암
126: 로봇측 삽입 심도 계측부
131: 손에 든 의료 기구
132: 수술 도구 동작 계측부
136: 시술자측 삽입 심도 계측부
201: 제어부

Claims (19)

  1. 체강에 삽입되고 또한 기계적으로 구동 가능한 제1 수술 도구의 자세를, 상기 체강에 삽입되는 제2 수술 도구를 사용하여 제어 가능한 수술 지원 장치이며,
    설치된 상기 제1 수술 도구의 자세를 제어하는 로봇 암과,
    상기 로봇 암의 동작을 제어하기 위한 동작 모드를 전환하는 전환 수단과,
    상기 동작 모드에 따라, 상기 로봇 암의 동작을 제어하는 제어 수단을 갖고,
    상기 동작 모드는, 상기 제1 수술 도구를 제어하기 위해서 상기 제2 수술 도구를 사용하는 제1 모드와, 상기 로봇 암에 대한 접촉을 포함하는 조작에 의해 상기 로봇 암을 이동시키는 제2 모드를 포함하고,
    상기 제어 수단은, 상기 동작 모드가 상기 제1 모드인 경우, 상기 제2 수술 도구의 자세에 따라 상기 제1 수술 도구의 자세를 제어하도록, 상기 로봇 암의 동작을 제어하고, 상기 동작 모드가 상기 제2 모드인 경우, 상기 로봇 암에 대한 상기 접촉을 포함하는 조작에 따라 상기 로봇 암의 동작을 제어하고,
    상기 전환 수단은, 원통부를 포함하고 상기 로봇 암의 조작을 위해 상기 로봇 암에 배치되는 그립을 형성하고, 상기 로봇 암의 자세를 유지하기 위한 브레이크는 상기 전환 수단이 눌려져 있는 동안만 해제되는 것을 특징으로 하는 수술 지원 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동작 모드는, 처치를 위해서 상기 제2 수술 도구를 사용하는 제3 모드를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 수술 지원 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전환 수단은, 상기 로봇 암에 대한 접촉을 포함하는 조작을 검지함에 따라, 상기 동작 모드를 상기 제2 모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 수술 지원 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 모드는, 상기 로봇 암에 대한 상기 접촉을 포함하는 조작에 의해 받는 힘에 따라서 상기 로봇 암을 이동시킬 수 있는 해제 모드와, 상기 로봇 암에 대한 상기 접촉을 포함하는 조작에 의해 입력되는 지시에 따라서 상기 로봇 암을 구동하는 벡터 조작 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술 지원 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 동작 모드가 상기 해제 모드인 경우, 상기 로봇 암의 자세를 유지하기 위해서 부여하는 구동력의 적어도 일부 또는 브레이크의 적어도 일부를 해제하는 것을 특징으로 하는 수술 지원 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 동작 모드가 상기 벡터 조작 모드인 경우, 상기 제1 수술 도구의 샤프트의 축 방향과, 상기 지시가 해당 제1 수술 도구의 샤프트의 축 방향의 어느 방향을 나타내는지에 따라서, 상기 로봇 암의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 수술 지원 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 로봇 암은, 연직 방향으로 진퇴 가능한 제1 암(111)과, 연직 방향의 축 주위의 회전에 의해 암이 이동하는 하나 이상의 암(112, 113)을 갖는 제1 로봇 암을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술 지원 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 로봇 암의 상기 제1 암(111)을 연직 방향으로 진퇴 가능하게 설치한 제1 기반과, 상기 제1 기반이 연직 방향으로 진퇴 가능하게 설치된 제2 기반을 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 수술 지원 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    연직 방향으로 진퇴 가능한 제1 암(121)과, 연직 방향의 축 주위의 회전에 의해 암이 이동하는 제2 암(122)과, 상기 제2 암(122)의 축 방향으로 진퇴 가능한 제3 암(123)을 포함하는 제2 로봇 암을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 수술 지원 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 로봇 암의 상기 제1 암(111)을 연직 방향으로 진퇴 가능하게 설치한 제1 기반과,
    상기 제1 기반이 연직 방향으로 진퇴 가능하게 설치된 제2 기반과,
    연직 방향으로 진퇴 가능한 제1 암(121)과, 연직 방향의 축 주위의 회전에 의해 암이 이동하는 제2 암(122)과, 상기 제2 암(122)의 축 방향으로 진퇴 가능한 제3 암(123)을 포함하는 제2 로봇 암을 추가로 갖고,
    상기 제1 기반과 상기 제2 로봇 암은, 상기 제2 기반에 구비되는 공통의 지지 부재에 연직 방향으로 진퇴 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 수술 지원 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 제1 모드에 있어서, 소정의 조작을 검지함에 따라, 상기 제1 수술 도구의 선단 위치의 이동을 제한하도록 로봇 암의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 수술 지원 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 소정의 조작을 검지함에 따라, 상기 제1 수술 도구의 선단 위치가 일정 방향으로만 움직이도록 로봇 암의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 수술 지원 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 제1 수술 도구의 선단 위치의 이동을 제한하기 전의 상기 제1 수술 도구의 선단 위치의 궤적에 기초하여, 상기 로봇 암의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 수술 지원 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 동작 모드가 상기 제2 모드에 있어서, 상기 로봇 암에 설치된 상기 제1 수술 도구의 선단이 상기 체강에 삽입되는 외투관에 삽입된 것을 검지함에 따라, 상기 로봇 암과 상기 외투관을 대응짓는 것을 특징으로 하는 수술 지원 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 동작 모드가 상기 제2 모드인 경우에 있어서, 상기 로봇 암에 설치된 상기 제1 수술 도구의 선단이 상기 체강에 삽입되는 외투관에 삽입된 것을 검지함에 따라, 상기 제1 수술 도구의 샤프트의 상기 체강에 대한 삽입 각도와 삽입 심도의 기준점의 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 수술 지원 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 제1 수술 도구의 샤프트의 상기 체강에 대한 삽입 각도와 삽입 심도의 기준점의 위치를, 상기 제1 수술 도구의 샤프트의 상기 체강에 대한 삽입 각도를 상이하게 한 복수의 상기 제1 수술 도구의 자세에 기초하여 산출하는 것을 특징으로 하는 수술 지원 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 동작 모드가 상기 제1 모드인 경우에 있어서, 소정의 시간 간격으로, 상기 기준점의 위치를, 상기 복수의 상기 제1 수술 도구의 자세에 기초하여 산출하는 것을 특징으로 하는 수술 지원 장치.
  18. 체강에 삽입되고 또한 기계적으로 구동 가능한 제1 수술 도구의 자세를, 상기 체강에 삽입되는 제2 수술 도구를 사용하여 제어 가능한 수술 지원 장치의 제어 방법이며, 상기 수술 지원 장치는, 설치된 상기 제1 수술 도구의 자세를 제어하는 로봇 암과, 전환 수단과, 제어 수단을 포함하고, 상기 수술 지원 장치 제어 방법은,
    상기 로봇 암의 동작을 제어하기 위한 동작 모드를 전환하는 전환 공정과,
    상기 동작 모드에 따라, 상기 로봇 암의 동작을 제어하는 제어 공정을 갖고,
    상기 동작 모드는, 상기 제1 수술 도구를 제어하기 위해서 상기 제2 수술 도구를 사용하는 제1 모드와, 상기 로봇 암에 대한 접촉을 포함하는 조작에 의해 상기 로봇 암을 이동시키는 제2 모드를 포함하고,
    상기 제어 공정에서는, 상기 동작 모드가 상기 제1 모드인 경우, 상기 제2 수술 도구의 자세에 따라 상기 제1 수술 도구의 자세를 제어하도록, 상기 로봇 암의 동작을 제어하고, 상기 동작 모드가 상기 제2 모드인 경우, 상기 로봇 암에 대한 상기 접촉을 포함하는 조작에 따라 상기 로봇 암의 동작을 제어하고,
    상기 로봇 암의 자세를 유지하기 위한 브레이크는 상기 전환 수단이 눌려져 있는 동안만 해제되고, 상기 전환 수단은, 원통부를 포함하고 상기 로봇 암의 조작을 위해 상기 로봇 암에 배치되는 그립을 형성하는 것을 특징으로 하는 수술 지원 장치의 제어 방법.
  19. 체강에 삽입되고 또한 기계적으로 구동 가능한 제1 수술 도구의 자세를, 상기 체강에 삽입되는 제2 수술 도구를 사용하여 제어 가능한 수술 지원 장치의 제어 방법을 실행하는 프로그램을 저장하는 기록 매체이며, 상기 수술 지원 장치는, 설치된 상기 제1 수술 도구의 자세를 제어하는 로봇 암과, 전환 수단과, 제어 수단을 포함하고,
    상기 수술 지원 장치의 제어 방법은,
    상기 로봇 암의 동작을 제어하기 위한 동작 모드를 전환하는 전환 공정과,
    상기 동작 모드에 따라, 상기 로봇 암의 동작을 제어하는 제어 공정을 갖고,
    상기 동작 모드는, 상기 제1 수술 도구를 제어하기 위해서 상기 제2 수술 도구를 사용하는 제1 모드와, 상기 로봇 암에 대한 접촉을 포함하는 조작에 의해 상기 로봇 암을 이동시키는 제2 모드를 포함하고,
    상기 제어 공정에서는, 상기 동작 모드가 상기 제1 모드인 경우, 상기 제2 수술 도구의 자세에 따라 상기 제1 수술 도구의 자세를 제어하도록, 상기 로봇 암의 동작을 제어하고, 상기 동작 모드가 상기 제2 모드인 경우, 상기 로봇 암에 대한 상기 접촉을 포함하는 조작에 따라 상기 로봇 암의 동작을 제어하고,
    상기 로봇 암의 자세를 유지하기 위한 브레이크는 상기 전환 수단이 눌려져 있는 동안만 해제되고, 상기 전환 수단은, 원통부를 포함하고 상기 로봇 암의 조작을 위해 상기 로봇 암에 배치되는 그립을 형성하는 것을 특징으로 하는 기록 매체.
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