WO2015125914A1 - マニピュレータシステムの初期化方法 - Google Patents

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WO2015125914A1
WO2015125914A1 PCT/JP2015/054763 JP2015054763W WO2015125914A1 WO 2015125914 A1 WO2015125914 A1 WO 2015125914A1 JP 2015054763 W JP2015054763 W JP 2015054763W WO 2015125914 A1 WO2015125914 A1 WO 2015125914A1
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drive
joint
driving force
unit
bending
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満彰 長谷川
利博 吉井
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オリンパス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a method for initializing a manipulator system.
  • Patent Document 1 describes, as such a manipulator system, a medical device including an endoscope capable of operating a bending portion at a distal end and a treatment tool inserted through a treatment tool channel of the endoscope. Yes.
  • a treatment instrument bending portion operable from the outside is provided at the distal end of the treatment instrument, and the treatment instrument protruded from the endoscope can be actively curved.
  • Patent Document 1 has a problem in that the insertion shape of the treatment instrument channel in a bent state is poor because the bending shape of the treatment instrument bending section is controlled by the bending drive section.
  • the driving force is cut off so that the treatment instrument bending section is freely curved, and the distal end of the treatment instrument is protruded from the endoscope.
  • the bending force is started after the driving force is transmitted. In this case, when the treatment instrument protrudes, the treatment instrument bending portion is freely bendable, and the position and posture of the treatment instrument to start driving are indefinite.
  • the joint always assumes the origin posture.
  • an insertion portion of an endoscope inserted into the body is curved in a complicated manner, and an insertion portion of a treatment instrument that bends in accordance with this is also curved.
  • the drive wire of the treatment tool is inserted into the sheath so that the path length is hardly changed, but there is a slight gap between the sheath and the drive wire.
  • the curved path of the drive wire is shifted from the curved shape of the central axis of the sheath, and the path length of the drive wire changes.
  • a change in the path length between the sheath and the drive wire a change in the path length between the outer tube and the sheath also occurs. That is, in most curved states, the path length of the drive wire is different from the path length when the origin posture is determined. Therefore, there is a problem that even if the drive unit is mounted at the origin position of the motor, the joint does not necessarily have the origin posture.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a manipulator system initialization method capable of accurately initializing a joint angle of a bending joint.
  • an initialization method for a manipulator system includes a medical instrument having a plurality of shaft-like portions connected by a bending joint, and driving to the bending joint.
  • a driving force transmission unit that transmits force; a driving unit that supplies the driving force to the driving force transmission unit; a driving force relay state in which the driving force is relayed;
  • Joint set to the predetermined value A degree setting step, a driving portion connecting step for switching the driving force relay portion to the driving force relay state with respect to the bending joint with a specified joint angle, and the driving portion connecting step.
  • the drive unit after performing the origin setting step, the drive unit is driven when the bending joint is driven.
  • a drive limit setting step for setting a drive limit from the drive origin may be executed.
  • the drive limit setting step in the drive control unit that sends a drive command value from the drive origin to the drive unit.
  • the drive limit may be set by setting an allowable limit of the drive command value.
  • the drive unit has a position sensor for performing origin search.
  • the origin setting step the drive unit origin search is performed based on the detection output of the position sensor until the drive force relay unit is switched to the drive force relay state. You may perform a process.
  • the driving force relay unit is configured to transmit the driving force to the driving unit. It may be detachably connected to the part, and the driving force relay state may be established when connected, and the driving force release state may be established when the connection is released.
  • the driving force relay unit includes the driving unit and the driving force transmission unit. Are connected via a clutch, the driving force relay state and the driving force release state may be switched according to the contact and separation of the clutch.
  • the driving force transmission unit includes a linear driving force transmission member. And before performing the said origin setting process, in order to remove the slack of the said driving force transmission member, you may perform the initial stage tension provision process which provides an initial tension to the said driving force transmission member.
  • the joint angle setting step in any one of the first to seventh aspects, between the joint angle setting step and the drive unit connecting step, or In the middle of the joint angle setting step, by detecting the insertion state of the bending joint and the shaft-like portion with respect to the shape defining portion, it is determined whether the joint angle setting is successful by the shape defining portion.
  • the joint angle setting step may be repeated.
  • a plurality of the bending joints are provided, and a plurality of the drive units are provided.
  • All of the plurality of bending joints and the plurality of driving units may be initialized by changing and repeating the bending joints inserted into the shape defining portion.
  • a bending joint and a pair of shaft-like portions connected by the bending joint are inserted into the shape defining member, and the joint angle of the bending joint is set to a predetermined value. Therefore, there is an effect that the joint angle of the bending joint can be initialized accurately.
  • FIG. 3A It is a typical system block diagram of the medical instrument used for the initialization method of the manipulator system of the 1st Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing the entire configuration of a manipulator system used in the manipulator system initialization method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view showing the appearance of the shape defining member and the medical instrument used in the initialization method for the manipulator system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A is a partial cross-sectional view of a shape defining member used in the initialization method for the manipulator system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3B is a right side view of FIG. 3A.
  • FIG. 4 is a schematic system configuration diagram of a medical instrument used in the initialization method for the manipulator system according to the first embodiment of the present invention.
  • each drawing is a schematic diagram, the dimension and shape are exaggerated (the following drawings are also the same).
  • the manipulator system 1 includes a master manipulator 2 operated by an operator Op and a slave manipulator 6 provided with a treatment endoscope apparatus 10.
  • the master manipulator 2 includes a master arm 3 on which the operator Op inputs an operation, a display unit 4 that displays images taken using the treatment endoscope apparatus 10, and a slave based on the operation of the master arm 3. And a control unit 5 that generates an operation command for operating the manipulator 6.
  • the master arm 3 is an operation unit for operating each part of the slave manipulator 6 including a medical instrument 20 (manipulator), which will be described later, inserted into the treatment endoscope apparatus 10.
  • the master manipulator 2 has a pair of master arms 3 corresponding to the right and left hands of the operator Op.
  • the master arm 3 operates a manipulator having a bending joint with at least one degree of freedom, such as a bending portion 11B of the treatment endoscope apparatus 10 to be described later and a joint portion 22 (flexion joint) of the medical instrument 20.
  • a grip operation section (not shown) for operating a grip section 26 (described later) of the medical instrument 20 is provided at an end portion of the master arm 3 located on the operator Op side.
  • the display unit 4 displays a video of a treatment target region imaged by an observation unit 15 (described later) attached to the treatment endoscope apparatus 10, an operation screen necessary for operation, information from the control unit 5, and the like. It is a device.
  • the display unit 4 also displays the medical instrument 20 together with the treatment target site.
  • the slave manipulator 6 includes a mounting table 7 on which the patient P is mounted and an articulated robot 8 disposed in the vicinity of the mounting table 7.
  • the multi-joint robot 8 holds a treatment endoscope apparatus 10.
  • the medical endoscope 20 constituting a part of the slave manipulator 6 can be inserted into the treatment endoscope apparatus 10.
  • the articulated robot 8, the treatment endoscope apparatus 10, and the medical instrument 20 operate according to operation commands issued from the master manipulator 2.
  • the articulated robot is not essential, and for example, the treatment endoscope apparatus 10 may be held by an assistant (not shown).
  • the treatment endoscope apparatus 10 includes an outer tube 11 that is a long member to be inserted into the body of a patient P.
  • the outer tube 11 includes a tubular insertion portion 11C having flexibility (see FIG. 1) from the proximal end to the distal end, for example, a well-known bending portion 11B including a node ring, a bending piece, and the like.
  • a tip portion 11A (shape determining member) formed of a cylindrical hard material is provided in this order.
  • the bending portion 11 ⁇ / b> B can change the direction of the distal end portion 11 ⁇ / b> A by being bent by an operation input to the master arm 3.
  • a drive wire that is inserted into the inner peripheral surface of a node ring or bending piece and fixed to the distal end portion 11A is inserted into the insertion portion 11C to drive the proximal end side.
  • a known configuration that is pulled by a motor or the like can be employed.
  • a treatment instrument channel 16 that is a path for supplying a treatment instrument such as the medical instrument 20 is provided inside the insertion portion 11C and the bending portion 11B.
  • the proximal end portion (proximal end side) of the treatment instrument channel 16 is connected to a supply port 16a that opens to the side of the insertion portion 11C.
  • the distal end portion 16b of the treatment instrument channel 16 passes through the distal end portion 11A in the axial direction and is connected to the proximal end side of the shape defining portion 12 that opens to the distal end surface 11a of the distal end portion 11A.
  • the treatment instrument channel 16 is formed of a flexible tubular member having an inner diameter d1.
  • the shape defining portion 12 is formed of a cylindrical hole having an inner diameter d0 that is slightly smaller than the inner diameter d1 of the treatment instrument channel 16. How to set the inner diameter d0 will be described later.
  • the observation unit 15 is an apparatus for observing a treatment target site, and includes a known imaging mechanism 13 and illumination mechanism 14.
  • the imaging mechanism 13 and the illumination mechanism 14 are disposed inside the distal end portion 11A, and electrical wiring and optical fiber (not shown) are inserted into the bending portion 11B and the insertion portion 11C, and are used as an electric circuit and a light source in the control portion 5. It is connected.
  • the imaging mechanism 13 and the illumination mechanism 14 each have an optical opening window on the distal end surface 11a of the distal end portion 11A. Through the opening window, external light in front of the distal end portion 11A is received or illumination light is received. Can be emitted forward.
  • the observation unit 15 of the treatment endoscope apparatus 10 is described as being fixed to the distal end portion of the outer tube 11, but the observation unit 15 may be provided to be movable.
  • an observation means channel is provided in the outer tube 11 and an observation endoscope having an observation part at the tip is inserted into the observation means channel so that the observation part moves forward and backward with respect to the outer tube. It can be made possible or bendable.
  • the medical instrument 20 is an example of a manipulator that moves or drives the end effector at the tip by a bending joint, and is formed into an elongated shaft as a whole. As shown in FIG. 4, the medical instrument 20 holds a joint portion 22 (flexion joint) that is rotated by the operation of the master arm 3, a shaft-like portion 21 connected to the joint portion 22, a treatment target, and the like. A gripping portion 26, a flexible cylindrical portion 23, and a drive unit 30 that supplies a driving force to the joint portion 22.
  • the gripping portion 26 is an end effector of the medical instrument 20 and is attached to the tip of the shaft-like portion 21 on the most tip side (distal end side).
  • the cylindrical part 23 is connected to the shaft part 21 on the most proximal side (proximal end side).
  • the joint portion 22 is a bending joint, and the specific configuration is not particularly limited as long as it is a joint that bends by transmitting a driving force from a proximal end using a driving force transmitting member.
  • the degree of freedom of bending, the bending direction, the amount of bending and the like of the joint portion 22 are not particularly limited.
  • the joint part 22 ⁇ / b> B that bends in the direction intersecting the extending direction of the medical instrument 20 and the direction perpendicular to the bending direction of the joint part 22 ⁇ / b> B are sequentially bent from the proximal end side. Description will be made assuming that the joint portion 22A is included.
  • Each of the joint portions 22B and 22A has a pulley (not shown), and driving wires 24B and 24A are wound around the respective pulleys as driving force transmitting members, and ends thereof are fixed.
  • driving wires 24B and 24A are simply referred to as drive wires 24.
  • the shaft portion 21 includes shaft portions 21C and 21B connected by the joint portion 22B, and a shaft portion 21A connected to the shaft portion 21B by the joint portion 22A. Therefore, the shaft-shaped portion 21C is the most proximal-side shaft-shaped portion 21 in the medical instrument 20, and the end portion on the opposite side to the end portion to which the joint portion 22B is connected is the distal end of the tubular portion 23. It is fixed to.
  • the shaft-like portion 21A is the most distal-side shaft-like portion 21 in the medical instrument 20, and the gripping portion 26 is fixed to the tip that is the end opposite to the joint portion 22A. Joint portions 22B and 22A are connected to both ends of the shaft-like portion 21B.
  • a connecting body including the shaft-shaped portion 21C, the joint portion 22B, the shaft-shaped portion 21B, the joint portion 22A, the shaft-shaped portion 21A, and the gripping portion 26 is referred to as a tip bending portion 25.
  • Each shaft-like portion 21 has an outer diameter D0 that is fitted into the inner diameter d0 of the shape defining portion 12 of the distal end portion 11A so as to be inserted.
  • Each joint portion 22 is formed in a size that does not protrude beyond the outer shape of the connected shaft-like portion 21.
  • the inner diameter d0 of the shape defining portion 12 takes into account the insertion length of the shaft-shaped portion 21 when the joint portion 22 and the pair of shaft-shaped portions 21 connected by the joint portion 22 are inserted into the shape defining portion 12.
  • the joint angle of the joint portion 22 is set to a predetermined value that falls within a certain variation range.
  • the angle formed by the shaft-shaped portion 21 is 180 °.
  • the inner diameter d0 is larger than the outer diameter D0, the angle is in a certain range near 180 ° according to the difference.
  • the size of the joint angle setting variation results in miscalculation of the driving origin setting and an error in the movement position of the grip portion 26. Therefore, the inner diameter is set to an allowable size for the operation of the medical instrument 20. Determine d0.
  • the grip portion 26 includes a pair of grip members 26a and 26b for holding the treatment instrument, and a rotation shaft 26c that rotatably supports the grip members 26a and 26b.
  • the gripping members 26a and 26b are rotated around a rotation shaft 26c by operating a gripping operation unit (not shown) of the master arm 3 and moved as shown by arrows in FIG.
  • the means for transmitting the driving force of the grip portion 26 is not particularly limited, and for example, means such as driving a link (not shown) connected to the grip members 26a and 26b by an operation wire is possible.
  • the gripping portion 26 has a size that does not protrude beyond the outer shape of the connected shaft-like portion 21 when it is closed without gripping the object to be gripped.
  • the distal end bent portion 25 is in a straightly extended state and the gripping portion 26 is closed as described above, it is a shaft-like body having a maximum outer diameter D0. It has a shape that can be inserted and retracted.
  • the cylindrical part 23 is comprised by cylindrical members, such as a resin tube, for example, and insertion objects, such as the drive wires 24A and 24B for driving joint part 22A, 22B, respectively are penetrated by the inside.
  • the drive wires 24 ⁇ / b> A and 24 ⁇ / b> B are inserted into sheaths 27 whose positions at both ends are fixed between the base end of the cylindrical portion 23 and the vicinity of the pulley at the tip.
  • Each sheath 27 is formed by a close-wound coil having an inner diameter substantially the same diameter as each drive wire 24, so that the length hardly changes even when curved by receiving an external force.
  • the inner diameter of the sheath 27 is slightly larger than the outer diameter of the drive wire 24 in order to pull the drive wire 24 smoothly.
  • examples include an operation wire for driving the gripping portion 26, electric wiring connected to the observation portion 15, an optical fiber, and the like. it can.
  • the drive unit 30 includes a drive mechanism portion 31 (drive force transmission portion) fixed to the base end portion of the cylindrical portion 23 and a drive motor 34 (drive portion) that supplies drive force.
  • the drive mechanism 31 is rotatably supported by a rotary shaft 32a, and performs relay control of the drive force by the drive pulley 32 around which the drive wire 24 is wound, and the output shaft 34a of the drive motor 34 and the rotary shaft. 32a, and a clutch 33 (driving force relay unit) provided therebetween.
  • the type of the drive motor 34 is not particularly limited as long as the output shaft 34a can be rotated by a predetermined rotation amount based on the drive command value.
  • a servo motor, a stepping motor, a DC motor, or the like can be employed.
  • the drive motor 34 includes an encoder 34 b that detects the amount of rotation of the output shaft 34 a, and can communicate with the control unit 5 that performs drive control of the drive motor 34 based on the operation of the master arm 3. It is connected.
  • the rotation shaft 32a is connected to the output shaft 34a of the drive motor 34 and rotated by the same amount of rotation as the output shaft 34a, so that the driving force is relayed and the rotation shaft 32a is connected to the clutch 33.
  • It is a driving force relay unit that switches between a driving force release state in which the driving force is cut off by being disconnected from the output shaft 34a.
  • the type of the clutch 33 may be a mechanical clutch mechanism or an electric clutch mechanism such as an electromagnetic clutch.
  • the switching operation between the driving force relay state and the driving force release state by the clutch 33 (hereinafter simply referred to as switching operation when there is no risk of misunderstanding) is performed by, for example, a manual switch provided in the drive mechanism unit 31 or the like. Switching is possible.
  • the clutch 33 is communicably connected to the control unit 5, and a switching operation is performed based on a control signal sent from the control unit 5 based on an operation of the master arm 3.
  • each joint part 22 can be switched independently, and when it is switched to the driving force relay state, the driving amount can be changed independently.
  • the drive wire 24, the drive pulley 32, and the rotating shaft 32a constitute a drive force transmission unit that transmits the drive force to the bending joint.
  • the control unit 5 includes a drive amount calculation unit 100, an origin setting unit 101, and a clutch control unit 102 as drive control units.
  • the drive amount calculation unit 100 analyzes the movement of the joint portion of the master arm 3 sent out from the master arm 3, calculates the rotation angle of each joint portion 22 for performing the same operation, and the drive command corresponding thereto The value is sent to each drive motor 34 that drives each joint portion 22.
  • the origin setting unit 101 sets the origin of the drive command value sent to the drive motor 34 by the drive amount calculation unit 100 in the drive amount calculation unit 100.
  • the origin setting timing by the origin setting unit 101 is always performed at the timing when the clutch 33 is switched from the driving force release state to the driving force relay state by the clutch control unit 102.
  • the origin setting unit 101 is communicably connected to the drive amount calculation unit 100 and the clutch control unit 102.
  • the origin setting unit 101 sets the origin, it sets a drive limit for each joint unit 22. This drive limit is determined in advance for each joint unit 22, and the origin setting unit 101 sets each drive limit in the drive amount calculation unit 100 connected so as to be communicable.
  • the drive amount calculation unit 100 performs an operation of determining whether or not the drive command value exceeds the drive limit before sending the drive command value to the drive motor 34.
  • the drive amount calculation unit 100 stops driving the drive motor 34 and causes the display unit 4 to display information indicating that the drive limit is exceeded.
  • the clutch control unit 102 is for remotely operating the switching operation of the clutch 33 based on the operation of the master arm 3, and is connected to the clutch 33 and the origin setting unit 101 so as to be communicable.
  • the clutch control unit 102 switches the clutch 33 from the driving force release state to the driving force relay state, the clutch control unit 102 notifies the origin setting unit 101 that the operation has been performed.
  • the device configuration of the control unit 5 is composed of a computer including a CPU, a memory, an input / output interface, an external storage device, and the like so that an appropriate control program for realizing the control function as described above is executed. It has become.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a flow of the initialization method of the manipulator system according to the first embodiment of the present invention.
  • 6A and 6B are schematic operation explanatory views of the initialization method for the manipulator system according to the first embodiment of this invention.
  • the outer tube 11 is used to insert the distal end portion of the medical instrument 20 into the body of the patient P at the treatment target site, and close to the treatment target site. Need to proceed. Further, in order to accurately operate the medical instrument 20 by the master arm 3, it is necessary to associate the drive origin of the drive motor 34 with the joint angle of each joint portion 22 being a constant value. If the driving origin is associated with the outer tube 11 before being inserted into the outer tube 11 or before the outer tube 11 is inserted into the body even after being inserted into the outer tube 11, the distal end is bent according to the curvature of the outer tube 11. Since the bending operation of the portion 25 must also be performed, workability is deteriorated and time is required.
  • an initialization operation including association of the driving origin of the medical instrument 20 is performed. Specifically, steps S1 to S5 in FIG. 5 are executed according to the flow shown in FIG.
  • step S1 is performed.
  • This step is a step of inserting the distal end bent portion 25 of the medical instrument 20 into the treatment instrument channel 16 from the supply port 16a with the clutch 33 serving as the driving force relay portion in a driving force released state.
  • the operator Op uses the master arm 3 to perform an operation input for bringing the clutch 33 into a driving force release state.
  • the clutch control unit 102 of the control unit 5 sends a control signal to the clutch 33 to place the clutch 33 in a driving force release state.
  • each joint part 22 of the distal end bending part 25 is easily bent when an external force is applied, and the cylindrical part 23 is originally flexible, so that the medical instrument 20 can be bent freely. become. For this reason, even if the treatment instrument channel 16 is curved by bending the outer tube 11, the medical instrument 20 can be smoothly inserted into the treatment instrument channel 16.
  • the insertion of the medical instrument 20 is advanced and the distal bending portion 25 reaches the distal end portion 16b of the treatment instrument channel 16 as shown in FIG. 6A, the insertion is stopped. Thus, step S1 is completed.
  • step S1 can be performed before the outer tube 11 is inserted into the body of the patient P, or can be performed after the outer tube 11 is inserted into the body of the patient P.
  • the medical instrument 20 is used at the beginning of treatment, it is efficient to insert the distal bending portion 25 up to the distal end portion 16b of the treatment instrument channel 16 before inserting the outer tube 11 into the body of the patient P. is there.
  • the medical instrument 20 is treated with the treatment instrument in a state where the outer tube 11 remains in the body of the patient P after the other treatment instrument is pulled out. Inserting into the channel 16 is efficient.
  • step S2 is performed.
  • This step is a step of inserting the tip bending portion 25 into the shape defining portion 12 and setting the joint angle of each joint portion 22 that is a bending joint of the tip bending portion 25 to a predetermined value.
  • the distal bending portion 25 is inserted into the shape defining portion 12 with the gripping portion 26 as the head.
  • the inner diameter d0 of the shape defining portion 12 is slightly larger than the outer diameter D0 of the distal bent portion 25.
  • the joint angle of the joint portion 22A is a predetermined angle that makes the angle with the shaft-like portions 21A and 21B approximately 180 ° (including the case of 180 °).
  • the joint angle of the joint portion 22B is the same as that of the joint portion 22A. It becomes a predetermined angle.
  • the operator Op stops the insertion of the medical instrument 20. This is the end of step S2.
  • the treatment instrument channel 16 is often curved. Therefore, depending on the curved state, the drive wire 24 between the drive mechanism portion 31 and the joint portion 22 is changed.
  • the path length is different from, for example, the path length when the medical instrument 20 is in a straight state.
  • the rotational position of the drive pulley 32 changes according to the difference in the path length of the wire portions facing each other of the drive wire 24 stretched between the pulley of the joint portion 22.
  • the clutch 33 since the clutch 33 is in the driving force release state, the driving pulley 32 can freely rotate.
  • step S2 the driving force relay portion is brought into the driving force released state, and the bending joint and the pair of shaft-like portions connected by the bending joint are inserted into the shape defining member, and the joint of the bending joint is inserted.
  • a joint angle setting step of setting the angle to a predetermined value is configured.
  • step S3 is performed.
  • This step is a step of switching the clutch 33 to the driving force relay state with respect to the joint portion 22 for which the joint angle is set.
  • the operator Op uses the master arm 3 to perform an operation input that puts the clutch 33 in the driving force relay state.
  • the clutch control unit 102 of the control unit 5 sends a control signal to the clutch 33 to place the clutch 33 in the driving force relay state.
  • the clutch control unit 102 notifies the origin setting unit 101 that the clutch 33 has been switched to the driving force relay state.
  • the output shaft 34 a of the drive motor 34 and the rotary shaft 32 a are connected, and the rotational position of the drive pulley 32 connected to the rotary shaft 32 a is interlocked with the rotation of the drive motor 34.
  • the joint angles of the joint portions 22 in the distal bending portion 25 are maintained when they are switched to the driving force relay state.
  • the distal bent portion 25 is kept straight and protrudes forward of the distal end portion 11A. This is the end of step S3.
  • the above step S3 constitutes a drive unit connecting step for switching the drive force relay unit to the drive force relay state with respect to the bending joint for which the joint angle is set.
  • step S4 is performed.
  • This step is a step of associating the state of the joint angle of each joint portion 22 with the drive origin of each drive motor 34.
  • the origin setting unit 101 that has been notified that the clutch 33 has been switched to the driving force relay state sets the origin of the drive command value that the drive amount calculation unit 100 sends to each drive motor 34 to the rotational position of the current drive motor 34.
  • a control signal is sent.
  • the drive amount calculation unit 100 recognizes the current rotational position of each drive motor 34 as the drive origin, and calculates the drive amount.
  • step S4 is complete
  • the above step S4 constitutes an origin setting step for associating the state of the joint angle of the bending joint with the drive origin of the drive unit after executing the drive unit coupling step.
  • step S5 is performed.
  • This step is a step of setting a drive limit from the drive origin when driving each joint portion 22.
  • the origin setting unit 101 sets the origin of the drive command value in step S4
  • the origin setting unit 101 sends a drive command value corresponding to the drive limit determined in advance for each joint unit 22 to the drive amount calculation unit 100 to drive. It is stored in the quantity calculation unit 100. For example, even if the movable range of the joint portion 22 is ⁇ X0 from the origin as the drive command value, the drive range necessary for operation of the medical instrument 20 is only ⁇ X (where X ⁇ X0). There are many cases.
  • step S5 is completed, and the initialization method for the manipulator system of the present embodiment for the medical instrument 20 is completed.
  • the above step S5 constitutes a drive limit setting step for setting a drive limit from the drive origin when driving the bending joint to the drive unit, and in particular, driving from the drive origin to the drive unit.
  • the drive limit setting process is performed by software setting for setting the drive limit by setting the allowable limit of the drive command value.
  • the operator Op causes the distal bending portion 25 of the medical instrument 20 to protrude from the outer tube 11 while confirming the image of the surgical field acquired by the observation unit 15 on the display unit 4.
  • the curved shape of the drive wire 24 slightly changes.
  • the path length of the drive wire 24 is almost changed in the change in the curved shape caused by the movement required to project the tip bending portion 25. do not do. Therefore, the distal end bending portion 25 protrudes in a state where the joint angle of each joint portion 22 is kept constant, and in the present embodiment, maintains a state of being straightened.
  • the operator Op operates the master arm 3 to bend the distal bending portion 25 of the medical instrument 20 as necessary for the treatment operation while viewing the image of the operative field on the display unit 4, or treats the treatment site or the like.
  • a predetermined operation input for causing the gripping portion 26 to grip is performed.
  • the drive amount calculation unit 100 of the control unit 5 analyzes the operation input of the master arm 3 and each joint unit that realizes the operation-input bending state. 22 joint angles are obtained, and a drive command value for each drive motor 34 that transmits a drive force to each joint portion 22 is calculated according to each joint angle.
  • the drive amount calculation unit 100 determines whether or not each drive command value exceeds the drive limit.
  • the drive command value is set to each drive motor. 34.
  • the drive amount calculation unit 100 stops sending each drive command value and displays a message on the display unit 4 warning that the drive limit is exceeded. 4 is displayed.
  • the operator Op looks at the message on the display unit 4 and changes the operation input of the master arm 3.
  • the warning message is displayed on the display unit 4 as an example.
  • the warning means means other than the message display may be employed. For example, an alarm sound may be generated to give a warning, or the generation of the alarm sound and the display on the display unit 4 may be used in combination.
  • each drive motor 34 rotates and the drive pulley 32 rotates. Thereby, the drive wire 24 wound around the drive pulley 32 is pulled in an appropriate direction, and the pulley of the joint portion 22 that transmits the drive force is rotated. In this way, the joint portion 22 is driven, and the tip bending portion 25 is bent based on the operation of the master arm 3.
  • the operator Op performs, for example, an operation of returning each joint portion 22 of the distal bending portion 25 from the master arm 3 to the origin.
  • the front end bending part 25 can be pulled back to the base end side and stored in the shape defining part 12.
  • such an operation may be performed that the tip bending portion 25 is pulled back simply after switching to the driving force release state.
  • the tip bending part 25 is passively housed inside the shape defining part 12.
  • the initialization operation is performed on the shape defining portion 12 of the distal end portion 11A which is a shape defining member provided on the distal end portion of the outer tube 11 in the driving force released state. This is done by inserting the bent portion 25. For this reason, even if the treatment instrument channel 16 is curved, the medical instrument 20 can be smoothly inserted. Further, in this method, the distal bending portion 25 is inserted into the shape defining portion 12 in a state where the sheath 27 and the drive wire 24 of the medical instrument 20 are curved following the curved state of the treatment instrument channel 16. 25 shapes are defined, and the drive origin is set in this state.
  • the posture defined by the shape defining portion 12 can be accurately reproduced as the posture of the distal bending portion 25 at the origin regardless of the curved state. it can. For this reason, an accurate bending operation of the distal end bending portion 25 can be performed.
  • the distal end bending portion 25 is not excessively bent, so that it is possible to prevent an excessive load on the medical instrument 20 and the treatment target.
  • FIG. 7 is a schematic system configuration diagram of a medical instrument used in the initialization method for the manipulator system according to the modification (first modification) of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8A and FIG. 8B are schematic diagrams showing the configuration of the drive unit of the medical instrument used in the initialization method of the initialization method of the manipulator system according to the modification (first modification) of the first embodiment of the present invention. It is sectional drawing.
  • the manipulator system 1A used in the initialization method of the manipulator system according to the present modification is a medical instrument instead of the medical instrument 20 and the control unit 5 of the manipulator system 1 in the first embodiment.
  • 20A manipulator
  • controller 5A drive controller
  • the medical instrument 20A includes a drive unit 30A instead of the drive unit 30 of the medical instrument 20 of the first embodiment.
  • the drive unit 30A includes an attaching / detaching portion 43 (drive force relay portion) and a drive motor 34A (drive portion) instead of the clutch 33 and the drive motor 34 of the drive unit 30, and a fixed portion 46 on the housing of the drive mechanism portion 31. Is added.
  • the detachable portion 43 includes a fixed side receiving member 44 fixed to the rotating shaft 32a and a mounting member 45 fixed to the output shaft 34a.
  • the fixed-side receiving member 44 and the mounting member 45 are substantially disk-shaped members, and are provided with concavo-convex connection surfaces 44a and 45a made of concavo-convex shapes that fit together without slipping in the circumferential direction on opposite surfaces.
  • concavo-convex connection surface 44a (45a) for example, a plurality of convex portions having a cross-sectional mountain shape are radially extended with respect to the center of the fixed side receiving member 44 (mounting member 45) and adjacent in the circumferential direction. Arranged shapes can be employed.
  • the drive motor 34A has a point that the mounting member 45 is fixed to the tip of the output shaft 34a and a fitting recess 47 for fitting a fitting protrusion 46a that advances and retreats from a fixing part 46 to be described later on the side surface. Different from the drive motor 34.
  • the fixing unit 46 is a device part that detachably fixes the drive motor 34A to the housing of the drive mechanism unit 31.
  • 8A shows a state in which the drive motor 34A is mounted on the fixed portion 46
  • FIG. 8A shows a state in which the drive motor 34A is removed from the fixed portion 46.
  • the fixing portion 46 has a positional relationship in which the concave / convex connecting surface 45 a of the mounting member 45 fits with the concave / convex connecting surface 44 a of the fixed receiving member 44 inside the driving mechanism portion 31.
  • a specific configuration is not particularly limited as long as 34A can be fixed.
  • a hole 31a that is provided on the housing of the drive mechanism 31 and is fitted to the side surface of the drive motor 34A, and a fitting protrusion that is provided so as to be able to advance and retreat on the inner peripheral surface of the hole 31a. 46a. As shown in FIG.
  • the fitting protrusion 46a is provided in a shape that fits into the fitting recess 47 of the drive motor 34A, and is biased toward the center of the hole 31a by the biasing member 46b.
  • Various spring members and elastic members can be adopted as the urging member 46b.
  • the drive motor 34A it is not essential to attach and detach the drive motor 34A individually as described above.
  • a holding member that integrally holds the plurality of drive motors 34A is provided, and the holding members can be attached to and detached from appropriate fixing parts provided in the drive mechanism unit 31.
  • the configuration described above is also possible. In this case, the plurality of drive motors 34A are attached and detached simultaneously.
  • the control unit 5A differs from the drive unit 30A only in that the clutch control unit 102 of the control unit 5 of the first embodiment is deleted in response to the fact that the drive unit 30A does not have the clutch 33.
  • the drive motor 34 ⁇ / b> A is detachably fixed to the hole 31 a of the drive mechanism portion 31 via the fixing portion 46.
  • the fitting protrusion 46a of the fixed portion 46 is fitted into the fitting recess 47 of the drive motor 34A, so that the position of the drive motor 34A is It is fixed in the direction and circumferential direction.
  • the fixed side receiving member 44 and the mounting member 45 of the detachable portion 43 are fitted to each other on the concave and convex coupling surfaces 44a and 45a in the axial direction and the circumferential direction.
  • the detachable portion 43 is in a driving force release state.
  • the attaching / detaching portion 43 constitutes a driving force relay portion that can be switched between a driving force relay state in which the driving force is relayed and a driving force release state in which the driving force is blocked and the bending joint is free to move. ing.
  • this modification is an example in which the driving force relay state and the driving force release state are realized by attaching and detaching the driving motor 34A.
  • Such a medical instrument 20A can be initialized by executing steps S1 to S5 shown in FIG. 5 in substantially the same manner as the initialization method of the manipulator system of the first embodiment. it can. That is, in this modified example, the operator Op performs the operation of switching between the driving force relay state and the driving force release state in steps S1 and S3 in that the medical device 20A is used instead of the medical device 20. This is different from the first embodiment in that the drive motor 34A is attached to and detached from the fixed portion 46. Further, in step S4 of this modification, the control unit 5A does not have the clutch control unit 102. Therefore, instead of the clutch control unit 102, the origin setting unit indicates that the driving force is released by a not-shown notification means.
  • a notification means for example, a means such as a detection sensor for detecting the mounting state in conjunction with the mounting / demounting of the mounting member 45 or the drive motor 34, or a manual operation by a push button switch after the operator Op has mounted it.
  • a detection sensor for example, an optical sensor, a mechanical sensor such as a push switch, and a detection sensor using an electric field or a magnetic field.
  • a detection sensor is provided in conjunction with the operation of pushing the fitting protrusion 46a, and the origin setting unit 101 is notified of the driving force relay state by the output of the detection sensor.
  • the driving force release state of this modification since the driving motor 34A is removed from the driving unit 30A, the medical instrument 20A is reduced in weight, and the insertion operation into the treatment instrument channel 16 and the like become easier. In this respect, workability can be improved.
  • FIG. 9 is a schematic system configuration diagram of a medical instrument used in the manipulator system initialization method according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic perspective view showing the configuration of the initial tension applying portion of the medical instrument used in the initialization method for the manipulator system according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is typical sectional drawing which shows the structure of the drive part of a medical instrument used for the initialization method of the manipulator system of the 2nd Embodiment of this invention, and a driving force relay part.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a driving force release state of the driving force relay unit of the medical instrument used in the initialization method for the manipulator system according to the second embodiment of the present invention.
  • the manipulator system 1B used in the manipulator system initialization method of the present embodiment is a medical instrument instead of the medical instrument 20 and the control unit 5 of the manipulator system 1 in the first embodiment.
  • 20B manipulator
  • 5A drive control unit
  • the medical instrument 20B includes a drive unit 30B in place of the drive unit 30 of the medical instrument 20 of the first embodiment.
  • the drive unit 30B includes a drive connecting portion 53 (driving force relay portion) and a drive motor portion 34B instead of the clutch 33, the drive pulley 32, and the drive motor 34 of the drive unit 30, and is driven by the housing of the drive mechanism portion 31.
  • a fixing part 46 for detachably fixing the motor part 34B and an initial tension applying part 60 are added.
  • One set of the drive connecting portion 53, the drive motor portion 34B, the fixing portion 46, and the initial tension applying portion 60 is provided according to each joint portion 22, but all have the same configuration.
  • an example of driving the joint portion 22B will be described.
  • the drive connecting portion 53 includes a first internal gear 50 and a second internal gear 51 that wind the drive wire 24B to pull the drive wire 24B.
  • the first internal gear 50 (second internal gear 51) has an outer peripheral surface 50a (51a) for winding the drive wire 24B, and is fixed to the housing of the drive mechanism unit 31 (not shown). 52.
  • the end of the drive wire 24B is on the outer peripheral surface 50a (51a) so that the rotation of the first internal gear 50 (second internal gear 51) is reliably transmitted to the drive wire 24B. It is fixed at a position not shown. As a result, even when a large slack is generated in the drive wire 24B, it is possible to reliably pull without causing a slip or the like.
  • FIG. 10 is a schematic diagram, and the drive wire 24B is depicted as being wound around the outer peripheral surfaces 50a and 51a and the pulley 55 by about a half turn, but this is an example, and the number of windings is as follows. For example, an appropriate number of windings of less than or equal to half or more than half is possible.
  • the drive wire 24B since the drive wire 24B is in a state of frictional engagement with the pulley 55, it is preferable to wind the pulley 55 so that the winding angle is large so that it does not slip easily. It is more preferable.
  • the portion of the drive wire 24B that goes from the pulley 55 to the pulley 22b via the first internal gear 50 with the position wound around the central portion of the pulley 55 as the boundary is the first wire portion 24R, the pulley.
  • a portion from 55 to the pulley 22b via the second internal gear 51 is referred to as a second wire portion 24L.
  • the first internal gear 50 and the second internal gear 51 are rotatably supported by bearings 52 a provided in the gear case 52, and are separated in the axial direction by a washer 54.
  • the mutual positional relationship is fixed.
  • the first internal gear 50 and the second internal gear 51 can rotate in synchronization with each other around the rotation center O3.
  • the bearing 52a for example, a ball bearing can be adopted.
  • internal tooth portions 50b and 51b in which a pinion 32B of a drive motor portion 34B described later can be inserted in the axial direction and engageable in the circumferential direction are the rotation centers. It is formed coaxially with the axis O3.
  • the drive motor unit 34B includes a drive motor 34A that generates a driving force for pulling the drive wire 24B, and a pinion 32B that is fixed coaxially to the output shaft 34a at the tip of the output shaft 34a of the drive motor 34A.
  • the drive motor 34A has the same configuration as that of the first modification except that the pinion 32B is fixed to the output shaft 34a, and a drive amount calculation unit based on an operation input using the master arm 3 Based on the drive command value sent from 100, the rotation operation is controlled.
  • the pinion 32B is a gear having a tooth profile that meshes with the internal teeth 50b and 51b of the first internal gear 50 and the second internal gear 51 at the same position.
  • the tooth width of the pinion 32B is a tooth width that can be meshed simultaneously with the inner tooth portions 50b and 51b.
  • the drive motor unit 34B having such a configuration is detachable from a fixing unit 46 provided in the housing of the drive mechanism unit 31 in a positioned state on the outer periphery of the drive motor 34A. It is fixed.
  • the attachment / detachment direction of the drive motor unit 34B is a direction along the rotation center axis O3.
  • the fixing portion 46 of the present embodiment when the drive motor 34A is fixed, the drive motor 34A is fixed at a position where the pinion 32B meshes with the internal teeth portions 50b and 51b approximately at the same width (including the case of the same width). Except for this point, it has the same configuration as the fixing portion 46 of the first modification.
  • FIGS. 8A and 8B a configuration other than the example shown in FIGS. 8A and 8B is possible in the same manner as the fixing portion 46 of the first modified example.
  • FIG. 11 a state in which the drive motor unit 34 ⁇ / b> B is mounted on the fixed unit 46 is illustrated.
  • FIG. 12 illustrates a state in which the drive motor unit 34B is removed from the fixed unit 46.
  • Such a drive motor unit 34B can be pulled out and removed along the rotation center axis O3 as shown in FIG. 12 by releasing the fixing of the fixing unit 46. On the contrary, the drive motor unit 34B can be attached to the fixed unit 46 by being pushed along the rotation center axis O3.
  • the drive motor unit 34B is attached to the fixed unit 46, the position of the drive motor unit 34B in the axial direction is positioned, and the pinion 32B meshes with the internal teeth 50b and 51b by substantially the same width as shown in FIG. .
  • the initial tension applying unit 60 includes a pulley 55 in which an intermediate portion of the drive wire 24B is wound around the outer peripheral surface, a pulley holding unit 56 that rotatably holds the pulley 55, and a far end in the drive unit 30B.
  • a spring 58 for pulling the pulley holding portion 56 toward the distal end side and a support portion 59 for supporting the distal end of the spring 58 are provided.
  • the guide 57 and the support part 59 are fixed to the housing of the drive mechanism part 31 (not shown). For this reason, the spring 58 is pulling the pulley holding portion 56 along the guide 57 to the distal end side, and the drive wire 24 ⁇ / b> B is applied with an initial tension corresponding to the elastic restoring force of the spring 58.
  • the spring 58 may be disposed so as to press the pulley holding portion 56 toward the distal end side. In this case, since the spring 58 may buckle laterally in the expansion / contraction direction, a configuration different from the guide 57 may be used. However, it is preferable to provide some movement guide portion that defines the movement direction of the pulley holding portion 56. .
  • control unit 5A has the same configuration as that of the control unit 5A of the first modification except that the drive control of the drive motor 34A used in the drive motor unit 34B of the present embodiment is performed. Have.
  • 13A and 13B are schematic operation explanatory views of the main part of the medical instrument used in the initialization method for the manipulator system according to the second embodiment of the present invention.
  • the drive motor unit 34B of the medical instrument 20B is detachably fixed to the housing of the drive mechanism unit 31 via a fixing unit 46.
  • 13A and 13B schematically show a main configuration for driving the joint portion 22B in the medical instrument 20B.
  • the arrangement of the drive wires 24 ⁇ / b> B is shown as being developed on a plane, so that the positions of the first internal gear 50 and the second internal gear 51 are drawn in a shifted manner.
  • FIG. 13A shows a removed state of the drive motor unit 34B
  • FIG. 13B shows a mounted state of the drive motor unit 34B.
  • the drive wire 24B is wound around the pulley 22b of the joint portion 22B, the first internal gear 50, the pulley 55 of the initial tension applying portion 60, and the second internal gear 51 sequentially. .
  • the drive wire 24B is fixed at the positions not shown in the drawing on the outer peripheral surfaces of the first internal gear 50 and the second internal gear 51, and is fixed to the pulley 22b via the joint 22c on the pulley 22b. A loop is formed.
  • 13A and 13B are schematic diagrams and are simplified. For this reason, the distribution, the winding angle, the number of windings, and the like of the drive wire 24B are not accurately expressed.
  • the pulley 22b, the first internal gear 50, the pulley 55, and the second internal gear 51 can rotate smoothly. Therefore, the pulley 22b rotates.
  • the first internal gear 50, the pulley 55, and the second internal gear 51 also rotate according to the amount of movement of the drive wire 24B, so that the joint angle freely changes in the movable range. Accordingly, the drive connecting portion 53 is in a driving force release state in which the movement of the joint portion 22B is free.
  • the pinion 32 ⁇ / b> B meshes with the internal teeth 50 b and 51 b of the first internal gear 50 and the second internal gear 51. For this reason, it becomes possible to transmit a driving force from the pinion 32B to the first internal gear 50 and the second internal gear 51. That is, when a drive command value is sent from the drive amount calculation unit 100 of the control unit 5A, the drive motor 34A is driven, the pinion 32B rotates, and the driving force is transmitted to the first internal gear 50 and the second internal gear 51. Is done.
  • the drive connecting portion 53 can switch between the driving force relay state in which the driving force is relayed and the driving force release state in which the driving force is blocked and the bending joint is free to move. It constitutes a force relay unit.
  • the present embodiment is an example in the case where the driving force relay state and the driving force release state are realized by attaching and detaching the driving motor unit 34B.
  • Such a medical instrument 20B can be initialized in substantially the same manner as the initialization method for the manipulator system of the first embodiment. Specifically, steps S11 to S16 shown in FIG. 14 are executed according to the flow of FIG. FIG. 14 is a flowchart showing a flow of an initialization method for the manipulator system according to the second embodiment of this invention.
  • step S11 is performed.
  • the drive motor unit 34B is set in the detached state, and the drive connecting portion 53, which is the drive force relay unit, is set in the drive force released state, so that the slack of each drive wire 24 is removed.
  • This is a step of applying tension.
  • the medical instrument 20B includes the initial tension applying unit 60, so that the initial tension is always applied. For this reason, this step is not a step in which the operator Op or the control unit 5A needs to perform any operation. However, if the initial tension applying unit 60 breaks down, the initial tension may not be applied. Therefore, it is preferable to confirm that the initial tension applying unit 60 is operating normally before proceeding to the next step.
  • Step S11 constitutes an initial tension applying step for applying initial tension to the driving force transmission member in order to remove the slack of the driving force transmission member.
  • Steps S12 to S16 are substantially the same as steps S1 to S5 (see FIG. 5) of the first embodiment. That is, steps S12 to S16 use the medical instrument 20B instead of the medical instrument 20, and in step S14, unlike the step S3, the operator Op switches the driving motor to the driving force relay state.
  • the point which is performed by attaching the part 34B to the fixing part 46 is different from the first embodiment.
  • since the medical instrument 20B is in the driving force release state in step S11 it is not necessary to perform an operation for setting the driving force release state in step S12.
  • the slack of the drive wire 24 is removed after the execution of step S11, the slack of the drive wire 24 is also removed when the driving force relay state is set in step S14. .
  • steps S12 to S15 that are substantially the same as those of the first embodiment are performed, so that the joint angle of the bending joint can be accurately initialized. Moreover, since step S16 is performed and the drive limit is set, the distal end bending portion 25 is not excessively bent, so that it is possible to prevent an excessive load on the medical instrument 20B and the treatment target. Furthermore, in step S11, in order to apply initial tension to each drive wire 24 and remove slack, the medical instrument 20B is curved along the treatment instrument channel 16 after step S12, whereby the drive wire 24 Even if the path length changes, the slack is removed. For this reason, since the slack is removed even when switching to the driving force relay state in step S14, the drive error due to the slack of the drive wire 24 can be eliminated. Thereby, more accurate bending operation can be performed.
  • step S11 of the second embodiment can be modified to be executed at any timing between steps S12 and S13, between steps S13 and S14, and between steps S14 and S15. .
  • step S14 which is the driving unit connecting step.
  • a switch for switching between a state where the pulley 58 is pulled by the spring 58 and a state where the urging force of the spring 58 is released may be provided.
  • FIG. 15 is a schematic system configuration diagram of a medical instrument and a shape defining member used in the manipulator system initialization method of the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 16A and FIG. 16B are schematic diagrams showing the relationship between the position of the joint position detection unit of the treatment endoscope apparatus used for the initialization method of the manipulator system according to the third embodiment of the present invention and the insertion position of the medical instrument.
  • FIG. 16A and FIG. 16B are schematic diagrams showing the relationship between the position of the joint position detection unit of the treatment endoscope apparatus used for the initialization method of the manipulator system according to the third embodiment of the present invention and the insertion position of the medical instrument.
  • the manipulator system 1C used in the manipulator system initialization method of the present embodiment includes a medical instrument 20, a treatment endoscope apparatus 10, and a control unit of the manipulator system 1 in the first embodiment.
  • a medical instrument 20C manipulator
  • a treatment endoscope apparatus 10C and a control unit 5C (drive control unit) are provided.
  • a description will be given centering on differences from the first embodiment.
  • the medical instrument 20C includes a drive unit 30C instead of the drive unit 30B of the medical instrument 20B of the second embodiment.
  • the drive unit 30C includes a drive connection portion 53C and a drive motor portion 34C in place of the drive connection portion 53 and the drive motor portion 34B of the second embodiment, and includes a clutch 33C.
  • one set of the drive connecting portion 53C, the drive motor portion 34C, the clutch 33C, and the initial tension applying portion 60 is provided in each joint portion 22, but all have the same configuration.
  • an example of driving the joint portion 22B will be described.
  • the drive connecting portion 53C includes a first pulley 50C and a second pulley 51C in place of the first internal gear 50 and the second internal gear 51 of the second embodiment.
  • the first pulley 50C and the second pulley 51C are formed by deleting the internal gear portions 50b and 51b of the first internal gear 50 and the second internal gear 51 of the second embodiment, respectively.
  • the first pulley 50C is moved toward and away from the second pulley 51C in the direction along the rotational axis (the direction of the double arrow in the figure; hereinafter referred to as the rotational axis direction) by a movable support member (not shown). Supported as possible.
  • the movable support member supports the first pulley 50C at a position away from the second pulley 51C in a state where an external force of a certain level or more is not applied to the first pulley 50C in the rotation axis direction.
  • the first pulley 50C moves in the rotation axis direction and comes into contact with the second pulley 51C.
  • the contact surface between the first pulley 50C and the second pulley 51C is formed with an engagement surface (not shown) having a concavo-convex shape, and can rotate integrally with each other at the time of contact.
  • the first pulley 50C is also provided with a similar meshing surface on the back side.
  • the drive motor section 34C is an engagement plate that can contact and separate in the rotational axis direction with respect to the engagement surface of the first pulley 50C on the side opposite to the second pulley 51C on the output shaft 34a of the drive motor 34 of the first embodiment. 34c is provided.
  • the meshing plate 34c transmits the rotational driving force from the output shaft 34a to the first pulley 50C when contacting the meshing surface of the first pulley 50C at the opposing position.
  • the drive motor unit 34C is supported by a movable support member (not shown) so as to be movable back and forth in the direction of the rotation axis.
  • the clutch 33C is a device portion that advances and retracts the drive motor unit 34C in the direction along the output shaft 34a in accordance with a control signal from the clutch control unit 102, and drives the end of the drive motor unit 34C opposite to the output shaft 34a. It is fixed between the housing of the mechanism unit 31. When a control signal for advancing the drive motor unit 34C is transmitted to the clutch 33C, the drive motor unit 34C moves in the direction along the output shaft 34a toward the first pulley 50C.
  • the meshing plate 34c is pressed against the meshing surface of the first pulley 50C with a certain force or more, and the meshing surface on the opposite side of the first pulley 50C comes into contact with the meshing surface of the second pulley 51C, and the meshing plate 34c, The first pulley 50C and the second pulley 51C are connected. For this reason, when the output shaft 34a rotates, the driving force from the drive motor 34C is relayed, and the first pulley 50C and the second pulley 51C rotate in synchronization. That is, a driving force relay state is formed.
  • the drive motor unit 34C moves in a direction away from the first pulley 50C.
  • the engagement plate 34c, the first pulley 50C, and the second pulley 51C are separated from each other, and a driving force release state in which the driving force is interrupted is formed.
  • the clutch 33C is a driving force relay unit that switches between a driving force relay state and a driving force release state.
  • the treatment endoscope apparatus 10 ⁇ / b> C differs from the treatment endoscope apparatus 10 in that a joint position detection unit 80 is provided at a fixed position in the shape defining section 12 of the first treatment endoscope apparatus 10. .
  • the joint position detection unit 80 can detect the insertion state of the joint part 22 and the shaft-like part 21 with respect to the shape defining part 12, and thereby the joint angle of the joint part 22 is successfully set by the shape defining part 12. If it can confirm whether it is, it will not specifically limit.
  • the joint portion 22 that defines the joint angle and the pair of shaft-like portions 21 connected to the joint portion 22 are inserted into the shape defining portion 12.
  • the joint angle is set to a predetermined value. Therefore, the joint position detection unit 80 can employ all means capable of detecting whether or not the specific joint part 22 is positioned on the shape defining part 12 together with the shaft-like part 21 connected thereto.
  • the joint position detection unit 80 As an example of the joint position detection unit 80, a push that protrudes inward in the radial direction from the fitting gap between the shaft-shaped portion 21 and the shape defining portion 12 and the switch is turned on when the shaft-shaped portion 21 is inserted. A switch type position sensor is used.
  • a joint position detection unit 80 inserts the distal end bending portion 25 as shown in FIG. 16A, for example, a detection signal is generated when the distal end of the shaft-shaped portion 21A passes. At this time, as shown in FIG.
  • 16A and 16B illustrate cases where the joint position detectors 80 are provided at two locations facing each other in the radial direction, but this is an example, and the number of joint position detectors 80 As the arrangement position, an appropriate number arrangement can be adopted as necessary for the determination. For example, by providing a plurality of joint position detection units 80 along the axial direction in the shape defining unit 12, it is possible to determine the passage state and insertion length of the distal end portion of the axial portion 21 ⁇ / b> A of the distal bending portion 25. For example, by disposing the joint position detection unit 80 in an allowable range as the position of the shaft-shaped portion 21A, it is possible to determine that the insertion amount is too large and the setting of the joint angle has failed. is there.
  • the control unit 5 ⁇ / b> C is obtained by adding a joint position determination unit 104 to the control unit 5 of the first embodiment.
  • the joint position determination unit 104 is communicably connected to a joint position detection unit 80 provided in the treatment endoscope apparatus 10C, and is inserted into the shape defining unit 12 based on a detection signal of the joint position detection unit 80.
  • the position of the joint part 22 in the shape defining part 12 is determined.
  • the joint position determination unit 104 is communicably connected to the display unit 4, and determines whether the position of the joint unit 22 determined based on the detection signal of the joint position detection unit 80 or the setting of the joint angle has succeeded. Information can be displayed on the display unit 4.
  • success information information displayed when the joint angle setting is successful
  • failure information information displayed when the joint angle setting fails.
  • the operator Op can determine success or failure by looking at the numerical value or the graph.
  • FIG. 17 is a flowchart illustrating a flow of an initialization method for the manipulator system according to the third embodiment of this invention.
  • the manipulator system initialization method of this embodiment is a method of executing steps S21 to S27 shown in FIG. 17 according to the flow of FIG. Steps S21 to S23 are the same as steps S11 to S13 (see FIG. 14) in the second embodiment except that the steps are performed using the medical instrument 20C. However, in step S23 of the present embodiment, when the operator Op pushes in the medical instrument 20C by an appropriate amount, the process proceeds to step S24.
  • Step S24 is a step of determining whether or not the joint angle of the joint unit 22 has been successfully set based on the detection signal of the joint position detection unit 80, and constitutes the insertion state determination step of the present embodiment.
  • the joint position determination unit 104 monitors the detection signal of the joint position detection unit 80.
  • the joint position determination unit 104 displays success information on the setting of each joint unit 22 on the display unit 4. Therefore, the operator Op can know the determination result by the joint position determination unit 104 by looking at the display on the display unit 4.
  • step S25 the operator Op ends the insertion of the medical instrument 20C and proceeds to step S25. If the success information is not displayed on the display unit 4, the process proceeds to step S23. That is, the operator Op inserts the medical instrument 20C further toward the tip. However, when the joint position determination unit 104 displays failure information, an insertion position, or the like, and it is found that the joint has been inserted too much, in step S23, the medical instrument 20C is returned to the proximal end side for insertion. You can also try again.
  • Steps S25 to S27 are substantially the same as steps S14 to S16 (see FIG. 14) in the second embodiment except that the steps are performed using the medical instrument 20C.
  • the drive motor unit 34B in step S14, is set in the mounted state and switched to the driving force relay state, whereas in step S25 of the present embodiment, the first embodiment is changed. Similar to step S3, the clutch 33 is operated to switch to the driving force relay state.
  • each joint portion 22 of the medical instrument 20C is initialized.
  • the joint angle of the bending joint can be accurately initialized as in the first and second embodiments.
  • a drive limit can be performed to prevent an excessive load on the medical instrument 20C and the treatment target. Further, it is possible to eliminate a drive error due to the slack of the drive wire 24. Thereby, more accurate bending operation can be performed.
  • FIG. 18A, FIG. 18B, and FIG. 18C are schematic diagrams showing examples of joint position detection units used in the initialization method for the manipulator system according to the modified examples (third to fifth modified examples) of the third embodiment of the present invention. It is sectional drawing.
  • a third modification shown in FIG. 18A is a modification using a treatment endoscope apparatus 10D instead of the treatment endoscope apparatus 10C in the third embodiment.
  • the treatment endoscope apparatus 10D is arranged at a specific position on the inner peripheral portion of the treatment instrument channel 16 in place of the joint position detection unit 80 of the treatment endoscope apparatus 10C, and the shaft-like portion 21 reaches at the position.
  • a joint position detection unit 80D for detection is provided.
  • the joint position detector 80D is, for example, a push switch type position sensor that protrudes radially inward from the gap between the shaft 21 and the treatment instrument channel 16 and that is switched on when the shaft 21 is inserted. Is adopted. That is, in this modified example, the treatment endoscope apparatus 10C according to the third embodiment has the joint position detection unit 80 arranged in the shape defining unit 12, but a part other than the shape defining unit 12 is used. This is an example in which a similar sensor is arranged.
  • the joint position detection unit 80D of the present modification it is possible to detect that the tip of the shaft portion 21A has reached the specific position of the treatment instrument channel 16.
  • the arrangement position of the joint position detection unit 80 is a position having a length SD on the proximal end side from the position p in the shape defining unit 12 to be reached by the shaft-shaped part 21A.
  • the operator Op inserts the medical instrument 20C by the length S from the position where the detection signal from the joint position detector 80 is generated it can be seen that the joint angle is successfully set. As a result, steps S23 and S24 are executed.
  • the joint position detection unit 80D may detect protrusions and markers provided at appropriate positions on the cylindrical portion 23. In this case, if a detection signal is generated corresponding to such a protrusion or marker, the tip of the shaft-like portion 21A is located at the position p at that time, and it can be seen that the joint angle is successfully set. .
  • a fourth modification shown in FIG. 18B is a modification using a treatment endoscope apparatus 10E instead of the treatment endoscope apparatus 10C in the third embodiment.
  • the treatment endoscope apparatus 10D includes a joint position detection unit 81 including an optical sensor instead of the joint position detection unit 80 of the treatment endoscope apparatus 10C.
  • the joint position detection unit 81 includes a light emitting unit 81a that emits detection light and a light receiving unit 81b that photoelectrically converts the detection light and generates a detection signal according to the amount of received light.
  • the light emitting part 81 a and the light receiving part 81 b are arranged at positions corresponding to each other in the vicinity of the inner peripheral surface of the shape defining part 12.
  • a joint position detection unit 81 it is possible to detect that the distal bending portion 25 has advanced to a position where the detection light is blocked. As a result, steps S23 and S24 are executed. According to the joint position detection unit 81, the position of the distal bending portion 25 can be detected in a non-contact manner, and therefore the distal bending portion 25 can be advanced and retracted more smoothly than the contact-type joint position detection unit 80. It becomes possible.
  • the light emitting portion 81a and the light receiving portion 81b are disposed adjacent to each other in the axial direction of the shape defining portion 12, and the surface of the tip bent portion 25 of the detection light from the light emitting portion 81a.
  • a configuration of a reflection type optical sensor that receives the detection light reflected by the light receiving portion 81b is also possible. In this case, it is possible to detect that the marker has arrived by providing a marker having a reflective surface on the surface of the tip bending portion 25.
  • a fifth modification shown in FIG. 18C is a modification using a medical instrument 20F in place of the medical instrument 20C in the third embodiment.
  • the medical instrument 20F is an example in which an insertion amount detection marker 82 (joint position detection unit) is provided on the surface on the proximal end side of the cylindrical part 23 of the medical instrument 20C as a joint position detection unit.
  • the treatment endoscope apparatus 10C is the treatment endoscope apparatus 10 of the first embodiment. Can be substituted.
  • the insertion amount detection marker 82 for example, a number line that can read the insertion amount by visual observation, an optical reading sensor, a magnetic sensor, or the like (not shown), or a marker such as a scale can be employed.
  • the length SF from the supply port 16a of the outer tube 11 to the position corresponding to the position p of the distal end portion 11A, and the shaft-like portion 21 on the medical instrument 20F are used.
  • the position q of the insertion amount detection marker 82 having a length SF from the tip of the head is obtained in advance.
  • steps S23 and S24 are executed.
  • FIG. 19A is a schematic cross-sectional view showing a main part of a medical instrument used in the initialization method for the manipulator system according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 19B is a schematic cross-sectional view showing the shape defining member of the medical instrument used in the initialization method for the manipulator system according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 is a functional block diagram of a control unit used in the manipulator system initialization method according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the manipulator system 1G used in the manipulator system initialization method of the present embodiment is replaced with the treatment endoscope apparatus 10C and the control unit 5C of the manipulator system 1C in the third embodiment,
  • a treatment endoscope apparatus 10G and a control unit 5G (drive control unit) are provided.
  • the treatment endoscope apparatus 10G includes an outer tube 11G instead of the outer tube 11 of the treatment endoscope apparatus 10C.
  • the outer tube 11G is shortened to such a length that not all of the joint portions 22 of the distal bent portion 25 can be inserted in place of the distal end portion 11A of the outer tube 11. It has a tip 91A.
  • the distal end portion 91 ⁇ / b> A has a length that allows only one joint portion 22 and a part of the pair of shaft-like portions 21 connected thereto to be inserted.
  • the control unit 5G includes a joint position determination unit 104G instead of the joint position determination unit 104 of the control unit 5C of the third embodiment.
  • the joint position determination unit 104G has a function of counting the number of tips of the shaft-like part 21 that has reached the position of the joint position detection unit 80.
  • the origin setting unit 101 and the clutch control unit 102 perform respective operations on the notified joint unit 22.
  • the joint position determination unit 104G is also connected to the origin setting unit 101 and the clutch control unit 102 so as to communicate with each other.
  • FIG. 21 is a flowchart showing the flow of the initialization method for the manipulator system according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the manipulator system initialization method of this embodiment is a method of executing steps S31 to S40 shown in FIG. 21 according to the flow of FIG. Step S31 is the same as step S21 in the third embodiment.
  • step S32 is performed.
  • This step is a step of initializing the counter value n of the joint position determination unit 104G to 0.
  • Steps S34 to S39 notify the origin setting unit 101 and the clutch control unit 102 of the points that are performed using the mantle tube 11G and the joint angle at which the joint position determination unit 104G has succeeded.
  • Steps S22 to S27 (see FIG. 17) in the third embodiment are substantially the same as the above steps. That is, in the mantle tube 11G, the joint position detection unit 80 detects the position of the tip of the shaft-like portion 21 on the proximal end side with respect to each joint portion 22, so It is detected that the joint angle of the joint portion 22 connected to the distal end side is successful.
  • Step S ⁇ b> 40 is a step in which the joint position determination unit 104 determines whether or not the counter value n is greater than or equal to N, which is the total number of joint units 22. If n is less than N, the process proceeds to step S33, and steps S33 to S40 are repeated. That is, in step S33, the counter value n is updated, and in steps S34 to S36, the operator Op continues to insert the medical instrument 20C, and in the same manner as described above, The joint angle of the joint portion 22 is set. If n is greater than or equal to N, the initialization operation is terminated. Thereby, each joint part 22 of the medical instrument 20C is initialized.
  • the joint portions 22 in order from the distal end side. can be initialized. Therefore, after the initialization is completed, an accurate bending operation by the distal end bending portion 25 can be performed in the same manner as in the third embodiment.
  • the length of the shape defining portion 12 is the shortest so that only one joint portion 22 and a part of the pair of shaft-like portions 21 connected thereto can be inserted. Just have it. For this reason, no matter how long the distal end bending portion 25 is, even if it is inserted into the body of the patient P like the outer tube 11G, the initialization operation can be performed with a small space.
  • the gripping portion 26 that is a gripping forceps is provided as an end effector of a medical instrument, but the end effector is limited to the gripping portion 26.
  • an appropriate apparatus configuration for example, a high-frequency treatment instrument, a local injection needle, a peeling forceps, suction, or the like is possible depending on the type of procedure.
  • the end effector is not limited to a movable mechanism such as the grip portion 26.
  • an end effector that is only fixed to the tip, such as the observation unit 15 of the treatment endoscope apparatus 10 may be used.
  • the present invention is a manipulator other than the medical manipulator system.
  • the medical instrument having a joint part for rotating the rotated body can be replaced with an instrument having a joint part for rotating the rotated body, an industrial instrument, or an industrial treatment instrument.
  • the example has been described in which the distal end bending portion 25 has two joint portions 22A and 22B having different bending directions. May be set as appropriate in consideration of the contents of Further, instead of the combination of the joint portion and the tubular portion, a mechanism similar to the bending portion 11B in the outer tube 11 may be used. That is, when a plurality of node rings and curved pieces that are shaft-like parts are connected by a rotating joint that is a bending joint, the rotating joints (including a plurality of cases) are similarly initialized. Is possible.
  • each joint portion 22 in a driving force release state is set to a predetermined angle. If the shape is stable enough to be bent, it can be made of a soft material. That is, the material is not particularly limited as long as it is a material that maintains a constant shape in the same manner as the hard material with respect to the distal end bending portion 25 in the driving force release state. Further, the shape defining portion 12 may be constituted by a tubular member (including a plurality of cases) different from the tip portion 11A.
  • the predetermined value of the joint angle is a joint angle at which the angle of the shaft-like portion 21 to be connected is 180 °
  • the joint angle at which the angle of the shape portion 21 is an angle other than 180 ° to a predetermined value.
  • a curved tube shape can be adopted as the shape defining portion 12.
  • the shape defining portion includes the shape defining portion 12 having a hole shape.
  • the shape defining portion can be provided in addition to the hole shape, for example, a groove shape that covers the outer periphery of the bending joint in a range of more than half a circle, or a plurality of outer peripheral surfaces of the bending joint. It is possible to adopt a guide portion having an appropriate shape that contacts at the position and is positioned at a position where the joint angle becomes a predetermined value.
  • the drive limit is set only by software setting using the encoder of the drive motor 34.
  • the drive motor 34 it is possible to employ a drive unit having a position sensor that can detect the position that is the allowable limit of the rotation angle and find the origin of the drive motor 34.
  • the position sensor for example, a sensor such as an optical sensor or a mechanical sensor can be employed.
  • the origin setting step it is possible to execute an origin finding step for finding the origin of the drive unit based on the detection output of the position sensor until the drive relay unit is switched to the driving force relay state. preferable.
  • the origin is determined such that the rotation angle of the drive unit is changed to the center position of the position that is the allowable limit by the position sensor.
  • the drive limit by the position sensor is prioritized, it is possible to prevent the substantial drive range from being limited.
  • priority is given to the drive limit set by software, it is possible to prevent the drive limit from being set beyond the drive limit by the position detection sensor.
  • the medical instrument has been described as an example in which the operator Op manually inserts the medical instrument into the shape defining unit 12, but the medical instrument is, for example, a robot
  • automatic insertion may be performed by providing an insertion mechanism such as a forward / backward movement mechanism.
  • the manipulator system initialization method of the present invention is performed by operating the insertion mechanism based on the detection signal. Can be automated.
  • the joint portions 22 are sequentially initialized one by one.
  • two or more joint portions 22 are provided. Can be initialized at the same time, and this can be repeated multiple times to initialize all the joints 22.
  • the joint portions 22 that are initialized every time may be separate, or a part thereof may overlap.
  • the medical instrument includes the distal end bending portion 25 and the shape defining member includes the distal end portion 11A of the outer tube 11 of the treatment endoscope apparatus 10 will be described. did. At that time, both the distal bending portion 25 of the medical instrument and the bending portion 11B of the outer tube 11 are electrically driven so that the bending shape can be changed by the control unit.
  • the combination of the medical instrument and the shape determining member is not limited to this.
  • the treatment endoscope apparatus 10 can be replaced with a manual endoscope apparatus. Moreover, it can replace with the endoscope apparatus 10 for treatment, and can employ
  • a hole provided in a part of the guide tube or trocar can be used as the shape defining portion.
  • an electric endoscope such as the treatment endoscope apparatus 10 or the like, or a treatment instrument having a joint at the tip such as the medical instrument 20 or the like may be employed. it can.
  • the medical instrument is described as an example of a flexible treatment instrument.
  • the medical instrument has a plurality of shaft-like parts connected by a bending joint, the medical instrument
  • the instrument can also be a rigid treatment instrument.
  • the medical instrument includes the distal end bending portion 25 and the shape defining member includes the distal end portion 11A inserted into the body of the patient P has been described.
  • the shape defining member is inserted into the body of the patient P.
  • a cylindrical calibration instrument provided outside the patient P can be employed as the shape defining member.
  • the initialization method of the manipulator system of the present invention can be a method in which the shape defining member is prepared as a jig other than the manipulator and the initialization is performed outside the body of the patient P.
  • the manipulator system initialization method of the fourth embodiment can be performed using the distal end portion 11A of the treatment endoscope apparatus 10C of the third embodiment.
  • the joint portions 22 are inserted into the shape defining portion 12 and the joint angle can be set, they are initialized in order from the distal end side.
  • the position of the joint position detection unit 80 is arranged closer to the proximal end side and has the distal end portion 11A, the same initialization operation as in the fourth embodiment is performed. It is also possible to perform.
  • a bending joint and a pair of shaft-like portions connected by the bending joint are inserted into the shape defining member, and the bending Since the joint angle of the joint is set to a predetermined value, there is an effect that the joint angle of the bending joint can be accurately initialized.

Abstract

 屈曲用関節と軸状部とを有する医療用器具と、駆動力伝達部と、駆動力を供給する駆動部と、駆動力中継状態と駆動力解除状態とが切り替え可能な駆動力中継部とを有するマニピュレータシステムの初期化方法であって、前記マニピュレータシステムの初期化方法は、駆動力解除状態で屈曲用関節の関節角度を所定値にする形状規定部を有する形状規定部材に屈曲用関節とこの屈曲用関節で連結された軸状部の対とを挿入して、関節角度を所定値に設定する関節角度設定工程と、駆動力中継部を駆動力中継状態に切り替える駆動部連結工程と、駆動部連結工程を実行してから、屈曲用関節の関節角度の状態を駆動部の駆動原点に対応付ける原点設定工程と、備える。

Description

マニピュレータシステムの初期化方法
 本発明は、マニピュレータシステムの初期化方法に関する。
 本願は、2014年02月21日に、日本に出願された特願2014-032247号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
 従来、患者の侵襲を軽減する観点から、内視鏡のチャンネルに処置具を挿入し、チャンネルの先端開口から処置具を突出させて、内視鏡観察下で各種の処置を行うことが知られている。
 例えば、特許文献1には、このようなマニピュレータシステムとして、先端の湾曲部が操作可能な内視鏡と、内視鏡の処置具チャンネルに挿通させた処置具とからなる医療装置が記載されている。
 この装置では、処置具の先端に外部から操作可能な処置具湾曲部が設けられており、内視鏡から突出させた処置具を能動的に湾曲させることができる。このため、内視鏡の湾曲部の動作に加えて、処置具湾曲部の動作が加わることにより、処置具先端の湾曲動作の自由度が増大する。これにより、術者の作業性を向上させることができる。
日本国特開2009-101077号公報
 しかしながら、上記のような従来技術には、以下のような問題がある。
 特許文献1に記載の技術では、処置具湾曲部の湾曲形状が湾曲駆動部によって制御されているため、曲がった状態の処置具チャンネルへの挿通性が悪いという問題がある。
 これに対しては、処置具湾曲部の処置具チャンネルの挿通時には、駆動力を遮断して、処置具湾曲部が自在に湾曲するようにしておき、処置具の先端を内視鏡から突出させてから、駆動力を伝達して、湾曲操作を開始することも考えられる。
 この場合、処置具の突出時には、処置具湾曲部が湾曲自在になっており、駆動開始の処置具の位置や姿勢が不定となるため、操作を開始する前に、処置具湾曲部の関節を所定の原点姿勢に初期化する必要がある。
 例えば、処置具と駆動部とはモータが原点位置にあるときのみ装着可能としておけば、常に関節が原点姿勢になる。
 しかし、一般に体内に挿入された内視鏡の挿入部は、複雑に湾曲しており、これに倣って湾曲する処置具の挿入部も湾曲している。処置具の駆動ワイヤは、例えば、シースに挿通されることで、経路長が変化しにくくなっているが、シースと駆動ワイヤとの間にはわずかな隙間がある。このため、シースが湾曲していると、駆動ワイヤの湾曲経路がシースの中心軸線の湾曲形状とずれて、駆動ワイヤの経路長が変化する。また、シースと駆動ワイヤ間の経路長変化に加えて、アウターチューブとシース間の経路長変化も生じる。
 すなわち、ほとんどの湾曲状態では、駆動ワイヤの経路長は原点姿勢を決めた際の経路長とは異なる。
 したがって、駆動部をモータの原点位置で装着するようにしても、必ずしも関節が原点姿勢にはならないという問題がある。
 本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、屈曲用関節の関節角度を正確に初期化することができるマニピュレータシステムの初期化方法を提供することを目的とする。
 上記の課題を解決するために、本発明の第1の態様のマニピュレータシステムの初期化方法は、屈曲用関節で連結された複数の軸状部を有する医療用器具と、前記屈曲用関節に駆動力を伝達する駆動力伝達部と、前記駆動力伝達部に前記駆動力を供給する駆動部と、前記駆動力が中継される駆動力中継状態と前記駆動力が遮断されて前記屈曲用関節の動きが自由になる駆動力解除状態とが切り替え可能な駆動力中継部とを有するマニピュレータシステムの初期化方法であって、前記駆動力中継部を前記駆動力解除状態にして、前記屈曲用関節の関節角度を所定値にする形状規定部を有する形状規定部材に、前記屈曲用関節と前記屈曲用関節で連結された前記軸状部の対とを挿入して、前記屈曲用関節の関節角度を前記所定値に設定する関節角度設定工程と、関節角度が規定された前記屈曲用関節に対して、前記駆動力中継部を前記駆動力中継状態に切り替える駆動部連結工程と、前記駆動部連結工程を実行してから、前記屈曲用関節の関節角度の状態を前記駆動部の駆動原点に対応付ける原点設定工程と、備える。
 本発明の第2のマニピュレータシステムの初期化方法によれば、上記第1の態様において、前記原点設定工程を実行してから、前記駆動部に対して、前記屈曲用関節を駆動する際の前記駆動原点からの駆動リミットを設定する駆動リミット設定工程を実行してもよい。
 本発明の第3のマニピュレータシステムの初期化方法によれば、上記第2態様において、前記駆動リミット設定工程では、前記駆動部に対して前記駆動原点からの駆動指令値を送出する駆動制御部において、前記駆動指令値の許容限界を設定することにより、前記駆動リミットを設定してもよい。
 本発明の第4のマニピュレータシステムの初期化方法によれば、上記第1の態様から上記第3の態様のいずれか一態様において、前記駆動部は、原点出しを行うための位置センサを有しており、前記原点設定工程において、前記駆動力中継部が前記駆動力中継状態に切り替えられるまでの間に、前記位置センサの検出出力に基づいて、前記駆動部の原点出しを行う駆動部原点出し工程を実行してもよい。
 本発明の第5のマニピュレータシステムの初期化方法によれば、上記第1の態様から上記第4の態様のいずれか一態様において、前記駆動力中継部は、前記駆動部を、前記駆動力伝達部に着脱可能に連結し、連結時に前記駆動力中継状態となり、連結解除時に前記駆動力解除状態となるようにしてもよい。
 本発明の第6のマニピュレータシステムの初期化方法によれば、上記第1の態様から上記第4の態様のいずれか一態様において、前記駆動力中継部は、前記駆動部と前記駆動力伝達部とをクラッチを介して連結することにより、前記クラッチの接離に応じて、前記駆動力中継状態と前記駆動力解除状態とが切り替えられてもよい。
 本発明の第7のマニピュレータシステムの初期化方法によれば、上記第1の態様から上記第6の態様のいずれか一態様において、前記駆動力伝達部は、線状の駆動力伝達部材を有しており、前記原点設定工程を実行する前に、前記駆動力伝達部材のたるみを除去するため、前記駆動力伝達部材に初期張力を付与する初期張力付与工程を実行してもよい。
 本発明の第8のマニピュレータシステムの初期化方法によれば、上記第1の態様から上記第7態様のいずれか一態様において、前記関節角度設定工程と前記駆動部連結工程との間、または前記関節角度設定工程の途中で、前記形状規定部に対する前記屈曲用関節および前記軸状部の挿入状態を検出することにより、前記形状規定部によって前記関節角度の設定が成功しているかどうかを判定する挿入状態判定工程を実行し、前記関節角度の設定に成功していると判定されなかった場合には、前記関節角度設定工程を繰り返してもよい。

 本発明の第9のマニピュレータシステムの初期化方法によれば、上記第1の態様から上記第8の態様のいずれか一態様において、前記屈曲用関節が複数設けられ、前記駆動部が複数設けられ、前記複数の屈曲用関節のうち、前記形状規定部に挿入可能な前記屈曲用関節に関して、少なくとも、前記関節角度設定工程、前記駆動部連結工程、および前記原点設定工程を実行することを、前記形状規定部に挿入される前記屈曲用関節を換えて繰り返すことにより、前記複数の屈曲用関節と前記複数の駆動部とのすべてを初期化してもよい。
 上記各態様のマニピュレータシステムの初期化方法によれば、形状規定部材に屈曲用関節とこの屈曲用関節で連結された軸状部の対とを挿入して、屈曲用関節の関節角度を所定値に設定するため、屈曲用関節の関節角度を正確に初期化することができるという効果を奏する。
本発明の第1の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いるマニピュレータシステムの全体構成を示す模式的な斜視図である。 本発明の第1の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる形状規定部材と、医療用器具の外観を示す模式的な斜視図である。 本発明の第1の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる形状規定部材の部分断面図である。 図3Aの右側面図である。 本発明の第1の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる医療用器具の模式的なシステム構成図である。 本発明の第1の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法のフローを示すフローチャートである。 本発明の第1の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法の模式的な動作説明図である。 本発明の第1の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法の模式的な動作説明図である。 本発明の第1の実施形態の変形例(第1変形例)のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる医療用器具の模式的なシステム構成図である。 本発明の第1の実施形態の変形例(第1変形例)のマニピュレータシステムの初期化方法の初期化方法に用いる医療用器具の駆動ユニットの構成を示す模式的な断面図である。 本発明の第1の実施形態の変形例(第1変形例)のマニピュレータシステムの初期化方法の初期化方法に用いる医療用器具の駆動ユニットの構成を示す模式的な断面図である。 本発明の第2の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる医療用器具の模式的なシステム構成図である。 本発明の第2の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる医療用器具の初期張力付加部の構成を示す模式的な斜視図である。 本発明の第2の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる医療用器具の駆動部および駆動力中継部の構成を示す模式的な断面図である。 本発明の第2の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる医療用器具の駆動力中継部の駆動力解除状態を示す模式的な断面図である。 本発明の第2の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる医療用器具の主要部の模式的な動作説明図である。 本発明の第2の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる医療用器具の主要部の模式的な動作説明図である。 本発明の第2の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法のフローを示すフローチャートである。 本発明の第3の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる医療用器具および形状規定部材の模式的なシステム構成図である。 本発明の第3の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる処置用内視鏡装置の関節位置検出部の位置と医療用器具の挿入位置との関係を示す模式的な断面図である。 本発明の第3の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる処置用内視鏡装置の関節位置検出部の位置と医療用器具の挿入位置との関係を示す模式的な断面図である。 本発明の第3の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法のフローを示すフローチャートである。 本発明の第3の実施形態の第3変形例のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる関節位置検出部の例を示す模式的な断面図である。 本発明の第3の実施形態の第4変形例のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる関節位置検出部の例を示す模式的な断面図である。 本発明の第3の実施形態の第5変形例のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる関節位置検出部の例を示す模式的な断面図である。 本発明の第4の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる医療用器具の主要部を示す模式的な断面図である。 本発明の第4の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる医療用器具の形状規定部材を示す模式的な断面図である。 本発明の第4の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる制御部の機能ブロック図である。 本発明の第4の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法のフローを示すフローチャートである。
 以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
[第1の実施形態]
 本発明の第1の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いるマニピュレータシステムについて説明する。
 図1は、本発明の第1の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いるマニピュレータシステムの全体構成を示す模式的な斜視図である。図2は、本発明の第1の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる形状規定部材と、医療用器具の外観を示す模式的な斜視図である。図3Aは、本発明の第1の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる形状規定部材の部分断面図である。図3Bは、図3Aにおける右側面図である。図4は、本発明の第1の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる医療用器具の模式的なシステム構成図である。
 なお、各図面は、模式図のため、寸法や形状は誇張されている(以下の図面も同様)。
 図1に示すように、本実施形態のマニピュレータシステム1は、操作者Opが操作するマスタマニピュレータ2と、処置用内視鏡装置10が設けられたスレーブマニピュレータ6とを備える、いわゆるマスタスレーブ方式のシステムである。
 マスタマニピュレータ2は、操作者Opが操作入力を行うマスタアーム3と、処置用内視鏡装置10を用いて撮影した映像等を表示する表示部4と、マスタアーム3の動作に基づいて、スレーブマニピュレータ6を動作させるための操作指令を生成する制御部5とを備える。
 本実施形態において、マスタアーム3は、処置用内視鏡装置10に挿入された後述する医療用器具20(マニピュレータ)を含むスレーブマニピュレータ6の各部を動作させるための操作部である。また、詳細は図示しないが、マスタマニピュレータ2は、操作者Opの右手と左手とのそれぞれに対応する一対のマスタアーム3を有している。
 マスタアーム3は、後述する処置用内視鏡装置10の湾曲部11Bや医療用器具20の関節部22(屈曲用関節)のように少なくとも1自由度の屈曲用関節を有するマニピュレータを動作させるために関節構造を有している。
 また、マスタアーム3において操作者Op側に位置する端部には、医療用器具20の把持部26(後述)を動作させるための把持操作部(図示略)が設けられている。
 表示部4は、処置用内視鏡装置10に取り付けられた観察部15(後述)によって撮影された処置対象部位の映像や、操作に必要な操作画面や、制御部5からの情報などが表示される装置である。表示部4には、処置対象部位とともに医療用器具20も表示される。
 スレーブマニピュレータ6は、患者Pが載置される載置台7と、載置台7の近傍に配置された多関節ロボット8とを有する。
 多関節ロボット8には処置用内視鏡装置10が保持されている。処置用内視鏡装置10には、スレーブマニピュレータ6の一部を構成する医療用器具20を挿通させることが可能である。
 多関節ロボット8、処置用内視鏡装置10、および医療用器具20は、マスタマニピュレータ2から発せられた操作指令に従って動作する。
 ただし、本発明のマニピュレータシステムにおいて、多関節ロボットは必須ではなく、例えば処置用内視鏡装置10を図示しない補助者が保持する構成としてもよい。
 図2に示すように、処置用内視鏡装置10は、患者Pの体内に挿入するための長尺の部材である外套管11を有している。
 外套管11は、近位端から遠位端に向かって、可撓性を有する管状の挿入部11C(図1参照)、例えば、節輪や湾曲コマ等を備えた周知の湾曲部11B、および円柱状の硬質材料で形成された先端部11A(形状規定部材)を、この順に備える。
 湾曲部11Bは、マスタアーム3への操作入力によって、湾曲させることにより先端部11Aの向きを変更することができる。湾曲部11Bを湾曲させる機構としては、例えば、節輪や湾曲コマの内周面に挿通され、先端部11Aに固定された駆動ワイヤを挿入部11C内に挿通させて、近位端側の駆動モータなどで牽引する周知の構成を採用することができる。
 挿入部11Cおよび湾曲部11Bの内部には、医療用器具20等の処置具を供給する経路である処置具チャンネル16が設けられている。
 処置具チャンネル16の基端部(近位端側)は、図1に示すように、挿入部11Cの側方に開口する供給口16aに接続されている。
 処置具チャンネル16の先端部16bは、図3Aに示すように、先端部11Aを軸方向に貫通して、先端部11Aの先端面11aに開口する形状規定部12の基端側に接続されている。
 処置具チャンネル16は、内径d1を有する可撓性の管状部材で形成されている。
 形状規定部12は、本実施形態では、処置具チャンネル16の内径d1よりもわずかに小径の内径d0の円筒孔からなる。内径d0の設定の仕方は後述する。
 図2、図3Bに示すように、観察部15は、処置対象部位を観察するための装置であり、周知の撮像機構13と照明機構14とを備える。
 撮像機構13および照明機構14は、先端部11Aの内部に配置され、図示略の電気配線や光ファイバが、湾曲部11Bおよび挿入部11Cの内部に挿通され、制御部5における電気回路や光源に連結されている。
 撮像機構13および照明機構14は、先端部11Aの先端面11aにおいて、それぞれ光学的な開口窓を有しており、この開口窓を通して、先端部11Aの前方の外光を受光したり、照明光を前方に出射したりすることができる。
 なお、本実施形態では、処置用内視鏡装置10の観察部15は外套管11の先端部に固定されているものとして説明するが、観察部15は移動可能に設けられていてもよい。
 例えば、外套管11の内部に観察手段用チャンネルを設けておき、この観察手段用チャンネルに、先端に観察部を有する観察用の内視鏡を挿通して、観察部を外套管に対して進退可能としたり、湾曲可能としたりすることができる。
 医療用器具20は、屈曲用関節によって、先端のエンドエフェクタを移動したり、駆動したりするマニピュレータの一例であり、全体として、細長い軸状に形成されている。
 図4に示すように、医療用器具20は、マスタアーム3の操作により回動する関節部22(屈曲用関節)と、関節部22に連結された軸状部21と、処置対象等を把持する把持部26と、可撓性を有する筒状部23と、関節部22に駆動力を供給する駆動ユニット30と、を備える。
 把持部26は、医療用器具20のエンドエフェクタであり、最も先端側(遠位端側)の軸状部21の先端に取り付けられている。
 筒状部23は、最も基端側(近位端側)の軸状部21に接続されている。
 関節部22は、屈曲用関節であって、駆動力伝達部材を用いて近位端から、駆動力を伝達して、屈曲を行う関節であれば、具体的な構成は、特に限定されない。関節部22の屈曲自由度、屈曲方向、屈曲量なども特に限定されない。
 以下では、関節部22の一例として、近位端側から順に、医療用器具20の延在方向に交差する方向に屈曲する関節部22Bと、関節部22Bの屈曲方向と直交する方向に屈曲する関節部22Aとを有するものとして説明する。
 関節部22B、22Aは、いずれも、図示略のプーリを有しており、それぞれのプーリに、駆動ワイヤ24B、24Aが駆動力伝達部材として巻き回されて、端部が固定されている。以下では、駆動ワイヤ24B、24Aの区別を特に明示しない場合には、単に駆動ワイヤ24と称する。
 軸状部21は、関節部22Bによって連結された軸状部21C、21Bと、関節部22Aによって軸状部21Bと連結された軸状部21Aとを有する。
 このため、軸状部21Cは、医療用器具20において最も基端側の軸状部21になっており、関節部22Bが接続された端部と反対側の端部が筒状部23の先端に固定されている。
 軸状部21Aは、医療用器具20において最も先端側の軸状部21になっており、関節部22Aと反対側の端部である先端に、把持部26が固定されている。
 軸状部21Bの両端部には、関節部22B、22Aが連結されている。
 以下では、このような軸状部21C、関節部22B、軸状部21B、関節部22A、軸状部21A、および把持部26からなる連結体を、先端屈曲部25と称する。
 各軸状部21は、先端部11Aの形状規定部12の内径d0に挿通可能に嵌合される外径D0を有している。
 各関節部22は、連結された軸状部21の外形よりも突出しない大きさに形成されている。
 形状規定部12の内径d0は、形状規定部12に、関節部22と、関節部22で連結された一対の軸状部21とを挿入したときに、軸状部21の挿入長さを考慮して、関節部22の関節角度が一定のバラツキの範囲内に収まる所定値になるように設定しておく。
 例えば、本実施形態では、形状規定部12が円筒形状を有するため、d0=D0とすれば、各軸状部21は真直軸Oと同軸に整列し、関節部22の関節角度は、互いに隣接する軸状部21のなす角度を180°とする角度になる。内径d0が外径D0よりも大きい場合には、その差に応じて180°の近傍の一定の範囲の角度になる。
 このような関節角度の設定バラツキの大きさは、駆動原点の設定誤算になり、把持部26の移動位置誤差になるため、医療用器具20の操作上、許容できる大きさになるように、内径d0を決めておく。
 把持部26は、処置具を保持するための一対の把持部材26a、26bと、把持部材26a、26bを回動可能に支持する回動軸26cとを有している。把持部材26a、26bは、マスタアーム3の図示略の把持操作部を操作することにより回動軸26cを中心として回動され、図4の矢印のように動いて開閉動作する。
 把持部26の駆動力の伝達手段は、特に限定されず、例えば、操作ワイヤによって把持部材26a、26bに連結した図示略のリンクを駆動するなどの手段が可能である。
 把持部26は、図4に示すように、被把持物を把持することなく閉じている場合には、連結された軸状部21の外形よりも突出しない大きさになっている。
 このため、先端屈曲部25は、真直に延ばした状態であって、把持部26を上記のように閉じた状態では、最大外径がD0の軸状体になっており、形状規定部12に進退可能に挿入可能な形状になっている。
 筒状部23は、例えば、樹脂チューブなどの筒状部材で構成され、内部に、関節部22A、22Bをそれぞれ駆動するための駆動ワイヤ24A、24Bなどの挿通物が挿通されている。
 駆動ワイヤ24A、24Bは、筒状部23の基端部から先端のプーリの近傍までの間では、両端部の位置が固定されたシース27の内部にそれぞれ挿通されている。
 各シース27は、各駆動ワイヤ24と略同径の内径を有する密巻コイルなどによって形成され、これにより、外力を受けて湾曲しても、ほとんど長さが変化しないようになっている。ただし、シース27の内径は、駆動ワイヤ24を円滑に牽引するため、駆動ワイヤ24の外径よりもわずかに大きくなっている。
 駆動ワイヤ24A、24B以外の挿通物としては、図示は省略するが、例えば、把持部26を駆動するための操作ワイヤや、観察部15に接続する電気配線や光ファイバなどの例を挙げることができる。
 駆動ユニット30は、筒状部23の基端部に固定された駆動機構部31(駆動力伝達部)と、駆動力を供給する駆動モータ34(駆動部)とを備える。
 駆動機構部31は、回転軸32aによって回転支持され、駆動ワイヤ24が巻き回された駆動プーリ32と、駆動モータ34による駆動力の中継制御を行うため、駆動モータ34の出力軸34aと回転軸32aと間に設けられたクラッチ33(駆動力中継部)とを備える。
 駆動モータ34の種類は、駆動指令値に基づいて、出力軸34aを所定の回転量だけ回転できれば、特に限定されない。例えば、サーボモータ、ステッピングモータ、DCモータなどを採用することができる。
 本実施形態では、駆動モータ34は、出力軸34aの回転量を検出するエンコーダ34bを有しており、マスタアーム3の操作に基づいて駆動モータ34の駆動制御を行う制御部5と通信可能に接続されている。
 クラッチ33は、回転軸32aが駆動モータ34の出力軸34aと連結されて、出力軸34aと同じ回転量だけ回転されることで、駆動力が中継される駆動力中継状態と、回転軸32aが出力軸34aと切り離されることで、駆動力が遮断される駆動力解除状態とを切り替える駆動力中継部である。
 クラッチ33の種類は、機械的なクラッチ機構でもよいし、電磁クラッチ等の電気的なクラッチ機構でもよい。
 クラッチ33による駆動力中継状態と駆動力解除状態との切り替え動作(以下、誤解のおそれがない場合には、単に切り替え動作と称する)は、例えば、駆動機構部31等に設けられた手動スイッチによる切り替えが可能である。本実施形態では、クラッチ33は、制御部5と通信可能に接続されており、マスタアーム3の操作に基づいて制御部5から送出される制御信号に基づいて、切り替え動作が行われる。
 このような駆動機構部31、駆動モータ34は、図4には一部しか図示していないが、先端屈曲部25の各関節部22に対応してそれぞれ設けられている。
 このため、各関節部22は、それぞれ独立に切り替え動作が可能であり、駆動力中継状態に切り替えられた場合には、それぞれ駆動量を独立に変更することができる。
 本実施形態の駆動ユニット30では、駆動ワイヤ24、駆動プーリ32および回転軸32aは、屈曲用関節に駆動力を伝達する駆動力伝達部を構成している。
 次に、制御部5の機能構成について、各関節部22の駆動制御を行う部分(駆動制御部)の機能構成を中心として説明する。
 制御部5は、駆動制御部として、駆動量算出部100、原点設定部101、およびクラッチ制御部102を備える。
 駆動量算出部100は、マスタアーム3から送出されるマスタアーム3の関節部の動き解析して、同様な動作を行うための各関節部22の回転角度を算出し、これらに対応する駆動指令値を、各関節部22を駆動する各駆動モータ34に送出するものである。
 原点設定部101は、駆動量算出部100が駆動モータ34に送出する駆動指令値の原点を、駆動量算出部100に設定するものである。
 原点設定部101によるこのような原点設定のタイミングは、本実施形態では、クラッチ制御部102によって、クラッチ33が駆動力解除状態から駆動力中継状態に切り替えられたタイミングでは必ず行われる。
 このため、原点設定部101は、駆動量算出部100およびクラッチ制御部102と通信可能に接続されている。
 本実施形態では、原点設定部101は原点を設定すると、各関節部22に対する駆動リミットを設定する。
 この駆動リミットは、予め、各関節部22に対して決められており、原点設定部101は、それぞれの駆動リミットを、通信可能に接続された駆動量算出部100にソフト設定する。
 一方、駆動量算出部100は、駆動指令値を駆動モータ34に送出する前に、駆動指令値が駆動リミットを越えていないかどうか判定する動作を行う。
 駆動リミットを越えていると判定された場合には、駆動量算出部100は、駆動モータ34の駆動を停止し、駆動リミットを越えていることが分かる情報を表示部4に表示させる。
 クラッチ制御部102は、マスタアーム3の操作に基づいて、クラッチ33の切り替え動作を遠隔操作するためのもので、クラッチ33と原点設定部101とに通信可能に接続されている。
 クラッチ制御部102は、クラッチ33を駆動力解除状態から駆動力中継状態に切り替えたときは、その動作が行われたことを原点設定部101に通知する。
 このような制御部5の装置構成は、CPU、メモリ、入出力インターフェース、外部記憶装置などからなるコンピュータからなり、これにより上記のような制御機能を実現する適宜の制御プログラムが実行されるようになっている。
 次に、このようなマニピュレータシステム1の医療用器具20における本実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法について説明する。
 図5は、本発明の第1の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法のフローを示すフローチャートである。図6A、図6Bは、本発明の第1の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法の模式的な動作説明図である。
 マニピュレータシステム1の医療用器具20を用いて処置を行うには、まず外套管11を用いて、処置対象部位に医療用器具20の先端部分を患者Pの体内に挿入し、処置対象部位の近くまで進める必要がある。
 また、医療用器具20をマスタアーム3によって正確に操作するには、各関節部22の関節角度が一定値になった状態に、駆動モータ34の駆動原点を対応付ける必要がある。
 駆動原点の対応付けを外套管11に挿入する前、あるいは外套管11への挿入後であっても外套管11を体内への挿入する前に行うと、外套管11の湾曲に応じて先端屈曲部25の湾曲操作も行わなくてはならないため作業性が悪くなり、時間がかかってしまう。
 本実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法では、外套管11を患者Pの体内への挿入した後に、医療用器具20の駆動原点の対応付けを含む初期化動作を行う。
 具体的には、図5のステップS1~S5を図5に示すフローにしたがって実行する。
 まず、ステップS1を行う。本ステップは、駆動力中継部であるクラッチ33を駆動力解除状態として、医療用器具20の先端屈曲部25を供給口16aから処置具チャンネル16に挿入するステップである。
 操作者Opは、マスタアーム3を用いてクラッチ33を駆動力解除状態とする操作入力を行う。これにより、制御部5のクラッチ制御部102がクラッチ33に制御信号を送出して、クラッチ33を駆動力解除状態にする。
 これにより、先端屈曲部25の各関節部22は、外力を加えると容易に屈曲する状態になり、筒状部23はもともと可撓性を有しているため、医療用器具20は、湾曲自在になる。このため、外套管11が湾曲することにより、処置具チャンネル16を湾曲していても、医療用器具20は、処置具チャンネル16内に円滑に挿入することが可能である。
 医療用器具20の挿入を進めて、図6Aに示すように、先端屈曲部25を処置具チャンネル16の先端部16bまで到達したら、挿入を停止する。
 以上で、ステップS1が終了する。
 このようにして、処置具チャンネル16に挿入された医療用器具20は、先端屈曲部25および筒状部23は処置具チャンネル16とともに湾曲することができる。
 したがって、ステップS1は、外套管11を患者Pの体内に挿入する前に行うこともできるし、外套管11を患者Pの体内に挿入した後でも行うことができる。
 処置の最初に医療用器具20を用いる場合には、外套管11を患者Pの体内に挿入する前に、先端屈曲部25を処置具チャンネル16の先端部16bまで挿入しておくと効率的である。
 他の処置を行ってから医療用器具20を用いる処置を行う場合には、他の処置具を引き抜いた後に、外套管11を患者Pの体内にとどめた状態で、医療用器具20を処置具チャンネル16に挿入することが効率的である。
 次に、ステップS2を行う。本ステップは、先端屈曲部25を形状規定部12に挿入して、先端屈曲部25の屈曲用関節である各関節部22の関節角度を所定値に設定するステップである。
 図6Aに示す状態から、医療用器具20をさらに先端側に挿入していくと、把持部26を先頭として、先端屈曲部25が形状規定部12の内部に挿入される。
 形状規定部12の内径d0は、先端屈曲部25の外径D0よりわずかに大きい程度である。このため、例えば、関節部22Aに連結された軸状部21A、21Bは、処置具チャンネル16内では屈曲していても、軸状部21A、21Bは、形状規定部12の内周面に沿って移動して嵌合し、一定の許容範囲内で真直に整列する。
 これにより、関節部22Aの関節角度は、軸状部21A、21Bとの角度を略180°(180°の場合を含む)とする所定の角度になっている。
 同様に、関節部22Bと、関節部22Bに連結される軸状部21Cおよび軸状部21Bとが、形状規定部12に挿入されると、関節部22Bの関節角度が関節部22Aと同様の所定の角度になる。
 本実施形態では、図6Bに示すように、形状規定部12に先端屈曲部25のすべての関節部22と、それらに連結された軸状部21の少なくとも一部が挿入されたら、操作者Opは、医療用器具20の挿入を停止する。
 以上で、ステップS2が終了する。
 このような外套管11および医療用器具20の挿入状態では、処置具チャンネル16が湾曲していることが多いため、湾曲状態によって、駆動機構部31と関節部22との間の駆動ワイヤ24の経路長は、例えば、医療用器具20を真直状態とした場合の経路長とは異なる。このため、駆動プーリ32の回転位置は、関節部22のプーリとの間に張架された駆動ワイヤ24の互いに対向するワイヤ部分の経路長の差に応じて、変化することになる。
 しかし、本ステップでは、クラッチ33が駆動力解除状態になっているため、駆動プーリ32は自由に回転することができる。
 上記ステップS2は、駆動力中継部を駆動力解除状態にして、形状規定部材に、屈曲用関節とこの屈曲用関節で連結された軸状部の対とを挿入して、屈曲用関節の関節角度を所定値に設定する関節角度設定工程を構成している。
 次に、ステップS3を行う。本ステップは、関節角度が設定された関節部22に対して、クラッチ33を駆動力中継状態に切り替えるステップである。
 操作者Opは、マスタアーム3を用いてクラッチ33を駆動力中継状態とする操作入力を行う。これにより、制御部5のクラッチ制御部102がクラッチ33に制御信号を送出して、クラッチ33を駆動力中継状態にする。
 クラッチ33が駆動力中継状態に切り替わったら、クラッチ制御部102は、原点設定部101にクラッチ33が駆動力中継状態に切り替わったことを通知する。
 これにより、駆動モータ34の出力軸34aと回転軸32aとが連結状態となり、回転軸32aに接続された駆動プーリ32の回転位置が、駆動モータ34の回転に連動するようになる。
 このため、駆動モータ34が駆動されない限りは、先端屈曲部25における各関節部22の関節角度は、駆動力中継状態に切り替えられたときの関節角度が維持される。例えば、医療用器具20をさらに先端側に移動すると、先端屈曲部25が真直状態を保って、先端部11Aの前方に突出することになる。
 以上で、ステップS3が終了する。
 上記ステップS3は、関節角度が設定された屈曲用関節に対して、駆動力中継部を駆動力中継状態に切り替える駆動部連結工程を構成している。
 次に、ステップS4を行う。本ステップは、各関節部22の関節角度の状態を各駆動モータ34の駆動原点に対応付けるステップである。
 クラッチ33が駆動力中継状態に切り替わったことを通知された原点設定部101は、駆動量算出部100が各駆動モータ34に送出する駆動指令値の原点を、現在駆動モータ34の回転位置に設定する制御信号を送出する。これにより、駆動量算出部100は、現在の各駆動モータ34の回転位置を駆動原点と認識して、駆動量の算出を行うようになる。
 以上で、ステップS4が終了する。
 上記ステップS4は、駆動部連結工程を実行してから、屈曲用関節の関節角度の状態を駆動部の駆動原点に対応付ける原点設定工程を構成している。
 次に、ステップS5を行う。本ステップは、各関節部22を駆動する際の駆動原点からの駆動リミットを設定するステップである。
 原点設定部101は上記ステップS4で駆動指令値の原点を設定すると、予め、各関節部22に対して決められた駆動リミットに対応する駆動指令値を、駆動量算出部100に送出し、駆動量算出部100に記憶させる。
 例えば、関節部22の可動範囲が、駆動指令値で原点から±X0の場合であっても、医療用器具20の操作上必要な駆動範囲は、±X(ただし、X<X0)に過ぎないことが多い。これを越えて移動できるようにしておくと、操作を誤って過剰に動作させた場合に、患者Pの体内の他の処置具や器具と干渉する可能性がある。また駆動ワイヤ24にかかる負荷が過大になり、駆動ワイヤやマニピュレータが破損したりする可能性がある。
 このため、本実施形態では、駆動リミットとして、例えば、上記駆動指令値Xを駆動量算出部100に記憶させる。
 以上で、ステップS5が終了し、医療用器具20に対する本実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法が終了する。
 上記ステップS5は、駆動部に対して、屈曲用関節を駆動する際の駆動原点からの駆動リミットを設定する駆動リミット設定工程を構成しており、特に、駆動部に対して駆動原点からの駆動指令値を送出する駆動制御部において、駆動指令値の許容限界を設定することにより、駆動リミットを設定するソフト設定による駆動リミット設定工程になっている。
 このようにして初期化が終了したら、適宜の処置を開始することが可能となる。
 例えば、操作者Opは、観察部15が取得した術野の映像を表示部4で確認しながら、医療用器具20の先端屈曲部25を外套管11から突出させる。
 このとき、筒状部23が処置具チャンネル16の内部を移動することにより、駆動ワイヤ24の湾曲形状がわずかに変化する。しかし、先端屈曲部25の全長は、筒状部23の全長に比べて十分短いため、先端屈曲部25を突出させるのに要する移動による湾曲形状の変化では、駆動ワイヤ24の経路長はほとんど変化しない。したがって、先端屈曲部25は、各関節部22の関節角度を一定に保った状態で突出され、本実施形態では真直に延ばされた状態を維持している。
 操作者Opは、表示部4による術野の映像を見ながら、処置動作の必要に応じて、マスタアーム3を操作して、医療用器具20の先端屈曲部25を湾曲させたり、処置部位等を把持部26で把持させたりするための所定の操作入力を行う。
 例えば、先端屈曲部25を湾曲させる操作入力が行われると、制御部5の駆動量算出部100は、マスタアーム3の操作入力を解析して、操作入力された湾曲状態を実現する各関節部22の関節角度を求め、各関節角度に応じて、各関節部22に駆動力を伝達する各駆動モータ34に対する駆動指令値を算出する。
 駆動量算出部100は、各駆動指令値が、駆動リミットを越えていないかどうか判定し、すべての駆動指令値が駆動リミットの範囲内である場合には、各駆動指令値を、各駆動モータ34に送出する。
 駆動リミットを越えた駆動指令値が存在する場合には、駆動量算出部100は、各駆動指令値の送出を停止し、表示部4に駆動リミットを越えていることを警告するメッセージを表示部4に表示させる。操作者Opは、表示部4のメッセージを見て、マスタアーム3の操作入力を変更する。
 なお、警告するメッセージを表示部4に表示するのは一例である。警告手段は、メッセージの表示以外の手段を採用することも可能である。例えば、アラーム音を発生させて警告するようにしてもよいし、アラーム音の発生と表示部4への表示とを併用するなどしてもよい。
 駆動指令値が各駆動モータ34に送出されると、各駆動モータ34が回転して、駆動プーリ32が回転する。これにより、駆動プーリ32に巻き回された駆動ワイヤ24が適宜方向に牽引され、駆動力を伝達する関節部22のプーリを回転させる。
 このようにして、関節部22が駆動され、マスタアーム3の操作に基づいて先端屈曲部25が屈曲される。
 処置動作が終了したら、操作者Opは、例えば、マスタアーム3から先端屈曲部25の各関節部22を原点に復帰させる操作を行う。これにより、先端屈曲部25は、真直状態に整列するため、先端屈曲部25を基端側に引き戻して、形状規定部12の内部に収納することができる。
 また、このような原点復帰を行わず、単に、駆動力解除状態に切り替えた後に、先端屈曲部25を引き戻す操作を行ってもよい。この場合、各関節部22の回転が自由になるため、先端屈曲部25は、形状規定部12の内部に受動的に収納される。
 医療用器具20を単独で、もしくは外套管11とともに患者Pの体内から引き出す場合には、クラッチ33を駆動力解除状態に切り替えてから、引き出す操作を行う。
 本実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法によれば、初期化動作を、外套管11の先端部に設けられた形状規定部材である先端部11Aの形状規定部12に、駆動力解除状態の先端屈曲部25を挿入することにより行う。
 このため、処置具チャンネル16が湾曲していても、医療用器具20を円滑に挿入することができる。
 また、本方法では、処置具チャンネル16の湾曲状態に倣って医療用器具20のシース27および駆動ワイヤ24が湾曲した状態で、形状規定部12に先端屈曲部25を挿入して、先端屈曲部25の形状を規定し、この状態で駆動原点の設定を行う。
 このため、処置具チャンネル16の湾曲状態が維持される限りは、湾曲状態とは無関係に、原点における先端屈曲部25の姿勢として、形状規定部12で規定された姿勢を正確に再現することができる。
 このため、先端屈曲部25の正確な湾曲操作を行うことができる。
 また、本実施形態では、駆動リミットを設定するため、先端屈曲部25を過度に湾曲させることがないため、医療用器具20や処置対象に対する過度の負荷がかかることを防止することができる。
[第1変形例]
 次に、上記第1の実施形態の変形例(第1変形例)のマニピュレータシステムの初期化方法について説明する。
 図7は、本発明の第1の実施形態の変形例(第1変形例)のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる医療用器具の模式的なシステム構成図である。図8A、図8Bは、本発明の第1の実施形態の変形例(第1変形例)のマニピュレータシステムの初期化方法の初期化方法に用いる医療用器具の駆動ユニットの構成を示す模式的な断面図である。
 図1に示すように、本変形例のマニピュレータシステムの初期化方法に用いるマニピュレータシステム1Aは、上記第1の実施形態におけるマニピュレータシステム1の医療用器具20、制御部5に代えて、医療用器具20A(マニピュレータ)、制御部5A(駆動制御部)を備える。
 以下、上記第1の実施形態と異なる点を中心に説明する。
 医療用器具20Aは、図7に示すように、上記第1の実施形態の医療用器具20の駆動ユニット30に代えて、駆動ユニット30Aを備える。
 駆動ユニット30Aは、駆動ユニット30のクラッチ33、駆動モータ34に代えて、着脱部43(駆動力中継部)、駆動モータ34A(駆動部)を備え、駆動機構部31の筐体に固定部46を追加したものである。
 着脱部43は、図8A、図8Bに示すように、回転軸32aに固定された固定側受け部材44と、出力軸34aに固定された装着部材45とを備える。
 固定側受け部材44および装着部材45は、略円板状の部材であり、互いに対向する面に、少なくとも周方向に滑ることなく嵌合し合う凹凸形状からなる凹凸連結面44a、45aを備える。
 凹凸連結面44a(45a)の形状としては、例えば、断面山形状の複数の凸部が固定側受け部材44(装着部材45)の中心に対して放射状に延ばされるとともに、周方向に隣接して配置された形状を採用することができる。
 駆動モータ34Aは、出力軸34aの先端に装着部材45が固定された点と、側面において、後述する固定部46から進退する嵌合突起46aを嵌め込むための嵌合凹部47を備える点が、駆動モータ34と異なる。
 固定部46は、駆動モータ34Aを駆動機構部31の筐体に対して、着脱可能に固定する装置部分である。図8Aは、駆動モータ34Aを固定部46に装着した状態を示し、図8Aは、駆動モータ34Aを固定部46から外した状態を示す。
 固定部46は、駆動モータ34Aを装着した際に、装着部材45の凹凸連結面45aが、駆動機構部31の内部の固定側受け部材44の凹凸連結面44aと嵌合する位置関係に駆動モータ34Aを固定できれば、具体的な構成は特に限定されない。
 本変形例では、一例として、駆動機構部31の筐体に設けられ、駆動モータ34Aの側面に嵌合する孔部31aと、孔部31aの内周面に進退可能に設けられた嵌合突起46aとを備える構成としている。
 嵌合突起46aは、図8Aに示すように、駆動モータ34Aの嵌合凹部47と嵌合する形状に設けられ、付勢部材46bによって、孔部31aの中心に向かって付勢されている。
 付勢部材46bは、種々のばね部材や弾性部材を採用することができる。
 なお、このように駆動モータ34Aを個別に着脱することは必須ではない。例えば、駆動モータ34Aが複数設けられている場合に、複数の駆動モータ34Aを一体に保持する保持部材を設け、この保持部材を駆動機構部31に設けた適宜の固定部に対して着脱可能にした構成も可能である。この場合、複数の駆動モータ34Aが同時に着脱されることになる。
 制御部5Aは、駆動ユニット30Aでは、クラッチ33を有しないことに対応して、上記第1の実施形態の制御部5のクラッチ制御部102を削除した点のみが異なる。
 このような構成により、駆動モータ34Aは、駆動機構部31の孔部31aに、固定部46を介して、着脱可能に固定されている。
 図8Aに示すように、駆動モータ34Aが装着された状態では、固定部46の嵌合突起46aが、駆動モータ34Aの嵌合凹部47に嵌合することにより、駆動モータ34Aの位置を、軸方向および周方向に固定している。
 このような装着状態では、着脱部43の固定側受け部材44と装着部材45とが、凹凸連結面44a、45aにおいて、互いに軸方向および周方向に嵌合されている。
 このため、駆動モータ34Aが駆動されると、出力軸34aの回転が、着脱部43を介して回転軸32aに伝達される。したがって、着脱部43は、駆動力中継状態になっている。
 図8Bに示すように、駆動モータ34を軸方向に沿って駆動機構部31の外方に引っ張ると、嵌合突起46aが、嵌合凹部47から径方向の外方に押し出されて、駆動モータ34Aが引き抜かれ、駆動モータ34Aを固定部46から取り外すことができる。
 このような取り外し状態では、着脱部43が固定側受け部材44と装着部材45とに分離して、装着部材45が駆動モータ34Aとに引き抜かれる。
 このため、着脱部43は、駆動力を伝達する機能を有しておらず、駆動モータ34Aが駆動されても、出力軸34aの回転は、回転軸32aに伝達されない。したがって、着脱部43は、駆動力解除状態になっている。
 このため、着脱部43は、駆動力が中継される駆動力中継状態と駆動力が遮断されて屈曲用関節の動きが自由になる駆動力解除状態とが切り替え可能な駆動力中継部を構成している。
 このように、本変形例は、駆動力中継状態と、駆動力解除状態とを、駆動モータ34Aの着脱によって実現する場合の例になっている。
 このような医療用器具20Aは、上記第1の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法と略同様にして・BR>A図5に示すステップS1~S5を実行することにより、初期化することができる。
 すなわち、本変形例では、医療用器具20に代えて、医療用器具20Aを用いる点と、ステップS1、S3において、駆動力中継状態と、駆動力解除状態との切り替える動作を、操作者Opが駆動モータ34Aを固定部46に着脱することによって行う点とが、上記第1の実施形態と異なる。
 また、本変形例のステップS4では、制御部5Aがクラッチ制御部102を有しないため、クラッチ制御部102に代えて、図示略の通知手段によって、駆動力解除状態になったことを原点設定部101に通知する点が上記第1の実施形態と異なる。
 このような通知手段としては、例えば、装着部材45または駆動モータ34の着脱に連動して装着状態を検知する検知センサなどの手段や、操作者Opが装着を済ませてから押しボタンスイッチによって、手動で通知するといった手段を挙げることができる。検知センサの種類としては、例えば、光センサ、押し込みスイッチなどの機械的センサ、電界や磁界を用いた検知センサなどの例を挙げることができる。
 本変形例では、図示は省略するが、嵌合突起46aが押し込まれる動作に連動した検知センサが設けられ、この検知センサの出力によって原点設定部101に駆動力中継状態になったことが通知される。
 本変形例の駆動力解除状態では、駆動ユニット30Aから、駆動モータ34Aが取り外された状態になるため、医療用器具20Aが軽量化され、処置具チャンネル16への挿入動作などがより容易となる点で作業性を向上することができる。
[第2実施形態]
 次に、本発明の第2の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法について説明する。
 図9は、本発明の第2の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる医療用器具の模式的なシステム構成図である。図10は、本発明の第2の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる医療用器具の初期張力付加部の構成を示す模式的な斜視図である。図11は、本発明の第2の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる医療用器具の駆動部および駆動力中継部の構成を示す模式的な断面図である。
図12は、本発明の第2の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる医療用器具の駆動力中継部の駆動力解除状態を示す模式的な断面図である。
 図1に示すように、本実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いるマニピュレータシステム1Bは、上記第1の実施形態におけるマニピュレータシステム1の医療用器具20、制御部5に代えて、医療用器具20B(マニピュレータ)、上記第1変形例と同様の制御部5A(駆動制御部)を備える。
 以下、上記第1の実施形態と異なる点を中心に説明する。
 医療用器具20Bは、図9に示すように、上記第1の実施形態の医療用器具20の駆動ユニット30に代えて、駆動ユニット30Bを備える。
 駆動ユニット30Bは、駆動ユニット30のクラッチ33、駆動プーリ32、駆動モータ34に代えて、駆動連結部53(駆動力中継部)、駆動モータ部34Bを備え、駆動機構部31の筐体に駆動モータ部34Bを着脱可能に固定する固定部46と、初期張力付与部60とを追加したものである。
 なお、駆動連結部53、駆動モータ部34B、固定部46、および初期張力付与部60は、各関節部22に応じてそれぞれ1組ずつ設けられているが、いずれも同じ構成を有する。以下では、関節部22Bを駆動する場合の例で説明する。
 図10に示すように、駆動連結部53は、駆動ワイヤ24Bを牽引するために駆動ワイヤ24Bを巻き回す第1内歯車50および第2内歯車51を備えている。
 第1内歯車50(第2内歯車51)は、駆動ワイヤ24Bを巻き回すための外周面50a(51a)と有しており、図示略の駆動機構部31の筐体に固定されたギアケース52に収容されている。
 なお、本実施形態では、第1内歯車50(第2内歯車51)の回転が駆動ワイヤ24Bに確実に伝達されるように、駆動ワイヤ24Bの端部が、外周面50a(51a)上の図示略の位置で固定されている。これにより、駆動ワイヤ24Bに大きなたるみが生じた場合でもスリップなどを起こすことなく確実に牽引することが可能となる。
 ただし、例えば、摩擦係合のみでもスリップを起こさない場合には、外周面50a(51a)固定しない構成も可能である。
 駆動ワイヤ24Bにおける関節部22B側の両端部は、関節部22Bのプーリ22bに巻き回されてから接合部22cにおいてプーリ22bに固定されている。
 駆動ワイヤ24Bの中間部は、駆動連結部53の第1内歯車50の外周面50a、初期張力付与部60の後述するプーリ55、および第2内歯車51の外周面51aに、この順に巻き回されている。
 なお、図10は模式図のため、駆動ワイヤ24Bが外周面50a、51a、プーリ55に、それぞれ半周程度巻き回されているように描かれているが、これは一例であり、巻き回し回数は半周程度には限らず、例えば、半周以下あるいは半周以上の適宜の巻き回し回数が可能である。
 また、特に、プーリ55に対しては、駆動ワイヤ24Bが、摩擦係合している状態であるため、スリップしにくいように巻き付け角が大きくなるように巻き回すことが好ましく、1周以上巻き回すことがより好ましい。
 以下では、駆動ワイヤ24Bのうち、プーリ55の中央部に巻き掛けられた位置を境にして、プーリ55から第1内歯車50を経由してプーリ22bに向かう部分を第1ワイヤ部24R、プーリ55から第2内歯車51を経由してプーリ22bに向かう部分を第2ワイヤ部24Lと称する。
 図11に示すように、第1内歯車50および第2内歯車51は、ギアケース52に設けられた軸受52aによって、それぞれ回転可能に支持されるとともに、ワッシャ54によって軸方向に離間した状態で互いの位置関係が固定されている。このため、第1内歯車50および第2内歯車51は、回転中心O3を中心として互いに同期して回転することができる。
 軸受52aとしては、例えば、ボールベアリングを採用することができる。
 第1内歯車50および第2内歯車51の中心部には、後述する駆動モータ部34Bのピニオン32Bが軸方向に挿入可能、かつ周方向に係合可能な内歯部50b、51bが回転中心軸O3と同軸に形成されている。
 駆動モータ部34Bは、駆動ワイヤ24Bを牽引するための駆動力を発生する駆動モータ34Aと、駆動モータ34Aの出力軸34aの先端部に出力軸34aと同軸に固定されたピニオン32Bとを備える。
 駆動モータ34Aは、出力軸34aにピニオン32Bが固定されている点以外は、上記第1変形例と同様の構成を有しており、マスタアーム3を用いた操作入力に基づいて駆動量算出部100から送出される駆動指令値に基づいて、回転動作が制御される。
 ピニオン32Bは、第1内歯車50および第2内歯車51の内歯部50b、51bと同軸の位置で噛み合う歯形を有する歯車である。ピニオン32Bの歯幅は、内歯部50b、51bと同時に噛み合うことができる歯幅になっている。
 このような構成の駆動モータ部34Bは、図9に示すように、駆動モータ34Aの外周部において、位置決めされた状態で、駆動機構部31の筐体に設けられた固定部46と着脱可能に固定されている。駆動モータ部34Bの着脱方向は、回転中心軸O3に沿う方向である。
 本実施形態の固定部46は、駆動モータ34Aを固定する際に、ピニオン32Bが、内歯部50b、51bと略同幅(同幅の場合を含む)ずつ噛み合う位置に、駆動モータ34Aを固定する点を除いて、上記第1変形例の固定部46と同様の構成を有する。したがって、ピニオン32Bをこのような位置に挿入できれば、上記第1変形例の固定部46と同様に、図8A、図8Bに示す一例以外の構成も可能である。
 図11では、固定部46に対して、駆動モータ部34Bを装着した状態を描いている。
これに対して、図12では、固定部46から駆動モータ部34Bを取り外した状態を描いている。
 以下の説明では、駆動連結部53に対する駆動モータ部34Bの位置関係を説明する場合には、特に断らない限りは、駆動モータ部34Bの装着状態における位置関係を説明する。
 このような駆動モータ部34Bは、固定部46の固定を解除することで、図12に示すように、回転中心軸O3に沿って引き抜いて取り外すことができる。
 また、駆動モータ部34Bは、逆に回転中心軸O3に沿って押し込んで、固定部46に装着することができる。駆動モータ部34Bが固定部46に装着されると、駆動モータ部34Bの軸方向の位置が位置決めされ、図11に示すように、ピニオン32Bが、内歯部50b、51bと略同幅ずつ噛み合う。
 図10に示すように、初期張力付与部60は、駆動ワイヤ24Bの中間部が外周面に巻かれたプーリ55と、プーリ55を回転自在に保持するプーリ保持部56と、駆動ユニット30Bにおける遠位端(図10の図示左側)と近位端(図10の図示右側)とを結ぶ方向にプーリ保持部56をスライド可能に保持するガイド57と、プーリ保持部56の遠位側に配されプーリ保持部56を遠位端側に向かって牽引するためのバネ58と、バネ58の遠位端を支持する支持部59とを備える。
 ガイド57および支持部59は、図示略の駆動機構部31の筐体に固定されている。
 このため、バネ58は、プーリ保持部56をガイド57に沿って遠位端側に引っ張っており、駆動ワイヤ24Bは、バネ58の弾性復元力に対応する初期張力が付加されている。この場合、プーリ保持部56は、バネ58に牽引されて直線上を移動するため、ガイド57を削除した構成も可能である。
 ただし、バネ58は、プーリ保持部56を遠位端側に向かって押圧するように配置してもよい。この場合には、バネ58が伸縮方向の側方に座屈するおそれがあるため、ガイド57とは異なる構成でもよいが、プーリ保持部56の移動方向を規定する何らかの移動ガイド部を設けることが好ましい。
 制御部5Aは、図9に示すように、本実施形態の駆動モータ部34Bに用いられる駆動モータ34Aの駆動制御を行う点を除けば、上記第1変形例の制御部5Aと同様の構成を有する。
 次に、マニピュレータシステム1Bにおける医療用器具20Bの動作について説明する。
 図13A、図13Bは、本発明の第2の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる医療用器具の主要部の模式的な動作説明図である。
 医療用器具20Bの駆動モータ部34Bは、駆動機構部31の筐体に、固定部46を介して着脱可能に固定されている。
 図13A、図13Bに医療用器具20Bにおける関節部22Bを駆動する主要構成を模式的に示す。簡単のため、駆動ワイヤ24Bの配回しは平面に展開して表しているため、第1内歯車50、第2内歯車51の位置はずらして描いている。図13Aは、駆動モータ部34Bの取り外し状態を示し、図13Bは、駆動モータ部34Bの装着状態を示している。
 図12に示すように、駆動モータ部34Bを駆動連結部53から取り外すと、ピニオン32Bは、第1内歯車50および第2内歯車51と噛み合っていないため、駆動モータ34Aを駆動しても、駆動力は第1内歯車50および第2内歯車51には伝達されず、駆動ワイヤ24Bが牽引されることはない。
 このとき、図13Aに示すように、駆動ワイヤ24Bは、関節部22Bのプーリ22b、第1内歯車50、初期張力付与部60のプーリ55、および第2内歯車51に順次巻き回されている。また、駆動ワイヤ24Bは、図示略の位置で、第1内歯車50および第2内歯車51の外周面で位置が固定され、プーリ22b上では、接合部22cを介してプーリ22bと固定され、ループを形成している。
 なお、図13A、図13Bは、模式図であり簡略化している。このため、駆動ワイヤ24Bの配回しや巻き付け角や巻き付け回数などを正確に表すものではない。
 プーリ55は、バネ58によって、遠位端側に力Fで牽引されている。このため、駆動ワイヤ24Bには、プーリ55を境に分けられた第1ワイヤ部24R、第2ワイヤ部24Lのそれぞれにおいて、初期張力T(=F/2)が付加されている。
 これにより、駆動ワイヤ24Bはたるみが生じることなく張架されている。
 この状態で、例えば、軸状部21Bに、関節部22Bが回転するような外力が作用すると、プーリ22b、第1内歯車50、プーリ55、第2内歯車51は、いずれも滑らかに回転可能に保持されているため、プーリ22bが回転する。また、これに連動して、第1内歯車50、プーリ55、第2内歯車51も、駆動ワイヤ24Bの移動量に応じて回転するため、可動範囲では、関節角度が自由に変化する。
 したがって、駆動連結部53は、関節部22Bの動きが自由になる駆動力解除状態になっている。
 例えば、図11のように、駆動モータ部34Bを駆動連結部53に装着すると、ピニオン32Bが第1内歯車50および第2内歯車51の内歯部50b、51bに噛み合う。このため、ピニオン32Bから第1内歯車50および第2内歯車51に駆動力を伝達することが可能となる。
 すなわち、制御部5Aの駆動量算出部100から駆動指令値が送出されると、駆動モータ34Aが駆動され、ピニオン32Bが回転し、第1内歯車50および第2内歯車51に駆動力が伝達される。
 このように、本実施形態の駆動連結部53は、駆動力が中継される駆動力中継状態と駆動力が遮断されて屈曲用関節の動きが自由になる駆動力解除状態とが切り替え可能な駆動力中継部を構成している。
 このように、本実施形態は、駆動力中継状態と、駆動力解除状態とを、駆動モータ部34Bの着脱によって実現する場合の例になっている。
 このような医療用器具20Bは、上記第1の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法と略同様にして、初期化することができる。
 具体的には、図14に示すステップS11~S16を図14のフローにしたがって実行する。
 図14は、本発明の第2の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法のフローを示すフローチャートである。
 まず、ステップS11を行う。本ステップは、駆動モータ部34Bを取り外し状態とすることにより、駆動力中継部である駆動連結部53を駆動力解除状態として、各駆動ワイヤ24のたるみを除去するため、各駆動ワイヤ24に初期張力を付加するステップである。
 医療用器具20Bは、初期張力付与部60を有することにより、常時、初期張力が付加されている。このため、本ステップは、操作者Opや制御部5Aが特に何らかの操作を行う必要があるステップではない。
 ただし、初期張力付与部60が故障すると、初期張力が付与されないおそれがあるため、初期張力付与部60が正常に動作していることを確認してから、次のステップに移行することが好ましい。
 ステップS11は、駆動力伝達部材のたるみを除去するため、駆動力伝達部材に初期張力を付与する初期張力付与工程を構成している。
 ステップS12~S16は、上記第1の実施形態のステップS1~S5(図5参照)と略同様のステップである。
 すなわち、ステップS12~S16は、医療用器具20に代えて、医療用器具20Bを用いる点と、ステップS14では、上記ステップS3とは異なり、駆動力中継状態に切り替える動作を操作者Opが駆動モータ部34Bを固定部46に装着することによって行う点とが、上記第1の実施形態と異なる。
 本実施形態では、医療用器具20Bは、ステップS11において、駆動力解除状態にされているため、ステップS12において、特に駆動力解除状態とする操作は行う必要はない。
 また、ステップS11の実行後は、駆動ワイヤ24のたるみが除去された状態になっているため、ステップS14において駆動力中継状態になる際にも、駆動ワイヤ24のたるみが除去された状態である。
 本実施形態の初期化方法によれば、上記第1の実施形態と略同様のステップS12~S15を行うため、屈曲用関節の関節角度を正確に初期化することができる。また、ステップS16を行って、駆動リミットを設定するため、先端屈曲部25を過度に湾曲させることがないため、医療用器具20Bや処置対象に対する過度の負荷がかかることを防止することができる。
 さらに、ステップS11において、各駆動ワイヤ24に初期張力を付加して、たるみを除去するため、ステップS12以降、処置具チャンネル16に沿って、医療用器具20Bが湾曲することにより、駆動ワイヤ24の経路長が変化しても、たるみが除去された状態になっている。
 このため、ステップS14で駆動力中継状態に切り替えられる際にも、たるみが除去されているため、駆動ワイヤ24のたるみによる駆動誤差をなくすことができる。これにより、より正確な湾曲操作を行うことができる。
[第2変形例]
 次に、上記第2の実施形態の変形例(第2変形例)のマニピュレータシステムの初期化方法について説明する。
 上記第2の実施形態では、初期張力付加工程を、最初に行う場合の例で説明したが、初期張力を付加して駆動ワイヤ24のたるみを除去するのは、駆動原点の設定誤差を低減するためである。
 このため、初期張力付加工程を実行するタイミングは、原点設定工程であるステップS15より前であれば、いつ実行してもよい。
 このため、上記第2の実施形態のステップS11は、ステップS12、S13の間、ステップS13、S14の間、ステップS14、S15の間のいずれかのタイミングで実行するように、変形することができる。
 ただし、駆動ワイヤ24のたるみを容易に除去できるのは駆動力解除状態であるため、駆動部連結工程であるステップS14よりも前に実行することがより好ましい。
 初期張力付加工程を実行するには、具体的には、バネ58によってプーリ保持部56を引っ張る状態と、バネ58の付勢力を解除する状態とを切り替えるスイッチを設けておけばよい。
[第3の実施形態]
 次に、本発明の第3の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法について説明する。
 図15は、本発明の第3の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる医療用器具および形状規定部材の模式的なシステム構成図である。図16A、図16Bは、本発明の第3の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる処置用内視鏡装置の関節位置検出部の位置と医療用器具の挿入位置との関係を示す模式的な断面図である。
 図1に示すように、本実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いるマニピュレータシステム1Cは、上記第1の実施形態におけるマニピュレータシステム1の医療用器具20、処置用内視鏡装置10、制御部5に代えて、医療用器具20C(マニピュレータ)、処置用内視鏡装置10C、制御部5C(駆動制御部)を備える。
 以下、上記第1の実施形態と異なる点を中心に説明する。
 医療用器具20Cは、図15に示すように、上記第2の実施形態の医療用器具20Bの駆動ユニット30Bに代えて、駆動ユニット30Cを備える。
 駆動ユニット30Cは、上記第2の実施形態の駆動連結部53、駆動モータ部34Bに代えて、駆動連結部53C、駆動モータ部34Cを備え、クラッチ33Cを追加したものである。
 なお、駆動連結部53C、駆動モータ部34C、クラッチ33C、初期張力付与部60は、各関節部22にそれぞれ1組ずつ設けられているが、いずれも同じ構成を有する。以下では、関節部22Bを駆動する場合の例で説明する。
 駆動連結部53Cは、上記第2の実施形態の第1内歯車50、第2内歯車51に代えて、第1プーリ50C、第2プーリ51Cを備える。
 第1プーリ50Cおよび第2プーリ51Cは、上記第2の実施形態の第1内歯車50および第2内歯車51の内歯部50b、51bを削除して、それぞれ第1内歯車50および第2内歯車51と同様に回転可能に支持されている。ただし、本実施形態では、第1プーリ50Cは、図示略の可動支持部材によって、第2プーリ51Cに対して回転軸に沿う方向(図示両矢印方向。以下、回転軸線方向と称する)に接離可能に支持されている。
 すなわち、可動支持部材は、第1プーリ50Cに回転軸線方向に押圧する一定以上の外力が作用しない状態では、第1プーリ50Cが第2プーリ51Cから離間する位置に支持している。第1プーリ50Cに一定以上の外力が作用すると、第1プーリ50Cは回転軸線方向に移動して第2プーリ51Cと当接する。
 第1プーリ50Cおよび第2プーリ51Cの間の当接面は、凹凸形状を備える図示略のかみ合い面が形成され、当接時に互いに一体化して回転することが可能である。
 また、第1プーリ50Cには、同様のかみ合い面が、裏面側にも設けられている。
 駆動モータ部34Cは、上記第1の実施形態の駆動モータ34の出力軸34aに、第1プーリ50Cにおける第2プーリ51Cと反対側のかみ合い面に対して回転軸線方向に接離可能なかみ合い板34cを設けたものである。
 かみ合い板34cは、対向位置の第1プーリ50Cのかみ合い面と当接した際に、出力軸34aからの回転駆動力を第1プーリ50Cに伝達するものである。
 駆動モータ部34Cは、図示略の可動支持部材によって、回転軸線方向に進退可能に支持されている。
 クラッチ33Cは、クラッチ制御部102の制御信号に応じて、駆動モータ部34Cを出力軸34aに沿う方向に進退させる装置部分であり、駆動モータ部34Cにおける出力軸34aと反対側の端部と駆動機構部31の筐体と間に固定されている。
 クラッチ33Cに、駆動モータ部34Cを進出させる制御信号が送信されると、駆動モータ部34Cが、第1プーリ50Cに向かって出力軸34aに沿う方向に移動する。
 これにより、かみ合い板34cが第1プーリ50Cのかみ合い面に一定以上の力で押圧され、第1プーリ50Cの反対側のかみ合い面が、第2プーリ51Cのかみ合い面に当接し、かみ合い板34c、第1プーリ50C、および第2プーリ51Cが連結される。
 このため、出力軸34aが回転すると、駆動モータ部34Cからの駆動力が中継され、第1プーリ50Cと第2プーリ51Cとが同期して回転する。すなわち、駆動力中継状態が形成される。
 クラッチ33Cに、駆動モータ部34Cを後退させる制御信号が送信されると、駆動モータ部34Cが、第1プーリ50Cから離れる方向に移動する。
 これにより、かみ合い板34c、第1プーリ50C、第2プーリ51Cが互いに離間し、駆動力が遮断される駆動力解除状態が形成される。
 このため、クラッチ33Cは、駆動力中継状態と駆動力解除状態とを切り替える駆動力中継部になっている。
 処置用内視鏡装置10Cは、上記第1の処置用内視鏡装置10の形状規定部12内の一定位置に関節位置検出部80を設けた点が、処置用内視鏡装置10と異なる。
 関節位置検出部80は、形状規定部12に対する関節部22および軸状部21の挿入状態を検出することができ、これにより、形状規定部12によって関節部22の関節角度の設定が成功しているかどうかを確認できれば、特に限定されない。
 本実施形態では、上記第1の実施形態と同様に、関節角度を規定する関節部22と、これに連結された一対の軸状部21が、形状規定部12内に挿入されることにより、関節角度が所定値に設定される。
 したがって、関節位置検出部80は、特定の関節部22がこれに連結された軸状部21とともに、形状規定部12に位置しているかどうかを検出できる手段をすべて採用することができる。
 本実施形態では、関節位置検出部80の一例として、軸状部21と形状規定部12との嵌合隙間よりも径方向の内側に突出し、軸状部21が挿入されるとスイッチが入る押し込みスイッチ型の位置センサを採用している。
 このような関節位置検出部80は、図16Aに示すように先端屈曲部25を挿入していくと、例えば、軸状部21Aの先端が通過する時点で、検出信号が生成される。
 このとき、図16Bに示すように、軸状部21Cが、一定の長さ以上、形状規定部12に挿入された位置関係にあると、軸状部21A、関節部22A、軸状部21B、および関節部22Bは、すべて形状規定部12に挿入されていることになる。したがって、このような位置に関節位置検出部80を設置すれば、関節部22A、22Bの関節角度の設定に成功している状態であると判定できる。
 図16A、図16Bには、関節位置検出部80が、径方向に対向する2箇所に設けられている場合を図示しているが、これは一例であって、関節位置検出部80の個数や配置位置は、判定に必要に応じて適宜の個数配置を採用することができる。
 例えば、関節位置検出部80を形状規定部12に軸方向に沿って複数設けることで、先端屈曲部25の軸状部21Aの先端部の通過状況や、挿入長さを判定することができる。
例えば、軸状部21Aの位置として、許容できる範囲にそれぞれ関節位置検出部80を配置することにより、挿入量が多すぎて、関節角度の設定に失敗していることも判定することが可能である。
 制御部5Cは、図15に示すように、上記第1の実施形態の制御部5に、関節位置判定部104を追加したものである。
 関節位置判定部104は、処置用内視鏡装置10Cに設けられた関節位置検出部80と通信可能に接続され、関節位置検出部80の検出信号に基づいて、形状規定部12に挿入された関節部22の形状規定部12における位置を判定するものである。
 関節位置判定部104は、表示部4と通信可能に接続されており、関節位置検出部80の検出信号に基づいて判定した関節部22の位置、または関節角度の設定が成功したかどうかどうかの情報を、表示部4に表示させることができる。以下では、関節角度の設定に成功した場合に表示する情報を成功情報、関節角度の設定に失敗した場合に表示する情報を失敗情報と称する。
 関節部22の位置を、数値やグラフによって表示させる場合は、操作者Opが数値やグラフを見て、成功、失敗を判定することができる。
 次に、医療用器具20Cを用いた本実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法について説明する。
 図17は、本発明の第3の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法のフローを示すフローチャートである。
 本実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法は、図17に示すステップS21~S27を図17のフローにしたがって実行する方法である。
 ステップS21~S23は、医療用器具20Cを用いて行う点を除いて、上記第2の実施形態におけるステップS11~S13(図14参照)と同様のステップである。
 ただし、本実施形態のステップS23では、操作者Opは、適宜量だけ、医療用器具20Cを押し込んだら、ステップS24に移行する。
 ステップS24は、関節位置検出部80の検出信号に基づいて、関節部22の関節角度の設定に成功しているかどうかを判定するステップであり、本実施形態の挿入状態判定工程を構成している。
 本実施形態では、関節位置判定部104が関節位置検出部80の検出信号を監視している。
 本実施形態では、関節位置判定部104は、関節位置検出部80から検出信号を受信すると、表示部4に各関節部22の設定に成功情報を表示させる。
 このため、操作者Opは、表示部4の表示を見て、関節位置判定部104による判定結果を知ることができる。
 操作者Opは、表示部4に成功情報が表示されたことを確認したら、医療用器具20Cの挿入を終了して、ステップS25に移行する。
 表示部4に成功情報が表示されていなかったら、ステップS23に移行する。
 すなわち、操作者Opは、医療用器具20Cをさらに先端に向けて挿入する。ただし、関節位置判定部104が失敗情報や挿入位置などが表示される等で、挿入しすぎたことが分かった場合には、ステップS23において、医療用器具20Cを基端側に戻して挿入をやり直す動作も可能である。
 ステップS25~S27は、医療用器具20Cを用いて行う点を除いて、上記第2の実施形態におけるステップS14~S16(図14参照)と略同様のステップである。
 ただし、上記第2の実施形態では、ステップS14において、駆動モータ部34Bを装着状態として、駆動力中継状態に切り替えたのに対して、本実施形態のステップS25では、上記第1の実施形態のステップS3と同様にクラッチ33を操作して駆動力中継状態に切り替える点が異なる。
 以上で、医療用器具20Cの各関節部22が初期化される。
 本実施形態の初期化方法によれば、上記第1、2の実施形態と同様にして、屈曲用関節の関節角度を正確に初期化することができる。また、駆動リミットをして、医療用器具20Cや処置対象に対する過度の負荷がかかることを防止することができる。また、駆動ワイヤ24のたるみによる駆動誤差をなくすことができる。これにより、より正確な湾曲操作を行うことができる。
[第3~5変形例]
 次に、上記第3の実施形態の変形例(第3~第5変形例)のマニピュレータシステムの初期化方法について説明する。
 図18A、図18B、図18Cは、本発明の第3の実施形態の変形例(第3~第5変形例)のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる関節位置検出部の例を示す模式的な断面図である。
 図18Aに示す第3変形例は、上記第3の実施形態における処置用内視鏡装置10Cに代えて、処置用内視鏡装置10Dを用いる変形例である。
 処置用内視鏡装置10Dは、処置用内視鏡装置10Cの関節位置検出部80に代えて処置具チャンネル16の内周部の特定位置に配置され、その位置で軸状部21の到達を検知する関節位置検出部80Dを備える。
 関節位置検出部80Dは、例えば、軸状部21と処置具チャンネル16との間の隙間よりも径方向の内側に突出し、軸状部21が挿入されるとスイッチが入る押し込みスイッチ型の位置センサを採用している。
 すなわち、本変形例は、上記第3の実施形態の処置用内視鏡装置10Cが、関節位置検出部80を形状規定部12に配置していたのに対して、形状規定部12以外の部位に同様のセンサを配置した場合の例になっている。
 本変形例の関節位置検出部80Dによれば、処置具チャンネル16の特定位置において、軸状部21Aの先端が到達したことを検出することができる。例えば、関節位置検出部80の配置位置を、軸状部21Aが到達すべき形状規定部12内の位置pから近位端側に長さSDの位置とする。この場合、操作者Opは、関節位置検出部80からの検出信号が発生した位置から、医療用器具20Cを長さSだけ挿入すれば、関節角度の設定に成功することが分かる。これにより、上記ステップS23、S24が実行されたことになる。
 また、本変形例の場合、関節位置検出部80Dは、筒状部23上の適宜の位置に設けられた突起やマーカを検出するようにしてもよい。この場合、このような突起やマーカに対応して、検出信号が発生したら、その時点で、軸状部21Aの先端は位置pに位置しているため、関節角度の設定に成功することが分かる。
 図18Bに示す第4変形例は、上記第3の実施形態における処置用内視鏡装置10Cに代えて、処置用内視鏡装置10Eを用いる変形例である。
 処置用内視鏡装置10Dは、処置用内視鏡装置10Cの関節位置検出部80に代えて、光学センサからなる関節位置検出部81を備える。
 関節位置検出部81は、検出光を出射する光出射部81aと、検出光を光電変換し、受光量に応じて検出信号を生成する受光部81bとからなる。
 光出射部81aと受光部81bとは、形状規定部12の内周面の近傍において、互いに対応する位置に配置されている。
 このような関節位置検出部81によれば、検出光を遮断する位置に、先端屈曲部25が進出したことを検出することができる。これにより、上記ステップS23、S24が実行されたことになる。
 関節位置検出部81によれば、先端屈曲部25の位置を非接触で検出することができるため、接触型の関節位置検出部80に比べると、先端屈曲部25をより円滑に進退させることが可能になる。
 また、光学センサを用いる場合、光出射部81aと、受光部81bとを形状規定部12の軸方向において隣接して配置し、光出射部81aからの検出光のうち、先端屈曲部25の表面で反射した検出光を受光部81bで受光する反射型光学センサの構成も可能である。この場合、先端屈曲部25の表面に反射面を有するマーカを設けることにより、マーカが到達したことを検出することができる。
 図18Cに示す第5変形例は、上記第3の実施形態における医療用器具20Cに代えて、医療用器具20Fを用いる変形例である。
 医療用器具20Fは、関節位置検出部として医療用器具20Cの筒状部23の近位端側の表面に、挿入量検出マーカ82(関節位置検出部)を設けた例である。本変形例の場合、外套管11側には、関節位置検出部80等のセンサを必要としないため、処置用内視鏡装置10Cは、上記第1の実施形態の処置用内視鏡装置10に代えることができる。
 挿入量検出マーカ82としては、例えば、目視や図示しない光学読取センサ、磁気センサ等によって挿入量を読み取ることができる数直線や、目盛りなどのマーカを採用することができる。
 本変形例では、関節角度を確実に設定するために、外套管11の供給口16aから先端部11Aの位置pに相当する位置までの長さSFと、医療用器具20F上で軸状部21の先端から長さSFとなる挿入量検出マーカ82の位置qとを予め求めておく。
 このため、供給口16aに位置qを表す挿入量検出マーカ82が到達したら、関節角度の設定が成功したことが分かる。
 そこで、操作者Opは、供給口16aにおいて、挿入量検出マーカ82を監視しながら、医療用器具20Fを挿入し、供給口16aにおいて位置qになったら、挿入を停止する。これにより、上記ステップS23、S24が実行されたことになる。
[第4の実施形態]
 次に、本発明の第4の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法について説明する。
 図19Aは、本発明の第4の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる医療用器具の主要部を示す模式的な断面図である。図19Bは、本発明の第4の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる医療用器具の形状規定部材を示す模式的な断面図である。図20は、本発明の第4の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いる制御部の機能ブロック図である。
 図1に示すように、本実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法に用いるマニピュレータシステム1Gは、上記第3の実施形態におけるマニピュレータシステム1Cの処置用内視鏡装置10C、制御部5Cに代えて、処置用内視鏡装置10G、制御部5G(駆動制御部)を備える。
 処置用内視鏡装置10Gは、処置用内視鏡装置10Cの外套管11に代えて、外套管11Gを備える。
 以下、上記第3の実施形態と異なる点を中心に説明する。
 図19A、図19Bに示すように、外套管11Gは、外套管11の先端部11Aに代えて、先端屈曲部25のすべての関節部22を挿入することはできない長さまで、長さを短縮した先端部91Aを有している。
 本実施形態では、一例として、先端部91Aが、1つの関節部22と、これに連結された一対の軸状部21の一部とのみを挿入できる長さを有している。
 制御部5Gは、図20に示すように、上記第3の実施形態の制御部5Cの関節位置判定部104に代えて、関節位置判定部104Gを備える。
 関節位置判定部104Gは、関節位置判定部104の機能に加えて、関節位置検出部80の位置に到達した軸状部21の先端の個数をカウントする機能を有し、何番目の関節部22が関節角度の設定に成功したかを原点設定部101、クラッチ制御部102に通知する機能を有する。原点設定部101、クラッチ制御部102では、通知された関節部22に対してそれぞれの動作を行う。
 このため、関節位置判定部104Gは、原点設定部101、クラッチ制御部102とも通信可能に接続されている。
 次に、医療用器具20Cを用いた本実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法について説明する。
 図21は、本発明の第4の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法のフローを示すフローチャートである。
 本実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法は、図21に示すステップS31~S40を図21のフローにしたがって実行する方法である。
 ステップS31は、上記第3の実施形態のステップS21と同様のステップである。
 次に、ステップS32を行う。本ステップは、関節位置判定部104Gのカウンタ値nを0に初期化するステップである。
 次に、ステップS33を行う。本ステップは、関節位置判定部104Gのカウンタをn=n+1として更新するステップである。
 ステップS34~S39は、外套管11Gを用いて行われる点と、関節位置判定部104Gが何番目の関節部22の関節角度に成功したかを原点設定部101およびクラッチ制御部102に通知する点を除いて、上記第3の実施形態におけるステップS22~S27(図17参照)と略同様ステップである。
 すなわち、外套管11Gでは、関節位置検出部80が、各関節部22に対する近位端側の軸状部21の先端の位置を検出するため、この検出信号によってこの軸状部21の先端(遠位端側)に連結された関節部22の関節角度に成功したことが検知される。
 例えば、n=1のとき、関節位置検出部80が検出信号を発生するのは、先端屈曲部25における先端側から1番目の関節部22Aの関節角度の設定に成功した場合である。
 そこでステップS37~S39では、通知されたn番目の関節部22に対して、原点設定部101、クラッチ制御部102が、上記ステップS25~S27と同様な動作を行う。
 ステップS40は、関節位置判定部104において、カウンタ値nが、関節部22の総数であるN以上になったかどうかを判定するステップである。
 nがN未満の場合には、ステップS33に移行し、ステップS33~S40を繰り返す。すなわち、ステップS33では、カウンタ値nを更新し、ステップS34~S36では、操作者Opは、さらに医療用器具20Cの挿入を続けて、上記と同様にして、近位端側に配置された次の関節部22の関節角度の設定を行う。
 nがN以上の場合には、初期化動作を終了する。これにより、医療用器具20Cの各関節部22が初期化される。
 本実施形態の初期化方法によれば、外套管11Gのように、軸方向の長さが短いためすべての関節部22の関節角度を同時に設定できない場合にも、先端側から順番に関節部22を初期化することができる。したがって、初期化終了後は、上記第3の実施形態と同様にして、先端屈曲部25による正確な湾曲操作を行うことができる。
 本実施形態の初期化方法によれば、形状規定部12の長さは、最短で、1つの関節部22とこれに連結された一対の軸状部21の一部のみを挿入できる長さを有すればよい。このため、先端屈曲部25の長さがどんなに長くても、外套管11Gのように患者Pの体内に挿入した状態でも、わずかのスペースで初期化動作が可能になる。
 なお、上記の各実施形態、各変形例の説明では、医療用器具のエンドエフェクタとして、把持鉗子である把持部26を有する場合の例で説明したが、エンドエフェクタは、把持部26には限定されず、手技の種類に応じて適宜の装置構成、例えば、高周波処置具、局注針、剥離鉗子、吸引などが可能である。また、エンドエフェクタは、把持部26のような可動機構にも限定されない。例えば、処置用内視鏡装置10の観察部15のような先端に固定されているのみのエンドエフェクタでもよい。
 上記の各実施形態、各変形例の説明では、マニピュレータシステムの初期化方法が、医療用マニピュレータシステムの初期化方法である場合の例で説明したが、本発明は、医療用マニピュレータシステム以外のマニピュレータシステム、例えば、工業用マニピュレータシステムにも、同様に適用することができる。この場合、被回転体を回転させる関節部を有する医療用器具は、被回転体を回転させる関節部を有する器具、工業用器具、あるいは工業用処置具に代えることができる。
 上記の各実施形態、各変形例の説明では、先端屈曲部25が互いに屈曲方向が異なる2つの関節部22A、22Bを有する場合の例で説明したが、関節部の数や自由度は、手技の内容等を考慮して適宜設定してよい。また、関節部と筒状部との組合せに代えて、外套管11における湾曲部11Bと同様の機構を用いてもよい。すなわち、軸状部である複数の節輪や湾曲コマが、屈曲用関節である回動関節によって連結された場合に、回動関節(複数である場合を含む)を同様にして初期化することが可能である。
 上記の各実施形態、各変形例の説明では、形状規定部12を形成する先端部11Aが硬質材料からなる場合の例で説明したが、駆動力解除状態の各関節部22を所定の角度に屈曲させることができる程度に形状が安定していれば、軟性材料から構成することも可能である。すなわち、駆動力解除状態の先端屈曲部25に対して、硬質材料と同様に一定形状を保つ材料であれば特に限定されない。
 また、形状規定部12は、先端部11Aとは異なる管状部材(複数である場合を含む)によって構成されていてもよい。
 上記の各実施形態、各変形例の説明では、関節角度の所定値が、連結する軸状部21の角度を180°にする関節角度になっている場合の例で説明したが、連結する軸状部21の角度を180°以外の角度にする関節角度を所定値とすることも可能である。
 この場合は、形状規定部12として、湾曲管形状を採用することができる。
 上記の各実施形態、各変形例の説明では、形状規定部が、孔形状を有する形状規定部12からなる場合の例で説明したが、形状規定部が孔形状を有することは必須ではない。
 形状規定部は、屈曲用関節の関節角度を規定することができれば、孔形状以外にも、例えば、屈曲用関節の外周を半周以上の範囲で覆う溝形状や、屈曲用関節の外周面に複数の位置で当接して関節角度が所定値となる位置に位置決めする適宜形状のガイド部を採用することができる。
 上記の各実施形態、各変形例の説明では、駆動リミットを駆動モータ34のエンコーダを用いたソフト設定のみによって設定する場合の例で説明した。ただし、例えば、駆動モータ34として、回転角度の許容限度となる位置を検出して、駆動モータ34の原点出しが可能な位置センサを有する駆動部を採用することが可能である。位置センサとしては、例えば、光学センサや機械式センサ等のセンサを採用することができる。
 この場合には、原点設定工程において、駆動中継部が駆動力中継状態に切り替えられるまでの間に、位置センサの検出出力に基づいて、駆動部の原点出しを行う原点出し工程を実行することが好ましい。
 本工程では、例えば、駆動部の回転角度を、位置センサによる許容限度となる位置の中心位置に変更するような原点出しを行う。
 この場合、位置センサによる駆動限界が優先される場合に、実質的な駆動範囲が制限されてしまうことを防止することができる。また、ソフト設定の駆動リミットが優先される場合に、位置検出センサによる駆動限界を越えて駆動リミットが設定されてしまうことを防止することができる。
 上記の各実施形態、各変形例の説明では、医療用器具を、形状規定部12に対して、操作者Opが手動で挿入する場合の例で説明したが、医療用器具は、例えば、ロボットや進退移動機構などの挿入機構を備えることにより自動挿入できるようにしてもよい。
 この場合、上記第2、第3の実施形態のように、関節位置検出部80を備えていれば、この検出信号に基づいて挿入機構を動作させることにより、本発明のマニピュレータシステムの初期化方法を自動化することが可能である。
 上記第3の実施形態の説明では、関節部22が1つずつ順次初期化される場合の例で説明したが、形状規定部12の長さを適宜設定することにより、2以上の関節部22を同時に初期化し、これを複数回行ってすべての関節部22を初期化することが可能である。この場合、1回ごとに初期化される関節部22は、別々でもよいし、一部が重複していることも可能である。
 上記の各実施形態、各変形例の説明では、医療用器具が先端屈曲部25を備え、形状規定部材が処置用内視鏡装置10の外套管11の先端部11Aからなる場合の例で説明した。その際、医療用器具の先端屈曲部25と外套管11の湾曲部11Bとは、いずれも電動駆動され、制御部によって湾曲形状を変更できるようになっているものとした。
 ただし、医療用器具と形状規定部材との組み合わせはこれには限定されない。
 例えば、処置用内視鏡装置10は、手動の内視鏡装置に代えることが可能である。
 また、処置用内視鏡装置10に代えて、電動、手動を問わず、ガイドチューブやトロッカを採用することができる。この場合、ガイドチューブやトロッカの一部に設けられた孔部を形状規定部として用いることが可能である。この場合、医療用器具としては、例えば、処置用内視鏡装置10等のような電動の内視鏡や、医療用器具20等のような先端に関節部を有する処置具を採用することができる。
 上記の各実施形態、各変形例の説明では、医療用器具が軟性処置具の場合の例で説明したが、屈曲用関節で連結された複数の軸状部を有していれば、医療用器具は硬性処置具も可能である。
 上記の各実施形態、各変形例の説明では、医療用器具が先端屈曲部25を備え、形状規定部材が患者Pの体内に挿入される先端部11Aからなる場合の例で説明した。
 しかし、形状規定部材は、患者Pの体内に挿入されることは必須ではない。例えば、形状規定部材として、患者Pの体外に設けられた筒状の校正器具を採用することができる。
 すなわち、本発明のマニピュレータシステムの初期化方法は、形状規定部材をマニピュレータ以外の治具として用意しておき、患者Pの体外で、初期化を行う方法とすることが可能である。
 上記に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせたり、削除したりして実施することができる。
 例えば、上記第3の実施形態の処置用内視鏡装置10Cの先端部11Aを用いて、上記第4の実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法を行うことが可能である。
 この場合、すべての関節部22が形状規定部12に挿入されていて、関節角度の設定が可能であっても、先端側から順に初期化されていく。
 また、上記第3の実施形態において、関節位置検出部80の位置をより近位端側に配置して、先端部11Aを有していても、上記第4の実施形態と同様の初期化動作を行うことも可能である。
上記各実施形態(変形例を含む)のマニピュレータシステムの初期化方法によれば、形状規定部材に屈曲用関節とこの屈曲用関節で連結された軸状部の対とを挿入して、屈曲用関節の関節角度を所定値に設定するため、屈曲用関節の関節角度を正確に初期化することができるという効果を奏する。
1、1A、1B、1C、1G マニピュレータシステム
2 マスタマニピュレータ
3 マスタアーム
4 表示部
5、5A、5C、5G 制御部(駆動制御部)
6 スレーブマニピュレータ
10、10C、10D、10E、10G 処置用内視鏡装置
11、11G 外套管
11A、91A 先端部(形状規定部材)
11B 湾曲部
11C 挿入部
12 形状規定部
15 観察部
16 処置具チャンネル
16a 供給口
16b 先端部
20、20A、20B、20C、20F 医療用器具(マニピュレータ)
21、21A、21B、21C 軸状部
22、22A、22B 関節部(屈曲用関節)
22b プーリ
23 筒状部
24、24A、24B 駆動ワイヤ(駆動力伝達部、駆動力伝達部材)
24R 第1ワイヤ部
24L 第2ワイヤ部
25 先端屈曲部
26 把持部
27 シース
30、30A、30B、30C 駆動ユニット
31 駆動機構部(駆動力伝達部)
32 駆動プーリ(駆動力伝達部)
33、33C クラッチ(駆動力中継部)
34、34A 駆動モータ(駆動部)
32B ピニオン
34B、34C 駆動モータ部
43 着脱部(駆動力中継部)
44 固定側受け部材
44a、45b 凹凸連結面
45 装着部材
50 第1内歯車
50C 第1プーリ
51 第2内歯車
51C 第2プーリ
53 駆動連結部(駆動力中継部)
60 初期張力付与部
80、80D、81、90 関節位置検出部
82 挿入量検出マーカ(関節位置検出部)
100 駆動量算出部
101 原点設定部
102 クラッチ制御部
104、104G 関節位置判定部
O 真直軸
O3 回転中心軸
Op 操作者
P 患者
T 初期張力

Claims (9)

  1.  屈曲用関節で連結された複数の軸状部を有する医療用器具と、前記屈曲用関節に駆動力を伝達する駆動力伝達部と、前記駆動力伝達部に前記駆動力を供給する駆動部と、前記駆動力が中継される駆動力中継状態と前記駆動力が遮断されて前記屈曲用関節の動きが自由になる駆動力解除状態とが切り替え可能な駆動力中継部とを有するマニピュレータシステムの初期化方法であって、
     前記駆動力中継部を前記駆動力解除状態にして、前記屈曲用関節の関節角度を所定値にする形状規定部を有する形状規定部材に、前記屈曲用関節と前記屈曲用関節で連結された前記軸状部の対とを挿入して、前記屈曲用関節の関節角度を前記所定値に設定する関節角度設定工程と、
     関節角度が設定された前記屈曲用関節に対して、前記駆動力中継部を前記駆動力中継状態に切り替える駆動部連結工程と、
     前記駆動部連結工程を実行してから、前記屈曲用関節の関節角度の状態を前記駆動部の駆動原点に対応付ける原点設定工程と、
    を備える
    マニピュレータシステムの初期化方法。
  2.  前記原点設定工程を実行してから、
     前記駆動部に対して、前記屈曲用関節を駆動する際の前記駆動原点からの駆動リミットを設定する駆動リミット設定工程を実行する
    請求項1に記載のマニピュレータシステムの初期化方法。
  3.  前記駆動リミット設定工程では、
     前記駆動部に対して前記駆動原点からの駆動指令値を送出する駆動制御部において、前記駆動指令値の許容限界を設定することにより、前記駆動リミットを設定する
    請求項2に記載のマニピュレータシステムの初期化方法。
  4.  前記駆動部は、原点出しを行うための位置センサを有しており、
     前記原点設定工程において、前記駆動力中継部が前記駆動力中継状態に切り替えられるまでの間に、前記位置センサの検出出力に基づいて、前記駆動部の原点出しを行う駆動部原点出し工程を実行する
    請求項1~3のいずれか1項に記載のマニピュレータシステムの初期化方法。
  5.  前記駆動力中継部は、
     前記駆動部を、前記駆動力伝達部に着脱可能に連結し、連結時に前記駆動力中継状態となり、連結解除時に前記駆動力解除状態となるようにした
    請求項1~4のいずれか1項に記載のマニピュレータシステムの初期化方法。
  6.  前記駆動力中継部は、
     前記駆動部と前記駆動力伝達部とをクラッチを介して連結することにより、前記クラッチの接離に応じて、前記駆動力中継状態と前記駆動力解除状態とが切り替えられる
    請求項1~4のいずれか1項に記載のマニピュレータシステムの初期化方法。
  7.  前記駆動力伝達部は、
     線状の駆動力伝達部材を有しており、
     前記原点設定工程を実行する前に、
     前記駆動力伝達部材のたるみを除去するため、前記駆動力伝達部材に初期張力を付与する初期張力付与工程を実行する
    請求項1~6のいずれか1項に記載のマニピュレータシステムの初期化方法。
  8.  前記関節角度設定工程と前記駆動部連結工程との間、または前記関節角度設定工程の途中で、
     前記形状規定部に対する前記屈曲用関節および前記軸状部の挿入状態を検出することにより、前記形状規定部によって前記関節角度の設定が成功しているかどうかを判定する挿入状態判定工程を実行し、
     前記関節角度の設定に成功していると判定されなかった場合には、前記関節角度設定工程を繰り返す
    請求項1~7のいずれか1項に記載のマニピュレータシステムの初期化方法。
  9.  前記屈曲用関節が複数設けられ、
     前記駆動部が複数設けられ、
     前記複数の屈曲用関節のうち、前記形状規定部に挿入可能な前記屈曲用関節に関して、少なくとも、前記関節角度設定工程、前記駆動部連結工程、および前記原点設定工程を実行することを、
     前記形状規定部に挿入される前記屈曲用関節を換えて繰り返すことにより、
     前記複数の屈曲用関節と前記複数の駆動部とのすべてを初期化する
    請求項1~8のいずれか1項に記載のマニピュレータシステムの初期化方法。
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