WO2017103984A1 - 医療用マニピュレータシステムとその作動方法 - Google Patents

医療用マニピュレータシステムとその作動方法 Download PDF

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享平 栗原
満彰 長谷川
博之 橋本
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オリンパス株式会社
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39083—Robot interference, between two robot arms

Definitions

  • the present invention relates to a medical manipulator system and an operation method thereof.
  • Patent Documents A medical manipulator system that makes it possible to change the joint position of a manipulator without moving a treatment tool by providing redundant joints on a multi-joint manipulator and to prevent interference between the manipulators is known (for example, Patent Documents) 1).
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and not only avoids interference between manipulators in the system, but also a medical manipulator system that can also avoid interference with objects outside the system. Its purpose is to provide a method of its operation.
  • One aspect of the present invention includes a mounting table on which a patient is mounted, and one or more manipulators that support a treatment tool for treating the patient placed on the mounting table and adjust the position and posture of the treatment tool;
  • a sensor that is disposed above the manipulator and the mounting table and that detects an object existing within a predetermined range including the manipulator and the mounting table, and determines the degree of proximity between the object detected by the sensor and the manipulator
  • a medical manipulator system comprising: a proximity degree determination unit that performs a notification, and a notification unit that notifies that when the proximity degree determined by the proximity degree determination unit exceeds a predetermined threshold.
  • the proximity degree determination unit determines whether a patient is placed on the mounting table, and an object existing within a predetermined range including the manipulator and the mounting table is detected by the sensor disposed above the mounting table.
  • the notification unit notifies that fact.
  • the operator who operates the manipulator can recognize that the manipulator and the surrounding object are close to each other, and by stopping further operation of the manipulator, interference between the object and the manipulator can be avoided.
  • a storage unit that stores a specific range within the predetermined range may be provided, and the notification unit may be excluded from notification targets when the degree of proximity in the specific range exceeds the threshold value.
  • Another aspect of the present invention includes a mounting table on which a patient is mounted, and one or more manipulators that support a treatment tool for treating the patient placed on the mounting table and adjust the position and posture of the treatment tool.
  • a sensor that is disposed above the manipulator and the mounting table and detects an object existing within a predetermined range including the manipulator and the mounting table; and a degree of proximity between the object detected by the sensor and the manipulator.
  • a medical device comprising: a proximity degree determining unit for determining; and a control unit that controls the manipulator so as to avoid interference with the object when the proximity degree determined by the proximity degree determining unit exceeds a predetermined threshold value Manipulator system.
  • the control unit can avoid the interference between the object and the manipulator by controlling the manipulator so as to avoid the interference with the object.
  • a storage unit that stores a specific range within the predetermined range
  • the control unit allows interference with the object when the degree of proximity in the specific range exceeds the threshold value.
  • the manipulator may be controlled.
  • the said manipulator may have one or more redundancy degrees of freedom.
  • the redundancy degree of freedom is used.
  • the manipulator can be moved while maintaining the position and posture of the treatment tool. Accordingly, even when the manipulator is likely to interfere with another object during the treatment with the treatment tool, it is possible to avoid the interference while continuing the treatment with the treatment tool.
  • positioned above the mounting base is provided, the said manipulator is attached to the outer periphery vicinity of the said base part, and the said sensor is being fixed to the lower surface center vicinity of the said base part. May be.
  • the manipulator is attached in a suspended manner from the vicinity of the outer periphery of the base portion disposed above the mounting table, and the patient can be accessed from above the patient mounted on the mounting table. it can.
  • the sensor fixed to the lower surface center vicinity of a base part can detect the object of the predetermined range containing the manipulator and the patient on a mounting base, without being disturbed by the manipulator itself.
  • the position of the manipulator with respect to the patient is adjusted while maintaining the detection range of the sensor with respect to the manipulator by moving the base portion in at least one of the horizontal direction and the vertical direction by the operation of the base drive unit.
  • a medical manipulator system operating method for treating a patient placed on a placement table with a treatment tool attached to one or more manipulators, the manipulator and the above-mentioned placement table above
  • detecting an object existing within a predetermined range including the manipulator and the mounting table determining the degree of proximity between the detected object and the manipulator, and the determined degree of proximity exceeds a predetermined threshold
  • a medical manipulator system operating method for treating a patient placed on a placement table with a treatment tool attached to one or more manipulators, the manipulator and the above-mentioned placement table above
  • a treatment tool attached to one or more manipulators, the manipulator and the above-mentioned placement table above
  • an operation method of a medical manipulator system for controlling the manipulator so as to avoid interference with the object.
  • a medical manipulator system 1 and an operation method thereof according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
  • a medical manipulator system 1 includes a bed (mounting table) 2 on which a patient P is laid, a manipulator unit 3 arranged on the side of the bed 2, and an operation by an operator.
  • the operation unit 4 and the control unit 5 are provided.
  • the manipulator unit 3 includes a base portion 6 disposed above the bed 2 with a space therebetween, a plurality of manipulators 8 including links 7 extending radially outward from the base portion 6, and a center of the lower surface of the base portion 6.
  • a sensor 9 having a detection range downward, and a base drive unit 10 that supports the base unit 6 so as to be movable in at least one of a horizontal direction and a vertical direction are provided.
  • the base drive unit 10 can adjust the position of the base unit 6 with respect to the patient P three-dimensionally.
  • Each manipulator 8 is a multi-joint manipulator in which a plurality of links are connected by a plurality of joints, and includes a tool holder 13 that supports the treatment instrument 11 and the trocar 12 at the tip.
  • the manipulator 8 can adjust the positions and postures of the treatment instrument 11 and the trocar 12 supported by the instrument holder 13 by operating a plurality of joints.
  • the sensor 9 is a 3D camera, for example, and includes a field-of-view range (detection range) C extending so as to include at least a part of the bed 2 and the manipulator 8 as shown in FIG.
  • the object (the bed 2, the patient P, the assistant A, the manipulator 8, the medical device 20, etc.) is recognized, and information capable of detecting the three-dimensional position of each part of the object can be acquired.
  • a movable part (not shown) for adjusting the position of the sensor 9 may be provided between the base part 6 and the sensor 9.
  • the movable part By making the movable part operable by the operation part 4, it can be adjusted to an appropriate position by the operator. Or based on the image information from the sensor 9, etc., you may operate a movable part by the control part 5, and may adjust automatically.
  • the movable part may be detachable from the sensor 9.
  • the operation unit 4 includes an operation input unit 15 that is operated by an operator, and a monitor 14 that displays an internal image of the patient P by an endoscope (not shown) attached to any manipulator 8. .
  • the operator operates the operation input unit 15 while viewing the affected part and the distal end part of the treatment instrument 11 attached to any of the manipulators 8 in the internal image of the patient P displayed on the monitor 14, and the manipulator 8 and The treatment tool 11 can be operated to treat the affected area.
  • the control unit 5 recognizes and classifies an object in the visual field range based on the image acquired by the sensor 9, and the objects classified by the classification unit 16.
  • the position information detection unit 17 that detects the position information of each unit, the proximity degree determination unit 18 that determines the degree of proximity based on the position information detected by the position information detection unit 17, and the operation input in the operation input unit 15
  • a command generation unit 19 that generates an operation command for operating the manipulator 8 and the treatment instrument 11 based on the command is provided.
  • the control unit 5 grasps the joint angle of each manipulator 8. Therefore, the position information of each part of the manipulator 8 is sequentially calculated and held according to the joint angle.
  • the proximity degree determination unit 18 indicates the proximity of how close they are based on the position information of each part of the detected various objects and the position information of each part of each manipulator 8 held by itself. The degree of (for example, distance) is calculated. Then, when the calculated degree of proximity exceeds a predetermined threshold, that is, when the manipulator 8 and the object are too close, the proximity degree determination unit 18 sends a message to that effect to the operation unit 4. It has become.
  • the operation unit 4 displays the fact on the monitor 14 to alert the operator. For example, at least a part of the area on the screen of the monitor 14 is blinked in red to make the operator aware. That is, the monitor 14 of the operation unit 4 functions as a notification unit.
  • the base drive unit 10 is actuated so that the base unit 6 is placed in the horizontal direction with an appropriate interval above the bed 2. Place in position.
  • the patient P is laid on the bed 2 and, for example, a plurality of trocars 12 are disposed through the abdomen of the patient P.
  • the trocar 12 and the treatment instrument 11 exposed outside the body are fixed to the instrument holder 13 at the distal end of any manipulator 8.
  • the distal end of the endoscope is placed in the body via another trocar 12 penetratingly disposed in the abdomen of the patient P, the trocar 12 and the endoscope exposed outside the body are placed on the other manipulator 8. Fix to the instrument holder 13.
  • the image from the sensor 9 disposed at the center of the lower surface of the base unit 6 is sent to the control unit 5, so that the control unit 5 includes the image in the image from the sensor 9.
  • the objects such as the bed 2, the patient P, the assistant A, the manipulator 8, and the medical equipment 20 are recognized and classified (step S1), and the position information of each part of the object is detected (step S2) and detected.
  • the distance between the manipulator 8 being operated and another object is calculated (step S3). It is determined whether or not the smallest distance between the manipulator 8 being operated and another object is smaller than a predetermined threshold (step S4). If the distance is small, the control unit 5 indicates that fact. Send to the operation unit 4.
  • step S5 If the control unit 5 sends that the manipulator 8 being operated is abnormally close to another object, the operation unit 4 displays the fact on the monitor 14 (step S5). Thereby, it is possible to alert the operator who is operating while looking only at the monitor 14 that any position of the operated manipulator 8 is close to another object.
  • the manipulator 8 being operated is As described above, it is possible to prevent proximity to other objects. That is, according to the medical manipulator system 1 according to the present embodiment, there is an advantage that interference between the manipulator 8 and other objects can be avoided.
  • control unit 5 when the control unit 5 determines that the distance between the manipulator 8 being operated and another object is too close, the control unit 5 may control the manipulator 8 so as to avoid interference. In this case, as shown in FIG. 5, the determination result by the proximity degree determination unit 18 is also sent to the command generation unit 19.
  • Step S6 As a method of avoiding interference by the control unit 5, first, as shown in FIG. 6, it is possible to generate a command signal that stops the operation of the manipulator 8 operated by the control unit 5 ( Step S6). In this case, by performing notification on the monitor 14 together, it is possible to notify the operator who is operating by looking only at the monitor 14 of the reason why the treatment instrument 11 does not move according to the operation input.
  • the manipulator 8 has one or more redundancy degrees of freedom. That is, the manipulator 8 includes a base end side arm portion 8a and a distal end wrist portion 8b. Since the arm portion 8a has three joints, the position of the wrist portion 8b in the three-dimensional space can be determined. On the other hand, when the wrist portion 8b has three joints, the position and posture of the distal end of the treatment instrument 11 can be determined.
  • the arm portion 8a further includes one or more joints (degrees of freedom), so that each link constituting the arm portion 8a can be moved without moving the position and posture of the wrist portion 8b. That is, when the manipulator 8 being operated is too close to another object, the control unit 5 can move only the arm unit 8a away from the other object. Thereby, the operator who is looking only at the monitor 14 can continue the operation without noticing the proximity of the manipulator 8 and the object. Then, if the manipulator 8 cannot be avoided by the operation of the manipulator 8, the manipulator 8 may be stopped and a notification to that effect may be given.
  • the stop state of the manipulator 8 is released. May be. In this case, it is preferable to cause the operator to perform an operation of releasing the stopped state of the manipulator 8. Thereby, the inconvenience that the manipulator 8 once stopped suddenly starts moving can be avoided.
  • the control unit 5 determines the degree of proximity for all the objects detected by the sensor 9, but instead, selects an object for which the degree of proximity is to be determined. You may be able to do it. That is, the treatment instrument 11 and the trocar 12 are connected to the manipulator 8 so that the control unit 5 can determine the position and the degree of proximity thereof, but the treatment instrument 11 and the trocar 12 are assumed to be in contact with the patient P. Therefore, if the degree of proximity with the patient P is determined each time, the fact is always notified.
  • the treatment tool 11 and the trocar 12 are recognized by the control unit 5 from the image acquired by the sensor 9 at the stage before the operation where the patient P is laid on the bed 2 and the trocar 12 and the treatment tool 11 are installed. And a method of excluding the stored patient P from the determination target of the degree of proximity between the trocar 12 and the treatment instrument 11 at the time of treatment.
  • the patient P is laid on the bed 2 and the patient P, the treatment tool 11 and the trocar 12 are controlled from the image acquired by the sensor 9 at the stage before the operation where the trocar 12 and the treatment tool 11 are installed.
  • a method of recognizing by the unit 5 and storing it in a storage unit (not shown) and excluding the stored patient P from the determination target of the degree of proximity with the trocar 12 and the treatment instrument 11 can be given.
  • the control unit 5 causes the patient P, which is an object detected by the sensor 9, and the treatment instrument 11 and the trocar 12 fixed to the manipulator 8 to approach each other. It is determined that it has passed and is notified. At that stage, there can be mentioned a method of excluding the patient P from the determination target of the degree of proximity with the manipulator 8 by instructing the operator to permit the interference.
  • the operator when the degree of proximity exceeds a predetermined threshold value, the operator is notified by the monitor 14 of the operation unit 4. May be adopted.
  • the manipulator 8 may be provided with a notification unit such as a lamp or a speaker to notify the assistant A other than the operator.

Abstract

　システム外の物体との干渉についても回避することを目的として、本発明に係る医療用マニピュレータシステム（１）は、患者（Ｐ）を載置する載置台（２）と、載置台（２）に載置された患者（Ｐ）を処置する処置具（１１）を支持し、処置具（１１）の位置および姿勢を調節する１以上のマニピュレータ（８）と、マニピュレータ（８）および載置台（２）の上方に配置され、マニピュレータ（８）および載置台（２）を含む所定範囲内に存在する物体を検出するセンサ（９）と、センサ（９）により検出された物体とマニピュレータ（８）との近接の度合を判定する近接度合判定部と、近接度合判定部により判定された近接の度合が所定の閾値を超える場合に、その旨を報知する報知部（１４）とを備える。

Description

医療用マニピュレータシステムとその作動方法
　本発明は、医療用マニピュレータシステムとその作動方法に関するものである。
　多関節のマニピュレータに冗長な関節を設けることで、処置具を移動させることなくマニピュレータの関節位置を変更可能とし、マニピュレータ間の干渉防止を図る医療用マニピュレータシステムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
米国特許出願公開第２０１３／３２５０３１号明細書
　特許文献１の医療用マニピュレータシステムは、冗長な関節によって処置具を移動させることなくマニピュレータの関節位置を移動させることで、システム内に含まれる他のマニピュレータとの干渉を回避できるものの、システム外の周囲物体との干渉を回避することができない。
　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、システム内のマニピュレータどうしの干渉を回避するのみならず、システム外の物体との干渉についても回避することができる医療用マニピュレータシステムとその作動方法を提供することを目的としている。
　本発明の一態様は、患者を載置する載置台と、該載置台に載置された患者を処置する処置具を支持し、該処置具の位置および姿勢を調節する１以上のマニピュレータと、該マニピュレータおよび前記載置台の上方に配置され、前記マニピュレータおよび前記載置台を含む所定範囲内に存在する物体を検出するセンサと、該センサにより検出された物体と前記マニピュレータとの近接の度合を判定する近接度合判定部と、該近接度合判定部により判定された近接の度合が所定の閾値を超える場合に、その旨を報知する報知部とを備える医療用マニピュレータシステムである。
　本態様によれば、載置台に患者を載置し、載置台の上方に配置されたセンサによって、マニピュレータおよび載置台を含む所定範囲内に存在する物体が検出されると、検出された物体とマニピュレータとの近接の度合が近接度合判定部により判定される。判定された近接の度合が所定の閾値を超える場合には、報知部によりその旨が報知される。これにより、マニピュレータを操作する操作者がマニピュレータと周辺物体とが近接していることを認識でき、マニピュレータのそれ以上の操作を停止することによって、物体とマニピュレータとの干渉を回避することができる。
　上記態様においては、前記所定範囲内における特定範囲を記憶する記憶部を備え、前記報知部が、前記特定範囲における近接の度合が前記閾値を超える場合には報知対象から除外してもよい。
　このようにすることで、記憶部に記憶された特定範囲においては物体とマニピュレータとの近接の度合が閾値を超えても報知部により報知されることがない。すなわち、患者を処置する際にはセンサにより検出される物体の一つである患者とマニピュレータ先端の処置具とは接触する必要があるので、この接触まで報知したのでは、煩わしく、操作の邪魔になるので、特定範囲として記憶することにより、操作性を向上することができる。
　本発明の他の態様は、患者を載置する載置台と、該載置台に載置された患者を処置する処置具を支持し、該処置具の位置および姿勢を調節する１以上のマニピュレータと、該マニピュレータおよび前記載置台の上方に配置され、前記マニピュレータおよび前記載置台を含む所定範囲内に存在する物体を検出するセンサと、該センサにより検出された物体と前記マニピュレータとの近接の度合を判定する近接度合判定部と、該近接度合判定部により判定された近接の度合が所定の閾値を超える場合に、前記物体との干渉を回避するように前記マニピュレータを制御する制御部とを備える医療用マニピュレータシステムである。
　本態様によれば、載置台に患者を載置し、載置台の上方に配置されたセンサによって、マニピュレータおよび載置台を含む所定範囲内に存在する物体が検出されると、検出された物体とマニピュレータとの近接の度合が近接度合判定部により判定される。判定された近接の度合が所定の閾値を超える場合には、制御部が、物体との干渉を回避するようにマニピュレータを制御することにより、物体とマニピュレータとの干渉を回避することができる。
　上記態様においては、前記所定範囲内における特定範囲を記憶する記憶部を備え、前記制御部が、前記特定範囲における近接の度合が前記閾値を超える場合には前記物体との干渉を許容するように前記マニピュレータを制御してもよい。
　このようにすることで、記憶部に記憶された特定範囲においては物体とマニピュレータとの近接の度合が閾値を超えても制御部が干渉を回避する動作をマニピュレータにさせることがない。すなわち、患者を処置する際にはセンサにより検出される物体の一つである患者とマニピュレータ先端の処置具とは接触する必要があるので、この接触まで回避した処置を行うことができないので、特定範囲として記憶することにより、確実に処置を行うことができる。
　また、上記態様においては、前記マニピュレータが、１以上の冗長自由度を有していてもよい。
　このようにすることで、近接度合判定部により、物体とマニピュレータとの近接の度合が所定の閾値を超えている場合に、制御部がマニピュレータを動作させる際に、冗長自由度を利用して、処置具の位置および姿勢を維持したままマニピュレータを移動させることができる。これにより、処置具による処置中にマニピュレータが他の物体に干渉しそうになったときにも、処置具による処置を継続しながら干渉を回避することができる。
　また、上記態様においては、前記載置台の上方に配置されたベース部を備え、前記マニピュレータが、前記ベース部の外周近傍に取り付けられ、前記センサが、前記ベース部の下面中央近傍に固定されていてもよい。
　このようにすることで、マニピュレータが、載置台の上方に配置されているベース部の外周近傍から吊り下げ式に取り付けられ、載置台に載置されている患者の上方から患者にアクセスすることができる。そして、ベース部の下面中央近傍に固定されたセンサによって、マニピュレータおよび載置台上の患者を含む所定範囲の物体の検出をマニピュレータ自体によって邪魔されることなく行うことができる。
　また、上記態様においては、前記ベース部を水平方向および鉛直方向の少なくとも一方に移動させるベース駆動部を備えていてもよい。
　このようにすることで、ベース駆動部の作動により、ベース部を水平方向および鉛直方向の少なくとも一方に移動させることで、マニピュレータに対するセンサの検出範囲を維持したまま、マニピュレータの患者に対する位置調節を行うことができる。
　また、本発明の他の態様は、載置台に載置された患者を１以上のマニピュレータに取り付けた処置具によって処置する医療用マニピュレータシステムの作動方法であって、前記マニピュレータおよび前記載置台の上方から、前記マニピュレータおよび前記載置台を含む所定範囲内に存在する物体を検出し、検出された物体と前記マニピュレータとの近接の度合を判定し、判定された近接の度合が所定の閾値を超える場合にその旨を報知する医療用マニピュレータシステムの作動方法である。
　また、本発明の他の態様は、載置台に載置された患者を１以上のマニピュレータに取り付けた処置具によって処置する医療用マニピュレータシステムの作動方法であって、前記マニピュレータおよび前記載置台の上方から、前記マニピュレータおよび前記載置台を含む所定範囲内に存在する物体を検出し、検出された物体と前記マニピュレータとの近接の度合を判定し、判定された近接の度合が所定の閾値を超える場合に、前記物体との干渉を回避するように前記マニピュレータを制御する医療用マニピュレータシステムの作動方法である。
　本発明によれば、システム内のマニピュレータどうしの干渉を回避するのみならず、システム外の物体との干渉についても回避することができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る医療用マニピュレータシステムを示す全体構成図である。 図１の医療用マニピュレータシステムに備えられたセンサにより取得された画像例を示す図である。 図１の医療用マニピュレータシステムを示すブロック図である。 図１の医療用マニピュレータシステムの作動方法を説明するフローチャートである。 図３の変形例を示すブロック図である。 図４の変形例を示すフローチャートである。
　本発明の一実施形態に係る医療用マニピュレータシステム１とその作動方法について図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態に係る医療用マニピュレータシステム１は、図１に示されるように、患者Ｐを寝かせるベッド（載置台）２と、該ベッド２の脇に配置されたマニピュレータユニット３と、操作者によって操作される操作部４と、制御部５とを備えている。
　マニピュレータユニット３は、ベッド２の上方に間隔をあけて配置されるベース部６と、該ベース部６から径方向外方に延びるリンク７を備える複数のマニピュレータ８と、ベース部６の下面中央に下向きに検出範囲を有するセンサ９と、ベース部６を水平方向および鉛直方向の少なくとも一方向に移動可能に支持するベース駆動部１０とを備えている。
　ベース駆動部１０は、患者Ｐに対するベース部６の位置を３次元的に調節することができるようになっている。なお、ベース駆動部１０としては、ベッド２の側方にフロアから立ち上がる構造のものの他、天井に固定される構造のものを採用してもよい。
　各マニピュレータ８は、複数のリンクを複数の関節によって接続した多関節のマニピュレータであって、先端に処置具１１およびトロッカ１２を支持する器具ホルダ１３を備えている。マニピュレータ８は複数の関節を動作させることによって、器具ホルダ１３に支持された処置具１１およびトロッカ１２の位置および姿勢を調節することができるようになっている。
　センサ９は、例えば、３Ｄカメラであって、図２に示されるように、ベッド２およびマニピュレータ８の少なくとも一部を含むように広がる視野範囲（検出範囲）Ｃを備え、視野範囲Ｃ内に配置される物体（ベッド２、患者Ｐ、補助者Ａ、マニピュレータ８、医療機器類２０等）を認識し、物体の各部の３次元的な位置を検出可能な情報を取得できるようになっている。
　なお、ベース部６とセンサ９の間に、センサ９の位置を調節するための可動部（図示略）を有していてもよい。可動部を操作部４で操作可能とすることで、操作者によって適切な位置に調整することができる。あるいは、センサ９からの画像情報などをもとに、制御部５によって可動部を動作させて自動的に調整してもよい。さらに、可動部は、センサ９と着脱自在であってもよい。
　操作部４は、操作者によって操作される操作入力部１５と、いずれかのマニピュレータ８に装着された内視鏡（図示略）による患者Ｐの体内の画像を表示するモニタ１４とを備えている。操作者はモニタ１４上に表示された患者Ｐの体内の画像において、患部といずれかのマニピュレータ８に取り付けられた処置具１１の先端部とを見ながら操作入力部１５を操作してマニピュレータ８および処置具１１を動作させ患部を処置することができる。
　制御部５は、図３に示されるように、センサ９によって取得された画像に基づいて、視野範囲内の物体を認識して分類する分類部１６と、該分類部１６により分類された物体の各部の位置情報を検出する位置情報検出部１７と、該位置情報検出部１７により検出された位置情報に基づいて近接の度合を判定する近接度合判定部１８と、操作入力部１５における操作入力に基づいてマニピュレータ８および処置具１１を動作させる動作指令を生成する指令生成部１９とを備えている。
　制御部５は、各マニピュレータ８の関節角度を把握している。したがって、マニピュレータ８の各部の位置情報については、関節角度に応じて、逐次計算して保持している。
　近接度合判定部１８は、検出された種々の物体の各部の位置情報と、自ら保持している各マニピュレータ８の各部の位置情報とに基づいて、両者が、どのくらい近接しているのかを示す近接の度合（例えば、距離）を算出するようになっている。そして、近接度合判定部１８は、算出された近接の度合が所定の閾値を超えている場合、すなわちマニピュレータ８と物体とが近接し過ぎている場合に、その旨を操作部４に送るようになっている。
　制御部５から近接し過ぎている旨の信号が送られてきたときには、操作部４は、モニタ１４にその旨を表示して操作者に注意を喚起するようになっている。例えば、モニタ１４の画面上の少なくとも一部の領域を赤く点滅させることなどにより、操作者に気づかせるようになっている。すなわち、操作部４のモニタ１４が報知部として機能するようになっている。
　このように構成された本実施形態に係る医療用マニピュレータシステム１の作動方法について以下に説明する。
　本実施形態に係る医療用マニピュレータシステム１を用いて患者Ｐに対する処置を行うには、ベース駆動部１０の作動により、ベース部６をベッド２の上方に適当な間隔をあけた水平方向の適当な位置に配置する。
　次いで、ベッド２に患者Ｐを横たえて、例えば、患者Ｐの腹部に複数のトロッカ１２を貫通配置する。そして、一のトロッカ１２を介して処置具１１の先端を体内に配置した後に、体外に露出しているトロッカ１２および処置具１１をいずれかのマニピュレータ８の先端の器具ホルダ１３に固定する。同様にして、患者Ｐの腹部に貫通配置された他のトロッカ１２を介して内視鏡の先端を体内に配置した後に、体外に露出しているトロッカ１２および内視鏡を他のマニピュレータ８の器具ホルダ１３に固定する。
　この状態で、操作部４のモニタ１４には、内視鏡により取得された患者Ｐの体内の画像および、内視鏡の視野範囲内に配置されている処置具１１の先端部の画像が表示されている。操作者はこの時点で、操作部４とマニピュレータユニット３との連動を開始する。
　そして、操作者が操作入力部１５を操作することにより、制御部５が操作入力に応じた動作指令を生成し、マニピュレータ８および処置具１１を作動させることにより、患者Ｐの体内の患部を処置することができる。
　この場合において、図４に示されるように、ベース部６の下面中央に配置されたセンサ９からの画像が制御部５に送られることにより、制御部５において、センサ９からの画像内に存在しているベッド２、患者Ｐ、補助者Ａ、マニピュレータ８、医療機器類２０等の物体が認識されて分類され（ステップＳ１）、物体の各部の位置情報が検出され（ステップＳ２）、検出された位置情報に基づいて、操作しているマニピュレータ８と他の物体との距離が算出される（ステップＳ３）。操作しているマニピュレータ８と他の物体との距離の内、最も小さい距離が所定の閾値より小さいか否かが判定され（ステップＳ４）、距離が小さい場合には、制御部５はその旨を操作部４に送る。
　操作部４は、操作しているマニピュレータ８が他の物体に異常に近接している旨が制御部５から送られてきた場合には、モニタ１４上にその旨を表示する（ステップＳ５）。
　これにより、モニタ１４のみを見ながら操作している操作者に、操作しているマニピュレータ８のいずれかの位置が他の物体に近接していることを注意喚起することができる。
　操作しているマニピュレータ８のいずれかの位置が他の物体に近接していることを認識した操作者が、操作入力部１５への操作入力を停止することにより、操作しているマニピュレータ８がそれ以上他の物体に近接することを防止できる。すなわち、本実施形態に係る医療用マニピュレータシステム１によれば、マニピュレータ８と他の物体との干渉を回避することができるという利点がある。
　なお、本実施形態に係る医療用マニピュレータシステム１とその作動方法においては、制御部５において、操作しているマニピュレータ８と他の物体との距離が近接し過ぎていると判定された場合にその旨を報知することとしたが、これに代えて、あるいは、これに加えて、制御部５が干渉を回避するようにマニピュレータ８を制御することにしてもよい。この場合には、図５に示されるように、近接度合判定部１８による判定結果が指令生成部１９にも送られる。
　制御部５による干渉回避の方法としては、図６に示されるように、第１に、制御部５が操作しているマニピュレータ８の動作を停止するような指令信号を生成することが挙げられる（ステップＳ６）。この場合には、モニタ１４上への報知を併せて行うことで、モニタ１４のみを見て操作している操作者に、操作入力通りに処置具１１が動かない原因を知らせることができる。
　第２に、制御部５が操作しているマニピュレータ８を、近接している他の物体から離れるように動作させる指令信号を生成することが挙げられる（図６、ステップＳ６）。この場合には、マニピュレータ８が１以上の冗長自由度を有していることが好ましい。すなわち、マニピュレータ８は、基端側のアーム部８ａと先端の手首部８ｂとを備えている。アーム部８ａが３関節を備えることによって３次元空間上の手首部８ｂの位置を決定することができる。一方、手首部８ｂが３関節を備えることによって処置具１１の先端の位置および姿勢を決定することができる。
　そして、アーム部８ａが、さらに１以上の関節（自由度）を備えることにより、手首部８ｂの位置および姿勢を移動させることなく、アーム部８ａを構成する各リンクを移動させることができる。すなわち、操作しているマニピュレータ８が他の物体に近接しすぎている場合には、制御部５は、アーム部８ａのみを他の物体から離れる方向に移動させることができる。
　これにより、モニタ１４のみを見ている操作者がマニピュレータ８と物体との近接に気づくことなく操作を継続することができる。そして、マニピュレータ８の動作によって回避できない場合に、マニピュレータ８を停止し、その旨をモニタ１４に報知することにすればよい。
　マニピュレータ８を停止し、マニピュレータ８と物体とが近接しすぎている旨をモニタ１４に報知した後に、他の物体の移動等により、近接状態が解消した場合には、マニピュレータ８の停止状態を解除してもよい。この場合には、操作者にマニピュレータ８の停止状態を解除する操作を行わせることが好ましい。これにより、一旦停止したマニピュレータ８が突然動き出す不都合を回避することができる。
　また、本実施形態においては、センサ９により検出された全ての物体について制御部５が近接の度合を判定することとしたが、これに代えて、近接の度合を判定する対象となる物体を選択できるようにしてもよい。
　すなわち、処置具１１およびトロッカ１２はマニピュレータ８に接続されることにより、制御部５がその位置および近接度合を判定可能となるが、処置具１１およびトロッカ１２については患者Ｐと接触することが前提となるため、患者Ｐとの近接度合をその都度判定したのでは、常にその旨が報知され続けることになる。
　そこで、処置具１１およびトロッカ１２と患者Ｐとの近接度合については判定しないように、以下に示す方法によって除外することが必要となる。
　第１に、患者Ｐをベッド２に横たえ、トロッカ１２および処置具１１を設置した手術前の段階で、センサ９により取得された画像から処置具１１およびトロッカ１２と患者Ｐを制御部５に認識させ、図示しない記憶部に記憶させておき、処置時には、記憶されている患者Ｐをトロッカ１２および処置具１１との近接度合の判定対象から除外する方法を挙げることができる。
　第２に、患者Ｐをベッド２に横たえ、トロッカ１２および処置具１１を設置した手術前の段階で、センサ９により取得された画像から患者Ｐと処置具１１およびトロッカ１２との患者Ｐを制御部５に認識させ、図示しない記憶部に記憶させておき、処置時には、記憶されている患者Ｐをトロッカ１２および処置具１１との近接度合の判定対象から除外する方法を挙げることができる。
　第３に、操作部４とマニピュレータ８とを連動させると、制御部５が、センサ９により検出された物体である患者Ｐとマニピュレータ８に固定されている処置具１１やトロッカ１２とが近接し過ぎていると判定して報知させる。その段階で、操作者が、干渉を許可するように指示することによって、それ以降、患者Ｐをマニピュレータ８との近接度合の判定対象から除外する方法を挙げることができる。
　また、本実施形態においては、近接度合が所定の閾値を超えた場合に、操作部４のモニタ１４によって操作者に報知することとしたが、これに代えて、ランプ、スピーカ等の他の報知部を採用してもよい。また、マニピュレータ８にランプやスピーカ等の報知部を備えて、操作者以外の補助者Ａに報知することにしてもよい。
　１　医療用マニピュレータシステム
　２　ベッド（載置台）
　５　制御部
　６　ベース部
　８　マニピュレータ
　９　センサ
　１０　ベース駆動部
　１１　処置具
　１４　モニタ（報知部）
　１８　近接度合判定部
　Ｐ　患者

Claims (9)

  1. 　患者を載置する載置台と、
    　該載置台に載置された患者を処置する処置具を支持し、該処置具の位置および姿勢を調節する１以上のマニピュレータと、
    　該マニピュレータおよび前記載置台の上方に配置され、前記マニピュレータおよび前記載置台を含む所定範囲内に存在する物体を検出するセンサと、
    　該センサにより検出された物体と前記マニピュレータとの近接の度合を判定する近接度合判定部と、
    　該近接度合判定部により判定された近接の度合が所定の閾値を超える場合に、その旨を報知する報知部とを備える医療用マニピュレータシステム。
  2. 　前記所定範囲内における特定範囲を記憶する記憶部を備え、
    　前記報知部が、前記特定範囲における近接の度合が前記閾値を超える場合には報知対象から除外する請求項１に記載の医療用マニピュレータシステム。
  3. 　患者を載置する載置台と、
    　該載置台に載置された患者を処置する処置具を支持し、該処置具の位置および姿勢を調節する１以上のマニピュレータと、
    　該マニピュレータおよび前記載置台の上方に配置され、前記マニピュレータおよび前記載置台を含む所定範囲内に存在する物体を検出するセンサと、
    　該センサにより検出された物体と前記マニピュレータとの近接の度合を判定する近接度合判定部と、
    　該近接度合判定部により判定された近接の度合が所定の閾値を超える場合に、前記物体との干渉を回避するように前記マニピュレータを制御する制御部とを備える医療用マニピュレータシステム。
  4. 　前記所定範囲内における特定範囲を記憶する記憶部を備え、
    　前記制御部が、前記特定範囲における近接の度合が前記閾値を超える場合には前記物体との干渉を許容するように前記マニピュレータを制御する請求項３に記載の医療用マニピュレータシステム。
  5. 　前記マニピュレータが、１以上の冗長自由度を有する請求項３または請求項４に記載の医療用マニピュレータシステム。
  6. 　前記載置台の上方に配置されたベース部を備え、
    　前記マニピュレータが、前記ベース部の外周近傍に取り付けられ、
    　前記センサが、前記ベース部の下面中央近傍に固定されている請求項１から請求項５のいずれかに記載の医療用マニピュレータシステム。
  7. 　前記ベース部を水平方向および鉛直方向の少なくとも一方に移動させるベース駆動部を備える請求項６に記載の医療用マニピュレータシステム。
  8. 　載置台に載置された患者を１以上のマニピュレータに取り付けた処置具によって処置する医療用マニピュレータシステムの作動方法であって、
    　前記マニピュレータおよび前記載置台の上方から、前記マニピュレータおよび前記載置台を含む所定範囲内に存在する物体を検出し、
    　検出された物体と前記マニピュレータとの近接の度合を判定し、
    　判定された近接の度合が所定の閾値を超える場合にその旨を報知する医療用マニピュレータシステムの作動方法。
  9. 　載置台に載置された患者を１以上のマニピュレータに取り付けた処置具によって処置する医療用マニピュレータシステムの作動方法であって、
    　前記マニピュレータおよび前記載置台の上方から、前記マニピュレータおよび前記載置台を含む所定範囲内に存在する物体を検出し、
    　検出された物体と前記マニピュレータとの近接の度合を判定し、
    　判定された近接の度合が所定の閾値を超える場合に、前記物体との干渉を回避するように前記マニピュレータを制御する医療用マニピュレータシステムの作動方法。
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