WO2017179671A1 - 支持追従装置 - Google Patents

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WO2017179671A1
WO2017179671A1 PCT/JP2017/015177 JP2017015177W WO2017179671A1 WO 2017179671 A1 WO2017179671 A1 WO 2017179671A1 JP 2017015177 W JP2017015177 W JP 2017015177W WO 2017179671 A1 WO2017179671 A1 WO 2017179671A1
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WO
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mode
placement unit
brakes
arm
doctor
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Application number
PCT/JP2017/015177
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
奥田　英樹
Original Assignee
株式会社デンソー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/60—Supports for surgeons, e.g. chairs or hand supports

Definitions

  • the present disclosure relates to a support tracking device that supports a part of an operator's body.
  • the support follow-up device includes a placement unit, an arm, a brake, a state detection unit, and a control unit.
  • the doctor's arm is placed on the placement unit as a part of the worker's body.
  • the arm is a vertical articulated arm that includes at least one joint and supports the placement unit.
  • the brake limits the movement of at least one joint.
  • the state detection unit detects the amount of movement of the placement unit, the load applied to the placement unit, and the like.
  • the control unit changes the operation mode of the brake based on the placement unit detected by the state detection unit, and consequently the condition of the doctor's arm.
  • a wait mode As an operation mode of the brake, a wait mode, a free mode, and a hold mode are prepared.
  • the weight mode is an operation mode of a brake that generates a braking force in all brakes in a state where the doctor's arm is not placed on the placement unit.
  • the hold mode is an operating mode of a brake that generates a braking force in all the brakes in a state where the doctor's arm is mounted on the mounting portion.
  • the free mode is an operating mode of the brake in which the braking force is not generated in all the brakes in a state where the doctor's arm is mounted on the mounting portion.
  • one aspect of the present disclosure is to provide a technique that allows the position of the arm placed on the placement unit to be finely adjusted in the support follow-up device.
  • One aspect of the present disclosure relates to a support follow-up device including a placement unit, an arm, each brake, and a control unit. A part of the worker's body is placed on the placement unit.
  • the arm includes two or more joints and supports the placement unit.
  • Each brake is provided so as to limit the operation of each of at least two of the two or more joints.
  • Each brake is one mechanism that restricts the movement of one joint.
  • the control unit controls the operation mode of each brake. Then, when a part of the worker's body satisfies the specified condition, the control unit sets the operation mode of each brake to the partial free mode.
  • At least one of the at least two brakes generates a braking force, and at least two of the at least two brakes differ from the brake that generated the braking force. This is the operation mode of each brake to be generated.
  • braking force is generated in at least one of the plurality of brakes. Further, according to the support follow-up device, the braking force is not generated in at least one brake different from the brake that generated the braking force among the plurality of brakes.
  • the position of the arm placed on the placement portion can be adjusted on the plane on which the joint provided with the brake that does not generate braking force is movable.
  • braking force is generated in the other brakes, so that it is possible to suppress an increase in the degree of freedom for changing the position of the mounting portion from being higher than necessary.
  • the support follow-up device it is possible to provide a technique capable of finely adjusting the position of the arm placed on the placement unit in the space.
  • a support follow-up device 1 shown in FIG. 1 is a device that supports a part of a doctor's body as a worker who performs a medical action and causes the supported part of the body to follow an action in the medical action.
  • the medical practice is an action performed based on medicine for the treatment, diagnosis, or prevention of a patient's injury or illness.
  • Medical practice includes surgery and neurosurgery.
  • a doctor is a person who performs medical practice, for example, a surgeon or a neurosurgeon.
  • the support follow-up device 1 includes a placement unit 10, an arm 12, and a control device 14.
  • the placement unit 10 is a table on which a part of a doctor's body is placed.
  • the placement unit 10 is configured in a shape with an open top. The shape opened upward is, for example, a U-shaped cross section.
  • the arm 12 is a multi-joint multi-joint arm.
  • the arm 12 includes a plurality of joints 31, 32, 33, 34, 35, brakes 31A, 32A, 33A, 34A, 35A, encoders 31B, 32B, 33B, 34B, 35B, a base portion 41, and a shoulder portion 42.
  • the base portion 41 is disposed on the floor F and supports the entire arm 12. In addition, the base part 41 may have a caster.
  • the shoulder portion 42, the first arm portion 43, and the second arm portion 44 are links that constitute a link mechanism.
  • Each of the joints 31, 32, 33, 34, and 35 is a rotary joint that rotates about a rotation axis.
  • a shoulder portion 42 is connected to the upper end of the base portion 41 via a joint 31.
  • the shoulder portion 42 can be rotated around the vertical axis with respect to the base portion 41 by the joint 31.
  • One end of the first arm portion 43 is connected to the upper end of the shoulder portion 42 via the joint 32.
  • the first arm portion 43 can swing around the horizontal axis with respect to the shoulder portion 42 by the joint 32.
  • One end of the second arm portion 44 is connected to the other end of the first arm portion 43 via a joint 33.
  • the second arm portion 44 is swingable about the horizontal axis with respect to the first arm portion 43 by the joint 33.
  • the mounting portion 10 is connected to the other end of the second arm portion 44 via a joint 35.
  • the joint 35 is arranged so that the rotation axis is orthogonal to the joint 34.
  • the joint 34 is provided at the tip of the second arm portion 44 so as to be rotatable around the horizontal axis.
  • the springs 46 and 47 are provided between the first arm portion 43 and the joint 33 and between the second arm portion 44 and the joint 33, respectively.
  • the springs 46 and 47 apply an upward biasing force to the placement unit 10.
  • the counterweight 48 is provided at the tip of the first arm portion 43 on the joint 32 side.
  • the counterweight 48 urges the first arm portion 43 to move upward in the vertical direction with respect to the joint 32.
  • the urging force applied from the springs 46 and 47 and the counterweight 48 is balanced with the sum of the weight of the arm 12, the weight of the placement portion 10, and the weight of the arm, thereby supporting the placement portion 10.
  • the balance of the force applied to the placement unit 10 and the arm 12 is maintained by the springs 46 and 47 and the counterweight 48.
  • the balance between the vertical downward force and the vertical upward force due to its own weight is perfectly balanced.
  • this balance is biased in such a way that the doctor's hand works from the upper vertical direction of the affected area of the patient so as to urge the mounting unit 10 with a very weak force upward in the vertical direction, which is a safe direction. May be set.
  • the springs 46 and 47 may be omitted when the balance can be achieved only by the counterweight 48.
  • the brakes 31A, 32A, 33A, 34A, and 35A limit the operations of the joints 31, 32, 33, 34, and 35, respectively.
  • the movement of the joint is a rotational movement around the axis.
  • the restriction means applying a braking force to the rotational motion, and includes stopping the rotations of the joints 31, 32, 33, 34, and 35.
  • the braking force is a force for braking the movement, and is a force generated by the brakes 31A, 32A, 33A, 34A, and 35A.
  • electromagnetic brakes are used as the brakes 31A, 32A, 33A, 34A, and 35A.
  • a wait mode, a hold mode, a free mode, and a partial free mode are realized as operation modes of the brake in the support follow-up device 1.
  • the operation mode of the brake is an operation mode of the support follow-up device 1 determined by a combination of a brake that generates a braking force and a brake that does not generate a braking force.
  • the brake operation mode is set by a mode setting process described later.
  • the wait mode is an operation mode in which movement of the placement unit 10 is restricted in a state where a part of the body of the doctor is not placed on the placement unit 10.
  • the hold mode is an operation mode in which movement of the placement unit 10 is restricted in a state where a part of the body of the doctor is placed on the placement unit 10.
  • the free mode is an operation mode in which movement of the placement unit 10 is allowed in a state where a part of the body of the doctor is placed on the placement unit 10.
  • the partial free mode is an operation mode that allows partial movement of the doctor's arm placed on the placement unit 10.
  • the wait mode is an operation mode that assumes a state where the doctor does not place an arm on the placement unit 10.
  • the brakes 31A, 32A, 33A, 34A, and 35A are turned on to generate a braking force, and the rotational motions of the joints 31, 32, 33, 34, and 35 are stopped.
  • the position of the placement unit 10 is fixed.
  • the hold mode is an operation mode that assumes a state in which a doctor performs actual work in medical practice.
  • the brake 31A, 32A, 33A, 34A, 35A is turned on to generate a braking force in a state where a part of the doctor's body is placed on the placement unit 10, and the joints 31, 32, 33, 34, The rotational movement of 35 is stopped.
  • the position of the placement unit 10 is fixed.
  • the free mode is an operation mode that assumes a state in which the arm placed on the placement unit 10 is supported and the arm 12 follows the movement of the arm.
  • the brakes 31A, 32A, 33A, 34A, and 35A are turned off so that the braking force is not generated, and the joints 31, 32, 33, 34, and 35 can rotate. Thereby, in the free mode, the placement unit 10 can be moved freely.
  • the partial free mode is an operation mode in which the movement of the placement unit 10 is allowed in one direction and the movement in the other direction is stopped in a state where a part of the doctor's body is placed on the placement unit 10. .
  • the partial free mode at least one of the plurality of brakes 31A, 32A, 33A, 34A, and 35A is turned on to generate a braking force. Then, at least one brake different from the brake that generated the braking force is turned off, and the braking force is not generated.
  • the brake that does not generate braking force is a brake provided at a joint that moves the arm 12 on one plane.
  • the brake that generates the braking force is preferably a brake provided at a joint that moves the arm 12 in a plane that intersects with a plane in which the arm 12 can move.
  • the brakes 32A, 33A, and 34A are turned on to generate a braking force. Further, it is conceivable that the braking force is not generated by turning off the brakes 31A and 35A.
  • Non-generating braking force means that no braking force is generated, and the brake is not applied.
  • the brake that does not generate braking force is not limited to this, and may be determined according to the content of the medical practice, or determined according to the direction in which the doctor moves the arm. Also good.
  • the number of brakes that do not generate braking force in the partial free mode is not limited to this, and may be one or three or more.
  • the brakes that do not generate braking force in the partial free mode are not all the brakes 31A, 32A, 33A, 34A, and 35A included in the support follow-up device 1. Further, the brakes that generate the braking force in the partial free mode are not all the brakes 31A, 32A, 33A, 34A, and 35A included in the support follow-up device 1.
  • the encoders 31B, 32B, 33B, 34B, and 35B detect the rotation angles of the joints 31, 32, 33, 34, and 35, respectively.
  • the force sensor 50 detects the vertical force applied to the placement unit 10 and the torque applied to the shaft connecting the placement unit 10 and the arm 12.
  • the vertical force applied to the placement unit 10 detected by the force sensor 50 is a force in the direction of gravity.
  • the force in the vertical direction applied to the placement unit 10 includes weight or mass.
  • the control device 14 incorporates an electronic control circuit including a CPU 15, a ROM 16 and a RAM 17.
  • the ROM 16 stores a processing program to be executed by the control device 14.
  • the stored program is a program for executing a mode setting process for switching the operation mode to any one of the wait mode, the free mode, the hold mode, and the partial free mode.
  • the operation mode is switched by controlling the brakes 31A, 32A, 33A, 34A, and 35A.
  • the control device 14 switches the operation mode to any one of the wait mode, the free mode, the hold mode, and the partial free mode by controlling the brakes 31A, 32A, 33A, 34A, and 35A.
  • Mode setting process When the mode setting process is activated, as shown in FIG. 4, the control device 14 first sets the operation mode to the wait mode (S110). As a result, the brakes 31A, 32A, 33A, 34A, and 35A of the arm 12 are turned on, and the rotational movements of the joints 31, 32, 33, 34, and 35 are stopped by the braking force.
  • the control device 14 determines whether a part of the doctor's body has been placed on the placement unit 10 (S120). Specifically, in S ⁇ b> 120, if a first prescribed condition, which is a prescribed condition, is satisfied, it is determined that a part of the doctor's body has been placed on the placement unit 10.
  • the first specified condition is the following first condition or second condition.
  • the first condition is that the state in which the torque detected by the force sensor 50 is equal to or greater than a predetermined torque threshold value Tt1 continues for a predetermined time or more.
  • the torque threshold value Tt1 is a threshold value defined in advance as the minimum torque that is applied to the placement unit 10 in a state where a part of the body is placed on the placement unit 10.
  • the second condition is that the state in which the force detected by the force sensor 50 is equal to or greater than a predetermined load threshold value Tf1 continues for a predetermined time or more.
  • the load threshold value Tf ⁇ b> 1 is a threshold value defined in advance as the minimum force applied to the placement unit 10 in a state where a part of the body is placed on the placement unit 10.
  • the predetermined time is a predetermined time length.
  • the control device 14 waits until a part of the doctor's body is placed on the placement unit 10. To do.
  • the control device 14 sets the operation mode to the partial free mode (S130).
  • the arm 12 at least one of the plurality of brakes 31A, 32A, 33A, 34A, and 35A is turned on to generate a braking force. Furthermore, at least one brake different from the brake that generated the braking force is off, and the arm 12 does not generate the braking force.
  • the partial free mode is expressed as a P-Free mode.
  • the control device 14 determines whether or not the movement of a part of the doctor's body placed on the placement unit 10 has been stopped (S140). Specifically, in S140, the control device 14 may continue that the moving speed of the mounting unit 10, and hence the moving speed of the tip of the arm 12, is not more than a predetermined speed threshold value Tv for a predetermined time or more. For example, it is determined that the movement of a part of the doctor's body is stopped.
  • the moving speed of the tip of the arm 12 may be derived according to the transition of the position of the tip of the arm specified by a known method based on the detection results of the encoders 31B, 32B, 33B, 34B, and 35B.
  • the control device 14 sets the operation mode to the hold mode (S150).
  • the brakes 31 ⁇ / b> A, 32 ⁇ / b> A, 33 ⁇ / b> A, 34 ⁇ / b> A, 35 ⁇ / b> A are turned on while a part of the doctor's body is placed on the placement unit 10, and the joints 31, 32, 33, 34, 35 are turned on. The rotational movement is stopped.
  • the control device 14 determines whether or not a part of the body is separated from the placement unit 10 (S160). Specifically, in S ⁇ b> 160, if a second prescribed condition, which is a prescribed condition, is satisfied, it is determined that a part of the body is separated from the placement unit 10.
  • the second specified condition referred to here is the following condition 3 or condition 4.
  • Condition 3 is that the torque detected by the force sensor 50 continues to be equal to or less than a predetermined torque threshold value Tt2 for a predetermined time or more.
  • the torque threshold value Tt2 is a threshold value that is defined in advance as the maximum torque that is applied to the placement unit 10 while a part of the body is separated from the placement unit 10, and is a torque that is smaller than the torque threshold value Tt1.
  • Condition 4 is that the force detected by the force sensor 50 continues to be equal to or less than a predetermined load threshold Tw2 for a predetermined time or more.
  • the load threshold value Tw2 is a threshold value defined in advance as the maximum force applied to the placement unit 10 in a state where a part of the body is placed on the placement unit 10, and is a force smaller than the load threshold value Tw1.
  • a part of the body has moved away from the placement unit 10 includes a force that presses the placement unit 10 with a part of the body, that is, a depressurization that weakens a downward force in the vertical direction. If the result of determination in S160 is that a part of the body is away from the placement unit 10 (S160: YES), the control device 14 returns the mode setting process to S110.
  • the control device 14 shifts the mode setting process to S170.
  • the control device 14 determines whether a part of the doctor's body placed on the placement unit 10 has performed a predetermined action (S170).
  • the predetermined operation is, for example, a click operation that presses the placement unit 10 downward.
  • the control device 14 determines that the force detected by the force sensor 50 is equal to or greater than a predetermined load threshold Tw3, and then the mass detected by the force sensor 50 is equal to or less than the load threshold Tw4 within a predetermined period. May return to a predetermined action, that is, a click action is executed.
  • the control device 14 changes the operation mode. Set to free mode. As a result, the brakes 31A, 32A, 33A, 34A, and 35A of the arm 12 are turned off, and the joints 31, 32, 33, 34, and 35 can rotate.
  • the control device 14 returns the mode setting process to S110.
  • the operation mode can be set to the partial free mode on the condition that a part of the doctor's body is placed on the placement unit.
  • the prescribed condition is a condition prescribed in advance.
  • At least one of the plurality of brakes 31A, 32A, 33A, 34A, and 35A is turned on to generate a braking force. Accordingly, it is possible to turn off at least one brake different from the brake that has generated the braking force so that the braking force is not generated. That is, according to the support follow-up device 1, the braking force of some of the brakes 31A, 32A, 33A, 34A, and 35A is not generated.
  • the support follow-up device 1 it is possible to adjust the position of the arm placed on the placement portion 10 on the movable plane of the joint provided with a brake that does not generate braking force. Moreover, according to the support follow-up device 1, since braking force is generated in other brakes, it is possible to suppress the degree of freedom when changing the position of the placement unit 10 from becoming higher than necessary.
  • the operation mode can be changed from the wait mode to the partial mode.
  • the wait mode as the operation mode is omitted.
  • the control device 14 first determines whether or not a part of the doctor's body has been placed on the placement unit 10 (S210). Specifically, in S210, if the first specified condition is satisfied, it may be determined that a part of the body of the doctor is placed on the placement unit 10.
  • the control device 14 waits until the situation of the placement unit 10 satisfies the first specified condition. To do.
  • the control device 14 sets the operation mode to the free mode (S220).
  • the brakes 31A, 32A, 33A, 34A, and 35A of the arm 12 are turned off, and the joints 31, 32, 33, 34, and 35 can rotate.
  • control device 14 determines whether or not the movement of a part of the doctor's body placed on the placement unit 10 has been stopped (S230). Specifically, in S230, the control device 14 continues that the moving speed of the mounting unit 10, and thus the moving speed of the tip of the arm 12, is not more than a predetermined speed threshold value Tv for a predetermined time or more. In this case, it may be determined that the movement of a part of the body is stopped.
  • the control device 14 sets the operation mode to the hold mode (S240).
  • the brakes 31 ⁇ / b> A, 32 ⁇ / b> A, 33 ⁇ / b> A, 34 ⁇ / b> A, 35 ⁇ / b> A are turned on while a part of the doctor's body is placed on the placement unit 10, and the joints 31, 32, 33, 34, 35 are turned on.
  • the rotational movement is stopped.
  • the control device 14 determines whether or not a part of the body is separated from the placement unit 10 (S250). Specifically, in S250, if the second specified condition is satisfied, it is determined that a part of the body is separated from the placement unit 10.
  • the control device 14 determines that a part of the body of the doctor placed on the placement unit 10 is in advance. It is determined whether or not a predetermined operation has been executed (S260). Specifically, in S260, the control device 14 determines that the force detected by the force sensor 50 is equal to or greater than a predetermined load threshold value Tw3, and then the mass detected by the force sensor 50 is equal to or less than the load threshold value Tw4 within a predetermined period. May return to a predetermined operation, that is, a click operation.
  • the control device 14 performs the mode setting process. Is returned to S220. In S220, the control device 14 sets the operation mode to the free mode.
  • the control device 14 sets the operation mode to the partial free mode in S270 which is shifted when a part of the body is separated from the placement unit 10.
  • the control device 14 sets the operation mode to the partial free mode in S270 which is shifted when a part of the body is separated from the placement unit 10.
  • the arm 12 at least one of the plurality of brakes 31A, 32A, 33A, 34A, and 35A is turned on to generate a braking force.
  • at least one brake different from the brake that generated the braking force is off, and the arm 12 does not generate the braking force.
  • the partial free mode is expressed as a P-Free mode.
  • control device 14 determines whether or not the movement of a part of the body of the doctor placed on the placement unit 10 has been stopped (S280). Specifically, in S280, the control device 14 may determine whether or not the movement of a part of the doctor's body is stopped in the same manner as in S250.
  • the control device 14 returns the mode setting process to S270.
  • the control device 14 returns the mode setting process to S240.
  • the control device 14 sets the operation mode to the hold mode.
  • the operation mode is changed to the partial free mode on the condition that a part of the body is separated from the placement unit 10, that is, is extracted. Can do.
  • the operation mode can be changed from the hold mode to the partial free mode.
  • the same configurations and processes as those of the support follow-up device 1 of the first embodiment and the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The first embodiment and the second embodiment. The description will focus on the configuration and processing different from the support follow-up device 1. ⁇ 3-1. Mode setting process> When the mode setting process is activated, as shown in FIG.
  • the control device 14 first sets the operation mode to the wait mode (S310). Thereby, in the arm 12, the brakes 31A, 32A, 33A, 34A, and 35A are turned on, and the rotational motions of the joints 31, 32, 33, 34, and 35 are stopped by the braking force.
  • the control device 14 determines whether or not a part of the doctor's body has been placed on the placement unit 10 (S320). Specifically, in S320, the control device 14 may determine that a part of the doctor's body is placed on the placement unit 10 if the first specified condition is satisfied.
  • the control device 14 waits until a part of the doctor's body is placed on the placement unit 10. To do.
  • the control device 14 sets the operation mode to the free mode (S330).
  • the brakes 31A, 32A, 33A, 34A, and 35A of the arm 12 are turned off, and the joints 31, 32, 33, 34, and 35 can rotate.
  • control device 14 determines whether or not the movement of a part of the doctor's body placed on the placement unit 10 has been stopped (S340). Specifically, in S340, the control device 14 may continue that the moving speed of the mounting unit 10, and thus the moving speed of the tip of the arm 12, is not more than a predetermined speed threshold value Tv for a predetermined time or more. For example, it may be determined that the movement of a part of the doctor's body is stopped.
  • the control device 14 sets the operation mode to the hold mode (S350).
  • the brakes 31 ⁇ / b> A, 32 ⁇ / b> A, 33 ⁇ / b> A, 34 ⁇ / b> A, 35 ⁇ / b> A are turned on while a part of the doctor's body is placed on the placement unit 10, and the joints 31, 32, 33, 34, 35 are turned on. The rotational movement is stopped.
  • the control device 14 determines whether or not a part of the body is separated from the placement unit 10 (S360). Specifically, in S360, if the second specified condition is satisfied, it may be determined that a part of the body is separated from the placement unit 10.
  • the control device 14 If the result of determination in S360 is that a part of the body is separated from the placement unit 10 (S360: YES), the control device 14 returns the mode setting process to S310. On the other hand, as a result of the determination in S360, if a part of the body is not separated from the placement unit 10 (S360: NO), the control device 14 shifts the mode setting process to S370.
  • the control device 14 determines whether or not a part of the doctor's body placed on the placement unit 10 has performed a predetermined action (S370). Specifically, in S370, the control device 14 determines that the force detected by the force sensor 50 is equal to or greater than a predetermined load threshold Tw3, and then the mass detected by the force sensor 50 is equal to or less than the load threshold Tw4 within a predetermined period. May return to a predetermined operation, that is, a click operation.
  • the control device 14 changes the operation mode.
  • the arm 12 at least one of the plurality of brakes 31A, 32A, 33A, 34A, and 35A is turned on to generate a braking force.
  • at least one brake different from the brake that generated the braking force is off, and the arm 12 does not generate the braking force.
  • the partial free mode is expressed as a P-Free mode.
  • control device 14 returns the mode setting process to S310.
  • 3A Effects of the third embodiment
  • the position of the arm placed on the placement unit 10 in the space can be finely adjusted by setting the operation mode to the partial free mode.
  • the operation mode is set on the condition that a part of the doctor's body placed on the placement unit 10 has performed a predetermined action. You can change to partial free mode. And according to the support follow-up device of the present embodiment, the operation mode can be changed from the hold mode to the partial free mode. [4. Other Embodiments] As mentioned above, although embodiment of this indication was described, this indication is not limited to the above-mentioned embodiment, and can be carried out in various modes in the range which does not deviate from the gist of this indication.
  • the arm 12 in the support follow-up device 1 of the above embodiment is a multi-joint arm having five degrees of freedom including five joints 31, 32, 33, 34, and 35.
  • the number of is not limited to this.
  • the number of joints included in the arm 12 may be two, three, or six or more.
  • the arm 12 in the support follow-up device 1 of the above embodiment includes the brakes 31A, 32A, 33A, 34A, and 35A in each of the joints 31, 32, 33, 34, and 35. , It may not be provided in each of the joints. In this case, it may be provided in two or more predetermined joints.
  • the predetermined operation is described as the click operation.
  • the predetermined operation is not limited to the click operation.
  • the predetermined operation may be an operation of pressing the side surface of the placement unit 10 or other predetermined operation.
  • the direction in which the placement unit 10 is allowed to move is one direction, but in the partial free mode, the direction in which the placement unit 10 is allowed to move. May be bi-directional.
  • the two directions may be two directions in a three-dimensional orthogonal coordinate system.
  • the specified condition for shifting to the partial free mode is one of the following. That is, the prescribed condition is that a part of the body of the doctor is placed on the placement unit, a part of the body is separated from the placement unit 10 (that is, extracted), or the placement unit 10 It was assumed that a part of the body of the doctor placed on the computer performed a predetermined action.
  • the specified condition for shifting to the partial free mode is not limited to this, and may be, for example, that a switch is operated. In other words, the prescribed condition may be any condition as long as it is a condition prescribed in advance.
  • the support follow-up device 1 of the above-described embodiment a device that supports a part of a doctor's body as a worker who performs a medical practice and that follows the operation in the medical practice is assumed.
  • the worker is not limited to a doctor.
  • the worker may be a worker who assembles a precision machine.
  • the work supported by the support follow-up device 1 may be assembly of a precision machine.
  • Part or all of the functions executed by the control device 14 in the above embodiment may be configured by hardware using one or a plurality of ICs.
  • the program is stored in the ROM 16, but the storage medium for storing the program is not limited to this, and is stored in a non-transitional tangible storage medium such as a semiconductor memory. Also good.

Abstract

支持追従装置において、載置部には、作業者の身体の一部分が載置される。アームは、２つ以上の関節を備え、載置部を支持する。各ブレーキは、２つ以上の関節のうち、少なくとも２つの関節の各々における動作を制限するように設けられている。各ブレーキは、１つの関節の動作を制限する１つの機構である。制御部（Ｓ１１０～Ｓ１８０，Ｓ２１０～Ｓ２８０，Ｓ３１０～Ｓ３８０）は、ブレーキ各々の動作モードを制御する。そして、制御部は、作業者の身体の一部分が規定条件を満たすと、ブレーキ各々の動作モードを少なくとも２つのブレーキのうち、少なくとも１つのブレーキにおいて制動力を発生し、少なくとも２つのブレーキのうち、当該制動力を発生したブレーキとは異なる少なくとも１つのブレーキにおいて制動力を非発生とする動作モードとする。

Description

支持追従装置 関連出願への相互参照
　本国際出願は、２０１６年４月１５日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１６－８２２３３号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１６－８２２３３号の全内容を本国際出願に参照により援用する。
　本開示は、作業者の身体の一部分を支持する支持追従装置に関する。
　特許文献１に記載されているように、例えば脳神経外科手術などのように緻密な手作業が要求される作業において、その作業者の身体の一部分を支持し当該作業に追従させる支持追従装置が知られている。この支持追従装置は、載置部と、アームと、ブレーキと、状態検出部と、制御部とを備える。
　載置部には、作業者の身体の一部分として医師の腕が載置される。アームは、少なくとも１つの関節を備え、載置部を支持する垂直多関節アームである。ブレーキは、少なくとも１つの関節の動作を制限する。状態検出部は、載置部の移動量、及び載置部に加わる荷重などを検出する。
　制御部は、状態検出部で検出された載置部、ひいては医師の腕の状況に基づいて、ブレーキの作動態様を変更する。そのブレーキの作動態様として、ウェイトモード、フリーモード、ホールドモードが用意されている。ウェイトモードとは、医師の腕が載置部に載置されていない状態で、全てのブレーキにおいて制動力を発生したブレーキの作動態様である。ホールドモードとは、医師の腕が載置部に載置された状態で、全てのブレーキにおいて制動力を発生したブレーキの作動態様である。フリーモードとは、医師の腕が載置部に載置された状態で、全てのブレーキにおいて制動力を非発生としたブレーキの作動態様である。
特開２０１４－０１８３２１号公報
　ところで、脳神経外科手術等のように緻密な手作業が要求される作業では、載置部に載置された腕の位置を細かく調整することが求められる。
　しかしながら、支持追従装置における作業中のブレーキの作動態様は、ホールドモードとフリーモードとの二種類である。そして、支持追従装置のブレーキの作動態様をホールドモードとした場合、全てのブレーキで制動力を発生するため、アームの形態を変化させることが難しく、載置部に載置された腕の位置の調整が難しい。また、支持追従装置のブレーキの作動態様をフリーモードとした場合、全てのブレーキを非制動状態とするため、アームの形態を変化させる自由度が高く、載置部に載置された腕の位置を細かく調整することが難しい。
　つまり、発明者の詳細な検討の結果、従来の技術では、載置部に載置された腕の位置を細かく調整することが難しいという課題が見出された。
　そこで、本開示の一局面は、支持追従装置において、載置部に載置された腕の空間上での位置を細かく調整可能とする技術を提供することにある。
　本開示の一態様は、載置部と、アームと、各ブレーキと、制御部とを備える、支持追従装置に関する。
　載置部には、作業者の身体の一部分が載置される。アームは、２つ以上の関節を備え、載置部を支持する。
　各ブレーキは、２つ以上の関節のうち、少なくとも２つの関節の各々における動作を制限するように設けられている。各ブレーキは、１つの関節の動作を制限する１つの機構である。
　制御部は、ブレーキ各々の動作モードを制御する。そして、制御部は、作業者の身体の一部分が規定条件を満たすと、ブレーキ各々の動作モードをパーシャルフリーモードとする。
　パーシャルフリーモードとは、少なくとも２つのブレーキのうち、少なくとも１つのブレーキにおいて制動力を発生し、少なくとも２つのブレーキのうち、当該制動力を発生したブレーキとは異なる少なくとも１つのブレーキにおいて制動力を非発生とする、ブレーキ各々の動作モードである。
　つまり、支持追従装置によれば、複数のブレーキのうち少なくとも１つのブレーキにおいて制動力を発生する。さらに、支持追従装置によれば、複数のブレーキのうち当該制動力を発生したブレーキとは異なる少なくとも１つのブレーキにおいて制動力を非発生とする。
　このため、このような支持追従装置によれば、制動力が非発生であるブレーキが設けられた関節が可動する平面において、載置部に載置された腕の位置を調整可能である。しかも、このような支持追従装置によれば、他のブレーキにおいて制動力を発生するため、載置部の位置を変更する自由度が必要以上に高くなることを抑制できる。
　したがって、支持追従装置によれば、載置部に載置された腕の空間上での位置を細かく調整可能とする技術を提供できる。
支持追従装置の外観を示す斜視図である。 支持追従装置におけるアームの構成を示す図である。 支持追従装置の制御系を示すブロック図である。 第１実施形態におけるモード設定処理の処理手順を示すフローチャートである。 第２実施形態におけるモード設定処理の処理手順を示すフローチャートである。 第３実施形態におけるモード設定処理の処理手順を示すフローチャートである。
　以下に本開示の実施形態を図面と共に説明する。
［１．第１実施形態］
＜１－１．構造＞
　図１に示す支持追従装置１は、医療行為を行う作業者としての医師の身体における一部分を支持し、その支持した身体の一部分を医療行為における動作に追従させる装置である。
　医療行為とは、患者の傷病の治療、診断、または予防のために医学に基づいて実施される行為である。医療行為には、外科手術、脳神経外科手術を含む。また、医師とは、医療行為を実施する人物であり、例えば、外科医、脳神経外科医である。
　また、身体の一部分とは、身体の全体における１つの箇所である。身体の一部分には、例えば、肘よりも掌側の部位、即ち前腕を含む。作業者とは、作業を行う人物である。
　支持追従装置１は、載置部１０と、アーム１２と、制御装置１４とを備える。
　載置部１０は、医師の身体の一部分が載置される台である。載置部１０は、上方が開いた形状に構成されている。上方が開いた形状とは、例えば、断面Ｕ字形である。
　図２に示すように、アーム１２は、多自由度の多関節アームである。アーム１２は、複数の関節３１，３２，３３，３４，３５と、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａと、エンコーダ３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ，３４Ｂ，３５Ｂと、ベース部４１と、肩部４２と、第１腕部４３と、第２腕部４４と、バネ４６，４７と、カウンタウェイト４８と、力センサ５０とを備えている。
　ベース部４１は、床Ｆに配置され、アーム１２全体を支持する。なお、ベース部４１は、キャスタを有していてもよい。
　肩部４２、第１腕部４３、及び第２腕部４４は、それぞれ、リンク機構を構成するリンクである。関節３１，３２，３３，３４，３５は、それぞれ、回転軸を中心に回転する回転関節である。
　ベース部４１の上端には、関節３１を介して肩部４２が接続されている。この肩部４２は、関節３１により、ベース部４１に対して鉛直軸回りに回転可能となる。肩部４２の上端には、関節３２を介して第１腕部４３の一端が接続されている。第１腕部４３は、関節３２により、肩部４２に対して水平軸回りに揺動可能となる。
　第１腕部４３の他端には、関節３３を介して第２腕部４４の一端が接続されている。第２腕部４４は、関節３３により、第１腕部４３に対して水平軸回りに揺動可能になされている。第２腕部４４の他端には、関節３５を介して載置部１０が接続されている。関節３５は、関節３４とは回転軸が直交するように配置されている。なお、関節３４は、第２腕部４４の先端において、水平軸回りに回転可能となるように設けられる。
　バネ４６，４７は、それぞれ、第１腕部４３と関節３３との間、第２腕部４４と関節３３との間に設けられている。バネ４６，４７は、載置部１０に、鉛直方向上方への付勢力を付与する。
　カウンタウェイト４８は、第１腕部４３の関節３２側の先端部に設けられている。カウンタウェイト４８は、関節３２に対して第１腕部４３が鉛直方向上方に動作するように付勢する。
　すなわち、バネ４６，４７とカウンタウェイト４８とから加わる付勢力が、アーム１２の自重、載置部１０の自重及び腕の自重の和と釣り合うことにより、載置部１０が支持される。換言すると、バネ４６，４７及びカウンタウェイト４８によって、載置部１０に医師の腕が載置された場合に、載置部１０及びアーム１２に加わる力のバランスを保つ。
　自重による鉛直方向下方への力と鉛直方向上方への付勢力とのバランスは、完全に釣り合うことが理想的である。しかし、このバランスは医師の手が患者の患部の鉛直方向上方から作業を行うことを考慮して、安全方向である鉛直方向上方へ、載置部１０を極めて弱い力で付勢するように偏って設定されていてもよい。なお、カウンタウェイト４８だけでバランスが取れる場合は、バネ４６，４７は省略されていてもよい。
　ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａは、それぞれ、関節３１，３２，３３，３４，３５の動作を制限する。関節の動作とは、軸周りの回転運動である。また、制限とは、回転運動に対して制動力を加えることであり、各関節３１，３２，３３，３４，３５の回転を停止状態とすることを含む。制動力とは、運動を制動する力であり、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａによって発生する力である。
　本実施形態では、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａとして、電磁ブレーキが用いられている。
　これにより、支持追従装置１におけるブレーキの動作モードとして、ウェイトモードと、ホールドモードと、フリーモードと、パーシャルフリーモードとが実現される。ブレーキの動作モードとは、制動力を発生するブレーキと、制動力を発生しないブレーキとの組み合わせによって決定される支持追従装置１の動作態様である。このブレーキの動作モードは、後述するモード設定処理によって設定される。
　ウェイトモードとは、医師の身体の一部分が載置部１０に非載置である状態で、載置部１０の移動を制限する動作モードである。ホールドモードとは、医師の身体の一部分が載置部１０に載置された状態で、載置部１０の移動を制限する動作モードである。フリーモードとは、医師の身体の一部分が載置部１０に載置された状態で、載置部１０の移動を許容する動作モードである。パーシャルフリーモードとは、載置部１０に載置された医師の腕の部分的な移動を許容する動作モードである。
　ウェイトモードは、載置部１０に医師が腕を載置していない状態を想定した動作モードである。ウェイトモードでは、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａをオンとして制動力を発生させ、関節３１，３２，３３，３４，３５の回転運動が停止される。これにより、ウェイトモードでは、載置部１０の位置が固定される。
　ホールドモードは、医師が医療行為における実作業を実施する状態を想定した動作モードである。ホールドモードでは、医師の身体の一部分が載置部１０に載置された状態で、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａをオンとして制動力を発生させ、関節３１，３２，３３，３４，３５の回転運動が停止される。これにより、ホールドモードでは、載置部１０の位置が固定される。
　フリーモードは、載置部１０に載置された腕を支持し、その腕の動きにアーム１２を追従させる状態を想定した動作モードである。フリーモードでは、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａをオフとして制動力を非発生とし、関節３１，３２，３３，３４，３５の回転運動を可能とする。これにより、フリーモードでは、載置部１０を自由に動かすことができる。
　パーシャルフリーモードは、医師の身体の一部分が載置部１０に載置された状態で、載置部１０の一方向への移動を許容し、他の方向への移動を停止する動作モードである。パーシャルフリーモードでは、複数のブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａのうち、少なくとも１つのブレーキをオンとして制動力を発生させる。そして、当該制動力を発生させたブレーキとは異なる少なくとも１つのブレーキをオフとして制動力を非発生とする。
　具体的にパーシャルフリーモードにおいて、制動力を非発生とするブレーキは、アーム１２を１つの平面上で移動させる関節に設けられたブレーキである。また、パーシャルフリーモードにおいて、制動力を発生するブレーキは、アーム１２が移動可能となる平面と交差する平面にてアーム１２を移動させる関節に設けられたブレーキであることが好ましい。この一例として、本実施形態のパーシャルフリーモードでは、例えば、ブレーキ３２Ａ，３３Ａ，３４Ａをオンとして制動力を発生させる。また、ブレーキ３１Ａ，３５Ａをオフとして制動力を非発生とすることが考えられる。
　制動力を非発生とは、制動力を発生しないことであり、ブレーキを掛けない状態である。
　ただし、パーシャルフリーモードにおいて、制動力を非発生とするブレーキは、これに限るものではなく、医療行為の内容に応じて決定されてもよいし、医師が腕を動かす方向に応じて決定されてもよい。さらに言えば、パーシャルフリーモードにおいて制動力を非発生とするブレーキの個数は、これに限るものではなく、１つであってもよいし、３以上であってもよい。
　なお、パーシャルフリーモードにおいて制動力を非発生とするブレーキは、支持追従装置１が備える全てのブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａではない。また、パーシャルフリーモードにおいて制動力を発生するブレーキは、支持追従装置１が備える全てのブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａではない。
　エンコーダ３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ，３４Ｂ，３５Ｂは、関節３１，３２，３３，３４，３５各々の回転角度を検出する。
　力センサ５０は、載置部１０に加わる鉛直方向の力、及び、載置部１０とアーム１２とを接続する軸に加わるトルクを検出する。なお、力センサ５０にて検出する、載置部１０に加わる鉛直方向の力とは、重力方向の力である。この載置部１０に加わる鉛直方向の力には、重量、または質量を含む。
　図３に示すように、制御装置１４は、ＣＰＵ１５、ＲＯＭ１６及びＲＡＭ１７を備えた電子制御回路を内蔵する。
　ＲＯＭ１６には、制御装置１４が実行するための処理プログラムが格納されている。
  ここで、格納されているプログラムとは、動作モードを、ウェイトモード、フリーモード、ホールドモード、及びパーシャルフリーモードのうちのいずれかに切り替えるモード設定処理を実行するためのプログラムである。なお、動作モードの切り替えはブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａを制御することにより行われる。
　すなわち、制御装置１４は、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａを制御することにより、動作モードを、ウェイトモード、フリーモード、ホールドモード、及びパーシャルフリーモードのうちのいずれかに切り替える。
＜１－２．モード設定処理＞
　モード設定処理が起動されると、図４に示すように、制御装置１４は、まず、動作モードをウェイトモードに設定する（Ｓ１１０）。これにより、アーム１２は、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａがオンとなり、制動力により関節３１，３２，３３，３４，３５の回転運動が停止される。
　続いて、制御装置１４は、医師の身体の一部分が載置部１０に置かれたか否かを判定する（Ｓ１２０）。具体的にＳ１２０では、規定された条件である第１規定条件を満たしていれば、医師の身体の一部分が載置部１０に置かれたものと判定する。
　第１規定条件とは、次の第１の条件、または第２の条件である。
　第１の条件は、力センサ５０で検出したトルクが予め規定されたトルク閾値Ｔｔ１以上である状態が、所定時間以上継続していることである。トルク閾値Ｔｔ１は、身体の一部分が載置部１０に置かれた状態で載置部１０に加わる最小のトルクとして予め規定された閾値である。
　第２の条件は、力センサ５０で検出した力が予め規定された荷重閾値Ｔｆ１以上である状態が、所定時間以上継続していることである。荷重閾値Ｔｆ１は、身体の一部分が載置部１０に置かれた状態で載置部１０に加わる最小の力として予め規定された閾値である。なお、所定時間とは、予め定められた時間長である。
　このＳ１２０での判定の結果、医師の身体の一部分が載置部１０に置かれていなければ（Ｓ１２０：ＮＯ）、制御装置１４は、医師の身体の一部分が載置部１０に置かれるまで待機する。そして、医師の身体の一部分が載置部１０に置かれると（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、制御装置１４は、動作モードをパーシャルフリーモードに設定する（Ｓ１３０）。これにより、アーム１２では、複数のブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａのうち、少なくとも１つのブレーキがオンとなり、制動力を発生させる。さらに、アーム１２は、当該制動力を発生させたブレーキとは異なる少なくとも１つのブレーキがオフであり制動力を非発生となる。
　また、図４においては、パーシャルフリーモードをＰ－Ｆｒｅｅモードと表記している。
　さらに、モード設定処理では、制御装置１４は、載置部１０に載置された医師の身体における一部分の移動が止められたか否かを判定する（Ｓ１４０）。具体的にＳ１４０では、制御装置１４は、載置部１０の移動速度、ひいては、アーム１２の先端の移動速度が、予め規定された速度閾値Ｔｖ以下であることを、所定時間以上継続していれば、医師の身体における一部分の移動が止められているものと判定する。アーム１２の先端の移動速度は、エンコーダ３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ，３４Ｂ，３５Ｂの検出結果に基づく周知の手法で特定したアーム先端の位置の推移に従って導出すればよい。
　このＳ１４０での判定の結果、載置部１０に載置された医師の身体における一部分の移動が止められていなければ（Ｓ１４０：ＮＯ）、制御装置１４は、その医師の身体における一部分の移動が止められるまで待機する。
　そして、載置部１０に載置された医師における身体の一部分の移動が止められると、（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、制御装置１４は、動作モードをホールドモードに設定する（Ｓ１５０）。これにより、アーム１２は、医師の身体の一部分が載置部１０に載置された状態で、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａがオンとなり、関節３１，３２，３３，３４，３５の回転運動が停止される。
　続いて、モード設定処理では、制御装置１４は、身体の一部分が載置部１０から離れたか否かを判定する（Ｓ１６０）。具体的にＳ１６０では、規定された条件である第２規定条件を充足していれば、身体の一部分が載置部１０から離れたものと判定する。ここで言う第２規定条件とは、次の条件３、または条件４である。
　条件３は、力センサ５０で検出したトルクが、予め規定されたトルク閾値Ｔｔ２以下であることを、所定時間以上継続していることである。トルク閾値Ｔｔ２とは、身体の一部分が載置部１０から離れた状態で載置部１０に加わる最大のトルクとして予め規定された閾値であり、トルク閾値Ｔｔ１よりも小さいトルクである。
　条件４は、力センサ５０で検出した力が、予め規定された荷重閾値Ｔｗ２以下であることを、所定時間以上継続していることである。ただし、荷重閾値Ｔｗ２は、身体の一部分が載置部１０に置かれた状態で載置部１０に加わる最大の力として予め規定された閾値であり、荷重閾値Ｔｗ１よりも小さい力である。
　すなわち、「身体の一部分が載置部１０から離れた」には、身体の一部分によって載置部１０を押圧する力、即ち、鉛直方向下向きの力を弱める抜重を含む。
　そして、Ｓ１６０での判定の結果、身体の一部分が載置部１０から離れていれば（Ｓ１６０：ＹＥＳ）、制御装置１４は、モード設定処理をＳ１１０へと戻す。
　一方、Ｓ１６０での判定の結果、身体の一部分が載置部１０から離れていなければ（Ｓ１６０：ＮＯ）、制御装置１４は、モード設定処理をＳ１７０へと移行させる。
　そのＳ１７０では、制御装置１４は、載置部１０に載置された医師の身体における一部分が、予め定められた動作を実行したか否かを判定する（Ｓ１７０）。予め定められた動作とは、例えば、載置部１０を下方に押圧するクリック動作である。具体的にＳ１７０では、制御装置１４は、力センサ５０で検出した力が、予め規定された荷重閾値Ｔｗ３以上となり、その後、所定期間内に、力センサ５０で検出した質量が荷重閾値Ｔｗ４以下へと戻った場合に、予め定められた動作、即ちクリック動作が実行されたものと判定してもよい。
　このＳ１７０での判定の結果、載置部１０に載置された医師の身体における一部分が、予め定められた動作を実行していなければ（Ｓ１７０：ＮＯ）、制御装置１４は、モード設定処理をＳ１６０へと戻す。
　一方、Ｓ１７０での判定の結果、載置部１０に載置された医師の身体における一部分が、予め定められた動作を実行していれば（Ｓ１７０：ＹＥＳ）、制御装置１４は、動作モードをフリーモードに設定する。これにより、アーム１２は、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａがオフとなり、関節３１，３２，３３，３４，３５の回転運動が可能となる。
　制御装置１４は、その後、モード設定処理をＳ１１０へと戻す。
［１－３．第１実施形態の効果］
　（１Ａ）本実施形態のモード設定処理によれば、医師の身体の一部が載置部に載置されたことを規定条件として、動作モードをパーシャルフリーモードとすることができる。規定条件とは、予め規定された条件である。
　（１Ｂ）パーシャルフリーモードでは、複数のブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａのうち、少なくとも１つのブレーキをオンとして制動力を発生させる。これにより、当該制動力を発生させたブレーキとは異なる少なくとも１つのブレーキをオフとして制動力を非発生とすることができる。すなわち、支持追従装置１によれば、複数のブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａのうち、一部のブレーキにおける制動力を非発生とする。
　このため、支持追従装置１によれば、制動力が非発生であるブレーキが設けられた関節の可動平面において、載置部１０に載置された腕の位置を調整可能である。しかも、支持追従装置１によれば、他のブレーキにおいて制動力を発生するため、載置部１０の位置を変更する際の自由度が必要以上に高くなることを抑制できる。
　したがって、支持追従装置１によれば、載置部１０に載置された腕の空間上での位置を細かく調整可能とする技術を提供できる。
　（１Ｃ）なお、本実施形態のモード設定処理では、動作モードをウェイトモードからパーシャルモードへと変更することができる。
　（１Ｄ）さらに、モード設定処理では、載置部１０に載置された医師の身体における一部分の移動が停止すると、動作モードをホールドモードへと変更する。
　したがって、支持追従装置１によれば、医師が医療行為における作業を実行する場合には、動作モードをホールドモードとすることができ、作業を支援することができる。
［２．第２実施形態］
　本実施形態においては、第１実施形態及び第２実施形態の支持追従装置１と同様の構成及び処理には、同一の符号を付して説明を省略し、第１実施形態及び第２実施形態の支持追従装置１とは異なる構成及び処理を中心に説明する。
　本実施形態の支持追従装置では、動作モードとしてのウェイトモードが省略されている。
＜２－１．モード設定処理＞
　本実施形態におけるモード設定処理が起動されると、図５に示すように、制御装置１４は、まず、医師の身体の一部分が載置部１０に置かれたか否かを判定する（Ｓ２１０）。具体的にＳ２１０では、第１規定条件を満たしていれば、医師の身体の一部分が載置部１０に置かれたものと判定すればよい。
　このＳ２１０での判定の結果、医師の身体の一部分が載置部１０に置かれていなければ（Ｓ２１０：ＮＯ）、制御装置１４は、載置部１０の状況が第１規定条件を満たすまで待機する。
　そして、医師の身体の一部分が載置部１０に置かれると（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、制御装置１４は、動作モードをフリーモードに設定する（Ｓ２２０）。これにより、アーム１２は、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａがオフとなり、関節３１，３２，３３，３４，３５の回転運動が可能となる。
　さらに、制御装置１４は、載置部１０に載置された医師の身体における一部分の移動が止められたか否かを判定する（Ｓ２３０）。具体的にＳ２３０では、制御装置１４は、載置部１０の移動速度、ひいては、アーム１２の先端の移動速度が、予め規定された速度閾値Ｔｖ以下であることを、所定時間以上継続している場合に、身体における一部分の移動が止められたものと判定すればよい。
　このＳ２３０での判定の結果、載置部１０に載置された医師の身体における一部分の移動が止められていなければ（Ｓ２３０：ＮＯ）、制御装置１４は、医師の身体における一部分の移動が止められるまで待機する。
　そして、載置部１０に載置された医師における身体の一部分の移動が止められると、（Ｓ２３０：ＹＥＳ）、制御装置１４は、動作モードをホールドモードに設定する（Ｓ２４０）。これにより、アーム１２は、医師の身体の一部分が載置部１０に載置された状態で、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａがオンとなり、関節３１，３２，３３，３４，３５の回転運動が停止される。
　続いて、モード設定処理では、制御装置１４は、身体の一部分が載置部１０から離れたか否かを判定する（Ｓ２５０）。具体的にＳ２５０では、第２規定条件を充足していれば、身体の一部分が載置部１０から離れたものと判定する。
　そして、Ｓ２５０での判定の結果、身体の一部分が載置部１０から離れていれば（Ｓ２５０：ＹＥＳ）、即ち、抜重されると、制御装置１４は、詳しくは後述するＳ２７０へとモード設定処理を移行させる。
　一方、Ｓ２５０での判定の結果、身体の一部分が載置部１０から離れていなければ（Ｓ２５０：ＮＯ）、制御装置１４は、載置部１０に載置された医師の身体における一部分が、予め定められた動作を実行したか否かを判定する（Ｓ２６０）。具体的にＳ２６０では、制御装置１４は、力センサ５０で検出した力が、予め規定された荷重閾値Ｔｗ３以上となり、その後、所定期間内に、力センサ５０で検出した質量が荷重閾値Ｔｗ４以下へと戻った場合に、予め定められた動作、即ちクリック動作を実行したものと判定してもよい。
　このＳ２６０での判定の結果、載置部１０に載置された医師の身体における一部分が、予め定められた動作を実行していなければ（Ｓ２６０：ＮＯ）、制御装置１４は、モード設定処理をＳ２５０へと戻す。
　一方、Ｓ２６０での判定の結果、載置部１０に載置された医師の身体における一部分が、予め定められた動作を実行していれば（Ｓ２６０：ＹＥＳ）、制御装置１４は、モード設定処理をＳ２２０へと戻す。そのＳ２２０では、制御装置１４は、動作モードをフリーモードに設定する。
　ところで、Ｓ２５０での判定の結果、身体の一部分が載置部１０から離れた場合に移行するＳ２７０では、制御装置１４は、動作モードをパーシャルフリーモードに設定する。これにより、アーム１２では、複数のブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａのうち、少なくとも１つのブレーキがオンとなり、制動力を発生させる。さらに、アーム１２は、当該制動力を発生させたブレーキとは異なる少なくとも１つのブレーキがオフであり制動力を非発生となる。また、図５においては、パーシャルフリーモードをＰ－Ｆｒｅｅモードと表記している。
　続いて、制御装置１４は、載置部１０に載置された医師の身体における一部分の移動が止められたか否かを判定する（Ｓ２８０）。具体的にＳ２８０では、制御装置１４は、Ｓ２５０と同様の方法で、医師の身体における一部分の移動が止められたか否かを判定すればよい。
　このＳ２８０での判定の結果、載置部１０に載置された医師の身体における一部分の移動が止められていなければ（Ｓ２８０：ＮＯ）、制御装置１４は、モード設定処理をＳ２７０へと戻す。一方、Ｓ２８０での判定の結果、載置部１０に載置された医師の身体における一部分の移動が止められていれば（Ｓ２８０：ＹＥＳ）、制御装置１４は、モード設定処理をＳ２４０へと戻す。そのＳ２４０では、制御装置１４は、動作モードをホールドモードに設定する。
［２－２．第２実施形態の効果］
　（２Ａ）本実施形態の支持追従装置によれば、動作モードをパーシャルフリーモードとすることで、載置部１０に載置された腕の空間上での位置を細かく調整することができる。
　（２Ｂ）さらに、本実施形態のモード設定処理によれば、身体の一部分が載置部１０から離れたこと、即ち、抜重されたことを規定条件として、動作モードをパーシャルフリーモードに変更することができる。そして、本実施形態の支持追従装置によれば、動作モードをホールドモードからパーシャルフリーモードへと変更することができる。
［３．第３実施形態］
　本実施形態においては、第１実施形態及び第２実施形態の支持追従装置１と同様の構成及び処理には、同一の符号を付して説明を省略し、第１実施形態及び第２実施形態の支持追従装置１とは異なる構成及び処理を中心に説明する。
＜３－１．モード設定処理＞
　モード設定処理が起動されると、図６に示すように、制御装置１４は、まず、動作モードをウェイトモードに設定する（Ｓ３１０）。これにより、アーム１２では、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａがオンとなり、制動力により関節３１，３２，３３，３４，３５の回転運動が停止される。
　続いて、制御装置１４は、医師の身体の一部分が載置部１０に置かれたか否かを判定する（Ｓ３２０）。具体的にＳ３２０では、制御装置１４は、第１規定条件を満たしていれば、医師の身体の一部分が載置部１０に置かれたものと判定すればよい。
　このＳ３２０での判定の結果、医師の身体の一部分が載置部１０に置かれていなければ（Ｓ３２０：ＮＯ）、制御装置１４は、医師の身体の一部分が載置部１０に置かれるまで待機する。
　そして、医師の身体の一部分が載置部１０に置かれると（Ｓ３２０：ＹＥＳ）、制御装置１４は、動作モードをフリーモードに設定する（Ｓ３３０）。これにより、アーム１２は、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａがオフとなり、関節３１，３２，３３，３４，３５の回転運動が可能となる。
　さらに、制御装置１４は、載置部１０に載置された医師の身体における一部分の移動が止められたか否かを判定する（Ｓ３４０）。具体的にＳ３４０では、制御装置１４は、載置部１０の移動速度、ひいては、アーム１２の先端の移動速度が、予め規定された速度閾値Ｔｖ以下であることを、所定時間以上継続していれば、医師の身体における一部分の移動が止められたものと判定すればよい。
　このＳ３４０での判定の結果、載置部１０に載置された医師の身体における一部分の移動が止められていなければ（Ｓ３４０：ＮＯ）、制御装置１４は、その医師の身体における一部分の移動が止められるまで待機する。
　そして、載置部１０に載置された医師における身体の一部分の移動が止められると、（Ｓ３４０：ＹＥＳ）、制御装置１４は、動作モードをホールドモードに設定する（Ｓ３５０）。これにより、アーム１２は、医師の身体の一部分が載置部１０に載置された状態で、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａがオンとなり、関節３１，３２，３３，３４，３５の回転運動が停止される。
　続いて、モード設定処理では、制御装置１４は、身体の一部分が載置部１０から離れたか否かを判定する（Ｓ３６０）。具体的にＳ３６０では、第２規定条件を充足していれば、身体の一部分が載置部１０から離れたものと判定すればよい。
　そして、Ｓ３６０での判定の結果、身体の一部分が載置部１０から離れていれば（Ｓ３６０：ＹＥＳ）、制御装置１４は、モード設定処理をＳ３１０へと戻す。
　一方、Ｓ３６０での判定の結果、身体の一部分が載置部１０から離れていなければ（Ｓ３６０：ＮＯ）、制御装置１４は、モード設定処理をＳ３７０へと移行させる。
　そのＳ３７０では、制御装置１４は、載置部１０に載置された医師の身体における一部分が、予め定められた動作を実行したか否かを判定する（Ｓ３７０）。具体的にＳ３７０では、制御装置１４は、力センサ５０で検出した力が、予め規定された荷重閾値Ｔｗ３以上となり、その後、所定期間内に、力センサ５０で検出した質量が荷重閾値Ｔｗ４以下へと戻った場合に、予め定められた動作、即ちクリック動作を実行したものと判定してもよい。
　このＳ３７０での判定の結果、載置部１０に載置された医師の身体における一部分が、予め定められた動作を実行していなければ（Ｓ３７０：ＮＯ）、制御装置１４は、モード設定処理をＳ３６０へと戻す。
　一方、Ｓ３７０での判定の結果、載置部１０に載置された医師の身体における一部分が、予め定められた動作を実行していれば（Ｓ３７０：ＹＥＳ）、制御装置１４は、動作モードをパーシャルフリーモードに設定する。これにより、アーム１２では、複数のブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａのうち、少なくとも１つのブレーキがオンとなり、制動力を発生させる。さらに、アーム１２は、当該制動力を発生させたブレーキとは異なる少なくとも１つのブレーキがオフであり制動力を非発生となる。また、図５においては、パーシャルフリーモードをＰ－Ｆｒｅｅモードと表記している。
　制御装置１４は、その後、モード設定処理をＳ３１０へと戻す。
［３－２．第３実施形態の効果］
　（３Ａ）本実施形態の支持追従装置によれば、動作モードをパーシャルフリーモードとすることで、載置部１０に載置された腕の空間上での位置を細かく調整することができる。
　（３Ｂ）さらに、本実施形態のモード設定処理によれば、載置部１０に載置された医師の身体の一部が、予め定められた動作を実行したことを規定条件として、動作モードをパーシャルフリーモードに変更することができる。そして、本実施形態の支持追従装置によれば、動作モードをホールドモードからパーシャルフリーモードへと変更することができる。
［４．その他の実施形態］
　以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
　（４Ａ）上記実施形態の支持追従装置１におけるアーム１２は、５個の関節３１，３２，３３，３４，３５を備えた、５自由度の多関節アームであったが、アーム１２が備える関節の個数は、これに限るものではない。アーム１２が備える関節の個数は、２個でもよいし、３個でもよいし、６個以上でもよい。
　（４Ｂ）また、上記実施形態の支持追従装置１におけるアーム１２は、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａを、関節３１，３２，３３，３４，３５の各々に備えていたが、ブレーキは、関節の各々に設けられていなくともよい。この場合、予め定められた特定の２つ以上の関節に設けられていてもよい。
　（４Ｃ）ところで、上記実施形態のモード設定処理では、予め定められた動作をクリック動作として説明したが、予め定められた動作は、クリック動作に限るものではない。予め定められた動作は、載置部１０の側面を押圧する動作であってもよいし、その他の定められた動作であってもよい。
　（４Ｄ）更に言えば、上記実施形態のパーシャルフリーモードでは、載置部１０の移動が許容される方向を一方向としていたが、パーシャルフリーモードにおいて、載置部１０の移動が許容される方向は、２方向であってもよい。この２方向とは、３次元の直交座標系における２方向であってもよい。
　（４Ｅ）上記実施形態では、パーシャルフリーモードへと移行する規定条件を、次のいずれかであることしていた。すなわち、当該規定条件とは、医師の身体の一部が載置部に載置されたこと、身体の一部分が載置部１０から離れた（即ち、抜重された）こと、または載置部１０に載置された医師の身体の一部が、予め定められた動作を実行したこと、としていた。しかしながら、パーシャルフリーモードへと移行する規定条件は、これに限るものではなく、例えば、スイッチが操作されたことであってもよい。すなわち、規定条件は、予め規定された条件であれば、どのようなものであってもよい。
　（４Ｆ）なお、上記実施形態の支持追従装置１として、医療行為を行う作業者としての医師の身体における一部分を支持し、その支持した身体の一部分を医療行為における動作に追従させる装置を想定したが、作業者は、医師に限るものではない。例えば、作業者は、精密機械の組み立てを行う作業員であってもよい。この場合、支持追従装置１によって支援される作業の内容は、精密機械の組み立てであってもよい。
　（４Ｇ）上記実施形態における制御装置１４が実行する機能の一部または全部は、一つあるいは複数のＩＣ等によりハードウェア的に構成されていてもよい。
　（４Ｈ）上記実施形態においては、ＲＯＭ１６にプログラムが格納されていたが、プログラムを格納する記憶媒体は、これに限るものではなく、半導体メモリなどの非遷移的実体的記憶媒体に格納されていてもよい。
　（４Ｉ）なお、上記実施形態の構成の一部を省略した態様も本開示の実施形態である。また、上記実施形態と変形例とを適宜組み合わせて構成される態様も本開示の実施形態である。また、請求の範囲に記載した文言によって特定される本開示の本質を逸脱しない限度において考え得るあらゆる態様も本開示の実施形態である。
　（４Ｊ）上記実施形態の説明で用いる符号を請求の範囲にも適宜使用しているが、請求の範囲の理解を容易にする目的で使用しており、技術的範囲を限定する意図ではない。
［５．対応関係］
　モード設定処理におけるＳ１１０～Ｓ１８０，Ｓ２１０～Ｓ２８０，またはＳ３１０～Ｓ３８０を実行することで得られる機能が、制御部に相当する。

Claims (7)

  1. 　支持追従装置（１）であって、
    　作業者の身体の一部分が載置される載置部（１０）と、
    　２つ以上の関節（３１，３２，３３，３４，３５）を備え、前記載置部を支持するアーム（１２）と、
    　１つの関節の動作を制限する１つの機構をブレーキとし、前記２つ以上の関節のうち、少なくとも２つの関節の各々における動作を制限するように設けられた、各ブレーキ（３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａ）と、
    　前記ブレーキ各々の動作モードを制御する制御部（１４，Ｓ１１０～Ｓ１８０，Ｓ２１０～Ｓ２８０，Ｓ３１０～Ｓ３８０）と
    　を備え、
    　前記制御部は、
    　少なくとも２つのブレーキのうち、少なくとも１つのブレーキにおいて制動力を発生し、前記少なくとも２つのブレーキのうち、当該制動力を発生したブレーキとは異なる少なくとも１つのブレーキにおいて制動力を非発生とする、前記ブレーキ各々の動作モードをパーシャルフリーモードとし、
    　前記作業者の身体の一部分が規定条件を満たすと、前記ブレーキ各々の動作モードを前記パーシャルフリーモードとする、支持追従装置。
  2. 　請求項１に記載の支持追従装置であって、
    　前記少なくとも２つのブレーキの各々が制動力を発生した、前記ブレーキ各々の動作モードをホールドモードとし、
    　前記制御部は、
    　前記載置部に載置された前記作業者の身体の一部分が停止すると、前記ブレーキ各々の前記動作モードを、前記ホールドモードへと変更する、支持追従装置。
  3. 　請求項１または請求項２に記載の支持追従装置であって、
    　前記制御部は、
    　前記作業者の身体の一部分が前記載置部に載置されたことを前記規定条件として、前記ブレーキ各々の動作モードを、前記パーシャルフリーモードとする、支持追従装置。
  4. 　請求項３に記載の支持追従装置であって、
    　前記作業者の身体の一部分が前記載置部に非載置であり、かつ、前記少なくとも２つのブレーキの各々が制動力を発生した、前記ブレーキ各々の動作モードをウェイトモードとし、
    　前記制御部は、
    　前記動作モードを前記ウェイトモードから前記パーシャルフリーモードへと変更する、支持追従装置。
  5. 　請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の支持追従装置であって、
    　前記制御部は、
    　前記作業者の身体の一部分が前記載置部から離れたことを前記規定条件として、前記ブレーキ各々の動作モードを、前記パーシャルフリーモードとする、支持追従装置。
  6. 　請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の支持追従装置であって、
    　前記制御部は、
    　前記載置部に載置された前記作業者の身体の一部分が、予め定められた動作を実行したことを前記規定条件として、前記ブレーキ各々の動作モードを、前記パーシャルフリーモードとする、支持追従装置。
  7. 　請求項５または請求項６に記載の支持追従装置であって、
    　前記制御部は、
    　前記動作モードを前記ホールドモードから前記パーシャルフリーモードへと変更する、支持追従装置。
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