WO2018203365A1

WO2018203365A1 - 医療用マニピュレータシステム及び医療用マニピュレータシステムの作動方法

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Publication number: WO2018203365A1
Application number: PCT/JP2017/017141
Authority: WO
Inventors: 昌夫二梃木
Original assignee: オリンパス株式会社
Priority date: 2017-05-01
Filing date: 2017-05-01
Publication date: 2018-11-08
Also published as: US20200038129A1; US11413104B2

Abstract

本発明は、挿入部の蛇行や湾曲等の影響を簡便に検出して動作信号を調整することが可能な医療用マニピュレータシステム及び医療用マニピュレータシステムの作動方法を提供することを目的とする。医療用マニピュレータシステムは、関節を有するアームと、前記アームに取りつけられるエンドエフェクタとを含むアーム部を有する処置具ユニットと、処置具ユニットが挿通されるルーメンを有するオーバーチューブと、関節を駆動する駆動力を発生する駆動源と、駆動源を動作させる動作信号を生成する制御部と、ルーメンの内面と処置具ユニットとの間に生じる摩擦を検知する摩擦検知部とを備え、制御部は、検知された前記摩擦に基づいて、前記動作信号を調整するための補正量を算出する。

Description

医療用マニピュレータシステム及び医療用マニピュレータシステムの作動方法

　本発明は、医療用マニピュレータシステムおよび医療用マニピュレータシステムの作動方法に関する。

　従来、観察手段および複数の処置具を体内に挿入した状態で術者が操作する医療用マニピュレータが知られている。
　一般に、観察手段や処置具は長尺の挿入部を備える。観察手段や処置具が関節や湾曲部等の能動的駆動部位を備える場合、能動的駆動部位に駆動力を伝達するためのワイヤ等が挿入部に挿通される。

　医療用マニピュレータを消化管内等に導入する場合、観察手段や処置具の挿入部は体内で消化管の走行等に沿って蛇行する。挿入部が蛇行すると、挿入部内におけるワイヤ等の経路長が変化したり、ワイヤ等が延びたりして、ワイヤ等の駆動量と能動的駆動部位の駆動量との対応関係が変化する。その結果、能動的駆動部位の駆動精度が低下し、能動的駆動部位が操作者の意図したとおりに動作しない等の問題が発生する。

　上記問題に関連して、特許文献１に記載の処置具システムが提案されている。処置具システムは、内視鏡と、関節部を有する処置具とを備えている。関節部は、制御手段により電動駆動される。処置具システムは、内視鏡挿入部の湾曲状態を常時検知する検知手段を備えており、制御手段は、検知手段で検知された内視鏡挿入部の湾曲状態を反映させつつ関節部の駆動信号を生成する。これにより、内視鏡挿入部の湾曲状態に応じて、処置具の動作信号が調整され、処置具がスムーズに動作する。

日本国特許第４５８０９７３号公報

　従来、挿入部の湾曲状態を検知する手段として、磁気検出観測装置が知られている。しかし、磁気検出観測装置は挿入部に磁気コイルが配置された専用内視鏡のみに適用可能であり、汎用性が高くない。

　能動的駆動部位の駆動精度低下を防ぐ他の方法として、エンコーダ等により能動的駆動部位の駆動量を直接検出し、これに基づいて動作信号を調整することも考えられる。しかし、体内に挿入される部位の更なる小サイズ化が求められている近年では、能動的駆動部位にエンコーダ等を配置することは現実的ではない。

　上記事情を踏まえ、本発明は、挿入部の蛇行や湾曲等の影響を簡便に検出して動作信号を調整することが可能な医療用マニピュレータシステム及び医療用マニピュレータシステムの作動方法を提供することを目的とする。

　本発明の第一の態様は、関節を有するアームと、前記アームに取りつけられるエンドエフェクタとを含むアーム部を有する処置具ユニットと、前記処置具ユニットが挿通されるルーメンを有するオーバーチューブと、前記関節を駆動する駆動力を発生する駆動源と、前記駆動源を動作させる動作信号を生成する制御部と、前記ルーメンの内面と前記処置具ユニットとの間に生じる摩擦を検知する摩擦検知部とを備え、前記制御部は、検知された前記摩擦に基づいて、前記動作信号を調整するための補正量を算出する医療用マニピュレータシステムである。

　前記処置具ユニットは、前記駆動源が配置されたモータユニットと、前記アーム部と前記モータユニットとの間に配置された可撓性の接続部とを有し、前記摩擦検知部は、前記摩擦によって前記接続部と前記モータユニットとの間に生じる力を検知してもよい。

　本発明の医療用マニピュレータシステムは、前記処置具ユニットが装着されて前記処置具ユニットを前記オーバーチューブに対して進退できるように構成された装着部をさらに備え、前記摩擦検知部が、前記摩擦によって前記処置具ユニットと前記装着部との間に生じる力を検知してもよい。
　このとき、前記装着部に連結された前記処置具ユニットの移動速度を検出可能に構成された速度センサをさらに備え、前記制御部は、検知された前記摩擦と前記速度センサが検出した前記移動速度とに基づいて、前記補正量を算出してもよい。

　本発明の第二の態様は、関節を有するアームと、前記アームに取りつけられるエンドエフェクタとを含むアーム部を有する処置具ユニットと、前記処置具ユニットが挿通されるルーメンを有するオーバーチューブと、前記関節を駆動する駆動力を発生する駆動源と、前記駆動源を動作させる動作信号を生成する制御部とを備える医療用マニピュレータシステムの作動方法であって、前記処置具ユニットを前記オーバーチューブに対して相対移動させる相対移動工程と、前記相対移動により前記ルーメンの内面と前記処置具ユニットとの間に生じる摩擦を検知する摩擦検知工程と、検知された前記摩擦にもとづいて前記動作信号を補正するための補正量を算出する補正量算出工程とを備える。

　本発明の医療用マニピュレータシステムおよび医療用マニピュレータシステムの作動方法によれば、挿入部の蛇行や湾曲等の影響を簡便に検出して動作信号を調整し、マニピュレータの操作性低下を抑制することができる。

本発明の第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図である。同医療用マニピュレータシステムにおけるコンソールを示す図である。同医療用マニピュレータシステムにおける処置具ユニットを示す模式図である。同処置具ユニットの部分断面図である。同コンソールにおける操作部を示す図である。同医療用マニピュレータシステムにおける、医療用マニピュレータの機能ブロック図である。同医療用マニピュレータシステムにおける、準備動作の流れを示すフローチャートである。同医療用マニピュレータシステムにおける、補正量算出の流れを示すフローチャートである。本発明の第二実施形態に係る医療用マニピュレータシステムにおける処置具ユニットを示す模式図である。同医療用マニピュレータシステムの変形例の一部を示す図である。同医療用マニピュレータシステムの変形例の一部を示す図である。本発明の第三実施形態に係る医療用マニピュレータシステムの一部構成を示す模式図である。

　本発明の第一実施形態について、図１から図８を参照して説明する。
　図１は、本実施形態の医療用マニピュレータシステム（以下、単に「システム」と称する。）１を示す図である。システム１は、患者Ｐの体内を観察するための内視鏡１０と、患者Ｐの体内で処置を行うための医療用マニピュレータ（以下、単に「マニピュレータ」と称する。）２０と、内視鏡１０およびマニピュレータ２０が挿通される可撓性のオーバーチューブ８０とを備えている。

　内視鏡１０としては、公知の各種構成から、性能、使用等を考慮して適宜選択して用いることができる。
　図示を省略しているが、オーバーチューブ８０は、内視鏡１０が挿通される第一ルーメンと、マニピュレータ２０が挿通される第二ルーメンとを有している。オーバーチューブ８０についても、公知の各種構成から、寸法等を考慮して適宜選択して用いることができる。先端側に湾曲部を有する構成のオーバーチューブを用いると、処置を行う対象部位への到達が容易である。

　マニピュレータ２０は、術者Ｏｐが操作するコンソール２１と、コンソール２１に取りつけられる処置具ユニット４０とを備えている。

　図２は、コンソール２１を示す図である。コンソール２１は、術者Ｏｐが操作入力する操作部３０と、操作部３０からの出力に基づいて処置具ユニット４０を動作させる制御部３５と、処置具ユニット４０が取り付けられる装着部（進退駆動部）３８と、モニタ２２とを備えている。
　モニタ２２は、内視鏡１０と接続されており、内視鏡１０の取得した画像を表示する。

　図３は、処置具ユニット４０を模式的に示す図である。処置具ユニット４０は、処置具（エンドエフェクタ）４１と、処置具４１が取り付けられたアーム４２とを有するアーム部４３と、処置具４１およびアーム４２を駆動させるモータユニット４５とを備えている。アーム部４３とモータユニット４５との間の領域は、可撓性を有する接続部４４となっている。

　図４は、処置具ユニット４０における、接続部４４とモータユニット４５との接続部位を示す断面図である。モータユニット４５内には、アーム４２に設けられた複数の関節４２ａに対応する複数の駆動源５０が配置されている。各駆動源５０から対応する関節４２ａに駆動力を伝達する複数の伝達部材４７は、接続部４４内を通ってそれぞれ対応する関節４２ａに接続されている。
　駆動源５０としてはモータを、伝達部材４７としてはワイヤを、それぞれ例示することができる。

　接続部４４の基端部にはフランジ４４ａが設けられ、接続部４４がモータユニット４５から抜けないよう構成されている。フランジ４４ａの後方には、歪みセンサ（摩擦検知部）４６がフランジ４４ａと接触し、かつ伝達部材４７と干渉しないように配置されている。モータユニット４５内において、フランジ４４ａの前方には、ベアリング４８が配置されている。ベアリング４８は、後述する接続部４４とモータユニット４５との相対移動により生じる摩擦を低減する機能を有する。

　図５は、コンソール２１の操作部３０を示す図である。操作部３０は、アーム部４２に対する操作入力に用いる操作アーム３１と、操作アーム３１が取り付けられたベース部３２とを有する。

　操作アーム３１は、複数の関節３１ａを有する。関節３１ａとアーム４２の関節４２ａの数は等しく、各関節の回動軸の態様は一致している。各関節３１ａには図示しないエンコーダ等が設けられ、回転角を検出可能に構成されている。術者Ｏｐが操作アーム３１を操作して任意の形状にすると、制御部３５が各関節４２ａに対応する複数の駆動源５０の動作信号を、各関節３１ａに取り付けられたエンコーダの検出値に基づいて生成する。駆動源５０が動作信号により動作すると、アーム４２の各関節４２ａが駆動され、アーム部４３の形状が操作アーム３１の形状に相似した形状になる。

　操作アーム３１の先端部には、処置具４１を動作させるための処置操作部３１ｂが設けられている。処置操作部３１ｂの具体的態様は、処置具４１の構成等に応じて、適宜設定できる。例えば、処置具４１が把持鉗子である場合は、把持鉗子と同等の構造を有してもよい。処置具４１が通電して使用するナイフである場合は、通電のオンオフを切り替えるボタンを有する構造であってもよい。

　ベース部３２は、コンソール２１に対して相対移動可能に取り付けられている。ベース部３２をコンソール２１に対して相対移動させると、装着部３８がコンソール２１に対して相対移動する。これにより、装着部３８に取り付けられた処置具ユニット４０をコンソール２１に対して相対移動させることができる。

　図６は、コンソール２１に処置具ユニット４０が装着された状態における、マニピュレータ２０の機能ブロック図である。図６において、モニタ２２は省略されている。図６において、各構成を接続する太線は、動力を伝達可能な物理的結合を意味し、各構成を接続する細線は信号の送受信が可能な論理的結合を意味する。

　本実施形態のマニピュレータ２０において、ベース部３２と装着部３８とは、例えばベルトやチェーン等により物理的に結合している。したがって、ベース部３２をコンソール２１に対して相対移動させると、装着部３８は、ベース部３２と連動してコンソール２１に対して相対移動する。このとき、操作アーム３１は、ベース部３２と共に移動し、装着部３８に取り付けられたモータユニット４５も、装着部３８と共に移動する。

　上述したように、モータユニット４５は、伝達部材４７によりアーム部４３と物理的に結合している。処置具４１についても、必要に応じて伝達部材で駆動源５０と接続される。

　制御部３５は、種々の演算および判定を行う計算部３６と、計算部３６と論理的に結合され、計算部３６の出力に応じてマニピュレータ２０の各部を動作させる動作指令部３７とを備えている。
　計算部３６は、操作アーム３１、アーム４２、モータユニット４５、および歪みセンサ４６と論理的に結合している。動作指令部３７は、モータユニット４５と論理的に結合しており、動作信号を送信することによりモータユニット４５の各駆動源５０を動作させることができるように構成されている。
　制御部３５のハードウェア構成は、プロセッサ、ロジック回路、メモリ、それらを接続するための回路等を組み合わせて構成することができる。ハードウェア構成は、上述した要素を２以上含んだり、プロセッサおよびロジック回路の一方を含まなかったりしてもよい。さらに別の態様として、制御部３５は２以上の独立したハウジングを備え、各ハウジングをネットワーク回線（無線通信も含む）で接続して構成されてもよい。

　上記のように構成されたシステム１の使用時の動作について、大腸に対して処置を行う例を用いて説明する。図１に示すように、システム１は、コンソール２１を操作する術者Ｏｐと、オーバーチューブ８０および内視鏡１０を操作するスコピストＳｃの少なくとも二人によって操作される。

　図７は、システム１の使用前の準備動作の流れを示すフローチャートである。
　まず、ステップＳ１０において、スコピストＳｃが内視鏡１０をオーバーチューブ８０の第一ルーメンに挿入する。
　続いてスコピストＳｃは、ステップＳ２０において、内視鏡１０が挿通されたオーバーチューブ８０を、患者Ｐの肛門に挿入する。

　続いてスコピストＳｃは、ステップＳ３０において、第二モニタ９０（図１参照）で内視鏡１０が取得した画像を観察しながらオーバーチューブ８０を大腸内で前進させ、内視鏡１０が挿通されたオーバーチューブ８０を対象部位の付近まで導入する。スコピストＳｃは、術者Ｏｐの指示を受けながら、内視鏡１０およびオーバーチューブ８０を微調整して、対象部位を捉える視野を確定し、内視鏡１０およびオーバーチューブ８０を保持する。
　ステップＳ３０の操作により、オーバーチューブ８０、およびオーバーチューブ８０に形成された第一、第二ルーメンは、肛門から対象部位までの大腸の走行に倣って湾曲する。オーバーチューブ８０および各ルーメンの湾曲形状は、スコピストＳｃが内視鏡１０およびオーバーチューブ８０を保持することにより、視野や対象部位が変更されるまで、大きく変化しないように保持される。

　続くステップＳ４０において、処置具ユニット４０が、アーム部４３側からオーバーチューブ８０の第二ルーメンに挿入される。処置具ユニット４０は、湾曲した第二ルーメン内を通ってオーバーチューブ８０の先端側に向かって前進する。処置具ユニット４０は、処置具４１が第二ルーメンの先端開口付近に到達するまで前進される。この状態は内視鏡１０の画像で把握しにくい場合があるため、必要に応じて接続部４４にこの状態に対応するマーカーなどを設けてもよい。
　このとき、コンソール２１の操作アーム３１は、アーム部４３と略同一の形状となるよう、略直線状にしておく。
　続くステップＳ５０において、処置具ユニット４０のモータユニット４５が装着部３８にセットされる。モータユニット４５が装着部３８にセットされると、モータユニット４５と制御部３５とが論理的に接続される。
　ステップＳ４０およびＳ５０の動作は、術者Ｏｐが行ってもよいし、術者とは別の補助者等が行ってもよい。
　以上で、準備動作が完了する。

　準備動作が完了すると、システム１は、マニピュレータ２０を操作可能な状態となる。この操作可能状態において、オーバーチューブ８０および各ルーメンは、上述したように大腸の走行に倣って湾曲している。したがって、第二ルーメンに挿通された接続部４４も、第二ルーメン内で第二ルーメンの走行に倣って湾曲している。操作可能状態で接続部４４に挿通された伝達部材４７を進退させると、接続部４４が直線状態である時と比べて、伝達部材４７が接続部４４の内面と接触して摩擦を生じることが多くなる。その結果、接続部４４が直線状態であるときよりも、コンソール２１の操作に対するアーム部４３の応答性が低下する。より具体的には、駆動源５０の駆動量に対する関節４２ａの駆動量の割合である感度が低下したり、駆動源において駆動量の方向が変化した後、実際にアーム部が駆動し始めるまでの駆動源５０の駆動量として示される不感帯の値が増大したりする。

　応答性の低下を抑制する、或いは低下した応答性を再び向上させるには、その時点におけるマニピュレータの状態、より具体的には、接続部４４の湾曲状態に応じた補正量で動作信号を調整する必要がある。発明者は、補正量を決定するためのパラメータとして、接続部４４と第二ルーメンとの間に生じる摩擦量に着目した。
　すなわち、接続部４４内を走行する伝達部材４７と、接続部４４の内面との位置関係は、第二ルーメン内を走行する接続部４４と、第二ルーメンの内面との位置関係と近似しており、二つの部材の間に生じる摩擦の発生態様も概ね同様である。また、接続部－伝達部材間に発生する摩擦、及び第二ルーメン－接続部間に発生する摩擦は、いずれも腸管内の深部へ挿入されるのに伴い増加する総湾曲角度（軟性形状の曲がり具合）に応じて増加する。つまり、総湾曲角度の増加に伴い摩擦も増加する結果、伝達部材の伸びも増加する。従って補正量は大きくなる。
　そこで、本実施形態のシステム１は、接続部４４と第二ルーメンとの間に生じる摩擦量を、伝達部材４７と接続部４４との間に生じる摩擦量の代用パラメータとして用い、制御部３５が接続部４４と第二ルーメンとの間に生じる摩擦に基づいて動作信号の補正量を算出するように構成されている。

　図８は、システム１における、補正量算出の流れを示すフローチャートである。
　まず、ステップＳ１１０において、術者Ｏｐが操作アーム３１を把持しつつベース部３２を自身の前方に移動させると、装着部３８およびモータユニット４５が連動し、処置具ユニット４０がオーバーチューブ８０の先端側に移動する（相対移動工程）。その結果、アーム部４３がオーバーチューブ８０から突出する。

　このとき、接続部４４と第二ルーメンとの間に摩擦が生じると、モータユニット４５の前進量よりも接続部４４の前進量が少なくなる。その結果、モータユニット４５内に位置する接続部４４の基端部はモータユニット４５に対して後退し、フランジ部４４ａが歪みセンサ４６を押圧する（摩擦検知工程）。すなわち、接続部４４と第二ルーメンとの間に生じる摩擦量が大きくなるほど、接続部４４とモータユニット４５との間に生じる力が大きくなり、フランジ部４４ａが歪みセンサ４６を押圧する強さが大きくなる。

　続くステップＳ１２０において、計算部３６は、歪みセンサ４６から接続部４４と第二ルーメンとの間に生じる摩擦量を反映した検出値（摩擦パラメータ）を取得する（摩擦パラメータ取得工程）。

　さらに、ステップＳ１３０において、計算部３６は、取得した検出値に基づき、第二ルーメンと接続部４４との間に生じる摩擦量を算出する（摩擦量算出工程）。摩擦量を算出するための具体的な方法は、適宜設定することができる。例えば、予備実験等により導き出した算出式に取得した摩擦パラメータの値を代入して算出する、摩擦パラメータの値と摩擦量とが対応付けられたテーブルを参照する等の方法を例示することができる。

　続くステップＳ１４０において、計算部３６は、ステップＳ１３０において算出された摩擦量に基づいて、動作信号を調整するための補正量を算出する（補正量算出工程）。補正量を算出するための具体的な方法は、適宜設定することができ、摩擦量算出の方法において例示したものと同様に、算出式を用いる方法やテーブルを用いる方法を例示することができる。
　以上で補正量が算出される。

　その後、術者Ｏｐが操作アーム３１を操作すると、各関節３１ａに取り付けられたエンコーダの出力値が変化する。
　計算部３６は、操作アーム３１から所定間隔（例えば数十ミリ秒）で受信される各エンコーダの出力値と、算出された補正量とに基づいて、調整された動作信号を生成し、動作指令部３７に送信する。動作指令部３７がモータユニット４５の各駆動源５０に調整された動作信号を送信すると、各駆動源５０が動作信号に基づいて駆動される。その結果、アーム部４３は、操作アーム３１に対して相似形状を保持するように応答性よく相似制御される。

　術者Ｏｐは、モニタ２２に表示される対象部位の映像を確認しながら、操作アーム３１および処置操作部３１ｂを適宜操作することにより、対象部位に対して所望の処置を行うことができる。

　以上説明したように、本実施形態のシステム１、およびシステム１が実行する医療用マニピュレータシステムの作動方法によれば、歪みセンサ４６の検出に基づいて接続部４４とオーバーチューブ８０との間に生じる摩擦量が算出され、摩擦量に基づく補正量が算出される。さらに、算出された補正量に基づいて調整された動作信号によりモータユニット４５の駆動源５０が駆動されるよう構成されているため、オーバーチューブ８０が患者Ｐの体内で湾曲したり蛇行していたりしても、術者Ｏｐによるコンソール２１の操作に対して、応答性よくアーム部４３を動作させることができる。

　また、アーム部４３にエンコーダ等を設ける必要がないため、アーム部４３の細径化を妨げずに応答性の低下を抑制することができる。

　さらに、歪みセンサ４６は、システム１の使用時において、常時体外に位置するモータユニット４５内に配置されるため、極度に小型である必要はない。したがって、汎用のセンサを問題なく適用することができ、処置具ユニット４０の製造コストに与える影響が小さい。

　加えて、モータユニット４５内にベアリング４８が配置されているため、接続部４４とモータユニット４５とが相対移動する際の摩擦が低減される。その結果、歪みセンサ４６の検出値の精度低下を抑制することができる。

　本実施形態のシステム１において、補正量算出のタイミングは、適宜設定することができる。例えば、システム１の使用開始時に必ず補正量を算出し、算出されるまで術者Ｏｐに手技の開始を許可しない設定とされてもよい。また、処置対象部位を変更したりした場合を考慮して、術者Ｏｐが所定の操作を行うことにより、任意のタイミングで補正量算出を再度行い、補正量を更新することができるようにシステム１が構成されてもよい。

　また、摩擦検知部は歪みセンサに限られず、力センサなどが用いられてもよい。

　本発明の第二実施形態について、図９から図１１を参照して説明する。本実施形態は、処置具ユニットおよびコンソールの構成において第一実施形態と異なっている。以降の説明において、既に説明したものと共通する構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

　図９は、本実施形態のシステムにおける処置具ユニット１４０を示す模式図である。処置具ユニット１４０のモータユニット１４５は、装着部１３８上に配置される第一筐体１４６と、接続部４４が接続された第二筐体１４７とを備えている。

　第一筐体１４６の内部には、複数の駆動源５０（不図示）が配置されている。第一筐体１４６の下部には、キャスタ１４８が取り付けられている。
　第二筐体１４７の内部には、伝達部材４７が接続された図示しない複数のプーリが配置されている。第一実施形態と異なり、接続部４４の基端部は、第二筐体１４７に対して相対移動しないように第二筐体１４７と接続されている。

　装着部１３８の上面は平坦かつ滑らかに形成されており、装着部１３８上に配置された第一筐体１４６が装着部１３８に対して相対移動する際に、両者の間にほとんど摩擦が生じないように構成されている。装着部１３８の後方には、上面に対して略垂直に立ち上がる壁部１３８ａが設けられており、第一筐体１４６の後部と壁部１３８ａとが、力センサ（摩擦検知部）１４９により接続されている。

　第二筐体１４７は、第一筐体１４６に対して着脱可能に構成されている。第二筐体１４７を第一筐体１４６に取り付けると、駆動源５０の駆動軸とプーリの回転軸とが連結され、駆動源５０によりプーリを回転して関節４２ａを駆動することができる。
　力センサ１４９は、計算部３６と論理的に接続されている。

　上記のように構成された処置具ユニット１４０および装着部１３８を備える本実施形態のシステムの使用時の動作について説明する。
　準備動作については、ステップＳ５０において、装着部１３８上に配置された第一筐体１４６に第二筐体１４７を装着する点を除き、第一実施形態と概ね同様である。

　ステップＳ１１０において、接続部４４と第二ルーメンとの間に摩擦が生じると、第二筐体１４７が接続された第一筐体１４６が、装着部１３８の動きに十分追従できなくなる。その結果、第一筐体１４６と装着部１３８との間に、第一筐体１４６を装着部１３８に対して後退させる方向の力が発生し、力センサ１４９が第一筐体１４６に押圧される。この押圧力は、力センサ１４９により検知される。
　ステップＳ１２０の摩擦パラメータ取得工程においては、歪みセンサ４６の検出値に代えて、力センサ１４９の検出値が取得される。その他の点は第一実施形態と同様である。

　本実施形態のシステムによっても、第一実施形態と同様に、オーバーチューブ８０が患者Ｐの体内で湾曲したり蛇行していたりしても、術者Ｏｐによるコンソール２１の操作に対して、応答性よくアーム部４３を動作させることができる。

　さらに、摩擦検知部として機能する力センサ１４９が、モータユニット１４５の外部に設けられているため、処置具ユニット１４０をディスポーザブルとする場合に製造コストを低減することができる。加えて、処置具ユニット１４０を滅菌して繰り返し使用する場合も、摩擦検知部に滅菌耐性が求められないため、摩擦検知部として用いる機構の選択の自由度が高い。

　本実施形態においては、図１０に示す変形例のように、力センサ１４９に代えてバネ１５０を備える構成が用いられてもよい。この場合は、エンコーダ（摩擦検知部）１５２や、図示しないレーザ等によりバネ１５０の変位量を計測可能に構成することで、バネ１５０のばね定数と変位量とに基づいてバネ１５０に作用する力を算出し、摩擦パラメータとして取得することができる。
　バネ１５０の変位量を計測する他の手段として、カメラで撮影した画像から変位量を算出する構成も採用可能である。本発明において、上述したエンコーダ、レーザ、カメラは、摩擦を検知するセンサに含まれる。

　また、図１１に示す変形例のように、モータユニット１４５の移動速度を検出する速度センサ１５１をさらに備えてもよい。この場合、速度センサ１５１の検出値に基づいて、力センサ１４９の検出値から速度成分を除去することができる。その結果、取得される摩擦パラメータの精度を向上させることができる。さらに、処置具ユニット１４０の進退動作中でも摩擦パラメータを取得することができるため、補正量を再度算出することができるタイミングを増やすことができる。
　図１０に示した変形例や第一実施形態のシステムに、上記速度センサが組み合わされてもよいことは当然である。

　本発明の第三実施形態について、図１２を参照して説明する。本実施形態は、摩擦検知部の配置において上述の各実施形態と異なっている。

　図１２は、本実施形態に係るシステムの一部構成を示す模式図である。オーバーチューブ８０の基端部は、患者Ｐが横たわる手術台２００に固定されたホルダ２０１に保持されている。オーバーチューブ８０の基端部には、フランジ２８１が設けられており、フランジ２８１とホルダ２０１とに挟まれる位置に、摩擦検知部として機能する力センサ２０２が配置されている。

　接続部４４とモータユニット４５とは、第二実施形態と同様に、相対移動しないように接続されている。モータユニット４５は、装着部３８と相対移動しないように装着部３８に装着される。力センサ２０２は、計算部３６と論理的に接続されている。

　上記のように構成された本実施形態のシステムの使用時の動作について説明する。
　準備動作については、第一実施形態と概ね同様である。
　ステップＳ１１０において、接続部４４と第二ルーメンとの間に摩擦が生じると、接続部４４を前進させる操作に伴って、接続部４４と摩擦係合したオーバーチューブ８０に前進する力が作用する。その結果、力センサ２０２がフランジ２８１に押されてホルダ２０１に押し当てられ、力センサ２０２が押圧力を受ける。この押圧力が力センサ１４９により検知される。
　ステップＳ１２０の摩擦パラメータ取得工程においては、歪みセンサ４６の検出値に代えて、力センサ２０２の検出値が取得される。その後の流れは第一実施形態と同様である。

　本実施形態のシステムによっても、第一実施形態と同様に、オーバーチューブ８０が患者Ｐの体内で湾曲したり蛇行していたりしても、術者Ｏｐによるコンソール２１の操作に対して、応答性よくアーム部４３を動作させることができる。
　また、摩擦検知部として機能する力センサ２０２が、モータユニット４５の外部に設けられているため、第二実施形態において説明した効果も同様に奏する。

　以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において構成要素の組み合わせを変えたり、各構成要素に種々の変更を加えたり、削除したりすることが可能である。

　例えば、本発明における医療用マニピュレータは、上述したような相似制御を行うものには限られない。例えば、アーム部と異なる形状のマスターアームを備えたマスタスレーブ方式の医療用マニピュレータであってもよい。

　また、本発明において、エンドエフェクタは、処置具には限定されない。例えば、対象部位の一部を拡大観察するための撮像機構などであってもよい。

　本発明は、医療用マニピュレータシステムに適用することができる。

１　医療用マニピュレータシステム
３５　制御部
３８、１３８　装着部
４０、１４０　処置具ユニット
４１　処置具（エンドエフェクタ）
４２　アーム
４２ａ　関節
４３　アーム部
４４　接続部
４５、１４５　モータユニット
４６　歪みセンサ（摩擦検知部）
５０　駆動源
８０　オーバーチューブ（挿入補助デバイス）
１４９、２０２　力センサ（摩擦検知部）
１５２　エンコーダ（摩擦検知部）

Claims

　関節を有するアームと、前記アームに取りつけられるエンドエフェクタとを含むアーム部を有する処置具ユニットと、
　前記処置具ユニットが挿通されるルーメンを有するオーバーチューブと、
　前記関節を駆動する駆動力を発生する駆動源と、
　前記駆動源を動作させる動作信号を生成する制御部と、
　前記ルーメンの内面と前記処置具ユニットとの間に生じる摩擦を検知する摩擦検知部と、
　を備え、
　前記制御部は、検知された前記摩擦に基づいて、前記動作信号を調整するための補正量を算出する、
　医療用マニピュレータシステム。
　前記処置具ユニットは、前記駆動源が配置されたモータユニットと、前記アーム部と前記モータユニットとの間に配置された可撓性の接続部とを有し、
　前記摩擦検知部は、前記摩擦によって前記接続部と前記モータユニットとの間に生じる力を検知する、
請求項１に記載の医療用マニピュレータシステム。
　前記処置具ユニットが装着されて前記処置具ユニットを前記オーバーチューブに対して進退できるように構成された装着部をさらに備え、
　前記摩擦検知部は、前記摩擦によって前記処置具ユニットと前記装着部との間に生じる力を検知する、
　請求項１に記載の医療用マニピュレータシステム。
　前記装着部に連結された前記処置具ユニットの移動速度を検出可能に構成された速度センサをさらに備え、
　前記制御部は、検知された前記摩擦と前記速度センサが検出した前記移動速度とに基づいて、前記補正量を算出する、
　請求項３に記載の医療用マニピュレータシステム。
　関節を有するアームと、前記アームに取りつけられるエンドエフェクタとを含むアーム部を有する処置具ユニットと、前記処置具ユニットが挿通されるルーメンを有するオーバーチューブと、前記関節を駆動する駆動力を発生する駆動源と、前記駆動源を動作させる動作信号を生成する制御部とを備える医療用マニピュレータシステムの作動方法であって、
　前記処置具ユニットを前記オーバーチューブに対して相対移動させる相対移動工程と、
　前記相対移動により前記ルーメンの内面と前記処置具ユニットとの間に生じる摩擦を検知する摩擦検知工程と、
　検知された前記摩擦にもとづいて前記動作信号を補正するための補正量を算出する補正量算出工程と、
　を備える医療用マニピュレータシステムの作動方法。