WO2023120401A1 - 手術支援システムおよび操作者側装置 - Google Patents

Abstract

手術支援システム（１００）では、手術器具操作部（１２０）は、手術器具操作部（１２０）により受け付けられた信号が入力される第１基板（１４０）を含み、制御部（１１０）と第１基板（１４０）との間は、第１配線（１４１）によりシリアル通信接続されている。

Description

手術支援システムおよび操作者側装置

　本開示は、手術支援システムおよび操作者側装置に関する。

　従来、手術支援システムが開示されている。米国特許出願公開第２００４／０２４３１１０号明細書には、マスタ制御装置に配置された操作部が受け付けた操作量に基づいて、スレーブとしての多関節ロボットアームに取り付けられている手術器具の移動を制御する技術が開示されている。操作部には、操作者の指により操作されるグリップ部材が配置されている。操作者がグリップ部材を操作することにより、手術器具の先端に配置されたエンドエフェクタが開閉する。通常、グリップ部材の開き角度を検知するセンサからの信号を伝達する配線が、マスタ制御装置を制御する制御部に接続されている。

米国特許出願公開第２００４／０２４３１１０号明細書

　操作部にグリップ部材の開き角度を検知する検知センサ以外のセンサや操作ボタンが配置される場合がある。この場合、検知センサ、検知センサ以外のセンサ、操作ボタンの数の分、操作部から制御部まで延びる配線の数が必要になる。操作部から制御部までの配線が太く重くなる上、屈曲負荷も増大するため、構造体も駆動部も大型の物を選択せざるを得ず、小型化に影響を与える。このため、制御部まで延びる配線の数の削減が望まれている。

　本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであり、制御部まで延びる配線の数を削減することが可能な手術支援システムおよび操作者側装置を提供することである。

　本開示の第１の局面による手術支援システムは、ロボットアームの先端に取り付けられる手術器具に対する操作量を受け付ける手術器具操作部と、制御部と、を備え、手術器具操作部は、手術器具操作部により受け付けられた信号が入力される第１基板を含み、制御部と第１基板との間は、第１配線によりシリアル通信接続されている。

　本開示の第１の局面による手術支援システムでは、上記のように、制御部と、手術器具操作部により受け付けられた信号が入力される第１基板との間は、第１配線によりシリアル通信接続されている。これにより、手術器具操作部に、グリップ部材の開き角度を検知する検知センサ以外のセンサや操作ボタンが配置されても、検知センサ、検知センサ以外のセンサおよび操作ボタンから延びる配線は第１基板に接続される一方、第１基板と制御部との間は、シリアル通信接続されている。その結果、検知センサ、検知センサ以外のセンサおよび操作ボタンを各々制御部に接続する場合に比べて配線の数を削減できる。また、検知センサ、検知センサ以外のセンサおよび操作ボタンを各々制御部に接続する場合に比べて配線の長さが短くなるので、ノイズの影響を小さくすることができる。また、検知センサ、検知センサ以外のセンサおよび操作ボタンから第１基板までの配線の長さを短くし、第１基板から制御部までの配線の長さを長くする場合に、第１基板と制御部との間をシリアル通信接続することは、使用する配線の全長を低減する点において特に有効である。

　本開示の第２の局面による操作者側装置は、ロボットアームの先端に取り付けられる手術器具に対する操作量を受け付ける手術器具操作部と、制御部と、を備え、手術器具操作部は、手術器具操作部により受け付けられた信号が入力される基板を含み、制御部と基板との間は、配線によりシリアル通信接続されている。

　本開示の第２の局面による操作者側装置では、上記のように、制御部と、手術器具操作部により受け付けられた信号が入力される第１基板との間は、配線によりシリアル通信接続されている。これにより、手術器具操作部に、グリップ部材の開き角度を検知する検知センサ以外のセンサや操作ボタンが配置されても、検知センサ、検知センサ以外のセンサおよび操作ボタンから延びる配線は第１基板に接続される一方、第１基板と制御部との間は、シリアル通信接続されている。その結果、検知センサ、検知センサ以外のセンサおよび操作ボタンから制御部まで延びる配線の数を削減することが可能な操作者側装置を提供できる。また、検知センサ、検知センサ以外のセンサおよび操作ボタンを各々制御部に接続する場合に比べて検知センサ以外のセンサおよび操作ボタンから延びる配線の長さが短くなるので、ノイズの影響を小さくすることができる。また、第１基板と制御部との間をシリアル通信接続することは、使用する配線の全長を低減する点において特に有効である。

　本開示によれば、制御部まで延びる配線の数を削減できる。

一実施形態による手術支援システムの構成を示す図である。 一実施形態によるロボットアームの構成を示す図である。 鉗子を示す図である。 一実施形態によるアーム操作部の構成を示す斜視図である。 ロボットアームの並進移動を説明するための図である。 ロボットアームの回転移動を説明するための図である。 一実施形態による操作部を示す図である。 一実施形態による操作ハンドルの構成を示す図である。 一実施形態によるフットペダルの構成を示す図である。 一実施形態による手術支援システムの制御ブロック図である。 一実施形態による遠隔操作装置の制御ブロック図である。 一実施形態による操作部の制御ブロック図である。 図７の２００－２００線に沿った断面図である。

　（手術支援システムの構成）
　図１～図１３を参照して、本実施形態による手術支援システム１００の構成について説明する。手術支援システム１００は、手術支援ロボット１と、遠隔操作装置２とを備えている。

　手術支援ロボット１は、患者Ｐ側装置である。手術支援ロボット１は、医療用台車３を備えており、移動可能である。手術支援ロボット１は、手術室内に配置されている。遠隔操作装置２は、手術支援ロボット１を操作するための操作者側装置である。遠隔操作装置２は、手術支援ロボット１から離間した位置に配置されており、手術支援ロボット１は、遠隔操作装置２により遠隔操作される。医師などの操作者は、手術支援ロボット１に所望の動作を行わせるための指令を遠隔操作装置２に入力する。遠隔操作装置２は、入力された指令を手術支援ロボット１に送信する。手術支援ロボット１は、受信した指令に基づいて動作する。手術支援ロボット１は、滅菌された滅菌野である手術室内に配置されている。

　（手術支援ロボットの構成）
　図１に示すように、手術支援ロボット１は、医療用台車３と、ポジショナ４０と、アームベース５０と、複数のロボットアーム６０と、アーム操作部８０と、を備えている。

　医療用台車３は、ポジショナ４０を移動させる。医療用台車３は、入力装置３３を含む。入力装置３３は、主に施術前に手術の準備を行うために、ポジショナ４０、アームベース５０、および、複数のロボットアーム６０の移動や姿勢の変更の操作を受け付ける。医療用台車３は、操作者による操舵を受け付ける操作ハンドル３４を含む。

　ポジショナ４０は、たとえば、７軸多関節ロボットからなる。ポジショナ４０は、医療用台車３上に配置されている。ポジショナ４０は、アームベース５０の位置を調整する。ポジショナ４０は、アームベース５０の位置を３次元に移動させる。

　ポジショナ４０は、ベース部４１と、ベース部４１に連結された複数のリンク部４２とを含む。複数のリンク部４２同士は、関節部４３により連結されている。

　アームベース５０は、ポジショナ４０の先端に取り付けられている。複数のロボットアーム６０は、各々のロボットアーム６０の基端が、アームベース５０に取り付けられている。複数のロボットアーム６０は、折り畳まれた収納姿勢をとることが可能である。アームベース５０と、複数のロボットアーム６０とは、滅菌ドレープにより覆われて使用される。また、ロボットアーム６０は、手術器具４を支持する。

　ロボットアーム６０は、複数配置されている。具体的には、４つのロボットアーム６０ａ、６０ｂ、６０ｃおよび６０ｄが配置されている。ロボットアーム６０ａ、６０ｂ、６０ｃおよび６０ｄは、互いに同様の構成を有する。

　図２に示すように、ロボットアーム６０は、アーム部６１と、第１リンク部７２と、第２リンク部７３と、並進移動機構部７０とを含む。ロボットアーム６０は、回転軸線としてのＪＴ１～ＪＴ７軸線と、直動軸線としてのＪ８軸線とを有する。ＪＴ１～ＪＴ７軸線は、アーム部６１の関節部６４の回転軸線である。また、ＪＴ７軸線は、第１リンク部７２の回転軸線である。ＪＴ８軸線は、並進移動機構部７０が、第２リンク部７３を第１リンク部７２に対してＺ方向に沿って相対的に移動させる直動軸線である。

　アーム部６１は、７軸多関節ロボットアームからなる。第１リンク部７２は、アーム部６１の先端に配置されている。第２リンク部７３には、アーム操作部８０が取り付けられる。並進移動機構部７０は、第１リンク部７２と第２リンク部７３との間に配置されている。第２リンク部７３には、手術器具４を保持するホルダ７１が配置されている。

　複数のロボットアーム６０の各々の先端には、手術器具４が取り付けられている。手術器具４は、たとえば、取り換え可能なインストゥルメント、手術部位の画像を取り込むための内視鏡６などを含む。インストゥルメントとしての手術器具４は、被駆動ユニット４ａと、鉗子４ｂと、被駆動ユニット４ａと鉗子４ｂとを接続するシャフト４ｃとを含む。被駆動ユニット４ａと、シャフト４ｃと、鉗子４ｂとは、Ｚ方向に沿って配置されている。

　図１に示すように、複数のロボットアーム６０のうちの一つの、たとえば、ロボットアーム６０ｃの先端には内視鏡６が取り付けられ、残りの、たとえば、ロボットアーム６０ａ、６０ｂおよび６０ｄの先端には、内視鏡６以外の手術器具４が取り付けられる。内視鏡６は、互いに隣り合うように配置されている４つのロボットアーム６０のうちの、中央に配置される２つのロボットアーム６０ｂおよび６０ｃのうちのいずれかに取り付けられる。

　（インストゥルメントの構成）
　図３に示すように、インストゥルメントの先端には、たとえば、鉗子４ｂが設けられている。インストゥルメントの先端には、鉗子４ｂ以外に、関節を有する器具として、ハサミ、グラスパー、ニードルホルダ、マイクロジセクター、ステーブルアプライヤー、タッカー、吸引洗浄ツール、スネアワイヤ、および、クリップアプライヤーなどが配置される。インストゥルメントの先端には、関節を有しない器具として、切断刃、焼灼プローブ、洗浄器、カテーテル、および、吸引オリフィスなどが配置される。

　鉗子４ｂは、ジョー部材１０４ａおよび１０４ｂの基端側を先端側でＪＴ１１軸線周りに回転可能に支持する第１支持体４ｅと、第１支持体４ｅの基端側を先端側でＪＴ１０軸線周りに回転可能に支持する第２支持体４ｆとを含む。シャフト４ｃは、ＪＴ９軸線周りに回動する。ジョー部材１０４ａおよびジョー部材１０４ｂは、ＪＴ１１軸線周りに開閉する。

　図２に示すように、アーム操作部８０は、ロボットアーム６０に取り付けられている。具体的には、アーム操作部８０は、第２リンク部７３に取り付けられている。

　図４に示すように、アーム操作部８０は、イネーブルスイッチ８１と、ジョイスティック８２と、リニアスイッチ８３と、ピボットボタン８５と、アジャストメントボタン８６と、モード切替ボタン８４と、モードインジケータ８４ａとを含む。

　イネーブルスイッチ８１は、ジョイスティック８２およびリニアスイッチ８３によるロボットアーム６０の移動を許可または不許可とするスイッチである。ジョイスティック８２は、ロボットアーム６０による手術器具４の移動を操作するための操作具である。リニアスイッチ８３は、手術器具４の長手方向に沿った方向に手術器具４を移動させるためのスイッチである。ピボットボタン８５は、ロボットアーム６０に取り付けられた手術器具４の移動の支点となるピボット位置ＰＰを設定するためのボタンである。アジャストメントボタン８６は、ロボットアーム６０の位置を最適化するためのボタンである。モード切替ボタン８４は、手術器具４を図５に示す並進移動させるモードと図６に示す回転移動させるモードとを切り替えるためのボタンである。モードインジケータ８４ａは、切り替えられたモードを表示する。

　（遠隔操作装置）
　図１に示すように、遠隔操作装置２は、たとえば、手術室の中または手術室の外に配置されている。遠隔操作装置２は、本体部２ａと、操作部１２０と、フットペダル２２と、タッチパネル２３と、モニタ２４と、支持アーム２５と、支持バー２６と、足検知部２７と、を含む。操作部１２０は、医師などの操作者が指令を入力するための操作用のハンドルを構成する。操作部１２０は、手術器具操作部の一例である。

　図１に示すように、操作部１２０は、本体部２ａに支持されている。図７に示すように、操作部１２０は、手術器具４に対する操作量を受け付ける。操作部１２０は、医師などの操作者から見て、左側に配置され、操作者の左手により操作される操作部１２０Ｌと、右側に配置され、操作者の右手により操作される操作部１２０Ｒと、を含む。操作部１２０Ｌの構成と、操作部１２０Ｒの構成とは、同様である。

　操作部１２０は、略Ｌ字状のアーム１２１と、操作ハンドル２１とを含む。アーム１２１は、第１リンク部１２１ａと、第２リンク部１２１ｂと、第３リンク部１２１ｃとを有する。第１リンク部１２１ａの上端側は、鉛直方向に沿ったＡ１軸線回りに回動可能に本体部２ａに取り付けられている。第２リンク部１２１ｂの上端側は、水平方向に沿ったＡ２軸線回りに回動可能に第１リンク部１２１ａの下端側に取り付けられている。第３リンク部１２１ｃの一方端側は、水平方向に沿ったＡ３軸線回りに回動可能に第２リンク部１２１ｂの下端側に取り付けられている。第３リンク部１２１ｃの他方端側には、Ａ４軸線回りに回動可能に操作ハンドル２１が取り付けられている。各リンク部は、関節部１２２により接続されている。

　アーム１２１は、操作ハンドル２１を支持する。アーム１２１は、操作ハンドル２１を所定の３次元操作範囲内で移動可能に支持する。具体的には、アーム１２１は、上下方向、左右方向および前後方向に、操作ハンドル２１を移動可能に支持する。アーム１２１の３次元的な操作に対応するように、ロボットアーム６０が３次元的に移動される。

　図７に示すように、操作ハンドル２１は、医師などの操作者から見て、左側に配置され、操作者の左手により操作される操作ハンドル２１Ｌと、右側に配置され、操作者の右手により操作される操作ハンドル２１Ｒと、を含む。

　操作ハンドル２１は、リンク部２１ａ、リンク部２１ｂ、リンク部２１ｃ、医師などの操作者が操作するリンク部２１ｄと、を含む。リンク部２１ａは、Ａ４軸線周りに回動する。リンク部２１ｂは、リンク部２１ａに対して、Ａ５軸線周りに回動する。リンク部２１ｃは、リンク部２１ｂに対して、Ａ６軸線周りに回動する。リンク部２１ｄは、リンク部２１ｃに対して、Ａ７軸線周りに回動する。各リンク部は、関節部１２２により接続されている。リンク部２１ａ、リンク部２１ｂ、リンク部２１ｃおよびリンク部２１ｄは、各々、第４リンク部、第３リンク部、第２リンク部および第１リンク部の一例である。

　操作ハンドル２１は、操作者によって開閉される一対のグリップ部材２１ｆを含む。グリップ部材２１ｆは、細長いプレート状のレバー部材からなり、一対のグリップ部材２１ｆは、それぞれの近位端がリンク部２１ｄの近位端Ｇ１に回転可能に接続されている。グリップ部材２１ｆには、円筒状の指挿入部２１ｅが配置されている。操作者は、一対の指挿入部２１ｅに指を挿入して操作ハンドル２１を操作する。一対のグリップ部材２１ｆは、それぞれの基端がリンク部２１ｄに接続されており、一対のグリップ部材２１ｆ間の角度を大きくしたり小さくしたりすることにより、ジョー部材１０４ａとジョー部材１０４ｂとの開き角度が変更される。グリップ部材２１ｆの一方に磁石が配置され、リンク部２１ｄにホールセンサが配置されている。操作者がグリップ部材２１ｆを開閉すると、図１０に示すように、磁石とホールセンサとが角度検知センサ２１ｇとして機能し、ホールセンサは開き角度を出力する。なお、角度検知センサ２１ｇとして、グリップ部材２１ｆにホールセンサを、リンク部２１ｄに磁石を配置しても良い。また、グリップ部材２１ｆの両方に、角度検知センサ２１ｇとして磁石またはホールセンサを配置しても良い。

　図９に示すように、フットペダル２２は、手術器具４に関する機能を実行するように複数設けられている。また、複数のフットペダル２２は、基台部２８に配置されている。フットペダル２２は、切替ペダル２２ａと、クラッチペダル２２ｂと、カメラペダル２２ｃと、切開ペダル２２ｄと、凝固ペダル２２ｅとを含んでいる。切替ペダル２２ａと、クラッチペダル２２ｂと、カメラペダル２２ｃと、切開ペダル２２ｄと、凝固ペダル２２ｅとは、操作者の足により操作される。また、切開ペダル２２ｄは、右側のロボットアーム６０用の切開ペダル２２ｄＲと、左側のロボットアーム６０用の切開ペダル２２ｄＬとを含む。また、凝固ペダル２２ｅは、右側のロボットアーム６０用の凝固ペダル２２ｅＲと、左側のロボットアーム６０用の凝固ペダル２２ｅＬとを含む。

　切替ペダル２２ａは、操作ハンドル２１で動作させるロボットアーム６０を切り替える。クラッチペダル２２ｂは、ロボットアーム６０と操作ハンドル２１との操作接続を一時切断するクラッチ操作を実行する。クラッチペダル２２ｂが操作者によって踏み込まれている間、操作ハンドル２１による操作が、ロボットアーム６０に伝達されなくなる。また、カメラペダル２２ｃが操作者によって踏み込まれている間、操作ハンドル２１によって、内視鏡６が取り付けられたロボットアーム６０を操作することが可能になる。切開ペダル２２ｄまたは凝固ペダル２２ｅが操作者によって踏み込まれている間、電気手術装置が起動する。

　足検知部２７は、フットペダル２２を操作する操作者の足を検知する。足検知部２７は、フットペダル２２の上方に位置するホバー状態の足を検知する。足検知部２７は、基台部２８に配置されている。

　図１に示すように、モニタ２４は、内視鏡６によって取り込まれた画像を表示するためのスコープ型表示装置である。支持アーム２５は、モニタ２４の高さを医師などの操作者の顔の高さに合わせるようにモニタ２４を支持する。タッチパネル２３は、支持バー２６に配置されている。モニタ２４近傍に設けられたセンサにより操作者の頭部を検知することにより、遠隔操作装置２による手術支援ロボット１の操作が可能になる。操作者は、モニタ２４により患部を視認しながら、操作部１２０およびフットペダル２２を操作する。これにより、遠隔操作装置２に指令が入力される。遠隔操作装置２に入力された指令は、手術支援ロボット１に送信される。

　　（制御系の構成）
　図１０に示すように、手術支援システム１００は、制御装置１３０と、アーム制御部３１ａと、ポジショナ制御部３１ｂと、操作制御部１１０とを備えている。操作制御部１１０は、制御部の一例である。

　制御装置１３０は、医療用台車３の内部において、アーム制御部３１ａ、ポジショナ制御部３１ｂ、および、操作制御部１１０の各々と通信する。制御装置１３０は、アーム制御部３１ａ、ポジショナ制御部３１ｂ、および、操作制御部１１０の各々を制御する。制御装置１３０と、アーム制御部３１ａ、ポジショナ制御部３１ｂ、操作制御部１１０、および、入力装置３３とは、ＬＡＮなどによって接続されている。制御装置１３０は、医療用台車３の内部に配置されている。

　アーム制御部３１ａは、複数のロボットアーム６０ごとに配置されている。

　ロボットアーム６０には、ロボットアーム６０の複数の関節部６４に対応するように、サーボモータＳＭと、エンコーダＥＮと、減速機が配置されている。アーム制御部３１ａは、図１に示すように医療用台車３の内部に配置されており、サーボ制御部ＳＣは、アーム制御部３１ａに隣接して医療用台車３の内部に配置されている。すなわち、医療用台車３の内部には、複数のロボットアーム６０の数の分、アーム制御部３１ａとサーボ制御部ＳＣが配置されている。

　ポジショナ制御部３１ｂとサーボ制御部ＳＣは、医療用台車３に配置されている。ポジショナ制御部３１ｂは、ポジショナ４０および医療用台車３を制御する。サーボ制御部ＳＣは、ポジショナ４０のサーボモータＳＭと医療用台車３のサーボモータＳＭを制御する。ポジショナ４０には、ポジショナ４０の複数の関節部４３に対応するように、サーボモータＳＭと、エンコーダＥＮと、減速機が配置されている。医療用台車３には、医療用台車３の複数の前輪の各々を駆動するサーボモータＳＭと、エンコーダＥＮと、減速機とブレーキとが配置されている。

　図１１に示すように、操作部１２０には、回転軸線であるＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６およびＡ７軸線の各々に対応するように、サーボモータＭ６ａ、Ｍ６ｂ、Ｍ６ｃ、Ｍ６ｄ、Ｍ６ｅ、Ｍ６ｆおよびＭ６ｇが配置されている。各サーボモータを制御するためのサーボ制御部Ｃ６ａ、Ｃ６ｂ、Ｃ６ｃ、Ｃ６ｄ、Ｃ６ｅ、Ｃ６ｆおよびＣ６ｇが操作制御部１１０に隣接して遠隔操作装置２の本体部２ａの内部に配置されている。各サーボ制御部には、各サーボモータの回転角を検出するためのエンコーダＥ６ａ、Ｅ６ｂ、Ｅ６ｃ、Ｅ６ｄ、Ｅ６ｅ、Ｅ６ｆおよびＥ６ｇが電気的に接続されている。なお、各サーボモータ、および、各エンコーダは、操作部１２０Ｌと、操作部１２０Ｒとに各々設けられている。また、各サーボ制御部、および、各操作制御部は、操作部１２０Ｌと、操作部１２０Ｒとに対応するように各々設けられている。

　制御装置１３０は、操作制御部１１０を介して、操作部１２０の姿勢に応じて、各サーボモータの回転軸線に発生する重力トルクを打ち消すようなトルクを発生するように、各サーボモータを制御する。これにより、操作者は、比較的小さい力で操作部１２０を操作することが可能になる。

　制御装置１３０は、操作制御部１１０を介して、操作部１２０の操作に応じて、各サーボモータの各回転軸線にトルクを発生させ、操作者の操作をアシストするように各サーボモータを制御する。これにより、操作者は、比較的小さい力で操作部１２０を操作することが可能になる。

　ここで、本実施形態では、図１２に示すように、操作部１２０には、操作部１２０により受け付けられた信号が入力される第１基板１４０が配置されている。操作制御部１１０と第１基板１４０との間は、第１配線１４１によりシリアル通信接続されている。図１３に示すように、第１基板１４０には、コネクタ１４０ａやＩＣ１４０ｂなどが配置されている。第１配線１４１は、１系統の伝送路からなる。操作制御部１１０と第１基板１４０との間は、操作制御部１１０と第１基板１４０との間において互いの情報を共有可能な通信ネットワークによりシリアル通信接続されている。第１基板１４０は、基板の一例である。第１配線１４１は、配線の一例である。

　本実施形態では、図１２に示すように、第１基板１４０には、一対のグリップ部材２１ｆの開き角度がアナログ信号として入力される。具体的には、角度検知センサ２１ｇからのアナログ信号が第１基板１４０のコネクタ１４０ａに入力される。

　本実施形態では、図１３に示すように、第１基板１４０は、リンク部２１ｃの内部に配置されている。リンク部２１ｄから延びるフレキシブルプリント配線１４２は、第１基板１４０に接続されている。これにより、角度検知センサ２１ｇからの信号が伝達されるフレキシブルプリント配線１４２が通過する関節部１２２は、リンク部２１ｄとリンク部２１ｃとを接続する関節部１２２のみである。

　本実施形態では、図８に示すように、操作制御部１１０と第１基板１４０との間は、第１基板１４０が配置されるリンク部２１ｃ、リンク部２１ｂ、リンク部２１ａおよび図７に示すアーム１２１の内部を介して、第１配線１４１によりシリアル通信接続されている。

　本実施形態では、図１に示すように、操作制御部１１０は、本体部２ａの内部に配置されている。操作制御部１１０と第１基板１４０との間は、操作部１２０および本体部２ａの内部を介して、第１配線１４１によりシリアル通信接続されている。具体的には、第１基板１４０は、操作部１２０の基端側を介して、本体部２ａに挿入され、本体部２ａの内部において操作制御部１１０に接続されている。

　本実施形態では、図１２に示すように、操作制御部１１０と第１基板１４０との間は、サーボモータＭ６ａ、Ｍ６ｂ、Ｍ６ｃ、Ｍ６ｄ、Ｍ６ｅ、Ｍ６ｆおよびＭ６ｇｆの各々移動量を検知するエンコーダＥ６ａ、Ｅ６ｂ、Ｅ６ｃ、Ｅ６ｄ、Ｅ６ｅ、Ｅ６ｆおよびＥ６ｇと操作制御部１１０との間の通信経路とは別個に、第１配線１４１によりシリアル通信接続されている。具体的には、各エンコーダと、操作制御部１１０とは、第２配線１４３によりシリアル通信接続されている。また、各エンコーダは、バス接続されている。また、各エンコーダは、各々、サーボ制御部を介して操作制御部１１０に接続されている。サーボモータＭ６ａ、Ｍ６ｂ、Ｍ６ｃ、Ｍ６ｄ、Ｍ６ｅ、Ｍ６ｆおよびＭ６ｇｆは、駆動部の一例である。エンコーダＥ６ａ、Ｅ６ｂ、Ｅ６ｃ、Ｅ６ｄ、Ｅ６ｅ、Ｅ６ｆおよびＥ６ｇは、検知部の一例である。

　本実施形態では、操作制御部１１０と第１基板１４０とは、第２基板１４５、中継部１４４、中継部１４８、中継基板１４７、および、中継基板１４６を介して、シリアル通信接続されている。図１に示すように、中継部１４４は、操作部１２０の基端側に配置されている。中継部１４４と中継部１４８とは、コネクタであるが、例えば、コネクタを含む中継基板であっても良い。

　本実施形態では、図８に示すように、第１基板１４０と中継部１４４との間は、中継基板１４６、中継基板１４７、および、中継部１４８を介して、シリアル通信接続されている。具体的には、中継基板１４６は、リンク部２１ｂの内部に配置されている。中継基板１４７は、リンク部２１ａの内部に配置されている。中継部１４８は、第３リンク部１２１ｃの内部に配置されている。第１基板１４０と中継基板１４６とは、フレキシブルプリント配線からなる第１配線１４１により接続されている。中継基板１４６と中継基板１４７とは、フレキシブルプリント配線からなる第１配線１４１により接続されている。中継基板１４７と中継部１４８とは、フレキシブルプリント配線からなる第１配線１４１により接続されている。中継部１４８と中継部１４４とは、ケーブル配線からなる第１配線１４１により接続されている。中継部１４４と図１に示す第２基板１４５とは、ケーブル配線からなる第１配線１４１により接続されている。中継基板１４６および中継基板１４７は、コネクタを有している。中継部１４８は、基板を有していない。なお、中継部１４８と中継部１４４とは、フレキシブルプリント配線からなる第１配線１４１により接続されていても良い。中継基板１４６および中継基板１４７は、それぞれ、「第１中継基板」および「第２中継基板」の一例である。ここで、フレキシブルプリント配線は、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ　Ｐｒｉｎｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）のことである。また、ケーブル配線は、フレキシブルプリント配線以外の配線構造であり、例えば、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ＥＴＦＥ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ　Ｔｅｔｒａ　Ｆｌｕｏｒｏ　Ｅｔｈｙｌｅｎｅ）樹脂などの外皮で覆われたケーブルのことである。ロボットケーブルと呼ばれることもある。なお、フレキシブルプリント配線はＦＦＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ　Ｆｌａｔ　Ｃａｂｌｅ）を用いても良い。

　本実施形態では、図１２に示すように、足検知部２７からの信号が入力される第２基板１４５が配置されている。操作部１２０Ｌにおいて、操作制御部１１０と第２基板１４５との間は、ケーブル配線からなる第１配線１４１によりシリアル通信接続されている。操作部１２０Ｒにおいて、操作制御部１１０と中継部１４４との間は、ケーブル配線からなる第１配線１４１によりシリアル接続されている。図１に示すように、足検知部２７は基台部２８に配置され、第２基板１４５は本体部２ａの内部に配置されている。なお、足検知部２７からの信号は、操作部１２０Ｌにのみ入力される。足検知部２７からの信号を、操作部１２０Ｒにのみ入力してもよい。なお、操作制御部１１０と中継部１４４との間はフレキシブルプリント配線によりシリアル接続されていても良い。

　［本実施形態の効果］
　操作制御部１１０と、操作部１２０により受け付けられた信号が入力される第１基板１４０との間は、第１配線１４１によりシリアル通信接続されている。これにより、操作部１２０に、グリップ部材２１ｆの開き角度を検知する角度検知センサ２１ｇ以外のセンサや操作ボタンが配置されても、角度検知センサ２１ｇ、角度検知センサ２１ｇ以外のセンサおよび操作ボタンから延びるフレキシブルプリント配線１４２は第１基板１４０に接続される一方、第１基板１４０と操作制御部１１０との間は、シリアル通信接続されている。その結果、角度検知センサ２１ｇ、角度検知センサ２１ｇ以外のセンサおよび操作ボタンを操作制御部１１０に各々接続する場合に比べて配線の数を削減できる。また、角度検知センサ２１ｇ、角度検知センサ２１ｇ以外のセンサおよび操作ボタンの近くに配置する第１基板１４０にてアナログ信号をシリアル通信に変換することにより、ノイズの影響を小さくすることができる。また、角度検知センサ２１ｇ、角度検知センサ２１ｇ以外のセンサおよび操作ボタンから第１基板１４０までの配線の長さを短くし、第１基板１４０から操作制御部１１０までの配線の長さを長くする場合に、操作制御部１１０と第１基板１４０との間を第１配線１４１によりシリアル通信接続することは、使用する配線の全長を低減する点において特に有効である。

　操作制御部１１０と第１基板１４０との間は、サーボモータＭ６ａ、Ｍ６ｂ、Ｍ６ｃ、Ｍ６ｄ、Ｍ６ｅ、Ｍ６ｆおよびＭ６ｇの各々の移動量を検知するエンコーダＥ６ａ、Ｅ６ｂ、Ｅ６ｃ、Ｅ６ｄ、Ｅ６ｅ、Ｅ６ｆおよびＥ６ｇと操作制御部１１０との間の通信経路とは別個に、第１配線１４１によりシリアル通信接続されている。これにより、操作部１２０からの信号と、各エンコーダからの信号とが干渉することを抑制できる。

　エンコーダＥ６ａ、Ｅ６ｂ、Ｅ６ｃ、Ｅ６ｄ、Ｅ６ｅ、Ｅ６ｆおよびＥ６ｇと操作制御部１１０とは、第２配線１４３によりシリアル通信接続されている。これにより、エンコーダが複数配置されている場合でも、操作部１２０からの信号と、各エンコーダからの信号とが干渉することを抑制しながら操作制御部１１０まで延びる配線の数を削減できる。

　操作制御部１１０と第１基板１４０との間は、操作部１２０の内部を介して、シリアル通信接続されている。これにより、第１基板１４０と操作制御部１１０との間は第１配線１４１によって接続されて配線の数が削減されているので、操作ハンドル２１が大きくなることを抑制できる。

　操作制御部１１０と第１基板１４０とは、中継部１４８を介して、シリアル通信接続されている。これにより、互いに分離される部分に中継部１４８を配置することにより、分離される部分と第１配線１４１とを一体的に分離することができる。その結果、第１配線１４１の繋ぎ変えなどの作業負担を軽減することができる。また、中継部１４８を介してシリアル通信接続する配線の種類を変更することができる。例えば、中継部を介してケーブル配線とフレキシブルプリント配線を接続することにより、可動部においてフレキシブルプリント配線を配置するようにすることができる。また、可動部が複数ある場合は、中継部を複数配置し、中継部によりフレキシブルプリント配線同士を接続するようにしても良い。

　操作制御部１１０と第１基板１４０との間と、中継部１４８と第１基板１４０との間とのうちの少なくとも一方は、フレキシブルプリント配線からなる第１配線１４１によりシリアル接続されている。これにより、第１配線１４１が、操作ハンドル２１の各リンク部の回動の妨げになるのを抑制することができる。

　第１基板１４０には、一対のグリップ部材２１ｆの開き角度を検知する角度検知センサ２１ｇのアナログ信号が入力される。ここで、アナログ信号に対して、ノイズは、比較的大きく影響する。また、配線の長さが長くなるほど、ノイズの影響が大きくなる。そこで、角度検知センサ２１ｇからアナログ信号が第１基板１４０に送信される場合に、第１基板１４０を角度検知センサ２１ｇのホールセンサが配置されたリンク部２１ｄに隣接するリンク部２１ｃの内部に配置することによって、アナログ信号が送信される角度検知センサ２１ｇと第１基板１４０との間のフレキシブルプリント配線１４２の長さが短くなるので、アナログ信号に対するノイズの影響を小さくすることができる。

　角度検知センサ２１ｇと第１基板１４０との間は、フレキシブルプリント配線からなる第１配線１４１によりシリアル接続されている。これにより、第１配線１４１が、操作ハンドル２１の各リンク部の回動の妨げになるのを抑制することができる。

　操作制御部１１０と第１基板１４０との間は、第１基板１４０が配置されるリンク部２１ｃ、リンク部２１ｂ、リンク部２１ａおよびアーム１２１の内部を介して、第１配線１４１によりシリアル通信接続されている。これにより、第１基板１４０と操作制御部１１０との間は配線の数が削減されているので、リンク部２１ｃ、リンク部２１ｂ、リンク部２１ａおよびアーム１２１が太くなることを抑制できる。

　第１基板１４０と中継基板１４６は、フレキシブルプリント配線からなる第１配線１４１により接続され、中継基板１４６と中継基板１４７とは、フレキシブルプリント配線からなる第１配線１４１により接続され、中継基板１４７と中継部１４８とは、フレキシブルプリント配線からなる第１配線１４１により接続されている。これにより、第１基板１４０と中継部１４８との間には、フレキシブルプリント配線からなる第１配線１４１が配置されるので、第１配線１４１が、操作ハンドル２１の各リンク部の回動の妨げになるのを抑制することができる。

　操作制御部１１０と第１基板１４０との間は、操作部１２０および本体部２ａの内部を介して、第１配線１４１によりシリアル通信接続されている。これにより、操作部１２０と操作制御部１１０との間の距離が比較的長くなるので、操作制御部１１０と第１基板１４０との間を第１配線１４１によりシリアル通信接続することは、ノイズの影響を低減する点において特に有効である。

　操作制御部１１０と第２基板１４５との間は、第１配線１４１によりシリアル通信接続されている。これにより、操作制御部１１０と第１基板１４０との間と、操作制御部１１０と第２基板１４５との間とを、各々別個の配線によって接続する場合と異なり、配線の数を削減できる。

　［変形例］
　なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更または変形例が含まれる。

　上記実施形態では、操作制御部１１０が遠隔操作装置２に配置されている例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、操作制御部１１０が、遠隔操作装置２以外の部分に配置されていてもよい。

　上記実施形態では、第１基板１４０がリンク部２１ｃに配置されている例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、第１基板１４０がリンク部２１ｄに配置されていてもよい。

　上記実施形態では、エンコーダＥ６ａ、Ｅ６ｂ、Ｅ６ｃ、Ｅ６ｄ、Ｅ６ｅ、Ｅ６ｆおよびＥ６ｇと、操作制御部１１０とが、第２配線１４３によりシリアル通信接続されている例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、各エンコーダと、操作制御部１１０との間の通信方法が、シリアル通信以外の通信方法でもよい。

　上記実施形態では、制御装置１３０が医療用台車３に配置されている例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、制御装置１３０が、医療用台車３の外部に配置されていてもよい。

　上記実施形態では、操作制御部１１０と第１基板１４０との間は、操作ハンドル２１およびアーム１２１の内部を介してシリアル通信接続されている例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、操作制御部１１０と第１基板１４０との間が、操作ハンドル２１およびアーム１２１の外部を介してシリアル通信接続されていてもよい。

　上記実施形態では、操作制御部１１０と第１基板１４０とが、中継部１４４を介して、シリアル通信接続されている例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、操作制御部１１０と第１基板１４０とが、中継部１４４を介さずに直接接続されていてもよい。

　上記実施形態では、第１基板１４０には、一対のグリップ部材２１ｆの開き角度がアナログ信号として入力される例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、操作ハンドル２１に加速度センサを配置して、第１基板１４０に、一対のグリップ部材２１ｆの開き角度のアナログ信号に加えて加速度センサからの信号を入力してもよい。

　また、上記実施形態では、ロボットアーム６０が４つ設けられている例を示したが、本開示はこれに限られない。本開示では、ロボットアーム６０の数は、少なくとも１つ以上設けられていれば他の任意の数であってもよい。

　また、上記実施形態では、アーム部６１およびポジショナ４０が７軸多関節ロボットから構成されている例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、アーム部６１およびポジショナ４０が７軸多関節ロボット以外の軸構成の多関節ロボットなどから構成されていてもよい。７軸多関節ロボット以外の軸構成とは、例えば、６軸や８軸である。

　また、上記実施形態では、手術支援ロボット１が、医療用台車３と、ポジショナ４０と、アームベース５０とを備えている例を示したが、本開示はこれに限らない。たとえば、医療用台車３と、ポジショナ４０と、アームベース５０は必ずしも必要なく、手術支援ロボット１が、ロボットアーム６０だけで構成されてもよい。

　［態様］
　上記した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

　（項目１）
　ロボットアームの先端に取り付けられる手術器具に対する操作量を受け付ける手術器具操作部と、
　制御部と、を備え、
　前記手術器具操作部は、前記手術器具操作部により受け付けられた信号が入力される第１基板を含み、
　前記制御部と前記第１基板との間は、第１配線によりシリアル通信接続されている、手術支援システム。

　（項目２）
　前記手術器具操作部は、関節部と、前記関節部に設けられる駆動部とを含み、
　前記制御部と前記第１基板との間は、前記駆動部の移動量を検知する検知部と前記制御部との間の信号の通信経路とは別個に、前記第１配線によりシリアル通信接続されている、項目１に記載の手術支援システム。

　（項目３）
　前記検知部と前記制御部とは、第２配線によりシリアル通信接続されている、項目２に記載の手術支援システム。

　（項目４）
　前記制御部と前記第１基板との間は、前記手術器具操作部の内部を介して、シリアル通信接続されている、項目１から項目３までのいずれか１項に記載の手術支援システム。

　（項目５）
　前記制御部と前記第１基板とは、中継部を介して、シリアル通信接続されている、項目１から項目４までのいずれか１項に記載の手術支援システム。

　（項目６）
　前記制御部と前記中継部との間と、前記中継部と前記第１基板との間とのうちの少なくとも一方は、フレキシブルプリント配線からなる前記第１配線によりシリアル接続されている、項目５に記載の手術支援システム。

　（項目７）
　前記手術器具操作部は、操作者によって開閉される一対のグリップ部材と、前記一対のグリップ部材の開き角度を検知する角度検知センサとを含み、
　前記第１基板には、前記角度検知センサのアナログ信号が入力される、項目１から項目６までのいずれか１項に記載の手術支援システム。

　（項目８）
　前記角度検知センサと前記第１基板との間は、フレキシブルプリント配線からなる前記第１配線によりシリアル接続されている、項目７に記載の手術支援システム。

　（項目９）
　前記手術器具操作部は、
　前記一対のグリップ部材が配置される第１リンク部と、
　前記第１リンク部に接続される第２リンク部と、をさらに含み、
　前記第１基板は、前記第１リンク部または前記第２リンク部の内部に配置されている、項目７または項目８に記載の手術支援システム。

　（項目１０）
　前記手術器具操作部は、
　前記第２リンク部に接続される第３リンク部と、
　前記第３リンク部に接続される第４リンク部と、
　前記第４リンク部を支持するアームと、をさらに含み、
　前記制御部と前記第１基板との間は、前記第１基板が配置される前記第１リンク部または前記第２リンク部、前記第３リンク部、前記第４リンク部および前記アームの内部を介して、前記第１配線によりシリアル通信接続されている、項目９に記載の手術支援システム。

　（項目１１）
　前記第３リンク部に配置される第１中継基板と、
　前記第４リンク部に配置される第２中継基板と、
　前記アームに配置される中継部と、をさらに備え、
　前記第１基板と前記第１中継基板とは、フレキシブルプリント配線からなる前記第１配線により接続され、
　前記第１中継基板と前記第２中継基板とは、フレキシブルプリント配線からなる前記第１配線により接続され、
　前記第２中継基板と前記中継部とは、フレキシブルプリント配線からなる前記第１配線により接続されている、項目１０に記載の手術支援システム。

　（項目１２）
　前記手術器具操作部を支持する本体部をさらに備え、
　前記制御部は、前記本体部の内部に配置されており、
　前記制御部と前記第１基板との間は、前記手術器具操作部および前記本体部の内部を介して、前記第１配線によりシリアル通信接続されている、項目１から項目１１までのいずれか１項に記載の手術支援システム。

　（項目１３）
　操作者の足により操作されるフットペダルと、
　前記フットペダルを操作する前記操作者の足を検知する足検知部と、
　前記足検知部からの信号が入力される第２基板と、をさらに備え、
　前記制御部と前記第２基板との間は、前記第１配線によりシリアル通信接続されている、項目１から項目１２までのいずれか１項に記載の手術支援システム。

　（項目１４）
　ロボットアームの先端に取り付けられる手術器具に対する操作量を受け付ける手術器具操作部と、
　制御部と、を備え、
　前記手術器具操作部は、前記手術器具操作部により受け付けられた信号が入力される基板を含み、
　前記制御部と前記基板との間は、配線によりシリアル通信接続されている、操作者側装置。
 

Claims (14)

1. 　ロボットアームの先端に取り付けられる手術器具に対する操作量を受け付ける手術器具操作部と、
   　制御部と、を備え、
   　前記手術器具操作部は、前記手術器具操作部により受け付けられた信号が入力される第１基板を含み、
   　前記制御部と前記第１基板との間は、第１配線によりシリアル通信接続されている、手術支援システム。
2. 　前記手術器具操作部は、関節部と、前記関節部に設けられる駆動部とを含み、
   　前記制御部と前記第１基板との間は、前記駆動部の移動量を検知する検知部と前記制御部との間の信号の通信経路とは別個に、前記第１配線によりシリアル通信接続されている、請求項１に記載の手術支援システム。
3. 　前記検知部と前記制御部とは、第２配線によりシリアル通信接続されている、請求項２に記載の手術支援システム。
4. 　前記制御部と前記第１基板との間は、前記手術器具操作部の内部を介して、シリアル通信接続されている、請求項１に記載の手術支援システム。
5. 　前記制御部と前記第１基板とは、中継部を介して、シリアル通信接続されている、請求項１に記載の手術支援システム。
6. 　前記制御部と前記中継部との間と、前記中継部と前記第１基板との間とのうちの少なくとも一方は、フレキシブルプリント配線からなる前記第１配線によりシリアル接続されている、請求項５に記載の手術支援システム。
7. 　前記手術器具操作部は、操作者によって開閉される一対のグリップ部材と、前記一対のグリップ部材の開き角度を検知する角度検知センサとを含み、
   　前記第１基板には、前記角度検知センサのアナログ信号が入力される、請求項１に記載の手術支援システム。
8. 　前記角度検知センサと前記第１基板との間は、フレキシブルプリント配線からなる前記第１配線によりシリアル接続されている、請求項７に記載の手術支援システム。
9. 　前記手術器具操作部は、
   　前記一対のグリップ部材が配置される第１リンク部と、
   　前記第１リンク部に接続される第２リンク部と、をさらに含み、
   　前記第１基板は、前記第１リンク部または前記第２リンク部の内部に配置されている、請求項７に記載の手術支援システム。
10. 　前記手術器具操作部は、
    　前記第２リンク部に接続される第３リンク部と、
    　前記第３リンク部に接続される第４リンク部と、
    　前記第４リンク部を支持するアームと、をさらに含み、
    　前記制御部と前記第１基板との間は、前記第１基板が配置される前記第１リンク部または前記第２リンク部、前記第３リンク部、前記第４リンク部および前記アームの内部を介して、前記第１配線によりシリアル通信接続されている、請求項９に記載の手術支援システム。
11. 　前記第３リンク部に配置される第１中継基板と、
    　前記第４リンク部に配置される第２中継基板と、
    　前記アームに配置される中継部と、をさらに備え、
    　前記第１基板と前記第１中継基板とは、フレキシブルプリント配線からなる前記第１配線により接続され、
    　前記第１中継基板と前記第２中継基板とは、フレキシブルプリント配線からなる前記第１配線により接続され、
    　前記第２中継基板と前記中継部とは、フレキシブルプリント配線からなる前記第１配線により接続されている、請求項１０に記載の手術支援システム。
12. 　前記手術器具操作部を支持する本体部をさらに備え、
    　前記制御部は、前記本体部の内部に配置されており、
    　前記制御部と前記第１基板との間は、前記手術器具操作部および前記本体部の内部を介して、前記第１配線によりシリアル通信接続されている、請求項１に記載の手術支援システム。
13. 　操作者の足により操作されるフットペダルと、
    　前記フットペダルを操作する前記操作者の足を検知する足検知部と、
    　前記足検知部からの信号が入力される第２基板と、をさらに備え、
    　前記制御部と前記第２基板との間は、前記第１配線によりシリアル通信接続されている、請求項１に記載の手術支援システム。
14. 　ロボットアームの先端に取り付けられる手術器具に対する操作量を受け付ける手術器具操作部と、
    　制御部と、を備え、
    　前記手術器具操作部は、前記手術器具操作部により受け付けられた信号が入力される基板を含み、
    　前記制御部と前記基板との間は、配線によりシリアル通信接続されている、操作者側装置。
     

Images