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マニピュレータ装置 - 株式会社東芝
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発明の名称 マニピュレータ装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−130485(P2007−130485A)
公開日 平成19年5月31日(2007.5.31)
出願番号 特願2006−320400(P2006−320400)
出願日 平成18年11月28日(2006.11.28)
代理人 【識別番号】100075812
【弁理士】
【氏名又は名称】吉武 賢次
発明者 神 野 誠 / 砂 押 貴 光 / 井 戸 健 二 / 富 岡 慶
要約 課題
処置部の位置決め操作と姿勢決めの互いの操作による干渉の影響が少なく、操作性、信頼性、安全性の高いマニピュレータ装置を提供すること。

解決手段
アーム部231の先端側に設けられ、処置具213をピッチ軸廻り及びヨー軸廻りに回動自在に支持する作業部210と、アーム部231の基端側に設けられた操作部220と、アーム部231内に設けられ、操作部220における操作力を作業部210に伝達する駆動力伝達部とを具備し、操作部は、その軸方向がアーム部231の中心軸Qに軸方向に交差するように配置されるとともに、アーム部231の基端側に取り付けられたブラケット221に対し操作桿軸P廻りに回転自在に支持された操作桿222と、操作桿222に設けられ、処置具213の処置動作、ピッチ軸廻り及びヨー軸廻りの回動動作を行わせるための操作デバイス223を備えている。
特許請求の範囲
【請求項1】
被検体内に挿入される処置部と、
この処置部を第1軸回り及び第2軸回りに回動自在に支持する作業部と、
この作業部が先端側に接続されるアーム部と、
このアーム部の長手方向からシフトされた位置に配置され、前記アーム部の基端側に設けられた取り付け部と、
この取り付け部に取り付けられる操作部とを具備し、
前記操作部は、前記取り付け部から前記アーム部の基端部側に支持された操作桿と、
この操作桿に設けられ、前記処置部を前記第1軸回り及び前記第2軸回りの回動動作を行わせる操作デバイスと、を備え、
前記操作桿の長手方向における中央部が、前記アーム部の前記先端と前記基端を結ぶ直線と前記長手方向の交差位置よりも、前記マニピュレータ装置の重心側となるように配置されていることを特徴とするマニピュレータ装置。
【請求項2】
前記操作桿の長手方向は、前記アーム部の前記先端と前記基端を結ぶ直線の方向とは異なる方向に配置されていることを特徴とする請求項1記載のマニピュレータ装置。
【請求項3】
前記操作桿は、前記アーム部の基端側に設けられた第3軸回りに回動自在に支持され、
前記第3軸は、前記アーム部の前記先端と前記基端を結ぶ直線に対して交差して配置されていることを特徴とする請求項2記載のマニピュレータ装置。
【請求項4】
前記操作デバイスは、前記操作桿に複数設けられており、複数の前記操作デバイスは、前記操作桿の長手方向を含む1つの平面上に配置されていることを特徴とする請求項1乃至3いずれか記載のマニピュレータ装置。
【請求項5】
前記操作デバイスは、前記作業部の前記第1軸回りの回動動作に対応する第1のダイヤルと、前記作業部の前記第2軸回りの回動動作に対応する第2のダイヤルと、前記処置部の処置動作に対応するトリガとを含むことを特徴とする請求項1乃至4いずれか記載のマニピュレータ装置。
【請求項6】
前記第1のダイヤル、前記第2のダイヤル、前記トリガのうち少なくとも1つには、基準位置指示部が形成されていることを特徴とする請求項5記載のマニピュレータ装置。
【請求項7】
前記第1のダイヤルと、前記第2のダイヤルの大きさが異なることを特徴とする請求項5記載のマニピュレータ装置。
【請求項8】
前記操作デバイスのうち少なくとも1つは、反射板と、前記反射板に対して複数の照射受光部が配置されていることを特徴とする請求項4記載のマニピュレータ装置。
【請求項9】
前記操作桿の長手方向に対する前記操作桿の回動位置を固定する固定部を備えていることを特徴とする請求項1記載のマニピュレータ装置。
【請求項10】
前記操作デバイスは、前記作業部の前記第1軸回りの回動動作及び前記第2軸回りの回動動作に対応するデバイスを有することを特徴とする請求項1乃至請求項4記載のマニピュレータ装置。
【請求項11】
前記操作デバイスの前記第1軸回りの回動動作指令及び前記第2軸回りの回動動作指令による速度指令または位置指令値の変化を比較する手段と、前記比較する手段の比較結果に応じて変化量の大きい位置指令値を優先して前記作業部に伝達する手段を有することを特徴とする請求項1記載のマニピュレータ装置。
【請求項12】
前記操作デバイスの前記第1軸回りの回動動作指令及び前記第2軸回りの回動動作指令による位置指令値の変化を予め設定した基準値と比較し、比較結果に応じて前記作業部に伝達するものであることを特徴とする請求項11記載のマニピュレータ装置。
【請求項13】
前記第1軸回りの回動動作指令及び前記第2軸回りの回動動作指令に対する、回動動作の比率が、回動方向により異なることを特徴とする請求項1記載のマニピュレータ装置。
【請求項14】
前記操作桿には、他の機器の操作を行うための操作切替スイッチが設けられていることを特徴とする請求項1記載のマニピュレータ装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、手術支援用マニピュレータやエネルギ機器等の狭隘部補修用マニピュレータ等のマニピュレータ装置に関し、特に、処置部の位置決め操作と姿勢決めの互いの操作による干渉の影響が少なく微細操作や高精度操作が容易で、操作性、信頼性、安全性の高いものに関する。
【背景技術】
【0002】
胆嚢摘出手術等の腹腔鏡下手術においては、図28に示すように、患者Kの腹部に小さな穴Kaをいくつかあけ、それらにトラカール1を取り付け、トラカール1を介して、それらの孔に内視鏡2、鉗子3等を挿入し、操作者(通常、外科医)Sが内視鏡2の映像をモニタ4で見ながら手術を行っている。このような手術方法は、開腹を必要としないため、患者への負担が少なく、術後の回復や退院までの日数が大幅に低減される。このため、適用分野の拡大が期待されている。
【0003】
従来の鉗子にロボット技術を取り入れた医療用マニピュレータ(ロボット鉗子)10が知られている(例えば特許文献1参照)。図29はこのような医療用マニピュレータの一例を示す斜視図である。医療用マニピュレータ10は、姿勢操作部11aと処置操作部11bとを有する操作指令部11と、一端側が操作指令部11に接続された連結部12と、連結部12の他端側に接続され、処置具14を2自由度以上に姿勢変更可能に支持する支持部13a,13bを有する作業部13と、姿勢操作部11aからの操作指令を支持部13a,13bに送って処置具14の姿勢を変更させるとともに、処置操作部11bからの操作指令を処置具14に送って処置具14を動作させる制御部(不図示)とを備えている。
【0004】
また、縫合結紮作業に適した自由度配置を有する医療用マニピュレータが知られている(例えば特許文献2参照)。図30はこのような医療用マニピュレータの一例を示す斜視図である。医療用マニピュレータ20は、作業部21と、操作指令部22と、両端が作業部21と操作指令部22とに接続された連結部23とを備え、作業部21にはさらに術部に処置を施す処置部(グリッパ)24が設けられている。
【0005】
作業部21は、処置部24を2自由度で姿勢変更が可能に支持する支持部としてのヨー軸関節支持部21a及びロール軸関節支持部21bとを有している。操作指令部22は、2自由度で姿勢を操作する姿勢操作部22aと、処置部24の開閉動作を行う処置操作部22bとを有している。なお、図30中25は支持具、26はトラカール、27は制御回路を示している。
【0006】
さらに、位置決め操作と姿勢決め操作とを別々の操作で行う医療用マニピュレータが知られている(例えば特許文献3参照)。図31はこのような医療用マニピュレータの一例を示す側面図である。医療用マニピュレータ30は、作業部31と、操作部32と、両端が作業部31と操作部32とに接続された連結部33とを備え、作業部31にはさらに術部に処置を施す処置部(グリッパ)34が設けられている。操作部32は、位置決めを行う第1の操作部32aと処置部34の姿勢決めを行う第2の操作部32bを備えている。位置決め操作と姿勢決め操作とを別々の操作で行うので、互いの操作による干渉の影響が少なく、微細操作が容易となり、信頼性、安全性を高めることができる。
【0007】
遠隔操作型マスタスレーブマニピュレータに対して、図29〜図31に示す医療用マニピュレータ10〜30は、操作部(マスタ)と鉗子先端部ハンド(スレーブ)を連結させ一体化し、従来の鉗子の利点である操作者が行った方が簡単で確実な大きく素早い操作と、マニピュレータの利点である微細な作業や難しい角度からの操作の両方を可能としたものである。先端部に曲げ・回転等の関節を備えているため、自由自在にハンドの姿勢を動かすことができ、これまでの鉗子では難しかったいろいろな方向からの縫合作業や結紮作業が容易になる。また、右手はロボット鉗子、左手は従来の鉗子という具合に、従来の手術機器と一緒に使うことができる。さらに、システムが簡単・コンパクトなため、低コストで導入できるというメリットがある。
【0008】
また、同様の構成のマニピュレータは、作業者が直接その場で作業をすることが困難な場所での作業、すなわちエネルギ機器等の狭隘部の補修作業等にも適している。当然、マニピュレータの寸法(長さ、太さ、大きさ等)は、作業内容、作業領域に応じて設計されるものである。したがって、必ずしも医療用に限定するものではない。
【特許文献1】特開2000−350735号公報
【特許文献2】特開2002−102248号公報
【特許文献3】特開2001−276091号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
上述した医療用マニピュレータ等のマニピュレータ装置であると次のような問題があった。すなわち、手術支援用マニピュレータやエネルギ機器等の狭隘部補修用マニピュレータには、処置部の位置・姿勢の誘導時に、位置決め操作と姿勢決めの互いの操作による干渉の影響が少なく微細操作や高精度操作が容易であることが要求される。すなわち高い操作性、信頼性、安全性が要求される。そのためには、直接のインタフェースである操作部をどのように構成するかが重要である。特に、上述した医療用マニピュレータ10〜30においては、マスタ・スレーブが一体化されているという制限があるため、操作部の形状、寸法、配置等が操作の高精度化、操作性に大きな影響を及ぼす。
【0010】
図29及び図30に示す構成の操作部は、操作部の処置操作部の姿勢を、関節角度(ヨー軸やピッチ軸またはヨー軸やロール軸等)をポテンショメータ等の角度検出センサによって検出し、それを作業部の関節角への指令値としている。この方法は、通常のマスタスレーブマニピュレータによるマスタとスレーブの関係と同様である。この場合、処置操作部の姿勢と作業部の処置部の姿勢は、同じであり、直感的に操作を行うことができるため、一般的なマスタスレーブマニピュレータに採用されている。
【0011】
しかしながら、腹腔鏡下手術等への適用を考慮した場合、トラカールの位置は、手術中に随時変更できる状態ではないため、所望の位置へ作業部を誘導しようとした場合、操作部は広範囲に動かなければならない場合が多い。したがって、操作者(術者)は左右の腕を大きく広げて、右ないし左あるいは左右の医療用マニピュレータの操作をしなければならない。この場合、処置操作部の姿勢を所定の姿勢に誘導するためには、操作者自身の手首の姿勢に過大な負担をかけることになる。特に、操作者が左右の腕を大きく広げて操作する場合、処置部先端を内側(左右の中心方向)に向けて作業を行う姿勢は、操作者自身の手首の姿勢に過大な負担をかけることになる。したがって、操作者自身の手首に負担のかからない狭い領域での手術しかできなかった。また、医療用マニピュレータ10〜30等において、操作者自身の手首が無理な姿勢で操作を行うと、位置決め操作と姿勢決めの互いの操作による干渉の影響を少なくすることが困難となり、微細操作や高精度操作が不可能となってしまう。
【0012】
また、医療用マニピュレータ20の場合、縫合時は、ロール軸だけを操作することで湾曲針を理想的な軌道で誘導することができるが、操作者の手首の姿勢に過大な負担をかけた状態では、ロール軸だけを操作し、湾曲針を理想的な軌道で誘導しようとしても、ヨー軸や共通ロール軸等の他の軸が動いてしまうため、湾曲針を理想的な軌跡で誘導することは非常に困難である。
【0013】
そこで、本発明は、処置部の位置決め操作と姿勢決めの互いの操作による干渉の影響が少なく微細操作や高精度操作が容易で、操作性、信頼性、安全性の高いマニピュレータ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0014】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明のマニピュレータ装置は次のように構成されている。
【0015】
被検体内に挿入される処置部と、この処置部を第1軸回り及び第2軸回りに回動自在に支持する作業部と、この作業部が先端側に接続されるアーム部と、このアーム部の基端側に設けられた操作部とを具備し、前記操作部は、前記アーム部の基端側に設けられた第3軸回りに回動自在に支持された操作桿と、この操作桿に設けられ、前記処置部を前記第1軸回り及び前記第2軸回りの回動動作を行わせる操作デバイスとを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、処置部の位置決め操作と姿勢決めの互いの操作による干渉の影響が少なく、操作者への負担が少なく、微細操作や高精度操作が容易で、操作性、信頼性、安全性の高い操作が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
図1は本発明の第1の実施の形態に係る医療用マニピュレータシステム100を示す斜視図、図2は同医療用マニピュレータシステム100に組み込まれた医療用マニピュレータ200を示す側面図、図3は医療用マニピュレータ200に組み込まれた作業部210を示す斜視図、図4は医療用マニピュレータ200に組み込まれた操作部220を示す説明図、図5は操作部220の要部を示す斜視図、図6は同医療用マニピュレータ100に組み込まれた制御装置300の構成を示すブロック図である。
【0018】
図1に示すように、医療用マニピュレータシステム100は、マスタ・スレーブ方式で動作する医療用マニピュレータ200と、医療用マニピュレータ200を制御駆動する制御装置300とを備えている。
【0019】
図2に示すように、医療用マニピュレータ200は患者の体腔内に挿入される作業部210と、操作者が操作を行う操作部220と、これらを一体に連結するための連結部230とを備えている。
【0020】
作業部210は、図3に示すように、後述するアーム部材231の先端側に取り付けられたピッチ軸回動支持部211と、このピッチ軸回動支持部211にピッチ軸(第1軸)方向に回動支持されたヨー軸回動支持部212と、このヨー軸回動支持部212にヨー軸(第2軸)方向に回動支持された処置具213とを備えている。処置具213は開閉動作自在に構成されている。
【0021】
操作部220は、連結部230の基端側に接続されたブラケット221と、このブラケット221に対し、操作桿軸P(第3軸)廻りに回動自在に取り付けられた円柱状の操作桿222と、この操作桿222に取り付けられた操作デバイス223とを備えている。なお、操作桿222の中心軸である操作桿軸Pは、連結部230のアーム部231の中心軸(アーム部231の先端と基端を結ぶ直線)Qと交差する位置に配置されている。この交差位置をWとする。操作桿222の操作デバイス223は処置具213の姿勢決めを行う等の機能を有している。
【0022】
操作デバイス223は、図4に示すように、横方向ダイヤル(ヨー軸操作:第1のダイヤル)224と、縦方向ダイヤル(ピッチ軸操作:第2のダイヤル)225と、処置具213を開閉するためのトリガ226と、操作モード切替スイッチ227とを備えている。横方向ダイヤル224と縦方向ダイヤル225は、親指による操作、トリガ226と操作モード切替スイッチ227は、人差し指による操作が可能な配置となっている。もちろん、横方向ダイヤル224と操作モード切替スイッチ227を人差し指、縦方向ダイヤル225を親指、トリガ226を中指など、操作しやすい指で操作しても問題ない。
【0023】
なお、処置部が開閉動作を必要としない電気メスのような場合は、開閉のための自由度、駆動系は不要であるため、例えばトリガ226を設ける必要はない。
【0024】
横方向ダイヤル224、縦方向ダイヤル225及びトリガ226には、その回動量を検出するセンサがそれぞれ組み込まれており、センサ信号は制御装置300にて処理される。
【0025】
横方向ダイヤル224と縦方向ダイヤル225には、操作桿222との相対的な回動量を検出するセンサとして、回動角度を検出するインクリメンタルエンコーダが組み込まれている。インクリメンタルエンコーダは、具体的には、制御周期間隔におけるダイヤルの回動量を検出し、その検出量と対応した角度を現在の目標値に加算することで、システムの起動時やマスタ・スレーブ動作開始時の操作部姿勢に対する相対的な回動量を算出する。
【0026】
横方向ダイヤル224や縦方向ダイヤル225は基準位置が明確でない円筒形であるため、制御周期間隔前の状態からのダイヤルの相対的な回動量を、制御装置300で作業部210の目標値へ変換演算することで、マニピュレータを使うたびにダイヤルを基準姿勢へ合わせるといった手間を省け、操作性が向上する。
【0027】
なお、横方向ダイヤル224と縦方向ダイヤル225について絶対値出力センサ(アブソリュートエンコーダやポテンショメータなど)を適用するのであれば、基準姿勢を明確にする基準位置指示部(基準印や基準形状)をダイヤル部に装備すればよい。例えば図7〜図10に示すように、基準位置が触感でわかるような形状に横方向ダイヤル224を形成する。なお、図7〜図10において、図4と同一機能部分には同一符号を付した。
【0028】
図7は横方向ダイヤル224の回転軸に平行な線状の凹状に形成された基準部位224p、図8は平坦面に形成された基準部位224q、図9は球面凹状に形成された基準部位224r、図10は球面凸状に形成された基準部位224sを備えている。この他、ダイヤル224に基準ラインを表示し、操作桿222に対応する印や目盛を刻印してもよい。基準位置指示部は、視覚的に認識し易い箇所に配置しても良いし、ダイヤルを操作する指が自然の姿勢(どちらに動かすでもなく自然かつ中立な姿勢)となる箇所に配置しても良い。さらには、操作する指の移動量を軽減するように他のダイヤルに近い箇所に配置してもよい。
【0029】
さらに、印や基準形状が基準位置と一致した場合に、クリック感を生じさせることで、操作者に判るようにしても良い。クリック感を発生させるためには、例えば図11に示すよう構成する。すなわち、操作桿222に凹部222aを設け、この凹部222aにバネ222bの基端部を固定し、このバネ222bの先端に球体222cを取り付ける。また、横方向ダイヤル224に凹部224kを設ける。これにより、横方向ダイヤル224が基準位置に達したときに、球体222cが凹部224kに軽く係合するようにしておけば操作者はクリック感を感じる。
【0030】
また、クリック感を発生させる代わりに、センサで読み取った情報をモニタ表示や音で提示することもできる。クリック感が生じる回動位置付近では、球体222cが凹部224kに嵌りこもうとするので、ダイヤルを自由に微小回動させるには熟練を要するが、クリック間を与える機構の代わりにモニタ表示や音で提示する構成とすることで、熟練していない操作者にも回動の微調整を容易に行わしめることができる。
【0031】
もちろん、クリック感とモニタ表示や音での提示を併用することもでき、このような構成によれば基準姿勢の認識率が高まり、器具のトラカール通過などにおいてより安全性が向上するといった効果を奏する。
【0032】
一方、トリガ226のように動作範囲が限定されるデバイスについては、センサによって検出された量を絶対値として処理し姿勢目標値を算出するスライドポテンショメータ等が設けられている。なお、トリガ226は下死点で固定するロック機構が設けられていてもよい。
【0033】
上記で説明した操作部220について、その構造をさらに詳しく説明する。図4からもわかるように、操作桿222は円柱状のシンプルな外形となっている。このため、比較的洗浄しやすい構造となっている。図5は、横方向ダイヤル224のセンサ部分を示す分解斜視図である。センサ部として、非接触式・反射式の光学エンコーダを用い、以下のような構成とすることで安全性・信頼性の高いシステムが構築できる。図5中224aは蓋部、224bはホイール、224cは照射受光部を示している。照射受光部224cは操作桿222側に設けられ、反射面をホイール224b側に配置することで、配線が必要な部分、水洗い洗浄に不適な部分を操作桿222内部に配置でき、洗浄性を確保できる。一方、ホイール224bは取り外し可能な構造となっており、操作桿222とホイール224bとの隙間に浸入した汚れも落としやすくなる。
【0034】
手技によって操作者の手には血液等が付着し、その手で操作された医療用マニピュレータ200にも血液が付着する。操作ダイヤル表面に血液がついた状態で、ダイヤルを回転操作すると、血液が付着した部分が照射受光部224cにも広がる場合がある。このため、1つのホイール224bに対し、2つの照射受光部224cを設け、2つの照射受光部224cは等しい変化量を出力するよう構成する。なお、2つの照射受光部224cは通常互いに同一の出力であるため、制御装置300で両者の出力値の大きさを比較し、片方の出力の変化が停止しても、もう一方に出力変化が確認されれば、操作されていると判断し演算する。 仮に隙間に血液が浸入し、照射受光部224cに付着しても、もう一方の照射受光部224cで認識できるためセンサの機能を存続できる。また、ホイール224bの一部に血液が付着しても、その部分の操作が不能になることもない。一方の照射受光部224c上にホイール224bの血液付着部分が通過し出力がなされなくとも、その照射受光部224cと離れたところに位置するもう一方の照射受光部224cの上部を通過するホイール224bには血液が付着していないので正常に読み取ることができる。これにより、操作部220の信頼性を向上させることができる。
【0035】
なお、一般に回転角検出範囲が0〜300度程度と限られているポテンショメータのような絶対値出力センサを用いた場合、複数個のポテンショメータを、互いに位相をずらして配置し、これらの出力を組み合わせて角度を判断させるように構成すれば、あたかもインクリメンタルエンコーダのように、回動角の制限をなくすことができる。
【0036】
操作モード切替スイッチ227は、マスタ・スレーブ動作の開始・終了、初期姿勢復帰動作等の操作モードの切り替えを行うスイッチである。
【0037】
連結部230は、円管状のアーム部231と、このアーム部231の基端側に設けられた駆動部232とを備えている。駆動部232で発生した駆動力はアーム部231内に配置されたワイヤやロッド、ギヤ等で構成される動力伝達部(不図示)を介して作業部210に伝達される。
【0038】
制御装置300は、図6に示すように、電源部301、演算部302、モータ駆動回路部303、安全保護装置304、各種スイッチ305,306などを備えている。
【0039】
電源部301は、外部電源からトランスを介して得た電力を、演算部302とモータ駆動回路部303へ供給する。
【0040】
演算部302は、CPU、記憶装置、論理回路、インタフェース等を有し、操作部220の操作角度を読み取るとともに、作業部210を駆動する駆動部232の制御目標値を生成する機能と、駆動部232の動作角度を測定する角度センサ233の情報を読み込むとともに、駆動部232の制御目標値を比較し、その偏差を解消するようにモータ指令入力を算出する機能とを有している。また各種スイッチ305,306等の信号入力を監視し、予め決められたプログラムに沿って制御演算を行う。演算部302は、これらの処理を、予め決められた制御周期にしたがって繰り返す。
【0041】
モータ駆動回路303は、演算部302からの指令入力にしたがって駆動部232ヘ電力を出力する回路である。安全保護装置304は、演算部302の演算周期異常、モータ駆動回路異常、緊急停止指令等の異常事態に備えて、医療用マニピュレータ200への電力を遮断し、その動作を直ちに停止させる装置である。各種スイッチ305,306は、制御装置300の筐体に装備され、医療用マニピュレータ200の動作状態の切換指令、電源切換等に使われる。
【0042】
マンマシンインターフェイスは、制御装置300の筐体に設けられるか、これに接続される機器であり、医療用マニピュレータ200の動作状態の切換指令、電源切換、動作モードの状態表示等に使われる。
【0043】
このように構成された医療用マニピュレータシステム100は、次のようにして取り扱う。操作者(術者)は、作業部210を患者腹壁のトラカールから腹腔内に挿入し、操作部220を操作することで、作業部210の処置具213を所定の位置、姿勢に誘導し、腹腔鏡下手術を行う。
【0044】
操作者は、操作桿222を握り大きく動かすことで、トラカールを支点にして、作業部210を腹腔内の任意の位置へ誘導することができる。さらに、操作デバイス223により、処置具213の姿勢操作や把持操作を行うことができる。
【0045】
この時、操作桿222は、ブラケット221に対して、操作桿軸P廻りに回転自在に支持されているため、操作桿222を大きく動かしても、操作デバイス223は、操作者に対して常に操作しやすい向きに保つことができ、操作者の手首の姿勢に過大な負担をかけることはない。また、所定の必要な角度の範囲(例えば±90度以内の角度、±30度、±45度、非対称などでもよい)のみ回転自在とすることで、操作桿222は不必要な角度に回転することを防止することができ、ケーブルの破断防止やトラカール挿入時の安定性向上などの効果がある。
【0046】
また、処置具213の姿勢決めには通常3つの姿勢軸が必要となるが、操作デバイス223により操作できるのはヨー軸と、ピッチ軸の2つの姿勢軸しかない。この場合であっても、アーム部231をその中心軸Q廻りに回動させることで、処置具213を任意の姿勢に誘導することが可能である。この時、操作桿軸Pと中心軸Qとが交差する配置となっているので、操作桿222が回転自在に支持されていた場合でも、操作桿222だけを握って、他の部分を支えたりすることなく、操作桿222を中心軸Q廻りに回転させ、処置具213に対する中心軸Q廻りの姿勢誘導が容易となる。
【0047】
また逆に、処置具213が受ける外力(並進力、モーメント)に対しても、操作桿軸Pと中心軸Qとが交差する配置となっているので、その外力を操作桿222を介して操作者に伝えることが可能なため、作業部210が不用意に中心軸Q廻りに回転させられることを防ぐことができる。
【0048】
上述したように、本実施の形態に係る医療用マニピュレータシステム100によれば、作業部の位置誘導時においても、操作デバイス223は、操作者に対して操作しやすい姿勢を保つことができ、さらに、処置具213の連結部230の中心軸Q廻りの姿勢誘導も容易となることにより、位置決め操作と姿勢決めの互いの操作による干渉の影響をなくすことが容易で、微細操作や高精度操作が可能で、操作性、信頼性、安全性を高めることができる。親指の動きと処置部の動きを一致あるいは対応させやすくすることができるため操作が直感的となる。
【0049】
操作モード切替スイッチ227を操作デバイス223に設けることで、全ての操作を、持ち替え動作や一方の手での支持する動作等をすることなく、片手で行うことができ、操作性がより向上するとともに、不要な動作を排除することができるため安全性が大幅に向上できる。
【0050】
また、トリガ226は、下死点まで握り込むと、そこでロックされ、処置具213は閉じた状態で固定できる。もう一度トリガ226を握り込むことでロックが解除され、処置具213は開いた状態に戻る。これにより、処置具213が縫合用の針を把持した状態で操作者はトリガ226に力を入れる必要が無くなるため、作業部210の姿勢決め操作や縫合操作に集中でき、より安全な操作が可能となる。
【0051】
なお、図2に示すように、操作桿222の把持部中心G1が、中心軸Qと操作桿軸Pとの交差位置Wより医療用マニピュレータ200の重心G2側となるように配置されている。これにより、比較的質量の大きい駆動部232の質量による連結部230の中心軸Q廻りのモーメントを支えやすくなり、操作性が向上する。
【0052】
さらに、横方向ダイヤル224と、縦方向ダイヤル225と、トリガ226と、操作モード切替スイッチ227の各中心を所定の一方向から投影した際に同一平面上(すなわち操作桿軸Pを含む1つの平面上)に配置されるように設けることで、左手用、右手用の区別無くどちらの手でも操作が可能となる。手術中の医療用マニピュレータ200の左右の手の持ち替えや助手との持ち替え作業時の制約をなくすことができ、手術時間の短縮とともに安全性が向上する。
【0053】
また、横方向ダイヤル224と、縦方向ダイヤル225と、トリガ226と、操作モード切替スイッチ227を、操作桿軸Pを含む1つの平面に対して対称な形状とすることで、左手でも右手でも違和感なく操作が可能となる。
【0054】
なお、ダイヤル操作量と作業部動作量との比率や動作方向は、制御装置300に装備されたインタフェースによって操作者の意図によって設定できる。このとき、算出された姿勢操作量の相対量に対し、設定された比率と方向付けによる符号を加味した上で姿勢目標値へ加算すればよい。横方向ダイヤル224と縦方向ダイヤル225に対しそれぞれ任意に演算処理を設定できる機能を備えているので、作業部210の姿勢軸構成が異なる場合でも、同じ操作部220を使用して操作することが可能となる。例えば、図12に示すように、作業部210において、ヨー軸廻り及びロール軸廻りの自由度として構成されている場合、横方向ダイヤル224をヨー軸操作、縦方向ダイヤル225をロール軸操作に割り当てるようにしてもよい。
【0055】
縫合時は、ロール軸だけを操作することで湾曲針を理想的な軌道で誘導することができるが、本実施例によるマニピュレータの場合、親指の動作だけで、縦方向ダイヤル225のみを動かし、ロール軸だけを操作することが可能で、湾曲針を理想的な軌道で誘導することができる。
【0056】
さらに、横方向ダイヤル224と縦方向ダイヤル225の大きさを適宜変えてもよい。すなわち、作業部210におけるヨー軸廻りやロール軸廻りの動作範囲や動作速度は、関節自由度の配置、主たる作業内容等によって必ずしも同じではない。例えば、縫合作業を行う際、ロール軸廻りは大きな角度範囲を動かす必要がある。このため、縦方向ダイヤル225にロール軸を割り当てるとともに、その半径を小型にすることにより、操作者は少しの操作でロール軸を大きな角度範囲で動かすことが可能となり、縫合作業の効率を高めることができる。
【0057】
医療用マニピュレータシステム100は、上述した実施の形態のみに限られず、例えば、図13に示すように、中心軸Qと操作桿軸Pとが直交しないように配置しても同様の効果を得ることができる。
【0058】
図14は、上述した医療用マニピュレータシステム100に組み込まれた操作部220の変形例を示す図である。なお、図14において図4と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【0059】
図14に示す操作部220においては、横方向ダイヤル224の代わりに小型の横方向ダイヤル228を用いている。本変形例でも同様の効果を得ることができる。特に、図3に示すようなヨー軸とピッチ軸とから構成されているマニピュレータの操作をそれぞれのダイヤルで指令する場合のように、両者の操作量が同等であるシステムの場合に有効である。
【0060】
図15は、上述した医療用マニピュレータシステム100に組み込まれた操作部220の変形例を示す図である。なお、図15において図4と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【0061】
図15に示す操作部220においては、横方向ダイヤル224及び縦方向ダイヤル225の代わりに2方向同時位置指令入力可能なトラックボール240を用いている。本変形例では、横方向ダイヤル224及び縦方向ダイヤル225を用いた場合と同様の効果が得られるとともに、横方向ダイヤル224と縦方向ダイヤル225間の指の移動が不要となるため、操作する場合の指の移動動作を最小限に抑えることができる。
【0062】
操作性を向上させるために、トラックボール240の横方向回転と縦方向回転による位置指令値の変化量(速度)を検出し、これらの変化量を比較し、変化量の大きい位置指令値を優先する構成とすることで、ヨー軸とピッチ軸、あるいは、ヨー軸とロール軸は、それぞれ独立に動かすことができるためより安全性を向上させることができる。なお、位置を誘導するような操作指令の場合には、移動時間を短縮することができるため、通常2方向同時に動かす方法を採ってもよい。
【0063】
図16に示す操作部220においては、横方向ダイヤル224及び縦方向ダイヤル225の代わりに2方向同時位置指令入力可能なタッチパッド241を用いている。すなわち、タッチパッド241上での横方向の指の移動を横方向ダイヤル224に対応させ、縦方向の指の移動を縦方向ダイヤル225に対応させることで、上述したトラックボール240を用いた場合と同様の効果を得ることができる。
【0064】
ここで、意図せぬ動作を避けるために、横方向操作と縦方向操作を互いに独立させて行わせる方法について図17を参照しながら説明する。例えば、ヨー軸の操作量θyとロール軸の操作量θrにおいて、両者の大きさの比較と、それぞれの値と基準値との比較によって目標値演算を行う。具体的には次のような手法をとる。
【0065】
操作量の一定検出周期(例えば制御周期と等しい)毎に、操作量の変化量の絶対値|Δθx|(x=y,r)を算出する。操作量の変化量の絶対値がゼロに近い基準値Naよりも小さいとき、これは操作者の意図した動作ではなく、手ぶれや信号ノイズによる変化と判断し、この場合は操作量を姿勢目標値には加算しない(領域A)。次に、基準値Naよりも大きい基準値Nbと変化量の絶対値とを比較する。両者の操作量の絶対値が共に基準値Nbより大きい場合、両者の操作量は操作者の意図した動作と判断し、共に操作量を姿勢目標値に加算する(領域C)。さらに、両者の操作量の絶対値が基準値Naより大きく、かつ、Nbより小さい範囲を領域Bとする。領域Bでは、両者の値を比較し、大きい方を目標値に加算し、小さい方は加算しない。この領域Bにおける変化量の小ささでは操作者の意図した動きとは見なさないと判断する。
【0066】
なお、一方が領域Cにあり、もう一方が領域Bにあれば、領域Cの値はそのまま採用され、領域Bの値は採用されない。但し、一方が領域Bの値であるが、もう一方が領域Aまたはゼロの場合は、領域Bの値でも採用する。これは単独でゆっくり操作しているためと判断できるからである。共に領域Aにある場合は、共に採用されない。領域Aにかかるぐらい非常にゆっくり操作したい場合、領域Bにおいて複数を同時に操作したい場合には、目標値変換時の比率設定を変えればよいので、操作量の変化においては上記に述べた3つの領域による操作量の演算切り替え機能は有効である。また、基準値Naや基準値Nbの大きさを設定できる機能を有することで、操作者の好みに応じた操作部を提供することができ操作性の向上に寄与するものである。
【0067】
このように、横方向操作と縦方向操作による位置指令値の変化量(速度)を検出し、変化量を比較し、変化量の大きさに応じて変化量の大きい指令値を優先する構成とすることにより、操作者が動かそうとしている方向のみを動かすことが可能となり、正確かつ安全な操作が実現できる。なお、このような判断は横方向ダイヤル224及び縦方向ダイヤル225を用いた場合でも利用してよい。
【0068】
さらには、2方向の操作量指令値を前述と違った方法で目標値演算する方法を図18を用いて説明する。操作量の一定検出周期(例えば制御周期と等しい)毎に得られた操作量の変化量はベクトルとして扱える。例えばヨー軸方向、ピッチ軸方向の変化量をそれぞれΔθy、Δθpとし、得られたベクトルの大きさを|v|とする。ベクトルの大きさがある基準値より小さい場合は信号ノイズまたは手ぶれによる変化と判断し、目標値には加算しないようにゼロベクトルとする(領域D)。基準値より大きく、Δθy軸近傍の領域Eに操作量ベクトルが該当する場合は、大きさ|v|を有するΔθy方向ベクトルへ置換し目標値演算する。同様に、Δθp軸近傍の領域Fに操作量ベクトルが該当する場合は、大きさ|v|を有するΔθp方向ベクトルへ置換し目標値演算する。この結果、2方向の位置指令値の変化を比較し、すなわち、ベクトルを算出し、変化量の大きい位置指令値を優先して伝達することはもちろん、操作方向によらず操作量に比例した大きさの指令値を伝達することができる。このような演算をすることで予期しない2軸動作を防止し、1軸だけの独立した操作を可能とする。もちろん上記領域E及び領域Fに含まれない領域Gを設定することで意図した2軸同時操作も可能とする。なお領域Gがなくなるように領域E及び領域Fの境界を設定すれば2軸同時操作を完全に防止できる。この領域設定を制御装置300または操作部220にて調整できる手段を設けることで、手技や使用するマニピュレータの自由度構成、さらには操作者固有の癖に応じた操作を提供することができる。
【0069】
図19は、操作部220の変形例を示す図である。操作桿222には、ブラケット221に対し、任意または所定の角度で固定できるロック機構が内蔵されており、操作デバイス223に設けられたロックスイッチ229により、固定・解除が切り替えられるようになっている。これにより、操作時は回転自在とし、操作終了時は角度を固定する、または、操作桿222を誘導する時は回転自在とし、ほぼ一定の位置で操作する時は固定する等、操作内容に応じて、回転自在、固定を適宜選択することができ、全体の操作性を向上させることができる。
【0070】
図20は、操作部220の変形例に係る操作部250を示す側面図である。操作部250は、連結部230の基端側に接続されたブラケット251と、このブラケット251に対し、操作桿軸P廻りに回動自在に取り付けられた操作桿252と、この操作桿252に取り付けられた操作デバイス253とを備えている。なお、操作桿252の中心軸である操作桿軸Pは、連結部230のアーム部231の中心軸Qと交差する位置に配置されている。
【0071】
操作桿252は、作業部210の位置決めを行う機能を有し、操作デバイス253は処置具213の姿勢決めを行う等の機能を有している。操作桿252は、手の形状に合わせて形成されており、特に、後述するトラックボール254が斜面に配置されるようにしている。
【0072】
操作デバイス253は、横方向操作(ヨー軸操作)と縦方向操作(ピッチ軸操作)を同時に行うことができるトラックボール254と、処置具213を開閉するためのトリガ255と、操作モード切替スイッチ256とを備えている。トラックボール254は、親指による操作、トリガ255と操作モード切替スイッチ256は、人差し指による操作が可能な配置となっている。
【0073】
トラックボール254及びトリガ255には、その動作量を検出するセンサがそれぞれ組み込まれており、センサ信号は制御装置300にて処理される。
【0074】
例えば、トラックボール254に用いられるセンサにはフォトセンサが組み込まれ、2方向の相対移動量を検出するものである。具体的には、制御周期間隔におけるトラックボールとセンサの相対変位の2軸方向成分を算出し、それを目標値に加算し、システムの起動時やマスタ・スレーブ動作開始時からの操作部姿勢変位の相対量を算出する。トラックボール254は基準位置が明確でない球形であるため、相対量で姿勢操作量を相対値で読み取り、制御装置300で作業部210の目標値へ変換演算することで、トラックボール254をマニピュレータを使うたびに基準姿勢へ合わせるといった手間を省くことで操作性が向上する。なお、センサ信号の耐ノイズ性を向上させるために、センサ出力を操作部250内部のフォトセンサ近傍にある変換回路にてシリアル信号へ変換してから制御装置300へ送信する。
【0075】
このように構成された操作部250によれば、トラックボール254の位置が操作桿252の斜面に配置されているので、操作桿252を握った状態で指・手・手首への負担が少なく、トラックボール254の操作性をより向上させることができる。なお、図5を用いて前述したように、ここでも、ひとつの反射板に相当するトラックボールの動きを複数の照射受光部に相当するフォトセンサで読み取り、それらの信号を比較することで、安全性・信頼性が向上できることは言うまでもない。またトラックボールは操作桿252から取り外し可能な構成となっており、操作中に汚れたトラックボールを適宜洗浄して、再使用することができる。
【0076】
このほか、操作デバイスとしては、ジョイスティック、力覚センサ、十字キー・十字ボタン等があるが、例えば、ジョイスティックなら、検出した角度を速度指令に置き換えればよいし、力覚センサなら検出した力に比例した速度指令に置き換えればよいし、十字キー・十字ボタンなら検出した方向を所定の速度指令に置き換えればよい。また、力覚センサなら、力覚で指令を与えるため、指の動きそのものを最小限にできるというメリットがある。これら各種の操作デバイスにおいて、操作量と目標値との変換処理においては、前述の図17または図18において説明した方法を用いることができる。
【0077】
また、ジョイスティックや力覚センサを用いたスティック操作においては、そのスティックを前後左右に動かすだけではなく、スティックのひねり操作や操作部に対する押し引き操作といった自由度が加わるため、マニピュレータの自由度構成、自由度数に応じた設定変更の幅が広がる。例えばジョイスティック操作の場合、前後の操作をピッチ軸操作に、左右の操作をヨー軸操作に、ひねり操作をロール軸操作に割り当てることが可能となる。
【0078】
力覚センサを用いたスティック操作においては、スティックの付け根に力覚センサを取り付け、スティックを前後左右に傾けたときに生じる力を操作量として変換する。同様にひねり操作を力覚センサではトルクとして検出し、目標値へ変換することができる。さらに押し引き方向の力に対しては、この操作に対応する力の変化を新たな自由度の操作量として変換することもできる。またその他に、モード切替などのスイッチ信号の代替として信号処理してもよい。さらには、操作時の操作者がスティックに触れることで加える力と操作者がスティックに触れていない状態での検出量の違いから、その押し力によって、意図した操作であるか、器具が傾いたことによるスティックの動作であるかの違いを認識でき、操作者が触れていないまたは触れている力が弱い場合と判断できたならば、その状態での他の軸の力、トルク入力を目標値として変換しないことで、意図しない動きを防止できる。
【0079】
図21は、操作部220の変形例に係る操作部260を示す斜視図である。図21において図2,図4と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【0080】
操作部220は、連結部230の基端側にその一旦側が接続されたブラケット261を備えている。ブラケット261は、連結部230に対しネジ262によりネジ止めされており、ネジを脱着することにより、その固定位置を一定の角度範囲で変更することができる。もちろんピンなどを利用して固定作業をワンタッチでできるようにしても良いし、連続的な任意の位置に固定できるようにしても良い。
【0081】
ブラケット261の他端側には、操作桿軸P廻りに回動自在に取り付けられた円柱状の操作桿222と、この操作桿222に取り付けられた操作デバイス223とを備えている。
【0082】
このように構成されていると、操作者が最適な角度位置で操作桿222を握ることができるので、作業効率をより向上させることができる。
【0083】
図22及び図23は、本発明の第2の実施の形態に係る医療用マニピュレータ270の要部を示す図である。図22及び図23において、図2,4,12と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【0084】
医療用マニピュレータ270は、アーム部材231の先端側に取り付けられたロール軸支持部271と、このロール軸支持部271にロール軸方向に回動支持されたピッチ軸回動支持部211と、このピッチ軸回動支持部211にピッチ軸(第1軸)方向に回動支持されたヨー軸回動支持部212と、このヨー軸回動支持部212にヨー軸(第2軸)方向に回動支持された処置具213とを備えている。処置具213は開閉動作自在に構成されている。なお、電気メスのような処置具の場合は、開閉動作は必要ない。
【0085】
操作部220は、連結部230の基端側に接続されたブラケット221と、このブラケット221に対し、操作桿軸P廻りに回動自在に取り付けられた円柱状の操作桿222と、この操作桿222に取り付けられた操作デバイス223とを備えている。なお、操作桿222の中心軸である操作桿軸Pは、連結部230のアーム部231の中心軸Qと交差する位置に配置されている。操作桿222は、作業部210の位置決めを行う機能を有し、操作デバイス223は処置具213の姿勢決めを行う等の機能を有している。
【0086】
操作デバイス223は、横方向ダイヤル(ヨー軸操作:第1のダイヤル)224と、縦方向ダイヤル(ピッチ軸操作:第2のダイヤル)225と、ロール方向ダイヤル(ロール軸操作:第23のダイヤル)272と、処置具213を開閉するためのトリガ226と、操作モード切替スイッチ227とを備えている。横方向ダイヤル224と縦方向ダイヤル225は、親指による操作、ロール方向ダイヤル272とトリガ226と操作モード切替スイッチ227は、人差し指による操作が可能な配置となっている。もちろん、横方向ダイヤル224と操作モード切替スイッチ227を人差し指、縦方向ダイヤル225を親指、トリガ226を中指など、操作しやすい指で操作しても問題ない。
【0087】
横方向ダイヤル224、縦方向ダイヤル225、ロール方向ダイヤル272、トリガ226には、その回動量・動作量を検出するセンサがそれぞれ組み込まれており、センサ信号は制御装置300にて処理される。なお、横方向ダイヤル224、縦方向ダイヤル225、ロール方向ダイヤル272に用いられるセンサにはインクリメンタルエンコーダが組み込まれ、角度を検出するものである。
【0088】
本第2の実施の形態によれば、処置具213の姿勢をヨー軸及びピッチ軸の2軸に加え、ロール軸を含む3軸の方向で制御できるため、より微細な作業において操作性を向上させることが可能となる。
【0089】
図24は、医療用マニピュレータ270の変形例を示す図である。図24において、図22と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【0090】
本変形例においては、ロール方向ダイヤル272の代わりにシーソースイッチ273を用いるようにした。本変形例でもロール方向ダイヤル272を用いた場合と同様の効果を得ることができる。
【0091】
なお、処置部が開閉動作を必要としない電気メスのような場合は、開閉のための自由度、駆動系は不要であるし、操作部にトリガ226を配置する必要もない。または、トリガ226を切り替えスイッチとして利用し、横方向ダイヤル224、縦方向ダイヤル225をヨー軸操作とピッチ軸操作に割り当てる場合と、横方向ダイヤル224または縦方向ダイヤル225をロール軸方向操作に割り当てる場合とに切り替えるようにしてもよい。もちろん、横方向ダイヤル224、縦方向ダイヤル225のかわりにトラックボールでも良い。トリガ226を切り替えスイッチとして利用することにより、同一の操作部で複数の作業部の操作が可能となる。
【0092】
図25は、本発明の第3の実施の形態に係る医療用マニピュレータ280の要部を示す側面図である。図25において、図2と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【0093】
医療用マニピュレータ280は患者の体腔内に挿入される作業部210と、操作者が操作を行う操作部281と、これらを一体に連結するための連結部230とを備えている。
【0094】
操作部281は、連結部230の基端側にその周方向(図25中矢印R方向)にスライド可能に接続された円弧状のブラケット282と、このブラケット282に対し、操作桿軸P廻りに回動自在に取り付けられた円柱状の操作桿222と、この操作桿222に取り付けられた操作デバイス223とを備えている。
【0095】
ここで、操作桿222の中心軸である操作桿軸Pは、連結部230のアーム部231の中心軸Qと交差する位置に配置されている。この交差位置をWとする。なお、ブラケット282の円弧の中心(第4軸)は、交差位置Wに位置し、図25中矢印R方向に回動可能である。
【0096】
このように構成された医療用マニピュレータ280によれば、図25中矢印R方向についても操作桿222を回動可能であるため、操作者がさらに最適な角度位置で操作桿222を握ることができるので、作業効率をより向上させることができる。
【0097】
図26は、本発明の第4の実施の形態に係る医療用マニピュレータ290の要部を示す側面図である。図26において、図25と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【0098】
医療用マニピュレータ290は患者の体腔内に挿入される作業部210と、操作者が操作を行う操作部291と、これらを一体に連結するための連結部230とを備えている。
【0099】
操作部291は、連結部230の基端側に接続された第1ブラケット292と、この第1ブラケット292に対し、T軸廻りに回動自在に取り付けられた第2ブラケット293と、この第2ブラケット293に操作桿軸P周りに回動自在に取り付けられた円柱状の操作桿222と、この操作桿222に取り付けられた操作デバイス223とを備えている。
【0100】
ここで、操作桿222の中心軸である操作桿軸Pと、連結部230のアーム部231の中心軸Qとは、T軸廻りの回動角度によって一致する場合があるが、駆動モータの自重やケーブルなどにより、アーム部231の中心軸Q廻りの回転動作は制限される。もちろん第1ブラケット292の向きをQ軸に対して90度回転させた方向に取り付けても良い。
【0101】
このように構成された医療用マニピュレータ290によれば、操作者がさらに最適な角度位置で操作桿222を握ることができるので、作業効率をより向上させることができる。
【0102】
図27は、本発明の第5の実施の形態に係る医療用マニピュレータ100と組み合せて用いる内視鏡支持装置(他の機器)400を示す斜視図である。なお、図中Kは患者の体腔を示している。
【0103】
操作デバイス223は、操作モードの切り替えにより、図27に示すような内視鏡支持装置400の操作を行うことができる。操作モードの切り替えは、第2の操作部に設けた操作モード切替スイッチ227を用いたり、別途フットスイッチ等を設けるようにしても良い。また、操作モードを表示・通知するシステムを設けるようにしてもよい。
【0104】
内視鏡支持装置400は、床面に取り付けられたロボットアーム410と、このロボットアーム410に取り付けられた腹腔鏡420とを備えている。
【0105】
ロボットアーム410は、固定面に対し、鉛直方向の軸を有する第1の回転軸部411と、この第1の回転軸部411の出力軸側に固定された第1アーム412と、第1アーム412の先端部に、鉛直方向の軸を有する第2の回転軸部413と、この第2の回転軸部413に取り付けられ水平方向の軸を有する第3の回転軸部414と、第3の回転軸部414の出力軸側に固定された第2アーム415と、この第2アーム415の先端部に、第2アーム415の長手方向が回転軸となるように回転自在に支持された第4の回転軸部416と、第4の回転軸部416に対して直交方向に回転自在に支持された第5の回転軸417と、第5の回転軸に対して直交方向に回転自在に支持された第6の回転軸418とを備えている。
【0106】
第1の回転軸部411、第2の回転軸部413、第3の回転軸部414、第6の回転軸部418は、関節駆動用のアクチュエータが設けられている。なお、第6の回転軸部418は、所定の角度で固定されていても良い。また、第4、第5の回転軸416,417は、受動的な関節でも、関節駆動用のアクチュエータを備えていてもよい。
【0107】
このように構成された内視鏡支持装置400を医療用マニピュレータ100側の操作デバイス223から操作できるようにすることで、助手を利用することなく内視鏡支持装置400を操作することができる。すなわち、ロボットアーム410の各回転軸部を制御することで、保持している腹腔鏡420を任意の位置に誘導、すなわち、任意の術野の内視鏡画像をモニタに映し出すことができる。
【0108】
また、横方向ダイヤル224を左右方向移動用、縦方向ダイヤル225を上下方向移動用、トリガ226を前後方向移動用に用いることができる。なお、機械的な誘導動作だけではなく、光学的な誘導動作(例えばズーム操作)であってもよい。
【0109】
本実施例によると内視鏡支持装置等他の機器についての新たな操作インタフェースを必要とせず、周辺装置も含めてシンプルなシステム構成とすることができる。さらに、操作者自身が内視鏡画像や他の機器を操作することができるため、自分の意図する思い通りの操作ができる。そのうえ、助手を必要としないため、少人数あるいは1人による手術(ソロサージェリ)が可能となり、外科医不足等の問題も解消できるという利点がある。
【0110】
なお、処置部が電気メスのような場合、通常、電気メスは別システムなので、フットスイッチで操作を行う場合が多いため、操作桿には処置操作部を設ける必要はない。もちろん、処置操作部(例えばトリガ)を操作桿に設けて、電気メスシステム側へ指令を送っても良い。
【0111】
また、処置部とは、グリッパや電気メスだけを意味するものでなく、CCDカメラや照明系なども含むものであり、また、可動動作とは湾曲動作、光学的な動作なども含むものである。すなわち、先端部が湾曲可能な腹腔鏡(軟性鏡)そのものにも本願を適用することは容易であり、操作性の良い腹腔鏡(軟性鏡)を提供することが可能となる。この場合、湾曲動作は、マニピュレータと同様にモータ駆動する構成となる。もちろん、湾曲動作のかわりに光学的な視野移動操作(上下左右)を適用することも可能である。
【0112】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0113】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る医療用マニピュレータシステムを示す斜視図。
【図2】同医療用マニピュレータシステムに組み込まれた医療用マニピュレータを示す側面図。
【図3】同医療用マニピュレータに組み込まれた作業部を示す斜視図。
【図4】同医療用マニピュレータに組み込まれた操作部を示す説明図。
【図5】同操作部の要部を示す分解斜視図。
【図6】同医療用マニピュレータに組み込まれた制御装置の構成を示すブロック図である。
【図7】同操作部に組み込まれた操作桿の変形例を示す斜視図。
【図8】同操作部に組み込まれた操作桿の変形例を示す斜視図。
【図9】同操作部に組み込まれた操作桿の変形例を示す斜視図。
【図10】同操作部に組み込まれた操作桿の変形例を示す斜視図。
【図11】同操作桿の要部を示す断面図。
【図12】同医療用マニピュレータに組み込まれた作業部の変形例を示す斜視図。
【図13】同医療用マニピュレータの変形例を示す斜視図。
【図14】同医療用マニピュレータに組み込まれた操作部の変形例を示す説明図。
【図15】同医療用マニピュレータに組み込まれた操作部の変形例を示す説明図。
【図16】同医療用マニピュレータに組み込まれた操作部の変形例を示す説明図。
【図17】同医療用マニピュレータに組み込まれた操作部の操作量比較演算について示す説明図。
【図18】同医療用マニピュレータに組み込まれた操作部の操作量比較演算について示す説明図。
【図19】同医療用マニピュレータに組み込まれた操作部の変形例を示す説明図。
【図20】同操作部の変形例を示す側面図。
【図21】同操作部の変形例を示す斜視図。
【図22】本発明の第2の実施の形態に係る医療用マニピュレータの要部を示す側面図。
【図23】同医療用マニピュレータの作業部を示す斜視図。
【図24】同医療用マニピュレータの変形例を示す要部側面図。
【図25】本発明の第3の実施の形態に係る医療用マニピュレータの要部を示す側面図。
【図26】本発明の第4の実施の形態に係る医療用マニピュレータの要部を示す側面図。
【図27】本発明の第5の実施の形態に係る医療用マニピュレータと共に用いる内視鏡支持装置を示す斜視図。
【図28】従来の医療用マニピュレータを示す説明図。
【図29】従来の医療用マニピュレータを示す斜視図。
【図30】従来の医療用マニピュレータを示す斜視図。
【図31】従来の医療用マニピュレータを示す側面図。
【符号の説明】
【0114】
100 医療用マニピュレータシステム
200、270、280、290 医療用マニピュレータ
210 作業部
211 ピッチ軸回動支持部
212 ヨー軸回動支持部
213 処置具
220、250、260 操作部
222 操作桿
223 操作デバイス
224 横方向ダイヤル
225 縦方向ダイヤル
226 トリガ
227 操作モード切替スイッチ
230 連結部
300 制御装置
400 内視鏡支持装置。




 

 


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