特開 2015-93040 腕支持装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-93040(P2015-93040A)

(43)【公開日】2015年5月18日

(54)【発明の名称】腕支持装置

(51)【国際特許分類】

   A61G 13/00 20060101AFI20150421BHJP

【ＦＩ】

   A61G13/00 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-233951(P2013-233951)

(22)【出願日】2013年11月12日

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(71)【出願人】

【識別番号】504180239

【氏名又は名称】国立大学法人信州大学

(71)【出願人】

【識別番号】591173198

【氏名又は名称】学校法人東京女子医科大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】奥田 英樹

(72)【発明者】

【氏名】高橋 稔

(72)【発明者】

【氏名】後藤 哲哉

(72)【発明者】

【氏名】原 洋助

(72)【発明者】

【氏名】本郷 一博

(72)【発明者】

【氏名】岡本 淳

【テーマコード（参考）】

4C341

【Ｆターム（参考）】

4C341MM06

4C341MN13

4C341MN17

4C341MP03

4C341MR02

4C341MR12

4C341MR20

4C341MS05

4C341MS16

(57)【要約】

【課題】載置部と腕との間の摩擦係数が低い状態であっても、ベルト部材等の固定手段で腕を載置部に固定することなく、腕の移動に対して載置部を軽やかにかつ安定的に追従させる。
【解決手段】腕と釣合う程度の上方への付勢力がアームホルダ１１に付与されることにより、アームホルダ１１に載置された腕の上方及び下方への移動に対してアームホルダ１１が追従する。また、水平方向における左右両側及び肘側への移動がアームホルダ１１における左右の壁１１１，１１２及び肘位置規制部材１１３により制限される。さらに、アームホルダ１１に載置された腕側の掌で把持されるグリップ１５が、アームホルダ１１と連結ワイヤ１４を介して連結されている。このため、グリップ１５が把持された状態では、水平方向における腕軸方向先端側への移動に伴いアームホルダ１１が引っ張られ、水平方向における腕軸方向先端側への移動に対してもアームホルダ１１が追従する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業者の腕を支持する腕支持装置（１，２，３）であって、
前記腕が載置される載置部（１１）と、
複数の関節（３１，３２，３３，３４，３５）を有し、前記載置部を移動可能に支持する支持部（１２）と、
前記複数の関節のうち少なくとも１つの機能を制限して前記載置部の移動を制限する動作モードである制限モードと、前記関節の機能の制限を解除して前記載置部の移動の制限を解除する動作モードである解除モードと、を実現するためのブレーキ（３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ）と、
前記解除モードにおいて、上方への付勢力を前記載置部に付与するバランス機構（４６，４７，４８）と、
前記載置部と連結部材（１４）を介して連結され、前記載置部に載置された前記腕側の掌で把持される把持部（１５）と、
を備え、
前記載置部は、当該載置部に対する前記腕の水平方向における左右両側及び肘側への移動を制限する制限部（１１１，１１２，１１３）を備える
ことを特徴とする腕支持装置。

【請求項2】

請求項１に記載の腕支持装置であって、
前記連結部材は、外力により変形することで前記載置部に対して当該把持部を変位可能に支持し、前記腕の長手方向先端側となる方向へ伸張しないように構成されている
ことを特徴とする腕支持装置。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の腕支持装置であって、
前記連結部材は、前記把持部への外力により弾性変形する弾性変形部（１４１）を有する
ことを特徴とする腕支持装置。

【請求項4】

請求項３に記載の腕支持装置であって、
前記弾性変形部には、超弾性合金が用いられている
ことを特徴とする腕支持装置。

【請求項5】

請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の腕支持装置であって、
前記連結部材は、外力により変形し、変形後の形状を維持する変形維持部（１４２）を有する
ことを特徴とする腕支持装置。

【請求項6】

請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の腕支持装置であって、
前記制限部による前記肘側への移動制限位置と、前記把持部と、の前記腕の長手方向に沿った相対位置を調整するための調整機構（１６）を更に備える
ことを特徴とする腕支持装置。

【請求項7】

請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の腕支持装置であって、
前記把持部の把持の有無を検出する把持検出手段と、
前記把持検出手段による検出状態に基づいて前記動作モードを切り替える切替手段（２３）と、
を更に備えることを特徴とする腕支持装置。

【請求項8】

請求項７に記載の腕支持装置であって、
前記支持部の移動を検出する支持検出手段（３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ）と、
前記載置部の腕の有無を検出する載置検出手段（４５）と、
を更に備え、
前記切替手段は、
前記支持検出手段による検出状態に基づいて前記載置部が静止していると判定した場合に、前記動作モードを前記制限モードに切り替え、
前記把持検出手段による検出状態に基づいて前記把持部が把持されていると判定した場合に、前記載置検出手段による検出状態に基づいて前記動作モードを前記解除モードに切り替える
ことを特徴とする腕支持装置。

【請求項9】

請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の腕支持装置であって、
前記制限部は、当該載置部に対する前記腕の水平方向における肘側への移動を紐状部材により制限する
ことを特徴とする腕支持装置。

【請求項10】

請求項９に記載の腕支持装置であって、
前記紐状部材は、外力により変形し、前記腕の水平方向における肘側となる方向へ伸張しないように構成されている
ことを特徴とする腕支持装置。

【請求項11】

請求項９又は請求項１０に記載の腕支持装置であって、
前記紐状部材は、前記載置部と少なくとも一点が固定され、外力により弾性変形するように構成されている
ことを特徴とする腕支持装置。

【請求項12】

請求項９から請求項１１までのいずれか１項に記載の腕支持装置であって、
前記紐状部材には、超弾性合金が用いられている
ことを特徴とする腕支持装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業者の腕を支持する腕支持装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば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、作業者（例えば手術を行う医師）の腕を支持する腕支持装置が用いられる場合がある。このような腕支持装置では、作業者が腕を動かしたいときには、腕を載置する載置部が当該腕に追従移動し、作業者が腕を固定したいときには、載置部の位置が固定される必要がある。

【0003】

そこで、可動の関節式保持アームにおける先端に設けられた支持部（載置部）にベルト部材を介して医師の腕を固定することで支持部を腕に追従移動させ、フットスイッチの操作時には関節式保持アームを固定して支持部の移動を禁止する構成が提案されている（特許文献１参照）。

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、例えばピンセット等の器具を作業台に置く場合など、支持部から腕を外す都度、ベルト部材の着脱が必要となり、使い勝手が悪い。これに対し、腕台（載置部）を支持する多関節アームに、腕台を上方へ付勢する力を付与することで、腕台を腕の下方から圧接し、圧接による摩擦抵抗で腕台を腕に追従移動させる構成も提案されている（特許文献２参照）。この場合、多関節アームを固定して腕台の移動を禁止すれば、腕台に腕を載置して手術を行うことも、腕台から腕を外すことも容易となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平１０−２７２１６３号公報

【特許文献2】特開２００９−２９１３６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、例えば実際の手術においては、載置部を覆うプラスティック薄膜や、不織布製の滅菌ドレープや、医師の着用する不織布製のガウンなどが、載置部と腕との間に介在するため、摩擦係数が低い状態となる。加えて、生理的食塩水や血液など、摩擦係数が低下する要因も存在する。したがって、前述した特許文献２に記載の構成のように、上方への付勢力による摩擦抵抗で腕台を腕に安定的に追従移動させるには、極めて大きな上方への付勢力が必要となり、円滑な手術の妨げとなってしまう。

【0007】

本発明は、載置部と腕との間の摩擦係数が低い状態であっても、ベルト部材等の固定手段で腕を載置部に固定することなく、腕の移動に対して載置部を軽やかにかつ安定的に追従させるための技術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】

【0008】

本発明の一側面は、作業者の腕を支持する腕支持装置（１，２，３）であって、載置部（１１）と、支持部（１２）と、ブレーキ（３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ）と、バランス機構（４６，４７，４８）と、把持部（１５）と、を備える。

【0009】

支持部は、複数の関節（３１，３２，３３，３４，３５）を有し、腕が載置される載置部を移動可能に支持する。ブレーキは、複数の関節のうち少なくとも１つの機能を制限して載置部の移動を制限する動作モードである制限モードと、関節の機能の制限を解除して載置部の移動の制限を解除する動作モードである解除モードと、を実現する。バランス機構は、解除モードにおいて、腕の重さと釣合う程度に上方への付勢力を載置部に付与する。把持部は、載置部と連結部材（１４）を介して連結され、載置部に載置された腕側の掌で把持される。載置部は、当該載置部に対する腕の水平方向における左右両側及び肘側への移動を制限する制限部（１１１，１１２，１１３）を備える。

【0010】

この腕支持装置では、解除モードにおいて、腕の重さと釣合う程度に上方への付勢力が載置部に付与されるため、作業者の腕の上方及び下方への移動に対して載置部が軽やかに追従し、載置部に腕が載置された状態が維持される。また、この腕支持装置では、載置部に対する腕の水平方向における左右両側及び肘側への移動が制限部により制限されるため、水平方向における左右両側及び肘側への腕の移動に対しても載置部が追従する。さらに、この腕支持装置では、載置部に載置された腕側の掌で把持される把持部が、載置部と連結部材を介して連結されているため、把持部が把持された状態では、水平方向における腕の長手方向先端側への移動に伴い、把持部及び連結部材により載置部が引っ張られる。その結果、この腕支持装置では、水平方向における腕の長手方向先端側への移動に対しても載置部が追従する。

【0011】

つまり、作業者は、解除モードにおいて、把持部を把持して前方へ引っ張ることで、腕の長手方向先端側へ載置部を追従させることができ、他の方向へは把持部を把持しなくても追従させることができる。したがって、この腕支持装置によれば、載置部と腕との間の摩擦係数が低い状態であっても、ベルト部材等の固定手段で腕を載置部に固定することなく、腕の移動に対して載置部を軽やかにかつ安定的に追従させることができる。

【0012】

なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１実施形態の腕支持装置の構成を模式的に示す図である。

【図2】実施形態のアームホルダの斜視図である。

【図3】連結ワイヤの構成を模式的に示す図である。

【図4】第２実施形態の腕支持装置の構成を模式的に示す図である。

【図5】第２実施形態のモード切替処理のフローチャートである。

【図6】第２実施形態の動作モードの遷移を示す図である。

【図7】第３実施形態の腕支持装置の構成を模式的に示す図である。

【図8】第３実施形態のモード切替処理のフローチャートである。

【図9】第３実施形態の動作モードの遷移を示す図である。

【図10】変形例のアームホルダの部分斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
図１に示す第１実施形態の腕支持装置１は、手術を行う作業者としての医師の腕を支持する装置である。腕支持装置１は、医師の腕（具体的には前腕）が載置されるアームホルダ１１と、複数の関節を有し（換言すれば多自由度を有し）、アームホルダ１１を移動可能に支持する多関節アーム１２と、電気的な制御を行うための制御装置１３と、を備える。

【0015】

図２に示すように、アームホルダ１１は、上方が開いた形状（断面Ｕ字形）に構成され、載置面（底面）１１４に載置された腕を左右両側から挟む壁１１１，１１２を備える。また、アームホルダ１１は、載置される腕の長手方向（以下「腕軸方向」という。）における肘側に、肘位置規制部材１１３を備える。左右の壁１１１，１１２及び肘位置規制部材１１３は、剛性の高い材料で形成されており、アームホルダ１１に載置された腕の水平方向における左右両側及び肘側への移動（アームホルダ１１に対する相対移動）を制限する。なお、左右の壁１１１，１１２と肘位置規制部材１１３とは、異なる材料で形成されてもよい。

【0016】

アームホルダ１１に対する腕軸方向先端側（腕の長手方向先端側、つまり掌側）には、アームホルダ１１と連結ワイヤ１４を介して連結され、アームホルダ１１に載置された腕側の掌で把持するためのグリップ１５が設けられている。本実施形態では、グリップ１５は、小指で握ることができるように、比較的小さな概略円柱状に形成されており、例えばゴムを用いて形成されている。

【0017】

連結ワイヤ１４は、外力により変形することで、アームホルダ１１に対するグリップ１５の位置を変位可能に支持する。具体的には、図３に示すように、連結ワイヤ１４は、超弾性合金線材１４１と軟鋼線材（いわゆる針金）１４２とが結合部材（カシメ部材）１４３により一体にされた部材である。なお、超弾性合金とは、変態点が常温以下の形状記憶合金（例えばチタンとニッケルとの合金）であり、大きな歪みで変形しても、変形力が除かれると元に戻る性質を有する。

【0018】

連結ワイヤ１４において、超弾性合金線材１４１は、外力により弾性変形する弾性変形部として機能し、軟鋼線材１４２は、外力により変形して変形後の形状を維持する変形維持部として機能する。本実施形態では、図３に示すように、先端側（グリップ１５側）の一部が変形維持部、残りが弾性変形部とされており、外力が加えられていない状態でのグリップ１５の位置（初期位置）を、掌付近で調整可能とされている。また、連結ワイヤ１４は、腕軸方向における先端側（掌側）へ伸張しない（連結ワイヤ１４自体の長さが硬度の柔らかいゴム等のように伸びない）ように構成されている。

【0019】

また、図２に示すように、アームホルダ１１には、肘位置規制部材１１３による肘側への移動制限位置に対する、腕軸方向に沿ったグリップ１５の相対位置を調整するための調整機構１６が設けられている。調整機構１６の構成は特に限定されないが、図２では一例として、連結ワイヤ１４が、腕軸方向に沿って設けられた挿入孔１６１に挿入された状態で、図示しないバネの付勢力により固定された構成を示している。この構成では、連結ワイヤ１４は、ボタン１６２が押されている状態でバネの付勢力が抑制されて固定状態が解除され、腕軸方向における位置を調整可能な状態となる。

【0020】

一方、図１に示すように、多関節アーム１２は、５つの関節３１，３２，３３，３４，３５を有して５自由度に構成されている。本実施形態では、関節３１〜３５はいずれも回転関節である。具体的には、多関節アーム１２は、手術室の床Ｆに固定されたベース部４１を備え、ベース部４１によって次のように全体が支持されている。すなわち、ベース部４１の上端には、関節３１を介して肩部４２が鉛直軸回りに回転可能に接続されている。なお、ベース部４１は、図示しないキャスタによって床Ｆの上を容易に移動可能に構成されている。キャスタには、周知のストッパが設けられ、ベース部４１は床Ｆの上における所望の位置に固定的に配置可能となっている。

【0021】

肩部４２の上端には、関節３２を介して第１腕部４３の一端が水平軸回りに揺動可能に接続されている。第１腕部４３は、２本の棒材の両端が上下方向に一定間隔に維持された平行リンク機構として構成され、上側の棒材の一端が関節３２に接続されている。第１腕部４３の他端には、同様の平行リンク機構として構成された第２腕部４４の一端が、関節３３を介して水平軸回りに揺動可能に接続されている。第２腕部４４の他端には、水平軸回りに回転可能な関節３４とその関節３４とは回転軸が直交する関節３５とを介して、アームホルダ１１が接続されている。

【0022】

関節３３と第１腕部４３及び第２腕部４４との間には、バネ４６，４７がそれぞれ設けられている。また、第１腕部４３は、関節３２を突き抜けて延びており、その先端部にカウンタウェイト４８が設けられている。バネ４６，４７及びカウンタウェイト４８は、後述するフリーモードにおいて、鉛直方向上方への付勢力をアームホルダ１１に付与し、アームホルダ１１に医師の腕が載置されたとき、アームホルダ１１及び多関節アーム１２に加わる力のバランスをとるためのものである。

【0023】

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、多関節アーム１２の自重、アームホルダ１１の自重及び腕の自重の和と釣り合うことにより、アームホルダ１１が支持される。ここで、自重による下方への力と上方への付勢力とは完全に釣り合うのが理想的であるが、医師の手が患者の患部の上方から作業を行うことを考慮して、安全方向である上方へ、アームホルダ１１を極めて弱い力で付勢するように設定されている。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は省略してもよい。

【0024】

各関節３１，３２，３３には、当該関節３１，３２，３３の機能（本実施形態では回転機能）を制限する（本実施形態ではロックする）ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａが設けられている。本実施形態では、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａとして、電磁ブレーキが用いられている。これにより、腕支持装置１において、アームホルダ１１の移動を制限（本実施形態ではロック）する動作モードであるロックモードと、アームホルダ１１の移動の制限（ロック）を解除した動作モードであるフリーモードと、が実現される。

【0025】

ロックモードは、固定されたアームホルダ１１の上に医師が腕を載置する状態を想定した動作モードである。ロックモードでは、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａにより関節３１，３２，３３が固定され、アームホルダ１１の移動が禁止（位置が固定）される。ロックモードにおいては、医師がアームホルダ１１から腕を外しても、アームホルダ１１の位置が固定されている。ただし、関節３４，３５にはブレーキがないため、アームホルダ１１の角度は自由に調整することができる。

【0026】

一方、フリーモードは、医師がアームホルダ１１を腕に追従移動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による関節３１，３２，３３の固定が解除され、アームホルダ１１を自由に動かすことができる。フリーモードにおいて、アームホルダ１１から腕に加わる力は極めて小さく、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａの摺動抵抗も小さいので、医師は腕にそれ程力を加えなくてもその腕にアームホルダ１１を追従移動させることができる。

【0027】

制御装置１３は、ＣＰＵ１３１、ＲＯＭ１３２及びＲＡＭ１３３を備えた電子制御回路を内蔵する。制御装置１３は、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａを制御することにより、動作モードをフリーモード及びロックモードのうちのいずれかに切り替える。第１実施形態において、動作モードを切り替える条件は特に限定されない。図１では一例として、制御装置１３に足踏み式のモード切替ボタン１３４が接続された構成を示している。この構成では、モード切替ボタン１３４の操作に基づいて動作モードを切り替えることができる。

【0028】

［１−２．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
［１Ａ］腕支持装置１では、フリーモードにおいて、腕の重さと釣合う程度に上方への付勢力がアームホルダ１１に付与されるため、医師の腕の上方及び下方への移動に対してアームホルダ１１が軽やかに追従し、アームホルダ１１に腕が載置された状態が維持される。また、腕支持装置１では、アームホルダ１１に対する腕の水平方向における左右両側及び肘側への移動がアームホルダ１１における左右の壁１１１，１１２及び肘位置規制部材１１３により制限される。このため、水平方向における左右両側及び肘側への腕の移動に対してもアームホルダ１１が追従する。さらに、腕支持装置１では、アームホルダ１１に載置された腕側の掌で把持されるグリップ１５が、アームホルダ１１と連結ワイヤ１４を介して連結されている。このため、グリップ１５が把持された状態では、水平方向における腕軸方向先端側への移動に伴い、グリップ１５及び連結ワイヤ１４によりアームホルダ１１が引っ張られる。その結果、この腕支持装置１では、水平方向における腕軸方向先端側への移動に対してもアームホルダ１１が追従する。

【0029】

つまり、フリーモードにおいて、医師は、グリップ１５を把持して前方へ引っ張ることで、腕軸方向先端側へアームホルダ１１を追従させることができ、他の方向へはグリップ１５を把持しなくても追従させることができる。したがって、この腕支持装置１によれば、アームホルダ１１と腕との間の摩擦係数が低い状態であっても、ベルト部材等の固定手段で腕をアームホルダ１１に固定することなく、腕の移動に対してアームホルダ１１を軽やかにかつ安定的に追従させることができる。

【0030】

［１Ｂ］連結ワイヤ１４は、外力により変形することでアームホルダ１１に対して当該グリップ１５を変位可能に支持し、腕軸方向先端側となる方向へ伸張しないように構成されている。したがって、アームホルダ１１に対するグリップ１５の位置が固定されている場合と比較して、追従性が高く、手首の動きの自由度を高くすることができる。しかも、グリップ１５が腕軸方向先端側へ伸張しないため、グリップ１５でアームホルダ１１を引っ張る際のダイレクト性を高くすることができる。

【0031】

［１Ｃ］連結ワイヤ１４は、グリップ１５への外力により弾性変形する弾性変形部を有する。したがって、外力が加えられていない状態ではグリップ１５が元の位置（初期位置）に復帰するため、グリップ１５の位置を直感的に把握しやすくすることができる。

【0032】

［１Ｄ］弾性変形部には、経年劣化がほとんどなく、塑性変形も生じにくい超弾性合金が用いられているため、耐久性及び信頼性を向上させることができる。
［１Ｅ］連結ワイヤ１４は、外力により変形し、変形後の形状を維持する変形維持部を有するため、外力が加えられていない状態でのグリップ１５の位置（初期位置）を、例えば医師の好み等に応じて掌の近くにおいて容易に変更することができる。

【0033】

［１Ｆ］肘位置規制部材１１３による肘側への移動制限位置と、グリップ１５と、の腕軸方向に沿った相対位置を調整するための調整機構を備えるため、医師の腕の長さ等に応じた調整を行うことができる。その結果、無駄な遊びを少なくすることができ、グリップ１５でアームホルダ１１を引っ張る際のダイレクト性を高くすることができる。

【0034】

なお、第１実施形態では、腕支持装置１が腕支持装置の一例に相当し、アームホルダ１１が載置部の一例に相当し、アームホルダ１１における左右の壁１１１，１１２及び肘位置規制部材１１３が制限部の一例に相当する。また、多関節アーム１２が支持部の一例に相当し、連結ワイヤ１４が連結部材の一例に相当し、グリップ１５が把持部の一例に相当し、調整機構１６が調整機構の一例に相当し、バネ４６，４７及びカウンタウェイト４８がバランス機構の一例に相当する。また、ロックモードが制限モードの一例に相当し、フリーモードが解除モードの一例に相当する。

【0035】

［２．第２実施形態］
［２−１．構成］
図４に示す第２実施形態の腕支持装置２は、基本的な構成は第１実施形態の腕支持装置１と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。

【0036】

第２実施形態の腕支持装置２は、第１実施形態のモード切替ボタン１３４に代えて、グリップ１５に加えられる外力（把持の有無）を検出する把持センサ１５１を備える。把持センサ１５１は、グリップ１５の内部に設けられる。本実施形態では、把持センサ１５１として、外部からの加圧を検出する加圧センサが用いられる。ただし、把持センサ１５１は加圧センサに限定されるものではなく、例えば、接触、歪み、圧力など、グリップ１５が把持されたことを何らかの形で検出できるセンサ（ボタン等のスイッチも含む）であればよい。

【0037】

また、腕支持装置２は、第１実施形態の制御装置１３に代えて、把持センサ１５１による検出状態に基づいて動作モードを切り替える制御装置２３を備える。制御装置２３は、第１実施形態の制御装置１３と同様、ＣＰＵ２３１、ＲＯＭ２３２及びＲＡＭ２３３を備えた電子制御回路を内蔵する。制御装置２３は、把持センサ１５１による検出状態に基づいてブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａを制御することにより、動作モードをフリーモード及びロックモードのうちのいずれかに切り替える。

【0038】

［２−２．処理］
次に、制御装置２３（具体的にはＣＰＵ２３１）が、ＲＯＭ２３２に記憶されたプログラムに基づいて実行するモード切替処理について、図５のフローチャートを用いて説明する。なお、図５のモード切替処理は、腕支持装置１の電源がオンの状態において周期的に実行される。

【0039】

まず、制御装置２３は、把持センサ１５１による検出状態に基づいて、グリップ１５が把持されているか否かを判定する（Ｓ１１）。例えば、把持センサによる検出値が、把持されていることの判定基準となるしきい値以上である場合に、グリップ１５が把持されていると判定される。

【0040】

制御装置２３は、グリップ１５が把持されていると判定した場合には（Ｓ１１：ＹＥＳ）、動作モードをフリーモードに設定し（Ｓ１２）、処理をＳ１１へ戻す。具体的には、制御装置２３は、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａをすべてオフにする（関節３１，３２，３３の機能を制限しない状態にする）ことで、フリーモードを実現する。

【0041】

一方、制御装置２３は、グリップ１５が把持されていないと判定した場合には（Ｓ１１：ＮＯ）、動作モードをロックモードに設定し（Ｓ１３）、処理をＳ１１へ戻す。具体的には、制御装置２３は、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａをすべてオンにする（関節３１，３２，３３の機能を制限した状態にする）ことで、ロックモードを実現する。

【0042】

つまり、第２実施形態では、図６に示すように、グリップ１５が把持されると動作モードがフリーモードへ遷移し、把持状態が継続されている間はフリーモードが維持される。その後、グリップ１５が把持されなくなると、動作モードがロックモードへ遷移する。

【0043】

［２−３．効果］
以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果に加え、以下の効果が得られる。

【0044】

［２Ａ］グリップ１５に加えられる外力（把持の有無）を把持センサ１５１により検出し、把持センサ１５１による検出状態に基づいて動作モードを切り替える。したがって、腕支持装置２によれば、アームホルダ１１に載置された側の掌を用いて、最小限の動き（例えば小指による力の入れ方等）で動作モードを切り替えることができる。

【0045】

［２Ｂ］グリップ１５が把持されている状態で動作モードがフリーモードに設定されるため、アームホルダ１１をより安全に移動させることができる。ただし、第２実施形態で説明した動作モードの切替条件は一例であり、これに限定されるものではない。例えば、把持操作が１回行われるごとに、動作モードが切り替わるようにしてもよい。なお、第２実施形態では、腕支持装置２が腕支持装置の一例に相当し、把持センサ１５１が把持検出手段の一例に相当し、制御装置２３が切替手段の一例に相当する。

【0046】

［３．第３実施形態］
［３−１．構成］
図７に示す第３実施形態の腕支持装置３は、基本的な構成は第２実施形態の腕支持装置２と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。

【0047】

第３実施形態の腕支持装置３において、各関節３１，３２，３３には、当該関節３１，３２，３３の機能（回転機能）による回転量を検出するエンコーダ３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂが設けられている。

【0048】

また、アームホルダ１１は、力センサ４５を介して関節３５に接続されている。力センサ４５は、アームホルダ１１に加わる少なくとも上下方向の１軸方向の力を検出する。なお、力センサ４５は、アームホルダ１１に加えられる外力（腕の有無）を検出可能であればよく、接触の有無、圧力、歪み等を外力として検出するようにしてもよい。

【0049】

また、腕支持装置３では、制御装置２３が、把持センサ１５１、エンコーダ３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ及び力センサ４５による検出状態に基づいてブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａを制御することにより、動作モードを切り替える。

【0050】

［３−２．処理］
次に、制御装置２３（具体的にはＣＰＵ２３１）が、第２実施形態のモード切替処理（図５）に代えて実行するモード切替処理について、図８のフローチャートを用いて説明する。なお、図８のモード切替処理も、第２実施形態と同様、腕支持装置１の電源がオンの状態において周期的に実行される。

【0051】

まず、制御装置２３は、動作モードをロックモードに設定する（Ｓ２１）。この設定処理は、前述した第２実施形態のＳ１３の処理と同様である。
続いて、制御装置２３は、把持センサ１５１による検出状態に基づいて、グリップ１５が把持されているか否かを判定する（Ｓ２２）。この判定処理は、前述した第２実施形態のＳ１１の処理と同様である。制御装置２３は、グリップ１５が把持されるまで判定を繰り返し（Ｓ２２：ＮＯ）、グリップ１５が把持されていると判定した場合に（Ｓ２２：ＹＥＳ）、処理をＳ２３へ移行させる。

【0052】

Ｓ２３で、制御装置２３は、アームホルダ１１（先端）に加わる力が所定のしきい値以下となったか否かを判定する。具体的には、制御装置２３は、アームホルダ１１に加わる力が１．０ｋｇｆ以下、又は、アームホルダ１１に加わるトルクが５．０ｋｇｃｍ以下、の状態が２００ｍｓ継続したか否かを判定する。アームホルダ１１に加わる力がしきい値以下となる状態とは、医師が腕を動かそうとして自身の筋肉で腕を支えた可能性の高い状態である。すなわち、医師がアームホルダ１１を積極的に腕に追従移動させようとした場合、医師は、まず、腕を自身の筋肉で支え、続いて腕を介してアームホルダ１１に力を加える。その際、腕を自身の筋肉で支えるため、アームホルダ１１に上方から加わる力が一時的に所定値（例えば１．０ｋｇｆ）以下となる。そこで、アームホルダ１１に加わる力がしきい値以下となった状態と、医師が腕を動かそうとする状態として判定する。

【0053】

制御装置２３は、アームホルダ１１に加わる力がしきい値以下となっていないと判定した場合には（Ｓ２３：ＮＯ）、処理をＳ２２へ戻す。一方、制御装置２３は、アームホルダ１１に加わる力がしきい値以下となったと判定した場合には（Ｓ２３：ＹＥＳ）、動作モードをフリーモードに設定する（Ｓ２４）。この設定処理は、前述した第２実施形態のＳ１２の処理と同様である。

【0054】

続いて、制御装置２３は、アームホルダ１１（先端）の移動が停止したか否かを判定する（Ｓ２５）。つまり、医師が腕を動かし終えてアームホルダ１１の位置を固定しようとしている状態であるか否かが判定される。具体的には、制御装置２３は、アームホルダ１１の速度が１ｍｍ／ｓ以下の状態が１００ｍｓ継続したか否かを判定する。アームホルダ１１の速度は、各エンコーダ３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂによる検出状態（検出値）に基づいて算出される。つまり、各軸の回転が停止しているか否かが判定される。制御装置２３は、当該状態が１００ｍｓ継続するまで判定を繰り返し（Ｓ２５：ＮＯ）、当該状態が１００ｍｓ継続したと判定した場合に（Ｓ２５：ＹＥＳ）、処理をＳ２１へ戻して、動作モードをロックモードに設定する（Ｓ２１）。

【0055】

つまり、第３実施形態では、図９に示すように、グリップ１５が把持され、かつ、医師が腕を動かそうとする（腕による荷重がしきい値以下になる）と、動作モードがフリーモードへ遷移し、医師が腕を動かし終えると、動作モードがロックモードへ遷移する。

【0056】

［３−３．効果］
以上詳述した第３実施形態によれば、前述した第２実施形態の効果に加え、以下の効果が得られる。

【0057】

［３Ａ］腕支持装置３は、アームホルダ１１の腕の有無を検出する力センサ４５と、多関節アーム１２の移動を検出するエンコーダ３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂと、を更に備える。そして、制御装置２３は、エンコーダ３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂによる検出状態に基づいてアームホルダ１１が静止していると判定した場合に、動作モードをロックモードに切り替える。また、制御装置２３は、把持センサ１５１による検出状態に基づいてグリップ１５が把持されていると判定した場合に、力センサ４５による検出状態に基づいて動作モードをフリーモードに切り替える。したがって、直感的な操作で動作モードを切り替えることができる。例えば、グリップ１５を把持している状態では、腕を浮かせるような挙動だけのワンアクションで、フリーモードに移行させることができ、そのまま腕を静止すると、ロックモードに移行させることができる。また例えば、術具を交換するときなどには、グリップ１５から自然に手を離すため、アームホルダ１１から腕を浮かす際には、ロックモードとなってアームホルダ１１の位置が固定されるようにすることができる。

【0058】

なお、第３実施形態では、腕支持装置３が腕支持装置の一例に相当し、制御装置２３が切替手段の一例に相当し、エンコーダ３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂが支持検出手段に相当し、力センサ４５が載置検出手段の一例に相当する。

【0059】

［４．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

【0060】

［４Ａ］上記実施形態では、腕軸方向に沿ったグリップ１５の位置を調整する調整機構１６を備えた構成を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、グリップ１５の位置に代えて、又はグリップ１５の位置とともに、腕軸方向に沿った肘位置規制部材１１３の位置を調整する調整機構を備えた構成としてもよい。

【0061】

［４Ｂ］上記実施形態では、アームホルダ１１に載置された腕の水平方向における肘側への移動を、剛性の高い材料で形成された肘位置規制部材１１３（図２）で制限する構成を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、図１０に示すアームホルダ４１のように、肘位置規制ワイヤ４１３（紐状部材に相当）により制限してもよい。肘位置規制ワイヤ４１３は、外力により変形し、腕の水平方向における肘側となる方向へ伸張しない（肘位置規制ワイヤ４１３自体の長さが硬度の柔らかいゴム等のように伸びない）ように構成されている。具体的には、肘位置規制ワイヤ４１３を少なくとも一点でアームホルダ４１と回転不可能に固定し、任意の曲げ方向に弾性変形可能とし、外力が加えられていない状態では所定の初期位置へ復帰するようにしてもよい。また、肘位置規制ワイヤ４１３には超弾性合金が用いられてもよい。このような構成によれば、腕の曲げ状態に応じて肘位置規制ワイヤ４１３が変形するため、肘を伸ばした状態でも曲げた状態でも上腕にフィットしやすく、種々の姿勢において肘側への移動を制限することができる。また、左右の腕用のアームホルダ１１の形状を共通化しやすくすることができる。なお、図１０では、連結ワイヤ１４及びグリップ１５の図示を省略している。

【0062】

［４Ｃ］上記実施形態では、弾性変形部として機能する超弾性合金線材１４１と、変形維持部として機能する軟鋼線材１４２と、を結合した連結ワイヤ１４を例示したが（図３）、連結ワイヤ１４の構成はこれに限定されるものではない。例えば、弾性変形部の材質は、組成変形しにくく弾性変形しやすい弾性体であればよく、また、変形維持部の材質は、組成変形しやすく破損しにくい物体であればよい。また、変形維持部を有しない構成としてもよく、逆に、弾性変形部を有しない構成としてもよい。

【0063】

［４Ｄ］上記実施形態では、手術を行う作業者としての医師の腕を支持する用途を前提として説明したが、これに限定されるものではなく、例えば精密機械の製造作業を行う際に腕を支持する装置などに適用してもよい。

【0064】

［４Ｅ］上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

【0065】

［４Ｆ］本発明は、前述した腕支持装置の他、当該腕支持装置を構成する制御装置、当該制御装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、モード切替方法など、種々の形態で実現することができる。

【符号の説明】

【0066】

１，２，３…腕支持装置、１１…アームホルダ、１２…多関節アーム、１３，２３…制御装置、１４…連結ワイヤ、１５…グリップ、１６…調整機構、３１，３２，３３，３４，３５…関節、３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ…ブレーキ、３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ…エンコーダ、４５…力センサ、４６，４７…バネ、４８…カウンタウェイト、１１１，１１２…壁、１１３…肘位置規制部材。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】