特許 6875495 手術マニピュレータの操作装置およびロボット支援手術システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6875495

(24)【登録日】2021年4月26日

(45)【発行日】2021年5月26日

(54)【発明の名称】手術マニピュレータの操作装置およびロボット支援手術システム

(51)【国際特許分類】

   A61B 34/30 20160101AFI20210517BHJP

【ＦＩ】

   A61B34/30

【請求項の数】6

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2019-232428(P2019-232428)

(22)【出願日】2019年12月24日

(65)【公開番号】特開2020-103896(P2020-103896A)

(43)【公開日】2020年7月9日

【審査請求日】2020年2月4日

(31)【優先権主張番号】特願2018-243422(P2018-243422)

(32)【優先日】2018年12月26日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】514063179

【氏名又は名称】株式会社メディカロイド

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】▲土▼井 航

【審査官】 北川 大地

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１６−５１８８７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３３３７６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１０４９６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１７／０３３３１３９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ３４／３０

Ａ６１Ｂ ３４／３７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

手術マニピュレータを操作するための操作装置であって、
入力装置と制御器とを備えており、
前記入力装置は、
複数の関節を有するアーム部と、
前記アーム部の先端部に連結された、複数の関節を有するリスト部と、
前記リスト部の先端部に設けられた、操作者が操作する操作部と、
前記アーム部の複数の関節及び前記リスト部の複数の関節をそれぞれ駆動する複数のモータと、
前記複数のモータの回転角又は前記関節の回転角をそれぞれ検知する複数の回転角センサと、を備え、
前記制御器は、前記複数の回転角センサが検知する回転角に基づいて前記複数のモータの動作を制御するように構成されており、
前記リスト部における前記複数のモータから前記複数の関節にそれぞれ至る動力伝達経路における減速比より前記アーム部における前記複数のモータから前記複数の関節にそれぞれ至る動力伝達経路における減速比が小さくなるように構成されており、
前記アーム部における前記減速比が１以上２以下であり、
前記リスト部における前記減速比が２０以上３０以下である、操作装置。

【請求項2】

前記入力装置は、前記アーム部の複数の関節又は前記リスト部の複数の関節のうちの所定の関節に設けられ、前記アーム部又は前記リスト部の自重によって前記所定の関節に発生するトルクの一部を打ち消すトルクを発生する補助バネをさらに備え、
前記制御器は、前記複数の回転角センサが検知する回転角、又は前記回転角と前記補助バネが発生する前記トルクとに基づいて、前記アーム部及び前記リスト部の姿勢が重力によって変化しないように前記複数のモータの動作を制御するよう構成されている、請求項１に記載の操作装置。

【請求項3】

前記アーム部は、３つ又は４つの関節を有し、前記リスト部は３つの関節を有する、請求項１又は２に記載の操作装置。

【請求項4】

前記リスト部の３つの関節が有する３つの関節軸は、１点で交差する、請求項１乃至３のいずれかに記載の操作装置。

【請求項5】

前記制御器は、前記複数の回転角センサが検知する回転角に基づいて、i)前記操作部の位置を算出し、ii)算出した前記操作部の位置を手術マニピュレータに出力し、且つ、iii)前記アーム部及び前記リスト部の姿勢が重力によって変化しないように前記複数のモータの動作を制御するように構成されている、請求項１乃至４のいずれかに記載の操作装置。

【請求項6】

ロボット支援手術システムであって、
先端部に手術ツールが着脱可能に取り付けられる手術マニピュレータと、
前記手術マニピュレータを操作するための入力装置および制御器を備えた遠隔操作装置と、を備えており、
前記入力装置は、
複数の関節を有するアーム部と、
前記アーム部の先端部に連結された、複数の関節を有するリスト部と、
前記リスト部の先端部に設けられた、操作者が操作する操作部と、
前記アーム部の複数の関節及び前記リスト部の複数の関節をそれぞれ駆動する複数のモータと、
前記複数のモータの回転角又は前記関節の回転角をそれぞれ検知する複数の回転角センサと、を備えており、
前記制御器は、前記複数の回転角センサが検知する回転角に基づいて前記モータの動作を制御するように構成されており、
前記リスト部における前記複数のモータから前記複数の関節にそれぞれ至る動力伝達経路における減速比より前記アーム部における前記複数のモータから前記複数の関節にそれぞれ至る動力伝達経路における減速比が小さくなるように構成されており、
前記アーム部における前記減速比が１以上２以下であり、
前記リスト部における前記減速比が２０以上３０以下である、ロボット支援手術システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、手術マニピュレータの操作装置およびロボット支援手術システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば、ロボットガイドカテーテルシステムのマスター入力装置において、モータによって入力装置のリンクの自重を補償する技術が知られている。この技術によれば、オペレータがマスター入力装置を手で操作しようとする場合、マスター入力装置は適所にとどまる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２００８−５４１７９７号公表特許公報（特に段落［００６６］参照）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、医療用のロボットとして、手術マニピュレータが知られている。手術マニピュレータの入力装置には、操作者が軽く動かすことができることが要求される場合がある。一方、モータと入力装置のリンクとの間には一般に減速機が設けられる。従って、手術マニピュレータに上述の技術を単純に適用して、入力装置のリンクをモータで駆動すると、減速機のせいで操作者が入力装置を軽く動かすことができなくなる。

【0005】

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、操作者が軽く動かすことが可能な入力装置を備えた手術マニピュレータの操作装置およびロボット支援手術システム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】

【0006】

本発明者等は、上記課題を解決する方策を、鋭意検討した。

【0007】

その結果、以下の知見を得た。

【0008】

すなわち、アーム部とアーム部の先端部に連結されたリスト部とリスト部の先端部に設けられた操作部とを備える手術マニピュレータの入力装置（以下、単に入力装置という場合がある）では、減速比が０．５以上３０以下であれば、操作者が軽く動かすことができることが判った。また、減速比が小さくなると、手術マニピュレータを所定距離動かすのに必要な操作部の操作距離が大きくなるが、上記範囲内であれば、この点に関して支障が生じないことも判った。また、リスト部の減速機は、アーム部の減速機に比べると小さくて済むので、摩擦による抗力が小さい。そのため、入力装置を軽く動かすことができる減速比は、リスト部では、アーム部に比べて大きくてもよいことが判った。さらに、アーム部では、減速比が１以上２以下であることが好ましく、リスト部では、減速比が２０以上３０以下であることが、好ましいことが判った。

【0009】

そこで、本発明のある形態（aspect）に係る手術マニピュレータの操作装置は、入力装置と制御器とを備えており、前記入力装置は、複数の関節を有するアーム部と、前記アーム部の先端部に連結された、複数の関節を有するリスト部と、前記リスト部の先端部に設けられた、操作者が操作する操作部と、前記アーム部の複数の関節及び前記リスト部の複数の関節をそれぞれ駆動する複数のモータと、前記複数のモータの回転角又は前記関節の回転角をそれぞれ検知する複数の回転角センサと、を備えており、前記制御器は、前記複数の回転角センサが検知する回転角に基づいて前記モータの動作を制御するように構成されており、前記リスト部における前記複数のモータから前記複数の関節にそれぞれ至る動力伝達経路における減速比より前記アーム部における前記複数のモータから前記複数の関節にそれぞれ至る動力伝達経路における減速比が小さくなるように構成されており、前記アーム部における前記減速比が１以上２以下であり、前記リスト部における前記減速比が２０以上３０以下である。

【0012】

この構成によれば、減速機の摩擦による抗力がリスト部より大きいアーム部の減速比がリスト部の減速比より小さいので、操作者が入力装置を、より軽く動かすことができる。また、アーム部における減速比が好ましい範囲にあるので、操作者が入力装置を、より一層軽く動かすことができる。さらに、リスト部における減速比が好ましい範囲にあるので、操作者が入力装置を、より一層軽く動かすことができる。

【0017】

前記アーム部の１以上の関節又は前記リスト部の１以上の関節のうちの所定の関節に設けられ、前記アーム部又は前記リスト部の自重によって前記所定の関節に発生するトルクの一部を打ち消すトルクを発生する補助バネをさらに備え、前記制御器は、前記複数の回転角センサが検知する回転角、又は前記回転角と前記補助バネが発生する前記トルクとに基づいて、前記アーム部及び前記リスト部の姿勢が重力によって変化しないように前記複数のモータの動作を制御するよう構成されていてもよい。

【0018】

この構成によれば、アーム部及びリスト部の姿勢が重力によって変化しないように関節を駆動するモータの負担を低減することができ、当該モータを小型化することができる。

【0019】

前記アーム部は、３つ又は４つの関節を有し、前記リスト部は３つの関節を有してもよい。

【0020】

この構成によれば、アーム部及びリスト部の自由度が６又は７になり、入力装置の操作性が良くなる。

【0021】

前記リスト部の３つの関節が有する３つの関節軸は、１点で交差してもよい。

【0022】

この構成によれば、リスト部の３つの関節がジンバル機構を構成し、操作者が操作する操作部の姿勢を変化させることなく、操作部を任意の方向に移動させることができる。

【0023】

前記制御器は、前記複数の回転角センサが検知する回転角に基づいて、i)前記操作部の位置を算出し、ii)算出した前記操作部の位置を手術マニピュレータに出力し、且つ、iii)前記アーム部及び前記リスト部の姿勢が重力によって変化しないように前記複数のモータの動作を制御するように構成されてもよい。

【0024】

この構成によれば、制御器がアーム部及びリスト部の姿勢が重力によって変化しないように複数のモータの動作を制御するので、操作者が操作部に対する操作を止めた位置に操作部がとどまる。

【0025】

また、本発明のある形態に係るロボット手術支援システムは、先端部に手術ツールが着脱可能に取り付けられる手術マニピュレータと、前記手術マニピュレータを操作するための入力装置および制御器を備えた遠隔操作装置と、を備えており、前記入力装置は、複数の関節を有するアーム部と、前記アーム部の先端部に連結された、複数の関節を有するリスト部と、前記リスト部の先端部に設けられた、操作者が操作する操作部と、前記アーム部の複数の関節及び前記リスト部の複数の関節をそれぞれ駆動する複数のモータと、前記複数のモータの回転角又は前記関節の回転角をそれぞれ検知する複数の回転角センサと、を備えており、前記制御器は、前記複数の回転角センサが検知する回転角に基づいて前記モータの動作を制御するように構成されており、前記リスト部における前記複数のモータから前記複数の関節にそれぞれ至る動力伝達経路における減速比より前記アーム部における前記複数のモータから前記複数の関節にそれぞれ至る動力伝達経路における減速比が小さくなるように構成されており、前記アーム部における前記減速比が１以上２以下であり、前記リスト部における前記減速比が２０以上３０以下である。

【0026】

この構成によれば、操作者が入力装置を介して手術マニピュレータを操作する際に操作者が入力装置を軽く動かすことができる。また、アーム部における減速比が好ましい範囲にあるので、操作者が入力装置を、より一層軽く動かすことができる。さらに、リスト部における減速比が好ましい範囲にあるので、操作者が入力装置を、より一層軽く動かすことができる。

【発明の効果】

【0027】

本発明は、操作者が軽く動かすことが可能な入力装置を備えた手術マニピュレータの操作装置およびロボット支援手術システムを提供することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】図１は、本発明の実施形態１に係る手術マニピュレータを含むロボット支援手術システムの一例の概要を示す模式図である。

【図2】図２は、図１のロボット支援手術システムが備える遠隔操作装置の一例の外観の概要を示す模式図である。

【図3】図３は、図２に示す遠隔操作装置の入力装置の概要を模式的に示す側面図である。

【図4】図４は、図３の入力装置のアーム部のうちの肩部の縦断面を示す断面図である。

【図5】図５は、図３の入力装置のアーム部のうちの上腕部の縦断面を示す断面図である。

【図6】図６は、図３の入力装置のリスト部の外観を示す斜視図である。

【図7】図７は、図６のリスト部の第４リンク及び第５リンクの縦断面を示す断面図である。

【図8】図８は、図６のリスト部の第６リンク及び操作部の縦断面を示す断面図である。

【図9】図９は、遠隔操作装置及び手術マニピュレータの制御系統の構成の一例を示す機能ブロック図である。

【図10】図１０は、図９の入力装置制御器の重力打消し制御の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

【0030】

なお、以下の図は、本発明を説明するための図であるので、それらの図において本発明に無関係な要素が省略される場合、誇張等のために寸法が正確でない場合、複数の図において、互いに対応する要素が一致しない場合等がある。

【0031】

また、本発明は、以下の実施形態に限定されない。

【0032】

（実施形態１）

【0033】

［構成］
｛ハードウェアの構成｝
図１は、本発明の実施形態１に係る手術マニピュレータを含むロボット支援手術システムの一例の概要を示す模式図である。図２は、図１のロボット支援手術システムが備える遠隔操作装置の一例の外観の概要を示す模式図である。以下では、図１及び図２の上下方向をロボット支援手術システムの使用環境（使用空間）における上下方向として説明する。

【0034】

図１及び図２を参照すると、ロボット支援手術（RAS：Robotically-Assisted Surgical）システム２００は、ポジショナ２０１と、手術マニピュレータ２０２と、遠隔操作装置１００と、を備える。

【0035】

＜ロボット支援手術システム２００＞
図１を参照すると、例えば、手術室に手術台２０３が配置され、手術台２０３の上に患者２０４が横たえられる。手術台２０３の近傍にポジショナ２０１が配置される。ポジショナ２０１は、適宜な置台（不図示）の上に載置される。ポジショナ２０１は、例えば多関節ロボットで構成される。ポジショナ２０１の先端部にはベース２０１ａが設けられている。ベース２０１ａに多関節ロボットで構成される手術マニピュレータ２０２が取り付けられている。手術マニピュレータ２０２は、例えば、基部と、アーム部４０１と、アーム部４０１に着脱可能に取り付けられるエンドエフェクタ部とを有し、基部がベース２０１ａに固定され、基部とリンク４０４、リンク４０４同士が複数の関節によって連結されている。基部には、複数（ここでは、例えば、４本）のアーム部４０１が連結されている。複数のアーム部４０１の先端には、エンドエフェクタ部として、それぞれ、手術ツール４０２が取り付けられる。手術ツール４０２は、例えば、鉗子、内視鏡等を含む。

【0036】

ポジショナ２０１は、手術マニピュレータ２０２を、当該手術マニピュレータ２０２が患者２０４に手術を施すのに適した位置に搬送する。そして、ポジショナ２０１はベース２０１ａを水平状態に保持する。なお、ベース２０１ａを水平状態から傾けてもよい。

【0037】

＜遠隔操作装置１００＞
図２には、遠隔操作装置１００の概要が示されている。なお、図２は、遠隔操作装置１００の概念を判り易く示す図であり、そのため、図２には、特に入力装置２の細部の構造が、後述する図３〜図８に示される具体的な構造と異なって示されている。

【0038】

図２を参照すると、遠隔操作装置１００は、操作者（手術する医師）が手術マニピュレータ２０２の動作を制御して手術を行うための装置である。遠隔操作装置１００は、ポジショナ２０１及び手術マニピュレータ２０２と、有線又は無線により、電気的に接続されている。遠隔操作装置１００は、例えば、手術台の近傍又は別室に配置される。

【0039】

遠隔操作装置１００は、ここでは、本体１と、入力装置２と、複数のペダル４と、表示部５と、ビュアー（不図示）と、を備える。

【0040】

本体１は、側面から見て略Ｌ字状に形成されており、本体１の、当該本体１に向かって右側及び左側の部分に、それぞれ、右入力装置２Ａ及び左入力装置２Ｂが設けられている。右入力装置２Ａ及び左入力装置２Ｂは、操作者が、それぞれ、右手及び左手で操作するためのものである。右入力装置２Ａ及び左入力装置２Ｂは、それぞれ、スレーブロボットとしての手術マニピュレータ２０２の各アーム部４０１に対するマスター入力装置として機能する。

【0041】

本体１の上部には、前方に突出するようにＵ字状の支持部材３が設けられている。支持部材３の前端部の中央部に表示部５が設けられている。表示部５は、例えば、タッチパネルで構成されていて、操作者が遠隔操作装置１００に各種の設定を行うための情報を表示又は入力するための画面として機能する。ビュアー（不図示）は、遠隔操作装置１００の上部に設けられるが、ビュアーの構成及び機能は良く知られているので、図２では、入力装置２を見易くするために、図示を省略している。ビュアーには、手術マニピュレータ２０２のアーム部４０１の先端にエンドエフェクタ部として取り付けられた内視鏡（手術ツール４０２）によって撮像された画像が表示される。

【0042】

本体１の下部には、前方に突出するように複数（ここでは４本）のペダル４が設けられている。複数のペダル４は、右入力装置２Ａ及び左入力装置２Ｂと手術マニピュレータ２０２の各アームとの接続の切り替え、モニタ５に表示される画像のズーム等を行うものである。

【0043】

操作者は、例えば、遠隔操作装置１００の前に配置された椅子に腰かけた状態で、ビュアーに表示される患者２０４の体内の画像を見ながら、右入力装置２Ａ及び左入力装置２Ｂをそれぞれ右及び左の手で操作して手術を行う。

【0044】

＜入力装置２＞
図３は、図２に示す入力装置２の概要を模式的に示す側面図である。図３には、入力装置２の構成が簡略化されて示されている。入力装置２の具体的な構造例は、図４〜図８を参照されたい。図３には、右入力装置２Ａが示されている。左入力装置２Ｂは、右入力装置２Ａの左右方向の構造を逆にしただけである。従って、左入力装置２Ｂの説明を省略する。以下では、便宜上、図３の上下方向を及び左右方向を、それぞれ、右入力装置２Ａの上下方向及び前後方向とする。右入力装置２Ａは、初期状態において、図３に示す基準姿勢を取る。

【0045】

図３を参照すると、右入力装置２Ａは、側面視において、略Ｌ字状の基準姿勢を取る。以下、右入力装置２Ａの基準姿勢を単に「基準姿勢」という場合がある。右入力装置２Ａは、アーム部１１とリスト部１２とを備える。なお、特許請求の範囲及び明細書において、関節ＪＴ１〜ＪＴ７が有する回動軸線Ａ１〜Ａ７を「関節軸」と呼ぶ場合がある。

【0046】

｛アーム部１１｝
アーム部１１は、例えば、基体２１と、第１リンク２２と、第２リンク２３と、第３リンク２４とを備える。基体２１は遠隔操作装置１００の本体１に固定されている。基体２１の上下方向における一方の端部（ここでは下端部）に、第１リンク２２の一方の端部（ここでは上端部）が、第１関節ＪＴ１を介して、上下方向に延びる第１回動軸線Ａ１の周り回動自在に連結されている。第１リンク２２の他方の端部（ここでは下端部）に、第２リンク２３の一方の端部（ここでは上端部）が、第２関節ＪＴ２を介して、第１回動軸線Ａ１に直交し且つ左右方向に延びる第２回動軸線Ａ２の周り回動自在に連結されている。第２リンク２３の他方の端部（ここでは下端部）に、第３リンク２４の一方の端部（基準姿勢における後端部）が、第３関節ＪＴ３を介して、第２回動軸線Ａ２に平行に延びる第３回動軸線Ａ３の周り回動自在に連結されている。また、第１リンク２２の他方の端部には、揺動部材２５の一方の端部が第２回動軸線Ａ２の周りに回動自在に設けられている。揺動部材２５の他方の端部には、補助リンク２６の一方の端部（ここでは、上端部）が第９回動軸線Ａ９の周りに回動自在に連結されている。第９回動軸線Ａ９は、第２回動軸線Ａ２に平行で且つ第２回動軸線から所定距離だけ離れて延在する。補助リンク２６の他方の端部（ここでは下端部）は、第３リンクの一方の端部に第１０回動軸線Ａ１０の周りに回動自在に連結されている。第１０回動軸線Ａ１０は、第３回動軸線Ａ３に平行で且つ第３回動軸線から第３リンク２４の一方の端向かう方向に上記所定距離だけ離れて延在する。つまり、補助リンク２６及び第２リンク２３は、平行リンクを構成している。

【0047】

第３リンク２４の他方の端部（基準姿勢における前端部）には、リスト部１２が、第４関節ＪＴ４を介して、第４回動軸線Ａ４の周りに回動自在に連結されている。第４回動軸線Ａ４は、第３回動軸線Ａ３及び第１０回動軸線Ａ１０を含む平面に直交するように延在する。

【0048】

図４は、図３の入力装置のアーム部１１のうちの肩部の縦断面を示す断面図である。図４を参照すると、肩部は基体２１で構成され、基体２１は、枠体状に形成されている。基体２１には、第１モータＭ１が下向きに設けられている。具体的には、第１モータＭ１は、主軸Ｓ１が第１回動軸線Ａ１と同軸になるように設けられている。第１モータＭ１には、第１モータＭ１の回転角を検知する第１回転角センサＥ１が設けられている。第１回転角センサＥ１は、回転角を検知できるものであればよく、例えば、エンコーダ、回転計等で構成される。「回転角センサ」は、関節に設けられて関節の回転角を検知してもよい。このことは、後述する第２乃至第７回転角センサＥ２〜Ｅ７にも当て嵌まる。第１回転角センサＥ１は、ここでは、第１モータＭ１の主軸Ｓ１に直結されたエンコーダで構成される。主軸Ｓ１は、円筒状の連結部材６２を用いて、第１リンク２２の第１回転軸Ｒ１（図５参照）と同軸に突き合わせ接続されている。詳しくは、第１モータＭ１の主軸Ｓ１と第１回転軸Ｒ１とは、双方の端面同士が突合せ接合するように接続されている。

【0049】

図５は、図３の右入力装置２Ａのアーム部１１のうちの上腕部の縦断面を示す断面図である。図５を参照すると、アーム部１１の上腕部は、第１リンク２２、第２リンク２３、及び補助リンク２６を含む。第１リンク２２は、枠体状に形成されている。第１リンク２２の一方の端部（ここでは、上端部）には、第１回転軸Ｒ１が設けられている。上述のように、第１回転軸Ｒ１は、第１モータＭ１の主軸Ｓ１と同軸に接続されている。この第１回転軸Ｒ１及び第１モータＭ１によって、第１関節ＪＴ１が構成されており、これにより、第１リンク２２が、基体２１に対し、第１回動軸線Ａ１の周りに自在に回動することが可能であり、第１リンク２２の回動による第１モータＭ１の回転角を第１回転角センサＥ１によって検知することが可能であり、且つ、第１モータＭ１によって第１回転軸Ｒ１を
回転駆動することが可能である。

【0050】

第２リンクは、中空の棒状に形成されている。第２リンク２３の一方の端部（上端部）には、第２回転軸Ｒ２が設けられている。この第２回転軸Ｒ２が、軸受５１を介して、第１リンク２２の他方の端部（下端部）に、第２回動軸線Ａ２の周りに回動自在に取り付けられている。この第２回転軸Ｒ２及び軸受５１によって、第２関節ＪＴ２が構成されており、これにより、第２リンク２３が、第１リンク２２に対し、第２回動軸線Ａ２の周りに自在に回動することが可能である。

【0051】

第２回転軸Ｒ２には、従動プーリー３３が設けられている。一方、第１リンク２２には、主軸Ｓ２の中心軸が第２回動軸線Ａ２に平行になるように、第２モータＭ２が設けられている。第２モータＭ２には、第２モータＭ２の回転角を検知する第２回転角センサＥ２が設けられている。第２回転角センサＥ２は、回転角を検知できるものであればよく、例えば、エンコーダ、回転計等で構成される。第２回転角センサＥ２は、ここでは、第２モータＭ２の主軸Ｓ２に直結されたエンコーダで構成される。

【0052】

第２モータＭ２の主軸Ｓ２には、駆動プーリー３２が設けられている。この駆動プーリー３２と従動プーリー３３とにベルト３４が巻き掛けられている。これにより、第２リンク２３の回動による第２モータＭ２の回転角を第２回転角センサＥ２によって検知することが可能であり、且つ、第２モータＭ２によって第２回転軸Ｒ２を回転駆動することが可能である。

【0053】

さらに、第２リンク２３の適所（ここでは中央部）と第１リンク２２との間に引張コイルバネ（補助バネ）ＳＰ１が設けられている。この引張コイルバネＳＰ１は、中心軸が第２回動軸線Ａ２と第３回動軸線Ａ３とに直交するように設けられている。また、この引張コイルバネＳＰ１は、第２リンク２３が基準姿勢から回動すると、その回動方向に所定のトルクを第２回転軸Ｒ２に対して作用させるように設計されている。この所定のトルクは、アーム部１１の第２リンク２３から先の部分及びリスト部１２の自重によって第２回転軸Ｒ２に発生するトルク（以下、重力トルクという場合がある）の一部を打ち消すようなトルクに設定されている。これにより、第２回転軸Ｒ２に発生する重力トルクの一部が引張コイルバネＳＰ１によって打ち消される。

【0054】

第３リンク２４は、棒状の箱体に形成されていて、内部に主要な要素が収容されている。第３リンク２４の一方の端部（後端部）には、第３回転軸Ｒ３が設けられている。この第３回転軸Ｒ３が、軸受５２を介して、第２リンク２３の他方の端部に、第３回動軸線Ａ３の周りに回動自在に取り付けられている。この第３回転軸Ｒ３及び軸受５２によって、第３関節ＪＴ３が構成されており、これにより、第３リンク２４が、第２リンク２３に対し、第３回動軸線Ａ３の周りに自在に回動することが可能である。

【0055】

一方、揺動部材２５は細長い板状に形成されていて、この揺動部材２５の一方の端部に、第１１回転軸Ｒ１１が設けられている。この第１１回転軸Ｒ１１が、軸受５３を介して、第１リンク２２の他方の端部に第２回動軸線Ａ２の周りに回動自在に取り付けられている。

【0056】

また、揺動部材２５の他方の端部に第９回転軸Ｒ９が設けられている。この第９回転軸Ｒ９が、軸受（不図示）を介して、補助リンク２６の一方の端部に第９回動軸線Ａ９の周りに回動自在に連結されている。

【0057】

また、第３リンク２４の一方の端と第３関節ＪＴ３との間の部分に第１０回転軸Ｒ１０が設けられている。この第１０回転軸が、軸受（不図示）を介して、補助リンク２６の他方の端部に第１０回動軸線Ａ１０の周りに回動自在に連結されている。なお、上述のように、補助リンク２６と第２リンク２３とは平行リンクを構成している。

【0058】

さらに、第１１回転軸Ｒ１１には、従動プーリー４４が設けられている。一方、第１リンク２２の適宜な位置に、主軸Ｓ３の中心軸が第１１回動軸線Ａ１１に平行になるように、第３モータＭ３が設けられている。第３モータＭ３には、第３モータＭ３の回転角を検知する第３回転角センサＥ３が設けられている。第３回転角センサＥ３は、回転角を検知できるものであればよく、例えば、エンコーダ、回転計等で構成される。第３回転角センサＥ３は、ここでは、第３モータＭ３の主軸Ｓ３に直結されたエンコーダで構成される。

【0059】

第３モータＭ３の主軸Ｓ３には、駆動プーリー４２が設けられている。この駆動プーリー４２と従動プーリー３３とにベルト３４が巻き掛けられている。

【0060】

以上の補助リンク２６に関連する構成によれば、第３リンク２４が回動すると、補助リンク２６が第２リンク２３に平行に移動し、それによって揺動部材２５が揺動し、この揺動部材２５の揺動に応じて、従動プーリー４４、駆動プーリー４２、及び第３モータＭ３が順に回転する。従って、この一連の動作により、第３リンク２４の回動による第３モータＭ３の回転角を第２回転角センサＥ２によって検知することが可能である。また、この一連の動作の逆の動作により、第３モータＭ３によって第３回転軸Ｒ３を回転駆動することが可能である。

【0061】

さらに、揺動部材２５と第１リンク２２との間に圧縮コイルバネ（不図示）が設けられている。この圧縮コイルバネは、常時、揺動部材を下方に回動させるトルクを発生するように設計されている。このトルクは、アーム部１１の第３リンク２４及びリスト部１２の自重によって第９回転軸Ｒ９に発生する重力トルクの一部を打ち消すようなトルクに設定されている。これにより、第９回転軸Ｒ９に発生する重力トルクの一部がこのコイルバネによって打ち消される。

【0062】

｛リスト部１２｝
図６は、図３の入力装置のリスト部１２の外観を示す斜視図である。図６は、基準姿勢にあるリスト部１２を示している。図６を参照すると、リスト部１２は、例えば、第４リンク７１と、第５リンク７２と、第６リンク７３と、第７リンクとしての操作部７４とを備える。第４リンク７１、第５リンク７２、第６リンク７３、及び操作部７４は、３軸（自由度３）のジンバルを構成している。具体的には、第５リンク７２が、第４リンク７１に対し、第５回動軸線Ａ５の周りに回動自在であり、第６リンク７３が、第５リンク７２に対し、第５回動軸線Ａ５に直交する第６回動軸線Ａ６の周りに回動自在であり、操作部７４が、第６リンク７３に対し、第５回動軸線Ａ５及び第６回動軸線Ａ６に直交する第７回動軸線Ａ７の周りに回動自在である。従って、操作者は、操作部７４を、これら３つの回動軸線Ａ５〜Ａ７の交点を中心に回動させて、任意の方向に向けることができる。

【0063】

図３及び図６を参照すると、第４リンク７１はＬ字状に形成されていて、この第４リンク７１の一方の端部（基準姿勢における前端部）が、第４関節ＪＴ４を介して、第４回動軸線の周りに回動自在に第３リンク２４（図３参照）の他方の端部（基準姿勢における前端部）に連結されている。第４回動軸線Ａ４は、第３回動軸線Ａ３及び第１０回動軸線Ａ１０を含む平面に直交する。

【0064】

図６を参照すると、第４リンク７１の他方の端部（基準姿勢における後端部）に、第５リンク７２の一方の端部（基準姿勢における後端端部）が、第５関節ＪＴ５を介して、第４回動軸線Ａ４に直交する第５回動軸線Ａ５の周り回動自在に連結されている。第５リンク７２は、第４リンク７１より一回り小さいＬ字状に形成されている。第５リンク７２の他方の端部（基準姿勢における前端部）に、第６リンク７３の一方の端部（基準姿勢における右端部）が、第６関節ＪＴ６を介して、第６回動軸線Ａ６の周り回動自在に連結されている。第６リンク７３は、第５リンク７２より一回り小さいＬ字状に形成されている。第６リンク７３の他方の端部（基準姿勢における左端部）に、操作部７４の一方の端部（基準姿勢における左端部）が、第７関節ＪＴ７を介して、第７回動軸線Ａ７の周り回動自在に連結されている。操作部７４は、棒状の本体と、この本体に設けられた一対の円筒状の指挿入部７４ａとを備える。一対の指挿入部７４ａは、操作者がこれらに親指と人差し指とを挿入し、親指と人差し指とで、あたかも物をつまんだり放したりするように一対の指挿入部７４ａを操作することができるように構成されている。

【0065】

次に、リスト部１２の詳細な構造の一例を説明する。

【0066】

図７は、図６のリスト部１２の第４リンク７１及び第５リンク７２の縦断面を示す断面図である。図８は、図６のリスト部１２の第６リンク７３及び操作部７４の縦断面を示す断面図である。図７はリスト部１２を、第５回動軸線Ａ５及び第６回動軸線Ａ６を含む平面で切断した断面を示し、図８はリスト部１２を、第６回動軸線Ａ６及び第７回動軸線Ａ７を含む平面で切断した断面を示す。

【0067】

図７を参照すると、第４リンク７１は、Ｌ字状の箱体に形成されていて、主要な要素が箱体の内部に収容されている。第４リンク７１の一方の端部（前端部）には、第４回転軸Ｒ４が設けられている。この第４回転軸Ｒ４が、軸受８１を介して、第３リンク２４の他方の端部（前端部）に、第４回動軸線Ａ４の周りに回動自在に取り付けられている。この第４回転軸Ｒ４及び軸受８１によって、第４関節ＪＴ４が構成されており、これにより、第４リンク７１が、第３リンク２４に対し、第４回動軸線Ａ４の周りに自在に回動することが可能である。

【0068】

また、第３リンク２４の内部には、第４モータＭ４が、主軸Ｓ４の中心軸が第４回動軸線Ａ４と直交するように設けられている。第４モータＭ４には、第４モータＭ４の回転角を検知する第４回転角センサＥ４が設けられている。第４回転角センサＥ４は、回転角を検知できるものであればよく、例えば、エンコーダ、回転計等で構成される。第４回転角センサＥ４は、ここでは、第４モータＭ４の主軸Ｓ４に直結されたエンコーダで構成される。第４モータＭ４の主軸Ｓ４は、ベベルギア機構Ｇ１を介して第４回転軸Ｒ４に接続されている。これにより、第４リンク７１の回動による第４モータＭ４の回転角を第４回転角センサＥ４によって検知することが可能であり、且つ、第４モータＭ４によって第４回転軸Ｒ４を回転駆動することが可能である。

【0069】

第５リンク７２は、Ｌ字状の箱体に形成されていて、主要な要素が箱体の内部に収容されている。第５リンク７２の一方の端部（後端部）には、第５回転軸Ｒ５が設けられている。この第５回転軸Ｒ５が、軸受８２を介して、第４リンク７１の他方の端部（後端部）に、第５回動軸線Ａ５の周りに回動自在に取り付けられている。この第５回転軸Ｒ５及び軸受８２によって、第５関節ＪＴ５が構成されており、これにより、第５リンク７２が、第４リンク７１に対し、第５回動軸線Ａ５の周りに自在に回動することが可能である。

【0070】

また、第４リンク７１の内部には、第５モータＭ５が、主軸Ｓ５の中心軸が第５回動軸線Ａ５と直交するように設けられている。第５モータＭ５には、第５モータＭ５の回転角を検知する第５回転角センサＥ５が設けられている。第５回転角センサＥ５は、回転角を検知できるものであればよく、例えば、エンコーダ、回転計等で構成される。第５回転角センサＥ５は、ここでは、第５モータＭ５の主軸Ｓ５に直結されたエンコーダで構成される。第５モータＭ５の主軸Ｓ５は、ベベルギア機構Ｇ２を介して第５回転軸Ｒ５に接続されている。これにより、第５リンク７２の回動による第５モータＭ５の回転角を第５回転角センサＥ５によって検知することが可能であり、且つ、第５モータＭ５によって第５回転軸Ｒ５を回転駆動することが可能である。

【0071】

さらに、第４リンク７１の適所（ここでは基準姿勢における後端部の下端部）と第５回転軸Ｒ５との間に圧縮コイルバネＳＰ２（補助バネ）が設けられている。この圧縮コイルバネＳＰ２は、中心軸が第４回動軸線Ａ４に平行で且つ第５回動軸線Ａ５に直交するように設けられている。また、この圧縮コイルバネＳＰ２は、第５リンク７２が基準姿勢から回動すると、その回動方向に所定のトルクを第５リンク７２に対して作用させるように設計されている。この所定のトルクは、リスト部１２の第５リンクから先の部分の自重によって第５回転軸Ｒ５に発生する重力トルクの一部を打ち消すようなトルクに設定されている。これにより、第５回転軸Ｒ５に発生する重力トルクの一部が圧縮コイルバネＳＰ２によって打ち消される。

【0072】

図７及び図８を参照すると、第６リンク７３は、Ｌ字状の箱体に形成されていて、主要な要素が箱体の内部に収容されている。第６リンク７３の一方の端部（右端部）には、第６回転軸Ｒ６が設けられている。この第６回転軸Ｒ６が、軸受８３を介して、第５リンク７２の他方の端部（前端部）に、第６回動軸線Ａ６の周りに回動自在に取り付けられている。この第６回転軸Ｒ６及び軸受８３によって、第６関節ＪＴ６が構成されており、これにより、第６リンク７３が、第５リンク７２に対し、第６回動軸線Ａ６の周りに自在に回動することが可能である。

【0073】

また、第５リンク７２の内部には、第６モータＭ６が、主軸Ｓ６の中心軸が第６回動軸線Ａ６と直交するように設けられている。第６モータＭ６には、第６モータＭ６の回転角を検知する第６回転角センサＥ６が設けられている。第６回転角センサＥ６は、回転角を検知できるものであればよく、例えば、エンコーダ、回転計等で構成される。第６回転角センサＥ６は、ここでは、第６モータＭ６の主軸Ｓ６に直結されたエンコーダで構成される。第６モータＭ６の主軸Ｓ６は、ベベルギア機構を介して第６回転軸Ｒ６に接続されている。これにより、第６リンク７３の回動による第６モータＭ６の回転角を第６回転角センサＥ６によって検知することが可能であり、且つ、第６モータＭ６によって第６回転軸Ｒ６を回転駆動することが可能である。

【0074】

図８を参照すると、操作部７４の一方の端部（左端部）には、第７回転軸Ｒ７が設けられている。この第７回転軸Ｒ７が、軸受８４を介して、第６リンク７３の他方の端部（左端部）に、第７回動軸線Ａ７の周りに回動自在に取り付けられている。この第７回転軸Ｒ７及び軸受８４によって、第７関節ＪＴ７が構成されており、これにより、操作部７４が、第６リンク７３に対し、第７回動軸線Ａ７の周りに自在に回動することが可能である。

【0075】

また、第６リンク７３の内部には、第７モータＭ７が、主軸Ｓ７の中心軸が第７回動軸線Ａ７と直交するように設けられている。第７モータＭ７には、第７モータＭ７の回転角を検知する第７回転角センサＥ７が設けられている。第７回転角センサＥ７は、回転角を検知できるものであればよく、例えば、エンコーダ、回転計等で構成される。第７回転角センサＥ７は、ここでは、第７モータＭ７の主軸Ｓ７に直結されたエンコーダで構成される。第７モータＭ７の主軸Ｓ７は、ベベルギア機構Ｇ４を介して第７回転軸Ｒ７に接続されている。これにより、操作部７４の回動による第７モータＭ７の回転角を第７回転角センサＥ７によって検知することが可能であり、且つ、第７モータＭ７によって第７回転軸Ｒ７を回転駆動することが可能である。

【0076】

＜減速比＞
以上のように構成された入力装置２では、第１乃至第７モータＭ１〜Ｍ７から第１乃至第７関節ＪＴ１〜ＪＴ７にそれぞれ至る動力伝達経路における減速比が０．５以上３０以下に設計される。

【0077】

図３及び図５を参照すると、第１モータＭ１から第１関節ＪＴ１に至る動力伝達経路は、第１モータＭ１の主軸Ｓ１及び第１回転軸Ｒ１で構成される。第２モータＭ２から第２関節ＪＴ２に至る動力伝達経路は、第２モータＭ２の主軸Ｓ２、駆動プーリー３２、ベルト３４、従動プーリー３３、及び第２回転軸Ｒ２で構成される。第３モータＭ３から第３関節ＪＴ３に至る動力伝達経路は、第３モータＭ３の主軸Ｓ３、駆動プーリー４２、ベルト４５、従動プーリー４４、第１１回転軸Ｒ１１、揺動部材２５、第９回転軸Ｒ９、補助リンク２６、第１０回転軸Ｒ１０、第３リンク２４、及び第３回転軸Ｒ３で構成される。

【0078】

図７を参照すると、第４モータＭ４から第４関節ＪＴ４に至る動力伝達経路は、第４モータＭ４の主軸Ｓ４、べベルギア機構Ｇ１、及び第４回転軸Ｒ４で構成される。第５モータＭ５から第５関節ＪＴ５に至る動力伝達経路は、第５モータＭ５の主軸Ｓ５、べベルギア機構Ｇ２、及び第５回転軸Ｒ５で構成される。第６モータＭ６から第６関節ＪＴ６に至る動力伝達経路は、第６モータＭ６の主軸Ｓ６、べベルギア機構Ｇ３、及び第６回転軸Ｒ６で構成される。図８を参照すると、第７モータＭ７から第７関節ＪＴ７に至る動力伝達経路は、第７モータＭ７の主軸Ｓ７、べベルギア機構Ｇ４、及び第７回転軸Ｒ７で構成される。

【0079】

減速比が３０以下であれば、操作者が入力装置２を軽く動かすことができる。一方、減速比が小さくなると、手術マニピュレータ２０２を所定距離動かすのに必要な操作部７４の操作距離が大きくなるが、減速比が０．５以上であれば、この点に関して支障が生じない。

【0080】

また、入力装置２では、アーム部１１における減速比が、リスト部１２における減速比より小さく設計される。一般に、アーム部１１の減速機の摩擦による抗力は、リスト部１２の減速機の摩擦による抗力より大きい。従って、このように、アーム部１１の減速比をリスト部１２の減速比より小さくすると、操作者が入力装置２を、より軽く動かすことができる。

【0081】

アーム部１１における減速比は１以上２以下であることが好ましい。減速比をこのように設計すると、操作者が入力装置２を、より一層軽く動かすことができる。

【0082】

また、リスト部１２における減速比は、２０以上３０以下であることが好ましい。減速比をこのように設計すると、操作者が入力装置２を、より一層軽く動かすことができる。

【0083】

上述の構成例では、例えば、第１乃至第３モータＭ１〜Ｍ３から第１乃至第３関節ＪＴ１〜ＪＴ３にそれぞれ至る動力伝達経路における減速比は１である。また、例えば、第４乃至第７モータＭ４〜Ｍ７から第４乃至第７関節ＪＴ４〜ＪＴ７にそれぞれ至る動力伝達経路における減速比は２８である。

【0084】

｛制御系統の構成｝
図９は、遠隔操作装置１００及び手術マニピュレータ２０２の制御系統の構成の一例を示す機能ブロック図である。

【0085】

図９を参照すると、遠隔操作装置１００は、右入力装置２Ａを制御するための入力装置制御器Ｃ１を備える。入力装置制御器Ｃ１は、例えば、右入力装置２Ａ及び左入力装置２Ｂに共通に設けられている。入力装置制御器Ｃ１による両者の制御は同様であるので、ここでは、右入力装置２Ａに関する制御のみ説明し、左入力装置２Ｂに関する制御の説明を省略する。なお、右入力装置２Ａ及び左入力装置２Ｂを制御するために、それぞれ、入力装置制御器Ｃ１を設けてもよい。入力装置制御器Ｃ１は、例えば、制御部（不図示）とサーボアンプ（不図示）とを備える。制御部は、集中制御を行う単独の制御器又は分散制御をする複数の制御器で構成される。制御部は、ここでは、集中制御を行う単独の制御器で構成される。制御部は、例えば、プロセッサとメモリとを備える。制御部は、メモリに格納された所定の動作プログラムをプロセッサが読み出して実行することにより、右入力装置２Ａの動作を制御する。制御部は、具体的には、例えば、マイクロコントローラ、ＭＰＵ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）、論理回路等で構成される。

【0086】

右入力装置２Ａでは、第１乃至第７関節ＪＴ１〜ＪＴ７にそれぞれ対応する第１乃至第７モータＭ１〜Ｍ７の回転角を、それぞれ、第１乃至第７回転角センサＥ１〜Ｅ７が検知し、検知した第１乃至第７モータＭ１〜Ｍ７の回転角を、それぞれ、入力装置制御器Ｃ１に出力する。入力装置制御器Ｃ１では、制御部が、入力された第１乃至第７モータＭ１〜Ｍ７の回転角に基づいて、操作部７４の位置を算出し、算出した操作部７４の位置（位置指令信号）を手術マニピュレータ２０２のマニピュレータ制御器Ｃ２に出力する。また、制御部は、入力された第１乃至第７モータＭ１〜Ｍ７の回転角に基づいて、アーム部１１及びリスト部１２の姿勢が重力によって変化しないような電流指令値を算出し、算出した電流指令値をサーボアンプに出力する。サーボアンプは、入力された電流指令値に対応する電流を第１乃至第７モータＭ１〜Ｍ７に出力する。これにより、アーム部１１及びリスト部１２の姿勢が、重力によって変化しないように制御される。この際、第１乃至第７回転角センサＥ１〜Ｅ７が検知する回転角が、アーム部１１及びリスト部１２の姿勢をフィードバック制御するために用いられる。

【0087】

マニピュレータ制御器Ｃ２は、例えば、制御部（不図示）とサーボアンプ（不図示）とを備える。制御部は、集中制御を行う単独の制御器又は分散制御をする複数の制御器で構成される。制御部は、ここでは、集中制御を行う単独の制御器で構成される。制御部は、例えば、プロセッサとメモリとを備える。制御部は、メモリに格納された所定の動作プログラムをプロセッサが読み出して実行することにより、手術マニピュレータ２０２の動作を制御する。制御部は、具体的には、例えば、マイクロコントローラ、ＭＰＵ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）、論理回路等で構成される。

【0088】

手術マニピュレータ２０２では、リンク４０４及び手術ツール４０２を連結する１以上の関節にそれぞれ対応する１以上のモータＭ２０２の回転角を、それぞれ、１以上の回転角センサＥ２０２が検知し、検知した１以上のモータＭ２０２の回転角を、それぞれ、マニピュレータ制御器Ｃ２に出力する。マニピュレータ制御器Ｃ２では、制御部が、入力装置制御器Ｃ１から入力された操作部７４の位置（位置指令信号）に基づいて、手術ツール４０２が操作部７４の位置に対応する位置に位置するような１以上のモータＭ２０２の電流指令値を算出し、算出した電流指令値をサーボアンプに出力する。サーボアンプは、入力された電流指令値に対応する電流を１以上のモータＭ２０２に出力する。これにより、手術ツール４０２が操作部７４の位置に対応する位置に位置するようにリンク４０４の動作が制御される。この際、１以上の回転角センサＥ２０２が検知する回転角が、手術ツール４０２の位置をフィードバック制御するために用いられる。

【0089】

なお、入力装置２Ａの操作部７４の姿勢及び動作が、別途、適宜なセンサ（不図示）により検知され、入力装置制御器Ｃ１を経由してマニピュレータ制御器Ｃ２に入力される。マニピュレータ制御器Ｃ２は、手術ツール４０２が、入力装置２Ａの操作部７４の姿勢に対応する姿勢を取るとともに入力装置２Ａの操作部７４の動作に対応する動作を行うよう手術ツール４０２を制御する。

【0090】

［動作］
まず、右入力装置２Ａ及び手術マニピュレータ２０２の動作を説明する。

【0091】

図３及び図６を参照すると、操作者は、例えば、右入力装置２Ａの操作部７４の一対の指挿入部７４ａに親指と人差し指とを挿入する。そして、操作者が、操作部７４を左右に動かすと、アーム部１１が、第１関節ＪＴ１の第１回動軸線Ａ１を中心に左右に回動する。操作者が操作部７４を前後に動かすと、アーム部１１が、第２関節ＪＴ２の第２回動軸線Ａ２を中心に前後に回動する。操作者が、操作部７４を上下に動かすと、アーム部１１が、第３関節ＪＴ３の第３回動軸線Ａ３を中心に上下に回動する。操作者が、リスト部１２を左右に回転させると、リスト部１２が、第４関節ＪＴ４の第４回動軸線Ａ４を中心に左右に回転する。操作者が、操作部７４の向き（姿勢）を変えるように操作部７４を操作すると、操作部７４がその変えようとする向きに動く（姿勢を取る）。従って、操作者は、入力装置２Ａを意図するように操作することができる。

【0092】

右入力装置２Ａの操作部７４が操作されると、この操作が入力装置制御器Ｃ１によって位置指令信号に変換され、マニピュレータ制御器Ｃ２が、この位置指令信号に従って、手術マニピュレータ２０２の選択されたアーム部４０１の手術ツール４０２が操作部７４に対応する位置に位置するように当該選択されたアーム部４０１の動作を制御する。これにより、手術マニピュレータ２０２選択されたアーム部４０１が、操作者による右入力装置２Ａの操作に従って動作する。アーム部４０１の選択は、遠隔操作装置１００のペダル４を操作することによって行われる。なお、左入力装置２Ｂの動作もこれと同様である。

【0093】

次に、右入力装置２Ａの重力打消し制御を説明する。図１０は、図９の入力装置制御器Ｃ１の重力打消し制御の一例を示すフローチャートである。

【0094】

図１０を参照すると、入力装置制御器Ｃ１の制御部は、アーム部１１及びリスト部１２の制御モデルに基づいて、リアルタイムで以下の制御を行う。

【0095】

まず、入力装置制御器Ｃ１の制御部は、各関節ＪＴ１〜ＪＴ７に対応する各モータＭ１〜Ｍ７の回転角を取得する（ステップＳＴ１）。

【0096】

次いで、入力装置制御器Ｃ１の制御部は、得られた各関節ＪＴ１〜ＪＴ７に対応する各モータＭ１〜Ｍ７の回転角に基づいて、アーム部１１及びリスト部１２の姿勢を演算する（ステップＳＴ２）。

【0097】

次いで、入力装置制御器Ｃ１の制御部は、得られた姿勢によって各関節ＪＴ１〜ＪＴ７の各回転軸Ｒ１〜Ｒ７に発生する重力トルクを打ち消す重力打消しトルクを演算する（ステップＳＴ３）。具体的には、制御部は、得られた姿勢から回転軸Ｒ１〜Ｒ７毎に定まる重力トルクをそれぞれ演算する。そして、コイルバネが設けられている関節ＪＴ２、ＪＴ３、ＪＴ５においては、重力トルクからコイルバネが発生するトルクを差し引いたトルクと反対方向のトルクを重力打消しトルクとし、コイルバネが設けられていない関節ＪＴ１、ＪＴ４、ＪＴ６、ＪＴ７においては、重力トルクと反対方向のトルクを重力打消しトルクとする。

【0098】

次いで、入力装置制御器Ｃ１のサーボアンプは、得られた姿勢維持トルクに対応する電流を各関節ＪＴ１〜ＪＴ７に対応する各モータＭ１〜Ｍ７に出力する（ステップＳＴ４）。

【0099】

これにより、アーム部１１及びリスト部１２における重力トルクが打ち消されるので、操作者は、右入力装置２Ａの操作部７４を重力による抗力を感じることなく操作することができ、且つ、操作者が操作部７４の操作を止めると、操作部７４が、操作を止めた位置に操作を止めた姿勢で停止する。

【0100】

以上に説明したように、本実施形態の入力装置２によれば、入力装置制御器Ｃ１がアーム部１１及びリスト部１２の姿勢が重力によって変化しないように複数の関節ＪＴ１〜ＪＴ７に対応する複数のモータＭ１〜Ｍ７の動作を制御するので、操作者が操作部７４に対する操作を止めた位置に、操作を止めた姿勢で、操作部７４がとどまる。

【0101】

また、複数のモータＭ１〜Ｍ７から複数の関節ＪＴ１〜ＪＴ７にそれぞれ至る動力伝達経路における減速比が０．５以上３０以下であるので、操作者が入力装置２を軽く動かすことが可能である。

【0102】

さらに、所定の関節ＪＴ２、ＪＴ３、ＪＴ５に、アーム部１１又は１２リスト部の自重によって所定の関節ＪＴ２、ＪＴ３、ＪＴ５に発生するトルクの一部を打ち消すトルクを発生する補助バネＳＰ１〜ＳＰ３をさらに備えるので、アーム部１１及びリスト部１２の姿勢が重力によって変化しないように関節を駆動するモータＭ２、Ｍ３、Ｍ５の負担を低減することができ、当該モータＭ２、Ｍ３、Ｍ５を小型化することができる。

【0103】

（その他の実施形態）
実施形態１では、アーム部１１の関節が３つであったが、アーム部１１の関節は１以上であればよい。

【0104】

実施形態１では、リスト部１２の関節が４つであったが、アーム部１１の関節は１以上であればよい。

【0105】

実施形態１では、リスト部１２における減速比よりアーム部における減速比が小さいが、リスト部１２における減速比に比べて、アーム部における減速比が同じ又は大きくてもよい。

【0106】

実施形態１では、第３関節ＪＴ３が補助リンク機構（２５、２６）を備えるが、補助リンク機構（２５、２６）を省略してもよい。

【0107】

実施形態１では、第２関節ＪＴ２、第３関節ＪＴ３、及び第５関節ＪＴ５にコイルバネが設けられているが、コイルバネを省略してもよい。また、全ての関節にコイルバネを設けてもよい。また、コイルバネに代えて、他の付勢手段を用いてもよい。

【0108】

上記説明から、当業者にとっては、多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきである。

【産業上の利用可能性】

【0109】

本発明の手術マニピュレータの入力装置は、操作者が軽く動かすことが可能な手術マニピュレータの入力装置として有用である。

【符号の説明】

【0110】

１ 本体
２ 入力装置
２Ａ 右入力装置
２Ｂ 左入力装置
３ 支持部材
４ ペダル
５ モニタ
１１ アーム部
１２ リスト部
２１ 基体
２２ 第１リンク
２３ 第２リンク
２４ 第３リンク
２５ 揺動部材
２６ 補助リンク
５１〜５３ 軸受
６２ 連結部材
７１ 第４リンク
７２ 第５リンク
７３ 第６リンク
７４ 操作部
７４ａ 指挿入部
８１〜８４ 軸受
１００ 遠隔操作装置
２００ ロボット支援手術システム
２０１ ポジショナ
２０２ 手術マニピュレータ
２０３ 手術台
２０４ 患者
４０１ アーム部
４０２ 手術ツール
４０４ リンク
Ａ１〜Ａ７ 第１乃至第７回動軸線
Ａ９〜Ａ１１ 第９乃至第１１回動軸線
Ｅ１〜Ｅ７ 第１乃至第７回転角センサ
Ｇ１〜Ｇ４ べベルギア機構
ＪＴ１〜ＪＴ７ 第１乃至第７関節
Ｍ１〜Ｍ７ 第１乃至第７モータ
Ｒ１〜Ｒ７ 第１乃至第７回転軸
Ｒ９〜Ｒ１１ 第９乃至第１１回転軸
Ｓ１〜Ｓ７ 主軸
ＳＰ１ 引張コイルバネ
ＳＰ２ 圧縮コイルバネ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】