特開 2022-120584 手術支援ロボット、手術支援システムおよび手術支援ロボットの制御方法

(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】P2022120584

(43)【公開日】2022-08-18

(54)【発明の名称】手術支援ロボット、手術支援システムおよび手術支援ロボットの制御方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 34/35 20160101AFI20220810BHJP

   B25J 9/22 20060101ALI20220810BHJP

【ＦＩ】

A61B34/35

B25J9/22 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】19

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021017565

(22)【出願日】2021-02-05

(71)【出願人】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(71)【出願人】

【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】100104433

【弁理士】

【氏名又は名称】宮園 博一

(72)【発明者】

【氏名】山守 啓文

(72)【発明者】

【氏名】一居 哲夫

(72)【発明者】

【氏名】兒玉 和樹

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707AS35

3C707BS14

3C707JU12

3C707LS05

3C707MS10

(57)【要約】

【課題】医療器具およびアームが接触禁止物に対して接触するのを禁止するための接触禁止範囲を設定する自由度を向上させるとともに、接触禁止範囲を容易に設定することが可能な手術支援ロボットを提供する。
【解決手段】この医療用マニピュレータ１（手術支援ロボット）は、先端側に医療器具４が取り付けられるアーム６０と、医療器具４が取り付けられるアーム６０を動作させる制御を行う制御部３１と、アーム６０が動作する空間内における教示点ＴＰを教示するためのピボット教示部材７および操作部８０と、を備える。制御部３１は、ピボット教示部材７および操作部８０を用いて教示された教示点ＴＰに基づいて、患者Ｐの周囲の空間に仮想的な接触禁止空間ＶＰＣを設定する。
【選択図】図１２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

先端側に医療器具が取り付けられるアームと、
前記医療器具が取り付けられる前記アームを動作させる制御を行う制御部と、
前記アームが動作する空間内における教示点を教示するための教示部と、を備え、
前記制御部は、前記教示部を用いて教示された前記教示点に基づいて、接触禁止物の周囲の空間に仮想的な接触禁止空間を設定する、手術支援ロボット。

【請求項2】

前記教示部は、前記アームに取り付けられ、前記アームを操作する操作部を含む、請求項１に記載の手術支援ロボット。

【請求項3】

前記制御部は、前記操作部により操作された前記アームを用いて教示された前記教示点に基づいて、前記接触禁止空間を設定する、請求項２に記載の手術支援ロボット。

【請求項4】

前記教示部は、前記アームの先端側に取り付けられ前記医療器具を移動させる際の支点となる位置であるピボット位置を教示するピボット教示部材、および、前記アームの先端側に取り付けられ手術部位の撮影を行う内視鏡のうち少なくとも１つをさらに含み、
前記制御部は、前記アームの先端側に取り付けられた前記ピボット教示部材、または、前記内視鏡の先端部により教示された前記教示点に基づいて、前記接触禁止空間を設定する、請求項１～３のいずれか１項に記載の手術支援ロボット。

【請求項5】

前記制御部は、前記接触禁止物としての患者の周辺を覆うように前記接触禁止空間を設定する、請求項１～４のいずれか１項に記載の手術支援ロボット。

【請求項6】

前記制御部は、前記患者の手術部位以外の部位の周辺を覆うように前記接触禁止空間を設定する、請求項５に記載の手術支援ロボット。

【請求項7】

前記制御部は、前記教示部を用いて教示された前記教示点と、前記患者の体軸方向の長さの入力操作とに基づいて、前記接触禁止空間を設定する、請求項５または６に記載の手術支援ロボット。

【請求項8】

前記制御部は、前記接触禁止物の周囲に半円筒型の前記接触禁止空間を設定する、請求項１～７のいずれか１項に記載の手術支援ロボット。

【請求項9】

前記制御部は、前記接触禁止空間内に前記医療器具および前記アームの少なくとも一方が入った場合に、警告を通知する制御を行う、請求項１～８のいずれか１項に記載の手術支援ロボット。

【請求項10】

前記制御部は、前記接触禁止空間内に前記医療器具および前記アームが入らないように、前記アームを動作させる接触禁止制御を行う、請求項１～８のいずれか１項に記載の手術支援ロボット。

【請求項11】

前記操作部は、前記アームの移動方向を操作可能なジョイスティックを含む、請求項２および請求項２に従属する請求項３～１０のいずれか１項に記載の手術支援ロボット。

【請求項12】

前記操作部は、押下されることにより前記アームの移動を許可するイネーブルスイッチを含む、請求項２および請求項２に従属する請求項３～１１のいずれか１項に記載の手術支援ロボット。

【請求項13】

前記教示部により教示された前記教示点を登録操作するための入力部をさらに備える、請求項１～１２のいずれか１項に記載の手術支援ロボット。

【請求項14】

前記アームは、７軸以上の関節軸を有する、請求項１～１３のいずれか１項に記載の手術支援ロボット。

【請求項15】

前記アームを複数備え、前記複数のアームのそれぞれの先端側に医療器具が取り付けられており、
前記制御部は、前記接触禁止空間内に前記複数の医療器具および前記複数のアームが入らないように、前記複数のアームを動作させる接触禁止制御を行う、請求項１～９のいずれか１項に記載の手術支援ロボット。

【請求項16】

前記アームを複数備え、前記複数のアームのそれぞれの先端側に医療器具が取り付けられており、
前記操作部を複数備え、前記複数の操作部は、前記複数のアームのそれぞれに取り付けられており、
前記制御部は、前記複数の操作部のうちの１つにより操作された前記複数のアームのうちの１つを用いて教示された前記教示点に基づいて、前記接触禁止空間を設定するように構成されており、
前記制御部は、前記接触禁止空間内に前記複数の医療器具および前記複数のアームが入らないように、前記複数のアームを動作させる接触禁止制御を行う、請求項３および請求項３に従属する請求項４～９のいずれか１項に記載の手術支援ロボット。

【請求項17】

先端側に医療器具が取り付けられるアームと、前記アームが動作する空間内における教示点を教示するための教示部とを含む患者側装置と、
前記医療器具に対する操作を受け付ける操作者側装置と、
前記医療器具が取り付けられる前記アームを動作させる制御を行う制御部と、を備え、
前記制御部は、前記教示部を用いて教示された前記教示点に基づいて、接触禁止物の周囲の空間に仮想的な接触禁止空間を設定する、手術支援システム。

【請求項18】

前記教示部は、前記アームに取り付けられ、前記アームを操作する操作部を含み、
前記制御部は、前記操作者側装置により前記アームを動作させる場合は、前記接触禁止空間内に前記医療器具および前記アームが入らないように、前記アームを動作させる接触禁止制御を行い、前記操作部により前記アームを動作させる場合は、前記接触禁止空間内に前記医療器具および前記アームが入る場合であっても前記操作部の操作に基づき前記アームを動作させる制御を行う、請求項１７に記載の手術支援システム。

【請求項19】

先端部側に医療器具が取り付けられたアームが動作する空間内における教示点を教示するための教示部を用いて教示された前記教示点に基づいて、接触禁止物の周囲の空間に仮想的な接触禁止空間を設定するステップと、
設定された前記接触禁止空間内に前記医療器具および前記アームが入らないように、前記アームの動作を制御するステップと、を備える、手術支援ロボットの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、手術支援ロボット、手術支援システムおよび手術支援ロボットの制御方法に関し、特に、医療器具およびアームが接触禁止物に対して接触するのを禁止する手術支援ロボット、手術支援システムおよび手術支援ロボットの制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、医療器具およびアームが接触禁止物に対して接触するのを禁止する手術支援ロボットが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

【0003】

上記特許文献１には、先端側に医療器具が取り付けられるマニピュレータアーム（アーム）と、マニピュレータアームを動作させる制御を行う制御装置とを備えるロボットシステム（手術支援ロボット）が開示されている。上記特許文献１のロボットシステムでは、制御装置は、障害物（接触禁止物）の表面を決定し、マニピュレータアームと障害物の表面との間の間隔を増大させるようにマニピュレータを動作させる制御部を行う。これにより、医療器具およびマニピュレータアームが障害物に対して接触することが禁止される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８ー１５８１５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記特許文献１では、制御装置は、障害物の表面を遠隔センタ（ピボット位置）を通って延びる平面として規定している。このため、例えば、患者の腹部の手術を行う際には、腹部に設定された遠隔センタを通る平面が障害物表面として設定されるので、患者の顔の周辺を障害物として設定することが困難であるという問題点がある。

【0006】

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、医療器具およびアームが接触禁止物に対して接触するのを禁止するための接触禁止範囲を設定する自由度を向上させるとともに、接触禁止範囲を容易に設定することが可能な手術支援ロボット、手術支援システムおよび手術支援ロボットの制御方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による手術支援ロボットは、先端側に医療器具が取り付けられるアームと、医療器具が取り付けられるアームを動作させる制御を行う制御部と、アームが動作する空間内における教示点を教示するための教示部と、を備え、制御部は、教示部を用いて教示された教示点に基づいて、接触禁止物の周囲の空間に仮想的な接触禁止空間を設定する。

【0008】

この発明の第１の局面による手術支援ロボットでは、上記のように、制御部は、教示部を用いて教示された教示点に基づいて、接触禁止物の周囲の空間に仮想的な接触禁止空間を設定する。これにより、医療器具を移動させる際の支点となるピボット位置に基づいてピボット位置を通る平面を障害物表面として設定する場合と異なり、ピボット位置に対して任意の位置に接触禁止空間を設定することができる。これにより、医療器具およびアームが接触禁止物に対して接触するのを禁止するための接触禁止範囲を設定する自由度を向上させることができる。また、教示部を用いて教示された教示点に基づいて、接触禁止物の周囲の空間に仮想的な接触禁止空間を設定することにより、様々な形状および大きさの接触禁止物に対して、適した形状および大きさの接触禁止空間を容易に設定することができる。これらの結果、医療器具およびアームが接触禁止物に対して接触するのを禁止するための接触禁止範囲を設定する自由度を向上させるとともに、接触禁止範囲を容易に設定することができる。

【0009】

この発明の第２の局面による手術支援システムは、先端側に医療器具が取り付けられるアームと、アームが動作する空間内における教示点を教示するための教示部とを含む患者側装置と、医療器具に対する操作を受け付ける操作者側装置と、医療器具が取り付けられるアームを動作させる制御を行う制御部と、を備え、制御部は、教示部を用いて教示された教示点に基づいて、接触禁止物の周囲の空間に仮想的な接触禁止空間を設定する。

【0010】

この発明の第２の局面による手術支援システムでは、上記のように、制御部は、教示部を用いて教示された教示点に基づいて、接触禁止物の周囲の空間に仮想的な接触禁止空間を設定する。これにより、医療器具を移動させる際の支点となるピボット位置に基づいてピボット位置を通る平面を障害物表面として設定する場合と異なり、ピボット位置に対して任意の位置に接触禁止空間を設定することができる。これにより、医療器具およびアームが接触禁止物に対して接触するのを禁止するための接触禁止範囲を設定する自由度を向上させることができる。また、教示部を用いて教示された教示点に基づいて、接触禁止物の周囲の空間に仮想的な接触禁止空間を設定することにより、様々な形状および大きさの接触禁止物に対して、適した形状および大きさの接触禁止空間を容易に設定することができる。これらの結果、医療器具およびアームが接触禁止物に対して接触するのを禁止するための接触禁止範囲を設定する自由度を向上させるとともに、接触禁止範囲を容易に設定することが可能な手術支援システムを提供することができる。

【0011】

この発明の第３の局面による手術支援ロボットの制御方法は、先端部側に医療器具が取り付けられたアームが動作する空間内における教示点を教示するための教示部を用いて教示された教示点に基づいて、接触禁止物の周囲の空間に仮想的な接触禁止空間を設定するステップと、設定された接触禁止空間内に医療器具およびアームが入らないように、アームの動作を制御するステップと、を備える。

【0012】

この発明の第３の局面による手術支援ロボットの制御方法では、上記のように、教示部を用いて教示された教示点に基づいて、接触禁止物の周囲の空間に仮想的な接触禁止空間を設定するステップを設ける。これにより、医療器具を移動させる際の支点となるピボット位置に基づいてピボット位置を通る平面を障害物表面として設定する場合と異なり、ピボット位置に対して任意の位置に接触禁止空間を設定することができる。これにより、医療器具およびアームが接触禁止物に対して接触するのを禁止するための接触禁止範囲を設定する自由度を向上させることができる。また、教示部を用いて教示された教示点に基づいて、接触禁止物の周囲の空間に仮想的な接触禁止空間を設定することにより、様々な形状および大きさの接触禁止物に対して、適した形状および大きさの接触禁止空間を容易に設定することができる。これらの結果、医療器具およびアームが接触禁止物に対して接触するのを禁止するための接触禁止範囲を設定する自由度を向上させるとともに、接触禁止範囲を容易に設定することが可能な手術支援ロボットの制御方法を提供することができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、上記のように、医療器具およびアームが接触禁止物に対して接触するのを禁止するための接触禁止範囲を設定する自由度を向上させるとともに、接触禁止範囲を容易に設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の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。

【図2】本発明の一実施形態による医療用マニピュレータの構成を示す図である。

【図3】本発明の一実施形態による医療用マニピュレータのアームの構成を示す図である。

【図4】鉗子を示す図である。

【図5】本発明の一実施形態による医療用マニピュレータの操作部の構成を示す斜視図である。

【図6】内視鏡を示す図である。

【図7】ピボット位置教示器具を示す図である。

【図8】ピボット位置を説明するための図である。

【図9】本発明の一実施形態による医療用マニピュレータの制御部の構成を示すブロック図である。

【図10】アームの回転軸および直動軸を示す図である。

【図11】並進移動機構部および医療器具の回転軸および直動軸を示す図である。

【図12】本発明の一実施形態による接触禁止空間の一例を示す図である。

【図13】本発明の一実施形態による接触禁止空間の設定画面の一例を示す図である。

【図14】本発明の一実施形態による接触禁止空間の設定手順を説明するためのフローチャートである。

【図15】本発明の一実施形態による接触禁止空間の確認手順を説明するためのフローチャートである。

【図16】本発明の一実施形態による接触禁止空間の確認を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

【0016】

図１～図１５を参照して、一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、患者Ｐ側装置である医療用マニピュレータ１と、医療用マニピュレータ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とを備えている。医療用マニピュレータ１は医療用台車３を備えており、移動可能に構成されている。遠隔操作装置２は、医療用マニピュレータ１から離間した位置に配置されており、医療用マニピュレータ１は、遠隔操作装置２により遠隔操作されるように構成されている。術者は、医療用マニピュレータ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、入力された指令を医療用マニピュレータ１に送信する。医療用マニピュレータ１は、受信した指令に基づいて動作する。また、医療用マニピュレータ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。なお、医療用マニピュレータ１は、特許請求の範囲の「手術支援ロボット」および「患者側装置」の一例である。また、遠隔操作装置２は、特許請求の範囲の「操作者側装置」の一例である。

【0017】

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、操作用マニピュレータアーム２１と、操作ペダル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とを含む。操作用マニピュレータアーム２１は、術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。操作用マニピュレータアーム２１は、医療器具４に対する操作量を受け付ける。モニタ２４は、内視鏡６により撮影された画像を表示するスコープ型表示装置である。支持アーム２５は、モニタ２４の高さを術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近傍に設けられた図示しないセンサにより術者の頭部を検知することにより医療用マニピュレータ１は遠隔操作装置２による操作が可能になる。術者は、モニタ２４により患部を視認しながら、操作用マニピュレータアーム２１および操作ペダル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、医療用マニピュレータ１に送信される。なお、タッチパネル２３は、特許請求の範囲の「入力部」の一例である。

【0018】

医療用台車３には、医療用マニピュレータ１の動作を制御する制御部３１と、医療用マニピュレータ１の動作を制御するためのプログラムなどが記憶される記憶部３２とが設けられている。そして、遠隔操作装置２に入力された指令に基づいて、医療用台車３の制御部３１は、医療用マニピュレータ１の動作を制御する。

【0019】

また、医療用台車３には、入力装置３３が設けられている。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、複数のアーム６０の移動や姿勢の変更の操作を受け付けるように構成されている。なお、入力装置３３は、特許請求の範囲の「入力部」の一例である。

【0020】

図１および図２に示す医療用マニピュレータ１は、手術室内に配置されている。図１に示すように、医療用マニピュレータ１は、手術台５上の患者Ｐに対して手術を行うように構成されている。医療用マニピュレータ１は、医療用台車３と、ポジショナ４０と、アームベース５０と、複数のアーム６０とを備えている。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。アームベース５０は、比較的長い棒形状（長尺形状）を有する。また、複数のアーム６０は、各々のアーム６０の根元部が、アームベース内のスライド用ベルト（図示せず）に連結されている。スライド用ベルトは、アームベース内に設けられている複数のプーリと駆動モータ（図示せず）に張架され、スライド用ベルトが回動することで、各々のアーム６０の根本部が移動できるように構成されている。つまり、制御部３１からの指令に基づき、アームベース５０は、各々のアーム６０の間隔を調整することができる。また、複数のアーム６０は、折り畳まれた姿勢（収納姿勢）をとることが可能に構成されている。アームベース５０と、複数のアーム６０とは、図示しない滅菌ドレープにより覆われて使用される。

【0021】

ポジショナ４０は、たとえば、７軸多関節ロボットにより構成されている。また、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を移動させる。具体的には、ポジショナ４０は、アームベース５０の位置を３次元に移動させるように構成されている。

【0022】

また、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。

【0023】

図１に示すように、複数のアーム６０の各々の先端には、医療器具４が取り付けられている。医療器具４は、たとえば、取り換え可能なインストゥルメント、内視鏡６（図６参照）などを含む。なお、内視鏡６は、特許請求の範囲の「教示部材」および「医療器具」の一例である。

【0024】

図３に示すように、インストゥルメントには、アーム６０のホルダ７１に設けられたサーボモータＭ２(図示せず)によって駆動される被駆動ユニット４ａが設けられている。また、インストゥルメントの先端には、エンドエフェクタの一例として鉗子４ｂが設けられている。なお、エンドエフェクタは、関節を有する器具として、鉗子、ハサミ、グラスバー、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を含む。また、エンドエフェクタは、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を含む。なお、鉗子４ｂは、２つのエンドエフェクタ部材４ｂ１および４ｂ２を有している。

【0025】

また、図４に示すように、インストゥルメントは、エンドエフェクタ部材４ｂ１および４ｂ２の基端側をＪ１１軸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Ｊ１０軸周りに回転可能に支持する第２支持体４ｆと、第２支持体４ｆの基端側に接続されるシャフト４ｃとを含む。被駆動ユニット４ａと、シャフト４ｃと、第２支持体４ｆと、第１支持体４ｅと、鉗子４ｂとは、Ｚａ方向に沿って配置されている。Ｊ１１軸は、シャフト４ｃが延びる方向（Ｚａ方向）に対して直交する。また、Ｊ１０軸は、シャフト４ｃが延びる方向においてＪ１１軸と離間しかつシャフト４ｃが延びる方向およびＪ１１軸に対して直交する。

【0026】

第１支持体４ｅには、Ｊ１１軸の回転軸線Ｒ１周りに回転するように鉗子４ｂが取り付けられている。また、第２支持体４ｆは、第１支持体４ｅをＪ１０軸について回転可能に支持している。つまり、第２支持体４ｆには、Ｊ１０軸の回転軸線Ｒ２周りに回転するように第１支持体４ｅが取り付けられている。また、第１支持体４ｅの先端側（Ｚａ１方向側）の部分は、Ｕ字形状を有している。第１支持体４ｅのＵ字形状の先端側の部分の回転軸線Ｒ１方向における中央部にツールセンタポイント（ＴＣＰ１、クレビス）が設定されている。

【0027】

また、図６に示すように、内視鏡６のＴＣＰ２は、内視鏡６の先端に設定されている。内視鏡６は、アーム６０の先端側に取り付けられ、手術部位の撮影を行う。内視鏡６は、たとえば、ステレオカメラを有しており、手術部位を３Ｄ画像として撮影することが可能である。

【0028】

次に、アーム６０の構成について詳細に説明する。

【0029】

図３に示すように、アーム６０は、アーム部６１（ベース部６２、リンク部６３、関節部６４）と、アーム部６１の先端に設けられる並進移動機構部７０とを含む。アーム６０は、アーム６０の根元側（アームベース５０）に対して先端側を３次元に移動させるように構成されている。なお、複数のアーム６０は、互いに同様の構成を有する。

【0030】

並進移動機構部７０は、アーム部６１の先端側に設けられるとともに医療器具４が取り付けられている。また、並進移動機構部７０は、医療器具４を患者Ｐに挿入する方向に並進移動させる。また、並進移動機構部７０は、医療器具４をアーム部６１に対して相対的に並進移動させるように構成されている。具体的には、並進移動機構部７０には、医療器具４を保持するホルダ７１が設けられている。ホルダ７１には、サーボモータＭ２（図９参照）が収容されている。サーボモータＭ２は、医療器具４の被駆動ユニット４ａに設けられた回転体を回転させるように構成されている。被駆動ユニット４ａの回転体が回転されることにより、鉗子４ｂが動作される。

【0031】

アーム部６１は、７軸多関節ロボットアームから構成されている。また、アーム部６１は、アーム部６１をアームベース５０に取り付けるためのベース部６２と、ベース部６２に連結された複数のリンク部６３とを含む。複数のリンク部６３同士は、関節部６４により連結されている。

【0032】

並進移動機構部７０は、ホルダ７１をＺａ方向に沿って並進移動させることにより、ホルダ７１に取り付けられた医療器具４をＺａ方向（シャフト４ｃが延びる方向）に沿って並進移動させるように構成されている。具体的には、並進移動機構部７０は、アーム部６１の先端に接続される基端側リンク部７２と、先端側リンク部７３と、基端側リンク部７２と先端側リンク部７３との間に設けられる連結リンク部７４とを含む。また、ホルダ７１は、先端側リンク部７３に設けられている。

【0033】

そして、並進移動機構部７０の連結リンク部７４は、基端側リンク部７２に対して、先端側リンク部７３を、Ｚａ方向に沿って相対的に移動させる倍速機構として構成されている。また、基端側リンク部７２に対して先端側リンク部７３がＺａ方向に沿って相対的に移動されることにより、ホルダ７１に設けられた医療器具４が、Ｚａ方向に沿って並進移動するように構成されている。また、アーム部６１の先端は、基端側リンク部７２を、Ｚａ方向に直交するＸ方向を軸として回動させるように基端側リンク部７２に接続されている。

【0034】

また、図５に示すように、医療用マニピュレータ１は、アーム６０に取り付けられ、アーム６０を操作する操作部８０を備えている。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とスイッチ部８３とを含む。イネーブルスイッチ８１は、ジョイスティック８２およびスイッチ部８３によるアーム６０の移動を許可または不許可とする。また、イネーブルスイッチ８１は、操作者（看護師、助手など）が操作部８０を把持して押下されることによりアーム６０による医療器具４の移動を許可する状態となる。また、イネーブルスイッチ８１は、操作部８０の外周面８０ａの両側に一対設けられている。ジョイスティック８２は、アーム６０の移動方向を操作可能に構成されている。なお、操作部８０は、特許請求の範囲の「教示部」の一例である。

【0035】

また、スイッチ部８３は、医療器具４の長手方向に沿った医療器具４を患者Ｐに挿入する方向側に医療器具４を移動させるスイッチ部８３ａと、医療器具４を患者Ｐに挿入する方向と反対側に医療器具４を移動させるスイッチ部８３ｂとを含む。スイッチ部８３ａとスイッチ部８３ｂとは、共に、押しボタンスイッチから構成されている。スイッチ部８３は、操作部８０の外周面８０ａの両側に設けられている。具体的には、スイッチ部８３（スイッチ部８３ａおよびスイッチ部８３ｂ）は、操作部８０の両側面に一対設けられている。

【0036】

また、図５に示すように、操作部８０は、アーム６０に取り付けられた医療器具４の移動の支点（図８参照）となるピボット位置ＰＰを教示するピボットボタン８５を含む。ピボットボタン８５は、操作部８０の面８０ｂに、イネーブルスイッチ８１に隣り合うように設けられている。そして、内視鏡６（図６参照）の先端部６ａまたはピボット教示部材７（図７参照）の先端部７ａが、患者Ｐの体表面Ｓに挿入されたトロカールＴの挿入位置に対応する位置まで移動された状態で、ピボットボタン８５が押下されることによりピボット位置ＰＰが教示され、記憶部３２に記憶される。なお、ピボット位置ＰＰの教示において、ピボット位置ＰＰは、１つの点（座標）として設定され、ピボット位置ＰＰの教示は、医療器具４の方向を設定するものではない。ピボットボタン８５は、操作部８０の外周面８０ａの両側に一対設けられている。なお、ピボット教示部材７は、特許請求の範囲の「教示部」の一例である。

【0037】

図７に示すように、ピボット教示部材７は、アーム６０の先端側に取り付けられ医療器具４を移動させる際の支点となる位置であるピボット位置ＰＰ（図８参照）を教示する。

【0038】

また、図１に示すように、複数のアーム６０のうちの一つのアーム６０（たとえば、アーム６０ｃ）には内視鏡６が取り付けられ、残りのアーム６０（たとえば、アーム６０ａ、６０ｂおよび６０ｄ）には、内視鏡６以外の医療器具４が取り付けられる。具体的には、手術において、４つのアーム６０のうちの１つのアーム６０に内視鏡６が取り付けられ、３つのアーム６０に内視鏡６以外の医療器具４（鉗子４ｂなど）が取り付けられる。そして、内視鏡６が取り付けられているアーム６０に対して、内視鏡６が取り付けられた状態でピボット位置ＰＰ１が教示される。また、内視鏡６以外の医療器具４が取り付けられるアーム６０に対して、ピボット教示部材７が取り付けられた状態でピボット位置ＰＰ２が教示される。なお、内視鏡６は、互いに隣り合うように配置されている４つのアーム６０のうちの、中央に配置される２つのアーム６０（アーム６０ｂおよび６０ｃ）のうちのいずれかに取り付けられる。すなわち、ピボット位置ＰＰは、複数のアーム６０毎に個別に設定される。

【0039】

また、図５に示すように、操作部８０の面８０ｂには、アーム６０の位置を最適化するためのアジャストメントボタン８６が設けられている。内視鏡６が取り付けられたアーム６０に対するピボット位置ＰＰの教示後、アジャストメントボタン８６が押下さえることにより、他のアーム６０（アームベース５０）の位置が最適化される。アジャストメントボタン８６は、操作部８０の外周面８０ａの両側に一対設けられている。

【0040】

また、図５に示すように、操作部８０は、アーム６０に取り付けられた医療器具４（または内視鏡６）を並進移動させるモードと、回転移動させるモードとを切り替えるモード切替ボタン８４を含む。また、モード切替ボタン８４の近傍には、モードインジケータ８４ａが設けられている。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。具体的には、モードインジケータ８４ａが点灯（回転移動モード）または消灯（並進移動モード）されることにより、現在のモード（並進移動モードまたは回転移動モード）が表示される。

【0041】

また、モードインジケータ８４ａは、ピボット位置ＰＰが教示されたことを表示するピボット位置インジケータを兼ねている。

【0042】

アーム６０を並進移動させるモードでは、医療器具４の先端４ｄが、Ｘ－Ｙ平面上において移動するように、アーム６０が移動される。また、アーム６０を回転移動させるモードでは、ピボット位置ＰＰが教示されていない時は、鉗子４ｂを中心に回転移動し、ピボット位置ＰＰが教示されている時は、ピボット位置ＰＰを支点として医療器具４が回転移動するように、アーム６０が移動される。なお、医療器具４のシャフト４ｃがトロカールＴに挿入された状態で、医療器具４が回転移動される。

【0043】

また、図９に示すように、アーム６０には、アーム部６１の複数の関節部６４に対応するように、複数のサーボモータＭ１と、エンコーダＥ１と、減速機（図示せず）とが設けられている。エンコーダＥ１は、サーボモータＭ１の回転角を検出するように構成されている。減速機は、サーボモータＭ１の回転を減速させてトルクを増大させるように構成されている。

【0044】

また、図９に示すように、並進移動機構部７０には、医療器具４の被駆動ユニット４ａに設けられた回転体を回転させるためのサーボモータＭ２と、医療器具４を並進移動させるためのサーボモータＭ３と、エンコーダＥ２およびエンコーダＥ３と、減速機（図示せず）とが設けられている。エンコーダＥ２およびエンコーダＥ３は、それぞれ、サーボモータＭ２およびサーボモータＭ３の回転角を検出するように構成されている。減速機は、サーボモータＭ２およびサーボモータＭ３の回転を減速させてトルクを増大させるように構成されている。

【0045】

また、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、複数のサーボモータＭ４と、エンコーダＥ４と、減速機（図示せず）とが設けられている。エンコーダＥ４は、サーボモータＭ４の回転角を検出するように構成されている。減速機は、サーボモータＭ４の回転を減速させてトルクを増大させるように構成されている。

【0046】

また、医療用台車３には、医療用台車３の複数の前輪（図示せず）の各々を駆動するサーボモータＭ５と、エンコーダＥ５と、減速機（図示せず）およびブレーキ（図示せず）とが設けられている。エンコーダＥ５は、サーボモータＭ５の回転角を検出するように構成されている。減速機は、サーボモータＭ５の回転を減速させてトルクを増大させるように構成されている。

【0047】

また、医療用台車３のスロットル部３４ａには、ポテンショメータＰ１（図１参照）が設けられており、スロットル部３４ａの捻りに応じてポテンショメータＰ１で検出した回転角に基づき、前輪のサーボモータＭ５は駆動される。また、医療用台車３の図示しない後輪は、双輪形式であり、操作ハンドル３４の左右（Ｒ方向）の回動に基づき、後輪は操舵される。また、医療用台車３の操作ハンドル３４には、ポテンショメータＰ２（図２参照）が設けられており、医療用台車３の後輪には、サーボモータＭ６とエンコーダＥ６と図示しない減速機が設けられている。減速機は、サーボモータＭ６の回転を減速させてトルクを増大させるように構成されている。操作ハンドル３４の左右（Ｒ方向）の回動に応じてポテンショメータＰ２で検出した回転角に基づき、サーボモータＭ６は駆動される。すなわち、操作ハンドル３４の左右（Ｒ方向）の回動による後輪の操舵は、サーボモータＭ６によりパワーアシストされるように構成されている。

【0048】

また、医療用台車３は、前輪が駆動されることにより、前後方向に移動する。また、医療用台車３の操作ハンドル３４が回動されることにより、後輪が操舵されて、医療用台車３が左右方向に回動する。

【0049】

医療用台車３の制御部３１は、指令に基づいて複数のアーム６０の移動を制御するアーム制御部３１ａと、指令に基づいてポジショナ４０の移動および医療用台車３の前輪および後輪（図示せず）の駆動を制御するポジショナ制御部３１ｂとを含む。アーム制御部３１ａには、アーム６０を駆動するためのサーボモータＭ１を制御するためのサーボ制御部Ｃ１が電気的に接続されている。また、サーボ制御部Ｃ１には、サーボモータＭ１の回転角を検出するためのエンコーダＥ１が電気的に接続されている。

【0050】

また、アーム制御部３１ａには、医療器具４を駆動するためのサーボモータＭ２を制御するためのサーボ制御部Ｃ２が電気的に接続されている。また、サーボ制御部Ｃ２には、サーボモータＭ２の回転角を検出するためのエンコーダＥ２が電気的に接続されている。また、アーム制御部３１ａには、並進移動機構部７０を並進移動するためのサーボモータＭ３を制御するためのサーボ制御部Ｃ３が電気的に接続されている。また、サーボ制御部Ｃ３には、サーボモータＭ３の回転角を検出するためのエンコーダＥ３が電気的に接続されている。

【0051】

そして、遠隔操作装置２に入力された動作指令が、アーム制御部３１ａに入力される。アーム制御部３１ａは、入力された動作指令と、エンコーダＥ１（Ｅ２、Ｅ３）により検出された回転角とに基づいて位置指令を生成するとともに、位置指令をサーボ制御部Ｃ１（Ｃ２、Ｃ３）に出力する。サーボ制御部Ｃ１（Ｃ２、Ｃ３）は、アーム制御部３１ａから入力された位置指令と、エンコーダＥ１（Ｅ２、Ｅ３）により検出された回転角とに基づいて、トルク指令を生成するとともに、トルク指令をサーボモータＭ１（Ｍ２、Ｍ３）に出力する。これにより、アーム６０は、遠隔操作装置２に入力された動作指令に応じて移動する。

【0052】

また、アーム制御部３１ａは、操作部８０のジョイスティック８２からの入力信号に基づいてアーム６０を操作する。具体的には、アーム制御部３１ａは、ジョイスティック８２から入力された入力信号（動作指令）と、エンコーダＥ１により検出された回転角とに基づいて位置指令を生成するとともに、位置指令をサーボ制御部Ｃ１に出力する。サーボ制御部Ｃ１は、アーム制御部３１ａから入力された位置指令と、エンコーダＥ１により検出された回転角とに基づいて、トルク指令を生成するとともに、トルク指令をサーボモータＭ１に出力する。これにより、アーム６０は、ジョイスティック８２に入力された動作指令に応じて移動する。

【0053】

アーム制御部３１ａは、操作部８０のスイッチ部８３からの入力信号に基づいてアーム６０を操作するように構成されている。具体的には、アーム制御部３１ａは、スイッチ部８３から入力された入力信号（動作指令）と、エンコーダＥ１またはＥ３により検出された回転角とに基づいて位置指令を生成するとともに、位置指令をサーボ制御部Ｃ１またはＣ３に出力する。サーボ制御部Ｃ１またはＣ３は、アーム制御部３１ａから入力された位置指令と、エンコーダＥ１またはＥ３により検出された回転角とに基づいて、トルク指令を生成するとともに、トルク指令をサーボモータＭ１またはＭ３に出力する。これにより、アーム６０は、スイッチ部８３に入力された動作指令に応じて移動する。

【0054】

また、図９に示すように、ポジショナ制御部３１ｂには、ポジショナ４０を移動するサーボモータＭ４を制御するためのサーボ制御部Ｃ４が電気的に接続されている。また、サーボ制御部Ｃ４には、サーボモータＭ４の回転角を検出するためのエンコーダＥ４が電気的に接続されている。また、ポジショナ制御部３１ｂには、医療用台車３の前輪（図示せず）を駆動するサーボモータＭ５を制御するためのサーボ制御部Ｃ５が電気的に接続されている。また、サーボ制御部Ｃ５には、サーボモータＭ５の回転角を検出するためのエンコーダＥ５が電気的に接続されている。また、ポジショナ制御部３１ｂには、医療用台車３の後輪（図示せず）を駆動するサーボモータＭ６を制御するためのサーボ制御部Ｃ６が電気的に接続されている。また、サーボ制御部Ｃ６には、サーボモータＭ６の回転角を検出するためのエンコーダＥ６が電気的に接続されている。

【0055】

また、入力装置３３からの動作指令が、ポジショナ制御部３１ｂに入力される。ポジショナ制御部３１ｂは、入力装置３３から入力された動作指令と、エンコーダＥ４により検出された回転角とに基づいて位置指令を生成するとともに、位置指令をサーボ制御部Ｃ４に出力する。サーボ制御部Ｃ４は、ポジショナ制御部３１ｂから入力された位置指令と、エンコーダＥ４により検出された回転角とに基づいて、トルク指令を生成するとともに、トルク指令をサーボモータＭ４に出力する。これにより、ポジショナ４０は、入力装置３３に入力された動作指令に応じて移動する。詳細な説明は省略するが、同様な手順により、ポジショナ制御部３１ｂは、操作ハンドル３４からの動作指令に応じて、医療用台車３を移動させる。

【0056】

また、手術支援システム１００には、図１に示すように、モニタカート８が設けられている。モニタカート８は、表示部８ａを含んでいる。モニタカート８の表示部８ａには、遠隔操作装置２のモニタ２４に表示される画像と同じ画像表示される。つまり、モニタ２４に表示されて術者が見ている画像を、医療用マニピュレータ１および患者Ｐの周辺にいる作業者（看護師、助手など）がモニタカート８の表示部８ａにより見ることが可能である。

【0057】

（アームの軸）
次に、図１０を参照して、アーム６０の軸について説明する。

【0058】

本実施形態では、図１０に示すように、アーム６０の関節軸は、７軸以上（本実施形態では８軸）設けられている。具体的には、アーム６０は、回転軸としてのＪ１～Ｊ７軸と、直動軸としてのＪ８軸とを備えている。Ｊ１～Ｊ７軸は、アーム部６１の関節部６４の回転軸に対応する。また、Ｊ７軸は、並進移動機構部７０（図３参照）の基端側リンク部７２に対応する。Ｊ８軸は、並進移動機構部７０の先端側リンク部７３を基端側リンク部７２に対してＺａ方向（図３参照）に沿って相対的に移動させる軸に対応する。すなわち、図９に示すサーボモータＭ１は、アーム６０のＪ１～Ｊ７軸に対応するように設けられている。また、サーボモータＭ３は、Ｊ８軸に対応するように設けられている。

【0059】

（医療器具（鉗子）の軸）
次に、図１１を参照して、医療器具４（鉗子４ｂ）の軸について説明する。

【0060】

図１１に示すように、医療器具４（鉗子４ｂ）は、シャフト４ｃの回転軸（シャフト４ｃが延びる方向に沿った軸）としてのＪ９軸と、シャフト４ｃに接続される第２支持体４ｆの回転軸としてのＪ１０軸と、第１支持体４ｅに対して鉗子４ｂが回転する軸としてのＪ１１軸と、鉗子４ｂの開閉軸としてのＪ１２軸とを備えている。なお、アーム６０のホルダ７１に設けられたサーボモータＭ２は、複数（たとえば、４個）設けられており、複数のサーボモータＭ２によって、被駆動ユニット４ａが駆動される。これにより、Ｊ９軸～Ｊ１２軸周りに、医療器具４が駆動される。

【0061】

（アームの接触禁止制御を行うための制御部の構成）
次に、接触禁止空間ＶＰＣ内に医療器具４およびアーム６０が入らないように、アーム６０を動作させる接触禁止制御のための制御部３１の具体的な構成について説明する。制御部３１は、操作用マニピュレータアーム２１によって受け付けられた操作に基づいて医療器具４を動作させる制御を行う。

【0062】

制御部３１は、医療器具４が取り付けられるアーム６０を動作させる制御を行う。また、制御部３１は、内視鏡６またはピボット教示部材７と、操作部８０とを用いて教示された教示点ＴＰに基づいて、接触禁止物（患者Ｐ）の周囲の空間に仮想的な接触禁止空間ＶＰＣを設定する。また、制御部３１は、接触禁止空間ＶＰＣ内に医療器具４およびアーム６０が入らないように、アーム６０を動作させる接触禁止制御を行う。なお、制御部３１は、接触禁止空間ＶＰＣ内に医療器具４およびアーム６０が入らないように、アーム６０およびアームベース５０を動作させて接触禁止制御を行ってもよい。

【0063】

制御部３１は、操作用マニピュレータアーム２１により受け付けられた術者の操作指令値、ポジショナ４０のエンコーダＥ４から抽出した回転角、および内視鏡６を保持したアーム６０のエンコーダＥ１およびＥ３から抽出した回転角、に基づき医療器具４およびアーム６０の姿勢を算出する。そして、算出された医療器具４およびアーム６０の姿勢が接触禁止空間ＶＰＣ内に入る場合には、接触禁止空間ＶＰＣ内であることを通知して、操作を受け付けずエンコーダＥ１（Ｅ２、Ｅ３）により検出された回転角は現在値を維持する制御を行うか、または、医療器具４およびアーム６０が接触禁止空間ＶＰＣ内に入らないように、アーム６０の経路を変更して、医療器具４を動作させる制御を行う。また、制御部３１は、操作部８０により受け付けられた操作者の操作指令値と、ポジショナ４０のエンコーダＥ４から抽出した回転角に基づき医療器具４およびアーム６０の姿勢を算出する。そして、算出された医療器具４およびアーム６０の姿勢が接触禁止空間ＶＰＣ内に入る場合には、接触禁止空間ＶＰＣ内であることを通知するが、操作部８０の操作指令値に基づいて医療器具４およびアーム６０を動作させる制御を行う。つまり、制御部３１は、操作用マニピュレータアーム２１によりアーム６０を動作させる場合は、接触禁止空間ＶＰＣ内に医療器具４およびアーム６０が入らないように、アーム６０を動作させる接触禁止制御を行う。一方、制御部３１は、操作部８０によりアーム６０を動作させる場合は、接触禁止空間ＶＰＣ内に医療器具４およびアーム６０が入る場合であっても、操作部８０の操作に基づきアーム６０を動作させる制御を行う。

【0064】

図１２に示すように、教示部としての内視鏡６（図６参照）またはピボット教示部材７（図７参照）と、操作部８０（図５参照）とは、アーム６０が動作する空間内における教示点ＴＰ（ＴＰ１、ＴＰ２およびＴＰ３）を教示する。具体的には、操作部８０により操作されるアーム６０の先端側に取り付けられたピボット教示部材７（図７参照）、または、内視鏡６の先端部６ａ（図６参照）により教示された教示点ＴＰに基づいて、接触禁止空間ＶＰＣが設定される。つまり、操作部８０の操作により、アーム６０の先端側に取り付けられたピボット教示部材７の先端部７ａ、または、内視鏡６の先端部６ａを教示したい位置まで移動させて、教示点ＴＰが教示される。

【0065】

ここで、本実施形態では、制御部３１は、教示部（内視鏡６またはピボット教示部材７、操作部８０）を用いて教示された教示点ＴＰに基づいて、接触禁止物（患者Ｐ）の周囲の空間に仮想的な接触禁止空間ＶＰＣを設定する。また、本実施形態では、制御部３１は、設定した接触禁止空間ＶＰＣ内に医療器具４およびアーム６０が入らないように、アーム６０を動作させる接触禁止制御を行う。

【0066】

また、制御部３１は、操作部８０により操作されたアーム６０を用いて教示された教示点ＴＰに基づいて、接触禁止空間ＶＰＣを設定する。具体的には、制御部３１は、操作部８０により操作されるアーム６０の先端側に取り付けられたピボット教示部材７、または、内視鏡６の先端部６ａにより教示された教示点ＴＰに基づいて、接触禁止空間ＶＰＣを設定する。

【0067】

また、図１２に示すように、制御部３１は、接触禁止物としての患者Ｐの周辺を覆うように接触禁止空間ＶＰＣを設定する。具体的には、制御部３１は、患者Ｐの手術部位以外の部位の周辺を覆うように接触禁止空間ＶＰＣを設定する。また、制御部３１は、手術部位に応じてアーム６０を配置する側（展開する側）の患者Ｐの部位の周辺を覆うように接触禁止空間ＶＰＣを設定する。たとえば、腹部が手術部位である場合、制御部３１は、患者Ｐの頭部の周辺を覆うように接触禁止空間ＶＰＣを設定する。また、頭部が手術部位である場合、制御部３１は、患者Ｐの上半身の周辺を覆うように接触禁止空間ＶＰＣを設定する。

【0068】

また、図１２に示すように、制御部３１は、患者Ｐの左肩と、右肩と、頭上から所定の距離離れた位置を含む教示点ＴＰに基づいて、患者Ｐの頭部の周辺を覆う接触禁止空間ＶＰＣを設定する。具体的には、制御部３１は、左肩位置の教示点ＴＰ１と、右肩位置の教示点ＴＰ２と、頭上５ｃｍ位置の教示点ＴＰ３に基づいて、接触禁止空間ＶＰＣを設定する。

【0069】

また、制御部３１は、教示点ＴＰ（ＴＰ１、ＴＰ２およびＴＰ３）と、患者Ｐの体軸方向の長さ（カバー長）の入力操作とに基づいて、接触禁止空間ＶＰＣを設定する。また、接触禁止空間ＶＰＣを設定する際に、作業者による登録操作は、入力装置３３およびタッチパネル２３により受け付けられる。具体的には、教示部（内視鏡６またはピボット教示部材７、操作部８０）により教示された教示点ＴＰを登録操作は、入力装置３３およびタッチパネル２３により受け付けられる。また、患者Ｐの体軸方向の長さ（カバー長）の入力操作は、入力装置３３およびタッチパネル２３により受け付けられる。なお、入力装置３３およびタッチパネル２３のいずれから操作を受け付けるかを切り替え可能にしてもよい。

【0070】

また、図１２に示すように、制御部３１は、接触禁止物（患者Ｐ）の周囲に半円筒型の接触禁止空間ＶＰＣを設定する。具体的には、制御部３１は、患者Ｐの体軸方向に見て、両肩および頭上５ｃｍの位置に基づいて半円筒形状の直径および半円筒形状の位置を決定し、カバー長に基づいて半円筒形状の肩位置からの軸方向の長さを決定して、接触禁止空間ＶＰＣを設定する。

【0071】

また、制御部３１は、接触禁止空間ＶＰＣ内に医療器具４およびアーム６０の少なくとも一方が入った場合に、警告を通知する制御を行う。具体的には、制御部３１は、接触禁止空間ＶＰＣ内に医療器具４およびアーム６０の少なくとも一方が入った場合に、遠隔操作装置２のモニタ２４およびモニタカート８の表示部８ａに、警告を表示する制御を行う。また、制御部３１は、接触禁止空間ＶＰＣ内に医療器具４およびアーム６０の少なくとも一方が入った場合に、接触禁止空間ＶＰＣ内に入ったことを警告するアラーム音を遠隔操作装置２、医療用台車３およびモニタカート８に内蔵するスピーカ（図示せず）より発する制御を行う。

【0072】

また、制御部３１は、接触禁止空間ＶＰＣ内に複数の医療器具４および複数のアーム６０が入らないように、複数のアーム６０を動作させる接触禁止制御を行う。具体的には、制御部３１は、複数のアーム６０のそれぞれに取り付けられた複数の操作部８０のうちの１つにより操作された複数のアーム６０のうちの１つを用いて教示された教示点ＴＰに基づいて、接触禁止空間ＶＰＣを設定するように構成されている。そして、制御部３１は、接触禁止空間ＶＰＣ内に複数の医療器具４および複数のアーム６０が入らないように、複数のアーム６０を動作させる接触禁止制御を行うように構成されている。

【0073】

（接触禁止空間設定手順）
次に、図１３および図１４を参照して、接触禁止空間ＶＰＣの設定手順について説明する。なお、接触禁止空間ＶＰＣの設定は、ピボット位置ＰＰが設定される前に行われる。つまり、ピボット位置ＰＰが設定されると、アーム６０は、ピボット位置ＰＰに動作が拘束されて、自由に動作できなくなるためである。

【0074】

図１４のステップＳ１において、作業者により、接触禁止空間設定画面（図１３参照）を開く操作が行われる。なお、操作は、医療用台車３の入力装置３３または遠隔操作装置２のタッチパネル２３により受け付けられる。ステップＳ２において、作業者により、ピボット教示部材７がアーム６０の先端に取り付けられる。なお、内視鏡６の先端を用いて教示点ＴＰを教示する場合は、ピボット教示部材７はこの時点で取り付けられていなくてもよい。

【0075】

ステップＳ３において、作業者が操作部８０を操作することにより、ピボット教示部材７の先端部７ａ（図７参照）を患者Ｐの左肩の教示点ＴＰ１（図１２参照）の位置に移動させる。ステップＳ４において、作業者により、操作画面（図１３参照）から左肩位置の登録操作が行われる。

【0076】

ステップＳ５において、作業者が操作部８０を操作することにより、ピボット教示部材７の先端部７ａ（図７参照）を患者Ｐの右肩の教示点ＴＰ２（図１２参照）の位置に移動させる。ステップＳ６において、作業者により、操作画面（図１３参照）から右肩位置の登録操作が行われる。

【0077】

ステップＳ７において、作業者が操作部８０を操作することにより、ピボット教示部材７の先端部７ａ（図７参照）を患者Ｐの頭上５ｃｍの教示点ＴＰ３（図１２参照）の位置に移動させる。ステップＳ８において、作業者により、操作画面（図１３参照）から頭上５ｃｍ位置の登録操作が行われる。

【0078】

ステップＳ９において、作業者によりカバー長の長さが入力されてカバー長の登録操作が行われる。そして、ステップＳ１０において、表示される接触禁止空間ＶＰＣの空間形状が確認されて、接触禁止空間ＶＰＣの設定登録操作が行われる。

【0079】

（接触禁止空間確認手順）
次に、図１５および図１６を参照して、接触禁止空間ＶＰＣの確認手順について説明する。

【0080】

図１５のステップＳ１１において、作業者が操作部８０を操作することにより、ピボット教示部材７の先端部７ａ（図７参照）を患者Ｐの左肩位置ＣＰ１（図１６参照）に移動させる。左肩位置ＣＰ１は接触禁止空間ＶＰＣ内であるため、制御部３１は、遠隔操作装置２のモニタ２４およびモニタカート８の表示部８ａに、ピボット教示部材７が接触禁止空間ＶＰＣ内に入ったことを警告する表示を行うよう制御する。また、制御部３１は、ピボット教示部材７が接触禁止空間ＶＰＣ内に入ったことを警告するアラーム音を発する制御を行う。ステップＳ１２において、作業者は、警告が正常に通知されていることを確認する。

【0081】

ステップＳ１３において、作業者が操作部８０を操作することにより、ピボット教示部材７の先端部７ａ（図７参照）を患者Ｐの右肩位置ＣＰ２（図１６参照）に移動させる。右肩位置ＣＰ２は接触禁止空間ＶＰＣ内であるため、制御部３１は、遠隔操作装置２のモニタ２４およびモニタカート８の表示部８ａに、ピボット教示部材７が接触禁止空間ＶＰＣ内に入ったことを警告する表示を行うよう制御する。また、制御部３１は、ピボット教示部材７が接触禁止空間ＶＰＣ内に入ったことを警告するアラーム音を発する制御を行う。ステップＳ１４において、作業者は、警告が正常に通知されていることを確認する。

【0082】

ステップＳ１５において、作業者が操作部８０を操作することにより、ピボット教示部材７の先端部７ａ（図７参照）を患者Ｐの頭上５ｃｍ位置ＣＰ３（図１６参照）に移動させる。患者Ｐの頭上５ｃｍ位置ＣＰ３は接触禁止空間ＶＰＣであるため、制御部３１は、遠隔操作装置２のモニタ２４およびモニタカート８の表示部８ａに、ピボット教示部材７が接触禁止空間ＶＰＣ内に入ったことを警告する表示を行うよう制御する。また、制御部３１は、ピボット教示部材７が接触禁止空間ＶＰＣ内に入ったことを警告するアラーム音を発する制御を行う。ステップＳ１６において、作業者は、警告が正常に通知されていることを確認する。

【0083】

ステップＳ１７において、作業者が操作部８０を操作することにより、ピボット教示部材７の先端部７ａ（図７参照）を患者Ｐの顎位置ＣＰ４（図１６参照）に移動させる。顎位置ＣＰ４は接触禁止空間ＶＰＣ内であるため、制御部３１は、遠隔操作装置２のモニタ２４およびモニタカート８の表示部８ａに、ピボット教示部材７が接触禁止空間ＶＰＣ内に入ったことを警告する表示を行うよう制御する。また、制御部３１は、ピボット教示部材７が接触禁止空間ＶＰＣ内に入ったことを警告するアラーム音を発する制御を行う。ステップＳ１８において、作業者は、警告が正常に通知されていることを確認する。

【0084】

ステップＳ１９において、作業者が操作部８０を操作することにより、ピボット教示部材７の先端部７ａ（図７参照）をピボット教示部材７の先端部７ａが届く範囲内におけるカバー後端位置ＣＰ５（図１６参照）（頭部から方向の位置）に移動させる。カバー後端位置ＣＰ５は接触禁止空間ＶＰＣ内であるため、制御部３１は、遠隔操作装置２のモニタ２４およびモニタカート８の表示部８ａに、ピボット教示部材７が接触禁止空間ＶＰＣ内に入ったことを警告する表示を行うよう制御する。また、制御部３１は、ピボット教示部材７が接触禁止空間ＶＰＣ内に入ったことを警告するアラーム音を発する制御を行う。ステップＳ２０において、作業者は、警告が正常に通知されていることを確認する。その後、接触禁止空間ＶＰＣの確認手順が終了する。その後、ピボット教示部材７によるピボット位置の教示作業が行われる。

【0085】

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

【0086】

本実施形態では、上記のように、制御部３１は、教示部（内視鏡６またはピボット教示部材７、操作部８０）を用いて教示された教示点ＴＰに基づいて、接触禁止物（患者Ｐ）の周囲の空間に仮想的な接触禁止空間ＶＰＣを設定する。これにより、医療器具４を移動させる際の支点となるピボット位置ＰＰに基づいてピボット位置ＰＰを通る平面を障害物表面として設定する場合と異なり、ピボット位置ＰＰに対して任意の位置に接触禁止空間ＶＰＣを設定することができる。これにより、医療器具４およびアーム６０が接触禁止物（患者Ｐ）に対して接触するのを禁止するための接触禁止範囲を設定する自由度を向上させることができる。また、教示部（内視鏡６またはピボット教示部材７、操作部８０）を用いて教示された教示点ＴＰに基づいて、接触禁止物（患者Ｐ）の周囲の空間に仮想的な接触禁止空間ＶＰＣを設定することにより、様々な形状および大きさの接触禁止物に対して、適した形状および大きさの接触禁止空間ＶＰＣを容易に設定することができる。これらの結果、医療器具４およびアーム６０が接触禁止物に対して接触するのを禁止するための接触禁止範囲を設定する自由度を向上させるとともに、接触禁止範囲を容易に設定することができる。

【0087】

また、本実施形態では、上記のように、制御部３１は、操作部８０により操作されたアーム６０を用いて教示された教示点ＴＰに基づいて、接触禁止空間ＶＰＣを設定する。これにより、操作部８０によりアーム６０を操作してアーム６０を移動させながら教示点ＴＰを教示することができるので、教示点ＴＰの位置を容易に精度よく教示することができる。

【0088】

また、本実施形態では、上記のように、制御部３１は、操作部８０により操作されるアーム６０の先端側に取り付けられたピボット教示部材７、または、内視鏡６の先端部６ａにより教示された教示点ＴＰに基づいて、接触禁止空間ＶＰＣを設定する。これにより、接触禁止空間ＶＰＤを設定するための教示点ＴＰを教示するための専用の部材を別途設ける必要がないので、部品点数が増加するのを抑制することができるとともに、装置構成が複雑化するのを抑制することができる。

【0089】

また、本実施形態では、上記のように、制御部３１は、接触禁止物としての患者Ｐの周辺を覆うように接触禁止空間ＶＰＣを設定する。これにより、患者Ｐを離被架（カバー）により覆って患者Ｐに医療器具４およびアーム６０が接触しないようにする場合と異なり、仮想的な接触禁止空間ＶＰＣを患者Ｐの周辺に設定して患者Ｐに医療器具４およびアーム６０が接触しないようにすることができる。これにより、医療器具４およびアーム６０が離被架に接触することがない。その結果、医療器具４およびアーム６０が離被架に接触することに起因して、医療器具４およびアーム６０の破損や位置ズレが生じるのを抑制することができる。

【0090】

また、本実施形態では、上記のように、制御部３１は、患者Ｐの手術部位以外の部位の周辺を覆うように接触禁止空間ＶＰＣを設定する。これにより、患者Ｐの手術部位に医療器具４を挿入することができるとともに、患者Ｐの手術部位以外の部位に医療器具４およびアーム６０が接触するのを抑制することができる。

【0091】

また、本実施形態では、上記のように、制御部３１は、患者Ｐの頭部の周辺を覆うように接触禁止空間ＶＰＣを設定する。これにより、患者Ｐの腹部に医療器具４を挿入して手術を行う場合に、患者Ｐの腹膜を剥離させる際などに、医療器具４を倒してアーム６０を頭部側に位置させる場合において、アーム６０が患者Ｐの頭部に接触するのを抑制することができる。

【0092】

また、本実施形態では、上記のように、制御部３１は、患者Ｐの左肩と、右肩と、頭上から所定の距離離れた位置とを含む教示点ＴＰに基づいて、患者Ｐの頭部の周辺を覆う接触禁止空間ＶＰＣを設定する。これにより、患者Ｐの肩の教示点から患者Ｐの頭部の左右方向の長さに応じた接触禁止空間ＶＰＣを設定することができる。また、患者Ｐの頭上から所定の距離離れた位置の教示点ＴＰにより患者Ｐの頭部の高さに応じた接触禁止空間ＶＰＣを設定することができる。

【0093】

また、本実施形態では、上記のように、制御部３１は、教示部（内視鏡６またはピボット教示部材７、操作部８０）を用いて教示された教示点ＴＰと、患者Ｐの体軸方向の長さの入力操作とに基づいて、接触禁止空間ＶＰＣを設定する。これにより、患者Ｐの体軸方向の長さの入力により個々の患者Ｐの頭部の体軸方向の長さに応じた接触禁止空間ＶＰＣを設定することができる。

【0094】

また、本実施形態では、上記のように、制御部３１は、接触禁止物（患者Ｐ）の周囲に半円筒型の接触禁止空間ＶＰＣを設定する。これにより、接触禁止空間ＶＰＣを比較的単純な半円筒型にすることができるので、接触禁止空間ＶＰＣの設定処理が複雑化するのを抑制することができる。

【0095】

また、本実施形態では、上記のように、制御部３１は、接触禁止空間ＶＰＣ内に医療器具４およびアーム６０の少なくとも一方が入った場合に、警告を通知する制御を行う。これにより、接触禁止空間ＶＰＣ内に入ったか否かを操作者が容易に確認することができる。

【0096】

また、本実施形態では、上記のように、操作部８０は、アーム６０の移動方向を操作可能なジョイスティック８２を含む。これにより、ジョイスティック８２の操作によりアーム６０を所望の位置に容易に移動させることができるので、アーム６０を用いて接触禁止空間ＶＰＣを設定するための教示点ＴＰを容易に教示することができる。

【0097】

また、本実施形態では、上記のように、操作部８０は、押下されることによりアーム６０の移動を許可するイネーブルスイッチ８１を含む。これにより、イネーブルスイッチ８１の押下により操作部８０によるアーム６０の移動が許可されるので、イネーブルスイッチ８１を押下していない場合に意図せずにアーム６０が移動するのを抑制することができる。

【0098】

また、本実施形態では、上記のように、教示部（内視鏡６またはピボット教示部材７、操作部８０）により教示された教示点ＴＰを登録操作するための入力装置３３およびタッチパネル２３を設ける。これにより、教示部（内視鏡６またはピボット教示部材７、操作部８０）により教示された教示点ＴＰを入力装置３３およびタッチパネル２３の操作により容易に登録することができる。

【0099】

また、本実施形態では、上記のように、アーム６０は、７軸以上の関節軸を有する。ここで、医療器具４を移動させる際の支点となる位置であるピボット位置ＰＰを維持するためのアーム６０の姿勢は、アーム６０の６軸の関節軸の回転量（移動量）によって決定することができるので、アーム６０の関節軸が７軸以上設けられていることによって、冗長軸が発生することになる。すなわち、ピボット位置ＰＰを維持しながら、アーム６０ｂが異なる姿勢をとることができる。そこで、アーム６０の関節軸を７軸以上設けることによって、ピボット位置ＰＰを維持しながら、アーム６０ｃの干渉を抑制するようにアーム６０ｂの姿勢を変更することができる。また、アーム６０の関節軸を７軸以上設けることによって、ピボット位置ＰＰを維持しながら、接触禁止空間ＶＰＣを回避するようにアーム６０の姿勢を変更することができる。

【0100】

また、本実施形態では、上記のように、制御部３１は、操作用マニピュレータアーム２１によりアーム６０を動作させる場合は、接触禁止空間ＶＰＣ内に医療器具４およびアーム６０が入らないように、アーム６０を動作させる接触禁止制御を行う。また、制御部３１は、操作部８０によりアーム６０を動作させる場合は、操作部８０の操作に基づきアーム６０を動作させる制御を行う。これにより、何らかの要因により意図せずに医療器具４またはアーム６０が接触禁止空間ＶＰＣ内に入ってしまった場合でも、操作部８０によりアーム６０を動作させることができるので、医療器具４またはアーム６０を接触禁止空間ＶＰＣから出すことができる。

【0101】

（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。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許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（変形例）が含まれる。

【0102】

たとえば、上記実施形態では、操作部によりアームを移動させて接触禁止空間を設定するための教示点を教示する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、アームまたはアームベースまたはポジショナに、レーザ光発生部と、カメラとを設けて、レーザ光発生部から発生するレーザを用いて教示点を教示し、カメラによるレーザ光の撮影に基づいて、制御部が教示点を取得するようにしてもよい。また、アームまたはアームベースまたはポジショナにカメラを設けて、カメラにより撮影した画像に基づいて、接触禁止物を認識し、認識した接触禁止物の周囲に接触禁止空間を設定してもよい。

【0103】

また、上記実施形態では、半円筒型の接触禁止空間を設定する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、接触禁止空間は、多角柱型の形状を有していてもよいし、円錐形状または多角錐形状を有していてもよい。

【0104】

また、上記実施形態では、接触禁止物が患者である構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、接触禁止物は、手術台や、手術台近傍の機器や、患者に装着される器具であってもよい。

【0105】

また、上記実施形態では、患者の左肩と、右肩と、頭上から所定の距離離れた位置とを含む教示点に基づいて、患者の頭部の周辺を覆う接触禁止空間を設定する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、患者の左肩と、右肩と、頭上から所定の距離離れた位置とのうち、少なくとも１つを含む教示点に基づいて、患者の頭部の周辺を覆う接触禁止空間を設定してもよい。また、患者の耳、鼻、顎または頭頂部など、患者の他の部位の位置を教示点として用いて、接触禁止空間を設定してもよい。

【0106】

また、上記実施形態では、アームを移動させる操作部とは別個に設けられた入力装置およびタッチパネルからの操作に基づいて、接触禁止空間を設定するための教示点を登録する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、アームを移動させる操作部に教示点を登録するためのボタンを設け、操作部の操作により接触禁止空間を設定するための教示点を登録する構成でもよい。

【0107】

また、上記実施形態では、ピボット教示部材または内視鏡を用いて、接触禁止空間を設定するための教示点を教示する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、アームの先端に取り付けられた、手術を行う鉗子などの医療器具を用いて、接触禁止空間を設定するための教示点を教示する構成でもよい。

【0108】

また、上記実施形態では、アームが４つ設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、アームの数は、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。

【0109】

また、上記実施形態では、アーム部およびポジショナが７軸多関節ロボットから構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、アーム部およびポジショナが７軸多関節ロボット以外の軸構成（例えば、６軸や８軸）の多関節ロボットなどから構成されていてもよい。

【0110】

また、上記実施形態では、全てのアームが７軸多関節ロボットから構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、４つのアームのうちの一部が７軸多関節ロボットから構成されていてもよい。

【0111】

また、上記実施形態では、医療用マニピュレータが、医療用台車と、ポジショナと、アームベースと、アームとを備えている例を示したが、本発明はこれに限らない。たとえば、医療用台車と、ポジショナと、アームベースは必ずしも必要なく、医療用マニピュレータがアームだけで構成されてもよい。

【符号の説明】

【0112】

１ 医療用マニピュレータ（手術支援ロボット、患者側装置）
２ 遠隔操作装置（操作者側装置）
４ 医療器具
６ 内視鏡（教示部材、医療器具）
７ ピボット教示部材（教示部）
２３ タッチパネル（入力部）
３１ 制御部
３３ 入力装置（入力部）
６０、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ アーム
８０ 操作部（教示部）
８１ イネーブルスイッチ
８２ ジョイスティック
１００ 手術支援システム
ＰＰ ピボット位置
ＴＰ、ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ３ 教示点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】