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特開2022-123258手術支援システム、患者側装置および手術支援システムの制御方法
(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】P2022123258
(43)【公開日】2022-08-24
(54)【発明の名称】手術支援システム、患者側装置および手術支援システムの制御方法
(51)【国際特許分類】
A61B 34/35 20160101AFI20220817BHJP
B25J 19/06 20060101ALI20220817BHJP
【ＦＩ】
A61B34/35
B25J19/06
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021020457
(22)【出願日】2021-02-12
(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
(74)【代理人】
【識別番号】100202728
【弁理士】
【氏名又は名称】三森 智裕
(72)【発明者】
【氏名】東條 剛史
【テーマコード（参考）】
3C707
【Ｆターム（参考）】
3C707AS35
3C707BS13
3C707BS26
3C707CS08
3C707CY29
3C707ES03
3C707ET02
3C707HS27
3C707JU12
3C707MS05
3C707MS14
3C707MS15
3C707WA16
(57)【要約】
【課題】干渉を回避するための制御を容易化しながら、アーム同士の干渉を回避する手術支援システムを提供する。
【解決手段】この外科手術システム１００（手術支援システム）では、制御部３１は、アーム６０ｃに取り付けられた医療器具４に対して接近してはいけない接近禁止範囲Ａを設定し、医療器具４が延びる方向に直交し、かつ、連結リンク部７４に接する第１基準線Ｌ１を設定し、アーム６０ｂがアーム６０ｃの接近禁止範囲Ａの範囲内に近づく場合に、第１基準線Ｌ１が、接近禁止範囲Ａの外縁に沿って移動するように、アーム６０ｂをアーム６０ｃに対して相対的に移動させるアーム干渉回避制御を行う。
【選択図】図１８
【解決手段】この外科手術システム１００（手術支援システム）では、制御部３１は、アーム６０ｃに取り付けられた医療器具４に対して接近してはいけない接近禁止範囲Ａを設定し、医療器具４が延びる方向に直交し、かつ、連結リンク部７４に接する第１基準線Ｌ１を設定し、アーム６０ｂがアーム６０ｃの接近禁止範囲Ａの範囲内に近づく場合に、第１基準線Ｌ１が、接近禁止範囲Ａの外縁に沿って移動するように、アーム６０ｂをアーム６０ｃに対して相対的に移動させるアーム干渉回避制御を行う。
【選択図】図１８
【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第１および第２のアーム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部を含む操作者側装置と、
受け付けられた前記操作に基づいて前記医療器具を動作させる制御を行う制御部と、を備え、
前記第１および第２のアームは、それぞれ前記医療器具が取り付けられる第１リンク部と、前記第１リンク部に接続される第２リンク部とを含み、
前記制御部は、
前記第１のアームに取り付けられた前記医療器具に対して接近してはいけない接近禁止範囲を設定し、
前記医療器具が延びる方向に直交し、かつ、前記第２リンク部を通過する基準線を設定し、
前記第２のアームが前記第１のアームの前記接近禁止範囲の範囲内に近づく場合に、前記基準線が、前記接近禁止範囲の外縁に沿って移動するように、前記第２のアームを前記第１のアームに対して相対的に移動させるアーム干渉回避制御を行う、手術支援システム。
前記医療器具に対する操作を受け付ける操作部を含む操作者側装置と、
受け付けられた前記操作に基づいて前記医療器具を動作させる制御を行う制御部と、を備え、
前記第１および第２のアームは、それぞれ前記医療器具が取り付けられる第１リンク部と、前記第１リンク部に接続される第２リンク部とを含み、
前記制御部は、
前記第１のアームに取り付けられた前記医療器具に対して接近してはいけない接近禁止範囲を設定し、
前記医療器具が延びる方向に直交し、かつ、前記第２リンク部を通過する基準線を設定し、
前記第２のアームが前記第１のアームの前記接近禁止範囲の範囲内に近づく場合に、前記基準線が、前記接近禁止範囲の外縁に沿って移動するように、前記第２のアームを前記第１のアームに対して相対的に移動させるアーム干渉回避制御を行う、手術支援システム。
【請求項2】
前記接近禁止範囲は、前記第２のアームが前記第１のアームに衝突しないように設定された前記医療器具が延びる方向を軸とする略円柱形状を有する空間であり、
前記制御部は、前記第２のアームに取り付けられた前記医療器具が、前記第１のアームの前記接近禁止範囲の範囲内に近づく場合に、前記基準線が、前記略円柱形状の接近禁止範囲の外周面の接線方向に沿って移動するように、前記アーム干渉回避制御を行う、請求項１に記載の手術支援システム。
前記制御部は、前記第２のアームに取り付けられた前記医療器具が、前記第１のアームの前記接近禁止範囲の範囲内に近づく場合に、前記基準線が、前記略円柱形状の接近禁止範囲の外周面の接線方向に沿って移動するように、前記アーム干渉回避制御を行う、請求項１に記載の手術支援システム。
【請求項3】
前記第２のアームに取り付けられた前記医療器具は、シャフトを含み、
前記医療器具が延びる方向は前記シャフトが延びる方向であり、
前記基準線は、前記シャフトが延びる方向に直交し、かつ、前記第２リンク部のうちの前記シャフトの先端側の端部に接する第１基準線を含み、
前記制御部は、前記第１基準線が、前記接近禁止範囲の外縁に沿って移動するように、前記アーム干渉回避制御を行う、請求項１または２に記載の手術支援システム。
前記医療器具が延びる方向は前記シャフトが延びる方向であり、
前記基準線は、前記シャフトが延びる方向に直交し、かつ、前記第２リンク部のうちの前記シャフトの先端側の端部に接する第１基準線を含み、
前記制御部は、前記第１基準線が、前記接近禁止範囲の外縁に沿って移動するように、前記アーム干渉回避制御を行う、請求項１または２に記載の手術支援システム。
【請求項4】
前記制御部は、前記アーム干渉回避制御を行う際の前記第２のアームの回転量が、受け付けられた前記操作に応じて前記第２のアームを移動させるように制御する際の前記第２のアームの回転量よりも大きい場合、前記アーム干渉回避制御を行う、請求項３に記載の手術支援システム。
【請求項5】
前記制御部は、前記第１のアームに取り付けられた前記医療器具に設定された第１ピボット位置と前記第２のアームに取り付けられた前記医療器具に設定された第２ピボット位置とを結ぶ直線と、前記第１のアームに取り付けられた前記医療器具が延びる方向の直線とを含む平面に対して、前記第１のアームに対する前記医療器具の第１取付位置と、前記第２のアームに対する前記医療器具の第２取付位置とが反対側に位置している場合に、前記アーム干渉回避制御を行う、請求項１～４のいずれか１項に記載の手術支援システム。
【請求項6】
前記第２のアームに取り付けられた前記医療器具は、シャフトを含み、
前記医療器具が延びる方向は、前記シャフトが延びる方向であり、
前記基準線は、前記シャフトが延びる方向に直交し、かつ、前記第２リンク部を回動させる回動軸の回動中心を通る第２基準線を含み、
前記制御部は、前記第２基準線が、前記接近禁止範囲の外縁に沿って移動するように、前記アーム干渉回避制御を行う、請求項１または２に記載の手術支援システム。
前記医療器具が延びる方向は、前記シャフトが延びる方向であり、
前記基準線は、前記シャフトが延びる方向に直交し、かつ、前記第２リンク部を回動させる回動軸の回動中心を通る第２基準線を含み、
前記制御部は、前記第２基準線が、前記接近禁止範囲の外縁に沿って移動するように、前記アーム干渉回避制御を行う、請求項１または２に記載の手術支援システム。
【請求項7】
前記第１のアームは、基端側の軸である基端軸を含む複数の関節軸を有し、
前記制御部は、
予め、前記第１のアームに取り付けられた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に対して前記医療器具を放射状に動かすための参照点を前記基端軸に沿った直線上に設定しており、
前記第２のアームが前記第１のアームの前記接近禁止範囲の範囲内に近づく場合に、前記第２基準線が前記接近禁止範囲の外縁に沿って移動するように前記参照点を移動させることにより、前記アーム干渉回避制御を行う、請求項６に記載の手術支援システム。
前記制御部は、
予め、前記第１のアームに取り付けられた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に対して前記医療器具を放射状に動かすための参照点を前記基端軸に沿った直線上に設定しており、
前記第２のアームが前記第１のアームの前記接近禁止範囲の範囲内に近づく場合に、前記第２基準線が前記接近禁止範囲の外縁に沿って移動するように前記参照点を移動させることにより、前記アーム干渉回避制御を行う、請求項６に記載の手術支援システム。
【請求項8】
前記制御部は、受け付けた操作に基づく前記参照点の移動量よりも、前記アーム干渉回避制御により移動される前記参照点の移動量が大きい場合に、前記アーム干渉回避制御を行う、請求項７に記載の手術支援システム。
【請求項9】
前記制御部は、前記第１のアームが移動されることにより、前記第２のアームが前記第１のアームの前記接近禁止範囲の範囲内に近づく状態が解除された場合、前記第２のアームを、受け付けられた前記操作に基づく位置に徐々に移動するように制御する、請求項１～８のいずれか１項に記載の手術支援システム。
【請求項10】
前記患者側装置は、前記第１および第２のアームが取り付けられるアームベースを有し、
前記第１のアームと前記第２のアームとは、前記アームベースにおいて隣り合うように配置されている、請求項１～９のいずれか１項に記載の手術支援システム。
前記第１のアームと前記第２のアームとは、前記アームベースにおいて隣り合うように配置されている、請求項１～９のいずれか１項に記載の手術支援システム。
【請求項11】
前記第１のアームと前記第２のアームとのうちの少なくとも一方の関節軸は、７軸以上設けられている、請求項１～１０のいずれか１項に記載の手術支援システム。
【請求項12】
先端側に医療器具が取り付けられる第１および第２のアーム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部を含む操作者側装置と、
受け付けられた前記操作に基づいて前記医療器具を動作させる制御を行う制御部と、を備え、
前記第１および第２のアームは、それぞれ前記医療器具が取り付けられる第１リンク部と、前記第１リンク部に接続される第２リンク部とを含み、
前記制御部は、
前記第１のアームに取り付けられた前記医療器具に対して接近してはいけない接近禁止範囲を設定し、
前記医療器具が延びる方向に直交し、かつ、前記第２リンク部を通過する基準線を設定し、
前記第２のアームが前記第１のアームの前記接近禁止範囲の範囲内に近づく場合に、前記基準線と前記医療器具が延びる方向とを含む平面が、前記接近禁止範囲の外縁に沿って移動するように、前記第２のアームを前記第１のアームに対して相対的に移動させるアーム干渉回避制御を行い、
前記平面は、前記医療器具が延びる方向について前記基準線よりも前記医療器具の基端側の平面である、手術支援システム。
前記医療器具に対する操作を受け付ける操作部を含む操作者側装置と、
受け付けられた前記操作に基づいて前記医療器具を動作させる制御を行う制御部と、を備え、
前記第１および第２のアームは、それぞれ前記医療器具が取り付けられる第１リンク部と、前記第１リンク部に接続される第２リンク部とを含み、
前記制御部は、
前記第１のアームに取り付けられた前記医療器具に対して接近してはいけない接近禁止範囲を設定し、
前記医療器具が延びる方向に直交し、かつ、前記第２リンク部を通過する基準線を設定し、
前記第２のアームが前記第１のアームの前記接近禁止範囲の範囲内に近づく場合に、前記基準線と前記医療器具が延びる方向とを含む平面が、前記接近禁止範囲の外縁に沿って移動するように、前記第２のアームを前記第１のアームに対して相対的に移動させるアーム干渉回避制御を行い、
前記平面は、前記医療器具が延びる方向について前記基準線よりも前記医療器具の基端側の平面である、手術支援システム。
【請求項13】
前記接近禁止範囲は、前記第２のアームが前記第１のアームに衝突しないように設定された前記医療器具が延びる方向を軸とする略円柱形状を有する空間であり、
前記制御部は、前記第２のアームに取り付けられた前記医療器具が、前記第１のアームの前記接近禁止範囲の範囲内に近づく場合に、前記平面が、前記略円柱形状の接近禁止範囲の外周面の接線方向に沿って移動するように、前記アーム干渉回避制御を行う、請求項１２に記載の手術支援システム。
前記制御部は、前記第２のアームに取り付けられた前記医療器具が、前記第１のアームの前記接近禁止範囲の範囲内に近づく場合に、前記平面が、前記略円柱形状の接近禁止範囲の外周面の接線方向に沿って移動するように、前記アーム干渉回避制御を行う、請求項１２に記載の手術支援システム。
【請求項14】
先端側に医療器具が取り付けられる第１および第２のアームと、
前記医療器具に対する操作を受け付ける操作部により受け付けられた前記操作に基づいて前記医療器具を動作させる制御を行う制御部と、を備え、
前記第１および第２のアームは、それぞれ前記医療器具が取り付けられる第１リンク部と、前記第１リンク部に接続される第２リンク部とを含み、
前記制御部は、
前記第１のアームに取り付けられた前記医療器具に対して接近してはいけない接近禁止範囲を設定し、
前記医療器具が延びる方向に直交し、かつ、前記第２リンク部を通過する基準線を設定し、
前記第２のアームが前記第１のアームの前記接近禁止範囲の範囲内に近づく場合に、前記基準線が、前記接近禁止範囲の外縁に沿って移動するように、前記第２のアームを前記第１のアームに対して相対的に移動させるアーム干渉回避制御を行う、患者側装置。
前記医療器具に対する操作を受け付ける操作部により受け付けられた前記操作に基づいて前記医療器具を動作させる制御を行う制御部と、を備え、
前記第１および第２のアームは、それぞれ前記医療器具が取り付けられる第１リンク部と、前記第１リンク部に接続される第２リンク部とを含み、
前記制御部は、
前記第１のアームに取り付けられた前記医療器具に対して接近してはいけない接近禁止範囲を設定し、
前記医療器具が延びる方向に直交し、かつ、前記第２リンク部を通過する基準線を設定し、
前記第２のアームが前記第１のアームの前記接近禁止範囲の範囲内に近づく場合に、前記基準線が、前記接近禁止範囲の外縁に沿って移動するように、前記第２のアームを前記第１のアームに対して相対的に移動させるアーム干渉回避制御を行う、患者側装置。
【請求項15】
第１および第２のアームの先端側に取り付けられる医療器具に対する操作を受け付けるステップと、
受け付けられた前記操作に基づいて前記医療器具を動作させる制御を行うステップとを備え、
前記医療器具を動作させる制御を行うステップは、
前記第１のアームに取り付けられた前記医療器具に対して接近してはいけない接近禁止範囲を設定するステップと、
前記医療器具が延びる方向に直交し、かつ、前記アームのうちの前記医療器具が取り付けられる第１リンク部に接続される第２リンク部を通過する基準線を設定するステップと、
前記第２のアームが前記第１のアームの前記接近禁止範囲の範囲内に近づく場合に、前記基準線が、前記接近禁止範囲の外縁に沿って移動するように、前記第２のアームを前記第１のアームに対して相対的に移動させるアーム干渉回避制御を行うステップとを含む、手術支援システムの制御方法。
受け付けられた前記操作に基づいて前記医療器具を動作させる制御を行うステップとを備え、
前記医療器具を動作させる制御を行うステップは、
前記第１のアームに取り付けられた前記医療器具に対して接近してはいけない接近禁止範囲を設定するステップと、
前記医療器具が延びる方向に直交し、かつ、前記アームのうちの前記医療器具が取り付けられる第１リンク部に接続される第２リンク部を通過する基準線を設定するステップと、
前記第２のアームが前記第１のアームの前記接近禁止範囲の範囲内に近づく場合に、前記基準線が、前記接近禁止範囲の外縁に沿って移動するように、前記第２のアームを前記第１のアームに対して相対的に移動させるアーム干渉回避制御を行うステップとを含む、手術支援システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、手術支援システム、患者側装置および手術支援システムの制御方法に関し、特に、アーム同士の干渉を回避する手術支援システム、患者側装置および手術支援システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、セグメント（医療装置の一部）同士の干渉を回避する医療装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【0003】
上記特許文献１には、複数の可動式アームと、可動式アームに取り付けられるエンドエフェクタとを備える医療装置が開示されている。上記特許文献１の医療装置は、セグメント（医療装置の一部）同士の干渉を回避するように構成されている。具体的には、一のセグメントが占有する体積である仮想的な第１の衝突対象物（第１のＶＯＣ）が決定される。同様に、他のセグメントが占有する体積である仮想的な第２の衝突対象物（第２のＶＯＣ）が決定される。第１のＶＯＣおよび第２のＶＯＣは、球や円柱などの形状を有する。また、第１のＶＯＣおよび第２のＶＯＣは、弾性力を有する変形可能な対象物としてモデル化される。これにより、第１のＶＯＣおよび第２のＶＯＣのうちの一方のＶＯＣが他方のＶＯＣに対して仮想変位力（反発力）を与える。
【0004】
そして、上記特許文献１では、一のセグメントの運動計画が決定される。そして、一のセグメントの第１のＶＯＣと他のセグメントの第２のＶＯＣとが重複するか否かが判定される。そして、上記特許文献１では、第１のＶＯＣと第２のＶＯＣとが重複する場合に、第１のＶＯＣと第２のＶＯＣとの間の仮想変位力がゼロになるように、一のセグメントの運動計画が調整される。これにより、第１のＶＯＣと第２のＶＯＣとの衝突（干渉）が回避される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特表２０１７－５１２０７８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、上記特許文献１では、セグメント（医療装置の一部）同士の干渉を回避するために、一のセグメントと他のセグメントとの両方に仮想的な衝突対象物（ＶＯＣ）を設定するとともにＶＯＣ同士の間の仮想変位力を算出する必要がある。このため、セグメント（医療装置の一部）同士の干渉を回避するための制御が比較的複雑になるという問題点がある。
【0007】
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、干渉を回避するための制御を容易化しながら、アーム同士の干渉を回避する手術支援システム、患者側装置および手術支援システム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】
【0008】
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システムは、先端側に医療器具が取り付けられる第１および第２のアーム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部を含む操作者側装置と、受け付けられた操作に基づいて医療器具を動作させる制御を行う制御部と、を備え、第１および第２のアームは、それぞれ医療器具が取り付けられる第１リンク部と、第１リンク部に接続される第２リンク部とを含み、制御部は、第１のアームに取り付けられた医療器具に対して接近してはいけない接近禁止範囲を設定し、医療器具が延びる方向に直交し、かつ、第２リンク部を通過する基準線を設定し、第２のアームが第１のアームの接近禁止範囲の範囲内に近づく場合に、基準線が、接近禁止範囲の外縁に沿って移動するように、第２のアームを第１のアームに対して相対的に移動させるアーム干渉回避制御を行う。なお、「第２リンク部を通過する」とは、「第２リンク部を貫通する」という意味と、「第２リンク部に接する」という意味とを含む概念である。
【0009】
この発明の第１の局面による手術支援システムでは、上記のように、制御部は、第２のアームが第１のアームの接近禁止範囲の範囲内に近づく場合に、基準線が、接近禁止範囲の外縁に沿って移動するように、第２のアームを第１のアームに対して相対的に移動させるアーム干渉回避制御を行う。これにより、第２のアームが第１のアームの接近禁止範囲の範囲内に近づく場合に、基準線が、接近禁止範囲の外縁に沿って移動されることにより、第２のアームが第１のアームに対して回り込むように移動する。この結果、第２のアームが第１のアームに対して近づくのが抑制されるので、アーム同士の干渉を回避することができる。また、第２のアームに対して設定された基準線を、第１のアームの接近禁止範囲の外縁に沿って移動させるだけでアーム同士の干渉を回避することができるので、第１のアームおよび第２のアームの両方に接近禁止範囲を設定するとともに接近禁止範囲同士の仮想変位力を算出する場合と比べて、干渉を回避するための制御を容易化することができる。この結果、干渉を回避するための制御を容易化しながら、アーム同士の干渉を回避することができる。
【0010】
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第１および第２のアーム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部を含む操作者側装置と、受け付けられた操作に基づいて医療器具を動作させる制御を行う制御部と、を備え、第１および第２のアームは、それぞれ医療器具が取り付けられる第１リンク部と、第１リンク部に接続される第２リンク部とを含み、制御部は、第１のアームに取り付けられた医療器具に対して接近してはいけない接近禁止範囲を設定し、医療器具が延びる方向に直交し、かつ、第２リンク部を通過する基準線を設定し、第２のアームが第１のアームの接近禁止範囲の範囲内に近づく場合に、基準線と医療器具が延びる方向とを含む平面が、接近禁止範囲の外縁に沿って移動するように、第２のアームを第１のアームに対して相対的に移動させるアーム干渉回避制御を行い、平面は、医療器具が延びる方向について基準線よりも医療器具の基端側の平面である。なお、「基端側」とは、医療器具の先端側とは反対側を意味する。
【0011】
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、第２のアームが第１のアームの接近禁止範囲の範囲内に近づく場合に、基準線と医療器具が延びる方向とを含む平面が、接近禁止範囲の外縁に沿って移動するように、第２のアームを第１のアームに対して相対的に移動させるアーム干渉回避制御を行い、平面は、医療器具が延びる方向について基準線よりも医療器具の基端側の平面である。これにより、第２のアームが第１のアームの接近禁止範囲の範囲内に近づく場合に、平面が、接近禁止範囲の外縁に沿って移動されることにより、第２のアームが第１のアームに対して回り込むように移動する。この結果、第２のアームが第１のアームに対して近づくのが抑制されるので、アーム同士の干渉を回避することができる。また、第２のアームに対して設定された平面を、第１のアームの接近禁止範囲の外縁に沿って移動させるだけでアーム同士の干渉を回避することができるので、第１のアームおよび第２のアームの両方に接近禁止範囲を設定するとともに接近禁止範囲同士の仮想変位力を算出する場合と比べて、干渉を回避するための制御を容易化することができる。この結果、干渉を回避するための制御を容易化しながら、アーム同士の干渉を回避することができる。
【0012】
この発明の第３の局面による患者側装置は、先端側に医療器具が取り付けられる第１および第２のアームと、医療器具に対する操作を受け付ける操作部により受け付けられた操作に基づいて医療器具を動作させる制御を行う制御部と、を備え、第１および第２のアームは、それぞれ医療器具が取り付けられる第１リンク部と、第１リンク部に接続される第２リンク部とを含み、制御部は、第１のアームに取り付けられた医療器具に対して接近してはいけない接近禁止範囲を設定し、医療器具が延びる方向に直交し、かつ、第２リンク部を通過する基準線を設定し、第２のアームが第１のアームの接近禁止範囲の範囲内に近づく場合に、基準線が、接近禁止範囲の外縁に沿って移動するように、第２のアームを第１のアームに対して相対的に移動させるアーム干渉回避制御を行う。
【0013】
この発明の第３の局面による患者側装置では、上記のように、制御部は、第２のアームが第１のアームの接近禁止範囲の範囲内に近づく場合に、基準線が、接近禁止範囲の外縁に沿って移動するように、第２のアームを第１のアームに対して相対的に移動させるアーム干渉回避制御を行う。これにより、第２のアームが第１のアームの接近禁止範囲の範囲内に近づく場合に、基準線が、接近禁止範囲の外縁に沿って移動されることにより、第２のアームが第１のアームに対して回り込むように移動する。この結果、第２のアームが第１のアームに対して近づくのが抑制されるので、アーム同士の干渉を回避することができる。また、第２のアームに対して設定された基準線を、第１のアームの接近禁止範囲の外縁に沿って移動させるだけでアーム同士の干渉を回避することができるので、第１のアームおよび第２のアームの両方に接近禁止範囲を設定するとともに接近禁止範囲同士の仮想変位力を算出する場合と比べて、干渉を回避するための制御を容易化することができる。この結果、干渉を回避するための制御を容易化しながら、アーム同士の干渉を回避することが可能な患者側装置を提供することができる。
【0014】
この発明の第４の局面による手術支援システムの制御方法は、第１および第２のアームの先端側に取り付けられる医療器具に対する操作を受け付けるステップと、受け付けられた操作に基づいて医療器具を動作させる制御を行うステップとを備え、医療器具を動作させる制御を行うステップは、第１のアームに取り付けられた医療器具に対して接近してはいけない接近禁止範囲を設定するステップと、医療器具が延びる方向に直交し、かつ、アームのうちの医療器具が取り付けられる第１リンク部に接続される第２リンク部を通過する基準線を設定するステップと、第２のアームが第１のアームの接近禁止範囲の範囲内に近づく場合に、基準線が、接近禁止範囲の外縁に沿って移動するように、第２のアームを第１のアームに対して相対的に移動させるアーム干渉回避制御を行うステップとを含む。
【0015】
この発明の第４の局面による手術支援システムの制御方法は、上記のように、第２のアームが第１のアームの接近禁止範囲の範囲内に近づく場合に、基準線が、接近禁止範囲の外縁に沿って移動するように、第２のアームを第１のアームに対して相対的に移動させるアーム干渉回避制御を行うステップとを含む。これにより、第２のアームが第１のアームの接近禁止範囲の範囲内に近づく場合に、基準線が、接近禁止範囲の外縁に沿って移動されることにより、第２のアームが第１のアームに対して回り込むように移動する。この結果、第２のアームが第１のアームに対して近づくのが抑制されるので、アーム同士の干渉を回避することができる。また、第２のアームに対して設定された基準線を、第１のアームの接近禁止範囲の外縁に沿って移動させるだけでアーム同士の干渉を回避することができるので、第１のアームおよび第２のアームの両方に接近禁止範囲を設定するとともに接近禁止範囲同士の仮想変位力を算出する場合と比べて、干渉を回避するための制御を容易化することができる。この結果、干渉を回避するための制御を容易化しながら、アーム同士の干渉を回避することが可能な手術支援システムの制御方法を提供することができる。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、上記のように、干渉を回避するための制御を容易化しながら、アーム同士の干渉を回避するができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の第１実施形態による外科手術システムの構成を示す図である。
【図2】本発明の第１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】本発明の第１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】本発明の第１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】アームの並進移動を説明するための図である。
【図9】アームの回転移動を説明するための図である。
【図10】本発明の第１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（１）である。
【図11】アームの回転軸（直動軸）を示す図である。
【図12】並進移動機構部および医療器具の回転軸（直動軸）を示す図である。
【図13】本発明の第１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（２）である。
【図14】本発明の第１実施形態による接近禁止範囲と第１基準線とを説明するための図である。
【図15】接近禁止範囲の接線方向に沿って移動する第１基準線を説明するための図である。
【図16】接近禁止範囲の接線方向に沿って移動する第１基準線が、操作に基づく位置に徐々に移動する状態を説明するための図である。
【図17】本発明の第１実施形態による外科手術システムの制御方法を説明するためのフロー図である。
【図18】本発明の第２実施形態による接近禁止範囲と第２基準線とを説明するための図である。
【図19】本発明の第２実施形態による第２基準線と参照点とを説明するための図である。
【図20】本発明の第２実施形態による外科手術システムの制御方法を説明するためのフロー図である。
【図21】接近禁止範囲の接線方向に沿って移動する第２基準線を説明するための図である。
【図22】変形例による接近禁止範囲と、接近禁止範囲の接線方向沿って移動する平面とを説明するための図である。
【図23】変形例によるアーム干渉回避制御のための平面を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
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。
【0019】
［第１実施形態］
図１～図１７を参照して、第１実施形態による外科手術システム１００の構成について説明する。外科手術システム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、外科手術システム１００は、特許請求の範囲の「手術支援システム」の一例である。
図１～図１７を参照して、第１実施形態による外科手術システム１００の構成について説明する。外科手術システム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、外科手術システム１００は、特許請求の範囲の「手術支援システム」の一例である。
【0020】
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、操作用マニピュレータアーム２１は、特許請求の範囲の「操作部」の一例である。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。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の基端部が、アームベース５０に取り付けられている。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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
【0027】
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、エンドエフェクタとして鉗子４ｂが設けられている。なお、鉗子４ｂは、２つのエンドエフェクタ部材４ｂ′および４ｂ″を有している。
【0028】
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４ｂ′および４ｂ″の基端側を先端側で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の基端側を先端側で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（ｚ１１方向、図１２参照）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（ｚ１０方向、図１２参照）する。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
次に、アーム６０の構成について詳細に説明する。
【0032】
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の基端側（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。
【0033】
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１０参照）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。
【0034】
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。
【0035】
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。なお、先端側リンク部７３および連結リンク部７４は、それぞれ、特許請求の範囲の「第１リンク部」および「第２リンク部」の一例である。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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９参照）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）またはピボット位置教示器具７（図７）の先端が、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。
【0040】
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、ピボット位置教示器具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。なお、アーム６０ｂは、特許請求の範囲の「第２のアーム」の一例である。また、アーム６０ｃは、特許請求の範囲の「第１のアーム」の一例である。
【0041】
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。
【0042】
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（図８参照）させるモードと、回転移動（図９参照）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。
【0043】
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。
【0044】
図８に示すように、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、図９に示すように、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。
【0045】
また、図１０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。
【0046】
また、図１０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。
【0047】
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。
【0048】
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）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。
【0049】
また、医療用台車３には、医療用台車３の複数の図示しない前輪の各々を駆動するサーボモータＭ５と、エンコーダＥ５と、図示しない減速機とブレーキが設けられている。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。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。なお、サーボモータＭ５およびサーボモータＭ６は、特許請求の範囲の「医療用台車駆動部」の一例である。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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、Ｃ２）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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
また、図１０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。
【0057】
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。
【0058】
（アームの軸）
次に、図１１を参照して、アーム６０の軸について説明する。
次に、図１１を参照して、アーム６０の軸について説明する。
【0059】
第１実施形態では、図１１に示すように、アーム６０の関節軸は、７軸以上（第１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方向に沿って相対的に移動させる軸に対応する。すなわち、図１０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。なお、Ｊ１軸およびＪ７軸は、それぞれ、特許請求の範囲の「基端軸」および「回動軸」の一例である。
【0060】
（医療器具（鉗子）の軸）
次に、図１２を参照して、医療器具４（鉗子４ｂ）の軸について説明する。
次に、図１２を参照して、医療器具４（鉗子４ｂ）の軸について説明する。
【0061】
図１２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。
【0062】
次に、図１３を参照して、操作用マニピュレータアーム２１からアーム６０までの制御の流れについて説明する。
【0063】
遠隔操作装置２の操作用マニピュレータアーム２１によって、医療器具４に対する操作が受け付けられる。
【0064】
制御部３１のアーム制御部３１ａは、医療器具姿勢制御部３１ｃ、干渉回避部３１ｅ、医療器具逆運動学算出部３１ｈ、およびアーム関節制御部３１ｄを含む。また、アーム関節制御部３１ｄは、冗長関節制御部３１ｆと、アーム逆運動学算出部３１ｇとを含む。
【0065】
医療器具姿勢制御部３１ｃには、操作用マニピュレータアーム２１から、受け付けられた操作に対する医療器具４の目標位置・姿勢指令が入力されるとともに、ピボット位置ＰＰ（ＰＰ１、ＰＰ２）の位置情報が入力される。医療器具姿勢制御部３１ｃは、目標位置・姿勢指令と、ピボット位置ＰＰの位置情報と、干渉回避部３１ｅによって計算された回避角度とに基づいて、医療器具４の目標位置・姿勢を算出する。算出された医療器具４の目標位置・姿勢は、医療器具逆運動学算出部３１ｈに入力される。医療器具逆運動学算出部３１ｈは、医療器具４の目標位置・姿勢と、関節可動範囲とに基づいて、医療器具４の目標回転角度指令を算出し、医療器具４の目標回転角度指令を医療器具４のサーボ制御部Ｃ２に送信する。サーボ制御部Ｃ２は、送信された目標回転角度指令に基づいて、医療器具４を駆動する。
【0066】
また、医療器具姿勢制御部３１ｃは、目標位置・姿勢指令と、ピボット位置ＰＰの位置情報と、干渉回避部３１ｅによって計算された回避角度とに基づいて、アーム６０の先端目標位置・姿勢を算出する。算出されたアーム６０の先端目標位置・姿勢は、アーム逆運動学算出部３１ｇに送信される。
【0067】
また、アーム逆運動学算出部３１ｇには、関節可動範囲が入力される。そして、アーム逆運動学算出部３１ｇは、アーム６０の先端目標位置・姿勢と、冗長関節角度と、関節可動範囲とに基づいて、アーム６０の目標関節角度指令を算出し、アーム６０の目標関節角度指令をアーム６０のサーボ制御部Ｃ１およびＣ３に送信する。サーボ制御部Ｃ１およびＣ３は、送信された目標関節角度指令に基づいて、アーム６０を駆動する。
【0068】
アーム６０から、アーム６０の実際の関節角度が、冗長関節制御部３１ｆと、干渉回避部３１ｅとに入力される。また、干渉回避部３１ｅには、最小接近可能距離と医療器具４の幅Ｗとが入力される。そして、干渉回避部３１ｅは、アーム６０の実際の関節角度と、最小接近可能距離と、医療器具４の幅Ｗとに基づいて、回避角度（後述する、第１基準線Ｌ１が接近禁止範囲Ａの外縁に沿って移動するようにアーム６０を移動させるための回転量）を算出し、医療器具姿勢制御部３１ｃに送信する。
【0069】
また、冗長関節制御部３１ｆには、制約条件が入力される。そして、冗長関節制御部３１ｆは、アーム６０の実際の関節角度と、制約条件とに基づいて算出された冗長関節角度（アーム６０の８軸のうち、冗長軸とした２軸分）を、アーム逆運動学算出部３１ｇに送信する。
【0070】
（アーム干渉回避制御のための制御部の構成）
次に、アーム干渉回避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。以下の説明では、内視鏡６が取り付けられたアーム６０ｃが停止している状態（操作対象外）であるとする。また、アームベース５０において内視鏡６が取り付けられたアーム６０ｃに隣り合うように配置されているアーム６０ｂが操作用マニピュレータアーム２１によって操作されるとする。
次に、アーム干渉回避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。以下の説明では、内視鏡６が取り付けられたアーム６０ｃが停止している状態（操作対象外）であるとする。また、アームベース５０において内視鏡６が取り付けられたアーム６０ｃに隣り合うように配置されているアーム６０ｂが操作用マニピュレータアーム２１によって操作されるとする。
【0071】
また、以下の説明では、アーム６０ｂに取り付けられた医療器具４が延びる方向をＺａ方向とし、Ｚａ方向に直交する方向をＹａ方向（または、Ｘａ方向）とする。アーム６０ｃに取り付けられた内視鏡６が延びる方向をＺｂ方向とし、Ｚｂ方向に直交する方向をＹｂ方向（または、Ｘｂ方向）とする。
【0072】
図１４に示すように、第１実施形態では、制御部３１（アーム関節制御部３１ｄ）は、複数のアーム６０のうちのアーム６０ｃに取り付けられた内視鏡６に対して接近してはいけない接近禁止範囲Ａを設定する。接近禁止範囲Ａは、アーム６０ｂがアーム６０ｃに衝突しないように設定された内視鏡６が延びる方向（Ｚｂ方向）の直線を軸とする略円柱形状を有する空間である。
【0073】
図１５（ａ）に示すように、接近禁止範囲Ａの半径は、たとえば、Ｚｂ方向から見て、アーム６０ｃに取り付けられた内視鏡６に接近可能な最小接近可能距離ｒ（図１５（ｄ）参照）と、アーム６０ｂに取り付けられた医療器具４の幅Ｗの半分（Ｗ／２、図１５（ｄ）参照）との和である。なお、医療器具４の幅Ｗとは、アーム６０ｂにおいて、Ｚｂ方向に直交するＸ方向の幅Ｗを意味する。
【0074】
なお、制御部３１（アーム関節制御部３１ｄ）は、アーム６０ｂに取り付けられた医療器具４が、アーム６０ｃの接近禁止範囲Ａの範囲内に近づく場合に、以下の制御（第１基準線Ｌ１の設定、第１回転量の計算、第１回転量と第２回転量との比較）を行う。
【0075】
図１４に示すように、第１実施形態では、制御部３１（アーム関節制御部３１ｄ）は、医療器具４が延びるＺａ方向に直交し、かつ、アーム６０のうちの医療器具４が取り付けられる先端側リンク部７３に接続される連結リンク部７４を通過する第１基準線Ｌ１を設定する。具体的には、第１基準線Ｌ１は、シャフト４ｃが延びるＺａ方向に直交し、かつ、連結リンク部７４のうちのシャフト４ｃの先端側（Ｚａ１方向側）の端部７５に接する。また、第１基準線Ｌ１は、並進移動機構部７０のうちの連結リンク部７４のＺａ１方向側の端部７５に接する（沿う）ように、シャフト４ｃからＹａ２方向側に延びるベクトルである。言い換えると、第１基準線Ｌ１は、並進移動機構部７０のうちの最もトロカールＴ（ポート）に近い部分（端部７５）に接する。なお、ポートとは、患者Ｐの体表面Ｓに設けられる医療器具４を挿入するための孔を意味する。また、第１基準線Ｌ１は、特許請求の範囲の「基準線」の一例である。
【0076】
そして、制御部３１（アーム関節制御部３１ｄ）は、第１基準線Ｌ１が接近禁止範囲Ａの外縁に沿うようにシャフト４ｃを軸としてアーム６０を回転させた場合のアーム６０ｂの回転量（以下、第１回転量とする）を算出する。具体的には、制御部３１は、第１基準線Ｌ１が略円柱形状の接近禁止範囲Ａの外周面Ａ１の接線方向に沿うようにシャフト４ｃを軸としてアーム６０ｂを回転させた場合のアーム６０ｂの第１回転量を算出する。
【0077】
そして、第１実施形態では、アーム干渉回避制御（図１５参照）を行う際のアーム６０ｂの第１回転量が、受け付けられた操作に応じてシャフト４ｃを軸としてアーム６０ｂを回転させるように制御する際のアーム６０ｂの回転量（以下、第２回転量という）よりも大きい場合、アーム干渉回避制御を行う。つまり、制御部３１は、第２回転量と第１回転量を比較して、第２回転量よりも第１回転量が大きい場合、アーム６０ｂの回転量として第１回転量を採用する。
【0078】
そして、第１実施形態では、図１５（ｂ）および図１５（ｃ）に示すように、制御部３１（アーム関節制御部３１ｄ）は、アーム６０ｂの回転量として第１回転量を採用した場合、第１基準線Ｌ１が、接近禁止範囲Ａの外縁（略円柱形状の接近禁止範囲Ａの外周面Ａ１の接線方向）に沿って移動するように、アーム６０ｂをアーム６０ｃに対して相対的に移動させるアーム干渉回避制御を行う。これにより、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応じた第２回転量よりも第１回転量の方が大きいので、アーム６０ｂがアーム６０ｃとの干渉を避けるように移動する。このように、制御部３１は、アーム６０ｂに取り付けられた医療器具４が、アーム６０ｃの接近禁止範囲Ａの範囲内に近づく場合に、第１基準線Ｌ１が、略円柱形状の接近禁止範囲Ａの外周面Ａ１の接線方向（Ｂ方向）に沿って移動するように、アーム干渉回避制御を行う。
【0079】
また、第１実施形態では、図１４および図１５（ａ）に示すように、制御部３１（アーム関節制御部３１ｄ）は、アーム６０ｃに取り付けられた内視鏡６に設定されたピボット位置ＰＰ１と、アーム６０ｂに取り付けられた医療器具４に設定されたピボット位置ＰＰ２とを結ぶ直線Ｌ２０（図１５（ａ）の太線）と、アーム６０ｃに取り付けられた内視鏡６が延びる方向（Ｚｂ方向）の直線とを含む平面ＳＦ１（Ｘｂ－Ｚｂ平面）に対して、アーム６０ｃに対する内視鏡６の第１取付位置Ｐ１１と、アーム６０ｂに対する医療器具４の第２取付位置Ｐ１２とが反対側に位置している場合に、アーム干渉回避制御を行う。なお、「取付位置」とは、内視鏡６（医療器具４）がアーム６０に対して取り付けられる位置を意味する。
【0080】
また、第１実施形態では、図１６に示すように、制御部３１（アーム関節制御部３１ｄ）は、アーム６０ｃが移動されることにより、アーム６０ｂがアーム６０ｃの接近禁止範囲Ａの範囲内に近づく状態（図１６（ａ）参照）が解除された場合、アーム６０ｂを、受け付けられた操作に基づく位置に徐々に移動するように制御（図１６（ｂ）、（ｃ）参照）する。
【0081】
具体的には、アーム６０ｂがアーム６０ｃの接近禁止範囲Ａの範囲内に近づいている状態（図１６（ａ）参照）において、アーム６０ｃが操作対象に切り替えられ、アーム６０ｃが移動される。この際、アーム６０ｃは、内視鏡６のピボット位置ＰＰ１は、動かさずに、アーム６０ｃが傾くように移動する。この場合、アーム６０ｃの傾きに伴って、接近禁止範囲Ａも傾く。これにより、アーム６０ｂがアーム６０ｃの接近禁止範囲Ａの範囲内に近づく状態（図１６（ａ）参照）が解除される。その後、アーム６０ｂを、受け付けられた操作に基づく位置に徐々に移動するように制御（図１６（ｂ）、（ｃ）参照）する。この際、医療器具４のピボット位置ＰＰ２が動かない状態で、アーム６０ｂが移動される。なお、徐々に戻す動作は、アーム６０ｂが操作対象となっていないときだけでなく、操作対象に切り替わった後で開始されてもよい。
【0082】
（外科手術システムの制御方法）
次に、図１７を参照して、外科手術システム１００の制御方法（アーム６０ｂのアーム干渉回避制御）について説明する。なお、平面ＳＦ１（Ｘｂ－Ｚｂ平面）に対して、アーム６０ｃに対する内視鏡６の第１取付位置Ｐ１１と、アーム６０ｂに対する医療器具４の第２取付位置Ｐ１２とが反対側に位置している（図１５（ａ）参照）とする。
次に、図１７を参照して、外科手術システム１００の制御方法（アーム６０ｂのアーム干渉回避制御）について説明する。なお、平面ＳＦ１（Ｘｂ－Ｚｂ平面）に対して、アーム６０ｃに対する内視鏡６の第１取付位置Ｐ１１と、アーム６０ｂに対する医療器具４の第２取付位置Ｐ１２とが反対側に位置している（図１５（ａ）参照）とする。
【0083】
まず、ステップＳ１において、制御部３１（アーム制御部３１ａ）は、操作用マニピュレータアーム２１により医療器具４に対する操作を受け付ける。そして、制御部３１は、受け付けられた操作に応じた第２回転量を算出する。
【0084】
次に、ステップＳ２において、制御部３１（アーム制御部３１ａ）は、複数のアーム６０のうちのアーム６０ｃに取り付けられた内視鏡６に対して接近してはいけない接近禁止範囲Ａを設定する。
【0085】
次に、ステップＳ３において、制御部３１（アーム制御部３１ａ）は、受け付けられた操作に対してアーム６０ｂ（アーム部６１、並進移動機構部７０）が、接近禁止範囲Ａの範囲内に侵入するか否かを判定する。
【0086】
ステップＳ３において、ｙｅｓの場合、ステップＳ４において、医療器具４（シャフト４ｃ）が延びるＺａ方向に直交し、かつ、連結リンク部７４を通過する（端部７５に接する）第１基準線Ｌ１を設定する。
【0087】
ステップＳ５において、第１基準線Ｌ１が接近禁止範囲Ａの外縁（接線方向）に沿うようにアーム６０ｂを移動させた場合のアーム６０ｂの第１回転量を算出する。
【0088】
ステップＳ６において、制御部３１（アーム制御部３１ａ）は、第２回転量と第１回転量を比較して、第２回転量よりも第１回転量が大きいか否かを判定する。
【0089】
ステップＳ６においてｙｅｓに場合、ステップＳ７において、第１基準線Ｌ１が、接近禁止範囲Ａの外縁（接線方向）に沿って移動するように、アーム６０ｂをアーム６０ｃに対して相対的に移動させるアーム干渉回避制御を行う。すなわち、制御部３１は、アーム６０ｂがアーム６０ｃの接近禁止範囲Ａの範囲内に近づく場合に、アーム６０ｂをアーム６０ｃに対して相対的に移動させるアーム干渉回避制御を行う。
【0090】
ステップＳ３においてｎｏの場合、および、ステップＳ６においてｎｏに場合、制御部３１は、ステップＳ８において、第２回転量に対応する姿勢にアーム６０ｂを徐々に移動させる。
【0091】
上記のステップＳ１～Ｓ８の動作は、アーム６０の動作中、常に行われる。また、上記の説明は、内視鏡６が取り付けられるアーム６０ｃの一方側に隣り合うアーム６０ｂについて説明したが、アーム６０ｃの他方側に隣り合うアーム６０ｄに対しても同様にアーム干渉回避制御が行われる。
【0092】
［第１実施形態の効果］
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【0093】
（外科手術システム、医療用マニピュレータの効果）
第１実施形態では、上記のように、制御部３１は、アーム６０ｂがアーム６０ｃの接近禁止範囲Ａの範囲内に近づく場合に、第１基準線Ｌ１が、接近禁止範囲Ａの外縁に沿って移動するように、アーム６０ｂをアーム６０ｃに対して相対的に移動させるアーム干渉回避制御を行う。これにより、アーム６０ｂがアーム６０ｃの接近禁止範囲Ａの範囲内に近づく場合に、第１基準線Ｌ１が、接近禁止範囲Ａの外縁に沿って移動されることにより、アーム６０ｂがアーム６０ｃに対して回り込むように移動する。この結果、アーム６０ｂがアーム６０ｃに対して近づくのが抑制されるので、アーム６０同士の干渉を回避することができる。また、アーム６０ｂに対して設定された第１基準線Ｌ１を、アーム６０ｃの接近禁止範囲Ａの外縁に沿って移動させるだけでアーム６０同士の干渉を回避することができるので、アーム６０ｃおよびアーム６０ｂの両方に接近禁止範囲Ａを設定するとともに接近禁止範囲Ａ同士の仮想変位力を算出する場合と比べて、干渉を回避するための制御を容易化することができる。この結果、干渉を回避するための制御を容易化しながら、アーム６０同士の干渉を回避することができる。
第１実施形態では、上記のように、制御部３１は、アーム６０ｂがアーム６０ｃの接近禁止範囲Ａの範囲内に近づく場合に、第１基準線Ｌ１が、接近禁止範囲Ａの外縁に沿って移動するように、アーム６０ｂをアーム６０ｃに対して相対的に移動させるアーム干渉回避制御を行う。これにより、アーム６０ｂがアーム６０ｃの接近禁止範囲Ａの範囲内に近づく場合に、第１基準線Ｌ１が、接近禁止範囲Ａの外縁に沿って移動されることにより、アーム６０ｂがアーム６０ｃに対して回り込むように移動する。この結果、アーム６０ｂがアーム６０ｃに対して近づくのが抑制されるので、アーム６０同士の干渉を回避することができる。また、アーム６０ｂに対して設定された第１基準線Ｌ１を、アーム６０ｃの接近禁止範囲Ａの外縁に沿って移動させるだけでアーム６０同士の干渉を回避することができるので、アーム６０ｃおよびアーム６０ｂの両方に接近禁止範囲Ａを設定するとともに接近禁止範囲Ａ同士の仮想変位力を算出する場合と比べて、干渉を回避するための制御を容易化することができる。この結果、干渉を回避するための制御を容易化しながら、アーム６０同士の干渉を回避することができる。
【0094】
また、第１実施形態では、上記のように、接近禁止範囲Ａは、アーム６０ｂがアーム６０ｃに衝突しないように設定された内視鏡６が延びるＺｂ方向を軸とする略円柱形状を有する空間であり、制御部３１は、アーム６０ｂに取り付けられた医療器具４が、アーム６０ｃの接近禁止範囲Ａの範囲内に近づく場合に、第１基準線Ｌ１が、略円柱形状の接近禁止範囲Ａの外周面Ａ１の接線方向に沿って移動するように、アーム干渉回避制御を行う。これにより、接近禁止範囲Ａが、内視鏡６が延びるＺｂ方向に延びるように略円柱形状に設定されるので、略円柱形状の接近禁止範囲Ａが延びる比較的広い範囲内において、アーム６０同士の干渉を回避することができる。
【0095】
また、第１実施形態では、上記のように、第１基準線Ｌ１は、医療器具４が延びるＺａ方向であるシャフト４ｃが延びる方向に直交し、かつ、連結リンク部７４のうちのシャフト４ｃの先端側の端部７５に接するように設定されている。そして、制御部３１は、第１基準線Ｌ１が、接近禁止範囲Ａの外縁に沿って移動するように、アーム干渉回避制御を行う。ここで、連結リンク部７４のうちのシャフト４ｃの先端側の端部７５が、アーム６０ｃ（または、アーム６０ｃに取り付けられた内視鏡６）に比較的干渉しやすい。そこで、上記のように、連結リンク部７４のうちのシャフト４ｃの先端側の端部７５に接する第１基準線Ｌ１が接近禁止範囲Ａの外縁に沿って移動するようにアーム干渉回避制御を行うことによって、比較的干渉しやすい連結リンク部７４のうちのシャフト４ｃの先端側の端部７５の干渉を効果的に抑制することができる。
【0096】
また、第１実施形態では、上記のように、制御部３１は、アーム干渉回避制御を行う際のアーム６０ｂの第１回転量が、受け付けられた操作に応じてアーム６０ｂを移動させるように制御する際のアーム６０ｂの第２回転量よりも大きい場合、アーム干渉回避制御を行う。これにより、アーム干渉回避制御の第１回転量と受け付けられた操作に応じた制御の第２回転量とのうちの大きい方の回転量に基づいてアーム６０ｂが移動されるので（つまり、アーム６０ｃからより離間するように移動されるので）、アーム６０同士の干渉をより抑制することができる。
【0097】
また、第１実施形態では、上記のように、制御部３１は、アーム６０ｃに取り付けられた内視鏡６に設定されたピボット位置ＰＰ１とアーム６０ｃに取り付けられた医療器具４に設定されたピボット位置ＰＰ２とを結ぶ直線Ｌ２０と、アーム６０ｃに取り付けられた内視鏡６が延びる方向の直線とを含む平面ＳＦ１に対して、アーム６０ｃに対する内視鏡６の第１取付位置Ｐ１１と、アーム６０ｂに対する医療器具４の第２取付位置Ｐ１２とが反対側に位置している場合に、アーム干渉回避制御を行う。ここで、平面ＳＦ１に対して、アーム６０ｃに対する内視鏡６の第１取付位置Ｐ１１と、アーム６０ｂに対する医療器具４の第２取付位置Ｐ１２とが同じ側に位置している場合に第１基準線Ｌ１が接近禁止範囲Ａの外縁に沿って移動するようにアーム６０ｂを移動させると、アーム６０ｃおよび６０ｂ同士が干渉してしまう場合がある。そこで、上記のように、構成することによって、アーム６０同士の干渉を適切に抑制することができる。
【0098】
また、第１実施形態では、上記のように、制御部３１は、アーム６０ｃが移動されることにより、アーム６０ｂがアーム６０ｃの接近禁止範囲Ａの範囲内に近づく状態が解除された場合、アーム６０ｂは、受け付けられた操作に基づく位置に徐々に戻るように制御する。また、アーム６０ｂが再び操作対象になった後から徐々に戻しても良い。これにより、回避動作によって狭くなった動作範囲を復元することができる。
【0099】
また、第１実施形態では、上記のように、遠隔操作装置２は、複数のアーム６０が取り付けられるアームベース５０を有し、アーム６０ｃとアーム６０ｂが隣り合うように配置されている。ここで、アーム６０ｃとアーム６０ｂとは、アームベース５０において隣り合うように配置されている場合、特に、アーム６０ｃとアーム６０ｂとが干渉しやすいので、第１基準線Ｌ１が接近禁止範囲Ａの外縁に沿って移動するようにアーム干渉回避制御を行うことは、特に有効である。
【0100】
また、第１実施形態では、上記のように、アーム６０（６０ａ～６０ｄ）の関節軸は、７軸以上設けられている。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。
【0101】
（外科手術システムの制御方法の効果）
第１実施形態では、上記のように、外科手術システム１００の制御方法は、アーム６０ｂがアーム６０ｃの接近禁止範囲Ａの範囲内に近づく場合に、第１基準線Ｌ１が、接近禁止範囲Ａの外縁に沿って移動するように、アーム６０ｂをアーム６０ｃに対して相対的に移動させるアーム干渉回避制御を行うステップＳ７を含む。これにより、アーム６０ｂがアーム６０ｃに対して回り込むように移動するので、アーム６０ｃおよびアーム６０ｂの両方に接近禁止範囲Ａを設定し、仮想変位力を計算する場合と比べて、干渉を回避するための制御を容易化しながら、アーム６０同士の干渉を回避することができる。
第１実施形態では、上記のように、外科手術システム１００の制御方法は、アーム６０ｂがアーム６０ｃの接近禁止範囲Ａの範囲内に近づく場合に、第１基準線Ｌ１が、接近禁止範囲Ａの外縁に沿って移動するように、アーム６０ｂをアーム６０ｃに対して相対的に移動させるアーム干渉回避制御を行うステップＳ７を含む。これにより、アーム６０ｂがアーム６０ｃに対して回り込むように移動するので、アーム６０ｃおよびアーム６０ｂの両方に接近禁止範囲Ａを設定し、仮想変位力を計算する場合と比べて、干渉を回避するための制御を容易化しながら、アーム６０同士の干渉を回避することができる。
【0102】
［第２実施形態］
第２実施形態による外科手術システム２００の構成について説明する。
第２実施形態による外科手術システム２００の構成について説明する。
【0103】
図１８に示すように、第２実施形態では、シャフト４ｃが延びるＺａ方向に直交し、かつ、連結リンク部７４を回動させるＪ７軸の回動中心（基端側リンク部７２の回動中心Ｄ、図１９参照）を通る第２基準線Ｌ２が設定されている。そして、制御部２３１は、第２基準線Ｌ２が、接近禁止範囲Ａの外縁に沿って移動するように、アーム干渉回避制御を行う。なお、第２基準線Ｌ２は、特許請求の範囲の「基準線」の一例である。以下、具体的に説明する。
【0104】
なお、アーム６０に取り付けられた医療器具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ＰＰ２が、アーム６０（アーム６０ｂ）に対して設定されている。また、第２実施形態では、制御部２３１は、予め、アーム６０ｂに取り付けられた医療器具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ＰＰ２に対して医療器具４を放射状に動かすための参照点ＲＰをＪ１軸に沿った直線上に設定する。具体的には、Ｊ１軸上の参照点ＲＰから、医療器具４のシャフト４ｃに対して垂線を引いた場合の垂線の方向に沿って、Ｊ８軸の中心（直動するＪ８軸が移動する範囲の中心）とＪ７軸の回動中心Ｄとが配置されるように、参照点ＲＰ１が設定される。以下、具体的に説明する。
【0105】
図１９に示すように、ステップＳ１１（図２０参照）において、制御部２３１は、操作用マニピュレータアーム２１により医療器具４に対する操作を受け付ける。そして、制御部２３１は、アーム６０の配置位置に応じて、参照点ＲＰをｘ軸方向に移動させる。なお、移動後の参照点を規定の参照点ＲＰ１として設定する。なお、図１９では、内視鏡６が取り付けられるアーム６０ｃの参照点ＲＰ１を示しているが、医療器具４が取り付けられるアーム６０ｃについても同様である。
【0106】
ステップＳ２およびステップＳ３の動作は、上記第１実施形態と同様である。
【0107】
次に、ステップＳ１２において、並進移動機構部７０に設けられるＪ８軸の中心とＪ７軸の回動中心Ｄとを通過するように設定されている第２基準線Ｌ２が、接近禁止範囲Ａの外縁（接線方向）に沿うように参照点ＲＰ２を算出する。具体的には、まず、アーム６０ｃの内視鏡６の座標系を定義する。原点は、アーム６０ｃ（内視鏡６）のピボット位置ＰＰ１である。ｙ軸は、ピボット位置ＰＰ１と、アーム６０ｂ（医療器具４）のピボット位置ＰＰ２とを結ぶベクトルと、内視鏡６のシャフト６ａの軸ベクトル（ｚ軸）との外積方向に沿う。ｘ軸は、内視鏡６のシャフト６ａの軸ベクトルと、ｙ軸ベクトルとの外積方向に沿う。
【0108】
次に、アーム６０ｂの医療器具４の原点を、内視鏡６の座標系のｘｙ平面上に射影する。なお、医療器具４の原点とは、医療器具４を制御する座標系の原点である。
【0109】
次に、内視鏡６の座標系において、第２基準線Ｌ２が接近禁止範囲Ａの接線方向に沿うような参照点ＲＰ２を算出する。なお、参照点ＲＰ２は、Ｊ１軸線に直交するｘ軸線上に配置される。これにより、第２基準線Ｌ２の延長線上に参照点ＲＰ２が配置されるように参照点ＲＰ２が移動される。
【0110】
そして、ステップＳ１３において、制御部３１は、参照点ＲＰ１の移動量（参照点ＲＦからの移動量）よりも、移動後の参照点ＲＰ２の移動量が大きいの方が大きいか（Ｊ１軸から離間するか）否かを判定する。
【0111】
そして、ステップＳ１３においてｙｅｓの場合、ステップＳ１４において、第２基準線Ｌ２が、接近禁止範囲Ａの外縁に沿って移動するように、アーム干渉回避制御が行われる。たとえば、図２１（ａ）に示すあらかじめ定めたアーム６０の配置位置に応じた参照点ＲＰ１の移動量Ｌ１１よりも、図２１（ｂ）および図２１（ｃ）に示すように、第２基準線Ｌ２が接近禁止範囲Ａの接線方向に沿うような参照点ＲＰ２の移動量Ｌ１２（Ｌ１３）が大きい場合、アーム干渉回避制御が行われる。これにより、第２実施形態では、制御部２３１は、アーム６０ｂがアーム６０ｃの接近禁止範囲Ａの範囲内に近づく場合に、第２基準線Ｌ２の延長線上に参照点ＲＰ２を移動させることにより、第２基準線Ｌ２が、接近禁止範囲Ａの外縁に沿って移動するように、アーム干渉回避制御を行う。
【0112】
ステップＳ３、または、ステップＳ１３においてｎｏの場合、ステップＳ１５に進んで、規定の参照点ＲＰ１に対応する姿勢にアーム６０ｂを移動させる。
【0113】
［第２実施形態の効果］
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【0114】
第２実施形態では、上記のように、第２基準線Ｌ２は、シャフト４ｃが延びる方向に直交し、かつ、連結リンク部７４を回動させるＪ７軸の回動中心Ｄを通るように設定されている。制御部２３１は、第２基準線Ｌ２が、接近禁止範囲Ａの外縁に沿って移動するように、アーム干渉回避制御を行う。これにより、比較的干渉しやすい並進移動機構部７０が接近禁止範囲Ａの外縁に沿って移動されるので、アーム６０同士の干渉を効果的に抑制することができる。
【0115】
また、第２実施形態では、上記のように、制御部２３１は、予め、アーム６０に取り付けられた医療器具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ＰＰ１に対して医療器具４を放射状に動かすための参照点ＲＰをＪ１軸に沿った直線上に設定しており、アーム６０ｂがアーム６０ｃの接近禁止範囲Ａの範囲内に近づく場合に、第２基準線Ｌ２が接近禁止範囲Ａの外縁に沿って移動するように参照点ＲＰ２を移動させることにより、アーム干渉回避制御を行う。これにより、予め設定されている参照点ＲＰを用いてアーム干渉回避制御を行うことができるので、外科手術システム２００の制御の変更が大きくなるのを抑制することができる。
【0116】
また、第２実施形態では、上記のように、制御部２３１は、受け付けた操作に基づく参照点ＲＰ１の移動量よりも、アーム干渉回避制御により移動される参照点ＲＰ２の移動量が大きい場合に、アーム干渉回避制御を行う。これにより、アーム６０ｃがアーム６０ｂに対してより離間するように移動されるので、アーム６０同士の干渉を適切に抑制することができる。
【0117】
［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。
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。
【0118】
たとえば、上記第１および第２実施形態では、アーム６０ｃに対してアーム６０ｂが移動することにより、アーム６０ｃとアーム６０ｂとの干渉が回避される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、アーム６０ｂに対してアーム６０ｃを移動することにより、アーム６０ｃとアーム６０ｂとの干渉を回避してもよい。また、アーム６０ｂとアーム６０ｃとの両方を移動することにより、アーム６０ｃとアーム６０ｂとの干渉を回避してもよい。
【0119】
また、上記第１および第２実施形態では、第１基準線Ｌ１（第２基準線Ｌ２）が、接近禁止範囲Ａの外縁に沿って移動するように、アーム６０ｂを移動させる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図２２に示すように、シャフト４ｃ（Ｚａ軸）と、シャフト４ｃ（Ｚａ軸）に垂直で連結リンク部７４を通過する第１基準線Ｌ１（ベクトル）とによって張られる平面のうち、第１基準線Ｌ１よりもシャフト４ｃの基端側の部分である平面ＳＦを設定し、平面ＳＦが接近禁止範囲Ａの外縁に沿って移動するようにアーム６０ｂを移動させてもよい。このように平面ＳＦが接近禁止範囲Ａの外縁に沿って移動するようにアーム６０ｂを移動させることによっても、上記第１および第２実施形態と同様に、干渉を回避するための制御を容易化しながら、アーム６０同士の干渉を回避することができる。
【0120】
また、上記第１および第２実施形態では、接近禁止範囲Ａが略円柱形状を有する空間である例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、接近禁止範囲Ａが略円柱形状以外の形状（角柱形状など）を有していてもよい。
【0121】
また、上記第１実施形態では、第１基準線Ｌ１が連結リンク部７４のうちのシャフト４ｃの先端側の端部７５に接するように設定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、並進移動機構部７０において、連結リンク部７４のシャフト４ｃの先端側の端部７５よりもアーム６０ｃに干渉しやすい部分があれば、この部分に接するように第１基準線Ｌ１を設定してもよい。
【0122】
また、上記第１実施形態では、平面ＳＦ１（Ｘｂ－Ｚｂ平面）に対して、アーム６０ｃに対する内視鏡６の第１取付位置Ｐ１１と、アーム６０ｂに対する医療器具４の第２取付位置Ｐ１２とが反対側に位置している場合にアーム干渉回避制御を行う例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第２実施形態のように内視鏡６の座標系を定義して、医療器具４が内視鏡６の座標系のｙ軸の正側に位置している場合に、アーム干渉回避制御を行うようにしてもよい。
【0123】
また、上記第１実施形態では、平面ＳＦ１が、Ｘｂ－Ｚｂ平面である例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図２３に示すように、アーム６０ｃに取り付けられた内視鏡６に設定されたピボット位置ＰＰ１と、アーム６０ｂに取り付けられた医療器具４に設定されたピボット位置ＰＰ２とを結ぶ直線Ｌ２０と、アーム６０ｂに取り付けられた医療器具４が延びる方向（Ｚａ方向）の直線とを含む平面ＳＦ３（Ｘａ－Ｚａ平面）を定義してもよい。そして、制御部３１（アーム関節制御部３１ｄ）は、平面ＳＦ３（Ｘａ－Ｚａ平面）に対して、アーム６０ｃに対する内視鏡６の第１取付位置Ｐ１１と、アーム６０ｂに対する医療器具４の第２取付位置Ｐ１２とが反対側に位置している場合に、アーム干渉回避制御を行ってもよい。
【0124】
また、上記第１および第２実施形態では、アーム６０ｂがアーム６０ｃの接近禁止範囲Ａの範囲内に近づく状態が解除された場合、アーム６０ｂを、受け付けられた操作に基づく位置に徐々に移動する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、アーム６０ｂがアーム６０ｃの接近禁止範囲Ａの範囲内に近づく状態が解除されても、アーム６０ｂを受け付けられた操作に基づく位置に移動させないようにしてもよい。
【0125】
また、上記第１および第２実施形態では、アーム６０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６０の数は、少なくとも１つ以上設けられていれば他の任意の数であってもよい。
【0126】
また、上記第１および第２実施形態では、アーム部６１およびポジショナ４０が７軸多関節ロボットから構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、アーム部６１が７軸より多い軸構成の多関節ロボットなどから構成されてもよい。また、ポジショナ４０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。
【0127】
また、上記第１および第２実施形態では、全てのアーム６０が８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６０のうちの一部が８軸多関節ロボットから構成されていてもよい。
【0128】
また、上記第１および第２実施形態では、医療用マニピュレータ１が、医療用台車３と、ポジショナ４０と、アームベース５０と、アーム６０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３と、ポジショナ４０と、アームベース５０は必ずしも必要なく、医療用マニピュレータ１がアーム６０だけで構成されてもよい。
【0129】
本明細書で開示する要素の機能は、開示された機能を実行するよう構成またはプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）、従来の回路、および／または、それらの組み合わせ、を含む回路または処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路または回路と見なされる。本開示において、回路、ユニット、または手段は、列挙された機能を実行するハードウェアであるか、または、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウェアである。ハードウェアは、本明細書に開示されているハードウェアであってもよいし、あるいは、列挙された機能を実行するようにプログラムまたは構成されているその他の既知のハードウェアであってもよい。ハードウェアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、手段、またはユニットはハードウェアとソフトウェアの組み合わせであり、ソフトウェアはハードウェアおよび／またはプロセッサの構成に使用される。
【符号の説明】
【0130】
１ 医療用マニピュレータ（患者側装置）
２ 遠隔操作装置（操作者側装置）
４ 医療器具
４ｃ シャフト
２１ 操作用マニピュレータアーム（操作部）
３１ 制御部
６０ アーム
６０ｃ アーム（第１のアーム）
６０ｂ アーム（第２のアーム）
５０ アームベース
７３ 先端側リンク部（第１リンク部）
７４ 連結リンク部（第２リンク部）
７５ 端部
１００ 外科手術システム（手術支援システム）
Ａ 接近禁止範囲
Ａ１ 外周面
Ａ２ 中心
Ｂ 接線方向
Ｊ１軸（基端軸）
Ｊ７軸（回動軸）
Ｌ１ 第１基準線（基準線）
Ｌ２ 第２基準線（基準線）
ＲＰ１、ＲＰ２ 参照点
ＳＦ 平面
２ 遠隔操作装置（操作者側装置）
４ 医療器具
４ｃ シャフト
２１ 操作用マニピュレータアーム（操作部）
３１ 制御部
６０ アーム
６０ｃ アーム（第１のアーム）
６０ｂ アーム（第２のアーム）
５０ アームベース
７３ 先端側リンク部（第１リンク部）
７４ 連結リンク部（第２リンク部）
７５ 端部
１００ 外科手術システム（手術支援システム）
Ａ 接近禁止範囲
Ａ１ 外周面
Ａ２ 中心
Ｂ 接線方向
Ｊ１軸（基端軸）
Ｊ７軸（回動軸）
Ｌ１ 第１基準線（基準線）
Ｌ２ 第２基準線（基準線）
ＲＰ１、ＲＰ２ 参照点
ＳＦ 平面
【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】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】