特開 2022-187879 手術支援システム、操作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】P2022187879

(43)【公開日】2022-12-20

(54)【発明の名称】手術支援システム、操作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 20160101AFI20221213BHJP

   B25J 3/00 20060101ALI20221213BHJP

【ＦＩ】

A61B34/35

B25J3/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021096094

(22)【出願日】2021-06-08

(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】田邊 雅隆

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼野 裕介

(72)【発明者】

【氏名】栗原 剛史

(72)【発明者】

【氏名】梶原 慎司

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707AS35

3C707BS13

3C707BS14

3C707BS26

3C707CS08

3C707ES03

3C707ET02

3C707HS27

3C707JT08

3C707JU12

3C707KT01

3C707KT05

3C707MT04

(57)【要約】

【課題】操作者側装置の操作部を適切な位置に停止させることが可能な手術支援システムを提供する。
【解決手段】外科手術システム１００は、先端に医療器具４が取り付けられるアーム６０を含む医療用マニピュレータ１と、操作者による操作を受け付ける操作部１２０を含む遠隔操作装置２と、制御部１１０と、を備える。操作部１２０は、操作者による操作を補助するためのサーボモータＭ６ａ～Ｍ６ｇを含む。そして、制御部１１０は、操作部１２０に対する操作の減速時およびまたは加速時に、制動力を働かせるようにサーボモータＭ６ａ、Ｍ６ｂおよびＭ６ｃを制御する。
【選択図】図１５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

手術支援システムであって、
先端に医療器具が取り付けられるアームを含む患者側装置と、
操作者による操作を受け付ける操作部を含む操作者側装置と、
制御部と、を備え、
前記操作部は、前記操作者による前記操作を補助するための駆動部を含み、
前記制御部は、前記操作部に対する前記操作の減速時およびまたは加速時に、制動力を働かせるように前記駆動部を制御する、手術支援システム。

【請求項2】

前記制御部は、前記操作部に対する操作速度に応じて、前記駆動部の制動パラメータを決定し、決定後の前記制動パラメータを用いて前記制動力を働かせるように前記駆動部を制御する、請求項１に記載の手術支援システム。

【請求項3】

前記制御部は、前記操作の減速時において、前記操作速度の絶対値が第１閾値より大きい時に前記制動パラメータを一定とし、前記操作速度の絶対値が前記第１閾値以下の時に速度が小さくなるに従って前記制動パラメータの絶対値を小さくする、請求項２に記載の手術支援システム。

【請求項4】

前記制御部は、前記操作の減速時において、
前記操作速度の絶対値が第２閾値より大きい時に前記制動パラメータをゼロとし、前記操作速度の絶対値が前記第２閾値以下で第３閾値より大きい時に、前記操作速度の絶対値が小さくなるに従って前記制動パラメータの絶対値を大きくし、前記操作速度の絶対値が前記第３閾値以下で第４閾値より大きい時に前記制動パラメータの絶対値を一定にし、前記操作速度の絶対値が前記第４閾値以下の場合には前記操作速度の絶対値が小さくなるに従って前記制動パラメータの絶対値を小さくする、請求項２に記載の手術支援システム。

【請求項5】

前記制御部は、前記操作の加速時において、
前記操作速度の絶対値が第５閾値より小さい時に前記操作速度が大きくなるに従って前記制動パラメータの絶対値を大きくし、前記操作速度の絶対値が前記第５閾値以上で第６閾値よりも小さい時に前記制動パラメータを一定にし、前記操作速度の絶対値が前記第６閾値以上で第７閾値より小さい時に前記操作速度の絶対値が大きくなるに従って前記制動パラメータの絶対値を小さくし、前記操作速度の絶対値が前記第７閾値以上の場合には前記制動パラメータをゼロにする、請求項２～４のいずれか１項に記載の手術支援システム。

【請求項6】

前記制御部は、前記操作の減速時の前記制動パラメータの絶対値の最大値を、前記操作の加速時の前記制動パラメータの絶対値の最大値よりも大きくする、請求項２～５のいずれか１項に記載の手術支援システム。

【請求項7】

前記制動パラメータを記憶する記憶部を、さらに備え、
前記制御部は、前記操作速度と、前記制動パラメータとが対応付けられたテーブルを基に前記制動パラメータを決定する、請求項２～６のいずれか１項に記載の手術支援システム。

【請求項8】

前記制動パラメータの大きさの選択を受け付ける制動パラメータ選択部をさらに備える、請求項２～７のいずれか１項に記載の手術支援システム。

【請求項9】

前記制動パラメータ選択部は、前記操作者側装置に設けられている、請求項８に記載の手術支援システム。

【請求項10】

前記操作部は、複数の回転軸を含み、
前記駆動部は、前記複数の回転軸の各々に対応するように複数設けられており、
前記制御部は、複数の前記駆動部のうちの少なくとも１つの前記駆動部に対して、前記操作部に対する前記操作の減速時およびまたは加速時に、前記制動力を大きくするように制御する、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】

先端に医療器具が取り付けられるアームを含む患者側装置を動作させる操作者側装置であって、
操作者による操作を受け付ける操作部を含む前記操作者側装置と、
制御部と、を備え、
前記操作部は、前記操作者による前記操作を補助するための駆動部を含み、
前記制御部は、前記操作部に対する前記操作の減速時およびまたは加速時に、制動力を働かせるように前記駆動部を制御する、操作者側装置。

【請求項12】

先端に医療器具が取り付けられるアームを含む患者側装置と、操作者による操作を受け付ける操作部を含む操作者側装置と、を備え、前記操作部は、前記操作者による前記操作を補助するための駆動部を含む、手術支援システムの制御方法であって、
前記操作部に対する前記操作を受け付けるステップと、
前記操作部に対する操作の減速時およびまたは加速時に、制動力を働かせるように前記駆動部を制御するステップとを備える、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】

この開示は、手術支援システム、操作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、操作者による操作を受け付ける操作部を含む、手術支援システム、操作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、操作者による操作を受け付ける操作部を含む手術支援システムが知られている。例えば、特許文献１には、マスタ制御装置に設けられた操作部が受け付けた操作量に基づいて、スレーブとしての多関節ロボットアームに設けられる医療器具の移動を制御する技術が開示されている。特許文献１において、ツールは、外科部位である患者の体内において移動する。

【0003】

また、特許文献１では、マスタ制御装置に設けられた操作部は、複数のリンクを含む多関節アームにより構成されている。また、多関節アームは、Ｌ字状に屈曲された状態で上方から吊り下げられている。また、多関節アームにはモータが設けられている。これにより、操作者が手によって操作部を支えなくても、重力に抗するようにモータのトルクを発生させることによって、多関節アームのＬ字状に屈曲された状態が維持される。

【0004】

また、特許文献１では、モータとマスタ制御装置との間に設けられる歯車などの摩擦力を補償するように、操作者による操作部の操作速度に応じてモータが力を発生する。これにより、操作者による操作部の操作を軽くすることが可能になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】米国特許出願公開第２００４／０２４３１１０号明細書

【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、特許文献１のように、多関節アームのモータに力を発生させることにより操作部の操作を軽くするように補助した場合、操作者が意図した適切な位置に操作部を停止させられない場合がある。そこで、マスタ制御装置の操作部を適切な位置に停止させることが望まれている。

【0007】

この開示は、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、この開示の１つの目的は、操作者側装置の操作部を適切な位置に停止させることが可能な手術支援システム、操作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、この開示の第１の局面による手術支援システムは、手術支援システムであって、先端に医療器具が取り付けられるアームを含む患者側装置と、操作者による操作を受け付ける操作部を含む操作者側装置と、制御部と、を備え、操作部は、操作者による操作を補助するための駆動部を含み、制御部は、操作部に対する操作の減速時およびまたは加速時に、制動力を働かせるように駆動部を制御する。

【0009】

この開示の第１の局面による手術支援ロボットでは、上記のように、操作部は、操作者による操作を補助するための駆動部を含み、制御部は、操作部に対する操作の減速時およびまたは加速時に、制動力を働かせるように駆動部を制御する。これにより、減速時に制動力が働くことにより、操作部を急停止しようとしたときの操作部の慣性に起因するオーバーシュートが抑制される。また、加速時に制動力が働くことにより、操作部が急停止された際の反動などに起因する操作部の移動が抑制される。これらにより、操作者側装置の操作部を適切な位置に停止させることができる。なお、オーバーシュートとは、操作部が適切な停止位置よりも行き過ぎることを意味する。

【0010】

この開示の第２の局面による操作者側装置は、先端に医療器具が取り付けられるアームを含む患者側装置を動作させる操作者側装置であって、操作者による操作を受け付ける操作部を含む操作者側装置と、制御部と、を備え、操作部は、操作者による操作を補助するための駆動部を含み、制御部は、操作部に対する操作の減速時およびまたは加速時に、制動力を働かせるように駆動部を制御する。

【0011】

この開示の第２の局面による操作者側装置では、上記のように、操作部は、操作者による操作を補助するための駆動部を含み、制御部は、操作部に対する操作の減速時およびまたは加速時に、制動力を働かせるように駆動部を制御する。これにより、減速時に制動力が働くことにより、操作部を急停止しようとしたときの操作部の慣性に起因するオーバーシュートが抑制される。また、加速時に制動力が働くことにより、操作部が急停止された際の反動などに起因する操作部の移動が抑制される。これらにより、操作者側装置の操作部を適切な位置に停止させることが可能な操作者側装置を提供することができる。

【0012】

この開示の第３の局面による手術支援システムの制御方法は、先端に医療器具が取り付けられるアームを含む患者側装置と、操作者による操作を受け付ける操作部を含む操作者側装置と、を備え、操作部は、操作者による操作を補助するための駆動部を含む、手術支援システムの制御方法であって、操作部に対する操作を受け付けるステップと、操作部に対する操作の減速時およびまたは加速時に、制動力を働かせるように駆動部を制御するステップとを備える。

【0013】

この開示の第３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、操作部に対する操作の減速時およびまたは加速時に、制動力を働かせるように駆動部を制御するステップを備える。これにより、減速時に制動力が働くことにより、操作部を急停止しようとしたときの操作部の慣性に起因するオーバーシュートが抑制される。また、加速時に制動力が働くことにより、操作部が急停止された際の反動などに起因する操作部の移動が抑制される。これらにより、操作者側装置の操作部を適切な位置に停止させ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】

【0014】

本開示によれば、操作者側装置の操作部を適切な位置に停止させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】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】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】第１実施形態による遠隔操作装置の操作部の構成を示す斜視図である。

【図4】第１実施形態による操作ハンドルの構成を示す図である。

【図5】第１実施形態によるフットペダルの構成を示す図である。

【図6】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7】鉗子を示す図である。

【図8】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9】内視鏡を示す図である。

【図10】ピボット位置教示器具を示す図である。

【図11】アームの並進移動を説明するための図である。

【図12】アームの回転移動を説明するための図である。

【図13】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である。

【図14】第１実施形態による遠隔操作装置の制御部の構成を示すブロック図である。

【図15】第１実施形態による加速時の制動パラメータを示す図である。

【図16】第１実施形態による減速時の制動パラメータを示す図である。

【図17】第１実施形態による遠隔操作装置の制御部の制御ブロック図である。

【図18】第１実施形態による加速時および減速時の制動パラメータを示す図である。

【図19】第１実施形態による制動パラメータ選択部を示す図である。

【図20】第１実施形態による遠隔操作装置の制御フローを示す図である。

【図21】第２実施形態による減速時の制動パラメータを示す図である。

【図22】第２実施形態による加速時および減速時の制動パラメータを示す図である。

【図23】変形例による加速時および減速時の制動パラメータを説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本開示を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

【0017】

［第１実施形態］
図１～図２０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。医師などの操作者は、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、手術支援システムの一例である。

【0018】

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、図３に示すアーム１２１および操作ハンドル２１を含む操作部１２０と、フットペダル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。操作部１２０は、医師などの操作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。

【0019】

また、図３に示すように、操作部１２０は、医師などの操作者から見て、左側に配置され、操作者の左手により操作される操作部１２０Ｌと、右側に配置され、操作者の右手により操作される操作部１２０Ｒと、を含んでいる。なお、操作部１２０Ｌと操作部１２０Ｒとの構成は、同様である。

【0020】

操作部１２０は、略Ｌ字状のアーム１２１を含む。アーム１２１は、第１リンク部１２１ａと、第２リンク部１２１ｂと、第３リンク部１２１ｃとを有する。第１リンク部１２１ａの上端側は、鉛直方向に沿ったＡ１軸回りに回動可能に遠隔操作装置２の本体に取り付けられている。第２リンク部１２１ｂの上端側は、水平方向に沿ったＡ２軸回りに回動可能に第１リンク部１２１ａの下端側に取り付けられている。第３リンク部１２１ｃの一方端側は、水平方向に沿ったＡ３軸回りに回動可能に第２リンク部１２１ｂの下端側に取り付けられている。第３リンク部１２１ｃの他方端側には、Ａ４軸回りに回動可能に操作ハンドル２１が取り付けられている。

【0021】

アーム１２１は、操作ハンドル２１を所定の３次元操作範囲内で移動可能に支持する。具体的には、アーム１２１は、上下方向、左右方向および前後方向に、操作ハンドル２１を移動可能に支持する。アーム１２１の３次元的な操作に対応するように、アーム６０が３次元的に移動される。

【0022】

操作ハンドル２１は、医療器具４を操作するように構成されている。また、操作ハンドル２１は、医療器具４に対する操作量を受け付ける。操作ハンドル２１は、医師などの操作者から見て、左側に配置され、操作者の左手により操作される操作ハンドル２１Ｌと、右側に配置され、操作者の右手により操作される操作ハンドル２１Ｒと、を含んでいる。

【0023】

また、図４に示すように、操作ハンドル２１は、リンク部２１ａ、リンク部２１ｂ、リンク部２１ｃ、医師などの操作者が操作するリンク部２１ｄとを含む。リンク部２１ａは、Ａ４軸周りに回動する。リンク部２１ｂは、リンク部２１ａに対して、Ａ５軸周りに回動する。リンク部２１ｃは、リンク部２１ｂに対して、Ａ６軸周りに回動する。リンク部２１ｄは、リンク部２１ｃに対して、Ａ７軸周りに回動する。

【0024】

また、操作ハンドル２１は、操作ハンドル２１によって受け付けられた操作量に対してアーム６０および医療器具４の移動量が変更される。この変更を、スケーリングという。たとえば、移動量の倍率が１／２倍に設定されている場合、医療器具４は、操作ハンドル２１の移動距離の１／２の移動距離を移動するよう制御される。これによって、精細な手術を精確に行うことができる。

【0025】

図５に示すように、フットペダル２２は、医療器具４に関する機能を実行するように複数設けられている。また、複数のフットペダル２２は、基台部２８に配置されている。フットペダル２２は、切替ペダル２２ａと、クラッチペダル２２ｂと、カメラペダル２２ｃと、切開ペダル２２ｄと、凝固ペダル２２ｅとを含んでいる。切替ペダル２２ａと、クラッチペダル２２ｂと、カメラペダル２２ｃと、切開ペダル２２ｄと、凝固ペダル２２ｅとは、操作者の足により操作される。また、切開ペダル２２ｄは、右側のアーム６０用の切開ペダル２２ｄＲと、左側のアーム６０用の切開ペダル２２ｄＬとを含む。また、凝固ペダル２２ｅは、右側のアーム６０用の凝固ペダル２２ｅＲと、左側のアーム６０用の凝固ペダル２２ｅＬとを含む。

【0026】

切替ペダル２２ａは、操作ハンドル２１で動作させるアーム６０を切り替えるように構成されている。第１実施形態では、クラッチペダル２２ｂは、アーム６０と操作ハンドル２１との操作接続を一時切断するクラッチ操作を実行するように構成されている。クラッチペダル２２ｂが操作者によって踏み込まれている間、操作ハンドル２１による操作が、アーム６０に伝達されなくなる。また、カメラペダル２２ｃが操作者によって踏み込まれている間、操作ハンドル２１によって、内視鏡６が取り付けられたアーム６０を操作することが可能になる。切開ペダル２２ｄまたは凝固ペダル２２ｅが操作者によって踏み込まれている間、図示しない電気手術装置が起動する。

【0027】

図１に示すように、モニタ２４は、内視鏡６によって取り込まれた画像を表示するためのスコープ型表示装置である。支持アーム２５は、モニタ２４の高さを医師などの操作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操作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。操作者は、モニタ２４により患部を視認しながら、操作ハンドル２１およびフットペダル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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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、比較的長い棒形状を有する。つまり、アームベース５０は、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。また、アーム６０は、医療器具４を支持する。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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、手術部位の画像ｇｒを取り込むための図９に示される内視鏡６などを含む。

【0034】

図６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、鉗子４ｂが設けられている。

【0035】

また、図７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１０４ａおよび１０４ｂの基端側を先端側でＪＴ１１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ＪＴ１０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、Ｚ方向に沿って配置されている。ＪＴ１１軸は、シャフト４ｃが延びる方向であるＺ方向に対して直交する。また、ＪＴ１０軸は、シャフト４ｃが延びる方向においてＪＴ１１軸と離間しかつシャフト４ｃが延びる方向およびＪＴ１１軸に対して直交する。

【0036】

第１支持体４ｅには、ＪＴ１１軸の軸線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ＪＴ１０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ＪＴ１０軸の軸線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の先端側であるＺ１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ＪＴ１１軸の軸線における中央部にツールセンタポイントとしてのＴＣＰ１が設定されている。

【0037】

また、医療器具４としての鉗子４ｂは、シャフト４ｃの回転軸としてのＪＴ９軸と、鉗子４ｂの開閉軸としてのＪＴ１２軸とを備えている。なお、シャフト４ｃの回転軸は、シャフト４ｃが延びる方向に沿った軸である。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の回転体が駆動される。これにより、Ｊ９軸～Ｊ１２軸周りに、医療器具４が駆動される。なお、サーボモータＭ２は、たとえば、４個設けられている。

【0038】

また、図９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。

【0039】

次に、アーム６０の構成について詳細に説明する。

【0040】

図６に示すように、アーム６０は、アーム部６１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。アーム部６１は、ベース部６２、リンク部６３および関節部６４を含む。アーム６０は、アーム６０の根元側のアームベース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。また、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。なお、複数のアーム６０は、互いに同様の構成を有する。

【0041】

図６に示すように、アーム６０は、回転軸としてのＪＴ１～ＪＴ７軸と、直動軸としてのＪ８軸とを備えている。ＪＴ１～ＪＴ７軸は、アーム部６１の関節部６４の回転軸に対応する。また、ＪＴ７軸は、並進移動機構部７０の基端側リンク部７２に対応する。ＪＴ８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Ｚ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１３に示すサーボモータＭ１は、アーム６０のＪＴ１～ＪＴ７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、ＪＴ８軸に対応するように設けられている。

【0042】

並進移動機構部７０は、アーム部６１の先端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、図１３に示すサーボモータＭ２が収容されている。

【0043】

また、図８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、看護師、助手などの操作者が操作部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。

【0044】

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。

【0045】

また、図８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の移動の図１２に示される支点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、図９に示される内視鏡６または図１０に示されるピボット位置教示器具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。

【0046】

また、図１に示すように、複数のアーム６０のうちの一つの、たとえば、アーム６０ｃには内視鏡６が取り付けられ、残りの、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としての鉗子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ＰＰ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ＰＰ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。

【0047】

また、図８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が押下されることにより、他のアーム６０およびアームベース５０の位置が最適化される。

【0048】

また、図８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を図１１に示される並進移動させるモードと、図１２に示される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が点灯は、回転移動モードを表し、消灯は、並進移動モードを表す。

【0049】

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。

【0050】

図１１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１２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。

【0051】

また、図１３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。

【0052】

また、図１３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。

【0053】

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。

【0054】

また、医療用台車３には、医療用台車３の複数の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、減速機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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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～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～Ｃ３に出力する。サーボ制御部Ｃ１～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～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～Ｍ３に出力する。これにより、遠隔操作装置２に入力された動作指令に沿うように、アーム６０が移動される。

【0058】

また、図１３に示すように、制御部３１のアーム制御部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を操作するように構成されている。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、ジョイスティック８２に入力された動作指令に沿うように、アーム６０が移動される。

【0059】

制御部３１のアーム制御部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である動作指令と、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、スイッチ部８３に入力された動作指令に沿うように、アーム６０が移動される。

【0060】

また、図１３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。

【0061】

また、入力装置３３から準備位置の設定などに関する動作指令が、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、入力装置３３に入力された動作指令に沿うように、ポジショナ４０が移動される。同様に、入力装置３３からの動作指令に基づいて、ポジショナ制御部３１ｂは、医療用台車３を移動させる。

【0062】

また、図１４に示すように、遠隔操作装置２は、制御部１１０を備えている。制御部１１０には、アーム１２１および操作ハンドル２１を含む操作部１２０の回転軸であるＡ１～Ａ７軸に対応するように設けられたサーボモータＭ６ａ～Ｍ６ｇを制御するためのサーボ制御部Ｃ６ａ～６ｇが電気的に接続されている。また、サーボ制御部Ｃ６ａ～６ｇには、サーボモータＭ６ａ～６ｇの回転角を検出するためのエンコーダＥ６ａ～Ｅ６ｇが電気的に接続されている。なお、サーボモータＭ６ａ～Ｍ６ｇ、サーボ制御部Ｃ６ａ～６ｇ、および、エンコーダＥ６ａ～Ｅ６ｇは、操作部１２０Ｌと、操作部１２０Ｒとに各々設けられている。なお、サーボモータＭ６ａ～Ｍ６ｇは、駆動部の一例である。

【0063】

ここで、制御部１１０は、操作部１２０の姿勢に応じて、サーボモータＭ６ａ～Ｍ６ｇの回転軸Ａ１～Ａ７に発生する重力トルクを打ち消すようなトルクを発生するように、サーボモータＭ６ａ～Ｍ６ｇを制御する。これにより、操作者は、比較的小さい力で操作部１２０を操作することが可能になる。

【0064】

また、制御部１１０は、操作部１２０の操作に応じて、サーボモータＭ６ａ～Ｍ６ｇの回転軸Ａ１～Ａ７にトルクを発生させ、操作者の操作をアシストするようにサーボモータＭ６ａ～Ｍ６ｇを制御する。これにより、操作者は、比較的小さい力で操作部１２０を操作することが可能になる。

【0065】

ここで、第１実施形態では、制御部１１０は、操作部１２０に対する操作の減速時およびまたは加速時に、制動力を働かせるようにサーボモータを制御する。具体的には、図１５に示すように、制御部１１０は、操作部１２０に対する操作の加速時に、制動力を働かせるようにサーボモータを制御する。すなわち、制御部１１０は、加速時に、制動力をソフトウェア的に働かせる。また、制御部１１０は、複数のサーボモータのうちの少なくとも１つのサーボモータに対して、操作部１２０に対する操作の減速時およびまたは加速時に、制動力を大きくするように制御する。具体的には、制御部１１０は、アーム６０によって医療器具４を移動させる回転軸に対応するサーボモータに対して、操作部１２０に対する操作の減速時およびまたは加速時に、制動力を働かせるように制御する。詳細には、制御部１１０は、Ａ１、Ａ２、およびＡ３軸に対応する、サーボモータＭ６ａ、Ｍ６ｂ、およびＭ６ｃに対して制動力を働かせるように制御する。サーボモータＭ６ａ、Ｍ６ｂおよびＭ６ｃは、アーム６０を３次元的に移動させるための操作に対応する。なお、制御部１１０は、Ａ１、Ａ２、およびＡ３軸以外に適用しても良い。例えば、制御部１１０は、Ａ７軸に対応するＭ６ｇに対して制動力を働かせるように制御する。サーボモータＭ６ｇは、シャフト４ｃに沿った軸周りに鉗子４ｂを回転させる操作に対応する。

【0066】

具体的には、図１７に示すように、制御部１１０には、操作部１２０の操作速度ωが入力される。操作速度ωとは、Ａ１、Ａ２またはＡ３軸周りに回転される回転速度を意味する。制御部１１０は、入力された操作速度ωに対して、図１７においてＬＰＦと示されるローパスフィルタをかける。また、制御部１１０は、入力された回転速度の差分より加速度を算出するとともに算出した加速度に対してローパスフィルタをかける。そして、制御部１１０は、操作速度ωおよび算出された加速度に基づいて、操作部１２０が加速されているか、または、減速されているかを判定する。また、制御部１１０は、加速または減速の判定に基づいて、制動パラメータτを決定する。そして、制御部１１０は、決定した制動パラメータτに対応する電流指令値にローパスフィルタをかけた後に、電流指令値をサーボ制御部Ｃ６ａ、Ｃ６ｂおよびＣ６に出力する。これにより、サーボモータＭ６ａ、Ｍ６ｂおよびＭ６ｃに対して制動力が働く。

【0067】

第１実施形態では、制御部１１０は、操作部１２０に対する操作速度に応じて、サーボモータＭ６ａ、Ｍ６ｂおよびＭ６ｃの制動パラメータτを決定し、決定後の制動パラメータτを用いて制動力を働かせるようにサーボモータＭ６ａ、Ｍ６ｂおよびＭ６ｃを制御する。なお、以下の説明では、Ａ１、Ａ２およびＡ３の各々の軸周りの一方側の回転を正の方向の回転とし、他方側の回転を負の方向の回転とする。

【0068】

第１実施形態では、図１５に示すように、制御部１１０は、操作の加速時において、操作速度ωの絶対値が第５閾値より小さい時に操作速度ωが大きくなるに従って制動パラメータτの絶対値を大きくし、操作速度ωの絶対値が第５閾値以上で第６閾値よりも小さい時に制動パラメータτを一定にし、操作速度ωの絶対値が第６閾値以上で第７閾値より小さい時に操作速度ωの絶対値が大きくなるに従って制動パラメータτの絶対値を小さくし、操作速度ωの絶対値が第７閾値以上の場合には制動パラメータτをゼロにする。具体的には、制御部１１０は、操作の加速時において、操作速度ωが閾値ω_ａ１より小さい時に操作速度ωが大きくなるに従って制動パラメータτを大きくし、操作速度ωが閾値ω_ａ１以上で閾値ω_ａ２よりも小さい時に制動パラメータτを一定のτ_ａにし、操作速度ωが閾値ω_ａ２以上で閾値ω_ａ３より小さい時に操作速度ωが大きくなるに従って制動パラメータτを小さくし、閾値ω_ａ３以上の場合には制動パラメータτをゼロにする。制御部１１０は、操作の加速時において、閾値－ω_ａ１より大きい時に操作速度ωが大きくなるに従って制動パラメータτを大きくし、操作速度ωが閾値－ω_ａ２以上で閾値－ω_ａ１よりも小さい時に制動パラメータτを一定である－τ_ａにし、操作速度ωが閾値－ω_ａ３以上で閾値－ω_ａ２より小さい時に操作速度ωが大きくなるに従って制動パラメータτを小さくし、閾値－ω_ａ３以下の場合には制動パラメータτをゼロにする。なお、閾値ω_ａ１および閾値－ω_ａ１は、第５閾値の一例である。また、閾値ω_ａ２および閾値－ω_ａ２は、第６閾値の一例である。閾値ω_ａ３および閾値－ω_ａ３は、第７閾値の一例である。

【0069】

また、操作速度ωが負の場合は、サーボモータが逆回転することを意味する。

【0070】

また、操作速度ωが、閾値－ω_ａ１から閾値ω_ａ１までの間は、線形的に制動パラメータτが増加する。また、操作速度ωが、閾値ω_ａ２から閾値ω_ａ３までの間は、線形的に制動パラメータτが減少する。また、操作速度ωが、閾値－ω_ａ２から閾値－ω_ａ３までの間は、線形的に制動パラメータτが増加する。操作速度ωが０の時は、制動パラメータτは０である。

【0071】

また、第１実施形態では、図１６に示すように、制御部１１０は、操作部１２０に対する操作の減速時に、制動パラメータτを働かせるようにサーボモータを制御する。すなわち、制御部１１０は、減速時に、制動パラメータτをソフトウェア的に働かせる。具体的には、制御部１１０は、操作の減速時において、操作速度ωの絶対値が第１閾値より大きい時に制動パラメータτを一定とし、操作速度ωの絶対値が第１閾値以下の時に速度が小さくなるに従って制動パラメータτの絶対値を小さくする。詳細には、制御部１１０は、操作の減速時において、操作速度ωが閾値ω_ｂより大きい時に制動パラメータτを一定であるτ_ｂにし、操作速度ωが閾値ω_ｂ以下の時に操作速度ωが小さくなるに従って制動パラメータτを小さくする。制御部１１０は、操作の減速時において、操作速度ωが閾値－ω_ｂより小さい時に制動パラメータτを一定である－τ_ｂにし、操作速度ωが閾値－ω_ｂ以上の時に、操作速度ωが大きくなるに従って制動パラメータτを大きくする。なお、閾値ω_ｂおよび閾値－ω_ｂは、第１閾値の一例である。

【0072】

詳細には、操作速度ωが閾値ω_ｂから０までの間は、線形的に制動パラメータτが小さくなる。操作速度ωが閾値－ω_ｂから０までの間は、線形的に制動パラメータτが大きくなる。操作速度ωが０の時は、制動パラメータτは０である。

【0073】

また、第１実施形態では、制御部１１０は、操作の減速時の制動パラメータτ_ｂの絶対値の最大値を、操作の加速時の制動パラメータτ_ａの絶対値の最大値よりも大きくする。たとえば、第１実施形態では、図１８に示すように、点線で示される操作の減速時の制動パラメータτ_ｂの最大値は、実線で示される操作の加速時の制動パラメータτ_ａの最大値の４倍である。

【0074】

また、第１実施形態では、図１に示すように、制動パラメータτを記憶する記憶部１１１が設けられている。記憶部１１１は、たとえば、遠隔操作装置２に設けられている。そして、制御部１１０は、操作速度ωと、制動パラメータτとが対応付けられたテーブルを基に制動パラメータτを決定する。すなわち、図１５および図１６に示される操作速度ωと制動パラメータτとの関係がテーブルにされた状態で記憶部１１１に記憶されている。

【0075】

また、第１実施形態では、図１９に示すように、制動パラメータτの大きさの選択を受け付ける制動パラメータ選択部２３ａが設けられている。制動パラメータ選択部２３ａは、遠隔操作装置２に設けられている。具体的には、制動パラメータ選択部２３ａは、遠隔操作装置２のタッチパネル２３である。

【0076】

次に、図２０を参照して、外科手術システム１００の制御フローについて説明する

【0077】

ステップＳ１において、操作部１２０に対する操作が受け付けられる。これにより、受け付けられた操作に対応する操作速度ωが制御部１１０に入力される。

【0078】

ステップＳ２において、制御部１１０は、入力された操作速度ωから加速度を算出する。そして、制御部１１０は、入力された操作速度ωと、算出した加速度とに基づいて、現在の操作が、加速時に相当するか、減速時に相当するかを判定する。具体的には、操作速度ωが正で、加速度が正の場合は、加速時と判定される。操作速度ωが正で、加速度が０の場合は、加速時と判定される。なお、加速度が０とは、一定速度を意味する。操作速度ωが正で、加速度が負の場合は、減速時と判定される。操作速度ωが０で、加速度が正の場合は、加速時と判定される。操作速度ωが０で、加速度が０の場合は、加速時と判定される。操作速度ωが０で、加速度が負の場合は、減速時と判定される。操作速度ωが負で、加速度が正の場合は、減速時と判定される。操作速度ωが負で、加速度が０の場合は、減速時と判定される。操作速度ωが負で、加速度が負の場合は、加速時と判定される。

【0079】

ステップＳ２において、加速時と判定された場合、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では、入力された操作速度ωに応じて図１５に示される加速時に対する制動パラメータτを決定する。そして、ステップＳ５に進む。

【0080】

ステップＳ２において、減速時と判定された場合、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、入力された操作速度ωに応じて図１６に示される減速時に対する制動パラメータτを決定する。そして、ステップＳ５に進む。

【0081】

ステップＳ５において、制御部１１０は、決定された制動パラメータτで制動力を働かせるように、サーボモータＭ６ａ、Ｍ６ｂ、および、Ｍ６ｃに対する電流指令値をサーボ制御部Ｃ６ａ、Ｃ６ｂ、および、Ｃ６ｃに出力する。なお、上記のステップＳ２～Ｓ５は、たとえば、制御部１１０の制御周期毎に行われる。

【0082】

次に、操作者が操作部１２０を停止させようとしたときに働く制動力について説明する。

【0083】

まず、操作者が操作部１２０を停止させようとしたとき、操作速度ωが減速する。この場合、操作部１２０に対して減速時の制動力が働く。そして、操作速度ωが閾値ω_ｂ以下になった場合、操作速度ωの低下とともに制動力は小さくなる。その後、操作部１２０は、停止する。このように、減速時に制動力が働くので、操作者が操作部１２０を急停止しようとしたときの操作部１２０の慣性に起因するオーバーシュートが抑制される。

【0084】

また、操作者が操作部１２０を操作する手を静止させようとしても手が意図せず動いてしまう場合がある。たとえば、操作者の手の筋肉のけいれんや操作者の呼吸に起因して、手が意図せず動いてしまう場合がある。また、慣性により、操作者が停止させようとした位置よりもさらに進んだ場合、操作者は操作部１２０を意図しないで所望の位置に戻そうとする場合がある。このような場合は、操作部１２０が加速状態となる。そして、加速時において、操作速度ωの増加に伴って大きくなるように制動力が働くことにより、上記のように意図せず操作部１２０が動いてしまうことを抑制することが可能になる。

【0085】

［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。

【0086】

第１実施形態では、上記のように、制御部１１０は、操作部１２０に対する操作の減速時およびまたは加速時に、制動力を働かせるようにサーボモータＭ６ａ、Ｍ６ｂ、およびＭ６ｃを制御する。これにより、減速時に制動力が働くことにより、操作部１２０を急停止しようとしたときの操作部１２０の慣性に起因するオーバーシュートが抑制される。また、加速時に制動力が働くことにより、操作部１２０が急停止された際の反動などに起因する操作部１２０の移動が抑制される。これらにより、遠隔操作装置２の操作部１２０を適切な位置に停止させることができる。

【0087】

また、第１実施形態では、上記のように、制御部１１０は、操作部１２０に対する操作速度に応じて、サーボモータＭ６ａ、Ｍ６ｂ、およびＭ６ｃの制動パラメータτを決定し、決定後の制動パラメータτを用いて制動力を働かせるようにサーボモータＭ６ａ、Ｍ６ｂ、およびＭ６ｃを制御する。これにより、制動パラメータτを調整することにより、適切に制動力を働かせることができる。

【0088】

また、第１実施形態では、上記のように、制御部１１０は、操作の減速時において、操作速度ωが閾値ω_ｂより大きい時に制動パラメータτを一定にし、操作速度ωが閾値ω_ｂ以下の時に操作速度ωが小さくなるに従って制動パラメータτを小さくする。また、制御部１１０は、操作の減速時において、操作速度ωが閾値－ω_ｂより小さい時に制動パラメータτを一定にし、操作速度ωが－閾値ω_ｂ以上の時に操作速度ωが大きくなるに従って制動パラメータτを大きくする。これにより、操作速度ωがゼロ付近で制動パラメータτの正負切替による、操作の違和感を抑制することができる。

【0089】

また、第１実施形態では、上記のように、操作の加速時において、操作速度ωが閾値ω_ａ１以下の時に操作速度ωが大きくなるに従って制動パラメータτを大きくし、閾値－ω_ａ１以上の時に操作速度ωが大きくなるに従って制動パラメータτを大きくするので、操作速度ωがゼロ付近で制動パラメータの正負切替による、操作の違和感を抑制することができる。また、閾値ω_ａ３以上または－ω_ａ３以下の場合には制動力がゼロになるので、高速時の操作を軽くすることができる。

【0090】

また、第１実施形態では、上記のように、制御部１１０は、操作の減速時の制動パラメータτの絶対値の最大値を、操作の加速時の制動パラメータτの絶対値の最大値よりも大きくする。これにより、減速時に制動力が比較的大きくなるので、操作部１２０をより迅速に停止させることができる。

【0091】

また、第１実施形態では、制御部１１０は、操作速度ωと、制動パラメータτとが対応付けられた記憶部１１１に記憶されるテーブルを基に制動パラメータτを決定する。これにより、制御部１１０は、記憶部１１１に記憶されるテーブルを参照することにより、容易に、制動パラメータτを決定することができる。

【0092】

また、第１実施形態では、上記のように、制動パラメータτの大きさの選択を受け付ける制動パラメータ選択部２３ａを設ける。これにより、制動力の大きさを、操作者の好みに合わせて調整することができる。

【0093】

また、第１実施形態では、上記のように、制動パラメータ選択部２３ａは、遠隔操作装置２に設けられている。これにより、遠隔操作装置２を操作する操作者の近傍に制動パラメータ選択部２３ａが配置されるので、操作者は、容易に制動パラメータ選択部２３ａを操作することができる。

【0094】

また、第１実施形態では、上記のように、制御部１１０は、サーボモータＭ６ａ、Ｍ６ｂおよびＭ６ｃに対して、操作部１２０に対する操作の減速時およびまたは加速時に、制動力を大きくするように制御する。これにより、アーム６０によって医療器具４を移動させる際に、遠隔操作装置２の操作部１２０を適切な位置に停止させることができる。

【0095】

［第２実施形態］
図２１および図２２を参照して、第２実施形態による制動パラメータτについて説明する。

【0096】

第２実施形態では、図２１および図２２に示すように、制御部１１０は、操作の減速時において、操作速度ωの絶対値が第２閾値より大きい時に制動パラメータτをゼロとし、操作速度ωの絶対値が第２閾値以下で第３閾値より大きい時に、操作速度ωの絶対値が小さくなるに従って制動パラメータτの絶対値を大きくし、操作速度ωの絶対値が第３閾値以下で第４閾値より大きい時に制動パラメータτの絶対値を一定にし、操作速度ωの絶対値が第４閾値以下の場合には操作速度ωの絶対値が小さくなるに従って制動パラメータτの絶対値を小さくする。具体的には、制御部１１０は、操作の減速時において、操作速度ωが閾値ω_ｃ３より大きい時に制動パラメータτを０とし、操作速度ωが閾値ω_ｃ３以下で閾値ω_ｃ２より大きい時に、操作速度ωが小さくなるに従って制動パラメータτを大きくし、操作速度ωが閾値ω_ｃ２以下で閾値ω_ｃ１より大きい時に制動パラメータτを一定のτ_ｃにし、操作速度ωが閾値ω_ｃ１以下の場合には操作速度ωが小さくなるに従って制動パラメータτを小さくする。また、制御部１１０は、操作の減速時において、操作速度ωが閾値－ω_ｃ３より小さい時に制動パラメータτを０とし、操作速度ωが閾値－ω_ｃ３以上で閾値－ω_ｃ２より小さい時に、操作速度ωが大きくなるに従って制動パラメータτを小さくし、操作速度ωが閾値－ω_ｃ２以上で閾値－ω_ｃ１より小さい時に制動パラメータτを一定のτ_ｃにし、操作速度ωが閾値－ω_ｃ１以上の場合には操作速度ωが大きくなるに従って制動パラメータτを大きくする。なお、閾値ω_ｃ１および閾値－ω_ｃ１は、第４閾値の一例である。また、閾値ω_ｃ２および閾値－ω_ｃ２は、第３閾値の一例である。閾値ω_ｃ３および閾値－ω_ｃ３は、第２閾値の一例である。

【0097】

また、操作速度ωが、閾値ω_ｃ３から閾値ω_ｃ２までの間、および、閾値－ω_ｃ３から閾値－ω_ｃ２までの間は、線形的に制動パラメータτの絶対値が増加する。また、操作速度ωが、閾値ω_ｃ１から０までの間、および、閾値－ω_ｃ１から０までの間は、線形的に制動パラメータτの絶対値が減少する。操作速度ωが０の時は、制動パラメータτは０である。なお、第２実施形態の加速時の制動パラメータτは、図１５に示す上記第１実施形態と同様である。つまり、第２実施形態では、加速時の制動パラメータτと、減速時の制動パラメータτとが同じように変化する。なお、図２２に示すように、減速時の制動パラメータτ_ｃの絶対値の最大値は、加速時の制動パラメータτ_ａの絶対値の最大値よりも、たとえば４倍以上大きい。

【0098】

たとえば、図１８に示すように、減速時の制動パラメータτが高速時に、上記第１実施形態のように比較的大きな一定の値τ_ｂであり、加速時の制動パラメータτが高速時に、上記第１実施形態のように０である場合において、操作部１２０に対する操作の加速の状態と減速の状態とが切り替わった場合、減速時の制動パラメータτ_ｂと加速時の制動パラメータ値の０との差が大きいことに起因して、操作部１２０に対する操作に違和感が生じる場合がある。そこで、第２実施形態では、図２１に示すように、減速時の制動パラメータτを高速時に０にすることによって加速時の制動パラメータτと同様にすることにより、加速の状態と減速の状態とが切り替わる際の操作の違和感を抑制することが可能になる。

【0099】

［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。

【0100】

第２実施形態では、上記のように、操作部１２０に対する操作の減速時において、減速時の制動パラメータτと加速時の制動パラメータτとの差を小さくすることにより、操作の違和感を低減することができる。また、操作速度ωが閾値ω_ｃ１以下の場合には操作速度ωが小さくなるに従って制動パラメータτが小さくなり、閾値－ω_ｃ１以上の場合には操作速度ωが大きくなるに従って制動パラメータτが大きくなるので、操作速度ωがゼロ付近で制動パラメータの正負切替による、操作の違和感を抑制することができる。

【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。本開示の範囲は、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または変形例が含まれる。

【0102】

たとえば、上記第１実施形態では、操作の加速時において、操作速度ωが閾値ωａ_３よりも大きい時または閾値－ωａ_３よりも小さい時に制動パラメータτを０にする例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、操作速度ωが閾値ωａ_３よりも大きい時または閾値－ωａ_３よりも小さい時において、制動パラメータτを０以外の値にしてもよい。

【0103】

また、上記第１実施形態では、操作速度ωが閾値ω_ａ１と閾値ω_ａ２との間、および、閾値－ω_ａ１と閾値－ω_ａ２との間は、制動パラメータτが一定になる例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、操作速度ωが閾値ω_ａ１よりも大きくなった場合に制動パラメータτを減少させ、閾値－ω_ａ１よりも小さくなった場合、制動パラメータτを増加させるようにしてもよい。

【0104】

また、上記第２実施形態では、操作速度ωが閾値ω_ｃ１と閾値ω_ｃ２との間、および、閾値－ω_ｃ１と閾値－ω_ｃ２との間は、制動パラメータτが一定になる例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、操作速度ωが閾値ω_ｃ１よりも大きくなった場合に制動パラメータτを減少させ、閾値－ω_ｃ１よりも小さくなった場合、制動パラメータτを増加させるようにしてもよい。

【0105】

また、上記第１および第２実施形態では、操作の減速時の制動パラメータτの絶対値の最大値は、操作の加速時の制動パラメータτの絶対値の最大値よりも大きくなる例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、操作の減速時の制動パラメータτの絶対値の最大値と、操作の加速時の制動パラメータτの絶対値の最大値とを同じにしてもよい。

【0106】

また、上記第１および第２実施形態では、制動パラメータ選択部２３ａは、遠隔操作装置２に設けられている例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、制動パラメータ選択部２３ａは、遠隔操作装置２以外の装置に設けられていてもよい。

【0107】

また、上記第１および第２実施形態では、遠隔操作装置２の制御部１１０により制動力を働かせる制御が行われる例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、遠隔操作装置２以外の制御部により制動力を働かせる制御が行われてもよい。

【0108】

また、上記第１および第２実施形態では、操作速度ωが小さくなっていくときと、操作速度ωが大きくなっていくときとで、制動パラメータτの変化が同じである例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、図２３に示すようなヒステリシスを、上記第１および第２実施形態の制動パラメータτに適用してもよい。つまり、操作速度ωが正側から負側に変化する場合と、負側から正側に変化する場合とで、制動パラメータτの変化を異ならせて、操作速度ωが０の近傍では、制動パラメータτを変化させないようにしてもよい。これにより、操作速度ωが０の近傍で正側と負側とで振動するように変化した場合でも、操作速度ωが０の近傍では制動パラメータτが変化しないので、操作の違和感を抑制することができる。なお、操作の違和感とは、たとえば、振動するような違和感である。

【0109】

また、上記第１および第２実施形態において、制御周期のサイクルの前後において、制動パラメータτの変化を所定の値以上大きくならないようにしてもよい。これにより、制動パラメータτの大きさが大きく変化することに起因する振動するような操作の違和感を抑制することができる。

【0110】

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、本開示はこれに限られない。本開示では、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。

【0111】

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、本開示はこれに限られない。たとえば、アーム部６１およびポジショナ４０が７軸多関節ロボット以外の軸構成の多関節ロボットなどから構成されていてもよい。７軸多関節ロボット以外の軸構成とは、例えば、６軸や８軸である。

【0112】

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とを備えている例を示したが、本開示はこれに限らない。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。

【0113】

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】

【0114】

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
２３ａ 制動力選択部
６０ アーム
１１０ 制御部
１２０ 操作部
１００ 外科手術システム（手術支援システム）
Ｍ６ａ～Ｍ６ｇ サーボモータ（駆動部）
ω_ａ１、－ω_ａ１ 閾値（第５閾値）
ω_ａ２、－ω_ａ２ 閾値（第６閾値）
ω_ａ３、－ω_ａ３ 閾値（第７閾値）
ω_ｂ、－ω_ｂ 閾値（第１閾値）
ω_ｃ１、－ω_ｃ１ 閾値（第４閾値）
ω_ｃ２、－ω_ｃ２ 閾値（第３閾値）
ω_ｃ３、－ω_ｃ３ 閾値（第２閾値）

【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】