2024-157936手術支援システム、操作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】P2024157936
(43)【公開日】2024-11-08
(54)【発明の名称】手術支援システム、操作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 20160101AFI20241031BHJP
【ＦＩ】
A61B34/35
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023072614
(22)【出願日】2023-04-26
(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】谷 英紀
(72)【発明者】
【氏名】山本 大介
(72)【発明者】
【氏名】兒玉 和樹
(72)【発明者】
【氏名】栗原 剛史
【テーマコード（参考）】
4C130
【Ｆターム（参考）】
4C130AB01
4C130BA01
(57)【要約】
【課題】直線操作時の操作部の操作の安定性を向上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】手術支援システム５００は、手術器具１を支持するためのロボットアーム５０を含む手術支援ロボット１００と、操作者の操作を受け付けるように構成され、操作者の操作を補助するためのサーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃを有する操作部１１０を含み、手術支援ロボット１００を操作するための遠隔操作装置２００と、互いに直交する３軸の直交座標系ＣＡにおいて、操作部１１０の操作方向とは逆方向の力ＰＷＡを働かせるように、サーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃを制御する操作制御部３４０と、を備える。
【選択図】図１９
【解決手段】手術支援システム５００は、手術器具１を支持するためのロボットアーム５０を含む手術支援ロボット１００と、操作者の操作を受け付けるように構成され、操作者の操作を補助するためのサーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃを有する操作部１１０を含み、手術支援ロボット１００を操作するための遠隔操作装置２００と、互いに直交する３軸の直交座標系ＣＡにおいて、操作部１１０の操作方向とは逆方向の力ＰＷＡを働かせるように、サーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃを制御する操作制御部３４０と、を備える。
【選択図】図１９
【特許請求の範囲】
【請求項1】
医療器具を支持するためのロボットアームを含む手術装置と、
操作者の操作を受け付けるように構成され、前記操作者の操作を補助するための駆動部を有する操作部を含み、前記手術装置を操作するための操作装置と、
互いに直交する３軸の直交座標系において、前記操作部の操作方向とは逆方向の力を働かせるように、前記駆動部を制御する制御装置と、を備える、手術支援システム。
操作者の操作を受け付けるように構成され、前記操作者の操作を補助するための駆動部を有する操作部を含み、前記手術装置を操作するための操作装置と、
互いに直交する３軸の直交座標系において、前記操作部の操作方向とは逆方向の力を働かせるように、前記駆動部を制御する制御装置と、を備える、手術支援システム。
【請求項2】
前記操作者の前記力のレベルの変更操作を受け付ける第１受付部をさらに備え、
前記制御装置は、前記第１受付部により受け付けた前記力のレベルの変更操作に基づいて、前記力のレベルを変更する、請求項１に記載の手術支援システム。
前記制御装置は、前記第１受付部により受け付けた前記力のレベルの変更操作に基づいて、前記力のレベルを変更する、請求項１に記載の手術支援システム。
【請求項3】
前記制御装置は、前記操作部の操作速度に基づいて、前記駆動部の動作パラメータを決定し、決定した前記動作パラメータに基づいて、前記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4】
前記制御装置は、前記操作部の操作速度の絶対値が第１しきい値以下である場合、前記操作部の操作速度の絶対値が大きくなるに従って前記動作パラメータの絶対値を大きくし、前記操作部の操作速度の絶対値が前記第１しきい値よりも大きい場合、前記動作パラメータの絶対値を最大値で一定にする、請求項３に記載の手術支援システム。
【請求項5】
前記制御装置は、前記操作部の操作の減速時および／または加速時に、前記直交座標系において、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6】
前記操作者の前記制動力のレベルの変更操作を受け付ける第２受付部をさらに備え、
前記制御装置は、前記第２受付部により受け付けた前記制動力のレベルの変更操作に基づいて、前記制動力のレベルを変更する、請求項５に記載の手術支援システム。
前記制御装置は、前記第２受付部により受け付けた前記制動力のレベルの変更操作に基づいて、前記制動力のレベルを変更する、請求項５に記載の手術支援システム。
【請求項7】
前記制御装置は、前記操作部の操作の減速時および／または加速時に、前記駆動部の制動パラメータを決定し、決定した前記制動パラメータに基づいて、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５に記載の手術支援システム。
【請求項8】
前記制御装置は、前記操作部の操作の減速時に、前記制動パラメータを一定にする、請求項７に記載の手術支援システム。
【請求項9】
前記制御装置は、前記操作部の操作の加速時に、前記操作部の操作速度の絶対値が第２しきい値以下である場合、前記制動パラメータを最大値で一定にし、前記操作部の操作速度の絶対値が前記第２しきい値よりも大きくかつ第３しきい値以下である場合、前記操作部の操作速度が大きくなるに従って前記制動パラメータを小さくし、前記操作部の操作速度の絶対値が前記第３しきい値よりも大きい場合、前記制動パラメータをゼロにする、請求項７に記載の手術支援システム。
【請求項10】
前記操作部は、複数の回転軸部を含み、
前記駆動部は、前記複数の回転軸部の各々に対応するように複数設けられ、
前記制御装置は、前記複数の回転軸部のうち前記操作部の固定端側の３つの回転軸部の駆動部において、前記力を働かせる制御を行う、請求項１に記載の手術支援システム。
前記駆動部は、前記複数の回転軸部の各々に対応するように複数設けられ、
前記制御装置は、前記複数の回転軸部のうち前記操作部の固定端側の３つの回転軸部の駆動部において、前記力を働かせる制御を行う、請求項１に記載の手術支援システム。
【請求項11】
前記操作部は、複数の回転軸部と、前記操作者がグリップするグリップ部とを含み、
前記駆動部は、前記複数の回転軸部の各々に対応するように複数設けられ、
前記制御装置は、前記複数の回転軸部のうち前記グリップ部を振り上げる動作に対応する回転軸部の駆動部において、前記操作部の動き出しの際の動き出し補助力を働かせる制御を行う、請求項１に記載の手術支援システム。
前記駆動部は、前記複数の回転軸部の各々に対応するように複数設けられ、
前記制御装置は、前記複数の回転軸部のうち前記グリップ部を振り上げる動作に対応する回転軸部の駆動部において、前記操作部の動き出しの際の動き出し補助力を働かせる制御を行う、請求項１に記載の手術支援システム。
【請求項12】
前記操作部の操作の入力と、前記入力に基づく前記ロボットアームへの出力との間の遅延を補償する遅延補償部をさらに備える、請求項１に記載の手術支援システム。
【請求項13】
医療器具を支持するためのロボットアームを含む手術装置を操作するための操作装置であって、
操作者の操作を受け付けるように構成され、前記操作者の操作を補助するための駆動部を有する操作部と、
互いに直交する３軸の直交座標系において、前記操作部の操作方向とは逆方向の力を働かせるように、前記駆動部を制御する制御部と、を備える、操作装置。
操作者の操作を受け付けるように構成され、前記操作者の操作を補助するための駆動部を有する操作部と、
互いに直交する３軸の直交座標系において、前記操作部の操作方向とは逆方向の力を働かせるように、前記駆動部を制御する制御部と、を備える、操作装置。
【請求項14】
医療器具を支持するためのロボットアームを含む手術装置と、操作者の操作を受け付けるように構成され、前記操作者の操作を補助するための駆動部を有する操作部を含み、前記手術装置を操作するための操作装置と、を備える手術支援システムの制御方法であって、
前記操作部の操作を受け付けることと、
互いに直交する３軸の直交座標系において、前記操作部の操作方向とは逆方向の力を働かせるように、前記駆動部を制御することと、を備える、手術支援システムの制御方法。
前記操作部の操作を受け付けることと、
互いに直交する３軸の直交座標系において、前記操作部の操作方向とは逆方向の力を働かせるように、前記駆動部を制御することと、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、手術支援システムが知られている。たとえば、特許文献１には、操作者の操作を受け付ける操作部を含むマスタ制御装置と、医療器具を支持し、操作部が受け付けた操作量に基づいて制御されるスレーブとしての多関節ロボットアームとを備える手術支援システムが開示されている。
【0003】
特許文献１では、マスタ制御装置の操作部は、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。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、操作者の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、操作部の操作感が軽くなる。
【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に記載された手術支援システムのように、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感を軽くした場合、操作部の操作感の軽さに起因して直線操作時に操作部がふらつきやすい場合がある。このため、直線操作時の操作部の操作の安定性を向上させることが望まれている。
【0007】
この開示は、直線操作時の操作部の操作の安定性を向上させることが可能な手術支援システム、操作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】
本開示の第１の局面による手術支援システムは、医療器具を支持するためのロボットアームを含む手術装置と、操作者の操作を受け付けるように構成され、操作者の操作を補助するための駆動部を有する操作部を含み、手術装置を操作するための操作装置と、互いに直交する３軸の直交座標系において、操作部の操作方向とは逆方向の力を働かせるように、駆動部を制御する制御装置と、を備える。
【0009】
本開示の第１の局面による手術支援システムでは、互いに直交する３軸の直交座標系において、操作部の操作方向とは逆方向の力を働かせるように、駆動部を制御する制御装置を設ける。これにより、操作部の操作感を重くすることができるので、操作部の操作感の軽さに起因して直線操作時に操作部がふらつくことを抑制することができる。その結果、直線操作時の操作部の操作の安定性を向上させることができる。
【0010】
本開示の第２の局面による操作装置は、医療器具を支持するためのロボットアームを含む手術装置を操作するための操作装置であって、操作者の操作を受け付けるように構成され、操作者の操作を補助するための駆動部を有する操作部と、互いに直交する３軸の直交座標系において、操作部の操作方向とは逆方向の力を働かせるように、駆動部を制御する制御部と、を備える。
【0011】
本開示の第２の局面による操作装置は、上記のように、互いに直交する３軸の直交座標系において、操作部の操作方向とは逆方向の力を働かせるように、駆動部を制御する制御部を設ける。これにより、操作部の操作感を重くすることができるので、操作部の操作感の軽さに起因して直線操作時に操作部がふらつくことを抑制することができる。その結果、直線操作時の操作部の操作の安定性を向上させることが可能な操作装置を提供できる。
【0012】
本開示の第３の局面による手術支援システムの制御方法は、医療器具を支持するためのロボットアームを含む手術装置と、操作者の操作を受け付けるように構成され、操作者の操作を補助するための駆動部を有する操作部を含み、手術装置を操作するための操作装置と、を備える手術支援システムの制御方法であって、操作部の操作を受け付けることと、互いに直交する３軸の直交座標系において、操作部の操作方向とは逆方向の力を働かせるように、駆動部を制御することと、を備える。
【0013】
本開示の第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、互いに直交する３軸の直交座標系において、操作部の操作方向とは逆方向の力を働かせるように、駆動部を制御することを設ける。これにより、操作部の操作感を重くすることができるので、操作部の操作感の軽さに起因して直線操作時に操作部がふらつくことを抑制することができる。その結果、直線操作時の操作部の操作の安定性を向上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できる。
【発明の効果】
【0014】
本開示によれば、直線操作時の操作部の操作の安定性を向上させることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】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】一実施形態による医療用台車の表示部を示す図である。
【図3】一実施形態による医療用台車の構成を示す図である。
【図4】一実施形態によるロボットアームの構成を示す図である。
【図5】鉗子を示す図である。
【図6】一実施形態によるアーム操作部の構成を示す斜視図である。
【図7】ロボットアームの並進移動を説明するための図である。
【図8】ロボットアームの回転移動を説明するための図である。
【図9】内視鏡を示す図である。
【図10】ピボット位置設定器具を示す図である。
【図11】一実施形態による操作部を示す図である。
【図12】一実施形態による右手用のリスト部を示す図である。
【図13】一実施形態による左手用のリスト部を示す図である。
【図14】一実施形態によるフットペダルを示す斜視図である。
【図15】一実施形態による手術支援ロボットの制御ブロック図である。
【図16】一実施形態によるロボットアームの制御ブロック図である。
【図17】一実施形態によるポジショナおよび医療用台車の制御ブロック図である。
【図18】一実施形態による操作部の制御ブロック図である。
【図19】一実施形態による直交座標系において操作部に力を働かせることを説明するための図である。
【図20】一実施形態による力のレベルの変更の際の受付部を示す図である。
【図21】一実施形態による動作パラメータを示すグラフである。
【図22】一実施形態による直交座標系において減速時に操作部に制動力を働かせることを説明するための図である。
【図23】一実施形態による直交座標系において加速時に操作部に制動力を働かせることを説明するための図である。
【図24】一実施形態による制動力のレベルの変更の際の受付部を示す図である。
【図25】一実施形態による減速時の動作パラメータを示すグラフである。
【図26】一実施形態による加速時の動作パラメータを示すグラフである。
【図27】一実施形態による動き出し補助力を働かせることを説明するための図である。
【図28】一実施形態による遅延の補償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】
（手術支援システムの構成）
本実施形態による手術支援システム５００の構成について説明する。手術支援システム５００は、手術支援ロボット１００と、遠隔操作装置２００と、ビジョンユニット３００と、画像処理ユニット４００と、を備えている。手術支援ロボット１００および遠隔操作装置２００は、それぞれ、手術装置および操作装置の一例である。
本実施形態による手術支援システム５００の構成について説明する。手術支援システム５００は、手術支援ロボット１００と、遠隔操作装置２００と、ビジョンユニット３００と、画像処理ユニット４００と、を備えている。手術支援ロボット１００および遠隔操作装置２００は、それぞれ、手術装置および操作装置の一例である。
【0017】
なお、本願明細書において、図４から図７に示すように、手術器具１の長手方向をＺ方向とする。手術器具１の先端側をＺ１側とし、手術器具１の基端側をＺ２側とする。Ｚ方向に直交する方向をＸ方向とする。Ｘ方向の一方側をＸ１側とし、他方側をＸ２側とする。Ｚ方向およびＸ方向に直交する方向をＹ方向とする。Ｙ方向の一方側をＹ１側とし、他方側をＹ２側とする。
【0018】
また、本願明細書において、図３に示すように、入力装置２２の表示部２２ａを操作する操作者から見た左右方向をＸａ方向とする。右方向をＸａ１方向とし、左方向をＸａ２方向とする。入力装置２２の表示部２２ａを操作する操作者から見た前後方向をＹａ方向とする。前方向をＹａ１方向とし、後方向をＹａ２方向とする。手術支援ロボット１００が配置される床面に対して垂直な方向をＺａ方向とする。上方向をＺａ１方向とし、下方向をＺａ２方向とする。
【0019】
また、本願明細書において、遠隔操作装置２００が配置される床面に垂直な方向をＺｂ方向とし、Ｚｂ方向に直交し、操作部１１０を操作する操作者の前後方向をＹｂ方向とし、Ｚｂ方向およびＹｂ方向に直交する方向をＸｂ方向とする。Ｚｂ方向において、上方向をＺｂ１方向とし、下方向をＺｂ２方向とする。Ｙｂ方向において、一方側をＹｂ１方向とし、他方側をＹｂ２方向とする。Ｘｂ方向において、一方側をＸｂ１方向とし、他方側をＸｂ２方向とする。
【0020】
図１に示すように、手術支援ロボット１００は、手術室内に配置されている。遠隔操作装置２００は、手術支援ロボット１００から離間した位置に配置されている。遠隔操作装置２００は、手術器具１に対する操作を受け付ける。具体的には、医師などの操作者は、手術支援ロボット１００に所望の動作を行わせるための指令を遠隔操作装置２００に入力する。遠隔操作装置２００は、入力された指令を手術支援ロボット１００に送信する。手術支援ロボット１００は、受信した指令に基づいて動作する。手術支援ロボット１００は、滅菌された滅菌野である手術室内に配置されている。
【0021】
（手術支援ロボットの構成）
図１に示すように、手術支援ロボット１００は、医療用台車１０と、台車ポジショナ操作部２０と、ポジショナ３０と、アームベース４０と、複数のロボットアーム５０と、各ロボットアーム５０に設けられたアーム操作部６０と、を備えている。
図１に示すように、手術支援ロボット１００は、医療用台車１０と、台車ポジショナ操作部２０と、ポジショナ３０と、アームベース４０と、複数のロボットアーム５０と、各ロボットアーム５０に設けられたアーム操作部６０と、を備えている。
【0022】
図３に示すように、台車ポジショナ操作部２０が、医療用台車１０の後方に台車ポジショナ操作支持部２１により支持されており、台車ポジショナ操作部２０が操作されることで、医療用台車１０またはポジショナ３０が移動される。台車ポジショナ操作部２０は、入力装置２２と、操作ハンドル２３を含む。入力装置２２は、主に施術前に手術の準備を行うために、ポジショナ３０、アームベース４０、および、複数のロボットアーム５０の移動や姿勢の変更の操作を受け付ける。台車ポジショナ操作部２０は、操作ハンドル２３、図１５に示されるスタビライザ２４および電動シリンダ２５を含む。
【0023】
図３に示すように、台車ポジショナ操作部２０の入力装置２２は、表示部２２ａと、ジョイスティック２２ｂと、イネーブルスイッチ２２ｃと、エラーリセットボタン２２ｄと、スピーカ２２ｅと、を含む。表示部２２ａは、たとえば、液晶パネルである。図２に示すように、表示部２２ａには、複数のロボットアーム５０に対応する番号が表示されている。また、表示部２２ａには、複数のロボットアーム５０の各々に取り付けられている手術器具１の種類が表示される。表示部２２ａには、後述するピボット位置ＰＰが設定されたことを示すチェックマークＣＭが表示される。
【0024】
図３に示すように、ジョイスティック２２ｂは、台車ポジショナ操作部２０の入力装置２２の表示部２２ａの近傍に配置されている。表示部２２ａに表示される動作モードを選択し、ジョイスティック２２ｂを操作することによりポジショナ３０が３次元的に移動される。
【0025】
イネーブルスイッチ２２ｃは、台車ポジショナ操作部２０のジョイスティック２２ｂの近傍に配置されている。イネーブルスイッチ２２ｃは、ポジショナ３０の移動を許可または不許可とする。そして、イネーブルスイッチ２２ｃが押下されポジショナ３０の移動が許可された状態でジョイスティック２２ｂが操作されることにより、ポジショナ３０が移動される。
【0026】
エラーリセットボタン２２ｄは、手術支援システム５００のエラーを解除する。エラーは、たとえば、偏差異常のエラーである。スピーカ２２ｅは一対配置されている。一対のスピーカ２２ｅは、医療用台車１０のうちのポジショナ３０が配置される場所の近傍に配置されている。
【0027】
また、操作ハンドル２３は、台車ポジショナ操作部２０の表示部２２ａの近傍に配置されている。そして、操作ハンドル２３は、看護師、技師などの操作者が把持するとともに回動されることにより医療用台車１０の移動を操作するスロットル２３ａを有する。具体的には、操作ハンドル２３は、入力装置２２の下方に配置されている。そして、スロットル２３ａが、手前側から奥側に回動されることにより、医療用台車１０が前進する。また、スロットル２３ａが、奥側から手前側に回動されることにより、医療用台車１０が後進する。また、スロットル２３ａの回動量に応じて医療用台車１０の速度が変更される。また、操作ハンドル２３は、Ｒ方向で示される左右に回動可能に構成されており、操作ハンドル２３の回動とともに医療用台車１０が回動する。
【0028】
また、台車ポジショナ操作部２０の操作ハンドル２３に、医療用台車１０の移動を許可または不許可とするイネーブルスイッチ２３ｂが配置されている。そして、イネーブルスイッチ２３ｂが押下され医療用台車１０の移動が許可された状態で操作ハンドル２３のスロットル２３ａが操作されることにより、医療用台車１０が移動される。
【0029】
図１に示すように、ポジショナ３０は、たとえば、７軸多関節ロボットからなる。ポジショナ３０は、医療用台車１０上に配置されている。ポジショナ３０は、アームベース４０の位置を調整する。ポジショナ３０は、アームベース４０の位置を３次元的に移動させる。
【0030】
ポジショナ３０は、ベース部３１と、ベース部３１に連結された複数のリンク部３２とを含む。複数のリンク部３２同士は、関節３３により連結されている。
【0031】
アームベース４０は、ポジショナ３０の先端に取り付けられている。複数のロボットアーム５０は、各々のロボットアーム５０の基端が、アームベース４０に取り付けられている。複数のロボットアーム５０は、折り畳まれた収納姿勢をとることが可能である。アームベース４０と、複数のロボットアーム５０とは、滅菌ドレープにより覆われて使用される。また、ロボットアーム５０は、手術器具１を支持する。
【0032】
アームベース４０には、図１５に示される、ステータスインジケータ４１およびアームステータスインジケータ４２が配置されている。ステータスインジケータ４１は、手術支援システム５００の状態を表示する。アームステータスインジケータ４２は、ロボットアーム５０の状態を表示する。
【0033】
ロボットアーム５０は、複数配置されている。具体的には、４つのロボットアーム５０ａ、５０ｂ、５０ｃおよび５０ｄが配置されている。ロボットアーム５０ａ、５０ｂ、５０ｃおよび５０ｄは、互いに同様の構成を有する。
【0034】
図４に示すように、ロボットアーム５０は、アーム部５１と、第１リンク部５２と、第２リンク部５３と、並進移動機構部５４とを含む。ロボットアーム５０は、関節ＪＴ１、ＪＴ２、ＪＴ３、ＪＴ４、ＪＴ５、ＪＴ６、ＪＴ７およびＪＴ８を有する。関節ＪＴ１、ＪＴ２、ＪＴ３、ＪＴ４、ＪＴ５、ＪＴ６およびＪＴ７は、各々、の回転軸線としての、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６およびＡ７軸線を有する。ＪＴ８は、直動軸線としてのＡ８軸線を有する。Ａ１からＡ７までの軸線は、各々、アーム部５１の関節ＪＴ１から関節ＪＴ７までの回転軸線である。また、Ａ７軸線は、第１リンク部５２の回転軸線である。Ａ８軸線は、並進移動機構部５４が、第２リンク部５３を第１リンク部５２に対してＺ方向に沿って相対的に移動させる直動軸線である。アーム部５１は、ベース部５１ａ、および、リンク部５１ｂを含む。
【0035】
アーム部５１は、７軸多関節ロボットアームからなる。第１リンク部５２は、アーム部５１の先端に配置されている。第２リンク部５３には、後述するアーム操作部６０が取り付けられる。並進移動機構部５４は、第１リンク部５２と第２リンク部５３との間に配置されている。第２リンク部５３には、手術器具１を保持するホルダ５５が配置されている。並進移動機構部５４は、手術器具１が取り付けられたホルダ５５を第１の位置と第２の位置の間で並進させる。第１の位置とは、Ａ８軸線に沿った並進移動機構部５４によるホルダ５５の移動範囲のうちのＺ２方向側の端部の位置である。第２の位置とは、Ａ８軸線に沿った並進移動機構部５４によるホルダ５５の移動範囲のうちのＺ１方向側の端部の位置である。
【0036】
複数のロボットアーム５０の各々は、手術器具１を支持するために設けられている。複数のロボットアーム５０の各々の先端には、手術器具１が取り付けられている。手術器具１は、たとえば、取り換え可能なインストゥルメント２、手術部位の画像を取り込むための図９に示される内視鏡３、および、ピボット位置ＰＰを設定するための図１０に示されるピボット位置設定器具４などを含む。インストゥルメント２は、被駆動ユニット２ａと鉗子２ｂとシャフト２ｃとを含む。手術器具１は、医療器具の一例である。
【0037】
図１に示すように、複数のロボットアーム５０のうちの一つの、たとえば、ロボットアーム５０ｃの先端には内視鏡３が取り付けられ、残りの、たとえば、ロボットアーム５０ａ、５０ｂおよび５０ｄの先端には、インストゥルメント２が取り付けられる。内視鏡３は、互いに隣り合うように配置されている４つのロボットアーム５０のうちの、中央に配置される２つのロボットアーム５０ｂおよび５０ｃのうちのいずれかに取り付けられることが望ましい。
【0038】
（インストゥルメントの構成）
図５に示すように、インストゥルメント２の先端には、たとえば、鉗子２ｂが設けられている。インストゥルメント２の先端には、鉗子２ｂ以外に、関節を有する器具として、ハサミ、グラスパー、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が配置される。インストゥルメント２の先端には、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が配置される。
図５に示すように、インストゥルメント２の先端には、たとえば、鉗子２ｂが設けられている。インストゥルメント２の先端には、鉗子２ｂ以外に、関節を有する器具として、ハサミ、グラスパー、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が配置される。インストゥルメント２の先端には、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が配置される。
【0039】
鉗子２ｂは、第１支持体２ｄと、第２支持体２ｅとを含む。第１支持体２ｄは、ジョー部材２ｆおよびジョー部材２ｇの基端側をＡ１１軸線周りに回転可能に支持する。第２支持体２ｅは、第１支持体２ｄの基端側をＡ１０軸線周りに回転可能に支持する。シャフト２ｃは、Ａ９軸線周りに回動する。ジョー部材２ｆおよびジョー部材２ｇは、Ａ１１軸線周りに開閉する。
【0040】
（アーム操作部の構成）
図６に示すように、アーム操作部６０は、ロボットアーム５０に取り付けられており、ロボットアーム５０を操作する。具体的には、アーム操作部６０は、第２リンク部５３に取り付けられている。
図６に示すように、アーム操作部６０は、ロボットアーム５０に取り付けられており、ロボットアーム５０を操作する。具体的には、アーム操作部６０は、第２リンク部５３に取り付けられている。
【0041】
アーム操作部６０は、イネーブルスイッチ６１と、ジョイスティック６２と、リニアスイッチ６３と、モード切替ボタン６４と、モードインジケータ６５と、ピボットボタン６６と、アジャストメントボタン６７と、を含む。
【0042】
イネーブルスイッチ６１は、押下されることにより、ジョイスティック６２およびリニアスイッチ６３によるロボットアーム５０の移動を許可または不許可とする。看護師、助手などの操作者によりアーム操作部６０が把持された状態で、イネーブルスイッチ６１が押下されることにより、ロボットアーム５０による手術器具１の移動が許可される。
【0043】
ジョイスティック６２は、ロボットアーム５０による手術器具１の移動を操作するための操作具である。ジョイスティック６２は、ロボットアーム５０の移動方向および移動速度を操作する。ジョイスティック６２が倒された方向および倒された角度に応じて、ロボットアーム５０が移動される。
【0044】
リニアスイッチ６３は、手術器具１の長手方向であるＺ方向に手術器具１を移動させるためのスイッチである。リニアスイッチ６３は、手術器具１を患者Ｐに挿入する方向に移動させるリニアスイッチ６３ａと、手術器具１を患者Ｐから離間する方向に移動させるリニアスイッチ６３ｂとを含む。リニアスイッチ６３ａとリニアスイッチ６３ｂとは、共に、押しボタンスイッチからなる。
【0045】
モード切替ボタン６４は、手術器具１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ための押しボタンスイッチである。図７に示すように、ロボットアーム５０を並進移動させるモードでは、手術器具１の先端１ａが、Ｘ－Ｙ平面上において移動するように、ロボットアーム５０が移動される。図８に示すように、ロボットアーム５０を回転移動させるモードでは、ピボット位置ＰＰが記憶部３５１に記憶されていない時は、手術器具１としてのインストゥルメント２の鉗子２ｂのＡ１１軸線の中心を支点に回転移動し、ピボット位置ＰＰが記憶部３５１に記憶されている時は、ピボット位置ＰＰを支点として手術器具１が回転移動するように、ロボットアーム５０が移動される。なお、手術器具１のシャフト１ｃがトロカールＴに挿入された状態で、手術器具１が回転移動される。モード切替ボタン６４は、アーム操作部６０のＺ方向側の面に配置されている。
【0046】
モードインジケータ６５は、切り替えられたモードを表示する。モードインジケータ６５の点灯は、回転移動モードを表し、消灯は、並進移動モードを表す。また、モードインジケータ６５は、ピボット位置ＰＰが設定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。モードインジケータ６５は、アーム操作部６０のＺ方向側の面に配置されている。
【0047】
ピボットボタン６６は、ロボットアーム５０に取り付けられた手術器具１の移動の支点となるピボット位置ＰＰを設定するための押しボタンスイッチである。
【0048】
アジャストメントボタン６７は、ロボットアーム５０の位置を最適化するためのボタンである。内視鏡３が取り付けられたロボットアーム５０に対するピボット位置ＰＰの設定後、アジャストメントボタン６７が押下されることにより、他のロボットアーム５０およびアームベース４０の位置が最適化される。アジャストメントボタン６７は、イネーブルスイッチ６１とは異なるボタンである。
【0049】
（遠隔操作装置）
図１に示すように、遠隔操作装置２００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２００は、操作部１１０と、フットペダル１２０と、タッチパネル１３０と、モニタ１４０と、支持アーム１５０と、支持バー１６０と、エラーリセットボタン１６１と、を含む。操作部１１０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。
図１に示すように、遠隔操作装置２００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２００は、操作部１１０と、フットペダル１２０と、タッチパネル１３０と、モニタ１４０と、支持アーム１５０と、支持バー１６０と、エラーリセットボタン１６１と、を含む。操作部１１０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。
【0050】
（操作部）
図１１に示すように、操作部１１０は、手術器具１を操作するためのハンドルである。また、操作部１１０は、手術器具１に対する操作者の操作を受け付ける。操作部１１０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１１０Ｌ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１１０Ｒと、を含んでいる。操作部１１０は、アーム部１１１とリスト部１１２とを含む。また、操作部１１０Ｒは、アーム部１１１Ｒとリスト部１１２Ｒとを含む。また、操作部１１０Ｌは、アーム部１１１Ｌとリスト部１１２Ｌとを含む。
図１１に示すように、操作部１１０は、手術器具１を操作するためのハンドルである。また、操作部１１０は、手術器具１に対する操作者の操作を受け付ける。操作部１１０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１１０Ｌ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１１０Ｒと、を含んでいる。操作部１１０は、アーム部１１１とリスト部１１２とを含む。また、操作部１１０Ｒは、アーム部１１１Ｒとリスト部１１２Ｒとを含む。また、操作部１１０Ｌは、アーム部１１１Ｌとリスト部１１２Ｌとを含む。
【0051】
図１１、図１２および図１３に示すように、操作部１１０は、関節ＪＴ２１、ＪＴ２２、ＪＴ２３、ＪＴ２４、ＪＴ２５、ＪＴ２６およびＪＴ２７を有する。関節ＪＴ２１、ＪＴ２２、ＪＴ２３、ＪＴ２４、ＪＴ２５、ＪＴ２６およびＪＴ２７の回転軸線は、各々、Ａ２１、Ａ２２、Ａ２３、Ａ２４、Ａ２５、Ａ２６およびＡ２７軸線である。関節ＪＴ２１、ＪＴ２２、ＪＴ２３、ＪＴ２４、ＪＴ２５、ＪＴ２６およびＪＴ２７は、回転軸部の一例である。
【0052】
（アーム部）
アーム部１１１は、リンク部１１１ａと、リンク部１１１ｂと、リンク部１１１ｃとを有する。リンク部１１１ａの上端側は、鉛直方向に沿ったＡ２１軸線回りに回動可能に遠隔操作装置２００に取り付けられている。リンク部１１１ｂの上端側は、水平方向に沿ったＡ２２軸線回りに回動可能にリンク部１１１ａの下端側に取り付けられている。リンク部１１１ｃの一方端側は、水平方向に沿ったＡ２３軸線回りに回動可能にリンク部１１１ｂの下端側に取り付けられている。リンク部１１１ｃの他方端側には、Ａ２４軸線回りに回動可能にリスト部１１２が取り付けられている。リンク部１１１ａは、関節ＪＴ２１により遠隔操作装置２００に接続されている。リンク部１１１ａとリンク部１１１ｂとは、関節ＪＴ２２により接続されている。リンク部１１１ｂとリンク部１１１ｃとは、関節ＪＴ２３により接続されている。アーム部１１１は、リスト部１１２を支持する。
アーム部１１１は、リンク部１１１ａと、リンク部１１１ｂと、リンク部１１１ｃとを有する。リンク部１１１ａの上端側は、鉛直方向に沿ったＡ２１軸線回りに回動可能に遠隔操作装置２００に取り付けられている。リンク部１１１ｂの上端側は、水平方向に沿ったＡ２２軸線回りに回動可能にリンク部１１１ａの下端側に取り付けられている。リンク部１１１ｃの一方端側は、水平方向に沿ったＡ２３軸線回りに回動可能にリンク部１１１ｂの下端側に取り付けられている。リンク部１１１ｃの他方端側には、Ａ２４軸線回りに回動可能にリスト部１１２が取り付けられている。リンク部１１１ａは、関節ＪＴ２１により遠隔操作装置２００に接続されている。リンク部１１１ａとリンク部１１１ｂとは、関節ＪＴ２２により接続されている。リンク部１１１ｂとリンク部１１１ｃとは、関節ＪＴ２３により接続されている。アーム部１１１は、リスト部１１２を支持する。
【0053】
リスト部１１２は、図１２に示す操作者の右手によって操作されるリスト部１１２Ｒと、図１３に示す操作者の左手によって操作されるリスト部１１２Ｌとを含む。図１２は操作部１１０Ｒの基準姿勢を表し、図１３は操作部１１０Ｌの基準姿勢を表している。リスト部１１２Ｒの構成と、リスト部１１２Ｌの構成とは同様である。
【0054】
リスト部１１２は、リンク部１１２ａ、リンク部１１２ｂ、リンク部１１２ｃ、医師などの操作者がグリップして操作するグリップ部１１２ｄと、を含む。リンク部１１２ａは、Ａ２４軸線周りに回動する。リンク部１１２ｂは、リンク部１１２ａに対して、Ａ２５軸線周りに回動可能に取り付けられている。リンク部１１２ｃは、リンク部１１２ｂに対して、Ａ２６軸線周りに回動可能に取り付けられている。グリップ部１１２ｄは、リンク部１１２ｃに対して、Ａ２７軸線周りに回動可能に取り付けられている。リンク部１１２ａ、リンク部１１２ｂおよびリンク部１１２ｃは、各々、Ｌ字形状を有する。
【0055】
リスト部１１２は、操作者によって開閉される一対のグリップ部材１１２ｅを含む。グリップ部材１１２ｅは、細長いプレート状のレバー部材からなり、一対のグリップ部材１１２ｅは、それぞれの近位端がグリップ部１１２ｄの近位端に回転可能に接続されている。グリップ部材１１２ｅには、円筒状の指挿入部１１２ｆが配置されている。操作者は、一対の指挿入部１１２ｆに指を挿入してリスト部１１２を操作する。一対のグリップ部材１１２ｅは、それぞれの基端がグリップ部１１２ｄに接続されており、一対のグリップ部材１１２ｅ間の角度を大きくしたり小さくしたりすることにより、ジョー部材２ｆとジョー部材２ｇとの開き角度が変更される。グリップ部材１１２ｅの一方に磁石が配置され、グリップ部１１２ｄにホールセンサが配置されている。操作者がグリップ部材１１２ｅを開閉すると、磁石とホールセンサとが角度検知センサとして機能し、ホールセンサは開き角度を出力する。なお、角度検知センサとして、グリップ部材１１２ｅにホールセンサを、グリップ部１１２ｄに磁石を配置しても良い。また、グリップ部材１１２ｅの両方に、角度検知センサとして磁石またはホールセンサを配置しても良い。
【0056】
操作部１１０の複数の回転軸線の交点は、ジンバル点ＧＰと呼ばれる。具体的には、ジンバル点ＧＰは、Ａ２４軸線と、Ａ２５軸線と、Ａ２６軸線と、Ａ２７軸線とが交差する点である。ジンバル点ＧＰは、一対のグリップ部材１１２ｅが取り付けられるグリップ部１１２ｄに位置している。ジンバル点ＧＰは、操作部１１０Ｌと操作部１１０Ｒとの各々に個別に存在する。操作部１１０Ｒのジンバル点をＧＰＲとする。操作部１１０Ｌのジンバル点をＧＰＬとする。
【0057】
基準姿勢において、操作部１１０のＡ２４軸線とＡ２６軸線とは、Ｚｂ方向に沿っている。Ａ２５軸線はＸｂ方向に沿っている。Ａ２７軸線はＹｂ方向に沿っている。図１２に示すように、基準姿勢において、リスト部１１２Ｒのリンク部１１２ａおよびリンク部１１２ｂは、Ｘｂ－Ｚｂ平面に沿うように、かつ、Ａ２７軸線に対してＸｂ１側に配置されている。基準姿勢において、リンク部１１２ｃは、Ｙｂ－Ｚｂ平面に沿うように配置されている。基準姿勢において、グリップ部１１２ｄは、Ａ２７軸線に沿うように配置されている。
【0058】
基準姿勢において、リスト部１１２Ｌのリンク部１１２ａおよびリンク部１１２ｂは、Ｘｂ－Ｚｂ平面に沿うように、かつ、Ａ２７軸線に対してＸｂ２側に配置されている。基準姿勢において、リンク部１１２ｃは、Ｙｂ－Ｚｂ平面に沿うように配置されている。基準姿勢において、グリップ部１１２ｄは、Ａ２７軸線に沿うように配置されている。
【0059】
図１に示すように、モニタ１４０は、内視鏡３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。また、モニタ１４０には、報知部１４１が配置されている。報知部１４１は、エラー音を報知する。支持アーム１５０は、モニタ１４０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１４０を支持する。タッチパネル１３０は、支持バー１６０に配置されている。モニタ１４０近傍に設けられたセンサにより操作者の頭部を検知することにより手術支援ロボット１００は遠隔操作装置２００による操作が可能になる。操作者は、モニタ１４０により患部を視認しながら、操作部１１０およびフットペダル１２０を操作する。これにより、遠隔操作装置２００に指令が入力される。遠隔操作装置２００に入力された指令は、手術支援ロボット１００に送信される。
【0060】
エラーリセットボタン１６１は、支持バー１６０に配置されている。エラーリセットボタン１６１は、手術支援システム５００のエラーを解除する。エラーは、たとえば、偏差異常のエラーである。
【0061】
（フットペダル）
図１４に示すように、フットペダル１２０は、手術器具１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１２０は、基台部１２１に配置されている。フットペダル１２０は、切替ペダル１２２と、クラッチペダル１２３と、カメラペダル１２４と、切開ペダル１２５と、凝固ペダル１２６と、足検知部１２７と、を含んでいる。切替ペダル１２２と、クラッチペダル１２３と、カメラペダル１２４と、切開ペダル１２５と、凝固ペダル１２６とは、操作者の足により操作される。また、切開ペダル１２５は、右側のロボットアーム５０用の切開ペダル１２５Ｒと、左側のロボットアーム５０用の切開ペダル１２５Ｌとを含む。また、凝固ペダル１２６は、右側のロボットアーム５０用の凝固ペダル１２６Ｒと、左側のロボットアーム５０用の凝固ペダル１２６Ｌとを含む。
図１４に示すように、フットペダル１２０は、手術器具１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１２０は、基台部１２１に配置されている。フットペダル１２０は、切替ペダル１２２と、クラッチペダル１２３と、カメラペダル１２４と、切開ペダル１２５と、凝固ペダル１２６と、足検知部１２７と、を含んでいる。切替ペダル１２２と、クラッチペダル１２３と、カメラペダル１２４と、切開ペダル１２５と、凝固ペダル１２６とは、操作者の足により操作される。また、切開ペダル１２５は、右側のロボットアーム５０用の切開ペダル１２５Ｒと、左側のロボットアーム５０用の切開ペダル１２５Ｌとを含む。また、凝固ペダル１２６は、右側のロボットアーム５０用の凝固ペダル１２６Ｒと、左側のロボットアーム５０用の凝固ペダル１２６Ｌとを含む。
【0062】
切替ペダル１２２は、操作部１１０で動作させるロボットアーム５０を切り替える。クラッチペダル１２３は、ロボットアーム５０と操作部１１０との操作接続を一時切断するクラッチ操作を実行する。クラッチペダル１２３が操作者によって踏み込まれている間、操作部１１０による操作が、ロボットアーム５０に伝達されなくなる。また、カメラペダル１２４が操作者によって踏み込まれている間、操作部１１０によって、内視鏡３が取り付けられたロボットアーム５０を操作することが可能になる。切開ペダル１２５または凝固ペダル１２６が操作者によって踏み込まれている間、電気手術装置が起動する。
【0063】
足検知部１２７は、フットペダル１２０を操作する操作者の足を検知する。足検知部１２７は、切替ペダル１２２、クラッチペダル１２３、カメラペダル１２４、切開ペダル１２５Ｌと凝固ペダル１２６Ｌおよび切開ペダル１２５Ｒと凝固ペダル１２６Ｒの各々について設けられ、各フットペダル１２０の上方に位置するホバー状態の足を検知する。足検知部１２７は、基台部１２１に配置されている。なお、カメラペダル１２４を含む。フットペダル１２０の機能は、本実施形態のような操作者が足で踏み込むペダルによるものに限定されず、たとえば、操作部１１０にハンドスイッチ等の入力装置を設けることにより、操作者の手での操作によるものとしてもよい。
【0064】
（ビジョンユニットおよび画像処理ユニット）
図１に示すように、ビジョンユニット３００および画像処理ユニット４００は、カート２１０に載置されている。画像処理ユニット４００は、内視鏡３により撮影された画像を処理する。カート２１０には、表示部２２０が配置されている。表示部２２０には、内視鏡３により撮影された画像が表示される。ビジョンユニット３００には、エラーリセットボタン２３０および報知部２４０が配置されている。エラーリセットボタン２３０は、手術支援システム５００のエラーを解除する。エラーは、たとえば、偏差異常のエラーである。報知部２４０は、エラー音を報知する。
図１に示すように、ビジョンユニット３００および画像処理ユニット４００は、カート２１０に載置されている。画像処理ユニット４００は、内視鏡３により撮影された画像を処理する。カート２１０には、表示部２２０が配置されている。表示部２２０には、内視鏡３により撮影された画像が表示される。ビジョンユニット３００には、エラーリセットボタン２３０および報知部２４０が配置されている。エラーリセットボタン２３０は、手術支援システム５００のエラーを解除する。エラーは、たとえば、偏差異常のエラーである。報知部２４０は、エラー音を報知する。
【0065】
（制御系の構成）
図１５に示すように、手術支援システム５００は、第１制御装置３１０と、アーム制御部３２０と、ポジショナ制御部３３０と、操作制御部３４０と、第２制御装置３５０と、を備えている。また、手術支援システム５００は、第１制御装置３１０に接続される記憶部３１１と、第２制御装置３５０に接続される記憶部３５１とを備えている。操作制御部３４０は、制御装置および制御部の一例である。
図１５に示すように、手術支援システム５００は、第１制御装置３１０と、アーム制御部３２０と、ポジショナ制御部３３０と、操作制御部３４０と、第２制御装置３５０と、を備えている。また、手術支援システム５００は、第１制御装置３１０に接続される記憶部３１１と、第２制御装置３５０に接続される記憶部３５１とを備えている。操作制御部３４０は、制御装置および制御部の一例である。
【0066】
第１制御装置３１０は、医療用台車１０の内部においてアーム制御部３２０およびポジショナ制御部３３０と通信するように配置され、手術支援システム５００の全体を制御する。具体的には、第１制御装置３１０は、アーム制御部３２０、ポジショナ制御部３３０、および、操作制御部３４０の各々と通信し、制御する。第１制御装置３１０と、アーム制御部３２０、ポジショナ制御部３３０、および、操作制御部３４０とは、ＬＡＮなどによって接続されている。第１制御装置３１０は、医療用台車１０の内部に配置されている。
【0067】
アーム制御部３２０は、複数のロボットアーム５０ごとに配置されている。すなわち、医療用台車１０の内部には、複数のロボットアーム５０の数に対応した複数のアーム制御部３２０が配置されている。
【0068】
入力装置２２は、第１制御装置３１０にＬＡＮなどによって接続されている。ステータスインジケータ４１、アームステータスインジケータ４２、操作ハンドル２３、スロットル２３ａ、ジョイスティック２２ｂ、スタビライザ２４および電動シリンダ２５と、ポジショナ制御部３３０とは、配線３６０によって、互いの情報を共有可能な通信ネットワークによりシリアル通信接続されている。なお、図１５では、１つの配線３６０に、ステータスインジケータ４１、アームステータスインジケータ４２などの全てが接続されているように記載されているが、実際には、ステータスインジケータ４１、アームステータスインジケータ４２、操作ハンドル２３、スロットル２３ａ、ジョイスティック２２ｂ、スタビライザ２４および電動シリンダ２５ごとに、配線３６０が配置されている。
【0069】
図１６に示すように、アーム部５１には、関節ＪＴ１、ＪＴ２、ＪＴ３、ＪＴ４、ＪＴ５、ＪＴ６およびＪＴ７の各々に対応するように、複数のサーボモータＳＭ１と、エンコーダＥＮ１と、減速機とが設けられている。エンコーダＥＮ１は、サーボモータＳＭ１の回転角を検出する。減速機は、サーボモータＳＭ１の回転を減速させてトルクを増大させる。医療用台車１０の内部には、サーボモータＳＭ１を制御するためのサーボ制御部ＳＣ１がアーム制御部３２０に隣接して配置されている。また、サーボ制御部ＳＣ１には、サーボモータＳＭ１の回転角を検出するためのエンコーダＥＮ１が電気的に接続されている。
【0070】
第２リンク部５３には、手術器具１の被駆動ユニット２ａに配置された被駆動部材を回転させるためのサーボモータＳＭ２と、エンコーダＥＮ２と、減速機とが配置されている。エンコーダＥＮ２は、サーボモータＳＭ２の回転角を検出する。減速機は、サーボモータＳＭ２の回転を減速させてトルクを増大させる。また、医療用台車１０には、手術器具１を駆動するサーボモータＳＭ２を制御するためのサーボ制御部ＳＣ２が配置されている。サーボ制御部ＳＣ２には、サーボモータＳＭ２の回転角を検出するためのエンコーダＥＮ２が電気的に接続されている。なお、サーボモータＳＭ２、エンコーダＥＮ２およびサーボ制御部ＳＣ２は、各々複数配置されている。
【0071】
並進移動機構部５４には、手術器具１を並進移動させるためのサーボモータＳＭ３と、エンコーダＥＮ３と、減速機とが設けられている。エンコーダＥＮ３は、サーボモータＳＭ３の回転角を検出する。減速機は、サーボモータＳＭ３の回転を減速させてトルクを増大させる。また、医療用台車１０には、手術器具１を並進移動するサーボモータＳＭ３を制御するためのサーボ制御部ＳＣ３が配置されている。サーボ制御部ＳＣ３には、サーボモータＳＭ３の回転角を検出するためのエンコーダＥＮ３が電気的に接続されている。
【0072】
第１制御装置３１０は、遠隔操作装置２００が受け付けた操作に基づいてサーボモータＳＭ１、ＳＭ２およびＳＭ３の位置を指令する指令値を生成し、指令値に基づいてサーボモータＳＭ１、ＳＭ２およびＳＭ３を駆動する。そして、第１制御装置３１０は、指令値とセンサにより検出されたサーボモータＳＭ１、ＳＭ２およびＳＭ３の位置との差が許容範囲を超えた場合に偏差異常のエラーを検出する。
【0073】
図１７に示すように、ポジショナ３０には、ポジショナ３０の複数の関節３３に対応するように、複数のサーボモータＳＭ４と、エンコーダＥＮ４と、減速機とが設けられている。エンコーダＥＮ４は、サーボモータＳＭ４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ＳＭ４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。
【0074】
医療用台車１０は、車輪を備えており、駆動輪としての前輪と、操作ハンドル２３によって操舵される後輪とを有する。なお、後輪は、前輪よりも操作ハンドル２３に近い側に配置されている。また、医療用台車１０には、医療用台車１０の複数の前輪の各々を駆動するサーボモータＳＭ５と、エンコーダＥＮ５と、減速機と、ブレーキＢＲＫとが配置されている。減速機は、サーボモータＳＭ５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１０の操作ハンドル２３には、図３に示すポテンショメータＰ１が配置されており、スロットル２３ａ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ＳＭ５は駆動される。また、医療用台車１０の後輪は、双輪形式であり、操作ハンドル２３の左右の回動に基づき、後輪は操舵される。また、医療用台車１０の操作ハンドル２３には、図３に示すポテンショメータＰ２が回動軸に配置されており、医療用台車１０の後輪には、サーボモータＳＭ６とエンコーダＥＮ６と減速機が配置されている。減速機は、サーボモータＳＭ６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２３の左右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ＳＭ６は駆動される。すなわち、操作ハンドル２３の左右の回動による後輪の操舵は、サーボモータＳＭ６によりパワーアシストされるように構成されている。
【0075】
医療用台車１０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１０の操作ハンドル２３が回動されることにより、後輪が操舵されて、医療用台車１０が左右方向に回動する。
【0076】
図１７に示すように、医療用台車１０には、ポジショナ３０を移動するサーボモータＳＭ４を制御するためのサーボ制御部ＳＣ４が配置されている。また、サーボ制御部ＳＣ４には、サーボモータＳＭ４の回転角を検出するためのエンコーダＥＮ４が電気的に接続されている。また、医療用台車１０には、医療用台車１０の前輪を駆動するサーボモータＳＭ５を制御するためのサーボ制御部ＳＣ５が配置されている。サーボ制御部ＳＣ５には、サーボモータＳＭ５の回転角を検出するためのエンコーダＥＮ５が電気的に接続されている。医療用台車１０には、医療用台車１０の後輪の操舵をパワーアシストするサーボモータＳＭ６を制御するためのサーボ制御部ＳＣ６が配置されている。サーボ制御部ＳＣ６には、サーボモータＳＭ６の回転角を検出するためのエンコーダＥＮ６が電気的に接続されている。
【0077】
図１６および図１７に示すように、アーム部５１の関節ＪＴ１、ＪＴ２、ＪＴ３、ＪＴ４、ＪＴ５、ＪＴ６およびＪＴ７と、ポジショナ３０の関節３３の各々には、ブレーキＢＲＫが搭載されている。また、医療用台車１０の前輪と、アームベース４０および並進移動機構部５４にもブレーキＢＲＫが搭載されている。アーム制御部３２０からアーム部５１の関節ＪＴ１、ＪＴ２、ＪＴ３、ＪＴ４、ＪＴ５、ＪＴ６およびＪＴ７と並進移動機構部５４とに搭載された各ブレーキＢＲＫへ制御信号が各々一方通行で送信される。制御信号は、ブレーキＢＲＫをオンオフする信号である。ブレーキＢＲＫをオンする信号は、ブレーキＢＲＫが効いている状態を保持する信号を含む。ポジショナ制御部３３０から、ポジショナ３０の関節３３とアームベース４０とに搭載された各ブレーキＢＲＫへの制御信号についても同様である。アームベース４０とアーム部５１と並進移動機構部５４とは、起動時に全てのブレーキＢＲＫが解除され、重力に抗するようにサーボモータＳＭが駆動されることにより、ロボットアーム５０の姿勢とアームベース４０の姿勢とが維持される。手術支援システム５００にエラーが発生した際には、アームベース４０とアーム部５１と並進移動機構部５４とに搭載されたブレーキＢＲＫがオンされる。手術支援システム５００のエラーが解除されると、アームベース４０とアーム部５１と並進移動機構部５４とに搭載されたブレーキＢＲＫはオフされる。手術支援システム５００のシャットダウン操作によって、アームベース４０とアーム部５１と並進移動機構部５４とに搭載されたブレーキＢＲＫはオンされる。また、医療用台車１０の前輪は、常にブレーキＢＲＫがオンされており、医療用台車１０のイネーブルスイッチ２３ｂが押下されている間だけブレーキＢＲＫが解除される。また、ポジショナ３０の各関節３３は、常にブレーキＢＲＫがオンされており、医療用台車１０のイネーブルスイッチ２２ｃが押下されている間だけブレーキＢＲＫが解除される。
【0078】
図１８に示すように、操作部１１０の関節ＪＴ２１、ＪＴ２２、ＪＴ２３、ＪＴ２４、ＪＴ２５、ＪＴ２６およびＪＴ２７には、各々、サーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂ、ＳＭ７ｃ、ＳＭ７ｄ、ＳＭ７ｅ、ＳＭ７ｆおよびＳＭ７ｇが配置されている。各サーボモータを制御するためのサーボ制御部ＳＣ７ａ、ＳＣ７ｂ、ＳＣ７ｃ、ＳＣ７ｄ、ＳＣ７ｅ、ＳＣ７ｆおよびＳＣ７ｇが配置されている。各サーボ制御部には、各サーボモータの回転角を検出するためのエンコーダＥＮ７ａ、ＥＮ７ｂ、ＥＮ７ｃ、ＥＮ７ｄ、ＥＮ７ｅ、ＥＮ７ｆおよびＥＮ７ｇが電気的に接続されている。なお、各サーボモータ、各サーボ制御部、および、各エンコーダは、操作部１１０Ｌと、操作部１１０Ｒとに各々設けられている。サーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂ、ＳＭ７ｃ、ＳＭ７ｄ、ＳＭ７ｅ、ＳＭ７ｆおよびＳＭ７ｇは、操作者の操作を補助するために設けられている。サーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂ、ＳＭ７ｃ、ＳＭ７ｄ、ＳＭ７ｅ、ＳＭ７ｆおよびＳＭ７ｇは、駆動部の一例である。
【0079】
操作制御部３４０は、操作部１１０の姿勢に応じて、各サーボモータの回転軸線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、各サーボモータを制御する。これにより、操作者は、比較的小さい力で操作部１１０を操作することが可能になる。
【0080】
図１５に示すように、第１制御装置３１０は、アーム操作部６０に受け付けられた操作に基づいてロボットアーム５０を制御する。たとえば、第１制御装置３１０は、アーム操作部６０のジョイスティック６２に受け付けられた操作に基づいてロボットアーム５０を制御する。具体的には、アーム制御部３２０は、ジョイスティック６２から入力された入力信号を第１制御装置３１０に出力する。第１制御装置３１０は、受け取った入力信号と、エンコーダＥＮ１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、アーム制御部３２０を介して、位置指令をサーボ制御部ＳＣ１に出力する。サーボ制御部ＳＣ１は、アーム制御部３２０から入力された位置指令と、エンコーダＥＮ１により検出された回転角とに基づいて、電流指令を生成するとともに、電流指令をサーボモータＳＭ１に出力する。これにより、ジョイスティック６２に入力された動作指令に沿うように、ロボットアーム５０が移動される。
【0081】
第１制御装置３１０は、アーム操作部６０のリニアスイッチ６３からの入力信号に基づいてロボットアーム５０を制御する。具体的には、アーム制御部３２０は、リニアスイッチ６３から入力された入力信号を第１制御装置３１０に出力する。第１制御装置３１０は受け取った入力信号と、エンコーダＥＮ１またはＥＮ３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、アーム制御部３２０を介して、位置指令をサーボ制御部ＳＣ１またはＳＣ３に出力する。サーボ制御部ＳＣ１またはＳＣ３は、アーム制御部３２０から入力された位置指令と、エンコーダＥＮ１またはＥＮ３により検出された回転角とに基づいて、電流指令を生成するとともに、電流指令をサーボモータＳＭ１またはＳＭ３に出力する。これにより、リニアスイッチ６３に入力された動作指令に沿うように、ロボットアーム５０が移動される。
【0082】
ポジショナ制御部３３０は、医療用台車１０に配置されている。ポジショナ制御部３３０は、ポジショナ３０および医療用台車１０を制御する。ポジショナ３０には、ポジショナ３０の複数の関節３３に対応するように、サーボモータＳＭ４と、エンコーダＥＮ４と、減速機とが配置されている。ポジショナ３０のサーボモータＳＭ４を制御するサーボ制御部ＳＣ４は、医療用台車１０に配置されている。医療用台車１０には、医療用台車１０の複数の前輪の各々を駆動するサーボモータＳＭ５およびＳＭ６と、エンコーダＥＮ５およびＥＮ６と、減速機と、サーボ制御部ＳＣ５およびＳＣ６と、ブレーキＢＲＫとが配置されている。
【0083】
操作制御部３４０は、遠隔操作装置２００の本体に配置されている。操作制御部３４０は、操作部１１０を制御する。操作制御部３４０は、図１５に示すように、左手用の操作部１１０Ｌと右手用の操作部１１０Ｒとの各々に対応するように配置されている。操作部１１０には、操作部１１０の複数の関節ＪＴ２１からＪＴ２７までに対応するように、サーボモータＳＭと、エンコーダＥＮと、減速機とが配置されている。操作部１１０のサーボモータＳＭを制御するサーボ制御部ＳＣは、操作制御部３４０に隣接して遠隔操作装置２００の本体に配置されている。
【0084】
図１５に示すように、ビジョンユニット３００と、画像処理ユニット４００とは、ＬＡＮなどにより、第１制御装置３１０に接続されている。表示部２２０は、ビジョンユニット３００に接続されている。
【0085】
図１９に示すように、操作部１１０には、互いに直交する３軸の直交座標系ＣＡが設定されている。直交座標系ＣＡの３軸は、Ｘｂ方向、Ｙｂ方向およびＺｂ方向を含んでいる。また、直交座標系ＣＡは、基準姿勢の場合のグリップ部１１２ｄの位置に原点を有している。なお、図１９では、便宜上、操作部１１０Ｒを図示しているが、操作部１１０Ｌも同様である。
【0086】
ここで、本実施形態では、操作制御部３４０は、直交座標系ＣＡにおいて、操作部１１０の操作方向とは逆方向の力ＰＷＡを働かせるように、サーボモータを制御する。具体的には、操作制御部３４０は、直交座標系ＣＡにおいて、操作部１１０の操作方向とは逆方向の力ＰＷＡを働かせるように、複数のサーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂ、ＳＭ７ｃ、ＳＭ７ｄ、ＳＭ７ｅ、ＳＭ７ｆおよびＳＭ７ｇの少なくとも１つを制御する。より具体的には、操作制御部３４０は、複数の関節ＪＴ２１、ＪＴ２２、ＪＴ２３、ＪＴ２４、ＪＴ２５、ＪＴ２６およびＪＴ２７のうち操作部１１０の固定端側の３つの関節ＪＴ２１、ＪＴ２２およびＪＴ２３のサーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃにおいて、力ＰＷＡを働かせる制御を行う。すなわち、操作制御部３４０は、ロボットアーム５０によって手術器具１を移動させる関節ＪＴ２１、ＪＴ２２およびＪＴ２３のサーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃにおいて、力ＰＷＡを働かせる制御を行う。なお、図１９では、操作部１１０の操作方向がＸｂ方向の正方向であり、力ＰＷＡがＸｂ方向の負方向に働く例を示している。操作部１１０の固定端側とは、リンク部１１１ａ側を意味する。
【0087】
操作制御部３４０は、複数のエンコーダＥＮ７ａ、ＥＮ７ｂ、ＥＮ７ｃ、ＥＮ７ｄ、ＥＮ７ｅ、ＥＮ７ｆおよびＥＮ７ｇの少なくとも１つの回転角の検出結果に基づいて、直交座標系ＣＡにおける操作部１１０の操作方向を取得する。そして、操作制御部３４０は、取得した操作部１１０の操作方向とは逆方向の力ＰＷＡを働かせるような電流指令値を生成し、サーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃに出力する。そして、電流指令値に基づいてサーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃが駆動されると、サーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃの駆動により発生した力の合成結果として、力ＰＷＡが働く。
【0088】
また、本実施形態では、手術支援システム５００は、図２０に示すように、操作者の力ＰＷＡのレベルの変更操作を受け付ける受付部１３０ａを備えている。力ＰＷＡのレベルは、複数のレベルを含んでいる。受付部１３０ａは、複数のレベルに対応するレベル選択部１３０ｂ１、１３０ｂ２、１３０ｂ３および１３０ｂ４を含んでいる。レベル選択部１３０ｂ１、１３０ｂ２、１３０ｂ３および１３０ｂ４は、それぞれ、軽いレベル、少し軽いレベル、少し重いレベル、および、重いレベルに対応している。操作制御部３４０は、受付部１３０ａにより受け付けた力ＰＷＡのレベルの変更操作に基づいて、力ＰＷＡのレベルを変更する。なお、受付部１３０ａは、第１受付部および第２受付部の一例である。
【0089】
また、受付部１３０ａは、力ＰＷＡのレベルと、後述する制動力ＰＷＢのレベルとのうち、レベルを変更する対象を選択するためのレベル変更対象選択部１３０ｃを含んでいる。レベル選択部１３０ｂ１、１３０ｂ２、１３０ｂ３および１３０ｂ４は、レベル変更対象選択部１３０ｃにより選択された対象に対するレベルの変更を受け付ける。たとえば、レベル変更対象選択部１３０ｃの“動作時”のボタンが押下されると、レベル選択部１３０ｂ１、１３０ｂ２、１３０ｂ３および１３０ｂ４は、力ＰＷＡのレベルの変更を受け付ける。また、たとえば、レベル変更対象選択部１３０ｃの“停止時”のボタンが押下されると、レベル選択部１３０ｂ１、１３０ｂ２、１３０ｂ３および１３０ｂ４は、制動力ＰＷＢのレベルの変更を受け付ける。
【0090】
受付部１３０ａは、たとえば、遠隔操作装置２００のタッチパネル１３０に表示される。レベル選択部１３０ｂ１、１３０ｂ２、１３０ｂ３および１３０ｂ４と、レベル変更対象選択部１３０ｃとは、タッチボタンである。
【0091】
また、本実施形態では、図２１に示すように、操作制御部３４０は、操作部１１０の操作速度Ｖに基づいて、サーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃの動作パラメータＰＡを決定し、決定した動作パラメータＰＡに基づいて、力ＰＷＡを働かせるように、サーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃを制御する。
【0092】
具体的には、操作制御部３４０は、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が第１しきい値ＴＨ１以下である場合、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が大きくなるに従って動作パラメータＰＡの絶対値を大きくし、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が第１しきい値ＴＨ１よりも大きい場合、動作パラメータＰＡの絶対値を最大値で一定にする。すなわち、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値がゼロから第１しきい値ＴＨ１までは、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が増加するに従って動作パラメータＰＡの絶対値がゼロから動作パラメータＰＡの絶対値の最大値まで線形的に増加する。また、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が第１しきい値ＴＨ１よりも大きくなった後は、動作パラメータＰＡの絶対値が最大値で一定になる。
【0093】
図２１において、実線は、レベル選択部１３０ｂ１が押下された場合の動作パラメータＰＡを表している。また、点線は、レベル選択部１３０ｂ２が押下された場合の動作パラメータＰＡを表している。また、一点鎖線は、レベル選択部１３０ｂ３が押下された場合の動作パラメータＰＡを表している。また、二点鎖線は、レベル選択部１３０ｂ４が押下された場合の動作パラメータＰＡを表している。選択された力ＰＷＡのレベルが高いほど、動作パラメータＰＡの傾き、および、動作パラメータＰＡの絶対値の最大値が大きい。
【0094】
動作パラメータＰＡは、たとえば、粘性摩擦力である。粘性摩擦力に対応する力ＰＷＡが働くように、サーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃが制御される。
【0095】
操作制御部３４０は、複数のエンコーダＥＮ７ａ、ＥＮ７ｂ、ＥＮ７ｃ、ＥＮ７ｄ、ＥＮ７ｅ、ＥＮ７ｆおよびＥＮ７ｇの少なくとも１つの回転角の検出結果に基づいて、直交座標系ＣＡにおける操作部１１０の操作速度Ｖを取得する。そして、操作制御部３４０は、取得した操作部１１０の操作速度Ｖと、選択された力ＰＷＡのレベルとに基づいて、動作パラメータＰＡを決定する。たとえば、操作制御部３４０は、図２１に示されるグラフに対応するような、操作部１１０の操作速度Ｖと、力ＰＷＡのレベルと、動作パラメータＰＡとを対応付けたテーブルなどの対応情報に基づいて、動作パラメータＰＡを決定する。
【0096】
また、本実施形態では、図２２および図２３に示すように、操作制御部３４０は、操作部１１０の操作の減速時および／または加速時に、直交座標系ＣＡにおいて、制動力ＰＷＢを働かせるように、サーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃを制御する。具体的には、操作制御部３４０は、操作部１１０の操作の減速時に、直交座標系ＣＡにおいて、操作部１１０に働く慣性力ＰＷＣの方向とは逆方向の制動力ＰＷＢを働かせるように、サーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃを制御する。また、操作部１１０の操作の加速時に、直交座標系ＣＡにおいて、操作部１１０に働く慣性力ＰＷＣと同じ方向の制動力ＰＷＢを働かせるように、サーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃを制御する。なお、図２２では、減速時に、操作部１１０に働く慣性力ＰＷＣの方向がＸｂ方向の正方向であり、制動力ＰＷＢＸｂ方向の負方向に働く例を示している。また、図２３では、加速時に、操作部１１０に働く慣性力ＰＷＣの方向がＸｂ方向の負方向であり、制動力ＰＷＢがＸｂ方向の負方向に働く例を示している。
【0097】
操作制御部３４０は、複数のエンコーダＥＮ７ａ、ＥＮ７ｂ、ＥＮ７ｃ、ＥＮ７ｄ、ＥＮ７ｅ、ＥＮ７ｆおよびＥＮ７ｇの少なくとも１つの回転角の検出結果に基づいて、直交座標系ＣＡにおける操作部１１０の加速度を取得する。そして、操作制御部３４０は、取得した操作部１１０の加速度に基づいて、操作部１１０の操作の減速時であるかまたは加速時であるかを判断する。そして、操作制御部３４０は、操作部１１０の操作の減速時である場合、操作部１１０に働く慣性力ＰＷＣの方向とは逆方向の制動力ＰＷＢを働かせるような電流指令値を生成し、サーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃに出力する。また、操作制御部３４０は、操作部１１０の操作の加速時である場合、操作部１１０に働く慣性力ＰＷＣの方向と同じ方向の制動力ＰＷＢを働かせるような電流指令値を生成し、サーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃに出力する。そして、電流指令値に基づいてサーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃが駆動されると、サーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃの駆動により発生した力の合成結果として、制動力ＰＷＢが働く。
【0098】
また、本実施形態では、図２４に示すように、受付部１３０ａは、操作者の制動力ＰＷＢのレベルの変更操作を受け付ける。操作制御部３４０は、受付部１３０ａにより受け付けた制動力のレベルの変更操作に基づいて、制動力ＰＷＢのレベルを変更する。
【0099】
また、本実施形態では、図２５および図２６に示すように、操作制御部３４０は、操作部１１０の操作の減速時および／または加速時に、サーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃの制動パラメータＰＢを決定し、決定した制動パラメータＰＢに基づいて、制動力ＰＷＢを働かせるように、サーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃを制御する。
【0100】
具体的には、図２５に示すように、操作制御部３４０は、操作部１１０の操作の減速時に、制動パラメータＰＢを一定にする。すなわち、操作部１１０の操作の減速時には、操作部１１０の操作速度Ｖにかかわらず、制動パラメータＰＢが一定値になる。
【0101】
図２５において、実線は、レベル選択部１３０ｂ１が押下された場合の減速時の制動パラメータＰＢを表している。また、点線は、レベル選択部１３０ｂ２が押下された場合の減速時の制動パラメータＰＢを表している。また、一点鎖線は、レベル選択部１３０ｂ３が押下された場合の減速時の制動パラメータＰＢを表している。また、二点鎖線は、レベル選択部１３０ｂ４が押下された場合の減速時の制動パラメータＰＢを表している。選択された制動力ＰＷＢのレベルが高いほど、制動パラメータＰＢの値が大きい。
【0102】
また、図２６に示すように、操作制御部３４０は、操作部１１０の操作の加速時に、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が第２しきい値ＴＨ２以下である場合、制動パラメータＰＢを最大値で一定にし、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が第２しきい値ＴＨ２よりも大きくかつ第３しきい値ＴＨ３以下である場合、操作部１１０の操作速度Ｖが大きくなるに従って制動パラメータＰＢを小さくし、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が第３しきい値ＴＨ３よりも大きい場合、制動パラメータＰＢをゼロにする。すなわち、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値がゼロから第２しきい値ＴＨ２までは、制動パラメータＰＢが最大値で一定になる。また、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が第２しきい値ＴＨ２から第３しきい値ＴＨ３までは、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が増加するに従って制動パラメータＰＢが最大値からゼロまで線形的に減少する。また、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が第３しきい値ＴＨ３よりも大きくなった後は、制動パラメータＰＢがゼロで一定になる。
【0103】
図２６において、実線は、レベル選択部１３０ｂ１が押下された場合の加速時の制動パラメータＰＢを表している。また、点線は、レベル選択部１３０ｂ２が押下された場合の加速時の制動パラメータＰＢを表している。また、一点鎖線は、レベル選択部１３０ｂ３が押下された場合の加速時の制動パラメータＰＢを表している。また、二点鎖線は、レベル選択部１３０ｂ４が押下された場合の加速時の制動パラメータＰＢを表している。選択された制動力ＰＷＢのレベルが高いほど、制動パラメータＰＢの傾き、および、制動パラメータＰＢの最大値が大きい。
【0104】
制動パラメータＰＢは、たとえば、慣性摩擦係数である。慣性摩擦係数に加速度を乗算した慣性摩擦力に対応する制動力ＰＷＢが働くように、サーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃが制御される。
【0105】
操作制御部３４０は、複数のエンコーダＥＮ７ａ、ＥＮ７ｂ、ＥＮ７ｃ、ＥＮ７ｄ、ＥＮ７ｅ、ＥＮ７ｆおよびＥＮ７ｇの少なくとも１つの回転角の検出結果に基づいて、直交座標系ＣＡにおける操作部１１０の操作速度Ｖを取得する。そして、操作制御部３４０は、取得した操作部１１０の操作速度Ｖと、選択された制動力ＰＷＢのレベルとに基づいて、制動パラメータＰＢを決定する。たとえば、操作制御部３４０は、操作部１１０の操作の減速時に、図２５に示されるグラフに対応するような、操作部１１０の操作速度Ｖと、力ＰＷＡのレベルと、動作パラメータＰＡとを対応付けたテーブルなどの対応情報に基づいて、制動パラメータＰＢを決定する。また、たとえば、操作制御部３４０は、操作部１１０の操作の加速時に、図２６に示されるグラフに対応するような、操作部１１０の操作速度Ｖと、力ＰＷＡのレベルと、動作パラメータＰＡとを対応付けたテーブルなどの対応情報に基づいて、制動パラメータＰＢを決定する。
【0106】
また、本実施形態では、図２７に示すように、操作制御部３４０は、複数の関節ＪＴ２１、ＪＴ２２、ＪＴ２３、ＪＴ２４、ＪＴ２５、ＪＴ２６およびＪＴ２７のうちグリップ部１１２ｄを振り上げる動作に対応する関節ＪＴ２５のサーボモータＳＭ７ｅにおいて、操作部１１０の動き出しの際の動き出し補助力ＰＷＤを働かせる制御を行う。具体的には、操作制御部３４０は、関節ＪＴ２５の軸線Ａ５周りの方向に動き出し補助力ＰＷＤを働かせるように、サーボモータＳＭ７ｅを制御する。操作制御部３４０は、たとえば、操作部１１０の加速度が大きくなるに従って動き出し補助力ＰＷＤが大きくなるように、サーボモータＳＭ７ｅを制御する。なお、動き出し補助力ＰＷＤとは、操作部１１０の操作が加速される動き出しの初期に、操作部１１０の操作を軽くするように補助する力を意味する。
【0107】
また、本実施形態では、図２８に示すように、手術支援システム５００は、操作部１１０の操作の入力と、入力に基づくロボットアーム５０への出力との間の遅延を補償する遅延補償部３７０を備えている。遅延補償部３７０は、遅延を予測して補償するスミス補償を行うための遅延補償フィルタである。遅延補償部３７０は、手振れ補正のためのノッチフィルタなどのフィルタ３７１とサーボモータＳＭ１、ＳＭ２またはＳＭ３との間の信号ＳＩ１に基づいて、遅延を予測するとともに、予測した遅延を補償するための信号ＳＩ２を出力する。遅延補償部３７０は、遅延補償モデルを含んでいる。遅延補償モデルは、信号ＳＩ１が入力されると、信号ＳＩ１に対応する信号ＳＩ２を出力する。また、遅延補償部３７０は、手術支援ロボット１００に設けられている。
【0108】
まず、遠隔操作装置２００の操作部１１０の位置を表す信号ＳＩ３が手術支援ロボット１００の第１制御装置３１０に入力される。第１制御装置３１０は、遅延補償部３７０からの信号ＳＩ２に基づいて、信号ＳＩ３を補正する。これにより、遅延が補償された信号ＳＩ４が得られる。そして、第１制御装置３１０は、ロボットアーム５０の位置に対応するように、信号ＳＩ４に対して逆変換処理を行う。これにより、操作部１１０の位置をロボットアーム５０の位置に変換した信号ＳＩ５が得られる。そして、第１制御装置３１０は、信号ＳＩ５をフィルタ３７１に出力する。フィルタ３７１では、手振れに対応する周波数帯を減衰する処理が行われる。この際、フィルタ３７１の処理に起因して遅延が発生する。そして、第１制御装置３１０は、フィルタ３７１の処理が行われて得られた信号ＳＩ１を、サーボモータＳＭ１、ＳＭ２またはＳＭ３と、遅延補償部３７０とに出力する。
【0109】
遅延補償部３７０の遅延の補償が有効なタイミングとしては、手術器具１側の予測速度が、操作部１１０側の速度よりも大きくなった場合が挙げられる。手術器具１は、操作部１１０に追従するように遅れて動くため、手術器具１側の予測速度が、操作部１１０側の速度よりも大きくなるのは、基本的には減速時となる。減速時には、遅延を補償しない場合、遅延に起因して、手術器具１が所望の位置に位置決めできずに、手術器具１の行き過ぎが発生する。遅延を補償することにより、手術器具１の行き過ぎを抑制することが可能である。
【0110】
［本実施形態の効果］
本実施形態では、上記のように、互いに直交する３軸の直交座標系ＣＡにおいて、操作部１１０の操作方向とは逆方向の力ＰＷＡを働かせるように、サーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃを制御する操作制御部３４０を設ける。これにより、操作部１１０の操作感を重くすることができるので、操作部１１０の操作感の軽さに起因して直線操作時に操作部１１０がふらつくことを抑制することができる。その結果、直線操作時の操作部１１０の操作の安定性を向上させることができる。
本実施形態では、上記のように、互いに直交する３軸の直交座標系ＣＡにおいて、操作部１１０の操作方向とは逆方向の力ＰＷＡを働かせるように、サーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃを制御する操作制御部３４０を設ける。これにより、操作部１１０の操作感を重くすることができるので、操作部１１０の操作感の軽さに起因して直線操作時に操作部１１０がふらつくことを抑制することができる。その結果、直線操作時の操作部１１０の操作の安定性を向上させることができる。
【0111】
また、直交座標系ＣＡではなく、サーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃの各々において個別に操作部１１０の操作感を重くする制御を行うことも考えられるが、この場合、サーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃの力のバランスが悪い場合があり、直線操作時に操作部１１０がふらつく場合がある。これに対して、直交座標系ＣＡにおいて、操作部１１０の操作方向とは逆方向の力ＰＷＡを働かせるように、サーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃを制御することにより、サーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃの力のバランスが悪くなることを抑制することができる。これによっても、直線操作時に操作部１１０がふらつくことを抑制することができるので、直線操作時の操作部１１０の操作の安定性を向上させることができる。
【0112】
また、本実施形態では、上記のように、手術支援システム５００は、操作者の力ＰＷＡのレベルの変更操作を受け付ける受付部１３０ａを備え、操作制御部３４０は、受付部１３０ａにより受け付けた力ＰＷＡのレベルの変更操作に基づいて、力ＰＷＡのレベルを変更する。これにより、操作者に応じて力ＰＷＡのレベルを変更することができるので、操作者に応じた適切な力ＰＷＡを働かせることができる。その結果、直線操作時に操作部１１０がふらつくことを効果的に抑制することができる。
【0113】
また、本実施形態では、上記のように、操作制御部３４０は、操作部１１０の操作速度Ｖに基づいて、サーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃの動作パラメータＰＡを決定し、決定した動作パラメータＰＡに基づいて、力ＰＷＡを働かせるように、サーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃを制御する。これにより、操作部１１０の操作速度Ｖに基づいて決定した動作パラメータＰＡに基づいて、適切に力ＰＷＡを働かせることができる。
【0114】
また、本実施形態では、上記のように、操作制御部３４０は、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が第１しきい値ＴＨ１以下である場合、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が大きくなるに従って動作パラメータＰＡの絶対値を大きくし、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が第１しきい値ＴＨ１よりも大きい場合、動作パラメータＰＡの絶対値を最大値で一定にする。これにより、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が第１しきい値ＴＨ１以下である場合、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が大きくなるに従って動作パラメータＰＡの絶対値を大きくすることにより、操作速度Ｖがゼロ付近で力ＰＷＡの方向の切替に起因する操作の違和感を抑制することができる。また、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が第１しきい値ＴＨ１よりも大きい場合、動作パラメータＰＡの絶対値を最大値で一定にすることにより、直線操作時に操作部１１０がふらつくことを容易に抑制することができる。
【0115】
また、本実施形態では、上記のように、操作制御部３４０は、操作部１１０の操作の減速時および／または加速時に、直交座標系ＣＡにおいて、制動力ＰＷＢを働かせるように、サーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃを制御する。これにより、操作部１１０の操作の減速時に制動力ＰＷＢが働くことにより、操作部１１０を急停止させようとした場合の慣性に起因する操作部１１０の行き過ぎを抑制することができる。また、操作部１１０の操作の加速時に制動力ＰＷＢが働くことにより、操作部１１０を急停止させた場合の反動などに起因する操作部１１０の移動を抑制することができる。これらにより、操作部１１０を適切な位置に停止させることができる。
【0116】
また、本実施形態では、上記のように、手術支援システム５００は、操作者の制動力ＰＷＢのレベルの変更操作を受け付ける受付部１３０ａを備え、操作制御部３４０は、受付部１３０ａにより受け付けた制動力ＰＷＢのレベルの変更操作に基づいて、制動力ＰＷＢのレベルを変更する。これにより、操作者に応じて制動力ＰＷＢのレベルを変更することができるので、操作者に応じた適切な制動力ＰＷＢを働かせることができる。その結果、操作部１１０を効果的に適切な位置に停止させることができる。
【0117】
また、本実施形態では、上記のように、操作制御部３４０は、操作部１１０の操作の減速時および／または加速時に、サーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃの制動パラメータＰＢを決定し、決定した制動パラメータＰＢに基づいて、制動力ＰＷＢを働かせるように、サーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃを制御する。これにより、制動パラメータＰＢに基づいて、適切に制動力ＰＷＢを働かせることができる。
【0118】
また、本実施形態では、上記のように、操作制御部３４０は、操作部１１０の操作の減速時に、制動パラメータＰＢを一定にする。これにより、操作部１１０の操作の減速時に、一定の制動力ＰＷＢを働かせることができるので、操作部１１０を急停止させようとした場合の操作部１１０の慣性に起因する行き過ぎを容易に抑制することができる。
【0119】
また、本実施形態では、上記のように、操作制御部３４０は、操作部１１０の操作の加速時に、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が第２しきい値ＴＨ２以下である場合、制動パラメータＰＢを最大値で一定にし、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が第２しきい値ＴＨ２よりも大きくかつ第３しきい値ＴＨ３以下である場合、操作部１１０の操作速度Ｖが大きくなるに従って制動パラメータＰＢを小さくし、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が第３しきい値ＴＨ３よりも大きい場合、制動パラメータＰＢをゼロにする。これにより、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が第２しきい値ＴＨ２以下である場合、制動パラメータＰＢを最大値で一定にすることにより、低速時において、操作部１１０を急停止させた場合の反動などに起因する操作部１１０の移動を容易に抑制することができる。また、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が第２しきい値ＴＨ２よりも大きくかつ第３しきい値ＴＨ３以下である場合、操作部１１０の操作速度Ｖが大きくなるに従って制動パラメータＰＢを小さくすることにより、制動パラメータＰＢを滑らかに変化させることができるので、制動パラメータＰＢの変化による操作の違和感を抑制することができる。また、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が第３しきい値ＴＨ３よりも大きい場合、制動パラメータＰＢをゼロにすることにより、高速時において、操作部１１０の操作感を軽くすることができる。
【0120】
また、本実施形態では、上記のように、操作部１１０は、複数の関節ＪＴ２１、ＪＴ２２、ＪＴ２３、ＪＴ２４、ＪＴ２５、ＪＴ２６およびＪＴ２７を含み、サーボモータは、複数の関節ＪＴ２１、ＪＴ２２、ＪＴ２３、ＪＴ２４、ＪＴ２５、ＪＴ２６およびＪＴ２７の各々に対応するように複数設けられ、操作制御部３４０は、複数の関節ＪＴ２１、ＪＴ２２、ＪＴ２３、ＪＴ２４、ＪＴ２５、ＪＴ２６およびＪＴ２７のうち操作部１１０の固定端側の３つの関節ＪＴ２１、ＪＴ２２およびＪＴ２３のサーボモータＳＭ７７ａ、ＳＭ７７ｂおよびＳＭ７７ｃにおいて、力ＰＷＡを働かせる制御を行う。これにより、手術器具１を移動させる関節ＪＴ２１、ＪＴ２２およびＪＴ２３に対応するサーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃにおいて、力ＰＷＡを働かせることができるので、ロボットアーム５０によって手術器具１を移動させる場合に、直線操作時の操作部１１０の操作の安定性を向上させることができる。
【0121】
また、本実施形態では、上記のように、操作部１１０は、複数の関節ＪＴ２１、ＪＴ２２、ＪＴ２３、ＪＴ２４、ＪＴ２５、ＪＴ２６およびＪＴ２７と、操作者がグリップするグリップ部１１２ｄとを含み、サーボモータは、複数の関節ＪＴ２１、ＪＴ２２、ＪＴ２３、ＪＴ２４、ＪＴ２５、ＪＴ２６およびＪＴ２７の各々に対応するように複数設けられ、操作制御部３４０は、複数の関節ＪＴ２１、ＪＴ２２、ＪＴ２３、ＪＴ２４、ＪＴ２５、ＪＴ２６およびＪＴ２７のうちグリップ部１１２ｄを振り上げる動作に対応する関節ＪＴ２５のサーボモータＳＭ７ｅにおいて、操作部１１０の動き出しの際の動き出し補助力ＰＷＤを働かせる制御を行う。これにより、操作者がグリップ部１１２ｄを振り上げる動作を行う場合に、動き出し補助力ＰＷＤを働かせることができるので、操作者は、グリップ部１１２ｄを振り上げる動作を容易に行うことができる。
【0122】
また、本実施形態では、上記のように、手術支援システム５００は、操作部１１０の操作の入力と、入力に基づくロボットアーム５０への出力との間の遅延を補償する遅延補償部３７０を備える。これにより、遅延に起因する、操作部１１０の操作対象である手術器具１の行き過ぎを抑制することができるので、手術器具１を適切な位置に停止させることができる。
【0123】
［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。
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。
【0124】
たとえば、上記実施形態では、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が第１しきい値ＴＨ１の絶対値以下である場合、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が大きくなるに従って動作パラメータＰＡの絶対値が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、第１しきい値ＴＨ１を設けずに、動作パラメータＰＡの絶対値が常に一定であってもよい。
【0125】
また、上記実施形態では、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が第１しきい値ＴＨ１の絶対値よりも大きい場合、動作パラメータＰＡの絶対値が最大値で一定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、第１しきい値ＴＨ１を設けずに、常に、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が大きくなるに従って動作パラメータＰＡの絶対値が大きくなってもよい。
【0126】
また、上記実施形態では、操作部１１０の操作の減速時に、制動パラメータＰＢの絶対値が一定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、操作部１１０の操作の減速時に、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が大きくなるに従って制動パラメータＰＢの絶対値が大きくなってもよい。また、動作パラメータＰＡと同様に、しきい値を設けてもよい。すなわち、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値がしきい値以下の場合、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が大きくなるに従って制動パラメータＰＢの絶対値が大きくなり、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値がしきい値よりも大きい場合、制動パラメータＰＢの絶対値が一定であってもよい。
【0127】
また、上記実施形態では、操作部１１０の操作の加速時に、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が第２しきい値ＴＨ２の絶対値以下である場合、制動パラメータＰＢの絶対値が最大値で一定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、操作部１１０の操作の加速時に、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が第２しきい値ＴＨ２の絶対値以下である場合、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が大きくなるに従って制動パラメータＰＢの絶対値が大きくなってもよい。
【0128】
また、上記実施形態では、操作部１１０の操作の加速時に、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が第３しきい値ＴＨ３の絶対値よりも大きい場合、制動パラメータＰＢをゼロ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、操作部１１０の操作の加速時に、操作部１１０の操作速度Ｖの絶対値が第３しきい値ＴＨ３の絶対値よりも大きい場合、制動パラメータＰＢをゼロ以外にしてもよい。
【0129】
また、上記実施形態では、受付部１３０ａが、遠隔操作装置２００に配置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、受付部１３０ａが、遠隔操作装置２００以外に配置されていてもよい。
【0130】
また、上記実施形態では、受付部１３０ａが、タッチパネルからなる例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、受付部１３０ａが、キーボード、トラックボール、マウス、レバー、ダイヤル、ジョイスティック、フットスイッチ、押しボタンスイッチ、および／または、それらの組み合わせであってもよい。
【0131】
また、上記実施形態では、受付部１３０ａが、操作者の力ＰＷＡのレベルの変更操作を受け付けるとともに、操作者の制動力ＰＷＢの変更操作を受け付ける例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、操作者の力ＰＷＡのレベルの変更操作を受け付ける第１受付部と、操作者の制動力ＰＷＢの変更操作を受け付ける第２受付部とが、互いに独立して設けられてもよい。
【0132】
また、上記実施形態では、受付部１３０ａが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、受付部１３０ａが設けられていなくてもよい。
【0133】
また、上記実施形態では、サーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂおよびＳＭ７ｃにおいて、力ＰＷＡ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。本開示では、力ＰＷＡを適切に働かせることが可能であれば、いずれのサーボモータが制御されてもよい。
【0134】
また、上記実施形態では、操作制御部３４０が、力ＰＷＡおよび制動力ＰＷＢを働かせる制御を行う例を示したが、本開示はこれに限られない。本開示では、操作制御部３４０以外が、力ＰＷＡおよび制動力ＰＷＢを働かせる制御を行ってもよい。
【0135】
また、上記実施形態では、グリップ部１１２ｄを振り上げる動作に対応する関節ＪＴ２５のサーボモータＳＭ７ｅにおいて、操作部１１０の動き出しの際の動き出し補助力ＰＷＤが働く例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、グリップ部１１２ｄを振り上げる動作に対応する関節ＪＴ２５のサーボモータＳＭ７ｅにおいて、操作部１１０の動き出しの際の動き出し補助力ＰＷＤが働かなくてもよい。
【0136】
また、上記実施形態では、遅延補償部３７０が設けられる例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、遅延補償部３７０が設けられなくてもよい。
【0137】
また、上記実施形態では、ロボットアーム５０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、ロボットアーム５０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。
【0138】
また、上記実施形態では、アーム部５１およびポジショナ３０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５１およびポジショナ３０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。
【0139】
また、上記実施形態では、手術支援ロボット１００が、医療用台車１０と、ポジショナ３０と、アームベース４０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１０と、ポジショナ３０と、アームベース４０は必ずしも必要なく、手術支援ロボット１００が、ロボットアーム５０だけで構成されてもよい。
【0140】
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。
【0141】
［態様］
上記した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
上記した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
【0142】
（項目１）
医療器具を支持するためのロボットアームを含む手術装置と、
操作者の操作を受け付けるように構成され、前記操作者の操作を補助するための駆動部を有する操作部を含み、前記手術装置を操作するための操作装置と、
互いに直交する３軸の直交座標系において、前記操作部の操作方向とは逆方向の力を働かせるように、前記駆動部を制御する制御装置と、を備える、手術支援システム。
医療器具を支持するためのロボットアームを含む手術装置と、
操作者の操作を受け付けるように構成され、前記操作者の操作を補助するための駆動部を有する操作部を含み、前記手術装置を操作するための操作装置と、
互いに直交する３軸の直交座標系において、前記操作部の操作方向とは逆方向の力を働かせるように、前記駆動部を制御する制御装置と、を備える、手術支援システム。
【0143】
（項目２）
前記操作者の前記力のレベルの変更操作を受け付ける第１受付部をさらに備え、
前記制御装置は、前記第１受付部により受け付けた前記力のレベルの変更操作に基づいて、前記力のレベルを変更する、項目１に記載の手術支援システム。
前記操作者の前記力のレベルの変更操作を受け付ける第１受付部をさらに備え、
前記制御装置は、前記第１受付部により受け付けた前記力のレベルの変更操作に基づいて、前記力のレベルを変更する、項目１に記載の手術支援システム。
【0144】
（項目３）
前記制御装置は、前記操作部の操作速度に基づいて、前記駆動部の動作パラメータを決定し、決定した前記動作パラメータに基づいて、前記力を働かせるように、前記駆動部を制御する、項目１または２に記載の手術支援システム。
前記制御装置は、前記操作部の操作速度に基づいて、前記駆動部の動作パラメータを決定し、決定した前記動作パラメータに基づいて、前記力を働かせるように、前記駆動部を制御する、項目１または２に記載の手術支援システム。
【0145】
（項目４）
前記制御装置は、前記操作部の操作速度の絶対値が第１しきい値以下である場合、前記操作部の操作速度の絶対値が大きくなるに従って前記動作パラメータの絶対値を大きくし、前記操作部の操作速度の絶対値が前記第１しきい値よりも大きい場合、前記動作パラメータの絶対値を最大値で一定にする、項目３に記載の手術支援システム。
前記制御装置は、前記操作部の操作速度の絶対値が第１しきい値以下である場合、前記操作部の操作速度の絶対値が大きくなるに従って前記動作パラメータの絶対値を大きくし、前記操作部の操作速度の絶対値が前記第１しきい値よりも大きい場合、前記動作パラメータの絶対値を最大値で一定にする、項目３に記載の手術支援システム。
【0146】
（項目５）
前記制御装置は、前記操作部の操作の減速時および／または加速時に、前記直交座標系において、制動力を働かせるように、前記駆動部を制御する、項目１から項目４のいずれか１項に記載の手術支援システム。
前記制御装置は、前記操作部の操作の減速時および／または加速時に、前記直交座標系において、制動力を働かせるように、前記駆動部を制御する、項目１から項目４のいずれか１項に記載の手術支援システム。
【0147】
（項目６）
前記操作者の前記制動力のレベルの変更操作を受け付ける第２受付部をさらに備え、
前記制御装置は、前記第２受付部により受け付けた前記制動力のレベルの変更操作に基づいて、前記制動力のレベルを変更する、項目５に記載の手術支援システム。
前記操作者の前記制動力のレベルの変更操作を受け付ける第２受付部をさらに備え、
前記制御装置は、前記第２受付部により受け付けた前記制動力のレベルの変更操作に基づいて、前記制動力のレベルを変更する、項目５に記載の手術支援システム。
【0148】
（項目７）
前記制御装置は、前記操作部の操作の減速時および／または加速時に、前記駆動部の制動パラメータを決定し、決定した前記制動パラメータに基づいて、前記制動力を働かせるように、前記駆動部を制御する、項目５または６に記載の手術支援システム。
前記制御装置は、前記操作部の操作の減速時および／または加速時に、前記駆動部の制動パラメータを決定し、決定した前記制動パラメータに基づいて、前記制動力を働かせるように、前記駆動部を制御する、項目５または６に記載の手術支援システム。
【0149】
（項目８）
前記制御装置は、前記操作部の操作の減速時に、前記制動パラメータを一定にする、項目７に記載の手術支援システム。
前記制御装置は、前記操作部の操作の減速時に、前記制動パラメータを一定にする、項目７に記載の手術支援システム。
【0150】
（項目９）
前記制御装置は、前記操作部の操作の加速時に、前記操作部の操作速度の絶対値が第２しきい値以下である場合、前記制動パラメータを最大値で一定にし、前記操作部の操作速度の絶対値が前記第２しきい値よりも大きくかつ第３しきい値以下である場合、前記操作部の操作速度が大きくなるに従って前記制動パラメータを小さくし、前記操作部の操作速度の絶対値が前記第３しきい値よりも大きい場合、前記制動パラメータをゼロにする、項目７または８に記載の手術支援システム。
前記制御装置は、前記操作部の操作の加速時に、前記操作部の操作速度の絶対値が第２しきい値以下である場合、前記制動パラメータを最大値で一定にし、前記操作部の操作速度の絶対値が前記第２しきい値よりも大きくかつ第３しきい値以下である場合、前記操作部の操作速度が大きくなるに従って前記制動パラメータを小さくし、前記操作部の操作速度の絶対値が前記第３しきい値よりも大きい場合、前記制動パラメータをゼロにする、項目７または８に記載の手術支援システム。
【0151】
（項目１０）
前記操作部は、複数の回転軸部を含み、
前記駆動部は、前記複数の回転軸部の各々に対応するように複数設けられ、
前記制御装置は、前記複数の回転軸部のうち前記操作部の固定端側の３つの回転軸部の駆動部において、前記力を働かせる制御を行う、項目１から項目９のいずれか１項に記載の手術支援システム。
前記操作部は、複数の回転軸部を含み、
前記駆動部は、前記複数の回転軸部の各々に対応するように複数設けられ、
前記制御装置は、前記複数の回転軸部のうち前記操作部の固定端側の３つの回転軸部の駆動部において、前記力を働かせる制御を行う、項目１から項目９のいずれか１項に記載の手術支援システム。
【0152】
（項目１１）
前記操作部は、複数の回転軸部と、前記操作者がグリップするグリップ部とを含み、
前記駆動部は、前記複数の回転軸部の各々に対応するように複数設けられ、
前記制御装置は、前記複数の回転軸部のうち前記グリップ部を振り上げる動作に対応する回転軸部の駆動部において、前記操作部の動き出しの際の動き出し補助力を働かせる制御を行う、項目１から項目１０のいずれか１項に記載の手術支援システム。
前記操作部は、複数の回転軸部と、前記操作者がグリップするグリップ部とを含み、
前記駆動部は、前記複数の回転軸部の各々に対応するように複数設けられ、
前記制御装置は、前記複数の回転軸部のうち前記グリップ部を振り上げる動作に対応する回転軸部の駆動部において、前記操作部の動き出しの際の動き出し補助力を働かせる制御を行う、項目１から項目１０のいずれか１項に記載の手術支援システム。
【0153】
（項目１２）
前記操作部の操作の入力と、前記入力に基づく前記ロボットアームへの出力との間の遅延を補償する遅延補償部をさらに備える、項目１から項目１２のいずれか１項に記載の手術支援システム。
前記操作部の操作の入力と、前記入力に基づく前記ロボットアームへの出力との間の遅延を補償する遅延補償部をさらに備える、項目１から項目１２のいずれか１項に記載の手術支援システム。
【0154】
（項目１３）
医療器具を支持するためのロボットアームを含む手術装置を操作するための操作装置であって、
操作者の操作を受け付けるように構成され、前記操作者の操作を補助するための駆動部を有する操作部と、
互いに直交する３軸の直交座標系において、前記操作部の操作方向とは逆方向の力を働かせるように、前記駆動部を制御する制御部と、を備える、操作装置。
医療器具を支持するためのロボットアームを含む手術装置を操作するための操作装置であって、
操作者の操作を受け付けるように構成され、前記操作者の操作を補助するための駆動部を有する操作部と、
互いに直交する３軸の直交座標系において、前記操作部の操作方向とは逆方向の力を働かせるように、前記駆動部を制御する制御部と、を備える、操作装置。
【0155】
（項目１４）
医療器具を支持するためのロボットアームを含む手術装置と、操作者の操作を受け付けるように構成され、前記操作者の操作を補助するための駆動部を有する操作部を含み、前記手術装置を操作するための操作装置と、を備える手術支援システムの制御方法であって、
前記操作部の操作を受け付けることと、
互いに直交する３軸の直交座標系において、前記操作部の操作方向とは逆方向の力を働かせるように、前記駆動部を制御することと、を備える、手術支援システムの制御方法。
医療器具を支持するためのロボットアームを含む手術装置と、操作者の操作を受け付けるように構成され、前記操作者の操作を補助するための駆動部を有する操作部を含み、前記手術装置を操作するための操作装置と、を備える手術支援システムの制御方法であって、
前記操作部の操作を受け付けることと、
互いに直交する３軸の直交座標系において、前記操作部の操作方向とは逆方向の力を働かせるように、前記駆動部を制御することと、を備える、手術支援システムの制御方法。
【符号の説明】
【0156】
１ 手術器具（医療器具）
５０ ロボットアーム
１００ 手術支援ロボット（手術装置）
１１０ 操作部
１１２ｄ グリップ部
１３０ａ 受付部（第１受付部、第２受付部）
２００ 遠隔操作装置（操作装置）
３４０ 操作制御部（制御装置）
３７０ 遅延補償部
５００ 手術支援システム
ＣＡ 直交座標系
ＪＴ２１、ＪＴ２２、ＪＴ２３、ＪＴ２４、ＪＴ２５、ＪＴ２６、ＪＴ２７ 関節（回転軸部）
ＰＡ 動作パラメータ
ＰＢ 制動パラメータ
ＰＷＡ 力
ＰＷＢ 制動力
ＰＷＤ 動き出し補助力
ＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂ、ＳＭ７ｃ、ＳＭ７ｄ、ＳＭ７ｅ、ＳＭ７ｆ、ＳＭ７ｇ サーボモータ（駆動部）
ＴＨ１ 第１しきい値
ＴＨ２ 第２しきい値
ＴＨ３ 第３しきい値
Ｖ 操作速度
５０ ロボットアーム
１００ 手術支援ロボット（手術装置）
１１０ 操作部
１１２ｄ グリップ部
１３０ａ 受付部（第１受付部、第２受付部）
２００ 遠隔操作装置（操作装置）
３４０ 操作制御部（制御装置）
３７０ 遅延補償部
５００ 手術支援システム
ＣＡ 直交座標系
ＪＴ２１、ＪＴ２２、ＪＴ２３、ＪＴ２４、ＪＴ２５、ＪＴ２６、ＪＴ２７ 関節（回転軸部）
ＰＡ 動作パラメータ
ＰＢ 制動パラメータ
ＰＷＡ 力
ＰＷＢ 制動力
ＰＷＤ 動き出し補助力
ＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂ、ＳＭ７ｃ、ＳＭ７ｄ、ＳＭ７ｅ、ＳＭ７ｆ、ＳＭ７ｇ サーボモータ（駆動部）
ＴＨ１ 第１しきい値
ＴＨ２ 第２しきい値
ＴＨ３ 第３しきい値
Ｖ 操作速度
【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】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】