特開 2024-48213 操作装置、手術支援システムおよび操作装置の制御方法

(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】P2024048213

(43)【公開日】2024-04-08

(54)【発明の名称】操作装置、手術支援システムおよび操作装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 34/35 20160101AFI20240401BHJP

   B25J 3/00 20060101ALI20240401BHJP

   A61B 34/37 20160101ALN20240401BHJP

   B25J 1/00 20060101ALN20240401BHJP

【ＦＩ】

A61B34/35

B25J3/00

A61B34/37

B25J1/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022154131

(22)【出願日】2022-09-27

(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】山本 大介

(72)【発明者】

【氏名】栗原 剛史

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707AS35

3C707BS14

3C707BT09

3C707HS27

3C707HT02

3C707JT04

3C707JU02

3C707KS17

3C707KS20

3C707KS22

3C707KS29

3C707KT01

3C707KT05

3C707KT06

3C707KT17

3C707KT18

3C707LT08

3C707LU01

3C707LV04

3C707LV05

(57)【要約】

【課題】リスト部の移動速度が比較的遅い場合にも、操作者の操作部の操作に手術器具が滑らかに追従することが可能な操作装置を提供する。
【解決手段】遠隔操作装置２では、操作制御部３４０は、リンク部１１２ｃの回転位置に基づいて、リンク部１１２ｃとリンク部１１２ｂとがなす角が所定の角度を維持するようにサーボモータＳＭ７ｄによりリンク部１１２ａをＡ２４軸線の周りに回転させる追従制御を実行する。追従制御によるリンク部１１２ａのＡ２４軸線の周りの回転量は、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の絶対値が所定の閾値以上の場合よりも所定の閾値未満の場合の方が小さい。
【選択図】図２３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロボットアームの先端に取り付けられる手術器具に対する操作を受け付ける操作部と、
制御装置と、を備え、
前記操作部は、アーム部とリスト部とを含み、
前記リスト部は、
基端部が前記アーム部の先端部に接続され、追従回転軸線の周りに回転する追従リンク部と、
基端部が前記追従リンク部の先端部に接続され、第１回転軸線の周りに回転する第１リンク部と、
基端部が前記第１リンク部の先端部に接続され、前記第１回転軸線に直交する第２回転軸線の周りに回転する第２リンク部と、
操作者の指に把持されるグリップ部材が配置されているとともに、基端部が前記第２リンク部の先端部に接続され、前記第２回転軸線および前記第１回転軸線と直交する第３回転軸線の周りに回転するグリップ部と、
前記追従リンク部を前記追従回転軸線の周りに回転させる駆動部と、を有し、
前記制御装置は、前記第２リンク部の回転位置に基づいて、前記第２リンク部と前記第１リンク部とがなす角が所定の角度を維持するように前記駆動部により前記追従リンク部を前記追従回転軸線の周りに回転させる追従制御を実行し、
前記追従制御による前記追従リンク部の前記追従回転軸線の周りの回転量は、前記操作者の操作による前記リスト部の移動速度の絶対値が所定の閾値以上の場合よりも前記所定の閾値未満の場合の方が小さい、操作装置。

【請求項2】

前記制御装置は、前記移動速度の絶対値が前記所定の閾値未満の場合、前記追従制御による前記追従リンク部の回転量をゼロにする、請求項１に記載の操作装置。

【請求項3】

前記所定の閾値は、第１閾値と、前記第１閾値よりも絶対値の大きい第２閾値と、を含み、
前記制御装置は、
前記移動速度の絶対値が前記第１閾値未満の場合、前記追従制御による前記追従リンク部の回転量をゼロにし、
前記移動速度の絶対値が前記第１閾値以上前記第２閾値未満の場合に、前記追従制御による前記追従リンク部の回転量を、前記第２リンク部の回転速度の増加とともに０から所定の回転量まで増加させ、
前記移動速度の絶対値が前記第２閾値以上の場合、前記追従制御による前記追従リンク部の回転量を、前記所定の回転量にする、請求項２に記載の操作装置。

【請求項4】

前記制御装置は、
前記第２リンク部の基準回転位置と現在の回転位置との偏差と、前記第２リンク部の回転速度と、に基づいて、前記追従制御を実行し、
前記移動速度が前記所定の閾値未満の場合、前記回転速度に基づく前記追従リンク部の回転量は維持しながら、前記偏差に基づく前記追従リンク部の回転量を小さくする、請求項１に記載の操作装置。

【請求項5】

前記制御装置は、前記第２リンク部の基準回転位置と現在の回転位置との偏差に基づく速度指令に、所定の係数を乗算した値に基づいて、前記追従制御を実行し、
前記所定の係数は、前記移動速度の絶対値が所定の閾値以上の場合よりも前記所定の閾値未満の場合の方が小さい、請求項１に記載の操作装置。

【請求項6】

先端に手術器具が取り付けられるロボットアームを含む手術装置と、
前記手術器具に対する操作を受け付ける操作部を含む操作装置と、
制御装置と、を備え、
前記操作部は、アーム部とリスト部とを含み、
前記リスト部は、
基端部が前記アーム部の先端部に接続され、追従回転軸線の周りに回転する追従リンク部と、
基端部が前記追従リンク部の先端部に接続され、第１回転軸線の周りに回転する第１リンク部と、
基端部が前記第１リンク部の先端部に接続され、前記第１回転軸線に直交する第２回転軸線の周りに回転する第２リンク部と、
操作者の指に把持されるグリップ部材が配置されているとともに、基端部が前記第２リンク部の先端部に接続され、前記第２回転軸線および前記第１回転軸線と直交する第３回転軸線の周りに回転するグリップ部と、
前記追従リンク部を前記追従回転軸線の周りに回転させる駆動部と、を有し、
前記制御装置は、前記第２リンク部の回転位置に基づいて、前記第２リンク部と前記第１リンク部とがなす角が所定の角度を維持するように前記駆動部により前記追従リンク部を前記追従回転軸線の周りに回転させる追従制御を実行し、
前記追従制御による前記追従リンク部の前記追従回転軸線の周りの回転量は、前記操作者の操作による前記リスト部の移動速度の絶対値が所定の閾値以上の場合よりも前記所定の閾値未満の場合の方が小さい、手術支援システム。

【請求項7】

前記制御装置は、前記移動速度の絶対値が前記所定の閾値未満の場合、前記追従制御による前記追従リンク部の回転量をゼロにする、請求項６に記載の手術支援システム。

【請求項8】

ロボットアームの先端に取り付けられる手術器具に対する操作を受け付ける操作部と、制御装置と、を備え、前記操作部は、アーム部とリスト部とを含み、前記リスト部は、基端部が前記アーム部の先端部に接続され、追従回転軸線の周りに回転する追従リンク部と、基端部が前記追従リンク部の先端部に接続され、第１回転軸線の周りに回転する第１リンク部と、基端部が前記第１リンク部の先端部に接続され、前記第１回転軸線に直交する第２回転軸線の周りに回転する第２リンク部と、操作者の指に把持されるグリップ部材が配置されているとともに、基端部が前記第２リンク部の先端部に接続され、前記第２回転軸線および前記第１回転軸線と直交する第３回転軸線の周りに回転するグリップ部と、前記追従リンク部を前記追従回転軸線の周りに回転させる駆動部と、を有する、操作装置の制御方法であって、
前記第２リンク部の回転位置を取得することと、
前記第２リンク部の回転位置に基づいて、前記第２リンク部と前記第１リンク部とがなす角が所定の角度を維持するように前記駆動部により前記追従リンク部を前記追従回転軸線の周りに回転させる追従制御を実行することと、を備え、
前記追従制御による前記追従リンク部の前記追従回転軸線の周りの回転量は、前記手術器具に対する操作による前記リスト部の移動速度の絶対値が所定の閾値以上の場合よりも前記所定の閾値未満の場合の方が小さい、操作装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この開示は、操作装置、手術支援システムおよび操作装置の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、手術器具が取り付けられるロボットアームを備える手術支援システムが知られている。特許文献１には、マニピュレータアームと、マニピュレータアームを操作するマスター装置と、を備えるロボット手術システムが開示されている。マスター装置には、アーム部と、操作者の右手または左手によって操作されるリスト部と、が配置されている。リスト部は、複数のリンク部と、操作者の指に把持されるハンドルと、を含む。アーム部と、複数のリンク部と、ハンドルとは、この順で、互いに関節によって連結されている。関節には、モータが配置されている。特許文献１では、複数のリンク部のうちの一のリンク部が回転した場合、複数のリンク部の回転軸線が互いに直角に近い角度をなすように、回転した一のリンク部に追従して、他のリンク部が回転する。他のリンク部は、関節のモータによって回転される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許出願公開第２００２／０１２０３６３号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１では、複数のリンク部うちの一のリンク部が回転した場合、回転した一のリンク部に追従して、他のリンク部が回転する。しかしながら、特許文献１のような構成において、一のリンク部の回転速度が比較的遅い場合には、他のリンク部を回転させる関節のモータのトルクが小さいため、関節内で生じる比較的大きい摩擦に起因して、他のリンク部が追従して回転しないと考えられる。そして、一のリンク部の回転速度が徐々に速くなり、関節を回転するモータのトルクが大きくなった際に、他のリンク部が急に大きく回転すると考えられる。このように、一のリンク部の回転に追従せずに停止していた他のリンク部が急に大きく回転することに起因して、操作者のマスター装置の操作に手術器具が滑らかに追従しないという問題点が考えられる。

【0005】

この開示は、リスト部の移動速度が比較的遅い場合にも、操作者の操作部の操作に手術器具が滑らかに追従することが可能な操作装置、手術支援システムおよび操作装置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】

【0006】

本開示の第１の局面による操作装置は、ロボットアームの先端に取り付けられる手術器具に対する操作を受け付ける操作部と、制御装置と、を備え、操作部は、アーム部とリスト部とを含み、リスト部は、基端部がアーム部の先端部に接続され、追従回転軸線の周りに回転する追従リンク部と、基端部が追従リンク部の先端部に接続され、第１回転軸線の周りに回転する第１リンク部と、基端部が第１リンク部の先端部に接続され、第１回転軸線に直交する第２回転軸線の周りに回転する第２リンク部と、操作者の指に把持されるグリップ部材が配置されているとともに、基端部が第２リンク部の先端部に接続され、第２回転軸線および第１回転軸線と直交する第３回転軸線の周りに回転するグリップ部と、追従リンク部を追従回転軸線の周りに回転させる駆動部と、を有し、制御装置は、第２リンク部の回転位置に基づいて、第２リンク部と第１リンク部とがなす角が所定の角度を維持するように駆動部により追従リンク部を追従回転軸線の周りに回転させる追従制御を実行し、追従制御による追従リンク部の追従回転軸線の周りの回転量は、操作者の操作によるリスト部の移動速度の絶対値が所定の閾値以上の場合よりも所定の閾値未満の場合の方が小さい。なお、回転量が小さいとは、回転量がゼロの場合も含む。

【0007】

本開示の第１の局面による操作装置では、上記のように、追従制御による追従リンク部の追従回転軸線の周りの回転量は、操作者の操作によるリスト部の移動速度の絶対値が所定の閾値以上の場合よりも所定の閾値未満の場合の方が小さい。これにより、操作者の操作によるリスト部の移動速度の絶対値が所定の閾値未満の場合のように比較的遅い場合、追従リンク部の追従回転軸線の周りの回転量が小さくなる。このため、操作者の操作によるリスト部の移動速度が徐々に速くなり、追従リンク部が回転した際でも、追従リンク部の回転量は小さい。すなわち、第２リンク部の回転に追従せずに停止していた追従リンク部が急に大きく回転することが抑制される。その結果、リスト部の移動速度が比較的遅い場合にも、操作者の操作部の操作に手術器具が滑らかに追従することができる。

【0008】

本開示の第２の局面による手術支援システムは、先端に手術器具が取り付けられるロボットアームを含む手術装置と、手術器具に対する操作を受け付ける操作部を含む操作装置と、制御装置と、を備え、操作部は、アーム部とリスト部とを含み、リスト部は、基端部がアーム部の先端部に接続され、追従回転軸線の周りに回転する追従リンク部と、基端部が追従リンク部の先端部に接続され、第１回転軸線の周りに回転する第１リンク部と、基端部が第１リンク部の先端部に接続され、第１回転軸線に直交する第２回転軸線の周りに回転する第２リンク部と、操作者の指に把持されるグリップ部材が配置されているとともに、基端部が第２リンク部の先端部に接続され、第２回転軸線および第１回転軸線と直交する第３回転軸線の周りに回転するグリップ部と、追従リンク部を追従回転軸線の周りに回転させる駆動部と、を有し、制御装置は、第２リンク部の回転位置に基づいて、第２リンク部と第１リンク部とがなす角が所定の角度を維持するように駆動部により追従リンク部を追従回転軸線の周りに回転させる追従制御を実行し、追従制御による追従リンク部の追従回転軸線の周りの回転量は、操作者の操作によるリスト部の移動速度の絶対値が所定の閾値以上の場合よりも所定の閾値未満の場合の方が小さい。

【0009】

本開示の第２の局面による手術支援システムは、上記のように、追従制御による追従リンク部の追従回転軸線の周りの回転量は、操作者の操作によるリスト部の移動速度の絶対値が所定の閾値以上の場合よりも所定の閾値未満の場合の方が小さい。これにより、操作者の操作によるリスト部の移動速度の絶対値が所定の閾値未満の場合のように比較的遅い場合、追従リンク部の追従回転軸線の周りの回転量が小さくなる。このため、操作者の操作によるリスト部の移動速度が徐々に速くなり、追従リンク部が回転した際でも、追従リンク部の回転量は小さい。すなわち、第２リンク部の回転に追従せずに停止していた追従リンク部が急に大きく回転することが抑制される。その結果、リスト部の移動速度が比較的遅い場合にも、操作者の操作部の操作に手術器具が滑らかに追従することが可能な手術支援システムを提供できる。

【0010】

本開示の第３の局面による操作装置の制御方法は、ロボットアームの先端に取り付けられる手術器具に対する操作を受け付ける操作部と、制御装置と、を備え、操作部は、アーム部とリスト部とを含み、リスト部は、基端部がアーム部の先端部に接続され、追従回転軸線の周りに回転する追従リンク部と、基端部が追従リンク部の先端部に接続され、第１回転軸線の周りに回転する第１リンク部と、基端部が第１リンク部の先端部に接続され、第１回転軸線に直交する第２回転軸線の周りに回転する第２リンク部と、操作者の指に把持されるグリップ部材が配置されているとともに、基端部が第２リンク部の先端部に接続され、第２回転軸線および第１回転軸線と直交する第３回転軸線の周りに回転するグリップ部と、追従リンク部を追従回転軸線の周りに回転させる駆動部と、を有する、操作装置の制御方法であって、第２リンク部の回転位置を取得することと、第２リンク部の回転位置に基づいて、第２リンク部と第１リンク部とがなす角が所定の角度を維持するように駆動部により追従リンク部を追従回転軸線の周りに回転させる追従制御を実行することと、を備え、追従制御による追従リンク部の追従回転軸線の周りの回転量は、手術器具に対する操作によるリスト部の移動速度の絶対値が所定の閾値以上の場合よりも所定の閾値未満の場合の方が小さい。

【0011】

本開示の第３の局面による操作装置の制御方法は、上記のように、追従制御による追従リンク部の追従回転軸線の周りの回転量は、操作者の操作によるリスト部の移動速度の絶対値が所定の閾値以上の場合よりも所定の閾値未満の場合の方が小さい。これにより、操作者の操作によるリスト部の移動速度の絶対値が所定の閾値未満の場合のように比較的遅い場合、追従リンク部の追従回転軸線の周りの回転量が小さくなる。このため、操作者の操作によるリスト部の移動速度が徐々に速くなり、追従リンク部が回転した際でも、追従リンク部の回転量は小さい。すなわち、第２リンク部の回転に追従せずに停止していた追従リンク部が急に大きく回転することが抑制される。その結果、リスト部の移動速度が比較的遅い場合にも、操作者の操作部の操作に手術器具が滑らかに追従することが可能な操作装置の制御方法を提供できる。

【発明の効果】

【0012】

本開示によれば、リスト部の移動速度が比較的遅い場合にも、操作者の操作部の操作に手術器具が滑らかに追従することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【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】リスト部のＡ２５軸線およびＡ２６軸線を含む平面で切断した断面図である。

【図15】リスト部のＡ２６軸線およびＡ２７軸線を含む平面で切断した断面図である。

【図16】一実施形態によるフットペダルを示す斜視図である。

【図17】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18】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19】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20】一実施形態による操作部の制御ブロック図である。

【図21】追従制御を実行するための構成を示すブロック図である。

【図22】位置制御部の構成を示すブロック図である。

【図23】第１閾値および第２閾値と、所定の係数との関係を示す図である。

【図24】ＦＦ速度指令生成部の構成を示すブロック図である。

【図25】リンク部１１２ｃの回転角と連続化係数との関係を示す図である。

【図26】リンク部１１２ｂの回転角とＦＦ調整係数との関係を示す図である。

【図27】リンク部１１２ｃが第１基準回転位置から＋４５度回転した場合のリスト部の状態を示す図である。

【図28】リンク部１１２ｃが第１基準回転位置から＋９０度回転した場合のリスト部の状態を示す図である。

【図29】一実施形態による操作装置の制御フローを示す図である。

【図30】追従制御についての実験結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

（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。

【0015】

なお、本願明細書において、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。

【0016】

また、本願明細書において、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。

【0017】

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。また、Ｘｂ方向、Ｙｂ方向およびＺｂ方向を、それぞれ、Ｘｂ軸、Ｙｂ軸およびＺｂ軸を呼ぶ場合がある。

【0018】

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。

【0019】

（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。

【0020】

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。医療用台車１０は、操作ハンドル２３、図１０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。

【0021】

図３に示すように、医療用台車１０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。

【0022】

図３に示すように、ジョイスティック２２ｂは、医療用台車１０の入力装置２２の表示部２２ａ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。

【0023】

イネーブルスイッチ２２ｃは、医療用台車１０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。

【0024】

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。

【0025】

また、操作ハンドル２３は、医療用台車１０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。

【0026】

また、医療用台車１０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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

アームベース４０には、図１７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。

【0031】

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。

【0032】

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ＪＴ１から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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

（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。

【0037】

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２ｇおよびジョー部材２ｆ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２ｇおよびジョー部材２ｇは、Ａ１２軸線周りに開閉する。

【0038】

（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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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から離間するに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。

【0043】

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を中心に回転移動し、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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

（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。

【0048】

（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。

【0049】

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。

【0050】

（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軸線回りに回転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軸線回りに回転可能にリンク部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軸線回りに回転可能にリンク部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軸線回りに回転可能にリスト部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。

【0051】

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。

【0052】

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操作するグリップ部１１２ｄと、を含む。リンク部１１２ａは、基端部がアーム部１１１の先端部に接続され、Ａ２４軸線周りに回転する。リンク部１１２ｂは、基端部がリンク部１１２ａの先端部に接続され、Ａ２５軸線周りに回転する。リンク部１１２ｃは、基端部がリンク部１１２ｂの先端部に接続され、Ａ２６軸線周りに回転する。グリップ部１１２ｄは、基端部がリンク部１１２ｃの先端部に接続され、Ａ２７軸線周りに回転する。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。操作部１１０の基準姿勢において、Ａ２４軸線と、Ａ２６軸線とは、一致する。操作部１１０の基準姿勢において、Ａ２４軸線と、Ａ２５軸線と、Ａ２６軸線およびＡ２７軸線とは、互いに直交する。Ａ２４軸線、Ａ２５軸線、Ａ２６軸線およびＡ２７軸線は、それぞれ、追従回転軸線、第１回転軸線、第２回転軸線および第３回転軸線の一例である。リンク部１１２ａ、リンク部１１２ｂ、および、リンク部１１２ｃは、それぞれ、追従リンク部、第１リンク部、および、第２リンク部の一例である。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。なお、基準姿勢における、リンク部１１２ｂの回転位置を第１基準回転位置と呼ぶ。また、基準姿勢における、リンク部１１２ｃの回転位置を第２基準回転位置と呼ぶ。

【0056】

図１３に示すように、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。

【0057】

図１４に示すように、リンク部１１２ａは、エルボー状（Ｌ字状）の箱体であり、リンク部１１２ａの主要な要素が箱体の内部に収容されている。リンク部１１２ａの一方の端部には、回転軸Ｒ２４が配置させている。回転軸Ｒ２４が、軸受Ｂ２４を介して、リンク部１１１ｃの他方の端部に、Ａ２４軸線の周りに回動可能に取り付けられている。回転軸Ｒ２４および軸受Ｂ２４によって、関節ＪＴ２４が形成されている。これにより、リンク部１１２ａが、リンク部１１１ｃに対し、Ａ２４軸線の周り回動することが可能である。

【0058】

また、リンク部１１１ｃの内部には、サーボモータＳＭ７ｄが、主軸Ｓ２４の中心軸がＡ２４軸線と直交するように配置されている。サーボモータＳＭ７ｄには、サーボモータＳＭ７ｄの回転角を検知するエンコーダＥＮ７ｄが配置されている。エンコーダＥＮ７ｄは、回転角を検知できるものであればよく、エンコーダＥＮ７ｄの代わりに回転計等が用いられてもよい。エンコーダＥＮ７ｄは、サーボモータＳＭ７ｄの主軸Ｓ２４に直結されている。サーボモータＳＭ７ｄの主軸Ｓ２４は、ベベルギア機構Ｇ２４を介して回転軸Ｒ２４に接続されている。これにより、リンク部１１２ａの回動によるサーボモータＳＭ７ｄの回転角をエンコーダＥＮ７ｄによって検知することが可能であり、且つ、サーボモータＳＭ７ｄによって回転軸Ｒ２４を回転駆動することが可能である。

【0059】

リンク部１１２ｂは、エルボー状（Ｌ字状）の箱体であり、リンク部１１２ｂ主要な要素が箱体の内部に収容されている。リンク部１１２ｂの一方の端部には、回転軸Ｒ２５が配置されている。この回転軸Ｒ２５が、軸受Ｂ２５を介して、リンク部１１２ａの他方の端部に、Ａ２５軸線の周りに回動可能に取り付けられている。この回転軸Ｒ２５および軸受Ｂ２５によって、関節ＪＴ２５が形成されている。これにより、リンク部１１２ｂが、リンク部１１２ａに対し、Ａ２５軸線の周りに回動することが可能である。

【0060】

また、リンク部１１２ａの内部には、サーボモータＳＭ７ｅが、主軸Ｓ２５の中心軸がＡ２５軸線と直交するように配置されている。サーボモータＳＭ７ｅには、サーボモータＳＭ７ｅの回転角を検知するエンコーダＥＮ７ｅが配置されている。エンコーダＥＮ７ｅの代わりに回転計等を用いてもよい。エンコーダＥＮ７ｅは、サーボモータＳＭ７ｅの主軸Ｓ２５に直結されている。サーボモータＳＭ７ｅの主軸Ｓ２５は、ベベルギア機構Ｇ２５を介して回転軸Ｒ２５に接続されている。これにより、リンク部１１２ｂの回動によるサーボモータＳＭ７ｅの回転角をエンコーダＥＮ７ｅによって検知することが可能であり、且つ、サーボモータＳＭ７ｅによって回転軸Ｒ２５を回転駆動することが可能である。

【0061】

リンク部１１２ａの所定の箇所と回転軸Ｒ２５との間に圧縮コイルバネＳＰ２５が配置されている。所定の箇所は、たとえば、リスト部１１２の基準姿勢におけるリンク部１１２ａの後端部の下端部である。この圧縮コイルバネＳＰ２５は、中心軸がＡ２４軸線に平行で且つＡ２５軸線に直交するように配置されている。また、圧縮コイルバネＳＰ２５は、リンク部１１２ｂがリスト部１１２の基準姿勢から回動すると、回動方向に所定のトルクをリンク部１１２ｂに対して作用させるように設計されている。所定のトルクは、リスト部１１２のリンク部１１２ｂから先の部分の自重によって回転軸Ｒ２５に発生する重力トルクの一部を打ち消すようなトルクに設定されている。これにより、回転軸Ｒ２５に発生する重力トルクの一部が圧縮コイルバネＳＰ２５によって打ち消される。

【0062】

図１４および図１５に示すように、リンク部１１２ｃは、エルボー状（Ｌ字状）の箱体であり、リンク部１１２ｃの主要な要素が箱体の内部に収容されている。リンク部１１２ｃの一方の端部には、回転軸Ｒ２６が配置されている。この回転軸Ｒ２６が、軸受Ｂ２６を介して、リンク部１１２ｂの他方の端部に、Ａ２６軸線の周りに回動可能に取り付けられている。この回転軸Ｒ２６および軸受Ｂ２６によって、関節ＪＴ２６が形成されている。これにより、リンク部１１２ｃが、リンク部１１２ｂに対し、Ａ２６軸線の周りに回動することが可能である。

【0063】

また、リンク部１１２ｂの内部には、サーボモータＳＭ７ｆが、主軸Ｓ２６の中心軸がＡ２６軸線と直交するように配置されている。サーボモータＳＭ７ｆには、サーボモータＳＭ７ｆの回転角を検知するエンコーダＥＮ７ｆが配置されている。エンコーダＥＮ７ｆの代わりに回転計等を用いてもよい。エンコーダＥＮ７ｆは、サーボモータＳＭ７ｆの主軸Ｓ２６に直結されている。サーボモータＳＭ７ｆの主軸Ｓ２６は、ベベルギア機構Ｇ２６を介して回転軸Ｒ２６に接続されている。これにより、リンク部１１２ｃの回動によるサーボモータＳＭ７ｆの回転角をエンコーダＥＮ７ｆによって検知することが可能であり、且つ、サーボモータＳＭ７ｆによって回転軸Ｒ２６を回転駆動することが可能である。

【0064】

図１５に示すように、グリップ部１１２ｄの一方の端部には、回転軸Ｒ２７が配置されている。この回転軸Ｒ２７が、軸受Ｂ２７を介して、リンク部１１２ｃの他方の端部に、Ａ２７軸線の周りに回動可能に取り付けられている。この回転軸Ｒ２７および軸受Ｂ２７によって、関節ＪＴ２７が形成されている。これにより、グリップ部１１２ｄが、リンク部１１２ｃに対し、Ａ２７軸線の周りに回動することが可能である。

【0065】

また、リンク部１１２ｃの内部には、サーボモータＳＭ７ｇが、主軸Ｓ２７の中心軸がＡ２７軸線と直交するように配置されている。サーボモータＳＭ７ｇには、サーボモータＳＭ７ｇの回転角を検知するエンコーダＥＮ７ｇが配置されている。エンコーダＥＮ７ｇの代わりに回転計等を用いてもよい。エンコーダＥＮ７ｇは、サーボモータＳＭ７ｇの主軸Ｓ２７に直結されている。サーボモータＳＭ７ｇの主軸Ｓ２７は、ベベルギア機構Ｇ２７を介して回転軸Ｒ２７に接続されている。これにより、グリップ部１１２ｄの回動によるサーボモータＳＭ７ｇの回転角をエンコーダＥＮ７ｇによって検知することが可能であり、且つ、サーボモータＳＭ７ｇによって回転軸Ｒ２７を回転駆動することが可能である。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

（フットペダル）
図１６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。

【0069】

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。

【0070】

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１２５及び凝固ペダル１２６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。

【0071】

（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。

【0072】

（制御系の構成）
図１７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、制御装置の一例である。

【0073】

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。

【0074】

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。

【0075】

図１７に示すように、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１７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。

【0076】

図１８に示すように、アーム部５１には、複数の関節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。

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

図１９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。

【0081】

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。

【0082】

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。

【0083】

図１９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。

【0084】

図１８および図１９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。

【0085】

図２０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。なお、サーボモータＳＭ７ｄは、駆動部の一例である。

【0086】

第１制御装置３１０は、操作制御部３４０を介して、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。

【0087】

第１制御装置３１０は、操作制御部３４０を介して、操作部１１０の操作に応じて、各サーボモータの各回転軸線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。

【0088】

図１７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。

【0089】

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。

【0090】

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。

【0091】

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１７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。

【0092】

図１７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。

【0093】

（干渉の説明）
図１２に示すように、リンク部１１２ａは、互いに直交するＡ２４軸線およびＡ２５軸線を含む平面上に配置されている。リンク部１１２ｂは、互いに直交するＡ２５軸線およびＡ２６軸線を含む平面上に配置されている。リンク部１１２ｃは、互いに直交するＡ２６軸線およびＡ２７軸線を含む平面上に配置されている。そして、この状態から、リンク部１１２ｃがリンク部１１２ｂの近傍まで回転すると、リンク部１１２ｃの下端部ＬＥがリンク部１１２ｂと干渉する。

【0094】

そこで、本実施形態では、操作制御部３４０は、リンク部１１２ｃの回転位置に基づいて、リンク部１１２ｃとリンク部１１２ｂとがなす角が所定の角度を維持するようにサーボモータＳＭ７ｄによりリンク部１１２ａをＡ２４軸線の周りに回転させる追従制御を実行する。所定の角度は、たとえば、９０度である。以下、具体的に説明する。

【0095】

（干渉回避の説明）
図２１に示すように、操作制御部３４０は、位置制御部３４１と、加減算部３４２と、速度制御部３４３と、重力補償部３４４と、加減算部３４５と、サーボアンプ３４６と、微分部３４７と、ＦＦ速度指令生成部３４８と、微分部３４９と、を備える。

【0096】

位置制御部３４１、加減算部３４２、速度制御部３４３、重力補償部３４４、加減算部３４５、微分部３４７、ＦＦ速度指令生成部３４８、および、微分部３４９は、たとえば、プロセッサとメモリとを有する演算器からなる。たとえば、演算器は、マイクロコントローラなどである。また、プロセッサは、たとえば、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＧａｔｅＡｒｒａｙ）、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）などからなる。メモリは、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のプロセッサの内部メモリ、ハードディスクドライブ等の外部メモリなどである。

【0097】

位置制御部３４１、加減算部３４２、速度制御部３４３、重力補償部３４４、加減算部３４５、微分部３４７、ＦＦ速度指令生成部３４８、および、微分部３４９は、演算器のメモリに格納された所定の制御プログラムを演算器のプロセッサが読み出して実行することによって実現される機能ブロックである。具体的には、演算器が、位置制御部３４１、加減算部３４２、速度制御部３４３、重力補償部３４４、加減算部３４５、微分部３４７、ＦＦ速度指令生成部３４８、および微分部３４９として動作する。

【0098】

なお、位置制御部３４１、加減算部３４２、速度制御部３４３、重力補償部３４４、加減算部３４５、微分部３４７、ＦＦ速度指令生成部３４８、および、微分部３４９を、電子回路等のハードウェアにより構成してもよい。

【0099】

（重力補償）
まず、重力補償に関する構成について説明する。重力補償部３４４は、操作部１１０により受け付けられたサーボモータＳＭ７ａ、ＳＭ７ｂ、ＳＭ７ｃ、ＳＭ７ｄ、ＳＭ７ｅ、ＳＭ７ｆおよびＳＭ７ｇの回転角ＡＧに基づいて、操作部１１０の姿勢を決定する。重力補償部３４４は、決定した姿勢に基づいて、関節ＪＴ２１、ＪＴ２２、ＪＴ２３、ＪＴ２４、ＪＴ２５、ＪＴ２６およびＪＴ２７に発生する重力トルクを打ち消す重力打消しトルクを演算する。重力補償部３４４は、関節ＪＴ２１、ＪＴ２２、ＪＴ２３、ＪＴ２４、ＪＴ２５、ＪＴ２６およびＪＴ２７に発生する重力トルクを打ち消す重力補償量を、重力補償電流指令Ｉｇとして出力する。

【0100】

（リンク部の干渉防止制御）
次に、リンク部１１２ａの干渉防止制御に関する構成について説明する。グリップ部１１２ｄが操作され、リンク部１１２ｃがＡ２６軸線の周りに回転することにより、関節ＪＴ２６のサーボモータＳＭ７ｆが回転する。エンコーダＥＮ７ｆは、サーボモータＳＭ７ｆの回転を検知し、エンコーダＥＮ７ｆは、検知した回転角ＡＧ２６を出力する。位置制御部３４１は、回転角ＡＧ２６の第２基準回転位置からの偏差を算出し、偏差を、速度指令ｖ１に変換する。

【0101】

微分部３４９は、エンコーダＥＮ７ｆから出力された回転角ＡＧ２６を微分して回転角速度ｖｆ２６を生成する。ＦＦ速度指令生成部３４８は、回転角速度ｖｆ２６に基づいてフィードフォワード制御用の速度指令ｖ２を生成する。

【0102】

エンコーダＥＮ７ｄは、リンク部１１２ａを駆動するサーボモータＳＭ７ｄの回転を検知し、検知した回転角ＡＧ２４を出力する。微分部３４７は、回転角ＡＧ２４を微分してフィードバック回転角速度ｖｆ２４を出力する。

【0103】

加減算部３４２は、速度指令ｖ１とフィードフォワード制御用の速度指令ｖ２とを加算し、加算した値からフィードバック回転角速度ｖｆ２４を減算して、速度偏差ｖｅを生成する。速度制御部３４３は、速度偏差ｖｅに基づいて電流指令Ｉｃを生成する。

【0104】

電流センサＣＳは、サーボアンプ３４６が出力する駆動電流ＣＲを検知し、検知した駆動電流ＣＲをフィードバック電流Ｉｆとして加減算部３４５に出力する。加減算部３４５は、電流指令Ｉｃと重力補償電流指令Ｉｇとを加算し、加算した値からフィードバック電流Ｉｆを減算して、電流偏差Ｉｅを生成する。サーボアンプ３４６は、電流偏差Ｉｅに基づいて駆動電流ＣＲをサーボモータＳＭ７ｄに出力する。サーボモータＳＭ７ｄは、駆動電流ＣＲによって動作する。これにより、リンク部１１２ｃとリンク部１１２ｂとがなす角が所定の角度を維持するようにリンク部１１２ａが回転する。所定の角度は、たとえば、９０度である。リンク部１１２ｃとリンク部１１２ｂとがなす角が所定の角度を維持するようにリンク部１１２ａが回転する操作制御部３４０による制御を、追従制御と呼ぶ。

【0105】

（位置制御部）
図２２に示すように、位置制御部３４１は、減算部３４１ａと、減速比補正部３４１ｂと、１次フィルタ３４１ｃと、不感帯部３４１ｄと、第１スイッチ部３４１ｅと、第２スイッチ部３４１ｆと、移動平均部３４１ｇと、係数乗算部３４１ｈと、を備える。

【0106】

減算部３４１ａは、エンコーダＥＮ７ｆからの回転角ＡＧ２６からリンク部１１２ｃの第２基準回転位置の回転角ＡＧ２６（０）を減算し、リンク部１１２ｃの回転位置偏差を生成する。第２基準回転位置の回転角ＡＧ２６（０）は０度である。

【0107】

減速比補正部３４１ｂは、関節ＪＴ２６についての回転位置偏差に対して減速比補正を実行して、関節ＪＴ２６についての回転位置偏差を、関節ＪＴ２４の減速比に相当する回転位置偏差に変換する。関節ＪＴ２６の減速比と関節ＪＴ２４の減速比とが互いに異なる。このため、関節ＪＴ２６においてリンク部１１２ｃが１回転した場合にエンコーダＥＮ７ｆが検知する回転角ＡＧ２６と、関節ＪＴ２４においてリンク部１１２ａが１回転した場合にエンコーダＥＮ７ｄが検知する回転角ＡＧ２４とは、互いに異なる。具体的には、関節ＪＴ２６の減速比をＲＲ２６とし、関節ＪＴ２４の減速比をＲＲ２４とすると、関節ＪＴ２６の減速比ＲＲ２６の逆比１／ＲＲ２６と、関節ＪＴ２４の減速比ＲＲ２４の逆比１／ＲＲ２４との比率に対応して、回転角ＡＧ２６と回転角ＡＧ２４とが互いに異なる。そこで、減速比補正部３４１ｂは、関節ＪＴ２６についての回転位置偏差に、ＲＲ２６／ＲＲ２４を乗算することにより、関節ＪＴ２６についての回転位置偏差を、関節ＪＴ２４の減速比に相当する回転位置偏差に変換する。

【0108】

次に、１次フィルタ３４１ｃは、減速比補正部３４１ｂにより変換された回転位置偏差から高周波成分を除去する。なお、高周波成分は、操作部１１０毎に異なるので、操作部１１０毎に１次フィルタ３４１ｃの時定数を調整できるようにしてもよい。この場合、たとえば、図示しない入力部によって所望の時定数の入力が受け付けられてもよい。

【0109】

次に、１次フィルタ３４１ｃによって高周波成分が除去された回転位置偏差は、不感帯部３４１ｄに入力される。不感帯部３４１ｄは、リンク部１１２ｃの動作が微小であり、入力された回転位置偏差が微小である場合におけるチャタリングの発生を防止する。不感帯部３４１ｄから出力された回転位置偏差は、第１スイッチ部３４１ｅおよび第２スイッチ部３４１ｆに入力される。第１スイッチ部３４１ｅは、操作中フラグｆ１がＯＮするとＯＮし、操作中フラグｆ１がＯＦＦするとＯＦＦする。第２スイッチ部３４１ｆは、動作範囲フラグｆ２がＯＮするとＯＮし、動作範囲フラグｆ２がＯＦＦするとＯＦＦする。

【0110】

操作中フラグｆ１は、グリップ部１１２ｄが操作されていること示すフラグである。前回のサンプリングにおけるリンク部１１２ｃの回転位置と、今回のサンプリングにおけるリンク部１１２ｃの回転位置との差分が、所定の変化閾値を超えた場合、操作制御部３４０により、操作部１１０が操作中であると判定される。操作中フラグｆ１を使用する理由は以下の通りである。所定の変化閾値は、たとえば、１．０度である。

【0111】

上記のように、操作者がグリップ部１１２ｄを操作することにより、リンク部１１２ｃが回転すると、リンク部１１２ｃが第２基準回転位置に位置するようにリンク部１１２ａが回転する。操作者がグリップ部１１２ｄの操作を停止した場合、微小なリンク部１１２ｃの回転位置偏差が残存していると、リンク部１１２ａが回転し続ける。このため、操作者は、違和感を覚える。そこで、グリップ部１１２ｄが操作されている場合には、操作中フラグｆ１がＯＮになり、リンク部１１２ａの回転位置のフィードバック制御が行われる。またグリップ部１１２ｄの操作が停止されると、操作中フラグｆ１がＯＦＦになり、リンク部１１２ａの回転位置偏差のフィードバック制御が停止されて、リンク部１１２ａが停止する。これにより、操作者が違和感を覚えることを防止する。

【0112】

動作範囲フラグｆ２は、リンク部１１２ａが所定の動作範囲にあることを示すフラグである。リンク部１１２ａに構造上の可動範囲が存在するので、その可動範囲を超えないような追従指令を与える必要がある。そこで、リンク部１１２ａとリンク部１１２ｂとの干渉防止のために、リンク部１１２ａが追従すべき回転範囲が、動作範囲として設定されている。なお、リンク部１１２ａに構造上の可動範囲が存在しない場合であっても、必要に応じて動作範囲フラグｆ２を使用してもよい。動作範囲は、操作部１１０の仕様等に基づいて適宜決定される。

【0113】

移動平均部３４１ｇは、第１スイッチ部３４１ｅおよび第２スイッチ部３４１ｆを通過した回転位置偏差を移動平均する。これにより、第１スイッチ部３４１ｅおよび第２スイッチ部３４１ｆが動作した場合に生じる回転位置偏差の不連続が抑制される。移動平均された回転位置偏差Ｘｅに所定のゲインを乗算することによって、速度指令ｖ１が生成される。

【0114】

ここで、本実施形態では、追従制御によるリンク部１１２ａのＡ２４軸線の周りの回転量は、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の絶対値が所定の閾値以上の場合よりも所定の閾値未満の場合の方が小さい。図２３に示すように、所定の閾値は、第１閾値Ｔｈ１と、第１閾値Ｔｈ１よりも絶対値の大きい第２閾値Ｔｈ２と、を含む。操作制御部３４０は、操作部１１０の軸値より求められるジンバル点ＧＰの座標の変化からジンバル点ＧＰの移動速度を算出し、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の絶対値が第１閾値Ｔｈ１未満の場合、回転位置偏差Ｘｅに乗ずる係数をゼロにする。これによって、追従制御によるリンク部１１２ａの回転量がゼロになる。操作制御部３４０は、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の絶対値が第１閾値Ｔｈ１以上第２閾値Ｔｈ２未満の場合に、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の増加とともに回転位置偏差Ｘｅに乗ずる係数を増加させて、追従制御によるリンク部１１２ａの回転量を０から所定の回転量まで増加させる。操作制御部３４０は、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の絶対値が第２閾値Ｔｈ２以上の場合、追従制御によるリンク部１１２ａの回転量を、所定の回転量にする。第１閾値Ｔｈ１は、たとえば、操作部１１０のジンバル点ＧＰの速度を基準とした場合、２０ｍｍ／ｓ以上３０ｍｍ／ｓ以下である。第２閾値Ｔｈ２は、たとえば、操作部１１０のジンバル点ＧＰの速度を基準とした場合、１００ｍｍ／ｓ以上１５０ｍｍ／ｓ以下である。

【0115】

具体的には、本実施形態では、操作制御部３４０は、リンク部１１２ｃの第２基準回転位置と現在の回転位置との偏差に基づく回転位置偏差Ｘｅに、所定の係数を乗算した値に基づいて、追従制御を実行する。所定の係数の乗算は、係数乗算部３４１ｈにより実行される。所定の係数は、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の絶対値が所定の閾値以上の場合よりも所定の閾値未満の場合の方が小さい。詳細には、所定の係数は、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の絶対値が第１閾値Ｔｈ１未満の場合、ゼロである。所定の係数は、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の絶対値が第１閾値Ｔｈ１以上第２閾値Ｔｈ２未満の場合に、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の増加とともに０から１まで直線的に増加する。所定の係数は、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の絶対値が第２閾値Ｔｈ２以上の場合、１である。

【0116】

（ＦＦ速度指令生成部３４８の構成）
図２４に示すように、ＦＦ速度指令生成部３４８は、不感帯部３４８ａと、第３スイッチ部３４８ｂと、第１乗算部３４８ｃと、１次フィルタ３４８ｄと、第２乗算部３４８ｅと、減速比補正部３４８ｆと、第３乗算部３４８ｇと、を備える。

【0117】

微分部３４９から出力されたリンク部１１２ｃの回転角速度ｖｆ２６は、不感帯部３４８ａに入力される。不感帯部３４８ａは、グリップ部１１２ｄの操作が遅い場合である、回転角速度ｖｆ２６が微小である場合、速度フィードフォワード制御を無効にする。不感帯部３４８ａから出力された回転角速度ｖｆ２６は、第３スイッチ部３４８ｂに入力される。第３スイッチ部３４８ｂは、動作範囲フラグｆ２がＯＮするとＯＮし、動作範囲フラグｆ２がＯＦＦするとＯＦＦする。

【0118】

第１乗算部３４８ｃは、第３スイッチ部３４８ｂを通過した回転角速度ｖｆ２６に連続化係数を乗算する。図２５は、リンク部１１２ａの回転角と、連続化係数と、の関係を示すグラフである。連続化係数とは、速度フィードフォワード制御から位置フィードバック制御ループへ入力される値を調整する第１調整係数である。図２５において、横軸は、リンク部１１２ａの回転角を示し、縦軸は連続化係数を示す。

【0119】

図２５に示すように、連続化係数は、０から１．０までの値である。連続化係数は、たとえば、リンク部１１２ａの動作下限の近傍において、リンク部１１２ａの回転角が動作下限から大きくなるにしたがって０から１．０まで増大する。そして、連続化係数は、リンク部１１２ａの回転角が動作上限の近傍まで大きくなるまで、一定の１．０の値となる。連続化係数は、動作上限の近傍において、リンク部１１２ａの回転角が動作上限まで大きくなるに従って、１．０から０まで減少する。なお、図２５では、リンク部１１２ａの動作下限近傍および動作上限近傍において、連続化係数が直線的に変化するように示されているが、連続化係数は、単調に変化すればよく、曲線的に変化してもよい。

【0120】

図２４に示すように、第１乗算部３４８ｃには、関節ＪＴ２４のエンコーダＥＮ７ｄによって検知されたリンク部１１２ａの回転角ＡＧ２４が入力される。第１乗算部３４８ｃは、入力された回転角ＡＧ２４に基づいて連続化係数を決定し、決定した連続化係数を、第３スイッチ部３４８ｂを通過した回転角速度ｖｆ２６に乗算する。

【0121】

したがって、リンク部１１２ａが、動作下限外から動作範囲内に回転した場合、第３スイッチ部３４８ｂがＯＮして、回転角速度ｖｆ２６は０から上昇する。また、リンク部１１２ａが、動作上限外から動作範囲内に回転した場合、第３スイッチ部３４８ｂがＯＮして、回転角速度ｖｆ２６は０から上昇する。すなわち、リンク部１１２ａが動作範囲外から動作範囲内に回転した際において、位置フィードバック制御ループへの速度フィードフォワード制御の入力が連続化される。これにより、リンク部１１２ａが動作範囲の外から内に回転した際に、フィードフォワード制御による、位置フィードバック制御ループへの速度フィードフォワード制御の入力が急激に変化して、操作者が操作に違和感を覚えることが防止される。

【0122】

１次フィルタ３４８ｄは、連続化係数が乗算された回転角速度ｖｆ２６から高周波成分を除去する。なお、高周波成分は、操作部１１０毎に異なるので、１次フィルタ３４８ｄの時定数を調整できるようにしてもよい。この場合、たとえば、図示しない入力部によって所望の時定数の入力が受け付けられてもよい。

【0123】

次に、第２乗算部３４８ｅは、１次フィルタ３４８ｄから出力された回転角速度ｖｆ２６にＦＦ調整係数を乗算する。図２６は、リンク部１１２ｂの回転角と、ＦＦ調整係数と、の関係を示すグラフである。ＦＦ調整係数とは、速度フィードフォワード制御から位置フィードバック制御ループに入力される値を調整する第２調整係数である。図２６において、横軸は、リンク部１１２ｂの回転角を示し、縦軸は、ＦＦ調整係数を示す。

【0124】

図２６に示すように、リンク部１１２ｂの回転において、第２基準回転位置を０度として、時計回り方向に、最小回転角、最大回転角、及び＋９０度が定義され、反時計回り方向に、－最小回転角、－最大回転角、および－９０度が定義される。ＦＦ調整係数は、０から１．０までの値である。ＦＦ調整係数は、リンク部１１２ｂが時計回りに最小回転角まで回転する間は１．０の値となる。ＦＦ調整係数は、リンク部１１２ｂが最小回転角から最大回転角まで回転するに従って、最小係数まで直線的に減少する。最小係数は、例えば０．３３である。ＦＦ調整係数は、リンク部１１２ｂが最大回転角から＋９０度の近傍まで回転する間は最小係数の値となる。ＦＦ調整係数は、＋９０度の近傍において、リンク部１１２ｂが＋９０度まで回転するに従って最小係数から０まで直線的に減少する。また、ＦＦ調整係数は、リンク部１１２ｂが反時計回りに－最小回転角まで回転する間は１．０の値となる。ＦＦ調整係数は、リンク部１１２ｂが－最小回転角から－最大回転角まで回転するに従って最小係数まで直線的に減少する。ＦＦ調整係数は、リンク部１１２ｂが－最大回転角から－９０度の近傍まで回転する間は最小係数の値である。ＦＦ調整係数は、－９０度の近傍において、リンク部１１２ｂが－９０度まで回転するに従って最小係数から０まで直線的に減少する。リンク部１１２ｂの回転角度の絶対値９０度以上になった場合、リンク部１１２ａが、リンク部１１２ｃの干渉を回避する方向と逆方向に回転してしまうため、リンク部１１２ｂの回転角度の絶対値が９０度以上では、ＦＦ調整係数が０にされる。最小係数、最小回転角、最大回転角は、パラメータであり、タッチパネル１３０などから入力することが可能である。なお、図２６のＦＦ調整係数の変化は一例であり、リンク部１１２ｂの回転位置に対するＦＦ調整係数の変化は、これには限定されない。ＦＦ調整係数は、リンク部１１２ｂの回転位置の－９０度から＋９０度までの変化に対し、ゼロから単調に増加した後、ゼロまで単調に減少するように変化すればよい。

【0125】

図２４に示すように、第２乗算部３４８ｅには、関節ＪＴ２５のエンコーダＥＮ７ｅが検知するリンク部１１２ｂの回転角ＡＧ２５が入力される。第１乗算部３４８ｃは、入力された回転角ＡＧ２５に基づいてＦＦ調整係数を決定し、この決定したＦＦ調整係数を、１次フィルタ３４８ｄを通過した回転角速度ｖｆ２６に乗算する。

【0126】

ここで、グリップ部１１２ｄの操作により第１基準回転位置からのリンク部１１２ｂの回転角が大きくなると、リンク部１１２ｃの第２基準回転位置からの回転に伴うリンク部１１２ａのＡ２４軸線周りの回転量が大きくなる。その際にリンク部１１２ａの回転速度が速いと、操作者が操作に違和感を覚える。以下、違和感について詳細に節笑みする。

【0127】

図２７は、リンク部１１２ｂが第１基準回転位置から＋４５度回転した場合のリスト部１１２の状態を示している。図２８は、リンク部１１２ｂが第１基準回転位置から＋９０度回転した場合のリスト部１１２の状態を示している。図２７および図２８において、符号ＰＲ２６は、リンク部１１２ｃの回転面に平行な平面を示し、符号ＰＲ２４は、リンク部１１２ａの回転面に平行な平面を示す。

【0128】

まず、図１２に示すように、リスト部１１２の基準姿勢においては、リンク部１１２ｂが第１基準回転位置に位置する。この状態では、リンク部１１２ｃの回転軸線である軸線Ａ２６がリンク部１１２ａの回転軸線であるＡ２４軸線に一致している。従って、グリップ部１１２ｄの操作によりリンク部１１２ｃが第２基準回転位置から回転角θだけ回転すると、リンク部１１２ａがリンク部１１２ｃの回転と同じ方向に、回転角θと同じ回転角だけ回転する。

【0129】

次に、図２７に示すリスト部１１２の状態では、リンク部１１２ｂが第１基準回転位置から＋４５度回転した回転位置にある。この状態では、軸線Ａ２６がＡ２４軸線に対して４５度傾いているため、リンク部１１２ｃの回転面である平面ＰＲ２６に平行な平面が、リンク部１１２ａの回転面である平面ＰＲ２４に平行な平面に対して４５度傾いている。したがって、グリップ部１１２ｄの操作によりリンク部１１２ｃが、第２基準回転位置から回転角θだけ回転すると、リンク部１１２ａが、リンク部１１２ａの回転面である平面ＰＲ２４に平行な平面において、回転角θ以上の回転角まで回転する。

【0130】

次に、図２８に示すリスト部１２の状態では、リンク部１１２ｂが第１基準回転位置から＋９０度回転した回転位置にある。この状態では、軸線Ａ２６が追従回転軸線Ａ４に対し９０度傾いているため、リンク部１１２ｃの回転面である平面ＰＲ２６に平行な平面が、リンク部１１２ａの回転面である平面ＰＲ２４に平行な平面に対し９０度傾いている。したがって、グリップ部１１２ｄの操作によりリンク部１１２ｃが、第２基準回転位置から回転角θだけ回転すると、リンク部１１２ａがリンク部１１２ａの回転面である平面ＰＲ２４に平行な平面において、回転角θより相当大きい回転角まで回転する。

【0131】

その際に、リンク部１１２ａの回転速度が速いと、操作者が操作に違和感を覚える。

【0132】

そこで、図２４に示すように、第２乗算部３４８ｅは、グリップ部１１２ｄの操作により第１基準回転位置からのリンク部１１２ｂの回転角が大きくなると、リンク部１１２ａのＡ２４軸線周りの回転角速度を抑制するので、操作者が操作に違和感を覚えることを抑制できる。

【0133】

減速比補正部３４８ｆは、このＦＦ調整係数が乗算された回転角速度ｖｆ２６を、減速比補正して、関節ＪＴ２４の減速比に相当する回転角速度に変換する。この減速比補正は、上述の減速比補正部３４１ｂの場合と同様である。

【0134】

第３乗算部３４８ｇは、この変換された回転角に所定のゲインを乗じてフィードフォワード制御の速度指令ｖ２を生成する。

【0135】

本実施形態では、上記のように、操作制御部３４０は、リンク部１１２ｃの第２基準回転位置と現在の回転位置との偏差と、リンク部１１２ｃの回転速度と、に基づいて、追従制御を実行する。操作制御部３４０は、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の絶対値が所定の閾値未満の場合、回転速度に基づくリンク部１１２ａの回転量は維持しながら、偏差に基づくリンク部１１２ａの回転量を小さくする。すなわち、位置制御部３４１は、回転角ＡＧ２６の第２基準回転位置からの偏差を算出し、偏差を、速度指令ｖ１に変換する。上記のように、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の絶対値が所定の閾値未満の場合、速度指令ｖ１には、１未満の所定の係数が乗算される。すなわち、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の絶対値が所定の閾値未満の場合、速度指令ｖ１は小さくされる。ＦＦ速度指令生成部３４８は、リンク部１１２ｃの回転速度に基づいて、速度指令ｖ２を生成する。速度指令ｖ１とは異なり、速度指令ｖ２には、１未満の所定の係数は乗算されない。このため、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の絶対値が所定の閾値未満の場合でも、回転速度に基づくリンク部１１２ａの回転量は維持される。

【0136】

（遠隔操作装置の制御方法）
図２９に示すように、ステップＳ１において、操作制御部３４０は、リンク部１１２ｃの回転位置偏差が回転偏差閾値より大きいか否か判定する。たとえば、回転偏差閾値は、１．０度である。このステップＳ１の結果に応じて、位置制御部３４１の不感帯部３４１ｄが動作する。

【0137】

ステップＳ１においてＮｏの場合、ステップＳ９およびＳ１０において、操作中フラグｆ１および動作範囲フラグｆ２がＯＦＦされる。また、位置制御部３４１の第１スイッチ部３４１ｅ、第２スイッチ部３４１ｆ、ＦＦ速度指令生成部３４８の第３スイッチ部３４８ｂがＯＦＦされる。

【0138】

ステップＳ１においてＹｅｓの場合、操作制御部３４０は、ステップＳ２において、リンク部１１２ｃの回転位置変化が変化閾値より大きいか否か判定する。回転位置変化は、リンク部１１２ｃの前回の回転位置に対する現在の回転位置の差分である。

【0139】

ステップＳ２においてＮｏの場合、ステップＳ７において、操作制御部３４０は、カウンタのカウントを開始する。そして、ステップＳ８において、操作制御部３４０は、カウント値が閾値を超えるか否か判定する。閾値は、たとえば、１０００ｍｓである。このカウントは、リンク部１１２ｃの回転位置変化が変化閾値を超えると停止される。ステップＳ８において、Ｎｏの場合、操作制御部３４０は、操作部１１０が操作されたと判定し、ステップＳ２に戻る。

【0140】

ステップＳ８においてＹｅｓの場合、１０００ｍｓ以上操作がなく、操作制御部３４０は、操作部１１０の操作が停止されたと判定し、ステップＳ９およびＳ１０において、操作中フラグｆ１および動作範囲フラグｆ２がＯＦＦされる。

【0141】

ステップＳ２においてＹｅｓの場合、操作制御部３４０は、操作部１１０が操作されている最中であると判定し、ステップＳ３において、操作中フラグｆ１をＯＮし、ステップＳ４において、カウンタのカウント値をクリアする。これにより、位置制御部３４１の第１スイッチ部３４１ｅがＯＮする。

【0142】

ステップＳ５において、操作制御部３４０は、リンク部１１２ａが動作範囲にあるか否か判定する。ステップＳ５においてＮｏの場合、ステップＳ１０において、動作範囲フラグｆ２がＯＦＦされる。

【0143】

ステップＳ５において、Ｙｅｓの場合、操作制御部３４０は、ステップＳ６において、動作範囲フラグｆ２をＯＮする。

【0144】

これにより、位置制御部３４１の第２スイッチ部３４１ｆおよびＦＦ速度指令生成部３４８の第３スイッチ部３４８ｂがＯＮし、位置フィードバック制御およびフィードフォワード制御が行われる。すなわち、操作制御部３４０は、リンク部１１２ｃの回転位置に基づいて、リンク部１１２ｃとリンク部１１２ｂとがなす角が所定の角度を維持するようにサーボモータＳＭ７ｄによりリンク部１１２ａをＡ２４軸線の周りに回転させる追従制御を実行する。ここで、本実施形態では、追従制御によるリンク部１１２ａのＡ２４軸線の周りの回転量は、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の絶対値が所定の閾値以上の場合よりも所定の閾値未満の場合の方が小さい。すなわち、上記のように、操作制御部３４０は、リンク部１１２ｃの第２基準回転位置と現在の回転位置との偏差に基づく速度指令ｖ１に、所定の係数を乗算した値に基づいて、追従制御を実行する。追従制御が実行されることにより、操作者の操作によって、リンク部１１２ｃがリンク部１１２ｂに向かって回動しても、リンク部１１２ａの回動によってリンク部１１２ｃとリンク部１１２ｂとがなすが直角になるようにリンク部１１２ｂが逃げるので、リンク部１１２ｃがリンク部１１２ｂと干渉することを防止することができる。

【0145】

（実験）
図３０の実線は、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度に応じてリンク部１１２ａのＡ２４軸線の周りの回転量を小さくする本願の構成による、関節ＪＴ２４の回転角度および電流指令値を示している。図３０の点線は、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度に応じてリンク部１１２ａのＡ２４軸線の周りの回転量を小さくしない比較例の構成による、関節ＪＴ２４の回転角度および電流指令値を示している。図３０の一点鎖線は、関節ＪＴ２６の回転角度を示している。図３０では、関節ＪＴ２６の回転角度が時刻ｔ０から時刻ｔ１まで徐々に増加している。比較例では、追従制御によって、関節ＪＴ２４を回転させるサーボモータＳＭ７ｄの電流指令値が時刻ｔ０から時刻ｔ１までに徐々に増加している。一方、関節ＪＴ２４において発生する摩擦に起因して、関節ＪＴ２４の回転角は、時刻ｔ０から時刻ｔ１まで略一定である。そして、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間において、関節ＪＴ２４が回転する。その結果、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間において、操作者の操作部１１０の操作に手術器具１が追従できなくなることが確認された。また、関節ＪＴ２４が回転する、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間、および、時刻ｔ５から時刻ｔ５の間においても、操作者の操作部１１０の操作に手術器具１が追従できなくなることが確認された。

【0146】

一方、図３０の実線に示すように、本願では、追従制御において、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の絶対値が小さい時刻ｔ１からｔ６までの間において、関節ＪＴ２６の回転角が増加しても、リンク部１１２ａのＡ２４軸線の周りの回転量がゼロである。このため、操作者の操作部１１０の操作に手術器具１が追従できることが確認された。

【0147】

［本実施形態の効果］
追従制御によるリンク部１１２ａのＡ２４軸線の周りの回転量は、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の絶対値が所定の閾値以上の場合よりも所定の閾値未満の場合の方が小さい。これにより、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の絶対値が所定の閾値未満の場合のように比較的遅い場合、リンク部１１２ａのＡ２４軸線の周りの回転量が小さくなる。このため、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度が徐々に速くなり、リンク部１１２ａが回転した際でも、リンク部１１２ａの回転量は小さい。すなわち、リンク部１１２ｃの回転に追従せずに停止していたリンク部１１２ａが急に大きく回転することが抑制される。その結果、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動が比較的遅い場合にも、操作者の操作部１１０の操作に手術器具１が滑らかに追従することができる。

【0148】

操作制御部３４０は、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の絶対値が第１閾値Ｔｈ１未満の場合、追従制御によるリンク部１１２ａの回転量をゼロにする。これにより、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の絶対値が第１閾値Ｔｈ１未満の場合には、リンク部１１２ａの追従制御が実行されないので、リンク部１１２ａが急に大きく回転することに起因して、操作者の操作部１１０の操作に手術器具１が追従できなくなることを確実に抑制できる。

【0149】

所定の閾値は、第１閾値Ｔｈ１と、第１閾値Ｔｈ１よりも絶対値の大きい第２閾値Ｔｈ２と、を含み、操作制御部３４０は、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の絶対値が第１閾値Ｔｈ１未満の場合、追従制御によるリンク部１１２ａの回転量をゼロにし、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の絶対値が第１閾値Ｔｈ１以上第２閾値Ｔｈ２未満の場合に、追従制御によるリンク部１１２ａの回転量を、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の増加とともに０から所定の回転量まで増加させ、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の絶対値が第２閾値Ｔｈ２以上の場合、追従制御によるリンク部１１２ａの回転量を、所定の回転量にする。これにより、追従制御によるリンク部１１２ａの回転量が０から所定の回転量に急激に変化することが抑制されるので、リンク部１１２ａの回転量が急激に変化することを抑制できる。

【0150】

操作制御部３４０は、リンク部１１２ｃの基準回転位置と現在の回転位置との偏差と、リンク部１１２ｃの回転速度と、に基づいて、追従制御を実行し、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の絶対値が所定の閾値未満の場合、回転速度に基づくリンク部１１２ａの回転量は維持しながら、偏差に基づくリンク部１１２ａの回転量を小さくする。ここで、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度が遅い場合には、リンク部１１２ｃの基準回転位置と現在の回転位置との偏差に基づく追従制御が支配的になる。そこで、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の絶対値が所定の閾値未満の場合、回転速度に基づくリンク部１１２ａの回転量は維持しながら、偏差に基づくリンク部１１２ａの回転量を小さくすることによって、リンク部１１２ａの回転量を効果的に小さくすることができる。

【0151】

操作制御部３４０は、リンク部１１２ｃの基準回転位置と現在の回転位置との偏差に基づく速度指令に、所定の係数を乗算した値に基づいて、追従制御を実行し、所定の係数は、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の絶対値が所定の閾値以上の場合よりも所定の閾値未満の場合の方が小さい。これにより、操作制御部３４０は、係数を変化させるだけで、容易に、リンク部１１２ａの回転量を変化させることができる。

【0152】

［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。

【0153】

上記実施形態では、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の絶対値が第１閾値Ｔｈ１未満の場合、追従制御によるリンク部１１２ａの回転量がゼロ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、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の絶対値が第１閾値Ｔｈ１未満の場合、追従制御によるリンク部１１２ａの回転量がゼロよりも大きい、ゼロ近傍の大きさでもよい。

【0154】

上記実施形態では、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の絶対値が第１閾値Ｔｈ１以上第２閾値Ｔｈ２未満の場合に、追従制御によるリンク部１１２ａの回転量が、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の増加とともに０から所定の回転量まで直線的に増加する例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、追従制御によるリンク部１１２ａの回転量が、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の増加とともに０から所定の回転量まで２次関数的、指数関数的など、直線的以外の態様で増加してもよい。

【0155】

上記実施形態では、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の絶対値が所定の閾値未満の場合、ＦＦ速度指令生成部３４８による回転速度に基づく追従リンク部の回転量は維持しながら、位置制御部３４１による偏差に基づくリンク部１１２ａの回転量が小さ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、操作部１１０のジンバル点ＧＰの移動速度の絶対値が所定の閾値未満の場合、ＦＦ速度指令生成部３４８による回転速度に基づく追従リンク部の回転量も小さくしてもよい。

【0156】

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。

【0157】

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。

【0158】

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。

【0159】

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。

【0160】

［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。

【0161】

（項目１）
ロボットアームの先端に取り付けられる手術器具に対する操作を受け付ける操作部と、
制御装置と、を備え、
前記操作部は、アーム部とリスト部とを含み、
前記リスト部は、
基端部が前記アーム部の先端部に接続され、追従回転軸線の周りに回転する追従リンク部と、
基端部が前記追従リンク部の先端部に接続され、第１回転軸線の周りに回転する第１リンク部と、
基端部が前記第１リンク部の先端部に接続され、前記第１回転軸線に直交する第２回転軸線の周りに回転する第２リンク部と、
操作者の指に把持されるグリップ部材が配置されているとともに、基端部が前記第２リンク部の先端部に接続され、前記第２回転軸線および前記第１回転軸線と直交する第３回転軸線の周りに回転するグリップ部と、
前記追従リンク部を前記追従回転軸線の周りに回転させる駆動部と、を有し、
前記制御装置は、前記第２リンク部の回転位置に基づいて、前記第２リンク部と前記第１リンク部とがなす角が所定の角度を維持するように前記駆動部により前記追従リンク部を前記追従回転軸線の周りに回転させる追従制御を実行し、
前記追従制御による前記追従リンク部の前記追従回転軸線の周りの回転量は、前記操作者の操作による前記リスト部の移動速度の絶対値が所定の閾値以上の場合よりも前記所定の閾値未満の場合の方が小さい、操作装置。

【0162】

（項目２）
前記制御装置は、前記移動速度の絶対値が前記所定の閾値未満の場合、前記追従制御による前記追従リンク部の回転量をゼロにする、項目１に記載の操作装置。

【0163】

（項目３）
前記所定の閾値は、第１閾値と、前記第１閾値よりも絶対値の大きい第２閾値と、を含み、
前記制御装置は、
前記移動速度の絶対値が前記第１閾値未満の場合、前記追従制御による前記追従リンク部の回転量をゼロにし、
前記移動速度の絶対値が前記第１閾値以上前記第２閾値未満の場合に、前記追従制御による前記追従リンク部の回転量を、前記第２リンク部の回転速度の増加とともに０から所定の回転量まで増加させ、
前記移動速度の絶対値が前記第２閾値以上の場合、前記追従制御による前記追従リンク部の回転量を、前記所定の回転量にする、項目２に記載の操作装置。

【0164】

（項目４）
前記制御装置は、
前記第２リンク部の基準回転位置と現在の回転位置との偏差と、前記第２リンク部の回転速度と、に基づいて、前記追従制御を実行し、
前記移動速度の絶対値が前記所定の閾値未満の場合、前記回転速度に基づく前記追従リンク部の回転量は維持しながら、前記偏差に基づく前記追従リンク部の回転量を小さくする、項目１から項目３までのいずれか１項に記載の操作装置。

【0165】

（項目５）
前記制御装置は、前記第２リンク部の基準回転位置と現在の回転位置との偏差に基づく速度指令に、所定の係数を乗算した値に基づいて、前記追従制御を実行し、
前記所定の係数は、前記移動速度の絶対値が所定の閾値以上の場合よりも前記所定の閾値未満の場合の方が小さい、項目１から項目４までのいずれか１項に記載の操作装置。

【0166】

（項目６）
先端に手術器具が取り付けられるロボットアームを含む手術装置と、
前記手術器具に対する操作を受け付ける操作部を含む操作装置と、
制御装置と、を備え、
前記操作部は、アーム部とリスト部とを含み、
前記リスト部は、
基端部が前記アーム部の先端部に接続され、追従回転軸線の周りに回転する追従リンク部と、
基端部が前記追従リンク部の先端部に接続され、第１回転軸線の周りに回転する第１リンク部と、
基端部が前記第１リンク部の先端部に接続され、前記第１回転軸線に直交する第２回転軸線の周りに回転する第２リンク部と、
操作者の指に把持されるグリップ部材が配置されているとともに、基端部が前記第２リンク部の先端部に接続され、前記第２回転軸線および前記第１回転軸線と直交する第３回転軸線の周りに回転するグリップ部と、
前記追従リンク部を前記追従回転軸線の周りに回転させる駆動部と、を有し、
前記制御装置は、前記第２リンク部の回転位置に基づいて、前記第２リンク部と前記第１リンク部とがなす角が所定の角度を維持するように前記駆動部により前記追従リンク部を前記追従回転軸線の周りに回転させる追従制御を実行し、
前記追従制御による前記追従リンク部の前記追従回転軸線の周りの回転量は、前記操作者の操作による前記リスト部の移動速度の絶対値が所定の閾値以上の場合よりも前記所定の閾値未満の場合の方が小さい、手術支援システム。

【0167】

（項目７）
前記制御装置は、前記移動速度の絶対値が前記所定の閾値未満の場合、前記追従制御による前記追従リンク部の回転量をゼロにする、項目６に記載の手術支援システム。

【0168】

（項目８）
ロボットアームの先端に取り付けられる手術器具に対する操作を受け付ける操作部と、制御装置と、を備え、前記操作部は、アーム部とリスト部とを含み、前記リスト部は、基端部が前記アーム部の先端部に接続され、追従回転軸線の周りに回転する追従リンク部と、基端部が前記追従リンク部の先端部に接続され、第１回転軸線の周りに回転する第１リンク部と、基端部が前記第１リンク部の先端部に接続され、前記第１回転軸線に直交する第２回転軸線の周りに回転する第２リンク部と、操作者の指に把持されるグリップ部材が配置されているとともに、基端部が前記第２リンク部の先端部に接続され、前記第２回転軸線および前記第１回転軸線と直交する第３回転軸線の周りに回転するグリップ部と、前記追従リンク部を前記追従回転軸線の周りに回転させる駆動部と、を有する、操作装置の制御方法であって、
前記第２リンク部の回転位置を取得することと、
前記第２リンク部の回転位置に基づいて、前記第２リンク部と前記第１リンク部とがなす角が所定の角度を維持するように前記駆動部により前記追従リンク部を前記追従回転軸線の周りに回転させる追従制御を実行することと、を備え、
前記追従制御による前記追従リンク部の前記追従回転軸線の周りの回転量は、前記手術器具に対する操作による前記リスト部の移動速度の絶対値が所定の閾値以上の場合よりも前記所定の閾値未満の場合の方が小さい、操作装置の制御方法。

【符号の説明】

【0169】

１ 手術器具
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
１１１ アーム部
１１２ リスト部
１１２ａ リンク部（追従リンク部）
１１２ｂ リンク部（第１リンク部）
１１２ｃ リンク部（第２リンク部）
１１２ｄ グリップ部
１１２ｅ グリップ部材
２００ 遠隔操作装置（操作装置）
３４０ 操作制御部（制御装置）
５００ 手術支援システム
Ａ２４ 軸線（追従回転軸線）
Ａ２５ 軸線（第１回転軸線）
Ａ２６ 軸線（第２回転軸線）
Ａ２７ 軸線（第３回転軸線）
ＳＭ７ｄ サーボモータ（駆動部）
Ｔｈ１ 第１閾値
Ｔｈ２ 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】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】