特許 7141164 操作装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-13

(45)【発行日】2022-09-22

(54)【発明の名称】操作装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 3/00 20060101AFI20220914BHJP

   B25J 13/02 20060101ALI20220914BHJP

   A61B 34/35 20160101ALI20220914BHJP

【ＦＩ】

B25J3/00 Z

B25J13/02

A61B34/35

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022503985

(86)(22)【出願日】2021-09-24

(86)【国際出願番号】 JP2021035016

【審査請求日】2022-01-20

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】515075692

【氏名又は名称】リバーフィールド株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100122183

【弁理士】

【氏名又は名称】小澤 一郎

(72)【発明者】

【氏名】只野 耕太郎

(72)【発明者】

【氏名】鄭 ソルモン

【審査官】神山 貴行

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１３－５１０６７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／１５６２５０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００４－１１４１７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／０９３０２０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／００－２１／０２

Ａ６１Ｂ ３４／００－３４／３７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

遠隔操作の際に用いられる操作装置であって、
主に操作者の手のひらで把持されるグリップ部と、
主に操作者の指でつままれるピンチ部と、を備え、
前記ピンチ部は、指で保持される第１の保持部を有し、前記グリップ部に対して回動するとともに、前記グリップ部に対してスライドするように構成されており、
前記第１の保持部は、該第１の保持部を通る第１の回転軸及び該第１の保持部を通り前記第１の回転軸と交差する第２の回転軸に対して回動するように構成されていることを特徴とする操作装置。

【請求項2】

前記第１の保持部は、操作者の指の動きを、遠隔操作の対象である機器の把持動作に反映させる入力部を有することを特徴とする請求項１に記載の操作装置。

【請求項3】

前記グリップ部は、手の一部を載置するハンドレストが一体化されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の操作装置。

【請求項4】

遠隔操作の際に用いられる操作装置であって、
主に操作者の手のひらで把持されるグリップ部と、
主に操作者の指でつままれるピンチ部と、を備え、
前記ピンチ部は、指で保持される第１の保持部を有し、前記グリップ部に対して回動するとともに、前記グリップ部に対してスライドするように構成されており、
前記第１の保持部は、該第１の保持部を通る第１の回転軸及び該第１の回転軸と交差する第２の回転軸に対して回動するように構成されており、
前記第１の保持部を前記グリップ部に対して離間又は接近するようにガイドするガイド部を更に備え、
前記グリップ部は、手のひらで直接保持される第２の保持部と、前記第２の保持部に対して相対的に回転可能な回転部と、を有することを特徴とする操作装置。

【請求項5】

前記回転部は、前記第２の保持部に設けられた回転軸であり、
前記ガイド部は、前記回転軸と交差する方向に延びているガイドレールを有していることを特徴とする請求項４に記載の操作装置。

【請求項6】

互いに交差する３つの軸を中心として回動可能に構成されたジンバル部を更に備え、
前記ジンバル部は、前記グリップ部の下部と接続されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の操作装置。

【請求項7】

互いに交差する３つの軸方向に前記ジンバル部を移動可能に構成された移動機構を更に備え、
前記移動機構は、前記ジンバル部の下方に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の操作装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マニピュレータに用いられる操作装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、内視鏡を用いた手術において手術支援ロボットの使用が増加しており、様々な医療分野での活用が広がっている。手術支援ロボットでは、操作者が自分の手元のマニピュレータを操作することで、患者の体内に挿入されたマニピュレータを操作する「マスタ・スレーブ」と呼ばれる操作方式が一般的である。マスタ・スレーブシステムでは、操作者の動きを入力する機器を「マスタ機」、マスタ機の制御下で動作する機器を「スレーブ機」と呼ぶ。手術支援ロボットの場合は、操作者の手元のマニピュレータがマスタ機、患者の体内に挿入されたマニピュレータがスレーブ機にあたる。

【0003】

手術支援ロボットにおけるマスタ機の操作は、親指と人差し指でつまむピンチグリップ式と、手のひら全体で握るパワーグリップ式がある。ピンチグリップ式は繊細な作業に適しているが手指への負担が大きく、逆にパワーグリップ式は繊細な作業ではピンチグリップ式に劣るが、操作者に対する負担は小さい。

【0004】

例えば、特許文献１には、マスタ機の操作を行う操作ハンドルが開示されている。この操作ハンドルは、細長い形状のマスタ操作本体部に対して操作者の二本の指を用いて開閉する一対の操作部が設けられており、一対の操作部の開閉により把持鉗子などの開閉操作が可能な手術器具の開閉操作が行われる。また、マスタ操作本体部の端部には、操作者の手のひらにより把持される把持部が着脱可能に装着されている。そして、操作ハンドル全体を３次元の操作領域内で動かすことで、スレーブ機のスレーブマニピュレータの手術器具の位置及び姿勢を制御するように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】国際公開第１９／０２６６５４号

【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、前述の操作ハンドルは、スレーブ機のスレーブマニピュレータの手術器具の位置及び姿勢を制御する際に、操作者の手又は指によって全体が動かされる。そのため、把持部を外して指だけでスレーブマニピュレータの手術器具の位置や姿勢を制御しようとすると、従来のピンチグリップ式と同様に操作者の手指への負担が大きくなる。一方、把持部を装着した状態で手のひら全体でスレーブマニピュレータの手術器具の位置や姿勢を制御しようとすると、従来のパワーグリップ式と同様に繊細な作業が難しくなる。

【0007】

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的の一つは、操作者の操作の負担を低減するとともに、繊細な作業が可能な新たな操作部を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明のある態様の操作装置は、遠隔操作の際に用いられる操作装置であって、主に操作者の手のひらで把持されるグリップ部と、主に操作者の指でつままれるピンチ部と、を備える。ピンチ部は、指で保持される第１の保持部を有し、グリップ部に対して回動するとともに、グリップ部に対してスライドするように構成されており、第１の保持部は、該第１の保持部を通る第１の回転軸及び該第１の回転軸と交差する第２の回転軸に対して回動するように構成されている。

【0009】

この態様によると、操作装置全体をパワーグリップ式として動かすだけでなく、手のひらでグリップ部を把持しながらピンチ部を回動したりスライドさせたりできる。そのため、パワーグリップ式とピンチグリップ式の両方の機能を兼ね備えることができ、操作者の操作の負担を低減するとともに、繊細な作業が可能となる。また、操作者によるピンチ部の操作において、第１の保持部を２つの軸を中心に回動させることができるため、遠隔操作の対象である機器をこれまでよりも複雑な動きで繊細に操作することができる。

【0010】

第１の保持部は、操作者の指の動きを、遠隔操作の対象である機器の把持動作に反映させる入力部を有してもよい。これにより、機器による把持動作を繊細に行える。

【0011】

グリップ部は、手の一部を載置するハンドレストが一体化されていてもよい。これにより、グリップ部を動かしても常に手の一部をハンドレストに載置できるので、固定型のハンドレストよりも操作者の操作の負担が低減される。

【0012】

第１の保持部をグリップ部に対して離間又は接近するようにガイドするガイド部を更に備えてもよい。グリップ部は、手のひらで直接保持される第２の保持部と、第２の保持部に対して相対的に回転可能な回転部と、を有してもよい。これにより、グリップ部の第２の保持部を手のひらで固定した状態で回転部が回転できる。また、第１の保持部を指でつまみながらグリップ部に対して離間したり接近させたりできる。

【0013】

回転部は、第２の保持部に設けられた回転軸であり、ガイド部は、回転軸と交差する方向に延びているガイドレールを有していてもよい。これにより、第１の保持部をグリップ部に対して所定の方向に動かすことができる。

【0014】

互いに交差する３つの軸を中心として回動可能に構成されたジンバル部を更に備えてもよい。ジンバル部は、グリップ部の下部と接続されていてもよい。これにより、操作装置の奥行き方向のスペースを小さくできる。

【0015】

互いに交差する３つの軸方向にジンバル部を移動可能に構成された移動機構を更に備えてもよい。移動機構は、ジンバル部の下方に配置されていてもよい。これにより、操作者の腕の下方にジンバル部や移動機構を配置できるため、操作装置の奥行き方向のスペースを小さくできる。

【0016】

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、操作者の操作の負担を低減するとともに、繊細な作業が可能な新たな操作部を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】参考例に係る操作装置の概略構成を示す側面図である。

【図2】参考例に係る操作装置の概略構成を示す上面図である。

【図3】参考例に係る操作装置が備えるジンバル部の概略構成を説明するための側面図である。

【図4】参考例に係る操作装置が備えるジンバル部の概略構成を説明するための上面図である。

【図5】図５（ａ）～図５（ｄ）は、操作装置の可動範囲を説明するための模式図である。

【図6】本実施の形態に係る操作装置の概略構成を示す側面図である。

【図7】本実施の形態に係る操作装置の概略構成を示す上面図である。

【図8】本実施の形態に係る操作装置の主な関節の動きを示す模式図である。

【図9】本実施の形態に係る操作装置が備えるジンバル部の概略構成を説明するための側面図である。

【図10】本実施の形態に係る操作装置が備えるジンバル部の概略構成を説明するための上面図である。

【図11】本実施の形態に係る操作装置を用いたマスタスレーブ方式の手術支援ロボットの機能ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明を実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一又は同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述される全ての特徴やその組合せは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

【0020】

（参考例）
初めに、ピンチ部がグリップ部に対して回動するとともに、ピンチ部がグリップ部に対してスライドするように構成された参考例に係る操作装置を説明する。参考例に係る操作装置は、マスタスレーブ方式の手術支援ロボットにおけるマスタ側マニピュレータの操作に用いられる。手術支援ロボットとしては、例えば、内視鏡外科手術に用いられる鉗子の操作を行うものが挙げられる。なお、操作装置の用途は手術支援ロボットに限らない。例えば、物流工場や製造工場において用いられるロボットを遠隔操作する際の入力装置として用いてもよい。特に、繊細な作業を長時間行う必要のある工程をロボットを介して遠隔で実行する際の操作装置として好適である。

【0021】

なお、遠隔とは、操作者と操作対象との距離が物理的に遠隔である場合だけでなく、操作者が操作するマスタ機と操作対象であるスレーブ機とが機構的に分離されている場合も含まれる。この場合、マスタ機とスレーブ機とが近くに配置されていても遠隔操作であることに違いはない。

【0022】

図１は、参考例に係る操作装置の概略構成を示す側面図である。図２は、参考例に係る操作装置の概略構成を示す上面図である。操作装置１０は、遠隔操作の際に用いられるものであり、主に操作者の手のひらで把持されるグリップ部１２と、主に操作者の指でつままれるピンチ部１４と、を備える。ピンチ部１４は、グリップ部１２に対して軸Ａを中心に回動（矢印Ｒ１方向）するとともに、グリップ部１２に対してスライド（矢印Ｓ１方向）するように構成されている。

【0023】

これにより、操作装置１０全体をパワーグリップ式として動かすだけでなく、手のひらでグリップ部１２を把持しながらピンチ部１４を回動したりスライドさせたりできる。そのため、パワーグリップ式とピンチグリップ式の両方の機能を兼ね備えることができ、操作者の操作の負担を低減するとともに、繊細な作業が可能となる。

【0024】

グリップ部１２は、手のひらで直接保持される円筒状の保持部１２ａと、保持部１２ａに対して相対的に回転可能な回転部１２ｂと、を有している。保持部１２ａは、中心に円柱状の穴が設けられており、その穴に円柱状の回転部１２ｂが回転可能に収納されている。ピンチ部１４は、指で直接保持される保持部１４ａと、保持部１４ａをグリップ部１２に対して離間又は接近するようにガイドするガイド部１４ｂと、を有している。

【0025】

これにより、グリップ部１２の保持部１２ａを手のひらで固定した状態で回転部１２ｂが回転できる。また、保持部１４ａを指でつまみながらグリップ部１２に対して離間したり接近させたりできる。

【0026】

回転部１２ｂは、保持部１２ａの内部に設けられた回転軸である。ガイド部１４ｂは、回転部１２ｂである回転軸に結合し、固定されている。また、ガイド部１４ｂは、回転軸の軸Ａと交差する方向に延びている直線状のガイドレール１４ｃを有している。これにより、保持部１４ａをグリップ部１２に対して所定の方向（矢印Ｓ１方向）に動かすことができる。なお、本実施の形態に係る操作装置１０においては、軸Ａとガイドレール１４ｃの延伸方向とが成す角は９０°として記載しているが、角度は９０°でなくてもよく、９０°±４５°の範囲で設定されていてもよく、９０°±３０°の範囲で設定されていてもよく、９０°±１５°の範囲で設定されていてもよい。

【0027】

また、保持部１４ａは、回転軸に対して基準点Ｐを中心に±５ｍｍ以上動くようにガイドレール１４ｃにガイドされている。換言すると、保持部１４ａは、ガイドレール１４ｃに沿って少なくとも１０ｍｍの範囲で動くことができるように構成されている。

【0028】

図３は、参考例に係る操作装置が備えるジンバル部の概略構成を説明するための側面図である。図４は、参考例に係る操作装置が備えるジンバル部の概略構成を説明するための上面図である。

【0029】

操作装置１０の保持部１４ａは、ジンバル部２０により移動可能に支持されている。ジンバル部２０は、互いに交差（直交）する３つの回転軸を中心として回動可能に構成されている。ジンバル部２０は、Ｘ軸Ａｘ、Ｙ軸Ａｙ、Ｚ軸Ａｚを中心として回動可能である。

【0030】

具体的には、保持部１４ａのＺ軸方向の端部がＺ軸部２２に連結されており、Ｚ軸部２２は、Ｌ字状の第１のアーム２４に対して回転可能に保持されている。また、第１のアーム２４は、Ｙ軸部２６を回転可能に保持しており、Ｙ軸部２６と連結している第２のアーム２８に対して回転可能に設けられている。第２のアーム２８は、Ｌ字状であり、Ｙ軸部２６を保持している端部と反対側の端部にＸ軸部３０を回転可能に保持している。Ｘ軸部３０は、３次元方向の移動を行うためのＸＹＺステージやＸＹＺリンク機構等の並進機構に連結されている。

【0031】

これにより、操作装置１０の移動情報は、ジンバル部２０や並進機構を介して、スレーブ機のマニピュレータの位置や姿勢の制御に利用できる。例えば、鉗子の操作が可能な手術支援ロボットがスレーブ機の場合、操作者はグリップ部１２を把持しつつ操作装置１０全体を所望の方向へ移動させたり、所望の向きへ回転させたりする。操作装置１０の移動は、Ｚ軸部２２、Ｙ軸部２６及びＸ軸部３０の回転角度の情報（移動情報）を取得するセンサ（図示せず）によって検知される。センサにより検知された移動情報は、手術支援ロボットに伝達される。手術支援ロボットは、伝達された移動情報に基づいて鉗子の位置を移動させる制御を行う。

【0032】

なお、保持部１４ａは、ジンバル部２０の３つの軸（Ｘ軸Ａｘ、Ｙ軸Ａｙ、Ｚ軸Ａｚ）が交差する点（図３、図４に示すＣ）を基準にグリップ部１２に対してスライドするように構成されている。これにより、スレーブ機のマニピュレータの特定の位置の動きとグリップ部１２のスライドを対応させることができる。

【0033】

（操作装置の可動範囲）
手術支援ロボットによる手術では、実際に手で執刀するよりも小さなスケールで手術を行うことから、スレーブ機の位置制御の高精度化は非常に重要である。スレーブ機は微細な手術操作を行うことから、マスタ機の動作はスレーブ機に縮小して伝えられる。そのため、マスタ機の操作においてはスレーブ機の動作の数倍に相当する大きな動きが必要であり、手術中にはマスタ機とスレーブ機の可動範囲や位置関係の調整が必要という問題がある。

【0034】

参考例に係る操作装置１０は、全体を大きく動かす場合はグリップ部１２及びピンチ部１４を手のひら全体で把持した状態で操作される。これにより、大きな動きでも操作者に余り負担を掛けずにスレーブ機の移動操作が可能となる。加えて、参考例に係る操作装置１０は、手のひらでグリップ部１２を把持した状態で、指でピンチ部１４を独立して操作することもできる。以下に、グリップ部１２に対するピンチ部１４の相対移動で実現できる可動範囲ついて説明する。

【0035】

図５（ａ）～図５（ｄ）は、操作装置の可動範囲を説明するための模式図である。図５（ａ）に示す操作装置１０の状態は、ピンチ部１４をグリップ部１２に最も近づけた状態である。この状態から、図５（ｂ）に示すように、指でつまんだ保持部１４ａを図の左方に移動することで、ピンチ部１４をグリップ部１２に対してスライドさせることができる。一方、図５（（ａ）の状態から、図５（ｃ）に示すように、指でつまんだ保持部１４ａを図の下方に回転することで、ピンチ部１４をグリップ部１２に対して回動することができる。その結果、参考例に係る操作装置１０は、図５（ｄ）に示す扇形の領域Ｄの範囲においてピンチ部１４の動きだけで繊細な動きが可能となる。

【0036】

（実施の形態）
マスタ機の動作を行う上述の操作装置１０は、ピンチ部１４の保持部１４ａをスライドすることで、スレーブ機の微細な動作を行うことができる。そこで、本実施の形態では、保持部のスライドに加えて、保持部の更なる動きを実現する操作装置について説明する。図６は、本実施の形態に係る操作装置の概略構成を示す側面図である。図７は、本実施の形態に係る操作装置の概略構成を示す上面図である。なお、参考例と重複する構成については説明を適宜省略する。

【0037】

操作装置５０は、遠隔操作の際に用いられるものであり、主に操作者の手のひらで把持されるグリップ部５２と、主に操作者の指でつままれるピンチ部５４と、を備える。ピンチ部５４は、グリップ部５２に対して軸Ａを中心に回動（矢印Ｒ１方向）するとともに、グリップ部５２に対してスライド（矢印Ｓ１方向）するように構成されている。

【0038】

また、操作装置５０のピンチ部５４は、指で保持される第１の保持部５４ａを有している。第１の保持部５４ａは、第１の保持部５４ａを通る第１の回転軸Ａ１及び該第１の回転軸Ａ１と交差（直交）する第２の回転軸Ａ２に対して回動（矢印Ｒ２方向及び矢印Ｒ３方向）するように構成されている。

【0039】

具体的には、第１の保持部５４ａの軸部５４ｂは支持部材５６に支持されており、第１の保持部５４ａは軸部５４ｂとともに支持部材５６に対して回動する、あるいは、支持部材５６に固定された軸部５４ｂに対して第１の保持部５４ａが回動する。また、支持部材５６は、スライド部５８の下部に設けられた吊り下げ部６０の内部にある軸部６２を中心に回動することで、第１の保持部５４ａが間接的に矢印Ｒ３方向に回動する。

【0040】

また、第１の保持部５４ａは、操作者の指の動きを、遠隔操作の対象である機器の把持動作に反映させる入力部６４を有している。本実施の形態に係る入力部６４は、第１の保持部５４ａの両側から押されたり引かれたりすることで、その変位量や圧力を検知するものである。そして、検知した変位量や圧力に応じて、スレーブ機側の機器の把持動作における開閉や把持力を調整できる。

【0041】

図８は、本実施の形態に係る操作装置５０の主な関節の動きを示す模式図である。図８における符号Ｂは、後述するジンバル部の３つの軸が交差する中心点であり、グリップ部５２の下部に位置する。図８に示すように、操作装置５０は、それぞれ回転軸を有する３つの関節と、スライド移動が可能な１つの関節と、１つの把持動作（開閉動作）が可能な機構と、を有する。

【0042】

このように構成された操作装置５０は、操作装置５０全体をパワーグリップ式として動かすだけでなく、手のひらでグリップ部５２を把持しながらピンチ部５４を回動したりスライドさせたりできる。そのため、パワーグリップ式とピンチグリップ式の両方の機能を兼ね備えることができ、操作者の操作の負担を低減するとともに、繊細な作業が可能となる。また、操作者によるピンチ部５４の操作において、第１の保持部５４ａを第１の回転軸Ａ１及び第２の回転軸Ａ２を中心に回動させることができるため、遠隔操作の対象である機器をこれまでよりも複雑な動きで繊細に操作することができる。例えば、スレーブ機の操作対象が手術用の鉗子の場合、ピンチ部５４のみの操作によって、鉗子の開閉、鉗子先端の屈曲動作及び鉗子長手方向を軸とする回転動作が可能である。また、入力部６４の操作は指で行われるため、鉗子による把持動作を繊細に行える。

【0043】

次に、グリップ部５２について更に詳述する。上述のように繊細な作業が可能な操作装置５０であるが、手で把持したグリップ部５２を空中で動かしたり、空中で保持したりしながら作業を続けることは操作者にとって負担である。そこで、操作装置５０のグリップ部５２は、手の一部を載置するハンドレスト６６が下部に一体化されている。なお、ハンドレストは手から腕の間の一部を載置するものであってもよい。これにより、グリップ部５２を動かしても常に手や腕の一部をハンドレスト６６に載置できるので、固定型のハンドレストよりも操作者の操作の負担が低減される。

【0044】

また、グリップ部５２は、第１の保持部５４ａをグリップ部５２に対して離間又は接近するようにスライド部５８の一部をガイドするガイド部５２ａを備えている。グリップ部５２は、手のひらで直接保持される第２の保持部５２ｂを有しており、ガイド部５２ａは、第２の保持部５２ｂに対して相対的に回転可能な回転部である。これにより、グリップ部５２の第２の保持部５２ｂを手のひらで固定した状態でガイド部５２ａが回転できる。また、第１の保持部５４ａを指でつまみながらグリップ部５２に対して離間したり接近させたりできる。

【0045】

ガイド部５２ａは、第２の保持部５２ｂに設けられた回転軸５２ｃと、回転軸５２ｃの軸方向と交差する方向に延びているガイドレールとしてのスライド部５８を有している。これにより、第１の保持部５４ａをグリップ部５２に対して所定の方向に動かすことができる。

【0046】

次に、操作装置５０と接続されるジンバル部について説明する。本実施の形態に係る操作装置５０は、マスタ側マニピュレータに用いられるものであり、グリップ部５２の下部にジンバル部が接続されている。図９は、本実施の形態に係る操作装置が備えるジンバル部の概略構成を説明するための側面図である。図１０は、本実施の形態に係る操作装置が備えるジンバル部の概略構成を説明するための上面図である。

【0047】

操作装置５０のグリップ部５２は、ジンバル部７０により移動可能に支持されている。ジンバル部７０は、互いに交差（直交）する３つの回転軸を中心として回動可能に構成されている。ジンバル部２０は、Ｘ軸Ａｘ、Ｙ軸Ａｙ、Ｚ軸Ａｚを中心として回動可能である。

【0048】

具体的には、グリップ部５２のＺ軸方向の下端部がＺ軸部７２に連結されており、Ｚ軸部７２は、Ｌ字状の第１のアーム７４に対して回転可能に保持されている。また、第１のアーム７４は、Ｘ軸部７６を回転可能に保持しており、Ｘ軸部７６と連結している第２のアーム７８に対して回転可能に設けられている。第２のアーム７８は、Ｌ字状であり、Ｘ軸部７６を保持している端部と反対側の端部に、第３のアーム８２を介してＹ軸部８０を回転可能に保持している。図９や図１０に示すように、操作装置５０の下部にジンバル部７０を配置することで、特に操作装置５０の奥行き方向Ｅのスペースを小さくできる。

【0049】

第３のアーム８２の端部８２ａは、３次元方向の移動を行うためのＸＹＺステージやＸＹＺリンク機構（パラレルリンク機構）等の移動機構８４に連結されている。移動機構８４は、互いに交差（直交）する３つの軸方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）にジンバル部７０や操作装置５０のグリップ部を並進移動可能に構成されている。また、移動機構８４は、ジンバル部７０の下方に配置されている。これにより、操作者の手や腕の下方にジンバル部７０や移動機構８４を配置できるため、操作装置５０の奥行き方向Ｅのスペースを小さくできる。

【0050】

図１１は、本実施の形態に係る操作装置５０を用いたマスタスレーブ方式の手術支援ロボットの機能ブロック図である。手術支援ロボット１００は、マスタ機１１０とスレーブ機１２０とで構成されており、マスタ機１１０での操作信号やスレーブ機１２０でのセンサ信号が互いに送受信される。

【0051】

マスタ機１１０は、前述のようにジンバル部７０及び移動機構８４を備える操作装置５０と、操作装置５０等のアクチュエータや機構を制御する制御部８６と、を備える。移動機構８４は、自身の動きをロック及びアンロックするロック機構８８を有する。ロック機構８８は、機械的な係合や電磁的な力、油圧等によってロックとアンロックの状態が切り替え可能に実現される。また、マスタ機１１０は、操作装置５０や移動機構８４の動きのロック及びアンロックを切り替える操作部９０を備える。操作部９０は、例えば、タッチパネルや、手や足で操作するスイッチである。

【0052】

スレーブ機１２０は、マスタ機１１０から受信した信号に基づいて制御部１２２を介して、スレーブ側のマニピュレータ１２４の位置や姿勢を制御する。具体的には、操作装置５０の移動情報は、ジンバル部７０や移動機構８４を介して、スレーブ機１２０のマニピュレータ１２４の位置や姿勢の制御に利用できる。例えば、鉗子の操作が可能な手術支援ロボットがスレーブ機の場合、操作者はグリップ部５２を把持しつつ操作装置５０全体を所望の方向へ移動させたり、所望の向きへ回転させたりする。操作装置５０の移動は、Ｚ軸部７２、Ｘ軸部７６及びＹ軸部８０の回転角度の情報（移動情報）を取得するセンサ（図示せず）によって検知される。センサにより検知された移動情報は、手術支援ロボット１００のスレーブ機１２０に伝達される。スレーブ機１２０は、伝達された移動情報に基づいてマニピュレータ１２４である鉗子の位置を移動させる制御を行う。

【0053】

本実施の形態に係る操作装置５０のピンチ部５４は、ロック機構８８により移動機構８４がロックされた状態で、グリップ部５２に対して回動するとともに、グリップ部５２に対してスライドするように構成されている。これにより、操作装置５０全体をパワーグリップ式として動かすだけでなく、手のひらでグリップ部５２を把持しながらピンチ部５４を回動したりスライドさせたりできる。そのため、パワーグリップ式とピンチグリップ式の両方の機能を兼ね備えることができ、操作者の操作の負担を低減するとともに、繊細な作業が可能となる。また、操作装置５０を所望の位置に移動する場合、主としてグリップ部５２を動かすことで移動機構８４によって移動がスムーズに行われる。また、操作装置５０が所望の位置に到達した際には、ロック機構８８により移動機構８４によるグリップ部５２の動きを制限し、主としてピンチ部５４による繊細な作業が可能となる。

【0054】

なお、ロック機構８８は、ロックされた状態であっても、移動機構８４の水平方向の移動を許容できるように構成されていてもよい。これにより、ロックされた状態であっても、操作装置５０の水平方向の微調整が可能である。

【0055】

また、移動機構８４の各軸方向の位置はセンサで計測され、アンロック時には計測された位置が制御部８６等に入力され様々な制御に利用できる。また、移動機構８４の各軸方向への動きは、モータ等のアクチュエータにより駆動される。また、アンロック時に移動機構８４を動かす場合、スレーブ機１２０のマニピュレータ１２４が操作対象から受ける力を力覚フィードバックとしてアクチュエータの駆動力に反映させてもよい。また、移動機構８４がアンロックの状態で各軸方向に移動させる場合に必要な力Ｆ１と、移動機構８４がロックの状態で水平方向に移動させる場合に必要な力Ｆ２とを変化させてもよい。本実施の形態に係る移動機構８４は、Ｆ１＜Ｆ２となるように構成されている。力を変化させる方法は、アクチュエータを駆動する際の抵抗力を変化させることで実現できる。

【0056】

以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

【産業上の利用可能性】

【0057】

本発明は、マスタ機のマニピュレータに利用できる。

【符号の説明】

【0058】

Ａ１ 第１の回転軸、 Ａ２ 第２の回転軸、 ５０ 操作装置、 ５２ グリップ部、 ５２ａ ガイド部、 ５２ｂ 第２の保持部、 ５２ｃ 回転軸、 ５４ ピンチ部、 ５４ａ 第１の保持部、 ５８ スライド部、 ６４ 入力部、 ６６ ハンドレスト、 ７０ ジンバル部、 ８４ 移動機構、 ８６ 制御部、 ８８ ロック機構、 １００ 手術支援ロボット、 １１０ マスタ機、 １２０ スレーブ機、 １２２ 制御部、 １２４ マニピュレータ。

【要約】

操作装置５０は、遠隔操作の際に用いられる操作装置であって、主に操作者の手のひらで把持されるグリップ部５２と、主に操作者の指でつままれるピンチ部５４と、を備える。ピンチ部５４は、指で保持される第１の保持部５４ａを有し、グリップ部５２に対して回動するとともに、グリップ部５２に対してスライドするように構成されており、第１の保持部５４ａは、該第１の保持部を通る第１の回転軸Ａ１及び該第１の回転軸と交差する第２の回転軸Ａ２に対して回動するように構成されている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】