特許 7260666 手術システム、手術支援ロボット及びその制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-10

(45)【発行日】2023-04-18

(54)【発明の名称】手術システム、手術支援ロボット及びその制御方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 34/30 20160101AFI20230411BHJP

   B25J 3/00 20060101ALI20230411BHJP

【ＦＩ】

A61B34/30

B25J3/00 Z

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2021562747

(86)(22)【出願日】2020-12-04

(86)【国際出願番号】 JP2020045270

(87)【国際公開番号】W WO2021112229

(87)【国際公開日】2021-06-10

【審査請求日】2022-03-24

(31)【優先権主張番号】P 2019220758

(32)【優先日】2019-12-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(73)【特許権者】

【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】110000556

【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】東條 剛史

(72)【発明者】

【氏名】下村 信恭

(72)【発明者】

【氏名】一居 哲夫

【審査官】木村 立人

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－３４８６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５２２５３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５１２７３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１０９８５１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／１７９６２９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１５－５０２１９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ３４／００ ― ３４／３７

Ｂ２５Ｊ １／００ ― ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

近位端部に設けられたベース部、遠位端部に設けられたツール部、及び、前記ベース部と前記ツール部とを結ぶ方向を軸方向とし当該軸方向に延びるシャフト部を有する手術器具と、
前記手術器具の前記ベース部が装着される器具インターフェース、複数の回転関節を含むアーム、及び、前記器具インターフェースと前記アームの遠位端部とを連結する直動関節を有し、患者の体壁に留置されるトロッカーを保持せずに前記手術器具を支持するように構成されたマニピュレータと、
前記手術器具の運動の中心である遠隔中心を記憶するメモリを有する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記遠隔中心から前記手術器具の遠位端部までの前記手術器具の長さを体腔内長さＬとし、前記直動関節の原点位置から終点位置までの変位量を直動変位可能量Ｔ０とし、前記直動関節の原点位置から現在位置までの変位量を第１直動変位量Ｔ１とし、Ｌ≦Ｔ０の場合に、Ｌ及びＴ１の関係がＴ１≧Ｌとなるように、前記マニピュレータの動きを制御する、
手術支援ロボット。

【請求項2】

前記制御装置は、前記体腔内長さＬ、前記第１直動変位量Ｔ１、前記遠隔中心から前記トロッカーの入口までの距離α、及び、前記遠隔中心から前記トロッカーの出口までの距離βの関係が、（Ｌ－β）≦Ｔ１≦（Ｌ＋α）となるように、前記マニピュレータの動きを制御する、
請求項１に記載の手術支援ロボット。

【請求項3】

前記制御装置は、前記体腔内長さＬと前記第１直動変位量Ｔ１の関係が、Ｔ１＝Ｌとなるように、前記マニピュレータの動きを制御する、
請求項１に記載の手術支援ロボット。

【請求項4】

前記制御装置は、退避信号をトリガとして、前記アームの前記複数の回転関節の動きを拘束しつつ、前記直動関節を前記原点位置へ移動させる、
請求項１～３のいずれか一項に記載の手術支援ロボット。

【請求項5】

前記制御装置は、前記アームの前記複数の回転関節のうち少なくとも１つの回転関節の動作により、前記アームの遠位端部が前記シャフト部の前記軸方向と平行に移動する所定の変位量を第２直動変位量Ｔ２とし、Ｌ＞Ｔ０の場合に、Ｌ、Ｔ１、及びＴ２の関係が（Ｔ１＋Ｔ２）≧Ｌとなるように、前記マニピュレータの動きを制御する、
請求項１～４のいずれか一項に記載の手術支援ロボット。

【請求項6】

前記第２直動変位量Ｔ２は前記第１直動変位量Ｔ１よりも小さい、
請求項５に記載の手術支援ロボット。

【請求項7】

前記制御装置は、退避信号をトリガとして、前記直動関節を前記原点位置へ移動させるとともに、前記体腔内長さＬと前記第１直動変位量Ｔ１との差分だけ前記アームの遠位端部が前記軸方向と平行に前記トロッカーから離れる向きへ移動するように前記少なくとも１つの回転関節を動作させる、
請求項５又は６に記載の手術支援ロボット。

【請求項8】

前記制御装置は、Ｌ＞Ｔ０の場合に、（Ｔ０＋Ｔ２）≧Ｌとなるように、前記マニピュレータの動きを制御する、
請求項５～７のいずれか一項に記載の手術支援ロボット。

【請求項9】

手術支援ロボットの制御方法であって、
前記手術支援ロボットは、
近位端部に設けられたベース部、遠位端部に設けられたツール部、及び、前記ベース部と前記ツール部とを結ぶ方向を軸方向とし当該軸方向に延びるシャフト部を有する手術器具と、
前記手術器具の前記ベース部が装着される器具インターフェース、複数の回転関節を含むアーム、及び、前記器具インターフェースと前記アームの遠位端部とを連結する直動関節を有し、患者の体壁に留置されるトロッカーを保持せずに前記手術器具を支持するように構成されたマニピュレータと、
制御装置とを備え、
前記制御方法は、
前記制御装置が前記手術器具の運動の中心である遠隔中心を記憶するステップと、
前記シャフト部が前記トロッカーに通され且つ前記ツール部が前記患者の体腔内に在るときに、前記遠隔中心から前記手術器具の遠位端部までの前記手術器具の長さを体腔内長さＬとし、前記直動関節の原点位置から終点位置までの変位量を直動変位可能量Ｔ０とし、前記直動関節の原点位置から現在位置までの変位量を第１直動変位量Ｔ１とし、Ｌ≦Ｔ０の場合に、Ｌ及びＴ１の関係がＴ１≧Ｌとなるように、前記制御装置が前記マニピュレータの動きを制御するステップとを含む、
手術支援ロボットの制御方法。

【請求項10】

前記マニピュレータの動きを制御するステップにおいて、前記体腔内長さＬ、前記第１直動変位量Ｔ１、及び、前記遠隔中心から前記トロッカーの入口までの距離α、及び、前記遠隔中心から前記トロッカーの出口までの距離βの関係が、（Ｌ―β）≦Ｔ１≦（Ｌ＋α）となるように、前記制御装置が前記マニピュレータの動きを制御する、
請求項９に記載の手術支援ロボットの制御方法。

【請求項11】

前記マニピュレータの動きを制御するステップにおいて、前記体腔内長さＬと前記第１直動変位量Ｔ１の関係が、Ｔ１＝Ｌとなるように、前記制御装置が前記マニピュレータの動きを制御する、
請求項９に記載の手術支援ロボットの制御方法。

【請求項12】

退避信号をトリガとして、前記アームの前記複数の回転関節の動きを拘束しつつ、前記直動関節を前記原点位置へ移動させるように、前記制御装置が前記マニピュレータの動きを制御するステップを、更に含む、
請求項９～１１のいずれか一項に記載の手術支援ロボットの制御方法。

【請求項13】

前記アームの前記複数の回転関節のうち少なくとも１つの回転関節の動作により、前記アームの遠位端部が前記シャフト部の前記軸方向と平行に移動する所定の変位量を第２直動変位量Ｔ２とし、Ｌ＞Ｔ０の場合に、Ｌ、Ｔ１、及びＴ２の関係が（Ｔ１＋Ｔ２）≧Ｌとなるように、前記制御装置が前記マニピュレータの動きを制御するステップを含む、
請求項９～１２のいずれか一項に記載の手術支援ロボットの制御方法。

【請求項14】

前記第２直動変位量Ｔ２は前記第１直動変位量Ｔ１よりも小さい、
請求項１３に記載の手術支援ロボットの制御方法。

【請求項15】

前記制御装置が、退避信号をトリガとして、前記直動関節を前記原点位置へ移動させるとともに、前記体腔内長さＬと前記第１直動変位量Ｔ１との差分だけ前記アームの遠位端部が前記軸方向と平行に前記トロッカーから離れる向きへ移動するように前記少なくとも１つの回転関節を動作させるように、前記制御装置が前記マニピュレータの動きを制御するステップを、更に含む、
請求項１３又は１４に記載の手術支援ロボットの制御方法。

【請求項16】

Ｌ＞Ｔ０の場合に、（Ｔ０＋Ｔ２）≧Ｌとなるように、前記制御装置が前記マニピュレータの動きを制御する、
請求項１３～１５のいずれか一項に記載の手術支援ロボットの制御方法。

【請求項17】

近位端部に設けられたベース部、遠位端部に設けられたツール部、及び、前記ベース部と前記ツール部とを結ぶ方向を軸方向とし当該軸方向に延びるシャフト部を有する手術器具と、
前記手術器具の前記ベース部が装着される器具インターフェース、複数の回転関節を含むアーム、及び、前記器具インターフェースと前記アームの遠位端部とを連結する直動関節を有し、患者の体壁に留置されるトロッカーを保持せずに前記手術器具を支持するように構成されたマニピュレータと、
前記手術器具を移動させるための操作を受け付ける操作入力具と、
前記手術器具の運動の中心である遠隔中心を記憶するメモリを有し、前記操作入力具が受け付けた操作に基づいて前記手術器具が移動するように前記マニピュレータを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記遠隔中心から前記手術器具の遠位端部までの前記手術器具の長さを体腔内長さＬとし、前記直動関節の原点位置から終点位置までの変位量を直動変位可能量Ｔ０とし、前記直動関節の原点位置から現在位置までの変位量を第１直動変位量Ｔ１とし、Ｌ≦Ｔ０の場合に、前記操作入力具が受け付けた操作に基づいて、Ｌ及びＴ１の関係がＴ１≧Ｌとなるように、前記マニピュレータの動きを制御する、
手術システム。

【請求項18】

前記制御装置は、前記アームの前記複数の回転関節のうち少なくとも１つの回転関節の動作により、前記アームの遠位端部が前記シャフト部の前記軸方向と平行に移動する所定の変位量を第２直動変位量Ｔ２とし、Ｌ＞Ｔ０の場合に、Ｌ、Ｔ１、及びＴ２の関係が（Ｔ１＋Ｔ２）≧Ｌとなるように、前記マニピュレータの動きを制御する、
請求項１７に記載の手術システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、手術支援ロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、低侵襲外科手術を行うためのロボット支援手術システムが知られている。ロボット支援手術システムは、一般に、手術器具及びそれを支持するマニピュレータを有する手術支援ロボット（スレーブデバイス）と、外科医が直接に操作するマスタデバイスと、マスタデバイスが受け付けた操作に対応して手術器具が動くように手術器具及びマニピュレータを制御する制御装置とを備える。特許文献１は、この種のロボット支援手術システムを開示する。

【0003】

特許文献１のロボット支援手術システムは、外科医用コンソールと、外科医用コンソールによって遠隔操作される患者側カート（手術支援ロボットの一例）とを備える。患者側カートは、複数のマニピュレータアームと、各マニピュレータアームの遠位端部に設けられた器具ホルダに交換可能に結合された手術器具とを備える。手術器具は、器具ホルダと結合されるベース部と、ベース部に接続された細長いシャフト部と、シャフト部の遠位端部に結合されたツール部とを備える。患者の体壁の低侵襲切開部にカニューレ（又はトロッカーのスリーブ）が留置され、シャフト部はカニューレに通され、ツール部はカニューレを通じて患者の体腔内へ挿入される。

【0004】

特許文献１には、ロボットによる手術中に、手術器具のシャフト部が遠隔中心の周りを枢動するように手術器具の動きが拘束されることが記載されている。遠隔中心は、低侵襲切開部の大きさを最小限に止めることができるように、低侵襲切開部（又はそこに留置されたカニューレ）又はその近傍に設定される。また、特許文献１のロボット支援手術システムでは、カニューレを用いて低侵襲切開部と遠隔中心とを位置合わせできるようにカニューレと手術器具とを一つのマニピュレータアームの器具ホルダで支持し、器具ホルダに沿って手術器具が直線的にスライドすることで遠隔中心を介して手術器具を患者の体腔内に挿入したり体腔外に抜いたりすることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特表２０１６－５１６４８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１の手術支援ロボットにおいては、患者にはカニューレやトロッカースリーブといった管が３本乃至４本設置されている。各管に対応してそれを保持する器具ホルダが設けられている。このため施術部周辺が複数の器具ホルダで混雑して、手術中の補助者による作業の妨げになる、という問題があった。また、上記のような手術支援ロボットにおいて、手術中の緊急事態への対処の一つとして、体腔内に挿入されている手術器具のツール部を患者組織と接触しない位置へ退避させることが考え得る。このような退避動作は、迅速且つ確実に行われなければならない。

【0007】

そこで、本発明では、従来の手術支援ロボットよりも施術部周辺の作業空間を広く確保することができ、手術器具のツール部の体腔からの退避動作を迅速に行うことを可能とする手術支援ロボット及びその制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

手術器具のツール部の退避位置の候補として、患者の体壁に留置されているトロッカーの内部が挙げられる。トロッカーの内部は患者の体腔内に在るツール部から最も近い退避位置となりうる。ツール部がトロッカー内部に収まることによって、患者組織とツール部との接触が防止される。

【0009】

また、上記のような手術支援ロボットでは、複数のマニピュレータ間で干渉が生じないように、各マニピュレータは冗長自由度を有する。そのため、手術器具が患者の体腔内へ挿脱される際に、単一の関節ではなく、複数の関節が動作し得る。しかし、手術器具のツール部が体腔から退避する方向へ移動する際には、トロッカーを通過するシャフト部の振れの抑制及び速度の追求から、マニピュレータでは単一の直動関節のみが動作することが望ましい。

【0010】

以上に鑑み、本発明の一態様に係る手術支援ロボットは、
近位端部に設けられたベース部、遠位端部に設けられたツール部、及び、前記ベース部と前記ツール部とを結ぶ方向を軸方向とし当該軸方向に延びるシャフト部を有する手術器具と、
前記手術器具の前記ベース部が装着される器具インターフェース、複数の回転関節を含むアーム、及び、前記器具インターフェースと前記アームの遠位端部とを連結する直動関節を有し、患者の体壁に留置されるトロッカーを保持せずに前記手術器具を支持するように構成されたマニピュレータと、
前記手術器具の運動の中心である遠隔中心を記憶するメモリを有する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記遠隔中心から前記手術器具の遠位端部までの前記手術器具の体腔内長さを体腔内長さＬとし、前記直動関節の原点位置から終点位置までの変位量を直動変位可能量Ｔ０とし、前記直動関節の原点位置から現在位置までの変位量を第１直動変位量Ｔ１とし、Ｌ≦Ｔ０の場合に、Ｌ及びＴ１の関係がＴ１≧Ｌとなるように、前記マニピュレータの動きを制御することを特徴としている。
また、本発明の一態様に係る手術システムは、
近位端部に設けられたベース部、遠位端部に設けられたツール部、及び、前記ベース部と前記ツール部とを結ぶ方向を軸方向とし当該軸方向に延びるシャフト部を有する手術器具と、
前記手術器具の前記ベース部が装着される器具インターフェース、複数の回転関節を含むアーム、及び、前記器具インターフェースと前記アームの遠位端部とを連結する直動関節を有し、患者の体壁に留置されるトロッカーを保持せずに前記手術器具を支持するように構成されたマニピュレータと、
前記手術器具を移動させるための操作を受け付ける操作入力具と、
前記手術器具の運動の中心である遠隔中心を記憶するメモリを有し、前記操作入力具が受け付けた操作に基づいて前記手術器具が移動するように前記マニピュレータを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記遠隔中心から前記手術器具の遠位端部までの前記手術器具の長さを体腔内長さＬとし、前記直動関節の原点位置から終点位置までの変位量を直動変位可能量Ｔ０とし、前記直動関節の原点位置から現在位置までの変位量を第１直動変位量Ｔ１とし、Ｌ≦Ｔ０の場合に、前記操作入力具が受け付けた操作に基づいて、Ｌ及びＴ１の関係がＴ１≧Ｌとなるように、前記マニピュレータの動きを制御することを特徴としている。

【0011】

また、本発明の一態様に係る手術支援ロボットの制御方法は、
前記手術支援ロボットは、
近位端部に設けられたベース部、遠位端部に設けられたツール部、及び、前記ベース部と前記ツール部とを結ぶ方向を軸方向とし当該軸方向に延びるシャフト部を有する手術器具と、
前記手術器具の前記ベース部が装着される器具インターフェース、複数の回転関節を含むアーム、及び、前記器具インターフェースと前記アームの遠位端部とを連結する直動関節を有し、患者の体壁に留置されるトロッカーを保持せずに前記手術器具を支持するように構成されたマニピュレータと、
制御装置とを備え、
前記制御方法は、
前記制御装置が前記手術器具の運動の中心である遠隔中心を記憶するステップと、
前記シャフト部が前記トロッカーに通され且つ前記ツール部が前記患者の体腔内に在るときに、前記遠隔中心から前記手術器具の遠位端部までの前記手術器具の体腔内長さを体腔内長さＬとし、前記直動関節の原点位置から現在位置までの前記軸方向と平行な直動変位量を第１直動変位量Ｔ１とし、前記直動関節の原点位置から終点位置までの変位量を前記軸方向と平行な直動変位可能量をＴ０とし、Ｌ≦Ｔ０の場合に、Ｌ及びＴ１の関係がＴ１≧Ｌとなるように、前記制御装置が前記マニピュレータの動きを制御するステップとを含むことを特徴としている。

【0012】

上記の手術システム、手術支援ロボット及びその制御方法によれば、マニピュレータの直動関節を原点位置へ復帰させる制御（退避制御）のみで、手術器具のツール部を患者の体腔から退避させることができる。

【0013】

上記の退避制御では、手術器具のシャフト部は軸方向と平行にのみ移動させることが可能である。このように、シャフト部が軸方向と平行にのみ移動することによれば、シャフト部の振れが抑制され、トロッカーとシャフト部との間にカジリが生じにくい。このように、シャフト部をトロッカーから滑らかに引き抜くことができるので、体壁にかかる負荷を低減することができる。

【0014】

また、上記構成の手術システム、手術支援ロボット及びその制御方法によれば、従来の手術支援ロボットのように手術器具を支持する器具ホルダにトロッカーが保持されていないので、複数の器具ホルダによる施術部周辺の混雑が緩和される。

【0015】

また、上記構成の手術システム及び手術支援ロボットにおいて、前記制御装置は、前記複数の回転関節のうち少なくとも１つの回転関節の動作による前記アームの遠位端部の前記軸方向と平行な所定の直動変位量を第２直動変位量Ｔ２とし、Ｌ＞Ｔ０の場合に、Ｌ、Ｔ１，及びＴ２の関係が（Ｔ１＋Ｔ２）≧Ｌとなるように、前記マニピュレータの動きを制御するにしてもよい。

【0016】

また、上記構成の手術支援ロボットの制御方法において、前記複数の回転関節のうち少なくとも１つの回転関節の動作による前記アームの遠位端部の前記軸方向と平行な所定の直動変位量を第２直動変位量Ｔ２とし、Ｌ＞Ｔ０の場合に、Ｌ、Ｔ１，及びＴ２の関係が（Ｔ１＋Ｔ２）≧Ｌとなるように、前記マニピュレータの動きを制御するステップを含むようにしてもよい。

【0017】

上記の手術システム、手術支援ロボット及びその制御方法によれば、マニピュレータの直動関節を原点位置へ復帰させるとともに必要に応じて少なくとも１つの回転関節を回転させる制御（退避制御）のみで、手術器具のツール部を患者の体腔から退避させることができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、手術システム又は手術支援ロボットにおいて、従来よりも施術部周辺の作業空間を広くすることができ、手術器具のツール部の体腔からの退避動作を迅速に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係る手術支援ロボットを備える手術システムの全体的な構成を示す平面図である。

【図2】図２は、手術支援ロボットの側面図である。

【図3】図３は、マニピュレータ及び手術器具の軸構成を示す図である。

【図4】図４は、変形例１に係る手術支援ロボットを備える手術システムの全体的な構成を示す平面図である。

【図5】図５は、変形例１に係る手術支援ロボットの側面図である。

【図6】図６は、変形例１に係る手術支援ロボットのマニピュレータ及び手術器具の軸構成を示す図である。

【図7】図７は、ポジショナ、マニピュレータ及び手術器具の駆動系統の構成を示す図である。

【図8】図８は、手術システムの制御系統の構成を示す図である。

【図9】図９は、指令部（プロセッサ）の構成を示す図である。

【図10】図１０は、退避位置にある手術器具の様子を示す図である。

【図11】図１１は、挿入位置にある手術器具の様子を示す図である。

【図12】図１２は、挿入位置にある手術器具の別の態様を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

図１は、本発明の第１実施形態に係る手術支援ロボット１Ａを備える手術システム１００の全体的な構成を示す平面図である。図１に示す手術システム１００は、患者側システムである手術支援ロボット１Ａと、外科医側システムであるコンソール２とを備える。

【0021】

〔コンソール２〕
コンソール２は、外科医２０３から手術システム１００に対する操作の入力を受け付ける装置である。コンソール２は、手術支援ロボット１Ａを遠隔から操作するためのものであり、手術室内又は手術室外に設置される。コンソール２は、複数の操作入力具と、モニタ２４と、コンソール制御装置２５とを備える。複数の操作入力具は、操作用マニピュレータアーム２１、操作ペダル２２、タッチパネル式ディスプレイ、操作ボタン、操作レバー等のうち少なくとも１種類を含む。コンソール制御装置２５は、手術器具４の一つである内視鏡２９（図８、参照）で撮影された画像をモニタ２４に表示させる。外科医２０３は、モニタ２４に映った患部（施術部位）を視認しながら、操作入力具を操る。コンソール制御装置２５は、操作入力具が受け付けた操作の入力を取得し、それを有線又は無線を介して後述するロボット制御装置６へ伝達する。

【0022】

〔手術支援ロボット１Ａ〕
手術支援ロボット１Ａは、手術室内において患者２０１が横たわる手術台２０２の傍らに配置される。手術室内は滅菌された滅菌野である。

【0023】

図２は、手術支援ロボット１Ａの側面図である。図１及び２に示す手術支援ロボット１Ａは、台車９と、台車９に支持されたポジショナ７と、ポジショナ７の遠位端部に連結されたプラットホーム５と、プラットホーム５に着脱可能に取り付けられた複数の患者側マニピュレータ（以下、単に「マニピュレータ３」という）と、各マニピュレータ３の遠位端部に装着された手術器具４と、ロボット制御装置６とを備える。上記の手術支援ロボット１Ａでは、台車９から手術器具４までの要素が一連に繋がっている。本明細書では、上記一連の要素において、台車９へ向かう側の端部を「近位端部」と称し、その反対側の端部を「遠位端部」と称することとする。

【0024】

〔台車９〕
台車９は、台車本体９１、前輪９２、後輪９３、及び、ハンドル９４を備える。外科医２０３又は手術補助者は、ハンドル９４を把持して台車９を操舵し、手術支援ロボット１Ａを任意の位置まで移動させることができる。手術中の台車９は位置固定される。

【0025】

〔ポジショナ７〕
本実施の形態に係るポジショナ７は、７軸垂直多関節ロボットアームとして構成されている。ポジショナ７は、台車９に対してプラットホーム５の位置を３次元的に移動させる。但し、ポジショナ７の態様は本実施形態に限定されず、７軸以外の垂直多関節ロボットアーム、水平多関節ロボットアームなどがポジショナ７として採用されうる。

【0026】

ポジショナ７は、台車９に載置されたベース７０と、連接された複数のポジショナリンク７１～７６とを備える。複数のポジショナリンク７１～７６は、ベース７０に第１関節Ｊ７１を介して旋回可能に連結された第１リンク７１、第１リンク７１に第２関節Ｊ７２を介して揺動可能に連結された第２リンク７２、第２リンク７２に第３関節Ｊ７３を介して揺動可能に連結された第３リンク７３、第３リンク７３に第４関節Ｊ７４を介して旋回可能に連結された第４リンク７４、第４リンク７４に第５関節Ｊ７５を介して揺動可能に連結された第５リンク７５、第５リンク７５に第６関節Ｊ７６を介して旋回可能に連結された第６リンク７６、及び、第６リンク７６に第７関節Ｊ７７を介して旋回可能に連結されたメカニカルインターフェース７７を含む。メカニカルインターフェース７７にはプラットホーム５が連結される。

【0027】

〔プラットホーム５〕
図１及び２に示すように、プラットホーム５は、複数のマニピュレータ３の拠点となるハブとしての機能を有する。本実施形態では、台車９、ポジショナ７及びプラットホーム５の組み合わせによって、複数のマニピュレータ３を移動可能に支持するマニピュレータ支持体が構成されている。

【0028】

プラットホーム５は、本体５０と、本体５０の近位端部に設けられたポジショナ連結部５１と、本体５０の遠位端部に設けられた複数のマニピュレータ連結部５２とを備える。ポジショナ連結部５１は、ポジショナ７のメカニカルインターフェース７７と連結される。本体５０は、或る長手方向を有し、長手方向を弦の延伸方向とするアーチ形状を呈する。複数のマニピュレータ連結部５２は本体５０の長手方向に分散して配置されている。本実施の形態においては４つのマニピュレータ連結部５２が設けられている。各マニピュレータ連結部５２にはマニピュレータ３の近位端部が着脱可能に連結される。

【0029】

〔患者側マニピュレータ３〕
複数のマニピュレータ３の各々は実質的に同一の構造を有する。図３は、マニピュレータ３及び手術器具４の軸構成を示す図である。図２及び図３に示すように、マニピュレータ３は、近位端部に設けられた第１インターフェース３１と、遠位端部に設けられた第２インターフェース３６（器具インターフェース）と、第１インターフェース３１と第２インターフェース３６との間を繋ぐアーム３０とを備える。第１インターフェース３１は、プラットホーム５のマニピュレータ連結部５２と連結される。複数のマニピュレータ３のうち１本の第２インターフェース３６には、内視鏡２９を備える手術器具４が連結される。また、複数のマニピュレータ３のうち少なくとも一本の第２インターフェース３６には外科用の手術器具４が連結される。

【0030】

アーム３０は、第１インターフェース３１を有するベース８０と、連接された複数のアームリンク８１～８６とを備える。複数のアームリンク８１～８６は、ベース８０に第１関節Ｊ１を介して旋回可能に連結された第１リンク８１、第１リンク８１に第２関節Ｊ２を介して揺動可能に連結された第２リンク８２、第２リンク８２に第３関節Ｊ３を介して旋回可能に連結された第３リンク８３、第３リンク８３に第４関節Ｊ４を介して揺動可能に連結された第４リンク８４、第４リンク８４に第５関節Ｊ５を介して旋回可能に連結された第５リンク８５、第５リンク８５に第６関節Ｊ６を介して揺動可能に連結された第６リンク８６を含む。第６リンク８６には、第７関節Ｊ７を介して直動フレーム３５が揺動可能に連結されている。

【0031】

直動フレーム３５には、第８関節Ｊ８を介して第２インターフェース３６が連結されている。第８関節Ｊ８は、直動フレーム３５に対して第２インターフェース３６を直動移動可能に連結する直動関節である。第８関節Ｊ８は、直動フレーム３５に設けられたレール部６１、レール部６１に案内されて走行するスライダ部６２を有する。スライダ部６２は、第２インターフェース３６と結合されている。

【0032】

〔手術器具４〕
手術器具４は、近位端部に設けられたベース部４５、遠位端部に設けられたツール部４８、及び、ベース部４５とツール部４８とを繋ぐシャフト部４６を有する。シャフト部４６とツール部４８との間にはリスト部４７が介在する。

【0033】

ベース部４５は、マニピュレータ３の第２インターフェース３６に着脱可能に装着される。シャフト部４６は、細長く硬い筒状部材であって、或る軸方向Ａ０に延びる。マニピュレータ３の第２インターフェース３６に手術器具４が装着された状態では、レール部６１の延伸方向と手術器具４の軸方向Ａ０とが平行である。よって、スライダ部６２がレール部６１を走行することにより、手術器具４は直動フレーム３５に対して軸方向Ａ０に移動する。

【0034】

リスト部４７は、少なくとも１つの手首関節を有する。図３に例示された手術器具４のリスト部４７は、第１手首リンク４７１、第２手首リンク４７２、シャフト部４６と第１手首リンク４７１とを接続する第１手首関節Ｊ９、第１手首リンク４７１と第２手首リンク４７２とを接続する第２手首関節Ｊ１０、及び、第２手首リンク４７２とツール部４８とを接続する第３手首関節Ｊ１１を有する。第１手首関節Ｊ９は、第１手首リンク４７１をベース部４５に対し第１軸Ａ９を中心として回転させる。第１軸Ａ９は、シャフト部４６の軸心を通り、手術器具４の軸方向Ａ０と平行である。第２手首関節Ｊ１０は、第２手首リンク４７２を第１手首リンク４７１に対し第２軸Ａ１０を中心として回転させる。第２軸Ａ１０は、第１軸Ａ９と略直交する。第３手首関節Ｊ１１は、ツール部４８を第３軸Ａ１１を中心として回転させる。第３軸Ａ１１は、第１軸Ａ９及び第２軸Ａ１０と略直交する。本実施形態に係るツール部４８は鉗子であって、一対のジョー部材４８１を有する。ツール部４８は、一対のジョー部材４８１を第３軸Ａ１１を中心に回転させるツール関節Ｊ１２を有する。ツール関節Ｊ１２によって、一対のジョー部材４８１が各々反対方向に回転することによって、鉗子のジョーが開閉する。

【0035】

〔手術支援ロボット１Ａの変形例〕
図４は、変形例１に係る手術支援ロボット１Ｂを備える手術システム１００の全体的な構成を示す平面図であり、図５は、変形例１に係る手術支援ロボット１Ｂの側面図であり、図６は、変形例１に係る手術支援ロボット１Ｂのマニピュレータ３及び手術器具４の軸構成を示す図である。なお、本変形例の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。

【0036】

図４～６に示すように、変形例１に係る手術支援ロボット１Ｂは、上記実施形態に係る手術支援ロボット１Ａと同様に、台車９と、台車９に支持されたポジショナ７と、ポジショナ７の遠位端部に連結されたプラットホーム５と、プラットホーム５に着脱可能に取り付けられた複数のマニピュレータ３と、各マニピュレータ３の遠位端部に装着された手術器具４と、ロボット制御装置６とを備える。上記実施形態に係る手術支援ロボット１Ａでは、複数のマニピュレータ３の基部がプラットホーム５の後面に接続されているのに対し、変形例１に係る手術支援ロボット１Ｂでは、複数のマニピュレータ３の基部がプラットホーム５の前面に接続されている点で相違する。なお、プラットホーム５の後面とは、図１、２、４、５に示すように、手術支援ロボット１Ａ，１Ｂの基準姿勢において、プラットホーム５のうち台車９のハンドル９４がある方向を向いた面であり、プラットホーム５の前面とはプラットホーム５の後面と反対側を向いた面である。

【0037】

このように、手術支援ロボット１Ａと変形例１に係る手術支援ロボット１Ｂとでは、複数のマニピュレータ３の第１リンク８１のプラットホーム５に対する延伸方向が異なるため、図６に示すように、第１リンク８１、第２リンク８２、及びこれらを接続する第２関節Ｊ２の基準的な姿勢が相違するが、この点を除いて変形例１に係る手術支援ロボット１Ｂのマニピュレータ３及び手術器具４の軸構成と手術支援ロボット１Ａのマニピュレータ３及び手術器具４の軸構成とは実質的に同一である。

【0038】

〔手術支援ロボット１Ａ，１Ｂの駆動系統の構成〕
図７は、ポジショナ７、マニピュレータ３及び手術器具４の駆動系統の構成を示す図である。なお、図７では、１本の手術器具４についての駆動系統の構成が示されており、他の手術器具４についての駆動系統の構成は省略されている。

【0039】

図１～６、及び図７に示すように、ポジショナ７は、各関節Ｊ７１～Ｊ７７に対応する関節駆動装置Ｄ７１～Ｄ７７を有する。関節駆動装置Ｄ７１～Ｄ７７の動作はロボット制御装置６によって制御される。

【0040】

マニピュレータ３は、各関節Ｊ１～Ｊ８に対応する関節駆動装置Ｄ１～Ｄ８を有する。第８関節Ｊ８の関節駆動装置Ｄ８は、スライダ部６２を駆動するスライダ駆動部である。関節駆動装置Ｄ１～Ｄ８の動作はロボット制御装置６によって制御される。なお、図７では、１本のアーム３０についての駆動系統の構成が示されており、他のアーム３０についての駆動系統の構成は省略されている。

【0041】

手術器具４は、各関節Ｊ９～Ｊ１２に対応する関節駆動装置Ｄ９～Ｄ１２を有する。関節駆動装置Ｄ９～Ｄ１２の動作はロボット制御装置６によって制御される。

【0042】

上記の通り、ポジショナ７、マニピュレータ３、及び手術器具４には、関節駆動装置Ｄｎ（ｎ＝１～１２，７１～７７）が設けられている。関節駆動装置Ｄｎは、サーボモータＭｎ、回転角センサＥｎ、減速機Ｒｎ、及び、動力伝達機構（図示略）を含む。回転角センサＥｎは、サーボモータＭｎの回転角を検出して、ロボット制御装置６へ伝達する。減速機Ｒｎは、サーボモータＭｎの出力を減速してトルクを増幅させる。動力伝達機構は、サーボモータＭｎの出力を対応するリンク等へ伝達する。動力伝達機構は、複数のギア、伝動ワイヤ、伝動ベルト、又は、それらの組み合わせで構成されてよい。

【0043】

〔ロボット制御装置６〕
上記構成の手術支援ロボット１Ａ，１Ｂは、ロボット制御装置６により動作制御される。本実施形態においてロボット制御装置６は、台車９の内部に設置されている。図８は、手術システム１００の制御系統の構成を示す図である。図８に示すように、ロボット制御装置６は、指令部６０１と、制御部６０２とを備える。指令部６０１は動作の指令信号を生成し、制御部６０２は指令信号を受け取って動作の指令の通りにサーボモータＭｎ（ｎ＝１～１２，７１～７７）を動かす。動作の指令には、位置指令が含まれる。

【0044】

図９に示すように、指令部６０１は、プロセッサ４６１、ＲＯＭ及びＲＡＭなどのメモリ４６３、Ｉ／Ｏ部（入出力部）４６４、及びこれらを相互に接続する通信路を備える。指令部６０１には、インターフェース４６５を介して記憶装置４６２、ディスプレイ４６７、操作入力装置４６８、各種センサ、制御部６０２等が接続されている。

【0045】

指令部６０１は、集中制御を行う単独のプロセッサ４６１を備えてもよいし、分散制御を行う複数のプロセッサ４６１を備えてもよい。指令部６０１は、例えば、コンピュータ、パーソナルコンピュータ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）などのＰＬＤ（programmable logic device）、ＰＬＣ（programmable logic controller）、及び、論理回路のうち少なくとも１つ、或いは、２つ以上の組み合わせで構成され得る。メモリ４６３や記憶装置４６２には、プロセッサ４６１が実行する基本プログラムやソフトウエアプログラム等が格納されている。プロセッサ４６１がプログラムを読み出して実行することによって、指令部６０１は当該ソフトウエアプログラムに構成された機能を実現する。

【0046】

また、指令部６０１のメモリ４６３又は記憶装置４６２には、手術器具４に関する情報、手術支援ロボット１Ａ，１Ｂに関する情報、手術台２０２に関する情報、コンソール２に関する情報、及び、手術の内容に関する情報などの、ロボット支援手術及びその準備に必要な各種の情報が格納されている。

【0047】

図７に示すように、制御部６０２は、各サーボモータＭｎと対応付けられたサーボアンプＣｎを含む（但し、ｎ＝１～１２，７１～７７）。サーボアンプＣｎは、図示されない増幅回路や変換機等を介してサーボモータＭｎと電気的に接続されている。サーボアンプＣｎは、動作の指令に対応する関節Ｊｎの駆動電流を求め、サーボモータＭｎへ駆動電流を供給することにより、サーボモータＭｎを動かす。

【0048】

上記構成において、指令部６０１は、手術支援ロボット１Ａ，１Ｂに搭載された操作入力装置４６８からプラットホーム５の位置及び姿勢に関する操作の入力を取得する。指令部６０１は、回転角センサＥ７１～Ｅ７７で検出されたモータ回転角に基づいて各関節Ｊ７１～Ｊ７７の位置情報及び回転角情報を得て、プラットホーム５が目標の位置及び姿勢となるようなポジショナ７の各関節Ｊ７１～Ｊ７７の位置及び速度を求め、この位置及び姿勢に基づいて取得した操作の入力に応答する位置指令を生成する。生成した位置指令は制御部６０２（サーボアンプＣ７１～Ｃ７７）へ伝達される。位置指令を取得した制御部６０２は、モータ回転角及び位置指令に基づいて駆動指令値を生成し、駆動指令値に対応した駆動電流をサーボモータＭ７１～Ｍ７７へ供給する。これにより関節駆動装置Ｄ７１～Ｄ７７が作動して関節Ｊ７１～Ｊ７７が動かされて、プラットホーム５が操作に応答した位置及び姿勢となる。

【0049】

また、指令部６０１は、コンソール制御装置２５から手術器具４の位置及び姿勢に関する操作の入力を取得する。指令部６０１は、回転角センサＥ１～Ｅ１２で検出されたモータ回転角に基づいて各関節Ｊ１～Ｊ１２の位置情報及び回転角情報を得て、手術器具４のツール部４８が目標の位置及び姿勢となるような各関節Ｊ１～Ｊ１２の位置及び回転角を求め、この位置及び回転角に基づいて取得した操作の入力に応答する位置指令を生成する。生成した位置指令は制御部６０２（サーボアンプＣ１～Ｃ１２）へ伝達される。位置指令を取得した制御部６０２は、モータ回転角及び位置指令に基づいて駆動指令値を生成し、駆動指令値に対応した駆動電流をサーボモータＭ１～Ｍ１２へ供給する。これにより関節駆動装置Ｄ１～Ｄ１２が作動して関節Ｊ１～Ｊ１２が動かされて、手術器具４のツール部４８が操作に応答した位置及び姿勢となる。

【0050】

〔手術支援ロボット１Ａ，１Ｂの制御方法〕
手術中の手術支援ロボット１Ａ，１Ｂでは、原則としてポジショナ７が静止した状態で、コンソール２に入力された操作に応答して、マニピュレータ３及び手術器具４の関節Ｊ１～Ｊ１２が動作し、手術器具４のツール部４８の位置及び姿勢が変化する。

【0051】

手術の前に、手術支援ロボット１Ａ，１Ｂの台車９が手術台２０２の近傍まで運ばれ、ポジショナ７及び各マニピュレータ３が所定のプリセット位置まで展開される。そして、マニピュレータ３の第２インターフェース３６に教示具（図示略）が連結される。教示具は、手術器具４を模したものであり、手術器具４と同様に第２インターフェース３６と連結されるインターフェースを有する。教示具は、手術支援ロボット１Ａ，１Ｂに遠隔中心ＲＣを教示するためのものである。オペレータは、教示具が装着されたマニピュレータ３に外力を与えて（或いは、操作入力装置４６８を介してマニピュレータ３を操作して）教示具を教示させたい位置へ移動させる。ロボット制御装置６は、回転角センサＥ１～Ｅ１２で検出されたモータ回転角に基づいて各関節Ｊ１～Ｊ１２の位置情報及び回転角情報を得て、加えて教示具の特性情報などを利用して教示具に規定された教示点の位置を求める。ロボット制御装置６は、教示点の位置を利用して遠隔中心ＲＣの位置を求めてメモリ４６３に記憶する。遠隔中心ＲＣは、手術器具４の運動の中心であって、通常、患者２０１の体壁２０４に留置されたトロッカー２００の入口２００in又はその近傍に設定される。トロッカー２００は、患者２０１の体壁２０４に留置されて手術用ポートを形成する筒菅状のものである。トロッカー２００は手術器具４が挿通されるスリーブを有する。トロッカー２００に代えて、カニューレ、スリーブ、チューブなどの筒菅状のものが用いられてよい。このようにして、手術の前にロボット制御装置６に遠隔中心ＲＣが教示される。

【0052】

図１０は、体腔２０５からの退避位置にある手術器具４の様子を示す図である。図１０に示すように、手術器具４の遠位端部が退避点ＥＰに位置するとき、ツール部４８の全体がトロッカー２００の内部に位置するか、又は、その一部分又は全体がトロッカー２００から体外側へ抜け出しており、ツール部４８が患者２０１の体腔２０５に存在しない。上記のような退避点ＥＰは、患者２０１の体壁２０４に留置されたトロッカー２００の内部に設定される。退避点ＥＰは、トロッカー２００の入口２００in又は出口２００outに設定されてもよいが、入口２００inと出口２００outとの間に設定されることが望ましい。退避点ＥＰは、遠隔中心ＲＣと同じ位置に設定されてもよい。ロボット制御装置６は、遠隔中心ＲＣの位置に基づいて退避点ＥＰを設定し記憶してもよい。

【0053】

図１１は、挿入位置にある手術器具４の様子を示す図である。図１１に示す手術器具４は、シャフト部４６がトロッカー２００に通され、ツール部４８は患者２０１の体腔２０５内に在る。遠隔中心ＲＣからトロッカー２００の入口２００inまでの距離を距離αと規定する。なお、トロッカー２００の図示しない基準線に合わせてトロッカー２００を患者に配置した場合は、αを定数とすることができる。また、トロッカー２００の種類に応じてαの値は変化する。また、遠隔中心ＲＣからトロッカー２００の出口２００outまでの距離を距離βと規定する。なお、トロッカー２００の図示しない基準線に合わせてトロッカー２００を患者に配置した場合は、βを定数とすることができる。

【0054】

手術器具４のツール部４８が患者２０１の体腔２０５内に在る状態において、遠隔中心ＲＣから手術器具４の遠位端（即ち、ツール部４８の遠位端）までの長さを、手術器具４の「体腔内長さＬ」と称する。手術器具４の体腔内長さＬは、外科医２０３がコンソール２の操作用マニピュレータアーム２１を用いて入力した操作に基づいて定まる。

【0055】

手術器具４をトロッカー２００を通して体腔２０５へ挿脱する際には、シャフト部４６、リスト部４７及びツール部４８が一直線状となる姿勢（以下、基準姿勢）とされる。体腔内長さＬに含まれるリスト部４７の長さは、手術器具４が基準姿勢であるときのリスト部４７の軸方向Ａ０の長さとする。この長さは、リスト部４７の中心軸を通る長さとほぼ等しい。また、体腔内長さＬに含まれるツール部４８の長さは、手術器具４が基準姿勢であるときのツール部４８の軸方向Ａ０の長さとする。つまり、リスト部４７及びツール部４８の現在の姿勢に関わらず、仮想的に手術器具４が基準姿勢であるものとして手術器具４の体腔内長さＬが演算される。

【0056】

本実施形態では、第２インターフェース３６の位置及び姿勢と、遠隔中心ＲＣの位置と、手術器具４の外形情報とに基づいて、手術器具４の体腔内長さＬを求め得る。手術器具４の外形情報には、例えば、ベース部４５の大きさ、シャフト部４６の長さ、リスト部４７のリンク長、及び、ツール部４８のジョー部材４８１の長さが含まれる。第２インターフェース３６の位置及び姿勢は、回転角センサＥ１～Ｅ８で検出される回転角とマニピュレータ３の外形情報とに基づいて求め得る。但し、手術器具４の体腔内長さＬの算出方法は上記に限定されない。

【0057】

マニピュレータ３の第８関節Ｊ８には予め原点位置Ｓ０と終点位置Ｓｅとが規定されている。原点位置Ｓ０はレール部６１の近位端又はその近傍に規定される。終点位置Ｓｅは、レール部６１の遠位端又はその近傍に規定される。現在のスライダ部６２の走行位置を「現在位置Ｓｃ」と称する。第８関節Ｊ８の原点位置Ｓ０から終点位置Ｓｅまでの軸方向Ａ０と平行な変位量を、第８関節Ｊ８の「直動変位可能量Ｔ０」と称する。第８関節Ｊ８の原点位置Ｓ０から現在位置Ｓｃまでの軸方向Ａ０と平行な変位量を、第８関節Ｊ８の「第１直動変位量Ｔ１」と称する。

【0058】

手術中において、手術器具４の体腔内長さＬが直動変位可能量Ｔ０以下の場合、第８関節Ｊ８による第１直動変位量Ｔ１は、手術器具４の体腔内長さＬと同一又は所定の関係となるように維持される。ロボット制御装置６は、手術器具４の体腔内長さＬと第８関節Ｊ８の第１直動変位量Ｔ１の関係が、Ｔ１＝Ｌとなるように、マニピュレータ３の動きを制御する。具体的には、ロボット制御装置６は、体腔内長さＬと第１直動変位量Ｔ１とが等しくなるように、第８関節Ｊ８を動作させる。同時に、ロボット制御装置６は、ツール部４８の位置及び姿勢が指令と対応するように、マニピュレータ３の第８関節Ｊ８を除く関節Ｊ１～Ｊ７及び手術器具４の関節Ｊ９～Ｊ１２を動作させる。即ち、操作用マニピュレータアーム２１による手術器具４の遠位端の軸方向Ａ０の移動指令に対して、第８関節Ｊ８の直動変位のみで指令された位置に手術器具４の遠位端を移動可能な場合、ロボット制御装置６は、マニピュレータ３の複数の回転関節Ｊ１～Ｊ７を使用せずに第８関節Ｊ８のみを使用して手術器具４を軸方向Ａ０に移動させる。

【0059】

ロボット制御装置６は、手術器具４の患者２０１の体腔２０５からの退避制御を、与えられた退避信号をトリガとして行う。退避信号は、マニピュレータ３の退避操作具６３の操作によって生じさせることができる。退避操作具６３は、手術支援ロボット１Ａ，１Ｂのマニピュレータ３にそれぞれ設けられている（図２，８、参照）。退避操作具６３は、例えば、ボタン、レバー、ペダルなどの単純な操作具であってよい。

【0060】

手術中に退避操作具６３が操作されると、退避信号がロボット制御装置６へ与えられる。ロボット制御装置６は、退避信号を取得すると直ちに退避制御を行う。具体的には、ロボット制御装置６は、マニピュレータ３の関節Ｊ１～Ｊ７の位置及び回転角を保持したまま、スライダ部６２が現在位置Ｓｃから原点位置Ｓ０まで移動（復帰）するように、第８関節Ｊ８を動作させる。同時に、ロボット制御装置６は、手術器具４が基準姿勢となるように、手術器具４の手首関節Ｊ９～Ｊ１１及びツール関節Ｊ１２を必要に応じて動作させる。

【0061】

上記の退避制御により、図１０に示すように、手術器具４のシャフト部４６はトロッカー２００から軸方向Ａ０と平行に引き抜かれて、手術器具４の遠位端部は退避点ＥＰに到達する。その結果、手術器具４のツール部４８は患者２０１の体腔２０５から退避した状態となる。

【0062】

以上に説明したように、本実施形態の手術支援ロボット１Ａ，１Ｂは、手術器具４と、患者２０１の体壁２０４に留置されるトロッカー２００を保持せずに手術器具４を支持するマニピュレータ３と、ロボット制御装置６とを備える。手術器具４は、近位端部に設けられたベース部４５、遠位端部に設けられたツール部４８、及び、ベース部４５とツール部４８とを結ぶ方向をＡ０軸方向とし当該軸方向Ａ０に延びるシャフト部４６を有する。マニピュレータ３は、ベース部４５が装着される器具インターフェース３６、複数の回転関節（第１関節Ｊ１～第７関節Ｊ７）を含むアーム３０、及び、器具インターフェース３６とアーム３０とを連結する直動関節（第８関節Ｊ８）を有する。

【0063】

上記構成の手術支援ロボット１Ａ，１Ｂにおいて、ロボット制御装置６は、遠隔中心ＲＣを記憶する。更に、ロボット制御装置６は、シャフト部４６がトロッカー２００に通され且つツール部４８が患者２０１の体腔２０５内に在るときに、手術器具４の体腔内長さＬと直動関節（第８関節Ｊ８）による第１直動変位量Ｔ１との関係が、Ｔ１＝Ｌとなるように、マニピュレータ３の動きを制御する。手術器具４の体腔内長さＬは、遠隔中心ＲＣから手術器具４の遠位端部までの長さを表す。直動関節（第８関節Ｊ８）の第１直動変位量Ｔ１は、直動関節（第８関節Ｊ８）の原点位置Ｓ０から現在位置Ｓｃまでの軸方向Ａ０と平行な変位量を表す。直動関節（第８関節Ｊ８）の直動変位可能量Ｔ０は、直動関節（第８関節Ｊ８）の原点位置Ｓ０から終点位置Ｓｅまでの軸方向Ａ０と平行な変位量を表す。

【0064】

また、本実施形態に係る手術支援ロボット１Ａ，１Ｂの制御方法は、
手術器具４の運動の中心である遠隔中心ＲＣを記憶するステップと、
シャフト部４６がトロッカー２００に通され且つツール部４８が患者２０１の体腔２０５内に在るときに、手術器具４の体腔内長さＬと直動関節（第８関節Ｊ８）の第１直動変位量Ｔ１との関係が、Ｔ１＝Ｌとなるように、マニピュレータ３の動きを制御するステップとを含む。

【0065】

上記実施形態では、退避制御において手術器具４のツール部４８の遠位端部は退避点ＥＰまで移動するが、ツール部４８の遠位端部は退避点ＥＰを超えて体外側へ移動してもよい。このような観点から、上記のロボット制御装置６は、シャフト部４６がトロッカー２００に通され且つツール部４８が患者２０１の体腔２０５内に在るときに、手術器具４の体腔内長さＬと、直動関節（第８関節Ｊ８）の第１直動変位量Ｔ１との関係がＴ１≧Ｌとなるように、マニピュレータ３の動きを制御してもよい。

【0066】

同様に、手術支援ロボット１Ａ，１Ｂの制御方法は、
手術器具４の運動の中心である遠隔中心ＲＣを記憶するステップと、
シャフト部４６がトロッカー２００に通され且つツール部４８が患者２０１の体腔２０５内に在るときに、手術器具４の体腔内長さＬと、直動関節（第８関節Ｊ８）の第１直動変位量Ｔ１との関係がＴ１≧Ｌとなるように、マニピュレータ３の動きを制御するステップとを含んでいてもよい。

【0067】

上記の手術支援ロボット１Ａ，１Ｂ及びその制御方法において、ツール部４８の遠位端部がトロッカー２００の入口２００inを大きく超えて体外側へ移動してしまうと、ツール部４８に付着した体液が飛散したり、次にツール部４８をトロッカー２００に挿入する作業が煩雑となったりするおそれがある。このような観点から、上記のロボット制御装置６は、シャフト部４６がトロッカー２００に通され且つツール部４８が患者２０１の体腔２０５内に在るときに、手術器具４の体腔内長さＬ、直動関節（第８関節Ｊ８）の第１直動変位量Ｔ１、遠隔中心ＲＣからトロッカー２００の入口２００inまでの距離α、及び、遠隔中心ＲＣからトロッカー２００の出口２００outまでの距離βの関係が、（Ｌ―β）≦Ｔ１≦（Ｌ＋α）となるように、マニピュレータ３の動きを制御してもよい。

【0068】

同様に、手術支援ロボット１Ａ，１Ｂの制御方法は、
手術器具４の運動の中心である遠隔中心ＲＣを記憶するステップと、
シャフト部４６がトロッカー２００に通され且つツール部４８が患者２０１の体腔２０５内に在るときに、手術器具４の体腔内長さＬ、直動関節（第８関節Ｊ８）の第１直動変位量Ｔ１、遠隔中心ＲＣからトロッカー２００の入口２００inまでの距離α、及び、遠隔中心ＲＣからトロッカー２００の出口２００outまでの距離βの関係が、（Ｌ－β）≦Ｔ１≦（Ｌ＋α）となるように、マニピュレータ３の動きを制御するステップとを含んでいてもよい。

【0069】

上記において、第１直動変位量Ｔ１は（Ｌ－β）以上（Ｌ＋α）以下の範囲で変動が許容されてもよいし、第１直動変位量Ｔ１が（Ｌ―β）以上（Ｌ＋α）以下の所定の値に制御されてもよい。

【0070】

上記手術支援ロボット１Ａ，１Ｂ及びその制御方法によれば、マニピュレータ３の直動関節（第８関節Ｊ８）の直動変位可能量Ｔ０が手術器具４の体腔内長さＬと等しい又はそれ以上であるので、マニピュレータ３の直動関節（第８関節Ｊ８）を原点位置Ｓ０へ復帰させる制御（退避制御）のみで、手術器具４のツール部４８を患者２０１の体腔２０５からトロッカー２００内へ退避させることができる。

【0071】

上記の退避制御では、手術器具４のシャフト部４６は軸方向Ａ０と平行にしか移動しない。よって、シャフト部４６の振れが抑制され、トロッカー２００とシャフト部４６との間にカジリが生じにくい。このように、シャフト部４６をトロッカー２００から滑らかに引き抜くことができるので、患者２０１の体壁２０４にかかる負荷を低減することができる。

【0072】

上記の退避制御では、マニピュレータ３の第８関節Ｊ８を除いた、ポジショナ７及びマニピュレータ３の残り全ての関節Ｊ７１～Ｊ７７，Ｊ１～Ｊ７の動作が拘束され、マニピュレータ３の第８関節Ｊ８の関節駆動装置Ｄ８のみが動作する。第８関節Ｊ８に限らずマニピュレータ３の関節Ｊ１～Ｊ８を動かすことによっても手術器具４を体腔２０５から引き抜くことは可能である。しかし、退避制御では、動かす関節が第８関節Ｊ８に制限され、更に、第８関節Ｊ８の目標位置が現在位置Ｓｃに関わらず原点位置Ｓ０となるので、ロボット制御装置６が行う演算処理は単純となり、迅速な動作が期待できる。

【0073】

更に、上記構成の手術支援ロボット１Ａ，１Ｂ及びその制御方法によれば、手術器具４を支持しているマニピュレータ３は、トロッカー２００から独立している。よって、マニピュレータ３は、トロッカー２００に拘束されることなく動くことができる。これにより、マニピュレータ３の設計の自由度を高めることができる。また、緊急時にマニピュレータ３を患者から退避させる場合に、トロッカー２００をマニピュレータ３から取り外す必要がなく、迅速にマニピュレータ３を患者から退避させることができる。

【0074】

また、上記構成の手術支援ロボット１Ａ，１Ｂ及びその制御方法によれば、従来の手術支援ロボットのように手術器具４を支持する器具ホルダにトロッカー２００が保持されていないので、複数の器具ホルダによる施術部周辺の混雑が緩和される。手術器具４が最深部まで挿入されても、直動関節（第８関節Ｊ８）及びマニピュレータ３と患者２０１とが干渉せず、直動関節（第８関節Ｊ８）及びマニピュレータ３と患者２０１とが干渉しない距離を維持することができる。

【0075】

また、本実施形態に係る手術支援ロボット１Ａ，１Ｂにおいて、ロボット制御装置６は、退避信号をトリガとして、マニピュレータ３のアーム３０の複数の関節Ｊ１～Ｊ７の動きを拘束しつつ、直動関節（第８関節Ｊ８）を原点位置Ｓ０へ移動させるように構成されている。

【0076】

同様に、本実施形態に係る手術支援ロボット１Ａ，１Ｂの制御方法は、退避信号をトリガとして、マニピュレータ３のアーム３０の複数の関節Ｊ１～Ｊ７の動きを拘束しつつ、直動関節（第８関節Ｊ８）を原点位置Ｓ０へ移動させるステップを含む。

【0077】

上記手術支援ロボット１Ａ，１Ｂ及びその制御方法によれば、ロボット制御装置６に退避信号を与えることによって、ロボット制御装置６に退避制御を行わせることができる。前述の通り、上記構成の手術支援ロボット１Ａ，１Ｂでは、手術器具４を患者２０１の体腔２０５から退避させる動作を迅速且つ確実に行うことができる。このような退避制御は、手術器具４の患者２０１の体腔２０５への挿脱時のみならず、緊急時に手術器具４を体腔２０５から退避させる制御として有用である。

【0078】

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明の思想を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び／又は機能の詳細を変更したものも本発明に含まれ得る。

【0079】

例えば、上記実施形態では、手術器具４のツール部４８は鉗子であるが、ツール部４８の態様はこれに限定されない。ツール部４８は、動作する関節を有する器具、及び、関節を有しない器具を含む群より選択されたいずれか一つであってよい。動作する関節を有する器具には、鉗子、ハサミ、グラスパー、ニードルホルダ、マイクロジセクター、ステープルアプライヤー、タッカー、吸引洗浄ツール、スネアワイヤ、及び、クリップアプライヤー等が含まれる。関節を有しない器具には、切断刃、焼灼プローブ、洗浄器、カテーテル、及び、吸引オリフィス等が含まれる。

【0080】

また、例えば、上記実施形態では、マニピュレータ３は直動関節である第８関節Ｊ８を含む８つの関節（制御軸）を有するが、マニピュレータ３が備える関節の数は上記に限定されない。

【0081】

また、例えば、上記実施形態では、第８関節Ｊ８は一段の直動機構から構成されている。但し、第８関節Ｊ８が多段の直動機構から構成され、各段の変位量の合計が第１直動変位量Ｔ１にとなるように第８関節Ｊ８の動作が制御されてもよい。

【0082】

上記実施形態では、手術器具４の体腔内長さＬが直動変位可能量Ｔ０以下の場合（Ｌ≦Ｔ０）について、ロボット制御装置６による直動関節である第８関節Ｊ８の動作制御について説明した。このように単一の関節が動作することによれば、トロッカー２００を通過するシャフト部４６の振れの抑制及び速度の追求することができる点で優れている。一方、手術器具４の体腔内長さＬが直動変位可能量Ｔ０よりも長い場合（Ｌ＞Ｔ０）のロボット制御装置６によるマニピュレータ３の動作制御について以下に説明する。

【0083】

図１２に示すように、マニピュレータ３の第８関節Ｊ８を除く回転関節Ｊ１～Ｊ７のうち少なくとも１つによって、手術器具４の遠位端部が軸方向Ａ０と平行に直動変位可能な量を「第２直動変位量Ｔ２」と称する。但し、第２直動変位量Ｔ２は、厳密に直線運動の変位量に限定されない。回転関節Ｊ１～Ｊ７の各々は、回転中心の周りを回転移動するが、その回転量が僅かである場合には、遠隔中心ＲＣを通過する手術器具４の部分は概ね直線状に移動し得る。第２直動変位量Ｔ２は、マニピュレータ３の第８関節Ｊ８を除く回転関節Ｊ１～Ｊ７のうち６つの回転関節によって行われることが直動変位の直線性を高めるうえで好ましい。

【0084】

第２直動変位量Ｔ２は、手術器具４の体腔内長さＬと直動変位可能量Ｔ０の差分の長さに応じて変動する値であってよい。第２直動変位量Ｔ２は、退避処理における迅速な退避動作を実現するという観点から、好ましくは第１直動変位量Ｔ１よりも小さな値とされる。

【0085】

上記のように、ロボット制御装置６は、手術器具４のシャフト部４６がトロッカー２００に通され且つツール部４８が患者２０１の体腔内に在るときに、遠隔中心ＲＣから手術器具４の遠位端部までの手術器具４の体腔内長さを体腔内長さＬとし、マニピュレータ３の直動関節Ｊ８の原点位置から現在位置までの軸方向Ａ０と平行な直動変位量を第１直動変位量Ｔ１とし、マニピュレータ３の複数の回転関節Ｊ１～Ｊ７のうち少なくとも１つの回転関節によるアーム３０の遠位端部の軸方向Ａ０と平行な所定の直動変位量を第２直動変位量Ｔ２と規定したときに、Ｌ、Ｔ１、及びＴ２の関係が（Ｔ１＋Ｔ２）≧Ｌとなるように、マニピュレータ３の動きを制御してもよい。即ち、操作用マニピュレータアーム２１による手術器具４の遠位端の軸方向Ａ０の移動指令に対して、第８関節Ｊ８の直動変位のみでは移動量が不足して指令された位置に手術器具４の遠位端を移動できない場合には、ロボット制御装置６は、第８関節Ｊ８とマニピュレータ３の複数の回転関節Ｊ１～Ｊ７の少なくとも１つを使用して手術器具４を軸方向Ａ０に移動させることができる。

【0086】

このようにマニピュレータ３が制御されている間に退避操作具６３が操作されると、退避信号がロボット制御装置６へ与えられる。ロボット制御装置６は、退避信号を取得すると直ちに退避制御を行う。具体的には、ロボット制御装置６は、手術器具４の遠位端部を退避点ＥＰへ移動させるために、スライダ部６２が現在位置Ｓｃから原点位置Ｓ０まで移動（復帰）するように第８関節Ｊ８を動作させるとともに、マニピュレータ３の関節Ｊ１～Ｊ７のうちの複数の関節を動作させる。同時に、ロボット制御装置６は、手術器具４が基準姿勢となるように、手術器具４の手首関節Ｊ９～Ｊ１１及びツール関節Ｊ１２を必要に応じて動作させる。このような退避制御によって、手術器具４のシャフト部４６はトロッカー２００から軸方向Ａ０と平行に引き抜かれて、手術器具４の遠位端部は退避点ＥＰに到達させることができる。

【0087】

上記の退避処理において、体腔内長さＬが直動変位可能量Ｔ０よりも小さいときには、回転関節Ｊ１～Ｊ７は静止し第８関節Ｊ８のみが優先的に動作するように、マニピュレータ３が制御されることが望ましい。また、体腔内長さＬが直動変位可能量Ｔ０よりも大きい場合（Ｌ＞Ｔ０）は、第１直動変位量Ｔ１は好ましくは直動変位可能量Ｔ０であり、ロボット制御装置６は、Ｔ２≧（Ｌ－Ｔ０）となるように、マニピュレータ３の動きを制御してよい。

【0088】

また、退避動作において直動関節Ｊ８に加えて少なくとも１つの回転関節Ｊ１～Ｊ７が許容される場合、ロボット制御装置６は、直動関節である第８関節Ｊ８を原点位置へ移動させるとともに、体腔内長さＬと直動変位可能量Ｔ０との差分だけアーム３０の遠位端部が軸方向Ａ０と平行にトロッカー２００から離れる向きへ移動するように回転関節Ｊ１～Ｊ７のうちの複数の関節を動作させてよい。このとき回転関節Ｊ１～Ｊ７のうちの６つを動作させることが退避動作の直線性を高めるうえ好ましい。このように、直動関節Ｊ８を回転関節Ｊ１～Ｊ７に対して優先的に動作させることにより、より迅速な手術器具４の引き抜きを行うことができる。

【符号の説明】

【0089】

１Ａ，１Ｂ ：手術支援ロボット
２ ：コンソール
３ ：患者側マニピュレータ
４ ：手術器具
６ ：ロボット制御装置
３０ ：アーム
３６ ：第２インターフェース（器具インターフェース）
４５ ：ベース部
４６ ：シャフト部
４７ ：リスト部
４８ ：ツール部
２００：トロッカー
２０１：患者
２０４：体壁
２０５：体腔
Ａ０ ：軸方向
Ｊ１～Ｊ７ ：第１～７関節（回転関節）
Ｊ８ ：第８関節（直動関節）
Ｓ０ ：原点位置
Ｓｃ ：現在位置
Ｔ１ ：第１直動変位量
Ｔ２ ：第２直動変位量
α ：距離
β ：距離
Ｌ ：体腔内長さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】