特許 7345010 手術支援ロボット

(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】2023-09-06

(45)【発行日】2023-09-14

(54)【発明の名称】手術支援ロボット

(51)【国際特許分類】

   A61B 34/35 20160101AFI20230907BHJP

   B25J 13/08 20060101ALI20230907BHJP

【ＦＩ】

A61B34/35

B25J13/08

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2022075286

(22)【出願日】2022-04-28

(62)【分割の表示】P 2020079002の分割

【原出願日】2020-04-28

(65)【公開番号】P2022105545

(43)【公開日】2022-07-14

【審査請求日】2022-04-28

(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】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】岸田 悠治

(72)【発明者】

【氏名】吾郷 健二

【審査官】宮崎 敏長

(56)【参考文献】

【文献】韓国公開特許第１０－２０１９－００４９７２８（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２０２０－００９５９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５３４０９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ３４／３０ － Ａ６１Ｂ ３４／３５

Ｂ２５Ｊ ３／００ － Ｂ２５Ｊ ３／０４

Ｂ２５Ｊ １３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のリンクと複数の関節を有するアームと、
前記複数のリンクのうちの少なくとも一つのリンクに取り付けられ、前記アームを操作する操作部とを備え、
前記操作部は、
操作者が把持する把持部と、
前記把持部に加えられた力に基づいて、前記アームの移動方向および移動速度を制御するための信号を出力するセンサと、
押下されることにより前記アームの移動を許可するイネーブルスイッチと、を含み、
前記センサは、前記操作者が前記アームの移動を許可する状態となるように前記操作部を把持して前記イネーブルスイッチを押下した状態で、前記把持部に加えられた力に基づいて、前記アームの移動方向および移動速度を制御するための信号を出力する、手術支援ロボット。

【請求項2】

前記操作部は、前記複数のリンクのうち、最先端のリンクに取り付けられている、請求項１に記載の手術支援ロボット。

【請求項3】

前記アームは、医療器具が取り付けられる先端側リンクと基端側リンクとを含み、前記先端側リンクを前記基端側リンクに対して相対的に並進移動させる並進移動機構部をさらに備えており、
前記操作部が支持される前記リンクは、前記先端側リンクである、請求項１または２に記載の手術支援ロボット。

【請求項4】

前記操作部は、前記医療器具に隣り合うように、前記先端側リンクに取り付けられている、請求項３に記載の手術支援ロボット。

【請求項5】

前記イネーブルスイッチは、前記操作部の外周面に設けられており、前記操作者が前記操作部の外周面を把持して前記イネーブルスイッチを押下することにより前記アームの移動を許可する、請求項１～４のいずれか１項に記載の手術支援ロボット。

【請求項6】

前記イネーブルスイッチは、前記操作部の外周面の両側に一対設けられており、前記操作者が前記操作部の外周面を把持して、前記操作部の外周面の両側に設けられている前記イネーブルスイッチのうちの少なくとも一方を押下することにより前記アームの移動を許可する、請求項１～４のいずれか１項に記載の手術支援ロボット。

【請求項7】

前記操作部の断面は、互いに対向して略平行に延びる一対の辺を有する形状を有しており、前記一対のイネーブルスイッチは、前記操作部の互いに対向する一対の辺を含む面に各々設けられている、請求項６に記載の手術支援ロボット。

【請求項8】

前記センサは、前記操作者が前記把持部を把持して前記把持部に対して加えられた力に基づいて、前記アームの移動方向および移動速度を操作するための信号を出力する力センサを含む、請求項１～７のいずれか１項に記載の手術支援ロボット。

【請求項9】

前記センサからの入力信号に基づいて前記アームを操作する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記センサからの入力信号に上限値を設けることと、前記センサからの入力信号を平滑化することとのうちの少なくとも一方を行うことにより、前記アームの移動速度の変化を低減する制御を行う、請求項１～８のいずれか１項に記載の手術支援ロボット。

【請求項10】

複数のリンクと複数の関節を有するアームと、
前記複数のリンクのうちの少なくとも一つのリンクに取り付けられ、前記アームを操作する操作部とを備え、
前記操作部は、
操作者が把持する把持部と、
前記把持部に加えられた力に基づいて、前記アームの移動方向および移動速度を制御するための信号を出力するセンサと、
前記把持部と前記センサとの間に設けられ、前記把持部から前記センサに加えられる力を緩和する緩衝部材とを含む、手術支援ロボット。

【請求項11】

前記把持部は、前記センサと前記緩衝部材とを内部に収容する前記操作部の外表面を構成する筐体を含む、請求項１０に記載の手術支援ロボット。

【請求項12】

前記センサは、前記アームに固定されており、
前記把持部は、前記緩衝部材を介して、前記アームに固定された前記センサに力を加える、請求項１０または１１に記載の手術支援ロボット。

【請求項13】

前記緩衝部材は、ゴム部材を含む、請求項１０～１２のいずれか１項に記載の手術支援ロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、手術支援ロボットに関し、特に、アームを操作する操作部を備える手術支援ロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、アームを操作する操作部を備える手術支援ロボットが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

【0003】

上記特許文献１には、関節式プローブと、手術用器具と、コントローラ（以下、アームという）とを備えるロボットシステム（手術支援ロボット）が開示されている。手術用器具は、関節式プローブの先端に設けられている。また、アームは、関節式プローブおよび手術用器具を操作（移動）するように構成されている。また、ロボットシステムには、ジョイスティックが設けられている。操作者がジョイスティックを操作することによって、アームに対して、手術用器具を操作させるための信号が出力される。また、ジョイスティックの変位（倒れ方）に応じて手術用器具の変位、速度および加速度が操作される。なお、ジョイスティックは、アーム（関節式プローブ、手術用器具）から離間した位置に配置されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１９－１６２４２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記特許文献１のようなロボットシステム（手術支援ロボット）では、手術時には、アームから離間した位置に配置されているジョイスティックが操作されることにより、手術用器具が操作される。一方、手術前の準備の段階では、アームを移動させて、手術用器具を患者の近傍まで移動させる。この場合、上記特許文献１のようなロボットシステムでは、ジョイスティックが、アームから離間した位置に配置されているため、手術用器具を患者の近傍まで移動させるようにジョイスティックによりアームを移動させるのが困難な場合があるという問題点がある。

【0006】

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、アームを操作部により容易に操作することが可能な手術支援ロボットを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による手術支援ロボットは、複数のリンクと複数の関節を有するアームと、複数のリンクのうちの少なくとも一つのリンクに取り付けられ、アームを操作する操作部とを備え、操作部は、操作者が把持する把持部と、把持部に加えられた力に基づいて、アームの移動方向および移動速度を制御するための信号を出力するセンサと、押下されることによりアームの移動を許可するイネーブルスイッチと、を含み、センサは、操作者がアームの移動を許可する状態となるように操作部を把持してイネーブルスイッチを押下した状態で、把持部に加えられた力に基づいて、アームの移動方向および移動速度を制御するための信号を出力する。

【0008】

この発明の第１の局面による手術支援ロボットでは、上記のように、操作部がアームに取り付けられている。これにより、操作者は、アームの近傍において操作部を操作することができるので、アームを操作部により容易に操作することができる。
この発明の第２の局面による手術支援ロボットは、複数のリンクと複数の関節を有するアームと、複数のリンクのうちの少なくとも一つのリンクに取り付けられ、アームを操作する操作部とを備え、操作部は、操作者が把持する把持部と、把持部に加えられた力に基づいて、アームの移動方向および移動速度を制御するための信号を出力するセンサと、把持部とセンサとの間に設けられ、把持部からセンサに加えられる力を緩和する緩衝部材とを含む。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、上記のように、アームを操作部により容易に操作することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態による外科手術システムの構成を示す図である。

【図2】本発明の一実施形態による医療用マニピュレータの構成を示す図である。

【図3】本発明の一実施形態による医療用マニピュレータのアームの構成を示す図である。

【図4】本発明の一実施形態による医療用マニピュレータの操作部の構成を示す側面図である。

【図5】本発明の一実施形態による医療用マニピュレータの操作部の構成を示す斜視図である。

【図6】本発明の一実施形態による医療用マニピュレータの操作部の構成を示す断面図（１）である。

【図7】本発明の一実施形態による医療用マニピュレータの操作部の構成を示す断面図（２）である。

【図8】本発明の一実施形態による医療用マニピュレータの操作部を操作者が把持した状態を示す図である。

【図9】本発明の一実施形態による医療用マニピュレータの制御部の構成を示すブロック図である。

【図10】本発明の一実施形態による医療用マニピュレータの制御部の制御ブロックを示す図である。

【図11】アームの移動量と力センサへの入力値（操作量）との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明を具体化した本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

【0012】

図１～図１０を参照して、本実施形態による外科手術システム１００の構成について説明する。外科手術システム１００は、患者Ｐ側装置である医療用マニピュレータ１と、医療用マニピュレータ１を操作するための操作者側装置である遠隔操作装置２を備えている。医療用マニピュレータ１は医療用台車３を備えており、移動可能に構成されている。遠隔操作装置２は、医療用マニピュレータ１から離間した位置に配置されており、医療用マニピュレータ１は、遠隔操作装置２により遠隔操作されるように構成されている。術者は、医療用マニピュレータ１に所望の動作を行わせるための指令を遠隔操作装置２に入力する。遠隔操作装置２は、入力された指令を医療用マニピュレータ１に送信する。医療用マニピュレータ１は、受信した指令に基づいて動作する。また、医療用マニピュレータ１は、滅菌された滅菌野である手術室内に配置されている。なお、医療用マニピュレータ１は、特許請求の範囲の「手術支援ロボット」の一例である。

【0013】

遠隔操作装置２は、たとえば、手術室の中または手術室の外に配置されている。遠隔操作装置２は、操作用マニピュレータアーム２１と、操作ペダル２２と、タッチパネル２３と、モニタ２４と、支持アーム２５と、支持バー２６とを含む。操作用マニピュレータアーム２１は、術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。モニタ２４は、内視鏡などにより撮影された画像を表示するスコープ型表示装置である。支持アーム２５は、モニタ２４の高さを術者の顔の高さに合わせるようにモニタ２４を支持する。タッチパネル２３は、支持バー２６に配置されている。モニタ２４近傍に設けられた図示しないセンサにより術者の頭部を検知することにより医療用マニピュレータ１は遠隔操作装置２による操作が可能になる。術者は、モニタ２４により患部を視認しながら、操作用マニピュレータアーム２１および操作ペダル２２を操作する。これにより、遠隔操作装置２に指令が入力される。遠隔操作装置２に入力された指令は、医療用マニピュレータ１に送信される。

【0014】

医療用台車３には、医療用マニピュレータ１の動作を制御する制御部３１と、医療用マニピュレータ１の動作を制御するためのプログラムなどが記憶される記憶部３２とが設けられている。そして、遠隔操作装置２に入力された指令に基づいて、医療用台車３の制御部３１は、医療用マニピュレータ１の動作を制御する。

【0015】

また、医療用台車３には、入力装置３３が設けられている。入力装置３３は、主に施術前に手術の準備を行うために、ポジショナ４０、アームベース５０、および、複数のアーム６０の移動や姿勢の変更の操作を受け付けるように構成されている。

【0016】

図１および図２に示すように、医療用マニピュレータ１は、手術室内に配置されている。医療用マニピュレータ１は、医療用台車３と、ポジショナ４０と、アームベース５０と、複数のアーム６０とを備えている。アームベース５０は、ポジショナ４０の先端に取り付けられている。アームベース５０は、比較的長い棒形状（長尺形状）を有する。また、複数のアーム６０は、各々のアーム６０の根元部が、アームベース５０に取り付けられている。複数のアーム６０は、折り畳まれた姿勢（収納姿勢）をとることが可能に構成されている。アームベース５０と、複数のアーム６０とは、図示しない滅菌ドレープにより覆われて使用される。

【0017】

ポジショナ４０は、たとえば、７軸多関節ロボットにより構成されている。また、ポジショナ４０は、医療用台車３上に配置されている。ポジショナ４０は、アームベース５０の位置を３次元に移動させるように構成されている。

【0018】

また、ポジショナ４０は、ベース部４１と、ベース部４１に連結された複数のリンク部４２とを含む。複数のリンク部４２同士は、関節部４３により連結されている。

【0019】

図１に示すように、複数のアーム６０の各々の先端には、医療器具４が取り付けられている。医療器具４は、たとえば、取り換え可能なインストゥルメント、内視鏡アセンブリ（図示せず）などを含む。

【0020】

図３に示すように、医療器具４としてのインストゥルメントには、アーム６０のホルダ７１に設けられたサーボモータＭ２によって駆動される被駆動ユニット４ａが設けられている。また、インストゥルメントの先端には、エンドエフェクタ４ｂが設けられている。エンドエフェクタ４ｂは、関節を有する器具として、鉗子、ハサミ、グラスバー、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を含む。また、エンドエフェクタ４ｂ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を含む。また、医療器具４は、被駆動ユニット４ａとエンドエフェクタ４ｂとを接続するシャフト４ｃを含む。被駆動ユニット４ａと、シャフト４ｃと、エンドエフェクタ４ｂとは、Ｚ方向に沿って配置されている。

【0021】

次に、アーム６０の構成について詳細に説明する。

【0022】

図３に示すように、アーム６０は、７軸多関節ロボットアームからなるアーム部６１（ベース部６２、リンク部６３、関節部６４）と、アーム部６１の先端に設けられる並進移動機構部７０とを含む。アーム６０は、アーム６０の根元側（アームベース５０）に対して先端側を３次元に移動させるように構成されている。なお、複数のアーム６０は、互いに同様の構成を有する。

【0023】

本実施形態では、並進移動機構部７０は、医療器具４が取り付けられるとともに、医療器具４をアーム部６１に対して相対的に並進移動させるように構成されている。具体的には、並進移動機構部７０には、医療器具４を保持するホルダ７１が設けられている。ホルダ７１には、サーボモータＭ２（図９参照）が収容されている。サーボモータＭ２は、医療器具４の被駆動ユニット４ａに設けられた回転体を回転させるように構成されている。被駆動ユニット４ａの回転体が回転されることにより、エンドエフェクタ４ｂが動作される。

【0024】

アーム６０は、アームベース５０に対して着脱可能に構成されている。

【0025】

アーム部６１は、７軸多関節ロボットアームから構成されている。アーム部６１は、アーム部６１をアームベース５０に取り付けるためのベース部６２と、ベース部６２に連結された複数のリンク部６３とを含む。複数のリンク部６３同士は、関節部６４により連結されている。

【0026】

並進移動機構部７０は、ホルダ７１をＺ方向に沿って並進移動させることにより、ホルダ７１に取り付けられた医療器具４をＺ方向（シャフト４ｃが延びる方向）に沿って並進移動させるように構成されている。具体的には、並進移動機構部７０は、アーム部６１の先端に接続される基端側リンク部７２と、先端側リンク部７３と、基端側リンク部７２と先端側リンク部７３との間に設けられる連結リンク部７４とを含む。また、ホルダ７１は、先端側リンク部７３に設けられている。

【0027】

そして、並進移動機構部７０の連結リンク部７４は、基端側リンク部７２に対して、先端側リンク部７３を、Ｚ方向に沿って相対的に移動させる倍速機構として構成されている。また、基端側リンク部７２に対して先端側リンク部７３がＺ方向に沿って相対的に移動されることにより、ホルダ７１に設けられた医療器具４が、Ｚ方向に沿って並進移動するように構成されている。また、アーム部６１の先端は、基端側リンク部７２を、Ｚ方向に直交するＹ方向を軸として回動させるように基端側リンク部７２に接続されている。

【0028】

ここで、本実施形態では、図４～図７に示すように、医療用マニピュレータ１は、アーム６０に取り付けられ、アーム６０を操作する操作部８０を備えている。操作部８０は、操作者Ｏが把持する把持部としての筐体８２を含む。また、操作部８０は、操作者Ｏが筐体８２に加えられた力に基づいて、アーム６０の移動方向および移動速度を制御するための信号を出力する力センサ８３を含む。また、操作部８０は、筐体８２と力センサ８３との間に設けられ、筐体８２から力センサ８３に加えられる力を緩和する緩衝部材８４を含む。なお、筐体８２は、特許請求の範囲の「把持部」の一例である。また、力センサ８３は、特許請求の範囲の「センサ」の一例である。

【0029】

また、本実施形態では、把持部としての筐体８２は、力センサ８３と緩衝部材８４とを内部に収容する操作部８０の外表面を構成する。具体的には、筐体８２は、略筒形状（断面が略長円の円筒形状）有している。そして、略筒形状の筐体８２の内部に、力センサ８３と緩衝部材８４とが収容されている。また、筐体８２は、略筒形状の筐体８２の内面８２ａには、力センサ８３および緩衝部材８４側に向かって突出する凸部８２ｂが設けられている。凸部８２ｂは、略円筒形状を有する。そして、凸部８２ｂ、緩衝部材８４および力センサ８３が、略筒形状の筐体８２が延びる方向（Ｚ方向）にこの順で並んで配置されている。また、凸部８２ｂ、緩衝部材８４および力センサ８３の各々の中心軸線Ｃ（図７参照）が、略一致するように、凸部８２ｂ、緩衝部材８４および力センサ８３が配置されている。

【0030】

また、図７に示すように、緩衝部材８４は、略円柱形状を有する。また、力センサ８３も、略円柱形状を有する。そして、凸部８２ｂのＺ１方向側の面と、緩衝部材８４のＺ２方向側の面とが接着剤８５により接着されている。また、緩衝部材８４のＺ１方向側の面と、力センサ８３のＺ２方向側の面とが接着剤８５により接着されている。すなわち、筐体８２は、緩衝部材８４を介して、力センサ８３に固定されている

【0031】

また、本実施形態では、図３および図４に示すように、力センサ８３は、アーム６０（並進移動機構部７０の先端側リンク部７３）に固定されている。そして、筐体８２は、緩衝部材８４を介して、アーム６０に固定された力センサ８３に力を加える。具体的には、力センサ８３のＺ１方向側の面が並進移動機構部７０に対して、取り付けのための台座８６（図６および図７参照）を介して、ねじ止めなどにより固定されている。すなわち、筐体８２は、並進移動機構部７０に対して固定された力センサ８３に、緩衝部材８４を介して固定されている。また、筐体８２のＺ１方向側の端部と、アーム６０のＺ２方向側の端部との間には、隙間ＣＬ（図４参照）が存在する。

【0032】

また、本実施形態では、緩衝部材８４は、ゴム部材を含む。これにより、緩衝部材８４が弾性を有するので、力センサ８３に対して筐体８２（操作部８０）は、傾斜可能に構成されている。すなわち、操作者Ｏが筐体８２を把持して筐体８２を傾斜させるように力を加える。これにより、緩衝部材８４が変形して、力センサ８３に対して筐体８２が傾斜する。

【0033】

また、力センサ８３は、たとえば、歪ゲージ式のセンサから構成されている。また、力センサ８３は、３方向の力の大きさを検出する。すなわち、操作部８０（筐体８２）が傾斜されることにより、力センサ８３は、２次元内（Ｘ－Ｙ平面内）の方向の力の大きさを検出する。また、操作部８０（筐体８２）が、Ｚ１方向に押下されるか、または、Ｚ２方向に引っ張られることにより、Ｚ方向の力の大きさを検出する。なお、力センサ８３として、６方向の力の大きさを検出する力センサを用いてもよい。

【0034】

また、本実施形態では、図４～図７に示すように、操作部８０は、アーム６０の移動を許可するイネーブルスイッチ８１を含む。そして、力センサ８３は、操作者Ｏがアーム６０の移動を許可する状態となるように操作部８０を把持してイネーブルスイッチ８１を押下した状態（図８参照）で、筐体８２に加えられた力に基づいて、アーム６０の移動方向および移動速度を制御するための信号を出力するように構成されている。

【0035】

具体的には、イネーブルスイッチ８１は、操作者Ｏの指により押下される押しボタンスイッチにより構成されている。イネーブルスイッチ８１が押下されることにより、サーボモータＭ１～Ｍ３（図９参照）に通電する制御（サーボモータＭ１～Ｍ３を駆動させる制御）を行うことが可能になる。すなわち、イネーブルスイッチ８１が押下されている間のみ、アーム６０を移動させる制御が可能になる。

【0036】

また、本実施形態では、イネーブルスイッチ８１は、操作部８０の外周面８０ａに設けられており、操作者Ｏが操作部８０の外周面８０ａを把持してイネーブルスイッチ８１を押下することによりアーム６０の移動を許可する。また、イネーブルスイッチ８１は、操作部８０の外周面８０ａの両側に一対設けられている。

【0037】

具体的には、操作部８０の断面は、互いに対向して略平行に延びる一対の辺Ｓ（図５および図６参照）を有する形状を有している。そして、一対のイネーブルスイッチ８１は、操作部８０の互いに対向する一対の辺Ｓを含む面８０ｂに各々設けられている。具体的には、操作部８０の断面は、略長円形状を有している。そして、互いに対向して略平行に延びる略長円形状の操作部８０の面８０ｂにイネーブルスイッチ８１が設けられている。そして、操作者Ｏが操作部８０の外周面８０ａを把持して、操作部８０の外周面８０ａの両側に設けられているイネーブルスイッチ８１のうちの少なくとも一方を押下することによりアーム６０の移動が許可される状態となる。

【0038】

これにより、操作部８０の外周面８０ａの両側に設けられているイネーブルスイッチ８１の両方を押下する必要がない分、操作者Ｏの負担を低減することができるとともに操作者Ｏの利便性が向上される。

【0039】

また、本実施形態では、図３に示すように、操作部８０は、並進移動機構部７０に設けられている。また、操作部８０は、並進移動機構部７０に取り付けられた医療器具４に隣り合うように並進移動機構部７０に取り付けられている。具体的には、操作部８０は、並進移動機構部７０の先端側リンク部７３に取り付けられている。また、操作部８０は、医療器具４の被駆動ユニット４ａに隣り合うように配置されている。

【0040】

また、図９に示すように、アーム６０には、アーム部６１の複数の関節部６４に対応するように、複数のサーボモータＭ１と、エンコーダＥ１と、減速機（図示せず）とが設けられている。エンコーダＥ１は、サーボモータＭ１の回転角を検出するように構成されている。減速機は、サーボモータＭ１の回転を減速させてトルクを増大させるように構成されている。

【0041】

また、図９に示すように、並進移動機構部７０には、医療器具４の被駆動ユニット４ａに設けられた回転体を回転させるためのサーボモータＭ２と、医療器具４を並進移動させるためのサーボモータＭ３と、エンコーダＥ２およびエンコーダＥ３と、減速機（図示せず）とが設けられている。エンコーダＥ２およびエンコーダＥ３は、それぞれ、サーボモータＭ２およびサーボモータＭ３の回転角を検出するように構成されている。減速機は、サーボモータＭ２およびサーボモータＭ３の回転を減速させてトルクを増大させるように構成されている。

【0042】

また、ポジショナ４０には、ポジショナ４０の複数の関節部４３に対応するように、複数のサーボモータＭ４と、エンコーダＥ４と、減速機（図示せず）とが設けられている。エンコーダＥ４は、サーボモータＭ４の回転角を検出するように構成されている。減速機は、サーボモータＭ４の回転を減速させてトルクを増大させるように構成されている。

【0043】

また、医療用台車３には、医療用台車３の複数の前輪（図示せず）の各々を駆動するサーボモータＭ５と、エンコーダＥ５と、減速機（図示せず）とが設けられている。エンコーダＥ５は、サーボモータＭ５の回転角を検出するように構成されている。減速機は、サーボモータＭ５の回転を減速させてトルクを増大させるように構成されている。

【0044】

医療用台車３の制御部３１は、指令に基づいて複数のアーム６０の移動を制御するアーム制御部３１ａと、指令に基づいてポジショナ４０の移動および医療用台車３の前輪（図示せず）の駆動を制御するポジショナ制御部３１ｂとを含む。アーム制御部３１ａには、アーム６０を駆動するためのサーボモータＭ１を制御するためのサーボ制御部Ｃ１が電気的に接続されている。また、サーボ制御部Ｃ１には、サーボモータＭ１の回転角を検出するためのエンコーダＥ１が電気的に接続されている。

【0045】

また、アーム制御部３１ａには、医療器具４を駆動するためのサーボモータＭ２を制御するためのサーボ制御部Ｃ２が電気的に接続されている。また、サーボ制御部Ｃ２には、サーボモータＭ２の回転角を検出するためのエンコーダＥ２が電気的に接続されている。また、アーム制御部３１ａには、並進移動機構部７０を並進移動するためのサーボモータＭ３を制御するためのサーボ制御部Ｃ３が電気的に接続されている。また、サーボ制御部Ｃ３には、サーボモータＭ３の回転角を検出するためのエンコーダＥ３が電気的に接続されている。

【0046】

そして、遠隔操作装置２に入力された動作指令が、アーム制御部３１ａに入力される。アーム制御部３１ａは、入力された動作指令と、エンコーダＥ１（Ｅ２、Ｅ３）により検出された回転角とに基づいて位置指令を生成するとともに、位置指令をサーボ制御部Ｃ１（Ｃ２、Ｃ２）に出力する。サーボ制御部Ｃ１（Ｃ２、Ｃ３）は、アーム制御部３１ａから入力された位置指令と、エンコーダＥ１（Ｅ２、Ｅ３）により検出された回転角とに基づいて、トルク指令を生成するとともに、トルク指令をサーボモータＭ１（Ｍ２、Ｍ３）に出力する。これにより、遠隔操作装置２に入力された動作指令に沿うように、アーム６０が移動される。

【0047】

また、本実施形態では、制御部３１（アーム制御部３１ａ）は、操作部８０の力センサ８３からの入力信号に基づいてアーム６０を操作するように構成されている。具体的には、アーム制御部３１ａは、力センサ８３から入力された入力信号（動作指令）と、エンコーダＥ１により検出された回転角とに基づいて位置指令を生成するとともに、位置指令をサーボ制御部Ｃ１に出力する。サーボ制御部Ｃ１は、アーム制御部３１ａから入力された位置指令と、エンコーダＥ１により検出された回転角とに基づいて、トルク指令を生成するとともに、トルク指令をサーボモータＭ１に出力する。これにより、力センサ８３に入力された動作指令に沿うように、アーム６０が移動される。

【0048】

ここで、本実施形態では、制御部３１（アーム制御部３１ａ）は、力センサ８３からの入力信号に上限値を設けることと、力センサ８３からの入力信号を平滑化することとのうちの少なくとも一方を行うことにより、アーム６０の移動速度の変化を低減する制御を行う。具体的には、制御部３１は、力センサ８３からの入力信号に上限値を設けて、上限値を超える入力信号が入力された際には、上限値を入力信号として、アーム６０の移動を制御する。また、制御部３１は、力センサ８３からの入力信号を、たとえば、ＬＰＦ（Ｌｏｗ－ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）により平滑化する。なお、本実施形態では、制御部３１は、力センサ８３からの入力信号に上限値を設けることと、力センサ８３からの入力信号を平滑化することとの両方を行っている。

【0049】

また、制御部３１（アーム制御部３１ａ）は、下記の数式１に示す制御用の運動方程式に基づいて、アーム６０の移動を制御する。

【数1】

また、制御部３１（アーム制御部３１ａ）は、図１０に示す制御ブロックに基づいて、アーム６０の移動を制御する。すなわち、制御部３１（アーム制御部３１ａ）は、力センサ８３からの入力信号Ｆ（ｓ）に対して、速度（ｘの１階微分）と粘性係数ｃとの積を減算する。そして、減算された値に慣性係数１／ｍを乗算する。そして、乗算された値（＝１／ｍ（Ｆ（ｓ）－ｃ×速度）＝加速度＝ｘの２階微分）が、上限値を超える場合、加速度は、上限値に設定される。そして、加速度が積分されて速度（ｘの１階微分）が算出され、速度が積分されて位置Ｘ（ｓ）が算出される。

【0050】

また、図９に示すように、ポジショナ制御部３１ｂには、ポジショナ４０を移動するサーボモータＭ４を制御するためのサーボ制御部Ｃ４が電気的に接続されている。また、サーボ制御部Ｃ４には、サーボモータＭ４の回転角を検出するためのエンコーダＥ４が電気的に接続されている。また、ポジショナ制御部３１ｂには、医療用台車３の前輪（図示せず）を駆動するサーボモータＭ５を制御するためのサーボ制御部Ｃ５が電気的に接続されている。また、サーボ制御部Ｃ５には、サーボモータＭ５の回転角を検出するためのエンコーダＥ５が電気的に接続されている。

【0051】

また、入力装置３３から準備位置の設定などに関する動作指令が、ポジショナ制御部３１ｂに入力される。ポジショナ制御部３１ｂは、入力装置３３から入力された動作指令と、エンコーダＥ４により検出された回転角とに基づいて位置指令を生成するとともに、位置指令をサーボ制御部Ｃ４に出力する。サーボ制御部Ｃ４は、ポジショナ制御部３１ｂから入力された位置指令と、エンコーダＥ４により検出された回転角とに基づいて、トルク指令を生成するとともに、トルク指令をサーボモータＭ４に出力する。これにより、入力装置３３に入力された動作指令に沿うように、ポジショナ４０が移動される。同様に、入力装置３３からの動作指令に基づいて、ポジショナ制御部３１ｂは、医療用台車３を移動させる。

【0052】

次に、医療用マニピュレータ１を用いた施術の手順について説明する。医療用マニピュレータ１を用いた施術においては、最初に、医療用台車３が操作者Ｏ（医療従事者である助手、看護師など）によって、手術室内の所定の位置に移動される。次に、操作者Ｏは、入力装置３３に含まれるタッチパネルを操作することにより、アームベース５０と、手術台５または患者Ｐとが所望の位置関係になるように、ポジショナ４０を動作させることによりアームベース５０を移動させる。また、患者Ｐの体表に配置されたカニューレスリーブ（手術器具等を体腔に挿入するための作業用チャンネル）と医療器具４とが、所定の位置関係になるようにアーム６０が移動される。また、操作者Ｏによって操作部８０が操作される（力が加えられる）ことにより、複数のアーム６０が所望の位置に移動される。そして、ポジショナ４０を静止させた状態で、遠隔操作装置２からの指令に基づいて、複数のアーム６０および医療器具４が動作される。これにより、医療用マニピュレータ１による施術が行われる。

【0053】

次に、図１１を参照して、アーム６０の移動量と操作部８０の入力値（操作量）との関係について説明する。上記のように本実施形態では、筐体８２と力センサ８３との間には、筐体８２から力センサ８３に加えられる力を緩和するための緩衝部材８４が設けられている。これにより、アーム６０が比較的高速に移動した場合でも、操作者Ｏの操作部８０に対する操作量が急激に変化しにくいので、アーム６０の移動量（図１１の破線）に、操作部８０の入力値（操作量、図１１の実線）が追随することが可能になる。

【0054】

［本実施形態の効果］
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

【0055】

本実施形態では、上記のように、操作部８０がアーム６０に取り付けられている。これにより、操作者Ｏは、アーム６０の近傍において操作部８０を操作することができるので、アーム６０を操作部８０により容易に操作することができる。

【0056】

また、本実施形態では、上記のように、操作部８０は、操作者Ｏが把持する筐体８２と、筐体８２に加えられた力に基づいて、アーム６０の移動方向および移動速度を操作するための信号を出力する力センサ８３と、筐体８２と力センサ８３との間に設けられ、筐体８２から力センサ８３に加えられる力を緩和する緩衝部材８４とを含む。これにより、操作者Ｏが筐体８２を把持した状態でアーム６０が比較的高速に移動した場合でも、アーム６０の移動に起因して筐体８２から力センサ８３に加えられる力を緩衝部材８４により緩和することができる。これにより、筐体８２に加えた力が急激に変化するのが抑制される。その結果、アーム６０が比較的高速に移動する場合でも、力センサ８３に対する操作量が変化することに起因するアーム６０の振動を抑制することができる。

【0057】

また、本実施形態では、上記のように、筐体８２は、力センサ８３と緩衝部材８４とを内部に収容する操作部８０の外表面を構成する。これにより、操作部８０の外表面を構成する筐体８２が、操作者Ｏが把持す把持部を兼ねるので、筐体８２と把持部とを別個に設ける場合と異なり、部品点数が増加するのを抑制することができる。

【0058】

また、本実施形態では、上記のように、力センサ８３は、アーム６０に固定されており、筐体８２は、緩衝部材８４を介して、アーム６０に固定された力センサ８３に力を加える。これにより、筐体８２が緩衝部材８４を介して力センサ８３に力を加えるので、緩衝部材８４によってアーム６０に対して筐体８２がある程度傾く。すなわち、操作者Ｏがアーム６０を移動したい方向に筐体８２をある程度傾斜させることができるので、操作者Ｏの操作に対するアーム６０の移動方向を容易に認識させることができる。

【0059】

また、本実施形態では、上記のように、操作部８０は、押下されることによりアーム６０の移動を許可するイネーブルスイッチ８１をさらに含む。力センサ８３は、操作者Ｏがアーム６０の移動を許可する状態となるように操作部８０を把持してイネーブルスイッチ８１を押下した状態で、筐体８２に加えられた力に基づいて、アーム６０の移動方向および移動速度を制御するための信号を出力するように構成されている。これにより、操作者Ｏが操作部８０を把持してイネーブルスイッチ８１を押下する操作と、筐体８２に対して力を加える操作とを同じ手で行うことができるので、操作者Ｏの操作部８０に対する操作性を向上させることができる。

【0060】

また、本実施形態では、上記のように、イネーブルスイッチ８１は、操作部８０の外周面８０ａに設けられており、操作者Ｏが操作部８０の外周面８０ａを把持してイネーブルスイッチ８１を押下することによりアーム６０の移動を許可する。これにより、操作者Ｏが操作部８０の外周面８０ａを指で覆うように把持するだけで、容易に、イネーブルスイッチ８１を押下してアーム６０の移動を許可する状態にすることができる。

【0061】

また、本実施形態では、上記のように、イネーブルスイッチ８１は、操作部８０の外周面８０ａの両側に一対設けられており、操作者Ｏが操作部８０の外周面８０ａを把持して、操作部８０の外周面８０ａの両側に設けられているイネーブルスイッチ８１のうちの少なくとも一方を押下することによりアーム６０の移動を許可する。これにより、イネーブルスイッチ８１が操作部８０の外周面８０ａの両側に設けられているので、操作者Ｏが操作部８０の外周面８０ａを指で覆って把持するように、操作者Ｏに促すことができる。また、イネーブルスイッチ８１のどちらか一方のみを押下することによりアーム６０の移動を許可するように構成すれば、操作者Ｏは、押下しやすい方のイネーブルスイッチ８１を押下してアーム６０の移動操作を行うことができるので、操作の利便性を向上させることができる。

【0062】

また、本実施形態では、上記のように、操作部８０の断面は、互いに対向して略平行に延びる一対の辺Ｓを有する形状を有しており、一対のイネーブルスイッチ８１は、操作部８０の互いに対向する一対の辺Ｓを含む面８０ｂに各々設けられている。これにより、一対のイネーブルスイッチ８１が操作部８０の互いに対向する面８０ｂに各々設けられているので、操作者Ｏが互いに対向する面８０ｂを挟込むように操作部８０を把持することによって、容易に、イネーブルスイッチ８１を押下することができる。

【0063】

また、本実施形態では、上記のように、アーム６０は、７軸多関節ロボットアームからなるアーム部６１と、アーム部６１の先端に設けられるとともに医療器具４が取り付けられ、医療器具４をアーム６０に対して相対的に並進移動させる並進移動機構部７０とを設ける。そして、操作部８０は、並進移動機構部７０に取り付けられている。これにより、操作部８０が医療器具４の近傍（医療器具４が取り付けられる並進移動機構部７０）に配置されるので、医療器具４を所望の位置に移動させるようにアーム６０を移動させる操作を、操作部８０により容易に行うことができる。

【0064】

また、本実施形態では、上記のように、操作部８０は、医療器具４に隣り合うように、並進移動機構部７０に取り付けられている。これにより、操作部８０が医療器具４の近傍に確実に配置されるので、医療器具４を所望の位置に移動させるようにアーム６０を移動させる操作を、操作部８０により、より容易に行うことができる。

【0065】

また、本実施形態では、上記のように、力センサ８３は、操作者Ｏが筐体８２を把持して筐体８２に対して加えられた力に基づいて、アーム６０の移動方向および移動速度を制御するための信号を出力する。これにより、操作者Ｏにより力センサ８３に加えられた力の大きさと力の方向とに基づいて、容易に、アーム６０の移動方向および移動速度を操作することができる。

【0066】

また、本実施形態では、上記のように、緩衝部材８４は、ゴム部材を含む。これにより、筐体８２と力センサ８３との間に比較的簡易な構成のゴム部材を設けるだけで、容易に、アーム６０が比較的高速に移動する場合でも、力センサ８３に対する操作量が変化することに起因するアーム６０の振動を抑制することができる。

【0067】

また、本実施形態では、上記のように、力センサ８３からの入力信号に基づいてアーム６０を操作する制御部３０を設ける。そして、制御部３０は、力センサ８３からの入力信号に上限値を設けることと、力センサ８３からの入力信号を平滑化することとのうちの少なくとも一方を行うことにより、アーム６０の移動速度の変化を低減する制御を行う。これにより、アーム６０がさらに高速に移動して、力センサ８３に対する操作者Ｏの操作量が変化した場合でも、力センサ８３からの入力信号に上限値を設けることと、力センサ８３からの入力信号を平滑化することとのうちの少なくとも一方が制御部３０に行われることにより、力センサ８３に対する操作量が変化することに起因するアーム６０の振動をより効果的に抑制することができる。

【0068】

[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。本発明の範囲は、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（変形例）が含まれる。

【0069】

たとえば、上記実施形態では、操作部８０に力センサ８３が設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、筐体８２に対して加えられた力に基づいてアーム６０の移動方向および移動速度を操作するための信号を出力する力センサ８３以外のセンサ（加速度センサやジョイスティックなど）を用いてもよい。

【0070】

また、上記実施形態では、操作部８０の外表面を構成する筐体８２が、操作者Ｏが把持する把持部を兼ねている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、筐体８２とは別個に操作者Ｏが把持する把持部を設けてもよい。

【0071】

また、上記実施形態では、操作部８０にイネーブルスイッチ８１が設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、イネーブルスイッチ８１が操作部８０以外の部分に設けられていてもよい。

【0072】

また、上記実施形態では、操作部８０の外周面８０ａの両側に一対設けられているイネーブルスイッチ８１のうちの片方が押下されることにより、アーム６０の移動が許可される状態となる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、操作部８０の外周面８０ａの両側に一対設けられているイネーブルスイッチ８１のうちの両方が押下されることにより、アーム６０の移動が許可される状態となるように構成してもよい。

【0073】

また、上記実施形態では、イネーブルスイッチ８１が操作部８０の外周面８０ａの両側に一対設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、イネーブルスイッチ８１が操作部８０の外周面８０ａの片側に１つ設けられていてもよい。

【0074】

また、上記実施形態では、操作部８０の断面が略長円形状を有している例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、操作部８０が略角柱形状を有していてもよい。

【0075】

また、上記実施形態では、緩衝部材８４がゴム部材により構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、緩衝部材がゴム部材以外の部材（ばね部材など）により構成されていてもよい。

【0076】

また、上記実施形態では、操作部８０が並進移動機構部７０に取り付けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、操作部８０が、アーム部６１に直接取り付けられていてもよい。

【0077】

また、上記実施形態では、制御部３０は、力センサ８３からの入力信号に上限値を設けることと、力センサ８３からの入力信号を平滑化することとの両方を行う例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、制御部３０が、力センサ８３からの入力信号に上限値を設けることと、力センサ８３からの入力信号を平滑化することとのうちのいずれか一方のみを行ってもよい。

【0078】

また、上記実施形態では、アーム６０が４つ設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。アーム６０の数は、３つでもよい。

【0079】

また、上記実施形態では、アーム部６１およびポジショナ４０が７軸多関節ロボットから構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、アーム６０およびポジショナ４０が７軸多関節ロボット以外の軸構成（例えば、６軸や８軸）の多関節ロボットなどから構成されていてもよい。

【符号の説明】

【0080】

１ 医療用マニピュレータ（手術支援ロボット）
４ 医療器具
３１ 制御部
６０ アーム
６１ アーム部
７０ 並進移動機構部
８０ 操作部
８０ａ 外周面
８０ｂ 面
８１ イネーブルスイッチ
８２ 筐体（把持部）
８３ 力センサ（センサ）
８４ 緩衝部材
Ｏ 操作者
Ｓ 辺

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】