JP7748263B2 - Surgery Support System - Google Patents
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- JP7748263B2 JP7748263B2 JP2021194771A JP2021194771A JP7748263B2 JP 7748263 B2 JP7748263 B2 JP 7748263B2 JP 2021194771 A JP2021194771 A JP 2021194771A JP 2021194771 A JP2021194771 A JP 2021194771A JP 7748263 B2 JP7748263 B2 JP 7748263B2
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Description
本開示は、手術支援システムに関する。 This disclosure relates to a surgical assistance system.
従来、手術支援システムが開示されている。特許文献1には、マスタ制御装置に配置された操作部が受け付けた操作量に基づいて、スレーブとしての多関節ロボットアームに取り付けられている手術器具の移動を制御する技術が開示されている。特許文献1では、操作部には、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。操作者がグリップ部材を把持した状態で操作部を操作することにより、手術器具が移動される。 Conventionally, surgical assistance systems have been disclosed. Patent Document 1 discloses technology for controlling the movement of a surgical instrument attached to a slave articulated robot arm based on the amount of operation received by an operation unit located in a master control device. In Patent Document 1, the operation unit is provided with a grip member that is held by the operator's fingers. The surgical instrument is moved when the operator operates the operation unit while holding the grip member.
一般的に、手術支援システムは操作部が操作された際に、操作部に設定された基準点の移動に対応して手術器具に設定された基準点が移動するように、手術器具が移動される。ここで、操作部に設定された基準点を、操作部の複数の回転軸線の交点であるジンバル点に設定した場合、手術器具に設定された基準点を中心に手術器具を回転させようとしても、操作部がジンバル点を中心として回転しないことが見いだされた。すなわち、手術器具に設定された基準点を中心に手術器具を回転させる場合、ジンバル点が比較的広い範囲で移動していることが見いだされた。このため、操作者の手の移動の動作と、手術器具の移動の動作とがずれることに起因して、操作者が手術器具を意図した通りに操作できない場合があるという問題点がある。 Generally, when a surgical assistance system operates an operating unit, the surgical instrument is moved so that a reference point set on the surgical instrument moves in response to the movement of the reference point set on the operating unit. However, it has been discovered that when the reference point set on the operating unit is set at a gimbal point, which is the intersection of multiple rotation axes of the operating unit, the operating unit does not rotate around the gimbal point even when an attempt is made to rotate the surgical instrument around the reference point set on the surgical instrument. In other words, it has been discovered that when a surgical instrument is rotated around the reference point set on the surgical instrument, the gimbal point moves over a relatively wide range. This poses a problem in that the operator may not be able to operate the surgical instrument as intended due to a mismatch between the movement of the operator's hand and the movement of the surgical instrument.
本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであり、操作者の意図通りに手術器具を移動させることが可能な手術支援システムを提供することである。 The present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a surgical assistance system that can move surgical instruments as intended by the operator.
本開示の第1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、受け付けられた操作に基づいて手術器具の移動を制御する制御装置と、を備え、操作部は、第1リンク部を含み、制御装置は、操作部の変位および回転に同期して、変位および回転し、操作部から離間した位置に位置する操作部基準点を設定し、手術器具の変位および回転に同期して、変位および回転し、手術器具上に位置する手術器具基準点を設定し、操作部が操作された際に、操作部からの入力値に基づき、順運動学計算により操作部基準点の変位と回転とが計算され、操作部基準点の変位および回転に同期して手術器具基準点が変位および回転するように、手術器具を移動させるように制御し、操作部基準点は、第1リンク部の近位端に対して、第1リンク部の遠位端とは反対の位置に設定されている。 A surgical assistance system according to a first aspect of the present disclosure comprises a surgical apparatus including a robotic arm having a surgical instrument attached to a tip thereof; an operating device including an operating unit that receives operations on the surgical instrument; and a control device that controls movement of the surgical instrument based on the received operations, wherein the operating unit includes a first link unit, and the control device sets an operating unit reference point that displaces and rotates in synchronization with the displacement and rotation of the operating unit and is located at a position spaced apart from the operating unit , and sets a surgical instrument reference point that displaces and rotates in synchronization with the displacement and rotation of the surgical instrument and is located on the surgical instrument, and when the operating unit is operated, the control device calculates the displacement and rotation of the operating unit reference point by forward kinematics calculation based on input values from the operating unit, and controls the surgical instrument to be moved so that the surgical instrument reference point displaces and rotates in synchronization with the displacement and rotation of the operating unit reference point, and the operating unit reference point is set at a position opposite to the distal end of the first link unit with respect to the proximal end of the first link unit.
本願発明者が鋭意検討した結果、上記のように、操作部基準点を、第1リンク部の近位端に対して、第1リンク部の遠位端とは反対の位置に設定することにより、操作者の意図通りに手術器具を移動させることが見いだされた。すなわち、操作部基準点が第1リンク部の近位端よりも操作者に近い位置に設定されるので、操作部基準点と、操作者が第1リンク部に配置されるグリップ部材を回したときの回転の中心と考えられる手首との間の距離が小さくなる。このため、操作者の手の移動の動作と、手術器具の移動の動作とのずれが小さくなるので、操作部基準点の移動範囲が大きくなることが抑制される。その結果、操作者の意図通りに手術器具を移動させることができる。なお、操作部基準点を第1リンク部の近位端に対してグリップ部材の遠位端とは反対の位置に設定することによって、操作部基準点の移動範囲が大きくなることが抑制されることは、後述する発明者による実験により確認済みである。 After extensive research, the inventors of the present application discovered that, as described above, by setting the control unit reference point at a position opposite the distal end of the first link unit relative to the proximal end of the first link unit, the surgical instrument can be moved as intended by the operator. In other words, because the control unit reference point is set closer to the operator than the proximal end of the first link unit, the distance between the control unit reference point and the wrist, which is considered to be the center of rotation when the operator turns the grip member attached to the first link unit, is reduced. This reduces the discrepancy between the movement of the operator's hand and the movement of the surgical instrument, thereby preventing the movement range of the control unit reference point from becoming too large. As a result, the surgical instrument can be moved as intended by the operator. Furthermore, the fact that the movement range of the control unit reference point is prevented from becoming too large by setting the control unit reference point at a position opposite the distal end of the grip member relative to the proximal end of the first link unit has been confirmed through experiments conducted by the inventors, as described below.
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、受け付けられた操作に基づいて手術器具の移動を制御する制御装置と、を備え、操作部は、第1リンク部を含み、制御装置は、操作部の変位および回転に同期して、変位および回転し、操作部から離間した位置に位置する操作部基準点を設定し、手術器具の変位および回転に同期して、変位および回転し、手術器具上に位置する手術器具基準点を設定し、操作部が操作された際に、操作部からの入力値に基づき、順運動学計算により操作部基準点の変位と回転とが計算され、操作部基準点の変位および回転に同期して手術器具基準点が変位および回転するように、手術器具を移動させるように制御し、操作部の基準姿勢において、操作部基準点は、第1リンク部の近位端よりも、操作者に近い位置に設定されている。 A surgical assistance system according to a second aspect of the present disclosure comprises a surgical apparatus including a robotic arm having a surgical instrument attached to a tip thereof; an operating device including an operating unit that receives operations on the surgical instrument; and a control device that controls movement of the surgical instrument based on the received operations, wherein the operating unit includes a first link unit, and the control device sets an operating unit reference point that displaces and rotates in synchronization with the displacement and rotation of the operating unit and is located at a position separated from the operating unit , and sets a surgical instrument reference point that displaces and rotates in synchronization with the displacement and rotation of the surgical instrument and is located on the surgical instrument, and when the operating unit is operated, the control device calculates the displacement and rotation of the operating unit reference point by forward kinematics calculation based on input values from the operating unit, and controls the surgical instrument to be moved so that the surgical instrument reference point displaces and rotates in synchronization with the displacement and rotation of the operating unit reference point, and in the reference posture of the operating unit, the operating unit reference point is set at a position closer to the operator than the proximal end of the first link unit.
本開示の第2の局面による手術支援システムでは、本願発明者が鋭意検討した結果、上記のように、操作部基準点は、第1リンク部の近位端よりも、操作者に近い位置に設定されている。これにより、操作部基準点が第1リンク部の近位端よりも操作者に近い位置に設定されるので、操作部基準点と、操作者が第1リンク部に配置されるグリップ部材を回したときの回転の中心と考えられる手首との間の距離が小さくなる。このため、操作者の手の移動の動作と、手術器具の移動の動作とのずれが小さくなるので、操作部基準点の移動範囲が大きくなることが抑制される。その結果、操作者の意図通りに手術器具を移動させることが可能な手術支援システムを提供することができる。 As a result of careful consideration by the inventors of the present application, in the surgical assistance system according to the second aspect of the present disclosure, as described above, the operation unit reference point is set at a position closer to the operator than the proximal end of the first link unit. As a result, the operation unit reference point is set at a position closer to the operator than the proximal end of the first link unit, thereby reducing the distance between the operation unit reference point and the wrist, which is considered to be the center of rotation when the operator turns the grip member disposed on the first link unit. This reduces the discrepancy between the movement of the operator's hand and the movement of the surgical instrument, preventing the movement range of the operation unit reference point from becoming too large. As a result, it is possible to provide a surgical assistance system that is capable of moving the surgical instrument as intended by the operator.
本開示の第3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、受け付けられた操作に基づいて手術器具の移動を制御する制御装置と、を備え、操作部は、第1リンク部を含み、制御装置は、操作部の変位および回転に同期して、変位および回転し、操作部から離間した位置に位置する操作部基準点を設定し、手術器具の変位および回転に同期して、変位および回転し、手術器具上に位置する手術器具基準点を設定し、操作部が操作された際に、操作部からの入力値に基づき、順運動学計算により操作部基準点の変位と回転とが計算され、操作部基準点の変位および回転に同期して手術器具基準点が変位および回転するように、手術器具を移動させるように制御し、操作部基準点は、第1リンク部の近位端に対して、操作部の複数の回転軸線の交点であるジンバル点とは反対の位置に設定されている。 A surgical assistance system according to a third aspect of the present disclosure comprises a surgical apparatus including a robotic arm having a surgical instrument attached to a tip thereof; an operating device including an operating unit that receives operations on the surgical instrument; and a control device that controls movement of the surgical instrument based on the received operations, wherein the operating unit includes a first link unit, and the control device sets a operating unit reference point that displaces and rotates in synchronization with the displacement and rotation of the operating unit and is located at a position spaced apart from the operating unit , and sets a surgical instrument reference point that displaces and rotates in synchronization with the displacement and rotation of the surgical instrument and is located on the surgical instrument, and when the operating unit is operated, the control device calculates the displacement and rotation of the operating unit reference point by forward kinematics calculation based on input values from the operating unit, and controls the surgical instrument to be moved so that the surgical instrument reference point displaces and rotates in synchronization with the displacement and rotation of the operating unit reference point, and the operating unit reference point is set at a position opposite to a gimbal point, which is an intersection of multiple rotation axes of the operating unit, relative to the proximal end of the first link unit.
本開示の第3の局面による手術支援システムでは、本願発明者が鋭意検討した結果、上記のように、操作部基準点は、第1リンク部の近位端よりも、操作部の複数の回転軸線の交点であるジンバル点とは反対の位置に設定されている。これにより、操作部基準点が第1リンク部の近位端よりも操作者に近い位置に設定されるので、操作部基準点と、操作者が第1リンク部に配置されるグリップ部材を回したときの回転の中心と考えられる手首との間の距離が小さくなる。このため、操作者の手の移動の動作と、手術器具の移動の動作とのずれが小さくなるので、操作部基準点の移動範囲が大きくなることが抑制される。その結果、操作者の意図通りに手術器具を移動させることが可能な手術支援システムを提供することができる。 As a result of extensive research by the inventors, in the surgical assistance system according to the third aspect of the present disclosure, as described above, the operation unit reference point is set at a position opposite the gimbal point, which is the intersection of the multiple rotation axes of the operation unit, rather than the proximal end of the first link unit. This sets the operation unit reference point closer to the operator than the proximal end of the first link unit, thereby reducing the distance between the operation unit reference point and the wrist, which is considered to be the center of rotation when the operator turns the grip member disposed on the first link unit. This reduces the discrepancy between the movement of the operator's hand and the movement of the surgical instrument, preventing the movement range of the operation unit reference point from becoming too large. As a result, it is possible to provide a surgical assistance system that can move the surgical instrument as intended by the operator.
本開示によれば、操作者の意図通りに手術器具を移動させることができる。 This disclosure allows surgical instruments to be moved as intended by the operator.
(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100の構成について説明する。手術支援システム100は、手術支援ロボット1と、遠隔操作装置2とを備えている。手術支援ロボット1および遠隔操作装置2は、それぞれ、手術装置および操作装置の一例である。
(Configuration of surgery support system)
The configuration of a surgery assistance system 100 according to this embodiment will be described. The surgery assistance system 100 includes a surgery assistance robot 1 and a remote control device 2. The surgery assistance robot 1 and the remote control device 2 are examples of a surgery device and an operation device, respectively.
なお、本願明細書において、手術器具4のシャフト4cの長手方向をZ方向とする。手術器具4の先端側をZ1側とし、手術器具4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。 In this specification, the longitudinal direction of the shaft 4c of the surgical instrument 4 is referred to as the Z direction. The tip side of the surgical instrument 4 is referred to as the Z1 side, and the base side of the surgical instrument 4 is referred to as the Z2 side. The direction perpendicular to the Z direction is referred to as the X direction. One side of the X direction is referred to as the X1 side, and the other side is referred to as the X2 side. The direction perpendicular to the Z direction and the X direction is referred to as the Y direction. One side of the Y direction is referred to as the Y1 side, and the other side is referred to as the Y2 side.
また、本願明細書において、鉛直方向に沿った方向をZa方向とする。Za方向の一方側をZa1側とし、他方側とZa2側とする。Z方向に直交する方向をXa方向とする。Xa方向の一方側をXa1側とし、他方側をXa2側とする。Za方向およびXa方向に直交する方向をYa方向とする。Ya方向の一方側をYa1側とし、他方側をYa2側とする。Xa方向とYa方向とは、水平面に沿った方向である。 In addition, in this specification, the direction along the vertical direction is referred to as the Za direction. One side of the Za direction is referred to as the Za1 side, and the other side is referred to as the Za2 side. The direction perpendicular to the Z direction is referred to as the Xa direction. One side of the Xa direction is referred to as the Xa1 side, and the other side is referred to as the Xa2 side. The direction perpendicular to the Za direction and the Xa direction is referred to as the Ya direction. One side of the Ya direction is referred to as the Ya1 side, and the other side is referred to as the Ya2 side. The Xa direction and Ya direction are directions along a horizontal plane.
図1に示すように、手術支援ロボット1は、手術室内に配置されている。遠隔操作装置2は、手術支援ロボット1から離間した位置に配置されている。医師などの操作者は、手術支援ロボット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、入力された指令を手術支援ロボット1に送信する。手術支援ロボット1は、受信した指令に基づいて動作する。手術支援ロボット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。 As shown in Figure 1, the surgical support robot 1 is placed in an operating room. The remote control device 2 is placed at a location separate from the surgical support robot 1. An operator such as a doctor inputs commands to the remote control device 2 to cause the surgical support robot 1 to perform a desired operation. The remote control device 2 transmits the input commands to the surgical support robot 1. The surgical support robot 1 operates based on the received commands. The surgical support robot 1 is placed in an operating room, which is a sterilized sterile field.
(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、複数のロボットアーム60と、アーム操作部80と、を備えている。
(Configuration of surgical support robot)
As shown in FIG. 1 , the surgery support robot 1 includes a medical cart 3 , a positioner 40 , an arm base 50 , a plurality of robot arms 60 , and an arm operating unit 80 .
医療用台車3は、ポジショナ40を移動させる。医療用台車3は、入力装置33を含む。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、複数のロボットアーム60の移動や姿勢の変更の操作を受け付ける。医療用台車3は、操作者による操舵を受け付ける操作ハンドル34を含む。 The medical cart 3 moves the positioner 40. The medical cart 3 includes an input device 33. The input device 33 accepts operations to move and change the posture of the positioner 40, arm base 50, and multiple robot arms 60, mainly to prepare for surgery before the procedure. The medical cart 3 includes an operating handle 34 that accepts steering by the operator.
ポジショナ40は、たとえば、7軸多関節ロボットからなる。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の位置を調整する。ポジショナ40は、アームベース50の位置を3次元的に移動させる。 The positioner 40 is, for example, a seven-axis articulated robot. The positioner 40 is placed on the medical cart 3. The positioner 40 adjusts the position of the arm base 50. The positioner 40 moves the position of the arm base 50 three-dimensionally.
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。 The positioner 40 includes a base 41 and multiple link sections 42 connected to the base 41. The multiple link sections 42 are connected to each other by joint sections 43.
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。複数のロボットアーム60の各々の基端が、アームベース50に取り付けられている。複数のロボットアーム60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50と、複数のロボットアーム60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60は、手術器具4を支持する。 The arm base 50 is attached to the tip of the positioner 40. The base ends of the multiple robotic arms 60 are attached to the arm base 50. The multiple robotic arms 60 can be folded into a storage position. The arm base 50 and the multiple robotic arms 60 are covered with sterile drapes when in use. The robotic arms 60 also support the surgical instrument 4.
ロボットアーム60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60a、60b、60cおよび60dが配置されている。ロボットアーム60a、60b、60cおよび60dは、互いに同様の構成を有する。 A plurality of robot arms 60 are provided. Specifically, four robot arms 60a, 60b, 60c, and 60d are provided. Robot arms 60a, 60b, 60c, and 60d have the same configuration.
図2に示すように、ロボットアーム60は、アーム部61と、第1リンク部72と、第2リンク部73と、並進移動機構部70とを含む。ロボットアーム60は、回転軸線としてのJT1、JT2、JT3、JT4、JT5、JT6およびJT7軸線と、直動軸線としてのJ8軸線とを有する。JT1、JT2、JT3、JT4、JT5、JT6およびJT7軸線は、アーム部61の関節部64の回転軸線である。また、JT7軸線は、第1リンク部72の回転軸線である。JT8軸線は、並進移動機構部70が、第2リンク部73を第1リンク部72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。 As shown in FIG. 2, the robot arm 60 includes an arm unit 61, a first link unit 72, a second link unit 73, and a translational movement mechanism unit 70. The robot arm 60 has JT1, JT2, JT3, JT4, JT5, JT6, and JT7 axes as rotational axes and a J8 axis as a linear movement axis. The JT1, JT2, JT3, JT4, JT5, JT6, and JT7 axes are rotational axes of the joint unit 64 of the arm unit 61. The JT7 axis is also the rotational axis of the first link unit 72. The JT8 axis is a linear movement axis along which the translational movement mechanism unit 70 moves the second link unit 73 relative to the first link unit 72 in the Z direction.
アーム部61は、7軸多関節ロボットアームからなる。第1リンク部72は、アーム部61の先端に配置されている。第2リンク部73には、アーム操作部80が取り付けられる。並進移動機構部70は、第1リンク部72と第2リンク部73との間に配置されている。第2リンク部73には、手術器具4を保持するホルダ71が配置されている。 The arm unit 61 consists of a seven-axis articulated robot arm. The first link unit 72 is located at the tip of the arm unit 61. The arm operating unit 80 is attached to the second link unit 73. The translational movement mechanism unit 70 is located between the first link unit 72 and the second link unit 73. A holder 71 that holds the surgical instrument 4 is located on the second link unit 73.
複数のロボットアーム60の各々の先端には、手術器具4が取り付けられている。手術器具4は、たとえば、取り換え可能なインストゥルメント、手術部位の画像を取り込むための内視鏡6などを含む。インストゥルメントとしての手術器具4は、被駆動ユニット4aと、鉗子4bと、被駆動ユニット4aと鉗子4bとを接続するシャフト4cとを含む。被駆動ユニット4aと、シャフト4cと、鉗子4bとは、Z方向に沿って配置されている。 A surgical instrument 4 is attached to the tip of each of the multiple robotic arms 60. The surgical instrument 4 includes, for example, interchangeable instruments and an endoscope 6 for capturing images of the surgical site. The surgical instrument 4 includes a driven unit 4a, forceps 4b, and a shaft 4c that connects the driven unit 4a and forceps 4b. The driven unit 4a, shaft 4c, and forceps 4b are arranged along the Z direction.
図1に示すように、複数のロボットアーム60のうちの一つの、たとえば、ロボットアーム60cの先端には内視鏡6が取り付けられ、残りの、たとえば、ロボットアーム60a、60bおよび60dの先端には、内視鏡6以外の手術器具4が取り付けられる。内視鏡6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60のうちの、中央に配置される2つのロボットアーム60bおよび60cのうちのいずれかに取り付けられる。 As shown in FIG. 1, an endoscope 6 is attached to the tip of one of the multiple robotic arms 60, for example, robotic arm 60c, and surgical instruments 4 other than the endoscope 6 are attached to the tips of the remaining robotic arms, for example, robotic arms 60a, 60b, and 60d. The endoscope 6 is attached to one of the two centrally located robotic arms 60b and 60c of the four robotic arms 60 arranged adjacent to each other.
(インストゥルメントの構成)
図3に示すように、インストゥルメントの先端には、たとえば、鉗子4bが設けられている。インストゥルメントの先端には、鉗子4b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。
(Instrument configuration)
3, the tip of the instrument is provided with, for example, forceps 4b. In addition to the forceps 4b, other jointed instruments such as scissors, graspers, needle holders, microdissectors, stable appliers, tackers, suction and irrigation tools, snare wires, and clip appliers are arranged at the tip of the instrument. Other non-jointed instruments such as cutting blades, cauterizing probes, irrigators, catheters, and suction orifices are arranged at the tip of the instrument.
鉗子4bは、ジョー部材104aおよび104bの基端側を先端側でJT11軸線周りに回転可能に支持する第1支持体4eと、第1支持体4eの基端側を先端側でJT10軸線周りに回転可能に支持する第2支持体4fとを含む。シャフト4cは、JT9軸線周りに回動する。ジョー部材104aおよびジョー部材104bは、JT12軸線周りに開閉する。第1支持体4eの先端側であるZ1方向側の部分は、U字形状を有している。 The forceps 4b includes a first support 4e that supports the base ends of the jaw members 104a and 104b at the distal end so that they can rotate about the JT11 axis, and a second support 4f that supports the base end of the first support 4e at the distal end so that they can rotate about the JT10 axis. The shaft 4c rotates about the JT9 axis. The jaw members 104a and 104b open and close about the JT12 axis. The portion of the first support 4e on the distal end, or Z1 direction side, is U-shaped.
図2に示すように、アーム操作部80は、ロボットアーム60に取り付けられている。具体的には、アーム操作部80は、第2リンク部73に取り付けられている。 As shown in FIG. 2, the arm operating unit 80 is attached to the robot arm 60. Specifically, the arm operating unit 80 is attached to the second link unit 73.
図4に示すように、アーム操作部80は、イネーブルスイッチ81と、ジョイスティック82と、リニアスイッチ83と、モード切替ボタン84と、モードインジケータ84aと、ピボットボタン85と、アジャストメントボタン86と、を含む。 As shown in FIG. 4, the arm operating unit 80 includes an enable switch 81, a joystick 82, a linear switch 83, a mode switching button 84, a mode indicator 84a, a pivot button 85, and an adjustment button 86.
イネーブルスイッチ81は、ジョイスティック82およびリニアスイッチ83によるロボットアーム60の移動を許可または不許可とするスイッチである。ジョイスティック82は、ロボットアーム60による手術器具4の移動を操作するための操作具である。リニアスイッチ83は、手術器具4の長手方向に沿った方向に手術器具4を移動させるためのスイッチである。モード切替ボタン84は、手術器具4を図5に示す並進移動させるモードと図6に示す回転移動させるモードとを切り替えるためのボタンである。モードインジケータ84aは、切り替えられたモードを表示する。ピボットボタン85は、ロボットアーム60に取り付けられた手術器具4の移動の支点となるピボット位置PPを教示するためのボタンである。アジャストメントボタン86は、ロボットアーム60の位置を最適化するためのボタンである。 The enable switch 81 is a switch that allows or disallows movement of the robot arm 60 using the joystick 82 and linear switch 83. The joystick 82 is an operating tool for controlling the movement of the surgical instrument 4 by the robot arm 60. The linear switch 83 is a switch for moving the surgical instrument 4 in a direction along the longitudinal direction of the surgical instrument 4. The mode switching button 84 is a button for switching between a mode for moving the surgical instrument 4 translationally as shown in Figure 5 and a mode for moving it rotationally as shown in Figure 6. The mode indicator 84a displays the switched mode. The pivot button 85 is a button for teaching the pivot position PP, which serves as the fulcrum for movement of the surgical instrument 4 attached to the robot arm 60. The adjustment button 86 is a button for optimizing the position of the robot arm 60.
(遠隔操作装置)
図1に示すように、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、本体部2aと、操作部120と、フットペダル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、足検知部27と、を含む。
(Remote control device)
1, the remote control device 2 is placed, for example, inside or outside an operating room. The remote control device 2 includes a main body 2a, an operation unit 120, a foot pedal 22, a touch panel 23, a monitor 24, a support arm 25, a support bar 26, and a foot detection unit 27.
図1に示すように、操作部120は、本体部2aに支持されている。図7に示すように、操作部120は、手術器具4に対する操作量を受け付ける。操作部120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左手用操作部120Lと、右側に配置され、操作者の右手により操作される右手用操作部120Rと、を含む。左手用操作部120Lの構成と、右手用操作部120Rの構成とは、同様である。 As shown in FIG. 1, the operating unit 120 is supported by the main body 2a. As shown in FIG. 7, the operating unit 120 receives the amount of operation for the surgical instrument 4. When viewed from the operator, such as a doctor, the operating unit 120 includes a left-hand operating unit 120L located on the left side and operated with the operator's left hand, and a right-hand operating unit 120R located on the right side and operated with the operator's right hand. The left-hand operating unit 120L and the right-hand operating unit 120R have the same configuration.
操作部120は、略L字状のアーム121と、操作ハンドル21とを含む。アーム121は、リンク部121aと、リンク部121bと、リンク部121cとを有する。リンク部121aの上端側は、鉛直方向に沿ったA1軸線回りに回動可能に本体部2aに取り付けられている。リンク部121bの上端側は、水平方向に沿ったA2軸線回りに回動可能にリンク部121aの下端側に取り付けられている。リンク部121cの一方端側は、水平方向に沿ったA3軸線回りに回動可能にリンク部121bの下端側に取り付けられている。リンク部121cの他方端側には、A4軸線回りに回動可能に操作ハンドル21が取り付けられている。各リンク部は、関節部122により接続されている。 The operating unit 120 includes a substantially L-shaped arm 121 and an operating handle 21. The arm 121 has link portions 121a, 121b, and 121c. The upper end of link portion 121a is attached to the main body 2a so as to be rotatable around the vertical A1 axis. The upper end of link portion 121b is attached to the lower end of link portion 121a so as to be rotatable around the horizontal A2 axis. One end of link portion 121c is attached to the lower end of link portion 121b so as to be rotatable around the horizontal A3 axis. The operating handle 21 is attached to the other end of link portion 121c so as to be rotatable around the A4 axis. The link portions are connected by joint portions 122.
アーム121は、操作ハンドル21を支持する。アーム121は、操作ハンドル21を所定の3次元操作範囲内で移動可能に支持する。具体的には、アーム121は、上下方向、左右方向および前後方向に、操作ハンドル21を移動可能に支持する。アーム121の3次元的な操作に対応するように、ロボットアーム60が3次元的に移動される。 The arm 121 supports the operating handle 21. The arm 121 supports the operating handle 21 so that it can move within a predetermined three-dimensional operating range. Specifically, the arm 121 supports the operating handle 21 so that it can move up and down, left and right, and front and back. The robot arm 60 moves three-dimensionally in response to the three-dimensional operation of the arm 121.
操作ハンドル21は、図8に示す操作者の右手によって操作される操作ハンドル21Rと、図9に示す操作者の左手によって操作される操作ハンドル21Lとを含む。図8は右手用操作部120Rの基準姿勢を表し、図9は左手用操作部120Lの基準姿勢を表している。操作ハンドル21Rの構成と、操作ハンドル21Lの構成とは同様である。操作ハンドル21は、リンク部21a、リンク部21b、リンク部21c、医師などの操作者が操作するリンク部21dと、を含む。リンク部21aは、A4軸線周りに回動する。リンク部21bは、リンク部21aに対して、A5軸線周りに回動可能に取り付けられている。リンク部21cは、リンク部21bに対して、A6軸線周りに回動可能に取り付けられている。リンク部21dは、リンク部21cに対して、A7軸線周りに回動可能に取り付けられている。各リンク部は、関節部122により接続されている。リンク部21a、リンク部21bおよびリンク部21cは、各々、L字形状を有する。リンク部21a、リンク部21b、リンク部21cおよびリンク部21dは、それぞれ、第4リンク部、第3リンク部、第2リンク部および第1リンク部の一例である。A4軸線、A5軸線、A6軸線およびA7軸線は、それぞれ、第4軸線、第3軸線、第2軸線および第1軸線の一例である。 The operating handle 21 includes an operating handle 21R operated by the operator's right hand as shown in Figure 8, and an operating handle 21L operated by the operator's left hand as shown in Figure 9. Figure 8 shows the reference position of the right-hand operating unit 120R, and Figure 9 shows the reference position of the left-hand operating unit 120L. The configuration of the operating handle 21R is similar to the configuration of the operating handle 21L. The operating handle 21 includes link portions 21a, 21b, 21c, and link portion 21d operated by an operator such as a doctor. Link portion 21a rotates around the A4 axis. Link portion 21b is attached to link portion 21a so as to be rotatable around the A5 axis. Link portion 21c is attached to link portion 21b so as to be rotatable around the A6 axis. Link portion 21d is attached to link portion 21c so as to be rotatable around the A7 axis. The link portions are connected by joints 122. Link portion 21a, link portion 21b, and link portion 21c each have an L-shape. Link portion 21a, link portion 21b, link portion 21c, and link portion 21d are examples of the fourth link portion, third link portion, second link portion, and first link portion, respectively. Axis A4, A5, A6, and A7 are examples of the fourth axis, third axis, second axis, and first axis, respectively.
操作ハンドル21は、操作者によって開閉される一対のグリップ部材21fを含む。グリップ部材21f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21fは、それぞれの近位端がリンク部21dの近位端G1に回転可能に接続されている。グリップ部材21fには、円筒状の指挿入部21eが配置されている。操作者は、一対の指挿入部21eに右手の指を挿入して操作ハンドル21Rを操作する。操作者は、一対の指挿入部21eに左手の指を挿入して操作ハンドル21Lを操作する。一対のグリップ部材21fは、それぞれの基端がリンク部21dに接続されており、一対のグリップ部材21f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104aとジョー部材104bとの開き角度が変更される。グリップ部材21fの一方に磁石が配置され、リンク部21d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21fを開閉すると、図11に示すように、磁石とホールセンサとが角度検知センサ21g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21gとして、グリップ部材21fにホールセンサを、リンク部21dに磁石を配置しても良い。また、グリップ部材21fの両方に、角度検知センサ21gとして磁石またはホールセンサを配置しても良い。 The operating handle 21 includes a pair of grip members 21f that can be opened and closed by the operator. The grip members 21f are made of elongated, plate-like lever members, and the proximal ends of the pair of grip members 21f are rotatably connected to the proximal end G1 of the link portion 21d. Cylindrical finger insertion portions 21e are disposed on the grip members 21f. The operator inserts the fingers of their right hand into the pair of finger insertion portions 21e to operate the operating handle 21R. The operator inserts the fingers of their left hand into the pair of finger insertion portions 21e to operate the operating handle 21L. The base ends of the pair of grip members 21f are connected to the link portion 21d, and the opening angle between the jaw members 104a and 104b can be changed by increasing or decreasing the angle between the pair of grip members 21f. A magnet is disposed on one side of the grip members 21f, and a Hall sensor is disposed on the link portion 21d. When the operator opens or closes the grip member 21f, as shown in Figure 11, the magnet and Hall sensor function as angle detection sensor 21g, and the Hall sensor outputs the opening angle. Alternatively, the angle detection sensor 21g may be a Hall sensor located on the grip member 21f and a magnet located on the link portion 21d. Alternatively, a magnet or Hall sensor may be located on both grip members 21f as angle detection sensors 21g.
操作部120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、A4軸線と、A5軸線と、A6軸線と、A7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21fが取り付けられるリンク部21dに位置している。ジンバル点GPは、左手用操作部120Lと右手用操作部120Rとの各々に個別に存在する。 The intersection of the multiple rotation axes of the operation unit 120 is called the gimbal point GP. Specifically, the gimbal point GP is the point where the A4 axis, the A5 axis, the A6 axis, and the A7 axis intersect. The gimbal point GP is located on the link portion 21d to which the pair of grip members 21f are attached. A separate gimbal point GP exists on each of the left-hand operation unit 120L and the right-hand operation unit 120R.
基準姿勢において、操作部120のA4軸線とA6軸線とは、Za方向に沿っている。A5軸線は、Ya方向に沿っている。A7軸線は、Xa方向に沿っている。図8に示すように、基準姿勢において、操作ハンドル21Rのリンク部21aおよびリンク部21bは、Ya-Za平面に沿うように、かつ、A7軸に対してYa1側に配置されている。基準姿勢において、リンク部21cは、Xa-Za平面に沿うように配置されている。基準姿勢において、リンク部21dは、A7軸線に沿うように配置されている。 In the reference posture, the A4 and A6 axes of the operating unit 120 are aligned along the Za direction. The A5 axis is aligned along the Ya direction. The A7 axis is aligned along the Xa direction. As shown in Figure 8, in the reference posture, the link portions 21a and 21b of the operating handle 21R are aligned along the Ya-Za plane and on the Ya1 side of the A7 axis. In the reference posture, the link portion 21c is aligned along the Xa-Za plane. In the reference posture, the link portion 21d is aligned along the A7 axis.
図9に示すように、基準姿勢において、操作ハンドル21Lのリンク部21aおよびリンク部21bは、Ya-Za平面に沿うように、かつ、A7軸に対してYa2側に配置されている。基準姿勢において、リンク部21cは、Xa-Za平面に沿うように配置されている。基準姿勢において、リンク部21dは、A7軸線に沿うように配置されている。 As shown in Figure 9, in the reference position, link portion 21a and link portion 21b of operating handle 21L are arranged along the Ya-Za plane and on the Ya2 side of the A7 axis. In the reference position, link portion 21c is arranged along the Xa-Za plane. In the reference position, link portion 21d is arranged along the A7 axis.
図10に示すように、フットペダル22は、手術器具4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22は、基台部28に配置されている。フットペダル22は、切替ペダル22aと、クラッチペダル22bと、カメラペダル22cと、切開ペダル22dと、凝固ペダル22eとを含んでいる。切替ペダル22aと、クラッチペダル22bと、カメラペダル22cと、切開ペダル22dと、凝固ペダル22eとは、操作者の足により操作される。また、切開ペダル22dは、右側のロボットアーム60用の切開ペダル22dRと、左側のロボットアーム60用の切開ペダル22dLとを含む。また、凝固ペダル22eは、右側のロボットアーム60用の凝固ペダル22eRと、左側のロボットアーム60用の凝固ペダル22eLとを含む。 As shown in FIG. 10, multiple foot pedals 22 are provided to perform functions related to the surgical instrument 4. The multiple foot pedals 22 are arranged on the base 28. The foot pedals 22 include a switch pedal 22a, a clutch pedal 22b, a camera pedal 22c, an incision pedal 22d, and a coagulation pedal 22e. The switch pedal 22a, the clutch pedal 22b, the camera pedal 22c, the incision pedal 22d, and the coagulation pedal 22e are operated by the operator's feet. The incision pedals 22d include an incision pedal 22dR for the right robot arm 60 and an incision pedal 22dL for the left robot arm 60. The coagulation pedals 22e include a coagulation pedal 22eR for the right robot arm 60 and a coagulation pedal 22eL for the left robot arm 60.
切替ペダル22aは、操作ハンドル21で動作させるロボットアーム60を切り替える。クラッチペダル22bは、ロボットアーム60と操作ハンドル21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22bが操作者によって踏み込まれている間、操作ハンドル21による操作が、ロボットアーム60に伝達されなくなる。また、カメラペダル22cが操作者によって踏み込まれている間、操作ハンドル21によって、内視鏡6が取り付けられたロボットアーム60を操作することが可能になる。切開ペダル22dまたは凝固ペダル22e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。 The switching pedal 22a switches the robot arm 60 operated by the operating handle 21. The clutch pedal 22b performs a clutch operation that temporarily disconnects the operational connection between the robot arm 60 and the operating handle 21. While the clutch pedal 22b is depressed by the operator, operation by the operating handle 21 is not transmitted to the robot arm 60. Furthermore, while the operator is depressing the camera pedal 22c, the operating handle 21 can be used to operate the robot arm 60 to which the endoscope 6 is attached. While the operator is depressing the incision pedal 22d or coagulation pedal 22e, the electrosurgical device is activated.
足検知部27は、フットペダル22を操作する操作者の足を検知する。足検知部27は、フットペダル22の上方に位置するホバー状態の足を検知する。足検知部27は、基台部28に配置されている。 The foot detection unit 27 detects the feet of the operator operating the foot pedal 22. The foot detection unit 27 detects the feet in a hover state located above the foot pedal 22. The foot detection unit 27 is disposed on the base unit 28.
図1に示すように、モニタ24は、内視鏡6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。支持アーム25は、モニタ24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近傍に設けられたセンサにより操作者の頭部を検知することにより、遠隔操作装置2による手術支援ロボット1の操作が可能になる。操作者は、モニタ24により患部を視認しながら、操作部120およびフットペダル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、手術支援ロボット1に送信される。タッチパネル23は、受付部の一例である。 As shown in FIG. 1, the monitor 24 is a scope-type display device for displaying images captured by the endoscope 6. The support arm 25 supports the monitor 24 so that its height is at the same height as the face of an operator, such as a doctor. The touch panel 23 is mounted on a support bar 26. A sensor provided near the monitor 24 detects the operator's head, enabling the remote control device 2 to operate the surgical support robot 1. The operator operates the operation unit 120 and foot pedals 22 while visually checking the affected area on the monitor 24. This inputs commands to the remote control device 2. The commands input to the remote control device 2 are transmitted to the surgical support robot 1. The touch panel 23 is an example of a reception unit.
(制御系の構成)
図11に示すように、手術支援システム100は、制御装置130と、アーム制御部31aと、ポジショナ制御部31bと、操作制御部110とを備えている。
(Control system configuration)
As shown in FIG. 11, the surgery assistance system 100 includes a control device 130, an arm control unit 31a, a positioner control unit 31b, and an operation control unit 110.
制御装置130は、医療用台車3の内部において、アーム制御部31a、ポジショナ制御部31b、および、操作制御部110の各々と通信する。制御装置130は、アーム制御部31a、ポジショナ制御部31b、および、操作制御部110の各々を制御する。制御装置130と、アーム制御部31a、ポジショナ制御部31b、および、操作制御部110とは、LANなどによって接続されている。なお、図11では、制御装置130が医療用台車3とは別個に記載されているが、図11は制御ブロックを説明するための図であり、実際には、図1に示すように、制御装置130は、医療用台車3の内部に配置されている。 The control device 130 communicates with each of the arm control unit 31a, positioner control unit 31b, and operation control unit 110 inside the medical cart 3. The control device 130 controls each of the arm control unit 31a, positioner control unit 31b, and operation control unit 110. The control device 130 is connected to the arm control unit 31a, positioner control unit 31b, and operation control unit 110 via a LAN or the like. Note that although Figure 11 shows the control device 130 separately from the medical cart 3, Figure 11 is a diagram for explaining the control block, and in reality, the control device 130 is located inside the medical cart 3, as shown in Figure 1.
アーム制御部31aは、複数のロボットアーム60ごとに配置されている。なお、図11では、アーム制御部31aがロボットアーム60の内部に配置されるように記載されているが、図11は制御ブロックを説明するための図であり、実際には、図1に示すように、アーム制御部31aは、医療用台車3の内部に配置されている。すなわち、医療用台車3の内部には、複数のロボットアーム60の数の分、アーム制御部31aが配置されている。 An arm control unit 31a is disposed for each of the multiple robot arms 60. Note that while Figure 11 shows the arm control unit 31a as being disposed inside the robot arm 60, Figure 11 is a diagram for explaining the control block, and in reality, the arm control unit 31a is disposed inside the medical cart 3, as shown in Figure 1. In other words, there are as many arm control units 31a disposed inside the medical cart 3 as there are multiple robot arms 60.
図12に示すように、アーム部61には、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。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。 As shown in FIG. 12, the arm 61 is provided with multiple servo motors M1, encoders E1, and reducers to correspond to the multiple joints 64. The encoder E1 detects the rotation angle of the servo motor M1. The reducer decelerates the rotation of the servo motor M1 to increase the torque.
ロボットアーム60には、サーボモータM1を制御するためのサーボ制御部C1が配置されている。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。 A servo control unit C1 for controlling the servo motor M1 is disposed on the robot arm 60. The servo control unit C1 is also electrically connected to an encoder E1 for detecting the rotation angle of the servo motor M1.
図12に示すように、第2リンク部73には、手術器具4の被駆動ユニット4a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M2と、エンコーダE2と、減速機とが配置されている。エンコーダE2は、サーボモータM2の回転角を検出する。減速機は、サーボモータM2の回転を減速させてトルクを増大させる。また、ロボットアーム60には、手術器具4を駆動するサーボモータM2を制御するためのサーボ制御部C2が配置されている。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。なお、サーボモータM2、エンコーダE2およびサーボ制御部C2は、各々複数配置されている。 As shown in FIG. 12, the second link section 73 is provided with a servo motor M2 for rotating a driven member disposed in the driven unit 4a of the surgical instrument 4, an encoder E2, and a reducer. The encoder E2 detects the rotation angle of the servo motor M2. The reducer decelerates the rotation of the servo motor M2 to increase the torque. The robot arm 60 is also provided with a servo control unit C2 for controlling the servo motor M2 that drives the surgical instrument 4. The servo control unit C2 is electrically connected to an encoder E2 for detecting the rotation angle of the servo motor M2. Note that multiple servo motors M2, encoders E2, and servo control units C2 are provided.
図12に示すように、並進移動機構部70には、手術器具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E3と、減速機とが設けられている。エンコーダE3は、サーボモータM3の回転角を検出する。減速機は、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。また、ロボットアーム60には、手術器具4を並進移動するサーボモータM3を制御するためのサーボ制御部C3が配置されている。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。 As shown in FIG. 12, the translational movement mechanism 70 is provided with a servo motor M3 for translating the surgical instrument 4, an encoder E3, and a reducer. The encoder E3 detects the rotation angle of the servo motor M3. The reducer decelerates the rotation of the servo motor M3 to increase the torque. The robot arm 60 also has a servo control unit C3 for controlling the servo motor M3 for translating the surgical instrument 4. The servo control unit C3 is electrically connected to an encoder E3 for detecting the rotation angle of the servo motor M3.
図13に示すように、ポジショナ制御部31bは、医療用台車3に配置されている。ポジショナ制御部31bは、ポジショナ40および医療用台車3を制御する。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、サーボモータSMと、エンコーダENと、減速機と、サーボ制御部SCと、が配置されている。医療用台車3には、医療用台車3の複数の前輪の各々を駆動するサーボモータSMと、エンコーダENと、減速機と、サーボ制御部SCと、ブレーキとが配置されている。 As shown in FIG. 13, the positioner control unit 31b is disposed on the medical cart 3. The positioner control unit 31b controls the positioner 40 and the medical cart 3. The positioner 40 is provided with a servo motor SM, an encoder EN, a reducer, and a servo control unit SC, which correspond to the multiple joints 43 of the positioner 40. The medical cart 3 is provided with a servo motor SM, an encoder EN, a reducer, a servo control unit SC, and a brake, which drive each of the multiple front wheels of the medical cart 3.
図13に示すように、操作部120には、回転軸線であるA1、A2、A3、A4、A5、A6およびA7軸線の各々に対応するように、サーボモータM6a、M6b、M6c、M6d、M6e、M6fおよびM6g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C6a、C6b、C6c、C6d、C6e、C6fおよびC6g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E6a、E6b、E6c、E6d、E6e、E6fおよびE6g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、左手用操作部120Lと、右手用操作部120Rとに各々設けられている。なお、図11では、操作制御部110が操作部120の内部に配置されるように記載されているが、図11は制御ブロックを説明するための図であり、実際には、図1に示すように、操作制御部110は、遠隔操作装置2の本体部2aの内部に配置されている。 As shown in FIG. 13, servo motors M6a, M6b, M6c, M6d, M6e, M6f, and M6g are arranged in the operation unit 120 to correspond to the rotation axes A1, A2, A3, A4, A5, A6, and A7, respectively. Servo controllers C6a, C6b, C6c, C6d, C6e, C6f, and C6g are arranged to control each servo motor. Encoders E6a, E6b, E6c, E6d, E6e, E6f, and E6g are electrically connected to each servo controller to detect the rotation angle of each servo motor. Note that each servo motor, each servo controller, and each encoder are provided in the left-hand operation unit 120L and the right-hand operation unit 120R, respectively. Note that while Figure 11 shows the operation control unit 110 as being located inside the operation unit 120, Figure 11 is a diagram for explaining the control block, and in reality, the operation control unit 110 is located inside the main body 2a of the remote control device 2, as shown in Figure 1.
制御装置130は、操作制御部110を介して、操作部120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120を操作することが可能になる。 The control device 130 controls each servo motor via the operation control unit 110 to generate a torque that counteracts the gravitational torque generated on the rotation axis of each servo motor, depending on the attitude of the operation unit 120. This allows the operator to operate the operation unit 120 with a relatively small force.
制御装置130は、操作制御部110を介して、操作部120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120を操作することが可能になる。 The control device 130 controls each servo motor via the operation control unit 110 to generate torque on each rotation axis of each servo motor in response to the operation of the operation unit 120, thereby assisting the operator in their operation. This allows the operator to operate the operation unit 120 with a relatively small amount of force.
ここで、本実施形態では、制御装置130は、操作部120に対して操作部基準点MPを設定する。操作部基準点MPは、マッピングポイントとも呼ばれる。制御装置130は、手術器具4に対して手術器具基準点CPを設定する。制御装置130は、操作部120が操作された際に、操作部基準点MPの移動に対応して手術器具基準点CPが移動するように、手術器具4を移動させるように制御する。なお、操作部基準点MPの移動に対応して手術器具基準点CPが移動するように、手術器具4を移動させる動作を、フォローイングと呼ぶ。図3に示すように、手術器具基準点CPは、第1支持体4eのZ1方向側の部分のJT12軸線方向における中央部に設定されている。手術器具基準点CPは、ツールセンターポイント、または、クレビス点と呼ばれる。 In this embodiment, the control device 130 sets an operation unit reference point MP for the operation unit 120. The operation unit reference point MP is also called a mapping point. The control device 130 sets a surgical instrument reference point CP for the surgical instrument 4. When the operation unit 120 is operated, the control device 130 controls the movement of the surgical instrument 4 so that the surgical instrument reference point CP moves in response to the movement of the operation unit reference point MP. The action of moving the surgical instrument 4 so that the surgical instrument reference point CP moves in response to the movement of the operation unit reference point MP is called following. As shown in Figure 3, the surgical instrument reference point CP is set at the center of the Z1 direction side of the first support 4e in the JT12 axis direction. The surgical instrument reference point CP is called the tool center point or clevis point.
本実施形態では、図8に示すように、操作部基準点MPは、リンク部21dの近位端G1に対して、リンク部21dの遠位端G2とは反対の位置に設定されている。リンク部21dの近位端G1とは、リンク部21dのXa1側の端部である。リンク部21dの遠位端G2とは、リンク部21dのXa2側の端部である。近位端G1よりも遠位端G2とは反対の位置とは、A7軸線上の位置のみならず、A7軸線よりもY1a方向側の範囲、および、A7軸線よりもY2a方向側の範囲を含む。なお、内視鏡6以外の手術器具4が取り付けられるロボットアーム60に対して、上記のような操作部基準点MPが設定される。 In this embodiment, as shown in FIG. 8, the operation unit reference point MP is set at a position opposite the distal end G2 of link portion 21d with respect to the proximal end G1 of link portion 21d. The proximal end G1 of link portion 21d is the end portion on the Xa1 side of link portion 21d. The distal end G2 of link portion 21d is the end portion on the Xa2 side of link portion 21d. The position opposite the distal end G2 from the proximal end G1 includes not only a position on the A7 axis, but also a range on the Y1a side of the A7 axis and a range on the Y2a side of the A7 axis. Note that the operation unit reference point MP as described above is set for a robot arm 60 to which a surgical instrument 4 other than an endoscope 6 is attached.
具体的には、制御装置130では、操作部座標系におけるジンバル点GPの座標からのオフセット値として、操作部基準点MPが設定される。付加するオフセット値は、操作部120のリンク部21dまたはリンク部21c上に定めた座標系における変位量として定義される。 Specifically, the control device 130 sets the operation unit reference point MP as an offset value from the coordinates of the gimbal point GP in the operation unit coordinate system. The offset value to be added is defined as the amount of displacement in the coordinate system defined on link unit 21d or link unit 21c of the operation unit 120.
本実施形態では、操作部基準点MPは、リンク部21dの近位端G1よりも、操作者に近い位置に設定されている。具体的には、操作者がグリップ部材21fを把持した状態で、操作部基準点MPは、操作者の手首の近傍に位置している。手首の近傍とは、手首の位置そのものと、手首の近くの位置を含む概念である。 In this embodiment, the operation unit reference point MP is set at a position closer to the operator than the proximal end G1 of the link portion 21d. Specifically, when the operator is holding the grip member 21f, the operation unit reference point MP is located near the operator's wrist. "Near the wrist" is a concept that includes the position of the wrist itself and a position near the wrist.
本実施形態では、操作部基準点MPは、リンク部21dの近位端G1に対して、操作部120の複数の回転軸線の交点であるジンバル点GPとは反対の位置に設定されている。ジンバル点GPは、リンク部21dの近位端G1に対して、Xa2方向側に位置している。ジンバル点GPは、リンク部21dの近位端G1と遠位端G2との間に位置している。 In this embodiment, the operating unit reference point MP is set at a position opposite the gimbal point GP, which is the intersection of multiple rotation axes of the operating unit 120, relative to the proximal end G1 of the link unit 21d. The gimbal point GP is located on the Xa2 direction side relative to the proximal end G1 of the link unit 21d. The gimbal point GP is located between the proximal end G1 and the distal end G2 of the link unit 21d.
本実施形態では、操作部基準点MPは、リンク部21dの近位端G1に対して、グリップ部材21fの遠位端G2とは反対の位置でかつ、A7軸線とずれた位置に設定されている。A7軸線とずれた位置とは、A7軸線よりもY1a方向側の範囲、および、A7軸線よりもY2a方向側の範囲を意味する。 In this embodiment, the operating unit reference point MP is set at a position opposite the distal end G2 of the grip member 21f relative to the proximal end G1 of the link portion 21d and offset from the A7 axis. "A position offset from the A7 axis" refers to the range on the Y1a side of the A7 axis and the range on the Y2a side of the A7 axis.
本実施形態では、操作部120の基準姿勢において、操作部基準点MPは、リンク部21dの近位端G1に対して、グリップ部材21fの遠位端G2とは反対の位置でかつ、A7軸線に対してリンク部21aとは反対の位置に設定されている。ここで、操作部基準点MPは、右手用操作部120Rと左手用操作部120Lとの各々に個別に設定されている。図8に示すように、右手用操作部120Rの基準姿勢において、操作部基準点MPは、リンク部21dの近位端G1に対して、グリップ部材21fの遠位端G2とは反対の位置でかつ、A7軸線に対してリンク部21aとは反対のYa2側の位置に設定されている。図9に示すように、左手用操作部120Lの基準姿勢において、操作部基準点MPは、リンク部21dの近位端G1に対して、グリップ部材21fの遠位端G2とは反対の位置でかつ、A7軸線に対してリンク部21aとは反対のYa1側の位置に設定されている。 In this embodiment, in the reference posture of the operation unit 120, the operation unit reference point MP is set at a position opposite the distal end G2 of the grip member 21f with respect to the proximal end G1 of the link unit 21d and at a position opposite the link unit 21a with respect to the A7 axis. Here, the operation unit reference point MP is set separately for each of the right-handed operation unit 120R and the left-handed operation unit 120L. As shown in FIG. 8, in the reference posture of the right-handed operation unit 120R, the operation unit reference point MP is set at a position opposite the distal end G2 of the grip member 21f with respect to the proximal end G1 of the link unit 21d and at a position on the Ya2 side opposite the link unit 21a with respect to the A7 axis. As shown in Figure 9, in the reference position of the left-hand operating unit 120L, the operating unit reference point MP is set at a position opposite the distal end G2 of the grip member 21f with respect to the proximal end G1 of the link unit 21d, and on the Ya1 side of the A7 axis, opposite the link unit 21a.
本実施形態では、操作部120の基準姿勢において、操作部基準点MPは、リンク部21dの近位端G1に対して、グリップ部材21fの遠位端G2とは反対の位置で、A7軸線に対してリンク部21aとは反対の位置で、かつ、A7軸線と水平方向に直交する軸線上に設定されている。図8に示すように、右手用操作部120Rの基準姿勢において、操作部基準点MPは、A7軸線と水平方向に直交するBR軸線上に設定されている。図9に示すように、左手用操作部120Lの基準姿勢において、操作部基準点MPは、A7軸線と水平方向に直交するBL軸線上に設定されている。BR軸線およびBL軸線は、A5軸線に平行な軸線である。 In this embodiment, in the reference posture of the operation unit 120, the operation unit reference point MP is set at a position opposite the distal end G2 of the grip member 21f with respect to the proximal end G1 of the link unit 21d, at a position opposite the link unit 21a with respect to the A7 axis, and on an axis that is horizontally perpendicular to the A7 axis. As shown in FIG. 8, in the reference posture of the right-handed operation unit 120R, the operation unit reference point MP is set on the BR axis that is horizontally perpendicular to the A7 axis. As shown in FIG. 9, in the reference posture of the left-handed operation unit 120L, the operation unit reference point MP is set on the BL axis that is horizontally perpendicular to the A7 axis. The BR axis and BL axis are axes parallel to the A5 axis.
操作部基準点MPは、A7軸線に沿った方向において、操作部基準点MPは、グリップ部材21fの近位端G1からXa1側に、たとえば、0よりも大きく100mm以下の範囲内で設定される。また、図8に示すように、右手用操作部120Rでは、操作部基準点MPは、BR軸線に沿った方向において、A7軸線からYa2側に、たとえば、0よりも大きく80mm以下の範囲内で設定される。また、図9に示すように、左手用操作部120Lでは、操作部基準点MPは、BL軸線に沿った方向において、A7軸線からYa1側に、たとえば、0よりも大きく80mm以下の範囲内で設定される。 In the direction along the A7 axis, the operation unit reference point MP is set, for example, within a range of 0 to 100 mm from the proximal end G1 of the grip member 21f toward the Xa1 side. Also, as shown in FIG. 8, in the right-hand operation unit 120R, the operation unit reference point MP is set, for example, within a range of 0 to 80 mm from the A7 axis toward the Ya2 side in the direction along the BR axis. Also, as shown in FIG. 9, in the left-hand operation unit 120L, the operation unit reference point MP is set, for example, within a range of 0 to 80 mm from the A7 axis toward the Ya1 side in the direction along the BL axis.
(操作量の算出方法)
操作者による操作が受け付けられた場合の、操作部120の入力値の算出方法について説明する。図14に示すように、操作者による操作が操作部120により受け付けられる。これにより、操作部120のA1軸、A2軸、A3軸、A4軸、A5軸、A6軸およびA7軸の軸値が、操作制御部110に入力される。制御装置130は、操作制御部110に入力された各軸値に基づいて、順運動学計算を行う。これにより、操作部120からの入力値として、操作部基準点MPの基準姿勢からの変位と回転とを表す同次変換行列が更新される。順運動学計算とは、リンク機構の軸値から、機構上の着目した部位の変位と回転とを計算する手段のことである。具体的な順運動学計算の詳細については、後述する。制御装置130は、内視鏡6の視野方向に応じて操作部120からの入力を表す同次変換行列を変換する。得られた同次変換行列は、内視鏡6の視野内で操作部120の入力に対応した動きを生む、手術器具4の並進移動のための並進成分と、手術器具4の回転のための回転成分とを含む。制御装置130は、並進成分と回転成分とに対してスケーリングを行う。スケーリングとは、操作部120が受け付けた操作量と、実際に手術器具4が移動する移動量との比であるスケーリング値を、並進成分と回転成分とに乗算することである。制御装置130は、スケーリングされた並進成分と回転成分とに基づいて、目標となる同次変換行列を算出する。制御装置130は、目標となる同次変換行列に対して逆運動学計算を行う。制御装置130は、逆運動学計算により、ロボットアーム60および手術器具4の目標となる各軸値を算出する。
(Method of calculating the manipulated variable)
A method for calculating input values for the operation unit 120 when an operation by the operator is accepted will be described. As shown in FIG. 14 , an operation by the operator is accepted by the operation unit 120. As a result, axis values of the A1, A2, A3, A4, A5, A6, and A7 axes of the operation unit 120 are input to the operation control unit 110. The control device 130 performs forward kinematics calculation based on the axis values input to the operation control unit 110. As a result, a homogeneous transformation matrix representing the displacement and rotation of the operation unit reference point MP from the reference posture is updated as an input value from the operation unit 120. The forward kinematics calculation is a means for calculating the displacement and rotation of a focused portion of the mechanism from the axis values of the link mechanism. Specific details of the forward kinematics calculation will be described later. The control device 130 converts the homogeneous transformation matrix representing the input from the operation unit 120 according to the field of view of the endoscope 6. The obtained homogeneous transformation matrix includes a translational component for the translational movement of the surgical instrument 4 and a rotational component for the rotation of the surgical instrument 4, which produce a movement corresponding to the input from the operation unit 120 within the field of view of the endoscope 6. The control device 130 performs scaling on the translational component and the rotational component. Scaling means multiplying the translational component and the rotational component by a scaling value, which is the ratio between the operation amount received by the operation unit 120 and the actual movement amount of the surgical instrument 4. The control device 130 calculates a target homogeneous transformation matrix based on the scaled translational component and rotational component. The control device 130 performs inverse kinematics calculation on the target homogeneous transformation matrix. The control device 130 calculates each target axis value of the robot arm 60 and the surgical instrument 4 through the inverse kinematics calculation.
図15に示すように、順運動学計算では、操作部120により受け付けられた操作に対応するように、4行4列の単位行列に対し、A1軸、A2軸、A3軸、A4軸、A5軸、A6軸、A7軸の軸値から決まる変換および、オフセット付加に対応する変換を表す同次変換行列が順次乗算される。これにより、操作部基準点MPの基準姿勢からの変位と回転とを表す最終的な同次変換行列が得られる。図15に示す例では、グリップ部材21fのA7軸周りの回転とともに、操作部基準点MPが変位される。 As shown in Figure 15, in the forward kinematics calculation, a 4x4 identity matrix is sequentially multiplied by homogeneous transformation matrices representing transformations determined from the axis values of the A1, A2, A3, A4, A5, A6, and A7 axes, and transformations corresponding to the addition of offsets, in order to correspond to the operation received by the operation unit 120. This results in a final homogeneous transformation matrix representing the displacement and rotation of the operation unit reference point MP from the reference posture. In the example shown in Figure 15, the operation unit reference point MP is displaced as the grip member 21f rotates around the A7 axis.
図16に示す例では、順運動学計算は、操作部120により受け付けられた操作に対応するように、4行4列の単位行列に対し、A1軸、A2軸、A3軸、A4軸、A5軸、A6軸の軸値から決まる変換、オフセット付加に対応する変換および、A7軸の回転から決まる変換を表す同次変換行列が順次乗算される。これにより、操作部基準点MPの基準姿勢からの変位と回転を表す最終的な同次変換行列が得られる。図16に示す例では、グリップ部材21fがA7軸周りに回転しても、操作部基準点MPは変位しない。 In the example shown in FIG. 16, the forward kinematics calculation sequentially multiplies a 4-row, 4-column identity matrix by homogeneous transformation matrices representing transformations determined from the axis values of the A1, A2, A3, A4, A5, and A6 axes, transformations corresponding to the addition of offsets, and transformations determined from the rotation of the A7 axis, so as to correspond to the operation received by the operation unit 120. This results in a final homogeneous transformation matrix representing the displacement and rotation of the operation unit reference point MP from the reference attitude. In the example shown in FIG. 16, even if the grip member 21f rotates around the A7 axis, the operation unit reference point MP does not displace.
本実施形態では、図17に示すように、遠隔操作装置2のタッチパネル23は、操作部基準点MPの変更を受け付ける。タッチパネル23は、予め設定された複数の操作部基準点MPのうちのいずれかを選択するための複数の選択部23aを含む。 In this embodiment, as shown in FIG. 17, the touch panel 23 of the remote control device 2 accepts changes to the operation unit reference point MP. The touch panel 23 includes multiple selection sections 23a for selecting one of multiple preset operation unit reference points MP.
本実施形態では、タッチパネル23は、手術支援システム100による手術の開始前に操作部基準点MPの変更を受け付ける。つまり、タッチパネル23は、フォローイングの最中には、操作部基準点MPの変更を受け付けない。なお、タッチパネル23は、手術支援システム100による手術の最中に、操作部基準点MPの変更を受け付けてもてよい。 In this embodiment, the touch panel 23 accepts changes to the operation unit reference point MP before the start of surgery using the surgery assistance system 100. In other words, the touch panel 23 does not accept changes to the operation unit reference point MP during following. Note that the touch panel 23 may also accept changes to the operation unit reference point MP during surgery using the surgery assistance system 100.
(実験)
図18を参照して、手術器具4を回転させた場合、操作部基準点がどのように移動するのかについての実験について説明する。実験では、図8に示すように、操作部基準点として、ジンバル点GPと、リンク部21dの近位端G1に対してXa1側でかつA7軸線上の点MP1と、リンク部21dの近位端G1に対してXa1側でかつA7軸線からYa2側にずれた点MPとを採用した。なお、点MPは、上記実施形態の操作部基準点MPである。また、実験では、一対のグリップ部材21fが閉じた状態で操作部120が操作された。実験の結果、操作部基準点をジンバル点GPとした場合、ジンバル点GPが比較的大きい範囲を移動することが確認された。ジンバル点GPが移動しないことを意図して操作部120が操作された場合、操作部120は、A1軸線、A2軸線およびA3軸線周りには移動しないはずであるが、実験では、操作部120がA1軸線、A2軸線およびA3軸線周りに移動していることが確認された。操作部基準点を点MP1とした場合、点MP1の移動範囲が、操作部基準点をジンバル点GPとした場合よりも小さくなることが確認された。操作部基準点を点MPとした場合、点MPの移動範囲が、操作部基準点を点MP1とした場合よりもさらに小さくなることが確認された。すなわち、操作部基準点を点MPとすることにより、操作者の意図通りに手術器具4を移動させることが可能であることが確認された。
(experiment)
Referring to FIG. 18 , an experiment will be described to determine how the operating unit reference point moves when the surgical instrument 4 is rotated. In the experiment, as shown in FIG. 8 , the following operating unit reference points were used: gimbal point GP; point MP1 on the Xa1 side of the proximal end G1 of the link portion 21d and on the A7 axis; and point MP on the Xa1 side of the proximal end G1 of the link portion 21d and offset from the A7 axis toward the Ya2 side. Point MP is the operating unit reference point MP in the above-described embodiment. In the experiment, the operating unit 120 was operated with the pair of grip members 21f closed. The experiment confirmed that when the operating unit reference point was the gimbal point GP, the gimbal point GP moved over a relatively large range. When the operation unit 120 is operated with the intention of not moving the gimbal point GP, the operation unit 120 should not move around the A1, A2, and A3 axes. However, experiments have confirmed that the operation unit 120 does move around the A1, A2, and A3 axes. It has also been confirmed that when the operation unit reference point is set to point MP1, the range of movement of point MP1 is smaller than when the operation unit reference point is set to gimbal point GP. It has also been confirmed that when the operation unit reference point is set to point MP, the range of movement of point MP is even smaller than when the operation unit reference point is set to point MP1. In other words, it has been confirmed that by setting the operation unit reference point to point MP, the surgical instrument 4 can be moved as intended by the operator.
[本実施形態の効果]
操作部基準点MPは、リンク部21dの近位端G1に対して、リンク部21dの遠位端G2とは反対の位置に設定されている。これにより、操作部基準点MPがリンク部21dの近位端G1よりも操作者に近い位置に設定されるので、操作部基準点MPと、操作者がリンク部21dに配置されるグリップ部材21fを回したときの回転の中心と考えられる手首との間の距離が小さくなる。このため、操作者の手の移動の動作と、手術器具4の移動の動作とのずれが小さくなるので、操作部基準点MPの移動範囲が大きくなることが抑制される。その結果、操作者の意図通りに手術器具4を移動させることができる。
[Effects of this embodiment]
The operation unit reference point MP is set at a position opposite the distal end G2 of the link portion 21d relative to the proximal end G1 of the link portion 21d. This allows the operation unit reference point MP to be set closer to the operator than the proximal end G1 of the link portion 21d, thereby reducing the distance between the operation unit reference point MP and the wrist, which is considered to be the center of rotation when the operator turns the grip member 21f arranged on the link portion 21d. This reduces the discrepancy between the movement of the operator's hand and the movement of the surgical instrument 4, thereby preventing the movement range of the operation unit reference point MP from becoming too large. As a result, the surgical instrument 4 can be moved as intended by the operator.
操作部基準点MPは、リンク部21dの近位端G1に対して、グリップ部材21fの遠位端G2とは反対の位置でかつ、A7軸線とずれた位置に設定されている。これにより、操作部基準点MPと手首との間の距離がより小さくなるので、より意図通りに手術器具4を移動させることができる。 The operating unit reference point MP is set at a position opposite the distal end G2 of the grip member 21f, relative to the proximal end G1 of the link portion 21d, and offset from the A7 axis. This reduces the distance between the operating unit reference point MP and the wrist, allowing the surgical instrument 4 to be moved more as intended.
操作部120の基準姿勢において、操作部基準点MPは、リンク部21dの近位端G1に対して、リンク部21dの遠位端G2とは反対の位置でかつ、A7軸線に対してリンク部21aとは反対の位置に設定されている。これにより、操作部120の基準姿勢において、操作者の手首は、A7軸線に対してリンク部21aとは反対に位置しているので、容易に、操作部基準点MPと手首との間の距離を小さくすることができる。 In the reference position of the operating unit 120, the operating unit reference point MP is set at a position opposite the distal end G2 of link unit 21d relative to the proximal end G1 of link unit 21d and opposite link unit 21a relative to the A7 axis. As a result, in the reference position of the operating unit 120, the operator's wrist is positioned opposite link unit 21a relative to the A7 axis, making it easy to reduce the distance between the operating unit reference point MP and the wrist.
右手用操作部120Rの基準姿勢において、操作部基準点MPは、リンク部21dの近位端G1に対して、リンク部21dの遠位端G2とは反対の位置で、A7軸線に対してリンク部21aとは反対の位置で、かつ、A7軸線と水平方向に直交するBR軸線上に設定されている。これにより、右手用操作部120Rの基準姿勢において、操作者の手首は、A7軸線と水平方向に直交するBR軸線上の近傍に位置しているので、容易に、操作部基準点MPと手首との間の距離を小さくすることができる。左手用操作部120Lについても同様の効果を奏する。 In the reference position of the right-handed operating unit 120R, the operating unit reference point MP is set at a position opposite the distal end G2 of link unit 21d relative to the proximal end G1 of link unit 21d, opposite the A7 axis from link unit 21a, and on the BR axis that is horizontally perpendicular to the A7 axis. As a result, in the reference position of the right-handed operating unit 120R, the operator's wrist is positioned near the BR axis that is horizontally perpendicular to the A7 axis, making it easy to reduce the distance between the operating unit reference point MP and the wrist. A similar effect is achieved for the left-handed operating unit 120L.
操作部基準点MPの変更を受け付けるタッチパネル23が配置されている。これにより、操作者の体格に合わせて、適切に操作部基準点MPを設定することができる。 A touch panel 23 is provided to accept changes to the operation unit reference point MP. This allows the operation unit reference point MP to be set appropriately to suit the operator's physique.
タッチパネル23は、予め設定された複数の操作部基準点MPのうちのいずれかを選択するための複数の選択部23aを含む。これにより、操作者が操作部基準点MPの座標を入力する場合と異なり、容易に、操作部基準点MPを選択することができる。 The touch panel 23 includes multiple selection sections 23a for selecting one of multiple preset operation unit reference points MP. This allows the operator to easily select the operation unit reference point MP, unlike when the operator inputs the coordinates of the operation unit reference point MP.
タッチパネル23は、手術支援システム100による手術の開始前に操作部基準点MPの変更を受け付ける。これにより、手術の際に、操作部基準点MPが適切な位置に設定された状態で、操作部120を使用することができる。 The touch panel 23 accepts changes to the operation unit reference point MP before surgery begins using the surgery assistance system 100. This allows the operation unit 120 to be used during surgery with the operation unit reference point MP set to an appropriate position.
操作部基準点MPは、右手用操作部120Rと左手用操作部120Lとの各々に個別に設定されている。これにより、右手用操作部120Rと左手用操作部120Lとのいずれを使用した場合でも、操作者の意図通りに手術器具4を移動させることができる。 The operation unit reference point MP is set separately for the right-hand operation unit 120R and the left-hand operation unit 120L. This allows the surgical instrument 4 to be moved as intended by the operator regardless of whether the right-hand operation unit 120R or the left-hand operation unit 120L is used.
[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。
[Modification]
It should be noted that the embodiments disclosed herein should be considered to be illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present disclosure is defined by the claims, not by the description of the above embodiments, and further includes all modifications and variations within the meaning and scope of the claims.
上記実施形態では、制御装置130が医療用台車3に配置されている例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、制御装置130が、医療用台車3以外の部分に配置されていてもよい。 In the above embodiment, an example was shown in which the control device 130 was disposed on the medical cart 3, but the present disclosure is not limited to this. For example, the control device 130 may be disposed in a location other than the medical cart 3.
上記実施形態では、操作部基準点MPは、リンク部21dの近位端G1に対して、リンク部21dの遠位端G2とは反対の位置でかつ、A7軸線とずれた位置に設定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、操作部基準点MPを、リンク部21dの近位端G1に対して、リンク部21dの遠位端G2とは反対の位置でかつ、A7軸線上に設定してもよい。 In the above embodiment, an example was shown in which the operating unit reference point MP was set at a position opposite the distal end G2 of link portion 21d relative to the proximal end G1 of link portion 21d and offset from the A7 axis, but the present disclosure is not limited to this. For example, the operating unit reference point MP may be set at a position opposite the distal end G2 of link portion 21d relative to the proximal end G1 of link portion 21d and on the A7 axis.
上記実施形態では、操作部120の基準姿勢において、操作部基準点MPは、A7軸線に対してリンク部21aとは反対の位置に設定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、操作部基準点MPを、リンク部21dの近位端G1に対して、グリップ部材21fの遠位端G2とは反対の位置でかつ、A7軸線に対してリンク部21aに近い位置に設定してもよい。 In the above embodiment, an example was shown in which, in the reference posture of the operating unit 120, the operating unit reference point MP was set at a position opposite the link unit 21a with respect to the A7 axis, but the present disclosure is not limited to this. For example, the operating unit reference point MP may be set at a position opposite the distal end G2 of the grip member 21f with respect to the proximal end G1 of the link unit 21d, and closer to the link unit 21a with respect to the A7 axis.
上記実施形態では、操作部120の基準姿勢において、操作部基準点MPが、A7軸線と水平方向に直交するBR軸線またはBL軸線上に設定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、操作部120の基準姿勢において、操作部基準点MPが、A7軸線と水平方向に直交するBR軸線またはBL軸線からずれた位置に設定されてもよい。 In the above embodiment, an example was shown in which, in the reference posture of the operation unit 120, the operation unit reference point MP was set on the BR axis or the BL axis that is horizontally perpendicular to the A7 axis, but the present disclosure is not limited to this. For example, in the reference posture of the operation unit 120, the operation unit reference point MP may be set at a position offset from the BR axis or the BL axis that is horizontally perpendicular to the A7 axis.
上記実施形態では、タッチパネル23が、予め設定された複数の操作部基準点MPのうちのいずれかを選択するための複数の選択部23aを含む例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、操作者が、操作部基準点MPの座標をタッチパネル23に入力してもよい。 In the above embodiment, an example was shown in which the touch panel 23 included multiple selection units 23a for selecting one of multiple preset operation unit reference points MP, but the present disclosure is not limited to this. For example, the operator may input the coordinates of the operation unit reference point MP into the touch panel 23.
また、上記実施形態では、ロボットアーム60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60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。 Furthermore, while the above embodiment illustrates an example in which four robot arms 60 are provided, the present disclosure is not limited to this. In the present disclosure, the number of robot arms 60 may be any other number as long as there is at least one.
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、本開示はこれに限られない。たとえば、アーム部61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。 Furthermore, in the above embodiment, an example was shown in which the arm unit 61 and the positioner 40 were configured as a seven-axis articulated robot, but the present disclosure is not limited to this. For example, the arm unit 61 and the positioner 40 may be configured as an articulated robot with an axis configuration other than a seven-axis articulated robot. An axis configuration other than a seven-axis articulated robot may be, for example, a six-axis or eight-axis configuration.
また、上記実施形態では、手術支援ロボット1が、医療用台車3と、ポジショナ40と、アームベース50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3と、ポジショナ40と、アームベース50とは必ずしも必要なく、手術支援ロボット1が、ロボットアーム60だけで構成されてもよい。 In addition, in the above embodiment, an example was shown in which the surgical support robot 1 was equipped with a medical cart 3, a positioner 40, and an arm base 50, but the present disclosure is not limited to this. For example, the medical cart 3, positioner 40, and arm base 50 are not necessarily required, and the surgical support robot 1 may be composed of only the robot arm 60.
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。 The functions of the elements disclosed herein can be performed using circuits or processing circuits, including general-purpose processors, special-purpose processors, integrated circuits, ASICs (Application Specific Integrated Circuits), conventional circuits, and/or combinations thereof, configured or programmed to perform the disclosed functions. Processors are considered processing circuits or circuits because they include transistors and other circuitry. In this disclosure, a circuit, unit, or means is hardware that performs the recited functions or hardware that is programmed to perform the recited functions. The hardware may be hardware disclosed herein or other known hardware that is programmed or configured to perform the recited functions. Where the hardware is a processor, which is considered a type of circuit, the circuit, means, or unit is a combination of hardware and software, and the software is used to configure the hardware and/or processor.
1 手術支援ロボット(手術装置)
2 遠隔操作装置(操作装置)
4 手術器具
21a リンク部(第4リンク部)
21b リンク部(第3リンク部)
21c リンク部(第2リンク部)
21d リンク部(第1リンク部)
21f グリップ部材
23 タッチパネル(受付部)
23a 選択部
60 ロボットアーム
100 手術支援システム
120 操作部
120R 右手用操作部
120L 左手用操作部
130 制御装置
CP 手術器具基準点
G1 近位端
G2 遠位端
GP ジンバル点
MP 操作部基準点
1. Surgical support robot (surgical device)
2. Remote control device (operation device)
4 Surgical instrument 21a Link portion (fourth link portion)
21b Link portion (third link portion)
21c link portion (second link portion)
21d link portion (first link portion)
21f Grip member 23 Touch panel (reception unit)
23a Selection unit 60 Robot arm 100 Surgery support system 120 Operation unit 120R Right-hand operation unit 120L Left-hand operation unit 130 Control device CP Surgical instrument reference point G1 Proximal end G2 Distal end GP Gimbal point MP Operation unit reference point
Claims (11)
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、
受け付けられた操作に基づいて前記手術器具の移動を制御する制御装置と、を備え、
前記操作部は、第1リンク部を含み、
前記制御装置は、
前記操作部の変位および回転に同期して、変位および回転し、前記操作部から離間した位置に位置する操作部基準点を設定し、
前記手術器具の変位および回転に同期して、変位および回転し、前記手術器具上に位置する手術器具基準点を設定し、
前記操作部が操作された際に、前記操作部からの入力値に基づき、順運動学計算により前記操作部基準点の変位と回転とが計算され、前記操作部基準点の変位および回転に同期して前記手術器具基準点が変位および回転するように、前記手術器具を移動させるように制御し、
前記操作部基準点は、前記第1リンク部の近位端に対して、前記第1リンク部の遠位端とは反対の位置に設定されている、手術支援システム。 a surgical device including a robotic arm having a surgical instrument attached to its tip;
an operating device including an operating unit that accepts operations on the surgical instrument;
a control device that controls the movement of the surgical instrument based on the received operation,
the operating unit includes a first link unit,
The control device
setting an operation unit reference point that is displaced and rotated in synchronization with the displacement and rotation of the operation unit and is located at a position separated from the operation unit ;
a surgical instrument reference point that is displaced and rotated in synchronization with the displacement and rotation of the surgical instrument and is located on the surgical instrument ;
When the operation unit is operated, the displacement and rotation of the operation unit reference point are calculated by forward kinematics calculation based on the input value from the operation unit, and the surgical instrument is controlled to be moved so that the surgical instrument reference point is displaced and rotated in synchronization with the displacement and rotation of the operation unit reference point;
A surgical assistance system, wherein the operating unit reference point is set at a position opposite the distal end of the first link unit relative to the proximal end of the first link unit.
第1軸線周りに回動可能に前記第1リンク部が取り付けられる第2リンク部を含み、
前記操作部基準点は、前記第1リンク部の前記近位端に対して、前記第1リンク部の前記遠位端とは反対の位置でかつ、前記第1軸線とずれた位置に設定されている、請求項1に記載の手術支援システム。 The operation unit includes:
a second link portion to which the first link portion is attached so as to be rotatable about a first axis;
The surgical support system of claim 1, wherein the operating unit reference point is set at a position opposite the distal end of the first link portion and offset from the first axis relative to the proximal end of the first link portion.
前記操作部は、
前記第2リンク部に接続され、水平方向に沿ってかつ前記第1軸線に直交する第3軸線周りに回動する第3リンク部と、
前記第3リンク部に接続され、鉛直方向に沿った第4軸線周りに回動する第4リンク部と、をさらに含み、
前記操作部の基準姿勢において、前記操作部基準点は、前記第1リンク部の前記近位端に対して、前記第1リンク部の前記遠位端とは反対の位置でかつ、前記第1軸線に対して前記第4リンク部とは反対の位置に設定されている、請求項2に記載の手術支援システム。 the second link portion rotates around a second axis along a vertical direction,
The operation unit includes:
a third link portion connected to the second link portion and rotatable about a third axis that is horizontal and perpendicular to the first axis;
a fourth link portion connected to the third link portion and configured to rotate about a fourth axis along the vertical direction,
3. The surgical support system of claim 2, wherein in the reference posture of the operating unit, the operating unit reference point is set at a position opposite the distal end of the first link unit with respect to the proximal end of the first link unit and at a position opposite the fourth link unit with respect to the first axis.
前記操作部基準点は、前記右手用操作部と前記左手用操作部との各々に個別に設定されている、請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載の手術支援システム。 the operation unit includes a right-hand operation unit and a left-hand operation unit,
The surgery support system according to claim 1 , wherein the operation unit reference point is set individually for the right-hand operation unit and the left-hand operation unit.
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、
受け付けられた操作に基づいて前記手術器具の移動を制御する制御装置と、を備え、
前記操作部は、第1リンク部を含み、
前記制御装置は、
前記操作部の変位および回転に同期して、変位および回転し、前記操作部から離間した位置に位置する操作部基準点を設定し、
前記手術器具の変位および回転に同期して、変位および回転し、前記手術器具上に位置する手術器具基準点を設定し、
前記操作部が操作された際に、前記操作部からの入力値に基づき、順運動学計算により前記操作部基準点の変位と回転とが計算され、前記操作部基準点の変位および回転に同期して前記手術器具基準点が変位および回転するように、前記手術器具を移動させるように制御し、
前記操作部の基準姿勢において、前記操作部基準点は、前記第1リンク部の近位端よりも、操作者に近い位置に設定されている、手術支援システム。 a surgical device including a robotic arm having a surgical instrument attached to its tip;
an operating device including an operating unit that accepts operations on the surgical instrument;
a control device that controls the movement of the surgical instrument based on the received operation,
the operating unit includes a first link unit,
The control device
setting an operation unit reference point that is displaced and rotated in synchronization with the displacement and rotation of the operation unit and is located at a position separated from the operation unit ;
a surgical instrument reference point that is displaced and rotated in synchronization with the displacement and rotation of the surgical instrument and is located on the surgical instrument ;
When the operation unit is operated, the displacement and rotation of the operation unit reference point are calculated by forward kinematics calculation based on the input value from the operation unit, and the surgical instrument is controlled to be moved so that the surgical instrument reference point is displaced and rotated in synchronization with the displacement and rotation of the operation unit reference point;
A surgical support system, wherein in the reference posture of the operating unit, the operating unit reference point is set at a position closer to the operator than the proximal end of the first link unit.
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、
受け付けられた操作に基づいて前記手術器具の移動を制御する制御装置と、を備え、
前記操作部は、第1リンク部を含み、
前記制御装置は、
前記操作部の変位および回転に同期して、変位および回転し、前記操作部から離間した位置に位置する操作部基準点を設定し、
前記手術器具の変位および回転に同期して、変位および回転し、前記手術器具上に位置する手術器具基準点を設定し、
前記操作部が操作された際に、前記操作部からの入力値に基づき、順運動学計算により前記操作部基準点の変位と回転とが計算され、前記操作部基準点の変位および回転に同期して前記手術器具基準点が変位および回転するように、前記手術器具を移動させるように制御し、
前記操作部基準点は、前記第1リンク部の近位端に対して、前記操作部の複数の回転軸線の交点であるジンバル点とは反対の位置に設定されている、手術支援システム。 a surgical device including a robotic arm having a surgical instrument attached to its tip;
an operating device including an operating unit that accepts operations on the surgical instrument;
a control device that controls the movement of the surgical instrument based on the received operation,
the operating unit includes a first link unit,
The control device
setting an operation unit reference point that is displaced and rotated in synchronization with the displacement and rotation of the operation unit and is located at a position separated from the operation unit ;
a surgical instrument reference point that is displaced and rotated in synchronization with the displacement and rotation of the surgical instrument and is located on the surgical instrument ;
When the operation unit is operated, the displacement and rotation of the operation unit reference point are calculated by forward kinematics calculation based on the input value from the operation unit, and the surgical instrument is controlled to be moved so that the surgical instrument reference point is displaced and rotated in synchronization with the displacement and rotation of the operation unit reference point;
A surgical assistance system in which the operating unit reference point is set at a position opposite to the gimbal point, which is the intersection of multiple rotation axes of the operating unit, relative to the proximal end of the first link unit.
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