(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に対して操作を行う遠隔操作システムにおいて、
a) 前記対象物を撮影する撮影具と、
b) 前記対象物を照射するスポット光照射部を先端に有する操作具と、
c) 前記操作具の位置を変化させる駆動部と、
d) 前記撮影具により撮影された映像を表示する外部表示部と、
e) 操作者が、前記外部表示部に表示された映像上で軌跡を入力することにより、該表示に対応した位置を指示するための入力部と、
f) 入力部を介して指示された位置と、前記スポット光照射部により前記対象物に照射されたスポット光の位置の間の距離である第１距離を計算すると共に、前記指示位置と前記操作具先端の間の距離である第２距離を計算する距離計算部と、
g) 前記スポット光位置を前記指示位置に近づける処理と、前記操作具先端を前記指示位置に近づける処理を同時並行で行い、前記指示位置が移動したときに前記第１距離が所定値以下である状態が維持されるように駆動部を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする遠隔操作システム。
【請求項２】
更に、前記制御部が該操作具を軸まわりにも回転させることを特徴とする請求項１に記載の遠隔操作システム。
【請求項３】
前記対象物が患者の患部であり、前記操作具が手術具であることを特徴とする請求項１又は２に記載の遠隔操作システム。
【請求項４】
隔壁の向こう側の空間内にある対象物に対して操作を行う遠隔操作システムにおいて、
a) 前記対象物を撮影する撮影具と、
b) 前記隔壁に設けられた単孔を通して前記空間に挿入される、先端にスポット光照射部を有する棒状の操作具と、
c) 前記操作具の位置を変化させる駆動部と、
d) 撮影具により撮影された映像を表示する外部表示部と、
e) 操作者が、前記外部表示部に表示された映像上で軌跡を入力することにより、該表示に対応した位置を指示するための入力部と、
f) 入力部を介して指示された位置と、前記スポット光照射部により前記対象物に照射されたスポット光の位置の間の距離である第１距離を計算すると共に、前記指示位置と前記操作具先端の間の距離である第２距離を計算する距離計算部と、
g) 前記スポット光位置を前記指示位置に近づける処理と、前記操作具先端を前記指示位置に近づける処理を同時並行で行い、前記指示位置が移動したときに前記第１距離が所定値以下である状態が維持されるように駆動部を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする遠隔操作システム。
【請求項５】
更に、前記制御部が該操作具を軸まわりにも回転させることを特徴とする請求項４に記載の遠隔操作システム。
【請求項６】
前記撮影具によって撮影された画像上の前記スポット位置の情報を前記駆動部の回動に係わる駆動パラメータに変換するヤコビ行列に基づいて前記駆動パラメータを変化させることにより前記操作具の動きを制御することを特徴とする請求項４又は５に記載の遠隔操作システム。
【請求項７】
前記制御部が、前記撮影具によって撮影された画像上の操作具先端部の位置情報に基づいて前記操作具の進入・後退にかかわる前記駆動部の駆動パラメータを変化させることにより前記操作具の動きを制御することを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の遠隔操作システム。
【請求項８】
前記対象物が患者の患部であり、前記隔壁が患者の体壁であって、
前記操作具が手術具である、
ことを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の遠隔操作システム。
【請求項９】
前記入力部が、前記外部表示部に装着されたタッチパネルであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の遠隔操作システム。
【請求項１０】
前記制御部が、前記操作具の動きを速度制御により制御することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の遠隔操作システム。
【請求項１１】
前記操作具先端が移動する間、前記操作具が前記対象物に対して所定の操作を行うことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の遠隔操作システム。
【請求項１２】
前記所定操作が前記対象物の切除、切断若しくは焼灼又は前記対象物へのレーザ光の照射であることを特徴とする請求項１１に記載の遠隔操作システム。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載の遠隔操作システムのうち少なくとも前記外部表示部及び前記入力部を有することを特徴とする遠隔操作システム用操作者側装置。
【請求項１４】
請求項１〜１２のいずれかに記載の遠隔操作システムのうち少なくとも前記撮影具、前記操作具、前記駆動部及び前記制御部を有することを特徴とする遠隔操作システム用対象物側装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、隔壁の向こう側の空間内にある対象物に対して操作を行う遠隔操作システムに関する。この遠隔操作システムは、人体への侵襲をできるかぎり少なくし、しかも正確に手術を行うことのできる手術システムに好適に適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
人に対する外科的治療（手術）においては、長い間、医師が目で見ながら、メス等の術具を手で操作して対象箇所の開創、切除等の処置を行っていた。【０００３】
しかし、対象器官等に関する生物学的及び解剖学的情報の蓄積及び医療技術の向上に伴い、手術対象が小範囲且つ微細となってきた。一方、電子技術の進歩に伴い撮像システムも小型化、高精細化が進み、色再現性の点でも医療現場での使用に十分堪えうるようになってきた。その結果、外科手術においても光ファイバを用いて体内を撮影し、それを大画面に投影しつつ、医師がその画面を見ながら術具を操作するという内視鏡手術も近年広く行われるようになってきた。【０００４】
更には、術具の操作についても、マニピュレータにより遠隔的に行うことが模索され、各種の具体的方法が提案されている。例えば、特許文献１には、内視鏡を組み込んだマニピュレータを駆動するシステムが開示されている。このシステムでは、マニピュレータの操作は、制御用スティック又は音声認識装置を介して行われる。【０００５】
特許文献２には、患者への侵襲を最小限に抑えるため、棒状のマニピュレータを、体壁の挿入孔を支点として動作させるポイントロックシステムが開示されている。このシステムでは、操作者がフェイスマウンテッドディスプレイ(FMD)を装着し、そこに映し出される映像を見ながら操作入力装置を操作して処置用マニピュレータを駆動する。また、観察用マニピュレータは、医師の頭部の動きをFMDに設けられた3次元デジタイザが検出し、それにより動き及び位置が制御される。【０００６】
特許文献３には、操作者の負担を軽減するため、マニピュレータの支持機構に工夫を加えたシステムが開示されている。従って、このシステムにおいては操作者はマニピュレータを直接操作する。なお、内視鏡映像は外部画面で見るようになっている。【０００７】
非特許文献１には、手術具先端の側面に３点の発光点を設け、その３点の映像に基づいて、手術具の先端から照射されるレーザ光の体内照射点（レーザスポット）と手術具先端の間の距離を測定し、その距離が所定値となるように手術具を制御する方法が開示されている。【０００８】
【特許文献１】特開平06-030896号公報
【特許文献２】特開平08-215205号公報
【特許文献３】特開2003-052716号公報
【非特許文献１】"Autonomous 3-D Positioning of Surgical Instruments in Robotized Laparoscopic Surgery Using Visual Servoing", A. Krupa, et al., IEEE Trans. on Robotics and Automation, Vol. 19 (2003), No. 5, pp. 842-853
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上説明した通り、従来の手術システムではいずれもマニピュレータの操作は、操作者（施術者、医師）が直接行う（特許文献３）か、操作入力装置を用いて行う（特許文献１、２）ようになっている。一方、内視鏡による術部の映像は、外部画面で見る（特許文献１、３）か、或いはFMD又はHMD（ヘッドマウンテッドディスプレイ）で見るようになっている（特許文献２）。【００１０】
しかし、FMDやHMDを装着すると、周囲の状況が全く或いは不完全にしか視認できない。通常、手術は複数人でチームを組んで行うことが多いが、施術者（医師）が周囲の状況を十分に把握していないとチームメンバー間の意思疎通が不十分となり、スムーズな手術遂行が困難となる。【００１１】
一方、外部画面を見ながら操作入力装置を操作するという動作は、従来から行われていた目視しつつ術具を操作するという動作と比べると、視認箇所と操作箇所が異なるという点で不自然なものであり、十分に細かい動作を行うことができないという欠点があった。【００１２】
非特許文献１では、手術具を対象臓器の表面から所定の距離に近づけるまでのプロセスが扱われ、それ以降は操作者が外部画面を見ながら手動で又は操作入力装置を用いて手術具を操作して手術を行うことが予定されている。【００１３】
また、上述のように対象物を目視せずにその対象物に対して操作を行うことは、手術装置以外の遠隔操作装置においても行われる。例えば、酸素、水、埃等を排除した環境下で対象物の加工を行う必要がある場合、それらを排除した容器内に対象物を収容し、加工に用いる工具を容器外から遠隔操作することがある。このように、容器などの隔壁により操作者と対象物が隔てられており、それにより操作者が対象物を目視で十分に確認することができない場合には、上述の手術装置と同様の問題が発生しうる。また、操作者が対象物から遠い場所に居る場合、対象物が肉眼では確認することができないほど小さい場合、あるいは肉眼では確認することができない微細な加工を行う場合などにも同様の問題が発生しうる。【００１４】
そこで本発明が解決しようとする課題は、視認箇所と操作箇所をできるだけ近づけて自然な動作を可能とし、しかも正確な操作を行うことができる手術システムなどの遠隔操作システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために成された本発明に係る遠隔操作システムは、対象物に対して操作を行う遠隔操作システムにおいて、
a) 前記対象物を撮影する撮影具と、
b) 前記対象物を照射するスポット光照射部を先端に有する操作具と、
c) 前記操作具の位置を変化させる駆動部と、
d) 前記撮影具により撮影された映像を表示する外部表示部と、
e) 操作者が、外部表示部の表示に対応した位置を指示するための入力部と、
f) 入力部を介して指示された位置と、前記スポット光照射部により前記対象物に照射されたスポット光の位置の間の距離を計算する距離計算部と、
g) 前記距離に基づき、操作具先端が前記指示位置に近づくように駆動部を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする。【００１６】
前記制御部は、前記距離が小さくなるように手術具を移動させ、前記距離が所定値以下になった後に、手術具の先端を指示位置に近づけるように駆動部を制御する機能を有するようにしてもよい。【００１７】
本発明に係る遠隔操作システムは、隔壁の向こう側の空間内にある対象物に対して操作を行う場合に好適に用いることができる。そのような遠隔操作システムは、
a) 前記対象物を撮影する撮影具と、
b) 前記隔壁に設けられた単孔を通して前記空間に挿入される、先端にスポット光照射部を有する棒状の操作具と、
c) 前記操作具の位置を変化させる駆動部と、
d) 撮影具により撮影された映像を表示する外部表示部と、
e) 操作者が、外部表示部の表示に対応した位置を指示するための入力部と、
f) 入力部を介して指示された位置と、前記スポット光照射部により前記対象物に照射されたスポット光の位置の間の距離を計算する距離計算部と、
g) 前記距離に基づき、操作具先端が前記指示位置に近づくように駆動部を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする。【００１８】
前記隔壁がある場合において、前記制御部は、
まず前記距離が小さくなるように操作具を前記単孔を中心として回動させ、
前記距離が所定値以下になった後に、操作具をその軸方向に移動させる、
ように駆動部を制御する機能を有するようにしてもよい。【００１９】
前記制御部は、前記指示位置が移動したときに前記距離が所定値以下である状態が維持されるように前記駆動部を制御する機能を有するようにしてもよい。このような機能は隔壁の有無に関わらず用いることができる。【００２０】
本発明に係る遠隔操作システムは、前記操作具を手術具とすることにより、手術システムとして用いることができる。この場合、前記対象物は患者の患部に該当する。また、隔壁がある場合に用いるシステムにおいては、前記隔壁は患者の体壁に該当する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る遠隔操作システム（手術システムを含む）では、操作者（施術者）は外部表示部の画面を見ながら、入力部を用いてその画面の表示に対応した位置を指示することにより、制御部が操作具（手術具）先端から発せられるスポット光照射点と指示点との距離を近づけるように制御を行う。このため、操作者が見なければならないのは外部表示部の画面だけとなる。外部表示部は、操作者以外の者も見ることができる。また、操作者は外部表示部以外に周囲の状況を適宜見ることにより、周囲の状況を判断して適切なチームプレイを行うことができる。【００２２】
操作者は、入力部を用いて操作を行うことにより、制御部及び駆動部の働きにより操作具（手術具）を意のままに動かせることができる。
以下、手術システムを例として、従来の手術システムと比較しつつ、本発明の遠隔操作システムの操作性の良い点を説明する。従来の手術システムでは、操作入力装置で操作した結果は手術具の動きとして画面に現れるだけであるが、本発明では、それに加えて、入力部を用いた操作の結果も画面上に現れる。従来の手術システムでは、施術者が操作入力部で入力を行うと、その結果がそのまま手術具の動きとなってしまうため、慎重な操作が必要であったが、本発明では手術具の動きの目標点（指示点）と実際の位置の双方が画面上に表示されるため、手術具の実際の動きが不適切な場合には、目標点（指示点）を変更することにより、適切な対応を行うことができるようになる。【００２３】
本発明は、操作者が対象物の近くで操作をする場合に限らず、操作者が対象物から遠く離れた場所にいる場合にも適用することができる。その場合、少なくとも外部表示部及び入力部は操作者側に配置し（操作者側装置）、撮影具、操作具及び駆動部は対象物側に配置する（対象物側装置）。距離計算部及び制御部は操作者側装置、対象物側装置のいずれに設けてもよい。そして、操作者側装置と対象物側装置をＬＡＮやインターネットなどの通信回線を用いて接続する。この通信回線を通して、撮影具からの撮影データを外部表示部へ、また、入力部からの入力情報を（制御部、距離計算部を通して）駆動部へ伝達する。これにより、操作者は対象物の近くで操作をするのと同じ感覚で、遠く離れた場所にある対象物に対して操作をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態である手術システムの概略構成図。
【図２】本発明の第２実施形態である手術システムの概略構成図。
【図３】本発明の一実施例におけるツールと手術対象の関係を示す概略構成図。
【図４】上記実施例におけるツール駆動の方法を示す説明図。
【図５】上記実施例におけるツール駆動の別の方法を示す説明図。
【符号の説明】
【００２５】
１１…手術具（ツール）
１２…撮影具（内視鏡）
１３…駆動部
１４…撮像部
１５…制御部
１６…外部表示部
１７…入力部
１７ａ…タッチパネル
１７ｂ…マウス
１８…患者
１９…手術具挿入単孔
２１…患者側装置
２２…施術者側装置
２３…インターネット
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明に係る遠隔操作システムの第１の実施形態である手術システムを図１に示す。本システムは、棒状の手術具（操作具）１１、撮影具１２、駆動部１３、撮像部１４、制御部１５、外部表示部１６、入力部１７等を備えている。本システムでは、入力部は、外部表示部の画面上に取り付けられたタッチパネル１７ａと、制御部に接続されたマウス１７ｂ、及び図示せぬキーボード等から成る。手術具１１と撮影具１２は患者１８の体腔にそれぞれ単孔１９を介して挿入され、手術具１１は駆動部１３により回動、進退移動等の動きが付与される。撮影具１２は撮像部１４によりその動きが制御され、また、撮影した映像は撮像部１４で信号化され、制御部１５に送られる。制御部１５は、撮影具１２で撮影された映像を外部表示部１６に表示するとともに、入力部１７を介した施術者の指示に基づき、駆動部１３を用いて手術具１１の動き及び処理を制御する。手術具１１による処理とは、例えば手術具１１がレーザーメスである場合には、レーザーによる照射、切除、切断、焼灼等であり、手術具１１が電気メスである場合には切除、切断、焼灼等である。【００２７】
このシステムの動作の一例は次の通りである。施術者が撮影具１２を体内に挿入すると、その映像が外部表示部１６に表示される。その状態で手術具１１を体内に挿入し、駆動部１３をセットすることにより、駆動部１３による手術具１１の駆動を可能とする。外部表示部１６の画面を見ながら施術者が画面上のタッチパネル１７ａで目標点を指示すると、制御部１５は画面上で、指示された目標点と手術具１１の先端点との位置の差を検出し、手術具１１の先端が目標点に近づくように、手術具１１の動きを計算する。計算結果は駆動部１３に送られ、駆動部１３はそれに従って手術具１１の動きを制御する。この制御により手術具１１の先端点が目標点に近づき、一致すると、施術者は手術具１１に対して、タッチパネル１７ａ上で必要な処理を指示する。この指示を受けた制御部１５は、駆動部１３を介して手術具１１にその処理を実行させる。こうして、施術者は、画面１６を見ながら、画面１６上で指示をするだけで、所望の手術を行うことができる。【００２８】
なお、ここでは入力部１７としてタッチパネル１７ａの例で説明したが、マウス１７ｂを用いた場合も全く同様であり、施術者は専ら画面１６を見ながら、画面１６上で指示を与えることができる。【００２９】
本発明に係る遠隔操作システムの第２の実施形態を図２に示す。本実施形態では、施術者が患者から遠く離れた場所にいる場合に使用できるように、以下のように構成されている。患者側には、第１の実施形態のものと同様の手術具１１、撮影具１２、駆動部１３、撮像部１４及び患者側制御部１５Ａを患者側装置２１として配置する。一方、施術者側には、第１の実施形態のものと同様の外部表示部１６及び入力部１７並びにそれらを制御するための施術者側制御部１５Ｂを施術者側装置２２として配置する。そして、患者側装置２１と施術者側装置２２をインターネット２３により接続する。【００３０】
第２実施形態のシステムは、情報の伝送に通信回線（ＬＡＮ，インターネット等）を使用する点を除いて第１実施形態のシステムと同じ構成を有するため、第２実施形態のシステムの動作は第１実施形態のものと同様である。そのため、施術者は患者がすぐ近くに居る場合と同じ感覚で、遠く離れた場所に居る患者に対して手術をすることができる。【００３１】
ここまでは手術システムを例に説明したが、本発明はもちろん手術システム以外の遠隔操作システムに適用することができる。例えば、上述のように酸素、水、埃等を排除した環境下で対象物の加工を行う場合、それらを排除した容器内に対象物を収容したうえで、本発明のシステムを用いて容器外から工具を遠隔操作することができる。本発明によれば、対象物を収容可能な比較的小さい容器を用いることができるため、建設、維持及び運転に多額のコストを要するクリーンルームを用いる場合よりもコストを抑えることができる。【００３２】
また、体壁や容器などの隔壁がない場合においても、本発明に係る遠隔操作システムを好適に用いることができる。例えば、肉眼では確認することができないほど小さい対象物を加工する場合や、肉眼では確認することができない微細な加工を行う場合には、外部表示部において対象物あるいは加工部分を拡大表示することにより、操作者が操作具の動きを入力部から精密に指示することができ、それにより精密な加工が可能となる。
【実施例】
【００３３】
本発明の具体的実施例を図３〜図５を用いて説明する。本実施例のシステムの基本的構成は前記第１実施形態及び第２実施形態の手術システムと同じである。以下では、その制御方法について、順を追って説明する。なお、以下では上記手術具をツール、駆動部をロボット、撮影具を内視鏡、外部表示部をディスプレイと呼ぶ。【００３４】
［１］問題設定
ディスプレイ上に表示される画像には、３種の点座標がある（図４(a)）。
(1) 操作者より指示される画面上の目標点座標D(xd,yd)
(2) ツール先端点の画像座標S(xs,ys)
(3) ツール１１に装着されたレーザスポット点の画像座標P(xp,yp)
ここで注意すべきことは、操作者が画面上で目標点を与えても、奥行きの座標zdが決定できないので、対応する対象物(体内)の3D座標は決まらないということである。従って、この状態ではツール先端を目標点に3D位置決めすることはできない。
そこで、ツール１１の先端にレーザポインタ（レーザ発射部）を取り付け、画像上でそのレーザスポット点を目標点に位置決めすることで、ツール先端を目標点に3D位置決めすることが可能になる。【００３５】
［２] ツールの移動速度とレーザスポット点の画像速度の関係
ツール１１はロボットで把持され、制御されるが、前記の通り、ツール１１は体表に穿孔された単孔に挿入されているため（図３）、その挿入点Ａによる運動学的拘束を受け、運動学的自由度は次の通り４となる。
・挿入点Ａを中心とする球面(回動)運動  ２自由度
・ツール軸まわりの回転                １自由度
・ツール軸に沿った並進                １自由度
よって、ツール１１を制御するロボットには４つの関節があればよい。【００３６】
ここで、ロボットの速度制御について考える。いま、挿入点Ａを中心とするツール先端の２自由度の回動速度を(ωx,ωy)、ツールの軸まわりの回転速度をωz、ツールの軸に沿った並進速度をvzとすると、レーザスポット点P(xp,yp)は(ωz,vz)に無関係であり、(ωx,ωy)のみに依存する。すると、レーザスポット点P(xp,yp)の画像速度
【数１】
0005384108.tif 000002
と、ツール先端の回動速度の関係(ωx,ωy)の関係は、
【数２】
0005384108.tif 000003
となる。ここに、Ｊはイメージヤコビ行列（ヤコビアン）であり、
【数３】
0005384108.tif 000004
と表される。【００３７】
一般に、ヤコビ行列Ｊは、カメラ(内視鏡)パラメータ、カメラ(内視鏡)１２とツール１１の位置関係、ツール１１とターゲット(レーザスポット点)間の距離に依存して変動するが、本実施例の場合、ほぼ固定して制御することが可能であるため、事前のキャリブレーションによりＪを固定することが可能となる。すなわち、ロボット（ツール）の回動速度(ωx,ωy)を変化させたとき、レーザスポット点P(xp,yp)がどのように変化するかを予め校正しておけばよい。【００３８】
［３］レーザスポット点P(xp,yp)を目標点D(xd,yd)に近づける手順
P(xp,yp)をD(xd,yd)に近づけるには、
【数４】
0005384108.tif 000005
(但し、k1, k2>0)
という画像速度でレーザスポット点P(xp,yp)を動かせばよい。そのためには、
【数５】
0005384108.tif 000006
という回動速度をロボット（ツール）の手先に与えればよい。【００３９】
そこで、次の(1)〜(4)の手順により近づけることになる。
(1) 画像処理により、レーザスポット点P(xp,yp)を検出する。
(2) ロボット（ツール）の回動速度(ωx,ωy)を、
【数６】
0005384108.tif 000007
により計算する。
(3) 計算された回動速度(ωx,ωy)を実現するように、ロボットの各関節の角速度を制御する。
(4) 終了条件
レーザスポット点P(xp,yp)と目標点D(xd,yd)の間の距離
【数７】
0005384108.tif 000008
が所定の値εp以下になったとき、すなわち、
【数８】
0005384108.tif 000009
を満たせば終了する(図４(b))。さもなければ(1)に戻る。【００４０】
［４］ツール先端点S(xs,ys)を目標点D(xd,yd)に近づける手順
S(xs,ys)を目標点D(xd,yd)に近づけるには、両者間の距離
【数９】
0005384108.tif 000010
に比例した速度、すなわちk3・dsd(但し、k3>0)という速度でツールを体内に挿入（軸に沿って並進）すればよい。【００４１】
そこで、上記同様、次のような手順で近づけることになる。
(1) 画像処理により、ツール先端点S(xs,ys)を検出
(2) ツールの並進速度vzを
【数１０】
0005384108.tif 000011
により計算する。
(3) 計算された並進速度vzを実現するように、ロボットの各関節の角速度を制御する。
(4) 終了条件
【数１１】
0005384108.tif 000012
が満たされれば終了する(図４(c))。さもなければ(1)に戻る。【００４２】
実際には、レーザスポット点P(xp,yp)と目標点D(xd,yd)の間の距離dpdが所定値εp0(ただし、εp0>εp)以下になったときは、［３］と［４］の処理（動き）は同時並行的に行うことができる（図５(b)→(c)(d))。【００４３】
本発明のシステムでは、ツール先端点Sが目標点Dに近づいた後、或いは、ツール先端点Sが目標点Dに近づく間、更にはレーザスポット点Pが目標点Dに近づく間であっても、操作者（施術者）が画面上で指示点Dを移動させると、ツール先端点S（及びレーザスポット点P）もそれに追従して移動する。従って、その間、ツールを手術可能状態にしておく（すなわち、照射、切除、切断、焼灼等が可能な状態にしておく）ことにより、施術者が画面上で指示するのみで照射、切除、切断、焼灼等の施術が可能となる。【００４４】
［５］制御プログラムの構成
上記のようなツール（ロボット）の制御を行うためのプログラムは、次のような要素で構成することができる。
(1) 画像処理パート
画像からレーザスポット点P(xp,yp)及びツール先端点S(xs,ys)を検出する（リアルタイム）プログラム
(2) ロボット制御パート
ツールの４自由度の回動・並進速度(ωx,ωy,ωz,vz)を実現するように、ロボットの各関節角速度を制御するプログラム
(3) タッチパネル  ユーザインタフェース  パート
目標点を検出するプログラム、校正プロセス、オンライン制御プロセスの切替、各パラメータの設定などのユーザインタフェース（すべてタッチパネルで設定）
(4) 校正によりヤコビ行列Ｊを作成するプログラム
(5) レーザスポット点P(xp,yp)を目標点D(xd,yd)に近づけるための制御プログラム
(6) ツール先端点S(xs,ys)を目標点D(xd,yd)に近づけるための制御プログラム
なお、入力部をマウスとした場合には、(3)は、マウス  ユーザインタフェース  パートとなる。【００４５】
本実施例ではツールが単孔に拘束されるという条件の下でツールの運動学的自由度を４としたが、ツールが単孔に拘束されない場合には、ツールの運動学的自由度を５以上として解析を行い、その結果に基づいてツールを操作することができる。また、本実施例では上記条件下での運動学的自由度に合わせてロボットの関節の数を４としたが、ロボット若しくはツールの関節の数又は両者を合わせた数を５以上とすることも、もちろん可能である。
【図１】
0005384108.tif 000013
【図２】
0005384108.tif 000014
【図３】
0005384108.tif 000015
【図４】
0005384108.tif 000016
【図５】
0005384108.tif 000017