(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
術者が自分自身の頭部で操作するマスタマニピュレータと、このマスタマニピュレータの動きに追従した動作を行うスレーブマニピュレータを備えた手術用マニピュレータにおいて、前記マスターマニピュレータはそのマスターマニピュレータに対して術者が所定の操作位置に身を置くとそのマスターマニピュレータに対する術者の頭部の位置決めがなされて前記マスターマニピュレータが術者の頭の動きに追従する固定関係が得られるとともにその固定位置から身を離せば前記マスターマニピュレータから身を離すことが可能な構成とした装着手段を設けたことを特徴とする手術用マニピュレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内視鏡下外科手術において用いられる医療用マニピュレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
腹壁等の体壁に挿入孔を開け、この挿入孔を通じて内視鏡や処置具などの手術器械を体腔内へ経皮的に挿入し、マニピュレータによりそれらの手術器械を操作しながら内視鏡下での処置を行う経皮的内視鏡下外科手術が知られている。こうした術式は大きな切開を要しない低侵襲なものとして胆のう摘出手術や肺の一部を摘出して除去するなどの手術の場合に適する。
この内視鏡下外科手術を行う場合、それに使用する内視鏡や処置具などの手術器械を適宜操作しなければならないが、これらの直接的な操作を術者に代わってマニピュレータによって行う方式が特願平６−２６０２８５号の未公開出願によって提案されている。これは術者がマスターマニピュレータを操作することによってスレーブマニピュレータ側の内視鏡や処置具などの手術用器具を動かすものである。
ところで、マスターマニピュレータは術者の頭部に装着するＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）と処置具操作用アームの部分を別々に備えてなり、術者はそのＨＭＤを頭部によって動かし、一方、処置具操作用アームは手で動かすことによって、スレーブ側の内視鏡や処置具を遠隔的に操作するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなマスタースレーブ方式において、術者が実際に操作する動きにマスターマニピュレータを確実に追従させるため、術者の頭部に装着するＨＭＤはベルトなどでしっかりと固定してある。
【０００４】
しかし、マスターマニピュレータを操作する術者は術中において患者の容態を確認したり、各種装置の操作や処置具の取り替えなどの作業のため、その都度、術者はＨＭＤ用締結ベルトを外してマスターマニピュレータから離れる必要がある。このように他の作業や処置を行う都度、ベルトを外したり、再びベルトの装着をし直したりする面倒で手間のかかる作業が必要であり、実際の作業にあたって非常に煩わしく、また迅速な作業の妨げになるものであった。
また、滅菌手袋を着用した術者は滅菌していないベルト部分などには直接に触れることはできないので、そのベルトなどの着脱作業を補助者等の第３者にしてもらう必要があるために繁雑さはかなりのものであり、前述の事情は無視できない。
【０００５】
本発明は前記課題に着目してなされたもので、その目的とするところは術者がマスターマニピュレータを容易に着脱することが可能な医療用マニピュレータを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決する手段および作用】
本発明は、術者が自分自身の頭部で操作するマスタマニピュレータと、このマスタマニピュレータの動きに追従した動作を行うスレーブマニピュレータを備えた手術用マニピュレータにおいて、前記マスターマニピュレータはそのマスターマニピュレータに対して術者が所定の操作位置に身を置くとそのマスターマニピュレータに対する術者の頭部の位置決めがなされて前記マスターマニピュレータが術者の頭の動きに追従する固定関係が得られるとともにその固定位置から身を離せば前記マスターマニピュレータから身を離すことが可能な構成とした装着手段を設けたものである。
【０００７】
本発明によれば、マスターマニピュレータに術者がその身を所定の位置に持っていくだけで、術者の頭に追従してその位置を検出する追従手段を設けたことにより、術者が頭を所定の位置に持っていくだけで、マスターマニピュレータを容易に追従させることが可能で、また、そのマスターマニピュレータから術者が簡単に身を離すことが可能である。
【０００８】
【実施例】
＜第１の実施例＞
図１ないし図１１を参照して、本発明の第１の実施例を説明する。
（構成）
図１は特に経皮的内視鏡下外科手術に用いる医療用マニピュレータシステムの全体的な構成を概略的に示している。この医療用マニピュレータシステムはスレーブマニピュレータ１と、マスターマニピュレータ２と、マスターマニピュレータ２の操作情報によりスレーブマニピュレータ１の動作を制御する制御装置３とを備えている。
【０００９】
前記スレーブマニピュレータ１は手術器械４とこれを支持する移動用マニピュレータ（ロボット）５を備える。手術器械４は移動用マニピュレータ５のアーム先端に対して着脱自在に搭載される。ここでの手術器械４としては立体観察式の処置用内視鏡６とその左右に配置される一対の処置具（手段）としての一対の把持鉗子７ａ，７ｂとからなる。この内視鏡６における挿入部８と一対の把持鉗子７ａ，７ｂは共通のシース９内に挿通されて同じ向きで配置されることにより一体的な処置マニピュレータユニットとして構成されている。すなわち、一対の把持鉗子７ａ，７ｂのアーム部１０は内視鏡６の挿入部８に沿うとともにその挿入部８の左右位置に隣接して並んで配置されている。図１で示すように手術器械４のシース９は患者の体壁ａに形成した挿通孔ｂを通じて体腔ｃの内部に挿入される。そして、前記手術器械４においての内視鏡６と把持鉗子７ａ，７ｂの先端部分は、略同じ向きで体腔ｃ内に突き出す。
【００１０】
ところで、前記内視鏡６はシース９の先端から突き出す挿入部８の先端側途中部分に自由度が２の湾曲部１１を設けてなり、この湾曲部１１は上下方向Ｂ１と左右方向Ｂ２の２方向に湾曲可能でこれによりその先端部１２の向きを上下左右に変向するようになっている。
前記内視鏡６の先端部１２には左右一対の照明窓１３と左右一対の観察窓１４が設けられていて、この照明窓１３から体腔ｃ内の視野に照明光を照射する。そして、視野内を左右一対の観察窓１４を通じて観察する。各観察窓１４の内側にはＣＣＤ等の固体撮像素子がそれぞれ設置されており、各固体撮像素子は図示しないカメラコントロール回路によって駆動制御され、各観察窓１４を通じて得られるそれぞれの視野を撮像する。
【００１１】
左右の各把持鉗子７ａ，７ｂにおいて、シース９から突き出すアーム部１０の途中でその長手方向の２箇所には湾曲部１５，１６が設けられ、基端側の第１の湾曲部１５はＣ１方向に湾曲し、先端側の第２の湾曲部１６はＣ２方向の湾曲が行われる。第１の湾曲部１５が湾曲するＣ１方向と第２の湾曲部１６が湾曲するＣ２方向とは通常、同一の面内で互いに異なる向きに湾曲するようになっている。また、シース９から突き出す支持用アーム部１０はその基端側に設けた回転部１７によって自軸まわりのＣ３方向の回転も可能なものである。把持鉗子７ａ，７ｂのアーム部１０の先端には処置作業用の一対の把持部材を回動可能に設けてなるグリッパ（処置手段）１８が設けられている。各把持鉗子７ａ，７ｂは内視鏡６の挿入部８の軸に対して左右対称の構造をとり、同様の自由度を有している。
【００１２】
このような各把持鉗子７ａ，７ｂのグリッパ１８の部分には図示しない力センサとしての歪みゲージが貼られ、そのグリッパ１８による把持力が検出可能になっている。
【００１３】
前記内視鏡６はその後端に駆動部１９が設けられており、この駆動部１９にはエンコーダ付き電磁モータ（図示しない）を備え、この駆動力を例えばワイヤー（図示しない）等によって、前記内視鏡６の湾曲部１１の湾曲と把持鉗子７ａ，７ｂの湾曲部１５，１６の湾曲、さらにはそのアーム部１０の回転や、グリッパ１８の開閉などの動作を駆動することが可能となっている。
【００１４】
一方、前記移動用マニピュレータ５はベッドサイドに設置される支持機構とし用いられるものであり、次に述べる如く、また、図１および図３（ａ）で示すように、直動および回転の自由度を有する複数の軸を備えた多関節アーム構造で構成されている。つまり、これは基部２０、水平旋回方向Ａ１と垂直移動方向Ａ２に動作する第１の動作軸２１、この第１の動作軸２１に対して水平方向Ａ３に移動しかつ自軸周りの旋回方向Ａ４に回転可能な第２の動作軸２２とを備えてなり、さらに第２の動作軸２２の先端にはその軸方向に直交した旋回方向Ａ５とその旋回方向Ａ５の軸に直交する軸まわりの旋回方向Ａ６に回転可能な器具装着部材２３が取り付けられている。なお、図３（ａ）では各関節はその各移動方向の符号で示す。
【００１５】
前記器具装着部材２３に対して前記手術器械４のシース９を挿通し、その状態で手術器械４が支持されるようになっている。内視鏡６と一対の把持鉗子７ａ，７ｂからなる手術器械４のユニットは移動用マニピュレータ５の先端に設けられた器具装着部材２３に対して着脱可能に取り付けられている。この移動用マニピュレータ５の各軸には各方向に駆動する電磁モータ等のアクチュエータ（図示せず）とその回転角を検出するアブソリュート型エンコーダ（図示せず）および減速機（図示せず）がそれぞれ設けられている。
【００１６】
一方、操作手段のマスターマニピュレータ２は移動用マスターアーム３１と、これの先端に設けられたＨＭＤ用アーム３２及び一対の処置手段操作用アーム３３ａ，３３ｂとによって構成されている。移動用マスターアーム３１はＨＭＤ用アーム３２及び一対の処置手段操作用アーム３３ａ，３３ｂの操作ユニットの支持装置である。移動用マスターアーム３１はリンク機構から構成され、このリンク構造を模式的に図示したものが図３（ｂ）である。つまり、これは手術室の床上に設置される基台３４と、これの軸まわりのＤ１方向に回転する回転機構３６と、この回転機構３６の先端に設けられＤ２方向に揺動するように連結された第１のリンク機構３８と、この第１のリンク機構３８の先端に設けられＤ３方向に揺動するように連結された第２のリンク機構３９と、この第２のリンク機構３９の先端に設けられＤ４方向に回転する回転部４０とによって構成されている。基台３４の下部にはロック／フリーの切り換え可能なキャスター２９が設けられている。なお、図３（ｂ）では各関節はその各移動方向の符号で示す。
【００１７】
さらに、第１のリンク機構３８と第２のリンク機構３９を具体的に説明すれば、図４で示すように、平行な一対の棒状リンク部材２２ａ，２２ｂと、くの字状の媒介リンク部材２３ａと、平行な一対の棒状リンク部材２４ａ，２４ｂとを備える。各リンク部材は断面形状がコの字型のものであり、そのリンク部材の内部に空間を有する。図４では説明をわかりやすくするため、各リンク部材を棒状に示している。そして、第１のリンク機構３８は回転機構３６の先端回動部材３６ａと一対のリンク部材２２ａ，２２ｂと媒介リンク部材２３ａとにより平行リンク機構を構成している。第２のリンク機構３９は媒介リンク部材２３ａと一対のリンク部材２４ａ，２４ｂと先端回転機構部４０の後端部材４０ａとにより平行リンク機構をなしている。また、リンク部材２２ａとリンク部材２４ａは、媒介リンク部材２３ａにおけるくの字型の屈曲部分で同軸的に回転可能に支持されている。このように各リンク機構３８，３９が平行リンク機構を形成しているため、このリンク機構３８，３９が動作しても先端回転機構部４０の回転軸は常に水平のままその位置のみが変化する。そして、この先端回転機構部４０の回転軸には前記操作ユニットを着脱自在に保持するようになっている。
【００１８】
前記回転機構３６の先端回動部材３６ａには第１のリンク機構３８と第２のリンク機構３９の回転の規制とその回転角度の検出を行う手段が組み込まれている。これらの手段は図５で示すように構成されている。まず、第１のリンク機構３８のリンク部材２２ａに設けられた回転軸４１は２つの軸受４２によって前記回転機構３６の先端回動部材３６ａに対して前記Ｄ２方向へ回転自在に支持されている。リンク部材２２ａの回転軸４１には保持ブレーキ４４とエンコーダ４５が連結されている。保持ブレーキ４４は回転軸４３を選択的に固定保持し、エンコーダ４５は回転軸４１の回転角度を検出する。
【００１９】
また、第２のリンク機構３９には補助リンク部材４６，４７が連結され、第２のリンク機構３９の回転がその補助リンク部材４６，４７を介してその一方の補助リンク部材４７の回転軸４８に伝達される。補助リンク部材４６は第１のリンク機構３８のリンク部材２２ａ，２２ｂに対して平行に配置され、その一端が第２のリンク機構３９のリンク部材２４ａの延長端に連結されている。また、補助リンク部材４７は第２のリンク機構３９のリンク部材２４ａ，２４ｂに対して平行に配置される。なお、補助リンク部材４６，４７はリンク部材２２ａ，２２ｂの中間の位置に配置されている。
【００２０】
そして、補助リンク部材４６，４７は第１のリンク機構３８のリンク部材２２ａと第２のリンク機構３９のリンク部材２４ａとともに平行リンク機構を構成する。したがって、第１のリンク機構３８の回転の影響を受けずに第２のリンク機構３９の回転のみが補助リンク部材４７の回転軸４８に伝達される。補助リンク部材４７の回転軸４８は前記リンク部材２２ａにおける回転軸４１に形成した中空部内に同軸的に配設される。この回転軸４８は２つの軸受５１によって回転自在に支持されている。補助リンク部材４７の回転軸４８には保持ブレーキ５２とエンコーダ５３が連結されている。保持ブレーキ５２は回転軸４８の回転を選択的に固定保持し、エンコーダ５３はその回転軸４８の回転角度を検出する。そして、各エンコーダ４５，５３により第１のリンク機構３８と第２のリンク機構３９の回動角度を検出し、この検出データによって移動用マスターアーム３１の先端の位置と向きとが検出可能になっている。
【００２１】
また、図６で示すように、第１のリンク機構３８と第２のリンク機構３９にはその動作を軽くするためのバランス用ガススプリング５５，５６が付設されている。第１のリンク機構３８においてのガススプリング５５は回転機構３６の先端回動部材３６ａとリンク部材２２ａの間に架設してあり、第２のリンク機構３９においてのガススプリング５６はリンク部材２４ｂと後端部材４０ａとの間に架設してある。また、図７で示すように、第１のリンク機構３８においてのガススプリング５５はリンク部材２２ａの回転軸４１を通る垂直軸上にガススプリング５５の下端側回転軸５７があるように設置する。
【００２２】
図８は前記ガススプリング５５（５６）の構造を模式的に示したものである。すなわち、内部に高圧の気体が収められたシリンダ５８とこの内部で摺動するスライダ５９からなり、シリンダ５８の内部５８ａには高圧の気体が収められている。スライダ５９には小径のオリフス６０が形成されている。ここでスライダ５９がｘ方向に進もうとするとガスの反力ｙが大きくなる。例えば図７で示すように第１のリンク機構３８がＥ１方向に移動しようとした場合、ガススプリング５５の反力によって、そのリンク機構３８より先端側の重力によって、第１のリンク機構３８がＥ１方向に移動しようとする力を打ち消す。また、リンク部材２２ａの回転軸４１を通る垂直軸上に、ガススプリング５５の下端側回転軸５７があるので、リンク部材２２ａがその垂直軸を越えて、Ｅ２方向まで移動してもバランスをとることが可能になっている。また、回転軸５７の位置をｚ方向に調節可能にすることにより、リンク機構とこれの先端に取り付けられる部材の重量が変わってもバランスをとることができる。第２のリンク機構３９のものについても同様の構造になっているため、その説明は省略する。これらのガススプリング５５，５６により各リンク機構３８，３９はバランスがとられるので、これらのリンク機構３８，３９を軽い力で動作させることが可能になる。
【００２３】
次に、この移動用マスターアーム３１の先端に設けられるＨＭＤ用アーム３２と一対の処置手段操作用アーム３３ａ，３３ｂについて図１および図２（ｂ）を参照して説明する。まず、ＨＭＤ用アーム３２は複数の回転関節６１，６２を持つアーム６３とこのアーム６３の先端に固定された表示手段としてのＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）６４によって構成されている。このアーム６３の各回転関節６１，６２の回転方向Ｅ１，Ｅ２は互いに直交する向きにあり、それぞれには図示しないエンコーダが設けられ、これによって前記ＨＭＤ６４の各回転方向Ｅ１，Ｅ２の回転量をそれぞれ検出可能になっている。
【００２４】
一方、処置手段操作用アーム３３ａ，３３ｂは３つの回転関節７１，７２，７３を持つアーム７４とアーム７４の先端に設けられた開閉可能な操作用グリッパ７５によって構成されている。各回転関節７１，７２，７３によってそれぞれＦ３，Ｆ１，Ｆ２の３つの方向への動きが可能になっている。また、３つの回転関節７１，７２，７３と操作用グリッパ７５にはそれぞれ図示しないエンコーダが設けられ、これによって各回転関節７１，７２，７３の回転角度やグリッパ７５の開き角度がそれぞれ検出可能になっている。なお、左右の処置手段操作用アーム３３ａ，３３ｂは左右対称の構造をとり、これら両者の構成は同様なものである。
【００２５】
また、図９で示すように、各操作用グリッパ７５の指掛けリング８５に連結したリンク部８６が力センサ部８７を介して空気圧シリンダ８８に接続されている。空気圧シリンダ８８には２本の管路８９が接続され、空気圧シリンダ８８内にはスライダ９０が設けられている。各管路８９は図示しないバルブやコンプレッサ等によって構成されるエヤー装置９１に接続されている。
【００２６】
これらグリッパ７５には図１０で示すように把持部９２を設ける。また、左右いずれかのグリッパ７５の把持部９２にはマスタースレーブの動作の開始と終了を指示するためのスイッチ９３が設けられている。なお、このスイッチ９３はグリッパ７５自体に設けてもよい。
【００２７】
ところで、前記ＨＭＤ用アーム３２と処置手段操作用アーム３３ａ，３３ｂは共通のベース部材７６に取着されることにより単体の操作ユニットとして構成されている。この操作ユニットのベース部材７６は前記移動用マスターアーム３１の先端に対して着脱交換できるようになっている。
【００２８】
前記ＨＭＤ６４は以下に述べるような装着具を使用することによって、ベルトを用いることなく術者７８が額を当てるだけてセットされる。つまり、図１１で示すように、前記ＨＭＤ６４には術者７８の頭の額に当接する額当接部７９を設け、前記移動用マスターアーム３１の先端にあるベース部材７６にはこれより延びる支えアーム８０を設け、この支えアーム８０の先端部に術者７８の背中に当接する背中当接部８１を設けたものである。そして、これらによって装着手段を構成する。術者７８は額当接部７９に額を当て背中当接部８１に背中を当てその両者を押し付けるだけで位置決めすれば、ＨＭＤ用アーム３２を所定の定位置に装着することができる。これと同時に処置手段操作用アーム３３ａ，３３ｂも術者の位置にあった状態にセットされる。これによってマスターマニピュレー２を自分の体の動きに追従させることができるようになる。
【００２９】
次に、前記スレーブマニピュレータ１とマスターマニピュレータ２の関連動作を制御するための制御装置３の構成について説明する。図１で示すように制御装置３は第１の制御装置１０１、第２の制御装置１０２、第３の制御装置１０３の部分からなり、制御対象の役割分担がなされている。まず、第１の制御装置１０１は移動用マスターアーム３１の各エンコーダと電気的に接続され、そのエンコーダにより回転角を検出することにより、移動用マスターアーム３１の先端の位置を検出することができる。さらに第１の制御装置１０１は移動用マニピュレータ５の各電磁モータとこのモータに付いているエンコーダとも電気的に接続され、そのエンコーダで移動量を検出しながらそのモータを駆動し、移動用マニピュレータ５の先端の位置を決める。
【００３０】
第２の制御装置１０２は、ＨＭＤ用アーム３２の各エンコーダと電気的に接続され、そのエンコーダの回転角を検出することにより、ＨＭＤ６４の向きを検出することができる。さらに第２の制御装置１０２は駆動部１９内に設けられたモータと、このモータに付いているエンコーダと電気的に接続され、エンコーダで移動量を検出しながらそのモータを駆動できるので、指定された方向に処置用内視鏡６の挿入部８における湾曲部１１を湾曲させることが可能である。
【００３１】
また、第３の制御装置１０３は処置手段操作用アーム３３ａ，３３ｂの各エンコーダと電気的に接続され、このエンコーダにより回転関節７１，７２，７３と操作用グリッパ７５の回転角を検出することにより、そのグリッパ７５の向きと位置および開閉角度を検出することができる。さらに第３の制御装置１０３は駆動部１９内に設けられた処置手段駆動用の各電磁モータと、このモータに付いているエンコーダと電気的に接続され、エンコーダで移動量を検出しながらそのモータを駆動できるので、処置手段としての把持鉗子７ａ，７ｂの位置と方向を決めることが可能である。各把持鉗子７ａ，７ｂのグリッパ１８の部分に設けた力センサで発生力を計測しながら前記空気圧シリンダ８８を駆動することによって操作用グリッパ７５に所定の反力を発生させることが可能になっている。
【００３２】
また、前記内視鏡６の左のＣＣＤの出力は図示しないビデオプロセッサによりＴＶ信号に変換され、ＨＭＤ６４の左目の表示部の例えばＬＣＤにその映像を表示することが可能になっている。また、右のＣＣＤの出力は図示しないビデオプロセッサによりＴＶ信号に変換され、ＨＭＤ６４の右目の表示部の例えばＬＣＤにその映像を表示することが可能になっている。したがって、ＨＭＤ６４を装着した術者７８は３次元的（立体的）に観察することが可能である。
（作用）
以下、手術用マニピュレータシステムの作用について説明する。術者７８は額当接部材７９に額を当て、背中当接部材８１に背中を押し当てることによって、マスターマニピュレータ２を位置決め装着することができる。左手で左のグリッパ７５を右手で持ち、右手で右の操作用グリッパ７５を持つ。このときにマスタースレーブ用のスイッチ９３をオン操作することによってマスタースレーブ動作が開始されるようになる。また、術者７８はＨＭＤ６４より内視鏡６の映像を立体視することができる。
【００３３】
次に、術者７８が患部を観察するための動作を説明する。術者７８がその頭部の位置を変えると、その位置の変化を移動用マスターアーム３１の各軸のエンコーダがこれを検知し、第１の制御装置１０１は移動用マスターアーム３１の先端位置を計算し、これに対応して内視鏡６の挿入部８の先端の位置が動くように移動用マニピュレータ５の各電磁モータを制御する。このとき、図３（ａ）に示すスレーブマニピュレータ１の座標系と図３（ｂ）に示すマスターマニピュレータ２の座標系とが対応するように制御を行う。また、この動きの際、前記移動用マスターアーム３１はガススプリング５５，５６によってバランスがとられているため、術者７８は移動用マニピュレータ３１を少ない力で動かすことができる。
【００３４】
術者７８が首の向きを変えると、ＨＭＤ用アーム３２のエンコーダが、この動きを検出し、第２の制御装置１０２はＨＭＤ６４の回転Ｅ１、Ｅ２と、内視鏡６の湾曲Ｂ１，Ｂ２が１対１に対応して動くように駆動部１９内の図示しないエンコーダ付きモータを制御する。これらにより内視鏡６の位置及び向きが術者７８の頭の位置及び向きに対応して動くので、術者７８は頭の位置や向きを変えることによって患部に内視鏡６を移動させ、様々な角度から患部を観察することが可能になる。
【００３５】
次に、術者７８が処置をするときの動作を説明する。術者７８が例えば左の操作用グリッパ７５の位置を変えたり、そのグリッパ７５を開閉させた時の動きを処置手段用操作アーム３３ａの各軸に設けられたエンコーダが検知し、第３の制御装置１０３は左の処置手段用アーム１７ａの回転Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３と、左の処置具の回転Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３が１対１に対応し、操作用グリッパ７５の開閉Ｆ４が、左の把持鉗子７ａの開閉Ｃ４の開閉量と一致して動作するように駆動部１９内の図示しないエンコーダ付きモータを制御する。また、第３の制御装置１０３は、右の処置手段用アーム３３ｂと右の把持鉗子７ｂも同様に１対１に対応して動くように、駆動部１９内の図示しないエンコーダ付きモータを制御するが、左側と同様のため説明は省略する。
【００３６】
また、第３の制御装置１０３は処置用把持鉗子７ａ，７ｂに貼られている歪みゲージの出力に対応して、操作用グリッパ７５に反力が加わるように、空気圧シリンダ８８を駆動することもできる。このように術者７８の手の動きと処置具の手段の動きが１対１に対応するので、術者７８はＨＭＤ６４の映像を観察しながら、例えば左の処置具で患部を押さえ、右の処置具で患部の剥離を行うなどの動作が可能である。
【００３７】
また、術中において、マスターマニピュレータ２を離れて直接に患者に処置を施す必要ができたときには、術者７８は額当接部材７９から額を離し、背中当接部材８１から背中を離すだけで、術者７８が容易にマスターマニピュレータ２から離れることができる。
【００３８】
また、他の手術室で、このマスターマニピュレータ２を用いるときには、キャスター２９によって、このマスターマニピュレータ２を移動させることが可能である。また、マスターマニピュレータ２を使用しないときには、移動用マスターアーム３１の各軸のブレーキを作動させることにより、安定した状態にしておくことができる。
（効果）
体腔内の内視鏡の先端が、術者の頭の動き通りに動き、処置具が手の動き通りに動き、しかも、体腔内を立体画像で観察できるため、術者はあたかも体腔内にいるような臨場感の中で、内視鏡下手術が可能となる。
また、マスターマニピュレータに額と背中に当接部材を設けたことにより、術者は容易にマスターマニピュレータのアームを着脱することが可能になった。  マスターマニピュレータにバランスをとるためにガススプリングを用いた事により、小さな力でマスターマニピュレータを操作可能になった。これにより、術者の操作性が良くなる。
【００３９】
マスターマニピュレータの術者が手で把持する位置に、マスタースレーブの開始と終了を指示するためのスイッチを設けた。これにより、術者は、スイッチを操作しやすくなる。
マスターマニピュレータを移動可能にしたことによって、様々な場所にマスターマニピュレータを運ぶことが可能になった。
マスターマニピュレータに、保持ブレーキを用いたことにより、未使用時などに安定した状態にすることができる。
＜第２の実施例＞
図１２を参照して、本発明の第２の実施例を説明する。
（構成）
この実施例は術者７８とマスターマニピュレータ２の着脱機構の変形例である。すなわち、術者７８は頭部１１０に予め磁性体１１１の付いたベルト１１２を着用する。また、前述したような形のＨＭＤ６４には前記磁性体１１１を係止するための係止部１１３が設けられている。この係止部１１３はＨＭＤ６４を頭部に位置合わせしたときに前記磁性体１１１が接する面の部分に磁極を配置した電磁石１１４を埋設している。電磁石１１４は直流電源１１５によっての通電によって磁力を発生し、前記磁性体１１１を吸着して固着させることが可能である。電磁石１１４と直流電流１１５を接続する通電回路の途中には操作スイッチ１１６が設けられていて、この操作スイッチ１１６をオン／オフすることによって、磁性体１１１に対する吸着と解除を制御し、術者７８とマスターマニピュレータ２の着脱を行うことができる。
【００４０】
この実施例によれば、前述した第１の実施例の効果に加えて、術者７８とマスターマニピュレータ２の着脱をより確実に行うことができる。また、この実施例の場合にも前述したような背中当接部８１を加えて設ければマスターマニピュレータ２をより確実に装着することができる。
＜第３の実施例＞
図１３を参照して、本発明の第３の実施例を説明する。
（構成）
この実施例も前記術者７８の頭部１１０とマスターマニピュレータ２の着脱機構の変形例である。術者７８は予め固定部１２１がついたベルト１２２を頭部１１０に着用する。また、ＨＭＤ６４には前記固定部１２１が係止される係止部１２３を設ける。また、この係止部１２３において前記固定部１２１が接する面と、固定部１２１において前記係止部１２３が接する面には面ファスナ、例えばいわゆるマジックテープがそれぞれ固定されている。これにより、固定部１２１を係止部１２３に押し当てたり引き離したりする簡単な動作で術者７８とマスターマニピュレータ２の着脱を行うことができる。
【００４１】
この実施例によれば、第１の実施例の効果に加えて、術者７８とマスターマニピュレータ２の着脱機構が簡略になる利点がある。
＜第４の実施例＞
図１４を参照して、本発明の第４の実施例を説明する。
（構成）
この実施例も術者７８とマスターマニピュレータ２の着脱機構の変形例である。術者７８は頭部１１０に予め固定部１３１が付いたベルト１３２を着用する。また、ＨＭＤ６４には固定部１３１が嵌合する嵌合部材１３３が設けられている。これにより固定部１３１を嵌合部材１３３の孔部１３４に差し込んだり、引き抜いたりすることによって、術者７８とマスターマニピュレータ２を着脱を行うことができる。
【００４２】
この実施例によれば、第１の実施例の効果に加えて、術者７８とマスターマニピュレータ２の着脱機構が確実に行えるようになる。
＜第５の実施例＞
図１５を参照して、本発明の第５の実施例を説明する。
（構成）
この実施例はマスタ操作する手元部分に用いるスイッチの例である。各操作用グリッパ７５の把持部９２に２方向に右と左にスライドするスイッチ１４１を設ける。このスイッチ１４１を右または左方向へ選択的に移動操作することによって第１の実施例での図１で示す処置用内視鏡６のＡ６方向の動きが左回転、右回転するように制御する。この自由度Ａ６を操作するマスターマニピュレータ２の自由度はＤ４であるから、人間の体の構造上マスターマニピュレータ２をＤ４の方向に大きな角度で回転させることは困難である。
【００４３】
しかし、この実施例によれば、人間の体の構造上、大きな動作角度が取れないマスターマニピュレータ２の軸があっても、このようなスイッチ１４１によってこれに対応するスレーブマニピュレータ２を大きな角度で動作させることが、可能になる。
［付記］
１．術者が自分自身の頭部で操作するマスタマニピュレータと、このマスタマニピュレータの動きに追従した動作を行うスレーブマニピュレータを備えた手術用マニピュレータにおいて、前記マスターマニピュレータはそのマスターマニピュレータに対して術者が所定の操作位置に身を置くとそのマスターマニピュレータに対する術者の頭部の位置決めがなされて前記マスターマニピュレータが術者の頭の動きに追従する固定関係が得られるとともにその固定位置から身を離せば前記マスターマニピュレータから身を離すことが可能な構成とした装着手段を設けたことを特徴とする手術用マニピュレータ。
【００４４】
１−１．前記装着手段はマスターマニピュレータに術者の頭部を当てる頭部受け部材と術者の背を当てる背当て部材を設けてマスターマニピュレータに対する術者の頭部の位置決めを行うことを特徴とする第１項に記載の手術用マニピュレータ。
【００４５】
１−２．前記装着手段はマスターマニピュレータに術者の頭部に術者の頭の動きに追従させる手段を設けたことを特徴とする第１項に記載の手術用マニピュレータ。
【００４６】
１−２−１．術者の頭の動きに追従させる前記装着手段はＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）に設けられた電磁石（または磁性体）からなる固定部と、これを追従させる術者の頭部に設けられる磁性体（または電磁石）からなる固定部材によって構成されることを特徴とする第１−２項に記載の手術用マニピュレータ。
【００４７】
１−２−２．術者の頭の動きに追従させる前記装着手段は前記ＨＭＤに設けられた面ファスナ、例えばマジックテープからなる固定部と、術者の頭部に設けられ前記固定部に着脱自在に係着する面ファスナ、例えばマジックテープからなる固定部材とによって構成されることを特徴とする第１−２項に記載の手術用マニピュレータ。
【００４８】
１−２−３．術者の頭の動きに追従させる前記装着手段は前記ＨＭＤに設けられた受け部材と、術者の頭部に設けられ前記受け部材に着脱自在に嵌り込む突出部材からなる固定部材とによって構成されることを特徴とする第１−２項に記載の手術用マニピュレータ。
【００４９】
２．基部と、この基部に対して連結され回転軸を持って回転するアーム構造を有するマニピュレータを備えたものにおいて、前記マニピュレータにおけるアームのバランスをとるために前記アームと基台との間にばね機構を架設して前記アームを支持することを特徴とする手術用マニピュレータまたは手術装置。
２−１．前記ばね機構はガススプリングを用いることを特徴とする第２項に記載の手術用マニピュレータまたは手術装置。
前記ばね機構を設けることによりバランスのとれた操作性の良いマニピュレータを提供することができる。なお、前述した特願平６−２６０２８５号の未公開出願のものではマスターマニピュレータのバランスをとる構造は設けられていない。マスターマニピュレータにバランスをとる機能がないと、マスターマニピュレータの自重が操作者にかかるため、小さな力でマスターマニピュレータを操作することができず、操作性が悪い。
【００５０】
３．基台と、この基台に対して連結され回転軸を持って回転するアーム構造を有するマニピュレータを備えたものにおいて、前記マニピュレータのアームの回転軸にそのアームを保持する保持ブレーキを設けたことを特徴とする手術用マニピュレータまたは手術装置。
【００５１】
マニピュレータのアームの回転軸に保持ブレーキを設けたことにより、必要に応じて各軸を保持することが可能となり、未使用時に各アームが不必要に動いてしまうことがない。なお、前述した特願平６−２６０２８５号の未公開出願のもではマスターマニピュレータに保持ブレーキは設けられていない。保持ブレーキがないマスターマニピュレータは未使用時でも各関節が容易に動いてしまう。
【００５２】
４．処置用マニピュレータと、この処置用マニピュレータを遠隔的に操作するための操作用マスターマニピュレータからなるものにおいて、前記マスターマニピュレータの操作者が手で保持する部分に操作スイッチを設けたことを特徴とする手術用マニピュレータまたは手術装置。
【００５３】
４−１．前記操作スイッチは前記マスタースレーブの動作の開始と終了を指示するものであることを特徴とする第４項に記載の手術用マニピュレータまたは手術装置。
【００５４】
４−２．前記処置用マニピュレータは少なくとも一つの回転構造をもち、前記スイッチで、処置用マニピュレータを正逆両方向に回転動作させることを特徴とする第４項に記載の手術用マニピュレータまたは手術装置。
マスターマニピュレータの術者が手で自在に操作できる位置に各種のスイッチを設けることにより、術者はマスターマニピュレータを追従させたまま、各種のスイッチング操作が可能となった。なお、前述した特願平６−２６０２８５号の未公開出願のものではマスターマニピュレータにスイッチは設けられていない。マスターマニピュレータにスイッチが設けられていないと、例えばマスタースレーブ動作に入るために第３者にスイッチを入れてもらう必要があり、作業が煩雑である。
【００５５】
５．処置用マニピュレータと、この処置用マニピュレータを遠隔的に操作するための操作用マスターマニピュレータからなるものにおいて、前記マスターマニピュレータの移動手段を設けたことを特徴とする手術用マニピュレータまたは手術装置。
５−１．前記移動手段はキャスターであることを特徴とする第５項に記載の手術用マニピュレータまたは手術装置。
５−２．前記キャスターはロック手段が設けられていることを特徴とする第５−１項に記載の手術用マニピュレータまたは手術装置。
マスターマニピュレータを移動可能にしたことによって、様々な場所にマスターマニピュレータを運ぶことが可能になった。なお、前述した特願平６−２６０２８５号の未公開出願のものではマスターマニピュレータに移動手段が設けられていない。マスターマニピュレータは様々な場所に用いるので移動手段がないと、各手術室等の移動ができず不便である。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、マスターマニピュレータに術者がその身を所定の位置に持っていくだけで、術者の頭に追従してその位置を検出する追従手段を設けたことにより、術者が頭を所定の位置に持っていくだけで、マスターマニピュレータを容易に追従させることが可能で、また、そのマスターマニピュレータから術者が簡単に身を離すことが可能である。したがって、マスターマニピュレータから離れて他の作業や処置を行う場合に、ベルトを外したりする面倒で手間のかかる作業が不要であり、また再び簡単に元の位置に装着することができる。マスターマニピュレータに対する着脱作業に手間がかからず、実際の作業にあたって迅速な作業を確保する。また、先行例のものでは滅菌手袋を着用した術者は滅菌していないベルト部分などには直接に触れることはできないので、そのベルトなどの着脱作業を補助者等の第３者にしてもらう必要があったが、これによれば、術者が自ら手を触れることなく着脱でき、都合がよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る医療用マニピュレータシステムの全体的な構成を概略的に示す説明図。
【図２】（ａ）は同じくその処置用マニピュレータユニットの機構の概略的な構成説明図、（ｂ）は同じくその操作用マニピュレータユニットの機構の概略的な構成説明図。
【図３】（ａ）は同じくそのスレーブマニピュレータの関節機構の概略的な構成説明図、（ｂ）は同じくそのマスターマニピュレータの関節機構の概略的な構成説明図。
【図４】同じくマスターマニピュレータにおける移動用マスターアームのリンク機構の側面図。
【図５】図４中、Ｖ−Ｖ線に沿う断面図。
【図６】同じくマスターマニピュレータにおける移動用マスターアームのリンク機構の側面図。
【図７】前記マスターアームのリンク機構におけるガススプリングの作用の説明図。
【図８】前記ガススプリングの断面図。
【図９】前記操作用グリッパと力センサ部と空気圧シリンダの連結構成の説明図。
【図１０】前記操作用グリッパの斜視図。
【図１１】同じく前記ＨＭＤの装着具における装着状態の説明図。
【図１２】本発明の第２の実施例におけるＨＭＤ用装着具の装着状態の説明図。
【図１３】本発明の第３の実施例におけるＨＭＤ用装着具の装着状態の説明図。
【図１４】本発明の第４の実施例におけるＨＭＤ用装着具の装着状態の説明図。
【図１５】本発明の第５の実施例におけるＨＭＤ用装着具の装着状態の説明図。
【符号の説明】
１…スレーブマニピュレータ、２…マスターマニピュレータ、３…制御装置、４…手術器械、５…移動用マニピュレータ（ロボット）、６…内視鏡、７ａ，７ｂ…把持鉗子、３１…移動用マスターアーム、３２…ＨＭＤ用アーム、３３ａ，３３ｂ…処置手段操作用アーム、６４…ＨＭＤ、７９…額当接部、８１…背中当接部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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