(57)【要約】 術者の操作性を損なわず、かつ、より小型に構成することを可能にする。先端に医療用器具が設けられ、少なくとも６自由度を有するように可動軸が配置されて構成されるアーム部、を備え、前記可動軸のうち、先端側に設けられる、前記医療用器具の姿勢を規定する可動軸は、外部からの力に追従して回転する受動軸であり、基端側に設けられる、前記医療用器具の位置を規定する少なくとも１つの可動軸は、アクチュエータによって駆動される駆動軸である、医療用支持アーム装置を提供する。
2017056704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に医療用器具が設けられ、少なくとも６自由度を有するように可動軸が配置されて構成されるアーム部、  を備え、  前記可動軸のうち、先端側に設けられる、前記医療用器具の姿勢を規定する可動軸は、外部からの力に追従して回転する受動軸であり、基端側に設けられる、前記医療用器具の位置を規定する少なくとも１つの可動軸は、アクチュエータによって駆動される駆動軸である、  医療用支持アーム装置。
【請求項２】
前記駆動軸は、前記駆動軸よりも先端側の構成の重量を支持する重力補償動作を行うように駆動される、  請求項１に記載の医療用支持アーム装置。
【請求項３】
前記駆動軸よりも先端側に設けられる可動軸に対して、当該可動軸における変化量を検出するエンコーダが設けられ、  前記駆動軸は、前記エンコーダの検出値を用いて算出される前記駆動軸よりも先端側の構成の重心位置に基づいて、前記重力補償動作を行うように駆動される、  請求項２に記載の医療用支持アーム装置。
【請求項４】
前記駆動軸よりも先端側の構成は、姿勢の変化にかかわらず重心位置が一定であるように構成され、  前記駆動軸は、前記重心位置に基づいて、前記重力補償動作を行うように駆動される、  請求項２に記載の医療用支持アーム装置。
【請求項５】
前記アーム部の６自由度に対応する６つの可動軸のうち、基端側の３つの可動軸は駆動軸であり、先端側の３つの可動軸は受動軸であり、  受動軸である３つの可動軸に対して、それぞれ、当該可動軸における変化量を検出するエンコーダが設けられ、  前記駆動軸は、前記医療用器具が、空間上の所定の点を向いた状態で、かつ当該所定の点との距離が一定に保たれた状態で移動するピボット動作を行うように駆動される、  請求項１に記載の医療用支持アーム装置。
【請求項６】
前記アーム部の６自由度に対応する６つの可動軸のうち、基端側の３つの可動軸は駆動軸であり、先端側の３つの可動軸は受動軸であり、  受動軸である３つの可動軸に対して、それぞれ、当該可動軸における変化量を検出するエンコーダが設けられ、  前記駆動軸は、ユーザの操作に応じて前記医療用器具をいずれかの方向に微動させる微動動作を行うように駆動される、  請求項１に記載の医療用支持アーム装置。
【請求項７】
前記アーム部は、水平多関節構造を含む、  請求項１に記載の医療用支持アーム装置。
【請求項８】
前記アーム部に設けられる可動軸のうち少なくとも１つは、一のリンクに対して他のリンクを所定の方向に並進させる軸を表す並進軸である、  請求項１に記載の医療用支持アーム装置。
【請求項９】
前記医療用器具は、術部の映像を撮影する撮像部である、  請求項１に記載の医療用支持アーム装置。
【請求項１０】
前記撮像部はＡＦ機能を有する、  請求項９に記載の医療用支持アーム装置。
【請求項１１】
術部を観察するために当該術部の映像を撮影する観察装置と、  撮影された前記映像を表示する表示装置と、を備え、  前記観察装置は、  先端に前記映像を撮影する撮像部が設けられ、少なくとも６自由度を有するように可動軸が配置されて構成されるアーム部、を備え、  前記アーム部においては、前記可動軸のうち、先端側に設けられる、前記撮像部の姿勢を規定する可動軸は、外部からの力に追従して回転する受動軸であり、基端側に設けられる、前記撮像部の位置を規定する少なくとも１つの可動軸は、アクチュエータによって駆動される駆動軸である、  医療用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本開示は、医療用支持アーム装置及び医療用システムに関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、医療現場においては、手術をサポートするために支持アーム装置が用いられつつある。例えば、支持アーム装置のアーム部の先端にカメラ等からなる撮像部を設け、当該撮像部によって撮影された映像を見ながら術者が手術を行う方法が提案されている。あるいは、アーム部の先端に鉗子やレトラクタ等の処置具を設け、従来人手で行われていた処置具の支持や操作を、支持アーム装置に行わせる方法も提案されている。【０００３】  一般的に、支持アーム装置のアーム部は、当該アーム部の先端に設けられる医療用器具（上述した撮像部や処置具等）の位置及び姿勢を高精度に制御するため、また、医療用器具を移動させる際の術者の操作性を考慮して、当該アーム部の自重を支持し得るように構成されている。例えば、アーム部全体としてバランスが取れるように（すなわち、アーム部の自重を支持し得るように）アーム部の基端側にカウンターウェイトを設け、支持アーム装置をいわゆるバランスアームとして構成する方法が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２６６５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  しかし、カウンターウェイトは比較的大型であるため、支持アーム装置をバランスアームとして構成すると、装置全体も大型化する。従って、手術室のスペースが支持アーム装置によって占有されてしまい、手術時の作業の妨げとなり得る。また、装置全体の重量も重くなるため、例えば支持アーム装置を天井からアーム部が吊り下げられた構成とする場合には、大掛かりな工事が必要となり、設置のためのコストが増大化することが懸念される。更に、一般的に、カウンターウェイトを備える支持アーム装置では、イナーシャが大きいため、アーム部の先端を素早く軽快に操作することが困難となる傾向がある。【０００６】  そこで、本開示では、術者の操作性を損なわず、かつ、より小型に構成することが可能な、新規かつ改良された医療用支持アーム装置、及び当該医療用支持アーム装置を備える医療用システムを提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本開示によれば、先端に医療用器具が設けられ、少なくとも６自由度を有するように可動軸が配置されて構成されるアーム部、を備え、前記可動軸のうち、先端側に設けられる、前記医療用器具の姿勢を規定する可動軸は、外部からの力に追従して回転する受動軸であり、基端側に設けられる、前記医療用器具の位置を規定する少なくとも１つの可動軸は、アクチュエータによって駆動される駆動軸である、医療用支持アーム装置が提供される。【０００８】  また、本開示によれば、術部を観察するために当該術部の映像を撮影する観察装置と、撮影された前記映像を表示する表示装置と、を備え、前記観察装置は、先端に前記映像を撮影する撮像部が設けられ、少なくとも６自由度を有するように可動軸が配置されて構成されるアーム部、を備え、前記アーム部においては、前記可動軸のうち、先端側に設けられる、前記撮像部の姿勢を規定する可動軸は、外部からの力に追従して回転する受動軸であり、基端側に設けられる、前記撮像部の位置を規定する少なくとも１つの可動軸は、アクチュエータによって駆動される駆動軸である、医療用システムが提供される。【０００９】  本開示によれば、医療用支持アーム装置のアーム部に設けられる可動軸について、基端側に設けられる、医療用器具の位置を規定する少なくとも１つの可動軸が、駆動軸として構成される。当該構成によれば、先端側の構成の重量を支持するように駆動軸を駆動することにより、カウンターウェイトを設けなくても、アーム部の位置及び姿勢を保持することが可能となる。従って、より小型で、かつ、術者の操作性を損なわない、医療用支持アーム装置が実現され得る。
【発明の効果】
【００１０】  以上説明したように本開示によれば、術者の操作性を損なわず、かつ、より小型に構成することが可能になる。なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、又は上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、又は本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る医療用システム及び支持アーム装置の概略構成を示す図である。
【図２】ピボット動作時における制御装置での処理について説明するための説明図である。
【図３】ピボット動作時における制御装置での処理手順の一例を示すフロー図である。
【図４】第２の実施形態に係る医療用システム及び支持アーム装置の概略構成を示す図である。
【図５】第３の実施形態に係る医療用システム及び支持アーム装置の概略構成を示す図である。
【図６】回転軸についてバランスが取れている状態について説明するための説明図である。
【図７】第４の実施形態に係る医療用システム及び支持アーム装置の概略構成を示す図である。
【図８】第５の実施形態に係る医療用システム及び支持アーム装置の概略構成を示す図である。
【図９】第６の実施形態に係る医療用システム及び支持アーム装置の概略構成を示す図である。
【図１０】第７の実施形態に係る医療用システム及び支持アーム装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】  以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１３】  なお、説明は以下の順序で行うものとする。  １．第１の実施形態    １−１．システム及び支持アーム装置の構成    １−２．関節部の構成及びアーム部の動作  ２．第２の実施形態    ２−１．システム及び支持アーム装置の構成  ３．第３の実施形態    ３−１．システム及び支持アーム装置の構成  ４．第４の実施形態    ４−１．システム及び支持アーム装置の構成  ５．第５の実施形態    ５−１．システム及び支持アーム装置の構成  ６．第６の実施形態    ６−１．システム及び支持アーム装置の構成  ７．第７の実施形態    ７−１．システム及び支持アーム装置の構成  ８．まとめ  ９．補足
【００１４】  （１．第１の実施形態）  （１−１．システム及び支持アーム装置の構成）  図１を参照して、本開示の第１の実施形態に係る医療用システム及び支持アーム装置の構成について説明する。図１は、第１の実施形態に係る医療用システム及び支持アーム装置の概略構成を示す図である。
【００１５】  図１を参照すると、第１の実施形態に係る医療用システム１ａは、支持アーム装置５００ａと、表示装置４００と、から構成される。図１では、支持アーム装置５００ａを用いて、手術台３３０上の患者３４０に対して手術が行われている様子が図示されている。具体的には、支持アーム装置５００ａを用いた手術では、後述する支持アーム装置５００ａの撮像部５２０によって、患者３４０の術部３４１が撮影され、その撮影された映像が手術室内に設けられる表示装置４００に表示される。術者（図示せず）は、表示装置４００に映しだされた映像によって術部３４１の様子を観察しながら、当該術部３４１に対して各種の処置を施す。このように、医療用システム１ａは、手術時において術者（ユーザ）をサポートするためのシステムである。
【００１６】  （表示装置４００）  表示装置４００は、各種の情報を表示画面上にテキスト、イメージ等様々な形式で表示することにより、当該各種の情報をユーザに対して視覚的に通知する装置である。上記のように、表示装置４００は、手術室内に設置され、支持アーム装置５００ａの撮像部５２０によって撮影された術部３４１の映像を表示する。
【００１７】  例えば、表示装置４００は、撮像部５２０によって取得された映像信号に対して各種の画像処理を施す画像信号処理部（図示せず。）や、処理された映像信号に基づく映像を表示画面上に表示させる制御を行う表示制御部（図示せず。）等の機能を有する。その他、表示装置４００は、一般的な表示装置が有する各種の機能を有し得る。
【００１８】  具体的には、表示装置４００としては、例えば、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ装置等、公知の各種の表示装置が用いられてよい。また、撮像部５２０と表示装置４００との間の通信は、有線又は無線の各種の公知の方式で実現されてよい。
【００１９】  （支持アーム装置）  支持アーム装置５００ａは、アーム部５１０ａと、当該アーム部５１０ａの先端に取り付けられる撮像部５２０と、支持アーム装置５００ａの動作を制御する制御装置５３０と、を備える。支持アーム装置５００ａは、手術室内に設けられ、術者による手術の実行をサポートする、医療用の支持アーム装置５００ａである。
【００２０】  アーム部５１０ａは、その基端部が手術室内の天井に取り付けられ、天井から吊り下げられるように設置される。なお、図１では、制御装置５３０を概略的に図示しているが、実際には、制御装置５３０は、アーム部５１０ａの基端部と天井との接続部位に設けられてもよいし、アーム部５１０ａとは離隔した場所（例えば手術室の床面上）に設置され、アーム部５１０ａと有線又は無線の各種の通信方式によって互いに通信可能に接続されて設けられてもよい。
【００２１】  なお、以下では、アーム部５１０ａの構成について説明する際に、撮像部５２０が設けられる側を先端側又は先端部等とも呼称し、天井に近い側を基端側又は基端部等とも呼称することとする。また、鉛直方向をｚ軸方向とも呼称し、当該ｚ軸方向と互いに直交する２方向（すなわち、水平面内において互いに直交する２方向）を、それぞれ、ｘ軸方向及びｙ軸方向とも呼称する。
【００２２】  アーム部５１０ａは、各回転軸（先端側から順に、第１軸Ｏ１、第２軸Ｏ２、第３軸Ｏ２、第４軸Ｏ４、第５軸Ｏ５及び第６軸Ｏ６と呼称する）に対応する位置にそれぞれ設けられる関節部５１１ａ、５１１ｂ、５１１ｃ、５１１ｄ、５１１ｅ、５１１ｆと、関節部５１１ｂ〜５１１ｆによって互いに回動可能に連結される複数のリンク５１２ａ、５１２ｂ、５１２ｃ、５１２ｄ、５１２ｅ、５１２ｆと、から構成される。また、アーム部５１０ａの先端には、関節部５１１ａを介して撮像部５２０が取り付けられる。
【００２３】  なお、図１では簡易的に実線によって図示しているが、実際には、リンク５１２ａ〜５１２ｆは、所定の太さを有する棒状又は管状の部材であり得る。また、リンク５１２ａ〜５１２ｆの断面形状は限定されず、円形、楕円、矩形等、各種の形状であってよい。リンク５１２ａ〜５１２ｆの具体的な構造としては、一般的な支持アーム装置のリンクとして用いられる各種のものが適用されてよい。
【００２４】  また、図１では簡易的に丸又は三角形の組み合わせによって図示しているが、実際には、関節部５１１ａ〜５１１ｆは、回転軸となるシャフト及び当該シャフトを軸支する軸受け等を有し、一の部材に対して他の部材を回動可能な部材であり得る。ただし、後述するように、第１の実施形態では、関節部５１１ａ〜５１１ｆに対して設けられるアクチュエータ及びロータリエンコーダ（以下、単にエンコーダと呼称する）の配置に特徴がある。第１の実施形態では、関節部５１１ａ〜５１１ｆは、一の部材に対して他の部材を回動可能に構成され、かつ、後述するアクチュエータ及びエンコーダの配置を実現し得るように構成されればよく、その他の具体的な構造としては、一般的な支持アーム装置の関節部として用いられる各種のものが適用されてよい。
【００２５】  アーム部５１０ａの構成について詳細に説明する。略鉛直方向に延伸するリンク５１２ｆの基端が天井に取り付けられる。リンク５１２ｆの先端は、関節部５１１ｆを介してリンク５１２ｅの基端と連結され、リンク５１２ｆは、当該関節部５１１ｆを介してリンク５１２ｅを回動可能に支持する。
【００２６】  以下、同様に、リンク５１２ｅ、５１２ｄ、５１２ｃ、５１２ｂの先端が、それぞれ、関節部５１１ｅ、５１１ｄ、５１１ｃ、５１１ｂを介して、リンク５１２ｄ、５１２ｃ、５１２ｂ、５１２ａの基端と連結される。そして、リンク５１２ｅ、５１２ｄ、５１２ｃ、５１２ｂは、それぞれ、関節部５１１ｅ、５１１ｄ、５１１ｃ、５１１ｂを介して、リンク５１２ｄ、５１２ｃ、５１２ｂ、５１２ａを回動可能に支持する。
【００２７】  リンク５１２ａの先端には、関節部５１１ａを介して、撮像部５２０が連結される。リンク５１２ａは、関節部５１１ａを介して、撮像部５２０を回動可能に支持する。
【００２８】  このように、天井と接続されるリンク５１２ｆの基端を支点として、複数のリンク５１２ａ〜５１２ｆの端同士が関節部５１１ｂ〜５１１ｆによって互いに連結されることにより、天井から延伸されるアーム形状が構成される。
【００２９】  回転軸のうち、第１軸Ｏ１、第３軸Ｏ２及び第６軸Ｏ６は、その基端側に設けられるリンク５１２ａ、５１２ｃ、５１２ｆの延伸方向と略平行な方向の回転軸である。このような方向を有する回転軸のことを、本明細書では、便宜的に、ヨー（Ｙａｗ）軸とも呼称することとする。一方、第２軸Ｏ２、第４軸Ｏ４及び第５軸Ｏ５は、その基端側に設けられるリンク５１２ｂ、５１２ｄ、５１２ｅの延伸方向と略直交する方向の回転軸である。このような方向を有する回転軸のことを、本明細書では、便宜的に、ピッチ（Ｐｉｔｃｈ）軸とも呼称することとする。
【００３０】  つまり、アーム部５１０ａは、基端側から、ヨー軸（第６軸Ｏ６）、ピッチ軸（第５軸Ｏ５）、ピッチ軸（第４軸Ｏ４）、ヨー軸（第３軸Ｏ３）、ピッチ軸（第２軸Ｏ２）及びヨー軸（第１軸Ｏ１）が、この順に配置されて構成されている。当該構成により、アーム部５１０ａでは、撮像部５２０の動きに対して、並進３自由度及び回転３自由度の計６自由度が実現されている。アーム部５１０ａが６自由度を有するように構成されることにより、アーム部５１０ａの可動範囲内において撮像部５２０を自由に移動させることが可能になる。
【００３１】  ただし、アーム部５１０ａの構成は図示する例に限定されない。第１の実施形態では、アーム部５１０ａは、撮像部５２０の動きに対して少なくとも６自由度を有するように構成されればよく、関節部５１１ａ〜５１１ｆ及びリンク５１２ａ〜５１２ｆの数や配置、関節部５１１ａ〜５１１ｆの駆動軸の方向、リンク５１２ａ〜５１２ｆの長さ等は、アーム部５１０ａが６自由度以上の所望の自由度を有するように適宜設定されてよい。
【００３２】  ここで、詳しくは下記（１−２．関節部の構成及びアーム部の動作）で後述するが、第１の実施形態では、これらの回転軸のうちの一部のみが、アクチュエータによって駆動される駆動軸として構成される。そして、他の回転軸は、外部からの力に追従して回転する受動軸として構成される。外部からの力とは、例えば、駆動軸の回転に伴って受動軸に加えられる力や、撮像部５２０を移動させようとする術者の操作に応じて受動軸に加えられる力である。
【００３３】  当該アクチュエータは、駆動力を生じさせるモータ、回転軸における回転角度を検出するロータリエンコーダ（以下、単にエンコーダと呼称する）、及び関節部に作用する力（トルク）を検出するトルクセンサ、を少なくとも含む。当該アクチュエータの駆動は、制御装置５３０によって制御される。各駆動軸に対して設けられるアクチュエータの駆動が制御装置５３０によってそれぞれ制御されることにより、当該各駆動軸における回転が制御され、例えばアーム部５１０ａを伸ばしたり、縮めたり（折り畳んだり）といった、アーム部５１０ａの駆動が制御される。
【００３４】  撮像部５２０は、術部を観察するための観察ユニットの一例であり、例えば撮影対象の動画及び／又は静止画を撮影できるカメラ等によって構成される。撮像部５２０は、いわゆるビデオ式顕微鏡であり得る。
【００３５】  手術を行う際には、アーム部５１０ａの先端に設けられた撮像部５２０が患者３４０の術部３４１を撮影するように、アーム部５１０ａ及び撮像部５２０の位置及び姿勢が制御される。撮像部５２０によって撮影された術部３４１についての映像信号は表示装置４００に送信される。送信された映像信号に基づいて表示装置４００に当該術部３４１の映像が表示される。術者は、表示装置４００に映し出された映像によって術部３４１を観察しながら手術を行う。
【００３６】  なお、撮像部５２０の具体的な構成としては、各種の公知のビデオ式顕微鏡の構成が適用されてよい。例えば、図１では簡易的に棒状の部材として図示しているが、実際には、撮像部５２０は、筒状の筐体と、当該筐体内に設けられ撮影対象からの光（観察光）を受光し当該観察光に応じた映像信号を出力する撮像素子と、同じく当該筐体内に設けられ観察光を当該撮像素子に集光する光学系と、から構成され得る。筒状の筐体の下端部には開口部が設けられており、当該開口部には対物レンズが配設されている。観察光が当該対物レンズを介して筐体内に入射し、光学系によって撮像素子に集光されることにより、撮影対象（例えば術部３４１）の像を表す映像信号が撮像素子によって取得され得る。
【００３７】  また、撮像部５２０には、当該光学系に含まれるズームレンズやフォーカスレンズを適宜移動させることにより、倍率や焦点を調整する機能が設けられていてもよい。撮像部５２０によって適宜拡大して撮影された術部３４１の映像が表示装置４００に表示されることにより、術者は、当該術部３４１を拡大観察することが可能になる。撮像部５２０における倍率や焦点の調整は、支持アーム装置５００ａに設けられる入力装置（図示せず）を介して術者によって手動で実行されてもよいし、例えば一般的なオートフォーカス機能（ＡＦ機能）等を用いて自動的に実行されてもよい。その他、撮像部５２０は、一般的なビデオ式顕微鏡が有する各種の機能を備えてよい。
【００３８】  ここで、支持アーム装置５００ａのように、アーム部５１０ａの先端に患者の術部を観察するための観察ユニットが設けられた支持アーム装置５００ａのことを、本明細書では、観察装置５００ａとも呼称する。図示する例では、観察ユニットとして撮像部５２０が設けられているが、観察ユニットはかかる例に限定されず、観察ユニットとしては、例えば内視鏡や光学式の顕微鏡等が設けられてもよい。
【００３９】  ただし、アーム部５１０ａの先端に設けられるユニットは観察ユニットに限定されず、アーム部５１０ａの先端には、各種の医療用器具が取り付けられ得る。例えば、アーム部５１０ａの先端には、鉗子、レトラクタ等の各種の処置具が接続されてもよい。あるいは、アーム部５１０ａの先端には、内視鏡用若しくは顕微鏡用の光源、又は、例えば血管封止に用いられる手術用エナジーデバイス等が接続されてもよい。
【００４０】  制御装置５３０は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）やＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等のプロセッサ、又はこれらのプロセッサとメモリ等の記憶素子が搭載されたマイコンや制御基板等によって構成される。制御装置５３０のプロセッサが所定のプログラムに従った信号処理を実行することにより、支持アーム装置５００ａの動作が制御される。
【００４１】  第１の実施形態では、支持アーム装置５００ａの制御方式として、好適に力制御が用いられる。力制御では、アーム部５１０ａ及び撮像部５２０の状態（位置や姿勢、作用している力等）が、各関節部５１１ａ〜５１１ｆに設けられるエンコーダ及び／又はトルクセンサによって検出される。そして、検出されたアーム部５１０ａ及び撮像部５２０の状態に基づいて、アーム部５１０ａに所望の動作を実行させるために必要な、駆動軸における発生トルクが算出される。算出された当該発生トルクを生じさせるように駆動軸に対して設けられるアクチュエータが駆動されることにより、当該所望の動作を実行するように、アーム部５１０ａの動作が制御される。所望の動作とは、例えば、重力補償動作、位置微動動作及びピボット動作等であり得る（これらの動作の詳細については改めて後述する）。
【００４２】  力制御では、例えば術者が直接アーム部５１０ａに触れて行う、当該アーム部５１０ａを移動させようとする操作に応じて、当該アーム部５１０ａに加えられた力の方向に当該アーム部５１０ａが移動するように（すなわち、術者の動作に追従するように）、制御装置５３０によってアクチュエータの駆動が制御され、当該アーム部５１０ａの動作が制御され得る。このように、力制御を用いることにより、術者が直接アーム部５１０ａに触れながら当該アーム部５１０ａを移動させることができるため、より容易でより直感的な操作が可能になる。なお、以下の説明では、術者が直接アーム部５１０ａに触れながら当該アーム部５１０ａを移動させる操作のことを、直接操作とも言う。
【００４３】  ただし、第１の実施形態はかかる例に限定されず、支持アーム装置５００ａの制御方式としては、位置制御が用いられてもよい。支持アーム装置５００ａが位置制御によって制御される場合には、支持アーム装置５００ａには、アーム部５１０ａを操作するための入力装置が設けられ得る。術者は、当該入力装置を介してアーム部５１０ａを動作させることができる。
【００４４】  なお、力制御又は位置制御によるアーム部５１０ａの具体的な駆動方法としては、各種の公知の方法が用いられてよいため、ここでは詳細な説明は省略する。
【００４５】  （１−２．関節部の構成及びアーム部の動作）  図１を参照して説明したように、アーム部５１０ａは、基端側から、ヨー軸（第６軸Ｏ６）、ピッチ軸（第５軸Ｏ５）、ピッチ軸（第４軸Ｏ４）、ヨー軸（第３軸Ｏ３）、ピッチ軸（第２軸Ｏ２）及びヨー軸（第１軸Ｏ１）が、この順に配置されて構成されている。
【００４６】  従って、アーム部５１０ａにおいては、第１軸Ｏ１まわりの回転が制御されることにより、撮像部５２０によって撮影される映像の向きが制御されることとなる。また、第２軸Ｏ２まわりの回転が制御されることにより、撮像部５２０の光軸のｘ−ｚ平面内での向きが制御されることとなる。また、第３軸Ｏ３まわりの回転が制御されることにより、撮像部５２０の光軸のｙ−ｚ平面内での向きが制御されることとなる。つまり、第１軸Ｏ１、第２軸Ｏ２及び第３軸Ｏ３は、撮像部５２０の光軸の向き、すなわち撮像部５２０の姿勢を規定する回転軸であると言える。
【００４７】  一方、第４軸Ｏ４、第５軸Ｏ５及び第６軸Ｏ６まわりの回転がそれぞれ制御されることにより、撮像部５２０の３次元空間内での位置が制御されることとなる。つまり、第４軸Ｏ４、第５軸Ｏ５及び第６軸Ｏ６は、撮像部５２０の位置を規定する回転軸であると言える。
【００４８】  このように、支持アーム装置５００ａのアーム部５１０ａは、その先端側に、先端に設けられるユニットの姿勢を規定し得る回転軸が配置され、その基端側に、当該ユニットの位置を規定し得る回転軸が配置される。なお、このような回転軸の配置は、第１の実施形態に特有のものではなく、一般的な支持アーム装置においても広く適用されているものである。
【００４９】  第１の実施形態では、第１軸Ｏ１〜第６軸Ｏ６のうち、基端側に設けられる、撮像部５２０の位置を規定し得る回転軸である第４軸Ｏ４〜第６軸Ｏ６が、駆動軸として構成される。すなわち、これらの回転軸に対応する関節部５１１ｄ〜５１１ｆにアクチュエータが設けられる。
【００５０】  また、先端側に設けられる、撮像部５２０の姿勢を規定し得る回転軸である第１軸Ｏ１〜第３軸Ｏ３は、受動軸として構成される。これらの回転軸に対応する関節部５１１ａ〜５１１ｃには、アクチュエータは設けられず、エンコーダのみが設けられる。
【００５１】  なお、図１では、理解のため、便宜的に、アクチュエータが設けられる関節部５１１ｄ〜５１１ｆに「Ａ」を付し、エンコーダのみが設けられる関節部５１１ａ〜５１１ｃに「Ｅ」を付すことにより、アクチュエータ及びエンコーダの配置を示している。
【００５２】  当該構成によれば、関節部５１１ｄ〜５１１ｆに設けられるアクチュエータの駆動が制御装置５３０によって適宜制御されることにより、アーム部５１０ａは、重力補償動作、位置微動動作及びピボット動作を実行可能である。
【００５３】  重力補償動作とは、いずれかのアクチュエータによって、当該アクチュエータが設けられる関節部（すなわち、いずれかの駆動軸に対応する関節部）よりも先端側のアーム部５１０ａの構成の重量を支持する動作である。重力補償動作時には、重量を支持するために、ピッチ軸である駆動軸が駆動されることとなる。第１の実施形態であれば、ピッチ軸である駆動軸（第４軸Ｏ４、第５軸Ｏ５）に対応する関節部５１１ｄ、５１１ｅに設けられるアクチュエータが、関節部５１１ｄよりも先端側の構成（すなわち、リンク５１２ｃ、関節部５１１ｃ、リンク５１２ｂ、関節部５１１ｂ、リンク５１２ａ、関節部５１１ａ及び撮像部５２０）の重量を支持するように駆動されることにより、重力補償動作が実現される。
【００５４】  具体的には、重力補償動作では、関節部５１１ａ〜５１１ｃに設けられるエンコーダにより、これら関節部５１１ａ〜５１１ｃにおける回転角度が検出される。制御装置５３０は、これら検出された回転角度に基づいて、先端側の構成の現在の重心位置を求める。そして、制御装置５３０は、その求められた先端側の構成の重心位置に基づいて、先端側の構成によって基端側に負荷されるモーメントを計算し、当該モーメントを打ち消すようなトルクを発生させるように、関節部５１１ｄ、５１１ｅに設けられるアクチュエータを駆動させる。
【００５５】  なお、制御装置５３０に予め入力されているアーム部５１０ａの内部モデルには、アーム部５１０ａの構造についての情報として、当該先端側の構成の重量についての情報が含まれている。従って、制御装置５３０は、求められた先端側の構成の重心位置についての情報と、先端側の構成の重量についての情報に基づいて、上記モーメントを計算することができる。
【００５６】  重力補償動作を行うことにより、アーム部５１０ａにおいては、カウンターウェイトが設けられなくても、その位置及び姿勢を保持することが可能となる。従って、より小型で軽量な支持アーム装置５００ａが実現され得る。
【００５７】  ここで、重力補償動作を行うためには、アーム部５１０ａの先端側の所定の構成の重量を、より基端側のいずれかの関節部において支持できればよいため、アーム部５１０ａに設けられる回転軸のうち、比較的基端側の少なくとも１軸が駆動軸として構成されていればよい。例えば、好適に、撮像部５２０の位置を規定し得る３軸（第４軸Ｏ４〜第６軸Ｏ６）のうちの少なくも１軸が駆動軸として構成され得る。換言すれば、重力補償動作を実現し得るアーム部５１０ａの構成は、必ずしも第１の実施形態に係るものに限定されず、上記の条件を満たせば、他の構成であってもよい。例えば、後述する第２〜第７の実施形態に係る支持アーム装置５００ｂ、５００ｃ、５００ｄ、２００ａ、２００ｂ、２００ｃは、いずれも、上記の条件を満たし得るものであり、重力補償動作が実現可能である。
【００５８】  また、位置微動動作とは、術者の操作に応じて、撮像部５２０を、ｘ軸方向、ｙ軸方向又はｚ軸方向に、微小な量だけ平行移動させる動作のことである。例えば、撮像部５２０が微小部位を拡大して撮影している場合には、撮像部５２０が僅かに移動しただけでも、観察範囲が大きく移動してしまう。従って、観察範囲を僅かに移動させたい場合には、撮像部５２０を極めて微小な量だけ移動させることが必要となる。この場合に、アーム部５１０ａを完全に自由に移動可能な状態にして、術者が撮像部５２０の位置を微調整しようとしても、撮像部５２０を所望の位置まで僅かに移動させることは困難である。そこで、位置微動動作を実行することにより、撮像部５２０を僅かに移動させることができ、観察範囲の移動をより容易に行うことが可能になる。
【００５９】  なお、位置微動動作は、支持アーム装置５００ａの制御方式として力制御が適用されている場合には、術者による直接操作に応じて実行されてよいし、支持アーム装置５００ａの制御方式として位置制御が適用されている場合には、術者がレバーや十字キー等の入力装置を介して入力した操作に応じて実行されてよい。前者の場合には、術者がアーム部５１０ａ又は撮像部５２０を動かそうとして加えた力が、駆動軸のアクチュエータのトルクセンサによって検出され、当該力の方向に撮像部５２０が微動するように、制御装置５３０によってアクチュエータが駆動され、アーム部５１０ａの動きが制御される。一方、後者の場合には、術者が入力装置を介して入力した方向に撮像部５２０が微動するように、制御装置５３０によってアクチュエータが駆動され、アーム部５１０ａの動きが制御される。
【００６０】  ここで、位置微動動作を行うためには、撮像部５２０の位置をアクチュエータの駆動により移動可能である必要があるため、少なくとも、撮像部５２０の位置を規定し得る３軸（第４軸Ｏ４〜第６軸Ｏ６）が駆動軸として構成されていればよい。換言すれば、位置微動動作を実現し得るアーム部５１０ａの構成は、必ずしも第１の実施形態に係るものに限定されず、上記の条件を満たせば、他の構成であってもよい。例えば、後述する第６及び第７の実施形態に係る支持アーム装置２００ｂ、２００ｃも、上記の条件を満たし得るものであり、位置微動動作が実現可能である。
【００６１】  また、ピボット動作とは、撮像部５２０の光軸が空間上の所定の点を向いた状態で、かつ、当該撮像部５２０が当該所定の点と一定の距離を保った状態で、当該撮像部５２０が移動する動作のことである。ピボット動作における基準となる上記所定の点のことを、ピボット点とも呼称する。例えば、ピボット点を術部３４１に設定した状態でピボット動作を行えば、術部３４１の方を常に向いた状態で、かつ、術部３４１と一定の距離を保った状態で、撮像部５２０を移動させることができるため、術部３４１を様々な角度から観察することが可能となり、術者の利便性が向上する。
【００６２】  ここで、ピボット動作時における制御装置５３０での処理について詳細に説明する。ピボット動作は、術者が撮像部５２０を移動させた際に、撮像部５２０の光軸が観察部位の方を向いた状態で、かつ、当該撮像部５２０と観察部位とが一定の距離を保った状態で、当該撮像部５２０が移動するように、制御装置５３０が駆動軸である第４軸Ｏ４〜第６軸Ｏ６の回転角度を制御することにより、実現される。つまり、ピボット動作時には、ユーザの操作に応じて受動軸である第１軸Ｏ１〜第３軸Ｏ３の回転角度（すなわち、先端側の構成の姿勢）が決定され、当該先端側の構成の姿勢に応じて制御装置５３０によってピボット動作を実現し得るような第４軸Ｏ４〜第６軸Ｏ６の回転角度が決定され、結果的に全ての回転軸における回転角度が一意に決定されることとなる。
【００６３】  図２及び図３を参照して、ピボット動作時における制御装置５３０での処理について説明する。図２は、ピボット動作時における制御装置５３０での処理について説明するための説明図である。なお、図２では、図１から支持アーム装置５００ａのみを抜き出して図示している。図３は、ピボット動作時における制御装置５３０での処理手順の一例を示すフロー図である。なお、図３に示す各処理は、制御装置５３０のプロセッサが所定のプログラムに従って動作することによって実行される。
【００６４】  図２に示すように、第１軸Ｏ１〜第６軸Ｏ６における回転角度を、それぞれ、ｑ１〜ｑ６とする。また、ピボット点をＸｆ＝（ｘｆ，ｙｆ，ｚｆ）と置く。ピボット点Ｘｆは、例えば、患者３４０の術部３４１である。また、第１軸Ｏ１〜第３軸Ｏ３に対応する関節部５１１ａ〜５１１ｃの間の構成は、いわゆる手首部に相当する部位であるが、この手首部の重心位置（ｗｒｉｓｔ  ｐｏｉｎｔ）をＸｗとする。更に、手首部の姿勢を表すベクトルである姿勢ベクトルｕを、第１軸Ｏ１〜第３軸Ｏ３の回転角度ｑ１〜ｑ３の関数として、ｕ＝ｆ（ｑ１，ｑ２，ｑ３）と表す。
【００６５】  ピボット動作時には、ピボット点Ｘｆ、及びピボット点Ｘｆからｗｒｉｓｔ  ｐｏｉｎｔ  Ｘｗまでの距離ｆは、予め設定されている。すなわち、制御装置５３０は、ピボット動作時に、ピボット点Ｘｆの空間上の座標（ｘｆ，ｙｆ，ｚｆ）及び、ピボット点Ｘｆからｗｒｉｓｔ  ｐｏｉｎｔ  Ｘｗまでの距離ｆについての情報を得ている。
【００６６】  図３を参照すると、ピボット動作時には、まず、ユーザの操作に応じて変化する第１軸Ｏ１〜第３軸Ｏ３の回転角度ｑ１、ｑ２、ｑ３が検出され、姿勢ベクトルｕ＝ｆ（ｑ１，ｑ２，ｑ３）が決定される（ステップＳ１０１）。具体的には、回転角度ｑ１、ｑ２、ｑ３は、関節部５１１ａ〜５１１ｃに設けられるエンコーダによって検出される。各エンコーダによる回転角度の検出値（ｑ１、ｑ２、ｑ３）が、制御装置５３０に送信され、制御装置５３０において、これらの検出値に基づいて、姿勢ベクトルｕが計算される。
【００６７】  次に、ピボット点Ｘｆ（ｘｆ，ｙｆ，ｚｆ）及び姿勢ベクトルｕ＝ｆ（ｑ１，ｑ２，ｑ３）から、ｗｒｉｓｔ  ｐｏｉｎｔ  Ｘｗが決定される（ステップＳ１０３）。ここで、一般的に、６自由度を有するように構成されるアーム部においては、１つの姿勢ベクトルｕに対して、所定のピボット点Ｘｆからの距離がｆであるようなｗｒｉｓｔ  ｐｏｉｎｔ  Ｘｗは、一意に決定され得る。上述したように、支持アーム装置５００ａのアーム部５１０ａは、６自由度を有するように構成されるため、第１の実施形態では、ステップＳ１０３において、ｗｒｉｓｔ  ｐｏｉｎｔ  Ｘｗが一意に決定されることとなる。
【００６８】  次に、決定されたｗｒｉｓｔ  ｐｏｉｎｔ  Ｘｗを実現するような、第４軸Ｏ４〜第６軸Ｏ６の回転角度ｑ４、ｑ５、ｑ６が決定される、（ステップＳ１０５）。ｗｒｉｓｔ  ｐｏｉｎｔ  Ｘｗが一意に決定されているため、それを実現するための回転角度ｑ４、ｑ５、ｑ６も一意に決定され得る。
【００６９】  そして、決定された回転角度ｑ４、ｑ５、ｑ６に従って、第４軸Ｏ４〜第６軸Ｏ６が駆動される、すなわち、関節部５１１ｄ〜５１１ｆに設けられるアクチュエータが駆動される（ステップＳ１０７）。これにより、ピボット動作が実現され得る。
【００７０】  ここで、ピボット動作を実現するためには、アーム部５１０ａを構成する全ての回転軸第１軸Ｏ１〜第６軸Ｏ６の回転角度ｑ１〜ｑ６が検出可能又は制御可能であること、並びに、ピボット点Ｘｆ、姿勢ベクトルｕ及びピボット点Ｘｆとｗｒｉｓｔ  ｐｏｉｎｔ  Ｘｗとの距離ｆが定まったときにｗｒｉｓｔ  ｐｏｉｎｔ  Ｘｗの空間上の座標が一意に決定され得るように、アーム部５１０ａが構成されればよい。換言すれば、ピボット動作を実現し得るアーム部５１０ａの構成は、必ずしも第１の実施形態に係るものに限定されず、上記の条件を満たせば、他の構成であってもよい。例えば、後述する第６及び第７の実施形態に係る支持アーム装置２００ｂ、２００ｃも、上記の条件を満たし得るものであり、ピボット動作が実現可能である。
【００７１】  なお、ピボット動作を行う際には、撮像部５２０としては、好適に、倍率調整機能及び／又はＡＦ機能を有するものが用いられることが好ましい。ピボット動作時には、ピボット点Ｘｆとｗｒｉｓｔ  ｐｏｉｎｔ  Ｘｗとの距離ｆは一定に保たれるが、当該距離ｆは、ピボット動作を実行するごとに設定され得る。従って、撮像部５２０の倍率及び焦点が調整不可能であれば、所定の距離ｆでのピボット動作時にしか鮮明な映像を得られないこととなるため、術者にとって利便性が高いとは言えない。撮像部５２０が倍率調整機能及び／又はＡＦ機能を有し、当該距離ｆに応じて、その倍率及び／又は焦点が適宜調整されることにより、当該距離ｆが互いに異なるピボット動作においても、所望の部位を、より鮮明に撮影することが可能となるため、術者の利便性を著しく向上させることができる。
【００７２】  以上、第１の実施形態について説明した。
【００７３】  （２．第２の実施形態）  本開示の第２の実施形態について説明する。なお、以下に説明する第２〜第４の実施形態においては、アーム部の各関節部におけるアクチュエータ及びエンコーダの配置が第１の実施形態と異なるだけであり、その他の事項については第１の実施形態と同様である。従って、以下の第２〜第４の実施形態についての説明では、第１の実施形態と相違する事項について主に説明し、第１の実施形態と重複する事項についてはその詳細な説明を省略することとする。
【００７４】  （２−１．システム及び支持アーム装置の構成）  図４を参照して、本開示の第２の実施形態に係る医療用システム及び支持アーム装置の構成について説明する。図４は、第２の実施形態に係る医療用システム及び支持アーム装置の概略構成を示す図である。
【００７５】  図４を参照すると、第２の実施形態に係る医療用システム１ｂは、支持アーム装置５００ｂと、表示装置４００と、から構成される。第２の実施形態に係る医療用システム１ｂの構成は、支持アーム装置５００ｂの構成が異なること以外は、上述した第１の実施形態に係る医療用システム１ａと同様である。
【００７６】  図４を参照すると、第２の実施形態に係る支持アーム装置５００ｂは、アーム部５１０ｂと、当該アーム部５１０ｂの先端に取り付けられる撮像部５２０と、支持アーム装置５００ｂの動作を制御する制御装置５３０と、を備える。支持アーム装置５００ｂの構成は、アーム部５１０ｂの各関節部５１１ａ〜５１１ｆに設けられるアクチュエータ及びエンコーダの配置以外は、第１の実施形態に係る支持アーム装置５００ａと同様である。
【００７７】  第２の実施形態では、アーム部５１０ｂにおいて、基端側に設けられる、撮像部５２０の位置を規定し得る回転軸である第４軸Ｏ４〜第６軸Ｏ６のうち、第４軸Ｏ４及び第５軸Ｏ５が駆動軸として構成される。すなわち、これらの回転軸に対応する関節部５１１ｄ、５１１ｅに、アクチュエータが設けられる。
【００７８】  また、先端側に設けられる、撮像部５２０の姿勢を規定し得る回転軸である第１軸Ｏ１〜第３軸Ｏ３は、受動軸として構成される。これらの回転軸に対応する関節部５１１ａ〜５１１ｃには、アクチュエータは設けられず、エンコーダのみが設けられる。
【００７９】  また、第６軸Ｏ６も受動軸として構成される。ただし、第６軸Ｏ６に対応する関節部５１１ｆの構成は任意であり、第６軸Ｏ６を受動軸として機能させれば、どのように構成されてもよい。例えば、関節部５１１ｆには、アクチュエータ及びエンコーダはいずれも設けられない。
【００８０】  なお、図２においても、図１と同様に、アクチュエータが設けられる関節部５１１ｄ、５１１ｅに「Ａ」を付し、エンコーダのみが設けられる関節部５１１ａ〜５１１ｃに「Ｅ」を付すことにより、アクチュエータ及びエンコーダの配置を示している。なお、任意に構成される関節部５１１ｆには「Ａ」も「Ｅ」も付さず、空欄としている。
【００８１】  当該構成によれば、第１の実施形態と同様に、関節部５１１ｄ、５１１ｅに設けられるアクチュエータの駆動が制御装置５３０によって適宜制御されることにより、アーム部５１０ｂは、重力補償動作を実行可能である。第２の実施形態における重力補償動作の詳細は、第１の実施形態と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。
【００８２】  以上、第２の実施形態について説明した。
【００８３】  （３．第３の実施形態）  （３−１．システム及び支持アーム装置の構成）  図５を参照して、本開示の第３の実施形態に係る医療用システム及び支持アーム装置の構成について説明する。図５は、第３の実施形態に係る医療用システム及び支持アーム装置の概略構成を示す図である。
【００８４】  図５を参照すると、第３の実施形態に係る医療用システム１ｃは、支持アーム装置５００ｃと、表示装置４００と、から構成される。第３の実施形態に係る医療用システム１ｃの構成は、支持アーム装置５００ｃの構成が異なること以外は、上述した第１の実施形態に係る医療用システム１ａと同様である。
【００８５】  図５を参照すると、第３の実施形態に係る支持アーム装置５００ｃは、アーム部５１０ｃと、当該アーム部５１０ｃの先端に取り付けられる撮像部５２０と、支持アーム装置５００ｃの動作を制御する制御装置５３０と、を備える。支持アーム装置５００ｃの構成は、アーム部５１０ｃの各関節部５１１ａ〜５１１ｆに設けられるアクチュエータ及びエンコーダの配置以外は、第１の実施形態に係る支持アーム装置５００ａと同様である。
【００８６】  第３の実施形態では、アーム部５１０ｃにおいて、基端側に設けられる、撮像部５２０の位置を規定し得る回転軸である第４軸Ｏ４〜第６軸Ｏ６のうち、第４軸Ｏ４及び第５軸Ｏ５が駆動軸として構成される。すなわちこれらの回転軸に対応する関節部５１１ｄ、５１１ｅに、アクチュエータが設けられる。
【００８７】  また、第２の実施形態と同様に、第６軸Ｏ６は受動軸として構成される。第６軸Ｏ６に対応する関節部５１１ｆの構成は任意であり、第６軸Ｏ６を受動軸として機能させれば、どのように構成されてもよい。例えば、関節部５１１ｆには、アクチュエータ及びエンコーダはいずれも設けられない。
【００８８】  また、先端側に設けられる、撮像部５２０の姿勢を規定し得る回転軸である第１軸Ｏ１〜第３軸Ｏ３は、受動軸として構成される。しかし、第１及び第２の実施形態とは異なり、これらの回転軸に対応する関節部５１１ａ〜５１１ｃには、アクチュエータ及びエンコーダは、いずれも設けられない。ただし、これら関節部５１１ａ〜５１１ｃに係る構成は、それぞれ、第１軸Ｏ１〜第３軸Ｏ３についてバランスが取れるように構成されている。ここで、回転軸についてバランスが取れている状態とは、当該回転軸に係る可動部の重心位置が当該回転軸と一致しており、当該回転軸まわりに当該可動部が回転しても、重心位置が変化しない状態のことを意味する。つまり、姿勢の変化にかかわらず重心位置が一定である状態である。
【００８９】  図６は、回転軸についてバランスが取れている状態について説明するための説明図である。図６では、説明のため、２つの回転軸を有する簡易的なアーム部６１０を図示している。アーム部６１０は、１軸目の回転軸に対応する関節部６０１と、２軸目の回転軸に対応する関節部６０３と、によって、リンクが接続されることによって構成されている。図中の破線で囲っている部位６０５は、関節部６０３における回転に伴って回転する部位、すなわち、２軸目の回転軸に係る可動部６０５を示している。
【００９０】  例えば、アーム部６１０が、２軸目の回転軸についてバランスが取れるように構成されているとする。この場合、例えばカウンターウェイト等によって、２軸目の回転軸と一致するように可動部６０５の重心位置が調整されている。重心位置がこのように調整されていると、図６（ａ）に示す状態から、図６（ｂ）に示す状態のように、可動部６０５が２軸目の回転軸まわりに回転したとしても、可動部６０５の重心位置は一定に保たれることとなる。アーム部６１０が更に３軸目の回転軸を有する場合について考えると、当該３軸目の回転軸に係る可動部についても同様に、３軸目の回転軸についてバランスが取れるように構成されているとすれば、３軸目の回転軸まわりの回転が生じたとしても３軸目の回転軸に係る可動部の重心位置も変化しない。従って、結果的に、２軸目の回転軸に係る可動部６０５及び３軸目の回転軸に係る可動部の重心位置はともに変化しないこととなる。
【００９１】  図５においても、図１等と同様に、アクチュエータが設けられる関節部５１１ｄ、５１１ｅに「Ａ」を付すことにより、アクチュエータの配置を示している。また、バランスが取れている回転軸を示すために、対応する関節部５１１ａ〜５１１ｃに「Ｂ」を付している。なお、任意に構成される関節部５１１ｆには「Ａ」も「Ｂ」も付さず、空欄としている。
【００９２】  当該構成によれば、第１及び第２の実施形態と同様に、関節部５１１ｄ、５１１ｅに設けられるアクチュエータの駆動が制御装置５３０によって適宜制御されることにより、アーム部５１０ｃは、重力補償動作を実行可能である。ただし、第３の実施形態では、重力補償動作時に制御装置５３０によって行われる処理は、第１及び第２の実施形態と異なる。
【００９３】  具体的には、第３の実施形態では、アーム部５１０ｃにおいて、先端側の回転軸である第１軸Ｏ１〜第３軸Ｏ３については、これらの各回転軸についてバランスが取れるように構成されているため、先端側の構成（リンク５１２ｃ、関節部５１１ｃ、リンク５１２ｂ、関節部５１１ｂ、リンク５１２ａ、関節部５１１ａ及び撮像部５２０）の重心位置は、当該先端側の構成の姿勢にかかわらず一定である。従って、第１及び第２の実施形態のように、エンコーダの検出値に基づいて重心位置を求める処理を行う必要がない。
【００９４】  第３の実施形態では、先端側の構成の重心位置についての情報が、予め制御装置５３０に入力されている。従って、制御装置５３０は、当該情報に基づいて、先端側の構成の姿勢にかかわらず、当該先端側の構成によって基端側に負荷されるモーメントを計算することができる。制御装置５３０が、計算されたモーメントを打ち消すようなトルクを発生させるように、関節部５１１ｄ、５１１ｅに設けられるアクチュエータを駆動させることにより、重力補償動作が実現される。
【００９５】  以上、第３の実施形態について説明した。
【００９６】  （４．第４の実施形態）  （４−１．システム及び支持アーム装置の構成）  図７を参照して、本開示の第４の実施形態に係る医療用システム及び支持アーム装置の構成について説明する。図７は、第４の実施形態に係る医療用システム及び支持アーム装置の概略構成を示す図である。
【００９７】  図７を参照すると、第４の実施形態に係る医療用システム１ｄは、支持アーム装置５００ｄと、表示装置４００と、から構成される。第４の実施形態に係る医療用システム１ｄの構成は、支持アーム装置５００ｄの構成が異なること以外は、上述した第１の実施形態に係る医療用システム１ａと同様である。
【００９８】  図７を参照すると、第４の実施形態に係る支持アーム装置５００ｄは、アーム部５１０ｄと、当該アーム部５１０ｄの先端に取り付けられる撮像部５２０と、支持アーム装置５００ｄの動作を制御する制御装置５３０と、を備える。支持アーム装置５００ｄの構成は、アーム部５１０ｄの各関節部５１１ａ〜５１１ｆに設けられるアクチュエータ及びエンコーダの配置以外は、第１の実施形態に係る支持アーム装置５００ａと同様である。
【００９９】  第４の実施形態では、アーム部５１０ｄにおいて、基端側に設けられる、撮像部５２０の位置を規定し得る回転軸である第４軸Ｏ４〜第６軸Ｏ６のうち、第４軸Ｏ４及び第５軸Ｏ５が駆動軸として構成される。すなわち、これらの回転軸に対応する関節部５１１ｄ、５１１ｅに、アクチュエータが設けられる。
【０１００】  また、先端側に設けられる、撮像部５２０の姿勢を規定し得る回転軸である第１軸Ｏ１〜第３軸Ｏ３は、受動軸として構成される。このうち、第２軸Ｏ２及び第３軸Ｏ３に対応する関節部５１１ｂ、５１１ｃにはエンコーダが設けられる。一方、第１軸Ｏ１に対応する関節部５１１ａには、アクチュエータもエンコーダも設けられない。ただし、関節部５１１ａに係る構成は、第１軸Ｏ１についてバランスが取れるように構成されている。
【０１０１】  また、第２及び第３の実施形態と同様に、第６軸Ｏ６は受動軸として構成される。第６軸Ｏ６に対応する関節部５１１ｆの構成は任意であり、第６軸Ｏ６を受動軸として機能させれば、どのように構成されてもよい。例えば、関節部５１１ｆには、アクチュエータ及びエンコーダはいずれも設けられない。
【０１０２】  図７においても、図１等と同様に、アクチュエータが設けられる関節部５１１ｄ、５１１ｅに「Ａ」を付し、エンコーダが設けられる関節部５１１ｂ、５１１ｃに「Ｅ」を付すことにより、アクチュエータ及びエンコーダの配置を示している。また、バランスが取れている回転軸を示すために、対応する関節部５１１ａに「Ｂ」を付している。なお、任意に構成される関節部５１１ｆには、「Ａ」、「Ｅ」、「Ｂ」をいずれも付さず、空欄としている。
【０１０３】  当該構成によれば、第１〜第３の実施形態と同様に、関節部５１１ｄ、５１１ｅに設けられるアクチュエータの駆動が制御装置５３０によって適宜制御されることにより、アーム部５１０ｄは、重力補償動作を実行可能である。
【０１０４】  第４の実施形態に係る重力補償動作では、関節部５１１ｂ、５１１ｃに設けられるエンコーダにより、これら関節部５１１ｂ、５１１ｃにおける回転角度が検出される。制御装置５３０は、これら検出された回転角度に基づいて、先端側の構成（すなわち、リンク５１２ｃ、関節部５１１ｃ、リンク５１２ｂ、関節部５１１ｂ、リンク５１２ａ、関節部５１１ａ及び撮像部５２０）のうち、関節部５１１ｂ、５１１ｃに係る構成についての現在の重心位置を求める。
【０１０５】  また、第１軸Ｏ１については、当該回転軸についてバランスが取れるように構成されているため、第１軸Ｏ１に係る構成（すなわち、関節部５１１ａに係る構成）の重心位置は、当該構成の姿勢にかかわらず一定である。制御装置５３０には、当該関節部５１１ａに係る構成の重心位置についての情報が、予め入力されている。
【０１０６】  制御装置５３０は、関節部５１１ｂ、５１１ｃに係る構成の重心位置についての情報と、関節部５１１ａに係る構成の重心位置についての情報と、に基づいて、先端側の構成の重心位置を求め、当該先端側の構成の重心位置に基づいて、当該先端側の構成によって基端側に負荷されるモーメントを計算することができる。制御装置５３０が、計算されたモーメントを打ち消すようなトルクを発生させるように、関節部５１１ｄ、５１１ｅに設けられるアクチュエータを駆動させることにより、重力補償動作が実現される。
【０１０７】  以上、第４の実施形態について説明した。
【０１０８】  （５．第５の実施形態）  本開示の第５の実施形態について説明する。なお、以下に説明する第５〜第７の実施形態においては、支持アーム装置のアーム部の構造が第１の実施形態と異なるだけであり、その他の事項については第１の実施形態と同様である。従って、以下の第５〜第７の実施形態についての説明では、第１の実施形態と相違する事項について主に説明し、第１の実施形態と重複する事項についてはその詳細な説明を省略することとする。
【０１０９】  （５−１．システム及び支持アーム装置の構成）  図８を参照して、本開示の第５の実施形態に係る医療用システム及び支持アーム装置の構成について説明する。図８は、第５の実施形態に係る医療用システム及び支持アーム装置の概略構成を示す図である。
【０１１０】  図８を参照すると、第５の実施形態に係る医療用システム１ｅは、支持アーム装置２００ａと、表示装置４００と、から構成される。第５の実施形態に係る医療用システム１ｅの構成は、支持アーム装置２００ａの構成が異なること以外は、上述した第１の実施形態に係る医療用システム１ａと同様である。
【０１１１】  図８を参照すると、第５の実施形態に係る支持アーム装置２００ａは、アーム部２１０ａと、当該アーム部２１０ａの先端に取り付けられる撮像部２２０と、支持アーム装置２００ａの動作を制御する制御装置２３０と、を備える。なお、撮像部２２０及び制御装置２３０は、第１の実施形態における撮像部５２０及び制御装置５３０と同様の構成及び機能を有するものである。
【０１１２】  アーム部２１０ａは、その基端部が手術室内の天井に取り付けられ、天井から吊り下げられるように設置される。アーム部２１０ａは、各回転軸（先端側から順に、第１軸Ｏ１、第２軸Ｏ２、第３軸Ｏ２、第４軸Ｏ４、第５軸Ｏ５及び第６軸Ｏ６）に対応する位置にそれぞれ設けられる関節部２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄ、２１１ｅ、２１１ｆと、関節部２１１ｂ〜２１１ｆによって互いに回動可能に連結される複数のリンク２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄ、２１２ｅ、２１２ｆと、から構成される。また、アーム部２１０ａの先端には、関節部２１１ａを介して撮像部２２０が取り付けられる。
【０１１３】  なお、図８では、リンク２１２ａ〜２１２ｆを矩形断面を有する棒状の部材として図示しているが、リンク２１２ａ〜２１２ｆの形状はかかる例に限定されず、その断面は円形、楕円等、各種の形状であってよい。リンク２１２ａ〜２１２ｆの具体的な構造としては、一般的な支持アーム装置のリンクとして用いられる各種のものが適用されてよい。
【０１１４】  また、図８では、関節部２１１ａ〜２１１ｆを、簡易的に円柱によって図示しているが、実際には、関節部２１１ａ〜２１１ｆは、回転軸となるシャフト及び当該シャフトを軸支する軸受け等を有し、一の部材に対して他の部材を回動可能な部材であり得る。ただし、上述してきた各実施形態と同様に、第５の実施形態も、関節部２１１ａ〜２１１ｆに対して設けられるアクチュエータ及びエンコーダの配置に特徴がある。第５の実施形態では、関節部２１１ａ〜２１１ｆは、一の部材に対して他の部材を回動可能に構成され、かつ、後述するアクチュエータ及びエンコーダの配置を実現し得るように構成されればよく、その他の具体的な構造としては、一般的な支持アーム装置の関節部として用いられる各種のものが適用されてよい。
【０１１５】  アーム部２１０ａの構成について詳細に説明する。略鉛直方向に延伸するリンク２１２ｆの基端が天井に取り付けられる。リンク２１２ｆの先端は、関節部２１１ｆを介してリンク２１２ｅの基端と連結され、リンク２１２ｆは、当該関節部２１１ｆを介してリンク２１２ｅを回動可能に支持する。
【０１１６】  以下、同様に、リンク２１２ｅ、２１２ｄ、２１２ｃ、２１２ｂの先端が、それぞれ、関節部２１１ｅ、２１１ｄ、２１１ｃ、２１１ｂを介して、リンク２１２ｄ、２１２ｃ、２１２ｂ、２１２ａの基端と連結される。そして、リンク２１２ｅ、２１２ｄ、２１２ｃ、２１２ｂは、それぞれ、関節部２１１ｅ、２１１ｄ、２１１ｃ、２１１ｂを介して、リンク２１２ｄ、２１２ｃ、２１２ｂ、２１２ａを回動可能に支持する。
【０１１７】  リンク２１２ａの先端には、関節部２１１ａを介して、撮像部２２０が連結される。リンク２１２ａは、関節部２１１ａを介して、撮像部２２０を回動可能に支持する。
【０１１８】  このように、天井と接続されるリンク２１２ｆの基端を支点として、複数のリンク２１２ａ〜２１２ｆの端同士が、関節部２１１ｂ〜２１１ｆによって互いに連結されることにより、天井から延伸されるアーム形状が構成される。
【０１１９】  ここで、アーム部２１０ａでは、各回転軸のうち、第１軸Ｏ１〜第４軸Ｏ４については、その回転軸の方向が、第１の実施形態と同様である。すなわち、第１軸Ｏ１及び第３軸Ｏ２はヨー軸であり、第２軸Ｏ２及び第４軸Ｏ４はピッチ軸である。一方、アーム部２１０ａでは、第５軸Ｏ５及び第６軸Ｏ６については、その回転軸の方向が、第１の実施形態と異なる。
【０１２０】  アーム部２１０ａでは、第５軸Ｏ５及び第６軸Ｏ６は、ともに、鉛直方向（ｚ軸方向）と平行な回転軸を有する。そして、第５軸Ｏ５に対応する関節部２１１ｅ及び第６軸Ｏ６に対応する関節部２１１ｆに接続されるリンク２１２ｄ、２１２ｅは、略水平方向に延伸する。第５軸Ｏ５及び第６軸Ｏ６まわりの回転により、これらリンク２１２ｄ、２１２ｅは、その一端を基点として水平面内で回転することとなる。
【０１２１】  このように、アーム部２１０ａの第５軸Ｏ５及び第６軸Ｏ６に係る構成は、いわゆる水平多関節構造である。水平多関節構造を有することにより、例えば、万が一当該水平多関節構造に係るアクチュエータが誤動作した場合であっても、アーム部２１０ａの水平面内での移動しか引き起こさないため、アーム部２１０ａの先端の位置が大きく上下動する事態を回避することができる。よって、より安全な医療用システム１ｅを提供することが可能となる。
【０１２２】  第５の実施形態では、アーム部２１０ａにおいて、基端側に設けられる、撮像部２２０の位置を規定し得る回転軸である第４軸Ｏ４〜第６軸Ｏ６のうち、第４軸Ｏ４及び第５軸Ｏ５が駆動軸として構成される。すなわち、これらの回転軸に対応する関節部２１１ｄ、２１１ｅに、アクチュエータが設けられる。
【０１２３】  また、先端側に設けられる、撮像部２２０の姿勢を規定し得る回転軸である第１軸Ｏ１〜第３軸Ｏ３は、受動軸として構成される。これらの回転軸に対応する関節部２１１ａ〜２１１ｃには、アクチュエータは設けられず、エンコーダのみが設けられる。また、第６軸Ｏ６も受動軸として構成され、当該回転軸に対応する関節部２１１ｆにも、エンコーダのみが設けられる。
【０１２４】  なお、図８では、図１等と同様に、アクチュエータが設けられる関節部２１１ｄ〜２１１ｆに「Ａ」を付し、エンコーダのみが設けられる関節部２１１ａ〜２１１ｃに「Ｅ」を付すことにより、アクチュエータ及びエンコーダの配置を示している。
【０１２５】  当該構成によれば、関節部２１１ｄに設けられるアクチュエータの駆動が制御装置２３０によって適宜制御されることにより、アーム部２１０ａは、重力補償動作を実行可能である。
【０１２６】  具体的には、重力補償動作では、制御装置２３０が、エンコーダによって検出された関節部２１１ａ〜２１１ｃの回転角度に基づいて、先端側の構成（リンク２１２ｃ、関節部２１１ｃ、リンク２１２ｂ、関節部２１１ｂ、リンク２１２ａ、関節部２１１ａ及び撮像部２２０）の重心位置を求める。そして、制御装置２３０は、その求められた先端側の構成の重心位置に基づいて、当該先端側の構成によって基端側に負荷されるモーメントを計算し、当該モーメントを打ち消すようなトルクを発生させるように、関節部２１１ｄに設けられるアクチュエータを駆動させる。
【０１２７】  以上、第５の実施形態について説明した。
【０１２８】  （６．第６の実施形態）  （６−１．システム及び支持アーム装置の構成）  図９を参照して、本開示の第６の実施形態に係る医療用システム及び支持アーム装置の構成について説明する。図９は、第６の実施形態に係る医療用システム及び支持アーム装置の概略構成を示す図である。
【０１２９】  図９を参照すると、第６の実施形態に係る医療用システム１ｆは、支持アーム装置２００ｂと、表示装置４００と、から構成される。第６の実施形態に係る医療用システム１ｆの構成は、支持アーム装置２００ｂの構成が異なること以外は、上述した第１の実施形態に係る医療用システム１ａと同様である。
【０１３０】  図９を参照すると、第６の実施形態に係る支持アーム装置２００ｂは、アーム部２１０ｂと、当該アーム部２１０ｂの先端に取り付けられる撮像部２２０と、支持アーム装置２００ｂの動作を制御する制御装置２３０と、を備える。支持アーム装置２００ｂの構成は、アーム部２１０ｂの各関節部２１１ａ〜２１１ｆに設けられるアクチュエータ及びエンコーダの配置以外は、第５の実施形態に係る支持アーム装置２００ａと同様であるため、重複する事項についてはその説明を省略する。
【０１３１】  アーム部２１０ｂにおけるアクチュエータ及びエンコーダの配置は、第１の実施形態と同様である。すなわち、第６の実施形態では、第１軸Ｏ１〜第６軸Ｏ６のうち、基端側に設けられる、撮像部２２０の位置を規定し得る回転軸である第４軸Ｏ４〜第６軸Ｏ６が、駆動軸として構成される。すなわち、これらの回転軸に対応する関節部２１１ｄ〜２１１ｆに、アクチュエータが設けられる。
【０１３２】  また、先端側に設けられる、撮像部２２０の姿勢を規定し得る回転軸である第１軸Ｏ１〜第３軸Ｏ３は、受動軸として構成される。これらの回転軸に対応する関節部２１１ａ〜２１１ｃには、アクチュエータは設けられず、エンコーダのみが設けられる。
【０１３３】  なお、図９では、図１等と同様に、アクチュエータが設けられる関節部２１１ｄ〜２１１ｆに「Ａ」を付し、エンコーダのみが設けられる関節部２１１ａ〜２１１ｃに「Ｅ」を付すことにより、アクチュエータ及びエンコーダの配置を示している。
【０１３４】  当該構成によれば、関節部２１１ｄに設けられるアクチュエータの駆動が制御装置２３０によって適宜制御されることにより、アーム部２１０ｂは、重力補償動作を実行可能である。また、当該構成によれば、関節部２１１ｄ〜２１１ｆに設けられるアクチュエータの駆動が制御装置２３０によって適宜制御されることにより、アーム部２１０ｂは、位置微動動作及びピボット動作を実行可能である。
【０１３５】  重力補償動作では、制御装置２３０において、第５の実施形態と同様の処理が行われる。具体的には、制御装置２３０が、エンコーダによって検出された関節部２１１ａ〜２１１ｃの回転角度に基づいて、先端側の構成（リンク２１２ｃ、関節部２１１ｃ、リンク２１２ｂ、関節部２１１ｂ、リンク２１２ａ、関節部２１１ａ及び撮像部２２０）の重心位置を求める。そして、制御装置２３０は、その求められた先端側の構成の重心位置に基づいて、当該先端側の構成によって基端側に負荷されるモーメントを計算し、当該モーメントを打ち消すようなトルクを発生させるように、関節部２１１ｄに設けられるアクチュエータを駆動させる。
【０１３６】  また、位置微動動作及びピボット動作では、制御装置２３０において、第１の実施形態と同様の処理が行われる。具体的には、位置微動動作では、制御装置２３０が、術者による操作入力に応じて、当該操作入力に応じた方向に撮像部２２０を平行移動させるように、関節部２１１ｄ〜２１１ｆに設けられるアクチュエータを駆動させる。
【０１３７】  ピボット動作では、術者の操作に応じて決定される関節部２１１ａ〜２１１ｃの回転角度がエンコーダによって検出され、制御装置２３０は、当該エンコーダの検出値と、拘束したいピボット点から、ピボット動作を実現するような駆動軸（第４軸Ｏ４〜第６軸Ｏ６）の角度を算出する。そして、制御装置２３０が、当該角度に従って、関節部２１１ｄ〜２１１ｆに設けられるアクチュエータを駆動させる。
【０１３８】  以上、第６の実施形態について説明した。
【０１３９】  （７．第７の実施形態）  （７−１．システム及び支持アーム装置の構成）  図１０を参照して、本開示の第７の実施形態に係る医療用システム及び支持アーム装置の構成について説明する。図１０は、第７の実施形態に係る医療用システム及び支持アーム装置の概略構成を示す図である。
【０１４０】  図１０を参照すると、第７の実施形態に係る医療用システム１ｇは、支持アーム装置２００ｃと、表示装置４００と、から構成される。第７の実施形態に係る医療用システム１ｇの構成は、支持アーム装置２００ｃの構成が異なること以外は、上述した第１の実施形態に係る医療用システム１ａと同様である。
【０１４１】  図１０を参照すると、第７の実施形態に係る支持アーム装置２００ｃは、アーム部２１０ｃと、当該アーム部２１０ｃの先端に取り付けられる撮像部２２０と、支持アーム装置２００ａの動作を制御する制御装置２３０と、を備える。
【０１４２】  第７の実施形態に係るアーム部２１０ｃは、第６の実施形態に係るアーム部２１０ｂと略同様の構成を有する。ただし、アーム部２１０ｃでは、第４軸Ｏ４に対応する関節部２１１ｄの代わりに、直動機構が設けられている。
【０１４３】  具体的には、アーム部２１０ｃでは、第３軸Ｏ３に対応する関節部２１１ｃに先端が接続されるリンク２１２ｃが、略Ｌ字形状を有するように構成され、その短辺に当たる部位が略水平方向に延伸するとともに、その長辺に当たる部位が略鉛直方向に延伸するように配置される。短辺に当たる部位の先端が、関節部２１１ｃに接続される。そして、長辺に当たる部位の略鉛直方向に延伸する面に、第５軸Ｏ５に対応する関節部２１１ｅに基端が接続されるリンク２１２ｄの先端が、略垂直に当接するように接続される。
【０１４４】  リンク２１２ｃの長辺に当たる部位の、リンク２１２ｄの先端との当接面には、レール等のガイド機構がその長辺方向に沿って形成されており、リンク２１２ｄの先端は、当該ガイド機構に連結される。当該ガイド機構によって、リンク２１２ｃから先端側の構成は、リンク２１２ｄに対して、鉛直方向に並進可能となる。
【０１４５】  このように、第７の実施形態に係るアーム部２１０ｃは、上述した第５及び第６の実施形態に係るアーム部２１０ａ、２１０ｂの構成に対して、関節部２１１ｄが直動機構に置換されたもの、すなわち、回転軸（第４軸Ｏ４）が並進軸に置換されたものに対応する。第４軸Ｏ４はピッチ軸、すなわち、第４軸Ｏ４の先端側の構成を上下方向に動かすように回転させる回転軸であったため、第４軸Ｏ４が鉛直方向の並進軸に置き換えられたとしても、アーム部２１０ｃは、アーム部２１０ａ、２１０ｂと同様の６自由度を有することができる。
【０１４６】  なお、本明細書では、回転軸及び並進軸を総称して、可動軸と呼称することとする。上述した第１〜第６の実施形態では、全ての可動軸が回転軸であるようにアーム部５１０ａ、５１０ｂ、５１０ｃ、５１０ｄ、２１０ａ、２１０ｂが構成されていたが、第７の実施形態のように、回転軸及び並進軸が混在するように構成されたアーム部２１０ｃであっても、少なくとも６自由度を有するように当該アーム部２１０ｃが適宜構成されることにより、第１〜第６の実施形態と同様に、重力補償動作等を実現することができる。このように、本開示においては、アーム部は、少なくとも６自由度を有するように構成されればよく、当該アーム部における各可動軸は、回転軸であってもよいし、並進軸であってもよい。
【０１４７】  第７の実施形態では、第１軸Ｏ１〜第３軸Ｏ３、第５軸Ｏ５、第６軸Ｏ６のうち、基端側に設けられる、撮像部２２０の位置を規定し得る回転軸である第５軸Ｏ５及び第６軸Ｏ６が、駆動軸として構成される。すなわち、これらの回転軸に対応する関節部２１１ｅ、２１１ｆに、アクチュエータが設けられる。
【０１４８】  また、直動機構に対応する並進軸は、第４軸Ｏ４の役割を果たすものであり、当該並進軸も撮像部２２０の位置を規定し得る可動軸である。第７の実施形態では、当該並進軸も駆動軸として構成される。すなわち、当該並進軸に対応する直動機構にも、アクチュエータが設けられる。当該アクチュエータは、リンク２１２ｃから先端側の構成を、リンク２１２ｄに対して、鉛直方向に並進させる。また、当該アクチュエータにもエンコーダが設けられ得るが、当該エンコーダは、リンク２１２ｃから先端側の構成の並進距離を検出するリニアエンコーダである。
【０１４９】  また、先端側に設けられる、撮像部２２０の姿勢を規定し得る回転軸である第１軸Ｏ１〜第３軸Ｏ３は、受動軸として構成される。これらの回転軸に対応する関節部２１１ａ〜２１１ｃには、アクチュエータは設けられず、エンコーダのみが設けられる。このように、第４軸Ｏ４が並進軸に置き換えられているという違いはあるものの、アーム部２１０ｃにおけるアクチュエータ及びエンコーダの配置は、第６の実施形態に係るアーム部２１０ｂと同様である。
【０１５０】  なお、図１０では、図１等と同様に、アクチュエータが設けられる関節部２１１ｄ〜２１１ｆ及び直動機構に「Ａ」を付し、エンコーダのみが設けられる関節部２１１ａ〜２１１ｃに「Ｅ」を付すことにより、アクチュエータ及びエンコーダの配置を示している。
【０１５１】  当該構成によれば、直動機構に設けられるアクチュエータの駆動が制御装置２３０によって適宜制御されることにより、アーム部２１０ｃは、重力補償動作を実行可能である。また、当該構成によれば、関節部２１１ｅ、２１１ｆに設けられるアクチュエータ及び直動機構に設けられるアクチュエータの駆動が制御装置２３０によって適宜制御されることにより、アーム部２１０ａは、位置微動動作及びピボット動作を実行可能である。
【０１５２】  重力補償動作、位置微動動作及びピボット動作では、制御装置２３０において、第６の実施形態と同様の処理が行われる。具体的には、重力補償動作では、制御装置２３０が、エンコーダによって検出された関節部２１１ａ〜２１１ｃの回転角度に基づいて、先端側の構成（リンク２１２ｃ、関節部２１１ｃ、リンク２１２ｂ、関節部２１１ｂ、リンク２１２ａ、関節部２１１ａ及び撮像部２２０）の重心位置を求める。そして、制御装置２３０は、その求められた先端側の構成の重心位置に基づいて、当該先端側の構成によって基端側に負荷されるモーメントを計算し、当該モーメントを打ち消すようなトルクを発生させるように、直動機構に設けられるアクチュエータを駆動させる。
【０１５３】  位置微動動作では、制御装置２３０が、術者による操作入力に応じて、当該操作入力に応じた方向に撮像部２２０を平行移動させるように、関節部２１１ｅ、２１１ｆに設けられるアクチュエータ及び直動機構に設けられるアクチュエータを駆動させる。
【０１５４】  ピボット動作では、術者の操作に応じて決定される関節部２１１ａ〜２１１ｃの回転角度がエンコーダによって検出され、制御装置２３０は、当該エンコーダの検出値と、拘束したいピボット点から、ピボット動作を実現するような駆動軸の変化量（すなわち、並進軸の移動距離及び第５軸Ｏ５及び第６軸Ｏ６の回転角度）を算出する。そして、制御装置２３０が、当該変化量に従って、関節部２１１ｅ、２１１ｆに設けられるアクチュエータ及び直動機構に設けられるアクチュエータを駆動させる。
【０１５５】  以上、第７の実施形態について説明した。
【０１５６】  （８．まとめ）  以上説明した第１〜第７の実施形態についてまとめる。
【０１５７】  以上説明したように、第１〜第７の実施形態に係る支持アーム装置５００ａ、５００ｂ、５００ｃ、５００ｄ、２００ａ、２００ｂ、２００ｃでは、いずれも、重力補償動作が実行可能である。これにより、カウンターウェイトが設けられなくても、アーム部５１０ａ、５１０ｂ、５１０ｃ、５１０ｄ、２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃは、その位置及び姿勢を保持することが可能となる。従って、術者の操作性を損なうことなく、より小型で軽量な支持アーム装置５００ａ、５００ｂ、５００ｃ、５００ｄ、２００ａ、２００ｂ、２００ｃが実現され得る。よって、手術室内のスペースを占有することなく、また、図示したような天井からアーム部５１０ａ、５１０ｂ、５１０ｃ、５１０ｄ、２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃが吊り下げられた構成とした場合であっても、比較的容易に設置することが可能となる。
【０１５８】  また、支持アーム装置５００ａ、５００ｂ、５００ｃ、５００ｄ、２００ａ、２００ｂ、２００ｃでは、アーム部５１０ａ、５１０ｂ、５１０ｃ、５１０ｄ、２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃの駆動がアクチュエータによって行われるため、アクチュエータでイナーシャ分をアシストするように当該アーム部５１０ａ、５１０ｂ、５１０ｃ、５１０ｄ、２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃを駆動することにより、カウンターウェイトが設けられるいわゆるバランスアームと比較して、素早く軽快に操作することが可能になる。
【０１５９】  ここで、カウンターウェイトを設けずに、アーム部の位置及び姿勢を保持するための方法として、当該アーム部の全ての関節部にアクチュエータを設ける方法（すなわち、全ての回転軸を駆動軸として構成する方法）も考えられる。しかしながら、当該構成では、多くのアクチュエータが必要となるため、コストが大幅に増大する。また、アーム部の先端付近の関節部にもアクチュエータが配置されるため、当該先端付近の構成が大型化、重量化する。先端付近の構成が大型化してしまうと、撮影された映像を観察する術者の視野や、術者の作業空間が、当該先端付近の構成によって妨げられてしまい、手術の円滑な実行に支障をきたす恐れがある。
【０１６０】  一方、支持アーム装置５００ａ、５００ｂ、５００ｃ、５００ｄ、２００ａ、２００ｂ、２００ｃでは、アクチュエータが、一部の関節部にのみ設けられる。従って、上記のような全ての関節部にアクチュエータが設けられる構成に比べて、コストを低減することができる。また、支持アーム装置５００ａ、５００ｂ、５００ｃ、５００ｄ、２００ａ、２００ｂ、２００ｃでは、アクチュエータが設けられる関節部は、比較的基端側の関節部（例えば、撮像部５２０、２２０の位置を規定し得る関節部５１１ａ、５１１ｂ、５１１ｃ、２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ）であり得る。よって、先端付近の構成を小型化することができ、術者の視野や術者の作業空間をより容易に確保することが可能となる。
【０１６１】  更に、第１、第６及び第７の実施形態に係る支持アーム装置５００ａ、２００ｂ、２００ｃでは、重力補償動作に加えて、位置微動動作及びピボット動作も実行可能である。このように、これら支持アーム装置５００ａ、２００ｂ、２００ｃによれば、小型でありながら、かつ、位置微動動作及びピボット動作といった、術者の利便性をより高める動作を実行することが可能になる。
【０１６２】  （９．補足）  以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１６３】  また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的又は例示的なものであって限定的なものではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、又は上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏し得る。
【０１６４】  例えば、上記実施形態では、医療用の支持アーム装置５００ａ、５００ｂ、５００ｃ、５００ｄ、２００ａ、２００ｂ、２００ｃについて説明したが、本技術はかかる例に限定されない。例えば、上述した各実施形態に係る支持アーム装置５００ａ、５００ｂ、５００ｃ、５００ｄ、２００ａ、２００ｂ、２００ｃは、工場における製品の製造工程、検査工程等、工業用途で用いられてもよい。
【０１６５】  なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。（１）先端に医療用器具が設けられ、少なくとも６自由度を有するように可動軸が配置されて構成されるアーム部、  を備え、  前記可動軸のうち、先端側に設けられる、前記医療用器具の姿勢を規定する可動軸は、外部からの力に追従して回転する受動軸であり、基端側に設けられる、前記医療用器具の位置を規定する少なくとも１つの可動軸は、アクチュエータによって駆動される駆動軸である、  医療用支持アーム装置。（２）前記駆動軸は、前記駆動軸よりも先端側の構成の重量を支持する重力補償動作を行うように駆動される、  前記（１）に記載の医療用支持アーム装置。（３）前記駆動軸よりも先端側に設けられる可動軸に対して、当該可動軸における変化量を検出するエンコーダが設けられ、  前記駆動軸は、前記エンコーダの検出値を用いて算出される前記駆動軸よりも先端側の構成の重心位置に基づいて、前記重力補償動作を行うように駆動される、  前記（２）に記載の医療用支持アーム装置。（４）前記駆動軸よりも先端側の構成は、姿勢の変化にかかわらず重心位置が一定であるように構成され、  前記駆動軸は、前記重心位置に基づいて、前記重力補償動作を行うように駆動される、  前記（２）に記載の医療用支持アーム装置。（５）前記アーム部の６自由度に対応する６つの可動軸のうち、基端側の３つの可動軸は駆動軸であり、先端側の３つの可動軸は受動軸であり、  受動軸である３つの可動軸に対して、それぞれ、当該可動軸における変化量を検出するエンコーダが設けられ、  前記駆動軸は、前記医療用器具が、空間上の所定の点を向いた状態で、かつ当該所定の点との距離が一定に保たれた状態で移動するピボット動作を行うように駆動される、  前記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の医療用支持アーム装置。（６）前記アーム部の６自由度に対応する６つの可動軸のうち、基端側の３つの可動軸は駆動軸であり、先端側の３つの可動軸は受動軸であり、  受動軸である３つの可動軸に対して、それぞれ、当該可動軸における変化量を検出するエンコーダが設けられ、  前記駆動軸は、ユーザの操作に応じて前記医療用器具をいずれかの方向に微動させる微動動作を行うように駆動される、  前記（１）〜（５）のいずれか１項に記載の医療用支持アーム装置。（７）前記アーム部は、水平多関節構造を含む、  前記（１）〜（６）のいずれか１項に記載の医療用支持アーム装置。（８）前記アーム部に設けられる可動軸のうち少なくとも１つは、一のリンクに対して他のリンクを所定の方向に並進させる軸を表す並進軸である、  前記（１）〜（７）のいずれか１項に記載の医療用支持アーム装置。（９）前記医療用器具は、術部の映像を撮影する撮像部である、  前記（１）〜（８）のいずれか１項に記載の医療用支持アーム装置。（１０）前記撮像部はＡＦ機能を有する、  前記（９）に記載の医療用支持アーム装置。（１１）術部を観察するために当該術部の映像を撮影する観察装置と、  撮影された前記映像を表示する表示装置と、を備え、  前記観察装置は、  先端に前記映像を撮影する撮像部が設けられ、少なくとも６自由度を有するように可動軸が配置されて構成されるアーム部、を備え、  前記アーム部��おいては、アーム部前記可動軸のうち、先端側に設けられる、前記撮像部の姿勢を規定する可動軸は、外部からの力に追従して回転する受動軸であり、基端側に設けられる、前記撮像部の位置を規定する少なくとも１つの可動軸は、アクチュエータによって駆動される駆動軸である、  医療用システム。
【符号の説明】
【０１６６】  １ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ    医療用システム  ４００    表示装置  ５００ａ、５００ｂ、５００ｃ、５００ｄ、２００ａ、２００ｂ、２００ｃ    支持アーム装置  ５１０ａ、５１０ｂ、５１０ｃ、５１０ｄ、２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ    アーム部  ５１１ａ、５１１ｂ、５１１ｃ、５１１ｄ、５１１ｅ、５１１ｆ、２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄ、２１１ｅ、２１１ｆ    関節部  ５１２ａ、５１２ｂ、５１２ｃ、５１２ｄ、５１２ｅ、５１２ｆ、２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄ、２１２ｅ、２１２ｆ    リンク  ５２０、２２０    撮像部  ５３０、２３０    制御装置
【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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【国際調査報告】
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