(57)【要約】  医療用マニピュレータシステムの制御部（１００）は、第一マニピュレータ及び第二マニピュレータの位置を認識する位置認識部（１０１）と、第一移動経路に沿って第一マニピュレータを移動させた場合に第二マニピュレータに干渉するか否かを予測する干渉予測部（１０３）と、第一マニピュレータが第二マニピュレータに干渉しないと干渉予測部（１０３）が予測した場合には第一モード、第一マニピュレータが第二マニピュレータに干渉すると干渉予測部（１０３）が予測した場合には第二モードとなるように第一モードと第二モードとのいずれか一方を選択し、第一モード又は第二モードで制御部（１００）が動作している間にトルクセンサ（１４）が第一マニピュレータと障害物との接触を検知した場合に第一モード又は第二モードから第三モードへ移行するように複数の動作モードから１つのモードを選択するモード選択部（１０７）と、を有する。
2017126101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
関節群を有する第一マニピュレータと、
前記第一マニピュレータを操作するための指令を発する第一操作部と、
前記指令を受け付けて複数の動作モードのうちの１つの動作モードに応じて前記第一マニピュレータを制御する制御部と、
前記第一マニピュレータと障害物とが接触したことを検知する接触検知部と、
前記第一マニピュレータとは独立して又は協働して動作可能な第二マニピュレータと、
を備え、
前記関節群は、
第一グループに属する１以上の関節と、
第二グループに属する１以上の関節と、
を有し、
前記複数の動作モードは、
前記第一グループに属する関節のみを用いて前記第一マニピュレータを動作させる第一移動経路に沿って前記第一マニピュレータが移動するように前記第一マニピュレータを制御する第一モードと、
前記第一グループに属する関節及び前記第二グループに属する関節を用いて前記第一マニピュレータを移動させる第二移動経路に沿って前記第一マニピュレータが移動するように前記第一マニピュレータを制御する第二モードと、
前記接触検知部が前記第一マニピュレータと前記障害物との接触を検知したときに前記接触を解消するように前記第一マニピュレータを動作させる第三モードと、
を含み、
前記制御部は、
前記第一マニピュレータ及び前記第二マニピュレータの位置を認識する位置認識部と、
前記第一移動経路に沿って前記第一マニピュレータを移動させた場合に前記第二マニピュレータに干渉するか否かを予測する干渉予測部と、
前記第一マニピュレータが前記第二マニピュレータに干渉しないと前記干渉予測部が予測した場合には第一モード、前記第一マニピュレータが前記第二マニピュレータに干渉すると前記干渉予測部が予測した場合には第二モードとなるように前記第一モードと前記第二モードとのいずれか一方を選択し、前記第一モード又は前記第二モードで前記制御部が動作している間に前記接触検知部が前記第一マニピュレータと前記障害物との接触を検知した場合に前記第一モード又は前記第二モードから前記第三モードへ移行するように複数の動作モードから１つのモードを選択するモード選択部と、
を有し、
前記制御部は、前記第二モードにおいて、前記第二マニピュレータの位置を迂回する経路を前記第二移動経路として設定する
ことを特徴とする医療用マニピュレータシステム。
【請求項２】
前記第二グループに含まれる関節は前記第一グループに含まれる関節と冗長関係にある冗長関節を含む請求項１に記載の医療用マニピュレータシステム。
【請求項３】
前記制御部は、前記第三モードにおける前記第一マニピュレータの制御手順として
前記指令に基づく前記第一マニピュレータの制御を停止する指令停止ステップと、
前記障害物との接触を解消するための前記第一マニピュレータの移動量を算出する移動量算出ステップと、
前記移動量算出ステップにおいて算出された移動量だけ前記第一マニピュレータを移動させる移動ステップと、
前記第一モードと前記第二モードとのうち前記第三モードへの移行前のモードに復帰する復帰ステップと、
を含み、前記制御手順に沿って前記第一マニピュレータを制御する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の医療用マニピュレータシステム。
【請求項４】
前記第一マニピュレータは、前記第一マニピュレータを操作可能であり前記第一操作部とは異なる第二操作部をさらに有し、
前記制御部は、前記第三モードにおける前記第一マニピュレータの制御手順として、
前記指令に基づく前記第一マニピュレータの制御を停止する指令停止ステップと、
前記第二操作部による前記第一マニピュレータの操作を許可する許可ステップと、
を含み、前記制御手順に従って前記第一マニピュレータを制御する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の医療用マニピュレータシステム。
【請求項５】
前記第二操作部は、前記第二操作部による操作の終了を検知する終了検知部を有し、
前記制御部は、前記第三モードにおける前記第一マニピュレータの制御手順として、前記終了検知部が前記第二操作部による操作の終了を検知した場合に前記第三モードへの移行前のモードに復帰する復帰ステップをさらに有し、前記制御手順に従って前記第一マニピュレータを制御する
ことを特徴とする請求項４に記載の医療用マニピュレータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用マニピュレータシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のアームを動作させることにより外科手術を行う医療用マニピュレータシステムが知られている。たとえば特許文献１には、術具を装着可能な複数のアームを有し、術具を体内に導入するための切開位置を中心（遠隔中心）として術具を揺動させるようにアームを移動させることができる医療用マニピュレータシステムが開示されている。
特許文献１に開示された医療用マニピュレータシステムは、遠隔中心の位置を維持しながらアームを自動又は手動で移動させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／３２５０３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
医療用マニピュレータシステムの複数のアーム同士が干渉した場合には、医療用マニピュレータシステムの操作者等がアーム同士の干渉を手動で解消させるために処置を一時中断させることがある。アーム同士の干渉による処置の中断を起こりにくくするために、アーム同士の干渉を予測して干渉を回避するようにアームを自動的に動作させることが考えられる。しかしながら、特許文献１に記載のマニピュレータでは、マニピュレータの周辺に位置する障害物（術者、助手、患者、他の医療機器等）を認識できないので、アームの干渉を回避するようにアームを自動的に動作させると、アームの移動経路に障害物があった場合にアームが障害物に衝突する可能性がある。【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、アーム同士の干渉を回避するための移動経路に障害物があってもアーム同士の干渉を迅速に回避できる医療用マニピュレータシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、関節群を有する第一マニピュレータと、前記第一マニピュレータを操作するための指令を発する第一操作部と、前記指令を受け付けて複数の動作モードのうちの１つの動作モードに応じて前記第一マニピュレータを制御する制御部と、前記第一マニピュレータと障害物とが接触したことを検知する接触検知部と、前記第一マニピュレータとは独立して又は協働して動作可能な第二マニピュレータと、を備え、前記関節群は、第一グループに属する１以上の関節と、第二グループに属する１以上の関節と、を有し、前記複数の動作モードは、前記第一グループに属する関節のみを用いて前記第一マニピュレータを動作させる第一移動経路に沿って前記第一マニピュレータが移動するように前記第一マニピュレータを制御する第一モードと、前記第一グループに属する関節及び前記第二グループに属する関節を用いて前記第一マニピュレータを移動させる第二移動経路に沿って前記第一マニピュレータが移動するように前記第一マニピュレータを制御する第二モードと、前記接触検知部が前記第一マニピュレータと前記障害物との接触を検知したときに前記接触を解消するように前記第一マニピュレータを動作させる第三モードと、を含み、前記制御部は、前記第一マニピュレータ及び前記第二マニピュレータの位置を認識する位置認識部と、前記第一移動経路に沿って前記第一マニピュレータを移動させた場合に前記第二マニピュレータに干渉するか否かを予測する干渉予測部と、前記第一マニピュレータが前記第二マニピュレータに干渉しないと前記干渉予測部が予測した場合には第一モード、前記第一マニピュレータが前記第二マニピュレータに干渉すると前記干渉予測部が予測した場合には第二モードとなるように前記第一モードと前記第二モードとのいずれか一方を選択し、前記第一モード又は前記第二モードで前記制御部が動作している間に前記接触検知部が前記第一マニピュレータと前記障害物との接触を検知した場合に前記第一モード又は前記第二モードから前記第三モードへ移行するように複数の動作モードから１つのモードを選択するモード選択部と、を有し、前記制御部は、前記第二モードにおいて、前記第二マニピュレータの位置を迂回する経路を前記第二移動経路として設定することを特徴とする医療用マニピュレータシステムである。【０００７】
前記第二グループに含まれる関節は前記第一グループに含まれる関節と冗長関係にある冗長関節を含んでいてもよい。【０００８】
前記制御部は、前記第三モードにおける前記第一マニピュレータの制御手順として、前記指令に基づく前記第一マニピュレータの制御を停止する指令停止ステップと、前記障害物との接触を解消するための前記第一マニピュレータの移動量を算出する移動量算出ステップと、前記移動量算出ステップにおいて算出された移動量だけ前記第一マニピュレータを移動させる移動ステップと、前記第一モードと前記第二モードとのうち前記第三モードへの移行前のモードに復帰する復帰ステップと、を含み、前記制御手順に沿って前記第一マニピュレータを制御してもよい。【０００９】
前記第一マニピュレータは、前記第一マニピュレータを操作可能であり前記第一操作部とは異なる第二操作部をさらに有し、前記制御部は、前記第三モードにおける前記第一マニピュレータの制御手順として、前記指令に基づく前記第一マニピュレータの制御を停止する指令停止ステップと、前記第二操作部による前記第一マニピュレータの操作を許可する許可ステップと、を含み、前記制御手順に従って前記第一マニピュレータを制御してもよい。【００１０】
前記第二操作部は、前記第二操作部による操作の終了を検知する終了検知部を有し、前記制御部は、前記第三モードにおける前記第一マニピュレータの制御手順として、前記終了検知部が前記第二操作部による操作の終了を検知した場合に前記第三モードへの移行前のモードに復帰する復帰ステップをさらに有し、前記制御手順に従って前記第一マニピュレータを制御してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、アーム同士の干渉を回避するための移動経路に障害物があってもアーム同士の干渉を迅速に回避できる医療用マニピュレータシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態の医療用マニピュレータシステムを示す模式図である。
【図２】同医療用マニピュレータシステムの第一マニピュレータを示す模式図である。
【図３】同医療用マニピュレータシステムの要部を示すブロック図である。
【図４】同医療用マニピュレータシステムの制御部における制御手順を示すフローチャートである。
【図５】同医療用マニピュレータシステムを使用した操作の流れを示すフローチャートである。
【図６】同医療用マニピュレータシステムの作用を説明するための図である。
【図７】同医療用マニピュレータシステムの作用を説明するための図である。
【図８】同医療用マニピュレータシステムの作用を説明するための図である。
【図９】同実施形態の医療用マニピュレータシステムの変形例における第一マニピュレータを示す模式図である。
【図１０】本発明の第２実施形態の医療用マニピュレータシステムの模式図である。
【図１１】同医療用マニピュレータシステムの作用を説明するための図である。
【図１２】本発明の第３実施形態の医療用マニピュレータシステムの要部を示すブロック図である。
【図１３】同医療用マニピュレータシステムの作用を説明するための図である。
【図１４】同医療用マニピュレータシステムの作用を説明するための図である。
【図１５】本発明の第４実施形態の医療用マニピュレータシステムの要部を示すブロック図である。
【図１６】同医療用マニピュレータシステムを使用した操作の流れを示すフローチャートである。
【図１７】同実施形態の医療用マニピュレータシステムの変形例における第一マニピュレータを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態の医療用マニピュレータシステムを示す模式図である。図２は、医療用マニピュレータシステムの第一マニピュレータを示す模式図である。図３は、医療用マニピュレータシステムの要部を示すブロック図である。
【００１４】
図１に示す本実施形態の医療用マニピュレータシステム１は、マスタースレーブ方式のマニピュレータシステムである。医療用マニピュレータシステム１は、複数のスレーブマニピュレータ（第一マニピュレータ１０、第二マニピュレータ２０、第三マニピュレータ３０、第四マニピュレータ４０）と、手術台５０と、操作部６０と、入力処理回路７０と、画像処理回路８０と、表示部９０と、制御部１００と、を有している。
【００１５】
複数のスレーブマニピュレータ１０，２０，３０，４０は、患者Ｐが載置される手術台５０の近傍に設置される。なお、スレーブマニピュレータ１０，２０，３０，４０を手術台５０に設置するようにしてもよい。
【００１６】
以下では、第一マニピュレータ１０の構成について詳述する。第二マニピュレータ２０、第三マニピュレータ３０、第四マニピュレータ４０は、第一マニピュレータ１０と同様の構成を有しているので、詳細な説明は省略する。
【００１７】
図２に示すように、第一マニピュレータ１０は、アーム１１と、術具１９を取り付けるためのアダプタ１８とを有している。
【００１８】
アーム１１は、リンク群１２と、関節群１３と、トルクセンサ１４と、アクチュエータ１５と、エンコーダ１６を有している。
【００１９】
リンク群１２は、複数のリンク１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆを有している。複数のリンク１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆは、関節群１３に含まれる後述する各関節によって、これらの関節に固有の回動軸を回動の中心として移動可能である。複数のリンク１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆのうち最も遠位側に位置するリンク１２ｆには、術具１９を取り付けるためのアダプタ１８が配されている。
【００２０】
関節群１３は、第一グループ（常用関節１３Ａ）に属する関節１３Ａ１，１３Ａ２，１３Ａ３と、第二グループ（冗長関節１３Ｂ）に属する関節１３Ｂ１，１３Ｂ２，１３Ｂ３とを有している。
第一マニピュレータ１０の関節群１３のうち、常用関節１３Ａに含まれる関節１３Ａ１，１３Ａ２，１３Ａ３は、例えばヨー、ピッチ、ロールの少なくとも１つの駆動軸となり、第一マニピュレータ１０の動作時において優先的に使用される。常用関節１３Ａに含まれる関節の数は、第一マニピュレータ１０に必要な自由度を考慮して適宜選択されてよい。
第一マニピュレータ１０の関節群１３のうち、冗長関節１３Ｂに含まれる関節１３Ｂ１，１３Ｂ２，１３Ｂ３は、それぞれ、上記の常用関節（関節１３Ａ１，１３Ａ２，１３Ａ３）に対して冗長関係を有している。冗長関節１３Ｂは、常用関節１３Ａが第一マニピュレータ１０に与える自由度より多くの冗長自由度を第一マニピュレータ１０に与える。本実施形態では、常用関節１３Ａに属するすべての関節に対して冗長関節１３Ｂが割り当てられている。
【００２１】
トルクセンサ１４は、関節群１３を構成する各関節にかかるトルクの大きさを検知するセンサである。トルクセンサ１４は、制御部１００に接続されている。
【００２２】
アクチュエータ１５は、関節群１３を動作させる。アクチュエータ１５は、制御部１００による制御に従って、常用関節１３Ａに含まれる関節のみを動作させたり、常用関節１３Ａ及び冗長関節１３Ｂをともに動作させたりすることができる。
【００２３】
エンコーダ１６は、関節群１３の動作量を検知する。エンコーダ１６は、制御部１００に接続されている。これにより、関節群１３の動作量を制御部１００が認識可能である。
【００２４】
第一マニピュレータ１０に取り付けられる術具１９は、細長のシャフト１９ｂの遠位端にエンドエフェクタ１９ａを備えている。術具１９のエンドエフェクタ１９ａは、アダプタ１８に設けられた不図示の駆動部によって、操作部６０（図１参照）における操作に対応して動作する。他のスレーブマニピュレータ２０，３０，４０に取り付けられる術具２９，３９，４９も上記の術具１９と同様の構成であってよい。
【００２５】
詳細は省略するが、図１に示す第二マニピュレータ２０，第三マニピュレータ３０，及び第四マニピュレータ４０も、第一マニピュレータ１０と同様に、アーム２１，３１，４１及びアダプタ２８，３８，４８をそれぞれ有し、アダプタ２８，３８，４８を介して術具２９，３９，４９を接続可能である。
【００２６】
図１に示すように、操作部６０は、複数のスレーブマニピュレータ１０，２０，３０，４０及び術具１９，２９，３９，４９を動作させるための操作が入力される。操作部６０は、操作者が手に持って操作するように構成されたマスターアーム６１を有する。マスターアーム６１の操作量は入力処理回路７０において検出される。
【００２７】
入力処理回路７０は、操作部６０からの操作信号を解析し、操作信号の解析結果に従って本医療用マニピュレータシステム１を制御するための制御信号（指令）を生成して制御部１００に入力する。
【００２８】
画像処理回路８０は、制御部１００から入力された画像信号を表示させるための各種の画像処理を施して、表示部９０における表示用の画像データを生成する。
【００２９】
表示部９０は、例えば液晶ディスプレイで構成され、観察器具を介して取得された画像信号に従って画像処理回路８０において生成された画像データに基づく画像を表示する。
【００３０】
図１及び図３に示す制御部１００は、例えばＣＰＵやメモリ等を有して構成されたコンピュータである。制御部１００は、複数のスレーブマニピュレータ１０，２０，３０，４０の制御を行うための所定のプログラムを記憶しており、入力処理回路７０からの制御信号（指令）に従って、複数のスレーブマニピュレータ１０，２０，３０，４０及び術具１９，２９，３９，４９の動作を制御する。
【００３１】
制御部１００は、複数の動作モードのうちの１つの動作モードに応じて複数のスレーブマニピュレータ１０，２０，３０，４０を制御する。以下では、第一マニピュレータ１０と第二マニピュレータ２０との関係に注目して、制御部１００が第一マニピュレータ１０を動作させる場合に使用される複数の動作モードについて説明する。
【００３２】
制御部１００が第一マニピュレータ１０を動作させるための複数の動作モードは、第一モード，第二モード，及び第三モードを含む。
【００３３】
第一モードは、図２に示す常用関節１３Ａに属する関節のみを用いて第一マニピュレータ１０を動作させるモードである。第一モードにおいて、制御部１００（図１参照）は、操作部６０に対する操作者の操作に基づいて、常用関節１３Ａに属する関節のみを用いて第一マニピュレータ１０を移動させることができる経路（第一移動経路）を設定し、第一移動経路に沿って第一マニピュレータ１０が移動するように第一マニピュレータ１０を制御する。本実施形態では、操作部６０における操作に基づいて生成される指令によって規定される第一マニピュレータ１０の到達目標位置までの最短経路（関節群１３の動作量が全体として最小となる経路）が第一移動経路の候補として採用され、後述する干渉が予測されなければ第一移動経路が第一マニピュレータ１０の移動経路として決定される。
【００３４】
第二モードは、図２に示す常用関節１３Ａに属する関節及び冗長関節１３Ｂに属する関節を用いて第一マニピュレータ１０を動作させるモードである。第二モードにおいて、制御部１００（図１参照）は、操作部６０に対する操作者の操作に基づいて、常用関節１３Ａに属する関節及び冗長関節１３Ｂに属する関節の両方を用いて第一マニピュレータ１０を移動させることができる経路（第二移動経路）を設定し、第二移動経路に沿って第一マニピュレータ１０が移動するように第一マニピュレータ１０を制御する。第二モードにおける第二移動経路の選択は、第二マニピュレータ２０の位置に応じた制限を受ける。すなわち、第二移動経路として設定される経路は、第二マニピュレータ２０の位置を含まない経路に設定される。これにより、第二移動経路は、第二マニピュレータ２０の位置を迂回する経路として設定される。なお、第二モードにおける第二移動経路の設定は、第二マニピュレータ２０のアーム２１の形状も考慮して、第二マニピュレータ２０に第一マニピュレータ１０が接触せずに移動できるように行われる。
【００３５】
第三モードは、トルクセンサ１４（図２，３参照）が第一マニピュレータ１０と障害物との接触を検知したときに障害物との接触を解消するように第一マニピュレータ１０を動作させるモードである。本実施形態では、第三モードにおいて、制御部１００は、障害物から第一マニピュレータ１０が離間する方向に第一マニピュレータ１０を移動させる。
【００３６】
次に、制御部１００の構成について説明する。図３に示すように、制御部１００は、位置認識部１０１と、冗長制御活用判定部１０２と、復帰動作判定部１０５と、モード選択部１０７と、駆動信号生成部１０８とを有している。本実施形態では、制御部１００に記憶されたプログラムは、位置認識部１０１、冗長制御活用判定部１０２、復帰動作判定部１０５、モード選択部１０７、及び駆動信号生成部１０８として制御部１００を機能させるためのプログラムを含む。
【００３７】
位置認識部１０１は、第一マニピュレータ１０及び第二マニピュレータ２０の位置を認識する。第一マニピュレータ１０及び第二マニピュレータ２０の位置は、医療用マニピュレータシステム１における所定の原点を基準とした座標系における座標として制御部１００に記憶される。本実施形態の位置認識部１０１は、第一マニピュレータ１０及び第二マニピュレータ２０の位置に加えて、第一マニピュレータ１０及び第二マニピュレータ２０の姿勢を認識してもよい。
【００３８】
冗長制御活用判定部１０２は、干渉予測部１０３と、干渉回避動作設定部１０４とを有している。冗長制御活用判定部１０２は、第二モードへの移行の要否を判定する。さらに、冗長制御活用判定部１０２は、第二モードへ移行すると判定したときに、第二モードにおける第一マニピュレータ１０の移動経路（第二移動経路）を特定する情報をモード選択部１０７に引き渡す。
【００３９】
干渉予測部１０３は、上記の第一移動経路に沿って第一マニピュレータ１０を移動させた場合に第一マニピュレータ１０と第二マニピュレータ２０とが干渉するか否かを予測する。干渉予測部１０３は、第一移動経路上に第二マニピュレータ２０が位置している場合には、第一マニピュレータ１０と第二マニピュレータ２０とが干渉し得ると予測する。干渉予測部１０３は、第一移動経路外に第二マニピュレータ２０が位置している場合には、第一マニピュレータ１０と第二マニピュレータ２０とが干渉しないと予測する。たとえば、本実施形態では、干渉予測部１０３は、第二マニピュレータ２０のアーム２１の形状を考慮して、第二マニピュレータ２０の位置を示す座標を含む所定の領域を、第一マニピュレータ１０と第二マニピュレータ２０とが干渉し得る領域として認識する。そして、干渉予測部１０３は、この領域の少なくとも一部が第一移動経路上に位置している場合に、第一マニピュレータ１０と第二マニピュレータ２０とが干渉し得ると予測する。
【００４０】
干渉回避動作設定部１０４は、操作部６０から制御部１００へ入力された指令に基づいた第一マニピュレータの始点と終点との間の移動経路を、第二マニピュレータ２０の位置を迂回する条件下で算出し、第一マニピュレータの移動経路（第二移動経路）として設定する。
【００４１】
復帰動作判定部１０５は、トルクセンサ１４における負荷の大きさを参照して、第一マニピュレータ１０が障害物に接触したか否かを検知し、第三モードへの移行の要否を判定する。また、復帰動作判定部１０５は、第三モードにおける第一マニピュレータ１０の動作量を設定する復帰動作設定部１０６を有している。
【００４２】
モード選択部１０７は、制御部１００を動作させるための複数の動作モード（第一モード，第二モード，及び第三モード）から１つのモードを選択し、選択されたモードに応じて制御部１００を動作させる。本実施形態のモード選択部１０７は、第一マニピュレータ１０が第二マニピュレータ２０に干渉しないと干渉予測部１０３が予測した場合には第一モードを選択する。また、第一マニピュレータ１０が第二マニピュレータ２０に干渉すると干渉予測部１０３が予測した場合には、冗長制御活用判定部１０２が第二モードへの移行が必要であると判定するので、モード選択部１０７は、第二モードを選択する。さらに、第一モード又は第二モードで制御部１００が動作している間にトルクセンサ１４が第一マニピュレータ１０と障害物との接触を検知した場合には、復帰動作判定部１０５が第一モード又は第二モードから第三モードの移行が必要であると判定するので、モード選択部１０７は第三モードを選択する。
【００４３】
本実施形態では、モード選択部１０７が第三モードを選択する場合には、制御部１００は、以下の各ステップに示す制御手順で動作する。図４は、本実施形態の医療用マニピュレータシステム１の制御部１００における制御手順を示すフローチャートである。
【００４４】
図３に示す制御部１００は、まず、第一モード及び第二モードによる第一マニピュレータ１０の制御を中断する（ステップＳ１，指令停止ステップ，図４参照）。このとき、モード選択部１０７は、操作部６０に対する操作に基づいた入力処理回路７０から制御部１００へ出力された指令を制御部１００の不図示のバッファ（一次記憶）に保存する。これにより、制御部１００は、指令に基づく第一マニピュレータ１０の制御を停止する。制御部１００のバッファに保存された指令は、第三モードから移行前の動作モード（第一モード又は第二モード）に復帰したときに読み出され、第一マニピュレータ１０を動作させるための制御部１００への指令として引き続き使用される。
【００４５】
ステップＳ１の後、制御部１００の復帰動作設定部１０６は、障害物との接触を解消するための第一マニピュレータ１０の移動量を算出する（ステップＳ２，移動量算出ステップ）。このとき、制御部１００は、例えば第一マニピュレータ１０が障害物に接触した方向とは反対側へ向けて第一マニピュレータ１０が移動するように第一マニピュレータ１０の移動量を算出する。
【００４６】
ステップＳ２の後、制御部１００は、ステップＳ２で算出された移動量に基づいて駆動信号生成部１０８から第一マニピュレータ１０へ駆動信号を出力することにより、上記の移動量だけ第一マニピュレータ１０を移動させる（ステップＳ３，移動ステップ）。
【００４７】
ステップＳ３の後、制御部１００は、第一モードと第二モードとのうち、第三モードへの移行前のモードに復帰する（ステップＳ４，復帰ステップ）。このとき、制御部１００は、上記のバッファに保存された指令を読み出すことで第一マニピュレータ１０の移動目標位置を設定し、移動目標位置へ第一マニピュレータ１０を移動させるように第一マニピュレータ１０を制御する。
【００４８】
制御部１００は、指令に基づいて、操作部６０の操作対象となるスレーブマニピュレータ１０等の動作を制御する。この際、制御部１００は、対応したスレーブマニピュレータ１０等へ駆動信号を出力するとともに、対応したスレーブマニピュレータ１０等の動作に応じてトルクセンサ１４及びエンコーダ１６から入力されてくる検出信号に応じて、操作対象のスレーブマニピュレータ１０等の駆動量及び負荷を検知しながら操作対象のスレーブマニピュレータ１０等を動作させることができる。
【００４９】
制御部１００による第一マニピュレータ１０の制御について図１から図３並びに図５を参照して詳述する。図５は、本実施形態の医療用マニピュレータシステム１を使用した操作の流れを示すフローチャートである。
【００５０】
図３に示す制御部１００は、モード選択部１０７によって選択された動作モードに応じて第一マニピュレータ１０を制御する。モード選択部１０７における初期の動作モードは第一モードである（ステップＳ１１，図５参照）。ステップＳ１１において制御部１００を第一モードで動作開始させたらステップＳ１２へ進む。
【００５１】
ステップＳ１２は、モード選択部１０７が干渉予測部１０３における予測結果を参照して、予測結果に応じて処理を分岐するステップである。ステップＳ１２では、第一モードにおいて設定された経路（第一移動経路）上に第二マニピュレータ２０（図２参照）が位置している（すなわち、第一マニピュレータ１０と第二マニピュレータ２０とが干渉し得ると予測される）と判定されたら、ステップＳ１３へ進む。ステップＳ１２において、第一モードにおいて設定された経路（第一移動経路）外に第二マニピュレータ２０が位置していると判定されたら、ステップＳ１１へ戻って第一モードが継続される。
【００５２】
ステップＳ１３は、モード選択部１０７が第二モードを選択して、制御部１００を第二モードで動作させるステップである。第二モードでは、第二マニピュレータ２０の位置を考慮した第二移動経路に沿って第一マニピュレータ１０が移動することにより、第一マニピュレータ１０が第二マニピュレータ２０と干渉せずに移動可能である。ステップＳ１３において制御部１００を第二モードで動作開始させたらステップＳ１４へ進む。
【００５３】
ステップＳ１４は、図３に示すトルクセンサ１４が検知する負荷の大きさを復帰動作判定部１０５が参照して、負荷の大きさに応じて処理を分岐するステップである。ステップＳ１４では、トルクセンサ１４が検知する負荷の大きさが規定の閾値を超える場合に、医療用マニピュレータシステム１が認識していない障害物に第一マニピュレータ１０が接触したと判定されステップＳ１５へ進む。ステップＳ１４では、トルクセンサ１４が検知する負荷の大きさが規定の閾値以下の場合に、第一マニピュレータ１０は障害物に接触していないと判定されステップＳ１２へ戻る。
【００５４】
ステップＳ１５は、モード選択部１０７が第三モードを選択して、制御部１００を第三モードで動作させるステップである。第三モードでは、第一マニピュレータ１０と障害物との接触を解消する方向へ制御部１００が第一マニピュレータ１０を移動させる。ステップＳ１５では、復帰動作設定部１０６によって設定された動作量に基づいて第一マニピュレータ１０を移動させてステップＳ１４へ戻る。
ステップＳ１４及びステップＳ１５の繰り返しにより、第一マニピュレータ１０の動作量が不足していて障害物との接触が解消しなかった場合にも、障害物との接触が解消するまで第一マニピュレータ１０が移動し、障害物との接触が解消した後にステップＳ１２へ戻る。なお、ステップＳ１４とステップＳ１５との繰り返し動作では、復帰動作設定部１０６によって設定された動作量に限らず、第一マニピュレータ１０と障害物との接触を解消する方向へ所定の微小量だけ第一マニピュレータ１０を移動させてもよい。
【００５５】
上記のステップＳ１１からステップＳ１５までの各ステップにより、制御部１００は、第一モード、第二モード、及び第三モードを遷移して、各動作モードのうちのいずれか１つの動作モードに応じて第一マニピュレータ１０を制御する。
なお、第一モードで移動中に第一マニピュレータ１０と障害物との接触を検知した場合は第一モードから第三モード（復帰モード）に直接遷移してもよい。その場合は、第一マニピュレータ１０と障害物との接触が解消すると第一モードに戻る。
【００５６】
詳細は省略するが、図１に示す制御部１００による第一マニピュレータ１０の制御は、第二マニピュレータ２０の位置に加えて、第三マニピュレータ３０及び第四マニピュレータ４０の位置も考慮して行われる。また、第二マニピュレータ２０が制御対象である場合には、第一マニピュレータ１０、第三マニピュレータ３０、及び第四マニピュレータ４０の位置を考慮して第二マニピュレータ２０が制御部１００により制御される。第三マニピュレータ３０及び第四マニピュレータ４０が制御部１００の制御対象である場合にも同様である。すなわち、本実施形態では、４つのスレーブマニピュレータが、互いの位置に基づいて相互に干渉を回避するように制御部１００により制御され、さらに、障害物に対して接触したときにその接触を自動的に解消するように制御部１００により制御される。
【００５７】
本実施形態の医療用マニピュレータシステム１の作用について説明する。図６から図８までは、本実施形態の医療用マニピュレータシステム１の作用を説明するための図である。
【００５８】
本実施形態の医療用マニピュレータシステム１は、第一マニピュレータ１０及び第二マニピュレータ２０に術具１９，２９が取り付けられた状態で使用される。なお、必要に応じて、本実施形態の医療用マニピュレータシステム１に内視鏡が組み合わされてもよい。この場合、内視鏡は、制御部１００によって動作制御されるようになっていてもよい。本実施形態の医療用マニピュレータシステム１に組み合わされる内視鏡は、第一マニピュレータ１０及び第二マニピュレータ２０に取り付けられた術具（第一術具１９，第二術具２９）を用いて処置を行う対象となる体内の部位を撮像し、内視鏡画像を表示部９０（図１参照）に表示させる。
【００５９】
図１及び図６に示す医療用マニピュレータシステム１の使用時には、第一マニピュレータ１０及び第二マニピュレータ２０を用いて各術具１９，２９を移動させながら処置対象部位に対して処置を行う。ここで、例えば第一マニピュレータ１０に取り付けられた第一術具１９を移動させるためには、操作者が、操作部６０に対して、第一術具１９を移動させるための操作を行う。操作部６０を操作する操作者は、表示部９０に表示された内視鏡画像を見て第一術具１９の遠位端のエンドエフェクタ１９ａの位置及び姿勢を把握しているが、第一マニピュレータ１０のアーム１１の位置を把握していない場合がある。この場合、第一マニピュレータ１０のアーム１１の一部が第二マニピュレータ２０に干渉する可能性を考慮しないで操作部６０に対する操作が行われる。
【００６０】
本実施形態では、操作部６０における操作に基づいて生成された指令を制御部１００が受け付けると、制御部１００は、指令に基づいて、常用関節１３Ａ（図２参照）のみを用いて第一マニピュレータ１０を移動させるための第一移動経路を算出する。さらに、上記のステップＳ１１からステップＳ１５までに示すように、制御部１００は、第一マニピュレータ１０と第二マニピュレータ２０との干渉可能性の有無を予測し、第一モードあるいは第二モードで第一マニピュレータ１０を制御する。
【００６１】
第一モードでは、図２に示す常用関節１３Ａのみを用いて第一マニピュレータ１０が指令に応じた位置及び姿勢となるように移動される。その結果、第一術具１９のエンドエフェクタ１９ａは操作部６０に対する操作に対応した位置及び姿勢（たとえば図７参照）となる。このときの第一術具１９のエンドエフェクタ１９ａの移動後の位置及び姿勢は、例えば第一術具１９の刺入点を遠隔中心とするピボット動作したものであってもよいし、平行移動や回転移動したものであってもよい。
【００６２】
第二モードでは、図２に示す常用関節１３Ａに加えて冗長関節１３Ｂも用いて、第二マニピュレータ２０の位置を迂回するように第一マニピュレータ１０が移動する。その結果、第一術具１９のエンドエフェクタ１９ａは、操作部６０（図１参照）に対する操作に対応した位置及び姿勢となる。第二モードでは、操作部６０に対する操作が上記の第一モードにおける操作と同じであれば、移動後の第一マニピュレータ１０のアーム１１の姿勢は第一モードと異なるが、移動後の第一術具１９のエンドエフェクタ１９ａの位置及び姿勢は第一モードと略同じにすることができる。
【００６３】
このように、本実施形態では、第一モードであっても第二モードであっても、第一マニピュレータ１０と第二マニピュレータ２０との干渉は起こらず、第一術具１９は操作部６０に対する操作に対応した位置及び姿勢となる。
【００６４】
ところで、第一モード及び第二モードでは、第一マニピュレータ１０を移動させるので、本実施形態の医療用マニピュレータシステム１が認識していない障害物Ｘ（図８参照）に第一マニピュレータ１０が接触する可能性が考えられる。たとえば、図８に示すように、第一マニピュレータ１０が患者Ｐの腹壁（障害物Ｘ）に接触する可能性が考えられる。本実施形態の医療用マニピュレータシステム１が設置された空間における患者Ｐの位置、医療用マニピュレータシステム１以外の不図示の医療機器の位置、あるいは本実施形態の医療用マニピュレータシステム１の操作を補助する助手の位置などは、術中に変化する可能性があり、リアルタイムでこれらのすべての位置を把握することが困難である。
【００６５】
本実施形態の医療用マニピュレータシステム１は、医療用マニピュレータシステム１があらかじめ認識している物体以外の物体に第一マニピュレータ１０が接した場合に、接触検知部であるトルクセンサ１４（図３参照）がその物体の存在を検知し、制御部１００がその物体を障害物として認識する。そして、第一マニピュレータ１０が障害物に接したときに、モード選択部１０７による選択に応じて制御部１００が第一モードまたは第二モードから第三モードへと移行して、障害物との接触を解消するように第一マニピュレータ１０を動作させる。
【００６６】
第三モードでは、障害物から第一マニピュレータ１０が離れるように制御部１００が第一マニピュレータ１０を移動させる（図４に示すステップＳ１からステップＳ４まで参照）。本実施形態の医療用マニピュレータシステム１では、トルクセンサ１４が第一マニピュレータと障害物との接触を検知しなくなったら、第三モードから、移行前のモード（第一モード又は第二モード）へと自動的に復帰することができる。
【００６７】
たとえば第三モードから第一モードへと復帰した場合には、常用関節１３Ａ（図２参照）のみを用いて、図１に示す操作部６０に対する操作に基づいて第一マニピュレータ１０を最短経路で移動させる制御が行われる。
【００６８】
たとえば第三モードから第二モードへと復帰した場合には、常用関節１３Ａと冗長関節１３Ｂとの両方（図２参照）を用いて、図１に示す操作部６０に対する操作に基づいて、第二マニピュレータ２０の位置を考慮した経路で第一マニピュレータ１０を移動させる制御が行われる。
【００６９】
以上に説明したように、本実施形態の医療用マニピュレータシステム１によれば、第一モードと第二モードとのどちらが選択されても、第一マニピュレータ１０は第二マニピュレータ２０と干渉することなく第一術具１９を所望の位置及び姿勢とすることができる。さらに、本実施形態の医療用マニピュレータシステム１によれば、第一マニピュレータ１０の移動時に第一マニピュレータ１０が障害物に接触しても第一マニピュレータ１０と障害物との接触を自動的に解消して第一術具１９を所望の位置及び姿勢とすることができる。その結果、本実施形態の医療用マニピュレータシステム１によれば、第一マニピュレータ１０のアーム１１と第二マニピュレータ２０のアーム２１との干渉を回避するための移動経路に障害物があっても干渉を迅速に回避できる。このように干渉が自動的に回避されるので、操作部６０を操作する操作者は、アーム１１，２１の存在やその移動及び干渉を考慮することなく、表示部９０に表示されるエンドエフェクタ１９ａを操作して処置対象部位に対して適切な処置をすることに注力することができる。
【００７０】
（変形例）
上記第１実施形態の変形例について説明する。図９は、本変形例における第一マニピュレータを示す模式図である。
本変形例では、接触検知部として、第１実施形態に開示されたトルクセンサ１４（図２参照）に代えて、図９に示すように接触センサ１７を有している。
【００７１】
接触センサ１７は、第一マニピュレータ１０のアーム１１の外面に配されている。また、接触センサ１７は制御部１００に接続されている。医療用マニピュレータシステム１の使用開始時点で認識されていない物体が接触センサ１７に接触することにより、接触センサ１７及び制御部１００によってこの物体は障害物と認識される。
本変形例では、接触センサ１７に障害物が接触した場合に、上記第１実施形態と同様に障害物と第一マニピュレータ１０との接触を解消するように第一マニピュレータ１０を動作させることができる。
【００７２】
なお、本変形例の接触検知部としてトルクセンサ１４と接触センサ１７との両方を備えていてもよい。この場合、第一マニピュレータ１０のアーム１１のうち接触センサ１７が取り付けられていない領域でも第一マニピュレータ１０と障害物との接触をトルクセンサ１４により検知することができ、接触センサ１７が取り付けられた領域では、第一マニピュレータ１０のアクチュエータ１５によるトルクをかけずに障害物との接触を検知することができる。
【００７３】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図１０は、本実施形態の医療用マニピュレータシステムの模式図である。図１１は、本実施形態の医療用マニピュレータシステムの作用を説明するための図である。
【００７４】
本実施形態の医療用マニピュレータシステム２は、第三モードにおける制御部１００の動作が上記の第１実施形態と異なっている。
本実施形態の医療用マニピュレータシステム２は、第三モードにおいて、第一マニピュレータ１０に加えて第二マニピュレータ２０が移動する。すなわち、制御部１００による制御によって、第二マニピュレータ２０は、第一マニピュレータ１０とは独立して、又は第一マニピュレータ１０と協働して動作可能である。
【００７５】
たとえば、図１０に示すように第三モードにおいて第一マニピュレータ１０が障害物Ｘから離れる方向へ移動しているときに、図１１に示すように、第一マニピュレータ１０から第二マニピュレータ２０が離れる方向へ、第二マニピュレータ２０が移動する。これにより、本実施形態では、第三モードにおいて第一マニピュレータ１０と障害物との接触が解消したときに、第一マニピュレータ１０と第二マニピュレータ２０とが離れた位置にあるので、その後の第一マニピュレータ１０の移動により第一マニピュレータ１０が第二マニピュレータ２０に干渉する確率を下げることができる。
【００７６】
また、操作部６０に対して操作者が行った操作による指令を制御部１００が解析し、第三モードの終了後における第一マニピュレータ１０の移動経路外に第二マニピュレータ２０を退避させてもよい。この場合、第二モードから第三モードに移行した後に、第二モードに復帰せずに第一モードへ復帰することとなる。
【００７７】
本実施形態では、第二マニピュレータ２０が第一マニピュレータ１０と協働することにより、第一マニピュレータ１０の移動経路の選択肢が広がるので、干渉を回避するためのアーム１１の移動により別の干渉が生じるような可能性を低く抑えることができる。
【００７８】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。図１２は、本実施形態の医療用マニピュレータシステムの要部を示すブロック図である。図１３及び図１４は、本実施形態の医療用マニピュレータシステムの作用を説明するための図である。
【００７９】
本実施形態の医療用マニピュレータシステム３は、図１２に示すように、制御部１００が、医療用マニピュレータシステム３の使用開始時点で認識されていない物体に第一マニピュレータ１０が接触した時に、その物体の障害物として認識して位置を記憶する記憶部１０９を有している点で上記第１実施形態と構成が異なっている。
また、本実施形態の医療用マニピュレータシステム３の制御部１００は、記憶部１０９に記憶された障害物の座標を、第一マニピュレータ１０の進入禁止位置として利用する。
【００８０】
たとえば、第一マニピュレータ１０の進入禁止位置となる座標が記憶部１０９に記憶されていない場合には、第一マニピュレータ１０は、アーム１１による術具１９の最大可動範囲（たとえば一例として図１３に符号Ａ１で示す）の全域で移動可能である。
【００８１】
ここで、第一マニピュレータ１０が移動して図１４に示すように障害物Ｘ（本実施形態では患者Ｐの体壁）に接触すると、第一マニピュレータ１０の進入禁止位置となる座標が記憶部１０９に記憶されて、アーム１１による術具１９の最大可動範囲Ａ１のうち、第一マニピュレータ１０が障害物Ｘに接触した位置までの範囲Ａ２に第一マニピュレータ１０の可動域が制限される。これにより、第一マニピュレータ１０の進入禁止位置が設定され、進入禁止位置の設定以後は第一マニピュレータ１０の可動域は制限され続ける。
【００８２】
第一マニピュレータ１０の進入禁止位置が設定されている状態において、本実施形態の制御部１００（図１２参照）は、第一モードに応じた制御として、進入禁止位置を迂回するように第一移動経路を設定する。常用関節１３Ａ（図２参照）のみの使用では進入禁止位置を迂回できない場合（第一移動経路の設定ができない場合）には、第二モードへ移行する。また、第一マニピュレータ１０の進入禁止位置が設定されている状態において、本実施形態の制御部１００は、第二モードに応じた制御として、進入禁止位置及び第二マニピュレータ２０の位置を迂回するように第二移動経路を設定する。
【００８３】
記憶部１０９における進入禁止位置の座標の記憶は、医療用マニピュレータシステム３の使用終了まで保持される。また、必要に応じて、任意の進入禁止位置の座標を消去することで進入禁止位置であった位置に第一マニピュレータ１０を再度進入可能としてもよい。例えば、医療用マニピュレータシステム３の使用時の第一マニピュレータ１０のそばにいる助手の位置が進入禁止位置として記憶された場合に、助手がその位置から移動した後にその座標を記憶部から消去することで、第一マニピュレータ１０の可動範囲の制限を解消することができる。
【００８４】
本実施形態の医療用マニピュレータシステム３は、上記第１実施形態と同様の効果を奏する。また、本実施形態では、医療用マニピュレータシステム３の使用開始時以降に認識された障害物にはその後接触しないので、第一マニピュレータ１０の無駄な動作が削減される。
【００８５】
なお、本実施形態において、障害物に接触しても大きな問題とならないような場合には、第一マニピュレータ１０の移動経路の選定時に通過する座標に進入禁止位置を含むことを許容してもよい。この場合、進入禁止位置を含む移動経路は、進入禁止位置を含まない移動経路よりも優先度を下げる。これにより、制御部１００は、進入禁止位置を含まない移動経路を設定できない場合にのみ第一マニピュレータ１０が進入禁止位置を通過することを許容する。
【００８６】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。図１５は、本実施形態の医療用マニピュレータシステムの要部を示すブロック図である。図１６は、本実施形態の医療用マニピュレータシステムを使用した操作の流れを示すフローチャートである。
【００８７】
本実施形態の医療用マニピュレータシステム４（図１５参照）は、上記第１実施形態に開示された医療用マニピュレータシステム１と比較して、第三モードの内容が異なっている。
【００８８】
本実施形態における第三モードは、第一マニピュレータ１０（図２参照）を自動的に動作させるのではなく、第一マニピュレータ１０の近くで助手が第一マニピュレータ１０を手動操作により動作させることを可能とするダイレクトドライブモードである。
【００８９】
本実施形態では、図１５に示すように、第一マニピュレータ１０のアーム１１及びトルクセンサ１４が、操作部６０とは別の方法で第一マニピュレータ１０を操作可能な第二操作部６２となっている。本実施形態では、制御部１００の復帰動作判定部１０５が、復帰動作設定部１０６に代えて、第二操作部６２を用いた操作の可否を判定するダイレクトドライブ活用判定部１１２を有している。
【００９０】
一例として、第三モードが選択された状態の本実施形態の制御部１００は、まず、第１実施形態と同様に指令をバッファに保存することで指令に基づく第一マニピュレータ１０の制御を停止させる（指令停止ステップ）。
【００９１】
さらに、制御部１００のダイレクトドライブ活用判定部１１２は、第一マニピュレータ１０の関節群１３のブレーキを解除し、アーム１１のトルクセンサ１４に対して入力があった場合に第一マニピュレータ１０を倣い動作させるのを許可する。
すなわち、本実施形態の第三モードでは、第一マニピュレータ１０のアーム１１を助手が押し引きしたり回転させたりすることがトルクセンサ１４に対する操作である。トルクセンサ１４に対する操作は、アーム１１を助手が押し引きした方向へとアクチュエータ１５によってアーム１１を移動させるための指令である。このように、本実施形態では、関節群１３のブレーキの解除及び第一マニピュレータ１０の倣い動作制御によって、制御部１００は、第二操作部６２による第一マニピュレータの操作を許可する（許可ステップ）。
【００９２】
本実施形態の制御部１００は、必要に応じて、第一術具１９の刺入点（遠隔中心ＲＣ，図２参照）を拘束してもよいし、アーム１１のリンク群１２を繋ぐ関節群１３のうちの一部の関節を拘束してもよいし、全ての関節を自在に移動可能としてもよい。
【００９３】
また、図１５に示すように、トルクセンサ１４に対する無入力時間をカウントするタイマ１１０が制御部１００に設けられている。トルクセンサ１４に対する入力がなくなってから一定時間経過後に、第一マニピュレータ１０を助手が移動させる操作が終了したと制御部１００が判定する。すなわち、トルクセンサ１４及びタイマ１１０によって、第二操作部６２による操作の終了を検知する終了検知部１１１が構成されている。
【００９４】
終了検知部１１１が第二操作部６２による操作の終了を検知した後、制御部１００は、第三モードを終了して第一モードまたは第二モードに復帰する（復帰ステップ）。
【００９５】
本実施形態の医療用マニピュレータシステム４の動作について図１６に示すフローチャートに沿って詳述する。
【００９６】
本実施形態では、医療用マニピュレータシステム４の開始後は、まず、第一モードに移行して制御部１００が第一モードで動作する（ステップＳ２１，図１６参照）。続いて、冗長制御活用判定部１０２が第一マニピュレータ１０と第二マニピュレータ２０との干渉発生の予測を行う（ステップＳ２２）。ステップＳ２２において干渉しないと予測された場合には、第一モードが継続され（ステップＳ２３），手技完了か否かが判定される（ステップＳ２４）。ステップＳ２４では、手技中であればステップＳ２１へ戻って第一モードがさらに継続され、手技が完了していれば一連のステップが終了する。
【００９７】
上記のステップＳ２２において干渉し得ると予測された場合には、第一モードから第二モードへ移行する（ステップＳ２５）。ステップＳ２５により第二モードへ移行した後は、第一マニピュレータ１０は、第二マニピュレータ２０に対する干渉を回避するように制御部１００により制御される。
【００９８】
ステップＳ２５の後、第一マニピュレータ１０が障害物に接触したか否かの検知が行われる（ステップＳ２６）。ステップＳ２６では、第一マニピュレータ１０と障害物との接触が検知されていない場合には、ステップＳ２７へ進んで第二モードが継続され、第二マニピュレータ２０との干渉を回避しつつ第一マニピュレータ１０が到達目標位置に達して干渉回避が完了したか否かが判定される（ステップＳ２８）。ステップＳ２８において干渉回避が完了していなければステップＳ２６へ戻り、ステップＳ２８において干渉回避が完了していればステップＳ２１へ戻る。
【００９９】
上記のステップＳ２６において、第一マニピュレータ１０と障害物との接触が検知されている場合には、ステップＳ２９へ進み、第二モードから第三モードへ移行する。本実施形態における第三モードは、助手が第一マニピュレータ１０のアーム１１を直接移動させて手動操作により障害物から離間させる点で、操作部６０を使用するよりも直接的にアーム１０を移動させることができるモードである。
【０１００】
ステップＳ２９において助手がアーム１１の手動操作を行っている間、終了検知部１１１が、手動操作が終了したか否かを判定し続けている（ステップＳ３０）。本実施形態では、アーム１１対する移動操作が一定時間以上行われないことを持って終了検知部１１１が手動操作の完了と判定する。手動操作が完了したと終了検知部１１１が判定したらステップＳ２１に戻って第一モードで動作を開始する。
【０１０１】
本実施形態の医療用マニピュレータシステム４によれば、障害物と第一マニピュレータ１０との接触を解消させるためのアーム１１の移動が複雑であって自動的に解消できない場合であっても、助手の裁量でアーム１１を移動させることができるので、障害物と第一マニピュレータ１０との接触を解消しやすい。
【０１０２】
（変形例１）
上記第４実施形態の変形例１について説明する。図１７は、本変形例における第一マニピュレータを示す模式図である。
本変形例では、図１７に示すように、第一マニピュレータ１０が、各関節がどのように制御されているかを示すインジケータ１２０を有している。
【０１０３】
たとえば、第一マニピュレータ１０は、「拘束されている（動かない）」、「第一操作部による操作に従って動作する」、「他のマニピュレータとの干渉を回避するために自動制御される」という３状態をそれぞれ別の色で示すランプ１２１〜１２６をインジケータとして関節群１３の各関節に有する。
【０１０４】
関節群１３の各関節に配されたランプ１２１〜１２６は、ランプ１２１〜１２６の色によって、関節の現在の状態を助手に容易に把握させる。これにより、本変形例では、どの関節が今動き得るのかを事前に助手が把握することができ、アーム１１と助手とが接触しないように助手が容易に退避できるようになる。
なお、インジケータ１２０は他のマニピュレータ２０，３０，４０（図１参照）にも設けられていてもよい。
【０１０５】
（変形例２）
上記第４実施形態の変形例２について説明する。
本変形例では、図１７に示すように、第一マニピュレータ１０が、第三モードにおいて助手がアーム１１をどの方向に移動させるのが好ましいのかを示すナビゲーター１３０を有している。また、本変形例では、制御部（不図示）は、第一マニピュレータ１０と第二マニピュレータと障害物との位置関係に基づいてナビゲーター１３０を制御する。
【０１０６】
本変形例において、制御部は、障害物の位置と第二マニピュレータの位置とに基づいて、障害物と第二マニピュレータとの概ね中間に第一マニピュレータ１０を移動させるように、第一マニピュレータ１０の移動推奨方向を示す信号をナビゲーター１３０に出力する。
【０１０７】
ナビゲーター１３０は、例えば矢印形状のランプや液晶モニタ等を有し、第一マニピュレータ１０の移動推奨方向を、たとえば矢印で表示させる。
【０１０８】
本変形例では、障害物と第二マニピュレータとの間で障害物及び第二マニピュレータから最も離れた位置に第一マニピュレータ１０を移動させるのをナビゲーター１３０が補助するので、助手は、ナビゲーター１３０に表示された通りに第一マニピュレータ１０を移動させればよく、操作を簡便とすることができる。
【０１０９】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【０１１０】
また、上述の各実施形態及び各変形例において示した構成要素は適宜に組み合わせて構成することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明は、マニピュレータシステムに利用できる。
【符号の説明】
【０１１２】
１，２，３，４  医療用マニピュレータシステム
１０  第一マニピュレータ（スレーブマニピュレータ）
１１  アーム
１２  リンク群
１３  関節群
１３Ａ  常用関節
１３Ｂ  冗長関節
１４  トルクセンサ（接触検知部）
１５  アクチュエータ
１６  エンコーダ
１７  接触センサ（接触検知部）
１８  アダプタ
１９  術具（第一術具）
１９ａ  エンドエフェクタ
２０  第二マニピュレータ（スレーブマニピュレータ）
２１  アーム
２８  アダプタ
２９  術具（第二術具）
３０  第三マニピュレータ（スレーブマニピュレータ）
３１  アーム
３８  アダプタ
３９  術具
４０  第四マニピュレータ（スレーブマニピュレータ）
４１  アーム
４８  アダプタ
４９  術具
５０  手術台
６０  操作部
６１  マスターアーム
６２  第二操作部
７０  入力処理回路
８０  画像処理回路
９０  表示部
１００  制御部
１０１  位置認識部
１０２  冗長制御活用判定部
１０３  干渉予測部
１０４  干渉回避動作設定部
１０５  復帰動作判定部
１０６  復帰動作設定部
１０７  モード選択部
１０８  駆動信号生成部
１０９  記憶部
１１０  タイマ
１１１  終了検知部
１１２  ダイレクトドライブ活用判定部
１２０  インジケータ
１２１〜１２６  ランプ
１３０  ナビゲーター
【図１】
2017126101.tif 000003
【図２】
2017126101.tif 000004
【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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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年3月9日(2017.3.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
関節群を有する第一マニピュレータと、
前記第一マニピュレータを操作するための指令を発する第一操作部と、
前記指令を受け付けて複数の動作モードのうちの１つの動作モードに応じて前記第一マニピュレータを制御する制御部と、
前記第一マニピュレータと障害物とが接触したことを検知する接触検知部と、
前記第一マニピュレータとは独立して又は協働して動作可能な第二マニピュレータと、
を備え、
前記関節群は、
第一グループに属する１以上の関節と、
第二グループに属する１以上の関節と、
を有し、
前記複数の動作モードは、
前記第一グループに属する関節のみを用いて前記第一マニピュレータを動作させる第一移動経路に沿って前記第一マニピュレータが移動するように前記第一マニピュレータを制御する第一モードと、
前記第一グループに属する関節及び前記第二グループに属する関節を用いて前記第一マニピュレータを移動させる第二移動経路に沿って前記第一マニピュレータが移動するように前記第一マニピュレータを制御する第二モードと、
前記接触検知部が前記第一マニピュレータと前記障害物との接触を検知したときに前記第一マニピュレータと前記障害物との接触を解消するように前記第一マニピュレータを動作させる第三モードと、
を含み、
前記制御部は、
前記第一マニピュレータ及び前記第二マニピュレータの位置を認識する位置認識部と、
前記第一移動経路に沿って前記第一マニピュレータを移動させた場合に前記第二マニピュレータに干渉するか否かを予測する干渉予測部と、
前記第一マニピュレータが前記第二マニピュレータに干渉しないと前記干渉予測部が予測した場合には前記第一モード、前記第一マニピュレータが前記第二マニピュレータに干渉すると前記干渉予測部が予測した場合には前記第二モードとなるように前記第一モードと前記第二モードとのいずれか一方を選択し、前記第一モード又は前記第二モードで前記制御部が動作している間に前記接触検知部が前記第一マニピュレータと前記障害物との接触を検知した場合に前記第一モード又は前記第二モードから前記第三モードへ移行するように前記複数の動作モードから１つのモードを選択するモード選択部と、
を有し、
前記制御部は、前記第二モードにおいて、前記第二マニピュレータの位置を迂回する経路を前記第二移動経路として設定する
ことを特徴とする医療用マニピュレータシステム。
【請求項２】
前記第二グループに属する関節は前記第一グループに属する関節と冗長関係にある冗長関節を含む請求項１に記載の医療用マニピュレータシステム。
【請求項３】
前記制御部は、前記第三モードにおける前記第一マニピュレータの制御手順として、
前記指令に基づく前記第一マニピュレータの制御を停止する指令停止ステップと、
前記第一マニピュレータと前記障害物との接触を解消するための前記第一マニピュレータの移動量を算出する移動量算出ステップと、
前記移動量算出ステップにおいて算出された移動量だけ前記第一マニピュレータを移動させる移動ステップと、
前記第一モードと前記第二モードとのうち前記第三モードへの移行前のモードに復帰する復帰ステップと、
を含み、前記第三モードにおける前記第一マニピュレータの制御手順に沿って前記第一マニピュレータを制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の医療用マニピュレータシステム。
【請求項４】
前記第一マニピュレータは、前記第一マニピュレータを操作可能であり前記第一操作部とは異なる第二操作部をさらに有し、
前記制御部は、前記第三モードにおける前記第一マニピュレータの制御手順として、
前記指令に基づく前記第一マニピュレータの制御を停止する指令停止ステップと、
前記第二操作部による前記第一マニピュレータの操作を許可する許可ステップと、
を含み、前記第三モードにおける前記第一マニピュレータの制御手順に従って前記第一マニピュレータを制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の医療用マニピュレータシステム。
【請求項５】
前記第二操作部は、前記第二操作部による操作の終了を検知する終了検知部を有し、
前記制御部は、前記第三モードにおける前記第一マニピュレータの制御手順として、前記終了検知部が前記第二操作部による操作の終了を検知した場合に前記第三モードへの移行前のモードに復帰する復帰ステップをさらに有し、前記第三モードにおける前記第一マニピュレータの制御手順に従って前記第一マニピュレータを制御する
ことを特徴とする請求項４に記載の医療用マニピュレータシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明の一態様は、関節群を有する第一マニピュレータと、前記第一マニピュレータを操作するための指令を発する第一操作部と、前記指令を受け付けて複数の動作モードのうちの１つの動作モードに応じて前記第一マニピュレータを制御する制御部と、前記第一マニピュレータと障害物とが接触したことを検知する接触検知部と、前記第一マニピュレータとは独立して又は協働して動作可能な第二マニピュレータと、を備え、前記関節群は、第一グループに属する１以上の関節と、第二グループに属する１以上の関節と、を有し、前記複数の動作モードは、前記第一グループに属する関節のみを用いて前記第一マニピュレータを動作させる第一移動経路に沿って前記第一マニピュレータが移動するように前記第一マニピュレータを制御する第一モードと、前記第一グループに属する関節及び前記第二グループに属する関節を用いて前記第一マニピュレータを移動させる第二移動経路に沿って前記第一マニピュレータが移動するように前記第一マニピュレータを制御する第二モードと、前記接触検知部が前記第一マニピュレータと前記障害物との接触を検知したときに前記第一マニピュレータと前記障害物との接触を解消するように前記第一マニピュレータを動作させる第三モードと、を含み、前記制御部は、前記第一マニピュレータ及び前記第二マニピュレータの位置を認識する位置認識部と、前記第一移動経路に沿って前記第一マニピュレータを移動させた場合に前記第二マニピュレータに干渉するか否かを予測する干渉予測部と、前記第一マニピュレータが前記第二マニピュレータに干渉しないと前記干渉予測部が予測した場合には前記第一モード、前記第一マニピュレータが前記第二マニピュレータに干渉すると前記干渉予測部が予測した場合には前記第二モードとなるように前記第一モードと前記第二モードとのいずれか一方を選択し、前記第一モード又は前記第二モードで前記制御部が動作している間に前記接触検知部が前記第一マニピュレータと前記障害物との接触を検知した場合に前記第一モード又は前記第二モードから前記第三モードへ移行するように前記複数の動作モードから１つのモードを選択するモード選択部と、を有し、前記制御部は、前記第二モードにおいて、前記第二マニピュレータの位置を迂回する経路を前記第二移動経路として設定することを特徴とする医療用マニピュレータシステムである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
前記第二グループに属する関節は前記第一グループに属する関節と冗長関係にある冗長関節を含んでいてもよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
前記制御部は、前記制御部は、前記第三モードにおける前記第一マニピュレータの制御手順として、前記指令に基づく前記第一マニピュレータの制御を停止する指令停止ステップと、前記第一マニピュレータと前記障害物との接触を解消するための前記第一マニピュレータの移動量を算出する移動量算出ステップと、前記移動量算出ステップにおいて算出された移動量だけ前記第一マニピュレータを移動させる移動ステップと、前記第一モードと前記第二モードとのうち前記第三モードへの移行前のモードに復帰する復帰ステップと、を含み、前記第三モードにおける前記第一マニピュレータの制御手順に沿って前記第一マニピュレータを制御してもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
前記第一マニピュレータは、前記第一マニピュレータを操作可能であり前記第一操作部とは異なる第二操作部をさらに有し、前記制御部は、前記第三モードにおける前記第一マニピュレータの制御手順として、前記指令に基づく前記第一マニピュレータの制御を停止する指令停止ステップと、前記第二操作部による前記第一マニピュレータの操作を許可する許可ステップと、を含み、前記第三モードにおける前記第一マニピュレータの制御手順に従って前記第一マニピュレータを制御してもよい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
前記第二操作部は、前記第二操作部による操作の終了を検知する終了検知部を有し、
前記制御部は、前記第三モードにおける前記第一マニピュレータの制御手順として、前記終了検知部が前記第二操作部による操作の終了を検知した場合に前記第三モードへの移行前のモードに復帰する復帰ステップをさらに有し、前記第三モードにおける前記第一マニピュレータの制御手順に従って前記第一マニピュレータを制御してもよい。
【国際調査報告】
2017126101.tif 000020
2017126101.tif 000021
2017126101.tif 000022
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