(57)【要約】【課題】  動的な余剰部分を迅速に除去し、操作部の操作に対して、可動部が迅速に作動するマニピュレータ及びマニピュレータシステムを提供する。【解決手段】  マニピュレータ１は、操作者が操作する操作部２と、操作部２によって操作される可動部３と、操作部２と可動部３を連結して、操作部２の回転を可動部３に伝達する伝達部４と、操作部２の操作に応じて伝達部３に発生する動的な余剰部分を補償する伝達補償部６と、操作部２、可動部３、伝達部４のうち少なくとも一つの状態を取得する入力部８と、入力部８が取得した状態に応じて伝達補償部６を制御する制御部９１と、を備えることを特徴とする。【選択図】図２
2015024008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作者が操作する操作部と、
前記操作部によって操作される可動部と、
前記操作部と前記可動部を連結して、前記操作部の回転を前記可動部に伝達する伝達部と、
前記操作部の操作に応じて前記伝達部に発生する動的な余剰部分を補償する伝達補償部と、
前記操作部、前記可動部、及び前記伝達部のうち少なくとも一つの状態を取得する入力部と、
前記入力部が取得した状態に応じて前記伝達補償部を制御する制御部と、
を備える
ことを特徴とするマニピュレータ。
【請求項２】
前記入力部は、前記操作部の操作状態を取得する操作状態取得部を有し、
前記制御部は、前記操作状態取得部が取得した前記操作部の操作状態に応じて前記伝達補償部を制御する
請求項１に記載のマニピュレータ。
【請求項３】
前記操作状態取得部は、前記ハンドルの切り替え方向を取得し、
前記制御部は、前記操作状態取得部が取得した前記ハンドルの切り替え方向に応じて前記伝達補償部を制御する
請求項２に記載のマニピュレータ。
【請求項４】
前記操作状態取得部は、前記ハンドルの切り替え時の速度又は加速度を取得し、
前記制御部は、前記操作状態取得部が取得した前記ハンドルの切り替え時の速度又は加速度に応じて前記伝達補償部を制御する
請求項２又は３に記載のマニピュレータ。
【請求項５】
前記入力部は、前記可動部及び前記伝達部のうち少なくとも１つの状態を取得するシステム状態取得部を有し、
前記制御部は、前記システム状態取得部が取得した前記可動部及び前記伝達部のうち少なくとも１つの状態に応じて前記伝達補償部を制御する
請求項１乃至４のいずれか１つに記載のマニピュレータ。
【請求項６】
前記システム状態取得部は、前記可動部及び前記伝達部のうち少なくとも１つの姿勢を取得し、
前記制御部は、前記システム状態取得部が取得した前記可動部及び前記伝達部のうち少なくとも１つの姿勢に応じて前記伝達補償部を制御する
請求項５に記載のマニピュレータ。
【請求項７】
前記可動部は、複数の湾曲コマを有し、
前記システム状態取得部は、前記複数の湾曲コマの湾曲角度をそれぞれ取得し、
前記制御部は、前記システム状態取得部が取得した前記複数の湾曲コマの湾曲角度に応じて前記伝達補償部を制御する
請求項５又は６に記載のマニピュレータ。
【請求項８】
前記システム状態取得部は、前記複数の湾曲コマの湾曲方向をそれぞれ取得し、
前記制御部は、前記システム状態取得部が取得した前前記複数の湾曲コマの湾曲方向に応じて前記伝達補償部を制御する
請求項７に記載のマニピュレータ。
【請求項９】
前記入力部は、前記可動部及び前記伝達部の特性を取得する特性取得部を有し、
前記制御部は、前記特性取得部が取得した前記可動部及び前記伝達部の特性に応じて前記伝達補償部を制御する
請求項１乃至８のいずれか１つに記載のマニピュレータ。
【請求項１０】
前記特性取得部は、前記可動部及び前記伝達部の形状及び材料のうち少なくとも一つを取得する
請求項９に記載のマニピュレータ。
【請求項１１】
前記可動部及び前記伝達部に着脱可能な処置部を備え、
前記特性取得部は、前記処置部の有無を取得し、
前記制御部は、前記特性取得部が取得した前記処置部の有無に応じて前記伝達補償部を制御する
請求項９又は１０に記載のマニピュレータ。
【請求項１２】
前記特性取得部は、前記処置部の種類を取得し、
前記制御部は、前記特性取得部が取得した前記処置部の種類に応じて前記伝達補償部を制御する
請求項１１に記載のマニピュレータ。
【請求項１３】
前記伝達補償部は、前記操作部の操作をアシストする駆動部材を有する
請求項１乃至１２のいずれか１つに記載のマニピュレータ。
【請求項１４】
前記制御部は、
前記伝達補償部が制御される補償モードと、
前記駆動部材が前記操作部の操作をアシストするアシストモードと、
前記操作部のみで前記可動部を操作する手動モードと、
が切り替え可能である
請求項１３に記載のマニピュレータ。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載のマニピュレータと、
前記マニピュレータにより取得された画像を表示する表示部と、
を備え、
前記マニピュレータは、観察光学系、撮像素子及び照明光学系を有する内視鏡を含み、
前記制御部は、前記内視鏡により取得された画像を前記表示部に表示する
ことを特徴とする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、操作部と可動部が機械的に接続されたマニピュレータ及びマニピュレータシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、中空のシャフト内に挿通されたワイヤの一端を駆動プーリに巻き掛け、他端を従動プーリに巻き掛けて、動力を伝達するマニピュレータが開示されている（特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に記載されたマニピュレータは、駆動プーリと従動プーリとの間に巻き掛けられたワイヤが十分な張力で巻き掛けられていない場合には、確実な動力伝達ができないので、ワイヤの張力を調整して、迅速且つ高精度に動力伝達を行うものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２０１６０７号公報
【特許文献２】米国特許第６５６５５５４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図２２は、従来のマニピュレータの一例の模式図である。
【０００６】
図２２（ａ）に示すように、中立状態のマニピュレータ１１０の操作側プーリ１２２と作動側プーリ１３２との間に巻き掛けられたワイヤ１４０には、小さな弛み１００が存在することがある。特許文献１に記載のマニピュレータは、ワイヤの張力を調整することで、このようなワイヤの弛みをあらかじめ除去するものである。
【０００７】
これに対して、例えば、図示しない操作者が図２２（ａ）の中立状態からハンドル１２１を矢印Ａ１方向に回転させた場合、ハンドル１２１及び操作側プーリ１２２の矢印Ａ１方向の回転に対すると、ワイヤ１４１に発生する伸びやワイヤ１４０とワイヤ１４０を収納するガイド部材との接触による摩擦が発生し、図２４（ｂ）に示すように、動的な弛み１０１が発生する。
【０００８】
その後、図２２（ｂ）から図２２（ｃ）に示すように、ハンドル１２１を矢印Ａ２方向に反転させた場合、図２２（ｂ）に示したワイヤ１４０の動的な弛み１０１が除去するまで、作動側プーリ１３２に引張力は伝達されず、図２２（ｃ）に示すように、可動部材１３１は、ハンドル１２１を操作しても作動しないおそれがある。
【０００９】
特許文献１に記載されているマニピュレータは、このような動的な弛みに対応していない。このような動的な弛みは、特許文献１に記載されているマニピュレータのようにあらかじめワイヤの弛みを除去したとしても、多少存在するものである。また、仮に動的な弛みが発生しないように強い張力であらかじめワイヤの弛みを除去した場合であってもワイヤ１４０とワイヤガイド部材との摩擦によって動的な弛みは発生する可能性がある上、ワイヤにかかる力が強すぎてワイヤが破断するおそれがある。
【００１０】
また、特許文献２に記載されているマニピュレータは、摩擦補償信号によって決定された負荷をアクチュエータに付加して補償することによって、操作性を向上させている。しかしながら、特許文献２に記載されているマニピュレータは、一定値で補償しているため、マニピュレータの状態又は特性の変動に応じた制御をすることができない。
【００１１】
本発明は上記課題に着目してなされたものであり、動的な余剰部分を迅速に除去し、操作部の操作に対して、可動部が迅速に作動するマニピュレータ及びマニピュレータシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一実施態様に係るマニピュレータは、操作者が操作する操作部と、前記操作部によって操作される可動部と、前記操作部と前記可動部を連結して、前記操作部の回転を前記可動部に伝達する伝達部と、前記操作部の操作に応じて前記伝達部に発生する動的な余剰部分を補償する伝達補償部と、前記操作部、前記可動部、及び前記伝達部のうち少なくとも一つの状態を取得する入力部と、前記入力部が取得した状態に応じて前記伝達補償部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の一実施態様に係るマニピュレータでは、前記入力部は、前記操作部の操作状態を取得する操作状態取得部を有し、前記制御部は、前記操作状態取得部が取得した前記操作部の操作状態に応じて前記伝達補償部を制御する。
【００１４】
本発明の一実施態様に係るマニピュレータでは、前記操作状態取得部は、前記操作部の切り替え方向を取得し、前記制御部は、前記操作状態取得部が取得した前記操作部の切り替え方向に応じて前記伝達補償部を制御する。
【００１５】
本発明の一実施態様に係るマニピュレータでは、前記操作状態取得部は、前記操作部の切り替え時の速度又は加速度を取得し、前記制御部は、前記操作状態取得部が取得した前記操作部の切り替え時の速度又は加速度に応じて前記伝達補償部を制御する。
【００１６】
本発明の一実施態様に係るマニピュレータでは、前記入力部は、前記可動部及び前記伝達部のうち少なくとも１つの状態を取得するシステム状態取得部を有し、前記制御部は、前記システム状態取得部が取得した前記可動部及び前記伝達部のうち少なくとも１つの状態に応じて前記伝達補償部を制御する。
【００１７】
本発明の一実施態様に係るマニピュレータでは、前記システム状態取得部は、前記可動部及び前記伝達部のうち少なくとも１つの姿勢を取得し、前記制御部は、前記システム状態取得部が取得した前記可動部及び前記伝達部のうち少なくとも１つの姿勢に応じて前記伝達補償部を制御する。
【００１８】
本発明の一実施態様に係るマニピュレータでは、前記可動部は、複数の湾曲コマを有し、前記システム状態取得部は、前記複数の湾曲コマの湾曲角度をそれぞれ取得し、前記制御部は、前記システム状態取得部が取得した前記複数の湾曲コマの湾曲角度に応じて前記伝達補償部を制御する。
【００１９】
本発明の一実施態様に係るマニピュレータでは、前記システム状態取得部は、前記複数の湾曲コマの湾曲方向をそれぞれ取得し、前記制御部は、前記システム状態取得部が取得した前記複数の湾曲コマの湾曲方向に応じて前記伝達補償部を制御する。
【００２０】
本発明の一実施態様に係るマニピュレータでは、前記入力部は、前記可動部及び前記伝達部の特性を取得する特性取得部を有し、前記制御部は、前記特性取得部が取得した前記可動部及び前記伝達部の特性に応じて前記伝達補償部を制御する。
【００２１】
本発明の一実施態様に係るマニピュレータでは、前記特性取得部は、前記可動部及び前記伝達部の形状及び材料のうち少なくとも一つを取得する。
【００２２】
本発明の一実施態様に係るマニピュレータでは、前記可動部及び前記伝達部に着脱可能な処置部を備え、前記特性取得部は、前記処置部の有無を取得し、前記制御部は、前記特性取得部が取得した前記処置部の有無に応じて前記伝達補償部を制御する。
【００２３】
本発明の一実施態様に係るマニピュレータでは、前記特性取得部は、前記処置部の種類を取得し、前記制御部は、前記特性取得部が取得した前記処置部の種類に応じて前記伝達補償部を制御する。
【００２４】
本発明の一実施態様に係るマニピュレータでは、前記伝達補償部は、前記操作部の操作をアシストする駆動部材を有する。
【００２５】
本発明の一実施態様に係るマニピュレータでは、前記制御部は、前記伝達補償部が制御される補償モードと、前記駆動部材が前記操作部の操作をアシストするアシストモードと、前記操作部のみで前記可動部を操作する手動モードと、が切り替え可能である。
【００２６】
本発明の一実施態様に係るマニピュレータシステムは、前記マニピュレータと、前記マニピュレータにより取得された画像を表示する表示部と、を備え、前記マニピュレータは、観察光学系、撮像素子及び照明光学系を有する内視鏡を含み、前記制御部は、前記内視鏡により取得された画像を前記表示部に表示することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
この態様に係るマニピュレータ及びマニピュレータシステムによれば、動的な余剰部分を除去し、操作部の操作に対して、可動部が迅速に作動することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施形態のマニピュレータの一例を示す図である。
【図２】第１実施形態のマニピュレータの模式図である。
【図３】第１実施形態のマニピュレータのブロック図である。
【図４】第１実施形態のマニピュレータの制御フローチャート図である。
【図５】第１実施形態のマニピュレータの模式的な作動図である。
【図６】第１実施形態のマニピュレータの模式的な作動図である。
【図７】第１実施形態のマニピュレータの模式的な作動図である。
【図８】第２実施形態のマニピュレータの模式図である。
【図９】第２実施形態のマニピュレータのブロック図である。
【図１０】第２実施形態のマニピュレータの制御フローチャート図である。
【図１１】第２実施形態のマニピュレータの模式的な作動図である。
【図１２】ハンドルの角度に対する可動部の左右方向の先端角度を示す。
【図１３】ハンドル角度に対する不感帯量を示す。
【図１４】他の例のマニピュレータの先端部分を示す。
【図１５】ハンドルの角度と可動部を上下方向に湾曲させた状態での左右方向の先端角度に対する不感帯量を示す。
【図１６】人間の大腸の概略を示す。
【図１７】マニピュレータを大腸に挿入した際の伝達部の姿勢を示す。
【図１８】処置具の概略を示す。
【図１９】処置部を設置した可動部及び伝達部の概略を示す。
【図２０】本実施形態のマニピュレータを適用した手術支援システムを示す。
【図２１】本実施形態のマニピュレータを適用した手術支援システムのシステム構成図を示す。
【図２２】従来のマニピュレータの模式的な作動図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、一実施形態について説明する。
【００３０】
図１は、本実施形態のマニピュレータ１の一例を示す図である。
【００３１】
図１に示すように、本実施形態のマニピュレータ１は、操作部２と、可動部３と、伝達部４と、処置部５と、を備える。操作部２と可動部３は、伝達部４によって機械的に接続される。操作者が操作部２を操作すると、操作力が伝達部４を介して可動部３に伝達され、可動部３が可動する。
【００３２】
操作部２は、ハンドル２１からなる。本実施形態では、模式的にハンドル２１を棒状の部材で表しているが、多関節状のアームや、可動部３に設けられる処置部５等を操作するために適した形状、例えばハサミの持ち手のような形状でもよい。
【００３３】
可動部３は、湾曲コマ３１と、先端硬質部３２と、を有する。可動部３は、略リング状の複数の湾曲コマ３１が軸方向に沿って並設され、先端に先端硬質部３２が設置されている。隣接する湾曲コマ３１は、互いに対して回動することが可能とされている。また、先端硬質部３２と隣接する湾曲コマ３１も回動することができるようになっている。先端硬質部３２には、処置部５が適宜配設されるようになっている。
【００３４】
伝達部４は、操作側プーリ４１と、伝達ワイヤ４３と、軟性部４４と、遷移部４５と、を有する。
【００３５】
操作側プーリ４１は、操作部２のハンドル２１に接続され、ハンドル２１の操作に基づいて回転する。伝達ワイヤ４３は、第１伝達ワイヤ４３ａ及び第２伝達ワイヤ４３ｂを有し、それぞれ先端が先端硬質部３２にそれぞれ固定され、他端がハンドル２１に固定され、ハンドル２１の操作に基づいて先端硬質部３２を移動させることで、可動部３を可動させる。軟性部４４は、伝達ワイヤ４３の少なくとも一部を覆い、湾曲可能な軟性の筒状の部材からなる。遷移部４５は、軟性部４４の可動部３側に設けられる。遷移部４５は、可動部３の複数の湾曲コマ３１のうち一端の湾曲コマ３１が回動可能に取り付けられる。なお、伝達部４は、可動部側にプーリを用いても良い。
【００３６】
処置部５は、内視鏡５１と、処置具５２と、を有する。内視鏡５１は、観察光学系５１ａ及び照明光学系１ｂ等を含む。内視鏡５１及び処置具５２は、可動部３及び伝達部４の一部を通り、操作部２によって操作される。
【００３７】
このような構造によって、本実施形態のマニピュレータ１は、以下のように作動する。まず、操作者が操作部２のハンドル２１を操作すると、操作側プーリ４１が回転し、操作側プーリ４１に一部巻き掛けられた伝達ワイヤ４３が牽引され、先端硬質部３２の一方を引っ張り、他方をゆるめる。そして、先端硬質部３２が引っ張られることで、湾曲コマ３１が回動し、可動部３が湾曲する。
【００３８】
図２は、第１実施形態のマニピュレータ１の模式図である。
【００３９】
第１実施形態のマニピュレータ１は、操作部２と、可動部３と、伝達部４と、伝達補償部６と、入力部８と、を備える。可動部３及び伝達部４は、図１において説明したものと同様の構成でよい。
【００４０】
図２に示すマニピュレータ１の操作部２は、ハンドル２１と、第１クラッチ２２と、を有する。また、マニピュレータ１の伝達補償部６は、補償モータ６１と、第２クラッチ６７と、を有する。さらに、入力部８は、第１エンコーダ８１と、第２エンコーダ８２と、を有する。
【００４１】
ハンドル２１は操作部材を構成し、第１クラッチ２２は操作側断接部材を構成する。また、補償モータ６１は駆動部材を構成し、第２クラッチ６７は駆動側断接部材を構成する。さらに、第１エンコーダ８１は操作状態取得部を構成し、第２エンコーダ８２は駆動状態取得部を構成する。
【００４２】
なお、駆動部材は、モータに限らず、駆動力を出力するアクチュエータであればよい。また、操作状態取得部は、エンコーダに限らず、操作部２の回転状態が取得できるものであればよい。例えば、ポテンショメータなどの角度センサや、タコジェネレータなどの角速度センサでもよい。さらに、操作側プーリ４１の回転角度を取得できるものでもよい。同様に、駆動状態取得部は、エンコーダに限らず、補償モータ６１の回転状態が取得できるものであればよい。例えば、ポテンショメータなどの角度センサや、タコジェネレータなどの角速度センサでもよい。
【００４３】
第１実施形態では、ハンドル２１は、模式的に棒状の部材で表しているが、多関節状のアームや、可動部３に設けられる処置具等を操作するために適した形状、例えばハサミの持ち手のような形状でもよい。第１クラッチ２２は、ハンドル２１と操作側プーリ４１の間に設置され、ハンドル２１から操作側プーリ４１に伝わる力を断接する部材である。
【００４４】
補償モータ６１は、操作側プーリ４１を回転させて動的な弛み１０１を除去する。また、ハンドル２１の回転をアシストするために操作側プーリ４１を回転させることも可能である。第２クラッチ６７は、補償モータ６１と操作側プーリ４１の間に設置され、補償モータ６１から操作側プーリ４１に伝わる力を断接する部材である。また、操作部２に補償モータ６１とは別のアクチュエータを設置してアシストする構成としてもよい。
【００４５】
第１エンコーダ８１は、ハンドル２１の回転角度及び回転方向を取得して、信号に変換し、後述する制御部に信号を入力する。第２エンコーダ８２は、補償モータ６１の回転角度及び回転方向を取得して、信号に変換し、後述する制御部に信号を入力する。第１エンコーダ８１及び第２エンコーダ８２は、一方の回転の場合、正の値の信号を出力し、逆の回転の場合、負の値の信号を出力する。
【００４６】
図３は、第１実施形態のマニピュレータ１のブロック図である。
【００４７】
第１実施形態のマニピュレータ１は、入力部８から入力された信号によって、制御部９１が、操作部２の第１クラッチ２２、並びに伝達補償部６の補償モータ６１及び第２クラッチ６７を制御する。
【００４８】
入力部８は、図２に示したハンドル２１の回転角度及び回転方向を検出可能な第１エンコーダ８１と、補償モータ６１の回転角度及び回転方向を検出可能な第２エンコーダ８２と、可動部３、伝達部４、及び処置部５等の状態を検出可能なシステム状態取得部８３と、可動部３、伝達部４、及び処置部５等で使用されている部材の寸法、材料特性等の情報を取得する特性取得部８４と、を有する。
【００４９】
例えば、システム状態取得部８３は、図１に示した湾曲コマ３１の角度、操作側プーリ４１の回転角度、もしくは伝達ワイヤ４３の張力等を取得できるものでよい。また、特性取得部８４は、型番等を選択するボタン等によって入力されることが好ましい。例えば、操作者が型番のボタンを押すと、選択する型番ごとにあらかじめ記憶されているマニピュレータ１の各部のパラメータが制御部９１に入力される。
【００５０】
次に、第１実施形態のマニピュレータ１の制御方法について説明する。
【００５１】
図４は、第１実施形態のマニピュレータ１の制御フローチャート図である。図５〜図７は、第１実施形態のマニピュレータ１の模式的な作動図である。
【００５２】
まず、ステップ１で、制御部９１は、ハンドル２１の操作があったか否かを判断する（ＳＴ１）。操作部２のハンドル２１の操作があったか否かは、第１エンコーダ８１からの入力により判断する。
【００５３】
例えば、図示しない操作者が図２に示した中立状態からハンドル２１を矢印Ａ１方向に回転させて、図５に示す状態とした場合、ハンドル２１及び操作側プーリ４１の矢印Ａ１方向の回転に対して、機械的な動作をする上での摩擦等が発生するため、図５に示すように、動的な弛み１０１が発生する。
【００５４】
ステップ１において、ハンドル２１の操作がなかった場合、ステップ１に戻る。ステップ１において、ハンドル２１の操作があった場合、ステップ２で、制御部９１は、ハンドル２１の切り返しがあったか否かを判断する（ＳＴ２）。ハンドル２１の切り返しがあったか否かは、第１エンコーダ８１からの入力の符号により判断する。
【００５５】
ステップ２において、ハンドル２１の切り返しがなかった場合、ステップ２に戻る。ステップ２において、ハンドル２１の切り返しがあった場合、ステップ３で、制御部９１は、第１クラッチ２２を切断し、第２クラッチ６７を接続する（ＳＴ３）。
【００５６】
例えば、図５から図７に示すように、ハンドル２１を矢印Ａ２方向に反転させた場合、第１エンコーダ８１がハンドル２１の反転を検出する。第１エンコーダ８１がハンドル２１の反転を検出すると、図６に示すように操作部２の第１クラッチ２２を切断すると共に、伝達補償部６の第２クラッチ６７を接続する。図５から図７の図中の矢印は、クラッチの動作を模式的に表現したものである。
【００５７】
次に、ステップ４で、制御部９１は、マニピュレータ１の状態及び特性を取得し、補償モータ６１の駆動量を演算する（ＳＴ４）。
【００５８】
マニピュレータ１の状態とは、例えば図５及び図６に示した状態での操作部２、可動部３、伝達部４、処置部５、補償部６の角度、角速度、変位、張力等である。したがって、図３に示した第１エンコーダ８１、第２エンコーダ８２及びシステム状態取得部８３からマニピュレータ１の状態を取得する。また、マニピュレータ１の特性は、図３に示した特性取得部８４から取得する。
【００５９】
そして、入力部８からそれぞれ取得した入力値から制御部９１が補償モータ６１の駆動量を演算する。本実施形態では、演算式として以下の式（１）を用いる。
u ＝  f（θin）・sgn（θ'in）                    （１）
ただし、u は、伝達補償部の補償量、
θinはハンドル角度、
θ'inはハンドル角度より微分演算して得られたハンドル角速度、
f（θin）は、ハンドル角度に対する伝達補償部の補償量を示す関数、
sgn（θ'in）は、ハンドルの切り替えに応じた符号、
である。
【００６０】
次に、ステップ５で、制御部９１は、補償モータ６１を駆動させる（ＳＴ５）。補償モータ６１が駆動すると、図５に示した第１伝達ワイヤ４３ａの動的な弛み１０１は迅速に除去される。なお、図６に示した状態では、補償モータ６１によって操作側プーリ４１を回転させても第１クラッチ２２が切断されているので、ハンドル２１には補償モータ６１の駆動力は伝達されない。
【００６１】
次に、ステップ６で、制御部９１は、動的な弛み１０１が除去されたか否かを判断する（ＳＴ６）。動的な弛み１０１が除去されたか否かの判断は、第１エンコーダ８１、第２エンコーダ８２及びシステム状態取得部８３から取得する。例えば、モータに接続された第２エンコーダが、伝達補償部の補償量に到達しているか否かなどにより判断する
【００６２】
ステップ６において、動的な弛み１０１が除去されていない場合、ステップ６に戻る。ステップ６において、動的な弛み１０１が除去された場合、ステップ７で、補償モータ６１を停止し、第２クラッチを切断し、第１クラッチを接続する（ＳＴ７）。
【００６３】
動的な弛み１０１が除去されると、図７に示すように、第１クラッチ２２が接続され、ハンドル２１の回転による伝達ワイヤ４３の引張力により、可動部３が矢印Ｂ２方向に回転する。
【００６４】
このように、第１実施形態のマニピュレータ１によれば、伝達ワイヤ４３の動的な弛み１０１を迅速に除去し、ハンドル２１の回転に対して可動部３を迅速に回転させることが可能となる。
【００６５】
次に、第２実施形態のマニピュレータ１について説明する。
【００６６】
図８は、第２実施形態のマニピュレータ１の模式図である。
【００６７】
第２実施形態のマニピュレータ１は、操作部２と、可動部３と、伝達部４と、伝達補償部６と、入力部８と、を備える。操作部２、可動部３、伝達部４、入力部８は、第１実施形態において説明したものと同様の構成でよい。
【００６８】
伝達補償部６は、補償モータ６１と、移動部材６２と、押圧部材６３と、を有する。補償モータ６１は、押圧部材６３を移動させる。押圧部材６３は、移動部材６２に支持され、移動部材６２と共に回転し、伝達部４の伝達ワイヤ４３を押圧する。
【００６９】
図９は、第２実施形態のマニピュレータ１のブロック図である。
【００７０】
第２実施形態のマニピュレータ１は、入力部８から入力された信号によって、制御部９１が、伝達補償部６の補償モータ６１を制御する。
【００７１】
入力部８は、図８に示したハンドル２１の回転角度及び回転方向を検出可能な第１エンコーダ８１と、補償モータ６１の回転角度及び回転方向を検出可能な第２エンコーダ８２と、可動部３、伝達部４、及び処置部５等の状態を検出可能なシステム状態取得部８３と、可動部３、伝達部４、及び処置部５等で使用されている部材の寸法、材料特性等の情報を取得する特性取得部８４と、を有する。
【００７２】
例えば、システム状態取得部８３は、図１に示した湾曲コマ３１の角度、操作側プーリ４１の回転角度、もしくは伝達ワイヤ４３の張力等を取得できるものでよい。また、特性取得部８４は、型番等を選択するボタン等によって入力されることが好ましい。例えば、操作者が型番のボタンを押すと、選択する型番ごとにあらかじめ記憶されているマニピュレータ１の各部のパラメータが制御部９１に入力される。
【００７３】
次に、第２実施形態のマニピュレータ１の制御方法について説明する。
【００７４】
図１０は、第２実施形態のマニピュレータ１の制御フローチャート図である。図１１は、第２実施形態のマニピュレータ１の模式的な作動図である。
【００７５】
まず、ステップ１１で、制御部９１は、ハンドル２１の操作があったか否かを判断する（ＳＴ１１）。操作部２のハンドル２１の操作があったか否かは、第１エンコーダ８１からの入力により判断する。
【００７６】
例えば、図示しない操作者が図８に示した中立状態からハンドル２１を矢印Ａ１方向に回転させて、図１１（ａ）に示す状態とした場合、ハンドル２１及び操作側プーリ４１の矢印Ａ１方向の回転に対して、図１１（ａ）に示すように、動的な弛み１０１が発生する。
【００７７】
ステップ１１において、ハンドル２１の操作がなかった場合、ステップ１１に戻る。ステップ１において、ハンドル２１の操作があった場合、ステップ１２で、制御部９１は、ハンドル２１の切り返しがあったか否かを判断する（ＳＴ１２）。ハンドル２１の切り返しがあったか否かは、第１エンコーダ８１からの入力の符号により判断する。
【００７８】
ステップ１２において、ハンドル２１の切り返しがなかった場合、ステップ１２に戻る。ステップ１２において、ハンドル２１の切り返しがあった場合、ステップ１３で、制御部９１は、マニピュレータ１の状態及び特性を取得し、補償モータ６１の駆動量を演算する（ＳＴ１３）。
【００７９】
例えば、図１１（ａ）から図１１（ｂ）に示すように、ハンドル２１を矢印Ａ２方向に反転させた場合、第１エンコーダ８１がハンドル２１の反転を検出する。第１エンコーダ８１がハンドル２１の反転を検出すると、制御部９１は、マニピュレータ１の状態及び特性を取得し、補償モータ６１の駆動量を演算する
【００８０】
マニピュレータ１の状態とは、例えば図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示した状態での操作部２、可動部３、伝達部４、処置部５、補償部６の角度、角速度、変位、張力等である。したがって、図９に示した第１エンコーダ８１、第２エンコーダ８２及びシステム状態取得部８３からマニピュレータ１の状態を取得する。また、マニピュレータ１の特性は、図９に示した特性取得部８４から取得する。
【００８１】
そして、入力部８からそれぞれ取得した入力値から制御部９１が補償モータ６１の駆動量を演算する。本実施形態では、演算式として以下の式（１）を用いる。
u＝  f（θin）・sgn（θ'in）                    （１）
ただし、u は、伝達補償部の補償量、
θinはハンドル角度、
θ'inはハンドル角度より微分演算して得られたハンドル角速度、
f（θin）は、ハンドル角度に対する伝達補償部の補償量を示す関数、
sgn（θ'in）は、ハンドルの切り替えに応じた符号、
である。
【００８２】
次に、ステップ１４で、制御部９１は、補償モータ６１を駆動させる（ＳＴ１４）。補償モータ６１が駆動すると、図１１（ｂ）に示すように、矢印Ｃ１方向に移動部材６２及び押圧部材６３が回転する。
【００８３】
第２実施形態のマニピュレータ１の場合、図１１（ｂ）に示すように、押圧部材６３が回転し、伝達部４の第１伝達ワイヤ４３ａを押圧する。
【００８４】
次に、ステップ１５で、制御部９１は、動的な弛み１０１が除去されたか否かを判断する（ＳＴ１５）。動的な弛み１０１が除去されたか否かの判断は、第１エンコーダ８１、第２エンコーダ８２及びシステム状態取得部８３から取得する。例えば、第２エンコーダ８２によって操作部側プーリ４１と可動部側プーリ４２との回転角度の差があるか否か、又は伝達ワイヤ４３の張力等によって判断してもよい。
【００８５】
ステップ１５において、動的な弛み１０１が除去されていない場合、ステップ１５に戻る。ステップ１５において、動的な弛み１０１が除去された場合、ステップ１６で、補償モータ６１を停止する（ＳＴ１６）。
【００８６】
動的な弛み１０１が除去されると、図１１（ｃ）に示すように、ハンドル２１の回転による伝達ワイヤ４３の引張力により、可動部３が矢印Ｂ２方向に回転する。
【００８７】
このように、第１実施形態のマニピュレータ１によれば、伝達ワイヤ４３の動的な弛み１０１を迅速に除去し、ハンドル２１の回転に対して可動部３を迅速に回転させることが可能となる。
【００８８】
なお、ハンドル２１を矢印Ａ２方向に回転させると、図１１（ｃ）に示すように、ハンドル２１が回転した側で伝達ワイヤ４３に動的な弛み１０１が発生する。
【００８９】
その後、図１１（ｃ）から図１１（ｄ）に示すように、ハンドル２１を矢印Ａ２方向から矢印Ａ１方向に反転させた場合、第１エンコーダ８１がハンドル２１の反転を検出する。第１エンコーダ８１がハンドル２１の反転を検出すると、伝達補償部６の補償モータ６１が駆動し、図１１（ｄ）に示すように、矢印Ｃ２方向に移動部材６２及び押圧部材６３を回転させる。
【００９０】
第２実施形態のマニピュレータ１の場合、図１１（ｄ）に示すように、押圧部材６３が回転し、伝達部４の伝達ワイヤ４３を押圧する。伝達ワイヤ４３が押圧されることによって、図１１（ｃ）に示した伝達ワイヤ４３の動的な弛み１０１は迅速に除去される。動的な弛み１０１が除去されると、ハンドル２１の回転による伝達ワイヤ４３の引張力により、可動部３が矢印Ｂ１方向に回転する。
【００９１】
このように、第２実施形態のマニピュレータ１によれば、伝達ワイヤ４３の動的な弛み１０１を迅速に除去し、ハンドル２１の回転に対して可動部３を迅速に回転させることが可能となる。
【００９２】
次に、本実施形態の制御部９１の制御について他の例を説明する。
【００９３】
図１２は、ハンドル角度に対する可動部の角度を示している。図１３は、ハンドル角度に対する不感帯量を示す。
【００９４】
本実施形態の可動部３は、図１に示すように、湾曲可能な構造となっている。可動部３が真っ直ぐな状態で操作部２を操作した場合と、可動部３が左右もしくは上下方向に湾曲した状態で操作部２を操作した場合では、可動部３を被覆したチューブ、可動部３の内部に挿通された光ファイバ又は処置具５のチューブ等の影響によって曲げ剛性が変化し、制御結果が異なる可能性がある。
【００９５】
したがって、制御部９１は、図１に示した湾曲コマ３１の湾曲状態に応じて伝達補償部６を制御してもよい。湾曲コマ３１の湾曲状態は、システム状態取得部８３が湾曲コマ３１の角度を取得すればよい。
【００９６】
また、図１に示した本実施形態のマニピュレータ１は、可動部３の左右もしくは上下方向の先端角度、すなわち先端硬質部３２の中心軸の方向に応じてハンドル角度に対する不感帯量が変化する。例えば、図１２に示すように、可動部３の左右方向の先端角度が大きい場合の方が、可動部３の左右方向の先端角度が小さい場合よりも、不感帯量が大きい。言い換えれば、可動部３が湾曲されて先端が左右方向に大きく曲がっている場合の方が、可動部３が真っ直ぐに近い場合よりも、ハンドル２１の操作に対する動的な弛みが大きくなる。
【００９７】
したがって、あらかじめ図１３に示すようなハンドル角度に応じた不感帯量を示すグラフからルックアップテーブルやフィッティング式等を作成し、図９に示した制御部９１が補償モータ６１の駆動量を演算する際、作成したルックアップテーブル等を用いて、可動部３の左右方向の先端角度に応じて、不感帯量を少なくするように、式（１）を設定して、補償モータ６１の駆動量を変更することが好ましい。
【００９８】
図１４は、他の例のマニピュレータ１の先端部分を示す。図１５は、ハンドル２１の角度と可動部３を上下方向に湾曲させた状態での左右方向の先端角度に対する不感帯量を示す。
【００９９】
マニピュレータ１の可動部３の湾曲コマ３１は、図１４に示すように、中心軸に対して１つずつ９０°回転させて取り付け、上下左右方向の２自由度で湾曲可能に構成しても良い。可動部３が２自由度で湾曲可能な場合、操作部２を２自由度で操作可能な構造とする。また、操作状態を取得するための第１エンコーダ８１として、上下方向と左右方向のそれぞれの回転を検出する２つのエンコーダを用いることが好ましい。
【０１００】
この場合、補償モータ６１の駆動量の演算式は、以下の式（２）を用いる。
uLR ＝（ f（θLR）＋f（θUD））・sgn（θ'LR）
uUD ＝（ f（θLR）＋f（θUD））・sgn（θ'UD）          （２）
ただし、uLR は湾曲部LR方向の伝達補償部の補償量、
uUD は湾曲部UD方向の伝達補償部の補償量、
θLR はLR方向ハンドル角度  (θ'LR）はLR方向ハンドル角速度、
θUD はUD方向ハンドル角度（θ'UD）はUD方向ハンドル角速度、
f（θLR）は、左右方向のハンドル角度に対する伝達補償部の補償量を示す関数であって、本実施形態では、f（θLR）＝a1θ2LR＋a2θLR＋a3    （２−１）
f（θUD）は、上下方向のハンドル角度に対する伝達補償部の補償量を示す関数であって、本実施形態では、f（θLR）＝b1θ2UD＋b2θUD＋b3    （２−２）
sgn（θ'in）は、ハンドルの切り替えに応じた符号、
である。
【０１０１】
なお、補償モータ６１の駆動量は、上下左右方向の角度に対する駆動量をあらかじめ定めたルックアップテーブル等によって求めてもよい。また、演算式は、多項式、非線形でもよい。例えば、以下の式（３）のように、係数を変えてもよい。
f（θLR,θLR）＝a1θLR・b1θUDθ2LR＋a2θLR・b2θUDθLR＋a3θLR・b3θUD  （３）
【０１０２】
図１５に示すように、図１４に示した可動部３を上下方向に湾曲させた状態でハンドル２１を操作した場合、上下方向に真っ直ぐな状態でハンドル２１を操作した場合よりも不感帯量が大きくなる。また、可動部３が上下方向及び左右方向に湾曲させた状態でハンドル２１を操作した場合、さらに不感帯量が大きくなる。すなわち、図１１（ａ）に示したハンドル２１の操作に対する伝達ワイヤ４３の動的な弛み１０１が大きくなる。
【０１０３】
したがって、あらかじめ図１５に示すようなグラフからルックアップテーブル等を作成し、図９に示した制御部９１が補償モータ６１の駆動量を演算する際、作成したルックアップテーブル等を用いて、可動部３の上下左右方向の先端角度に応じて、不感帯量をなくすように補償モータ６１の駆動量を変更することが好ましい。
【０１０４】
図１６は、人間の大腸の概略を示す。図１７は、マニピュレータ１を大腸に挿入した際の伝達部４の姿勢を示す。
【０１０５】
本実施形態の制御部９１は、使用時の部材の姿勢に応じて、補償モータ６１の駆動量を変更することが好ましい。
【０１０６】
例えば、本実施形態のマニピュレータ１を大腸内の患部の処置に使用する場合、図１６に示すように、大腸内でも処置する患部の位置は患者によってそれぞれ異なる。したがって、図１６に示した大腸内のＡの位置を処置する場合、伝達部４は、図１７（ａ）に示すような姿勢となり、図１６に示した大腸内のＢの位置を処置する場合、伝達部４は、図１７（ｂ）に示すような姿勢となり、図１６に示した大腸内のＣの位置を処置する場合、伝達部４は、図１７（ｃ）に示すような姿勢となる。
【０１０７】
大腸内でのマニピュレータ１の姿勢は、システム状態取得部８３として内視鏡挿入姿勢観測装置等を用いて取得すればよい。内視鏡挿入姿勢観測装置は、磁気コイルが内蔵された挿入姿勢観測専用内視鏡との組み合わせで磁気コイルから発生する磁気をアンテナで受信し、リアルタイムで３次元の挿入姿勢を表示するものである。
【０１０８】
また、術前情報として手術前にあらかじめ処置する位置等を把握しておき、システム状態取得部８３が挿入されたマニピュレータ１の姿勢を予測してもよい。さらに、術中情報として手術中に挿入されたマニピュレータ１の長さ等を把握することによって、システム状態取得部８３がマニピュレータ１の姿勢を予測してもよい。なお、術前情報と術中情報の両方を使用してもよい。
【０１０９】
また、マニピュレータ１の伝達部４に、システム状態取得部８３として歪みセンサ及び光ファイバセンサ等の曲げセンサを取り付けて、マニピュレータ１の姿勢を検出してもよい。
【０１１０】
本実施形態では、マニピュレータ１の姿勢を認識するために、あらかじめ姿勢パラメータを設定し、システム状態取得部８３が姿勢パラメータを取得するように構成する。姿勢パラメータは、曲げ角度又は曲げ半径等でよい。例えば、伝達部４を複数の区間に区切り、区間毎に曲げ角度、曲げ半径、及び曲げ長さ等を求める。取得された姿勢パラメータは、制御部９１に入力される。
【０１１１】
制御部９１での演算式は、操作部２に対する補償量に対して姿勢に対する補償量を加えた以下の式（４）のようになる。
uLR ＝（ f（θLR）＋f（θUD））・sgn（θ'LR）
uUD ＝（ f（θLR）＋f（θUD））・sgn（θ'UD）          （４）
ただし、uLR は湾曲部LR方向の伝達補償部の補償量、
uUD は湾曲部UD方向の伝達補償部の補償量、
θLR はLR方向ハンドル角度  (θ'LR）はLR方向ハンドル角速度、
θUD はUD方向ハンドル角度（θ'UD）はUD方向ハンドル角速度、
θshはマニピュレータ１の姿勢パラメータ
f（θLR）は、左右方向のハンドル角度に対する伝達補償部の補償量を示す関数、
f（θUD）は、上下方向のハンドル角度に対する伝達補償部の補償量を示す関数、
f（θsh）は、姿勢に対する伝達補償部の補償量を示す関数、
sgn（θ'in）は、ハンドルの切り替えに応じた符号、
である。
【０１１２】
このように、伝達部４の姿勢を的確に取得するので、さらに的確に制御することが可能となる。なお、伝達部４だけでなく、可動部３の姿勢も取得することが好ましい。
【０１１３】
なお、システム状態取得部８３としては、伝達ワイヤ４３の弛み量を検出する張力センサ又は位置センサを適用してもよい。例えば、伝達補償部６が制御を開始した後、伝達ワイヤ４３の張力があらかじめ定めた所定の値になるまで、又は伝達ワイヤ４３の位置があらかじめ定めた所定の位置になるまで、補償するように設定する。位置センサを適用する場合には、伝達ワイヤ４３が所定の位置に配置されるように、伝達ワイヤ４３を付勢部材で付勢することが好ましい。
【０１１４】
図１８は、処置具５２の概略を示す。図１９は、処置部５を設置した可動部３及び伝達部４の概略を示す。図２０は、処置具５２を軟性部４４に挿入する前の状態の概略を示す。図２１は、処置具５２を軟性部４４に挿入した後の状態の概略を示す。
【０１１５】
処置具５２は、図１８に示すように、先端部５２ａとチューブ５２ｂと、を有し、可動部３及び伝達部４に挿通されている。処置具５２は、内視鏡５１のみで使用する場合等には、取り外すことができる。処置具５２が可動部３及び伝達部４に挿通されている場合と、処置具５２が可動部３及び伝達部４に挿通されていない場合では、可動部３及び伝達部４の特性が変わってしまう。例えば、処置具５２が可動部３及び伝達部４に挿通されている場合の方が、処置具５２が可動部３及び伝達部４に挿通されていない場合よりも曲げにくくなる。
【０１１６】
そこで、本実施形態の制御部９１は、処置部５が可動部３及び伝達部４に挿通されているか否かに応じて、補償モータ６１の駆動量を変更することが好ましい。
【０１１７】
処置具にはバーコードやＩＣタグ等の記録媒体が設けられている。この記録媒体には、接続された処置具６を識別する識別情報が記録されている。処置具識別するディテクタは、各処置具取付部に設けられており、処置具取付部に処置具が取り付けられたときに、処置具に付されている記録媒体から処置具の識別情報を読み取り、読み取った処置具の識別情報を制御部９１に送信する。制御部３は、処置具識別部から受信した処置具の識別情報に基づいて、いずれの処置具が挿入されているかを認識する。
【０１１８】
制御部９１での演算式は、操作部２に対する補償量に対して処置具５２の有無に対する補償量を加えた以下の式（５）のようになる。
u ＝（ f（θLR）＋f（θUD）＋α）・sgn（θ'in）          （５）
ただし、u は、伝達補償部の補償量、
f（θLR）は、左右方向のハンドル角度に対する伝達補償部の補償量を示す関数、
f（θUD）は、上下方向のハンドル角度に対する伝達補償部の補償量を示す関数、
αは、処置具に定められたパラメータ（処置具が無い場合は０）、
sgn（θ'in）は、ハンドルの切り替えに応じた符号、
である。
【０１１９】
このように、処置具５２を可動部３及び伝達部４に対して着脱可能な構造とし、特性取得部８４が取得した処置具５２の有無に応じて、制御部９が伝達補償部６を制御するので、さらに的確に制御することが可能となる。なお、内視鏡５１の観察光学系５１ａ及び照明光学系５１ｂも有無に応じて制御することが可能である。
【０１２０】
また、処置具５２は、患部を治療する方法に応じて種類を交換する場合がある。処置具５２を交換する場合には、先端部５２ａだけでなく、処置具５２の全体を交換する。そして、図１９に示すように、交換後は再び可動部３及び伝達部４に挿通される。なお、内視鏡５１の観察光学系５１ａと照明光学系５１ｂも同様に交換可能である。
【０１２１】
処置具５２は、断面形状及び材料等の種類によって曲げ剛性が異なる場合がある。例えば、デュアルナイフとＩＴナイフでは、表面の素材又は外径等が異なるので、曲げ剛性が異なり、運動特性が異なる。
【０１２２】
そこで、本実施形態の制御部９１は、処置具５２の種類に応じて、補償モータ６１の駆動量を変更することが好ましい。
【０１２３】
処置具５２の種類の判断は、ＩＣタグとディテクタを用いることで実施できる。例えば、あらかじめＩＣタグに処置具５２の種類に応じた信号を記憶させておき、軟性部４４の端部等に取り付けたディテクタが処置具５２に取り付けられたＩＣタグを感知し、処置具５２の種類を読み取る。そして、ＩＣタグは、処置具５２の種類に応じた信号を制御部９１に送信する。
【０１２４】
制御部９１での演算式は、操作部２に対する補償量に対して処置具５２の種類に対する補償量を加えた以下の式（６）のようになる。
u ＝（ f（θLR）＋f（θUD）＋αA）・sgn（θ'in）          （６）
ただし、u は、伝達補償部の補償量、
f（θLR）は、左右方向のハンドル角度に対する伝達補償部の補償量を示す関数、
f（θUD）は、上下方向のハンドル角度に対する伝達補償部の補償量を示す関数、
αAは、処置具の種類ごとに定められたパラメータ、
sgn（θ'in）は、ハンドルの切り替えに応じた符号、
である。
【０１２５】
このように、処置具５２を可動部３及び伝達部４に対して着脱可能な構造とし、特性取得部８４が取得した処置具５２の種類に応じて、制御部９が伝達補償部６を制御するので、さらに的確に制御することが可能となる。なお、内視鏡５１の観察光学系５１ａ及び照明光学系５１ｂも種類に応じて制御することが可能である。
【０１２６】
なお、処置具５２又は処置具５２の種類を認識する特性取得部８４としては、電気的または磁気的に処置具を識別するように構成されていてもよい。例えば、処置具処置具に、処置具に応じて異なる特性を有する磁石または抵抗が設けられ、特性取得部が磁石または抵抗の特性を検出するように構成されていてもよい。または、処置具は、キーボードやタッチパネル、ボタン等の入力手段から認識するように構成されていてもよい。
【０１２７】
また、本実施形態の制御部９１は、操作ハンドル２１の操作方向に応じて、補償モータ６１の駆動量を制御することが好ましい。例えば、本実施形態のマニピュレータ１は、図１に示すように、先端硬質部３２の中心軸に対して対称に形成されてはいない。したがって、操作ハンドル２１の移動方向によって、運動特性が異なる。
【０１２８】
そこで、操作ハンドル２１が左から右に折り返す場合、操作ハンドル２１が右から左に折り返す場合、操作ハンドル２１が上から下に折り返す場合、操作ハンドル２１が下から上に折り返す場合、それぞれの場合に応じて、補償式をそれぞれ設定して、補償モータ６１の駆動量を変更してもよい。
【０１２９】
また、本実施形態の制御部９１は、操作ハンドル２１の切り返し時の速度及び加速度に応じて、補償モータ６１の駆動量を変更してもよい。
【０１３０】
また、本実施形態の操作部２には伝達ワイヤ４３の弛み補償時に作用する伝達ワイヤ４３のテンションを小さくするアクチュエータを設けてもよい。
【０１３１】
さらに、入力部８として、ハンドル２１と手動のみで作動する手動モード、伝達補償部６を作動する補償モード、及び補償モータ６１をハンドル２１の操作のアシストとして使用するアシストモードのいずれかを選択するモード取得部を設けてもよい。モード取得部は、モードを選択するボタン等によって入力されることが好ましい。特に、故障又は停電等の緊急時には、自動的に手動モードに遷移することが好ましい。
【０１３２】
次に、本実施形態のマニピュレータ１を適用した手術支援システム１０について説明する。
【０１３３】
図２０は、本実施形態のマニピュレータ１を適用した手術支援システム１０を示す。図２１は、本実施形態のマニピュレータ１を適用した手術支援システム１０のシステム構成図を示す。
【０１３４】
本実施形態に係る手術支援システム１０は、図１に示したマニピュレータ１を適用する。手術支援システム１０は、操作者Ｏにより操作される操作部２、手術台ＢＤ上の患者Ｐの体内、例えば、大腸等の柔らかい臓器内に挿入可能な図１に示した可動部３、操作部２からの入力を可動部３に伝達し、一部が臓器内に挿入可能な軟性の伝達部４、及び可動部３の先端に設置された内視鏡等を有する図１に示した処置部５を有するマニピュレータ１と、マニピュレータ１を制御する制御部９１と、マニピュレータ１により取得された画像を表示する表示部９２と、を備えている。
【０１３５】
操作部２は、図２０に示すように、操作台に取り付けられた一対の操作ハンドルと、床面上に配置されたフットスイッチ等を有している。操作部２は、多関節構造を有してもよい。操作部２は、伝達部４及び可動部３と機械的に接続され、可動部３の湾曲操作を行う。また、操作した操作部２の角度をエンコーダ等の角度取得部から取得し、その取得した信号によって、制御部９１は、ドライバ９１ｂを介して可動部３の先端に配設された処置具５２及び伝達補償部６を作動させる。
【０１３６】
マニピュレータ１は、図１に示したように、可動部３の先端硬質部３２に処置部５として、内視鏡５１及び処置具５２等を有する。内視鏡５１は、体内を照明し、画像を取得するための観察光学系５１ａ、照明光学系５１ｂ、及び撮像素子５１ｃ等を備えている。観察光学系５１ａを経て撮像素子５１ｃにより取得された画像は、制御部９１内の画像処理部９１ａに出力される。画像処理部９１ａで処理された画像は、表示部９２に表示される。そして、操作者Ｏは、表示部９２に表示された画像を見ながらマニピュレータ１を操作する。
【０１３７】
このような手術支援システム１０によれば、操作者の求める的確な画像を表示することが可能となる。
【０１３８】
本発明の一実施態様に係るマニピュレータ１は、操作者が操作する操作部２と、操作部２によって操作される可動部３と、操作部２と可動部３を連結して、操作部２の回転を可動部３に伝達する伝達部４と、操作部２の操作に応じて伝達部４に発生する動的な余剰部分を補償する伝達補償部６と、操作部２、可動部３、及び伝達部４のうち少なくとも一つの状態を取得する入力部８と、入力部８が取得した状態に応じて伝達補償部６を制御する制御部９１と、を備えるので、動的な余剰部分を迅速に除去し、可動部３を迅速に作動させることが可能となる。
【０１３９】
本発明の一実施態様に係るマニピュレータ１では、入力部８は、操作部２の操作状態を取得する操作状態取得部８１を有し、制御部９１は、操作状態取得部８１が取得した操作部２の操作状態に応じて伝達補償部６を制御するので、操作部２の状態に応じて的確に対応することができ、動的な余剰部分をさらに迅速に除去し、可動部３をさらに迅速に作動させることが可能となる。
【０１４０】
本発明の一実施態様に係るマニピュレータ１では、操作状態取得部８１は、操作部２の切り替え方向を取得し、制御部９１は、操作状態取得部８１が取得した操作部２の切り替え方向に応じて伝達補償部６を制御するので、可動部３を的確に作動させることが可能となる。
【０１４１】
本発明の一実施態様に係るマニピュレータ１では、操作状態取得部８１は、操作部２の切り替え時の速度又は加速度を取得し、制御部９１は、操作状態取得部８１が取得した操作部２の切り替え時の速度又は加速度に応じて伝達補償部６を制御するので、可動部３をさらに的確に作動させることが可能となる。
【０１４２】
本発明の一実施態様に係るマニピュレータ１では、入力部８は、可動部３及び伝達部４のうち少なくとも１つの状態を取得するシステム状態取得部８３を有し、制御部９１は、システム状態取得部８３が取得した可動部３及び伝達部４のうち少なくとも１つの状態に応じて伝達補償部６を制御するので、可動部３をさらに的確に作動させることが可能となる。
【０１４３】
本発明の一実施態様に係るマニピュレータ１では、入力部８は、可動部３及び伝達部４のうち少なくとも１つの姿勢を取得するシステム状態取得部８３を有し、制御部９１は、システム状態取得部８３が取得した可動部３及び伝達部４のうち少なくとも１つの姿勢に応じて伝達補償部６を制御するので、可動部３をさらに的確に作動させることが可能となる。
【０１４４】
本発明の一実施態様に係るマニピュレータ１では、可動部３は、複数の湾曲コマ３１を有し、システム状態取得部８３は、複数の湾曲コマ３１の湾曲角度をそれぞれ取得し、制御部９１は、システム状態取得部８３が取得した複数の湾曲コマ３１の湾曲角度に応じて伝達補償部６を制御するので、可動部３をさらに的確に作動させることが可能となる。
【０１４５】
本発明の一実施態様に係るマニピュレータ１では、システム状態取得部８３は、複数の湾曲コマ３１の湾曲方向をそれぞれ取得し、制御部９１は、システム状態取得部８３が取得した複数の湾曲コマ３１の湾曲方向に応じて伝達補償部６を制御するので、可動部３をさらに的確に作動させることが可能となる。
【０１４６】
本発明の一実施態様に係るマニピュレータ１では、可動部３及び伝達部４の特性を取得する特性取得部８４を備え、制御部９１は、特性取得部８４が取得した可動部３及び伝達部４の特性に応じて伝達補償部６を制御するので、可動部３をさらに的確に作動させることが可能となる。
【０１４７】
本発明の一実施態様に係るマニピュレータ１では、特性取得部８４は、可動部３及び伝達部４の形状及び材料のうち少なくとも一つを取得するので、可動部３をさらに的確に作動させることが可能となる。
【０１４８】
本発明の一実施態様に係るマニピュレータ１では、可動部３及び伝達部４に着脱可能な処置部５を備え、特性取得部８４は、処置部５の有無を取得し、制御部９１は、特性取得部８４が取得した処置部５の有無に応じて伝達補償部６を制御するので、処可動部３をさらに的確に作動させることが可能となる。
【０１４９】
本発明の一実施態様に係るマニピュレータ１では、特性取得部８４は、処置部５の種類を取得し、制御部９１は、特性取得８４部が取得した処置部５の種類に応じて伝達補償部６を制御するので、可動部３をさらに的確に作動させることが可能となる。
【０１５０】
本発明の一実施態様に係るマニピュレータ１では、伝達補償部６は、操作部３の操作をアシストする駆動部材６１を有するので、操作部２の操作を容易に行うことが可能となる。
【０１５１】
本発明の一実施態様に係るマニピュレータ１では、制御部９１は、伝達補償部６が制御される補償モードと、駆動部材６１が操作部２の操作をアシストするアシストモードと、操作部２のみで可動部３を操作する手動モードと、が切り替え可能であるので、状況に応じて的確に制御することが可能となる。
【０１５２】
本発明の一実施態様に係るマニピュレータシステム１０は、マニピュレータ１と、マニピュレータ１により取得された画像を表示する表示部９２と、を備え、マニピュレータ１は、観察光学系、撮像素子及び照明光学系を有する内視鏡を含み、制御部９１は、内視鏡により取得された画像を表示部９２に表示するので、動的な余剰部分を迅速に除去し、操作部２の操作に対して、可動部３が迅速に作動することができ、操作者の求める的確な画像を表示することが可能となる。
【０１５３】
なお、この実施形態によって本発明は限定されるものではない。すなわち、実施形態の説明に当たって、例示のために特定の詳細な内容が多く含まれるが、当業者であれば、これらの詳細な内容に色々なバリエーションや変更を加えても、本発明の範囲を超えないことは理解できよう。従って、本発明の例示的な実施形態は、権利請求された発明に対して、一般性を失わせることなく、また、何ら限定をすることもなく、述べられたものである。
【符号の説明】
【０１５４】
１…マニピュレータ
２…操作部
２１…ハンドル（操作部材）
２２…第１クラッチ（操作側断接部材）
３…可動部
３１…湾曲コマ
３２…先端硬質部
３３…可動ワイヤ
４…伝達部
４１…操作側プーリ
４３…伝達ワイヤ
４４…軟性部
４５…遷移部
５…処置部
５１…内視鏡
５２…処置具
６…伝達補償部
６１…補償モータ（駆動部材）
６２…移動部材
６３…押圧部材
６６…補償モータ（駆動部材）
６７…第２クラッチ（駆動側断接部材）
８…入力部
８１…第１エンコーダ（操作状態取得部）
８２…第２エンコーダ（駆動状態取得部）
８３…システム状態取得部
８４…特性取得部
１０…手術支援システム
９１…制御部
９２…表示部
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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