(57)【要約】  回転関節の状態に関わらず、操作者のイメージ通りにマニピュレータを動作させる。操作指令を入力する操作入力部（５）と、マニピュレータ（３ａ，３ｂ）と、操作入力部（５）に入力された操作指令に応じてマニピュレータ（３ａ，３ｂ）を制御する制御部（６）とを備え、マニピュレータ（３ａ，３ｂ）が、長尺の挿入部と、挿入部の先端に設けられた先端部を挿入部の長手軸に直交する軸線回りに揺動させる１以上の屈曲関節と、屈曲関節よりも基端側に設けられ先端部を長手軸回りに回転させる回転関節とを備え、操作入力部（５）が、屈曲関節の操作指令を入力する屈曲操作入力部と、回転関節の操作指令を入力する回転操作入力部とを備え、制御部（５）が、回転操作入力部の操作指令と回転関節の回転角度とを０°または±１８０°の相対角度となるように回転操作入力部または回転関節を動作させるマニピュレータシステム（１）を提供する。
2017022307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作指令を入力する操作入力部と、
マニピュレータと、
前記操作入力部に入力された操作指令に応じて前記マニピュレータを制御する制御部とを備え、
前記マニピュレータが、長尺の挿入部と、該挿入部の先端に設けられた先端部を前記挿入部の長手軸に直交する軸線回りに揺動させる１以上の屈曲関節と、該屈曲関節よりも基端側に設けられ前記先端部を前記長手軸回りに回転させる回転関節とを備え、
前記操作入力部が、前記屈曲関節の操作指令を入力する屈曲操作入力部と、前記回転関節の操作指令を入力する回転操作入力部とを備え、
前記制御部が、前記回転操作入力部の操作指令と前記回転関節の回転角度とを０°または±１８０°の相対角度となるように前記回転操作入力部または前記回転関節を動作させるマニピュレータシステム。
【請求項２】
前記屈曲関節が、前記先端部を相互に直交する軸線回りに回転させる第１の屈曲関節と第２の屈曲関節であり、
前記屈曲操作入力部が、操作者により把持されるハンドルの相互に交差する軸線回りの回転により前記第１の屈曲関節および前記第２の屈曲関節への操作指令を入力する請求項１に記載のマニピュレータシステム。
【請求項３】
前記制御部が、前記回転操作入力部の操作指令と前記回転関節の回転角度とを０°、±９０°または±１８０°の相対角度となるように前記回転操作入力部または前記回転関節を動作させる請求項２に記載のマニピュレータシステム。
【請求項４】
前記屈曲操作入力部による操作指令が、前記第１の屈曲関節および前記第２の屈曲関節の速度指令である請求項２または請求項３に記載のマニピュレータシステム。
【請求項５】
前記屈曲操作入力部が、前記ハンドルを原点位置に戻す方向に付勢する付勢部材を備える請求項４に記載のマニピュレータシステム。
【請求項６】
前記屈曲操作入力部が、前記操作者に前記ハンドルの原点を認識させる原点報知部を備える請求項４に記載の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、マニピュレータシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、操作者によって操作される操作入力装置への操作入力に応じてマニピュレータを操作するマスタスレーブ方式のマニピュレータシステムが知られている。
このマニピュレータシステムにおいては、クラッチの切断によって操作入力装置とマニピュレータとの連動が切断されている状態から、操作入力装置とマニピュレータとを連動させる場合に、マニピュレータの状態に合わせるように操作入力装置を手動で動かすことにより、大まかに位置合わせしてからクラッチを接続することが行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３３４６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、マニピュレータが、そのアームを長手軸回りに回転させる回転関節を備え、該回転関節よりも先端側にアームを長手軸に直交する軸線回りに回転させる１以上の屈曲関節を備える場合には、回転関節の状態によっては、屈曲関節の回転方向が操作者のイメージとは異なる方向になってしまう不都合がある。
すなわち、操作入力装置に対して特定の操作を行うことにより、例えば、屈曲関節が上向きに先端部を揺動させる場合に、回転関節の回転角度が１８０°異なると、操作入力装置に対して同じ操作を行っても、屈曲関節が下向きに先端部を揺動させてしまう不都合がある。【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、回転関節の状態に関わらず、操作者のイメージ通りにマニピュレータを動作させることができるマニピュレータシステムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、操作指令を入力する操作入力部と、マニピュレータと、前記操作入力部に入力された操作指令に応じて前記マニピュレータを制御する制御部とを備え、前記マニピュレータが、長尺の挿入部と、該挿入部の先端に設けられた先端部を前記挿入部の長手軸に直交する軸線回りに揺動させる１以上の屈曲関節と、該屈曲関節よりも基端側に設けられ前記先端部を前記長手軸回りに回転させる回転関節とを備え、前記操作入力部が、前記屈曲関節の操作指令を入力する屈曲操作入力部と、前記回転関節の操作指令を入力する回転操作入力部とを備え、前記制御部が、前記回転操作入力部の操作指令と前記回転関節の回転角度とを０°または±１８０°の相対角度となるように前記回転操作入力部または前記回転関節を動作させるマニピュレータシステムを提供する。【０００７】
本態様によれば、操作入力部とマニピュレータとがずれている状態で、制御部による制御を開始する場合に、マニピュレータの各関節の角度が検出され、回転関節の回転角度と回転操作入力部の操作指令とが０°または±１８０°の相対角度となるように回転操作入力部または回転関節が制御部により動作させられる。相対角度が０°となることで屈曲関節の動作方向は屈曲操作入力部の操作方向と一致する。【０００８】
一方、相対角度が±１８０°となる場合には、何もしなければ屈曲関節の動作方向は屈曲操作入力部の操作方向とは逆方向となるが、相対角度が±１８０°であることが認識できているので、制御部によって屈曲関節の動作方向と屈曲操作入力部の操作方向とを容易に一致させることができる。したがって、いずれの場合にも、操作入力部による同じ操作によって１以上の屈曲関節に同じ動作を行わせることができる。すなわち、回転関節の状態に関わらず、操作者のイメージ通りにマニピュレータを動作させることができる。【０００９】
上記態様においては、前記屈曲関節が、前記先端部を相互に直交する軸線回りに回転させる第１の屈曲関節と第２の屈曲関節であり、前記屈曲操作入力部が、操作者により把持されるハンドルの相互に交差する軸線回りの回転により前記第１の屈曲関節および前記第２の屈曲関節への操作指令を入力してもよい。
このようにすることで、操作者はハンドルを把持して相互に交差するいずれか一方の軸線回りにハンドルを回転させることにより一方の屈曲関節を動作させ、他方の軸線回りにハンドルを回転させることにより他方の屈曲関節を動作させ、マニピュレータをイメージ通りに動作させることができる。【００１０】
上記態様においては、前記制御部が、前記回転操作入力部の操作指令と前記回転関節の回転角度とを０°、±９０°または±１８０°の相対角度となるように前記回転操作入力部または前記回転関節を動作させてもよい。
このようにすることで、回転操作入力部の操作指令と回転関節の回転角度とが０°または±１８０°の相対角度となる場合に加え、±９０°となる場合にも、制御部によって屈曲関節の動作方向を屈曲操作入力部の操作方向を容易に一致させることができる。【００１１】
すなわち、相互に直交する軸線回りに回転可能な２つの屈曲関節が存在する場合、回転関節が±９０°回転すると、何もしなければ、２つの屈曲関節の回転方向は入れ替わり、かつ一方の屈曲関節の回転方向は逆転するが、相対角度が±９０°であることが認識できているので、制御部によって屈曲関節の動作方向と屈曲操作入力部の操作方向とを容易に一致させることができる。したがって、いずれの場合にも、操作入力部による同じ操作によって１以上の屈曲関節に同じ動作を行わせることができる。すなわち、回転関節の状態に関わらず、操作者のイメージ通りにマニピュレータを動作させることができる。【００１２】
上記態様においては、前記屈曲操作入力部による操作指令が、前記第１の屈曲関節および前記第２の屈曲関節の速度指令であってもよい。
このようにすることで、屈曲操作入力部の回転角度と屈曲関節の動作速度とを対応付けて動作させることができる。【００１３】
上記態様においては、前記屈曲操作入力部が、前記ハンドルを原点位置に戻す方向に付勢する付勢部材を備えていてもよい。
このようにすることで、屈曲操作入力部のハンドルに力を加えて回転角度を増大させて行くと屈曲関節の動作速度が増大していき、ハンドルに加えた力を解除すると、付勢部材によってハンドルが原点位置に戻り、屈曲関節を停止させることができる。【００１４】
上記態様においては、前記屈曲操作入力部が、前記操作者に前記ハンドルの原点を認識させる原点報知部を備えていてもよい。
このようにすることで、操作者は、原点報知部によって報知されることにより、屈曲操作入力部のハンドルが原点にあることを認識できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、回転関節の状態に関わらず、操作者のイメージ通りにマニピュレータを動作させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るマニピュレータシステムを示す全体構成図である。
【図２】図１のマニピュレータシステムの一部を示す斜視図である。
【図３】図１のマニピュレータシステムのオーバーチューブの先端部分を示す拡大斜視図である。
【図４】図１のマニピュレータシステムの可動部の軸構成を示す模式図である。
【図５】図１のマニピュレータシステムの操作部の一例を示す図である。
【図６Ａ】可動部の根元に基準を配置した、従来の制御方法を説明する回転関節が０°のときの動作を示す模式図である。
【図６Ｂ】可動部の根元に基準を配置した、従来の制御方法を説明する回転関節が１８０°のときの動作を示す模式図である。
【図７Ａ】回転関節と屈曲関節との間に基準を配置した、図１のマニピュレータシステムの制御方法を説明する回転関節が０°のときの動作を示す模式図である。
【図７Ｂ】回転関節と屈曲関節との間に基準を配置した、図１のマニピュレータシステムの制御方法を説明する回転関節が１８０°のときの動作を示す模式図である。
【図８】図４のマニピュレータシステムの可動部の変形例の軸構成を示す模式図である。
【図９】図５のマニピュレータシステムの操作部の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態に係るマニピュレータシステム１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るマニピュレータシステム１は、図１に示されるように、患者Ｐの体内に挿入される内視鏡２および２つのマニピュレータ３ａ，３ｂと、これらを収容するオーバーチューブ４と、操作者Ｏにより操作される操作部（操作入力部）５と、操作部５の操作に基づいて各マニピュレータ３ａ，３ｂを制御する制御部６と、モニタ７とを備えている。
【００１８】
マニピュレータ３ａ，３ｂは、図２および図３に示されるように、それぞれ、オーバーチューブ４のチャネル１６を介して患者Ｐの体内に挿入される挿入部８と、該挿入部８の先端に備えられた可動部９と、挿入部８の基端側に配置され、図示しないワイヤ等の動力伝達部材によって可動部９を駆動する駆動部１０とを備えている。
可動部９は、最先端に配置され、体内の患部に作用してこれを処置する処置部（先端部）１１と、該処置部１１の先端位置および姿勢を変化させる複数の関節１２，１３，１４，１５とを備えている。
【００１９】
可動部９の関節１２，１３，１４，１５は、図４に示される軸構成を有している。
すなわち、挿入部８に接続する基端側から順に、処置部１１を挿入部８の長手軸方向に進退させるスライド関節１２と、処置部１１を長手軸回りに回転させる回転関節１３と、長手軸に直交する軸線回りに処置部１１を揺動させる第１の屈曲関節（屈曲関節）１４と、該第１の屈曲関節１４の軸線および長手軸に直交する軸線回りに処置部１１を揺動させる第２の屈曲関節（屈曲関節）１５とを備えている。
【００２０】
オーバーチューブ４は、図２および図３に示されるように、可撓性を有する材質からなるチューブであって、マニピュレータ３ａ，３ｂを貫通させる２つのマニピュレータ用チャネル１６および内視鏡２を貫通させる単一の内視鏡用チャネル１７を有する先端側管状部１８と、該先端側管状部１８の基端から２つのマニピュレータ用チャネル１６を基端側に延長するように延びる延長チャネル（図示略）を有する基端側管状部１９とを備えている。
【００２１】
マニピュレータ３ａ，３ｂの駆動部１０は、図２に示されるように、モータ（図示略）を備える駆動部本体２０と、該駆動部本体２０に着脱可能に設けられ、駆動部本体２０に取り付けられることでモータの駆動力を挿入部８内の動力伝達部材に伝達するマニピュレータ側駆動部２１とを備えている。
駆動部１０には、可動部９を構成する各関節１２，１３，１４，１５の角度および移動量を検出する図示しないセンサが備えられている。
【００２２】
操作部５は、図５に示されるように、各可動部９と略相似形の軸構成を有している。
すなわち、操作部５は、操作者Ｏの掌により把持される丸棒状のハンドル（回転操作入力部、屈曲操作入力部）２３と、該ハンドル２３に設けられ処置部１１を操作するためのツマミ２４とを備えている。
【００２３】
ハンドル２３は、該ハンドル２３の中央において相互に直交する３つの軸線Ａ，Ｂ，Ｃ回りに回転可能に設けられ、いわゆるジンバル構造の枠体２５によって支持されている。枠体２５には、ハンドル２３の３つの軸線Ａ，Ｂ，Ｃ回りの回転角度を検出する図示しないセンサが設けられている。
【００２４】
ツマミ２４は、ハンドル２３を掌で把持したときに、把持した手の人差し指と親指とによって挟むように操作可能な位置および構造を有している。ツマミ２４にも、ツマミ２４の操作量を検出する図示しないセンサが備えられている。
【００２５】
ハンドル２３を支持する枠体２５は直動軸受２６によって前後方向にスライド可能に支持されている。枠体２５には、ハンドル２３を把持する手の肘または前腕を載せるアームレスト２７が固定されている。直動軸受２６には、枠体２５の前後方向の移動量を検出する図示しないセンサが備えられている。
【００２６】
本実施形態においては、ハンドル２３を第３軸線Ｃ回りに回転させる回転機構２８が設けられている。回転機構２８は、モータ２９と、該モータ２９の駆動力をハンドル２３に伝達してハンドル２３を第３軸線Ｃ回りに回転させるプーリ３０およびベルト３１とを備えている。
操作部５には、図示しないクラッチスイッチが設けられ、可動部９と操作部５との連動と切断とを切り替えるための入力を行うことができるようになっている。
【００２７】
制御部６は、センサからハンドル２３の第１軸線Ａ回りの回転角度が送られてくると、該回転角度に応じた角度だけ第１の屈曲関節１４または第２の屈曲関節１５の一方を揺動させる指令信号を発生するようになっている。センサからハンドル２３の第２軸線Ｂ回りの回転角度が送られてくると、該回転角度に応じた角度だけ第１の屈曲関節１４または第２の屈曲関節１５の他方を揺動させる指令信号を発生するようになっている。
【００２８】
制御部６は、センサからハンドル２３の第３軸線Ｃ回りの回転角度が送られてくると、該回転角度に応じた角度だけ回転関節１３を揺動させる指令信号を発生するようになっている。
センサからの枠体２５の前後方向の移動量が送られてくると、その移動量に応じた距離だけスライド関節１２を直線移動させる指令信号を発生するようになっている。
【００２９】
この場合において、本実施形態に係るマニピュレータシステム１においては、クラッチが切断されて操作部５と可動部９とが連動していない状態から操作部５と可動部９との連動を再開するには、操作者Ｏがモニタ７に表示された内視鏡画像内の可動部９の形状にほぼ一致させるように操作部５を移動させた後に、クラッチを接続する指令を入力するためにクラッチスイッチを操作することが行われる。
【００３０】
クラッチスイッチの操作により接続指令が入力されると、マニピュレータ３ａ，３ｂの駆動部１０に備えられたセンサからの信号により、可動部９の各関節１２，１３，１４，１５の角度および位置が制御部６に送られる。
制御部６には、クラッチが接続された際の操作部５のセンサからのハンドル２３の回転角度が送られる。
【００３１】
この時点で、制御部６は、操作部５のセンサにより検出されたハンドル２３の第１軸線Ａおよび第２軸線Ｂ回りの回転角度と、マニピュレータ３ａ，３ｂの駆動部１０のセンサにより検出された第１の屈曲関節１４および第２の屈曲関節１５の回転角度とを対応づける。操作部５のセンサにより検出された枠体２５の前後方向の位置と、マニピュレータ３ａ，３ｂの駆動部１０のセンサにより検出されたスライド関節１２の位置とを対応づけるようになっている。
【００３２】
一方、可動部９の回転関節１３の角度と、操作部５の第３軸線Ｃ回りのハンドル２３の回転角度とを比較し、その相対角度Δθに応じて、回転機構２８を作動させてハンドル２３を第３軸線Ｃ回りに回転させ、相対角度Δθが０°、±９０°または±１８０°となるように調整した上で、以下のように可動部９を制御するようになっている。
【００３３】
具体的には、
−４５°＜Δθ≦＋４５°    （１）
である場合には、制御部６は、回転機構２８を作動させて、相対角度Δθ＝０°となるようにハンドル２３を第３軸線Ｃ回りに回転させるようになっている。制御部６は、この後にクラッチを接続し、ハンドル２３の３つの軸線Ａ，Ｂ，Ｃの交点に固定された座標系によって、２つの屈曲関節１４，１５、回転関節１３およびスライド関節１２を制御するようになっている。
【００３４】
１３５°＜Δθ≦２２５°    （２）
である場合には、制御部６は、回転機構２８を作動させて、相対角度Δθ＝＋１８０°となるようにハンドル２３を第３軸線Ｃ回りに回転させるようになっている。この状態で、制御部６は、可動部９の座標系のうち、先端側の２つの屈曲関節１４，１５の座標系を、ハンドル２３の３つの軸線Ａ，Ｂ，Ｃの交点に固定された座標系に一致する座標系に設定し直した後に、クラッチを接続し、新たな座標系によって２つの屈曲関節１４，１５、回転関節１３およびスライド関節１２を制御するようになっている。
【００３５】
同様に、
−２２５°＜Δθ≦−１３５°    （３）
である場合には、制御部６は、回転機構２８を作動させて、相対角度Δθ＝−１８０°となるようにハンドル２３を第３軸線Ｃ回りに回転させるようになっている。この状態で、制御部６は、可動部９の座標系のうち、先端側の２つの屈曲関節１４，１５の座標系を、ハンドル２３の３つの軸線Ａ，Ｂ，Ｃの交点に固定された座標系に一致する座標系に設定し直した後に、クラッチを接続し、新たな座標系によって２つの屈曲関節１４，１５、回転関節１３およびスライド関節１２を制御するようになっている。
【００３６】
＋４５°＜Δθ≦１３５°    （４）
である場合には、制御部６は、回転機構２８を作動させて、相対角度Δθ＝９０°となるようにハンドル２３を第３軸線Ｃ回りに回転させるようになっている。この状態で、制御部６は、可動部９の座標系のうち、先端側の２つの屈曲関節１４，１５の座標系を、ハンドル２３の３つの軸線Ａ，Ｂ，Ｃの交点に固定された座標系に一致する座標系に設定し直すとともに、ハンドル２３の第１軸線Ａおよび第２軸線Ｂ回りの回転と第１の屈曲関節１４および第２の屈曲関節１５の回転との対応関係を入れ替えるようになっている。そして、この後に、制御部６は、クラッチを接続し、新たな座標系によって２つの屈曲関節１４，１５、回転関節１３およびスライド関節１２を制御するようになっている。
【００３７】
同様に、
−１３５°＜Δθ≦−４５°    （５）
である場合にも、制御部６は、回転機構２８を作動させて、相対角度Δθ＝−９０°となるようにハンドル２３を第３軸線Ｃ回りに回転させるようになっている。この状態で、制御部６は、可動部９の座標系のうち、先端側の２つの屈曲関節１４，１５の座標系を、ハンドル２３の３つの軸線Ａ，Ｂ，Ｃの交点に固定された座標系に一致する座標系に設定し直すとともに、ハンドル２３の第１軸線Ａおよび第２軸線Ｂ回りの回転と第１の屈曲関節１４および第２の屈曲関節１５の回転との対応関係を入れ替えるようになっている。そして、この後に、制御部６は、クラッチを接続し、新たな座標系によって２つの屈曲関節１４，１５、回転関節１３およびスライド関節１２を制御するようになっている。
【００３８】
このように構成された本実施形態に係るマニピュレータシステム１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係るマニピュレータシステム１を用いて体内の患部を処置するには、内視鏡２および２つのマニピュレータ３ａ，３ｂを各チャネル１６に挿入した状態のオーバーチューブ４を患者Ｐの体内に挿入する。この状態では、クラッチは切断されており、操作部５とマニピュレータ３ａ，３ｂとは連動していない。
【００３９】
そして、オーバーチューブ４の先端が体内の患部に近接して配置された状態で、操作者Ｏは、内視鏡用チャネル１７の先端開口から内視鏡２の先端を突出させ、マニピュレータ用チャネル１６の先端開口から２つの可動部９をそれぞれ突出させる。この後にオーバーチューブ４を駆動部本体２０に固定し、マニピュレータ側駆動部２１を駆動部本体２０に取り付け、内視鏡２を作動させる。
【００４０】
内視鏡２により取得された画像には２つの可動部９が映っており、モニタ７上の可動部９の座標系と、操作部５のハンドル２３の３つの軸線Ａ，Ｂ，Ｃの交点に固定された座標系とは一致している。したがって、この状態で、可動部９および操作部５を初期状態にしてクラッチを接続することにより、右手で把持したハンドル２３を操作すると、モニタ７に表示された画像上の右側の可動部９がハンドル２３の操作方向と同じ方向にハンドル２３の移動量に応じた移動量だけ動作する。同様に、左手で把持したハンドル２３を操作すると、画像上の左側の可動部９がハンドル２３の操作方向と同じ方向にハンドル２３の移動量に応じた移動量だけ動作させられる。
【００４１】
この場合において、クラッチの接続が継続している状態では、ハンドル２３の操作方向と可動部９の動作方向との対応関係が維持される。すなわち、各ハンドル２３が第３軸線Ｃ回りに１８０°近く回転させられても、対応関係は変化しない。
【００４２】
例えば、この状態で、何らかの理由により処置が中断され、クラッチが切断された状態で、例えば、ハンドル２３が０°近くまで戻された場合に、改めてモニタ７を見た操作者Ｏは、可動部９が０°の状態となっているものと錯覚し、その位置で操作部５のハンドル２３の各軸線Ａ，Ｂ，Ｃ回りの角度を可動部９の各関節１３，１４，１５の角度に一致させて、クラッチを接続することが行われる。
【００４３】
本実施形態に係るマニピュレータシステム１においては、クラッチの接続指令が入力されると、その時点でセンサにより検出された可動部９の回転関節１３の角度が制御部６に送られ、ハンドル２３の第３軸線Ｃ回りの回転角度と比較される。
例えば、ハンドル２３の第３軸線Ｃ回りの回転角度がθであり、可動部９の回転関節１３の回転角度がθ＋４０°である場合には、相対角度Δθが４０°であり、上記条件式（１）に相当するため、制御部６は、回転機構２８を作動させて、ハンドル２３の第３軸線Ｃ回りの回転角度をθに設定する。これにより、ハンドル２３の第３軸線Ｃ回りの回転角度と可動部９の回転関節１３の角度との相対角度Δθが、精度よく０°に設定される。
【００４４】
そして、制御部６は、相対角度Δθが０°となった時点で、クラッチを接続し、その後は、ハンドル２３の３つの軸線Ａ，Ｂ，Ｃの交点に固定された座標系にしたがって可動部９を動作させるように制御する。
【００４５】
例えば、ハンドル２３の第３軸線Ｃ回りの回転角度がθであり、可動部９の回転関節１３の回転角度がθ＋５０°以下である場合には、相対角度Δθが５０°であり、上記条件式（４）に相当するため、制御部６は、回転機構２８を作動させて、ハンドル２３の第３軸線Ｃ回りの回転角度をθ＋９０°に設定する。これにより、ハンドル２３の第３軸線Ｃ回りの回転角度と可動部９の回転関節１３の角度との相対角度Δθが、精度よく＋９０°に設定される。
【００４６】
そして、制御部６は、相対角度Δθ＝＋９０°となった時点で、可動部９の先端側の２つの屈曲関節１４，１５の座標系をハンドル２３の３つの軸線Ａ，Ｂ，Ｃの交点に固定された座標系に一致させるとともに、ハンドル２３の第１軸線Ａおよび第２軸線Ｂ回りの回転と、第１の屈曲関節１４および第２の屈曲関節１５の回転との対応関係を入れ替える。制御部６は、この後に、クラッチを接続して、ハンドル２３に固定された座標系にしたがって可動部９を動作させるように制御する。
【００４７】
具体的には、相対角度Δθ＝０°の場合には、上述したように、制御部６は、ハンドル２３の第１軸線Ａ回りの回転角度に応じた角度だけ第２の屈曲関節１５を揺動させ、ハンドル２３の第２軸線Ｂ回りの回転角度に応じた角度だけ第１の屈曲関節１４を揺動させる。これに対して、相対角度Δθ＝９０°となったときには、制御部６は、ハンドル２３の第１軸線Ａ回りの回転角度に応じた角度だけ第１の屈曲関節１４を揺動させ、ハンドル２３の第２軸線Ｂ回りの回転角度に応じた角度だけ第２の屈曲関節１５を揺動させるようになる。すなわち、ハンドル２３の操作方向に対応して動作する屈曲関節１４，１５を入れ替える。Δθ＝−９０°とする場合も同様である。
【００４８】
例えば、ハンドル２３の第３軸線Ｃ回りの回転角度がθであり、可動部９の回転関節１３の回転角度がθ＋１５０°である場合には、相対角度Δθが＋１５０°であり、制御部６は、回転機構２８を作動させて、ハンドル２３の第３軸線Ｃ回りの回転角度をθ＋１８０°に設定する。これにより、ハンドル２３の第３軸線Ｃ回りの回転角度と可動部９の回転関節１３の角度との相対角度Δθが、精度よく＋１８０°に設定される。
【００４９】
そして、制御部６は、相対角度Δθ＝＋１８０°となった時点で、可動部９の先端側の２つの屈曲関節１４，１５の座標系をハンドル２３の３つの軸線Ａ，Ｂ，Ｃの交点に固定された座標系に一致させた後に、クラッチを接続して、ハンドル２３に固定された座標系にしたがって可動部９を動作させるように制御する。
【００５０】
これらの制御の考え方は、図４の可動部９において、回転関節１３と第１の屈曲関節１４との間に、回転関節１３によって長手軸回りに回転させられる部材に操作部５の座標系が固定されていることと等価である。すなわち、図６Ａおよび、図６Ｂに示されるように、回転関節１３よりも基端側を基準Ｘとすると、回転関節１３の角度が０°か１８０°かによって、屈曲関節１４に対する同じ動作指令は逆方向の回転指令となる。しかしながら、本実施形態によれば、図７Ａおよび、図７Ｂに示されるように、回転関節１３よりも先端側に仮基準Ｙを設けることにより、回転関節１３の角度にかかわらず、操作部５における屈曲関節１４に対する同じ動作指令は、仮基準Ｙから見て同じ動作となる。
【００５１】
つまり、いずれの場合においても、操作者Ｏは、モニタ７に映った可動部９の回転関節１３の回転角度が何度であるのかを意識する必要がなく、モニタ７に映ったままの可動部９の姿勢に操作部５のハンドル２３の姿勢を概略一致させたところから迅速に操作を開始することができるという利点がある。すなわち、本実施形態に係るマニピュレータシステム１によれば、回転関節１３の状態に関わらず、操作者Ｏのイメージ通りにマニピュレータ３ａ，３ｂの可動部９を動作させることができるという利点がある。
【００５２】
本実施形態においては、回転関節１３よりも先端側に２つの屈曲関節１４，１５を備える場合を例示したが、これに代えて、図８に示されるように、回転関節１３よりも先端側に１つの屈曲関節１４を備える場合に適用してもよい。この場合には、相対角度Δθは０°または１８０°となるように調整される。
【００５３】
本実施形態においては、操作部５と可動部９とが略相似の軸構成を有する場合を例示したが、これに代えて、操作部５の関節数がスレーブの関節数より多い場合に適用してもよい。スライド関節１２は回転関節１３よりも先端側に配置されていてもよい。
【００５４】
本実施形態においては、ハンドル２３の３つの軸線Ａ，Ｂ，Ｃ回りの回転角度に一致するように可動部９の各関節１２，１３，１４，１５の角度を制御することとしたが、これに代えて、ハンドル２３からの入力は速度指令として入力されることにしてもよい。
すなわち、この場合には、ハンドル２３の基準位置からの回転角度に応じた速度で、ハンドル２３の回転方向に応じた方向に可動部９の各関節１３，１４，１５が動作させられる。
【００５５】
このようにすることで、軟性の挿入部８を有するマニピュレータ３ａ，３ｂのように、挿入部８における駆動力の伝達が摩擦によって変動するために絶対精度の出にくい構造であっても、可動部９の先端の処置部１１を、操作のストレスなく所望の位置に移動させることができるという利点がある。
【００５６】
この場合には、可動部９の動作を停止させるためにハンドル２３を基準位置（原点）に戻す必要があり、ハンドル２３を基準位置に向けて付勢するバネ（付勢部材）を備えることが好ましい。これにより、操作者Ｏがハンドル２３に加える力を抜くだけで、ハンドル２３を基準位置に戻して可動部９の動作を停止させることができる。
【００５７】
バネを設けることなく、ハンドル２３が基準位置に配置されていることを知らせる報知部（原点報知部）を設けることにしてもよい。報知部としては、ハンドル２３が基準位置に配置されたときにハンドル２３を把持する操作者Ｏにクリック感を与えるものであってもよいし、光や音等により基準位置であることを操作者Ｏに報知するものであってもよい。
【００５８】
本実施形態においては、ハンドル２３の第３軸線Ｃ回りの回転角度と回転関節１３の角度との相対角度が０°または±１８０°となるようにハンドル２３を回転させる回転機構２８を備えることとしたが、これに代えて、ハンドル２３を動かすことなく回転関節１３を動作させることにしてもよい。
【００５９】
本実施形態においては、ハンドル２３として、回転関節１３を操作する回転操作入力部と、屈曲関節１４，１５とを操作する屈曲操作入力部とが一体的になっているものを例示したが、これに限られるものではない。例えば、それぞれ別個になっているものを採用してもよい。
【００６０】
本実施形態においては、操作部５として、ハンドル２３がジンバル構造の枠体２５によって支持されているものを例示したが、これに限定されるものではない。
【００６１】
例えば、図９に示されるように、操作部５が、モータ２９のシャフト２９ａに連結される回転部材（回転操作入力部）３３と、該回転部材３３にシャフト２９ａに直交する第２軸線Ｂ回りに揺動可能に設けられ、操作者Ｏの掌により把持される棒状のハンドル（屈曲操作入力部）３２とを備えていてもよい。ハンドル３２はその長手軸がシャフト２９ａの長手軸（第３軸線Ｃ）に一致または９０ｄｅｇ以内の角度とする初期位置から長手軸に対して第２軸線Ｂ回りに略９０°の範囲内で回転できるようになっていればよい。ハンドル３２は、操作者Ｏが把持した手を離すとバネ（図示略）で初期位置に戻るようになっていてもよい。
【００６２】
図９に示す例では、ハンドル３２には、該ハンドル３２を操作者Ｏが把持したときに、把持した手の人差し指および中指に対応する位置に配置された処置部１１を操作するためのスイッチ３４，３５と、把持した手の掌の親指の付け根近辺の接触を感知する接触センサ３６と、把持した手の親指に対応する位置に配置され親指によって揺動させられることにより揺動角度に応じた速度で屈曲関節１５を作動させるジョイスティック状のレバー（屈曲操作入力部）３７とを備えている。レバー３７も操作者が親指を離すとバネ（図示略）で中立位置に戻るようになっている。
【符号の説明】
【００６３】
１  マニピュレータシステム
３ａ，３ｂ  マニピュレータ
５  操作部（操作入力部）
６  制御部
８  挿入部
１１  処置部（先端部）
１３  回転関節
１４  第１の屈曲関節（屈曲関節）
１５  第２の屈曲関節（屈曲関節）
２３，３２  ハンドル（回転操作入力部、屈曲操作入力部）
３３  回転部材（回転操作入力部）
３７  レバー（屈曲操作入力部）
Ｏ  操作者
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年3月8日(2017.3.8)
【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】
操作指令を入力する操作入力部と、
マニピュレータと、
前記操作入力部に入力された操作指令に応じて前記マニピュレータを制御する制御部とを備え、
前記マニピュレータが、長尺の挿入部と、該挿入部の先端に設けられた先端部を前記挿入部の長手軸に直交する軸線回りに揺動させる１以上の屈曲関節と、該屈曲関節よりも基端側に設けられ前記先端部を前記長手軸回りに回転させる回転関節とを備え、
前記操作入力部が、前記屈曲関節の操作指令を入力する屈曲操作入力部と、前記回転関節の操作指令を入力する回転操作入力部とを備え、
前記制御部が、前記回転操作入力部の操作指令と前記回転関節の回転角度とを０°または±１８０°の相対角度となるように前記回転操作入力部または前記回転関節を動作させるマニピュレータシステム。
【請求項２】
前記屈曲関節が、前記先端部を相互に直交する軸線回りに回転させる第１の屈曲関節と第２の屈曲関節であり、
前記屈曲操作入力部が、操作者により把持されるハンドルの相互に交差する軸線回りの回転により前記第１の屈曲関節および前記第２の屈曲関節への操作指令を入力する請求項１に記載のマニピュレータシステム。
【請求項３】
前記制御部が、前記回転操作入力部の操作指令と前記回転関節の回転角度とを０°、±９０°または±１８０°の相対角度となるように前記回転操作入力部または前記回転関節を動作させる請求項２に記載のマニピュレータシステム。
【請求項４】
前記屈曲操作入力部による操作指令が、前記第１の屈曲関節および前記第２の屈曲関節の速度指令である請求項２に記載のマニピュレータシステム。
【請求項５】
前記屈曲操作入力部が、前記ハンドルを原点位置に戻す方向に付勢する付勢部材を備える請求項４に記載のマニピュレータシステム。
【請求項６】
前記屈曲操作入力部が、前記操作者に前記ハンドルの原点を認識させる原点報知部を備える請求項４に記載のマニピュレータシステム。
【国際調査報告】
2017022307.tif 000014
2017022307.tif 000015