(57)【要約】  エンドエフェクタの主機能の操作をエンドエフェクタの姿勢を安定させたまま行うとともに、手首の可動範囲による操作量の制限を緩和する。患部の観察または処置を行うエンドエフェクタを有するマニピュレータへの操作指令を入力する操作入力装置（２）であって、操作者（Ｏ）の同一の手によって持ち替えて把持可能な把持部（２５）と、該把持部（２５）に設けられ、持ち替え前後において同一の単一指により操作されエンドエフェクタの主機能を操作する操作部（１６）とを備える操作入力装置（２）を提供する。
2016114090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患部の観察または処置を行うエンドエフェクタを有するマニピュレータへの操作指令を入力する操作入力装置であって、
操作者の同一の手によって持ち替えて把持可能な把持部と、
該把持部に設けられ、持ち替え前後において同一の単一指により操作され前記エンドエフェクタの主機能を操作する操作部とを備える操作入力装置。
【請求項２】
前記把持部に、該把持部を把持している操作者の手の把持状態を検出するセンサを備える請求項１に記載の操作入力装置。
【請求項３】
前記センサが接触センサである請求項２に記載の操作入力装置。
【請求項４】
前記センサが、前記操作者による前記把持部の持ち替え操作を検出する請求項２または請求項３に記載の操作入力装置。
【請求項５】
前記操作部が、前記把持部に対して前記単一指をスライドすることにより前記エンドエフェクタの主機能の操作量を調節するスライドセンサである請求項１に記載の操作入力装置。
【請求項６】
装置本体と該装置本体に対して前記把持部を移動可能に接続するアーム部とを備え、
前記アーム部に、前記把持部をその長手軸回りに回転可能に支持する回転支持部を備える請求項１から請求項５のいずれかに記載の操作入力装置。
【請求項７】
患部の観察または処置を行うエンドエフェクタを有するマニピュレータと、
請求項１から請求項６のいずれかに記載の操作入力装置と、
該操作入力装置により入力された操作指令に基づいて前記マニピュレータを制御する制御部とを備える医療用マニピュレータシステム。
【請求項８】
前記操作入力装置が、前記操作者の手の前記把持部に対する位置を検出する位置検出部を備え、
前記制御部が、前記位置検出部により検出された前記操作者の手の位置に応じて前記マニピュレータへの指令信号を切り替える請求項７に記載の医療用マニピュレータシステム。
【請求項９】
前記操作入力装置が、前記操作部を複数備え、
前記制御部が、前記位置検出部により検出された操作者の手の位置に応じて、前記操作部と前記エンドエフェクタの主機能との対応関係を変更する請求項８に記載の医療用マニピュレータシステム。
【請求項１０】
前記マニピュレータの種類を検出する種類検出部を備え、
前記制御部が、前記種類検出部により検出された前記マニピュレータの種類に応じて、前記操作部と前記エンドエフェクタの主機能との対応関係を変更する請求項７から請求項９のいずれかに記載の医療用マニピュレータシステム。
【請求項１１】
患部の観察または処置を行うエンドエフェクタを有するマニピュレータと、
請求項２から請求項４のいずれかに記載の操作入力装置と、
該操作入力装置により入力された操作指令に基づいて前記マニピュレータを制御する制御部とを備え、
該制御部は、前記センサにより、前記把持部が前記操作者の手により把持されていないことが検出された場合に、前記マニピュレータの動作を停止するよう制御する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、操作入力装置および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、マスタ・スレーブ方式の医療用マニピュレータシステムにおいて、操作者により操作される操作入力装置として、操作部に設けられた２個一対の把持要素を操作者の２指で開閉する方式のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この操作入力装置では、把持要素の開閉によってスレーブ側の処置具のエンドエフェクタであるグリッパを開閉操作することとしている。【０００３】
また、ペン型の操作部を備え、操作部に設けられたレバーによってグリッパを開閉操作し、操作部の側面のスイッチによってマスタ側とスレーブ側との連動を入切する操作入力装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
さらに、スレーブ側の処置具と相似構造を有する操作部を操作者の手に取り付けるとともに先端部をペンのように持つ方式の操作入力装置が知られている（例えば、特許文献３参照。）。この操作入力装置では、先端部に設けた感圧センサにより検出される力の大きさによってグリッパの開閉量を操作するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第８６３８０５７号明細書
【特許文献２】特表２０１０−５２５８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の操作入力装置は、２指によって操作部に設けられた把持要素を操作することによりグリッパの開閉を行うので、他の３指によっては操作部を安定して保持することができないうえに、２指から把持要素に加えた力の反力によって操作部自体の位置が変動してしまうという不都合がある。
また、特許文献２の操作入力装置は、ペン型の操作部をペンのように持つ方式であり、その持ち方は限定されているため、操作部を持つ手の手首の可動範囲の狭さによって、操作量が制限されてしまうという不都合がある。【０００６】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、エンドエフェクタの主機能の操作をエンドエフェクタの姿勢を安定させたまま行うことができるとともに、手首の可動範囲による操作量の制限を緩和することができる操作入力装置および医療用マニピュレータシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
本発明の第一の態様は、患部の観察または処置を行うエンドエフェクタを有するマニピュレータへの操作指令を入力する操作入力装置であって、操作者の同一の手によって持ち替えて把持可能な把持部と、該把持部に設けられ、持ち替え前後において同一の単一指により操作され前記エンドエフェクタの主機能を操作する操作部とを備える操作入力装置である。【０００８】
本態様に係る操作入力装置によれば、操作者が把持部を把持して、把持部に設けられた操作部を操作することにより、マニピュレータに設けられたエンドエフェクタの主機能を操作するための操作指令が入力され、患者の観察または処置が行われる。操作部は、操作者の単一指によって操作されるので、当該指を除く他の指で把持部を確りと把持して安定させた状態で操作することができ、エンドエフェクタの主機能の操作をエンドエフェクタの姿勢を安定させたまま行うことができる。【０００９】
また、操作者は、一方の手で把持した操作部の把持部を移動させることによりエンドエフェクタを移動させ、その手の単一の指により操作部を操作してエンドエフェクタの主機能を操作している状態から、把持部を把持している同一の手による把持部の持ち方を変更することができる。これにより、把持部の持ち方に応じて手首の可動範囲が制限される場合においても、持ち方を変えることで可動範囲を広げることができ、操作量が制限されてしまう不都合を緩和することができる。そして、把持部を持ち替えたときに、持ち替え前後において操作部をする指が変わらないので、操作者が混乱することなく操作し続けることができる。【００１０】
上記態様に係る操作入力装置において、前記把持部に、該把持部を把持している操作者の手の把持状態を検出するセンサを備えていてもよい。
このようにすることで、操作者の手が把持部を把持していることがセンサにより検出された場合に操作部を有効にしたり、操作入力装置によるマニピュレータの操作を可能にしたりすることができる。【００１１】
上記態様に係る操作入力装置において、前記センサが接触センサであってもよい。
このようにすることで、操作者が把持部を軽く把持しているだけでも、把持する手が接触センサに接触していれば、把持状態を検出することができ、操作者にかかる労力を軽減することができる。【００１２】
上記態様に係る操作入力装置において、前記センサが、前記操作者による前記把持部の持ち替え操作を検出する構成であってもよい。
この構成によれば、センサが操作者による把持部の持ち替え操作を検出したときに、操作入力装置とマニピュレータとを切断することなく接続し続けることにより、途切れのない円滑な処置を行うことができる。逆に、センサが操作者による把持部の持ち替え操作を検出したときに、操作入力装置とマニピュレータとを切断することにより、持ち替え時の把持部の意図しない動きによって、マニピュレータが意図しない動作をすることを防止することができる。【００１３】
上記態様に係る操作入力装置において、前記操作部が、前記把持部に対して前記単一指をスライドすることにより前記エンドエフェクタの主機能の操作量を調節するスライドセンサであってもよい。
このようにすることで、単一指をスライドさせることによるスライドセンサの操作によって、エンドエフェクタの主機能の操作量を、把持部の姿勢を変動させるような力を加えることなく調節することができる。すなわち、操作部の操作によっても把持部の姿勢が変動しないので、姿勢をさらに安定させた状態でエンドエフェクタを操作することができる。【００１４】
上記態様に係る操作入力装置において、装置本体と該装置本体に対して前記把持部を移動可能に接続するアーム部とを備え、前記アーム部に、前記把持部をその長手軸回りに回転可能に支持する回転支持部を備えていてもよい。
このようにすることで、操作者が把持部を手で把持して移動させる場合に、装置本体に対する把持部の位置および姿勢が変化するが、その変化に追従するようにアーム部が変形し、その変形量に基づいてマニピュレータが動作させられる。把持部を把持する手の単一指により操作部を操作する場合に、把持部の姿勢の変動に追従させてアーム部を変形させる場合にアーム部の軸構成によっては把持部がその長手軸回りに回転するので回転支持部の回転によって把持部の回転をキャンセルすることにより、把持部を無理なく把持することができる。【００１５】
本発明の第二の態様は、患部の観察または処置を行うエンドエフェクタを有するマニピュレータと、上記いずれかの操作入力装置と、該操作入力装置により入力された操作指令に基づいて前記マニピュレータを制御する制御部とを備える医療用マニピュレータシステムである。【００１６】
本態様に係る医療用マニピュレータシステムによれば、操作者が操作入力装置を介して操作指令を入力することにより、制御部が操作指令に基づいてマニピュレータを制御し、マニピュレータによって患部の関節または処置が行われる。この場合に、操作入力装置において、操作者が把持する把持部が持ち替え可能であり、かつ、持ち替え前後において、同一の指でエンドエフェクタの主機能を操作することができる。したがって、エンドエフェクタの主機能の操作をエンドエフェクタの姿勢を安定させたまま行うことができるとともに、手首の可動範囲による操作量の制限を緩和することができる。【００１７】
上記態様に係る医療用マニピュレータシステムにおいて、前記操作入力装置が、前記操作者の手の前記把持部に対する位置を検出する位置検出部を備え、前記制御部が、前記位置検出部により検出された前記操作者の手の位置に応じて前記マニピュレータへの指令信号を切り替える構成であってもよい。
この構成によれば、位置検出部が把持部に対する操作者の手の位置を検出すると、検出された手の位置に応じて制御部がマニピュレータへの指令信号を切り替えることにより、持ち方の切替に関わらずマニピュレータをスムーズに操作することができる。【００１８】
上記態様に係る医療用マニピュレータシステムにおいて、前記操作入力装置が、前記操作部を複数備え、前記制御部が、前記位置検出部により検出された操作者の手の位置に応じて、前記操作部と前記エンドエフェクタの主機能との対応関係を変更する構成であってもよい。
この構成によれば、把持部の持ち方に応じて、各持ち方に適した位置に配置される操作部によって操作し易くすることができる。【００１９】
上記態様に係る医療用マニピュレータシステムにおいて、前記マニピュレータの種類を検出する種類検出部を備え、前記制御部が、前記種類検出部により検出された前記マニピュレータの種類に応じて、前記操作部と前記エンドエフェクタの主機能との対応関係を変更する構成であってもよい。
この構成によれば、種類検出部により検出されたマニピュレータの種類に応じて制御部が各操作部にエンドエフェクタの主機能との対応関係を変更するので、マニピュレータを交換しても同じ操作入力装置によってマニピュレータを操作することができる。【００２０】
また、本発明の第三の態様は、患部の観察または処置を行うエンドエフェクタを有するマニピュレータと、上記いずれかの操作入力装置と、該操作入力装置により入力された操作指令に基づいて前記マニピュレータを制御する制御部とを備え、該制御部は、前記センサにより、前記把持部が前記操作者の手により把持されていないことが検出された場合に、前記マニピュレータの動作を停止するよう制御する医療用マニピュレータシステムである。【００２１】
本態様に係る医療用マニピュレータシステムによれば、操作者により把持部が把持されていないことをセンサが検出したときに、マニピュレータの動作を停止させることにより、持ち替え時に把持部を手放してしまうことによる把持部の意図しない動きによって、マニピュレータが意図しない動作をすることを防止することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、エンドエフェクタの主機能の操作をエンドエフェクタの姿勢を安定させたまま行うことができるとともに、手首の可動範囲による操作量の制限を緩和することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る医療用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の医療用マニピュレータシステムに用いられる医療用マニピュレータ、操作入力装置および制御部を示す図である。
【図３】図１の医療用マニピュレータシステムに備えられる本発明の一実施形態に係る操作入力装置の把持部の一例を示す斜視図である。
【図４Ａ】図３の把持部をペンのように把持し、人差し指でスライドスイッチを操作する状態を示す図である。
【図４Ｂ】図３の把持部をペンのように把持し、人差し指で押しボタンを操作する状態を示す図である。
【図５Ａ】図３の把持部をペンのように把持したときのほぼ上限の動作位置を示す図である。
【図５Ｂ】図３の把持部をペンのように把持したときの下方の動作位置を示す図である。
【図６】図５Ａの状態の把持部を持ち替えて、把持部の上に手を被せるように把持した状態を示す図である。
【図７】図６の状態から把持部をさらに上方に揺動させた状態を示す図である。
【図８】図３の把持部の変形例を示す斜視図である。
【図９Ａ】図３の把持部の他の変形例であって、近接センサが、ペンのように把持する手を検出している状態状態を示す図である。
【図９Ｂ】図３の把持部の他の変形例であって、近接センサが、把持部上に被せるように把持する手を検出している状態を示す図である。
【図１０】図３の把持部の他の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の一実施形態に係る操作入力装置２および医療用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。
本実施形態に係る医療用マニピュレータシステム１は、図１に示されるように、操作者Ｏにより操作される操作入力装置２と、患者Ｐの体腔内に挿入される医療用マニピュレータ（マニピュレータ）３と、操作入力装置２の操作に基づいて医療用マニピュレータ３を制御する制御部４と、モニタ５とを備えている。
【００２５】
医療用マニピュレータ３は、例えば、図２に示されるように、患者Ｐの体腔内に挿入される挿入部６と、該挿入部６の長手方向に貫通形成されたチャネルＲを介して患者Ｐの体内に挿入される先端側動作部７とを備えている。各先端側動作部７は、チャネルＲ内に長手方向に移動可能に配置される長尺部８と、該長尺部８の先端に備えられた可動部９と、可動部９の先端に設けられた高周波グリッパ（エンドエフェクタ）１１と、長尺部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を駆動する先端駆動部１０とを備えている。先端駆動部１０は、制御部４からの動作指令に応じてワイヤに張力を付与するモータ等の電気的な駆動源（図示略）を備えている。
【００２６】
各可動部９は、図２に白抜きの矢印で示すように、先端に配置される高周波グリッパ１１を２つの平行な軸線回りに揺動させる２つの関節１２，１３と、長尺部８の長手軸回りに回転させる１つの関節１４とを有している。各可動部９は、これら３つの関節１２，１３，１４の動作によって各高周波グリッパ１１の先端位置を３次元的に位置決めすることができるようになっている。
【００２７】
また、医療用マニピュレータ３は、各先端側動作部７の基端側に接続され、各先端側動作部７を挿入部６の長手方向に進退させるとともに、挿入部６の基端近傍において、長尺部８を長手方向に直交する方向に湾曲させる２つの基端側動作部１５を備えている。
【００２８】
本実施形態に係る操作入力装置２は、図２に示されるように、操作者Ｏの手によって操作される第１の操作部（アーム部）１９と、操作者Ｏの手首または腕によって操作される第２の操作部（装置本体）２０と、これらの操作部１９，２０により入力された操作指令を医療用マニピュレータ３に伝達する指令伝達部２１とを備えている。
【００２９】
第１の操作部１９は、医療用マニピュレータ３の可動部９と相似形に構成されており、可動部９と同じ数の関節２２，２３，２４によって支持された把持部２５が操作者Ｏの手によって把持されて、操作者Ｏの手により移動させられるようになっている。第１の操作部１９には、該第１の操作部１９を構成している各関節２２，２３，２４の角度を検出する図示しない角度センサが備えられている。
【００３０】
角度センサは、各関節２２，２３，２４の角度に応じた電気信号を発生するようになっている。これにより、各第１の操作部１９は、操作者Ｏの手により操作指令を入力し、電気信号からなる動作指令を発生することができるようになっている。
【００３１】
把持部２５は、図２および図３に示されるように、操作者Ｏによって把持される棒状に形成され、その外周面に、スライドセンサ（操作部）１６、３つの押しボタン１７ａ，１７ｂ，１７ｃおよび接触センサ（センサ）１８を備えている。
スライドセンサ１６は、棒状の把持部２５の長手軸方向にスライド可能に設けられており、エンドエフェクタである高周波グリッパ１１の主機能の１つであるグリッパの開閉角度を調節するために使用されるようになっている。スライドセンサ１６は、スライド可能なスライダ３２を備えるとともに、人差し指を離した位置にスライダ３２が維持されるようになっている。
【００３２】
３つの押しボタン１７ａ，１７ｂ，１７ｃのうちの２つの押しボタン１７ａ，１７ｂは、スライドセンサ１６のスライド方向に並んで配列されている。これらの押しボタン１７ａ，１７ｂは、エンドエフェクタである高周波グリッパ１１の他の主機能であるグリッパからの高周波通電を行うためのオンオフスイッチである。２つの押しボタン１７ａ，１７ｂは、例えば、切開モード、凝固モードでの処置の際に選択的に押されて使用されるようになっている。
【００３３】
接触センサ１８および他の１つの押しボタン１７ｃは、スライドセンサ１６等とは把持部２５の周方向に９０°異なる位置に、把持部２５の長手軸に沿って配列されている。接触センサ１８は、把持部２５を把持する場合に指が接触する位置に配置されており、把持部２５の把持状態を検出することができるようになっている。押しボタン１７ｃは、例えば、クラッチボタンであり、押す都度に操作入力装置２と医療用マニピュレータ３との連携の接続と切断とを切り替えることができるようになっている。
【００３４】
本実施形態においては、把持部２５は、図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、操作者Ｏによりペンのように把持されるようになっている。この場合、図４Ａに示されるように、操作者Ｏの手の親指と中指（図示略）とによって、把持部２５が水平方向に挟まれるように把持され、２指に挟まれた把持部２５は安定した姿勢に維持されるようになっている。
このとき、人差し指は把持部２５を安定して把持するためには使用されず、把持部２５の姿勢に影響を与えることなく比較的自由に動かすことができるようになっている。
【００３５】
したがって、このように把持されるときに親指が配置される位置に接触センサ１８を配置し、人差し指が配置される位置にスライドセンサ１６を配置しておくことにより、把持部２５をペンのように把持している限り、親指が接触センサ１８に接触して把持状態であることが検出されるようになっている。また、このとき、図４Ａに示されるように、フリーとなっている人差し指によってスライドセンサ１６を把持部２５の長手方向に自在にスライドさせることができ、図４Ｂに示されるように、人差し指によってスライドセンサ１６に並んで配列されている２つの押しボタン１７ａ，１７ｂを押すことができるようになっている。
【００３６】
さらに、把持部２５を人差し指と中指とで支持した状態で、親指を比較的自由に移動させることができ、把持部２５を把持して接触センサ１８に接触している状態から、押しボタン１７ｃの位置まで親指を移動させて操作入力装置２と医療用マニピュレータ３との連携の接続と切断とを切り替えることができるようになっている。
【００３７】
また、本実施形態においては、把持部２５は、図４Ａに示されるように、把持部２５の下方に掌を配置してペンのように把持される状態から、図６に示されるように、把持部２５の上面に掌を被せるよう配置する状態に持ち替えて把持することができるようになっている。
この場合において、図６のような持ち方を選択した場合においても、把持部２５は親指と中指とによって水平方向に把持され、人差し指は把持部２５の上面に添えられて比較的自由に動かすことができるようになっている。
【００３８】
第２の操作部２０は、第１の操作部１９の基部に固定された腕置き台２６と、該腕置き台２６および第１の操作部１９を一体的に移動可能に支持する直動機構２７とを備えている。腕置き台２６は、操作者Ｏが第１の操作部１９の把持部２５を把持したときに、丁度把持部２５を把持する手の手首近傍の腕が載せられる位置に配置されている。
【００３９】
直動機構２７は、腕置き台２６および第１の操作部１９を固定するスライダ２８と、図２に黒塗りの矢印で示すように、該スライダ２８を相互に直交する水平２方向に移動可能に支持する直線ガイド２９とを備えている。腕置き台２６に乗せた腕によってスライダ２８を水平方向に移動させることにより第１の操作部１９を把持した姿勢を維持したままで、第１の操作部１９の位置を移動させることができるようになっている。これにより、第２の操作部２０は、操作者Ｏの手首または腕により操作指令を入力し、手首または腕により入力した力を、２つのスライダ２８の機械的な駆動力として発生することができるようになっている。
【００４０】
指令伝達部２１は、第１の操作部１９と先端駆動部１０とを接続する電気信号伝達部３０と、第２の操作部２０と基端側動作部１５とを接続する機械的動力伝達部３１とを備えている。
電気信号伝達部３０は、第１の操作部１９により発生された電気信号からなる動作指令を制御部４に伝達し、制御部４によって生成された指令信号を、先端駆動部１０の各モータに供給するようになっている。制御部４は、第１の操作部１９により発生した動作指令に基づいて、先端駆動部１０の各モータの回転移動量および回転速度を算出し各モータを制御するようになっている。
【００４１】
また、制御部４は、第１の操作部１９の把持部２５に設けられたスライドセンサ１６のスライダ３２のスライド位置に応じて高周波グリッパ１１の開閉角度を変更するようにエンドエフェクタ１１を制御するようになっている。また、制御部４は、押しボタン１７ａ，１７ｂ，１７ｃが押されたときには、各押しボタン１７ａ，１７ｂ，１７ｃに割り当てられた機能、すなわち、切開モードでの通電の入切、凝固モードでの通電の入切、クラッチの断続を制御するようになっている。
【００４２】
さらに、制御部４は、接触センサ１８への親指の接触により、把持部２５が把持されている状態において、操作入力装置２による医療用マニピュレータ３の制御を可能とし、接触センサ１８から親指が離れたときには、医療用マニピュレータ３を停止するように制御するようになっている。
【００４３】
このように構成された本実施形態に係る操作入力装置２および医療用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。
本実施形態に係る医療用マニピュレータシステム１を用いて患者Ｐの体内の患部を処置するには、患者Ｐの体腔内に医療用マニピュレータ３の挿入部６を挿入し、挿入部６のチャネルＲを介して患者Ｐの体内に可動部９および長尺部８を挿入する。
【００４４】
そして、可動部９が体腔内の患部に近接して配置された状態で、操作者Ｏは、図示しない内視鏡により取得された画像をモニタ５で確認しながら、操作入力装置２を操作する。操作入力装置２を操作するには、操作者Ｏは、第１の操作部１９の把持部２５を一方の手で把持し、その手の腕を第２の操作部２０の腕置き台２６に乗せる。
【００４５】
そして、操作者Ｏが、腕から腕置き台２６に力を加えると、腕置き台２６が固定されたスライダ２８がその力の方向に移動し、その移動量が、前後進方向の直進移動量と、左右方向の直進移動量とに分解されて、それぞれ、可動部９の先端に位置する高周波グリッパ１１の先端位置を手動によって前後進方向および左右方向に大まかに移動させることができる。
【００４６】
一方、操作者Ｏが手で把持している第１の操作部１９の把持部２５を移動させると、その移動量が各関節２２，２３，２４に設けられた角度センサによって検出され、電気信号として制御部４に伝達される。制御部４においては角度センサによって検出された各関節２２，２３，２４の角度に一致するように可動部９の各関節１２，１３，１４を動作させる電気的な動作指令が算出されて、各関節１２，１３，１４に接続されたモータに供給される。これにより、可動部９の先端に設けられている高周波グリッパ１１の先端位置が手の動作によって指示された通りに電動で精密に移動させられる。
【００４７】
この場合において、操作者Ｏは、図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、把持部２５をペンのように把持しており、親指と中指とで把持部２５を水平方向に挟むことで把持部２５を安定的に保持することができる。このとき、親指は把持部２５に設けられた接触センサ１８に接触しているので、制御部４は把持部２５の位置および姿勢に応じた角度センサからの各関節２２，２３，２４の角度情報に基づいて医療用マニピュレータ３を動作させる。
【００４８】
そして、操作者Ｏが、高周波グリッパ１１により生体組織を把持するようにスライドセンサ１６のスライダ３２をスライドさせたときには、制御部４がスライダ３２の位置に応じて高周波グリッパ１１を開閉させる。この場合に、把持部２５を把持している操作者Ｏの手の人差し指がスライダ３２に接触する位置に配置されているので、人差し指の動作によりスライダ３２を把持部２５の長手方向に容易にスライドさせることができる。
【００４９】
すなわち、親指と中指とで挟むことにより安定して保持されている把持部２５に対して、比較的自由に動かせる人差し指によってスライダ３２が操作されるので、スライダ３２の操作中に把持部２５がふらつくことがなく、医療用マニピュレータ３の高周波グリッパ１１の先端位置を変動させずに高周波グリッパ１１を開閉することができる。
特に、スライダ３２を把持部２５の長手方向にスライドさせる形式のスライドセンサ１６を採用することにより、人差し指からスライダ３２に加える力は把持部２５の長手方向に作用する。すなわち、把持部２５を長手軸に交差する方向に押す力が作用しないので、把持部２５のふらつきを防止する効果が高められる。
【００５０】
そして、高周波グリッパ１１によって生体組織が把持された状態で人差し指により押しボタン１７ａを押すことで、高周波グリッパ１１から生体組織に対して高周波通電が行われ、生体組織の切開や凝固のような処置を行うことができる。処置の段階では、高周波グリッパ１１が生体組織を把持しているので、押しボタン１７ａ，１７ｂの押下によって把持部２５に多少のふらつきが生じても問題はない。
【００５１】
また、操作入力装置２と医療用マニピュレータ３との連携を切断したいときには、操作者Ｏは親指をスライドさせて押しボタン１７ｃを押す。親指が接触センサ１８から離れた瞬間に医療用マニピュレータ３が停止されるので、親指のシフトや押しボタン１７ｃの押下により把持部２５に多少のふらつきが生じても問題とはならない。また、クラッチボタンとしての押しボタン１７ｃは把持部２５を把持している状態の親指の位置からずらして配置しているので、クラッチボタンの誤操作を防止することができるとともに、クラッチでの操作中断を意味づけることができる。
【００５２】
ここで、把持部２５をペンのように把持している状態で、把持部２５を移動させる場合には、図５Ａ及び図５Ｂに示されるように、例えば、把持部２５を上下方向に移動させる場合に、手首の動作範囲の制限によって、把持部２５の動作範囲は図５Ａ及び図５Ｂに示されるように把持部２５の先端が下向きとなっている範囲に制限される。特に、図５Ａに示される状態以上に手首を上向きにすることはできない。
【００５３】
本実施形態においては、このような場合に、把持部２５を同じ手で、図６に示されるような持ち方に持ち替えることにより、図７に示されるように、把持部２５の先端が上向きとなる角度位置まで移動させることができるようになる。
この場合に、持ち替えた後においても、同じ手の親指と中指とによって把持部２５を水平方向に挟むようにして安定して把持し、かつ、比較的自由に移動できる人差し指によってスライドセンサ１６および押しボタン１７ａ，１７ｂを押すことができる。
【００５４】
このように、本実施形態に係る操作入力装置２および医療用マニピュレータシステム１によれば、エンドエフェクタである高周波グリッパ１１の主機能の１つであるグリッパの開閉の操作をエンドエフェクタ１１の姿勢を安定させたまま行うことができるとともに、手首の可動範囲による操作量の制限を緩和することができるという利点がある。
【００５５】
なお、本実施形態においては、スライドセンサ１６として、スライダ３２のスライド位置が維持される方式のものを採用したが、これに代えて、スライドセンサ１６をバネによって高周波グリッパ１１が開く方向に付勢しておき、解除可能なラチェット機構によって閉じる方向への移動に対しては各位置にスライダ３２をロックできるようにしてもよい。これにより、生体組織を高周波グリッパ１１によって把持した状態を維持しながらスライダ３２から人差し指を離すことができ、同じ人差し指によって通電用の押しボタン１７ａを押下することができる。
【００５６】
また、スライドセンサ１６として、スライダ３２を物理的にスライドさせる方式のセンサを採用したが、これに代えて、複数の接触センサ１８を把持部２５の表面に長手方向に沿って配列し、人差し指の接触を検出する接触センサ１８からの出力によりスライド位置を決定することにしてもよい。
【００５７】
また、本実施形態においては、エンドエフェクタとして、高周波グリッパ１１を採用したが、これに代えて、高周波出力を行わないグリッパや高周波出力のみを行う電気メスを採用してもよい。グリッパのみの場合、人差し指で操作するのはスライドセンサ１６のみでよい。
【００５８】
また、電気メスの場合、電気メスの主機能である通電のオンオフをスライドセンサ１６によって切り替えてもよい。この場合に、２つの押しボタン１７ａ，１７ｂを、切開モードと凝固モードの切替に使用し、図８に示されるように、選択されているモードを色によって表示する表示灯３３を把持部２５に配置してもよい。２つの押しボタン１７ａ，１７ｂに代えて、単一のスイッチによってモードを切り替えることにしてもよい。グリッパや電気メス以外の処置具をエンドエフェクタ１１としてもよい。
【００５９】
また、接触センサ１８に代えて、または、接触センサ１８に加えて、図９Ａ及び図９Ｂに示されるように、把持部２５の上下面に配置され把持部２５に対して操作者Ｏの手が上下のどちらに配置されているのかを検出する近接センサ（位置検出部）３４を採用してもよい。
このようにすることで、図９Ａに示されるように、把持部２５をペンのように把持しているのか、図９Ｂに示されるように、把持部２５の上に手を被せるように把持しているのかを判定することができる。
【００６０】
上述したように、把持部２５の持ち方によって動作範囲が異なるので、検出された持ち方に応じて医療用マニピュレータ３の動作制限を行うソフトウェアリミッタを切り替えることにしてもよい。また、スライドセンサ１６や押しボタン１７ａ，１７ｂに対応づけている機能を把持部２５の持ち方によって切り替えることにしてもよい。また、スライドセンサ１６の位置がエンドエフェクタ１１の位置と相似構造的に同一となるように設計し、把持部２５の持ち方に応じて、計算基準座標を切り替えることにしてもよい。
【００６１】
また、第１の操作部１９全体を回転させる関節２４を有しているので、把持部２５の操作によって関節２４が回転させられると、把持部２５がその長手軸回りに捻られるように姿勢変更させられる。把持部２５が長手軸回りに回転されると把持部２５を把持している各指の位置も回転していくため、把持しにくい状態になることが考えられる。
【００６２】
そこで、図１０に示されるように、把持部２５自体をその長手軸回りに回転自在に支持する回転支持部３５を設けてもよい。回転支持部３５による把持部２５の回転は医療用マニピュレータ３の動作に影響しないようになっている。これにより、スライドセンサ１６等を操作する指が無理なく配置されるように把持部２５を把持して操作することができる。
【００６３】
また、上記実施形態においては、接触センサ１８から親指が離れた瞬間に、医療用マニピュレータ３の動作を停止させることとしたが、これに代えて、接触センサ１８から親指が離れてから所定時間経過後に医療用マニピュレータ３を停止させることにしてもよい。この場合に所定時間としては、把持部２５の持ち替えに必要な時間を設定しておけばよい。
【００６４】
これにより、把持部２５の持ち替え時に途切れなく医療用マニピュレータ３を操作し続けることができる。また、接触センサ１８に加えて加速度センサのような落下検知センサを設け、把持部２５が落下したことが検知された場合には所定時間内であっても医療用マニピュレータ３を停止させることにしてもよい。
【００６５】
また、接触センサ１８として、親指の位置に配置されるものを例示したが、これに代えて、中指側に配置されるものを採用してもよい。
また、把持部２５の周方向にわたってリング状に接触センサ１８が設けられていてもよい。これにより、把持部２５を持ち替える際にもいずれかの指を接触センサ１８に接触状態にすることができる。
【００６６】
また、本実施形態においては、医療用マニピュレータ３の種類を検出する種類検出部（図示略）を備えていてもよい。
そして、種類検出部により検出された医療用マニピュレータ３の種類に応じて制御部４がスライドセンサ１６とエンドエフェクタ１１の主機能との対応関係を変更することにより、医療用マニピュレータ３を交換しても同じ操作入力装置２によって医療用マニピュレータ３を操作することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１  医療用マニピュレータシステム
２  操作入力装置
３  医療用マニピュレータ（マニピュレータ）
４  制御部
１１  高周波グリッパ（エンドエフェクタ）
１６  スライドセンサ（操作部）
１８  接触センサ（センサ）
１９  第１の操作部（アーム部）
２０  第２の操作部（装置本体）
２５  把持部
３４  近接センサ（位置検出部）
３５  回転支持部
Ｏ  操作者
【図１】
2016114090.tif 000003
【図２】
2016114090.tif 000004
【図３】
2016114090.tif 000005
【図４Ａ】
2016114090.tif 000006
【図４Ｂ】
2016114090.tif 000007
【図５Ａ】
2016114090.tif 000008
【図５Ｂ】
2016114090.tif 000009
【図６】
2016114090.tif 000010
【図７】
2016114090.tif 000011
【図８】
2016114090.tif 000012
【図９Ａ】
2016114090.tif 000013
【図９Ｂ】
2016114090.tif 000014
【図１０】
2016114090.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成29年3月31日(2017.3.31)
【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】
患部の観察または処置を行うエンドエフェクタを有するマニピュレータへの操作指令を入力する操作入力装置であって、
操作者の同一の手によって持ち替えて把持可能な把持部と、
該把持部に設けられ、持ち替え前後において同一の単一指により操作され前記エンドエフェクタの主機能を操作する操作部と、
前記把持部の上下面に配置され、前記操作者の手が上下のどちらに配置されているのかを検出可能な位置検出部とを備える操作入力装置。
【請求項２】
前記把持部に、該把持部を把持している操作者の手の把持状態を検出するセンサを備える請求項１に記載の操作入力装置。
【請求項３】
前記センサが接触センサである請求項２に記載の操作入力装置。
【請求項４】
前記センサが、前記操作者による前記把持部の持ち替え操作を検出する請求項２に記載の操作入力装置。
【請求項５】
前記操作部が、前記把持部に対して前記単一指をスライドすることにより前記エンドエフェクタの主機能の操作量を調節するスライドセンサである請求項１に記載の操作入力装置。
【請求項６】
装置本体と該装置本体に対して前記把持部を移動可能に接続するアーム部とを備え、
前記アーム部に、前記把持部をその長手軸回りに回転可能に支持する回転支持部を備える請求項１に記載の操作入力装置。
【請求項７】
患部の観察または処置を行うエンドエフェクタを有するマニピュレータと、
請求項１に記載の操作入力装置と、
該操作入力装置により入力された操作指令に基づいて前記マニピュレータを制御する制御部とを備える医療用マニピュレータシステム。
【請求項８】
前記制御部が、前記位置検出部により検出された前記操作者の手の位置に応じて前記マニピュレータへの指令信号を切り替える請求項７に記載の医療用マニピュレータシステム。
【請求項９】
前記操作入力装置が、前記操作部を複数備え、
前記制御部が、前記位置検出部により検出された操作者の手の位置に応じて、前記操作部と前記エンドエフェクタの主機能との対応関係を変更する請求項８に記載の医療用マニピュレータシステム。
【請求項１０】
前記マニピュレータの種類を検出する種類検出部を備え、
前記制御部が、前記種類検出部により検出された前記マニピュレータの種類に応じて、前記操作部と前記エンドエフェクタの主機能との対応関係を変更する請求項７に記載の医療用マニピュレータシステム。
【請求項１１】
患部の観察または処置を行うエンドエフェクタを有するマニピュレータと、
請求項２に記載の操作入力装置と、
該操作入力装置により入力された操作指令に基づいて前記マニピュレータを制御する制御部とを備え、
該制御部は、前記センサにより、前記把持部が前記操作者の手により把持されていないことが検出された場合に、前記マニピュレータの動作を停止するよう制御する医療用マニピュレータシステム。
【国際調査報告】
2016114090.tif 000016
2016114090.tif 000017
2016114090.tif 000018
2016114090.tif 000019