【手続補正書】
【提出日】平成21年11月5日(2009.11.5)
【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】
複数の関節を有するマニピュレータと、
前記複数の関節の、それぞれの関節の関節パラメータを記憶するパラメータ記憶手段と、
前記マニピュレータの先端を現在の位置および姿勢から目標の位置および姿勢に移動する軌道を軌道計画として入力する軌道入力手段と、
前記関節パラメータおよび前記軌道計画に基づき、前記それぞれの関節の関節角軌道を設定する軌道設定手段とを有し、
前記軌道設定手段は、前記パラメータ記憶手段に記憶された前記それぞれの関節の最大力量を基に、前記目標の位置および姿勢に移動可能な最少の駆動関節数の関節角軌道のうち、最大力量の関節角軌道を設定することを特徴とするマニピュレータ装置。
【請求項２】
前記それぞれの関節の負荷量を検出する負荷検出手段を有し、
前記軌道設定手段は、前記パラメータ記憶手段に記憶された前記それぞれの関節の負荷許容量を基に、前記それぞれの関節の前記負荷量が、負荷許容量を超えることのない関節角軌道を設定することを特徴とする請求項１に記載のマニピュレータ装置。
【請求項３】
前記マニピュレータの自由度を制限する選択をする自由度選択手段を有し
前記軌道設定手段は、制限された自由度方向への前記軌道入力手段の入力をキャンセルすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマニピュレータ装置。
【請求項４】
体内で使用される請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のマニピュレータ装置を有することを特徴とする医療機器システム。
【請求項５】
前記マニピュレータが、内視鏡先端部から突出していることを特徴とする請求項４に記載の医療機器システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
近年、体壁に挿入孔を開け、この挿入孔を通じて内視鏡や処置具を経皮的に体腔内に挿入することにより、体腔内で様々な処置を行なう内視鏡下外科手術が盛んに行なわれている。こうした術式は、大きな切開を要しない低侵襲なものとして、胆嚢摘出手術や肺の一部を摘出除去する手術等で広く行なわれている。そして、こうした術式における操作性を向上させるために、マスタースレーブ方式による医療用マニピュレータ装置が考案されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
一方、多関節マニピュレータの制御においては、マニピュレータ先端の位置および姿勢の目標値、すなわち軌道計画が与えられた時に各関節の関節角軌道を求めるには、逆運動学計算が用いられている。そして、関節角軌道の算出においては、駆動する関節数が多いと、個々の関節の駆動誤差が重畳され全体としての誤差が大きくなることから、特開平３−１２７０９号公報には、ファジイ推論を用い、最少の駆動関節数で目標値が達成可能な関節角軌道を算出方法が開示されている。
【特許文献１】特開平９−６６０５６号公報
【特許文献２】特開平３−１２７０９号公報
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
内視鏡下外科手術よりも更に低侵襲な手術として、内視鏡の先端部に配設した医療器具を用いて処置を行う内視鏡手術がある。ところが、内視鏡の鉗子チャネルに挿通し、内視鏡先端部から突出させた処置具の操作性はよくないため、超小型のマニピュレータを用いて処置具を多自由度化および能動化する方法が検討されている。この場合、内視鏡先端部から突出して使用する超小型のマニピュレータは、その大きさの制約から複雑な構造とすることは困難である一方、高精度かつ高効率性が要求されている。しかし、このような超小型のマニピュレータ装置において、高精度かつ高効率性を両立することは困難であった。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
＜医療機器システムの概要＞  
図１は、本発明の実施の形態にかかる医療機器システム２の概要を説明するための概要図である。図１において、表示手段である表示装置６０の表示画面には、後述する内視鏡装置５０の撮像手段であるＣＣＤ５１が撮像した体内１０の撮像画像６１が表示されている。そして撮像画像６１には、体内１０の患部１１の処置を行う２つの複数の関節を有するマニピュレータ１００、２００が表示されている。マニピュレータ１００の先端部１０１にはハンドアームが配設されており、一方のマニピュレータ２００の先端部２０１にはナイフアームが配設されている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
術者は、左右の手１２、１３で、それぞれマニピュレータ１００、２００の先端部１０１、２０１を現在の位置および姿勢から目標の位置および姿勢に移動する軌道を入力する軌道入力手段４２である左右のマスタースレーブ装置４２Ａ、４２Ｂを操作する。軌道入力手段４２から入力された軌道情報に基づいて、マニピュレータ制御装置４８はマニピュレータ１００、２００を駆動する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
図３（Ａ）はマニピュレータ２００の関節を示しており、マニピュレータ基端部２１０（座標：ｘ０、ｙ０、ｚ０）から、直動駆動関節２１１（座標：ｘ１、ｙ１、ｚ１）、回転駆動関節であるロール駆動関節２１２（座標：ｘ２、ｙ２、ｚ２）、ヨー駆動関節２１３（座標：ｘ３、ｙ３、ｚ３）、ピッチ駆動関節２１４（座標：ｘ４、ｙ４、ｚ４）、ヨー駆動関節２１５（座標：ｘ５、ｙ５、ｚ５）、ピッチ駆動関節２１６（座標：ｘ６、ｙ６、ｚ６）の順で複数の関節があり、先端部２０１には、ナイフアームが配設されている。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
図６は、ナイフアーム２０１がマニピュレータ２００内部に収納された状態で、ピッチ駆動関節２１６をアングルワイヤ（不図示）が引っ張り、最先端の湾曲コマ２５１を湾曲させた状態を示している。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
図７は、体内１０で駆動する駆動部２０を有するマニピュレータ（不図示）を中心とした医療機器システム２の構成を示している。マニピュレータは、負荷センサ２１、位置センサ２２および駆動手段２３を有している。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
内視鏡装置５０は、挿入部（不図示）先端部に配設されたＣＣＤ等の撮像手段５１と、体内部を照明するための照明手段５２と、撮像手段５１が撮像した画像の処理等をする撮像制御部５３と、内視鏡全体の制御を行う内視鏡制御部５４とを有する。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
なお、複数の関節の全てについて負荷センサ２１、負荷検出手段４０、位置センサ２２あるいは位置算出手段４１等を有する必要はなく、特に、直動駆動関節２１１やロール駆動関節２１２は手動駆動としてもよい。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
図９は、内視鏡撮像画像６１であり、マニピュレータ２００の先端部２０１のメスを用いて患部１１を切開する処置を示している。この場合には、先端部２０１は、矢印Ａで示したように左方向に直線１１Ｂに沿って移動し、先端部２０１Ｂの位置に移動することが望ましい。しかし、術者のマスタースレーブ装置（軌道入力手段４２）の操作においては、術者が注意深く操作を行っても、本来は不要なピッチ方向やロール方向への移動を伴ってしまうことがある。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
マニピュレータ装置１においては、上記の処置の際に、自由度選択手段４３により、ピッチ方向およびロール方向への自由度を制限することができる。なお、先端部がメスアームの場合には、ロール方向の自由度は基本的に不要である。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
「ステップＳ１４」  
軌道設定手段４５は、関節パラメータおよび軌道計画に基づき、それぞれの関節の関節角軌道を設定する。軌道設定手段４５は、パラメータ記憶手段４６に記憶されたそれぞれの関節の最大力量を基に、目標の位置および姿勢に移動可能な最少の駆動関節数の関節角軌道のうち、最大力量の関節角軌道を設定する。なお、最大力量の関節角軌道を設定するとは、必ずしも最大力量を発生することの可能な関節を選択し関節角軌道を設定することではなく、力量の大きい関節（大きな力を発生させることの可能な関節）を優先的に選択し、最大力量を発生するような関節角軌道を設定するということである。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
医療用の超小型のマニピュレータ装置１においては、精度は最も重要であり、かつ、超小型のため、マニピュレータの発生力量が小さく、所望の処置が実行出来ないことがあるからである。