(57)【要約】【課題】処置部の位置決め操作と姿勢決めの互いの操作による干渉の影響が少なく、操作性、信頼性、安全性の高いマニピュレータ装置を提供すること。【解決手段】アーム部２３１の先端側に設けられ、処置具２１３をピッチ軸廻り及びヨー軸廻りに回動自在に支持する作業部２１０と、アーム部２３１の基端側に設けられた操作部２２０と、アーム部２３１内に設けられ、操作部２２０における操作力を作業部２１０に伝達する駆動力伝達部とを具備し、操作部は、その軸方向がアーム部２３１の中心軸Ｑに軸方向に交差するように配置されるとともに、アーム部２３１の基端側に取り付けられたブラケット２２１に対し操作桿軸Ｐ廻りに回転自在に支持された操作桿２２２と、操作桿２２に設けられ、処置具２１３の処置動作、ピッチ軸廻り及びヨー軸廻りの回動動作を行わせるための操作デバイス２２３を備えている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体内に挿入される処置部と、
この処置部を第１軸回り及び第２軸回りに回動自在に支持する作業部と、
この作業部が先端側に接続されるアーム部と、
このアーム部の基端側に設けられた操作部とを具備し、
前記操作部は、前記アーム部の基端側に設けられた第３軸回りに回動自在に支持された操作桿と、
この操作桿に設けられ、前記処置部を前記第１軸回り及び前記第２軸回りの回動動作を行わせる操作デバイスと、を備えていることを特徴とするマニピュレータ装置。
【請求項２】
前記第３軸は、前記アーム部の前記先端と前記基端を結ぶ直線に対して交差して配置されていることを特徴とする請求項１記載のマニピュレータ装置。
【請求項３】
前記操作桿は、前記アーム部の基端側に設けられた第４軸回りに回動自在に支持され、
前記第４軸は、前記アーム部の前記先端と前記基端を結ぶ直線に対して交差して配置されていることを特徴とする請求項２記載のマニピュレータ装置。
【請求項４】
前記操作デバイスは、前記操作桿に複数設けられており、複数の前記操作デバイスは、前記第３軸を含む１つの平面上に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載のマニピュレータ装置。
【請求項５】
前記操作デバイスは、前記作業部の前記第１軸回りの回動動作に対応する第１のダイヤルと、前記作業部の前記第２軸回りの回動動作に対応する第２のダイヤルと、前記処置部の処置動作に対応するトリガとを含むことを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載のマニピュレータ装置。
【請求項６】
前記第１のダイヤル、前記第２のダイヤル、前記トリガのうち少なくとも１つには、基準位置指示部が形成されていることを特徴とする請求項５記載のマニピュレータ装置。
【請求項７】
前記第１のダイヤルと、前記第２のダイヤルの大きさが異なることを特徴とする請求項５記載のマニピュレータ装置。
【請求項８】
前記操作デバイスのうち少なくとも１つは、反射板と、前記反射板に対して複数の照射受光部が配置されていることを特徴とする請求項４記載のマニピュレータ装置。
【請求項９】
前記第３軸に対する前記操作桿の回動位置を固定する固定部を備えていることを特徴とする請求項１記載のマニピュレータ装置。
【請求項１０】
前記操作桿の前記第３軸方向における中央部が、前記アーム部の前記先端と前記基端を結ぶ直線と前記第３軸方向の交差位置よりも、前記マニピュレータ装置の重心に近く配置されていることを特徴とする請求項２記載のマニピュレータ装置。
【請求項１１】
前記操作デバイスは、前記作業部の前記第１軸回りの回動動作及び前記第２軸回りの回動動作に対応するデバイスを有することを特徴とする請求項１乃至請求項４記載のマニピュレータ装置。
【請求項１２】
前記操作デバイスの前記第１軸回りの回動動作指令及び前記第２軸回りの回動動作指令による速度指令または位置指令値の変化を比較する手段と、前記比較する手段の比較結果に応じて変化量の大きい位置指令値を優先して前記作業部に伝達する手段を有することを特徴とする請求項１１記載のマニピュレータ装置。
【請求項１３】
前記操作デバイスの前記第１軸回りの回動動作指令及び前記第２軸回りの回動動作指令による位置指令値の変化を予め設定した基準値と比較し、比較結果に応じて前記作業部に伝達するものであることを特徴とする請求項１２記載のマニピュレータ装置。
【請求項１４】
前記第１軸回りの回動動作指令及び前記第２軸回りの回動動作指令に対する、回動動作の比率が、回動方向により異なることを特徴とする請求項１０記載のマニピュレータ装置。
【請求項１５】
前記操作桿には、他の機器の操作を行うための操作切替スイッチが設けられていることを特徴とする請求項１記載のマニピュレータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手術支援用マニピュレータやエネルギ機器等の狭隘部補修用マニピュレータ等のマニピュレータ装置に関し、特に、処置部の位置決め操作と姿勢決めの互いの操作による干渉の影響が少なく微細操作や高精度操作が容易で、操作性、信頼性、安全性の高いものに関する。
【背景技術】
【０００２】
胆嚢摘出手術等の腹腔鏡下手術においては、図２８に示すように、患者Ｋの腹部に小さな穴Ｋａをいくつかあけ、それらにトラカール１を取り付け、トラカール１を介して、それらの孔に内視鏡２、鉗子３等を挿入し、操作者（通常、外科医）Ｓが内視鏡２の映像をモニタ４で見ながら手術を行っている。このような手術方法は、開腹を必要としないため、患者への負担が少なく、術後の回復や退院までの日数が大幅に低減される。このため、適用分野の拡大が期待されている。
【０００３】
従来の鉗子にロボット技術を取り入れた医療用マニピュレータ（ロボット鉗子）１０が知られている（例えば特許文献１参照）。図２９はこのような医療用マニピュレータの一例を示す斜視図である。医療用マニピュレータ１０は、姿勢操作部１１ａと処置操作部１１ｂとを有する操作指令部１１と、一端側が操作指令部１１に接続された連結部１２と、連結部１２の他端側に接続され、処置具１４を２自由度以上に姿勢変更可能に支持する支持部１３ａ，１３ｂを有する作業部１３と、姿勢操作部１１ａからの操作指令を支持部１３ａ，１３ｂに送って処置具１４の姿勢を変更させるとともに、処置操作部１１ｂからの操作指令を処置具１４に送って処置具１４を動作させる制御部（不図示）とを備えている。
【０００４】
また、縫合結紮作業に適した自由度配置を有する医療用マニピュレータが知られている（例えば特許文献２参照）。図３０はこのような医療用マニピュレータの一例を示す斜視図である。医療用マニピュレータ２０は、作業部２１と、操作指令部２２と、両端が作業部２１と操作指令部２２とに接続された連結部２３とを備え、作業部２１にはさらに術部に処置を施す処置部（グリッパ）２４が設けられている。
【０００５】
作業部２１は、処置部２４を２自由度で姿勢変更が可能に支持する支持部としてのヨー軸関節支持部２１ａ及びロール軸関節支持部２１ｂとを有している。操作指令部２２は、２自由度で姿勢を操作する姿勢操作部２２ａと、処置部２４の開閉動作を行う処置操作部２２ｂとを有している。なお、図３０中２５は支持具、２６はトラカール、２７は制御回路を示している。
【０００６】
さらに、位置決め操作と姿勢決め操作とを別々の操作で行う医療用マニピュレータが知られている（例えば特許文献３参照）。図３１はこのような医療用マニピュレータの一例を示す側面図である。医療用マニピュレータ３０は、作業部３１と、操作部３２と、両端が作業部３１と操作部３２とに接続された連結部３３とを備え、作業部３１にはさらに術部に処置を施す処置部（グリッパ）３４が設けられている。操作部３２は、位置決めを行う第１の操作部３２ａと処置部３４の姿勢決めを行う第２の操作部３２ｂを備えている。位置決め操作と姿勢決め操作とを別々の操作で行うので、互いの操作による干渉の影響が少なく、微細操作が容易となり、信頼性、安全性を高めることができる。
【０００７】
遠隔操作型マスタスレーブマニピュレータに対して、図２９〜図３１に示す医療用マニピュレータ１０〜３０は、操作部（マスタ）と鉗子先端部ハンド（スレーブ）を連結させ一体化し、従来の鉗子の利点である操作者が行った方が簡単で確実な大きく素早い操作と、マニピュレータの利点である微細な作業や難しい角度からの操作の両方を可能としたものである。先端部に曲げ・回転等の関節を備えているため、自由自在にハンドの姿勢を動かすことができ、これまでの鉗子では難しかったいろいろな方向からの縫合作業や結紮作業が容易になる。また、右手はロボット鉗子、左手は従来の鉗子という具合に、従来の手術機器と一緒に使うことができる。さらに、システムが簡単・コンパクトなため、低コストで導入できるというメリットがある。
【０００８】
また、同様の構成のマニピュレータは、作業者が直接その場で作業をすることが困難な場所での作業、すなわちエネルギ機器等の狭隘部の補修作業等にも適している。当然、マニピュレータの寸法（長さ、太さ、大きさ等）は、作業内容、作業領域に応じて設計されるものである。したがって、必ずしも医療用に限定するものではない。
【特許文献１】特開２０００−３５０７３５号公報
【特許文献２】特開２００２−１０２２４８号公報
【特許文献３】特開２００１−２７６０９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した医療用マニピュレータ等のマニピュレータ装置であると次のような問題があった。すなわち、手術支援用マニピュレータやエネルギ機器等の狭隘部補修用マニピュレータには、処置部の位置・姿勢の誘導時に、位置決め操作と姿勢決めの互いの操作による干渉の影響が少なく微細操作や高精度操作が容易であることが要求される。すなわち高い操作性、信頼性、安全性が要求される。そのためには、直接のインタフェースである操作部をどのように構成するかが重要である。特に、上述した医療用マニピュレータ１０〜３０においては、マスタ・スレーブが一体化されているという制限があるため、操作部の形状、寸法、配置等が操作の高精度化、操作性に大きな影響を及ぼす。
【００１０】
図２９及び図３０に示す構成の操作部は、操作部の処置操作部の姿勢を、関節角度（ヨー軸やピッチ軸またはヨー軸やロール軸等）をポテンショメータ等の角度検出センサによって検出し、それを作業部の関節角への指令値としている。この方法は、通常のマスタスレーブマニピュレータによるマスタとスレーブの関係と同様である。この場合、処置操作部の姿勢と作業部の処置部の姿勢は、同じであり、直感的に操作を行うことができるため、一般的なマスタスレーブマニピュレータに採用されている。
【００１１】
しかしながら、腹腔鏡下手術等への適用を考慮した場合、トラカールの位置は、手術中に随時変更できる状態ではないため、所望の位置へ作業部を誘導しようとした場合、操作部は広範囲に動かなければならない場合が多い。したがって、操作者（術者）は左右の腕を大きく広げて、右ないし左あるいは左右の医療用マニピュレータの操作をしなければならない。この場合、処置操作部の姿勢を所定の姿勢に誘導するためには、操作者自身の手首の姿勢に過大な負担をかけることになる。特に、操作者が左右の腕を大きく広げて操作する場合、処置部先端を内側（左右の中心方向）に向けて作業を行う姿勢は、操作者自身の手首の姿勢に過大な負担をかけることになる。したがって、操作者自身の手首に負担のかからない狭い領域での手術しかできなかった。また、医療用マニピュレータ１０〜３０等において、操作者自身の手首が無理な姿勢で操作を行うと、位置決め操作と姿勢決めの互いの操作による干渉の影響を少なくすることが困難となり、微細操作や高精度操作が不可能となってしまう。
【００１２】
また、医療用マニピュレータ２０の場合、縫合時は、ロール軸だけを操作することで湾曲針を理想的な軌道で誘導することができるが、操作者の手首の姿勢に過大な負担をかけた状態では、ロール軸だけを操作し、湾曲針を理想的な軌道で誘導しようとしても、ヨー軸や共通ロール軸等の他の軸が動いてしまうため、湾曲針を理想的な軌跡で誘導することは非常に困難である。
【００１３】
そこで、本発明は、処置部の位置決め操作と姿勢決めの互いの操作による干渉の影響が少なく微細操作や高精度操作が容易で、操作性、信頼性、安全性の高いマニピュレータ装置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】
【００１４】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明のマニピュレータ装置は次のように構成されている。
【００１５】
被検体内に挿入される処置部と、この処置部を第１軸回り及び第２軸回りに回動自在に支持する作業部と、この作業部が先端側に接続されるアーム部と、このアーム部の基端側に設けられた操作部とを具備し、前記操作部は、前記アーム部の基端側に設けられた第３軸回りに回動自在に支持された操作桿と、この操作桿に設けられ、前記処置部を前記第１軸回り及び前記第２軸回りの回動動作を行わせる操作デバイスとを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、処置部の位置決め操作と姿勢決めの互いの操作による干渉の影響が少なく、操作者への負担が少なく、微細操作や高精度操作が容易で、操作性、信頼性、安全性の高い操作が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る医療用マニピュレータシステム１００を示す斜視図、図２は同医療用マニピュレータシステム１００に組み込まれた医療用マニピュレータ２００を示す側面図、図３は医療用マニピュレータ２００に組み込まれた作業部２１０を示す斜視図、図４は医療用マニピュレータ２００に組み込まれた操作部２２０を示す説明図、図５は操作部２２０の要部を示す斜視図、図６は同医療用マニピュレータ１００に組み込まれた制御装置３００の構成を示すブロック図である。
【００１８】
図１に示すように、医療用マニピュレータシステム１００は、マスタ・スレーブ方式で動作する医療用マニピュレータ２００と、医療用マニピュレータ２００を制御駆動する制御装置３００とを備えている。
【００１９】
図２に示すように、医療用マニピュレータ２００は患者の体腔内に挿入される作業部２１０と、操作者が操作を行う操作部２２０と、これらを一体に連結するための連結部２３０とを備えている。
【００２０】
作業部２１０は、図３に示すように、後述するアーム部材２３１の先端側に取り付けられたピッチ軸回動支持部２１１と、このピッチ軸回動支持部２１１にピッチ軸（第１軸）方向に回動支持されたヨー軸回動支持部２１２と、このヨー軸回動支持部２１２にヨー軸（第２軸）方向に回動支持された処置具２１３とを備えている。処置具２１３は開閉動作自在に構成されている。
【００２１】
操作部２２０は、連結部２３０の基端側に接続されたブラケット２２１と、このブラケット２２１に対し、操作桿軸Ｐ（第３軸）廻りに回動自在に取り付けられた円柱状の操作桿２２２と、この操作桿２２２に取り付けられた操作デバイス２２３とを備えている。なお、操作桿２２２の中心軸である操作桿軸Ｐは、連結部２３０のアーム部２３１の中心軸（アーム部２３１の先端と基端を結ぶ直線）Ｑと交差する位置に配置されている。この交差位置をＷとする。操作桿２２２の操作デバイス２２３は処置具２１３の姿勢決めを行う等の機能を有している。
【００２２】
操作デバイス２２３は、図４に示すように、横方向ダイヤル（ヨー軸操作：第１のダイヤル）２２４と、縦方向ダイヤル（ピッチ軸操作：第２のダイヤル）２２５と、処置具２１３を開閉するためのトリガ２２６と、操作モード切替スイッチ２２７とを備えている。横方向ダイヤル２２４と縦方向ダイヤル２２５は、親指による操作、トリガ２２６と操作モード切替スイッチ２２７は、人差し指による操作が可能な配置となっている。もちろん、横方向ダイヤル２２４と操作モード切替スイッチ２２７を人差し指、縦方向ダイヤル２２５を親指、トリガ２２６を中指など、操作しやすい指で操作しても問題ない。
【００２３】
なお、処置部が開閉動作を必要としない電気メスのような場合は、開閉のための自由度、駆動系は不要であるため、例えばトリガ２２６を設ける必要はない。
【００２４】
横方向ダイヤル２２４、縦方向ダイヤル２２５及びトリガ２２６には、その回動量を検出するセンサがそれぞれ組み込まれており、センサ信号は制御装置３００にて処理される。
【００２５】
横方向ダイヤル２２４と縦方向ダイヤル２２５には、操作桿２２２との相対的な回動量を検出するセンサとして、回動角度を検出するインクリメンタルエンコーダが組み込まれている。インクリメンタルエンコーダは、具体的には、制御周期間隔におけるダイヤルの回動量を検出し、その検出量と対応した角度を現在の目標値に加算することで、システムの起動時やマスタ・スレーブ動作開始時の操作部姿勢に対する相対的な回動量を算出する。
【００２６】
横方向ダイヤル２２４や縦方向ダイヤル２２５は基準位置が明確でない円筒形であるため、制御周期間隔前の状態からのダイヤルの相対的な回動量を、制御装置３００で作業部２１０の目標値へ変換演算することで、マニピュレータを使うたびにダイヤルを基準姿勢へ合わせるといった手間を省け、操作性が向上する。
【００２７】
なお、横方向ダイヤル２２４と縦方向ダイヤル２２５について絶対値出力センサ（アブソリュートエンコーダやポテンショメータなど）を適用するのであれば、基準姿勢を明確にする基準位置指示部（基準印や基準形状）をダイヤル部に装備すればよい。例えば図７〜図１０に示すように、基準位置が触感でわかるような形状に横方向ダイヤル２２４を形成する。なお、図７〜図１０において、図４と同一機能部分には同一符号を付した。
【００２８】
図７は横方向ダイヤル２２４の回転軸に平行な線状の凹状に形成された基準部位２２４ｐ、図８は平坦面に形成された基準部位２２４ｑ、図９は球面凹状に形成された基準部位２２４ｒ、図１０は球面凸状に形成された基準部位２２４ｓを備えている。この他、ダイヤル２２４に基準ラインを表示し、操作桿２２２に対応する印や目盛を刻印してもよい。基準位置指示部は、視覚的に認識し易い箇所に配置しても良いし、ダイヤルを操作する指が自然の姿勢（どちらに動かすでもなく自然かつ中立な姿勢）となる箇所に配置しても良い。さらには、操作する指の移動量を軽減するように他のダイヤルに近い箇所に配置してもよい。
【００２９】
さらに、印や基準形状が基準位置と一致した場合に、クリック感を生じさせることで、操作者に判るようにしても良い。クリック感を発生させるためには、例えば図１１に示すよう構成する。すなわち、操作桿２２２に凹部２２２ａを設け、この凹部２２２ａにバネ２２２ｂの基端部を固定し、このバネ２２２ｂの先端に球体２２２ｃを取り付ける。また、横方向ダイヤル２２４に凹部２２４ｋを設ける。これにより、横方向ダイヤル２２４が基準位置に達したときに、球体２２２ｃが凹部２２４ｋに軽く係合するようにしておけば操作者はクリック感を感じる。
【００３０】
また、クリック感を発生させる代わりに、センサで読み取った情報をモニタ表示や音で提示することもできる。クリック感が生じる回動位置付近では、球体２２２ｃが凹部２２４ｋに嵌りこもうとするので、ダイヤルを自由に微小回動させるには熟練を要するが、クリック間を与える機構の代わりにモニタ表示や音で提示する構成とすることで、熟練していない操作者にも回動の微調整を容易に行わしめることができる。
【００３１】
もちろん、クリック感とモニタ表示や音での提示を併用することもでき、このような構成によれば基準姿勢の認識率が高まり、器具のトラカール通過などにおいてより安全性が向上するといった効果を奏する。
【００３２】
一方、トリガ２２６のように動作範囲が限定されるデバイスについては、センサによって検出された量を絶対値として処理し姿勢目標値を算出するスライドポテンショメータ等が設けられている。なお、トリガ２２６は下死点で固定するロック機構が設けられていてもよい。
【００３３】
上記で説明した操作部２２０について、その構造をさらに詳しく説明する。図４からもわかるように、操作桿２２２は円柱状のシンプルな外形となっている。このため、比較的洗浄しやすい構造となっている。図５は、横方向ダイヤル２２４のセンサ部分を示す分解斜視図である。センサ部として、非接触式・反射式の光学エンコーダを用い、以下のような構成とすることで安全性・信頼性の高いシステムが構築できる。図５中２２４ａは蓋部、２２４ｂはホイール、２２４ｃは照射受光部を示している。照射受光部２２４ｃは操作桿２２２側に設けられ、反射面をホイール２２４ｂ側に配置することで、配線が必要な部分、水洗い洗浄に不適な部分を操作桿２２２内部に配置でき、洗浄性を確保できる。一方、ホイール２２４ｂは取り外し可能な構造となっており、操作桿２２２とホイール２２４ｂとの隙間に浸入した汚れも落としやすくなる。
【００３４】
手技によって操作者の手には血液等が付着し、その手で操作された医療用マニピュレータ２００にも血液が付着する。操作ダイヤル表面に血液がついた状態で、ダイヤルを回転操作すると、血液が付着した部分が照射受光部２２４ｃにも広がる場合がある。このため、１つのホイール２２４ｂに対し、２つの照射受光部２２４ｃを設け、２つの照射受光部２２４ｃは等しい変化量を出力するよう構成する。なお、２つの照射受光部２２４ｃは通常互いに同一の出力であるため、制御装置３００で両者の出力値の大きさを比較し、片方の出力の変化が停止しても、もう一方に出力変化が確認されれば、操作されていると判断し演算する。  仮に隙間に血液が浸入し、照射受光部２２４ｃに付着しても、もう一方の照射受光部２２４ｃで認識できるためセンサの機能を存続できる。また、ホイール２２４ｂの一部に血液が付着しても、その部分の操作が不能になることもない。一方の照射受光部２２４ｃ上にホイール２２４ｂの血液付着部分が通過し出力がなされなくとも、その照射受光部２２４ｃと離れたところに位置するもう一方の照射受光部２２４ｃの上部を通過するホイール２２４ｂには血液が付着していないので正常に読み取ることができる。これにより、操作部２２０の信頼性を向上させることができる。
【００３５】
なお、一般に回転角検出範囲が０〜３００度程度と限られているポテンショメータのような絶対値出力センサを用いた場合、複数個のポテンショメータを、互いに位相をずらして配置し、これらの出力を組み合わせて角度を判断させるように構成すれば、あたかもインクリメンタルエンコーダのように、回動角の制限をなくすことができる。
【００３６】
操作モード切替スイッチ２２７は、マスタ・スレーブ動作の開始・終了、初期姿勢復帰動作等の操作モードの切り替えを行うスイッチである。
【００３７】
連結部２３０は、円管状のアーム部２３１と、このアーム部２３１の基端側に設けられた駆動部２３２とを備えている。駆動部２３２で発生した駆動力はアーム部２３１内に配置されたワイヤやロッド、ギヤ等で構成される動力伝達部（不図示）を介して作業部２１０に伝達される。
【００３８】
制御装置３００は、図６に示すように、電源部３０１、演算部３０２、モータ駆動回路部３０３、安全保護装置３０４、各種スイッチ３０５，３０６などを備えている。
【００３９】
電源部３０１は、外部電源からトランスを介して得た電力を、演算部３０２とモータ駆動回路部３０３へ供給する。
【００４０】
演算部３０２は、ＣＰＵ、記憶装置、論理回路、インタフェース等を有し、操作部２２０の操作角度を読み取るとともに、作業部２１０を駆動する駆動部２３２の制御目標値を生成する機能と、駆動部２３２の動作角度を測定する角度センサ２３３の情報を読み込むとともに、駆動部２３２の制御目標値を比較し、その偏差を解消するようにモータ指令入力を算出する機能とを有している。また各種スイッチ３０５，３０６等の信号入力を監視し、予め決められたプログラムに沿って制御演算を行う。演算部３０２は、これらの処理を、予め決められた制御周期にしたがって繰り返す。
【００４１】
モータ駆動回路３０３は、演算部３０２からの指令入力にしたがって駆動部２３２ヘ電力を出力する回路である。安全保護装置３０４は、演算部３０２の演算周期異常、モータ駆動回路異常、緊急停止指令等の異常事態に備えて、医療用マニピュレータ２００への電力を遮断し、その動作を直ちに停止させる装置である。各種スイッチ３０５，３０６は、制御装置３００の筐体に装備され、医療用マニピュレータ２００の動作状態の切換指令、電源切換等に使われる。
【００４２】
マンマシンインターフェイスは、制御装置３００の筐体に設けられるか、これに接続される機器であり、医療用マニピュレータ２００の動作状態の切換指令、電源切換、動作モードの状態表示等に使われる。
【００４３】
このように構成された医療用マニピュレータシステム１００は、次のようにして取り扱う。操作者（術者）は、作業部２１０を患者腹壁のトラカールから腹腔内に挿入し、操作部２２０を操作することで、作業部２１０の処置具２１３を所定の位置、姿勢に誘導し、腹腔鏡下手術を行う。
【００４４】
操作者は、操作桿２２２を握り大きく動かすことで、トラカールを支点にして、作業部２１０を腹腔内の任意の位置へ誘導することができる。さらに、操作デバイス２２３により、処置具２１３の姿勢操作や把持操作を行うことができる。
【００４５】
この時、操作桿２２２は、ブラケット２２１に対して、操作桿軸Ｐ廻りに回転自在に支持されているため、操作桿２２２を大きく動かしても、操作デバイス２２３は、操作者に対して常に操作しやすい向きに保つことができ、操作者の手首の姿勢に過大な負担をかけることはない。また、所定の必要な角度の範囲（例えば±９０度以内の角度、±３０度、±４５度、非対称などでもよい）のみ回転自在とすることで、操作桿２２２は不必要な角度に回転することを防止することができ、ケーブルの破断防止やトラカール挿入時の安定性向上などの効果がある。
【００４６】
また、処置具２１３の姿勢決めには通常３つの姿勢軸が必要となるが、操作デバイス２２３により操作できるのはヨー軸と、ピッチ軸の２つの姿勢軸しかない。この場合であっても、アーム部２３１をその中心軸Ｑ廻りに回動させることで、処置具２１３を任意の姿勢に誘導することが可能である。この時、操作桿軸Ｐと中心軸Ｑとが交差する配置となっているので、操作桿２２２が回転自在に支持されていた場合でも、操作桿２２２だけを握って、他の部分を支えたりすることなく、操作桿２２２を中心軸Ｑ廻りに回転させ、処置具２１３に対する中心軸Ｑ廻りの姿勢誘導が容易となる。
【００４７】
また逆に、処置具２１３が受ける外力（並進力、モーメント）に対しても、操作桿軸Ｐと中心軸Ｑとが交差する配置となっているので、その外力を操作桿２２２を介して操作者に伝えることが可能なため、作業部２１０が不用意に中心軸Ｑ廻りに回転させられることを防ぐことができる。
【００４８】
上述したように、本実施の形態に係る医療用マニピュレータシステム１００によれば、作業部の位置誘導時においても、操作デバイス２２３は、操作者に対して操作しやすい姿勢を保つことができ、さらに、処置具２１３の連結部２３０の中心軸Ｑ廻りの姿勢誘導も容易となることにより、位置決め操作と姿勢決めの互いの操作による干渉の影響をなくすことが容易で、微細操作や高精度操作が可能で、操作性、信頼性、安全性を高めることができる。親指の動きと処置部の動きを一致あるいは対応させやすくすることができるため操作が直感的となる。
【００４９】
操作モード切替スイッチ２２７を操作デバイス２２３に設けることで、全ての操作を、持ち替え動作や一方の手での支持する動作等をすることなく、片手で行うことができ、操作性がより向上するとともに、不要な動作を排除することができるため安全性が大幅に向上できる。
【００５０】
また、トリガ２２６は、下死点まで握り込むと、そこでロックされ、処置具２１３は閉じた状態で固定できる。もう一度トリガ２２６を握り込むことでロックが解除され、処置具２１３は開いた状態に戻る。これにより、処置具２１３が縫合用の針を把持した状態で操作者はトリガ２２６に力を入れる必要が無くなるため、作業部２１０の姿勢決め操作や縫合操作に集中でき、より安全な操作が可能となる。
【００５１】
なお、図２に示すように、操作桿２２２の把持部中心Ｇ１が、中心軸Ｑと操作桿軸Ｐとの交差位置Ｗより医療用マニピュレータ２００の重心Ｇ２側となるように配置されている。これにより、比較的質量の大きい駆動部２３２の質量による連結部２３０の中心軸Ｑ廻りのモーメントを支えやすくなり、操作性が向上する。
【００５２】
さらに、横方向ダイヤル２２４と、縦方向ダイヤル２２５と、トリガ２２６と、操作モード切替スイッチ２２７の各中心を所定の一方向から投影した際に同一平面上（すなわち操作桿軸Ｐを含む１つの平面上）に配置されるように設けることで、左手用、右手用の区別無くどちらの手でも操作が可能となる。手術中の医療用マニピュレータ２００の左右の手の持ち替えや助手との持ち替え作業時の制約をなくすことができ、手術時間の短縮とともに安全性が向上する。
【００５３】
また、横方向ダイヤル２２４と、縦方向ダイヤル２２５と、トリガ２２６と、操作モード切替スイッチ２２７を、操作桿軸Ｐを含む１つの平面に対して対称な形状とすることで、左手でも右手でも違和感なく操作が可能となる。
【００５４】
なお、ダイヤル操作量と作業部動作量との比率や動作方向は、制御装置３００に装備されたインタフェースによって操作者の意図によって設定できる。このとき、算出された姿勢操作量の相対量に対し、設定された比率と方向付けによる符号を加味した上で姿勢目標値へ加算すればよい。横方向ダイヤル２２４と縦方向ダイヤル２２５に対しそれぞれ任意に演算処理を設定できる機能を備えているので、作業部２１０の姿勢軸構成が異なる場合でも、同じ操作部２２０を使用して操作することが可能となる。例えば、図１２に示すように、作業部２１０において、ヨー軸廻り及びロール軸廻りの自由度として構成されている場合、横方向ダイヤル２２４をヨー軸操作、縦方向ダイヤル２２５をロール軸操作に割り当てるようにしてもよい。
【００５５】
縫合時は、ロール軸だけを操作することで湾曲針を理想的な軌道で誘導することができるが、本実施例によるマニピュレータの場合、親指の動作だけで、縦方向ダイヤル２２５のみを動かし、ロール軸だけを操作することが可能で、湾曲針を理想的な軌道で誘導することができる。
【００５６】
さらに、横方向ダイヤル２２４と縦方向ダイヤル２２５の大きさを適宜変えてもよい。すなわち、作業部２１０におけるヨー軸廻りやロール軸廻りの動作範囲や動作速度は、関節自由度の配置、主たる作業内容等によって必ずしも同じではない。例えば、縫合作業を行う際、ロール軸廻りは大きな角度範囲を動かす必要がある。このため、縦方向ダイヤル２２５にロール軸を割り当てるとともに、その半径を小型にすることにより、操作者は少しの操作でロール軸を大きな角度範囲で動かすことが可能となり、縫合作業の効率を高めることができる。
【００５７】
医療用マニピュレータシステム１００は、上述した実施の形態のみに限られず、例えば、図１３に示すように、中心軸Ｑと操作桿軸Ｐとが直交しないように配置しても同様の効果を得ることができる。
【００５８】
図１４は、上述した医療用マニピュレータシステム１００に組み込まれた操作部２２０の変形例を示す図である。なお、図１４において図４と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５９】
図１４に示す操作部２２０においては、横方向ダイヤル２２４の代わりに小型の横方向ダイヤル２２８を用いている。本変形例でも同様の効果を得ることができる。特に、図３に示すようなヨー軸とピッチ軸とから構成されているマニピュレータの操作をそれぞれのダイヤルで指令する場合のように、両者の操作量が同等であるシステムの場合に有効である。
【００６０】
図１５は、上述した医療用マニピュレータシステム１００に組み込まれた操作部２２０の変形例を示す図である。なお、図１５において図４と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６１】
図１５に示す操作部２２０においては、横方向ダイヤル２２４及び縦方向ダイヤル２２５の代わりに２方向同時位置指令入力可能なトラックボール２４０を用いている。本変形例では、横方向ダイヤル２２４及び縦方向ダイヤル２２５を用いた場合と同様の効果が得られるとともに、横方向ダイヤル２２４と縦方向ダイヤル２２５間の指の移動が不要となるため、操作する場合の指の移動動作を最小限に抑えることができる。
【００６２】
操作性を向上させるために、トラックボール２４０の横方向回転と縦方向回転による位置指令値の変化量（速度）を検出し、これらの変化量を比較し、変化量の大きい位置指令値を優先する構成とすることで、ヨー軸とピッチ軸、あるいは、ヨー軸とロール軸は、それぞれ独立に動かすことができるためより安全性を向上させることができる。なお、位置を誘導するような操作指令の場合には、移動時間を短縮することができるため、通常２方向同時に動かす方法を採ってもよい。
【００６３】
図１６に示す操作部２２０においては、横方向ダイヤル２２４及び縦方向ダイヤル２２５の代わりに２方向同時位置指令入力可能なタッチパッド２４１を用いている。すなわち、タッチパッド２４１上での横方向の指の移動を横方向ダイヤル２２４に対応させ、縦方向の指の移動を縦方向ダイヤル２２５に対応させることで、上述したトラックボール２４０を用いた場合と同様の効果を得ることができる。
【００６４】
ここで、意図せぬ動作を避けるために、横方向操作と縦方向操作を互いに独立させて行わせる方法について図１７を参照しながら説明する。例えば、ヨー軸の操作量θｙとロール軸の操作量θｒにおいて、両者の大きさの比較と、それぞれの値と基準値との比較によって目標値演算を行う。具体的には次のような手法をとる。
【００６５】
操作量の一定検出周期（例えば制御周期と等しい）毎に、操作量の変化量の絶対値｜Δθｘ｜（ｘ＝ｙ，ｒ）を算出する。操作量の変化量の絶対値がゼロに近い基準値Ｎａよりも小さいとき、これは操作者の意図した動作ではなく、手ぶれや信号ノイズによる変化と判断し、この場合は操作量を姿勢目標値には加算しない（領域Ａ）。次に、基準値Ｎａよりも大きい基準値Ｎｂと変化量の絶対値とを比較する。両者の操作量の絶対値が共に基準値Ｎｂより大きい場合、両者の操作量は操作者の意図した動作と判断し、共に操作量を姿勢目標値に加算する（領域Ｃ）。さらに、両者の操作量の絶対値が基準値Ｎａより大きく、かつ、Ｎｂより小さい範囲を領域Ｂとする。領域Ｂでは、両者の値を比較し、大きい方を目標値に加算し、小さい方は加算しない。この領域Ｂにおける変化量の小ささでは操作者の意図した動きとは見なさないと判断する。
【００６６】
なお、一方が領域Ｃにあり、もう一方が領域Ｂにあれば、領域Ｃの値はそのまま採用され、領域Ｂの値は採用されない。但し、一方が領域Ｂの値であるが、もう一方が領域Ａまたはゼロの場合は、領域Ｂの値でも採用する。これは単独でゆっくり操作しているためと判断できるからである。共に領域Ａにある場合は、共に採用されない。領域Ａにかかるぐらい非常にゆっくり操作したい場合、領域Ｂにおいて複数を同時に操作したい場合には、目標値変換時の比率設定を変えればよいので、操作量の変化においては上記に述べた３つの領域による操作量の演算切り替え機能は有効である。また、基準値Ｎａや基準値Ｎｂの大きさを設定できる機能を有することで、操作者の好みに応じた操作部を提供することができ操作性の向上に寄与するものである。
【００６７】
このように、横方向操作と縦方向操作による位置指令値の変化量（速度）を検出し、変化量を比較し、変化量の大きさに応じて変化量の大きい指令値を優先する構成とすることにより、操作者が動かそうとしている方向のみを動かすことが可能となり、正確かつ安全な操作が実現できる。なお、このような判断は横方向ダイヤル２２４及び縦方向ダイヤル２２５を用いた場合でも利用してよい。
【００６８】
さらには、２方向の操作量指令値を前述と違った方法で目標値演算する方法を図１８を用いて説明する。操作量の一定検出周期（例えば制御周期と等しい）毎に得られた操作量の変化量はベクトルとして扱える。例えばヨー軸方向、ピッチ軸方向の変化量をそれぞれΔθｙ、Δθｐとし、得られたベクトルの大きさを｜ｖ｜とする。ベクトルの大きさがある基準値より小さい場合は信号ノイズまたは手ぶれによる変化と判断し、目標値には加算しないようにゼロベクトルとする（領域Ｄ）。基準値より大きく、Δθｙ軸近傍の領域Ｅに操作量ベクトルが該当する場合は、大きさ｜ｖ｜を有するΔθｙ方向ベクトルへ置換し目標値演算する。同様に、Δθｐ軸近傍の領域Ｆに操作量ベクトルが該当する場合は、大きさ｜ｖ｜を有するΔθｐ方向ベクトルへ置換し目標値演算する。この結果、２方向の位置指令値の変化を比較し、すなわち、ベクトルを算出し、変化量の大きい位置指令値を優先して伝達することはもちろん、操作方向によらず操作量に比例した大きさの指令値を伝達することができる。このような演算をすることで予期しない２軸動作を防止し、１軸だけの独立した操作を可能とする。もちろん上記領域Ｅ及び領域Ｆに含まれない領域Ｇを設定することで意図した２軸同時操作も可能とする。なお領域Ｇがなくなるように領域Ｅ及び領域Ｆの境界を設定すれば２軸同時操作を完全に防止できる。この領域設定を制御装置３００または操作部２２０にて調整できる手段を設けることで、手技や使用するマニピュレータの自由度構成、さらには操作者固有の癖に応じた操作を提供することができる。
【００６９】
図１９は、操作部２２０の変形例を示す図である。操作桿２２２には、ブラケット２２１に対し、任意または所定の角度で固定できるロック機構が内蔵されており、操作デバイス２２３に設けられたロックスイッチ２２９により、固定・解除が切り替えられるようになっている。これにより、操作時は回転自在とし、操作終了時は角度を固定する、または、操作桿２２２を誘導する時は回転自在とし、ほぼ一定の位置で操作する時は固定する等、操作内容に応じて、回転自在、固定を適宜選択することができ、全体の操作性を向上させることができる。
【００７０】
図２０は、操作部２２０の変形例に係る操作部２５０を示す側面図である。操作部２５０は、連結部２３０の基端側に接続されたブラケット２５１と、このブラケット２５１に対し、操作桿軸Ｐ廻りに回動自在に取り付けられた操作桿２５２と、この操作桿２５２に取り付けられた操作デバイス２５３とを備えている。なお、操作桿２５２の中心軸である操作桿軸Ｐは、連結部２３０のアーム部２３１の中心軸Ｑと交差する位置に配置されている。
【００７１】
操作桿２５２は、作業部２１０の位置決めを行う機能を有し、操作デバイス２５３は処置具２１３の姿勢決めを行う等の機能を有している。操作桿２５２は、手の形状に合わせて形成されており、特に、後述するトラックボール２５４が斜面に配置されるようにしている。
【００７２】
操作デバイス２５３は、横方向操作（ヨー軸操作）と縦方向操作（ピッチ軸操作）を同時に行うことができるトラックボール２５４と、処置具２１３を開閉するためのトリガ２５５と、操作モード切替スイッチ２５６とを備えている。トラックボール２５４は、親指による操作、トリガ２５５と操作モード切替スイッチ２５６は、人差し指による操作が可能な配置となっている。
【００７３】
トラックボール２５４及びトリガ２５５には、その動作量を検出するセンサがそれぞれ組み込まれており、センサ信号は制御装置３００にて処理される。
【００７４】
例えば、トラックボール２５４に用いられるセンサにはフォトセンサが組み込まれ、２方向の相対移動量を検出するものである。具体的には、制御周期間隔におけるトラックボールとセンサの相対変位の２軸方向成分を算出し、それを目標値に加算し、システムの起動時やマスタ・スレーブ動作開始時からの操作部姿勢変位の相対量を算出する。トラックボール２５４は基準位置が明確でない球形であるため、相対量で姿勢操作量を相対値で読み取り、制御装置３００で作業部２１０の目標値へ変換演算することで、トラックボール２５４をマニピュレータを使うたびに基準姿勢へ合わせるといった手間を省くことで操作性が向上する。なお、センサ信号の耐ノイズ性を向上させるために、センサ出力を操作部２５０内部のフォトセンサ近傍にある変換回路にてシリアル信号へ変換してから制御装置３００へ送信する。
【００７５】
このように構成された操作部２５０によれば、トラックボール２５４の位置が操作桿２５２の斜面に配置されているので、操作桿２５２を握った状態で指・手・手首への負担が少なく、トラックボール２５４の操作性をより向上させることができる。なお、図５を用いて前述したように、ここでも、ひとつの反射板に相当するトラックボールの動きを複数の照射受光部に相当するフォトセンサで読み取り、それらの信号を比較することで、安全性・信頼性が向上できることは言うまでもない。またトラックボールは操作桿２５２から取り外し可能な構成となっており、操作中に汚れたトラックボールを適宜洗浄して、再使用することができる。
【００７６】
このほか、操作デバイスとしては、ジョイスティック、力覚センサ、十字キー・十字ボタン等があるが、例えば、ジョイスティックなら、検出した角度を速度指令に置き換えればよいし、力覚センサなら検出した力に比例した速度指令に置き換えればよいし、十字キー・十字ボタンなら検出した方向を所定の速度指令に置き換えればよい。また、力覚センサなら、力覚で指令を与えるため、指の動きそのものを最小限にできるというメリットがある。これら各種の操作デバイスにおいて、操作量と目標値との変換処理においては、前述の図１７または図１８において説明した方法を用いることができる。
【００７７】
また、ジョイスティックや力覚センサを用いたスティック操作においては、そのスティックを前後左右に動かすだけではなく、スティックのひねり操作や操作部に対する押し引き操作といった自由度が加わるため、マニピュレータの自由度構成、自由度数に応じた設定変更の幅が広がる。例えばジョイスティック操作の場合、前後の操作をピッチ軸操作に、左右の操作をヨー軸操作に、ひねり操作をロール軸操作に割り当てることが可能となる。
【００７８】
力覚センサを用いたスティック操作においては、スティックの付け根に力覚センサを取り付け、スティックを前後左右に傾けたときに生じる力を操作量として変換する。同様にひねり操作を力覚センサではトルクとして検出し、目標値へ変換することができる。さらに押し引き方向の力に対しては、この操作に対応する力の変化を新たな自由度の操作量として変換することもできる。またその他に、モード切替などのスイッチ信号の代替として信号処理してもよい。さらには、操作時の操作者がスティックに触れることで加える力と操作者がスティックに触れていない状態での検出量の違いから、その押し力によって、意図した操作であるか、器具が傾いたことによるスティックの動作であるかの違いを認識でき、操作者が触れていないまたは触れている力が弱い場合と判断できたならば、その状態での他の軸の力、トルク入力を目標値として変換しないことで、意図しない動きを防止できる。
【００７９】
図２１は、操作部２２０の変形例に係る操作部２６０を示す斜視図である。図２１において図２，図４と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００８０】
操作部２２０は、連結部２３０の基端側にその一旦側が接続されたブラケット２６１を備えている。ブラケット２６１は、連結部２３０に対しネジ２６２によりネジ止めされており、ネジを脱着することにより、その固定位置を一定の角度範囲で変更することができる。もちろんピンなどを利用して固定作業をワンタッチでできるようにしても良いし、連続的な任意の位置に固定できるようにしても良い。
【００８１】
ブラケット２６１の他端側には、操作桿軸Ｐ廻りに回動自在に取り付けられた円柱状の操作桿２２２と、この操作桿２２２に取り付けられた操作デバイス２２３とを備えている。
【００８２】
このように構成されていると、操作者が最適な角度位置で操作桿２２２を握ることができるので、作業効率をより向上させることができる。
【００８３】
図２２及び図２３は、本発明の第２の実施の形態に係る医療用マニピュレータ２７０の要部を示す図である。図２２及び図２３において、図２，４，１２と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００８４】
医療用マニピュレータ２７０は、アーム部材２３１の先端側に取り付けられたロール軸支持部２７１と、このロール軸支持部２７１にロール軸方向に回動支持されたピッチ軸回動支持部２１１と、このピッチ軸回動支持部２１１にピッチ軸（第１軸）方向に回動支持されたヨー軸回動支持部２１２と、このヨー軸回動支持部２１２にヨー軸（第２軸）方向に回動支持された処置具２１３とを備えている。処置具２１３は開閉動作自在に構成されている。なお、電気メスのような処置具の場合は、開閉動作は必要ない。
【００８５】
操作部２２０は、連結部２３０の基端側に接続されたブラケット２２１と、このブラケット２２１に対し、操作桿軸Ｐ廻りに回動自在に取り付けられた円柱状の操作桿２２２と、この操作桿２２２に取り付けられた操作デバイス２２３とを備えている。なお、操作桿２２２の中心軸である操作桿軸Ｐは、連結部２３０のアーム部２３１の中心軸Ｑと交差する位置に配置されている。操作桿２２２は、作業部２１０の位置決めを行う機能を有し、操作デバイス２２３は処置具２１３の姿勢決めを行う等の機能を有している。
【００８６】
操作デバイス２２３は、横方向ダイヤル（ヨー軸操作：第１のダイヤル）２２４と、縦方向ダイヤル（ピッチ軸操作：第２のダイヤル）２２５と、ロール方向ダイヤル（ロール軸操作：第２３のダイヤル）２７２と、処置具２１３を開閉するためのトリガ２２６と、操作モード切替スイッチ２２７とを備えている。横方向ダイヤル２２４と縦方向ダイヤル２２５は、親指による操作、ロール方向ダイヤル２７２とトリガ２２６と操作モード切替スイッチ２２７は、人差し指による操作が可能な配置となっている。もちろん、横方向ダイヤル２２４と操作モード切替スイッチ２２７を人差し指、縦方向ダイヤル２２５を親指、トリガ２２６を中指など、操作しやすい指で操作しても問題ない。
【００８７】
横方向ダイヤル２２４、縦方向ダイヤル２２５、ロール方向ダイヤル２７２、トリガ２２６には、その回動量・動作量を検出するセンサがそれぞれ組み込まれており、センサ信号は制御装置３００にて処理される。なお、横方向ダイヤル２２４、縦方向ダイヤル２２５、ロール方向ダイヤル２７２に用いられるセンサにはインクリメンタルエンコーダが組み込まれ、角度を検出するものである。
【００８８】
本第２の実施の形態によれば、処置具２１３の姿勢をヨー軸及びピッチ軸の２軸に加え、ロール軸を含む３軸の方向で制御できるため、より微細な作業において操作性を向上させることが可能となる。
【００８９】
図２４は、医療用マニピュレータ２７０の変形例を示す図である。図２４において、図２２と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００９０】
本変形例においては、ロール方向ダイヤル２７２の代わりにシーソースイッチ２７３を用いるようにした。本変形例でもロール方向ダイヤル２７２を用いた場合と同様の効果を得ることができる。
【００９１】
なお、処置部が開閉動作を必要としない電気メスのような場合は、開閉のための自由度、駆動系は不要であるし、操作部にトリガ２２６を配置する必要もない。または、トリガ２２６を切り替えスイッチとして利用し、横方向ダイヤル２２４、縦方向ダイヤル２２５をヨー軸操作とピッチ軸操作に割り当てる場合と、横方向ダイヤル２２４または縦方向ダイヤル２２５をロール軸方向操作に割り当てる場合とに切り替えるようにしてもよい。もちろん、横方向ダイヤル２２４、縦方向ダイヤル２２５のかわりにトラックボールでも良い。トリガ２２６を切り替えスイッチとして利用することにより、同一の操作部で複数の作業部の操作が可能となる。
【００９２】
図２５は、本発明の第３の実施の形態に係る医療用マニピュレータ２８０の要部を示す側面図である。図２５において、図２と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００９３】
医療用マニピュレータ２８０は患者の体腔内に挿入される作業部２１０と、操作者が操作を行う操作部２８１と、これらを一体に連結するための連結部２３０とを備えている。
【００９４】
操作部２８１は、連結部２３０の基端側にその周方向（図２５中矢印Ｒ方向）にスライド可能に接続された円弧状のブラケット２８２と、このブラケット２８２に対し、操作桿軸Ｐ廻りに回動自在に取り付けられた円柱状の操作桿２２２と、この操作桿２２２に取り付けられた操作デバイス２２３とを備えている。
【００９５】
ここで、操作桿２２２の中心軸である操作桿軸Ｐは、連結部２３０のアーム部２３１の中心軸Ｑと交差する位置に配置されている。この交差位置をＷとする。なお、ブラケット２８２の円弧の中心（第４軸）は、交差位置Ｗに位置し、図２５中矢印Ｒ方向に回動可能である。
【００９６】
このように構成された医療用マニピュレータ２８０によれば、図２５中矢印Ｒ方向についても操作桿２２２を回動可能であるため、操作者がさらに最適な角度位置で操作桿２２２を握ることができるので、作業効率をより向上させることができる。
【００９７】
図２６は、本発明の第４の実施の形態に係る医療用マニピュレータ２９０の要部を示す側面図である。図２６において、図２５と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００９８】
医療用マニピュレータ２９０は患者の体腔内に挿入される作業部２１０と、操作者が操作を行う操作部２９１と、これらを一体に連結するための連結部２３０とを備えている。
【００９９】
操作部２９１は、連結部２３０の基端側に接続された第１ブラケット２９２と、この第１ブラケット２９２に対し、Ｔ軸廻りに回動自在に取り付けられた第２ブラケット２９３と、この第２ブラケット２９３に操作桿軸Ｐ周りに回動自在に取り付けられた円柱状の操作桿２２２と、この操作桿２２２に取り付けられた操作デバイス２２３とを備えている。
【０１００】
ここで、操作桿２２２の中心軸である操作桿軸Ｐと、連結部２３０のアーム部２３１の中心軸Ｑとは、Ｔ軸廻りの回動角度によって一致する場合があるが、駆動モータの自重やケーブルなどにより、アーム部２３１の中心軸Ｑ廻りの回転動作は制限される。もちろん第１ブラケット２９２の向きをＱ軸に対して９０度回転させた方向に取り付けても良い。
【０１０１】
このように構成された医療用マニピュレータ２９０によれば、操作者がさらに最適な角度位置で操作桿２２２を握ることができるので、作業効率をより向上させることができる。
【０１０２】
図２７は、本発明の第５の実施の形態に係る医療用マニピュレータ１００と組み合せて用いる内視鏡支持装置（他の機器）４００を示す斜視図である。なお、図中Ｋは患者の体腔を示している。
【０１０３】
操作デバイス２２３は、操作モードの切り替えにより、図２７に示すような内視鏡支持装置４００の操作を行うことができる。操作モードの切り替えは、第２の操作部に設けた操作モード切替スイッチ２２７を用いたり、別途フットスイッチ等を設けるようにしても良い。また、操作モードを表示・通知するシステムを設けるようにしてもよい。
【０１０４】
内視鏡支持装置４００は、床面に取り付けられたロボットアーム４１０と、このロボットアーム４１０に取り付けられた腹腔鏡４２０とを備えている。
【０１０５】
ロボットアーム４１０は、固定面に対し、鉛直方向の軸を有する第１の回転軸部４１１と、この第１の回転軸部４１１の出力軸側に固定された第１アーム４１２と、第１アーム４１２の先端部に、鉛直方向の軸を有する第２の回転軸部４１３と、この第２の回転軸部４１３に取り付けられ水平方向の軸を有する第３の回転軸部４１４と、第３の回転軸部４１４の出力軸側に固定された第２アーム４１５と、この第２アーム４１５の先端部に、第２アーム４１５の長手方向が回転軸となるように回転自在に支持された第４の回転軸部４１６と、第４の回転軸部４１６に対して直交方向に回転自在に支持された第５の回転軸４１７と、第５の回転軸に対して直交方向に回転自在に支持された第６の回転軸４１８とを備えている。
【０１０６】
第１の回転軸部４１１、第２の回転軸部４１３、第３の回転軸部４１４、第６の回転軸部４１８は、関節駆動用のアクチュエータが設けられている。なお、第６の回転軸部４１８は、所定の角度で固定されていても良い。また、第４、第５の回転軸４１６，４１７は、受動的な関節でも、関節駆動用のアクチュエータを備えていてもよい。
【０１０７】
このように構成された内視鏡支持装置４００を医療用マニピュレータ１００側の操作デバイス２２３から操作できるようにすることで、助手を利用することなく内視鏡支持装置４００を操作することができる。すなわち、ロボットアーム４１０の各回転軸部を制御することで、保持している腹腔鏡４２０を任意の位置に誘導、すなわち、任意の術野の内視鏡画像をモニタに映し出すことができる。
【０１０８】
また、横方向ダイヤル２２４を左右方向移動用、縦方向ダイヤル２２５を上下方向移動用、トリガ２２６を前後方向移動用に用いることができる。なお、機械的な誘導動作だけではなく、光学的な誘導動作（例えばズーム操作）であってもよい。
【０１０９】
本実施例によると内視鏡支持装置等他の機器についての新たな操作インタフェースを必要とせず、周辺装置も含めてシンプルなシステム構成とすることができる。さらに、操作者自身が内視鏡画像や他の機器を操作することができるため、自分の意図する思い通りの操作ができる。そのうえ、助手を必要としないため、少人数あるいは１人による手術（ソロサージェリ）が可能となり、外科医不足等の問題も解消できるという利点がある。
【０１１０】
なお、処置部が電気メスのような場合、通常、電気メスは別システムなので、フットスイッチで操作を行う場合が多いため、操作桿には処置操作部を設ける必要はない。もちろん、処置操作部（例えばトリガ）を操作桿に設けて、電気メスシステム側へ指令を送っても良い。
【０１１１】
また、処置部とは、グリッパや電気メスだけを意味するものでなく、ＣＣＤカメラや照明系なども含むものであり、また、可動動作とは湾曲動作、光学的な動作なども含むものである。すなわち、先端部が湾曲可能な腹腔鏡（軟性鏡）そのものにも本願を適用することは容易であり、操作性の良い腹腔鏡（軟性鏡）を提供することが可能となる。この場合、湾曲動作は、マニピュレータと同様にモータ駆動する構成となる。もちろん、湾曲動作のかわりに光学的な視野移動操作（上下左右）を適用することも可能である。
【０１１２】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る医療用マニピュレータシステムを示す斜視図。
【図２】同医療用マニピュレータシステムに組み込まれた医療用マニピュレータを示す側面図。
【図３】同医療用マニピュレータに組み込まれた作業部を示す斜視図。
【図４】同医療用マニピュレータに組み込まれた操作部を示す説明図。
【図５】同操作部の要部を示す分解斜視図。
【図６】同医療用マニピュレータに組み込まれた制御装置の構成を示すブロック図である。
【図７】同操作部に組み込まれた操作桿の変形例を示す斜視図。
【図８】同操作部に組み込まれた操作桿の変形例を示す斜視図。
【図９】同操作部に組み込まれた操作桿の変形例を示す斜視図。
【図１０】同操作部に組み込まれた操作桿の変形例を示す斜視図。
【図１１】同操作桿の要部を示す断面図。
【図１２】同医療用マニピュレータに組み込まれた作業部の変形例を示す斜視図。
【図１３】同医療用マニピュレータの変形例を示す斜視図。
【図１４】同医療用マニピュレータに組み込まれた操作部の変形例を示す説明図。
【図１５】同医療用マニピュレータに組み込まれた操作部の変形例を示す説明図。
【図１６】同医療用マニピュレータに組み込まれた操作部の変形例を示す説明図。
【図１７】同医療用マニピュレータに組み込まれた操作部の操作量比較演算について示す説明図。
【図１８】同医療用マニピュレータに組み込まれた操作部の操作量比較演算について示す説明図。
【図１９】同医療用マニピュレータに組み込まれた操作部の変形例を示す説明図。
【図２０】同操作部の変形例を示す側面図。
【図２１】同操作部の変形例を示す斜視図。
【図２２】本発明の第２の実施の形態に係る医療用マニピュレータの要部を示す側面図。
【図２３】同医療用マニピュレータの作業部を示す斜視図。
【図２４】同医療用マニピュレータの変形例を示す要部側面図。
【図２５】本発明の第３の実施の形態に係る医療用マニピュレータの要部を示す側面図。
【図２６】本発明の第４の実施の形態に係る医療用マニピュレータの要部を示す側面図。
【図２７】本発明の第５の実施の形態に係る医療用マニピュレータと共に用いる内視鏡支持装置を示す斜視図。
【図２８】従来の医療用マニピュレータを示す説明図。
【図２９】従来の医療用マニピュレータを示す斜視図。
【図３０】従来の医療用マニピュレータを示す斜視図。
【図３１】従来の医療用マニピュレータを示す側面図。
【符号の説明】
【０１１４】
１００…医療用マニピュレータシステム、２００、２７０、２８０、２９０…医療用マニピュレータ、２１０…作業部、２１１…ピッチ軸回動支持部、２１２…ヨー軸回動支持部、２１３…処置具、２２０、２５０、２６０…操作部、２２２…操作桿、２２３…操作デバイス、２２４…横方向ダイヤル、２２５…縦方向ダイヤル、２２６…トリガ、２２７…操作モード切替スイッチ、２３０…連結部、３００…制御装置、４００…内視鏡支持装置。
【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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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