(57)【要約】【課題】簡易な構成で精度良く自重を補償すること。【解決手段】取付対象物Ａが取り付けられた第一移動体２４と、錘２７が設けられた第二移動体２６と、第一移動体２４の移動方向と反対に向く方向成分を有して錘２７が移動するように第一移動体２４と第二移動体２６とを連結する連結部２９と、を保持する保持部材と、を備え、保持部材は、保持部材を回動可能にする回動軸３１を有し、取付対象物Ａが取り付けられた状態の第一移動体の質量をＭ１、第二移動体の質量をＭ２、回動軸３１の回動中心から第一移動体２４への垂線の交点と第一移動体２４の重心との距離が一番短い時の距離をＬ１、回動軸３１の回動中心から第二移動体２６への垂線の交点と第二移動体２６の重心との距離が一番短い時の距離をＬ２、としたときに、Ｍ２＝（Ｌ１／Ｌ２）Ｍ１を満たす。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
取付対象物が取り付けられた第一移動体と、
錘が設けられた第二移動体と、
前記第一移動体の移動方向と反対に向く方向成分を有して前記錘が移動するように前記第一移動体と前記第二移動体とを連結する連結部と、
を保持する保持部材と、
を備え、
前記保持部材は、前記保持部材を回動可能にする回動軸を有し、
前記取付対象物が取り付けられた状態の前記第一移動体の質量をＭ１、前記第二移動体の質量をＭ２、前記回動軸の回動中心から前記第一移動体への垂線の交点と前記第一移動体の重心との距離が一番短い時の距離をＬ１、前記回動軸の回動中心から前記第二移動体への垂線の交点と前記第二移動体の重心との距離が一番短い時の距離をＬ２、としたときに、Ｍ２＝（Ｌ１／Ｌ２）Ｍ１を満たす
ことを特徴とする自重補償付き直動機構。
【請求項２】
請求項１に記載の自重補償付き直動機構であって、
前記第一移動体と前記第二移動体とは、互いに平行であって向きが逆となる方向へと直線移動することを特徴とする自重補償付き直動機構。
【請求項３】
請求項１または２に記載の自重補償付き直動機構であって、
前記第一移動体は、前記長さＬ１方向に延びる第一歯竿を有し、
前記第二移動体は、前記長さＬ２方向に延びる第二歯竿を有し、
前記連結部は、前記第一歯竿及び前記第二歯竿と噛み合う歯車部を有する
ことを特徴とする自重補償付き直動機構。
【請求項４】
請求項３に記載の自重補償付き直動機構であって、
前記歯車部は、
前記第一歯竿と噛み合う第一歯車と、
前記第二歯竿と噛み合う第二歯車と、
を有し、
前記第一歯車の半径をｄ１とし、前記第二歯車の半径をｄ２としたときに、
Ｍ２＝（Ｌ１／Ｌ２）Ｍ１＝（ｄ１／ｄ２）Ｍ１を満たす
ことを特徴とする自重補償付き直動機構。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の自重補償付き直動機構であって、
前記回動中心は、前記保持部材の重心近傍であることを特徴とする自重補償付き直動機構。
【請求項６】
請求項１から５の何れか一項に記載の自重補償付き直動機構と、
前記自重補償付き直動機構に連結された基台と、
前記基台に設けられ前記第一移動体の一部が当接可能な当接部と、
前記第一移動体、前記第二移動体、および前記連結部の少なくともいずれかの移動量若しくは位置を検知する相対値方式の検知部と、
を備え、
前記第二移動体が前記当接部に当接した位置関係において前記検知部が初期化される
ことを特徴とする操作入力装置。
【請求項７】
請求項６に記載の操作入力装置と、
患者に対して手術を行うための術具を有し前記操作入力装置と接続され少なくとも前記検知部において検知された移動量若しくは位置に基づいて動作する動作部と、
を備えることを特徴とする手術支援システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自重補償付き直動機構、操作入力装置、及び手術支援システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、遠隔操作を行うための装置として、マスタスレーブ方式の遠隔操作装置が知られている。マスタスレーブ方式の遠隔操作装置は、操作者が操作入力をするための操作入力装置と、操作入力装置からの指令によって動作する動作部とを備えるのが一般的である。このとき、操作入力装置や動作部の自重を補償して動作時の負荷を軽減する目的で、バネ、アクチュエータ、あるいはカウンターウエイト等を使用することが知られている。
例えば、特許文献１には、定張力バネを用いて自重を補償することが開示されている。また、特許文献２には、モーターを用いて自重を補償することが開示されている。さらに、特許文献３には、リンク及びバネを用いて自重を補償することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２７２０８２号公報
【特許文献２】特開２００７−９８５０７号公報
【特許文献３】特許第４１４４０２１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、バネを用いて自重を補償する構成では、誤差により設計どおりのバネ定数とならない場合があり精度よく自重を補償できない場合がある。また、多軸の遠隔操作装置においては、各軸に対して個別に自重補償付き直動機構を構成する必要があり、装置が大型化する傾向がある。
【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、その目的は、仰俯角を有する回転軸とその回転軸に連接した直動軸を有する機構において、簡易な構成で精度よく自重を補償できる自重補償付き直動機構、操作入力装置、及び手術支援システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の自重補償付き直動機構は、取付対象物が取り付けられた第一移動体と、錘が設けられた第二移動体と、前記第一移動体の移動方向と反対に向く方向成分を有して前記錘が移動するように前記第一移動体と前記第二移動体とを連結する連結部と、を保持する保持部材と、を備え、前記保持部材は、前記保持部材を回動可能にする回動軸を有し、前記取付対象物が取り付けられた状態の前記第一移動体の質量をＭ１、前記第二移動体の質量をＭ２、前記回動軸の回動中心から前記第一移動体への垂線の交点と前記第一移動体の重心との距離が一番短い時の距離をＬ１、前記回動軸の回動中心から前記第二移動体への垂線の交点と前記第二移動体の重心との距離が一番短い時の距離をＬ２、としたときに、Ｍ２＝（Ｌ１／Ｌ２）Ｍ１を満たすことを特徴とする自重補償付き直動機構である。
【０００７】
また、前記第一移動体と前記第二移動体とは、互いに平行であって向きが逆となる方向へと直線移動することが好ましい。
【０００８】
また、前記第一移動体は、前記長さＬ１方向に延びる第一歯竿を有し、前記第二移動体は、前記長さＬ２方向に延びる第二歯竿を有し、前記連結部は、前記第一歯竿及び前記第二歯竿と噛み合う歯車部を有していてもよい。
【０００９】
また、前記歯車部は、前記第一歯竿と噛み合う第一歯車と、前記第二歯竿と噛み合う第二歯車と、を有し、前記第一歯車の半径をｄ１とし、前記第二歯車の半径をｄ２としたときに、Ｍ２＝（Ｌ１／Ｌ２）Ｍ１＝（ｄ１／ｄ２）Ｍ１を満たしていてもよい。
また、前記回動中心は、前記保持部材の重心近傍であってもよい。
【００１０】
本発明の操作入力装置は、本発明の自重補償付き直動機構と、前記自重補償付き直動機構に連結された基台と、前記基台に設けられ前記第一移動体の一部が当接可能な当接部と、前記第一移動体、前記第二移動体、および前記連結部の少なくともいずれかの移動量若しくは位置を検知する相対値方式の検知部と、を備え、前記第一移動体が前記当接部に当接した位置関係において前記検知部が初期化されることを特徴とする操作入力装置である。
【００１１】
本発明の手術支援システムは、本発明の操作入力装置と、患者に対して手術を行うための術具を有し前記操作入力装置と接続され少なくとも前記検知部において検知された移動量若しくは位置に基づいて動作する動作部と、を備えることを特徴とする手術支援システムである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の自重補償付き直動機構、操作入力装置及び手術支援システムによれば、簡易な構成で精度良く自重を補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態の手術支援システムを示す全体図である。
【図２】同手術支援システムに設けられたマスタ操作入力装置における操作部の構成を示す斜視図である。
【図３】同直動機構の一部を示す拡大図である。
【図４】同操作部における直動機構の内部構造を示す図である。
【図５】同直動機構に設けられた自重補償付き直動機構の模式図である。
【図６】同実施形態の変形例の構成を示す模式図である。
【図７】本発明の第２実施形態の操作入力装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の自重補償付き直動機構（以下単に「直動機構」と称する。）、操作入力装置、および手術支援システムについて説明する。図１は、本実施形態の手術支援システムを示す全体図である。図２は、手術支援システムに設けられたマスタ操作入力装置における操作部の構成を示す斜視図である。図３は、直動機構の一部を示す拡大図である。図４は、直動機構の内部構造を示す図である。
【００１５】
図１に示すように、手術支援システム１は、マスタスレーブ方式の手術支援システムであって、マスタ操作入力装置２（操作入力装置）と、スレーブマニピュレータ５０（動作部）と、制御部５２とを備える。
【００１６】
マスタ操作入力装置２は、操作者Ｏｐの動きをスレーブマニピュレータ５０に伝達するマスタとして機能するものであって、表示部３と操作部４とを備える。
【００１７】
表示部３は、図示しないカメラによって撮影される患者Ｐの術部及びその近傍の映像を表示するものである。表示部３としては、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどの公知のディスプレイ装置を適宜選択して採用することができる。
【００１８】
図１に示すように、操作部４は、制御部５２と通信可能に接続されており、操作者Ｏｐが表示部３を見ながら操作できるように表示部３の前側に配置されている。図示してしないが、本実施形態では、操作部４は、操作者Ｏｐの右手側と左手側とにそれぞれ設けられている。操作部４は、グリップ部４０を操作者Ｏｐが把持して位置姿勢情報を入力するもので、一般的に６自由度を有していることが望ましい。なお、位置情報を入力するだけであれば、操作部４は、３自由度でも構わない。
図２に示すように、操作部４は、基台５と、第一関節６を介して基台５に連結された第一アーム８と、第二関節９を介して第一アーム８に連結された保持部材２１と、第三関節１１を介して保持部材２１に対して直動する第一移動体２４と、第四関節１２を介して第一移動体２４に連結された第二アーム１３と、第五関節１４を介して第二アーム１３に連結された第三アーム１５と、第六関節１６を介して第三アーム１５に連結されたグリップ部４０とを備える。
【００１９】
第一関節６は、水平方向に延びる回転軸回りに基台５に対して第一アーム８を回転可能とする関節である。
第二関節９は、第一関節６の回転軸と直交する回転軸回りに第一アーム８に対して保持部材２１を回転可能とする関節である。
第三関節１１は、第二関節９および第一関節６の回転軸と直交する方向に、保持部材２１に対して第一移動体２４が進退する直動関節である。
第四関節１２は、第三関節１１の直動軸方向を回転軸として第二アーム１３を回転可能とする関節である。
第五関節１４は、第四関節１２の回転軸と直交する回転軸回りに第二アーム１３に対して第三アーム１５を回転可能とする関節である。
第六関節１６は、第五関節１４の回転軸と直交する回転軸回りに第三アーム１５に対してグリップ部４０を回転可能とする関節である。
第一関節６、第二関節９、及び第三関節１１を用いることにより、第一関節６と第二関節９の回転軸が交わる点を中心として、３次元の極座標系を構築することができ、第一移動体２４の先端部の位置を定めることができる。
第四関節１２、第五関節１４、第六関節１６の回転軸が交わる位置付近にグリップ部４０を配置することによりジンバル構造となり、第四関節１２部に対して位置が変化することなく姿勢を入力できる。
つまり、第一関節６と第二関節９の回転軸の交点を通り、第三関節の直動軸と平行な軸上に、第四関節１２、第五関節１４、第六関節１６の回転軸が交わるようにグリップ部４０を配置することにより、グリップ部４０の位置は、第一関節６、第二関節９、第三関節１１の移動量から計算することができる。
本実施形態の自重補償付き直動機構は、グリップ部４０の位置を動かしても、各関節の移動量によらず自重を補償してグリップ部４０の操作性を損なわないようにするものである。
【００２０】
図２及び図３に示すように、また、第一関節６及び第二関節９には、各関節の回転時に若干の抵抗を付与するブレーキ７，１０が設けられている。例えば、図３に示すように、第二関節９に設けられたブレーキ１０は、第一アーム８に固定された第一の押圧板８ａと、保持部材２１に固定された第二の押圧板１１ａとを有し、第一の押圧板８ａと第二の押圧板１１ａとがフェルトやゴム等のパッドＸを介して接して摺動抵抗を発生させるようになっている。第二関節９に設けられたブレーキ１０も、第一関節６に設けられたブレーキ７と同様の原理にて摺動抵抗がかかるようになっている。なお、各ブレーキ７，１０は、摺動抵抗の大きさを調整できるようになっていてもよい。
【００２１】
図４に示すように、保持部材２１は、第二関節９と第四関節１２との間の距離を変化させる第三関節１１を備えている。第三関節１１は、第一移動体２４と、第二移動体２６と、連結部２９とを備えている。
【００２２】
保持部材２１は、第二関節９を介して第一アーム８と連結された中空部材であり、第一移動体２４及び第二移動体２６の一部、並びに連結部２９が内部に配されている。また、保持部材２１内には、第一移動体２４を進退自在に保持する第一ガイド２２と、第二移動体２６を進退自在に保持する第二ガイド２３とが設けられている。本実施形態では、第一ガイド２２と第二ガイド２３とは、ともに保持部材２１の内面に固定されている。また、第一ガイド２２と第二ガイド２３とは互いに平行に配されている。
保持部材２１は、第二関節９を回動軸として回動可能である。保持部材２１における当該回動軸の位置は、保持部材２１の重心近傍である。なお、保持部材２１を回動させるための回動軸の位置は、保持部材２１の重心から数センチメートル程度であれば、ずれていてもよい。
【００２３】
第一移動体２４は、棒状に形成されており、保持部材２１から一端が突出された状態で設けられている。第一移動体２４の突出端には上述の第四関節１２が取り付けられている。第二アーム１３からグリップ部４０に至るまでの各構成要素（図２参照）が、本実施形態において第一移動体２４に取り付けられる取付対象物Ａである。
図４に示すように、第一移動体２４は、第一移動体２４の長さ方向に延びるラック２５（第一歯竿）を有している。
【００２４】
第二移動体２６は、棒状に形成されており、第一移動体２４と平行に配されている。第二移動体２６には、所定の質量を有する錘２７が固定されている。錘２７は、取付対象物Ａに対するカウンターウエイトである。第二移動体２６は、第二移動体２６の長さ方向に延びるラック２８（第二歯竿）を有している。
【００２５】
連結部２９は、第一移動体２４の移動方向と反対に向く方向成分を有して錘２７が移動するように第一移動体２４と第二移動体２６とを連結する。本実施形態の連結部２９は、第一移動体２４のラックに噛み合い、且つ第二移動体２６のラックに噛み合うピニオン３０（歯車部）と、ピニオン３０を回転自在に支持する軸体３１とを備える。ピニオン３０は、軸体３１によって保持部材２１に支持されている。すなわち、本実施形態では、第一移動体２４と第二移動体２６と連結部２９は、平行軸の歯車を有して構成されている。このように第一移動体２４と第二移動体２６とがピニオン３０を介して連結されているので、第一移動体２４と第二移動体２６とは、互いに平行であって向きが逆となる方向へと直線移動する。本実施形態では、第一移動体２４の直線移動量の絶対値と第二移動体２６の直線移動量の絶対値は等しい。
【００２６】
図５は、保持部材２１に設けられた第三関節１１の模式図である。
第二移動体２６に固定された錘２７の位置及び質量は、図５に模式的に示す力のモーメントＮ１、Ｎ２がつりあうように設定される。すなわち、
取付対象物Ａが取り付けられた状態の第一移動体２４の質量をＭ１、
錘２７と第二移動体２６の質量をＭ２、
第二関節９の回転中心から第一移動体２４の直動軸への垂線の足位置をＰ１、
取付対象物Ａと第一移動体２４の重心位置をＰ２、
第二関節９の回転中心から第二移動体２６の直動軸への垂線の足位置をＰ３、
錘２７と第二移動体２６の重心位置Ｐ４、
第一移動体２４が初期位置状態にあるときのＰ１とＰ２の距離をＬ１、
第二移動体２６が初期位置状態にあるときのＰ３とＰ４の距離をＬ２、
としたとき、
Ｍ１ ｇ ｓｉｎφ ｒ１＝Ｍ２ ｇ ｓｉｎφ  ｒ１・・・（式１）
Ｍ１ ｇ ｃｏｓφ（Ｌ１＋ｒ１  θ）＝Ｍ２ ｇ ｃｏｓφ（Ｌ２＋ｒ１  θ）・・・（式２）
ただし、φは水平軸からの第一移動体２４の回転角、ｒ１はピニオン３０の半径、θはピニオン３０の回転角である。第一移動体２４及び第二移動体２６の初期状態とは、第三関節１１の直動が一番縮んた状態のこととする。このことから、Ｌ１は、Ｐ１とＰ２との距離が一番短い時の距離であり、Ｌ２は、Ｐ３とＰ４との距離が一番短い時の距離である。
（式１）、（式２）を解き、
Ｍ２＝Ｍ１、Ｌ２＝Ｌ１を満たすように、錘２７の質量およびＬ２を設定する。
なお、質量Ｍ１及び質量Ｍ２に含まれず、保持部材２１及び保持部材２１に対して移動せずに固定されている第一ガイド２２や第二ガイド２３、連結部２９、エンコーダ２０ａなどの総質量Ｍ３の重心位置は、第二関節９の回転軸（本実施形態では軸体３１と一致している。）に位置にあることが望ましく、保持部材２１の形状を調整して、重心位置を調整している。
これにより、ピニオン３０まわりでのモーメントおよび第二関節軸９軸まわりでのモーメントがつりあうため、第一移動体２４の移動量および、第二関節９の回転量によらず、取付対象物Ａの位置は自重の影響をうけずに動作可能となる。
【００２７】
本実施形態では、直動機構２０には、必要に応じて、第一移動体２４の進退移動に若干の抵抗を付与するブレーキが設けられていてもよい。ブレーキは、例えば、保持部材２１（図４参照）若しくは第一ガイド２２と第一移動体２４との間に摺動抵抗を発生させるブレーキ、ピニオン３０と軸体３１との間に摺動抵抗を発生させるブレーキ、保持部材２１若しくは第二ガイド２３と第二移動体２６との間に摺動抵抗を発生させるブレーキ、あるいは第一移動体２４と第二移動体２６との間に摺動抵抗を発生させるブレーキ、スリップクラッチなどを適宜選択して採用することができる。これにより、力のモーメントＮ１、Ｎ２のバランスが若干ずれていても、誤差を吸収できる。
【００２８】
図１及び図２に示すように、グリップ部４０は、操作者Ｏｐが把持する把持部４１と、後述する術具５１の操作に用いる開閉スイッチ部４２とを有する。開閉スイッチ部４２は、例えば術具５１として鉗子が取り付けられた場合に鉗子片を開閉させたり、術具５１として高周波ナイフが取り付けられた場合に通電制御をしたりするなど、術具に対応した操作入力がなされる。
【００２９】
また、操作部４には、各関節及び第三関節１１の移動量及び位置を検出するためのセンサーが取り付けられている。例えば、図４に示すように、第一関節６には、基台５に対する第一アーム８の回転量を検出するためのエンコーダ６ａが設けられている。また、第三関節１１には、保持部材２１に対する第一移動体２４の移動量を検出するためのエンコーダ２０ａが設けられている。
【００３０】
図１に示すように、スレーブマニピュレータ５０は、制御部５２を介してマスタ操作入力装置２と接続され、少なくとも操作部４に設けられた各エンコーダ（例えば図４に示すエンコーダ６ａ、２０ａ）において検知された移動量若しくは位置に基づいて動作する。スレーブマニピュレータ５０は、マスタ操作入力装置２における操作に従って動作する術具５１を備えている。術具５１は、例えば内視鏡、内視鏡用処置具、その他患者Ｐに対して手術を行なうための医療機器あるいは医療器具等を必要に応じて適宜選択して採用することができる。
【００３１】
図１に示すように、制御部５２は、マスタ操作入力装置２に設けられたマスタ側制御部５２ａ及びスレーブマニピュレータ５０に設けられたスレーブ側制御部５２ｂを有している。
マスタ側制御部５２ａは、マスタ操作入力装置２の操作部４に設けられた各エンコーダと電気的に接続された位置姿勢検知部５３（検知部）を有している。本実施形態では、位置姿勢検知部５３は、絶対値型の検知部であり、各エンコーダにおける所定の原点からの移動量に基づいて操作部４の位置及び姿勢、並びに開閉スイッチ部４２（図２参照）への入力状態を検知する。
スレーブ側制御部５２ｂは、マスタ側制御部５２ａにおいて操作部４の位置及び姿勢並びに開閉スイッチ部４２への入力状態を検知した結果が入力され、スレーブマニピュレータ５０を動作させるための信号を生成し、スレーブマニピュレータ５０へと出力して各術具５１を動作させる。
なお、制御部５２のすべてがマスタ操作入力装置２に配されていてもよいし、制御部５２のすべてがスレーブマニピュレータ５０に配されていてもよいし、制御部５２がマスタ操作入力装置２やスレーブマニピュレータ５０と別体として設置されてもよい。
【００３２】
次に、本実施形態の第三関節１１、マスタ操作入力装置２及び手術支援システム１の作用について説明する。
本実施形態では、図４に示すように第一移動体２４が保持部材２１から突出して直線移動することにより、第二関節９と第四関節１２との距離が変化する。第四関節１２には、第二アーム１３からグリップ部４０に至るまでの各構成要素が取り付けられているので、第一移動体２４の突出量に応じて、第一移動体２４側の力のモーメントが変化する。ここで、第一移動体２４の移動量に応じて第二移動体２６が移動することにより、第二移動体２６に設けられた錘２７が、第一移動体２４の移動体と反対方向へと移動する。その結果、直動機構２０における力のモーメントがつりあった状態が維持されることにより、自重が補償される。すなわち、直動機構２０は、取付対象物Ａ及び直動機構２０自身の質量の影響を受けず、グリップ部４０に外力をかけない限り、第二関節９回りに回転せず、伸縮もしない。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態の自重補償付き直動機構、操作入力装置、及び手術支援システム１によれば、第二関節９の位置によらず、第三関節１１において第一移動体２４が直動位置にもよらず、力のモーメントがつりあった状態が維持される。さらに、第二関節９回りの回転と直動機構２０の伸縮との両方に対して１つの錘２７でバランスを取ることができるので、構成が簡易なものとなっており、精度良く自重を補償可能でありながら操作入力装置を小型軽量とすることができる。
【００３４】
また、第一移動体２４と第二移動体２６とが互いに平行であって向きが逆となる方向へ直線移動するので、第一移動体２４と第二移動体２６との移動時に第一移動体２４と第二移動体２６とが干渉しない。
【００３５】
また、第一移動体２４と第二移動体２６と連結部２９とによって所謂ラックアンドピニオン機構が構成されているので、第一移動体２４の移動が確実に第二移動体２６へと伝達され、精度良く自重が補償される。
【００３６】
（変形例）
次に、本実施形態の自重補償付き直動機構（第三関節１１）の変形例について説明する。図６は、本変形例の構成を示す模式図である。
本変形例では、ラック２５，２８にかみ合う歯車部として、第一移動体２４のラック２５と噛み合う第一歯車３２と、第二移動体２６のラック２８と噛み合い第一歯車３２よりも半径が小さな第二歯車３３とを有する歯車部３４が設けられている。第一歯車３２と第二歯車３３とは同一の回転軸回りに回転するように互いに連結されている。
本変形例では、第一移動体２４の移動量に対して第二移動体２６の移動量の方が少ない。その結果、直動機構２０において保持部材２１からの第二移動体２６の突出量が少なく、第三関節１１を小型化することができる。
この場合、第二移動体２６に取り付けられる錘２７の質量は、下記式１，２に示すようにトルクがつりあうように設定される。
【００３７】
Ｍ１ ｇ ｓｉｎφ ｄ１＝Ｍ２ ｇ ｓｉｎφ ｄ２・・・（式１）
Ｍ１ ｇ ｃｏｓφ（Ｌ１＋ｄ１θ）＝Ｍ２ ｇ ｃｏｓφ（Ｌ２＋ｄ２θ）・・・（式２）
ただし、φは水平軸からの第一移動体２４の回転角、ｄ１は第一歯車３２の半径、ｄ２は第二歯車３３の半径、θは歯車部３４の回転角である。
【００３８】
上記式１、２より、第二移動体２６に取り付けられる錘２７の質量は、Ｍ２＝（Ｌ１／Ｌ２）Ｍ１＝（ｄ１／ｄ２）Ｍ１を満たしていればよい。
これにより、歯車３４まわりでのモーメントおよび第二関節軸９軸まわりでのモーメントがつりあうため、第一移動体２４の移動量および、第二関節９の回転量によらず、グリップ部４０の位置は自重の影響をうけずに、良好な入力をおこなうことができる。
例えば、ｄ１：ｄ２＝Ｌ１：Ｌ２＝２：１とすることにより、Ｍ２をＭ１の２倍の質量にすれば、保持部材２１からの第二移動体２６の突出量を、第一移動体２４の移動量の半分に抑えることができる。これにより第二移動体２６と基台５の衝突を回避することができ、装置を小型化しつつ、操作入力装置のグリップ部４０の動作範囲を大きくすることができる。
【００３９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の操作入力装置について説明する。なお、以下に説明する実施形態及びその変形例においては、上述の第１実施形態で説明した構成要素と同様の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図７は、本実施形態の操作入力装置における操作部を示す模式図である。
【００４０】
本実施形態では、第１実施形態で説明した絶対値型の位置姿勢検知部５３に代えて、相対値型の移動量検知部５３Ａを備えている。すなわち、第三関節１１に設けられたエンコーダ６ａ、２０ａを移動量検知部５３Ａが参照することにより、移動量検知部５３Ａの初期化時を基準とした移動量が検知される。
また、基台５には、第一移動体２４の一部が当接可能な当接部５ａが設けられている。具体的には、直動機構２０から突出する第一移動体２４の突出端２４ａ（第四関節１２が設けられた側と反対側の端）が基台５の当接部５ａに当接可能となっている。基台５に設けられた当接部５ａと第一移動体２４の突出端２４ａとは、互いに嵌合可能な凹凸形状を有している。
【００４１】
なお、第一移動体２４、第二移動体２６、及び連結部２９は互いに連結されているので、移動量検知部５３Ａは、エンコーダ２０ａを用いて第一移動体２４の移動量を直接検知するものでなくてもよい。例えば、第二移動体２６や連結部２９の移動量を検知するエンコーダを用いていてもよい。
【００４２】
このような構成であると、第一移動体２４の突出端２４ａが当接部５ａに接している状態では、基台５と直動機構２０との相対位置、つまり第一関節６及び第二関節９の関節値、及び第三関節１１における第一移動体２４の位置が一意に定まる。
【００４３】
第一移動体２４が当接部５ａに当接した位置関係において移動量検知部５３Ａが初期化されると、第一移動体２４が当接部５ａに当接した位置関係を原点として移動量検知部５３Ａにより第三関節１１の姿勢及び伸縮量を算出することができる。
本変形例では、第一移動体２４の突出端２４ａを基台５の当接部５ａに当接させて移動量検知部を初期化することにより、原点を容易且つ再現性高く定めることができる。
また、第一移動体２４の突出端２４ａを当接部５ａに当接させることで、操作入力装置を固定することができ、操作入力装置４の輸送の際などに、第一移動体２４が意図せずに移動してしまうことを防止することができる。この突出端２４ａは第一移動体２４の端部にあり、第一移動体の可動範囲の端部に基台５を配置することにより、操作入力装置４の可動範囲を狭めることがない。
【００４４】
（変形例）
次に、本実施形態の変形例について説明する。
本変形例では、基台５の当接部５ａ（図７参照）に、移動量検知部５３Ａを初期化するための信号を発するスイッチが設けられている。すなわち、第一移動体２４の突出端２４ａが基台５の当接部５ａに当接した位置関係となったときに、移動量検知部５３Ａを初期化するための信号がスイッチから移動量検知部５３Ａへと出力される。
本変形例では、操作入力装置の使用開始時に第一移動体２４の突出端２４ａを基台５の当接部５ａに当接させるステップを必須とすることにより、操作入力装置の使用時に毎回原点を定めることができる。また、第一移動体２４の突出端２４ａが基台５の当接部５ａに当接している状態を操作入力装置の収納状態として決めておけば、原点を定めるための操作を操作者Ｏｐに意識させることなく操作入力装置の使用毎に原点を定めることができる。
【００４５】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上述の各実施形態において、ラック及びピニオンの歯形状は、すぐば、はすば、やまばのいずれであってもよい。また、ラックアンドピニオンに代えて、摩擦力によって各移動体を連結するようになっていてもよい。
また、上述の各実施形態及び各変形例において示した構成要素は適宜に組み合わせて構成することが可能である。
なお、上記具体的な構成に対する設計変更等は上記事項には限定されない。
【符号の説明】
【００４６】
１  手術支援システム
２，２Ａ  操作入力装置
３  表示部
４  操作部
５  基台
５ａ  当接部
６  第一関節
７  ブレーキ
８  第一アーム
９  第二関節
１０  ブレーキ
１１  第三関節
１２  第四関節
１３  第二アーム
１４  第五関節
１５  第三アーム
１６  第六関節
２０  直動機構
２１  保持部材
２２  第一ガイド
２３  第二ガイド
２４  第一移動体
２５  ラック（第一歯竿）
２６  第二移動体
２６ａ  突出端
２７  錘
２８  ラック（第二歯竿）
２９  連結部
３０  ピニオン
３１  軸体
３２  第一歯車
３３  第二歯車
３４  歯車部
４０  グリップ部
４１  把持部
４２  開閉スイッチ部
５０  スレーブマニピュレータ
５１  術具
５２  制御部
５３  位置姿勢検知部（検知部）
５３Ａ  移動量検知部（検知部）
Ａ  取付対象物
Ｐ１  連結点
Ｐ２  取付点
Ｐ３  連結点
Ｐ４  取付点
【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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