(57)【要約】【課題】操作入力部位に常に適切な操作抵抗を生じさせることができる手術支援装置を提供する。【解決手段】操作者により操作入力が行われる操作部と、術具が取り付けられて操作入力により駆動される作用部とを備える手術支援装置は、操作部に設けられ、操作入力時の操作抵抗を修飾する駆動力を発生する駆動源７０と、駆動力の大きさおよび向きを設定する制御部５とを備え、制御部は、操作部に対する操作入力に基づいて駆動力の大きさおよび向きを設定することを特徴とする。【選択図】図２
2013034830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作者により操作入力が行われる操作部と、術具が取り付けられて前記操作入力により駆動される作用部とを備える手術支援装置であって、
前記操作部に設けられ、操作入力時の操作抵抗を修飾する駆動力を発生する駆動源と、
前記駆動力の大きさおよび向きを設定する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記操作部に対する操作入力に基づいて前記駆動力の大きさおよび向きを設定することを特徴とする手術支援装置。
【請求項２】
前記操作部はスイッチを有し、
前記制御部は、複数のモードのうちの一つに基づいて前記駆動力を設定し、
前記操作者が前記スイッチを操作すると、前記制御部が前記駆動力を設定する際に用いるモードが切り替わることを特徴とする請求項１に記載の手術支援装置。
【請求項３】
前記スイッチは、前記操作者が手または足で操作するスイッチであることを特徴とする請求項２に記載の手術支援装置。
【請求項４】
前記術具は、手技を行う際にアクティブ状態にされるものであり、
前記スイッチは、前記術具をアクティブ状態にする機能を兼ねることを特徴とする請求項２または３に記載の手術支援装置。
【請求項５】
前記操作入力による前記操作部の動作量を検出する検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記動作量が小さくなるにつれて前記駆動力が大きくなるように前記駆動力を設定することを特徴とする請求項１に記載の手術支援装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記動作量が所定の閾値以下となったときに前記駆動力を相対的に大きく設定することを特徴とする請求項５に記載の手術支援装置。
【請求項７】
前記操作入力による前記操作部の動作量を検出する検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記動作量が大きくなるにつれて前記駆動力が大きくなり、かつ前記動作量の変化量と前記駆動力の変化量との関係を前記動作量の値に応じて変えるように前記駆動力を設定することを特徴とする請求項１に記載の手術支援装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記動作量が所定の閾値以上となったときに前記駆動力を相対的に大きく設定することを特徴とする請求項７に記載の手術支援装置。
【請求項９】
前記術具は前記作用部に着脱可能に複数設けられ、各術具が識別情報を有しており、
前記制御部は、前記作用部に装着された術具の前記識別情報に基づいて前記駆動力の大きさおよび向きを設定することを特徴とする請求項１に記載の手術支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手術支援装置、より詳しくは、操作入力時の操作抵抗が駆動力により修飾される手術支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マスターマニピュレータを用いてスレーブマニピュレータを遠隔操作するマスタスレーブマニピュレータが知られており、手術支援装置等への適用が提案されている。特許文献１には、このような用途にも使用可能な遠隔操作装置が記載されている。
【０００３】
特許文献１の遠隔操作装置では、スレーブハンドと作業対象物との距離を検出し、検出した距離の値を用いて、スレーブハンドが自動で動く自動モードとマスタハンドの操作に基づいて動く手動モードとが切り替えられる。これにより、作業対象物とスレーブハンドとの距離が遠いときは自動モードでスレーブハンドを作業対象物に接近させ、スレーブハンドと作業対象物との距離が所定値以下となると手動モードに切り替わり、使用者がスレーブハンドを操作可能になる。その結果、使用者はスレーブハンドが作業対象物から相当に離れている時はマスタハンドを操作する必要がなく、使用者の負担が軽減される。
【０００４】
また、スレーブハンドと作業対象物との距離に応じて、マスタハンドにフィードバックされる反力が変更され、使用者がマスタハンドの操作を行う際の操作抵抗が変更されることも記載されている。これにより、スレーブハンドが作業対象物に接近したときに、使用者がより微妙な操作を行いやすくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１６７８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、手術において対象組織に対する手技には様々なものがある。例えば、組織縫合時の針かけ動作のように、微細で正確な操作が求められるものもあれば、手術中に発生した出血の止血処置等のように、出血部位の特定から止血の完了までの一連の動作を迅速に行うことが求められるものもある。
【０００７】
前者の場合は、マスターマニピュレータに適度な操作抵抗を付与することで、使用者の手ぶれや手元の不安定感を軽減し、操作を容易にすることができることが知られているが、後者の場合は、同様の操作抵抗が迅速な操作の妨げになることもあり、好ましくない。このように、最適な操作抵抗の大きさは、手技の内容によって決まる部分が大きく、スレーブマニピュレータと作業対象物との距離によって一義的に決まるものではないため、特許文献１に記載の遠隔操作装置のような制御態様では、手術支援装置に適用するにあたって充分であるとは言いがたい。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、操作入力部位に常に適切な操作抵抗を生じさせることができる手術支援装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、操作者により操作入力が行われる操作部と、術具が取り付けられて前記操作入力により駆動される作用部とを備える手術支援装置であって、前記操作部に設けられ、操作入力時の操作抵抗を修飾する駆動力を発生する駆動源と、前記駆動力の大きさおよび向きを設定する制御部とを備え、前記制御部は、前記操作部に対する操作入力に基づいて前記駆動力の大きさおよび向きを設定することを特徴とする。
【００１０】
前記操作部はスイッチを有し、前記制御部は、複数のモードのうちの一つに基づいて前記駆動力を設定し、前記操作者が前記スイッチを操作すると、前記制御部が前記駆動力を設定する際に用いるモードが切り替わるようにしてもよい。
ここで、前記スイッチは、前記操作者が手または足で操作するスイッチであってもよい。
また、前記術具が手技を行う際にアクティブ状態にされるものであり、前記スイッチは、前記術具をアクティブ状態にする機能を兼ねてもよい。
【００１１】
本発明の手術支援装置は、前記操作入力による前記操作部の動作量を検出する検出部をさらに備え、前記制御部は、前記動作量が小さくなるにつれて前記駆動力が大きくなるように前記駆動力を設定してもよい。
ここで、前記制御部は、前記動作量が所定の閾値以下となったときに前記駆動力を相対的に大きく設定してもよい。
【００１２】
本発明の手術支援装置は、前記操作入力による前記操作部の動作量を検出する検出部をさらに備え、前記制御部は、前記動作量が大きくなるにつれて前記駆動力が大きくなり、かつ前記動作量の変化量と前記駆動力の変化量との関係を前記動作量の値に応じて変えるように前記駆動力を設定してもよい。
ここで、前記制御部は、前記動作量が所定の閾値以上となったときに前記駆動力を相対的に大きく設定してもよい。
【００１３】
前記術具は前記作用部に着脱可能に複数設けられ、各術具が識別情報を有しており、前記制御部は、前記作用部に装着された術具の前記識別情報に基づいて前記駆動力の大きさおよび向きを設定してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の手術支援装置によれば、操作入力部位に常に適切な操作抵抗を生じさせ、操作を容易かつ好適に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第一実施形態の動作機構を適用したマスタスレーブマニピュレータを示す図である。
【図２】同マスタスレーブマニピュレータの第一関節部の構造を示す概略斜視図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、同マスタスレーブマニピュレータの制御部における、同第一関節部の軸部の回転角速度と駆動源で発生される駆動力との関係を示すグラフである。
【図４】（ａ）から（ｃ）は、同グラフの他の例である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、同グラフの他の例である。
【図６】本発明の第二実施形態のマスタスレーブマニピュレータにおける第一関節部の構造を示す概略斜視図である。
【図７】本発明の第三実施形態のマスタスレーブマニピュレータにおける第一関節部の構造を示す概略斜視図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）は、術具の先端部を示す図である。
【図９】（ａ）から（ｃ）は、同マスタスレーブマニピュレータの制御部における、第一関節部の軸部の回転角速度と駆動源で発生される駆動力との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の変形例の手術支援装置を示す図である。
【図１１】本発明の他の変形例に係る手術支援装置における、スイッチ操作量と駆動力との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の第一実施形態について説明する。図１は、本実施形態の手術支援装置である医療用マスタスレーブマニピュレータ１の概略構成を示す図である。マスタスレーブマニピュレータ１は、術者Ｏｐが操作するマスターアーム（操作部）２と、マスターアーム２と同調して動作するスレーブアーム（作用部）３とを備えている。スレーブアーム３の先端には、術具４が取り付けられており、この術具４を用いて患者Ｐに各種手技を行う。
【００１７】
マスターアーム２は、第一アーム２１、第二アーム２２、および第三アーム２３の３本のアームを有し、第一アーム２１と第二アーム２２、および第二アーム２２と第三アーム２３とは、それぞれ第一関節部４１および第二関節部４２により相対回転可能に接続されている。また、第三アーム２３は、ベース関節部４３によりマスターアーム２を支えるベース２４と相対回転可能に接続されている。マスターアーム２は全体として多軸回転動作可能に構成されている。
【００１８】
スレーブアーム３は、１号アーム３１、２号アーム３２、および３号アーム３３の３本のアームを有し、１号アーム３１と２号アーム３２、および２号アーム３２と３号アーム３３とは、それぞれ１号関節部５１および２号関節部５２により相対回転可能に接続されている。３号アーム３３は、駆動力伝達部材等を備えた筐体部３４と、ベース関節部５３により相対回転可能に接続されている。各関節部５１、５２、５３は、図示しない駆動源により回転駆動可能である。
【００１９】
マスターアーム２とスレーブアーム３とは、制御部５を介して接続されている。制御部５は、術者Ｏｐのマスターアーム２に対する操作入力に基づき、スレーブアーム３を操作するための操作信号を生成して、スレーブアーム３に送信する。操作信号を生成するための操作入力の処理方法の一例として、マスターアームの各関節部に設置したギアでギア比分スケールを変更した角度を操作信号とし、マスターアームとスレーブアームの動きをスケール変更させる場合もある。
また、制御部５は、マスターアーム２への操作入力に基づいて、術者Ｏｐがマスターアーム２に操作入力を行う際に術者Ｏｐが受ける操作抵抗の調節を行う。この調節の詳細については後述する。
【００２０】
術者Ｏｐがマスターアーム２を操作し、スレーブアーム３を用いて各種手技を行う際は、スレーブアーム３のそれぞれの関節部５１、５２、５３は、制御部５から受信した操作信号に基づいて駆動源が駆動することにより動作する。
本実施例ではマスターアーム２とスレーブアーム３はアームの数がそれぞれ３本だが、実用上はそれぞれのアームの数は１本以上であればよく、マスターアーム２とスレーブアーム３が有するアームの数は同一でなくてもよく、回転軸の方向が異なっていてもよい。
【００２１】
図２は、マスターアーム２の第一関節部４１の構造を示す概略斜視図である。第一関節部４１は、術者Ｏｐが保持する第一アーム２１に固定された軸部６０と、軸部６０に対して駆動力を作用させて操作抵抗を修飾する駆動源７０とを備えている。
【００２２】
軸部６０の一方の端部は第一アーム２１に固定されており、他方の端部が第二アーム２２に回転可能に支持されている。また、軸部６０の近傍には、軸部６０の回転角速度（動作量）を検出する検出部６１が、軸部６０とともに回転しないように第二アーム２２に固定されて配置されている。検出部６１としては、公知のリニアエンコーダ等を用いることができる。
【００２３】
駆動源７０は、検出部６１を介して第二アーム２２に固定されており、軸部６０に駆動力を作用させることができるよう、駆動する部位が軸部６０に接触している。駆動源７０としては、例えば正転および逆転可能なモータ等を用いることができ、モータにはギア等が設置されているものも含まれる。
検出部６１および駆動源７０は、制御部５に接続されており、検出部６１の検出した軸部６０の回転量は制御部５に送られ、駆動源７０を駆動するための駆動信号が制御部５から駆動源７０に送られる。
【００２４】
上記のように構成されたマスタスレーブマニピュレータ１の動作について説明する。
術者Ｏｐが第一アーム２１を保持してマスターアーム２に操作入力を行うと、第一アーム２１に固定された軸部６０、第二関節部４２、およびベース関節部４３が回転する。軸部６０の回転角速度および向きは、検出部６１によって検出され、制御部５に送信される。並行して各関節部４２、４３の回転角速度および向きも制御部５に送信される。
【００２５】
制御部５は、検出部６１からの情報に基づいて、軸部６０の回転角速度および回転方向（動作方向）を特定し、所定の計算に基づいて駆動源７０で発生させる駆動力の大きさおよび向きを算出し、駆動源７０に当該駆動力を発生させるための駆動信号を生成する。
【００２６】
図３（ａ）は、軸部の回転角速度ωと駆動力ｆの大きさ（絶対値）との関係である、駆動力設定パターンを示すグラフである。横軸は回転角速度ωを示しており、所定の正転方向（例えば軸部６０を第一アーム２１側からみたときの右回り）への回転を正、正転方向と反対の逆転方向への回転を負としている。縦軸は駆動力ｆを示しており、軸部６０を正転させる力を正、逆転させる力を負としている。
図３（ａ）からわかるように、制御部５では、回転角速度ωの絶対値が小さくなるにつれて当該回転角速度と逆向きのより大きい駆動力が駆動源７０で発生されるように、駆動力ｆの大きさおよび向きが設定される。すなわち、回転角速度ωの絶対値が小さい操作ほど、当該操作を行うときの操作抵抗は大きくなる。
【００２７】
制御部５で生成された駆動信号は、駆動源７０に送信される。駆動源７０が駆動信号に基づいて駆動すると、制御部５で設定された大きさ及び向きの駆動力ｆが発生し、マスターアーム２の操作抵抗が調節される。
駆動力ｆの設定および駆動信号の生成、送信は、例えば数十マイクロ秒等の所定間隔で繰り返し行われる。設定に用いる回転角速度ωは、直前の駆動力設定時における軸部６０の状態からの差分として検出される。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態のマスタスレーブマニピュレータ１によれば、制御部５が、マスターアーム２への術者Ｏｐの操作入力による第一関節部４１の軸部６０の回転角速度ωに基づいて、制御部５が駆動源７０に所定の向きおよび大きさの駆動力ｆを発生させ、回転角速度ωに応じた操作抵抗をマスターアーム２に付与する。
【００２９】
駆動力ｆは、図３（ａ）に示すグラフのような態様で設定されるため、例えば針かけ動作のように、第一アーム２１を絶対値の小さい回転角速度で小刻みに動作させるような場合は、操作抵抗を相対的に大きくして術者の操作を安定させる。一方、止血処置等のように、第一アーム２１を絶対値の大きい回転角速度で動作させるような場合は、操作抵抗を相対的に小さくして術者の迅速な操作の妨げにならないようにする。すなわち、マスターアーム２に対する操作入力に応じて、操作抵抗が手技の内容と連動して好適に調節されるため、マスターアーム２に常に適切な操作抵抗が生じる。その結果、術者のストレスが軽減され、術者は容易かつ好適に各種手技を行うことができる。
【００３０】
本実施形態において、駆動力設定パターンは、図３（ａ）に示したものには限定されない。したがって、図３（ｂ）に示すように、回転角速度ωの絶対値が所定範囲Ｒ１内である、すなわち、マスターアームの動作量が所定の閾値以下であるときに、駆動力ｆの値が所定範囲Ｒ１外よりも相対的に大きい所定値に固定されてもよい。
【００３１】
また、図４（ａ）から図４（ｃ）に示すように、回転角速度ωの絶対値が所定値以上となったときに駆動力ｆがゼロ（すなわち、駆動源７０が駆動されない）に設定されてもよい。図４（ａ）に示す態様の場合、急な抵抗感の変化が操作者に感じられるので、操作者は軽快で迅速な操作と慎重に微細な操作をしたいときを意識的に使い分けたい状況で用いられることが一例として考えられる。図４（ｂ）に示す態様の場合、動作量の絶対値が小さければ小さいほど抵抗感が大きくなるので、微小な操作を必要とする中により微小な操作が含まれる状況で用いられることが一例として考えられる。図４（ｃ）に示す態様の場合、動作量に対する抵抗感の変化が連続的であり操作者が変化を感じにくいことから、操作者が意識せずに迅速な操作と慎重な操作を行いたい状況で用いられることが一例として考えられる。
また、図５（ａ）に示すように、回転角速度ωの絶対値が所定範囲Ｒ１外であるときに、駆動力ｆの値を、所定範囲Ｒ１内より小さいがゼロでない値に設定してもよい。
さらに、図示していないが、回転角速度ωの絶対値が所定値以上となったときに駆動力ｆの値が回転角速度ωと同じ向きに設定されてもよい。この場合、回転角速度ωの絶対値が所定値以上のときは、駆動力ｆが軸部６０を操作入力と同方向に回転させるアシストとして働くため、操作抵抗が軽くなり、術者のすばやい操作を補助することができる。
【００３２】
また、図５（ｂ）に示すように、回転角速度ωの絶対値が増加するにつれて駆動力ｆの値が大きくなるように設定されてもよい。この場合、動作量が小さい方が、動作量の変化に対する駆動力ｆの変化の割合が大きくなるため、例えば動作量が回転角速度である場合、操作する速さが小さい方が加減速に対する抵抗感が重くなり、安定した動作が可能となると考えられる。
【００３３】
本発明の第二実施形態について、図６を参照して説明する。本実施形態のマスタスレーブマニピュレータと上述のマスタスレーブマニピュレータ１との異なるところは、操作抵抗の設定態様を切り替えるスイッチをさらに備える点である。なお、以降の説明において、すでに説明したものと共通する構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００３４】
図６は、本実施形態のマスタスレーブマニピュレータの第一関節部４１の構成を示す概略斜視図である。制御部５には、スイッチ８１が接続されている。スイッチ８１は、操作部の一部をなすものであり、術者Ｏｐが操作可能な位置であれば、その配置位置や態様には特に制限はなく、例えば第一アーム２１に設けられていてもよい。
【００３５】
本実施形態において、制御部５は、第一実施形態と異なり、その時点で設定されているモードに応じて駆動力ｆの向きおよび大きさを設定する。モードは、回転角速度ωと逆向きで、かつ所定の大きさの駆動力ｆ１を設定する第一モードと、回転角速度ωと逆向きで、かつ駆動力ｆ１より小さい駆動力ｆ２を設定する第二モードとの２つのモードが準備されている。
制御部５に設定されるモードは、スイッチ８１の操作により切り換えられる。すなわち、術者Ｏｐが手でスイッチ８１を操作することで、現在設定されているモードがもう一方のモードに切り換わる。
【００３６】
本実施形態のマスタスレーブマニピュレータにおいては、制御部５が、検出部６１から受け取った軸部６０の回転方向と、その時点で制御部５に設定されているモードとにもとづいて、駆動力ｆの向きおよび大きさを設定し、これに基づいて駆動信号を生成して駆動源７０に送信する。
【００３７】
本実施形態のマスタスレーブマニピュレータにおいても、術者Ｏｐがスイッチ８１を操作して制御部５のモードを適切に設定することで、第一実施形態と同様に、マスターアーム２に常に適切な操作抵抗を付与することにより、術者が容易かつ好適に各種手技を行うことができる。
【００３８】
また、操作部がスイッチ８１を備えているため、術者Ｏｐはスイッチ８１を操作することにより、現在行っている手技あるいはこれから行う手技に適したモードに能動的に切り換えることができる。したがって、好適な操作抵抗をより確実にマスターアーム２に付与することができる。
【００３９】
本実施形態において、モードの数は２つに限られない。したがって、よりきめ細かい操作抵抗の調節を可能とするために、３つ以上のモードを設けてもよい。
また、モードの内容も、上述のような、常に決まった大きさの駆動力を発生するものに限られず、第一実施形態で示したような、回転角速度ωの向きおよび大きさ（絶対値）により駆動力の大きさが変化する駆動力設定パターンがモードとして用いられてもよい。このようなモードは、常に決まった大きさの駆動力を発生するモードと組み合わされて制御部５に準備されてもよい。
【００４０】
また、スイッチの態様は、図６に示したようなボタン式のものに限られず、様々な態様のものを用いることができる。例えば、フットスイッチ、トリガー式のスイッチ、表示部に表示されるグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）のスイッチなどが挙げられる。さらには、術者の声を識別してモードを切り換える音声スイッチや、術者の頭や指等の、身体の特定部位の位置や姿勢等をセンサ等により検出してモードを切り換える「ボディスイッチ」のように、物理的なスイッチ機構を必要としないスイッチを採用することもできる。
【００４１】
本発明の第三実施形態について、図７から図９を参照して説明する。本実施形態のマスタスレーブマニピュレータと上述の各実施形態のマスタスレーブマニピュレータとは、駆動力の設定態様を含めいくつかの点で異なっている。
【００４２】
図７は、本実施形態のマスタスレーブマニピュレータの第一関節部１４１の構造を示す概略斜視図である。軸部１４２および第二アーム１４３の構成は、概ね軸部６０および第二アーム２２と同様であるが、駆動源７０が動作していない状態における第一アーム２１の操作抵抗は、第一関節部４１に比して大きい。そのため、駆動源７０が動作していない状態で、第一アーム２１を絶対値の小さい回転角速度で小刻みに動作させるような操作を、手ぶれ等を生じさせずに安定して行うことができる。
【００４３】
制御部５には、第二実施形態同様、２つのモードが準備されているが、上述のように、第一関節部１４１の操作抵抗が大きいため、本実施形態の第一モードおよび第二モードでは、発生させる駆動力ｆの向きが回転角速度ωと同方向に設定されている。すなわち、駆動力ｆは、操作抵抗を軽減するように軸部１４２に作用し、駆動力ｆが大きいほど操作抵抗が小さくなる。
【００４４】
本実施形態における術具４は、図８（ａ）に示す高周波切開具（エネルギデバイス）である。術者Ｏｐが第一アーム２１に設けられた通電スイッチ１４４を押すと、術具４の先端４ａに高周波電流が供給されてアクティブな状態となり、図８（ｂ）に示すように、組織Ｔｓを焼灼切開することができる。
通電スイッチ１４４は、制御部５に接続されており、通電スイッチ１４４のオンオフ状態が制御部５に送られる。
【００４５】
本実施形態のマスタスレーブマニピュレータでは、通電スイッチ１４４のオンオフ状態によって制御部５のモードが切り換えられる。通電スイッチ１４４がオンのときは、より小さい駆動力が発生される第二モードが制御部５に設定され、術具４をアクティブ状態にして行う焼灼切開等の手技操作の安定性が確保される。一方、通電スイッチ１４４がオフのときは、制御部５のモードが第一モードに設定され、操作抵抗が小さくなり、術具４を迅速に移動させやすくなる。
【００４６】
本実施形態のマスタスレーブマニピュレータにおいては、術具４をアクティブ状態にするための通電スイッチ１４４のオンオフと制御部５のモードの切換とが連動しているため、術者Ｏｐは、手技に伴い通電スイッチ１４４を操作するだけで、好適な操作抵抗下で手技を行うことができる。すなわち、操作抵抗を好適にするための操作を別途行う必要がなく、従来と同様の操作で操作抵抗も好適な状態に調節しつつ操作を行うことができる。
【００４７】
なお、本実施形態の第一関節部１４１のように、もともとの操作抵抗が大きい関節構造を有するマスターアームを第一実施形態のように駆動力設定パターンのみで制御する場合は、図９（ａ）ないし（ｂ）に示すように、回転角速度ωの絶対値が大きくなるにつれて、回転角速度ωと同方向のより大きい駆動力ｆが設定されるように駆動力設定パターンを構成すればよい。さらに、図９（ｃ）に示すように、回転角速度ωの絶対値が所定の閾値以上となったときに、より大きい駆動力が設定されるような駆動力設定パターンとしてもよい。
図９（ａ）に示す態様は、例えば動作量が小さいときのもともとの動作抵抗が微細な操作等に鑑みて適切な程度であるような状況の場合に用いられ、図９（ｂ）に示す態様は、例えばもともとの動作抵抗が大きい等の理由で、動作量が小さい場合にもある程度動作抵抗の軽減が必要な状況の場合に用いられる。図９（ｃ）に示す態様では、ある動作量以下のときはあまり駆動力を発生させず、基本的に初期の操作抵抗を利用することで微細な操作が可能となり、動作量が大きいときは積極的に駆動力を発生させることにより操作抵抗を軽くすることで軽快に操作することが可能になる。また、駆動力増加の傾きが連続的に変化しているため、術者が違和感を覚えにくく、スムーズに操作可能となることも期待できる。
【００４８】
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、各構成要素に種々の変更を加えたり、削除したり、各実施形態の構成を組み合わせたりすることが可能である。
【００４９】
例えば、上述の各実施形態では、駆動源や検出部等がマスターアームの第一関節部のみに設けられている例を説明したが、これらの機構は、２つ以上の関節部に設けられてもよいし、すべての関節部に設けられてもよい。複数の関節がある場合、アーム先端を操作者が手や腕で操作する場面が想定されるが、各関節間のアーム長さやもともとの操作抵抗から関節ごとに最適な駆動力を設定することで、方向によってばらつきの無い、手や腕での操作感の向上が可能となる。また、例えばある方向に接触したくない物体がある場合、特定の関節のみ動作を小さくするために、当該関節のみ操作抵抗を上げるように駆動力を設定することも可能である。
【００５０】
また、上述の各実施形態では、操作部がマスターアームであるマスタスレーブマニピュレータを説明したが、本発明の手術支援装置はこれには限られず、操作部がジョイスティックなどで構成されてもよい。この場合は、ジョイスティック等の操作抵抗を調節することになる。また、操作部は、無線で制御部と接続されていてもよい。
【００５１】
また、作用部に着脱可能な術具を複数準備して交換可能に手術支援装置を構成する場合、各術具に識別情報を持たせておき、作用部に装着された術具を識別情報に基づき制御部で識別して、予め術具の種類ごとに準備された駆動力設定パターンあるいはモードの組み合わせから対応するものを選択し、これらに基づいて駆動信号を生成させるように構成してもよい。このようにすると、術者が操作抵抗調節のために行う操作が減り、操作を簡易にすることができる。
【００５２】
また、図１０に示す変形例のように、スレーブアーム３の一部（図１０には、１号アーム３１である場合を示す。）が操作部とされ、残部が作用部とされることにより、スレーブアーム３と術具４とで手術支援装置が構成されてもよい。この場合、操作者はスレーブアームを動かそうとした際にスレーブアームに作用した力や微小な動作量を検出する手段をスレーブアームに設けておき、その検知量が動作指令となってスレーブアームの各関節５１、５２、５３が駆動源の駆動力で動作されるように構成することができる。これら駆動力を適切に設定することで、もともとの操作抵抗を調節することが可能となる。この検知手段は手で持つ場所の付近に設置したり、各関節の動作機構に設けたりすればよい。
【００５３】
また、操作部の動作量に代えて、スイッチの操作態様と駆動力の設定とを関連づけた駆動力設定パターンを用いることも可能である。図１１は、本発明の変形例におけるスイッチの押し込み量Δｘと駆動力ｆとの関係を示すグラフである。この変形例では、押し込み量Δｘが増加すると駆動力ｆの絶対値が増加するように制御部が駆動力ｆを設定する。この場合、術者がよりきめ細かく操作抵抗を調節することが可能になる。なお、この変形例においては、スイッチにセンサ等を設けて押し込み量Δｘを検出可能にしておくことは言うまでもない。また、押し込み量に代えて、スイッチを押す時間Δｔと駆動力ｆとを関連づけることも可能である。
同様の手法で、スイッチの操作態様とモードの切換とを関連づけることも可能である。
【００５４】
さらに、本発明における駆動力設定パターンやモードは、様々な観点から準備されてよい。例えば、操作者ごと、手技ごと、タスクパターンごとに準備されてもよい。この場合、術者は、ＧＵＩ等のインターフェースを介して、操作者ＩＤ、手技、タスクパターンを手術支援装置に入力し、制御部が入力内容に応じて駆動力設定パターンやモードを選択するように構成すればよい。
【符号の説明】
【００５５】
１  マスタスレーブマニピュレータ（手術支援装置）
２  マスターアーム（操作部）
３  スレーブアーム（作用部）
４  術具
５  制御部
６１  検出部
７０  駆動源
８１、１４４  スイッチ
【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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