(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部に対して第１相対回転可能に支持される第１入力部と、
前記第１入力部とともに前記支持部に対して第１相対回転可能であり、かつ、前記支持部および前記第１入力部に対して第２相対回転可能に構成された第２入力部と、
前記第１相対回転および前記第２相対回転の量を測定する測定部と、
が設けられ、
前記第１入力部は、円筒状または円柱状に形成されるとともに、把持する操作者の掌と対向する位置に配置され、
前記第２入力部は、円筒状または円柱状に形成されるとともに、前記把持する操作者の指と対向する位置に配置され、
前記第２入力部には、
前記第２入力部における円周面から飛び出し引きこみする方向に相対移動可能に構成された押下部と、
前記押下部の相対移動を検知する検知部と、
が設けられていることを特徴とする入力装置。
【請求項２】
前記第１入力部および前記第２入力部の少なくとも一方には、前記押下部の相対移動に対する抵抗力を付加する力覚提示部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、術者の負担軽減や、医療施設の省人化を図るためにロボットを利用した医療処置の提案がされている。外科分野では、術者が遠隔操作可能な多自由度アームを有する多自由度マニピュレータを使用して患者の処置を行う医療用ロボットが知られている。
【０００３】
このような医療用ロボットを遠隔操作するものとして、６軸のリンク機構によって操作者の手の位置と姿勢を計測する入力装置（マスタアーム）が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この入力装置は医療用ロボットが操作者の手の動きを再現可能にすることで、操作者による医療用ロボットの直感的な操作を可能にすることを目的としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１０４９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、医療用ロボットを用いた医療処置には、腹腔鏡を用いた手術などの低侵襲手術も含まれる。低侵襲手術に用いられる鉗子などの術具の中には、３６０度以上の回転のような操作者の手の可動域を超える動作が可能なものも存在する。
【０００６】
特許文献１に記載された入力装置は、操作者の手における可動域の範囲内において直感的な操作を可能とする構成となっている。しかしながら、操作者の手の可動域を超える範囲については、対応しておらず操作が困難という問題があった。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、医療用ロボットに対する操作入力範囲の拡大を容易にすることができる入力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】
【０００８】
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。
本発明の入力装置は、支持部に対して第１相対移動可能に支持される第１入力部と、前記第１入力部とともに前記支持部に対して第１相対移動可能であり、かつ、前記支持部および前記第１入力部に対して第２相対移動可能に構成された第２入力部と、前記第１相対移動および前記第２相対移動の量を測定する測定部と、が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の入力装置によれば、支持部に対して第１入力部および第２入力部を第１相対移動させて操作量を入力し、更に支持部および第１入力部に対して第２入力部を第２相対移動させて操作量を入力させることができる。
【００１０】
例えば、第１相対移動による操作量の入力は、操作者の手における一つの動作により行われる。第２相対移動による操作量の入力は、操作者の手における一つの動作とは異なる他の動作により行われる。そのため、一つの動作による操作量の入力と、他の動作による操作量の入力を組み合わせることができ、例えば一つの動作の可動範囲を超えた操作量の入力が可能となる。
【００１１】
上記発明において前記第１入力部は、前記支持部に対して相対的に回転可能に構成され、前記第２入力部は、前記第１入力部とともに前記支持部に対して相対的に回転可能、かつ、前記支持部および前記第１入力部に対して相対的に回転可能に構成されていることが好ましい。
【００１２】
このようにすることにより、第１入力部と第２入力部を回転させる操作により、操作量の入力を行うことができる。また、並進操作により操作量を入力する場合と比較して、回転操作は、操作による入力量の上限が制限されにくい。
【００１３】
第１入力部および第２入力部による操作対象がシャフトを有する術具におけるシャフトの回転である場合には、回転操作以外の操作で操作するときと比較して、操作者が直感的に操作しやすくなる。
【００１４】
上記発明において前記第１入力部は、円筒状または円柱状に形成されるとともに、把持する操作者の掌と対向する位置に配置され、前記第２入力部は、円筒状または円柱状に形成されるとともに、前記把持する操作者の指と対向する位置に配置されていることが好ましい。
【００１５】
このようにすることにより、第１相対移動による操作量の入力は、第１操作部および第２操作部をつかんだ操作者の手首をひねる動作により行うことができる。第２相対移動による操作量の入力は、操作者の指で第２入力部を回転させる動作により行うことができる。
【００１６】
そのため、例えば、手首の可動範囲以内では手首のひねりで第１相対移動による操作量の入力を行い、手首の可動範囲を超える範囲では、更に指で第１入力部を回転させて第２相対移動による操作量の入力を行うことができる。
【００１７】
上記発明において前記第２入力部には、前記第２入力部における外面から飛び出し引きこみする方向に相対移動可能に構成された押下部と、前記押下部の相対移動を検知する検知部と、が設けられていることが好ましい。
【００１８】
このように押下部および検知部を設けることにより、第１入力部および第２入力部を用いた操作量の入力と、押下部を用いた操作入力とを組わせた操作入力を行いやすくなる。例えば、押下部を用いた操作入力と、第１入力部および第２入力部を第１相対移動させる操作入力を同時に行いやすい。また、第１相対移動させる操作入力と、押下部を用いた操作入力とを、それぞれ独立して任意のタイミングで行うことも容易となる。
【００１９】
上記発明において前記第１入力部および前記第２入力部の少なくとも一方には、前記押下部の相対移動に対する抵抗力を付加する力覚提示部が設けられていることが好ましい。
【００２０】
このように力覚提示部を設けることにより、例えば、押下部の操作に関連する操作対象に外力が加わった場合に、操作者が操作対象に加わった外力を知覚することが容易となる。例えば、外力の大きさに応じて押下部の相対移動に対する抵抗力を大きくする力の提示方法が挙げられる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の入力装置によれば、支持部に対して第１入力部および第２入力部を第１相対移動させて操作量を入力し、更に支持部および第１入力部に対して第２入力部を第２相対移動させて操作量を入力させることができるため、医療用ロボットに対する操作入力範囲の拡大が容易になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る入力装置を示す全体図である。
【図２】図１の入力装置の斜視図である。
【図３】図１の入力装置を他の方向から見た斜視図である。
【図４】入力装置の内部構造を示す図である。
【図５】押下部の構成を示す拡大図である。
【図６】押下部および力覚提示部の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
この発明の一実施形態に係る入力装置について、図１から図６を参照しながら説明する。本実施形態の入力装置１は、遠隔操作可能な多自由度アームを有する多自由度マニピュレータである医療用ロボットの操作に用いられるものである。医療用ロボットは患者の処置として、例えば、縫合を行う湾曲針を把持するグリッパを有する例に適用して説明する。
【００２４】
入力装置１には、図１に示すように支持部１０と、第１入力部２０と、第２入力部３０と、測定部４０と、が設けられている。
【００２５】
支持部１０は、第１入力部２０、第２入力部３０および測定部４０を並進移動可能に支持する構成を有している。また、支持部１０は、第１入力部２０、第２入力部３０および測定部４０が支持部１０に対して軸線Ｌまわりに相対的に回転可能に支持する構成を有している。
【００２６】
支持部１０には、第１入力部２０、第２入力部３０および測定部４０の並進移動を、医療用ロボットに対する並進移動の入力として検知するセンサ（図示せず。）が設けられている。なお、支持部１０における構成としてはリンク機構等の公知の機構を用いることができ、その具体的な構成を限定するものではない。
【００２７】
第１入力部２０は、図１から図３に示すように、第２入力部３０とともに操作者に把持される部分を構成している。第１入力部２０は、軸線Ｌを中心とした略円柱状または略円筒状の構成を有し、支持部１０および測定部４０に対して軸線Ｌまわりに相対回転可能（第１相対移動可能）な構成を有している。
【００２８】
第１入力部２０は、第２入力部３０と比較して支持部１０から離れた位置に配置されている。言い換えると、第２入力部３０と比較して、入力装置１を把持する操作者に近い位置に配置され、把持する操作者の掌と対向する位置に配置されている。
【００２９】
第２入力部３０は、第１入力部２０とともに操作者に把持される部分を構成している。第２入力部３０は軸線Ｌを中心とした略円筒状または略円柱状の構成を有し、第２入力部３０の円周面は第１入力部２０の円周面から連続して延びている。
【００３０】
第２入力部３０は、第１入力部２０とともに支持部１０および測定部４０に対して軸線Ｌまわりに相対回転可能な構成を有し、かつ、第１入力部２０に対しても軸線Ｌまわりに相対回転可能（第２相対移動可能）な構成を有している。
【００３１】
第２入力部３０は、第１入力部２０と支持部１０との間に配置されている。言い換えると、第１入力部２０と比較して、入力装置１を把持する操作者から離れた位置に配置され、把持する操作者の指と対向する位置に配置されている。
【００３２】
測定部４０は、第１入力部２０および第２入力部３０が一体となった相対回転移動、および、第２入力部３０のみの相対回転移動の量（位相）を測定するセンサである。測定部４０により測定された相対回転移動量は、医療用ロボットにおける回転操作の入力量となる。例えば、湾曲針を把持したグリッパを回転させて縫合を行う動作を行わせる操作の入力量となる。
【００３３】
測定部４０は、第２入力部３０との間に支持部１０が挟まれる位置に、固定部４１を用いて支持部１０に固定されている。測定部４０は、図４に示すように、固定部４１および支持部１０を貫通して第２入力部３０と接続されている。測定部４０としては、相対回転移動の量を測定できる公知のセンサを用いることができる。
【００３４】
第２入力部３０には、図４および図５に示すように、押下部３１と、検知部３５と、が設けられている。押下部３１および検知部３５は、例えば、グリッパの開閉操作の入力に用いられるものである。
【００３５】
押下部３１は、第２入力部３０の円周面の一部を構成する形状を有し、第２入力部３０に対して、その円周面（外面）から飛び出し引きこみする方向に相対移動可能に構成されている。
【００３６】
押下部３１には、軸線Ｌに向かって突出する柱状に形成された突出部３２と、突出部３２の先端に配置されたローラ３３とが設けられている。突出部３２は、押下部３１が第２入力部３０に対して相対移動する方向にガイドする構成を有している。ローラ３３は、突出部３２に対して回転可能な構成を有し、後述する力覚提示部５０とともに力覚の提示に用いられるものである。
【００３７】
検知部３５は第２入力部３０に対する押下部３１の相対移動を検知するセンサである。検知部３５により検知された相対移動に基づいて、グリッパの開閉が制御される。なお、検知部３５による押下部３１の相対移動を検知する方式は、公知の方式を用いることができる。
【００３８】
第１入力部２０および第２入力部３０の内部には、図４から図６に示すように、押下部３１の相対移動に対する抵抗力を付加する力覚提示部５０が設けられている。力覚提示部５０には、力覚発生部５１と、傾斜部５５と、接続部５９と、が設けられている。
【００３９】
力覚発生部５１は第１入力部２０の内部に配置され、押下部３１の相対移動に対する抵抗力を発生させる構成を有する。本実施形態の力覚発生部５１は、流体を内部に貯留すると共に軸線方向への変形を許容する構成を有している。
力覚発生部５１には、流体の供給および排出に用いられる流出入部５２が設けられている。
【００４０】
接続部５９は、第１入力部２０および第２入力部３０の間であって、力覚発生部５１と傾斜部５５との間に配置されるものである。接続部５９は、第１入力部２０および第２入力部３０の間の相対的な回転を許容する構成を有している。言い換えると、力覚発生部５１と傾斜部５５との間の相対的な回転を許容する構成を有している。本実施形態ではベアリングを用いて相対的な回転を許容する構成を有している例に適用して説明する。
【００４１】
傾斜部５５は、第２入力部３０の内部に配置され、軸線Ｌに沿って相対移動可能に配置されたものである。傾斜部５５には、押下部３１のローラ３３と当接する傾斜面５６が設けられている。傾斜面５６は、押下部３１が押し込まれる方向に向かって、力覚発生部５１から離れる方向へ傾斜した面である。
【００４２】
次に、上記の構成からなる入力装置１における操作の入力について説明する。例えば、入力装置１を用いて、湾曲針を把持したグリッパを回転させて縫合を行う動作を行わせる操作を入力する場合について説明する。
【００４３】
操作者は、図２に示すように、入力装置１を第１入力部２０側から掌で包むように把持する。このとき第１入力部２０は掌と対向し、第２入力部３０は指と対向する。第２入力部３０の押下部３１は、例えば親指と対向する。なお、押下部３１が対向する指は、親指であってもよいし、人差し指であってもよく、どの指か限定するものではない。
【００４４】
入力装置１を把持した操作者は、グリッパに湾曲針を把持させる操作を行う。具体的には、図５に示すように、押下部３１を押下する操作を行う。押下部３１の押下は検知部３５に検知される。検知部３５は、押下部３１の押下を検知した信号を医療用ロボットの制御部へ出力する。信号が入力された当該制御部はグリッパを閉じる制御を行う。
【００４５】
操作者が押下部３１を押下する際に、図６に示すように、力覚提示部５０により力覚の提示が行われる。具体的には、グリッパが受ける閉じる動作に対する抵抗力の提示が行われる。力覚提示部５０の力覚発生部５１は、上述の抵抗力に応じて内部の圧力が制御される。圧力の制御は、流出入部５２を介して力覚発生部５１の内部に流体を供給したり、流体を排出したりして行われる。
【００４６】
押下部３１が押下される際に押下部３１のローラ３３は、傾斜部５５の傾斜面５６を転がりながら移動する。傾斜部５５は、力覚発生部５１に接近する方向に移動する力を受ける。
【００４７】
このとき、傾斜部５５は力覚発生部５１の内部の圧力に応じた抵抗力を受ける。内部の圧力が高い場合には抵抗力が大きくなり、内部の圧力が低い場合には抵抗力が小さくなる。この抵抗力により、操作者は押下部３１の押下しやすさ、押下しにくさを感じる。
【００４８】
なお、グリッパが受ける閉じる動作に対する抵抗力の検知方法や、力覚発生部５１への流体の供給制御の方法については、公知の検知方法、公知の供給制御方法を用いることができる。
【００４９】
操作者は入力装置１を並進移動させることにより、グリッパに把持された湾曲針を所望の位置に到達させる操作を行う。その後、グリッパを回転させて縫合する操作を行う。具体的には、図２および図３に示すように、第１入力部２０および第２入力部３０を回転させる操作を行う。
【００５０】
操作者は、まず手首をひねり、支持部１０に対して第１入力部２０および第２入力部３０を相対回転させる操作を行う。第１入力部２０および第２入力部３０の相対回転は、測定部４０により測定される。
【００５１】
測定部４０は、第１入力部２０および第２入力部３０の相対回転量（位相）を測定し、測定した値を表す信号を出力する。当該信号は、医療用ロボットの制御部に入力される。当該制御部は入力された信号に応じてグリッパを回転させる制御を行う。
【００５２】
手首をひねる操作によるグリッパの回転量が不足する場合、操作者は指を使い第２入力部３０を更に回転させる操作を行う。このとき第１入力部２０は回転しない。つまり、第２入力部３０は、支持部１０および第１入力部２０に対して相対的に回転する。
【００５３】
支持部１０および第１入力部２０に対する第２入力部３０の相対回転は、測定部４０により測定される。測定部４０は、第２入力部３０の相対回転量（位相）を測定し、測定した値を表す信号を出力する。当該信号は、医療用ロボットの制御部に入力される。当該制御部は入力された信号に応じてグリッパをさらに回転させる制御を行う。
【００５４】
なお、力覚提示部５０の接続部５９は、力覚発生部５１と傾斜部５５との間の相対回転を可能に接続しているため、第２入力部３０が第１入力部２０に対して相対的に回転しても、押下部３１に継続して力覚を提示し続けることができる。
【００５５】
上記の構成の入力装置１によれば、支持部１０に対して第１入力部２０および第２入力部３０を相対回転させて操作量を入力し、更に支持部１０および第１入力部２０に対して第２入力部３０を相対回転させて操作量を入力させることができる。
【００５６】
例えば、第１入力部２０および第２入力部３０を相対回転させる操作量の入力は、操作者の手首をひねるにより行われる。第２入力部３０を相対回転させる操作量の入力は、操作者の指により行われる。そのため、手首をひねりによる操作量の入力と、指による操作量の入力を組み合わせることができ、例えば手首をひねりの可動範囲を超えた操作量の入力が可能となる。
【００５７】
入力装置１を用いることで、多自由度マニピュレータなどの医療用ロボットの可動域を活かした効率的な手術が行いやすくなる。また、手首を無理にひねる必要がなくなるため、操作者の疲労も軽減しやすくなる。上述のように、湾曲針を用いた縫合などの作業に大きな効果を発揮することができる。
【００５８】
第１入力部２０と第２入力部３０を回転させる操作により、操作量の入力を行うことができる。また、並進操作により操作量を入力する場合と比較して、回転操作は、操作による入力量の上限が制限されにくい。
【００５９】
第１入力部２０および第２入力部３０による操作対象がシャフトを有する術具におけるシャフトの回転である場合には、回転操作以外の操作で操作するときと比較して、操作者が直感的に操作しやすくなる。
【００６０】
押下部３１および検知部３５を設けることにより、第１入力部２０および第２入力部３０を用いた操作量の入力と、押下部３１を用いた操作入力とを組わせた操作入力を行いやすくなる。例えば、押下部３１を用いた操作入力と、第１入力部２０および第２入力部３０の少なくとも一方を相対回転させる操作入力を同時に行いやすい。また、手首をひねる操作入力と、押下部３１を用いた操作入力とを、それぞれ独立して任意のタイミングで行うことも容易となる。
【００６１】
力覚提示部５０を設けることにより、例えば、押下部３１の操作に関連する操作対象に外力が加わった場合に、操作者が操作対象に加わった外力を知覚することが容易となる。
【００６２】
なお、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種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記の実施形態では、１つの押下部３１が設けられている例に適用して説明したが、２つ以上の押下部３１が設けられていてもよい。
【００６３】
また、押下部３１がグリッパの開閉に用いられる例に適用して説明したが、押下部３１が他の用途に用いられてもよい。例えば、入力装置１による操作入力を医療用ロボットの制御に反映させるか否かを制御するクラッチとして用いてもよい。
【００６４】
本実施形態では、第１入力部２０および第２入力部３０が一直線上にのびる略円筒状または略円柱状の形状を有している例に適用して説明したが、第１入力部２０がＬ字状に折れ曲がる形状を有していてもよい。操作者は、Ｌ字状の第１入力部２０のうち、軸線Ｌと交差して延びる部分を握る。
【００６５】
本実施形態では、第１入力部２０や第２入力部３０の回転に対して力覚を提示しない例に適用して説明したが、第１入力部２０および第２入力部３０の少なくとも一方において力覚を提示してもよい。第１入力部２０および第２入力部３０の少なくとも一方に力覚を提示する構成としては、公知の構成を用いることができる。
【００６６】
さらに、上記の実施形態においては、１つの測定部４０を用いて第１入力部２０の測定部４０に対する相対回転、および、第２入力部３０の測定部４０に対する相対回転を測定しているものに適用して説明したが、第１入力部２０の相対回転を測定する測定部と、第２入力部３０の相対回転を測定する測定部とを別々に設けてもよい。
【００６７】
このようにすることで、例えば、第１入力部２０の相対回転による操作入力と、第２入力部３０の相対回転による操作入力の倍率を変えることが容易となる。つまり、第１入力部２０を、グリッパを大きく動かす制御入力に用い、第２入力部３０を、グリッパを小さく（精密に）動かす制御入力に用いることが容易となる。
【符号の説明】
【００６８】
１…入力装置、  １０…支持部、  ２０…第１入力部、  ３０…第２入力部、  ３１…押下部、  ３５…検知部、  ４０…測定部、  ５０…力覚提示部
【要約】
【課題】医療用ロボットに対する操作入力範囲の拡大を容易にすることができる入力装置を提供する。
【解決手段】支持部１０対して第１相対移動可能に支持される第１入力部２０と、第１入力部２０とともに支持部１０に対して第１相対移動可能であり、かつ、支持部１０および第１入力部２０に対して第２相対移動可能に構成された第２入力部３０と、第１相対移動および第２相対移動の量を測定する４０測定部と、が設けられていることを特徴とする。支持部１０に対して第１入力部２０および第２入力部を第１相対移動させて操作量を入力し、更に支持部１０および第１入力部２０に対して第２入力部３０を第２相対移動させて操作量を入力させることができるため、医療用ロボットに対する操作入力範囲の拡大が容易になる
【選択図】図１【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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