(57)【要約】【課題】手技を行いながらの医療用マニピュレータの動作状態を簡便に認識可能にする。【解決手段】医療用のマニピュレータシステム５００は、マニピュレータ１０と、操作指令を入力する操作部１４と、作業部１６を駆動するモータ４０、４１、４２と、操作部１４から供給される操作指令に基づいて、モータ４０、４１、４２を駆動するコントローラ５１４と、動作状態を表示するＬＥＤ２９とを有する。コントローラ５１４は、操作指令を有効にしてモータ４０、４１、４２を駆動する動作モードと、操作指令の有無に関わらずモータ４０、４１、４２を停止させる停止モードとを区別して制御を行う。動作モードと停止モードではＬＥＤ２９の点灯状態を切り換える。ＬＥＤ２９は、グリップハンドル２６とアクチュエータブロック３０とを接続するブリッジ２８の上面中央に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
医療用マニピュレータと、制御部と、前記医療用マニピュレータの動作状態を表示する１以上のインジケータとを有する医療用マニピュレータシステムであって、
前記医療用マニピュレータは、
前記インジケータの少なくとも１つと、アクチュエータと、人手によって把持されるグリップハンドルと、操作指令を入力する入力部とを備える操作部と、
前記アクチュエータに対して着脱自在で、シャフトの先端に前記アクチュエータに連動して前記シャフト軸と非平行なピボット軸を基準として回動する先端動作部を備える作業部と、
を有し、
前記制御部は、
前記入力部から供給される操作指令に基づいて前記アクチュエータを制御し、少なくとも、前記操作指令を有効にして前記アクチュエータを駆動する動作モードと、前記操作指令の有無に関わらず前記アクチュエータを停止させる停止モードとを区別して制御を行い、前記動作モードと前記停止モードでは前記インジケータの点灯状態を切り換えることを特徴とする医療用マニピュレータシステム。
【請求項２】
請求項１記載の医療用マニピュレータシステムにおいて、
前記操作部は、人手によって把持されるグリップハンドルと、
前記アクチュエータが設けられたアクチュエータ部と、
前記グリップハンドルと前記アクチュエータ部とを接続するブリッジとを有し、
前記インジケータの少なくとも１つは前記ブリッジの上面又は側面に設けられていることを特徴とする医療用マニピュレータシステム。
【請求項３】
請求項１又は２記載の医療用マニピュレータシステムにおいて、
前記インジケータと同期して点灯状態が切り換わる別のインジケータが前記制御部に設けられていることを特徴とする医療用マニピュレータシステム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータシステムにおいて、
前記制御部は、さらに、前記操作指令の有無に関わらず前記アクチュエータを動作させる自動モードを区別して制御を行い、前記自動モードでは前記インジケータを点滅させることを特徴とする医療用マニピュレータシステム。
【請求項５】
請求項４記載の医療用マニピュレータシステムにおいて、
前記操作部は、前記医療用マニピュレータの動作状態を切り換えるスイッチを有し、
前記制御部は、前記スイッチの状態を読み込み、該スイッチが第１の状態であるときに前記動作モードとし、該スイッチが第１の状態から第２の状態に切り換わったときに前記自動モードとして前記アクチュエータを所定の原点に戻し、該アクチュエータが原点に戻った後に前記停止モードとすることを特徴とする医療用マニピュレータシステム。
【請求項６】
医療用マニピュレータと、制御部とを有する医療用マニピュレータシステムであって、
前記医療用マニピュレータは、
アクチュエータと、人手によって把持されるグリップハンドルと、操作指令を入力する入力部とを備える操作部と、
前記アクチュエータに対して着脱自在で、シャフトの先端に前記アクチュエータに連動して前記シャフト軸と非平行なピボット軸を基準として回動する先端動作部を備える作業部と、
を有し、
前記制御部は、
前記操作部と前記制御部とを接続するコネクタと、接続された前記コネクタの抜取りを防止するロック機構とを備えるとともに、前記入力部から供給される操作指令に基づいて前記アクチュエータを制御し、少なくとも前記操作指令を有効にして前記アクチュエータを駆動する動作モードと、前記操作指令の有無に関わらず前記アクチュエータを停止させる停止モードを区別して制御を行い、前記動作モードであるときに前記ロック機構をロックすることを特徴とする医療用マニピュレータシステム。
【請求項７】
請求項６記載の医療用マニピュレータシステムにおいて、
前記制御部は、前記アクチュエータが所定の原点であり、且つ停止モードであるときに前記ロック機構を解除することを特徴とする医療用マニピュレータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作部から入力された操作指令に基づいて所定の作業部が動作を行う医療用マニピュレータシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
腹腔鏡下手術においては、患者の腹部等に小さな孔をいくつかあけて内視鏡、鉗子（又はマニピュレータ）等を挿入し、術者が内視鏡の映像をモニタで見ながら手術を行っている。このような腹腔鏡下手術は、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とから、適用分野の拡大が期待されている。
【０００３】
マニピュレータシステムは、例えば特許文献１に記載されているように、マニピュレータ本体と、該マニピュレータ本体を制御するコントローラとから構成される。マニピュレータ本体は、人手によって操作される操作部と、操作部に対して交換自在に着脱される作業部とから構成される。
【０００４】
作業部（器具）は長い連結シャフトと、該連結シャフトの先端に設けられた先端動作部（エンドエフェクタとも呼ばれる。）とを有し、ワイヤによって先端の動作部を駆動するアクチュエータ（モータ）が操作部に設けられている。ワイヤは基端側でプーリに巻き掛けられている。コントローラは、操作部に設けられたモータを駆動して、プーリを介してワイヤを進退駆動する。
【０００５】
作業部側は洗浄、滅菌を容易にする必要性からセンサなどの電子機器を含まず、先端動作部及び後端のプーリの位置又は原点を直接的には検出できない構成であり、モータの回転量に基づいて先端動作部の軸位置を算出する構成がとられている。
【０００６】
ところで、腹腔鏡下手術では、手技に応じて多様な作業部が用いられ、例えばグリッパ、はさみ、電気メス、超音波メス、医療用ドリルなどが挙げられる。これらの作業部は操作部に対して着脱自在に構成され、装着時には作業部基端側のプーリが操作部に設けられたモータの回転軸に係合するように構成されている。
【０００７】
このように、１つの操作部に対して複数の異なる作業部を接続することを前提としているシステムの場合、すべての作業部が唯一共通して着脱のできる軸位置となるモータ位相を設定する必要がある（例えば、特許文献１参照）。これを原点（又は初期位置）としている。
【０００８】
また、先端動作部を他のものに交換したい場合にはマニピュレータ本体を交換してもよく、この場合にはマニピュレータ本体の操作部とコントローラとを接続するコネクタを抜いて他のマニピュレータ本体のコネクタを接続し直すことになる。
【０００９】
一般の産業用マニピュレータでは、システム運用中にマニピュレータとコントローラとを切り離すことがないが、医療用のマニピュレータでは前記のように多種の作業部を用いることからマニピュレータ本体とコントローラとを切り離すことが簡便に行えると好適である。
【００１０】
マニピュレータシステムについての先行技術としては、下記の特許文献１〜３が挙げられる。
【００１１】
特許文献１では、着脱時におけるモータ励磁切り換えや電気的な構成について考慮する必要のない構成が提案されている。
【００１２】
特許文献２では、複数の先端ツール（作業部）の電気的着脱について記載されている。
【００１３】
特許文献３は、医用マニピュレータの着脱について、先端のマニピュレータにＩＤを取得するための回路を有し、コントローラがその情報を取得して制御することが記載されている。
【００１４】
【特許文献１】特開２００４−１０５４５１公報
【特許文献２】特開２００４−２０８９２２公報
【特許文献３】米国特許第６３３１１８１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記のとおり先端動作部の軸位置は、例えば原点を基準として算出される。したがって、手術の途中で作業部を交換する場合には、新たに装着される別の作業部は正確に原点に一致した軸位置となっている必要がある。換言すれば、作業部を操作部から取り外す場合に該作業部は原点に一致した軸位置としておくことが望ましい。特に、モータが原点以外であるときには、マニピュレータの操作部と制御部とを接続するコネクタが抜き取られないように注意することになる。
【００１６】
また、マニピュレータの先端作業部は体外に取り出す場合には、停止させておく必要がある。このため、制御部ではスイッチ操作等に基づいて、モータを駆動する動作モードと、操作部の操作の有無に関わらずモータを停止させる停止モード等を設け、これらのモードを区別して制御を行うことが望ましい。操作者は、スイッチ操作等に基づいて動作モードや停止モードの切り換わることを簡便に確認できると好適である。
【００１７】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、動作モードの変化、及びコネクタの取り外し等を好適に制御することのできる医療用マニピュレータシステム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】
【００１８】
本発明に係る医療用マニピュレータシステムは、医療用マニピュレータと、制御部と、前記医療用マニピュレータの動作状態を表示する１以上のインジケータとを有する医療用マニピュレータシステムであって、前記医療用マニピュレータは、前記インジケータの少なくとも１つと、アクチュエータと、人手によって把持されるグリップハンドルと、操作指令を入力する入力部とを備える操作部と、前記アクチュエータに対して着脱自在で、シャフトの先端に前記アクチュエータに連動して前記シャフト軸と非平行なピボット軸を基準として回動する先端動作部を備える作業部とを有し、前記制御部は、前記入力部から供給される操作指令に基づいて前記アクチュエータを制御し、少なくとも、前記操作指令を有効にして前記アクチュエータを駆動する動作モードと、前記操作指令の有無に関わらず前記アクチュエータを停止させる停止モードとを区別して制御を行い、前記動作モードと前記停止モードでは前記インジケータの点灯状態を切り換えることを特徴とする。
【００１９】
このようなインジケータを設けることにより、操作者は少なくとも動作モードと停止モードとを簡便に認識することができ、効率的な手技を行うことができる。なお、点灯状態の切り換えとは、点灯と消灯の切り換え、点灯と点滅又は点滅サイクルの切り換え、点灯輝度の切り換え等をいう。
【００２０】
また、本発明に係る医療用マニピュレータシステムは、医療用マニピュレータと、制御部とを有する医療用マニピュレータシステムであって、前記医療用マニピュレータは、アクチュエータと、人手によって把持されるグリップハンドルと、操作指令を入力する入力部とを備える操作部と、前記アクチュエータに対して着脱自在で、シャフトの先端に前記アクチュエータに連動して前記シャフト軸と非平行なピボット軸を基準として回動する先端動作部を備える作業部とを有し、前記制御部は、前記操作部と前記制御部とを接続するコネクタと、接続された前記コネクタの抜取りを防止するロック機構とを備えるとともに、前記入力部から供給される操作指令に基づいて前記アクチュエータを制御し、少なくとも前記操作指令を有効にして前記アクチュエータを駆動する動作モードと、前記操作指令の有無に関わらず前記アクチュエータを停止させる停止モードを区別して制御を行い、前記動作モードであるときに前記ロック機構をロックすることを特徴とする。
【００２１】
このように、動作モードである場合に、操作部と制御部とを接続するコネクタをロック機構によりロックすることにより、該コネクタが不用意に抜き取られることがなく、好適である。なお、ここでいう原点とは、厳密に誤差のない位置ではなく、実用上問題のない範囲内のずれを含み得る意味である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る医療用マニピュレータシステムでは、動作モードと停止モードでインジケータの点灯状態を切り換えることにより、操作者は少なくとも該動作モードと該停止モードとを手元で簡便に認識することができ、効率的な手技を行うことができる。
【００２３】
また、本発明に係る医療用マニピュレータシステムでは、アクチュエータの動作位置が原点以外である場合に、操作部と制御部とを接続するコネクタをロック機構によりロックする。これにより、該コネクタが不用意に抜き取られることがなく、好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に係る実施形態として医療用のマニピュレータシステム５００について添付の図１〜図１０を参照しながら説明する。マニピュレータシステム５００（図１参照）は、腹腔鏡下手術等に用いられるものである。
【００２５】
図１に示すように、マニピュレータシステム５００は、マニピュレータ１０と、コントローラ５１４とを有する。
【００２６】
マニピュレータ１０とコントローラ５１４との接続部には着脱可能なようにコネクタ５２０が設けられている。
【００２７】
マニピュレータ１０は、先端動作部１２に生体の一部又は湾曲針等を把持して所定の処置を行うためのものである。マニピュレータ１０は、基本構成として操作部１４と作業部１６とからなる。コントローラ５１４は、マニピュレータ１０の電気的な制御をするものであり、グリップハンドル２６の下端部から延在するケーブル６１に対してコネクタ５２０を介して接続されている。
【００２８】
コントローラ５１４は、マニピュレータ１０を独立的に３台同時に制御することができる。コントローラ５１４のうち、第１、第２及び第３のマニピュレータ１０を制御する部分を総括的に第１ポート５１５ａ、第２ポート５１５ｂ及び第３ポート５１５ｃとも呼ぶ。第１ポート５１５ａ、第２ポート５１５ｂ及び第３ポート５１５ｃに接続されて制御されるマニピュレータ１０を、必要に応じてマニピュレータ１０ａ、マニピュレータ１０ｂ及びマニピュレータ１０ｃと呼んで区別する（図１参照）。
【００２９】
図２に示すように、マニピュレータシステム５００は、選択的に種々の構成を採りうる。すなわち、操作部１４は、バリエーションとして操作部１４ａ〜１４ｄが用意され、作業部１６は、バリエーションとして作業部１６ａ〜１６ｄが用意されている。
【００３０】
コントローラ５１４には、操作部１４ａに代えて操作部１４ｂ、１４ｃ及び１４ｄを装着することができる。また、各操作部１４ａ〜１４ｄに対し、作業部１６ａに代えて作業部１６ｂ、１６ｃ及び１６ｄを装着することができる。すなわち、術者は手技の種類や慣れ等に応じて操作部１４ａ〜１４ｄ及び作業部１６ａ〜１６ｄを選択的に組み合わせて構成することができる。このうち、作業部１６ｂは先端動作部１２がはさみとなっている。作業部１６ｃは先端動作部１２がブレード型電気メスとなっている。作業部１６ｄは先端動作部１２がフック型電気メスとなっている。各作業部１６ａ〜１６ｄは、接続部１５内のプーリ５０ａ、５０ｂ及び５０ｃ（図１参照）は共通の構成となっている。
【００３１】
前記のとおり、コントローラ５１４は、３台のマニピュレータ１０を同時に制御可能であることから、操作部１４ａ〜１４ｄのうちいずれか３つを第１ポート５１５ａ、第２ポート５１５ｂ及び第３ポート５１５ｃに接続が可能である。
【００３２】
次に、操作部１４及び作業部１６からなるマニピュレータ１０について説明する。
【００３３】
マニピュレータ１０は、先端動作部１２に生体の一部又は湾曲針等を把持して所定の処置を行うためのものであり、通常、把持鉗子やニードルドライバ（持針器）等とも呼ばれる。
【００３４】
図１及び図３に示すように、マニピュレータ１０は、人手によって把持及び操作される操作部１４と、該操作部１４に対して着脱自在な作業部１６とを有する。
【００３５】
以下の説明では、図１における幅方向をＸ方向、高さ方向をＹ方向及び、連結シャフト４８の延在方向をＺ方向と規定する。また、右方をＸ１方向、左方をＸ２方向、上方向をＹ１方向、下方向をＹ２方向、前方をＺ１方向、後方をＺ２方向と規定する。さらに、特に断りのない限り、これらの方向の記載はマニピュレータ１０が中立姿勢である場合を基準として表すものとする。これらの方向は説明の便宜上のものであり、マニピュレータ１０は任意の向きで（例えば、上下を反転させて）使用可能であることはもちろんである。
【００３６】
作業部１６は、作業を行う先端動作部１２と、操作部１４のアクチュエータブロック（アクチュエータ部）３０に対して接続される接続部１５と、これらの先端動作部１２と接続部１５とを連接する長尺で中空の連結シャフト４８とを有する。作業部１６は、アクチュエータブロック３０における所定の操作によって操作部１４から離脱可能であって、洗浄、滅菌及びメンテナンス等を行うことができる。
【００３７】
先端動作部１２及び連結シャフト４８は細径に構成されており、患者の腹部等に設けられた円筒形状のトラカール２０から体腔２２内に挿入可能であり、操作部１４の操作により体腔２２内において患部切除、把持、縫合及び結紮等の様々な手技を行うことができる。
【００３８】
操作部１４は、人手によって把持されるグリップハンドル２６と、該グリップハンドル２６の上部から延在するブリッジ２８と、該ブリッジ２８の先端に接続されたアクチュエータブロック３０とを有する。
【００３９】
図１に示すように、操作部１４のグリップハンドル２６は、ブリッジ２８の端部からＹ２方向に向かって延在しており、人手によって把持されるのに適した長さであり、入力手段としてのトリガーレバー３２と、複合入力部３４と、スイッチ３６とを有する。
【００４０】
ブリッジ２８の上面（又は側面）における視認しやすい箇所にはＬＥＤ（インジケータ）２９が設けられている。ＬＥＤ２９は、マニピュレータ１０の制御状態を示すインジケータであり、操作者が容易に認識可能な大きさであり、かつ操作に支障がない程度に十分に小型軽量である。ＬＥＤ２９は、ブリッジ２８の上面における略中央部で、視認性のよい位置に設けられている。
【００４１】
グリップハンドル２６の下端には、コントローラ５１４に接続されるケーブル６１が設けられている。グリップハンドル２６とケーブル６１とは一体的に接続されている。グリップハンドル２６とケーブル６１とはコネクタにより接続されていてもよい。
【００４２】
複合入力部３４は、先端動作部１２に対してロール方向（軸回転方向）及びヨー方向（左右方向）の回転指令を与える複合的な入力手段であり、例えば軸回転に動作する第１入力手段によってロール方向指示を行い、横方向に動作する第２入力手段によってヨー方向指示を行うことができる。トリガーレバー３２は、先端動作部１２のグリッパ５９（図１参照）の開閉指令を与える入力手段である。スイッチ３６は、マニピュレータ１０の動作状態の有効又は無効を設定するための入力手段である。
【００４３】
図３及び図４に示すように、複合入力部３４、トリガーレバー３２には、それぞれ動作量を検出する入力センサ３９ａ、３９ｂ、３９ｃが設けられており、検出した動作信号（例えばアナログ信号）をコントローラ５１４に供給する。
【００４４】
トリガーレバー３２は、ブリッジ２８のやや下方でＺ１方向にやや突出したレバーであり、人差し指による操作が容易な位置に設けられている。
【００４５】
トリガーレバー３２は、グリップハンドル２６に対してアーム９８により接続されており、該グリップハンドル２６に対して進退するように構成されている。
【００４６】
スイッチ３６はグリップハンドル２６に対して進退する操作機構であって、トリガーレバー３２とスイッチ３６とはグリップハンドル２６におけるＺ１方向の面で、グリップハンドル２６の長尺方向（Ｙ方向）に並んで配置されている。スイッチ３６はトリガーレバー３２の直下（Ｙ２方向）に設けられている。スイッチ３６とトリガーレバー３２との間には薄い板材１３０が設けられている。
【００４７】
スイッチ３６はオルタネート式であって、一度手前（Ｚ２方向）に引き込むことによってオン状態（第１の状態）にロックされ、操作子３６ａは手前側の位置に保持される。再度スイッチ３６を手前側に引き込むことによってオン状態は解除されてオフ状態（第２の状態）となり、図示しない弾性体によって先端側（Ｚ１方向）の位置に復帰する。このような操作により、スイッチ３６は、オン状態又はオフ状態のいずれかに保持され、スイッチ３６を押し続ける必要がない。したがって、オン状態とオフ状態との切り換え時だけスイッチ３６の操作をすればよく、それ以外のときはトリガーレバー３２の操作をすることができ、スイッチ３６とトリガーレバー３２とを併存させるのに好適である。
【００４８】
また、スイッチ３６はオン状態とオフ状態では操作子３６ａの突き出し量が異なる構成であることから、操作子３６ａを目視し又は触れることによって状態を確認することができる。
【００４９】
スイッチ３６は、モードの変更をさせるものである。モードの状態はＬＥＤ２９及び後述するポート番号ランプ５６０（図７参照）の点灯状態によっても示される。具体的には、ＬＥＤ２９及びポート番号ランプ５６０は、動作モードのときには緑色点灯、停止モードのときには消灯となる。また、自動原点復帰動作時及びリセット動作時には緑の点滅となり、アラーム発生時には赤の点滅となる。
【００５０】
これらのモード及び動作はスイッチ３６の操作によって変更される。つまり、コントローラ５１４は、スイッチ３６の状態を読み込み、オン状態であるときに動作モードとし、オン状態からオフ状態に切り換わったときに自動原点復帰動作としてモータ４０，４１，４２を所定の原点に戻し、原点に戻った後に停止モードとする。
【００５１】
動作モードとは、操作部１４の操作指令を有効にしてモータ４０、４１、４２を駆動するモードである。停止モードは、操作部１４の操作指令の有無に関わらずモータ４０、４１、４２を停止させるモードである。また、リセット動作とは、後述する所定の操作がなされたときにモータ４０、４１、４２を自動的に所定の原点に戻す動作である。自動原点復帰動作及びリセット動作は、操作指令の有無に関わらずモータ４０，４１，４２を動作させることから、自動モードとして分類される。
【００５２】
これらのモード及び動作はコントローラ５１４によって区別されて制御され、ＬＥＤ２９及びポート番号ランプ５６０の点灯状態が切り換えられる。
【００５３】
アクチュエータブロック３０には先端動作部１２が有する３自由度の機構に対応してモータ４０、モータ４１及びモータ４２が連結シャフト４８の延在方向に沿って並列して設けられている。これらのモータ４０、４１及び４２は小型、細径であって、アクチュエータブロック３０はコンパクトな扁平形状に構成されている。アクチュエータブロック３０は、操作部１４のＺ１方向端部の下方に設けられている。また、モータ４０、４１及び４２は、操作部１４の操作に基づき、コントローラ５１４の作用下に回転をする。
【００５４】
モータ４０、４１及び４２には、回転角度を検出することのできる角度センサ４３、４４及び４５が設けられており、検出した角度信号はコントローラ５１４に供給される。角度センサ４３、４４及び４５としては、例えばロータリエンコーダが用いられる。
【００５５】
作業部１６は、アクチュエータブロック３０に対して接続される接続部１５と、該接続部１５からＺ１方向に向かって延在する中空の連結シャフト４８とを有する。接続部１５には、モータ４０、４１及び４２の駆動軸に接続されるプーリ５０ａ、プーリ５０ｂ及びプーリ５０ｃが回転自在に設けられている。プーリ５０ａ〜５０ｃにはそれぞれカップリングが設けられている。
【００５６】
プーリ５０ａ、プーリ５０ｂ及びプーリ５０ｃには、ワイヤ５２、ワイヤ５３及びワイヤ５４が巻き掛けられており、連結シャフト４８の中空部分４８ａ（図５参照）を通って先端動作部１２まで延在している。ワイヤ５２、ワイヤ５３及びワイヤ５４はそれぞれ同種、同径のものを用いることができる。
【００５７】
作業部１６は、アクチュエータブロック３０における所定の操作によって操作部１４から離脱可能であって、洗浄、滅菌及びメンテナンス等を行うことができる。また、作業部１６は他の形式のものに交換可能であって、手技に応じて連結シャフト４８の長さの異なるもの、又は先端動作部１２の機構が異なるものを装着することができる。
【００５８】
作業部１６は、操作部１４に対して着脱自在であり、プーリ５０ａ、５０ｂ及び５０ｃの中心穴に対して、モータ４０、４１及び４２の回転軸４０ａ、４１ａ及び４２ａが嵌合するように構成されている。プーリ５０ａ、５０ｂ及び５０ｃのＹ２方向下端にはそれぞれ十字状の結合凸部が設けられ、モータ４０、４１及び４２の回転軸４０ａ、４１ａ、４２ａには十字状の結合凹部が設けられている。結合凸部と結合凹部は互いに係合可能に形成されており、モータ４０、４１及び４２の回転がプーリ５０ａ、５０ｂ及び５０ｃに対して確実に伝達される。  接続部１５には、作業部を個体識別することのできるＩＤを保持するＩＤ保持部１０４が設けられている。
【００５９】
ＩＤ保持部１０４は、例えばＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）等の無線式、バーコード若しくはマトリックス型二次元コード等の光学式等の非接触検出式、又は小突起列等の接触式で構成するとよい。
【００６０】
作業部１６にＲＦＩＤ等のように書き込み可能な記憶媒体を用いる場合、製造日、使用開始日、最終使用日、メンテナンス期限日等のタイムスタンプやシリアルナンバー、使用回数上限、位相修正値（又は原点修正値）等の固有情報を都度記憶させてもよい。このような情報は、コントローラ５１４で読み込み動作状態表示部５３０（図１参照）に表示させ、又は所定の判断を行って注意又は警告を発させるとよい。
【００６１】
ＩＤ保持部１０４の保持するＩＤは、作業部毎に識別が可能なように異なる値が付与されている。
【００６２】
ところで、ＩＤ保持部１０４をＲＦＩＤやマトリックス型二次元コード等で構成する場合には直接的な通電の必要がなく、接続部１５及び作業部１６には電気的接点が存在していない。したがって、操作部１４から取り外した作業部１６は洗浄、滅菌等を容易に行うことができる。つまり、モータやスイッチ、センサなどの電気機器をすべて操作部１４側に配し、連結シャフト４８及び先端動作部１２からなる機械構成部品のみからなるものを作業部１６側に配することで洗浄性を向上させることができる。作業部１６と操作部１４では汚れ具合、汚れ種類、洗浄方法が異なり、異なるメンテナンスが行われるため、離脱可能にすることが好適である。
【００６３】
操作部１４は、接続された作業部１６のＩＤ保持部１０４における情報を読取ってコントローラ５１４に供給するＩＤ中継部１０６を有する。ＩＤ中継部１０６は、例えばＲＦＩＤ用の送受信回路又はフォトカプラー等により構成される。
【００６４】
磁気、光又は電波方式を用いると、ＩＤ保持部１０４はＩＤ中継部１０６に対して非接触でＩＤを伝達することができ、ＩＤ保持部１０４及びＩＤ中継部１０６の耐久性が高く、汚れが少なく、しかも清掃、洗浄が容易となる。
【００６５】
接続部１５を操作部１４から取り外す場合には、アクチュエータブロック３０の両側面に設けられたレバー２０６を押してそれぞれ外方に開くように傾動させ、該レバー２０６の楔部２０６ａを、接続部１５の両側面に設けられた係合片２００から解放する。これにより接続部１５を操作部１４から上方（Ｙ１方向）に引き抜き、取り外しが可能となる。アクチュエータブロック３０の上面には３本のアライメントピン２１２が設けられており、接続部１５に設けられた嵌合孔２０２に嵌合することにより該接続部１５を安定して保持可能である。接続部１５を操作部１４に取り付ける場合には、３本のアライメントピン２１２がそれぞれ嵌合孔２０２に嵌合するように合わせて、接続部１５を下方（Ｙ２方向）に押し下げる。これにより、レバー２０６は一旦外方に拡がり、その後原位置に戻ることにより係合片２００に係合して、接続が完了する。
【００６６】
図５及び図６に示すように、先端動作部１２はＹ方向の第１回転軸Ｏｙを中心にして、それよりも先の部分がヨー方向に回動する第１自由度の機構（傾動機構、ピボット軸）と、第２回転軸Ｏｒを中心にしてロール方向に回動する第２自由度の機構（ロール回転機構）と、第３回転軸Ｏｇを中心として先端のグリッパ５９を開閉させる第３自由度とを有する合計３自由度の機構となっている。
【００６７】
第１自由度の機構である第１回転軸Ｏｙは、連結シャフト４８の基端側から先端側に延在する軸線Ｃと非平行に回動可能に設定するとよい。第２自由度の機構である第２回転軸Ｏｒは先端動作部１２における先端部（つまりグリッパ５９）の延在方向の軸線を中心として回動可能な機構とし、先端部をロール回転可能に設定するとよい。
【００６８】
先端動作部１２は、ワイヤ５２、ワイヤ５３及びワイヤ５４によって駆動され、各ワイヤ５２、５３及び５４は、それぞれ対応する筒体６０ｃ、６０ｂ、６０ａに巻き掛けられている。
【００６９】
先端動作部１２では、ワイヤ５２及び５４の作用下に歯車５１及び５５が回転し、図示しないフェイスギアを回転させることによって先端部をロール方向に回転させることができる。また、ワイヤ５４の作用下に歯車５１が回転し、ファイスギア５７及び歯車５８を介してグリッパ５９を開閉させることができる。さらに、ワイヤ５２、５３、５４の作用下に主軸部材６２を介して先端部をヨー方向に回転させることができる。
【００７０】
次に、コントローラ５１４について図７〜図８を参照しながら説明する。
【００７１】
図７に示すように、コントローラ５１４の正面には、動作状態表示部５３０、電源情報表示部５３２、アラーム部５３４、アクティべートリセット部５３６、第１ポート５１５ａ、第２ポート５１５ｂ、及び第３ポート５１５ｃが設けられている。
【００７２】
動作状態表示部５３０は、術者や手術に携わる助手などが操作状態の確認が容易となるようにマニピュレータ１０の動作状態や所定の対応指示を表示する液晶表示画面を有する。
【００７３】
電源情報表示部５３２は、電源スイッチ５４０と、電源ランプ５４２と、チャージングランプ５４４と、外部電源警報ランプ５４６と、バッテリ充電表示ランプ５４８とを有する。
【００７４】
電源スイッチ５４０は、マニピュレータシステム５００全体の電源の入切を行うスイッチである。電源ランプ５４２は電源が入っているときに点灯し、切れているときに消灯する。チャージングランプ５４４は、バッテリ１１２ａ（図８参照）に対してチャージが行われているときに点灯する。外部電源警報ランプ５４６は、外部電源１１９が非供給となったときに点灯する。バッテリ充電表示ランプ５４８は、バッテリ１１２ａの充電量にしたがって点灯数、若しくは点灯色を変化させて電力残量を表示するものである。
【００７５】
アラーム部５３４は、アラームランプ５５０と、アラーム音停止スイッチ５５２とを有する。アラームランプ５５０は、アラームが発生したときに点灯するランプであり、別に設けられるアラームブザーのブザー音と同期して点灯する。アラーム音停止スイッチ５５２は、アラームブザーのブザー音を必要に応じて停止させるときに押すスイッチである。
【００７６】
アクティべートリセット部５３６は、アクティべートリセットスイッチ５５４と、リセットインディケートランプ５５６とを有する。リセットインディケートランプ５５６は、マニピュレータ１０の各モータ４０、４１、４２を所定の原点に強制復帰させるリセット動作の実行を行うべきタイミングにおいて点灯する。アクティベートリセットスイッチ５５４は、リセットインディケートランプ５５６が点灯しているときに押すことにより、リセット動作の第１回目の指示をするためのスイッチである。
【００７７】
第１ポート５１５ａは、ポート番号ランプ５６０と、３つの作業部種別ランプ５６２、５６４及び５６６と、操作部１４の接続確認ランプ５６８と、リセットスイッチ５７０と、レセプタクルコネクタ５７２とを有する。レセプタクルコネクタ５７２には前記のコネクタ５２０が接続される。
【００７８】
ポート番号ランプ５６０には番号「１」が印字されており、対応するマニピュレータ１０が動作モードであるときに点灯する。前記のとおり、ポート番号ランプ５６０は、対応するマニピュレータ１０が動作モードのときには点灯（例えば緑色）、停止モードのときには消灯となる。また、自動原点復帰動作時及びリセット動作時（つまり、自動モード）には点滅となり、アラーム発生時には赤の点滅となる。つまり、ポート番号ランプ５６０は、前記のＬＥＤ２９と同期して点灯状態が切り換わる。
【００７９】
作業部種別ランプ５６２、５６４及び５６６は、マニピュレータ１０において操作部１４に接続された作業部１６の種類に応じていずれか１つが点灯し、その種類を表示するものである。作業部種別ランプ５６２は作業部１６がはさみであるときに点灯し、作業部種別ランプ５６４は作業部１６がグリッパであるときに点灯し、作業部種別ランプ５６６は作業部１６が電気メスであるときに点灯する。
【００８０】
接続確認ランプ５６８は、対応するレセプタクルコネクタ５７２にコネクタ５２０が正常に接続されたときに点灯する。リセットスイッチ５７０は、ランプ一体型のスイッチであり、対応するマニピュレータ１０のリセット動作が必要なときであって、アクティベートリセットスイッチ５５４を押した後に点灯する。該リセットスイッチ５７０は、点灯しているときに押すことによって、対応するマニピュレータ１０のモータ４０、４１、４２が、コントローラ５１４の作用下に自動的に原点復帰動作を行う。リセット動作を行っている最中には、ＬＥＤ２９及びポート番号ランプ５６０が点滅を行い、自動動作中であることを示す。
【００８１】
第２ポート５１５ｂ及び第３ポート５１５ｃにおけるポート番号ランプ５６０には番号「２」及び「３」が印字されており、それ以外は第１ポート５１５ａと同構成である。第２ポート５１５ｂ及び第３ポート５１５ｃの各要素については、第１ポート５１５ａの各要素と同符号を付して説明を省略する。
【００８２】
第１ポート５１５ａ、第２ポート５１５ｂ及び第３ポート５１５ｃはそれぞれ異なる色（例えば緑、黄及び青）の枠で囲まれており、識別が容易である。特に、コネクタ５２０にも対応する色付けを行うことで該コネクタ５２０を再接続する際の識別が一層容易となる。
【００８３】
コントローラ５１４におけるスイッチ及びランプには、それぞれの機能を示すシンボルマーク、文字若しくは略語が併記されている。これらのスイッチ及びランプは、メンブレン式であり、操作性、耐環境性に優れる。
【００８４】
上述したように、本実施の形態に係るマニピュレータシステム５００においては、動作モードと停止モードでインジケータとしてのポート番号ランプ５６０及び操作部ＬＥＤ２９の点灯状態を切り換えることにより、操作者は少なくとも動作モードと停止モードとを簡便に認識することができ、効率的な手技を行うことができる。
【００８５】
例えば、作業部１６を操作部１４から取り外しをするのは各モータ４０，４１，４２がそれぞれ所定の原点に復帰しているときであり、このようなタイミングは停止モードに相当することから、操作者はＬＥＤ２９が消灯していることを確認して、作業部１６の取り外しを行うことができる。逆にＬＥＤ２９が点灯し又は点滅しているときには、作業部１６の取り外しをするのに適当でないことが認識され、所定の対応をとることができる。このようにして、着脱エラーの発生を防止することができる。
【００８６】
ＬＥＤ２９及びポート番号ランプ５６０の点灯状態の切り換えはオン−オフ切り換えに限らず、点灯色の切り換え、点滅サイクルの切り換えや、点灯輝度の切り換え等であって、操作者が認識可能な点灯状態の切換であればよい。
【００８７】
インジケータとしてのＬＥＤ２９は操作部１４に設けられており、操作者からの視認性がよく、エラーの発生を一層確実に防止できる。該ＬＥＤ２９は操作部１４の中でも、操作者から最も視認性のよい箇所の１つであるブリッジ２８の上面に設けられていることから、作業部１６の着脱時にモードの確認が一層容易となる。
【００８８】
一方、インジケータとしてのポート番号ランプ５６０は、コントローラ５１４に設けられていることから、コネクタ５２０の着脱時に容易に確認することができ、またモードの確認が可能となる。また、コントローラ５１４は操作部１４と異なりスペース的な制約が少なく、大型化が可能であり、より多くの情報を表示することができる。図８に示すように、ポート番号ランプ５６０は、ＬＥＤ２９よりは広い面積であって、ポート番号の表示が可能となっている。
【００８９】
コントローラ５１４は、さらに、操作指令の有無に関わらずモータ４０、４１、４２を動作させる自動モードとしてのリセット動作を区別して制御を行い、リセット動作ではポート番号ランプ５６０及びＬＥＤ２９を点滅させる。このように、ポート番号ランプ５６０及びＬＥＤ２９を点滅させるとよく目立つことから、モータ４０、４１、４２が自動動作中であることが特によく認識可能となる。
【００９０】
ここで、リセット動作が必要な場面とは、操作者の作業中に作業部１６に何らかの不具合が発生して作業部１６を操作部１４から取り外して、別の作業部１６を取り付ける場面であって、操作部１４のモータ軸を原点に戻したい場合を意味する。
【００９１】
さらに、本実施の形態に係るマニピュレータシステム５００では、アクティべートリセットスイッチ５５４及びリセットスイッチ５７０の双方が定められた手順によって操作されたとき（つまり、リセットインディケートランプ５５６が点灯し、アクティべートリセットスイッチ５５４を押し、リセットスイッチ５７０が点灯し、その後リセットスイッチ５７０を押したとき）にアクチュエータを所定の原点に戻すリセット動作が行われ、該リセット動作が不用意に実行されることがない。アクティべートリセットスイッチ５５４及びリセットスイッチ５７０の操作手順は必ずしも上記のような２段階の手順に限らず、アクティべートリセットスイッチ５５４及びリセットスイッチ５７０の双方を操作するような別の手順であってもよく、例えば、双方を同時に押す操作が含まれていてもよい。
【００９２】
コントローラ５１４では、リセットスイッチ５７０が３個設けられることにより、各マニピュレータ１０ａ〜１０ｃに対して個別のリセット動作が可能になり、好適である。また、アクティべートリセットスイッチ５５４は１つであり、無用にスイッチの数が増えることが防止でき、構成が簡便化されるとともに、操作性が向上する。
【００９３】
アクティべートリセットスイッチ５５４及びリセットスイッチ５７０はコントローラ５１４に設けられており、マニピュレータ１０側の構造が無用に複雑になることが防止でき、該マニピュレータ１０が簡便且つ軽量となり、操作性が向上する。
【００９４】
コントローラ５１４は、３台のマニピュレータについて個別にエラーを検出する機能を有しており、例えば第１ポート５１５ａでエラーが発生した場合には、ポート番号ランプの１番が赤で点滅し、アクティべートリセットスイッチ５５４が押されたときに、エラーの発生している第１ポート５１５ａのリセットスイッチ５７０の発光手段を発光させる。したがって、操作が簡便となり、且つ誤操作が防止できる。
【００９５】
マニピュレータ１０ａ（図１参照）にエラーが発生した場合、第２ポート５１５ｂ及び第３ポート５１５ｃについてはコネクタ５２０の接続の有無に関わらずアラーム表示等を行わない。したがって、操作者は非原点取り外しが発生したのが第１ポート５１５ａに係るマニピュレータ１０ａであることを容易に認識できる。
【００９６】
次に、コントローラ５１４の内部構成について図８を参照しながら説明する。なお、図８においては、煩雑とならないように第１ポート５１５ａに係る部分を示し、第２ポート５１５ｂ及び第３ポート５１５ｃに係る部分は省略する。第２ポート５１５ｂ及び第３ポート５１５ｃに係る構成は、第１ポート５１５ａに係る部分と一部が共通（例えば演算部１１０等）であり、一部が独立（例えばドライバ１１６等）に構成されている。図８においては、コントローラ５１４の表面（図７参照）の構成については省略している。
【００９７】
図８に示すように、コントローラ５１４は演算部１１０と、電源部１１２と、保護装置１１４と、ドライバ１１６とを有する。電源部１１２は、外部電源１１９から得られる電力を調整して各部に供給するとともに、バッテリ１１２ａに充電を行い、外部電源１１９から電力が供給されない場合においても自動的にバッテリ１１２ａからの電力供給へと切り替える機能を有しており、いわゆる無停電電源として作用する。バッテリ１１２ａは内部の変圧整流器に対して、通常並列に接続される。
【００９８】
保護装置１１４は、演算部１１０の演算周期情報、ドライバ情報、所定の停止指令などの各情報に基づいて、マニピュレータ１０への電力を遮断する。保護装置１１４の作用下にドライバ１１６の電力を遮断することにより、マニピュレータ１０の動作を直ちに停止させることができる。
【００９９】
演算部１１０は、角度センサ４３、４４、４５、入力センサ３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、及びスイッチ３６に接続されており、これらの各部から得られる信号に基づいてマニピュレータ１０の動作を決定して、所定の指令信号をドライバ１１６に供給するとともに、動作状態表示部５３０に所定の状態量を表示させる。演算部１１０はＬＥＤ２９にも接続されており、該ＬＥＤ２９の点灯状態の制御をする。さらに、演算部１１０は、コントローラ５１４の表面（図７参照）の、動作状態表示部５３０、電源情報表示部５３２、アラーム部５３４、アクティべートリセット部５３６、第１ポート５１５ａ、第２ポート５１５ｂ、及び第３ポート５１５ｃの各スイッチ及びランプに接続されており、制御をする。演算部１１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等から構成されており、プログラムを読み込み実行することにより所定のソフトウェア処理を実行する。
【０１００】
ドライバ１１６は、モータ４０、４１及び４２に接続されており、演算部１１０から得られる指令に基づいて該モータ４０、４１及び４２を駆動する。ところで、これらのモータ４０、４１及び４２の駆動系は、先ず、入力センサ３９ａ、３９ｂ、３９ｃに基づいて先端動作部に対する動作角度指令値を求め、該動作角度指令値と角度センサ４３、４４、４５から得られる角度信号との偏差を求め、該偏差に基づいて所定の補償処理をして指令信号をドライバ１１６に供給している。したがって、これらの各モータ４０、４１及び４２の駆動系は閉ループを形成している。
【０１０１】
演算部１１０は、ＩＤ認識部１２０と、原点認識部１２２とを有する。ＩＤ認識部１２０は、ＩＤ保持部１０４のＩＤを認識する。
【０１０２】
演算部１１０は、ＩＤ認識部１２０、原点認識部１２２及び操作部１４他の信号に基づいて条件判断を行い、所定条件下でドライバ１１６に対する電力供給を行い、又は停止させ、モータ４０、４１及び４２を制御する。
【０１０３】
トリガーレバー３２及び複合入力部３４（図１参照）には、人手による操作量を検出する入力センサ３９ａ、３９ｂ、３９ｃ（ポテンショメータ等）に所定の電圧が印加され、該電圧の所定範囲が操作範囲として設定され、コントローラ５１４では、該検出部から供給される電圧が所定範囲以外であることに基づいて操作部１４が取り外されたことを認識する。これにより、トリガーレバー３２及び複合入力部３４を、操作量の入力手段と操作部１４の取外認識手段に兼用することができる。原点認識部１２２は、角度センサ４３、４４及び４５の信号に基づいて先端動作部１２が規定の原点又は非原点であることを認識する。
【０１０４】
上記の例では、接続ポートが３つあるマニピュレータシステム５００について述べたが、接続ポートは４つ以上設けてもよい。腹腔鏡下手術においては、３又は４以上のマニピュレータを用いる場合もあり、又は一度に２本しか用いない場合でも予備や次の手技用の準備として設けておくことが好適だからである。
【０１０５】
また、２以上のマニピュレータを１つのコントローラ５１４で制御することにより、演算部１１０等が共用化されて消費電力の抑制効果が大きい。
【０１０６】
次に、コントローラ５１４において適用可能なロック機構６００について図９及び図１０を参照しながら説明する。このロック機構６００は、コネクタ５２０を適切なタイミングで抜けを防止するものである。ロック機構６００は、第１ポート５１５ａ〜第３ポート５１５ｃにそれぞれ設けられている。
【０１０７】
図９及び図１０に示すように、ロック機構６００は、レセプタクルコネクタ５７２の近傍に設けられたカム６０２と、該カム６０２を図９における左右方向に進退駆動するソレノイド６０４と、カム６０２を一定の方向に弾性付勢するスプリング６０６とを有する。カム６０２は、ソレノイド６０４に挿入されているロッド６０８と、先端側で円弧凹形状の係合部６１０とを有する。係合部６１０は、コネクタ５２０の環状凹部５２０ａに係合する形状となっている。ロッド６０８及びソレノイド６０４はコントローラ５１４の内部に配置されている。ロッド６０８は屈曲しており、コントローラ５１４の表面に設けられた長孔６１２から外に出ており、係合部６１０が表面に露呈している。コネクタ５２０と係合部６１０が係合する箇所はコントローラ５１４の表面側であることから、ロック及び解除が視覚的に確認可能である。
【０１０８】
ソレノイド６０４は、演算部１１０の作用下に電磁力を発生及び停止させる。ソレノイド６０４が非励磁であるときには、カム６０２はスプリング６０６の弾性力の作用下に図９における左側に配置されており、レセプタクルコネクタ５７２に対してコネクタ５２０の着脱が可能である。
【０１０９】
ソレノイド６０４が励磁されているときには、カム６０２はスプリング６０６の弾性力に抗して図９における右側に移動し、先端の係合部６１０がコネクタ５２０の環状凹部５２０ａに係合する。したがって、この状態ではレセプタクルコネクタ５７２からのコネクタ５２０の抜取りが防止できる。
【０１１０】
ロック機構６００はこのような構成に限らず、コントローラ５１４の作用下にコネクタ５２０の抜取りを防止できる構成であればよい。カム６０２を駆動するアクチュエータはソレノイド６０４に限らず、モータ及びギア機構等でもよい。カム６０２の動作は直動型に限らず、例えば傾動型でもよい。コネクタ５２０と係合部６１０が係合する箇所は、コントローラ５１４の表面側に限らず、内部で係合してもよい。
【０１１１】
ソレノイド６０４が励磁されるタイミングとしては、動作モードの場合（換言すれば、スイッチ３６がオンとなりポート番号ランプ５６０及び操作部ＬＥＤ２９が緑色に点灯しているタイミング）であり、ソレノイド６０４が非励磁となるタイミングは、モータ４０、４１、４２の全ての動作位置が原点であり、且つ停止モードである場合（換言すれば、スイッチ３６がオフであってポート番号ランプ５６０及び操作部のＬＥＤ２９が消灯しているタイミング）である。
【０１１２】
このように、モータ４０、４１、４２が動作状態であって原点以外の軸位置である可能性がある場合に、コネクタ５２０をロック機構６００によりロックすることにより、該コネクタ５２０が不用意に抜き取られることがなく、次回にコネクタ５２０を装着したときに各モータ４０、４１、４２が確実に原点に合わされていることになり、好適である。
【０１１３】
また、所定のリセット動作が行われた後にはソレノイド６０４を非励磁とし、コネクタ５２０の抜取りを可能にするとよい。これにより動作モード時に不用意にコネクタ５２０が抜かれることを防止できる。
【０１１４】
医療用のマニピュレータシステム５００及びコントローラ５１４は操作者が直接的に操作する医療用のものとして説明したが、使用用途はこれに限られず、例えば、患者から離れた箇所から電気通信手段等を介して医療の手技を行う遠隔操作機構に好適に適用可能であることはもちろんである。
【０１１５】
本発明に係る医療用マニピュレータシステムは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本形態に係るマニピュレータシステムの概略構成図である。
【図２】本形態に係るマニピュレータシステムの構成の組合わせに係る説明図である。
【図３】作業部と操作部とを分離したマニピュレータの側面図である。
【図４】操作部の斜視図である。
【図５】作業部と操作部のマニピュレータの斜視図である。
【図６】作業部と操作部とを分解したマニピュレータの側面図である。
【図７】コントローラの正面図である。
【図８】コントローラのブロック構成図である。
【図９】ロック機構の概略正面図である。
【図１０】ロック機構の概略断面平面図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１０…マニピュレータ                        １２…先端動作部
２８…ブリッジ                              ２９…ＬＥＤ（インジケータ）
３０…アクチュエータブロック                ３２…トリガーレバー
３４…複合入力部                            ３６…スイッチ
４０、４１、４２…モータ                    ４８…連結シャフト
５０ａ〜５０ｃ…プーリ                      １０４…保持部
１０６…中継部                              １１０…演算部
５００…マニピュレータシステム              ５１４…コントローラ
５１５ａ〜５１５ｃ…ポート                  ５２０…コネクタ
５３０…動作状態表示部                      ５３４…アラーム部
５６０…ポート番号ランプ                    ５７２…レセプタクルコネクタ
６００…ロック機構                          ６０２…カム
６０４…ソレノイド                          ６０８…ロッド
６１０…係合部
【図１】
2009028157.tif 000003
【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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