【手続補正書】
【提出日】平成30年10月5日(2018.10.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の術部を観察するための観察ユニットと、
前記観察ユニットが先端に設けられ、前記観察ユニットの位置及び姿勢を制御するために必要な自由度よりも多い自由度を有するように構成されるアーム部と、
前記アーム部の複数の関節部の駆動を制御する駆動制御部と、
を備え、
前記アーム部は、前記観察ユニットの位置及び姿勢の制御中に前記アーム部の姿勢を変更可能に構成される、
医療用支持アーム装置。
【請求項２】
前記駆動制御部は、前記アーム部に対する外力に応じて前記複数の関節部の駆動を制御する、
請求項１に記載の医療用支持アーム装置。
【請求項３】
前記駆動制御部は、前記観察ユニットの位置及び姿勢を制御する際に、前記観察ユニットが空間上の所定の点を中心とするピボット動作を行うように、前記複数の関節部の駆動を制御する、
請求項１又は２に記載の医療用支持アーム装置。
【請求項４】
術者の作業領域に関する情報を取得する取得部、を更に備え、
前記駆動制御部は、アーム状態及び前記作業領域に関する情報に基づいて、前記アーム部が前記作業領域を回避するように、前記複数の関節部の駆動を制御する、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の医療用支持アーム装置。
【請求項５】
少なくとも前記医療用支持アーム装置の位置情報に基づいて前記作業領域を算出する算出部、を更に備え、
前記取得部は、前記算出部による算出結果に基づいて前記作業領域に関する情報を取得する、
請求項４に記載の医療用支持アーム装置。
【請求項６】
前記観察ユニットは、患者の術部を撮影するビデオ式顕微鏡である、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の医療用支持アーム装置。
【請求項７】
前記観察ユニットは、患者の体腔内に挿入され、当該体腔内の術部を撮影する内視鏡である、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の医療用支持アーム装置。
【請求項８】
前記駆動制御部は、前記アーム部が特異姿勢を取ることを回避するように、前記複数の関節部の駆動を制御する、
請求項１〜７のいずれか一項に記載の医療用支持アーム装置。
【請求項９】
前記駆動制御部は、前記アーム部が機構的に不可能な姿勢を取らないように、前記複数の関節部の駆動を制御する、
請求項１〜７のいずれか一項に記載の医療用支持アーム装置。
【請求項１０】
前記駆動制御部は、前記複数の関節部の回転角度及び可動範囲に基づいて、前記複数の関節部の駆動を制御する、
請求項９に記載の医療用支持アーム装置。
【請求項１１】
前記駆動制御部は、前記アーム部の姿勢が変化する際の消費エネルギーが最小になるように、前記複数の関節部の駆動を制御する、
請求項１〜７のいずれか一項に記載の医療用支持アーム装置。
【請求項１２】
前記アーム部は、複数のリンクが前記関節部によって互いに連結されることにより構成され、
前記アーム部においては、前記関節部に連結される基端側の前記リンクの延伸方向と略平行な第１の回転軸まわりに先端側の前記リンクを回転させる関節部と、前記関節部に連結される基端側の前記リンクの延伸方向と略直交する第２の回転軸まわりに先端側の前記リンクを回転させる関節部と、が交互に配置される、
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の医療用支持アーム装置。
【請求項１３】
前記アーム部は、複数のリンクが前記関節部によって互いに連結されることにより構成され、
前記関節部は、前記関節部に連結される基端側の前記リンクの延伸方向と略平行な第１の回転軸まわりに先端側の前記リンクを回転させる関節部と、前記関節部に連結される基端側の前記リンクの延伸方向と略直交する第２の回転軸まわりに先端側の前記リンクを回転させる関節部と、のいずれかであり、
前記アーム部の少なくとも一部において、前記第２の回転軸を有する関節部が連続して配置される、
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の医療用支持アーム装置。
【請求項１４】
前記アーム部は、７自由度又は８自由度を有する、
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の医療用支持アーム装置。
【請求項１５】
前記駆動制御部は、前記観察ユニットの位置及び姿勢を変更するために前記複数の関節部の駆動を制御する場合と、前記アーム部の姿勢を変更するために前記複数の関節部の駆動を制御する場合とで、前記関節部の各々での回転運動における粘性抵抗を異なる値に設定する、
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の医療用支持アーム装置。
【請求項１６】
前記観察ユニットの位置及び姿勢の制御を実現するために駆動される関節部の前記粘性抵抗が、他の前記関節部の前記粘性抵抗よりも大きな値に設定される、
請求項１５に記載の医療用支持アーム装置。
【請求項１７】
前記関節部に対応する回転軸のうちの少なくとも１つは、アクチュエータによって回転駆動される駆動軸であり、
前記関節部に対応する回転軸のうちの残りの回転軸は、前記駆動軸における回転に従動して回転する受動軸である、
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の医療用支持アーム装置。
【請求項１８】
患者の術部を観察するための観察ユニットと、
前記観察ユニットを保持する保持ユニットと、
前記保持ユニットが先端に設けられ、前記観察ユニットの位置及び姿勢を制御するために必要な自由度よりも多い自由度を有するように構成されるアーム部と、
前記アーム部の複数の関節部の駆動を制御する駆動制御部と、
を備え、
前記アーム部においては、前記保持ユニットの位置及び姿勢が制御されることにより、前記観察ユニットの位置及び姿勢が制御され、
前記アーム部は、前記観察ユニットの位置及び姿勢の制御中に前記アーム部の姿勢を変更可能に構成される、
医療用支持アーム装置。
【請求項１９】
プロセッサが、先端に設けられる観察ユニットの位置及び姿勢を制御するために必要な自由度よりも多い自由度を有するように構成されるアーム部の駆動制御において、前記アーム部の複数の関節部の駆動を制御することにより、前記観察ユニットの位置及び姿勢の制御中に前記アーム部の姿勢を変更可能に、前記アーム部の駆動を制御すること、
を含む、医療用支持アーム装置の制御方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
アーム部４２０は、各回転軸（第１軸Ｏ１、第２軸Ｏ２、第３軸Ｏ３、第４軸Ｏ４、第５軸Ｏ５、第６軸Ｏ６、第７軸Ｏ７及び第８軸Ｏ８）に対応する位置にそれぞれ設けられる関節部４２１ａ、４２１ｂ、４２１ｃ、４２１ｄ、４２１ｅ、４２１ｆ、４２１ｇ、４２１ｈと、関節部４２１ｂ〜４２１ｇによって互いに回動可能に連結される複数のリンク４２２ａ、４２２ｂ、４２２ｃ、４２２ｄ、４２２ｅ、４２２ｆ、４２２ｇ、４２２ｈと、から構成される。また、アーム部４２０の先端には、関節部４２１ａを介して回動可能に撮像部４２３が取り付けられる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
回転軸のうち、第１軸Ｏ１、第３軸Ｏ３、第６軸Ｏ６及び第８軸Ｏ８は、その基端側に設けられるリンク４２２ａ、４２２ｃ、４２２ｆ、４２２ｈの延伸方向と略平行な方向の回転軸である。このような方向を有する回転軸のことを、本明細書では、便宜的に、ヨー（Ｙａｗ）軸とも呼称することとする。一方、第２軸Ｏ２、第４軸Ｏ４、第５軸Ｏ５及び第７軸Ｏ７は、その基端側に設けられるリンク４２２ｂ、４２２ｄ、４２２ｅ、４２２ｇの延伸方向と略直交する方向の回転軸である。このような方向を有する回転軸のことを、本明細書では、便宜的に、ピッチ（Ｐｉｔｃｈ）軸とも呼称することとする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０８】
ここで、εは上記数式（１０）の上段の両辺の差であり、数式（１０）の等式誤差を表す。ξはｆｅとΔｆｖとの連結ベクトルであり、変数ベクトルを表す。Ｑ１及びＱ２は、最小化の際の重みを表す正定値対称行列である。また、上記数式（１１）の不等式拘束は、垂直反力、摩擦錘、外力の最大値、支持多角形等、外力に関する拘束条件を表現するのに用いられる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１８６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１８６】
（３−５．機構制限姿勢回避）
「機構制限姿勢回避」というタスクが設定された場合には、アーム部１１０が機構的に不可能な姿勢（以下、機構制限姿勢と言う）を取らないように、アーム部１１０の駆動が制御される。アーム部１１０を構成する各関節部１３０には、回転可能範囲が存在し得るため、アーム部１１０には、機構的に不可能な姿勢が存在し得る。「機構制限姿勢回避」というタスクが設定された場合には、拘束条件として、アーム部１１０が、当該アーム部１１０の構成に基づいて予め設定される機構制限姿勢を取らないように、当該アーム部１１０の姿勢に対して制限が課せられる。なお、「機構制限姿勢回避」が設定された際のアーム部１１０の具体的な制御方法については、下記（５−２．「機構制限姿勢回避」がタスクとして設定された場合）で詳細に説明する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２４２】
ここで、本発明者らが、実際に「機構制限姿勢回避」をタスクとして設定して、アーム部の駆動制御を行った実験結果を図１１及び図１２に示す。図１１は、「機構制限姿勢回避」をタスクとして設定した際の駆動制御の実験に用いたアーム部の構成を示す図である。図１２は、「機構制限姿勢回避」をタスクとして設定した際のアーム部の駆動制御の結果を示すグラフ図である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２４３】
図１１を参照すると、実験に用いたアーム部５２０は、複数のリンク５２２ａ、５２２ｂ、５２２ｃ、５２２ｄ、５２２ｅと、当該複数のリンク５２２ａ〜５２２ｅを回動可能に接続する関節部５１１ａ、５１１ｂ、５１１ｃ、５１１ｄ、５１１ｅ、５１１ｆと、から構成される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２５５】
ここでは、一例として、関節部５２１ａにおける回転角度の変化を図１２に示す。図１２では、横軸に時間を取り、縦軸に関節部５２１ａにおける回転角度を取り、アーム部５２０が駆動している最中における、当該回転角度の時間変化をプロットしている。「機構制限姿勢回避」を設定しなかった場合における結果を実線で、「機構制限姿勢回避」を設定した場合における結果を破線で示している。なお、図１２では、関節部５２１ａにおける回転角度の機構的な限界である＋４５度を一点鎖線で示している。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２５６】
図１２を参照すると、「機構制限姿勢回避」を設定しなかった場合には、関節部５２１ａにおける回転角度が、限界値である＋４５度に達してしまっている。従って、実際に術者がアーム部５２０を操作することを想定すると、関節部５２１ａにおける回転をスムーズに行えない可能性があり、術者の操作性を低下させる恐れがある。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２７０】
１    観察システム
１０、４００    支持アーム装置
３０    表示装置
１１０、４２０    アーム部
１３０、４２１ａ、４２１ｂ、４２１ｃ、４２１ｄ、４２１ｅ、４２１ｆ、４２１ｇ、４２１ｈ    関節部
１３１    関節駆動部
１３２    関節状態検出部
１３３    回転角度検出部
１３４ トルク検出部
１４０、４２３    撮像部
２１０、４４０    制御装置
２４０    全身協調制御部
２４１    アーム状態取得部
２４２    演算条件設定部
２４３    仮想力算出部
２４４    実在力算出部
２５０    理想関節制御部
２５１    外乱推定部
２５２    指令値算出部
２６０    駆動制御部
４２２ａ、４２２ｂ、４２２ｃ、４２２ｄ、４２２ｅ、４２２ｆ、４２２ｇ、４２２ｈ    リンク
４３０    アクチュエータ
４２４、６１１    モータ
４２５    モータドライバ
４２６、６１２    減速機
４２７、６１３    エンコーダ
４２８、６１４    トルクセンサ