JP5758882B2 - 医療用マニピュレータシステム - Google Patents

Description

本発明は、本体部と、先端動作部をシャフトの先端に設けた作業部と、前記本体部と接続されることで前記先端動作部を駆動制御するコントローラとを備えた医療用マニピュレータシステムに関する。

内視鏡下外科手術（又は腹腔鏡下手術とも呼ばれる。）においては、患者の腹部等に複数の孔を開け、器具の通過ポートとしてトラカール（筒状の器具）を挿入した後、シャフトを有する鉗子の先端部をトラカールを通じて体腔内に挿入して患部の手術を行っている。鉗子の先端部には、作業部として、生体組織を把持するためのグリッパや、鋏、電気メスのブレード等が取り付けられている。

トラカールから挿入される鉗子として、先端の作業部に関節を持たない一般的な鉗子に加えて、作業部に複数の関節を有する鉗子、いわゆるマニピュレータの開発が行われている（例えば、特開２００４−１０５４５１号公報参照）。このようなマニピュレータによれば、体腔内で自由度の高い動作が可能であり、手技が容易となり、適用可能な症例が多くなる。

マニピュレータは、細長い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。）を備える作業部を有し、ワイヤによって当該先端動作部を駆動するアクチュエータが本体部（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。

上記のようなマニピュレータでは、先端動作部に複数の関節部等が設けられ、前記アクチュエータの駆動に基づき、該先端動作部がその軸線方向に沿って回転動作するロール軸動作や、その軸線方向に交差する方向に揺動（首振り）動作するヨー軸動作・ピッチ軸動作等を行うことができ、これにより体腔内で高い操作性を得ることができる。

ところが、扱い易い先端動作部の動作速度は、当該マニピュレータを扱う医師によって個人差があるものと考えられ、また、術式や先端動作部の種類（グリッパや鋏等）によっても最適な動作速度が異なる可能性がある。

本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、使用者の個人差や先端動作部の種類によって、先端動作部の動作速度を最適化することが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。

本発明に係る医療用マニピュレータシステムは、アクチュエータによって回転される駆動軸、及び、前記アクチュエータを駆動する入力部を有する本体部と、前記駆動軸によって従動回転される従動軸、該従動軸の回転によって動作される先端動作部、及び、該先端動作部を先端に設けたシャフトを有し、前記本体部に対して着脱可能な作業部と、前記本体部と接続されることで、前記入力部への入力操作に基づき前記アクチュエータを駆動制御するコントローラとを備え、前記先端動作部は、前記入力部への入力操作に基づき前記アクチュエータが駆動されることにより、少なくとも軸線方向に沿った回転動作、及び、前記軸線方向に交差した揺動動作が可能であり、前記コントローラは、前記アクチュエータの駆動速度を変更し、前記先端動作部の前記回転動作及び前記揺動動作の動作速度をそれぞれ個別に変更可能な速度設定部を有することを特徴とする。

このような構成によれば、前記回転動作及び前記揺動動作が可能な先端動作部について、その動作速度をそれぞれ個別に変更可能な速度設定部をコントローラに備えたことにより、本体部及び作業部で構成されるマニピュレータを扱う使用者（例えば、医師）の個人差や先端動作部の種類（例えば、鋏やニードルドライバ）に応じて、その回転動作及び揺動動作での動作速度を最適に設定変更することができる。すなわち、先端動作部の動作速度の設定自由度が向上するため、高い操作性を得ることができる。

前記コントローラは、前記速度設定部による前記先端動作部の動作速度の設定値を記憶する記憶部を有すると、設定した速度情報を記憶し、使用する際に容易に呼び出すことが可能となる。

前記記憶部には、前記回転動作及び前記揺動動作の動作速度の設定値の組み合わせを複数組登録可能であるとよい。そうすると、例えば、複数の使用者の好みの設定速度情報の組を登録することができ、複数の使用者が同一のコントローラを共用する場合であっても、各人の設定を迅速に呼び出すことができる。

前記先端動作部は複数種類あり、前記速度設定部は、前記本体部に装着される前記作業部に設けられた前記先端動作部の種類毎に前記動作速度を変更可能であると共に、該種類毎の前記動作速度の設定値を前記記憶部に登録可能であると、使用者における先端動作部の種類毎の動作速度の好みに一層柔軟に対応した動作速度の設定・登録が可能となる。

前記コントローラは、前記本体部及び前記作業部を有する医療用マニピュレータを複数台同時に接続可能であると共に、各医療用マニピュレータの先端動作部の動作速度をそれぞれ個別に変更可能に構成してもよい。そうすると、例えば、一人の使用者が複数台のマニピュレータを同時に用いて手技を行う場合にも各先端動作部の動作速度を柔軟に変更可能となる。

前記先端動作部の設定速度を表示する表示部を有すると、その設定速度を使用者等に明示することができ、さらに動作速度の変更も容易に行うことが可能となる。

本発明によれば、回転動作及び揺動動作が可能な先端動作部について、その動作速度をそれぞれ個別に変更可能な速度設定部をコントローラに備える。これにより、本体部及び作業部で構成されるマニピュレータを扱う使用者（例えば、医師）の個人差や先端動作部の種類（例えば、鋏やニードルドライバ）に応じて、その回転動作や揺動動作での動作速度を最適に設定変更することができ、高い操作性を得ることができる。

本発明の一実施形態に係るマニピュレータシステムの全体構成図である。 作業部と操作部とを分離した状態でのマニピュレータの一部断面側面図である。 作業部の一部省略断面平面図である。 先端動作部の斜視図である。 マニピュレータの構成の組み合わせの説明図である。 複合入力部及びその周辺部の一部省略斜視図である。 ディスプレイに速度表示画面を表示した状態でのコンソールの正面図である。 ディスプレイにメモリ選択画面を表示した状態でのコンソールの正面図である。 コンソールが有する機能のブロック説明図である。 記憶部への登録情報の一例を示す説明図である。 図１１Ａは、操作部のコネクタへの接続を促す画像の一例を示す説明図であり、図１１Ｂは、作業部の操作部への装着を促す画像の一例を示す説明図である。 図１２Ａは、初期速度表示画面の一例を示す説明図であり、図１２Ｂは、メモリ選択画面の一例を示す説明図である。 図１３Ａは、使用中に先端動作部の速度変更を行った場合の速度表示画面の一例を示す説明図であり、図１３Ｂは、図１３Ａに示す画面に続いて表示される登録先メモリ選択画面の一例を示す説明図である。 図１４Ａは、同一種類の先端動作部を持つマニピュレータを各コネクタに接続した状態での速度表示画面の一例を示す説明図であり、図１４Ｂは、同一種類の先端動作部を持つマニピュレータを各コネクタに接続した状態で使用した後、変更後の設定速度を登録するマニピュレータの選択画面の一例を示す説明図である。 手術用ロボットシステムの概略斜視図である。

以下、本発明に係る医療用マニピュレータについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

１．マニピュレータの全体構成の説明
図１に示すように、本実施の形態に係るマニピュレータシステム（医療用マニピュレータシステム）１０は、マニピュレータ（医療用マニピュレータ）１１と、該マニピュレータ１１を駆動制御するコンソール（コントローラ）２９とを有する。マニピュレータ１１は、シャフト１８の先端に設けられた先端動作部１２を操作して、生体の一部又は湾曲針等の把持や生体の一部の切断等の所定の処置を行うための医療用器具である。

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、シャフト１８の延在方向をＺ方向と規定する。また、先端側から見て右方をＸ１方向、左方をＸ２方向、上方向をＹ１方向、下方向をＹ２方向と規定し、さらに、シャフト１８の前方をＺ１方向、後方をＺ２方向と規定する。なお、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１１が基準姿勢（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１１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勿論である。

マニピュレータ１１は、人手によって把持及び操作されると共に、先端動作部１２に駆動力を付与する駆動機構３０を収納した操作部（本体部）１４と、該操作部１４に対して着脱自在な作業部（鉗子）１６とを有し、グリップハンドル２６の下端から延びたケーブル２８がコンソール２９に接続されることでマニピュレータシステム１０を構成する。

図１及び図２に示すように、操作部１４は、Ｚ１方向及びＹ２方向に延びた略Ｌ字状に構成されると共に、Ｚ方向に略対称に分割された一対の上部カバー２５ａ、２５ｂ（以下、まとめて「上部カバー２５」ともいう）を筐体として、その内部に駆動機構３０等が収納されると共に、基端側でＹ２方向に延びた部分が人手によって把持されるグリップハンドル２６として構成されている。グリップハンドル２６は、人手によって把持されるのに適した長さであり、上部の傾斜面２６ａに複合入力部（入力部）２４が設けられている。

操作部１４のＹ１方向頂部近傍には、上部カバー２５ｂから露出してマスタスイッチ３４が設けられ、マスタスイッチ３４のＺ１方向で視認しやすい箇所にＬＥＤ３５が設けられている。図１中、操作部１４のＺ１方向端近傍からＹ１方向に延びた電極プラグ４１は、マニピュレータ１１を電気メスとして使用する際に高電圧電源が接続される電極であり、図示しない導電構造によって高電圧を先端動作部１２側に供給することができる。

図１〜図３に示すように、作業部１６は、作業を行う先端動作部１２と、該先端動作部１２を先端に設けた長尺且つ中空のシャフト１８と、該シャフト１８の基端側が固定されるプーリボックス３２と、プーリボックス３２のＺ２方向端から延びたトリガレバー支持部３３に軸支されるトリガレバー３６とを有する。作業部１６は、Ｚ方向で略対称に分割された一対の下部カバー３７ａ、３７ｂ（以下、まとめて「下部カバー３７」ともいう）を筐体として、その内部にプーリボックス３２を収納している。トリガレバー支持部３３は、プーリボックス３２のＺ２側端面からＺ２方向に平行に延びた一対のプレートであり、該プレート間に渡ったトリガ軸３９により、トリガレバー３６を回動可能に軸支している（図３参照）。

図１に示すように、先端動作部１２及びシャフト１８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、複合入力部２４及びトリガレバー３６の操作によって体腔２２内で患部切除、把持、縫合及び結紮等の様々な手技を行うことができる。

複合入力部２４及びトリガレバー３６の操作に基づいて動作する先端動作部１２は、図４に示すように、例えば、鋏４８を備え、Ｙ軸を基準に傾動するヨー軸Ｏｙ動作、先端を指向する軸（中立姿勢時にはＺ軸）を基準に回転するロール軸Ｏｒ動作、及び、鋏４８を開閉する開閉軸Ｏｏ動作からなる３軸の動作が可能である。本実施形態の場合、ヨー軸Ｏｙ及びロール軸Ｏｒは、複合入力部２４の操作に基づいて電気的に駆動され、開閉軸Ｏｏはトリガレバー３６の操作に基づいて機械的に駆動される。ヨー軸Ｏｙと共に、又は代えて先端動作部１２を上下に揺動動作させるピッチ軸動作を付与してもよい。ここで機械的とは、ワイヤ、チェーン、タイミングベルト、リンク、ロッド、ギア等を介して駆動する方式であり、主に、動力伝達方向に非弾性な固体の機械部品を介して駆動する方式である。ワイヤやチェーン等は、張力により不可避的な多少の伸びが発生する場合があるが、これらは非弾性な固体の機械部品とする。

このような作業部１６は、操作部１４に設けられた左右一対の着脱レバー４０、４０によって操作部１４と連結・固定されると共に、着脱レバー４０の開放操作によって操作部１４から分離可能であり、特別な器具を用いることなく、手術現場で容易に交換作業等を行うことができる。

そこで、図５に示すように、マニピュレータ１１及び該マニピュレータ１１を含むマニピュレータシステム１０は、選択的に種々の構成を採ることができる。例えば、操作部１４に対して着脱可能な作業部１６は、そのバリエーションとして、先端動作部１２の種類を変えた５種類の作業部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅが用意される。

コンソール２９には、２台のマニピュレータ１１を同時に接続することができる。すなわち、コンソール２９には、第１コネクタ１００及び第２コネクタ１０２が設けられており、各コネクタ１００、１０２に対してそれぞれ１台の操作部１４を装着することができる。さらに、各操作部１４に対し、例えば、上記した５種類の作業部１６ａ〜１６ｅのうちの所望の作業部を装着することができる。これにより、術者は手技の種類や慣れ等に応じて２台のマニピュレータを同時に使用し、その作業部１６として種々の作業部１６ａ〜１６ｄを選択的に組み合わせて当該マニピュレータシステム１０を構成することができる。

先端動作部１２の種類としては、例えば、鋏、グリッパ、ニードルドライバ（把持鉗子）、電気メス、ブレード型電気メス、フック型電気メス等を挙げることができる。これら各種の先端動作部１２が設けられた各作業部１６ａ〜１６ｄは、プーリボックス３２等を含むシャフト１８からトリガレバー３６までは共通の構成となっているが、後述するバーコード７５によってその種別等の識別情報を操作部１４側、つまりコンソール２９へと供給することができる。

２．マニピュレータの各構成部分の説明
２．１．互いに着脱可能な駆動機構及びプーリボックスの説明
駆動機構３０及びプーリボックス３２は、互いに着脱可能であり、これにより操作部１４から作業部１６へと駆動力を伝達することができる。

図１及び図２に示すように、駆動機構３０は、Ｘ方向に並んだ２つのモータ（アクチュエータ）５０ａ、５０ｂと、該モータ５０ａ、５０ｂを支持するブラケット５２と、モータ５０ａ、５０ｂの回転方向を変換して作業部１６側に伝達するギア機構部５４とを有する。

モータ５０ａ、５０ｂは円柱形状であり、図示しない減速機によって減速される出力軸５６ａ、５６ｂがブラケット５２の一面を貫通し、該出力軸５６ａ、５６ｂに対してギア機構部５４を構成する駆動傘歯車５８ａ、５８ｂが固定されている。モータ５０ａ、５０ｂは、例えばＤＣモータであり、図示しない角度センサとしてロータリエンコーダ等が設けられる。

ギア機構部５４は、ブラケット５２内の空間に設けられ、Ｘ方向に並んだ２本の駆動シャフト（駆動軸）６０ａ、６０ｂと、各駆動シャフト６０ａ、６０ｂに固定され、駆動傘歯車５８ａ、５８ｂと噛み合う２つの従動傘歯車６２ａ、６２ｂとを有する。モータ５０ａ、５０ｂの出力軸５６ａ、５６ｂ、駆動シャフト６０ａ、６０ｂ等は図示しないベアリングによってブラケット５２に軸支されている。

駆動シャフト６０ａ（６０ｂ）の下端側はブラケット５２の下面から突出しており、その先端には、例えば断面波形六角形状で先細りのテーパ形状からなる係合凸部６４ａ（６４ｂ）が設けられている（図２参照）。

図２及び図３に示すように、プーリボックス３２は、Ｘ方向両側が開口した空洞部６６と、該空洞部６６に収納されたプーリ（従動軸）７０ａ、７０ｂ及びワイヤガイド部７２ａ、７２ｂとを有し、空洞部６６のＺ１側に貫通した孔部でシャフト１８が固定・支持されている。プーリボックス３２の後方（Ｘ２側）には、上方に臨んでバーコード（作業部識別情報記録部）７５が設けられている。バーコード７５は、例えば二次元バーコードであり、操作部１４側に設けられたカメラ（読取部）７７によって読み取られ、当該作業部１６の種類等の識別情報をコンソール２９へと供給するためのものである。

プーリ７０ａ、７０ｂは、駆動シャフト６０ａ、６０ｂに対して同軸であり、その上端側には、駆動シャフト６０ａ、６０ｂ側の係合凸部６４ａ、６４ｂと係合可能な係合凹部７４ａ、７４ｂが設けられている。係合凹部７４ａ、７４ｂは、前記係合凸部６４ａ、６４ｂが係合（嵌合）可能であり、例えば断面波形六角形状で奥細りのテーパ形状の凹部を有する（図２参照）。

従って、操作部１４と作業部１６との装着時、駆動機構３０側の係合凸部６４ａ（６４ｂ）とプーリボックス３２側の係合凹部７４ａ（７４ｂ）とが係合し、これにより、駆動シャフト６０ａ（６０ｂ）からの回転駆動力をプーリ７０ａ（７０ｂ）へと伝達することができる。この際、操作部１４には、例えば、該操作部１４と作業部１６の着脱を検出する着脱検出センサ（図示せず）や、駆動シャフト６０ａの位相を検出する位相検出センサ（図示せず）等を設けてもよく、さらに、係合凸部６４ａや係合凹部７４ａの係合構造は他の構造であってもよい。

図２及び図３から諒解されるように、ワイヤガイド部７２ａ（７２ｂ）は、プーリ７０ａ（７０ｂ）のＺ１側に配設されると共に、その間隔が狭く設定されており、プーリ７０ａ（７０ｂ）と先端動作部１２のギア７８やギア７９等（図４参照）との間に巻き掛けられたワイヤ（動力伝達部材）８０ａ（８０ｂ）をガイドして、シャフト１８内へと円滑に導く機能を有する。このようなワイヤガイド部７２ａ、７２ｂを用いることにより、シャフト１８は、モータ５０ａ、５０ｂの径やプーリ７０ａ、７０ｂの軸間距離に依存することなく十分に細くすることができ、例えば、トラカール２０に挿入するのに適した５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の外径に容易に設定することができる。

プーリボックス３２を構成する空洞部６６には、さらに、棒状又は線状の動力伝達部材である２本のロッド８２ａ、８２ｂがＹ方向に並んでＺ方向に貫通している。ロッド８２ａ、８２ｂは、例えば、十分に強く且つ細いステンレスパイプ又は中実ロッドあり、Ｚ１方向は空洞部６６を貫通してシャフト１８内へと延び、図示しないワイヤ等を介して先端動作部１２内の前記ギア７８等に巻き掛けられており（図４参照）、Ｚ２方向はプーリボックス３２を貫通してトリガレバー支持部３３へと延び、図示しないワイヤ等を介してトリガレバー３６に接続されている（図３参照）。

図２及び図３に示すように、プーリボックス３２のＺ２側には、Ｚ方向を基準として対称な一対のピン穴８４、８４が形成されている。各ピン穴８４、８４には、作業部１６と操作部１４との装着時、ブラケット５２の底面からＹ１方向に突出した一対のガイドピン８６、８６が挿入され、これにより、操作部１４と作業部１６とが位置決めされ且つ高い剛性で装着される。

作業部１６では、ワイヤ８０ａ、８０ｂは、それぞれプーリ７０ａ、７０ｂ側と先端動作部１２側との間で往復していることから、シャフト１８の中空空間内には、延べ４本のワイヤ８０ａ、８０ｂと２本のロッド８２ａ、８２ｂとが挿通される。例えば、ロッドに代えてワイヤのみで全ての動力伝達機構を構成してもよい。ワイヤ８０ａ、８０ｂは、それぞれ同種又は異種、同径又は異径のものを用いることができ、可撓性を有する湾曲可能な線材で構成される。ワイヤ８０ａ、８０ｂにおいて、シャフト１８内を通過する部分であって可撓性を要しない直線部分には、図示しない高剛性の補強ロッドを囲繞して、補強することもできる。

従って、マニピュレータ１１では、複合入力部２４が操作されると、コンソール２９の制御下にモータ５０ａ、５０ｂが駆動制御され、これにより、駆動シャフト６０ａ、６０ｂからプーリ７０ａ、７０ｂを介してワイヤ８０ａ、８０ｂが往復駆動され、先端動作部１２にロール軸Ｏｒを中心とした回転動作（ロール方向動作）及びヨー軸Ｏｙを中心とした揺動動作（ヨー方向動作又はピッチ方向動作）が付与される（図４参照）。さらに、トリガレバー３６が回動操作されることにより、ロッド８２ａ、８２ｂが機械的に往復駆動され、先端動作部１２の鋏４８に開閉動作が付与される。

すなわち、プーリ７０ａ、７０ｂ（モータ５０ａ、５０ｂ）及びトリガレバー３６は、動力伝達部材であるワイヤ８０ａ、８０ｂ及びロッド８２ａ、８２ｂに駆動力を付与し、先端動作部１２を動作させる駆動機構部として機能する。より詳細には、プーリ７０ａ、７０ｂ（モータ５０ａ、５０ｂ）は、ワイヤ８０ａ、８０ｂに駆動力を付与し、先端動作部１２にロール方向及びヨー方向の動作を付与する電動機構部として機能する。また、トリガレバー３６は、ロッド８２ａ、８２ｂに駆動力を付与し、先端動作部１２に鋏４８の開閉動作を付与する手動機構部として機能する。

２．２．先端動作部を電気的に駆動するための複合入力部の説明
図６に示すように、先端動作部１２を電気的に駆動する複合入力部２４は、Ｚ軸（Ｙ軸）を中心としてＸ１及びＸ２方向に対称な構造であり、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部である。

複合入力部２４は、傾斜面２６ａに配置されたセンサホルダ８８によって支持されており、傾斜面２６ａのＺ１側（Ｙ１側）の回転操作部９０と、そのＺ２側（Ｙ２側）に設けられた傾動操作部９２と、傾動操作部９２の下部側面にそれぞれ配設された３つのスイッチ操作子９４ａ〜９４ｃとを有する。これら回転操作部９０等への入力は、センサホルダ８８内に設けられたスイッチ基板（図示せず）等によってその操作量が検出され、モータ５０ａ、５０ｂがコンソール２９の制御下に適宜駆動制御される。

２．３．コンソールの説明
２．３．１．コンソールの全体構成の説明
コンソール２９は、当該マニピュレータシステム１０を総合的に制御するコントローラ（制御部）である。なお、コンソール２９の機能の一部を操作部１４に搭載してもよい。図１及び図５に示すように、コンソール２９は、２つのコネクタ１００、１０２を備えており、２台のマニピュレータ１１を独立的に且つ同時に制御することができる。

コンソール２９には、ＬＡＮ等の通信手段を介して使用履歴管理手段であるホストコンピュータ（図示せず）を接続することができる。該ホストコンピュータは、内部の記録手段に使用履歴テーブルを記録しており、コンソール２９又は前記ＬＡＮにより接続された複数台のコンソール２９に対して要求された個体番号（識別番号）に応じた使用履歴データを送受信し、管理する。該ホストコンピュータは、コンソール２９から独立的な構成に限らず、コンソール２９内にその機能を設けてもよい。

図７に示すように、コンソール２９の正面パネルには、第１コネクタ１００及び第２コネクタ１０２が左右に離間して設けられ、それぞれに接続される２台のマニピュレータ１１に対応するように、第１設定スイッチＳ１及び第２設定スイッチＳ２が中央のディスプレイ１０４を挟んで配置されている。すなわち、第１コネクタ１００及び第１設定スイッチＳ１が一方のマニピュレータ１１に対応する第１チャンネルとなり、第２コネクタ１０２及び第２設定スイッチＳ２が他方のマニピュレータ１１に対応する第２チャンネルとなり、勿論、使用条件等によってチャンネル数を増やした構成としてもよい。

さらに、コンソール２９の正面パネルには、ディスプレイ１０４の下辺に沿って設けられた複数（本実施形態では、４個）のファンクションスイッチＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４と、当該コンソール２９の電源をＯＮ・ＯＦＦする電源スイッチ１０６と、マニピュレータ１１における操作部１４と作業部１６の接続エラー等の各種システムエラーを点灯（点滅）表示するエラー表示部１１０とが設けられている。

図７に示すように、第１設定スイッチＳ１は、第１コネクタ１００に接続されているマニピュレータ１１の先端動作部１２の速度変更を行うためのものであり、上段に左右一対設けられたロール速度変更ボタンＲ１ａ、Ｒ１ｂと、下段に左右一対設けられたヨー速度変更ボタンＹ１ａ、Ｙ１ｂとを有する。ロール速度変更ボタンＲ１ａ、Ｒ１ｂは、先端動作部１２のロール軸Ｏｒ方向での回転動作の速度を減少（Ｒ１ａ）及び増加（Ｒ１ｂ）するための設定入力部であり、これらの間には、ロール速度変更ボタンＲ１ａ、Ｒ１ｂがロール動作の速度を変更するスイッチであることを明示するマークＭＲ１が設けられている。ヨー速度変更ボタンＹ１ａ、Ｙ１ｂは、先端動作部１２のヨー軸Ｏｙ方向での揺動動作の速度を減少（Ｙ１ａ）及び増加（Ｙ１ｂ）するための設定入力部であり、これらの間には、ヨー速度変更ボタンＹ１ａ、Ｙ１ｂがヨー動作の速度を変更することを明示するマークＭＹ１が設けられている。

第２設定スイッチＳ２は、第２コネクタ１０２に接続されているマニピュレータ１１の先端動作部１２のロール軸Ｏｒ方向での回転動作、及びヨー軸Ｏｙ方向での揺動動作の速度を変更する入力部である以外は、第１設定スイッチＳ１と略同様である。すなわち、第２設定スイッチＳ２は、上段に左右一対設けられたロール速度変更ボタンＲ２ａ、Ｒ２ｂと、下段に左右一対設けられたヨー速度変更ボタンＹ１ａ、Ｙ１ｂと、マークＭＲ２と、マークＭＹ２とを有する。

これら第１設定スイッチＳ１及び第２設定スイッチＳ２により、当該マニピュレータシステム１０では、各作業部１６のロール軸動作及びヨー軸動作の動作速度を、例えば「５（速い）、４（やや速い）、３（基準速度）、２（やや遅い）、１（遅い）」の５段階に設定変更し、使用者の好みや手技等に応じて適宜調整することができる。例えば、第１設定スイッチＳ１のロール速度変更ボタンＲ１ａ、Ｒ１ｂやヨー速度変更ボタンＹ１ａ、Ｙ１ｂが操作されると、それに対応した第１コネクタ１００に接続されたマニピュレータ１１における先端動作部１２の動作速度が設定されるため、運転管理部１１８は、設定された動作速度でモータ５０ａ、５０ｂを駆動制御し、これにより先端動作部１２の動作速度を所望の速度に制御する。

ディスプレイ１０４は、例えば、図７に示すように、第１設定スイッチＳ１及び第２設定スイッチＳ２によるロール軸動作及びヨー軸動作の設定速度を各設定スイッチＳ１、Ｓ２に対応した配置で表示することができる。この場合、ディスプレイ１０４は、画面の左右にそれぞれ第１コネクタ１００及び第２コネクタ１０２に接続されている各マニピュレータ１１の情報を表示可能であり、上段に作業部１６（先端動作部１２）の種類をグラフィック及び名称で表示すると共に、その使用回数を数字で表示し、中段に各設定スイッチＳ１、Ｓ２での設定値に対応した動作速度を数字及びグラフで表示し、下段に当該ディスプレイ１０４の下辺に沿って配置されたファンクションスイッチＦ１〜Ｆ４の現在の機能をそれぞれ表示することができる。

このように、コンソール２９では２台のマニピュレータを個別に且つ同時に駆動制御できることから、例えば、第１チャンネルを構成する第１設定スイッチＳ１と、これに対応するマニピュレータ１１の動作速度を数字及びグラフで示すディスプレイ１０４の中段左半分の表示とを、同一の色彩で囲むように構成し、この色彩と異なる色彩で、第２設定スイッチＳ２及びその設定値を表示するディスプレイ１０４の中段右半分の表示を囲むように構成すると、各マニピュレータ１１の動作速度設定及びその設定変更が一層容易となる。

コンソール２９は、例えば、上記したように５種類の先端動作部１２（作業部１６）に対応しており、５種類の先端動作部１２のロール軸動作及びヨー軸動作の設定速度を複数（例えば、８人）の使用者（医師）の好みに応じてそれぞれ個別に設定・記憶しておくことができる。

そこで、図８に示すように、ディスプレイ１０４は、先端動作部１２の種類毎に設定・記憶されたロール軸動作及びヨー軸動作の設定速度をまとめて表示することもできる。この場合、ディスプレイ１０４は、上段に例えば８人の使用者毎の個別の設定速度フォルダであるメモリＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈを表示すると共に、現在の選択メモリ名（図８ではメモリＢ）を拡大・反転表示し、中段に当該選択メモリにおける作業部１６（先端動作部１２）の種類をグラフィック及び名称で表示すると同時に、そのロール軸動作及びヨー軸動作の設定速度をマーク及び名称と共に数字で表示し、下段にファンクションスイッチＦ１〜Ｆ４の現在の機能をそれぞれ表示することもできる。この図８に示す設定速度の画面は、例えば、第１コネクタ１００に接続されたマニピュレータ１１の情報を表示した後、その設定が完了すると、続いて自動的に第２コネクタ１０２に接続されたマニピュレータ１１の情報が表示される。勿論、ファンクションスイッチＦ１〜Ｆ４に、第１及び第２コネクタ１００、１０２のいずれに接続されたマニピュレータ１１の情報を表示するかを選択するボタンを付与することもできる。

なお、図８では、５種類の先端動作部１２として、左から順に、ニードルドライバ（Ｎｅｅｄｌｅ Ｄｒｉｖｅｒ）、モノポーラＬフック（Ｍｏｎｏｐｏｌａｒ Ｌ Ｈｏｏｋ）、鋏（Ｓｃｉｓｓｏｒｓ）、ニードルドライバ（Ｎｅｅｄｌｅ Ｄｒｉｖｅｒ）、バイポーラグラスパー（Ｂｉｐｏｌａｒ Ｇｒａｓｐｅｒ）を用いた場合を例示している。また、図７では、第１コネクタ１００にニードルドライバ（Ｎｅｅｄｌｅ Ｄｒｉｖｅｒ）を接続し、第２コネクタ１０２にモノポーラＬフック（Ｍｏｎｏｐｏｌａｒ Ｌ Ｈｏｏｋ）を接続し、メモリＢの設定情報（図７中に「Ｍ−Ｂ」で示す）を表示している場合を例示している。

２．３．２．コンソールの詳細な説明
次に、このようなコンソール２９のより詳細な構成について、図９を参照しながら説明する。図９は、コンソール２９が有する機能のブロック説明図である。

図９に示すように、コンソール２９は、前記電源スイッチ１０６と、前記設定スイッチＳ１、Ｓ２と、前記ファンクションスイッチＦ１〜Ｆ４と、前記ディスプレイ１０４と、前記エラー表示部１１０と、前記コネクタ１００、１０２とを備え、さらに、システム制御部１１２と、記憶部１１４とを備える。

システム制御部１１２は、言語設定部１１６と、運転管理部１１８と、表示制御部１２０とを有する当該コンソール２９の総合的な制御部である。

言語設定部１１６は、例えば、初回起動時における初期設定や任意の設定変更により、当該コンソール２９で表示・使用される言語（例えば、日本語、英語、中国語、フランス語、スペイン語）を設定し、その設定を記憶部１１４に記憶し、以後は設定した言語（又は変更した言語）に対応してディスプレイ１０４での表示がなされ、当該コンソール２９の操作が可能となる。

運転管理部１１８は、コネクタ１００、１０２に接続されたハンドルである操作部１４を検出するハンドル検出部１２２と、該ハンドル（操作部１４）に装着されたアイテムである作業部１６を検出するアイテム検出部１２４と、先端動作部１２のロール軸動作及びヨー軸動作の速度を設定する速度設定部１２６と、各先端動作部１２の設定速度情報やバーコード７５（図２参照）をカメラ７７で撮影することで読み取られる作業部１６の識別情報（個体番号、先端動作部１２の種類等）等の各種データを記憶部１１４を利用しながら管理するデータ管理部１２８とを有する。

表示制御部１２０は、運転管理部１１８から各種情報の供給を受け、その情報を演算処理してディスプレイ１０４に表示する。また、ファンクションスイッチＦ１〜Ｆ４に振り分ける機能情報についての表示処理も行う。

記憶部１１４は、言語設定部１１６での設定言語や、先端動作部１２の種類毎に設定・記憶されたロール軸動作及びヨー軸動作の設定速度情報等を記憶するメモリ（例えば、ＲＡＭ）である。図１０に示すように、本実施形態の場合、記憶部１１４には、上記のロール軸動作及びヨー軸動作の設定速度情報が、メモリＡ〜Ｈの８組登録することができ、該８組のそれぞれについて、１組当たり５種類のアイテム１〜５の設定速度情報を登録することができる。

２．３．３．コンソールの使用方法の説明
コンソール２９による先端動作部１２の速度設定方法及びその作用を説明する。

先ず、所望のメモリＡ〜Ｈの呼び出し手順、及びマニピュレータシステム１０の使用準備手順を説明する。

この場合、電源スイッチ１０６をＯＮしてコンソール２９を起動すると、運転管理部１１８及び表示制御部１２０の制御下に、ディスプレイ１０４には、図１１Ａに示すように、ハンドルである操作部１４のコネクタ１００、１０２への接続を促す画像が表示される。続いて操作部１４が接続されると、該接続がハンドル検出部１２２によって検出され、図１１Ｂに示すように、アイテムである作業部１６の操作部１４への装着を促す画像が表示されるため、所望の作業部１６を操作部１４に装着すると、該装着がアイテム検出部１２４によって検出される。例えば、第１コネクタ１００のみに操作部１４が接続された場合には、画面の左半分は、アイテム装着を促す画像を表示し、画面の右半分は、第２コネクタ１０２にハンドル装着を促す画像を表示する。

各コネクタ１００、１０２にマニピュレータ１１が接続されると、図１２Ａに示すように、ディスプレイ１０４には、メモリＡ〜Ｈが選択されていない状態でのＴＯＰ画面である初期速度表示画面（Ｍ−０）が表示される。さらに、この初期速度表示画面には、各コネクタ１００、１０２に接続されたマニピュレータ１１（先端動作部１２）の種類が、バーコード７５及びカメラ７７を介して取得した識別情報に基づき表示される。このため、使用者は、ファンクションスイッチＦ４の「Ｒｅｃａｌｌ Ｍｅｍｏｒｙ」を選択することで、図１２Ｂに示すように、登録されたメモリＡ〜Ｈの選択画面に移行することができる。このメモリ選択画面では、ファンクションスイッチＦ１〜Ｆ４を画面指示に従って選択・操作することで、例えば、図８に示すように、所望のメモリＢを選択することができる。

これにより、データ管理部１２８の管理下に、現在コネクタ１００、１０２にそれぞれ接続された作業部１６について、その先端動作部１２の種類に応じてメモリＢに登録された設定速度情報が記憶部１１４から読み出され、図７に示すように表示され、当該マニピュレータシステム１０の使用準備が完了する。

次に、使用中における先端動作部１２の設定速度の変更方法及びその登録方法を説明する。

例えば、図７に示すコンソール２９の使用時の画面（ＴＯＰ画面、速度表示画面）に示された設定速度（Ｍ−Ｂ）や、図１２Ａに示す初期速度表示画面に示された設定速度（Ｍ−０）で手術を行っている最中に、先端動作部１２の動作速度を変更したい場合には、第１設定スイッチＳ１（ロール速度変更ボタンＲ１ａ、Ｒ１ｂ、ヨー速度変更ボタンＹ１ａ、Ｙ１ｂ）や第２設定スイッチＳ２（ロール速度変更ボタンＲ２ａ、Ｒ２ｂ、ヨー速度変更ボタンＹ２ａ、Ｙ２ｂ）を適宜操作する。これにより、該操作に対応して動作速度が変更され、図７中の数字及びグラフも同時に表示変更されるため、使用者はディスプレイ１０４を見ながら容易に且つ正確に動作速度変更を行うことができ、手技に応じた最適な動作速度に柔軟に対応させることができる。しかも、左右の第１及び第２コネクタ１００、１０２にそれぞれ対応して第１及び第２設定スイッチＳ１、Ｓ２が配置されているため、２台のマニピュレータ１１のうち、所望のマニピュレータ１１の速度変更をより直感的に且つ正確に行うことができる。

このように使用中に動作速度を変更した場合には、図１３Ａに示すように、ディスプレイ１０４中段での表示が初期速度表示と同様な「Ｍ−０」となり、ファンクションスイッチＦ３に「Ｕｐｄａｔｅ」が表示される。そこで、ファンクションスイッチＦ３を選択操作することで、変更後の設定速度をメモリＡ〜Ｈのうちの所望のメモリに登録することができる。勿論、変更後の設定速度は、使用開始時に呼び出したメモリに上書き登録してもよく、他のメモリに上書き登録してもよく、又は速度情報が登録されていない空きメモリに登録してもよい。

例えば、メモリＢの設定でマニピュレータシステム１０を使用中、その変更前の速度（つまり、メモリＢに予め登録されていた速度）が、アイテム１のニードルドライバ（Ｎｅｅｄｌｅ Ｄｒｉｖｅｒ）では、ロール軸動作速度が「５（最も速い）」、ヨー軸動作速度が「２（やや遅い）」であり、使用中に設定変更した後の速度が、図１３Ａに示すように、ロール軸動作速度が「３（基準速度）」、ヨー軸動作速度が「４（やや速い）」である場合には、図１３Ｂに示すように、変更前の速度を示す数字の右横に矢印を挟んで変更後の速度が色彩を変えた多少小さいフォントで並列表示される。

これにより、使用者は、図１３Ｂに示すように、変更前の設定速度情報と変更後の設定速度情報とを画面上で見比べることができ、「上書き」機能が付与されたファンクションスイッチＦ４を選択操作することで、容易に元のメモリＢに登録変更することができる。勿論、他のメモリＡ等に変更後の設定速度情報を上書きしたい場合には、ファンクションスイッチＦ２、Ｆ３等を適宜操作して当該他のメモリの情報を表示し、その変更前の速度情報と変更後の速度情報とを画面上で見比べながら上書き操作すればよい。なお、図１３Ｂにおいて、メモリＥでは、設定速度情報が未登録となっていることから、「Ｅ」の表示の上部に「ｅｍｐｔｙ」との表示を行い、当該メモリＥが空きメモリであることを明示している。

このような登録変更は、運転管理部１１８の速度設定部１２６を介して処理され、登録完了後は、運転管理部１１８及び表示制御部１２０を介して再び図７に示されるような速度表示画面（ＴＯＰ画面）がディスプレイ１０４に自動的に表示されるため、使用者は、次の手技に円滑に移行し、又は手技を終了する。

なお、当該コンソール２９の記憶部１１４は、１つのメモリＡ〜Ｈについて、同じ種類のアイテムは、１つのみ登録可能な仕様となっている。

そこで、図１４Ａに示すように、各コネクタ１００、１０２に同じ種類の先端動作部１２を持つ作業部１６を接続して使用し（図１４Ａでは、２台のマニピュレータ１１が両方ともニードルドライバ「Ｎｅｅｄｌｅ Ｄｒｉｖｅｒ」）、使用中にその動作速度を変更した場合には、図１４Ｂに示すように、左右いずれの設定値を登録するか否かの選択画面を表示させることにより、所望の設定値を変更後の設定として登録変更することができる。すなわち、図１４Ｂ中で、ファンクションスイッチＦ２（「右」）、Ｆ３（「左」）のいずれかを選択操作することで、選択された設定値を登録するための画面（図１３Ｂの登録変更画面と略同様）が表示される。

勿論、コンソール２９では、マニピュレータ１１の接続前等、手技の開始前に各メモリＡ〜Ｈの情報を変更し、又は新規に登録することも可能であり、この場合には、ファンクションスイッチＦ１〜Ｆ４と画面表示とにより、その登録操作が促されるため、使用者は、図１３Ｂに示す表示と同様な表示により、設定登録を容易に行うことができる。不要なメモリＡ〜Ｈの登録情報を削除することも勿論可能である。

また、手術後、マニピュレータ１１をコネクタ１００、１０２から取り外したり、作業部１６を操作部１４から取り外したりした後、再び、当該マニピュレータ１１の直前の使用時における設定速度情報を登録したい場合には、図１１Ａ及び図１１Ｂ中に２点鎖線で示すように、ファンクションスイッチＦ３に「Ｕｐｄａｔｅ」が表示される。そこで、このファンクションスイッチＦ３を選択操作することにより、記憶部１１４に一時的に記憶されている前記直前の使用時における設定速度情報が図１３Ｂに示されるような登録変更画面と同様な画面がディスプレイ１０４に表示されるため、通常の設定変更時と同様な手順で容易に登録変更を行うことができる。

以上のように、マニピュレータシステム１０では、ロール方向への回転動作及びヨー方向（又はピッチ方向）への揺動動作が可能な先端動作部について、その動作速度を変更可能な速度設定部１２６をコンソール２９に備える。なお、速度設定部１２６は、本実施形態では、第１設定スイッチＳ１及び第２設定スイッチＳ２の選択操作によって速度設定を行うことから、速度設定部には設定スイッチＳ１、Ｓ２を含むものとしてもよい。これにより、マニピュレータ１１を扱う使用者（医師）の個人差や先端動作部１２の種類（鋏やニードルドライバ等）に応じて、そのロール方向への回転動作やヨー方向への揺動動作での動作速度を最適に設定変更することができ、高い操作性を得ることができる。

なお、ロール方向やヨー方向（又はピッチ方向）への動作速度の変更は、少なくとも一方のみ（例えば、ロール方向のみ）が可能であればよいが、高い操作性の確保等を考慮した場合には、両方とも個別に設定変更可能であることが望ましい。また、上記実施形態では、２台のマニピュレータ１１を同時に制御するコンソール２９を備えたマニピュレータシステム１０を例示したが、勿論、１台のマニピュレータ１１のみに対応したシステムとしてもよく、３台以上のマニピュレータ１１に対応したシステムとしてもよい。

３． 手術用ロボットシステムの説明
本発明は、例えば、図１５に示すような手術用ロボットシステム５００に適用することもできる。

手術用ロボットシステム５００は、多関節型のロボットアーム５０２と、ロボットアームを制御するコンソール（コントローラ）５０４とを有し、ロボットアーム５０２の先端には前記のマニピュレータ１１と同様な機構が設けられている。ロボットアーム５０２の先端部５０８には、操作部１４に代えて、内部に駆動機構３０を収納した基部１４ａが固定され、該基部１４ａに対して、前記の先端動作部１２が設けられた作業部１６が着脱可能に取り付けられる。

ロボットアーム５０２は、作業部１６を移動させる手段であればよく、据置型に限らず、例えば自律移動型でもよい。ロボットアーム５０２は、独立的な６以上の関節（回転軸やスライド軸等）を有すると、作業部１６の位置及び向きを任意に設定できて好適である。先端のマニピュレータ１１を構成する基部１４ａは、ロボットアーム５０２の先端部５０８と一体化している。

コンソール５０４には、操作指令部としての２つのジョイスティック５０６と、モニタ５１０が設けられている。コンソール５０４は、テーブル型、制御盤型等の構成を採ることができる。ロボットアーム５０２は、コンソール５０４の作用下によって動作し、プログラムによる自動動作や、コンソール５０４に設けられたジョイスティック５０６に倣った操作、及びこれらの複合的な動作をする構成にしてもよい。コンソール５０４は、前記のコンソール２９の機能を含んでいる。

この場合、モニタ５１０にディスプレイ１０４（図７参照）と同様な機能が設けられ、第１及び第２設定スイッチＳ１、Ｓ２やファンクションスイッチＦ１〜Ｆ４と同様なものが該モニタ５１０の周囲に設置されると共に、コンソール５０４にはコンソール２９と同様なシステム制御部１１２や記憶部１１４等が搭載されている。また、基部１４ａ及びジョイスティック５０６が操作部（本体部）１４（図１参照）と同様な機能を果たすことになる。

２つのジョイスティック５０６により、２台のロボットアーム５０２を個別に操作することが可能である。なお、図１５では、ロボットアーム５０２を１台だけ図示しているが、マニピュレータシステム１０と同様に２台としてもよい。２つのジョイスティック５０６は、両手で操作し易い位置に設けられている。ジョイスティック５０６は、上下動作、左右動作、捻り動作、及び傾動動作が可能であり、これらの動作に応じてロボットアーム５０２を動かすことができる。ジョイスティック５０６はマスターアームであってもよい。

ジョイスティック５０６には、グリップハンドル２６Ａと、押し引き操作されるトリガレバー３６Ａと、回動操作及び傾動操作される複合入力部２４Ａとが設けられている。トリガレバー３６Ａは、前記のトリガレバー３６に代わるものであり、該トリガレバー３６Ａを操作することにより、図示しないモータ（人手によって操作する入力部に連動するアクチュエータ）を介して２本のロッド８２ａ、８２ｂ（図３参照。図１５中には図示せず）が進退駆動することができる。複合入力部２４Ａは、前記の複合入力部２４に代わるものであり、複合入力部２４Ａを操作することにより、その操作内容に応じて、コンソール５０４により駆動機構３０が制御され、先端動作部１２のロール動作、傾動動作又はこれらの複合動作が行われる。この際、コンソール５０４に設けた第１設定スイッチＳ１等を操作することにより、マニピュレータシステム１０と同様に先端動作部１２の動作速度の変更・設定登録が可能となっている。

ロボットアーム５０２とコンソール５０４との間の通信手段は、有線、無線、ネットワークまたはこれらの組合せでよい。モニタ５１０には、軟性鏡による画像等の情報が表示される。

上記において、本発明について好適な実施の形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。

Claims (6)

1. アクチュエータ（５０ａ、５０ｂ）によって回転される駆動軸（６０ａ、６０ｂ）、及び、前記アクチュエータ（５０ａ、５０ｂ）を駆動する入力部（２４）を有する本体部（１４）と、
   前記駆動軸（６０ａ、６０ｂ）によって従動回転される従動軸（７０ａ、７０ｂ）、該従動軸（７０ａ、７０ｂ）の回転によって動作される先端動作部（１２）、及び、該先端動作部（１２）を先端に設けたシャフト（１８）を有し、前記本体部（１４）に対して着脱可能な作業部（１６）と、
   前記本体部（１４）と接続されることで、前記入力部（２４）への入力操作に基づき前記アクチュエータ（５０ａ、５０ｂ）を駆動制御するコントローラ（２９、５０４）と、
   を備え、
   前記先端動作部（１２）は、前記入力部（２４）への入力操作に基づき前記アクチュエータ（５０ａ、５０ｂ）が駆動されることにより、少なくとも軸線方向に沿った回転動作、及び、前記軸線方向に交差した揺動動作が可能であり、
   前記コントローラ（２９、５０４）は、前記アクチュエータ（５０ａ、５０ｂ）の駆動速度を変更し、前記先端動作部（１２）の前記回転動作及び前記揺動動作の動作速度をそれぞれ個別に変更可能な速度設定部（１２６）を有することを特徴とする医療用マニピュレータシステム（１０）。
2. 請求項１記載の医療用マニピュレータシステム（１０）において、
   前記コントローラ（２９、５０４）は、前記速度設定部（１２６）による前記先端動作部（１２）の動作速度の設定値を記憶する記憶部（１１４）を有することを特徴とする医療用マニピュレータシステム（１０）。
3. 請求項２記載の医療用マニピュレータシステム（１０）において、
   前記記憶部（１１４）には、前記回転動作及び前記揺動動作の動作速度の設定値の組み合わせを複数組登録可能であることを特徴とする医療用マニピュレータシステム（１０）。
4. 請求項３記載の医療用マニピュレータシステム（１０）において、
   前記先端動作部（１２）は複数種類あり、
   前記速度設定部（１２６）は、前記本体部（１４）に装着される前記作業部（１６）に設けられた前記先端動作部（１２）の種類毎に前記動作速度を変更可能であると共に、該種類毎の前記動作速度の設定値を前記記憶部（１１４）に登録可能であることを特徴とする医療用マニピュレータシステム（１０）。
5. 請求項１〜４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（１０）において、
   前記コントローラ（２９、５０４）は、前記本体部（１４）及び前記作業部（１６）を有する医療用マニピュレータ（１１）を複数台同時に接続可能であると共に、各医療用マニピュレータ（１１）の先端動作部（１２）の動作速度をそれぞれ個別に変更可能であることを特徴とする医療用マニピュレータシステム（１０）。
6. 請求項１〜５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（１０）において、
   前記先端動作部（１２）の設定速度を表示する表示部（１０４、５１０）を有することを特徴とする医療用マニピュレータシステム（１０）。

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