JP3695779B2 - マニピュレータシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、スコープ又は処置具等を制御する複数のマニピュレータユニットから構成されたマニピュレータシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
腹壁等の体壁に穴を開け、この穴を通じて内視鏡や処置具を経皮的に体腔内に挿入することにより、その体腔内での様々な処置( 診察を含む )を行う経皮的内視鏡下手術が、大きな切開が必要とないため、患者に負担をかけずにできる手術として近年注目されている。
【０００３】
この内視鏡下手術では、マニピュレータに内視鏡( スコープ )や処置具を搭載し、内視鏡及び処理具を使用した手術を術者に代わってマニピュレータにより間接的に行う手術用マニピュレータシステムが提案されている。
【０００４】
図２０は、この手術用マニピュレータシステムの概略を示す図である。
６１は、寝台６２に載置され、腹腔鏡下手術を受ける被体である。この被体６１の腹部内側の腹腔は気腹針（図示せず）により炭酸（ＣＯ2 ）ガスが送り込まれて膨脹させられている。
【０００５】
この被体６１の腹部には第１のトラカール６３及び第２のトラカール６４が差込まれ、その孔にはそれぞれスコープ６５及び摘出等の処置を行う処置具６６が挿入される。
【０００６】
前記スコープ６５及び前記処置具６６は、第１のマニピュレータ６７及び第２のマニピュレータ６８により固定点Ｔ１及び固定点Ｔ２で固定支持されている。また前記第１のマニピュレータ６７及び前記第２のマニピュレータ６８は、それぞれ取付位置Ｏ１及び取付位置Ｏ２に設置されている。
【０００７】
従って、このような手術用マニピュレータによる間接的操作では、スコープによりモニタに映し出された腹腔内の患部の状態を見ながら、操作者は、処置具をマニピュレータにより操作することになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
マニピュレータの台数が多くなると、各マニピュレータ間の動作範囲が互いに重なり合うことになり、マニピュレータの動作状態によっては、マニピュレータ間で干渉、接触等が発生する可能性があるという問題があった。
【０００９】
そこでこの発明は、各マニピュレータの位置を認識してマニピュレータ間で干渉、接触等が発生するのを確実に防止することができるマニピュレータシステムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、体腔内の観察を行うスコープ又は体腔内で患部の処置を行う処置具等を制御する複数のマニピュレータユニットと前記複数のマニピュレータユニットが移動可能に固定されるベース部とから構成されたマニピュレータシステムにおいて、スコープ又は処置具等を支持すると共に前記ベース部上を移動するマニピュレータと、前記ベース部の所定の位置に対する前記マニピュレータの基準位置の情報及び他のマニピュレータユニットに設けられたマニピュレータの基準位置の情報を入力する入力手段と、前記入力手段によりあらかじめ入力された情報に基づいて、前記他のマニピュレータユニットと干渉しない範囲で前記マニピュレータの動きを制御する制御手段と、を有することを特徴とするマニピュレータシステムである。
請求項２の発明は、前記入力手段及び前記制御手段は前記複数のマニピュレータユニットごとに設けられていることを特徴とする請求項１記載のマニピュレータシステムである。
【００１１】
【作用】
このような構成の本発明において、各マニピュレータユニット毎に、発生手段により、自己のマニピュレータの基準位置及び少なくともこのマニピュレータの周辺に位置する他のマニピュレータの基準位置の情報が発生し、これらの基準位置の情報に基づいて、制御手段により、マニピュレータが制御される。
【００１２】
【実施例】
以下、この発明の第１実施例を図１乃至図３を参照して説明する。なおこの第１実施例以降の各実施例は、この発明を手術用マニピュレータシステムに適用したものである。
【００１３】
図１( ａ )は、手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図であり、図１( ｂ )は、基準座標系と固有座標系との間のねじれ角を説明するための図である。
【００１４】
１は患者が載置されるベットである。このベット１の縁に沿ってマニピュレータを取付けるための取付用ベース２が設けられ、このベース２に第１のマニピュレータ３-1、第２のマニピュレータ３-2、第３のマニピュレータ３-3、…、第ｎのマニピュレータ３-n( 以下３と略する。図１では３個のマニピュレータ３-1〜３-3のみを図示する。 )のｎ個のマニピュレータがそれぞれ固定配置されている。
【００１５】
これらの各マニピュレータ３には、それぞれコントローラ部４-1〜４-n( 以下４と略する。３個のコントローラ部４-1〜４-3のみを図示する。 )が接続され、この各コントローラ部４-1〜４-nには、それぞれキー入力部５-1〜５-n( 以下５と略す。３個のキー入力部を図示する。 )が接続されている。
【００１６】
前記各コントローラ部４は、各マニピュレータ３をそれぞれ固有の座標系( ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ) 〜( ｘn ，ｙn ，ｚn ) に基づいて制御する。前記ベース２の所定箇所には、前記各マニピュレータ３の座標系( ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ) 〜( ｘn ，ｙn ，ｚn ) の基準座標としての座標系( ｘ0 ，ｙ0 ，ｚ0 ) が設定されている。なお、各座標系のＺ軸は全て図１の紙面に対して垂直上方向きに設定されている。
【００１７】
図２は、前記マニピュレータ３( ３-1〜３-n )の概略の構成を示す図で、図２( ａ )はマニピュレータ３の上面図、図２( ｂ )はスコープ６を支持したマニピュレータ３の側面図を示し、図２( ｃ )はマニピュレータ３によって支持される処置具７の一例としての処置具７を示す図である。前記スコープ６及び前記処置具７は、前記ベット１に横臥した図示しない患者の腹腔内にカテーテルを通して挿入される。
【００１８】
前記各マニピュレータ３の外側には、前述した固有の座標系の基準となる点Ａ( Ａ1 ，…，Ａn)、Ｂ( Ｂ1 ，…，Ｂn ) 、Ｃ( Ｃ1 ，…，Ｃn ) 、Ｄ( Ｄ1 ，…，Ｄn ) がそれぞれ形成されている。なお、各マニピュレータ３の固有座標系( ｘ，ｙ，ｚ )と点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとの関係は予め決められている。
【００１９】
前記マニピュレータ３は、縦方向及び横方向に伸縮するアームと、スコープ６又は処置具７を支持する方向を自由に変更できる先端部を有し、それらの各アクチュエータ機構は図示しないがモータにより駆動され、このモータと、このモータの回転状態( 回転数、回転角度 )を検出するエンコーダとが、前記マニピュレータ３内に設けられている。
【００２０】
前記コントローラ部４( ４-1〜４-n )は、前記マニピュレータ３の動作量をモータの回転数に変換し、モータを駆動して前記マニピュレータ３を制御する。このときモータに接続されているエンコーダからの出力によりモータの回転状態を確認することで、前記マニピュレータ３の動作状態( 正常動作か、異常動作か )を確認する。
【００２１】
図３は、前記キー入力部５( ５-1〜５-n )を示す図である。
このキー入力部５は、ディスプレイ８、テンキー９及び各種ファンクションキー( Ｘキー，Ｙキー，Ｚキー，ｒ1 キー，ｒ2 キー，ｒ3 キー，…) １０から構成されている。前記テンキー９及び前記ファンクションキー１０からキー入力が行われると、前記ディスプレイ８に、キー入力の内容が表示される。
【００２２】
このような構成の第１実施例においては、基準座標系( ｘ0 ，ｙ0 ，ｚ0 ) に対する例えばマニピュレータ３-1の固有座標系( ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ) のずれ、例えば、原点のずれ( Δｘ，Δｙ，Δｚ )及びねじれ角( θx ，θy ，θz ) ( 図１( ｂ )参照 )をキー入力部５-1により入力する。
【００２３】
この座標系間のずれの入力方法の一例としては、基準座標系( ｘ0 ，ｙ0 ，ｚ0 ) の原点Ｏと第１のマニピュレータ３-1上の点Ａ1 、Ｂ1 、Ｃ1 、Ｄ1 との距離を測定して、キー入力部５-1により入力する。このとき、第１のマニピュレータ３-1の固有座標系( ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ) と点Ａ1 、Ｂ1 、Ｃ1 、Ｄ1 との関係は予め決められているので、上述した距離のキー入力により、第１のマニピュレータ３-1を制御するコントローラ部４-1は、基準座標系( ｘ0 ，ｙ0 ，ｚ0 ) と第１のマニピュレータ３-1の固有座標系( ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ) とのずれを認識する。
【００２４】
さらに、基準座標系( ｘ0 ，ｙ0 ，ｚ0 ) の原点Ｏと第１のマニピュレータ３-1の周辺の各マニピュレータ３-2及び３-3上の点Ａ2 、Ｂ2 、Ｃ2 、Ｄ2 及び点Ａ3 、Ｂ3 、Ｃ3 、Ｄ3 との距離を測定して、順次キー入力部５-1により入力する。このとき、この周辺の各マニピュレータ３-2及び３-3の固有座標系( ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ) 及び( ｘ3 ，ｙ3 ，ｚ3 ) と点Ａ2 、Ｂ2 、Ｃ2 、Ｄ2 及び点Ａ3 、Ｂ3 、Ｃ3 、Ｄ3 との関係は予め決められているので、上述したキー入力により、第１のマニピュレータ３-1を制御するコントローラ部４-1は、基準座標系( ｘ0 ，ｙ0 ，ｚ0 ) と周辺の各マニピュレータ３-2及び３-3の固有座標系( ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ) 及び( ｘ3 ，ｙ3 ，ｚ3 ) とのずれを認識する。
【００２５】
以上のキー入力により、コントローラ部４-1は、制御する第１のマニピュレータ３-1とこの第１のマニピュレータ３-1の周辺の各マニピュレータ３-2及び３-3との各固有座標系の位置関係を認識することができる。
【００２６】
コントローラ部４-2について、同様にして基準座標系( ｘ0 ，ｙ0 ，ｚ0 ) の原点Ｏと第２のマニピュレータ３-2上の点Ａ2 、Ｂ2 、Ｃ2 、Ｄ2 との距離及びその原点Ｏと周辺の各マニピュレータ３-1及び３-3上の点Ａ1 、Ｂ1 、Ｃ1 、Ｄ1 及び点Ａ3 、Ｂ3 、Ｃ3 、Ｄ3 との距離を、キー入力部５-2によりキー入力することによって、コントローラ部４-2も、制御する第２のマニピュレータ３-2と周辺の各マニピュレータ３-1及び３-3との固有座標系の位置関係を認識することができる。
【００２７】
また、コントローラ部４-3についても、同様にして基準座標系( ｘ0 ，ｙ0 ，ｚ0 ) の原点Ｏと第３のマニピュレータ３-3上の点Ａ3 、Ｂ3 、Ｃ3 、Ｄ3 との距離及びその原点Ｏと周辺の各マニピュレータ３-1及び３-2上の点Ａ1 、Ｂ1 、Ｃ1 、Ｄ1 及び点Ａ2 、Ｂ2 、Ｃ2 、Ｄ2 との距離を、キー入力部５-3によりキー入力することによって、コントローラ部４-3も、制御する第３のマニピュレータ３-3と周辺のマニピュレータ３-1及び３-2との固有座標系の位置関係を認識することができる。
【００２８】
一方、マニピュレータ３の動作範囲は概知であるので、各コントローラ部４-1はそれぞれ制御する第１のマニピュレータ３-1が、周辺のマニピュレータ３-2，３-3の動作範囲に入ったか否かを判断することができる。
【００２９】
従って、各コントローラ部４-1は、制御する第１のマニピュレータ３-1が周辺のマニピュレータ３-2，３-3の動作範囲に入ったときには、第１のマニピュレータ３-1の動作速度を低下させるか又は停止させて、周辺のマニピュレータ３-2，３-3との接触を防止する。また、音、光等のアラームで報知させても良いものである。
【００３０】
なお、ここまでマニピュレータ３-1，３-2，３-3、コントローラ部４-1，４-2，４-3及びキー入力部５-1，５-2，５-3の３セットについて説明したが、以上説明した技術は一般的なマニピュレータ３-1〜３-n、コントローラ部４-1〜４-n及びキー入力部５-1〜５-nのｎセットについても適用できるものである。
【００３１】
このように第１実施例によれば、キー入力部５と、このキー入力部５により入力された基準座標系原点Ｏからマニピュレータ３上の点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄまでの距離の情報に基づいて、制御するマニピュレータ３及びこのマニピュレータ３の周辺に位置するマニピュレータの固有座標系間の位置関係を認識するコントローラ部４と設けたことにより、各コントローラ部４は、周辺のマニピュレータの動作範囲を認識しながら、それぞれが制御するマニピュレータ３を動作させることが可能であり、このマニピュレータ３と周辺のマニピュレータとの干渉、接触等を確実に防止することができる。
【００３２】
また、各コントローラ部は、通信によらないで、それぞれキー入力部により各マニピュレータの位置の情報が入力されるようになっており、各コントローラ部間が回線により接続されないため、マニピュレータシステムが配線が少なく衛生的で簡単な構成となり、しかも、通信のための処理を行う必要がないため、各コントローラ部での処理時間をより高速にすることができる。
【００３３】
この発明の第２実施例を図４及び図５を参照して説明する。
なおこの第２実施例及び以降の実施例において、前述した実施例と同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
【００３４】
図４は、手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図である。
各マニピュレータ３-1〜３-n( 以下３と略す。図４では３個のマニピュレータ３-1〜３-3のみを図示する。 )には、それぞれコントローラ部１１-1〜１１-n( 以下１１と略す。３個のコントローラ部１１-1〜１１-3のみを図示する。 )が接続され、この各コントローラ部１１には、それぞれキー入力部５-1〜５-n( 以下５と略す。３個のキー入力部５-1〜５-3のみを図示する )が接続されている。
【００３５】
前記コントローラ１１-1には接続ケーブルと介して３次元位置センサ１２が接続されている。この３次元位置センサ１２には、直交する方向の磁界を生成するソース１３と、磁界を検出する磁界検出センサ１４とが取付けられている。
【００３６】
図５は、前記マニピュレータ３の概略の構成を示す図である。
前記各マニピュレータ３-1〜３-n( ３ )上の所定位置( 固有の座標系の基準位置 )には、前記磁界検出センサ１４を固定するためのアダプタ( 取付部材 )又はマーク１５( １５-1〜１５-n )及び１６( １６-1〜１６-n )が設けられている。
【００３７】
前記３次元位置センサ１２は、前記ソース１３の座標系、基準座標系( ｘ0 ，ｙ0 ，ｚ0 ) と前記磁界検出センサ１４の座標系とにおける原点間の距離及び各軸のなす角を算出して、前記コントローラ部１１-1に出力する。
【００３８】
このような構成の第２実施例においては、まず、磁界検出センサ１４を第１のマニピュレータ３-1上のアダプタに固定するか、又はマーク１５，１６上に固定する。
【００３９】
すると、３次元位置センサ１２は、磁界検出センサ１４からの信号により、基準座標系( ｘ0 ，ｙ0 ，ｚ0 ) に対する磁界検出センサ１４の座標系、すなわち第１のマニピュレータ３-1の固有座標系( ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ) における原点間の距離及び各軸のなす角を算出し、その算出結果をコントローラ部１１-1に出力する。
【００４０】
コントローラ部１１-1は、この原点間の距離及び各軸のなす角に基づいて、基準座標系( ｘ0 ，ｙ0 ，ｚ0 ) に対する第１のマニピュレータ３-1の固有座標系( ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ) における原点間のずれ( Δｘ，Δｙ，Δｚ )及び各軸のねじれ角( θx ，θy ，θz ) を算出する。
【００４１】
この算出結果の原点間のずれ及び各軸のねじれ角は、キー入力部５-1のディスプレイ８に表示される。操作者は、このディスプレイ８に表示された数値を確認して、キー入力部５-1により入力( リターンキーの押下のみ )する。
【００４２】
このキー入力により、第１のマニピュレータ３-1を制御するコントローラ部１１-1は、基準座標系( ｘ0 ，ｙ0 ，ｚ0 ) と第１のマニピュレータ３-1の固有座標系( ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ) とのずれを認識する。
【００４３】
次に、磁界検出センサ１４を第２のマニピュレータ３-2上のアダプタに固定するか、又はマーク１５，１６上に固定する。
すると、３次元位置センサ１２は、磁界検出センサ１４により、基準座標系( ｘ0 ，ｙ0 ，ｚ0 ) に対する第２のマニピュレータ３-2の固有座標系( ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ) における原点間の距離及び各軸のなす角を算出して、コントローラ部１１-1に出力する。
【００４４】
コントローラ部１１-1は、この原点間の距離及び各軸のなす角に基づいて、基準座標系( ｘ0 ，ｙ0 ，ｚ0 ) に対する第２のマニピュレータ３-2の固有座標系( ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ) におけるずれを算出し、ディスプレイ８に表示する。操作者は、このディスプレイ８に表示された数値を確認して、キー入力部５-1により入力( リターンキーの押下のみ )する。
【００４５】
このキー入力により、コントローラ部１１-1は、基準座標系( ｘ0 ，ｙ0 ，ｚ0 ) と第２のマニピュレータ３-2の固有座標系( ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ) とのずれを認識する。
【００４６】
次に磁界検出センサ１４を第３のマニピュレータ３-2上のアダプタに固定するか、又はマーク１５，１６上の固定すると、同様にして、キー入力部５-1による入力( リターンキーの押下のみ )により、基準座標系( ｘ0 ，ｙ0 ，ｚ0 ) と第３のマニピュレータ３-3の固有座標系( ｘ3 ，ｙ3 ，ｚ3 ) とのずれを認識する。
【００４７】
以上により、コントローラ部１１-1は、制御する第１のマニピュレータ３-1の固有座標系( ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ) とこの第１のマニピュレータ３-1の周辺の各マニピュレータ３-2及び３-3の各固有座標系( ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ) ( ｘ3 ，ｙ3 ，ｚ3 ) との位置関係を認識することができる。
【００４８】
さらに、コントローラ部１１-2についても同様にして、３次元位置センサ１２からコントローラ１１-1を介して得られた基準座標系( ｘ0 ，ｙ0 ，ｚ0 ) に対する各マニピュレータ３-1，３-2，３-3の固有座標系( ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ) 、( ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ) 、( ｘ3 ，ｙ3 ，ｚ3 ) とのずれがキー入力部５-1のディスプレイ８に順次表示され、このコントローラ部１１-2に接続されたキー入力部５-2による入力( ずれデータの入力 )により、基準座標系( ｘ0 ，ｙ0 ，ｚ0 ) に対する各マニピュレータ３-1，３-2，３-3の固有座標系( ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ) 、( ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ) 、( ｘ3 ，ｙ3 ，ｚ3 ) とのずれを認識して、制御する第２のマニピュレータ３-2の固有座標系( ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ) とこの第２のマニピュレータ３-2の周辺の各マニピュレータ３-1及び３-3の固有座標系( ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ) 、( ｘ3 ，ｙ3 ，ｚ3 ) との位置関係を認識することができる。
【００４９】
また、コントローラ部１１-3についても同様にして、キー入力部５-3の入力( ずれデータの入力 )により、制御する第３のマニピュレータ３-3の固有座標系( ｘ3 ，ｙ3 ，ｚ3 ) とこの第３のマニピュレータ３-3の周辺の各マニピュレータ３-1及び３-2の固有座標系( ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ) 、( ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ) との位置関係を認識することができる。
【００５０】
マニピュレータの固有座標系の認識の後の処理は、第１実施例と同様であるのでここでは省略する。
このように第２実施例によれば、上述した第１実施例と同様な効果を得ることができる。
【００５１】
さらに、基準座標系となるソース１３と固有座標系となる磁界検出センサ１４とを有する３次元位置センサ１２と、磁界検出センサ１４をマニピュレータ３上の所定の位置に設置したときに算出され出力される座標系原点間の距離及び座標各軸のなす角に基づいて原点間のずれ及び各軸のねじれ角を求めてディスプレイ８に表示させるコントローラ部１１とを設けたことにより、操作者が座標系の原点間のずれや各軸のねじれ角を測定及び計算する必要がなく、単に各キー入力部のディスプレイ８に表示された位置情報を、キー入力部５から入力するだけで良いので、操作性を向上させることができる。
【００５２】
なおこの第２実施例では、３次元位置センサ１２はコントローラ１１-1と接続され、このコントローラ１１-1のディスプレイ８に基準座標系とマニピュレータ３-1〜３-3の固有座標系とのずれを表示して、各コントローラ１１-1〜１１-3のそれぞれのキー入力部５-1〜５-3から確認のための入力又は、ずれデータの入力を行うことにより、それぞれの各コントローラ１１-1〜１１-3が各マニピュレータ３-1〜３-3の各固有座標系の位置関係を認識するようになっていたが、この発明はこれに限定されるものではない。
【００５３】
例えば、３次元位置センサ１２を各コントローラ１１-1〜１１-3と接続し、この３次元位置センサ１２により、基準座標系とそれぞれのマニピュレータ３-1〜３-3の固有座標系とのずれまで算出し、この算出したずれを直接各コントローラ１１-1〜１１-3に入力設定しても良いものである。
【００５４】
このようにすれば、この第２実施例により、自己のマニピュレータの位置情報については自動的に設定されるので、より操作性を向上させるという効果を得ることができる。
【００５５】
またこの第２実施例では、ソース１３と磁界検出センサ１４とを有する３次元位置センサ１２を使用したものについて説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、例えば後述する第９実施例に説明する加速度センサを有する３次元位置センサを使用したものでも良い。
【００５６】
この発明の第３実施例を図６及び図７を参照して説明する。
図６は、手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図である。なおこの第３実施例では図示していないが、前述した実施例と同様にベースには複数台のマニピュレータが取付可能である。
【００５７】
マニピュレータ３が取付けられるベース２０上の各所定位置には、マーク２１-1〜２１-12 が形成され、この各マーク２１-1〜２１-12 の上又は近傍にマークを識別するための記号( 一例として「１」〜「１２」という数字を図示する。 )を設けている。
【００５８】
図７は、前記マニピュレータ３の概略の構成を示す図である。
前記マニピュレータ３は、前記ベース２０に取付けるための取付用部材２２が設けられている。この取付用部材２２は、上固定部２２-1と、この上固定部２２-1に向かって上下にスライドする下可動部２２-2と、この下可動部２２-2をスライドさせるねじ調整部２２-3とからなり、このねじ調整部２２-3を回転させることで下可動部２２-2を上下にスライドさせ、前記ベース２０を前記上固定部２２-1と下可動部２２-2で挟んで、前記ベース２０にマニピュレータ３を取付ける。
【００５９】
なお、前記マーク２１-1〜２１-12 の位置は、それぞれ予め所定の基準座標系からの距離が測定されており、コントローラ部４のメモリ２３に、その各測定データは記号「１」〜「１２」の数字に対応して記憶されている。
【００６０】
このような構成の第３実施例においては、ねじ調整部２２-3を緩めることにより、マニピュレータ３はベース２０から取外されるか、又はベース２０上を移動可能になる。
【００６１】
ここで操作者は、マニピュレータ３を所望の位置、すなわち、所望のマーク位置に移動させて、ねじ調整部２２-3を締めて取付ける。このとき操作者は、その所望のマーク上又はマークの近傍に設けられた記号( 数値データ )を、キー入力部５から入力する。コントローラ部４は、この入力された数値に対応する距離データをメモリ２３から読取り、制御するマニピュレータ３の位置を確認する。
【００６２】
同様に、このマニピュレータ３の周辺に取付られた他のマニピュレータについても、その取付位置のマークの記号をキー入力部５から入力する。このキー入力によりコントローラ部４は、入力された数値に対応する距離データをメモリ２３から読取り、周辺の他のマニピュレータの位置を認識する。
【００６３】
従って、コントローラ部４は、制御するマニピュレータ３及びこのマニピュレータ３の周辺に位置する他のマニピュレータの取付位置を確認する。
以上の操作を他のマニピュレータを制御するコントローラ部( キー入力部 )で行えば、各コントローラ部はそれぞれ、制御するマニピュレータ及びこのマニピュレータの周辺に位置するマニピュレータの取付位置を確認する。
【００６４】
このように第３実施例によれば、上述した第１実施例と同様な効果を得ることができる。
さらに、ベース２０上のマニピュレータの各取付位置にマーク２１を形成すると共にそのマーク２１の上又は近傍にマーク２１を識別するための記号と、この各記号に対応して基準座標系からの距離の情報が記憶されたメモリ２３とを設け、キー入力部５から記号が入力されたときに、メモリ２３からその記号に対応する距離の情報を読み取ることにより、操作者は、基準座標系とマニピュレータ３の固有座標系との距離情報や各軸ねじれ角等を測定・算出する必要がなく、キー入力部５でマニピュレータ３を取付けたマーク２１上又は近傍の記号を入力すれば良いので、操作性を向上させることができる。
【００６５】
この発明の第４実施例を図８及び図９を参照して説明する。
図８は、手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図である。なおこの第４実施例では図示していないが、前述した実施例と同様にベースには複数台のマニピュレータが取付可能である。
【００６６】
マニピュレータ３が取付けられるベース２４上に、電気抵抗を有する位置検出部材としての電気抵抗式スケール２５が設けられている。この電気抵抗式スケール２５の一端がコントローラ部４に接続されており、一方、図９に示すように、マニピュレータ３の取付部材２２の、上固定部２２-1の内側の前記電気抵抗式スケール２５に接触する部分に電気接点２６を設けている。
【００６７】
従って、前記コントローラ部４は、このコントローラ部４に接続された前記電気抵抗式スケール２５の一端と、前記マニピュレータ３を介してその取付部材２２の電気接点２６との間の抵抗値を検出することができる。
【００６８】
なお、前記電気抵抗式スケール２５の全体の抵抗値は概知である。
このような構成の第４実施例においては、マニピュレータ３が取付られると、コントローラ部４に接続された電気抵抗式スケール２５の一端とマニピュレータ３の取付部材２２の電気接点２６との間の抵抗値が検出される。
【００６９】
この検出された抵抗値により、電気抵抗式スケール２５の一端を基準位置としたときの電気抵抗式スケール２５上の電気接点２６の位置、すなわちマニピュレータ３の取付位置が検出される。この検出された取付位置は、キー入力部５のディスプレイ８に表示され、操作者はこのディスプレイ８に表示されたマニピュレータ３の取付位置を確認して、キー入力部５により入力( リターンキーの押下のみ )する。
【００７０】
このキー入力により、コントローラ部４は、制御するマニピュレータ３の取付位置を認識する。
同様に、マニピュレータ３-mの周辺に位置する他のマニピュレータについても、それらの各マニピュレータに接続されたコントローラ部は、それぞれ電気抵抗式スケール２５上の各マニピュレータの取付部材の電気接点の位置、すなわち各マニピュレータの取付位置が、それぞれのキー入力部のディスプレイに表示される。
【００７１】
従って、操作者は、各ディスプレイにそれぞれ表示された各マニピュレータの取付位置を確認して、キー入力部５-mから入力( データ入力 )する。
このキー入力により、マニピュレータ３-mを制御するコントローラ部４-mは、周辺に位置するマニピュレータの取付位置を認識する。
【００７２】
また、以上の操作を他のマニピュレータを制御するコントローラ部( キー入力部 )について行って、各コントローラ部はそれぞれ、制御するマニピュレータ及びこのマニピュレータの周辺のマニピュレータの取付位置を確認する。
【００７３】
このように第４実施例によれば、上述した第１実施例と同様な効果を得ることができる。
さらに、電気抵抗式スケール２５及び各マニピュレータ３に電気抵抗式スケール２５上の位置を検出するための電気接点２６を設けたことにより、ベース２４上のどの位置にマニピュレータ３が取付けられたのかを自動的に検出することができるので、上述した第２実施例と同様な効果を得ることができる。
【００７４】
この発明の第５の実施例を図１０及び図１１を参照して説明する。
図１０は、手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図である。なおこの第５実施例では図示していないが、前述した実施例と同様にベースには複数台のマニピュレータが取付可能である。
【００７５】
ベース２７上のマニピュレータが取付けられる箇所に、所定の基準位置からの距離情報等が書込まれたバーコードが印刷された位置検出部材としてのバーコード印刷部２８が設けられている。
【００７６】
図１１は、前記マニピュレータの概略の構成を示す図である。
前記マニピュレータ３の取付部材２２の上固定部２２-1の内側の前記バーコード印刷部２８と対向する部分に、光学反射式のバーコード読取部２９が設けられ、このバーコード読取部２９は、前記バーコード印刷部２８のバーコードを読取る。
【００７７】
前記バーコード読取部２９により読取ったバーコード情報( 基準位置からの距離情報 )等は、コントローラ部４へ供給される。
このような構成の第５実施例においては、マニピュレータ３が取付けられると、マニピュレータ３の取付部材２２のバーコード読取部２９により、マニピュレータ３が取付けられた箇所のバーコードが読取られる。
【００７８】
この読取ったバーコード情報には基準位置からの距離情報が含まれており、コントローラ部４は、この距離情報等によりマニピュレータ３の取付位置を導き、キー入力部５のディスプレイ８にこのマニピュレータ３の取付位置を表示し、操作者はこの表示を確認してキー入力部５から入力( リターンキーの押下のみ )する。
【００７９】
このキー入力によりマニピュレータ３を制御するコントローラ部４は、マニピュレータ３の取付位置を認識する。
同様に、マニピュレータ３-mの周辺に位置する他のマニピュレータについても、それらの各マニピュレータの取付部材のバーコード読取部により、ベース２７上のバーコード印刷部２８の取付箇所のバーコードが読取られ、この読取ったバーコード情報に基づいてマニピュレータの取付位置が、それぞれのキー入力部のディスプレイに表示される。
【００８０】
従って、操作者が、各ディスプレイにそれぞれ表示された各マニピュレータの取付位置を確認して、キー入力部５-mから入力( データ入力 )する。
このキー入力により、マニピュレータ３-mを制御するコントローラ部４-mは、周辺に位置するマニピュレータの取付位置を認識する。
【００８１】
また、以上の操作を他のマニピュレータを制御するコントローラ部( キー入力部 )について行って、各コントローラ部はそれぞれ、制御するマニピュレータ及びこのマニピュレータの周辺のマニピュレータの取付位置を確認する。
【００８２】
このように第５実施例によれば、上述した第１実施例と同様な効果を得ることができる。
さらに、ベース２７上に位置情報が書き込まれたバーコードを印刷したバーコード印刷部２８及びこのバーコードを読取るバーコード読取部２９を設けたことにより、ベース２７上のどの位置にマニピュレータが取付けられたのかを自動的に検出することができるので、上述した第２実施例と同様な効果を得ることができる。
【００８３】
この発明の第６実施例を図１２及び図１３を参照して説明する。
図１２( ａ )は、手術用マニピュレータシステムのベット１及びベース３０を示す図である。なお、この第６実施例では図示していないが、前述した実施例と同様に、前記ベース３０に複数台のマニピュレータが取付可能であり、各マニピュレータにはコントローラ部が接続され、コントローラ部にはキー入力部が接続されている。
【００８４】
前記ベース３０上のマニピュレータ３が取付けられる取付用穴３１-1〜３１-21 が形成され、その近傍には識別するための記号( 数字１〜２１ )が設けられている。
【００８５】
前記取付用穴３１-1〜３１-21 は、図１２( ｂ )に示すように、その口径形状が正多角形に形成され、さらに、その各辺には取付方向の情報として記号( アルファベットａ〜ｈ )が設けられている。
【００８６】
図１３( ａ )は、前記マニピュレータ３の概略の構成を示す図である。
前記マニピュレータ３の取付部材３２には、前記ベース３０の各取付用穴３１-1〜３１-21 を嵌合させて( 又は貫通させてナット等により )固定される取付用ボルト３３が設けられている。この取付用ボルト３３の形状も、図１３( ｂ )に示すように、前記各取付用穴に３１-1〜３１-21 に嵌合するように、各取付用穴３１-1〜３１-21 の口径形状に対応した正多角形となっている。
【００８７】
このような構成の第６実施例においては、マニピュレータ３は、その取付用ボルト３３をベース３０の取付用穴３１-1〜３１-21 の中から選択した１つの取付用穴３１に嵌合して取付ける。このとき、取付用穴３１及び取付用ボルト３３は正多角形形状であるので、前記取付用穴３１と前記取付用ボルト３３との嵌合する向きを選択することにより、マニピュレータ３の取付角度が選択できる。
【００８８】
このとき、操作者は図示しないキー入力部により、取付用ボルト３３を取付けた取付用穴３１の近傍の記号( 数値データ )及び取付方向を示す記号( アルファベットデータ )を入力する。
【００８９】
図示しないコントローラ部は、この入力された数値及びアルファベットに対応する所定の基準座標からの距離及びマニピュレータの固有座標のデータ( 取付方向の情報を含む )をコントローラ部内のメモリから読取り、制御するマニピュレータ３の位置を確認する。
【００９０】
同様に、このマニピュレータ３の周辺に位置する他のマニピュレータについても、マニピュレータ３に接続されたコントローラ部に接続されたキー入力部から、そのマニピュレータの取付ボルトを取付けた取付用穴の近傍の記号及び取付方向を示す記号を入力する。このキー入力により、マニピュレータ３に接続されたコントローラ部は、入力された数値及びアルファベットに対応する所定の基準座標からの距離及び固有座標のデータをメモリから読取り、周辺に位置する他のマニピュレータの位置を確認する。
【００９１】
従って、マニピュレータ３に接続されたコントローラ部は、制御するマニピュレータ３及びこのマニピュレータ３の周辺に位置する他のマニピュレータの取付位置を確認する。
【００９２】
以上の操作を他のマニピュレータを制御するコントローラ部( キー入力部 )で行えば、各コントローラ部はそれぞれ、制御するマニピュレータ及びこのマニピュレータの周辺に位置するマニピュレータの取付位置を確認する。
【００９３】
このように第６実施例によれば、上述した第１実施例と同様な効果を得ることができる。
さらに、ベース３０上のマニピュレータの各取付位置に取付用穴３１を形成すると共にその取付用穴３１の近傍に取付用穴３１を識別するための記号とを設けたことにより、上述した第３実施例と同様な効果を得ることができる。
【００９４】
また、取付用穴３１及びマニピュレータ３に設けられた取付用ボルト３３をお互いに正多角形に形成し嵌合させることにより、マニピュレータの取付角度を所望の角度に固定して取付けるという効果を得ることができる。
【００９５】
この発明の第７実施例を図１４を参照して説明する。
図１４は、手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図である。
各マニピュレータ３-1〜３-n( 以下３と略す。図１４では３個のマニピュレータ３-1〜３-3のみを図示する。 )には、それぞれコントローラ部３４-1〜３４-n( 以下３４と略す。３個のコントローラ部３４-1〜３４-3のみを図示する。 )が接続されている。
【００９６】
これらの各コントローラ部３４は、ＲＳ−２３２Ｃインターフェイス( 図示せず )を備え、互いに( 少なくとも周辺に位置するマニピュレータを制御するコントローラ部に対しては )ＲＳ−２３２Ｃ回線３５-1〜３５-k( 以下３５と略す。ｋ≦Ｊ＝ｎ( ｎ−１ )／２、３本のＲＳ−２３２回線３５-1〜３５-3のみを図示する。 )を介して接続されている。
【００９７】
なお図示しないが、これらの各コントローラ部３４にキー入力部を接続してマニピュレータ３の位置に関するデータを入力しても良いし、また３次元位置センサを接続して位置に関する検出データをコントローラ部３４に出力するようにしても良いものである。
【００９８】
このような構成の第７実施例においては、各コントローラ部３４には、それぞれが制御するマニピュレータ３の基準座標に対する位置の情報が入力され、この入力された情報に基づいて、制御するマニピュレータ３の取付位置を認識する。
【００９９】
一方、この各コントローラ部３４が得たそれぞれ制御するマニピュレータ３の位置の情報は、ＲＳ−２３２Ｃ回線３５を介して少なくとも周辺に位置するマニピュレータを制御する各コントローラ部に出力される。
【０１００】
従って、各コントローラ部３４には、制御するマニピュレータ３の位置の情報が直接入力されると共に、ＲＳ−２３２Ｃ回線３５を介してそのマニピュレータ３の周辺に位置するマニピュレータの位置の情報が入力される。その結果、各コントローラ部３４は、制御するマニピュレータ３及びこのマニピュレータ３の周辺に位置するマニピュレータの位置を認識する。
【０１０１】
また、常にＲＳ−２３２Ｃ回線３５を介して各コントローラ部３４からそれぞれが制御するマニピュレータ３の位置の情報を出力するので、リアルタイムで周辺に位置するマニピュレータの位置( 取付位置 )の移動を認識する。
【０１０２】
このように第７実施例によれば、各コントローラ部３４を互いにＲＳ−２３２Ｃ回線３５により接続したことにより、上述した第１実施例から第６実施例までのいずれかの方法により各コントローラ部３４がそれぞれ制御するマニピュレータ３の位置の情報を入力すると、各マニピュレータ３の位置の情報がＲＳ−２３２Ｃ回線を介して各コントローラ部３４に供給されるので、各コントローラ部３４はそれぞれ制御するマニピュレータ３とこのマニピュレータ３の周辺に位置するマニピュレータとの位置関係を認識することができ、各コントローラ部３４は、周辺のマニピュレータの動作範囲を認識しながら、それぞれが制御するマニピュレータ３を動作させることが可能であり、このマニピュレータ３とその周辺のマニピュレータとの干渉、接触等を確実に防止することができる。
【０１０３】
また、各コントローラ部は、それぞれが制御するマニピュレータの位置の情報が入力されるだけで良く、周辺のマニピュレータの位置の情報は、周辺の各マニピュレータを制御する各コントローラ部からＲＳ−２３２Ｃ回線３５を介して得られるので、各コントローラ部毎に周辺のマニピュレータの位置の情報を、例えばキー入力部等により入力する必要がないので、操作性が向上できる。
【０１０４】
また、ＲＳ−２３２Ｃ回線３５を介して送受信する情報は、マニピュレータを取り付ける位置の情報に限らず、各マニピュレータの動作量( モータの回転数、回転角等 )でも良い。この場合、ＲＳ−２３２Ｃ回線３５を介して、各コントローラ部は周辺のマニピュレータの動作中の姿勢をリアルタイムで認識することができるので、制御するマニピュレータ３とその周辺のマニピュレータとの干渉、接触等をさらにより確実に防止できるという効果を得ることができる。
【０１０５】
この発明の第８実施例を図１５を参照して説明する。
図１５は、手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図である。
各マニピュレータ３-1〜３-n( 以下３と略す。図１５では３個のマニピュレータ３-1〜３-3のみを図示する。 )には、それぞれコントローラ部３６-1〜３６-n( 以下３６と略す。３個のコントローラ部３６-1〜３６-3のみを図示する。 )が接続されている。
【０１０６】
これらの各コントローラ部３６は、それぞれＬＡＮ( local area network、図示せず )インターフェイスを備え、それぞれＬＡＮ３７を介して接続されている。 なお図示しないが、これらの各コントローラ部３６にキー入力部を接続してマニピュレータの位置に関するデータを入力しても良いし、また３次元位置センサを接続して位置に関する検出データをコントローラ部３６に出力するようにしても良いものである。
【０１０７】
このような構成の第８実施例においては、各コントローラ部３６には、それぞれが制御するマニピュレータ３の基準座標に対する位置の情報が入力され、この入力された情報に基づいて、制御するマニピュレータ３の取付位置を認識する。
【０１０８】
一方、この各コントローラ部３６が得たそれぞれ制御するマニピュレータ３の位置の情報は、ＬＡＮ３７を介して少なくとも周辺に位置するマニピュレータ３；を制御する各コントローラ部に出力される。
【０１０９】
従って、各コントローラ部３６には、制御するマニピュレータ３の位置の情報が直接入力されると共に、ＬＡＮ３７を介してそのマニピュレータ３の周辺に位置するマニピュレータの位置の情報が入力される。その結果、各コントローラ部３６は、制御するマニピュレータ３及びこのマニピュレータ３の周辺に位置するマニピュレータの位置を認識する。
【０１１０】
また、常にＬＡＮ３７を介して各コントローラ部３６からそれぞれが制御するマニピュレータ３の位置の情報を出力するので、リアルタイムで周辺のマニピュレータの位置( 取付位置 )の移動を認識する。また、位置情報は、各マニピュレータの動作量( モータの回転数、回転角等 )でも良い。
【０１１１】
このように第８実施例によれば、各コントローラ部３６をＬＡＮ３７を介して接続したことにより、上述した第７実施例と同様な効果を得ることができる。
この発明の第９実施例を図１６を参照して説明する。
【０１１２】
図１６は、手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図である。
各マニピュレータ３-1〜３-n( 以下３と略する。図１６では３個のマニピュレータ３-1〜３-3のみを図示する。 )のアーム３８-1〜３８-n( 以下３８と略す。図１６では３個のみを図示する 。 )の先端部のスコープ又は処置具を固定する部分の近傍には、それぞれ加速度センサからなる３次元位置センサ３９-1〜３９-n( 以下３９と略す。３個の３次元位置センサ３９-1〜３９-3のみを示す。 )が設けられている。
【０１１３】
前記各マニピュレータ３には、それぞれコントローラ部４０-1〜４０-n( 以下４０と略す。３個のコントローラ部４０-1〜４０-3のみを図示する。 )が接続されている。
【０１１４】
これらの各コントローラ４０は、ＲＳ−２３２Ｃインターフェイス( 図示せず )を備え、互いにＲＳ−２３２Ｃ回線３５-1〜３５-k( 以下３５と略す、３本のＲＳ−２３２回線３５-1〜３５-3のみを図示する。 )を介して接続されている。
【０１１５】
前記各コントローラ４０は、それぞれ前記各３次元位置センサ３９により得られた３次元的な加速度データを入力し、この入力した３次元的な加速度データを処理して、制御するマニピュレータ３の取付位置を認識する。
【０１１６】
また、このような構成の第９実施例においては、各コントローラ４０によりマニピュレータ３を動作させ、マニピュレータ３のアーム３８が移動すると、３次元位置センサ３９により、その移動量が３次元的な加速度データとして得られる。
【０１１７】
この得られた３次元的な加速度データに基づいて、各コントローラ部４０は、それぞれが制御するマニピュレータ３の動作量を算出し、このマニピュレータ３の位置を認識する。
【０１１８】
各コントローラ部４０の制御するマニピュレータ３の位置の情報は、ＲＳ−２３２Ｃ回線３５を介して、少なくとも周辺に位置するマニピュレータを制御するコントローラ部へ出力される。
【０１１９】
従って、各コントローラ部４０は、それぞれが制御するマニピュレータ３の位置の情報が３次元位置センサ３９からの３次元的な加速度データにより直接入力されると共に、ＲＳ−２３２Ｃ回線３５を介して、少なくともそのマニピュレータ３の周辺に位置するマニピュレータの位置の情報が入力される。その結果、各コントローラ部４０は、それぞれが制御するマニピュレータ３及びこのマニピュレータの周辺に位置するマニピュレータの位置を認識する。
【０１２０】
このように第９実施例によれば、上述した第７実施例と同様な効果を得ることができる。
また、加速度センサを有する３次元位置センサ３９を使用して、各コントローラ部４０のそれぞれが制御するマニピュレータ３の位置の情報を入力しているので、操作者がマニピュレータ３の位置に関する測定及び計算する必要がなく、単に各キー入力部５のディスプレイ８に表示された位置情報を、キー入力部５から入力するだけで良いので、操作性を向上させることができる。さらに、このキー入力部５のキー入力を省略して、直接３次元位置センサ３９からのマニピュレータの位置の情報をコントローラ部４０に入力すれば、操作者は、全くマニピュレータ３の位置をコントローラ部に入力する操作を行わずに済むので、操作性を一層向上させることができる。
【０１２１】
なお、この第９実施例では３次元位置センサとして加速度センサを使用したものについて説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、例えば第２実施例で説明した磁界検出センサを使用しても良いものである。
【０１２２】
この発明の第１０実施例を図１７及び図１８を参照して説明する。
図１７は、手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図である。
各マニピュレータ３-1〜３-n( 以下３と略する。図１６では３個のマニピュレータ３-1〜３-3のみを図示する。 )は、直接中央コントローラ部４１に接続されている。
【０１２３】
この中央コントローラ部４１には位置情報共有メモリ４２が設けられ、前記中央コントローラ部４１は、この位置情報共有メモリ４２に記憶された位置情報に基づいて各マニピュレータ３を制御する。
【０１２４】
図１８は、前記中央コントローラ部４１が行う処理の構成を示す機能ブロック図である。
前記各マニピュレータ３-1〜３-nをそれぞれ制御する第１マニピュレータ制御ルーチン４３-1〜第ｎマニピュレータ制御ルーチン４３-nと、システム全体を管理し、前記各マニピュレータ制御ルーチン４３-1〜４３-nにより制御される各マニピュレータ３-1〜３-n間の位置関係をチェックして干渉、接触等を防止するシステム制御ルーチン４４とから、前記中央コントローラ部４１のルーチンは構成される。なお、各ルーチン４３-1〜４３-n，４４は、それぞれ位置情報共有メモリ４２に各マニピュレータ３-1〜３-nの位置情報を書込むと共に、書込まれた位置情報に基づいて制御を行うようになっている。
【０１２５】
このような構成の第１０実施例において、中央コントローラ部４１は、システム制御ルーチン４４及び各マニピュレータ制御ルーチン４３-1〜４３-nとにより各マニピュレータ３-1〜３-nが制御される。各マニピュレータ３の位置情報は、上述した第１実施例〜第６実施例に示すいずれかの方法により入力されるようになっており、入力された位置情報は位置情報共有メモリ４２に記憶される。
【０１２６】
さらにシステム制御ルーチン４４は、位置情報共有メモリ４２に記憶されている情報に基づいて、各マニピュレータ３の位置を認識して、各マニピュレータ間の位置関係をチェックし、マニピュレータ間で干渉、接触等が予想される場合には、その干渉等を回避する指示を該当する各マニピュレータ制御ルーチンへ出す。
【０１２７】
各マニピュレータ制御ルーチンは、このシステム制御ルーチン４４から出された干渉等を回避する指示にしたがって、各マニピュレータ３の制御を変更する。例えば、マニピュレータ３の動作速度を低速にしたり、またマニピュレータ３の動作を停止する等の変更が行われる。
【０１２８】
このように第１０実施例によれば、各マニピュレータ３を制御する中央コントローラ４１と、各マニピュレータ３毎にそれぞれの位置の情報を記憶する位置情報を記憶する位置情報共有メモリ４２とを設け、上述した第１実施例から第６実施例までのいずれかの方法により各マニピュレータ３の位置の情報を入力すると、その位置の情報を位置情報共有メモリ４２に記憶し、この位置情報共有メモリ４２に記憶された各マニピュレータ３の位置の情報に基づいて中央コントローラ４１が各マニピュレータ３を制御することにより、各マニピュレータ３とこのマニピュレータ３の周辺に位置するマニピュレータとの位置関係を認識することができ、周辺のマニピュレータの動作範囲を認識しながら、マニピュレータ３を動作させることが可能であり、このマニピュレータ３とその周辺のマニピュレータとの干渉、接触等を確実に防止することができる。
【０１２９】
また、各マニピュレータ３の位置の情報は、位置情報共有メモリ４２を使用して中央コントローラ部４１が集中管理すると共に、マニピュレータ３の制御も中央コントローラ部４１が集中管理しているので、通信を行わずにしかもマニピュレータ３の位置の情報の入力が１度で済むので、処理速度及び操作性を向上させることができる。
【０１３０】
なお、位置情報は、取付位置に限らず、各マニピュレータ３の動作中の位置情報( 各モータの回転数、回転角等 )でも良い。この場合でも、動作中の位置情報を基にマニピュレータ３とその周辺のマニピュレータの干渉、接触等を確実に防止することができる。
【０１３１】
この発明の第１１実施例を図１９を参照して説明する。
図１９は、手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図である。
各マニピュレータ３-1〜３-n( 以下３と略す。図１５では３個のマニピュレータ３-1〜３-3のみを図示する。 )には、それぞれコントローラ部４５-1〜４５-n( 以下４５と略す。３個のコントローラ部４５-1〜４５-3のみを図示する。 )が接続されている。
【０１３２】
これらの各コントローラ部４５は、メインコントローラ部４６と接続され、このメインコントローラ部４６には、位置情報共有メモリ４２が設けられている。前記各コントローラ部４５は、メインコントローラ部４６を介して供給される位置情報に基づいてそれぞれ制御するマニピュレータ３を制御する。
【０１３３】
なお、この第１１実施例は前述の第１０実施例の変形例であり、前記各コントローラ部４５は、第１０実施例の各マニピュレータ制御ルーチンを行うための専用コントローラであり、前記メインコントローラ部４６は、システム制御ルーチンを行うための専用コントローラである。
【０１３４】
このような構成の第１１実施例において、各コントローラ部４５は、それぞれメインコントローラ部４６から出力される指令及び位置情報共有メモリ４２からの位置情報に基づいて、それぞれ各マニピュレータ３を制御する。
【０１３５】
各マニピュレータの位置情報は、上述した第１実施例〜第６実施例に示す方法のいずれかにより各コントローラ部４５に入力されたものが、メインコントローラ部４６に出力され、メインコントローラ部４６は、入力した位置情報を位置情報共有メモリ４２に書込むと共に、この位置情報共有メモリから各マニピュレータの位置情報を読取る。
【０１３６】
メインコントローラ部４６は、この読取った位置情報に基づいて、各マニピュレータ３の位置を認識して各マニピュレータ間の位置関係をチェックし、マニピュレータ間で干渉、接触等が予想される場合には、その干渉等を回避する指示を該当する各コントローラ部４５に出力する。
【０１３７】
従って、各コントローラ部４６は、メインコントローラ部４６から出力された干渉、接触等を回避する指示にしたがって、各マニピュレータ３の制御を変更する。
【０１３８】
なお、位置情報は、前述した第１０実施例と同様にマニピュレータの動作中の位置情報でも良い。
このように第１１実施例によれば、上述した第１０実施例の中央コントローラ部４１の機能の一部、すなわち各マニピュレータ制御ルーチン４３をコントローラ部４５として独立させ、各マニピュレータ３の位置の情報を集中管理して、各コントローラ部４５にマニピュレータの制御の指令を出力するメインコントローラ部４６を設けたことにより、上述した第１０実施例と同様な効果を得ることができる。
【０１３９】
さらに、各マニピュレータ制御ルーチン４３をコントローラ部として独立させているので、マニピュレータ制御ルーチン４３を並列に処理でき、しかもメインコントローラ部４１は、システム制御ルーチン４４のみを処理すれば良いので、処理速度のより高速化を図ることができる。
【０１４０】
( 追記 )
( １ )体腔内の観察を行うスコープや体腔内で患部の処置を行う処置具等を制御する複数のマニピュレータユニットから構成されたマニピュレータシステムにおいて、前記各マニピュレータユニットは、
スコープ又は処置具等を支持するマニピュレータと、
このマニピュレータの基準位置の情報及び少なくともこのマニピュレータの周辺に位置する他の各マニピュレータユニットに設けられたマニピュレータの基準位置の情報を入力するためのキー部と、
このキー部から入力された各マニピュレータの基準位置の情報に基づいて前記マニピュレータを制御する制御手段とを設けたことを特徴とするマニピュレータシステム。
【０１４１】
( ２ )体腔内の観察を行うスコープや体腔内で患部の処置を行う処置具等を制御する複数のマニピュレータユニットから構成されたマニピュレータシステムにおいて、
マニピュレータの基準位置を判定するための検出対象部を設け、
前記各マニピュレータユニットは、
スコープ又は処置具等を支持するマニピュレータと、
前記マニピュレータの基準位置の情報及び少なくともこのマニピュレータの周辺に位置する他の各マニピュレータユニットに設けられたマニピュレータの基準位置の情報を発生する発生手段と、
この発生手段により発生した各マニピュレータの基準位置の情報に基づいて前記マニピュレータを制御する制御手段とを設けたことを特徴とするマニピュレータシステム。
【０１４２】
( ３ )体腔内の観察を行うスコープや体腔内で患部の処置を行う処置具等を制御する複数のマニピュレータユニットから構成されたマニピュレータシステムにおいて、
軌道と、
前記軌道上に設けられこの軌道上の各位置を示す位置検出マークとを設け、
前記各マニピュレータユニットは、
スコープ又は処置具等を支持すると共に前記軌道上を移動するマニピュレータと、
前記マニピュレータの基準位置の情報及び少なくともこのマニピュレータの周辺に位置する他の各マニピュレータユニットに設けられたマニピュレータの基準位置の情報を発生する発生手段と、
この発生手段により発生した各マニピュレータの基準位置の情報に基づいて前記マニピュレータを制御する制御手段とを設けたことを特徴とするマニピュレータシステム。
【０１４３】
( ４ )前記検出対象部は、位置を示すマークと、このマークを識別するための記号とを設けたことを特徴とする前記２に記載されるマニピュレータシステム。
( ５ )前記記号は数字であることを特徴とする前記４に記載されるマニピュレータシステム。
【０１４４】
( ６ )前記記号はアルファベットであることを特徴とする前記４に記載されるマニピュレータシステム。
( ７ )体腔内の観察を行うスコープや体腔内で患部の処置を行う処置具等を制御する複数のマニピュレータユニットから構成されたマニピュレータシステムにおいて、前記各マニピュレータユニットは、
スコープ又は処置具等を支持するマニピュレータと、
このマニピュレータの基準位置の情報及び少なくともこのマニピュレータの周辺に位置する他の各マニピュレータユニットに設けられたマニピュレータの基準位置を検出する３次元位置センサと、
この３次元位置センサにより検出された各マニピュレータの基準位置の情報に基づいて前記マニピュレータを制御する制御手段とを設けたことを特徴とするマニピュレータシステム。
【０１４５】
( ８ )前記３次元位置センサは磁気センサであることを特徴とする前記７に記載されるマニピュレータシステム。
( ９ )体腔内の観察を行うスコープや体腔内で患部の処置を行う処置具等を制御する複数のマニピュレータユニットから構成されたマニピュレータシステムにおいて、
軌道と、
前記軌道上に設けられた電気抵抗部材とを設け、
前記各マニピュレータユニットは、
スコープ又は処置具等を支持すると共に前記軌道上を移動するマニピュレータと、
前記電気抵抗部材の抵抗値の変化から前記マニピュレータの基準位置の情報及び少なくともこのマニピュレータの周辺に位置する他の各マニピュレータユニットに設けられたマニピュレータの基準位置の判定する判定手段と、
この判定手段により判定した各マニピュレータの基準位置に基づいて前記マニピュレータを制御する制御手段とを設けたことを特徴とするマニピュレータシステム。
( １１ )前記位置検出マークはバーコードであることを特徴とする前記３に記載されるマニピュレータシステム。
( １２ )体腔内の観察を行うスコープや体腔内で患部の処置を行う処置具等を制御する複数のマニピュレータユニットから構成されたマニピュレータシステムにおいて、
軌道と、
前記軌道上に設けられこの軌道上の各位置を示すバーコードとを設け、
前記各マニピュレータユニットは、
スコープ又は処置具等を支持すると共に前記軌道上を移動するマニピュレータと、
軌道上に設けられた前記バーコードを読取るバーコード読取手段と、
このバーコード読取手段により読取ったバーコード情報に基づいて、前記マニピュレータの基準位置の情報及び少なくともこのマニピュレータの周辺に位置する他の各マニピュレータユニットに設けられたマニピュレータの基準位置を判定する判定手段と、
この判定手段により判定した各マニピュレータの基準位置に基づいて前記マニピュレータを制御する制御手段とを設けたことを特徴とするマニピュレータシステム。
( １３ )前記検出対象部は、マニピュレータの取付位置を示す穴と、この穴を識別するための記号とを設けたことを特徴とする前記２に記載されるマニピュレータシステム。
( １４ )前記穴の断面は多角形であることを特徴とする前記１３に記載されるマニピュレータシステム。
( １５ )前記記号は数字であることを特徴とする前記１３に記載されるマニピュレータシステム。
( １６ )前記記号はアルファベットであることを特徴とする前記１３に記載されるマニピュレータシステム。
( １７ )体腔内の観察を行うスコープや体腔内で患部の処置を行う処置具等を制御する複数のマニピュレータユニットから構成されたマニピュレータシステムにおいて、前記各マニピュレータユニットは、
スコープ又は処置具等を支持するマニピュレータと、
このマニピュレータの基準位置及び姿勢を検出する自己検出手段と、
他のマニピュレータユニットに対して前記自己検出手段により検出された前記マニピュレータの基準位置及び姿勢を情報として出力すると共に、他のマニピュレータからの基準位置及び姿勢の情報を入力する情報入出力手段と、
前記自己検出手段及び前記情報入出力手段からの各マニピュレータの基準位置及び姿勢の情報に基づいて前記マニピュレータを制御する制御手段とを設けたことを特徴とするマニピュレータシステム。
( １８ )前記情報入出力手段は通信回線を介して基準位置及び姿勢の情報の交換を行うことを特徴とする前記１７に記載されるマニピュレータシステム。
( １９ )前記情報入出力手段はＲＳ−２３２Ｃ回線を介して基準位置及び姿勢の情報の交換を行うことを特徴とする前記１７に記載されるマニピュレータシステム。
( ２０ )前記情報入出力手段はローカルエリアネットワークを介して基準位置及び姿勢の情報の交換を行うことを特徴とする前記１７に記載されるマニピュレータシステム。
( ２１ )体腔内の観察を行うスコープや体腔内で患部の処置を行う処置具等を制御する複数のマニピュレータユニットから構成されたマニピュレータシステムにおいて、前記各マニピュレータユニットは、
スコープ又は処置具等を支持するマニピュレータと、
このマニピュレータの位置を移動させるためのモータと、
このモータの回転状態を検出するエンコーダと、
このエンコーダからのモータの回転状態から前記マニピュレータの基準位置及び姿勢を判定する自己判定手段と、
他のマニピュレータユニットに対して前記自己判定手段により判定された前記マニピュレータの基準位置及び姿勢を情報として出力すると共に、他のマニピュレータからの基準位置の情報及び姿勢情報を入力する情報入出力手段と、
前記自己判定手段及び前記情報入出力手段からの各マニピュレータの基準位置及び姿勢の情報に基づいて前記マニピュレータを制御する制御手段とを設けたことを特徴とするマニピュレータシステム。
( ２２ )体腔内の観察を行うスコープや体腔内で患部の処置を行う処置具等を制御する複数のマニピュレータユニットから構成されたマニピュレータシステムにおいて、前記各マニピュレータユニットは、
スコープ又は処置具等を支持するマニピュレータと、
このマニピュレータの基準位置及び姿勢を検出する３次元位置センサと、
他のマニピュレータユニットに対して前記３次元位置センサにより検出された前記マニピュレータの基準位置及び姿勢を情報として出力すると共に、他のマニピュレータからの基準位置の情報及び姿勢情報を入力する情報入出力手段と、
前記３次元位置センサ及び前記情報入出力手段からの各マニピュレータの基準位置及び姿勢の情報に基づいて前記マニピュレータを制御する制御手段とを設けたことを特徴とするマニピュレータシステム。
( ２３ )前記３次元位置センサは加速度センサであることを特徴とする前記２２に記載されるマニピュレータシステム。
( ２４ )前記３次元位置センサは磁気センサであることを特徴とする前記２２に記載されるマニピュレータシステム。
( ２５ )前記情報入出力手段はメモリを介して基準位置及び姿勢の情報の交換を行うことを特徴とする前記１７に記載されるマニピュレータシステム。
【０１４６】
【発明の効果】
以上詳述したようにこの発明によれば、各マニピュレータの位置を認識してマニピュレータ間で干渉、接触等が発生するのを確実に防止することができるマニピュレータシステムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例の手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図及び基準座標系と固有座標系との間の捩じれ各説明するための図。
【図２】同実施例の手術用マニピュレータシステムのマニピュレータの基本的な構成を示す図。
【図３】同実施例の手術用マニピュレータシステムのキー入力部を示す図。
【図４】この発明の第２実施例の手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図。
【図５】同実施例の手術用マニピュレータシステムのマニピュレータの概略の構成を示す図。
【図６】この発明の第３実施例の手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図。
【図７】同実施例の手術用マニピュレータシステムのマニピュレータの概略の構成を示す図。
【図８】この発明の第４実施例の手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図。
【図９】同実施例の手術用マニピュレータシステムのマニピュレータの概略の構成を示す図。
【図１０】この発明の第５実施例の手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図。
【図１１】同実施例の手術用マニピュレータシステムのマニピュレータの概略の構成を示す図。
【図１２】この発明の第６実施例の手術用マニピュレータシステムのベット及びベースを示す図。
【図１３】同実施例の手術用マニピュレータシステムのマニピュレータの概略の構成を示す図。
【図１４】この発明の第７実施例の手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図。
【図１５】この発明の第８実施例の手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図。
【図１６】この発明の第９実施例の手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図。
【図１７】この発明の第１０実施例の手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図。
【図１８】同実施例の手術用マニピュレータシステムの中央コントローラ部が行う処理の構成を示す機能ブロック図。
【図１９】この発明の第１１実施例の手術用マニピュレータシステムの概略の構成を示す図。
【図２０】一般的なマニピュレータシステムの構成を示す図。
【符号の説明】
３…マニピュレータ、
４，１１，３４，３６，４０，４５…コントローラ部、
５…キー入力部、
６…スコープ( 内視鏡 )、
７…処置具、
８…ディスプレイ、
１２…３次元位置センサ、
１３…ソース、
１４…磁界検出センサ、
１５，１６，２１…マーク、
２３…メモリ、
２５…電気抵抗スケール、
２８…バーコード印刷部、
２９…バー読取部、
３１…取付穴、
３３…取付用ボルト
３５…ＲＳ−２３２Ｃ回線、
３７…ＬＡＮ、
３９…加速度センサ、
４２…位置情報共有メモリ、
４１…中央コントローラ部、
４６…メインコントローラ部。

Claims (2)

1. 体腔内の観察を行うスコープ又は体腔内で患部の処置を行う処置具等を制御する複数のマニピュレータユニットと前記複数のマニピュレータユニットが移動可能に固定されるベース部とから構成されたマニピュレータシステムにおいて、
   スコープ又は処置具等を支持すると共に前記ベース部上を移動するマニピュレータと、
   前記ベース部の所定の位置に対する前記マニピュレータの基準位置の情報及び他のマニピュレータユニットに設けられたマニピュレータの基準位置の情報を入力する入力手段と、
   前記入力手段によりあらかじめ入力された情報に基づいて、前記他のマニピュレータユニットと干渉しない範囲で前記マニピュレータの動きを制御する制御手段と、
   を有することを特徴とするマニピュレータシステム。
2. 前記入力手段及び前記制御手段は前記複数のマニピュレータユニットごとに設けられていることを特徴とする請求項１記載のマニピュレータシステム。

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