JP5530234B2 - 操作入力装置およびマニピュレータシステム - Google Patents
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Description
本発明は、観察装置によって取得されたマニピュレータの映像を表示するディスプレイと、操作者の頭部に装着される頭部装着部と、前記操作者の操作により前記ディスプレイ上に表示された前記マニピュレータに対する操作信号が入力される操作部と、前記頭部装着部と前記操作部との相対位置を検出する相対位置検出手段と、該相対位置検出手段によって検出された相対位置に基づいて、第1の制御モードおよび第2の制御モードの少なくとも2つの制御モードを切り替えて前記マニピュレータを制御する制御部とを備え、前記第1の制御モードが、前記操作部に入力された操作信号に従って前記マニピュレータの動作を制御する制御モードであり、前記第2の制御モードは、前記マニピュレータの動作速度が前記第1の制御モードにおけるそれよりも小さくなるように前記マニピュレータを制御する制御モードであり、前記制御部は、前記相対位置が所定の範囲内であるときに前記マニピュレータを前記第1の制御モードで制御し、前記相対位置が所定の範囲から外れているときに前記マニピュレータを前記第2の制御モードで制御する操作入力装置を提供する。
このようにすることで、頭部装着部と操作部との相対位置を簡便な構成で検出することができる。
このようにすることで、頭部装着部と操作部との相対位置を簡便な構成で検出することができる。
このようにすることで、頭部装着部と操作部との相対姿勢が検出され、両者の相対移動をより高い精度で検知することができる。
このようにすることで、操作部が操作者の手に適切に保持されていないときには操作部による表示物の操作を制限することができる。
このようにすることで、頭部装着部が操作者の頭部に適切に装着されていないときには操作部による表示物の操作を制限することができる。
このようにすることで、操作者が正面に配置されたディスプレイからそれた方向を見ているときには、操作部による表示物の操作を制限することができる。
このようにすることで、第2の制御モードに切り替わった後、操作者が通常の操作状態に戻ってから任意のタイミングで表示物の動作に対する制限を解除することができる。
本実施形態に係るマニピュレータシステム100は、外科手術に用いられるものであり、図1に示されるように、患者Aの体内に挿入されるマニピュレータ(表示物)2と、該マニピュレータ2の映像を撮影する内視鏡(観察装置)3と、本実施形態に係る操作入力装置1とを備えている。
操作部6に入力されたマニピュレータ2および内視鏡3の操作信号ならびにマニピュレータ2の作動の許可信号は、送信部11により無線送信される。
また、制御部7は、操作部6およびHMD5から無線送信されてきた操作信号および画像信号を、送受信部13を介して受信し、受信した操作信号および画像信号に基づいてマニピュレータ2または内視鏡3のモータ2a,3aを作動させ、マニピュレータ2または内視鏡3を移動させあるいは作動状態を変化させる制御信号を生成する。
制御部7は、第1の制御モードから第2の制御モードに切り替えた後、画像D内においてLED12が所定の領域E内に配置された状態で操作部6から許可信号を受信したときに、第1の制御モードに復帰するようになっている。
本実施形態に係るマニピュレータシステム100を用いて外科手術を行うには、操作者Bは、HMD5を頭部Cに装着し、手に保持した操作部6を正面に配置して操作部6に顔を向ける。これにより、表示部4に表示された内視鏡映像を見ながら操作部6によって内視鏡3およびマニピュレータ2を任意に操作することができる(ステップS1)。
このようにしても、操作者Bが意図しない方向に操作部6を操作してしまってもマニピュレータ2が突発的に動いてしまうことを防止したり、操作者Bに対して注意を喚起したりして、マニピュレータ2の意図しない動作を防止することができる。
例えば、図6に示されるように、撮影部8により撮影される画像D内に2以上の領域(図示する例では2つの領域E,F)を設定し、LED12の位置が領域Fから外れたときに第2の制御モードに切り替え、LED12の位置がさらに領域Eから外れたときに第3の制御モードに切り替えることとしてもよい。
このようにすることで、操作者Bの小さな身動きなどによって頻繁にマニピュレータ2が強制停止させられて手術の進行が不要に妨げられるのを防止することができる。
このようにしても、操作者Bの頭部Cと操作部6との相対位置を検出することができる。
なお、本実施形態においては第1の実施形態と異なる点について主に説明し、第1の実施形態と共通の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態に係る操作入力装置1は、図7に示されるように、HMD5および操作部6にそれぞれ設けられた加速度センサ(相対位置検出手段)14,24および接触センサ15,25と、HMD5に設けられた視線センサ16とを備えている点において第1の実施形態と異なる。
HMD5に設けられた接触センサ15は、操作者BがHMD5を正しく装着したときに操作者Bの頭部Cと接触する位置に配置され、操作部6に設けられた接触センサ25は、操作者Bが操作部6を正しく保持したときに操作者Bの手と接触する位置に配置されている。
視線センサ16は、操作者Bの視線を検出する。
各センサ14,15,16,24,25により検出された加速度、接触の有無および視線の情報は、図8に示されるように、送受信部9または送信部11によって制御部7に送信される。
制御部7は、撮影部8の画像DにおいてLED12が所定の領域E内に存在せず、かつ、加速度センサ14,24によって検出された加速度から検出したHMD5と操作部6との相対位置が、操作者Bの通常の操作状態において配される所定の範囲から外れたときに、第1の制御モードから第2の制御モードに切り替える。
本実施形態に係るマニピュレータシステム100を用いて外科手術を行うには、第1の実施形態と同様に操作者BがHMD5を装着し操作部6を手に保持して内視鏡3とマニピュレータ2とを操作する。外界で異常が発生するなどして操作者Bが操作部6を手放したりHMD5を頭部Cから外したり、あるいは、周囲の人から話しかけられて操作者Bが振り向いたりすると、マニピュレータ2が強制停止させられる。マニピュレータ2は、操作者Bが通常の操作状態に戻って許可ボタン10を押下するまでの間、停止し続ける。
この場合、制御部7は、少なくとも一方のジャイロセンサにより検出された角速度が所定の閾値より大きいときに第2の制御モードに切り替える。また、制御部7は、各ジャイロセンサにより検出された角速度を各方向について1階積分して回転角度を算出し、算出した回転角度を積算することにより、現時刻におけるHMD5と操作部6との相対姿勢を検出する。
このようにしても、HMD5または操作部6のすばやい動きを迅速に検知できるとともに、HMD5と操作部6とが適切な位置関係にあるか否かを正確に検知することができる。
このようにしても、操作者Bが急に体勢を変えたり操作部6を手放したりして操作部6を正常に操作できない状態となったときに、それを迅速に検知してマニピュレータ2の意図しない動作を防ぐことができる。
2 マニピュレータ(表示物)
2a,3a モータ
3 内視鏡(観察装置)
4 表示部(ディスプレイ)
5 HMD(頭部装着部)
6 操作部
7 制御部
8 撮影部(相対位置検出手段)
9,13 送受信部
10 許可ボタン(許可手段)
11 送信部
12 LED(相対位置検出手段、指標)
14,24 加速度センサ(相対位置検出手段)
15,25 接触センサ
16 視線センサ
17 ディスプレイ
100 マニピュレータシステム
A 患者
B 操作者
C 操作者の頭部
Claims (11)
- 観察装置によって取得されたマニピュレータの映像を表示するディスプレイと、
操作者の頭部に装着される頭部装着部と、
前記操作者の操作により前記ディスプレイ上に表示された前記マニピュレータに対する操作信号が入力される操作部と、
前記頭部装着部と前記操作部との相対位置を検出する相対位置検出手段と、
該相対位置検出手段によって検出された相対位置に基づいて、第1の制御モードおよび第2の制御モードの少なくとも2つの制御モードを切り替えて前記マニピュレータを制御する制御部とを備え、
前記第1の制御モードが、前記操作部に入力された操作信号に従って前記マニピュレータの動作を制御する制御モードであり、
前記第2の制御モードは、前記マニピュレータの動作速度が前記第1の制御モードにおけるそれよりも小さくなるように前記マニピュレータを制御する制御モードであり、
前記制御部は、前記相対位置が所定の範囲内であるときに前記マニピュレータを前記第1の制御モードで制御し、前記相対位置が所定の範囲から外れているときに前記マニピュレータを前記第2の制御モードで制御する操作入力装置。 - 前記制御部は、前記マニピュレータの動作を停止させる第3の制御モードをさらに備え、前記相対位置が所定の第1の範囲内に位置するときに前記マニピュレータを前記第1の制御モードで制御し、前記相対位置が前記所定の第1の範囲を囲むように該所定の第1の範囲の外側に設定された所定の第2の範囲に位置するときに前記マニピュレータを前記第2の制御モードで制御し、前記相対位置が前記所定の第2の範囲を囲むように該所定の第2の範囲の外側に設定された所定の第3の範囲に位置するときに前記マニピュレータを前記第3の制御モードで制御する請求項1に記載の操作入力装置。
- 前記相対位置検出手段が、前記操作部または前記頭部装着部の一方に設けられた指標と、前記操作部または前記頭部装着部の他方に設けられ前記指標を撮影する撮影部とを備え、
前記制御部が、前記撮影部によって撮影された画像内における前記指標の位置に基づいて、前記第1の制御モードと前記第2の制御モードとを切り替える請求項1に記載の操作入力装置。 - 前記相対位置検出手段が、前記頭部装着部および前記操作部にそれぞれ設けられ、その空間座標系における変位情報を検出する空間センサを備え、
前記制御部は、前記空間センサにより得られた前記頭部装着部と前記操作部との相対位置が所定の範囲から外れたときに、前記第1の制御モードから前記第2の制御モードに切り替える請求項1または請求項3に記載の操作入力装置。 - 前記相対位置検出手段が、前記頭部装着部および前記操作部にそれぞれ設けられ、その空間座標系における変位情報を検出する空間センサを備え、
前記制御部は、少なくとも一方の前記空間センサにより検出された変位情報が所定の閾値より大きいときに、前記第1の制御モードから前記第2の制御モードに切り替える請求項1または請求項3に記載の操作入力装置。 - 前記頭部装着部と前記操作部との相対角度を検出する相対角度検出手段を備え、
前記制御部は、前記相対角度検出手段により検出された相対角度が所定の閾値より大きいときに、前記第1の制御モードから前記第2の制御モードに切り替える請求項1に記載の操作入力装置。 - 前記操作部に設けられ、該操作部と前記操作者の手との接触の有無を検出する接触センサを備え、
前記制御部は、前記接触センサにより前記操作部と前記操作者の手との接触が検出されないときに、前記第1の制御モードから前記第2の制御モードに切り替える請求項1に記載の操作入力装置。 - 前記頭部装着部に設けられ、該頭部装着装置と前記操作者の頭部との接触の有無を検出する接触センサを備え、
前記制御部は、前記接触センサにより前記頭部装着部と前記操作者の頭部との接触が検出されないときに、前記第1の制御モードから前記第2の制御モードに切り替える請求項1に記載の操作入力装置。 - 前記操作者の視線を検出する視線検出手段を備え、
前記制御部は、前記視線検出手段により検出された視線が、正面方向からずれたときに、前記第1の制御モードから前記第2の制御モードに切り替える請求項1に記載の操作入力装置。 - 前記操作者による操作により前記制御部に対して前記第2の制御モードから前記第1の制御モードへの切り替えを許可する許可手段を備え、
前記制御部は、前記第1の制御モードから前記第2の制御モードに切り替えた後、前記許可手段によって許可されたときに前記第1の制御モードに切り替える請求項1に記載の操作入力装置。 - 請求項1から請求項10のいずれかに記載の操作入力装置と、
前記表示物であるマニピュレータと、
前記ディスプレイに表示する前記表示物の映像を取得する観察装置とを備えるマニピュレータシステム。
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