JP6996510B2 - 力覚提示装置 - Google Patents
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Description
1.医療ロボットシステムの構成例
2.力覚提示装置(マスタ装置)の全体構成例
3.操作部
3-1.全体構成例
3-2.振動伝達抑制構造
3-3.変形例
4.まとめ
図1を参照して、本開示の実施形態に係る力覚提示装置を適用可能な医療ロボットシステムの構成例を説明する。図1に示した医療ロボットシステム1は、マスタ-スレーブ方式の医療ロボットシステムである。かかる医療ロボットシステム1において、ユーザがマスタ装置60を操作することで、スレーブ装置90に対して、有線又は無線の通信手段により操作指令が送信され、スレーブ装置90が遠隔操作される。本実施形態に係る力覚提示装置は、マスタ装置60に適用され得る。
次に、図2を参照して、本実施形態に係る力覚提示装置としてのマスタ装置60の全体構成について説明する。図2は、本実施形態に係るマスタ装置60の斜視図を示す。図2に示すマスタ装置60は、支持アーム部20と、本体部30と、ベース部40と、操作部100とを備える。ベース部40は、マスタ装置60の基台部分であり、例えばアルミニウム製のフレーム材を組み合わせて構成されてもよい。ただし、ベース部40の構成はかかる例に限定されない。ベース部40には、支持台50が取り付けられている。術者は、支持台50に肘又は腕を載せた状態で操作部100を操作することで、操作の安定性を得ることができる。なお、支持台50は、ベース部40に取り付けられていなくてもよく、マスタ装置60の構成要素に含まれていなくてもよい。
次に、本実施形態に係るマスタ装置60に取り付けられた操作部100の構成例について説明する。
まず、図4~図8を参照して、操作部100の全体構成例について説明する。図4は、操作部100の斜視図であり、図5は、図4の操作部100を手前側から見た側面図である。また、図6は、図4の操作部100を下方側から見た底面図であり、図7は、図4の操作部100を上方側から見た上面図である。さらに、図8は、操作部100の内部構造を示す説明図であって、図4の操作部100を奥側から見た内部透視図である。
ここで、操作部100は、術者に対して触覚を提示するために用いられる振動発生源67が生成する振動が力センサ61に伝達されることを抑制するための振動伝達抑制構造を有する。つまり、力センサ61は、術者による操作部100の操作により発生する力を検出するセンサであるため、操作部100には、振動発生源67の振動の力センサ61への伝達を抑制するための構造が設けられている。
ここまで、本実施形態に係るマスタ装置60の操作部100の構成例を説明した。操作部100に設けられる振動伝達抑制構造の構成は、上記の実施形態の例に限られない。以下、振動伝達抑制構造の変形例の幾つかを説明する。
図18は、第1の変形例に係る振動伝達抑制構造を示す説明図である。かかる図18は、図15の断面図に対応する図であり、図14のI-I断面の模式図に相当する。第1の変形例に係る振動伝達抑制構造では、支持部109の固定部194に接触部105及び振動発生源67を固定するにあたり、接触部105及び振動発生源67が直接的に固定部194に当接しないように構成される。
図19は、第2の変形例に係る振動伝達抑制構造を示す説明図である。かかる図19は、図15の断面図に対応する図であり、図14のI-I断面の模式図に相当する。第2の変形例に係る振動伝達抑制構造では、振動発生源67が、支持部109により上下に挟持される。
図20及び図21は、第3の変形例に係る振動伝達抑制構造を示す説明図である。かかる図20及び図21は、それぞれ図15の断面図に対応する図であり、図14のI-I断面の模式図に相当する。第3の変形例に係る振動伝達抑制構造では、振動発生源67と固定部194との間に、中間部品199が設けられる。図20に示した例は、第1の変形例に対して第3の変形例を適用した例であり、図21に示した例は、第2の変形例に対して第3の変形例を適用した例である。
第3の変形例に係る振動伝達抑制構造では、振動発生源67の上部と固定部194との間に中間部品199が設けられる場合であっても、振動発生源67により生成された振動が、中間部品199又は接触部105を介して、支持部109に伝達されにくくなる。したがって、当該振動がマスタフレーム110に伝達されることを抑制する効果をさらに高めることができる。これにより、振動発生源67により生成された振動が、マスタフレーム110及び筐体101等を介して力センサ61に伝達されることが抑制され、力センサ61の感度をさらに向上させることができる。
図22は、第4の変形例に係る振動伝達抑制構造を示す説明図である。かかる図22は、図15の断面図に対応する図であり、図14のI-I断面の模式図に相当する。第4の変形例に係る振動伝達抑制構造では、支持部109の固定部194bの上面に振動発生源67及び接触部105が固定される。
図23は、第5の変形例に係る振動伝達抑制構造を示す説明図である。かかる図23は、図15の断面図に対応する図であり、図14のI-I断面の模式図に相当する。第5の変形例に係る振動伝達抑制構造では、振動周波数帯域制限部の構成が上記の実施形態に係る振動伝達抑制構造の場合と異なっている。
図24は、第6の変形例に係る振動伝達抑制構造を示す説明図である。かかる図24は、図15の断面図に対応する図であり、図14のI-I断面の模式図に相当する。第6の変形例に係る振動伝達抑制構造では、振動減衰部材の取り付け方が上記の実施形態に係る振動伝達抑制構造の場合と異なっている。図24に示した例は、第5の変形例に対して第6の変形例を適用した例である。
図25は、第7の変形例に係る振動伝達抑制構造を示す説明図である。かかる図25は、図15の断面図に対応する図であり、図14のI-I断面の模式図に相当する。第7の変形例に係る振動伝達抑制構造は、コイルばねを用いて振動周波数帯域制限部を構成した例である。
以上説明したように、本実施形態に係る力覚提示装置としてのマスタ装置60は、力センサ61と振動発生源67との間に介在する振動減衰部材165を有する。このため、振動発生源67により生成された振動は減衰されて力センサ61側に伝達される。したがって、力センサ61の検出対象である、術者によって操作部100に入力される力ではない振動発生源67による振動ノイズが力センサ61に伝達されることを抑制することができる。
(1)ユーザによって操作される操作部に入力される力を検出する力センサと、
前記ユーザに触覚を提示するための振動発生源と、
前記力センサと前記振動発生源との間に介在する振動減衰部材と、
を備えた、力覚提示装置。
(2)前記操作部は、前記ユーザの一部に接触する接触部を有し、
前記振動発生源は、前記接触部の近傍に設けられ、
前記振動減衰部材は、前記接触部の近傍において、前記力センサと前記振動発生源との間に介在する、前記(1)に記載の力覚提示装置。
(3)前記操作部は、前記ユーザにより入力される力を受けて変位する可動部を含む把持デバイスであって、前記可動部に前記ユーザの指に接触する前記接触部を有し、
前記振動減衰部材は、前記可動部に設けられる、前記(2)に記載の力覚提示装置。
(4)前記操作部はフレーム部を有し、前記接触部は前記フレーム部に片持ち支持された支持部に設けられ、
前記振動減衰部材は、前記フレーム部と前記支持部との間に介在する、前記(2)又は(3)に記載の力覚提示装置。
(5)前記振動発生源が発生する振動は、前記振動減衰部材を介することなく前記接触部に対して伝達される、前記(2)~(4)のいずれか1項に記載の力覚提示装置。
(6)前記振動減衰部材は、炭素繊維強化樹脂、ゴム、発泡性スポンジ、発泡性合成樹脂、又は、ゲルの少なくとも1つにより形成される、前記(1)~(5)のいずれか1項に記載の力覚提示装置。
(7)前記力センサと前記振動発生源との間に介在する振動周波数帯域制限部をさらに備える、前記(1)~(6)のいずれか1項に記載の力覚提示装置。
(8)前記振動周波数帯域制限部は、所定の周波数未満の帯域の振動を前記力センサ側に伝達する、前記(7)に記載の力覚提示装置。
(9)前記振動周波数帯域制限部は、前記振動発生源側から前記力センサに伝達させる振動周波数の帯域に応じた剛性を有する、前記(7)又は(8)に記載の力覚提示装置。
(10)前記振動周波数帯域制限部は、ばね構造又はヒンジ構造を有する、前記(7)~(9)のいずれか1項に記載の力覚提示装置。
(11)前記操作部は、前記ユーザの一部に接触する接触部を有し、
前記振動発生源は、前記接触部の近傍に設けられ、
前記振動周波数帯域制限部は、前記接触部の近傍において、前記力センサと前記振動発生源との間に介在する、前記(7)~(10)のいずれか1項に記載の力覚提示装置。
(12)前記操作部は、前記ユーザにより入力される力を受けて変位する可動部を含む把持デバイスであって、前記可動部に前記ユーザの指に接触する前記接触部を有し、
前記振動周波数帯域制限部は、前記可動部に設けられる、前記(11)に記載の力覚提示装置。
(13)前記操作部はフレーム部を有し、前記接触部は前記フレーム部に片持ち支持された支持部に設けられ、
前記振動周波数帯域制限部は、片持ち支持構造に設けられた弾性構造からなる、前記(11)又は(12)に記載の力覚提示装置。
(14)前記力覚提示装置は、マスタスレーブ装置のマスタ側デバイスである、前記(1)~(13)のいずれか1項に記載の力覚提示装置。
(15)前記力覚提示装置は、医療用の術具の遠隔操作を行う入力装置である、前記(14)に記載の力覚提示装置
60 マスタ装置(力覚提示装置)
61 力センサ
65 モータ
67 振動発生源
79 制御装置
100 操作部
105 接触部
109 支持部
110 マスタフレーム
165 振動減衰部材
191 フレーム接続部
193 弾性部(振動周波数帯域制限部)
194 固定部
Claims (13)
- ユーザによる操作を受け付け可能な操作部に対して入力される力を検出する力センサと、
前記ユーザに触覚を提示するための振動発生源と、
前記力センサと前記振動発生源との間に介在する振動減衰部材と、
を備え、
前記操作部は、フレーム部と前記ユーザの一部に接触する接触部とを有し、前記接触部は前記フレーム部に片持ち支持された支持部に設けられ、
前記振動発生源は、前記接触部の近傍に設けられ、
前記振動減衰部材は、前記接触部の近傍において、前記力センサと前記振動発生源との間に介在し、前記フレーム部と前記支持部との間に介在する、力覚提示装置。 - 前記操作部は、前記ユーザにより入力される力を受けて変位する可動部を含む把持インタフェースであって、前記可動部に前記ユーザの指に接触する前記接触部を有し、
前記振動減衰部材は、前記可動部に設けられる、請求項1に記載の力覚提示装置。 - 前記振動発生源が発生する振動は、前記振動減衰部材を介することなく前記接触部に対して伝達される、請求項1又は2に記載の力覚提示装置。
- 前記振動減衰部材は、炭素繊維強化樹脂、ゴム、発泡性スポンジ、発泡性合成樹脂、又は、ゲルの少なくとも1つにより形成される、請求項1~3のいずれか1項に記載の力覚提示装置。
- 前記力センサと前記振動発生源との間に介在する振動周波数帯域制限部をさらに備える、請求項1~4のいずれか1項に記載の力覚提示装置。
- 前記振動周波数帯域制限部は、所定の周波数未満の帯域の振動を前記力センサ側に伝達する、請求項5に記載の力覚提示装置。
- 前記振動周波数帯域制限部は、前記振動発生源側から前記力センサに伝達させる振動周波数の帯域に応じた剛性を有する、請求項5又は6に記載の力覚提示装置。
- 前記振動周波数帯域制限部は、弾性構造又はばね構造を有する、請求項5~7のいずれか1項に記載の力覚提示装置。
- 前記操作部は、前記ユーザの一部に接触する接触部を有し、
前記振動発生源は、前記接触部の近傍に設けられ、
前記振動周波数帯域制限部は、前記接触部の近傍において、前記力センサと前記振動発生源との間に介在する、請求項5~8のいずれか1項に記載の力覚提示装置。 - 前記操作部は、前記ユーザにより入力される力を受けて変位する可動部を含む把持インタフェースであって、前記可動部に前記ユーザの指に接触する前記接触部を有し、
前記振動周波数帯域制限部は、前記可動部に設けられる、請求項9に記載の力覚提示装置。 - 前記操作部はフレーム部を有し、前記接触部は前記フレーム部に片持ち支持された支持部に設けられ、
前記振動周波数帯域制限部は、片持ち支持構造に設けられた弾性構造からなる、請求項9又は10に記載の力覚提示装置。 - 前記力覚提示装置は、マスタスレーブ装置のマスタ側装置である、請求項1~11のいずれか1項に記載の力覚提示装置。
- 前記力覚提示装置は、医療用の術具の遠隔操作を行う入力装置である、請求項12に記載の力覚提示装置。
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