JPH0871072A

JPH0871072A - 手術用マニピュレータシステム

Info

Publication number: JPH0871072A
Application number: JP6208887A
Authority: JP
Inventors: Toshimasa Kawai; 利昌河合
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1994-09-01
Filing date: 1994-09-01
Publication date: 1996-03-19

Abstract

(57)【要約】【目的】操作性の良好な手術用マニピュレータシステム
の提供を目的としている。【構成】本発明の手術用マニピュレータシステムは、生
体内組織部位の観察と処置の少なくとも一方を行なう手
術用マニピュレータ５，７と、この手術用マニピュレー
タ５，７を操作するための操作手段８，９と、この操作
手段８，９からの操作情報に基づいて前記手術用マニピ
ュレータ５，７の動作を制御する制御手段１１と、前記
手術用マニピュレータ５，７の制御動作を行なうために
必要な制御パラメータを任意に変化させることができる
パラメータ可変手段とを具備している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、生体の例えば体腔内に
挿入したマニピュレータを操作手段によって遠隔的に操
作し、診断・処置等の手術を行なう手術用マニピュレー
タシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、腹壁等の体壁に挿入孔を開け、こ
の挿入孔を通じて内視鏡や処置具を経皮的に体腔内に挿
入することにより体腔内で様々な処置を行なう内視鏡下
外科手術が行われている。こうした術式は大きな切開を
要しない低侵襲なものとして胆のう摘出手術や肺の一部
を摘出除去する手術等で広く行われている。

【０００３】一方、内視鏡や処置具を搭載し、遠隔操作
により内視鏡や処置具を作動し、術者に代わって手術を
行なう手術用マニピュレータが知られている。こうした
手術用マニピュレータは、通常、内視鏡や処置具を備え
る挿入部が多関節構造となっており、各関節部をアクチ
ュエータにより動作させることで、体腔内における目的
部位に対するアプローチを容易ならしめている。

【０００４】ところで、前述した内視鏡下外科手術にお
いては、体壁に開けた挿入孔から体腔内に挿入される内
視鏡や処置具が体腔内の極力広い範囲で動作できること
が望ましい。このような動作は、自由度の大きい多関節
構造の挿入部を備えた手術用マニピュレータを用いるこ
とによって実現可能となる。特に、例えば特願平６−１
３１８１０号明細書に記載されている医療用マスタース
レーブ型マニピュレータシステムを用いれば、体腔内に
おける目的の位置で且つ所望のオリエンテーションで作
業を行なうことができる。

【０００５】この医療用マスタースレーブ型マニピュレ
ータシステムは、スレーブ側である観察用マニピュレー
タおよび処置用マニピュレータと、マスター側であるヘ
ッドマウントディスプレイ及びマスターアームとから主
に構成されている。そして、前記処置用マニピュレータ
は、術者が操作するマスターアームの動きに追従して動
作し、観察用マニピュレータは、術者がヘッドマウント
ディスプレイを頭部に装着することにより術者の頭部の
動きに追従して動作する。つまり、このような医療用マ
スタースレーブ型マニピュレータによれば、自由度の大
きい多関節構造のスレーブ側マニピュレータをマスター
アーム及びヘッドマウントディスプレイによって操作す
るというマスタースレーブ操作を行なうことによって、
内視鏡下外科手術をあたかも開腹手術のような感覚で行
なうことができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、マスターア
ームを操作する際の操作量や操作速度等、或いは頭部の
動き（術者の動きの癖などに起因する。）などが術者に
よって異なることは当然である。

【０００７】しかしながら、前記医療用マスタースレー
ブ型マニピュレータシステムにおいては、マスターアー
ムの動作量に対するスレーブアームの動作量の比率を表
わすスケール比や、マスターアームのどの程度の操作量
でスレーブアームが反応するかを表わす感度（動作不感
帯の幅）といったマニピュレータの制御動作を行なうた
めに必要な制御パラメータが一定していることから、術
者は、体内においてスレーブマニピュレータ（観察用及
び処置用マニピュレータ）に所望の動作を行なわしめる
ために、ある程度の訓練を余儀なくされていた。

【０００８】すなわち、術者は、医療用マスタースレー
ブ型マニピュレータシステムの機能に合わせた操作を行
ないながら且つスレーブマニピュレータ（観察用及び処
置用マニピュレータ）を自分の思う通りに動作させなけ
ればならず、操作に慣れていないと術中の時間的な効率
が悪くなるという欠点があった。本発明は上記事情に着
目してなされたものであり、その目的とするところは、
操作性の良好な手術用マニピュレータシステムを提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決する手段】上記課題を解決するために、本
発明の手術用マニピュレータシステムは、生体内組織部
位の観察と処置の少なくとも一方を行なう手術用マニピ
ュレータと、この手術用マニピュレータを操作するため
の操作手段と、この操作手段からの操作情報に基づいて
前記手術用マニピュレータの動作を制御する制御手段
と、前記手術用マニピュレータの制御動作を行なうため
に必要な制御パラメータを任意に変化させることができ
るパラメータ可変手段とを具備している。

【００１０】

【作用】上記構成では、制御パラメータを術者にとって
操作しやすい状態に変更することができるため、操作性
が向上し、手術時間の短縮を図ることができる。また、
操作に熟練を要さないから、誤操作によって患者に危害
を加えるといったことも避けられ、患者に対する安全性
を十分に確保できるという効果もある。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明の実施例につ
いて説明する。まず、第１の実施例について説明する。
図２は、本発明の手術用マニピュレータシステムの一例
を示すものである。図２中、１は患者の観察・処置を行
なうための手術台であり、２は患者である。手術台１の
両側にはベッドサイドレール３が設けられている。この
ベッドサイドレール３には、処置具４およびスコープ６
を患者の体腔内において位置決めするための処置用アー
ム５および観察用アーム７が着脱自在に取り付けられて
いる。なお、処置具４およびスコープ６は、患者２の体
壁に開けられた挿入孔２ａから体腔内に挿入される。

【００１２】処置用アーム５と処置具４との接続および
観察用アーム７とスコープ６との接続は、複数の自由度
を有する関節部であるフリー関節機構１９によって行な
われる。これは、患者が例えば術中に動いて挿入孔２ａ
の位置がずれるようなことがあっても、挿入孔２ａに無
理な力が加わらないようにするためである。

【００１３】処置用アーム５および観察用アーム７は、
上下伸縮動作（図２中に示すａ方向）、回転動作（図２
中に示すｂ方向）あるいは、左右伸縮動作（図２中に示
すｃ方向）を機構的に行なうことができるように構成さ
れている。このような動きを実現するために、アーム内
にはアクチュエータ（図示しない）が配置されている。
なお、このアクチュエータとしては、ロボットの位置決
めに用いられているサーボモータを使用している。

【００１４】処置用アーム５の先端に取り付けられてい
る処置具４の挿入部４ａと観察用アーム７の先端に取り
付けられているスコープ６の挿入部６ａはそれぞれ、そ
の先端部が図１中に示すａ方向及びｂ方向に湾曲駆動で
きるようになっている。このような湾曲駆動は、処置具
４のサーボモータ収納部４ｂおよびスコープ６のサーボ
モータ収納部６ｂ内にそれぞれ設けられたサーボモータ
（図示しない）を駆動させて挿入部４ａ，６ａ内に挿通
配置されたワイヤー（図示しない）を牽引することによ
って行なわれる。

【００１５】また、処置具４とスコープ６は図１中に示
すｃ方向に回転駆動できるようになっている。このよう
な回転駆動は、フリー関節アームジョイント部４ｃ，６
ｃ内に設けられたサーボモータ４ｄ，６ｄを駆動させて
図示しない回転機構を作動させることにより行なわれ
る。特に、処置具４の先端鉗子部４ｅにはこの鉗子部４
ｅを開閉させる開閉機構が設けられており、この開閉機
構は、サーボモータ収納部４ｂ内に設けられたサーボモ
ータ（図示しない）を駆動させて挿入部４ａ内に挿通配
置されたロッドもしくはワイヤ部材を押し引き操作する
ことにより作動される。

【００１６】ここで、処置具４と処置用アーム５とを組
み合わせたものを処置用スレーブマニピュレータと称
し、スコープ６と観察用アーム７とを組み合わせたもの
を観察用スレーブマニピュレータと称することにする。

【００１７】処置用スレーブマニピュレータの入力手段
であるマスターアーム８と、観察用スレーブマニピュレ
ータの入力手段であるヘッドマウントディスプレイ９
（以下、ＨＭＤという。）とが図２に示されている。

【００１８】マスターアーム８は複数のリンク機構で構
成されている。リンク機構を構成する各リンクには位置
検知用のエンコーダ（図示しない）が設けられている。
このエンコーダによって各リンクの動作を検知すること
で、マスターアーム８の移動量を検知できる。

【００１９】また、操作者がマスターアーム８から手を
離した場合にマスターアーム８がその自重によって勝手
に動作しないように、マスターアーム８の各アームリン
クには電磁クラッチ（図示しない）が取り付けられてい
る。つまり、マスターアーム８は、この電磁クラッチに
よって、必要以外の時には動かないようにその動作が制
限される。また、マスタースレーブモードで実際に処置
用スレーブマニピュレータを動かす際、前記電磁クラッ
チは、フットスイッチ１２を踏む動作によって、その作
動が制御される。つまり、マスターアーム８の動作のロ
ック及びこのロック状態の解除がフットスイッチ１２に
よって行なえるようになっている。ここで、マスタース
レーブモードとは、入力手段であるマスターアーム８の
動きが処置用スレーブマニピュレータに伝達され得るモ
ード、すなわち、処置用スレーブマニピュレータがマス
ターアーム８の動きに追従できるモードをいう。

【００２０】なお、ここでは、処置用スレーブマニピュ
レータを操作する手段として、マスターアーム８に設定
されたエンコーダの情報を用いているが、マスターアー
ム８を用いることなく、例えば歪ゲージや圧力センサー
を用いた３次元ジョイステックあるいは力覚センサーの
ような空間的な位置情報を認識する装置を用いても構わ
ない。このような装置を用いることで構成がマスターア
ーム８に比べてシンプルとなる。

【００２１】一方、ＨＭＤ９は、スコープ６によって観
察された映像を表示するディスプレイ（図示しない）を
備えている。このディスプレイは、ＨＭＤ９を術者の頭
部に装着した際に術者の目の位置にセットされるように
設けられている。また、ＨＭＤ９は、術者の頭がどのよ
うに動いても、スコープ６の先端でとらえられた映像を
前記ディスプレイによって常に観察できるような構成に
なっている。このような構成のＨＭＤ９によれば、従来
のように処置中に術者が手術室に設置されたＴＶモニタ
ーの方に視線を移すといった煩わしい動作を行なわなく
て済むため、操作性が向上する。また、患部から視線を
外すことなく常に患部の映像を明確に観察することがで
きるから、安全な手術を行なうことができる。

【００２２】術者の頭部の空間的な移動量は磁気センサ
ー１０によって検知される。磁気センサー１０は、一様
な磁場を発生する磁気センサーソース部１０ｂと、磁気
センサーソース部１０ｂからの磁場を検知する磁気セン
サーセンス部１０ａとからなる。このうち磁気センサー
センス部１０ａがＨＭＤ９のほぼ中央部に取り付けられ
ている。

【００２３】術者の頭部の動きはこうした磁気センサー
１０によって検知されるが、その検知方法を簡単に説明
すると、ＨＭＤ９以外の所定の場所にセットされた磁気
センサーソース部１０ｂから発生される一様な磁場を磁
気センサーセンス部１０ａで検知し、頭部の動きに伴う
磁場の変化分の情報を処理することによって、ソース部
１０ｂとセンス部１０ａとの空間的絶対移動量およびセ
ンス部１０ａの傾斜であるオイラー角（ロール、ピッ
チ、ヨー）を求めて、術者の頭部の移動量および傾き量
を検知するというものである。

【００２４】なお、ここでは、頭部の動きを検知する手
段として磁気センサーを用いているが、例えば、超音波
センサーによって頭部の動きを検知しても良い。また、
術者の頭部の動きを認識できる領域内に固体撮影素子Ｃ
ＣＤを配置し、このＣＣＤを通じて得られた術者の頭部
の動作データに基づいて画像処理を行なうことにより、
頭部の動きを検知しても良い。

【００２５】次に、処置用スレーブマニピュレータと観
察用スレーブマニピュレータの動作を制御する制御装置
１１について説明する。図２に示すように、制御装置１
１は、前記各スレーブマニピュレータを動作させるため
に必要ないくつかの機能モジュールを具備している。す
なわち、図中、１１ａは、制御装置１１の機能モジュー
ルを統括制御する上位ＣＰＵであるマイクロコントロー
ラである。１１ｅはマスターアーム８に設けられた前記
エンコーダの動作量を保持しておくためのアップダウン
カウンタである。当然のことながら、このアップダウン
カウンタ１１ｅは、マスターアーム８に取り付けられた
エンコーダ分の入力ポートを有している。また、このア
ップダウンカウンタ１１ｅは、具体的には、マスターア
ーム８のエンコーダからの相対的移動量に対して初期設
定時（制御装置１１の電源を立ち上げた時）に予め設定
したカウンタ値の増減を行なわすものである。

【００２６】１１ｄは、ＨＭＤ９に取り付けられた磁気
センサーセンス部１０ａからの情報を検知するための磁
気センサーデータインターフェイス回路である。この磁
気センサーインターフェイス回路１１ｄには磁気センサ
ー１０の絶対位置情報とオイラー角の情報とが磁気セン
サーセンス部１０ａから入力される。

【００２７】１１ｆは、キーボード１３から入力された
情報を受け取るためのキーボードインターフェイス部で
ある。１１ｉは、本実施例におけるマニピュレータシス
テムの動作情報をフロッピーディスクに記憶するための
フロッピーディスクドライブである。１１ｈはフロッピ
ィディスクドライブ１１ｉをコントロールするためのフ
ロッピィディスクコントローラである。なお、フロッピ
ィディスクに保存される情報としては、観察用・処置用
スレーブマニピュレータの教示データや、スケール比、
感度等の制御パラメータが挙げられる。ここでは、フロ
ッピィディスクに保存する例を示しているが、当然のこ
とながら、ハードディスク、光磁気ディスクの情報処理
装置周辺機器で使用される記憶媒体、あるいは、簡単な
素子レベルのＥＥＰＲＯＭ、バッテリバックアップ付き
ＲＡＭ等を用いても構わない。

【００２８】１１ｇはフットスイッチ１２の入力情報を
検知するためのフットスイッチインターフェイス部であ
る。この部分に関しては、特に専用のインターフェイス
ＩＣがないため、第３図に示すような回路に構成してあ
る。

【００２９】ここで、このフットスイッチインターフェ
イス部１１ｇに関して説明しておく。今、例えば、フッ
トスイッチ１２ａを踏まないでいた場合に図３に示す信
号ライン３３ａがＨＩＧＨであったとすると、フットス
イッチ１２ａを踏むことによって信号ライン３３ａがＬ
ＯＷに変化する。この時、ＬＯＷ信号がワイヤードＯＲ
回路３１ａに入力されることによって、フリップフロッ
プ３１ｂの出力が変化する。これによって、マイクロコ
ントローラ１１ａのハード割り込み端子ＩＮＴに信号が
入力される。

【００３０】本実施例においては、制御装置１１の電源
を立ち上げた時、フットスイッチ１２のスイッチ１２ａ
を初めて踏む場合には、ＩＮＴ信号ラインがＨＩＧＨに
なるように設定されている。そして、その後、フットス
イッチ１２を一度踏むとＩＮＴ端子がＬＯＷになり、マ
イクロコントローラ１１ａの内部で割り込みルーチンに
ジャンプするようになっている。ただし、ここで、フッ
トスイッチ１２を踏む回数によって、マスタースレーブ
モードのＯＮ／ＯＦＦを切り換える場合には、ただ単純
に割り込みルーチンへとぶのではなく、割り込みの回数
をカウントしながら、且つ、割り込み端子ＩＮＴの信号
変化のタイミングを検知しながら、マスタースレーブモ
ード動作をどのように行なわせるかを判断することにな
ってくるので、そのような専用の判断ルーチン処理がマ
イクロコントローラ１１ａ側で必要になる。なお、これ
についての詳細については後述する。

【００３１】本実施例では、フットスイッチ１２を一度
踏むと、マスタースレーブモードが開始され、フットス
イッチ１２を再度踏むと、マスタースレーブモードが解
除される構成になっている。そのため、ワイヤードＯＲ
回路３１ａとフリップフロップ３１ｂとからなるトグル
スイッチ機構３１が設けられているものである。なお、
フットスイッチ１２の踏み回数によってパラメータを変
化させることができるように、フットスイッチ１２の踏
み回数を覚えておくアップダウンカウンタ３２が設けら
れている。例えば、スイッチ１２ａを踏むとアップダウ
ンカウンタ３２の値がＵＰし、スイッチ１２ｂを踏むと
アップダウンカウンタ３２の値がＤＯＷＮする。また、
フットスイッチ１２によってマスタースレーブモードが
ＯＮになると、マスターアーム８に取り付けられた電磁
クラッチが解除され、初めて術者がマスターアーム８を
自由に動かすことができるようになる。ここでは、シス
テム構成の都合上フットスイッチ１２ａを用いている
が、例えばマスターアーム８の操作者把持部近傍にスイ
ッチを設けて、操作者の手でマスタースレーブモードの
ＯＮ／ＯＦＦ切換えを行なっても構わない。

【００３２】また、図２中、１１ｂは、スレーブ側の各
構成要素である処置用アーム５、観察用アーム７、処置
具４、スコープ６のそれぞれを駆動するためのサーボイ
ンターフェイスであり、サーボの高速演算処理を行なう
ためのディジタルシグナルプロセッサ（以下、ＤＳＰと
いう。）を有する。また、１１ｃは、前記ＤＳＰ１１ｂ
の処理結果の信号を実際にモータを駆動するために必要
なパワーまで増幅するためのサーボドライバである。

【００３３】次に、各機能モジュールのインターフェイ
スについて説明する。図２中、制御装置１１内に示され
ている１１ｍはデータバスラインである。このデータバ
スライン１１ｍは、マイクロコントローラ１１ａからＤ
ＳＰ１１ｂに位置指令を送ったり、スレーブアーム側の
サーボ部のエンコーダフィードバック情報を読みとった
り、アップダウンカウンタ１１ｅ、磁気センサー移動量
インターフェイス１１ｄ、キーボードインターフェイス
部１１ｆ、フットスイッチインターフェイス部１１ｇ、
フロッピーディスクインターフェイス部１１ｈのそれぞ
れからのデータをマイクロコントローラ１１ａに取り込
んだりするラインである。

【００３４】１１ｊは、ＤＳＰ１１ｂで得られた制御演
算結果をサーボドライバ１１ｃに送るためのアナログ指
令ラインである。１１ｋは、サーボドライバ１１ｃから
のパワー信号を供給するラインおよびサーボ部フィード
バックエンコーダラインである。１１ｕは、フロッピー
ディスクドライブ１１ｉとフロッピーディスクドライブ
コントローラ１１ｈとの間でのデータのやりとりを行な
うためのデータラインである。１１ｔは、フットスイッ
チ１２とフットスイッチインターフェイス部１１ｇとの
間でのインターフェイスである。１１ｓは、キーボード
１３とキーボードインターフェイス部１１ｆとの通信を
行なうためのデータラインである。

【００３５】なお、前記インターフェイスにおいては、
データの受け渡しを行なうデータバスライン１１ｍしか
示さなかったが、前記各機能モジュールを選択するため
のアドレスバスやコントロールライン等が付加されてい
ることはいうまでもない。また、観察用スレーブマニピ
ュレータと処置用スレーブマニピュレータのサーボ系を
駆動するための１１ｊラインおよび１１ｋラインは、ア
ナログ指令ラインのものしか示さなかったが、ＤＳＰ１
１ｂでＰＩＤ制御則を実行するためのエンコーダフィー
ドバック信号ラインも存在する。

【００３６】次に、制御装置１１内のデータの流れにつ
いて説明する。基本的には、マスターアーム８あるいは
ＨＭＤ９の動作に追従して、観察用スレーブマニピュレ
ータあるいは処置用スレーブマニピュレータが動作する
のが、マスタースレーブモードである。データの流れは
観察用も処置用も基本的には同じであるので、ここで
は、処置用におけるマスタスレーブモード時の制御装置
１１内のデータの流れについてだけ説明する。

【００３７】まず、マスターアーム８に設けられたエン
コーダの情報はアップダウンカウンタ１１ｅで読み取ら
れる。このアップダウンカウンタ１１ｅでは、初めにア
ップダウンカウンタ１１ｅに設定されたデータに対して
移動量を増減させるので、絶対的な移動量（マスターア
ーム８の移動量）が検知できる。このアップダウンカウ
ンタ１１ｅ内に保持されているデータはサンプリング毎
にマイクロコントローラ１１ａ内にデータバス１１ｍを
介して取り込まれる。マイクロコントローラ１１ａ内で
は、前記移動量に対して処置用スレーブマニピュレータ
の各軸をどのように動作させるかを決定するための座標
変換処理が行なわれる。

【００３８】ここで、観察用の場合は、逆座標変換（磁
気センサー１０の絶対位置と傾きとから、観察用スレー
ブマニピュレータの各駆動部へ出力する各リンクパラメ
ータの関節変数を求める変換作業）のみを行なえば良い
が、処置用の場合には、マスターアーム８が複数のリン
クからなるため、逆座標変換を行なう前に、順座標変換
（マスターアーム８の先端の位置・姿勢を求める座標変
換作業）を行なうことが必要になってくる。なお、マス
ターアーム８と処置用スレーブマニピュレータとの動作
の対応については後述する。

【００３９】座標変換処理が行なわれ、処置用スレーブ
マニピュレータの各アーム部への移動量が算出された
ら、この移動量の指令値がマイクロコントローラ１１ａ
からデータバス１１ｍを介してＤＳＰ１１ｂに送られ
る。ＤＳＰ１１ｂ内での処理は、ある決められた制御則
（例えば、ＰＩＤ制御のような簡単なアルゴリズムを用
いる）に基づいて行なわれる。ＤＳＰ１１ｂで得られた
制御演算結果は、アナログ指令値として、アナログ指令
ライン１１ｊを介してサーボドライバ１１ｃに出力され
る。このアナログ指令値はサーボドライバ１１ｃにより
増幅され、この増幅された出力がサーボドライバ１１ｃ
からモータドライブライン１１ｋを介して処置用スレー
ブマニピュレータのモータに出力される。これによっ
て、処置用スレーブマニピュレータ内に配置されたモー
タがスレーブ側の機構を駆動させて、処置用スレーブマ
ニピュレータが動作する。

【００４０】また、特に、マスタースレーブモードを行
なう際、このモードのＯＮ／ＯＦＦはフットスイッチ１
２で行なわれるが、これに関しては、図３に示したよう
に、トグル回路３１がマイクロコントローラ１１ａのハ
ードウェア割り込み端子ＩＮＴに接続されているため、
フットスイッチ１２の入力によって前述した処理が一時
停止されるようになっている。

【００４１】割り込みに関しては、フットスイッチ１２
の入力に対応した部分以外に、アップダウンカウンタ１
１ｅあるいは磁気センサーインターフェイス１１ｄから
の入力を一定時間毎にサンプリングするためのタイマー
割り込み、サーボ系の異常が発生した場合にスレーブア
ームを停止させるためのアラーム用の割り込みがある。
このアラーム用の割り込みに関しては、実際にはＤＳＰ
１１ｂからマイクロコントローラ１１ａに専用の割り込
みラインが接続されている。この場合、サーボ系のアラ
ームレベルがいくつかあるが（回転数異常、過電流異
常、フィードバックエンコーダ異常、偏差カウンタ値異
常など）、このアラームレベルに応じて、マスタースレ
ーブ動作を継続させるか否かをマイクロコントローラ１
１ａが判断する。特に、致命的な異常の場合には、制御
プログラムを自動的に終了するように、プログラムが組
まれている。

【００４２】次に、上記構成のシステムの動作について
説明する。本システムを用いて患者の観察・処置を行な
うには、まず初めに、制御装置１１のセットアップを行
なう必要がある。このセットアップは、キーボード１３
でコマンドを選択することにより行なう。これらのコマ
ンドは、ＨＭＤ９の画面上に表示される。セットアップ
時の表示メニューは、例えば図７の（ｃ）に示されるよ
うなものである。なお、本実施例では、メニューがＨＭ
Ｄ９のディスプレイ上に表示されるが、制御装置１１側
にＣＲＴディスプレイのような表示手段を設け、術者以
外の人間（例えば、ナースなど）がセットアップできる
ようにしても良い。

【００４３】本システムでは、フロッピィディスクに保
存されたパラメータをセットアップ時に自動的に読み出
す構成になっている。フロッピィディスクに保存されて
いるパラメータとしては、教示データやマスタースレー
ブスケール比、感度などがある。ここで、特に、マスタ
ースレーブスケール比および感度について説明する。

【００４４】マスタースレーブスケール比は、マスター
アームの動作量に対してスレーブアームの動作量をどの
程度にするのかを決定するものである。例えば、処置具
のマスタースレーブ動作について言えば、マスタースレ
ーブスケール比が１であれば、マスターアーム８の移動
量が１０ｍｍに対してスレーブ（処置用）アーム５の移
動量が１０ｍｍになる。マスタースレーブスケール比が
０．１であれば、マスターアーム８の移動量が１０ｍｍ
に対してスレーブ（処置用）アーム５の移動量が１ｍｍ
となる。もっとも、この場合は位置についてのスケール
比であるが、マスター側とスレーブ側との角度比につい
ても同様のことができるように本システムは構成されて
いる。

【００４５】また、感度については、例えば観察用の場
合、マスター側の磁気センサー１０の入力感度を変化さ
せることによって、スレーブ側の観察用アーム７の不感
帯の大きさを変化させることができる。例えば、位置に
対する入力感度を１ｍｍにしておくと、磁気センサー１
０が１ｍｍ以上動かない限りスレーブ（観察用）アーム
７は動作しない。これによって、術者の動きの癖によっ
てスレーブ側が無駄な動作をするといった不都合を回避
することができる。

【００４６】さて、制御装置１１の電源を立ち上げて、
最初のパラメータデータの呼び出しを行なったら、今度
は、スレーブ側の現在位置がどこになっているのかを判
断する必要がある。つまり、スレーブアーム５，７の絶
対位置を検知する必要がある。

【００４７】スレーブアーム５，７内に配置されたサー
ボモータのエンコーダが絶対位置エンコーダであれば、
そのまま使用できるが、絶対位置エンコーダは高価なも
のであり、コストを考えた場合、一般にインクリメンタ
ルエンコーダが利用される。このインクリメンタルエン
コーダは相対的な移動量を検知することしかできないた
め、もし、インクリメンタルエンコーダを用いたスレー
ブ構成を行なった場合には、原点復帰という作業が必要
となってくる。

【００４８】この原点復帰作業というのは、各アーム
５，７を予め決められた形状に戻すことによって基準位
置を設定し、その基準位置からインクリメンタルエンコ
ーダのカウント値を計算して、現在どこの位置にアーム
５，７が位置決めされているかを検知するものである。
この動作を行なう場合、制御装置１１の電源を立ち上げ
た際に、どの順番で原点復帰するかを決める必要もでて
くる。これは、スレーブアーム５，７付近に障害物等が
存在した場合、その障害物にスレーブアーム５，７がぶ
つかってしまい、障害物はもちろんのこと、スレーブア
ーム５，７を壊してしまう可能性があるためである。

【００４９】本システムでは、特に、スレーブアーム
５，７のサーボモータ部にインクリメンタルエンコーダ
を設けて、原点復帰動作を行なえるように構成してあ
る。この時の選択メニュー（原点復帰順序選択メニュ
ー）が図７の（ｄ）に示されている。このメニューの使
用方法は、キーボード１３にある数字入力キーを使って
メニュー上のアンダーバーの部分に復帰順序を設定して
いく。入力した数値は確定キーを押すことによって確定
される。こうした設定では、マイクロコントローラ１１
ａ内に内蔵されているプログラムによって設定数値が絶
えず認識され、同じ復帰順序が存在しないようにする。
そして、もし、同じ復帰軸が存在した場合には、その数
値の入力がなされないとともに、メニュー画面上に「同
一復帰順序が存在します。」といった警告が行なわれる
ようになっている。

【００５０】この例では、原点復帰順序の順番を任意に
設定していく場合について説明したが、復帰順序も制御
パラメータとして保存するようにしておけば、制御装置
１１の電源を立ち上げた後にフロッピィディスクから制
御パラメータの情報を読み出す段階で復帰順序も一緒に
読み出し、前回の観察・処置と同じ復帰順序で原点復帰
を行なわせることも可能である。この原点復帰順序の保
存は例えば次のようにしてなされる。すなわち、制御プ
ログラムが終了した後にプログラムが現在の復帰順序を
保存するか否かを術者に問かけ、これに対して術者が必
要に応じて保存作業を行なう。

【００５１】前回の復帰順序をフロッピィディスクから
読み出すようにした場合には、図７の（ｄ）の原点復帰
メニュー画面上のアンダーバー部に前回の数値が表示さ
れる。そして、今回、前回と同一の復帰順序で行なう用
意があれば、術者はそのまま確定キーを押せば良い。こ
の場合、確定キーを押す毎に画面上のカーソルが次々に
メニュー下方へ下りていく。この時、ある軸に対して原
点復帰順序を変更したければ、その部分に対して数値を
入力し、確定キーを押すことによってその数値を確定す
れば良い。

【００５２】なお、スレーブアーム５，７のサーボモー
タ部にインクリメンタルエンコーダを設けた本システム
の場合、原点復帰作業が行なわれないと次の作業に進め
ないようにしてある。原点復帰作業が行なわれたか否か
はマイクロコントローラ１１ａで認識される。また、原
点復帰作業は、制御装置１１の電源を切らない限り行な
う必要がない。したがって、電源を立ち上げ後において
は、原点復帰作業は、特別な理由が無い限り１回のみ実
施される。

【００５３】以上説明したように、スレーブアーム５，
７のサーボモータ部の位置検知手段がインクリメンタル
エンコーダの場合、原点復帰作業を行なう必要がある
が、この作業が終了したら、次に、処置具４およびスコ
ープ６を処置用アーム５および観察用アーム７に取り付
ける作業を行なう。

【００５４】この取付け作業は、原点復帰した基準位置
からスレーブアーム５，７を動作させて、所望の位置に
スレーブアーム５，７の先端を移動させた後に行なう。
これは、手術台１から腹壁までの距離が患者によって異
なるため、患者毎に挿入孔２ａを決める必要があるため
である。この作業を行なうためには、スレーブマニピュ
レータの各軸を任意に移動できるようにしておく必要が
ある。そのために、本システムでは、キーボード１３の
キーに各軸の割付をしておく。例えば、１キーを押す
と、手術台１側から１軸目の駆動がなされ、２キーを押
すと、手術台１側から２軸目の駆動がなされるといった
具合である。こうすることで、キーボード１３のカーソ
ルキーによりスレーブマニピュレータの各軸を任意に移
動できる。

【００５５】スレーブマニピュレータの各軸の移動が終
了したら、確定キーを入力することにより、前記作業が
終了する。以上の一連の作業を行なって初めて、マスタ
ースレーブモードによる観察・処置が行なえるようにな
る。この場合、この一連の作業を対話式のメニューにし
ておき、どの作業が終了してどの作業が未終了なのか
を、術者が目視できるようにしておくと、便利であるこ
とは言うまでもない。

【００５６】次に、実際のマスタースレーブモード時の
動作について説明する。前述したように、マスタースレ
ーブモードのＯＮ／ＯＦＦはフットスイッチ１２によっ
て行なわれる。フットスイッチ１２を２回連続的に踏む
とマスタースレーブモードがＯＮになり、フットスイッ
チ１２を再度１回踏むとＯＦＦになる。フットスイッチ
１２には図２に示すように２つのスイッチ１２ａ，１２
ｂが設けられているが、マスタースレーブモードのＯＮ
／ＯＦＦの切り換えは、どちらのスイッチ１２ａ，１２
ｂを踏んでも、制御装置１１側で認識されるように構成
されている。

【００５７】ここで、フットスイッチ１２に２つのスイ
ッチ１２ａ，１２ｂを設けた理由は、前述した制御パラ
メータにおいて、例えば、スケール比の変更、感度の変
更を行う時にその値の増減を行なわしめることができる
ようにするためである。例えば、スイッチ１２ａを押す
とスケール比や感度の値を上げることができ、逆に、ス
イッチ１２ｂを押すとスケール比や感度の値を下げるこ
とができる。

【００５８】制御装置１１の電源を立ち上げると、図７
の（ｂ）に示すメニューがＨＭＤ９の画面の端（図７の
（ａ）参照）に表示される。この時、フットスイッチ１
２の例えばスイッチ１２ａを踏むと、メニュー上のカー
ソルが下方に移動する。また、スイッチ１２ｂを踏む
と、メニュー上のカーソルが上方に移動する。フットス
イッチ１２を２度連続的に踏むと、カーソルが位置する
メニューの部位が選択される。

【００５９】マスタースレーブモードに入るために、術
者がＨＭＤ９を頭部に搭載し、マスターアーム８を持っ
てフットスイッチ１２を２度踏んだということで、以
後、話を進めることとする。

【００６０】マスタースレーブモードにおいて、術者が
図４の（ａ）に示すようにマスターアーム８の先端に設
定された座標系のｚ軸を点線方向に移動させると、スレ
ーブ（処置用）アーム５も図４の（ｂ）に示すようにそ
のｚ軸が点線上に沿って移動するようになっている。要
するに、マスターアーム８の先端のベクトルＭの動きに
追従してスレーブアーム５のベクトルＳが同じ動きをす
る。

【００６１】こうした動作を可能ならしめるために、マ
イクロコントローラ１１ａ側で前述した座標変換が行な
われる。これによって、例えば、マスターアーム８の方
向を図４の（ａ）中のＹ方向に移動させた場合には、処
置具４が図４の（ｂ）中のＹ方向に向き、且つ、マスタ
ーアーム８の移動量と同じ移動量となるように処置具４
の先端部が湾曲し且つスレーブ（処置用）アーム５が移
動する。図４中に示されている対応では、スケール比を
０．５としているため、マスターアーム８の移動量の半
分の移動量でスレーブアーム５が移動する。

【００６２】処置用マニピュレータにおける前述した動
作と同様に、観察用マニピュレータにおいても、頭部に
取り付けたＨＭＤ９の動作に追従して観察用アーム７と
スコープ６とが動作する。例えば、ＨＭＤ９を図５の
（ａ）に示すＰの地点から点線に沿ってＱの地点まで動
かした場合（この動作は、術者が前方に向けて前進する
場合に相当する。）、スレーブ側のスコープ６は、図５
の（ｂ）に示すＳ地点から点線に沿ってＴ地点まで移動
する。

【００６３】以上説明したように、術者によるマスター
アーム８の操作と術者の頭部の動きとに追従して、スレ
ーブ側のマニピュレータ５，７が各々動作するようにな
っている。

【００６４】前述した座標変換を行なう際、マイクロコ
ントローラ１１ａ側で初めの座標系を定義する必要があ
る。以下、これについて説明する。例えば、図４の
（ａ）のＸＹＺ座標系を基準にｘｙｚ座標系がどの位移
動したか（相対的移動量）を座標変換処理して処置用ス
レーブマニピュレータを動作させる。ここでは、マスタ
ースレーブモードがＯＮになった時点のマスターアーム
８の先端での位置・姿勢をマスターアーム８の基準座標
系に設定し、処置用スレーブマニピュレータの先端部の
現在の位置・姿勢を処置用スレーブマニピュレータの基
準座標系に設定してある。そして、マスターアーム８の
基準座標系からの移動量をスレーブマニピュレータの移
動量に反映させる動作を行なう。これは、ロボット用語
で表現すると、マスターアーム８のメカニカルインター
フェイス座標系の動作と処置用スレーブマニピュレータ
のメカニカルインターフェイス座標系の動作とを対応さ
せるということである。この方法によれば、マスターア
ーム８の基準座標系を任意に設定することが可能となる
ため、任意の場所からマスターアーム８によるマスター
スレーブ動作を行なわせることが可能となる。

【００６５】図８の（ａ）の実線の形状は、マスタース
レーブモードをＯＮした時点におけるマスターアーム８
の形状を示している。また、点線の形状は、一点破線で
描かれた線上に沿って図中＋Ｚ方向にマスターアーム８
の先端座標系ｘｙｚを移動させた時のマスターアーム８
の形状を示している。なお、マスタースレーブモードＯ
Ｎ時には、処置用スレーブマニピュレータ側は図８の
（ｂ）の（１）に示された形状となっている。

【００６６】今、図８の（ｂ）において、マスターアー
ム８の先端をＰ_M の位置からＱ_M の位置に移動させた
時、処置用スレーブマニピュレータが図８の（ｂ）の
（１）のスレーブ先端位置Ｐ_S から図８の（ｂ）の
（２）のスレーブ先端位置Ｑ_S に移動したとする。ここ
で、図８の（ａ）に点線で示されるようにマスターアー
ム８の先端位置がＱ_M の位置に到達すると、マスターア
ーム８は機構的な制限により＋Ｚ方向にこれ以上進めな
くなる。そのため、図８の（ｂ）の（３）に示したスレ
ーブ先端位置Ｒ_S までスレーブマニピュレータを移動さ
せることができなくなる。こうした不都合を解消するた
め、一度マスタースレーブモードをＯＦＦにする。マス
タースレーブモードをＯＦＦにした後、マスターアーム
８を、点線で示されている形状（先端位置Ｑ_M ）から、
図８の（ａ）中の矢印−Ｚ方向に移動させて、実線で描
かれている実線の形状に戻す。つまり、マスターアーム
８の先端位置をＰ_M に戻す。

【００６７】マスターアーム８の先端位置をＰ_M に戻し
たら、再度、マスタースレーブモードをＯＮにし、マス
ターアーム８を点線で示す形状になるように移動させ
る。すなわち、マスターアーム８の先端位置をＰ_M から
Ｑ_M まで一点破線に沿って移動させる。この時、処置用
スレーブマニピュレータ側は、図８の（ｂ）の（２）の
状態から、（３）の状態になる（スレーブ側の処置具４
の先端位置がＱ_S からＲ_S に移動する）。

【００６８】以上説明したように、本システムでは、マ
スターアーム８の先端位置と処置用スレーブマニピュレ
ータの先端位置との対応を相対的な移動量で動作させて
いるため、マスターアーム８を任意の位置から動作させ
てマスタースレーブモードを行なわせ、マスターアーム
８の動作的な制限を無くすことができる。また、この方
法によれば、術者が操作している最中にマスターアーム
８が無理な体勢になったとしても、その時点でマスター
スレーブモードをＯＦＦにしてやれば、術者が操作しや
すい位置にマスターアーム８を設定し直すことができる
ため、操作性が向上する。

【００６９】次に、術中に制御パラメータを変換する方
法について具体的に説明する。例えば、所望の部位を観
察するために術者が頭を動かして体腔内を探り、目的部
位が確認されたとする。その後、処置具によって、実際
に処置を行なうわけであるが、観察におけるスケール
は、体腔内を全体的に見回しながら所望部位にアプロー
チしていく必要から、ある程度大きくても構わないが、
処置を行なう場合にはこのスケール比を小さくする方が
良い場合がある。例えば、一般的には、処置を行なう目
的部位は患者の体腔内のほんの一部であることが少なく
なく、マスターアーム８が僅かに移動しても、処置具４
の移動量は目的部位に対して相当な量となる可能性があ
る。これによって、処置具４が処置すべきでない部位に
まで移動する可能性があり、正常な部位に損傷を与える
可能性がある。

【００７０】そこで、目的部位への観察用アーム７の位
置決めをほぼ終えた後で、一度フットスイッチ１２を踏
んで、マスタースレーブモードをＯＦＦにする。ＯＦＦ
にした後は、図７の（ａ）に示すＡの部分に、図７の
（ｂ）のようなスケール比を変更するメニューが表示さ
れる。

【００７１】スケール比は、例えば、術者がフットスイ
ッチ１２のスイッチ１２ａを踏めばＵＰし、スイッチ１
２ｂを踏めばＤＯＷＮする。フットスイッチ１２を踏む
と、ＨＭＤ９の表示部に表示された図７の（ｂ）の画面
中の矢印部分（ＵＰおよびＤＯＷＮのカーソル）が点滅
するようになっている。この時のスケール比の変化量
（分解能）については、予めセットアップ時に設定して
おくことで、任意のスケール比分解能が得られる。この
方法によれば、スケール比の変換がフットスイッチ１２
を使用することによって可能となるので、術者は術中に
いつでも任意にスケール比を換えることができる。スケ
ール比の変換設定が終わり、再度マスタースレーブモー
ドのＯＮを行なう場合には、フットスイッチを連続的に
２度踏めばよい。

【００７２】マスタスーレーブモードの終了は、キーボ
ード１３の任意に設定されたキーを押すことによって行
なわれる。例えば、Ｑキーなどが一般的に割り当てられ
る。術者が実際にマスタースレーブモードをＯＦＦにす
るための作業手順としては、フットスイッチ１２によっ
て、一度マスタースレーブモードをＯＦＦにする。これ
によって、手術用スレーブマニピュレータへの指令が出
力されなくなるため、術者がキーボード１３を操作する
ために移動してもスレーブマニピュレータが動作しな
い。したがって、術者がキーボード１３を操作するため
に制御装置１１に近づいてキーボード１３のＱキーを押
せば、マスタースレーブ制御プログラムが終了する。終
了後は、そのまま、制御プログラムを終了させても良い
し、パラメータを変更させて（フットスイッチ１２での
操作設定をスケール比から感度に変更する。）、再度マ
スタースレーブモードを行なっても構わない。

【００７３】以上説明したように、本実施例の手術用マ
ニピュレータシステムによれば、スコープ６と処置具４
のスケール比等の制御パラメータを任意に変更すること
ができるため、操作性が良好となる。つまり、操作者の
操作手段の働きに対応して動作する手術器械の動作量
を、術者の使用し易い動作量に対応させることができる
ため、操作性が良好となる。

【００７４】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。第１の実施例では観察用マニピュレータで大まか
な位置決めを行ない、処置用マニピュレータで微小な位
置決め操作を行なうようにしたが、この第２の実施例で
は、第１の実施例と同様なシステム構成において、観察
用および処置用のマニピュレータのスケール比を独立に
変更できるようにしたものである。

【００７５】これは、階層メニューを使用することによ
り実現可能である。例えば、フットスイッチ１２を３度
連続的に踏む場合には上位の階層メニューに戻り、２度
踏んだ時には下位の階層メニューに移行し、１度踏む場
合には現在のメニューのカーソルの選択を行なうといっ
た具合に設定しておく。これによって、フットスイッチ
１２で観察用と処置用のマニピュレータのスケール比の
変更を独立して行なうことができる。このことを一連の
作業例で示すと、以下のようになる。

【００７６】マスタースレーブモードを入力する時は、
２つのフットスイッチ１２ａ，１２ｂのどちらか一方を
３度連続的に踏む。踏んだ後は、図７の（ａ）に示すＡ
の部分に図７の（ｅ）に示すメニューが表示される。こ
の後、術者がマスタースレーブモードによって、観察・
処置を行なうわけであるが、途中で処置具４のスケール
比を変更させたい場合、フットスイッチ１２ａ，１２ｂ
のどちらか一方を一度踏むようにする。フットスイッチ
を踏むと、図７の（ｂ）に示すメニューが図７の（ｅ）
に示すメニューの下にポップアップメニューのように表
示される（図７の（ｆ）参照）。このような表示がなさ
れた後、フットスイッチ１２ａを断続的に踏むとスケー
ル比がＵＰし、１２ｂを断続的に踏むとスケール比がＤ
ＯＷＮする。

【００７７】所望のスケール比が選択された後、フット
スイッチ１２ａ，１２ｂのどちらか一方を２度連続的に
踏むと、ポップアップされていた図７の（ｂ）に示すメ
ニューが閉じられ、もとの図７の（ｅ）に示すメニュー
のみが表示される。これによって、任意にポップアップ
メニューの画面呼び出しおよび画面消去が可能となる。
また、制御装置１１の電源を立ち上げた時のメニュー
（図７の（ｃ）参照）に戻り、マスタースレーブモード
のみならず、教示モード、再生モードおよびパラメータ
の変更を行なうことが可能となる。

【００７８】以上のような方法によれば、処置用および
観察用のマニピュレータのスケール比を任意にかつ独立
して設定することが可能となるため、第１の実施例より
も更に操作性が向上することは言うまでもない。

【００７９】次に、本発明の第３の実施例について説明
する。本実施例は、手術中に術者が変わっても、操作者
の操作量に対する不感帯の幅を任意に設定できるように
したものである。

【００８０】前述した第１および２の実施例では、マス
タースレーブモードにおいて、スケール比の変更を任意
に行なうことができる例について説明したが、例えば、
途中で術者が変り、観察・処置を行なうような状況も考
えられる。こうした点に着目したのが本実施例である。

【００８１】操作方法は術者によって異なる。そのた
め、時として、マスタースレーブ型マニピュレータの操
作がしずらくなることがある。こうした問題は、途中で
術者操作量に対する不感帯の幅（以下、感度という。）
を変更することによって解消される。

【００８２】以下、感度について観察用マニピュレータ
を例にとって説明する。観察用マニピュレータシステム
では、前述したように、術者の頭部にＨＭＤ９を搭載す
ることによって観察を行なうが、ＨＭＤ９には前述した
ように磁気センサー１０が取り付けられている。図６の
（ａ）に示すように、例えば、術者は自分では何もして
いないつもりでも実際には上下に揺れている場合があ
る。そうした位置変化は磁気センサー１０によって感知
され、磁気センサー１０からの位置変化情報に基づいて
制御装置１１が観察用スレーブマニピュレータを動作さ
せる。

【００８３】術者が上下した場合には、観察用スレーブ
マニピュレータは振動するような動きとなり、患者に対
してあまり良くない効果をもたらす。図６の（ｂ）に示
すような横の動きに対しても観察用スレーブマニピュレ
ータの振動が発生する。

【００８４】こうした問題を解決するために、制御装置
１１のマイクロコントローラ１１ａ内で磁気センサー１
０からの入力値の変化にある閾値を持たせ、この閾値以
上にならないと観察用スレーブマニピュレータが動作し
ないように構成する。これを実現するためには、マイク
ロコントローラ１１ａ内に内蔵されたプログラム内に閾
値判断を行なうフィルタープログラムを挿入する。例え
ば、磁気センサー１０の移動量が１ｍｍ以上でないと、
観察用スレーブマニピュレータが動作しないようにす
る。

【００８５】具体的なものとして簡単なフィルタープロ
グラムを以下に示す。すなわち、このプログラムでは、
磁気センサー１０からのデータを取り込み、前回取り込
んだデータとの差分をとる処理が行なわれる。これによ
って、相対的移動量が計算される。この計算値を予め決
められた定数（感度）と比較し、計算値が前記定数より
大きい値になった場合には、移動量分（相対的移動量）
をＤＳＰ１１ｂに位置指令として送ってスレーブ動作を
行なわせ、計算値が前記定数以下の値であれば、ＤＳＰ
１１ｂに位置指令を送らない。このようなフィルタープ
ログラムをマイクロコントローラ１１ａ内に内蔵されて
いるプログラムにサブルーチンとして付加することによ
り、簡単に感度調整を行なうことができる。

【００８６】このような方法によれば、術中に術者が途
中で変わった場合でも、術者に合った任意の感度に変更
することができる。この時の操作は、前述した第１およ
び第２の実施例と同様、フットスイッチ１２のＯＮ／Ｏ
ＦＦ操作でマスタースレーブモードをＯＮ／ＯＦＦさせ
て、ＨＭＤ９の画面上の端に感度に対応するメニューを
表示させれば良い。このメニューは、図７の（ｂ）およ
び図７の（ｅ）に示されている表示メニューと同じであ
る。ただ、図７の（ｂ）「ＳＣＡＬＥ」の文字が「感
度」に、また、図７の（ｅ）の「スケール」の文字が
「感度」という文字にとって代わるだけである。また、
操作方法についても、第１および第２の実施例で述べた
スケール変換方法と同様である。なお、ここでは観察用
マニピュレータの場合の感度変更について説明したが、
処置用マニピュレータの場合でも、同様な感度調整が行
なえる。

【００８７】以上説明したように、本実施例によれば、
術中に途中で術者が変わるようなことがあっても、マス
タースレーブモードにおいて、感度を任意に変えられる
ため、術者に合ったマスタースレーブ動作を行なわせる
ことができる。

【００８８】次に、本発明の第４の実施例について説明
する。本実施例は、術者の操作量に制限を持たせ、予め
設定された制限量を超えた場合に、手術器械を任意の手
術器械拘束条件にしたがって拘束するようにしたもので
ある。

【００８９】第１の実施例の構成においては、操作入力
手段としてのマスターアーム８や磁気センサー１０をあ
まり早く動かすと、患者に対して危害を加える可能性が
ある。これは、本システムが操作者の操作する入力手段
からの情報を忠実に手術器械（処置具４及びスコープ
６）に伝達させるためである。

【００９０】そのため、本実施例では、操作者が意図し
ない不要な動作を処置具４及びスコープ６に認識させな
いようにしてある。例えば、過大な速度情報が入力され
た場合にはその情報を無視するような処理を行なわせて
いる。これは、マイクロコントローラ１１ａ内部で速度
・位置に対してリミッタを設けてあり、そのリミッタ値
を超えたら、アラーム音を出しながら、スレーブ動作を
一時停止させるようにプログラムが構成されてある。な
お、一時停止だけではなく、前記異常処理と同様に、入
力手段（マスターアーム８及び磁気センサー１０）があ
まりにも過大な速度で動作した場合には、制御プログラ
ムを自動的に終了させても構わない。

【００９１】また、過大な速度情報が入力された場合で
も、入力手段からの位置は磁気センサーインターフェイ
ス１１ｄやアップダウンカウンタ１１ｅ内に保存されて
いるため、スレーブマニピュレータを一時停止させた後
に一定の速度でその絶対位置に自動的にスレーブマニピ
ュレータが移動するようにしておけば、マスター側の過
速度操作を行っても、絶対的な位置のずれが生じること
はない。

【００９２】このような構成では、操作手段から過大な
速度情報が入力されたことを操作者に音で知らせるよう
にすると、操作上都合が良い。無論、音に限らず、光や
操作者に感ずる振動等を発生させるようにしても良い。

【００９３】以上説明したように、本実施例によれば、
操作者の意図しない動作が生じても、患者に危害を加え
るような動作を手術器械に行なわせないようにすること
ができる。したがって、患者への安全性を向上させるこ
とができる。

【００９４】次に、本発明の第５の実施例について説明
する。前述した第１及び第２の実施例では、操作手段
（マスターアーム８及び磁気センサー１０）からの情報
量と手術器械（処置具４及びスコープ６）の動作に反映
させる情報量との比を変化させることによって、操作性
の向上を図ったが、例えば、操作者が常に決まった人で
あり、術式のパターンも一定であれば、第１及び第２の
実施例で示したように任意にスケール比を変える必要も
なくなる場合がある。例えば、手術部位に対しての位置
決めをおおまかに行ない、その後、細かい作業を行うた
めに手術器械を細かく操作するといった場合等がそれで
ある。

【００９５】この場合、第１及び第２の実施例で示した
ように、フットスイッチ１２を数回踏んでスケール比を
任意に設定するといった作業を行なわなくても対応でき
る。例えば、フットスイッチ１２を１回押すと大まかな
動作を行なう祖動、フットスイッチを２回連続して踏む
と細かい動作を行なう微動というように、祖動・微動の
切り換えが行なえるようにするだけで良い。また、祖動
・微動時のスケール比は、予め制御装置１１内のマイク
ロコントローラ１１ａの記憶手段に入力させても良い
し、キーボード１３から任意の値を予め設定しておくよ
うにしても良い。

【００９６】このような方法によれば、祖動・微動の切
り換えのみを行なうだけで済むため、システムの操作が
非常にし易くなる。なお、以上説明してきた態様によ
り、以下の項で示す各種の構成が得られる。

【００９７】１．生体内組織部位の観察と処置の少なく
とも一方を行なう手術用マニピュレータと、この手術用
マニピュレータを操作するための操作手段と、この操作
手段からの操作情報に基づいて前記手術用マニピュレー
タの動作を制御する制御手段と、前記手術用マニピュレ
ータの制御動作を行なうために必要な制御パラメータを
任意に変化させることができるパラメータ可変手段とを
具備することを特徴とする手術用マニピュレータシステ
ム。

【００９８】２．前記制御パラメータの１つが、前記操
作手段における操作量と手術用マニピュレータの移動量
とのスケール比であることを特徴とする第１項に記載の
手術用マニピュレータシステム。

【００９９】３．前記制御パラメータの１つが、前記操
作手段における操作量に対する不感帯の幅であることを
特徴とする第１項に記載の手術用マニピュレータシステ
ム。４．前記操作手段がマスターマニピュレータであること
を特徴とする第１項に記載の手術用マニピュレータシス
テム。

【０１００】５．前記操作手段が位置検知センサーであ
ることを特徴とする第１項に記載の手術用マニピュレー
タシステム。６．前記位置検知センサーが磁気センサーであることを
特徴とする第５項に記載の手術用マニピュレータシステ
ム。

【０１０１】７．前記位置検知センサーが超音波センサ
ーであることを特徴とする第５項に記載の手術用マニピ
ュレータシステム。８．前記位置検知センサーが歪ゲージセンサーであるこ
とを特徴とする第５項に記載の手術用マニピュレータシ
ステム。

【０１０２】９．前記位置検知センサーが圧力センサー
であることを特徴とする第５項に記載の手術用マニピュ
レータシステム。１０．前記位置検知センサーが光センサーであることを
特徴とする第５項に記載の手術用マニピュレータシステ
ム。

【０１０３】１１．前記光センサーがＣＣＤであること
を特徴とする第５項に記載の手術用マニピュレータシス
テム。１２．前記手術用マニュピレータが手術器械を有してい
ることを特徴とする第１項に記載の手術用マニピュレー
タシステム。

【０１０４】１３．前記手術用器械が内視鏡であること
を特徴とする第１２項に記載の手術用マニピュレータシ
ステム。１４．前記手術用器械が湾曲機能付き内視鏡であること
を特徴とする第１２項に記載の手術用マニピュレータシ
ステム。

【０１０５】１５．前記手術用器械が処置具であること
を特徴とする第１２項に記載の手術用マニピュレータシ
ステム。１６．前記手術用器械が湾曲機能付き処置具であること
を特徴とする第１２項に記載の手術用マニピュレータシ
ステム。

【０１０６】１７．前記手術用器械は、内視鏡と処置具
とを一体に構成して成ることを特徴とする第１２項に記
載の手術用マニピュレータシステム。１８．手術用器械の動作を微動・粗動に切り換える切換
手段が設けられていることを特徴とする第１２項に記載
の手術用マニピュレータシステム。

【０１０７】１９．前記切換手段がフットスイッチであ
ることを特徴とする第１８項に記載の手術用マニピュレ
ータシステム。２０．前記切換手段は、操作者が把持する前記操作手段
の把持部の近傍に取り付けられたスイッチであることを
特徴とする第１８項に記載の手術用マニピュレータシス
テム。

【０１０８】２１．前記操作手段からの情報が予め設定
された上限値を超えた際に前記手術器械を動作させない
ようにするリミット手段が設けられていることを特徴と
する第１２項に記載の手術用マニピュレータシステム。

【０１０９】２２．前記操作手段からの情報が予め設定
された上限値を超えた際にこれを操作者に告知する告知
手段が設けられていることを特徴とする第２１項に記載
の手術用マニピュレータシステム。

【０１１０】２３．前記告知手段が操作者の聴覚に訴え
ることを特徴とする第２２項に記載の手術用マニピュレ
ータシステム。２４．前記告知手段が操作者の視覚に訴えることを特徴
とする第２２項に記載の手術用マニピュレータシステ
ム。２５．前記告知手段が操作者に振動を与えることを特徴
とする第２２項に記載の手術用マニピュレータシステ
ム。

【０１１１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の手術用マ
ニピュレータによれば、制御パラメータを術者にとって
操作しやすい状態に変更することができるため、操作性
が向上し、手術時間の短縮を図ることができる。特に、
制御パラメータを術中に様々に変更すれば、手術状況に
合った多種多様の操作を行なうことができ、操作のバリ
エーションが拡大する。また、操作に熟練を要さないか
ら、誤操作によって患者に危害を加えるといったことも
避けられ、患者に対する安全性を十分に確保できるとい
う効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の手術用マニピュレータシステムのスレ
ーブ側マニピュレータに設けられた処置具およびスコー
プの詳細図である。

【図２】本発明の手術用マニピュレータシステムの全体
構成図である。

【図３】フットスイッチからマイクロコントローラに向
かう信号回路を示す回路図である。

【図４】処置用のマスター側とスレーブ側のマニピュレ
ータの動作の対応を示す概略図である。

【図５】観察用のマスター側とスレーブ側の動作の対応
を示す概略図である。

【図６】ＨＭＤを頭部に取り付けた術者の頭の動きを説
明するための図である。

【図７】制御パラメータの変更を行なうメニューを示す
図である。

【図８】マスター側マニピュレータの操作量の制限を解
消し得る機構を示す図である。

【符号の説明】

４…処置具、５…処置用アーム（手術用マニピュレー
タ）、６…スコープ、７…観察用アーム（手術用マニピ
ュレータ）、８…マスターアーム（操作手段）、９…Ｈ
ＭＤ（操作手段）、１１…制御装置（制御手段）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生体内組織部位の観察と処置の少なくと
も一方を行なう手術用マニピュレータと、この手術用マ
ニピュレータを操作するための操作手段と、この操作手
段からの操作情報に基づいて前記手術用マニピュレータ
の動作を制御する制御手段と、前記手術用マニピュレー
タの制御動作を行なうために必要な制御パラメータを任
意に変化させることができるパラメータ可変手段とを具
備することを特徴とする手術用マニピュレータシステ
ム。