JPH08150578A - マスタアーム装置 - Google Patents

マスタアーム装置

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JPH08150578A
JPH08150578A JP29256394A JP29256394A JPH08150578A JP H08150578 A JPH08150578 A JP H08150578A JP 29256394 A JP29256394 A JP 29256394A JP 29256394 A JP29256394 A JP 29256394A JP H08150578 A JPH08150578 A JP H08150578A
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JP
Japan
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reaction force
operator
master arm
unit
force generation
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JP29256394A
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English (en)
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Shunichi Ohara
俊一 大原
Hidefumi Otsuka
英史 大塚
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】マスタアーム装置の操作部に対する不用意な接
触により、スレーブ側が予期せぬ動作をして操作対象に
損傷を与えることを防止する。特に、複数のマスタアー
ムを操作して作業を行う場合の操作性,安全性を向上さ
せる。 【構成】操作者に反力を提示する反力生成手段1,反力
生成手段1に接続され、操作を行うために、操作者が握
る操作部2,反力生成手段1の動作を制御する制御手段
3、とを有するマスタアーム装置で、操作者の手が操作
部2をつかんでいることを検知する接触検知手段21,
接触検知手段21の信号に応じて動作,停止を切り替え
る動作切り替え手段、とを有し、操作者の手が操作部2
をつかんでいる場合に動作可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、マスタスレーブマニピ
ュレータ装置,コンピュータグラフィックスの操作加工
を反力を伴って行うことが可能なシミュレーション装置
に用いられるマスタアーム装置に関する。
【0002】
【従来の技術】マスタスレーブマニピュレータ装置は、
たとえば、特開昭63−28580 号公報に記載されている。
また、コンピュータグラフィックスの操作加工を反力を
伴って行うことが可能なシミュレーション装置に用いら
れるマスタアーム装置は、たとえば、特開平5−123327
号公報に記載されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、操
作者がより操作性を高めるために、操作部を持ち代える
場合、あるいは、操作者が複数のマスタアーム装置3台
以上、それぞれのマスタアーム装置を交互に操作しなが
ら、操作対象の加工,移動を行う場合の操作性,安全性
について考慮されていない。
【0004】たとえば、従来技術では、一旦、動作を開
始すれば、操作者が操作部を手で握っていない状態で
も、意図せずに手が触れると、マスタアームが移動し、
スレーブアームがそれに応じて動作し、操作対象の予期
せぬ損傷が起きる可能性がある。
【0005】特に、複数のマスタアーム装置を操作する
場合、あるマスタアーム装置を操作しているうちに、他
のマスタアーム装置に接触してしまい予期せぬ動作が起
きる可能性がある。これは特に、手術シミュレータ,マ
スタスレーブ装置による手術では重大な問題になる。
【0006】本発明の目的は、マスタアーム装置の操作
部に対する不用意な接触により、スレーブ側が予期せぬ
動作をして操作対象に損傷を与えることを防止する。
【0007】特に、複数のマスタアームを操作して作業
を行う場合の操作性,安全性を向上させることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は操作者に反力を提示する反力生成手段と、前
記反力生成手段に接続され、操作を行うために、操作者
が握る操作部と、前記反力生成手段の動作を制御する制
御手段とを有するマスタアーム装置で、操作者の手が前
記操作部をつかんでいることを検知する接触検知手段
と、前記接触検知手段の信号に応じて動作,停止を切り
替える動作切り替え手段とを有し、操作者の手が前記操
作部をつかんでいる場合に動作可能とすることにより実
現できる。
【0009】
【作用】接触検知手段は、操作者の手が操作部をつかん
でいることを検知する。操作者が操作部をつかんでいる
ことが接触検知手段によって検知されると、動作切り替
え手段によって、マスタアーム装置の反力生成手段が動
作可能になる。
【0010】操作者の手が操作部をつかんでいる場合、
つまり、意識的に操作しようとしている場合にのみに動
作可能とすることにより、不用意な接触による、マスタ
アーム装置の予期せぬ動作を防止することが可能にな
る。
【0011】また、カウント手段が任意の時間をカウン
トする間、制御手段がマスタアーム装置の反力生成手段
の動作速度を任意の速度以下に限定する。これにより、
操作部を握る瞬間、操作者が不用意な方向,力を操作部
に加えた場合でも、急激なマスタアームの移動がない。
【0012】
【実施例】図1に本発明の実施例のマスタアーム装置6
のブロック図を示す。
【0013】まず始めに概略を説明する。反力生成手段
1は、操作部2が取り付けられるアーム16,操作部2
に作用する反力を検知する反力検知手段11,アーム1
6を介して、操作部2を三次元的に移動させ、反力を操
作者100に感じさせるモータ14,モータ14の不要
な回転を防ぐためのブレーキ15,モータ14とブレー
キ15を制御するためのモータコントローラ12,操作
部の先端位置を検出する位置検出手段13からなる。
【0014】本実施例で操作部2は、図中矢印で示すよ
うに三軸方向への移動が可能な三自由度であり、モータ
14,ブレーキ15,モータコントローラ12は三組あ
る。
【0015】本発明では、自由度の制限はなく、さらに
三軸周りの回転を加え六自由度としてもよい。
【0016】位置検知手段13は、モータ14の回転軸
に取り付けられたエンコーダ等からなる。操作部2は、
操作者100が手で握り位置入力操作を行い、また、反
力を操作者に伝える。操作部2には接触検知手段21が
あり、操作部2を操作者100が握っているか否かを検知
する。操作部2は、本実施例ではペン状としてあり、汎
用的で細かい作業が行いやすくなっている。形状は、作
業内容によって変更可能であり、例えば、手術シミュレ
ーションであれば、手術用具を模擬した形状とすること
で操作性を向上できる。
【0017】制御手段3は、接触検知手段21の信号に
応じて反力生成装置1の動作,停止を指示する動作指示
手段31,停止状態から動作状態へ移行する際、時間的
間隔を置くためのカウント手段32,停止状態から動作
状態へ移行し動作するとき、カウント手段3が指示する
間の速度を限定する速度指示手段33,位置検知手段1
3から操作部2の位置を計算し、さらに、反力生成手段
1の座標系と、スレーブアーム装置4、またはシミュレ
ータ装置5の座標系を一致させるよう計算を行う位置計
算手段37,位置計算手段37の信号から反力を計算す
る反力計算手段36,反力計算手段36の値と反力検知
手段11の値、または反力生成手段1の反力とスレーブ
装置4側の反力を比較する反力比較手段35,反力比較
手段35の結果に応じて、モータコントローラ12にモ
ータの制御信号を送る反力指示手段34からなる。
【0018】つぎに動作について説明する。操作者10
0の操作部2の操作に応じて、アーム16が移動し、3
方向の位置検出手段13が移動量を検出する。位置検出
手段13の出力は、制御手段3の位置計算手段37によ
り、スレーブアーム装置4,シミュレータ装置5の座標
系に対応するように変換される。
【0019】操作部2の操作、すなわち、マスタアーム
装置の操作は、スレーブアーム装置に投影される。ある
いは、シミュレータ装置の画像に投影される。
【0020】反力比較手段35では、操作対象からスレ
ーブアーム装置4が受けた反力と、マスタアーム装置6
の操作部2にかかる反力を比較する。
【0021】その結果を基に、反力指示手段34がモー
タコントローラ12に指示を与え、スレーブアーム装置
4が受けた反力に相対する反力を操作者100に提示す
る。
【0022】シミュレータ装置5の場合は、操作対象が
実在する物体ではなく、コンピュータ内で構築された仮
想の物体というだけの違いであり、マスタアーム装置6
との関係はスレーブアーム装置4と同様である。
【0023】また、複数のマスタアーム装置6を操作
し、スレーブアーム装置4,シミュレータ装置5の操作
を行うシステムの場合は、図1に示すマスタアーム装置
6そのまま複数台接続すればよい。
【0024】接触検知手段21は、操作者100の手が
操作部2をつかんでいることを検知する。操作者100
が操作部2をつかんでいることが接触検知手段21によ
って検知されると、動作指示手段31によって、反力生
成装置1が動作可能になる。
【0025】操作者100の手が操作部2をつかんでい
る場合、つまり、意識的に操作しようとしている場合に
のみに動作可能とすることにより、不用意な接触によ
る、マスタアーム装置6の予期せぬ動作を防止し、スレ
ーブアームがそれに応じて動作し、操作対象の予期せぬ
損傷が起きることを防止できる。
【0026】特に、複数のマスタアーム装置を操作する
場合、あるマスタアーム装置を操作しているうちに、他
のマスタアーム装置に接触してしまい予期せぬ動作が起
きる可能性がある。これは特に、手術シミュレータ,手
術マスタスレーブ装置による手術では重大な問題にな
る。本発明は、このような問題を防ぐ有用な装置であ
る。
【0027】さらに、操作者100が操作部2を握って
いない時に、反力生成手段1の動作を停止させるため
に、モータ14に付属するブレーキを作用させることに
より、より確実にマスタアーム装置の不要な動作を防止
できる。
【0028】他の手段は、動作指示手段31の指示によ
り、位置検出手段13の値の読み取りを停止するか、あ
るいは、位置計算手段37の値の更新を停止し、操作部
2が移動してもスレーブアーム装置4,シミュレータ装
置5のマスタアーム側に対応する動作を停止させること
により、同様な効果がある。
【0029】また、カウント手段32が任意の時間をカ
ウントする間、速度指示手段33が反力生成手段1の動
作速度を任意の速度以下に限定する。これにより、操作
部2を握る瞬間、操作者が不用意な方向,力を操作部に
加えた場合でも、急激な操作部2の移動がない。よっ
て、動作開始時のスレーブアームの急激な動作を防ぎ、
操作対象の予期せぬ損傷が起きることを防止できる。
【0030】図2は本発明の一実施例の操作部を示すも
のである。
【0031】操作部2は、細かい作業が行いやすいよう
に、ペン状になっている。
【0032】ペンで指示する側、人差指の握り位置の近
傍に、プッシュスイッチ211を配置してある。プッシ
ュスイッチ211は図1における接触検知手段21に対
応している。
【0033】プッシュスイッチ211を矢印方向に押す
ことで、動作状態になる。親指と中指で操作部2を保持
しながら、動作,停止の切り替えが可能であり、動作の
切り替え時に操作部2が微動するのを防ぎ、より正確な
位置で操作部2の停止操作が可能になる。
【0034】例えば、マスタスレーブ装置を用いた手術
等で、箝子で組織を押さえる場合、正確な位置でスレー
ブアームを静止させることが可能になる。
【0035】図3は本発明の一実施例の操作部の断面図
で、操作部2を操作者の指101がつまんでいる図であ
る。
【0036】感圧センサ212は操作部2の周上を三分
割にして配置され、指の接触を検知する。
【0037】図に示すように、三ヵ所で指101が接触
していれば、操作棒2は操作者100が把握しているとみ
なすことができる。そこで、三ヵ所の接触が確認される
と、動作指示手段31によって、動作可能にする。
【0038】操作者の意識的な握る動作を検知可能であ
り、スイッチを押す等の動作が不要になる。また、感圧
センサ212を操作部2全体に配置することにより、操
作者100が握る位置を自由に選択可能になり、最も操
作性の高い位置を選んで操作可能になり、操作効率,操
作精度が高まる。
【0039】感圧センサ212は、一対の電極213に
はさまれた導電ゴム214から構成される。電極213
に加わる圧力により抵抗値が変化し、それを検知して接
触を判断する。
【0040】力の量を検知可能であることから、ある一
定時間、任意の力以上で握り続けないと動作させないよ
うにすることも可能であり、その場合より確実に不注意
なマスタアームの動作を防止できる。
【0041】感圧センサ212は、他に圧電素子,一対
の電極とそれにはさまれた絶縁膜により構成される容量
変化型の素子でも同様の効果がある。
【0042】感圧センサ212の配置は、少なくとも外
周の三分割以上、幅10mm以下とするのが好ましい。そ
して、少なくとも三ヵ所以上のセンサで接触が確認され
た場合は、操作者100が操作を意識して、確実に操作
部2を握っている状態とみなすことができる。
【0043】
【発明の効果】操作者の手が操作部をつかんでいる場
合、つまり、意識的に操作しようとしている場合にのみ
に動作可能とすることにより、不用意な手の接触によ
る、マスタアーム装置の予期せぬ動作を防止することが
可能になる。
【0044】また、停止状態で操作部を握った瞬間か
ら、マスタアームの動作速度を限定することにより、操
作者が不用意な方向,力を操作部に加えた場合の、動作
開始時の急激なマスタアームの移動を防止する。
【0045】それにより、スレーブ側の操作対象の損傷
を防ぐ。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例のマスタアーム装置のブロック
図。
【図2】本発明の一実施例の操作部の説明図。
【図3】本発明の一実施例の操作部の断面図。
【符号の説明】
1…反力生成手段、2…操作部、3…制御手段、4…ス
レーブアーム装置、5…シミュレータ装置、11…反力
検知手段、12…モータコントローラ、13…位置検知
手段、14…モータ、15…ブレーキ、21…接触検知
手段、31…動作指示手段、32…カウント手段、33
…速度指示手段、34…反力指示手段、35…反力比較
手段、36…反力計算手段、37…位置計算手段。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】操作者に反力を提示する反力生成手段と、
    前記反力生成手段に接続され、操作を行うために、前記
    操作者が握る操作部と、 前記反力生成手段の動作を制御する制御手段とを有する
    マスタアーム装置において、前記操作者の手が前記操作
    部をつかんでいることを検知する接触検知手段と、前記
    接触検知手段の信号に応じて、前記反力生成手段の動
    作,停止を指示する動作指示手段とを有し、前記操作者
    の手が前記操作部をつかんでいる場合に動作可能とする
    ことを特徴とするマスタアーム装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記操作部は複数の接
    触検知手段を有し、前記操作者の複数の指の接触が確認
    された場合に動作可能とするマスタアーム装置。
  3. 【請求項3】請求項1において、前記接触検知手段は、
    一対の電極と前記電極間にはさまれた導電ゴムからなる
    マスタアーム装置。
  4. 【請求項4】請求項1において、 前記操作部はペン状であって、前記操作部上にプッシュ
    スイッチを有し、 前記操作者が前記プッシュスイッチを押している場合に
    動作可能とするマスタアーム装置。
  5. 【請求項5】請求項1において、前記操作部はペン状で
    あって、前記操作部の外周に、周方向に分割されて複数
    配置された接触検知手段を有し、 前記操作者の複数の指の接触が確認された場合に動作可
    能とするマスタアーム装置。
  6. 【請求項6】請求項1,2,3,4または5において、 前記反力生成手段が停止状態から動作状態に切り替わる
    時点から任意の時間をカウントするカウント手段と、前
    記マスタアーム装置の動作速度を限定する速度指示手段
    とを有し、 停止状態から動作状態に切り替わる時点から、前記カウ
    ント手段が任意の時間をカウントする間、前記速度指示
    手段が前記反力生成手段の動作速度を任意の速度以下に
    限定するマスタアーム装置。
  7. 【請求項7】操作者に反力を提示する反力生成手段と、 前記反力生成手段の停止時に、位置の変動を止めるため
    のブレーキ装置と、 前記反力生成手段に接続され、操作を行うために、前記
    操作者が握る操作部と、 前記反力生成手段の動作を制御する制御手段とを有する
    マスタアーム装置において、 前記操作者の手が前記操作部をつかんでいることを検知
    する接触検知手段を有し、 前記操作部から手が離れると、前記ブレーキ装置が作動
    し、前記反力生成装置の動作を停止させるマスタアーム
    装置。
  8. 【請求項8】操作者に反力を提示する反力生成手段と、
    前記反力生成手段に接続され、操作を行うために、操作
    者が握る操作部と、前記操作部の位置を検出する位置検
    出手段と、前記反力生成手段の動作を制御する制御手段
    とを有するマスタアーム装置において、操作者の手が前
    記操作部をつかんでいることを検知する接触検知手段を
    有し、前記操作部から手が離れると、前記位置検出手段
    からの信号による位置の更新を停止することを特徴とす
    るマスタアーム装置。
  9. 【請求項9】一人の操作者が操作可能な複数台のマスタ
    アーム装置と、前記マスタアーム装置に対応したスレー
    ブアーム装置を有するマスタスレーブ装置において、前
    記マスタアーム装置は、操作者に反力を提示する反力生
    成手段と、前記反力生成手段に接続され、操作を行うた
    めに、操作者が握る操作部と、前記反力生成手段の動作
    を制御する制御手段と、前記操作者の手が前記操作部を
    つかんでいることを検知する接触検知手段と、前記接触
    検知手段の信号に応じて、前記反力生成手段の動作,停
    止を指示する動作指示手段とを有し、前記操作者の手が
    前記操作部をつかんでいる場合に動作可能とすることを
    特徴とするマスタスレーブ装置。
  10. 【請求項10】画像を生成する画像生成手段と、前記画
    像を表示する画像表示手段と、一人の操作者が操作可能
    な複数台のマスタアーム装置と、 前記マスタアーム装置の操作に応じて画面内を移動する
    カーソルと、 画面内での前記カーソルと表示された画像の位置関係か
    ら、前記マスタアーム装置が操作者に提示するべき反力
    を計算する反力計算手段とを有するシミュレーション装
    置において、前記マスタアーム装置は、前記操作者に反
    力を提示する反力生成手段と、前記反力生成手段に接続
    され、前記操作を行うために、前記操作者が握る操作部
    と、前記反力生成手段の動作を制御する制御手段と、前
    記操作者の手が前記操作部をつかんでいることを検知す
    る接触検知手段と、 前記接触検知手段の信号に応じて前記反力生成手段の動
    作,停止を指示する動作指示手段とを有し、前記操作者
    の手が前記操作部をつかんでいる場合に動作可能とする
    ことを特徴とするシミュレーション装置。
  11. 【請求項11】操作者に反力を提示する反力生成手段
    と、前記反力生成手段に接続され、操作を行うために、
    前記操作者が握る操作部と、 前記反力生成手段の動作を制御する制御手段とを有する
    マスタアーム装置において、前記操作者の手が前記操作
    部をつかんでいることを検知する接触検知手段と、 前記接触検知手段の信号に応じて前記反力生成手段の動
    作,停止を指示する動作指示手段と、前記反力生成手段
    が停止状態から動作状態に切り替わる時点から任意の時
    間をカウントするカウント手段と、前記カウント手段が
    カウントしている間、前記反力生成手段の動作速度を任
    意の速度以下に指示する速度指示手段とを有することを
    特徴とするマスタアーム装置。
  12. 【請求項12】操作者に反力を提示する反力生成手段,
    前記反力生成手段に接続され、操作を行うために、操作
    者が握る操作部,前記反力生成手段の動作を制御する制
    御手段,前記操作者の手が前記操作部をつかんでいるこ
    とを検知する接触検知手段,前記接触検知手段の信号に
    応じて、前記反力生成手段の動作,停止を指示する動作
    指示手段とを有するマスタアーム装置において、前記操
    作者の手が前記操作部をつかんでいる場合に動作可能と
    することを特徴とするマスタアーム制御方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009034813A (ja) * 2007-07-09 2009-02-19 Kao Corp マニプレータシステム
JP2018111161A (ja) * 2017-01-12 2018-07-19 株式会社ミツトヨ 産業機械及び産業機械の制御方法
US10555786B2 (en) 2015-02-26 2020-02-11 Olympus Corporation Operation input device and medical manipulator system
CN112674875A (zh) * 2020-12-24 2021-04-20 上海交通大学医学院附属第九人民医院 机械臂力反馈系统、方法、控制方法及控制终端
JP2022503836A (ja) * 2018-11-09 2022-01-12 シーエムアール サージカル リミテッド 外科医コンソールの触覚制御

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009034813A (ja) * 2007-07-09 2009-02-19 Kao Corp マニプレータシステム
US10555786B2 (en) 2015-02-26 2020-02-11 Olympus Corporation Operation input device and medical manipulator system
JP2018111161A (ja) * 2017-01-12 2018-07-19 株式会社ミツトヨ 産業機械及び産業機械の制御方法
CN108303022A (zh) * 2017-01-12 2018-07-20 株式会社三丰 工业机械和工业机械的控制方法
JP2022503836A (ja) * 2018-11-09 2022-01-12 シーエムアール サージカル リミテッド 外科医コンソールの触覚制御
US12220197B2 (en) 2018-11-09 2025-02-11 Cmr Surgical Limited Haptic control of a surgeon console
CN112674875A (zh) * 2020-12-24 2021-04-20 上海交通大学医学院附属第九人民医院 机械臂力反馈系统、方法、控制方法及控制终端
CN112674875B (zh) * 2020-12-24 2022-06-07 上海交通大学医学院附属第九人民医院 机械臂力反馈系统、方法、控制方法及控制终端

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