JPH08224245A - 医療用マニピュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は術者がマスターマニピュレータを容易
に着脱することが可能な医療用マニピュレータを提供す
ることを目的とする。 【構成】本発明は、マスターマニピュレータはそのマス
ターマニピュレータに対して術者が所定の操作位置に身
を置くとそのマスターマニピュレータに対する術者の頭
部の位置決めがなされて前記マスターマニピュレータが
術者の頭の動きに追従する固定関係が得られるとともに
その固定位置から身を離せば前記マスターマニピュレー
タから身を離すことが可能な構成とした装着手段を設け
たものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内視鏡下外科手術にお
いて用いられる医療用マニピュレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】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などの手術器械を体腔内へ経
皮的に挿入し、マニピュレータによりそれらの手術器械
を操作しながら内視鏡下での処置を行う経皮的内視鏡下
外科手術が知られている。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
を摘出して除去するなどの手術の場合に適する。この内
視鏡下外科手術を行う場合、それに使用する内視鏡や処
置具などの手術器械を適宜操作しなければならないが、
これらの直接的な操作を術者に代わってマニピュレータ
によって行う方式が特願平６−２６０２８５号の未公開
出願によって提案されている。これは術者がマスターマ
ニピュレータを操作することによってスレーブマニピュ
レータ側の内視鏡や処置具などの手術用器具を動かすも
のである。ところで、マスターマニピュレータは術者の
頭部に装着するＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）
と処置具操作用アームの部分を別々に備えてなり、術者
はそのＨＭＤを頭部によって動かし、一方、処置具操作
用アームは手で動かすことによって、スレーブ側の内視
鏡や処置具を遠隔的に操作するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようなマスタース
レーブ方式において、術者が実際に操作する動きにマス
ターマニピュレータを確実に追従させるため、術者の頭
部に装着するＨＭＤはベルトなどでしっかりと固定して
ある。

【０００４】しかし、マスターマニピュレータを操作す
る術者は術中において患者の容態を確認したり、各種装
置の操作や処置具の取り替えなどの作業のため、その都
度、術者はＨＭＤ用締結ベルトを外してマスターマニピ
ュレータから離れる必要がある。このように他の作業や
処置を行う都度、ベルトを外したり、再びベルトの装着
をし直したりする面倒で手間のかかる作業が必要であ
り、実際の作業にあたって非常に煩わしく、また迅速な
作業の妨げになるものであった。また、滅菌手袋を着用
した術者は滅菌していないベルト部分などには直接に触
れることはできないので、そのベルトなどの着脱作業を
補助者等の第３者にしてもらう必要があるために繁雑さ
はかなりのものであり、前述の事情は無視できない。

【０００５】本発明は前記課題に着目してなされたもの
で、その目的とするところは術者がマスターマニピュレ
ータを容易に着脱することが可能な医療用マニピュレー
タを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決する手段および作用】本発明は、術者が自
分自身の頭部で操作するマスタマニピュレータと、この
マスタマニピュレータの動きに追従した動作を行うスレ
ーブマニピュレータを備えた手術用マニピュレータにお
いて、前記マスターマニピュレータはそのマスターマニ
ピュレータに対して術者が所定の操作位置に身を置くと
そのマスターマニピュレータに対する術者の頭部の位置
決めがなされて前記マスターマニピュレータが術者の頭
の動きに追従する固定関係が得られるとともにその固定
位置から身を離せば前記マスターマニピュレータから身
を離すことが可能な構成とした装着手段を設けたもので
ある。

【０００７】本発明によれば、マスターマニピュレータ
に術者がその身を所定の位置に持っていくだけで、術者
の頭に追従してその位置を検出する追従手段を設けたこ
とにより、術者が頭を所定の位置に持っていくだけで、
マスターマニピュレータを容易に追従させることが可能
で、また、そのマスターマニピュレータから術者が簡単
に身を離すことが可能である。

【０００８】

【実施例】

＜第１の実施例＞図１ないし図１１を参照して、本発明
の第１の実施例を説明する。 （構成）図１は特に経皮的内視鏡下外科手術に用いる医
療用マニピュレータシステムの全体的な構成を概略的に
示している。この医療用マニピュレータシステムはスレ
ーブマニピュレータ１と、マスターマニピュレータ２
と、マスターマニピュレータ２の操作情報によりスレー
ブマニピュレータ１の動作を制御する制御装置３とを備
えている。

【０００９】前記スレーブマニピュレータ１は手術器械
４とこれを支持する移動用マニピュレータ（ロボット）
５を備える。手術器械４は移動用マニピュレータ５のア
ーム先端に対して着脱自在に搭載される。ここでの手術
器械４としては立体観察式の処置用内視鏡６とその左右
に配置される一対の処置具（手段）としての一対の把持
鉗子７ａ，７ｂとからなる。この内視鏡６における挿入
部８と一対の把持鉗子７ａ，７ｂは共通のシース９内に
挿通されて同じ向きで配置されることにより一体的な処
置マニピュレータユニットとして構成されている。すな
わち、一対の把持鉗子７ａ，７ｂのアーム部１０は内視
鏡６の挿入部８に沿うとともにその挿入部８の左右位置
に隣接して並んで配置されている。図１で示すように手
術器械４のシース９は患者の体壁ａに形成した挿通孔ｂ
を通じて体腔ｃの内部に挿入される。そして、前記手術
器械４においての内視鏡６と把持鉗子７ａ，７ｂの先端
部分は、略同じ向きで体腔ｃ内に突き出す。

【００１０】ところで、前記内視鏡６はシース９の先端
から突き出す挿入部８の先端側途中部分に自由度が２の
湾曲部１１を設けてなり、この湾曲部１１は上下方向Ｂ
１と左右方向Ｂ２の２方向に湾曲可能でこれによりその
先端部１２の向きを上下左右に変向するようになってい
る。前記内視鏡６の先端部１２には左右一対の照明窓１
３と左右一対の観察窓１４が設けられていて、この照明
窓１３から体腔ｃ内の視野に照明光を照射する。そし
て、視野内を左右一対の観察窓１４を通じて観察する。
各観察窓１４の内側にはＣＣＤ等の固体撮像素子がそれ
ぞれ設置されており、各固体撮像素子は図示しないカメ
ラコントロール回路によって駆動制御され、各観察窓１
４を通じて得られるそれぞれの視野を撮像する。

【００１１】左右の各把持鉗子７ａ，７ｂにおいて、シ
ース９から突き出すアーム部１０の途中でその長手方向
の２箇所には湾曲部１５，１６が設けられ、基端側の第
１の湾曲部１５はＣ１方向に湾曲し、先端側の第２の湾
曲部１６はＣ２方向の湾曲が行われる。第１の湾曲部１
５が湾曲するＣ１方向と第２の湾曲部１６が湾曲するＣ
２方向とは通常、同一の面内で互いに異なる向きに湾曲
するようになっている。また、シース９から突き出す支
持用アーム部１０はその基端側に設けた回転部１７によ
って自軸まわりのＣ３方向の回転も可能なものである。
把持鉗子７ａ，７ｂのアーム部１０の先端には処置作業
用の一対の把持部材を回動可能に設けてなるグリッパ
（処置手段）１８が設けられている。各把持鉗子７ａ，
７ｂは内視鏡６の挿入部８の軸に対して左右対称の構造
をとり、同様の自由度を有している。

【００１２】このような各把持鉗子７ａ，７ｂのグリッ
パ１８の部分には図示しない力センサとしての歪みゲー
ジが貼られ、そのグリッパ１８による把持力が検出可能
になっている。

【００１３】前記内視鏡６はその後端に駆動部１９が設
けられており、この駆動部１９にはエンコーダ付き電磁
モータ（図示しない）を備え、この駆動力を例えばワイ
ヤー（図示しない）等によって、前記内視鏡６の湾曲部
１１の湾曲と把持鉗子７ａ，７ｂの湾曲部１５，１６の
湾曲、さらにはそのアーム部１０の回転や、グリッパ１
８の開閉などの動作を駆動することが可能となってい
る。

【００１４】一方、前記移動用マニピュレータ５はベッ
ドサイドに設置される支持機構とし用いられるものであ
り、次に述べる如く、また、図１および図３（ａ）で示
すように、直動および回転の自由度を有する複数の軸を
備えた多関節アーム構造で構成されている。つまり、こ
れは基部２０、水平旋回方向Ａ１と垂直移動方向Ａ２に
動作する第１の動作軸２１、この第１の動作軸２１に対
して水平方向Ａ３に移動しかつ自軸周りの旋回方向Ａ４
に回転可能な第２の動作軸２２とを備えてなり、さらに
第２の動作軸２２の先端にはその軸方向に直交した旋回
方向Ａ５とその旋回方向Ａ５の軸に直交する軸まわりの
旋回方向Ａ６に回転可能な器具装着部材２３が取り付け
られている。なお、図３（ａ）では各関節はその各移動
方向の符号で示す。

【００１５】前記器具装着部材２３に対して前記手術器
械４のシース９を挿通し、その状態で手術器械４が支持
されるようになっている。内視鏡６と一対の把持鉗子７
ａ，７ｂからなる手術器械４のユニットは移動用マニピ
ュレータ５の先端に設けられた器具装着部材２３に対し
て着脱可能に取り付けられている。この移動用マニピュ
レータ５の各軸には各方向に駆動する電磁モータ等のア
クチュエータ（図示せず）とその回転角を検出するアブ
ソリュート型エンコーダ（図示せず）および減速機（図
示せず）がそれぞれ設けられている。

【００１６】一方、操作手段のマスターマニピュレータ
２は移動用マスターアーム３１と、これの先端に設けら
れたＨＭＤ用アーム３２及び一対の処置手段操作用アー
ム３３ａ，３３ｂとによって構成されている。移動用マ
スターアーム３１はＨＭＤ用アーム３２及び一対の処置
手段操作用アーム３３ａ，３３ｂの操作ユニットの支持
装置である。移動用マスターアーム３１はリンク機構か
ら構成され、このリンク構造を模式的に図示したものが
図３（ｂ）である。つまり、これは手術室の床上に設置
される基台３４と、これの軸まわりのＤ１方向に回転す
る回転機構３６と、この回転機構３６の先端に設けられ
Ｄ２方向に揺動するように連結された第１のリンク機構
３８と、この第１のリンク機構３８の先端に設けられＤ
３方向に揺動するように連結された第２のリンク機構３
９と、この第２のリンク機構３９の先端に設けられＤ４
方向に回転する回転部４０とによって構成されている。
基台３４の下部にはロック／フリーの切り換え可能なキ
ャスター２９が設けられている。なお、図３（ｂ）では
各関節はその各移動方向の符号で示す。

【００１７】さらに、第１のリンク機構３８と第２のリ
ンク機構３９を具体的に説明すれば、図４で示すよう
に、平行な一対の棒状リンク部材２２ａ，２２ｂと、く
の字状の媒介リンク部材２３ａと、平行な一対の棒状リ
ンク部材２４ａ，２４ｂとを備える。各リンク部材は断
面形状がコの字型のものであり、そのリンク部材の内部
に空間を有する。図４では説明をわかりやすくするた
め、各リンク部材を棒状に示している。そして、第１の
リンク機構３８は回転機構３６の先端回動部材３６ａと
一対のリンク部材２２ａ，２２ｂと媒介リンク部材２３
ａとにより平行リンク機構を構成している。第２のリン
ク機構３９は媒介リンク部材２３ａと一対のリンク部材
２４ａ，２４ｂと先端回転機構部４０の後端部材４０ａ
とにより平行リンク機構をなしている。また、リンク部
材２２ａとリンク部材２４ａは、媒介リンク部材２３ａ
におけるくの字型の屈曲部分で同軸的に回転可能に支持
されている。このように各リンク機構３８，３９が平行
リンク機構を形成しているため、このリンク機構３８，
３９が動作しても先端回転機構部４０の回転軸は常に水
平のままその位置のみが変化する。そして、この先端回
転機構部４０の回転軸には前記操作ユニットを着脱自在
に保持するようになっている。

【００１８】前記回転機構３６の先端回動部材３６ａに
は第１のリンク機構３８と第２のリンク機構３９の回転
の規制とその回転角度の検出を行う手段が組み込まれて
いる。これらの手段は図５で示すように構成されてい
る。まず、第１のリンク機構３８のリンク部材２２ａに
設けられた回転軸４１は２つの軸受４２によって前記回
転機構３６の先端回動部材３６ａに対して前記Ｄ２方向
へ回転自在に支持されている。リンク部材２２ａの回転
軸４１には保持ブレーキ４４とエンコーダ４５が連結さ
れている。保持ブレーキ４４は回転軸４３を選択的に固
定保持し、エンコーダ４５は回転軸４１の回転角度を検
出する。

【００１９】また、第２のリンク機構３９には補助リン
ク部材４６，４７が連結され、第２のリンク機構３９の
回転がその補助リンク部材４６，４７を介してその一方
の補助リンク部材４７の回転軸４８に伝達される。補助
リンク部材４６は第１のリンク機構３８のリンク部材２
２ａ，２２ｂに対して平行に配置され、その一端が第２
のリンク機構３９のリンク部材２４ａの延長端に連結さ
れている。また、補助リンク部材４７は第２のリンク機
構３９のリンク部材２４ａ，２４ｂに対して平行に配置
される。なお、補助リンク部材４６，４７はリンク部材
２２ａ，２２ｂの中間の位置に配置されている。

【００２０】そして、補助リンク部材４６，４７は第１
のリンク機構３８のリンク部材２２ａと第２のリンク機
構３９のリンク部材２４ａとともに平行リンク機構を構
成する。したがって、第１のリンク機構３８の回転の影
響を受けずに第２のリンク機構３９の回転のみが補助リ
ンク部材４７の回転軸４８に伝達される。補助リンク部
材４７の回転軸４８は前記リンク部材２２ａにおける回
転軸４１に形成した中空部内に同軸的に配設される。こ
の回転軸４８は２つの軸受５１によって回転自在に支持
されている。補助リンク部材４７の回転軸４８には保持
ブレーキ５２とエンコーダ５３が連結されている。保持
ブレーキ５２は回転軸４８の回転を選択的に固定保持
し、エンコーダ５３はその回転軸４８の回転角度を検出
する。そして、各エンコーダ４５，５３により第１のリ
ンク機構３８と第２のリンク機構３９の回動角度を検出
し、この検出データによって移動用マスターアーム３１
の先端の位置と向きとが検出可能になっている。

【００２１】また、図６で示すように、第１のリンク機
構３８と第２のリンク機構３９にはその動作を軽くする
ためのバランス用ガススプリング５５，５６が付設され
ている。第１のリンク機構３８においてのガススプリン
グ５５は回転機構３６の先端回動部材３６ａとリンク部
材２２ａの間に架設してあり、第２のリンク機構３９に
おいてのガススプリング５６はリンク部材２４ｂと後端
部材４０ａとの間に架設してある。また、図７で示すよ
うに、第１のリンク機構３８においてのガススプリング
５５はリンク部材２２ａの回転軸４１を通る垂直軸上に
ガススプリング５５の下端側回転軸５７があるように設
置する。

【００２２】図８は前記ガススプリング５５（５６）の
構造を模式的に示したものである。すなわち、内部に高
圧の気体が収められたシリンダ５８とこの内部で摺動す
るスライダ５９からなり、シリンダ５８の内部５８ａに
は高圧の気体が収められている。スライダ５９には小径
のオリフス６０が形成されている。ここでスライダ５９
がｘ方向に進もうとするとガスの反力ｙが大きくなる。
例えば図７で示すように第１のリンク機構３８がＥ１方
向に移動しようとした場合、ガススプリング５５の反力
によって、そのリンク機構３８より先端側の重力によっ
て、第１のリンク機構３８がＥ１方向に移動しようとす
る力を打ち消す。また、リンク部材２２ａの回転軸４１
を通る垂直軸上に、ガススプリング５５の下端側回転軸
５７があるので、リンク部材２２ａがその垂直軸を越え
て、Ｅ２方向まで移動してもバランスをとることが可能
になっている。また、回転軸５７の位置をｚ方向に調節
可能にすることにより、リンク機構とこれの先端に取り
付けられる部材の重量が変わってもバランスをとること
ができる。第２のリンク機構３９のものについても同様
の構造になっているため、その説明は省略する。これら
のガススプリング５５，５６により各リンク機構３８，
３９はバランスがとられるので、これらのリンク機構３
８，３９を軽い力で動作させることが可能になる。

【００２３】次に、この移動用マスターアーム３１の先
端に設けられるＨＭＤ用アーム３２と一対の処置手段操
作用アーム３３ａ，３３ｂについて図１および図２
（ｂ）を参照して説明する。まず、ＨＭＤ用アーム３２
は複数の回転関節６１，６２を持つアーム６３とこのア
ーム６３の先端に固定された表示手段としてのＨＭＤ
（ヘッドマウントディスプレイ）６４によって構成され
ている。このアーム６３の各回転関節６１，６２の回転
方向Ｅ１，Ｅ２は互いに直交する向きにあり、それぞれ
には図示しないエンコーダが設けられ、これによって前
記ＨＭＤ６４の各回転方向Ｅ１，Ｅ２の回転量をそれぞ
れ検出可能になっている。

【００２４】一方、処置手段操作用アーム３３ａ，３３
ｂは３つの回転関節７１，７２，７３を持つアーム７４
とアーム７４の先端に設けられた開閉可能な操作用グリ
ッパ７５によって構成されている。各回転関節７１，７
２，７３によってそれぞれＦ３，Ｆ１，Ｆ２の３つの方
向への動きが可能になっている。また、３つの回転関節
７１，７２，７３と操作用グリッパ７５にはそれぞれ図
示しないエンコーダが設けられ、これによって各回転関
節７１，７２，７３の回転角度やグリッパ７５の開き角
度がそれぞれ検出可能になっている。なお、左右の処置
手段操作用アーム３３ａ，３３ｂは左右対称の構造をと
り、これら両者の構成は同様なものである。

【００２５】また、図９で示すように、各操作用グリッ
パ７５の指掛けリング８５に連結したリンク部８６が力
センサ部８７を介して空気圧シリンダ８８に接続されて
いる。空気圧シリンダ８８には２本の管路８９が接続さ
れ、空気圧シリンダ８８内にはスライダ９０が設けられ
ている。各管路８９は図示しないバルブやコンプレッサ
等によって構成されるエヤー装置９１に接続されてい
る。

【００２６】これらグリッパ７５には図１０で示すよう
に把持部９２を設ける。また、左右いずれかのグリッパ
７５の把持部９２にはマスタースレーブの動作の開始と
終了を指示するためのスイッチ９３が設けられている。
なお、このスイッチ９３はグリッパ７５自体に設けても
よい。

【００２７】ところで、前記ＨＭＤ用アーム３２と処置
手段操作用アーム３３ａ，３３ｂは共通のベース部材７
６に取着されることにより単体の操作ユニットとして構
成されている。この操作ユニットのベース部材７６は前
記移動用マスターアーム３１の先端に対して着脱交換で
きるようになっている。

【００２８】前記ＨＭＤ６４は以下に述べるような装着
具を使用することによって、ベルトを用いることなく術
者７８が額を当てるだけてセットされる。つまり、図１
１で示すように、前記ＨＭＤ６４には術者７８の頭の額
に当接する額当接部７９を設け、前記移動用マスターア
ーム３１の先端にあるベース部材７６にはこれより延び
る支えアーム８０を設け、この支えアーム８０の先端部
に術者７８の背中に当接する背中当接部８１を設けたも
のである。そして、これらによって装着手段を構成す
る。術者７８は額当接部７９に額を当て背中当接部８１
に背中を当てその両者を押し付けるだけで位置決めすれ
ば、ＨＭＤ用アーム３２を所定の定位置に装着すること
ができる。これと同時に処置手段操作用アーム３３ａ，
３３ｂも術者の位置にあった状態にセットされる。これ
によってマスターマニピュレー２を自分の体の動きに追
従させることができるようになる。

【００２９】次に、前記スレーブマニピュレータ１とマ
スターマニピュレータ２の関連動作を制御するための制
御装置３の構成について説明する。図１で示すように制
御装置３は第１の制御装置１０１、第２の制御装置１０
２、第３の制御装置１０３の部分からなり、制御対象の
役割分担がなされている。まず、第１の制御装置１０１
は移動用マスターアーム３１の各エンコーダと電気的に
接続され、そのエンコーダにより回転角を検出すること
により、移動用マスターアーム３１の先端の位置を検出
することができる。さらに第１の制御装置１０１は移動
用マニピュレータ５の各電磁モータとこのモータに付い
ているエンコーダとも電気的に接続され、そのエンコー
ダで移動量を検出しながらそのモータを駆動し、移動用
マニピュレータ５の先端の位置を決める。

【００３０】第２の制御装置１０２は、ＨＭＤ用アーム
３２の各エンコーダと電気的に接続され、そのエンコー
ダの回転角を検出することにより、ＨＭＤ６４の向きを
検出することができる。さらに第２の制御装置１０２は
駆動部１９内に設けられたモータと、このモータに付い
ているエンコーダと電気的に接続され、エンコーダで移
動量を検出しながらそのモータを駆動できるので、指定
された方向に処置用内視鏡６の挿入部８における湾曲部
１１を湾曲させることが可能である。

【００３１】また、第３の制御装置１０３は処置手段操
作用アーム３３ａ，３３ｂの各エンコーダと電気的に接
続され、このエンコーダにより回転関節７１，７２，７
３と操作用グリッパ７５の回転角を検出することによ
り、そのグリッパ７５の向きと位置および開閉角度を検
出することができる。さらに第３の制御装置１０３は駆
動部１９内に設けられた処置手段駆動用の各電磁モータ
と、このモータに付いているエンコーダと電気的に接続
され、エンコーダで移動量を検出しながらそのモータを
駆動できるので、処置手段としての把持鉗子７ａ，７ｂ
の位置と方向を決めることが可能である。各把持鉗子７
ａ，７ｂのグリッパ１８の部分に設けた力センサで発生
力を計測しながら前記空気圧シリンダ８８を駆動するこ
とによって操作用グリッパ７５に所定の反力を発生させ
ることが可能になっている。

【００３２】また、前記内視鏡６の左のＣＣＤの出力は
図示しないビデオプロセッサによりＴＶ信号に変換さ
れ、ＨＭＤ６４の左目の表示部の例えばＬＣＤにその映
像を表示することが可能になっている。また、右のＣＣ
Ｄの出力は図示しないビデオプロセッサによりＴＶ信号
に変換され、ＨＭＤ６４の右目の表示部の例えばＬＣＤ
にその映像を表示することが可能になっている。したが
って、ＨＭＤ６４を装着した術者７８は３次元的（立体
的）に観察することが可能である。 （作用）以下、手術用マニピュレータシステムの作用に
ついて説明する。術者７８は額当接部材７９に額を当
て、背中当接部材８１に背中を押し当てることによっ
て、マスターマニピュレータ２を位置決め装着すること
ができる。左手で左のグリッパ７５を右手で持ち、右手
で右の操作用グリッパ７５を持つ。このときにマスター
スレーブ用のスイッチ９３をオン操作することによって
マスタースレーブ動作が開始されるようになる。また、
術者７８はＨＭＤ６４より内視鏡６の映像を立体視する
ことができる。

【００３３】次に、術者７８が患部を観察するための動
作を説明する。術者７８がその頭部の位置を変えると、
その位置の変化を移動用マスターアーム３１の各軸のエ
ンコーダがこれを検知し、第１の制御装置１０１は移動
用マスターアーム３１の先端位置を計算し、これに対応
して内視鏡６の挿入部８の先端の位置が動くように移動
用マニピュレータ５の各電磁モータを制御する。このと
き、図３（ａ）に示すスレーブマニピュレータ１の座標
系と図３（ｂ）に示すマスターマニピュレータ２の座標
系とが対応するように制御を行う。また、この動きの
際、前記移動用マスターアーム３１はガススプリング５
５，５６によってバランスがとられているため、術者７
８は移動用マニピュレータ３１を少ない力で動かすこと
ができる。

【００３４】術者７８が首の向きを変えると、ＨＭＤ用
アーム３２のエンコーダが、この動きを検出し、第２の
制御装置１０２はＨＭＤ６４の回転Ｅ１、Ｅ２と、内視
鏡６の湾曲Ｂ１，Ｂ２が１対１に対応して動くように駆
動部１９内の図示しないエンコーダ付きモータを制御す
る。これらにより内視鏡６の位置及び向きが術者７８の
頭の位置及び向きに対応して動くので、術者７８は頭の
位置や向きを変えることによって患部に内視鏡６を移動
させ、様々な角度から患部を観察することが可能にな
る。

【００３５】次に、術者７８が処置をするときの動作を
説明する。術者７８が例えば左の操作用グリッパ７５の
位置を変えたり、そのグリッパ７５を開閉させた時の動
きを処置手段用操作アーム３３ａの各軸に設けられたエ
ンコーダが検知し、第３の制御装置１０３は左の処置手
段用アーム１７ａの回転Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３と、左の処置
具の回転Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３が１対１に対応し、操作用グ
リッパ７５の開閉Ｆ４が、左の把持鉗子７ａの開閉Ｃ４
の開閉量と一致して動作するように駆動部１９内の図示
しないエンコーダ付きモータを制御する。また、第３の
制御装置１０３は、右の処置手段用アーム３３ｂと右の
把持鉗子７ｂも同様に１対１に対応して動くように、駆
動部１９内の図示しないエンコーダ付きモータを制御す
るが、左側と同様のため説明は省略する。

【００３６】また、第３の制御装置１０３は処置用把持
鉗子７ａ，７ｂに貼られている歪みゲージの出力に対応
して、操作用グリッパ７５に反力が加わるように、空気
圧シリンダ８８を駆動することもできる。このように術
者７８の手の動きと処置具の手段の動きが１対１に対応
するので、術者７８はＨＭＤ６４の映像を観察しなが
ら、例えば左の処置具で患部を押さえ、右の処置具で患
部の剥離を行うなどの動作が可能である。

【００３７】また、術中において、マスターマニピュレ
ータ２を離れて直接に患者に処置を施す必要ができたと
きには、術者７８は額当接部材７９から額を離し、背中
当接部材８１から背中を離すだけで、術者７８が容易に
マスターマニピュレータ２から離れることができる。

【００３８】また、他の手術室で、このマスターマニピ
ュレータ２を用いるときには、キャスター２９によっ
て、このマスターマニピュレータ２を移動させることが
可能である。また、マスターマニピュレータ２を使用し
ないときには、移動用マスターアーム３１の各軸のブレ
ーキを作動させることにより、安定した状態にしておく
ことができる。 （効果）体腔内の内視鏡の先端が、術者の頭の動き通り
に動き、処置具が手の動き通りに動き、しかも、体腔内
を立体画像で観察できるため、術者はあたかも体腔内に
いるような臨場感の中で、内視鏡下手術が可能となる。
また、マスターマニピュレータに額と背中に当接部材を
設けたことにより、術者は容易にマスターマニピュレー
タのアームを着脱することが可能になった。マスターマ
ニピュレータにバランスをとるためにガススプリングを
用いた事により、小さな力でマスターマニピュレータを
操作可能になった。これにより、術者の操作性が良くな
る。

【００３９】マスターマニピュレータの術者が手で把持
する位置に、マスタースレーブの開始と終了を指示する
ためのスイッチを設けた。これにより、術者は、スイッ
チを操作しやすくなる。マスターマニピュレータを移動
可能にしたことによって、様々な場所にマスターマニピ
ュレータを運ぶことが可能になった。マスターマニピュ
レータに、保持ブレーキを用いたことにより、未使用時
などに安定した状態にすることができる。 ＜第２の実施例＞図１２を参照して、本発明の第２の実
施例を説明する。 （構成）この実施例は術者７８とマスターマニピュレー
タ２の着脱機構の変形例である。すなわち、術者７８は
頭部１１０に予め磁性体１１１の付いたベルト１１２を
着用する。また、前述したような形のＨＭＤ６４には前
記磁性体１１１を係止するための係止部１１３が設けら
れている。この係止部１１３はＨＭＤ６４を頭部に位置
合わせしたときに前記磁性体１１１が接する面の部分に
磁極を配置した電磁石１１４を埋設している。電磁石１
１４は直流電源１１５によっての通電によって磁力を発
生し、前記磁性体１１１を吸着して固着させることが可
能である。電磁石１１４と直流電流１１５を接続する通
電回路の途中には操作スイッチ１１６が設けられてい
て、この操作スイッチ１１６をオン／オフすることによ
って、磁性体１１１に対する吸着と解除を制御し、術者
７８とマスターマニピュレータ２の着脱を行うことがで
きる。

【００４０】この実施例によれば、前述した第１の実施
例の効果に加えて、術者７８とマスターマニピュレータ
２の着脱をより確実に行うことができる。また、この実
施例の場合にも前述したような背中当接部８１を加えて
設ければマスターマニピュレータ２をより確実に装着す
ることができる。 ＜第３の実施例＞図１３を参照して、本発明の第３の実
施例を説明する。 （構成）この実施例も前記術者７８の頭部１１０とマス
ターマニピュレータ２の着脱機構の変形例である。術者
７８は予め固定部１２１がついたベルト１２２を頭部１
１０に着用する。また、ＨＭＤ６４には前記固定部１２
１が係止される係止部１２３を設ける。また、この係止
部１２３において前記固定部１２１が接する面と、固定
部１２１において前記係止部１２３が接する面には面フ
ァスナ、例えばいわゆるマジックテープがそれぞれ固定
されている。これにより、固定部１２１を係止部１２３
に押し当てたり引き離したりする簡単な動作で術者７８
とマスターマニピュレータ２の着脱を行うことができ
る。

【００４１】この実施例によれば、第１の実施例の効果
に加えて、術者７８とマスターマニピュレータ２の着脱
機構が簡略になる利点がある。 ＜第４の実施例＞図１４を参照して、本発明の第４の実
施例を説明する。 （構成）この実施例も術者７８とマスターマニピュレー
タ２の着脱機構の変形例である。術者７８は頭部１１０
に予め固定部１３１が付いたベルト１３２を着用する。
また、ＨＭＤ６４には固定部１３１が嵌合する嵌合部材
１３３が設けられている。これにより固定部１３１を嵌
合部材１３３の孔部１３４に差し込んだり、引き抜いた
りすることによって、術者７８とマスターマニピュレー
タ２を着脱を行うことができる。

【００４２】この実施例によれば、第１の実施例の効果
に加えて、術者７８とマスターマニピュレータ２の着脱
機構が確実に行えるようになる。 ＜第５の実施例＞図１５を参照して、本発明の第５の実
施例を説明する。 （構成）この実施例はマスタ操作する手元部分に用いる
スイッチの例である。各操作用グリッパ７５の把持部９
２に２方向に右と左にスライドするスイッチ１４１を設
ける。このスイッチ１４１を右または左方向へ選択的に
移動操作することによって第１の実施例での図１で示す
処置用内視鏡６のＡ６方向の動きが左回転、右回転する
ように制御する。この自由度Ａ６を操作するマスターマ
ニピュレータ２の自由度はＤ４であるから、人間の体の
構造上マスターマニピュレータ２をＤ４の方向に大きな
角度で回転させることは困難である。

【００４３】しかし、この実施例によれば、人間の体の
構造上、大きな動作角度が取れないマスターマニピュレ
ータ２の軸があっても、このようなスイッチ１４１によ
ってこれに対応するスレーブマニピュレータ２を大きな
角度で動作させることが、可能になる。 ［付記］ １．術者が自分自身の頭部で操作するマスタマニピュレ
ータと、このマスタマニピュレータの動きに追従した動
作を行うスレーブマニピュレータを備えた手術用マニピ
ュレータにおいて、前記マスターマニピュレータはその
マスターマニピュレータに対して術者が所定の操作位置
に身を置くとそのマスターマニピュレータに対する術者
の頭部の位置決めがなされて前記マスターマニピュレー
タが術者の頭の動きに追従する固定関係が得られるとと
もにその固定位置から身を離せば前記マスターマニピュ
レータから身を離すことが可能な構成とした装着手段を
設けたことを特徴とする手術用マニピュレータ。

【００４４】１−１．前記装着手段はマスターマニピュ
レータに術者の頭部を当てる頭部受け部材と術者の背を
当てる背当て部材を設けてマスターマニピュレータに対
する術者の頭部の位置決めを行う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。

【００４５】１−２．前記装着手段はマスターマニピュ
レータに術者の頭部に術者の頭の動きに追従させる手段
を設けた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。

【００４６】１−２−１．術者の頭の動きに追従させる
前記装着手段はＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）
に設けられた電磁石（または磁性体）からなる固定部
と、これを追従させる術者の頭部に設けられる磁性体
（または電磁石）からなる固定部材によって構成される
ことを特徴とする第１−２項に記載の手術用マニピュレ
ータ。

【００４７】１−２−２．術者の頭の動きに追従させる
前記装着手段は前記ＨＭＤに設けられた面ファスナ、例
えばマジックテープからなる固定部と、術者の頭部に設
けられ前記固定部に着脱自在に係着する面ファスナ、例
えばマジックテープからなる固定部材とによって構成さ
れることを特徴とする第１−２項に記載の手術用マニピ
ュレータ。

【００４８】１−２−３．術者の頭の動きに追従させる
前記装着手段は前記ＨＭＤに設けられた受け部材と、術
者の頭部に設けられ前記受け部材に着脱自在に嵌り込む
突出部材からなる固定部材とによって構成されることを
特徴とする第１−２項に記載の手術用マニピュレータ。

【００４９】２．基部と、この基部に対して連結され回
転軸を持って回転するアーム構造を有するマニピュレー
タを備えたものにおいて、前記マニピュレータにおける
アームのバランスをとるために前記アームと基台との間
にばね機構を架設して前記アームを支持することを特徴
とする手術用マニピュレータまたは手術装置。 ２−１．前記ばね機構はガススプリングを用いることを
特徴とする第２項に記載の手術用マニピュレータまたは
手術装置。前記ばね機構を設けることによりバランスの
とれた操作性の良いマニピュレータを提供することがで
きる。なお、前述した特願平６−２６０２８５号の未公
開出願のものではマスターマニピュレータのバランスを
とる構造は設けられていない。マスターマニピュレータ
にバランスをとる機能がないと、マスターマニピュレー
タの自重が操作者にかかるため、小さな力でマスターマ
ニピュレータを操作することができず、操作性が悪い。

【００５０】３．基台と、この基台に対して連結され回
転軸を持って回転するアーム構造を有するマニピュレー
タを備えたものにおいて、前記マニピュレータのアーム
の回転軸にそのアームを保持する保持ブレーキを設けた
ことを特徴とする手術用マニピュレータまたは手術装
置。

【００５１】マニピュレータのアームの回転軸に保持ブ
レーキを設けたことにより、必要に応じて各軸を保持す
ることが可能となり、未使用時に各アームが不必要に動
いてしまうことがない。なお、前述した特願平６−２６
０２８５号の未公開出願のもではマスターマニピュレー
タに保持ブレーキは設けられていない。保持ブレーキが
ないマスターマニピュレータは未使用時でも各関節が容
易に動いてしまう。

【００５２】４．処置用マニピュレータと、この処置用
マニピュレータを遠隔的に操作するための操作用マスタ
ーマニピュレータからなるものにおいて、前記マスター
マニピュレータの操作者が手で保持する部分に操作スイ
ッチを設けたことを特徴とする手術用マニピュレータま
たは手術装置。

【００５３】４−１．前記操作スイッチは前記マスター
スレーブの動作の開始と終了を指示するものであること
を特徴とする第４項に記載の手術用マニピュレータまた
は手術装置。

【００５４】４−２．前記処置用マニピュレータは少な
くとも一つの回転構造をもち、前記スイッチで、処置用
マニピュレータを正逆両方向に回転動作させることを特
徴とする第４項に記載の手術用マニピュレータまたは手
術装置。マスターマニピュレータの術者が手で自在に操
作できる位置に各種のスイッチを設けることにより、術
者はマスターマニピュレータを追従させたまま、各種の
スイッチング操作が可能となった。なお、前述した特願
平６−２６０２８５号の未公開出願のものではマスター
マニピュレータにスイッチは設けられていない。マスタ
ーマニピュレータにスイッチが設けられていないと、例
えばマスタースレーブ動作に入るために第３者にスイッ
チを入れてもらう必要があり、作業が煩雑である。

【００５５】５．処置用マニピュレータと、この処置用
マニピュレータを遠隔的に操作するための操作用マスタ
ーマニピュレータからなるものにおいて、前記マスター
マニピュレータの移動手段を設けたことを特徴とする手
術用マニピュレータまたは手術装置。 ５−１．前記移動手段はキャスタ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または手術装
置。 ５−２．前記キャスターはロック手段が設けられている
ことを特徴とする第５−１項に記載の手術用マニピュレ
ータまたは手術装置。マスターマニピュレータを移動可
能にしたことによって、様々な場所にマスターマニピュ
レータを運ぶことが可能になった。なお、前述した特願
平６−２６０２８５号の未公開出願のものではマスター
マニピュレータに移動手段が設けられていない。マスタ
ーマニピュレータは様々な場所に用いるので移動手段が
ないと、各手術室等の移動ができず不便である。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、マ
スターマニピュレータに術者がその身を所定の位置に持
っていくだけで、術者の頭に追従してその位置を検出す
る追従手段を設けたことにより、術者が頭を所定の位置
に持っていくだけで、マスターマニピュレータを容易に
追従させることが可能で、また、そのマスターマニピュ
レータから術者が簡単に身を離すことが可能である。し
たがって、マスターマニピュレータから離れて他の作業
や処置を行う場合に、ベルトを外したりする面倒で手間
のかかる作業が不要であり、また再び簡単に元の位置に
装着することができる。マスターマニピュレータに対す
る着脱作業に手間がかからず、実際の作業にあたって迅
速な作業を確保する。また、先行例のものでは滅菌手袋
を着用した術者は滅菌していないベルト部分などには直
接に触れることはできないので、そのベルトなどの着脱
作業を補助者等の第３者にしてもらう必要があったが、
これによれば、術者が自ら手を触れることなく着脱で
き、都合がよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る医療用マニピュレ
ータシステムの全体的な構成を概略的に示す説明図。

【図２】（ａ）は同じくその処置用マニピュレータユニ
ットの機構の概略的な構成説明図、（ｂ）は同じくその
操作用マニピュレータユニットの機構の概略的な構成説
明図。

【図３】（ａ）は同じくそのスレーブマニピュレータの
関節機構の概略的な構成説明図、（ｂ）は同じくそのマ
スターマニピュレータの関節機構の概略的な構成説明
図。

【図４】同じくマスターマニピュレータにおける移動用
マスターアームのリンク機構の側面図。

【図５】図４中、Ｖ−Ｖ線に沿う断面図。

【図６】同じくマスターマニピュレータにおける移動用
マスターアームのリンク機構の側面図。

【図７】前記マスターアームのリンク機構におけるガス
スプリングの作用の説明図。

【図８】前記ガススプリングの断面図。

【図９】前記操作用グリッパと力センサ部と空気圧シリ
ンダの連結構成の説明図。

【図１０】前記操作用グリッパの斜視図。

【図１１】同じく前記ＨＭＤの装着具における装着状態
の説明図。

【図１２】本発明の第２の実施例におけるＨＭＤ用装着
具の装着状態の説明図。

【図１３】本発明の第３の実施例におけるＨＭＤ用装着
具の装着状態の説明図。

【図１４】本発明の第４の実施例におけるＨＭＤ用装着
具の装着状態の説明図。

【図１５】本発明の第５の実施例におけるＨＭＤ用装着
具の装着状態の説明図。

【符号の説明】

１…スレーブマニピュレータ、２…マスターマニピュレ
ータ、３…制御装置、４…手術器械、５…移動用マニピ
ュレータ（ロボット）、６…内視鏡、７ａ，７ｂ…把持
鉗子、３１…移動用マスターアーム、３２…ＨＭＤ用ア
ーム、３３ａ，３３ｂ…処置手段操作用アーム、６４…
ＨＭＤ、７９…額当接部、８１…背中当接部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】術者が自分自身の頭部で操作するマスタマ
   ニピュレータと、このマスタマニピュレータの動きに追
   従した動作を行うスレーブマニピュレータを備えた手術
   用マニピュレータにおいて、前記マスターマニピュレー
   タはそのマスターマニピュレータに対して術者が所定の
   操作位置に身を置くとそのマスターマニピュレータに対
   する術者の頭部の位置決めがなされて前記マスターマニ
   ピュレータが術者の頭の動きに追従する固定関係が得ら
   れるとともにその固定位置から身を離せば前記マスター
   マニピュレータから身を離すことが可能な構成とした装
   着手段を設けたことを特徴とする手術用マニピュレー
   タ。