手術(shù)支持裝置制造方法
【專利摘要】一種手術(shù)支持裝置包括：操作部（2），該操作部（2）中，由操作者執(zhí)行操作輸入；作用部（3），手術(shù)工具被附接到該作用部（3）并且該作用部（3）由操作輸入驅(qū)動(dòng)；驅(qū)動(dòng)源（70），該驅(qū)動(dòng)源（70）設(shè)置在操作部（2）中并且生成調(diào)節(jié)操作輸入時(shí)的操縱阻力的驅(qū)動(dòng)力；以及控制單元（5），該控制單元（5）設(shè)置驅(qū)動(dòng)力的大小和方向，其中，控制單元（5）基于對(duì)操作部（2）的操作輸入來設(shè)置驅(qū)動(dòng)力的大小和方向。
【專利說明】手術(shù)支持裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及手術(shù)支持裝置，更具體地，涉及由驅(qū)動(dòng)力來調(diào)節(jié)操作輸入期間的操縱阻力(manipulation resistance)的手術(shù)支持裝置。
[0002]請(qǐng)求于2011年8月4日在美國(guó)提交的臨時(shí)申請(qǐng)N0.61/515203以及于2012年I月24日提交的日本專利申請(qǐng)N0.2012-012104的優(yōu)先權(quán)，這些專利申請(qǐng)的內(nèi)容通過引用并入本文。
【背景技術(shù)】 [0003]在過去，已知一種利用主機(jī)械手經(jīng)由遠(yuǎn)程操作來對(duì)從機(jī)械手進(jìn)行操作的主從機(jī)械手，并且已經(jīng)提出將其應(yīng)用于手術(shù)支持裝置等。專利文獻(xiàn)I公開了一種能夠用于這種用途的遠(yuǎn)程操作裝置。
[0004]在專利文獻(xiàn)I的遠(yuǎn)程操作裝置中，檢測(cè)從手與作業(yè)對(duì)象之間的距離，并且使用所檢測(cè)到的距離值來切換使從手自動(dòng)移動(dòng)的自動(dòng)模式和基于主手的操作使從手移動(dòng)的手動(dòng)模式。當(dāng)作業(yè)對(duì)象與從手之間的距離遠(yuǎn)時(shí)，從手以自動(dòng)模式接近作業(yè)對(duì)象。當(dāng)從手與作業(yè)對(duì)象之間的距離等于或小于預(yù)定值時(shí)，模式被切換為手動(dòng)模式，并且用戶可以操作從手。因此，當(dāng)從手非常遠(yuǎn)離作業(yè)對(duì)象時(shí)，用戶無需操作主手，所以減小了用戶的負(fù)擔(dān)。
[0005]此外，專利文獻(xiàn)I還公開了根據(jù)從手與作業(yè)對(duì)象之間的距離來改變反饋到主手的反作用力，并且當(dāng)用戶操作主手時(shí)，改變操縱阻力。由此，當(dāng)從手接近作業(yè)對(duì)象時(shí)，用戶可以容易地執(zhí)行精密操作。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)1:日本特開2006-167867號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明要解決的問題
[0010]然而，在手術(shù)中，存在針對(duì)對(duì)象組織的各種手術(shù)。例如，存在要求微細(xì)且精確操作的手術(shù)(像縫合組織時(shí)應(yīng)用針的動(dòng)作那樣)以及存在如對(duì)手術(shù)期間發(fā)生的出血的止血處理那樣要求快速執(zhí)行從識(shí)別出出血部位到完成止血的一系列動(dòng)作的手術(shù)。
[0011]在前者情況下，已知通過向主機(jī)械手的操作施加合適的阻力(下文稱作“操縱阻力”)，降低用戶的手抖動(dòng)和手的不穩(wěn)定感，由此可以容易地執(zhí)行操作。同時(shí)，在后者情況下，相同的操縱阻力有時(shí)候會(huì)妨礙快速的操作，并且不是優(yōu)選的。這樣，最佳操縱阻力的大小主要由操作的內(nèi)容來限定，而不是完全由從機(jī)械手與作業(yè)對(duì)象之間的距離限定。出于該原因，如專利文獻(xiàn)I中描述的遠(yuǎn)程操作裝置中的控制狀態(tài)不適合應(yīng)用于手術(shù)支持裝置。
[0012]在這種情況下做出本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是提供一種可以為操作輸入部位不斷產(chǎn)生適當(dāng)?shù)牟倏v阻力的手術(shù)支持裝置。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，手術(shù)支持裝置包括:由操作者進(jìn)行操作輸入的操作部；和安裝了手術(shù)工具并且通過所述操作輸入進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的作用部。而且，手術(shù)支持裝置還包括驅(qū)動(dòng)源，該驅(qū)動(dòng)源設(shè)置在操作部中并且生成調(diào)節(jié)操作輸入時(shí)的操縱阻力的驅(qū)動(dòng)力；和控制單元，該控制單元設(shè)置驅(qū)動(dòng)力的大小和方向，其中，控制單元基于對(duì)操作部的操作輸入來設(shè)置驅(qū)動(dòng)力的大小和方向。另外，術(shù)語“驅(qū)動(dòng)力”中的術(shù)語“力”包括力矩。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，在根據(jù)第一方面的手術(shù)支持裝置中，操作部具有開關(guān)，控制單元基于多個(gè)模式中的一個(gè)模式來設(shè)置驅(qū)動(dòng)力，并且當(dāng)操作者操作了開關(guān)時(shí)，對(duì)控制單元設(shè)置驅(qū)動(dòng)力時(shí)所使用的模式進(jìn)行切換。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，在根據(jù)第二方面的手術(shù)支持裝置中，所述開關(guān)被構(gòu)造為由操作者的手或腳來操作。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的第四方面，在根據(jù)第二方面或第三方面的手術(shù)支持裝置中，所述手術(shù)工具在執(zhí)行手術(shù)時(shí)處于有效狀態(tài)(active state)，并且所述開關(guān)兼有將手術(shù)工具切換到有效狀態(tài)的功能。[0017]根據(jù)本發(fā)明的第五方面，在根據(jù)第一方面至第四方面中任意一個(gè)方面的手術(shù)支持裝置中，所述手術(shù)支持裝置還包括檢測(cè)部，該檢測(cè)部檢測(cè)由操作輸入所導(dǎo)致的操作部的動(dòng)作量，并且控制單元把驅(qū)動(dòng)力設(shè)置為隨著動(dòng)作量減小而驅(qū)動(dòng)力增大。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的第六方面，在根據(jù)第五方面的手術(shù)支持裝置中，當(dāng)動(dòng)作量等于或小于預(yù)定閾值時(shí)，控制單元將驅(qū)動(dòng)力設(shè)置為比較大的水平。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的第七方面，在根據(jù)第一方面至第四方面中任意一個(gè)方面的手術(shù)支持裝置中，所述裝置還包括檢測(cè)部，該檢測(cè)部檢測(cè)由操作輸入所導(dǎo)致的操作部的動(dòng)作量，并且控制單元把驅(qū)動(dòng)力設(shè)置為:隨著動(dòng)作量增大而驅(qū)動(dòng)力增大，并且動(dòng)作量的變化量與驅(qū)動(dòng)力的變化量之間的關(guān)系根據(jù)動(dòng)作量的值而變化。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的第八方面，在根據(jù)第七方面的手術(shù)支持裝置中，當(dāng)動(dòng)作量等于或大于預(yù)定閾值時(shí)，控制單元將驅(qū)動(dòng)力設(shè)置為比較大的水平。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的第九方面，在根據(jù)第一方面至第八方面中任意一個(gè)方面的手術(shù)支持裝置中，在作用部中可拆裝地設(shè)置多個(gè)手術(shù)工具，各個(gè)手術(shù)工具具有識(shí)別信息，并且控制單元基于安裝在作用部上的手術(shù)工具的識(shí)別信息，來設(shè)置驅(qū)動(dòng)力的大小和方向。
[0022]本發(fā)明的效果
[0023]根據(jù)上述手術(shù)支持裝置，通過在操作輸入部中不斷產(chǎn)生合適的操縱阻力，可以容易且非常適當(dāng)?shù)貓?zhí)行操縱。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是示出應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的動(dòng)作機(jī)構(gòu)的主從機(jī)械手的圖。
[0025]圖2是示出應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的動(dòng)作機(jī)構(gòu)的主從機(jī)械手的第一關(guān)節(jié)部的結(jié)構(gòu)的示意性立體圖。
[0026]圖3A是示出在應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的動(dòng)作機(jī)構(gòu)的主從機(jī)械手的控制單元中、第一關(guān)節(jié)部的軸部的旋轉(zhuǎn)角速度與驅(qū)動(dòng)源中產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力之間的關(guān)系的曲線圖。
[0027]圖3B是示出在應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的動(dòng)作機(jī)構(gòu)的主從機(jī)械手的控制單元中、第一關(guān)節(jié)部的軸部的旋轉(zhuǎn)角速度與驅(qū)動(dòng)源中產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力之間的關(guān)系的曲線圖。
[0028]圖4A是圖3A和圖3B的曲線圖的另一個(gè)示例。
[0029]圖4B是圖3A和圖3B的曲線圖的另一個(gè)示例。
[0030]圖4C是圖3A和圖3B的曲線圖的另一個(gè)示例。
[0031]圖5A是圖3A和圖3B的曲線圖的另一個(gè)示例。
[0032]圖5B是圖3A和圖3B的曲線圖的另一個(gè)示例。
[0033]圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的主從機(jī)械手的第一關(guān)節(jié)部的結(jié)構(gòu)的示意性立體圖。 [0034]圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的主從機(jī)械手的第一關(guān)節(jié)部的結(jié)構(gòu)的示意性立體圖。
[0035]圖8A是示出手術(shù)工具的遠(yuǎn)端部的圖。
[0036]圖8B是示出手術(shù)工具的遠(yuǎn)端部的圖。
[0037]圖9A是示出在應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的動(dòng)作機(jī)構(gòu)的主從機(jī)械手的控制單元中、第一關(guān)節(jié)部的軸部的旋轉(zhuǎn)角速度與驅(qū)動(dòng)源中產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力之間的關(guān)系的曲線圖。
[0038]圖9B是示出在應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的動(dòng)作機(jī)構(gòu)的主從機(jī)械手的控制單元中、第一關(guān)節(jié)部的軸部的旋轉(zhuǎn)角速度與驅(qū)動(dòng)源中產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力之間的關(guān)系的曲線圖。
[0039]圖9C是示出在應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的動(dòng)作機(jī)構(gòu)的主從機(jī)械手的控制單元中、第一關(guān)節(jié)部的軸部的旋轉(zhuǎn)角速度與驅(qū)動(dòng)源中產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力之間的關(guān)系的曲線圖。
[0040]圖10是示出本發(fā)明的實(shí)施方式的修改例的手術(shù)支持裝置的圖。
[0041]圖11是示出在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的另一個(gè)修改例的手術(shù)支持裝置中、開關(guān)操縱量與驅(qū)動(dòng)力之間的關(guān)系的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]下文中，將描述本發(fā)明的第一實(shí)施方式。圖1是示出醫(yī)療用主從機(jī)械手1(作為本實(shí)施方式的手術(shù)支持裝置)的示意性構(gòu)造的圖。主從機(jī)械手I包括由手術(shù)者Op操作的主臂(操作部)2和與主臂2同步操作的從臂(作用部)3。手術(shù)工具4被附接到從臂3的遠(yuǎn)端，并且使用手術(shù)工具4對(duì)患者P執(zhí)行各種手術(shù)。
[0043]主臂2具有三個(gè)臂，包括第一主臂21、第二主臂22和第三主臂23。第一主臂21和第二主臂22以可相對(duì)旋轉(zhuǎn)的方式經(jīng)由第一關(guān)節(jié)部41彼此連接。第二主臂22和第三主臂23以可相對(duì)旋轉(zhuǎn)的方式經(jīng)由第二關(guān)節(jié)部42彼此連接。此外，第三主臂23以可相對(duì)旋轉(zhuǎn)的方式經(jīng)由基底關(guān)節(jié)部43連接到支撐主臂2的基底24。主臂2被構(gòu)造為能夠整體執(zhí)行多軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0044]從臂3具有三個(gè)臂，包括第一從臂31、第二從臂32和第三從臂33。第一從臂31和第二從臂32以可相對(duì)旋轉(zhuǎn)的方式經(jīng)由第三關(guān)節(jié)部51彼此連接。第二從臂32和第三從臂33以可相對(duì)旋轉(zhuǎn)的方式經(jīng)由第四關(guān)節(jié)部52彼此連接。第三從臂33以可相對(duì)旋轉(zhuǎn)的方式經(jīng)由第二基底關(guān)節(jié)部53連接到包括驅(qū)動(dòng)力傳遞構(gòu)件等的殼體部34。各個(gè)關(guān)節(jié)部51、52和53被構(gòu)造為使得它們可以經(jīng)由驅(qū)動(dòng)源(未示出)執(zhí)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。
[0045]主臂2和從臂3經(jīng)由控制單元5彼此連接?？刂茊卧?基于經(jīng)由手術(shù)者Op對(duì)主臂2的操作輸入生成用于操縱從臂3的操縱信號(hào)，并且向從臂3發(fā)送操縱信號(hào)。作為處理用于生成操縱信號(hào)的操作輸入的方法的示例，有一種通過將與齒輪比對(duì)應(yīng)的比例(scale)被主臂的各關(guān)節(jié)部中所設(shè)置的齒輪改變的角度設(shè)置為操縱信號(hào)來改變主臂和從臂的移動(dòng)的比例的方法。
[0046]此外，控制單元5基于對(duì)主臂2的操作輸入，在手術(shù)者Op執(zhí)行對(duì)主臂2的操作輸入時(shí)調(diào)節(jié)由手術(shù)者Op接收到的操縱阻力。后面將描述調(diào)節(jié)的細(xì)節(jié)。
[0047]當(dāng)手術(shù)者Op操作主臂2并且使用從臂3執(zhí)行各種手術(shù)時(shí)，基于從控制單元5接收到的操縱信號(hào)通過驅(qū)動(dòng)源的驅(qū)動(dòng)來操作從臂3的各個(gè)關(guān)節(jié)部51、52和53。
[0048]在本實(shí)施方式中，主臂2和從臂3各包括三個(gè)臂。然而，實(shí)際上，主臂2和從臂3可以各具有一個(gè)或更多個(gè)臂。主臂2和從臂3中包括的臂的數(shù)量可以不彼此相等，并且其旋轉(zhuǎn)軸的方向可以不同。 [0049]圖2是示出主臂2的第一關(guān)節(jié)部41的結(jié)構(gòu)的示意性立體圖。第一關(guān)節(jié)部41包括軸部60和驅(qū)動(dòng)源70。軸部60被固定到由手術(shù)者Op把持的第一臂21。驅(qū)動(dòng)源70通過使驅(qū)動(dòng)力作用于軸部60上，來調(diào)節(jié)操縱阻力。
[0050]軸部60的一端部被固定到第一主臂21，并且其另一端部由第二主臂22可旋轉(zhuǎn)地支撐。檢測(cè)部61檢測(cè)軸部60的旋轉(zhuǎn)角速度(動(dòng)作量)。在軸部60的附近，檢測(cè)部61被固定到第二主臂22并且被安置為不與軸部60 —起旋轉(zhuǎn)。作為檢測(cè)部61，可以使用已知的線性編碼器等。
[0051]驅(qū)動(dòng)源70經(jīng)由檢測(cè)部61被固定到第二主臂22。驅(qū)動(dòng)源70的驅(qū)動(dòng)部與軸部60接觸，使得驅(qū)動(dòng)源70可以使驅(qū)動(dòng)力作用于軸部60上。作為驅(qū)動(dòng)源70，例如，可以使用能夠正常旋轉(zhuǎn)或反向旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)等，并且馬達(dá)還可以包括齒輪等。
[0052]檢測(cè)部61和驅(qū)動(dòng)源70連接到控制單元5。由檢測(cè)部61檢測(cè)到的軸部60的旋轉(zhuǎn)量被發(fā)送到控制單元5，并且用于對(duì)驅(qū)動(dòng)源70進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)從控制單元5發(fā)送到驅(qū)動(dòng)源70。
[0053]將描述如上進(jìn)行構(gòu)造的主從機(jī)械手I的動(dòng)作。
[0054]當(dāng)手術(shù)者Op把持住第一主臂21并且對(duì)主臂2執(zhí)行操作輸入時(shí)，使固定到第一主臂21的軸部60、第二關(guān)節(jié)部42和基底關(guān)節(jié)部43旋轉(zhuǎn)。軸部60的旋轉(zhuǎn)角速度和方向由檢測(cè)部61來檢測(cè)并且被傳遞給控制單元5。各個(gè)關(guān)節(jié)部42和43的旋轉(zhuǎn)角速度和方向也被傳遞給控制單元5。
[0055]控制單元5基于來自檢測(cè)部61的信息，指定軸部60的旋轉(zhuǎn)角速度和旋轉(zhuǎn)方向(動(dòng)作方向)。此外，控制單元5基于預(yù)定計(jì)算法來計(jì)算從驅(qū)動(dòng)源70產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力的大小和方向，并且生成用于在驅(qū)動(dòng)源70中生成驅(qū)動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0056]圖3A是示出驅(qū)動(dòng)力設(shè)置樣式(pattern)的曲線圖，該樣式是軸部的旋轉(zhuǎn)角速度ω與驅(qū)動(dòng)力f的大小(絕對(duì)值)之間的關(guān)系。該曲線圖的水平軸指示旋轉(zhuǎn)角速度ω，其中，預(yù)定的正常旋轉(zhuǎn)方向(例如，當(dāng)從第一主臂21側(cè)看軸部60時(shí)，是順時(shí)針)為正，而沿與正常旋轉(zhuǎn)方向相反的反向旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)為負(fù)。該曲線圖的垂直軸指示驅(qū)動(dòng)力f，其中，使軸部60正常旋轉(zhuǎn)的力為正，而使軸部60反向旋轉(zhuǎn)的力為負(fù)。[0057]如將參照?qǐng)D3A理解的，在控制單元5中，設(shè)置驅(qū)動(dòng)力f的大小和方向，使得隨著減小旋轉(zhuǎn)角速度ω的絕對(duì)值,在驅(qū)動(dòng)源70中生成與旋轉(zhuǎn)角速度相反的大驅(qū)動(dòng)力。即，隨著減小旋轉(zhuǎn)角速度ω的絕對(duì)值，增大執(zhí)行操作時(shí)的操縱阻力。
[0058]由控制單元5生成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)被發(fā)送給驅(qū)動(dòng)源70。當(dāng)基于驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)驅(qū)動(dòng)源70進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，生成具有由控制單元5設(shè)置的大小和方向的驅(qū)動(dòng)力f，并且調(diào)節(jié)主臂2的操縱阻力。
[0059]以預(yù)定間隔(例如，幾十微秒)重復(fù)執(zhí)行驅(qū)動(dòng)力f的設(shè)置和驅(qū)動(dòng)信號(hào)的生成與發(fā)送。設(shè)置時(shí)所使用的旋轉(zhuǎn)角速度ω被檢測(cè)為與前一次設(shè)置驅(qū)動(dòng)力時(shí)軸部60的狀態(tài)的區(qū)別。 [0060]如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式的主從機(jī)械手I，控制單元5利用手術(shù)者Op向主臂2的操作輸入基于第一關(guān)節(jié)部41的軸部60的旋轉(zhuǎn)角速度ω，在驅(qū)動(dòng)源70中生成具有預(yù)定方向和大小的驅(qū)動(dòng)力f，并且控制單元5根據(jù)旋轉(zhuǎn)角速度ω給予主臂2操縱阻力。
[0061 ] 驅(qū)動(dòng)力f被設(shè)置為如圖3A中所示的曲線圖的狀態(tài)。出于該原因，例如，如同應(yīng)用針的動(dòng)作，在以具有小絕對(duì)值的旋轉(zhuǎn)角速度逐漸移動(dòng)第一主臂21的情況下，操縱阻力被設(shè)置為比較大的水平，并且使操縱阻力穩(wěn)定。同時(shí)，如同止血的處理，當(dāng)以大絕對(duì)值的旋轉(zhuǎn)角速度移動(dòng)第一主臂21時(shí)，操縱阻力被設(shè)置為比較小的水平，這防止干擾手術(shù)者的快速操作。即，根據(jù)對(duì)主臂2的操作輸入，結(jié)合手術(shù)的內(nèi)容適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)操縱阻力。出于該原因，在主臂2中不斷產(chǎn)生適當(dāng)?shù)牟倏v阻力。因此，減小了手術(shù)者的緊張，由此手術(shù)者可以容易且適當(dāng)?shù)貓?zhí)7TT各種手術(shù)。
[0062]在本實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)力設(shè)置樣式不限于圖3A中所示的。由此，如圖3B所示，當(dāng)旋轉(zhuǎn)角速度ω的絕對(duì)值在預(yù)定范圍Rl內(nèi)時(shí)，即，主臂的動(dòng)作量等于或小于預(yù)定閾值時(shí)，驅(qū)動(dòng)力f的值可以被固定為比預(yù)定范圍Rl更大的預(yù)定值。
[0063]如圖4A至圖4C所示，當(dāng)旋轉(zhuǎn)角速度ω的絕對(duì)值等于或大于預(yù)定值時(shí),驅(qū)動(dòng)力f可以是零，即，驅(qū)動(dòng)力f可以被設(shè)置為使得不對(duì)驅(qū)動(dòng)源70進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在圖4A所示的樣態(tài)的情況下，操作者感受到突然的阻力感的變化。出于該原因，作為示例，將考慮在操作者期望有意識(shí)地辨別執(zhí)行輕松快速的操作的情況與執(zhí)行謹(jǐn)慎微細(xì)操作的情況的情形下的使用。在圖4B中所示的樣態(tài)的情況下,動(dòng)作量的絕對(duì)值越小，阻力感越大。因此,作為示例,將考慮在需要更微細(xì)的操作的情況下、包括微細(xì)操作的情形下的使用。在圖4C所示的樣態(tài)的情況下，針對(duì)動(dòng)作量的阻力感的變化是連續(xù)的，并且操作者難以感受到該變化。出于該原因，作為示例，將考慮在操作者無意識(shí)地執(zhí)行快速操作和謹(jǐn)慎操作的情況下的使用。
[0064]此外，如圖5A所示，當(dāng)旋轉(zhuǎn)角速度ω的絕對(duì)值超過預(yù)定范圍Rl時(shí)，驅(qū)動(dòng)力f的值可以被設(shè)置為比預(yù)定范圍Rl小、但不是零的值。
[0065]另外，雖然未示出，但是當(dāng)旋轉(zhuǎn)角速度ω的絕對(duì)值等于或大于預(yù)定值時(shí),驅(qū)動(dòng)力f的值可以被設(shè)置為沿與旋轉(zhuǎn)角速度ω相同的方向。在這種情況下，當(dāng)旋轉(zhuǎn)角速度ω的絕對(duì)值等于或大于預(yù)定值時(shí)，因?yàn)轵?qū)動(dòng)力f用于輔助軸部60沿與操作輸入的方向相同的方向的旋轉(zhuǎn)，所以減小了操縱阻力并且操縱阻力可以輔助手術(shù)者的快速操作。
[0066]此外,如圖5B所示，驅(qū)動(dòng)力f的值可以被設(shè)置為隨著增大旋轉(zhuǎn)角速度ω的絕對(duì)值而增大。在這種情況下，動(dòng)作量越小，驅(qū)動(dòng)力f的變化與動(dòng)作量的變化之比增加地越多。出于這個(gè)原因，例如，當(dāng)動(dòng)作量是旋轉(zhuǎn)角速度時(shí)，操縱速度越小，對(duì)于加速和減速的阻力感越強(qiáng)，由此可以執(zhí)行穩(wěn)定的動(dòng)作。[0067]將參照?qǐng)D6來描述本發(fā)明的第二實(shí)施方式。本實(shí)施方式的主從機(jī)械手與上述主從機(jī)械手I的不同點(diǎn)在于還包括用于切換操縱阻力的設(shè)置形式的開關(guān)。在以下描述中，用相同的附圖標(biāo)記來表示與上述那些構(gòu)造共同的構(gòu)造，并且將省略對(duì)共同的構(gòu)造描述。
[0068]圖6是示出本實(shí)施方式的主從機(jī)械手的第一關(guān)節(jié)部41的構(gòu)造的示意性立體圖。開關(guān)81連接到控制單元5。開關(guān)81構(gòu)成操作部的一部分，并且如果開關(guān)處于可以由手術(shù)者Op操作的位置，則不具體限制其放置位置和形式。開關(guān)81可以例如設(shè)置在第一主臂21中。
[0069]在本實(shí)施方式中，與第一實(shí)施方式不同，控制單兀5根據(jù)各個(gè)時(shí)間點(diǎn)設(shè)置的模式，來設(shè)置驅(qū)動(dòng)力f的方向和大小。作為模式，可以提供包括第一模式和第二模式的兩種模式。在第一模式中，設(shè)置方向與旋轉(zhuǎn)軸速度ω的方向相反的預(yù)定大小的驅(qū)動(dòng)力H。在第二模式中，設(shè)置方向與旋轉(zhuǎn)角速度ω的方向相反的、小于驅(qū)動(dòng)力fl的驅(qū)動(dòng)力f2。
[0070]控制單元5中設(shè)置的模式經(jīng)由開關(guān)81的操作來切換。即，手術(shù)者Op用他或她的手來操作開關(guān)81，由此當(dāng)前設(shè)置的模式被切換為另一個(gè)模式。
[0071]在本實(shí)施方式的主從機(jī)械手中，控制單元5基于從檢測(cè)部61接收到的軸部60的旋轉(zhuǎn)方向和在該時(shí)間點(diǎn)在控制單元5中設(shè)置的模式來設(shè)置驅(qū)動(dòng)力f的方向和大小，基于該方向和大小生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并且向驅(qū)動(dòng)源70發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0072]即使在本實(shí)施方式的主從機(jī)械手中，手術(shù)者Op也操作開關(guān)81并且適當(dāng)?shù)卦O(shè)置控制單元5的模式。由此，如在第一實(shí)施方式中，可以不斷給予主臂2合適的操縱阻力。由此，手術(shù)者可以容易且適當(dāng)?shù)貓?zhí)行各種手術(shù)。
[0073]此外，在本實(shí)施方式的主從機(jī)械手中，操作部包括開關(guān)81。出于該原因，手術(shù)者Op可以主將模式切換為適合于當(dāng)前正在執(zhí)行的操作的模式或者適合于下一次要執(zhí)行的操作的模式。由此，可以更可靠地將合適的操縱阻力施加于主臂2。
[0074]在本實(shí)施方式中，模式的數(shù)量不限于兩個(gè)。因此，為了能夠調(diào)節(jié)更精細(xì)的操縱阻力，可以設(shè)置兩個(gè)或更多個(gè)模式。
[0075]此外，模式的內(nèi)容不限于如上所述不斷產(chǎn)生固定大小的驅(qū)動(dòng)力的模式。例如，如在第一實(shí)施方式中，可以將根據(jù)旋轉(zhuǎn)角速度ω的方向和大小(絕對(duì)值)改變驅(qū)動(dòng)力的大小的驅(qū)動(dòng)力設(shè)置樣式用作模式。這種模式可以設(shè)置在控制單元5中，以便與不斷產(chǎn)生固定大小的驅(qū)動(dòng)力的模式組合。
[0076]此外，開關(guān)的類型不限于如圖6所示的按鈕類型，而可以使用各種類型的開關(guān)。例如，可以采用腳踏開關(guān)、觸發(fā)式開關(guān)、顯示部上顯示的圖形用戶界面(⑶I)的開關(guān)等。此外，可以采用不需要物理轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的開關(guān)，諸如識(shí)別手術(shù)者的語音并且切換模式的聲音開關(guān)和檢測(cè)特定身體部位(諸如手術(shù)者的頭或手指)的位置和方位并且切換模式的“身體開關(guān)”。
[0077]將參照?qǐng)D7至圖9C來描述本發(fā)明的第三實(shí)施方式。本實(shí)施方式的主從機(jī)械手與上述各個(gè)實(shí)施方式的主從機(jī)械手在一些點(diǎn)不同，包括驅(qū)動(dòng)力的設(shè)置形式。
[0078]圖7是示出本實(shí)施方式的主從機(jī)械手的第一關(guān)節(jié)部141的結(jié)構(gòu)的示意性立體圖。軸部142和第二主臂143的構(gòu)造與軸部60和第二主臂22的構(gòu)造基本相同。然而，在圖7中所示的本實(shí)施方式的主從機(jī)械手中，當(dāng)不操作驅(qū)動(dòng)源70時(shí)，第一主臂21的操縱阻力比第一關(guān)節(jié)部141中的操縱阻力大。出于該原因，當(dāng)不操作驅(qū)動(dòng)源70時(shí)，可以穩(wěn)定地執(zhí)行操作，使得第一主臂21以小絕對(duì)值的旋轉(zhuǎn)角速度逐漸移動(dòng)，而不造成手抖動(dòng)等。
[0079]在控制單元5中，與第二實(shí)施方式相同，提供兩種模式。然而，如上所述，因?yàn)榈谝魂P(guān)節(jié)部141的操縱阻力大，所以在本實(shí)施方式的第一模式和第二模式中，所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力f的方向被設(shè)置為與旋轉(zhuǎn)角速度ω的方向相同。即，驅(qū)動(dòng)力f作用于軸部142上，以便減小操縱阻力，并且驅(qū)動(dòng)力f越大，操縱阻力越小。
[0080]本實(shí)施方式的手術(shù)工具4是圖8A中所示的高頻切割器械(能量裝置)。當(dāng)手術(shù)者Op按壓第一主臂21中設(shè)置的電導(dǎo)開關(guān)144時(shí)，高頻電流提供給手術(shù)工具4的遠(yuǎn)端4A，并進(jìn)入有效狀態(tài)，并且如圖8B所示，可以燒灼并切開組織Ts。
[0081 ] 電導(dǎo)開關(guān)144連接到控制單元5，并且電導(dǎo)開關(guān)144的通斷狀態(tài)的信息被發(fā)送到控制單元5。
[0082]在本實(shí)施方式的主從機(jī)械手中，根據(jù)電導(dǎo)開關(guān)144的通斷狀態(tài)來切換控制單元5的模式。當(dāng)接通電導(dǎo)開關(guān)144時(shí)，控制單元5中設(shè)置產(chǎn)生較小驅(qū)動(dòng)力的第二模式，確保在手術(shù)工具4的有效狀態(tài)下執(zhí)行的手術(shù)操縱(諸如燒灼并切開組織)的穩(wěn)定性。同時(shí)，當(dāng)斷開電導(dǎo)開關(guān)144時(shí)，控制單元5的模式被設(shè)置為第一模式，減小操縱阻力，并且容易快速地移動(dòng)手術(shù)工具4。[0083]在本實(shí)施方式的主從機(jī)械手中，用于將手術(shù)工具4改變?yōu)橛行顟B(tài)的電導(dǎo)開關(guān)144的切換與控制單元5的模式的更換連動(dòng)。出于該原因，手術(shù)者Op僅通過伴隨著手術(shù)操縱電導(dǎo)開關(guān)144，就可以在合適的操縱阻力下執(zhí)行操作。即，沒有必要單獨(dú)執(zhí)行用于適當(dāng)調(diào)節(jié)操縱阻力的操作，并且可以在通過與相關(guān)技術(shù)相同的操作將操縱阻力調(diào)節(jié)為合適狀態(tài)的狀態(tài)下執(zhí)行操作。
[0084]另外，如同本實(shí)施方式的第一關(guān)節(jié)部141，當(dāng)具有高初始操縱阻力的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的主臂如在第一實(shí)施方式中僅由驅(qū)動(dòng)力設(shè)置樣式來控制時(shí)，如圖9A和圖9C所示，驅(qū)動(dòng)力設(shè)置樣式可以被構(gòu)造為使得旋轉(zhuǎn)角速度ω的絕對(duì)值越大，沿與旋轉(zhuǎn)角速度ω相同方向的驅(qū)動(dòng)力f就被設(shè)置為越大。另外，如圖9A和圖9B所示，當(dāng)旋轉(zhuǎn)角速度ω的絕對(duì)值超過預(yù)定范圍Rl時(shí)，即，主臂的動(dòng)作量等于或大于預(yù)定閾值時(shí)，可以使用設(shè)置更大驅(qū)動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)力設(shè)置樣式。
[0085]例如，在考慮到微細(xì)操作等，動(dòng)作量小時(shí)的初始動(dòng)作阻力是合適的情況下，使用圖9Α中所示的樣態(tài)。因?yàn)槌跏紕?dòng)作阻力大，所以在即使動(dòng)作量小時(shí)也需要一定程度上減小動(dòng)作阻力的情況下，使用圖9Β中所示的樣態(tài)。在圖9Β或圖9C所示的樣態(tài)中，可以基本上使用初始操縱阻力來執(zhí)行微細(xì)操作。同時(shí)，當(dāng)動(dòng)作量大時(shí)，通過積極產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力以減小操縱阻力，可以輕松地執(zhí)行操作。此外，在圖9C所示的樣態(tài)中，因?yàn)轵?qū)動(dòng)力增大的斜率連續(xù)改變，所以手術(shù)者難以感到不舒服，并且可以平穩(wěn)地執(zhí)行操作。
[0086]如上所述，雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式，但是本發(fā)明的技術(shù)范圍不限于上述實(shí)施方式，并且在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對(duì)各個(gè)組件添加各種修改、進(jìn)行刪除或者組合各個(gè)實(shí)施方式的構(gòu)造。
[0087]例如，在上述各個(gè)實(shí)施方式中，已經(jīng)描述了驅(qū)動(dòng)源、檢測(cè)部等僅設(shè)置在主臂的第一關(guān)節(jié)部中的示例。然而，這種機(jī)構(gòu)可以設(shè)置在兩個(gè)或更多個(gè)關(guān)節(jié)部中，并且可以設(shè)置在所有關(guān)節(jié)部中。當(dāng)包括多個(gè)關(guān)節(jié)時(shí)，假定操作者用他或她的手和臂來操作臂的遠(yuǎn)端的情況。然而，通過基于各個(gè)關(guān)節(jié)之間的臂長(zhǎng)和初始操縱阻力設(shè)置適合于各個(gè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)力，不會(huì)根據(jù)方向產(chǎn)生不均勻，并且改善了使用手和臂的操作感。此外，例如，當(dāng)有不期望沿特定方向接觸的物體時(shí)，為了僅減少特定關(guān)節(jié)的動(dòng)作，可以將驅(qū)動(dòng)力設(shè)置為加強(qiáng)關(guān)節(jié)的操縱阻力。[0088]此外，在上述各個(gè)實(shí)施方式中，已經(jīng)描述了操作部是主臂的主從機(jī)械手。然而，本發(fā)明的手術(shù)支持裝置不限于此，并且操作部可以由操縱桿等構(gòu)成。在這種情況下，控制操縱桿等的操縱阻力。此外，操作部可以無線連接到控制單元。
[0089]此外，在手術(shù)支持裝置被構(gòu)成為使得可更換可附接到作用部并可從作用部拆卸的多個(gè)手術(shù)工具的情況下，在各個(gè)手術(shù)工具上保存識(shí)別信息，并且基于識(shí)別信息由控制單元來識(shí)別作用部上安裝的手術(shù)工具。然后，根據(jù)預(yù)先為各種手術(shù)工具準(zhǔn)備的驅(qū)動(dòng)力設(shè)置樣式或模式的組合選擇對(duì)應(yīng)的手術(shù)工具，并且可以基于對(duì)應(yīng)的手術(shù)工具產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)。這樣，減少了手術(shù)者對(duì)操縱阻力執(zhí)行調(diào)節(jié)的操作，由此可以簡(jiǎn)單并容易地執(zhí)行操作。
[0090]此外，如在圖10所示的修改例中，從臂3的一部分構(gòu)成操作部，并且其剩余部分構(gòu)成作用部，由此手術(shù)支持裝置可以由從臂3和手術(shù)工具4構(gòu)成。圖10示出第一從臂31的情況。在這種情況下，用于檢測(cè)在操作者試圖移動(dòng)從臂時(shí)作用于從臂上的力和微細(xì)動(dòng)作量的裝置設(shè)置在從臂中，其檢測(cè)量受控于動(dòng)作命令，并且從臂的各個(gè)關(guān)節(jié)51、52和53可以被構(gòu)造為由驅(qū)動(dòng)源的驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行操作。通過適當(dāng)設(shè)置驅(qū)動(dòng)力，可以調(diào)節(jié)初始操縱阻力。檢測(cè)裝置可以設(shè)置在由手把持住檢測(cè)裝置的位置附近，或者可以設(shè)置在各個(gè)關(guān)節(jié)的動(dòng)作機(jī)構(gòu)中。
[0091]取代操作部的動(dòng)作量，還可以利用使開關(guān)的操作樣態(tài)與驅(qū)動(dòng)力的設(shè)置相關(guān)的驅(qū)動(dòng)力設(shè)置樣式。圖11是示出上述實(shí)施方式的修改例中開關(guān)的按壓量λ X與驅(qū)動(dòng)力f之間的關(guān)系的曲線圖。在修改例中，控制單元設(shè)置驅(qū)動(dòng)力f，使得在增大按壓量△ X時(shí)，增大了驅(qū)動(dòng)力f的絕對(duì)值。在這種情況下，手術(shù)者可以更仔細(xì)地調(diào)節(jié)操縱阻力。另外，在修改例中，通過在開關(guān)中設(shè)置傳感器等，可以檢測(cè)按壓量Λχ。此外，取代按壓量，還可以將開關(guān)被按壓的時(shí)間At與驅(qū)動(dòng)力f關(guān)聯(lián)。
[0092]在相同方法中，還可以將開關(guān)的操作樣態(tài)與模式的切換關(guān)聯(lián)。
[0093]另外，可以以各種觀點(diǎn)來準(zhǔn)備本發(fā)明中的驅(qū)動(dòng)力設(shè)置樣式和模式。例如，可以為每個(gè)操作者、每個(gè)手術(shù)和每個(gè)任務(wù)樣式準(zhǔn)備驅(qū)動(dòng)力設(shè)置樣式和模式。在這種情況下，手術(shù)者可以經(jīng)由諸如GUI等的界面向手術(shù)支持裝置輸入機(jī)械手ID、手術(shù)和任務(wù)樣式，并且控制單元可以被構(gòu)造為根據(jù)輸入內(nèi)容來選擇驅(qū)動(dòng)力樣式和模式。
[0094]根據(jù)上述手術(shù)支持裝置，通過在操作輸入部中不斷產(chǎn)生適當(dāng)?shù)牟倏v阻力，可以容易且適當(dāng)?shù)貓?zhí)行操作。
[0095]附圖標(biāo)記
[0096]1:主從機(jī)械手(手術(shù)支持裝置)
[0097]2:主臂(操作部)
[0098]3:從臂(作用部)
[0099]4:手術(shù)工具
[0100]5:控制單元
[0101]61:檢測(cè)部
[0102]70:驅(qū)動(dòng)源
[0103]81、144:開關(guān)
【權(quán)利要求】
1.一種手術(shù)支持裝置，該手術(shù)支持裝置包括:由操作者進(jìn)行操作輸入的操作部；和安裝了手術(shù)工具并且通過所述操作輸入進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的作用部，所述手術(shù)支持裝置包括: 驅(qū)動(dòng)源，該驅(qū)動(dòng)源設(shè)置在所述操作部中并且生成調(diào)節(jié)所述操作輸入時(shí)的操縱阻力的驅(qū)動(dòng)力；以及 控制單元，該控制單元設(shè)置所述驅(qū)動(dòng)力的大小和方向， 其中，所述控制單元基于對(duì)所述操作部的操作輸入來設(shè)置所述驅(qū)動(dòng)力的大小和方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手術(shù)支持裝置，其中， 所述操作部包括開關(guān)， 所述控制單元基于多個(gè)模式中的一個(gè)模式來設(shè)置所述驅(qū)動(dòng)力，并且 當(dāng)操作者操作了所述開關(guān)時(shí)，對(duì)所述控制單元設(shè)置所述驅(qū)動(dòng)力時(shí)所使用的模式進(jìn)行切換。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的手術(shù)支持裝置，其中， 所述開關(guān)被構(gòu)造為由操作者的手或腳來操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的手術(shù)支持裝置，其中， 所述手術(shù)工具在執(zhí)行手術(shù)時(shí)處于有效狀態(tài)，并且 所述開關(guān)兼有將所述手術(shù)工具切換到有效狀態(tài)的功能。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求4中任意一項(xiàng)所述的手術(shù)支持裝置，所述手術(shù)支持裝置還包括: 檢測(cè)部，該檢測(cè)部檢測(cè)由所述操作輸入所導(dǎo)致的所述操作部的動(dòng)作量， 其中，所述控制單元把所述驅(qū)動(dòng)力設(shè)置為隨著所述動(dòng)作量減小而所述驅(qū)動(dòng)力增大。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的手術(shù)支持裝置，其中， 當(dāng)所述動(dòng)作量等于或小于預(yù)定閾值時(shí)，所述控制單元將所述驅(qū)動(dòng)力設(shè)置為比較大的水平。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求4中任意一項(xiàng)所述的手術(shù)支持裝置，所述手術(shù)支持裝置還包括: 檢測(cè)部，該檢測(cè)部檢測(cè)由所述操作輸入所導(dǎo)致的所述操作部的動(dòng)作量， 其中，所述控制單元把所述驅(qū)動(dòng)力設(shè)置為:隨著所述動(dòng)作量增大而所述驅(qū)動(dòng)力增大，并且所述動(dòng)作量的變化量與所述驅(qū)動(dòng)力的變化量之間的關(guān)系根據(jù)所述動(dòng)作量的值而變化。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的手術(shù)支持裝置， 其中，當(dāng)所述動(dòng)作量等于或大于預(yù)定閾值時(shí)，所述控制單元將所述驅(qū)動(dòng)力設(shè)置為比較大的水平。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求8中任意一項(xiàng)所述的手術(shù)支持裝置，其中， 在所述作用部中以可拆裝的方式設(shè)置有多個(gè)所述手術(shù)工具，各個(gè)手術(shù)工具具有識(shí)別信息，并且 所述控制單元基于安裝在所述作用部上的手術(shù)工具的識(shí)別信息，來設(shè)置驅(qū)動(dòng)力的大小和方向。
【文檔編號(hào)】A61B19/00GK103648426SQ201280034144
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月4日
【發(fā)明者】柳原勝 申請(qǐng)人:奧林巴斯株式會(huì)社