JP7295831B2 - 手術支援システム、患者側装置および演算方法 - Google Patents

Description

この発明は、手術支援システム、患者側装置および医療器具の操作方法に関し、特に、操作部が受け付けた医療器具の操作量をスケーリングする手術支援システム、患者側装置および医療器具の操作方法に関する。

従来、操作部が受け付けた医療器具の操作量をスケーリング（操作部が受け付けた医療器具の操作量に対する医療器具の移動量を変更）するロボット外科用システムが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、複数の方向に移動可能な入力ハンドル（操作部）と、入力ハンドルと通信し、入力ハンドルが受け付けた操作量をスケーリングして外科用ツールを移動させる処理装置とを備えるロボット外科用システムが開示されている。上記特許文献１では、入力ハンドルが操作される３次元の作業空間を予め定義しておき、外科医が入力ハンドルを３次元の作業空間の中心から離間する方向に移動させる場合の外科用ツールの移動量が、入力ハンドルを３次元の作業空間の中心に向かって移動させる場合の外科用ツールの移動量よりも大きくなるようにスケーリングが設定されている。これにより、入力ハンドルを３次元の作業空間の中心から離間する方向に移動させる際には外科用ツールの移動量が大きくなるので、入力ハンドルの移動可能な範囲の最大限まで入力ハンドルを移動させることなく、外科用ツールを所望の位置まで移動することが可能になる。

特表２０１８－５０５７３９号公報

ここで、上記特許文献１には明記されていないが、上記特許文献１のような従来のロボット外科用システムでは、外科用ツール（医療器具）の移動の支点となるピボット位置が予め設定されており、ピボット位置を中心として外科用ツールが移動（たとえば、回転移動など）される。そして、上記特許文献１のような従来のロボット外科用システムにおいて、ピボット位置を中心として外科用ツールが移動される際に、ロボットのアームおよび外科用ツールが振動する場合があるという不都合がある。具体的には、外科用ツールは、ピボット位置を中心として移動するので、ピボット位置と外科用ツールの先端との間の距離が大きい場合、アームの小さい移動で外科用ツールの先端を所望の距離分移動させることが可能になる。一方、ピボット位置と外科用ツールの先端との間の距離が小さい場合、アームを大きく移動させないと、外科用ツールの先端を所望の距離分移動させることができない。このため、特に、ピボット位置と外科用ツールの先端との間の距離が小さい場合、アームが大きく移動することに起因して、アームおよびツールの振動が大きくなるという問題点がある。上記特許文献１では、ピボット位置と外科用ツールの先端との間の距離に起因する振動については考慮されていないので、上記と同様の問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、アームおよび医療器具の振動を抑制可能な手術支援システム、患者側装置および医療器具の操作方法を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による手術支援ロボットは、先端側に医療器具が取り付けられるアームを含む患者側装置と、医療器具に対する操作量を受け付ける操作部を含む操作者側装置と、受け付けられた操作量をスケーリングして実際に医療器具を動作させる際の操作量である実操作量を演算する制御部と、を備え、医療器具は、エンドエフェクタと、エンドエフェクタを第１軸について回転可能に支持する第１支持体と、第１支持体を第２軸について回転可能に支持する第２支持体と、第２支持体に接続されるシャフトとを含み、制御部は、医療器具の先端から第１軸を含む先端側部分が、アームによって医療器具を回転移動させる際の支点となるように１つの点として設定されたピボット位置に近づくにつれて、操作量に対する先端側部分の移動量が小さくなるようにスケーリングの倍率を小さくする（但し、スケーリングの倍率は０を含まない値である）。

この発明の第１の局面による手術支援ロボットでは、上記のように、制御部は、医療器具の先端側の部分である先端側部分が医療器具を移動させる際の支点となる位置であるピボット位置に近づくにつれて、操作量に対する先端側部分の移動量が小さくなるようにスケーリングの倍率を小さくする。これにより、医療器具の先端側部分とピボット位置との間の距離が小さい場合、操作量に対する医療器具の先端側部分の移動量が小さくなる。すなわち、医療器具を移動させるアームの移動量も小さくなるので、その分、アームおよび医療器具の振動を抑制することができる。

この発明の第２の局面による患者側装置は、先端側に医療器具が取り付けられるアームを含む患者側装置であって、医療器具に対する操作量を受け付ける操作部により受け付けられた操作量をスケーリングして実際に医療器具を動作させる際の操作量である実操作量を演算する制御部を備え、医療器具は、エンドエフェクタと、エンドエフェクタを第１軸について回転可能に支持する第１支持体と、第１支持体を第２軸について回転可能に支持する第２支持体と、第２支持体に接続されるシャフトとを含み、制御部は、医療器具の先端から第１軸を含む先端側部分がアームによって医療器具を回転移動させる際の支点となるように１つの点として設定されたピボット位置に近づくにつれて、操作量に対する先端側部分の移動量が小さくなるようにスケーリングの倍率を小さくする（但し、スケーリングの倍率は０を含まない値である）。

この発明の第２の局面による患者側装置では、上記のように、制御部は、医療器具の先端側の部分である先端側部分が医療器具を移動させる際の支点となる位置であるピボット位置に近づくにつれて、操作量に対する先端側部分の移動量が小さくなるようにスケーリングの倍率を小さくする。これにより、医療器具の先端側部分とピボット位置との間の距離が小さい場合、操作量に対する医療器具の先端側部分の移動量が小さくなる。すなわち、医療器具を移動させるアームの移動量も小さくなるので、その分、アームおよび医療器具の振動を抑制することが可能な患者側装置を提供することができる。

この発明の第３の局面による演算方法は、先端側に医療器具が取り付けられるアームを含む患者側装置と、医療器具に対する操作量を受け付ける操作部を含む操作者側装置と、制御部とを備える手術支援システムの制御部によって実行される演算方法であって、医療器具は、エンドエフェクタと、エンドエフェクタを第１軸について回転可能に支持する第１支持体と、第１支持体を第２軸について回転可能に支持する第２支持体と、第２支持体に接続されるシャフトとを含み、操作部が医療器具に対する操作量を受け付けた場合に、制御部が受け付けられた操作量をスケーリングして実際に医療器具を動作させる際の操作量である実操作量を演算し、実操作量の演算は、医療器具の先端から第１軸を含む先端側部分がアームによって医療器具を回転移動させる際の支点となるように１つの点として設定されたピボット位置に近づくにつれて、操作量に対する先端側部分の移動量が小さくなるようにスケーリングの倍率を小さくして実操作量を演算する（但し、スケーリングの倍率は０を含まない値である）ことにより実行される。

この発明の第３の局面による医療器具の操作方法は、上記のように、実操作量を演算するステップは、医療器具の先端側の部分である先端側部分が医療器具を移動させる際の支点となるピボット位置に近づくにつれて、操作量に対する先端側部分の移動量が小さくなるようにスケーリングの倍率を小さくして実操作量を演算するステップを含む。これにより、医療器具の先端側部分とピボット位置との間の距離が小さい場合、操作量に対する医療器具の先端側部分の移動量が小さくなる。すなわち、医療器具を移動させるアームの移動量も小さくなるので、その分、アームおよび医療器具の振動を抑制することが可能な医療器具の操作方法を提供することができる。

本発明によれば、上記のように、アームおよび医療器具の振動を抑制することができる。

本発明の一実施形態による外科手術システムの構成を示す図である。 本発明の一実施形態による医療用マニピュレータの構成を示す図である。 本発明の一実施形態による医療用マニピュレータのアームの構成を示す図である。 鉗子を示す図である。 本発明の一実施形態による医療用マニピュレータの操作部の構成を示す斜視図である。 内視鏡を示す図である。 ピボット位置教示器具を示す図である。 アームの並進移動を説明するための図である。 アームの回転移動を説明するための図である。 本発明の一実施形態による医療用マニピュレータの制御部の構成を示すブロック図である。 鉗子に対するスケーリングの倍率を説明するための図である。 内視鏡に対するスケーリングの倍率を説明するための図である。 鉗子の操作方法を説明するためのフロー図である。 鉗子に対するスケーリングの倍率の設定方法を説明するためのフロー図である。 内視鏡の操作方法を説明するためのフロー図である。 内視鏡に対するスケーリングの倍率の設定方法を説明するためのフロー図である。 鉗子のＴＣＰ１とピボット位置ＰＰ１との関係を示す図（１）である。 鉗子のＴＣＰ１とピボット位置ＰＰ１との関係を示す図（２）である。 内視鏡のＴＣＰ２とピボット位置ＰＰ２との関係を示す図である。

以下、本発明を具体化した本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１～図１９を参照して、本実施形態による外科手術システム１００の構成について説明する。外科手術システム１００は、患者Ｐ側装置である医療用マニピュレータ１と、医療用マニピュレータ１を操作するための操作者側装置である遠隔操作装置２とを備えている。医療用マニピュレータ１は医療用台車３を備えており、移動可能に構成されている。遠隔操作装置２は、医療用マニピュレータ１から離間した位置に配置されており、医療用マニピュレータ１は、遠隔操作装置２により遠隔操作されるように構成されている。術者は、医療用マニピュレータ１に所望の動作を行わせるための指令を遠隔操作装置２に入力する。遠隔操作装置２は、入力された指令を医療用マニピュレータ１に送信する。医療用マニピュレータ１は、受信した指令に基づいて動作する。また、医療用マニピュレータ１は、滅菌された滅菌野である手術室内に配置されている。なお、外科手術システム１００は、特許請求の範囲の「手術支援システム」の一例である。

遠隔操作装置２は、たとえば、手術室の中または手術室の外に配置されている。遠隔操作装置２は、操作用マニピュレータアーム２１と、操作ペダル２２と、タッチパネル２３と、モニタ２４と、支持アーム２５と、支持バー２６とを含む。操作用マニピュレータアーム２１は、術者が指令を入力するための操作用のハンドルを構成する。操作用マニピュレータアーム２１は、医療器具４に対する操作量を受け付ける。モニタ２４は、内視鏡により撮影された画像を表示するスコープ型表示装置である。支持アーム２５は、モニタ２４の高さを術者の顔の高さに合わせるようにモニタ２４を支持する。タッチパネル２３は、支持バー２６に配置されている。モニタ２４近傍に設けられた図示しないセンサにより術者の頭部を検知することにより医療用マニピュレータ１は遠隔操作装置２による操作が可能になる。術者は、モニタ２４により患部を視認しながら、操作用マニピュレータアーム２１および操作ペダル２２を操作する。これにより、遠隔操作装置２に指令が入力される。遠隔操作装置２に入力された指令は、医療用マニピュレータ１に送信される。なお、操作用マニピュレータアーム２１は、特許請求の範囲の「操作部」の一例である。

医療用台車３には、医療用マニピュレータ１の動作を制御する制御部３１と、医療用マニピュレータ１の動作を制御するためのプログラムなどが記憶される記憶部３２とが設けられている。そして、遠隔操作装置２に入力された指令に基づいて、医療用台車３の制御部３１は、医療用マニピュレータ１の動作を制御する。

また、医療用台車３には、入力装置３３が設けられている。入力装置３３は、主に施術前に手術の準備を行うために、ポジショナ４０、アームベース５０、および、複数のアーム６０の移動や姿勢の変更の操作を受け付けるように構成されている。

図１および図２に示す医療用マニピュレータ１は、手術室内に配置されている。医療用マニピュレータ１は、医療用台車３と、ポジショナ４０と、アームベース５０と、複数のアーム６０とを備えている。アームベース５０は、ポジショナ４０の先端に取り付けられている。アームベース５０は、比較的長い棒形状（長尺形状）を有する。また、複数のアーム６０は、各々のアーム６０の根元部が、アームベース５０に取り付けられている。複数のアーム６０は、折り畳まれた姿勢（収納姿勢）をとることが可能に構成されている。アームベース５０と、複数のアーム６０とは、図示しない滅菌ドレープにより覆われて使用される。

ポジショナ４０は、たとえば、７軸多関節ロボットにより構成されている。また、ポジショナ４０は、医療用台車３上に配置されている。ポジショナ４０は、アームベース５０を移動させる。具体的には、ポジショナ４０は、アームベース５０の位置を３次元に移動させるように構成されている。

また、ポジショナ４０は、ベース部４１と、ベース部４１に連結された複数のリンク部４２とを含む。複数のリンク部４２同士は、関節部４３により連結されている。

図１に示すように、複数のアーム６０の各々の先端には、医療器具４が取り付けられている。医療器具４は、たとえば、取り換え可能なインストゥルメント、内視鏡６（図６参照）などを含む。

図３に示すように、インストゥルメントには、アーム６０のホルダ７１に設けられたサーボモータＭ２によって駆動される被駆動ユニット４ａが設けられている。また、インストゥルメントの先端には、鉗子４ｂ（エンドエフェクタ）が設けられている。

また、図４に示すように、インストゥルメントは、鉗子４ｂを第１軸Ａ１について回転可能に支持する第１支持体４ｅと、第１支持体４ｅを第２軸Ａ２について回転可能に支持する第２支持体４ｆと、第２支持体４ｆに接続されるシャフト４ｃとを含む。被駆動ユニット４ａと、シャフト４ｃと、第２支持体４ｆと、第１支持体４ｅと、鉗子４ｂとは、Ｚ方向に沿って配置されている。

第１支持体４ｅには、第１軸Ａ１の回転軸線Ｒ１周りに回転するように鉗子４ｂが取り付けられている。また、第２支持体４ｆは、第１支持体４ｅを第２軸Ａ２について回転可能に支持している。つまり、第２支持体４ｆには、第２軸Ａ２の回転軸線Ｒ２周りに回転するように第１支持体４ｅが取り付けられている。また、第１支持体４ｅの先端側（Ｚ１方向側）の部分は、Ｕ字形状を有している。第１支持体４ｅのＵ字形状の先端側の部分の回転軸線Ｒ１方向における中央部にツールセンタポイント（ＴＣＰ１、クレビス）が設定されている。

また、図６に示すように、内視鏡６のＴＣＰ２は、内視鏡６の先端に設定されている。

次に、アーム６０の構成について詳細に説明する。

図３に示すように、アーム６０は、アーム部６１（ベース部６２、リンク部６３、関節部６４）と、アーム部６１の先端に設けられる並進移動機構部７０とを含む。アーム６０は、アーム６０の根元側（アームベース５０）に対して先端側を３次元に移動させるように構成されている。なお、複数のアーム６０は、互いに同様の構成を有する。

並進移動機構部７０は、アーム部６１の先端側に設けられるとともに医療器具４が取り付けられている。また、並進移動機構部７０は、医療器具４を患者Ｐに挿入する方向に並進移動させる。また、並進移動機構部７０は、医療器具４をアーム部６１に対して相対的に並進移動させるように構成されている。具体的には、並進移動機構部７０には、医療器具４を保持するホルダ７１が設けられている。ホルダ７１には、サーボモータＭ２（図１０参照）が収容されている。サーボモータＭ２は、医療器具４の被駆動ユニット４ａに設けられた回転体を回転させるように構成されている。被駆動ユニット４ａの回転体が回転されることにより、鉗子４ｂが動作される。

アーム部６１は、７軸多関節ロボットアームから構成されている。また、アーム部６１は、アーム部６１をアームベース５０に取り付けるためのベース部６２と、ベース部６２に連結された複数のリンク部６３とを含む。複数のリンク部６３同士は、関節部６４により連結されている。

並進移動機構部７０は、ホルダ７１をＺ方向に沿って並進移動させることにより、ホルダ７１に取り付けられた医療器具４をＺ方向（シャフト４ｃが延びる方向）に沿って並進移動させるように構成されている。具体的には、並進移動機構部７０は、アーム部６１の先端に接続される基端側リンク部７２と、先端側リンク部７３と、基端側リンク部７２と先端側リンク部７３との間に設けられる連結リンク部７４とを含む。また、ホルダ７１は、先端側リンク部７３に設けられている。

そして、並進移動機構部７０の連結リンク部７４は、基端側リンク部７２に対して、先端側リンク部７３を、Ｚ方向に沿って相対的に移動させる倍速機構として構成されている。また、基端側リンク部７２に対して先端側リンク部７３がＺ方向に沿って相対的に移動されることにより、ホルダ７１に設けられた医療器具４が、Ｚ方向に沿って並進移動するように構成されている。また、アーム部６１の先端は、基端側リンク部７２を、Ｚ方向に直交するＸ方向を軸として回動させるように基端側リンク部７２に接続されている。

また、図５に示すように、医療用マニピュレータ１は、アーム６０に取り付けられ、アーム６０を操作する操作部８０を備えている。操作部８０は、イネーブルスイッチ８１と、ジョイスティック８２とスイッチ部８３とを含む。イネーブルスイッチ８１は、ジョイスティック８２およびスイッチ部８３によるアーム６０の移動を許可または不許可とする。また、イネーブルスイッチ８１は、操作者（看護師、助手など）が操作部８０を把持して押下されることによりアーム６０による医療器具４の移動を許可する状態となる。

また、スイッチ部８３は、医療器具４の長手方向に沿った医療器具４を患者Ｐに挿入する方向側に医療器具４を移動させるスイッチ部８３ａと、医療器具４を患者Ｐに挿入する方向と反対側に医療器具４を移動させるスイッチ部８３ｂとを含む。スイッチ部８３ａとスイッチ部８３ｂとは、共に、押しボタンスイッチから構成されている。

また、図５に示すように、操作部８０は、アーム６０に取り付けられた医療器具４の移動の支点（図９参照）となるピボット位置ＰＰを教示するピボットボタン８５を含む。ピボットボタン８５は、操作部８０の面８０ｂに、イネーブルスイッチ８１に隣り合うように設けられている。そして、内視鏡６（図６参照）またはピボット位置教示器具７（図７）の先端が、患者Ｐの体表面Ｓに挿入されたトロカールＴの挿入位置に対応する位置まで移動された状態で、ピボットボタン８５が押下されることによりピボット位置ＰＰが教示され、記憶部３２に記憶される。なお、ピボット位置ＰＰの教示において、ピボット位置ＰＰは、１つの点（座標）として設定され、ピボット位置ＰＰの教示は、医療器具４の方向を設定するものではない。

また、図１に示すように、複数のアーム６０のうちの一つのアーム６０（たとえば、アーム６０ｂ）には内視鏡６が取り付けられ、残りのアーム６０（たとえば、アーム６０ａ、６０ｃおよび６０ｄ）には、内視鏡６以外の医療器具４が取り付けられる。具体的には、手術において、４つのアーム６０のうちの１つのアーム６０に内視鏡６が取り付けられ、３つのアーム６０に内視鏡６以外の医療器具４（鉗子４ｂなど）が取り付けられる。そして、内視鏡６が取り付けられているアーム６０に対して、内視鏡６が取り付けられた状態でピボット位置ＰＰ２（図１９参照）が教示される。また、内視鏡６以外の医療器具４が取り付けられるアーム６０に対して、ピボット位置教示器具７が取り付けられた状態でピボット位置ＰＰ１（図１７参照）が教示される。なお、内視鏡６は、互いに隣り合うように配置されている４つのアーム６０のうちの、中央に配置される２つのアーム６０（アーム６０ｂおよび６０ｃ）のうちのいずれかに取り付けられる。すなわち、ピボット位置ＰＰは、複数のアーム６０毎に個別に設定される。なお、アーム６０ａ、アーム６０ｃおよびアーム６０ｄは、特許請求の範囲の「第１アーム」の一例である。また、アーム６０ｂは、特許請求の範囲の「第２アーム」の一例である。

また、図５に示すように、操作部８０の面８０ｂには、アーム６０の位置を最適化するためのアジャストメントボタン８６が設けられている。内視鏡６が取り付けられたアーム６０に対するピボット位置ＰＰの教示後、アジャストメントボタン８６が押下さえることにより、他のアーム６０（アームベース５０）の位置が最適化される。

また、図５に示すように、操作部８０は、アーム６０に取り付けられた医療器具４を並進移動（図８参照）させるモードと、回転移動（図９参照）させるモードとを切り替えるモード切替ボタン８４を含む。また、モード切替ボタン８４の近傍には、モードインジケータ８４ａが設けられている。モードインジケータ８４ａは、切り替えられたモードを表示する。具体的には、モードインジケータ８４ａが点灯（回転移動モード）または消灯（並進移動モード）されることにより、現在のモード（並進移動モードまたは回転移動モード）が表示される。

また、モードインジケータ８４ａは、ピボット位置ＰＰが教示されたことを表示するピボット位置インジケータを兼ねている。

図８に示すように、アーム６０を並進移動させるモードでは、医療器具４の先端４ｄが、Ｘ－Ｙ平面上において移動するように、アーム６０が移動される。また、図９に示すように、アーム６０を回転移動させるモードでは、ピボット位置ＰＰが教示されていない時は、鉗子４ｂを中心に回転移動し、ピボット位置ＰＰが教示されている時は、ピボット位置ＰＰを支点として医療器具４が回転移動するように、アーム６０が移動される。なお、医療器具４のシャフト４ｃがトロカールＴに挿入された状態で、医療器具４が回転移動される。

また、図１０に示すように、アーム６０には、アーム部６１の複数の関節部６４に対応するように、複数のサーボモータＭ１と、エンコーダＥ１と、減速機（図示せず）とが設けられている。エンコーダＥ１は、サーボモータＭ１の回転角を検出するように構成されている。減速機は、サーボモータＭ１の回転を減速させてトルクを増大させるように構成されている。

また、図１０に示すように、並進移動機構部７０には、医療器具４の被駆動ユニット４ａに設けられた回転体を回転させるためのサーボモータＭ２と、医療器具４を並進移動させるためのサーボモータＭ３と、エンコーダＥ２およびエンコーダＥ３と、減速機（図示せず）とが設けられている。エンコーダＥ２およびエンコーダＥ３は、それぞれ、サーボモータＭ２およびサーボモータＭ３の回転角を検出するように構成されている。減速機は、サーボモータＭ２およびサーボモータＭ３の回転を減速させてトルクを増大させるように構成されている。

また、ポジショナ４０には、ポジショナ４０の複数の関節部４３に対応するように、複数のサーボモータＭ４と、エンコーダＥ４と、減速機（図示せず）とが設けられている。エンコーダＥ４は、サーボモータＭ４の回転角を検出するように構成されている。減速機は、サーボモータＭ４の回転を減速させてトルクを増大させるように構成されている。

また、医療用台車３には、医療用台車３の複数の前輪（図示せず）の各々を駆動するサーボモータＭ５と、エンコーダＥ５と、減速機（図示せず）とが設けられている。エンコーダＥ５は、サーボモータＭ５の回転角を検出するように構成されている。減速機は、サーボモータＭ５の回転を減速させてトルクを増大させるように構成されている。

医療用台車３の制御部３１は、指令に基づいて複数のアーム６０の移動を制御するアーム制御部３１ａと、指令に基づいてポジショナ４０の移動および医療用台車３の前輪（図示せず）の駆動を制御するポジショナ制御部３１ｂとを含む。アーム制御部３１ａには、アーム６０を駆動するためのサーボモータＭ１を制御するためのサーボ制御部Ｃ１が電気的に接続されている。また、サーボ制御部Ｃ１には、サーボモータＭ１の回転角を検出するためのエンコーダＥ１が電気的に接続されている。

また、アーム制御部３１ａには、医療器具４を駆動するためのサーボモータＭ２を制御するためのサーボ制御部Ｃ２が電気的に接続されている。また、サーボ制御部Ｃ２には、サーボモータＭ２の回転角を検出するためのエンコーダＥ２が電気的に接続されている。また、アーム制御部３１ａには、並進移動機構部７０を並進移動するためのサーボモータＭ３を制御するためのサーボ制御部Ｃ３が電気的に接続されている。また、サーボ制御部Ｃ３には、サーボモータＭ３の回転角を検出するためのエンコーダＥ３が電気的に接続されている。

そして、遠隔操作装置２に入力された動作指令が、アーム制御部３１ａに入力される。アーム制御部３１ａは、入力された動作指令と、エンコーダＥ１（Ｅ２、Ｅ３）により検出された回転角とに基づいて位置指令を生成するとともに、位置指令をサーボ制御部Ｃ１（Ｃ２、Ｃ２）に出力する。サーボ制御部Ｃ１（Ｃ２、Ｃ３）は、アーム制御部３１ａから入力された位置指令と、エンコーダＥ１（Ｅ２、Ｅ３）により検出された回転角とに基づいて、トルク指令を生成するとともに、トルク指令をサーボモータＭ１（Ｍ２、Ｍ３）に出力する。これにより、遠隔操作装置２に入力された動作指令に沿うように、アーム６０が移動される。

また、制御部３１は、操作用マニピュレータアーム２１によって受けられた医療器具４の操作量をスケーリングして実際に医療器具４を動作させる際の操作量である実操作量を演算する。ここで、「スケーリング」とは、ユーザ（術者）が操作用マニピュレータアーム２１を操作した操作量に対して、ある比率（スケーリングの倍率）を乗算した分だけ、医療器具４の先端側の部分（本実施形態では、ツールセンタポイント：ＴＣＰ）を移動させることを意味する。たとえば、図１１に示すように、術者の操作量が「２」である場合に、医療器具４の先端側の部分を「１」だけ移動させるとき（図１１の倍率１：２）、スケーリングの倍率は、０．５となる。なお、ツールセンタポイント（ＴＣＰ）は、特許請求の範囲の「先端側部分」の一例である。

ここで、本実施形態では、図１１に示すように、制御部３１は、医療器具４のＴＣＰが医療器具４を移動させる際の支点となる位置であるピボット位置ＰＰに近づくにつれて、操作量に対するＴＣＰの移動量が小さくなるようにスケーリングの倍率を小さくする。具体的には、制御部３１は、ＴＣＰがピボット位置ＰＰに近づくにつれてスケーリングの倍率が小さくなるようにスケーリングの倍率を動的に変化させる。言い換えると、スケーリングの倍率は、医療器具４のＴＣＰがピボット位置ＰＰに近づくにつれてリアルタイムで（連続的に）小さくなる。

また、本実施形態では、図１１および図１２に示すように、鉗子４ｂのＴＣＰ１と鉗子４ｂ用のピボット位置ＰＰ１との間の距離Ｌ１（図１７、図１８参照）に応じて変更される鉗子４ｂ用のスケーリングの倍率と、内視鏡６のＴＣＰ２と内視鏡用のピボット位置ＰＰ２との間の距離Ｌ２（図１９参照）に応じて変更される内視鏡用のスケーリングの倍率とは互いに独立して設定される。なお、以下では、鉗子４ｂのＴＣＰ１と内視鏡６のＴＣＰ２とをまとめでＴＣＰと記載する場合がある。また、鉗子４ｂ用のピボット位置ＰＰ１と内視鏡用のピボット位置ＰＰ２とをまとめてピボット位置ＰＰと記載する場合がある。また、鉗子４ｂのＴＣＰ１と鉗子４ｂ用のピボット位置ＰＰ１との間の距離Ｌ１と、内視鏡６のＴＣＰ２と内視鏡用のピボット位置ＰＰ２との間の距離Ｌ２とをまとめて距離Ｌと記載する場合がる。また、距離Ｌ１および距離Ｌ２は、特許請求の範囲の「離間距離」の一例である。

具体的には、本実施形態では、図１１に示すように、鉗子４ｂ用のスケーリングの倍率は、予めユーザ（術者）に選択可能に複数設けられている。たとえば、鉗子４ｂ用のスケーリングの倍率は、１：１．５（＝０．６６７）、１：２（＝０．５）、および、１：３（＝０．３３３）の３種類が設けられており、術者は、３種類のうちのいずれかのスケーリングの倍率を選択する。また、スケーリングの倍率の選択は、遠隔操作装置２において行われる。

なお、図１２に示すように、内視鏡６用のスケーリングの倍率は、たとえば、１：３（＝０．３３３）の１種類のみ設けられている。

また、本実施形態では、制御部３１は、鉗子４ｂのＴＣＰ１とピボット位置ＰＰ１との間の距離Ｌ１が第１距離Ｌ１４以下である場合にスケーリングの倍率を小さくする。また、制御部３１は、内視鏡６のＴＣＰ２とピボット位置ＰＰ２との間の距離Ｌ２が第１距離Ｌ２２以下である場合にスケーリングの倍率を小さくする。たとえば、鉗子４ｂが設けられるアーム６０では、第１距離Ｌ１４は、１００ｍｍである。また、内視鏡６が設けられるアーム６０では、第１距離Ｌ２２は、５０ｍｍである。

また、本実施形態では、制御部３１は、鉗子４ｂのＴＣＰ１とピボット位置ＰＰ１との間の距離Ｌ１が第１距離Ｌ１４よりも小さい第２距離Ｌ１１未満である場合に、スケーリングの倍率を一定にする。また、制御部３１は、内視鏡６のＴＣＰ２とピボット位置ＰＰ２との間の距離Ｌ２が第１距離Ｌ２２よりも小さい第２距離Ｌ２１未満である場合に、スケーリングの倍率を一定にする。たとえば、第２距離Ｌ１１（Ｌ２１）は、１０ｍｍである。また、一定にされるスケーリングの倍率は、鉗子４ｂおよび内視鏡６共に、１：５（＝０．２）である。

また、本実施形態では、図１１および図１２に示すように、制御部３１は、医療器具４のＴＣＰとピボット位置ＰＰとの間の距離Ｌに基づいて、各スケーリングの倍率の間を線形補完することにより、距離Ｌに対応するスケーリングの倍率を取得する。たとえば、鉗子４ｂの場合において、鉗子４ｂのＴＣＰ１とピボット位置ＰＰ１との間の距離Ｌ１がＬ１４の時のスケーリングの倍率が０．６６７であり、距離がＬ１３の時のスケーリングの倍率が０．５であり、距離がＬ１２の時のスケーリングの倍率が０．３３３であるとする。そして、現在の、鉗子４ｂのＴＣＰ１とピボット位置ＰＰ１との間の距離Ｌ１が、Ｌ１５（Ｌ１３＜Ｌ１５＜Ｌ１４）である場合、制御部３１は、座標（Ｌ１４、０．６６７）と、座標（Ｌ１３、０．５）とを結ぶ線分に基づいて線形補完することにより、Ｌ１５に対応する倍率Ｋ（０．５＜Ｋ＜０．６６７）を算出する。なお、内視鏡６についても、線形補完の方法は同様である。

また、本実施形態では、制御部３１は、術者によって予め選択されたスケーリングの倍率に対応する移動量を超えない範囲でスケーリングの倍率を動的に変化させる。すなわち、術者が予め鉗子４ｂに対するスケーリングの倍率のうち、１：２（＝０．５）を選択していたとする。この場合において、距離Ｌ１が、Ｌ１３を超えた場合でも、スケーリングの倍率は、１：２（＝０．５）を超えることはない。つまり、術者が予め選択した倍率以下の範囲で、スケーリングの倍率が変化する。なお、内視鏡６に対するスケーリングの倍率は、１つ（１：３）であり、距離Ｌ２が、Ｌ２２を超えた場合でも、スケーリングの倍率は、１：３を超えることはない。

また、アーム６０は、鉗子４ｂが取り付けられる複数のアーム６０ａ、６０ｃおよび６０ｄと、内視鏡６が取り付けられる１つのアーム６０ｂとを含む。ここで、術者が、遠隔操作装置２の操作ペダル２２を操作（踏む）ことにより、操作用マニピュレータアーム２１によって操作されるアーム６０ａ～６０ｄが選択される。たとえば、鉗子４ｂが取り付けられる複数のアーム６０ａ、６０ｃおよび６０ｄのうちの２つが、操作用マニピュレータアーム２１によって操作されるアーム６０として選択される。また、内視鏡６が取り付けられる１つのアーム６０ｂが、操作用マニピュレータアーム２１によって操作されるアーム６０として選択される。

そして、本実施形態では、制御部３１は、鉗子４ｂが取り付けられる各アーム６０（アーム６０ａ、６０ｃおよび６０ｄのうちのいずれか２つ）のスケーリングの倍率のうちの最も小さいスケーリングの倍率を、各アーム６０（アーム６０ａ、６０ｃおよび６０ｃのうちのいずれか２つ）に共通のスケーリングの倍率とする。たとえば、アーム６０ａおよび６０ｃが操作用マニピュレータアーム２１によって操作されるアーム６０として選択されている場合、アーム６０ａに対するスケーリングの倍率と、アーム６０ｃに対するスケーリングの倍率とのうち、小さい方（操作用マニピュレータアーム２１の操作量に対するＴＣＰ１の移動量が小さい方）のスケーリングの倍率が、アーム６０ａおよび６０ｃに共通のスケーリングの倍率となる。

また、制御部３１（アーム制御部３１ａ）は、操作部８０のジョイスティック８２からの入力信号に基づいてアーム６０を操作するように構成されている。具体的には、アーム制御部３１ａは、ジョイスティック８２から入力された入力信号（動作指令）と、エンコーダＥ１により検出された回転角とに基づいて位置指令を生成するとともに、位置指令をサーボ制御部Ｃ１に出力する。サーボ制御部Ｃ１は、アーム制御部３１ａから入力された位置指令と、エンコーダＥ１により検出された回転角とに基づいて、トルク指令を生成するとともに、トルク指令をサーボモータＭ１に出力する。これにより、ジョイスティック８２に入力された動作指令に沿うように、アーム６０が移動される。

制御部３１（アーム制御部３１ａ）は、操作部８０のスイッチ部８３からの入力信号に基づいてアーム６０を操作するように構成されている。具体的には、アーム制御部３１ａは、スイッチ部８３から入力された入力信号（動作指令）と、エンコーダＥ１またはＥ３により検出された回転角とに基づいて位置指令を生成するとともに、位置指令をサーボ制御部Ｃ１またはＣ３に出力する。サーボ制御部Ｃ１またはＣ３は、アーム制御部３１ａから入力された位置指令と、エンコーダＥ１またはＥ３により検出された回転角とに基づいて、トルク指令を生成するとともに、トルク指令をサーボモータＭ１またはＭ３に出力する。これにより、スイッチ部８３に入力された動作指令に沿うように、アーム６０が移動される。

また、図１０に示すように、ポジショナ制御部３１ｂには、ポジショナ４０を移動するサーボモータＭ４を制御するためのサーボ制御部Ｃ４が電気的に接続されている。また、サーボ制御部Ｃ４には、サーボモータＭ４の回転角を検出するためのエンコーダＥ４が電気的に接続されている。また、ポジショナ制御部３１ｂには、医療用台車３の前輪（図示せず）を駆動するサーボモータＭ５を制御するためのサーボ制御部Ｃ５が電気的に接続されている。また、サーボ制御部Ｃ５には、サーボモータＭ５の回転角を検出するためのエンコーダＥ５が電気的に接続されている。

また、入力装置３３から準備位置の設定などに関する動作指令が、ポジショナ制御部３１ｂに入力される。ポジショナ制御部３１ｂは、入力装置３３から入力された動作指令と、エンコーダＥ４により検出された回転角とに基づいて位置指令を生成するとともに、位置指令をサーボ制御部Ｃ４に出力する。サーボ制御部Ｃ４は、ポジショナ制御部３１ｂから入力された位置指令と、エンコーダＥ４により検出された回転角とに基づいて、トルク指令を生成するとともに、トルク指令をサーボモータＭ４に出力する。これにより、入力装置３３に入力された動作指令に沿うように、ポジショナ４０が移動される。同様に、入力装置３３からの動作指令に基づいて、ポジショナ制御部３１ｂは、医療用台車３を移動させる。

（鉗子の操作方法）
次に、図１３および図１４を参照して、医療器具４（鉗子４ｂ）の操作方法について説明する。なお、以下では、術者が、遠隔操作装置２の操作ペダル２２を操作（踏む）ことにより、操作用マニピュレータアーム２１によって操作されるアーム６０として、鉗子４ｂが取り付けられた２つのアーム６０が選択されているとする。また、術者は、予め、３つのスケーリングの倍率のうちのいずれかが選択されているとする。

まず、図１３に示すように、ステップＳ１において、制御部３１は、鉗子４ｂに対する操作量を受け付ける。具体的には、術者が操作用マニピュレータアーム２１を操作する。制御部３１は、操作された操作用マニピュレータアーム２１の操作量を受け付ける。

次に、ステップＳ２において、制御部３１は、操作用マニピュレータアーム２１により受け付けられた鉗子４ｂに対する操作量をスケーリングして実際に鉗子４ｂを動作させる際の操作量である実操作量を演算する。具体的には、制御部３１は、鉗子４ｂのＴＣＰ１が鉗子４ｂを移動させる際の支点となる位置であるピボット位置ＰＰ１に近づくにつれて、操作量に対するＴＣＰ１の移動量が小さくなるようにスケーリングの倍率を小さくして実操作量を演算する。

詳細には、図１４に示すように、まず、ステップＳ２ａにおいて、術者により予め選択されたスケーリングの倍率が１：１．５であるか否かが判定される。

ステップＳ２ａにおいて、ｙｅｓの場合、ステップＳ２ｂにおいて、鉗子４ｂのＴＣＰ１と、ピボット位置ＰＰ１との間の距離Ｌ１が、Ｌ１４（たとえば、１００ｍｍ）以上であるか否かが判定される。ステップＳ２ｂにおいて、ｙｅｓの場合、ステップＳ２ｃにおいて、スケーリングの倍率が、１：１．５に設定される。

ステップＳ２ｂにおいて、ｎｏの場合、ステップＳ２ｄにおいて、距離Ｌ１が、Ｌ１３（たとえば、７０．５ｍｍ）以上であるか否かが判定される。ステップＳ２ｂにおいて、ｙｅｓの場合、ステップＳ２ｅにおいて、スケーリングの倍率１：１．５と１：２との間において線形補完されたスケーリングの倍率が設定される。

ステップＳ２ｄにおいて、ｎｏの場合、ステップＳ２ｆにおいて、距離Ｌ１が、Ｌ１２（たとえば、５０ｍｍ）以上であるか否かが判定される。ステップＳ２ｆにおいて、ｙｅｓの場合、ステップＳ２ｇにおいて、スケーリングの倍率１：２と１：３との間において線形補完されたスケーリングの倍率が設定される。

ステップＳ２ｆにおいて、ｎｏの場合、ステップＳ２ｈにおいて、距離Ｌ１が、Ｌ１１（たとえば、１０ｍｍ）以上であるか否かが判定される。ステップＳ２ｈにおいて、ｙｅｓの場合、ステップＳ２ｉにおいて、スケーリングの倍率１：３と１：５との間において線形補完されたスケーリングの倍率が設定される。ステップＳ２ｈにおいて、ｎｏの場合、ステップＳ２ｊにおいて、スケーリングの倍率が１：５に設定される。

ステップＳ２ａにおいて、ｎｏの場合、ステップＳ２ｋにおいて、術者により予め選択されたスケーリングの倍率が１：２であるか否かが判定される。ステップＳ２ｋにおいて、ｙｅｓの場合、ステップＳ２ｌにおいて、距離Ｌ１が、Ｌ１３未満であるか否かが判定される。ステップＳ２ｌにおいて、ｙｅｓの場合、ステップＳ２ｆに進む。ステップＳ２ｌにおいて、ｎｏの場合、ステップＳ２ｍにおいて、スケーリングの倍率が１：２に設定される。

ステップＳ２ｋにおいて、ｎｏの場合、ステップＳ２ｎにおいて、距離Ｌ１が、Ｌ１２未満であるか否かが判定される。ステップＳ２ｎにおいて、ｙｅｓの場合、ステップＳ２ｈに進む。ステップＳ２ｎにおいて、ｎｏの場合、ステップＳ２ｏにおいて、スケーリングの倍率が１：３に設定される。

そして、図１３に示すように、ステップＳ３において、制御部３１は、鉗子４ｂが取り付けられた２つのアーム６０の各々に対して、スケーリングの倍率を演算したか否かを判定する。ステップＳ３において、ｎｏの場合、ステップＳ２に戻る。

ステップＳ３においてｙｅｓの場合、ステップＳ４において、制御部３１は、鉗子４ｂが取り付けられた２つのアーム６０の各々に対するスケーリングの倍率を比較して、スケーリングの倍率のうちの最も小さいスケーリングの倍率を、鉗子４ｂが取り付けられた２つのアーム６０に共通のスケーリングの倍率とする。

そして、ステップＳ５において、制御部３１は、共通のスケーリングの倍率に基づいて、鉗子４ｂが取り付けられた２つのアーム６０を動作させる。具体的には、制御部３１は、操作用マニピュレータアーム２１が受け付けた操作量に共通のスケーリングの倍率を乗算した値を逆変換して、アーム６０を駆動する。なお、「逆変換」とは、操作量（目的となるアーム６０の位置・姿勢）からアーム６０の関節の変位（サーボモータＭ１～Ｍ３の回転角度）を求めることである。なお、上記の動作は、アーム６０の動作中に繰り返し行われている。また、操作用マニピュレータアーム２１によって操作されるアーム６０が変更された場合には、変更後のアーム６０に対して上記の動作が行われる。

（内視鏡の操作方法）
次に、図１５および図１６を参照して、内視鏡６の操作方法について説明する。なお、以下では、術者が、遠隔操作装置２の操作ペダル２２を操作（踏む）ことにより、操作用マニピュレータアーム２１によって操作されるアーム６０が選択されているとする。

図１５に示すように、ステップＳ１１において、制御部３１は、内視鏡６に対する操作量を受け付ける。

次に、ステップＳ１２において、操作用マニピュレータアーム２１により受け付けられた内視鏡６に対する操作量をスケーリングして実際に内視鏡６を動作させる際の操作量である実操作量を演算する。

具体的には、図１６に示すように、ステップＳ１２ａにおいて、距離Ｌ２が、Ｌ２２（たとえば、５０ｍｍ）以下であるか否かが判定される。ステップＳ１２ａにおいて、ｙｅｓの場合、ステップＳ１２ｂにおいて、距離Ｌ２が、Ｌ２１（たとえば、１０ｍｍ）以上であるか否かが判定される。ステップＳ１２ｂにおいて、ｙｅｓの場合、ステップＳ１２ｃにおいて、スケーリングの倍率１：３と１：５との間において線形補完されたスケーリングの倍率が設定される。

ステップＳ１２ｂにおいて、ｎｏの場合、ステップＳ１２ｄにおいて、スケーリングの倍率が１：５に設定される。

ステップＳ１２ａにおいて、ｎｏの場合、ステップＳ１２ｅにおいて、スケーリングの倍率が１：３に設定される。

そして、図１５に示すように、ステップＳ１３において、制御部３１は、設定されたスケーリングの倍率に基づいて、内視鏡６が取り付けられたアーム６０を動作させる。具体的には、制御部３１は、操作用マニピュレータアーム２１が受け付けた操作量に設定されたスケーリングの倍率を乗算した値を逆変換して、アーム６０を駆動する。

次に、図１７および図１８を参照して、鉗子４ｂのＴＣＰ１とピボット位置ＰＰ１との間の距離Ｌ１と、アーム６０の振動との関係について説明する。

図１７に示すように、鉗子４ｂのＴＣＰ１とピボット位置ＰＰ１との間の距離Ｌ１が比較的大きい場合において、鉗子４ｂのＴＣＰ１を所望の距離Ｌ３分動かそうとする際、アーム６０の小さい移動で鉗子４ｂのＴＣＰ１を移動させることが可能になる。一方、図１８に示すように、鉗子４ｂのＴＣＰ１とピボット位置ＰＰ１との間の距離Ｌ１が比較的小さい場合において、鉗子４ｂのＴＣＰ１を所望の距離Ｌ３分動かそうとする際、アーム６０を大きく動かす必要がある。このとき、アーム６０および鉗子４ｂが振動する。そこで、上記のように、鉗子４ｂのＴＣＰ１がピボット位置ＰＰ１に近づくにつれてスケーリングの倍率を小さくすることにより、術者の操作量に対してアーム６０の移動量が少なくなるので、アーム６０の振動を抑制することが可能になる。図１９に示すように、内視鏡６についても同様に、内視鏡６のＴＣＰ２がピボット位置ＰＰ２に近づくにつれてスケーリングの倍率を小さくすることにより、アーム６０および内視鏡６の振動を抑制することが可能になる。

［本実施形態の効果］
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

（手術支援ロボットの効果）
本実施形態では、上記のように、制御部３１は、医療器具４の先端側の部分（ＴＣＰ）が医療器具４を移動させる際の支点となる位置であるピボット位置ＰＰに近づくにつれて、操作量に対するＴＣＰの移動量が小さくなるようにスケーリングの倍率を小さくする。これにより、医療器具４のＴＣＰとピボット位置ＰＰとの間の距離Ｌが小さい場合、操作量に対する医療器具４のＴＣＰの移動量が小さくなる。すなわち、医療器具４を移動させるアーム６０の移動量も小さくなるので、その分、アーム６０および医療器具４の振動を抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、制御部３１は、医療器具４のＴＣＰがピボット位置ＰＰに近づくにつれてスケーリングの倍率が小さくなるようにスケーリングの倍率を動的に変化させる。これにより、ピボット位置ＰＰに対して医療器具４のＴＣＰが相対的に移動した場合でも、移動した後の医療器具４のＴＣＰに対応してスケーリングの倍率が変化されるので、ピボット位置ＰＰに対する医療器具４のＴＣＰのいずれの相対位置においても、アーム６０および医療器具４が振動するのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、制御部３１は、医療器具４のＴＣＰとピボット位置ＰＰとの間の距離Ｌ１（Ｌ２）が第１距離Ｌ１４（Ｌ２２）以下である場合にスケーリングの倍率を小さくする。これにより、アーム６０および医療器具４の振動が比較的小さい、医療器具４のＴＣＰとピボット位置ＰＰとの間の距離Ｌ１（Ｌ２）が大きい領域では、スケーリングの倍率が変更されないので、制御部３１の負担（制御負担）を軽減することができる。

また、本実施形態では、上記のように、制御部３１は、医療器具４のＴＣＰとピボット位置ＰＰとの間の距離Ｌ１（Ｌ２）が第１距離Ｌ１４（Ｌ２２）よりも小さい第２距離Ｌ１１（Ｌ２１）未満である場合に、スケーリングの倍率を一定にする。これにより、操作量に対する医療器具４のＴＣＰの移動量が過度に小さくなる（操作用マニピュレータアーム２１を操作しても医療器具４がほとんど動かなくなる）のを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、スケーリングの倍率は、予め術者に選択可能に複数設けられており、制御部３１は、医療器具４のＴＣＰとピボット位置ＰＰとの間の距離Ｌ１（Ｌ２）に基づいて、複数のスケーリングの倍率の間を線形補完することにより、距離に対応するスケーリングの倍率を取得する。これにより、予め術者に選択可能なスケーリングの倍率が離散的な値であっても、複数のスケーリングの倍率の間を線形補完することにより、医療器具４のＴＣＰとピボット位置ＰＰとの間の距離Ｌ１（Ｌ２）に応じたスケーリングの倍率を精度よく設定することができる。

また、本実施形態では、上記のように、制御部３１は、術者によって予め選択されたスケーリングの倍率に対応する移動量を超えない範囲でスケーリングの倍率を動的に変化させる。これにより、医療器具４のＴＣＰとピボット位置ＰＰとの間の距離Ｌが大きくなった場合でも、術者の意図に反して医療器具４のＴＣＰの移動量が大きくなるのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、アーム６０は、医療器具４としての鉗子４ｂが取り付けられるアーム６０ａ、６０ｃおよび６０ｄと、医療器具４としての内視鏡６が取り付けられるアーム６０ｂとを含み、ピボット位置ＰＰは、アーム６０ａ、６０ｃおよび６０ｄに対する鉗子４ｂ用のピボット位置ＰＰ１と、アーム６０ｂに対する内視鏡６用のピボット位置ＰＰ２とを含む。鉗子４ｂのＴＣＰ１と鉗子４ｂ用のピボット位置ＰＰ１との間の距離Ｌ１に応じて変更される鉗子４ｂ用のスケーリングの倍率と、内視鏡６のＴＣＰ２と内視鏡６のピボット位置ＰＰ２との間の距離Ｌ２に応じて変更される内視鏡６のスケーリングの倍率とは互いに独立して設定される。これにより、鉗子４ｂ用のスケーリングの倍率と内視鏡６用のスケーリングの倍率とが同じに設定されている場合と異なり、鉗子４ｂと内視鏡６とに対して適切にスケーリングの倍率を設定することができる。

また、本実施形態では、上記のように、アーム６０は、医療器具４としての鉗子４ｂが取り付けられる複数のアーム６０ａ、６０ｃおよび６０ｄを含む。制御部３１は、各アーム６０（上記の実施形態では、アーム６０ａ、６０ｃおよび６０ｄのうちの２つ）のスケーリングの倍率のうちの最も小さいスケーリングの倍率を、各アーム６０に共通のスケーリングの倍率とする。これにより、各アーム６０のスケーリングの倍率が等しくされるので、各アーム６０に取り付けられた複数の医療器具４に対する術者の操作感（操作用マニピュレータアーム２１の操作に対する医療器具４の移動量）を均一にすることができる。また、各アーム６０のスケーリングの倍率のうちの大きい側のスケーリングの倍率を共通のスケーリングの倍率とする場合と異なり、術者の意図に反して医療器具４のＴＣＰ１の移動量が大きくなるのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、制御部３１は、医療器具４のＴＣＰ（ツールセンタポイント）がピボット位置ＰＰに近づくにつれてスケーリングの倍率を小さくする。ここで、医療器具４の先端の位置（座標）は、医療器具４の形状（長さなど）によって異なる場合があるので、医療器具４の先端とピボット位置ＰＰとの間の距離Ｌに応じてスケーリングの倍率を変更する場合、医療器具４の形状ごとに制御を異ならせる必要がある。そこで、上記のようにツールセンタポイントを用いることによって、医療器具４の形状などが変更されてもＴＣＰが共通である場合があるので、その場合には、共通の制御によってスケーリングの倍率を変更することができる。

（医療器具４の操作方法の効果）
また、本実施形態では、上記のように、実操作量を演算するステップは、医療器具４のＴＣＰが医療器具４を移動させる際の支点となるピボット位置ＰＰに近づくにつれて、操作量に対する医療器具４のＴＣＰの移動量が小さくなるようにスケーリングの倍率を小さくして実操作量を演算するステップを含む。これにより、医療器具４のＴＣＰとピボット位置ＰＰとの間の距離Ｌが小さい場合、操作量に対する医療器具４のＴＣＰの移動量が小さくなる。すなわち、医療器具４を移動させるアーム６０の移動量も小さくなるので、その分、アーム６０および医療器具４の振動を抑制することが可能な医療器具４の操作方法を提供することができる。

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、制御部３１が医療用マニピュレータ１に設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、制御部３１が遠隔操作装置２に設けられていてもよい。たとえば、制御部３１が医療用マニピュレータ１と遠隔操作装置２とは別に設けられていてもよい。

また、上記実施形態では、医療器具４のＴＣＰがピボット位置ＰＰに近づくにつれてスケーリングの倍率が小さくなるようにスケーリングの倍率が連続的に変化する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、制御部３１が、医療器具４のＴＣＰがピボット位置ＰＰに近づくにつれてスケーリングの倍率が小さくなるようにスケーリングの倍率を段階的に変化させてもよい。これにより、設定可能なスケーリングの倍率の数が少なくなるので、制御部３１の負担を軽減することができる。

また、上記実施形態では、制御部３１は、鉗子４ｂのＴＣＰ１とピボット位置ＰＰ１との間の距離Ｌ１が第１距離Ｌ１４以下である場合にスケーリングの倍率を小さくし、第１距離Ｌ１４よりも小さい第２距離Ｌ１１未満である場合に、スケーリングの倍率を一定にする例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第１距離Ｌ１４および第２距離Ｌ１１を超える領域で、スケーリングの倍率を変化させてもよい。同様に、内視鏡６に対する、第１距離Ｌ２２および第２距離Ｌ２１を超える領域で、スケーリングの倍率を変化させてもよい。

また、上記実施形態では、アーム６０が４つ設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、アーム６０の数は、少なくとも１つ以上設けられていればよい。

また、上記実施形態では、鉗子４ｂに対するスケーリングの倍率が３つ設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、鉗子４ｂに対するスケーリングの倍率が３つ以外の数、設けられていてもよい。

また、上記実施形態では、内視鏡６に対するスケーリングの倍率が１つ設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、内視鏡６に対するスケーリングの倍率を複数設けてもよい。

また、上記実施形態では、制御部３１は、医療器具４のＴＣＰとピボット位置ＰＰとの間の距離Ｌが大きくなった場合でも、術者によって予め選択されたスケーリングの倍率に対応する移動量を超えない範囲でスケーリングの倍率を動的に変化させる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、医療器具４のＴＣＰとピボット位置ＰＰとの間の距離Ｌが大きくなった場合に、術者によって予め選択されたスケーリングの倍率に対応する移動量を超えてスケーリングの倍率を動的に変化させてもよい。

また、上記実施形態では、アーム部６１およびポジショナ４０が７軸多関節ロボットから構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、アーム６０およびポジショナ４０が７軸多関節ロボット以外の軸構成（例えば、６軸や８軸）の多関節ロボットなどから構成されていてもよい。

また、上記実施形態では、医療用マニピュレータ１が、医療用台車３と、ポジショナ４０と、アームベース５０とを備えている例を示したが、本発明はこれに限らない。たとえば、医療用台車３と、ポジショナ４０と、アームベース５０は必ずしも必要なく、医療用マニピュレータ１が、アーム６０だけで構成されてもよい。

また、上記実施形態では、医療器具４の先端側部分が、ツールセンタポイントである例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、医療器具４の先端側部分を、ツールセンタポイントの近傍（ＴＣＰから１ｍｍ～３ｍｍ離間した位置）としてもよい。

本明細書で開示する要素の機能は、開示された機能を実行するよう構成またはプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）、従来の回路、および／または、それらの組み合わせ、を含む回路または処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路または回路と見なされる。本開示において、回路、ユニット、または手段は、列挙された機能を実行するハードウェアであるか、または、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウェアである。ハードウェアは、本明細書に開示されているハードウェアであってもよいし、あるいは、列挙された機能を実行するようにプログラムまたは構成されているその他の既知のハードウェアであってもよい。ハードウェアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、手段、またはユニットはハードウェアとソフトウェアの組み合わせであり、ソフトウェアはハードウェアおよび／またはプロセッサの構成に使用される。

１ 医療用マニピュレータ（患者側装置）
２ 遠隔操作装置（操作者側装置）
４ 医療器具
４ｂ 鉗子
６ 内視鏡
２１ 操作用マニピュレータアーム（操作部）
３１ 制御部
６０ アーム
６０ａ、６０ｃ、６０ｄ アーム（第１アーム）
６０ｂ アーム（第２アーム）
１００ 外科手術システム（手術支援システム）
Ｌ１ 鉗子のＴＣＰ１とピボット位置ＰＰ１との間の距離（離間距離）
Ｌ２ 内視鏡のＴＣＰ２とピボット位置ＰＰ２との間の距離（離間距離）
Ｌ１４、Ｌ２２ 第１距離
Ｌ１１、Ｌ２１ 第２距離
ＰＰ ピボット位置
ＰＰ１ ピボット位置（鉗子用ピボット位置）
ＰＰ２ ピボット位置（内視鏡用ピボット位置）
ＴＣＰ ツールセンタポイント（先端側部分）

Claims (12)

1. 先端側に医療器具が取り付けられるアームを含む患者側装置と、
   前記医療器具に対する操作量を受け付ける操作部を含む操作者側装置と、
   受け付けられた前記操作量をスケーリングして実際に前記医療器具を動作させる際の操作量である実操作量を演算する制御部と、を備え、
   前記医療器具は、エンドエフェクタと、前記エンドエフェクタを第１軸について回転可能に支持する第１支持体と、前記第１支持体を第２軸について回転可能に支持する第２支持体と、前記第２支持体に接続されるシャフトとを含み、
   前記制御部は、前記医療器具の先端から前記第１軸を含む先端側部分が、前記アームによって前記医療器具を回転移動させる際の支点となるように１つの点として設定されたピボット位置に近づくにつれて、前記操作量に対する前記先端側部分の移動量が小さくなるように前記スケーリングの倍率を小さくする（但し、前記スケーリングの倍率は０を含まない値である）、手術支援システム。
2. 前記制御部は、前記先端側部分が前記ピボット位置に近づくにつれて前記スケーリングの倍率が小さくなるように前記スケーリングの倍率を前記先端側部分と前記ピボット位置との間の距離である離間距離に応じて変化させる、請求項１に記載の手術支援システム。
3. 前記制御部は、前記離間距離が第１距離以下である場合に前記スケーリングの倍率を小さくする、請求項２に記載の手術支援システム。
4. 前記制御部は、前記離間距離が前記第１距離よりも小さい第２距離未満である場合に、前記スケーリングの倍率を一定にする、請求項３に記載の手術支援システム。
5. 前記スケーリングの倍率は、予めユーザに選択可能に複数設けられており、
   前記制御部は、前記先端側部分と前記ピボット位置との間の距離である離間距離に基づいて、各前記スケーリングの倍率の間を線形補完することにより、前記離間距離に対応するスケーリングの倍率を取得する、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の手術支援システム。
6. 前記制御部は、前記ユーザによって選択された前記スケーリングの倍率に対応する移動量を超えない範囲で前記スケーリングの倍率を変化させる、請求項５に記載の手術支援システム。
7. 前記アームは、前記医療器具としての鉗子が取り付けられる第１アームと、前記医療器具としての内視鏡が取り付けられる第２アームとを含み、
   前記ピボット位置は、前記第１アームに対する鉗子用のピボット位置と、前記第２アームに対する内視鏡用のピボット位置とを含み、
   前記鉗子の前記先端側部分と前記鉗子用のピボット位置との間の距離に応じて変更される鉗子用のスケーリングの倍率と、前記内視鏡の先端と前記内視鏡用のピボット位置との間の距離に応じて変更される内視鏡用のスケーリングの倍率とは互いに独立して設定される、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の手術支援システム。
8. 前記アームは、前記医療器具としての鉗子が取り付けられる複数の第１アームを含み、
   前記制御部は、各前記第１アームの前記スケーリングの倍率のうちの最も小さい前記スケーリングの倍率を、各前記第１アームに共通の前記スケーリングの倍率とする、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の手術支援システム。
9. 前記制御部は、前記先端側部分が前記ピボット位置に近づくにつれて前記スケーリングの倍率が小さくなるように前記スケーリングの倍率を段階的に変化させる、請求項１に記載の手術支援システム。
10. 前記先端側部分は、前記第１軸に対応するツールセンタポイントである、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の手術支援システム。
11. 先端側に医療器具が取り付けられるアームを含む患者側装置であって、
    前記医療器具に対する操作量を受け付ける操作部により受け付けられた前記操作量をスケーリングして実際に前記医療器具を動作させる際の操作量である実操作量を演算する制御部を備え、
    前記医療器具は、エンドエフェクタと、前記エンドエフェクタを第１軸について回転可能に支持する第１支持体と、前記第１支持体を第２軸について回転可能に支持する第２支持体と、前記第２支持体に接続されるシャフトとを含み、
    前記制御部は、前記医療器具の先端から前記第１軸を含む先端側部分が前記アームによって前記医療器具を回転移動させる際の支点となるように１つの点として設定されたピボット位置に近づくにつれて、前記操作量に対する前記先端側部分の移動量が小さくなるように前記スケーリングの倍率を小さくする（但し、前記スケーリングの倍率は０を含まない値である）、患者側装置。
12. 先端側に医療器具が取り付けられるアームを含む患者側装置と、前記医療器具に対する操作量を受け付ける操作部を含む操作者側装置と、制御部とを備える手術支援システムの前記制御部によって実行される演算方法であって、
    前記医療器具は、エンドエフェクタと、前記エンドエフェクタを第１軸について回転可能に支持する第１支持体と、前記第１支持体を第２軸について回転可能に支持する第２支持体と、前記第２支持体に接続されるシャフトとを含み、
    前記操作部が前記医療器具に対する前記操作量を受け付けた場合に、前記制御部が受け付けられた前記操作量をスケーリングして実際に前記医療器具を動作させる際の操作量である実操作量を演算し、
    前記実操作量の演算は、前記医療器具の先端から前記第１軸を含む先端側部分が前記アームによって前記医療器具を回転移動させる際の支点となるように１つの点として設定されたピボット位置に近づくにつれて、前記操作量に対する前記先端側部分の移動量が小さくなるように前記スケーリングの倍率を小さくして前記実操作量を演算する（但し、前記スケーリングの倍率は０を含まない値である）ことにより実行される、演算方法。

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