医疗用系统及其控制方法_3

文档序号:9671883阅读:来源:国知局
。接下来,控制部3将所得到的移动量dx、dy转换为从动臂6C的动作坐标系中的各方向的移动量dx’、dy’。期望以使得手术者Op所观察的显示部12中显示的从动臂6C的动作方向与主臂11L、11R的动作方向一致的方式进行此时的坐标变换。接下来,控制部3根据所得到的移动量dx’、dy’来进行从动臂6C的逆运动学的计算,由此,计算各关节Ji’的旋转量Θ i’,使从动臂6C的各关节Ji’旋转所得到的旋转量Θ i ’。
[0083]这里,在逆运动学中,如图7所示,由于使从动臂6C的前端移动移动量dx’、dy’的旋转量ΘΓ的组合能够存在多个,所以可能得到多个逆运动学的解。在图7中,作为一例,示出两个解(解1、解2)。控制部3在得到了多个解的情况下采用从动臂6与主臂IlL或者IlR是相似形状的解,在作为相似形状的解不存在的情况下,采用从动臂6的整体的形状与主臂11L、IlR整体的形状最近似的解(在图7例子中是解2),例如,采用对应的关节J1、Ji’彼此的旋转角度的差异总和最小的解。
[0084]关于可能作为中央从动臂6C而被使用的各从动臂,控制部3按照每个从动臂6C存储与关节结构相关的信息以及基于该信息的用于逆运动学的计算式,并且,选择使用与插入到通道中的从动臂对应的计算式。插入到通道中的从动臂的识别是通过未图示的识别单元来进行的。
[0085]另外,在图7中,为了容易地进行说明,作为中央从动臂6C,示出具有与主臂11L、IlR的关节结构大致相似构造的关节结构的中央从动臂,但中央从动臂6C的关节结构是任意的,能够使用在后面说明的图11至图14B所示那样的具有各种种类的关节结构的中央从动臂6C。
[0086]并且,在本实施方式中,为了便于说明,例示了在左右从动臂6L、6R与中央从动臂6C之间切换操作对象的结构,但是,例如也可以在从软性部4拔出右从动臂6R而更换成新的从动臂时,根据新的从动臂的关节结构来切换控制模式。关于左从动臂6L也是同样。并且,在内窥镜5旋转180度旋转等显示于显示部12的从动臂6L、6R的左右替换,主臂11L、IlR的操作对象也想要交换左右时等,也能够利用同样的方法。
[0087]接下来,参照图8至图10对这样构成的医疗用系统100的作用进行说明。
[0088]为了使用本实施方式的医疗用系统100对患者P的体内进行处置,将从动机械手I的软性部4插入患者P的体内,并且一边在显示部12中观察由内窥镜5取得的体内的影像,一边使从动机械手I的前端移动至患部的附近。接下来,手术者Op—边观察显示于显示部12的影像,一边操作主臂11L、11R使从动臂6L、6R进行动作,例如,对患部及其周围实施处置患部所需的前处置。
[0089]如图8所示,通过“第一控制模式”控制此时的左右从动臂6L、6R(步骤SI的“是”,步骤S2)。在“第一控制模式”中,如图9所示,通过使从动臂6L、6R的各关节Ji’旋转与主臂11L、11R的各关节Ji相同的量(步骤S21、S22),从动臂6L、6R整体追随主臂11L、11R整体的动作(步骤S23)。S卩,因为主臂11L、11R整体的形状和姿势与从动臂6L、6R整体的形状和姿势是对应的,所以手术者Op能够一边根据主臂11L、I IR直接地识别从动臂6L、6R当前的形状和姿势,一边直观地操作左右从动臂6L、6R。
[0090]接下来,在想要切换成电手术刀那样的中央从动臂6C来处置对象部位的情况下,手术者Op例如通过操作对象切换部13将右主臂IlR的操作对象切换成中央从动臂6C。由此,成为能够使用右主臂IlR使中央从动臂6C进行动作的状态。此时,控制部3根据切换后的从动臂6C的关节结构信息从“第一控制模式”切换成“第二控制模式”(步骤SI的“否”),并通过“第二控制模式”控制中央从动臂6C (步骤S3)。
[0091]在“第二控制模式”中,如图10所示,根据右主臂IlR的前端的移动(步骤S31、S32)控制从动臂6C使得中央从动臂6C的前端追随右主臂IlR的前端的动作(步骤S33、S34)。此时,在步骤S33的逆运动学的计算中,在得到多个解的情况下,选择与右主臂IlR接近的形状的解。因此,手术者Op能够根据右主臂IlR的形状粗略地把握中央从动臂6C的中途形状,并且使用右主臂IlR直观地操作中央从动臂6C的前端。
[0092]这样,根据本实施方式,能够使左右主臂11L、11R的操作对象在2个从动臂6L、6R或者6R、6C之间切换,对于具有与主臂11L、11R非相似构造的中央从动臂6,在使前端的动作追随主臂IlUllR的前端的“第二控制模式”下进行控制。由此,无论是怎样的关节结构的从动臂,都能够使用左右主臂11L、11R直观地进行操作。并且,因为不需要按照每个从动臂而具有专用的主臂,所以能够使装置结构变得简单,降低制造成本,并且能够成为通用性尚的设计。
[0093]特别是由于位于软性部4的半径方向外侧的左右从动臂6L、6R与周边的组织相邻,因此,特别是在窄的管腔内等中,为了使左右从动臂6L、6R不与周围的组织强烈接触,手术者Op需要始终注意从动臂6L、6R的弯曲形状。另一方面,中央从动臂6的作业空间是有限的,通常情况下,不需要使中央从动臂6C的关节较大地进行动作。
[0094]根据本实施方式,因为主臂111、111?相对于左右从动臂61^、61?是大致相似的构造,所以手术者Op能够容易地把握从动臂6L、6R的中途形状并使这些从动臂6L、6R适当地进行动作。并且,在比较宽的作业空间进行动作的左右从动臂6L、6R的使用频率比在有限的作业空间进行动作的中央从动臂6C的使用频率高。根据本实施方式,通过设置相对于使用频率高的从动臂6L、6R是大致相似构造的主臂11L、IlR而能够提高使用方便性。
[0095]另外,在本实施方式中,优选当从“第一控制模式”向“第二控制模式”切换时,控制部3在“第二控制模式”的开始之前,执行恢复流程。在恢复流程中,控制部3通过使中央从动臂6C和主臂11L、11R中的至少一方进行动作来使两臂6C、IIL或者6C、I IR在主空间和从空间中的各自的前端的位置互相对应。
[0096]上述恢复流程也可以代替通过控制部3自动执行,而通过手术者Op对操作主臂IlL或者IlR进行操作来手动进行。在这种情况下,因为很难使两臂6C、IlL或者6C、IlR的前端的位置完全对应,所以控制部3也可以在两臂6C、11L或者6C、11R的前端的位置的偏差在规定的范围内时结束恢复流程。并且,在这种情况下,控制部3可以使引导手术者Op对主臂IlL或者IlR的操作的显示显示于显示部12。
[0097]并且,在本实施方式中,也优选控制部3在从“第二控制模式”向“第一控制模式”切换时执行恢复流程。在此时的恢复流程中,控制部3通过使操作对象被变更的主臂IlL或者IlR和该操作对象的从动臂6L或者6R中的至少一方进行动作而使两者的各关节J1、Ji’的旋转角度一致,成为相似形状。
[0098]在该恢复流程中,也可以代替由控制部3自动执行,而由手术者Op手动进行。在这种情况下,因为很难使双方的臂6L、11L或者6R、11R的形状完全对应,所以控制部3可以在两臂6L、11L或者6R、11R的各关节J1、Ji’的旋转角度的偏差在规定的范围内时结束恢复流程。并且,控制部3可以使引导由手术者Op对主臂IlL或者IlR的操作的显示显示于显示部12。
[0099]并且,在本实施方式中,控制部3可以具有上述“第二控制模式”和后述的第一至第三变形例的“第二控制模式”中的至少2个,根据中央从动臂6C的关节结构选择适当的“第二控制模式”。
[0100]接下来,对“第二控制模式”的第一至第三的变形例进行说明。
[0101]如图11所示,“第二控制模式”的第一变形例用于如下情况:中央从动臂6C的关节Ji’ (i = 1、2、3)的数量比主臂11L、11R的关节Ji’ (i = 1、2、3、4)的数量少,并且中央从动臂6C的关节结构与主臂11L、11R的一部分的关节结构是大致相似的构造。
[0102]在本模式中,控制部3不考虑主臂11L、11R的关节Ji中的相对于中央从动臂6C的关节Ji’多余的关节J4的动作,使关节Ji’旋转与对应于关节Ji’的关节Ji的变化量θ i相同的量。
[0103]根据本模式,手术者Op能够将主臂11L、11R的多余的关节J4视作中央从动臂6C的前端而对主臂IlUllR进行操作。在这种情况下,为了不使多余的关节J4不必要地进行动作,可以通过未图示的致动器或制动器、离合器等预先将多余的关节J4固定。
[0104]如图12所示,“第二控制模式”的第二变形例用于如下情况:中央从动臂
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