JP7628175B2 - ロボットシステム - Google Patents

Description

本開示は、ロボットシステムに関し、特に、スレーブロボットと、マスタロボットとを備えるロボットシステムに関する。

従来、スレーブロボットと、マスタロボットとを備えるロボットシステムが知られている。このようなロボットシステムは、たとえば、特開２００８－２２８９６７号公報に開示されている。

上記特開２００８－２２８９６７号公報には、スレーブマニピュレータ（スレーブロボット）と、マスタデバイス（マスタロボット）とを備えるマスタ・スレーブ式マニピュレータシステムが開示されている。このマスタ・スレーブ式マニピュレータシステムでは、マスタデバイスを用いて操作者がスレーブマニピュレータを遠隔操作することによって、手術台に配置された患者の手術が行われる。また、操作者は、椅子に座り、肘置きに肘を置いた状態で、マスタデバイスを操作する。

特開２００８－２２８９６７号公報

しかしながら、上記特開２００８－２２８９６７号公報に記載されたマスタ・スレーブ式マニピュレータシステムでは、操作者が肘置きに肘を置いた状態でマスタデバイスを操作するため、操作者がマスタデバイスを用いてスレーブマニピュレータの直線的な操作を行う場合には、操作者は、肘置きに配置された肘を回転中心（支点）として肘から先の腕を回転させるようにスレーブマニピュレータの直線的な操作を行うことになる。この場合、操作者の肘置きに配置された肘を回転中心とした腕の回転に起因してスレーブマニピュレータの正確な直線的な操作が困難であるという問題点がある。

本開示は、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、本開示の１つの目的は、肘支持部によって操作者の肘を支持しつつスレーブロボットの操作により作業を行う場合にも、スレーブロボットの正確な直線的な操作を行うことが可能なロボットシステムを提供することである。

上記目的を達成するために、本開示の一の局面によるロボットシステムは、スレーブロボットと、スレーブロボットを遠隔操作するマスタロボットと、操作者によってマスタロボットが操作される際、操作者の肘をガイドするように、操作者の肘を支持した状態で移動する肘支持部を含む肘ガイド機構と、を備え、マスタロボットは、操作者により把持される操作部を含み、操作部を移動させる操作によりスレーブロボットを遠隔操作し、肘支持部は、少なくともスレーブロボットによって処置部材を被処置者へ所定の挿入方向に沿って挿入する動作を行う際に、操作部が動かされる方向に対応する方向に、操作部の移動とは別個に独立して操作者の肘を支持した状態で直線的に移動する。

本開示の一の局面によるロボットシステムでは、上記のように、操作者によってマスタロボットが操作される際、操作者の肘をガイドするように、操作者の肘を支持した状態で移動する肘支持部を含む肘ガイド機構が設けられている。これにより、操作者によってマスタロボットが操作される際、肘ガイド機構の肘支持部を移動させることによって、操作者の肘を直線的に移動させることができる。その結果、操作者がマスタロボットを用いてスレーブロボットの直線的な操作を行う場合に、操作者は、肘および肘から先の腕全体を直線的に移動させることによってスレーブロボットの直線的な操作を行うことができるので、肘を回転中心（支点）として肘から先の腕を回転させるようにスレーブロボットの直線的な操作を行う必要がない。これにより、操作者の肘を回転中心とした腕の回転に起因してスレーブロボットの正確な直線的な操作が阻害されることを抑制することができる。その結果、肘支持部によって操作者の肘を支持しつつスレーブロボットの操作により作業を行う場合にも、スレーブロボットの正確な直線的な操作を行うことができる。

本開示によれば、上記のように、肘支持部によって操作者の肘を支持しつつスレーブロボットの操作により作業を行う場合にも、スレーブロボットの正確な直線的な操作を行うことができる。

第１実施形態によるロボットシステムを示す図である。 第１実施形態によるスレーブロボットの操作による検体の採取を示す図である。 第１実施形態によるマスタロボットおよび肘ガイド機構を示す斜視図である。 第１実施形態による肘ガイド機構を示す斜視図である。 第１実施形態による操作者の肘が配置された状態の肘ガイド機構を示す斜視図である。 第２実施形態によるマスタロボットおよび肘ガイド機構を示す斜視図である。 第２実施形態による肘ガイド機構を示す斜視図である。 第２実施形態による操作者の肘が配置された状態の肘ガイド機構を示す斜視図である。 第３実施形態によるロボットシステムを示す図である。 第３実施形態によるスレーブロボットの操作による尿管鏡手術を示す図である。 第３実施形態によるハンド部の動作を説明するための図である。 第３実施形態による肘ガイド機構を示すブロック図である。

［第１実施形態］
図１に示すように、第１実施形態としてのロボットシステム１００は、スレーブロボット１０と、マスタロボット２０と、表示装置３０と、肘ガイド機構４０と、を備えている。

図１および図２に示すように、スレーブロボット１０は、検体採取部材１０１によって被検者Ｓから検体を採取する処置を行う。検体採取部材１０１は、たとえば、滅菌綿棒（スワブ）である。滅菌綿棒は、棒形状を有している。スレーブロボット１０は、たとえば、被検者Ｓの鼻腔内に検体採取部材１０１を挿入し、挿入した検体採取部材１０１によって被検者Ｓの鼻咽頭から検体（鼻咽頭ぬぐい液）を採取する。なお、スレーブロボット１０は、被検者Ｓの口腔内に検体採取部材１０１を挿入して検体を採取してもよい。採取された検体に対しては、たとえば、ＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ Ｃｈａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ）検査などのウイルス検査が行われる。ロボットシステム１００では、医師などの検体採取担当者が被検者Ｓと対面して検体採取作業を行う必要がないので、検体採取担当者を感染リスクから隔離することが可能である。なお、検体採取部材１０１は、処置部材の一例である。また、被検者Ｓは、被処置者の一例である。

図１に示すように、スレーブロボット１０は、垂直多関節ロボットである。スレーブロボット１０は、アーム部１１と、アーム部１１の先端に取り付けられたハンド部１２と、を含んでいる。アーム部１１は、複数の関節を有している。アーム部１１の複数の関節の各々には、サーボモータなどの駆動部と、エンコーダなどの位置検出部とが設けられている。ハンド部１２は、検体採取部材１０１を保持するように構成されている。ハンド部１２は、たとえば、一対の把持部材を有し、一対の把持部材によって検体採取部材１０１を把持して保持するように構成されている。

マスタロボット２０は、スレーブロボット１０を遠隔操作する。具体的には、マスタロボット２０は、医師などの操作者Ｏによって操作されることによって、スレーブロボット１０を遠隔操作する。マスタロボット２０は、操作者Ｏの操作に基づいた操作指令を出力する。スレーブロボット１０は、マスタロボット２０の操作指令に基づいて、操作者Ｏの操作に対応する動作を行う。スレーブロボット１０とマスタロボット２０とは、有線または無線によって互いに通信可能に接続されている。

また、図１および図３に示すように、マスタロボット２０は、操作部２１と、操作部２１を移動可能に支持するアーム部２２と、を含んでいる。操作部２１は、検体採取部材１０１を保持するスレーブロボット１０のハンド部１２を遠隔操作するために設けられている。具体的には、操作部２１は、棒形状を有するグリップハンドルである。操作部２１は、操作者Ｏが片手で把持して動かすことによって、操作者Ｏによるスレーブロボット１０の操作を受け付けるように構成されている。操作部２１は、たとえば、操作者Ｏの右手によって操作される。アーム部２２は、複数の関節を有しており、上下方向（Ｚ方向）、左右方向（Ｙ方向）および前後方向（Ｘ方向）に、操作部２１を移動可能に支持するように構成されている。

スレーブロボット１０は、操作者Ｏが操作部２１を動かした方向に対応する方向に動作される。たとえば、操作者Ｏが操作部２１を上下方向（Ｚ方向）に動かした場合、スレーブロボット１０のハンド部１２（およびハンド部１２が保持する検体採取部材１０１）が上下方向に移動される。また、たとえば、操作者Ｏが操作部２１を左右方向（Ｙ方向）に動かした場合、スレーブロボット１０のハンド部１２（およびハンド部１２が保持する検体採取部材１０１）が左右方向に移動される。また、たとえば、操作者Ｏが操作部２１を前後方向（Ｘ方向）に動かした場合、スレーブロボット１０のハンド部１２（およびハンド部１２が保持する検体採取部材１０１）が前後方向に移動される。なお、検体採取部材１０１によって被検者Ｓから検体を採取する際には、操作者Ｏが操作部２１を前方向（Ｘ１方向）に動かしてスレーブロボット１０のハンド部１２（およびハンド部１２が保持する検体採取部材１０１）を前方向（挿入方向）に移動させることによって、被検者Ｓの鼻腔内に検体採取部材１０１が挿入される。

図１に示すように、表示装置３０は、被検者Ｓの画像（映像）を表示する。表示装置３０は、たとえば、スレーブロボット１０のアーム部１１の先端に設けられ被検者Ｓを正面から撮像するカメラ（図示せず）の映像、および、被検者Ｓを側方から撮像するカメラ（図示せず）の映像などを表示する。操作者Ｏは、表示装置３０に表示されたリアルタイムの被検者Ｓの映像を確認しながら、マスタロボット２０を用いたスレーブロボット１０の操作によって、検体採取部材１０１による被検者Ｓからの検体採取作業を行う。表示装置３０は、たとえば、液晶モニタを含んでいる。

図３～図５に示すように、肘ガイド機構４０は、操作者Ｏによってマスタロボット２０が操作される際、操作者Ｏの肘Ｏａ（図５参照）を支持するように構成されている。肘ガイド機構４０は、マスタロボット２０の近傍の位置に配置されている。肘ガイド機構４０は、マスタロボット２０とは別個に独立して設けられている。なお、肘ガイド機構４０は、モータなどの駆動部を有していない。

ここで、第１実施形態では、肘ガイド機構４０は、肘支持部４１と、肘支持部４１を支持する据置台４２と、を含んでいる。肘支持部４１は、操作者Ｏによってマスタロボット２０が操作される際、操作者Ｏの肘Ｏａ（操作部２１を把持する側の肘）をガイドするように、操作者Ｏの肘Ｏａを支持した状態で移動する。具体的には、肘支持部４１は、操作者Ｏの肘Ｏａを支持した状態で直線的に移動するように構成されている。具体的には、第１実施形態では、肘支持部４１は、検体採取部材１０１の被検者Ｓへの挿入方向に対応する方向（Ｘ方向）に、操作者Ｏの肘Ｏａを支持した状態で直線的に移動するように構成されている。また、第１実施形態では、肘支持部４１は、操作者Ｏの体に対して前後方向（Ｘ方向）に、操作者Ｏの肘Ｏａを支持した状態で直線的に移動するように構成されている。また、肘支持部４１は、単一の水平方向（Ｘ方向）に、操作者Ｏの肘Ｏａを支持した状態で直線的に移動するように構成されている。なお、「直線的に移動する」とは、完全に直線移動することだけでなく、多少ぶれて（湾曲して）直線移動することも含む広い概念である。

また、第１実施形態では、肘支持部４１は、スライド移動可能な直動型である。具体的には、肘支持部４１は、レール部４１１と、レール部４１１上をスライド移動するスライド部４１２と、を有している。レール部４１１は、所定方向（Ｘ方向）に沿って延びるように設けられている。また、レール部４１１は、スライド部４１２を所定方向にスライド移動させることが可能なようにスライド部４１２と係合するように構成されている。具体的には、レール部４１１は、スライド部４１２の後述する係合部４１２ａと係合する係合部４１１ａを有している。係合部４１１ａは、上方（Ｚ１方向側）から下方（Ｚ２方向側）に向かって窪む凹部である。係合部４１１ａは、レール部４１１の所定方向の一端から他端にわたって、所定方向に沿って延びるように設けられている。

また、レール部４１１の所定方向（Ｘ方向）の端部には、スライド部４１２のスライド移動範囲を規制するストッパ部４１１ｂが設けられている。ストッパ部４１１ｂは、レール部４１１の所定方向の一端および他端の各々に設けられている。ストッパ部４１１ｂによってスライド部４１２のスライド移動範囲が規制されているため、スライド部４１２をレール部４１１の一端または他端までスライド移動させたとしても、スライド部４１２がレール部４１１から脱落しない。

スライド部４１２は、レール部４１１上を所定方向（Ｘ方向）に沿ってスライド移動するように構成されている。スライド部４１２は、レール部４１１上を所定方向に沿ってスライド移動することが可能なようにレール部４１１と係合するように構成されている。具体的には、スライド部４１２は、レール部４１１の係合部４１１ａと係合する係合部４１２ａを有している。係合部４１２ａは、上方（Ｚ１方向側）から下方（Ｚ２方向側）に向かって突出する凸部である。スライド部４１２は、係合部４１２ａがレール部４１１の係合部４１１ａと係合した状態で、係合部４１１ａに沿ってスライド移動するように構成されている。また、スライド部４１２は、ストッパ部４１１ｂによって規制されたスライド移動範囲内で、スライド移動するように構成されている。なお、ストッパ部４１１ｂによって規制されたスライド移動範囲は、検体採取部材１０１によって被検者Ｓから検体を採取する際における検体採取部材１０１の被検者Ｓへの挿入量に対応する操作部２１の操作量（移動量）よりも大きい。

また、スライド部４１２は、操作者Ｏの肘Ｏａを支持するように構成されている。具体的には、スライド部４１２は、操作者Ｏの肘Ｏａを支持する支持面４１２ｂを有している。支持面４１２ｂは、水平方向に略平行な平坦面である。支持面４１２ｂには、操作者Ｏの肘Ｏａが載置される。操作者Ｏの肘Ｏａが支持面４１２ｂに載置された状態で、操作者Ｏが操作部２１をＸ方向に移動させる場合、操作者Ｏの肘Ｏａと支持面４１２ｂとの間の摩擦力によって、操作者Ｏの肘Ｏａに追従するようにスライド部４１２がレール部４１１上をスライド移動される。なお、肘ガイド機構４０には、操作者Ｏの肘Ｏａをスライド部４１２に固定するためのベルトなどの固定部材が設けられていてもよい。

据置台４２は、肘支持部４１を支持するように構成されている。具体的には、据置台４２は、台部４２１と、台部４２１を支持する柱部４２２と、柱部４２２を支持するベース部４２３と、を有している。台部４２１は、肘支持部４１を支持するように構成されている。台部４２１は、肘支持部４１のレール部４１１が延びる所定方向（Ｘ方向）に沿って延びるように設けられている。柱部４２２は、上下方向（Ｚ方向）に沿って延びるように設けられている。柱部４２２は、円柱形状を有している。柱部４２２は、上端に台部４２１が接続されるとともに、下端にベース部４２３が接続されている。

また、柱部４２２は、上下方向（Ｚ方向）に沿って延びる回転軸線Ｃ１周りに回転可能に台部４２１を支持するように構成されている。これにより、台部４２１は、柱部４２２に対して回転軸線Ｃ１周りに回転可能である。また、台部４２１が回転軸線Ｃ１周りに回転されることによって、肘支持部４１が回転軸線Ｃ１周りに回転される。これにより、第１実施形態では、肘支持部４１は、据置台４２上において向きを調整可能である。すなわち、肘支持部４１は、回転軸線Ｃ１周りに回転されることによって、据置台４２上においてマスタロボット２０の操作部２１に対する向きを調整可能である。肘支持部４１および台部４２１は、水平面内で回転される。ベース部４２３は、設置面（床面）に設置されるように構成されている。ベース部４２３は、扁平な円形状を有している。

［第１実施形態の効果］
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、操作者Ｏによってマスタロボット２０が操作される際、操作者Ｏの肘Ｏａをガイドするように、操作者Ｏの肘Ｏａを支持した状態で移動する肘支持部４１を含む肘ガイド機構４０が設けられている。これにより、操作者Ｏによってマスタロボット２０が操作される際、肘ガイド機構４０の肘支持部４１を移動させることによって、操作者Ｏの肘Ｏａを直線的に移動させることができる。その結果、操作者Ｏがマスタロボット２０を用いてスレーブロボット１０の直線的な操作を行う場合に、操作者Ｏは、肘Ｏａおよび肘Ｏａから先の腕全体を直線的に移動させることによってスレーブロボット１０の直線的な操作を行うことができるので、肘Ｏａを回転中心（支点）として肘Ｏａから先の腕を回転させるようにスレーブロボット１０の直線的な操作を行う必要がない。これにより、操作者Ｏの肘Ｏａを回転中心とした腕の回転に起因してスレーブロボット１０の正確な直線的な操作が阻害されることを抑制することができる。その結果、肘支持部４１によって操作者Ｏの肘Ｏａを支持しつつスレーブロボット１０の操作により作業（検体の採取）を行う場合にも、スレーブロボット１０の正確な直線的な操作を行うことができる。

また、第１実施形態では、上記のように、肘支持部４１は、操作者Ｏの肘Ｏａを支持した状態で直線的に移動する。これにより、操作者Ｏによってマスタロボット２０が操作される際、肘ガイド機構４０の肘支持部４１を直線的に移動させることによって、操作者Ｏの肘Ｏａを容易に直線的に移動させることができる。その結果、スレーブロボット１０の正確な直線的な操作を容易に行うことができる。

また、第１実施形態では、上記のように、肘支持部４１は、少なくとも検体採取部材１０１の被検者Ｓへの挿入方向に対応する方向に、操作者Ｏの肘Ｏａを支持した状態で直線的に移動する。これにより、スレーブロボット１０の検体採取部材１０１の被検者Ｓへの挿入操作を行う場合に、操作者Ｏの肘Ｏａを回転中心とした腕の回転に起因してスレーブロボット１０の正確な直線的な操作が阻害されることを抑制することができる。その結果、スレーブロボット１０の正確な検体採取部材１０１の被検者Ｓへの挿入操作を行うことができる。

また、第１実施形態では、上記のように、肘支持部４１は、少なくとも操作者Ｏの体に対して前後方向に、操作者Ｏの肘Ｏａを支持した状態で直線的に移動する。これにより、操作者Ｏの体に対して前後方向に肘を直線的に移動させるようなスレーブロボット１０の操作（検体採取部材１０１の被検者Ｓへの挿入操作など）を行う場合に、操作者Ｏの肘Ｏａを回転中心とした腕の回転に起因してスレーブロボット１０の正確な直線的な操作が阻害されることを抑制することができる。その結果、操作者Ｏの体に対して前後方向に肘を直線的に移動させるようなスレーブロボット１０の操作を正確に行うことができる。

また、第１実施形態では、上記のように、肘ガイド機構４０は、スライド移動可能な直動型の肘支持部４１を含む。これにより、スライド移動可能な直動型の肘支持部４１によって、操作者Ｏの肘Ｏａおよび肘Ｏａから先の腕全体を容易に直線的に移動させることができる。その結果、スレーブロボット１０の直線的な操作を容易にかつ正確に行うことができる。

また、第１実施形態では、上記のように、直動型の肘支持部４１は、所定方向に沿って延びるレール部４１１と、レール部４１１上を所定方向に沿ってスライド移動するとともに、操作者Ｏの肘Ｏａを支持するスライド部４１２と、を含む。これにより、スライド部４１２をレール部４１１上をスライド移動させるだけの簡素な構成で、操作者Ｏの肘Ｏａおよび肘から先の腕全体を直線的に移動させることができる。その結果、簡素な構成で、スレーブロボット１０の直線的な操作を正確に行うことができる。

また、第１実施形態では、上記のように、スライド部４１２は、ストッパ部４１１ｂによって規制されたスライド移動範囲内で、スライド移動する。これにより、スライド部４１２をレール部４１１から脱落させることなく、適正な範囲でスライド移動させることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、肘ガイド機構４０は、直動型の肘支持部４１を支持する据置台４２を含む。また、肘支持部４１は、据置台４２上において向きを調整可能である。これにより、肘支持部４１の向きを据置台４２上において調整して肘支持部４１のスライド方向（所定方向）を所望の方向に調整することができる。その結果、肘支持部４１の向きが据置台４２上において調整できない場合に比べて、肘支持部４１の利便性を向上させることができる。

［第２実施形態］
次に、図６～図８を参照して、第２実施形態によるロボットシステム２００の構成について説明する。ロボットシステム２００では、肘ガイド機構４０が設けられていた上記第１実施形態とは異なり、肘ガイド機構２４０が設けられている。なお、上記第１実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図６～図８に示すように、第２実施形態のロボットシステム２００は、上記第１実施形態の肘ガイド機構４０に代えて、肘ガイド機構２４０を備えている。なお、肘ガイド機構２４０は、モータなどの駆動部を有していない。

第２実施形態では、肘ガイド機構２４０は、マスタロボット２０に取り付けられている。また、肘ガイド機構２４０は、複数（３つ）の関節によって移動可能なアーム型の肘ガイド機構である。具体的には、肘ガイド機構２４０は、肘支持部２４１と、肘支持部２４１を支持するアーム部２４２と、を含んでいる。肘支持部２４１は、操作者Ｏの肘Ｏａを支持するように構成されている。具体的には、肘支持部２４１は、操作者Ｏの肘Ｏａを支持する支持面２４１ａを有している。支持面２４１ａは、上方（Ｚ１方向側）から下方（Ｚ２方向側）に向かって窪むように湾曲する湾曲面である。支持面２４１ａには、操作者Ｏの肘Ｏａが載置される。なお、肘ガイド機構２４０には、操作者Ｏの肘Ｏａを肘支持部２４１に固定するためのベルトなどの固定部材が設けられていてもよい。また、肘支持部２４１は、アーム部２４２の先端に設けられている。

アーム部２４２は、肘支持部２４１を所定の３次元移動範囲内で移動可能に支持するように構成されている。具体的には、アーム部２４２は、肘支持部２４１を水平方向（Ｘ方向およびＹ方向）および上下方向（Ｚ方向）に移動可能に支持するように構成されている。具体的には、アーム部２４２は、肘支持部２４１を水平方向に移動可能にする水平リンク部２４２ａと、水平リンク部２４２ａに接続されるとともに、肘支持部２４１を上下方向に移動可能にする上下移動部２４２ｂと、を有している。肘支持部２４１は、上下移動部２４２ｂに接続されている。また、上下移動部２４２ｂは、水平リンク部２４２ａの先端に接続されている。

水平リンク部２４２ａは、各々が水平面内で回転可能な水平リンク３１１、３１２および３１３の３つの水平リンクを有している。水平リンク３１１、３１２および３１３の回転によって、肘支持部２４１を水平方向に移動させることが可能である。具体的には、水平リンク３１１は、一端部が関節を介してベース部３１４に接続されるとともに、他端部が関節を介して水平リンク３１２の一端部に接続されている。水平リンク３１１は、一端部を回転中心として、上下方向（Ｚ方向）に沿って延びる回転軸線Ｃ１１周りに回転可能に構成されている。水平リンク３１２は、一端部が関節を介して水平リンク３１１の他端部に接続されるとともに、他端部が関節を介して水平リンク３１３の一端部に接続されている。水平リンク３１２は、一端部を回転中心として、上下方向に沿って延びる回転軸線Ｃ１２周りに回転可能に構成されている。水平リンク３１３は、一端部が関節を介して水平リンク３１２の他端部に接続されるとともに、他端部が上下移動部２４２ｂに接続されている。水平リンク３１３は、一端部を回転中心として、上下方向に沿って延びる回転軸線Ｃ１３周りに回転可能に構成されている。

上下移動部２４２ｂは、水平リンク部２４２ａの水平リンク３１３の他端部に上下方向（Ｚ方向）に移動可能に接続されている。上下移動部２４２ｂの上下方向への移動によって、肘支持部２４１を上下方向に移動させることが可能である。具体的には、上下移動部２４２ｂは、上下方向に沿って延びるガイドレール機構（図示せず）を介して水平リンク部２４２ａの水平リンク３１３の他端部に上下方向に移動可能に接続されている。また、上下移動部２４２ｂには、上下移動部２４２ｂを上方（Ｚ１方向側）に向かって付勢する付勢部材３２１（弾性部材）が設けられている。付勢部材３２１は、たとえば、ばね部材である。上下移動部２４２ｂは、付勢部材３２１の上方への付勢力によって、上方に移動可能に構成されている。また、上下移動部２４２ｂは、付勢部材３２１の上方への付勢力に抗することによって、下方に移動可能に構成されている。これにより、上下移動部２４２ｂは、肘支持部２４１に操作者Ｏの肘Ｏａが載置された場合、操作者Ｏの肘Ｏａの重みによって、付勢部材３２１の上方（Ｚ１方向側）への付勢力に抗して下方（Ｚ２方向側）に移動するように構成されている。また、上下移動部２４２ｂは、肘支持部２４１に載置された操作者Ｏの肘Ｏａが上方（Ｚ１方向側）に移動された場合、操作者Ｏの肘Ｏａの上方への移動に追従するように、付勢部材３２１の上方への付勢力によって上方に移動するように構成されている。

第２実施形態では、水平リンク部２４２ａおよび上下移動部２４２ｂを含むアーム部２４２に支持されることによって、肘支持部２４１は、直線的に移動可能に構成されている。すなわち、肘支持部２４１は、操作者Ｏによってマスタロボット２０が操作される際、操作者Ｏの肘Ｏａ（操作部２１を把持する側の肘）をガイドするように、操作者Ｏの肘Ｏａを支持した状態で移動するように構成されている。具体的には、肘支持部２４１は、操作者Ｏの肘Ｏａを支持した状態で直線的に移動するように構成されている。具体的には、第２実施形態では、肘支持部２４１は、検体採取部材１０１の被検者Ｓへの挿入方向に対応する方向（Ｘ方向）、および、この方向に直交する方向（ＹおよびＺ方向）などに、操作者Ｏの肘Ｏａを支持した状態で直線的に移動するように構成されている。また、第２実施形態では、肘支持部２４１は、操作者Ｏの体に対して前後方向（Ｘ方向）、左右方向（Ｙ方向）、および、上下方向（Ｚ方向）に、操作者Ｏの肘Ｏａを支持した状態で直線的に移動するように構成されている。

なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

［第２実施形態の効果］
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第２実施形態では、上記のように、操作者Ｏによってマスタロボット２０が操作される際、操作者Ｏの肘Ｏａをガイドするように、操作者Ｏの肘Ｏａを支持した状態で移動する肘支持部２４１を含む肘ガイド機構２４０が設けられている。これにより、上記第１実施形態と同様に、肘支持部２４１によって操作者Ｏの肘Ｏａを支持しつつスレーブロボット１０の操作により作業（検体の採取）を行う場合にも、スレーブロボット１０の正確な直線的な操作を行うことができる。

また、第２実施形態では、上記のように、肘ガイド機構２４０は、複数の関節によって移動可能なアーム型の肘ガイド機構である。これにより、複数の関節によって移動可能なアーム型の肘ガイド機構２４０によって、操作者Ｏの肘Ｏａおよび肘Ｏａから先の腕全体を比較的自由に移動させることができるので、操作者Ｏの肘Ｏａおよび肘Ｏａから先の腕全体を容易に直線的に移動させることができる。その結果、スレーブロボット１０の直線的な操作を容易にかつ正確に行うことができる。また、複数の関節によって移動可能なアーム型の肘ガイド機構２４０によって、操作者Ｏの肘Ｏａを肘支持部２４１によって支持しながら操作者Ｏの肘Ｏａおよび肘Ｏａから先の腕全体を比較的自由に移動させることができるので、操作者Ｏの負担を軽減しながらスレーブロボット１０の操作を容易に行うことができる。

また、第２実施形態では、上記のように、アーム型の肘ガイド機構２４０は、肘支持部２４１を水平方向および上下方向に移動可能に支持するアーム部２４２を含む。これにより、肘支持部２４１を水平方向および上下方向に移動させることができるので、肘支持部２４１が水平方向にのみ移動可能な場合に比べて、操作者Ｏの肘Ｏａおよび肘Ｏａから先の腕全体をより自由に移動させることができる。その結果、操作者Ｏの負担を軽減しながらスレーブロボット１０の操作をより容易に行うことができる。

また、第２実施形態では、上記のように、アーム部２４２は、肘支持部２４１を水平方向に移動可能にする水平リンク部２４２ａと、水平リンク部２４２ａに接続されるとともに、肘支持部２４１を上下方向に移動可能にする上下移動部２４２ｂと、を有する。これにより、水平リンク部２４２ａによって肘支持部２４１を水平方向に移動させることができるとともに、上下移動部２４２ｂによって肘支持部２４１を上下方向に移動させることができる。その結果、操作者Ｏの肘Ｏａおよび肘Ｏａから先の腕全体をより水平方向および上下方向に容易に移動させることができる。

また、第２実施形態では、上記のように、アーム型の肘ガイド機構２４０は、マスタロボットに取り付けられている。これにより、マスタロボット２０とは別個に独立してアーム型の肘ガイド機構２４０を取り付ける支持部材を設ける必要がない。その結果、部品点数の削減および構造の簡素化を行いつつ、アーム型の肘ガイド機構２４０によってスレーブロボット１０の直線的な操作を正確に行うことができる。

なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

［第３実施形態］
次に、図９～図１２を参照して、第３実施形態によるロボットシステム３００の構成について説明する。ロボットシステム３００では、検体を採取する上記第１および第２実施形態とは異なり、尿管鏡手術を行う。なお、上記第１または第２実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図９に示すように、第３実施形態のロボットシステム３００は、スレーブロボット３１０と、マスタロボット２０と、表示装置３０と、肘ガイド機構４０とを備えている。

図９および図１０に示すように、スレーブロボット３１０は、処置部材３０１によって被処置者Ｓａ（患者）に対して尿路結石を砕く尿管鏡手術を行う処置を行う。また、処置部材３０１は、屈曲可能な軟性管である。スレーブロボット３１０は、医療スタッフにより被処置者Ｓａの尿道内に予め挿入された尿管アクセスシース３５０を介して、被処置者Ｓａの尿道内に処置部材３０１を挿入し、被処置者Ｓａの尿道や尿管などの尿路内を撮影する。撮影された映像は、表示装置３０に表示される。操作者Ｏは、表示装置３０に表示されたリアルタイムの被処置者Ｓａの映像を確認しながら、マスタロボット２０を用いたスレーブロボット３１０の操作によって、被処置者Ｓａの尿管鏡手術を行う。尿管鏡手術では、被処置者Ｓａの結石個所を特定すること、レーザ鉗子によりレーザ光を照射することにより結石を破砕すること、バスケット鉗子により結石を回収することなどが行われる。

スレーブロボット３１０は、垂直多関節ロボットである。スレーブロボット３１０は、アーム部３３１と、アーム部３３１の先端に取り付けられたハンド部３３２と、を含んでいる。アーム部３３１は、複数の関節を有している。アーム部３３１の複数の関節の各々には、サーボモータなどの駆動部と、エンコーダなどの位置検出部とが設けられている。ハンド部３３２は、屈曲可能な軟性管である処置部材３０１を保持するように構成されている。ハンド部３３２は、ハンドベース３３２ａと、尿管鏡本体３３２ｂと、モータ３３２ｃと、を有している。ハンドベース３３２ａは、アーム部３３１の先端に取り付けられている。尿管鏡本体３３２ｂは、被処置者Ｓａの尿路内を撮像可能である。尿管鏡本体３３２ｂは、被処置者Ｓａの尿路結石を砕くためのレーザ鉗子や、尿路結石を回収するためのバスケット鉗子を挿入可能である。尿管鏡本体３３２ｂは、処置部材３０１を保持するように構成されている。モータ３３２ｃは、尿管鏡本体３３２ｂを後述するＡ４方向（図１１参照）に回転させる。

図１１に示すように、ハンド部３３２は、複数方向に動作されるように構成されている。具体的には、ハンド部３３２は、前後方向（Ａ１方向）および上下方向（Ａ２方向）に直進動作されるとともに、前後方向に延びる第１回転軸線周りの第１回転方向（Ａ３方向）および左右方向に延びる第２回転軸線周りの第２回転方向（Ａ４方向）に回転動作されるように構成されている。なお、前後方向、左右方向、上下方向、第１回転方向および第２回転方向は、ハンド部３３２を基準とした方向である。なお、処置部材３０１を被処置者Ｓａの尿道内に挿入する際には、ハンド部３３２が前方向（挿入方向）に直進動作される。

また、第３実施形態では、図１２に示すように、肘ガイド機構４０は、肘支持部４１を駆動可能なモータ３４３と、モータ３４３の回転位置を検出することにより肘支持部４１の位置を検出するエンコーダ３４４とを含んでいる。マスタロボット２０は、エンコーダ３４４の検出結果に基づいて、スレーブロボット３１０を遠隔操作する。また、肘支持部４１は、処置部材３０１の被処置者Ｓａへの挿入方向に対応する方向に、操作者Ｏの肘Ｏａを支持した状態で直線的に移動する。マスタロボット２０は、エンコーダ３４４による肘支持部４１の直線的な移動の検出結果に基づいて、スレーブロボット３１０を遠隔操作する。具体的には、マスタロボット２０は、エンコーダ３４４による肘支持部４１の直線的な移動の検出結果に基づいて、ハンド部３３２がＡ１方向に移動するように、スレーブロボット３１０を遠隔操作する。第３実施形態では、肘ガイド機構４０は、マスタロボット２０の操作部２１と共に、スレーブロボット３１０のハンド部３３２を遠隔操作する操作部として機能する。

なお、ロボットシステム３００が、上記第１実施形態の肘ガイド機構４０を備える例について説明したが、ロボットシステム３００が、上記第２実施形態の肘ガイド機構２４０を備えていてもよい。また、ロボットシステム３００が肘ガイド機構２４０を備える場合に、肘ガイド機構２４０のアーム部２４２の各関節が、肘支持部２４１を駆動可能なモータと、モータの回転位置を検出することにより肘支持部２４１の位置を検出するエンコーダとを含み、マスタロボット２０が、エンコーダの検出結果に基づいて、スレーブロボット３１０を遠隔操作してもよい。

なお、第３実施形態のその他の構成は、上記第１または第２実施形態と同様である。

［第３実施形態の効果］
第３実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第３実施形態では、上記のように、操作者Ｏによってマスタロボット２０が操作される際、操作者Ｏの肘Ｏａをガイドするように、操作者Ｏの肘Ｏａを支持した状態で移動する肘支持部４１を含む肘ガイド機構４０が設けられている。これにより、上記第１実施形態と同様に、肘支持部４１によって操作者Ｏの肘Ｏａを支持しつつスレーブロボット３１０の操作により作業（尿管鏡手術）を行う場合にも、スレーブロボット３１０の正確な直線的な操作を行うことができる。

また、第３実施形態では、上記のように、肘ガイド機構４０は、肘支持部４１の位置を検出するエンコーダ３４４を含み、マスタロボット２０は、エンコーダ３４４の検出結果に基づいて、スレーブロボット３１０を遠隔操作する。これにより、肘ガイド機構４０を単なるガイドではなく、操作アクチュエータとして機能させることができるので、スレーブロボット３１０を容易に遠隔操作することができる。

また、第３実施形態では、上記のように、肘支持部４１は、少なくとも処置部材３０１の被処置者Ｓａへの挿入方向に対応する方向に、操作者Ｏの肘を支持した状態で直線的に移動し、マスタロボット２０は、エンコーダ３４４による肘支持部４１の直線的な移動の検出結果に基づいて、スレーブロボット３１０を遠隔操作する。これにより、スレーブロボット３１０の処置部材３０１の被処置者Ｓａへの挿入操作を行う場合に、スレーブロボット３１０の正確な直線的な操作を容易に行うことができる。

なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１または第２実施形態と同様である。

［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。本開示の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく請求の範囲によって示され、さらに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、上記第１～第３実施形態では、スレーブロボットが垂直多関節ロボットである例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、スレーブロボットが、水平多関節ロボットおよび双腕ロボットなどの垂直多関節ロボット以外のロボットであってもよい。

また、上記第１および第３実施形態では、直動型の肘支持部が、検体採取部材の被検者への挿入方向に対応する方向（前後方向）に直線的に移動するように構成されている例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、直動型の肘支持部が、左右方向などの前後方向以外の方向に直線的に移動するように構成されていてもよい。

また、上記第１および第３実施形態では、直動型の肘支持部が、マスタロボットとは別個に独立して設けられた据置台上に配置されている例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、マスタロボットに据置台を設けるとともに、直動型の肘支持部が、マスタロボットに設けられた据置台上に配置されていてもよい。

また、上記第１および第３実施形態では、直動型の肘支持部が、据置台上において向きを調整可能である例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、直動型の肘支持部が、据置台上に固定されていてもよい。

また、上記第２実施形態では、アーム型の肘ガイド機構が、３つの関節を有している例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、アーム型の肘ガイド機構が、２つまたは４つ以上の関節を有していてもよい。

また、上記第２実施形態では、アーム部が、水平リンク部と、上下移動部とを有している例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、アーム部が、水平リンク部のみを有していてもよい。すなわち、アーム部が、肘支持部を水平方向にのみ移動可能に支持するように構成されていてもよい。

また、上記第２実施形態では、アーム部が、水平リンク部を有している例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、アーム部が、水平面内で回転可能な１または複数のリンクと、鉛直面内で回転可能な１または複数のリンクとを含むリンク部を有していてもよい。

また、上記第２実施形態では、アーム型の肘ガイド機構が、マスタロボットに取り付けられている例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、アーム型の肘ガイド機構が、マスタロボットとは別個に独立して設けられた支持部材に取り付けられていてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、ロボットシステムが、検体採取部材（検査器具）によって被検者から検体を採取するロボットシステムである例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、ロボットシステムが、診察用の検査器具（処置部材）によって被検者（患者）の診察を行うロボットシステムであってもよい。

また、上記第３実施形態では、肘ガイド機構の肘支持部の位置を検出する位置検出部が、エンコーダである例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、肘ガイド機構の肘支持部の位置を検出する位置検出部が、エンコーダ以外の位置検出部であってもよい。また、位置検出部がエンコーダ以外の位置検出部である場合、肘ガイド機構がモータを含んでいなくてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、被処置者から検体を採取する処置を行う例を示し、上記第３実施形態では、被処置者の尿管鏡手術を行う処置を行う例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、被処置者から検体を採取する処置および被処置者の尿管鏡手術を行う処置以外の処置を行ってもよい。なお、処置とは、被処置者から検体を採取すること、被処置者の検査を行うこと、被処置者の手術を行うことなどを含む広い概念である。

１０、３１０ スレーブロボット
２０ マスタロボット
４０、２４０ 肘ガイド機構
４１、２４１ 肘支持部
４２ 据置台
１００、２００、３００ ロボットシステム
１０１ 検体採取部材（処置部材）
２４２ アーム部
２４２ａ 水平リンク部
２４２ｂ 上下移動部
３０１ 処置部材
４１１ レール部
４１１ｂ ストッパ部
４１２ スライド部
Ｏ 操作者
Ｓ 被検者（被処置者）
Ｓａ 被処置者

Claims (12)

1. 被処置者に対して所定の挿入方向に沿って挿入される処置部材を保持するスレーブロボットと、
   前記スレーブロボットを遠隔操作するマスタロボットと、
   操作者によって前記マスタロボットが操作される際、前記操作者の肘をガイドするように、前記操作者の肘を支持した状態で移動する肘支持部を含む肘ガイド機構と、を備え、
   前記マスタロボットは、前記操作者により把持される操作部を含み、前記操作部を移動させる操作により前記スレーブロボットを遠隔操作し、
   前記肘支持部は、少なくとも前記スレーブロボットによって前記処置部材を前記被処置者へ前記所定の挿入方向に沿って挿入する動作を行う際に、前記操作部が動かされる方向に対応する方向に、前記操作部の移動とは別個に独立して前記操作者の肘を支持した状態で直線的に移動する、ロボットシステム。
2. 前記肘支持部は、少なくとも前記操作者の体に対して前後方向に、前記操作者の肘を支持した状態で直線的に移動する、請求項１に記載のロボットシステム。
3. 前記肘ガイド機構は、スライド移動可能な直動型の前記肘支持部を含む、請求項１に記載のロボットシステム。
4. 直動型の前記肘支持部は、所定方向に沿って延びるレール部と、前記レール部上を前記所定方向に沿ってスライド移動するとともに、前記操作者の肘を支持するスライド部と、を含む、請求項３に記載のロボットシステム。
5. 前記スライド部は、ストッパ部によって規制されたスライド移動範囲内で、スライド移動する、請求項４に記載のロボットシステム。
6. 前記肘ガイド機構は、直動型の前記肘支持部を支持する据置台をさらに含み、
   前記肘支持部は、前記据置台上において向きを調整可能である、請求項３に記載のロボットシステム。
7. 前記肘ガイド機構は、複数の関節によって移動可能なアーム型の肘ガイド機構である、請求項１に記載のロボットシステム。
8. アーム型の前記肘ガイド機構は、前記肘支持部を水平方向および上下方向に移動可能に支持するアーム部を含む、請求項７に記載のロボットシステム。
9. 前記アーム部は、前記肘支持部を前記水平方向に移動可能にする水平リンク部と、前記水平リンク部に接続されるとともに、前記肘支持部を前記上下方向に移動可能にする上下移動部と、を有する、請求項８に記載のロボットシステム。
10. アーム型の前記肘ガイド機構は、前記マスタロボットに取り付けられている、請求項７に記載のロボットシステム。
11. 前記肘ガイド機構は、前記肘支持部の位置を検出する位置検出部を含み、
    前記マスタロボットは、前記位置検出部の検出結果に基づいて、前記スレーブロボットを遠隔操作する、請求項１に記載のロボットシステム。
12. 前記マスタロボットは、前記位置検出部による前記肘支持部の直線的な移動の検出結果に基づいて、前記スレーブロボットを遠隔操作する、請求項１１に記載のロボットシステム。

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