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WO2025205060A1 - Input device, operation console device, and surgery assistance robot system - Google Patents

Input device, operation console device, and surgery assistance robot system

Info

Publication number
WO2025205060A1
WO2025205060A1 PCT/JP2025/009852 JP2025009852W WO2025205060A1 WO 2025205060 A1 WO2025205060 A1 WO 2025205060A1 JP 2025009852 W JP2025009852 W JP 2025009852W WO 2025205060 A1 WO2025205060 A1 WO 2025205060A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
unit
axis
input device
cable
capstan
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/JP2025/009852
Other languages
French (fr)
Japanese (ja)
Inventor
和仁 若菜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Group Corp
Original Assignee
Sony Group Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Group Corp filed Critical Sony Group Corp
Publication of WO2025205060A1 publication Critical patent/WO2025205060A1/en
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30Surgical robots
    • A61B34/35Surgical robots for telesurgery
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J3/00Manipulators of leader-follower type, i.e. both controlling unit and controlled unit perform corresponding spatial movements
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor

Definitions

  • the purpose of this disclosure is to provide an input device that can be used, for example, for operation in virtual space, remote robot operation, and robot teaching, as well as an operation console device and a surgical support robot system that apply this input device.
  • the present disclosure has been made in consideration of the above problems, and a first aspect thereof is: an operating unit having multiple degrees of freedom disposed at the distal end; a transmission unit that supports the operation unit at a distal end and transmits the operation of each degree of freedom of the operation unit via a cable; a measurement unit that supports the transmission unit near an end portion on a base side and measures the movement of the operation unit for each degree of freedom transmitted by the transmission unit; It is an input device equipped with
  • the operating unit and the measuring unit are configured to be mirror images via the transmission unit.
  • the transmission unit uses multiple cables to transmit the movement of each degree of freedom of the operating unit to the measuring unit.
  • the measuring unit is equipped with a rotation sensor.
  • the axis of the operating unit and the axis of the rotation sensor are connected by a cable, and the rotation sensor detects the rotation angle of the axis rotated by being pulled by the cable.
  • a second aspect of the present disclosure is An input device; an arm supporting the input device; a hand rest for placing a user's hand on the input device while the user is operating the input device; Equipped with The input device is an input device according to any one of claims 1 to 9. It is an operation console device.
  • the operation console device further comprises an arm fixing device that fixes the arm, and a moving device that moves the arm fixing device depending on the usage state of the input device.
  • the arm fixing device has an adapter that connects to the operation unit of the input device, and the adapter connects to the operation unit to fix the arm. Furthermore, when the input device is operated, the moving device moves the arm fixing device to a connecting position where it can be connected to the arm, and when the input device is not being operated, it retracts the arm fixing device to a storage position outside the range of motion of the input device and leader arm.
  • Figures 7 to 10 show an enlarged view of the area around the roll axis 415 of the operating unit 410, illustrating the rotational movement of the cam portion 413 when the handle portion 412 is opened or closed.
  • Figures 7 to 10 show the gradual closing of the handle portion 412 from an open state.
  • the spacing between the pair of grip portions 412a and 412b changes in accordance with the opening and closing movement of the handle portion 412.
  • the cam portion 413 rotates counterclockwise on the page so that the distance D between the protrusions 621 and 622 in the opening and closing direction of the handle portion 412 falls within the spacing between the grip portions 412a and 412b.
  • a rotation angle sensor for detecting the rotation angle of the pitch link 411 of the operating unit 410 about the pitch axis 414 and the rotation of the handle unit 412 and cam unit 413 about the roll axis 415 is not located within the operating unit 410. Therefore, the operating unit 410 can be made small and lightweight, improving operability.
  • a pitch shaft output capstan which rotates around the pitch shaft 434, is integrated into the bottom of the U-shape of the pitch link 440.
  • the pitch shaft output capstan is hidden by other components and is difficult to see.
  • Figure 12 shows a side view of the input device 400 in which the transmission unit 420 and other components have been appropriately cross-sectioned to make the pitch shaft output capstan 1201 more visible.
  • two cables 511 and 512 are wound around the pitch axis input capstan 601 and pitch axis output capstan 1201 at either end of the transmission unit 420, in the forward and reverse rotation directions. These cables 511 and 512 are inserted through the transmission unit 420 and transmit the rotation of the pitch axis input capstan 601 (i.e., pitch link 411) about the pitch axis 414 to the pitch axis output capstan 1201.
  • the pitch link 440 on the measurement unit 430 side is mirror-symmetrical to the pitch link 411 on the operation unit 410 side. Therefore, when the rotation of the pitch axis input capstan 601 on the operation unit 410 side is transmitted to the pitch axis output capstan 1201 via cables 511 and 512, the pitch link 440 on the measurement unit 430 side tilts mirror-symmetrically to the pitch link 411 on the operation unit 410 side (see Figures 13 to 15).
  • the first encoder 431 is attached via a joint 1101 (see FIG. 11 ) opposite the pitch shaft output capstan 1201 so as to be coaxial with the pitch shaft 434.
  • the pitch link 440 rotates about the pitch shaft 434 in response to the rotation of the pitch link 411 about the pitch shaft 414.
  • the first encoder 431 measures the rotation angle ⁇ E1 of the pitch shaft output capstan 1201 corresponding to the rotation of the pitch link 440 about the pitch shaft 434.
  • the roll shaft output capstan 1202 and the camshaft output capstan 1203 are mounted inside the U-shape of the pitch link 440 so that they can both rotate around the roll shaft 435. As shown in FIG. 11, the roll shaft output capstan 1202 and the camshaft output capstan 1203 are connected via a torsion spring 1204. This is equivalent to the ends of cables 513 and 514 being joined together by the torsion spring 1204. The torsion spring 1204 applies pretension to cables 513 and 514.
  • the roll axis output capstan 1202 is journaled on one leg (the lower side of the drawing) of the U-shape of the pitch link 440 via bearings 1111 and 1112.
  • a cable 513 which is wound around the roll axis input capstan 614 on the operation unit 410 side, is wound around the roll axis output capstan 1202.
  • This cable 513 is inserted into the transmission unit 420, passes through several pulleys (some not shown) for layout adjustment, and is then wound around the roll axis output capstan 1202 on the operation unit 410 side.
  • This cable 513 transmits the rotation of the roll axis input capstan 614 around the roll axis 415 to the roll axis output capstan 1202.
  • a second encoder 432 is attached via a pair of joints 1103 (see FIG. 11 ) to the outside (lower side of the drawing) of the relevant leg of the U-shape of the pitch link 440, facing the roll axis output capstan 1202 with the relevant leg of the U in between, and coaxial with the roll axis 435.
  • the second encoder 432 can measure the rotation angle ⁇ E2 of the roll axis output capstan 1202 corresponding to the rotation of the handle unit 412 (or the roll axis input capstan 614) about the roll axis 415.
  • the camshaft output capstan 1203 is journaled on the other leg (upper side of the page) of the U-shape of the pitch link 440 via bearings 1113 and 1114.
  • a cable 514 which is wound around the camshaft input capstan 615 on the operating unit 410 side, is wound around the camshaft output capstan 1203.
  • This cable 514 is inserted into the transmission unit 420, passes through pulleys 527 and 528 for layout adjustment (pulley 528 is coaxial with the pitch axis 434, and pulley 527 has an axis of rotation parallel to the pitch axis 434), and is then wound around the camshaft output capstan 1203.
  • This cable 514 transmits the rotation of the camshaft input capstan 615 around the roll axis 415 to the roll axis output capstan 1202.
  • a third encoder 433 is attached via a pair of joints 1104 (see FIG. 11 ) to the outside of the leg of the U-shape of the pitch link 440 (upper side of the paper), facing the camshaft output capstan 1203 with the leg of the U in between, and coaxial with the roll shaft 435.
  • the third encoder 433 can measure the rotation angle ⁇ E3 of the roll shaft output capstan 1202, which corresponds to the rotation of the cam portion 413 (or the camshaft input capstan 615) about the roll shaft 415.
  • the rotational movements of the pitch link 411 on the operating unit 410 side, the rotation angle around the pitch axis 414, and the rotation of the handle unit 412 and cam unit 413 around the roll axis 415, are transmitted using a cable transmission mechanism inserted into the transmission unit 420. Therefore, the measurement unit 430 side can accurately detect the position of the handle unit 412 (high resolution, low noise, no drift). Therefore, the input device 400 according to the present disclosure can be suitably applied to, for example, microsurgery applications.
  • Capstan and idle pulley are both pulleys.
  • a pulley used to adjust cable layout or apply tension to a cable is referred to as an “idler pulley” or simply as a “pulley” in this specification.
  • a pulley used to apply power to a cable or, conversely, to convert force from the cable into axial force is referred to as a “capstan” in this specification, and both the input capstan and the output capstan are pulleys used for this purpose.
  • the capstan located on the operating unit 410 is referred to as the input capstan, and the capstan on the measuring unit 430 side, to which power is transmitted via the cable, is referred to as the output capstan.
  • the pitch link 440 is supported at the other end of the transmission unit 420 via a pair of joints 1101 (see Figure 11) so that it can rotate around the pitch axis 434.
  • Two cables 511 and 512 are wound around the pitch axis output capstan 1201, each in opposite rotation directions. Therefore, the rotation of the pitch axis input capstan 601 (i.e., the pitch link 411) on the operation unit 410 side about the pitch axis 414 is transmitted to the pitch axis output capstan 1201 on the measurement unit 430 side via these cables 511 and 512.
  • the pitch link 440 tilts about the pitch axis 434 in response to the tilt movement of the pitch link 411.
  • Figures 13 to 15 show, as an example of the operation of the input device 400, how the pitch link 440 on the measurement unit 430 side also tilts around the pitch axis 434 in response to the tilting of the pitch link 411 on the operation unit 410 side around the pitch axis 414.
  • the operation unit 410 and measurement unit 430 have mirror-symmetrical structures with respect to a plane perpendicular to the longitudinal direction of the transmission unit 420, so that when the pitch link 411 rotates clockwise, the pitch link 440 also rotates clockwise, and when the pitch link 411 rotates counterclockwise, the pitch link 440 also rotates counterclockwise.
  • the handle unit 412 (specifically, the lower half of the roll axis unit 611) is integrated with a roll axis input capstan 614 (see FIG. 6) that rotates around the roll axis 415.
  • a roll axis input capstan 614 (see FIG. 6) that rotates around the roll axis 415.
  • One end of a single one-way cable 513 is wound around the roll axis input capstan 614. This cable 513 is inserted into the transmission unit 420. Therefore, the rotation of the handle unit 412 around the roll axis 415 is transmitted to the measurement unit 430 side via the cable 513.
  • the cam unit 413 is journaled so as to be rotatable around the roll axis 415 independently of the handle unit 412.
  • the cam unit 413 is integrated with a cam shaft input capstan 615, which rotates around the roll axis 415.
  • One end of a single one-way cable 514 is wound around the cam shaft input capstan 615 in the opposite direction to the cable 513. This cable 514 is inserted into the transmission unit 420. Therefore, the rotation of the cam unit 413 around the roll axis 415 is transmitted to the measurement unit 430 side via the cable 514.
  • the roll axis output capstan 1202 and the cam shaft output capstan 1203 are each supported on each leg of the U-shape of the pitch link 440 so that they can rotate around the roll axis 435.
  • a cable 514, which is wound around the cam shaft input capstan 615 on the operation unit 410 side is wound around the cam shaft output capstan 1203.
  • the ends of the cables 513 and 514 are connected to each other by a torsion spring 1204.
  • Figures 16 to 18 sequentially show how the roll axis output capstan 1202 and cam shaft output capstan 1203 on the measurement unit 430 side rotate around the roll axis 435 in response to the panning movement around the roll axis 415 of the handle unit 412 on the operation unit 410 side.
  • the handle unit 412 when the handle unit 412 is gripped, the handle unit 412 does not rotate around the roll axis 415, and the roll axis input capstan 614 does not rotate (or the gripping of the handle unit 412 is performed independently of the panning movement of the handle unit 412 around the roll axis 415).
  • the camshaft output capstan 1203 is journaled on the U-shaped leg of the pitch link 440 so that it can rotate around the roll axis 435.
  • a single cable 514 which is itself wound around the camshaft input capstan 615 on the operation unit 410 side, is wound around the camshaft output capstan 1203.
  • the ends of cables 513 and 514 are connected to each other by a torsion spring 1204. Therefore, the rotation of the cam unit 413 around the roll axis 415 is transmitted via cable 514 to the camshaft output capstan 1203 on the measurement unit 430 side.
  • the camshaft output capstan 1203 rotates in the same direction around the roll axis 435, following the gripping action of the handle unit 412.
  • FIG. 22 shows a schematic diagram of a mechanism for detecting the rotation angle of the operating unit 410 (or pitch link 410) around the pitch axis 414 in the input device 400.
  • the pitch axis input capstan 601 on the operating unit 410 side is rotatable around the pitch axis 414.
  • the pitch axis output capstan 1201 on the measuring unit 430 side is rotatable around the pitch axis 434.
  • Two cables 511 and 512 are wound around the pitch axis input capstan 601 and the pitch axis output capstan 1201.
  • the rotation of the pitch axis input capstan 601 is transmitted to the pitch axis output capstan 1201 via the cables 511 and 512.
  • the rotation angle ⁇ pitch of the pitch axis input capstan 601 corresponds to the rotation angle of the operating unit 410 (or the pitch link 410) around the pitch axis 414.
  • the rotation angle ⁇ E1 of the pitch axis output capstan 1201 measured by the first encoder 431 will be the same as the rotation angle ⁇ pitch of the pitch axis input capstan 601. Therefore, the input/output relationship regarding the pitch axis is expressed by the following equation (1).
  • Figure 23 schematically shows the transmission mechanism between the roll axis input capstan 614 and the roll axis output capstan 1202, and the transmission mechanism between the cam shaft input capstan 615 and the cam shaft output capstan 1203.
  • the input device 400 detects the rotation angle of the handle portion 412 of the operation unit 410 around the roll axis 415, as well as the opening and closing angles of the grip portions 412a and 412b.
  • pulleys for adjusting the layout have been omitted from Figure 23.
  • the roll shaft input capstan 614 and the cam shaft input capstan 615 are both arranged coaxially with the roll shaft 415 as their axis of rotation.
  • the roll shaft output capstan 1202 and the cam shaft output capstan 1203 both have axes of rotation parallel to the roll shaft 435.
  • the roll shaft output capstan 1202 and the cam shaft output capstan 1203 are both arranged coaxially with the roll shaft 435 as their axis of rotation, but in Figures 23 to 29, for the convenience of making it easier to visually observe the rotational movement of the roll shaft output capstan 1202 and the cam shaft output capstan 1203, the roll shaft output capstan 1202 and the cam shaft output capstan 1203 are depicted as having axes of rotation parallel to and spaced apart from the roll shaft 435.
  • the rotation of the roll axis input capstan 614 is transmitted to the roll axis output capstan 1202 via the cable 513. If the radius of the roll axis input capstan 614 and the radius of the roll axis output capstan 1202 are the same, the rotation angle ⁇ E2 of the roll axis output capstan 1202 measured by the second encoder 432 will be the same as the rotation angle ⁇ roll of the roll axis input capstan 614.
  • the rotation of the camshaft input capstan 615 is transmitted to the camshaft output capstan 1203 via the cable 514. If the camshaft input capstan 615 and the camshaft output capstan 1203 have the same radius, the rotation angle ⁇ E3 of the camshaft output capstan 1203 measured by the third encoder 433 will be the same as the rotation angle ⁇ cum of the camshaft input capstan 615.
  • Figures 24 to 26 show in sequence how each capstan rotates when the handle unit 412 rotates in a roll direction in the transmission mechanism shown in Figure 23.
  • the handle unit 412 is not gripped simultaneously with the roll rotation.
  • the roll axis input capstan 614 and cam shaft input capstan 615 rotate by the same rotation angle. Therefore, the input/output relationship regarding the roll axis is expressed by the following equation (2).
  • the camshaft input capstan 615 rotates around the roll axis 415 integrally with the cam section 413, which includes protrusions 621 and 622 (contact members 623 and 624).
  • the cam section 413 has the role of converting linear motion, which changes the spacing between the pair of grip sections 412a and 412b as they open and close, into rotational motion around its own roll axis 415.
  • the grip angle ⁇ grasp is expressed as in the following equation (4) using the difference ⁇ in the rotation angles described above.
  • the constant L is the length of the grip portions 412a and 412b.
  • torsion spring 1204 (described above) inserted between cables 513 and 514.
  • the spring stretches due to backdrive when a torque greater than the spring force is applied, which could result in erroneous detection.
  • the input device 400 disclosed herein does not use a motor for force feedback, and only has an encoder for detecting position and orientation. This means that the cable has high sliding properties and does not present the problem of erroneous detection differences due to backdrive.
  • the input device 400 can measure pitch (tilt) movements of the operation unit 410 as shown in Figures 13 to 15, roll (pan) movements as shown in Figures 16 to 18, and grip movements as shown in Figures 19 to 21 with a remotely located measurement unit 430 via a transmission unit 420.
  • pitch (tilt) movements of the operation unit 410 as shown in Figures 13 to 15
  • roll (pan) movements as shown in Figures 16 to 18, and grip movements as shown in Figures 19 to 21
  • the main features and effects of the input device 400 according to the present disclosure are summarized below.
  • E Leader-follower type surgical robot system
  • E-1 Operation input device
  • E-1-1 Appearance of the Operation Input Device
  • the input device 400 according to the present disclosure can be applied to an operation console device operated by an operator (such as a surgeon) on the leader side of a leader-follower type surgical support robot system.
  • the input device 400 has been described as having a configuration in which the measurement unit 430 includes only encoders for measuring each axis, but it may also be configured such that at least one of the axes includes a motor or further includes a brake mechanism for braking the motor.
  • Figure 32 shows the external appearance of the operation console device 3200.
  • the operation console device 3200 is a structure that is roughly L-shaped when viewed from the side, and has a bottom part 3201 at its lowest end that is U-shaped when viewed from above, with a base part 3202 connected to the center of the bottom part 3201 in a roughly vertical direction.
  • Left-handed and right-handed input devices 3210L and 3210R are supported on the upper end of the base unit 3202 via reader arms 3211L and 3211R, respectively.
  • the input devices 3210L and 3210R have substantially the same configuration as the input device 400 described above, and detailed description thereof will be omitted here.
  • Each reader arm 3211L and 3211R has a multi-degree-of-freedom configuration that supports the input device 3210 via a parallel link mechanism, similar to the reader arm 300 shown in FIG.
  • first axis pan axis
  • second axis first tilt axis
  • third axis second tilt axis
  • FIG. 33 shows an enlarged view of the hand rest 3205 at the tip of the T-shape of the support part 3203, and the input devices 3210L and 3210R supported by the reader arms 3211L and 3211R.
  • a display device 1014 is attached to the upper end of the base portion 3202.
  • the display device 1014 is an immersive type 2D and 3D viewer that the operator looks into. Therefore, the operator can use their left and right hands to operate the input devices 3210L and 3210R while looking into the screen of the display device 1014 and observing a 2D or 3D image of the surgical field.
  • the left-hand and right-hand input devices 3210L and 3210R are controllers supported by leader arms 3211L and 3211R, respectively, and capable of detecting position commands with high sensitivity.
  • the input devices 3210L and 3210R have almost the same configuration as the input device 400 described above.
  • the distal operation unit 410 does not include a rotation angle sensor, so it can be configured to be compact.
  • the operation unit 110 has no protruding shape other than the handle unit 111 that is gripped and operated, so the operation unit 110 is less likely to interfere with the environment. This allows the user to grip the operation unit 110 with their fingertips and operate it with their hands in contact with the environment.
  • the "environment" where the user places their hands on the ground specifically refers to the hand rest 3205.
  • the user operates input devices 3210L and 3210R with their left and right hands on the hand rest 3205. Therefore, in microsurgery, which involves delicate surgery using a microscope or the like, plastic surgeons can operate input devices 3210L and 3210R while suppressing tremors by placing their hands on the hand rest 3205. It is preferable that the top surface of the hand rest, which comes into contact with the hands, is made of a cushioned material to reduce contact with the hands.
  • Figures 32 and 33 show a straight hand rest, it may also be curved. For example, it may be curved so that the left and right wrists of the user operating input devices 3210L and 3210R do not move unnaturally. It is necessary to use a hand rest with an appropriate shape and material according to the user's preferences and the surgery. For this reason, it is preferable that the hand rest be detachable and replaceable from the operation console device.
  • the hand rest may be equipped with one or more buttons, such as mechanical switches.
  • Hand rest 3601 shown in FIG. 36 has buttons 3611 and 3612 located at the left and right ends of its top surface.
  • hand rest 3701 shown in FIG. 37 has buttons 3711 and 3712 located at the left and right ends of its top surface.
  • the user can operate these buttons by pressing them with the sides of their hands while holding input devices 3210L and 3210R and keeping their hands on the hand rest. Therefore, the user can operate the buttons located at the left and right ends of the hand rest in this way, relying solely on the sensations in their left and right hands, without using their eyes.
  • the functions assigned to these buttons on the hand rest are arbitrary.
  • FIG. 38 shows a side view of the operation console device 3200.
  • the input device 3210 and the hand rest 3205 are shown enlarged.
  • the reader arm 3211 is depicted in a simplified form in FIG. 38.
  • the input device 3210 has substantially the same configuration as the input device 400 described above, and the hand rest 3205 is positioned so that the hand holding the distal end of the operation unit 110 can be placed on the ground when the elongated transmission unit 420 is in a substantially horizontal position.
  • the hand rest 3205 may be straight as shown in FIG. 36, curved as shown in FIG. 37, or any other type of hand rest, but all have a flat shape.
  • Figures 36 and 37 show hand rests with different contours, both have a flat shape as shown in Figure 38.
  • the hand rest does not have to be flat.
  • the hand rest may have a shape other than flat as long as it meets the following requirements: - The user's wrist does not move unnaturally when operating the input device. - You can operate the buttons without using your eyes, relying solely on the sensation of your hands.
  • Figure 39 shows the appearance of an operation console device 3900 that uses a non-flat hand rest 3910.
  • Figure 40 also shows an enlarged view of the area around the hand rest 3910.
  • the components other than the hand rest 3910 are the same as those in the configuration example shown in Figure 32, so individual explanations will be omitted.
  • the hand rest 3910 shown in Figures 39 and 40 is roughly U-shaped when viewed from the front, with the buttons 3912 and 3913 on both the left and right ends positioned higher than the contact area 3911 where the user places their hands. With this configuration of the hand rest 3910, the buttons 3912 and 3913 are positioned in places where the user's hands will not touch them while operating the input devices 3210L and 3210R. This prevents the buttons 3912 and 3913 from being accidentally operated with hands that are in contact with the contact area 3911.
  • Each button 3912 and 3913 may be positioned at a height that allows the user to press it with the side of their hand while gripping input devices 3210L and 3210R and with their hand still in contact with ground contact portion 3911.
  • each button 3912 and 3913 may be positioned at a height that the user cannot reach with the side of their hand while in contact with ground contact portion 3911. In the latter case, the user must remove their hand from input device 3210L or 3210R when they want to press button 3912 or 3913. In this case, safe operation can be ensured by assigning each button 3912 and 3913 a function that cannot (or must not be) executed simultaneously with the operation of input devices 3210L and 3210R.
  • E-1-3 Fixing the arm when not in operation E-1-3-1.
  • Arm Fixing Device By making each joint of the leader arm that supports the input device a passive joint and further removing the motor and brake from the leader arm, it is possible to achieve a lightweight and smooth movement of the input device with little friction (as mentioned above).
  • the operation console device may be equipped with an arm fixing device that fixes the reader arm when not in use.
  • the arm fixing device be able to fix the leader arm in a position where the user can operate it safely and stably. Without such measures, interference between the leader arm and the arm fixing device will occur when operating the input device, which will not only limit the range of motion of the input device and the leader arm but also be dangerous.
  • the operation console device may be further equipped with a movement device that moves the arm fixing device, so that the arm fixing device can be moved depending on the usage state of the input device.
  • the storage position where the arm fixing device is retracted needs to be a safe place where it will not interfere with the user's hands or the input device when operating the input device. It is also preferable that the storage position be as close to the connected position as possible so that it can be quickly moved to the connected position when operation of the input device is finished.
  • the storage position for the arm fixing device may be located below the hand rest.
  • the movement device may be triggered by a change in the operating state of the input device, and may electrically move the arm fixing device using an actuator such as a motor.
  • the movement device may also be configured to move the arm fixing device through manual operation by the user.
  • the trigger be input while the user's hand is in a safe position. For example, if the buttons on both ends of the hand rest (described above) are pressed simultaneously, the arm fixing device is moved from the retracted position to the connected position, and the user's hand is in a safe position, thereby avoiding the risk of the arm fixing device unintentionally colliding with the input device or the user's hand while moving.
  • the arm fixing device includes an adapter unit that connects to the operation unit at the distal end of the input device, and the reader arm is fixed by connecting this adapter unit to the operation unit.
  • the method for connecting the adapter unit to the operation unit is not particularly limited.
  • the adapter unit may be connected to the operation unit of the input device using a mechanical locking mechanism that utilizes magnetic attraction or claw engagement.
  • the adapter unit may be equipped with a sensor that can detect the connection status with the operation unit. Examples of methods for detecting the connection status using a sensor include the following:
  • connection is detected by a mechanical sensor, or by the activation of a mechanical switch due to connection.
  • Figures 41 and 42 show a specific example of an arm fixing device that moves in a sliding manner.
  • Figure 41 shows the arm fixing device 4100 in the coupled position
  • Figure 42 shows the arm fixing device 4100 in the retracted position below the hand rest.
  • the moving device 4110 consists of a slider that slides on a guide rail, and the slider equipped with the arm fixing device 4100 can be moved linearly using the power of a linear actuator or the like to move it between the connected position and the retracted position.
  • the position where the arm fixing device 4100 is at one end of the guide rail is the connected position (see Figure 41).
  • the adapter part 4101 at the tip of the arm fixing device 4100 connects to the bottom end of the operation part of the input device 3210, thereby fixing the reader arm 3211.
  • the adapter part 4101 connects to the bottom end of the operation part of the input device 3210 using a mechanical locking mechanism that utilizes magnetic attraction or claw engagement.
  • the adapter part 4101 may be equipped with a sensor that can detect the connection status with the operation part of the input device 3210.
  • Figure 42 shows the user in this state gripping and operating the operating section of the input device 3210. As the arm fixing device 4100 is retracted to the storage position, it does not interfere with the user's hand or the input device 3210, so it is safe.
  • the moving device 4110 is triggered by a change in the operating state of the input device 3210, and causes the slider carrying the arm fixing device 4100 to move in a straight line on a guide rail, thereby moving the arm fixing device 4100 from the storage position to the connected position, and conversely, from the connected position to the storage position.
  • Figures 43 and 44 show a specific example of a rotating, movable arm fixing device.
  • Figure 43 shows the arm fixing device 4300 in the connected position
  • Figure 44 shows the arm fixing device 4300 in the retracted position below the hand rest.
  • the moving device 4310 can be moved between the connected position and the retracted position by rotating the arm fixing device 4300 around a rotation axis set in the hand rest 3205.
  • the connected position (see Figure 43) is when the arm fixing device 4300 appears prominently in the user's work area in front of the hand rest 3205 due to the rotation of the moving device 4310.
  • the adapter unit 4301 at the tip of the arm fixing device 4300 connects to the bottom end of the operation unit of the input device 3210, thereby fixing the reader arm 3211.
  • the adapter unit 4301 connects to the bottom end of the operation unit of the input device 3210 using a mechanical locking mechanism that utilizes magnetic attraction or claw engagement.
  • the adapter unit 4301 may be equipped with a sensor that can detect the connection status with the operation unit of the input device 3210.
  • Figure 44 shows the user in this state gripping and operating the operating section of the input device 3210. As the arm fixing device 4300 is retracted to the storage position, it does not interfere with the user's hand or the input device 3210, so it can be seen that it is safe.
  • the movement device 4310 can be triggered by a change in the operating state of the input device 3210, and can move the arm fixing device 4300 from the storage position to the connected position, or conversely from the connected position to the storage position, by rotating the movement device 4310.
  • System Configuration Fig. 34 shows the external configuration of a leader-follower type surgery support robot system 1000 that uses the operation console device 3200 shown in Fig. 32 as the leader.
  • the surgical support robot system 1000 comprises a console unit 1010, an operation unit 1020, and a robot control device 1030.
  • the surgical robot system 1000 can use an external network.
  • the console unit 1010 and operation unit 1020 correspond to the leader device and follower device in a leader-follower system, respectively.
  • the robot control device 1030 links the console unit 1010 and operation unit 1020 to achieve leader-follower control.
  • the console unit 1010 is used, for example, when an operator remotely operates the operation unit 1020 from a location in an operating room away from the operating table 1050 (or outside the operating room).
  • the console unit 1010 includes the operation console device 3200 (or input device 400) shown in FIG. 32 as an input means for the operator.
  • the console unit 1010 transmits the operation commands to the operation unit 1020 via the robot control device 1030.
  • the operation unit 1020 operates the arms that support the surgical tools and imaging device in accordance with the operation commands received via the robot control device 1030, and performs surgery on the patient.
  • the operation unit 1020 includes a robot arm 1025 consisting of an articulated serial link, a sensor unit 1024 such as an imaging unit mounted on the distal end of the robot arm, one or more followers that hold various surgical tools and operate by following the leader, and a surgical tool exchange unit that exchanges the surgical tools attached to the followers.
  • the operation unit 1020 further includes a communication device capable of communicating various information with the robot control device 1030.
  • the robot control device 1030 has an external structure that is physically integrated with the operation unit 1020.
  • the robot control device 1030 is configured as a single physical unit (i.e., a single housing) in which the control devices for the console unit 1010, operation unit 1020, and imaging unit are all integrated.
  • the bottom of the housing of the robot control device 1030 is equipped with multiple (e.g., four) wheeled legs as a means of transportation. Therefore, an operator or assistant can manually push the housing of the robot control device 1030 and the operation unit 1020 to move them in and out of the operating room.
  • FIG 35 shows a schematic diagram of the functional configuration of the surgical support robot system 1000.
  • the robot control device 1030 is not shown in Figure 35.
  • the functions of the robot control device 1030 are realized by either the console unit 1010 or the operation unit 1020 (or by the cooperative operation of both units).
  • An operator such as a surgeon operates the leader 1012 (operation console device 3200) on the console unit 1010 side, and on the operation unit 1020 side installed in the operating room, surgery can be performed by controlling the drive of the follower 1022 that holds the surgical tools in accordance with the operator's operation of the leader.
  • the surgical tools referred to here are, for example, medical instruments such as forceps, insufflation tubes, energy treatment tools, excisors, and retractors.
  • the console unit 1010 includes a reader-side control unit 1011, a reader 1012, a reader-side communication unit 1013, and a display device 1014.
  • the console unit 1010 operates under the overall control of the reader-side control unit 1011.
  • the reader 1012 is configured using the operation console device 3200 (or input device 400) shown in Figure 32, and is capable of input operations and force feedback in a three-axis polar coordinate system.
  • a user such as a surgeon
  • the follower 1022 which carries a surgical tool such as forceps, in the operation unit 1020.
  • it is possible to perform operations such as three translational degrees of freedom to translate the surgical tool, three rotational degrees of freedom to change the orientation of the surgical tool, and one degree of freedom of grasping, such as opening and closing the forceps.
  • the display device 1014 presents information about the surgery being performed in the operation unit 1020 to the operator of the reader 1022, based primarily on sensor information acquired by the sensor unit 1024 (described below) on the operation unit 1020 side.
  • the display device 1014 will display the captured image of the affected area on the screen in real time.
  • the sensor unit 1024 is equipped with a function to measure forces such as external forces and moments acting on the surgical tool carried by the follower 1022, and such force information is transferred with low latency to the console unit 1010 via the transmission path 1031, a reaction force can be presented to the operator using the force presentation function built into the reader 1012 (operation console device 3200).
  • the operation unit 1020 includes a follower-side control unit 1021, a follower 1022, a sensor unit 1024, and a follower-side communication unit 1024.
  • the operation unit 1020 operates in accordance with instructions from the console unit 1010 under the overall control of the follower-side control unit 1021.
  • the follower 1022 is, for example, a robot arm with a multi-joint link structure, and is equipped with a surgical tool or observation device as an end effector at its tip (or distal end).
  • surgical tools include forceps, an insufflation tube, an energy treatment device, a surgeon, and a retractor.
  • observation devices include an endoscope.
  • the follower-side control unit 1021 interprets operation commands sent from the console unit 1010 via the transmission path 1031, converts them into drive signals for actuators that drive each joint of the follower 1022, and outputs them.
  • the follower 1022 then operates based on the drive signals from the follower-side control unit 1021.
  • the follower-side control unit 1021 performs drive control to realize the operation of the follower 1022 in accordance with the received operation command.
  • an operating unit having multiple degrees of freedom disposed at a distal end; a transmission unit that supports the operation unit at a distal end and transmits the operation of each degree of freedom of the operation unit via a cable; a measurement unit that supports the transmission unit near an end portion on a base side and measures the movement of the operation unit for each degree of freedom transmitted by the transmission unit;
  • An input device comprising:
  • the transmission unit transmits the operation of each degree of freedom of the operation unit to the measurement unit using a plurality of cables.
  • the input device according to any one of (1) and (2) above.
  • the measuring unit includes a rotation sensor, The shaft of the operating unit and the shaft of the rotation sensor are connected by a cable, and the rotation sensor is pulled by the cable to detect the rotation angle of the rotated shaft.
  • the input device according to any one of (1) to (3) above.
  • the operation unit includes a first link supported on a distal end of the transmission unit so as to be rotatable about a first axis perpendicular to the longitudinal direction, the transmission unit converts a rotational movement of the first link about the first axis into a linear movement of a first cable and transmits the linear movement; the measurement unit includes a first rotation sensor that measures a rotation angle of the first link about the first axis based on a rotational movement converted from a linear movement of the first cable.
  • the input device according to any one of (1) to (4) above.
  • the operation unit further includes a handle portion supported by the first link so as to be rotatable about a second axis perpendicular to the longitudinal direction and the first axis, the transmission unit converts the rotational movement of the handle unit about the second axis into a linear movement of a second cable and transmits the linear movement; the measurement unit includes a second rotation sensor that measures a rotation angle of the handle portion around the second axis based on a rotational movement converted from a linear movement of the second cable.
  • the operation unit further includes a cam portion supported rotatably about the second axis independently of the handle portion, the handle portion includes a pair of grip portions that open and close based on a rotation angle between the cam portion and the second axis, the transmission unit converts the rotational movement of the cam unit about the second axis into a linear movement of a third cable and transmits the linear movement; the measurement unit includes a third rotation sensor that measures a rotation angle of the cam portion about the second axis based on a rotational movement converted from a linear movement of the third cable.
  • the measurement unit includes a second link supported on a base side of the transmission unit so as to be rotatable around a third axis parallel to the first axis, the transmission unit converts the linear motion of the first cable into a rotational motion of the second link about the third axis, the first rotation sensor measures a rotation angle of the second link about the third axis;
  • the input device according to (7) above.
  • the second rotation sensor and the third rotation sensor are each held by the second link so as to be rotatable around a fourth axis parallel to the second axis, the transmission unit converts the linear motion of the second cable into a rotational motion of the second capstan about the fourth axis, and converts the linear motion of the third cable into a rotational motion of the third capstan about the fourth axis, the second rotation sensor measures a rotation angle of the second capstan about the fourth axis, and the third rotation sensor measures a rotation angle of the third capstan about the fourth axis;
  • the input device according to (8) above.
  • a connecting portion is further provided to connect the ends of the second cable and the third cable to each other and apply a pretension.
  • the hand rest has a cushioned contact surface on which the user's hand rests.
  • the hand rest has a curved shape.
  • the hand rest is detachable and replaceable.
  • the operation console device according to (11) above.
  • the hand rest includes a button.
  • the hand rest has a shape in which a contact portion on which a user's hand is placed and the buttons are at different heights.
  • the operation console device according to any one of (12) and (13) above.
  • the hand rest includes a U-shape, and the buttons are arranged on both ends of the U-shape.
  • the operation console device according to (14) above.
  • the input device may further include a moving device that moves the arm fixing device depending on the use state of the input device.
  • the operation console device according to (15) above.
  • the moving device moves the arm fixing device to a coupling position where the arm fixing device can be coupled to the arm when the input device is operated, and retracts the arm fixing device to a storage position outside the movable range of the input device and the leader arm when the input device is not operated.
  • the operation console device according to (16) above.
  • the arm fixing device includes an adapter unit that is connected to an operation unit of the input device, and the adapter unit is connected to the operation unit to fix the arm.
  • the operation console device according to any one of (15) to (17) above.
  • the adapter unit includes a sensor that detects a connection state with the operation unit of the input device.
  • the operation console device according to (18) above.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 100...input device, 110...operation unit, 111...handle unit, 111a, 111b...grip unit, 120...transmission unit, 130...measurement unit, 300...leader arm, 301...leader arm main body, 303, 304...tilt link, 310...device holder unit, 311...first axis, 312...second axis, 313...third axis, 400...input device, 410...operation unit, 411...pitch link, 412...handle unit, 412a, 412b...grip unit, 412c...gripping axis, 413...cam unit, 420...transmission unit, 430...measurement unit, 431...first encoder, 432...second encoder, 433...third encoder, 440...pitch link, 511, 512...cable (for pitch axis) 513...Cable (for roll shaft), 514...Cable (for cam shaft) 523, 524...pulleys (for cable 513

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Abstract

Provided is an input device that can be used for operation of a remote robot or the like. This input device comprises: an operation unit that is disposed at a distal end and that has a plurality of freedom degrees; a transmission unit that supports the operation unit at the distal end and that transmits, via a cable, the motion for each of the freedom degrees of the operation unit; and a measurement unit that supports the transmission unit in the vicinity of an end on the root side, and that measures the motion for each of the freedom degrees of the operation unit transmitted by the transmission unit. The operation unit and the measurement unit are configured to be mirror-symmetrical via the transmission unit. The transmission unit transmits the operation for each of the freedom degrees of the operation unit to the measurement unit by using a plurality of cables.

Description

入力装置、操作コンソール装置、並びに手術支援ロボットシステムInput device, operation console device, and surgical support robot system

 本明細書で開示する技術(以下、「本開示」とする)は、例えばバーチャル空間での操作や遠隔ロボットの操作、ロボットのティーチングなどに利用可能な入力装置、並びにこの入力装置を適用する操作コンソール装置と手術支援ロボットシステムに関する。 The technology disclosed in this specification (hereinafter referred to as "the present disclosure") relates to an input device that can be used, for example, for operation in virtual space, remote robot operation, and robot teaching, as well as an operation console device and a surgical support robot system that use this input device.

 バーチャル空間での操作や遠隔ロボットの操作、ロボットのティーチングなどには、マニピュレータ式の入力装置が有効である。例えば、医師による手術を支援する手術支援ロボットシステムでは、医師などのオペレータが入力装置(リーダ)を操作することによって、術具及び撮像機器をそれぞれ支持する複数のロボットアーム(フォロワ)を動作させるリーダフォロワ型の遠隔操作方式が採用されている。マイクロサージャリー用途の手術支援ロボットを実現するには、リーダは、小型且つ軽量であるとともに、正確な姿勢検知が可能であることが要求される。 Manipulator-type input devices are effective for operations in virtual space, remote robot operation, and robot teaching. For example, surgical support robot systems that assist doctors in surgery use a leader-follower remote control method in which an operator such as a doctor operates an input device (leader) to operate multiple robot arms (followers) that support surgical tools and imaging equipment. To realize a surgical support robot for microsurgery, the leader must be small and lightweight, as well as capable of accurate posture detection.

特開2023-81078号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2023-81078 WO2023/145249WO2023/145249

 本開示の目的は、例えばバーチャル空間での操作や遠隔ロボットの操作、ロボットのティーチングなどに利用可能な入力装置、並びにこの入力装置を適用する操作コンソール装置と手術支援ロボットシステムを提供することにある。 The purpose of this disclosure is to provide an input device that can be used, for example, for operation in virtual space, remote robot operation, and robot teaching, as well as an operation console device and a surgical support robot system that apply this input device.

 本開示は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第1の側面は、
 遠位端に配置された、複数の自由度を有する操作部と、
 前記操作部を遠位端で支持し、前記操作部の自由度毎の動作をケーブルで伝達する伝達部と、
 前記伝達部を根元側の端部付近で支持し、前記伝達部が伝達した前記操作部の自由度毎の動作を計測する計測部と、
を具備する入力装置である。
The present disclosure has been made in consideration of the above problems, and a first aspect thereof is:
an operating unit having multiple degrees of freedom disposed at the distal end;
a transmission unit that supports the operation unit at a distal end and transmits the operation of each degree of freedom of the operation unit via a cable;
a measurement unit that supports the transmission unit near an end portion on a base side and measures the movement of the operation unit for each degree of freedom transmitted by the transmission unit;
It is an input device equipped with

 前記操作部と前記計測部は、前記伝達部を介して鏡対称となるように構成されている。前記伝達部は、複数本のケーブルを用いて前記操作部の自由度毎の動作を前記計測部に伝達する。前記計測部は回転センサを備えている。そして、前記操作部の軸と前記回転センサの軸をケーブルで連結して、前記回転センサは前記ケーブルにけん引されて回転した軸の回転角度を検知する。 The operating unit and the measuring unit are configured to be mirror images via the transmission unit. The transmission unit uses multiple cables to transmit the movement of each degree of freedom of the operating unit to the measuring unit. The measuring unit is equipped with a rotation sensor. The axis of the operating unit and the axis of the rotation sensor are connected by a cable, and the rotation sensor detects the rotation angle of the axis rotated by being pulled by the cable.

 また、本開示の第2の側面は、
 入力装置と、
 前記入力装置を支持するアームと、
 前記入力装置を操作中のユーザの手を接地するハンドレストと、
を具備し、
 前記入力装置は、請求項1乃至9のいずれか1つに記載の入力装置である、
操作コンソール装置である。
Furthermore, a second aspect of the present disclosure is
An input device;
an arm supporting the input device;
a hand rest for placing a user's hand on the input device while the user is operating the input device;
Equipped with
The input device is an input device according to any one of claims 1 to 9.
It is an operation console device.

 第2の側面に係る操作コンソール装置は、前記アームを固定するアーム固定装置と、前記入力装置の使用状態に応じて前記アーム固定装置を移動させる移動装置をさらに備える。前記アーム固定装置は、前記入力装置の操作部と連結するアダプタ部を備え、前記アダプタ部が前記操作部と連結することにより前記アームを固定する。また、前記移動装置は、前記入力装置の操作時に、前記アームと連結可能な連結位置に前記アーム固定装置を移動させるとともに、前記入力装置の操作時以外に、前記入力装置及びリーダアームの可動域から外れた格納位置まで前記アーム固定装置を退避させる。 The operation console device according to the second aspect further comprises an arm fixing device that fixes the arm, and a moving device that moves the arm fixing device depending on the usage state of the input device. The arm fixing device has an adapter that connects to the operation unit of the input device, and the adapter connects to the operation unit to fix the arm. Furthermore, when the input device is operated, the moving device moves the arm fixing device to a connecting position where it can be connected to the arm, and when the input device is not being operated, it retracts the arm fixing device to a storage position outside the range of motion of the input device and leader arm.

 また、本開示の第3の側面は、
 術具を装着するフォロワを1以上含むオペレーションユニットと、
 操作者が操作するリーダを1以上含むコンソールユニットと、
 術具で手術中の患者の患部の撮像画像を表示する表示装置と、
 前記リーダの操作に追従させて前記フォロワの動作を制御する制御装置と、
を具備し、
 前記リーダのうち少なくとも1つは、第1の側面に係る入力装置を含む、
手術支援ロボットシステムシステムである。
Furthermore, a third aspect of the present disclosure is
an operation unit including one or more followers to which surgical tools are attached;
a console unit including one or more readers operated by an operator;
a display device that displays an image of the affected area of the patient during surgery using a surgical tool;
a control device that controls the operation of the follower in accordance with the operation of the leader;
Equipped with
At least one of the readers includes an input device according to the first aspect.
It is a surgical assistance robot system.

 但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置(又は特定の機能を実現する機能モジュール)が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。すなわち、複数の部品又は機能モジュールからなる1つの装置も、複数の装置の集合体も、「システム」に相当する。 However, the term "system" used here refers to a logical collection of multiple devices (or functional modules that realize specific functions), regardless of whether each device or functional module is contained within a single housing. In other words, both a single device made up of multiple parts or functional modules and a collection of multiple devices are considered "systems."

 本開示によれば、ユーザが操作するハンドル部を小型且つ軽量化し、ケーブル伝達機構を用いて高精度に姿勢を検知する入力装置、並びにこの入力装置を適用する操作コンソール装置と手術支援ロボットシステムを提供することができる。 This disclosure makes it possible to provide an input device that has a small and lightweight handle operated by the user and detects posture with high accuracy using a cable transmission mechanism, as well as an operation console device and a surgical support robot system that use this input device.

 なお、本明細書に記載された効果は、あくまでも例示であり、本開示によりもたらされる効果はこれに限定されるものではない。また、本開示が、上記の効果以外に、さらに付加的な効果を奏する場合もある。 Note that the effects described in this specification are merely examples, and the effects brought about by this disclosure are not limited to these. Furthermore, this disclosure may also bring about additional effects in addition to the effects described above.

 本開示のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。 Further objects, features, and advantages of the present disclosure will become apparent from the following detailed description of the embodiments and accompanying drawings.

図1は、本開示を適用した入力装置100の基本構成を示した図である。FIG. 1 is a diagram showing the basic configuration of an input device 100 to which the present disclosure is applied. 図2は、本開示を適用した入力装置100の基本構成を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing the basic configuration of an input device 100 to which the present disclosure is applied. 図3は、入力装置100を支持するリーダアーム300の自由度構成例を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of the degree of freedom configuration of a reader arm 300 that supports the input device 100. As shown in FIG. 図4は、本開示を適用した入力装置400の具体的な構成例を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing a specific configuration example of an input device 400 to which the present disclosure is applied. 図5は、操作部410及び計測部430を拡大して示した図である。FIG. 5 is an enlarged view of the operation unit 410 and the measurement unit 430. As shown in FIG. 図6は、操作部410を部品毎に分解した様子を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing the operation unit 410 disassembled into individual components. 図7は、ハンドル部412が開閉動作する際にカム部413が回転運動する様子を示した図である。FIG. 7 is a diagram showing the state in which the cam portion 413 rotates when the handle portion 412 is opened or closed. 図8は、ハンドル部412が開閉動作する際にカム部413が回転運動する様子を示した図である。FIG. 8 is a diagram showing the state in which the cam portion 413 rotates when the handle portion 412 is opened or closed. 図9は、ハンドル部412が開閉動作する際にカム部413が回転運動する様子を示した図である。FIG. 9 is a diagram showing the state in which the cam portion 413 rotates when the handle portion 412 is opened or closed. 図10は、ハンドル部412が開閉動作する際にカム部413が回転運動する様子を示した図である。FIG. 10 is a diagram showing the state in which the cam portion 413 rotates when the handle portion 412 is opened or closed. 図11は、計測部430を部品毎に分解した様子を示した図である。FIG. 11 is a diagram showing the measuring unit 430 disassembled into individual components. 図12は、入力装置400の側面を示した図である。FIG. 12 is a side view of the input device 400. As shown in FIG. 図13は、入力装置400の動作例を示した図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of the operation of the input device 400. In FIG. 図14は、入力装置400の動作例を示した図である。FIG. 14 is a diagram showing an example of the operation of the input device 400. 図15は、入力装置400の動作例を示した図である。FIG. 15 is a diagram showing an example of the operation of the input device 400. 図16は、入力装置400の動作例を示した図である。FIG. 16 is a diagram showing an example of the operation of the input device 400. In FIG. 図17は、入力装置400の動作例を示した図である。FIG. 17 is a diagram showing an example of the operation of the input device 400. In FIG. 図18は、入力装置400の動作例を示した図である。FIG. 18 is a diagram showing an example of the operation of the input device 400. 図19は、入力装置400の動作例を示した図である。FIG. 19 is a diagram showing an example of the operation of the input device 400. 図20は、入力装置400の動作例を示した図である。FIG. 20 is a diagram showing an example of the operation of the input device 400. 図21は、入力装置400の動作例を示した図である。FIG. 21 is a diagram showing an example of the operation of the input device 400. 図22は、ピッチ軸回りの回転角を検出する仕組みを示した図である。FIG. 22 is a diagram showing a mechanism for detecting the rotation angle around the pitch axis. 図23は、ロール軸及びカム軸の回転の伝達機構を示した図である。FIG. 23 is a diagram showing a rotation transmission mechanism of the roll shaft and the cam shaft. 図24は、図23に示した伝達機構におけるロール回転動作を示した図である。FIG. 24 is a diagram showing the roll rotation operation in the transmission mechanism shown in FIG. 図25は、図23に示した伝達機構におけるロール回転動作を示した図である。FIG. 25 is a diagram showing the roll rotation operation in the transmission mechanism shown in FIG. 図26は、図23に示した伝達機構におけるロール回転動作を示した図である。FIG. 26 is a diagram showing the roll rotation operation in the transmission mechanism shown in FIG. 図27は、図23に示した伝達機構における把持動作を示した図である。27A and 27B are diagrams showing the gripping operation in the transmission mechanism shown in FIG. 図28は、図23に示した伝達機構における把持動作を示した図である。28A to 28C are diagrams showing the gripping operation in the transmission mechanism shown in FIG. 23. FIG. 図29は、図23に示した伝達機構における把持動作を示した図である。29A to 29C are diagrams showing the gripping operation in the transmission mechanism shown in FIG. 23. FIG. 図30は、カム軸とロール軸の回転角の差分とハンドル部の開閉動作の関係を説明するための図である。FIG. 30 is a diagram for explaining the relationship between the difference in rotation angle between the cam shaft and the roll shaft and the opening and closing operation of the handle portion. 図31は、カム軸とロール軸の回転角の差分と把持角度の関係を説明するための図である。FIG. 31 is a diagram for explaining the relationship between the difference in rotation angle between the cam shaft and the roll shaft and the grip angle. 図32は、操作コンソール装置3200の外観を示した図である。FIG. 32 is a diagram showing the appearance of the operation console device 3200. As shown in FIG. 図33は、操作コンソール装置3200のハンドレスト付近を拡大して示した図である。FIG. 33 is an enlarged view showing the vicinity of the hand rest of the operation console device 3200. 図34は、手術支援ロボットシステム1000の外観構成を示した図である。FIG. 34 is a diagram showing the external configuration of the surgery support robot system 1000. 図35は、手術支援ロボットシステム1000の機能的構成を示した図である。FIG. 35 is a diagram showing the functional configuration of the surgery support robot system 1000. 図36は、ストレート形状のハンドレストを示した図である。FIG. 36 shows a straight hand rest. 図37は、湾曲形状のハンドレストを示した図である。FIG. 37 shows a curved hand rest. 図38は、操作コンソール装置3200の側面図を示した図である。FIG. 38 is a side view of the operation console device 3200. 図39は、平坦でない形状のハンドレスト3910を用いた操作コンソール装置3900の外観を示した図である。FIG. 39 is a diagram showing the appearance of an operation console device 3900 using a non-flat hand rest 3910. 図40は、図39に示した操作コンソール装置3900のハンドレスト3910付近を拡大して示した図である。FIG. 40 is an enlarged view showing the vicinity of the hand rest 3910 of the operation console device 3900 shown in FIG. 図41は、スライド式アーム固定装置の具体例(連結位置)を示した図である。FIG. 41 is a diagram showing a specific example (connection position) of a sliding arm fixing device. 図42は、スライド式アーム固定装置の具体例(格納位置)を示した図である。FIG. 42 is a diagram showing a specific example of a sliding arm fixing device (in a retracted position). 図43は、回転式のアーム固定装置の具体例(連結位置)を示した図である。FIG. 43 is a diagram showing a specific example (connection position) of a rotary arm fixing device. 図44は、回転式のアーム固定装置の具体例(格納位置)を示した図である。FIG. 44 is a diagram showing a specific example (storage position) of a rotary arm fixing device.

 以下、図面を参照しながら本開示の実施形態について、以下の順に従って説明する。 Embodiments of the present disclosure will be described below in the following order, with reference to the drawings.

A.概要
B.入力装置の基本構成
C.入力装置の具体的構成
 C-1.全体構成
 C-2.操作部の構成
 C-3.計測部の構成
D.伝達機構と角度検出原理
 D-1.チルト動作の伝達機構
 D-2.パン動作の伝達機構
 D-3.把持動作の伝達機構
 D-4.角度検出原理と入出力関係
 D-5.まとめ
E.リーダフォロア型の手術支援ロボットシステム
 E-1.操作入力装置
  E-1-1.操作入力装置の外観
  E-1-2.ハンドレスト
  E-1-3.操作時以外でのアームの固定
   E-1-3-1.アーム固定装置
   E-1-3-2.移動装置
   E-1-3-3.アーム固定装置とリーダアームの連結
   E-1-3-4.アーム固定装置の具体例
 E-2.システム構成
A. Overview B. Basic configuration of the input device C. Specific configuration of the input device C-1. Overall configuration C-2. Configuration of the operation unit C-3. Configuration of the measurement unit D. Transmission mechanism and angle detection principle D-1. Transmission mechanism for tilt operation D-2. Transmission mechanism for pan operation D-3. Transmission mechanism for gripping operation D-4. Angle detection principle and input/output relationship D-5. Summary E. Leader-follower type surgical support robot system E-1. Operation input device E-1-1. Appearance of the operation input device E-1-2. Hand rest E-1-3. Fixing the arm when not in operation E-1-3-1. Arm fixing device E-1-3-2. Movement device E-1-3-3. Connection between the arm fixing device and leader arm E-1-3-4. Specific example of arm fixing device E-2. System configuration

A.概要
 リーダフォロワ型の手術支援ロボットでは、コントローラを用いてロボットの動きを制御する。例えばマイクロサージャリー用途では、軽量でコンパクトな操作ハンドルを持ったアーム型コントローラが必要となる。例えば、オペレータが手をハンドレストなどに乗せながら指先で操作したり両手を近づけて操作したりするには、コントローラのハンドル部をコンパクト化する必要がある。また、指先の軽い力で操作するには、アームを軽量化する必要があり、指先のわずかな動きを検知するには、回転角度センサを用いたアームが有効である。
A. Overview Leader-follower surgical robots use a controller to control the robot's movements. For example, in microsurgery applications, an arm-type controller with a lightweight and compact operating handle is required. For example, the handle of the controller needs to be compact so that the operator can operate it with their fingertips while resting their hands on a hand rest or by bringing both hands close together. Furthermore, the arm needs to be lightweight to operate it with light fingertip pressure, and an arm with a rotation angle sensor is effective in detecting slight fingertip movements.

 例えば腹腔鏡手術用途のロボットでは、アーム型コントローラにジンバル機構を用いることが一般的であるが(例えば、特許文献1を参照のこと)、ジンバル機構では手をハンドレストなどに乗せた操作ができないことや、アームが重くなることから、マイクロサージャリー用途には不向きと考えられる。 For example, in robots used for laparoscopic surgery, it is common to use a gimbal mechanism in the arm-type controller (see, for example, Patent Document 1), but a gimbal mechanism is considered unsuitable for microsurgery because it does not allow operation with the hand resting on a hand rest, and the arm becomes heavy.

 また、手術支援ロボットに適用可能で、把持部の近傍に配置したロール、ピッチ、ヨー及び把持の各回転軸を配置するとともに、駆動用のモータをアーム先端の把持部ではなくアームの根元部(又は近位端)に配置し、ケーブル伝達機構を用いてモータトルクを伝達する構造とし、先端の把持部を小型化し且つ広可動域化を実現した操作入力装置が提案されている(特許文献2を参照のこと)。この操作入力装置は、各回転軸の回転位置を計測する回転角センサ(エンコーダ)を備え、把持部の姿勢を検知する機能を有するとともに、各回転軸をそれぞれ駆動するモータを装備しているので、操作入力装置を扱うオペレータに力覚を提示する機能や、遠位端の把持部の姿勢を保持する機能を有している。 Furthermore, an operation input device has been proposed that is applicable to surgical support robots, and has roll, pitch, yaw, and grip rotation axes located near the gripper, with the drive motor located at the base (or proximal end) of the arm rather than in the gripper at the tip of the arm, and a cable transmission mechanism used to transmit motor torque, thereby miniaturizing the tip gripper and achieving a wide range of motion (see Patent Document 2). This operation input device is equipped with a rotation angle sensor (encoder) that measures the rotational position of each rotation axis, has the function of detecting the attitude of the gripper, and is equipped with motors that drive each rotation axis, so has the function of presenting a sense of force to the operator using the operation input device and maintaining the attitude of the gripper at the distal end.

 これに対し、本開示では、遠位端の操作部の姿勢検知機能を有しつつ、力覚提示機能及び姿勢保持機能を含まないことにより、さらなる小型化及び軽量化を実現する入力装置について提案する。本開示に係る入力装置は、後述するように、小型且つ軽量であるとともに、正確な姿勢検知が可能であることから、マイクロサージャリー用途に適している。 In contrast, this disclosure proposes an input device that has a posture detection function in the operating section at the distal end, but does not include a force feedback function or posture maintenance function, thereby achieving further miniaturization and weight reduction. As will be described later, the input device according to this disclosure is small and lightweight, and is capable of accurate posture detection, making it suitable for microsurgery applications.

B.入力装置の基本構成
 図1及び図2には、本開示を適用した入力装置100の基本構成を模式的に示している。入力装置100は、遠位端側に配置された、複数の自由度(例えば、3自由度)を有する操作部110と、操作部110の自由度毎の動作をケーブル(図1及び図2では図示しない)で伝達する伝達部120と、ケーブルを介して操作部110内の自由度毎の動作を計測する計測部130を備えている。但し、図1は遠位端側の操作部110を紙面手前に配置して描かれた入力装置100の模式図であり、図2では根元側の計測部130を紙面手前に配置して描かれた入力装置100の模式図である。
B. Basic Configuration of Input Device Figures 1 and 2 schematically show the basic configuration of an input device 100 to which the present disclosure is applied. The input device 100 includes an operation unit 110 disposed at the distal end thereof and having multiple degrees of freedom (e.g., three degrees of freedom), a transmission unit 120 that transmits the movement of each degree of freedom of the operation unit 110 via a cable (not shown in Figures 1 and 2), and a measurement unit 130 that measures the movement of each degree of freedom within the operation unit 110 via the cable. Note that Figure 1 is a schematic diagram of the input device 100 drawn with the operation unit 110 on the distal end side disposed at the front of the page, while Figure 2 is a schematic diagram of the input device 100 drawn with the measurement unit 130 on the base side disposed at the front of the page.

 操作部110は、一対のグリップ部111a及び111bを上端付近で把持軸111c回りに開閉自在に支持し、把持操作が可能なハンドル部111を備えている。そして、ハンドル部111は、伝達部120の先端に、ピッチ軸112を中心とする回転と、ロール軸113を中心とする回転が可能となるように取り付けられている。したがって、入力装置100は、ハンドル部110のピッチ回転、ロール回転、及び把持(グリップ部111a及び111bの開閉)の3自由度を持つ。 The operating unit 110 is equipped with a handle unit 111 that supports a pair of grip units 111a and 111b near the upper end so that they can be opened and closed freely around a grip axis 111c, and can be gripped. The handle unit 111 is attached to the tip of the transmission unit 120 so that it can rotate around a pitch axis 112 and a roll axis 113. Therefore, the input device 100 has three degrees of freedom: pitch rotation, roll rotation, and gripping (opening and closing of the grip units 111a and 111b) of the handle unit 110.

 伝達部120は、ハンドル部110のピッチ回転、ロール回転、及び把持の3自由度の動作を計測部130へ伝達するケーブルを挿通する、中空円筒のシャフトで構成される。図1及び図2ではケーブルの図示を省略しているが、後述するように4本のケーブルにより3軸と接続するものとする。伝達部120の長さは特に限定されない。オペレータの操作性や装置周辺の環境を考慮して、伝達部120の長さを決定するようにしてもよい。 The transmission unit 120 is composed of a hollow cylindrical shaft through which cables are inserted that transmit the three degrees of freedom of movement of the handle unit 110 - pitch rotation, roll rotation, and gripping - to the measurement unit 130. Although the cables are not shown in Figures 1 and 2, as will be described later, it is assumed that the transmission unit 120 is connected to three axes by four cables. There are no particular limitations on the length of the transmission unit 120. The length of the transmission unit 120 may be determined taking into account the operability of the operator and the environment around the device.

 計測部130は、伝達部120を介して各ケーブルの変位を計測して、その結果に基づいて操作部110内でのハンドル部111の把持角度、ピッチ軸回りの回転角度、及びロール軸回りの回転角度を算出する。計測部130は、各ケーブルをそれぞれ回転角センサ(エンコーダ)の回転軸のキャプスタンに巻き付け、ケーブルの直進方向の変位をプーリの回転変位に変換して、エンコーダによりハンドル部111の把持角度、ピッチ軸回りの回転角度、及びロール軸回りの回転角度をそれぞれ計測するようにしてもよい。 The measurement unit 130 measures the displacement of each cable via the transmission unit 120, and based on the results, calculates the grip angle of the handle unit 111 within the operation unit 110, the rotation angle around the pitch axis, and the rotation angle around the roll axis. The measurement unit 130 may wind each cable around a capstan on the rotation axis of a rotation angle sensor (encoder), convert the linear displacement of the cable into the rotational displacement of the pulley, and use the encoder to measure the grip angle of the handle unit 111, the rotation angle around the pitch axis, and the rotation angle around the roll axis.

 入力装置100の運用例の1つとして、リーダアームに支持して利用されることが想定される。図3には、図1及び図2に示した入力装置100を支持するリーダアーム300の自由度構成例を示している。説明の便宜上、リーダアーム本体301は、メカニカルグランド(MG)である天井に吊り下げられているものとする。実際には、リーダアーム300は、医師又は医療従事者などのオペレータが操作するコンソールユニット(後述)の装置本体に取り付けられる。 One possible use of the input device 100 is for it to be supported by a reader arm. Figure 3 shows an example of the degree of freedom configuration of a reader arm 300 that supports the input device 100 shown in Figures 1 and 2. For ease of explanation, the reader arm main body 301 is assumed to be suspended from the ceiling, which is the mechanical ground (MG). In reality, the reader arm 300 is attached to the device main body of a console unit (described below) operated by an operator such as a doctor or medical professional.

 リーダアーム300は、リーダアーム本体301と、入力装置100を保持する装置ホルダー部310と、装置ホルダー部310を2箇所で支持する2本のチルトリンク303及び304と、装置ホルダー部310とは反対側でリーダアーム本体301に取り付けられてリーダアーム300全体の重量バランスをとるカウンターバランス(図3では図示を省略)を備えている。 The reader arm 300 comprises a reader arm main body 301, a device holder section 310 that holds the input device 100, two tilt links 303 and 304 that support the device holder section 310 at two points, and a counterbalance (not shown in Figure 3) that is attached to the reader arm main body 301 on the side opposite the device holder section 310 and balances the weight of the entire reader arm 300.

 装置ホルダー部310は、入力装置100を、中空シャフトからなる伝達部120の中央付近で支持している。装置ホルダー部310は、ヨー軸(又は、伝達部120の長手軸)回りに回転可能に支持していてもよい。また、リーダアーム本体301は、2本のチルトリンク303及び304を介して装置ホルダー部310を2箇所で支持している。 The device holder part 310 supports the input device 100 near the center of the transmission part 120, which is made up of a hollow shaft. The device holder part 310 may be supported so that it can rotate around the yaw axis (or the longitudinal axis of the transmission part 120). In addition, the reader arm main body 301 supports the device holder part 310 at two locations via two tilt links 303 and 304.

 リーダアーム300は、装置ホルダー部310を従動リンクとするとともに2本のチルトリンク303及び304を中間リンクとする平行リンク機構の従動リンク305を介して、入力装置100を支持している。入力装置100は、従動リンク305の両端の回転軸306及び307で、平行リンク機構(又は、リーダアーム300)に接続されている。 The leader arm 300 supports the input device 100 via a driven link 305 of a parallel link mechanism, which uses the device holder section 310 as the driven link and two tilt links 303 and 304 as intermediate links. The input device 100 is connected to the parallel link mechanism (or leader arm 300) by rotation axes 306 and 307 at both ends of the driven link 305.

 また、リーダアーム300は、メカニカルグランドに対してリーダアーム本体301を鉛直なパン軸回りに回転させる第1軸(パン軸)311と、平行リンク機構(2本のチルトリンク303及び304)を含めて入力装置100をチルト動作させる第2軸(1つ目のチルト軸)312と、チルトリンク303及び304を含む平行リンク機構の原動リンク302を駆動させて入力装置100をチルト動作させる第3軸(2つ目のチルト軸)313を含んでいる。リーダアーム300が有する第1軸311、第2軸312、第3軸313はいずれも受動関節であり、平行リンク機構のうち第3軸313以外の関節も受動関節である。リーダアーム300が有する各関節を受動関節とし、さらにリーダアーム300からモータやブレーキを取り除くことで、軽量さと、摩擦の少ない滑らかな動きを実現することができる。 The leader arm 300 also includes a first axis (pan axis) 311 that rotates the leader arm main body 301 around a vertical pan axis relative to the mechanical ground, a second axis (first tilt axis) 312 that tilts the input device 100 including the parallel link mechanism (two tilt links 303 and 304), and a third axis (second tilt axis) 313 that drives the driving link 302 of the parallel link mechanism including the tilt links 303 and 304 to tilt the input device 100. The first axis 311, second axis 312, and third axis 313 of the leader arm 300 are all passive joints, and the joints of the parallel link mechanism other than the third axis 313 are also passive joints. By making each joint of the leader arm 300 a passive joint and further removing motors and brakes from the leader arm 300, it is possible to achieve a lightweight and smooth movement with little friction.

 入力装置100全体を第1軸311回りにパン動作させる操作や、第2軸312回りに(チルトリンク303及び304を含む平行リンク機構を含めて)入力装置100をチルト動作させる操作が可能である。さらに原動リンク304を第3軸313回りに回転させると従動リンク305が追従して回転することにより、リーダアーム300を固定させたままの状態で、第3軸313を中心に入力装置100だけをチルト動作させることができる。 The entire input device 100 can be panned around the first axis 311, or tilted around the second axis 312 (including the parallel link mechanism including tilt links 303 and 304). Furthermore, when the driving link 304 is rotated around the third axis 313, the driven link 305 rotates in response, allowing the input device 100 alone to be tilted around the third axis 313 while the reader arm 300 remains fixed.

C.入力装置の具体的構成
C-1.全体構成
 図4には、本開示を適用した入力装置400の具体的な構成例を示している。入力装置400は、操作部410と、伝達部420と、計測部430を備えている。操作部410は、伝達部420の遠位端側に取り付けられ、計測部430は、伝達部420の根元側の端部に取り付けられている。
C. Specific configuration of the input device
C-1. Overall Configuration Fig. 4 shows a specific configuration example of an input device 400 to which the present disclosure is applied. The input device 400 includes an operation unit 410, a transmission unit 420, and a measurement unit 430. The operation unit 410 is attached to the distal end side of the transmission unit 420, and the measurement unit 430 is attached to the base end side of the transmission unit 420.

 操作部410は、伝達部420の遠位端でピッチ軸414を中心として回転可能となるように支持されたピッチリンク411と、ピッチリンク411の遠位端でそれぞれロール軸415を中心として回転可能に支持されたハンドル部412及びカム部413を備えている。ロール軸415は、ピッチ軸414から遠位端の方向に少し(数ミリメートル程度)離間し、且つ、ピッチ軸414と直交している。また、ハンドル部412とカム部413は、互いに独立してロール軸415回りに回転する。 The operating unit 410 includes a pitch link 411 supported at the distal end of the transmission unit 420 so as to be rotatable around a pitch axis 414, and a handle unit 412 and a cam unit 413 supported at the distal end of the pitch link 411 so as to be rotatable around a roll axis 415. The roll axis 415 is spaced slightly (by a few millimeters) from the pitch axis 414 toward the distal end, and is perpendicular to the pitch axis 414. The handle unit 412 and cam unit 413 rotate about the roll axis 415 independently of each other.

 ハンドル部412は、一対のグリップ部412a及び412bを、それぞれの上端付近で把持軸412cを開閉軸として開閉可能となるように保持している。カム部413は、一対のグリップ部412a及び412bが開閉動作して間隔が変化する直線運動を、自身のロール軸415回りの回転運動に変換する役割を持つ。したがって、ハンドル部412とカム部413それぞれのロール軸415回りの回転角度の差分に基づいて、グリップ部412a及び412bの間の開閉角度(すなわち把持角度)が決まる。 The handle portion 412 holds the pair of grip portions 412a and 412b so that they can be opened and closed around a gripping axis 412c near the upper end of each. The cam portion 413 has the role of converting the linear motion of the pair of grip portions 412a and 412b, which changes the distance between them as they open and close, into rotational motion around its own roll axis 415. Therefore, the opening and closing angle (i.e., the gripping angle) between the grip portions 412a and 412b is determined based on the difference in the rotation angles of the handle portion 412 and the cam portion 413 around the roll axis 415.

 後述するように、ピッチリンク411には、ピッチ軸414を回転軸とするピッチ軸入力キャプスタンが固定され、ハンドル部412には、ロール軸415を回転軸とするロール軸入力キャプスタンが固定され、カム部413には、ロール軸415を回転軸とするカム軸入力キャプスタンが固定されている。そして、ピッチ軸入力キャプスタンには、正逆の各回転方向に2本のケーブルが巻き付けられている。また、ロール軸入力キャプスタンとカム軸入力キャプスタンには、それぞれ1本のケーブルが、ロール軸415回りに互いに逆方向に巻き付けられている。 As will be described later, a pitch axis input capstan with the pitch axis 414 as its rotation axis is fixed to the pitch link 411, a roll axis input capstan with the roll axis 415 as its rotation axis is fixed to the handle portion 412, and a cam axis input capstan with the roll axis 415 as its rotation axis is fixed to the cam portion 413. Two cables are wound around the pitch axis input capstan, one for each rotation direction. In addition, one cable is wound around each of the roll axis input capstan and the cam axis input capstan, in opposite directions around the roll axis 415.

 伝達部420は、中空円筒状のシャフトで構成され、操作部410の各入力キャプスタンに巻き付けられた上記の4本のケーブルを円筒内に挿通している。これら4本のケーブルは、操作部410側のピッチリンク411のピッチ軸414回りの回転動作と、ハンドル部412とカム部413のロール軸415回りの回転動作を根元側の計測部430まで伝達する役割をそれぞれ持つ。伝達部420の長さは特に限定されない。オペレータの操作性や装置周辺の環境を考慮して、伝達部420の長さを決定するようにしてもよい。 The transmission unit 420 is composed of a hollow cylindrical shaft, and the four cables wound around each input capstan of the operating unit 410 are inserted into the cylinder. These four cables each have the role of transmitting the rotational movement of the pitch link 411 on the operating unit 410 side about the pitch axis 414, and the rotational movement of the handle unit 412 and cam unit 413 about the roll axis 415, to the measurement unit 430 on the base side. The length of the transmission unit 420 is not particularly limited. The length of the transmission unit 420 may be determined taking into account the operability of the operator and the environment around the device.

 計測部430は、伝達部420の他方の端部で、操作部410側のピッチ軸414及びロール軸415とはそれぞれ鏡対称なピッチ軸434及びロール軸435を持つ。ロール軸435は、ピッチ軸434から近位端の方向に離間し、且つ、ピッチ軸434と直交している。そして、計測部430は、ピッチ軸434回りの回転角度を計測する第1エンコーダ431と、伝達部420の他方の端部でピッチ軸434を中心として回転可能となるように支持されたピッチリンク440と、それぞれロール軸435回りの回転角度を計測する第2エンコーダ432及び第3エンコーダ433を備えている。 The measurement unit 430 is located at the other end of the transmission unit 420 and has a pitch axis 434 and a roll axis 435 that are mirror images of the pitch axis 414 and roll axis 415 on the operation unit 410 side. The roll axis 435 is spaced away from the pitch axis 434 in the proximal end direction and is perpendicular to the pitch axis 434. The measurement unit 430 is equipped with a first encoder 431 that measures the angle of rotation around the pitch axis 434, a pitch link 440 that is supported at the other end of the transmission unit 420 so as to be rotatable around the pitch axis 434, and a second encoder 432 and a third encoder 433 that each measure the angle of rotation around the roll axis 435.

 計測部430側では、伝達部420に挿通された上記4本のケーブルの直動動作から、操作部410側でのピッチリンク411のピッチ軸回りの回転動作、ハンドル部412とカム部413それぞれのロール軸415回りの回転動作が再現される。 On the measurement unit 430 side, the linear motion of the four cables inserted into the transmission unit 420 reproduces the rotational motion of the pitch link 411 around the pitch axis on the operation unit 410 side, and the rotational motion of the handle unit 412 and cam unit 413 around the roll axis 415.

 具体的には、第1エンコーダ431は、ピッチ軸434を中心に回転可能に取り付けられたピッチ軸出力キャプスタン(後述)のピッチ軸434回りの回転角度を計測する。このピッチ軸出力キャプスタンには、操作部410側のピッチ軸入力キャプスタンに巻き付けられた2本のケーブル(前述)が、伝達部420を介して、同様に正逆の各回転方向に巻き付けられている。したがって、第1エンコーダ431は、ピッチリンク411のピッチ軸414回りの回転に対応する回転角度θE1を計測することができる。 Specifically, the first encoder 431 measures the rotation angle around the pitch shaft 434 of a pitch shaft output capstan (described later) that is mounted rotatably about the pitch shaft 434. The two cables (described above) that are wound around the pitch shaft input capstan on the operation unit 410 side are similarly wound around this pitch shaft output capstan in the forward and reverse rotation directions via the transmission unit 420. Therefore, the first encoder 431 can measure the rotation angle θ E1 that corresponds to the rotation of the pitch link 411 around the pitch shaft 414.

 また、第2エンコーダ432は、ロール軸435を中心に回転可能に取り付けられたロール軸出力キャプスタン(後述)のロール435軸回りの回転角度を計測する。このロール出力キャプスタンには、操作部410側のロール軸入力キャプスタンに巻き付けられたケーブル(前述)が、伝達部420を介して巻き付けられている。したがって、第2エンコーダ432は、ハンドル部412のロール軸415回りの回転に対応する回転角度θE2を計測することができる。 The second encoder 432 also measures the rotation angle of a roll shaft output capstan (described later) that is mounted rotatably around the roll shaft 435. The cable (described above) that is wound around the roll shaft input capstan on the operation unit 410 side is wound around this roll output capstan via the transmission unit 420. Therefore, the second encoder 432 can measure the rotation angle θ E2 that corresponds to the rotation of the handle unit 412 around the roll shaft 415.

 また、第3エンコーダ433は、ロール軸435を中心に回転可能に取り付けられたカム軸出力キャプスタン(後述)のロール軸435回りの回転角度を計測する。このカム軸出力キャプスタンには、操作部410側のカム軸入力キャプスタンに巻き付けられたケーブル(前述)が、伝達部420を介して巻き付けられている。したがって、第3エンコーダ433は、カム部413のロール軸415回りの回転に対応する回転角度θE3を計測することができる。 Furthermore, the third encoder 433 measures the rotation angle of a camshaft output capstan (described later) that is mounted rotatably around the roll shaft 435. The cable (described above) that is wound around the camshaft input capstan on the operation unit 410 side is wound around this camshaft output capstan via the transmission unit 420. Therefore, the third encoder 433 can measure the rotation angle θ E3 that corresponds to the rotation of the cam unit 413 around the roll shaft 415.

 そして、計測部430で計測されたこれら3つの回転角度θE1、θE2、θE3から、操作部410側のピッチリンク411のピッチ軸414回りの回転角度θpitch、ハンドル部412のロール軸415回りの回転角度θroll、及びハンドル部412の把持角度θgraspを導出することができる。但し、操作部411側の各回転角度θpitch、θrollθgraspと、計測部430側で計測される回転角度θE1、θE2、θE3の入出力関係については後で詳細に説明する。 Then, the rotation angle θ pitch of the pitch link 411 on the operation unit 410 side about the pitch axis 414 , the rotation angle θ roll of the handle unit 412 about the roll axis 415, and the grip angle θ grasp of the handle unit 412 can be derived from these three rotation angles θ E1 , θ E2, and θ E3 measured by the measurement unit 430. However, the input/output relationship between the rotation angles θ pitch , θ roll , and θ grasp on the operation unit 411 side and the rotation angles θ E1 , θ E2 , and θ E3 measured by the measurement unit 430 side will be described in detail later.

 本開示に係る入力装置400では、操作部410のピッチリンク411のピッチ軸414回りの回転角や、ハンドル部412とカム部413のロール軸415回りの回転を検出するための回転角センサは、操作部410内には配置されない。したがって、操作部410を小型且つ軽量に構成することが可能であり、操作性が向上する。また、操作部410のこれらの回転動作は、伝達部420に挿通されたケーブル伝達機構を用いて伝達されて、計測部430側でハンドル部412の姿勢を正確(高分解能、低ノイズ、ドリフトなし)に検知することができる。したがって、本開示に係る入力装置400を、例えばマイクロサージャリー用途に好適に適用することができる。 In the input device 400 according to the present disclosure, rotation angle sensors for detecting the rotation angle of the pitch link 411 of the operating unit 410 about the pitch axis 414 and the rotation of the handle unit 412 and cam unit 413 about the roll axis 415 are not located within the operating unit 410. This allows the operating unit 410 to be made small and lightweight, improving operability. Furthermore, these rotational movements of the operating unit 410 are transmitted using a cable transmission mechanism inserted into the transmission unit 420, allowing the posture of the handle unit 412 to be detected accurately (high resolution, low noise, no drift) on the measuring unit 430 side. Therefore, the input device 400 according to the present disclosure can be suitably applied to, for example, microsurgery applications.

C-2.操作部の構成
 図5には、伝達部420の中央付近の図示を省略して、両端の操作部410及び計測部430をそれぞれ拡大して示している。このうち図5右には、操作部410を拡大して示している。さらに図6には、操作部410の各部品を分解して示している。
C-2. Configuration of the Operation Unit In Fig. 5, the central portion of the transmission unit 420 is omitted, and the operation unit 410 and measurement unit 430 at both ends are shown enlarged. The right side of Fig. 5 shows an enlarged view of the operation unit 410. Furthermore, Fig. 6 shows an exploded view of each component of the operation unit 410.

 図5右及び図6を参照すると、操作部410は、ピッチリンク411と、ハンドル部412及びカム部413を備えている。 Referring to the right of Figure 5 and Figure 6, the operating unit 410 includes a pitch link 411, a handle portion 412, and a cam portion 413.

 ピッチリンク411は、伝達部420の遠位端で、ピッチ軸414を中心に回転可能となるように、一対の接合部604(図6を参照のこと)を介して軸支されている。したがって、ピッチリンク411の遠位端側に搭載されたハンドル部412及びカム部413は、ピッチリンク411とともにピッチ軸414を中心に回転可能な構造となっている。 The pitch link 411 is supported at the distal end of the transmission unit 420 via a pair of joints 604 (see Figure 6) so that it can rotate around the pitch axis 414. Therefore, the handle unit 412 and cam unit 413 mounted on the distal end of the pitch link 411 are structured to be rotatable around the pitch axis 414 together with the pitch link 411.

 ピッチリンク411には、ピッチ軸414を回転中心とするピッチ軸入力キャプスタン601(図6を参照のこと)が一体となっている。ピッチ軸入力キャプスタン601には、正逆の各回転方向に2本のケーブル511及び512が巻き付けられている。これらのケーブル511及び512は、伝達部420に挿通され、ピッチ軸入力キャプスタン601(すなわち、ピッチリンク411)のピッチ軸414回りの回転を計測部430側に伝達する。 The pitch link 411 is integral with a pitch axis input capstan 601 (see Figure 6), which rotates around the pitch axis 414. Two cables 511 and 512 are wound around the pitch axis input capstan 601 in the forward and reverse rotation directions. These cables 511 and 512 are inserted into the transmission unit 420 and transmit the rotation of the pitch axis input capstan 601 (i.e., the pitch link 411) around the pitch axis 414 to the measurement unit 430.

 ハンドル部412は、ピッチリンク411の遠位端側で、ピッチリンク411に対しロール軸415を中心に回転可能となるように、ピッチリンク411に支持されている。また、カム部413は、ハンドル部412とは独立してロール軸415を中心に回転可能となるように、軸受部606を介してピッチリンク411に支持されている。 The handle portion 412 is supported by the pitch link 411 at the distal end of the pitch link 411 so as to be rotatable around the roll axis 415 relative to the pitch link 411. The cam portion 413 is supported by the pitch link 411 via a bearing portion 606 so as to be rotatable around the roll axis 415 independently of the handle portion 412.

 ハンドル部412は、下半分のロール軸部611と、上半分のグリッパ支持部612と、グリッパ支持部612の上端に結合されたスタイラス部613からなる。ロール軸部611は、ピッチリンク411の遠位端に形成されたロール軸415と同軸状の開口部に下方から、軸受部603を介して挿入され、上方のグリッパ支持部612と一体的に結合されて、ピッチリンク411に対しロール軸415を中心に回転可能となるように、軸受部603を介してピッチリンク411に支持される構造となっている。グリッパ支持部612には、一対のグリップ部412a及び412bがそれぞれの上端付近で把持軸412cを中心に開閉可能となるように取り付けられている。グリッパ支持部612の上端に結合されたスタイラス部613は、ユーザがペンのように握ることができるように、例えば細棒状の形状である。 The handle portion 412 consists of a roll shaft portion 611 in the lower half, a gripper support portion 612 in the upper half, and a stylus portion 613 connected to the upper end of the gripper support portion 612. The roll shaft portion 611 is inserted from below via a bearing portion 603 into an opening coaxial with the roll shaft 415 formed at the distal end of the pitch link 411, and is integrally connected to the upper gripper support portion 612. It is supported by the pitch link 411 via the bearing portion 603 so that it can rotate around the roll shaft 415 relative to the pitch link 411. A pair of grip portions 412a and 412b are attached to the gripper support portion 612 near their respective upper ends so that they can be opened and closed around a gripping shaft 412c. The stylus portion 613 connected to the upper end of the gripper support portion 612 is, for example, rod-shaped so that the user can hold it like a pen.

 ハンドル部412(具体的には、下半分のロール軸部611)は、ロール軸415を回転中心とするロール軸入力キャプスタン614(図6を参照のこと)と一体となっている。ロール軸入力キャプスタン614には、片方向の1本のケーブル513の一端が巻き付けられている。このケーブル513は、ピッチ軸414と同軸のプーリ523と、プーリ523に隣接して配置されたピッチ軸414軸と平行な回転軸を持つプーリ524によってレイアウト調整が施された後、伝達部420に挿通され、ハンドル部412のロール軸415回りの回転を計測部430側に伝達する。プーリ523及び524は、一方の接合部604に、回転可能に軸支されている。 The handle section 412 (specifically, the lower half of the roll axis section 611) is integrated with a roll axis input capstan 614 (see Figure 6), which rotates around the roll axis 415. One end of a single one-way cable 513 is wound around the roll axis input capstan 614. This cable 513 undergoes layout adjustment using a pulley 523 coaxial with the pitch axis 414 and a pulley 524 positioned adjacent to the pulley 523 and having an axis of rotation parallel to the pitch axis 414. After that, the cable 513 is inserted into the transmission section 420 and transmits the rotation of the handle section 412 around the roll axis 415 to the measurement section 430. The pulleys 523 and 524 are rotatably supported on one of the joints 604.

 カム部413は、ハンドル部412とは独立してロール軸415を中心に回転可能となるように、軸受部606を介してピッチリンク411に支持されている。カム部413は、ロール軸415を回転中心とするカム軸入力キャプスタン615(図6を参照のこと)と一体となっている。カム軸入力キャプスタン615には、片方向の1本のケーブル514の一端が、上記のケーブル513とは逆向きに巻き付けられている。このケーブル514は、ピッチ軸414と同軸のプーリ525と、プーリ525に隣接して配置されたピッチ軸414軸と平行な回転軸を持つプーリ526によってレイアウト調整が施された後、伝達部420に挿通され、カム部413のロール軸415回りの回転を計測部430側に伝達する。プーリ525及び526は、他方の接合部604に、回転可能に軸支されている。 The cam section 413 is supported by the pitch link 411 via the bearing section 606 so that it can rotate around the roll axis 415 independently of the handle section 412. The cam section 413 is integrated with a camshaft input capstan 615 (see Figure 6), which rotates around the roll axis 415. One end of a single unidirectional cable 514 is wound around the camshaft input capstan 615 in the opposite direction to the cable 513. This cable 514 undergoes layout adjustment using a pulley 525 coaxial with the pitch axis 414 and a pulley 526 positioned adjacent to the pulley 525 and having a rotation axis parallel to the pitch axis 414. After that, the cable 514 is inserted into the transmission section 420 and transmits the rotation of the cam section 413 around the roll axis 415 to the measurement section 430. The pulleys 525 and 526 are rotatably supported by the other joint 604.

 カム部413は、ユーザによる開閉動作に応じて一対のグリップ部412a及び412bの間隔が変化する直線運動を、自身のロール軸415回りの回転運動に変換する役割を持つ。カム部413は、上面に、一対の突起部621及び622(図6を参照のこと)が、ロール軸415に対し対称的な位置に突設されている。各突起部621及び622には、それぞれ環状の当接部材623及び624が取り付けられている。ハンドル部412が把持操作される際に、一方の突起部621は当接部材623を介してグリップ部412aの内側面に当接し、他方の突起部622は当接部材623を介してグリップ部412bの内側面に当接する。また、カム部413は、各突起部621及び622それぞれの外側の周縁部に、リブ625及び626が形設されている。リブ625は、ハンドル部412の開閉操作の際に、グリップ部412aが過度に開かないように、その開閉角度を規制している。また、リブ626は、ハンドル部412の開閉操作の際に、グリップ部412bが過度に開かないように、その開閉角度を規制している。 The cam portion 413 has the role of converting linear motion, which changes the distance between the pair of grip portions 412a and 412b in response to the user's opening and closing operations, into rotational motion around its own roll axis 415. A pair of protrusions 621 and 622 (see Figure 6) are protruding from the upper surface of the cam portion 413 at positions symmetrical with respect to the roll axis 415. Annular abutment members 623 and 624 are attached to each of the protrusions 621 and 622, respectively. When the handle portion 412 is gripped, one protrusion 621 abuts against the inner surface of the grip portion 412a via the abutment member 623, and the other protrusion 622 abuts against the inner surface of the grip portion 412b via the abutment member 623. Furthermore, ribs 625 and 626 are formed on the outer peripheral edges of each of the protrusions 621 and 622 of the cam portion 413. The rib 625 regulates the opening and closing angle of the grip portion 412a to prevent it from opening too far when the handle portion 412 is opened or closed. The rib 626 regulates the opening and closing angle of the grip portion 412b to prevent it from opening too far when the handle portion 412 is opened or closed.

 参考のため、図7~図10には、操作部410のうちロール軸415付近を拡大して、ハンドル部412が開閉動作する際にカム部413が回転運動する様子を示している。図7~図10の順に、開成状態のハンドル部412が徐々に閉じていく様子を示している。ハンドル部412の開閉動作に応じて、一対のグリップ部412a及び412bの間隔が変化する。これに対し、突起部621及び622間のハンドル部412の開閉方向の距離Dがグリップ部412a及び412bの間隔に収まるように、カム部413は、紙面反時計回りに回転していく。図10に示すように、ハンドル部412が完全に閉じた状態では、突起部621及び622がハンドル部412の開閉方向と垂直の方向に並び、距離Dが最小となる。このようにハンドル部412が開閉操作される期間中、カム部413の回転運動によってカム軸入力キャプスタン615がロール軸415回りに回転し、このときの回転角度がケーブル514によって計測部430側に伝達される。なお、図7~図10から分かるように、ハンドル部412の開閉動作のいずれの状態においても、グリップ部412a及び412bの可動域は、それぞれリブ625及び626によってカム部413の面積内に収まっている。 For reference, Figures 7 to 10 show an enlarged view of the area around the roll axis 415 of the operating unit 410, illustrating the rotational movement of the cam portion 413 when the handle portion 412 is opened or closed. Figures 7 to 10 show the gradual closing of the handle portion 412 from an open state. The spacing between the pair of grip portions 412a and 412b changes in accordance with the opening and closing movement of the handle portion 412. In response to this, the cam portion 413 rotates counterclockwise on the page so that the distance D between the protrusions 621 and 622 in the opening and closing direction of the handle portion 412 falls within the spacing between the grip portions 412a and 412b. As shown in Figure 10, when the handle portion 412 is fully closed, the protrusions 621 and 622 are aligned in a direction perpendicular to the opening and closing direction of the handle portion 412, and the distance D is at its minimum. While the handle portion 412 is being opened or closed in this manner, the rotational movement of the cam portion 413 causes the camshaft input capstan 615 to rotate around the roll axis 415, and the rotation angle at this time is transmitted to the measurement portion 430 via the cable 514. As can be seen from Figures 7 to 10, in either state of the opening or closing operation of the handle portion 412, the range of motion of the grip portions 412a and 412b is kept within the area of the cam portion 413 by the ribs 625 and 626, respectively.

 本開示に係る入力装置400では、操作部410のピッチリンク411のピッチ軸414回りの回転角、ハンドル部412とカム部413のロール軸415回りの回転を検出するための回転角センサが操作部410内には配置されない。したがって、操作部410を小型且つ軽量に構成することが可能であり、操作性が向上する。 In the input device 400 according to the present disclosure, a rotation angle sensor for detecting the rotation angle of the pitch link 411 of the operating unit 410 about the pitch axis 414 and the rotation of the handle unit 412 and cam unit 413 about the roll axis 415 is not located within the operating unit 410. Therefore, the operating unit 410 can be made small and lightweight, improving operability.

C-3.計測部の構成
 図5左には、計測部430を拡大して示している。さらに図11には、計測部430の各部品を分解して示している。
C-3. Configuration of the Measuring Unit The left side of Fig. 5 shows an enlarged view of the measuring unit 430. Furthermore, Fig. 11 shows an exploded view of each component of the measuring unit 430.

 計測部430は、伝達部420の他方の端部で、操作部410側のピッチ軸414及びロール軸415とは鏡対称なピッチ軸434及びロール軸435を持つ。図5左及び図11を参照すると、計測部430は、ピッチ軸434回りの回転角度を計測する第1エンコーダ431と、伝達部420の他方の端部でピッチ軸434を中心として回転可能となるように支持されたピッチリンク440と、ピッチリンク440に保持されてそれぞれロール軸435回りの回転角度を計測する第2エンコーダ432及び第3エンコーダ433を備えている。 The measurement unit 430 is located at the other end of the transmission unit 420 and has a pitch axis 434 and a roll axis 435 that are mirror images of the pitch axis 414 and roll axis 415 on the operation unit 410 side. Referring to Figure 5 (left) and Figure 11, the measurement unit 430 is equipped with a first encoder 431 that measures the angle of rotation around the pitch axis 434, a pitch link 440 that is supported at the other end of the transmission unit 420 so as to be rotatable around the pitch axis 434, and a second encoder 432 and a third encoder 433 that are held by the pitch link 440 and each measure the angle of rotation around the roll axis 435.

 ピッチリンク440は、伝達部420の他方の端部で、ピッチ軸434を中心に回転可能となるように、一対の接合部1101(図11を参照のこと)を介して軸支されている。したがって、ピッチリンク440に搭載された第2エンコーダ432及び第3エンコーダ433は、ピッチリンク440とともにピッチ軸434を中心に回転可能な構造となっている。ピッチリンク440は、U字型形状を持つ部材であり、U字の底部にピッチ軸434が配置されている。 The pitch link 440 is supported at the other end of the transmission section 420 via a pair of joints 1101 (see Figure 11) so that it can rotate around the pitch axis 434. Therefore, the second encoder 432 and third encoder 433 mounted on the pitch link 440 are structured to be rotatable around the pitch axis 434 together with the pitch link 440. The pitch link 440 is a U-shaped member, with the pitch axis 434 located at the bottom of the U.

 ピッチリンク440のU字の底部には、ピッチ軸434を回転中心とするピッチ軸出力キャプスタンが一体となっている。図5左及び図11では、ピッチ軸出力キャプスタンは他の部品に隠れて見え難い。図12には、伝達部420やその他の部品を適宜断面にして、ピッチ軸出力キャプスタン1201を見え易くなるようにした、入力装置400の側面図を示している。 A pitch shaft output capstan, which rotates around the pitch shaft 434, is integrated into the bottom of the U-shape of the pitch link 440. In Figure 5 (left) and Figure 11, the pitch shaft output capstan is hidden by other components and is difficult to see. Figure 12 shows a side view of the input device 400 in which the transmission unit 420 and other components have been appropriately cross-sectioned to make the pitch shaft output capstan 1201 more visible.

 図12を参照すると、伝達部420の両端のピッチ軸入力キャプスタン601及びピッチ軸出力キャプスタン1201には、正逆の各回転方向に2本のケーブル511及び512が巻き付けられている。これらのケーブル511及び512は、伝達部420に挿通され、ピッチ軸入力キャプスタン601(すなわち、ピッチリンク411)のピッチ軸414回りの回転をピッチ軸出力キャプスタン1201に伝達する。 Referring to Figure 12, two cables 511 and 512 are wound around the pitch axis input capstan 601 and pitch axis output capstan 1201 at either end of the transmission unit 420, in the forward and reverse rotation directions. These cables 511 and 512 are inserted through the transmission unit 420 and transmit the rotation of the pitch axis input capstan 601 (i.e., pitch link 411) about the pitch axis 414 to the pitch axis output capstan 1201.

 計測部430側のピッチリンク440は、操作部410側のピッチリンク411と鏡対称である。したがって、操作部410側のピッチ軸入力キャプスタン601の回転がケーブル511及び512によってピッチ軸出力キャプスタン1201に伝達されると、計測部430側のピッチリンク440は、操作部410側のピッチリンク411と鏡対称にチルト動作する(図13~図15を参照のこと)。 The pitch link 440 on the measurement unit 430 side is mirror-symmetrical to the pitch link 411 on the operation unit 410 side. Therefore, when the rotation of the pitch axis input capstan 601 on the operation unit 410 side is transmitted to the pitch axis output capstan 1201 via cables 511 and 512, the pitch link 440 on the measurement unit 430 side tilts mirror-symmetrically to the pitch link 411 on the operation unit 410 side (see Figures 13 to 15).

 第1エンコーダ431は、ピッチ軸出力キャプスタン1201に対向して、ピッチ軸434と同軸となるように、接合部1101(図11を参照のこと)を介して取り付けられている。ピッチリンク411のピッチ軸414回りの回転に追従して、ピッチリンク440がピッチ軸434回りに回転する。そして、第1エンコーダ431は、ピッチリンク440のピッチ軸434回りの回転に対応するピッチ軸出力キャプスタン1201の回転角度θE1を計測する。 The first encoder 431 is attached via a joint 1101 (see FIG. 11 ) opposite the pitch shaft output capstan 1201 so as to be coaxial with the pitch shaft 434. The pitch link 440 rotates about the pitch shaft 434 in response to the rotation of the pitch link 411 about the pitch shaft 414. The first encoder 431 measures the rotation angle θ E1 of the pitch shaft output capstan 1201 corresponding to the rotation of the pitch link 440 about the pitch shaft 434.

 ピッチリンク440のU字の内部には、ロール軸出力キャプスタン1202及びカム軸出力キャプスタン1203が、ともにロール軸435を中心に回転可能となるように取り付けられている。図11に示すように、ロール軸出力キャプスタン1202とカム軸出力キャプスタン1203は、トーションばね1204を介して接続されている。したがって、ケーブル513とケーブル514の終端同士がトーションばね1204で結合されていることと等価である。トーションばね1204は、ケーブル513とケーブル514に予張力を与える。 The roll shaft output capstan 1202 and the camshaft output capstan 1203 are mounted inside the U-shape of the pitch link 440 so that they can both rotate around the roll shaft 435. As shown in FIG. 11, the roll shaft output capstan 1202 and the camshaft output capstan 1203 are connected via a torsion spring 1204. This is equivalent to the ends of cables 513 and 514 being joined together by the torsion spring 1204. The torsion spring 1204 applies pretension to cables 513 and 514.

 ロール軸出力キャプスタン1202は、ピッチリンク440のU字の一方(紙面の下側)の脚部に、軸受部1111及び1112を介して軸支されている。ロール軸出力キャプスタン1202には、操作部410側のロール軸入力キャプスタン614に巻き付けられた1本のケーブル513が巻き付けられている。このケーブル513は、伝送部420に挿通された後、いくつかのプーリ(一部は図示されない)を経てレイアウト調整が施された後、操作部410側のロール軸出力キャプスタン1202に巻き付けられている。このケーブル513は、ロール軸入力キャプスタン614のロール軸415回りの回転をロール軸出力キャプスタン1202に伝達する。 The roll axis output capstan 1202 is journaled on one leg (the lower side of the drawing) of the U-shape of the pitch link 440 via bearings 1111 and 1112. A cable 513, which is wound around the roll axis input capstan 614 on the operation unit 410 side, is wound around the roll axis output capstan 1202. This cable 513 is inserted into the transmission unit 420, passes through several pulleys (some not shown) for layout adjustment, and is then wound around the roll axis output capstan 1202 on the operation unit 410 side. This cable 513 transmits the rotation of the roll axis input capstan 614 around the roll axis 415 to the roll axis output capstan 1202.

 ピッチリンク440のU字の当該脚部の外側(紙面の下側)には、第2エンコーダ432が、U字の当該脚部を挟んでロール軸出力キャプスタン1202と対向し、ロール軸435と同軸となるように、一対の接合部1103(図11を参照のこと)を介して取り付けられている。第2エンコーダ432は、ハンドル部412(又は、ロール軸入力キャプスタン614)のロール軸415回りの回転に対応するロール軸出力キャプスタン1202の回転角度θE2を計測することができる。 A second encoder 432 is attached via a pair of joints 1103 (see FIG. 11 ) to the outside (lower side of the drawing) of the relevant leg of the U-shape of the pitch link 440, facing the roll axis output capstan 1202 with the relevant leg of the U in between, and coaxial with the roll axis 435. The second encoder 432 can measure the rotation angle θ E2 of the roll axis output capstan 1202 corresponding to the rotation of the handle unit 412 (or the roll axis input capstan 614) about the roll axis 415.

 カム軸出力キャプスタン1203は、ピッチリンク440のU字の他方(紙面の上側)の脚部に、軸受部1113及び1114を介して軸支されている。カム軸出力キャプスタン1203には、操作部410側のカム軸入力キャプスタン615に巻き付けられた1本のケーブル514が巻き付けられている。このケーブル514は、伝送部420に挿通された後、プーリ527及び528を経てレイアウト調整が施された後(プーリ528はピッチ軸434と同軸であり、プーリ527はピッチ軸434と平行な回転軸を持つ)、カム軸出力キャプスタン1203に巻き付けられている。このケーブル514は、カム軸入力キャプスタン615のロール軸415回りの回転をロール軸出力キャプスタン1202に伝達する。 The camshaft output capstan 1203 is journaled on the other leg (upper side of the page) of the U-shape of the pitch link 440 via bearings 1113 and 1114. A cable 514, which is wound around the camshaft input capstan 615 on the operating unit 410 side, is wound around the camshaft output capstan 1203. This cable 514 is inserted into the transmission unit 420, passes through pulleys 527 and 528 for layout adjustment (pulley 528 is coaxial with the pitch axis 434, and pulley 527 has an axis of rotation parallel to the pitch axis 434), and is then wound around the camshaft output capstan 1203. This cable 514 transmits the rotation of the camshaft input capstan 615 around the roll axis 415 to the roll axis output capstan 1202.

 なお、ロール軸出力キャプスタン1202とカム軸出力キャプスタン1203はトーションばね1204を介して結合しており、ケーブル513とケーブル514の終端同士がトーションばね1204で結合されていることと等価である(前述)。 Note that the roll shaft output capstan 1202 and the cam shaft output capstan 1203 are connected via a torsion spring 1204, which is equivalent to the ends of cables 513 and 514 being connected together by a torsion spring 1204 (as described above).

 ピッチリンク440のU字の当該脚部の外側(紙面の上側)には、第3エンコーダ433が、U字の当該脚部を挟んでカム軸出力キャプスタン1203と対向し、ロール軸435と同軸となるように、一対の接合部1104(図11を参照のこと)を介して取り付けられている。第3エンコーダ433は、カム部413(又は、カム軸入力キャプスタン615)のロール軸415回りの回転に対応するロール軸出力キャプスタン1202の回転角度θE3を計測することができる。 A third encoder 433 is attached via a pair of joints 1104 (see FIG. 11 ) to the outside of the leg of the U-shape of the pitch link 440 (upper side of the paper), facing the camshaft output capstan 1203 with the leg of the U in between, and coaxial with the roll shaft 435. The third encoder 433 can measure the rotation angle θ E3 of the roll shaft output capstan 1202, which corresponds to the rotation of the cam portion 413 (or the camshaft input capstan 615) about the roll shaft 415.

 そして、計測部430で計測されたこれら3つの回転角度θE1、θE2、θE3から、操作部410側のピッチリンク411のピッチ軸414回りの回転角度θpitch、ハンドル部412のロール軸415回りの回転角度θroll、及びハンドル部412の把持角度θgraspを導出することができる。但し、操作部411側の各回転角度θpitch、θrollθgraspと、計測部430側で計測される回転角度θE1、θE2、θE3の入出力関係については、後に詳細に説明する。 Then, the rotation angle θ pitch of the pitch link 411 on the operation unit 410 side about the pitch axis 414 , the rotation angle θ roll of the handle unit 412 about the roll axis 415, and the grip angle θ grasp of the handle unit 412 can be derived from these three rotation angles θ E1 , θ E2, θ E3 measured by the measurement unit 430. However, the input/output relationship between the rotation angles θ pitch , θ roll , θ grasp on the operation unit 411 side and the rotation angles θ E1 , θ E2 , θ E3 measured by the measurement unit 430 side will be described in detail later.

 操作部410側のピッチリンク411のピッチ軸414回りの回転角、ハンドル部412とカム部413のロール軸415回りの回転のこれらの回転動作は、伝達部420に挿通されたケーブル伝達機構を用いて伝達される。したがって、計測部430側ではハンドル部412の姿勢を正確(高分解能、低ノイズ、ドリフトなし)に検知することができる。したがって、本開示に係る入力装置400を、例えばマイクロサージャリー用途に好適に適用することができる。 The rotational movements of the pitch link 411 on the operating unit 410 side, the rotation angle around the pitch axis 414, and the rotation of the handle unit 412 and cam unit 413 around the roll axis 415, are transmitted using a cable transmission mechanism inserted into the transmission unit 420. Therefore, the measurement unit 430 side can accurately detect the position of the handle unit 412 (high resolution, low noise, no drift). Therefore, the input device 400 according to the present disclosure can be suitably applied to, for example, microsurgery applications.

 なお、本明細書で使用する用語について簡単に説明を行う。「キャプスタン」及び「アイドラプーリ」はともにプーリである。ケーブルのレイアウト調整や、ケーブルにテンションを加える用途で使用するプーリのことを、本明細書では「アイドラプーリ」又は単に「プーリ」と呼ぶ。また、ケーブルに動力を加える用途や、反対にケーブルからの力を軸力に変換する用途で使用するプーリのことを、本明細書では「キャプスタン」と呼び、入力キャプスタン及び出力キャプスタンはともにこの用途で使用されているプーリである。操作部410に配置されたキャブスタンを入力キャプスタン、ケーブルを介して動力が伝達される計測部430側のキャプスタンを出力キャプスタンとする。 A brief explanation of the terminology used in this specification will be provided. "Capstan" and "idler pulley" are both pulleys. A pulley used to adjust cable layout or apply tension to a cable is referred to as an "idler pulley" or simply as a "pulley" in this specification. A pulley used to apply power to a cable or, conversely, to convert force from the cable into axial force is referred to as a "capstan" in this specification, and both the input capstan and the output capstan are pulleys used for this purpose. The capstan located on the operating unit 410 is referred to as the input capstan, and the capstan on the measuring unit 430 side, to which power is transmitted via the cable, is referred to as the output capstan.

D.伝達機構と角度検出原理
 続いて、ケーブルを使った操作部410と計測部430の伝達機構と角度検出原理について説明する。但し、ユーザは、スタイラス部613をペンのように握って、操作部410をピッチ軸414回りに回転(チルト動作)させたり、操作部410をロール軸415回りに回転(パン動作)させたり、ハンドル部412の把持動作を行ったりするものとする。操作部410はユーザの操作に基づく動力を与える入力側とし、計測部430は動力がケーブル伝達を介して供給される出力側とする。
D. Transmission Mechanism and Angle Detection Principle Next, the transmission mechanism and angle detection principle between the operation unit 410 and the measurement unit 430 using a cable will be described. However, it is assumed that the user holds the stylus unit 613 like a pen and rotates the operation unit 410 around the pitch axis 414 (tilt operation), rotates the operation unit 410 around the roll axis 415 (pan operation), or grips the handle unit 412. The operation unit 410 is the input side that applies power based on the user's operation, and the measurement unit 430 is the output side to which power is supplied via cable transmission.

D-1.チルト動作の伝達機構
 操作部410側では、ピッチ軸414を回転中心とするピッチ軸入力キャプスタン601(図6を参照のこと)がピッチリンク411と一体となっている。ピッチ軸入力キャプスタン601には、正逆の各回転方向に2本のケーブル511及び512が巻き付けられている。これらのケーブル511及び512は、伝達部420に挿通されている。したがって、操作部410をピッチ軸414回りに回転(チルト動作)させると、ピッチ軸入力キャプスタン601(すなわち、ピッチリンク411)がピッチ軸414回りに回転し、この回転運動は伝達部420に挿通された2本のケーブル511及び512を介して計測部430側に伝達される。
D-1. Tilt Operation Transmission Mechanism On the operation unit 410 side, a pitch axis input capstan 601 (see FIG. 6 ), which has the pitch axis 414 as its rotation center, is integrated with the pitch link 411. Two cables 511 and 512 are wound around the pitch axis input capstan 601, one for each direction of rotation. These cables 511 and 512 are inserted into the transmission unit 420. Therefore, when the operation unit 410 is rotated around the pitch axis 414 (tilt operation), the pitch axis input capstan 601 (i.e., the pitch link 411) rotates around the pitch axis 414, and this rotational motion is transmitted to the measurement unit 430 side via the two cables 511 and 512 inserted into the transmission unit 420.

 一方、計測部430側では、ピッチリンク440が、伝達部420の他方の端部で、ピッチ軸434を中心に回転可能となるように、一対の接合部1101(図11を参照のこと)を介して軸支されている。ピッチ軸出力キャプスタン1201には、逆の各回転方向に2本のケーブル511及び512が巻き付けられている。したがって、操作部410側のピッチ軸入力キャプスタン601(すなわち、ピッチリンク411)のピッチ軸414回りの回転が、これらのケーブル511及び512を介して、計測部430側のピッチ軸出力キャプスタン1201に伝達される。その結果、ピッチリンク440は、ピッチリンク411のチルト動作に追従して、ピッチ軸434回りにチルト動作する。 Meanwhile, on the measurement unit 430 side, the pitch link 440 is supported at the other end of the transmission unit 420 via a pair of joints 1101 (see Figure 11) so that it can rotate around the pitch axis 434. Two cables 511 and 512 are wound around the pitch axis output capstan 1201, each in opposite rotation directions. Therefore, the rotation of the pitch axis input capstan 601 (i.e., the pitch link 411) on the operation unit 410 side about the pitch axis 414 is transmitted to the pitch axis output capstan 1201 on the measurement unit 430 side via these cables 511 and 512. As a result, the pitch link 440 tilts about the pitch axis 434 in response to the tilt movement of the pitch link 411.

 図13~図15には、入力装置400の動作例として、操作部410側のピッチリンク411のピッチ軸414回りのチルト動作に追従して、計測部430側でもピッチリンク440がピッチ軸434回りにチルト動作する様子を順に示している。操作部410と計測部430は、伝達部420の長手方向と垂直な面を基準に鏡対称な構造を持ち、ピッチリンク411が時計回りに回転すればピッチリンク440も時計回りに回転し、ピッチリンク411が反時計回りに回転すればピッチリンク440も反時計回りに回転する。 Figures 13 to 15 show, as an example of the operation of the input device 400, how the pitch link 440 on the measurement unit 430 side also tilts around the pitch axis 434 in response to the tilting of the pitch link 411 on the operation unit 410 side around the pitch axis 414. The operation unit 410 and measurement unit 430 have mirror-symmetrical structures with respect to a plane perpendicular to the longitudinal direction of the transmission unit 420, so that when the pitch link 411 rotates clockwise, the pitch link 440 also rotates clockwise, and when the pitch link 411 rotates counterclockwise, the pitch link 440 also rotates counterclockwise.

D-2.パン動作の伝達機構
 操作部410側では、ハンドル部412(具体的には、下半分のロール軸部611)は、ロール軸415を回転中心とするロール軸入力キャプスタン614(図6を参照のこと)と一体となっている。ロール軸入力キャプスタン614には、片方向の1本のケーブル513の一端が巻き付けられている。このケーブル513は、伝達部420に挿通されている。したがって、ハンドル部412のロール軸415回りの回転は、ケーブル513を介して計測部430側に伝達される。
D-2. Panning Operation Transmission Mechanism On the operation unit 410 side, the handle unit 412 (specifically, the lower half of the roll axis unit 611) is integrated with a roll axis input capstan 614 (see FIG. 6) that rotates around the roll axis 415. One end of a single one-way cable 513 is wound around the roll axis input capstan 614. This cable 513 is inserted into the transmission unit 420. Therefore, the rotation of the handle unit 412 around the roll axis 415 is transmitted to the measurement unit 430 side via the cable 513.

 また、操作部410側では、カム部413は、ハンドル部412とは独立してロール軸415を中心に回転可能となるように軸支されている。そして、カム部413は、ロール軸415を回転中心とするカム軸入力キャプスタン615と一体となっている。カム軸入力キャプスタン615には、片方向の1本のケーブル514の一端が、上記のケーブル513とは逆向きに巻き付けられている。このケーブル514は、伝達部420に挿通されている。したがって、カム部413のロール軸415回りの回転は、ケーブル514を介して計測部430側に伝達される。 Furthermore, on the operating unit 410 side, the cam unit 413 is journaled so as to be rotatable around the roll axis 415 independently of the handle unit 412. The cam unit 413 is integrated with a cam shaft input capstan 615, which rotates around the roll axis 415. One end of a single one-way cable 514 is wound around the cam shaft input capstan 615 in the opposite direction to the cable 513. This cable 514 is inserted into the transmission unit 420. Therefore, the rotation of the cam unit 413 around the roll axis 415 is transmitted to the measurement unit 430 side via the cable 514.

 一方、計測部430側では、ロール軸出力キャプスタン1202とカム軸出力キャプスタン1203は、それぞれピッチリンク440のU字の各脚部に、ロール軸435を中心に回転可能となるように軸支されている。ロール軸出力キャプスタン1202には、操作部410側のロール軸入力キャプスタン614に巻き付けられた1本のケーブル513が巻き付けられている。また、カム軸出力キャプスタン1203には、操作部410側のカム軸入力キャプスタン615に巻き付けられた1本のケーブル514が巻き付けられている。ケーブル513とケーブル514の終端同士がトーションばね1204で結合されている。したがって、ハンドル部412とカム部413のロール軸415回りの互いに逆方向の回転が、これらのケーブル513及び514を介して、計測部430側のロール軸出力キャプスタン1202及びカム軸出力キャプスタン1203にそれぞれ伝達される。その結果、ロール軸出力キャプスタン1202とカム軸出力キャプスタン1203は、ロール軸入力キャプスタン614のパン動作に追従して、ロール軸435回りに同じ方向に回転する。 On the other hand, on the measurement unit 430 side, the roll axis output capstan 1202 and the cam shaft output capstan 1203 are each supported on each leg of the U-shape of the pitch link 440 so that they can rotate around the roll axis 435. A cable 513, which is wound around the roll axis input capstan 614 on the operation unit 410 side, is wound around the roll axis output capstan 1202. In addition, a cable 514, which is wound around the cam shaft input capstan 615 on the operation unit 410 side, is wound around the cam shaft output capstan 1203. The ends of the cables 513 and 514 are connected to each other by a torsion spring 1204. Therefore, the rotations of the handle unit 412 and the cam unit 413 around the roll axis 415 in opposite directions are transmitted via these cables 513 and 514 to the roll axis output capstan 1202 and cam shaft output capstan 1203 on the measurement unit 430 side, respectively. As a result, the roll axis output capstan 1202 and the cam shaft output capstan 1203 rotate in the same direction around the roll axis 435, following the panning movement of the roll axis input capstan 614.

 図16~図18には、入力装置400の動作例として、操作部410側のハンドル部412のロール軸415回りのパン動作に追従して、計測部430側でロール軸出力キャプスタン1202とカム軸出力キャプスタン1203がロール軸435回りに回転する様子を順に示している。 As an example of the operation of the input device 400, Figures 16 to 18 sequentially show how the roll axis output capstan 1202 and cam shaft output capstan 1203 on the measurement unit 430 side rotate around the roll axis 435 in response to the panning movement around the roll axis 415 of the handle unit 412 on the operation unit 410 side.

D-3.把持動作の伝達機構
 操作部410側では、ハンドル部412は、一対のグリップ部412a及び412bを、それぞれの上端付近で把持軸412cを開閉軸として開閉可能となるように保持している。また、カム部413は、一対のグリップ部412a及び412bが開閉動作して間隔が変化する直線運動を、自身のロール軸415回りの回転運動に変換する役割を持つ。すなわち、ハンドル部412の開閉動作に応じて、ハンドル部412の開閉方向の突起部621及び622間の距離Dがグリップ部412a及び412bの間隔に収まるように、カム部413が回転する(図7~図10を参照のこと)。
D-3. Grip Motion Transmission Mechanism On the operating unit 410 side, the handle 412 holds the pair of grip portions 412a and 412b so that they can be opened and closed around a grip axis 412c near the upper end of each. The cam 413 converts the linear motion of the pair of grip portions 412a and 412b, which changes the distance between them as they open and close, into rotational motion around its own roll axis 415. In other words, the cam 413 rotates in response to the opening and closing of the handle 412 so that the distance D between the protrusions 621 and 622 of the handle 412 in the opening and closing direction is within the distance between the grip portions 412a and 412b (see FIGS. 7 to 10).

 カム部413は、ハンドル部412とは独立してロール軸415を中心に回転可能となるように軸支されている。そして、カム部413は、ロール軸415を回転中心とするカム軸入力キャプスタン615と一体となっている。カム軸入力キャプスタン615には、片方向の1本のケーブル514の一端が、上記のケーブル513とは逆向きに巻き付けられている。このケーブル514は、伝達部420に挿通されている。したがって、カム部413のロール軸415回りの回転は、ケーブル514を介して計測部430側に伝達される。但し、ハンドル部412の把持動作の際、ハンドル部412はロール軸415回りに回転せず、ロール軸入力キャプスタン614は回転しない(又は、ハンドル部412の把持動作は、ハンドル部412のロール軸415回りのパン動作とは独立して行われる)。 The cam unit 413 is journaled so that it can rotate around the roll axis 415 independently of the handle unit 412. The cam unit 413 is integrated with a cam shaft input capstan 615, which rotates around the roll axis 415. One end of a single one-way cable 514 is wound around the cam shaft input capstan 615 in the opposite direction to the cable 513. This cable 514 is inserted into the transmission unit 420. Therefore, the rotation of the cam unit 413 around the roll axis 415 is transmitted to the measurement unit 430 via the cable 514. However, when the handle unit 412 is gripped, the handle unit 412 does not rotate around the roll axis 415, and the roll axis input capstan 614 does not rotate (or the gripping of the handle unit 412 is performed independently of the panning movement of the handle unit 412 around the roll axis 415).

 一方、計測部430側では、カム軸出力キャプスタン1203は、ピッチリンク440のU字の脚部にロール軸435を中心に回転可能となるように軸支されている。カム軸出力キャプスタン1203には、操作部410側のカム軸入力キャプスタン615に巻き付けられた1本のケーブル514が巻き付けられている。また、ケーブル513とケーブル514の終端同士がトーションばね1204で結合されている。したがって、カム部413のロール軸415回りの回転が、ケーブル514を介して、計測部430側のカム軸出力キャプスタン1203にそれぞれ伝達される。その結果、カム軸出力キャプスタン1203は、ハンドル部412の把持動作に追従して、ロール軸435回りに同じ方向に回転する。 Meanwhile, on the measurement unit 430 side, the camshaft output capstan 1203 is journaled on the U-shaped leg of the pitch link 440 so that it can rotate around the roll axis 435. A single cable 514, which is itself wound around the camshaft input capstan 615 on the operation unit 410 side, is wound around the camshaft output capstan 1203. The ends of cables 513 and 514 are connected to each other by a torsion spring 1204. Therefore, the rotation of the cam unit 413 around the roll axis 415 is transmitted via cable 514 to the camshaft output capstan 1203 on the measurement unit 430 side. As a result, the camshaft output capstan 1203 rotates in the same direction around the roll axis 435, following the gripping action of the handle unit 412.

 図19~図21には、入力装置400の動作例として、操作部410側のハンドル部412を把持動作する様子を順に示している。ハンドル部412の把持動作に追従して、計測部430側でカム軸出力キャプスタン1203がロール軸435回りに回転する Figures 19 to 21 show an example of the operation of the input device 400, showing the sequential gripping of the handle portion 412 on the operation unit 410. Following the gripping of the handle portion 412, the camshaft output capstan 1203 on the measurement unit 430 rotates around the roll axis 435.

 なお、図13~図15では操作部410のピッチ(チルト)動作を、図16~図18では操作部410のロール(パン)動作を、図19~図21では操作部410の把持動作を、それぞれ個別に示した。これら3通りの動作をそれぞれ独立して行うことができる。但し、実際のユースケースでは、ユーザは、ピッチ動作、ロール動作、及び把持動作のうち2以上の動作を同時に組み合わせて操作部410を操作することも想定される。 Note that Figures 13 to 15 show the pitch (tilt) movement of the operation unit 410, Figures 16 to 18 show the roll (pan) movement of the operation unit 410, and Figures 19 to 21 show the gripping movement of the operation unit 410. These three movements can be performed independently. However, in actual use cases, it is expected that the user will operate the operation unit 410 by simultaneously combining two or more movements from the pitch movement, roll movement, and gripping movement.

D-4.角度検出原理と入出力関係
 図22には、入力装置400において、操作部410(又は、ピッチリンク410)のピッチ軸414回りの回転角を検出する仕組みを模式的に示している。
D-4. Angle Detection Principle and Input/Output Relationship FIG. 22 shows a schematic diagram of a mechanism for detecting the rotation angle of the operating unit 410 (or pitch link 410) around the pitch axis 414 in the input device 400.

 操作部410側のピッチ軸入力キャプスタン601は、ピッチ軸414を中心に回転可能である。また、計測部430側のピッチ軸出力キャプスタン1201は、ピッチ軸434を中心に回転可能である。そして、ピッチ軸入力キャプスタン601とピッチ軸出力キャプスタン1201には、2本のケーブル511及び512が巻き付けられている。ピッチ軸入力キャプスタン601の回転は、ケーブル511及び512を介して、ピッチ軸出力キャプスタン1201に伝達される。ピッチ軸入力キャプスタン601の回転角θpitchは、操作部410(又は、ピッチリンク410)のピッチ軸414回りの回転角に相当する。ここで、ピッチ軸入力キャプスタン601とピッチ軸出力キャプスタン1201の半径が同じであれば、第1エンコーダ431が計測したピッチ軸出力キャプスタン1201の回転角度θE1はピッチ軸入力キャプスタン601の回転角θpitchと同じになる。したがって、ピッチ軸に関する入出力関係は、下式(1)で表される。 The pitch axis input capstan 601 on the operating unit 410 side is rotatable around the pitch axis 414. The pitch axis output capstan 1201 on the measuring unit 430 side is rotatable around the pitch axis 434. Two cables 511 and 512 are wound around the pitch axis input capstan 601 and the pitch axis output capstan 1201. The rotation of the pitch axis input capstan 601 is transmitted to the pitch axis output capstan 1201 via the cables 511 and 512. The rotation angle θ pitch of the pitch axis input capstan 601 corresponds to the rotation angle of the operating unit 410 (or the pitch link 410) around the pitch axis 414. Here, if the pitch axis input capstan 601 and the pitch axis output capstan 1201 have the same radius, the rotation angle θ E1 of the pitch axis output capstan 1201 measured by the first encoder 431 will be the same as the rotation angle θ pitch of the pitch axis input capstan 601. Therefore, the input/output relationship regarding the pitch axis is expressed by the following equation (1).

 図23には、ロール軸入力キャプスタン614とロール軸出力キャプスタン1202間の伝達機構、及び、カム軸入力キャプスタン615とカム軸出力キャプスタン1203間の伝達機構を模式的に示している。図23を参照しながら、入力装置400において、操作部410のハンドル部412のロール軸415回りの回転角を検出するとともに、グリップ部412a及び412bの開閉角を検出する仕組みについて説明する。但し、図23では、図面の簡素化のため、レイアウト調整用のプーリの図示を省略した。 Figure 23 schematically shows the transmission mechanism between the roll axis input capstan 614 and the roll axis output capstan 1202, and the transmission mechanism between the cam shaft input capstan 615 and the cam shaft output capstan 1203. With reference to Figure 23, we will explain how the input device 400 detects the rotation angle of the handle portion 412 of the operation unit 410 around the roll axis 415, as well as the opening and closing angles of the grip portions 412a and 412b. However, to simplify the drawing, pulleys for adjusting the layout have been omitted from Figure 23.

 ロール軸入力キャプスタン614とカム軸入力キャプスタン615は、ともにロール軸415を回転軸とするように同軸状に配置されている。一方、ロール軸出力キャプスタン1202とカム軸出力キャプスタン1203は、ともにロール軸435と平行な回転軸を持つ。図5、図11、図12などから分かるように、ロール軸出力キャプスタン1202とカム軸出力キャプスタン1203はともにロール軸435を回転軸とするように同軸状に配置されているが、図23~図29ではロール軸出力キャプスタン1202とカム軸出力キャプスタン1203の回転動作を目視し易くする便宜のため、ロール軸出力キャプスタン1202とカム軸出力キャプスタン1203がそれぞれロール軸435に平行で離間した回転軸を持つように描いた。 The roll shaft input capstan 614 and the cam shaft input capstan 615 are both arranged coaxially with the roll shaft 415 as their axis of rotation. On the other hand, the roll shaft output capstan 1202 and the cam shaft output capstan 1203 both have axes of rotation parallel to the roll shaft 435. As can be seen from Figures 5, 11, 12, etc., the roll shaft output capstan 1202 and the cam shaft output capstan 1203 are both arranged coaxially with the roll shaft 435 as their axis of rotation, but in Figures 23 to 29, for the convenience of making it easier to visually observe the rotational movement of the roll shaft output capstan 1202 and the cam shaft output capstan 1203, the roll shaft output capstan 1202 and the cam shaft output capstan 1203 are depicted as having axes of rotation parallel to and spaced apart from the roll shaft 435.

 ロール軸入力キャプスタン614とロール軸出力キャプスタン1202には、1本のケーブル513が巻き付けられている。また、カム軸入力キャプスタン615とカム軸出力キャプスタン1203には、1本のケーブル514の一端が、ケーブル513とは逆向きに巻き付けられている。ケーブル513とケーブル514の終端同士がトーションばね1204で結合されており、ケーブルループを形成するとともに予張力が与えられている。 A single cable 513 is wound around the roll shaft input capstan 614 and the roll shaft output capstan 1202. In addition, one end of a single cable 514 is wound around the cam shaft input capstan 615 and the cam shaft output capstan 1203 in the opposite direction to cable 513. The ends of cable 513 and cable 514 are connected to each other by a torsion spring 1204, forming a cable loop and providing pretension.

 ロール軸入力キャプスタン614の回転は、ケーブル513を介して、ロール軸出力キャプスタン1202に伝達される。ロール軸入力キャプスタン614とロール軸出力キャプスタン1202の半径が同じであれば、第2エンコーダ432が計測したロール軸出力キャプスタン1202の回転角度θE2はロール軸入力キャプスタン614の回転角θrollと同じになる。 The rotation of the roll axis input capstan 614 is transmitted to the roll axis output capstan 1202 via the cable 513. If the radius of the roll axis input capstan 614 and the radius of the roll axis output capstan 1202 are the same, the rotation angle θ E2 of the roll axis output capstan 1202 measured by the second encoder 432 will be the same as the rotation angle θ roll of the roll axis input capstan 614.

 また、カム軸入力キャプスタン615の回転は、ケーブル514を介してカム軸出力キャプスタン1203に伝達される。カム軸入力キャプスタン615とカム軸出力キャプスタン1203の半径が同じであれば、第3エンコーダ433が計測したカム軸出力キャプスタン1203の回転角度θE3はカム軸入力キャプスタン615の回転角θcumと同じになる。 Furthermore, the rotation of the camshaft input capstan 615 is transmitted to the camshaft output capstan 1203 via the cable 514. If the camshaft input capstan 615 and the camshaft output capstan 1203 have the same radius, the rotation angle θ E3 of the camshaft output capstan 1203 measured by the third encoder 433 will be the same as the rotation angle θ cum of the camshaft input capstan 615.

 図24~図26には、図23に示した伝達機構において、ハンドル部412のロール回転動作時に各キャプスタンが回転動作する様子を順に示している。但し、ロール回転動作と同時にハンドル部412の把持動作は行われないものとする。この場合、操作部410側では、ロール軸入力キャプスタン614とカム軸入力キャプスタン615が同じ回転角だけ回転する。したがって、ロール軸に関する入出力関係は、下式(2)で表される。 Figures 24 to 26 show in sequence how each capstan rotates when the handle unit 412 rotates in a roll direction in the transmission mechanism shown in Figure 23. However, the handle unit 412 is not gripped simultaneously with the roll rotation. In this case, on the operating unit 410 side, the roll axis input capstan 614 and cam shaft input capstan 615 rotate by the same rotation angle. Therefore, the input/output relationship regarding the roll axis is expressed by the following equation (2).

 図27~図29には、図23に示した伝達機構において、ハンドル部412の把持動作時に各キャプスタンが回転動作する様子を順に示している。 Figures 27 to 29 show, in sequence, how each capstan rotates when the handle portion 412 is gripped in the transmission mechanism shown in Figure 23.

 カム軸入力キャプスタン615は、突起部621及び622(当接部材623及び624)を含むカム部413と一体で、ロール軸415回りに回転する。カム部413は、一対のグリップ部412a及び412bが開閉動作して間隔が変化する直線運動を、自身のロール軸415回りの回転運動に変換する役割を持つ。ハンドル部412の開閉動作に応じてグリップ部412a及び412bの間隔が変化すると、突起部621及び622間のハンドル部412の開閉方向の距離Dがグリップ部412a及び412bの間隔に収まるように、カム部413と一体のカム軸入力キャプスタン615がロール軸415回りに回転する。一方、ロール軸入力キャプスタン614は回転しない。 The camshaft input capstan 615 rotates around the roll axis 415 integrally with the cam section 413, which includes protrusions 621 and 622 (contact members 623 and 624). The cam section 413 has the role of converting linear motion, which changes the spacing between the pair of grip sections 412a and 412b as they open and close, into rotational motion around its own roll axis 415. When the spacing between the grip sections 412a and 412b changes in response to the opening and closing of the handle section 412, the camshaft input capstan 615, which is integral with the cam section 413, rotates around the roll axis 415 so that the distance D between the protrusions 621 and 622 in the opening and closing direction of the handle section 412 fits within the spacing between the grip sections 412a and 412b. On the other hand, the roll axis input capstan 614 does not rotate.

 ロール軸入力キャプスタン614とカム軸入力キャプスタン615がそれぞれ独立してロール軸415回りに回転する。したがって、突起部621及び622(当接部材623及び624)間のハンドル部412の開閉方向の距離Dは、図30に示すように、突起部621及び622の回転半径rと、カム軸入力キャプスタン615とロール軸入力キャプスタン614の回転角の差分Δθ(=θcum-θroll=θE3-θE2)によって決まり、下式(3)に示す通りとなる。 The roll shaft input capstan 614 and the cam shaft input capstan 615 rotate independently around the roll shaft 415. Therefore, the distance D between the protrusions 621 and 622 (contact members 623 and 624) in the opening/closing direction of the handle portion 412 is determined by the radius of rotation r of the protrusions 621 and 622 and the difference Δθ (= θ cum - θ roll = θ E3 - θ E2 ) between the rotation angles of the cam shaft input capstan 615 and the roll shaft input capstan 614, as shown in Figure 30, and is given by the following equation (3):

 また、突起部621及び622(当接部材623及び624)間のグリップ部412a及び412bの開閉方向の距離Dとハンドル部412の把持角度θgraspは、図31に示すような関係がある。したがって、把持角度θgraspは、上記の回転角の差分Δθを用いて、下式(4)のように表される。但し、下式(4)において、定数Lは、グリップ部412a及び412bの長さとする。 31 shows the relationship between the distance D between the protrusions 621 and 622 (contact members 623 and 624) in the opening/closing direction of the grip portions 412a and 412b and the grip angle θ grasp of the handle portion 412. Therefore, the grip angle θ grasp is expressed as in the following equation (4) using the difference Δθ in the rotation angles described above. In the following equation (4), the constant L is the length of the grip portions 412a and 412b.

 したがって、ハンドル部412の把持角θgraspは、計測部430側の第3エンコーダ433と第2エンコーダ432の計測値の差分Δθ(=θE3-θE2)に基づいて計測することができる。 Therefore, the grip angle θ grasp of the handle portion 412 can be measured based on the difference Δθ (=θ E3 −θ E2 ) between the measurement values of the third encoder 433 and the second encoder 432 on the measuring portion 430 side.

 ケーブル513とケーブル514の間に挿入されトーションばね1204(前述)の計測時への影響について補足しておく。反力提示などのためにケーブルをモータで駆動する場合には、バックドライブのため、バネ力以上のトルクが加わるとバネが伸びて誤検出の可能性がある。これに対し、本開示に係る入力装置400は、力覚提示のためのモータを使用せず、位置姿勢検知のためのエンコーダが配置されるだけであり、ケーブルの摺動性が高く、バックドライブに起因する誤検出差の問題は生じない。 A further note should be made regarding the effect on measurement of the torsion spring 1204 (described above) inserted between cables 513 and 514. When a cable is driven by a motor to present a reaction force, etc., the spring stretches due to backdrive when a torque greater than the spring force is applied, which could result in erroneous detection. In contrast, the input device 400 disclosed herein does not use a motor for force feedback, and only has an encoder for detecting position and orientation. This means that the cable has high sliding properties and does not present the problem of erroneous detection differences due to backdrive.

D-5.まとめ
 本開示に係る入力装置400は、操作部410における図13~図15に示したようなピッチ(チルト)動作、図16~図18に示したようなロール(パン)動作、図19~図21に示したような把持動作を、伝達部420を介して遠隔に配置された計測部430で計測することができる。本開示に係る入力装置400の主な特徴と効果について、以下にまとめておく。
D-5. Summary The input device 400 according to the present disclosure can measure pitch (tilt) movements of the operation unit 410 as shown in Figures 13 to 15, roll (pan) movements as shown in Figures 16 to 18, and grip movements as shown in Figures 19 to 21 with a remotely located measurement unit 430 via a transmission unit 420. The main features and effects of the input device 400 according to the present disclosure are summarized below.

(1)操作部410と計測部430は、伝達部420の長手方向と垂直な面を基準に鏡対称な構造を持つ。操作部410側で、図13~図21に示したような操作が行われた際、計測部430は、操作部410のカウンターウェイトの代わりとなり、重心バランスを取り易い。 (1) The operation unit 410 and the measurement unit 430 have a mirror-symmetrical structure with respect to a plane perpendicular to the longitudinal direction of the transmission unit 420. When operations such as those shown in Figures 13 to 21 are performed on the operation unit 410 side, the measurement unit 430 acts as a counterweight for the operation unit 410, making it easier to balance the center of gravity.

(2)伝達部420を挿通させるケーブルのレイアウトが簡素である。したがって、ケーブルの摺動抵抗を小さく抑えることができ、操作部410の低摩擦で滑らかな動作が可能である。ケーブル伝達機構を用いることで、操作部410のチルト動作、パン動作、及び把持動作時の各関節の回転角度を回転角センサで高精度に検出することができる。 (2) The layout of the cable passing through the transmission unit 420 is simple. Therefore, the sliding resistance of the cable can be kept small, allowing the operation unit 410 to operate smoothly with low friction. By using a cable transmission mechanism, the rotation angle of each joint during tilting, panning, and gripping operations of the operation unit 410 can be detected with high accuracy using a rotation angle sensor.

(3)計測部430は、伝達部420を介して、操作部410から離間した場所に配置される。遠位端の操作部410は、回転角センサを含まないため小型に構成することができ、電気配線も含まないので、ユーザにとって安全となる。なお、IMU(Inertial Measurement Unit)や磁気センサを用いて操作部410をコンパクトにするという設計案もあるが、ケーブル伝達機構と回転角センサを組み合わせた場合と比較して、検出精度で劣る。 (3) The measurement unit 430 is placed at a location separated from the operation unit 410 via the transmission unit 420. The operation unit 410 at the distal end does not include a rotation angle sensor, so it can be made compact, and since it does not include electrical wiring, it is safe for the user. Note that there is also a design proposal to make the operation unit 410 more compact by using an IMU (Inertial Measurement Unit) or magnetic sensor, but this has inferior detection accuracy compared to when a cable transmission mechanism and rotation angle sensor are combined.

E.リーダフォロア型の手術支援ロボットシステム
E-1.操作入力装置
E-1-1.操作入力装置の外観
 本開示に係る入力装置400は、リーダフォロワ型の手術支援ロボットシステムにおけるリーダ側で、オペレータ(術者など)が操作する操作コンソール装置に適用することができる。上記の説明では、入力装置400は、計測部430に各軸計測用のエンコーダのみが含まれる構成を示したが、少なくともこのうちの1軸にモータを組み込んだり、モータ制動用のブレーキ機構をさらに含んだりしてもよい。
E. Leader-follower type surgical robot system
E-1. Operation input device
E-1-1. Appearance of the Operation Input Device The input device 400 according to the present disclosure can be applied to an operation console device operated by an operator (such as a surgeon) on the leader side of a leader-follower type surgical support robot system. In the above description, the input device 400 has been described as having a configuration in which the measurement unit 430 includes only encoders for measuring each axis, but it may also be configured such that at least one of the axes includes a motor or further includes a brake mechanism for braking the motor.

 図32には、操作コンソール装置3200の外観を示している。操作コンソール装置3200は、側面から見てほぼL字の形状をした構造体であり、最下端は上方から見てU字の形状をした底部3201を有し、底部3201の中央にほぼ鉛直方向にベース部3202が連結されている。 Figure 32 shows the external appearance of the operation console device 3200. The operation console device 3200 is a structure that is roughly L-shaped when viewed from the side, and has a bottom part 3201 at its lowest end that is U-shaped when viewed from above, with a base part 3202 connected to the center of the bottom part 3201 in a roughly vertical direction.

 ベース部3202の中間付近には、T字形状の支持部3203が取り付けられている。支持部3203は、椅子3204に座った操作者の肘付近とほぼ同じ高さである。但し、椅子3204の高さを調整することで、支持部3203が操作者の肘付近とほぼ同じ高さとなるようにしてもよい。 A T-shaped support portion 3203 is attached near the middle of the base portion 3202. The support portion 3203 is at approximately the same height as the elbows of an operator sitting in a chair 3204. However, the height of the chair 3204 may be adjusted so that the support portion 3203 is at approximately the same height as the elbows of the operator.

 ベース部3202の上端には、それぞれリーダアーム3211L及び3211Rを介して左手用及び右手用の入力装置3210L及び3210Rが支持されている。入力装置3210L及び3210Rは、上述した入力装置400とほぼ同じ構成であり、ここでは詳細な説明を省略する。また、各リーダアーム3211L及び3211Rは、例えば図3に示したリーダアーム300と同様に平行リンク機構を介して入力装置3210を支持する自由度構成を備え、ベース部3202の上端に対してリーダアーム3211本体を鉛直なパン軸回りに回転させる第1軸(パン軸)と、平行リンク機構を含めて入力装置3210をチルト動作させる第2軸(1つ目のチルト軸)と、平行リンク機構を用いて操作コンソール装置3200を細かくチルト動作させる第3軸(2つ目のチルト軸)を含んでいる。 Left-handed and right-handed input devices 3210L and 3210R are supported on the upper end of the base unit 3202 via reader arms 3211L and 3211R, respectively. The input devices 3210L and 3210R have substantially the same configuration as the input device 400 described above, and detailed description thereof will be omitted here. Each reader arm 3211L and 3211R has a multi-degree-of-freedom configuration that supports the input device 3210 via a parallel link mechanism, similar to the reader arm 300 shown in FIG. 3, for example, and includes a first axis (pan axis) that rotates the reader arm 3211 body about a vertical pan axis relative to the upper end of the base unit 3202, a second axis (first tilt axis) that tilts the input device 3210 including the parallel link mechanism, and a third axis (second tilt axis) that finely tilts the operation console device 3200 using the parallel link mechanism.

 術者は、支持部3203のT字の先端部をハンドレスト3205に用いて、左右の手で入力装置3210L及び3210Rを操作することができる。図33には、支持部3203のT字の先端部のハンドレスト3205、及びリーダアーム3211L及び3211Rに支持された入力装置3210L及び3210Rを拡大して示している。 The surgeon can use the tip of the T-shape of the support part 3203 as a hand rest 3205 to operate the input devices 3210L and 3210R with both hands. Figure 33 shows an enlarged view of the hand rest 3205 at the tip of the T-shape of the support part 3203, and the input devices 3210L and 3210R supported by the reader arms 3211L and 3211R.

 また、ベース部3202の上端には、表示装置1014が取り付けられている。図32に示す例では、表示装置1014は、操作者がのぞき込む没入型のタイプの2D及び3Dビューアである。したがって、操作者は、表示装置1014の画面をのぞき込んで術野の2D又は3D画像を観察しながら、左右の手を使って入力装置3210L及び3210Rを操作することができる。 Furthermore, a display device 1014 is attached to the upper end of the base portion 3202. In the example shown in FIG. 32, the display device 1014 is an immersive type 2D and 3D viewer that the operator looks into. Therefore, the operator can use their left and right hands to operate the input devices 3210L and 3210R while looking into the screen of the display device 1014 and observing a 2D or 3D image of the surgical field.

E-1-2.ハンドレスト
 左手用及び右手用の入力装置3210L及び3210Rは、それぞれリーダアーム3211L及び3211Rによって支持された、高感度な位置指令の検出が可能なコントローラである。入力装置3210L及び3210Rは、上述した入力装置400とほぼ同じ構成である。遠位端の操作部410は、回転角センサを含まないため、小型に構成することができる。操作部110は、把持操作するハンドル部111以外の突起形状がないため、操作部110と環境が干渉し難い。これにより、ユーザは操作部110を指先で握りながら、手を環境に接地して操作することができる。
E-1-2. Hand Rest The left-hand and right-hand input devices 3210L and 3210R are controllers supported by leader arms 3211L and 3211R, respectively, and capable of detecting position commands with high sensitivity. The input devices 3210L and 3210R have almost the same configuration as the input device 400 described above. The distal operation unit 410 does not include a rotation angle sensor, so it can be configured to be compact. The operation unit 110 has no protruding shape other than the handle unit 111 that is gripped and operated, so the operation unit 110 is less likely to interfere with the environment. This allows the user to grip the operation unit 110 with their fingertips and operate it with their hands in contact with the environment.

 ここで、ユーザが手を接地させる「環境」とは、具体的にハンドレスト3205のことである。図33から分かるように、ユーザは、左右の手をハンドレスト3205に接地した状態で、入力装置3210L及び3210Rを操作する。したがって、顕微鏡などを用いて細かい手術を行うマイクロサージャリーにおいて、形成外科医は、ハンドレスト3205に接地させることによって振戦を抑制しながら、入力装置3210L及び3210Rを操作することができる。ハンドレストは、手との接触を緩和するために、手を接触させる上面はクッション性のある素材で構成されていることが好ましい。 Here, the "environment" where the user places their hands on the ground specifically refers to the hand rest 3205. As can be seen from Figure 33, the user operates input devices 3210L and 3210R with their left and right hands on the hand rest 3205. Therefore, in microsurgery, which involves delicate surgery using a microscope or the like, plastic surgeons can operate input devices 3210L and 3210R while suppressing tremors by placing their hands on the hand rest 3205. It is preferable that the top surface of the hand rest, which comes into contact with the hands, is made of a cushioned material to reduce contact with the hands.

 図32及び図33にはストレートな形状をしたハンドレストを示したが、湾曲した形状であってもよい。例えば、入力装置3210L及び3210Rを操作するユーザの左右の手首が不自然な動きとならないように湾曲した形状であってもよい。ユーザの好みや手術に応じた適切な形状や素材のハンドレストを使用する必要がある。このため、ハンドレストは、操作コンソール装置に着脱・交換可能であることが好ましい。 Although Figures 32 and 33 show a straight hand rest, it may also be curved. For example, it may be curved so that the left and right wrists of the user operating input devices 3210L and 3210R do not move unnaturally. It is necessary to use a hand rest with an appropriate shape and material according to the user's preferences and the surgery. For this reason, it is preferable that the hand rest be detachable and replaceable from the operation console device.

 図36及び図37には、それぞれ異なるタイプのハンドレストを取り付けた操作コンソール装置3200を上方から眺めた様子を、ハンドレスト付近を拡大して示している。図36に示す例では、ストレートな形状をしたハンドレスト3601が操作コンソール装置3200に取り付けられている。一方、図37に示す例では、湾曲形状のハンドレスト3701が操作コンソール装置3200に取り付けられている。図37に示すハンドレスト3701は、入力装置3210L及び3210Rを操作するユーザの左右の手首が不自然な動きとならないように湾曲した形状である。ハンドレスト3601及びハンドレスト3701のいずれも、手との接触を緩和するために、手を接触させる上面はクッション性のある素材で構成されているものとする。 Figures 36 and 37 show operation console device 3200 fitted with different types of hand rests, viewed from above, with the area around the hand rests enlarged. In the example shown in Figure 36, a straight-shaped hand rest 3601 is attached to operation console device 3200. On the other hand, in the example shown in Figure 37, a curved hand rest 3701 is attached to operation console device 3200. Hand rest 3701 shown in Figure 37 has a curved shape to prevent unnatural movements of the left and right wrists of the user operating input devices 3210L and 3210R. The top surfaces of both hand rests 3601 and 3701 that come into contact with the hands are made of a cushioned material to reduce contact with the hands.

 ハンドレストは、機械式スイッチなど、ボタンのような操作子を1以上備えていてもよい。図36に示すハンドレスト3601は、上面の左右の端部にそれぞれボタン3611及び3612が配置されている。同様に、図37に示すハンドレスト3701も、上面の左右の端部にそれぞれボタン3711及び3712が配置されている。ユーザは、入力装置3210L及び3210Rを手で握った状態で、且つ、手をハンドレストに接地したまま、手の側面で押し込むことで、これらのボタンの操作を行うことができる。したがって、ユーザは、このようにハンドレストの左右両端に配置されたボタン操作を、視覚を用いないで左右の手の感覚だけに頼って行うことができる。なお、ハンドレスト上のこれらボタンにどのような機能を割り付けるかは任意である。 The hand rest may be equipped with one or more buttons, such as mechanical switches. Hand rest 3601 shown in FIG. 36 has buttons 3611 and 3612 located at the left and right ends of its top surface. Similarly, hand rest 3701 shown in FIG. 37 has buttons 3711 and 3712 located at the left and right ends of its top surface. The user can operate these buttons by pressing them with the sides of their hands while holding input devices 3210L and 3210R and keeping their hands on the hand rest. Therefore, the user can operate the buttons located at the left and right ends of the hand rest in this way, relying solely on the sensations in their left and right hands, without using their eyes. Note that the functions assigned to these buttons on the hand rest are arbitrary.

 図38には、操作コンソール装置3200の側面図を示している。但し、入力装置3210及びハンドレスト3205付近を拡大して示している。また、図面の錯綜防止のため、図38ではリーダアーム3211を簡素化して描いている。入力装置3210は上述した入力装置400とほぼ同じ構成であり、長手形状の伝達部420がほぼ水平な姿勢の状態で、遠位端の操作部110を把持する手を接地できるような位置に、ハンドレスト3205が配置されている。ハンドレスト3205は、図36に示したようなストレートな形状、図37に示したような湾曲した形状、又はそれ以外のタイプのハンドレストであってもよいが、いずれも平坦な形状である。ハンドレスト3205と入力装置400(又は、操作部110)とは、入力装置400を握った際のユーザの手首が不自然な動きとならないような位置関係であることが望ましい。図38に示す例では、ユーザの手は、ハンドレスト3205上に設置した状態で、ちょうど入力装置3211の遠位端の操作部110を把持することができる。ハンドレスト3205を支持する支持部3203は、ハンドレスト3205の高さを調整する高さ調整部(図示しない)を備えていてもよい。 38 shows a side view of the operation console device 3200. However, the input device 3210 and the hand rest 3205 are shown enlarged. To avoid cluttering the drawing, the reader arm 3211 is depicted in a simplified form in FIG. 38. The input device 3210 has substantially the same configuration as the input device 400 described above, and the hand rest 3205 is positioned so that the hand holding the distal end of the operation unit 110 can be placed on the ground when the elongated transmission unit 420 is in a substantially horizontal position. The hand rest 3205 may be straight as shown in FIG. 36, curved as shown in FIG. 37, or any other type of hand rest, but all have a flat shape. It is desirable that the hand rest 3205 and the input device 400 (or operation unit 110) be positioned in a manner that prevents unnatural movements of the user's wrist when holding the input device 400. In the example shown in FIG. 38, the user's hand can grasp the operation unit 110 at the distal end of the input device 3211 when placed on the hand rest 3205. The support unit 3203 that supports the hand rest 3205 may be equipped with a height adjustment unit (not shown) that adjusts the height of the hand rest 3205.

 図36及び図37には輪郭が異なるハンドレストを示したが、いずれも図38に示したように平坦な形状である。しかしながら、ハンドレストは平坦形状である必要はない。例えば以下のような要件を満たせば、ハンドレストは平坦以外の形状であってもよい。
・入力装置の操作時にユーザの手首が不自然な動きとならないこと。
・視覚を用いないで手の感覚だけに頼ってボタン操作を行うことができること。
Although Figures 36 and 37 show hand rests with different contours, both have a flat shape as shown in Figure 38. However, the hand rest does not have to be flat. For example, the hand rest may have a shape other than flat as long as it meets the following requirements:
- The user's wrist does not move unnaturally when operating the input device.
- You can operate the buttons without using your eyes, relying solely on the sensation of your hands.

 図39には、平坦でない形状のハンドレスト3910を用いた操作コンソール装置3900の外観を示している。また、図40には、ハンドレスト3910付近を拡大して示している。ハンドレスト3910以外の構成要素は、図32に示した構成例と同様なので、個々では説明を省略する。 Figure 39 shows the appearance of an operation console device 3900 that uses a non-flat hand rest 3910. Figure 40 also shows an enlarged view of the area around the hand rest 3910. The components other than the hand rest 3910 are the same as those in the configuration example shown in Figure 32, so individual explanations will be omitted.

 図39及び図40に示すハンドレスト3910は、正面から見てほぽU字の形状をしており、ユーザが手を接地する接地部3911に対して、左右両端の各ボタン3912及び3913が高い位置に配置されている。このようなハンドレスト3910の構成によれば、ユーザが入力装置3210L及び3210Rを操作している間に手が触れることがない場所に各ボタン3912及び3913が配置されている。したがって、接地部3911に接地した手で各ボタン3912及び3913の誤操作を防止することができる。 The hand rest 3910 shown in Figures 39 and 40 is roughly U-shaped when viewed from the front, with the buttons 3912 and 3913 on both the left and right ends positioned higher than the contact area 3911 where the user places their hands. With this configuration of the hand rest 3910, the buttons 3912 and 3913 are positioned in places where the user's hands will not touch them while operating the input devices 3210L and 3210R. This prevents the buttons 3912 and 3913 from being accidentally operated with hands that are in contact with the contact area 3911.

 各ボタン3912及び3913は、ユーザが入力装置3210L及び3210Rを手で握った状態で、且つ、且つ手を接地部3911に接地したままでも、手の側面で押し込むことができる程度の高さの位置に配置されていてもよい。あるいは、ユーザが接地部3911に接地したままでは手の側面が届かないような高さの位置に各ボタン3912及び3913が配置されていてもよい。後者の場合、ユーザは、ボタン3912又は3913を押下操作したいときには、手を入力装置3210L又は3210Rから離さなければならない。この場合、入力装置3210L及び3210Rの操作と同時に実行できない(又は、同時に実行してはならない)機能を各ボタン3912及び3913を割り付けて、安全な動作を担保することができる。 Each button 3912 and 3913 may be positioned at a height that allows the user to press it with the side of their hand while gripping input devices 3210L and 3210R and with their hand still in contact with ground contact portion 3911. Alternatively, each button 3912 and 3913 may be positioned at a height that the user cannot reach with the side of their hand while in contact with ground contact portion 3911. In the latter case, the user must remove their hand from input device 3210L or 3210R when they want to press button 3912 or 3913. In this case, safe operation can be ensured by assigning each button 3912 and 3913 a function that cannot (or must not be) executed simultaneously with the operation of input devices 3210L and 3210R.

E-1-3.操作時以外でのアームの固定
E-1-3-1.アーム固定装置
 入力装置を支持するリーダアームが有する各関節を受動関節とし、さらにリーダアームからモータやブレーキを取り除くことで、軽量さと、入力装置の摩擦の少ない滑らかな動きを実現することができる(前述)。
E-1-3. Fixing the arm when not in operation
E-1-3-1. Arm Fixing Device By making each joint of the leader arm that supports the input device a passive joint and further removing the motor and brake from the leader arm, it is possible to achieve a lightweight and smooth movement of the input device with little friction (as mentioned above).

 しかしながら、リーダアームに含まれる少なくとも一部の関節がモータやブレーキといったアクチュエータを持たない場合、ユーザが入力装置を手から離して操作していないときには、リーダアームの姿勢を維持することができないという問題がある。また、入力装置の操作開始時にリーダアームの初期位置姿勢を定める必要があり、面倒である。 However, if at least some of the joints included in the leader arm do not have actuators such as motors or brakes, there is a problem in that the leader arm's posture cannot be maintained when the user releases the input device and is not operating it. Furthermore, it is necessary to determine the initial position and posture of the leader arm when starting to operate the input device, which is cumbersome.

 そこで、操作コンソール装置は、上記の課題を解決すべく、未使用時のリーダアームを固定するアーム固定装置を装備してもよい。 To address the above issues, the operation console device may be equipped with an arm fixing device that fixes the reader arm when not in use.

E-1-3-2.移動装置
 入力装置の操作を効率的に開始する上でも、操作終了時にリーダアームを安全に固定するためにも、アーム固定装置は、ユーザが安全且つ安定して操作できる位置でリーダアームを固定できることが望ましい。このような工夫をしなければ、入力装置の操作時に、リーダアームとアーム固定装置の干渉が生じ、入力装置及びリーダアームの可動域を限定してしまうのみならず危険である。
E-1-3-2. For the purpose of efficiently starting the operation of the mobile device input device and for safely fixing the leader arm when the operation is completed, it is desirable that the arm fixing device be able to fix the leader arm in a position where the user can operate it safely and stably. Without such measures, interference between the leader arm and the arm fixing device will occur when operating the input device, which will not only limit the range of motion of the input device and the leader arm but also be dangerous.

 そこで、操作コンソール装置は、アーム固定装置を移動させる移動装置をさらに装備して、入力装置の使用状態に応じてアーム固定装置を移動させるようにしてもよい。 Therefore, the operation console device may be further equipped with a movement device that moves the arm fixing device, so that the arm fixing device can be moved depending on the usage state of the input device.

 移動装置は、入力装置の操作時以外(すなわち、手術終了時や手術しないとき)には、リーダアームと連結可能な連結位置にアーム固定装置を移動させてリーダアームを固定できるようにする。また、移動装置は、入力装置の操作時(すなわち、手術中)には、入力装置及びリーダアームの可動域から外れた格納位置までアーム固定装置を退避させて、入力装置及びリーダアームの可動域と安全を確保する。 When the input device is not being operated (i.e., at the end of surgery or when surgery is not being performed), the moving device moves the arm fixing device to a coupling position where it can be coupled with the leader arm, thereby fixing the leader arm. Furthermore, when the input device is being operated (i.e., during surgery), the moving device retracts the arm fixing device to a storage position outside the range of motion of the input device and leader arm, ensuring the range of motion and safety of the input device and leader arm.

 アーム固定装置を退避させる格納位置は、入力装置の操作時にユーザの手や入力装置と干渉することがない、安全な場所である必要がある。また、入力装置の操作が終わった際に連結位置に短時間で移動できるように、格納位置はなるべく連結位置に近い場所にあることが好ましい。例えばハンドレストの下に、アーム固定装置の格納位置を配置してもよい。 The storage position where the arm fixing device is retracted needs to be a safe place where it will not interfere with the user's hands or the input device when operating the input device. It is also preferable that the storage position be as close to the connected position as possible so that it can be quickly moved to the connected position when operation of the input device is finished. For example, the storage position for the arm fixing device may be located below the hand rest.

 移動装置は、入力装置の操作状態の変化などをトリガーにして、モータなどのアクチュエータを用いる電動式でアーム固定装置を移動させるようにしてもよい。もちろん、移動装置は、ユーザのマニュアル操作によってアーム固定装置を移動させるようにしてもよい。 The movement device may be triggered by a change in the operating state of the input device, and may electrically move the arm fixing device using an actuator such as a motor. Of course, the movement device may also be configured to move the arm fixing device through manual operation by the user.

 アーム固定装置を格納位置から連結位置へ移動させるためのトリガーの入力方法は特に限定されない。但し、アーム固定装置が移動中に、入力装置やユーザの手に意図せず衝突するリスクを回避するために、ユーザの手が安全な位置にある状態でトリガーが入力されることが好ましい。例えば、ハンドレストの左右両端のボタン(前述)が同時に押されたことをトリガーにして、アーム固定装置を格納位置から連結位置へ移動させるようにすれば、ユーザの手が安全な位置にある状態であり、アーム固定装置の移動中に入力装置やユーザの手に意図せず衝突するリスクを回避することかできる。 There are no particular limitations on the method of inputting the trigger to move the arm fixing device from the retracted position to the connected position. However, to avoid the risk of the arm fixing device unintentionally colliding with the input device or the user's hand while moving, it is preferable that the trigger be input while the user's hand is in a safe position. For example, if the buttons on both ends of the hand rest (described above) are pressed simultaneously, the arm fixing device is moved from the retracted position to the connected position, and the user's hand is in a safe position, thereby avoiding the risk of the arm fixing device unintentionally colliding with the input device or the user's hand while moving.

E-1-3-3.アーム固定装置とリーダアームの連結
 アーム固定装置は、入力装置の遠位端の操作部と連結するアダプタ部を備え、このアダプタ部が操作部と連結することによって、リーダアームを固定するようにする。アダプタ部が操作部と連結する方法は特に限定されない。例えば、アダプタ部は、磁石の吸引力や爪の係合などを利用した機械式ロック機構を使って、入力装置の操作部と連結するようにしてもよい。
E-1-3-3. Connection between arm fixing device and leader arm The arm fixing device includes an adapter unit that connects to the operation unit at the distal end of the input device, and the reader arm is fixed by connecting this adapter unit to the operation unit. The method for connecting the adapter unit to the operation unit is not particularly limited. For example, the adapter unit may be connected to the operation unit of the input device using a mechanical locking mechanism that utilizes magnetic attraction or claw engagement.

 アダプタ部は、操作部との連結状態を検知できるセンサを搭載していてもよい。センサを用いた連結状態の検知方法として、例えば以下を挙げることができる。 The adapter unit may be equipped with a sensor that can detect the connection status with the operation unit. Examples of methods for detecting the connection status using a sensor include the following:

・連結時に電気的な接点が短絡し、検知する方法。
・連結時にフォトインタラプタが遮断又は開放されて、検知する方法。
・連結をメカセンサで検知し、又は連結によるメカニカルスイッチが作動して検知する方法。
- A method in which electrical contacts are shorted when connected, and detection is performed.
- A method in which a photointerrupter is detected by being either open or closed when the connector is connected.
- A method in which connection is detected by a mechanical sensor, or by the activation of a mechanical switch due to connection.

E-1-3-4.アーム固定装置の具体例
 図41及び図42には、スライド式で移動するアーム固定装置の具体例を示している。図41は、アーム固定装置4100が連結位置にある状態を示し、図42は、アーム固定装置4100がハンドレストの下の格納位置に退避している状態を示している。
E-1-3-4. Specific Example of Arm Fixing Device Figures 41 and 42 show a specific example of an arm fixing device that moves in a sliding manner. Figure 41 shows the arm fixing device 4100 in the coupled position, and Figure 42 shows the arm fixing device 4100 in the retracted position below the hand rest.

 移動装置4110は、ガイドレール上を摺動するスライダーからなり、アーム固定装置4100を搭載したスライダーを、直動アクチュエータなどの動力によって直進動作させることによって、連結位置と格納位置の間を移動させることができる。 The moving device 4110 consists of a slider that slides on a guide rail, and the slider equipped with the arm fixing device 4100 can be moved linearly using the power of a linear actuator or the like to move it between the connected position and the retracted position.

 アーム固定装置4100がガイドレールの一端にある位置が連結位置(図41を参照のこと)である。この連結位置では、アーム固定装置4100の先端のアダプタ部4101が、入力装置3210の操作部の下端と連結し、これによってリーダアーム3211を固定している。アダプタ部4101は、磁石の吸引力や爪の係合などを利用した機械式ロック機構を使って、入力装置3210の操作部の下端と連結している。アダプタ部4101は、入力装置3210の操作部との連結状態を検知できるセンサを搭載していてもよい。 The position where the arm fixing device 4100 is at one end of the guide rail is the connected position (see Figure 41). In this connected position, the adapter part 4101 at the tip of the arm fixing device 4100 connects to the bottom end of the operation part of the input device 3210, thereby fixing the reader arm 3211. The adapter part 4101 connects to the bottom end of the operation part of the input device 3210 using a mechanical locking mechanism that utilizes magnetic attraction or claw engagement. The adapter part 4101 may be equipped with a sensor that can detect the connection status with the operation part of the input device 3210.

 また、アーム固定装置4100がハンドレストの下方となるガイドレールの他方の端部に退避した位置が格納位置(図42を参照のこと)である。図42には、この状態で、ユーザが入力装置3210の操作部を手で把持して操作している様子を示している。アーム固定装置4100は、格納位置に退避しているので、ユーザの手や入力装置3210と干渉することがなく、安全であることを理解できよう。 Furthermore, the position where the arm fixing device 4100 is retracted to the other end of the guide rail below the hand rest is the storage position (see Figure 42). Figure 42 shows the user in this state gripping and operating the operating section of the input device 3210. As the arm fixing device 4100 is retracted to the storage position, it does not interfere with the user's hand or the input device 3210, so it is safe.

 移動装置4110は、入力装置3210の操作状態の変化などをトリガーにして、アーム固定装置4100を搭載したスライダーをガイドレール上で直進動作させることによって、アーム固定装置4100を格納位置から連結位置へ、逆に連結位置から格納位置へ、移動させることができる。 The moving device 4110 is triggered by a change in the operating state of the input device 3210, and causes the slider carrying the arm fixing device 4100 to move in a straight line on a guide rail, thereby moving the arm fixing device 4100 from the storage position to the connected position, and conversely, from the connected position to the storage position.

 図43及び図44には、回転式で移動するアーム固定装置の具体例を示している。図43は、アーム固定装置4300が連結位置にある状態を示し、図44は、アーム固定装置4300がハンドレストの下の格納位置に退避している状態を示している。 Figures 43 and 44 show a specific example of a rotating, movable arm fixing device. Figure 43 shows the arm fixing device 4300 in the connected position, and Figure 44 shows the arm fixing device 4300 in the retracted position below the hand rest.

 移動装置4310は、ハンドレスト3205に設定された回転軸回りにアーム固定装置4300を回転動作させることによって、連結位置と格納位置の間を移動させることができる。 The moving device 4310 can be moved between the connected position and the retracted position by rotating the arm fixing device 4300 around a rotation axis set in the hand rest 3205.

 移動装置4310の回転動作によってアーム固定装置4300がハンドレスト3205から前方のユーザ作業エリアに大きく出現した位置が連結位置(図43を参照のこと)である。この連結位置では、アーム固定装置4300の先端のアダプタ部4301が、入力装置3210の操作部の下端と連結し、これによってリーダアーム3211を固定している。アダプタ部4301は、磁石の吸引力や爪の係合などを利用した機械式ロック機構を使って、入力装置3210の操作部の下端と連結している。アダプタ部4301は、入力装置3210の操作部との連結状態を検知できるセンサを搭載していてもよい。 The connected position (see Figure 43) is when the arm fixing device 4300 appears prominently in the user's work area in front of the hand rest 3205 due to the rotation of the moving device 4310. In this connected position, the adapter unit 4301 at the tip of the arm fixing device 4300 connects to the bottom end of the operation unit of the input device 3210, thereby fixing the reader arm 3211. The adapter unit 4301 connects to the bottom end of the operation unit of the input device 3210 using a mechanical locking mechanism that utilizes magnetic attraction or claw engagement. The adapter unit 4301 may be equipped with a sensor that can detect the connection status with the operation unit of the input device 3210.

 また、移動装置4310の回転動作によってアーム固定装置4300がハンドレストの下方に退避した位置が格納位置(図44を参照のこと)である。図44には、この状態で、ユーザが入力装置3210の操作部を手で把持して操作している様子を示している。アーム固定装置4300は、格納位置に退避しているので、ユーザの手や入力装置3210と干渉することがなく、安全であることを理解できよう。 Furthermore, the position where the arm fixing device 4300 is retracted below the hand rest due to the rotational movement of the moving device 4310 is the storage position (see Figure 44). Figure 44 shows the user in this state gripping and operating the operating section of the input device 3210. As the arm fixing device 4300 is retracted to the storage position, it does not interfere with the user's hand or the input device 3210, so it can be seen that it is safe.

 移動装置4310は、入力装置3210の操作状態の変化などをトリガーにして、回転動作によって、アーム固定装置4300を格納位置から連結位置へ、逆に連結位置から格納位置へ、移動させることができる。 The movement device 4310 can be triggered by a change in the operating state of the input device 3210, and can move the arm fixing device 4300 from the storage position to the connected position, or conversely from the connected position to the storage position, by rotating the movement device 4310.

E-2.システム構成
 図34には、図32に示した操作コンソール装置3200をリーダとして使用するリーダフォロワ型の手術支援ロボットシステム1000の外観構成を示している。
E-2. System Configuration Fig. 34 shows the external configuration of a leader-follower type surgery support robot system 1000 that uses the operation console device 3200 shown in Fig. 32 as the leader.

 手術支援ロボットシステム1000は、コンソールユニット1010と、オペレーションユニット1020と、ロボット制御装置1030を備えている。手術ロボットシステム1000は、外部ネットワークを利用することができる。コンソールユニット1010とオペレーションユニット1020は、それぞれリーダフォロワ型におけるリーダ装置とフォロワ装置に相当する。ロボット制御装置1030は、コンソールユニット1010とオペレーションユニット1020を連動させて、リーダフォロア制御を実現する。 The surgical support robot system 1000 comprises a console unit 1010, an operation unit 1020, and a robot control device 1030. The surgical robot system 1000 can use an external network. The console unit 1010 and operation unit 1020 correspond to the leader device and follower device in a leader-follower system, respectively. The robot control device 1030 links the console unit 1010 and operation unit 1020 to achieve leader-follower control.

 医師又は医療従事者などの操作者は、コンソールユニット1010を操作して、手術支援ロボットシステム1000に対して動作を指示する。一方、オペレーションユニット1020は、手術に必要な術具が装着されたロボットアームを備え、操作者によるコンソールユニット1010の操作に応じて動作するように構成されており、患者に対する手術を行うために、手術室内で、患者が横たわる手術台1050の近傍に配置されている。 An operator, such as a doctor or medical professional, operates the console unit 1010 to instruct the surgical support robot system 1000 to operate. The operation unit 1020, on the other hand, is equipped with a robotic arm equipped with the surgical tools necessary for surgery, and is configured to operate in response to the operator's operation of the console unit 1010. In order to perform surgery on the patient, the operation unit 1020 is placed in the operating room near the operating table 1050 on which the patient lies.

 コンソールユニット1010は、例えば手術室内で手術台1050から離間した場所(又は、手術室外)から操作者がオペレーションユニット1020を遠隔操作する際に使用される。コンソールユニット1010は、操作者による入力手段として、図32に示した操作コンソール装置3200(又は、入力装置400)を含む。コンソールユニット1010は、操作者による動作指令やコマンドが操作コンソール装置3200を介して入力されると、ロボット制御装置1030を介してオペレーションユニット1020に動作指令を送信する。オペレーションユニット1020は、ロボット制御装置1030経由で受信した動作指令に従って、術具や撮像装置を支持する各アームを動作させて、患者に対する手術を実施する。 The console unit 1010 is used, for example, when an operator remotely operates the operation unit 1020 from a location in an operating room away from the operating table 1050 (or outside the operating room). The console unit 1010 includes the operation console device 3200 (or input device 400) shown in FIG. 32 as an input means for the operator. When the operator inputs operation commands or instructions via the operation console device 3200, the console unit 1010 transmits the operation commands to the operation unit 1020 via the robot control device 1030. The operation unit 1020 operates the arms that support the surgical tools and imaging device in accordance with the operation commands received via the robot control device 1030, and performs surgery on the patient.

 表示装置1014は、オペレーションユニット1020側のセンサ部1024に含まれる撮像ユニットで撮像された患部の2D又は3D画像を表示する。図34に示す例では、表示装置1014は、操作者がのぞき込む没入型の表示デバイスであるが、操作者の頭部に装着して用いる眼鏡型又はゴーグル型の表示デバイスや、裸眼ディスプレイであってもよい。 The display device 1014 displays a 2D or 3D image of the affected area captured by an imaging unit included in the sensor section 1024 on the operation unit 1020 side. In the example shown in FIG. 34, the display device 1014 is an immersive display device into which the operator peers, but it may also be a glasses-type or goggle-type display device worn on the operator's head, or a naked-eye display.

 オペレーションユニット1020は、図34に示す例では、多関節シリアルリンクからなるロボットアーム1025と、ロボットアームの遠位端に搭載された撮像ユニットなどのセンサ部1024と、各種術具を保持しリーダに追従して動作する1又は複数のフォロワ、フォロワの装着した術具を交換する術具交換ユニットなどを備えている。オペレーションユニット1020は、ロボット制御装置1030との各種情報の通信が可能な通信装置をさらに備えているものとする。 In the example shown in Figure 34, the operation unit 1020 includes a robot arm 1025 consisting of an articulated serial link, a sensor unit 1024 such as an imaging unit mounted on the distal end of the robot arm, one or more followers that hold various surgical tools and operate by following the leader, and a surgical tool exchange unit that exchanges the surgical tools attached to the followers. The operation unit 1020 further includes a communication device capable of communicating various information with the robot control device 1030.

 図34に示す例では、ロボット制御装置1030は、オペレーションユニット1020と物理的に一体となった外観構造である。また、ロボット制御装置1030は、コンソールユニット1010用、オペレーションユニット1020用、及び撮像ユニット用の各制御装置が物理的に一体のもの(すなわち、単一の筐体)として構成されているものとする。また、ロボット制御装置1030の筐体の底部には、移動手段として車輪付きの複数本(例えば、4本)の脚部が備えられている。したがって、操作者や助手などは、手で押してロボット制御装置1030の筐体及びオペレーションユニット1020を手術室内又は手術室の内外に移動させることができる。 In the example shown in FIG. 34, the robot control device 1030 has an external structure that is physically integrated with the operation unit 1020. The robot control device 1030 is configured as a single physical unit (i.e., a single housing) in which the control devices for the console unit 1010, operation unit 1020, and imaging unit are all integrated. The bottom of the housing of the robot control device 1030 is equipped with multiple (e.g., four) wheeled legs as a means of transportation. Therefore, an operator or assistant can manually push the housing of the robot control device 1030 and the operation unit 1020 to move them in and out of the operating room.

 図35には、手術支援ロボットシステム1000の機能的構成を模式的に示している。なお、図35では、説明の簡素化のため、ロボット制御装置1030の図示を省略している。ロボット制御装置1030の機能は、コンソールユニット1010又はオペレーションユニット1020のいずれか一方(又は、両ユニットの協働的動作)によって実現されるものとする。術者などの操作者はコンソールユニット1010側のリーダ1012(操作コンソール装置3200)の操作を行い、手術室に設置されたオペレーションユニット1020側では操作者によるリーダの操作に従って術具を保持するフォロワ1022の駆動をコントロールすることによって手術を行うことができる。ここで言う術具は例えば鉗子や気腹チューブ、エネルギー処置具、攝子、レトラクタなどの医療用器具である。 Figure 35 shows a schematic diagram of the functional configuration of the surgical support robot system 1000. Note that, for simplicity of explanation, the robot control device 1030 is not shown in Figure 35. The functions of the robot control device 1030 are realized by either the console unit 1010 or the operation unit 1020 (or by the cooperative operation of both units). An operator such as a surgeon operates the leader 1012 (operation console device 3200) on the console unit 1010 side, and on the operation unit 1020 side installed in the operating room, surgery can be performed by controlling the drive of the follower 1022 that holds the surgical tools in accordance with the operator's operation of the leader. The surgical tools referred to here are, for example, medical instruments such as forceps, insufflation tubes, energy treatment tools, excisors, and retractors.

 コンソールユニット1010は、リーダ側制御部1011と、リーダ1012と、リーダ側通信部1013と、表示装置1014を備えている。コンソールユニット1010は、リーダ側制御部1011による統括的な制御下で動作する。 The console unit 1010 includes a reader-side control unit 1011, a reader 1012, a reader-side communication unit 1013, and a display device 1014. The console unit 1010 operates under the overall control of the reader-side control unit 1011.

 リーダ1012は、図32に示した操作コンソール装置3200(又は、入力装置400)を用いて構成され、3軸極座標系で入力操作と力覚提示を行うことができる。ユーザ(術者など)は、オペレーションユニット1020において鉗子などの術具を搭載するフォロワ1022に対して、遠隔操作又は画面上の3D操作を行うことができる。リーダ1012を使って、例えば、術具を並進移動させるための並進3自由度と、術具の姿勢を変更するための回転3自由度と、鉗子の開閉動作などの把持1自由度の操作などを行うことができるものとする。 The reader 1012 is configured using the operation console device 3200 (or input device 400) shown in Figure 32, and is capable of input operations and force feedback in a three-axis polar coordinate system. A user (such as a surgeon) can remotely control or perform 3D operations on a screen with the follower 1022, which carries a surgical tool such as forceps, in the operation unit 1020. Using the reader 1012, it is possible to perform operations such as three translational degrees of freedom to translate the surgical tool, three rotational degrees of freedom to change the orientation of the surgical tool, and one degree of freedom of grasping, such as opening and closing the forceps.

 表示装置1014は、主にオペレーションユニット1020側のセンサ部1024(後述)で取得されるセンサ情報に基づいて、リーダ1022の操作者に対して、オペレーションユニット1020において実施されている手術に関する情報を提示する。 The display device 1014 presents information about the surgery being performed in the operation unit 1020 to the operator of the reader 1022, based primarily on sensor information acquired by the sensor unit 1024 (described below) on the operation unit 1020 side.

 例えば、オペレーションユニット1020側のセンサ部1024が上方から患部の表面を観察する撮像ユニットや、フォロワ1022に保持された腹腔鏡又は体腔鏡手術における内視鏡を装備し、又はこれらのカメラの撮像画像を取り込むインタフェースを装備し、これらの画像データが伝送路1031を介して低遅延でコンソールユニット1010に転送される場合、表示装置1014は患部の撮像画像をリアルタイムで画面表示する。 For example, if the sensor section 1024 on the operation unit 1020 side is equipped with an imaging unit that observes the surface of the affected area from above, or an endoscope for laparoscopic or coloscopic surgery held by the follower 1022, or is equipped with an interface that captures images from these cameras, and this image data is transferred with low latency to the console unit 1010 via the transmission path 1031, the display device 1014 will display the captured image of the affected area on the screen in real time.

 また、センサ部1024が、フォロワ1022が搭載する術具に作用する外力やモーメントなどの力覚を計測する機能を装備し、このような力覚情報が伝送路1031を介して低遅延でコンソールユニット1010に転送される場合には、リーダ1012(操作コンソール装置3200)に組み込まれた力覚提示機能によって、操作者に対して反力を提示することができる。 Furthermore, if the sensor unit 1024 is equipped with a function to measure forces such as external forces and moments acting on the surgical tool carried by the follower 1022, and such force information is transferred with low latency to the console unit 1010 via the transmission path 1031, a reaction force can be presented to the operator using the force presentation function built into the reader 1012 (operation console device 3200).

 リーダ側通信部1013は、リーダ側制御部1011の制御下で、伝送路1031を介したオペレーションユニット1020との信号の送受信処理を行う。例えば伝送路1031が光ファイバからなる場合、リーダ側通信部1013は、コンソールユニット1010から送出する電気信号を光信号に変換する電光変換部と、伝送路1031から受信した光信号を電気信号に変換する光電変換部を備えている。リーダ側通信部1013は、操作者がコンソールユニット1010を介して入力した、フォロワ1022に対する操作コマンドを、伝送路1031を介してオペレーションユニット1020に転送する。また、リーダ側通信部1013は、オペレーションユニット1020から送られてくるセンサ情報を、伝送路1031を介して受信する。 Under the control of the reader-side control unit 1011, the reader-side communication unit 1013 performs signal transmission and reception processing with the operation unit 1020 via the transmission path 1031. For example, if the transmission path 1031 is made of optical fiber, the reader-side communication unit 1013 includes an electrical-to-optical conversion unit that converts electrical signals sent from the console unit 1010 into optical signals, and an optical-to-electrical conversion unit that converts optical signals received from the transmission path 1031 into electrical signals. The reader-side communication unit 1013 transfers operation commands for the follower 1022, input by the operator via the console unit 1010, to the operation unit 1020 via the transmission path 1031. The reader-side communication unit 1013 also receives sensor information sent from the operation unit 1020 via the transmission path 1031.

 一方、オペレーションユニット1020は、フォロワ側制御部1021と、フォロワ1022と、センサ部1024と、フォロワ側通信部1024を備えている。オペレーションユニット1020は、フォロワ側制御部1021による統括的な制御下で、コンソールユニット1010からの指示に応じた動作を行う。 On the other hand, the operation unit 1020 includes a follower-side control unit 1021, a follower 1022, a sensor unit 1024, and a follower-side communication unit 1024. The operation unit 1020 operates in accordance with instructions from the console unit 1010 under the overall control of the follower-side control unit 1021.

 フォロワ1022は、例えば多関節リンク構造からなるロボットアームであり、先端(又は、遠位端)にエンドエフェクタとして術具や観察装置を搭載している。術具として、例えば鉗子や気腹チューブ、エネルギー処置具、攝子、レトラクタなどが挙げられる。また、観察装置として内視鏡などが挙げられる。フォロワ側制御部1021は、伝送路1031を介してコンソールユニット1010から送られてきた操作コマンドを解釈して、フォロワ1022の各関節を駆動するアクチュエータの駆動信号に変換して出力する。そして、フォロワ1022は、フォロワ側制御部1021からの駆動信号に基づいて動作する。 The follower 1022 is, for example, a robot arm with a multi-joint link structure, and is equipped with a surgical tool or observation device as an end effector at its tip (or distal end). Examples of surgical tools include forceps, an insufflation tube, an energy treatment device, a surgeon, and a retractor. Examples of observation devices include an endoscope. The follower-side control unit 1021 interprets operation commands sent from the console unit 1010 via the transmission path 1031, converts them into drive signals for actuators that drive each joint of the follower 1022, and outputs them. The follower 1022 then operates based on the drive signals from the follower-side control unit 1021.

 センサ部1024は、フォロワ1022が実施している手術の患部における状況を検出する複数のセンサを備え、さらに手術室内に設置された各種センサ装置からセンサ情報を取り込むためのインタフェースを装備している。また、センサ部1024は、フォロワ1022の先端(遠位端)に搭載された術具に作用する外力やモーメントを計測するための力覚センサ(Force Torque Sensor:FTS)を備えている。また、センサ部1024は、フォロワ1022が手術中の患部の表面を観察する撮像ユニットや顕微鏡画像を撮り込むRGBカメラ、腹腔鏡又は体腔鏡手術における内視鏡などの観察装置を装備し、又はこれらのカメラの撮像画像を取り込むインタフェースを装備している。 The sensor unit 1024 is equipped with multiple sensors that detect the condition of the affected area during surgery performed by the follower 1022, and is further equipped with an interface for importing sensor information from various sensor devices installed in the operating room. The sensor unit 1024 is also equipped with a force torque sensor (FTS) for measuring external forces and moments acting on the surgical tool mounted on the tip (distal end) of the follower 1022. The sensor unit 1024 is also equipped with an imaging unit that observes the surface of the affected area during surgery by the follower 1022, an RGB camera that captures microscopic images, an observation device such as an endoscope for laparoscopic or coloscopic surgery, or an interface for importing images captured by these cameras.

 フォロワ側通信部1024は、フォロワ側制御部1021による制御下で、伝送路1031を介したコンソールユニット1010との信号の送受信処理を行う。例えば伝送路1031が光ファイバからなる場合、フォロワ側通信部1024は、オペレーションユニット1020から送出する電気信号を光信号に変換する電光変換部と、伝送路1031から受信した光信号を電気信号に変換する光電変換部を備えている。 Under the control of the follower-side control unit 1021, the follower-side communication unit 1024 performs signal transmission and reception processing with the console unit 1010 via the transmission path 1031. For example, if the transmission path 1031 consists of optical fiber, the follower-side communication unit 1024 includes an electrical-to-optical conversion unit that converts electrical signals sent from the operation unit 1020 into optical signals, and an optical-to-electrical conversion unit that converts optical signals received from the transmission path 1031 into electrical signals.

 フォロワ側通信部1024は、センサ部1024によって取得される術具の力覚データや、撮像ユニットや内視鏡などの撮像画像を、伝送路1031を介してコンソールユニット1010に転送する。また、フォロワ側通信部1024は、コンソールユニット1010から送られてくるフォロワ1022に対する操作コマンドを、伝送路1031を介して受信する。 The follower-side communication unit 1024 transfers force data of surgical tools acquired by the sensor unit 1024, as well as images captured by the imaging unit, endoscope, etc., to the console unit 1010 via the transmission path 1031. The follower-side communication unit 1024 also receives operation commands for the follower 1022 sent from the console unit 1010 via the transmission path 1031.

 コンソールユニット1010側では、リーダ1012(操作コンソール装置3200)を介してフォロワ1022を遠隔操作するための操作コマンドが入力される。操作コマンドは、フォロワ1022としてのロボットアームのパン動作、チルト動作、フォロワ1022に保持された術具の動作が含まれる。 On the console unit 1010 side, operation commands for remotely operating the follower 1022 are input via the reader 1012 (operation console device 3200). The operation commands include panning and tilting of the robot arm serving as the follower 1022, and the operation of the surgical tool held by the follower 1022.

 フォロワ側制御部1021は、受信した操作コマンドに応じたフォロワ1022の動作を実現するように、駆動制御を実施する。 The follower-side control unit 1021 performs drive control to realize the operation of the follower 1022 in accordance with the received operation command.

 以上、特定の実施形態を参照しながら、本開示について詳細に説明してきた。しかしながら、本開示は上述した実施形態に限定して解釈されるべきでなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。また、本明細書に記載した効果はあくまで例示であって、本開示がもたらす効果は限定されるものではなく、本明細書に記載されていない付加的な効果があってもよい。 The present disclosure has been described in detail above with reference to specific embodiments. However, the present disclosure should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and it is obvious that those skilled in the art can modify or substitute the embodiments without departing from the spirit of the present disclosure. Furthermore, the effects described in this specification are merely examples, and the effects brought about by the present disclosure are not limited, and additional effects not described in this specification may exist.

 本明細書では、本開示に係る入力装置を主に手術支援ロボットに適用した実施形態を中心に説明してきた。本開示に係る入力装置は、とりわけマイクロサージャリー用途に好適に適用することができる。さらに本開示に係る入力装置は、バーチャル空間の操作(例えば、手術シミュレータ、メタバース空間、ゲーム、3DCADなど)、遠隔ロボット(例えば、手術ロボット、サービスロボット、産業ロボットなど)の操作、ロボットのティーチング(例えば、入力装置を用いたピッキング作業ティーチングなど)にも適用することができる。 This specification has mainly described embodiments in which the input device according to the present disclosure is applied to a surgical support robot. The input device according to the present disclosure is particularly suitable for use in microsurgery. Furthermore, the input device according to the present disclosure can also be applied to operation in virtual spaces (e.g., surgical simulators, metaverse spaces, games, 3D CAD, etc.), operation of remote robots (e.g., surgical robots, service robots, industrial robots, etc.), and teaching robots (e.g., teaching picking tasks using an input device, etc.).

 要するに、例示という形態により本開示について説明してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本開示の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。 In short, the present disclosure has been described in the form of examples, and the contents of this specification should not be interpreted in a limiting manner. To determine the gist of the present disclosure, the claims should be taken into consideration.

 なお、本開示は、以下のような構成をとることも可能である。 In addition, this disclosure can also be configured as follows:

(1)遠位端に配置された、複数の自由度を有する操作部と、
 前記操作部を遠位端で支持し、前記操作部の自由度毎の動作をケーブルで伝達する伝達部と、
 前記伝達部を根元側の端部付近で支持し、前記伝達部が伝達した前記操作部の自由度毎の動作を計測する計測部と、
を具備する入力装置。
(1) an operating unit having multiple degrees of freedom disposed at a distal end;
a transmission unit that supports the operation unit at a distal end and transmits the operation of each degree of freedom of the operation unit via a cable;
a measurement unit that supports the transmission unit near an end portion on a base side and measures the movement of the operation unit for each degree of freedom transmitted by the transmission unit;
An input device comprising:

(2)前記操作部と前記計測部は、前記伝達部を介して鏡対称となるように構成されている、
上記(1)に記載の入力装置。
(2) The operation unit and the measurement unit are configured to be mirror-symmetrical with respect to each other via the transmission unit.
The input device according to (1) above.

(3)前記伝達部は、複数本のケーブルを用いて前記操作部の自由度毎の動作を前記計測部に伝達する、
上記(1)又は(2)のいずれか1つに記載の入力装置。
(3) The transmission unit transmits the operation of each degree of freedom of the operation unit to the measurement unit using a plurality of cables.
The input device according to any one of (1) and (2) above.

(4)前記計測部は回転センサを備え、
 前記操作部の軸と前記回転センサの軸をケーブルで連結して、前記回転センサは前記ケーブルにけん引されて回転した軸の回転角度を検知する、
上記(1)乃至(3)のいずれか1つに記載の入力装置。
(4) The measuring unit includes a rotation sensor,
The shaft of the operating unit and the shaft of the rotation sensor are connected by a cable, and the rotation sensor is pulled by the cable to detect the rotation angle of the rotated shaft.
The input device according to any one of (1) to (3) above.

(5)前記操作部は、前記伝達部の遠位端に長手方向に直交する第1軸を中心に回転可能に支持された第1リンクを含み、
 前記伝達部は、前記第1リンクの前記第1軸を中心とする回転動作を第1ケーブルの直動動作に変換して伝達し、
 前記計測部は、前記第1ケーブルの直動動作から変換した回転動作に基づいて、前記第1リンクの前記第1軸を中心とする回転角度を計測する第1回転センサを含む、
上記(1)乃至(4)のいずれか1つに記載の入力装置。
(5) The operation unit includes a first link supported on a distal end of the transmission unit so as to be rotatable about a first axis perpendicular to the longitudinal direction,
the transmission unit converts a rotational movement of the first link about the first axis into a linear movement of a first cable and transmits the linear movement;
the measurement unit includes a first rotation sensor that measures a rotation angle of the first link about the first axis based on a rotational movement converted from a linear movement of the first cable.
The input device according to any one of (1) to (4) above.

(6)前記操作部は、前記長手方向及び前記第1軸と直交する第2軸を中心に回転可能に前記第1リンクに支持されたハンドル部をさらに含み、
 前記伝達部は、前記ハンドル部の前記第2軸を中心とする回転動作を第2ケーブルの直動動作に変換して伝達し、
 前記計測部は、前記第2ケーブルの直動動作から変換した回転動作に基づいて、前記ハンドル部の前記第2軸回りの回転角度を計測する第2回転センサを含む、
上記(5)に記載の入力装置。
(6) The operation unit further includes a handle portion supported by the first link so as to be rotatable about a second axis perpendicular to the longitudinal direction and the first axis,
the transmission unit converts the rotational movement of the handle unit about the second axis into a linear movement of a second cable and transmits the linear movement;
the measurement unit includes a second rotation sensor that measures a rotation angle of the handle portion around the second axis based on a rotational movement converted from a linear movement of the second cable.
The input device according to (5) above.

(7)前記操作部は、前記ハンドル部とは独立して前記第2軸を中心に回転可能に支持されたカム部をさらに含み、
 前記ハンドル部は、前記カム部との前記第2軸を中心とする回転角度に基づいて開閉動作する一対のグリップ部を含み、
 前記伝達部は、前記カム部の前記第2軸を中心とする回転動作を第3ケーブルの直動動作に変換して伝達し、
 前記計測部は、前記第3ケーブルの直動動作から変換した回転動作に基づいて、前記カム部の前記第2軸回りの回転角度を計測する第3回転センサを含む、
上記(6)に記載の入力装置。
(7) The operation unit further includes a cam portion supported rotatably about the second axis independently of the handle portion,
the handle portion includes a pair of grip portions that open and close based on a rotation angle between the cam portion and the second axis,
the transmission unit converts the rotational movement of the cam unit about the second axis into a linear movement of a third cable and transmits the linear movement;
the measurement unit includes a third rotation sensor that measures a rotation angle of the cam portion about the second axis based on a rotational movement converted from a linear movement of the third cable.
The input device according to (6) above.

(8)前記計測部は、前記伝達部の根元側に前記第1軸と平行な第3軸を中心に回転可能に支持された第2リンクを含み、
 前記伝達部は、前記第1ケーブルの直動動作を前記第2リンクの前記第3軸を中心とする回転動作に変換し、
 前記第1回転センサは、前記第2リンクの前記第3軸回りの回転角度を計測する、
上記(7)に記載の入力装置。
(8) The measurement unit includes a second link supported on a base side of the transmission unit so as to be rotatable around a third axis parallel to the first axis,
the transmission unit converts the linear motion of the first cable into a rotational motion of the second link about the third axis,
the first rotation sensor measures a rotation angle of the second link about the third axis;
The input device according to (7) above.

(9)前記第2回転センサ及び前記第3回転センサは、前記第2軸と平行な第4軸を中心に回転可能となるようにそれぞれ前記第2リンクに保持され、
 前記伝達部は、前記第2ケーブルの直動動作を第2キャプスタンの前記第4軸を中心とする回転動作に変換するとともに、前記第3ケーブルの直動動作を第3キャプスタンの前記第4軸を中心とする回転動作に変換し、
 前記第2回転センサは前記第2キャプスタンの前記第4軸回りの回転角度を計測するとともに、前記第3回転センサは前記第3キャプスタンの前記第4軸回りの回転角度を計測する、
上記(8)に記載の入力装置。
(9) The second rotation sensor and the third rotation sensor are each held by the second link so as to be rotatable around a fourth axis parallel to the second axis,
the transmission unit converts the linear motion of the second cable into a rotational motion of the second capstan about the fourth axis, and converts the linear motion of the third cable into a rotational motion of the third capstan about the fourth axis,
the second rotation sensor measures a rotation angle of the second capstan about the fourth axis, and the third rotation sensor measures a rotation angle of the third capstan about the fourth axis;
The input device according to (8) above.

(10)前記第2ケーブルと前記第3ケーブルの終端同士を結合して予張力を与える接続部をさらに備える、
上記(8)乃至(9)のいずれか1つに記載の入力装置。
(10) A connecting portion is further provided to connect the ends of the second cable and the third cable to each other and apply a pretension.
The input device according to any one of (8) to (9) above.

(11)入力装置と、
 前記入力装置を支持するアームと、
 前記入力装置を操作中のユーザの手を接地するハンドレストと、
を具備し、
 前記入力装置は、請求項1乃至9のいずれか1つに記載の入力装置である、
操作コンソール装置。
(11) an input device;
an arm supporting the input device;
a hand rest for placing a user's hand on the input device while the user is operating the input device;
Equipped with
The input device is an input device according to any one of claims 1 to 9.
Operation console device.

(11-1)前記ハンドレストは、ユーザの手が接地する接地面がクッション性を有する、
上記(11)に記載の操作コンソール装置。
(11-1) The hand rest has a cushioned contact surface on which the user's hand rests.
The operation console device according to (11) above.

(11-2)前記ハンドレストは、湾曲形状を有する、
上記(11)に記載の操作コンソール装置。
(11-2) The hand rest has a curved shape.
The operation console device according to (11) above.

(11-3)前記ハンドレストは、着脱交換可能である、
上記(11)に記載の操作コンソール装置。
(11-3) The hand rest is detachable and replaceable.
The operation console device according to (11) above.

(12)前記ハンドレストは、ボタンを含む、
上記(11)に記載の操作コンソール装置。
(12) The hand rest includes a button.
The operation console device according to (11) above.

(13)前記ボタンは、ユーザが前記操作部を把持し且つ前記ハンドレストに接地した手の側面で押し込むことができる場所に配置されている、
上記(12)に記載の操作コンソール装置。
(13) The button is arranged in a position where a user can press the button with the side of the hand that is in contact with the hand rest while holding the operation unit.
The operation console device according to (12) above.

(14)前記ハンドレストは、ユーザの手が接地する接地部と前記ボタンが異なる高さとなる形状を有する、
上記(12)又は(13)のいずれか1つに記載の操作コンソール装置。
(14) The hand rest has a shape in which a contact portion on which a user's hand is placed and the buttons are at different heights.
The operation console device according to any one of (12) and (13) above.

(14-1)前記ハンドレストは、U字形状を含み、前記U字の両端に前記ボタンが配置されている、
上記(14)に記載の操作コンソール装置。
(14-1) The hand rest includes a U-shape, and the buttons are arranged on both ends of the U-shape.
The operation console device according to (14) above.

(15)前記アームを固定するアーム固定装置をさらに備える、
上記(11)乃至(14)のいずれか1つに記載の操作コンソール装置。
(15) Further comprising an arm fixing device for fixing the arm.
The operation console device according to any one of (11) to (14) above.

(16)前記入力装置の使用状態に応じて前記アーム固定装置を移動させる移動装置をさらに備える、
上記(15)に記載の操作コンソール装置。
(16) The input device may further include a moving device that moves the arm fixing device depending on the use state of the input device.
The operation console device according to (15) above.

(17)前記移動装置は、前記入力装置の操作時に、前記アームと連結可能な連結位置に前記アーム固定装置を移動させるとともに、前記入力装置の操作時以外に、前記入力装置及びリーダアームの可動域から外れた格納位置まで前記アーム固定装置を退避させる、
上記(16)に記載の操作コンソール装置。
(17) The moving device moves the arm fixing device to a coupling position where the arm fixing device can be coupled to the arm when the input device is operated, and retracts the arm fixing device to a storage position outside the movable range of the input device and the leader arm when the input device is not operated.
The operation console device according to (16) above.

(18)前記アーム固定装置は、前記入力装置の操作部と連結するアダプタ部を備え、前記アダプタ部が前記操作部と連結することにより前記アームを固定する、
上記(15)乃至(17)のいずれか1つに記載の操作コンソール装置。
(18) The arm fixing device includes an adapter unit that is connected to an operation unit of the input device, and the adapter unit is connected to the operation unit to fix the arm.
The operation console device according to any one of (15) to (17) above.

(19)前記アダプタ部は、前記入力装置の操作部との連結状態を検知するセンサを備える、
上記(18)に記載の操作コンソール装置。
(19) The adapter unit includes a sensor that detects a connection state with the operation unit of the input device.
The operation console device according to (18) above.

(20)術具を装着するフォロワを1以上含むオペレーションユニットと、
 操作者が操作するリーダを1以上含むコンソールユニットと、
 術具で手術中の患者の患部の撮像画像を表示する表示装置と、
 前記リーダの操作に追従させて前記フォロワの動作を制御する制御装置と、
を具備し、
 前記リーダのうち少なくとも1つは、請求項1乃至9のいずれか1つに記載の入力装置を含む、
手術支援ロボットシステム。
(20) An operation unit including one or more followers to which surgical tools are attached;
a console unit including one or more readers operated by an operator;
a display device that displays an image of the affected area of the patient during surgery using a surgical tool;
a control device that controls the operation of the follower in accordance with the operation of the leader;
Equipped with
At least one of the readers includes an input device according to any one of claims 1 to 9.
Robotic surgical support system.

 100…入力装置、110…操作部、111…ハンドル部
 111a、111b…グリップ部、120…伝達部、130…計測部
 300…リーダアーム、301…リーダアーム本体
 303、304…チルトリンク、310…装置ホルダー部
 311…第1軸、312…第2軸、313…第3軸
 400…入力装置、410…操作部、411…ピッチリンク
 412…ハンドル部、412a、412b…グリップ部
 412c…把持軸、413…カム部、420…伝達部、430…計測部
 431…第1エンコーダ、432…第2エンコーダ
 433…第3エンコーダ、440…ピッチリンク
 511、512…ケーブル(ピッチ軸用)
 513…ケーブル(ロール軸用)、514…ケーブル(カム軸用)
 523、524…プーリ(ケーブル513用、操作部410側)
 525、526…プーリ(ケーブル514用、操作部410側)
 527、528…プーリ(ケーブル514用、計測部430側)
 601…ピッチ軸入力キャプスタン、603…軸受部、604…接合部
 606…軸受部、611…ロール軸部、612…グリッパ支持部
 613…スタイラス部、614…ロール軸入力キャプスタン
 615…カム軸入力キャプスタン、621、622…突起部
 623、624…当接部材、625、626…リブ
 1000…手術支援ロボットシステム、1010…コンソールユニット
 1011…リーダ側制御部、1012…リーダ
 1013…リーダ側通信部、1014…表示装置
 1020…オペレーションユニット、1021…フォロワ側制御部
 1022…フォロワ、1023…フォロワ側通信部
 1024…センサ部、1025…ロボットアーム
 1030…ロボット制御装置、1031…伝送路、1050…手術台
 1101…接合部、1111、1112…軸受部
 1113、1114・・軸受部、1201…ピッチ軸出力キャプスタン
 1202…ロール軸出力キャプスタン
 1203…カム軸出力キャプスタン、1204…トーションばね
 3200…操作コンソール装置、3201…底部
 3202…ベース部、3203…支持部、3204…椅子
 3205…ハンドレスト、3210…入力装置
 3211…リーダアーム
 3601…ハンドレスト(ストレート形状)
 3611、3612…ボタン
 3701…ハンドレスト(湾曲形状)
 3711、3712…ボタン
 3900…操作コンソール装置、3910…ハンドレスト
 3911…接地部、3912、3913…ボタン
 4100…アーム固定装置、4101…アダプタ部
 4110…移動装置
 4300…アーム固定装置、4301…アダプタ部
 4310…移動装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100...input device, 110...operation unit, 111...handle unit, 111a, 111b...grip unit, 120...transmission unit, 130...measurement unit, 300...leader arm, 301...leader arm main body, 303, 304...tilt link, 310...device holder unit, 311...first axis, 312...second axis, 313...third axis, 400...input device, 410...operation unit, 411...pitch link, 412...handle unit, 412a, 412b...grip unit, 412c...gripping axis, 413...cam unit, 420...transmission unit, 430...measurement unit, 431...first encoder, 432...second encoder, 433...third encoder, 440...pitch link, 511, 512...cable (for pitch axis)
513...Cable (for roll shaft), 514...Cable (for cam shaft)
523, 524...pulleys (for cable 513, on the operation unit 410 side)
525, 526...pulleys (for cable 514, on the operation unit 410 side)
527, 528...pulleys (for cable 514, on the measuring unit 430 side)
601...Pitch axis input capstan, 603...Bearing portion, 604...Joint portion, 606...Bearing portion, 611...Roll axis portion, 612...Gripper support portion, 613...Stylus portion, 614...Roll axis input capstan, 615...Cam axis input capstan, 621, 622...Protrusion portion, 623, 624...Abutment member, 625, 626...Rib, 1000...Surgery support robot system, 1010...Console unit, 1011...Leader side control portion, 1012...Leader, 1013...Leader side communication portion, 1014...Display device, 1020...Operation unit, 1021...Follower side control portion, 1022...Follower, 1023...Follower side communication portion, 1024...Sensor portion, 1025...Robot arm 1030...Robot control device, 1031...Transmission path, 1050...Operating table, 1101...Joint, 1111, 1112...Bearing portion, 1113, 1114...Bearing portion, 1201...Pitch axis output capstan, 1202...Roll axis output capstan, 1203...Cam shaft output capstan, 1204...Torsion spring, 3200...Operation console device, 3201...Bottom, 3202...Base portion, 3203...Support portion, 3204...Chair, 3205...Hand rest, 3210...Input device, 3211...Reader arm, 3601...Hand rest (straight shape)
3611, 3612... Buttons 3701... Hand rest (curved shape)
3711, 3712...Buttons 3900...Operation console device, 3910...Hand rest 3911...Ground part, 3912, 3913...Buttons 4100...Arm fixing device, 4101...Adapter part 4110...Moving device 4300...Arm fixing device, 4301...Adapter part 4310...Moving device

Claims (20)

 遠位端に配置された、複数の自由度を有する操作部と、
 前記操作部を遠位端で支持し、前記操作部の自由度毎の動作をケーブルで伝達する伝達部と、
 前記伝達部を根元側の端部付近で支持し、前記伝達部が伝達した前記操作部の自由度毎の動作を計測する計測部と、
を具備する入力装置。
an operating unit having multiple degrees of freedom disposed at the distal end;
a transmission unit that supports the operation unit at a distal end and transmits the operation of each degree of freedom of the operation unit via a cable;
a measurement unit that supports the transmission unit near an end portion on a base side and measures the movement of the operation unit for each degree of freedom transmitted by the transmission unit;
An input device comprising:
 前記操作部と前記計測部は、前記伝達部を介して鏡対称となるように構成されている、
請求項1に記載の入力装置。
The operation unit and the measurement unit are configured to be mirror-symmetrical with each other via the transmission unit.
The input device according to claim 1 .
 前記伝達部は、複数本のケーブルを用いて前記操作部の自由度毎の動作を前記計測部に伝達する、
請求項1に記載の入力装置。
the transmission unit transmits the operation of the operation unit for each degree of freedom to the measurement unit using a plurality of cables.
The input device according to claim 1 .
 前記計測部は回転センサを備え、
 前記操作部の軸と前記回転センサの軸をケーブルで連結して、前記回転センサは前記ケーブルにけん引されて回転した軸の回転角度を検知する、
請求項1に記載の入力装置。
the measuring unit includes a rotation sensor,
The shaft of the operating unit and the shaft of the rotation sensor are connected by a cable, and the rotation sensor is pulled by the cable to detect the rotation angle of the rotated shaft.
The input device according to claim 1 .
 前記操作部は、前記伝達部の遠位端に長手方向に直交する第1軸を中心に回転可能に支持された第1リンクを含み、
 前記伝達部は、前記第1リンクの前記第1軸を中心とする回転動作を第1ケーブルの直動動作に変換して伝達し、
 前記計測部は、前記第1ケーブルの直動動作から変換した回転動作に基づいて、前記第1リンクの前記第1軸を中心とする回転角度を計測する第1回転センサを含む、
請求項1に記載の入力装置。
the operating unit includes a first link supported on a distal end of the transmission unit so as to be rotatable about a first axis perpendicular to the longitudinal direction,
the transmission unit converts a rotational movement of the first link about the first axis into a linear movement of a first cable and transmits the linear movement;
the measurement unit includes a first rotation sensor that measures a rotation angle of the first link about the first axis based on a rotational movement converted from a linear movement of the first cable.
The input device according to claim 1 .
 前記操作部は、前記長手方向及び前記第1軸と直交する第2軸を中心に回転可能に前記第1リンクに支持されたハンドル部をさらに含み、
 前記伝達部は、前記ハンドル部の前記第2軸を中心とする回転動作を第2ケーブルの直動動作に変換して伝達し、
 前記計測部は、前記第2ケーブルの直動動作から変換した回転動作に基づいて、前記ハンドル部の前記第2軸回りの回転角度を計測する第2回転センサを含む、
請求項5に記載の入力装置。
the operating unit further includes a handle portion supported by the first link so as to be rotatable about a second axis perpendicular to the longitudinal direction and the first axis,
the transmission unit converts the rotational movement of the handle unit about the second axis into a linear movement of a second cable and transmits the linear movement;
the measurement unit includes a second rotation sensor that measures a rotation angle of the handle portion around the second axis based on a rotational movement converted from a linear movement of the second cable.
The input device according to claim 5 .
 前記操作部は、前記ハンドル部とは独立して前記第2軸を中心に回転可能に支持されたカム部をさらに含み、
 前記ハンドル部は、前記カム部との前記第2軸を中心とする回転角度に基づいて開閉動作する一対のグリップ部を含み、
 前記伝達部は、前記カム部の前記第2軸を中心とする回転動作を第3ケーブルの直動動作に変換して伝達し、
 前記計測部は、前記第3ケーブルの直動動作から変換した回転動作に基づいて、前記カム部の前記第2軸回りの回転角度を計測する第3回転センサを含む、
請求項6に記載の入力装置。
the operation unit further includes a cam portion supported rotatably about the second axis independently of the handle portion,
the handle portion includes a pair of grip portions that open and close based on a rotation angle between the cam portion and the second axis,
the transmission unit converts the rotational movement of the cam unit about the second axis into a linear movement of a third cable and transmits the linear movement;
the measurement unit includes a third rotation sensor that measures a rotation angle of the cam portion about the second axis based on a rotational movement converted from a linear movement of the third cable.
The input device according to claim 6.
 前記計測部は、前記伝達部の根元側に前記第1軸と平行な第3軸を中心に回転可能に支持された第2リンクを含み、
 前記伝達部は、前記第1ケーブルの直動動作を前記第2リンクの前記第3軸を中心とする回転動作に変換し、
 前記第1回転センサは、前記第2リンクの前記第3軸回りの回転角度を計測する、
請求項7に記載の入力装置。
the measurement unit includes a second link supported on a base side of the transmission unit so as to be rotatable about a third axis parallel to the first axis,
the transmission unit converts the linear motion of the first cable into a rotational motion of the second link about the third axis,
the first rotation sensor measures a rotation angle of the second link about the third axis;
The input device according to claim 7.
 前記第2回転センサ及び前記第3回転センサは、前記第2軸と平行な第4軸を中心に回転可能となるようにそれぞれ前記第2リンクに保持され、
 前記伝達部は、前記第2ケーブルの直動動作を第2キャプスタンの前記第4軸を中心とする回転動作に変換するとともに、前記第3ケーブルの直動動作を第3キャプスタンの前記第4軸を中心とする回転動作に変換し、
 前記第2回転センサは前記第2キャプスタンの前記第4軸回りの回転角度を計測するとともに、前記第3回転センサは前記第3キャプスタンの前記第4軸回りの回転角度を計測する、
請求項8に記載の入力装置。
the second rotation sensor and the third rotation sensor are each held by the second link so as to be rotatable around a fourth axis parallel to the second axis;
the transmission unit converts the linear motion of the second cable into a rotational motion of the second capstan about the fourth axis, and converts the linear motion of the third cable into a rotational motion of the third capstan about the fourth axis,
the second rotation sensor measures a rotation angle of the second capstan about the fourth axis, and the third rotation sensor measures a rotation angle of the third capstan about the fourth axis;
The input device according to claim 8 .
 前記第2ケーブルと前記第3ケーブルの終端同士を結合して予張力を与える接続部をさらに備える、
請求項7に記載の入力装置。
a connecting portion that connects the ends of the second cable and the third cable to each other and applies a pretension.
The input device according to claim 7.
 入力装置と、
 前記入力装置を支持するアームと、
 前記入力装置を操作中のユーザの手を接地するハンドレストと、
を具備し、
 前記入力装置は、請求項1乃至9のいずれか1つに記載の入力装置である、
操作コンソール装置。
An input device;
an arm supporting the input device;
a hand rest for placing a user's hand on the input device while the user is operating the input device;
Equipped with
The input device is an input device according to any one of claims 1 to 9.
Operation console device.
 前記ハンドレストは、ボタンを含む、
請求項11に記載の操作コンソール装置。
the hand rest includes a button;
The operation console device according to claim 11.
 前記ボタンは、ユーザが前記操作部を把持し且つ前記ハンドレストに接地した手の側面で押し込むことができる場所に配置されている、
請求項12に記載の操作コンソール装置。
The button is arranged in a position where a user can hold the operation unit and press it with the side of their hand that is placed on the hand rest.
The operation console device according to claim 12.
 前記ハンドレストは、ユーザの手が接地する接地部と前記ボタンが異なる高さとなる形状を有する、
請求項12に記載の操作コンソール装置。
The hand rest has a shape in which a contact portion on which a user's hand is placed and the button are at different heights.
The operation console device according to claim 12.
 前記アームを固定するアーム固定装置をさらに備える、
請求項11に記載の操作コンソール装置。
Further provided is an arm fixing device for fixing the arm.
The operation console device according to claim 11.
 前記入力装置の使用状態に応じて前記アーム固定装置を移動させる移動装置をさらに備える、
請求項15に記載の操作コンソール装置。
a moving device that moves the arm fixing device depending on the use state of the input device;
The operation console device according to claim 15.
 前記移動装置は、前記入力装置の操作時に、前記アームと連結可能な連結位置に前記アーム固定装置を移動させるとともに、前記入力装置の操作時以外に、前記入力装置及びリーダアームの可動域から外れた格納位置まで前記アーム固定装置を退避させる、
請求項16に記載の操作コンソール装置。
the moving device moves the arm fixing device to a coupling position where the arm fixing device can be coupled with the arm when the input device is operated, and retracts the arm fixing device to a storage position outside the movable range of the input device and the leader arm when the input device is not operated.
The operation console device according to claim 16.
 前記アーム固定装置は、前記入力装置の操作部と連結するアダプタ部を備え、前記アダプタ部が前記操作部と連結することにより前記アームを固定する、
請求項15に記載の操作コンソール装置。
the arm fixing device includes an adapter part that is connected to an operation part of the input device, and the adapter part is connected to the operation part to fix the arm;
The operation console device according to claim 15.
 前記アダプタ部は、前記入力装置の操作部との連結状態を検知するセンサを備える、
請求項18に記載の操作コンソール装置。
the adapter unit includes a sensor that detects a connection state between the input device and an operation unit;
The operation console device according to claim 18.
 術具を装着するフォロワを1以上含むオペレーションユニットと、
 操作者が操作するリーダを1以上含むコンソールユニットと、
 術具で手術中の患者の患部の撮像画像を表示する表示装置と、
 前記リーダの操作に追従させて前記フォロワの動作を制御する制御装置と、
を具備し、
 前記リーダのうち少なくとも1つは、請求項1乃至9のいずれか1つに記載の入力装置を含む、
手術支援ロボットシステム。
an operation unit including one or more followers to which surgical tools are attached;
a console unit including one or more readers operated by an operator;
a display device that displays an image of the affected area of the patient during surgery using a surgical tool;
a control device that controls the operation of the follower in accordance with the operation of the leader;
Equipped with
At least one of the readers includes an input device according to any one of claims 1 to 9.
Robotic surgical support system.
PCT/JP2025/009852 2024-03-29 2025-03-14 Input device, operation console device, and surgery assistance robot system Pending WO2025205060A1 (en)

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