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JP2019034002A - Forceps system - Google Patents

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JP2019034002A
JP2019034002A JP2017158330A JP2017158330A JP2019034002A JP 2019034002 A JP2019034002 A JP 2019034002A JP 2017158330 A JP2017158330 A JP 2017158330A JP 2017158330 A JP2017158330 A JP 2017158330A JP 2019034002 A JP2019034002 A JP 2019034002A
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forceps
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貴弘 溝口
Takahiro Mizoguchi
貴弘 溝口
誠通 下野
Akimichi Shimono
誠通 下野
大西 公平
Kohei Onishi
公平 大西
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Keio University
Yokohama National University NUC
Kanagawa Institute of Industrial Science and Technology
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Keio University
Yokohama National University NUC
Kanagawa Institute of Industrial Science and Technology
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Abstract

【課題】簡易で、従来のものと同じ感覚で使用でき、かつ操作性に優れた鉗子システムを提供する。【解決手段】鉗子システムは、第1回転モータおよび第2回転モータを有するヘッド部と、ヘッド部に軸支され、第1回転モータと動力伝達機構を介して連結される操作部と、ヘッド部に取り付けられた軸部と、軸部の先端に配設され、対象物を挟む把持部と、軸部を貫通し、一端がリンク機構を介して把持部と連結され、他端が第2回転モータと動力伝達機構を介して連結された操作部材と、第1回転モータおよび第2回転モータを制御する制御部と、を備え、制御部は、加速度基準のバイラテラル制御により、第1回転モータと第2回転モータの角度偏差に応じて、第1回転モータと第2回転モータの角度応答を制御し、第1回転モータと第2回転モータのトルク偏差に応じて、第1回転モータと第2回転モータのトルク応答を制御する。【選択図】図1A forceps system that is simple, can be used with the same feeling as a conventional one, and has excellent operability. A forceps system includes a head unit having a first rotation motor and a second rotation motor, an operation unit pivotally supported by the head unit and connected to the first rotation motor via a power transmission mechanism, and a head unit. A shaft portion attached to the shaft portion, a grip portion that is disposed at the tip of the shaft portion, sandwiches the object, passes through the shaft portion, one end is connected to the grip portion via the link mechanism, and the other end rotates second. An operation member coupled to the motor via a power transmission mechanism; and a control unit that controls the first rotation motor and the second rotation motor. The control unit is configured to control the first rotation motor by acceleration-based bilateral control. And the angular response of the second rotary motor to control the angular response of the first rotary motor and the second rotary motor, and the first rotary motor and the second rotary motor according to the torque deviation of the first rotary motor and the second rotary motor. Control the torque response of a two-rotation motor[Selection] Figure 1

Description

本発明は、鉗子システムに関する。   The present invention relates to a forceps system.

近年、医療分野において患者への負担が比較的少ない低侵襲手術(MIS)が注目されている。MISの典型的な方法である腹腔鏡手術は、患者の体に形成された穴から鉗子などの器具を挿入することによって行われる。この腹腔鏡手術を遠隔操作によって行う、Intuitive Surgical社製のダビンチなどの手術支援ロボットが開発されている。例えば、特許文献1や特許文献2には、操作者が操作する操作部(マスター側)と、遠隔地に設置され実際に対象物を把持する把持部(スレーブ側)と、から構成され、操作部の操作に応じて把持部を制御する鉗子システムが記載されている。   In recent years, minimally invasive surgery (MIS), which has a relatively low burden on patients in the medical field, has attracted attention. Laparoscopic surgery, which is a typical method of MIS, is performed by inserting an instrument such as forceps through a hole formed in a patient's body. Surgical support robots such as Davinci manufactured by Intuitive Surgical Co., Ltd. have been developed that perform this laparoscopic surgery by remote control. For example, Patent Literature 1 and Patent Literature 2 include an operation unit (master side) operated by an operator and a gripping unit (slave side) that is installed in a remote place and actually grips an object. A forceps system that controls a gripping part according to the operation of the part is described.

国際公開第2005/109139号International Publication No. 2005/109139 国際公開第2015/041046号International Publication No. 2015/041046

しかしながら、遠隔操作型の手術支援ロボットは、外科医のパフォーマンスを飛躍的に向上させることができるものの、一般的に、装置が複雑で大型であることから、導入のために多くの費用がかかるとともに設置のための十分に広いスペースを確保する必要がある。また、このような遠隔操作型の手術支援ロボットを使いこなすには、操作者は長期にわたる操作トレーニングを積む必要があった。このため、より簡易で、特別なトレーニングをしなくても使用でき、かつ操作性に優れた医療器具に対する要望も多い。特に、組織や臓器などをつかんだり牽引したりするための鉗子は、手術以外にも検査や診断など、医療現場において日常的に使用されることから、遠隔操作型に限らず、簡易で、従来のものと同じ感覚で使用できることが望まれる。   However, although the remote-operated surgical support robot can dramatically improve the performance of the surgeon, it is generally expensive and expensive to install because the device is complex and large. It is necessary to ensure a sufficiently large space for. Further, in order to master such a remote-operation type surgical support robot, the operator has to accumulate long-term operation training. For this reason, there are many requests for a medical device that is simpler, can be used without special training, and has excellent operability. In particular, forceps for grabbing and pulling tissues and organs are used not only for surgery but also for daily use in medical settings such as inspection and diagnosis. It is desirable that it can be used with the same feeling as that of

本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、簡易で、従来のものと同じ感覚で使用でき、かつ操作性に優れた鉗子システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above background, and an object thereof is to provide a forceps system that is simple, can be used in the same sense as a conventional one, and is excellent in operability.

本発明の一態様にかかる鉗子システムは、第1回転モータおよび第2回転モータを有するヘッド部と、前記ヘッド部に軸支され、前記第1回転モータと動力伝達機構を介して連結され、操作者によって操作される操作部と、前記ヘッド部に取り付けられた軸部と、
前記軸部の先端に配設され、対象物を挟む把持部と、前記軸部を貫通し、一端がリンク機構を介して前記把持部と連結され、他端が前記第2回転モータと動力伝達機構を介して連結された操作部材と、前記第1回転モータおよび前記第2回転モータを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、加速度基準のバイラテラル制御により、前記第1回転モータと前記第2回転モータの角度偏差に応じて、前記第1回転モータと前記第2回転モータの角度応答を制御し、前記第1回転モータと前記第2回転モータのトルク偏差に応じて、前記第1回転モータと前記第2回転モータのトルク応答を制御するものである。
A forceps system according to one aspect of the present invention includes a head portion having a first rotation motor and a second rotation motor, and a shaft portion supported by the head portion, and connected to the first rotation motor via a power transmission mechanism. An operation unit operated by a person, a shaft unit attached to the head unit,
A gripping part disposed at the tip of the shaft part, sandwiching the object, penetrates the shaft part, one end is connected to the gripping part via a link mechanism, and the other end is connected to the second rotary motor for power transmission. An operation member coupled via a mechanism; and a control unit that controls the first and second rotary motors, wherein the control unit performs acceleration-based bilateral control to control the first rotary motor. And controlling the angular response of the first rotary motor and the second rotary motor according to the angular deviation of the second rotary motor, and according to the torque deviation of the first rotary motor and the second rotary motor, The torque response of the first rotary motor and the second rotary motor is controlled.

本発明によれば、簡易で、従来のものと同じ感覚で使用でき、かつ操作性に優れた鉗子システムを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a forceps system that is simple, can be used with the same feeling as a conventional one, and is excellent in operability.

本実施の形態にかかる鉗子システムの概略構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing a schematic structure of a forceps system concerning this embodiment. 図1の破線で示す領域Aにおける軸部の内部構造を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of the axial part in the area | region A shown with the broken line of FIG. 本実施の形態にかかる鉗子システムのプロトタイプを示す図である。It is a figure which shows the prototype of the forceps system concerning this Embodiment. 図3に示す鉗子システムのプロトタイプにおけるヘッド部の内部構造を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of the head part in the prototype of the forceps system shown in FIG. 図3に示す鉗子システムのプロトタイプが操作者Uによって保持された状態を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a state in which the prototype of the forceps system shown in FIG. 3 is held by an operator U. 本実施の形態にかかる鉗子システムの制御部における制御の概略を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline of the control in the control part of the forceps system concerning this Embodiment. 図6に示すブロック図における、DOBおよびRTOBの制御の概略を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline of control of DOB and RTOB in the block diagram shown in FIG. 実験1を行ったときの、マスターとスレーブにおける、トルク応答と角度応答についての測定結果を示すグラフである(スケーリングなし)。It is a graph which shows the measurement result about a torque response and an angle response in a master and a slave when performing Experiment 1 (no scaling). 実験1を行ったときの、マスターとスレーブにおける、トルク応答と角度応答についての測定結果を示すグラフである(スケーリングあり)。It is a graph which shows the measurement result about a torque response and an angle response in a master and a slave when experiment 1 was performed (with scaling). 実験2における実験手順について説明する図である。It is a figure explaining the experiment procedure in experiment 2. FIG. 実験2における実験手順について説明する図である。It is a figure explaining the experiment procedure in experiment 2. FIG. 実験2における実験手順について説明する図である。It is a figure explaining the experiment procedure in experiment 2. FIG. 実験2における実験手順について説明する図である。It is a figure explaining the experiment procedure in experiment 2. FIG. 実験2を行っている間の、マスターおよびスレーブにおける、トルク応答と角度応答についての測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result about a torque response and an angle response in a master and a slave during performing experiment 2. 鉗子システムによって測定されたデータを携帯端末において表示させた画面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the screen which displayed the data measured by the forceps system on the portable terminal.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
まず、図1を参照して本実施の形態にかかる鉗子システムの概略構成について説明する。図1は、本実施の形態にかかる鉗子システム1の概略構成を示す模式図である。図1に示すように、鉗子システム1は、軸部(シャフト)2と、把持部(エンドエフェクタ)3と、ヘッド部4と、制御部5と、を備えている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, a schematic configuration of a forceps system according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a forceps system 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the forceps system 1 includes a shaft part (shaft) 2, a grip part (end effector) 3, a head part 4, and a control part 5.

軸部2および軸部2の先端に設けられた把持部3は、患者の体内に挿入される部分で、既存の鉗子と同様のものを用いることができる。図2は、図1の破線で示す領域Aにおける軸部2の内部構造を示す図である。図2に示すように、把持部3は、軸部2内を貫通する操作部材18とリンク機構19を介して接続されている。図2の上段に示すように、操作部材18を把持部3の方に移動させるとリンク機構19が開いて把持部3が開く。また、図2の下段に示すように、操作部材18を把持部3とは反対の方に移動させるとリンク機構19が閉じて把持部3が閉じる。   The grip portion 3 provided at the tip of the shaft portion 2 and the shaft portion 2 is a portion to be inserted into the body of the patient, and the same forceps as existing forceps can be used. FIG. 2 is a diagram showing an internal structure of the shaft portion 2 in a region A indicated by a broken line in FIG. As shown in FIG. 2, the grip portion 3 is connected to an operation member 18 that penetrates the shaft portion 2 via a link mechanism 19. As shown in the upper part of FIG. 2, when the operating member 18 is moved toward the grip portion 3, the link mechanism 19 is opened and the grip portion 3 is opened. Further, as shown in the lower part of FIG. 2, when the operation member 18 is moved in the direction opposite to the grip part 3, the link mechanism 19 is closed and the grip part 3 is closed.

図1に戻り、ヘッド部4は、操作部6と、グリップ部7と、第1回転モータ8および第2回転モータ9と、を有する。また、軸部2はヘッド部4に取り付けられている。   Returning to FIG. 1, the head unit 4 includes an operation unit 6, a grip unit 7, and a first rotation motor 8 and a second rotation motor 9. The shaft portion 2 is attached to the head portion 4.

操作部6は、操作者が鉗子システム1を操作するためのレバーであり、ヘッド部4において、回転軸6aにより回転可能に軸支されている。また、操作部6には、操作者が指を掛けて操作するための穴6bが形成されている。操作部6は、ヘッド部4に収容された動力伝達機構としてのギヤ類を介して第1回転モータ8と連結されている。すなわち、操作部6の回転軸6aに取り付けられたピニオンギヤ13aが、第1回転モータ8の回転軸8aに取り付けられたピニオンギヤ13bに係合している。   The operation unit 6 is a lever for an operator to operate the forceps system 1 and is pivotally supported on the head unit 4 by a rotation shaft 6a. The operation unit 6 is formed with a hole 6b for the operator to operate with a finger. The operation unit 6 is connected to the first rotary motor 8 via gears serving as a power transmission mechanism housed in the head unit 4. That is, the pinion gear 13 a attached to the rotary shaft 6 a of the operation unit 6 is engaged with the pinion gear 13 b attached to the rotary shaft 8 a of the first rotary motor 8.

操作者が操作部6を回動すると、第1回転モータ8には操作部6に及ぼされた操作力が伝達される。反対に、操作者には、操作部6を介して第1回転モータ8のトルクが反力として伝達される。なお、当然のことながら、ピニオンギヤ13aがピニオンギヤ13bと直接係合する場合に限らず、ピニオンギヤ13aが幾つかの他のピニオンギヤを介してピニオンギヤ13bと係合するように構成してもよい。   When the operator rotates the operation unit 6, the operation force exerted on the operation unit 6 is transmitted to the first rotary motor 8. On the contrary, the torque of the first rotary motor 8 is transmitted to the operator as a reaction force via the operation unit 6. Of course, the pinion gear 13a is not limited to being directly engaged with the pinion gear 13b, and the pinion gear 13a may be engaged with the pinion gear 13b via some other pinion gears.

操作部材18は、ヘッド部4に収容された動力伝達機構としてのギヤ類を介して第2回転モータ9と連結されている。すなわち、操作部材18において、把持部3とリンク機構19(図2参照)を介して連結された一端と反対側の他端に取り付けられたラックギヤ14aが、第2回転モータ9の回転軸9aに取り付けられたピニオンギヤ14bに係合している。ラックギヤ14aおよびピニオンギヤ14bは、第2回転モータ9の回転運動を直線運動に変換する。すなわち、第2回転モータ9が回転すると操作部材18が直線運動し、この直線運動によりリンク機構19が駆動して把持部3を開閉させる。   The operation member 18 is connected to the second rotary motor 9 through gears serving as a power transmission mechanism housed in the head unit 4. That is, in the operation member 18, the rack gear 14 a attached to the other end opposite to the one end connected to the grip portion 3 via the link mechanism 19 (see FIG. 2) is connected to the rotation shaft 9 a of the second rotary motor 9. It is engaged with the attached pinion gear 14b. The rack gear 14a and the pinion gear 14b convert the rotary motion of the second rotary motor 9 into a linear motion. That is, when the second rotary motor 9 rotates, the operation member 18 moves linearly, and the link mechanism 19 is driven by this linear movement to open and close the grip portion 3.

第2回転モータ9は、第1回転モータ8とは機械的に接続されていない。第1回転モータ8および第2回転モータ9は、それぞれ、制御部5に電気的に接続されている。第1回転モータ8と第2回転モータ9とは、制御部5において相互に制御される。制御部5における第1回転モータ8と第2回転モータ9の制御の詳細については後述する。   The second rotary motor 9 is not mechanically connected to the first rotary motor 8. The first rotary motor 8 and the second rotary motor 9 are each electrically connected to the control unit 5. The first rotary motor 8 and the second rotary motor 9 are mutually controlled by the control unit 5. Details of the control of the first rotary motor 8 and the second rotary motor 9 in the controller 5 will be described later.

図3は、本実施の形態にかかる鉗子システム1のプロトタイプを示す図である。なお、図3における上段には、比較のため、既存の鉗子501についても併せて示す。図3に示すように、鉗子システム1のプロトタイプでは、2つの回転モータ(第1回転モータ8、第2回転モータ9)を含むヘッド部4の大きさだけ、従来の鉗子よりも外形寸法が大きくなっている。第1回転モータ8および第2回転モータ9は、配線15を介して制御部5(図1参照)と接続されている。   FIG. 3 is a diagram showing a prototype of the forceps system 1 according to the present embodiment. In addition, the upper stage in FIG. 3 also shows the existing forceps 501 for comparison. As shown in FIG. 3, in the prototype of the forceps system 1, the outer dimensions are larger than the conventional forceps by the size of the head portion 4 including two rotation motors (first rotation motor 8 and second rotation motor 9). It has become. The first rotary motor 8 and the second rotary motor 9 are connected to the control unit 5 (see FIG. 1) via a wiring 15.

軸部2は、ヘッド部4に接続部12を介して着脱可能に取り付けられている。なお、ヘッド部4に対して軸部2を着脱可能に構成する場合、図1および図2に示す操作部材18は継ぎ手を介して分割できるようにする。このように構成すると、鉗子システム1において、形状の異なる把持部3が設けられた軸部2を複数用意すれば、軸部2を付け替えすることにより、状況にあった形状の把持部3を適宜選択することができる。   The shaft portion 2 is detachably attached to the head portion 4 via the connection portion 12. When the shaft portion 2 is configured to be detachable from the head portion 4, the operation member 18 shown in FIGS. 1 and 2 can be divided via a joint. With this configuration, in the forceps system 1, if a plurality of shaft portions 2 provided with grip portions 3 having different shapes are prepared, the grip portion 3 having a shape suitable for the situation can be appropriately changed by replacing the shaft portion 2. You can choose.

一方、既存の鉗子501は、鉗子システム1と同様に、軸部502と、把持部503と、を備え、さらに、把持部503を開閉操作するための取手部504,505を備えている。把持部503を開閉するための機構は、図2に示した、鉗子システム1の把持部3を開閉するための機構と同様である。既存の鉗子501では、軸支された取手部505を操作者が動かして軸部502の内部の操作部材を直線運動させることにより把持部503を開閉する。   On the other hand, similar to the forceps system 1, the existing forceps 501 includes a shaft portion 502 and a grip portion 503, and further includes handle portions 504 and 505 for opening and closing the grip portion 503. The mechanism for opening and closing the grip portion 503 is the same as the mechanism for opening and closing the grip portion 3 of the forceps system 1 shown in FIG. In the existing forceps 501, the operator moves the handle portion 505 that is pivotally supported to linearly move the operation member inside the shaft portion 502, thereby opening and closing the grip portion 503.

図4は、図3に示す鉗子システム1のプロトタイプにおけるヘッド部4の内部構造を示す図である。なお、図4には、図3の矢印Bの方向から見たヘッド部4の内部構造を示している。図4に示すように、第1回転モータ8と第2回転モータ9とは、軸部2の長手方向の中心軸を通り、操作部6の回動する平面と平行な仮想面を隔てて対向し、夫々の回転軸が同軸線上になるように配置されているが、機械的には接続されていない。このように、第1回転モータ8と第2回転モータ9を配置することにより、グリップ部7を握る操作者Uに余分なモーメントが加わりにくくなるために操作性が向上して好ましいが、これに限定されず、他の配置とすることも可能である。第1回転モータ8に連結されたピニオンギヤ13aやピニオンギヤ13bなどの動力伝達機構、および、第2回転モータ9に連結されたラックギヤ14aやピニオンギヤ14bなどの動力伝達機構は、部品点数も少なく、ヘッド部4においてコンパクトに収納することができる。   FIG. 4 is a diagram showing an internal structure of the head unit 4 in the prototype of the forceps system 1 shown in FIG. 4 shows the internal structure of the head unit 4 as viewed from the direction of arrow B in FIG. As shown in FIG. 4, the first rotary motor 8 and the second rotary motor 9 face each other across a virtual plane passing through the central axis in the longitudinal direction of the shaft portion 2 and parallel to the plane in which the operation portion 6 rotates. And although it arrange | positions so that each rotating shaft may be on a coaxial line, it is not connected mechanically. As described above, by arranging the first rotary motor 8 and the second rotary motor 9, it is preferable that an extra moment is hardly applied to the operator U holding the grip portion 7, thereby improving operability. There is no limitation, and other arrangements are possible. The power transmission mechanism such as the pinion gear 13a and the pinion gear 13b connected to the first rotary motor 8 and the power transmission mechanism such as the rack gear 14a and the pinion gear 14b connected to the second rotary motor 9 have a small number of parts, and the head portion. 4 can be stored compactly.

図3および図4に示すように、鉗子システム1のプロトタイプでは、第1回転モータ8および第2回転モータ9が、総重量において大きな割合を占めている。しかしながら、鉗子システム1のプロトタイプの総重量は、約0.625kgで、実際の医療現場において大きな支障なく使用できるレベルに抑えられている。本プロトタイプでは、第1回転モータ8および第2回転モータ9として、Microtech Laboratory製のMDH−4006を用いている。今後、第1回転モータ8および第2回転モータ9の軽量化を進めていくことなどにより、鉗子システム1のさらなる軽量化が可能である。   As shown in FIGS. 3 and 4, in the prototype of the forceps system 1, the first rotation motor 8 and the second rotation motor 9 occupy a large proportion of the total weight. However, the total weight of the prototype of the forceps system 1 is about 0.625 kg, and is suppressed to a level that can be used without any major trouble in an actual medical field. In the present prototype, MDH-4006 manufactured by Microtech Laboratory is used as the first rotary motor 8 and the second rotary motor 9. In the future, the weight of the forceps system 1 can be further reduced by reducing the weight of the first rotary motor 8 and the second rotary motor 9.

図5は、鉗子システム1のプロトタイプが操作者Uによって保持された状態を示す図である。図5に示すように、グリップ部7を握り、操作部6に形成された穴に指をかけて操作する。グリップ部7は手のひら全体で握ることができる大きさにする。グリップ部7をこのように構成することで、操作者Uは、鉗子システム1を安定して保持することができるため、鉗子システム1の重量を意識することなく、既存の鉗子501(図3参照)と同様の感覚で鉗子システム1を使用することができる。   FIG. 5 is a diagram illustrating a state in which the prototype of the forceps system 1 is held by the operator U. As shown in FIG. 5, the grip part 7 is grasped and a finger is put in the hole formed in the operation part 6 to operate. The grip portion 7 is sized so that it can be gripped by the entire palm. By configuring the grip portion 7 in this way, the operator U can stably hold the forceps system 1, so that the existing forceps 501 (see FIG. 3) can be obtained without being conscious of the weight of the forceps system 1. The forceps system 1 can be used with the same feeling as in FIG.

次に、図1に示した制御部5における、第1回転モータ8と第2回転モータ9の制御について説明する。
第1回転モータ8と第2回転モータ9とは、制御部5において、加速度基準のバイラテラル制御方式により相互に制御される。ここで、バイラテラル制御とは、一般的な制御方式の1つであり、対象物の位置と対象物に作用する力を応答性良く制御し、繊細な作業を実現するものである。すなわち、加速度基準のバイラテラル制御では、操作者がマスター(操作側)を動かすことによってスレーブ(作業側)にマスターの動きに対応する動きをさせることができるとともに、スレーブが対象物から受けた反力をマスターの操作者にフィードバックすることができる。本実施の形態にかかる鉗子システム1では、操作者が実際に操作する操作部6と、動力伝達機構を介して操作部6に連結された第1回転モータ8と、がマスターである。また、対象物に作用する把持部3と、動力伝達機構や操作部材18などを介して把持部3に連結された第2回転モータ9と、がスレーブである。また、加速度基準とは、トルクではなく角加速度を制御量として用いることを意味する。
Next, control of the first rotary motor 8 and the second rotary motor 9 in the control unit 5 shown in FIG. 1 will be described.
The first rotary motor 8 and the second rotary motor 9 are mutually controlled by the control unit 5 by an acceleration-based bilateral control method. Here, bilateral control is one of the general control methods, and realizes delicate work by controlling the position of the object and the force acting on the object with high responsiveness. That is, in the acceleration-based bilateral control, the operator can move the master (operating side) to cause the slave (working side) to move corresponding to the movement of the master, and the slave receives the reaction received from the object. The power can be fed back to the master operator. In the forceps system 1 according to the present embodiment, the operation unit 6 that is actually operated by the operator and the first rotary motor 8 that is connected to the operation unit 6 via a power transmission mechanism are masters. Moreover, the grip part 3 which acts on a target object and the 2nd rotation motor 9 connected with the grip part 3 via the power transmission mechanism, the operation member 18, etc. are slaves. The acceleration reference means that angular acceleration, not torque, is used as a control amount.

制御部5に適用される加速度基準のバイラテラル制御において、スケーリング機能を有していてもよい。ここで、スケーリング機能とは、入力された位置や力に対して、出力される位置や力のスケールを拡大または縮小する機能である。制御部5に適用されるバイラテラル制御において、トルクおよび角度の少なくとも一方にスケーリングゲインを導入し、第1回転モータ8と第2回転モータ9との間において、トルクおよび角度の少なくとも一方にスケーリングを生じさせる。例えば、繊細な作業を行う場合には、操作者がマスターから入力したトルクや力に対し、スレーブで出力されるトルクや力のスケールを縮小する。このようにすることで、操作性をより向上させることができる。   The acceleration-based bilateral control applied to the control unit 5 may have a scaling function. Here, the scaling function is a function for enlarging or reducing the scale of the output position or force with respect to the input position or force. In bilateral control applied to the control unit 5, scaling gain is introduced into at least one of torque and angle, and scaling between at least one of torque and angle is performed between the first rotary motor 8 and the second rotary motor 9. Cause it to occur. For example, when performing delicate work, the scale of torque and force output by the slave is reduced with respect to the torque and force input by the operator from the master. By doing in this way, operativity can be improved more.

図6は、鉗子システム1の制御部5における制御の概略を示すブロック図である。ここで、αは角度応答のスケーリングゲイン、βはトルク応答のスケーリングゲイン、Cは位置制御器、Cは力制御器を表す。マスター、スレーブにおける角度応答を、それぞれ、θ res、θ resで表す。また、マスター、スレーブにおける反作用トルクを、

Figure 2019034002
で表す。 FIG. 6 is a block diagram illustrating an outline of control in the control unit 5 of the forceps system 1. Here, α represents a scaling gain for angle response, β represents a scaling gain for torque response, C p represents a position controller, and C f represents a force controller. The angular responses at the master and slave are represented by θ M res and θ S res , respectively. Also, the reaction torque in the master and slave
Figure 2019034002
Represented by

図6に示すように、マスターとしての第1回転モータ8およびスレーブとしての第2回転モータ9における角度、トルクは、外乱オブザーバ(DOB:Disturbance Observer)、および、反力トルク推定オブザーバ(RTOB:Reaction Torque Observer)を用いて制御される。   As shown in FIG. 6, the angle and torque in the first rotary motor 8 as a master and the second rotary motor 9 as a slave are a disturbance observer (DOB) and a reaction torque estimation observer (RTOB: Reaction). It is controlled using Torque Observer).

図7は、DOBおよびRTOBの制御の概略を示すブロック図である。ここで、θresは角度応答、Irefは電流リファレンス、Treacは反作用トルク、Tdisは外乱トルク、Ktnはトルク定数、gdisは外乱トルクに対するローパスフィルタのカットオフ周波数、greacは反作用トルクに対するローパスフィルタのカットオフ周波数、Dは粘性、Jは慣性、Fはクーロン摩擦を表す。 FIG. 7 is a block diagram showing an outline of control of DOB and RTOB. Where θ res is the angular response, I ref is the current reference, T reac is the reaction torque, T dis is the disturbance torque, K tn is the torque constant, g dis is the cutoff frequency of the low-pass filter for the disturbance torque, and g reac is the reaction. Cut-off frequency of the low-pass filter with respect to torque, D is viscosity, J n is inertia, and F c is Coulomb friction.

DOBは、外乱を、迅速に推定し補償を行うように設計されている。ロバストな加速度制御は、DOBによって、外乱トルクの総和を推定し、推定された外乱トルクを用いた補償を行うことにより達成される。図7に示すように、推定される外乱トルクの総和は、電流リファレンスおよび角加速度応答によって得られる。また、角加速度応答は、通常、エンコーダによって得られた角度応答の二次微分によって計算される。すなわち、外乱トルクの総和は以下の式で表される。   DOB is designed to quickly estimate and compensate for disturbances. Robust acceleration control is achieved by estimating the sum of disturbance torques by DOB and performing compensation using the estimated disturbance torques. As shown in FIG. 7, the total sum of the estimated disturbance torque is obtained by a current reference and an angular acceleration response. Also, the angular acceleration response is usually calculated by a second derivative of the angular response obtained by the encoder. That is, the sum total of the disturbance torque is expressed by the following formula.

Figure 2019034002
Figure 2019034002

RTOBは、トルクセンサを用いないで反作用トルクを推定するために適用される。RTOBは、DOBに基づいて対象物から各回転モータ(第1回転モータ8、第2回転モータ9)に加えられる反作用トルクを推定する。すなわち、RTOBでは、DOBにより推定された外乱トルクの総和から、予め推定できる内部摩擦などの他の力を差し引くことにより反作用トルクを推定する。   RTOB is applied to estimate the reaction torque without using a torque sensor. RTOB estimates reaction torque applied to each rotary motor (first rotary motor 8 and second rotary motor 9) from an object based on DOB. That is, in RTOB, reaction torque is estimated by subtracting other forces such as internal friction that can be estimated in advance from the sum of disturbance torques estimated by DOB.

図6に示したバイラテラル制御では、鮮明な触覚を伝達するために2つの目標を同時に満たす必要がある。一つは、マスターとスレーブの位置応答を互いに追跡することである。もう一つは、マスターとスレーブとの間における作用反作用の法則を人工的に達成することである。これらの目標は、以下の式で表される。
θ res−θ res=0・・・(式2)
reac+T reac=0・・・(式3)
すなわち、第1回転モータ8と第2回転モータ9の角度偏差に応じて、第1回転モータ8と第2回転モータ9の角度応答を制御する。また、第1回転モータ8と第2回転モータ9のトルク偏差に応じて第1回転モータ8と第2回転モータ9のトルク応答を制御する。モードの概念に基づく加速度基準のバイラテラル制御によれば、(式2)および(式3)を同時に実現することができる。
In the bilateral control shown in FIG. 6, it is necessary to satisfy two goals simultaneously in order to transmit a clear tactile sense. One is to track the position response of the master and slave to each other. The other is to artificially achieve the law of action and reaction between the master and the slave. These goals are expressed by the following equations.
θ M res −θ S res = 0 (Expression 2)
T M reac + T S reac = 0 (Equation 3)
That is, the angular response of the first rotary motor 8 and the second rotary motor 9 is controlled according to the angular deviation between the first rotary motor 8 and the second rotary motor 9. Further, the torque response of the first rotary motor 8 and the second rotary motor 9 is controlled according to the torque deviation between the first rotary motor 8 and the second rotary motor 9. According to the acceleration-based bilateral control based on the mode concept, (Expression 2) and (Expression 3) can be realized simultaneously.

さらに、加速度基準のバイラテラル制御により動きのスケーリングが実現される。バイラテラル制御のスケーリングの目標は次のように表される。
θ res−αθ res=0・・・(式4)
reac+βT reac=0・・・(式5)
これらの目標は、斜交座標で記述することができる。バイラテラル制御は、斜交座標制御によって実現される。環境インピーダンスの再現性は、スケーリングゲインα、βを変更することにより任意に設定することができる。
Further, motion scaling is realized by acceleration-based bilateral control. The goal of bilateral control scaling is expressed as follows.
θ M res −αθ S res = 0 (Expression 4)
T M reac + βT S reac = 0 (Formula 5)
These goals can be described in oblique coordinates. Bilateral control is realized by oblique coordinate control. The reproducibility of the environmental impedance can be arbitrarily set by changing the scaling gains α and β.

次に、本実施の形態にかかる鉗子システム1の力覚伝達の機能を評価する実験について以下に説明する。なお、以下の説明では、鉗子システム1の構成については図1を、鉗子システム1の制御については図6および図7を適宜参照する。   Next, an experiment for evaluating the force transmission function of the forceps system 1 according to the present embodiment will be described below. In the following description, FIG. 1 is referred to for the configuration of the forceps system 1 and FIGS. 6 and 7 are appropriately referred to for the control of the forceps system 1.

図3に示した鉗子システム1のプロトタイプを用いて、力覚伝達の機能を評価するために2つの実験(実験1、実験2)を行った。バイラテラル制御の位置制御器Cp(s)=Kp+Kvs、力制御器Cf=Kfにおいて、各パラメータは、Kp=2500、Kvs=100.0、Kf=0.8000、gdis=472.1、greac=472.1にそれぞれ設定した。 Two experiments (Experiment 1 and Experiment 2) were performed to evaluate the function of force transmission using the prototype of the forceps system 1 shown in FIG. In the bilateral control position controller Cp (s) = Kp + Kvs and force controller Cf = Kf, the parameters are Kp = 2500, Kvs = 100.0, Kf = 0.8000, g dis = 472.1, g Reac was set to 472.1, respectively.

<実験1>
まず、本実施の形態にかかる鉗子システム1の環境の剛性を認識する能力を検証するために行った実験について説明する。
実験1では、鉗子システム1を用いて、何も把持しない開閉動作、柔らかい対象物(低剛性の環境)の把持、硬い対象物(高剛性の環境)の把持の順に操作される。柔らかい対象物としてスポンジを、硬い対象物としてアルミニウム製ブロックを使用した。
<Experiment 1>
First, an experiment conducted for verifying the ability of the forceps system 1 according to the present embodiment to recognize the rigidity of the environment will be described.
In Experiment 1, the forceps system 1 is used to perform an opening / closing operation without gripping, gripping a soft object (low-rigid environment), and gripping a hard object (high-rigid environment). A sponge was used as the soft object, and an aluminum block was used as the hard object.

把持部3で何も把持しない場合に対し、把持部3で対象物を把持する場合には、対象物から受ける反力によってトルク応答が大きくなるはずである。また、対象物としてのスポンジを把持部3でつかんだ場合には、対象物がつぶれるのに対し、対象物としてのアルミニウムブロックを把持部3でつかんだ場合には、対象物が非常に硬くほとんどつぶれない。このため、把持部3により、硬い対象物であるアルミニウムブロックをつかんだ場合には、柔らかい対象物であるスポンジをつかんだ場合よりも角度応答は小さくなるはずである。   When the object is gripped by the gripper 3 as opposed to when the gripper 3 grips nothing, the torque response should increase due to the reaction force received from the object. In addition, when the sponge as the object is grasped by the grip portion 3, the object is crushed, whereas when the aluminum block as the object is grasped by the grip portion 3, the object is very hard and almost hard. I won't collapse. For this reason, when the aluminum block, which is a hard object, is grasped by the grip portion 3, the angular response should be smaller than when the sponge, which is a soft object, is grasped.

図8は、バイラテラル制御でスケーリングをせず(α=1、β=1)に実験1を行ったときの、マスターとしての第1回転モータ8およびスレーブとしての第2回転モータ9における、トルク応答と角度応答についての測定結果を示すグラフである。ここで、図8(a)では、横軸は経過時間[s]、縦軸はトルク応答[Nm]を表す。図8(b)では、横軸は経過時間[s]、縦軸は角度応答[rad]を表す。また、図8(a)において、実線はマスター(Master)におけるトルク応答を、破線はスレーブ(Slave)におけるトルク応答を示す。同様に、図8(b)において、実線はマスター(Master)における角度応答を、破線はスレーブ(Slave)における角度応答を示す。   FIG. 8 shows torques in the first rotary motor 8 as the master and the second rotary motor 9 as the slave when the experiment 1 is performed without scaling by bilateral control (α = 1, β = 1). It is a graph which shows the measurement result about a response and an angle response. Here, in FIG. 8A, the horizontal axis represents elapsed time [s], and the vertical axis represents torque response [Nm]. In FIG. 8B, the horizontal axis represents elapsed time [s], and the vertical axis represents angular response [rad]. In FIG. 8A, a solid line indicates a torque response in the master (Master), and a broken line indicates a torque response in the slave (Slave). Similarly, in FIG. 8B, the solid line indicates the angular response in the master, and the broken line indicates the angular response in the slave.

図8に示すように、経過時間が0秒から5秒の間においては、把持部3で何も把持しない開閉動作が行われる。マスターとしての第1回転モータ8、スレーブとしての第2回転モータ9は、マスターに作用する操作力に応じて回転する。このため、経過時間が0秒から5秒の間は、把持部3で何も把持していないためトルク応答は小さい。経過時間が5秒から10秒の間においては、把持部3でスポンジをつかむ。スポンジからの反力のため、何も把持しない開閉動作の場合よりもトルク応力が大きくなっている。経過時間が12秒から18秒の間においては、把持部3でアルミニウムブロックをつかむ。トルク応答はスポンジをつかんだ場合とほぼ同じだが、角度応答はスポンジをつかんだ場合よりも小さくなっている。   As shown in FIG. 8, when the elapsed time is between 0 seconds and 5 seconds, an opening / closing operation in which nothing is gripped by the grip portion 3 is performed. The first rotary motor 8 as the master and the second rotary motor 9 as the slave rotate according to the operating force acting on the master. For this reason, when the elapsed time is between 0 seconds and 5 seconds, nothing is gripped by the grip portion 3, so the torque response is small. When the elapsed time is between 5 seconds and 10 seconds, the holding part 3 holds the sponge. Due to the reaction force from the sponge, the torque stress is larger than in the case of an opening / closing operation in which nothing is gripped. When the elapsed time is between 12 seconds and 18 seconds, the aluminum block is grasped by the grip portion 3. The torque response is almost the same as when holding the sponge, but the angular response is smaller than when holding the sponge.

図9は、バイラテラル制御でスケーリングをして(α=2、β=2)実験1を行ったときの、マスターとしての第1回転モータ8およびスレーブとしての第2回転モータ9における、トルク応答と角度応答についての測定結果を示すグラフである。ここで、図9(a)では、横軸は経過時間[s]、縦軸はトルク応答[Nm]を表す。図9(b)では、横軸は経過時間[s]、縦軸は角度応答[rad]を表す。また、図9(a)において、実線はマスター(Master)におけるトルク応答を、破線はスレーブ(Slave)におけるトルク応答を示す。同様に、図9(b)において、実線はマスター(Master)における角度応答を、破線はスレーブ(Slave)における角度応答を示す。   FIG. 9 shows torque responses in the first rotary motor 8 as the master and the second rotary motor 9 as the slave when the experiment 1 is performed with scaling by bilateral control (α = 2, β = 2). It is a graph which shows the measurement result about angle response. Here, in FIG. 9A, the horizontal axis represents elapsed time [s], and the vertical axis represents torque response [Nm]. In FIG. 9B, the horizontal axis represents elapsed time [s], and the vertical axis represents angular response [rad]. In FIG. 9A, the solid line indicates the torque response in the master (Master), and the broken line indicates the torque response in the slave (Slave). Similarly, in FIG. 9B, a solid line indicates an angular response in the master (Master), and a broken line indicates an angular response in the slave (Slave).

図9(a)に示すように、角度応答のスケーリングゲインα、トルク応答のスケーリングゲインβをともに2に設定したので、マスターのトルク応答、角度応答は、それぞれ、スレーブのトルク応答、角度応答の約2倍になっている。すなわち、鉗子システム1において、力覚伝達のスケーリングが正しく実現されていることが確認できた。また、図9に示したスケーリングを行った場合のトルク応答、角度応答の挙動は、図8に示したスケーリングをしなかった場合のトルク応答、角度応答の挙動とほぼ同じである。   As shown in FIG. 9A, since the angular response scaling gain α and the torque response scaling gain β are both set to 2, the master torque response and the angular response are respectively the slave torque response and the angular response. It has doubled. That is, in the forceps system 1, it was confirmed that scaling of force transmission was correctly realized. Further, the behavior of the torque response and the angle response when the scaling shown in FIG. 9 is performed is substantially the same as the behavior of the torque response and the angle response when the scaling shown in FIG. 8 is not performed.

以上より、スケーリングをした場合、スケーリングをしなかった場合のいずれについても、鉗子システム1を介して、環境の剛性の違いを操作者が認識できることが確認できた。   From the above, it was confirmed that the operator can recognize the difference in the rigidity of the environment through the forceps system 1 in both cases of scaling and not scaling.

<実験2>
次に、本実施の形態にかかる鉗子システム1が既存の鉗子と同じように使用できるかどうかを確認するための実験2について説明する。実験2では、実際のMISを模擬するために、器官を模擬したパッドに糸のついた針を挿入し、結び目を作る動作を行った。
<Experiment 2>
Next, Experiment 2 for confirming whether the forceps system 1 according to the present embodiment can be used in the same manner as an existing forceps will be described. In Experiment 2, in order to simulate an actual MIS, a needle with a thread was inserted into a pad simulating an organ and a knot was knotted.

図10から図13は、実験2における実験手順について説明する図である。実験2では、図10から図13に示すように、右手(図10では左側)で本実施の形態にかかる鉗子システム1を使用し、左手(図10では右側)で既存の鉗子501を使用した。糸32と針33は、実際の手術で使用されるものと同じものを用いた。また、パッド31は、患者の器官を模擬したもので、適度な柔らかさを有する部材である。   10 to 13 are diagrams for explaining the experimental procedure in Experiment 2. FIG. In Experiment 2, as shown in FIGS. 10 to 13, the forceps system 1 according to the present embodiment was used with the right hand (left side in FIG. 10), and the existing forceps 501 was used with the left hand (right side in FIG. 10). . The thread 32 and the needle 33 were the same as those used in actual surgery. The pad 31 simulates a patient's organ and is a member having moderate softness.

まず、図10に示すように、鉗子システム1における把持部3で針33を保持し、針33の先端をパッド31に挿入する。続いて、図11に示すように、鉗子システム1における把持部3によりパッド31から針33を引き出す。続いて、図12に示すように、鉗子システム1の把持部3で糸32を保持し、既存の鉗子501で針33を保持し、既存の鉗子501を動かして、糸32で作ったループを作り、そのループに針33を通す。最後に、図13に示すように、鉗子システム1の把持部3に保持された糸32と、既存の鉗子501に保持された針33を互いに反対方向に引っ張って結び目を作る。   First, as shown in FIG. 10, the needle 33 is held by the grip portion 3 in the forceps system 1, and the tip of the needle 33 is inserted into the pad 31. Subsequently, as shown in FIG. 11, the needle 33 is pulled out from the pad 31 by the grip portion 3 in the forceps system 1. Subsequently, as shown in FIG. 12, the thread 32 is held by the grasping portion 3 of the forceps system 1, the needle 33 is held by the existing forceps 501, and the existing forceps 501 is moved to form a loop made of the thread 32. Make the needle 33 through the loop. Finally, as shown in FIG. 13, the thread 32 held by the grip portion 3 of the forceps system 1 and the needle 33 held by the existing forceps 501 are pulled in opposite directions to form a knot.

本実施の形態にかかる鉗子システム1で結び目を作る動作を行ったときの操作者の使用感は、既存の鉗子501で当該動作を行ったときのものとほぼ同様であった。すなわち、本実施の形態にかかる鉗子システム1をMISなどの実際の医療行為に使用可能であることが確認できた。   The operator's feeling of use when performing the knotting operation with the forceps system 1 according to the present embodiment is almost the same as that when performing the operation with the existing forceps 501. That is, it was confirmed that the forceps system 1 according to the present embodiment can be used for actual medical practice such as MIS.

図14は、実験2を行っている間の、マスターおよびスレーブにおける、トルク応答と角度についての測定結果を示すグラフである。図14(a)では、横軸は経過時間[s]、縦軸はトルク応答[Nm]を表す。図14(b)では、横軸は経過時間[s]、縦軸は角度応答[rad]を表す。また、図14(a)において、実線はマスター(Master)におけるトルク応答を、破線はスレーブ(Slave)におけるトルク応答を示す。同様に、図14(b)において、実線はマスター(Master)における角度応答を、破線はスレーブ(Slave)における角度応答を示す。なお、実験2では、鉗子システム1のバイラテラル制御におけるスケーリングゲインα、βを1とした。すなわち、マスターとスレーブとで、トルク応答および角度応答はほぼ等しくなる。さらに、グラフ中において(i)、(ii)、(iii)、(iV)で示された期間は、それぞれ、図10、図11、図12、図13に示す手順を行っている期間に対応する。   FIG. 14 is a graph showing measurement results of torque response and angle in the master and the slave during the experiment 2. In FIG. 14A, the horizontal axis represents elapsed time [s], and the vertical axis represents torque response [Nm]. In FIG. 14B, the horizontal axis represents elapsed time [s], and the vertical axis represents angular response [rad]. In FIG. 14A, the solid line indicates the torque response in the master (Master), and the broken line indicates the torque response in the slave (Slave). Similarly, in FIG. 14B, the solid line shows the angular response in the master (Master), and the broken line shows the angular response in the slave (Slave). In Experiment 2, the scaling gains α and β in the bilateral control of the forceps system 1 were set to 1. That is, the torque response and the angular response are almost equal between the master and the slave. Furthermore, the periods indicated by (i), (ii), (iii), and (iV) in the graph correspond to periods during which the procedures shown in FIGS. 10, 11, 12, and 13 are performed, respectively. To do.

図14に示すように、期間(i)(図10の手順の期間)では、経過時間8秒においてトルク応答が増加している。これは、操作者がパッド31に針33を挿入する瞬間に針33を強く把持したためである。期間(ii)(図11の手順の期間)では、経過時間22秒において約0.2Nmの大きなトルク応答になっている。これは、パッド31から針33を引き出すために強い把持力が必要とされたことを示している。   As shown in FIG. 14, in the period (i) (the period of the procedure in FIG. 10), the torque response increases at an elapsed time of 8 seconds. This is because the needle 33 is firmly held at the moment when the operator inserts the needle 33 into the pad 31. In the period (ii) (the period of the procedure in FIG. 11), a large torque response of about 0.2 Nm is obtained at an elapsed time of 22 seconds. This indicates that a strong gripping force is required to pull out the needle 33 from the pad 31.

期間(iii)(図12の手順の期間)では、鉗子システム1では糸32を保持しているだけであり、既存の鉗子501の方を動かして糸32でループを作り、そのループに針33を通した。このため、鉗子システム1におけるトルク応答および角度応答は一定となっている。期間(iV)(図13の手順の期間)では、経過時間64秒においてトルク応答が約0.1Nmに増加している。これは、作業者が、鉗子システム1の把持部3にて保持された糸32を引っ張って結び目を作ったためである。このように、実験2において鉗子システム1により取得したデータは、一連の挙動と一致していることが確認できた。   In the period (iii) (the period of the procedure in FIG. 12), the forceps system 1 only holds the thread 32, and the existing forceps 501 is moved to form a loop with the thread 32, and the needle 33 is placed in the loop. I passed through. For this reason, the torque response and the angle response in the forceps system 1 are constant. In the period (iV) (the period of the procedure in FIG. 13), the torque response increases to about 0.1 Nm at the elapsed time of 64 seconds. This is because the operator pulls the thread 32 held by the grip portion 3 of the forceps system 1 to make a knot. Thus, it was confirmed that the data acquired by the forceps system 1 in Experiment 2 was consistent with a series of behaviors.

実験1および実験2の間に鉗子システム1によって測定された結果は、メモリなどの記憶媒体に保存することができる。記憶媒体は、鉗子システム1に設けられていても、鉗子システム1とは別体の外部解析装置に設けられていてもよい。外部解析装置は、例えば、パーソナルコンピュータ、iPhone(登録商標)やiPad(登録商標)などの携帯端末である。記憶媒体が鉗子システム1とは別体として設けられている場合、鉗子システム1は、送信手段をさらに備え、送信手段が、制御部5から、第1回転モータ8および第2回転モータ9のそれぞれにおける、トルクおよび角度のデータを取得し、当該データを携帯端末に送信する。送信手段は、電線及び光ファイバ等の有線通信を行うものであっても、無線通信を行うものであってもよい。   The results measured by the forceps system 1 during Experiment 1 and Experiment 2 can be stored in a storage medium such as a memory. The storage medium may be provided in the forceps system 1 or may be provided in an external analyzer that is separate from the forceps system 1. The external analysis device is, for example, a personal computer, a portable terminal such as iPhone (registered trademark) or iPad (registered trademark). When the storage medium is provided as a separate body from the forceps system 1, the forceps system 1 further includes a transmission unit, and the transmission unit transmits each of the first rotation motor 8 and the second rotation motor 9 from the control unit 5. Torque and angle data are acquired and transmitted to the portable terminal. The transmission unit may perform wired communication such as an electric wire and an optical fiber, or may perform wireless communication.

図15は、鉗子システム1によって測定されたデータを外部解析装置において表示させた画面の一例を示す図である。図中の表示について、Motor0は第1回転モータ8(図1参照)を、Motor1は第2回転モータ9(図1参照)を表している。図15に示すように、鉗子システム1の操作中に、第1回転モータ8および第2回転モータ9における、位置(Posisition)、速度(Velocity)、操作力(Force)をリアルタイムで確認することができる。また、Start Recordボタンを押して測定データを記録すれば、測定データを別途解析することもできる。これにより、例えば、手術中の外科医の鉗子操作における繊細な力加減を定量化することなどが可能になり、外科医のスキルを向上させることができる。   FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a screen on which data measured by the forceps system 1 is displayed on the external analyzer. In the figure, Motor 0 represents the first rotary motor 8 (see FIG. 1), and Motor 1 represents the second rotary motor 9 (see FIG. 1). As shown in FIG. 15, during the operation of the forceps system 1, the position (position), speed (velocity), and operating force (force) in the first rotary motor 8 and the second rotary motor 9 can be confirmed in real time. it can. In addition, if the measurement data is recorded by pressing the Start Record button, the measurement data can be analyzed separately. Thereby, for example, it becomes possible to quantify the delicate force adjustment in the operation of the forceps of the surgeon during the operation, and the skill of the surgeon can be improved.

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.

1 鉗子システム
2 軸部
3 把持部
4 ヘッド部
5 制御部
6 操作部
6a、8a、9a 回転軸
6b 穴
7 グリップ部
8 第1回転モータ
9 第2回転モータ
12 接続部
13a、13b、14b ピニオンギヤ
14a ラックギヤ
15 配線
18 操作部材
19 リンク機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Forceps system 2 Shaft part 3 Gripping part 4 Head part 5 Control part 6 Operation part 6a, 8a, 9a Rotating shaft 6b Hole 7 Grip part 8 1st rotation motor 9 2nd rotation motor 12 Connection part 13a, 13b, 14b Pinion gear 14a Rack gear 15 Wiring 18 Operation member 19 Link mechanism

Claims (4)

第1回転モータおよび第2回転モータを有するヘッド部と、
前記ヘッド部に軸支され、前記第1回転モータと動力伝達機構を介して連結され、操作者によって操作される操作部と、
前記ヘッド部に取り付けられた軸部と、
前記軸部の先端に配設され、対象物を挟む把持部と、
前記軸部を貫通し、一端がリンク機構を介して前記把持部と連結され、他端が前記第2回転モータと動力伝達機構を介して連結された操作部材と、
前記第1回転モータおよび前記第2回転モータを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、加速度基準のバイラテラル制御により、前記第1回転モータと前記第2回転モータの角度偏差に応じて、前記第1回転モータと前記第2回転モータの角度応答を制御し、前記第1回転モータと前記第2回転モータのトルク偏差に応じて、前記第1回転モータと前記第2回転モータのトルク応答を制御する、鉗子システム。
A head portion having a first rotation motor and a second rotation motor;
An operation unit that is pivotally supported by the head unit, connected to the first rotary motor via a power transmission mechanism, and operated by an operator;
A shaft portion attached to the head portion;
A gripping part disposed at a tip of the shaft part and sandwiching an object;
An operating member penetrating the shaft portion, one end connected to the grip portion via a link mechanism, and the other end connected to the second rotary motor via a power transmission mechanism;
A controller for controlling the first rotary motor and the second rotary motor,
The control unit controls an angular response of the first rotary motor and the second rotary motor according to an angular deviation between the first rotary motor and the second rotary motor by acceleration-based bilateral control, A forceps system that controls torque responses of the first rotation motor and the second rotation motor in accordance with a torque deviation between the first rotation motor and the second rotation motor.
前記制御部は、前記第1回転モータと前記第2回転モータとの間において、トルクおよび角度の少なくとも一方にスケーリングを生じさせる、請求項1に記載の鉗子システム。   The forceps system according to claim 1, wherein the control unit causes scaling in at least one of a torque and an angle between the first rotary motor and the second rotary motor. 前記軸部は、前記ヘッド部に対して着脱可能に構成されている、請求項1または請求項2に記載の鉗子システム。   The forceps system according to claim 1 or 2, wherein the shaft portion is configured to be detachable from the head portion. 送信手段をさらに備え、前記送信手段は、前記制御部から、前記第1回転モータおよび前記第2回転モータのそれぞれにおける、トルクおよび角度のデータを取得し、当該データを外部解析装置に送信する、請求項1から3のいずれか一項に記載の鉗子システム。   Further comprising a transmission means, wherein the transmission means obtains torque and angle data in each of the first rotary motor and the second rotary motor from the control unit, and transmits the data to an external analyzer. The forceps system according to any one of claims 1 to 3.
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