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手術支援ロボットの動作制御システム及び位置検出装置 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P07A013165
整理番号 WASEDA-590
掲載日 2008年3月10日
出願番号 特願2006-092385
公開番号 特開2007-260298
登録番号 特許第4458492号
出願日 平成18年3月29日(2006.3.29)
公開日 平成19年10月11日(2007.10.11)
登録日 平成22年2月19日(2010.2.19)
発明者
  • 藤江 正克
  • 大浦 光宏
  • 小林 洋
  • 岡本 淳
出願人
  • 学校法人早稲田大学
発明の名称 手術支援ロボットの動作制御システム及び位置検出装置 コモンズ 新技術説明会
発明の概要

【課題】 マニピュレータの体内側に存在する部分にセンサや光検出器を設置しなくても、当該部分の実際位置を正確に把握すること。
【解決手段】 マーカA~Cが設けられたマニピュレータ23と、当該マニピュレータ23を保持するロボットアーム24と、このロボットアーム24を動作させる駆動装置25と、マーカA~Cを撮像可能な内視鏡11と、ロボットアーム24に対する動作を指令する操作装置13と、当該操作装置13からの指令に基づいて駆動装置25の駆動を制御する制御装置14とを備えて動作制御システム10が構成されている。制御装置14は、内視鏡11で撮像されたマーカA~Cの画像に基づいて、当該マーカ部分の実際位置を求め、操作装置13からの指令による前記マーカ部分の目標位置が前記実際位置と相違している場合、前記マーカ部分を前記目標位置に近づけるように補正制御を行う。
【選択図】 図1

従来技術、競合技術の概要


近年、大きな切開を要さずに患者への負担を少なくする低侵襲手術が注目されており、この低侵襲手術を行うためのマスタースレーブ方式の手術支援ロボットが種々研究開発されている。この手術支援ロボットは、内視鏡や処置具等の術具が保持されるマニピュレータと、このマニピュレータを動作させるロボットアームと、このロボットアームに対して医師が動作指令を与える操作装置とを備えており、当該操作装置を医師が遠隔操作することで、マニピュレータが所望の位置に移動するようにロボットアームの動作が制御される。



ところが、何等かの外的要因により、マニピュレータの先端側の実際位置が、操作装置からの動作指令に基づく目標位置に対してずれる場合があり、この場合には、当該先端側の実際位置を目標位置に合わせるように、ロボットアームの動作を補正制御する必要がある。



ところで、特許文献1には、ロボットアームの動作を補正制御する装置が開示されている。この装置は、器具を動作させるロボットアームと、このロボットアーム上に取り付けられた発光ダイオードからなるセンサと、このセンサからの光を検出する光検出器と、当該光検出器の検出結果に基づいて幾何学的に前記センサの位置及び向きを演算し、この演算結果から器具の先端の実際位置が目標位置に近づくようにロボットアームを制御するコンピュータとを備えている。

【特許文献1】特表2004-500958号公報

産業上の利用分野


本発明は、手術支援ロボットの動作制御システム及び位置検出装置に係り、更に詳しくは、手術支援ロボットの動作によって移動するマニピュレータの体内側部位の実際位置を把握することのできる手術支援ロボットの動作制御システム及び位置検出装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
少なくとも三箇所にマーカが設けられたマニピュレータと、当該マニピュレータを保持するロボットアームと、このロボットアームを動作させる駆動装置と、前記マーカを撮像可能な撮像装置と、前記ロボットアームに対する動作を指令する操作装置と、当該操作装置からの指令に基づいて前記駆動装置の駆動を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記撮像装置で撮像されたマーカの画像に基づいて、当該画像上の各マーカ間の距離を算出し、当該距離から、予め記憶された数式を用い、前記撮像装置の撮像面に対する前記マニピュレータの軸線の傾き角を求めることで、前記マニピュレータのマーカ部分の実際位置を求め、前記操作装置からの指令によって定められる前記マーカ部分の目標位置が前記実際位置と相違している場合、前記マーカ部分を前記目標位置に近づけるように補正制御を行うことを特徴とする手術支援ロボットの動作制御システム。

【請求項2】
先端側の少なくとも三箇所にマーカが設けられたマニピュレータと、当該マニピュレータを保持するロボットアームと、このロボットアームを動作させる駆動装置と、前記マーカを撮像可能な撮像装置と、前記ロボットアームに対する動作を指令する操作装置と、前記駆動装置の駆動を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記撮像装置で撮像されたマーカの画像に基づいて、当該画像上の各マーカ間の距離を算出し、当該距離から、予め記憶された数式を用い、前記撮像装置の撮像面に対する前記マニピュレータの軸線の傾き角を求めることで、前記マニピュレータの先端の実際位置を求める位置演算部と、前記操作装置からの指令に基づいて前記駆動装置の駆動を制御するロボット制御部と、当該ロボット制御部に対して補正制御を指令するロボット補正指令部とを備え、
前記ロボット補正指令部は、前記操作装置からの指令によって定められる前記マニピュレータの先端の目標位置が前記実際位置と相違している場合、前記マニピュレータの先端を前記目標位置に近づけるように前記ロボット制御部に指令することを特徴とする手術支援ロボットの動作制御システム。

【請求項3】
前記各マーカは、前記マニピュレータの軸線方向に沿ってほぼ一直線上に配置されていることを特徴とする請求項1又は2記載の手術支援ロボットの動作制御システム。

【請求項4】
前記各マーカは、前記マニピュレータの軸線方向に沿ってほぼ一直線上に配置され、
前記位置演算部は、前記各マーカの実際の相対位置関係と、前記撮像装置に撮像された画像に映る前記各マーカの相対位置関係とから、幾何学的に前記マニピュレータの最先端側のマーカの実際位置を求めることを特徴とする請求項2記載の手術支援ロボットの動作制御システム。

【請求項5】
手術支援ロボットにより移動制御されるマニピュレータに設けられたマーカの画像に基づいて、前記マニピュレータの移動時におけるマーカ部分の実際位置を求める位置演算部を備え、
前記マーカは、前記マニピュレータの軸線方向に沿ってほぼ一直線上となる少なくとも三箇所に設けられ、
前記位置演算部は、前記画像上の各マーカ間の距離を算出し、当該距離から、予め記憶された数式を用い、前記撮像装置の撮像面に対する前記マニピュレータの軸線の傾き角を求めることで、幾何学的に前記マーカ部分の実際位置を求めることを特徴とする手術支援ロボットの位置検出装置。
産業区分
  • 治療衛生
  • その他運輸
  • 工業用ロボット
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2006092385thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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