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SURGICAL ROBOT

Patent code P150012259
File No. S2013-1383-N0
Posted date Sep 4, 2015
Application number P2013-245948
Publication number P2015-100677A
Patent number P5754820
Date of filing Nov 28, 2013
Date of publication of application Jun 4, 2015
Date of registration Jun 5, 2015
Inventor
  • (In Japanese)見上 慧
  • (In Japanese)只野 耕太郎
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人東京工業大学
Title SURGICAL ROBOT
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surgical robot capable of detecting a contact with an object even by a part other than a distal end of forceps 10.
SOLUTION: A surgical robot 1 includes: external force calculation means 32 that calculates external force on the basis of force applied to the distal end and a base of forceps 10 such that resultant force of the forceps 10 becomes zero; external force working point calculation means 34 that calculates an external force working point on the basis of the force applied to the distal end of the forceps 10, the force and moment applied to the base of the forceps 10, and the distal end position and base position of the forceps 10, such that the total of the moment of the forceps 10 becomes zero; contact determination means 35 for determining whether or not an object comes into contact with an area from the distal end to the base of the forceps 10 on the basis of at least one of the external force and external force working point; and warning means 36 that, when the contact determination means 35 determines a contact, warns the contact of the forceps 10.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

近年、外科手術において、患者の痛みの低減、入院期間の短縮や傷跡の縮小といったQOL(Quality Of Life)重視の観点から、腹腔鏡下手術が広く行なわれている。腹腔鏡下手術とは、術者が細い筒(トロッカール)から鉗子を入れ、腹腔鏡の映像を観察しながら手術を行うものである。この内視鏡手術は、開腹手術より傷口が小さくて済むことから、患者への負担が少ない。

ここで、腹腔鏡下手術では、鉗子、内視鏡等の手術器具を保持するロボットアームを備えた手術用ロボット(鉗子ロボット)が広く利用されている(例えば、特許文献1参照)。従来の手術用ロボットは、鉗子の先端に備えられたセンサ、カメラ等の接触検知手段により、患者体内に挿入された鉗子と、患者の血管、筋肉、臓器等の物体との接触を検知する。

Field of industrial application (In Japanese)

本願発明は、鉗子、内視鏡等の手術器具が装着されたロボットアームを備える手術用ロボットに関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
手術器具と、前記手術器具が装着されたロボットアームとを備える手術用ロボットであって、
前記手術器具の先端に加わる力を測定する第1測定手段と、
前記ロボットアームに装着された前記手術器具の基端に加わる力及びモーメントを測定する第2測定手段と、
前記手術器具の先端及び基端に加わる力に基づいて、前記手術器具の合力がゼロとなるように、前記手術器具の先端から基端までの間に加わる外力を算出する外力算出手段と、
前記手術器具の先端に加わる力と、前記手術器具の基端に加わる力及びモーメントと、前記手術器具の先端及び基端の位置とに基づいて、前記手術器具のモーメントの合計がゼロとなるように、前記外力算出手段で算出した外力が加わった外力作用点を算出する外力作用点算出手段と、
前記外力算出手段が算出した外力、又は、前記外力作用点算出手段が算出した外力作用点の少なくとも一方に基づいて、前記手術器具の先端から基端までの間に物体が接触したか否かを判定する接触判定手段と、
前記接触判定手段で接触したと判定された場合、前記手術器具の接触を警告する、又は、前記手術器具が前記物体に接触しないように前記ロボットアームを制御する接触対応動作を実行する接触対応動作実行手段と、
を備えることを特徴とする手術用ロボット。

【請求項2】
 
前記外力算出手段は、式(2)を用いて、前記手術器具の先端から基端までの間に加わる外力Feとして、前記手術器具の先端に加わる力Fgと、前記手術器具の基端に加わる力Fbとの合計値の反数を算出し、
【数1】
 
(省略)
前記外力作用点算出手段は、前記手術器具の先端位置Pg及び前記手術器具の基端位置Pbが含まれる式(3)を用いて、前記手術器具の先端におけるモーメントFg×(Pg-Pb)と、前記手術器具の外力作用点におけるモーメントFe×(Pe-Pb)と、前記手術器具の基端におけるモーメントMbとの合計がゼロとなるように、前記外力作用点Peを算出することを特徴とする請求項1に記載の手術用ロボット。
【数2】
 
(省略)

【請求項3】
 
前記接触判定手段は、
前記外力作用点の変化量が予め設定された閾値を超えたか否かを判定し、
前記外力作用点の変化量が前記閾値を超えた場合、前記手術器具の先端から基端までの間に物体が接触したと判定することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の手術用ロボット。

【請求項4】
 
前記手術器具は、鉗子であり、
前記鉗子を開閉させるエアシリンダと、
前記エアシリンダを加圧又は減圧するサーボバルブと、をさらに備え、
前記第1測定手段は、前記エアシリンダの圧力変化により、前記鉗子の先端に加わる力を測定する圧力センサであることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか一項に記載の手術用ロボット。

【請求項5】
 
前記外力作用点算出手段は、前記ロボットアームが配置された空間の基底平面毎に、前記基底平面上の直線と前記外力作用点の基底平面上の写像との交点に前記手術器具の姿勢を示す重み付けを行って、前記外力作用点の推定値をさらに算出し、
前記接触判定手段は、前記外力作用点の代わりに前記外力作用点の推定値を用いて、前記手術器具の先端から基端までの間に物体が接触したか否かを判定することを特徴とする請求項1から請求項4の何れか一項に記載の手術用ロボット。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2013245948thum.jpg
State of application right Registered
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