醫(yī)療用系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療用系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，作為對具有關(guān)節(jié)的從動(dòng)臂進(jìn)行遠(yuǎn)程操作的操作輸入裝置，公知有一種具有主臂的醫(yī)療用系統(tǒng)，該主臂具有與從動(dòng)臂的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)相似構(gòu)造的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)(例如，參照專利文獻(xiàn)I和2)。根據(jù)這樣的系統(tǒng)，因?yàn)槟軌蚴古c主臂的動(dòng)作對應(yīng)的動(dòng)作在從動(dòng)臂中再現(xiàn)，所以操作者能夠一邊根據(jù)主臂的形狀和動(dòng)作直接地識(shí)別從動(dòng)臂的形狀和動(dòng)作，一邊直觀地操作從動(dòng)臂。
[0003]另一方面，公知有一種醫(yī)療用系統(tǒng)，該醫(yī)療用系統(tǒng)具有單一的從動(dòng)臂以及安裝于該臂的多個(gè)種類的前端處置部，能夠根據(jù)使用的前端處置部的種類來更換操作部(例如，參照專利文獻(xiàn)3)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特許第3583777號(hào)公報(bào)
[0007]專利文獻(xiàn)2:日本特許第4608601號(hào)公報(bào)
[0008]專利文獻(xiàn)3:日本特開2001-87281號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明要解決的課題
[0010]在從動(dòng)臂的前端設(shè)置有鉗子、剪刀、鉤型電極等前端處置部，在實(shí)際的手術(shù)中，經(jīng)常更換使用具有不同用途的前端處置部的多個(gè)種類的從動(dòng)臂。并且，不限于前端處置部的種類，也期望使用關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)不同、即動(dòng)作范圍和動(dòng)作自由度不同的多個(gè)種類的從動(dòng)臂。但是，在專利文獻(xiàn)I和2中，沒有設(shè)想更換從動(dòng)臂的情況，主臂的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)與從動(dòng)臂的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)具有一一對應(yīng)的關(guān)系。因此，存在如下問題:不能使多個(gè)種類的從動(dòng)臂與需要的用途對應(yīng)。
[0011]在專利文獻(xiàn)3中，存在如下問題:雖然能夠更換使用多個(gè)種類的前端處置部，但由于需要按照前端處置部的種類的數(shù)量來準(zhǔn)備操作部，所以裝置會(huì)變得昂貴，并且，由于每次更換前端處置部時(shí)，也必須更換操作部，所以需要?jiǎng)诹蜁r(shí)間。并且，在專利文獻(xiàn)3中，只不過是使前端處置部的形狀與主側(cè)的把手部的形狀對應(yīng)，沒有設(shè)想使用關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)不同的從動(dòng)臂的情況。
[0012]本發(fā)明就是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供醫(yī)療用系統(tǒng)及其控制方法，不需要針對每個(gè)從動(dòng)臂的專用的主臂，也能夠直觀地對具有任意的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的從動(dòng)臂進(jìn)行操作。
[0013]用于解決課題的手段
[0014]為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供以下的手段。
[0015]本發(fā)明的第一方式是一種醫(yī)療用系統(tǒng)，該醫(yī)療用系統(tǒng)具有:具有關(guān)節(jié)的第一從動(dòng)臂；主臂，其被操作者操作，具有與該第一從動(dòng)臂相似構(gòu)造的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)；具有關(guān)節(jié)的第二從動(dòng)臂；操作對象切換部，其使所述主臂的操作對象在所述第一從動(dòng)臂與所述第二從動(dòng)臂之間切換；以及控制部，其根據(jù)在所述主臂中進(jìn)行的操作來對所述第一從動(dòng)臂和所述第二從動(dòng)臂進(jìn)行控制，該控制部根據(jù)由所述操作對象切換部選擇的所述從動(dòng)臂的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)來對第一控制模式和第二控制模式進(jìn)行切換，其中，在該第一控制模式中，根據(jù)所述主臂的各關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)量來對所述第一從動(dòng)臂的各關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作進(jìn)行控制，使得所述第一從動(dòng)臂相對于所述主臂成為相似形狀，在該第二控制模式中，根據(jù)所述主臂的規(guī)定的部位的動(dòng)作來對所述第二從動(dòng)臂的各關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作進(jìn)行控制，使得所述第二從動(dòng)臂的規(guī)定的部位追隨所述主臂的所述規(guī)定的部位的動(dòng)作。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的第一方式，在第一控制模式中，因?yàn)榭刂撇渴古c主臂對應(yīng)的動(dòng)作再現(xiàn)于第一從動(dòng)臂，所以手術(shù)者能夠使用主臂來直觀地操作第一從動(dòng)臂。另一方面，在第二控制模式中，因?yàn)榭刂撇渴怪鞅鄣囊?guī)定的部位的動(dòng)作再現(xiàn)于第二從動(dòng)臂的規(guī)定的部位，所以手術(shù)者能夠使用主臂來直觀地操作任意關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的第二從動(dòng)臂。
[0017]這樣，通過根據(jù)作為主臂的操作對象的從動(dòng)臂的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)來對第一控制模式和第二控制模式進(jìn)行切換，能夠以同一主臂與相似構(gòu)造和非相似構(gòu)造的任意的從動(dòng)臂對應(yīng)，能夠不需要針對每個(gè)從動(dòng)臂專用的主臂。
[0018]在上述第一方式中，可以是:當(dāng)從所述第一控制模式向所述第二控制模式轉(zhuǎn)移時(shí)，在該第二控制模式之前，所述控制部執(zhí)行恢復(fù)流程，使得所述第二從動(dòng)臂和所述主臂的所述規(guī)定的部位彼此的位置和姿勢互相對應(yīng)，其中，在該恢復(fù)流程中，使這些臂中的至少一方進(jìn)行動(dòng)作。
[0019]由此，由于在第二從動(dòng)臂和主臂的規(guī)定的部位彼此的位置和姿勢一致的狀態(tài)下開始第二控制模式，所以能夠平穩(wěn)地開始第二從動(dòng)臂的操作。
[0020]在上述第一方式中，可以是:在從所述第二控制模式向所述第一控制模式轉(zhuǎn)移時(shí)，在該第一控制模式之前，所述控制部執(zhí)行恢復(fù)流程，使得所述主臂和所述第一從動(dòng)臂的各關(guān)節(jié)的位移量互相對應(yīng)，其中，在該恢復(fù)流程中，使這些臂中的至少一方進(jìn)行動(dòng)作。
[0021]由此，由于在第一從動(dòng)臂和主臂的整體位置和姿勢一致的狀態(tài)下開始第一控制模式，所以能夠平穩(wěn)地開始第一從動(dòng)臂的操作。
[0022]在上述第一方式中，可以是:在第二控制模式中，所述控制部根據(jù)所述主臂的前端的移動(dòng)量來對所述第二從動(dòng)臂的各關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作進(jìn)行控制，使得所述第二從動(dòng)臂的前端追隨所述主臂的前端的移動(dòng)。
[0023]由此，能夠使用主臂高精度地對第二從動(dòng)臂的前端進(jìn)行操作。
[0024]在上述第一方式中，可以是:在所述第二控制模式中，所述控制部根據(jù)所述主臂的前端的移動(dòng)量來進(jìn)行所述第二從動(dòng)臂的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的計(jì)算，并且選擇所得到的多個(gè)解中的使所述第二從動(dòng)臂的形狀與所述主臂的形狀最近似的解。
[0025]由此，能夠根據(jù)主臂來識(shí)別第二從動(dòng)臂的粗略的形狀。
[0026]在上述第一方式中，可以是:在所述第二控制模式中，所述控制部選擇使所述主臂的各關(guān)節(jié)的位移量與所述第二從動(dòng)臂的各關(guān)節(jié)的位移量之間的差異的總和最小的解。
[0027]并且，在上述發(fā)明中，可以是:在假定了由經(jīng)過所述第二從動(dòng)臂和所述主臂各自的根部的中心軸并在該中心軸上互相垂直的兩個(gè)平面分割而成的4個(gè)空間的情況下，所述控制部選擇使所述第二從動(dòng)臂位于與所述主臂所處的空間對應(yīng)的空間的解。
[0028]由此，能夠通過簡單的計(jì)算來選定使第二從動(dòng)臂的形狀和姿勢與主臂的形狀和姿勢近似的解。
[0029]在上述第一方式中，可以是:在所述第二控制模式中，所述控制部根據(jù)所述主臂的各關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)量來對所述第二從動(dòng)臂的關(guān)節(jié)中的在所述主臂上存在對應(yīng)關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作進(jìn)行控制。
[0030]由此，在主臂和第二從動(dòng)臂的關(guān)節(jié)的數(shù)量不同的情況下，能夠使對應(yīng)的關(guān)節(jié)彼此與在第一控制模式中同樣地進(jìn)行動(dòng)作。
[0031]在上述第一方式中，可以是:所述控制部對所述第二從動(dòng)臂和所述主臂所具有的關(guān)節(jié)中的不存在對應(yīng)關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)的動(dòng)作進(jìn)行限制。
[0032]由此，能夠防止不作為控制對象的關(guān)節(jié)不必要地進(jìn)行動(dòng)作。
[0033]在上述第一方式中，可以是:在所述第二控制模式中，所述控制部使該第二從動(dòng)臂進(jìn)退，使得將所述第二從動(dòng)臂的前端部分按照與所述主臂的前端部分的位置和姿勢對應(yīng)的位置和姿勢配置。
[0034]由此，即使在主臂和第二從動(dòng)臂的關(guān)節(jié)間距離不同的情況下，也能夠使第二從動(dòng)臂的前端高精確地追隨主臂的前端的動(dòng)作。
[0035]在上述第一方式中，可以是:在所述第二控制模式中，所述控制部對所述第二從動(dòng)臂進(jìn)行控制，使得所述第二從動(dòng)臂的最前端側(cè)的關(guān)節(jié)按照與所述主臂的最前端側(cè)的關(guān)節(jié)的位置和姿勢對應(yīng)的位置和姿勢配置。
[0036]由此，即使在主臂和第二從動(dòng)臂的關(guān)節(jié)間距離不同的情況下，也能夠使第二從動(dòng)臂的前端高精確地追隨主臂的前端的動(dòng)作。
[0037]本發(fā)明的第二方式是一種醫(yī)療用系統(tǒng)的控制方法，該醫(yī)療用系統(tǒng)具備分別具有關(guān)節(jié)的多個(gè)從動(dòng)臂以及被操作者操作的主臂，其中，該醫(yī)療用系統(tǒng)的控制方法從所述多個(gè)從動(dòng)臂中擇一地選擇所述主臂的操作對象，根據(jù)所選擇的所述從動(dòng)臂和所述主臂分別具有的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)是否是互相相似構(gòu)造來對第一控制模式和第二控制模式進(jìn)行切換，其中，在該第一控制模式中，根據(jù)所述主臂的各關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)量來對所述從動(dòng)臂的各關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作進(jìn)行控制，使得所述從動(dòng)臂相對于所述主臂成為相似形狀，在該第二控制模式中，根據(jù)所述主臂的規(guī)定的部位的動(dòng)作來對所述從動(dòng)臂的各關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作進(jìn)行控制，使得所述從動(dòng)臂的規(guī)定的部位追隨所述主臂的所述規(guī)定的部位的動(dòng)作。
[0038]在上述第二方式中，可以是:在從所述第一控制模式向所述第二控制模式轉(zhuǎn)移時(shí)，在該第二控制模式之前執(zhí)行恢復(fù)流程，使得所述第二從動(dòng)臂和所述主臂的所述規(guī)定的部位彼此的位置和姿勢互相對應(yīng)，其中，在該恢復(fù)流程中，使這些臂中的至少一方進(jìn)行動(dòng)作。
[0039]在上述第二方式中，可以是:在從所述第二控制模式向所述第一控制模式轉(zhuǎn)移時(shí)，在該第一控制模式之前執(zhí)行恢復(fù)流程，使得所述第一從動(dòng)臂和所述主臂的各關(guān)節(jié)的位移量互相對