專(zhuān)利名稱(chēng)：手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
醫(yī)學(xué)上的手術(shù)是指使用醫(yī)療器械對(duì)皮膚 、粘膜或其它組織進(jìn)行切開(kāi)、切割或進(jìn)行操作而治愈病的行為。特別是，切開(kāi)手術(shù)部位皮膚而對(duì)其內(nèi)部器官等進(jìn)行治療、整形或切除的剖腹手術(shù)等，由于出血、副作用、患者痛苦、疤痕等問(wèn)題，最近使用機(jī)器人(robot)的手術(shù)備受歡迎。這種手術(shù)機(jī)器人具備用于進(jìn)行手術(shù)操作的機(jī)器臂，在機(jī)器臂的前端部安裝有手術(shù)器械(instrument)，手術(shù)器械根據(jù)由機(jī)器人生成、傳遞的驅(qū)動(dòng)カ而執(zhí)行手術(shù)所需動(dòng)作。一般安裝在機(jī)器人上的手術(shù)器械包括軸，向長(zhǎng)度方向延伸；執(zhí)行器，與軸的末端結(jié)合；以及驅(qū)動(dòng)單元，與軸的前端結(jié)合，并且用于驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器。在驅(qū)動(dòng)單元上設(shè)有多個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，各驅(qū)動(dòng)輪通過(guò)鋼絲等與執(zhí)行器的各部分連接，當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，執(zhí)行器與其相應(yīng)地執(zhí)行手術(shù)所需的各種動(dòng)作。將手術(shù)器械安裝在機(jī)器人上吋，驅(qū)動(dòng)單元與機(jī)器臂上具有的致動(dòng)器結(jié)合，而且設(shè)置在驅(qū)動(dòng)單元上的各驅(qū)動(dòng)輪接收來(lái)自致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)カ進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，由此通過(guò)機(jī)器人控制手術(shù)器械。在以往的‘機(jī)器人-手術(shù)器械’的安裝結(jié)構(gòu)中，設(shè)置有與手術(shù)器械的運(yùn)轉(zhuǎn)自由度相應(yīng)數(shù)量的驅(qū)動(dòng)輪，并且與驅(qū)動(dòng)輪數(shù)量相應(yīng)地，致動(dòng)器中也具備相同數(shù)量的運(yùn)轉(zhuǎn)輪。最近,隨著單通道手術(shù)(single port surgery)等新手術(shù)技術(shù)的出現(xiàn),有必要追加手術(shù)器械運(yùn)轉(zhuǎn)自由度，但是以往的機(jī)器人-手術(shù)器械驅(qū)動(dòng)機(jī)制而言，如果追加手術(shù)器械的運(yùn)轉(zhuǎn)自由度，則與其相應(yīng)地需要追加驅(qū)動(dòng)輪及運(yùn)轉(zhuǎn)輪個(gè)數(shù)，因此存在不僅要變更手術(shù)器械的設(shè)計(jì)還要變更手術(shù)機(jī)器人自身設(shè)計(jì)的問(wèn)題。例如，以往安裝有以四自由度運(yùn)轉(zhuǎn)的手術(shù)器械的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)而言，在機(jī)器人上安裝設(shè)置有四個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的手術(shù)器械，并且與其相應(yīng)的在機(jī)器人的致動(dòng)器中也要具備四個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)輪，但是如果想要使手術(shù)器械以五自由度運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可能發(fā)生以往的手術(shù)器械不能使用的情況，從而需要重新制作設(shè)置有五個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的手術(shù)器械，并且與其相應(yīng)地在手術(shù)機(jī)器人的致動(dòng)器中也要具備五個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)輪。上述背景技術(shù)是發(fā)明人為了導(dǎo)出本發(fā)明而所掌握或在導(dǎo)出本發(fā)明的過(guò)程中所學(xué)到的技術(shù)信息，并不一定是本發(fā)明申請(qǐng)之前就被一般公眾公開(kāi)的公知技木。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)課題本發(fā)明提供一種手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)及其控制方法，即使追加手術(shù)器械的運(yùn)轉(zhuǎn)自由度，也不必變更手術(shù)器械的驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)及手術(shù)機(jī)器人的致動(dòng)器結(jié)構(gòu)。技術(shù)解決方法
根據(jù)本發(fā)明的ー實(shí)施方式，提供一種手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其安裝有手術(shù)器械，該手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)包括第一驅(qū)動(dòng)單元，用于中介手術(shù)器械與機(jī)器人之間的結(jié)合，并且具有η個(gè)(η是自然數(shù))基本驅(qū)動(dòng)子，從而使手術(shù)器械以規(guī)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)為操作原點(diǎn)以η自由度運(yùn)轉(zhuǎn)；第ニ驅(qū)動(dòng)單元，與手術(shù)器械結(jié)合，并且具有m個(gè)(m是自然數(shù))附加驅(qū)動(dòng)子，從而使手術(shù)器械以n+m自由度運(yùn)轉(zhuǎn)；傳感單元，檢測(cè)第二驅(qū)動(dòng)單元的有關(guān)驅(qū)動(dòng)程度的信息并輸出傳感信號(hào)；控制器，接收傳感信號(hào)并修改對(duì)應(yīng)于操作原點(diǎn)的值，而且輸出用于驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)單元的控制信號(hào)。第一驅(qū)動(dòng)單元與手術(shù)器械的前端部結(jié)合，基本驅(qū)動(dòng)子可以以設(shè)置在第一驅(qū)動(dòng)單元的與機(jī)器人對(duì)置的面上的ー個(gè)以上驅(qū)動(dòng)輪實(shí)現(xiàn)。附加驅(qū)動(dòng)子可以由使用者手動(dòng)操作，或者接收來(lái)自単獨(dú)的驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)カ進(jìn)行操作。m為1，手術(shù)器械的軸構(gòu)成為能夠以其長(zhǎng)度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，軸可以通過(guò)使用者對(duì)附加驅(qū)動(dòng)子的操作而執(zhí)行旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。此時(shí)，軸的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作也可以通過(guò)基本驅(qū) 動(dòng)子的運(yùn)轉(zhuǎn)而執(zhí)行。m為1，手術(shù)器械的軸包括外部軸，向其長(zhǎng)度方向之外的方向彎曲(bending)，并且能夠以其長(zhǎng)度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)；內(nèi)部軸，收容在外部軸內(nèi)，并且在外部軸內(nèi)能夠以其延伸方向?yàn)橹行男D(zhuǎn)；外部軸可以通過(guò)操作者對(duì)附加驅(qū)動(dòng)子的操作而執(zhí)行旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。此時(shí)，外部軸的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作也可以通過(guò)基本驅(qū)動(dòng)子的運(yùn)轉(zhuǎn)而執(zhí)行。m為1，手術(shù)器械的軸構(gòu)成為能夠以其長(zhǎng)度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)并且能夠向其長(zhǎng)度方向之外的方向彎曲的結(jié)構(gòu)，軸可以通過(guò)操作者對(duì)附加驅(qū)動(dòng)子的操作而執(zhí)行彎曲動(dòng)作。此時(shí)，軸的彎曲動(dòng)作也可以通過(guò)基本驅(qū)動(dòng)子的運(yùn)轉(zhuǎn)而執(zhí)行。m為2，手術(shù)器械的軸包括外部軸，能夠以其長(zhǎng)度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)；內(nèi)部軸，收容在外部軸內(nèi)，并且在外部軸內(nèi)能夠以其延伸方向?yàn)橹行男D(zhuǎn)；軸構(gòu)成為能夠向其長(zhǎng)度方向之外的方向彎曲的結(jié)構(gòu)，外部軸可以通過(guò)操作者操作附加驅(qū)動(dòng)子中的ー個(gè)而執(zhí)行旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，軸可以通過(guò)操作者操作附加驅(qū)動(dòng)子中的另ー個(gè)而執(zhí)行彎曲動(dòng)作。此時(shí)，外部軸的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作及軸的彎曲動(dòng)作中的一個(gè)也可以通過(guò)基本驅(qū)動(dòng)子的運(yùn)轉(zhuǎn)而執(zhí)行。m為2，手術(shù)器械的軸包括第一軸部；第二軸部；以及介于第一軸部與第二軸部之間的肘部；第一軸部及第二軸部構(gòu)成為分別能夠以其長(zhǎng)度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，第二軸部構(gòu)成為以肘部為中心相對(duì)于第一軸部可彎曲的結(jié)構(gòu)，第一軸部可以通過(guò)使用者操作附加驅(qū)動(dòng)子中的一個(gè)而執(zhí)行旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，第一軸部與第二軸部之間的彎曲動(dòng)作可以通過(guò)操作者操作附加驅(qū)動(dòng)子中的另ー個(gè)而執(zhí)行。此時(shí)，第一軸部的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作及第一軸部與第二軸部之間的彎曲動(dòng)作中的一個(gè)也可以通過(guò)基本驅(qū)動(dòng)子的運(yùn)轉(zhuǎn)而執(zhí)行。有關(guān)驅(qū)動(dòng)程度的信息可以包括第二驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)程度、第二驅(qū)動(dòng)單元的操作程度、第二驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)引起的手術(shù)器械的運(yùn)轉(zhuǎn)程度等。控制器可以修改操作原點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的值，以便使手術(shù)器械通過(guò)第二驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)而運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)成為操作原點(diǎn)，并輸出用于驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)單元的控制信號(hào)，從而使手術(shù)器械以修改的操作原點(diǎn)為基準(zhǔn)以η自由度運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，根據(jù)本發(fā)明的另ー實(shí)施方式，提供一種手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的控制方法，該方法用于控制手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，該手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)包括第一驅(qū)動(dòng)單元，用于中介手術(shù)器械與安裝手術(shù)器械的手術(shù)機(jī)器人之間的結(jié)合，并且使手術(shù)器械以規(guī)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)為操作原點(diǎn)以η自由度運(yùn)轉(zhuǎn)；第二驅(qū) 動(dòng)單元，與手術(shù)器械結(jié)合，并且使手術(shù)器械以n+m自由度運(yùn)轉(zhuǎn)；該手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的控制方法包括如下步驟檢測(cè)第二驅(qū)動(dòng)單元的有關(guān)驅(qū)動(dòng)程度的信息并輸出傳感信號(hào)的步驟；接收傳感信號(hào)并修改操作原點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的值的步驟；以及輸出用于驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)單元的控制信號(hào)的步驟，該第一驅(qū)動(dòng)單元使手術(shù)器械以修改的操作原點(diǎn)為基準(zhǔn)以η自由度運(yùn)轉(zhuǎn)。m為1，手術(shù)器械的軸構(gòu)成為能夠以其長(zhǎng)度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，傳感信號(hào)輸出步驟可以包括檢測(cè)軸的旋轉(zhuǎn)程度的步驟。m為1，手術(shù)器械的軸包括外部軸，向其長(zhǎng)度方向之外的方向彎曲，并且能夠以其長(zhǎng)度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)；內(nèi)部軸，收容在外部軸內(nèi)，并且在外部軸內(nèi)能夠以其延伸方向?yàn)橹行男D(zhuǎn)；傳感信號(hào)輸出步驟可以包括檢測(cè)外部軸的旋轉(zhuǎn)程度的步驟。m為1，手術(shù)器械的軸構(gòu)成為能夠以其長(zhǎng)度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)并且向其長(zhǎng)度方向之外的方向可彎曲的結(jié)構(gòu)，傳感信號(hào)輸出步驟可以包括檢測(cè)軸的彎曲程度的步驟。m為2，手術(shù)器械的軸包括外部軸，能夠以其長(zhǎng)度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)；內(nèi)部軸，收容在外部軸內(nèi)，并且在外部軸內(nèi)能夠以其延伸方向?yàn)橹行男D(zhuǎn)；軸構(gòu)成為能夠向其長(zhǎng)度方向之外的方向彎曲的結(jié)構(gòu)，傳感信號(hào)輸出步驟可以包括檢測(cè)外部軸的旋轉(zhuǎn)程度及軸的彎曲程度的步驟。m為2，手術(shù)器械的軸包括第一軸部、第二軸部以及介于第一軸部與第二軸部之間的肘部；第一軸部及第二軸部構(gòu)成為分別能夠以其長(zhǎng)度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，第二軸部構(gòu)成為能夠以肘部為中心相對(duì)于第一軸部彎曲的結(jié)構(gòu)，傳感信號(hào)輸出步驟可以包括檢測(cè)第一軸部的旋轉(zhuǎn)程度及第一軸部與第二軸部之間的彎曲程度的步驟。傳感信號(hào)輸出步驟可以包括如下步驟，檢測(cè)第二驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)程度、第二驅(qū)動(dòng)単元的操作程度、手術(shù)器械隨著第二驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)而運(yùn)轉(zhuǎn)的程度的步驟。除上述之外的其它實(shí)施方式、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，可以通過(guò)下面的附圖、保護(hù)范圍以及發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容明確。有益效果根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，需要追加手術(shù)器械的運(yùn)轉(zhuǎn)自由度時(shí)，不必變更現(xiàn)有的驅(qū)動(dòng)單元，而增設(shè)負(fù)責(zé)追加自由度的專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)單元，因此不必變更現(xiàn)有手術(shù)機(jī)器人及手術(shù)器械的結(jié)構(gòu)。而且，増加用于檢測(cè)在機(jī)器人系統(tǒng)上追加的驅(qū)動(dòng)單元的運(yùn)轉(zhuǎn)程度的傳感單元，并檢測(cè)手術(shù)器械通過(guò)增加的驅(qū)動(dòng)單元而運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，且以它為基礎(chǔ)控制手術(shù)器械的運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，即使手術(shù)器械的運(yùn)轉(zhuǎn)自由度増加，也能夠利用現(xiàn)有的機(jī)器人-手術(shù)器械的安裝結(jié)構(gòu)控制手術(shù)機(jī)器人及手術(shù)器械。


圖I是示出本發(fā)明的實(shí)施例涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的概念圖。圖2是示出本發(fā)明的實(shí)施例涉及的第一驅(qū)動(dòng)單元的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3至圖8是示出本發(fā)明的實(shí)施例涉及的手術(shù)器械及其運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的示意圖。圖9是示出本發(fā)明的實(shí)施例涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的控制方法的順序圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明可以進(jìn)行各種改進(jìn)、具有各種實(shí)施例，附圖中示出具體的實(shí)施例并進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。然而，這并不意味著將本發(fā)明限定在具體的實(shí)施方式，應(yīng)該理解為，包括屬于本發(fā)明的精神及技術(shù)范圍的所有改進(jìn)、等同物和替換。當(dāng)判斷出與本發(fā)明相關(guān)的公知技術(shù)的詳細(xì)描述使本發(fā)明的主g模糊時(shí)，將省略該詳細(xì)描述。
可以使用諸如“第一”和“第二”等術(shù)語(yǔ)來(lái)描述各種構(gòu)成要素，但是所述構(gòu)成要素不受所述術(shù)語(yǔ)限制。所述術(shù)語(yǔ)僅用于將ー個(gè)構(gòu)成要素與另ー構(gòu)成要素區(qū)分開(kāi)來(lái)。本申請(qǐng)中使用的術(shù)語(yǔ)僅用于說(shuō)明具體的實(shí)施例，并不意在限制本發(fā)明。單數(shù)表示包括復(fù)數(shù)表示，只要可以清晰地區(qū)別理解。在本申請(qǐng)中，諸如“包括”和“具有”等術(shù)語(yǔ)意在表示說(shuō)明書(shū)上記載的特征、序號(hào)、步驟、動(dòng)作、構(gòu)成要素、組件或其組合，因此應(yīng)該理解，并不排除存在或増加ー個(gè)或多個(gè)不同的特征、編號(hào)、步驟、動(dòng)作、構(gòu)成要素、組件或其組合的可能性。下面，參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例，在參照附圖進(jìn)行說(shuō)明的過(guò)程中，相同或相對(duì)應(yīng)的構(gòu)成要素賦予了相同的附圖標(biāo)記，省略對(duì)其的重復(fù)說(shuō)明。圖I是示出本發(fā)明的實(shí)施例涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的概念圖，圖2是示出本發(fā)明的實(shí)施例涉及的第一驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)的示意圖。參照?qǐng)DI及圖2，示出了機(jī)器人I、控制器3、致動(dòng)器5、運(yùn)轉(zhuǎn)輪7、手術(shù)器械9、軸10、執(zhí)行器12、第一驅(qū)動(dòng)單元20、基本驅(qū)動(dòng)子22、第二驅(qū)動(dòng)單元30、附加驅(qū)動(dòng)子32、傳感單元40。在本實(shí)施例中，其特征在于，使安裝在手術(shù)機(jī)器人上的手術(shù)器械的驅(qū)動(dòng)單元與現(xiàn)有技術(shù)中的自由度相同的自由度(基本自由度，例如四自由度)運(yùn)轉(zhuǎn)，需要追加運(yùn)轉(zhuǎn)自由度時(shí)，追加專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)單元。通過(guò)驅(qū)動(dòng)追加的專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)單元而使手術(shù)器械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，手術(shù)機(jī)器人檢測(cè)根據(jù)該追加的自由度的運(yùn)轉(zhuǎn)，并且以該運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)為基礎(chǔ)控制手術(shù)器械，以使手術(shù)器械以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)。本實(shí)施例涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)由手術(shù)機(jī)器人I和安裝在機(jī)器人I上的手術(shù)器械9構(gòu)成。手術(shù)機(jī)器人I具備用于生成、傳遞驅(qū)動(dòng)カ的致動(dòng)器5，通過(guò)將手術(shù)器械9安裝在手術(shù)機(jī)器人I上，手術(shù)器械9的驅(qū)動(dòng)單元(第一驅(qū)動(dòng)單元20)與致動(dòng)器5匹配，從而從致動(dòng)器5接收驅(qū)動(dòng)カ而運(yùn)轉(zhuǎn)。即，本實(shí)施例涉及的第一驅(qū)動(dòng)單元20是使手術(shù)器械9接收來(lái)自機(jī)器人I的驅(qū)動(dòng)カ的、在手術(shù)器械9與機(jī)器人I之間中介動(dòng)カ傳遞關(guān)系的構(gòu)成要素。本實(shí)施例涉及的第一驅(qū)動(dòng)單元20以使手術(shù)器械9以η自由度運(yùn)轉(zhuǎn)的方式傳遞驅(qū)動(dòng)力，在此，η自由度可相當(dāng)于上述基本自由度。例如，在手術(shù)器械9的末端作為執(zhí)行器12結(jié)合有夾具(gripper)的情況，夾具可以進(jìn)行如下動(dòng)作，一對(duì)夾爪(jaw)各自的夾住動(dòng)作(ニ自由度)，整個(gè)夾具的傾斜(tilting)( —自由度)及夾具的旋轉(zhuǎn)(一自由度)。因此，可以以四自由度作為基本自由度進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。手術(shù)器械9以初始狀態(tài)或基準(zhǔn)狀態(tài)作為基準(zhǔn)運(yùn)轉(zhuǎn)，例如可以將手術(shù)器械9安裝在機(jī)器人I上而第一驅(qū)動(dòng)單元20匹配在致動(dòng)器5上的狀態(tài)作為基準(zhǔn)狀態(tài)。從這種基準(zhǔn)狀態(tài)，第一驅(qū)動(dòng)單元20接收來(lái)自致動(dòng)器5的驅(qū)動(dòng)カ而驅(qū)動(dòng)，從而使手術(shù)器械9進(jìn)行規(guī)定狀態(tài)的運(yùn)轉(zhuǎn)。在此，這種基準(zhǔn)狀態(tài)稱(chēng)為“操作原點(diǎn)”而進(jìn)行說(shuō)明。操作原點(diǎn)可以包括手術(shù)器械9安裝在機(jī)器人I上的初始狀態(tài)，由于本實(shí)施例涉及的手術(shù)機(jī)器人I可以存儲(chǔ)手術(shù)器械9處于初始狀態(tài)時(shí)的有關(guān)致動(dòng)器5狀態(tài)的信息，所以也可以存儲(chǔ)有關(guān)手術(shù)器械9的操作原點(diǎn)的信息。例如，手術(shù)器械9初期以第一狀態(tài)設(shè)定的情況下，可以將第一狀態(tài)作為操作原點(diǎn)存儲(chǔ)，之后驅(qū)動(dòng)機(jī)器人I而手術(shù)器械9運(yùn)轉(zhuǎn)為第二狀態(tài)時(shí)，由于手術(shù)機(jī)器人I能夠得知其驅(qū)動(dòng)程度，所以能夠?qū)С鲇嘘P(guān)第二狀態(tài)的信息。如果使手術(shù)器械9以第二狀態(tài)為基準(zhǔn)狀態(tài)重 新運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可以修改有關(guān)操作原點(diǎn)的信息使第二狀態(tài)成為操作原點(diǎn)。為了使手術(shù)器械9以η自由度運(yùn)轉(zhuǎn)，可以在第一驅(qū)動(dòng)單元20上設(shè)置η個(gè)基本驅(qū)動(dòng)子22。即，可以具有與手術(shù)器械運(yùn)轉(zhuǎn)自由度相應(yīng)數(shù)量的驅(qū)動(dòng)子，從而隨著各驅(qū)動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)使與其連接的各部分進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。本實(shí)施例涉及的基本驅(qū)動(dòng)子22可以以驅(qū)動(dòng)輪形式構(gòu)成。例如，當(dāng)本實(shí)施例涉及的第一驅(qū)動(dòng)單元20在其前端部結(jié)合有手術(shù)器械9以便中介機(jī)器人I與手術(shù)器械9之間的動(dòng)カ傳遞關(guān)系時(shí)，可以在第一驅(qū)動(dòng)單元20的與機(jī)器人I對(duì)置的面上(作為基本驅(qū)動(dòng)子22)設(shè)置多個(gè)驅(qū)動(dòng)輪。各驅(qū)動(dòng)輪可以通過(guò)滑輪線與執(zhí)行器12的各部分連接，并且隨著各驅(qū)動(dòng)輪的旋轉(zhuǎn)使與其連接的執(zhí)行器12的各部分運(yùn)動(dòng)，從而執(zhí)行手術(shù)所需動(dòng)作。在此“前端(proximal end) ”表示軸開(kāi)始部分的端部,“末端(distal end) ”表示軸結(jié)束部分的端部，所以前端與末端相當(dāng)于軸的相反側(cè)的各端部?；掘?qū)動(dòng)子22以驅(qū)動(dòng)輪形式構(gòu)成吋，與其相應(yīng)地，在致動(dòng)器5上可具有與各驅(qū)動(dòng)輪匹配的多個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)輪7。即，手術(shù)機(jī)器人I控制各運(yùn)轉(zhuǎn)輪7以便旋轉(zhuǎn)所需程度，與運(yùn)轉(zhuǎn)輪7匹配的驅(qū)動(dòng)輪隨之旋轉(zhuǎn)，而且與各驅(qū)動(dòng)輪連接的執(zhí)行器12的各部分隨之運(yùn)動(dòng)。本實(shí)施例涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，除了設(shè)置有使手術(shù)器械9以基本自由度(例如η自由度)運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)單元(第一驅(qū)動(dòng)單元20)之外，還設(shè)置有使手術(shù)器械9以追加的自由度(例如m自由度)運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)單元(第二驅(qū)動(dòng)單元30)。由于追加了第ニ驅(qū)動(dòng)單元30，所以本實(shí)施例涉及的手術(shù)器械9也可以以除基本自由度以外的追加的自由度(例如n+m自由度)運(yùn)轉(zhuǎn)。第二驅(qū)動(dòng)單元30可以與第一驅(qū)動(dòng)單元20相同地與手術(shù)器械結(jié)合，例如，除了使手術(shù)器械9以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)之外，為了使其軸10旋轉(zhuǎn)或彎曲，還可以在手術(shù)器械軸10的前端部設(shè)置旋轉(zhuǎn)用操作手柄及/或彎曲用操作手柄，此時(shí)，旋轉(zhuǎn)用操作手柄及/或彎曲用操作手柄可相當(dāng)于第二驅(qū)動(dòng)單元30。為了使手術(shù)器械9以m自由度進(jìn)行追加運(yùn)轉(zhuǎn)，可以在第二驅(qū)動(dòng)單元30上設(shè)置m個(gè)附加驅(qū)動(dòng)子32。即，可以具有與手術(shù)器械9進(jìn)行追加運(yùn)轉(zhuǎn)的自由度(追加的自由度)相應(yīng)數(shù)量的驅(qū)動(dòng)子，從而隨著各驅(qū)動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)使與其連接的各部分進(jìn)行追加運(yùn)轉(zhuǎn)。本實(shí)施例涉及的第二驅(qū)動(dòng)單元30及其具備的附加驅(qū)動(dòng)子32是為了使手術(shù)器械除了以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)之外進(jìn)行追加運(yùn)轉(zhuǎn)而設(shè)置的，附加驅(qū)動(dòng)子32可以制作成由使用者直接手動(dòng)操作的形式。如上述例，為了使手術(shù)器械9以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)而在第一驅(qū)動(dòng)單元20上設(shè)置多個(gè)驅(qū)動(dòng)輪(基本驅(qū)動(dòng)子22)，且為了使手術(shù)器械的軸10進(jìn)ー步彎曲而還設(shè)置彎曲用操作手柄(附加驅(qū)動(dòng)子32)吋，多個(gè)驅(qū)動(dòng)輪可以與手術(shù)機(jī)器人I結(jié)合并接收來(lái)自機(jī)器人I的驅(qū)動(dòng)カ而運(yùn)轉(zhuǎn)，而彎曲用操作手柄可以由使用者手動(dòng)操作。操作手柄也可以接收來(lái)自機(jī)器人I的驅(qū)動(dòng)カ而運(yùn)轉(zhuǎn)。此時(shí)，不僅要變更手術(shù)器械與機(jī)器臂結(jié)合的接ロ部分的結(jié)構(gòu)，還要變更機(jī)器人(具體是致動(dòng)器5)結(jié)構(gòu)。但是，本實(shí)施例涉及的附加驅(qū)動(dòng)子32并不一定必須以手動(dòng)操作用構(gòu)成，也可以適用于通過(guò)手術(shù)機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)的方式、通過(guò)單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)裝置(例如単獨(dú)的電機(jī)包)運(yùn)轉(zhuǎn)的方式等。如上所述，本實(shí)施例的特征在于增設(shè)第二驅(qū)動(dòng)單元30并通過(guò)手動(dòng)(或手術(shù)機(jī)器人或単獨(dú)的驅(qū)動(dòng)裝置等)操作第二驅(qū)動(dòng)單元30，通過(guò)操 作第二驅(qū)動(dòng)單元30，手術(shù)器械9隨之運(yùn)轉(zhuǎn)。即，變更手術(shù)器械9的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。手術(shù)器械9運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的變更，導(dǎo)致用于使手術(shù)器械以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)的基準(zhǔn)狀態(tài)(上述操作原點(diǎn))發(fā)生變更。例如，驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)單元20使執(zhí)行器12以基本自由度執(zhí)行手術(shù)所需動(dòng)作之后，驅(qū)動(dòng)第二驅(qū)動(dòng)單元30使軸10彎曲30度左右吋，由于需要以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)的執(zhí)行器12的位置及方向發(fā)生了變更，所以可能需要修改執(zhí)行器12運(yùn)轉(zhuǎn)的操作原點(diǎn)。為此，本實(shí)施例涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)可以包括傳感單元40，該傳感単元40檢測(cè)手術(shù)器械9通過(guò)第二驅(qū)動(dòng)單元30的驅(qū)動(dòng)而以追加自由度運(yùn)轉(zhuǎn)的程度，并提供用于修改手術(shù)器械9操作原點(diǎn)的數(shù)據(jù)。下面，說(shuō)明傳感單元40的結(jié)構(gòu)及功能。本實(shí)施例涉及的傳感單元40起到檢測(cè)有關(guān)第二驅(qū)動(dòng)單元30驅(qū)動(dòng)程度的信息并輸出傳感信號(hào)的作用。為此，傳感単元40可以由傳感器和有/無(wú)線通信單元構(gòu)成，該傳感器與第二驅(qū)動(dòng)單元30結(jié)合，該有/無(wú)線通信単元(電線、光纜、無(wú)線通信模塊、光通信模塊等)將來(lái)自傳感器的信號(hào)傳送給機(jī)器人系統(tǒng)。或者，也可以將傳感單元40構(gòu)成為，將傳感器設(shè)置在機(jī)器人I側(cè)從而使傳感器檢測(cè)第二驅(qū)動(dòng)單元30的驅(qū)動(dòng)程度而輸出傳感信號(hào)?；蛘?，可以將傳感單元40構(gòu)成為，也可以使単獨(dú)的傳感器檢測(cè)第二驅(qū)動(dòng)單元30的驅(qū)動(dòng)程度而生成傳感信號(hào)，且利用有/無(wú)線通信單元連接傳感器與機(jī)器人系統(tǒng)，從而將傳感信號(hào)傳送給機(jī)器人系統(tǒng)。除此之外，本實(shí)施例涉及的傳感單元40可以以能夠檢測(cè)有關(guān)第二驅(qū)動(dòng)單元30驅(qū)動(dòng)程度的信息并傳送給機(jī)器人系統(tǒng)的多種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。作為第二驅(qū)動(dòng)單元30的‘有關(guān)驅(qū)動(dòng)程度的信息’，本實(shí)施例涉及的傳感單元40可以檢測(cè)第二驅(qū)動(dòng)單元30的驅(qū)動(dòng)程度。例如，作為第二驅(qū)動(dòng)單元30設(shè)置軸彎曲用操作手柄，為了將軸10彎曲30度而旋轉(zhuǎn)(驅(qū)動(dòng))操作手柄Icm時(shí)，有關(guān)驅(qū)動(dòng)程度的信息可以是操作手柄的旋轉(zhuǎn)程度、即1cm。另外，作為有關(guān)驅(qū)動(dòng)程度的信息，可以使傳感單元40檢測(cè)第二驅(qū)動(dòng)單元30的操作程度。如上述例，當(dāng)手動(dòng)操作第二驅(qū)動(dòng)單元30時(shí)，第二驅(qū)動(dòng)單元30的操作程度可以是與第ニ驅(qū)動(dòng)單元30的驅(qū)動(dòng)程度相同的值。但是，使用手術(shù)機(jī)器人或単獨(dú)具備的動(dòng)力裝置操作第ニ驅(qū)動(dòng)單元30時(shí)，第二驅(qū)動(dòng)單元30的操作程度也可以是與第二驅(qū)動(dòng)單元30的驅(qū)動(dòng)程度不同的值。此時(shí)，傳感単元40也可以檢測(cè)第二驅(qū)動(dòng)單元30的操作程度。另外，作為有關(guān)驅(qū)動(dòng)程度的信息，傳感單元40也可以檢測(cè)手術(shù)器械9隨著第二驅(qū)動(dòng)單元30的驅(qū)動(dòng)而運(yùn)轉(zhuǎn)的程度。例如，作為第二驅(qū)動(dòng)單元30設(shè)置軸彎曲用操作手柄，并旋轉(zhuǎn)操作手柄Icm使軸10彎曲30度時(shí)，有關(guān)驅(qū)動(dòng)程度的信息可以是手術(shù)器械9運(yùn)轉(zhuǎn)的程度、即30度。
這樣的，為了獲得用于修改操作原點(diǎn)的數(shù)據(jù)，作為本實(shí)施例涉及的傳感單元40可以使用對(duì)應(yīng)檢測(cè)對(duì)象信息的多種傳感器，該傳感器可以檢測(cè)根據(jù)第二驅(qū)動(dòng)單元30的有關(guān)手術(shù)器械運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的多種信息。另外，由傳感單元40檢測(cè)的信息，可以使用在掌握手術(shù)器械9根據(jù)第二驅(qū)動(dòng)單元30而進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)。例如，檢測(cè)到第二驅(qū)動(dòng)單元30的操作程度時(shí)，由于第二驅(qū)動(dòng)單元30的操作與根據(jù)該操作的手術(shù)器械9的運(yùn)轉(zhuǎn)具有規(guī)定的函數(shù)關(guān)系，因此可以利用該檢測(cè)結(jié)果導(dǎo)出手術(shù)器械9的運(yùn)轉(zhuǎn)程度。檢測(cè)到第二驅(qū)動(dòng)單元30的驅(qū)動(dòng)程度時(shí)也相同。而且，檢測(cè)到手術(shù)器械9通過(guò)第二驅(qū)動(dòng)單元30的驅(qū)動(dòng)而運(yùn)轉(zhuǎn)的程度時(shí)，可以根據(jù)檢測(cè)結(jié)果直接導(dǎo)出手術(shù)器械9的運(yùn)轉(zhuǎn)程度?；谶@樣導(dǎo)出的手術(shù)器械9根據(jù)第二驅(qū)動(dòng)單元30而運(yùn)轉(zhuǎn)的程度，可以使手術(shù)器械9重新以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)。下面，說(shuō)明負(fù)責(zé)該功能的控制器。本實(shí)施例涉及的控制器3是在機(jī)器人系統(tǒng)中起到控制手術(shù)器械9運(yùn)轉(zhuǎn)的作用的構(gòu) 成要素。所以，控制器3接收從傳感單元40輸出的傳感信號(hào)，并掌握手術(shù)器械9根據(jù)第二驅(qū)動(dòng)單元30而運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)之后，以該運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)為基礎(chǔ)，控制手術(shù)器械9重新以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)。S卩，控制器3使用傳感信號(hào)進(jìn)行設(shè)定使導(dǎo)出的手術(shù)器械9 (根據(jù)第二驅(qū)動(dòng)單元30)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)重新變成用于手術(shù)器械9 (根據(jù)第一驅(qū)動(dòng)單元20)運(yùn)轉(zhuǎn)的初始狀態(tài)，為此，可以使用手術(shù)器械9通過(guò)第二驅(qū)動(dòng)單元30的驅(qū)動(dòng)而進(jìn)行的最終運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的信息修改操作原點(diǎn)。有關(guān)操作原點(diǎn)的信息被修改后，手術(shù)器械9可以以被修改的操作原點(diǎn)為基準(zhǔn)重新以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)，為此，控制器3控制機(jī)器人系統(tǒng)，以便驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)單元20使手術(shù)器械9以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)。圖3至圖7是示出本發(fā)明的實(shí)施例涉及的手術(shù)器械及其運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的示意圖。參照?qǐng)D3至圖7，示出了手術(shù)器械9、軸10、肘部11、執(zhí)行器12、第一驅(qū)動(dòng)單元20、基本驅(qū)動(dòng)子22、第二驅(qū)動(dòng)單元30、附加驅(qū)動(dòng)子32a、32b、32c、傳感單元40。圖3是示出在手術(shù)器械9上設(shè)置ー個(gè)附加驅(qū)動(dòng)子32a時(shí)本實(shí)施例涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的示意圖。由于設(shè)置有一個(gè)附加驅(qū)動(dòng)子32a，所以手術(shù)器械9的追加自由度m為I ο例如，手術(shù)器械9的軸10制作成能夠以其長(zhǎng)度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)，并且軸10通過(guò)操作一個(gè)附加驅(qū)動(dòng)子32a實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸10的旋轉(zhuǎn)屬于手術(shù)器械9以追加自由度進(jìn)行的運(yùn)轉(zhuǎn)。S卩，圖3所示的手術(shù)器械9是以四自由度(軸旋轉(zhuǎn)(圖3的‘R’)、執(zhí)行器的手腕動(dòng)作、一對(duì)夾爪各自的運(yùn)動(dòng))運(yùn)轉(zhuǎn)的手術(shù)器械，機(jī)器臂(第一驅(qū)動(dòng)單元)負(fù)責(zé)三自由度，第ニ驅(qū)動(dòng)單元負(fù)責(zé)剩余一自由度(例如，軸的旋轉(zhuǎn))的運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，手術(shù)器械的四自由度并不限定于上述例，四自由度也可以以例如‘軸旋轉(zhuǎn)、手腕上下動(dòng)作、手腕左右動(dòng)作、夾爪動(dòng)作’這樣的多種方式實(shí)現(xiàn)。因此，通過(guò)驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)單元20使手術(shù)器械9運(yùn)轉(zhuǎn)之后，使用者操作第二驅(qū)動(dòng)單元30 (附加驅(qū)動(dòng)子32a)使手術(shù)器械軸10旋轉(zhuǎn)規(guī)定角度吋，傳感單元40掌握軸10的旋轉(zhuǎn)程度，而且控制器3以軸10旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)作為操作原點(diǎn)，并控制手術(shù)器械9以修改的操作原點(diǎn)為基準(zhǔn)重新以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)。
另外，如同本實(shí)施例的四自由度手術(shù)器械9的情況，出了可以設(shè)置第二驅(qū)動(dòng)單元30從而單獨(dú)旋轉(zhuǎn)軸，還可以通過(guò)第一驅(qū)動(dòng)單元20旋轉(zhuǎn)軸10。即，可以運(yùn)轉(zhuǎn)基本驅(qū)動(dòng)子22中的ー個(gè)，使軸10旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，如果手動(dòng)操作第二驅(qū)動(dòng)單元30吋，軸10的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作可以通過(guò)‘手動(dòng)操作’及‘機(jī)器人操作’混合的方式實(shí)現(xiàn)。于是，通過(guò)機(jī)器人操作使軸10在規(guī)定角度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)吋，在此結(jié)合手動(dòng)操作能夠給旋轉(zhuǎn)角度賦予偏移量(offset)。例如，通過(guò)機(jī)器人，軸在-270度 +270度的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，在此加以手動(dòng)操作手動(dòng)賦予+90度的偏移量時(shí)，手術(shù)器械的軸10在-180度 +360度的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)。如此，對(duì)機(jī)器人操作賦予偏移量，從而可以變更軸10的旋轉(zhuǎn)范圍。圖4也是示出在手術(shù)器械9上設(shè)置ー個(gè)附加驅(qū)動(dòng)子32a時(shí)本實(shí)施例涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的例示圖。由于設(shè)置有一個(gè)附加驅(qū)動(dòng)子32a，所以手術(shù)器械9的追加自由度m為I。例如，手術(shù)器械9的軸10制作成，彎曲且由雙軸(外部軸10a、內(nèi)部軸IOb)構(gòu)成，外部軸IOa能夠以其長(zhǎng)度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)，內(nèi)部軸IOb收容在外部軸IOa內(nèi)并且能夠以其延伸方向?yàn)橹行男D(zhuǎn)，而且外部軸IOa通過(guò)操作一個(gè)附加驅(qū)動(dòng)子32a實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)時(shí)，夕卜部軸IOa的旋轉(zhuǎn)相當(dāng)于手術(shù)器械9以追加自由度進(jìn)行的運(yùn)轉(zhuǎn)。S卩，圖4所示的手術(shù)器械9是以五自由度(外部軸IOa旋轉(zhuǎn)(圖4的‘Ro’)、內(nèi)部軸IOb旋轉(zhuǎn)(圖4的‘Ri’ )、執(zhí)行器的手腕動(dòng)作、一對(duì)夾爪各自的運(yùn)動(dòng))運(yùn)轉(zhuǎn)的手術(shù)器械，機(jī)器臂(第一驅(qū)動(dòng)單元)負(fù)責(zé)四自由度，第二驅(qū)動(dòng)單元30負(fù)責(zé)剩余的一自由度(例如，夕卜部軸IOa的旋轉(zhuǎn))的運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，通過(guò)驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)單元20使手術(shù)器械9運(yùn)轉(zhuǎn)之后，使用者操作第二驅(qū)動(dòng)單元30 (附加驅(qū)動(dòng)子32a)使外部軸IOa旋轉(zhuǎn)規(guī)定角度吋，傳感單元40掌握外部軸IOa的旋轉(zhuǎn)程度，而且控制器3以外部軸IOa旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)作為操作原點(diǎn)，控制手術(shù)器械9以修改的操作原點(diǎn)為基準(zhǔn)重新以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)。圖5也是示出在手術(shù)器械9上設(shè)置ー個(gè)附加驅(qū)動(dòng)子32a時(shí)本實(shí)施例涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的例示圖。由于設(shè)置有一個(gè)附加驅(qū)動(dòng)子32a，所以手術(shù)器械9的追加自由度m為I。例如，手術(shù)器械9的軸10制作成，能夠以其長(zhǎng)度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)并且能夠向其長(zhǎng)度方向之外的方向彎曲(bending)，而且軸10通過(guò)ー個(gè)附加驅(qū)動(dòng)子32a的操作而實(shí)現(xiàn)彎曲吋，軸10的彎曲相當(dāng)于手術(shù)器械9以追加自由度進(jìn)行的運(yùn)轉(zhuǎn)。S卩，圖5所示的手術(shù)器械9是以五自由度(軸旋轉(zhuǎn)(圖5的‘R’)、軸彎曲(圖5的‘B’)、執(zhí)行器的手腕動(dòng)作、一對(duì)夾爪各自運(yùn)動(dòng))運(yùn)轉(zhuǎn)的手術(shù)器械，機(jī)器臂(第一驅(qū)動(dòng)單元)負(fù)責(zé)四自由度，第二驅(qū)動(dòng)單元30負(fù)責(zé)剩余的一自由度(例如，軸的旋轉(zhuǎn))的運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，通過(guò)驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)單元20使手術(shù)器械9運(yùn)轉(zhuǎn)之后，使用者操作第二驅(qū)動(dòng)單元30 (附加驅(qū)動(dòng)子32a)使手術(shù)器械軸10彎曲規(guī)定程度吋，傳感單元40掌握軸10的彎曲 程度，而且控制器3以軸10彎曲的狀態(tài)作為操作原點(diǎn)，并控制手術(shù)器械9以修改的操作原點(diǎn)為基準(zhǔn)重新以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)。圖6是示出在手術(shù)器械9上設(shè)置兩個(gè)附加驅(qū)動(dòng)子32a、32b時(shí)本實(shí)施例涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的例示圖。由于設(shè)置有兩個(gè)附加驅(qū)動(dòng)子32a、32b，所以手術(shù)器械9的追加自由度m為2。例如，手術(shù)器械9的軸10制作成由雙軸(外部軸10c、內(nèi)部軸IOd)構(gòu)成，外部軸IOc能夠以其長(zhǎng)度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)，內(nèi)部軸IOd收容在外部軸IOc內(nèi)并且能夠以其延伸方向?yàn)橹行男D(zhuǎn)，軸10向其長(zhǎng)度方向之外的方向可彎曲，而且外部軸IOc通過(guò)操作第一附加驅(qū)動(dòng)子32a實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，軸10通過(guò)操作第二附加驅(qū)動(dòng)子32b實(shí)現(xiàn)彎曲時(shí)，外部軸IOc的旋轉(zhuǎn)及軸10的彎曲屬于手術(shù)器械9以追加自由度進(jìn)行的運(yùn)轉(zhuǎn)。即，圖6所示的手術(shù)器械9是以六自由度(外部軸旋轉(zhuǎn)(圖6的‘Ro’)、內(nèi)部軸旋轉(zhuǎn)(圖6的‘Ri’)、軸的彎曲(圖6的‘B’)、執(zhí)行器的手腕動(dòng)作、一對(duì)夾爪各自的運(yùn)動(dòng))運(yùn)轉(zhuǎn)的手術(shù)器械，機(jī)器臂(第一驅(qū)動(dòng)單元)負(fù)責(zé)四自由度，第二驅(qū)動(dòng)單元30負(fù)責(zé)剩余ニ自由度(例如，外部軸IOc的旋轉(zhuǎn)及軸10的彎曲)的運(yùn)轉(zhuǎn)。 因此，通過(guò)驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)單元20使手術(shù)器械9運(yùn)轉(zhuǎn)之后，使用者操作第二驅(qū)動(dòng)單元30 (附加驅(qū)動(dòng)子32a、32b)使外部軸IOc旋轉(zhuǎn)規(guī)定角度且使軸10彎曲規(guī)定程度時(shí)，傳感単元40掌握外部軸IOc的旋轉(zhuǎn)程度及軸10的彎曲程度，而且控制器3以軸旋轉(zhuǎn)及彎曲的狀態(tài)作為操作原點(diǎn)，控制手術(shù)器械9以修改的操作原點(diǎn)為基準(zhǔn)重新以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)。圖7也是示出在手術(shù)器械9上設(shè)置兩個(gè)附加驅(qū)動(dòng)子32a、32b時(shí)本實(shí)施例涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的例示圖。由于設(shè)置有兩個(gè)附加驅(qū)動(dòng)子32a、32b，所以手術(shù)器械9的追加自由度m為2。例如，手術(shù)器械9的軸10區(qū)分為分別以其長(zhǎng)度方向的軸線為中心可旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)部分(第一軸部10e、第二軸部IOf)，兩個(gè)部分10e、10f可以通過(guò)肘部11彼此彎曲地結(jié)合，而且第一軸部IOe通過(guò)第一附加驅(qū)動(dòng)子32a的操作實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，軸10通過(guò)第二附加驅(qū)動(dòng)子32b的操作實(shí)現(xiàn)彎曲時(shí)，第一軸部IOe的旋轉(zhuǎn)及軸的彎曲屬于手術(shù)器械9以追加自由度進(jìn)行的運(yùn)轉(zhuǎn)。S卩，圖7所示的手術(shù)器械9是以六自由度(第一軸部旋轉(zhuǎn)(圖7的‘R1’)、第二軸部旋轉(zhuǎn)(圖7的‘R2’)、軸彎曲(圖7的‘F’)、執(zhí)行器的手腕動(dòng)作、一對(duì)夾爪各自的運(yùn)動(dòng))運(yùn)轉(zhuǎn)的手術(shù)器械，機(jī)器臂(第一驅(qū)動(dòng)單元)負(fù)責(zé)四自由度，第二驅(qū)動(dòng)單元30負(fù)責(zé)剩余ニ自由度(例如，第一軸部IOe的旋轉(zhuǎn)及軸10的彎曲)的運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，通過(guò)第一驅(qū)動(dòng)單元20的驅(qū)動(dòng)使手術(shù)器械9運(yùn)轉(zhuǎn)之后，使用者操作第二驅(qū)動(dòng)単元30 (附加驅(qū)動(dòng)子32a、32b)使手術(shù)器械的第一軸部IOe旋轉(zhuǎn)規(guī)定角度且使軸10彎曲規(guī)定程度吋，傳感單元40掌握第一軸部IOe的旋轉(zhuǎn)程度及軸10的彎曲程度，而且控制器3以軸10旋轉(zhuǎn)及彎曲的狀態(tài)作為操作原點(diǎn)，控制手術(shù)器械9以修改的操作原點(diǎn)為基準(zhǔn)重新以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)。上述有關(guān)附加驅(qū)動(dòng)子負(fù)責(zé)的追加自由度的說(shuō)明只是作為一例，附加驅(qū)動(dòng)子不一定必須負(fù)責(zé)軸的旋轉(zhuǎn)、彎曲等特定追加自由度，附加驅(qū)動(dòng)子也可以負(fù)責(zé)需要単獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)的多種自由度(例如，執(zhí)行器的手腕動(dòng)作、夾爪運(yùn)動(dòng)等)。另外，如圖4至圖7所示實(shí)施例的情況，也與圖3同樣，通過(guò)第二驅(qū)動(dòng)單元30單獨(dú)地(例如手動(dòng)地)使軸運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，也可以通過(guò)第一驅(qū)動(dòng)單元20實(shí)現(xiàn)其它單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)(通過(guò)第二驅(qū)動(dòng)單元30的運(yùn)轉(zhuǎn))。為此，可以在第二驅(qū)動(dòng)單元30上還追加ー個(gè)附加驅(qū)動(dòng)子，并且使追加的附加驅(qū)動(dòng)子負(fù)責(zé)ー自由度，由此運(yùn)轉(zhuǎn)多余的基本驅(qū)動(dòng)子，從而實(shí)現(xiàn)軸的単獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)。例如，具有六自由度的手術(shù)器械的情況，可以是追加兩個(gè)附加驅(qū)動(dòng)子負(fù)責(zé)ニ自由度，而且由基本驅(qū)動(dòng)子負(fù)責(zé)剩余四自由度，也可以是如圖8所示，追加三個(gè)附加驅(qū)動(dòng)子32a、32b、32c負(fù)責(zé)三自由度,剩余的三自由度由基本驅(qū)動(dòng)子負(fù)責(zé)，由多余(redundant)的ー個(gè)基本驅(qū)動(dòng)子22a負(fù)責(zé)附加驅(qū)動(dòng)子負(fù)責(zé)的自由度中的ー個(gè)，從而能夠以(通過(guò)附加驅(qū)動(dòng)子32c)手動(dòng)操作混合(通過(guò)多余的基本驅(qū)動(dòng)子22a)機(jī)器人操作的方式運(yùn)轉(zhuǎn)手術(shù)器械。圖9是示出本發(fā)明的實(shí)施例涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的控制方法的順序圖。本實(shí)施例涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)包括如上 所述的手術(shù)機(jī)器人和安裝在機(jī)器人上的手術(shù)器械9，手術(shù)器械9與機(jī)器人之間的動(dòng)力傳遞關(guān)系通過(guò)第一驅(qū)動(dòng)單元20來(lái)中介，而且為了使手術(shù)器械9以追加自由度運(yùn)轉(zhuǎn)，在手術(shù)器械9上結(jié)合有第二驅(qū)動(dòng)單元30。第一驅(qū)動(dòng)單元20傳遞驅(qū)動(dòng)カ使手術(shù)器械9以基本自由度(η自由度)運(yùn)轉(zhuǎn)，第二驅(qū)動(dòng)單元30起到使手術(shù)器械9還以追加自由度(m自由度)運(yùn)轉(zhuǎn)的作用，結(jié)果手術(shù)器械9以m+n自由度運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，如圖8中的說(shuō)明，根據(jù)手術(shù)器械的構(gòu)成方式，部分自由度也可以成為多余(redundant)自由度。如上所述，手術(shù)器械9可以以操作原點(diǎn)為基準(zhǔn)以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)，并且根據(jù)手術(shù)器械9進(jìn)行的m自由度的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，由傳感單元40及控制器3修改有關(guān)操作原點(diǎn)的信息。為了控制這種手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，首先檢測(cè)有關(guān)第二驅(qū)動(dòng)單元30驅(qū)動(dòng)程度的信息(SlO)。有關(guān)第二驅(qū)動(dòng)單元30驅(qū)動(dòng)程度的信息可以是第二驅(qū)動(dòng)單元30的操作程度、第二驅(qū)動(dòng)單元30的驅(qū)動(dòng)程度、或手術(shù)器械9隨著第二驅(qū)動(dòng)單元30的驅(qū)動(dòng)而運(yùn)轉(zhuǎn)的程度等。檢測(cè)到的有關(guān)第二驅(qū)動(dòng)單元30驅(qū)動(dòng)程度的信息的詳細(xì)事項(xiàng)如上所述，在此省略詳細(xì)說(shuō)明。另外，如圖3所示的手術(shù)器械9的軸10通過(guò)第二驅(qū)動(dòng)單元30進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)中，檢測(cè)對(duì)象可以是有關(guān)軸10旋轉(zhuǎn)程度的信息(S12);如圖4所示的手術(shù)器械9的外部軸IOa通過(guò)第二驅(qū)動(dòng)單元30進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)中，檢測(cè)對(duì)象可以是有關(guān)外部軸IOa旋轉(zhuǎn)程度的信息(S13)。而且，如圖5及圖6所示，軸10為旋轉(zhuǎn)及/或彎曲的結(jié)構(gòu)時(shí)，檢測(cè)對(duì)象可以是有關(guān)軸10的旋轉(zhuǎn)程度及/或彎曲程度的信息(S14)。進(jìn)ー步，如圖7所示，軸10為區(qū)分為通過(guò)肘部11連接的兩個(gè)部分(第一軸部IOe、第二軸部IOf)的結(jié)構(gòu)時(shí)，檢測(cè)對(duì)象可以是有關(guān)第一軸部10e、旋轉(zhuǎn)程度及/或兩個(gè)部分10e、10f之間彎曲程度的信息(S16)。下一歩，接收檢測(cè)結(jié)果、即輸出的傳感信號(hào)并修改手術(shù)器械9的操作原點(diǎn)(S20)。操作原點(diǎn)是用于使手術(shù)器械9以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)的基準(zhǔn)狀態(tài)，可以進(jìn)行再設(shè)定使手術(shù)器械9根據(jù)第二驅(qū)動(dòng)單元30而運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)重新成為操作原點(diǎn)，從而使手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)不受第二驅(qū)動(dòng)單元30的運(yùn)轉(zhuǎn)與否而使手術(shù)器械9重新以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)。下一歩，驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)單元20使手術(shù)器械9以修改的操作原點(diǎn)為基準(zhǔn)以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)(S30)。因此，本實(shí)施例涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)可以使安裝的手術(shù)器械9以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)后，即使在途中由于驅(qū)動(dòng)第二驅(qū)動(dòng)單元30而使手術(shù)器械9的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)發(fā)生變更，也能夠以變更的狀態(tài)為基準(zhǔn)重新以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)。S卩，需要追加安裝在手術(shù)機(jī)器人上的手術(shù)器械9的運(yùn)轉(zhuǎn)自由度吋，不必變更驅(qū)動(dòng)単元(第一驅(qū)動(dòng)單元20)及與驅(qū)動(dòng)單元結(jié)合的致動(dòng)器5的結(jié)構(gòu)，使手術(shù)器械9以現(xiàn)有自由度運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)追加與追加自由度相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)單元30，并且在機(jī)器人手術(shù)過(guò)程中根據(jù)使用者需要操作第二驅(qū)動(dòng)單元30，從而使手術(shù)器械9以追加自由度進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。
進(jìn)ー步，在手術(shù)過(guò)程中使用者操作第二驅(qū)動(dòng)單元30使手術(shù)器械9運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，手術(shù)機(jī)器人檢測(cè)其運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)并以其為基礎(chǔ)再設(shè)定手術(shù)器械9的基準(zhǔn)狀態(tài)(操作原點(diǎn))，因此不受第ニ驅(qū)動(dòng)單元30的操作約束，而通過(guò)機(jī)器人使手術(shù)器械9重新以基本自由度運(yùn)轉(zhuǎn)。
在上面參照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不超出下面權(quán)利要求書(shū)中記載的本發(fā)明的思想及領(lǐng)域的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以進(jìn)行多種變形和變更。
權(quán)利要求
1.一種手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其安裝有手術(shù)器械，該手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)包括 第一驅(qū)動(dòng)單元，用于中介所述手術(shù)器械與所述機(jī)器人之間的結(jié)合，并且具有n個(gè)基本驅(qū)動(dòng)子，該n個(gè)基本驅(qū)動(dòng)子使所述手術(shù)器械以規(guī)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)為操作原點(diǎn)以n自由度運(yùn)轉(zhuǎn)，其中n是自然數(shù)； 第二驅(qū)動(dòng)單元，與所述手術(shù)器械結(jié)合，并且具有m個(gè)附加驅(qū)動(dòng)子，從而使所述手術(shù)器械以n+m自由度運(yùn)轉(zhuǎn)，其中m是自然數(shù)； 傳感單元，檢測(cè)所述第二驅(qū)動(dòng)單元的有關(guān)驅(qū)動(dòng)程度的信息并輸出傳感信號(hào)； 控制器，接收所述傳感信號(hào)并修改所述操作原點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的值，而且輸出用于驅(qū)動(dòng)所述第一驅(qū)動(dòng)單元的控制信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在干， 所述第一驅(qū)動(dòng)單元與所述手術(shù)器械的前端部結(jié)合，所述基本驅(qū)動(dòng)子為設(shè)置在所述第一驅(qū)動(dòng)單元的與所述機(jī)器人對(duì)置的面上的ー個(gè)以上驅(qū)動(dòng)輪。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在干， 所述附加驅(qū)動(dòng)子由使用者手動(dòng)操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在干， 所述附加驅(qū)動(dòng)子通過(guò)接收來(lái)自單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)カ而被操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在干， 所述m為I, 所述手術(shù)器械的軸構(gòu)成為能夠以其長(zhǎng)度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)， 所述軸通過(guò)使用者對(duì)所述附加驅(qū)動(dòng)子的操作而執(zhí)行旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在干， 還通過(guò)所述基本驅(qū)動(dòng)子的運(yùn)轉(zhuǎn)而執(zhí)行所述軸的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在干， 所述m為I, 所述手術(shù)器械的軸包括外部軸，向其長(zhǎng)度方向之外的方向彎曲，并且能夠以其長(zhǎng)度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)；內(nèi)部軸，收容在所述外部軸內(nèi)，并且在所述外部軸內(nèi)能夠以其延伸方向?yàn)橹行男D(zhuǎn)， 所述外部軸通過(guò)操作者對(duì)所述附加驅(qū)動(dòng)子的操作而執(zhí)行旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在干， 還通過(guò)所述基本驅(qū)動(dòng)子的運(yùn)轉(zhuǎn)而執(zhí)行所述外部軸的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在干， 所述m為I, 所述手術(shù)器械的軸構(gòu)成為能夠以其長(zhǎng)度方向的軸線為中心旋轉(zhuǎn)并且能夠向其長(zhǎng)度方向之外的方向彎曲， 所述軸通過(guò)操作者對(duì)所述附加驅(qū)動(dòng)子的操作而執(zhí)行彎曲動(dòng)作。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在干， 還通過(guò)所述基本驅(qū)動(dòng)子的運(yùn)轉(zhuǎn)而執(zhí)行所述軸的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。
全文摘要
公開(kāi)了手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)及其控制方法。手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)安裝有手術(shù)器械，該系統(tǒng)包括第一驅(qū)動(dòng)單元，用于中介手術(shù)器械與機(jī)器人之間的結(jié)合，并具有n個(gè)(n是自然數(shù))基本驅(qū)動(dòng)子，其使手術(shù)器械以規(guī)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)為操作原點(diǎn)以n自由度運(yùn)轉(zhuǎn)；第二驅(qū)動(dòng)單元，與手術(shù)器械結(jié)合，并具有m個(gè)(m是自然數(shù))附加驅(qū)動(dòng)子，其使手術(shù)器械以n+m自由度運(yùn)轉(zhuǎn)；傳感單元，檢測(cè)第二驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)程度的信息并輸出傳感信號(hào)；控制器，接收傳感信號(hào)并修改操作原點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的值，而且輸出用于驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)單元的控制信號(hào)。當(dāng)需要追加手術(shù)器械的運(yùn)轉(zhuǎn)自由度時(shí)，不必變更現(xiàn)有的驅(qū)動(dòng)單元，而增設(shè)負(fù)責(zé)追加自由度的專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)單元，因此不必變更現(xiàn)有手術(shù)機(jī)器人及手術(shù)器械的結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)A61B19/00GK102626341SQ201210024049
公開(kāi)日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月7日
發(fā)明者崔勝旭, 李濟(jì)善, 李珉奎 申請(qǐng)人:伊頓株式會(huì)社