本發明涉及操作輸入裝置和醫療用機械手系統。

背景技術：

以往，公知有一種操作輸入裝置，該操作輸入裝置用于供操作者輸入用于對具有6個自由度的操作對象進行操作的操作指令，在該操作輸入裝置中，根據由手指把持的把持部的位置和姿勢輸入用于對操作對象的姿勢進行操作的操作指令，根據由手腕附近的臂操作的扶手部的位置和姿勢輸入用于對操作對象的位置進行操作的操作指令(例如參照專利文獻1)。

另外，公知有以下這樣的操作輸入裝置：通過在肘放置處設置能夠進行2個自由度的操作的開關，可以對更高自由度的遠程機械手進行操作(例如參照專利文獻2)。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2005-103741號公報

專利文獻2：日本特開2006-334695號公報

技術實現要素：

發明要解決的課題

然而，在專利文獻1和專利文獻2的操作輸入裝置中，需要分別在把持部和扶手部中輸入對反應速度不同的醫療用機械手的關節的操作指令。因此，在這些操作輸入裝置中，產生了如下不良情況：操作存在不適感，不容易操作。

本發明是鑒于上述的情況而完成的，提供能夠無不適感地輸入對反應速度不同的關節的操作指令，并且能夠使醫療用機械手的操作變得容易的操作輸入裝置和醫療用機械手系統。

用于解決課題的手段

為了實現上述目的，本發明提供如下手段。

本發明的一個方式是一種操作輸入裝置，其輸入對醫療用機械手的操作指令，該醫療用機械手在前端具有前端側動作部，并且該醫療用機械手具有與該前端側動作部的基端側連接并使該前端側動作部移動的基端側動作部，該前端側動作部具有1個以上的關節，其中，該操作輸入裝置具有：第1操作部，其根據通過手掌或手指輸入的操作指令產生對所述前端側動作部進行驅動的動作指令；以及第2操作部，其與該第1操作部連結，根據通過手腕或臂輸入的操作指令產生對所述基端側動作部進行驅動的動作指令。

根據本方式的操作輸入裝置，按照根據操作者的手掌或手指所輸入的操作指令而產生的動作指令對前端側動作部進行驅動，并且按照根據相同的操作者的手腕或臂所輸入的操作指令而產生的動作指令對基端側動作部進行驅動。由于前端側動作部是最終確定醫療用機械手的前端位置的部分，因此能夠通過被輸入操作者的手掌或手指的精密的操作指令而高精度地被驅動。尤其是，在通過設置于醫療用機械手的前端的處置部對患部進行微細的處置的情況下，通過被輸入操作者的手掌或手指的精密的操作指令能夠高精度地進行處置。

另一方面，由于基端側動作部是使醫療用機械手的前端側動作部整體移動的部分，因此通過粗略的動作即可滿足。因此，能夠通過操作者的手腕或臂的粗略的操作指令對基端側動作部進行驅動，并且對前端側動作部整體粗略地進行定位。即，能夠通過操作者的手的各個部位來與粗動和微動對應地將對反應速度不同的關節的操作指令無不適感地輸入到各個輸入系統，能夠使醫療用機械手的操作變得容易。

在上述方式的操作輸入裝置中，也可以是以下這樣的結構：所述前端側動作部被電驅動，所述基端側動作部被機械驅動，所述第1操作部產生由電信號組成的動作指令，所述第2操作部產生由機械驅動力組成的動作指令。

根據該結構，能夠通過使用了第2操作部所產生的機械驅動力的手動操作來實施基端側動作部的大幅動作，使得前端側動作部整體進行移動，并且通過使用了電信號的電動操作來實施最終確定前端位置的前端側動作部的細微動作。尤其是，通過對大幅動作的部分進行手動操作，操作者能夠容易地識別由于與生物體組織之間的干擾而產生的反作用力，并且能夠盡早地避免干擾。

在上述方式的操作輸入裝置中，也可以是以下這樣的結構：所述第2操作部產生對所述基端側動作部進行驅動而使所述前端側動作部至少進行進退動作的機械驅動力。

根據該結構，通過手動操作能夠進行被最大幅度驅動的進退動作，并且操作者能夠容易地識別由于與生物體組織之間的干擾而產生的反作用力。

另外，本發明的另一方式是一種醫療用機械手系統，其具有：上述任意一項所述的操作輸入裝置；以及通過該操作輸入裝置進行操作的所述醫療用機械手。

發明效果

根據本發明，能夠實現下述效果：能夠無不適感地輸入對反應速度不同的關節的操作指令，并且能夠使醫療用機械手的操作變得容易。

附圖說明

圖1是示出本發明的一個實施方式的醫療用機械手系統的整體結構圖。

圖2是示出在圖1的醫療用機械手系統中使用的醫療用機械手、操作輸入裝置以及控制部的圖。

圖3是說明圖1的醫療用機械手系統的操作輸入裝置的第2操作部、指令傳遞部以及基端側動作部的俯視圖。

圖4是示出圖1的醫療用機械手系統所具有的醫療用機械手的可動部的一例的圖。

圖5是示出圖2的操作輸入裝置的變形例的主視圖。

圖6是示出圖2的醫療用機械手系統的變形例的圖。

圖7是示出圖2的醫療用機械手系統的其他變形例的圖。

具體實施方式

以下，參照附圖對本發明的一個實施方式的操作輸入裝置2和醫療用機械手系統1進行說明。

如圖1所示，本實施方式的醫療用機械手系統1具有：由操作者O進行操作的操作輸入裝置2；插入到患者P的體腔內的醫療用機械手3；根據操作輸入裝置2的操作對醫療用機械手3進行控制的控制部4；以及監視器5。

如圖2所示，醫療用機械手3例如具有插入到患者P的體腔內的插入部6以及經由在該插入部6的長度方向上貫通形成的通道R而插入到患者P的體內的2個前端側動作部7。各前端側動作部7具有：被配置為能夠在通道R內沿著長度方向移動的長條部8；在該長條部8的前端具有的可動部9；以及配置在長條部8的基端側，通過未圖示的線等動力傳遞部件對可動部9進行驅動的前端驅動部10。前端驅動部10具有根據來自控制部4的動作指令對線賦予張力的電動機等電驅動源(省略圖示)。

在如圖4中，如中空箭頭所示，各可動部9具有：使在前端配置的把持鉗子等處置部11繞著2個平行的軸線擺動的2個關節12、13；以及使處置部11等繞長條部8的長度軸旋轉的1個關節14。各可動部9通過這3個關節12、13、14的動作能夠對各把持鉗子11的前端位置進行3維定位。

另外，關節14作為旋轉力的傳遞性良好的扭矩管，可以是能夠使長條部8的整體進行旋轉的結構。由此，能夠使長條部8容易地繞長度軸進行旋轉。在這種情況下，長條部8本身通過電動的方式被精密地驅動。

另外，醫療用機械手3具有2個基端側動作部15，這2個基端側動作部15與各前端側動作部7的基端側連接，使各前端側動作部7在插入部6的長度方向上進退并且在插入部6的前端附近使長條部8在與長度方向垂直的方向上彎曲。

如圖3所示，各基端側動作部15具有對各前端側動作部7的基端側進行固定的滑塊16。滑塊16被設置為在插入部6的長度方向上可移動。另外，各基端側動作部15具有一端固定在長條部8的前端附近的2根線17以及對該線17的基端進行固定的滑輪18，通過滑輪18的旋轉對2根線17交替地進行牽引，由此，在插入部6的前端附近使長條部8在與長度方向垂直的方向上彎曲。

如圖2和圖3所示，本實施方式的操作輸入裝置2具有：由操作者O的手進行把持并操作的第1操作部19；由操作者O的手腕或臂進行操作的第2操作部20；以及將通過這些操作部19、20輸入的操作指令傳遞給醫療用機械手3的指令傳遞部21。

第1操作部19構成為與醫療用機械手3的可動部9形狀相似，通過操作者O的手把持與可動部9數量相同的關節22、23、24所指示的前端部25，并且通過手掌或手指進行移動。第1操作部19具有未圖示的傳感器，該傳感器對構成該第1操作部19的各關節22、23、24的角度進行檢測。

傳感器產生與各關節22、23、24的角度對應的電信號。由此，各第1操作部19通過操作者O的手掌或手指輸入操作指令，能夠產生由電信號組成的動作指令。

第2操作部20具有固定在第1操作部19的基部的臂放置臺26以及以可移動的方式將該臂放置臺26和第1操作部19支承為一體的直動機構27。臂放置臺26被配置在當操作者O對第1操作部19的前端部25進行把持時恰好承載對前端部25進行把持的手的手腕附近的臂的位置。

直動機構27具有對臂放置臺26和第1操作部19進行固定的滑塊28以及如圖2和圖3中涂黑的箭頭所示那樣在彼此垂直的水平兩個方向上將該滑塊28支承為可移動的直線引導件29。通過在臂放置臺26上承載的臂，使滑塊28在水平方向上移動，由此，能夠在維持對第1操作部19進行把持的姿勢的狀態下，使第1操作部19的位置移動。由此，第2操作部20通過操作者O的手腕或臂輸入操作指令，能夠產生通過手腕或臂輸入的力作為2個滑塊28的機械驅動力。

指令傳遞部21具有將第1操作部19與前端驅動部10連接的電信號傳遞部30以及將第2操作部20與基端側動作部15連接的機械動力傳遞部31。

電信號傳遞部30將由第1操作部19所產生的電信號組成的動作指令傳遞給控制部4，并且將通過控制部4生成的指令信號提供給前端驅動部10的各電動機。控制部4根據第1操作部19所產生的動作指令，計算前端驅動部10的各電動機的旋轉移動量和旋轉速度，并且對各電動機進行控制。

如圖3所示，機械動力傳遞部31具有：第1傳遞部32，其將使操作輸入裝置2的各滑塊28前進后退的第1方向上的直線動作轉換為基端側動作部15的各滑塊16的直線動作；以及第2傳遞部33，其將操作輸入裝置2的各滑塊28的與第1方向垂直的左右方向上的直線移動轉換為基端側動作部15的各滑輪18的旋轉角度。

第1傳遞部32具有：第1齒條齒輪機構34，其將操作輸入裝置2的滑塊28的第1方向上的直行移動量轉換為旋轉角度；第2齒條齒輪機構35，其將旋轉動作轉換為基端側動作部15的直行移動量；滑輪36、37，它們分別固定在這些齒條齒輪機構34、35的小齒輪上；以及帶38，其架設在這些滑輪36、37上。

第2傳遞部33具有：第1齒條齒輪機構39，其將操作輸入裝置2的滑塊28的第2方向上的直行移動量轉換為旋轉角度；滑輪40，其固定在基端側動作部15的滑輪18上；滑輪41，其分別固定在第1齒條齒輪機構39的小齒輪上；以及帶42，其架設在這些滑輪40、41上。

以下，針對這樣構成的本實施方式的操作輸入裝置2和醫療用機械手系統1的作用進行說明。

要想使用本實施方式的醫療用機械手系統1對患者P的體內的患部進行處置，將醫療用機械手3的插入部6插入到患者P的體腔內，經由插入部6的通道R將可動部9和長條部8插入到患者P的體內。

另外，在可動部9被配置為接近體腔內的患部的狀態下，操作者O一邊通過監視器5對由未圖示的內窺鏡取得的圖像進行確認，一邊對操作輸入裝置2進行操作。要想對操作輸入裝置2進行操作，如圖3所示，操作者O雙手把持兩個一對的第1操作部19的各前端部25，并且將雙手的臂承載到兩個一對的各第2操作部20的各臂放置臺26上。

并且，當操作者O從任意一個臂向臂放置臺26施力時，固定有臂放置臺26的滑塊28在該力的方向上進行移動，其移動量被分解為前進后退方向上的直行移動量和左右方向上的直行移動量，并且分別被第1齒條齒輪機構34、39轉換為旋轉角度。

被轉換為第1齒條齒輪機構34的旋轉角度的第1方向上的直行移動量經由滑輪36、37以及帶38傳遞到第2齒條齒輪機構35，并被轉換為基端側動作部15的滑塊16的直行移動量。由于滑塊16固定在前端側動作部7上，因此構成前端側動作部7的可動部9、長條部8以及前端驅動部10能夠一體地沿著長條部8的長度方向進行移動。由此，通過手動能夠使位于可動部9的前端的把持鉗子11的前端位置在前進后退方向上粗略地移動。

被轉換為第1齒條齒輪機構39的旋轉角度的第2方向上的直線移動量經由滑輪40、41以及帶42被轉換為基端側動作部15的滑輪18的旋轉角度。由于在滑輪18上固定有兩根一對的線17，因此當滑輪18向一個方向旋轉時，一根線17的張力增大從而牽引長條部8的前端，并且使長條部8在與該長度方向垂直的方向上擺動。由此，通過手動能夠使位于可動部9的前端的把持鉗子11的前端位置在左右方向上粗略地移動。

另一方面，當操作者O通過手掌或手指的力使雙手把持著的第1操作部19的前端部25移動時，其移動量被設置在各關節22、23、24上的傳感器進行檢測，并且作為電信號傳遞給控制部4。在控制部4中以使得與由傳感器檢測出的各關節22、23、24的角度一致的方式對使可動部9的各關節12、13、14進行動作的電動作指令進行計算，并且將該電動作指令提供給與各關節12、13、14連接的電動機。由此，設置在可動部9的前端的把持鉗子11的前端位置按照通過手掌或手指指示的那樣，以電動的方式精密地進行移動。

根據本實施方式的操作輸入裝置2和醫療用機械手系統1，用于最終對把持鉗子11的前端位置進行定位的第1操作部19和用于對前端側動作部7整體進行粗略地定位的第2操作部20分離，并且被手掌或手指、手腕或臂這樣的手的不同的部位進行操作，因此具有以下效果。

即，前端側動作部7整體的進退動作由于需要使細長的長條部8在通道R內移動，因此由于摩擦使動作的分辨率較低，與之相對，可動部9的動作受到摩擦的影響較小，分辨率較高。因此，通過第1操作部19使可動部9進行動作，能夠更精密地對把持鉗子11的前端進行定位。

即，通過將用于使前端側動作部7整體粗略地移動的手腕或臂對第2操作部20的操作和需要精密的操作的手掌或手指對第1操作部19的操作分離，能夠無不適感地進行操作而不需要將2種操作輸入進行混合。另外，通過手腕對前端側和基端側這2個部位的分離方法，具有能夠與人的手的操作分辨率相配合地更加直觀地進行操作的優點。

另外，根據本實施方式的操作輸入裝置2和醫療用機械手系統1，由于采用了產生用于通過電動的方式對可動部9進行驅動的電信號的裝置作為第1操作部19，采用了產生用于通過手動的方式對前端側動作部7整體進行驅動的機械驅動力的裝置作為第2操作部20，因此實現了以下的效果。

即，通過手掌或手指對第1操作部19的精密的操作，可動部9通過電動的方式進行驅動，因此能夠精密地對把持鉗子11的前端部進行定位。另一方面，通過手腕或臂對第2操作部20的粗略的操作，將前端側動作部7大幅移動的部分設為手動，由此具有能夠通過手腕或臂容易地對由可動部9與周圍的組織之間的接觸等導致的反作用力進行識別的優點。

另外，在本實施方式中，作為可動部9，例示出了具有2個擺動關節12、13以及1個旋轉關節14的部件，其中，所述2個擺動關節12、13在前端側具有大致平行的軸線，所述1個旋轉關節14在其基端側繞長條部8的長度軸旋轉，但并不限于此，也可以采用能夠使把持鉗子11的前端位置3維移動的、實現3個自由度的任意的軸結構。另外，旋轉關節14也可以設置在長條部8的基端側。并且，為了具有冗余度而擴大動作范圍，可動部9也可以具有其他關節。

另外，在本實施方式中，例示出了第1操作部19和可動部9形狀相似的情況，但也可以代替之而采用形狀不相似的其他任意的輸入裝置(例如不同構造式或遙控式)。

另外，第2操作部20的臂放置臺26優選配置在當像拿著筆那樣拿著第1操作部19的前端部25時，以使臂能夠自然地被承載的方式比第1操作部19低一級的位置。另外，也可以具有用于調節臂放置臺26的位置的位置調節機構。另外，2個臂放置臺26也可以配置為彼此朝內。由此，能夠將臂以自然的朝向進行放置，并且能夠使操作更加容易。

另外，作為第2操作部20，例示出了使滑塊28在垂直的兩個方向上能夠移動的部件，但也可以代替之，而如圖5所示，通過進退方向和臂放置臺26的水平旋轉而使兩個方向上的操作輸入變為可能。如圖4所示，在長條部8的前端擺動的軸結構中，如圖5那樣使臂放置臺26水平旋轉的方式具有容易更直觀地進行操作的優點。

另外，如圖6所示，也可以是，設置用于對操作輸入裝置2的滑塊28的動作范圍進行限制的限制器43，并且設定為以下位置關系：當使滑塊28最大限度地后退直到與限制器43抵接時，把持鉗子11的前端完全收納在插入部6的通道R內。

這樣，在醫療用機械手3向體腔內插入時，把持鉗子11的前端不從插入部6突出，能夠防止與體腔內壁接觸。另外，在想要只移動插入部6的前端(內窺鏡前端)來改變視野的情況下，能夠防止醫療用機械手3無意中與周邊臟器接觸。

相反地，如圖7所示，也可以設定為以下位置關系：當使操作輸入裝置2的滑塊28最大限度地后退直到與限制器43抵接時，可動部9整體從插入部6的前端露出。這樣，可動部9以彎曲的狀態被拉入通道R內，能夠將與通道R的前端側的邊緣接觸從而發生故障的情況防患于未然。

標號說明

1：醫療用機械手系統；2：操作輸入裝置；3：醫療用機械手；7：前端側動作部；12、13、14：關節；15：基端側動作部；19：第1操作部；20：第2操作部。