JP6120948B2

JP6120948B2 - マスタスレーブシステム

Info

Publication number: JP6120948B2
Application number: JP2015508111A
Authority: JP
Inventors: 菜穂子山村
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2034-01-17
Also published as: EP2983069A1; JPWO2014156229A1; WO2014156229A1; EP2983069B1; CN105074630A; US20150374209A1; EP2983069A4

Description

本発明は、マスタスレーブシステムに関するものである。

従来、マスタスレーブシステムのマスタ入力装置として、スレーブ装置と相似形をなすものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
このマスタ入力装置は複数の関節を有し、各関節の回転操作入力に比例してスレーブ装置の対応する湾曲部が湾曲動作させられるようになっている。

特許第４６０８６０１号公報

しかしながら、特許文献１のマスタスレーブシステムによって、マスタ装置を操作してスレーブ装置として内視鏡を動作させる場合、内視鏡はマスタ装置に精度よく追随して動作するため、マスタ装置が誤って意図しない方向に操作されてしまった場合にも内視鏡がそれに追随して動作してしまう。例えば、体腔内表面に沿って腫瘍を切除する処置の場合、処置具の尖端を体腔内表面の一定深さに維持しつつ動作させる必要があるが、マスタ装置の誤操作によって、意図しない深さまで切り込んでしまう可能性がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、マスタ装置の誤操作によるスレーブ装置の意図しない動作を抑制することができるマスタスレーブシステムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の参考態様は、１次元の動作指令信号を発生可能な１次元操作部と、２次元の動作指令信号を発生可能な２次元操作部とを備え、前記１次元操作部と、前記２次元操作部とが独立して操作可能であり、前記２次元操作部が、パネル表面上で指を移動させる操作によって２次元ベクトル量からなる２次元の動作指令信号を発生する操作入力装置を提供する。

本態様によれば、１次元操作部の操作によって１次元の動作指令信号が発生され、２次元操作部の操作によって２次元の動作指令信号が発生される。これら１次元操作部および２次元操作部は互いに独立して操作可能であるため、２次元の動作指令信号の発生時に１次元の動作指令信号を発生させずに済む。

その結果、合計３次元の動作指令信号が２次元の動作指令信号と１次元の動作指令信号とに分離して出力されるので、操作対象を２次元方向と他の１次元方向とに分離して独立に動作させることができる。すなわち、操作対象を２次元方向に動作させる２次元操作部の操作によって、操作対象が他の１次元方向に意図せず動作してしまう不都合の発生を防止することができる。

上記態様においては、前記２次元操作部が、２次元ベクトル量からなる２次元の動作指令信号を発生する。特に、前記２次元操作部が、静電容量式２次元センサであってもよい。
このようにすることで、２次元操作部によって二次元ベクトル量の相対値入力を行うことができ、大がかりな装置を不要として、装置を小型化することができる。

また、本発明の参考例としての発明の一参考態様としては、前記２次元操作部が、相互に交差する２軸回りに揺動可能なレバーの各軸回りの揺動角度からなる２次元の動作指令信号を発生してもよい。
このようにすることで、２次元操作部によって絶対値入力を行うことができ、より直感的な操作が可能である。

また、上記態様においては、前記１次元操作部が、１次元ベクトル量からなる１次元の動作指令信号を発生してもよい。
また、上記態様においては、前記１次元操作部が、１方向の位置情報からなる１次元の動作指令信号を発生してもよい。

また、本発明の他の参考態様は、上記いずれかの操作入力装置と、該操作入力装置により発生された動作指令信号に基づいて駆動されるスレーブ装置とを備え、該スレーブ装置が、前記２次元操作部により発生された２次元の動作指令信号に従って、予め規定された２次元の規定面内を移動させられるとともに、前記１次元操作部により発生された１次元の動作指令信号に従って、前記規定面に交差する方向に移動させられるマスタスレーブシステムを提供する。

その結果、合計３次元の動作指令信号が２次元の動作指令信号と１次元の動作指令信号とに分離して出力されるので、スレーブ装置を２次元方向と他の１次元方向とに分離して独立に動作させることができる。すなわち、スレーブ装置を２次元方向に動作させる２次元操作部の操作によって、スレーブ装置が他の１次元方向に意図せず動作してしまう不都合の発生を防止することができる。

本発明の一態様は、操作入力装置と、該操作入力装置により発生された動作指令信号に基づいて駆動されるスレーブ装置とを備え、前記操作入力装置が、１次元の動作指令信号を発生可能な１次元操作部と、静電容量式２次元センサからなり、２次元の動作指令信号を発生可能な２次元操作部とを備え、前記１次元操作部と、前記２次元操作部とが独立して操作可能であり、前記２次元操作部が、パネル表面上で指を移動させる操作によって２次元ベクトル量からなる２次元の動作指令信号を発生し、前記スレーブ装置が、前記静電容量式２次元センサにより発生された２次元の動作指令信号に従って、予め規定された２次元の規定面内を移動させられ、前記１次元操作部により発生された１次元の動作指令信号に従って、前記規定面に交差する方向に移動させられ、さらに、前記静電容量式２次元センサに間隔をあけて接触させた２本の指を逆方向に移動させる操作によって、前記規定面に直交する所定の軸線回りに回転動作させられるマスタスレーブシステムである。

本態様によれば、静電容量式２次元センサからなる２次元操作部によって、スレーブ装置を簡易に回転動作させることができる。その際に、回転動作は規定面に直交する軸線回りに行われるので、スレーブ装置が意図せず規定面に交差する方向に動作してしまう不都合の発生を防止することができる。

本発明によれば、マスタ装置の誤操作によるスレーブ装置の意図しない動作を抑制することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るマスタスレーブシステムを示す全体構成図である。図１のマスタスレーブシステムのスレーブ装置としての内視鏡の先端に固定された座標系を説明する部分的な斜視図である。図１のマスタスレーブシステムに備えられる本発明の一実施形態に係る操作入力装置における（ａ）２次元操作部の操作、（ｂ）対応する内視鏡の動作をそれぞれ示す図である。図３の操作入力装置の変形例であって、（ａ）２次元操作部の操作、（ｂ）内視鏡の動作、（ｃ）表示部の変化をそれぞれ説明する図である。図４の操作入力装置の（ａ）２次元操作部の他の操作、（ｂ）内視鏡の動作、（ｃ）表示部の変化をそれぞれ説明する図である。図４の操作入力装置の（ａ）２次元操作部のさらに他の操作、（ｂ）内視鏡の動作、（ｃ）表示部の変化をそれぞれ説明する図である。図３の操作入力装置の他の変形例を示す斜視図である。図３の操作入力装置の他の変形例を示す斜視図である。図３の操作入力装置の他の変形例における１次元操作部を示す斜視図である。

以下、本発明の一実施形態に係るマスタ装置（操作入力装置）２およびマスタスレーブシステム１について図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るマスタスレーブシステム１は、図１に示されるように、内視鏡システムであって、操作者Ｏにより操作されるマスタ装置２と、スレ−ブ装置としての内視鏡４と、該内視鏡４を駆動する駆動部５と、駆動部５を制御する制御部６と、内視鏡４により取得された画像を表示する表示部７とを備えている。

内視鏡４は、患者Ｐの体内、例えば、大腸等の柔らかい臓器内に挿入される軟性の挿入部３を有している。
駆動部５は、内視鏡４の挿入部３の挿入動作、挿入部３の先端の湾曲動作、挿入部３の捻り動作等の駆動を挿入部３の基端側において行うようになっている。

本実施形態に係るマスタ装置２は、図１に示すように、床面に固定された操作台（ベース部材）２１と、操作者Ｏにより操作される１次元操作部２２および２次元操作部２３と、床面上に配置されたフットスイッチ２４とを有している。

介助者（不図示。）は、図１に示すように、操作部２が側に配置されている手術台３０上に患者Ｐを寝かせ、消毒、麻酔などの適切な処理を行う。
操作者Ｏは、介助者に指示して患者Ｐの肛門から大腸内に内視鏡４の挿入部３を導入させる。操作者Ｏは、１次元操作部２２および２次元操作部２３を操作して挿入部３の湾曲部３ａ，３ｂを適宜湾曲させ、内視鏡４の先端を動作させるようになっている。

２次元操作部２３は、操作台２１に設けられた静電容量式２次元センサであって、図３に示されるように、平面状のパネル表面に沿って指Ｆをスライドさせたときに、その移動量および移動方向を２次元のベクトル量として検出し、動作指令信号として出力するようになっている。すなわち、２次元操作部２３によれば、操作の都度に、現在位置からの相対的な移動量および移動方向の情報として、２次元ベクトル量の相対値入力を行うことができるようになっている。

１次元操作部２２は、例えば、一方向にスライド可能なスライダ２２ａであり、スライダ２２ａの位置を検出し、動作指令信号として出力するようになっている。すなわち、１次元操作部２１によれば、スライダ２２ａの位置によって出力を変化させることにより、１次元の絶対値入力を行うことができるようになっている。

制御部６は、１次元操作部２２および２次元操作部２３から出力される動作指令信号を受けて、スレーブ装置である内視鏡４の挿入部３の各湾曲部３ａ，３ｂの動作指令信号に変換し、駆動部５に出力するようになっている。
この場合において、制御部６は、２次元操作部２３から出力される動作指令信号に基づいて、図２に示されるように内視鏡４の先端に固定された座標系におけるＸ−Ｙ平面（規定面）内において、内視鏡４の先端を移動させるように、各湾曲部３ａ，３ｂを作動させる動作指令信号を生成するようになっている。

また、制御部６は、１次元操作部２２から出力される動作指令信号に基づいて、図２に示されるように、Ｘ−Ｙ平面に直交するＺ方向に内視鏡４の先端を移動させるように各湾曲部３ａ，３ｂを作動させる動作指令信号を生成するようになっている。

このように構成された本実施形態に係るマスタ装置２およびマスタスレーブシステム１の作用について以下に説明する。
内視鏡４の挿入部３を体腔内に挿入した状態で、内視鏡４により体腔内を観察および処置して行くには、操作者Ｏは内視鏡４により撮影された体腔内の状態を表示部７によって観察しながら、マスタ装置２の２次元操作部２３および１次元操作部２２を操作して内視鏡４の先端を移動させる。

２次元操作部２３の平面状のパネル表面に沿う操作方向は、制御部６により、内視鏡４の先端に固定されたＸ−Ｙ座標平面に対応づけられているので、図３（ａ）に示されるように、操作者Ｏが２次元操作部２３のパネル表面上で指Ｆをスライドさせる操作によって、図３（ｂ）に示されるように、内視鏡４の先端をＸ−Ｙ座標平面に沿って、指Ｆの動作方向と同じ方向に移動させることができる。

また、１次元操作部２２のスライダ２２ａによる操作方向は、制御部６により、内視鏡４のＸ−Ｙ座標平面に直交する方向、すなわち、Ｚ方向に対応づけられているので、操作者Ｏが１次元操作部２２のスライダ２２ａをスライドさせる操作によって、内視鏡４の先端をＺ方向に移動させることができる。

この場合において、本実施形態に係るマスタ装置２によれば、１次元操作部２２の操作と２次元操作部２３の操作とを組み合わせて、内視鏡４の先端を３次元的に任意の位置に移動させることができる。また、本実施形態に係るマスタ装置２によれば、１次元操作部２２と２次元操作部２３とが別個独立に設けられているので、２次元操作部２３の操作中に１次元操作部２２を操作しない限り、内視鏡４の先端の移動軌跡をＸ−Ｙ座標平面内に限定しておくことができる。

例えば、体腔内における腫瘍の切除術を行う際に、体腔の内表面から所定の深さ位置にＸ−Ｙ平面を設定しておくことにより、２次元操作部２３のみを操作している限り、誤操作しても、内視鏡４の先端の処置具を深さ方向に進行させずに済むという利点がある。

なお、本実施形態においては、図３（ａ）に示されるように、２次元操作部２３における指Ｆの移動方向と内視鏡４の挿入部３先端の移動方向とを同一方向として説明した。これにより、指Ｆの動きによって直感的に挿入部３を移動させることができる。
これに代えて、図４〜図６に示されるように、指Ｆの動きによって表示部７に表示されている画像が移動するように挿入部３を移動させてもよい。図中符号２８は、内視鏡４の先端から突出して配置され、内視鏡４によって撮影された処置具である。

すなわち、図４（ａ）に示されるように、２次元操作部２３のパネル表面上において指Ｆを左方向に移動させることで、図４（ｃ）に示されるように、表示部７に表示されている被写体Ａを指Ｆの移動方向と同じ左方向に移動させるように、挿入部３を図４（ｂ）のように右方向に移動させてもよい。指Ｆを右方向に移動させる場合は、挿入部３を左方向に移動させればよい。

また、図５（ａ）に示されるように、２次元操作部２３のパネル表面上において指Ｆを前方に移動させることで、図５（ｃ）に示されるように、表示部７に表示されている被写体Ａを指Ｆの移動方向と同じ奥側に移動させるように、挿入部３を図５（ｂ）のように手前側に移動させてもよい。指Ｆを手前側に移動させる場合は、挿入部３を奥側に移動させればよい。

さらに、図６（ａ）に示されるように、２次元操作部２３のパネル表面上において、２本の指Ｆ（例えば、人差し指と親指）を相互に逆方向（例えば、人差し指を右方向、親指を左方向）に移動させ、一方向（例えば、時計回り）の回転操作を行うことで、図６（ｃ）に示されるように、表示部７に表示されている被写体Ａが、挿入部３の先端から所定の距離に配置されているＺ軸方向に沿う軸線Ｑ回りに（時計回りに）回転移動するように、挿入部３を図６（ｂ）のように軸線Q回りに指Ｆの動きとは逆方向（反時計回り）に回転させてもよい。指Ｆを反時計回りに回転移動させる場合は、挿入部３を時計回りに回転移動させればよい。

また、本実施形態においては、２次元操作部２３として静電容量式２次元センサ、１次元操作部２２として１軸のスライダ２２ａを例示したが、図７に示されるように、１次元操作部２２として静電容量式１次元センサ２３ｂを静電容量式２次元センサ２３ａとは異なる面に備える操作装置を採用してもよい。

また、図８に示されるように、２次元操作部２３として、２軸２５ａ，２５ｂ回りに揺動可能なレバー２５を採用し、１次元操作部として、該レバー２５の側面に設けたスイッチ２６を採用してもよい。レバー２５の操作によって挿入部３をＸ−Ｙ平面内において動作させ、スイッチ２６の操作によってＺ軸方向に動作させることができる。

また、さらに、１次元操作部２２としては、スライダ２２ａに代えて、図９に示されるように、１軸方向に揺動するレバー２７を採用してもよい。これにより、より直感的な操作を行うことができる。

また、本実施形態においては、２次元操作部２３による２次元的な操作を内視鏡４の挿入部３のＸ−Ｙ平面内における動作に対応づけたが、これに代えて、Ｘ−Ｚ平面またはＹ−Ｚ平面内における動作に対応づけてもよい。また、それ以外の予め定められた任意の平面内における動作に対応づけてもよい。さらに、平面内の動作に限定されることなく、予め定められた曲面内における動作に対応づけることにしてもよい。

また、本発明の参考例としての一参考実施形態としては、静電容量式２次元センサに代えて、移動方向の指令を揺動角度から発生し、移動量を入力時間から発生させる相対値入力を行う揺動レバーのような２次元操作部２３を採用してもよい。

Ｆ指
Ｐ操作者
１マスタスレーブシステム
２マスタ装置（操作入力装置）
４内視鏡（スレーブ装置）
２２１次元操作部
２３２次元操作部
２５レバー
２５ａ，２５ｂ軸

Claims

操作入力装置と、
該操作入力装置により発生された動作指令信号に基づいて駆動されるスレーブ装置とを備え、
前記操作入力装置が、
１次元の動作指令信号を発生可能な１次元操作部と、
静電容量式２次元センサからなり、２次元の動作指令信号を発生可能な２次元操作部とを備え、
前記１次元操作部と、前記２次元操作部とが独立して操作可能であり、
前記２次元操作部が、パネル表面上で指を移動させる操作によって２次元ベクトル量からなる２次元の動作指令信号を発生し、
前記スレーブ装置が、前記静電容量式２次元センサにより発生された２次元の動作指令信号に従って、予め規定された２次元の規定面内を移動させられ、前記１次元操作部により発生された１次元の動作指令信号に従って、前記規定面に交差する方向に移動させられ、さらに、前記静電容量式２次元センサに間隔をあけて接触させた２本の指を逆方向に移動させる操作によって、前記規定面に直交する所定の軸線回りに回転動作させられるマスタスレーブシステム。
前記１次元操作部が、１次元ベクトル量からなる１次元の動作指令信号を発生する請求項１に記載のマスタスレーブシステム。
前記１次元操作部が、１方向の位置情報からなる１次元の動作指令信号を発生する請求項１または請求項２に記載のマスタスレーブシステム。