醫療用系統及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及醫療用系統及其控制方法。
【背景技術】
[0002]以往，作為對具有關節的從動臂進行遠程操作的操作輸入裝置，公知有一種具有主臂的醫療用系統，該主臂具有與從動臂的關節結構相似構造的關節結構(例如，參照專利文獻I和2)。根據這樣的系統，因為能夠使與主臂的動作對應的動作在從動臂中再現，所以操作者能夠一邊根據主臂的形狀和動作直接地識別從動臂的形狀和動作，一邊直觀地操作從動臂。
[0003]另一方面，公知有一種醫療用系統，該醫療用系統具有單一的從動臂以及安裝于該臂的多個種類的前端處置部，能夠根據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3)。
[0004]現有技術文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本特許第3583777號公報
[0007]專利文獻2:日本特許第4608601號公報
[0008]專利文獻3:日本特開2001-87281號公報
【發明內容】
[0009]發明要解決的課題
[0010]在從動臂的前端設置有鉗子、剪刀、鉤型電極等前端處置部，在實際的手術中，經常更換使用具有不同用途的前端處置部的多個種類的從動臂。并且，不限于前端處置部的種類，也期望使用關節結構不同、即動作范圍和動作自由度不同的多個種類的從動臂。但是，在專利文獻I和2中，沒有設想更換從動臂的情況，主臂的關節結構與從動臂的關節結構具有一一對應的關系。因此，存在如下問題:不能使多個種類的從動臂與需要的用途對應。
[0011]在專利文獻3中，存在如下問題:雖然能夠更換使用多個種類的前端處置部，但由于需要按照前端處置部的種類的數量來準備操作部，所以裝置會變得昂貴，并且，由于每次更換前端處置部時，也必須更換操作部，所以需要勞力和時間。并且，在專利文獻3中，只不過是使前端處置部的形狀與主側的把手部的形狀對應，沒有設想使用關節結構不同的從動臂的情況。
[0012]本發明就是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供醫療用系統及其控制方法，不需要針對每個從動臂的專用的主臂，也能夠直觀地對具有任意的關節結構的從動臂進行操作。
[0013]用于解決課題的手段
[0014]為了達成上述目的，本發明提供以下的手段。
[0015]本發明的第一方式是一種醫療用系統，該醫療用系統具有:具有關節的第一從動臂；主臂，其被操作者操作，具有與該第一從動臂相似構造的關節結構；具有關節的第二從動臂；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臂與所述第二從動臂之間切換；以及控制部，其根據在所述主臂中進行的操作來對所述第一從動臂和所述第二從動臂進行控制，該控制部根據由所述操作對象切換部選擇的所述從動臂的關節結構來對第一控制模式和第二控制模式進行切換，其中，在該第一控制模式中，根據所述主臂的各關節的旋轉量來對所述第一從動臂的各關節的旋轉動作進行控制，使得所述第一從動臂相對于所述主臂成為相似形狀，在該第二控制模式中，根據所述主臂的規定的部位的動作來對所述第二從動臂的各關節的旋轉動作進行控制，使得所述第二從動臂的規定的部位追隨所述主臂的所述規定的部位的動作。
[0016]根據本發明的第一方式，在第一控制模式中，因為控制部使與主臂對應的動作再現于第一從動臂，所以手術者能夠使用主臂來直觀地操作第一從動臂。另一方面，在第二控制模式中，因為控制部使主臂的規定的部位的動作再現于第二從動臂的規定的部位，所以手術者能夠使用主臂來直觀地操作任意關節結構的第二從動臂。
[0017]這樣，通過根據作為主臂的操作對象的從動臂的關節結構來對第一控制模式和第二控制模式進行切換，能夠以同一主臂與相似構造和非相似構造的任意的從動臂對應，能夠不需要針對每個從動臂專用的主臂。
[0018]在上述第一方式中，可以是:當從所述第一控制模式向所述第二控制模式轉移時，在該第二控制模式之前，所述控制部執行恢復流程，使得所述第二從動臂和所述主臂的所述規定的部位彼此的位置和姿勢互相對應，其中，在該恢復流程中，使這些臂中的至少一方進行動作。
[0019]由此，由于在第二從動臂和主臂的規定的部位彼此的位置和姿勢一致的狀態下開始第二控制模式，所以能夠平穩地開始第二從動臂的操作。
[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移時，在該第一控制模式之前，所述控制部執行恢復流程，使得所述主臂和所述第一從動臂的各關節的位移量互相對應，其中，在該恢復流程中，使這些臂中的至少一方進行動作。
[0021]由此，由于在第一從動臂和主臂的整體位置和姿勢一致的狀態下開始第一控制模式，所以能夠平穩地開始第一從動臂的操作。
[0022]在上述第一方式中，可以是:在第二控制模式中，所述控制部根據所述主臂的前端的移動量來對所述第二從動臂的各關節的旋轉動作進行控制，使得所述第二從動臂的前端追隨所述主臂的前端的移動。
[0023]由此，能夠使用主臂高精度地對第二從動臂的前端進行操作。
[0024]在上述第一方式中，可以是:在所述第二控制模式中，所述控制部根據所述主臂的前端的移動量來進行所述第二從動臂的逆運動學的計算，并且選擇所得到的多個解中的使所述第二從動臂的形狀與所述主臂的形狀最近似的解。
[0025]由此，能夠根據主臂來識別第二從動臂的粗略的形狀。
[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節的位移量與所述第二從動臂的各關節的位移量之間的差異的總和最小的解。
[0027]并且，在上述發明中，可以是:在假定了由經過所述第二從動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平面分割而成的4個空間的情況下，所述控制部選擇使所述第二從動臂位于與所述主臂所處的空間對應的空間的解。
[0028]由此，能夠通過簡單的計算來選定使第二從動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，所述控制部根據所述主臂的各關節的旋轉量來對所述第二從動臂的關節中的在所述主臂上存在對應關節的關節的旋轉動作進行控制。
[0030]由此，在主臂和第二從動臂的關節的數量不同的情況下，能夠使對應的關節彼此與在第一控制模式中同樣地進行動作。
[0031]在上述第一方式中，可以是:所述控制部對所述第二從動臂和所述主臂所具有的關節中的不存在對應關節的關節的動作進行限制。
[0032]由此，能夠防止不作為控制對象的關節不必要地進行動作。
[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臂進退，使得將所述第二從動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的位置和姿勢配置。
[0034]由此，即使在主臂和第二從動臂的關節間距離不同的情況下，也能夠使第二從動臂的前端高精確地追隨主臂的前端的動作。
[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臂進行控制，使得所述第二從動臂的最前端側的關節按照與所述主臂的最前端側的關節的位置和姿勢對應的位置和姿勢配置。
[0036]由此，即使在主臂和第二從動臂的關節間距離不同的情況下，也能夠使第二從動臂的前端高精確地追隨主臂的前端的動作。
[0037]本發明的第二方式是一種醫療用系統的控制方法，該醫療用系統具備分別具有關節的多個從動臂以及被操作者操作的主臂，其中，該醫療用系統的控制方法從所述多個從動臂中擇一地選擇所述主臂的操作對象，根據所選擇的所述從動臂和所述主臂分別具有的關節結構是否是互相相似構造來對第一控制模式和第二控制模式進行切換，其中，在該第一控制模式中，根據所述主臂的各關節的旋轉量來對所述從動臂的各關節的旋轉動作進行控制，使得所述從動臂相對于所述主臂成為相似形狀，在該第二控制模式中，根據所述主臂的規定的部位的動作來對所述從動臂的各關節的旋轉動作進行控制，使得所述從動臂的規定的部位追隨所述主臂的所述規定的部位的動作。
[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移時，在該第二控制模式之前執行恢復流程，使得所述第二從動臂和所述主臂的所述規定的部位彼此的位置和姿勢互相對應，其中，在該恢復流程中，使這些臂中的至少一方進行動作。
[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移時，在該第一控制模式之前執行恢復流程，使得所述第一從動臂和所述主臂的各關節的位移量互相對