JP2010035875A - Medical manipulator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、制御部からモータを駆動することにより、可撓性部材を介して連結シャフトの先端に設けられた先端動作部を駆動する医療用マニピュレータに関する。 The present invention relates to a medical manipulator that drives a distal end working unit provided at the distal end of a connecting shaft via a flexible member by driving a motor from a control unit.
内視鏡下外科手術(又は腹腔鏡下手術とも呼ばれる。)においては、患者の腹部等に複数の孔を開け、器具の通過ポートとしてトラカール(筒状の器具)を挿入した後、シャフトを有する鉗子の先端部をトラカールを通じて体腔内に挿入して患部の手術を行っている。鉗子の先端部には、作業部として、生体組織を把持するためのグリッパや、鋏、電気メスのブレード等が取り付けられている。 In endoscopic surgery (also called laparoscopic surgery), a plurality of holes are made in a patient's abdomen, etc., and a trocar (tubular instrument) is inserted as a passing port of the instrument, and then a shaft is provided. The distal end of the forceps is inserted into a body cavity through a trocar and the affected area is operated. A gripper, a scissors, an electric scalpel blade, and the like are attached to the distal end of the forceps as a working unit for gripping a living tissue.
鉗子による内視鏡下外科手術は、作業空間である体腔内が狭くしかもトラカールを支点として鉗子を操作するため、一定のトレーニングが必要となる。また、従来使用されている鉗子では先端の作業部に関節がないため、自由度が小さく、先端動作部はシャフトの延長線上での動作しか行うことができない。従って、通常のトレーニングで実施可能な症例には限度があり、他の様々な症例に対して適用するためには相当に高度なトレーニング及び習熟が必要になる。 Endoscopic surgery using forceps requires a certain amount of training because the inside of the body cavity, which is the working space, is narrow and the forceps are operated using the trocar as a fulcrum. In addition, since the forceps used in the related art do not have a joint at the distal end working portion, the degree of freedom is small, and the distal end working portion can only operate on the extension line of the shaft. Therefore, there are limits to the cases that can be performed by normal training, and a considerably high level of training and proficiency is required to apply to various other cases.
このような観点から、従来の鉗子を改良し、作業部に複数の関節を有する鉗子の開発が行われている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載のマニピュレータは、人手によって操作される操作部と、操作部に対して交換自在に着脱される作業部とから構成される。このようなマニピュレータでは、従来の鉗子のような制約や不自由がなく、手技が容易となり、適用可能な症例が多くなり、また、作業部の種類を交換することにより種々の手技に対応することができる。 From such a viewpoint, a conventional forceps has been improved and a forceps having a plurality of joints in a working unit has been developed (for example, see Patent Document 1). The manipulator described in Patent Document 1 includes an operation unit that is operated manually and a work unit that is detachably attached to the operation unit. In such a manipulator, there are no restrictions or inconveniences like conventional forceps, the procedure is easy, the number of applicable cases increases, and various types of procedures can be handled by exchanging the types of working parts. Can do.
一方、このようなマニピュレータをロボットアームにより駆動する医療用ロボットシステムが提案されている(例えば、特許文献2参照)。 On the other hand, a medical robot system that drives such a manipulator with a robot arm has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
上記のように、医療用マニピュレータにおける作業部は操作部に対して交換自在に構成されることがある。これにより、手技に応じた種々の型式のものを装着することができ、手技の終了後には作業部だけを洗浄することができ、さらには、作業部だけを定期的に新しい物に交換して十分な信頼性を確保することができる。すなわち、操作部は多くの電気部品が設けられていて比較的コスト高であって可及的に長く使用可能であることが望ましいが、作業部については弱電部品がなく廉価であり、しかも体腔内で先端動作部が動作をして負荷を受けることから機械的寿命や、蒸気及び熱による洗浄時のダメージ等を考慮して適度な時期に新しい物に交換することが望ましいのである。このように、作業部は定期的に新しい物に交換することが前提となっており、適度な寿命があればよいのであって、過度に高強度である必要はない。 As described above, the working unit in the medical manipulator may be configured to be replaceable with respect to the operation unit. This makes it possible to wear various types according to the procedure, clean only the working part after the procedure is completed, and replace only the working part with a new one periodically. Sufficient reliability can be ensured. That is, it is desirable that the operation unit is provided with many electrical components and is relatively expensive and can be used for as long as possible. However, the operation unit is inexpensive because there are no weak electrical components, and the operation unit Therefore, it is desirable to replace the tip operation unit with a new one at an appropriate time in consideration of mechanical life and damage caused by cleaning with steam and heat. As described above, it is assumed that the working unit is periodically replaced with a new one, and it is only necessary to have an appropriate life, and it is not necessary to have an excessively high strength.
一方、作業部は、アクチュエータ部に接続する接続部と、該接続部から延在する連結シャフトとを有しており、先端動作部は該連結シャフトの先端に設けられ、接続部のプーリに巻き掛けられた複数のワイヤ等の可撓性部材に連動する。これらの可撓性部材は、往復動作に応じてプーリに巻きかけられる円弧状態と、プーリから離間した直線状態とを繰り返すことになり、繰り返しの曲げ応力を受けることから、作業部の構成要素の中でも寿命が比較的短い。 On the other hand, the working part has a connecting part connected to the actuator part and a connecting shaft extending from the connecting part, and the tip operating part is provided at the tip of the connecting shaft and is wound around the pulley of the connecting part. Interlocks with a flexible member such as a plurality of wires. These flexible members repeat the arc state wound around the pulley according to the reciprocating motion and the linear state apart from the pulley, and are repeatedly subjected to bending stress. In particular, the lifetime is relatively short.
可撓性部材は、接続部に設けられてモータによって駆動される基端プーリと、先端動作部を駆動する先端プーリとの間に巻き掛けられており、基端プーリ側と先端プーリ側の双方が同程度に繰り返しの曲げ応力を受けることになり、同程度に劣化が進行する。従って、可撓性部材は、基端プーリ側と先端プーリ側のいずれが先に使用不能な程度まで劣化するのか特定は困難であり、個体差によって異なる。ところが、先端プーリの近傍には先端動作部が設けられており、ある程度の露呈部分があって可撓性部材を視認することが可能であるが、基端プーリを回転自在に保持している接続部は、操作部に対して着脱自在にする必要性があり、しかも気密性が要求されることからブロック構造となっており、可撓性部材の状態を確認することは比較的困難である。すなわち、先端側の可撓性部材の劣化の程度は確認できるが、基端側の可撓性部材の劣化の程度は確認が困難であり、先端側の劣化程度に基づいて推測し、又は、早めに交換する必要がある。 The flexible member is wound between a proximal end pulley provided at the connecting portion and driven by a motor, and a distal end pulley that drives the distal end operating portion, and both the proximal end pulley side and the distal end pulley side are wound. Will be subjected to repeated bending stress to the same extent, and deterioration will proceed to the same extent. Therefore, it is difficult to specify which of the proximal pulley side and the distal pulley side is deteriorated to the extent that the flexible member cannot be used first, and varies depending on individual differences. However, there is a tip working part in the vicinity of the tip pulley, and there is a certain amount of exposed part so that the flexible member can be seen, but the connection that holds the base pulley rotatably. Since the part needs to be detachable from the operation part, and since airtightness is required, it has a block structure, and it is relatively difficult to check the state of the flexible member. That is, the degree of deterioration of the flexible member on the distal end side can be confirmed, but the degree of deterioration of the flexible member on the proximal end side is difficult to confirm, and is estimated based on the degree of deterioration on the distal end side, or It is necessary to replace it early.
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、可撓性部材の劣化の程度を適正に判断することのできる医療用マニピュレータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such problems, and an object of the present invention is to provide a medical manipulator that can appropriately determine the degree of deterioration of a flexible member.
本発明に係る医療用マニピュレータは、モータを備えたアクチュエータ部と、前記アクチュエータ部に着脱自在で前記モータの回転軸に接続される基端プーリを備える接続部と、前記接続部から延在する連結シャフトの先端に設けられた先端動作部と、前記先端動作部を駆動する先端プーリと、前記連結シャフト内を通り、前記基端プーリと前記先端プーリとの間に巻き掛けられて前記モータの回転を前記先端動作部に伝達する可撓性部材とを有し、前記先端プーリは、前記基端プーリよりも小径であることを特徴とする。 A medical manipulator according to the present invention includes an actuator unit including a motor, a connection unit including a proximal pulley that is detachably attached to the actuator unit and connected to a rotation shaft of the motor, and a connection extending from the connection unit. Rotating the motor by being wound between the proximal pulley and the distal pulley, passing through the connecting shaft, the distal pulley operating at the distal end of the shaft, the distal pulley driving the distal actuator, And a flexible member that transmits to the distal end working portion, wherein the distal end pulley has a smaller diameter than the proximal end pulley.
このように、先端プーリが基端プーリよりも小径に設定されていると、先端プーリ側の方が曲げの程度が強くなって、基端プーリ側と比較して劣化の進行が速くなる。従って、可撓性部材の寿命は視認性のよい先端プーリ側を確認すれば足りることになり、視認性に劣る基端プーリ側を確認する必要がなく、可撓性部材の劣化の程度を適正に判断することができる。 Thus, when the distal end pulley is set to have a smaller diameter than the proximal end pulley, the distal end pulley side is more bent and the deterioration progresses faster than the proximal end pulley side. Therefore, it is sufficient to check the tip pulley side with good visibility for the life of the flexible member, and it is not necessary to check the base pulley side with poor visibility, and the degree of deterioration of the flexible member is appropriate. Can be judged.
前記基端プーリの径は、前記先端プーリの径の1.1〜5.0倍であってもよい。 The diameter of the proximal pulley may be 1.1 to 5.0 times the diameter of the distal pulley.
前記可撓性部材は線体であり、前記先端プーリの径は、前記線体の径の2〜120倍であってもよい。 The flexible member may be a linear body, and the diameter of the tip pulley may be 2 to 120 times the diameter of the linear body.
前記可撓性部材は、前記連結シャフト内で往復2線が設けられ、2線の前記可撓性部材を前記基端プーリの幅に合わせて略平行にする円弧ガイドを有し、前記円弧ガイドの曲率半径は、前記先端プーリの半径よりも大きくしてもよい。このような円弧ガイドを設けることにより、可撓性部材は連結シャフト内の往復2線が略平行になり、連結シャフトを細径にすることができる。円弧ガイドは、先端プーリよりも曲率半径が大きいことから、可撓性部材の劣化の最も速い箇所は先端プーリ近傍に限定される。 The flexible member has two reciprocating lines in the connecting shaft, and has an arc guide that makes the two lines of the flexible member substantially parallel to the width of the proximal pulley, and the arc guide The radius of curvature of may be larger than the radius of the tip pulley. By providing such an arc guide, the reciprocating two lines in the connecting shaft of the flexible member are substantially parallel, and the connecting shaft can be reduced in diameter. Since the arc guide has a larger radius of curvature than the tip pulley, the fastest deterioration of the flexible member is limited to the vicinity of the tip pulley.
前記連結シャフトの先端部近傍に設けられ、前記可撓性部材を露呈する視認部が設けられていてもよい。このように、連結シャフトの先端近傍に視認部を設けると、可撓性部材の状態を一層確認しやすい。 A visual recognition portion that is provided near the distal end portion of the connection shaft and exposes the flexible member may be provided. Thus, if a visual recognition part is provided near the front-end | tip of a connection shaft, it will be easier to confirm the state of a flexible member.
前記可撓性部材は、ワイヤであってもよい。 The flexible member may be a wire.
本発明に係る医療用マニピュレータによれば、先端プーリが基端プーリよりも小径に設定されていることから、先端プーリ側の方が曲げの程度が強くなって、基端プーリ側と比較して劣化の進行が速くなる。従って、可撓性部材の寿命は視認性のよい先端プーリ側を確認すれば足りることになり、視認性に劣る基端プーリ側を確認する必要がなく、可撓性部材の劣化の程度を適正に判断することができる。 According to the medical manipulator according to the present invention, since the distal end pulley is set to have a smaller diameter than the proximal end pulley, the distal end pulley side has a higher degree of bending than the proximal end pulley side. Deterioration progresses faster. Therefore, it is sufficient to check the tip pulley side with good visibility for the life of the flexible member, and it is not necessary to check the base pulley side with poor visibility, and the degree of deterioration of the flexible member is appropriate. Can be judged.
以下、本発明に係る医療用マニピュレータについて実施の形態を挙げ、添付の図1〜図9を参照しながら説明する。 Hereinafter, the medical manipulator according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図1、図2及び図3に示すように、本実施の形態に係る医療用マニピュレータ10は、先端動作部12に生体の一部又は湾曲針等を把持して所定の処置を行うためのものであり、通常、把持鉗子やニードルドライバ(持針器)等とも呼ばれる。
As shown in FIGS. 1, 2, and 3, the
医療用マニピュレータ10は、人手によって把持及び操作される操作部14と、該操作部14に対して着脱自在な作業部16とを備え、操作部14に対してコネクタ24を介して着脱自在なコントローラ(制御部)27を有するマニピュレータシステムとして構成されている。
The
医療用マニピュレータ10は、基本構成として操作部14と作業部16とを有しており、コントローラ27は当該医療用マニピュレータ10の電気的な制御をするものであり、グリップハンドル26の下端部から延在するケーブル62に対してコネクタ24を介して接続されている。制御部であるコントローラ27の機能の一部又は全部を、例えば操作部14に一体的に搭載することもできる。
The
コントローラ27は時計機能を有している。
The
以下の説明では、図1における幅方向をX方向、高さ方向をY方向、及び、連結シャフト48の延在方向をZ方向と規定する。また、右方をX1方向、左方をX2方向、上方向をY1方向、下方向をY2方向、前方をZ1方向、後方をZ2方向と規定する。さらに、特に断りのない限り、これらの方向の記載は医療用マニピュレータ10が基準姿勢(中立姿勢)である場合を基準として表すものとする。これらの方向は説明の便宜上のものであり、医療用マニピュレータ10は任意の向きで(例えば、上下を反転させて)使用可能であることはもちろんである。
In the following description, the width direction in FIG. 1 is defined as the X direction, the height direction is defined as the Y direction, and the extending direction of the connecting
作業部16は、作業を行う先端動作部12と、操作部14のアクチュエータブロック(アクチュエータ部)30に対して接続される接続部15と、これらの先端動作部12と接続部15とを連接する長尺で中空の連結シャフト48とを有する。作業部16は、アクチュエータブロック30における所定の操作によって操作部14から離脱可能であって、洗浄、滅菌及びメンテナンス等を行うことができる。
The
先端動作部12及び連結シャフト48は細径に構成されており、患者の腹部等に設けられた円筒形状のトラカール20から体腔22内に挿入可能であり、操作部14の操作により体腔22内において患部切除、把持、縫合及び結紮等の様々な手技を行うことができる。
The distal
次に、操作部14について詳細に説明する。
Next, the
操作部14は、人手によって把持されるグリップハンドル26と、該グリップハンドル26の上部から延在するブリッジ28と、該ブリッジ28の先端に接続されたアクチュエータブロック30とを有する。
The
接続部15は、左右側面の係合片200と、上下面に開口する3つの嵌合孔202a、202b及び202cとを有する。3つの嵌合孔202a〜202cは、Z1方向及びZ2方向の端部近傍に設けられており、Y方向に延在する孔である。
The connecting
アクチュエータブロック30には、先端動作部12が有する3自由度の機構に対応してモータ(DCモータ)40a、40b及び40cがZ方向に沿って並列して設けられている。これらのモータ40a〜40cは、操作部14の操作に基づき、コントローラ27の作用下に回転をする。モータ40a〜40cは小型・細径であって、アクチュエータブロック30はコンパクトな扁平形状に構成されている。モータ40a〜40cには、減速機42a、42b及び42cが内蔵されている。減速機42a〜42cは、例えば遊星式であり、減速比は1:100〜1:300程度である。
In the
アクチュエータブロック30は、操作部14のZ1方向端部の下方に設けられている。ここで、アクチュエータブロック30は作業部16が装着される箇所を意味するものであり、モータ40a〜40cを格納する場所に限定されず、ブリッジ28との接続面30a(図3参照)を含む。
The
モータ40a〜40cには、回転角度を検出することのできるロータリ式のエンコーダ44a、44b及び44cが設けられており、検出した角度信号はコントローラ27に供給される。
The
図2及び図3に示すように、グリップハンドル26は、ブリッジ28の端部からY2方向に向かって延在しており、人手によって把持されるのに適した長さであり、該グリップハンドル26の近傍には先端動作部12の動作等に供される入力手段が設けられている。すなわち、このような入力手段として、グリップハンドル26に近接したZ1方向にトリガーレバー32及びスイッチ36が設けられ、Y1方向に複合入力部34及び作動スイッチ35が設けられている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the grip handle 26 extends from the end of the
作動スイッチ35のZ1方向でブリッジ28の上面における視認しやすい箇所にはLED29が設けられている。LED29は、医療用マニピュレータ10の制御状態を示すインジケータであり、操作者が容易に認識可能な大きさであり、且つ操作に支障がない程度に十分に小型軽量である。
An
グリップハンドル26の下端には、コントローラ27に接続されるケーブル62が設けられている。グリップハンドル26とケーブル62とはコネクタにより接続されていてもよい。
A
作動スイッチ35は、医療用マニピュレータ10の動作状態の有効又は無効を設定するための入力手段である。LED29は、ブリッジ28の上面における略中央部で、視認性のよい位置に設けられており、作動スイッチ35と並んで配置されていることから、例えば、作動スイッチ35によるON操作に同期して点灯等をするため、操作者は作動スイッチ35の操作をしながらその入力状態をLED29により確実に認識することができる。
The
この場合、コントローラ27は、作動スイッチ35の状態を読み込み、オン状態であるときに動作モードとし、オン状態からオフ状態に切り換わったときに自動原点復帰動作としてモータ40a〜40cを所定の原点に戻し、原点に戻った後に停止モードとする。動作モードは、操作部14の操作指令を有効にしてモータ40a〜40cを駆動するモードである。停止モードは、操作部14の操作指令の有無に関わらずモータ40a〜40cを停止させるモードである。これらのモード及び動作はコントローラ27によって区別されて制御され、LED29の点灯状態が切り換えられる。
In this case, the
すなわち、LED29は、動作モードのときに緑に点灯、停止モードのときに赤に点灯し、動作モードから停止モードに移る自動原点復帰モードのときには赤の点滅をする。
That is, the
複合入力部34は、先端動作部12に対してロール方向(軸回転方向)及びヨー方向(左右方向)の回転指令を与える複合的な入力手段であり、例えば軸回転に動作する第1入力手段によってロール方向指示を行い、横方向に動作する第2入力手段によってヨー方向指示を行うことができる。トリガーレバー32は、先端動作部12のグリッパ60(図1及び図5参照)に開閉指令を与える入力手段である。
The
複合入力部34、トリガーレバー32には、それぞれ動作量を検出する入力センサ39a、39b、39cが設けられており、検出した動作信号をコントローラ27に供給する。
The
トリガーレバー32は、ブリッジ28のやや下方でZ1方向にやや突出したレバーであり、人差し指による操作が容易な位置に設けられている。
The
トリガーレバー32は、グリップハンドル26に対してアーム98により接続されており、該グリップハンドル26に対して進退するように構成されている。アーム98はグリップハンドル26内で入力センサ39cに接続されており、トリガーレバー32の進退量が該入力センサ39cによって計測されてコントローラ27に供給される。トリガーレバー32は、指を当て、グリップハンドル26の方向(つまり、Z2方向)に向かって引き込む操作と、グリップハンドル26からZ1方向に押し出す操作とが可能に構成され、これにより、グリッパ60へと開閉指令を与えることができる。
The
なお、トリガーレバー32のY2方向に設けられたスイッチ36は、オルタネート式であって、該スイッチ36を操作することによりトリガーレバー32により所定の開閉状態とされたグリッパ60の状態、例えば、閉じ状態を保持しておくことができる。
Note that the
接続部15が載置されるアクチュエータブロック30の上面30bにおいて、Z2方向の端部近傍には、接続部15の有無を検出する作業部検出手段107が設けられている。作業部検出手段107は、対向する位置に設けられた投光器であるLED107aと受光器であるフォトダイオード107bとからなるフォトインタラプタの構成とされており、該LED107aと該フォトダイオード107bとの間に接続部15の後端の遮光片109(図2参照)が挿入されて遮光することにより該接続部15が装着されたことを検出できる。LED107aとフォトダイオード107bは、X方向に対向する向きで且つ近接した位置に設けられている。
On the
アクチュエータブロック30には、さらに作業部16の接続部15を保持する2つの独立した係合部210と、該接続部15の位置決め機能及び保持機構を有する3本のアライメントピン212a、212b及び212cとが設けられる。
The
2つの係合部210は、アクチュエータブロック30の左右側面(X1及びX2側面)で対称位置に設けられており、操作面204と、該操作面204からY1方向に延在するレバー206とを有する。レバー206はアクチュエータブロック30の上面よりもY1方向に向かってやや突出しており、先端内側がテーパ形状になっている。係合部210は、図示しない弾性部材によってレバー206が内側に向かう方向に弾性付勢されている。
The two
アライメントピン212a〜212cは、嵌合孔202a〜202cに対向する位置で、アクチュエータブロック30の上面におけるZ1方向端の近傍に2本、Z2方向端の近傍に1本設けられ、それぞれY1方向に延在している。Z1方向端の近傍に2本のアライメントピン212a、212bがX方向に並んで設けられている。
Two
このように、アライメントピン212a〜212cは3本設けられていることから、接続部15は3点で支持され、簡便且つ確実に位置決めを行うことができる。また、3本のアライメントピン212a〜212cは直線状配列ではないため、いずれの方向のねじれに対しても、接続部15を安定して保持することができる。アライメントピン212a〜212cは、このうち2本以上設けられていれば、接続部15は確実に位置決めがなされて、安定して保持される。この場合、Z方向に離間した2本を選択すると一層安定する。
Thus, since the three
接続部15を操作部14から取り外す場合には、アクチュエータブロック30の両側面に設けられたレバー206を押してそれぞれ外方に開くように傾動させ、該レバー206の楔部206aを、接続部15の両側面に設けられた係合片200から解放する。これにより接続部15を操作部14から上方(Y1方向)に引き抜き、取り外しが可能となる。アクチュエータブロック30の上面30bの3本のアライメントピン212が、プーリ収納体300に設けられた嵌合孔202に嵌合することにより該接続部15を安定して保持可能である。
When removing the
接続部15を操作部14に取り付ける場合には、3本のアライメントピン212がそれぞれ嵌合孔202に嵌合するように合わせて、接続部15を下方(Y2方向)に押し下げる。これにより、レバー206は一旦外方に拡がり、その後原位置に戻ることにより係合片200に係合して、接続が完了する。
When attaching the
操作部14の接続面30aには、接続された作業部16のID部104(図4参照)のQRコードを読み取ってコントローラ27に供給するカメラ106と、接続された作業部16のID部104を照明するための2つのLED105が設けられている。カメラ106は、作業部16のID部104を臨む位置に取り付けられており、該カメラ106の左右にLED105が設けられている。ここで、ID部104のID(識別符号)の読取器としては、カメラ106に代替してバーコードリーダー、バーコードスキャナを用いることができる。
On the
操作部14は多くの電気部品が設けられていて、作業部16と比較してコスト高であるが長寿命である。
The
次に、作業部16について詳細に説明する。作業部16は、手技の終了後には操作部14から取り外されて洗浄することができ、さらには、作業部16だけを定期的に新しい物に交換して十分な信頼性を確保することができる。作業部16は弱電部品がなく廉価であり、しかも体腔22内で先端動作部12が動作をして負荷を受けることから機械的寿命や、蒸気及び熱の洗浄によるダメージ等を考慮して適度な時期に新しい物に交換することになっている。
Next, the working
図1、図2及び図4に示すように、作業部16の接続部15は、樹脂のカバー37に覆われており、モータ40a〜40cの駆動軸に接続されて従動回転される基端プーリ50a、50b及び50cをそれぞれ回転自在に保持している。基端プーリ50a〜50cは、プーリ収納体300に収納されている。
As shown in FIGS. 1, 2, and 4, the connecting
基端プーリ50a〜50cには、ワイヤ54a、54b及び54c(図5、図6、図7参照)が巻き掛けられており、連結シャフト48の中空部分を通って先端動作部12まで延在している。ワイヤ54a〜54cは、基端プーリ50a〜50c(及び57a〜57c)に対して滑りが生じないように一部が固定されている。ワイヤ54a〜54cは同種、同径のものを用いることができる。
接続部15のプーリ収納体300は、操作部14に対して着脱自在にする必要性があり、さらに気密性が要求されることからブロック構造となっており、しかもカバー37で覆われており、ワイヤ54a〜54cの状態を確認することは比較的困難である。
The
接続部15を構成する基端プーリ50a〜50cのY2方向下端にはそれぞれ十字状の結合凸部51a、51b及び51cが設けられ、アクチュエータブロック30を構成するモータ40a〜40cの回転軸には十字状の結合凹部41a、41b及び41cが設けられている。結合凸部51a〜51cと結合凹部41a〜41cとは互いに係合可能であり、すなわち、アクチュエータブロック30に接続部15が装着された状態において、モータ40a〜40cの回転が基端プーリ50a〜50cに対して確実に伝達される。これらの係合部は十字形状に限られない。
Cross-shaped coupling
図4に示すように、接続部15における後端部近傍には、作業部16を個体識別することのできるID(識別符号)が付けられたID部104が設けられている。
As shown in FIG. 4, in the vicinity of the rear end of the
ID部104には、作業部16毎に識別が可能なように異なる2次元バーコードであるQRコードが付けられている。ID部104のQRコードには、作業部16のそれぞれに対応した型式、仕様、シリアルナンバーの他、製造所、製造日、商品名等の各種情報が含まれる。
A QR code, which is a different two-dimensional bar code, is attached to the
図5に示すように、連結シャフト48内を挿通したワイヤ54a、54b及び54cは、グリッパ60を備えた先端動作部12の対応する先端プーリ57a、57b及び57cにそれぞれ巻き掛けられている。
As shown in FIG. 5, the
従って、基端プーリ50aと先端プーリ57aとの間にワイヤ54aが巻き掛けられた状態で当該基端プーリ50aがモータ40aによって回転駆動されると、その回転駆動力がワイヤ54aを介して先端プーリ57aへと伝達され、該先端プーリ57aを回転させる。そうすると、先端プーリ57aの回転が、例えば歯車へと順次伝達され、グリッパ60を開閉させることができる。
Therefore, when the
先端動作部12には、開閉駆動及びロール方向の駆動をする機構部を覆うカバー160が設けられている。
The
カバー160と連結シャフト48との間には、機構部が露呈する隙間52が設けられている。
A
図5から明らかなように、先端プーリ57a〜57cの近傍には先端動作部12が設けられており、隙間52等の露呈部分があってワイヤ54a〜54cを視認することが可能である。
As is apparent from FIG. 5, the distal
また、連結シャフト48の先端には、左右側面に設けられた一対の視認孔(視認部)49が設けられている。視認孔49の前方は縦ブリッジ49aによって上下の部材が接続され、強度が維持されている。縦ブリッジ49aとカバー160との間の隙間52は狭く、各歯車等に対する異物(生体組織、薬剤、糸等)の侵入を相当に防止できる。
Further, a pair of viewing holes (viewing portions) 49 provided on the left and right side surfaces are provided at the tip of the connecting
図5に示すように、視認孔49は先端プーリ57a〜57cを露呈する位置に設けられており、該先端プーリ57a〜57cに巻き掛けられたワイヤ54a〜54cの巻回部を特によく観察可能である。これにより、先端プーリ57a〜57cの近くで生じるワイヤ54a〜54cの変化を容易に確認することができる。ワイヤ54a〜54cは先端プーリ57a〜57cによって繰り返しの曲げ荷重を受けることから、他の部分よりも使用条件が厳しく、この近傍を見ることによりワイヤ54a〜54cの状態変化をいち早く検知できる。
As shown in FIG. 5, the
視認孔49は四隅が円弧形状となっている。該視認孔49によれば、ワイヤ54a〜54cを視認可能であって、該ワイヤ54a〜54cの状態の変化を判断しやすい。従って、ワイヤ54a〜54cが変化したときには作業部16の使用を中止し又は所定のメンテナンスを適切に行うことができるとともに、状態が変化する以前に不必要に早期に使用を中止することを防止できる。視認孔49は、端部が円弧形状となっていることから、手術の縫合に用いる糸が引っかかりにくく、内部に入り込みにくい。
The
なお、視認孔49とは内部を視認するためのものであるから、物理的に貫通している孔である必要はなく、例えば透明体で塞がれていてもよい。
In addition, since the
図6に示すように、基端プーリ50a〜50c、ワイヤ54a〜54c及び先端プーリ57a〜57cを備えた動力伝達部材により、先端動作部12をロール方向(Or軸回転方向)、ヨー方向(Oy軸を基準とした左右方向)及びグリッパ開閉(Og軸を基準とした開閉)からなる3自由度の機構として構成している。3自由度の機構は、動作上の機構干渉があるため、該機構干渉を補償するようにモータ40a〜40cを協働させる。
As shown in FIG. 6, the power transmission member including the base end pulleys 50a to 50c, the
モータ40a〜40cは、コントローラ27の作用下に、複合入力部34、トリガーレバー32の動作量を検出する入力センサ39a、39b、39cから得られる信号に基づいて駆動される。
The
ワイヤ54a〜54cは、基端プーリ50a〜50cと先端プーリ57a〜57cとの間で適度な規定の張力を持つように予め調整されて組み立てられている。また、各ワイヤ54a〜54cは、連結シャフト48内で往復の2線が略平行して設けられている。
The
図6及び図7に示すように、各ワイヤ54a〜54c(図7では代表的にワイヤ54bについて示す。)は、連結シャフト48内を通り、基端側の基端プーリ50a〜50cと先端側の先端プーリ57a〜57cとの間に巻き掛けられてモータ40a〜40cの回転を先端動作部12に伝達している。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
ここで、先端プーリ57a〜57cは、基端プーリ50a〜50cよりも小径であり、先端側の方が曲げの程度が強くなって、基端側と比較して劣化の進行が速くなる。従って、ワイヤ54a〜54cの寿命は、視認性のよい先端プーリ57a〜57c側を確認すれば足りることになり、視認性に劣る基端プーリ50a〜50c側を確認する必要がなく、ワイヤ54a〜54cの劣化の程度を適正に判断することができる。
Here, the distal end pulleys 57a to 57c have a smaller diameter than the proximal end pulleys 50a to 50c, the degree of bending is stronger on the distal end side, and the progress of deterioration is faster than that on the proximal end side. Therefore, the life of the
基端プーリ50a〜50cの径R2は、先端プーリ57a〜57cの径R1の1.1〜5.0倍であると、適度に径の差が得られ、しかも基端プーリ50a〜50cがプーリ収納体300に収納可能に収まり、好適である。
When the diameter R2 of the base end pulleys 50a to 50c is 1.1 to 5.0 times the diameter R1 of the front end pulleys 57a to 57c, a moderate difference in diameter is obtained, and the base end pulleys 50a to 50c are pulleys. It fits in the
先端プーリ57a〜57cの径R1は、ワイヤ54a〜54cの径の2〜120倍であると、プーリとして好適であるとともに、連結シャフト48内に配置可能である。
When the diameter R1 of the tip pulleys 57a to 57c is 2 to 120 times the diameter of the
図8に示すように、基端プーリ50bが比較的に大径である場合には、2線のワイヤ54bを先端プーリ57bの幅に合わせて略平行にする円弧ガイド350を設けてもよい。円弧ガイド350は、プーリ収納体300内で、往復2線のワイヤ54bに合わせて左右一対が設けられている。円弧ガイド350は、トラカール20に合わせた十分に細径な連結シャフト48内に往復2線のワイヤ54bを配置可能な程度に略平行配置する形状であればよい。円弧ガイド350の側面には、高さ方向(Y方向)のずれを防止するための溝が設けられていてもよい。円弧ガイド350は滑らかで潤滑性のある樹脂等で構成するとよい。
As shown in FIG. 8, when the
円弧ガイド350の曲率半径r3は、先端プーリ57bの半径R1/2よりも大きく、基端プーリ50bの半径R2/2よりも大きく、ワイヤ54bに対する屈曲の程度は極めて小さい。曲率半径r3は、少なくとも先端プーリ57bの半径R1/2よりも大きければよい。
The radius of curvature r3 of the
このような円弧ガイド350を設けることにより、ワイヤ54bは連結シャフト48内の往復2線が略平行になり、連結シャフト48を細径にすることができる。円弧ガイド350は、先端プーリ57bよりも曲率半径が大きいことから、ワイヤ54bの劣化の最も速い箇所は先端の先端プーリ57b近傍に限定される。他のワイヤ54a、54cについて円弧ガイド350を設けてもよいことはもちろんである。
By providing such an
上述したように、本実施の形態に係る医療用マニピュレータ10によれば、先端側の先端プーリ57a〜57cが基端側の基端プーリ50a〜50cよりも小径に設定されていることから、先端プーリ57a〜57c側の方が曲げの程度が強くなって、基端プーリ50a〜50c側と比較して劣化の進行が速くなる。従って、個体差によって基端側の基端プーリ50a〜50cの方が先に劣化することが抑制され、ワイヤ54a〜54cの寿命は視認性のよい先端プーリ57a〜57c側を確認すれば足りることになる。これにより、視認性に劣る基端プーリ50a〜50c側を確認する必要がなく、ワイヤ54a〜54cの劣化の程度を適正に判断することができる。また、ワイヤ54a〜54cにおける先端側の劣化程度に基づいて基端側の劣化の程度を推測するような必要がなく、さらに、該推測に基づいて作業部16を早めに交換するような必要がない。
As described above, according to the
上記実施形態は、例えば図9に示すような医療用ロボットシステム800に適用してもよい。
The above embodiment may be applied to a
医療用ロボットシステム800は、多関節型のロボットアーム802と、コンソール804とを有し、作業部806はロボットアーム802の先端に接続されている。ロボットアーム802の先端には前記の医療用マニピュレータ10と同様な機構を有するマニピュレータ808が設けられている。ロボットアーム802は、作業部806を移動させる手段であればよく、据置型に限らず、例えば自律移動型でもよい。コンソール804は、テーブル型、制御盤型等の構成を採り得る。
The
ロボットアーム802は、独立的な6以上の関節(回転軸やスライド軸等)を有すると、作業部806の位置及び向きを任意に設定できて好適である。先端のマニピュレータ808は、ロボットアーム802の先端部810と一体化している。マニピュレータ808は、前記のアクチュエータブロック30(図1参照)の代わりに、基端側が前記先端部810に連結されるとともに、内部にモータを収納したアクチュエータブロック812を有する。
If the
ロボットアーム802は、コンソール804の作用下に動作し、プログラムによる自動動作や、コンソール804に設けられたジョイスティック814に倣った操作、及びこれらの複合的な動作をする構成にしてもよい。コンソール804は、前記のコントローラ27(図1参照)の機能を含んでいる。作業部806には、前記の先端動作部12が設けられている。
The
コンソール804には、操作指令部としての2つのジョイスティック814と、モニタ816が設けられている。図示を省略するが、2つのジョイスティック814により、2台のロボットアーム802を個別に操作が可能である。2つのジョイスティック814は、両手で操作しやすい位置に設けられている。モニタ816には、内視鏡による画像等の情報が表示される。
The
ジョイスティック814は、上下動作、左右動作、捻り動作、及び傾動動作が可能であり、これらの動作に応じてロボットアーム802を動かすことができる。ジョイスティック814はマスターアームであってもよい。ロボットアーム802とコンソール804との間の通信手段は、有線、無線、ネットワーク又はこれらの組合わせでよい。
The
本発明に係る医療用マニピュレータは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。 The medical manipulator according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.
10…医療用マニピュレータ 12…先端動作部
14…操作部 15…接続部
16、806…作業部 27…コントローラ
30、812…アクチュエータブロック 40a〜40c…モータ
48…連結シャフト 49…視認孔
50a〜50c…基端プーリ 54a〜54c…ワイヤ
57a〜57c…先端プーリ 60…グリッパ
300…プーリ収納体 350…円弧ガイド
800…医療用ロボットシステム
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記アクチュエータ部に着脱自在で前記モータの回転軸に接続される基端プーリを備える接続部と、
前記接続部から延在する連結シャフトの先端に設けられた先端動作部と、
前記先端動作部を駆動する先端プーリと、
前記連結シャフト内を通り、前記基端プーリと前記先端プーリとの間に巻き掛けられて前記モータの回転を前記先端動作部に伝達する可撓性部材と、
を有し、
前記先端プーリは、前記基端プーリよりも小径であることを特徴とする医療用マニピュレータ。 An actuator unit equipped with a motor;
A connecting portion comprising a proximal pulley that is detachably attached to the actuator portion and connected to a rotating shaft of the motor;
A tip operating portion provided at the tip of a connecting shaft extending from the connecting portion;
A tip pulley for driving the tip working unit;
A flexible member that passes through the connecting shaft, is wound between the proximal pulley and the distal pulley, and transmits the rotation of the motor to the distal working portion;
Have
The medical manipulator characterized in that the distal pulley has a smaller diameter than the proximal pulley.
前記基端プーリの径は、前記先端プーリの径の1.1〜5.0倍であることを特徴とする医療用マニピュレータ。 The medical manipulator according to claim 1, wherein
The medical manipulator characterized in that the diameter of the proximal pulley is 1.1 to 5.0 times the diameter of the distal pulley.
前記可撓性部材は線体であり、
前記先端プーリの径は、前記線体の径の2〜120倍であることを特徴とする医療用マニピュレータ。 The medical manipulator according to claim 1 or 2,
The flexible member is a wire;
The diameter of the tip pulley is 2 to 120 times the diameter of the wire body.
前記可撓性部材は、前記連結シャフト内で往復2線が設けられ、
2線の前記可撓性部材を前記基端プーリの幅に合わせて略平行にする円弧ガイドを有し、
前記円弧ガイドの曲率半径は、前記先端プーリの半径よりも大きいことを特徴とする医療用マニピュレータ。 The medical manipulator according to any one of claims 1 to 3,
The flexible member is provided with two reciprocating wires in the connecting shaft;
An arc guide that makes the two-line flexible member substantially parallel to the width of the proximal pulley,
A medical manipulator characterized in that a radius of curvature of the arc guide is larger than a radius of the tip pulley.
前記連結シャフトの先端部近傍に設けられ、前記可撓性部材を露呈する視認部を有することを特徴とする医療用マニピュレータ。 The medical manipulator according to any one of claims 1 to 4,
A medical manipulator having a visual recognition part provided near the distal end of the connection shaft and exposing the flexible member.
前記可撓性部材は、ワイヤであることを特徴とする医療用マニピュレータ。 In the medical manipulator according to any one of claims 1 to 5,
The medical manipulator, wherein the flexible member is a wire.
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JP2008203438A JP2010035875A (en) | 2008-08-06 | 2008-08-06 | Medical manipulator |
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Cited By (1)
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US10881475B2 (en) | 2015-07-09 | 2021-01-05 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Surgical robot |
-
2008
- 2008-08-06 JP JP2008203438A patent/JP2010035875A/en not_active Withdrawn
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