CN104885028A - 操作输入装置和主从系统 - Google Patents

Abstract

提供一种操作输入装置(2)，该操作输入装置(2)包括：基底构件(21)；把持部(26)，该把持部(26)由操作者抓握并且相对于基底构件(21)移动；连接部(23)，该连接部(23)以摆动的方式将把持部(26)连接到基底构件(21)；以及缩放比例改变机构(24)，该缩放比例改变机构(24)改变把持部(26)相对于连接部(23)的摆动角度移动的量，并且该操作输入装置的目的是通过使用相同操作能够在粗动与微动之间进行切换操作。

Description

操作输入装置和主从系统

技术领域

本发明涉及操作输入装置和主从系统。

背景技术

在相关技术中，存在主从系统的已知主输入装置，该主输入装置具有类似于从装置的形状(例如，参见专利文献1)。

该主输入装置具有多个关节，并且从装置的相应弯曲部分的弯曲移动以与用于各个关节的旋转操作输入成比例的方式执行。

引用列表

专利文献

{PTL 1}日本专利第4608601号公报

发明内容

技术问题

然而，利用专利文献1的主从系统，因为经由主输入装置输入的转动操作的幅度与从装置的相应弯曲部分的弯曲移动的幅度之间的对应关系是固定的，所以难以根据情况使用粗动和微动。

鉴于上述情况构思本发明，并且本发明的目的在于提供通过使用相同操作能够在粗动与微动之间进行切换操作的操作输入装置和主从系统。

问题的解决方案

为了达到上述目的，本发明提供以下解决方案。

本发明的一方面提供一种操作输入装置，该操作输入装置包括：基底构件；把持部，把持部由操作者抓握并且相对于基底构件移动；连接部，连接部以摆动的方式将把持部连接到基底构件；以及缩放比例改变机构，该缩放比例改变机构改变把持部相对于连接部的摆动角度移动的量。

通过该方面，因为当操作者握住把持部并且相对于基底构件移动把持部时，连接部根据把持部移动的量枢轴旋转一摆动角度，所以该摆动角度可以被输出为操作输入电平。在该情况下，通过启动缩放比例改变机构来改变把持部相对于关节部的摆动角度移动的量，可以改变针对把持部被操作者移动的量输出的操作输入电平(即，缩放比例)。具体地，在根据操作输入电平驱动从装置的情况下，当通过增加缩放比例来增加操作者为了输出相同操作输入电平而必须移动把持部的量时，可以使从装置微动。相反，可以通过减小缩放比例使从装置粗动。

在上述方面，缩放比例改变机构可以是使连接部的长度能够变化的伸缩机构。

通过这样做，在通过启动伸缩机构(即，缩放比例改变机构)延长从连接部到把持部的长度的情况下，与减小长度的情况相比，可以增加缩放比例。具体地，当增加缩放比例时，因为与减小缩放比例的情况相比，操作者必须使把持部移动更多量以输出相同操作输入电平，所以可以以简单方式使从装置微动。相反，当减小缩放比例时，操作者仅需要使把持部少量移动以输出相同操作输入电平，由此，可以以简单方式使从装置粗动。

另外，在上述方面，连接部可以设置有一个或更多个关节部。

另外，在上述方面，多个关节部可以串联设置在基底构件与把持部之间，并且缩放比例改变机构可以是锁定至少一个关节部在基底构件侧的枢轴旋转的锁定机构。

通过这样做，当通过启动锁定机构(即，缩放比例改变机构)锁定更接近基底构件的关节部的枢轴旋转时，因为枢轴旋转的部分的长度通过被限制到比锁定机构锁定的关节部更接近远端的部分而减小，所以把持部移动的量减少。结果，可以减小缩放比例。相反，当通过释放锁定机构而允许关节部的枢轴旋转时，因为枢轴旋转的部分的长度增加，所以把持部移动的量增加，并且从而，可以增加缩放比例。

另外，在上述方面，多个关节部可以串联设置在基底构件与把持部之间，可以设置连接相邻关节部的连杆构件，并且可以在连杆构件中设置伸缩机构。

通过这样做，当通过启动伸缩机构增加相邻关节部之间的连杆构件的长度时，可以增加为了输出相同操作输入电平而使把持部移动的量，由此可以增加缩放比例。另一方面，通过减小关节部之间的连杆构件的长度，可以减小缩放比例。

另外，本发明的另一方面提供一种主从系统，该主从系统包括上述操作输入装置和从装置中的任一个，从装置根据操作输入装置的关节部的摆动角度移动。

通过该方面，通过改变从操作输入装置输入的缩放比例，可以以简单方式将从装置的移动切换到粗动或微动。

附图说明

图1是示出根据本发明的第一实施方式的主从系统的整体构造的视图。

图2是根据本发明的第一实施方式的操作输入装置的正视图，该正视图示出减小缩放比例的情况。

图3是图2中的操作输入装置的正视图，该正视图示出增加缩放比例的情况。

图4是根据本发明的第二实施方式的操作输入装置的正视图。

图5是说明图4中的操作输入装置的操作的正视图。

图6是示出图4中的操作输入装置中设置的缩放比例改变机构的示例的框图。

图7是说明用于改变图4中的操作输入装置中的缩放比例的过程的流程图。

图8是说明图7中的过程的另一个示例的流程图。

图9是说明在图4中的操作输入装置的变型例中(a)关节部不被锁定、(b)仅锁定一个关节部、以及(c)锁定两个关节部的状态的正视图。

图10是根据本发明第三实施方式的操作输入装置的正视图，该正视图示出减小缩放比例的情况。

图11是图10中的操作输入装置的正视图，该正视图示出增加缩放比例的情况。

图12是说明用于改变图10中的操作输入装置中的缩放比例的过程的流程图。

具体实施方式

在下文中，以下将参考附图描述根据本发明的第一实施方式的主装置(操作输入装置)2和主从系统1。

如图1中所示，根据本实施方式的主从系统1是内窥镜系统并且设置有：主装置(操作输入装置)2，该主装置2由操作者O操作；内窥镜4，该内窥镜4用作从装置；驱动部5，该驱动部5驱动内窥镜4；控制部6，该控制部6控制驱动部5；以及显示部7，该显示部7显示由内窥镜4获取的图像。

内窥镜4具有柔性插入部3，该柔性插入部3被插入到患者P的身体(例如，诸如大肠等的柔软器官)中。

驱动部5在插入部3的近端处驱动插入部3，以实现内窥镜4的插入部3的插入移动、插入部3的远端的弯曲移动、以及插入部3的扭转移动等。

如图1和图2中所示，主装置2具有操作台(基底构件)21，该操作台21被固定到地面；控制杆22，该控制杆22由操作者O抓握；关节部23，该关节部23以摆动的方式将控制杆22连接至操作台21；缩放比例改变机构24，该缩放比例改变机构24设置在控制杆22中；以及脚踏开关25，该脚踏开关25设置在地面上。

如图1中所示，助手(未示出)使患者P躺在更接近操作单元2设置的手术台30上，并且执行诸如消毒、麻醉等适当的过程。

操作者O指示助手将插入部3从患者P的肛门插入到大肠中。操作者O操作控制杆22，以适当地弯曲插入部3的弯曲部分。

如图2中所示，控制杆22被形成为单根直杆，并且在其远端处设置有被操作者O紧握的把持部26。控制杆22的除了把持部26之外的部分与关节部23形成以摆动的方式将把持部26连接到基底构件21的连接部。

关节部23将控制杆22连接至操作台21，以关于两个基本水平轴23a(仅示出其中的一个轴)摆动，两个基本水平轴23a彼此垂直并且位于控制杆22的底部处。另外，在关节部23处设置检测控制杆22关于两个轴23a的摆动角度的角度传感器(未示出)。

缩放比例改变机构24由允许控制杆22在纵向上伸长/收缩的伸缩机构构成。伸缩机构通过例如将控制杆22配置为双层圆筒形成，并且设置有第一圆筒部22a和第二圆筒部22b，该第一圆筒部22a与关节部23连接，该第二圆筒部22b在其内侧装配第一圆筒部22a并且被设置为相对于第一圆筒部22a在纵向上可移动。把持部26被设置在第二圆筒部22b上。

以下将描述根据本实施方式的这样配置的主装置2的操作。

为了在内窥镜4被插入到体腔中的状态下，通过使用内窥镜4在体腔内观察并且执行处理，操作者O在经由显示部7观察由内窥镜4捕捉的身体内部的情况的同时，握住设置在主装置2的控制杆22上的把持部26，并且在与控制杆22相交的方向上施加力。

通过这样做，控制杆22在施加力的方向上绕关节部23的轴23a枢轴旋转，并且设置在关节部23处的角度传感器检测控制杆22的摆动角度。换言之，控制杆22的该摆动角度信号被输出为主装置2的操作输入电平。

控制部6接收从主装置2输出的操作输入电平，将操作输入电平转换成用于内窥镜4的弯曲部分的移动角命令信号，并且驱动内窥镜4。通过这样做，在与控制杆22的枢轴旋转方向相关的预定方向上，使内窥镜4的弯曲部分弯曲与控制杆22的摆动角度对应的角度。

在该情况下，当需要通过使内窥镜4微动来执行详细观察或处理时，操作者O通过启动伸缩机构(即，缩放比例改变机构24)，如图3中所示，在纵向上增加控制杆22的长度。换言之，使第二圆筒部22b相对于第一圆筒部22a在纵向上滑动。通过这样做，因为把持部26在远离关节部23的方向上移动，所以增加了把持部26绕关节部23的轴23a移动的量。

具体地，将减小控制杆22的长度的状态与增加控制杆22的长度的状态相比较，为了使关节部23枢轴旋转相同摆动角度，必须在增加控制杆22的长度的状态下使把持部26移动更多量。因为这样，减小了由操作者O移动把持部26的单位量引起的内窥镜4的弯曲部分的启动电平，由此可以使内窥镜4微动。

相反，当需要使内窥镜4的弯曲部分粗动时，通过启动伸缩机构(即，缩放比例改变机构24)，如图2中所示，在纵向上减小控制杆22的长度。通过这样做，因为把持部26在朝向关节部23的方向上移动，所以可以减小把持部26绕关节部23的轴23a移动的量，并且由此，可以使内窥镜4的弯曲部分粗动。

如上所述，利用根据本实施方式的主装置2和主从系统1，通过启动缩放比例改变机构24，可以以简单方式在内窥镜4的微动与操作之间切换，并且提供的优点在于可以通过实现更详细的观察和处理、内窥镜4的更快速移动等，有效地执行观察或处理。

注意，在本实施方式中，虽然为了简化说明的目的，仅示出用于关节部23的一个轴23a，但是关节部23具有彼此垂直的两个轴。因此，控制杆22不仅可以如图2和图3中所示那样在与附图的面平行的方向上枢轴旋转，而且控制杆22还可以在与附图的面相交的方向上枢轴旋转。另外，主装置2还允许控制杆22绕其轴枢轴旋转的操作，并且内窥镜4的远端部分可以依靠该操作绕其轴旋转。

接着，以下将参考附图描述根据本发明的第二实施方式的主装置10。

在描述本实施方式时，将给具有与根据上述第一实施方式的主装置2和主从系统1相同构造的部分分配相同参考标记，并且将省略其描述。

如图4中所示，根据本实施方式的主装置10设置有串联设置的多个关节部11作为连接部，并且具有控制杆13，该控制杆13中相邻关节部11通过连杆机构(linkage)12连接。

另外，各个关节部11都设置有锁定关节部11的枢轴旋转的锁定机构(未示出)。另外，各个关节部11被配置成使得连杆机构12可以绕彼此垂直的两个轴11a(仅示出一个轴)分别枢轴旋转。

在本实施方式中，用于输入缩放比例的输入部15和根据从输入部15输入的缩放比例指定将被锁定的关节部11并且启动那些关节部11的锁定机构的锁定控制部16被提供为缩放比例改变机构14。

另外，在本实施方式中，在通过启动锁定机构改变控制杆13的摆动角度的情况下，控制部6改变乘以来自主装置2的操作输入电平的增益，使得改变后的状态下的整个摆动角度范围对应于内窥镜4的弯曲部分的整个弯曲角范围。

以下将描述根据本实施方式的这样配置的主装置10的操作。

为了将根据本实施方式的主装置10切换到粗动操作，操作者O经由输入部15输入缩放比例(步骤S1)。控制部6根据所输入的缩放比例指定将被锁定的关节部11(步骤S2)。

然后，操作者O移动控制杆13，以使控制杆13返回到初始位置(摆动角度为零的位置)(步骤S3)。控制部6确认控制杆13是否已经返回到初始位置(步骤S4)，并且在控制杆13已经返回到初始位置的情况下，启动根据所输入的缩放比例指定的关节部11的锁定机构(步骤S5)。

在缩放比例处于最大的状态下，释放对所有关节部11的锁定，并且当缩放比例减小时，从最接近基底构件21定位的关节部11开始，增加被启动的锁定机构的数量。通过这样做，因为当缩放比例减小时，可以枢轴旋转的关节部11的数量减小，所以甚至当实现最大枢轴旋转水平时，摆动角度范围也减小。

然后，因为控制部6将该减小的摆动角度范围分配给内窥镜4的弯曲部分的弯曲角范围(步骤S6)，少量移位的把持部26使弯曲部分弯曲较大量，由此，内窥镜4可以粗动。

另外，通过增加被锁定的关节部11的数量，逐渐减小控制杆13的摆动角度范围，并且由此，可以增加粗动的程度。

相反，为了将主装置2切换到微动操作，释放由于锁定机构导致的关节部11的锁定状态。通过这样做，因为可以最大限度地枢轴旋转控制杆13，所以可以将大摆动角度范围分配给内窥镜4的弯曲部分的弯曲角范围，并且因为大量移动的把持部26使弯曲部分弯曲，内窥镜4可以微动。

另外，在上述过程中，虽然当在改变缩放比例时主装置2返回到初始位置时，内窥镜4也返回到初始位置，但是另选地，可以在不使内窥镜4返回到初始位置的情况下，改变缩放比例。在该情况下，如图8中所示，一旦要被锁定的关节部被指定(步骤S2)，就使针对所有转轴的主从操作无效(步骤S10)，使得即使操作主装置2，内窥镜4也不移动。

在该状态下，主装置返回到初始位置(步骤S3和步骤S4)，关节部被锁定(步骤S5)，增益改变(步骤S6)，并且随后，操作者移动控制杆(步骤S11)。此时，控制部判断主装置与内窥镜在各个转轴处是否匹配(步骤S12)，并且针对匹配的转轴启动主从操作(步骤S13)。针对所有转轴判断主装置与内窥镜是否匹配(步骤S14)，在主装置与内窥镜不匹配的情况下，重复从步骤S11开始的步骤，并且当主装置与内窥镜在所有转轴处都匹配时，终止该过程。

通过这样做，可以在不移动内窥镜4的情况下，改变缩放比例。

另外，在各个关节部11都设置有马达，使得各个关节部11可以根据来自控制部6的指令移动到任意位置的情况下，各个关节部11的构造可以使得在使针对所有转轴的主从操作无效之后，使主装置自动移动到初始位置，锁定关节部，并且随后，在使主装置自动移动到与从装置匹配的位置之后，启动针对所有转轴的主从操作。

注意，通过启动在各个关节部11处设置的制动器(未示出)或者通过锁定在各个关节部11中设置的马达(未示出)，可以实现锁定机构。另选地，如图9的(a)至图9的(c)中所示，可以依靠圆筒形构件17(可以使该圆筒形构件17从基底构件21伸出以及缩回到基底构件21中)从控制杆13的基部端锁定关节部11。

接下来，以下将参考附图描述根据本发明的第三实施方式的主装置30。

在描述本实施方式时，将给具有与根据上述第一实施方式和第二实施方式的主装置2和10以及主从系统1相同结构的部分分配相同参考标记，并且将省略其描述。

如图10和图11中所示，在根据本实施方式的主装置30中，在多个关节部11之间设置的连杆机构31具有可以在轴向上伸长/收缩的伸缩部32。在需要减小缩放比例的情况下，如图10中所示，各个连杆机构31的伸缩部32根据缩放比例收缩，并且在需要增加缩放比例的情况下，如图11中所示，连杆机构31的伸缩部32伸长。通过这样做，与第一实施方式和第二实施方式相同，通过容易地改变缩放比例，可以在内窥镜4的粗动与微动之间进行切换。

在该情况下，利用根据本实施方式的主装置30，可以在不改变各个关节部11的摆动角度的情况下，仅通过使伸缩部32伸长/收缩来改变缩放比例。结果，可以在不必须使关节部31返回到初始位置的情况下，改变缩放比例，并且可以在当改变缩放比例时不必须使主从操作无效的情况下，防止内窥镜4移动。

注意，为了更可靠地执行在改变缩放比例时涉及的移动，应该采用一种构造，其使得如图12中所示，一旦输入缩放比例(步骤S1)，就通过启动所有关节部11的锁定机构来锁定关节部11(步骤S15)，此后根据缩放比例使伸缩部32伸长/收缩(S16)，并且随后，释放所有关节部11的锁定机构(步骤S17)。通过这样做，因为当改变缩放比例时不操作主装置30，所以可以防止在改变缩放比例之前和之后，主装置30与内窥镜4之间的对应关系失去对应。

如在第一实施方式中，伸缩部32可以被手动地伸长/收缩，或者可以依靠诸如电力、气压等的任意动力伸长/收缩。

另外，在上述各个实施方式中，虽然采用了具有关节部11或23的连接部，但是不限于此，并且例如，连接部可以由自支撑弹簧材料或橡胶材料构成。在该情况下，例如，通过将FBG传感器安装到连接部来检测连接部的摆动角度，从装置可以根据FBG传感器的检测结果移动。

另外，在上述各个实施方式中，可以通过按压开关(诸如脚踏开关25或在把持部26中设置的开关等)来改变缩放比例，而启动缩放比例改变机构14和24。

参考标记列表

O 操作者

1 主从系统

2、10、30 主装置(操作输入装置)

4 内窥镜(从装置)

11、23 关节部(连接部)

12、31 连杆机构(连杆构件)

14、24 缩放比例改变机构

17 圆筒形构件(锁定机构)

21 基底构件

26 把持部

32 伸缩部(伸缩机构)

Claims (6)

1.一种操作输入装置，所述操作输入装置包括：

基底构件；

把持部，所述把持部由操作者抓握并且相对于所述基底构件移动；

连接部，所述连接部以摆动的方式将所述把持部连接到所述基底构件；以及

缩放比例改变机构，所述缩放比例改变机构改变所述把持部相对于所述连接部的摆动角度移动的量。

2.根据权利要求1所述的操作输入装置，其中，所述缩放比例改变机构是使所述连接部的长度能够变化的伸缩机构。

3.根据权利要求1或2所述的操作输入装置，其中，所述连接部具有一个或更多个关节部。

4.根据权利要求3所述的操作输入装置，

其中，多个关节部串联设置在所述基底构件与所述把持部之间，并且

所述缩放比例改变机构是锁定所述基底构件侧的至少一个所述关节部的摆动的锁定机构。

5.根据权利要求3所述的操作输入装置，

其中，多个关节部串联设置在所述基底构件与所述把持部之间，

设置有连接相邻关节部的连杆构件，并且

所述伸缩机构设置在所述连杆构件中。

6.一种主从系统，所述主从系统包括：

根据权利要求1至5中任一项所述的操作输入装置；以及

从装置，所述从装置根据所述操作输入装置的所述关节部的摆动角度而移动。