CN105026116B - 机械手 - Google Patents

Abstract

提供了一种机械手(1)，该机械手包括：伸长的主要部分(3)，远端部分(4)，以及设置在主要部分(3)与远端部分(4)之间的可弯曲部分(5)；多个线状部件(6)，所述多个线状部件从远端部分(4)起经由可弯曲部分(5)延伸至主要部分(3)；动力生成器(9)；多个动力传送器(8、10、11)，所述多个动力传送器随着沿主要部分(3)的纵向方向的线状运动，向线状部件(6)的近端传送由动力生成器(9)生成的动力；以及线状部件松弛单元(12)，该线状部件松弛单元(12)根据从动力生成器(8、10、11)传送的线状运动，通过推拉线状部件(6)来松弛在远端部分(4)与动力传送器(8、10、11)之间产生张力的线状部件(6)。

Description

机械手

技术领域

本发明涉及机械手。

背景技术

在现有技术中，已知一种医疗机械手，其配备有可插入身体中的伸长插入部分，并且用于通过远程操纵安装在该插入部分中的外科工具来处理身体内部(例如，参见专利文献1)。这种机械手的插入部分设置有可弯曲部分，该可弯曲部分用于改变例如配备有摄像机和外科工具的远端表面的取向。

而且，为了准确地控制该可弯曲部分的弯曲角，在用于弯曲该可弯曲部分的弯曲机构中使用减速机构。具体来说，利用该构造，在该插入部分的近端部产生的轴的大旋转运动，通过随轴一起旋转的螺纹轴和与该螺纹轴啮合的螺母而转换成小的线状运动。通过利用该线状运动，推拉连接至该插入部分的远端部的线材，由此，弯曲该可弯曲部分。

文献列表

专利文献

{PTL 1}

日本未审查专利申请公报No.2006-61176

发明内容

技术问题

为了在使用前述减速机构的插入部分中根据线材的线状运动而产生轴的旋转运动，该线材需要通过足够大外力来进行线状移动。换句话说，通过推拉线材而弯曲的可弯曲部分的形状针对外力而变得足够稳定。由此，如果拖拉机构在可弯曲部分弯曲的状态下有故障，则因为可弯曲部分将针对身体内的组织形态继续保持某种弯曲形状，所以存在的问题在于，变得难于将该插入部分从身体去除。

本发明鉴于上述情况而作出，并且其目的是，提供一种即使用于弯曲可弯曲部分的机构有故障也可以平滑地从身体去除的机械手。

问题的解决方案

为了实现前述目的，本发明提供了下列解决方案。

本发明第一方面是，提供一种机械手，该机械手包括：伸长的主要部分，设置在所述主要部分的远端处的远端部分，以及设置在所述主要部分与所述远端部分之间的可弯曲部分；多个线状部件，所述多个线状部件连接至所述远端部分，并且经由所述可弯曲部分延伸至所述主要部分；动力生成器，该动力生成器生成动力；多个动力传送器，所述多个动力传送器设置在所述主要部分中，并且随着沿所述主要部分的纵向方向的线状运动，向所述线状部件的近端传送通过所述动力生成器生成的动力；以及线状部件松弛单元，该线状部件松弛单元通过从所述动力生成器传送的所述线状运动，通过沿所述纵向方向推拉所述线状部件，来松弛在所述远端部分与所述动力传送器之间产生张力的所述多个线状部件。

根据本发明的第一方面，所述动力传送器随着线状运动向所述线状部件的近端传送通过所述动力生成器生成的动力。所述线状部件朝着所述远端推动或者朝着所述近端拖拉。这使得设置在所述远端与所述连接器之间的所述可弯曲部分弯曲。

在这种情况下，如果动力传送器有故障，则致动所述线状部件松弛单元，以松弛在所述远端部分与所述动力传送器之间产生张力的所述线状部件，并且保持所述可弯曲部分的弯曲形状，由此，所述可弯曲部分根据外力按可变形状态设置。从而，即使所述动力生成器或所述动力传送器有故障，也使得从身体平滑去除从插入身体中的所述远端部分起开始直至所述主要部分。

在上述第一方面中，所述线状部件松弛单元可以使所述远端部分和所述多个动力传送器彼此靠近地沿所述纵向相对移动。

因此，通过致动所述线状部件松弛单元，使所述远端部分和所述动力传送器彼此更靠近，以使所述远端部分与所述动力传送器之间的距离变得短于连接所述远端部分与所述动力传送器的线状部件的长度。从而，可以同时松弛所述多个线状部件。

在上述第一方面中，所述线状部件松弛单元可以包括：支承部件，该支承部件同时支承所述多个动力传送器，并且可相对于所述主要部分沿所述纵向方向随所述多个动力传送器一起移动；和移动机构，该移动机构朝着远端移动所述支承部件。

因此，通过致动所述移动机构，所述支承部件朝着所述远端移动，以使所述多个动力传送器朝着所述远端移动。从而，可以使所述多个动力传送器更靠近所述可弯曲部分。

在上述第一方面中，所述线状部件松弛单元可以包括：支承部件，该支承部件支承所述可弯曲部分的近端；和移动机构，该移动机构朝着近端移动所述支承部件。

因此，通过致动所述移动机构，所述支承部件朝着所述近端移动，以使所述远端部分随所述可弯曲部分一起朝着所述近端移动。从而，可以使所述远端部分更靠近所述动力传送器。

在上述第一方面中，所述移动机构可以包括：产生旋转力的旋转力生成器；和动力转换器，该动力转换器将通过所述旋转力生成器生成的所述旋转力转换成沿所述纵向的线状运动，并将该线状运动传送至所述支承部件。

因此，利用简单的构造，所述支承部件可以沿所述主要部分的纵向方向移动。

在上述第一方面中，所述动力传送器各可以包括：轴部件，该轴部件沿所述纵向方向设置在所述主要部分中，并且根据通过所述动力生成器所生成的动力而绕沿所述纵向方向延伸的轴旋转；螺纹轴部件，该螺纹轴部件将对应的线状部件的所述近端连接至所述轴部件，并且随所述轴部件一起旋转；以及螺母部件，该螺母部件与所述螺纹轴部件啮合，并且沿所述纵向方向馈进旋转的所述螺纹轴部件。

因此，所述动力生成器的动力通过所述螺纹轴部件和所述螺母部件而从所述轴部件的旋转运动转换成线状运动，从而将所述线状运动传送至所述线状部件。从而，所述线状部件可以利用简单构造进行拖拉。

本发明第二方面是，一种机械手，该机械手包括：伸长的主要部分，设置在所述主要部分的远端处的远端部分，以及设置在所述主要部分与所述远端部分之间的可弯曲部分；多个线状部件，所述多个线状部件连接至所述远端部分，并且经由所述可弯曲部分延伸至所述主要部分；多个拖拉机构，所述多个拖拉机构设置在所述主要部分中，并且具有连接至所述线状部件的近端部的连接器、产生旋转运动的驱动器、以及这样动力转换器，该动力转换器将通过所述驱动器产生的所述旋转运动转换成沿纵向的线状运动，并将该线状运动传送至所述连接器；以及组合改变机构，该组合改变机构改变所述线状部件和连接至所述线状部件的所述拖拉机构的组合。

根据本发明的第二方面，通过所述驱动器产生的旋转运动通过动力转换器而转换成线状运动，从而将所述线状运动传送至所述连接器。连接至所述连接器的所述线状部件朝着所述远端部分地推动和远离所述远端部分地拖拉，使得设置在所述远端部与所述连接器之间的所述可弯曲部分弯曲。

在这种情况下，如果所述多个拖拉机构中的任一个有故障，则致动所述组合改变机构，以改变线状部件和拖拉机构的组合。从而，即使所述拖拉机构在可弯曲部分弯曲的状态下有故障，该有故障的拖拉机构也可以用正常的拖拉机构替换，以使所述可弯曲部分可以再次大致被拉直，由此，所述插入部分可以从主体平滑去除。

在上述第二方面中，所述动力转换器皆可以包括：轴部件，该轴部件沿所述主要部分的纵向方向设置，并且通过对应的驱动器绕该轴部件的中心轴旋转；螺纹轴部件，该螺纹轴部件与所述轴部件同轴，并且随所述轴部件一起旋转；以及可移动部件，该可移动部件具有可与所述螺纹轴部件啮合的螺纹槽，并且该可移动部件按沿所述纵向方向可移动方式设置在对应的线状部件的近端处。每个连接器都可以由所述螺纹轴部件和所述可移动部件形成。

因此，因为所述线状部件和所述拖拉机构因所述螺纹轴部件与所述可移动部件的螺纹槽之间的啮合而变得连接，所以所述线状部件与所述拖拉机构之间的接合和分离可以容易地在改变其组合时执行。

在上述第二方面中，所述组合改变机构可以通过相对于所述线状部件移动所述拖拉机构，来改变所述线状部件和所述拖拉机构的组合。

因此，在所述线状部件和所述拖拉机构当中，因为仅需要用于移动所述拖拉机构的机构，所以可以简化该构造。

在上述第二方面中，所述主要部分可以包括管状外管，该管状外管具有：第一部件，该第一部件固定至所述可弯曲部分；和第二部件，该第二部件按相对于所述第一部件沿周向方向可旋转方式设置在所述第一部件的近端处，并且容纳所述拖拉机构。所述组合改变机构可以通过使所述拖拉机构随所述第二部件一起旋转，来相对于所述线状部件移动所述拖拉机构。

因此，所述拖拉机构可以随着进一步简化的操作而移动。

在上述第二方面中，还可以设置故障检测器，该故障检测器检测所述拖拉机构中的故障。所述组合改变机构可以在所述故障检测器检测到所述拖拉机构中的故障时，改变所述线状部件和所述拖拉机构的组合。

因此，检测所述拖拉机构中的故障和通过所述组合改变机构改变线状部件与拖拉机构的组合可以自动执行。

发明的有利效果

本发明的有利之处在于，其考虑到即使用于弯曲可弯曲部分的机构有故障也从身体平滑去除。

附图说明

图1例示了根据本发明第一实施方式的外科机械手系统的总体构造。

图2是例示包括在图1的外科机械手系统中的机械手的远端的一部分的构造的立体图。

图3A示意性地例示了处于拉直状态的可弯曲部分。

图3B示意性地例示了处于弯曲状态的可弯曲部分。

图4A例示了包括在机械手中的弯曲机构的构造。

图4B是说明图4A中的弯曲机构的操作的图。

图5A是说明包括在机械手中的线状部件松弛单元的操作的图。

图5B是说明包括在机械手中的线状部件松弛单元的操作的图。

图6例示了线状部件松弛单元的修改例。

图7A例示了线状部件松弛单元的另一修改例。

图7B是说明图7A中的线状部件松弛单元的操作的图。

图8例示了线状部件松弛单元的另一修改例。

图9是例示故障检测器的构造的框图。

图10是说明当拖拉机构有故障时，配备有图9中的故障检测器的外科机械手系统的操作的流程图。

图11包括根据本发明第二实施方式的包括在机械手中的弯曲机构的构造的纵截面图(右侧)，和沿线XI-XI截取的截面图(左侧)。

图12是说明当拖拉机构有故障时，外科机械手系统的操作的流程图。

图13A例示了怎样通过组合改变机构来移动拖拉机构。

图13B例示了怎样通过组合改变机构来移动拖拉机构。

图13C例示了怎样通过组合改变机构来移动拖拉机构。

图14包括例示拖拉机构的修改例的纵截面图(右侧)，和沿线VIII-VIII截取的截面图(左侧)。

图15A例示了组合改变机构的修改例的构造，并且包括例示怎样通过组合改变机构来移动拖拉机构的纵截面图(右侧)，和沿线IXa-IXa截取的截面图(左侧)。

图15B例示了组合改变机构的修改例的构造，并且包括例示怎样通过组合改变机构来移动拖拉机构的纵截面图(右侧)，和沿线IXb-IXb截取的截面图(左侧)。

具体实施方式

(第一实施方式)

下面，将参照附图，对根据本发明第一实施方式的机械手1和配备有该机械手的外科机械手系统100进行描述。

图1示意性地例示了根据该实施方式的外科机械手系统100。如图1所示，外科机械手系统100包括：设置在躺有患者X的床40附近的机械手1，连接至机械手1的控制装置60，以及被用于将用于机械手1的操纵信号输入至控制装置60的操纵装置80。

图2例示了根据该实施方式的机械手1的远端的一部分。如图2所示，机械手1的远端表面2a设置有发射照明光的灯单元24和获取身体内部图像的摄像机25，并且机械手1设置有可从远端表面2a伸出和缩回的外科工具26。从远端表面2a伸出的外科工具26设置在摄像机25的视野内。如稍后将描述的，机械手1的远端表面2a的取向可以通过弯曲其可弯曲部分5而改变，以使患者X的处理点的图像获取范围可以任意改变。

操纵装置80包括：通过外科医生Y操纵的诸如摇杆这样的输入单元81，和显示通过摄像机25获取的图像的显示单元82。

根据来自输入单元81的输入，控制装置60向机械手1的每个部分输出命令信号。基于这些命令信号，控制外科工具26的伸出-缩回操作、其关节26a的旋转操作，以及可弯曲部分5的弯曲操作。如稍后将描述的，如果机械手1有故障，则控制装置60被设置成，根据预置程序控制整个外科机械手系统100。

外科医生Y可以在观察显示单元82上的通过摄像机25获取的外科工具26的图像和身体内部的同时，经由操纵装置80的输入单元81，通过远程操纵外科工具26和机械手1的可弯曲部分5，来处理患者X的身体内部。

接下来，对根据该实施方式的机械手1进行详细描述。

该机械手1例如包括要从患者X的嘴部插入其身体中的伸长插入部分2。该插入部分2包括：伸长的主要部分3、设置在主要部分3的远端处的远端部分4，以及设置在主要部分3与远端部分4之间，并且连接这些部分的可弯曲部分5。

主要部分3是依照患者X的身体内的组织形态可弯曲的柔性部分。

远端部分4是刚性的足够紧凑部分，其中，例如安装有上述灯单元24、摄像机25以及外科工具26。

该可弯曲部分5沿与主要部分3的纵向相交的方向弯曲，以使沿任意方向对远端表面2a进行取向，如上所述。如图3A所示，可弯曲部分5包括沿插入部分2的中心轴(在下文，有时简称为“轴”)设置的多个筒状关节环5a。该关节环5a绕正交于轴A的两个轴按可回转方式连接至另一相邻关节环5a。由此，可弯曲部分5可沿任意方向弯曲，如图3B所示。该可弯曲部分5的构造不限于使用关节环5a(即，可弯曲件)的结构，而是例如可以另选为基于多关节结构的柔性机构。

参照图4，作为控制可弯曲部分5的弯曲操作的弯曲机构，机械手1包括：线材(线状部件)6，其远端连接至远端部分4，并且沿轴A的方向延伸至主要部分3；和拖拉机构7，其设置在主要部分3中并且拖拉线材6。这些拖拉机构7各包括：沿轴A设置的柔性轴8，设置在轴8的近端处的电动机(动力生成器)9，与轴8同轴并且连接轴8与对应的线材6的近端的螺纹轴(螺纹轴部件)10，以及啮合螺纹轴10的螺母(螺母部件)11。轴8可扩张和可收缩，或者具有足够长度，以使螺纹轴10可以沿轴A的方向前进和缩回。

每一条线材6都可以由刚性材料组成，其可以在其近端向其远端传送运动。例如，金属或塑料是优选的。在这个实施方式中，尽管线材6被用作线状部件，但该线状部件不限于该形式，而可以例如另选为杆、管，或金属线圈。

每个电动机9都生成旋转力，其使对应的轴8绕沿其纵向延伸的中心轴旋转。当轴8沿正向或逆向旋转时，对应的螺纹轴10随轴8一起沿正向或逆向旋转。螺母11具有分别与四个螺纹轴10啮合的四个内螺纹11a，并且同时支承这四个螺纹轴。而且，螺母11适配在主要部分3内，并且根据稍后要描述的移动机构13的操作，相对于主要部分3，沿轴A的方向定位设置。螺母11沿轴A的方向，朝着主要部分3的远端或近端传送旋转的螺纹轴10。当螺纹轴10朝着远端前进时，被朝着远端推动的线材6朝着远端按压远端部分4。当螺纹轴10朝着近端缩回时，被朝着近端拖拉的线材6朝着近端拖拉远端部分4。尽管这导致轴8扩张或收缩或者变松弛，但因为接合至轴8的端部的电动机9和螺母11被固定至主要部分3或相对于其定位，所以可能对可弯曲部分5具有的影响可忽略。

如图4A的左侧所示，设置了四组线材6和拖拉机构7，并且绕以轴A为中心的圆周彼此隔开。在其它图中，仅例示了一组或两组线材6和拖拉机构7，以简化图。在四条线材6中，它们中的一些被推出，而其余线材被拖拉，致使可弯曲部分5如图4B所示弯曲。通过调节线材6的推动和拖拉的量，可以控制可弯曲部分5的弯曲角。

而且，机械手1包括线材松弛单元12，其松弛因拖拉机构7的致动而在远端部分4与螺纹轴10之间产生张力的线材6。线材松弛单元12由如上所述同时支承四个螺纹轴10的单个螺母(支承部件)11和沿轴A朝着远端移动螺母11的移动机构13形成。

移动机构13包括：沿轴A设置的柔性轴(动力转换器)14，设置在轴14的近端处的电动机(旋转力生成器)15，与轴14同轴并且连接轴14与螺母11的螺纹轴(动力转换器)16，以及固定至主要部分3并且与螺纹轴16啮合的螺母(动力转换器)17。与拖拉机构7类似的是，移动机构13通过利用由电动机15产生的旋转力来旋转轴14，借助于螺纹轴16和螺母17将该旋转运动转换成沿轴A的线状运动，并将该线状运动传送至螺母11。从而，螺母11沿轴A的方向移动。

移动机构13的轴14、电动机15、螺纹轴16以及螺母17全部与每个拖拉机构7的轴8、电动机9、螺纹轴10以及螺母11分离设置，致使移动机构13被设置成独立于拖拉机构7而操作。

接下来，将对配备有具有上述构造的机械手1的外科机械手系统100的操作进行描述。

为了利用根据该实施方式的外科机械手系统100处理患者X的处理点，外科医生Y首先通过操纵输入单元81来致动机械手1，并且通过改变可弯曲部分5的弯曲方向和弯曲角度来调节远端表面2a的方位和取向，以使处理点被设置在摄像机25的视野内。

随后，外科医生Y操纵输入单元81，以将外科工具26从远端表面2a伸出，使得外科工具26移动至摄像机25的视野。外科医生Y可以在观察显示在显示单元82上的图像中的处理点与外科工具26之间的方位关系的同时，经由输入单元81远程操纵外科工具26来处理该处理点。

参照图5A，例如，如果任何拖拉机构7的轴8在操纵机械手1期间中断，并且来自对应的电动机9的动力未传送至对应的线材6的近端，则可弯曲部分5的弯曲角不会响应于外科医生Y在输入单元81上执行的输入操纵而改变，而且显示在显示单元82上的摄像机25的视野将不正确地移动。因此，外科医生Y可以容易地认识到拖拉机构7中的故障。

在经由螺纹轴10和螺母11将通过电动机9产生的相对较大旋转运动转换成相对较小线状运动来驱动线材6的构造中，线材6需要足够大的力来线状移动，以便随着线材6的线状运动来旋转螺纹轴10和轴8。具体来说，即使从身体内的组织将按压力施加至远端部分4和可弯曲部分5，这种按压力也不足以沿轴A的方向移动线材6并使可弯曲部分5变形，由此，使得可弯曲部分5针对身体内的组织形态继续保持某种形状。

由此，外科医生Y在确定拖拉机构7有故障之后致动线材松弛单元12。具体来说，如图5B所示，通过致动电动机15，螺纹轴16朝着远端移动，致使螺母11朝着远端移动。随着螺母11朝着远端的移动，远端部分4与每个螺纹轴10之间的距离变得短于对应的线材6的长度，由此，所有线材6同时变得足够松弛。在这种状态下，可弯曲部分5可以根据来自身体内部组织的按压力而柔性变形。因此，外科医生Y可以沿身体内的组织形态平滑移动并且拖出插入部2。

因此，利用该实施方式，当拖拉机构7变得有故障时，四条线材6通过独立于拖拉机构7操作的线材松弛单元12而同时被松弛，由此，可弯曲部分5可以按柔性状态设置。其有利之处在于，外科医生Y可以相对于身体平滑移动机械手1。

作为其中线材松弛单元12通过朝着远端移动螺母11来缩减远端部分4与螺纹轴10之间的距离的该实施方式的构造的另选例，或除该构造以外，远端部分4可以朝着近端移动。

参照图6，在该修改例中，螺纹轴16的远端连接至设置在可弯曲部分5的最近侧的关节环5a。螺纹轴16和最近侧的关节环5a经由球状关节(未示出)连接，以使螺纹轴16的旋转不传送至该关节环5a。而且，该关节环5a的外周可沿主要部分3的导向部3a的内周滑动，并且该关节环5a通过螺纹轴16沿轴A的方向定位设置。

因此，轴14和螺纹轴16通过致动线材松弛单元12的电动机15而旋转。当螺纹轴16朝着近端移动时，可弯曲部分5被朝着近端拖拉，从而连接至可弯曲部分5的远端部分4也被朝着近端拖拉。远端部分4与螺纹轴10之间的距离也可以按这种方式缩减。

而且，在这个实施方式中，代替线材松弛单元12沿轴A的方向驱动螺母11地，远端部分4与螺纹轴10之间的距离可以在沿轴A的方向定位螺母11之后，通过允许线材松弛单元12沿轴A的方向按可移动方式设置螺母来改变。

参照图7A，在该修改例中，线材松弛单元12包括：沿轴A的方向将螺母11设置在预定位置的定位部件18，和释放通过定位部件18定位的每个螺母11的定位释放机构19。

定位部件18由沿轴A的方向夹着螺母11的两个板状组件(在下文，还称为“板状组件18”)形成。如图7B所示，这两个板状组件18皆具有：切口18a，切口18a都具有小于每个螺母11的直径，并且在切口18a中适配对应的螺纹轴10；和大直径孔18b，大直径孔18b都沿以轴A为中心的周向与对应的切口18a连通，并且具有大于每个螺母11的直径的直径。而且，这两个板状组件18的外周边缘例如被适配到绕用作主要部分3的外护套的管道的内周表面而周向形成的凹槽中，以使板状组件18在沿轴A的方向的位置固定的同时可绕轴A旋转。如图7B的左侧所示，这两个板状组件18在将螺纹轴10适配在切口18a中的状态下，沿轴A的方向锁定螺母11的移动，由此，定位部件18按轴A的方向定位螺母11。

定位释放机构19包括：可操纵部19a，该可操纵部19a在主要部分3的近端处由外科医生Y旋转；和轴19b，该轴19b与轴A对准设置，将两个板状组件18连接至可操纵部19a，以及向两个板状组件18传送经由可操纵部19a生成的绕轴A的旋转运动。轴19b具有与主要部分3的柔韧性相对应的超弹性，当外科医生Y旋转可操纵部19a时，这两个板状组件18绕轴A旋转，致使适配在切口18a中的螺纹轴10移动至大直径孔18b，如图7B的右侧所示。在大直径孔18b中，螺纹轴10和螺母11变得可沿轴A的方向移动。

因此，在旋转可操纵部19a之后，外科医生Y从主要部分3的近端起朝着远端推动拖拉机构7的轴8，以缩减远端部分4与螺纹轴10之间的距离，由此，同时松弛四条线材6。

在这个实施方式中，该线材松弛单元12被设置成，将通过电动机15生成的旋转运动转换线状运动，并将该线状运动传送至螺母11。另选的是，沿轴A的方向的线状运动可以在主要部分3的近端处生成，从而可以将线状运动直接传送至螺母11。

参照图8，在该修改例中，线材松弛单元12包括：可操纵部20，该可操纵部20从主要部分3的近端起由外科医生Y沿轴A的方向移动；和柔性轴21，该柔性轴21将可操纵部20连接至螺母11，并且将可操纵部20的线状运动传送至螺母11。附图标记22指示防止螺母11朝着近端移动的止动部。

因此，通过外科医生执行的用于朝着远端推动可操纵部20的简单操纵，缩减了远端部分4与螺纹轴10之间的距离，由此，四条线材6可以同时松弛。

在这个实施方式中，当外科医生Y确定拖拉机构7有故障时，该外科医生Y致动线材松弛单元12。另选的是，参照图9，机械手1可以包括故障检测器23，该故障检测器23检测拖拉机构7中的故障。

故障检测器23例如包括：检测可弯曲部分5的弯曲角的曲率传感器231；和故障确定电路232，该故障确定电路232比较通过曲率传感器231检测到的弯曲角与根据从控制装置60向每个电动机9发送的命令信号所限定的弯曲角。

曲率传感器231向故障确定电路232发送可弯曲部分5的所检测弯曲角。故障确定电路232接收从控制装置60向电动机9输出的命令信号。如果来自曲率传感器231的弯曲角与根据命令信号限定的弯曲角之间的差异大于预定阈值，则故障确定电路232确定电动机9所属于的拖拉机构7有故障，并且将该确定结果发送给控制装置60。

曲率传感器231例如是光纤，其沿轴A设置在可弯曲部分5中，并且可随可弯曲部分5一起弯曲。该光纤在沿纵向的多个位置处，沿其外周表面设置有切口，以使在光纤处于弯曲状态时，光从切口漏出。使光泄露量与光纤的弯曲角相关联。因此，弯曲部分5的弯曲角可以基于从光纤泄露的光量来检测。

代替光纤地，可以使用线传感器或图像传感器。

线传感器包括与弯曲机构的线材6大致并行设置的检测线，并且基于检测线沿轴A的方向移动的量来检测可弯曲部分5的弯曲角，其因可弯曲部分5的弯曲而出现。

图像传感器使用摄像机25来获取赋予外科工具26的预定标记的图像，并且分析所获取的图像，以基于该标记的拍照角来检测可弯曲部分5的弯曲角。

作为另一另选例，故障检测器23可以利用代替曲率传感器231的电流传感器或畸变传感器来检测拖拉机构7中的故障。

电流传感器检测流过每个电动机9的电流。如果电流传感器检测到相对于在正常状态下可以流过电动机9的电流过高或过低的电流，则故障检测器232确定对应的拖拉机构7有故障。

畸变传感器测量在每个轴8中产生的应力。如果畸变传感器检测到相对于在正常状态下在轴8中产生的应力过高或过低的应力，则故障检测器232确定对应的拖拉机构7有故障。

对于拖拉机构7中的故障要按这种方式通过故障检测器23自动检测的情况来说，控制装置60可以根据预置程序来执行用于松弛线材6的处理，如图10所示。

具体来说，如果故障检测器23检测到拖拉机构7中的故障(步骤S1中的“是”)，则控制装置60启用恢复模式(步骤S2)。在恢复模式下，控制装置60首先向外科医生Y通知该故障(步骤S3)。

例如通过在显示单元82上显示警告消息、接通灯光，或者设置关闭告警来向外科医生Y做出通知。作为这种通知的另选例或除该通知以外，控制装置60可以通过外科医生Y向机械手1的操纵来添加限制，如禁止外科医生Y经由输入单元81控制机械手1，或者通过外科医生Y针对在输入单元81上执行的操纵施加负载来延迟机械手1的移动。

随后，控制装置60致动线材松弛单元12，以松弛四条线材6(步骤S4)。在这种情况下，控制装置60基于通过故障检测器23的曲率传感器231检测到的弯曲角，来检查可弯曲部分5的弯曲角是否响应于线材松弛单元12的致动而正确改变(步骤S5)。接着，将机械手1从身体去除(步骤S6)。

因此，拖拉机构7中的故障可以被更可靠地检测，从而可以缩减针对外科医生Y的负担。另选的是，外科医生Y可以检测拖拉机构7中的故障，并且人工启用恢复模式，并且可以通过控制装置60来自动执行从步骤S3至步骤S5的处理。

(第二实施方式)

接下来，将在下面参照附图，对根据本发明第二实施方式的机械手1和配备有该机械手1的外科机械手系统100进行描述。在这个实施方式中，省略了对和第一实施方式相同的构造的描述。

在根据该实施方式的外科机械手系统100中，如稍后将描述的，如果机械手1有故障，则控制装置60被设置成，根据预置程序控制整个外科机械手系统100。

在这个实施方式中，如图11的左侧所示，设置了四组线材6和拖拉机构7，并且它们绕以轴A为中心的圆周按大致等距彼此隔开。换句话说，线材6和拖拉机构7针对轴A按45°旋转对称布置设置。

拖拉机构7皆包括：沿轴A设置的轴8，设置在轴8的近端处的电动机(驱动器)9，设置在轴8的远端处并且与轴8同轴的螺纹轴(螺纹轴部件、连接器)10，以及具有与螺纹轴10啮合的螺纹槽31a并且固定至对应的线材6的近端的可移动部件(连接器)31。拖拉机构7被容纳在用作用于主要部分3的外护套的外管内，并且通过支承四个电动机9的支承体32在外管的第二部件320(稍后将对其进行描述)内加以支承。

每个电动机9都生成旋转力，其使对应的轴8绕沿其纵向延伸的中心轴旋转。当轴8沿正向或逆向旋转时，对应的螺纹轴10随轴8一起沿正向或逆向旋转。每个可移动部件31都具有截面为扇形的柱状形状，并且其螺纹槽31a形成在相对于轴A径向向外面对的弯曲外周表面中。随着对应的螺纹轴10的正转或反转，可移动部件31相对于主要部分3沿轴A的方向前进或缩回。

参照图3A，在初始状态，可移动部件31按它们的初始位置设置，以使可弯曲部分5沿轴A大致笔直延伸。当可移动部件31从它们的初始位置起沿轴A的方向前进或缩回时，四条线材6中的一些被推出，而其余线材被拖拉，致使可弯曲部分5如图3B所示地弯曲。通过调节线材6的推动和拖拉的量，可以控制可弯曲部分5的弯曲角。

而且，机械手1包括组合改变机构33，其通过绕轴A按大致45°的单位使拖拉机构7相对于线材6和可移动部件31旋转，来改变线材6、可移动部件31以及拖拉机构7的组合。

详细地说，主要部分3的外管具有：第一部件310，其固定至可弯曲部分5的近端并且部分地容纳线材6的近端；和容纳拖拉机构7的第二部分320。组合改变机构33由如下各项形成：按相对于第一部件310可绕轴A旋转方式设置的第二部件320；和旋转驱动第二部件320的电动机9(未示出)。

当第二部件320旋转时，通过第二部件320中的支承体32支承的拖拉机构7随第二部件320一起旋转。在这种情况下，螺纹轴10沿四个可移动部件31的、构成以轴A为中心的筒状表面的外周表面移动，致使螺纹轴10与可移动部件31的螺纹槽31a最新啮合，其不同于先前啮合的螺纹轴10的可移动部件31。由此，线材6和连接至线材6的拖拉机构7的组合被改变。

而且，参照图9，机械手1包括故障检测器23，该故障检测器23检测拖拉机构7中的故障，如在第一实施方式中所述。

接下来，强对配备有具有上述构造的机械手1的外科机械手系统100的操作进行描述。

利用根据该实施方式的外科机械手系统100，如果任何拖拉机构7在机械手1的操纵期间变得有故障，致使机械手1的可弯曲部分5不响应于外科医生Y在输入单元81上执行的输入操纵而移动，则故障检测器23检测出拖拉机构7中的故障。参照图12，如果检测到故障(步骤S11中的“是”)，则控制装置60启用恢复模式(步骤S12)，并且执行用于在可利用正常拖拉机构7将其从身体去除的状态下设置可弯曲部分5的处理，如下所述。

在恢复模式下，控制装置60首先按和在第一实施方式中的步骤S3相同的方式向外科医生Y通知该故障(步骤S13)。

随后，控制装置60驱动未检测到故障的正常拖拉机构7，将可移动部件31移动至它们的初始位置，接着使线材6返回至它们的初始状态(步骤S14)。在这种情况下，控制装置60基于通过故障检测器23的曲率传感器231检测到的弯曲角，来检查可弯曲部分5的弯曲角是否响应于拖拉机构7的驱动而正确改变(步骤S15)。

接着，参照图13A至13C，控制装置60致动组合改变机构33，以旋转外管的第二部件320，使得正常拖拉机构7按有故障拖拉机构7的位置设置(步骤S16)。在图13A至13C中，仅例示了两组线材6和拖拉机构7，以简化图。随后，先前连接至有故障拖拉机构7的线材6通过正常拖拉机构7返回至其初始状态，如在步骤S14和S15中(步骤S17和S18)的。如果检测到多个拖拉机构7中的故障，则从步骤S16至步骤S18的处理被重复多次。由此，所有线材6返回至它们的初始状态，致使可弯曲部分5沿轴A大致笔直延伸。在这种状态下，将机械手1从身体去除(步骤S19)。

如果拖拉机构7在可弯曲部分5弯曲的状态下有故障，则不能利用该拖拉机构7驱动对应的线材6，由此，将可弯曲部分5保持在刚性弯曲状态。利用该实施方式，有故障拖拉机构7和正常拖拉机构7通过组合改变机构33而切换，以使线材6可以利用正常拖拉机构7返回至其初始状态，由此，可弯曲部分5可以再次拉直。其有利之处在于，可以将机械手1从身体平滑去除。

在这个实施方式中，当拖拉机构7有故障时，可弯曲部分5的弯曲角不会响应于外科医生Y在输入单元81上执行的输入操纵而正确改变，而且显示在显示单元82上的摄像机25的视野不正确地移动。因此，外科医生Y可以容易地认识到拖拉机构7中的故障。考虑到这一点，外科医生Y可以检测拖拉机构7中的故障，并且例如通过按压开关(未示出)而人工启用恢复模式。

在这个实施方式中，螺纹轴10沿径向方向设置在可移动部件31的外侧处。另选的是，如图14所示，螺纹轴10可以沿径向方向设置在可移动部件31的内侧处。

通过推拉线材6而导致可弯曲部分5弯曲的程度取决于线材6沿径向方向的位置。具体来说，具体来说，线材6与远端部分4之间的连接位置沿径向方向朝着外侧越靠近，根据相同角弯曲可弯曲部分5所需推拉线材6的量越可以最小化。因此，通过将拖拉机构7沿径向方向设置在内侧，并将可移动部件31和线材6沿径向方向设置在外侧，可以更有效地弯曲可弯曲部分5。

在这种情况下，如图14所示，每个可移动部件31都具有以轴A为中心的圆弧状截面形状，并且将螺纹槽31a形成在其内周表面中。利用该构造，当通过致动组合改变机构33而使拖拉机构7绕轴A旋转时，螺纹轴10可以容易地沿形成有螺纹槽31a的内周表面移动。

在这个实施方式中，组合改变机构33被描述为设置成，相对于线材6和可移动部件31旋转拖拉机构7。然而，拖拉机构7在改变该组合时的移动不限于此。例如，线材6、可移动部件31以及拖拉机构7的组合可以通过线状移动拖拉机构7来改变。

图15A和15B例示了线状移动拖拉机构7的组合改变机构33的实施例。在这种构造中，将两组线材6、可移动部件31以及拖拉机构7设置在彼此面对的位置处，并且其间插入有轴A。拖拉机构7皆包括：沿轴A的方向推动和拖拉的控制杆35；和连杆机构36，其将控制杆35的推拉运动转换成沿正交于轴A的方向的线状运动，以使移动拖拉机构7。在这种构造中，可移动部件31在可与两个螺纹轴10啮合的两个表面中具有螺纹槽31a。

而且，尽管在该实施方式中，驱动器9设置在可弯曲部分的近端，但驱动器9的位置不限于此。例如，驱动器9可以设置在机械手1的近端。

而且，尽管在第一和第二实施方式中，将机械手1描述为配备有摄像机25和外科工具26，但摄像机25可以在必要时省略。

附图标记列表

1 机械手

2 插入部

3 主要部分

310 外管、第一部件

320 外管、第二部件

4 远端部分

5 可弯曲部分

5a 关节环

6 线材(线状部件)

7 拖拉机构

8 轴(轴部件、动力传送器、动力变换器)

9 电动机(动力生成器)

10 螺纹轴(螺纹轴部件、动力传送器、连接器、动力变换器)

11 螺母(螺母部件、动力传送器、支承部件)

12 线材松弛单元(线状部件松弛单元)

13 移动机构

14 轴(动力转换器)

15 电动机(旋转力生成器)

16 螺纹轴(动力转换器)

17 螺母(动力转换器)

18 定位部件

19 定位释放机构

20 可操纵部

21 轴

22 止动部

23 故障检测器

231 曲率传感器

232 故障确定电路

24 灯单元

25 摄像机

26 外科工具

26a 关节

31 可移动部件(连接器)

31a 螺纹槽

32 支承体

33 组合改变机构

35 控制杆

36 连杆机构

40 床

60 控制装置

80 操纵装置

81 输入单元

82 显示单元

100 外科机械手系统

X 患者

Y 外科医生

Claims (12)

1.一种机械手，该机械手包括：

伸长的主要部分，设置在所述主要部分的远端处的远端部分，以及设置在所述主要部分与所述远端部分之间的可弯曲部分；

多个线状部件，所述多个线状部件连接至所述远端部分，并且经由所述可弯曲部分延伸至所述主要部分；

动力生成器，该动力生成器生成动力；

多个动力传送器，所述多个动力传送器设置在所述主要部分中，并且随着沿所述主要部分的纵向方向的线状运动，向所述线状部件的近端传送由所述动力生成器生成的动力；以及

线状部件松弛单元，该线状部件松弛单元通过从所述动力传送器传送的所述线状运动，通过沿所述纵向方向推拉所述线状部件，来同时松弛在所述远端部分与所述动力传送器之间产生张力的所述多个线状部件。

2.根据权利要求1所述的机械手，

其中，所述线状部件松弛单元使所述远端部分和所述多个动力传送器彼此靠近地沿所述纵向方向相对移动。

3.根据权利要求2所述的机械手，

其中，所述线状部件松弛单元包括：支承部件，该支承部件同时支承所述多个动力传送器，并且可相对于所述主要部分沿所述纵向方向随所述多个动力传送器一起移动；和移动机构，该移动机构朝着所述远端移动所述支承部件。

4.根据权利要求2所述的机械手，

其中，所述线状部件松弛单元包括：支承部件，该支承部件支承所述可弯曲部分的近端；以及移动机构，该移动机构朝着所述近端移动所述支承部件。

5.根据权利要求3所述的机械手，

其中，所述移动机构包括：

旋转力生成器，该旋转力生成器生成旋转力；以及

动力转换器，该动力转换器将由所述旋转力生成器生成的所述旋转力转换成沿所述纵向方向的线状运动，并将该线状运动传送至所述支承部件。

6.根据权利要求4所述的机械手，

其中，所述移动机构包括：

旋转力生成器，该旋转力生成器生成旋转力；以及

动力转换器，该动力转换器将由所述旋转力生成器生成的所述旋转力转换成沿所述纵向方向的线状运动，并将该线状运动传送至所述支承部件。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的机械手，

其中，所述动力传送器各包括：

轴部件，该轴部件沿所述纵向方向设置在所述主要部分中，并且根据由所述动力生成器所生成的动力而绕沿所述纵向方向延伸的轴旋转；

螺纹轴部件，该螺纹轴部件将对应的线状部件的近端连接至所述轴部件，并且该螺纹轴部件随所述轴部件一起旋转；以及

螺母部件，该螺母部件与所述螺纹轴部件啮合，并且沿所述纵向方向馈进旋转的所述螺纹轴部件。

8.一种机械手，该机械手包括：

伸长的主要部分，设置在所述主要部分的远端处的远端部分，以及设置在所述主要部分与所述远端部分之间的可弯曲部分；

多个线状部件，所述多个线状部件连接至所述远端部分，并且经由所述可弯曲部分延伸至所述主要部分；

多个拖拉机构，所述多个拖拉机构设置在所述主要部分中，并且具有：连接至所述线状部件的近端的连接器；产生旋转运动的驱动器；以及动力转换器，该动力转换器将由所述驱动器产生的旋转运动转换成沿纵向方向的线状运动，并将该线状运动传送至所述连接器；以及

组合改变机构，该组合改变机构改变所述线状部件和连接至所述线状部件的所述拖拉机构的组合。

9.根据权利要求8所述的机械手，

其中，所述动力转换器各包括：轴部件，该轴部件沿所述主要部分的纵向方向设置，并且通过对应的驱动器绕该轴部件的中心轴旋转；螺纹轴部件，该螺纹轴部件与所述轴部件同轴，并且随所述轴部件一起旋转；以及可移动部件，该可移动部件具有可与所述螺纹轴部件啮合的螺纹槽，并且该可移动部件按沿所述纵向方向可移动方式设置在对应的线状部件的近端处，并且

其中，每个连接器都由所述螺纹轴部件和所述可移动部件形成。

10.根据权利要求8所述的机械手，

其中，所述组合改变机构通过相对于所述线状部件移动所述拖拉机构，来改变所述线状部件和所述拖拉机构的组合。

11.根据权利要求10所述的机械手，

其中，所述主要部分包括管状外管，该管状外管具有：第一部件，该第一部件固定至所述可弯曲部分；和第二部件，该第二部件按相对于所述第一部件沿周向方向可旋转的方式设置在所述第一部件的近端处，并且容纳所述拖拉机构，并且

其中，所述组合改变机构通过使所述拖拉机构随所述第二部件一起旋转，来相对于所述线状部件移动所述拖拉机构。

12.根据权利要求8至11中的任一项所述的机械手，所述机械手还包括：

故障检测器，该故障检测器检测所述拖拉机构中的故障，

其中，当所述故障检测器检测到所述拖拉机构中的故障时，所述组合改变机构改变所述线状部件和所述拖拉机构的组合。