CN105392413A - 机械手和机械手系统 - Google Patents

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CN105392413A CN201480040977.4A CN201480040977A CN105392413A CN 105392413 A CN105392413 A CN 105392413A CN 201480040977 A CN201480040977 A CN 201480040977A CN 105392413 A CN105392413 A CN 105392413A
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Abstract

本发明提供一种机械手(5)，该机械手(5)在插入部的前端部(10)具有前端侧关节组(11)和基端侧关节组(12)，它们在长度轴方向上相邻排列，使前端部(10)弯曲，基端侧关节组(12)具有多个基端侧弯曲关节(12a～12d)，它们通过分别绕并行配置的轴线弯曲，能够使前端部(10)弯曲180°以上，前端侧关节组(11)具有：第一前端侧弯曲关节(11a、11b)，其配置在比基端侧关节组(12)靠前端侧的位置，绕与包含各基端侧弯曲关节(12a～12d)的轴线和长度轴的平面交叉的轴线弯曲；以及第二前端侧弯曲关节(11c)，其相对于第一前端侧弯曲关节(11a、11b)的轴线配置在长度轴方向上，绕与基端侧弯曲关节(12a～12d)的轴线并行配置的轴线弯曲。

Description

机械手和机械手系统
技术领域
本发明涉及机械手和机械手系统。
背景技术
以往，公知有一种内窥镜，该内窥镜在插入部的前端在长度方向上相邻地具有2个弯曲部(例如参照专利文献1)。该内窥镜能够对相对于插入方向来说位于前方的患部进行观察和处置。并且，公知有一种内窥镜，该内窥镜具有插入部的前端呈U字状折回的形态(例如参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-196269号公报
专利文献2：日本特表2009-539573号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在大肠那样的管腔内的处置中，具有如下缺点：存在位于管腔内壁的褶皱的插入方向近前侧、里侧或者是跨越两侧那样的病变部，即使使用上述的专利文献1和专利文献2中任意的内窥镜也不能充分地进行病变部的处置。
本发明就是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种机械手和机械手系统，无论对象部位在管腔内的哪个位置，都能够将其前端配置于容易对对象部位进行处置等的位置。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明提供以下的手段。
本发明的一个方式提供一种机械手，该机械手在细长的插入部的前端部具有前端侧关节组和基端侧关节组，该前端侧关节组和基端侧关节组在长度轴方向上相邻排列，使所述前端部弯曲，该基端侧关节组具有多个基端侧弯曲关节，该多个基端侧弯曲关节通过分别绕并行配置的轴线弯曲，能够使所述前端部弯曲180°以上，所述前端侧关节组具有：第一前端侧弯曲关节，其配置在比所述基端侧关节组靠前端侧的位置，绕与包含各所述基端侧弯曲关节的轴线和所述长度轴的平面交叉的轴线弯曲；以及第二前端侧弯曲关节，其相对于该第一前端侧弯曲关节的轴线配置在长度轴方向上，绕与所述基端侧弯曲关节的轴线并行配置的轴线弯曲。
根据本方式，通过使设置在插入部的前端的前端侧关节组和基端侧关节组进行动作来使前端部呈大致直线状延伸，能够提高对细长的直线状的管腔的插入性，对于弯曲的管腔来说，使构成前端侧关节组和基端侧关节组的各弯曲关节绕各轴线适当弯曲，能够模仿管腔的形状而容易插入。
并且，例如在插入部的前端面设置有观察光学系统的情况下，能够观察位于在插入方向的前方扩展的视野内的患部。另一方面，在患部如管腔的褶皱的背侧那样根据前方扩展的视野不能观察到的情况下，通过使构成基端侧关节组的多个基端侧弯曲关节进行动作，能够使前端部弯曲180°以上从而使视野朝向插入方向的后方。
即使在该状态下，通过使前端侧关节组所具有的第一前端侧弯曲关节和第二前端侧弯曲关节进行动作，也能够使插入部的前端在两个自由度方向上移动，能够进行患部的观察和处置。
在上述方式中，所述基端侧关节组除了能够使所述前端部弯曲180°以上的基端侧弯曲关节之外还可以具有1个以上的基端侧弯曲关节。
这样，即使在使插入部的前端朝向插入方向的后方的状态下，也能够利用其他的一个以上的基端侧弯曲关节使前端移动。并且，通过该其他的一个以上的基端侧弯曲关节与第二前端侧弯曲关节的协作动作，能够使前端朝一个方向平移移动。由此，能够在维持前端姿态的状态下使前端移动，能够在抑制与管腔的内壁的干涉的同时进行观察和处置。
并且，在上述方式中，所述基端侧关节组可以具有3个以上的基端侧弯曲关节。
这样，能够通过构成基端侧关节组的3个以上的基端侧弯曲关节使前端部呈尺蠖状动作，从而进行插入部向长度轴方向的进退。
并且，在上述方式中，所述前端侧关节组可以具有2个以上的第一前端侧弯曲关节。
这样，能够在与第二前端弯曲关节的移动方向交叉的方向上使插入部的前端在维持姿态的状态下平移移动。
并且，在上述方式中，所述前端侧关节组可以具有2个以上的第二前端侧弯曲关节。
这样，能够在与第一前端侧弯曲关节的移动方向交叉的方向上使插入部的前端平移移动，而不使基端侧关节组进行动作。
并且，本发明的其他方式是提供一种机械手系统，该机械手系统具有：从动装置，其具有上述任意的机械手和驱动该机械手的驱动部；主装置，其具有由操作者进行操作的操作部；以及控制器，其根据由该主装置的所述操作部输入的输入信号来控制所述从动装置的驱动部。
发明效果
根据本发明，实现了以下效果：无论患部在管腔内的任何位置，都能够将前端配置于容易对患部进行处置等的位置。
附图说明
图1是示出具有本发明的一个实施方式的内窥镜的内窥镜系统的整体结构图。
图2是示出具有内窥镜的从动装置的立体图。
图3是局部地示出图2的内窥镜的弯曲部的立体图。
图4是图3的弯曲部的(a)简化的侧视图、(b)示意性的侧视图。
图5是示出图3的弯曲部的基端侧关节组的(a)呈直线延伸的侧视图、(b)使最前端关节弯曲的侧视图。
图6是示出图3的弯曲部的基端侧关节组的(a)呈直线延伸的侧视图、(b)使从最前端起第二个关节弯曲的侧视图。
图7是示出图3的弯曲部的前端侧关节组的最基端侧的弯曲关节的(a)呈直线延伸的侧视图、(b)向一个方向弯曲的侧视图、(c)向另一个方向弯曲的侧视图。
图8是示出图3的弯曲部的前端侧关节组的从最基端侧起第二个弯曲关节的(a)呈直线延伸的侧视图、(b)向一个方向弯曲的侧视图、(c)向另一个方向弯曲的侧视图。
图9是示出图3的弯曲部的前端侧关节组的最前端的弯曲关节的(a)呈直线延伸的侧视图、(b)向一个方向弯曲的侧视图、(c)向另一个方向弯曲的侧视图。
图10是示出通过图2的内窥镜的弯曲部的基端侧关节组使弯曲部进行U形转变的状态的简化的侧视图。
图11是说明通过图2的内窥镜的弯曲部而进行的前端部的平移动作的示意性的(a)俯视图、(b)侧视图。
图12是说明通过图2的内窥镜的弯曲部而进行的前端部的直线的平移动作的示意性的侧视图。
图13是说明通过图2的内窥镜的弯曲部而进行的尺蠖状的进退的(a)呈直线延伸的侧视图、(b)使基端侧关节组收缩的状态的侧视图。
图14是示出通过图2的内窥镜的弯曲部的基端侧关节组使弯曲部(a)插入于体腔内的状态、(b)固定于体腔内的状态的侧视图。
图15是分别示出图2的内窥镜的弯曲部的轴结构的(a)第一变形例、(b)第二变形例、(c)第三变形例的示意性的侧视图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的一个实施方式的机械手和机械手系统进行说明。
如图1所示，本实施方式的机械手系统是内窥镜系统1，该内窥镜系统1具有由医生(操作者)A进行操作的主装置2、通过经由了该主装置2的输入而驱动的从动装置3、根据向主装置2的输入来控制从动装置3的控制器4、以及监视器25。
如图2所示，从动装置3具有插入患者P的体腔内的本实施方式的内窥镜5、以及驱动该内窥镜5的驱动部6a、6b。
本实施方式的机械手是内窥镜5，是具有可弯曲的软性的细长的插入部7的软性内窥镜，其中该内窥镜5具有细长的软性部8、配置于前端的前端部9、以及配置于这些前端部9与软性部8之间的弯曲部10。另外，虽然在本实施方式中是软性内窥镜，但也可以是具有细长的硬性部的硬性内窥镜。
如图3所示，弯曲部10具有用于变更前端部9相对于软性部8的前端的位置和姿态的前端侧关节组11和基端侧关节组12。前端侧关节组11和基端侧关节组12在插入部7的长度方向上并排排列。图4(a)示出将弯曲部10简化后的图，图4(b)示出将弯曲部10示意性化后的图。
基端侧关节组12具有多个例如4个弯曲关节(基端侧弯曲关节)12a～12d。这些弯曲关节12a～12d分别配置于2个连杆部件13a～13e间，这些弯曲关节12a～12d使2个连杆部件13a～13e间的相对角度变化。
各弯曲关节12a～12d分别绕在插入部7的长度方向、即各连杆部件13a～13e的长度轴方向上隔开间隔而平行配置(沿Y轴方向)的轴线14a～14d独立地弯曲。各弯曲关节12a～12d构成为能够在例如±60°的弯曲角度范围内弯曲，作为基端侧关节组12整体能够弯曲±240°。另外，轴线14a～14d只要以能够弯曲的方式并行排列即可，不一定需要平行配置。
如图5和图6所示，各弯曲关节12a～12d例如通过以下方式构成：每多个例如一个弯曲关节12a～12d以可相互摆动的方式连接4个弯曲块15a～15d而配置于2个连杆部件13a～13e间，并将配置成贯穿设置在各弯曲块15a～15d的端部的贯穿孔的线16a的前端固定在前端侧的连杆部件13e上。
图5是示出基端侧关节组12内的配置于最前端的弯曲关节12d的动作的图。分别被从插入部7的基端侧至弯曲关节12d的基端侧的连杆部件13d沿长度方向配置的2个护套17a引导的两根线16a固定于弯曲关节12d的前端侧的连杆部件13e。通过如图5(b)那样向一根线16a施加张力F，能够仅使前端的弯曲关节12d从如图5(a)那样呈直线延伸的状态向一个方向弯曲。
图6是示出基端侧关节组12内的配置于从前端起第二个的弯曲关节12c的动作的图。分别被从插入部7的基端侧至弯曲关节12c的基端侧的连杆部件13c沿长度方向配置的2个护套17b引导的两根线16b固定于弯曲关节12c的前端侧的连杆部件13d。通过如图6(b)那样向一根线17b施加张力F，能够仅使从前端起第二个弯曲关节12c从如图6(a)那样呈直线延伸的状态向一个方向弯曲。
对于从前端起第三个和第四个弯曲关节12b、12a，尽管未图示，也同样地构成。
前端侧关节组11具有多个例如3个弯曲关节(前端侧弯曲关节)11a～11c。这些弯曲关节11a～11c也分别配置于2个连杆部件13f～13h之间，使2个连杆部件13f～13h间的相对角度变化。
如图3所示，基端侧的2个弯曲关节11a、11b分别绕与包含基端侧关节组12的最前端的弯曲关节12d的轴线14d和连杆部件13e～13h的长度轴的平面垂直(沿Z轴方向)的轴线14e、14f使连杆部件13f～13h摆动。并且，最前端的1个弯曲关节11c绕与包含上述弯曲关节11a、11b的轴线14e、14f和连杆部件13e～13h的长度轴的平面垂直(沿Y轴方向)的轴线14g使前端部9摆动。另外，轴线14e、14f可以设置为以能够弯曲的方式与包含轴线14d和长度轴的平面交叉，而并不一定要与上述平面垂直。
如图7(a)～(c)所示，关于前端侧关节组11内的最基端侧的弯曲关节11a，例如通过对前端固定在滑轮18a上的线19a施加张力F使连杆部件13f相对于连杆部件13e摆动，其中，该滑轮18a固定在以可摆动的方式与基端侧的连杆部件13e连结的前端侧的连杆部件13f上。在滑轮18a上固定有能够借助张力F使滑轮18a向相反方向旋转的两根线19a的前端。
如图8(a)～(c)所示，前端侧关节组11内的从基端起第二个弯曲关节11b具有：基端侧滑轮18b，其以可摆动的方式与2个连杆部件13e、13f连结；前端侧滑轮18c，其固定在前端侧的连杆部件13g上，并以可摆动的方式与基端侧的连杆部件13f连结；以及连结连杆20，其对这些滑轮18b、18c之间进行连接。在基端侧滑轮18b上固定有线19b的前端，通过对该线19b施加张力F使连杆部件13g相对于连杆部件13f摆动。在基端侧滑轮18b上固定有能够借助张力F使基端侧滑轮18b向相反方向旋转的两根线19b的前端。
如图9(a)～(c)所示，位于插入部7的最前端的弯曲关节11c将两个连杆部件13g、13h连结为能够绕轴线14g相对地摆动，通过对前端固定在前端侧的连杆部件13g上的线19c施加张力F，使连杆部件13h相对于连杆部件13g摆动。
使所有的弯曲关节11a～11c、12a～12d进行动作的线16a、16b、19a～19c穿过软性部8的内部而延伸至软性部8的基端侧。
如图2所示，驱动部6a、6b具有前端侧驱动部6a和基端侧驱动部6b这两个，该前端侧驱动部6a驱动前端侧关节组11，该基端侧驱动部6b驱动基端侧关节组12。各驱动部6a、6b经由中继部21与内窥镜5的软性部8连接。各驱动部6a、6b具有安装在各线16a、16b、19a～19c的基端的滑块(省略图示)，使得对经由软性部8内而延伸到基端侧的线16a、16b、19a～19c的基端部进行牵引，从而对独立地施加于各线16a、16b、19a～19c的张力F进行调节。各驱动部能够拆卸地安装于具有电动式的致动器的驱动源22、或者手动式的手动操作用主操作部(省略图示)。
驱动源22的致动器例如是直线电动机那样的直线致动器，若安装了驱动部6a、6b，则致动器与驱动部6a、6b的滑块卡合，利用致动器的动作使滑块滑动而对线16a、16b、19a～19c施加张力F。
并且，若手动操作用主操作部安装了驱动部6a、6b，则操作部与驱动部6a、6b的滑块卡合，借助医生A施加的力使滑块滑动而对线16a、16b、19a～19c施加张力F。
在中继部21中设置有供处置器具插入于沿着插入部7的长度方向延伸且在前端面开口的钳子通道(省略图示)内的插入端口23。
如图1所示，主装置2是具有与内窥镜5的弯曲部10相同数量的关节的相似形状的输入装置。在各关节中具有检测其弯曲角度的编码器等检测器(省略图示)，输出医生A把持前端部而移动时由检测器检测出的主装置2的各关节的弯曲角度信号。
控制器4控制驱动部6a、6b使由主装置2输出的弯曲角度信号所表示的主装置2的各关节的弯曲角度与内窥镜5的弯曲部10的各弯曲关节11a～11c、12a～12d的弯曲角度相同。
以下对这样构成的本实施方式的内窥镜5和内窥镜系统1的作用进行说明。
要想使用本实施方式的内窥镜5来进行患者P的体腔内的观察和处置，需要将手动操作用主操作部仅安装在驱动前端侧关节组11的前端侧驱动部6a来进行向体腔内的插入作业。
医生A用左手把持手动操作用主操作部进行操作，并且用右手保持插入部7，按照与以往的内窥镜相同的方法将内窥镜5插入体腔内。这时，通过使内窥镜5进行动作来拍摄体腔内的情况并将其显示在监视器25上。医生A通过一边观察监视器25一边操作手动操作用主操作部来驱动前端侧关节组11，将插入部7插入体腔内直到内窥镜5的前端部9接近患部为止。
在该状态中，因为在驱动基端侧关节组12的基端侧驱动部6b上未安装驱动源22和手动操作用主操作部，所以基端侧关节组12能够模仿前端侧关节组11的动作而被动地追随其进行动作。由此，插入动作不会被基端侧关节组12妨碍。
并且，在插入部7的前端部9配置于患部附近时，将手动操作用主操作部切换成驱动源22并且在基端侧驱动部6b上也安装驱动源22，从而由医生A来操作主装置2。
本实施方式的内窥镜5因为具有合计±240°弯曲的4个弯曲关节12a～12d作为基端侧关节组，所以如图10所示，能够使弯曲部10呈U字状弯曲而使内窥镜5的前端面朝向后方。并且，因为即使在使弯曲部10呈U字状弯曲的状态下各弯曲关节12a～12d的动作范围也存在富余，所以能够使插入部7的前端部9进退。其结果是具有以下优点：不仅对配置于插入体腔的插入方向的前方的患部，即使对如褶皱的背侧那样配置于反方向上的患部，也能够使插入部7的前端面朝向容易观察或者处置的位置。
并且，根据本实施方式的内窥镜5，能够仅通过基端侧关节组12的动作使插入部7的前端进行U形转变，即使在进行U形转变的状态下，也能够通过前端侧关节组11的3个弯曲关节11a～11c使插入部7的前端面三维地移动至任意的位置。特别是根据本实施方式的内窥镜5，能够实现如图11(a)所示那样通过构成前端侧关节组11的2个弯曲关节11a、11b的协作动作使前端部9向与基端侧关节组12的弯曲方向垂直的方向的平移移动、以及如图11(b)所示那样通过基端侧关节组12的最前端的弯曲关节12d与前端侧关节组11的最前端的弯曲关节11c的协作动作使前端部9向基端侧关节组12的弯曲方向的平移移动。
即，通过以如下的方式进行协作动作能够一边维持前端部9的姿态一边使其平移移动：由前端侧关节组11的前端的2个弯曲关节11b、11c决定前端部9向垂直的两个方向的姿态，利用其基端侧的两个弯曲关节11a、12d来抵消前端的两个弯曲关节11b、11c的摆动。由此，能够在抑制前端部9与体腔内壁的干涉的同时进行观察和处置。
在本实施方式中，因为基端侧关节组12可以实现±240°的弯曲角度，所以即使在进行U形转变的状态下，动作范围也会存在富余，从而能够使前端部9精确地进行平移移动。并且，如图12所示，通过基端侧关节组12的所有弯曲关节12a～12d与前端侧关节组11的弯曲关节11c的协作动作，能够实现前端部9向基端侧关节组12的弯曲方向描绘直线状轨迹的平移移动。
并且，如图13(a)、(b)所示，在基端侧关节组12大致呈直线延伸的状态下，通过在4个弯曲关节12a～12d内的两端的两个弯曲关节12a、12d与中央的2个弯曲关节12b、12c处使弯曲方向不同，也能够使弯曲关节12a～12d如尺蠖那样移动而使插入部7的前端部9进退。即使不手动地插入插入部7也能够微调前端部9的位置。
并且，如图14所示，在使插入部7在体腔B内行进而到达患部附近后，通过如图14(a)所示那样，使基端侧关节组12呈U字状弯曲，并且如图14(b)所示那样，以向体腔B的内壁按压的方式使弯曲的插入部7自身张紧，从而能够使插入部7相对于体腔B固定，并且能够在确保空间的同时稳定地进行观察和处置。
在处置结束后，从驱动源22分开驱动部6a、6b，使所有的弯曲关节11a～11c、12a～12d成为被动地进行动作的状态，通过手动地拔出插入部7，能够将内窥镜5从体腔B内拔出。
另外，在本实施方式中举例示出了具有由三个弯曲关节11a～11c构成的前端侧关节组11和由四个弯曲关节12a～12d构成的基端侧关节组12的弯曲部10，但轴结构并不限定于此，也可以采用如图15所示那样的其他的轴结构。
图15(a)示出了作为基端侧关节组12，代替在Y轴方向上具有轴线的4个弯曲关节12a～12d而将在Y轴方向上具有轴线的4个弯曲关节12a～12d与在Z轴方向上具有轴线的4个弯曲关节12e～12h在长度轴方向上交替排列。由此，即使在基端侧关节组12中也能够向两个轴方向上弯曲180°以上。
图15(b)示出了除了作为前端侧关节组11的三个弯曲关节11a～11c之外还具有一个在Y轴方向上具有轴线的弯曲关节11d。由此，通过构成前端侧关节组11的弯曲关节11a～11d的协作动作，能够使前端部9在维持姿态的情况下进行平移移动。
并且，图15(c)虽然与图15(b)同样地示出了具有四个弯曲关节11a～11d作为前端侧关节组11，但将在Y轴方向上具有轴线的弯曲关节11c、11d与在Z轴方向上具有轴线的弯曲关节11a、11b在长度轴方向上交替排列。由此也能够进行与图15(b)相同的动作。
并且，在本实施方式中，对基端侧关节组12具有合计±240°的动作范围进行了说明，但并不限定于此，只要在至少一个方向上具有180°以上的动作范围即可。由此，能够使前端部9进行U形转变。
并且，基端侧关节组12除了合计至少在一个方向上具有180°以上的动作范围的多个弯曲关节之外，还可以具有一个以上的弯曲关节。这样，能够使前端部9在进行了U形转变之后还具有富余。
并且，在本实施方式中，对将各关节隔开间隔地配设于连杆部件进行了说明，但并不限定于此，也可以不经由连杆部件来连接各关节。由此，能够更高程度地进行弯曲。
并且，在本实施方式中，作为机械手和机械手系统的一例，举例示出了内窥镜5和内窥镜系统1，但并不限定于此，也可以应用于处置器具等其他的机械手和机械手系统。
标号说明
A：医生(操作者)；1：内窥镜系统(机械手系统)；2：主装置；3：从动装置；4：控制器；5：内窥镜(机械手)；6a：前端侧驱动部(驱动部)；6b：基端侧驱动部(驱动部)；7：插入部；9：前端部；10：弯曲部(前端部)；11：前端侧关节组；11a、11b：弯曲关节(第一前端侧弯曲关节)；11c：弯曲关节(第二前端侧弯曲关节)；12：基端侧关节组；12a～12h：弯曲关节(基端侧弯曲关节)。

Claims (6)

1.一种机械手，其中，
该机械手在细长的插入部的前端部具有前端侧关节组和基端侧关节组，该前端侧关节组和基端侧关节组在长度轴方向上相邻排列，使所述前端部弯曲，
该基端侧关节组具有多个基端侧弯曲关节，该多个基端侧弯曲关节通过分别绕并行配置的轴线弯曲，能够使所述前端部弯曲180°以上，
所述前端侧关节组具有：第一前端侧弯曲关节，其配置在比所述基端侧关节组靠前端侧的位置，绕与包含各所述基端侧弯曲关节的轴线和所述长度轴的平面垂直的轴线弯曲；以及第二前端侧弯曲关节，其相对于该第一前端侧弯曲关节的轴线配置在长度轴方向上，绕与所述基端侧弯曲关节的轴线并行配置的轴线弯曲。
2.根据权利要求1所述的机械手，其中，
所述基端侧关节组除了能够使所述前端部弯曲180°以上的基端侧弯曲关节之外还具有1个以上的基端侧弯曲关节。
3.根据权利要求1或2所述的机械手，其中，
所述基端侧关节组具有3个以上的基端侧弯曲关节。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的机械手，其中，
所述前端侧关节组具有2个以上的第一前端侧弯曲关节。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的机械手，其中，
所述前端侧关节组具有2个以上的第二前端侧弯曲关节。
6.一种机械手系统，其中，该机械手系统具有：
从动装置，其具有权利要求1至5中的任意一项所述的机械手和驱动该机械手的驱动部；
主装置，其具有由操作者进行操作的操作部；以及
控制器，其根据由该主装置的所述操作部输入的输入信号来控制所述从动装置的驱动部。
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