CN105828738B - 柔性机械手用引导部件和柔性机械手 - Google Patents

柔性机械手用引导部件和柔性机械手 Download PDF

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Abstract

以提高在插入部(6)的基端侧通过细长的驱动力传递部件(8)对配置在柔性的插入部(6)的前端的可动部进行操作的情况下的操作性或者进行控制的情况下的控制性为目的，本发明的柔性机械手用引导部件(11)设置于柔性机械手的插入部(6)，该柔性机械手具有细长且柔性的插入部(6)、配置在该插入部(6)的前端的可动部、配置在插入部(6)的基端的驱动部以及将该驱动部的动力传递给可动部的细长的驱动力传递部件(10)，该柔性机械手用引导部件(11)具有在长度方向上贯穿有驱动力传递部件(10)的腔(12)，该腔(12)具有绕着插入部(6)的长度轴扭转的形状。

Description

柔性机械手用引导部件和柔性机械手
技术领域
本发明涉及柔性机械手用引导部件和柔性机械手。
背景技术
公知有通过线来驱动配置在插入部的前端的弯曲部或者钳子等可动部的方式的内窥镜、导管或者机械手(例如，参照专利文献1至8。)。
专利文献1公开了如下的柔性机械手：通过将用于对设置在柔性的插入部的前端的钳子等可动部进行驱动的线贯穿于腔内而进行引导，不需要绝缘覆膜或线圈护套，实现了细径化和低成本化，其中，所述腔沿着配置于插入部的多腔管的长度方向笔直地形成。
并且，专利文献2公开了如下的硬性机械手：通过将贯穿于关节内的用于驱动钳子等可动部的多条线分别贯穿于多个护套内并在关节位置扭转护套来补偿由于关节的弯曲导致的路径长度的不同，其中，所述关节配置在硬性的插入部的前端，所述钳子等可动部配置在比关节靠前端侧的位置，所述多个护套贯穿于插入部和关节。
并且，专利文献3公开有如下的医疗用管：为了防止具有在径向上对管内进行划分的间隔壁的多腔管的弯曲刚性因间隔壁的位置而不均匀，间隔壁沿着长度方向扭转。
并且，专利文献4公开有如下的导管：为了提高配置在柔性的插入部的前端的弯曲部的弯曲性，该导管在插入部和弯曲部具有多腔，该多腔中的贯穿有线的腔被扭转90°。
并且，专利文献5公开有如下的内窥镜插入部：为了防止配置在挠性管内的线引导件压迫或损伤挠性管内的其他内置物，将由在挠性管内绕着挠性管的轴线扭转的盘管构成的线引导件固定在挠性管的内表面。
并且，专利文献6公开有如下的内窥镜：将弯曲操作线沿着长度方向笔直地贯穿于配置在径向的中央的腔内，将信号线等贯穿于呈螺旋状配置在该腔的周围的腔内。
并且，专利文献7公开有如下的内窥镜：将弯曲操作用的线贯穿于沿着多腔管的长度方向并排设置的腔内。
进而，专利文献8公开有如下的导管：将贯穿有弯曲操作用的线的腔沿着长度轴配置为螺旋状。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第4420593号公报
专利文献2：日本特表2013-518665号公报
专利文献3：日本特许第2137683号公报
专利文献4：日本特许第3628385号公报
专利文献5：日本特许第4349685号公报
专利文献6：日本特开2000-185013号公报
专利文献7：日本特开2009-66299号公报
专利文献8：日本特开2010-227137号公报
发明内容
发明要解决的课题
关于专利文献1的柔性机械手，由于对线进行引导的腔沿着插入部的长度方向笔直地形成，因此，根据插入部的弯曲方向，在用于操作可动部的两条线的路径长度上产生差，当一条线绷紧，另一条松弛时，可动部向意图之外的方向移动。
专利文献2涉及硬性机械手的关节部分，仅对积极地向已定的弯曲方向弯曲的弯曲部中的线路径进行了设想。
专利文献3以提高医疗用管的挠性为目的，没有记载用于驱动可动部的线。
并且，专利文献4涉及用于使弯曲部容易向弯曲刚性较低的方向弯曲的线路径，仅对积极地向已定的弯曲方向弯曲的弯曲部中的线路径进行了设想。
并且，专利文献5只是公开了通过由盘管构成的线引导件进行固定使得其他内置物不被损伤的情况。
并且，在专利文献6、7中，由于驱动可动部的线的路径沿着插入部的长度方向笔直地形成，因此，在插入部呈笔直的情况和插入部弯曲的情况下，线与腔之间产生的摩擦力的变化较大，控制性较差。
并且，专利文献8只是公开了通过根据线的张力而使导管进行的压缩，进行前端的弯曲和回旋。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供能够提高在插入部的基端侧通过细长的驱动力传递部件对配置在柔性的插入部的前端的可动部进行操作的情况下的操作性或者进行控制的情况下的控制性的柔性机械手用引导部件和柔性机械手。
用于解决课题的手段
本发明的一个方式是柔性机械手用引导部件，该柔性机械手用引导部件设置于柔性机械手的插入部，所述柔性机械手具有细长且柔性的所述插入部、配置在该插入部的前端的可动部、配置在所述插入部的基端的驱动部以及将该驱动部的动力传递给所述可动部的细长的驱动力传递部件，所述柔性机械手用引导部件具有在长度方向上贯穿有所述驱动力传递部件的腔，该腔具有绕着所述插入部的长度轴扭转的形状。
根据本方式，当使配置在插入部的基端的驱动部工作时，产生的动力通过贯穿于腔内的驱动力传递部件而传递给配置在插入部的前端的可动部，从而可动部工作。当使细长且柔性的插入部弯曲时，腔的形状也随着插入部的弯曲而变化，但是，具有绕着插入部的长度轴扭转的形状的腔的内表面与贯穿于该腔内的驱动力传递部件的接触状态不根据插入部的弯曲状态而较大地变化，无需根据弯曲状态较大地改变由驱动部产生的动力。因此，能够提高可动部的操作性或者控制性。
在上述方式中，也可以是，所述腔形成为螺旋状。
这样，能够通过均匀间距的螺旋状的腔在插入部的各部分发挥均匀的性能，并且能够提高制造容易性。并且，通过缩小螺旋形状的间距，即使让插入部以更大的曲率弯曲，也不会改变腔的内表面与驱动力传递部件的接触状态。
并且，在上述方式中，也可以是，所述腔满足以下的条件式。
这里，R是所述插入部的曲率半径，r是螺旋形状的半径，l是螺旋形状的间距，dLR是所述驱动力传递部件的相对路径长度差的最大允许值，a是螺旋形状的路径长度相对于所述插入部的间距的比率的最大允许值。
这样，在插入部的弯曲半径为60mm的情况下能够将驱动力传递部件的路径长度变化抑制在2mm以下。并且，与使腔的形状为直线状的情况相比，能够将驱动力传递部件的伸长量抑制在10％以下。
并且，在上述方式中，也可以是，所述腔的螺旋形状的间距在所述插入部的长度方向的各位置不同。
这样，能够在需要以较大的曲率弯曲的部位，缩小腔的螺旋形状的间距，抑制腔的内表面与驱动力传递部件的接触状态的变化，在允许以较小的曲率弯曲的部位，缩短路径长度来抑制由于驱动力传递部件的伸长导致的控制性的降低。
并且，在上述方式中，也可以是，所述柔性机械手用引导部件具有两个以上所述腔。
这样，能够通过由单独的腔进行引导的驱动力传递部件进行两个以上的可动部的驱动或者可动部的往复动作。并且，当使插入部弯曲时，能够将在贯穿于两个以上的腔的两个以上的驱动力传递部件上产生的相对的路径长度差抑制得较小。
并且，在上述方式中，也可以是，所述柔性机械手用引导部件具有多对相邻配置的两个一对的所述腔。
这样，由于各对的两个腔具有类似的路径，因此，在使插入部弯曲时，能够将在各对的两个腔产生的相对的路径长度差抑制得更小。
并且，也可以是，所述柔性机械手用引导部件具有两个以上所述腔，各该腔的螺旋形状的间距不同。
这样，能够根据贯穿于腔内的驱动力传递部件等的允许弯曲半径，选择适当的腔，将驱动力传递部件插入配置在该腔中。
并且，本发明的其他方式是柔性机械手用引导部件，该柔性机械手用引导部件设置于柔性机械手的插入部，所述柔性机械手具有细长且柔性的所述插入部、配置在该插入部的前端的可动部、配置在所述插入部的基端的驱动部以及将该驱动部的动力传递给所述可动部的细长的驱动力传递部件，所述柔性机械手用引导部件具有三个以上在长度方向上贯穿有所述驱动力传递部件的腔，该腔具有沿着所述插入部的长度轴的编织形状。
根据本方式，与将腔形成为螺旋状的情况同样地，在使细长的柔性的插入部弯曲时，不会改变腔与贯穿于该腔内的驱动力传递部件的接触状态，无需根据弯曲状态较大地改变由驱动部产生的动力。因此，能够提高可动部的操作性或者控制性。
并且，在上述方式中，也可以是，所述柔性机械手用引导部件在径向的不同位置具有多个所述腔。
这样，在使插入部弯曲时，能够将配置在径向内侧的腔的路径长度变化抑制得比配置在径向外侧的腔小。因此，通过在径向内侧的腔中贯穿需要更大的驱动力传递的驱动力传递部件，能够提高可动部的控制性。
并且，在上述方式中，也可以是，所述柔性机械手用引导部件由挠性的多腔管构成。
这样，能够将维持多个路径的相对的位置关系的柔性机械手用引导部件一体成型。
并且，在上述方式中，也可以是，所述多腔管的挠性在长度方向的各位置不同。
这样，通过在插入部的内部、在以较小的曲率弯曲的部位采用挠性较低的材料，能够使插入部保持韧性。并且，由挠性较高的材料构成以较大的曲率弯曲的部位，能够提高弯曲容易性。
并且，本发明的其他方式是柔性机械手，该柔性机械手具有细长且柔性的插入部、配置在该插入部的前端的可动部、配置在所述插入部的基端的驱动部、将该驱动部的动力传递给所述可动部的细长的驱动力传递部件以及上述任意一种柔性机械手用引导部件。
根据本方式，通过贯穿于柔性机械手用引导部件的腔内的驱动力传递部件将在插入部的基端所施加的驱动部的动力传递给插入部的前端的可动部，从而使可动部动作。由于通过柔性机械手用引导部件抑制了插入部的弯曲前后的腔内表面与驱动力传递部件之间的摩擦的变动，因此，能够提高驱动部的操作性或者驱动部的控制性，使可动部高精度地工作。
并且，本发明的其他方式是柔性机械手，该柔性机械手具有细长且柔性的插入部、配置在该插入部的前端的可动部、配置在所述插入部的基端的驱动部、将该驱动部的动力传递给所述可动部的细长的驱动力传递部件以及上述任意一种柔性机械手用引导部件，所述柔性机械手用引导部件具有与所述腔不同地在长度方向上贯穿的贯穿路径。
根据本方式，能够经由除了贯穿有驱动力传递部件的腔之外的在长度方向上贯穿的贯穿路径来让配线、光纤以及其他长条部件贯穿或者使流体流动。贯穿路径可以扭转也可以不扭转。
在上述方式中，也可以是，所述贯穿路径由形成在所述柔性机械手用引导部件的外表面的槽形成。
这样，容易形成贯穿路径，确保了比较大的横截面积，在使流体流动的情况下能够使较多流量的流体流动。
并且，在上述方式中，也可以是，所述贯穿路径配置在比所述腔靠所述柔性机械手用引导部件的径向内侧的位置。
这样，在贯穿路径中贯穿有配线或光纤等长条部件的情况下，不会限制插入部的弯曲方向。
并且，在上述方式中，也可以是，所述插入部具有在长度方向上贯穿有所述柔性机械手用引导部件的柔性的外护套。
这样，通过使用挠性较高的材料的多腔管作为柔性机械手用引导部件，并借助于外护套来确保刚性，能够防止腔的翘曲等。
发明效果
根据本发明，能够实现如下效果：提高在插入部的基端侧通过细长的驱动力传递部件对配置在柔性的插入部的前端的可动部进行操作的情况下的操作性或者进行控制的情况下的控制性。
附图说明
图1是示出具有本发明的一个实施方式的柔性机械手的医疗用机械手系统的整体结构图。
图2是示出图1的柔性机械手的一例的立体图。
图3是局部示出图2的柔性机械手的插入部所具有的多腔管的腔的立体图。
图4A是图3的多腔管的横剖视图。
图4B是示出图4A的多腔管的第一变形例的横剖视图。
图4C是示出图4A的多腔管的第二变形例的横剖视图。
图4D是示出图4A的多腔管的第三变形例的横剖视图。
图4E是示出图4A的多腔管的第四变形例的横剖视图。
图5A是图4A的多腔管的第五变形例，是示出在在相邻位置配置有成对的线的情况的横剖视图。
图5B是示出在图5B的多腔管的中心轴对称位置配置有成对的线的情况的横剖视图。
图5C是示出在图5A的多腔管的中央具有腔的情况的横剖视图。
图5D是示出在图5B的多腔管的中央具有腔的情况的横剖视图。
图6是示出在图5A的多腔管中以两个腔的相对角度为参数的多腔管的长度与路径长度差之间的关系的曲线图。
图7A是示出在周向上配置三个图4B的多腔管并将多腔管扭转为螺旋状的例子的横剖视图。
图7B是示出具有中央的一个笔直的腔和在该腔的周向外侧呈螺旋状扭转的四对八个腔的多腔管的变形例的横剖视图。
图8A是在腔内具有内护套的多腔管的横剖视图。
图8B是具有包覆外部的外护套的多腔管的横剖视图。
图8C是具有包覆外部的外护套的图7A的多腔管的横剖视图。
图9是对多腔管中的腔的径向位置进行说明的侧视图。
图10是示出两个具有一个腔的护套被扭转而一体化的双绞线状的多腔管的侧视图。
图11是局部示出具有六个腔的多腔管的立体图。
图12A是仅在六个腔内的四个中配置有线的多腔管的横剖视图。
图12B是仅在六个腔内的四个中配置有线、剩下的两个形成为朝向外表面开口的槽状的多腔管的横剖视图。
图13是对螺旋路径长度与多腔管的长度之间的关系进行说明的图。
图14是对螺旋状的腔的弯曲角度进行说明的图。
图15是对腔的螺旋形状的间距在插入部的长度方向上不同的情况进行说明的图。
图16是对腔的材料在插入部的长度方向上不同的情况进行说明的图。
图17是示出在插入部的径向的不同的位置上设置有腔的情况的主视图和侧视图。
图18是对外径尺寸在插入部的长度方向上不同的多腔管进行说明的图。
图19A是局部示出具有在长度方向上连接了外径尺寸不同的部分的形状的线的侧视图。
图19B是示出贯穿有图19A的线的多腔管的一例的侧视图。
图20是示出图4A的多腔管的其他变形例的横剖视图。
图21是示出具有螺旋形状的间距不同的多个腔的多腔管的侧视图。
图22A是示出在中央的腔中贯穿有处置器具并通过线来进行弯曲的多腔管的一例的侧视图。
图22B是示出从图22A的状态弯曲后的多腔管的侧视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一个实施方式的柔性机械手用引导部件11和柔性机械手3进行说明。
本实施方式的柔性机械手3被用于例如图1所示的医疗用机械手系统1。该医疗用机械手系统1具有：主装置2，其由操作员A进行操作；柔性机械手3，其插入到患者O的体腔内；控制部4，其根据对主装置2的操作输入来控制柔性机械手3；以及监视器5。
如图2所示，本实施方式的柔性机械手3具有例如：插入部6，其经由插入到患者O的体腔内的内窥镜的钳子通道而插入到患者O的体腔内；可动部8，其具有配置在该插入部6的前端的关节和把持钳子等处置部7；驱动部9，其配置在插入部6的基端，通过由控制部4进行控制而使可动部8工作；以及线10(驱动力传递部件，参照图3。)，其将由该驱动部9产生的驱动力传递给可动部8。
本实施方式的柔性机械手用引导部件11设置于插入部6。即，如图3所示，柔性机械手用引导部件11由多腔管11a构成，该多腔管11a由挠性材料构成并且具有在长度方向上贯穿的多个腔12，在该各腔12中贯穿有线10。图3是局部示出由多腔管11a构成的柔性机械手用引导部件11的长度方向的一部分的图，柔性机械手用引导部件11在图3所示的例子中具有两个腔12。
在本实施方式中，各腔12形成为绕着多腔管11a的长度轴在一个方向上以一定的间距和一定的半径扭转的螺旋状。设插入部6的最小曲率半径为r，扭转的间距优选在2πr以下。
以下，对这样构成的本实施方式的柔性机械手3和柔性机械手用引导部件11的作用进行说明。
为了使用本实施方式的柔性机械手3来进行患者O的体腔内的处置，操作员A经由插入到患者O的体腔内的内窥镜的钳子通道从前端的可动部8侧将柔性机械手3的插入部6插入，一边通过监视器5来观察由内窥镜获取的图像一边使可动部8与患部对置。
接着，通过操作员A对主装置2进行操作，主装置2的操作量被输入给控制部4，控制部4根据操作量使驱动部9产生驱动力，将一条线10的张力增大得比另一条线10的张力大。施加于线10的驱动力被作为线10的张力传递给可动部8从而使可动部8动作。此时，线10由于贯穿于柔性机械手用引导部件11的腔12内而沿着螺旋状的腔12成为螺旋状的形态。
而且，由在线10上施加张力引起的线10的移动通过抵抗着该线10与腔12的内壁之间产生的摩擦力而进行。即，控制部4对驱动部9发出指令以使其产生驱动力，该驱动力考虑了由腔12与线10的接触引起的摩擦力。
在该情况下，由于设置于内窥镜的插入部的钳子通道根据被插入的体腔的形状而弯曲，因此，插入在该钳子通道内的柔性机械手3的插入部6也弯曲成与钳子通道相同的形状。
插入部6的弯曲的形态根据个人差异和插入到体腔的程度而不同，但是，由于本实施方式的柔性机械手用引导部件11通过螺旋状的腔12对线10进行引导，因此，即使在插入部6笔直地延伸的状态下，或者在插入部6复杂地弯曲的状态下，线10与腔12内表面的接触面积也都不会较大地变化。
因此，根据本实施方式的柔性机械手用引导部件11和柔性机械手3，具有如下的优点：线10与腔12内表面之间的摩擦不会依赖于插入部6的弯曲的形态而较大地变化，能够使由控制部4进行的驱动部9的控制变得容易。
另外，作为本实施方式的柔性机械手用引导部件11，例示了由具有多个腔12的柔性的多腔管11a构成的部件，但也可以取而代之，而将一个以上的具有一个腔12的柔性的护套以螺旋状的形态配设在插入部6内。
并且，作为多腔管11a的横截面形状，除了图3和图4A所示的圆形之外，也可以是图4B所示的四边形等其他任意的形状。
并且，多腔管11a中的腔12的位置可以如图4A所示，配置在相对于横截面的中心对称的位置，也可以如图4C所示，配置在周向上相邻的位置。并且，还可以如图4D、图4E所示，在中央具有用于其他用途等的腔(贯穿路径)13。
在该情况下，由于中央的腔13没有像其他的腔12那样扭转而是沿着多腔管11a的长度轴配置，因此，可有效地将不适合扭转的长条部件例如光纤等贯穿在内部。
并且，如图5A和图5B所示，多腔管11a也可以具有多对例如三对两个一对的腔12a、12b。
在该情况下，为了使同一关节或处置器具工作而联动的两条一对的线10可以如图5A所示那样贯穿于周向上相邻配置的腔12a、12b，也可以如图5B所示那样贯穿于配置在相对于多腔管11a的中心轴对称的位置的腔12a、12b。在这些图中，以相同的阴影示出联动的线10所贯穿的腔12a、12b。图5C、图5D分别示出在图5A、图5B的中央设置有其他的腔13的部件。
在图6中示出表示两个腔12a、12b的配置与在使多腔管11a弯曲的情况下的两个腔12a、12b的路径长度差之间的关系的曲线图。横轴是多腔管11a的长度，纵轴是两个腔12a、12b的路径长度差。并且，参数是在曲线图的下方示出的横剖视图中的两个腔12a、12b的相对角度φ。图是设螺旋形状的腔12a、12b的螺旋的半径r＝1mm、螺旋的间距l＝150mm、多腔管11a的弯曲的曲率半径R＝60mm的情况。
据此，两个腔12a、12b的相对角度越小，则由弯曲引起的路径长度差越小，因此是优选的。
在该情况下，可以如图7A所示，在周向上排列多个例如三个图4B所示那样的具有两个腔12的横截面积比较小的多腔管11a。
并且，也可以如图7B所示，在周向上隔开间隔地配置多对例如四对腔12a、12b。
并且，可以如图8A所示，在腔12内配置其他的内护套14，也可以如图8B和图8C所示，通过其他的外护套15包覆多腔管11a的外表面。
并且，如图9所示，与配置在多腔管11a的径向外侧相比，优选将多腔管11a中的腔12的径向位置配置在中心轴附近。这样，能够进一步降低插入部6弯曲时腔12的路径长度的变化。
并且，可以如图10所示，采用扭转两个一对的腔12使彼此呈螺旋状一体成型的双绞线那样的形态的多腔管11b，也可以将那样的多腔管11b绕着插入部6的长度轴进一步配置为螺旋状。
并且，三个以上的腔12可以不形成螺旋状而是编织状态。通过挤出成型来制造具有编织状态的腔12的多腔管11a很难，但是能够通过3D打印等来制造。
并且，如图11所示，在使用具有多个例如六个腔12的多腔管11a的情况下，可以如图12A所示，不让线10通过多腔管11a内的一部分的腔12，将该一部分的腔12用于其他用途。例如，在将处置器具插入到内窥镜的钳子通道中的情况下，稍微缩小处置器具的插入部的外径尺寸而通过处置器具的插入部与钳子通道的内壁的间隙来进行抽吸和供水等。
在处置器具具有关节等的情况下，处置器具的插入部的外径尺寸大一些比较好，但当间隙变窄时抽吸和供水性能降低。因此，通过使用没有被使用的腔12来进行抽吸和供水等，具有能够确保增大处置器具的直径并且提高抽吸和供水性能的优点。
并且，在该情况下，可以如图12B所示，将没有被使用的腔12c的部分形成为朝向多腔管11a的外表面开口的槽状。这样，即使缩小上述间隙，也能够确保流体的流通面积，并且与槽(贯穿路径)12c的开口宽度相应地，与钳子通道的内表面的接触面积减小。
即，具有如下优点：能够缩小间隙而准确传递处置器具的插入部的移动量，并且减小摩擦而提高操作性。
这里，通过使用聚醚醚酮(PEEK)作为多腔管11a的材料，能够构成具有较高的刚性并且即使弯曲内部的腔12也不会被压扁的插入部6。从成本和制造容易性的观点来看，也可以代替聚醚醚酮(PEEK)而选择四氟乙烯树脂等柔软的材料。
但是，在该情况下，考虑到在贯穿于腔12内的线10的张力变高时多腔管11a在长度方向上被压缩力压缩，因此，可以使用图8A所示那样的内护套14、图8B、图8C所示那样的外护套15或者同时使用两者。作为内护套14或者外护套15的材料，可以使用金属类(不锈钢或镍钛)的管或线圈，或者PEEK或聚醚酰亚胺(PEI)树脂。并且，可以对这些护套14、15与多腔管11a之间进行粘接。
关于涂敷在外护套15与多腔管11a之间的粘接剂，可以通过在整面涂敷以耐受较强的张力，也可以通过螺旋状地涂敷或者斑点状地涂敷来同时确保挠性和耐压缩性。
接着，对腔12的螺旋形状的间距进行说明。
当缩短螺旋的间距时，成对的两条线10的相对路径长度变化不依赖于插入部6的弯曲状态而变小，但越缩短间距，则在插入部6配置为直线状态的情况下的摩擦变得越大。因此，针对间距与摩擦的权衡关系，根据理论公式来求解合适的间距。
在设螺旋路径长度lt相对于插入部6的间距l的比率为a，设插入部6的曲率半径为R，设线10的相对路径长度差为dLR，设螺旋的间距为l，设螺旋的半径为r时，优选满足下述的条件式(1)。
例如设a为1.1，设插入部6的曲率半径R＝60，在直径5mm的处置器具中，当取r＝2时，
27.4≤l≤375。
能够如下所示地求解条件式(1)。
曲率半径R时的距离原点的坐标如数学式1所示。
【数学式1】
并且，螺旋的路径长度L如数学式2所示。
【数学式2】
从直线状态以曲率半径R弯曲时的最大路径长度变化(振幅)dLR为
dLR＝krl/R (2)。
这里，k是常数(＝0.16)。
该条件式(2)示出了最大路径长度变化与曲率半径R的倒数成正比，与螺旋间距l成正比，与螺旋半径r成正比的情况。
当根据上述条件式(2)来求解螺旋半径r与螺旋间距l的关系时，
rl＝RdLR/0.16。
要想使线10的相对路径长度差在dLR以下，则
rl≤6.25RdLR。
由此，求得了条件式(1)的上限。
据此，使曲率半径R＝60，要想使线10的相对路径长度差在2mm以下，则
rl≤750。
并且，当根据数学式3所示的螺旋的式子来计算螺旋路径的曲率半径Rt时，如数学式4所示。
【数学式3】
【数学式4】
这里，rc是线10与腔12的接触点的螺旋半径。
一个间距的螺旋路径长度lt是如图13那样将路径展开后的长度，因此，
而且，根据曲率半径Rt和一个间距的螺旋路径长度lt，通过下式来求解如图14那样线10的一个间距的弯曲角度θt。
θt＝lt/Rt
线10在螺旋的路径长度L整体上的弯曲角度θta为
θta＝θtL/l。
在作用于线10的基端的张力T1与线10的前端的张力T2之间，以下的欧拉公式成立。
T1＝T2eμθta
这里，μ是摩擦系数。
摩擦力F为
F＝T1-T2。
为了将摩擦力抑制为张力的b倍，间距l需要满足数学式5。
【数学式5】
在表1中示出改变各种条件的情况下的间距l。
【表1】
rC L μ b l
0.5 2000 0.02 0.15 75.1
0.5 2000 0.05 0.15 118.8
0.5 2000 0.02 0.3 54.8
0.5 2000 0.05 0.3 86.7
0.5 3000 0.02 0.15 92.0
0.5 3000 0.05 0.15 145.5
0.5 3000 0.02 0.3 67.2
0.5 3000 0.05 0.3 106.2
0.65 2000 0.02 0.15 85.6
0.65 2000 0.02 0.3 62.5
1.1 2000 0.02 0.15 111.4
1.1 2000 0.02 0.3 81.2
据此，设插入部6的长度为2m，要想将摩擦抑制在张力的30％以下，需要使间距l在50mm以上，要想将摩擦抑制在张力的15％以下，需要使间距l在75mm以上。
并且，设插入部6的长度为3m，可知：要想将摩擦控制在张力的30％以下，需要使间距l在60mm以上，要想将摩擦控制在张力的15％以下，需要使间距l在90mm以上。
由于线10的伸长量与线10的长度成正比，因此，由于路径长度变长导致线10容易伸长，控制性或者操作性降低。因此，与直线上的腔12相比，通过对使用了螺旋状的腔12的情况下的线10的长度进行限制，能够限制线10的伸长量，从而能够确保控制性或者操作性。
即，当使用螺旋路径长度lt与插入部6的间距l的比率a时，以下关系式成立：
因此，要想使螺旋路径长度lt相对于间距l的比率在a以下，则
由此，求得了条件式(1)的下限。
据此，要想使螺旋路径长度lt相对于间距l的比率a在1.1以下，即，使贯穿于螺旋状的腔12内的情况下的线10的伸长量在贯穿于直线状的腔12内的情况下的线10的伸长量的10％以下，则
l/r≥13.7。
并且，要想使贯穿于螺旋状的腔12内的情况下的线10的伸长量在贯穿于直线状的腔12内的情况下的线10的伸长量的5％以下，则
l/r≥19.6。
并且，在本实施方式中，对具有在整个长度范围内具有一定的螺旋形状的腔12的情况进行了说明，但也可以取而代之，而如图15所示，使腔12形成为在插入部6的长度方向上具有不同的间距的螺旋形状。在图15所示的例子中，对于与在钳子通道中贯穿有本实施方式的柔性机械手3的内窥镜的弯曲部相对应地根据弯曲部而进行弯曲的部分P，缩短螺旋的间距，对于其以外的部分Q，增长螺旋的间距。
由此，即使部分P以较大的曲率弯曲也不容易产生路径长度差，另一方面，为了使部分Q以比较小的曲率弯曲，增长间距，从而能够降低摩擦的产生。
并且，在本实施方式中，对多腔管11a由在整个长度范围均匀的材料构成的情况进行了说明，但也可以取而代之，而如图16所示，在插入部6的长度方向上连接由不同的材料构成的部分P、Q。例如，对于根据弯曲部进行弯曲的部分P，为了使其挠性比其以外的部分Q高且容易弯曲，只要采用弯曲刚性低的材料，并通过将其固定于前端的可动部8来防止由于压缩导致的压扁即可。并且，对于部分Q，优选使用耐压缩性高的材料。
并且，如图17所示，也可以将腔121、122配置在多腔管11a的径向上不同的位置。例如，在设置于插入部6的前端的可动部8具有多个关节和夹持器(处置部)7等并且为了驱动各关节和夹持器而使线10所需的张力不同的情况下，对于需要更强的张力的线10，只要贯穿于由于弯曲导致的路径长度差更小的径向内侧的腔121即可。由此，对于贯穿于径向内侧的腔121的线10，能够抑制由于弯曲导致的摩擦的增大，提高操作性或者控制性。
并且，如图18所示，在作为可动部8在多个关节的前端具有夹持器7等的情况下，由于用于驱动夹持器7的线10必须穿过关节内，因此，可以使穿过关节的部分P与其以外的部分Q相比，多腔管11a的外径减小，从而降低弯曲刚性。
并且，如图19A所示，存在使用径向尺寸在长度方向的中途位置变化的线10的情况。例如，是如下的情况等：对于插入部6的前端的以较大的曲率弯曲的部分X，线10也较细并且比其以外的部分Y容易弯曲。在这样的情况下，为了缩小贯穿有较细的线10的腔123与线10的间隙，可以如图19B所示那样使腔12的内径在中途变化。
并且，如图20所示，对于想要降低摩擦的线10，可以将其贯穿于半径方向内侧的腔121，对于其以外的电缆束等，可以将它们配置在半径方向外侧的腔122内。
并且，在本实施方式中，例示了将所有的腔12以相同的间距扭转为螺旋状的情况，但也可以如图21所示，使各腔12的间距不同。
这样，能够根据贯穿于腔12内的线10、光纤、电缆束等的允许弯曲半径，选择适当的腔12。
并且，可以如图22A、图22B所示，将柔性处置器具贯穿于多腔管11a的中央的贯穿孔13，使刚性较低的多腔管11a的前端部从刚性较高的外护套15的前端突出，通过配置在腔12内的线10的张力来使突出的部分的多腔管11a弯曲。只要将线10的前端固定在设置于多腔管11a的前端的板16上即可。
并且，在本实施方式中，可以通过马达对驱动部9进行驱动，也可以通过手动操作对驱动部9进行驱动。
并且，例示了插入到患者O的体腔内的医疗用的柔性机械手3，但不仅限于此，也可以将本实施方式应用于包含产业用内窥镜的长条的蛇型机械手。
标号说明
3：柔性机械手；6：插入部；8：可动部；9：驱动部；10：线(驱动力传递部件)；11：柔性机械手用引导部件；12、12a、12b、121、122、123：腔；12c：槽(贯穿路径)；13：腔(贯穿孔、贯穿路径)；15：外护套。

Claims (16)

1.一种柔性机械手用引导部件，其中，
该柔性机械手用引导部件设置于柔性机械手的插入部，所述柔性机械手具有细长且柔性的所述插入部、配置在该插入部的前端的可动部、配置在所述插入部的基端的驱动部以及将该驱动部的动力传递给所述可动部的细长的驱动力传递部件，
所述柔性机械手用引导部件具有在长度方向上贯穿有所述驱动力传递部件的腔，
该腔具有绕着所述插入部的长度轴扭转的形状，所述腔形成为螺旋状，
所述腔满足以下的条件式：
这里，R是所述插入部的曲率半径，r是螺旋形状的半径，l是螺旋形状的间距，dLR是所述驱动力传递部件的相对路径长度差的最大允许值，a是螺旋形状的路径长度相对于所述插入部的间距的比率的最大允许值。
2.根据权利要求1所述的柔性机械手用引导部件，其中，
所述腔的螺旋形状的间距在所述插入部的长度方向的各位置不同。
3.根据权利要求1或2所述的柔性机械手用引导部件，其中，
所述柔性机械手用引导部件具有两个以上所述腔。
4.根据权利要求3所述的柔性机械手用引导部件，其中，
所述柔性机械手用引导部件具有多对相邻配置的两个一对的所述腔。
5.根据权利要求1所述的柔性机械手用引导部件，其中，
所述柔性机械手用引导部件具有两个以上所述腔，各该腔的螺旋形状的间距不同。
6.一种柔性机械手用引导部件，其中，
该柔性机械手用引导部件设置于柔性机械手的插入部，所述柔性机械手具有细长且柔性的所述插入部、配置在该插入部的前端的可动部、配置在所述插入部的基端的驱动部以及将该驱动部的动力传递给所述可动部的细长的驱动力传递部件，
所述柔性机械手用引导部件具有三个以上在长度方向上贯穿有所述驱动力传递部件的腔，
三个以上的所述腔具有沿着所述插入部的长度轴的编织形状，每个所述腔形成为螺旋状；
所述腔满足以下的条件式：
这里，R是所述插入部的曲率半径，r是螺旋形状的半径，l是螺旋形状的间距，dLR是所述驱动力传递部件的相对路径长度差的最大允许值，a是螺旋形状的路径长度相对于所述插入部的间距的比率的最大允许值。
7.根据权利要求3所述的柔性机械手用引导部件，其中，
所述柔性机械手用引导部件在径向的不同位置具有多个所述腔。
8.根据权利要求6所述的柔性机械手用引导部件，其中，
所述柔性机械手用引导部件在径向的不同位置具有多个所述腔。
9.根据权利要求3所述的柔性机械手用引导部件，其中，
所述柔性机械手用引导部件由挠性的多腔管构成。
10.根据权利要求6所述的柔性机械手用引导部件，其中，
所述柔性机械手用引导部件由挠性的多腔管构成。
11.根据权利要求9或10所述的柔性机械手用引导部件，其中，
所述多腔管的挠性在长度方向的各位置不同。
12.一种柔性机械手，其具有：
细长且柔性的插入部；
配置在该插入部的前端的可动部；
配置在所述插入部的基端的驱动部；
将该驱动部的动力传递给所述可动部的细长的驱动力传递部件；以及
权利要求1至11中的任意一项所述的柔性机械手用引导部件。
13.一种柔性机械手，其具有：
细长且柔性的插入部；
配置在该插入部的前端的可动部；
配置在所述插入部的基端的驱动部；
将该驱动部的动力传递给所述可动部的细长的驱动力传递部件；以及
权利要求9-11中的任意一项所述的柔性机械手用引导部件，
所述柔性机械手用引导部件具有与所述腔不同地在长度方向上贯穿的贯穿路径。
14.根据权利要求13所述的柔性机械手，其中，
所述贯穿路径由形成在所述柔性机械手用引导部件的外表面的槽形成。
15.根据权利要求13所述的柔性机械手，其中，
所述贯穿路径配置在比所述腔靠所述柔性机械手用引导部件的径向内侧的位置。
16.根据权利要求12至15中的任意一项所述的柔性机械手，其中，
所述插入部具有在长度方向上贯穿有所述柔性机械手用引导部件的柔性的外护套。
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