CN107206586A - 操作输入装置和医疗用机械手系统 - Google Patents

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CN107206586A CN201680007228.0A CN201680007228A CN107206586A CN 107206586 A CN107206586 A CN 107206586A CN 201680007228 A CN201680007228 A CN 201680007228A CN 107206586 A CN107206586 A CN 107206586A
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axle
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Abstract

提供一种操作输入装置(2)，其对进行患部的观察或处置的机械手(3)输入操作指令，其中，该操作输入装置(2)具有：把持部(25)，其由操作者(O)的手进行把持；以及臂部(22)，其将该把持部(25)支承为能够移动，该臂部(22)具有2个以上的连杆部件以及1个以上的关节(J1、J2、J3)，该1个以上的关节(J1、J2、J3)将相邻的一对连杆部件连结成能够绕与该连杆部件的长度轴交叉的关节轴摆动，各该关节(J1、J2、J3)具有：传感器，其对连结的各连杆部件的相对角度位移进行检测；以及摩擦产生部，其在与转矩施加的方向相反的方向上产生摩擦转矩。

Description

操作输入装置和医疗用机械手系统
技术领域
本发明涉及操作输入装置和医疗用机械手系统。
背景技术
以往，公知有一种手术用机械手系统，其具有：多关节的操作部，其通过由操作者进行操作而输入动作指令；以及多关节的机械手，其根据由该操作部的操作所输入的动作指令来进行动作(例如，参照专利文献1。)。
在该专利文献1中，能够进行操作部与机械手的连接和切断，并且在操作部的各关节中具有马达。并且，在将操作部与机械手切断的状态下，使用马达来锁定操作部的各关节，从而防止切断时的操作部与机械手的位置偏移。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第7806891号说明书
发明内容
发明要解决的课题
但是，在像专利文献1的手术用机械手系统那样在操作部中具有马达的情况下，操作部的构造变得繁杂并且大型化，且成本变高。
本发明是鉴于上述的情况而完成的，其目的在于，提供如下的操作输入装置和医疗用机械手系统：不用在操作部的各关节中设置马达就能够防止切断时的操作部与机械手的位置偏移。
用于解决课题的手段
为了达成上述目的，本发明提供以下的手段。
本发明的一个方式是提供一种操作输入装置，其对进行患部的观察或处置的机械手输入操作指令，其中，该操作输入装置具有：把持部，其由操作者的手进行把持；以及臂部，其将该把持部支承为能够移动，该臂部具有2个以上的连杆部件以及1个以上的关节，该1个以上的关节将相邻的一对所述连杆部件连结成能够绕与所述连杆部件的长度轴交叉的关节轴摆动，各该关节具有摩擦产生部，该摩擦产生部在与转矩施加的方向相反的方向上产生摩擦转矩。
根据本方式，当操作者对把持部进行把持并移动时，操作者对把持部施加的外力作为转矩作用于臂部的关节，通过关节的动作来改变2个以上的连杆部件的相对角度。由此，能够通过操作者来输入对把持部的操作指令，根据该操作指令使机械手进行动作。
在该情况下，当转矩作用于关节时，通过摩擦产生部在与转矩施加的方向相反的方向上产生摩擦转矩。即，操作者将手从把持部放开，从而因把持部和臂部的自重对各关节施加转矩，但通过预先将摩擦产生部所产生的摩擦转矩设定为比由自重产生的转矩的最大值大，即使操作者不支承把持部，臂部的各关节也维持在静止的状态。
因此，在操作输入装置与机械手的连动被切断的状态下，即使操作者将手从把持部放开，由于把持部和臂部原地静止并维持在相同的姿势，所以在接下来再次开始操作输入装置与机械手的连动时，能够防止操作输入装置与机械手产生位置偏移，容易再次开始。
在上述方式中，也可以是，所述摩擦产生部具有：轴部件，其固定在所述一对连杆部件的一方，沿着所述关节轴延伸；以及弹性部件，其固定在所述一对连杆部件的另一方，卷绕在所述轴部件的外周面上而向径向内侧紧固所述轴部件。
由此，若在改变由关节连结的两个连杆部件的相对角度的方向上作用外力，则在固定于一方的连杆部件的轴部件与固定于另一方的连杆部件的弹性部件之间作用使两者沿轴部件的周向相对移动的转矩。
由于弹性部件卷绕在轴部件的外周面上而向径向内侧紧固轴部件，所以通过两者间的静止摩擦力而产生抵抗由外力产生的转矩的摩擦转矩。通过预先适当地调节由弹性部件产生的紧固力，能够产生比由重力产生的转矩大且比由超过重力的外力产生的转矩小的摩擦转矩。其结果是，当操作者将手从把持部放开时维持在静止状态，能够通过操作者对把持部施加的比较小的外力而容易改变各连杆部件的姿势。
并且，在上述方式中，也可以是，在所述另一方的连杆部件上设置有插入孔，该插入孔供在所述轴部件的外周面上卷绕有所述弹性部件的轴单元在该插入孔的长度轴方向上插入，所述弹性部件具有：大致圆筒状的紧固部，其卷绕在所述轴部件的外周面上；以及突出部，其从该紧固部向径向外侧延伸，在所述插入孔中设置有槽，该槽在插入所述轴单元时供所述突出部在长度轴方向上插入而在周向上进行卡定。
由此，当将弹性部件的大致圆筒状的紧固部卷绕在轴部件的外周面上时，构成了弹性部件的突出部向轴部件的径向外侧延伸的轴单元。当将这样构成的轴单元沿长度方向插入到设置于另一方的连杆部件的插入孔中时，将弹性部件的突出部插入到设置于插入孔的槽中，弹性部件被固定在另一方的连杆部件的插入孔内而无法沿周向移动。
由于轴部件固定在一方的连杆部件上，所以若在两个连杆部件之间在产生相对角度位移的方向上施加由外力产生的转矩，则通过轴部件与弹性部件的紧固部之间的摩擦来产生摩擦转矩。即，通过以这种方式构成，使由轴部件和弹性部件组装而成的轴单元相对于插入孔插入/拔出，从而能够容易地进行产生摩擦转矩的关节的组装/分解，并且能够容易地更换摩擦部件。
并且，在上述方式中，也可以是，所述关节具有：相互啮合的两个齿轮，它们分别固定在相邻的两个所述连杆部件上；以及连结部件，其分别安装在两个所述连杆部件上而将两个所述连杆部件连结，以使得两个所述连杆部件能够分别以这两个齿轮的平行的两个轴线为中心摆动，所述摩擦产生部具有：轴部件，其沿着固定在所述一对连杆部件的一方的所述齿轮的轴线延伸，固定在所述连结部件和所述一方的连杆部件的中一方；以及弹性部件，其固定在所述连结部件和所述一方的连杆部件中的另一方，卷绕在所述轴部件的外周面上而向径向内侧紧固所述轴部件。
由此，由于分别固定在两个连杆部件上的两个齿轮通过连结部件而维持在始终啮合的状态，所以若改变由关节连结的两个连杆部件的相对角度，则连结部件相对于一方的连杆部件的摆动角度和另一方的连杆部件相对于该连结部件的摆动角度是两个连杆部件的相对角度的一半。由此构成了使两个连杆部件绕两个轴线摆动的所谓的双接头构造的关节。
在该情况下，若在改变由关节连结的两个连杆部件的相对角度的方向上作用外力，则在轴部件与弹性部件之间作用使两者沿轴部件的周向相对移动的转矩，其中，该轴部件沿着一方的齿轮的轴线延伸，固定于连结部件和一方的连杆部件中的一方，该弹性部件固定于连结部件和一方的连杆部件中的另一方，卷绕在轴部件的外周面上。
由于弹性部件卷绕在轴部件的外周面上而向径向内侧紧固轴部件，所以通过两者间的静止摩擦力而产生抵抗由外力产生的转矩的摩擦转矩。通过预先适当地调节由弹性部件产生的紧固力，能够产生比由重力产生的转矩大且比由超过重力的外力产生的转矩小的摩擦转矩。其结果是，即使在使用了双接头构造的关节的情况下，也能够在操作者将手从把持部放开时维持在静止状态，通过操作者对把持部施加的比较小的外力而容易地改变各连杆部件的姿势。
并且，在上述方式中，也可以是，在所述一方的连杆部件中设置有插入孔，该插入孔供在所述轴部件的外周面上卷绕有所述弹性部件的轴单元在该插入孔的长度轴方向上插入，所述弹性部件具有：大致圆筒状的紧固部，其卷绕在所述轴部件的外周面上；以及突出部，其从该紧固部向径向外侧延伸，在所述插入孔中设置有槽，该槽在插入所述轴单元时供所述突出部在所述长度轴方向上插入而在周向上进行卡定。
由此，在双接头构造的关节中也通过使由轴部件和弹性部件组装而成的轴单元相对于插入孔插入/拔出，能够容易地进行产生摩擦转矩的关节的组装/分解，并且能够容易地更换摩擦部件。
并且，在上述方式中，也可以是，在所述连结部件中具有配线用槽，该配线用槽供缆线沿着远离所述齿轮的路线进行配线，该缆线越过所述关节而在两个所述连杆部件之间传递电信号。
由此，能够将传递电信号的缆线沿着远离存在于双接头构造的关节中的齿轮的路线进行配线，不会产生两者的干涉而能够维持在完整的状态。
并且，在上述方式中，也可以是，所述弹性部件具有根据施加给所述轴部件的转矩的方向而使紧固力增减的一对所述紧固部，所述一对紧固部被配置成其紧固力增加的方向是彼此相反的方向。
由此，能够通过一方的紧固部来产生抵抗一个方向的转矩的摩擦转矩，通过另一方的紧固部来产生抵抗另一方向的转矩的摩擦转矩。由此，即使对关节施加由任意的方向的自重产生的转矩，也能够通过由某个紧固部产生的摩擦转矩将关节维持在静止的状态。即，无论操作者将手从把持部放开时的把持部和臂部的姿势如何，都能够将把持部和臂部维持在静止状态。
并且，在上述方式中，也可以是，所述操作输入装置具有调节部，该调节部对所述弹性部件所产生的紧固力进行调节。
由此，即使由弹性部件产生的紧固力因经时变化等而降低，也能够通过调节部来调节紧固力而产生适当的摩擦转矩。并且，在存在多个关节的情况下，在操作者对把持部进行把持并移动时，并不是仅有某个关节进行动作，而是所有的关节平衡良好地进行动作，由此能够顺利地输入操作指令。因此，能够通过调节部调节紧固力而使关节平衡良好地进行动作。
并且，在上述方式中，也可以是，所述臂部具有3个以上的所述连杆部件和2个以上的所述关节，所述弹性部件的弹簧常数被设定为越是基端侧的所述关节则越大。
由于在多个关节中施加由配置在比该关节靠前端侧的部件的自重产生的转矩，所以越是基端侧的关节则越施加较大的转矩。由此，越是基端侧的关节则越能够产生较大的摩擦转矩，能够在将手从把持部放开时维持在静止状态，并且能够减轻在前端侧的关节中产生的摩擦转矩而顺利地进行操作。
并且，在上述方式中，也可以是，所述把持部具有接触检测部，该接触检测部检测所述把持部是否与操作者的手接触，所述操作输入装置具有：传感器，其对各所述连杆部件的相对角度位移进行检测；以及通知部，当在该接触检测部未检测到操作者的手的接触的状态下所述传感器所检测的相对角度位移变化到规定的阈值以上的情况下，该通知部通知该情况。
由此，在弹性部件所产生的摩擦转矩因经时变化等而减小的情况下等，若关节无法承受由自重产生的转矩而进行动作，则通过传感器来检测连杆部件间的相对角度位移，在产生了规定的阈值以上的相对角度位移的情况下由通知部进行通知。只要根据该通知来更换弹性部件或者调节由弹性部件产生的紧固力，就能够防止切断操作输入装置与机械手的连动时的位置偏移，使操作变得容易。
并且，在上述方式中，也可以是，所述把持部具有其他的传感器，该其他的传感器检测所述连杆部件与所述连结部件的相对角度位移。
由此，由于在一个连杆部件与连结部件之间构成了产生摩擦转矩的机构，在另一个连杆部件与连结部件之间配置对连杆部件间的相对角度位移进行检测的传感器，所以能够有效地利用空间，能够使双接头构造的关节小型化。如上所述，由于连杆部件与连结部件的相对角度位移是连杆部件间的相对角度位移的一半，所以传感器能够将连杆部件间的相对角度位移间接地检测为其一半的值。
并且，本发明的其他方式提供一种医疗用机械手系统，该医疗用机械手系统具有：机械手，其进行患部的观察或处置；上述任意的操作输入装置；以及控制部，其根据该操作输入装置所输入的操作指令对所述机械手进行控制。
在上述方式中，也可以是，所述机械手具有一个以上的关节以使得成为与所述操作输入装置相似的关节结构。
发明效果
根据本发明，实现如下的效果：不用在操作部的各关节中设置马达就能够防止切断时的操作部与机械手的位置偏移。
附图说明
图1是示出具有本发明的一个实施方式的操作输入装置的医疗用机械手系统的整体结构图。
图2是示出在图1的医疗用机械手系统中使用的机械手、操作输入装置和控制部的图。
图3是示出图1的医疗用机械手系统所具有的操作输入装置的立体图。
图4是示出图3的操作输入装置的关节的内部构造的俯视图。
图5是示出图3的操作输入装置的关节的内部构造的纵剖视图。
图6是示出图3的操作输入装置的关节所具有的轴单元的(a)分解立体图和(b)向插入孔的插入的立体图。
图7是图6的轴单元的俯视图，(a)是示出产生较大的摩擦转矩的轴部件的旋转方向的图，(b)是示出产生较小的摩擦转矩的轴部件的旋转方向的图。
图8是说明对图3的操作输入装置所具有的(a)最靠基端侧的关节、(b)前端侧两个关节施加的自重转矩的示意图。
图9是图3的操作输入装置的第1变形例，是示出对摩擦转矩进行调节的按压螺钉的连杆部件的局部横剖视图。
图10是图3的操作输入装置的第2变形例，是示出具有对摩擦转矩进行调节的槽的轴部件和锥形内螺纹的轴单元的局部立体图。
图11是示出图1的医疗用机械手系统的变形例的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一个实施方式的操作输入装置2和医疗用机械手系统1进行说明。
如图1所示，本实施方式的医疗用机械手系统1具有：操作输入装置2，其由操作者O进行操作；机械手3，其被插入到患者P的体腔内；控制部4，其根据操作输入装置2的操作对机械手3进行控制；以及监视器5。
如图2所示，机械手3例如具有：插入部6，其被插入到患者P的体腔内；以及前端侧动作部7，其经由在该插入部6的长度方向上贯穿形成的通道R而插入到患者P的体内。各前端侧动作部7具有：长条部8，其以能够在长度方向上移动的方式配置在通道R内；可动部9，其配备在该长条部8的前端；高频夹持器11，其设置在可动部9的前端；以及前端驱动部10，其配置在长条部8的基端侧，通过未图示的线等动力传递部件对可动部9进行驱动。前端驱动部10具有根据来自控制部4的动作指令对线赋予张力的马达等电驱动源(省略图示)。
各可动部9具有：3个关节12、13、14，它们使配置于前端的把持钳子等处置部11像图2中空心箭头所示的那样绕与长条部8的长度轴垂直的轴线摆动；以及1个关节15，其绕长条部8的长度轴旋转。各可动部9能够通过这4个关节12、13、14、15的动作对各把持钳子11的前端位置进行三维定位。
并且，机械手3具有两个基端侧动作部16，该两个基端侧动作部16连接在各前端侧动作部7的基端侧，使各前端侧动作部7在插入部6的长度方向上进退，并且在插入部6的前端附近使长条部8在与长度方向垂直的方向上弯曲。
如图2和图3所示，本实施方式的操作输入装置2具有：第1操作部19，其由操作者O的手进行操作；第2操作部20，其由操作者O的手腕或手臂来进行操作；以及指令传递部21，其将该操作部19、20所输入的操作指令传递给机械手3。
第1操作部19与机械手3的可动部9构成为相似形状，该第1操作部19具有：把持部25，其由操作者O的手进行把持；臂部22，其通过与可动部9相同数量的关节J1、J2、J3、K对把持部25进行支承；以及主体部23，其对该臂部22进行支承。
如图2和图3所示，把持部25形成为供操作者O把持的棒状，在其外周面上具有滑动传感器32和3个按钮33、34、35。
滑动传感器32被设置为能够在棒状的把持部25的长度轴方向上滑动，用于调节作为前端执行器的高频夹持器11的1个主要功能(即夹持器的开闭角度)。滑动传感器32具有能够滑动的滑块36。滑块36配置在操作者O把持着把持部25的手的食指容易操作的位置，在食指离开时，该滑动传感器32维持着在该位置上停止的状态。
3个按钮33、34、35中的两个按钮33、34在滑动传感器32的滑块36的滑动方向上并排排列。该按钮33、34是用于进行作为前端执行器的高频夹持器11的其他的主要功能(即来自夹持器的高频通电)的接通/断开开关。两个按钮33、34例如在切开模式、凝固模式下的处置时被选择性地按压而被使用。
另一个按钮35排列在沿把持部25的周向与滑动传感器32等错开90°的位置。该按钮35例如是离合器按钮，每次按下该按钮35时能够对操作输入装置2与机械手3的连动的连接和切断进行切换。
臂部22具有：4个连杆部件37、38、39、40；将该4个连杆部件37、38、39、40串联连结的3个关节J1、J2、J3；以及将它们整体支承为能够相对于主体部23绕水平轴线旋转的1个旋转关节K。在最前端的连杆部件37的前端固定有把持部25。
由于前端侧的3个关节J1、J2、J3具有相同的构造，所以举例说明关节J1。如图4和图5所示，关节J1具有：正齿轮(齿轮)41、42，它们分别固定在相邻的两个连杆部件37、38上且相互啮合；以及连结部件51，其分别安装在两个连杆部件37、38上而将两个连杆部件37、38连结，以使得该两个连杆部件37、38能够绕这两个正齿轮41、42各自平行的轴线摆动。
分别固定在两个连杆部件37、38上的两个正齿轮41、42被连结部件51维持在始终啮合的状态。因此，当使由关节J1连结的两个连杆部件37、38的相对角度改变时，按照连结部件51相对于一个连杆部件37的摆动角度和另一个连杆部件38相对于连结部件51的摆动角度是两个连杆部件37、38的相对角度的一半的关系进行动作。由此构成了使两个连杆部件37、38绕两个轴线摆动的所谓双接头构造的关节。
例如，当将配置在前端侧的连杆部件37设为第1连杆部件，将配置在基端侧的连杆部件38设为第2连杆部件时，在固定于第1连杆部件37的正齿轮41的轴线位置处配置角度传感器(传感器)47，在固定于第2连杆部件38的正齿轮42的轴线位置处配置轴单元(摩擦产生部)48。
角度传感器47是编码器，具有固定在第1连杆部件37上的传感器主体49和固定在连结部件51上的检测轴50，该角度传感器47对第1连杆部件37与连结部件51之间的相对角度进行检测。如上所述，由于连杆部件37与连结部件51的相对角度位移正好是第1连杆部件37与第2连杆部件38的相对角度位移的一半，所以角度传感器47将两个连杆部件37、38的相对角度位移间接地检测成其一半的角度信号。
如图6的(a)所示，轴单元48具有：轴部件54，其固定在连结部件51上；以及一对板簧部件(弹性部件)55，它们卷绕在该轴部件54的外周面上而向径向内侧紧固该轴部件54。
如图5所示，轴部件54被螺钉56固定在连结部件51上。
板簧部件55具有：圆筒状的紧固部58，其具有缝57；以及突出部59，其是使该紧固部58的周向上的一端向径向外侧弯折地突出而得到的。自由状态下的紧固部58的内径尺寸被设定为比轴部件54的外径尺寸小。在将板簧部件55安装在轴部件54上时，一边因抵抗弹发力而使紧固部58弹性变形成使缝57扩张，一边使轴部件54嵌合到板簧部件55的内侧。由此，板簧部件55被安装成其紧固部58卷绕在轴部件54的外周面上而向径向内侧紧固轴部件54。
如图6的(b)所示，轴单元48所具有的一对板簧部件55以将突出部59作为基准的紧固部58的卷绕方向不同的方式安装在轴部件54上。
例如，举例说明紧固部58逆时针卷绕在轴部件54的外周面上的情况，如图7的(a)所示，在固定板簧部件55并施加使轴部件54逆时针旋转的转矩的情况下，由于轴部件54的外周面与紧固部58的内表面之间的摩擦而在缝57变窄的方向上牵拉紧固部58，因此摩擦转矩变大。
相反，如图7的(b)所示，在固定板簧部件55并施加使轴部件54顺时针旋转的转矩的情况下，由于轴部件54的外周面与紧固部58的内表面之间的摩擦而在缝57变宽的方向上牵拉紧固部58，因此摩擦转矩变小。
即，一对板簧部件55以卷绕方向不同的方式安装在同一轴部件54上，由此，即使轴部件54在顺时针或逆时针的任意方向上旋转，某个板簧部件55所产生的摩擦转矩也增大。
举例说明关节J1，如图5和图6的(b)所示，轴单元48插入到将第2连杆部件38贯穿的插入孔60中，该轴单元48被螺钉56固定在两个连结部件51的至少一方，该两个连结部件51以能够装拆的方式被安装为在正齿轮41、42的轴线方向上从两侧夹住该第1和第2连杆部件37、38。如图6的(b)所示，在设置于第2连杆部件38的插入孔60中在沿周向隔开间隔的两个部位设置有沿着长度方向形成的槽62。
槽62具有与板簧部件55的厚度大致相等的槽宽尺寸，在轴单元48插入到插入孔60中时，分别收纳一对板簧部件55的两个突出部59。即，轴部件54和一对板簧部件55能够以轴单元48的形态插入到插入孔60中，且能够从插入孔60取出。
并且，通过将突出部59收纳在槽62中，而使板簧部件55与第2连杆部件38卡定以使得不在紧固部58的周向上移动。
并且，在本实施方式中，由板簧部件55产生的摩擦转矩的大小被设定为如下。
即，如图8所示，可以认为对构成臂部22的各关节J1、J2、J3作用有转矩，该转矩是由于配置在比该关节J1、J2、J3靠前端侧的连杆部件37、38、39、关节J1、J2、J3和把持部25的自重的总计施加到它们的合成重心位置而产生的。因此，在各关节J1、J2、J3中产生的摩擦转矩的大小被设定为超过了因它们的自重而作用于关节J1、J2、J3的转矩。
作用于各关节J1、J2、J3的由自重产生的转矩最大的状态是合成重心位置距离关节J1、J2、J3最远的状态(即，使所有的关节J1、J2、J3伸直后的状态)。
在最靠基端侧的关节J3中，如图8的(a)所示，由于比该关节J3靠前端侧的部件37、38、39的总计自重mJ3施加到合成重心位置xJ3，所以作用于关节J3的转矩TJ3是
TJ3＝mJ3×xJ3。
并且，如图8的(b)所示，在前端侧的两个关节J1、J2中，如图8的(b)所示，由于比各关节J1、J2靠前端侧的部件37、38的总计自重mJ1、mJ2施加到合成重心位置xJ1、xJ2，所以作用于关节J1、J2的转矩TJ1、TJ2是
TJ1＝mJ1×xJ1
TJ2＝mJ2×xJ2。
即，一对板簧部件55的弹簧常数和紧固部58的尺寸(自由状态下的内径和紧固部58的内周面的面积等)被设定为使板簧部件55分别产生比上述转矩TJ1、TJ2、TJ3大的摩擦转矩，以使得即使在轴部件54的任意方向上作用转矩，板簧部件55都能够抵抗该转矩。即，板簧部件55的弹簧常数被设定为越是基端侧的关节J3则越大。
连结部件51具有与分别设置于连杆部件37、38的毂部52嵌合的凹部53，例如，通过按照卡扣式嵌合而以能够相对于两个连杆部件37、38摆动的方式进行安装，且将两个连杆部件37、38连结。
并且，在连结部件51的周缘附近的整周上设置有周槽(配线用槽)65。举例说明关节J1，如图4和图5所示，能够以如下的方式进行配线：将经由一方的连杆部件37的空洞部引导来的缆线66从连杆部件37的开口部取出到连结部件51的周槽65内，在经由周槽65之后从另一方的连杆部件38的开口部引导到其空洞部内。由此，能够按照避免与正齿轮41、42干涉的路线容易地对缆线66进行配线。
并且，配置在臂部22的最靠基端侧的旋转关节K具有被支承为能够相对于主体部23旋转的旋转部(省略图示)，该旋转关节K还具有：编码器那样的角度传感器(省略图示)，其对旋转部相对于主体部23的相对角度位移进行检测；轴部件(省略图示)，其固定于旋转部；以及一对板簧部件(省略图示)，它们固定于主体部23，卷绕在轴部件的外周面上。
该旋转关节K中的摩擦转矩的设定是以如下的方式进行的：在使关节J1、J2伸直并使关节J3屈曲90°的状态下，使摩擦转矩的大小超过在使臂部22沿水平方向伸直时由施加给旋转关节K的自重所产生的转矩的大小。
第2操作部20具有：手臂放置台26，其固定在第1操作部19的主体部23上；以及直动机构27，其将该手臂放置台26和第1操作部19支承为能够一体地移动。手臂放置台26配置在当操作者O把持着第1操作部19的把持部25时正好对把持着把持部25的手的手腕附近的手臂进行载置的位置。
直动机构27具有：滑块28，其对手臂放置台26和第1操作部19进行固定；以及直线引导件29，其将该滑块28支承为像图2中涂黑的箭头所示那样能够在相互垂直的水平两个方向上移动。通过利用放在手臂放置台26上的手臂使滑块28在水平方向上移动，能够在维持着把持第1操作部19的姿势的状态下使第1操作部19的位置移动。由此，第2操作部20能够通过操作者O的手腕或手臂来输入操作指令，将由手腕或手臂输入的力作为两个滑块28的机械驱动力而产生。
指令传递部21具有：电信号传递部30，其将第1操作部19与前端驱动部10连接；以及机械式动力传递部31，其将第2操作部20与基端侧动作部16连接。
电信号传递部30将由第1操作部19产生的电信号所构成的动作指令传递给控制部4，将控制部4所生成的指令信号提供给前端驱动部10的各马达。控制部4根据第1操作部19所产生的动作指令，对前端驱动部10的各马达的旋转移动量和旋转速度进行计算，并对各马达进行控制。
并且，控制部4根据设置在第1操作部19的把持部25上的滑动传感器32的滑块36的滑动位置对前端执行器进行控制，以使得对高频夹持器11的开闭角度进行变更。并且，当按下按钮33、34、35时，控制部4对分配给各按钮33、34、35的功能(即，切开模式下的通电的通断、凝固模式下的通电的通断、离合器的分离/接合)进行控制。
以下，对这样构成的本实施方式的操作输入装置2和医疗用机械手系统1的作用进行说明。
要想使用本实施方式的医疗用机械手系统1对患者P体内的患部进行处置，需要将机械手3的插入部6插入到患者P的体腔内，将可动部9和长条部8经由插入部6的通道R插入到患者P的体内。
并且，在可动部9与体腔内的患部接近地配置的状态下，操作者O一边利用监视器5来确认由未图示的内窥镜取得的图像，一边对操作输入装置2进行操作。要想对操作输入装置2进行操作，操作者O用一只手对第1操作部19的把持部25进行把持，并将该手的手臂放在第2操作部20的手臂放置台26上。
然后，当操作者O从手臂对手臂放置台26施加力时，固定有手臂放置台26的滑块28在该力的方向上移动，其移动量被分解成前进后退方向上的直线移动量和左右方向上的直线移动量，能够手动使位于可动部9的前端的高频夹持器11的前端位置分别在前进后退方向和左右方向上大致移动。
另一方面，当使操作者O用手把持的第1操作部19的把持部25移动时，通过设置于各关节J1、J2、J3、K的角度传感器47来检测该移动量，并作为电信号传递给控制部4。在控制部4中，计算出使可动部9的各关节12、13、14、15以与角度传感器47检测出的各关节J1、J2、J3、K的角度一致的方式进行动作的电动作指令，并提供给与各关节12、13、14、15连接的马达。由此，使设置在可动部9的前端的高频夹持器11的前端位置按照手的动作所指示的那样电动地精密移动。
然后，当操作者O使滑动传感器32的滑块36滑动以使得通过高频夹持器11对生物体组织进行把持时，控制部4根据滑块36的位置使高频夹持器11开闭。在该情况下，由于把持着把持部25的操作者O的手的食指配置在与滑块36接触的位置，所以能够通过食指的动作使滑块36容易地在把持部25的长度方向上滑动。
并且，在希望切断操作输入装置2与机械手3的连动时，操作者O使拇指滑动而按压按钮35。由于将作为离合器按钮的按钮35配置在与把持着把持部25的状态下的拇指的位置错开的位置，所以能够防止离合器按钮的错误操作，并且能够使利用离合器进行的操作中断具有意义。
然后，在操作输入装置2与机械手3的连动被切断的状态下，当操作者O将手从把持部25放开时，对于构成操作输入装置2的第1操作部19的臂部22的各关节J1、J2、J3、K，配置在比各关节J1、J2、J3、K靠前端侧的部件的自重的总计作为使各关节J1、J2、J3、K旋转的自重转矩发挥作用。根据本实施方式的操作输入装置2，由于设置有在与自重转矩相反的方向上产生比自重转矩大的摩擦转矩的板簧部件55，所以各关节J1、J2、J3、K维持在静止状态。
其结果是，具有如下的优点：在操作输入装置2与机械手3的连动被切断的状态下，即使操作者O将手从把持部25放开，臂部22的各关节J1、J2、J3、K也静止，把持部25和臂部22原地静止并维持在相同的姿势，因此在接下来再次开始操作输入装置2与机械手3的连动时，能够防止操作输入装置2与机械手3产生位置偏移，容易再次开始。
并且，在本实施方式中，由于通过固定于连结部件51的轴部件54以及固定于连杆部件38、39、40且卷绕在轴部件54的外周面上的板簧部件55来产生抵抗自重转矩的摩擦转矩，所以能够通过简单的结构将连动切断状态的臂部22稳定地维持在静止状态。特别是由于不使用马达等大规模的装置，所以能够实现臂部22的小型化。
并且，由于在轴部件54上具有按照相反方向卷绕的一对板簧部件55，所以即使自重转矩作用于任意的方向，也会产生抵抗该自重转矩的摩擦转矩，能够通过简单的结构将连动切断状态的臂部22稳定地维持在静止状态。
此外，在每个关节J1、J2、J3、K中对摩擦转矩进行调节，以使得不仅只是产生较大的摩擦转矩，而且产生能够抵抗作用于各关节J1、J2、J3、K的自重转矩的最大值的摩擦转矩，因此在操作者O对把持部25进行操作时，能够通过施加给把持部25的力容易地进行动作。
对摩擦转矩进行调节，以使得特别是在通过产生超过自重转矩的转矩的外力使把持部25进行动作时，并不是仅有某个关节J1、J2、J3、K进行动作，而是所有的关节J1、J2、J3、K进行动作，由此能够防止操作性降低。
并且，仅通过将轴单元48沿着其长度方向插入到设置于连杆部件38、39、40的插入孔60中，利用螺钉56将轴部件54和连结部件51固定就能够构成产生摩擦转矩的机构。相反地，只要取下将轴部件54固定于连结部件51上的螺钉56并拆下连结部件51就能够以轴单元48的形态从插入孔60中拆下。即，通过使由轴部件54和板簧部件55组装而成的轴单元48相对于插入孔60插入/取出，能够容易地进行产生摩擦转矩的关节J1、J2、J3的组装/分解，并且能够容易地更换板簧部件55。
另外，在本实施方式的操作输入装置2中，例示出双接头构造的关节来作为臂部22的3个关节J1、J2、J3，但也可以取而代之，采用具有单一的轴线的关节。举例说明关节J1，在该情况下，只要在一方的连杆部件37上固定有轴部件54，在另一方的连杆部件38上固定有卷绕在该轴部件54上的板簧部件55即可。
并且，在本实施方式中，例示出板簧部件55来作为紧固在轴部件54的外周面上的弹性部件，但也可以取而代之，采用将弹簧材料卷成螺旋状而整体上形成为圆筒状的螺旋弹簧部件。
并且，也可以采用像图9所示的按压螺钉(调节部)61那样从外部对由板簧部件55产生的紧固力进行调节的机构。在紧固力因经年变化而降低时，能够通过按压螺钉61从外侧按压板簧部件55而增大紧固力，或者为了得到在多个关节J1、J2、J3中产生的摩擦转矩的平衡通过按压螺钉61对摩擦转矩的大小进行调节。
并且，也可以如图10所示，在轴部件54上沿周向隔开间隔地形成多个缝，在中心处预先设置锥形内螺纹(调节部)67，由此对与该锥形内螺纹67紧固的锥形外螺纹(省略图示)的紧固量进行调节而改变轴部件54的外径，从外部来调节由板簧部件55产生的摩擦转矩的大小。
并且，在本实施方式中，关于摩擦转矩的调节，在使臂部22的关节J1、J2、J3全部伸直的状态下以各关节J1、J2、J3、K的转矩为基准进行调节，但此外也可以对各关节J1、J2、J3、K的动作范围的中心位置(sweet spot：最佳点)进行定义，并按照如下的方式对摩擦转矩进行调节：在对该中心位置施加力时在关节J1、J2、J3、K中产生的摩擦转矩在各关节J1、J2、J3、K处一致。由此，既能够补偿自重转矩，并且能够使各关节J1、J2、J3、K连动地动作，能够实现较高的操作性。
并且，也可以如图11所示，具有通知部64，另外，在把持部25上设置有检测操作者O的手是否与该把持部25接触的接触传感器(接触检测部)63，在接触传感器63未检测到操作者O的手的接触的状态下，判定由角度传感器47检测出并发送给控制部4的相对角度位移是否为规定的阈值以上，在规定的阈值以上的情况下该通知部64通知该内容。接触传感器63例如检测拇指是否与如下的位置接触：该位置是在对把持部25进行把持时供该操作者O把持的手的拇指配置的位置。
举例说明关节J1，在弹性部件55所产生的摩擦转矩因经时变化等减小的情况下等，若关节J1无法承受自重转矩而进行动作时，通过角度传感器47来检测连杆部件37、38之间的相对角度位移，在动作较大的情况下通过通知部64来通知。只要根据该通知来更换板簧部件55或调节由板簧部件55产生的紧固力，就能够防止切断操作输入装置2与机械手3的连动时的位置偏移，使操作变得容易。
并且，在本实施方式中，在各关节中配置角度传感器47，对连杆部件37、38、39、40相互的相对角度位移进行检测，但并不限定于此，也可以通过其他的任意方法来检测连杆部件37、38、39、40相互的相对角度位移。
标号说明
1：医疗用机械手系统；2：操作输入装置；3：机械手；4：控制部；12、13、14、15、J1、J2、J3、K：关节；22：臂部；25：把持部；37、38、39、40：连杆部件；41、42：正齿轮(齿轮)；47：角度传感器(传感器)；48：轴单元(摩擦产生部)；51：连结部件；54：轴部件；55：板簧部件(弹性部件)；58：紧固部；59：突出部；60：插入孔；61：按压螺钉(调节部)；62：槽；63：接触传感器(接触检测部)；64：通知部；65：周槽(配线用槽)；66：缆线；67：锥形内螺纹(调节部)；O：操作者。

Claims (13)

1.一种操作输入装置，其对进行患部的观察或处置的机械手输入操作指令，其中，该操作输入装置具有：
把持部，其由操作者的手进行把持；以及
臂部，其将该把持部支承为能够移动，
该臂部具有2个以上的连杆部件以及1个以上的关节，该1个以上的关节将相邻的一对所述连杆部件连结成能够绕与所述连杆部件的长度轴交叉的关节轴摆动，
各该关节具有摩擦产生部，该摩擦产生部在与转矩施加的方向相反的方向上产生摩擦转矩。
2.根据权利要求1所述的操作输入装置，其中，
所述摩擦产生部具有：
轴部件，其固定在所述一对连杆部件的一方，沿着所述关节轴延伸；以及
弹性部件，其固定在所述一对连杆部件的另一方，卷绕在所述轴部件的外周面上而向径向内侧紧固所述轴部件。
3.根据权利要求2所述的操作输入装置，其中，
在所述另一方的连杆部件上设置有插入孔，该插入孔供在所述轴部件的外周面上卷绕有所述弹性部件的轴单元在该插入孔的长度轴方向上插入，
所述弹性部件具有：
大致圆筒状的紧固部，其卷绕在所述轴部件的外周面上；以及
突出部，其从该紧固部向径向外侧延伸，
在所述插入孔中设置有槽，该槽在插入所述轴单元时供所述突出部在所述长度轴方向上插入而在周向上进行卡定。
4.根据权利要求1所述的操作输入装置，其中，
所述关节具有：
相互啮合的两个齿轮，它们分别固定在相邻的两个所述连杆部件上；以及
连结部件，其分别安装在两个所述连杆部件上而将两个所述连杆部件连结，以使得两个所述连杆部件能够分别以这两个齿轮的平行的两个轴线为中心摆动，
所述摩擦产生部具有：
轴部件，其沿着固定在所述一对连杆部件的一方的所述齿轮的轴线延伸，固定在所述连结部件和所述一方的连杆部件中的一方；以及
弹性部件，其固定在所述连结部件和所述一方的连杆部件中的另一方，卷绕在所述轴部件的外周面上而向径向内侧紧固所述轴部件。
5.根据权利要求4所述的操作输入装置，其中，
在所述一方的连杆部件中设置有插入孔，该插入孔供在所述轴部件的外周面上卷绕有所述弹性部件的轴单元在该插入孔的长度轴方向上插入，
所述弹性部件具有：
大致圆筒状的紧固部，其卷绕在所述轴部件的外周面上；以及
突出部，其从该紧固部向径向外侧延伸，
在所述插入孔中设置有槽，该槽在插入所述轴单元时供所述突出部在所述长度轴方向上插入而在周向上进行卡定。
6.根据权利要求4或5所述的操作输入装置，其中，
在所述连结部件中具有配线用槽，该配线用槽供缆线沿着远离所述齿轮的路线进行配线，该缆线越过所述关节而在两个所述连杆部件之间传递电信号。
7.根据权利要求3或5所述的操作输入装置，其中，
所述弹性部件具有根据施加给所述轴部件的转矩的方向而使紧固力增减的一对所述紧固部，所述一对紧固部被配置成其紧固力增加的方向是彼此相反的方向。
8.根据权利要求2至7中的任意一项所述的操作输入装置，其中，
所述操作输入装置具有调节部，该调节部对所述弹性部件所产生的紧固力进行调节。
9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的操作输入装置，其中，
所述臂部具有3个以上的所述连杆部件和2个以上的所述关节，
所述弹性部件的弹簧常数被设定为越是基端侧的所述关节则越大。
10.根据权利要求1至8中的任意一项所述的操作输入装置，其中，
所述把持部具有接触检测部，该接触检测部检测所述把持部是否与操作者的手接触，
所述操作输入装置具有：
传感器，其对各所述连杆部件的相对角度位移进行检测；以及
通知部，当在该接触检测部未检测到操作者的手的接触的状态下所述传感器所检测的相对角度位移变化到规定的阈值以上的情况下，该通知部通知该情况。
11.根据权利要求4至6中的任意一项所述的操作输入装置，其中，
所述操作输入装置具有其他的传感器，该其他的传感器检测所述连杆部件与所述连结部件的相对角度位移。
12.一种医疗用机械手系统，其具有：
机械手，其进行患部的观察或处置；
权利要求1至11中的任意一项所述的操作输入装置；以及
控制部，其根据该操作输入装置所输入的操作指令对所述机械手进行控制。
13.根据权利要求12所述的医疗用机械手系统，其中，
所述机械手具有一个以上的关节以使得成为与所述操作输入装置相似的关节结构。
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