CN107530135A - 医疗用机械手 - Google Patents

Abstract

本发明的医疗用机械手(3)的目的在于，即使屈曲关节(13)发生弯折，也容易使比屈曲关节(13)靠前方的旋转关节(15)进行旋转，该医疗用机械手(3)具有：旋转关节(15)，其使配置在前端的前端执行器(6)绕第一轴线(X)进行旋转；屈曲关节(13)，其配置在该旋转关节(15)的基端侧，使前端执行器(6)绕与第一轴线(X)交叉的第二轴线(Y)进行摆动；驱动部(8)，其产生旋转驱动力；动力传递部件，其使该驱动部(8)所产生的旋转驱动力贯穿屈曲关节(13)而传递给旋转关节(15)侧；以及减速部，其使该动力传递部件所传递来的旋转驱动力减速而传递给前端执行器(6)。

Description

医疗用机械手

技术领域

本发明涉及医疗用机械手。

背景技术

公知有如下的外科用处置器具：该外科用处置器具在屈曲关节的前端具有旋转关节，该旋转关节使被该旋转关节支承的把持部绕其轴线进行旋转(例如，参照专利文献1、专利文献2)。

根据这些外科用处置器具，在使屈曲关节进行动作来变更把持部的姿势并利用把持部将把持对象物(缝合针等)夹住之后，使旋转关节进行动作而使把持部旋转，从而使所把持的把持对象物进行旋转。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第6746443号公报

专利文献2：美国专利第6676684号公报

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1的外科用处置器具中，采用了如下构造：使线从基端侧贯穿屈曲关节而卷绕在旋转关节的旋转轴上，使用施加给该线的张力来直接作为使旋转关节产生转矩的力，当因屈曲关节发生弯折而使线与其周围的部件之间的摩擦力增大时，经由线的张力的传递效率降低，即使基端侧的操作量相同，旋转关节的旋转量也会减少。

另外，在专利文献2的外科用处置器具中，采用了如下构造：使转矩管从基端侧贯穿屈曲关节而固定在旋转关节的旋转轴上，通过施加给该转矩管的转矩来直接使旋转轴进行旋转。在该情况下也是，当因屈曲关节发生弯折而使转矩管与其周边的部件之间的摩擦力增大时，经由转矩管的转矩的传递效率降低，即使基端侧的操作量相同，旋转关节的旋转量也会减少。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供即使屈曲关节发生弯折也能够容易地使比屈曲关节靠前方的旋转关节进行旋转的医疗用机械手。

用于解决课题的手段

本发明的一个方式是医疗用机械手，该医疗用机械手具有：旋转关节，其使配置在前端的前端执行器绕第一轴线进行旋转；屈曲关节，其配置在该旋转关节的基端侧，使所述前端执行器绕与所述第一轴线交叉的第二轴线进行摆动；驱动部，其产生旋转驱动力；动力传递部件，其使该驱动部所产生的旋转驱动力贯穿所述屈曲关节而传递给所述旋转关节侧；以及减速部，其使该动力传递部件所传递来的旋转驱动力减速而传递给所述前端执行器。

根据本方式，当通过驱动部的动作产生旋转驱动力时，所产生的旋转驱动力通过动力传递部件贯穿屈曲关节而传递到更前方的旋转关节侧。并且，传递到旋转关节侧的旋转驱动力在通过减速部减速的状态下被传递给前端执行器。即，当屈曲关节发生弯折时，贯穿该屈曲关节的动力传递部件与周围的部件接触而产生摩擦，但由于旋转驱动力在贯穿屈曲关节后通过减速部增大，因此能够通过减速部来恢复因摩擦而产生损失的旋转驱动力，以较高的转矩对旋转关节进行驱动。

在上述方式中，所述减速部也可以具有：输入侧齿轮，其设置在所述动力传递部件上；以及输出侧齿轮，其以能够绕所述第一轴线旋转的方式固定在所述前端执行器上并与所述输入侧齿轮啮合，该输出侧齿轮的齿数多于所述输入侧齿轮的齿数。

这样，通过输入侧齿轮的齿数与输出侧齿轮的齿数之比来确定减速比，通过与输出侧齿轮的啮合来增大输入侧齿轮所传递的旋转驱动力，能够容易地使固定于输出侧齿轮的前端执行器绕第一轴线进行旋转。

另外，在上述方式中，所述输入侧齿轮也可以被设置成能够绕与所述第一轴线平行的轴线进行旋转。

这样，能够将动力传递部件所传递来的旋转驱动力从绕相互平行的轴线进行旋转的输入侧齿轮传递给输出侧齿轮。由于不伴随旋转方向的转换，因此能够在比较细的直径中使转速减速而增大旋转驱动力。

另外，在上述方式中，所述动力传递部件也可以具有：线，其被所述驱动部牵引而传递张力；以及滑轮，其被设置成能够通过该线的张力绕与所述第二轴线平行的轴线进行旋转，所述输入侧齿轮通过所述滑轮的旋转而绕与所述第二轴线平行的轴线进行旋转。

这样，线所传递来的驱动部的旋转驱动力使滑轮绕与第二轴线平行的轴线进行旋转，通过滑轮的旋转来使输入侧齿轮绕与第二轴线平行的轴线进行旋转。由于使输入侧齿轮绕与使屈曲关节旋转的第二轴线平行的轴线进行旋转，因此能够抑制因屈曲关节的弯折而导致的旋转驱动力的传递效率的降低。

另外，在上述方式中，所述动力传递部件也可以由转矩管构成，该转矩管具有挠性并贯穿所述屈曲关节而配置，所述输入侧齿轮固定在所述转矩管的前端。

这样，因屈曲关节的弯折而使具有挠性的转矩管发生弯曲，从而使转矩管与周围的部件之间的摩擦增大，旋转驱动力的传递效率降低，但由于通过具有固定于转矩管的前端的输入侧齿轮和输出侧齿轮的减速部来增大旋转驱动力，因此能够通过减速部来恢复因摩擦而产生损失的旋转驱动力，以较高的转矩对旋转关节进行驱动。

另外，在上述方式中，所述减速部也可以具有：输入侧旋转体，其设置在所述动力传递部件上；以及输出侧旋转体，其固定在所述前端执行器上，在所述输出侧旋转体与所述输入侧旋转体之间通过摩擦来传递旋转驱动力，该输出侧旋转体的摩擦面的直径尺寸大于所述输入侧旋转体的摩擦面的直径尺寸。

这样，通过输入侧旋转体的摩擦面的直径尺寸与输出侧旋转体的摩擦面的直径尺寸之比来确定减速比，通过摩擦使传递到输入侧旋转体的旋转驱动力在传递给输出侧旋转体时增大，能够容易地使固定于输出侧旋转体的前端执行器绕第一轴线进行旋转。

发明效果

根据本发明，起到了即使屈曲关节发生弯折也能够容易地使比屈曲关节靠前方的旋转关节进行旋转的效果。

附图说明

图1是示出具有本发明的一个实施方式的医疗用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的医疗用机械手的立体图。

图3是示出图2的医疗用机械手的前端部的纵剖视图。

图4是示出图2的医疗用机械手的减速部的主视图。

图5是示出使图3的医疗用机械手的屈曲关节弯折后的状态的纵剖视图。

图6是示出图4的减速部的变形例的立体图。

图7是示出图2的医疗用机械手的变形例的前端部的纵剖视图。

图8是利用其他切断面将图7的医疗用机械手的前端部切断而得的纵剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一个实施方式的医疗用机械手3进行说明。

本实施方式的医疗用机械手3例如在图1所示的医疗用机械手系统1中进行使用。该医疗用机械手系统1具有：操作输入装置2，其由操作者A进行操作；医疗用机械手3，其插入到患者P的体腔内；控制部4，其根据针对操作输入装置2的操作输入对医疗用机械手3进行控制；以及监视器5。

如图2和图3所示，本实施方式的医疗用机械手3例如具有：长条的插入部10，其经由插入到患者P的体腔内的内窥镜的通道而插入到患者P的体腔内；可动部7，其配置在该插入部10的前端，将前端执行器6支承在该可动部7的前端；旋转驱动部(驱动部)8，其配置在插入部10的基端，被控制部4控制而使可动部7进行动作；动力传递部件9，其将该旋转驱动部8所产生的旋转驱动力传递给可动部7；以及减速部11，其使该动力传递部件9所传递的旋转驱动力减速而传递给可动部7。

可动部7具有：屈曲关节13，其使第一关节部件12绕与插入部10的长度轴线垂直的轴线(第二轴线)Y进行摆动；以及旋转关节15，其配置在该屈曲关节13的第一关节部件12的前端，使第二关节部件14绕与第二轴线Y垂直的轴线(第一轴线)X进行旋转。第二关节部件14固定在前端执行器6上。

通过使屈曲关节13进行动作而使第一关节部件12进行摆动，从而能够使配置于该第一关节部件12的前端的旋转关节15和前端执行器6绕第二轴线Y进行摆动。例如可以利用滑轮16和线17使旋转驱动力从旋转驱动部8向屈曲关节13传递，但这里省略了说明。

另外，通过使旋转关节15进行动作而使第二关节部件14进行旋转，从而能够使前端执行器6绕第一轴线X进行旋转。如图3所示，将旋转驱动力从旋转驱动部8传递给旋转关节15的动力传递部件9由转矩管18构成。

插入部10和第一关节部件12均构成为中空，如图3所示，以贯穿中空的屈曲关节13的方式将转矩管18配置成从插入部10延伸到第二关节部件14的附近。

转矩管18是具有挠性的中空的管，能够使未图示的线贯穿在其内部。线是为了使固定于第二关节部件14的前端执行器6进行动作而使用的。

减速部11具有固定于转矩管18的前端的输入侧齿轮19和固定于第二关节部件14的输出侧齿轮20。如图4所示，输入侧齿轮19例如是外齿的齿轮。另外，输出侧齿轮20例如是形成于圆筒内表面的内齿的齿轮。关于输入侧齿轮19和输出侧齿轮20，使它们的旋转轴线平行且偏心地配置并使它们相互啮合。输入侧齿轮19的齿数(例如8个)少于输出侧齿轮20的齿数(例如10个)。由此，输出侧齿轮20的旋转速度相对于输入侧齿轮19的旋转速度按照由齿数之比确定的减速比进行减速。

即，如图4所示，形成于圆筒内表面的输出侧齿轮20的节圆半径R1大于输入侧齿轮19的节圆半径R2，通过形成于第一关节部件12的嵌合孔12b将输入侧齿轮19支承为相对于输出侧齿轮20在径向的一个方向上偏心但始终保持啮合。

第二关节部件14以能够旋转的方式嵌合在固定于第一关节部件12的圆筒状的罩部件21内。在第二关节部件14上形成有周槽22，利用向周槽22内突出的销23将第二关节部件14保持为不会沿第一轴线X方向脱离，其中，该销23在径向上贯穿罩部件21而被固定。

以下，对这样构成的本实施方式的医疗用机械手3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对体内的患部进行处置，使本实施方式的医疗用机械手3经由从患者P的体外插入到体腔内的内窥镜的插入部的通道而从前端的前端执行器6侧插入，使前端执行器6和可动部7从配置在体内的内窥镜的插入部的前端面的通道开口处突出。

当操作者A在前端执行器6和可动部7突出的状态下对操作输入装置2进行操作而进行操作输入时，控制部4根据操作输入对旋转驱动部8进行控制而使可动部7进行动作。通过使屈曲关节13进行动作，前端执行器6绕第二轴线Y进行摆动而变更姿势。另外，通过使旋转关节15进行动作，前端执行器6绕第一轴线X进行旋转。

在前端执行器6具有能够使一对把持片24a、24b开闭的把持部25的情况下，能够通过旋转关节15的动作来变更把持片24a、24b的开闭方向。

在该情况下，在本实施方式的医疗用机械手3中，在旋转驱动部8中产生的旋转驱动力通过转矩管18进行传递，从而使与输出侧齿轮20啮合的输入侧齿轮19进行旋转，其中，该转矩管18贯穿在设置于插入部10和第一关节部件12的中空部10a、12a中而配置，该输出侧齿轮20固定在第二关节部件14上，该第二关节部件14固定在前端执行器6上。由于输入侧齿轮19的齿数少于输出侧齿轮20的齿数，因此转矩管18所传递的旋转驱动力在传递给输出侧齿轮20时根据减速比进行增大，使前端执行器6进行旋转。

即，如图5所示，当使医疗用机械手3的屈曲关节13弯曲而变更前端执行器6的姿势时，贯穿屈曲关节13的转矩管18也发生弯曲而与插入部10和第一关节部件12的中空部10a、12a的内表面密接。其结果是，在使转矩管18进行旋转时，转矩管18与周围的部件之间的摩擦增大，旋转驱动力的传递效率降低。

根据本实施方式的医疗用机械手3，由于利用固定于转矩管18的前端的输入侧齿轮19与固定于前端执行器6的输出侧齿轮20的齿数的不同来构成减速部11，因此具有下述优点：即使在转矩管18中传递效率降低，也能够在减速部11中使旋转驱动力恢复，能够更可靠地使前端执行器6进行旋转。

另外，根据本实施方式的医疗用机械手3，由于输出侧齿轮20具有形成于圆筒状的内表面的内齿，因此能够配置成使输入侧齿轮19与输出侧齿轮20内部啮合的状态。其结果是，具有能够使减速部11小径化的优点。

另外，在本实施方式中，作为输出侧齿轮20，由具有内齿的圆筒状的齿轮构成，但在外径尺寸富裕的情况下，也可以采用在圆筒的外表面具有外齿的齿轮来作为输出侧齿轮20。

另外，利用输入侧齿轮19与输出侧齿轮20的啮合对旋转驱动力进行传递，但也可以取而代之，如图6所示，采用如下构造：使配置于圆柱状的输入侧旋转体26的外周的摩擦面26a与配置于圆筒状的输出侧旋转体27的内周的摩擦面27a接触，从而通过摩擦对旋转驱动力进行传递。

在该情况下也是，将输出侧旋转体27的摩擦面27a的直径尺寸设定得比输入侧旋转体26的摩擦面26a的直径尺寸大，从而与齿轮的情况同样地在传递旋转驱动力时进行减速，能够增大旋转驱动力。

另外，在本实施方式中，通过转矩管18对在旋转驱动部8中产生的旋转驱动力进行传递，但也可以取而代之，如图7和图8所示的那样通过线17进行传递。在图7和图8中，作为屈曲关节13，采用了如下的所谓的双关节方式：使固定于插入部10和第一关节部件12的端部的正齿轮28、29相互啮合，通过连杆部件30将各正齿轮28、29的平行的两个轴线之间连结起来。

如图8所示，在该医疗用机械手3中，在与屈曲关节13相比配置在前方的旋转关节15的第一关节部件12上设置有与屈曲关节13的轴线Y平行的三个轴31、32、33。最靠基端侧的第一轴31沿着屈曲关节13的前端侧的轴线配置并被D形切割。在该第一轴31上通过D形切割以能够一体旋转的方式固定有第一正齿轮34和两个滑轮16。另外，正齿轮29和连杆部件30的贯通孔39、40未进行D形切割，第一轴31能够相对于正齿轮29和连杆部件30进行相对地旋转。

在两个滑轮16上分别反向地卷绕有线17，各线17的端部固定在滑轮16上。由此，通过将任意的线17向基端侧牵引，能够使对应的滑轮16反向旋转，从而能够借助第一轴31使第一正齿轮34在任意的方向上旋转。

在与第一轴31相邻的第二轴32上固定有与第一正齿轮34啮合的第二正齿轮35。在与第二轴32相邻的第三轴33上固定有与第二正齿轮35啮合的第三正齿轮36和构成减速部11的由正齿轮构成的输入侧齿轮19。

在旋转关节15的第二关节部件14上固定有圆筒状的输出侧齿轮20，该输出侧齿轮20具有与输入侧齿轮19啮合的面齿轮37。

如图7所示，在连杆部件30上设置有固定部41，该固定部41在连杆部件30的摆动方向的两侧对与线17分开的线42进行固定。通过将任意的线42向基端侧牵引，使连杆部件30相对于插入部10绕轴43进行摆动，由此能够使第一关节部件12相对于连杆部件30绕第一轴31进行摆动，从而能够使屈曲关节13进行弯曲。

即，在该例中，由线17、滑轮16、第一正齿轮34至第三正齿轮36来构成动力传递部件38，该动力传递部件38对旋转驱动部8所产生的旋转驱动力进行传递，通过动力传递部件38所传递的旋转驱动力对输入侧齿轮19进行旋转驱动。

在上述实施方式中，减速部11一边在绕平行的轴线旋转的齿轮19、20之间进行减速一边对旋转驱动力进行传递，但在图7和图8的例子中，一边在绕相互垂直的轴线旋转的正齿轮19与面齿轮37之间进行减速一边对旋转驱动力进行传递。

这样，即使屈曲关节13发生弯曲也能够阻止用于驱动旋转关节15的旋转驱动力因摩擦而降低，但由于通过多个齿轮34、35、36进行传递，所以传递效率降低。因此，通过减速部11来恢复旋转驱动力，从而能够更可靠地使前端执行器6进行旋转。也可以没有中间的第二正齿轮35。

另外，作为在相互垂直的轴线之间传递动力的方法，并不限于正齿轮19与面齿轮37的组合，可以采用斜齿轮与面齿轮37、斜齿轮彼此等。

标号说明

3：医疗用机械手；6：前端执行器；8：旋转驱动部(驱动部)；9、38：动力传递部件；11：减速部；13：屈曲关节；15：旋转关节；16：滑轮；17：线；18：转矩管；19：输入侧齿轮；20：输出侧齿轮；26：输入侧旋转体；26a、27a：摩擦面；27：输出侧旋转体；X：第一轴线；Y：第二轴线。

Claims (6)

1.一种医疗用机械手，该医疗用机械手具有：

旋转关节，其使配置在前端的前端执行器绕第一轴线进行旋转；

屈曲关节，其配置在该旋转关节的基端侧，使所述前端执行器绕与所述第一轴线交叉的第二轴线进行摆动；

驱动部，其产生旋转驱动力；

动力传递部件，其使该驱动部所产生的旋转驱动力贯穿所述屈曲关节而传递给所述旋转关节侧；以及

减速部，其使该动力传递部件所传递来的旋转驱动力减速而传递给所述前端执行器。

2.根据权利要求1所述的医疗用机械手，其中，

所述减速部具有：

输入侧齿轮，其设置在所述动力传递部件上；以及

输出侧齿轮，其以能够绕所述第一轴线旋转的方式固定在所述前端执行器上并与所述输入侧齿轮啮合，

该输出侧齿轮的齿数多于所述输入侧齿轮的齿数。

3.根据权利要求2所述的医疗用机械手，其中，

所述输入侧齿轮被设置成能够绕与所述第一轴线平行的轴线进行旋转。

4.根据权利要求2所述的医疗用机械手，其中，

所述动力传递部件具有：

线，其被所述驱动部牵引而传递张力；以及

滑轮，其被设置成能够通过该线的张力绕与所述第二轴线平行的轴线进行旋转，

所述输入侧齿轮通过所述滑轮的旋转而绕与所述第二轴线平行的轴线进行旋转。

5.根据权利要求2或3所述的医疗用机械手，其中，

所述动力传递部件由转矩管构成，该转矩管具有挠性并贯穿所述屈曲关节而配置，

所述输入侧齿轮固定在所述转矩管的前端。

6.根据权利要求1所述的医疗用机械手，其中，

所述减速部具有：

输入侧旋转体，其设置在所述动力传递部件上；以及

输出侧旋转体，其固定在所述前端执行器上，在所述输出侧旋转体与所述输入侧旋转体之间通过摩擦来传递旋转驱动力，

该输出侧旋转体的摩擦面的直径尺寸大于所述输入侧旋转体的摩擦面的直径尺寸。