CN107708597A - 手术用机器人 - Google Patents
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Abstract
具备包括手腕关节驱动部(38)的机器人主体驱动机构(51);以及机器人主体(2),所述机器人主体包括可装卸地固定在机器人主体驱动机构上的基座(23);具有近位端(25a)连接在基座的中空的轴部(25)和与轴部的远位端(25b)连接的手腕关节(30),且手腕关节绕臂的远位端的轴线转动的臂(21);安装在手腕关节上的末端执行器(22);具有插通轴部且远位端(44b)安装在手腕关节上的中空的转矩传递管(44)的手腕关节驱动力传递部(48);手腕关节驱动部形成为通过将基座安装至机器人主体驱动机构来连接转矩传递管的近位端(44a),使转矩传递管绕转矩传递管的轴线(L1)转动的结构,且形成为通过将基座从机器人主体驱动机构上拆下而与转矩传递管分离的结构。
Description
技术领域
本发明涉及手术用机器人。
背景技术
已知有可用于微创手术,且可将机械手从机械手主体拆下的机械手系统(例如参照专利文献1)。
该机械手系统具有可以经由臂安装于机械手主体的机械手。机械手具有握持缝合线、针等的握持部(手术器械)、梢端部、与梢端部一起形成第二关节的中间部、以及具有筒部并与中间部一起形成第一关节的根部。然后,臂具有使筒部绕筒部的轴旋转的机构。然后,通过使筒部绕筒部的轴旋转,使得握持部可以绕筒部的轴旋转。
现有技术文献
专利文献1:日本特开2004-122286号公报。
发明内容
发明要解决的问题:
然而,例如在握持部执行抓取缝合线的动作时,需要使握持部的开闭方向与缝合线的延伸方向的正交方向相重合,因此,需要调整绕握持部的轴线的握持部的角度位置。但是,专利文献1所述机械手系统,要改变握持部的开闭方向,需要使机械手整体绕筒部的轴旋转,特别是在使第一关节以及第二关节处于弯曲等状态,筒部的轴线与握持部的轴线不重合的状态下,握持部要以筒部的轴为中心在圆周方向上大幅移动,存在可操作性较差的问题。
解决问题的手段
为解决上述问题,根据本发明的某种形态的手术用机器人,具备:包括手腕关节驱动部的机器人主体驱动机构;和机器人主体,所述机器人主体包括:可装卸地固定在所述机器人主体驱动机构上的基座;具有近位端连接所述基座的中空的轴部和连接所述轴部的远位端的手腕关节且所述手腕关节绕臂的远位端的轴线转动的臂;安装在所述手腕关节上的末端执行器(end effector);以及具有插通于所述轴部且远位端安装在所述手腕关节上的中空的转矩传递管的手腕关节驱动力传递部;所述手腕关节驱动部形成为通过将所述基座安装至所述机器人主体驱动机构来连接所述转矩传递管的近位端,使所述转矩传递管绕该转矩传递管的轴线转动的结构,且形成为通过将所述基座从所述机器人主体驱动机构上拆下而与所述转矩传递管分离的结构。
根据该结构,能够以将基座从机器人主体驱动机构上拆下而使驱动力传递机构与机器人主体驱动机构分离的形式构成,因此可将接触患者的机器人主体从机器人主体驱动机构上拆下,进行机器人主体的灭菌处理。因此,可以有效率地进行手术用机器人的灭菌处理作业。
又,通过将基座安装至机器人主体驱动机构,手腕关节驱动部得以与转矩传递管的近位端连接并可使转矩传递管绕转矩传递管的轴线转动。藉此,可使设置于臂的远位端的末端执行器绕臂的远位端的轴线转动。因此,即使在臂处于弯曲的状态下,也可改变所述末端执行器绕臂的远位端的轴线的角度位置,可以提升手术用机器人的可操作性。
还可以是所述轴部以及所述转矩传递管具有可挠性。
根据该结构,可以弯曲轴部以及转矩传递管,绕过患者的脏器等,并将末端执行器导入至处理部位的近旁。又,可以使手腕关节进行精确的旋转。
还可以是所述机器人主体驱动机构包括末端执行器驱动部;所述机器人主体包括末端执行器驱动力传递部,该末端执行器驱动力传递部具有插通于所述转矩传递管且远位端安装在所述末端执行器上的末端执行器操作缆线和通过其转动使得该末端执行器操作缆线在该末端执行器操作缆线的延伸方向上移动的末端执行器操作缆线牵引滑轮;所述末端执行器形成为通过所述末端执行器操作缆线在该末端执行器操作缆线的延伸方向上移动来执行动作的结构;所述末端执行器驱动部形成为通过将所述基座安装至所述机器人主体驱动机构来连接所述末端执行器操作缆线牵引滑轮,使所述末端执行器操作缆线牵引滑轮转动的结构,且形成为通过将所述基座从所述机器人主体驱动机构上拆下而与所述末端执行器操作缆线牵引滑轮分离的结构。
根据该结构,可以防止由弯曲轴部导致的末端执行器操作缆线移动以及末端执行器发生动作。
还可以是所述手腕关节驱动部具有藉由驱动轴的旋转进行旋转的驱动侧手腕关节驱动转动体;所述末端执行器驱动部具有藉由驱动轴的旋转进行旋转的驱动侧末端执行器驱动转动体;所述手腕关节驱动力传递部具有固定在所述转矩传递管的近位端上,可绕所述转矩传递管的近位端的轴线转动地受到所述基座支持,且内部空间连通所述转矩传递管的内部空间的中空的连接部;以及固定在该连接部上,具有在所述转矩传递管的近位端的轴线上延伸的贯通孔,并通过将所述基座安装至所述机器人主体驱动机构来连接所述驱动侧手腕关节驱动转动体的从动侧手腕关节驱动转动体;所述末端执行器驱动力传递部具有:配设于所述连接部的内部空间中的所述末端执行器操作缆线牵引滑轮;固定在该末端执行器操作缆线牵引滑轮上,可绕所述转矩传递管的近位端的轴线转动地受到所述基座支持,并插通所述从动侧手腕关节驱动转动体的贯通孔的转动轴;以及固定在该转动轴上,通过将所述基座安装至所述机器人主体驱动机构来连接所述驱动侧末端执行器驱动转动体的从动侧末端执行器驱动转动体。
根据该结构,通过使从动侧钳子驱动转动体以及从动侧手腕关节驱动转动体同时旋转,不使末端执行器产生动作,就可以改变末端执行器绕臂的远位端的轴线的角度位置。
又,驱动侧钳子驱动转动体以及从动侧手腕关节驱动转动体配设于同一轴线上,因此可以使基座结构小型化。
还可以是所述机器人主体驱动机构包括弯曲关节驱动部;所述臂具有设置于所述轴部与所述手腕关节之间,执行弯曲所述臂的弯曲动作的弯曲关节;所述机器人主体包括弯曲关节驱动力传递部,该弯曲关节驱动力传递部具有远位端安装在所述弯曲关节上的弯曲关节操作缆线和通过其转动使得该弯曲关节操作缆线在该弯曲关节操作缆线的延伸方向上移动的弯曲关节操作缆线牵引滑轮;所述弯曲关节形成为通过所述弯曲关节操作缆线在弯曲关节操作缆线的延伸方向上移动来执行弯曲动作的结构;所述弯曲关节驱动部形成为通过将所述基座安装至所述机器人主体驱动机构来连接所述弯曲关节操作缆线牵引滑轮,使所述弯曲关节操作缆线牵引滑轮转动的结构,且形成为通过将所述基座从所述机器人主体驱动机构上拆下而使所述弯曲关节操作缆线牵引滑轮与所述手腕关节驱动部分离的结构。
根据该结构,弯曲所述末端执行器的臂,可以提升手术用机器人的可操作性。
还可以是所述弯曲关节操作缆线插通所述轴部与所述转矩传递管之间的空间。
根据该结构,可以使弯曲关节的动作独立于末端执行器的动作以及手腕关节的动作。
还可以是所述末端执行器为钳子。
根据该结构,可适用于执行握持目标物的作业的手术用机器人。
发明效果:
本发明具有可以提升手术用机器人的可操作性的效果。
附图说明
图1是根据本发明的实施形态的具备手术用机器人的手术用机器人系统的构成例的示意图;
图2是示出图1中的手术用机器人的手术用机器人构成例的图;
图3是示出图1中的手术用机器人的机器人主体的近位端以及机器人主体驱动机构的构成例的立体图;
图4是示出图1中的手术用机器人的机器人主体的近位端的构成例的剖视图;
图5是示出图1中的手术用机器人的机器人主体的近位端的构成例的A-A向视图;
图6A是示出图1中的手术用机器人的机器人主体的远位端的构成例,示出机器人主体的关节部的伸直状态的图;
图6B是示出图1中的手术用机器人的机器人主体的远位端的构成例、示出机器人主体的关节部的弯曲状态的图;
图7是示出图1中的手术用机器人的机器人主体的手腕关节的构成例的局部剖视图;
图8A是示出图1中的手术用机器人的机器人主体的远位端的构成例、示出第一弯曲关节操作缆线的构成例的图;
图8B是示出图1中的手术用机器人的机器人主体的远位端的构成例,示出第二弯曲关节操作缆线的构成例的图;
图9A是示出图1中的手术用机器人的机器人主体的远位端的构成例的B-B向视图;
图9B是示出图1中的手术用机器人的机器人主体的远位端的构成例的C-C向视图;
图10是图1中的手术用机器人的控制系统的构成例的示意框图。
具体实施方式
以下,参照图面说明本发明的实施形态。另,本发明并不只限定为本实施形态。又,以下,在所有的附图中,对相同或相应的要素标以相同的参照符号并省略其重复的说明。
图1是根据本发明的实施形态的具备手术用机器人1的手术用机器人系统100的构成例的示意图。图2是示出手术用机器人1的构成例的图。
如图1所示,手术用机器人系统100是通过施术者W从外部远距离操作插入在手术台111上的患者P体内的、设置于手术用机器人1的远位端的手术器械来进行微创手术的系统。
手术用机器人系统100例如具备一个以上的手术用机器人1和内窥镜101。
手术用机器人1受到安装在手术台111上的手术用机器人支持台113的支持。然后,手术用机器人1具有呈细长状的臂,在臂的远位端具有手术器械。然后,通过该手术器械对患者P体内的处理部位进行处理。在本实施形态中,手术用机器人1为在臂的远位端具有钳子的机器人。但是,臂的远位端的手术器械并不只限定为钳子,各种手术器械均可适用。
内窥镜101用于施术者W观察患者P的体内,在远位端具有摄像机以及光源。然后,由内窥镜101的摄像机拍到的图像呈现于显示设备114。藉此,施术者W可以一边观察位于患者P体内的臂的远位端和手术器械的状态以及处理部位的状态,一边操作手术用机器人1实施手术。
然后,如图2所示,手术用机器人1插入集束管102内并聚集成一束。集束管102具有可挠性并形成为中空的筒状。
[机器人主体的构成例]
图3是示出机器人主体2的近位端以及机器人主体驱动机构51的构成例的立体图。图4是示出机器人主体2的近位端的构成例的剖视图。图5是示出机器人主体2的近位端的构成例的A-A向视图。
如图2所示,手术用机器人1具备机器人主体2、驱动部3、控制器4(参照图1)、以及操作部5(参照图1)。又,在本实施形态中,手术用机器人1具备导向管6。
机器人主体2具有基座23、近位端21a与基座23连接的臂21、设置于臂21的远位端21b的末端执行器(钳子)22、以及驱动力传递机构24。另,“连接”不仅指两个物体直接连接的情况,也包括两个物体之间夹有其他物体而间接连接的情况。
基座23可装卸地固定在驱动部3的后述机器人主体驱动机构51上。藉此,机器人主体2得以与驱动部3连接。如图3及图4所示,基座23具有形成为筒状的筒状部75、在将基座23安装在机器人主体驱动机构51的状态下、安装于筒状部75的靠机器人主体驱动机构51侧(驱动部3侧)周缘上的驱动部侧端板76、以及安装于筒状部75的臂21侧周缘上的臂侧端板77。
筒状部75以在臂21的后述转矩传递管44的近位端44a的轴线L1方向上延伸的形式连接臂21。如图4所示,筒状部75的内部设置有支持部75a。支持部75a是在图4的纸面向外方向及纸面向内方向上延伸的棒状体,两端部固定于支持部75a的内周面。然后,支持部75a支持后述连接部70的一侧端部。
驱动部侧端板76具有连接驱动部侧端板76的外侧面及内侧面的第一贯通孔76a。第一贯通孔76a形成于后述轴线L3上。第一贯通孔76a的内部配置有后述从动侧第一弯曲关节驱动转动体62。又,驱动部侧端板76具有连接驱动部侧端板76的外侧面及内侧面的第二贯通孔76b。第二贯通孔76b形成于后述轴线L4上。第二贯通孔76b的内部配置有后述从动侧第二弯曲关节驱动转动体65。第二贯通孔76b形成于将第一贯通孔76a以轴线L1为中心旋转约180度的位置。
此外,驱动部侧端板76上形成有向在将基座23安装在机器人主体驱动机构51的状态下的靠机器人主体驱动机构51侧突出的中空的突出部76c。突出部76c形成于轴线L1上。即,突出部76c位于第一贯通孔76a与第二贯通孔76b之间。突出部76c具有以轴线L1为中心在圆周方向上延伸的周壁76d。周壁76d的内侧的空间与筒状部75的内部空间连通。然后,周壁76d的内侧的空间内配设有后述从动侧末端执行器驱动转动体68以及从动侧手腕关节驱动转动体71。然后,将第一贯通孔76a以轴线L1为中心旋转约90度的位置与后述从动侧末端执行器驱动转动体68以及从动侧手腕关节驱动转动体71之间的周壁76d除去,露出该从动侧末端执行器驱动转动体68以及从动侧手腕关节驱动转动体71的齿。又,将第二贯通孔76b以轴线L1为中心旋转约90度的位置与后述从动侧末端执行器驱动转动体68以及从动侧手腕关节驱动转动体71之间的周壁76d除去,露出该从动侧末端执行器驱动转动体68以及从动侧手腕关节驱动转动体71的齿。
又,如图4及图5所示,基座23具有安装于筒状部75的内周面的一对第一弯曲关节操作缆线方向变换滑轮78以及一对第二弯曲关节操作缆线方向变换滑轮79。一对第一弯曲关节操作缆线方向变换滑轮78为改变后述第一弯曲关节操作缆线41的延伸方向的滑轮。第二弯曲关节操作缆线方向变换滑轮79为改变后述第二弯曲关节操作缆线42的延伸方向的滑轮。
然后,第一弯曲关节操作缆线方向变换滑轮78以及第二弯曲关节操作缆线方向变换滑轮79配置于轴线L1方向上的不同位置。即,本实施形态中,第一弯曲关节操作缆线方向变换滑轮78配置得比第二弯曲关节操作缆线方向变换滑轮79更靠近臂21侧(图4中纸面左侧)。
图6A是示出机器人主体2的远位端的构成例、示出关节部26的伸直状态的图。图6B是示出机器人主体2的远位端的构成例、示出关节部26的弯曲状态图。
如图4、图5、图6A、及图6B所示,臂21具有中空的挠性轴(轴部)25和关节部26。
挠性轴25是例如具有可挠性的筒状体。然后,如图4所示,挠性轴25的近位端25a安装固定于基座23的臂侧端板77上。即,挠性轴25的近位端25a连接基座23。然后,挠性轴25的内部空间连通基座23的内部空间。
如图6A及图6B所示,关节部26的近位端(第一弯曲关节27的近位端27a)连接挠性轴25的远位端25b。关节部26为中空的筒状体,内部空间连通挠性轴25的内部空间。
本实施形态中,关节部26具有第一弯曲关节27、第二弯曲关节28、连接部29、以及手腕关节30。第一弯曲关节27、第二弯曲关节28、连接部29以及手腕关节30配置于同一轴线上。关节部26在外周面由未图示的套子所覆盖,并具有与挠性轴25大致相等的直径。
第一弯曲关节27为中空的筒状体,并以近位端27a连接挠性轴25的远位端25b的形式进行安装。
图9A是示出机器人主体2的远位端的构成例的B-B向视图。图9B是示出机器人主体2的远位端的构成例的C-C向视图。
第一弯曲关节27具有在关节部26的轴线方向上连成一列的多个节状构件31。节状构件31形成为在关节部26的轴线方向上延伸的圆柱状。然后,节状构件31形成为从与节状构件31的轴线以及后述第一弯曲关节27的弯曲方向正交的方向观察时(即,从后述销31f的延伸方向观察)随着远离节状构件31的轴线而在节状构件31的轴线方向上的厚度尺寸变小的锥状。即,节状构件31在图6A中形成为随着向上方以及向下方行进而变薄的结构。藉此,避免了在第一弯曲关节27弯曲时节状构件31的端面与邻接且对峙于该端面的节状构件31的端面互相干涉。
然后,如图9A及图9B所示,节状构件31具有第一插通孔31a、一对第二插通孔31b、以及一对第三插通孔31c。
第一插通孔31a形成于节状构件31的轴线上,并被后述转矩传递管44插通。然后,连成一列的多个节状构件31的第一插通孔31a构成了在臂21的延伸方向上延伸的第一路径R1。
一对第二插通孔31b连接节状构件31的两端面,并与节状构件31的轴线平行地延伸。一对第二插通孔31b中的一方,从与节状构件31的轴线以及后述第一弯曲关节27的弯曲方向正交的方向观察时(即,从后述销31f的延伸方向上观察)相对节状构件31的轴线位于一对第二插通孔31b中的另一方所在侧的相反侧。即,在图6A中,一对第二插通孔31b中的一方形成于后述销31f的上方,另一方形成于后述销31f的下方。然后,后述第一弯曲关节操作缆线41的两端部分别插通一对第二插通孔31b。然后,连成一列的多个节状构件31的一对第二插通孔31b构成了在臂21的延伸方向上延伸的一对第二路径R2。因此,一对第二路径R2中的一方,从后述销31f的延伸方向观察时相对节状构件31的轴线位于一对第二路径R2中的另一方所在侧的相反侧。
一对第三插通孔31c连接节状构件31的两端面,并在平行于节状构件31的轴线的方向上延伸。一对第三插通孔31c中的一方,从与节状构件31的轴线以及后述第一弯曲关节27的弯曲方向正交的方向观察时相对节状构件31的轴线位于一对第三插通孔31c中的另一方所在侧的相反侧。即,在图6A中,一对第三插通孔31c中的一方形成于后述销31f的上方,另一方形成于后述销31f的下方。然后,后述第二弯曲关节操作缆线42的两端部分别插通一对第三插通孔31c。然后,连成一列的多个节状构件31的一对第三插通孔31c构成了在臂21的延伸方向上延伸的一对第三路径R3。因此,一对第三路径R3中的一方从后述销31f的延伸方向上观察时相对节状构件31的轴线位于一对第三路径R3中的另一方所在侧的相反侧。
又,形成有从节状构件31的一侧端面向着节状构件31的延伸方向外侧突出的一对第一突出部31d,此外,形成有从节状构件31的另一侧端面向着节状构件31的延伸方向外侧突出的一对第二突出部31e。一对第一突出部31d与相邻节状构件31的一对第二突出部31e藉由在一直线上排列的一对销31f相连接。藉此,各节状构件31以相对邻接的节状构件31且可绕一对销31f的轴线(摇动轴线)摇动的形式进行连接。然后,节状构件31的各摇动轴线形成为互为平行的结构,第一弯曲关节27形成为如下结构:使第一弯曲关节27的远位端27b朝向与节状构件31的轴线以及摇动轴线正交的方向(以下称为弯曲方向)执行弯曲动作。另,图6A中,节状构件31的轴线是在纸面的左右方向上延伸的轴线,摇动轴线是在纸面向内方向上延伸的轴线。
如上所述,一对第二路径R2中的一方,从后述销31f的延伸方向观察时相对节状构件31的轴线位于一对第二路径R2中的另一方所在侧的相反侧,因此若第一弯曲关节27执行弯曲动作则一对第二路径R2中的位于弯曲方向内侧的第二路径R2的路径长度变短,位于弯曲方向外侧的第二路径R2变长。同样地,一对第三路径R3中的一方,从后述销31f的延伸方向观察时相对节状构件31的轴线位于一对第三路径R3中的另一方所在侧的相反侧,因此若第一弯曲关节27执行弯曲动作则一对第三路径R3中的位于弯曲方向内侧的第三路径R3的路径长度变短,位于弯曲方向外侧的第三路径R3变长。
第二弯曲关节28与第一弯曲关节27结构相同,因此省略其说明。
连接部29为中空的筒状体,并连接第一弯曲关节27与第二弯曲关节28。
手腕关节30使末端执行器22绕臂21的远位端21b的轴线L2旋转。手腕关节30为在与臂21的轴线(关节部26的轴线)正交的平面上延伸的板状体,且中央部设置有连接手腕关节30的近位端侧的面与远位端侧的面的贯通孔30a。贯通孔30a是被后述末端执行器操作缆线43插通的孔,且形成于臂21的远位端21b的轴线上。然后,手腕关节30通过未图示的轴承以连接第二弯曲关节28的远位端28b的形式进行安装。因此,手腕关节30相对挠性轴25、第一弯曲关节27、以及第二弯曲关节28,形成为可绕臂21的远位端21b的轴线L2转动的结构。
又,手腕关节30的近位端侧的面即贯通孔30a的周缘部上固定有后述转矩传递管44的远位端44b(参照图7)。
末端执行器22是手术器械,在本实施形态中为钳子。末端执行器22安装于手腕关节30的远位端侧的面上。即,末端执行器22连接关节部26的远位端(第二弯曲关节28的远位端28b)。
又,末端执行器22具备具有操作缆线连接部的未图示的开闭动作工作机构。操作缆线连接部是与后述末端执行器操作缆线43的远位端43b连接的部分。末端执行器22的开闭动作工作机构是若操作缆线连接部向规定方向移动则根据其移动量以规定量开闭钳子的机构。又,操作缆线连接部受到未图示的施力机构从末端执行器操作缆线43的近位端43a向着远位端43b的方向的施力。藉此,若从远位端43b向着近位端43a的方向牵引末端执行器操作缆线43,则操作缆线连接部抵抗上述施力机构的施力并向末端执行器操作缆线43的远位端43b的移动方向移动,例如执行闭动作,对目标物执行握持动作。又,若从近位端43a向着远位端43b的方向送出末端执行器操作缆线43,则末端执行器操作缆线43发生挠曲,而施力机构以吸收此挠曲的形式使操作缆线连接部向着上述末端执行器操作缆线43的远位端43b的移动方向的相反方向移动,例如执行开动作,对目标物执行释放动作。
如此,从臂21的近位端21a至远位端21b的内部空间相连通,且内部被后述驱动力传递机构24的第一弯曲关节操作缆线41、第二弯曲关节操作缆线42、末端执行器操作缆线43、以及转矩传递管44插通。
驱动力传递机构24是将驱动部3上的后述机器人主体驱动机构51的驱动力连接至挠性轴25的远位端25b,即传递至第一弯曲关节27、第二弯曲关节28、手腕关节30、以及末端执行器22的机构。如图4所示,驱动力传递机构24具有第一弯曲关节驱动力传递部45、第二弯曲关节驱动力传递部46、末端执行器驱动力传递部47、以及手腕关节驱动力传递部48。
第一弯曲关节驱动力传递部45是将驱动部3上的后述第一弯曲关节驱动部35(参照图3)的驱动力传递至第一弯曲关节27的机构。第一弯曲关节驱动力传递部45具有第一弯曲关节操作缆线41、第一转动轴63、第一弯曲关节操作缆线牵引滑轮61、以及从动侧第一弯曲关节驱动转动体62。第一转动轴63、第一弯曲关节操作缆线牵引滑轮61以及从动侧第一弯曲关节驱动转动体62设置于基座23内部。
图8A是示出机器人主体2的远位端的构成例,示出第一弯曲关节操作缆线41的构成例的图。
第一弯曲关节操作缆线41如图8A所示,两端部41b固定于位于第一弯曲关节27的远位端27b的节状构件31上。
然后,第一弯曲关节操作缆线41上的从一方端部41b向着中间部41a延长的部分通过第一弯曲关节27的一对第二路径R2中的一方以及挠性轴25的内部空间,延伸至基座23的内部空间。然后,如图4及图5所示,在基座23的内部空间中,第一弯曲关节操作缆线41卷绕于一对第一弯曲关节操作缆线方向变换滑轮78的一方,从该卷绕部分延续至中间部41a的部分在与轴线L1正交的假想平面上延伸。
又,从另一方端部41b向着中间部41a延长的部分通过第一弯曲关节27的一对第二路径R2中的另一方以及挠性轴25的内部空间,延伸至基座23的内部空间。然后,在基座23的内部空间中,第一弯曲关节操作缆线41卷绕于一对第一弯曲关节操作缆线方向变换滑轮78的另一方,从该卷绕部分延续至中间部41a的部分在所述与轴线L1正交的平面的同一假想平面上延伸。
第一转动轴63是在平行于轴线L1的轴线L3方向上延伸的轴,两端部通过轴承安装于基座23上,且相对基座23可绕轴线L3转动地受到支持。
第一弯曲关节操作缆线牵引滑轮61通过其转动使得第一弯曲关节操作缆线41在第一弯曲关节操作缆线41的延伸方向上移动。本实施形态中,第一弯曲关节操作缆线牵引滑轮61配设于从第一弯曲关节操作缆线41卷绕于一对第一弯曲关节操作缆线方向变换滑轮78的部分延续至中间部42a的部分所延伸的假想平面上。然后,第一弯曲关节操作缆线牵引滑轮61固定在第一转动轴63的端部中位于基座23的臂侧端板77侧的端部上,并形成为与第一转动轴63一体地可绕轴线L3转动的结构。第一弯曲关节操作缆线牵引滑轮61上卷绕并固定有第一弯曲关节操作缆线41的中间部41a。藉此,通过第一弯曲关节操作缆线牵引滑轮61可平滑地驱动第一弯曲关节操作缆线41。
从动侧第一弯曲关节驱动转动体62固定在第一转动轴63的端部中位于驱动部侧端板76侧的端部上,并位于驱动部侧端板76的第一贯通孔76a内。从动侧第一弯曲关节驱动转动体62形成为圆板状,且在将基座23安装于机器人主体驱动机构51的状态下于对置于机器人主体驱动机构51的面上设置有从动侧联结部62a。从动侧联结部62a是与后述驱动侧第一弯曲关节转动体91上的驱动侧联结部91a(参照图3)相联结的部分。本实施形态中,从动侧联结部62a为在轴线L1方向上突出的两个突起。然后,藉由后述第一弯曲关节驱动部35的驱动力,若从动侧第一弯曲关节驱动转动体62沿规定的旋转方向旋转,则从动侧第一弯曲关节驱动转动体62以及第一弯曲关节操作缆线牵引滑轮61一体地沿规定的旋转方向旋转,从第一弯曲关节操作缆线41的中间部41a延续至任一方端部41b的部分受到牵引,该一方端部41b向着臂21的近位端21a移动。藉此,在第一弯曲关节27的一对第二路径R2中,从第一弯曲关节操作缆线41的中间部41a至所述一方端部41b侧的部分所插通的一方的路径长度变短,第一弯曲关节27以向着该一方第二路径R2所在侧弯曲的形式执行弯曲动作。又,藉由第一弯曲关节操作缆线牵引滑轮61的转动,从第一弯曲关节操作缆线41的中间部41a延续至另一方端部41b的部分被送出,并被送入一对第二路径R2中的路径长度变长的另一方路径。又,藉由后述第一弯曲关节驱动部35的驱动力,若从动侧第一弯曲关节驱动转动体62沿上述规定的旋转方向的相反方向旋转,则第一弯曲关节操作缆线牵引滑轮61沿上述规定的旋转方向的相反方向旋转,从第一弯曲关节操作缆线41的中间部41a延续至另一方端部41b的部分受到牵引,该另一方端部41b向着臂21的近位端21a移动。藉此,在第一弯曲关节27的一对第二路径R2中,从第一弯曲关节操作缆线41的中间部41a至所述另一方端部41b所插通的另一方的路径长度变短,第一弯曲关节27以向着该另一方第二路径R2所在侧弯曲的形式执行弯曲动作。又,藉由第一弯曲关节操作缆线牵引滑轮61的转动,从第一弯曲关节操作缆线41的中间部41a延续至一方端部41b的部分被送出,并被送入路径长度变长的一对第二路径R2中的一方路径。
第二弯曲关节驱动力传递部46是将驱动部3上的后述第二弯曲关节驱动部36(参照图3)的驱动力传递至第二弯曲关节28的机构。第二弯曲关节驱动力传递部46具有第二弯曲关节操作缆线42、第二转动轴66、第二弯曲关节操作缆线牵引滑轮64、以及从动侧第二弯曲关节驱动转动体65。第二转动轴66、第二弯曲关节操作缆线牵引滑轮64以及从动侧第二弯曲关节驱动转动体65设置于基座23内部。
图8B是示出机器人主体2的远位端的构成例,示出第二弯曲关节操作缆线42的构成例的图。
第二弯曲关节操作缆线42如图8B所示,两端部42b固定于位于第二弯曲关节28的远位端28b的节状构件31上。然后,第二弯曲关节操作缆线42上的从一方端部42b向着中间部42a延长的部分通过第二弯曲关节28的一对第三路径R3中的一方、连接部29、第一弯曲关节27的一对第三路径R3中的一方、以及挠性轴25的内部空间,延伸至基座23的内部空间。然后,如图4及图5所示,在基座23的内部空间中,第二弯曲关节操作缆线42卷绕于一对第二弯曲关节操作缆线方向变换滑轮79的一方,且从该卷绕部分延续至中间部42a的部分在与轴线L1正交的假想平面上延伸。
又,从另一方端部42b向着中间部42a延长的部分通过第二弯曲关节28的一对第三路径R3中的另一方、连接部29、第一弯曲关节27的一对第三路径R3中的另一方、以及挠性轴25的内部空间,延伸至基座23的内部空间。然后,在基座23的内部空间中,第二弯曲关节操作缆线42卷绕于一对第二弯曲关节操作缆线方向变换滑轮79的另一方,且从该卷绕部分延续至中间部42a的部分在所述与轴线L1正交的平面的同一假想平面上延伸。
第二转动轴66是在平行于轴线L1的轴线L4方向上延伸的轴,两端部通过轴承安装于基座23上,且相对基座23可绕轴线L4转动地受到支持。轴线L4位于以轴线L1为中心将轴线L3旋转约180度的位置。
第二弯曲关节操作缆线牵引滑轮64通过其转动使得第二弯曲关节操作缆线42在第二弯曲关节操作缆线42的延伸方向上移动。本实施形态中,第二弯曲关节操作缆线牵引滑轮64配设于从第二弯曲关节操作缆线42卷绕于一对第二弯曲关节操作缆线方向变换滑轮79的部分延续至中间部42a的部分所延伸的假想平面上。然后,第二弯曲关节操作缆线牵引滑轮64固定在第二转动轴66的端部中的位于基座23的臂侧端板77侧的端部上,并形成为与第二转动轴66一体地可绕轴线L4转动的结构。第二弯曲关节操作缆线牵引滑轮64上卷绕并固定有第二弯曲关节操作缆线42的中间部42a。藉此,通过第二弯曲关节操作缆线牵引滑轮64可平滑地驱动第二弯曲关节操作缆线42。
然后,如上所述,一对第一弯曲关节操作缆线方向变换滑轮78以及一对第二弯曲关节操作缆线方向变换滑轮79配置于轴线L1方向上的不同位置,且形成为第一弯曲关节操作缆线41上的从卷绕于一对第一弯曲关节操作缆线方向变换滑轮78的部分延续至中间部41a的部分所延伸的假想平面、与第二弯曲关节操作缆线42上的从卷绕于一对第二弯曲关节操作缆线方向变换滑轮79的部分延续至中间部42a的部分所延伸的假想平面不相同的结构。因此,可以防止第一弯曲关节操作缆线41以及第二弯曲关节操作缆线42发生接触。
从动侧第二弯曲关节驱动转动体65固定在第二转动轴66的端部中位于驱动部侧端板76侧的端部上,并位于驱动部侧端板76的第二贯通孔76b内。从动侧第二弯曲关节驱动转动体65形成为圆板状,且在将基座23安装于机器人主体驱动机构51的状态下于对峙于机器人主体驱动机构51侧的面上设置有多个从动侧联结部65a。从动侧联结部65a是与后述驱动侧第二弯曲关节转动体92上的驱动侧联结部92a(参照图3)相联结的部分。
本实施形态中,从动侧联结部65a为在轴线L1方向上突出的两个突起。然后,藉由后述第二弯曲关节驱动部36的驱动力,若从动侧第二弯曲关节驱动转动体65沿规定的旋转方向旋转,则从动侧第二弯曲关节驱动转动体65以及第二弯曲关节操作缆线牵引滑轮64一体地沿规定的旋转方向旋转,从第二弯曲关节操作缆线42的中间部42a延续至任一方端部42b的部分受到牵引,该一方端部42b向着臂21的近位端21a移动。藉此,在第二弯曲关节28的一对第三路径R3中,从第二弯曲关节操作缆线42的中间部42a至所述一方端部42b侧的部分所插通的一方的路径长度变短,第二弯曲关节28以向着该一方第三路径R3所在侧弯曲的形式执行弯曲动作。又,藉由第二弯曲关节操作缆线牵引滑轮64的转动,从第二弯曲关节操作缆线42的中间部42a延续至另一方端部42b的部分被送出,并被送入一对第三路径R3中的路径长度变长的另一方路径。
又,藉由后述第二弯曲关节驱动部36的驱动力,若从动侧第二弯曲关节驱动转动体65沿上述规定的旋转方向的相反方向旋转,则第二弯曲关节操作缆线牵引滑轮64沿上述规定的旋转方向的相反方向旋转,从第二弯曲关节操作缆线42的中间部42a延续至另一方端部42b的部分受到牵引,该另一方端部42b向着臂21的近位端21a移动。藉此,在第二弯曲关节28的一对第三路径R3中,从第二弯曲关节操作缆线42的中间部42a至所述另一方端部42b所插通的另一方的路径长度变短,第二弯曲关节28以向着该另一方第三路径R3所在侧弯曲的形式执行弯曲动作。又,藉由第二弯曲关节操作缆线牵引滑轮64的转动,从第二弯曲关节操作缆线42的中间部42a延续至一方端部42b的部分被送出,并被送入路径长度变长的一对第三路径R3中的一方路径。
末端执行器驱动力传递部47是将驱动部3的后述末端执行器驱动部37(参照图3)的驱动力传递至末端执行器22的机构。末端执行器驱动力传递部47具有末端执行器操作缆线43、第三转动轴69、末端执行器操作缆线牵引滑轮67、以及从动侧末端执行器驱动转动体68。第三转动轴69、末端执行器操作缆线牵引滑轮67以及从动侧末端执行器驱动转动体68设置于基座23内部。
末端执行器操作缆线43的远位端43b如上所述地连接末端执行器22。然后,末端执行器操作缆线43的从远位端43b向着近位端43a延长的部分通过手腕关节30的贯通孔30a(参照图7)以及转矩传递管44的内部空间(关节部26以及挠性轴25的内部空间),且近位端43a位于基座23的内部空间中。即,末端执行器操作缆线43插通转矩传递管44。
第三转动轴69是在轴线L1方向上延伸的轴,在基座23安装于机器人主体驱动机构51的状态下,位于机器人主体驱动机构51侧的一方端部通过轴承安装在基座23的突出部76c上,且相对基座23可绕轴线L1转动地受到支持。又,第三转动轴69的比另一方端部更靠近一方端部的部分通过轴承受支持地安装在后述手腕关节驱动力传递部48的连接部70上,并形成为可绕轴线L1转动的结构。连接部70如后所述地形成为相对基座23可绕轴线L1转动的结构,因此第三转动轴69的另一方端部通过连接部70间接地安装在基座23上,且相对基座23可绕轴线L1转动地受到支持。然后,第三转动轴69的另一方端部位于连接部70内部。
末端执行器操作缆线牵引滑轮67通过其转动使得末端执行器操作缆线43在末端执行器操作缆线43的延伸方向上移动。本实施形态中,末端执行器操作缆线牵引滑轮67固定于第三转动轴69的上述另一方端部,且形成为相对基座23可绕轴线L1转动的结构。因此,末端执行器操作缆线牵引滑轮67配设于连接部70的内部空间中。末端执行器操作缆线牵引滑轮67上缠绕并保持有末端执行器操作缆线43的近位端43a。因此,末端执行器操作缆线牵引滑轮67通过其转动执行对末端执行器操作缆线43的近位端43a的卷入以及反卷。
从动侧末端执行器驱动转动体68是例如正齿轮,且固定在第三转动轴69的上述一方端部上,并位于突出部76c内部。然后,从动侧末端执行器驱动转动体68的齿从突出部76c的周壁76d上被除去的部分露出。从动侧末端执行器驱动转动体68在基座23安装于机器人主体驱动机构51的状态下,与后述驱动侧末端执行器驱动转动体94(参照图3)的齿啮合并连接。然后,藉由后述末端执行器驱动部37的驱动力,若从动侧末端执行器驱动转动体68沿规定的旋转方向旋转,则从动侧末端执行器驱动转动体68以及末端执行器操作缆线牵引滑轮67一体地沿规定的旋转方向旋转,末端执行器操作缆线43受到牵引。藉此,末端执行器22形成为执行握持动作结构。又,藉由后述末端执行器驱动部37的驱动力,若从动侧末端执行器驱动转动体68沿规定的旋转方向的相反方向旋转,则末端执行器操作缆线牵引滑轮67沿上述规定的旋转方向的相反方向旋转,末端执行器操作缆线43的近位端43a被送出。藉此,末端执行器22执行释放动作。
手腕关节驱动力传递部48是将驱动部3的后述手腕关节驱动部38(参照图3)的驱动力传递至手腕关节30的机构。手腕关节驱动力传递部48具有转矩传递管44、连接部70、以及从动侧手腕关节驱动转动体71。连接部70以及从动侧手腕关节驱动转动体71设置于基座23内部。
图7是示出手腕关节30的构成例的局部剖视图。
转矩传递管44具有可挠性,且形成为筒状。然后,转矩传递管44可将施加于近位端44a的转矩传递至朝向任意方向的远位端44b。即,转矩传递管44通过使近位端44a转动,并经由弯曲成任意形状的中间部分,形成为使远位端44b根据近位端44a的转动量而转动的结构。然后,转矩传递管44如图7所示远位端44b固定在手腕关节30的贯通孔30a的周缘部上。然后,转矩传递管44的从远位端44b向着近位端44a延长的部分通过第二弯曲关节28的第一路径R1、连接部29、第一弯曲关节27的第一路径R1、以及挠性轴25的内部空间,近位端44a位于基座23的内部空间中。
另,上述末端执行器操作缆线43自末端执行器22通过手腕关节30的贯通孔30a从转矩传递管44的远位端44b引入转矩传递管44的内部空间,且通过该转矩传递管44的内部空间延长至基座23,并在基座23的内部空间中从转矩传递管44的近位端44a引出至转矩传递管44的外侧。因此,末端执行器操作缆线43沿着转矩传递管44的中心轴或其近旁延伸。转矩传递管44从近位端44a至远位端44b沿着中心轴的路径长度在臂21的伸长状态与弯曲状态下几乎不变,因此通过弯曲臂21,使末端执行器操作缆线43在其延伸方向上移动,可以防止末端执行器22产生动作。又,可以防止末端执行器操作缆线43与第一弯曲关节操作缆线41以及第二弯曲关节操作缆线42发生接触,在第一弯曲关节操作缆线41或第二弯曲关节操作缆线42进行动作时,能够防止末端执行器操作缆线43出现预期以外的动作。
又,第一弯曲关节操作缆线41以及第二弯曲关节操作缆线42通过位于挠性轴25与转矩传递管44之间的空间并延长至基座23。因此,第一弯曲关节操作缆线41以及第二弯曲关节操作缆线42的动作与末端执行器操作缆线43以及转矩传递管44的动作可以互相分离。因此,可以使第一弯曲关节27以及第二弯曲关节28独立于末端执行器22的动作以及手腕关节30的动作进行动作。
然后,转矩传递管44的近位端44a与远位端44b之间的部分具有可挠性,因此可以和挠性轴25一起弯曲。
连接部70是轴线在轴线L1方向上延伸的筒状体,在基座23安装于机器人主体驱动机构51的状态下位于机器人主体驱动机构51侧的一方端部通过轴承受支持地安装在末端执行器驱动力传递部47的第三转动轴69上。第三转动轴69如上所述形成为相对基座23可绕轴线L1转动的结构,因此连接部70的一方端部通过第三转动轴69间接地安装在基座23上,并相对基座23可绕轴线L1转动地受到支持。又,连接部70的另一方端部通过轴承安装在基座23的支持部75a上,并相对基座23可绕轴线L1转动地受到支持。因此,连接部70相对基座23,形成为独立于末端执行器驱动力传递部47的动作的可绕轴线L1转动的结构。
然后,连接部70的上述另一方端部侧的周缘上固定有转矩传递管44的近位端44a,并形成为转矩传递管44的内部空间以及连接部70的内部空间相连通的结构。然后,在连接部70的内部空间中,末端执行器驱动力传递部47的末端执行器操作缆线牵引滑轮67上缠绕有从转矩传递管44的近位端44a引出的末端执行器操作缆线43。然后,连接部70具有安装在连接部70的内周面上的末端执行器操作缆线方向变换滑轮72。末端执行器操作缆线方向变换滑轮72是将从转矩传递管44的近位端44a引出的部分的在轴线L1方向上延伸的末端执行器操作缆线43的延伸方向变换至以轴线L1为中心的径方向的滑轮。藉此,可以通过末端执行器操作缆线牵引滑轮67平滑地执行末端执行器操作缆线43的卷入以及反卷。
从动侧手腕关节驱动转动体71是例如正齿轮,在轴线L1方向上位于连接部70与从动侧末端执行器驱动转动体68之间。然后,从动侧手腕关节驱动转动体71固定在连接部70上,并位于突出部76c内部。因此,从动侧手腕关节驱动转动体71形成为可与连接部70一起绕轴线L1转动的结构。即,从动侧手腕关节驱动转动体71形成为可与从动侧末端执行器驱动转动体68在同一轴线上转动的结构。因此,可以实现基座23结构的小型化。然后,从动侧手腕关节驱动转动体71的齿从周壁76d露出。从动侧手腕关节驱动转动体71在基座23安装于机器人主体驱动机构51的状态下与后述驱动侧手腕关节驱动转动体93(参照图3)的齿啮合并连接。然后,藉由后述手腕关节驱动部38的驱动力,从动侧手腕关节驱动转动体71沿规定的旋转方向旋转,则转矩传递管44的近位端44a沿规定的旋转方向旋转。藉此,形成为转矩传递管44的远位端44b从动并沿规定的旋转方向旋转,手腕关节30沿规定的旋转方向旋转的结构。又,藉由后述手腕关节驱动部38的驱动力,若从动侧手腕关节驱动转动体71沿上述规定的旋转方向的相反方向旋转,则转矩传递管44的近位端44a沿上述规定的旋转方向的相反方向旋转。藉此,形成为转矩传递管44的远位端44b从动并沿上述规定的旋转方向的相反方向旋转,手腕关节30沿上述规定的旋转方向的相反方向旋转的结构。
然后,从动侧手腕关节驱动转动体71具有在轴线L1方向上贯通连接部70而形成的贯通孔71a。贯通孔71a被第三转动轴69插通。
如图2所示,导向管6是具有可挠性的筒状体,且具有与挠性轴25以及关节部26的直径尺寸大致相同的内径尺寸。又,导向管6的长度尺寸形成为短于挠性轴25的长度尺寸。因此,通过从导向管6的近位端将机器人主体2的远位端送入,可将机器人主体2的远位端向着导向管6的远位端送入。然后,导向管6形成为可使插入的各手术用机器人1以及内窥镜101在导向管6的延伸方向上平滑地移动的结构,又,形成为可使插入的各手术用机器人1以及内窥镜101绕导向管6的轴线平滑地转动的结构。
本实施形态中,导向管6与集束管102是独立的,也可以是与集束管102为一体的结构。
[驱动部的构成例]
如图2所示,驱动部3具有驱动机器人主体2的机器人主体驱动机构51。
如图3所示,机器人主体驱动机构51具有第一弯曲关节驱动部35、第二弯曲关节驱动部36、手腕关节驱动部38、末端执行器驱动部37、以及容纳这些的筐体39。第一弯曲关节驱动部35、第二弯曲关节驱动部36、手腕关节驱动部38、以及末端执行器驱动部37包括例如伺服马达。
第一弯曲关节驱动部35形成为通过将基座23安装至机器人主体驱动机构51而与第一弯曲关节操作缆线牵引滑轮61(参照图4)连接,并使第一弯曲关节操作缆线牵引滑轮61转动的结构。又,第一弯曲关节驱动部35形成为通过将基座23从机器人主体驱动机构51上拆下而与第一弯曲关节操作缆线牵引滑轮61分离的结构。
本实施形态中,第一弯曲关节驱动部35在机器人主体2的基座23安装于机器人主体驱动机构51的状态下,以驱动轴向着机器人主体2的基座23伸展且在轴线L3上延伸的形式相对筐体39进行安装。然后,第一弯曲关节驱动部35在驱动轴的梢端上固定有驱动侧第一弯曲关节转动体91。因此,驱动侧第一弯曲关节转动体91藉由第一弯曲关节驱动部35的驱动轴的转动而转动。驱动侧第一弯曲关节转动体91形成为圆板状,且于机器人主体2的基座23安装于机器人主体驱动机构51的状态下在对峙于机器人主体2的基座23面上设置有驱动侧联结部91a。驱动侧联结部91a是与从动侧第一弯曲关节驱动转动体62的从动侧联结部62a联结的部分。本实施形态中驱动侧联结部91a为两个凹穴。
第二弯曲关节驱动部36形成为通过将基座23安装至机器人主体驱动机构51而与第二弯曲关节操作缆线牵引滑轮64(参照图4)连接,并使第二弯曲关节操作缆线牵引滑轮64转动的结构。又,第二弯曲关节驱动部36形成为通过将基座23从机器人主体驱动机构51上拆下而与第二弯曲关节操作缆线牵引滑轮64分离的结构。
本实施形态中,第二弯曲关节驱动部36在机器人主体2的基座23安装于机器人主体驱动机构51的状态下,以驱动轴向着机器人主体2的基座23伸展,且在与转矩传递管44的近位端44a的轴线L1平行的轴线L4上延伸的形式相对筐体39进行安装。然后,第二弯曲关节驱动部36在驱动轴的梢端上固定有驱动侧第二弯曲关节转动体92。因此,驱动侧第二弯曲关节转动体92藉由第二弯曲关节驱动部36的驱动轴的转动而转动。驱动侧第二弯曲关节转动体92形成为圆板状,且于机器人主体2的基座23安装于机器人主体驱动机构51的状态下在对峙于机器人主体2的基座23的面上设置有驱动侧联结部92a。驱动侧联结部92a是与从动侧第二弯曲关节驱动转动体65的从动侧联结部65a联结的部分。本实施形态中驱动侧联结部92a为两个凹穴。
手腕关节驱动部38形成为通过将基座23安装至机器人主体驱动机构51而与转矩传递管44的近位端44a(参照图4)连接,并使转矩传递管44绕转矩传递管的轴线转动的结构。又,手腕关节驱动部38形成为通过将基座23从机器人主体驱动机构51上拆下而与转矩传递管44分离的结构。
本实施形态中,手腕关节驱动部38在机器人主体2的基座23安装于机器人主体驱动机构51的状态下,以驱动轴向着机器人主体2的基座23伸展,且在与转矩传递管44的近位端44a的轴线L1平行的轴线L5上延伸的形式相对筐体39进行安装。然后,手腕关节驱动部38在驱动轴的梢端上固定有驱动侧手腕关节驱动转动体93。因此,驱动侧手腕关节驱动转动体93藉由手腕关节驱动部38的驱动轴的转动而转动。驱动侧手腕关节驱动转动体93是例如齿轮,并在外周缘上形成有与从动侧手腕关节驱动转动体71(参照图4)的齿啮合的齿(未图示)。
末端执行器驱动部37形成为通过将基座23安装至机器人主体驱动机构51而与末端执行器操作缆线牵引滑轮67(参照图4)连接,并使末端执行器操作缆线牵引滑轮67转动的结构。又,末端执行器驱动部37形成为通过将基座23从机器人主体驱动机构51上拆下而与末端执行器操作缆线牵引滑轮67分离的结构。
本实施形态中,末端执行器驱动部37在机器人主体2的基座23安装于机器人主体驱动机构51的状态下,以驱动轴向着机器人主体2的基座23伸展,且在与转矩传递管44的近位端44a的轴线L1平行的轴线L6上延伸的形式相对筐体39进行安装。然后,末端执行器驱动部37在驱动轴的梢端固定有驱动侧末端执行器驱动转动体94。因此,驱动侧末端执行器驱动转动体94藉由末端执行器驱动部37的驱动轴的转动而转动。驱动侧末端执行器驱动转动体94是例如齿轮,并在外周缘上形成有与从动侧末端执行器驱动转动体68(参照图4)的齿啮合的齿(未图示)。
因此,通过使机器人主体2的基座23的轴线与机器人主体驱动机构51的轴线相一致,并使基座23在轴线方向上移动,可将基座23安装在机器人主体驱动机构51上。另,基座23以及驱动部筐体50上设置有未图示的止动构件,并通过止动构件维持基座23安装在机器人主体驱动机构51上的状态。
然后,在基座23安装于机器人主体驱动机构51的状态下,从动侧第一弯曲关节驱动转动体62的从动侧联结部62a联结驱动侧第一弯曲关节转动体91的驱动侧联结部91a,驱动侧第一弯曲关节转动体91连接从动侧第一弯曲关节驱动转动体62。然后,从动侧第一弯曲关节驱动转动体62相对驱动侧第一弯曲关节转动体91的绕轴线L3的转动受到限制。因此,藉由第一弯曲关节驱动部35的驱动力,若驱动侧第一弯曲关节转动体91转动,则从动侧第一弯曲关节驱动转动体62转动,第一弯曲关节驱动部35的驱动力通过第一弯曲关节驱动力传递部45传递至第一弯曲关节27。
又,在基座23安装于机器人主体驱动机构51的状态下,从动侧第二弯曲关节驱动转动体65的从动侧联结部65a联结驱动侧第二弯曲关节转动体92的驱动侧联结部92a,驱动侧第二弯曲关节转动体92连接从动侧第二弯曲关节驱动转动体65。然后,从动侧第二弯曲关节驱动转动体65相对驱动侧第二弯曲关节转动体92的绕轴线L4的转动受到限制。因此,藉由第二弯曲关节驱动部36的驱动力,若驱动侧第二弯曲关节转动体92转动,则从动侧第二弯曲关节驱动转动体65转动,第二弯曲关节驱动部36的驱动力通过第二弯曲关节驱动力传递部46传递至第二弯曲关节28。
此外,在基座23安装于机器人主体驱动机构51的状态下,驱动侧末端执行器驱动转动体94的齿与从动侧末端执行器驱动转动体68的齿啮合,驱动侧末端执行器驱动转动体94连接从动侧末端执行器驱动转动体68。因此,藉由末端执行器驱动部37的驱动力,若驱动侧末端执行器驱动转动体94转动,则从动侧末端执行器驱动转动体68转动,末端执行器驱动部37的驱动力通过末端执行器驱动力传递部47传递至末端执行器22。
又,在基座23安装于机器人主体驱动机构51的状态下,驱动侧手腕关节驱动转动体93的齿与从动侧手腕关节驱动转动体71的齿啮合,驱动侧手腕关节驱动转动体93连接从动侧手腕关节驱动转动体71。因此,藉由手腕关节驱动部38的驱动力,若驱动侧手腕关节驱动转动体93转动,则从动侧手腕关节驱动转动体71转动,手腕关节驱动部38的驱动力通过手腕关节驱动力传递部48传递至手腕关节30。
又,在更换机器人主体2时,可将机器人主体2的基座23从机器人主体驱动机构51上拆下,并将其他机器人主体2的基座23装在机器人主体驱动机构51上。因此,可以快速地更换机器人主体2。
[控制器以及操作部的构成例]
图10是示出控制器4的构成例的框图。
机器人主体2所具备的控制器4具备例如具有CPU等运算器的控制部81和具有ROM以及RAM等存储器的存储部82。控制部81可以由执行集中控制的单独的控制器构成,也可以由互相协作执行分散控制的多个控制器构成。控制部81基于接收自操作部5的数据来控制各手术用机器人1的机器人主体驱动机构51上的第一弯曲关节驱动部35、第二弯曲关节驱动部36、末端执行器驱动部37、以及手腕关节驱动部38的动作,继而控制手术用机器人1的动作。又,控制部81处理接收自内窥镜101的图像数据,并向显示设备114发送。存储部82存储有规定的控制程序,控制部81通过读取并执行这些控制程序来控制手术用机器人1的动作。
操作部5是用于施术者W操作并输入应由手术用机器人1执行的动作命令的部分。操作部5形成为可与控制部81通信的结构。然后,操作部5将由施术者W输入的应由手术用机器人1执行的动作命令变换为数据,并向控制部81发送。控制部81基于根据接收到的应由手术用机器人1执行的动作命令来生成分别应由第一弯曲关节驱动部35、第二弯曲关节驱动部36、末端执行器驱动部37、以及手腕关节驱动部38执行的动作,并根据该生成的动作来控制第一弯曲关节驱动部35、第二弯曲关节驱动部36、末端执行器驱动部37、以及手腕关节驱动部38的动作。
[使用例]
接着,说明手术用机器人1的使用例。
首先,如图2所示,将一根以上的导向管6从集束管102的近位端102a的开口插入集束管102,持续送入直至导向管6的远位端6b从集束管102的远位端102b伸出。又,对于内窥镜101也同样地持续送入直至内窥镜101的远位端从集束管102の远位端102b伸出。
接着,将套管110留置于患者P的体表的插入一个以上的手术用机器人1以及内窥镜101的部位。
接着,将集束管102插入留置于患者P的体表的套管110中,通过内窥镜101观察患者P的体内,并使集束管102的远位端102b位于患者P的处理部位的近旁。另,集束管102、内窥镜101以及导向管6具有可挠性,因此在通过留置有套管110的部位与处理部位的假想直线上即使存在例如患者P的脏器,也可通过使集束管102、内窥镜101、以及导向管6弯曲来绕过该脏器并将集束管102的远位端102b导入处理部位的近旁。
接着,将一个以上的手术用机器人1的机器人主体2的臂21从导向管6的近位端6a的开口插入导向管6中,持续送入直至臂21的远位端21b从导向管6的远位端6b伸出。藉此,一个以上的手术用机器人1以及内窥镜101由集束管102集束,能够一体地导入患者P的处理部位的近旁。
接着,将基座23安装在机器人主体驱动机构51上,并将机器人主体2的驱动力传递机构24与机器人主体驱动机构51连接。藉此,机器人主体驱动机构51的驱动力就能通过驱动力传递机构24的第一弯曲关节驱动力传递部45、第二弯曲关节驱动力传递部46、末端执行器驱动力传递部47、以及手腕关节驱动力传递部48传递至第一弯曲关节27、第二弯曲关节28、末端执行器22、以及手腕关节30。
接着,施术者W一边确认由内窥镜101的摄像机拍摄并呈现在显示设备114上的图像,一边操作操作部5。然后,控制部81基于接收自操作部5的数据来控制机器人主体驱动机构51的第一弯曲关节驱动部35、第二弯曲关节驱动部36、末端执行器驱动部37、以及手腕关节驱动部38的动作,继而控制手术用机器人1的动作。
此时,若控制部81判定应由手术用机器人1执行的动作命令中包含弯曲第一弯曲关节27的动作命令,则控制部81驱动机器人主体驱动机构51的第一弯曲关节驱动部35并弯曲第一弯曲关节27。藉此,末端执行器22向第一弯曲关节27的弯曲方向移动。
又,若控制部81判定应由手术用机器人1执行的动作命令中包含弯曲第二弯曲关节28的动作命令,则控制部81驱动机器人主体驱动机构51的第二弯曲关节驱动部36并弯曲第二弯曲关节28。藉此,末端执行器22向第二弯曲关节28的弯曲方向移动。
此外,若控制部81判定应由手术用机器人1执行的动作命令中包含使末端执行器22执行握持动作或释放动作的动作命令,则控制部81驱动机器人主体驱动机构51的末端执行器驱动部37并使末端执行器22执行握持动作或释放动作。
又,若控制部81判定应由手术用机器人1执行的动作命令中包含使手腕关节30转动的动作命令,则控制部81驱动机器人主体驱动机构51的手腕关节驱动部38并使手腕关节30转动。如此,通过弯曲成任意形状的中间部分,藉由能够根据近位端44a的转动量使远位端44b转动的转矩传递管44的转动而使手腕关节30转动,因此即使在挠性轴25以及转矩传递管44弯曲的状态下,又,即使在弯曲挠性轴25以及转矩传递管44的过程中也均可使手腕关节30精确地旋转。
然而,末端执行器22的握持动作以及释放动作通过控制部81控制末端执行器操作缆线牵引滑轮67绕轴线L1的角度位置相对于连接部70绕轴线L1的角度位置来执行。例如,不使末端执行器22执行握持动作或释放动作而仅使手腕关节30转动时,控制部81以从动侧手腕关节驱动转动体71的角度位置相对于从动侧末端执行器驱动转动体68不发生变化的形式使从动侧末端执行器驱动转动体68以及从动侧手腕关节驱动转动体71同步转动。藉此,安装在手腕关节驱动力传递部48的连接部70上的末端执行器操作缆线方向变换滑轮72绕轴线L1的角度位置相对于末端执行器驱动力传递部47的末端执行器操作缆线牵引滑轮67不发生变化,因此末端执行器操作缆线43不被卷入或反卷,仅手腕关节30发生转动。又,在使末端执行器22执行握持动作或释放动作的同时使手腕关节30转动时,控制部81一边通过手腕关节驱动部38使连接部70转动,一边以使末端执行器操作缆线牵引滑轮67绕轴线L1的角度位置相对该转动的连接部70(的末端执行器操作缆线方向变换滑轮72)位于规定的角度位置的形式执行末端执行器驱动力传递部47的差动控制。藉此,可以在使末端执行器22绕轴线L1转动的同时,执行末端执行器22的握持动作或释放动作。
然后,手术中将一个手术器械换成其他手术器械时,将基座23从机器人主体驱动机构51上拆下,并从导向管6拔出具备上述一个手术器械的手术用机器人1。然后,将具备上述其他手术器械的手术用机器人1插入导向管6。如此,可将具备被更换的手术器械以外的手术器械的其他手术用机器人以及内窥镜101保持位于处理部位的近旁,并更换一部分的手术器械,因此能够快速地更换手术器械,可以减轻患者P身体的负担,又,可以减轻施术者W的作业负担。
此外,将机器人主体2从机器人主体驱动机构51上拆下,可以执行机器人主体2的高压釜灭菌等灭菌处理。即,使包括有伺服马达等电力装置因而不适合高压釜灭菌等灭菌处理的机器人主体驱动机构51与不包括电力装置的机器人主体2相分离,可以切实地执行与患者P接触的机器人主体2的灭菌处理。
如上述说明,本发明的手术用机器人1形成为将基座23从机器人主体驱动机构51上拆下,驱动力传递机构24可与机器人主体驱动机构51分离的结构,因此可将机器人主体2从机器人主体驱动机构51上拆下,执行高压釜灭菌等灭菌处理。即,使包括有伺服马达等电力装置的不适合伺服马达等的高压釜灭菌等灭菌处理的机器人主体驱动机构51与不包括电力装置的机器人主体2相分离,可以切实地执行与患者P接触的机器人主体2的灭菌处理。又,能够快速地更换手术器械,可以减轻患者P身体的负担,此外,可以减轻施术者W的作业负担。
又,通过将基座23安装在机器人主体驱动机构51上,手腕关节驱动部38经由连接部70以及从动侧手腕关节驱动转动体71连接转矩传递管44的近位端44a,可使转矩传递管44绕转矩传递管44的轴线转动。藉此,可使设置于臂21的远位端21b的末端执行器22绕臂21的远位端21b的轴线L2转动。因此,可以改变末端执行器22绕轴线L2的角度位置。因此,即使在臂21弯曲的状态下,也可提升手术用机器人1的可操作性。
<变形例>
上述实施形态中,从动侧末端执行器驱动转动体68以及从动侧手腕关节驱动转动体71的外径(齿顶圆的直径)大致相等地形成。但是,并不只限定为此,还可以是以从动侧手腕关节驱动转动体71的外径大于从动侧末端执行器驱动转动体68的外径形式形成从动侧手腕关节驱动转动体71以及从动侧末端执行器驱动转动体68。藉此,可以轻易地在机器人主体驱动机构51上装卸基座23。又,此时,还可以调整驱动侧手腕关节驱动转动体93以及驱动侧末端执行器驱动转动体94的转动速度,使从动侧末端执行器驱动转动体68与从动侧手腕关节驱动转动体71的旋转速度相同步。藉此,可以仅使手腕关节30旋转。
又,上述实施形态中,从动侧联结部62a以及从动侧联结部65a是两个突起,驱动侧联结部91a以及驱动侧联结部92a是分别与从动侧联结部62a以及从动侧联结部65a联结的两个凹穴,但不只限定为此。替代性地,也可以是从动侧联结部62a以及从动侧联结部65a为在径方向上延伸的一个长突起,又,也可以是驱动侧联结部91a以及驱动侧联结部92a为分别与从动侧联结部62a以及从动侧联结部65a联结的在径方向上延伸的一个长凹穴。
对本领域技术人员而言,源自上述说明的本发明的多种改良和其他实施形态是显而易见的。因此,上述说明仅可被理解为是举例,是为了向本领域技术人员示范实施本发明的最佳形态而提供的说明。不偏离本发明的构思仍可以对其构造以及/或机能的细节做出实质性变更。
符号说明:
1 手术用机器人;
2 机器人主体;
3 驱动部;
4 控制器;
5 操作部;
6 导向管;
21 臂;
22 末端执行器;
23 基座;
24 驱动力传递机构;
25 挠性轴;
26 关节部;
27 第一弯曲关节;
28 第二弯曲关节;
29 连接部;
30 手腕关节;
31 节状构件;
32 操作缆线连接部;
33 操作缆线连接部;
35 第一弯曲关节驱动部;
36 第二弯曲关节驱动部;
37 末端执行器驱动部;
38 手腕关节驱动部;
41 第一弯曲关节操作缆线;
42 第二弯曲关节操作缆线;
43 末端执行器操作缆线;
44 转矩传递管;
45 第一弯曲关节驱动力传递部;
46 第二弯曲关节驱动力传递部;
47 末端执行器驱动力传递部;
48 手腕关节驱动力传递部;
50 驱动部筐体;
51 机器人主体驱动机构;
61 第一弯曲关节操作缆线牵引滑轮;
62 从动侧第一弯曲关节驱动转动体;
63 第一转动轴;
64 第二弯曲关节操作缆线牵引滑轮;
65 从动侧第二弯曲关节驱动转动体;
66 第二转动轴;
67 末端执行器操作缆线牵引滑轮;
68 从动侧末端执行器驱动转动体;
69 第三转动轴;
70 连接部;
71 从动侧手腕关节驱动转动体;
72 末端执行器操作缆线方向变换滑轮;
75 筒状部;
76 驱动部侧端板;
77 臂侧端板;
78 第一弯曲关节操作缆线方向变换滑轮;
79 第二弯曲关节操作缆线方向变换滑轮;
81 控制部;
82 存储部;
91 驱动侧第一弯曲关节转动体;
92 驱动侧第二弯曲关节转动体;
93 驱动侧手腕关节驱动转动体;
94 驱动侧末端执行器驱动转动体;
100 手术用机器人系统;
101 内窥镜。
Claims (7)
1.一种手术用机器人,其特征在于,
具备:
包括手腕关节驱动部的机器人主体驱动机构;和
机器人主体,所述机器人主体包括:能装卸地固定在所述机器人主体驱动机构上的基座;具有近位端连接所述基座的中空的轴部和连接所述轴部的远位端的手腕关节的臂,所述手腕关节绕所述臂的远位端的轴线转动;安装在所述手腕关节上的末端执行器;以及具有插通于所述轴部且远位端安装在所述手腕关节上的中空的转矩传递管的手腕关节驱动力传递部;
所述手腕关节驱动部形成为通过将所述基座安装至所述机器人主体驱动机构来连接所述转矩传递管的近位端,使所述转矩传递管绕该转矩传递管的轴线转动的结构,且形成为通过将所述基座从所述机器人主体驱动机构上拆下而与所述转矩传递管分离的结构。
2.根据权利要求1所述的手术用机器人,其特征在于,
所述轴部以及所述转矩传递管具有可挠性。
3.根据权利要求1或2所述的手术用机器人,其特征在于,
所述机器人主体驱动机构包括末端执行器驱动部;
所述机器人主体包括末端执行器驱动力传递部,该末端执行器驱动力传递部具有被插通于所述转矩传递管且远位端安装在所述末端执行器上的末端执行器操作缆线和通过其转动使得该末端执行器操作缆线在该末端执行器操作缆线的延伸方向上移动的末端执行器操作缆线牵引滑轮;
所述末端执行器形成为通过所述末端执行器操作缆线在该末端执行器操作缆线的延伸方向上移动来执行动作的结构;
所述末端执行器驱动部形成为通过将所述基座安装至所述机器人主体驱动机构来连接所述末端执行器操作缆线牵引滑轮,使所述末端执行器操作缆线牵引滑轮转动的结构,且形成为通过将所述基座从所述机器人主体驱动机构上拆下而与所述末端执行器操作缆线牵引滑轮分离的结构。
4.根据权利要求3所述的手术用机器人,其特征在于,
所述手腕关节驱动部具有藉由驱动轴的旋转进行旋转的驱动侧手腕关节驱动转动体;
所述末端执行器驱动部具有藉由驱动轴的旋转进行旋转的驱动侧末端执行器驱动转动体;
所述手腕关节驱动力传递部具有固定在所述转矩传递管的近位端上,能绕所述转矩传递管的近位端的轴线转动地受到所述基座支持,且内部空间与所述转矩传递管的内部空间连通的中空的连接部;以及固定在该连接部上,具有在所述转矩传递管的近位端的轴线上延伸的贯通孔,并通过将所述基座安装至所述机器人主体驱动机构来连接所述驱动侧手腕关节驱动转动体的从动侧手腕关节驱动转动体;
所述末端执行器驱动力传递部具有:配设于所述连接部的内部空间中的所述末端执行器操作缆线牵引滑轮;固定在该末端执行器操作缆线牵引滑轮上,能绕所述转矩传递管的近位端的轴线转动地受到所述基座支持,并插通所述从动侧手腕关节驱动转动体的贯通孔的转动轴;以及固定在该转动轴上,通过将所述基座安装至所述机器人主体驱动机构来连接所述驱动侧末端执行器驱动转动体的从动侧末端执行器驱动转动体。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的手术用机器人,其特征在于,
所述机器人主体驱动机构包括弯曲关节驱动部;
所述臂具有设置于所述轴部与所述手腕关节之间,执行弯曲所述臂的弯曲动作的弯曲关节;
所述机器人主体包括弯曲关节驱动力传递部,该弯曲关节驱动力传递部具有远位端安装在所述弯曲关节上的弯曲关节操作缆线和通过其转动使得该弯曲关节操作缆线在该弯曲关节操作缆线的延伸方向上移动的弯曲关节操作缆线牵引滑轮;
所述弯曲关节形成为通过所述弯曲关节操作缆线在弯曲关节操作缆线的延伸方向上移动来执行弯曲动作的结构;
所述弯曲关节驱动部形成为通过将所述基座安装至所述机器人主体驱动机构来连接所述弯曲关节操作缆线牵引滑轮,使所述弯曲关节操作缆线牵引滑轮转动的结构,且形成为通过将所述基座从所述机器人主体驱动机构上拆下而使所述弯曲关节操作缆线牵引滑轮与所述手腕关节驱动部分离的结构。
6.根据权利要求5所述的手术用机器人,其特征在于,
所述弯曲关节操作缆线插通所述轴部与所述转矩传递管之间的空间。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的手术用机器人,其特征在于,
所述末端执行器为钳子。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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