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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reproduktion des Bedienungsgefühls, die eine Simulationsvorrichtung zum Erfahren des tatsächliche Bedienungsgefühls ist, und mit der Experimente, ein Training und dergleichen durch Reproduzieren einer Simulation des Bedienungsgefühls ausgeführt werden können, ohne das reale Objekt zu verwenden. Technischer Hintergrund
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Eine Simulationsvorrichtung (Vorrichtung zur Reproduktion des Bedienungsgefühls) wird verwendet, um das Tastgefühl und Bedienungsgefühl, das durch eine Person wahrgenommen wird, zu einer Person zu übertragen, die diese Gefühle nie zuvor erfahren hat, und um einen echten Sinn durch Erlernen dieser Gefühle zu entwickeln. Zum Beispiel wird auf dem Gebiet der Chirurgie eine intravaskuläre Behandlung durchgeführt, indem ein medizinischer Katheter verwendet wird, um einen intravaskulären Dilationsstent/-Ballon oder eine Verschlussspirale zu befördern, und es wird eine Vorrichtung zur Reproduktion des Bedienungsgefühls verwendet, um ein Bedienungsgefühl dieses Katheters zu entwickeln.
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Wie in 5 gezeigt, weist diese Vorrichtung zur Reproduktion des Bedienungsgefühls eine Bedienungskomponente 100, die durch den Benutzer bedient wird, einen Stellantrieb 101, der eine haptische Antriebskraft erzeugt, einen Antriebsschaft 102, der die Bedienungskomponente 100 und den Stellantrieb 101 verbindet, und eine Steuereinrichtung 103 auf, die diese umfassend steuert und so konfiguriert ist, dass ein Bild des Zustands, wenn ein Katheter tatsächlich in einen menschlichen Körper eingeführt worden ist, der Bedienungssituation oder dergleichen auf einem Monitor 104 von der Steuereinrichtung 103 angezeigt wird. Dann wird die Vorrichtung so gesteuert, dass die haptische Antriebskraft (Tastgefühl), das durch einen geschulten Arzt erfahren werden würde, durch den Stellantrieb 101 entsprechend dem zugeführten Verschiebungsbetrag erzeugt wird, wenn der Benutzer die Bedienungskomponente 100 bedient, und die haptische Antriebskraft, die der Bedienung der Bedienungskomponente 100 entspricht, durch den Antriebsschaft 102 auf die Bedienungskomponente 100 übertragen wird.
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Insbesondere wird zum Beispiel ein Servomotor 105 für den Stellantrieb 101 verwendet, und wenn der Benutzer die Bedienungskomponente 100 bedient, während er auf den Monitor 104 schaut, wird der Verschiebungsbetrag des Antriebsschafts 102 durch einen Encoder 106 abgetastet. Eine Antriebskraft, die diesem Verschiebungsbetrag entspricht, wird dann vom Servomotor 105 abgegeben. Das heißt, die Antriebskraft des durch die Steuereinrichtung 103 gesteuerten Servomotors 105 wird durch ein Zwischenglied 107 auf den Antriebsschaft 102 übertragen, und der Benutzer kann ein Tastgefühl, das die Bedienung der Bedienungskomponente 100 wiederspiegelt, durch den Antriebsschaft 102 erhalten. Dies macht es für Ärzte ohne echte chirurgische Erfahrung möglich, leichte und feine Tastgefühle zu erfahren, wie es sich z.B. anfühlt, wenn ein Katheter die Wand eines Blutgefäßes trifft, oder wie es sich anfühlt, einen Ballon in einem Blutgefäß zu bilden, ohne tatsächlich an einem menschlichen Körper zu praktizieren (siehe zum Beispiel Patentliteratur 1).
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Dokument des Stands der Technik
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Patentliteratur
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Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2000-42118
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Zusammenfassung der Erfindung
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Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden sollen
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Jedoch ist es ein Problem bei der oben erwähnten Vorrichtung zur Reproduktion des Bedienungsgefühls, dass es schwierig ist, genau ein tatsächliches Tastgefühl zu erhalten. Das heißt, bei einer herkömmlichen Vorrichtung zur Reproduktion des Bedienungsgefühls befindet sich die Mittelachse la der Antriebsquelle (Servomotor 105), die die haptische Antriebskraft des Stellantriebs 101 erzeugt, an einer Position, die bezüglich des Antriebsschafts 102 (Mittelachse lb) versetzt ist, der mit der Bedienungskomponente 100 verbunden ist, was bedeutet, dass es ein Risiko gibt, dass die Genauigkeit der durch den Stellantrieb 101 erzeugten haptischen Antriebskraft beeinträchtigt werden kann. Da die Mittelachse la der Antriebsquelle und die Mittelachse lb des Antriebsschafts 102 zueinander versetzt sind, ist es insbesondere ein Problem, dass selbst wenn die durch den Stellantrieb 101 erzeugte haptische Antriebskraft auf die leichte und feine haptische Antriebskraft eingestellt ist, die durch einen erfahrenen Arzt als Reaktion auf die Bedienung der Bedienungskomponente 100 wahrgenommen wird, ein überflüssiges Moment erzeugt wird und irgendein mechanischer Verlust, wie in der Passgenauigkeit und Montagegenauigkeit des Zwischenglieds 107, der zwischen der Mittelachse la der Antriebsquelle und der Mittelachse lb des Antriebsschafts 102 vorhanden ist, die haptische Antriebskraft beeinflussen wird, so dass die auf die Bedienungskomponente 100 übertragene haptische Antriebskraft geringfügig abweichen wird und nicht genau auf den Benutzer übertragen werden wird, der die Bedienungskomponente 100 bedient.
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der obigen Probleme ersonnen, und es ist deren Aufgabe, eine Vorrichtung zur Reproduktion des Bedienungsgefühls bereitzustellen, mit der eine haptische Antriebskraft genau übertragen werden kann und ein leichtes und feines Tastgefühl entwickelt werden kann.
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Mittel, um die Probleme zu lösen
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Um das angegebene Problem zu lösen, weist die Vorrichtung zur Reproduktion des Bedienungsgefühls der vorliegenden Erfindung eine Bedienungskomponente, die durch einen Benutzer bedient wird, einen Stellantrieb, der als Reaktion auf eine Bedienung der Bedienungskomponente eine haptische Antriebskraft erzeugt, und einen Antriebsschaft auf, der die Bedienungskomponente und den Stellantrieb koppelt, wobei die durch den Stellantrieb erzeugte haptische Antriebskraft als Reaktion auf eine Bedienung der Bedienungskomponente durch den Antriebsschaft auf die Bedienungskomponente übertragen wird, so dass ein tatsächliches Bedienungsgefühl erfahren wird, wobei der Stellantrieb ein unbewegliches Element und ein bewegliches Element aufweist und die haptische Antriebskraft durch eine Relativverschiebung erzeugt, während das eine in das andere eingesetzt ist, und wobei das bewegliche Element und die Bedienungskomponente durch den Antriebsschaft gekoppelt sind, und wobei die Mittelachsen des unbeweglichen Elements, des beweglichen Elements und des Antriebsschafts auf derselben Achse vorgesehen sind.
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Bei dieser Vorrichtung zur Reproduktion des Bedienungsgefühls sind das unbewegliche Element und das bewegliche Element des Stellantriebs durch Einsetzen von einem von ihnen in das andere ausgebildet, und die Mittelachsen des unbeweglichen Elements, des beweglichen Elements und des Antriebsschafts sind auf derselben Achse vorgesehen, so dass die haptische Antriebskraft wirklichkeitsgetreu reproduziert und genau übertragen werden kann. Das heißt, da die jeweiligen Mittelachsen des unbeweglichen Elements, des beweglichen Elements und des Antriebsschafts auf derselben Achse vorgesehen sind, kann der Antriebsschaft mit einem niedrigeren Widerstand antreiben, wobei der Gleitwiderstand auf einem Minimum gehalten wird, so dass eine haptische Antriebskraft, die so eingestellt ist, dass sie die leichte und feine haptische Antriebskraft ist die ein geschulter Arzt fühlen würde, genau reproduziert werden kann. Da es auch kein Zwischenglied gibt, das zwischen der Antriebsquelle und dem Antriebsschaft eingefügt ist, wie in der Vergangenheit, ist es möglich, den Einfluss des Moments zu unterbinden, das einer versetzten Struktur und einem mechanischen Verlust wie in der Passgenauigkeit und Montagegenauigkeit zuzuschreiben ist, und das Problem, dass die auf die Bedienungskomponente übertragene haptische Antriebskraft leicht abweicht, kann minimiert werden. Daher ist es im Vergleich zu einer herkömmlichen Vorrichtung zur Reproduktion des Bedienungsgefühls, in der die Mittelachse der Antriebsquelle von der Mittelachse des Antriebsschafts versetzt ist, möglich, die durch den Stellantrieb eingestellte haptische Antriebskraft genauer zu übertragen, so dass der Benutzer ein leichtes und feines Tastgefühl entwickeln kann.
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Außerdem ist eine Vielzahl von Stellantrieben vorgesehen, wobei der Antriebsschaft, der mit dem beweglichen Element von jedem der Stellantriebe gekoppelt ist, jeweils mit der Bedienungskomponente gekoppelt ist, sich jeder Antriebsschaft eine gemeinsame Mittelachse teilt, ein Antriebsschaft in einen anderen Antriebsschaft eingesetzt ist, und die Mittelachsen des Antriebsschafts, und des unbeweglichen Elements und des beweglichen Elements von jedem der Stellantriebe auf derselben Achse vorgesehen sind.
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Bei dieser Konfiguration ist es selbst dann möglich, wenn eine Vielzahl von Stellantrieben eine haptische Antriebskraft erzeugen, die Mittelachsen des Antriebsschafts, des unbeweglichen Elements und des beweglichen Elements von jedem auf derselben Achse anzuordnen, so dass im Vergleich zu einer herkömmlichen Vorrichtung zur Reproduktion des Bedienungsgefühls, in der die Mittelachse des Stellantriebs, der die Antriebsquelle ist, von der Mittelachse des Antriebsschafts versetzt ist, der Antriebsschaft mit einem niedrigeren Widerstand angetrieben werden kann, wobei der Gleitwiderstand auf einem Minimum gehalten wird, und überdies wird es keinen Bedarf nach einem Raum in eine Richtung senkrecht zu den Mittelachsen geben, was eine Vorrichtung erlaubt, die insgesamt kompakter ist.
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Außerdem wird es bevorzugt, wenn der Stellantrieb ein berührungsloser Antriebsmotor ist, in dem das bewegliche Element und das unbewegliche Element in einer berührungslosen Weise relativ verschoben werden.
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Bei dieser Konfiguration kann im Vergleich dazu, dass eine mechanische Antriebsquelle wie eine Kugelrollspindel oder ein Servomotor für den Stellantrieb verwendet wird, der Einfluss eines Verlustes, einer Schwingung und dergleichen, die für eine mechanische Antriebsquelle eigentümlich sind, wie ein Gleitwiderstand oder Pulsieren, beseitigt werden, so dass eine haptische Antriebskraft, die der Wahrheit näher kommt, genau reproduziert und übertragen werden kann.
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Außerdem kann die Konfiguration so gestaltet sein, dass ein Einsatzloch, durch das das bewegliche Element eingesetzt ist, im unbeweglichen Element ausgebildet ist, und ein Luftlager zum Halten des beweglichen Elements in einer berührungslosen Weise am Einsatzloch vorgesehen ist. Da bei dieser Konfiguration das bewegliche Element in einer berührungslosen Weise bezüglich des unbeweglichen Elements gehalten wird, kann der Einfluss des Gleitwiderstands, wenn sich das bewegliche Element und das unbewegliche Element relativ zueinander bewegen, beseitigt werden, und es kann eine haptische Antriebskraft, die der Wahrheit näher kommt, genau reproduziert und übertragen werden.
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Außerdem kann die Konfiguration so gestaltet sein, dass die durch den Stellantrieb erzeugte haptische Antriebskraft als Reaktion auf eine Bedienung zum Bewegen des Antriebsschafts in die Mittelachsenrichtung und eine Bedienung zum Drehen des Antriebsschafts um die Mittelachse erzeugt wird. Bei dieser Konfiguration ist es für den Benutzer möglich, ein Tastgefühl zu entwickeln, das eine Kombination der Bedienung zum Bewegen der Bedienungskomponente in die Mittelachsenrichtung und der Bedienung zum Drehen die Bedienungskomponente um die Mittelachse ist. Das heißt, da die jeweiligen Mittelachsen des unbeweglichen Elements, des beweglichen Elements und des Antriebsschafts auf derselben Achse vorgesehen sind, kann der Einfluss eines Moments, eines mechanischen Verlustes und so weiter unterbunden werden, und der Antrieb kann sowohl in die Mittelachsenrichtung als auch um die Mittelachse mit einem niedrigen Widerstand durchgeführt werden, so dass eine haptische Antriebskraft, die auf die leichte und feine haptische Antriebskraft eingestellt worden ist, die durch einen geschulten Arzt wahrgenommen wird, genau reproduziert werden kann.
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Effekte der Erfindung
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Mit der Vorrichtung zur Reproduktion des Bedienungsgefühls der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine haptische Antriebskraft genau zu übertragen und ein leichtes und feines Tastgefühl zu entwickeln.
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Figurenliste
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1
- ist ein Diagramm der Vorrichtung zur Reproduktion des Bedienungsgefühls in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 ist ein Diagramm eines Hauptteils (Vorrichtungshauptkörpers) in der Ausführungsform;
- 3 stellt Diagramme eines unbeweglichen Elements in der obigen Ausführungsform dar, wobei (a) ein aus einer Richtung senkrecht zu einer Mittelachse L0 betrachteter Querschnitt ist, und (b) ein von der Mittelachse L0 betrachteter Querschnitt ist;
- 4 ist ein Diagramm eines beweglichen Elements in der obigen Ausführungsform; und
- 5 ist ein Diagramm einer herkömmlichen Vorrichtung zur Reproduktion des Bedienungsgefühls.
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Ausführungsformen, um die Erfindung auszuführen
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Eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Reproduktion des Bedienungsgefühls der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 ist eine Gesamtansicht, die eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Reproduktion des Bedienungsgefühls zeigt, und 2 ist ein Diagramm des Hauptteils (Vorrichtungshauptkörpers) der Vorrichtung zur Reproduktion des Bedienungsgefühls. In der folgenden Ausführungsform wird ein Beispiel einer Anwendung der Vorrichtung zur Reproduktion des Bedienungsgefühls auf einen Trainer (Trainingsmaschine) für einen medizinischen Katheter beschrieben, jedoch kann die Vorrichtung zur Reproduktion des Bedienungsgefühls der vorliegenden Erfindung auf jede Simulationsvorrichtung zum Erhalten eines leichten und feinen Tastgefühls wie einen chirurgischen Roboter oder eine virtuelles Realitätssystem angewendet werden, bei dem eine Fernbedienung erforderlich ist.
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In den 1 und 2 weist die Vorrichtung zur Reproduktion des Bedienungsgefühls einen Vorrichtungshauptkörper 10, der eine haptische Antriebskraft erzeugt, eine Steuereinrichtung 50, die den Vorrichtungshauptkörper 10 umfassend steuert, und einen Monitor 60 auf, der Signale von der Steuereinrichtung 50 empfängt und den Nutzungszustand des Vorrichtungshauptkörpers 10 überwacht. Dann, wenn der Benutzer den Vorrichtungshauptkörper 10 (einen Katheter in dieser Ausführungsform) bedient, zeigt der Monitor 60 ein Bild des Katheters, der tatsächlich in einen menschlichen Körper eingeführt wird, und ein Bild eines Zustands, der der Bedienung durch den Benutzer entspricht, auf dem Monitor 60 an, und es wird eine haptische Antriebskraft, die der tatsächlichen Bedienung entspricht, durch den Vorrichtungshauptkörper 10 auf den Benutzer übertragen, so dass der Benutzer das tatsächliche Bedienungsgefühl erfahren kann.
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der Vorrichtungshauptkörper 10 weist eine Bedienungskomponente 11, die durch den Benutzer bedient wird, einen Stellantrieb 20, der eine haptische Antriebskraft erzeugt, und einen Antriebsschaft 30 auf, der die Bedienungskomponente 11 und den Stellantrieb 20 koppelt.
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Die Bedienungskomponente 11 ist ein Abschnitt zum Ergreifen und Bedienen mit der Hand für den Benutzer, und der Benutzer bedient sie, während er auf den Monitor 60 schaut. Die Bedienungskomponente 11 weist im Wesentlichen eine zylindrische Form auf und ist im Wesentlichen in derselben Form wie der tatsächliche Bedienungsabschnitt eines Katheters ausgebildet. Der Stellantrieb 20 ist in dieser Ausführungsform mit zwei Stellantrieben 21 versehen, wie unten erläutert wird, so dass eine Bedienungskomponente 11 unabhängig für jeden vorgesehen ist.
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Der Antriebsschaft 30 wird durch ein stabförmiges Element gebildet, das sich in eine Richtung erstreckt, von dem ein Ende mit dem Stellantrieb 20 verbunden ist, und das andere mit der Bedienungskomponente 11 verbunden ist. Die Bedienungskomponente 11 und der Antriebsschaft 30 sind so gekoppelt, dass sie sich eine gemeinsame Achse (die Mittelachse L0) teilen. Insbesondere sind die Bedienungskomponente 11 und der Antriebsschaft 30 so verbunden, dass sich die Mittelachse lh der Bedienungskomponente 11 und die Mittelachse ls des Antriebsschafts 30 auf derselben Achse (auf der Mittelachse L0) befinden, so dass wenn die Bedienungskomponente 11 längs der Mittelachse lh verschoben wird, der Antriebsschaft 30 in die Richtung der Mittelachse L0 bezüglich des Stellantriebs 20 verschoben wird, und wenn die Bedienungskomponente 11 um die Mittelachse lh verschoben, der Antriebsschaft 30 um die Mittelachse L0 bezüglich des Stellantriebs 20 verschoben (gedreht) wird.
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In dieser Ausführungsform sind beim Antriebsschaft 30, da zwei Stellantriebe 21 vorgesehen sind, unabhängig zwei Antriebsschäfte 30 vorgesehen, eine für jeden der Stellantriebe 21a und 21b. Das heißt, es sind ein Antriebsschaft 30a (siehe 2), der mit dem Stellantrieb 21a verbunden ist, der weiter weg von der Bedienungskomponente 11 angeordnet ist, und ein Antriebsschaft 30b vorgesehen (siehe 2), der mit dem Stellantrieb 21b verbunden ist, der näher an der Bedienungskomponente 11 angeordnet ist. Diese Antriebsschäfte 30a und 30b sind so konfiguriert, dass sich ihre Mittelachsen ls auf derselben Achse (auf der Mittelachse L0) befinden. Insbesondere ist der Antriebsschaft 30a durch den Antriebsschaft 30b eingesetzt, und die Mittelachse ls des Antriebsschafts 30a ist auf derselben Achse wie die Mittelachse ls des Antriebsschafts 30b angeordnet, und der Antriebsschaft 30a ist imstande, sich in die Richtung der Mittelachse L0 und um die Mittelachse L0 bezüglich des Antriebsschafts 30b zu drehen. Das heißt, wenn die Bedienungskomponente 11 bedient wird, werden der Antriebsschaft 30a und der Antriebsschaft 30b unabhängig in die Richtung der Mittelachse L0 verschoben und drehen sich um die Mittelachse L0 in einem Zustand, in dem sie sich eine gemeinsame Mittelachse L0 teilen. Das heißt, der Antriebsschaft 30a und der Antriebsschaft 30b können sich in die Richtung der Mittelachse L0 und um die Mittelachse L0 mit einem geringeren Widerstand drehen, als wenn ein anderes Zwischenglied eingefügt ist.
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Hier umfasst die Formulierung „auf derselben Achse“, wie er in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, nicht nur Fälle, wo die Achsen perfekt zusammenpassen, sondern auch Fälle, in denen die Achsen geringfügig nicht fluchtend sind. Mit anderen Worten schließt dies eine Konfiguration aus, in der zwei Elemente (in diesem Fall die Bedienungskomponente 11 und der Antriebsschaft 30) strukturell versetzt und unter Verwendung eines anderen Elements verbunden sind (wie einer Rolle, einem Block oder einem anderen solchen Zwischenglied), umfasst jedoch eine Konfiguration, in der zwei Elemente so betrachtet werden können, dass sie direkt gekoppelt und linear verschoben oder integral gedreht werden, wobei sie eine gemeinsame Achse (in diesem Fall die Mittelachse L0) als eine Bezugsachse verwenden, und die Antriebskraft vom Antriebsschaft 30 direkt auf die Bedienungskomponente 11 übertragen wird, ohne dass irgendein anderes Element eingefügt ist.
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Außerdem ist die Stellantriebseinheit 20 so konfiguriert, dass ein Stellantrieb 21 zum Erzeugen einer haptischen Antriebskraft und ein Verschiebungssensor 23 zum Messen des Verschiebungsbetrags des Antriebsschafts 30 in einem im Wesentlichen würfelförmigen Gehäuse 22 vorgesehen sind. Der Stellantrieb 21 und der Verschiebungssensor 23 sind mit der Steuereinrichtung 50 verbunden, und ihr Antrieb wird durch die Steuereinrichtung 50 so gesteuert, dass eine haptische Antriebskraft erzeugt werden kann, die der Bedienung der Bedienungskomponente 11 durch den Benutzer entspricht. Das heißt, die Steuereinrichtung 50 ist konfiguriert den Stellantrieb 21 zu steuern und eine haptische Antriebskraft bezüglich des Verschiebungsbetrags des Antriebsschafts 30 zu erzeugen, so dass eine Antriebskraft (haptische Antriebskraft), die dem Tastgefühl entspricht, das durch einen geschulten Arzt erfahren wird, wie das Gefühl eines Katheters, der die Wand eines Blutgefäßes trifft, das Gefühl des Bildens eines Ballons in einem Blutgefäß und andere solche leichten und feinen Tastgefühle erzeugt werden können, die dem Verschiebungsbetrag des Antriebsschafts 30 in die Drehrichtung und in die Richtung der Mittelachse L0 entsprechen. Außerdem ist die Steuereinrichtung 50 mit einem Monitor verbunden, und wenn der Verschiebungsbetrag des Antriebsschafts 30 eingegeben wird, dasselbe Video ausgegeben wird wie wenn der Katheter tatsächlich in einem menschlichen Körper verwendet wird, wie z.B. wie weit sich der Katheter entsprechend dem Verschiebungsbetrag in den Körper hinein oder aus ihm heraus bewegt hat, oder wie sehr der Ballon sich innerhalb des Blutgefäßes ausgedehnt hat, wenn der Benutzer die Bedienungskomponente 11 bedient.
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Der Stellantrieb 21 erzeugt eine haptische Antriebskraft bei der Katheterbedienung. Der Stellantrieb 21 weist ein bewegliches Element 24 und ein unbewegliches Element 25 auf, und diese sind in einem Zustand vorgesehen, in dem eines in das andere eingesetzt ist. In dieser Ausführungsform wird der Stellantrieb 21 durch einen Schaftmotor gebildet, und eine haptische Antriebskraft kann durch die Relativverschiebung des beweglichen Elements 24 und des unbeweglichen Elements 25 erzeugt werden.
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In der vorliegenden Ausführungsform weist der Stellantrieb 21 einen Achsenrichtungstreiber 41 zum Antreiben des Antriebsschafts 30 in die Richtung der Mittelachse L0 und einen Drehrichtungstreiber 42 zum drehenden Antreiben des Antriebsschafts 30 um die Mittelachse L0 auf. Der Achsenrichtungstreiber 41 und der Drehrichtungstreiber 42 werden jeweils so gesteuert, dass die Antriebskraft in die Richtung der Mittelachse L0 und Antriebskraft in die Richtung zum Drehen um die Mittelachse L0 erzeugt werden können. Mit anderen Worten ermöglicht es die Verwendung der Steuereinrichtung 50, um die Kombination der Ausrichtung der Antriebskraft und die Stärke der Antriebskraft zu steuern, dass eine leichte und feine haptische Antriebskraft erzeugt wird.
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Das unbewegliche Element 25 weist eine zylindrische Form auf und ist innerhalb des Gehäuses 22 befestigt. Wie in 3 gezeigt, ist insbesondere ein Einsatzloch 26 im Mittelabschnitt des unbeweglichen Elements 25 ausgebildet, und das unbewegliche Element 25 ist so angeordnet und befestigt, dass seine Mittelachse lf auf derselben Achse (auf der Mittelachse L0) wie die Achsen ls und lh der Bedienungskomponente 11 und der Antriebsschaft 30 angeordnet ist. In dieser Ausführungsform wird das unbewegliche Element 25 durch eine elektrische Spule gebildet, und eine Spule C1, die um die Mittelachse gewickelt ist, ist im Achsenrichtungstreiber 41 angeordnet. Außerdem ist eine Vielzahl von durch Wickeln gebildeten elektrischen Spulen C2 um die Mittelachse in einer Form ausgebildet, die sich längs der Mittelachse im Drehrichtungstreiber 42 erstreckt.
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Das bewegliche Element 24 ist ein stabförmiges Element, das in das Einsatzloch 26 im unbeweglichen Element 25 eingesetzt ist. Insbesondere ist das bewegliche Element 24 durch ein Luftlager 27 in das Einsatzloch 26 des unbeweglichen Elements 25 eingesetzt, und in einem Zustand, in dem es eingesetzt worden ist, steht es nicht mit dem unbeweglichen Element 25 in Kontakt, und die Mittelachsen Im und lf werden in einem ausgerichteten Zustand gehalten. Außerdem ist das bewegliche Element 24 mit dem Antriebsschaft 30 verbunden und kann bezüglich des unbeweglichen Elements 25 in die Richtung der Mittelachse Im und in die Drehrichtung um die Mittelachse Im entsprechend der Bedienung der Bedienungskomponente 11 verschoben werden.
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Insbesondere ist das bewegliche Element 24 so verbunden, dass seine Mittelachse Im mit der Mittelachse ls (= L0) des Antriebsschafts 30 ausgerichtet ist, und wenn der Antriebsschaft 30 mit der Bedienungskomponente 11 in die Richtung der Mittelachse L0 verschoben wird, wird das bewegliche Element 24 bezüglich des unbeweglichen Elements 25 in die Richtung der Mittelachse L0 verschoben, und wenn der Antriebsschaft 30 mit der Bedienungskomponente 11 um die Mittelachse L0 gedreht wird, dreht sich das bewegliche Element 24 bezüglich des unbeweglichen Elements 25 um die Mittelachse L0. Mit anderen Worten sind das unbewegliche Element 25, das bewegliche Element 24 und der Antriebsschaft 30 so angeordnet, dass sich ihre Mittelachsen lf, Im und ls auf derselben Achse (auf der Mittelachse L0) befinden, und das bewegliche Element 24 und der Antriebsschaft 30 können in Bezug auf die Mittelachse L0 in die Achsenrichtung verschoben und um die Achse gedreht werden.
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Außerdem wird das bewegliche Element 24 in dieser Ausführungsform durch einen Permanentmagnet gebildet. Wie in 4 gezeigt, weist er insbesondere eine Linearbewegungsmagnetkomponente 24a, in der der Nordpol und der Südpol in einem abwechselnden Muster in die Mittelachsenrichtung angeordnet sind, und eine Drehmagnetkomponente 24b auf, in der der Nordpol und der Südpol in einem abwechselnden Muster um die Mittelachse L0 angeordnet sind, und diese Komponenten sind in die Richtung der Mittelachse L0 angeordnet. In einem Zustand, in dem das bewegliche Element 24 durch das unbewegliche Element 25 eingesetzt ist, ist die Linearbewegungsmagnetkomponente 24a am Achsenrichtungstreiber 41 angeordnet, und die Drehmagnetkomponente 24b ist am Drehrichtungstreiber 42 angeordnet. Folglich kann das bewegliche Element 24 durch Erregen des Achsenrichtungstreibers 41 in die Richtung der Mittelachse L0 verschoben werden, und das bewegliche Element 24 kann durch Erregen des Drehrichtungstreibers 42 um die Mittelachse L0 verschoben werden. Das heißt, wenn der Achsenrichtungstreiber 41 erregt wird, fließt Strom zur Spule C1, um einen Strom zu bilden, der um die Mittelachse L0 fließt. Dann bewirkt das Magnetfeld, das durch die Linearbewegungsmagnetkomponente 24a gebildet wird, dass das bewegliche Element 24 eine Schubkraft in die Richtung der Mittelachse L0 aufnimmt und in die Mittelachsenrichtung verschoben wird. Wenn außerdem der Drehrichtungstreiber 42 erregt wird, fließt Strom zur Spule C2, um einen Strom zu bilden, der in die Richtung längs der Mittelachse L0 fließt. Dann bewirkt die Drehmagnetkomponente 24b, dass das bewegliche Element 24 eine Schubkraft um die Mittelachse L0 aufnimmt und um die Mittelachse verschoben wird. Die Steuereinrichtung 50 steuert die Kombination der Richtung dieser Antriebskräfte und die Stärke der Antriebskräfte, so dass eine leichte und feine haptische Antriebskraft bei der Bedienung des Katheters erzeugt wird.
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Außerdem wird ein Zeilensensor als der Verschiebungssensor 23 zum Messen des Verschiebungsbetrags des Antriebsschafts 30 verwendet. In dieser Ausführungsform wird er durch Ablesen einer am beweglichen Element 24 angebrachten Skala 28 mit einem Sensorkopf 23a gemessen, der innerhalb des Gehäuses 22 vorgesehen ist. Wie in 4 gezeigt, sind insbesondere eine Skala 28a zum Messen der Verschiebung in die Richtung der Mittelachse L0 und eine Skala 28b zum Messen der Verschiebung in die Drehrichtung um die Mittelachse L0 am beweglichen Element 24 angebracht, und der Verschiebungsbetrag des Antriebsschafts 30 wird durch Ablesen dieser Skalen mit dem Sensorkopf 23a gemessen. In dieser Ausführungsform wird ein Zeilensensor verwendet, jedoch können stattdessen eine Linearencoder, eine Magnetsensor oder dergleichen verwendet werden.
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Mit der Vorrichtung zur Reproduktion des Bedienungsgefühls dieser Ausführungsform, die oben beschrieben wird, ist es möglich, die haptische Antriebskraft genau zu übertragen, die mit dem Stellantrieb 21 eingestellt wird, und ein leichtes und feines Tastgefühl zu erhalten. Das heißt, das unbewegliche Element 25, das bewegliche Element 24 und der Antriebsschaft 30 sind so angeordnet, dass ihre Mittelachsen lf, Im und ls auf derselben Achse (auf der Mittelachse L0) liegen, und das bewegliche Element 24 und der Antriebsschaft 30 sind so konfiguriert, dass sie in Bezug auf die Mittelachse L0 in die Achsenrichtung verschoben werden und sich um die Mittelachse L0 drehen können, so dass ein Antrieb mit einem niedrigeren Widerstand durchgeführt werden kann, wobei der Gleitwiderstand auf einem Minimum gehalten wird, und eine haptische Antriebskraft, die so eingestellt ist, dass sie die leichte und feine haptische Antriebskraft ist, die ein geschulter Arzt fühlen würde, genau reproduziert werden kann. Das heißt, im Vergleich zu einer herkömmlichen Vorrichtung zur Reproduktion des Bedienungsgefühls, in der die Mittelachse der Antriebsquelle und die Mittelachse ls des Antriebsschafts 30 versetzt sind, ist es unmöglich, Probleme zu minimieren, wobei der Einfluss eines Moments usw. infolge des versetzten Aufbaus, und die Montagegenauigkeit, die Passgenauigkeit und so weiter die haptische Antriebskraft beeinflussen, und die haptische Antriebskraft, die auf die Bedienungskomponente 11 übertragen wird, wird leicht verschoben.
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In der obigen Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, in dem das bewegliche Element 24 und das unbewegliche Element 25 einen Schaftmotor (berührungslosen Antriebsmotor) verwenden, der eine Antriebsquelle ist, der von einer magnetischen Kraft Gebrauch macht. Jedoch kann für Anwendungen, in denen eine mechanische Schwingung in einem gewissen Ausmaß toleriert werden kann, eine mechanische Antriebskraftquelle wie ein Servomotor und eine Kugelrollspindel anstelle eines Schaftmotors verwendet werden. Weil die Mittelachsen lf und Im des beweglichen Elements 24 (der Block der Kugelrollspindel), das unbewegliche Element 25 (die Basis der Kugelrollspindel) und der Antriebsschaft 30 auf derselben Achse (auf der Mittelachse L0) liegen, kann hier erneut der Einfluss eines Moments und dergleichen infolge des versetzten Aufbaus besser vermieden werden, und die resultierende Vorrichtung zur Reproduktion des Bedienungsgefühls kann mit einem niedrigeren Widerstand betrieben werden, in dem der Gleitwiderstand auf einem Minimum gehalten werden, im Vergleich zu einer herkömmlichen Vorrichtung zur Reproduktion des Bedienungsgefühls mit einer Konfiguration, in der die Mittelachse der Antriebsquelle von der Mittelachse ls des Antriebsschafts 30 versetzt ist.
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Außerdem wurde in der obigen Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, in dem eine elektrische Spule (das unbewegliche Element 25) auf der Außendurchmesserseite angeordnet war und ein Permanentmagnet (das bewegliche Element 24) auf der Innendurchmesserseite angeordnet war, jedoch können die Anordnung der elektrischen Spule und des Permanentmagnets umgekehrt werden, wobei die elektrische Spule auf der Innendurchmesserseite befestigt ist und der Permanentmagnet auf der Außendurchmesserseite angeordnet ist, und genau wie oben kann eine elektrische Spule als das unbewegliche Element 25 verwendet werden, und ein Permanentmagnet auf der Außendurchmesserseite kann als das bewegliche Element 24 verwendet werden, und das unbewegliche Element 25 und das bewegliche Element 24 können in die Mittelachsenrichtung relativ zueinander verschoben werden.
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Außerdem wurde in der obigen Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, in dem das bewegliche Element 24 ein Permanentmagnet war und das unbewegliche Element 25 eine elektrische Spule war. Jedoch kann das bewegliche Element 24 eine elektrische Spule sein, und das unbewegliche Element 25 kann ein Permanentmagnet sein. Das heißt, unabhängig davon, was als das bewegliche Element 24 und das unbewegliche Element 25 festgelegt ist, sollten die jeweiligen Mittelachsen lf, Im und ls des beweglichen Elements 24, des unbeweglichen Elements 25 und des Antriebsschafts 30 auf derselben Achse (auf der Mittelachse L0) liegen.
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Außerdem wurde in der obigen Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, in dem das unbewegliche Element 25 und das bewegliche Element 24 in einer berührungslosen Weise durch Einfügen des Luftlagers 27 zwischen das bewegliche Element 24 und das unbewegliche Element 25 gehalten wurden, jedoch kann in Anwendungen, wo der Gleitwiderstand nicht auf einem absoluten Minimum gehalten werden braucht, und ein bestimmter Betrag zulässig ist, das Luftlager 27 durch einen Bund oder dergleichen ersetzt werden, der einen niedrigen Gleitwiderstand aufweist.
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Außerdem wurde in der obigen Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, in dem der Stellantrieb 20 mit zwei Stellantrieben 21 versehen war. Jedoch kann abhängig von der Anwendung nur ein Stellantrieb 21 vorgesehen sein, oder es können drei oder mehr Stellantriebe 21 vorgesehen sein. Das heißt, unabhängig davon, wie viele Stellantriebe 21 verwendet werden, sollten das bewegliche Element 24, das unbewegliche Element 25 und der Antriebsschaft 30 so angeordnet sein, dass ihre Mittelachsen lf, Im und ls auf derselben Achse (auf der Mittelachse L0) liegen.
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Außerdem wurde in der obigen Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, in dem die haptische Antriebskraft in die Achsenrichtung der Mittelachse L0 und in die Drehrichtung um die Mittelachse L0 erzeugt wurde, jedoch kann abhängig von der Anwendung die Vorrichtung zur Reproduktion des Bedienungsgefühls nur in die Achsenrichtung der Mittelachse L0 oder nur in die Drehrichtung um die Mittelachse L0 antreiben.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtungshauptkörper
- 11
- Bedienungskomponente
- 20
- Stellantriebseinheit
- 21
- Stellantrieb
- 21a
- Stellantrieb
- 21b
- Stellantrieb
- 24
- Bewegliches Element
- 25
- Unbewegliches Element
- 30
- Antriebsschaft
- L0
- Mittelachse
