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{Technisches Gebiet}
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Biegemechanismus und einen medizinischen Manipulator.
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{Verwandter Stand der Technik}
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Es ist ein medizinischer Manipulator bekannt, der am distalen Ende eines längliches Einführteils davon mit einem Biegegelenk ausgestattet ist, das zum Ändern der Ausrichtung eines Behandlungsinstruments vorgesehen ist, das an einem distalen Ende des medizinischen Manipulators bereitgestellt ist (siehe z. B. PTL 1).
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Dieser medizinische Manipulator ist so konfiguriert, dass ein Schwenkelement durch Drücken/Ziehen von zwei Verbindungsgliedern zum Schwenken gebracht wird, die entlang des Einführteils angeordnet und mit dem Schwenkelement verbunden sind, das näher am distalen Ende als das Biegegelenk ist, und das Behandlungsinstrument, das am Schwenkelement fixiert ist, wird dadurch zum Schwenken gebracht.
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{Liste der Referenzschriften}
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{Patentliteratur}
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{PTL 1} Veröffentlichung des
japanischen Patents Nr. 4402313 -
{Kurzdarstellung der Erfindung}
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{Technisches Problem}
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Bei dem in der PTL 1 offenbarten medizinischen Manipulator liegt jedoch ein Problem darin, dass das Risiko besteht, dass ein Verbindungsglied übermäßig beansprucht wird, wenn das distale Ende des Behandlungsinstruments eine große externe Kraft aufnimmt, die zwei Verbindungsglieder dick ausgestaltet werden müssen, um die Haltbarkeit der Verbindungsglieder zu verbessern, und somit ist es schwierig, den Einführteil schmal zu gestalten.
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben beschriebenen Umstände erfunden und eine Aufgabe dieser liegt in der Bereitstellung eines Biegemechanismus und eines medizinischen Manipulators, die ermöglichen, dass ein Einführteil schmäler gestaltet wird, und dabei gleichzeitig vermeiden, dass jeder Teil übermäßig beansprucht wird.
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{Lösung des Problems}
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt einen Biegemechanismus bereit, der umfasst: ein längliches Trägerelement; ein Schwenkelement, das an einem distalen Ende des Trägerelements getragen wird, um in der Lage zu sein, um eine Achse zu schwenken, die sich mit einer Längsachse des Trägerelements schneidet; ein Antriebskraftübertragungselement, das entlang der Längsachse des Trägerelements angeordnet ist, eine an ein proximales Ende davon angelegte Antriebskraft überträgt und das Schwenkelement in Bezug auf das Trägerelement zum Schwenken bringt; und einen Beanspruchungsregulierungsteil, der eine im Antriebskraftübertragungselement erzeugte Beanspruchung in jeder Schwenkposition des Schwenkelements in Bezug auf das Trägerelement so reguliert, dass die Beanspruchung einen vorgeschriebenen Schwellenwert nicht überschreitet.
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Gemäß diesem Aspekt wird, wenn eine Antriebskraft an das Antriebskraftübertragungselement an dem proximalen Ende des Trägerelements angelegt wird, die Antriebskraft, die vom Antriebskraftübertragungselement übertragen wird, auf das Schwenkelement übertragen und wird das Schwenkelement zum Schwenken um eine Achse am distalen Ende des Trägerelements gebracht. In diesem Fall wird im Antriebskraftübertragungselement erzeugte Beanspruchung in jeder Schwenkposition des Schwenkelements in Bezug auf das Trägerelement durch Betrieb des Beanspruchungsregulierungselement so reguliert, dass die Beanspruchung einen vorgeschriebenen Schwellenwert nicht überschreitet. Folglich kann sogar dann vermieden werden, dass jeder Teil übermäßig beansprucht wird, wenn die Starrheit des Schwenkelements je nach Schwenkwinkel variiert. In diesem Fall werden die Starrheit diverser Teile, darunter das Antriebskraftübertragungselement, verbessert und folglich kommt es zu keiner Erhöhung der Beanspruchung, und da die Beanspruchung selbst reguliert wird, ist es möglich, eine Erhöhung der Schnittabmessungen jedes Teils zu verhindern und den Einführteil schmal zu gestalten.
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Unter dem oben beschriebenem Aspekt kann, wenn im Antriebskraftübertragungselement erzeugte Beanspruchung den vorgeschriebenen Schwellenwert erreicht, der Beanspruchungsregulierungsteil eine Bewegung des Antriebskraftübertragungselements in eine Richtung zulassen, die zu einer Verringerung der Beanspruchung führt.
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Bei dieser Konfiguration wird, wenn eine Beanspruchung, die einem vorgeschriebenen Schwellenwert gleicht, im Antriebskraftübertragungselement erzeugt wird, dem Antriebskraftübertragungselement durch den Beanspruchungsregulierungsteil gestattet, sich in eine Richtung zu bewegen, die zu einer Verringerung der Beanspruchung führt, und wird eine Situation, in der eine übermäßige Beanspruchung wirkt, die den vorgeschriebenen Schwellenwert überschreitet, vermieden.
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Ferner kann der vorgeschriebene Schwellenwert unter dem oben beschriebenen Aspekt je nach einem Schwenkwinkel des Schwenkelements in Bezug auf das Trägerelement auf einen anderen Wert eingestellt werden.
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Bei dieser Konfiguration kann eine Situation, in der jeder Teil übermäßig beansprucht wird, vermieden werden, indem ein höherer Schwellenwert für einen Schwenkwinkel eingestellt wird, bei dem die Starrheit hoch ist, und ein niedrigerer Schwellenwert für einen Schwenkwinkel eingestellt wird, bei dem die Starrheit gering ist, und zwar gemäß einer Starrheit, die je nach dem Schwenkwinkel des Schwenkelements variiert.
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Außerdem kann das Antriebskraftübertragungselement unter dem oben beschriebenen Aspekt in der Lage sein, die Antriebskraft in beide Richtungen entlang der Längsachse des Trägerelements zu übertragen.
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Bei dieser Konfiguration kann das Erzeugen von übermäßiger Beanspruchung in beide Richtungen verhindert werden, wenn die Antriebskraft in beide Richtungen entlang der Längsachse des Trägerelements übertragen wird.
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Ferner kann der Beanspruchungsregulierungsteil unter dem oben beschriebenen Aspekt ein Triebmittel umfassen, das das Antriebskraftübertragungselement an einer Position an einem proximalen Ende des Antriebskraftübertragungselements in eine Richtung entlang der Längsachse in eine Referenzposition treibt, die gemäß einem Schwenkwinkel des Schwenkelements in Bezug auf das Trägerelement bestimmt wird.
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Bei dieser Konfiguration wird, wenn das proximale Ende des Antriebskraftübertragungselements betrieben wird und eine Antriebskraft in der Längsachsenrichtung wirkt, das proximale Ende des Antriebskraftübertragungselements durch das Triebmittel in der Referenzposition gehalten, wenn die Antriebskraft geringer als ein vorgeschriebener Schwellenwert ist, und somit wird das Schwenkelement dazu gebracht, dass es in einem Schwenkwinkel schwenkt, der einem Bewegungsbetrag der Referenzposition entspricht. Wenn hingegen die Antriebskraft den vorgeschriebenen Schwellenwert erreicht, wird das proximale Ende des Antriebskraftübertragungselements dazu gebracht, sich gegen die Triebkraft aus der Referenzposition gegen die Triebkraft zu bewegen, und wird eine Situation, in der eine übermäßige Beanspruchung wirkt, die den vorgeschriebenen Schwellenwert überschreitet, vermieden.
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Ferner kann der Beanspruchungsregulierungsteil unter dem oben beschriebenen Aspekt umfassen: einen flachplattenförmigen Flanschabschnitt, der an einem proximalen Ende des Antriebskraftübertragungselements fixiert ist; ein flachplattenförmiges Anschlagselement, das eine gleiche Plattendicke wie der Flanschabschnitt aufweist, der neben dem Flanschabschnitt in einer Richtung senkrecht zur Längsachse angeordnet ist, und gemäß dem Schwenkwinkel in der Referenzposition angeordnet wird; und ein Paar von Presselementen, die in Positionen angeordnet sind, so dass das Anschlagselement und der Flanschabschnitt in der Plattendickenrichtung gleichzeitig dazwischen angeordnet sind. Das Triebmittel kann die Presselemente in Richtungen treiben, so dass die Presselemente mit dem Anschlagselement in engem Kontakt stehen.
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Bei dieser Konfiguration wird, wenn die im Antriebskraftübertragungselement erzeugte Beanspruchung geringer als der vorgeschriebene Schwellenwert ist, das Schwenkelement, wenn eine Antriebskraft angelegt wird und das Antriebskraftübertragungselement dazu gebracht wird, sich zu bewegen, dazu gebracht, dass es in Bezug auf das Trägerelement schwenkt, und zwar durch die vom Antriebskraftübertragungselement übertragene Antriebskraft, und wird das Anschlagselement gemäß dem Schwenkwinkel an einer Referenzposition angeordnet. Zu diesem Zeitpunkt werden die Presselemente durch die Triebkraft des Triebmittels in engen Kontakt mit dem Anschlagselement gebracht und werden das Anschlagselement und der Flanschabschnitt in der gleichen Position in der Längsachsenrichtung gehalten.
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Wenn hingegen die im Antriebskraftübertragungselement erzeugte Beanspruchung die Triebkraft des Triebmittels überschreitet und den vorgeschriebenen Schwellenwert erreicht, wird der Flanschabschnitt am proximalen Ende des Antriebskraftübertragungselements dazu gebracht, sich gegen die Triebkraft zu bewegen, und folglich wird die Beanspruchung verringert. Folglich wird eine Situation, in der eine übermäßige Beanspruchung auf jeden Teil wirkt, die den vorgeschriebenen Schwellenwert überschreitet, vermieden.
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Ferner kann das Triebmittel unter dem oben beschriebenen Aspekt ein elastisches Element sein.
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Bei dieser Konfiguration wird, wenn eine im Antriebskraftübertragungselement erzeugte Beanspruchung den vorgeschriebenen Schwellenwert erreicht, das elastische Element dazu gebracht, dass es sich elastisch verformt, und folglich können eine Erhöhung der Beanspruchung und eine Situation, in der eine übermäßige Beanspruchung auf jeden Teil wirkt, vermieden werden.
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Außerdem kann das Triebmittel unter dem oben beschriebenen Aspekt ein Zylinder sein, der eine Triebkraft unter Verwendung eines Fluids erzeugt.
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Bei dieser Konfiguration wird, wenn die im Antriebskraftübertragungselement erzeugte Beanspruchung den vorgeschriebenen Schwellenwert erreicht, das Antriebskraftübertragungselement dazu gebracht, sich gegen die Triebkraft zu bewegen, die durch den Druck des Zylinders erzeugt wird, und folglich können eine Erhöhung der Beanspruchung und eine Situation, in der eine übermäßige Beanspruchung auf jeden Teil wirkt, vermieden werden.
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Außerdem kann das Triebmittel unter dem oben beschriebenen Aspekt ein Magnet sein, der eine Triebkraft durch Magnetismus erzeugt.
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Bei dieser Konfiguration wird, wenn im Antriebskraftübertragungselement erzeugte Beanspruchung den vorgeschriebenen Schwellenwert erreicht, das Antriebskraftübertragungselement dazu gebracht, sich gegen die Triebkraft zu bewegen, die durch den Magnetismus des Magneten erzeugt wird, und folglich können eine Erhöhung der Beanspruchung und eine Situation, in der eine übermäßige Beanspruchung auf jeden Teil wirkt, vermieden werden.
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Unter dem oben beschriebenen Aspekt kann der Biegemechanismus ferner umfassen: einen Trägerblock, der in einer Position angeordnet ist, so dass das Triebmittel zwischen dem Trägerblock und dem Anschlagselement angeordnet ist, und der eine Triebkraft trägt; und einen Nockenmechanismus, der einen Abstand zwischen dem Trägerblock und dem Anschlagselement gemäß dem Schwenkwinkel ändert.
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Bei dieser Konfiguration wird der Abstand zwischen dem Trägerblock und dem Anschlagselement durch den Nockenmechanismus gemäß dem Schwenkwinkel des Schwenkelements in Bezug auf das Trägerelement geändert und wird eine geeignete Triebkraft gemäß der Starrheit, die sich je nach Schwenkwinkel ändert, durch das Triebmittel erzeugt und kann folglich eine Situation, in der eine übermäßige Beanspruchung auf jeden Teil wirkt, in jeder Schwenkposition vermieden werden.
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Unter dem oben beschriebenen Aspekt kann der Biegemechanismus ferner umfassen: einen Trägerblock, der in einer Position angeordnet ist, so dass das Triebmittel zwischen dem Trägerblock und dem Anschlagselement angeordnet ist, und der eine Triebkraft trägt; und einen Aktuator, der einen Abstand zwischen dem Trägerblock und dem Anschlagselement gemäß dem Schwenkwinkel ändert.
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Bei dieser Konfiguration wird der Abstand zwischen dem Trägerblock und dem Anschlagselement durch den Aktuator gemäß dem Schwenkwinkel des Schwenkelements in Bezug auf das Trägerelement geändert und wird eine geeignete Triebkraft gemäß der Starrheit, die sich je nach Schwenkwinkel ändert, durch das Triebmittel erzeugt und kann folglich eine Situation, in der eine übermäßige Beanspruchung auf jeden Teil wirkt, in jeder Schwenkposition vermieden werden.
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Ferner kann der Biegemechanismus unter dem oben beschriebenen Aspekt ferner einen Aktuator umfassen, der die Antriebskraft dem Antriebskraftübertragungselement zuführt, und kann der Beanspruchungsregulierungsteil die vom Aktuator erzeugte Antriebsteil gemäß dem Schwenkwinkel steuern.
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Bei dieser Konfiguration wird eine geeignete Antriebskraft gemäß der Starrheit erzeugt, die sich je nach dem Schwenkwinkel ändert, indem die Antriebskraft gesteuert wird, die von dem Aktuator erzeugt wird, der die Antriebskraft dem Antriebskraftübertragungselement zuführt, und kann folglich eine Situation, in der eine übermäßige Beanspruchung auf jeden Teil wirkt, in jeder Schwenkposition vermieden werden.
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Außerdem stellt ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung einen medizinischen Manipulator, der einen beliebigen der oben beschriebenen Biegemechanismen umfasst; und ein Behandlungsinstrument, das am Schwenkelement angebracht ist, bereit.
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{Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung}
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Die vorliegende Erfindung bietet den Vorteil, dass ein Einführteil schmal gestaltet werden kann, während gleichzeitig eine Situation, in der eine übermäßige Beanspruchung auf jeden Teil wirkt, vermieden wird.
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Figurenliste
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- 1 ist ein allgemeines Konfigurationsschaubild, das einen medizinischen Manipulator gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
- 2 ist eine Draufsicht, die einen Bedienteil des medizinischen Manipulators von 1 veranschaulicht.
- 3 ist eine Rückansicht, die den Bedienteil von 2 veranschaulicht.
- 4A ist eine Draufsicht, die einen Schwebemechanismus veranschaulicht, der im Bedienteil von 2 bereitgestellt ist.
- 4B ist ein Schaubild, das einen Querschnitt des Schwebemechanismus von 4A entlang Linie A-A und in Richtung der Pfeile blickend veranschaulicht.
- 4C ist ein Schaubild, das einen Querschnitt des Schwebemechanismus von 4A entlang Linie B-B und in Richtung der Pfeile blickend veranschaulicht.
- 4D ist ein Schaubild, das einen Querschnitt des Schwebemechanismus von 4A entlang Linie C-C und in Richtung der Pfeile blickend veranschaulicht.
- 5 ist ein Schaubild, das einen Betrieb des Schwebemechanismus von 4A erläutert.
- 6 ist ein Diagramm, das die Beziehungen zwischen dem Biegewinkel eines inneren ersten Verbindungsglieds von 5 und dem Biegewinkel eines äußeren ersten Verbindungsglieds von 5 und einer zugelassenen Axialkraft veranschaulicht.
- 7 ist eine Draufsicht, die einen Betrieb des Schwebemechanismus von 4A erläutert.
- 8A ist eine Draufsicht, die einen Betrieb des Bedienteils von 2 erläutert.
- 8B ist eine Rückansicht, die den Bedienteil von 8A veranschaulicht.
- 9 ist eine Draufsicht, die eine erste Modifikation des Bedienteils von 2 veranschaulicht.
- 10 ist eine Draufsicht, die eine zweite Modifikation des Bedienteils von 2 veranschaulicht.
- 11 ist eine Draufsicht, die eine dritte Modifikation des Bedienteils von 2 veranschaulicht.
- 12 ist eine Draufsicht, die eine vierte Modifikation des Bedienteils von 2 veranschaulicht.
- 13 ist eine Draufsicht, die eine fünfte Modifikation des Bedienteils von 2 veranschaulicht.
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{Beschreibung von Ausführungsformen}
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Im Folgenden werden ein Biegemechanismus 5 und ein medizinischer Manipulator 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Wie in 1 veranschaulicht, umfasst der medizinische Manipulator 1 gemäß dieser Ausführungsform ein Behandlungsinstrument 2, das zum Behandeln eines betroffenen Teils vorgesehen ist, einen länglichen Einführteil 3 und einen Bedienteil 4, der mit einem proximalen Ende des Einführteils 3 verbunden ist. Der Biegemechanismus 5 wird durch den Einführteil 3 und den Bedienteil 4 gebildet. Das Behandlungsinstrument 2 ist an einem Schwenkelement 7 des Einführteils 3 angebracht, das später beschrieben wird.
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Wie in 1 veranschaulicht, umfasst der Einführteil 3: ein längliches Trägerelement 6; das Schwenkelement 7, das an einem distalen Ende des Trägerelements 6 getragen wird, um in der Lage zu sein, um eine Schwenkachse zu schwenken, die senkrecht zu einer Längsachse des Trägerelements 6 verläuft; und zwei Sätze von Verbindungsgliedern (Antriebskraftübertragungselement) 8a und 8b, die eine an den Bedienteil 4 am proximalen Ende des Trägerelements 6 angelegte Antriebskraft übertragen und das Schwenkelement 7 dazu bringen, in Bezug auf das Trägerelement 6 zu schwenken. Die Sätze von Verbindungsgliedern 8a und 8b umfassen jeweils: lange erste Verbindungsglieder 9a und 9b, die entlang der Längsachse des Trägerelements 6 angeordnet sind; und kurze zweite Verbindungsglieder 10a und 10b, die mit den ersten Verbindungsgliedern 9a und 9b und dem Schwenkelement 7 verbunden sind, um in der Lage zu sein, um eine Achse zu schwenken, die parallel zur Schwenkachse verläuft.
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Wie in den 2 und 3 veranschaulicht, umfasst der Bedienteil 4 einen Griff 11, der von einem Benutzer bedient wird und an den eine Antriebskraft angelegt wird, und eine Antriebskraftumwandlungseinheit (Aktuator) 12, die die an den Griff 11 angelegte Antriebskraft an die zwei Sätze von Verbindungsgliedern 8a und 8b übermittelte.
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Der Griff 11 ist fächerartig ausgebildet und seine äußere Umfangsfläche hat eine zackige Form. Der Griff 11 kann geschwenkt werden, indem die äußere Umfangsfläche mit einem Finger berührt wird und der Finger in einer Umfangsrichtung bewegt wird.
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Die Antriebskraftumwandlungseinheit 12 umfasst: Verbindungsglieder 13a und 13b, die jeweils ein Ende aufweisen, das mit dem Griff 11 verbunden ist; eine Nockenplatte (Nockenmechanismus) 14, die mit den anderen Enden der Verbindungsglieder 13a und 13b verbunden und so bereitgestellt ist, dass sie in der Lage ist, in Reaktion auf eine von den Verbindungsgliedern 13a und 13b empfangene Kraft gedreht zu werden; und einen Schwebemechanismus (Beanspruchungsregulierungsteil) 15, der an der Nockenplatte 14 angebracht ist.
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Die Nockenplatte 14 umfasst eine Mehrzahl von Nockennuten 16. Anschlagselemente 17 und Trägerblöcke 18, die später beschrieben werden, sind in den Nockennuten 16 beweglich installiert. Die Nockennuten 16 sind so geformt, dass sie in der Lage sind, eine Bewegung der Anschlagselemente 17 und der Trägerblöcke 18 gemäß dem Drehwinkel der Nockenplatte 14 in entsprechende Positionen zu führen. Im Spezifischen werden die Abstände zwischen den Anschlagselementen 17 und den Trägerblöcken 18 gemäß dem Drehwinkel der Nockenplatte 14 entsprechend eingestellt.
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Wie in den 4A bis 4D veranschaulicht, umfasst der Schwebemechanismus 15: flachplattenförmige Anschlagselemente 17, die in die Nockennuten 16 gepasst sind, die in der Nockenplatte 14 gebildet sind, um in der Lage zu sein, sich entlang der Nockennuten 16 zu bewegen; flachplattenförmige Trägerblöcke 18, die so angeordnet sind, dass die Anschlagselemente 17 mit Räumen auf beiden Seiten der Anschlagselemente 17 dazwischen angeordnet sind, und die in die Nockennuten 16 gepasst sind, die in der Nockenplatte 14 gebildet sind, um in der Lage zu sein, sich entlang der Nockennuten 16 zu bewegen; Wellen 20, die in Durchgangslöcher 19 beweglich eingesetzt sind, die so gebildet sind, dass sie die Trägerblöcke 18 in einer Plattendickenrichtung durchdringen; und Drucksprungfedern (elastisches Element, Triebelement) 22, die zwischen Pressplatten (Presselement) 21a und 21b, die an distalen Enden der Wellen 20 bereitgestellt sind, und den Trägerblöcken 18 angeordnet sind.
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Die Drucksprungfedern 22 treiben die Pressplatten 21a und 21b der Wellen 20 in Richtungen, um die Pressplatten 21a und 21b weg von den Trägerblöcken 18 zu bewegen und die Pressplatten 21a und 21b in engen Kontakt mit den Oberflächen der Anschlagselemente 17 zu bringen, und zwar durch eine Triebkraft, die durch die Abstände zwischen den Trägerblöcken 18 und den Anschlagselementen 17 bestimmt wird, so dass die zwei Oberflächen jedes Anschlagselements 17 sandwichartig zwischen zwei Pressplatten 21a und 21b gehalten werden.
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Flanschabschnitte 23, die im Wesentlichen die gleiche Dicke wie die Anschlagselemente 17 aufweisen, sind an den proximalen Enden der ersten Verbindungsglieder 9a und 9b fixiert. Die Flanschabschnitte 23 sind den Anschlagselementen 17 benachbart angeordnet und sind jeweils in einer Plattendickenrichtung zwischen dem entsprechenden Anschlagselement 17 und zwei Pressplatten 21a oder 21b angeordnet.
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Die Wellen 20 sind im Wesentlichen parallel zu den Längsachsen der ersten Verbindungsglieder 9a und 9b angeordnet. Somit wird in einem Zustand, in dem eine Kraft auf die ersten Verbindungsglieder 9a und 9b in der Längsachsenrichtung wirkt, wie in 4A veranschaulicht, die kleiner gleich den Triebkräften der Drucksprungfedern 22 ist, der Flanschabschnitt 23 jeder Welle 20 unverändert in einer Position dem Anschlagselement 17 benachbart gehalten, und zwar in dem Zustand, in dem er sandwichartig zwischen den zwei Pressplatten 21a und 21b gehalten wird. Wenn hingegen durch Anlegen einer externen Kraft F1 eine Kraft F2 auf das erste Verbindungsglied 9a oder 9b in der Längsachsenrichtung wirkt, wie in 5 veranschaulicht, die größer als die Triebkraft jeder der Drucksprungfedern 22 ist, wird eine Drucksprungfeder 22 komprimiert und bewegt sich der entsprechende Flanschabschnitt 23 von der anderen Pressplatte 21a oder 21b weg und wird folglich der Flanschabschnitt 23 in eine andere Position als das Anschlagselement 17 in Längsachsenrichtung bewegt.
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Wenn der Griff 11 bedient wird und eine Drehung des Griffs 11 durch die Verbindungsglieder 13a und 13b in eine Drehung der Nockenplatte 14 umgewandelt wird, bewegen sich außerdem die Nockennuten 16, die in der Nockenplatte 14 bereitgestellt sind, und bewegen sich folglich die Trägerblöcke 18 und die Anschlagselemente 17, die mit den Nockennuten 16 in Eingriff stehen, entlang der Nockennuten 16. Die Anschlagselemente 17 werden von den Nockennuten 16 in Referenzpositionen geführt, so dass die Flanschabschnitte 23 an den proximalen Enden der ersten Verbindungsglieder 9a und 9b in Referenzpositionen angeordnet werden, die durch den Drehwinkel des Griffs 11 bestimmt werden.
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Die Nockennuten 16 für die Trägerblöcke 18 sind hingegen ausgebildet, um in Positionen angeordnet zu werden, so dass sich der Abstand zwischen den Trägerblöcken 18 und den Anschlagselementen 17 gemäß dem Drehwinkel (Schwenkwinkel) des Griffs 11 ändert.
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Bei dem auf diese Weise konfigurierten Biegemechanismus 5 beispielsweise wird im ersten Verbindungsglied 9a auf der Innenseite der Biegung und dem ersten Verbindungsglied 9b auf der Außenseite der Biegung des Biegegelenks, wie in 6 veranschaulicht, die zugelassene Axialkraft des ersten Verbindungsglieds 9b auf der Außenseite der Biegung stark verringert, während sich der Biegewinkel erhöht, die zugelassene Axialkraft des ersten Verbindungsglieds 9a auf der Innenseite der Biegung des Biegegelenks hingegen tendenziell nur wenig verringert wird.
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Aus diesem Grund sind die Nockennuten 16 der Nockenplatte 14 bei dieser Ausführungsform so ausgeformt, dass sie die Anschlagselemente 17 und die Trägerblöcke 18 dazu bringen, sich zu bewegen, wenn die Nockenplatte 14 gedreht wird, so dass das Intervall zwischen dem Anschlagselement 17 und dem Trägerblock 18 auf der Außenseite der Biegung stark erhöht wird und so dass das Intervall zwischen dem Anschlagselement 17 und dem Trägerblock 18 auf der Innenseite der Biegung etwas erhöht wird, wie in 7 veranschaulicht.
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Folglich wird, wenn das Intervall zwischen einem Anschlagselement 17 und einem Trägerblock 18 zunimmt, die dazwischen angeordnete Drucksprungfeder 22 gedehnt und daher die Starrheit der Drucksprungfeder 22 verringert wird, das erste Verbindungsglied 9a oder 9b komprimiert, indem eine kleinere Axialrichtung auf dieses einwirkt, und kann der Flanschabschnitt 23, d. h. das proximale Ende des ersten Verbindungsglieds 9a oder 9b, dazu gebracht werden, sich in jede Richtung entlang der Längsachse von einer durch das Anschlagselement 17 vorgegebenen Referenzposition zu bewegen.
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Im Folgenden wird der Betrieb des auf diese Weise konfigurierten Biegemechanismus 5 und medizinischen Manipulators 1 gemäß dieser Ausführungsform beschrieben.
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Wenn ein betroffener Teil unter Verwendung des medizinischen Manipulators 1 gemäß dieser Ausführungsform zu behandeln ist, wird das Behandlungsinstrument 2 am distalen Ende des Einführteils 3 in der Nähe des betroffenen Teils angeordnet, indem der Einführteil 3 in das Innere des Körpers des Patienten eingeführt wird, der im Bedienteil 4 bereitgestellte Griff 11 wird bedient und das Schwenkelemente 7 wird dazu gebracht, in Bezug auf das Trägerelement 6 zu schwenken, und auf diese Weise wird die Haltung des Behandlungsinstruments 2 in Bezug auf den betroffenen Teil angepasst.
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Wenn der Griff 11 unter Verwendung eines Fingers bedient wird, um den Griff 11 in eine Richtung zu drehen, wie in den 8A und 8B veranschaulicht, wird eine Drehkraft von den zwei Verbindungsgliedern 13a und 13b, die mit dem Griff 11 verbunden sind, auf die Nockenplatte 14 übertragen, und wird die Nockenplatte 14 dazu gebracht, sich gemäß der Drehung des Griffs 11 auf einen Winkel zu drehen. Zwei Anschlagselemente 17 und vier Trägerblöcke 18 werden in die Nockennuten 16 gepasst, die in der Nockenplatte 14 bereitgestellt sind, und aus diesem Grund werden die Anschlagselemente 17 und die Trägerblöcke 18 dazu gebracht, sich entlang der Nockennuten 16 zu bewegen, die durch die Drehung der Nockenplatte 14 bewegt werden.
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Wie oben beschrieben, sind die Formen der Nockennuten 16 so ausgebildet, dass die Anschlagselemente 17 und die Trägerblöcke 18 gemäß einem Schwenkwinkel des Schwenkelements 7, der dem Drehwinkel der Nockenplatte 14 entspricht, in geeigneten Positionen angeordnet werden, und daher werden die Intervalle zwischen den Anschlagselementen 17 und den Trägerblöcken 18 gemäß dem Schwenkwinkel des Schwenkelements 7 entsprechend eingestellt.
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Anders ausgedrückt nimmt, wenn das Schwenkelement 7 in Bezug auf das Trägerelement 6 schwenkt, wie in 7 veranschaulicht, der Abstand zwischen dem Anschlagselement 17 und dem Trägerblock 18 auf der Seite des ersten Verbindungsglieds 9b, das auf der Außenseite der Biegung angeordnet ist, beträchtlich zu, der Abstand zwischen dem Anschlagselement 17 und dem Trägerblock 18 auf der Seite des ersten Verbindungsglieds 9a, das auf der Innenseite der Biegung angeordnet ist, nimmt hingegen etwas zu. Somit wird die Kompression der Drucksprungfeder 22 auf der Außenseite der Biegung beträchtlich entspannt und wird die Triebkraft beträchtlich verringert, die Komprimierung der Drucksprungfeder 22 auf der Innenseite der Biegung wird hingegen kaum entspannt und die Triebkraft kaum verringert.
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Aus diesem Grund wird, wenn eine externe Kraft auf das distale Ende des Behandlungsinstruments 2 einwirkt, das am Schwenkelement 7 fixiert ist, die Drucksprungfeder 22 auf der Außenseite des Biegung durch eine kleinere externe Kraft als die Drucksprungfeder 22 auf der Innenseite der Biegung komprimiert und wird die Bewegung des Flanschabschnitts 23, der am proximalen Ende des ersten Verbindungsglieds 9b fixiert ist, in die Längsachsenrichtung zugelassen. Die zugelassene Axialkraft des ersten Verbindungsglieds 9b auf der Außenseite der Biegung wird beträchtlich verringert und eine Bewegung auf der proximalen Endseite des ersten Verbindungsglieds 9b wird lediglich mit einer geringen externen Kraft zugelassen und daher liegt ein Vorteil darin, dass eine Situation, in der eine übermäßige Axialkraft, die die zugelassene Axialkraft überschreitet, auf das erste Verbindungsglied 9b einwirkt, vermieden werden kann.
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In diesem Fall wird die zugelassene Axialkraft des ersten Verbindungsglieds 9a auf der Innenseite der Biegung nicht stark verringert und daher wird ein Zustand, in dem das proximale Ende des ersten Verbindungsglieds 9a nicht durch eine geringe externe Kraft bewegt wird, beibehalten. Folglich kann eine Schädigung des ersten Verbindungsglieds 9b auf der Außenseite der Biegung, auf der die zugelassene Axialkraft verringert ist, verhindert werden und wird die externe Kraft vom ersten Verbindungsglied 9a auf der Innenseite der Biegung, auf der die zugelassene Axialkraft nicht beträchtlich verringert wurde, aufgenommen.
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Wenn die Axialkraft, die auf das erste Verbindungsglied 9a auf der Innenseite der Biegung wirkt, die zugelassene Axialkraft für das innere erste Verbindungsglied 9a erreicht, wird die Drucksprungfeder 22 komprimiert und wird der Flanschabschnitt 23 am proximalen Ende dazu gebracht, sich auch zu bewegen, und kann eine Situation, in der eine übermäßige Axialkraft, die die zugelassene Axialkraft überschreitet, auf das erste Verbindungsglied 9a einwirkt, vermieden werden. Somit besteht kein Bedarf daran, den Querschnitt des ersten Verbindungsglieds 9a unter Berücksichtigung der Verringerung der zugelassenen Axialkraft zu erhöhen, und somit liegt ein Vorteil darin, dass der Einführteils 3 schmal gestaltet werden kann, während gleichzeitig das Auftreten eines Schadens verhindert wird.
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Auch wenn die Drehung des Griffs 11 bei dieser Ausführungsform über die Verbindungsglieder 13a und 13b auf die Nockenplatte 14 übertragen wird, kann die Drehung des Griffs 11 alternativ durch Zahnränder 24a und 24b übertragen werden, wie in 9 veranschaulicht. In diesem Fall sind die Achsen der Zahnräder 24a und 24b miteinander verbunden, so dass der Abstand von Achse zu Achse dazwischen von einem Verbindungselement aufrechterhalten wird, das nicht veranschaulicht ist, und ist es ausreichend, dass die Zahnräder 24a und 24b und die Nockenplatte 14 durch eine Oldham-Kupplung oder dergleichen (nicht veranschaulicht) verbunden sind, die eine Drehung dazwischen überträgt, während sie gleichzeitig Außermittigkeit gestattet.
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Ferner wurden die Drucksprungfedern 22 beispielhaft als Triebmittel angeführt, es können jedoch stattdessen Zylinder verwendet werden, die eine Triebkraft durch den Druck eines Fluids wie z. B. Luft oder Flüssigkeit erzeugen. Außerdem können Magnete, die eine Triebkraft durch Magnetismus erzeugen, verwendet werden.
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Wie in 10 veranschaulicht, kann ferner ein Motor (nicht veranschaulicht), der Anschlagselemente 17 über Ritzel 25 und Zahnstangen 26 dazu bringt, sich zu bewegen, anstatt des Griffs 11 verwendet werden und können Nockenplatten 27 und 28, die dazu gebracht werden, sich gemeinsam mit einer Bewegung der Anschlagselemente 17 zu drehen, verwendet werden. Es ist ausreichend, dass der Motor ein Motor ist, der auf Basis eines Bedienbefehlsignals, das von einem Benutzer eingegeben wird, dazu gebracht wird, zu arbeiten.
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Wie in 11 veranschaulicht, kann ferner eine Konfiguration verwendet werden, bei der die Drehung des Griffs 11 durch die Zahnräder 29a und 29b in eine Bewegung der Anschlagselemente 17 umgewandelt wird, der Drehwinkel des Griffs 11 von einem Drehgeber 30 erkannt wird und ein Motor (nicht veranschaulicht) und eine Zahnstange 31 und ein Ritzel 32 verwendet werden, um jeden Trägerblock 18 auf Basis des erkannten Drehwinkels dazu zu bringen, sich zu bewegen.
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Außerdem können die Bewegungsbeträge der ersten Verbindungsglieder 9a und 9b erkannt werden oder kann der Schwenkwinkel des Schwenkelements 7 erkannt werden, anstatt dass der Drehwinkel des Griffs 11 unter Verwendung des Drehgebers 30 erkannt wird.
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Wie in 12 veranschaulicht, können ferner die Anschlagselemente 17 und die Trägerblöcke 18 durch einen Motor (nicht veranschaulicht), Zahnstangen 26 und 31 und Ritzel 25 und 32 dazu gebracht werden, sich zu bewegen. In diesem Fall ist es ausreichend, einen Motor, der die Anschlagselemente 17 antreibt, und einen Motor, der die Trägerblöcke 18 antreibt, auf Basis von Bedienbefehlssignalen zu betreiben, die vom Benutzer eingegeben werden.
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Alternativ kann eine Konfiguration verwendet werden, bei der der Drehbetrag eines Motors, der die Anschlagselemente 17 antreibt, von einem Drehgeber (nicht veranschaulicht) erkannt wird, und ein Motor, der die Trägerblöcke 18 antreibt, auf Basis des erkannten Drehbetrags betrieben wird. In diesem Fall können die Bewegungsbeträge der ersten Verbindungsglieder 9a und 9b erkannt werden oder kann der Schwenkwinkel des Schwenkelements 7 erkannt werden, anstatt dass der Drehbetrag des Motors unter Verwendung eines Drehgebers erkannt wird.
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Auch wenn bei den oben beschriebenen Ausführungsformen davon ausgegangen wurde, dass die Triebkraft eines Triebmittels wie z. B. der Drucksprungfedern 22 gemäß dem Schwenkwinkel des Schwenkelements 7 in Bezug auf das Trägerelement 6 reguliert wird, kann alternativ, wie in 13 veranschaulicht, eine Konfiguration verwendet werden, bei der Ritzel 34, die mit Zahnstangen 33 in Eingriff stehen, die an den proximalen Enden der ersten Verbindungsglieder 9a und 9b fixiert sind, durch einen Motor (nicht veranschaulicht) dazu gebracht werden, sich zu drehen, und wird das vom Motor erzeugte Drehmoment gemäß dem Schwenkwinkel des Schwenkelements 7 in Bezug auf das Trägerelement 6 auf einen entsprechenden Wert geändert.
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Auch in diesem Fall kann der Drehbetrag eines Motors durch einen Drehgeber (nicht veranschaulicht) erkannt werden und kann das vom Motor erzeugte Drehmoment gemäß dem Drehbetrag des vom Drehgeber erkannten Motors geändert werden. Außerdem kann der Bewegungsbetrag der ersten Verbindungsglieder 9a und 9b erkannt werden oder kann der Schwenkwinkel des Schwenkelements 7 erkannt werden, anstatt dass der Drehbetrag des Motors unter Verwendung eines Drehgebers erkannt wird.
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Auch wenn die Verbindungsglieder 8a und 8b bei dieser Ausführungsform beispielhaft als Antriebskraftübertragungselemente angeführt wurden, können ferner stattdessen Drehmomentwellen oder -saiten verwendet werden.
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Außerdem wurde eine Konfiguration beschrieben, bei der eine Kraft, die auf die ersten Verbindungsglieder 9a und 9b einwirkt, eine zugelassene Axialkraft nicht überschreitet, alternativ kann jedoch Beanspruchung, die in den Verbindungsgliedern 8a und 8b erzeugt wird, wenn ein beliebiger anderer Teil beschädigt wird, als Schwellenwert dienen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Medizinischer Manipulator
- 2
- Behandlungsinstrument
- 5
- Biegemechanismus
- 6
- Trägerelement
- 7
- Schwenkelement
- 8a, 8b
- Verbindungsglied (Antriebskraftübertragungselement)
- 12
- Antriebskraftumwandlungseinheit (Aktuator)
- 14, 27, 28
- Nockenplatte (Nockenmechanismus)
- 15
- Schwebemechanismus (Beanspruchungsregulierungsteil)
- 17
- Anschlagselement
- 18
- Trägerblock
- 21a, 21b
- Pressplatte (Presselement)
- 22
- Drucksprungfeder (elastisches Element, Triebmittel)
- 23
- Flanschabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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