JP2010252837A - Surgical manipulator - Google Patents

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JP2010252837A
JP2010252837A JP2009102702A JP2009102702A JP2010252837A JP 2010252837 A JP2010252837 A JP 2010252837A JP 2009102702 A JP2009102702 A JP 2009102702A JP 2009102702 A JP2009102702 A JP 2009102702A JP 2010252837 A JP2010252837 A JP 2010252837A
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forceps
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surgical manipulator
closing
finger hook
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Withdrawn
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Toshikazu Kawai
俊和 河合
Tomoya Murotani
友哉 室谷
Naoya Morita
直也 森田
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Josho Gakuen Educational Foundation
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surgical manipulator having mechanisms for positioning existing forceps with finger hooking parts formed at positions inclined to one side relative to a shaft center and for opening/closing the forceps, and capable of absorbing rotation moment generated when the forceps are opened/closed. <P>SOLUTION: The surgical manipulator includes: a support base 60 having a holding means 61 for attaching the forceps 120 with finger hooking parts 122 and 124 inclined to one side relative to the shaft center; an opening/closing mechanism 70 for opening/closing the finger hooking parts of the forceps; a rotating table 50 for rotatably holding the support base around a plurality of axes; and arms 30 for linearly and/or rotatably supporting the rotating table in the horizontal and/or vertical direction. The rotating table has locking mechanisms 51, 55 and 57 for fixing the rotation of the support base around the respective axes relative to the arms. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、内視鏡下手術に用いられ、鉗子を多自由度で操作することのできる手術用マニピュレータに関するものであり、より具体的には、指掛かり部が軸心に対して片側に偏った位置に形成された既存の鉗子を位置決めし、開閉操作することのできる手術用マニピュレータに関する。   The present invention relates to a surgical manipulator that is used for endoscopic surgery and can operate forceps with multiple degrees of freedom. More specifically, the finger hook portion is biased to one side with respect to an axis. The present invention relates to a surgical manipulator that can position and open / close an existing forceps formed at a predetermined position.

内視鏡下手術は、開腹や開胸を伴わない低侵襲手術として広く行なわれている。
この手術では、患者の腹部にあけた小さな孔に筒状のトロカールを装着し、該トロカールから内視鏡と鉗子等の処置具を体腔内に挿入して、内視鏡にて撮影される体腔内の状態を観察しながら、処置具によって患部への処置作業が行なわれる。
Endoscopic surgery is widely performed as a minimally invasive surgery that does not involve laparotomy or thoracotomy.
In this surgery, a body trocar is imaged with an endoscope by attaching a cylindrical trocar to a small hole opened in the abdomen of the patient, inserting a treatment tool such as an endoscope and forceps from the trocar into the body cavity While observing the internal state, a treatment operation is performed on the affected area with the treatment tool.

内視鏡下手術では、執刀医、内視鏡助手、執刀助手、看護師がチームを組んで処置作業が行なわれるが、執刀医と助手との協調が必要であり、また、挿入される処置具の自由度が不足するなど、難易度の高いものであるため、内視鏡下手術を支援する手術ロボットの研究開発が盛んに行なわれている。   In endoscopic surgery, surgeons, endoscopy assistants, surgeon assistants, and nurses form a team to perform procedures, but it is necessary for the surgeon and assistant to cooperate and the procedures to be inserted. Because of the high degree of difficulty, such as lack of freedom of tools, research and development of surgical robots that support endoscopic surgery are being actively conducted.

日本では、医師の絶対数不足と診療科の偏在により、外科系の医師数が減少している一方で、少子高齢化社会の到来で低侵襲手術を必要とする患者が増加しているため、複数の医師が関わる手術治療が特に地方で難しくなってきている。そこで、手術ロボットを用いて執刀医(以下「施術者」という)が一人で手術するソロサージェリの適用が考えられる。   In Japan, the number of surgical doctors has decreased due to the lack of absolute number of doctors and the uneven distribution of medical departments, while the number of patients requiring minimally invasive surgery has increased due to the aging society with fewer children, Surgical treatment involving multiple doctors has become particularly difficult in rural areas. Therefore, it is conceivable to apply solo surgeries in which a surgeon (hereinafter referred to as “the practitioner”) performs an operation alone using a surgical robot.

手術ロボットとして、内視鏡操作ロボット(AESOP(商標)、Naviot(商標))がある。これらにより、内視鏡助手との意志疎通が不要になる。しかしながら、これら内視鏡操作ロボットは、内視鏡の操作のみを対象とするものであり、鉗子等の処置具を扱うものではない。   There are endoscope operation robots (AESOP (trademark), Naviot (trademark)) as surgical robots. This eliminates the need for communication with the endoscope assistant. However, these endoscope operation robots are intended only for the operation of the endoscope, and do not handle treatment tools such as forceps.

施術者が内視鏡と処置具を多自由度で操作する内視鏡下手術ロボットとして、ZEUS(商標)、da Vinci(商標)がある。これらにより、血管縫合など細かな手技が可能となる。
しかしながら、これら内視鏡下手術ロボットは、開閉機能を有する鉗子などの既存の処置具を扱うことは困難である。
There are ZEUS (trademark) and da Vinci (trademark) as endoscopic surgical robots in which a practitioner operates an endoscope and a treatment instrument with multiple degrees of freedom. As a result, fine procedures such as blood vessel suturing can be performed.
However, it is difficult for these endoscopic surgical robots to handle existing treatment tools such as forceps having an opening / closing function.

その他、例えば、特許文献1の内視鏡下手術ロボットでは、既存の鉗子を装着することはできるが、鉗子等の開閉機能は具えていない。
また、特許文献2の内視鏡下手術ロボットは、専用の鉗子をジンバル機構で保持するアームを有している。専用鉗子の開閉は、鉗子の軸心に対して左右対称に構成されたモータ駆動部により行なわれるが、既存の鉗子等の場合、開閉を行なうための指掛かり部は、人の手で操作するために、軸心に対して片側に偏った構成とならざるを得ないことが多い。
In addition, for example, in the endoscopic surgical robot of Patent Document 1, an existing forceps can be attached, but an opening / closing function of the forceps or the like is not provided.
The endoscopic surgical robot of Patent Document 2 has an arm that holds a dedicated forceps with a gimbal mechanism. The opening and closing of the dedicated forceps is performed by a motor drive unit configured symmetrically with respect to the axis of the forceps. In the case of existing forceps or the like, the finger hook unit for opening and closing is operated by a human hand. Therefore, in many cases, the configuration must be biased to one side with respect to the axis.

特開2002−17752公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-17752 特開平7−328015公報JP-A-7-328015

このように、指掛かり部が軸心に対して片側に偏った既存の鉗子等は、特許文献2の内視鏡下手術ロボットに装着した場合、指掛かり部を操作すると、ジンバル機構の中心回りに回転モーメントが生じ、鉗子や鉗子を挿入したトロカールに反作用としての回転モーメントが作用し、臓器や腹壁に負荷がかかってしまうことがあった。   As described above, when the existing forceps or the like in which the finger hook portion is biased to one side with respect to the axis is mounted on the endoscopic surgical robot of Patent Document 2, when the finger hook portion is operated, the center of the gimbal mechanism is rotated. In some cases, a rotational moment is generated, and a rotational moment acting as a reaction acts on the forceps or the trocar into which the forceps is inserted, causing a load on the organ or abdominal wall.

本発明の目的は、指掛かり部が軸心に対して片側に偏った位置に形成された既存の鉗子を位置決めし、且つ、鉗子を開閉させる機構を有し、鉗子開閉時に生じる回転モーメントを吸収することのできる手術用マニピュレータを提供することである。   An object of the present invention is to have a mechanism for positioning an existing forceps formed at a position where a finger hook portion is biased to one side with respect to an axis and opening and closing the forceps, and absorbs a rotating moment generated when the forceps are opened and closed. It is an object of the present invention to provide a surgical manipulator that can be used.

上記課題を解決するために、本発明の手術用マニピュレータは、
指掛かり部が軸心に対して片側に偏った位置に形成された鉗子を装着可能な保持手段を具える支持台と、
前記鉗子の指掛かり部を開閉させる開閉機構と、
該支持台を複数の軸回りに回転可能に保持する回転台と、
該回転台を平面方向及び/又は垂直方向に直線及び/又は回転作動可能に支持するアーム部と、
を有する手術用マニピュレータであって、
回転台は、アーム部に対する支持台の各軸回りの回転を固定するロック機構を有する。
In order to solve the above problems, the surgical manipulator of the present invention is:
A support base having a holding means to which a forceps formed at a position where the finger hook portion is biased to one side with respect to the axial center can be mounted;
An opening and closing mechanism for opening and closing a finger hook portion of the forceps;
A turntable for holding the support table rotatably about a plurality of axes;
An arm portion that supports the turntable so as to be linearly and / or rotationally operable in a plane direction and / or a vertical direction;
A surgical manipulator comprising:
The turntable has a lock mechanism that fixes the rotation of the support table around each axis with respect to the arm portion.

本発明の手術用マニピュレータによれば、支持台を回転可能に保持する回転台は、ロック機構により回転不能に固定される。従って、軸心に対して偏った位置に指掛かり部を有する既存の鉗子を開閉機構によって操作したときに、支持台が回転したり、動いてしまうことがない。つまり、鉗子の反力や操作により生ずる回転モーメントは回転台により吸収されるから、臓器や腹壁への負荷も生じない。   According to the surgical manipulator of the present invention, the turntable that holds the support table rotatably is fixed by the lock mechanism so as not to rotate. Therefore, when the existing forceps having the finger hook portion at a position biased with respect to the axis is operated by the opening / closing mechanism, the support base does not rotate or move. That is, since the rotational moment generated by the reaction force or operation of the forceps is absorbed by the turntable, no load is applied to the organ or the abdominal wall.

図1は、本発明の手術用マニピュレータの基本構成を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory view showing the basic configuration of the surgical manipulator of the present invention. 図2は、本発明の手術用マニピュレータの斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of the surgical manipulator of the present invention. 本発明の手術用マニピュレータの保持手段近傍を右斜め前方から見た斜視図である。It is the perspective view which looked at the holding means vicinity of the surgical manipulator of this invention from diagonally right forward. 本発明の手術用マニピュレータの保持手段近傍を左斜め前方から見た斜視図である。It is the perspective view which looked at the holding means vicinity of the surgical manipulator of this invention from the diagonally left front. 本発明の手術用マニピュレータの制御ブロック図である。It is a control block diagram of the surgical manipulator of the present invention. 操作部の斜視図である。It is a perspective view of an operation part.

以下、本発明について、図面に沿って説明を行なう。
図1は、本発明の手術用マニピュレータ(10)の基本構成を示す説明図である。また、図2は、本発明の手術用マニピュレータ(10)の斜視図である。なお、図2では、後述する開閉機構(70)、鉗子(120)及びベース(12)上の載置物等を省略している。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory view showing a basic configuration of a surgical manipulator (10) of the present invention. FIG. 2 is a perspective view of the surgical manipulator (10) of the present invention. In FIG. 2, an opening / closing mechanism (70), forceps (120), and a mounted object on the base (12), which will be described later, are omitted.

図1及び図2に示すように、手術用マニピュレータ(10)は、ベース(12)から上向き伸びる縦アーム部(20)と、該縦アーム部(20)の先端から横方向に伸びる横アーム部(30)からなるアーム部を有する。横アーム部(30)の先端には、回転台(50)を介して、鉗子(120)の保持手段(61)が配備されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the surgical manipulator (10) includes a vertical arm portion (20) extending upward from a base (12) and a horizontal arm portion extending laterally from the tip of the vertical arm portion (20). (30) having an arm portion. A holding means (61) for the forceps (120) is disposed at the tip of the lateral arm (30) via the turntable (50).

ベース(12)は、ローラ(14)によって床面上を移動可能となっている。ベース(12)には、図1に示すように後述する縦アーム部(20)及びその伸縮機構(23)、制御部(100)等が配備されている(図2には示さず)。
また、ベース(12)に配備された制御部(100)には、施術者が手及び/又は足で操作することのできる操作部(16)(図1、図5及び図6を参照)が接続されている。
The base (12) is movable on the floor surface by a roller (14). As shown in FIG. 1, the base (12) is provided with a vertical arm portion (20), its extension / contraction mechanism (23), a control portion (100), and the like (not shown in FIG. 2).
The control unit (100) provided on the base (12) has an operation unit (16) (see FIGS. 1, 5, and 6) that can be operated by a practitioner with hands and / or feet. It is connected.

ベース(12)には、上下方向に伸縮可能な縦アーム部(20)が立設されている。
縦アーム部(20)は、図1及び図2に示すように、ベース(12)に垂直に立設された第1縦アーム部(21)と、該第1縦アーム部(21)に対して上下動可能に配備された第2縦アーム部(22)から構成することができる。
第2縦アーム部(22)は、伸縮機構(23)によって、第1縦アーム部(21)に対して上下動可能となっている。伸縮機構(23)は、図1に示すように、ベース(12)に配備された伸縮用モータ(24)を動力源とし、減速機構(25)を介して回転するネジ軸(27)と、第2縦アーム部(22)の下端にに設けられ、ネジ軸(27)と螺合するナット部(28)を例示できる。伸縮用モータ(24)を作動させると、ネジ軸(27)が回転し、ネジ推力によってナット部(28)がネジ軸(27)に沿って上下に移動することで、第2縦アーム部(22)が上下動する。これにより、縦アーム部(20)は、図1及び図2中、矢印Z方向に伸縮する。
The base (12) is provided with a vertical arm portion (20) that can extend and contract in the vertical direction.
As shown in FIGS. 1 and 2, the vertical arm portion (20) has a first vertical arm portion (21) standing vertically to the base (12), and the first vertical arm portion (21). The second vertical arm portion (22) arranged to be movable up and down.
The second vertical arm portion (22) can be moved up and down with respect to the first vertical arm portion (21) by the telescopic mechanism (23). As shown in FIG. 1, the expansion / contraction mechanism (23) includes a screw shaft (27) that rotates via a speed reduction mechanism (25) using an expansion / contraction motor (24) disposed in the base (12) as a power source, A nut portion (28) provided at the lower end of the second vertical arm portion (22) and screwed with the screw shaft (27) can be exemplified. When the telescopic motor (24) is operated, the screw shaft (27) rotates, and the nut portion (28) moves up and down along the screw shaft (27) by the screw thrust, so that the second vertical arm portion ( 22) moves up and down. Thereby, the vertical arm part (20) expands and contracts in the arrow Z direction in FIGS.

伸縮用モータ(24)の回転は、エンコーダ(26)により検出可能とすることで、縦アーム部(20)の伸縮状態を検知することができる。なお、必要に応じて、リミットスイッチ(26a)(図2参照)やポテンショメータ等をエンコーダと共に又はエンコーダに代えて配備することもできる。以下で説明する他のエンコーダについても同様である。   The rotation of the telescopic motor (24) can be detected by the encoder (26), so that the telescopic state of the vertical arm portion (20) can be detected. If necessary, a limit switch (26a) (see FIG. 2), a potentiometer, or the like can be provided together with or in place of the encoder. The same applies to other encoders described below.

縦アーム部(20)の先端、本実施例では、第2縦アーム部(22)の先端には、横アーム部(30)が、水平面内で回転可能に配備されている。横アーム部(30)の先端には、後述する回転台(50)が配備されている。
横アーム部(30)は、縦アーム部(20)の軸心に垂直な面内で回転可能な第1横アーム部(32)と、該第1横アーム部(32)の回転面と平行な面内にて、第1横アーム部(32)に対して回転可能な第2横アーム部(42)から構成することで、横アーム部(30)の回転自由度を高めることができる。
At the distal end of the vertical arm portion (20), in this embodiment, at the distal end of the second vertical arm portion (22), the horizontal arm portion (30) is disposed so as to be rotatable in a horizontal plane. A turntable (50), which will be described later, is provided at the tip of the horizontal arm portion (30).
The horizontal arm part (30) is parallel to the first horizontal arm part (32) rotatable in a plane perpendicular to the axial center of the vertical arm part (20) and the rotation surface of the first horizontal arm part (32). By forming the second lateral arm portion (42) rotatable relative to the first lateral arm portion (32) within a smooth plane, the degree of freedom of rotation of the lateral arm portion (30) can be increased.

第1横アーム部(32)は、第2縦アーム部(22)の上端に配備された第1回転機構(33)により、水平面内にて回転可能に支持されている。第1回転機構(33)は、第1回転用モータ(34)と第1減速機構(35)から構成することができ、第1回転用モータ(34)を作動させることで、第1縦アーム部(32)の軸心に対して、図1及び図2中矢印Aにて示すように、水平面内で回転可能となっている。
なお、第1横アーム部(32)の回転は、エンコーダ(36)により検出することが望ましい。
The first horizontal arm portion (32) is rotatably supported in a horizontal plane by a first rotation mechanism (33) disposed at the upper end of the second vertical arm portion (22). The first rotation mechanism (33) can be composed of a first rotation motor (34) and a first speed reduction mechanism (35). By operating the first rotation motor (34), the first vertical arm With respect to the axis of the part (32), as shown by the arrow A in FIGS.
Note that the rotation of the first lateral arm portion (32) is preferably detected by the encoder (36).

第1横アーム部(32)の先端側には、第2横アーム部(42)が支持されている。第2横アーム部(42)は、第1横アーム部(32)の先端に配備された第2回転機構(43)により、水平面内にて回転可能となっている。第2回転機構(43)は、第2回転用モータ(44)と第2減速機構(45)から構成することができ、第2回転用モータ(44)を作動させることで、第1横アーム部(32)の先端にて、第1横アーム部(32)と平行な面内(図1及び図2中、矢印B)で回転可能となっている。
なお、第2横アーム部(42)の回転は、エンコーダ(46)により検出することが望ましい。
A second lateral arm portion (42) is supported on the distal end side of the first lateral arm portion (32). The second horizontal arm portion (42) is rotatable in a horizontal plane by a second rotating mechanism (43) disposed at the tip of the first horizontal arm portion (32). The second rotation mechanism (43) can be composed of a second rotation motor (44) and a second speed reduction mechanism (45). By operating the second rotation motor (44), the first horizontal arm At the tip of the portion (32), it can rotate in a plane parallel to the first lateral arm portion (32) (arrow B in FIGS. 1 and 2).
Note that the rotation of the second horizontal arm portion (42) is preferably detected by the encoder (46).

横アーム部(30)、本実施例では、第2横アーム部(42)の先端には、回転台(50)を介して鉗子(120)の保持手段(61)を有する支持台(60)が配備される。支持台(60)は、回転台(50)により、横アーム部(30)に対して、複数の軸回りに回転可能且つ固定可能となっている。   A support base (60) having a holding means (61) for the forceps (120) at the tip of the horizontal arm part (30), in the present embodiment, at the tip of the second horizontal arm part (42) via a turntable (50) Is deployed. The support base (60) can be rotated and fixed around a plurality of axes with respect to the horizontal arm part (30) by the rotary base (50).

回転台(50)を横アーム部(30)に対して回転可能且つ固定可能に支持するために、第2横アーム部(42)には、電磁クラッチ(51)が配備される。電磁クラッチ(51)は、図3及び図4に示すように、第2横アーム部(42)の長手方向に回転軸(52)が突出するよう配備されている。
回転台(50)は、コ字状の板状部材から構成することができ、中央杆(53)に電磁クラッチ(51)の回転軸(52)が接続される。
電磁クラッチ(51)は、励磁作動形のものを用いることができ、これにより、通電状態では、電磁クラッチ(51)が回転台(50)のロック機構となり、非通電状態では、回転台(50)を横アーム部(30)に対して、図2中、矢印C方向に回転可能に支持する。
In order to support the turntable (50) in a rotatable and fixable manner with respect to the lateral arm portion (30), an electromagnetic clutch (51) is provided on the second lateral arm portion (42). As shown in FIGS. 3 and 4, the electromagnetic clutch (51) is arranged such that the rotating shaft (52) projects in the longitudinal direction of the second lateral arm portion (42).
The turntable (50) can be composed of a U-shaped plate-like member, and the rotating shaft (52) of the electromagnetic clutch (51) is connected to the center rod (53).
The electromagnetic clutch (51) can be of an excitation-actuated type, so that in the energized state, the electromagnetic clutch (51) serves as a lock mechanism for the turntable (50), and in the non-energized state, the turntable (50 ) With respect to the lateral arm portion (30) so as to be rotatable in the direction of arrow C in FIG.

また、回転台(50)の中央杆(53)の両端から延びる側杆(54)(54)には、電磁クラッチ(55)(57)が配備されている。各電磁クラッチ(55)(57)は、回転軸(56)(58)が同心となるように向かい合って配備される。
支持台(60)は、図示の実施例では略矩形の板材であり、対向する側面を電磁クラッチ(55)(57)の回転軸(56)(58)にて支持されている。
電磁クラッチ(55)(57)は、励磁作動形のものを用いることができ、これにより、通電状態では、電磁クラッチ(55)(57)が支持台(60)を回転台(50)に対して回転不能に固定するロック機構となり、非通電状態では、支持台(60)を回転台(50)に対して、図2中、矢印D方向に回転可能に支持する。
Further, electromagnetic clutches (55) and (57) are provided on the side rods (54) and (54) extending from both ends of the central rod (53) of the turntable (50). The electromagnetic clutches (55) and (57) are arranged facing each other so that the rotating shafts (56) and (58) are concentric.
The support base (60) is a substantially rectangular plate material in the illustrated embodiment, and the opposite side surfaces are supported by the rotating shafts (56) and (58) of the electromagnetic clutches (55) and (57).
The electromagnetic clutch (55) (57) can be an excitation-actuated type, so that when energized, the electromagnetic clutch (55) (57) moves the support base (60) against the turntable (50). Thus, the lock mechanism is fixed so as not to rotate, and in a non-energized state, the support base 60 is supported so as to be rotatable in the direction of arrow D in FIG.

上記により、支持台(60)は、横アーム部(30)に対して、2軸の回転自由度を具備するよう支持される。なお、支持台(60)は、上記したジンバル機構以外に、横アーム部(30)に対して、ジンバル機構、ユニバーサルジョイント、球面軸受等により多軸方向に揺動可能に支持することができる。何れの場合も、支持台(60)は、ロック機構により、横アーム部(30)に対して固定できるようにする。なお、ロック機構は、電磁クラッチ(51)(55)(57)に限定されるものではなく、例えば、電磁ブレーキであってもよい。   As described above, the support base (60) is supported so as to have a biaxial rotational degree of freedom with respect to the lateral arm portion (30). In addition to the above-described gimbal mechanism, the support base (60) can be supported so as to be swingable in the multi-axis direction with respect to the lateral arm portion (30) by a gimbal mechanism, a universal joint, a spherical bearing or the like. In any case, the support base (60) can be fixed to the lateral arm portion (30) by a lock mechanism. Note that the lock mechanism is not limited to the electromagnetic clutches (51), (55), and (57), and may be, for example, an electromagnetic brake.

支持台(60)の略中央には、鉗子(120)を装着する保持手段(61)を具える。保持手段(61)は、鉗子(120)を挿入する孔が開設された支持筒(62)と、該支持筒(62)を回転可能に支持する支持筒回転機構(65)を具える。
支持筒(62)は、中央に開設された孔にネジ(63)等を用いて、鉗子(120)が固定可能となっている。支持筒(62)は、外径の異なる鉗子(120)を取り付け可能とするために、孔径の異なるアタッチメント(64)を着脱できる構成とすることもできる。
A holding means (61) for mounting the forceps (120) is provided in the approximate center of the support base (60). The holding means (61) includes a support cylinder (62) in which a hole for inserting the forceps (120) is opened, and a support cylinder rotating mechanism (65) that rotatably supports the support cylinder (62).
The forceps (120) can be fixed to the support cylinder (62) using a screw (63) or the like in a hole opened in the center. The support tube (62) can be configured to allow attachments (64) with different hole diameters to be attached and detached so that forceps (120) with different outer diameters can be attached.

支持筒回転機構(65)は、支持台(60)に配備された処置具回転用モータ(66)と減速機構(67)から構成することができ、処置具回転用モータ(66)を作動させることで、支持筒(62)が保持している鉗子(120)を所望の向きに回転させることができる。
支持筒(62)の回転は、エンコーダ(68)により検出するようにすることが望ましい。
The support tube rotation mechanism (65) can be composed of a treatment instrument rotation motor (66) and a speed reduction mechanism (67) arranged on the support base (60), and operates the treatment instrument rotation motor (66). Thus, the forceps (120) held by the support tube (62) can be rotated in a desired direction.
The rotation of the support cylinder (62) is preferably detected by the encoder (68).

なお、処置具回転用モータ(66)及びエンコーダ(68)は、重量のあるコイル部が支持台(60)の裏面に位置するように配置することで、後述する開閉機構(70)との重量バランスを補正するバランサの役目をなす。なお、これらにより重量バランスを維持できない場合には、支持台(60)に別途重り等のバランサを配備することが望ましい。   The treatment instrument rotating motor (66) and the encoder (68) are arranged so that the heavy coil portion is positioned on the back surface of the support base (60), thereby reducing the weight of the opening / closing mechanism (70) described later. Acts as a balancer to correct the balance. In addition, when a weight balance cannot be maintained by these, it is desirable to provide a balancer such as a weight separately on the support base (60).

支持台(60)には、開閉機能を有する把持鉗子や剥離鉗子、切断機能や縫合機能を有する術具等の鉗子(120)を操作する開閉機構(70)を有する。
鉗子(120)は、軸心に対して片側に偏った位置に指掛かり部(122)(124)を有する既存の鉗子を適用できる。この種鉗子(120)は、施術者が通常、手で操作することにより開閉操作をする処置具である。
The support base (60) has an opening / closing mechanism (70) for operating a forceps (120) such as a grasping forceps and a peeling forceps having an opening / closing function, and a surgical instrument having a cutting function and a suturing function.
As the forceps (120), an existing forceps having finger hooks (122) (124) at a position biased to one side with respect to the axial center can be applied. This kind of forceps (120) is a treatment instrument that is opened and closed by a surgeon, usually by hand.

開閉機構(70)は、鉗子(120)の指掛かり部(122)(124)を開閉方向にスライド可能に支持する固定支持部(73)と可動支持部(75)を有する。
固定支持部(73)は、図3及び図4に示すように、支持台(60)から上向きに立設されたプレート(71)を貫通するロッド状部材を例示できる。
また、可動支持部(75)は、上記プレート(71)の固定支持部(73)よりも上側に貫通開設された円弧状孔(72)にスライド可能に嵌まるロッド状部材を例示できる。
The opening / closing mechanism (70) has a fixed support part (73) and a movable support part (75) for supporting the finger hook parts (122) (124) of the forceps (120) so as to be slidable in the opening / closing direction.
As shown in FIGS. 3 and 4, the fixed support portion (73) can be exemplified by a rod-shaped member that passes through a plate (71) that is erected upward from the support base (60).
Moreover, the movable support part (75) can be exemplified by a rod-like member that is slidably fitted into an arc-shaped hole (72) that is formed through and above the fixed support part (73) of the plate (71).

固定支持部(73)及び可動支持部(75)は、支持筒(62)に挿入された鉗子(120)の指掛かり部(122)(124)に嵌まる。なお、図示では、固定支持部(73)及び可動支持部(75)としてロッド状の部材を例示しているが、形状はこれに限定されるものではなく、また、必要に応じて、鉗子(120)の指掛かり部(122)(124)の形状に応じたアタッチメント(図示せず)を取り付けるようにしてもよい。   The fixed support portion (73) and the movable support portion (75) fit into the finger hook portions (122) and (124) of the forceps (120) inserted into the support tube (62). In the drawing, rod-shaped members are illustrated as the fixed support portion (73) and the movable support portion (75), but the shape is not limited to this, and forceps ( You may make it attach the attachment (not shown) according to the shape of the finger hook part (122) (124) of 120).

固定支持部(73)及び可動支持部(75)は、プレート(71)を貫通し、図3及び図4に示すように、可動支持部(75)を円弧状孔(72)に沿って円弧スライドさせるパンダグラフ機構(80)に接続されている。パンダグラフ機構(80)は、4本のリンク片(81)(81)(81)(81)を連繋して構成され、対向する交点を、夫々固定支持部(73)と可動支持部(75)に軸支している。   The fixed support portion (73) and the movable support portion (75) penetrate the plate (71), and as shown in FIGS. 3 and 4, the movable support portion (75) is arced along the arc-shaped hole (72). It is connected to the sliding panda graph mechanism (80). The panda graph mechanism (80) is configured by connecting four link pieces (81) (81) (81) (81), and the opposing intersections are respectively connected to a fixed support portion (73) and a movable support portion (75 ).

パンダグラフ機構(80)には、可動支持部(75)を固定支持部(73)に対して離間させる方向に付勢する付勢手段(82)が配備されている。付勢手段(82)として、図4に示すように、リンク片(81)(81)間に、圧縮バネ(83)(83)を張設した構成を例示できる。   The panda graph mechanism (80) is provided with urging means (82) for urging the movable support portion (75) in a direction in which the movable support portion (75) is separated from the fixed support portion (73). As the biasing means (82), as shown in FIG. 4, a configuration in which compression springs (83) (83) are stretched between the link pieces (81) (81) can be exemplified.

パンダグラフ機構(80)は、図4に示すように、可動支持部(75)との接続部にワイヤ(84)の一端が取り付けられており、該ワイヤ(84)は、固定支持部(73)に軸支されたローラ(85)から、電磁クラッチ(55)(51)の内部を通り、第1横アーム部(32)の上部まで、複数のローラ(86)(86)によって誘導されている。
第1横アーム部(32)の上部には、ワイヤ(84)を巻き上げるドラム(93)が配備されており、該ドラム(93)は、減速機構(91)を介して処置具開閉用モータ(90)に連繋されている。処置具開閉用モータ(90)は、ワイヤ(84)の弛みを防止するために、電磁クラッチ(94)等のブレーキ手段を有するものを用いることが望ましい。
また、ドラム(93)の回転は、エンコーダ(92)により検出可能となっている。
As shown in FIG. 4, the panda graph mechanism (80) has one end of a wire (84) attached to a connecting portion with a movable support portion (75), and the wire (84) is connected to a fixed support portion (73). ) Is guided by a plurality of rollers (86) and (86) from the roller (85) supported by the shaft to the inside of the electromagnetic clutch (55) and (51) to the upper part of the first lateral arm portion (32). Yes.
A drum (93) that winds up the wire (84) is disposed on the upper portion of the first horizontal arm portion (32). The drum (93) is connected to a treatment instrument opening / closing motor ( 90). As the treatment instrument opening / closing motor (90), it is desirable to use a motor having a brake means such as an electromagnetic clutch (94) in order to prevent the wire (84) from loosening.
The rotation of the drum (93) can be detected by the encoder (92).

上記手術用マニピュレータ(10)の制御ブロック図を図5に示す。
図5に示すように、手術用マニピュレータ(10)の制御は、制御部(100)を中心に行なわれる。制御部(100)には、CPU、メモリ等を有し、上記した伸縮用モータ(24)、第1回転用モータ(34)、第2回転用モータ(44)、処置具回転用モータ(66)、処置具開閉用モータ(90)が夫々駆動回路(102)(104)(106)(108)(110)を介して接続されており、エンコーダ(26)(36)(46)(68)(92)、電磁クラッチ(51)(55)(57)(94)も制御部(100)に接続されている。
手術用マニピュレータ(10)を操作する操作部(16)は、図6に示すように、上記各モータ(24)(34)(44)(66)や電磁クラッチ(51)(55)(57)(94)を操作する複数の操作ボタンやスイッチ等(手入力又は足操作)を具え、操作部(16)からの入力に基づいて、制御部(100)は、モータや電磁クラッチを作動させる。
A control block diagram of the surgical manipulator (10) is shown in FIG.
As shown in FIG. 5, the control of the surgical manipulator (10) is performed centering on the control unit (100). The control unit (100) includes a CPU, a memory, and the like. The telescopic motor (24), the first rotation motor (34), the second rotation motor (44), and the treatment instrument rotation motor (66) described above. ), A treatment instrument opening / closing motor (90) is connected via a drive circuit (102) (104) (106) (108) (110), respectively, and an encoder (26) (36) (46) (68) (92) and electromagnetic clutches (51), (55), (57), and (94) are also connected to the control unit (100).
As shown in FIG. 6, the operation unit (16) for operating the surgical manipulator (10) includes the motors (24) (34) (44) (66) and the electromagnetic clutches (51) (55) (57). A plurality of operation buttons, switches, etc. (manual input or foot operation) for operating (94) are provided, and the control unit (100) operates the motor and the electromagnetic clutch based on the input from the operation unit (16).

上記構成の手術用マニピュレータ(10)は、図1に示すように、患者を載せたベッド(130)まで運び、操作部(16)の操作により、伸縮用モータ(24)、第1回転用モータ(34)及び第2回転用モータ(44)を夫々作動させることで、所望の位置まで横アーム部(30)の先端の支持台(60)を移動させることができる。
鉗子(120)は、先端が閉じた状態で支持筒(62)を通すため、開閉機構(70)は、予め、パンダグラフ機構(80)が畳まれた状態となるようにワイヤ(84)を牽引しておき、ブレーキ手段(電磁クラッチ(94))により保持しておく。なお、電磁クラッチ(94)は、パンダグラフ機構(80)の誤作動を防止するため、無励磁作動形のものを用いることが望ましい。
As shown in FIG. 1, the surgical manipulator (10) having the above configuration is carried to a bed (130) on which a patient is placed, and by operating the operation unit (16), the telescopic motor (24) and the first rotation motor By operating (34) and the second rotation motor (44), the support base (60) at the tip of the lateral arm portion (30) can be moved to a desired position.
Since the forceps (120) passes the support cylinder (62) with the tip closed, the opening / closing mechanism (70) is previously provided with the wire (84) so that the pandagraph mechanism (80) is folded. It is pulled and held by the brake means (electromagnetic clutch (94)). The electromagnetic clutch (94) is preferably of a non-excitation operation type to prevent malfunction of the panda graph mechanism (80).

この状態で、ネジ(63)止め等により、鉗子(120)を支持筒(62)に固定すると共にし、開閉機構(70)である固定支持部(73)と可動支持部(75)に鉗子(120)の指掛かり部(122)(124)を夫々嵌める。
鉗子(120)は、予め先端が閉じた状態で、支持筒(62)に通し、患者(132)の腹部に予め挿入されたトロカール(140)から患者(132)の体内に差し込む。
このとき、鉗子(120)の操作自由度を高めるために、電磁クラッチ(51)(55)(57)は非通電状態として、ロックを解除しておくことが望ましい。
In this state, the forceps (120) is fixed to the support cylinder (62) by fixing the screw (63) or the like, and the forceps are fixed to the fixed support portion (73) and the movable support portion (75) as the opening / closing mechanism (70). (120) The finger hooks (122) and (124) are respectively fitted.
The forceps (120) is inserted into the body of the patient (132) from the trocar (140) inserted in advance in the abdomen of the patient (132) through the support tube (62) with the tip closed in advance.
At this time, in order to increase the degree of freedom of operation of the forceps (120), it is desirable that the electromagnetic clutches (51), (55) and (57) be in a non-energized state and unlocked.

鉗子(120)の位置を内視鏡(図示せず)により観察し、位置姿勢決めされると、電磁クラッチ(51)(55)(57)に通電を行なって、保持手段(61)を回転台(50)に対して固定すると共に、回転台(50)を第2横アーム部(42)に対して固定する。   The position of the forceps (120) is observed with an endoscope (not shown), and when the position and orientation is determined, the electromagnetic clutch (51) (55) (57) is energized to rotate the holding means (61). While fixing with respect to a base (50), a rotary base (50) is fixed with respect to a 2nd horizontal arm part (42).

鉗子(120)を開くには、電磁クラッチ(94)に通電を行なってブレーキ解除すると、処置具開閉用モータ(90)をワイヤ(84)を緩める方向に回転させる。これによって、ワイヤ(84)が緩み、付勢手段(82)の付勢力によって、パンダグラフ機構(80)が開き方向に復帰して(図4中矢印E)、可動支持部(75)が円弧状孔(72)に沿って、固定支持部(73)から離れる方向に移動する。
その結果、固定支持部(73)及び可動支持部(75)に配備されている鉗子(120)の指掛かり部(122)(124)が離間し、鉗子等が開く(図1中矢印F)。
To open the forceps (120), when the electromagnetic clutch (94) is energized and the brake is released, the treatment instrument opening / closing motor (90) is rotated in the direction of loosening the wire (84). As a result, the wire (84) is loosened, the urging force of the urging means (82) returns the panda graph mechanism (80) to the opening direction (arrow E in FIG. 4), and the movable support part (75) is circular. It moves along the arcuate hole (72) in a direction away from the fixed support part (73).
As a result, the finger hook portions (122) and (124) of the forceps (120) disposed on the fixed support portion (73) and the movable support portion (75) are separated, and the forceps and the like are opened (arrow F in FIG. 1). .

鉗子(120)を閉じるには、ワイヤ巻上げ方向にドラム(93)が回転するように処置具開閉用モータ(90)を作動させる。これにより、開いた状態にあるパンダグラフ機構(80)が付勢手段(82)の付勢力に抗して畳まれ(図4中矢印G)、可動支持部(75)が円弧状孔(72)に沿って、固定支持部(73)側に引き寄せられる。
その結果、固定支持部(73)及び可動支持部(75)に配備されている鉗子(120)の指掛かり部(122)(124)が接近し(図1中矢印H)、鉗子(120)の先端が閉じられる。
To close the forceps (120), the treatment instrument opening / closing motor (90) is operated so that the drum (93) rotates in the wire winding direction. As a result, the panda graph mechanism (80) in the open state is folded against the urging force of the urging means (82) (arrow G in FIG. 4), and the movable support portion (75) is arc-shaped hole (72 ) Along the fixed support portion (73) side.
As a result, the finger hook portions (122) and (124) of the forceps (120) arranged on the fixed support portion (73) and the movable support portion (75) approach (arrow H in FIG. 1), and the forceps (120). The tip of is closed.

鉗子(120)は、所望の開き具合いで、処置具開閉用モータ(90)を停止させると共に、ブレーキ手段である電磁クラッチ(94)への通電を絶つことにより、その状態を保持することができる。   The forceps (120) can maintain its state by stopping the treatment tool opening / closing motor (90) with a desired opening degree and cutting off the power to the electromagnetic clutch (94) as a brake means. .

鉗子(120)を回転させる必要がある場合には、処置具回転用モータ(90)を作動させればよい。   When it is necessary to rotate the forceps (120), the treatment instrument rotating motor (90) may be operated.

上記何れのモータ(24)(34)(44)(66)(90)も、エンコーダ(26)(36)(46)(68)(92)により、回転が検知され、制御部(100)にフィードバックすることができるる。   Any of the motors (24), (34), (44), (66), and (90) have their rotation detected by the encoders (26), (36), (46), (68), and (92), and are sent to the control unit (100). You can give feedback.

上記のように、鉗子(120)の開閉を行なう指掛かり部(122)(124)が、鉗子(120)の軸心から離れた位置にあっても、ロック機構である電磁クラッチ(51)(55)(57)により、保持手段(61)を横アーム部(30)に対して固定することができるから、鉗子(120)を開閉する際に生じる回転モーメントを吸収することができ、臓器や腹壁に負荷がかかることはない。   As described above, even when the finger hooks (122) (124) for opening and closing the forceps (120) are located away from the axis of the forceps (120), the electromagnetic clutch (51) (51) ( (55) (57), the holding means (61) can be fixed with respect to the lateral arm (30), so that the rotational moment generated when the forceps (120) is opened and closed can be absorbed. There is no load on the abdominal wall.

本発明は、指掛かり部が軸心に対して片側に偏った位置に形成された既存の鉗子を位置決めし、且つ、鉗子を開閉させる機構を有し、鉗子開閉時に生じる回転モーメントを吸収することのできる手術用マニピュレータとして有用である。   The present invention has a mechanism for positioning an existing forceps formed at a position where a finger hook portion is deviated to one side with respect to an axis, and has a mechanism for opening and closing the forceps, and absorbs a rotating moment generated when the forceps are opened and closed. It is useful as a surgical manipulator capable of

(10) 手術用マニピュレータ
(20) 縦アーム部
(21) 第1縦アーム部
(22) 第2縦アーム部
(30) 横アーム部
(32) 第1横アーム部
(42) 第2横アーム部
(50) 回転台
(60) 支持台
(61) 保持手段
(70) 開閉機構
(120) 鉗子
(10) Surgical manipulator
(20) Vertical arm
(21) First vertical arm
(22) Second vertical arm
(30) Horizontal arm
(32) First horizontal arm
(42) Second horizontal arm
(50) Turntable
(60) Support base
(61) Holding means
(70) Opening / closing mechanism
(120) Forceps

Claims (5)

指掛かり部が軸心に対して片側に偏った位置に形成された鉗子を装着可能な保持手段を具える支持台と、
前記鉗子の指掛かり部を開閉させる開閉機構と、
該支持台を複数の軸回りに回転可能に保持する回転台と、
該回転台を平面方向及び/又は垂直方向に直線及び/又は回転作動可能に支持するアーム部と、
を有する手術用マニピュレータであって、
回転台は、アーム部に対する支持台の各軸回りの回転を固定するロック機構を有することを特徴とする手術用マニピュレータ。
A support base having a holding means to which a forceps formed at a position where the finger hook portion is biased to one side with respect to the axial center can be mounted;
An opening and closing mechanism for opening and closing a finger hook portion of the forceps;
A turntable for holding the support table rotatably about a plurality of axes;
An arm for supporting the turntable in a plane and / or vertical direction so as to be linearly and / or rotationally operable;
A surgical manipulator comprising:
The rotating table has a lock mechanism for fixing rotation of the support table around each axis with respect to the arm portion.
ロック機構は、電磁ブレーキ又は電磁クラッチである請求項1に記載の手術用マニピュレータ。   The surgical manipulator according to claim 1, wherein the lock mechanism is an electromagnetic brake or an electromagnetic clutch. 開閉機構は、鉗子の一方の指掛かり部を固定する固定支持部と、鉗子の他方の指掛かり部を支持し、指掛かり部を開閉方向にスライド可能な可動支持部と、を有する請求項1又は請求項2に記載の手術用マニピュレータ。   The opening / closing mechanism includes a fixed support portion that fixes one finger hook portion of the forceps, and a movable support portion that supports the other finger hook portion of the forceps and that can slide the finger hook portion in the open / close direction. Or the surgical manipulator of Claim 2. 可動支持部は、パンダグラフ機構により指掛かり部を開閉方向にスライドさせる請求項3に記載の手術用マニピュレータ。   The surgical manipulator according to claim 3, wherein the movable support portion slides the finger hook portion in the opening / closing direction by a panda graph mechanism. 支持台には、無負荷の状態で、回転台に対する保持手段の姿勢を一定に保持するバランサを具える請求項1乃至請求項4の何れかに記載の手術用マニピュレータ。   The surgical manipulator according to any one of claims 1 to 4, wherein the support base is provided with a balancer that maintains a constant posture of the holding means with respect to the rotary base in an unloaded state.
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