JP2012040202A - Manipulator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、手元側の操作によって先端側を湾曲制御可能なマニピュレータに関する。 The present invention relates to a manipulator capable of controlling the bending of the distal end side by an operation on the hand side.
種々の作業を人間の腕、手に代わって行うマニピュレータは各種産業分野で利用されている。例えば、医療用の分野においては、鉗子やバルーン・カテーテル等の医療用器具を先端に備えたマニピュレータが知られており、また、工業用の分野においては、クラック・傷の研削を行うための研削具や溶接を行うための溶接具等を先端に備えたマニピュレータが知られている。 Manipulators that perform various tasks in place of human arms and hands are used in various industrial fields. For example, in the medical field, a manipulator equipped with a medical instrument such as a forceps or a balloon / catheter is known, and in the industrial field, grinding for cracks / scratches is performed. 2. Description of the Related Art A manipulator having a tool, a welding tool for welding, and the like at the tip is known.
このようなマニピュレータには、操作者の手元操作によって先端部を所望の方向に向けることができるよう、先端側に湾曲部を備えるものがあり、体腔内等を観察する医療用の内視鏡や、ボイラー・ガスタービンエンジン・化学プラント等の配管・自動車エンジンの内部の傷や腐蝕等を観察する工業用の内視鏡等で手元側で湾曲操作を行う内視鏡も、マニピュレータとして捉えることができる。このマニピュレータの先端側の湾曲操作は、操作者が操作部を把持して行うため、従来から操作性を向上するための各種提案がなされている。 Some of these manipulators include a curved portion on the distal end side so that the distal end portion can be directed in a desired direction by an operator's hand operation, such as a medical endoscope that observes the inside of a body cavity or the like. Endoscopes that perform bending operations on the hand side with industrial endoscopes that observe flaws, corrosion, etc. in piping, automobile engines, etc. in boilers, gas turbine engines, chemical plants, etc. can also be regarded as manipulators it can. Since the bending operation on the distal end side of the manipulator is performed by an operator holding the operation unit, various proposals for improving operability have been conventionally made.
例えば、特許文献1には、先端側に先端部と作動部とを配置した挿入部と、この挿入部の手元側に設けられた操作部とを有する管状操作装置(内視鏡)に関して、挿入部の先端側に一端が固定される操作ワイヤーと、この操作ワイヤーの一部が巻回されるプーリーと、プーリーを回転させる駆動手段とを備え、プーリーが回転している際に、操作指示に応じて操作ワイヤーとプーリーとが弛緩状態で配置される状態よりも、操作ワイヤーがプーリーに密着して巻きつく状態の操作指示の操作力量を小さくすることで、操作ワイヤーを牽引する操作力量を低減させる技術が開示されている。
For example,
また、特許文献2には、内視鏡の湾曲部を湾曲操作する電動湾曲機構の駆動モータを収納するモータ収納部を有する操作部本体を逆円錐形状に形成し、この逆円錐形状の底面に位置する端面に電動湾曲機構を操作するジョイスティックを配置することで、操作部を把持しやすくして操作性の向上を図る技術が開示されている。
In
また、特許文献3には、内視鏡の手元操作部を、挿入部と略直交する円筒状に形成すると共に、この円筒状の左右両側を一対の把持部として形成し、中央に設けた湾曲操作ボタンを左右のどちらの手でも操作できるようにする技術が開示されている。
Further, in
さらに、特許文献4には、内視鏡等の光学装置を受容する主要チャネルと関節運動型手術ツールを受容する作業チャネルとを備えるガイドチューブを用いて、ユーザが片手で操作することができる制御器を介して少なくとも2自由度を制御することを可能とするシステムが開示されている。 Further, Patent Document 4 discloses a control that a user can operate with one hand by using a guide tube including a main channel that receives an optical device such as an endoscope and a work channel that receives an articulating surgical tool. A system is disclosed that allows controlling at least two degrees of freedom through a vessel.
特許文献1〜4に開示されているような従来のマニピュレータは、何れも操作者が把持する把持部に方向性がある。このため、マニピュレータ先端部の湾曲方向を観察画像中で確認しながら手元操作を行う際に捻り操作を行うと、操作方向と観察画像中に表示される先端側の湾曲方向との関係が直感的に把握し難くなり、操作性が低下する虞がある。
Conventional manipulators such as those disclosed in
このような従来のマニピュレータは、例えば図5に示すように、マニピュレータ100の先端側に湾曲可能な湾曲部101を備え、この湾曲部101が連設される軸部102の基端側に、操作者が把持する把持部103と湾曲部101の湾曲操作を行うためのジョイスティック104とを有する操作部105が連設されて構成されている。ジョイスティック104は、軸部102と同軸上に中立位置を有するように配置され、把持部103は操作者の把持し易さ等を優先した形状に形成されている。
For example, as shown in FIG. 5, such a conventional manipulator includes a
このため、把持部103は操作者に方向感覚を与えることになり、図6(b)に示すように、マニピュレータ先端の観察画面110を見ながら湾曲部101の湾曲操作を行う場合、図6(a)に矢印で示す方向にジョイスティック104を傾倒操作して湾曲部101を湾曲させた状態で、マニピュレータの捻り操作を行うと、図7(a)に示すように、把持部103が斜め方向を指向するようになり、無理な姿勢での操作を強いられる。従って、操作者は把持部103を握り替えてジョイスティック104を操作することになる。
Therefore, the
このとき、図7(b)に破線で示すように、湾曲部101を観察画面110の画面上部方向に湾曲させようとすると、把持部103が斜め方向を向いているため、把持部103から伝わる方向感覚と観察画面110中に表示される湾曲部101の湾曲方向との間のずれによって違和感が生じ、所望の方向に湾曲させる上で支障となる。
At this time, as shown by a broken line in FIG. 7B, if the
すなわち、把持部103が方向性を有しているため、図6の状態では、観察画面110に表示される湾曲部101の湾曲方向とジョイスティック104の傾倒操作方向とが一致するが、捻り操作を行った後の図7の状態では、観察画面110に表示される湾曲部101の湾曲方向と把持部103からの方向感覚によるジョイスティック104の傾倒操作方向とが一致しない。
That is, since the
従って、図7(b)の画面上部方向に湾曲部101を湾曲させたいにも拘わらず、把持部103の方向感覚の影響でジョイスティック104を斜め方向に操作する可能性がある。このような従来のマニピュレータでは、把持部が方向性を有しているため、把持姿勢に起因する方向感覚に影響されることなく所望の方向に正しく湾曲操作するためには、煩雑な判断を要し、作業性が低下する虞がある。
Accordingly, there is a possibility that the
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、観察画面中に表示されるマニピュレータ先端側の湾曲方向を、マニピュレータの把持姿勢に拘わらず直感的に把握可能なマニピュレータを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a manipulator capable of intuitively grasping the bending direction of the manipulator tip side displayed on the observation screen regardless of the gripping posture of the manipulator. .
上記目的を達成するため、本発明によるマニピュレータは、手元側の把持部を把持して先端側に設けた湾曲部を湾曲操作するマニピュレータであって、前記把持部は、横方向断面を回転対称図形で形成した筒状部材で形成され、この筒状部材の手元側端面に前記湾曲部の湾曲操作入力を行う操作子が配設されている。 In order to achieve the above object, a manipulator according to the present invention is a manipulator that grips a gripping portion on a hand side and performs a bending operation on a bending portion provided on a distal end side, and the gripping portion has a rotationally symmetric shape in a transverse section. The operation member for performing the bending operation input of the bending portion is disposed on the proximal end surface of the cylindrical member.
本発明によれば、観察画面中に表示されるマニピュレータ先端側の湾曲方向を、マニピュレータの把持姿勢に拘わらず直感的に把握することができ、作業性を向上することができる。 According to the present invention, the bending direction of the manipulator tip side displayed on the observation screen can be intuitively grasped regardless of the gripping posture of the manipulator, and workability can be improved.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図1に示すように、本実施の形態におけるマニピュレータ1は、手元側の操作によって先端側を湾曲制御可能なマニピュレータであり、先端に装着されたた鉗子やメス等の処置具、或いは各種構造物のクラック・傷の研削を行うための研削具や溶接を行うための溶接具等の器具2と、器具2の方向を可変する湾曲部3と、この湾曲部3が連設される軸部4と、軸部4の基端側に設けられた操作部5とを有している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, a
湾曲部3及び軸部4は、人体の体腔内や構造物の管路内等に挿入可能な細長の形状に形成され、湾曲部3の内部には、多自由度の湾曲機構を構成する複数の関節が設けられている。これらの複数の関節によって構成される湾曲機構は、例えば、複数の湾曲駒をワイヤで連結し、このワイヤを機械的に牽引・弛緩する機構、或いはモータ等によって回転駆動されるプーリによってワイヤを巻回・弛緩する機構等の周知の湾曲機構で構成され、各湾曲駒の関節角度を変化させることで湾曲部3を所望の方向に湾曲させ、器具2を所望の方向に向ける。
The
操作部5は、操作者が把持する把持部6と、この把持部6の手元側端面に設けられ、湾曲部3の湾曲操作を行うための操作子7とを備えている。把持部6は、回転対称図形の断面形状を有する筒状部材で形成され、軸部4を中心として回転させたとき、操作者が正面や背面等の方向性を感じない回転対称性を有している。本実施の形態においては、把持部6は、軸部4と略直交する横方向の断面が円形で軸部4の長手方向となる縦方向の断面が矩形の円筒形に形成されている。
The
この把持部6の形状は、後述するように、マニピュレータ1の捻り操作に伴って把持部6を握り替えた場合であっても、操作子7の操作方向と観察画像中に表示される湾曲部3の湾曲方向との関係を直感的に把握可能としている。
As will be described later, the shape of the
操作子7は、湾曲部3を所望の方向に湾曲させるための操作入力を行うデバイスであり、ジョイスティック、トラックボール、タッチパッド等のポインティングデバイスや複数のスイッチ群等から構成することができる。本実施の形態においては、操作子7としてジョイスティックを用いており、把持部6基端面の中心軸を中立位置として、ジョイスティックの操作レバー7aが中立位置を中心として所定の方向(中立位置を中心として十字方向或いは球面内の任意の方向)に傾倒可能に配設されており、操作レバー7aの傾倒方向と傾倒量とに応じて湾曲部3を所望の方向及び変位量で湾曲させることができる。
The
尚、操作子(ジョイススティック)7は、操作レバー7aが中立位置にあるとき、湾曲部3が直線状態にあり、操作レバー7aを傾倒させた状態では、操作レバー7aの傾倒状態を維持しつつ所定の方向に回動させ得るものとするが、操作レバー7aを中立位置に戻した後に所望の方向に傾倒させ得るようにしても良い。
The operation element (joystick) 7 has the
以下では、マニピュレータ1を、内視鏡と併用する医療用のマニピュレータとして適用する例について説明する。
図2に示すように、本マニピュレータ1が適用される内視鏡装置10は、体腔内等の所定部位を撮像する撮像素子(図示せず)を備えた内視鏡11と、内視鏡11に照明光を供給すると共に内視鏡11から出力される撮像信号を信号処理するプロセッサ20と、プロセッサ20からの画像信号を受けて内視鏡11による観察画像(内視鏡画像)を表示するモニタ21とを主要構成としている。
Below, the example which applies the
As shown in FIG. 2, an
内視鏡11には、内視鏡画像の観察下において対象部位の処置を行うため、マニピュレータ1を着脱自在に装着することができる。また、マニピュレータ1がモータ等による電動湾曲機構を備える場合には、マニピュレータ1には、図示を省略するが、マニピュレータ1の操作子7(ジョイスティック)からの操作入力に応じて湾曲機構の駆動方向及び駆動力を制御するコントローラが接続される。
The
内視鏡11は、体腔内等に挿入される細長の可撓性を有する挿入部12を有し、この挿入部12の基端側に操作部13を備えている。操作部13の側部からは、ユニバーサルコード14が延出され、このユニバーサルコード14を介してプロセッサ20に着脱自在に接続される。本実施の形態においては、挿入部12は、比較的硬質な部材により形成される先端部12aと、この先端部12aが連設される湾曲自在な湾曲部12bとを有している。また、挿入部12内には、管路としての処置具チャンネルが設けられ、操作部13の基部側に設けられたチャンネル口金15に連通されている。
The
また、図2においては図示を省略しているが、先端部12aの先端面には、被写体の像を結像する対物光学系、処置具チャンネルの先端側に連通する処置具突出口、図示しない光源から供給される照明光を出射するための照明光学系等が設けられ、対物光学系の結像位置に、被写体の像を撮像信号として出力するCCD(電荷結合素子)等の撮像素子が配設されている。
Although not shown in FIG. 2, the distal end surface of the
マニピュレータ1を用いて必要な処置を行う場合、マニピュレータ1の先端側の器具2及び湾曲部3を内視鏡11のチャンネル口金15から挿入し、内視鏡11の挿入部12の先端部12aから突出させる。そして、内視鏡11による観察視野を治療対象部位に固定した状態で、マニピュレータ1の先端側をモニタしながら把持部6を把持して操作子7を操作し、マニピュレータ1の湾曲部3を湾曲させて先端の器具2を所望の方向に向け、必要な処置を行う。
When performing a necessary treatment using the
このとき、図3(a)に示すように、操作子7の操作レバー7aを図中の矢印方向に傾倒操作し、図3(b)に示すように、モニタ21の観察画面21aに映し出されるマニピュレータ1先端部の姿勢を基本姿勢として処置を行っているときに、マニピュレータ1を捻り操作する必要が生じた場合、把持部6が回転対称性を有しているため、従来のマニピュレータのように操作者が正面や背面等の方向性を感じることなく、直感的で違和感の無い操作を行うことができる。
At this time, as shown in FIG. 3 (a), the
すなわち、従来のマニピュレータは、把持部の形状に方向性があるため、マニピュレータを捻り操作した後、再度、マニピュレータ先端部を湾曲させる場合には、操作者は、把持部形状から生じる方向感覚に影響されることなく湾曲操作の操作方向を正しく決定しなければならない。特に、マニピュレータの捻り操作によって無理な姿勢を強いられ、把持部を握り替えた場合においては、把持部形状から生じる方向感覚と観察画面中に表示される湾曲部の湾曲方向とのずれが大きくなり、違和感が強くなるばかりでなく煩雑な判断を要することになり、作業性が低下する虞がある。 That is, since the conventional manipulator has directionality in the shape of the gripping part, when the manipulator is twisted again and then the manipulator tip is bent again, the operator has an influence on the sense of direction resulting from the gripping part shape. Therefore, the operation direction of the bending operation must be determined correctly. In particular, when an unreasonable posture is imposed by the twisting operation of the manipulator and the gripping part is changed, the difference between the direction sense generated from the gripping part shape and the bending direction of the bending part displayed on the observation screen becomes large. In addition to an uncomfortable feeling, complicated judgments are required, and workability may be reduced.
これに対して、本実施の形態におけるマニピュレータ1は、図3に示す基本姿勢の状態から捻り操作しても、把持部6が回転対称性を有しているため、湾曲操作方向が同じなら観察画面21aに表示されるマニピュレータ1の湾曲部3の動きも同じとなる。その結果、マニピュレータ1の把持姿勢に拘わらず操作子7の操作方向(本実施の形態においては、ジョイスティックからなる操作子7の操作レバー7aの傾倒方向)と観察画面中の湾曲部3の湾曲方向とが一致し、直感的で円滑な操作を行うことが可能となる。
On the other hand, the
例えば、図3(b)に示す観察画面中の湾曲部3の表示状態が捻り操作によって図4(b)の姿勢に変化した状態で、同図中に破線で示すように画面上部方向に湾曲させようとする場合、操作者は天地を意識することなく、ジョイスティックからなる操作子7の操作レバー7aを、図4(a)に矢印で示すように画面上の方向と同方向の上方向に傾倒操作するのみで良く、把持部6を握り替えた場合においても、把持姿勢の変化に対して操作レバー7aの傾倒方向を改めて想到することなく直感的な操作を行うことができる。
For example, in a state where the display state of the bending
特に、操作子7をジョイスティックに代えてトラックボールで構成する場合には、トラックボール自体は操作上の指向性を有しないことから、観察画面で見た通りの方向に湾曲操作を行えることは、操作者の負担を軽減する上で大きな利点となる。更には、マニピュレータ1の捻り角度によっては、把持部6を握り替えることなく、マニピュレータ1先端側を所望の方向に向けるように操作することも可能となる。
In particular, when the
この場合、把持部6は、把持し易さを考慮して、横方向断面となる回転対称図形の直径(把持部6の横方向断面が正多角形である場合には、外接円の直径)が30mm〜45mmの値の範囲に設定されている。前述したように、本実施の形態においては把持部6は円筒形状であり、横方向断面の直径dが30mm≦d≦45mm程度に設定されている。また、把持部6は操作者が正面や背面等の方向性を感じない程度の回転対称性を有すれば良く、円形、正多角形、或いはこれらに準ずる形状の横方向断面と、矩形、樽形、等脚台形、太鼓形、鼓形、或いはこれらに準ずる形状の縦方向断面とを有する立体形状であれば良い。
In this case, the
尚、把持部6の横方向断面を正多角形とする場合には、辺の数nが偶数であることが好ましく、理想的にはn≧8であることが望ましい。また、把持部6の縦方向断面を等脚台形とする場合には、先端側に向かって細くなるテーパ形状とすることが好ましい。
In addition, when making the horizontal direction cross section of the holding
また、本実施の形態におけるマニピュレータ1は、軸部4と把持部6とジョイスティックからなる操作子7の中立位置とが同一軸上に配置される例を示しているが、これらの配置には、操作者が方向性を感じない程度の若干のオフセットが許容される。
Moreover, although the
このように本実施の形態においては、マニピュレータの把持部が回転対称図形の断面形状で形成されているため、観察画面に表示されるマニピュレータ先端側の湾曲方向を、把持姿勢に拘わらず直感的に把握することができる。これにより、直感的で違和感の無いマニピュレータの湾曲操作が可能となり、作業性の向上を図ることができる。 As described above, in the present embodiment, since the grip portion of the manipulator is formed in a cross-sectional shape of a rotationally symmetric figure, the bending direction of the manipulator tip side displayed on the observation screen can be intuitively set regardless of the grip posture. I can grasp it. As a result, the manipulator can be operated intuitively and without a sense of incongruity, and the workability can be improved.
更に、以上の実施の形態においては、マニピュレータとして、医療用のマニピュレータを例に取って説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、研削具や溶接具等を備えた工業用等のマニピュレータ、更には、他の内視鏡による観察下において使用する内視鏡自体として適用することも可能である。 Furthermore, in the above embodiment, a medical manipulator has been described as an example of the manipulator. However, the present invention is not limited to this, and the industrial one provided with a grinding tool, a welding tool, or the like. It is also possible to apply the present invention as an endoscope itself, or an endoscope used under observation by another endoscope.
1 マニピュレータ
2 器具
3 湾曲部
4 軸部
5 操作部
6 把持部
7 操作子
11 内視鏡
12 挿入部
15 チャンネル口金
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記把持部は、横方向断面を回転対称図形で形成した筒状部材で形成され、この筒状部材の手元側端面に前記湾曲部の湾曲操作入力を行う操作子が配設されていることを特徴とするマニピュレータ。 A manipulator that grips the grip portion on the hand side and performs a bending operation on the bending portion provided on the distal end side,
The gripping portion is formed of a cylindrical member having a transverse cross-section formed of a rotationally symmetric figure, and an operation element for performing a bending operation input of the bending portion is disposed on a proximal side end surface of the cylindrical member. A characteristic manipulator.
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015080848A (en) * | 2013-10-22 | 2015-04-27 | オリンパス株式会社 | Control method of manipulator system, and manipulator system |
WO2017022307A1 (en) * | 2015-07-31 | 2017-02-09 | オリンパス株式会社 | Manipulator system |
US11083533B2 (en) | 2016-02-25 | 2021-08-10 | Olympus Corporation | Manipulator system and operating method thereof |
US11298199B2 (en) | 2016-02-25 | 2022-04-12 | Olympus Corporation | Manipulator system and method for restricting a retreating motion of a manipulator according to a protrusion state of a manipulator joint |
-
2010
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015080848A (en) * | 2013-10-22 | 2015-04-27 | オリンパス株式会社 | Control method of manipulator system, and manipulator system |
WO2017022307A1 (en) * | 2015-07-31 | 2017-02-09 | オリンパス株式会社 | Manipulator system |
JPWO2017022307A1 (en) * | 2015-07-31 | 2017-08-03 | オリンパス株式会社 | Manipulator system |
CN107848106A (en) * | 2015-07-31 | 2018-03-27 | 奥林巴斯株式会社 | Effector system |
CN107848106B (en) * | 2015-07-31 | 2021-03-09 | 奥林巴斯株式会社 | Manipulator system |
US11083533B2 (en) | 2016-02-25 | 2021-08-10 | Olympus Corporation | Manipulator system and operating method thereof |
US11298199B2 (en) | 2016-02-25 | 2022-04-12 | Olympus Corporation | Manipulator system and method for restricting a retreating motion of a manipulator according to a protrusion state of a manipulator joint |
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