JP2013090728A - 医療用マニピュレータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】医療用マニピュレータ1は、連結端面2dに配置され、互いに逆向きに進退移動可能とされ、術具部4側に進出する際に進出方向に駆動力を伝達する第1入力部材11、第2入力部材13と、これら入力部材を進退させる直動変換部15、モータ16と、を有する術具駆動部2と、連結端面4dにおいて第1入力部材11に対向して進退移動可能に支持され第1入力部材11と同方向に移動し、他端部が作動体に接続された第1の伝達部材41と、連結端面2dにおいて第2入力部材13に対向して進退移動可能に支持され第2入力部材13と同方向に移動する第2の伝達部材43と、第1の伝達部材41および第2の伝達部材43に係合されたピニオン42と、を有する術具部4とを備える。
【選択図】図15
Description
このような医療用マニピュレータでは、術具部を滅菌するために術具部と術具駆動部とを着脱可能に設ける必要がある。
例えば、特許文献1には、このような医療用マニピュレータとして、術具部である鉗子先端部構体および鉗子軸部が、鉗子軸部の基端部において術具駆動部である鉗子基部と着脱可能に設けられた能動鉗子が記載されている。
特許文献1に記載の能動鉗子は、術具部の装着のために、鉗子軸部を鉗子基部のフレームに挿入し、このフレームの中心軸線回りに60度回転させて掛合部材をホルダに掛合させた後、クランプの締付ねじを締め込むことで鉗子軸部をフレームに固定している。
特許文献1に記載の技術では、術具部を術具駆動部に装着する際に、(1)鉗子軸部をフレームに挿入し、(2)鉗子軸部を回転させ、(3)締付ねじを締め込む、という3ステップの作業を行う必要があり、取り外す場合にはこれらの3ステップを逆の順序で行う必要がある。
このため、術具の着脱に時間がかかってしまうという問題がある。
以下、本発明の第1の実施形態について説明するが、その前に本実施形態の医療用マニピュレータが適用される医療用マニピュレータシステムの一例について説明する。
図1は、本発明の医療用マニピュレータが適用される医療用マニピュレータシステムの構成の一例を示す模式図である。
以下、記載を簡潔にするため、アルファベット順の符号「Xa、Xb、…、Xz」を、「Xa〜Xz」のように表す場合がある。例えば、「スレーブアーム200a、200b、200c、200d」を「スレーブアーム200a〜200d」と表す場合がある。
スレーブアーム200a〜200dは、装着された術具240a〜240dを駆動するための複数の動力部も有している(不図示)。この動力部も、例えばサーボモータを用いることができ、その動作制御はスレーブ制御回路400によって行われる。
アダプタ220a〜220dの駆動機構は、対応する術具の構成に応じて、例えば、直動機構、回動機構等が設けられている。
図2は、本発明の第1の実施形態の医療用マニピュレータの構成を示す模式的な平面図である。図3は、本発明の第1の実施形態の医療用マニピュレータの術具駆動部の先端側の模式的な側面図である。図4、5、6は、それぞれ図3におけるB−B断面図、A−A断面図、C−C断面図である。図7は、本発明の第1の実施形態の医療用マニピュレータの中間部材の先端側の模式的な側面図である。図8、9は、それぞれ図7におけるE−E断面図、D−D断面図である。図10は、本発明の第1の実施形態の医療用マニピュレータの術具部の模式的な斜視図である。図11は、本発明の第1の実施形態の医療用マニピュレータの術具部の基端側の模式的な側面図である。図12は、図11におけるH−H断面図である。図13(a)、(b)は、図11におけるF−F断面図、G−G断面図である。図14は、図1におけるJ−J断面図である。図15は、本発明の第1の実施形態の医療用マニピュレータの主要部の模式的な構成図である。
医療用マニピュレータ1は、基端部に上記のスレーブアームの基端側と同様の関節およびアーム構造を備え、上記のスレーブアームの全体を置き換える構成としてもよいが、以下では、一例として、スレーブアーム200aの関節よりも先端側の部分を置き換えた構成の例で説明する。
すなわち、以下に説明する医療用マニピュレータ1は、上記のスレーブアームの基端側と同様の関節およびアーム構造を有する図示略の関節アーム支持機構の先端部に着脱可能に設けることにより、上記のスレーブアームの構成全体に置き換えることができる。
このようにして、医療用マニピュレータ1は、上記の医療用マニピュレータシステムにおいて、例えば、上記の術具240a、アダプタ220a、およびスレーブアーム200aの代わりに装着することができる。
以下では、医療用マニピュレータ1の長手方向に沿う相対的な位置関係を表す場合、特に断らない限りは、上記と同様に、使用時に患者Pの体腔に向かう側を先端側、その反対側を基端側と称する。
また、術具駆動部2は、先端側に中間部材3の基端側と着脱可能に連結された基体部2eを備え、基端側に円柱状の外形を形成する筐体2aを備える。
基体部2eおよび筐体2aの材質は、例えば、合成樹脂や金属を採用することができる。
基体部2eの先端側には、後述する中間部材3の基端側の連結端面3Bと当接する連結端面2dが形成されている。
基体部2eの外形状は、本実施形態では、図3に示すように、筐体2aの中心軸線O2と同軸となる位置で筐体2aの外形よりも小さい外形を有する八角柱状であり、図4に示すように、連結端面2dの中心部に中間部材3と連結するための連結凸部28が先端側に向かって突出して設けられている。
また、誤解のおそれがない場合には、中心軸線が明確な他の軸状部材(略軸状部材も含む)に対しても同様の用語を用いる場合がある。
係合部20は、回動支点20aによって回動可能に固定され互いに対向して設けられた係合アーム部20A、20Bと、コイルバネ20dとを備える。
コイルバネ20dは、係合アーム部20A、20Bの先端部の間に配置され、係合アーム部20A、20をそれぞれ対向方向の外側に付勢する弾性部材である。このため、係合アーム部20A、20Bは、コイルバネ20dによって各回動支点20aを中心に係合突起部2fの側面の外方に向かって付勢され、ストッパ2hの内側に押し付けられている。
各係合爪部20bの軸方向の位置は、係合アーム部20A、20Bがストッパ2hに押し付けられた状態で連結端面2dから距離L1となる位置に設定されている。
係合爪部20bの突出方向の頂部から先端側は、中心軸線O2に向かう方向に傾斜する傾斜部20cが、距離L2の範囲に延ばされている。各傾斜部20cの先端の間の幅は、係合突起部2fの幅よりも狭くなっている。
各第2入力部材収容部2cの径方向の外形は、筐体2aの円筒状の外形に整列されている。
往復駆動部10は、図5に示すように、第1入力部材11(入力部材の一方)、直動変換部15(駆動源)、モータ16(駆動源)、第2入力部材13(入力部材の他方)、およびピニオン12(駆動部側反転連動部材)を備える。
第1入力部材11の材質は、駆動力を伝達するため適宜の剛性を備えた材質が好ましく、例えば、金属を採用することができる。
第1入力部材11の先端側の部分は、ラック部11aを径方向外側に向けた状態で、第1入力部材11を摺動可能に保持するガイド溝2kに収容されている。
ガイド溝2kは、係合突起部2fよりも外周側に位置する基体部2eの部分において、中心軸線O2に平行な軸方向に貫通して延ばされた溝部である。
また、第1入力部材11の基端側の部分は、筐体2aの内部に延ばされ、筐体2aの内部に配置された複数のスライド軸受17によって進退可能に支持されている。
直動変換部15は、第1入力部材11の最も基端側の端部と、モータ16の回転軸16aとの間に設けられ、モータ16の回転運動を中心軸線O2に沿う方向の直動運動に変換するものである。
直動変換部15の構成は、回転運動を直動運動に変換できれば特に限定されないが、本実施形態では、一例として送りねじ機構を採用している。
モータ16は、スレーブ制御回路400に電気的に接続され、スレーブ制御回路400からの制御信号に応じて、回転軸16aの回転方向および回転角を変化させるもので、例えば、DCモータなどを採用することができる。
第2入力部材13の材質は、駆動力を伝達するため適宜の剛性を備えた材質が好ましく、例えば、金属を採用することができる。
第2入力部材13においてラック部13aの裏面側の側面には、第2入力部材13の進退量を規制する抜け止めピン14が突出して設けられている。
このような構成の第2入力部材13は、ラック部13aを径方向内側に向けた状態で、第2入力部材13を摺動可能に保持するガイド溝2jに収容されている。
ガイド溝2jの溝底面には、溝長手方向に沿って長穴状のストッパ溝2bが貫通されている。ストッパ溝2bの内部には、第2入力部材13の抜け止めピン14が挿通されている。
このため、第2入力部材13の進退可能範囲は、ストッパ溝2bの長手方向の開口量によって規制されている。
一方、第2入力部材13の側面は、凸部2mと係合する段部13cが設けられ、これにより、第2入力部材13が進退する際に、ラック部13aと反対側の第2入力部材13の側面がガイド溝2jの溝底面に対して密接して摺動できるようになっている。
このため、ガイド溝2k、2jには、これらの周方向の幅W1と同幅以下の棒状部材であれば、第1入力部材11、第2入力部材13よりも断面積の大きな棒状部材が、挿入可能になっている。
ピニオン12の回転軸12aは、術具駆動部2の先端側に付勢された状態で、連結端面2dから略一定の位置に回動可能に支持されている。
本実施形態では、図6に示すように、ピニオン12を側方から覆う第2入力部材収容部2cおよび基体部2eにおいて中心軸線O2(図6では図示略、図5参照)に沿う方向延ばされたガイド穴2gが設けられ、このガイド穴2g内に摺動可能に保持された摺動ブロック12bによって回転軸12aが回動可能に支持されている。
摺動ブロック12bは、ガイド穴2g内の基端側(図6の図示右側)に配置されたコイルバネ18(駆動部側付勢手段)によって先端側に向かって付勢されている。
このため、ピニオン12は、ラック部11a、13aとの間にバックラッシがあっても、先端側に付勢されているため、ラック部11a、13aに対してがたつきなく係合されている。
また、ガイド穴2g内のコイルバネ18は、第1入力部材11および第2入力部材13の全体も先端側に付勢している。
中間部材3の概略構成は、図7に示すように、中間部材本体3a、第1の中間伝達部材26、および第2の中間伝達部材25を備える。
中間部材本体3aの側面視の概形は、筐体2aに整列する円が2本の平行線によって切り欠かれた形状を有し、この形状が、筐体2aに整列する円の中心線を通る直線である中心軸線O3に沿って延ばされた略軸状部材である。このため、中間部材本体3aは、円弧状に湾曲した湾曲側面3Cと、平面からなる平側面3D、3Eとを備える。
連結端面3Bの中心部には、術具駆動部2の係合突起部2fを挿入して、中間部材3に対する術具駆動部2の径方向の位置を固定する係合穴部3cが、図8に示すように、中心軸線O3に沿って延ばされている。
係合穴部3cの内部には、連結端面3Bから距離L1の位置に係合穴部3cの外方に向かって延びる係止面3gが設けられ、係止面3gから距離L3だけ先端側には、係合穴部3cの穴奥面3hが位置している。距離L3は、係合部20の係合爪部20bよりも先端側の長さL2よりも大きな寸法とされている。
係合部20が係止面3gよりも先端側に押し込まれると、コイルバネ18に付勢された各係合爪部20bが径方向外側に突出し、係止面3gに係止される。これにより、術具駆動部2を中間部材3に連結できるようになっている(図14参照)。
連結凸部27は、連結端面3Aから先端側に軸方向に沿って延ばされた八角柱状を有し先端側に係合突起部2fと同様の一対のストッパ2hが設けられた係合突起部3fと、係合突起部3fの先端側に上記と同様の係合部20とを備える。
係合突起部3fの外形状や大きさは、係合突起部2fと同じでもよいが、本実施形態では、連結端面3Aから係合爪部20bまでの距離L4が、連結凸部28における連結端面2dから係合爪部20bまでの距離L1よりも短い点のみが異なっている。
係合突起部3fにおける係合部20の係合アーム部20A、20Bの対向方向は、中心軸線O3を通り、平側面3D、3Eに直交する方向とされている。
解除ボタン21は、軸部21bの一端部に術具駆動部2との連結を解除する操作を行う操作部21aが設けられた部材である。軸部21bの他端部は中間部材本体3aの中心に向けて挿入され、操作部21aは平側面3D(3E)の外方に突出して配置されている。
軸部21bは、中間部材本体3aの内部に挿入されたホルダ部材22内を挿通され、ホルダ部材22の内部に配置されたコイルバネ23によって、中間部材本体3aの径方向外側に付勢されている。
軸部21bの長さは、操作部21aに外力が作用しないときは軸部21bの他端部が係合穴部3cの内周面より径方向外側に退避し、操作部21aを押圧して中間部材本体3aの内部側に押し込んだときに係合穴部3cの内周面から突出する長さに設定されている。
ガイド穴3eは、術具駆動部2を連結したときに、術具駆動部2の第1入力部材11の先端面およびガイド溝2kに対向する位置に形成された貫通穴であり、本実施形態では、幅W1×厚さh1の矩形断面を備える角穴である。ここで、幅は周方向、厚さは径方向の寸法である。厚さh1は、第1入力部材11の幅H1以上の寸法に設定されている。
ガイド穴3eには、ガイド穴3eと同形状の矩形断面を有する角棒状の第1の中間伝達部材26が摺動可能に挿入されている。
ガイド穴3dには、ガイド穴3dと同形状の矩形断面を有する角棒状の第2の中間伝達部材25が摺動可能に挿入されている。
このため、第2の中間伝達部材25の進退可能範囲は、ストッパ溝3bの長手方向の開口量によって規制されている。
第1の中間伝達部材26、第2の中間伝達部材25の材質は、いずれも駆動力を伝達可能な適宜剛性を有する金属または合成樹脂を採用することができる。
術具部4の作動体は、術具部4に対して進退する第1の中間伝達部材26、第2の中間伝達部材25の伝達する1軸方向に沿う駆動力によって動作可能な作動体であれば、適宜の作動体を採用することができる。
以下では、一例として、術具部4が把持鉗子であって、作動体として鉗子部と関節を有する場合の例で説明する。
術具本体4Aは、図10に示すように、先端側から、鉗子部30(作動体)、関節31(作動体)、および軸部32を備える。
鉗子片30a、30bは、図示略のワイヤによって第1の伝達部材41D、41Bとそれぞれ連結されているため、第1の伝達部材41Dを基端側に後退させると鉗子片30aが開き、第1の伝達部材41Bを基端側に後退させると鉗子片30bが開く。反対に、第1の伝達部材41Dを先端側に進出させると鉗子片30aが閉じ、第1の伝達部材41Bを先端側に進出させると鉗子片30bが閉じ、鉗子片30aと鉗子片30bが閉じて接触することにより、鉗子が閉じることになる。
また、第1の伝達部材41Dを基端側に後退させ、第1の伝達部材41Bを先端側に進出させると鉗子片30a、30bは図示矢印Y2方向に回動する。反対に,第1の伝達部材41Dを先端側に進出させ、第1の伝達部材41Bを基端側に後退させると鉗子片30a、30bは図示矢印Y1方向に回動する。
被駆動軸31cには、駆動リンク31aの先端側の端部が連結されている。また、駆動リンク31aの基端側の端部には、軸部32内を挿通された第1の伝達部材41Aの先端部が回動可能に連結されている。また、駆動リンク31aは回転支軸31bとも回動可能に連結されている。
このため、第1の伝達部材41Aの進退により、回転支軸31bを中心として駆動リンク31aが被駆動軸31cを回動させ被駆動軸31cと連動して鉗子部30が図示矢印X方向に回動する。
第1の伝達部材41Cは図示していないリンクにより鉗子部30の姿勢を維持するためにカバー部材30dに連結されている。
各先端軸部41bは、軸部32の中心軸線O4を中心とする円周を4等分する位置に配置され、ガイド穴4j(図13(a)参照)等によって、軸部32内で進退可能に保持されている。
基体部4aの基端側には、中間部材3の連結端面3Aと当接する連結端面4dが形成されている。
基体部4aの外形状は、本実施形態では、図11に示すように、中心軸線O4と同軸となる位置で軸部32の外形よりも大きな外形を有する八角柱状であり、図12に示すように、連結端面4dの中心部に中間部材3の連結凸部27と連結するための係合穴部4eが先端側に向かって延ばされている。
各第2伝達部材収容部4cの径方向の外形は、連結時の中間部材3の湾曲側面3Cの円筒状の外形に整列されている。
係合部20が係止面4gよりも先端側に押し込まれると、コイルバネ20dに付勢された各係合爪部20bが径方向外側に突出し、係止面4gに係止される。これにより、中間部材3を術具部4の駆動力伝達部4Bに連結できるようになっている(図14参照)。
本実施形態では、解除ボタン21は、中間部材3に設けられたものと同様の構成を有する。
このため、軸部21bの長さは、操作部21aに外力が作用しないときは軸部21bの他端部が係合穴部4eの内周面より径方向外側に退避し、操作部21aを押圧して基体部4aの内部側に押し込んだときに係合穴部4eの内周面から突出する長さに設定されている。
往復駆動部40は、図13(a)に示すように、第1の伝達部材41、第2の伝達部材43、およびピニオン42を備える。
このため、各第1の伝達部材41は、中間部材3の連結時において、各第1の中間伝達部材26と対向する位置に配置され、それぞれ対向する第1の中間伝達部材26と当接した状態で、連結端面4dおよび連結端面3Aの間を進退移動できるようになっている。
第1の伝達部材41は、本実施形態では、全体として角棒状とされ幅W1×厚さH3の断面形状を有している。ただし、第1の伝達部材41の基端側の一側面にはラック部41aが形成されている。また、厚さH3は、第1の中間伝達部材26の厚さh1以下に設定されている。
第1の伝達部材41の材質は、駆動力を伝達するため適宜の剛性を備えた材質が好ましく、例えば、金属を採用することができる。
第1の伝達部材41の先端側には、ラック部41aを有しない矩形断面の角棒状の先端軸部41bが形成されている。先端軸部41bは、軸部32のガイド穴4jに進退可能に挿通されている。
また、ラック部41aが形成された第1の伝達部材41の基端側の部分は、ラック部41aを径方向外側に向けた状態で、第1の伝達部材41を摺動可能に保持する幅W1のガイド溝4iに収容されている。
第2の伝達部材43の材質は、駆動力を伝達するため適宜の剛性を備えた材質が好ましく、例えば、金属を採用することができる。
第2の伝達部材43においてラック部43aの裏面側の側面には、第2の伝達部材43の進退量を規制するとともに、第2の伝達部材43の位置を外方から手動操作する操作部材44が突出して設けられている。
このような構成の第2の伝達部材43は、ラック部43aを径方向内側に向けた状態で、第2の伝達部材43を摺動可能に保持するガイド溝4kに収容されている。
ガイド溝4kの溝底面には、溝長手方向に沿って長穴状のストッパ溝4bが貫通されている。ストッパ溝4bの内部には、第2の伝達部材43の操作部材44が挿通されている。
このため、第2の伝達部材43の進退可能範囲は、ストッパ溝4bの長手方向の開口量によって規制されている。
一方、第2の伝達部材43の側面は、凸部4nと係合する段部43cが設けられ、これにより、第2の伝達部材43が進退する際に、ラック部43aと反対側の第2の伝達部材43の側面がガイド溝4kの溝底面に対して密接して摺動できるようになっている。
このため、ガイド溝4i、4kには、これらの周方向の幅W1と同幅以下の棒状部材であれば、第1の伝達部材41、第2の伝達部材43よりも断面積の大きな棒状部材が、挿入可能になっている。
ピニオン42の回転軸42aは、術具部4の基端側に付勢された状態で、連結端面4dから略一定の位置に回動可能に支持されている。
本実施形態では、図13(b)に示すように、ピニオン42を側方から覆う第2伝達部材収容部4cおよび基体部4aにおいて中心軸線O4(図13(b)には図示略、図13(a)参照)に沿う方向延ばされたガイド穴4mが設けられ、このガイド穴4m内に摺動可能に保持された摺動ブロック42bによって回転軸42aが回動可能に支持されている。
摺動ブロック42bは、ガイド穴4m内の先端側(図13(b)の図示左側)に配置されたコイルバネ18(術具部側付勢手段)によって基端側に向かって付勢されている。
このため、ピニオン42は、ラック部41a、43aとの間にバックラッシがあっても、基端側に付勢されているため、ラック部41a、43aに対してがたつきなく係合されている。
また、ガイド穴4m内のコイルバネ18は、第1の伝達部材41および第2の伝達部材43の全体も基端側に付勢している。
これにより、図1に示すように、術具部4、中間部材3、術具駆動部2が連結され、医療用マニピュレータ1が組み立てられる。
このため、ガイド溝4k、ガイド穴3d、ガイド溝2jの径方向外側の溝底面の位置と、周方向における各溝側面の位置が整列されている。また、ガイド溝4i、ガイド穴3e、ガイド溝2kの径方向内側の溝底面の位置が整列されている。また、ガイド溝4i、ガイド穴3e、ガイド溝2kの周方向における各溝側面の位置が整列されている。
また、各往復駆動部10、40は、中間部材3の第2の中間伝達部材25、第1の中間伝達部材26を介して対向している。また、ピニオン12は回転軸12aを付勢するコイルバネ18によって先端側に付勢され、ピニオン42は回転軸42aを付勢するコイルバネ18によって基端側に付勢されている。
このため、図15に示すように、第1入力部材11の先端部と第1の伝達部材41の基端部とは、それぞれ第1の中間伝達部材26の基端部と先端部とに当接されている。
また、第2入力部材13の先端部と第2の伝達部材43の基端部とは、それぞれ第2の中間伝達部材25の基端部と先端部とに当接されている。
図16(a)、(b)、(c)は、本発明の第1の実施形態の医療用マニピュレータの主要部の模式的な動作説明図である。
操作者Opが対応するマスターアームに所定の操作を行うと、スレーブ制御回路400aを介して当該スレーブアームの動力部が駆動される。当該動力部で発生した動力は、アダプタを介して直動運動または回動運動に変換される。
各モータ16の回転運動は、各直動変換部15によって対応する直動運動に変換され、各直動変換部15に接続された第1入力部材11の基端軸部11b(図15参照)を中心軸線O2に沿う方向に進退させる。
作動体のリンク等に連結された第1の伝達部材41の先端部は、初期位置Sに位置している。
また、第1の中間伝達部材26の先端側に当接する第1の伝達部材41の基端部は、第1の中間伝達部材26から押圧されることにより駆動力を受ける。このとき、駆動力に対して、第1入力部材11、第1の中間伝達部材26、第1の伝達部材41の圧縮剛性は、充分大きいため、作動体の負荷によって、各部材に圧縮応力が発生しても、圧縮変形量はΔXに比べて無視できる程度である。このため、第1の伝達部材41の先端も初期位置SからΔXだけ先端側に移動する。
これにより、第1の伝達部材41から作動体に駆動力が伝達され、作動体が駆動される。
これにより、第2入力部材13、第2の伝達部材43が、第1入力部材11、第1の伝達部材41と反対方向の基端側にΔXだけ後退し、間に挟まれた第2の中間伝達部材25も基端側にΔXだけ後退する。
ただし、第1入力部材11の後退に際し、ピニオン12が図示反時計回りに回動されるため、第2入力部材13に駆動力が伝達され、第2入力部材13が先端側にΔYだけ移動される。
このため、第2入力部材13の先端部が第2の中間伝達部材25の基端部を押圧することにより、第2の中間伝達部材25が駆動力を受け、先端側にΔYだけ進出する。同様にして、第2の中間伝達部材25の先端部は、第2の伝達部材43の基端部を押圧するため、第2の伝達部材43に駆動力が伝達され、第2の伝達部材43が先端側にΔYだけ進出する。
これにより、第1の伝達部材41の先端部が、初期位置SからΔYだけ後退して、作動体に駆動力が伝達され、作動体が駆動される。
また、ピニオン12は、第1入力部材11および第2入力部材13に係合され、第1入力部材11の移動量を、第2入力部材13に移動方向を反転させて伝達する駆動部側反転連動部材を構成している。
このように、駆動部側反転連動部材を備えていることから、一つの駆動源であるモータ16にて直動変換部15を介して第1入力部材11および第2入力部材13を進退させることができる。
また、ピニオン42は、第1の伝達部材41および第2の伝達部材43に係合され、第1の伝達部材41および第2の伝達部材43の一方の移動量を、第1の伝達部材41および第2の伝達部材43の他方に移動方向を反転させて伝達する術具部側反転連動部材を構成している。
このように、術具部側反転連動部材を備えていることから、上記駆動部側反転連動部材と第1入力部材11および第2入力部材13を介して、第1の伝達部材41を一つの駆動源であるモータ16にて進退させることができる。
医療用マニピュレータ1では、連結凸部28、係合穴部3c、連結凸部27、係合穴部4eが、それぞれ対応する術具駆動部2、中間部材3、術具部4の中心軸線O2、O3、O4に平行に延ばされており、中心軸線O2、O3、O4に沿う方向がそれぞれの着脱方向になっている。
また、第1入力部材11、第1の中間伝達部材26、および第1の伝達部材41と、第2入力部材13、第2の中間伝達部材25、および第2の伝達部材43とは、いずれもそれぞれ対応する中心軸線O2、O3、O4に平行に配置されている。
その際、上記の説明では、図15に示すように、第1入力部材11、第2入力部材13の端部が連結端面2dに整列し、第1の中間伝達部材26、第2の中間伝達部材25の端部がそれぞれ連結端面3A、3bに整列し、第1の伝達部材41、43の端部が連結端面4dに整列した状態で連結が行われる場合の例で説明したが、これらの入力部材、中間伝達部材、伝達部材の端部は、各連結端面に対して進退した状態でも容易に連結することができる。
その際、第1の伝達部材41および第1の中間伝達部材26と、第2の伝達部材43および第2の中間伝達部材25は、それぞれ中心軸線O4、O3に沿う方向に当接しているだけであるため、連結端面4d、3Aに対して進退した状態であっても、互いに容易に離間することが可能である。
このため、解除ボタン21を押し込んで、術具駆動部2および中間部材3を軸方向に離間させるだけの動作で、中間部材3から術具部4を取り外すことができる。
なお、この取り外し動作において、中間部材3は、術具駆動部2に装着した状態でもよいし、予め術具駆動部2から取り外した状態でもよい。
その際、第1の中間伝達部材26および第1入力部材11と、第2の中間伝達部材25および第2入力部材13は、それぞれ中心軸線O3、O2に沿う方向に当接しているだけであるため、連結端面3B、2dに対して進退した状態であっても、互いに容易に離間することが可能である。
このため、解除ボタン21を押し込んで、中間部材3および術具駆動部2を軸方向に離間させるだけの動作で、術具駆動部2から中間部材3を取り外すことができる。
なお、この取り外し動作において、中間部材3は、術具部4に装着した状態でもよいし、予め術具部4から取り外した状態でもよい。
このため、術具部4を取り外して仕舞ったりする場合などに、取り外した後でも、鉗子部30の開閉状態を変更したり、関節31の曲がりを変更したりすることが容易となる。また、第1の伝達部材41、第2の伝達部材43の進退位置を調整して、連結端面4dに整列するように格納することが容易となる。
次に、本実施形態の変形例の医療用マニピュレータについて説明する。
図17は、本発明の第1の実施形態の変形例の医療用マニピュレータの主要部の構成を示す模式的な構成図である。
以下、上記第1の実施形態と異なる点を中心に説明する。
往復駆動部60は、往復駆動部10の摺動ブロック12bおよびコイルバネ18を削除し、ピニオン12に代えて、カムリンク50(駆動部側反転連動部材)を備える。
カムリンク50は、中心部が回転軸12aに回動可能に支持された矩形板状部材であり、回転軸12aの中心を通る軸線上に、長穴状のカム穴51a、51bが設けられている。カムリンク50は、第1入力部材11および第2入力部材13と重なって交差するとともに、カム穴51aが第1入力部材11と、カム穴51bが第2入力部材13とそれぞれ重なる状態に配置されている。
第1入力部材11上には、カム穴51aに係合して、カム穴51aに沿って移動可能な係合ピン52が突出して設けられている。また、第2入力部材13上には、カム穴51bに係合して、カム穴51bに沿って移動可能な係合ピン53が突出して設けられている。
また、往復駆動部60における第1入力部材11、第2入力部材13、往復駆動部61における第1の伝達部材41、第2の伝達部材43は、それぞれ強磁性体からなる金属によって構成されている。
往復駆動部61は、往復駆動部40の摺動ブロック42bおよびコイルバネ18を削除し、ピニオン42に代えて、上記と同様のカムリンク50を備える。
ただし、往復駆動部61におけるカムリンク50は、第1の伝達部材41および第2の伝達部材43と重なって交差するとともに、カム穴51aが第1の伝達部材41と、カム穴51bが第2の伝達部材43とそれぞれ重なる状態に配置されている。
また、第1の伝達部材41上には、カム穴51aに係合して、カム穴51aに沿って移動可能な係合ピン52が突出して設けられている。また、第2の伝達部材43上には、カム穴51bに係合して、カム穴51bに沿って移動可能な係合ピン53が突出して設けられている。
このため、カム穴51bに係合された係合ピン53は、係合ピン52が基端側(先端側)に移動すると、同じ移動量だけ、先端側(基端側)に移動する。したがって、第1入力部材11と第2入力部材13と相対運動が、往復駆動部60とまったく同様となるため、往復駆動部10と同様に駆動力を中間部材63に伝達することができる。
このため、互いに装着された状態では、第1入力部材11、第1の中間伝達部材26A、第1の伝達部材41、および第2入力部材13、第2の中間伝達部材25A、第2の伝達部材43がそれぞれ1本の軸部材として一体化されているため、駆動力を効率よく伝達することができる。
すなわち、上記第1の実施形態におけるコイルバネ18と同様の作用を有している。このとき、コイルバネ18および摺動ブロック12bを削除して部品点数を低減することができるとともに、回転軸12a、42aをそれぞれ術具駆動部62、術具部64に固定しておくことができるため、より簡素な構成とすることができる。また、より小型化を図ることができる。
本変形例は、第1の中間伝達部材26A、26Bが吸引力による術具部側付勢手段、駆動部側付勢手段を兼ねる場合の例となっている。
次に、本発明の第2の実施形態の医療用マニピュレータについて説明する。
図18は、本発明の第2の実施形態の医療用マニピュレータの主要部の模式的な構成図である。
このため、医療用マニピュレータ1Bでは、第1入力部材11の先端部および第1の伝達部材41の基端部と、第2入力部材13の先端部および第2の伝達部材43の基端部とは、それぞれ直接に対向し、互いに当接されている。
ただし、駆動源の配置スペースに余裕がある場合には、例えば、往復駆動部10、60から駆動部側反転連動部材であるピニオン12、カムリンク50を削除して、第1入力部材11、第2入力部材13をそれぞれ独立に駆動する一対の駆動源を設け、この一対の駆動源の駆動量を制御して、第1入力部材11、第2入力部材13が互いに逆方向に移動するようにしてもよい。
例えば、上記第1の実施形態において、ピニオン12、42に代えて、歯数の異なる2つのピニオンが同軸に設けられた二段ピニオンを採用して、減速比を持たせた反転機構を構成することが可能である。この場合、第1入力部材11および第1の伝達部材41の移動量と、第2入力部材13および第2の伝達部材43の移動量との比は、減速比(歯数の比)に対応して異なるが、第1入力部材11および第1の伝達部材41が当接しながら連動するとともに、第2入力部材13および第2の伝達部材43が当接しながら連動するため、支障なく駆動力を伝達することができる。
減速比を持たせた反転機構により、第1の伝達部材41へ入力される力量と第2の伝達部材43へ入力される力量を変更することができ、伝達系の摩擦や出力したい力量に応じて適当に減速比を設定してもよい。
このため、第2入力部材13を第1入力部材11よりも中心軸線O2に近づける構成とした場合に比べて、術具駆動部2の軸部32の外径を低減して、体腔に挿入しやすい細径の術具部4を構成することができる。
例えば、第1の中間伝達部材26の断面形状を第1入力部材11、第1の伝達部材41に比べて大きくしたり、第2の中間伝達部材25の断面形状を第2入力部材13、第2の伝達部材43に比べて大きくしたりすることが可能である。この場合、ガイド溝2k、2jの先端部、ガイド溝4i、4n基端部の形状を、それぞれ対応する第1の中間伝達部材26、第2の中間伝達部材25が進出する範囲において、第1の中間伝達部材26、第2の中間伝達部材25が進出可能な穴形状に拡張しておく。
このようにすれば、中間部材3の連結時の位置決め誤差がある程度発生しても、駆動力の伝達に支障のない連結を行うことができる。
2、62 術具駆動部
2d、4d 連結端面
2f、3f 係合突起部
3、63 中間部材
3a 中間部材本体
3c、4e 係合穴部
3d ガイド穴(第2の案内部)
3e ガイド穴(第1の案内部)
3A 連結端面(術具部側端部)
3B 連結端面(駆動部側端部)
4 術具部
4A 術具本体
4B、64B 駆動力伝達部
10、10A、10B、10C、10D、40、40A、40B、40C、40D、60、61 往復駆動部
11 第1入力部材(入力部材の一方)
11a、13a、41a、43a ラック部
12 ピニオン(駆動部側反転連動部材)
13 第2入力部材(入力部材の他方)
15 直動変換部(駆動源)
16 モータ(駆動源)
18 コイルバネ(術具部側付勢手段、駆動部側付勢手段)
20 係合部
21 解除ボタン
25、25A 第2の中間伝達部材
26、26A 第1の中間伝達部材
27、28 連結凸部
30 鉗子部(作動体)
31 関節(作動体)
32 軸部
41、41A、41B、41C、41D 第1の伝達部材
41b 先端軸部
42 ピニオン(術具部側反転連動部材)
43 第2の伝達部材
44 操作部材
50 カムリンク(駆動部側反転連動部材、術具部側反転連動部材)
51a、51b カム穴
52、53 係合ピン
200a、200b、200c、200d スレーブアーム
240a、240b、240c、240d 術具
400 スレーブ制御回路
O2、O3、O4 中心軸線
Claims (7)
- 操作対象を操作する作動体が設けられた術具部と、該術具部に対して着脱可能に設けられ前記作動体を駆動するための駆動力を供給する術具駆動部とを有する医療用マニピュレータであって、
前記術具駆動部は、
前記術具部との着脱方向における一端部に対をなして配置されるとともに互いに逆向きに進退移動可能とされ、前記術具部側に進出する際に進出方向に前記駆動力を伝達する入力部材と、
該対をなす入力部材を進退させる駆動源と、
を備え、
前記術具部は、
前記術具駆動部との着脱方向における一端部において、前記入力部材の一方に対向して進退移動可能に支持され、該入力部材の一方による前記駆動力を受けて前記入力部材の一方と同方向に移動し、他端部において前記作動体に接続された第1の伝達部材と、
前記術具駆動部との着脱方向における前記一端部において、前記入力部材の他方に対向して進退移動可能に支持され、該入力部材の他方による前記駆動力を受けて前記入力部材の他方と同方向に移動する第2の伝達部材と、
前記第1の伝達部材および前記第2の伝達部材に係合され、前記第1の伝達部材および前記第2の伝達部材の一方の移動量を、前記第1の伝達部材および前記第2の伝達部材の他方に移動方向を反転させて伝達する術具部側反転連動部材と、
を備える
ことを特徴とする医療用マニピュレータ。 - 前記入力部材の一方は、
前記駆動源に接続されることにより進退移動可能とされ、
前記入力部材の一方および他方の間には、
前記入力部材の一方および他方に係合され、前記入力部材の一方の移動量を、前記入力部材の他方に移動方向を反転させて伝達する駆動部側反転連動部材が設けられた
ことを特徴とする請求項1に記載の医療用マニピュレータ。 - 前記入力部材、前記第1の伝達部材、前記第2の伝達部材、および前記術具部側反転連動部材は、複数組設けられ、
前記複数組の各組において、前記入力部材の一方の方が前記入力部材の他方よりも、前記術具駆動部の前記着脱方向における端部の中心側に配置された
ことを特徴とする請求項1または2に記載の医療用マニピュレータ。 - 前記術具部と前記術具駆動部との間にそれぞれ着脱可能に連結された中間部材を備え、
該中間部材は、
前記術具部の前記一端部と着脱可能に連結する術具部側端部と、
前記術具駆動部の前記一端部と着脱可能に連結する駆動部側端部と、
前記第1の伝達部材および前記入力部材の一方にそれぞれ対向して当接された第1の中間伝達部材と、
前記第2の伝達部材および前記入力部材の他方にそれぞれ対向して当接された第2の中間伝達部材と、
前記第1の伝達部材、前記入力部材の一方、および前記第1の中間伝達部材を進退可能に挿通させ、該第1の中間伝達部材の進退を案内する第1の案内部と、
前記第2の伝達部材、前記入力部材の他方、および前記第2の中間伝達部材を進退可能に挿通させ、該第2の中間伝達部材の進退を案内する第2の案内部と、
を備える
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の医療用マニピュレータ。 - 前記術具部は、
前記術具部側反転連動部材を、前記術具駆動部との着脱方向における前記一端部の方に付勢する術具部側付勢手段を備える
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の医療用マニピュレータ。 - 前記術具駆動部は、
前記駆動部側反転連動部材を、前記術具部との着脱方向における前記一端部の方に付勢する駆動部側付勢手段を備える
ことを特徴とする請求項2に記載の医療用マニピュレータ。 - 前記第2の伝達部材は、
前記術具部の着脱方向に交差する方向に該術具部から突出された操作部材を備える
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の医療用マニピュレータ。
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