JP2013212378A - 変形可能な可撓管及びこれを備えたマニピュレータ - Google Patents

Abstract

【課題】変形可能な可撓管及びこれを備えたマニピュレータを提供する。
【解決手段】変形可能な可撓管１０は、少なくとも１つのフラップ部材１１と、弾性変形が可能な材質で形成され、内部にフラップ部材が収容されるチューブ１４とを含み、フラップ部材は、複数のフラップ部１１ａ及びフラップ部の一側が連結される連結部１１ｂを含み、チューブは、その内部圧力の変化に応じて、複数のフラップ部に伝達される圧力を変更する。
【選択図】図３

Description

本発明は、変形可能な可撓管及びこれを備えたマニピュレータに関する。

マニピュレータは、最小侵襲手術などに使用される装置であって、開口部を介して挿入される可撓管を含む。

可撓管は、開口部を通過する過程では柔軟に変形可能であり、手術しようとする部位に到達した後には、外部から内部に挿入された手術器具を操作できるようにするために、これ以上変形しない特性が要求される。

変形可能な可撓管を提供する。

変形可能な可撓管は、少なくとも一つのフラップ部材と、弾性変形が可能な材質で形成され、内部にフラップ部材が収容されるチューブとを含み、フラップ部材は、複数のフラップ部及びフラップ部の一側が連結される連結部を含み、チューブは、チューブの内部圧力の変化に応じて、複数のフラップ部に伝達される圧力を変更する。

また、環状に形成され、その中心軸方向に順次配置される複数のリンク部材をさらに含み、フラップ部材は、リンク部材の外側に配置され、チューブは、フラップ部材の外側及びリンク部材の内側を覆うように形成される。

また、リンク部材は、リンク部材の第１端側に設けられ、第１端に隣接する一つのリンク部材が連結される一対の第１ヒンジ部と、第１端と反対側であるリンク部材の第２端側に設けられ、第２端に隣接する他の一つのリンク部材が連結される一対の第２ヒンジ部と、を含む。

また、一対の第１ヒンジ部と一対の第２ヒンジ部は、円周方向に互いに９０度である位置に設けられる。また、第１ヒンジ部は、円形に突出して、第２ヒンジ部に回転可能に設置されるヒンジ突起を含み、第２ヒンジ部は、円形で凹状に形成されて、ヒンジ突起が回転可能に設置されるヒンジ溝を含む。

また、少なくとも一つのフラップ部材は、隣接する二つのリンク部材を連結する第１ヒンジ部及び第２ヒンジ部を覆う一対のフラップ部材を含み、一対のフラップ部材は、フラップ部が第１方向に延びて、第１ヒンジ部及び第２ヒンジ部を覆う第１フラップ部材と、フラップ部が第１方向と反対の第２方向に延びて、第１ヒンジ部及び第２ヒンジ部を覆う第２フラップ部材と、を含む。

また、少なくとも一つのフラップ部材は、環状に形成され、複数のリンク部材の外周面にそれぞれ配置される複数のフラップ部材を含む。また、少なくとも一つのフラップ部材は、螺旋状に曲げられ、管の形状を形成し、チューブは、螺旋状に曲げられたフラップ部材の外面及び内面を覆うように形成される。

また、フラップ部は、連結部から一側方に延びる。また、フラップ部は、連結部から両側方に延びる。また、フラップ部は、連結部から次第に狭くなる幅を有するように延びる。

また、本発明の一側面に係るマニピュレータは、上述の変形可能な可撓管と、可撓管を貫通して可撓管の先端にそれぞれ連結される複数のワイヤと、複数のワイヤにそれぞれ力を加えて、可撓管が曲げられるようにする複数のアクチュエータと、を含む。

また、チューブ内に空気圧を伝達して、チューブ内の圧力を調節する空圧ポンプをさらに含む。

上述したように、チューブ内の圧力を調節することによって、フラップ部同士間の摩擦力を変更して変形可能な可撓管の可撓性を変更する。

一実施例に係るマニピュレータの概略図である。 一実施例に係るマニピュレータに適用された変形可能な可撓管の斜視図である。 一実施例に係るマニピュレータに適用された変形可能な可撓管の分解斜視図である。 一実施例に係るマニピュレータに適用された変形可能な可撓管の断面図である。 一実施例に係るマニピュレータに適用された変形可能な可撓管の動作を示す断面図である。 一実施例に係るマニピュレータに適用された変形可能な可撓管の動作を示す断面図である。 他の一実施例に係るマニピュレータに適用された変形可能な可撓管の分解斜視図である。 他の一実施例に係るマニピュレータに適用された変形可能な可撓管の断面図である。 更に他の一実施例に係るマニピュレータに適用されたフラップ部材の斜視図である。 更に他の一実施例に係るマニピュレータに適用されたフラップ部材の斜視図である。

以下では、変形可能な可撓管及びこれを備えたマニピュレータを、図面を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、本発明の一実施例に係るマニピュレータは、選択的にその可撓性が変更される変形可能な可撓管１０と、可撓管１０を貫通して、可撓管１０の先端に一端が設置される複数のワイヤ２０と、複数のワイヤ２０の他端にそれぞれ連結され、ワイヤ２０に力を加えることによって可撓管１０を変形させるアクチュエータ３０と、後述するチューブ１４内に空気圧を伝達する空圧ポンプ４０と、を含む。図面では、ワイヤ２０とアクチュエータ３０がそれぞれ３個ずつ備えられるが、これは説明のためのもので、これに限定されるものではない。

可撓管１０は、一定の長さを有するように延び、図２乃至図４に示すように、複数のフラップ部材１１と、環状に形成され、可撓管１０の長手方向に複数個が順次設けられたリンク部材１２と、リンク部材１２の内側とフラップ部材１１の外側を覆うように設置され、空圧ポンプ４０から伝達された空気圧に応じてその内部の圧力が変更されるチューブ１４と、を含む。また、可撓管１０の先端側には、リンク部材１２に連結され、上述したワイヤ２０の他端が設置されるキャップ１３を配置することができる。

フラップ部材１１のそれぞれは、一方向に延びる複数のフラップ部１１ａと、複数のフラップ部１１ａの他側に連結される連結部１１ｂとを含む。連結部１１ｂは、環状に曲げられてフラップ部材１１を環状に形成するようにし、上述したリンク部材１２の外周面に配置される。フラップ部１１ａは、連結部１１ｂから次第に狭くなる幅を有するように可撓管１０の後端に向かって延びることができる。

リンク部材１２は、可撓管１０の先端に向かう第１端側に対向して設けられ、第１端に隣接するリンク部材１２と連結される一対の第１ヒンジ部１２ａと、可撓管１０の後端に向かう第２端側に対向して設けられ、第２端に隣接するリンク部材１２と連結される一対の第２ヒンジ部１２ｂと、を含む。

本実施例において、第１ヒンジ部１２ａは、円形に突出したヒンジ突起からなり、第２ヒンジ部１２ｂは、円形で凹状に形成されたヒンジ溝からなり、リンク部材１２は互いに一定の角度内で回転可能に設置される。また、一つのリンク部材１２に設けられた一対の第１ヒンジ部１２ａと一対の第２ヒンジ部１２ｂは、互いに円周方向に９０度の位置に設けることができる。本実施例において、第１ヒンジ部材１２ａはヒンジ突起からなり、第２ヒンジ部１２ｂはヒンジ溝からなっているが、これに限定されるものではない。

チューブ１４は、内部中空のドーナツ状の断面を有するように形成され、内部にフラップ部材１１が収容される。図４に示すように、チューブ１４は、その内側面１４ａがリンク部材１２の内側に配置され、その外側面１４ｂがフラップ部材１１の外側に配置される。チューブ１４は、その内部にリンク部材１２及びフラップ部材１１が収容され、ラテックスゴムなどのように、内部圧力に応じて弾性変形が可能な材質で形成される。このようなチューブ１４は、空圧ポンプ４０から伝達された圧力に応じて内部圧力が変化し、その内部に含まれたフラップ部１１に加えられる圧力が変更されるようにする。次に、このように構成されたマニピュレータに適用された変形可能な可撓管の動作について説明する。

初期には、図５に示すように、空圧ポンプ４０を介してチューブ１４内に空気を注入し、チューブ１４の内部が大気圧や大気圧よりも高い状態になるようにする。フラップ部１１ａ同士間において摩擦力が作用するためには、フラップ部１１ａに圧力または力を加えなければならない。しかし、上述したように、チューブ１４内の圧力が大気圧またはそれ以上の状態では、チューブ１４の内部の圧力によって大気圧が相殺されるので、フラップ部１１ａには圧力が加わらない。このような状態で、チューブ１４の内部に配置されたフラップ部材１１のフラップ部１１ａ同士間では摩擦力がほとんど発生しないし、発生するとしても非常に小さい。したがって、フラップ部１１ａは、隣接するフラップ部１１ａの面に沿って容易に滑りながら相対移動することができる。したがって、このような状態の可撓管１０に力を加えて変形させたり、開口部などの内部に挿入すると、可撓管１０は、加えられた力や開口部の内部形状に対応する形状に容易に変形する。

変形した可撓管１０の先端が所望の位置に到達して、可撓管１０の形状を維持させる必要がある場合、空圧ポンプ４０を介してチューブ１４の内部の空気を吸い込む。これによって、チューブ１４の内部の圧力は大気圧以下に減少する。これによって、チューブ１４の外側の側面を通じてフラップ部材１１には大気圧による圧力が作用し、フラップ部１１ａは、図６に示すように、大気圧によって互いに密着し、それらの間で作用する摩擦力が大幅に増加する。このようなフラップ部１１ａ同士間の摩擦力は、接触している隣接するフラップ部１１ａが移動することを抑制するので、これによって、可撓管１０は、可撓性が変更され、その形態が変更されることが抑制される。

上述したように、変形可能な可撓管１０は、チューブ１４の内部圧力の変化に応じて、可撓性が変更され、容易に変形可能な状態になったり、または変形が抑制される状態になる。

図７には、他の実施例に係る変形可能な可撓管が示されている。図７によれば、可撓管１０は、隣接する二つのリンク部材１２２のいずれか一方に設置された第１フラップ部材１１１と、隣接する二つのリンク部材１２２の他方に設置された第２フラップ部材１１２と、を含む。第１フラップ部材１１１は、第１方向に延びて、二つのリンク部材１２２を連結する第１ヒンジ部１２２ａ及び第２ヒンジ部１２２ｂの外側を覆う第１フラップ部１１１ａを含み、第２フラップ部材１１２は、第１方向と反対の第２方向に延びて、第１ヒンジ部１２２ａ及び第２ヒンジ部１２２ｂの外側を覆う第２フラップ部１１２ａと、を含むことができる。

本実施例において、第１フラップ部材１１１及び第２フラップ部材１１２は、リンク部材１２２の円周長さよりも長い長さを有するように形成され、二つのリンク部材１２２に複数回にわたって巻かれて設置される。したがって、第１フラップ部１１１ａと第２フラップ部１１２ａは、図８に示すように、第１ヒンジ部１２２ａ及び第２ヒンジ部１２２ｂの外側に半径方向に交互に配置される。

チューブ１１４は、内部にリンク部材１２２、第１フラップ部材１１１及び第２フラップ部材１１２を収容し、その内側面１１４ａが二つのリンク部材１２２の内側に配置され、その外側面１１４ｂがフラップ部材１１１，１１２の外側に配置されている。

上記の実施例において、可撓管１０は、リンク部材１２２を含み、リンク部材１２２の外面にフラップ部材１１１、１１２が配置されているが、これに限定されず、リンク部材１２２に対応する構成なしに、図９に更に他の実施例として示したように、一つのフラップ部材２１１を螺旋状に曲げて、フラップ部材２１１が管の形状を形成するようにした後、ワイヤ２１５を用いてフラップ部材２１１が管の形状を維持するようにすることも可能である。

図９で、フラップ部材２１１は、フラップ部２１１ａが連結部２１１ｂから一側に延びて形成されるようになっているが、これに限定されず、図１０に示すように、フラップ部３１１ａが連結部３１１ｂから両側方に延びるようにして、フラップ部３１１ａが、可撓管１０の外側だけでなく内側に向かって形成されるようにすることも可能である。

以上で記載された実施例にのみ本発明の範囲が限定されるものではなく、技術的思想から逸脱しない範囲内で多様に修正及び変形できるということは、当該技術の分野における通常の知識を有する者にとって自明である。したがって、修正例または変形例は本発明の範囲に属するものと解さねばならない。

１０ 変形可能な可撓管
１１ フラップ部材
１１ａ フラップ部
１１ｂ 連結部
１２ リンク部材
１３ キャップ
１４ チューブ
２０ ワイヤ
３０ アクチュエータ
４０ 空圧ポンプ

Claims (13)

1. 少なくとも一つのフラップ部材と、
   弾性変形が可能な材質で形成され、内部に前記フラップ部材が収容されるチューブと、を含み、
   前記フラップ部材は、複数のフラップ部及び前記フラップ部の一側が連結される連結部を含み、
   前記チューブは、前記チューブの内部圧力の変化に応じて、前記複数のフラップ部に伝達される圧力を変更する、変形可能な可撓管。
2. 環状に形成され、前記可撓管の長手方向に順次配置される複数のリンク部材をさらに含み、
   前記フラップ部材は、前記リンク部材の外側に配置され、
   前記チューブは、前記フラップ部材の外側及び前記リンク部材の内側を覆うように形成される、請求項１に記載の変形可能な可撓管。
3. 前記リンク部材は、前記リンク部材の第１端側に設けられ、前記第１端に隣接する一つのリンク部材が連結される一対の第１ヒンジ部と、
   前記第１端と反対側である前記リンク部材の第２端側に設けられ、前記第２端に隣接する他の一つのリンク部材が連結される一対の第２ヒンジ部と、を含む、請求項２に記載の変形可能な可撓管。
4. 前記一対の第１ヒンジ部と前記一対の第２ヒンジ部は、円周方向に互いに９０度の角度の位置に設けられる、請求項３に記載の変形可能な可撓管。
5. 前記第１ヒンジ部は、円形に突出して、前記第２ヒンジ部に回転可能に設置されるヒンジ突起を含み、
   前記第２ヒンジ部は、円形で凹状に形成されて、前記ヒンジ突起が回転可能に設置されるヒンジ溝を含む、請求項３又は４に記載の変形可能な可撓管。
6. 前記少なくとも一つのフラップ部材は、隣接する二つのリンク部材を連結する前記第１ヒンジ部及び前記第２ヒンジ部を覆う一対のフラップ部材を含み、
   前記一対のフラップ部材は、前記フラップ部が第１方向に延びて、前記第１ヒンジ部及び前記第２ヒンジ部を覆う第１フラップ部材と、前記フラップ部が前記第１方向と反対の前記第２方向に延びて、前記第１ヒンジ部及び前記第２ヒンジ部を覆う第２フラップ部材と、を含む、請求項３乃至５のいずれか一項に記載の変形可能な可撓管。
7. 前記少なくとも一つのフラップ部材は、環状に形成され、前記複数のリンク部材の外周面にそれぞれ配置される複数のフラップ部材を含む、請求項２乃至６のいずれか一項に記載の変形可能な可撓管。
8. 前記少なくとも一つのフラップ部材は、螺旋状に曲げられ、管の形状を形成し、
   前記チューブは、前記螺旋状に曲げられた前記フラップ部材の外面及び内面を覆うように形成される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の変形可能な可撓管。
9. 前記フラップ部は、前記連結部から一側方に延びる、請求項８に記載の変形可能な可撓管。
10. 前記フラップ部は、前記連結部から両側方に延びる、請求項８に記載の変形可能な可撓管。
11. 前記フラップ部は、前記連結部から次第に狭くなる幅を有するように延びる、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の変形可能な可撓管。
12. 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の変形可能な可撓管と、
    前記可撓管を貫通して前記可撓管の先端にそれぞれ連結される複数のワイヤと、
    前記複数のワイヤにそれぞれ力を加えて、前記可撓管が曲げられるようにする複数のアクチュエータと、を含む、マニピュレータ。
13. 前記チューブ内に空気圧を伝達して、前記チューブ内の圧力を調節する空圧ポンプをさらに含む、請求項１２に記載のマニピュレータ。

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