JP2014534080A - 遠隔操作のための機械的遠隔操作装置 - Google Patents
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Abstract
Description
Claims (29)
- 遠隔操作するための機械的遠隔操作装置(5a、5b)であって、
複数のスレーブジョイント(16、17、18、19)により相互接続される複数のスレーブリンク(11、12、13、14)を有するスレーブ装置(10)と、
前記スレーブ装置(10)の遠位端に接続されるエンドエフェクタ(40)と、
複数のマスタージョイント(26、27、28、29)により相互接続される対応する数のマスターリンク(21、22、23、24)を有するマスター装置(20)と、
前記機械的遠隔操作装置を操作するための前記マスター装置(20)の遠位端に接続されるハンドル(30)と、
前記マスター装置(20)の各マスタージョイント(26、27、28、29)に与えられる運動が、前記スレーブ装置(10)の対応するスレーブジョイント(16、17、18、19)により再現されるように、前記スレーブ装置(10)を前記マスター装置(20)と運動学的に接続するように配置される第1の機械的伝達手段(61、62、63、64)と、
前記ハンドル(30)に与えられる運動が前記エンドエフェクタ(40)により再現されるように、前記エンドエフェクタ(40)を前記ハンドル(30)と運動学的に接続するように配置される第2の機械的伝達手段(65、66、67)と、
前記機械的遠隔操作装置(5a、5b)が作動される場合、前記スレーブ装置(10)の対応するスレーブリンク(14)が、遠隔操作部に近接する誘導される前記マスターリンク(24)の長手方向軸に平行な仮想軸(θ4)に沿って常に平行移動するように、前記マスター装置(20)の1つのマスターリンク(24)が、その長手方向軸(θ1)に沿って誘導されることを確保するように構成される機械的制限手段(32)と、
を備え、
前記機械的遠隔操作装置(5a、5b)が、前記マスター装置(20)の誘導される前記マスターリンク(24)を、その長手方向軸(θ1)周囲、ならびに第2の軸(θ2)および第3の軸(θ3)周囲で回転させることができるように構成され、誘導される前記マスターリンク(24)の長手方向軸(θ1)ならびに第2の軸(θ2)および第3の軸(θ3)が、誘導される前記マスターリンク(24)の配向とは独立して固定単一点(32’)において互いに常に交差し、前記マスターリンク(24)は、前記スレーブ装置(10)の対応するスレーブリンク(14)を、その長手方向軸(θ4)周囲、ならびに前記第2の軸(θ2)および第3の軸(θ3)のそれぞれに平行である第5の仮想軸(θ5)および第6の仮想軸(θ6)周囲で回転させることができ、前記対応するスレーブリンク(14)の長手方向軸(θ4)ならびに前記第5の仮想軸(θ5)および第6の仮想軸(θ6)が、遠隔操作部に近接する仮想の固定単一点(50)において互いに常に交差することを特徴とする、機械的遠隔操作装置(5a、5b)。 - 前記スレーブ装置(10)の複数の連結式のスレーブリンク(11、12、13、14)および対応するスレーブジョイント(16、17、18、19)により形成される鎖の運動学的モデルが、前記マスター装置(20)の複数の連結式のマスターリンク(21、22、23、24)および対応するマスタージョイント(26、27、28、29)により形成される鎖の運動学的モデルと同一であることを特徴とする、請求項1に記載の機械的遠隔操作装置(5a、5b)。
- 前記機械的遠隔操作装置(5a、5b)が作動される場合、前記スレーブ装置(10)の各々のスレーブリンク(11、12、13、14)および前記マスター装置(20)の対応するマスターリンク(21、22、23、24)が、実質的に互いに平行して移動するように前記第1の機械的伝達手段(61、62、63、64)が構成されることを特徴とする、請求項1または2に記載の機械的遠隔操作装置(5a、5b)。
- 前記エンドエフェクタ(40)が、エンドエフェクタジョイント(42、45、46)により相互接続される、少なくとも2つ、好ましくは3つの連結式のエンドエフェクタリンク(41、43、44)を備えること、および前記ハンドル(30)が、ハンドルジョイント(32、35、36)により相互接続される、対応する少なくとも2つ、好ましくは3つの対応する連結式のハンドルリンク(31、33、34)を備えることを特徴とする、請求項1、2または3に記載の機械的遠隔操作装置(5a、5b)。
- 前記エンドエフェクタ(40)の複数の連結式のエンドエフェクタリンク(41、43、44)および対応するエンドエフェクタジョイント(42、45、46)により形成される鎖の運動学的モデルが、前記ハンドル(30)の複数の連結式のハンドルリンク(31、33、34)および対応するハンドルジョイント(32、35、36)により形成される鎖の運動学的モデルと同一であることを特徴とする、請求項4に記載の機械的遠隔操作装置(5a、5b)。
- 前記機械的遠隔操作装置(5a、5b)が作動される場合、各々の連結式のエンドエフェクタリンク(41、43、44)および対応する連結式のハンドルリンク(31、33、34)が、実質的に互いに平行して移動するように、前記第2の機械的伝達手段(65、66、67)が構成されることを特徴とする、請求項4または5に記載の機械的遠隔操作装置(5a、5b)。
- 前記ハンドル(30)の各々のハンドルリンク(31、33、34)に与えられる運動の大きさが、各々のエンドエフェクタリンク(41、43、44)の長さと、対応するハンドルリンク(31、33、34)の長さとの比率に対応する第1の所定の縮尺比率にて前記エンドエフェクタ(40)の対応するエンドエフェクタリンク(41、43、44)により再現されることを特徴とする、請求項4、5または6に記載の機械的遠隔操作装置(5a、5b)。
- 前記機械的遠隔操作装置が作動される場合、前記マスター装置(20)の各々のマスターリンク(21、22、23、24)の運動の大きさが、各々のスレーブリンク(11、12、13、14)の長さと、対応するマスターリンク(21、22、23、24)の長さとの比率に対応する第2の所定の縮尺比率にて前記スレーブ装置(10)の対応するスレーブリンク(11、12、13、14)により再現されることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の機械的遠隔操作装置(5a、5b)。
- 前記第2の軸(θ2)および第3の軸(θ3)が実質的に互いに垂直であり、前記第5の仮想軸(θ5)および第6の仮想軸(θ6)が実質的に互いに垂直であることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載の機械的遠隔操作装置(5a、5b)。
- 前記スレーブ装置(10)および前記マスター装置(20)が、接続リンク(60)の配向と独立して固定点(32’)および対応する仮想固定点(50)と一直線に並んでいる、前記接続リンク(60)の長手方向軸周囲を回転するように構成される前記接続リンク(60)により一緒に接続されることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の機械的遠隔操作装置(5a、5b)。
- 前記マスター装置(20)が、前記接続リンク(60)と共に少なくとも4つの側部の実質的に多角形構造を形成するように配置される少なくとも3つのリンク(21、22、23、24)を備え、前記第2の軸(θ2)および第3の軸(θ3)のうちの1つが、前記多角形構造により規定される平面に対して実質的に垂直であることを特徴とする、請求項10に記載の機械的遠隔操作装置(5a、5b)。
- 前記マスター装置(20)の誘導されるマスターリンク(24)が、前記機械的遠隔操作装置(5a、5b)が作動される場合に存在する基準面(100)に対する方向において前記機械的制限手段(32)を通して延びるように配向され、前記機械的遠隔操作装置(5a、5b)のハンドル(30)が、前記接続リンク(60)の下で作動される前記マスター装置(20)の誘導されるマスターリンク(24)の一端に接続されることを特徴とする、請求項1〜11のいずれか一項に記載の機械的遠隔操作装置(5a、5b)。
- 前記スレーブ装置(10)および前記マスター装置(20)が所定の距離により互いから離れて分離すること、ならびに前記第1の機械的伝達手段(61、62、63、64)の一部が、前記スレーブ装置(10)の各々のスレーブジョイント(16、17、18、19)を、前記マスター装置(20)の対応するマスタージョイント(26、27、28、29)と運動学的に接続するために前記所定の距離に沿って配置されること、ならびに前記第2の機械的伝達手段(65、66、67)の一部が、前記エンドエフェクタ(40)の各々のエンドエフェクタジョイント(42、45、46)を、前記ハンドル(30)の対応するハンドルジョイント(32、35、36)と運動学的に接続するために前記所定の距離に沿って配置されることを特徴とする、請求項4に従属する場合、請求項1〜12のいずれか一項に記載の機械的遠隔操作装置(5a、5b)。
- 前記マスター装置(20)が、
前記機械的遠隔操作装置(5a、5b)が中立位置にある場合、一端にて第1のマスタージョイント(26)に接続され、上方に延び、他端にて第2のマスタージョイント(27)に接続される、接続リンク(60)に対して実質的に垂直である第1のマスターリンク(21)と、
一端にて前記第2のマスタージョイント(27)に接続され、他端にて第3のマスタージョイント(28)に接続されるように延びる第2のマスターリンク(22)と、
一端にて前記第3のマスタージョイント(28)に接続され、他端にて第4のマスタージョイント(29)に接続される第3のマスターリンク(23)と、
を備え、
誘導される前記マスターリンク(24)が、その長手方向軸(θ1)周囲で軸方向に回転でき、前記機械的制限手段(32)を通して接続リンク(60)を越えて下方に延びるように、誘導される前記マスターリンク(24)の一端が前記第4のマスタージョイント(29)に接続され、誘導される前記マスターリンク(24)の他端は、前記機械的遠隔操作装置(5a、5b)のハンドル(30)に接続されることを特徴とする、請求項10または11に従属する場合、請求項1〜13のいずれか一項に記載の機械的遠隔操作装置(5a、5b)。 - 前記機械的遠隔操作装置(5a、5b)のハンドル(30)が、第1のハンドルジョイント(32)を介して、誘導される前記マスターリンク(24)の一端に接続される第1のハンドルリンク(31)を備え、前記第1のハンドルリンク(31)の回転軸は、誘導される前記マスターリンク(24)の長手方向軸(θ1)と実質的に垂直であり、交差し、前記ハンドル(30)はさらに、互いに同軸上に取り付けられる第2のハンドルジョイント(35)および第3のハンドルジョイント(36)のそれぞれを介して前記第1のハンドルリンク(31)に接続される第2のハンドルリンク(33)および第3のハンドルリンク(34)を備えることを特徴とする、請求項14に記載の機械的遠隔操作装置(5a、5b)。
- 前記スレーブ装置(10)が、
接続リンク(60)の一端にて接続される第1のスレーブジョイント(16)と、
前記遠隔操作装置が中立位置にある場合、一端にて前記第1のスレーブジョイント(16)に接続され、上方に延び、前記接続リンク(60)に対して実質的に垂直であり、他端にて第2のスレーブジョイント(17)に接続される、第1のスリーブリンク(11)と、
一端にて前記第2のスレーブジョイント(17)に接続され、他端にて第3のスレーブジョイント(18)に接続されるように延びる第2のスレーブリンク(12)と、
一端にて前記第3のスレーブジョイント(18)および他端にて第4のスレーブジョイント(19)に接続される第3のスレーブリンク(13)と
を備え、
第4のスレーブリンク(14)が、その長手方向軸(θ4)周囲を軸方向に回転可能であり、実質的に下方に延びるように、前記第4のスレーブジョイント(19)が前記第4のスレーブリンク(14)に接続されることを特徴とする、請求項15に記載の機械的遠隔操作装置(5a、5b)。 - 前記エンドエフェクタ(40)が、第1のエンドエフェクタジョイント(42)を介して前記第4のスレーブリンク(14)の一端にて接続される第1のエンドエフェクタリンク(41)を備え、前記第1のエンドエフェクタリンク(41)の回転軸が、前記第4のスレーブリンク(14)の長手方向軸(θ4)に対して実質的に垂直であり、交差し、前記エンドエフェクタ(40)は、互いに同軸に取り付けられる第2のエンドエフェクタジョイント(45)および第3のエンドエフェクタジョイント(46)のそれぞれを介して前記第1のエンドエフェクタリンク(41)に接続される第2および第3のエンドエフェクタリンクまたはブレード(43、44)をさらに備えることを特徴とする、請求項16に記載の機械的遠隔操作装置(5a、5b)。
- 前記第1の機械的伝達手段が、
前記マスター装置(20)および前記スレーブ装置(10)が、前記接続リンク(60)の長手方向軸に沿って一緒に回転できるように、前記マスター装置(20)の近位マスタージョイント(25)を前記スレーブ装置(10)の近位スレーブジョイント(15)に運動学的に接続するように配置される第1の機械的伝達部(60)と、
前記マスター装置(20)の前記第1のマスタージョイント(26)に与えられる運動が、前記スレーブ装置(10)の第1のスレーブジョイント(16)により再現されるように、前記マスター装置(20)の前記第1のマスタージョイント(26)を前記スレーブ装置(10)の前記第1のスレーブジョイント(16)に運動学的に接続するように配置される第2の機械的伝達部(61)と、
前記マスター装置(20)の前記第2のマスタージョイント(27)に与えられる運動が、前記スレーブ装置(10)の前記第2のスレーブジョイント(17)により再現されるように、前記マスター装置(20)の前記第2のマスタージョイント(27)を前記スレーブ装置(10)の前記第2のスレーブジョイント(17)に運動学的に接続するように配置される第3の機械的伝達部(62)と、
前記マスター装置(20)の前記第3のマスタージョイント(28)に与えられる運動が、前記スレーブ装置(10)の前記第3のスレーブジョイント(18)により再現されるように、前記マスター装置(20)の第3のマスタージョイント(28)を前記スレーブ装置(10)の前記第3のスレーブジョイント(18)に運動学的に接続するように配置される第4の機械的伝達部(63)と、
前記マスター装置(20)の前記第4のマスタージョイント(29)に与えられる運動が、前記スレーブ装置(10)の前記第4のスレーブジョイント(19)により再現されるように、前記マスター装置(20)の第4のマスタージョイント(29)を前記スレーブ装置(10)の第4のスレーブジョイント(19)に運動学的に接続するように配置される第5の機械的伝達部(64)と、
を備えることを特徴とする、請求項17に記載の機械的遠隔操作装置(5a、5b)。 - 第2の機械的伝達手段が、
前記ハンドル(30)の第1のハンドルジョイント(32)を前記エンドエフェクタ(40)の第1のエンドエフェクタジョイント(42)に運動学的に接続するように配置される第6の機械的伝達部(65)と、
前記ハンドル(30)の第2のハンドルジョイント(35)を前記エンドエフェクタ(40)の第2のエンドエフェクタジョイント(45)に運動学的に接続するように配置される第7の機械的伝達部(66)と、
前記ハンドル(30)の第3のハンドルジョイント(36)を前記エンドエフェクタ(40)の第3のエンドエフェクタジョイント(46)に運動学的に接続するように配置される第8の機械的伝達部(67)と、
を備えることを特徴とする、請求項18に記載の機械的遠隔操作装置(5a、5b)。 - スレーブ装置(10)およびマスター装置(20)のそれぞれの複数のスレーブジョイントおよびマスタージョイントが、プーリおよび/またはピニオンにより作動されること、ならびに第1の機械的伝達手段および第2の機械的伝達手段が、前記マスター装置(20)の複数のマスタープーリおよび/またはピニオンの各々からの動きを、前記スレーブ装置(10)の対応するスレーブプーリまたはピニオンに伝達するように取り付けられる可撓性および/または剛性要素の1つの伝達ループまたは複数の伝達ループ(62、63、64、65、66、67)を備えることを特徴とする、請求項1〜19のいずれか一項に記載の機械的遠隔操作装置(5a、5b)。
- 少なくとも1つの伝達ループまたは複数の伝達ループ(61、62、63、64、65、66、67)が、ケーブル、ベルト、または鎖の形態であることを特徴とする、請求項20に記載の機械的遠隔操作装置(5a、5b)。
- 前記機械的遠隔操作装置が、複数のマスターおよびスレーブジョイント(16、17、18、19、26、27、28、29)に取り付けられるバネ(16a、17a、18a、26a、27a、28a)の形態または複数のマスターおよびスレーブリンク(12、13、14、15、21、22、23、24、25、60)に接続されるカウンターウェイト(16b、17b、18b、26b、27b、28b)の形態の重力補償手段を備えることを特徴とする、請求項1〜21のいずれか一項に記載の機械的遠隔操作装置。
- 外科医が前記ハンドル(30)を保持しない場合および前記機械的遠隔操作装置が起動位置にある場合、前記機械的遠隔操作装置が、前記機械的遠隔操作装置を固定構造にロックするためのロック手段を備えることを特徴とする、請求項1〜22のいずれか一項に記載の機械的遠隔操作装置。
- 好ましくはステーション(80)に互いに平行に取り付けられる少なくとも2つの機械的遠隔操作装置(5a、5b)を備える機械的マニピュレータであって、各々の機械的遠隔操作装置(5a、5b)が、請求項1〜23のいずれか一項に従って規定され、他方から独立して操作されるように構成される、機械的マニピュレータ。
- 請求項1〜23のいずれか一項に従って規定され、前記ステーション(80)に取り付けられ、2つの他の機械的遠隔操作装置(5a、5b)とは独立して操作するように構成される第3の機械的遠隔操作装置であって、前記第3の機械的遠隔操作装置の遠位端がカメラまたは支援ツールを受容するように構成されることを特徴とする、請求項24に記載の機械的マニピュレータ。
- 各々の機械的遠隔操作装置(5a、5b)が連結式支持構造(55)に取り付けられ、各々の支持構造(55)が、遠隔操作部に近接した仮想固定単一点(50)の方向に傾斜可能であるように前記ステーション(80)に接続されることを特徴とする、請求項24または25に記載の機械的マニピュレータ。
- 2つまたは3つの機械的遠隔操作装置(5a、5b)の各々が、前記機械的マニピュレータを運搬および小型にして保存できるように好ましくは基準面(100)に対して60°から90°の角度を形成するように側部に沿って傾斜するように前記ステーション(80)に回転可能に取り付けられることを特徴とする、請求項24、25または26のいずれか一項に記載の機械的マニピュレータ。
- 前記遠隔操作部の付近をモニタするように構成されるスクリーン(81)または任意の他の画像ディスプレイが前記ステーション(80)に設けられることを特徴とする、請求項24〜27のいずれか一項に記載の機械的マニピュレータ。
- 請求項1〜23のいずれか一項に記載の機械的遠隔操作装置(5a、5b)または請求項24〜28のいずれか一項に記載の機械的マニピュレータを備える、低侵襲外科的処置のための機械的遠隔操作手術装置であって、前記機械的遠隔操作手術装置は、患者に実施される外科的切開に一致して対応する仮想固定単一点(50)を位置決めするための調節手段を備える、機械的遠隔操作手術装置。
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