JP2018068613A - 腕支持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作業者の腕を支持するように構成された腕支持装置において、作業者の腕が載置される載置部を作業野に近づける際に、当該腕支持装置を構成する部位が作業野の物体と干渉するか否かを容易に確認可能とすること。【解決手段】腕支持装置１は、作業者の腕が載置されるように構成された透明な載置部１１と、複数の関節３１，３２，３３，３４，３５を有して前記載置部を移動可能に支持するように構成された支持部１２と、を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、作業者の腕を支持する腕支持装置に関する。

例えば脳神経外科手術等のように緻密な手作業が要求される作業では、作業者（例えば手術を行う医師）の腕を支持する腕支持装置が用いられる場合がある。このような腕支持装置としては、可動の多関節アームにおける先端に設けられたアームホルダに、医師の腕を載せて、腕の自重を加えながら当該アームホルダを腕に追従移動させる構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、特許文献１に記載の装置では、多関節アームを構成する複数の関節うちの、鉛直成分を含む軸回りにアームホルダを回動させる特定関節は、前記軸が前記腕の手首よりも肘側の位置を通るように設けられている。これは、作業者がアームホルダを作業野（例えば手術野）に近づけるときに、アームホルダの下方に設けられた前記特定関節が、作業野の物体と干渉するのを抑制するためである。なお、前記作業野の物体とは、例えば、手術野の身体や、その身体を固定するための治具等である。

特開２０１５−１３６５１６号公報

ところが、特許文献１に記載の装置では、特定関節の前記軸が手首よりも肘側の位置を通るように設けられているとはいえ、作業者によっては、アームホルダを作業野に近づける際、特定関節と作業野の物体とが干渉するのではないかといった不安を抱く場合がある。本発明は、こうした問題にかんがみてなされたものであり、作業者の腕が載置される載置部を作業野に近づける際に、当該腕支持装置を構成する部位が作業野の物体と干渉するか否かを容易に確認可能とする技術を提供することを目的としている。

本発明の腕支持装置は、作業者の腕を支持するように構成された腕支持装置（１）であって、載置部（１１１）と、支持部（１２）と、を備える。載置部は、前記腕が載置されるように構成され、透明に構成されている。また、支持部は、複数の関節（３１，３２，３３，３４，３５）を有し、前記載置部を移動可能に支持するように構成されている。

このような構成によれば、載置部が透明に構成されているため、その載置部を通して目視することにより、腕支持装置を構成する部位が作業野の物体と干渉するか否かを容易に確認することができる。ここで、「透明」とは、厳密な意味での透明に限るものではなく、目的とする効果を奏するのであれば厳密に透明でなくてもよい。

なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

第１実施形態の腕支持装置の外観を表す斜視図である。 その腕支持装置のリンク機構の構成を表す模式図である。 その腕支持装置のアームホルダ近傍の構成を表す分解斜視図である。 その腕支持装置の効果を表す模式図である。 第２実施形態の腕支持装置における凸部の構成を表す模式図である。 第３実施形態の腕支持装置における凸部の構成を表す模式図である。

以下、図面を参照しながら、発明を実施するための形態を説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
図１に示す第１実施形態の腕支持装置１は、手術を行う作業者としての医師Ｄの腕Ａを支持する装置である。なお、後述の図４に示すように、医師Ｄの腕Ａとは、具体的には前腕である。腕支持装置１は、医師Ｄの腕Ａが載置されるアームホルダ１１と、アームホルダ１１を移動可能に支持する多関節アーム１２と、を備える。

多関節アーム１２は、ベース部２１，肩部２２，第１腕部２３，第２腕部２４，及びホルダ支持部２５を備え、５自由度に構成されている。多関節アーム１２の全体を支持するベース部２１は、本体部２６の上面に固定されている。本体部２６は、キャスター２７により、例えば図２に模式的に示した床Ｆの上を移動可能に構成されている。肩部２２は、ベース部２１から鉛直方向上方に伸び、ベース部２１に対して鉛直軸回りに回動可能に構成されている。第１腕部２３は、一端が肩部２２の上端に水平軸回りに回動可能に接続されている。第２腕部２４は、一端が第１腕部２３の他端に水平軸回りに回動可能に接続されている。ホルダ支持部２５は、第２腕部２４の他端に水平軸回りに回動可能に接続され、その軸と直交する軸Ｊ回りに回動可能にアームホルダ１１を支持する。なお、図１に示すように、軸Ｊは、多くの場合鉛直方向に配置される。

図２に模式的に示すように、多関節アーム１２は、５つの関節３１，３２，３３，３４，３５を有している。本実施形態では、関節３１〜３５はいずれも回転関節である。具体的には、関節３１は、ベース部２１の上端に、肩部２２を鉛直軸回りに回転可能に接続する。なお、図２では、ベース部２１からキャスター２７に到る構成の全体を、ベース部２１として模式的に示している。

第１腕部２３の内部には、２本の棒材４１，４２が平行に維持された平行リンク機構４３が設けられている。その平行リンク機構４３における上側の棒材４１の一端が、関節３２を介して肩部２２の上端に水平軸回りに回動可能に接続されている。第２腕部２４の内部には、２本の棒材４５，４６が平行に維持された平行リンク機構４７が設けられている。その平行リンク機構４７における上側の棒材４５の一端が、棒材４１の他端に、関節３３を介して水平軸回りに回動可能に接続されている。棒材４５の他端には、水平軸回りに回転可能な関節３４とその関節３４とは回転軸が直交する関節３５とを介して、アームホルダ１１が接続されている。また、関節３５には、アームホルダ１１に加わる力を検出する力センサ４８が設けられている。

棒材４１は、関節３２を突き抜けて延びており、その先端部にカウンタウェイト５１が設けられている。このカウンタウェイト５１は、アームホルダ１１に腕Ａが載置された状態で関節３２回りに重力による力のモーメントが作用するのを抑制する。また、関節３２に接続された側の棒材４１，４２の一端を連結する棒材４９は、棒材４２よりも下方まで延びており、その先端にカウンタウェイト５２が設けられている。このカウンタウェイト５２は、平行リンク機構４３，４７を介して、アームホルダ１１に腕Ａが載置された状態で関節３４回りに重力による力のモーメントが作用するのを抑制する。なお、カウンタウェイト５２は、図１に示すように多関節アーム１２の外部に露出しているが、カウンタウェイト５１は、第１腕部２３の内部に隠れて外部からは見えない。カウンタウェイト５１は、第２腕部２３の筐体を構成する樹脂等によって、当該筐体と一体に構成されてもよい。

図２に戻って、関節３５を除いて、各関節３１，３２，３３，３４の全てには、当該関節３１，３２，３３，３４の機能を制限するブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａが設けられている。本実施形態では、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａとして、電磁ブレーキが用いられている。これにより、本実施形態では、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａによって、関節３１，３２，３３，３４の機能としての回転機能をロックすることができる。すなわち、腕支持装置１において、アームホルダ１１の移動をロックすることができる。また、これらの構成により、本実施形態では、ロックモードとフリーモードとが実現される。ロックモードとは、アームホルダ１１の移動をロックした動作モードである。フリークモードとは、アームホルダ１１の移動のロックを解除した動作モードである。

ロックモードは、固定されたアームホルダ１１の上に医師Ｄが腕Ａを載置する状態を想定した動作モードである。ロックモードでは、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａにより関節３１，３２，３３，３４が固定され、アームホルダ１１の移動が禁止（すなわち、位置が固定）される。ロックモードにおいては、医師Ｄがアームホルダ１１から腕Ａを外しても、アームホルダ１１の位置が固定されている。但し、関節３５にはブレーキがないため、ロックモードであっても、アームホルダ１１の角度は軸Ｊ回りに自由に調整することができる。

一方、フリーモードは、医師Ｄがアームホルダ１１を腕Ａに追従移動させる状態を想定した動作モードである。フリーモードでは、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａによる関節３１，３２，３３，３４の固定が解除され、アームホルダ１１を自由に動かすことができる。フリーモードにおいて、アームホルダ１１から腕Ａに加わる力は極めて小さく、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａの摺動抵抗も小さいので、医師Ｄは腕Ａにそれ程力を加えなくてもその腕Ａにアームホルダ１１を追従移動させることができる。ロックモードとフリーモードとの切換は、図１に示すペダル６０等に対する医師Ｄによる操作に応じてなされてもよく、腕Ａに加わる力を力センサ４８等にて検出することによって自動的になされてもよい。

図３に示すように、アームホルダ１１は、透明の高純度シリコン樹脂（すなわち、医療用シリコン）にて成形された樹脂部１１１と、金属にて成形された金属部１１２とを備える。樹脂部１１１は、腕支持部１１３と、肘位置規定部１１４と、平板部１１５とを備える。腕支持部１１３は、上方が開くように湾曲した断面Ｕ字形の形状に構成されている。肘位置規定部１１４は、腕支持部１１３に載置される腕Ａの長手方向（以下、腕軸方向）における肘側(以下、後方)に設けられ、上方にせり上がっている。この腕支持部１１３には、腕Ａの手首より肘側の部分が載置され、肘が肘位置規定部１１４に当接することによってその位置が規定される。また、平板部１１５は、腕支持部１１３よりも手首側(以下、前方)に連接され、腕支持部１１３の底面を平板状に延長して構成されている。

金属部１１２は、ＳＵＳ(すなわちステンレススチール)等によって構成され、外枠部１１６と、ナット支持部１１７と、網部１１８とを備える。外枠部１１６は、腕支持部１１３及び肘位置規定部１１４及び平板部１１５の全体を含めた樹脂部１１１の外形に沿って枠状に構成されている。ナット支持部１１７は、平板状に構成され、金属部１１２をホルダ支持部２５に装着するためのリユースナット１１９を下面に支持する。ナット支持部１１７は、外枠部１１６に架設されている。網部１１８は、外枠部１１６の強度を補償するように、外枠部１１６及びナット支持部１１７に網状に架設されている。

通常上向きに配置されるホルダ支持部２５の所定面には、関節３５を中心に回転する装着部３５１が設けられ、リユースナット１１９は、その装着部３５１に装着される。これにより、アームホルダ１１は関節３５を中心に回転可能となり、アームホルダ１１に腕Ａから加わる力は、ホルダ支持部２５の筐体内に設けられた力センサ４８により検出可能となる。

［１−２．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１Ａ）腕支持装置１が使用される場合、図４に例示するように、医師Ｄは、椅子等に腰掛けた状態で腕Ａをアームホルダ１１に載置する。その後、動作モードがフリーモードとされると、医師Ｄはアームホルダ１１を腕Ａに容易に追従移動させることができる。すなわち、カウンタウェイト５１，５２の作用により、アームホルダ１１に腕Ａが載置された状態で関節３２，３４回りに重力による力のモーメントが作用するのが抑制される。換言すれば、多関節アーム１２は、腕Ａの自重と同じ力でアームホルダ１１を腕Ａに圧接した状態で釣り合っている。

このため、アームホルダ１１は、前記圧接による摩擦抵抗で腕Ａに良好に追従移動する。また、前記釣り合いにより、腕Ａがアームホルダ１１に載置されているときにそのアームホルダ１１が重力の影響で予期せぬ動きをしたり、腕Ａにアームホルダ１１から余分な力が加わるのを抑制することができる。更に、腕Ａの肘は、肘位置規定部１１４によって位置が規定されるので、アームホルダ１１の腕軸方向(すなわち、前後方向)への移動が一層円滑に行える。

（１Ｂ）腕支持装置１では、樹脂部１１１が透明に構成されている。このため、その樹脂部１１１を通して目視することにより、腕支持装置１を構成する部位が作業野の物体と干渉するか否かを容易に確認することができる。

例えば、医師Ｄが脳外科手術を行う場合、患者の頭部Ｈは、図４に示すような治具２００により固定される場合がある。治具２００は、例えば特開平１１−４８３７号公報に記載のような周知のものであり、半円弧状の枠部２０１と、その枠部２０１に螺合された複数のピン２０２とを備える。枠部２０１は、頭部Ｈを囲む形状に構成され、ピン２０２は、それぞれ、枠部２０１の半径方向に進退可能に構成されている。枠部２０１で頭部Ｈを囲み、ピン２０２のそれぞれを頭部Ｈに当接させることによって、頭部Ｈが固定される。

この場合、ホルダ支持部２５がアームホルダ１１の下方に設けられているため、医師Ｄは、ホルダ支持部２５又はそのホルダ支持部２５に接続された第２腕部２４の端部（すなわち前記他端）が、治具２００と干渉するのではないかといった不安を抱く場合がある。

特に、軸Ｊが前方(すなわち指先側)にあると細かい作業に対するアームホルダ１１の操作性が向上するが、軸Ｊが前方にあるほど、腕Ａを頭部Ｈに近づける際に、ホルダ支持部２５と治具２００との干渉が気になるようになる。具体的には、手首のすぐ手前（すなわち、手首のすぐ後方）ぐらいに軸Ｊがあると作業しやすいという医師が多いが、アームホルダ１１が全体的に不透明な場合、軸Ｊがその位置にあるとホルダ支持部２５と治具２００との干渉が気になるという医師も多い。

これに対して、本実施形態では、アームホルダ１１を透明な樹脂部１１１と網状の金属部１１２とによって構成しているので、医師Ｄはホルダ支持部２５及び第２腕部２４及び治具２００を、アームホルダ１１を通して容易に目視することができる。従って、医師の安心感が格段に向上する。

（１Ｃ）シリコン樹脂にて構成された板状の樹脂部１１１は剛性が低いが、網状の金属部１１２によって補強されているので、腕Ａを支持するのに十分な剛性が得られる。しかも、樹脂部１１１を構成するシリコン樹脂も、金属部１１２を構成するＳＵＳも、いずれも蒸気滅菌して利用することができ、手術等に適した清潔さを実現するのも容易である。

（１Ｄ）金属部１２は、網状に構成されている。このため、医師Ｄが樹脂部１１１を介してホルダ支持部２５や治具２００を見る際の視認性が、金属部１２によって低下するのも抑制される。

［１−３．特許請求の範囲の要素との対応］
なお、前記第１実施形態において、樹脂部１１１が載置部に対応し、多関節アーム１２が支持部に対応する。

［２．第２実施形態］
［２−１．第１実施形態との相違点］
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

前述した第１実施形態では、腕Ａが載置される樹脂部１１１の表面は、図３に示すように全体的に平滑に構成されている。これに対し、第２実施形態では、樹脂部１１１における腕支持部１１３の表面に、図５に示すような凸部１１３Ａ，１１３Ｂを形成した点で、第１実施形態と相違する。

凸部１１３Ａは、腕支持部１１３の前寄りの位置に、前後方向に複数並んで樹脂部１１１と一体成形されている。複数の凸部１１３Ａは、それぞれ、後側が切り立って前側が比較的なだらかに傾斜している。このため、複数の凸部１１３Ａは、全体としての断面形状が鋸歯状となっている。

凸部１１３Ｂは、腕支持部１１３の後寄りの位置に、前後方向に複数並んで樹脂部１１１と一体成形されている。複数の凸部１１３Ｂは、それぞれ、前側が切り立って後側が比較的なだらかに傾斜している。このため、複数の凸部１１３Ｂは、全体としての断面形状が、凸部１１３Ａとは逆方向の鋸歯状となっている。

［２−２．効果］
以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１Ａ）〜（１Ｄ）に加え、以下の効果が得られる。

（２Ａ）凸部１１３Ａは、腕Ａが図５における矢印Ａ方向(すなわち前方)へ移動する際に、その腕Ａに係合する。また、医師Ｄが腕Ａを前方に移動させる際には、同時に、腕Ａの前方部分(すなわち手首側)を下方に押圧するような力を加える。このため、凸部１１３Ａは、腕Ａが前方へ移動する際に、その腕Ａに良好に係合して滑り止めとして機能し、アームホルダ１１が腕Ａに追従移動するのを助ける。

同様に、凸部１１３Ｂは、腕Ａが図５における矢印Ｂ方向(すなわち後方)へ移動する際に、その腕Ａに係合する。また、医師Ｄが腕Ａを後方に移動させる際には、同時に、腕Ａの後方部分(すなわち肘側)を下方に押圧するような力を加える。このため、凸部１１３Ｂは、腕Ａが後方へ移動する際に、その腕Ａに良好に係合して滑り止めとして機能し、アームホルダ１１が腕Ａに追従移動するのを助ける。よって、本実施形態では、腕Ａの前後方向の移動に対してアームホルダ１１を一層良好に追従移動させることができる。

［３．第３実施形態］
［３−１．第１実施形態との相違点］
第３実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

前述した第１実施形態では、腕Ａが載置される樹脂部１１１の表面は、図３に示すように全体的に平滑に構成されている。これに対し、第３実施形態では、樹脂部１１１における腕支持部１１３の表面に、図６に示すような凸部１１３Ｃを形成した点で、第１実施形態と相違する。

凸部１１３Ｃは、腕支持部１１３の前後方向中央部分に、前後方向に複数並んで樹脂部１１１と一体成形されている。複数の凸部１１３Ｃは、それぞれ、前後方向に対して対象な断面半円状に構成されている。

［３−２．効果］
以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１Ａ）〜（１Ｃ）に加え、以下の効果が得られる。

（３Ａ）凸部１１３Ｃは、腕Ａが図６における矢印Ａ方向(すなわち前方)へ移動する際にも、腕Ａが図６における矢印Ｂ方向(すなわち後方)へ移動する際にも、その腕Ａに係合する。このため、凸部１１３Ｃは、腕Ａが前方へ移動する際にも後方へ移動する際にも、その腕Ａに良好に係合して滑り止めとして機能し、アームホルダ１１が腕Ａに追従移動するのを助ける。よって、本実施形態では、第１実施形態に比べて、腕Ａの前後方向の移動に対してアームホルダ１１を一層良好に追従移動させることができる。

［４．他の実施形態］
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（４Ａ）前記各実施形態では、腕Ａの自重と同じ力でアームホルダ１１を腕Ａに圧接させることによって、アームホルダ１１を腕Ａに追従移動させているが、これに限定されるものではない。例えば、医師Ｄが腕Ａをアームホルダ１１に意図的に(すなわち、腕Ａの自重より大きい力で)押し付けることによって、アームホルダ１１を腕Ａに追従移動させてもよい。また、腕Ａをバンド等によってアームホルダ１１に固定することによって、そのアームホルダ１１を腕Ａに追従移動させてもよい。

（４Ｂ）前記各実施形態では、ペダル６０等に対する医師Ｄによる操作、又は、腕Ａに加わる力の検出結果に応じて、ロックモードとフリーモードとの切換がなされたが、これに限定されるものではない。例えば、ロックモードとフリーモードとの切換は、アームホルダ１１に設けられた図示しないレバー等の操作によってなされてもよい。

（４Ｃ）前記各実施形態では、載置部としての樹脂部１１１をシリコン樹脂によって構成したが、載置部を構成する材料はこれに限定されるものではない。例えば、載置部は、他の透明樹脂やガラス等によって構成されてもよい。また、「透明」とは、厳密な意味での透明に限るものではなく、目的とする効果を奏するのであれば厳密に透明でなくてもよい。例えば、前述の例であれば、医師Ｄが治具２００を容易に目視できるのであれば、載置部は半透明であってもよい。また、載置部が他の透明樹脂やガラス等によって構成された場合、補強用の金属部は省略できる場合がある。また、金属部の形状は、目的とする効果、すなわち、医師Ｄが治具２００を容易に目視できる等の効果を奏するのであれば、網状以外の形状に構成されてもよい。

（４Ｄ）前記各実施形態では、アームホルダ１１の下方に関節３５が設けられているが、これに限定されるものではない。アームホルダ１１の下方に関節３５やホルダ支持部２５が設けられていない場合であっても、樹脂部１１１等の載置部を透明にすることにより、当該載置部の下面やその他の腕支持装置の部位が作業野の物体と干渉するか否かを良好に確認することができる。

（４Ｅ）前記各実施形態では、本発明を手術用の腕支持装置に適用しているが、これに限定されるものではない。本発明は、手術用の腕支持装置以外にも、例えば精密機械製造用の腕支持装置等、種々の分野に適用することができる。

（４Ｆ）前記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、前記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、前記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の前記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

１…腕支持装置 １１…アームホルダ
１２…多関節アーム ２４…第２腕部
２５…ホルダ支持部 ３１，３２，３３，３４，３５…関節
１１１…樹脂部 １１２…金属部
１１３…腕支持部 １１３Ａ，１１３Ｂ，１１３Ｃ…凸部
１１９…リユースナット ３５１…装着部
Ａ…腕 Ｄ…医師

Claims (6)

1. 作業者の腕を支持するように構成された腕支持装置（１）であって、
   前記腕が載置されるように構成された透明な載置部（１１１）と、
   複数の関節（３１，３２，３３，３４，３５）を有し、前記載置部を移動可能に支持するように構成された支持部（１２）と、
   を備えた腕支持装置。
2. 請求項１に記載の腕支持装置であって、
   前記載置部は、透明な樹脂によって、湾曲した板状に構成され、
   前記載置部の下面に、補強用の金属部（１１２）を備えた腕支持装置。
3. 請求項２に記載の腕支持装置であって、
   前記金属部は、網状に構成されている腕支持装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の腕支持装置であって、
   前記複数の関節のうちの一つは、前記載置部の下方に設けられている腕支持装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の腕支持装置であって、
   前記載置部における前記腕を支持する側の面に、前記腕に対して滑り止めとして機能するように構成された凸部（１１３Ａ，１１３Ｂ，１１３Ｃ）を備えた腕支持装置。
6. 請求項５に記載の腕支持装置であって、
   前記載置部における前記腕の指先側に設けられた前記凸部（１１３Ａ）は、前記腕の指先方向への移動に対する滑り止めとして機能する形状を有し、
   前記載置部における前記腕の肘側に設けられた前記凸部（１１３Ｂ）は、前記腕の肘方向への移動に対する滑り止めとして機能する形状を有する腕支持装置。

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