JP2020044216A - Wire-driven manipulator device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はワイヤ駆動マニピュレータ装置たとえば鉗子マニピュレータ装置に関する。 The present invention relates to a wire-driven manipulator device, for example, a forceps manipulator device.
一般に、外科手術たとえば腹腔鏡手術、ロボット遠隔操作による手術においては、力情報を術者にフィードバックして高度な手術を実現する必要がある。力情報としては、
臓器の弾力等の接触力、縫合時の縫合糸の張力等の鉗子先端に加えられた外力、
血管等の組織を掴んだ際の鉗子グリッパの把持力
がある。
2. Description of the Related Art Generally, in a surgical operation such as a laparoscopic operation and an operation by remote operation of a robot, it is necessary to feed back force information to an operator to realize an advanced operation. As force information,
Contact force such as elasticity of the organ, external force applied to the forceps tip such as suture tension at the time of suturing,
There is a grasping force of the forceps gripper when grasping a tissue such as a blood vessel.
従来の鉗子マニピュレータ装置は、関節、関節によって連結されるパイプ、関節を駆動するためのワイヤ、及び関節又はパイプの一端に接続された鉗子によって構成されている(参照:特許文献1)。このような鉗子マニピュレータ装置においては、上述の鉗子先端に加えられた外力や鉗子グリッパの把持力を計測して術者に力覚提示することが行われる。 A conventional forceps manipulator device includes a joint, a pipe connected by the joint, a wire for driving the joint, and a forceps connected to one end of the joint or the pipe (see Patent Document 1). In such a forceps manipulator device, a force sense is presented to an operator by measuring the external force applied to the tip of the forceps and the gripping force of the forceps gripper.
力覚提示を行う従来の鉗子マニピュレータ装置においては、パイプの体外部分に力センサとしての空気圧アクチュエータを接続している(参照:特許文献2)。これにより、鉗子に加えられた外力を空気圧アクチュエータによって鉗子先端に加えられた外力として計測する。 In a conventional forceps manipulator device for presenting a force sense, a pneumatic actuator as a force sensor is connected to an extracorporeal portion of a pipe (see Patent Document 2). Thereby, the external force applied to the forceps is measured as the external force applied to the forceps tip by the pneumatic actuator.
しかしながら、上述の従来の鉗子マニピュレータ装置においては、空気圧アクチュエータをパイプの体外部分に接続しているので、計測されるパイプに加えられた外力は手術時に体腔内に挿入される管つまりトロカール等の摩擦を受けるので、鉗子に加えられた外力は鉗子先端に加えられた外力を正確に反映していないという課題がある。 However, in the above-mentioned conventional forceps manipulator device, since the pneumatic actuator is connected to the extracorporeal portion of the pipe, the external force applied to the pipe to be measured causes friction of the tube inserted into the body cavity at the time of surgery, that is, a trocar or the like. Therefore, there is a problem that the external force applied to the forceps does not accurately reflect the external force applied to the tip of the forceps.
また、鉗子グリッパの把持力を上述の空気圧アクチュエータを用いて計測した場合にも同様の課題がある。 There is also a similar problem when the gripping force of the forceps gripper is measured using the above-described pneumatic actuator.
上述の課題を解決するために、本発明に係るワイヤ駆動マニピュレータ装置は、少なくとも1つの関節と、関節によって連結される少なくとも1つのパイプと、パイプ内に配設され、関節を駆動するためのワイヤと、ワイヤに振動を与えるためのワイヤ振動印加手段と、ワイヤ振動印加手段によって振動されたワイヤの振動周波数を検出するための周波数検出手段と、周波数検出手段によって検出された振動周波数からワイヤのワイヤ張力を演算するための制御ユニットとを具備するものである。 In order to solve the above-mentioned problems, a wire-driven manipulator device according to the present invention includes at least one joint, at least one pipe connected by the joint, and a wire disposed in the pipe for driving the joint. A wire vibration applying means for applying vibration to the wire, a frequency detecting means for detecting a vibration frequency of the wire vibrated by the wire vibration applying means, and a wire of the wire from the vibration frequency detected by the frequency detecting means. And a control unit for calculating the tension.
本発明によれば、トロカール等の摩擦の影響を受けないので、マニピュレータ先端に加えられた外力及びグリッパの把持力を正確に把握できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, since it is not affected by the friction of a trocar etc., the external force applied to the manipulator front-end | tip and the gripping force of a gripper can be grasped correctly.
図1は本発明の原理としてのワイヤ張力T(N)とワイヤ周波数f(Hz)との関係を示すグラフである。一般に、ワイヤを2点間に張力T(N)で張らして発生する音声振動の振る舞いの周波数f(Hz)は弦理論によって次式(1)で表すことができる。
f=(n/2L)√(T/ρ) (1)
但し、Lはワイヤの長さ(m)
ρはワイヤの線密度(kg/m)
nは振動モード次数
L=0.213m、ρ=0.5×10−3kg/m、n=1とした場合の式(1)による理論値frは図1の実線で示すごとくであり、ワイヤに張力5.3N、…を与えたときにマイクロフォンによって採取した実験値として音声振動のワイヤ周波数fe1、fe2、…は理論値frとほぼ完全に一致した。従って、音声振動のワイヤ周波数を計測すれば式(1)の逆関数を用いてワイヤ張力を得ることができる。
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the wire tension T (N) and the wire frequency f (Hz) as the principle of the present invention. In general, the frequency f (Hz) of the behavior of voice vibration generated when a wire is stretched between two points by a tension T (N) can be expressed by the following equation (1) according to string theory.
f = (n / 2L) √ (T / ρ) (1)
Where L is the length of the wire (m)
ρ is the linear density of the wire (kg / m)
n vibration mode order L = 0.213m, ρ = 0.5 × 10 -3 kg / m, the theoretical value f r according to equation (1) in case of n = 1 is the as shown by the solid line in FIG. 1 , wire tension 5.3 N, voice vibration ... as experimental values collected by the microphone when given wire frequency f e1, f e2, ... almost completely match the theoretical value f r. Therefore, if the wire frequency of the voice vibration is measured, the wire tension can be obtained using the inverse function of the equation (1).
図2は本発明に係る鉗子マニピュレータ装置の第1の実施の形態を示す図である。 FIG. 2 is a view showing a forceps manipulator device according to a first embodiment of the present invention.
図2において、鉗子マニピュレータ装置は、2自由度鉗子型であって、外径8mm程度、内径6mm程度の金属たとえばステンレス製のパイプ1と、パイプ1に連結され、スラスト軸(又はユニバーサルジョイント)によって構成され、θ方向、φ方向の2方向に駆動する関節2と、関節2のパイプ1の反対側に鉗子リンク3を介して接続された鉗子グリッパ4とによって構成されている。パイプ1内外には、関節2を駆動させるための素線径0.04mm程度のワイヤW1、W2、W3、W4及び鉗子グリッパ4を駆動させるための素線径0.04mm程度のワイヤW5、W6が配設されている。この場合、拮抗駆動されるワイヤW1、W2は関節2において接続され、関節2をθ方向に駆動させる。また、拮抗駆動されるワイヤW3、W4は関節2において接続され、関節2をφ方向に駆動させる。さらに、拮抗駆動されるワイヤW5、W6は鉗子グリッパ4において接続され、鉗子グリッパ4を開閉する。
In FIG. 2, the forceps manipulator device is a two-degree-of-freedom forceps type, and is made of a metal, for example, a
パイプ1内の中心部には、ワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6に振動を与えるための高さ1mm程度の突起(ピン)5aを有する金属たとえばステンレス製の外径3mm程度のシャフト5を設ける。この場合、シャフト5が回転したときに、突起5aはワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6に接触できる位置に設けられている。
A shaft having a protrusion (pin) 5a having a height of about 1 mm for giving vibration to the wires W1, W2, W3, W4, W5, W6 is provided at a central portion in the
パイプ1の非鉗子側には、基台6が設けられ、基台6内にワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6を駆動するためのアクチュエータ(モータを含む)61−1、61−2、61−3、61−4、61−5、61−6が設けられ、また、シャフト5を駆動するためのアクチュエータ(モータ)62が設けられる。この場合、シャフト5は基台6内をも通過する。さらに、基台6の内部にパイプ1のワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6の音声振動を入力するためのマイクロフォン7を設ける。アクチュエータ61−1、61−2、61−3、61−4、61−5、61−6、62及びマイクロフォン7はマイクロコンピュータ等によって構成される制御ユニット8に接続される。尚、マイクロフォン7は音声振動を計測するので、パイプ1内に電気配線を必要とせず、また、ワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6に対してマイクロフォン7は1つでよい。
A
図3は図2の鉗子マニピュレータ装置の拡大図であって、(A)は縦断面図、(B)は(A)のB−B線断面図、(C)は(A)の突起の拡大斜視図である。 3 is an enlarged view of the forceps manipulator device of FIG. 2, wherein (A) is a longitudinal sectional view, (B) is a sectional view taken along line BB of (A), and (C) is an enlarged view of the projection of (A). It is a perspective view.
図3に示すように、ワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6はベアリング固定部材1aの穴から基台6内のプーリ63−1、63−2、63−3、63−4、63−5、63−6を介してアクチュエータ(モータ)61−1、61−2、61−3、61−4、61−5、61−6によって巻取られ又は弛められる。この場合、プーリ63−1、63−2、63−3、63−4、63−5、63−6はワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6の固定端として作用する。他方、ワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6を通すためのベアリング固定部材1aの穴の直径はワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6の直径より十分大きく、従って、ベアリング固定部材1aはワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6の振動に干渉しない。これにより、突起5aによるワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6の振動はプーリ63−1、63−2、63−3、63−4、63−5と関節2との間で閉じ込まれて弦振動する。
As shown in FIG. 3, the wires W1, W2, W3, W4, W5 and W6 are pulled from the holes of the
シャフト5は、回転し易くするために、パイプ1の鉗子リンク3側に設けられたワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6を通過させるベアリング固定部材1aにフランジ付ベアリング1bによって回転可能に支持され、他方、基台6内に設けられたワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6を通過させるベアリング固定部材6aにベアリング6bによって支持される。また、パイプ1は基台6のパイプ固定部材6cに支持される。たとえば、図4に示すように、シャフト5はフランジ付ベアリング1bを挿入した上でベアリング固定部材1aに挿入される。
The
また、図3の(C)に示すように、突起5aは、ワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6を巻き込まずに回転しかつワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6に緩やかに接触するために円弧断面形状にする。この場合、突起5aの材料としては、加工し易くかつ耐衝撃性の樹脂たとえばアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン重合体(ABS)樹脂を用い、ステンレス製のシャフト5に形成された溝に嵌め込み、接着剤によって固定する。
In addition, as shown in FIG. 3C, the
図5は図3の関節近傍の分解斜視図である。 FIG. 5 is an exploded perspective view of the vicinity of the joint in FIG.
図5に示すように、関節2は拮抗駆動されるワイヤW1、W2が1本のワイヤとして巻回されるプーリ2a及び拮抗駆動されるワイヤW3、W4が1本のワイヤとして巻回されるプーリ2bよりなり、θ方向、φ方向の2方向に回転するスラスト形関節(又はユニバーサルジョイント)を構成する。 As shown in FIG. 5, the joint 2 has a pulley 2a in which wires W1 and W2 driven antagonistically are wound as one wire and a pulley in which wires W3 and W4 driven antagonistically are wound as one wire. 2b, and constitutes a thrust joint (or a universal joint) that rotates in two directions, the θ direction and the φ direction.
関節2部分の組立ては、鉗子リンク3のサポータ部にプーリ2bを固定したフレーム2cを挿入し、平行ピン2dによってプーリ2bを回転可能に支持する。そして、ワイヤW3、W4(図示せず)をプーリ2bに通す。次に、プーリ2aを回転可能に支持したハンド2eをフレーム2cに固定することによりプーリ2aはパイプ1の先端部に回転可能に挿入される。このとき、ワイヤW1、W2をプーリ2aに通す。尚、図示しないが、鉗子グリッパ4用のワイヤW5、W6(図示せず)は予め通しておく。
To assemble the joint 2, the frame 2c to which the pulley 2b is fixed is inserted into the supporter portion of the forceps link 3, and the pulley 2b is rotatably supported by the parallel pin 2d. Then, the wires W3 and W4 (not shown) are passed through the pulley 2b. Next, the pulley 2a is rotatably inserted into the tip of the
図2の制御ユニット8の動作を図6を参照して説明する。
The operation of the
始めに、ステップ601にてアクチュエータ(モータ)61−1、61−2、61−3、61−4、61−5、61−6を初期設定する。この結果、各ワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6のワイヤ張力は初期設定される。
First, in
次に、ステップ602にて、アクチュエータ(モータ)62の回転角度を制御することによってシャフト5を駆動する。この場合、アクチュエータ(モータ)62の回転速度の周波数は各ワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6の音声振動の周波数f1、f2、f3、f4、f5、f6より十分小さく設定される。これにより、各ワイヤの加振と次の加振との間のワイヤの自由振動状態がサンプリングされるようにする。
Next, in
次に、ステップ603にて、シャフト5の回転角度に同期してワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6が発生する各音声振動をマイクロフォン7からサンプリングする。このとき、各ワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6毎に音声振動の周波数f1、f2、f3、f4、f5、f6を高速フーリエ変換(FFT)等を用いて演算し、各周波数f1、f2、f3、f4、f5、f6から式(1)の逆関数を用いて各ワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6のワイヤ張力T1、T2、T3、T4、T5、T6を演算する。
Next, in
次に、ステップ604にて、関節2のワイヤW1、W2による発生トルクτ1を、
τ1=r1(T1−T2) (2)
但し、r1はワイヤW1、W2に対する関節2のプーリ2aの半径
を演算する。また、関節2のワイヤW3、W4による発生トルクτ2を
τ2=r2(T3−T4) (3)
但し、r2はワイヤW3、W4に対する関節2のプーリ2bの半径
を演算する。さらに、鉗子グリッパ4の把持力τ3を、
τ3=r3(T5−T6) (4)
但し、r3はワイヤW5、W6に対する鉗子グリッパ4のプーリ(図示せず)の半径
を演算する。
Next, in
τ 1 = r 1 (T 1 −T 2 ) (2)
However, r 1 calculates the radius of the pulley 2a of the joint 2 relative to the wires W1, W2. Further, the generated torque tau 2 by wire W3, W4 of the joint 2 τ 2 = r 2 (T 3 -T 4) (3)
However, r 2 calculates the radius of the pulley 2b of the joint 2 relative to the wires W3, W4. Further, the gripping force τ 3 of the
τ 3 = r 3 (T 5 −T 6 ) (4)
However, r 3 calculates the radius of the pulley of the
次に、ステップ605にて、鉗子グリッパ4の先端に加えられた外力ベクトルFを次式に基づいて演算する。
F=J−Tτ (5)
但し、τはトルクベクトル(τ1、τ2)
Jは2×2のヤコビ行列
J−TはJの逆行列
である。一般に、ヤコビ行列は関節2の回転角つまり鉗子グリッパ4の方向であり、アクチュエータ(モータ)61−5、61−6のワイヤW5、W6に対する鉗子リンク3の回転角度で決定される。
Next, in
F = J − Tτ (5)
Where τ is the torque vector (τ 1 , τ 2 )
J is a 2 × 2 Jacobi matrix J− T is the inverse matrix of J. Generally, the Jacobian matrix is the rotation angle of the joint 2, that is, the direction of the
最後に、術者によってアクチュエータ(モータ)61−1、61−2、61−3、61−4、61−5、61−6が再設定され、ステップ602〜605のフローが繰返される。
Finally, the operators (motors) 61-1, 61-2, 61-3, 61-4, 61-5, 61-6 are reset by the operator, and the flow of
図7は本発明に係る鉗子マニピュレータ装置の第2の実施の形態を説明するための図である。 FIG. 7 is a view for explaining a forceps manipulator device according to a second embodiment of the present invention.
図7においては、図2の突起5aを有するシャフト5の代りに、パイプ1の内側に突起11aを有するステンレス製の厚さ1mm程度の内パイプ11を設け、内パイプ11を回転駆動するためのアクチュエータ(モータ)62’及びベルト62”を基台6内の内パイプ11の端部に設ける。この場合、内パイプ11はパイプ1より短く、突起11aはパイプ1内の内パイプ11の内側かつ先端側に設けられると共に、内パイプ11が回転したときに突起11aはワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6に接触できる位置に設けられている。尚、突起11aも第1の実施の形態の突起5aと同一形状、同一材料とする。
In FIG. 7, instead of the
図7の鉗子マニピュレータ装置の制御ユニット8も、図6のフローチャートに従って動作する。
The
図2に示す第1の実施の形態及び図7に示す第2の実施の形態においては、ワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6のワイヤ振動印加手段である突起5a、11aを有するシャフト5、内パイプ11はパイプ1内に設けられている。このため、ワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6の振動部分は比較的長くなる。この結果、ワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6の発生する音声振動の周波数が小さくなり、つまり、低周波数化してノイズの帯域と重複する可能性がある。このため、以下の第3、第4の実施の形態においては、ワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6に対する突起を有するワイヤ振動印加手段をパイプ1を固定する基台に設け、ワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6の振動部分を短くすることによりワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6が発生する音声振動の周波数をより大きくし、ノイズの帯域に重複しないようにする。
In the first embodiment shown in FIG. 2 and the second embodiment shown in FIG. 7, a
図8は本発明に係る鉗子マニピュレータ装置の第3の実施の形態を説明するための図である。 FIG. 8 is a view for explaining a forceps manipulator device according to a third embodiment of the present invention.
図8においては、図7の内パイプ11より短い内パイプ11’を基台6内に設け、内パイプ11’の突起11’aを基台6内のパイプ1の延長上に設ける。
In FIG. 8, an inner pipe 11 'shorter than the
図8の鉗子マニピュレータ装置においては、突起11’aによるワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6の振動を基台6内に閉じ込める必要がある。このため、たとえば、図9の(A)に示すごとく、ワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6の突起11’aの両側の基台6の固定部材6a’、6c’を固定端とする(参照:図10の部材6a、6c相当)。また、図9の(B)に示すごとく、ワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6の突起11’aの両側に固定端としてのプーリ63−1−a’、63−1−b’を設ける(参照:図11のプーリ63−1−a、63−2−a、63−3−a、63−4−a、63−5−a、63−6−a;63−1−b、63−2−b、63−3−b、63−4−b、63−5−b、63−6−b相当)。さらに、図9の(C)、(D)に示すごとく、ワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6の突起11’aの一方側の固定部材を固定端とし、突起11’aの他方側に固定端としてのプーリを設ける。これにより、突起11’aによるワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6の振動は2つの固定端の間に閉じ込められて弦振動する。尚、固定端をなす固定部材とは、後述のごとく、固定部材の穴の直径がワイヤの直径より僅かに大きい程度の場合である。
In the forceps manipulator device of FIG. 8, it is necessary to confine the vibrations of the wires W1, W2, W3, W4, W5, W6 caused by the protrusions 11'a in the
図10は本発明に係る鉗子マニピュレータ装置の第4の実施の形態を説明するための図である。 FIG. 10 is a view for explaining a forceps manipulator device according to a fourth embodiment of the present invention.
図10においては、図2の突起5aを有するパイプ1内のシャフト5の代りに、突起5’aを有するシャフト5’を基台6内に設ける。シャフト5’は基台6のベアリング固定部材6aのベアリング6bに回転可能に支持される。また、基台6のパイプ固定部材6cはパイプ1の内側にフランジ付ベアリング6dを固定し、シャフト5’はフランジ付ベアリング6dによって回転可能に支持される。尚、シャフト5’はパイプ1内に存在しない。この場合も、シャフト5’が回転したときに突起5’aはワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6に接触できる位置に設けられている。尚、突起5’aも第1の実施の形態の突起5aと同一形状、同一材料とする。
10, a shaft 5 'having a projection 5'a is provided in a
図10においては、ワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6を通すためのパイプ固定部材6cの穴の直径はワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6の直径より僅かに大きい程であり、従って、パイプ固定部材6cはワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6の固定端として作用する。同様に、ワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6を通すためのベアリング固定部材6aの穴の直径はワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6の直径より僅かに大きい程であり、従って、ベアリング固定部材6aもワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6の固定端として作用する。これにより、ワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6の振動はパイプ固定部材6cとベアリング固定部材6aとの間で閉じ込められて弦振動する。 In FIG. 10, the diameter of the hole of the pipe fixing member 6c for passing the wires W1, W2, W3, W4, W5, W6 is slightly larger than the diameter of the wires W1, W2, W3, W4, W5, W6. Yes, therefore, the pipe fixing member 6c acts as a fixed end of the wires W1, W2, W3, W4, W5, W6. Similarly, the diameter of the hole of the bearing fixing member 6a for passing the wires W1, W2, W3, W4, W5, W6 is slightly larger than the diameter of the wires W1, W2, W3, W4, W5, W6, Therefore, the bearing fixing member 6a also functions as a fixed end of the wires W1, W2, W3, W4, W5, W6. Thereby, the vibrations of the wires W1, W2, W3, W4, W5, W6 are confined between the pipe fixing member 6c and the bearing fixing member 6a, and the strings vibrate.
図10の鉗子マニピュレータ装置の制御ユニット(図示せず)も、図6のフローチャートに従って動作する。 The control unit (not shown) of the forceps manipulator device of FIG. 10 also operates according to the flowchart of FIG.
図11は図10の鉗子マニピュレータ装置の変更例を示す図である。 FIG. 11 is a view showing a modified example of the forceps manipulator device of FIG.
図11においては、ワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6を通すためのパイプ固定部材6cの穴の直径はワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6の直径より十分大きく、従って、パイプ固定部材6cはワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6の振動に干渉しない。つまり、振動はベアリング固定部材6cを介して散逸する。同様に、ワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6を通すためのベアリング固定部材6aの穴の直径はワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6の直径より十分大きく、従って、ベアリング固定部材6aもワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6の振動に干渉しない。つまり、振動はベアリング固定部材6aを介して散逸する。このため、基台6内にワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6の振動を基台6内に閉じ込めさせるために、プーリ63−1−a、63−1−b;63−2−a、63−2−b;63−3−a、63−3−b;63−4−a、63−4−b;63−5−a、63−5−b;63−6−a、63−6−bを設ける。この結果、プーリ63−1−a、63−2−a、63−3−a、63−4−a、63−5−a、63−6−aはワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6の固定端として作用し、同様に、プーリ63−1−b、63−2−b、63−3−b、63−4−b、63−5−b、63−6−bもワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6の固定端として作用する。これにより、ワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6の振動はプーリ63−1−a、63−2−a、63−3−a、63−4−a、63−5−a、63−6−aとプーリ63−1−b、63−2−b、63−3−b、63−4−b、63−5−b、63−6−bとの間に閉じ込められて弦振動する。
In FIG. 11, the diameter of the hole of the pipe fixing member 6c for passing the wires W1, W2, W3, W4, W5, W6 is sufficiently larger than the diameter of the wires W1, W2, W3, W4, W5, W6. The pipe fixing member 6c does not interfere with the vibration of the wires W1, W2, W3, W4, W5, W6. That is, the vibration is dissipated through the bearing fixing member 6c. Similarly, the diameter of the hole of the bearing fixing member 6a for passing the wires W1, W2, W3, W4, W5, W6 is sufficiently larger than the diameter of the wires W1, W2, W3, W4, W5, W6, and therefore, the bearing fixing. The member 6a does not interfere with the vibration of the wires W1, W2, W3, W4, W5, W6. That is, the vibration is dissipated through the bearing fixing member 6a. For this reason, in order to confine the vibrations of the wires W1, W2, W3, W4, W5, and W6 in the
尚、図10、図11においては、突起5’aを含むワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6の両側に固定端としての固定部材又はプーリを設けているが、突起5’aを含むワイヤW1、W2、W3、W4、W5、W6の一方側を固定端としての固定部材を設け、他方側に固定端としてのプーリを設けてもよい。 In FIGS. 10 and 11, a fixing member or a pulley as a fixed end is provided on both sides of the wires W1, W2, W3, W4, W5, and W6 including the protrusion 5'a. One side of the wires W1, W2, W3, W4, W5, and W6 may be provided with a fixing member as a fixed end, and the other side may be provided with a pulley as a fixed end.
上述の実施の形態は1つのパイプ、1つの関節を有する2自由度鉗子マニピュレータ装置を示しているが、本発明は図11に示す種々の鉗子マニピュレータ装置に適用できる。たとえば、図12の(A)はパイプ1−1、1−2、1−3及び関節2−1、2−2及び2関節型を示し、図12の(B)、(C)はパイプ1−1、1−2、1−3、1−4及び関節2−1、2−2、2−3を有する3関節型を示し、図12の(D)は3関節型であるが、1つの関節2’−1は柔軟関節である。いずれにおいても、基台6、マイクロフォン7及び制御ユニット8は非先端側のパイプ1−1に設けられる。
Although the above-described embodiment shows a two-degree-of-freedom forceps manipulator device having one pipe and one joint, the present invention can be applied to various forceps manipulator devices shown in FIG. For example, FIG. 12A shows the pipes 1-1, 1-2, 1-3 and the joints 2-1 2-2, and 2-joint type, and FIGS. -1, 1-2, 1-3, 1-4 and a three-joint type having joints 2-1, 2-2, 2-3, and FIG. One joint 2′-1 is a flexible joint. In any case, the
また、上述の実施の形態においては、ワイヤ拮抗駆動鉗子マニピュレータ装置を示しているが、本発明はワイヤ閉ループ駆動鉗子マニピュレータ装置にも適用できる。尚、ワイヤ閉ループ駆動鉗子マニピュレータ装置においては、1本のワイヤを関節に掛るので、1つの関節に対してアクチュエータ(モータ)は1つで済む。 Further, in the above-described embodiment, the wire antagonist driving forceps manipulator device is shown, but the present invention can also be applied to a wire closed loop driving forceps manipulator device. In the wire-closed loop driving forceps manipulator device, one wire is hooked on the joint, so that only one actuator (motor) is required for one joint.
さらに、本発明は上述の実施の形態の自明の範囲のいかなる変更にも適用し得る。 Further, the present invention can be applied to any change in the obvious scope of the above embodiment.
本発明は鉗子マニピュレータ装置以外に、ロボット等のマニピュレータ装置にも利用できる。 The present invention can be used for manipulator devices such as robots in addition to forceps manipulator devices.
1:パイプ
1a:ベアリング固定部材
1b:ベアリング
2:関節
2a、2b:プーリ
2c:フレーム
2d:平行ピン
2e:ハンド
3:鉗子リンク
4:鉗子グリッパ
5、5’:シャフト
5a、5’a:突起(ピン)
6:基台
61−1、61−2、61−3、61−4、61−5、61−6、62、62’:アクチュエータ(モータ)
62”:ベルト
63−1、63−2、63−3、63−4、63−5、63−6:プーリ
63−1−a、63−1−b;63−2−a、63−2−b;63−3−a、63−3−b;63−4−a、63−4−b;63−5−a、63−5−b;63−6−a、63−6−b:プーリ
6a:ベアリング固定部材
6b:ベアリング
6c:パイプ固定部材
6d:ベアリング
7:マイクロフォン
8:制御ユニット
11、11’:内パイプ
11a、11’a:突起
W1、W2、W3、W4、W5、W6:ワイヤ
1:
2a, 2b: Pulley 2c: Frame 2d: Parallel pin 2e: Hand 3: Forceps link 4:
6: Bases 61-1, 61-2, 61-3, 61-4, 61-5, 61-6, 62, 62 ': Actuator (motor)
62 ": belts 63-1, 63-2, 63-3, 63-4, 63-5, 63-6: pulleys 63-1-a, 63-1-b; 63-2-a, 63-2 -B; 63-3-a, 63-3-b; 63-4-a, 63-4-b; 63-5-a, 63-5-b; 63-6-a, 63-6-b : Pulley 6a: Bearing fixing member 6b: Bearing 6c: Pipe fixing member 6d: Bearing 7: Microphone 8:
W1, W2, W3, W4, W5, W6: Wire
Claims (11)
前記関節によって連結される少なくとも1つのパイプと、
前記パイプ内に配設され、前記関節を駆動するためのワイヤと、
前記ワイヤに振動を与えるためのワイヤ振動印加手段と、
前記ワイヤ振動印加手段によって振動された前記ワイヤの振動周波数を検出するための周波数検出手段と、
前記周波数検出手段によって検出された振動周波数から前記ワイヤのワイヤ張力を演算するための制御ユニットと
を具備するワイヤ駆動マニピュレータ装置。 At least one joint;
At least one pipe connected by the joint;
A wire disposed in the pipe for driving the joint;
Wire vibration applying means for applying vibration to the wire,
Frequency detecting means for detecting the vibration frequency of the wire vibrated by the wire vibration applying means,
A control unit for calculating the wire tension of the wire from the vibration frequency detected by the frequency detecting means.
前記ワイヤは非先端側の前記パイプの延長上の前記基台内にも配設され、
前記ワイヤ振動印加手段は、前記基台内に設けられ、前記ワイヤに接触可能な突起を有するシャフトを具備する請求項1に記載のワイヤ駆動マニピュレータ装置。 Further, a base provided on a non-tip side of the pipe is provided,
The wire is also disposed within the base on an extension of the pipe at the non-tip end;
The wire driving manipulator device according to claim 1, wherein the wire vibration applying means includes a shaft provided in the base and having a protrusion capable of contacting the wire.
前記第1、第2の固定部材の前記ワイヤを通すための穴の直径は前記ワイヤの直径より僅かに大きい請求項3に記載のワイヤ駆動マニピュレータ装置。 Further, the base includes first and second fixing members that function as fixed ends of the wires for passing the wires through the base, wherein the protrusions are connected to the first fixing member. Located between the second fixing member,
The wire drive manipulator device according to claim 3, wherein a diameter of a hole for passing the wire of the first and second fixing members is slightly larger than a diameter of the wire.
前記基台に設けられ、前記ワイヤを前記基台内に通すための前記ワイヤの固定端として作用する固定部材と、
前記基台内に設けられ、前記ワイヤの固定端として作用するプーリと
を具備し、
前記突起は前記固定部材と前記プーリとの間に位置し、
前記固定部材の前記ワイヤを通すための穴の直径は前記ワイヤの直径より僅かに大きい請求項3に記載のワイヤ駆動マニピュレータ装置。 further,
A fixing member provided on the base and acting as a fixed end of the wire for passing the wire through the base;
A pulley provided in the base and acting as a fixed end of the wire;
The protrusion is located between the fixing member and the pulley,
4. The wire drive manipulator device according to claim 3, wherein a diameter of a hole for passing the wire of the fixing member is slightly larger than a diameter of the wire.
前記ワイヤは非先端側の前記パイプの延長上の前記基台内にも配設され、
前記ワイヤ振動印加手段は、前記基台内に設けられ、前記ワイヤに接触可能な突起を内側かつ先端側に有する内パイプを具備する請求項1に記載のワイヤ駆動マニピュレータ装置。 Further, a base provided on a non-tip side of the pipe is provided,
The wire is also disposed within the base on an extension of the pipe at the non-tip end;
2. The wire drive manipulator device according to claim 1, wherein the wire vibration applying unit includes an inner pipe provided inside the base and having a protrusion on the inner side and a distal end side capable of contacting the wire. 3.
前記第1、第2の固定部材の前記ワイヤを通すための穴の直径は前記ワイヤの直径より僅かに大きい請求項8に記載のワイヤ駆動マニピュレータ装置。 Further, the base includes first and second fixing members that function as fixed ends of the wires for passing the wires through the base, wherein the protrusions are connected to the first fixing member. Located between the second fixing member,
The wire drive manipulator device according to claim 8, wherein a diameter of a hole for passing the wire of the first and second fixing members is slightly larger than a diameter of the wire.
前記基台に設けられ、前記ワイヤを前記基台内に通すための前記ワイヤの固定端として作用する固定部材と、
前記基台内に設けられ、前記ワイヤの固定端として作用するプーリと
を具備し、
前記突起は前記固定部材と前記プーリとの間に位置し、
前記固定部材の前記ワイヤを通すための穴の直径は前記ワイヤの直径より僅かに大きい請求項8に記載のワイヤ駆動マニピュレータ装置。
further,
A fixing member provided on the base and acting as a fixed end of the wire for passing the wire through the base;
A pulley provided in the base and acting as a fixed end of the wire;
The protrusion is located between the fixing member and the pulley,
9. The wire-driven manipulator device according to claim 8, wherein a diameter of a hole for passing the wire of the fixing member is slightly larger than a diameter of the wire.
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