JP2024515331A - ロボット手術装置及び供給システム - Google Patents

Abstract

ロボット手術装置（１）及び供給システムが提供であって、ロボット手術装置（１）は、管状部品（３）の供給装置（２）と通信し、ブラケット（１１１）、回転ステージ（１１２）、回転モーター（１１３）及び回転伝達部材（１１４）を含む同期回転手段（１１）であって、前記回転ステージ（１１２）は前記ブラケット（１１１）上に回転可能に配置され、前記管状部品（３）が前記供給装置（２）から引き出され、前記回転ステージ（１１２）に接続され、前記供給装置（２）によって駆動されるときに前記管状部品（３）が回転すると、前記回転モーター（１１３）が、前記回転伝達部材（１１４）を介して前記回転ステージ（１１２）を駆動して同期して回転させる同期回転手段（１１）と、前記同期回転手段（１１）と接続された同期並進手段（１２）であって、前記供給装置（２）によって駆動されるときに前記管状部品（３）が前後に移動すると、前記同期並進手段（１２）は前記管状部品（３）と連動して移動する同期並進手段（１２）と、を備える。従来技術と比較して、本出願のロボット手術装置（１）は、オペレーターの手を解放し、使用コストを削減することができる。

Description

本出願は、管状物体を搬送する技術分野、より具体的には、ロボット手術システム、及びシステムに適用されるロボット手術装置に関する。

さまざまな用途において、パイプ状の物体（「パイプ」とも呼ばれる）の内部を調査する必要があることがよくある。パイプの内部を観察して欠陥や傷を見つけるだけでなく、場合によってはその欠陥や傷を補修する必要があることもある。

傷の検出又は補修のプロセス中にパイプ及びパイプに取り付けられた幾つかの表面構造への追加の損傷を回避するために、通常、様々なツール（例えば、カメラ）が管状部品に設置される。管状部品をその一端からパイプ内に挿入すると、パイプの内部構造を調査し、補修することができる。この場合、管状部品の挿入は、通常、通常の手動操作に加えて、管状部品の供給機構に依存する。

本出願は、工業用パイプ以外にも、人体の内腔などの各種パイプに有用である。人体の内腔に適用可能な管状部品としては、内視鏡やシングルポート手術用マニピュレータが挙げられる。直管に関しては、管状部品の供給が非常に便利である。しかしながら、曲がりや分岐が多いパイプや壁が柔軟なパイプに関しては、管状部品に屈曲性や可撓性を持たせる必要があり、そのような管状部品の供給はそれほど容易ではない。

前述の技術的問題を解決又は少なくとも部分的に解決するために、本出願は、管状部品の供給装置と通信するロボット手術装置を提供する。この装置は、ブラケット、回転ステージ、回転モーター、及び回転伝達部材を含む同期回転手段であって、回転ステージは前記ブラケット上に回転可能に配置され、前記管状部品は前記供給装置から引き出され、前記回転ステージに接続され、前記供給装置によって駆動されるときに前記管状部品が回転すると、前記回転モーターは、前記回転伝達部材を介して前記回転ステージを駆動して同期して回転させる同期回転手段と、前記同期回転手段と接続された同期並進手段であって、前記供給装置によって駆動されるときに前記管状部品が前後に移動すると、前記同期並進手段は前記管状部品と連動して移動する同期並進手段と、を備える。

本出願はまた、ロボット手術システムを提供する。このシステムは、管状部品の供給装置と、上記のロボット手術装置とを備える。供給装置は、ロボット手術装置と通信し、供給装置によって駆動されるときに管状部品が移動すると、ロボット手術装置は、管状部品を駆動して同期して移動させる。

従来技術と比較して、本出願のロボット手術装置は、同期回転手段及び同期並進手段を設けることによって、管状部品を回転及び並進させることができ、それによって管状部品の運動の自由度を保証することができる。ロボット手術装置が管状部品の供給装置と通信している状態で、ロボット手術装置と供給装置を同期させて協調運動させることができる。その結果、供給プロセス全体で機械装置の自動操作のみが必要となり、オペレーターの手を解放し、使用コストを削減することができる。

本出願の実施形態をよりよく説明するために、関連する図面を以下に簡単に説明紹介する。以下に説明する図面は、本出願の特定の実施形態を例示するためにのみ使用され、当業者は、これらの図面に基づいて、本明細書で言及されていない多くの他の技術的特徴及び接続を認識できることが理解される。
ロボット手術システムの概略図である。 ロボット手術装置の概略構造図である。 同期回転手段付近のロボット手術装置の部分構造図である。 拡張されたプラットフォーム付近のロボット手術装置の部分構造図である。 ベース付近の別のロボット手術装置の部分構造図である。 回転ステージ付近の別のロボット手術装置の部分構造図である。

以下、図面を参照しながら本出願を詳細に説明する。

本出願によるロボット手術システムは、図１に概略的に示すように、管状部品の供給装置２と、ロボット手術装置１とを備える。

図に示すように、管状部品３の前部は、供給装置２によってクランプされ、供給装置２によって駆動されるときに前後に移動するか、又は自身の軸を中心に回転する。管状部品３の後部は、供給装置２の後に配置されたロボット手術装置１に接続される。供給装置２とロボット手術装置１との間の通信を通じて、ロボット手術装置１は、管状部品３が供給装置２によって駆動されるときに移動すると、管状部品３の協調運動を可能にする。

管状部品の供給装置２は、管状部品３を供給することができる限り、従来技術でよく知られている装置のいずれであってもよい。ロボット手術装置１は、管状部品３の後部の同期移動を可能にする役割を果す。管状部品３の補助走行装置として、通常、ロボット手術装置１は、管状部品３がフレキシブルホースの場合には供給装置２と組み合わせて使用され、管状部品３が硬質なチューブの場合には単独で使用することもできる。

具体的には、ロボット手術装置１は、供給装置２と連通してもよく、図２～６を参照すると、同期回転手段１１、及び同期回転手段１１と接続された同期並進手段１２を備える。同期回転手段１１は、ブラケット１１１、回転ステージ１１２、回転モーター１１３及び回転伝達部材１１４を備える。回転ステージ１１２は、ブラケット１１１の上に回転可能に配置される。管状部品３は、供給装置２から引き出され、回転ステージ１１２に接続される。管状部品３は、供給装置２によって駆動されて回転し、一方、回転モーター１１３は、回転伝達部材１１４により回転ステージ１１２を駆動してブラケット１１１上で同期して回転させる。管状部品３が供給装置２によって駆動されるときに前後に移動すると、同期並進手段１２は、管状部品３と連動して移動することができる。

回転伝達部材１１４は、図２に示すようなベルト伝達構造であってもよく、回転ステージ１１２を駆動して安定して回転させることができるものであれば、ギヤやスプロケット伝達構造であってもよい。

管状部品３は、その細長い形状により、通常、重心が端部から遠く離れているため、剛性が不十分である。その結果、管状部品３が中点で支持されると、管状部品３の支持されていない端部がたるんだり変形したりしやすくなる。供給の精度を保証するために、供給装置２は、通常、進入するパイプの入口に設置される。この場合、図１に示すように、管状部品３の一端は、供給装置２によってクランプされる。他端に支持がない場合、管状部品３の元の形状を維持しながら正確な供給操作を行うことが困難になる。さらに、管状部品３が可撓性材料で作られている場合、この問題はより顕著になる。特に、管状部品３を回転させるために必要な供給機構の場合、供給機構が管状部品３を駆動して回転させると、可撓性部品がねじれやすくなり、供給操作が困難になる。この問題の結果、従来技術における管状部品の供給には通常、補助的な手動操作が必要であり、これはかなり複雑でコストがかかる。

対照的に、本出願のように同期回転手段１１と同期並進手段１２を設けることにより、ロボット手術装置１は、管状部品３を回転させ、前後に並進させることができるため、管状部品３の運動の自由度が保証される。ロボット手術装置１が供給装置２と通信している状態で、ロボット手術装置１と供給装置２を同期させて協調運動させることができる。そのため、供給プロセス全体で機械装置の自動操作のみが必要となるため、オペレーターの手を解放し、使用コストを削減することができる。

図２と３に示すような同期回転手段１１の実施形態では、ブラケット１１１は、支持ベース１１１１と、支持ベース１１１１に固定された支持リング１１１２とを含んでもよい。回転ステージ１１２は、支持リング１１１２内に嵌合され、支持リング１１１２に対して回転可能である。回転モーター１１３は、同期回転手段１１の回転運動をより安定させるためにブラケット１１１に装着されてもよい。支持リング１１１２は、スリーブ状に構成されてもよく、回転ステージ１１２をよりよく支持し、低抵抗で回転ステージ１１２の回転を容易にするために、支持リング１１１２の内壁にはベアリングが設けられてもよい。オプションで、支持リング１１１２にはさらに、伝達開口１１１３が形成されてもよい。回転伝達部材１１４は、伝達開口１１１３を介して支持リング１１１２を通過し、次に回転ステージ１１２に駆動的に接続される。回転伝達部材１１４は、回転ステージ１１２が支持リング１１１２に形成された伝達開口１１１３を介して回転するように駆動するので、回転ステージ１１２の回転を駆動する力が回転ステージ１１２により均等に作用し、力の安定性が向上する。

図４に示すような実施形態では、同期並進手段１２は、第１スライド１２１、第１電源１２２、及び第１ガイドレール１２３を含んでもよい。第１スライド１２１は第１ガイドレール１２３上に配置される。第１ガイドレール１２３は、回転ステージ１１２に装着され、管状部品３の延設方向に沿って延びる。管状部品３は、回転ステージ１１２から引き出され、次に第１スライド１２１に接続される。管状部品３が供給装置２によって駆動されるときに前後に移動すると、第１電源１２２は、第１スライド１２１が第１ガイドレール１２３に沿って同期して移動するように駆動することができる。よって、第１ガイドレール１２３が回転ステージ１１２に装着されているので、回転ステージ１１２が回転すると、第１スライド１２１及び第１ガイドレール１２３に関連する第１電源１２２も回転する。一方、供給装置２が管状部品３を駆動して前後に移動させると、第１電源１２２は、同期信号を利用して、管状部品３をこの前後の移動に追従するように駆動することもできる。

回転ステージ１１２は、ブラケット１１１によって支持されブラケット１１１に対して回転可能な回転ドラム１１２１と、回転ドラム１１２１の供給装置２から離れた端部に接続された拡張されたプラットフォーム１１２２とを含んでもよい。第１ガイドレール１２３は、拡張されたプラットフォーム１１２２に装着される。第１レール１２３が拡張されたプラットフォーム１１２２に装着されている場合、拡張されたプラットフォーム１１２２は、第１レール１２３に十分な設置スペースを提供することができ、回転ドラム１１２１、拡張されたプラットフォーム１１２２、さらには第１スライド１２１の回転がすべて同期され、供給システムの安定性が非常に優れている。

図４を参照すると、第１電源１２２はモーターであってもよく、第１ガイドレール１２３は、第１電源１２２のモータシャフトであってもよい。この場合、第１ガイドレール１２３と第１スライド１２１との間に、非常に簡単で信頼性の高いリードスクリュー構造が形成される。当然のことながら、第１電源１２２は、代わりにラックピニオン構造やウォームギア構造によって第１スライド１２１の直線的な動きを表現してもよい。

オプションで、管状部品３が内視鏡である場合、ロボット手術装置１は、第１スライド１２１に装着された内視鏡のケーブルを駆動するための第１牽引手段１３をさらに含んでもよい。従来の内視鏡には、通常、内視鏡の多段シースを複数の自由度で曲げることを制御するための駆動ケーブルが複数ある。これに対応して、第１牽引手段１３は、これらの駆動ケーブルをそれぞれ追跡するための複数のモーターを含んでもよい。第１スライド１２１に内視鏡の駆動手段を装着することによって、管状部品３の移動は、内視鏡の駆動ケーブルの動作に影響を及ぼさず、内視鏡の作業安定性が向上する。

上記の同期並進手段１２に加えて、本出願では別の同期並進手段１２が設けられる。図５に示すような実施形態では、同期並進手段１２は、第２スライド１２５、第２電源１２６、及び第２ガイドレール１２７を含んでもよい。第２スライド１２５は第２ガイドレール１２７上に配置される。ブラケット１１１は第２スライド１２５に装着され、第２ガイドレール１２７は、管状部品３の延設方向に延びる。管状部品３が供給装置２によって駆動されるときに前後に移動すると、第２電源１２６は、第２スライド１２５が第２ガイドレール１２７に沿って同期して移動するように駆動することができる。ブラケット１１１が第２スライド１２５に装着されるため、ブラケット１１１は、ブラケット１１１に設けられた同期回転手段１１全体とともに駆動されて前後に移動することができる。この場合、供給装置２が管状部品３を駆動して前後に移動させると、第２電源１２６は、同期信号を利用して、管状部品３をこの前後の移動に追従するように駆動することもできる。第２電源１２６は、第２スライド１２５が同期して前後に移動できるように、リードスクリュー、ラックピニオン、ウォームギアなど、回転運動を並進に変換する様々な機械的伝達構造を採用してもよいことが理解される。

オプションで、図５を参照すると、同期並進手段１２は、第２ガイドレール１２７及び第２スライド１２５が配置されたベース１２８と、ベース１２８の周りに配置された旋回ベルト１２９とを含んでもよい。旋回ベルト１２９には開口が設けられ、ブラケット１１１はこの開口を通過し、次に第２スライド１２５に接続される。第２スライド１２５が第２ガイドレール１２７に沿って移動している間、旋回ベルト１２９は駆動されて旋回する。第２ガイドレール１２７と第２スライド１２５がベース１２８内に配置されるため、ブラケット１１１の前後の移動を可能にするように、ベース１２８内に細長いスロットを形成する必要がある。旋回ベルト１２９は、細長いスロットを覆い、ほこりや水などの侵入を防止する役割を果たす。即ち、ブラケット１１１がベース１２８内の細長いスロットに沿って前後に移動すると、旋回ベルト１２９は、同期して移動する。ブラケット１１１は常に細長いスロットの一部及び旋回ベルト１２９の開口を通過し、旋回ベルト１２９は、細長いスロットの残りの部分を覆う。

本出願では、説明された２種類の同期並進手段１２を独立して使用することも同時に使用することもできる。第１レール１２３と第１スライド１２１が回転ステージ１１２に到着される解決策と比較して、第２レール１２７と第２スライド１２５がベース１２８内に配置される解決策は、設置スペースが回転ステージ１１２の形状の影響を受けない。従って、後者の方が、ストロークを長くすることができるため、管状部品３の位置決めに使用するのにより適している。対照的に、第２ガイドレール１２７と第２スライド１２５がベース１２８内に配置される解決策と比較して第１ガイドレール１２３と第１スライド１２１が回転ステージ１１２に装着される解決策では、調整時に回転ステージ１１２を移動させる必要がなく、リンク構造も少ない。したがって、後者の方は、より精密な位置決め操作を行うことができるので、管状部品３が精密な操作を目的とする場合により適している。２つの同期手段が組み合わせられると、両者の利点が重なるので、ロボット手術装置１は、より協調的かつ適応的な方法で、供給装置２の協調運動を可能にすることができる。

さらに、内視鏡内の特定の管状部品３は、ガス若しくは液体を抽出するためだけに使用される負圧パイプ、又は照明のみに使用されるランプパイプなど、精密な操作を必要としない。このような管状部品３の場合、ロボット手術装置１は、図６に示すように、回転ステージ１１２に装着された内視鏡のケーブルを駆動するための第２牽引手段１４を有してもよい。この場合、駆動ケーブルを回転ステージ１１２に直接接続することにより、構造を大幅に簡素化し、供給システムのコストを削減することができる。

本出願は、限定された数の実施形態のみを参照して詳細に説明されたが、本出願は、そのような開示された実施形態に限定されないことが理解される。むしろ、出願は、これまで説明されていないが、本出願の精神及び範囲に相応する任意の数の変形、変更、置換、又は同等の配置を組み込むように修正することができる。さらに、本出願の様々な実施形態を説明したが、本出願の各態様は、説明された実施形態の幾つかのみを含み得ることが理解される。一般に、本出願は、前述の説明によって限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

１． ロボット手術装置； １１． 同期回転手段； １１１． ブラケット； １１１１． 支持シート； １１１２． 支持リング； １１１３． 伝達開口； １１２． 回転ステージ； １１２１． 回転ドラム； １１２２． 拡張されたプラットフォーム； １１３． 回転モーター； １１４． 回転伝達部材； １２． 同期並進手段； １２１． 第１スライド； １２２． 第１電源； １２３． 第１ガイドレール； １２５． 第２スライド； １２６． 第２電源； １２７． 第２ガイドレール； １２８． ベース； １２９． 旋回ベルト； １３． 第１牽引手段； １４． 第２牽引手段； ２． 供給装置； ３． 管状部品

Claims (10)

1. 管状部品の供給装置と通信するロボット手術装置であって、
   ブラケット、回転ステージ、回転モーター、及び回転伝達部材を含む同期回転手段であって、回転ステージは前記ブラケット上に回転可能に配置され、前記管状部品は前記供給装置から引き出され、前記回転ステージに接続され、前記供給装置によって駆動されるときに前記管状部品が回転すると、前記回転モーターは、前記回転伝達部材を介して前記回転ステージを駆動して同期して回転させる同期回転手段と、
   前記同期回転手段と接続された同期並進手段であって、前記供給装置によって駆動されるときに前記管状部品が前後に移動すると、前記同期並進手段は前記管状部品と連動して移動する同期並進手段と、を備える、ことを特徴とするロボット手術装置。
2. 前記ブラケットは、支持シートと、前記支持シートに固定された支持リングとを備え、前記回転ステージは、前記支持リング内に嵌合され、前記支持リングに対して回転可能である、ことを特徴とする請求項１に記載のロボット手術装置。
3. 前記支持リングには、伝達開口が形成され、前記回転伝達部材は、前記伝達開口を通過し、前記回転ステージに駆動可能に接続される、ことを特徴とする請求項２に記載のロボット手術装置。
4. 前記同期並進手段は、第１スライドと、第１電源と、前記第１スライドが配置された第１ガイドレールとを備え、
   前記第１ガイドレールは、管状部品の延設方向に沿って前記回転ステージに装着され、
   前記管状部品は前記回転ステージから引き出され、前記第１スライドに接続され、
   前記供給装置によって駆動されるときに前記管状部品が前後に移動すると、前記第１電源は、前記第１スライドを駆動して前記第１ガイドレールに沿って同期して移動させる、ことを特徴とする請求項１に記載のロボット手術装置。
5. 前記管状部品は内視鏡であり、前記ロボット手術装置は、前記第１スライドに装着された前記内視鏡のケーブルを駆動するための第１牽引手段をさらに備える、ことを特徴とする請求項４に記載のロボット手術装置。
6. 前記回転ステージは、
   前記ブラケットによって支持され、前記ブラケットに対して回転可能である回転ドラムと、
   第１ガイドレールが装着された、前記供給装置から遠く離れた回転ドラムの端部に接続された拡張されたプラットフォームと、を備える、ことを特徴とする請求項４に記載のロボット手術装置。
7. 前記同期並進手段は、第２スライドと、第２電源と、前記第２スライドが配置された第２ガイドレールとを備え、
   前記ブラケットは、前記第２スライドに装着され、前記第２ガイドレールは、前記管状部品の延設方向に沿って延び、
   前記供給装置によって駆動されるときに前記管状部品前後に移動すると、前記第２電源は、前記第２スライドを駆動して前記第２ガイドレールに沿って同期して移動させる、ことを特徴とする請求項１に記載のロボット手術装置。
8. 前記同期並進手段は、
   ベースであって、前記ベース内に前記第２ガイドレール及び前記第２スライドが配置されたベースと、
   旋回ベルトであって、前記ベースの周りに配置され、開口が形成され、前記ブラケットは前記開口を通過し、前記第２スライドに接続される旋回ベルトとをさらに備え、
   前記第２スライドが移動する間に、前記旋回ベルトは駆動されて旋回する、ことを特徴とする請求項７に記載のロボット手術装置。
9. 前記管状部品は内視鏡であり、前記ロボット手術装置は、前記回転ステージに装着された前記内視鏡のケーブルを駆動するための第２牽引手段をさらに備える、ことを特徴とする請求項１に記載のロボット手術装置。
10. ロボット手術システムであって、管状部品の供給装置と、請求項１～９のいずれか一項に記載のロボット手術装置とを備え、前記供給装置は、前記ロボット手術装置と通信し、管状部品が前記供給装置によって駆動されるときに移動すると、前記ロボット手術装置は前記管状部品を駆動して同期して移動させる、ことを特徴するロボット手術システム。