JP3727937B2 - Force detecting device and manipulator - Google Patents

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本発明は、マニピュレータ等の先端に取付けられ、先端にかかる先端力を測定する力覚検出装置及びこの力覚検出装置が組み込まれたマニュピレータに関し、特に、先端力を高精度に測定できるものに関する。 The present invention is attached to the tip of the manipulator or the like, relates to a manipulator which force detecting device and the force detection device is incorporated to measure the tip forces applied to the tip, in particular, to those that can measure the distal force with high precision.

胆嚢摘出手術等の腹腔鏡下手術においては、患者(被検体)の腹部に複数の小さな孔をあけ、これらの孔にトラカールという治具を取り付ける。 In laparoscopic surgery, such as cholecystectomy, open the plurality of small holes in the patient's abdomen (subject), attaching a jig that trocar into these holes. そして、これらトラカールを介して、孔から内視鏡、鉗子等を挿入し、術者が内視鏡の映像をモニタで見ながら手術を行っている。 Then, through these trocar, endoscope from the hole, and insert the forceps, the surgeon is performing surgery while watching the video of the endoscope on a monitor. このような手術方法は、開腹を必要としないため、患者への負担が少なく、術後の回復や退院までの日数が大幅に低減されることから、適用分野の拡大が期待されている。 Such a surgical method is, because it does not require a laparotomy, less burden on the patient, from the fact that the number of days until the post-operative recovery and hospital discharge is greatly reduced, the expansion of the field of application is expected.

しかし、術者にとっては自由度の低い鉗子(例えばグリッパの開閉のみ)で手術を行わなければならず、熟練を要するものであった。 However, it is necessary to perform surgery with a low degree of freedom forceps (e.g. gripper opens only) for the operator, were those requires skill. そこで、鉗子の先端に複数の自由度を有する作業部(スレーブ部)を設け、基端側の駆動部(マスタ部)により鉗子先端を動作させるマスタスレーブ型の医療用マニピュレータの研究が進められている。 Therefore, the working portion having a plurality of degrees of freedom at the tip of the forceps (slave unit) is provided, the drive portion of the proximal end side (master unit) The study of the master-slave medical manipulator to operate the forceps tip underway there.

マスタスレーブ型の医療用マニピュレータには、マスタ部とスレーブ部とが一体ではない遠隔型の医療用マニピュレータと、マスタ部とスレーブ部とがアームで連結されて一体となっている一体型とがある。 The master-slave medical manipulator, a master unit and the slave unit is integral which together are connected in the medical manipulator of the remote type non-integral, and the master unit and the slave unit arm . 遠隔型は、複数のアームを有するスレーブ部を患者の側に配置し、離れた所にあるマスタ部を術者が操作することで手術を行う。 Remote type, a slave unit having a plurality of arms arranged on the side of the patient, performing surgery by the surgeon master unit in away to operate. これは、システムとして大掛かりでありコストも高い。 This is costly in large scale as a system. さらに緊急時への素早い対応ができない等の問題を含んでいる。 Further it includes a quick response and the like that can not be the problem to the emergency.

これに対し、一体型の医療用マニピュレータは、マスタ部とスレーブ部とをアームを介して連結させたものであり、アーム内部に駆動力伝達機構が設けられている。 In contrast, integrated medical manipulator, a master unit and the slave unit are those were connected via an arm, the driving force transmission mechanism is provided inside the arm. このような医療マニピュレータでは、従来の鉗子の利点である術者が行った方が簡単で確実な大きく素早い操作と、マニピュレータの利点である微細な作業や難しい角度からの操作の両方が可能となる。 In such medical manipulator comprises conventional operator and a simple and reliable large quick operation who conducted an advantage of the forceps, and allow both operations from fine work and difficult angles is an advantage of the manipulator . また、大きさも一般の手術器具とほぼ同じであり、従来の内視鏡下手術の環境下で使用することができる。 Also, it is substantially the same as also general surgical instrument sizes can be used in an environment of a conventional endoscopic surgery. このため、コスト、安全性ともに遠隔型の医療用マニピュレータに比べて優れている。 Therefore, the cost is superior to the remote type medical manipulator in safety both. なお、医療用マニピュレータにおいては、遠隔型・一体型どちらにおいても、操作できる自由度を増やすことで、操作性が向上し、術者にかかる負担が軽減される。 In the medical manipulator, in which the remote-type, integrated type also, by increasing the degree of freedom that can be manipulated to improve usability and burden on the operator is reduced.

このようなマスタスレーブ型の医療用マニピュレータにおいては、さらなる操作性の向上を図るために、力覚・触覚の検出がなされることについての期待が大きい。 In such a master-slave medical manipulator, in order to further improve the operability, a large expectations about the force, touch detection is performed. すなわち、術者は、操作性、安全性の観点から自分の手と同じように手術を行うことを望んでおり、このためには力覚・触覚の検出と呈示が必要である。 That is, the surgeon, operability, and wishes to perform surgery like his hand from the viewpoint of safety, since this is necessary to detect the presentation of the force-tactile. 力覚・触覚とは、例えば、作業部グリッパの把持力、グリッパで掴んだものの触感、作業部先端にかかる力の先端力等である。 The force-tactile, for example, the gripping force of the working unit gripper, tactile although gripped by the gripper, is the tip force or the like of the force applied to the working tip. その中でも先端力は、操作性及び安全性の向上という点を両立する有用な力覚情報である。 Tip force among them are useful force information to both points of improvement in operability and safety. すなわち、先端力がわかれば、操作性においては糸等把持したものをどの程度の力で引っ張っているか等検出でき、安全性においては臓器等との接触の度合いを検出することができる。 That is, knowing the distal force, the operability can either such detection are pulled at how much force those gripped yarn, etc., in the safety can detect the degree of contact with the organ or the like.

しかしながら、遠隔型の医療用マニピュレータにおいては、物理的にマスタ部とスレーブ部が離れているので、力覚等の情報は全く術者にフィードバックされない。 However, in the remote-type medical manipulator, since physically master unit and the slave unit are separated, information ChikaraSatoshito is not at all the feedback to the operator. また、一体型の医療用マニピュレータにおいては大まかな力覚等の情報は術者にフィードバックされるものの、モータの重さやトラカールの摩擦等により減衰されて、細かな力覚等の情報はフィードバックされないという問題がある。 Moreover, that although in the medical manipulator integrated information such rough force sense is fed back to the operator, it is attenuated by the friction of the weight and trocar of the motor, information such fine force is not fed back There's a problem. このため、医療用マニピュレータにおいて、力覚・触覚情報を術者にフィードバックする試みが進められている。 Therefore, in the medical manipulator, an attempt to feed back the force, touch information to the operator are underway.

医療用マニピュレータにおける先端力を求める方法として、作業部が接続されているアームに直接ひずみセンサを貼り、先端力がかかることでひずむアームのひずみ量を検出する方法が知られている(例えば特許文献1参照)。 As a method for obtaining the tip force in the medical manipulator, attaching the strain sensor directly to the arm working unit is connected, a method of detecting a strain amount of arm distorted by tip force is applied is known (for example, Patent Document reference 1). これは、従来のロボットアームの作業部にかかる先端力を求める方法として、一般的に使われているものである。 This, as a method for determining the tip forces applied to the working portion of the conventional robot arm, is what is commonly used.

一方、体腔内に挿入された外套内に鉗子またはメス等の操作器を配置し、外套と操作器の間に力覚センサを設置するものが知られている(例えば特許文献2参照)。 On the other hand, to place the operating device such as a forceps or knife in the mantle, which is inserted into the body cavity, (see for example Patent Document 2) has been known to place a force sensor between the jacket and the operating device. 操作器先端が負荷力を受けると外套と操作器の間に力が働き、その力を力覚センサで検出することで先端力を求めるものである。 Manipulator tip is subjected to a load force when the mantle and the force acts between the operating device, and requests tip force by detecting the force in the force sensor. この方法では、マニピュレータと物理的に分離しているため、従来の方法より滅菌洗浄性、電気的安全性を向上することができ、伝達機構の影響もほとんどない。 In this way, because it physically separated from the manipulator, sterile cleanability over conventional methods, it is possible to improve electrical safety, almost no influence of the transmission mechanism.
特開平8−224246 JP-A-8-224246 特開2002−159509 Patent 2002-159509

しかしながら上述した医療用マニュピレータであると次のような問題があった。 However If it is a medical manipulator described above has the following problems. すなわち、アームの先端付近に直接ひずみセンサを貼ったものでは、ひずみセンサ自体が表面に露出した状態で体腔内に入ることから、医療機器として必要な洗浄や滅菌に適した構造のものとする必要がある。 In other words, which was put directly strain sensor near the tip of the arm, from entering into the body cavity in a state where the strain sensor itself is exposed on the surface, needs to be a structure suitable for cleaning and sterilization required as medical devices there is. また、ひずみセンサには通電されるものであるため、患者に対する電気的安全性を考慮する必要がある。 Further, since the strain sensor is intended to be energized, it is necessary to consider the electrical safety for the patient.

また、アーム内には駆動力伝達機構が設けられているので、駆動力伝達機構の動作に伴って発生するアームへの応力による影響を受けることがあった。 Further, in the arm since the driving force transmission mechanism is provided, there can be affected by the stress on the arm generated with the operation of the driving force transmission mechanism. すなわち、駆動の伝達にワイヤを用いている場合、作業部を動作させるたびにワイヤ張力が変化し、アームに軸方向の力が加わる。 That is, the case of using wires for the transmission of the drive, the wire tension is changed each time to operate the working unit, an axial force is applied to the arm. このとき力覚検出部をアームに直接設置すると、ワイヤの張力変化による軸方向の力が検出されることとなり、検出の目的としている先端力との分離が困難であった。 When this time is installed directly force detection unit to the arm, it becomes possible to axial force by the tension variation of the wire is detected, separation of the tip force is intended for detection difficult.

一方、体腔内に挿入された外套内に鉗子またはメス等の操作器を配置し、外套と操作器の間に力覚センサを設置するものでは、実際に検出される力は直接的な力ではなく、腹部等弾力のある部位に支持されたトラカールに、操作器が加える力を測っているので、先端力を高精度に検出することはできず、手術に必要な微妙な力感覚の違い等は検出できない。 On the other hand, to place the operating device such as a forceps or knife in the mantle, which is inserted into a body cavity, in which is installed a force sensor between the jacket and the operating device, the force that is actually detected a direct force without the trocar supported on a site of abdomen elastic, since they measure the force which the operation unit is added, it is not possible to detect the tip force with high accuracy, subtle differences in the force sense required surgery, etc. can not be detected. さらにこの方法では、外套と操作器との間に設置する力覚センサは、2箇所以上必要であり、その間隔もある程度必要となる。 The method further force sensor installed between the jacket and the operating device is necessary at two or more locations, it is also necessary to some extent the interval. このため、コンパクトな構成を取ることは難しい。 For this reason, it is difficult to take a compact configuration.

そこで本発明では、先端力のみを高感度に検出することができるとともに、滅菌洗浄性・電気的安全性に優れ、駆動力伝達機構からの影響を排除することができる力覚検出装置及びマニピュレータを提供することを目的とする。 Therefore, in the present invention, it is possible to detect only the tip force with high sensitivity, excellent in sterile washability and electrical safety, a force detection device and a manipulator which is capable of eliminating the influence of the driving force transmission mechanism an object of the present invention is to provide.

上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の力覚検出装置及びマニピュレータは次のように構成されている。 In order to achieve the object by solving the above problems, force feedback detection apparatus and the manipulator of the present invention is constructed as follows.

(1)その先端側が被検体内に挿入されるアーム部と、このアーム部の先端側に設けられた作業部と、このアーム部の基端側に設けられた駆動部とを備え、上記アーム部は、内部に上記駆動部側から上記作業部への駆動力を伝達する駆動力伝達機構を収容する内管と、この内管の先端側に同軸的に設けられるとともに、上記内管の変形が伝達される力覚検出部とを備え、上記力覚検出部は、上記内管の外周壁に固定される固定部と、この固定部に対し軸方向に離間した位置に配置されるとともに、上記内管の外周壁に対し上記軸方向に交差する方向に対して係止され、かつ、上記軸方向へ移動可能に係止された係合部と、上記固定部と上記係合部とを一体的に連結する連結部と、上記連結部の変形量を検出する変形量検出器とを備えているこ (1) includes an arm portion thereof distal end side is inserted into a subject, and a working portion provided on the distal end side of the arm portion, and a driving unit provided on the base end side of the arm portion, the arm parts are an inner tube housing the driving force transmission mechanism for transmitting the driving force from the driving portion therein to said working portion, with is coaxially provided on the tip side of the inner tube, the deformation of the inner tube There a force detection unit to be transmitted, the force sense detector includes a fixed portion fixed to the outer peripheral wall of the inner tube, while being disposed at a position spaced in the axial direction with respect to the fixed portion, to the outer peripheral wall of the inner tube is locked against direction crossing the axial direction, and an engaging portion which is locked movably engaged to said axial direction, and the fixed portion and the engagement portion this which includes a connecting portion integrally connecting, the deformation amount detector for detecting the amount of deformation of the connecting portion を特徴とする力覚検出装置。 Force detecting apparatus according to claim.

(2)その先端側が被検体内に挿入されるアーム部と、このアーム部の先端側に設けられた作業部と、このアーム部の基端側に設けられた駆動部とを備え、上記アーム部は、内部に上記駆動部側から上記作業部への駆動力を伝達する駆動力伝達機構を収容する内管と、この内管の先端側に同軸的に設けられるとともに、上記内管の変形が伝達される力覚検出部とを備え、上記力覚検出部は、上記内管の外周壁に固定される固定部と、この固定部に対し軸方向に離間した位置に配置されるとともに、上記内管の外周壁に対し上記軸方向に交差する方向に対して係止され、かつ、上記軸方向へ移動可能に係止された係合部と、上記固定部と上記係合部とを一体的に連結する連結部と、上記係合部が上記内管から受ける圧力を検出する圧力検出器と (2) includes an arm portion thereof distal end side is inserted into a subject, and a working portion provided on the distal end side of the arm portion, and a driving unit provided on the base end side of the arm portion, the arm parts are an inner tube housing the driving force transmission mechanism for transmitting the driving force from the driving portion therein to said working portion, with is coaxially provided on the tip side of the inner tube, the deformation of the inner tube There a force detection unit to be transmitted, the force sense detector includes a fixed portion fixed to the outer peripheral wall of the inner tube, while being disposed at a position spaced in the axial direction with respect to the fixed portion, to the outer peripheral wall of the inner tube is locked against direction crossing the axial direction, and an engaging portion which is locked movably engaged to said axial direction, and the fixed portion and the engagement portion a connecting portion integrally connecting a pressure detector which the engaging section detects pressure from the inner tube 備えていることを特徴とする。 Characterized in that it comprises.

(3)上記(1)に記載された力覚検出装置であって、上記連結部は、2組の平行平板構造で形成され、各平板に上記変形量検出器が取付けられていることを特徴とする。 (3) a force detecting device described in the above (1), the connecting portion, characterized in that formed in the two pairs of parallel-plate structure, each flat plate above deformation amount detector is attached to.

(4)上記(1)に記載された力覚検出装置であって、上記変形量検出器は、上記連結部における上記内管の軸方向に直交するとともに互いに直交する2軸方向に少なくとも一対ずつ取付けられていることを特徴とする。 (4) The force detection device described in the above (1), the deformation amount detector, by at least one pair in two directions perpendicular to each other as well as perpendicular to the axial direction of the inner tube in the connecting portion characterized in that attached.

(5)上記(1)または(2)に記載された力覚検出装置であって、上記係合部の内壁部と上記内管の外壁部との間に間隙が形成されていることを特徴とする。 (5) above (1) or a force detection device described in (2), characterized in that the gap is formed between the inner wall portion and the outer wall of the inner tube of the engaging portion to.

(6)上記(1)または(2)に記載された力覚検出装置であって、上記係合部の内壁部と上記内管の外壁部とは、中心軸側から外周側へ傾いたテーパ状に接していることを特徴とする。 (6) above (1) or a force detection device described in (2), the inner wall and the outer wall of the inner tube of the engaging portion, inclined from the central axis side to the outer peripheral side tapered wherein the in is in contact Jo.

(7)上記(1)または(2)に記載された力覚検出装置であって、上記力覚検出部は絶縁材で形成されていることを特徴とする。 (7) The force detection device described in the above (1) or (2), the force sense detector is characterized in that it is formed of an insulating material.

(8)上記(1)または(2)に記載された力覚検出装置であって、上記力覚検出部の上記固定部及び上記係合部は絶縁材で形成され、上記連結部は金属材で形成されていることを特徴とする。 (8) The force detection device described in the above (1) or (2), the fixed portion and the engagement portion of the force sense detection portion is formed of an insulating material, the connecting portion is a metal member characterized in that in is formed.

(9)その先端側が被検体内に挿入されるアーム部と、このアーム部の先端側に設けられた作業部と、このアーム部の基端側に設けられた駆動部とを備え、上記アーム部は、内部に上記駆動部側から上記作業部への駆動力を伝達する駆動力伝達機構を収容する内管と、この内管の先端側に同軸的に設けられるとともに、上記内管の変形が伝達される力覚検出部とを備え、上記力覚検出部は、上記内管の外周壁に固定される固定部と、この固定部に対し軸方向に離間した位置に配置されるとともに、上記内管の外周壁に対し上記軸方向に交差する方向に対して係止され、かつ、上記軸方向へ移動可能に係止された係合部と、上記固定部と上記係合部とを連結する連結部と、上記連結部の変形量を検出する変形量検出器と、この変形量検出器で検 (9) includes an arm portion thereof distal end side is inserted into a subject, and a working portion provided on the distal end side of the arm portion, and a driving unit provided on the base end side of the arm portion, the arm parts are an inner tube housing the driving force transmission mechanism for transmitting the driving force from the driving portion therein to said working portion, with is coaxially provided on the tip side of the inner tube, the deformation of the inner tube There a force detection unit to be transmitted, the force sense detector includes a fixed portion fixed to the outer peripheral wall of the inner tube, while being disposed at a position spaced in the axial direction with respect to the fixed portion, to the outer peripheral wall of the inner tube is locked against direction crossing the axial direction, and an engaging portion which is locked movably engaged to said axial direction, and the fixed portion and the engagement portion a connecting portion for connecting a deformation amount detector for detecting the amount of deformation of the connecting portion, detection in the deformation amount detector された変形量に基づいて上記内管に作用する外力を提示する提示部とを備えていることを特徴とする。 Based on the amount of deformation is characterized in that it comprises a presentation unit that presents the external force acting on the pipe above.

(10)その先端側が被検体内に挿入されるアーム部と、このアーム部の先端側に設けられた作業部と、このアーム部の基端側に設けられた駆動部とを備え、上記アーム部は、内部に上記駆動部側から上記作業部への駆動力を伝達する駆動力伝達機構を収容する内管と、この内管の先端側に同軸的に設けられるとともに、上記内管の変形が伝達される力覚検出部とを備え、上記力覚検出部は、上記内管の外周壁に固定される固定部と、この固定部に対し軸方向に離間した位置に配置されるとともに、上記内管の外周壁に対し上記軸方向に交差する方向に対して係止され、かつ、上記軸方向へ移動可能に係止された係合部と、上記固定部と上記係合部とを連結する連結部と、上記係合部が上記内管から受ける圧力を検出する圧力検出器と、この (10) includes an arm portion thereof distal end side is inserted into a subject, and a working portion provided on the distal end side of the arm portion, and a driving unit provided on the base end side of the arm portion, the arm parts are an inner tube housing the driving force transmission mechanism for transmitting the driving force from the driving portion therein to said working portion, with is coaxially provided on the tip side of the inner tube, the deformation of the inner tube There a force detection unit to be transmitted, the force sense detector includes a fixed portion fixed to the outer peripheral wall of the inner tube, while being disposed at a position spaced in the axial direction with respect to the fixed portion, to the outer peripheral wall of the inner tube is locked against direction crossing the axial direction, and an engaging portion which is locked movably engaged to said axial direction, and the fixed portion and the engagement portion a connecting portion for connecting a pressure detector which the engaging section detects pressure from the inner tube, the 力検出器で検出された圧力変化に基づいて上記内管に作用する外力を提示する提示部とを備えていることを特徴とする。 Based on the detected pressure change in the force detector, characterized in that it comprises a presentation unit that presents the external force acting on the pipe above.

本発明によれば、先端力のみを高感度に検出することができるとともに、滅菌洗浄性・電気的安全性に優れ、駆動力伝達機構からの影響を排除することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to detect only the tip force with high sensitivity, excellent in sterile washability and electrical safety, it is possible to eliminate the influence of the driving force transmission mechanism.

図1は本発明の第1の実施の形態に係る力覚検出部100が組み込まれたマスタスレーブ型の医療用マニピュレータ10を示す斜視図、図2は同医療用マニピュレータ10の先端側を拡大して示す断面図である。 Figure 1 is a perspective view showing a first master-slave type medical manipulator 10 of the force detection unit 100 is incorporated according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged front end side of the medical manipulator 10 it is a sectional view showing Te.

医療用マニピュレータ10は、被検体Bの体腔内に挿入され作業を行う作業部20と、 Medical manipulator 10 includes a working unit 20 for performing work is inserted into the body cavity of the subject B,
術者が作業部20を操作するための駆動部30と、これら作業部20と駆動部30とを連結するアーム部40とを備えている。 Operator is provided with a drive unit 30 for operating the working unit 20, and an arm portion 40 for connecting the these working unit 20 and the drive unit 30.

アーム部40は、内管50と、この内管50の内部に設けられ、駆動部30での駆動力を作業部20に伝達するための駆動力伝達機構60と、アーム部40の先端側の外周に着脱自在に取付けられた力覚検出部100とを備えている。 Arm portion 40 includes an inner tube 50, arranged inside the inner tube 50, and the driving force transmission mechanism 60 for transmitting the driving force of drive unit 30 to the working portion 20, the arm portion 40 front end side of the and a force detecting portion 100 which is detachably attached to the outer periphery. なお、図1中Tは被検体Bの腹壁Baに刺されたトラカールを示している。 In FIG 1 T shows a trocar which bites abdominal wall Ba of the subject B.

駆動部30は、術者がアーム部40を保持する保持部31と、この保持部31に取付けられ、作業部20を操作するための操作を行う操作ハンドル32,33と、この操作ハンドル32,33の操作に基づいて駆動力を発生する駆動部34と、術者がアーム部40を介して受ける力を検出するための力覚センサ35とを備えている。 Drive unit 30 includes a holding portion 31 which the operator holds the arm portion 40, attached to the holding portion 31, an operating handle 32, 33 to perform an operation for operating the working unit 20, the operating handle 32, a driving unit 34 for generating a driving force based on the 33 operation, surgeon and a force sensor 35 for detecting a force received through the arm portion 40. 保持部31には警告ランプ等の提示部36が設けられている。 Presentation unit 36 ​​such as a warning lamp is provided on the holding portion 31. 提示部36は警告ランプの他、メータ、スピーカ等のように術者が感知できるものであれば他のものでもよい。 Other presentation unit 36 ​​warning lamp, meter, surgeon may be of other long as it can sense as such as a speaker.

図2は、作業部20、内管50及び力覚検出部100を一部切欠して示す側面図である。 Figure 2 is a side view showing the notched part of the working portion 20, the inner tube 50 and the force detection unit 100. 内管50の先端には、ネジ部51と、係止部52とが設けられている。 The distal end of the inner tube 50, a screw portion 51 is provided with a locking portion 52.

力覚検出部100は、作業部20にかかる外力である先端力を検出し、術者に提示するために設けられたものであり、絶縁材製の外管110を備えている。 Force detector 100 detects the leading force is an external force applied to the working portion 20 is provided in order to present to the operator, and includes an outer tube 110 made of an insulating material. 外管110は、その内壁面側で内管50のネジ部51に螺合されて着脱自在とされた固定部120と、内管50の係止部52に係合する係合部130と、これら固定部120及び係合部130を一体的に連結するとともに内管50の外壁面と所定の間隔だけ離間して形成された連結部140とを備えている。 Outer tube 110 has a fixed portion 120 that is detachably screwed to the screw portion 51 of the inner tube 50 at its inner wall surface, an engaging portion 130 that engages the locking portion 52 of the inner tube 50, and a these fixing part 120 and the connecting portion 140 formed spaced apart by an outer wall surface with a predetermined distance of the inner tube 50 with integrally connecting the engagement portion 130. なお、係合部130の内周面と係止部52の外周面とは接触するようになっており、後述するように係止部52の動きのうち軸方向に交差する方向への動きのみが係合部130に伝達される。 Note that the inner and outer circumferential surfaces of the engaging portion 52 of the engaging portion 130 adapted to contact, only the motion in the direction intersecting the out axial movement of the locking portion 52 as described below There is transmitted to the engaging portion 130. 図2中131は貫通孔を示している。 2 # 131 shows a through-hole.

連結部140は、円筒状に形成されており、図3に示すように、横コの字型のスリットSが4箇所形成されることで、平板141〜144(143は不図示)が形成されている。 Connecting portion 140 is formed in a cylindrical shape, as shown in FIG. 3, when the horizontal U-shaped slits S are formed at four positions, flat 141-144 (143 is not shown) are formed ing. これら平板141と平板143、平板142と平板144とは互いに平行で、かつ、対向した位置に配置されていることから、平行平板構造が2組が形成されることとなる。 These flat 141 and the flat plate 143, parallel to each other and the flat plate 142 and the flat plate 144, and, since it is arranged in a position opposite to, so that the parallel plate structure 2 pairs are formed. 各平板141〜144の内壁面側には、周方向に沿って90度毎に配置された4つのひずみゲージ151〜154が設けられており、それぞれ平行平板構造の対向する位置に配置されている。 The inner wall surface side of the flat plate 141 to 144 are four strain gauges 151 to 154 along a circumferential direction are disposed every 90 degrees is provided and is disposed in a position facing the parallel plate structure, respectively . すなわち、力覚検出部100にかかる先端力を軸方向に直交する2軸方向に分解して検出することができる。 That is, it is possible to detect decomposed in two directions perpendicular to the distal force exerted on the force detecting unit 100 in the axial direction.

ひずみゲージ151〜154は、コーティング剤155により覆われており、耐水性、耐熱性を有している。 Strain gauges 151 to 154 are covered with a coating agent 155, has water resistance, heat resistance. なお、ひずみゲージ151〜154に接続されたリード線157は係合部130に設けられた貫通孔131を通り、図示しないカバーに覆われて駆動部30まで案内されている。 Incidentally, the lead wire 157 connected to the strain gauge 151 to 154 through the through hole 131 provided in the engagement portion 130 is guided to the drive unit 30 is covered with a cover (not shown).

このように構成された医療用マニピュレータ10では、次のようにして手術等を行うと同時に先端力を検出する。 In the medical manipulator 10 configured as described above, to detect simultaneously the tip force when performing surgery, etc. as follows. すなわち、トラカールTを被検体Bの腹壁Baに刺し、医療用マニピュレータの作業部20とアーム部40をトラカールTから挿入する。 That, stabbing trocar T in the abdominal wall Ba of the subject B, and inserting the working unit 20 and the arm portion 40 of the medical manipulator from trocar T. そして、作業部20を患部に位置決めし、術者は駆動部30を操作し手術等を行う。 Then, positioning the working portion 20 to the affected area, the operator performs an operation such as operating the driving unit 30. このとき、作業部20に臓器からの反力等からなる先端力が加わる。 At this time, the tip force consisting of the reaction force and the like from the organ is applied to the working portion 20. この先端力が内管50を僅かに変形させる。 The tip force the inner tube 50 to slightly deform. この変形に伴って内管50の係止部52から力覚検出部100の係合部130に伝達され、連結部140が変形する。 From the locking portion 52 of the inner tube 50 in accordance with this deformation is transmitted to the engaging portion 130 of the force detecting section 100, connecting section 140 is deformed. この変形量がひずみゲージ151〜154により検出され、先端力(力及び方向)が算出され、先端力が臓器や手術用糸の許容力に近付いた場合に、提示部36の警告ランプが点灯する。 The amount of deformation is detected by the strain gauge 151 to 154, the calculated tip force (force and direction), when the tip force approaches the resilience of the yarn for organs and surgery, the warning lamp of the presentation unit 36 ​​is turned on .

なお、内管50の変形が力覚検出部100に伝達される際、係合部130は係止部52に対し、径方向に係止され、軸方向には規制されていないことから、内管50の変形のうち径方向のみの変形が係合部130に伝達されることとなる。 Incidentally, when the deformation of the inner tube 50 is transmitted to the force detecting section 100, the engaging portion 130 relative to the locking portion 52 is locked radially, axially from the unregulated, inner deformation of only the radial direction in the deformation of the tube 50 is to be transmitted to the engaging portion 130. したがって、駆動力伝達機構60の動作に伴う内管50の軸方向への変形は係合部130には伝達されず、ひずみゲージ151〜154では内管50に作用する先端力のみを検出することが可能となる。 Accordingly, deformation in the axial direction of the inner tube 50 due to the operation of the driving force transmission mechanism 60 is not transmitted to the engaging portion 130, detecting only the tip force acting on the inner tube 50, the strain gauge 151 to 154 it is possible. したがって、駆動力伝達機構60によりアーム部40の軸方向に加わる力の影響を排除することができる。 Therefore, the driving force transmission mechanism 60 can eliminate the influence of the force applied in the axial direction of the arm portion 40.

また、上述したように、連結部140には、スリットSが形成されていることから、先端力が加わったときに変形しやすくなり、検出感度を向上することができる。 As described above, the connecting portion 140, since the slit S is formed, it becomes easy to deform when the tip force is applied, it is possible to improve detection sensitivity. さらに、平行平板構造となっているので、先端力を2軸方向に分解して検出することができる。 Moreover, since a parallel plate structure, it can be detected by decomposing the tip forces in two axial directions.

さらに、術者にはアーム部40を介して直接先端にかかる力がフィードバックされるが、力覚検出部100と力覚センサ35で検出される力を比較し、違いがある場合には、それを術者に呈示する。 Further, although the operator force exerted directly tip through the arm portion 40 is fed back, comparing the force detected by the force detection unit 100 and the force sensor 35, if there is a difference, it the presented to the operator. これにより、不足している力覚情報を補うことができ、医療用マニピュレータの操作性を向上できる。 Thus, it is possible to compensate for the force missing information, thereby improving the operability of the medical manipulator.

なお、力覚検出部100の固定部120によるねじにより着脱可能である。 Incidentally, detachable with screws by fixing portions 120 of the force detector 100. すなわち、滅菌洗浄等に耐え得るとともに繰り返し使用される高価なマニピュレータ本体(作業部20・駆動部30・アーム部40・駆動力伝達部60)に対して、比較的安価な力覚検出部100を使い捨てにすることが可能である。 That is, for expensive manipulator used repeatedly with withstand sterilization such as washing (working unit 20 and drive unit 30, the arm portion 40, the driving force transmitting unit 60), a relatively inexpensive force detecting portion 100 it is possible to be disposable. このため、アーム部に力覚検出部が固定されたタイプの医療用マニピュレータに比べ、コスト等の点でメリットを有する。 Therefore, compared with the medical manipulator of the type force detector is fixed to the arm portion, it has an advantage in terms of cost and the like.

また、力覚検出部100としてプラスチック等の絶縁材を用いることによりひずみゲージ151〜154の電気的絶縁性を充分に確保することができる。 Further, it is possible to ensure a sufficient electrical insulation of the strain gauges 151 to 154 by using an insulating material such as plastic as a force detection unit 100.

上述したように、本発明の第1の実施の形態に係る医療用マニピュレータ10によれば、アーム部40の先端側に作用する力のうち、軸方向に交差する方向のみを力覚検出部100に伝達するようにしているので、駆動力伝達機構60等の影響を排除し、術者が知りたい先端力のみを検出することが可能となり、糸の断線を防いだり、臓器が傷つくのを防ぐことができる。 As described above, according to the medical manipulator 10 according to the first embodiment of the present invention, among the force acting on the tip side of the arm portion 40, the force detecting section 100 only a direction crossing the axial direction since so as to transmit to, and eliminate the influence of the driving force transmission mechanism 60, it is possible to detect only the tip forces want to know the operator, preventing Dari prevent breakage of the yarn, the organs being damaged be able to. また、力覚検出部100のひずみゲージ151〜154は外部に露出していない構造であるため、電気的安全性を確保できる。 Further, since the strain gauges 151 to 154 of the force detection unit 100 is a structure that has been exposed to the outside, it can ensure electrical safety. さらに、着脱式であることから、使い捨てとして使用することができる。 Furthermore, since it is removable, it can be used as a disposable.

なお、上述した医療用マニピュレータ10は一体型のもので説明したが、遠隔型に適用してもよい。 Although medical manipulator 10 described above has been described in what integrated, it may also be applied to a remote-type. なお、この場合は術者が離隔した位置から駆動部30をロボットアーム等により操作することとなる。 In this case is possible to operate the drive unit 30 by a robot arm or the like from the position surgeon spaced.

図5は本発明の第2の実施の形態に係る力覚検出部200周辺を一部切欠して示す側面図である。 Figure 5 is a side view showing the force detector 200 around according to a second embodiment of the present invention partially cut away. なお、図5において図2と同一機能部分には同一符号を付しその詳細な説明は省略する。 Incidentally, a detailed description thereof denoted by the same reference numerals in FIG. 2 and like functional elements in FIG. 5 will be omitted.

力覚検出部200は、外管210を備えている。 Force detecting portion 200 is provided with an outer tube 210. 外管210は、その内壁面側で内管50のネジ部51に螺合されて着脱自在とされた固定部220と、内管50の係止部52に係合する係合部230と、これら固定部220及び係合部230を嵌合により連結するとともに内管50の外壁面と所定の間隔だけ離間して形成された連結部240とを備えている。 Outer tube 210 has a fixed portion 220 which is detachably screwed to the screw portion 51 of the inner tube 50 at its inner wall surface, an engaging portion 230 that engages the locking portion 52 of the inner tube 50, and a connecting portion 240 only formed apart from the outer wall surface with a predetermined space of the inner tube 50 with these fixing part 220 and the engagement portion 230 connected by fitting. なお、係合部230の内周面と係止部52の外周面とは接触するようになっており、後述するように係止部52の動きのうち軸方向に交差する方向への動きのみが係合部230に伝達される。 Note that the inner and outer circumferential surfaces of the engaging portion 52 of the engagement portion 230 adapted to contact, only the motion in the direction intersecting the out axial movement of the locking portion 52 as described below There is transmitted to the engaging portion 230.

連結部240は、円筒状に形成されており、内壁面側には、周方向に沿って90度毎に配置された4つのひずみゲージ251〜254(252,254は不図示)が設けられている。 Connecting portion 240 is formed in a cylindrical shape, the inner wall surface side, four strain gauges 251 to 254 along a circumferential direction are disposed every 90 degrees (252 and 254 not shown) is provided there. すなわち、力覚検出部200にかかる先端力を軸方向に直交する2軸方向に分解して検出することができる。 That is, it is possible to detect decomposed in two directions perpendicular to the distal force exerted on the force detecting unit 200 in the axial direction.

ひずみゲージ251〜254は、コーティング剤255により覆われており、耐水性、耐熱性を有している。 Strain gauges 251 to 254 are covered with a coating agent 255, has water resistance, heat resistance. なお、ひずみゲージ251〜254に接続されたリード線256は係合部230に設けられた貫通孔231を通り、図示しないカバーに覆われて駆動部30まで案内されている。 Incidentally, the strain leads 256 connected to the gauge 251 to 254 through the through hole 231 provided in the engagement portion 230 is guided to the drive unit 30 is covered with a cover (not shown).

固定部220及び係合部230は絶縁材で形成されており、連結部240は固定部220や係合部230等の他の部材と比べて剛性の低い材質の金属材で形成されている。 Fixing part 220 and the engaging portion 230 is formed of an insulating material, connecting portion 240 is formed of a metal material of low material stiffness as compared to other members such as the fixing portion 220 and the engaging portion 230.

本第2の実施の形態に係る力覚検出部200を用いた医療用マニピュレータ10においても、上述した第1の実施の形態に係る力覚検出部100を用いた医療用マニピュレータ10と同様の効果を得ることができる。 Also in the medical manipulator 10 using the force detection unit 200 according to the second embodiment, the same effect as the medical manipulator 10 using the force detection unit 100 according to the first embodiment described above it is possible to obtain. また、連結部240のみを非絶縁体である金属材とすることで、医療機器として充分な電気的安全性を確保しつつ、先端力を受けたときのたわみ量が大きく検出精度を向上させることができるというメリットがある。 Further, by only connecting portions 240 and the metal material is a non-insulator, while ensuring a sufficient electrical safety for medical devices, to improve the deflection amount is large detection accuracy when subjected to tip force there is a merit that it is. また、プラスチック等の絶縁材に比べて加工が容易というメリットもある。 There is also a merit that easily processed as compared with the insulating material such as plastic.

図6は本発明の第3の実施の形態に係る力覚検出部300周辺を一部切欠して示す側面図である。 6 is a side view showing a third peripheral force detection unit 300 according to the embodiment with a part cut away of the present invention. なお、図6において図2と同一機能部分には同一符号を付しその詳細な説明は省略する。 Incidentally, a detailed description thereof denoted by the same reference numerals in FIG. 2 and like functional elements in FIG. 6 is omitted.

力覚検出部300は、外管310を備えている。 Force detecting portion 300 includes an outer tube 310. 外管310は、その内壁面側で内管50のネジ部51に螺合されて着脱自在とされた固定部320と、内管50の係止部52に係合する係合部330と、これら固定部320及び係合部330を一体的に連結するとともに内管50の外壁面と所定の間隔だけ離間して形成された連結部340とを備えている。 Outer tube 310 has a fixed portion 320 which is detachably screwed to the screw portion 51 of the inner tube 50 at its inner wall surface, an engaging portion 330 that engages the locking portion 52 of the inner tube 50, these fixing portion 320 and the engagement portion 330 and a connecting portion 340 by being spaced apart outer wall surface with a predetermined space of the inner tube 50 with integrally connecting. なお、係合部330の内周面と係止部52の外周面とは接触するようになっており、後述するように係止部52の動きのうち軸方向に交差する方向への圧力のみが係合部330に伝達される。 Note that the inner and outer circumferential surfaces of the engaging portion 52 of the engagement portion 330 adapted to contact, only the pressure in the direction intersecting the out axial movement of the locking portion 52 as described below There is transmitted to the engaging portion 330.

係合部330の係止部52との当接部には、周方向に沿って90度毎に配置された4つの感圧センサ331〜334(332,334は不図示)が設けられている。 The contact portion between the engaging portion 52 of the engaging portion 330, four pressure sensors 331 to 334 are disposed every 90 degrees along the circumferential direction (332, 334 is not shown) is provided . 感圧センサ331〜334は、圧電素子や感圧フィルム等から構成されている。 Pressure sensor 331 to 334, and a piezoelectric element and the pressure-sensitive film. これら感圧センサ331〜334により力覚検出部300にかかる先端力を軸方向に直交する2軸方向に分解して検出することができる。 Can be detected by decomposing in two directions perpendicular to the distal force exerted on the force detector 300 by these pressure-sensitive sensor 331 - 334 in the axial direction. 感圧センサ331〜334はパッキング335により覆われており、耐水性を有している。 Pressure sensor 331 to 334 are covered by the packing 335, and has water resistance. なお、感圧センサ331〜334に接続されたリード線336は図示しないカバーに覆われて駆動部30まで案内されている。 Incidentally, the lead wire 336 connected to the pressure sensor 331 to 334 are guided is covered with a cover (not shown) to the driving unit 30. また、感圧センサ331〜334は、係合部330と係止部52の間全体にベルトのように配置してもよい。 Further, the pressure sensor 331 to 334, may be arranged as a belt across between the engaging portion 330 and the locking portion 52.

本第3の実施の形態に係る力覚検出部300を用いた医療用マニピュレータ10によれば、先端力が加わると、係合部330と係止部52との間に力が加わり、感圧センサ331〜334により圧力として検出される。 According to the medical manipulator 10 using the force detection unit 300 according to the third embodiment, the tip force is applied, force is applied between the engaging portion 330 and the locking portion 52, the pressure sensitive It is detected as a pressure by the sensor 331-334. 感圧センサ331〜334は、圧電素子や感圧フィルム等から構成される分布型の圧力センサであるため、先端力を高精度に検出することができ、上述した第1の実施の形態に係る力覚検出部100を用いた医療用マニピュレータ10と同様の効果を得ることができる。 Pressure sensor 331 to 334 are the distributed pressure sensor composed of a piezoelectric element or a pressure-sensitive film or the like, it is possible to detect the tip force with high precision, according to the first embodiment described above it is possible to obtain the same effect as the medical manipulator 10 using the force detector 100.

図7は本発明の第4の実施の形態に係る力覚検出部400周辺を一部切欠して示す側面図である。 Figure 7 is a side view showing the periphery force detection unit 400 according to the fourth embodiment of the present invention partially cut away. なお、図7において図2と同一機能部分には同一符号を付しその詳細な説明は省略する。 Incidentally, a detailed description thereof denoted by the same reference numerals in FIG. 2 and like functional elements in FIG. 7 will be omitted.

力覚検出部400は、その内壁面側で内管50のネジ部51に螺合されて着脱自在とされた固定部420と、内管50の係止部52に係合する係合部430と、これら固定部420及び係合部430を嵌合により連結するとともに内管50の外壁面と所定の間隔だけ離間して形成された連結部440とを備えている。 Force detecting portion 400, the engaging portion 430 for engaging the fixed portion 420 that is detachably screwed to the screw portion 51 of the inner tube 50 at its inner wall surface, the locking portion 52 of the inner tube 50 When, and a these fixing part 420 and the connecting portion 440 by being spaced apart outer wall surface with a predetermined space of the inner tube 50 with an engaging portion 430 connected by fitting. なお、係合部430の内周面と係止部52の外周面とは接触するようになっており、後述するように係止部52の動きのうち軸方向に交差する方向への動きのみが係合部430に伝達される。 Note that the inner and outer circumferential surfaces of the engaging portion 52 of the engagement portion 430 adapted to contact, only the motion in the direction intersecting the out axial movement of the locking portion 52 as described below There is transmitted to the engaging portion 430.

連結部440は、上述した連結部140と同様に、2組の平行平板構造で形成されており、各平板441〜444の内壁面側には、4つのひずみゲージ451〜454(452,454は不図示)が設けられている。 Connecting portion 440, like the coupling 140 described above, is formed by two pairs of parallel-plate structure, on the inner wall surface side of the flat plate 441 to 444, the four strain gauges 451 to 454 (452, 454 not shown) is provided. すなわち、力覚検出部400にかかる先端力を軸方向に直交する2軸方向に分解して検出することができる。 That is, it is possible to detect decomposed in two directions perpendicular to the distal force exerted on the force detecting unit 400 in the axial direction.

ひずみゲージ451〜454は、コーティング剤455により覆われており、耐水性、耐熱性を有している。 Strain gauges 451-454 is covered by the coating agent 455, has water resistance, heat resistance. なお、ひずみゲージ451〜454に接続されたリード線456は係合部430に設けられた貫通孔431を通り、図示しないカバーに覆われて駆動部30まで案内されている。 Incidentally, the lead wire 456 connected to the strain gauge 451 to 454 passes through the through-hole 431 provided in the engagement portion 430 is guided to the drive unit 30 is covered with a cover (not shown).

内管50のうち連結部440に覆われる部位55についても横コの字型のスリットSが4箇所形成されることで、平行平板構造が2組形成されている。 For site 55 covered by the connecting portion 440 of the inner tube 50 also by the horizontal U-shaped slits S are formed at four locations are formed parallel plate structure two sets.

本第4の実施の形態に係る力覚検出部400を用いた医療用マニピュレータ10においても、上述した第1の実施の形態に係る力覚検出部100を用いた医療用マニピュレータ10と同様の効果を得ることができるとともに、内管50の部位55の変形を容易にし、それに伴う連結部440の変形を拡大することで、結果的に測定感度を高くすることが可能となる。 Also in the medical manipulator 10 using the force detection unit 400 according to the fourth embodiment, the same effect as the medical manipulator 10 using the force detection unit 100 according to the first embodiment described above it is possible to obtain a deformation of the portion 55 of the inner tube 50 to facilitate, by expanding the deformation of the connecting portion 440 associated therewith, it is possible to increase the results in measurement sensitivity.

図8は本発明の第5の実施の形態に係る力覚検出部500周辺を一部切欠して示す側面図である。 Figure 8 is a side view showing the force detector 500 around according to a fifth embodiment of the present invention partially cut away. なお、図8において図2と同一機能部分には同一符号を付しその詳細な説明は省略する。 Incidentally, a detailed description thereof denoted by the same reference numerals in FIG. 2 and like functional elements in FIG. 8 will be omitted.

力覚検出部500は、絶縁材製の外管510を備えている。 Force detecting portion 500 includes an outer tube 510 made of an insulating material. 外管510は、その内壁面側で内管50のネジ部51に螺合されて着脱自在とされた固定部520と、内管50の係止部52に係合する係合部530と、これら固定部520及び係合部530を一体的に連結するとともに内管50の外壁面と所定の間隔だけ離間して形成された連結部540とを備えている。 Outer tube 510 has a fixed portion 520 which is detachably screwed to the screw portion 51 of the inner tube 50 at its inner wall surface, an engaging portion 530 that engages the locking portion 52 of the inner tube 50, these fixing portion 520 and the engagement portion 530 and a connecting portion 540 by being spaced apart outer wall surface with a predetermined space of the inner tube 50 with integrally connecting. なお、係合部530の内周面と係止部52の外周面とは接触するようになっており、後述するように係止部52の動きのうち軸方向に交差する方向への動きのみが係合部530に伝達される。 Note that the inner and outer circumferential surfaces of the engaging portion 52 of the engagement portion 530 adapted to contact, only the motion in the direction intersecting the out axial movement of the locking portion 52 as described below There is transmitted to the engaging portion 530. 図8中531は貫通孔を示している。 8 in 531 indicates a through hole.

連結部540は、円筒状に形成されており、その内壁面側には、周方向に沿って90度毎に配置された4つのひずみゲージ551〜554(552,554は不図示)が設けられており、それぞれ平行平板構造の対向する位置に配置されている。 Connecting portion 540 is formed in a cylindrical shape, in its inner wall surface, along the circumferential direction are arranged at every 90 degrees four strain gauges 551 to 554 (552 and 554 not shown) is provided and they are disposed at opposite positions of the parallel plate structure, respectively. すなわち、力覚検出部500にかかる先端力を軸方向に直交する2軸方向に分解して検出することができる。 That is, it is possible to detect decomposed in two directions perpendicular to the distal force exerted on the force detecting unit 500 in the axial direction.

ひずみゲージ551〜554は、コーティング剤555により覆われており、耐水性、耐熱性を有している。 Strain gauges 551 to 554 are covered with a coating agent 555, has water resistance, heat resistance. なお、ひずみゲージ551〜554に接続されたリード線556は係合部530に設けられた貫通孔531を通り、図示しないカバーに覆われて駆動部30まで案内されている。 Incidentally, the lead wire 556 connected to the strain gauge 551 to 554 passes through the through-hole 531 provided in the engagement portion 530 is guided to the drive unit 30 is covered with a cover (not shown).

本第5の実施の形態に係る力覚検出部500においては、係合部530と係止部52との接触面が中心軸側から外周側へ傾いたテーパ状に形成されている。 This in force detecting unit 500 according to the fifth embodiment, the contact surface between the engaging portion 530 and the locking portion 52 is formed in a tapered shape inclined toward the outer periphery from the central axis side. 係合部530の内周面と係止部52の外周面とが平行である場合、加工誤差等があると接触されない場合があり、検出感度に影響を与える。 If the inner and outer circumferential surfaces of the engaging portion 52 of the engaging portion 530 and are parallel, may not be contacted to have the processing error or the like, it affects the detection sensitivity. テーパ状に形成することにより、外管510に軸方向の力がかかると係合部530と係止部52とが確実に接触することになり、検出感度を確実に保つことができる。 By tapered, will be a force in the axial direction to the outer tube 510 is applied and the engaging portion 530 and the locking portion 52 to reliably contact can be maintained reliably detection sensitivity.

図9は本発明の第6の実施の形態に係る力覚検出部600周辺を一部切欠して示す側面図である。 Figure 9 is a side view showing a sixth force sense detector 600 around according to the embodiment with a part cut away of the present invention. なお、図9において図2と同一機能部分には同一符号を付しその詳細な説明は省略する。 Incidentally, a detailed description thereof denoted by the same reference numerals in FIG. 2 and like functional elements in FIG. 9 will be omitted.

力覚検出部600は、絶縁材製の外管610を備えている。 Force detecting portion 600 includes an outer tube 610 made of an insulating material. 外管610は、その内壁面側で内管50のネジ部51に螺合されて着脱自在とされた固定部620と、内管50の係止部52に係合する係合部630と、これら固定部620及び係合部630を一体的に連結するとともに内管50の外壁面と所定の間隔だけ離間して形成された連結部640とを備えている。 Outer tube 610 has a fixed portion 620 that is detachably screwed to the screw portion 51 of the inner tube 50 at its inner wall surface, an engaging portion 630 that engages the locking portion 52 of the inner tube 50, these fixing portion 620 and the engagement portion 630 and a connecting portion 640 only formed apart from the outer wall surface with a predetermined space of the inner tube 50 with integrally connecting. なお、係合部630の内周面と係止部52の外周面とは接触するようになっており、後述するように係止部52の動きのうち軸方向に交差する方向への動きのみが係合部630に伝達される。 Note that the inner and outer circumferential surfaces of the engaging portion 52 of the engagement portion 630 adapted to contact, only the motion in the direction intersecting the out axial movement of the locking portion 52 as described below There is transmitted to the engaging portion 630. 図9中631は貫通孔を示している。 9 in 631 indicates a through hole.

連結部640は、円筒状に形成されており、その内壁面側には、周方向に沿って90度毎に配置された4つのひずみゲージ651〜654(652,654は不図示)が設けられており、それぞれ平行平板構造の対向する位置に配置されている。 Connecting portion 640 is formed in a cylindrical shape, in its inner wall surface, along the circumferential direction are arranged at every 90 degrees four strain gauges 651 to 654 (652, 654 not shown) is provided and they are disposed at opposite positions of the parallel plate structure, respectively. すなわち、力覚検出部600にかかる先端力を軸方向に直交する2軸方向に分解して検出することができる。 That is, it is possible to detect decomposed in two directions perpendicular to the distal force exerted on the force detecting unit 600 in the axial direction.

ひずみゲージ651〜654は、コーティング剤655により覆われており、耐水性、耐熱性を有している。 Strain gauges 651 to 654 are covered with a coating agent 655, has water resistance, heat resistance. なお、ひずみゲージ651〜654に接続されたリード線657は係合部630に設けられた貫通孔631を通り、図示しないカバーに覆われて駆動部30まで案内されている。 Incidentally, the lead wire 657 connected to the strain gauge 651 to 654 passes through the through-hole 631 provided in the engagement portion 630 is guided to the drive unit 30 is covered with a cover (not shown).

本第5の実施の形態に係る力覚検出部600においては、係合部630と係止部52との間に一定寸法の間隙Gが形成されている。 This in force detecting unit 600 according to the fifth embodiment, the gap G of predetermined dimensions is formed between the engaging portion 630 and the locking portion 52. このため、先端力が小さい場合には、内管50の変形量が少ないため、その変形が力覚検出部600に伝達されず、ひずみゲージ651〜655では検出されない。 Therefore, when the tip force is small, the deformation amount of the inner tube 50 is small, the deformation is not transmitted to the force detecting section 600, is not detected in the strain gauges 651-655. このため、大きな先端力のみを検出する場合に適用可能である。 Therefore, it is applicable to a case of detecting only the large tip force.

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。 The present invention is not limited to the above embodiments and may be embodied with the components modified without departing from the scope of the invention. また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。 Also, by properly combining the structural elements disclosed in the above embodiments, various inventions can be formed. 例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。 For example, it is possible to delete some of the components shown in the embodiments. さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 It may be appropriately combined components in different embodiments.

本発明によれば、内管の変形のうち軸方向に交差する変形のみを外管に伝達することで、先端力のみを高感度に検出することができるとともに、滅菌洗浄性・電気的安全性に優れ、駆動力伝達機構からの影響を排除することが可能な力覚検出装置及びマニピュレータが得られる。 According to the present invention, by transmitting only the deformation intersecting the inner axial direction of the deformation of the inner tube to the outer tube, it is possible to detect only the tip force with high sensitivity, sterile washing resistance and electrical safety excellent, force detecting device and a manipulator which is capable of eliminating the influence from the driving force transmission mechanism can be obtained.

本発明の第1の実施の形態に係る力覚検出部が組み込まれた医療用マニピュレータを示す斜視図。 Perspective view of a medical manipulator force detection unit according to the first embodiment of the present invention is incorporated. 同力覚検出部及び作業部を一部切欠して示す側面図。 Side view showing the notched part of the force feedback detection unit and the working unit. 同力覚検出部に組み込まれた連結部を模式的に示す斜視図。 Perspective view schematically showing a connecting portion incorporated in the sense of force detector. 同力覚検出部に組み込まれた連結部を模式的に示す斜視図。 Perspective view schematically showing a connecting portion incorporated in the sense of force detector. 本発明の第2の実施の形態に係る力覚検出部及び作業部を一部切欠して示す側面図。 Side view showing a portion cut away the force detection unit and the working unit according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施の形態に係る力覚検出部及び作業部を一部切欠して示す側面図。 Third side view showing a part cut away the force detection unit and the working unit according to the embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施の形態に係る力覚検出部及び作業部を一部切欠して示す側面図。 4 side view showing a portion cut away the force detection unit and the working unit according to the embodiment of the present invention. 本発明の第5の実施の形態に係る力覚検出部及び作業部を一部切欠して示す側面図。 5 a side view showing a part cut away the force detection unit and the working unit according to the embodiment of the present invention. 本発明の第6の実施の形態に係る力覚検出部及び作業部を一部切欠して示す側面図。 6 a side view showing a part cut away the force detection unit and the working unit according to the embodiment of the present invention.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

10…医療用マニピュレータ、20…作業部、30…駆動部、40…アーム部、50…内管、60…駆動力伝達機構、100,200,300,400,500,600…力覚検出部、ひずみゲージ151〜154,251〜254,451〜454,551〜554,651〜654、感圧センサ331〜334。 10 ... medical manipulator, 20 ... work unit, 30 ... drive unit, 40 ... arm portion, 50 ... inner tube, 60 ... driving force transmission mechanism, 100,200,300,400,500,600 ... force detection unit, strain gauge 151~154,251~254,451~454,551~554,651~654, the pressure-sensitive sensor 331 to 334.

Claims (10)

  1. 内管と、 And the inner tube,
    この内管の先端側に同軸的に設けられるとともに、上記内管の変形が伝達される力覚検出部とを備え、 Together are coaxially provided on the tip side of the inner tube, and a force detector that deformation of the inner tube is transmitted,
    上記力覚検出部は、上記内管の外周壁に固定される固定部と、 The force sense detector includes a fixed portion fixed to the outer peripheral wall of the inner tube,
    この固定部に対し軸方向に離間した位置に配置されるとともに、上記内管の外周壁に対し上記軸方向に交差する方向に対して係止され、かつ、上記軸方向へ移動可能に係止された係合部と、 While being disposed at a position spaced in the axial direction with respect to the fixed portion, with respect to the outer peripheral wall of the inner tube is locked against direction crossing the axial direction, and movable locking to said axial direction an engaging portion which is,
    上記固定部と上記係合部とを一体的に連結する連結部と、 A connecting portion for integrally connecting the said fixed portion and said engaging portion,
    上記連結部の変形量を検出する変形量検出器とを備えていることを特徴とする力覚検出装置。 Force detecting apparatus characterized by and a deformation amount detector for detecting the amount of deformation of the connecting portion.
  2. 内管と、 And the inner tube,
    この内管の先端側に同軸的に設けられるとともに、上記内管の変形が伝達される力覚検出部とを備え、 Together are coaxially provided on the tip side of the inner tube, and a force detector that deformation of the inner tube is transmitted,
    上記力覚検出部は、上記内管の外周壁に固定される固定部と、 The force sense detector includes a fixed portion fixed to the outer peripheral wall of the inner tube,
    この固定部に対し軸方向に離間した位置に配置されるとともに、上記内管の外周壁に対し上記軸方向に交差する方向に対して係止され、かつ、上記軸方向へ移動可能に係止された係合部と、 While being disposed at a position spaced in the axial direction with respect to the fixed portion, with respect to the outer peripheral wall of the inner tube is locked against direction crossing the axial direction, and movable locking to said axial direction an engaging portion which is,
    上記固定部と上記係合部とを一体的に連結する連結部と、 A connecting portion for integrally connecting the said fixed portion and said engaging portion,
    上記係合部が上記内管から受ける圧力を検出する圧力検出器とを備えていることを特徴とする力覚検出装置。 Force detecting apparatus characterized by the engaging portion and a pressure detector which detects a pressure received from the inner tube.
  3. 上記連結部は、2組の平行平板構造で形成され、各平板に上記変形量検出器が取付けられていることを特徴とする請求項1に記載の力覚検出装置。 The connecting portion is formed by two pairs of parallel-plate structure, the force detecting apparatus according to claim 1, each flat plate above deformation amount detector is equal to or attached.
  4. 上記変形量検出器は、上記連結部における上記内管の軸方向に直交するとともに互いに直交する2軸方向に少なくとも一対ずつ取付けられていることを特徴とする請求項1に記載の力覚検出装置。 The deformation amount detector, force detection apparatus according to claim 1, characterized in that attached by at least one pair in two directions perpendicular to each other as well as perpendicular to the axial direction of the inner tube in the connecting portion .
  5. 上記係合部の内壁部と上記内管の外壁部との間に間隙が形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の力覚検出装置。 Force detecting apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the gap is formed between the outer wall of the inner wall portion and the inner tube of the engaging portion.
  6. 上記係合部の内壁部と上記内管の外壁部とは、中心軸側から外周側へ傾いたテーパ状に接していることを特徴とする請求項1または2に記載の力覚検出装置。 The outer wall of the inner wall portion and the inner tube of the engaging portion, the force detecting apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that inclined tapered in contact to the outer peripheral side from the central axis side.
  7. 上記力覚検出部は絶縁材で形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の力覚検出装置。 The force sense detector force detection apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that it is formed of an insulating material.
  8. 上記力覚検出部の上記固定部及び上記係合部は絶縁材で形成され、上記連結部は金属材で形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の力覚検出装置。 The fixed portion and the engagement portion of the force sense detection portion is formed of an insulating material, the force detecting apparatus according to claim 1 or 2 said connecting portion is characterized in that it is formed of a metal material.
  9. その先端側が被検体内に挿入されるアーム部と、 An arm portion that the tip side is inserted into a subject,
    このアーム部の先端側に設けられた作業部と、 A working portion provided on the distal end side of the arm portion,
    このアーム部の基端側に設けられた駆動部とを備え、 And a driving section provided at the proximal end side of the arm portion,
    上記アーム部は、内部に上記駆動部側から上記作業部への駆動力を伝達する駆動力伝達機構を収容する内管と、 The arm part includes an inner tube housing the driving force transmission mechanism for transmitting the driving force from the driving portion therein to said working portion,
    この内管の先端側に同軸的に設けられるとともに、上記内管の変形が伝達される力覚検出部とを備え、 Together are coaxially provided on the tip side of the inner tube, and a force detector that deformation of the inner tube is transmitted,
    上記力覚検出部は、上記内管の外周壁に固定される固定部と、 The force sense detector includes a fixed portion fixed to the outer peripheral wall of the inner tube,
    この固定部に対し軸方向に離間した位置に配置されるとともに、上記内管の外周壁に対し上記軸方向に交差する方向に対して係止され、かつ、上記軸方向へ移動可能に係止された係合部と、 While being disposed at a position spaced in the axial direction with respect to the fixed portion, with respect to the outer peripheral wall of the inner tube is locked against direction crossing the axial direction, and movable locking to said axial direction an engaging portion which is,
    上記固定部と上記係合部とを連結する連結部と、 A connecting portion for connecting the said fixed portion and said engaging portion,
    上記連結部の変形量を検出する変形量検出器と、 A deformation amount detector for detecting the amount of deformation of the connecting portion,
    この変形量検出器で検出された変形量に基づいて上記内管に作用する外力を提示する提示部とを備えていることを特徴とするマニピュレータ。 Manipulator, characterized in that and a presentation unit that presents the external force acting on the inner tube on the basis of the deformation amount detected by the deformation amount detector.
  10. その先端側が被検体内に挿入されるアーム部と、 An arm portion that the tip side is inserted into a subject,
    このアーム部の先端側に設けられた作業部と、 A working portion provided on the distal end side of the arm portion,
    このアーム部の基端側に設けられた駆動部とを備え、 And a driving section provided at the proximal end side of the arm portion,
    上記アーム部は、内部に上記駆動部側から上記作業部への駆動力を伝達する駆動力伝達機構を収容する内管と、 The arm part includes an inner tube housing the driving force transmission mechanism for transmitting the driving force from the driving portion therein to said working portion,
    この内管の先端側に同軸的に設けられるとともに、上記内管の変形が伝達される力覚検出部とを備え、 Together are coaxially provided on the tip side of the inner tube, and a force detector that deformation of the inner tube is transmitted,
    上記力覚検出部は、上記内管の外周壁に固定される固定部と、 The force sense detector includes a fixed portion fixed to the outer peripheral wall of the inner tube,
    この固定部に対し軸方向に離間した位置に配置されるとともに、上記内管の外周壁に対し上記軸方向に交差する方向に対して係止され、かつ、上記軸方向へ移動可能に係止された係合部と、 While being disposed at a position spaced in the axial direction with respect to the fixed portion, with respect to the outer peripheral wall of the inner tube is locked against direction crossing the axial direction, and movable locking to said axial direction an engaging portion which is,
    上記固定部と上記係合部とを連結する連結部と、 A connecting portion for connecting the said fixed portion and said engaging portion,
    上記係合部が上記内管から受ける圧力を検出する圧力検出器と、 A pressure detector that the engaging section detects pressure from the inner tube,
    この圧力検出器で検出された圧力変化に基づいて上記内管に作用する外力を提示する提示部とを備えていることを特徴とするマニピュレータ。 Manipulator characterized by comprising a presentation unit that presents the external force acting on the inner tube on the basis of the detected pressure change in the pressure detector.
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