JP5557522B2 - 遠隔操作型アクチュエータ - Google Patents
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Description
特に、姿勢変更用駆動源にロータリアクチュエータを用い、減速機構と、その出力を進退運動に変換する動作変換機構とを組み合わせ、この動作変換機構により出力部材を介して姿勢操作部材を進退動作させるようにしたため、遠隔操作型アクチュエータ全体をより一層コンパクトにできる。
動作変更機構を直動機構とすることで、ロータリアクチュエータである姿勢変更用駆動源の回転で姿勢操作部材を進退させることができる。また、直動機構の最終出力部を出力部材としたことで、部品点数を削減して構成を簡略にできる。
この場合も、ロータリアクチュエータである姿勢変更用駆動源の回転を直動機構部で直線往復運動に変換することで、姿勢操作部材を進退させることができる。また、減速機構により姿勢変更用駆動源のトルクを増大させることに加え、レバー機構部により直動機構部の出力が増力されるので、姿勢操作部材をより大きな作用力で進退動作させることができる。レバー機構部を設けたことで、減速比の低い減速機構を用いることが可能となり、減速機構の小型・軽量化を実現できる。レバー機構部の最終出力部を出力部材としたことで、部品点数を削減できる。
入力軸と出力軸が同一軸上に位置する場合、減速機構として例えばハーモニックドライブや遊星歯車機構等を採用することができる。これらの機構は、小型でコンパクトな構造でありながら、大きな減速比をとることができる。また、入力軸と出力軸が互いに直交する場合は、減速機構の出力軸の延長線上に姿勢変更用駆動源を配置しなくてよいので、設計上の自由度が向上する。
減速機構を、ウォームとウォームホイールとを組み合わせた構成としたことで、減速機構に動作変換機能を付加することができる。すなわち、減速機構と動作変換機構を一体化した機構となり、減速および動作変換の機能部分を小型でコンパクトにできる。ウォームとウォームホイールとでなる減速機構は、大きな減速比をとれる。また、ウォームホイールを出力部材としたことで、部品点数を削減できる。
駆動部ハウジング外に姿勢変更用駆動源を設けることで、駆動ハウジング内にモータのような電子部品を設けずに済む。そのため、遠隔操作型アクチュエータを医療機器として使用する場合に、駆動ハウジングの滅菌処理や洗浄が容易になる。また、駆動部ハウジング外に設けた姿勢変更用駆動源の回転を、可撓性ワイヤを介して、駆動部ハウジング内の減速機構へ伝達することにより、駆動部ハウジング外に設けた姿勢変更用駆動源と駆動部ハウジングとの位置関係についての融通性が高く、遠隔操作型アクチュエータを操作しやすい。
可撓性ワイヤよりも回転伝達下流側に減速機構を設けたため、可撓性ワイヤに捩れが生じても、その捩れによる回転位相差は減速機構の出力側で小さくなる。そのため、可撓性ワイヤの捩れの影響が出力部材に大きく現れることがなく、姿勢操作部材を精度良く進退動作させられる。
位置検出手段によって検出される動力伝達部材の動作位置から、姿勢操作部材の進退位置を推定できる。このように推定された姿勢操作部材の進退位置に関する情報を用いて、姿勢変更用駆動源を制御することができる。位置検出手段を減速機構と前記姿勢操作部材間の動力伝達部材に設けたため、減速機構において、例えばバックラッシュ等を原因とする入力側と出力側の回転のずれが生じても、それが位置検出手段の検出精度に影響を与えない。そのため、姿勢操作部材の進退位置を常に精度良く推定することができ、先端部材の位置決め精度を向上させられる。また、上記理由から、減速機構として比較的安価なものを使用することが可能となり、遠隔操作型アクチュエータのコスト低減を図れる。
姿勢変更用駆動源と減速機構間の動力伝達部材に捩れが生じる部材が用いられている場合であっても、その動力伝達部材の捩れの影響が減速機構の作用で小さくなるため、位置検出手段の分解能を小さくなり、精度の良い先端部材の位置決めが可能である。
姿勢操作部材は可撓性であるため、スピンドルガイド部に湾曲した箇所があっても、ガイド孔内で進退させることができる。
この発明における他の発明の遠隔操作型アクチュエータは、前記直動機構を、ラックとピニオンの噛み合いによる機構としたため、細長形状であるスピンドルガイド部の先端に設けられた工具の姿勢を遠隔操作で確実かつ精度良く変更することができ、しかもスピンドルガイド部が湾曲部を有する場合でも姿勢変更させられて、全体構成をコンパクトにできる。
この発明におけるさらに他の発明の遠隔操作型アクチュエータは、前記前提構成において、前記動作変換機構は、前記減速機構の出力を回転運動から直線往復運動に変換する直動機構部と、この直動機構部の出力を増力して出力するレバー機構部とを有し、このレバー機構部の最終出力部を前記出力部材としたため、細長形状であるスピンドルガイド部の先端に設けられた工具の姿勢を遠隔操作で確実かつ精度良く変更することができ、しかもスピンドルガイド部が湾曲部を有する場合でも姿勢変更させられて、全体構成をコンパクトにできる。
この発明におけるさらに他の発明の遠隔操作型アクチュエータは、前記前提構成において、前記減速機構は、前記姿勢変更用駆動源の回転により回転するウォームと、このウォームと噛み合うウォームホイールとを組み合わせた構成であり、前記ウォームホイールを、その一部分である接触部が前記姿勢操作部材と滑り接触して姿勢操作部材を進退動作させる前記出力部材としたため、細長形状であるスピンドルガイド部の先端に設けられた工具の姿勢を遠隔操作で確実かつ精度良く変更することができ、しかもスピンドルガイド部が湾曲部を有する場合でも姿勢変更させられて、全体構成をコンパクトにできる。
工具回転用駆動源41を駆動すると、その回転が回転軸22を介してスピンドル13に伝達されて、スピンドル13と共に工具1が回転する。この回転する工具1により、骨等を切削加工する。その際、姿勢変更用駆動源42を駆動させて、遠隔操作で先端部材2の姿勢変更を行う。例えば、姿勢変更用駆動源42により姿勢操作部材31を先端側へ進出させると、姿勢操作部材31によって先端部材2のハウジング11が押されて、先端部材2は図3(A)において先端側が下向きとなる側へ案内面F1,F2に沿って姿勢変更する。逆に、姿勢変更用駆動源42により姿勢操作部材31を後退させると、復元用弾性部材32の弾性反発力によって先端部材2のハウジング11が押し戻され、先端部材2は図3(A)において先端側が上向きとなる側へ案内面F1,F2に沿って姿勢変更する。このとき、先端部材連結部15には、姿勢操作部材31の圧力、復元用弾性部材32の弾性反発力、および抜け止め部材21からの反力が作用しており、これらの作用力の釣り合いにより先端部材2の姿勢が決定される。
特に、姿勢変更用駆動源42にロータリアクチュエータを用い、減速機構43と、その出力を進退運動に変換する動作変換機構44Aとを組み合わせ、この動作変換機構44Aにより直動部材51を介して姿勢操作部材31を進退動作させるようにしたため、遠隔操作型アクチュエータ全体をより一層コンパクトにできる。
2…先端部材
3…スピンドルガイド部
4a…駆動部ハウジング
5…コントローラ
13…スピンドル
15…先端部材連結部
22…回転軸
30…ガイドパイプ
30a…ガイド孔
31…姿勢操作部材
41…工具回転用駆動源
42…姿勢変更用駆動源
43…減速機構
43a…出力軸
43b…入力軸
44,44A,44B,44C,44D…動作変換機構
49…ボールねじ機構
51…直動部材(出力部材)
51a…接触部
54…位置検出手段
57…ウォーム
58…ウォームホイール(出力部材)
58a…接触部
62…直動機構部
63…レバー機構部
75…レバー(出力部材)
75a…開口
92…姿勢変更用可撓性ワイヤ
100…ピニオン
102…ラック
103…出力部材
Claims (9)
- 細長形状のスピンドルガイド部と、このスピンドルガイド部の先端に先端部材連結部を介して姿勢変更自在に取付けられた先端部材と、この先端部材に回転自在に設けた工具と、この工具を回転させる工具回転用駆動源と、前記先端部材の姿勢を操作する姿勢変更用駆動源とを備え、
前記先端部材は、前記工具を保持するスピンドルを回転自在に支持し、前記スピンドルガイド部は、前記工具回転用駆動源の回転を前記スピンドルに伝達する回転軸と、両端に貫通したガイド孔とを内部に有し、先端が前記先端部材に接して進退動作することにより前記先端部材を姿勢変更させる可撓性の姿勢操作部材を前記ガイド孔内に進退自在に挿通し、
前記姿勢変更用駆動源はロータリアクチュエータであって、この姿勢変更用駆動源の回転を入力しそれを減速して出力する減速機構と、この減速機構の出力を回転運動から進退運動に変換して出力する動作変換機構と、この動作変換機構の出力により前記姿勢操作部材の基端に接する接触部が進退動作することで前記姿勢操作部材を進退動作させる出力部材とを設け、前記動作変換機構は、前記減速機構の出力を回転運動から直線往復運動に変換する直動機構であって、この直動機構である動作変換機構の最終出力部を前記出力部材とし、前記直動機構は、ねじ機構を用いた機構であることを特徴とする遠隔操作型アクチュエータ。 - 細長形状のスピンドルガイド部と、このスピンドルガイド部の先端に先端部材連結部を介して姿勢変更自在に取付けられた先端部材と、この先端部材に回転自在に設けた工具と、この工具を回転させる工具回転用駆動源と、前記先端部材の姿勢を操作する姿勢変更用駆動源とを備え、
前記先端部材は、前記工具を保持するスピンドルを回転自在に支持し、前記スピンドルガイド部は、前記工具回転用駆動源の回転を前記スピンドルに伝達する回転軸と、両端に貫通したガイド孔とを内部に有し、先端が前記先端部材に接して進退動作することにより前記先端部材を姿勢変更させる可撓性の姿勢操作部材を前記ガイド孔内に進退自在に挿通し、
前記姿勢変更用駆動源はロータリアクチュエータであって、この姿勢変更用駆動源の回転を入力しそれを減速して出力する減速機構と、この減速機構の出力を回転運動から進退運動に変換して出力する動作変換機構と、この動作変換機構の出力により前記姿勢操作部材の基端に接する接触部が進退動作することで前記姿勢操作部材を進退動作させる出力部材とを設け、
前記動作変換機構は、前記減速機構の出力を回転運動から直線往復運動に変換する直動機構であって、この直動機構である動作変換機構の最終出力部を前記出力部材とし、前記直動機構は、ラックとピニオンの噛み合いによる機構である遠隔操作型アクチュエータ。 - 細長形状のスピンドルガイド部と、このスピンドルガイド部の先端に先端部材連結部を介して姿勢変更自在に取付けられた先端部材と、この先端部材に回転自在に設けた工具と、この工具を回転させる工具回転用駆動源と、前記先端部材の姿勢を操作する姿勢変更用駆動源とを備え、
前記先端部材は、前記工具を保持するスピンドルを回転自在に支持し、前記スピンドルガイド部は、前記工具回転用駆動源の回転を前記スピンドルに伝達する回転軸と、両端に貫通したガイド孔とを内部に有し、先端が前記先端部材に接して進退動作することにより前記先端部材を姿勢変更させる可撓性の姿勢操作部材を前記ガイド孔内に進退自在に挿通し、
前記姿勢変更用駆動源はロータリアクチュエータであって、この姿勢変更用駆動源の回転を入力しそれを減速して出力する減速機構と、この減速機構の出力を回転運動から進退運動に変換して出力する動作変換機構と、この動作変換機構の出力により前記姿勢操作部材の基端に接する接触部が進退動作することで前記姿勢操作部材を進退動作させる出力部材とを設け、
前記動作変換機構は、前記減速機構の出力を回転運動から直線往復運動に変換する直動機構部と、この直動機構部の出力を増力して出力するレバー機構部とを有し、このレバー機構部の最終出力部を前記出力部材とした遠隔操作型アクチュエータ。 - 請求項1ないし請求項3のいずれか1項において、前記減速機構は、前記姿勢変更用駆動源からの回転を入力する入力軸と、減速後の回転を出力する出力軸とを有し、これら入力軸および出力軸は共に同一軸上に位置する遠隔操作型アクチュエータ。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか1項において、前記減速機構は、前記姿勢変更用駆動源からの回転を入力する入力軸と、減速後の回転を出力する出力軸とを有し、これら入力軸および出力軸は互いに直交している遠隔操作型アクチュエータ。
- 細長形状のスピンドルガイド部と、このスピンドルガイド部の先端に先端部材連結部を介して姿勢変更自在に取付けられた先端部材と、この先端部材に回転自在に設けた工具と、この工具を回転させる工具回転用駆動源と、前記先端部材の姿勢を操作する姿勢変更用駆動源とを備え、
前記先端部材は、前記工具を保持するスピンドルを回転自在に支持し、前記スピンドルガイド部は、前記工具回転用駆動源の回転を前記スピンドルに伝達する回転軸と、両端に貫通したガイド孔とを内部に有し、先端が前記先端部材に接して進退動作することにより前記先端部材を姿勢変更させる可撓性の姿勢操作部材を前記ガイド孔内に進退自在に挿通し、
前記姿勢変更用駆動源はロータリアクチュエータであって、この姿勢変更用駆動源の回転を入力しそれを減速して出力する減速機構と、この減速機構の出力を回転運動から進退運動に変換して出力する動作変換機構と、この動作変換機構の出力により前記姿勢操作部材の基端に接する接触部が進退動作することで前記姿勢操作部材を進退動作させる出力部材とを設け、
前記減速機構は、前記姿勢変更用駆動源の回転により回転するウォームと、このウォームと噛み合うウォームホイールとを組み合わせた構成であり、前記ウォームホイールを、その一部分である接触部が前記姿勢操作部材と滑り接触して姿勢操作部材を進退動作させる前記出力部材とした遠隔操作型アクチュエータ。 - 請求項1ないし請求項6のいずれか1項において、前記スピンドルガイド部の基端が結合された駆動部ハウジング内に前記減速機構を設け、前記駆動部ハウジング外に前記姿勢変更用駆動源を設け、前記姿勢変更用駆動源の回転を前記減速機構へ伝達する可撓性ワイヤを設けた遠隔操作型アクチュエータ。
- 請求項1ないし請求項7のいずれか1項において、前記減速機構と前記姿勢操作部材間の動力伝達部材に、この動力伝達部材の動作位置を検出する位置検出手段を設けた遠隔操作型アクチュエータ。
- 請求項1ないし請求項8のいずれか1項において、前記スピンドルガイド部は湾曲した箇所を有する遠隔操作型アクチュエータ。
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