JP5624536B2 - Medical manipulator - Google Patents
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Description
本発明は、駆動部と、該駆動部によって動作される先端動作部を備えた作業部とを備え、これら駆動部と作業部とを着脱可能に構成した医療用マニピュレータに関する。 The present invention relates to a medical manipulator that includes a drive unit and a working unit that includes a distal end working unit that is operated by the drive unit, and the drive unit and the work unit are configured to be detachable.
腹腔鏡下手術においては、患者の腹部等に小さな孔をいくつかあけて内視鏡、マニピュレータ(又は鉗子)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。このような腹腔鏡下手術は、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。 In laparoscopic surgery, a small hole is made in the patient's abdomen, etc., and an endoscope, manipulator (or forceps), etc. are inserted, and the surgeon performs the operation while viewing the endoscope image on the monitor. Yes. Since such laparoscopic surgery does not require laparotomy, the burden on the patient is small, and the number of days until postoperative recovery and discharge is greatly reduced, and therefore, the application field is expected to expand.
一方、腹腔鏡下手術で用いるマニピュレータには、患部の位置及び大きさに応じて迅速且つ適切な手技が可能であることが望まれており、しかも患部切除、縫合及び結紮等の様々な手技が行われる。これに関連して、操作の自由度が高くしかも簡便に操作することのできるマニピュレータの提案がなされている(例えば、日本国特開2008−104854号公報参照)。 On the other hand, manipulators used in laparoscopic surgery are desired to be able to perform quick and appropriate procedures according to the position and size of the affected area. Done. In relation to this, a manipulator that has a high degree of freedom in operation and can be operated easily has been proposed (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-104854).
日本国特開2008−104854号公報記載のマニピュレータは、先端動作部を有する作業部と、モータやハンドルを有する駆動部とを着脱可能に構成している。これにより、はさみやグリッパ等の各種の先端動作部を設けた作業部を適宜駆動部に対して交換することにより、手技に応じた各種の先端動作部を持つマニピュレータを容易に構成することができる。このマニピュレータでは、駆動部と作業部との装着時、駆動軸と従動軸の先端にそれぞれ形成された十字状の凸部と凹部とが係合し、これにより、モータの回転駆動力を駆動部から作業部へと伝達し、先端動作部を動作させることができる。さらに、このマニピュレータでは、モータの回転位置を固定可能なロック部材を設けており、駆動部と作業部との着脱時、予め原点位置にモータを戻しておくことで、常に所定の原点位置に保持しておくことができ、次回の装着時に容易に原点位置から制御を開始することができる。 In the manipulator described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-104854, a working unit having a distal end working unit and a driving unit having a motor and a handle are detachable. As a result, a manipulator having various tip operation portions corresponding to the procedure can be easily configured by appropriately replacing the working portion provided with various tip operation portions such as scissors and grippers with respect to the drive portion. . In this manipulator, when the drive unit and the working unit are mounted, the cruciform projections and recesses formed at the tips of the drive shaft and the driven shaft are engaged with each other, whereby the rotational driving force of the motor is transmitted to the drive unit. Can be transmitted to the working unit to operate the tip working unit. In addition, this manipulator is provided with a lock member that can fix the rotational position of the motor. When the drive unit and the working unit are attached and detached, the motor is returned to the original position in advance so that the motor is always kept at the predetermined original position. Therefore, the control can be easily started from the origin position at the next mounting.
上記従来構成に係るマニピュレータでは、着脱に際しては常にモータを原点位置に戻す必要があり、そうしないと駆動部と作業部とを着脱できない構造となっている。ところが、例えば、手術中に作業部を交換する場合等には、作業部と駆動部の現在位相に係わらず、一層迅速に且つ一層簡単に駆動部と作業部とを着脱できる構成も望まれている。 In the manipulator according to the above-described conventional configuration, it is necessary to always return the motor to the origin position when attaching and detaching, otherwise the drive unit and the working unit cannot be attached and detached. However, for example, when exchanging the working unit during surgery, a configuration in which the driving unit and the working unit can be attached and detached more quickly and more easily regardless of the current phase of the working unit and the driving unit is desired. Yes.
本発明はこのような従来技術に関連してなされたものであり、駆動軸を有する駆動部と、従動軸や先端動作部を有する作業部とを、一層迅速に且つ簡単に着脱することができる医療用マニピュレータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in connection with such a conventional technique, and a drive unit having a drive shaft and a working unit having a driven shaft and a tip operation unit can be more quickly and easily attached and detached. An object is to provide a medical manipulator.
本発明に係る医療用マニピュレータは、アクチュエータによって回転される駆動軸を有する駆動部と、前記駆動軸によって従動回転される従動軸、該従動軸の回転によって動作される先端動作部、及び、該先端動作部を先端に設けたシャフトを有し、前記駆動部に対して着脱可能な作業部と、前記従動軸の位相を検出する位相検出手段と、を備え、前記駆動軸は軸線方向に対して傾斜した駆動側接合面を有し、前記従動軸は軸線方向に対して傾斜すると共に、前記駆動側接合面と係合可能な従動側接合面を有し、前記駆動側接合面及び前記従動側接合面は、前記駆動部及び前記作業部が装着された状態で互いに係合して、前記駆動軸の回転を前記従動軸に伝達可能であり、前記位相検出手段は、前記従動軸の径方向に沿って設けられた当接部材と、前記当接部材が前記従動軸と共に回転した際に、該当接部材と当接することで前記従動軸の回転範囲を原点から正転方向及び逆転方向にそれぞれ180°未満の範囲で規定する規制部と、前記当接部材と前記規制部との当接を検出する検出部と、を有することを特徴とする。 A medical manipulator according to the present invention includes a drive unit having a drive shaft rotated by an actuator, a driven shaft driven to rotate by the drive shaft, a tip operating unit operated by rotation of the driven shaft, and the tip A working unit detachably attached to the driving unit; and a phase detecting means for detecting a phase of the driven shaft, wherein the driving shaft is arranged in an axial direction. The driven shaft has an inclined drive side joint surface, the driven shaft is inclined with respect to the axial direction, and has a driven side joint surface engageable with the drive side joint surface, and the drive side joint surface and the driven side joining surface is engaged with each other in a state where the driver and the working unit is mounted state, and are capable of transmitting the rotation of said drive shaft to said driven shaft, said phase detecting means, the diameter of the driven shaft Abutting part provided along the direction And when the contact member rotates together with the driven shaft, the rotation range of the driven shaft is regulated within a range of less than 180 ° from the origin in the forward rotation direction and the reverse rotation direction by contacting the corresponding contact member. and parts, and wherein Rukoto to have a, a detector for detecting a contact between the contact member and the regulating portion.
このような構成によれば、駆動部側の駆動軸に前記駆動側接合面を設け、駆動部と着脱可能な作業部側の従動軸に前記駆動側接合面と係合可能な従動側接合面を設け、これらを各軸に対して傾斜させたことにより、駆動軸と従動軸とを連結する際の互いの初期位相に係わらず駆動側接合面と従動側接合面とを円滑に係合させることができる。従って、駆動側接合面と従動側接合面の初期位相を特別に考慮することなく、駆動部と作業部とを迅速に且つ簡単に着脱することができる。 According to such a configuration, the drive side joint surface is provided on the drive shaft on the drive unit side, and the driven side joint surface is engageable with the drive side joint surface on the driven shaft on the working unit side that is detachable from the drive unit. And the drive side joint surface and the driven side joint surface are smoothly engaged regardless of the initial phase when the drive shaft and the driven shaft are connected. be able to. Therefore, the drive unit and the working unit can be quickly and easily attached and detached without special consideration of the initial phases of the drive side joint surface and the driven side joint surface.
この場合、前記駆動側接合面と前記従動側接合面との係合時、前記駆動軸及び前記従動軸の一方が他方によって強制的に回転可能であると、互いの初期位相がずれている場合であっても一層円滑に駆動側接合面と従動側接合面とを係合させることが可能となる。 In this case, when the drive-side joint surface and the driven-side joint surface are engaged, if one of the drive shaft and the driven shaft can be forcibly rotated by the other, the initial phase of each other is shifted Even so, it becomes possible to more smoothly engage the driving side joining surface and the driven side joining surface.
この場合、前記位相検出手段は、前記従動軸の回転に伴って動作する被検出部材と、前記被検出部材の動作を検出する検出センサとを有する構成とすることができる。 In this case, the phase detection unit may include a detection member that operates as the driven shaft rotates and a detection sensor that detects the operation of the detection member.
また、前記被検出部材及び前記検出センサが前記駆動部に設けられる一方、前記従動軸の周面には、その周方向での軸線方向位置が変化したカム面が設けられ、前記被検出部材は、前記駆動部及び前記作業部が装着された状態でその先端が前記カム面に当接して、前記従動軸の回転による前記カム面の前記軸線方向位置の変化に伴って進退可能に構成されていると、従動軸の位相を容易に検出することが可能となる。 In addition, the detected member and the detection sensor are provided in the driving unit, and the peripheral surface of the driven shaft is provided with a cam surface whose axial position in the circumferential direction is changed, and the detected member is The front end of the driving unit and the working unit are in contact with the cam surface, and the driving unit and the working unit are configured to be capable of moving forward and backward with a change in the axial position of the cam surface due to rotation of the driven shaft. In this case, the phase of the driven shaft can be easily detected.
前記被検出部材は、前記作業部に設けられると共に、前記従動軸の回転に伴って回転可能であり、前記検出センサは、前記駆動部に設けられると共に、前記駆動部及び前記作業部が装着された状態で前記被検出部材を検出可能に配置されている構成としてもよい。 The detected member is provided in the working unit and is rotatable with the rotation of the driven shaft, and the detection sensor is provided in the driving unit, and the driving unit and the working unit are mounted. It is good also as a structure arrange | positioned so that the said to-be-detected member can be detected in the state.
また、本発明に係る医療用マニピュレータは、アクチュエータによって回転される駆動軸を有する駆動部と、前記駆動軸によって従動回転される従動軸、該従動軸の回転によって動作される先端動作部、及び、該先端動作部を先端に設けたシャフトを有し、前記駆動部に対して着脱可能な作業部と、前記従動軸の位相を検出する位相検出手段と、を備え、前記駆動軸は軸線方向に対して傾斜した駆動側接合面を有し、前記従動軸は軸線方向に対して傾斜すると共に、前記駆動側接合面と係合可能な従動側接合面を有し、前記駆動側接合面及び前記従動側接合面は、前記駆動部及び前記作業部が装着された状態で互いに係合して、前記駆動軸の回転を前記従動軸に伝達可能であり、前記駆動部及び前記作業部が装着された後、前記位相検出手段の検出に基づき、前記従動軸を回転させて原点に設定する原点サーチ動作を実行する原点サーチ部を備えることを特徴とするものであり、迅速且つ正確な原点検出が可能となる。 Further, a medical manipulator according to the present invention includes a drive unit having a drive shaft rotated by an actuator, a driven shaft driven to rotate by the drive shaft, a tip operating unit operated by rotation of the driven shaft, and A working unit detachably attached to the driving unit; and phase detecting means for detecting a phase of the driven shaft, the driving shaft extending in an axial direction. The driven shaft is inclined with respect to the axial direction, and has a driven-side bonding surface engageable with the driving-side bonding surface, the driving-side bonding surface and the driving-side bonding surface; The driven side joining surfaces can be engaged with each other in a state in which the driving unit and the working unit are mounted, and the rotation of the driving shaft can be transmitted to the driven shaft, and the driving unit and the working unit are mounted. After the phase detection means Based on the detection, the are those of the driven shaft is rotated, characterized in that it comprises an origin search unit that executes the origin search operation for setting the origin, it is possible to rapidly and accurately origin detection.
前記駆動部に、前記駆動軸の回転位置を検出する駆動軸位相センサを設けて構成することもできる。 A drive shaft phase sensor that detects the rotational position of the drive shaft may be provided in the drive unit.
また、本発明に係る医療用マニピュレータは、アクチュエータによって回転される駆動軸を有する駆動部と、前記駆動軸によって従動回転される従動軸、該従動軸の回転によって動作される先端動作部、及び、該先端動作部を先端に設けたシャフトを有し、前記駆動部に対して着脱可能な作業部と、前記従動軸の位相を検出する位相検出手段と、を備えた医療用マニピュレータであって、前記駆動軸は軸線方向に対して傾斜した駆動側接合面を有し、前記従動軸は軸線方向に対して傾斜すると共に、前記駆動側接合面と係合可能な従動側接合面を有し、前記駆動側接合面及び前記従動側接合面は、前記駆動部及び前記作業部が装着された状態で互いに係合して、前記駆動軸の回転を前記従動軸に伝達可能であり、前記駆動部は、前記駆動軸の回転位置を検出する駆動軸位相センサを有し、前記医療用マニピュレータは、さらに、前記駆動部に接続されるコントローラを備え、前記作業部は、前記従動軸の径方向に沿って設けられた当接部材と、前記当接部材が前記従動軸と共に回転した際に、該当接部材と当接することで前記従動軸の回転範囲を原点から正転方向及び逆転方向にそれぞれ180°未満の範囲で規定する規制部とを有し、前記コントローラは、前記駆動側接合面と前記従動側接合面とが係合される際に、前記従動軸が強制的に前記規制部による規制を越えて回転されることを回避可能な安全領域へと、前記駆動軸を前記駆動軸位相センサの検出に基づいて予め回転させておく安全着脱動作を実行することを特徴とするものであり、従動軸が規制部を超えて回転される強制力を受けて、該従動軸等に過度の負荷が生じることを有効に回避することができる。 Further, a medical manipulator according to the present invention includes a drive unit having a drive shaft rotated by an actuator, a driven shaft driven to rotate by the drive shaft, a tip operating unit operated by rotation of the driven shaft, and A medical manipulator having a shaft provided with the distal end working unit at the distal end, a working unit that can be attached to and detached from the drive unit, and a phase detection unit that detects a phase of the driven shaft, The drive shaft has a drive side joint surface inclined with respect to the axial direction, the driven shaft is inclined with respect to the axial direction, and has a driven side joint surface engageable with the drive side joint surface, The drive side joint surface and the driven side joint surface are engaged with each other in a state in which the drive unit and the working unit are mounted, and the rotation of the drive shaft can be transmitted to the driven shaft. Of the drive shaft A drive shaft phase sensor for detecting the translocation, the medical manipulator, further comprising a controller coupled to the drive unit, the working portion is provided along a radial direction of the driven shaft those When the contact member and the contact member rotate together with the driven shaft, the rotation range of the driven shaft is defined within a range of less than 180 ° from the origin in the normal rotation direction and the reverse rotation direction by contacting the corresponding contact member. And the controller is configured to forcibly rotate the driven shaft beyond the restriction by the restriction portion when the drive side joining surface and the driven side joining surface are engaged. A safety attaching / detaching operation is performed in which the drive shaft is rotated in advance based on detection of the drive shaft phase sensor to a safe region where the drive shaft can be avoided. Strength that is rotated beyond It is possible to effectively avoid the occurrence of an excessive load on the driven shaft or the like due to the control force.
前記安全着脱動作は、前記作業部が前記駆動部から取り外された際、前記駆動部に前記コントローラを接続した際、及び、前記駆動部に設けられたマスタスイッチがオフにされた際のうち、少なくともいずれかのタイミングで実行されるとよい。 The safety attaching / detaching operation is performed when the working unit is detached from the driving unit, when the controller is connected to the driving unit, and when a master switch provided in the driving unit is turned off. It may be executed at least at any timing.
また、本発明に係る医療用マニピュレータは、アクチュエータによって回転される駆動軸を有する駆動部と、前記駆動軸によって従動回転される従動軸、該従動軸の回転によって動作される先端動作部、及び、該先端動作部を先端に設けたシャフトを有し、前記駆動部に対して着脱可能な作業部と、前記従動軸の位相を検出する位相検出手段と、を備え、前記駆動軸は軸線方向に対して傾斜した駆動側接合面を有し、前記従動軸は軸線方向に対して傾斜すると共に、前記駆動側接合面と係合可能な従動側接合面を有し、前記駆動側接合面及び前記従動側接合面は、前記駆動部及び前記作業部が装着された状態で互いに係合して、前記駆動軸の回転を前記従動軸に伝達可能であり、前記作業部は、前記従動軸の径方向に沿って設けられた当接部材と、前記当接部材が前記従動軸と共に回転した際に、該当接部材と当接することで前記従動軸の回転範囲を原点から正転方向及び逆転方向にそれぞれ180°未満の範囲で規定する規制部とを有し、前記駆動部から前記作業部を取り外すときに、又は、前記駆動部から前記作業部を取り外し可能な状態のときに、次回の駆動部と作業部との装着時に前記従動軸が強制的に前記規制部による規制を越えて回転されることを回避できる安全領域へと、前記従動軸を誘導する安全領域誘導手段を有することを特徴とするものであり、従動軸等に過度の負荷が生じることを有効に回避することができる。 Further, a medical manipulator according to the present invention includes a drive unit having a drive shaft rotated by an actuator, a driven shaft driven to rotate by the drive shaft, a tip operating unit operated by rotation of the driven shaft, and A working unit detachably attached to the driving unit; and phase detecting means for detecting a phase of the driven shaft, the driving shaft extending in an axial direction. The driven shaft is inclined with respect to the axial direction, and has a driven-side bonding surface engageable with the driving-side bonding surface, the driving-side bonding surface and the driving-side bonding surface; The driven-side joining surfaces can be engaged with each other in a state in which the driving unit and the working unit are mounted, and the rotation of the driving shaft can be transmitted to the driven shaft. The working unit has a diameter of the driven shaft. Abutting part provided along the direction And when the contact member rotates together with the driven shaft, the rotation range of the driven shaft is regulated within a range of less than 180 ° from the origin in the forward rotation direction and the reverse rotation direction by contacting the corresponding contact member. And when the working unit is removed from the driving unit, or when the working unit can be removed from the driving unit, the driven shaft is mounted when the driving unit and the working unit are mounted next time. excessive There to be prevented from being rotated beyond the regulation by forcing the regulating unit safe region, which is characterized by having a safety area guide means for guiding the driven shaft, the driven shaft or the like It is possible to effectively avoid the occurrence of the load.
さらに、前記安全領域誘導手段は、前記規制部の前記当接部材が当接する端面に設けられた緩衝部材、又は、前記端面から進退する進退部材を含む構成としてもよい。 Further, the safety area guiding means may include a buffer member provided on an end surface with which the abutting member of the restricting portion abuts, or an advancing / retreating member that advances and retreats from the end surface.
さらにまた、本発明に係る医療用マニピュレータは、アクチュエータによって回転される駆動軸を有する駆動部と、前記駆動軸によって従動回転される従動軸、該従動軸の回転によって動作される先端動作部、及び、該先端動作部を先端に設けたシャフトを有し、前記駆動部に対して着脱可能な作業部と、前記従動軸の位相を検出する位相検出手段と、を備え、前記駆動軸は軸線方向に対して傾斜した駆動側接合面を有し、前記従動軸は軸線方向に対して傾斜すると共に、前記駆動側接合面と係合可能な従動側接合面を有し、前記駆動側接合面及び前記従動側接合面は、前記駆動部及び前記作業部が装着された状態で互いに係合して、前記駆動軸の回転を前記従動軸に伝達可能であり、前記作業部は、前記従動軸の径方向に沿って設けられた当接部材と、前記当接部材が前記従動軸と共に回転した際に、該当接部材と当接することで前記従動軸の回転範囲を原点から正転方向及び逆転方向にそれぞれ180°未満の範囲で規定する規制部とを有し、前記駆動部と前記作業部とを装着するときに、前記従動軸が強制的に前記規制部による規制を越えて回転されることを回避できる安全領域へと、前記従動軸を誘導する安全領域誘導手段を有することを特徴とする。 Furthermore, a medical manipulator according to the present invention includes a drive unit having a drive shaft that is rotated by an actuator, a driven shaft that is driven and rotated by the drive shaft, a tip operation unit that is operated by rotation of the driven shaft, and And a working unit detachably attached to the drive unit, and a phase detection means for detecting the phase of the driven shaft, wherein the drive shaft is in the axial direction. The driven shaft is inclined with respect to the axial direction, and has a driven side bonding surface engageable with the driving side bonding surface, and the driving side bonding surface and The driven-side joining surface can be engaged with each other in a state where the driving unit and the working unit are mounted, and the rotation of the driving shaft can be transmitted to the driven shaft. Provided along the radial direction When the contact member and the contact member rotate together with the driven shaft, the rotation range of the driven shaft is defined within a range of less than 180 ° from the origin in the normal rotation direction and the reverse rotation direction by contacting the corresponding contact member. To the safety region where the driven shaft is forcibly rotated beyond the restriction by the restriction part when the drive part and the working part are mounted. It is characterized by having a safe area guiding means for guiding the driven shaft.
この場合、前記安全領域誘導手段は、前記駆動部に設けられることにより、前記駆動部と前記作業部とが装着される際に、前記規制部と前記当接部材との間に進動する移動部材を含む構成とすることもできる。 In this case, the safety area guiding means is provided in the drive unit, and moves when the drive unit and the working unit are mounted to advance between the regulating unit and the contact member. It can also be set as the structure containing a member.
なお、前記駆動側接合面及び前記従動側接合面は、一方が先細りのテーパ形状であり、他方が前記先細りのテーパ形状に対応した奥細りのテーパ形状であると、両接合面の係合を一層円滑に行うことができる。 In addition, when one of the driving side joining surface and the driven side joining surface has a tapered taper shape and the other has a tapered shape corresponding to the tapered taper shape, the engagement of both the joining surfaces is achieved. It can be performed more smoothly.
この場合、前記先細りのテーパ形状の前記駆動側接合面又は前記従動側接合面には、径方向に突出する突出部が周方向で等間隔に複数設けられ、前記奥細りのテーパ形状の前記従動側接合面又は前記駆動側接合面には、前記突出部に対応する複数の溝部が設けられていてもよい。 In this case, a plurality of projecting portions projecting in the radial direction are provided at equal intervals in the circumferential direction on the drive-side joint surface or the driven-side joint surface having the tapered shape, and the tapered tapered follower is provided. A plurality of grooves corresponding to the protrusions may be provided on the side joint surface or the drive side joint surface.
また、前記駆動側接合面及び前記従動側接合面は、互いに噛み合う歯面形状とすることもできる。 Further, the driving-side joining surface and the driven-side joining surface may have a tooth surface shape that meshes with each other.
さらに、前記駆動部及び前記作業部の着脱状態を検出する着脱センサを備えると、当該着脱状態を確実に検出することが可能となるため好ましい。 Furthermore, it is preferable to provide an attachment / detachment sensor that detects the attachment / detachment state of the drive unit and the working unit because the attachment / detachment state can be reliably detected.
以下、本発明に係る医療用マニピュレータについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a medical manipulator according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1に示すように、本実施の形態に係るマニピュレータ(医療用マニピュレータ)10は、連結シャフト18の先端に設けられた先端動作部12に生体の一部又は湾曲針等を把持して所定の処置を行うための医療用の器具であり、通常、把持鉗子やニードルドライバ(持針器)等とも呼ばれる。
As shown in FIG. 1, the manipulator (medical manipulator) 10 according to the present embodiment grips a predetermined part of a living body or a curved needle or the like on a distal
以下の説明では、図1における幅方向をX方向、高さ方向をY方向、連結シャフト18の延在方向をZ方向と規定する。また、先端側から見て右方をX1方向、左方をX2方向、上方向をY1方向、下方向をY2方向、前方をZ1方向、後方をZ2方向と規定する。さらに、特に断りのない限り、これらの方向の記載はマニピュレータ10が中立姿勢である場合を基準として表すものとする。これらの方向は説明の便宜上のものであり、マニピュレータ10は任意の向きで(例えば、上下を反転させて)使用可能であることはもちろんである。
In the following description, the width direction in FIG. 1 is defined as the X direction, the height direction is defined as the Y direction, and the extending direction of the connecting
マニピュレータ10は、人手によって把持及び操作される操作部(基部)14と、該操作部14に対して着脱自在な作業部16とを備え、コネクタ520を介して操作部14に着脱自在なコントローラ514を有するマニピュレータシステムとして構成されている。操作部14には、作業部16側を電動的に駆動する駆動部(アクチュエータ部)30が設けられている。なお、分離した状態の操作部14は図2に、分離した状態の作業部16は図3に示されている。
The
コントローラ514は、マニピュレータ10を総合的に制御する制御部であって、グリップハンドル(ハンドル)26の下端部から延在するケーブル61と前記コネクタ520を介して接続される。コントローラ514の機能の一部又は全部は、例えば操作部14に一体的に搭載することもできる。
The
コントローラ514は、例えば、第1ポート515a、第2ポート515b及び第3ポート515cを備えており、マニピュレータ10を独立的に3台同時に制御することができる。図1中の参照符号516は、コントローラ514の電源スイッチである。
The
コントローラ514には、LAN等の通信手段を介して使用履歴管理手段であるホストコンピュータ502を接続することができる。ホストコンピュータ502は、内部の図示しない記録手段に使用履歴テーブルを記録しており、コントローラ514又は前記LANにより接続された複数台のコントローラに対して要求された個体番号に応じた使用履歴データを送受信し、管理する。ホストコンピュータ502は、コントローラ514から独立的な構成に限らず、コントローラ514内にその機能を設けてもよい。
The
このようなマニピュレータ10及びこれを含むシステムは、選択的に種々の構成を採用可能であり、例えば、作業部16は先端動作部12としてグリッパやはさみ等、各種のエンドエフェクタを適用し、所望の動作を行うことができる。
Such a
図1及び図2に示すように、操作部14は、Z1方向及びY2方向に延びた略L字状に構成されると共に、Z方向に略対称に分割された一対の上部カバー25a、25b(以下、まとめて「上部カバー25」ともいう)を筐体として、その内部に、駆動部30やカメラ224(図6参照)等が収納されると共に、基端側でY2方向に延びた部分が人手によって把持されるグリップハンドル26として構成されている。上部カバー25は、例えば樹脂性材料によって形成され、分割できない一体構成としてもよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
グリップハンドル26は、人手によって把持されるのに適した長さであり、上部の傾斜面26aに複合入力部24を有する。グリップハンドル26は、上部カバー25の屈曲部に形成された傾斜面26aから略Y2方向に向かって延在しており、詳細には連結シャフト18の軸を基準として75°(度)程度の角度に延在している。このような角度にすることにより、マニピュレータ10の全体を動かす際の操作性が高まるとともに、複合入力部24の操作性が高まることが確かめられている。
The grip handle 26 has a length suitable for being manually gripped, and has a
図1に示すように、操作部14のY1方向頂部近傍には、上部カバー25から露出してマスタスイッチ(メインスイッチ)34が設けられ、マスタスイッチ34のZ1方向で視認しやすい箇所にLED29が設けられている。
As shown in FIG. 1, a master switch (main switch) 34 is provided in the vicinity of the top of the
作業部16は、作業を行う先端動作部12と、該先端動作部12を先端に設けた長尺で中空の連結シャフト(シャフト)18と、該連結シャフト18の基端側が固定される下部ブラケット32と、下部ブラケット32のZ2方向端に軸支されたトリガレバー36とを有する。作業部16は、Z方向で略対称に分割された一対の下部カバー37a、37b(以下、まとめて「下部カバー37」ともいう)を筐体として、その内部に下部ブラケット32を収納している。下部カバー37は、例えば樹脂性材料によって形成され、分割できない一体構成としてもよい。
The working
このような作業部16は、操作部14(駆動部30)に設けられた左右一対の着脱レバー400、400によって当該操作部14に固定されると共に、着脱レバー400の開放操作によって操作部14から分離可能であり、特別な器具を用いることなく、手術現場で容易に交換作業等を行うことができる。下部ブラケット32の上面(Y1面)には、該下部ブラケット32を再使用するために、その内部空間を洗浄する際に使用する洗浄液注入ポート39が設けられている。
Such a working
図1に示すように、先端動作部12及び連結シャフト18は細径に構成されており、患者の腹部等に設けられた円筒形状のトラカール20から体腔22内に挿入可能であり、複合入力部(基部部側入力部)24及びトリガレバー(作業部側入力部)36の操作により体腔22内において患部切除、把持、縫合及び結紮等の様々な手技を行うことができる。
As shown in FIG. 1, the distal
複合入力部24及びトリガレバー36の操作に基づいて動作する先端動作部12は、3軸の動作が可能である。すなわち、Y軸を基準に傾動するヨー軸動作、先端を指向する軸(中立姿勢時にはZ軸)を基準に回転するロール軸動作、及び、開閉可能なグリッパ軸動作である。本実施形態の場合、ヨー軸及びロール軸は、複合入力部24の操作に基づいて電気的に駆動され、グリッパ軸はトリガレバー36の操作に基づいて機械的に駆動される。ここで機械的とは、ワイヤ、チェーン、タイミングベルト、リンク、ロッド、ギア等を介して駆動する方式であり、主に、動力伝達方向に非弾性な固体の機械部品を介して駆動する方式である。ワイヤやチェーン等は、張力により不可避的な多少の伸びが発生する場合があるが、これらは非弾性な固体の機械部品とする。後述する荷重リミッタ212(図18参照)は、通常操作時にはほとんど弾性変形がなく、実質的に非弾性部品である。
The distal
以下、上記のような基本構成からなるマニピュレータ10の各部分について、順に説明する。
Hereinafter, each part of
先ず、操作部14を構成する駆動部30について、上部カバー25等を外した(もしくは透視した)状態の図6〜図10を用いて説明する。
First, the
図6〜図10に示すように、駆動部30は、2つのモータ(アクチュエータ)100、102と、該モータ100、102を支持する上部ブラケット104と、モータ100、102の回転方向を変換して作業部16側に伝達するギア機構部106とを有する。モータ100、102及びギア機構部106は、一方の上部カバー25bの内面に2本のビス103、103(図6参照)で固定された前記上部ブラケット104によって支持されている。
As shown in FIGS. 6 to 10, the
図8に示すように、モータ100、102は、径:長さが1:4程度の円柱形状であり、Z1方向側に設けられた減速機100a、102aと、該減速機100a、102aによって減速される出力軸100b、102b(図9参照)と、Z2方向側に設けられた角度センサ100c、102cとを含む。モータ100、102は、例えばDCモータである。減速機100a、102aは、例えば遊星歯車式であり、減速比は1:100〜1:300程度である。角度センサ100c、102cとしては、例えばロータリエンコーダが用いられ、検出した角度信号はコントローラ514に供給される。モータ100とモータ102や、減速機100aと減速機102aは、同一である必要はなく、適宜選定すればよい。
As shown in FIG. 8, the
図8に示すように、モータ100とモータ102は、X方向に対称位置で且つほとんど隙間なく配置されている。モータ100、102のZ2方向端は、グリップハンドル26のZ1方向端と略等しい位置である(図6参照)。図6に示すように、モータ100、102のケーブル100d、102d(角度センサ100c、102cの接続線を含む)は、それぞれZ2方向端側から延在し、グリップハンドル26の中へと引き込まれている。
As shown in FIG. 8, the
上部ブラケット104は、モータ100、102が固定されるXY平面である第1プレート108と、第1プレート108の上下端からZ1方向に延びた第2プレート110及び第3プレート112と、第1プレート108、第2プレート110及び第3プレート112で囲まれた空間内をX1側及びX2側に仕切る第4プレート114とを有し、切削加工又は溶接加工成型等によって形成されている。第3プレート112のZ1側端には、Y1方向に突出したブロック状のセンサ支持部109が形成されている。平面視(図8参照)で上部ブラケット104の外形を構成する第1プレート108及び第3プレート112の外周面には、これを一周する溝部にOリング105が嵌合されている(図7参照)。
The
図9に示すように、第1プレート108は、モータ100、102の外径の1.5倍程度の高さとなっている。第1プレート108には、モータ100、102がそれぞれZ2方向に延在する向きで複数のビス111でX方向に平行して支持されており、その出力軸100b、102bが孔113を通ってZ1方向側へと突出している。
As shown in FIG. 9, the
図7及び図9に示すように、第2プレート110は、第1プレート108の上端からZ1方向に向かって突出している。第3プレート112は、第2プレート110と平行且つZ1方向端の位置が多少突出しており、その突出部分に前記センサ支持部109が設けられている。第4プレート114は、三方が第1プレート108、第2プレート110及び第3プレート112に接続され、X方向に関する中央部分でYZ平面を形成している。この第4プレート114は補強板として作用し、第1プレート108、第2プレート110及び第3プレート112が安定する。第4プレート114のZ1方向且つY1方向の角部はZ1側に突出形成されており、ここに上部ブラケット104を上部カバー25bの内面に固定する前記ビス103の1つが配設される(図6及び図9参照)。
As shown in FIGS. 7 and 9, the
図10に示すように、センサ支持部109には、各モータ100、102の軸線の延長線上(Z方向)にある一対の孔部300、302と、これらの間にある孔部304とからなる合計3つのY方向の貫通孔がX方向に並んでいる。
As shown in FIG. 10, the
孔部300、302には、それぞれ作業部原点センサ(検出センサ)306、308のセンサドグ(被検出部材)として機能する検出シャフト(検出軸)310、312が挿通配置されている。孔部304には、着脱センサ314のセンサドグとして機能する検出シャフト(検出軸)316が挿通配置されている。作業部原点センサ306、308及び着脱センサ314は、Y方向が開口した平面視(図8参照)で略U字状であり、U字の内側で検出シャフト310、312、316を検出可能である。作業部原点センサ306、308及び着脱センサ314は、センサ支持部109のZ1面にXY平面に沿って固定されたセンサ基板317に設けられている(図6、図8及び図9参照)。
Detection shafts (detection shafts) 310 and 312 that function as sensor dogs (detected members) of the working unit origin sensors (detection sensors) 306 and 308 are inserted into the
図10に示すように、着脱センサ314の検出シャフト316は、Y方向に延びてY1側が細い段付きの棒状部材である。検出シャフト316は、高さ方向で略中央の細径部に外嵌されたコイルばね318によってY2方向(下方)に向かって付勢されると共に、Y1方向端近傍に嵌合されたEリング320によって孔部304に対して抜け止めされている。
As shown in FIG. 10, the
コイルばね318は、孔部304のY1方向端に縮径形成されたフランジ304aに上部が着座し、検出シャフト316の略中央に形成されたフランジ316aに下部が着座して保持されている。フランジ316aは、Oリング320が嵌められる環状溝の一側壁を構成している。
The upper part of the
同様に、作業部原点センサ306、308の検出シャフト310、312もY方向に延びてY1側が細い段付きの棒状部材である。検出シャフト310、312は、Y1側の細径部に外嵌されたコイルばね322、324によってY2方向(下方)に向かって付勢されている。検出シャフト310、312は、そのY1方向端(上端)近傍に嵌合されたEリング327、329と、そのY2方向端(下端)に固定された支持部材340、342とによって、孔部300、302に対して抜け止めされている。支持部材340、342は、そのZ2側でY方向に延びた小径の検出ピン344、346を支持する部材である(図9参照)。
Similarly, the
図9に示すように、検出ピン344、346は、検出シャフト310、312と平行するようにZ2側に配置され、その上端側が孔部300、302のZ側に形成された孔部347、348に挿通支持されている。これら検出ピン344、346は、作業部16側の係合凹部176a、176bの外周面に形成されたカム面175、175(図22A参照)に対し、その先端球面344a、346aが着座して摺接可能である。検出ピン344、346は、カム面175の回転による軸線方向位置(Y方向位置)の変化に伴ってY方向に進退し、検出シャフト310、312をY方向に進退させることができる。
As shown in FIG. 9, the detection pins 344 and 346 are arranged on the Z2 side so as to be parallel to the
コイルばね322、324は、孔部300、302のY1方向端に縮径形成されたフランジ300a、302aに上部が着座し、検出シャフト310、312の中央やや下方に形成されたフランジ310a、312aに下部が着座して保持されている。フランジ310a、312aは、Oリング326、328が嵌められる環状溝の一側壁を構成している。検出シャフト310、312のY1方向端(上端)には、作業部原点センサ306、308に対応する検出頭部310c、312cが設けられている。
The upper portions of the coil springs 322 and 324 are seated on
図7、図9及び図10に示すように、ギア機構部106は、第1プレート108、第2プレート110及び第3プレート112で囲まれた空間で、第4プレート114を基準にしてX方向に対称構成として設けられている。ギア機構部106は、2本の駆動シャフト(駆動軸)115、116と、2つの駆動傘歯車117、118と、2つの従動傘歯車119、120とを有する。
As shown in FIGS. 7, 9, and 10, the
図9に示すように、上部ブラケット104を構成する第2プレート110及び第3プレート112には、各駆動シャフト115、116にそれぞれ対応し、ベアリング122、124が配置される軸孔126、128が一対ずつ設けられている。ベアリング122、124は、外輪の一部が第2プレート110及び第3プレート112の端面に当接することにより位置決めされている。第2プレート110の上面には、ベアリング122の外輪を止める止板130が複数のビス129(図7及び図8参照)によって固定されている。止板130には、駆動シャフト115、116のY1方向端(上端)が挿通する一対の孔130a、130a(図9参照)が設けられている。
As shown in FIG. 9, the
図9に示すように、モータ100(102)の出力軸100b(102b)は、孔113を貫通して駆動シャフト115(116)の近傍までZ方向に延在し、駆動傘歯車117(118)が押しねじ134によって固定されている。一方、駆動シャフト115(116)には、従動傘歯車119(120)が押しねじ136によって固定されている(図9参照)。駆動傘歯車117(118)と従動傘歯車119(120)とは互いに噛合し、出力軸100b(102b)の回転を90°変換して駆動シャフト115(116)に伝達することができる。
As shown in FIG. 9, the
図7〜図10に示すように、駆動シャフト115(116)の上端側(Y1側)はベアリング122を貫通し、止板130の孔130aから所定量突出している。止板130から突出した駆動シャフト115(116)の先端には、平面視(図8参照)で軸中心から等位相で放射状に突出した複数の突出片333a(334a)を有する検出片333(334)が固定されている。検出片333(334)は、駆動シャフト115(116)と共に回転し、側面視(図9参照)で略U字状のモータ位相センサ(駆動軸位相センサ)331(332)のセンサドグとして機能する。モータ位相センサ331、332は、上部ブラケット104を構成する第2プレート110の上面に立設されたセンサ基板335のZ1側面に設けられている。
As shown in FIGS. 7 to 10, the upper end side (Y1 side) of the drive shaft 115 (116) penetrates the
図9に示すように、駆動シャフト115(116)の下端側(Y2側)はベアリング124に軸支された部分より下部が段付き形状となっており、順に、Oリング131が外嵌されるフランジ115a(116a)と、該フランジ115a(116a)より大径で断面波形六角形状の波形部115b(116b)と、該波形部115b(116b)の先端に設けられ、断面波形六角形状で先細りのテーパ形状からなる係合凸部137(138)とが設けられている(図22Aも参照)。係合凸部137、138は、基端側でY方向に直線状の直線部137a、138aと、該直線部137a、138aの先端側から連続し、先細りのテーパ形状からなるテーパ部137b、138bとから構成されている。
As shown in FIG. 9, the lower end side (Y2 side) of the drive shaft 115 (116) has a stepped shape below the portion pivotally supported by the
駆動シャフト115(116)は、中央部115d(116d)の上端がベアリング122の内輪に当接し、該中央部115d(116d)の下部に連続するフランジ115a(116b)の上端がベアリング124の内輪に当接することで位置決めされている(図9参照)。駆動シャフト115、116は、平面視(図8参照)で、モータ100、102の軸方向の延長線上(Z方向)に配置されている。
In the drive shaft 115 (116), the upper end of the
このような駆動傘歯車117、118、従動傘歯車119、120、及び、駆動シャフト115、116を含むギア機構部106によれば、モータ100、102が連結シャフト18と比較して大径であっても並列配置が可能になると共に、モータ配置の自由度が高まる。また、モータ100及びモータ102と、駆動シャフト115及び駆動シャフト116とは、連結シャフト18を基準としてY方向を基準とした対称位置に設けられており、バランスがよい。
According to the
ギア機構部106では、第2プレート110及び第3プレート112が従動傘歯車119、120を挟んで駆動シャフト115、116を軸支する軸支部材として作用し、第1プレート108がモータ100、102を固定するモータ板として作用すると共に、第2プレート110と第3プレート112とを接続しており、簡便でありながら高い剛性が得られ、モータ100、102及び駆動シャフト115、116を安定して保持することができる。また、駆動シャフト115、116間に、第1プレート108、第2プレート110及び第3プレート112を接続する第4プレート114を設けたことにより、一層高い剛性を得ることができる。
In the
次に、作業部16を構成する下部ブラケット32について説明する。
Next, the
図6及び図11に示すように、下部ブラケット32は、Z方向に延びた側面視略矩形(図6参照)に形成されており、Z1側がボックス構造からなるプーリボックス32aを構成し、該プーリボックス32aのZ2側が平行した一対のプレート構造からなるトリガレバー取付部32bを構成している。この下部ブラケット32は、第1に、プーリボックス32aが駆動部30のギア機構部106に着脱可能に接続されることで、駆動シャフト115、116の回転を連結シャフト18から先端動作部12へと中継する機能を有し、第2に、トリガレバー取付部32bでトリガレバー36を軸支すると共に、トリガレバー36の操作を連結シャフト18から先端動作部12へと中継する機能を有し、第3に、連結シャフト18内の気密状態を維持する機能を有する。
As shown in FIGS. 6 and 11, the
先ず、プーリボックス32aについて説明する。
First, the
図11〜図13に示すように、プーリボックス32aは、X方向両側が開口した空洞部152と、空洞部152のZ1側のシャフト支持部154と、空洞部152のZ2側のロッド孔156a、156bと、空洞部152に収納されたプーリ(従動軸)158a、158b及びワイヤガイド部160a、160bとを有する。プーリボックス32aとトリガレバー取付部32bとの接続部近傍には、Z方向を基準として対称な一対のピン穴161、161が形成されている。各ピン穴161、161には、作業部16と操作部14との着脱時、上部ブラケット104からY1方向に突出した一対のガイドピン163、163が挿入される(図2及び図6参照)。
As shown in FIGS. 11 to 13, the
空洞部152は、プーリボックス32aのX方向両面を連通する孔であって、側面視(図12参照)で、プーリボックス32aのややZ2方向寄りに設けられ、Z方向両端が半円形状となっている。プーリボックス32aのX方向両面には、空洞部152を囲うOリング164、164が設けられており(図6及び図13参照)、その外面から装着される下部カバー37a、37bによってOリング164が適度に圧縮される。
The
シャフト支持部154は、空洞部152からプーリボックス32aのZ1方向端面に連通する孔であり、Z方向に延びる連結シャフト18の基端側を支持している。連結シャフト18のZ2方向端には、筒状のカプラ165が設けられており(図12及び図13参照)、シャフト支持部154はカプラ165を介して連結シャフト18を支持している。カプラ165と連結シャフト18との間には2つのOリング166、166が設けられ、カプラ165とシャフト支持部154との間にはOリング168が設けられている。連結シャフト18は、プーリボックス32aのZ1方向上端に形成された切欠部にクランプ部材170がY1側から締結されることによって固定されている(図11及び図12参照)。
The
図12及び図13に示すように、空洞部152には、Y方向に並んだ2対の同軸孔172a、172a(Y1側)及び172b、172b(Y2側)に、それぞれベアリング174a、174a及び174b、174が設けられており、該ベアリング174a、174bによってプーリ158a、158bが軸支されている。
As shown in FIGS. 12 and 13, in the
プーリ158a、158bは、駆動シャフト115、116に対して同軸である(図6及び図7参照)。前記同軸孔172aから上方に突出したプーリ158a、158bのY1方向端には、駆動シャフト115、116のY2方向端に設けられた係合凸部137、138(図9及び図10参照)と係合可能な係合凹部176a、176bが設けられている(図11及び図12参照)。
The
図3及び図12に示すように、係合凹部176a、176bは、前記係合凸部137、138が係合(嵌合)する断面波形六角形状で奥細りのテーパ形状からなる凹部として、上端側でY方向に直線状の直線部171と、該直線部171の下端から連続したテーパ部173とを有する。係合凸部137、138と係合凹部176a、176bとは、後述するように、その係合時にプーリ158a、158bが従動的に且つ強制的に回転されることで、原則として互いにどのような位相であっても係合可能である(図23A及び図23B等参照)。これらが係合することにより、駆動軸である駆動シャフト115、116からの回転駆動力が、従動軸であるプーリ158a、158bへと伝達される。
As shown in FIGS. 3 and 12, the engagement recesses 176 a and 176 b are upper ends as recesses each having a hexagonal cross-sectional shape and a tapered shape with which the
図20B及び図22Aに示すように、プーリ158a、158bの上端近傍において、係合凹部176a、176bの外周には、その周方向での軸線方向位置(Y方向位置)が変化した環状のカム面175が設けられており、つまりプーリ158a、158bはカム軸としての機能も有する。
As shown in FIGS. 20B and 22A, in the vicinity of the upper ends of the
カム面175は、軸回りでのY方向位置が低いY2側の低面175aと、Y方向位置が高いY1側の高面175bと、低面175a及び高面175bの間を滑らかに接続する傾斜面175cと、低面175a及び高面175bの境界となる壁部175dとから構成されている。カム面175は、操作部14と作業部16が装着された際、駆動部30側の検出ピン344、346が着座する面である。
The
プーリ158aとプーリ158bとの軸間距離は、駆動シャフト115と駆動シャフト116との軸間距離と等しく(図7及び図10参照)、プーリ158aとプーリ158bとの隙間は連結シャフト18の径よりも大きい(図13参照)。
The distance between the axes of the
図12に示すように、プーリ158a、158bは、同軸孔172aに対してOリング178aで回転可能に気密シールされ、同軸孔172bに対してOリング178bで回転可能にシールされている。プーリ158a、158bは、Y2方向端がEリング180によって抜け止めされている。また、プーリ158a、158bの中央部には、径調整部材182が介装されており、該径調整部材182を適宜選定することにより、後述するワイヤ1052、1054の巻き付け径を調整可能となっている(図12及び図13参照)。なお、プーリ158a、158bはそれぞれ径調整部材と一体のものとしてもよい。
As shown in FIG. 12, the
プーリ158a、158bの上端に設けられた係合凹部176a、176b及びカム面175、175は、空洞部152に位置した部位よりも大径であって、プーリボックス32aの上面(Y1方向面)に面するカム面175の下面には、その外周の所定角度分(例えば、270°)を縮径方向(中心方向)に切欠いた円弧切欠部177、177がそれぞれ形成されている(図12参照)。各円弧切欠部177、177には、それぞれストッパ(規制部)179a、179aが挿入配置されている(図11及び12参照)。ストッパ179aは、ワイヤガイド部160a、160bのY1方向端の抜け止めをする止板179のZ2側に突出形成されたプレート状の突起である。
従って、図14A及び図14Bに示すように、プーリ158a、158bの回転範囲は、図14Aに示す状態でのZ1方向を原点として、円弧切欠部177の両終端の当接部(当接部材)177a、177bが、前記ストッパ179aの両側面に当接するまでの正転及び逆転の範囲に規制されている。すなわち、図14Aに示すように、一方のプーリ158aの回転範囲は、前記原点から時計回り(図14Aは下面図のため、反時計回り)の正転(180°未満)の範囲(図14Aに矢印+θで示し、例えば90°)と、反時計回り(図14Aは下面図のため、時計回り)の逆転(180°未満)の範囲(図14Aに矢印−θで示し、例えば90°)とに規制されている。同様に、他方のプーリ158bの回転範囲も、原点から時計回りの正転の範囲(図14Aに矢印+θで示し、例えば135°)と、反時計回りの逆転の範囲(図14Aに矢印−θで示し、例えば135°)とに規制されている。これにより、プーリ158a等が過剰に回転し、ワイヤ1052等によって駆動される先端動作部12が過度な動作を生じたり、ワイヤ1052等に過度の引張等の負荷が生じたりすることを確実に回避することができる。
Therefore, as shown in FIGS. 14A and 14B, the rotation range of the
なお、プーリ158a、158bの回転範囲は、他の構造によって規制してもよく、例えば、図21に示すように、プーリ158a、158b(係合凹部176a、176b)に、その外径方向に突出した当接部(当接部材)177cを設け、下部ブラケット32の上面(Y1方向面)に、前記当接部177cが所定の正転及び逆転を行った際に当接し、それ以上の回転を規制するストッパ179bを設けてもよい。これらの当接部177c及びストッパ179bは、上記の当接部177a、177b及びストッパ179aの構造のように、係合凹部176a、176bの下部に形成した円弧切欠部177(図12及び図14A参照)内に配置されるように構成してもよい。
Note that the rotation range of the
図12及び図13に示すように、ワイヤガイド部160a(160b)は、挿入軸184と、該挿入軸184に隣接して軸支された2層の円筒アイドラ186、188と、これら円筒アイドラ186、188の位置決めをする位置決め筒190a、190bとを有する。
As shown in FIGS. 12 and 13, the
挿入軸184はY方向に延在し、プーリボックス32aに対してY1側の貫通孔194aを通り、Y2側の有底の穴194bに挿入されており、貫通孔194aのY1方向端が前記止板179によって閉塞されている。挿入軸184は、止板179の近傍がOリング193によってシールされている。挿入軸184は、空洞部152において、Y1側からY2側に向かって順に位置決め筒190a、円筒アイドラ186、円筒アイドラ188及び位置決め筒190bが設けられている。円筒アイドラ186、188は、独立に回転可能なプーリである。
The
図13に示すように、各ワイヤガイド部160a、160bを構成する2つの円筒アイドラ186、186間の隙間S1(円筒アイドラ188、188間の隙間も同様)は、連結シャフト18の内径よりも狭く、該内径の1/2程度に設定されている。円筒アイドラ186、188は、回転自在であって、その周面にはワイヤ1054(1052)が配置される溝186a、188aが設けられている。円筒アイドラ186、188は、適度な潤滑性が確保されていれば必ずしも回転可能な構成でなくてもよい。
As shown in FIG. 13, the gap S1 between the two
このようなワイヤガイド部160a、160bを用いることにより、連結シャフト18は、モータ100、102の径やプーリ158aとプーリ158bとの軸間距離S2(図13参照)に依存することなく十分に細くでき、例えば、トラカール20に挿入するのに適した5mm〜10mm程度に設定することができる。また、ギア機構部106を介したモータ100、102の配置の自由度が高まる。ワイヤ1054(1052)の往路線及び復路線は逆方向に動くが、2層の円筒アイドラ186、188は、これに対応しており、各線が摩擦のない動作が可能である。
By using such
図12に示すように、プーリボックス32aを構成する空洞部152には、さらに、棒状又は線状の伝達部材である2本のロッド192a、192bがY方向に並んで、Z方向に貫通している。ロッド192a、192bは、例えば、十分に強く且つ細いステンレスパイプ又は中実ロッドであり、Z1方向は空洞部152を貫通して連結シャフト18内へと延び、Z2方向はロッド孔156a、156bを貫通してトリガレバー取付部32bへと延びている。
As shown in FIG. 12, in the
ロッド孔156a、156bの開口側(Z2側)には、これらロッド孔156a、156bの周囲を囲繞する矩形プレート状のゴムシート194と、該ゴムシート191を密着支持する支持プレート196とが設けられている(図12参照)。ロッド192a、192bは、ゴムシート194及び支持プレート196に設けられた一対の貫通孔にそれぞれ挿通されると共に、ゴムシート194によりその貫通した摺接面がシールされている。すなわち、ゴムシート194は、ロッド192a、192bに対して隙間なく接触し、空洞部152及び連結シャフト18をZ方向に進退自在に気密シールする。
On the opening side (Z2 side) of the
このように、プーリボックス32aを構成する空洞部152は、ロッド192a、192bに対してはゴムシート194でシールされ(図12参照)、プーリ158a、158bに対してはOリング178a、178bでシールされ(図12参照)、ワイヤガイド部160a、160b(挿入軸184)に対してはOリング193でシールされ(図12参照)、連結シャフト18に対してはOリング166、168でシールされ(図12参照)、下部カバー37a、37bに対してはOリング164によってシールされ(図6及び図13参照)、これにより気密に維持されている。一方、連結シャフト18の外周面はトラカール20(図1参照)によって気密に支持される。
Thus, the
従って、体腔22に供給された気体が連結シャフト18からプーリボックス32aを介して外部に漏出することがない。さらに、密封状態となった空気により、血液等の液体が先端動作部12の隙間から連結シャフト18及びプーリボックス32aへと浸入すること事態を可及的に抑制することができ、連結シャフト18やプーリボックス32a、さらには操作部14等の洗浄が容易となる。なお、連結シャフト18の内部に仕切り部等を設けて、気密状態を保つ構成としてもよい。
Therefore, the gas supplied to the
図11及び図12に示すように、プーリボックス32aのZ1方向上端のクランプ部材170には、Y1方向に立設された電極棒197が設けられている。電極棒197は、上部カバー25bに形成されたY方向の貫通孔198に挿通され、電極プラグ199(図1参照)が取り付けられることにより、当該マニピュレータ10を電気メスとして使用する際の高電圧が印加される。電極棒197は導電板195によって一方のワイヤガイド部160bに電気的に接続されており(図11参照)、これにより、ワイヤガイド部160bに接触するワイヤ1052を介して先端動作部12側へと高電圧を伝えることができる。
As shown in FIGS. 11 and 12, the
図15に示すように、シャフト支持部154では、カプラ165及び連結シャフト18の内側で、Y方向にロッド192a及び192bが並列し、ワイヤ1052及び1054の各往復線はY方向に近接して並び、ワイヤ1052とワイヤ1054はX方向に並列しており、バランスよく配列されている。
As shown in FIG. 15, in the
次に、下部ブラケット32を構成するトリガレバー取付部32bと、該トリガレバー取付部32bに軸支されるトリガレバー36とについて説明する。
Next, the trigger
図1、図6及び図18に示すように、トリガレバー取付部32bは、プーリボックス32aのZ2方向端面からZ2方向に平行に延びた一対の支持プレート201、201の間に渡ったトリガ軸35により、トリガレバー36を回動可能に軸支している。
As shown in FIGS. 1, 6 and 18, the trigger
先ず、トリガレバー36について説明する。
First, the
図16及び図18に示すように、トリガレバー36は、トリガ軸35に軸支されるアーム部200と、該アーム部200のY2側に設けられた指輪部202と、該指輪部202のY2側に設けられた略円弧状の指掛け突起204a、204bと、指輪部202から指掛け突起204a、204bに渡って形成された内部空間203に収納されたラチェット爪206と、該ラチェット爪206を揺動させるレバー208とを有する。指輪部202は、主に人差し指(又は中指)を挿入し、指掛け突起204a、204bは、主に中指(又は薬指)を掛けるのに適している。
As shown in FIGS. 16 and 18, the
ラチェット爪206は、Z1側が揺動軸207に軸支されると共に、Z2側には、凹部206bによって形成されて上方を指向した爪部206aが設けられ、揺動軸207よりZ1側の端部がコイルばね209によってY2方向へと付勢されている。これにより、爪部206aが上方に向けて付勢されると共に、凹部206bが内部空間203をX方向に渡るストッパピン(ストッパ部材)211に当接することで、それ以上の上方への揺動が規制されている。
The
そこで、トリガ軸35を支点としてトリガレバー36をZ2方向に大きく変位(回動)させると、ラチェット爪206の爪部206aは、グリップハンドル26からZ1方向に突出した平面視略U字状の係合リング(係合部)27に当接する(図2、図6及び図16参照)。次いで、爪部206aのZ2側傾斜面に係合リング27が摺接しつつ、爪部206aがコイルばね209の付勢力に抗して多少下方に揺動される。そして、係合リング27が爪部206aを完全に乗り越えると、ラチェット爪206は、コイルばね209の付勢力によってストッパピン211に当接する位置まで戻され、同時に、係合リング27が爪部206a(凹部206b)に係合する(図17A参照)。その結果、トリガレバー36の位置を保持することができ、エンドエフェクタ1300(図1参照)を閉状態にロックすることができる。係合リング27は、例えば多段に設けてもよく、そうするとトリガレバー36のロック位置又は把持力を把持対象に合わせて調整可能にすることもできる。
Therefore, when the
レバー208は、一部が内部空間203からZ1方向に露出した略L字状の部材である(図16参照)。レバー208は、内部空間203内の一端側が揺動軸213に軸支されており、通常、コイルばね209によってY2方向に付勢されたラチェット爪206のZ1方向端によって押圧され、図17Aに示すような初期姿勢で保持されている。
The
そこで、図17Bに示すように、レバー208の外部に露出した操作端208bをY2方向に押し下げると、該レバー208が揺動軸213を支点として揺動し、内部空間203内の一端側に形成された押圧面208aがラチェット爪206をコイルばね209の弾性力に抗して揺動させ、図17Bに示すように該ラチェット爪206を固定することができる。これにより、図17Bに示すように爪部206a(凹部206b)と係合リング27との係合が発生しない状態で使用することができる。また、爪部206aと係合リング27との係合を発生させながら使用した際に該係合を解除する場合、指輪部202の下部に部分的に突出しているラチェット爪206の中央凹部(解除部)206cを指で下側に押し下げることによって解除することができる(図17Aの一点鎖線で示すラチェット爪206参照)。
Therefore, as shown in FIG. 17B, when the
図16に示すように、トリガレバー36の内部空間203のZ2側上部には、上方に向けて傾斜した傾斜面203aが形成されると共に、他の部分よりも深く掘り下げられた凹部203bが形成されている。これにより、グリップハンドル26側の係合リング27を凹部203bから円滑にラチェット爪206に対して係合させることができる。
As shown in FIG. 16, an
さらに、ラチェット爪206が係合リング27に係合した状態のまま、仮に操作部14と作業部16とを分離させた場合であっても、ストッパピン211によってラチェット爪206の上方への揺動が規制されており、しかも傾斜面203a及び凹部203bが係合リング27の逃げ部として作用するため、図17A中の破線矢印で示すように、係合リング27を傾斜面203aに沿って容易に抜くことができる。このため、係合リング27とラチェット爪206との係合状態が強固に維持されて、係合リング27やトリガレバー36に無理な力が生じることを有効に回避することができる。
Further, even when the
なお、図示はしないが、係合リング27に相当する構造の係合リングを爪部206a及び凹部206bに代えてラチェット爪206側に設ける一方、爪部206a(及び凹部206b)に相当する構造の爪部をグリップハンドル26側に設けてもよい。この場合にも、ラチェット爪206側の前記係合リングに対し、グリップハンドル26側の前記爪部をY1側からY2側に向かって係合する構成とすることにより、上記と略同様な作用効果を得ることができる。
Although not shown, an engagement ring having a structure corresponding to the
次に、トリガレバー取付部32bについて説明する。
Next, the trigger
図11及び図18に示すように、トリガレバー取付部32bは、プーリボックス32aのZ2方向端面から延び、そのZ2方向端近傍でトリガレバー36を軸支する一対の支持プレート201、201と、支持プレート201、201間に設けられた荷重リミッタ212及びトリガワイヤ214とを有する。支持プレート201、201間の中心は連結シャフト18と略同軸構成となっている。支持プレート201は平行な一対のプレート部材以外、例えば円筒形状等でもよく、トリガ軸35や荷重リミッタ212等を支持できる形状であればよい。
As shown in FIGS. 11 and 18, the trigger
荷重リミッタ212は円筒形状であって、外筒212aと、内ロッド212bと、コイルばね212cとを有し、Z1方向端の内ロッド212bがロッド192aの端部に軸支され、Z2方向端の外筒212aがアーム部200における軸200aに軸支されている。内ロッド212bとロッド192aを枢動可能に接続する軸205は、支持プレート201に設けられた長丸穴215にスライド自在な状態で支持されている(図19参照)。これにより、ロッド192aと内ロッド212bの角度に係わらず、ロッド192aをZ方向へ真っ直ぐに動かすことができる。コイルばね212cは適度に硬く、プリロードをかけた状態で外筒212aと内ロッド212bとの間に介在している。従って、荷重リミッタ212は、通常は、実質的な剛体としてロッド192aとトリガレバー36とを接続しているが、過度に大きい荷重がかかったとき、すなわち、エンドエフェクタ1300が何かを挟持するなどしてプリロード以上の荷重がかかったときには、コイルばね212cがさらに圧縮されて内ロッド212bが延出する。これにより、トリガレバー36を過度に強く引いても、その力は荷重リミッタ212によって制限されることになり、エンドエフェクタ1300(図1参照)及びその駆動機構あるいは把持対象物を保護することができる。
The
なお、荷重リミッタ212の最大荷重は、エンドエフェクタ1300が最大に開いたときにトリガレバー36を最も手前に引いた場合であっても、トリガワイヤ214等の駆動機構が許容強度以下となるように設定されることが望ましい。
Note that the maximum load of the
図18に示すように、トリガワイヤ214は、Z1方向端がロッド192bの端部に接続(例えば、圧着)され、Z2方向端がピン214aを介してアーム部200における軸200bに軸支されている。トリガワイヤ214は、プーリ216に案内されており、該プーリ216よりもZ1側の部分は、ロッド192bと略同軸状となっている。
As shown in FIG. 18, the
軸200aはトリガ軸35よりもY2側、軸200bはトリガ軸35よりもY1側に配置されており、軸200a、200bは、トリガ軸35から略等距離にある。従って、トリガレバー36を操作することにより、軸200aと軸200bは反対方向に略等距離変位し、これに伴って、ロッド192aとロッド192bが反対方向(Z1方向とZ2方向)に略等距離変位する。このように、トリガ軸35、ロッド192a、192b、軸200a、200b、荷重リミッタ212及びトリガワイヤ214等は、トリガレバー36への入力操作を先端動作部12へと機械的に伝達する操作伝達部を構成している。勿論、該操作伝達部は、他の構成要素を含み又はいずれかの構成要素を省略してもよく、要は、トリガレバー36への入力操作によってロッド192a、192b等の伝達部材を進退できる構成であればよい。
The
図3、図11及び図20Bに示すように、トリガレバー取付部32bを構成する一対の支持プレート201、201の上面(Y1方向面)において、プーリボックス32a寄りの位置には、両支持プレート201、201に渡ってバーコードプレート220が固定され、その表面にバーコード222が設けられている。
As shown in FIGS. 3, 11, and 20 </ b> B, on the upper surface (Y1 direction surface) of the pair of
バーコード222は、例えば略正方形のマトリックス形状であり、桝目に従って白及び黒が印刷された二次元バーコードであり、操作部14側に設けられたカメラ224により、ミラー226及び撮影窓227を介して撮像される(図6及び図19参照)。
The
そこで、次に、バーコード222及びそれを撮像するカメラ224について説明する。
Therefore, next, the
図3、図11及び図20Bに示すように、バーコード222は、XZ平面を構成するバーコードプレート220の上面(Y1方向面)に貼り付けられ、下部カバー37a、37bの合わせ面に形成される切欠230によって上部に露出している。バーコード222には、作業部16の個体情報、仕様、タイムスタンプ(製造日等)やシリアルナンバー、使用量(使用回数)上限等の情報が含まれている。バーコード222が保持している個体情報は、作業部毎に識別が可能なように異なる値が付与されている。また、バーコード222はミラー226を介して撮影されるため、鏡像となっている。
As shown in FIGS. 3, 11 and 20B, the
バーコード222は1枚に限らず、複数枚からなる構成であってもよい。バーコード222が2枚からなる場合、一枚は個体情報、製造日、シリアルナンバー等の個体特有の情報を示し、もう一枚は仕様、使用量上限等の型式毎に共通的な情報を示すようにしてもよい。バーコード222は二次元データに限らず、一次元形状であってもよい。バーコード222における枡目の色は白及び黒に限らず、赤外線吸収色及び赤外線反射色であってもよく、又は3色以上の色の区別により情報を示すようにしてもよい。
The
図6及び図19に示すように、カメラ224は、操作部14を構成するモータ100、102の下部に配置され、一方の上部カバー25bの内面に固定されている。カメラ224のX方向両側部には、一対のLED224a、224aが設けられている(図7も参照)。カメラ224は、例えばCCD形式又はCMOS形式からなり、バーコード222を撮像するためのカメラである。
As shown in FIGS. 6 and 19, the
図19に示すように、カメラ224は、撮像方向が反射鏡であるミラー226で屈曲されてバーコード222を撮像可能な向き(略Z1方向)に設定されており、つまり、屈曲方向(直交方向)に位置した被写体であるバーコード222をミラー226を介して撮像可能である。同様に、LED224aは、光軸がミラー226で屈曲されてバーコード222を照明する向き(略Z1方向)に設定されている。LED224aにより、カメラ224はバーコード222を一層確実に認識することができる。LED224aは、カメラ224を挟んで左右対称位置に設けられており、バーコード222をバランスよく照明することができる。LED224aは、カメラ224を挟んで上下に設けられていてもよく、等間隔に3以上設けられていてもよい。LED224aが十分な光量を有する場合には1つでもよい。
As shown in FIG. 19, the
ミラー226のY2方向には、上部カバー25を透過させる撮影窓227が設けられており(図19参照)、すなわち、操作部14において、カメラ224、LED224a及びミラー226は、上部カバー25内に収納されている(図2及び図6参照)。さらに、操作部14に作業部16が装着された状態では、上部カバー25及び下部カバー37によってバーコード222も略閉空間内に配置されるため、当該マニピュレータ10の使用時に、バーコード222及びカメラ224が血液等で汚れることを防止可能であると共に、不要な外乱光を遮蔽してLED224aによる安定した撮像が可能となる。また、バーコード222とカメラ224との相対的な位置及び向きが固定的であることから、カメラ224側では、バーコード222の位置及び向きを特定する必要がなく、これらを特定するためのコードが不要か又は少量で足り、その分、バーコード222における記録可能な情報量が多くなる、あるいは省スペースでの配置が可能となる。
A photographing
このようなバーコード222を作業部16に設けたことにより、操作部14及びコントローラ514では、カメラ224を用いて作業部16の個体情報を認識することができ、マニピュレータ10を構成するモータ100、102等を当該作業部16の種類(例えば、グリッパやはさみ、電気メス)に対応するように適切に且つ正確に駆動制御することができる。
By providing such a
ここで、作業部16が操作部14に装着されたことは、着脱センサ314及び検出シャフト316(図7等参照)によって迅速に検出することができる。そこで、コントローラ514では、着脱センサ314による作業部16の装着の検出を、カメラ224及びLED224aを起動制御してバーコード222から個体信号を取得するためのトリガ信号とすることもできる。
Here, the attachment of the working
すなわち、コントローラ514は、作業部16が操作部14に装着されたと略同時に、カメラ224及びLED224aを駆動制御してバーコード222から個体信号を取得する。コントローラ514では、少なくとも作業部16が操作部14に装着されたときに個体信号を取得すれば足り、それ以外のときにはカメラ224及びLED224aの動作を停止しておくことができ、処理負荷が低減すると共に省電力化を図ることができる。さらに、バーコード222は直接的な通電の必要がなく操作部14及び作業部16には電気的接点が存在せず、しかもバッテリ等の蓄電体もないため一層省電力であると共に、操作部14から取り外した作業部16の洗浄や滅菌等を一層容易に行うことができる。
That is, the
次に、操作部14側のマスタスイッチ34及び複合入力部24について説明する。
Next, the
マスタスイッチ34(図1及び図6参照)は、マニピュレータ10の動作状態の有効又は無効を設定するための入力手段であり、その操作は入力検出部(トグルスイッチ又はタクトスイッチ等)350によって検出され、検出された信号がコントローラ514に供給される。LED29は、マニピュレータ10の制御状態を示すインジケータであり、操作者が容易に認識可能な大きさであり、且つ操作に支障がない程度に十分に小型軽量である。LED29は、上部カバー25の頂面(Y1方向面)における略中央部で、視認性のよい位置に設けられており、マスタスイッチ34と並んで配置されている。LED29は、例えば、マスタスイッチ34によるON操作に同期して点灯等をするため、操作者はマスタスイッチ34の操作をしながらその入力状態をLED29により確実に認識することができる。LED29は、例えば、緑色及び赤色をそれぞれ発光可能であり、さらに各色につき点灯及び点滅が可能である。
The master switch 34 (see FIGS. 1 and 6) is an input means for setting whether the operation state of the
図6及び図7に示すように、マスタスイッチ34は、一方の上部カバー25bの内面に支持部材352を介して固定された基板354上に配置され、上部カバー25内の部分がスイッチカバー356によって外部から密封されている。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
コントローラ514(図1参照)では、マスタスイッチ34の入力状態を読み込み、オンされた際に後述する原点サーチ動作を行ってマニピュレータ10を所定の使用可能状態に駆動制御する。これにより、操作部14の操作指令が有効となり、先端動作部12に所望の動作を付与することが可能となる。
The controller 514 (see FIG. 1) reads the input state of the
図4及び図5に示すように、複合入力部24は、Z軸(Y軸)を中心としてX1方向及びX2方向に対称な構造であり、先端動作部12に対してロール方向(軸回転方向)及びヨー方向(左右方向)の回転指令を与える複合的な入力部である。グリップハンドル26の上面は、Z1方向に向けてY1方向に上がる傾斜面26aとなっており、複合入力部24はこの傾斜面26aに設けられている。傾斜面26aの傾斜角は、グリップハンドル26を人手で把持したときに複合入力部24が親指又は人差し指で操作し易い角度であり、Z方向を基準として20°〜35°程度が好適である。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
複合入力部24は、傾斜面26aに配置されたセンサホルダ52によって支持されており、傾斜面26aのZ1側(Y1側)の回転操作部54と、そのZ2側(Y2側)に設けられた傾動操作部56と、傾動操作部56の下部側面にそれぞれ配設された3つのスイッチ操作子58a、58b、58cとを有する。
The
図5に示すように、センサホルダ52内には、スイッチ基板62が設けられ、該スイッチ基板62には、回転操作部54への入力操作を検出する入力検出部(タクトスイッチ)66aと、傾動操作部56への入力操作を検出する入力検出部(タクトスイッチ)66bと、スイッチ操作子58a〜58cへの入力操作を検出する入力検出部(タクトスイッチ)66c〜66eとが設けられる。このような複合入力部24により、モータ100、102、駆動シャフト115、116及びプーリ158a、158bが駆動され、可撓性部材であるワイヤ1052、1054を介して先端動作部12をロール方向及びヨー方向に動作させることができる。
As shown in FIG. 5, a
スイッチ操作子58bは、回転操作部54及び傾動操作部56の有効及び無効の切換や、ヨー軸機構(ピボット軸機構)を所定の初期姿勢に戻す(一度押すと初期姿勢まで自動的に移動し、停止する)、又は初期姿勢方向に移動させる(押しているときだけ初期姿勢方向に移動し、初期姿勢になったら自動的に停止する)ためのスイッチとして用いるとよい。
The
スイッチ操作子58a及び58cは、ロール回転機構を所定の初期姿勢に戻す、又は初期姿勢方向に移動させるためのスイッチとして用いるとよい。スイッチ操作子58a及び58cは、全く同一の機能を有するスイッチとして左右に配置することで、操作者が操作部14を右手で把持した場合でも左手で把持した場合でも問題なく、同様の操作をすることができる。具体的には、右手操作の場合及び左手操作のいずれの場合にも、例えば親指による同様の操作が可能である。また、現在のロール回転機構の位置(正領域か負領域か)を意識せずにロール回転機構を所定の初期姿勢まで戻し、又は初期姿勢方向に移動させることができる。
The
図5に示すように、回転操作部54は、YZ方向に沿う軸(図示せず)を中心として回動可能な構成であり、X1方向及びX2方向にそれぞれ伸びたレバー72aと、両レバー72a、72aの間でX、Y、Z方向に適度に膨出して3方に切欠72bを設けた操作子72cとを有する。レバー72aの左右両端は、表面に滑り止め用の多数の筋が設けられた半円形状となっている。操作子72cは、初期位置の状態で上部カバー25a、25bと連続的な面(平面又は曲面)を構成しており(図4参照)、無駄な突起や段差等がなく、外観上で好適であるとともに、操作もし易い形状とされている。
As shown in FIG. 5, the
回転操作部54は、操作子72cの切欠72bを指で周方向に向かう回動操作がなされ、ロール回動機構を動作させる機能を有する。このように外周面に指掛け部が設けられている回転操作部54によれば、前記YZ方向に沿う軸を中心とした回動操作がなされ、ロール回動機構についての直感的な操作性が得られる。また、指掛け部が傾動操作部56の端部よりも外径側に設けられていることにより、該傾動操作部56との使い分けが容易である。
The
図5に示すように、傾動操作部56は、YZ方向に沿う軸74を中心として傾動可能な傾動板76を設けた構成である。軸74はX方向に関して複合入力部24の中心となっている。傾動操作部56は、傾動板76を指で押し込むことによる傾動操作がなされ、ヨー軸機構(ピボット軸機構)を動作させる機能を有する。
As shown in FIG. 5, the
このように、複合入力部24において、回転操作部54は周方向に向かう回動操作がなされ、傾動操作部56は押し込むことによる傾動操作がなされ、このような操作方法の違いにより、ロール回動機構とヨー(ピボット)軸機構との対応付けが容易に理解され、より直感的な操作が可能となる。
As described above, in the
また、センサホルダ52は、上部カバー25と密着して当該複合入力部24の周囲をシールする機能も有し、複合入力部24の周辺から液体等が上部カバー25内に浸入することを防止している。勿論、センサホルダ52と別体のシール部材を配設してもよい。
The
以上より、操作部14において上部カバー25内は、複合入力部24の周辺がセンサホルダ52によりシールされ(図4及び図6参照)、マスタスイッチ34の周辺がスイッチカバー356によりシールされ(図6参照)、カメラ224及びミラー226とバーコード222との間が撮影窓227によりシールされ(図6及び図19参照)、上部ブラケット104の底面周辺がOリング105、131、320、326、328によりシールされ(図6、図9及び図10参照)、これにより密封されている。従って、血液や洗浄液等が上部カバー25内に浸入することを防止でき、作業部16と分離した状態であっても操作部14の洗浄や滅菌等が容易となる。
As described above, in the upper cover 25 of the
次に、操作部14(駆動部30)と作業部16との着脱の構成について説明する。
Next, a configuration for attaching and detaching the operation unit 14 (drive unit 30) and the working
図2及び図6に示すように、駆動部30は上部カバー25内に収納されており、操作部14及び作業部16が分離された状態において、上部カバー25の下面側(Y2方向)からギア機構部106等を支持する上部ブラケット104の底面が露呈する。
As shown in FIGS. 2 and 6, the
図2及び図20Aに示すように、上部カバー25から露出している上部ブラケット104の底面からは、駆動シャフト115、116の先端に設けられた係合凸部137、138と、各作業部原点センサ306、308にそれぞれ対応する検出シャフト310、312の先端に固定された支持部材340、342及び検出ピン344、346と、着脱センサ314の検出シャフト316とがY2方向に突出している。さらに、上部ブラケット104の底面からは、一対のガイドピン163、163がY2方向に突出している。各ガイドピン163近傍の上部カバー25aのX1方向面及び上部カバー25bのX2方向面に形成された凹部399、399内には、下端側が上部カバー25からY2方向に突出した着脱レバー400、400がそれぞれ設けられている。
As shown in FIGS. 2 and 20A, from the bottom surface of the
2本のガイドピン163、163は、下部ブラケット32の2つのピン穴161、161に対向する位置で、上部ブラケット104の底面Z2方向端のX方向両端にそれぞれ設けられている(図6、図20A及び図20B参照)。
The two
図1及び図2に示すように、2つの着脱レバー400、400は、駆動部30を覆う上部カバー25の左右側面(X1及びX2側面)に対称に設けられており、Z方向に沿った回動軸400aの上部(Y1側)に設けられた一対の弾性部材400b、400bにより、Y2方向端の内側に形成された爪部400cが上部カバー25の内側に向かう方向で弾性的に付勢されている。着脱レバー400の上部表面(Y1側)はやや窪んでおり、弾性部材400bの付勢力に抗して当該着脱レバー400を開放させるために指で押圧する操作面400dを構成している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the two attachment / detachment levers 400 and 400 are provided symmetrically on the left and right side surfaces (X1 and X2 side surfaces) of the upper cover 25 that covers the driving
このような着脱レバー400によれば、操作部14が作業部16に装着される際には、爪部400cが、下部カバー37のX方向両側面に形成された凹部401内に固定された係止部401aに係合する。これにより、操作部14と作業部16とを確実に連結し固定することができる。一方、操作部14及び作業部16が装着された状態で、2つの操作面400d、400dを略同時に内側へと押圧することにより、爪部400cと係止部401aとの係合状態が解除され、操作部14と作業部16とを分離させることができる。
According to such a
操作部14及び作業部16の装着時には、2本並列して設けられたガイドピン163が作業部16側の2つのピン穴161に嵌挿されるため、駆動部30(操作部14)は作業部16に対して確実に位置決めされ、安定して保持される。勿論、ガイドピンは3本以上としてもよい。ガイドピン163は、X−Z平面内に作用するモーメントを受けることができ、係合部やプーリ、駆動シャフト等に加わる力を低減することができる。
When the operating
さらに、図2、図3及び図6に示すように、このような装着時には、上部カバー25の底面側(Y2側)でグリップハンドル26の根元近傍に形成された位置決め凹部406に対し、下部カバー37のZ2方向端に形成された位置決め凸部408が係合する。これにより、操作部14と作業部16とを一層確実に位置決めすることができ、しかも装着後における操作部14と作業部16との間でのねじり方向等での剛性を高めることができる。
Further, as shown in FIGS. 2, 3 and 6, when mounting, the lower cover is positioned against the
図2、図20A及び図22Aに示すように、駆動シャフト115(116)の先端(Y2方向端)に設けられた係合凸部137(138)は、基端側の直線部137a(138a)と、先端側で先細りのテーパ形状のテーパ部137b(138b)とから構成されている。これら直線部137a(138a)及びテーパ部137b(138b)の外周面には、軸中心から放射状に等位相で突出した複数(6つ)の突出部402がセレーション状に形成されている。突出部402は略半円柱状であり、直線部137a(137a)に対応した部位ではY方向に延びており、テーパ部137b(138b)に対応した部位ではY方向から所定角度傾斜した方向に延びている。
As shown in FIG. 2, FIG. 20A and FIG. 22A, the engaging convex portion 137 (138) provided at the distal end (Y2 direction end) of the drive shaft 115 (116) is the
一方、図3、図20B及び図22Aに示すように、プーリ158a(158b)の先端(Y1方向端)に設けられた係合凹部176a(176b)は、前記係合凸部137(138)の形状に対応しており、上端開口側の直線部171と、奥側で奥細りのテーパ形状のテーパ部173とから構成されている。これら直線部171及びテーパ部173の内周面には、前記突出部402を挿入可能であり、軸中心から放射状に等位相で窪んだ凹状の複数(6つ)の溝部404がセレーション状に形成されている。
On the other hand, as shown in FIGS. 3, 20B and 22A, the engaging
係合凸部137、138と係合凹部176a、176bとは、操作部14と作業部16とが装着された状態で、各突出部402が各溝部404に嵌合することにより互いに係合する(図22B及び図23B参照)。これにより、モータ100、102の回転駆動力を、駆動シャフト115、116からプーリ158a、158へと確実に伝達することができる。この際、係合凸部137(138)と係合凹部176a(176b)とは、互いに直線部137a(138a)と直線部171とが噛合うことから、全ての係合部位がテーパ部のみで形成されている場合に比べ、駆動シャフト115(116)の回転駆動力を一層確実に安定してプーリ158a(158b)へと伝達することができる。勿論、直線部137a、138a、171を省略してテーパ部137b、138b、173のみが噛合う構成であっても回転駆動力の伝達は十分可能である。また、駆動シャフト115(116)側に係合凹部を設け、プーリ158a(158b)側に係合凸部を設けるようにしてもよい。
The engaging
次に、係合凸部137(138)と係合凹部176a(176b)との係合動作(カップリング動作)及びこの係合動作に続けて実施される原点サーチ動作について説明する。この場合、一方の係合凸部137及び係合凹部176aの係合動作及び原点サーチ動作と、他方の係合凸部138及び係合凹部176bの係合動作及び原点サーチ動作とは略同様である。このため、以下では一方の係合凸部137及び係合凹部176aの係合動作及び原点サーチ動作について代表的に説明する。
Next, an engagement operation (coupling operation) between the engagement convex portion 137 (138) and the engagement
先ず、係合動作について説明する。 First, the engaging operation will be described.
図20A及び図20Bから諒解されるように、係合凸部137と係合凹部176aが係合される際に互いの初期位相が一致している場合、つまり各突出部402と各溝部404の係合時の位相が一致している場合には、互いに干渉等を生じることなく係合凸部137と係合凹部176aとが円滑に係合する(図22B及び図23B参照)。
As can be understood from FIGS. 20A and 20B, when the engaging
一方、図23Aに示すように、係合凸部137と係合凹部176aが係合される際に互いの初期位相がずれている場合、つまり各突出部402と各溝部404の係合時の位相がずれている場合には、各突出部402と各溝部404とが互いに干渉する。そこで、係合時、駆動シャフト115及びプーリ158aのうち、いずれか一方が回転不能であり、他方が回転自在(フリー)な状態にあることにより、他方が一方によって強制的に回転されるため、係合凸部137及び係合凹部176aは、互いの初期位相に係わらず係合可能である。本実施形態では、駆動シャフト115が回転不能であり、プーリ158aが回転自在に構成されている。
On the other hand, as shown in FIG. 23A, when the engaging
すなわち、図23Aに示すように、互いの突出部402と溝部404の初期位相がずれた状態で、操作部14と作業部16の装着動作に伴う係合動作が行われた場合には、先ず、係合凸部137先端のテーパ部137bが、係合凹部176a上端の直線部171に挿入される。続いて、係合凸部137がY2方向で所定位置まで係合凹部176a内に進入すると、各突出部402が各溝部404間の凸部に当接及び摺接しつつ、フリーな状態にある係合凹部176aを強制的に回転させる。これにより、最終的には係合凹部176aの位相が係合凸部137の位相に強制的に一致され、互いに係合することができる(図23B参照)。
That is, as shown in FIG. 23A, when the engaging operation accompanying the mounting operation of the
このような係合動作について、図24〜図25Bを参照してより具体的に説明する。 Such an engagement operation will be described more specifically with reference to FIGS. 24 to 25B.
図24A及び図24Bは、係合凹部176aが所定の原点(モータ原点M0)にあり、係合凸部137の位相が多少正転方向にある状態でのカップリング動作の説明図である。図25A及び図25Bは、係合凸部137が所定の原点(モータ原点M0)にあり、係合凹部176aの位相が多少逆転方向にある状態でのカップリング動作の説明図である。図24A及び図24Bは、理解の容易のため、係合凸部137及び係合凹部176aをそれぞれ周方向(回転方向)で360°展開し、突出部402及び溝部404を互いに対向する山形歯状に模式的に図示した説明図である。また、係合凹部176a(プーリ158a)の回転範囲を明確にするため、係合凹部176aと共に回転する当接部177a(177b)をY2方向に突出した当接部材として図示すると共に、その回転を規制するストッパ(プーリ動作限)179aを、ハッチングを付与した直線で図示しており、換言すれば、図21の変形例に示す当接部177cとストッパ179bとの当接による回転範囲の規制に類似した構造として図示しており、図25A等についても同様である。
24A and 24B are explanatory diagrams of the coupling operation in a state where the engagement
先ず、図24Aに示すように、係合凸部137と係合凹部176aの初期位相がずれた状態で係合凸部137がY2方向に進動されると、各突出部402の先端頂部が各溝部404の斜面中腹に当接する。そこで、突出部402がさらにY2方向に進動されると、突出部402の斜面と溝部404の斜面とが互いに摺接しつつ、フリーな状態にある係合凹部176aが突出部402の斜面によって強制的に回転される(図24B中の左向き矢印参照)。従って、係合凸部137と係合凹部176aとは、最終的に互いの突出部402と溝部404の位相が一致した状態で係合する(図24B参照)。このように、回転不能側である係合凸部137の位相が維持されたまま、回転自在側である係合凹部176aが回転されることで係合凸部137と係合凹部176aとは、互いの初期位相に係わらず係合可能であり、図25A及び図25Bに示す例でも同様である。
First, as shown in FIG. 24A, when the engaging
従って、操作部14と作業部16の装着時には、着脱レバー400の爪部400cが係止部401aに係合し(図1〜図3参照)、操作部14と作業部16との装着が完了すると、検出シャフト316が止板179に着座したことが着脱センサ314に検出されることによりコントローラ514でも認識される。同時に、係合凸部137(138)と係合凹部176a(176b)とは、互いの初期位相に関係なく、円滑に且つ迅速に係合する。すなわち、当該医療用マニピュレータ10では、操作部14と作業部16とをどのような状態で着脱しても、操作部14と作業部16とを装着すると同時に、駆動シャフト115(116)とプーリ158a(158b)とを連結することができる。
Accordingly, when the operating
なお、係合凸部137(138)及び係合凹部176a(176b)は、上記のように、断面波形形状且つテーパ形状からなり突出部と溝部とを嵌合する係合構造以外の構造であっても勿論よく、要は、駆動シャフト115(116)とプーリ158a(158b)とが互いに着脱可能であり、回転駆動力を伝達可能な構造であればよい。
As described above, the engaging convex portion 137 (138) and the engaging
図26は、駆動シャフト115(116)とプーリ158a(158b)との係合構造の変形例を示す斜視図である。この係合構造では、駆動シャフト115の先端(Y2方向端)に角錐形状で先細りのテーパ形状からなる係合凸部600を設け、プーリ158aの上端(Y1方向端)に係合凸部600に対応する角錐形状で奥細りのテーパ形状からなる係合凹部602を設けて構成されている。これにより、係合凸部600と係合凹部602の係合時の初期位相に関係なく、両者を迅速に且つ円滑に係合することができる。
FIG. 26 is a perspective view showing a modification of the engagement structure between the drive shaft 115 (116) and the
図27は、駆動シャフト115(116)とプーリ158a(158b)との係合構造の他の変形例を示す斜視説明図である。この係合構造では、駆動シャフト115の先端(Y2方向端)に山形環状歯からなる係合凸部604を設け、プーリ158aの上端(Y1方向端)に係合凸部604に対向する山形環状歯からなる係合凹部606を設けて構成されている。この場合にも、係合凸部604と係合凹部606の係合時の初期位相に関係なく、両者を迅速に且つ円滑に係合することができる。
FIG. 27 is a perspective explanatory view showing another modified example of the engagement structure between the drive shaft 115 (116) and the
このように、駆動シャフト115(116)とプーリ158a(158b)とは、互いに着脱可能且つ回転駆動力を伝達可能なものであればよい。すなわち、駆動軸である駆動シャフト115の先端に、係合凸部137、600、604のように該駆動軸の軸線方向に対して傾斜した接合面(駆動側接合面)を設け、従動軸であるプーリ158aの先端に、係合凹部176a、602、606のように該従動軸の軸線方向に対して傾斜すると共に、前記駆動側接合面と係合(接合)可能な接合面(従動側接合面)を設けることにより、両軸間を着脱可能に且つ回転駆動力を伝達可能な構造に容易に構成することができる。
In this manner, the drive shaft 115 (116) and the
以上のような係合動作の終了後には、コントローラ514が先端動作部12を正確に且つ精度よく駆動制御するため、先端動作部12を所定の原点姿勢(図1、図46及び図48参照)とし、モータ100、102を所定の原点位相とすべく、ワイヤ1052、1054を往復駆動するプーリ158a、158b及び駆動シャフト115、116と、モータ100、102の回転位相を原点に設定する原点サーチ動作を実施する必要がある。
After the end of the engaging operation as described above, the
そこで、次に、上記の係合動作に続いて実施される原点サーチ動作について説明する。本実施形態では、コントローラ514の制御下に該原点サーチ動作が駆動制御され、つまりコントローラ514が原点サーチ部としての機能を有する。
Thus, next, an origin search operation performed following the above-described engagement operation will be described. In the present embodiment, the origin search operation is driven and controlled under the control of the
上記したように、操作部14と作業部16とが装着されると、係合凸部137(138)と係合凹部176a(176b)とが係合する。この際、作業部原点センサ306(308)の検出シャフト310(312)に対し、支持部材340(342)を介して連結された検出ピン344(346)は、コイルばね322(324)によるY2方向への付勢力により(図9、図10及び図22A参照)、プーリ158a(158b)側のカム面175のいずれかの位置に着座する(図22参照)。
As described above, when the
図28は、カム面175を周方向(回転方向)で360°展開し、その上面(Y2側面)のY方向位置を示した説明図であり、係合凸部137と係合凹部176aの係合動作に伴い、カム面175の所定位置(位置P1、P2)に検出ピン344が着座した状態を示している。本実施形態の場合、カム面175のうち、傾斜面175cの中間点を作業部16側の原点(モータ原点M0)として、Z1方向を指向するように設定している。
FIG. 28 is an explanatory diagram showing the
この場合、コントローラ514の制御下にモータ100を駆動して、駆動シャフト115を介してプーリ158aを回転させ、該プーリ158aをモータ原点M0に設定することにより、モータ100、駆動シャフト115及びプーリ158a等が原点位相に設定され、先端動作部12が原点姿勢となる。
In this case, the
先ず、係合凸部137と係合凹部176aが係合されると共に、検出シャフト316が押され、着脱センサ314により、操作部14と作業部16が装着されたことを認識する。このとき、検出ピン344が図28中の位置P1に着座した場合、検出ピン344は低い低面175aに着座するため、作業部原点センサ306の出力信号は変化しない。しかし、着脱センサ314により着座されたこと自体は認識できていることから、プーリ158aが原点に対してマイナス領域に位置することが認識される。そこで、モータ100を駆動してプーリ158aを図28中の正転方向に回転させると、検出ピン344は、コイルばね322の弾性付勢下にその先端球面344aがカム面175上を摺接し、やがて位置P0に到達する。検出ピン344が位置P0に到達したこと、つまりプーリ158aが原点位相に設定されたことは、作業部原点センサ306によって検出される。このように、駆動シャフト115及びプーリ158aを所定の原点位相に設定することで、先端動作部12も所定の原点姿勢に設定することができる。
First, the engaging
同様に、検出ピン344が図28中の位置P2に着座した場合には、検出シャフト316が押され、着脱センサ314により、操作部14と作業部16が装着されたことを認識する。このとき、検出ピン344は高面175bに着座するため、作業部原点センサ306の出力信号が変化し、プーリ158aが原点に対しプラス領域に位置することが認識される。そこで、モータ100を駆動してプーリ158aを図28中の逆転方向に回転させると、検出ピン344は、コイルばね324の弾性付勢下にその先端球面344aがカム面175上を摺接し、やがて位置P0に到達する。このように、駆動シャフト115及びプーリ158aを所定の原点位相に設定することで、先端動作部12も所定の原点姿勢に設定することができる。
Similarly, when the
このような原点サーチ動作では、作業部原点センサ306、検出ピン344及びカム面175等が、従動軸であるプーリ158aの位相を検出する位相検出手段として機能し、これにより迅速な原点サーチが可能となっている。なお、原点サーチ動作としては、上記のように、作業部原点センサ306(308)によるカム面175の検出(位相検出)に基づく方法以外に、他の方法(構造)で実施することも勿論可能である。
In such an origin search operation, the working
そこで、次に、原点サーチ動作の変形例について説明する。 Therefore, next, a modified example of the origin search operation will be described.
図29A〜図30Bは、原点サーチ動作の第1変形例を実施するための構造を例示した説明図である。 FIGS. 29A to 30B are explanatory views illustrating a structure for carrying out a first modification of the origin search operation.
この場合、プーリ158a(158b)の位相(原点)を検出する位相検出手段として、上記の作業部原点センサ306や検出ピン344(346)、カム面175等に代えて、駆動部30側に、上部ブラケット104の底面から突出した作業部原点センサ610を設け(図29A参照)、作業部16側に、係合凹部176a(176b)の略半周を囲繞する環状の壁面からなる検出リング(被検出部材)612を設けている(図29B参照)。検出リング612は、例えば、3箇所のブリッジ614によって係合凹部176a(176b)に連結されており、プーリ158a(158b)と共に回転する。検出リング612は、円弧の端部がプーリ158a(158b)の原点に対応するように配置されており、動作領域の半周分の領域にのみに検出リング612が存在するように設定されている。これにより、検出リング612の有無を検出すれば、コントローラ514は、作業部16が原点に対してプラス領域にあるか、マイナス領域にあるかを認識することができる。これに応じて、プラス領域にある場合は逆転方向に回転させ、マイナス領域にある場合は正転方向に回転させることによって、検出リング612の有無が切り替わる点を原点として検出することができる。
In this case, as phase detection means for detecting the phase (origin) of the
具体的には、図30A及び図30Bに示すように、作業部原点センサ610は、作業部原点センサ306等と略同様に側面視で略U字状であり、U字の内側で検出リング612を跨いで検出可能である。そこで、係合凸部137と係合凹部176aとが係合した状態で(図30B参照)、モータ100によってプーリ158aが回転されると、これに伴って検出リング612も回転し、各端部612aが作業部原点センサ610を通過することにより、その出力が切り替わる点として原点を検出することができる。
Specifically, as shown in FIGS. 30A and 30B, the working
すなわち、コントローラ514は、上述した方法により原点を認識し、係合凸部137及び係合凹部176aをモータ原点M0に戻して停止させる。これにより、駆動シャフト115及びプーリ158aを所定の原点位相に設定し、先端動作部12も所定の原点姿勢に設定することができる。なお、当該機構は正転方向及び逆転方向に対称構造であることから、一方の回転側(正転側又は逆転側)の端部612aのみを検出することにより、原点を演算してモータ100を原点位置へと戻すことができるが、より正確な原点サーチを行うためには、両回転方向での検出を行うことが望ましい。
That is, the
このような原点サーチ動作及びその構造によれば、コイルばね322や検出ピン344、支持部材340、カム面175等を省略することができるため部品点数の削減が可能であり、マニピュレータ10の構成を一層簡素化することができる。
According to such an origin search operation and its structure, the
図31A〜図31Dは、原点サーチ動作の第2変形例に係る方法の説明図である。なお、図31A〜図31Dでは、係合凹部176a(プーリ158a)の回転範囲を明確にするため、図24A等と略同様に、係合凹部176a側の当接部177a(177b)を外径方向に突出した当接部材として図示すると共に、その回転を規制するストッパ(プーリ動作限)179aを、ハッチングを付与した直線で図示しており、図21の変形例に示す当接部177cとストッパ179bとの当接による回転範囲の規制に類似した構造として図示している。
31A to 31D are explanatory diagrams of a method according to a second modification of the origin search operation. 31A to 31D, in order to clarify the rotation range of the
先ず、図31A中に実線矢印で示すように、係合凸部137と係合凹部176aとが係合した状態で、これを正転方向へと回転させることにより原点サーチ動作が開始される。この際、モータ100(102)について、モータ回転速度は所定の設定速度(速度閾値)より大きく、モータ電流値は所定の電流値(電流閾値)より小さいものとする。
First, as shown by a solid arrow in FIG. 31A, the origin search operation is started by rotating the engaging
当該原点サーチ動作が開始されると、係合凸部137及び係合凹部176aはモータ原点M0を通過すると共にさらに正転方向に回転され、正転側動作端となる一方のストッパ179aに当接部177aが当接し(図31B参照)、前記モータ回転速度が速度閾値より小さくなり、モータ電流値が電流閾値より大きくなる。すなわち、コントローラ(検出部)514により、モータ100の電流値と回転速度とを検知しておくことで、先ず、係合凸部137及び係合凹部176aの正転側領域(正領域)での動作限を検出することができ、現在位相も検出することができる。
When the origin search operation is started, the engagement
従って、当該機構は対称系であることから、逆転側領域(負領域)についても演算可能であり、モータ100を原点位置へと戻すことができるが、本例では、より正確に且つより確実に原点サーチを行うため、逆転方向での検出を行うものとする。
Therefore, since the mechanism is a symmetric system, it is possible to calculate the reverse side region (negative region), and the
すなわち、図31C中の矢印に示すように、今度は逆転方向にモータ100を回転させ(この回転時には、前記モータ回転速度が速度閾値より大きく、モータ電流値が電流閾値より小さくなる)、最終的に逆転側動作端となる他方のストッパ179aに当接部177aが当接し(図31C参照)、前記モータ回転速度が速度閾値より小さくなり、モータ電流値が電流閾値より大きくなる。
That is, as indicated by the arrow in FIG. 31C, this time, the
従って、コントローラ514では、モータ100の逆転側領域(負領域)での動作限を検出することができ、検出した正領域での動作限と負領域での動作限との平均値を得ることにより原点サーチが完了する。従って、図31Dに示すように、係合凸部137及び係合凹部176aをモータ原点M0に戻して停止させ、これにより、駆動シャフト115及びプーリ158aが所定の原点位相に設定し、先端動作部12も所定の原点姿勢に設定することができる。
Therefore, the
このような原点サーチ動作及びその構造についても、作業部原点センサ306、検出シャフト310、コイルばね322、検出ピン344及び支持部材340等を省略して部品点数の削減が可能となるため、マニピュレータ10の構成を一層簡素化することができる。
With respect to such an origin search operation and its structure, the
ところで、当該マニピュレータ10において、係合凸部137、138、600、604と係合凹部176a、176b、602、606とは、その係合時の初期位相に関係なく、迅速に且つ円滑に係合可能に構成されているが、その係合時、互いの初期位相が一致していない限り、一方(係合凹部)が強制的に回転され、プーリ158a(158b)が回転される。この際、プーリ158a(158b)の初期位相がその動作限(回転許容範囲の限界点)近傍にある場合には、係合時、プーリ158a(158b)が動作限を超えて回転される強制力を受ける可能性があり、プーリ158a(158b)及びその回転を規制する当接部177a、177bやストッパ179aに過度の負荷が生じ、破損や誤動作等を惹起する可能性がある。
By the way, in the
そこで、次に、係合凸部と係合凹部との係合時、プーリがその動作限を超えて強制的に回転されることを防止するための動作(安全着脱動作)について説明する。 Then, next, the operation | movement (safety attachment / detachment operation | movement) for preventing a pulley from forcibly rotating beyond the operation | movement limit at the time of engagement with an engagement convex part and an engagement recessed part is demonstrated.
先ず、駆動側の係合凸部137(138、600、604)を適宜駆動制御して実行する安全着脱動作(第1の安全着脱動作)について、図32A〜図37を参照し、係合凸部137と係合凹部176aとの係合動作(カップリング動作)を例示しながら説明する。図32A〜図37は、操作部14と作業部16を装着する際の駆動側である係合凸部137と従動側である係合凹部176aの係合動作の説明図であり、該係合動作を図24A等と同様に図示したものである。この場合、図32A〜図36は、係合凸部137と係合凹部176aの係合位相が60°位相であり、係合凹部176aの動作範囲が240°に規制された状態での係合動作を例示した説明図であり、図37は、係合凹部176aの動作範囲が210°に規制された状態での係合動作を例示した説明図である。
First, regarding a safety attaching / detaching operation (first safety attaching / detaching operation) performed by appropriately driving and controlling the engaging convex portion 137 (138, 600, 604) on the driving side, referring to FIGS. The engaging operation (coupling operation) between the
図32A及び図33Aに示すように、駆動側の係合凸部137(突出部402)が正転側動作限(正転側のストッパ179a)の位相である位相M1と一致しており、従動側の係合凹部176aが正転側動作限(又はその付近)にある場合には、図32B及び図33Bにそれぞれ示すように、係合凹部176a(プーリ158a)が動作限を超えて回転する強制力を受けることがなく、円滑な係合が可能である。
As shown in FIGS. 32A and 33A, the driving-side engaging convex portion 137 (projecting portion 402) coincides with the phase M1, which is the phase of the forward rotation side operation limit (forward
図34Aに示すように、係合凸部137が正転側動作限から30°(60°位相形状の係合凸部137の半位相分)逆転側の位相M2にあり、係合凹部176aが正転側動作限にある場合にも、図34Bに示すように、係合凹部176a(プーリ158a)が動作限を超えて回転する強制力を受けることがなく、円滑に係合する。
As shown in FIG. 34A, the engaging
一方、図35Aに示すように、係合凸部137が正転側動作限を超えた位相M3にあり、係合凹部176aが正転側動作限にある場合には、図35Bに示すように、係合凹部176a(プーリ158a)が動作限を超えて回転する強制力を受けることになる。このため、プーリ158aや当接部177a、ストッパ179a等に過度の負荷が生じ、破損や誤動作等を惹起する可能性がある。
On the other hand, as shown in FIG. 35A, when the engaging
従って、図36に正転動作限側として示すように、係合凸部137の位相が位相M1、M2間にある領域Rsは、安全な着脱が可能な安全領域(実線で示す係合凸部137参照)であり、位相M1、M3間にある領域Rdは、安全な着脱ができない可能性がある危険領域(破線で示す係合凸部137参照)であり、これらは、係合凸部137の係合位相(60°)の半位相(30°)からなる間隔で存在している。同様に、図36に逆転動作限側として示すように、係合凸部137の位相が位相M4、M5間にある領域Rsは、安全な着脱が可能な安全領域(実線で示す係合凸部137参照)であり、位相M5、M6間にある領域Rdは、安全な着脱ができない可能性がある危険領域(破線で示す係合凸部137参照)であり、これらは、係合凸部137の係合位相(60°)の半位相(30°)からなる間隔で存在している。
Therefore, as shown in FIG. 36 as the forward rotation operation limit side, the region Rs where the phase of the engagement
ところが、図36から諒解されるように、この場合には、正転動作限側と逆転動作限側の安全領域Rsと危険領域Rdが完全に逆位相になっているため、例えば、係合凸部137が正転動作限側の安全領域Rsに設定された場合であっても、係合凹部176aの位相が逆転動作限側にある場合には、安全な着脱ができない可能性がある。つまり、60°位相形状の係合凸部137に対して、係合凹部176aの動作範囲がその整数倍(4倍)の240°に規定されており、この場合には、安全領域Rsと危険領域Rdとが完全に逆位相になるため、係合凸部137側の位相制御だけでは常に安全な着脱を行うことは困難である。
However, as can be understood from FIG. 36, in this case, the safety region Rs and the dangerous region Rd on the forward operation limit side and the reverse operation limit side are completely in opposite phases. Even when the
一方、図37に示すように、係合凸部137の係合位相が60°のままで、係合凹部176aの動作範囲を210°に設定した場合には、正転動作限側と逆転動作限側の安全領域Rsと危険領域Rdが完全に同位相となる。そうすると、係合凸部137が正転動作限側の安全領域Rsに設定された場合には、係合凹部176aの位相が正転動作限側及び逆転動作限側のどちらにあっても安全な着脱が可能となり、その逆も同様に成立する。つまり、60°位相の係合凸部137に対して、係合凹部176aの動作範囲がその整数倍(3倍)の180°に、その半位相分(30°)を加算した角度に規定されており、この場合には、安全領域Rsと危険領域Rdとが完全に同位相になるため、係合凸部137を位相制御して安全領域Rsに設定することで、常に安全な着脱を行うことは可能である。
On the other hand, as shown in FIG. 37, when the engagement phase of the engagement
以上より、駆動側の係合凸部137を駆動制御して実行する当該第1の安全着脱動作では、係合凸部137と係合凹部176aの係合位相形状と、係合凹部176aの動作範囲との関係において、正転動作限側及び逆転動作限側の安全領域Rsが一致又は略一致しており、且つ、係合時に係合凸部137が安全領域Rsに設定されることにより、常に安全な着脱を行うことができる。
As described above, in the first safety attaching / detaching operation executed by controlling the driving-side engaging
換言すれば、係合位相がm°位相の場合に、係合凹部176aの動作範囲を{m・n}°(nは自然数)とした場合、例えば、係合位相が60°位相の場合に、係合凹部176aの動作範囲が120°、180°、240°、300°等の場合には、正転動作限側と逆転動作限側の安全領域Rsと危険領域Rdが逆位相になり、係合凸部137を正転側及び逆転側の両側で常に安全領域Rsに設定することができず、安全に着脱できない可能性がある。
In other words, when the engagement phase is m ° phase and the operation range of the
一方、係合位相がm°位相の場合に、係合凹部176aの動作範囲を{m・n+m/2}°(nは自然数)とした場合、例えば、係合位相が60°位相の場合に、係合凹部176aの動作範囲が90°、150°、210°、270°、330°等の場合には、正転動作限側と逆転動作限側の安全領域Rsと危険領域Rdが同位相になり、係合凸部137を正転側及び逆転側の両側で常に安全領域Rsに設定することができ、常に安全に着脱することができる。
On the other hand, when the engagement phase is m ° phase and the operation range of the
この第1の安全着脱動作は、コントローラ514の制御下に、例えば、作業部16が操作部14から取り外されたとき、操作部14にコントローラ514を接続したとき、及び、マスタスイッチ34がオフ操作されたときのうち、少なくともいずれかのタイミングでモータ100(102)を駆動制御して、係合凸部137を前記安全領域Rsに設定するとよく、他の係合凸部138等でも略同様である。この際、モータ100(102)の位相制御は、モータ位相センサ331(332)による検出片333(334)の突出片333a(334a)の検出によって実施すればよい。すなわち、突出片333aが係合凸部137の係合位相に対応した位相形状(60°位相)に配置されていることにより、該突出片333aがモータ位相センサ331を通過して出力が切り替わる点として、モータ100の位相をコントローラ514により検出することができる。従って、突出片333aの位相形状は、係合凸部137の位相形状に対応して適宜変更可能である。
This first safe attachment / detachment operation is performed under the control of the
なお、図34Bから諒解されるように、係合凹部176aが正転側動作限及び逆転側動作限からそれぞれ係合位相の半位相分離間した位置にある場合、すなわち、従動側の係合凹部176aが正転側動作限から半位相分逆転側の位相(位相M2)と、逆転側動作限から半位相分正転側の位相(位相M2´)との間(M2・M2´間)にある場合には、駆動側の係合凸部137の位相に係わらず安全に着脱することが可能である。係合凹部176aが半位相分強制的に回転されたとしても、その動作限であるストッパ179aを超えることがないからである。
As can be seen from FIG. 34B, when the
そこで、次に、従動側の係合凹部176a(176b、602、606)を安全領域である位相M2・M2´間に設定する安全着脱動作(第2の安全着脱動作)について、図38A〜図38Cを参照して説明する。図38A〜図38Cは、係合凸部137及び係合凹部176aを図31A等と同様に図示したものである。
Therefore, next, a safe attachment / detachment operation (second safety attachment / detachment operation) in which the driven-
図38Aに示すように、この第2の安全着脱動作では、従動側である係合凹部176a(プーリ158a)の正転及び逆転の動作範囲を規定するストッパ179aの内側に緩衝部材としてゴム部材(弾性部材)620を配置している。ゴム部材620は、モータ100の回転トルクによる当接部177aとの当接によって所定量変形(収縮)可能な材質からなる。
As shown in FIG. 38A, in the second safe attaching / detaching operation, a rubber member (as a buffer member) is provided inside the
この場合、ゴム部材620は、モータ100によって回転された当接部177aに押圧されることで、動作範囲の動作限まで変形する(図38B参照)。すなわち、モータ100は、そのモータ定格トルクに対して支障のある負荷を受けることなく係合凹部176a(プーリ158a)を図38Aに示す動作範囲の動作限まで当接部177aによってゴム部材620を潰しつつ回転させることができる(図38B参照)。
In this case, the
一方、図38Bに示すように、当接部177aがゴム部材620を圧縮して動作限付近に回転された状態で、係合凹部176aから係合凸部137が取り外された場合には、係合凹部176aがフリーな状態になる。従って、図38Cに示すように、弾性部材620の反発(復元)作用により、係合凹部176a(プーリ158a)は安全領域まで戻されることになる。つまり、ゴム部材620は、従動側の係合凹部176aを常に安全領域内へと誘導する安全領域誘導手段として機能するものであり、ゴム以外にも、例えば、コイルばねやウレタン樹脂等の緩衝部材を適用することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 38B, when the
以上より、当該第2の安全着脱動作では、操作部14と作業部16との取り外し時において、駆動側の係合凸部137の位相に係わらず、従動側の係合凹部176aの位相が、上記した正転側動作限から半位相分逆転側の位相と、逆転側動作限から半位相分正転側の位相との間(図34Bでは位相M2・M2´間)である安全領域に必ず設定されるため、常に安全な着脱を行うことができる。
As described above, in the second safety attaching / detaching operation, when the
図39A〜図39Cは、上記した第2の安全着脱動作の変形例を示す説明図である。 FIG. 39A to FIG. 39C are explanatory views showing a modified example of the second safety attaching / detaching operation described above.
図39Aに示すように、この変形例では、上記した緩衝部材であるゴム部材620に代えて、操作部14と作業部16の取り外し時に、又は取り外し可能な状態のときにストッパ179aから突出して、動作範囲の動作限付近にある係合凹部176aを安全領域内へと誘導する進退部材622を設けている。従って、この場合にも、駆動側の係合凸部137の位相に係わらず、従動側の係合凹部176aの位相が、上記した正転側動作限から半位相分逆転側の位相と、逆転側動作限から半位相分正転側の位相との間(図34Bでは位相M2・M2´間)である安全領域に必ず設定され、常に安全な着脱を行うことができる。
As shown in FIG. 39A, in this modified example, instead of the
図40A〜図41Bは、操作部14と作業部16の装着時に係合凹部176a(プーリ158a)を安全領域に誘導する安全領域誘導手段を駆動部30側に設けた安全着脱動作(第3の安全着脱動作)の説明図である。
40A to 41B show a safety attaching / detaching operation in which a safety region guiding means for guiding the engaging
図40Aに示すように、この第3の安全着脱動作では、操作部14と作業部16との装着時、係合凸部137と係合凹部176aとの係合に先立ってストッパ179aの内側に進動する楔状の移動部材624が、駆動部30から下方に突出している。
As shown in FIG. 40A, in the third safety attaching / detaching operation, when the operating
従って、図40A及び図41Aに示すように、操作部14と作業部16との装着時に係合凹部176aが安全領域外の動作限付近に位置している場合であっても、係合凸部137と係合凹部176aとが係合するより前に移動部材624がストッパ179aと当接部177aとの間に進動し、図40B及び図41Bに示すように、係合凹部176aを安全領域へと誘導する。このため、駆動側の係合凸部137の位相に係わらず、従動側の係合凹部176aの位相が、上記した正転側動作限から半位相分逆転側の位相と、逆転側動作限から半位相分正転側の位相との間(図34Bでは位相M2・M2´間)の安全領域に必ず設定され、常に安全な着脱を行うことができる。
Therefore, as shown in FIGS. 40A and 41A, even when the engaging
なお、上記した第1〜第3の安全着脱動作は、少なくともいずれか1つを実行すると、係合凸部と係合凹部との円滑な係合動作を行うことができるため好ましいが、先端動作部12の種類や当該マニピュレータ10の用途等によっては省略することもでき、この場合には、モータ位相センサ331等の安全着脱動作に係る各要素を省略し、当該マニピュレータ10の構成の簡素化を図ることも可能である。
The first to third safe attaching / detaching operations described above are preferable because at least one of them can be performed because a smooth engaging operation between the engaging convex portion and the engaging concave portion can be performed. Depending on the type of the
次に、基本的には以上のように構成されるマニピュレータ10における起動動作(使用準備動作)及び該起動動作に関連した操作部14及び作業部16の装着動作について、図42のフローチャートを参照して説明する。以下、係合凸部137(138)及び係合凹部176a(176b)を用いた構成を例示して説明するが、上記した係合凸部600等についても略同様に制御及び動作可能である。
Next, with reference to the flowchart of FIG. 42, regarding the starting operation (use preparation operation) in the
図42のステップS1において、マニピュレータ10を含むシステムを起動するために、先ず、操作者はコントローラ514の電源スイッチ516(図1参照)をオンし、コントローラ514及び周辺システム等を起動する(ステップS2)。
In step S1 of FIG. 42, in order to start the system including the
次に、ステップS3において、操作部14をコントローラ514に対して装着する。例えば、操作部14のグリップハンドル26下端から延びたケーブル61先端のコネクタ520をコントローラ514の第1ポート515aに接続する(図1参照)。なお、このタイミングで、コントローラ514の制御下に、上記した第1の安全着脱動作によるモータ100、102の位相制御を実行することもできる(図37等参照)。
Next, in step S <b> 3, the
ステップS4では、コントローラ514に接続された操作部14に対し、所定の先端動作部12を備えた作業部16を装着する。この装着動作は、上記したように、操作部14から突出している2本のガイドピン163、163がそれぞれ作業部16のピン穴161、161に嵌合するように、且つ、操作部14の位置決め凹部406が作業部16の位置決め凸部408に係合するように位置合わせを行いつつ、操作部14と作業部16とを互いに押圧して密着させる(図6、図20A及び図20B参照)。これにより、着脱レバー400の爪部400cが係止部401aに係合し(図1〜図3参照)、操作部14と作業部16との装着が完了すると同時に、係合凸部137(138)と係合凹部176a(176b)の係合も完了する。操作部14と作業部16との装着が完了したことは、検出シャフト316が止板179に着座したことが着脱センサ314に検出されることにより(図7、図23A及び図23B参照)、コントローラ514に認識される。同様に、係合凸部137(138)と係合凹部176a(176b)の係合時の位相についても、検出ピン344(346)のカム面175への着座位置が作業部原点センサ306(308)によって検出されることにより(図28参照)、コントローラ514に認識される。ここで、上記した第3の安全着脱動作を実行する構造を適用している場合には、該安全着脱動作が行われる。
In step S <b> 4, the working
そこで、ステップS5において、コントローラ514は、ステップS4での着脱センサ314の検出をトリガとして、又は他の図示しないスイッチ入力等に基づき、カメラ224及びLED224aを駆動制御してバーコード222を撮像し(図19参照)、バーコード222から作業部16の個体情報として、仕様(先端動作部12の種類)、使用回数及び使用量制限(上限)等を取得する。また、コントローラ514では、作業部16の個体情報を取得し、該個体情報に応じて作業部16の種類に応じてモータ100、102等を適切に制御することができる。
Therefore, in step S5, the
ステップS6では、操作部14と作業部16とが装着されたマニピュレータ10のマスタスイッチ34(図1参照)をオンすることにより、ステップS7において、コントローラ514の制御下に、又は操作部14に内蔵される図示しない制御部の制御下に、上記した原点サーチ動作が実施される。これにより、駆動シャフト115(116)及びプーリ158a(158b)が所定の原点位相に設定され、先端動作部12も所定の原点姿勢に設定されて、マニピュレータ10の使用準備が完了する(ステップS8)。このように、原点サーチ動作が実行されることにより、原点位置の検出を容易に行うことができると共に、操作部14と作業部16の装着後の動作開始を一層円滑に実行することができる。
In step S6, by turning on the master switch 34 (see FIG. 1) of the
上記ステップS7による原点サーチ動作中には、マスタスイッチ34と並設されたLED29(図1参照)を、例えば緑色で点滅させるように制御する。そうすると、操作者は原点サーチ動作が実施されていることを容易に認識することができる。また、ステップS8により使用準備が完了した後は、LED29を、例えば緑色で点灯させるように制御することにより、マニピュレータ10が正常に起動されて所定の使用可能状態にあることを操作者に明示することができる。なお、LED29は、上記ステップS1〜S6までは消灯されているが、その処理状態に応じた点灯や点滅等をするように制御してもよいことは勿論である。
During the origin search operation in step S7, the LED 29 (see FIG. 1) provided in parallel with the
ステップS8により使用準備が完了された後、つまりマニピュレータ10が使用可能状態となった後、操作者は、グリップハンドル26を把持すると共に、複合入力部24及びトリガレバー36を操作して、マニピュレータ10を所定の手技に対応して動作させることができる。
After the preparation for use is completed in step S8, that is, after the
この状態で、例えば手技の一時中断等により、マスタスイッチ34がオフされた場合には(ステップS9)、LED29が消灯されてマニピュレータ10の使用可能状態が停止される。なお、このタイミングで、コントローラ514の制御下に、上記した第1の安全着脱動作によるモータ100、102の位相制御を実行することもできる(図37等参照)。
In this state, for example, when the
その後、作業部16を取り外す等することなく、続けて手技を行う場合には、再びマスタスイッチ34をオンすることにより(ステップS10)、ステップS8へと戻り、マニピュレータ10は再び使用可能状態となり、操作者は所定の手技を開始し又は継続することができる。この際、ステップS9からステップS10までの間、つまりマスタスイッチ34がオフされた後、オンされるまでの間に、作業部16の操作部14からの取り外し等が行われない限りは、ステップS7で設定されたモータ100、102や先端動作部12の原点位置がずれることはなく、ステップS10の後は迅速にステップS8に移行することができる。
After that, when performing the procedure without removing the working
一方、ステップS8の後、例えば他の手技に対応して作業部16を変更するために、作業部16と操作部14とを取り外した場合には(ステップS11及びステップS12)、それぞれステップS4及びステップS3へと戻り、その後は上記した制御フローが実施される。なお、このタイミングで、コントローラ514の制御下に、上記した第1の安全着脱動作によるモータ100、102の位相制御を実行することもできる(図37等参照)。一方、第2及びその変形例に係る安全着脱動作を実行する構造を適用している場合には、該安全着脱動作が行われる。
On the other hand, after step S8, for example, when the
ところで、上記ステップS5に示すバーコード222の読取動作では、例えば、図42中にE1〜E3で示すようなエラーを生じることがある。マニピュレータ10で発生するエラーは、次のエラーE1〜E3及びエラーE4以外の状態に係るものも当然発生する可能性があるが、以下ではエラーE1〜E4を例示して説明する。
By the way, in the reading operation of the
エラーE1(バーコード読取異常)は、ステップS5におけるバーコード222の読取動作によって、バーコード222の読取異常が生じた場合、例えばカメラ224でバーコード222を正確に撮像できない場合やバーコード222がコントローラ514の制御対象の作業部16等以外のものの場合等である。この場合には、ステップS13において、LED29を、例えば赤色で点滅させるように制御する作業部取り外し要請が実施される。該作業部取り外し要請は、LED29の表示以外にも、コントローラ514の表示部(ディスプレイ)517(図1参照)にエラーE1の表示を行い、また図示しないスピーカ等により警告音等を発生するようにしてもよい。この作業部取り外し要請に応じて、操作者が作業部16を操作部14から取り外した場合には、LED29による前記赤色の点滅が消灯され、上記ステップS4に戻る。そこで、操作者は作業部16の再確認やバーコード222の汚れ等の確認等を行うことになる。
Error E1 (abnormal barcode reading) occurs when the
エラーE2(使用量制限オーバー)は、ステップS5におけるバーコード222の読取動作によって、装着された作業部16が使用回数制限オーバーとなっている場合である。これは、例えば所定の作業部16の使用量制限が10回であるところ、既に10回の使用がなされているにもかかわらず当該作業部16が装着された場合や、累積使用時間制限が300時間であるところ、既に300時間を越える使用がなされているにもかかわらず当該作業部16が装着された場合や、又はマニピュレータ先端部の屈曲動作や回転動作が累積使用角度制限を越えて使用された場合等に報知されるエラーである。この場合には、上記エラーE1の場合と略同様に、ステップS13において、LED29を、例えば赤色で点滅させるように制御する作業部取り外し要請が実施される。勿論、この場合の作業部取り外し要請についても、コントローラ514の表示部517にエラーE2の表示を行い、また前記警告音等を発生するようにしてもよい。この作業部取り外し要請に応じて、操作者が作業部16を操作部14から取り外した場合には、LED29による前記赤色の点滅が消灯され、上記ステップS4に戻る。そこで、操作者は作業部16を新たな作業部16に交換する等の作業を行うことになる。
The error E2 (use amount limit over) is a case where the attached working
エラーE3(撮影モジュール系異常)は、ステップS5におけるバーコード222の読取動作において、カメラ224が正常に機能しなかった場合等である。この場合には、ステップS14において、LED29を、例えば赤色で点滅させるように制御する操作部取り外し要請が実施される。この場合にも、コントローラ514の表示部517にエラーE3の表示を行い、また前記警告音等を発生するようにしてもよい。この操作部取り外し要請に応じて、操作者が操作部14を作業部16から取り外した場合には、LED29による前記赤色の点滅が消灯され、上記ステップS3に戻る。そこで、操作者は操作部14の確認や交換等の作業を行うことになる。
The error E3 (imaging module system abnormality) is a case where the
同様に、上記ステップS7に示す原点サーチ動作では、例えば、図42中にE4で示すようなエラーを生じることがある。エラーE4(操作部系異常)は、ステップS7における原点サーチ動作中に異常が生じた場合、例えばコントローラ514によりモータ100、102の異常が検知された場合や原点サーチが所定時間内に完了しない場合等である。この場合には、上記エラーE3の場合と略同様に、ステップS14において、LED29を、例えば赤色で点滅させるように制御する操作部取り外し要請が実施される。この場合にも、コントローラ514の表示部517にエラーE3の表示を行い、また前記警告音等を発生するようにしてもよい。この操作部取り外し要請に応じて、操作者が操作部14を作業部16から取り外した場合には、LED29による前記赤色の点滅が消灯され、上記ステップS3に戻る。そこで、操作者は操作部14の確認や交換等の作業を行うことになる。
Similarly, in the origin search operation shown in step S7, for example, an error as indicated by E4 in FIG. 42 may occur. Error E4 (operation system abnormality) occurs when an abnormality occurs during the origin search operation in step S7, for example, when an abnormality of the
なお、各ステップS1〜S14を含む各状態において、例えば、コントローラ514の電源スイッチ516や図示しない別の主電源スイッチ等がオフされた場合や、コントローラ514に接続された図示しない電源プラグ等からの電源コードが抜ける等した場合、さらにはコントローラ514で各種の故障や異常等が発生した場合には、マニピュレータ10では所定の終了処理(LED29は、例えば赤色の点滅に制御される)の後、操作終了となる。
In each state including steps S1 to S14, for example, when the
以上のように、本実施形態に係るマニピュレータ10によれば、駆動部30を含む操作部14と作業部16とが互いに着脱可能であり、駆動軸である駆動シャフト115、116が、その軸線方向に対して傾斜した駆動側接合面として係合凸部137等を有し、従動軸であるプーリ158a、158bが、その軸線方向に対して傾斜すると共に、係合凸部137等と係合可能な従動側接合面として係合凹部176a等を有する。従って、係合凸部137や係合凹部176a等の係合時の初期位相に係わらず両者を円滑に係合することができ、操作部14(駆動部30)と作業部16とを一層迅速に且つ簡単に着脱することができる。
As described above, according to the
この場合、駆動軸である駆動シャフト115及び従動軸であるプーリ158aのうち、いずれか一方(本実施形態では駆動シャフト115)が回転不能であり、他方(本実施形態ではプーリ158a)が回転自在(フリー)な状態にあることにより、フリーな状態にある他方が一方によって強制的に回転される。このため、係合凸部137や係合凹部176a等を、互いの初期位相に係わらず一層円滑に係合させることができる。
In this case, one of the
従動軸であるプーリ158a、158bの位相を検出する位相検出手段として、被検出部材(検出ピン344、346、検出シャフト310、312、検出リング612)及び検出センサ(作業部原点センサ306、308、610)を設けた構成や、モータ100(102)のモータ回転速度やモータ電流値を検出する構成を適用することにより、作業部16側の原点を円滑に設定することができ、先端動作部12の正確な駆動制御等が可能となる。
As phase detection means for detecting the phases of the
また、上記した第1〜第3の安全着脱動作を実行することにより、係合凸部137、138、600、604と係合凹部176a、176b、602、606の係合時、プーリ158a(158b)の初期位相がその動作限近傍にある場合であっても、プーリ158a(158b)が動作限を超えて回転される強制力を受けて、プーリ158a(158b)及びその回転を規制する当接部177a、177bやストッパ179aに過度の負荷が生じ、破損や誤動作等を惹起することを有効に回避することができる。
Further, by performing the first to third safe attaching / detaching operations, the pulleys 158a (158b) are engaged when the engaging
当該マニピュレータ10では、先端動作部12を機械的に駆動する機構部であるトリガレバー36、トリガレバー取付部32b及び棒状又は線状の伝達部材であるロッド192a、192b等が全て作業部16側に設けられている。一方、先端動作部12を電気的に駆動する機構部である駆動部30等と、プーリ158a、158b及びワイヤ1052、1054等とは互いに操作部14側と作業部16側に分離するように設けられている。つまり、電気的な駆動部を構成するモータ100、102の回転駆動力は、係合凸部137(138)と係合凹部176a(176b)との間のカップリング構造によって比較的容易に分離可能な構造に構成することができるが、トリガレバー36の操作をロッド192a等によって直接的に伝達する機械的な駆動部は分離構造を構成すると、その構造がやや複雑になり易い。そこで、マニピュレータ10では、機械的な駆動部を構成するトリガレバー36やロッド192a等を作業部16側にまとめて配置したことにより、操作部14と作業部16との着脱構造が一層簡便に構成されている。特に、ロッド192a、192bはZ方向での進退動作によってトリガレバー36への入力を伝達する構造、つまり棒状又は線状の伝達部材として構成されていることから、これらを分離しない構造としたことにより、前記着脱構造が一層簡素化されている。
In the
この場合、トリガレバー36のラッチ機構を構成する爪部206aと係合リング27とが、それぞれ作業部16側(又は操作部14側でもよい)と操作部14側(又は作業部16側でもよい)に設けられている。これにより、トリガレバー36にその位置を固定するラッチ機構を搭載した場合であっても、操作部14と作業部16とを容易に着脱可能な構成にすることができる。
In this case, the
次に、以上のように構成されるマニピュレータ10に適用される先端動作部12の具体的な構成について、グリッパであるエンドエフェクタ1300を採用した構造を例示して説明する。先端動作部12としては、グリッパ以外の構造、例えばはさみや電気メス等も勿論適用可能であり、該先端動作部12を含む作業部16として構成することにより、操作部14に対して容易に着脱し交換することができる。
Next, a specific configuration of the distal
図43に示すように、先端動作部12には、ロッド192a、受動ワイヤ1252a、アイドルプーリ1140a、ガイドプーリ1142a、受動プーリ1156aを含む第1エンドエフェクタ駆動機構1320aと、これに対応した第2エンドエフェクタ駆動機構1320bが設けられている。第1エンドエフェクタ駆動機構1320a及び第2エンドエフェクタ駆動機構1320bは、エンドエフェクタ(グリッパ)1300を開閉させる基本的な構成である。
As shown in FIG. 43, the distal
第1エンドエフェクタ駆動機構1320aにおける構成要素には符号にaを付し、第2エンドエフェクタ駆動機構1320bにおける構成要素には符号にbを付して区別する。第1エンドエフェクタ駆動機構1320aにおける構成要素と第2エンドエフェクタ駆動機構1320bにおける構成要素で同じ機能のものについては、煩雑とならないよう、代表的に第1エンドエフェクタ駆動機構1320aについてのみ説明する場合がある。
The components in the first end
図43、図44においては、理解が容易となるように、第1エンドエフェクタ駆動機構1320aと第2エンドエフェクタ駆動機構1320bを紙面上で並列して示すが、実際のマニピュレータ10に適用する場合には、図45に示すように、各プーリの軸方向(つまりY方向)に並列させ、アイドルプーリ(円柱部材、伝達部材)1140a及び1140bと、ガイドプーリ(円柱部材、伝達部材)1142a及び1142bの回転軸は、それぞれ同軸上に配置するとよい。つまり、アイドルプーリ1140a及び1140bは軸1110(図45参照)に共通的に軸支することができ、ガイドプーリ1142aと1142bは軸1112に共通的に軸支することができる。ガイドプーリ1142aとガイドプーリ1142bを同軸構成とすることにより、ヨー軸動作機構が簡便になる。
43 and 44, the first end
図46〜図49に示すように、先端動作部12は、ワイヤ受動部1100と、複合機構部1102と、エンドエフェクタ1300とを有し、Y方向の第1回転軸Oyを中心にして、それよりも先の部分がヨー方向に回動する第1自由度と、第2回転軸Orを中心にしてロール方向に回転する第2自由度と、第3回転軸Ogを中心として先端のエンドエフェクタ1300を開閉させる第3自由度とを有する合計3自由度の機構となっている。
As shown in FIGS. 46 to 49, the distal
第1自由度の機構である第1回転軸Oyは、連結シャフト18の基端側から先端側に延在する軸線と非平行に回動可能に設定するとよい。第2自由度の機構である第2回転軸Orは先端動作部12における先端部(つまりエンドエフェクタ1300)の延在方向の軸線を中心として回転可能な機構とし、先端部をロール回転可能に設定するとよい。
The first rotation axis Oy, which is a mechanism with the first degree of freedom, may be set so as to be rotatable in a non-parallel manner with an axis extending from the proximal end side to the distal end side of the connecting
第1自由度の機構(ヨー方向)は、例えば±90°又はそれ以上の稼動範囲を有する傾動機構(又は屈曲機構)である。第2自由度の機構(ロール方向)は、例えば±180°又はそれ以上の稼動範囲を有する回転機構である。第3自由度の機構(エンドエフェクタ1300)は、例えば40°又はそれ以上開くことのできる開閉機構である。 The mechanism with the first degree of freedom (yaw direction) is, for example, a tilting mechanism (or a bending mechanism) having an operating range of ± 90 ° or more. The mechanism of the second degree of freedom (roll direction) is a rotating mechanism having an operating range of ± 180 ° or more, for example. The mechanism of the third degree of freedom (end effector 1300) is an opening / closing mechanism that can be opened, for example, 40 ° or more.
エンドエフェクタ1300は、手術において実際の作業を行う部分であり、第1回転軸Oy及び第2回転軸Orは、作業を行い易いようにエンドエフェクタ1300の姿勢を変えるための姿勢変更機構を構成する姿勢軸である。一般に、エンドエフェクタ1300を開閉させる第3自由度に係る機構部はグリッパ(又はグリッパ軸)とも呼ばれ、ヨー方向に回動する第1自由度に係る機構部はヨー軸とも呼ばれ、ロール方向に回転する第2自由度に係る機構部はロール軸とも呼ばれる。
The
ワイヤ受動部1100は、一対の舌片部1058の間に設けられており、ワイヤ1052、ワイヤ1054のそれぞれの往復動作を回転動作に変換して複合機構部1102に伝達する部分である。ワイヤ受動部1100は、軸孔1060a、1060aに挿入される軸1110と、軸孔1060b、1060bに挿入される軸1112とを有する。軸1110、1112は、軸孔1060a、1060bに対して、例えば圧入若しくは溶接により固定される。軸1112は第1回転軸Oyの軸上に配置される(図46及び図49参照)。
The wire
軸1112のY方向両端には、Y方向に対称形状の歯車体1126及びプーリ1130が設けられている。歯車体1126は、筒体1132と、該筒体1132の上部に同心状に設けられた歯車1134とを有する。プーリ1130は、筒体1132と略同径且つ略同形状である。歯車1134は、後述するギア体1146のフェイスギア1165に噛合する。
A
筒体1132及びプーリ1130には、ワイヤ1052及び1054が所定の固定手段によって一部が固定されて巻き掛けられている。ワイヤ1052及び1054の巻き掛けられる角度は、例えば1.5回転(540°)である。プーリ1130は、主軸部材1144の基端部側に一体的に設けられており、この主軸部材1144は、軸1112により第1回転軸Oy(ヨー軸)を中心に回動(傾動)自在に支持されている。
ワイヤ1054を回転動作させることにより、プーリ1130と一体的に設けられた主軸部材1144が第1回転軸Oyを中心に回動し、ヨー方向動作が行われる。ワイヤ1052(図46参照)を回転動作させることにより、歯車体1126が軸1112に対して回転し、ギア体1146が第2回転軸Orを基準として回転し、ロール回転動作が行われる。歯車体1126とプーリ1130をそれぞれ回転させると、ヨー方向動作とロール回転動作の複合動作が行われる。先端動作部12の機構は、このように、ワイヤ1052が歯車1134を介してフェイスギア1165を駆動するのに対してワイヤ1054は主軸部材1144を直接的に回転駆動する形式に限らず、例えば、特開2008−253463号公報における図23に示される構成に相当するような差動機構であってもよい。
By rotating the
軸1110の略中央部にはアイドルプーリ(円柱部材、伝達部材)1140aが回転自在に軸支されており、軸1112の略中央部にはガイドプーリ(円柱部材、伝達部材)1142aが回転自在に軸支されている。アイドルプーリ1140aは、ガイドプーリ1142aに巻きかける受動ワイヤ(可撓性部材、伝達部材)1252aの巻き掛け角度を常に一定(両側あわせて約180°)に保つためにある。アイドルプーリ1140aの代わりに、ガイドプーリ1142aに受動ワイヤ1252aを1巻き以上してもよい。アイドルプーリ1140a及びガイドプーリ1142aは、受動ワイヤ1252a(図51参照)に対する滑り、及び摩擦による摩耗を低減するために、表面を滑らかにし、又は摩擦の少ない材質を用いるとよい。ガイドプーリ1142aは、姿勢変更機構におけるヨー軸Oyに設けられている。
An idle pulley (cylindrical member, transmission member) 1140a is rotatably supported at a substantially central portion of the
軸1112における、歯車体1126とガイドプーリ1142aとの間にはプーリ1130を有する主軸部材1144が回転自在に軸支されている。主軸部材1144は、複合機構部1102に向けて突出する筒部を有する。主軸部材1144の軸心部には方形の孔1144aが設けられている。主軸部材1144のZ2方向端部には、ガイドプーリ1142aのY方向上面及びガイドプーリ1142bのY方向下面を保持するとともに、軸1112が挿通する孔を有する2枚の補助板1144bが設けられている。補助板1144bはZ1方向に向かって幅広となる山形であって、糸等の異物の侵入を防止する。
A
複合機構部1102は、エンドエフェクタ1300の開閉動作機構と、該エンドエフェクタ1300の姿勢を変化させる姿勢変更機構とを含む複合的な機構部である。
The
複合機構部1102は、主軸部材1144の筒部周面に対して回転自在に嵌挿されたギア体1146と主軸部材1144の先端に設けられたナット体1148と、Z2方向端部が孔1144aに挿入される断面四角の伝達部材1152と、該伝達部材1152のZ2方向端部に対してピン1154により回転自在に軸支される受動プーリ(円柱部材、伝達部材)1156aと、受動板(伝達部材)1158と、円筒状のカバー1160とを有する。
The
主軸部材1144におけるギア体1146と当接する部分には、樹脂製のスラスト軸受部材1144cが設けられている。ナット体1148におけるギア体1146と当接する部分には、樹脂製のスラスト軸受部材1148aが設けられている。スラスト軸受部材1144c及び1148aは低摩擦材であって、当接部分の摩擦及びトルクを低減するとともに、フェイスギア1165に負荷が直接的にかかることを防止する。スラスト軸受部材1144c及び1148aは、いわゆる滑り軸受であるが、転がり軸受を設けてもよい。これにより、エンドエフェクタ1300を強く閉じた場合や開いた場合、すなわちギア体1146が主軸部材1144に強く当接する場合でも、ロール軸動作をスムーズに行うことができる。
A resin-made
ギア体1146は、段付き筒形状であって、Z2方向の大径部1162と、Z1方向の小径部1164と、大径部1162のZ2方向端面に設けられたフェイスギア1165とを有する。フェイスギア1165は、歯車1134に噛合する。ギア体1146は、ナット体1148が主軸部材1144に対して抜けることを防止する。大径部1162の外周には、ねじが設けてある。
The
受動板1158は、Z2方向の凹部1166と、該凹部1166の底面に設けられた係合部1168と、Y方向両面にそれぞれ設けられた軸方向のリブ1170と、リンク孔1172とを有する。係合部1168は、伝達部材1152の先端に設けられたきのこ状の突起1174に係合する形状である。この係合により、受動板1158と伝達部材1152は、相対的なロール軸の回転が可能になる。受動板1158の幅はカバー1160の内径に略等しい。
The
カバー1160は、複合機構部1102の略全体を覆う大きさであり、複合機構部1102及びエンドエフェクタ1300に異物(生体組織、薬剤、糸等)が入り込むことが防止される。カバー1160の内面には、受動板1158の2つのリブ1170が嵌る軸方向の2本の溝1175が対向する向きに設けられている。溝1175にリブ1170が嵌ることにより受動板1158が軸方向にガイドされる。受動板1158の係合部1168には突起1174が係合することから、受動プーリ1156aは孔1144a内において、受動板1158及び伝達部材1152とともに軸方向に進退可能であるとともに、伝達部材1152を基準としてロール回転が可能である。カバー1160は、ギア体1146の大径部1162に対して螺入、圧入等の手段により固定されている。
The
カバー1160は、ギア体1146と基部側で結合(螺合、圧入、溶接等)されており、ギア体1146の回転とともにカバー1160及びエンドエフェクタ1300はロール軸動作を行う。
The
レバー部1310と受動板1158は、グリッパリンク1220により連接されている。つまり、各グリッパリンク1220の一端の孔1220aは、孔1218とともにピン1222が挿入され、他端の孔1220bは、受動板1158のリンク孔1172とともにピン1224が挿入されて連接されている。
The
図50に示すように、アイドルプーリ1140aは、同軸上の第1層アイドルプーリ(第1層アイドル円柱体)1232と第2層アイドルプーリ(第2層アイドル円柱体)1234の2枚が並列して構成されており、ガイドプーリ1142aは、同軸上の第1層ガイドプーリ(第1層ガイド円柱体)1236と第2層ガイドプーリ(第2層ガイド円柱体)1238の2枚が並列して構成されている。
As shown in FIG. 50, the
図51に示すように、ロッド192aのZ1方向端部は、ワイヤ係合部1250aによって受動ワイヤ(可撓性部材)1252aの両端部に接続されている。
As shown in FIG. 51, the end portion in the Z1 direction of the
図52及び図53に示すように、ワイヤ係合部1250aは、ロッド192aの先端部1414にローラ1416が設けられ、該ローラ1416に受動ワイヤ1252aが巻き掛けられている。ローラ1416はピン1418に軸支されており回転自在である。これにより、受動ワイヤ1252aはローラ1416に巻きかけられながら適度に進退し、ロッド192aをZ2方向に引くときに、特にヨー軸が屈曲しないような状態でも、受動ワイヤ1252aをX方向のバランスよく引くことができる。先端部1414は、ロッド192aに螺設されている。この実施例では、受動ワイヤ1252aのY方向一対の張力が均一となり、長寿命化を図ることができるとともに、上下両方のY方向一対の平行化を図ることができる。
As shown in FIGS. 52 and 53, in the
図50及び図51に戻り、受動ワイヤ1252aは、一部がワイヤ係合部1250aに接続された環状の可撓性部材であり、ワイヤ以外にもロープ、樹脂線、ピアノ線及びチェーン等を用いることができる。ここで、環状とは広義であり、必ずしも全長にわたって可撓性部材が適用されている必要はなく、少なくとも各プーリに巻き掛けられる箇所が可撓性部材であればよく、直線部は剛体で接続されていてもよいことはもちろんである。
50 and 51, the
受動ワイヤ1252aは、駆動部材のロッド192aから、アイドルプーリ1140aのX1方向(第1の側方)を通り、X2方向(第2の側方)に向かい、ガイドプーリ1142aのX2方向の面を通り受動プーリ1156aのX2方向面に至る。受動ワイヤ1252aは、さらに、受動プーリ1156aのZ1方向面に半周巻き掛けられてX1方向面に至り、ガイドプーリ1142aのX1方向の面を通り、X2方向に向かいアイドルプーリ1140aのX2方向を通りワイヤ係合部1250aに至る経路で配設されている。
The
つまり、受動ワイヤ1252aは、ワイヤ係合部1250aを基点及び終点とする一巡の経路を構成し、アイドルプーリ1140aの両側方を通り、受動プーリ1156aに巻き掛けられ、アイドルプーリ1140aとガイドプーリ1142aとの間で交差して、略8字形状をなす。これにより、ワイヤ係合部1250a及び受動ワイヤ1252aは、ロッド192aを介してトリガレバー36に対して機械的に接続されていることになる。
That is, the
アイドルプーリ1140a、ガイドプーリ1142a及び受動プーリ1156aは略同径であり、受動ワイヤ1252aがあまり屈曲しないように、レイアウト上の可能な範囲で適度に大径にしている。ワイヤ係合部1250aは、受動ワイヤ1252aが過度に屈曲しないように、アイドルプーリ1140aよりも適度に離れた位置に設けられており、受動ワイヤ1252aの両端部はワイヤ係合部1250aを頂部として鋭角を形成している。アイドルプーリ1140aとガイドプーリ1142aとの間は狭く、例えば、受動ワイヤ1252aの幅と略等しい隙間が形成されている。
The
アイドルプーリ1140a、ガイドプーリ1142a及び受動プーリ1156aには、受動ワイヤ1252aの抜け止めのために、上面及び下面に小さいフランジを設け、又は側面を凹形状にしてもよい。
The
図51から明らかなように、第1エンドエフェクタ駆動機構1320aでは、基端側から先端側に向かって、受動ワイヤ1252a、アイドルプーリ1140a、ガイドプーリ1142a及び受動プーリ1156aが中心線に沿って配置されている。エンドエフェクタ1300は、伝達部材1152等を介して受動プーリ1156aに連結されている。
As is clear from FIG. 51, in the first end
このように構成される第1エンドエフェクタ駆動機構1320aでは、ロッド192a(図51参照)をZ2方向に引き寄せると、平面視で、第1層アイドルプーリ1232及び第2層ガイドプーリ1238は反時計方向に回転し、第2層アイドルプーリ1234及び第1層ガイドプーリ1236は時計方向に回転する。このように、アイドルプーリ1140a及びガイドプーリ1142aは、それぞれ同軸上で2枚のプーリが並列する構成であることから、当接する受動ワイヤ1252aの動きに従って逆方向に回転可能であり、動作がスムーズである。
In the first end
図46〜図49に示すように、エンドエフェクタ1300は、一対のグリッパ1302が動作をするいわゆる両開き型である。エンドエフェクタ1300は、カバー1160に対して一体構成のグリッパベース1304と、該グリッパベース1304に設けられたピン1196を基準にして動作する一対のエンドエフェクタ部材1308と、一対のグリッパリンク1220とを有する。
As shown in FIGS. 46 to 49, the
各エンドエフェクタ部材1308は、L字形状であって、Z1方向に延在するグリッパ1302と、該グリッパ1302に対して略35°に曲がって延在するレバー部1310とを有する。L字形状の屈曲部には、孔1216が設けられ、レバー部1310の端部近傍には孔1218が設けられている。孔1216にピン1196が挿入されることにより一対のエンドエフェクタ部材1308は第3回転軸Ogを中心として揺動自在となる。
Each
各エンドエフェクタ部材1308は側方の1つのグリッパリンク1220によって、受動板1158のピン1224に連接されている。エンドエフェクタ1300の受動板1158ではリンク孔1172が図47のY方向に対称位置に2つ設けられており、一対のグリッパリンク1220は側面視で交差する配置である。
Each
図45〜図49に示すように、第2エンドエフェクタ駆動機構1320bは、第1エンドエフェクタ駆動機構1320a(図51参照)に対して、基本的には、折り返しプーリ(円柱部材、伝達部材)1350が付加された構成である。受動プーリ1156a及び受動プーリ1156bは同軸構成となっている。
As shown in FIGS. 45 to 49, the second end
主軸部材1144には、ピン1352が挿入及び固定される径方向の軸孔1354が設けられている。軸孔1354は、孔1144aを経由して主軸部材1144の筒部を貫通している。
The
伝達部材1152には、ピン1352が挿通可能な幅で軸方向に延在する長孔1356が設けられている。伝達部材1152は、作業部16の軸心よりY1方向にややオフセットした位置に設けられるが、先端の突起1174だけは軸心に配置させるとよい(図51参照)。もちろん、伝達部材1152は中心に配置してもよい。
The
ピン1154は、伝達部材1152を通り抜けてY2方向に突出し受動プーリ1156bを軸支する。受動プーリ1156bは、受動ワイヤ1252bが2巻き可能な幅を有する。主軸部材1144の孔1144aは、受動プーリ1156a、1156b及び伝達部材1152が挿入可能な高さを有する(図46及び図49参照)。受動プーリ1156a及び1156bは、孔1144a内でピン1154によって同軸に軸支されており、独立的に回転自在である。
The
図45及び図46に示すように、ピン1352は、孔1144a内でY1方向からY2方向に向かって、長孔1356及び折り返しプーリ1350の中心孔に挿入されて、伝達部材1152と受動プーリ1156a及び1156bが軸方向に進退可能である。折り返しプーリ1350はピン1352に軸支されて回転自在であり、位置は固定である。折り返しプーリ1350は受動ワイヤ1252bが2巻き可能な幅を有する。また、折り返しプーリ1350を2層化することにより、開閉動作のときに反対方向に回転できる構成となり、受動ワイヤ1252bとプーリの摩擦を低減させることができる。
As shown in FIGS. 45 and 46, the
図54、図55及び図56に示すように、第2エンドエフェクタ駆動機構1320bにおいては、受動プーリ1156bよりも先端側に折り返しプーリ1350が設けられ、受動ワイヤ1252bは、受動プーリ1156bと折り返しプーリ1350とにわたって巻き掛けられている。つまり、受動ワイヤ1252bは、駆動部材のロッド192bのワイヤ係合部1250b(図43〜図45参照)から、アイドルプーリ1140bのX1方向を通り、X2方向に向かい、ガイドプーリ1142bのX2方向を通り受動プーリ1156bのX2方向面に至る。受動ワイヤ1252bはそのままZ1方向に向かって延在し、折り返しプーリ1350のX2方向の面に達し、該折り返しプーリ1350のZ1方向の面に半回転巻き付けられてZ2方向に折り返す。
As shown in FIGS. 54, 55, and 56, in the second end
受動ワイヤ1252bは受動プーリ1156bのZ2方向の面に半回転巻き付けられてX2側を通って再度折り返しプーリ1350に至り、再び該折り返しプーリ1350のZ1方向の面に半回転巻き付けられてZ2方向に折り返す。この後、受動ワイヤ1252bはガイドプーリ1142bのX1方向からアイドルプーリ1140bのX2方向に至り、ロッド192bのワイヤ係合部1250bに接続される。ワイヤ係合部1250a及び受動ワイヤ1252bは、ロッド192bを介してトリガレバー36に対して機械的に接続されていることになる。
The
先端動作部12の構造について理解を容易にするために、その模式図を図45に示す。
In order to facilitate understanding of the structure of the distal
このように構成される先端動作部12では、図43に示すように、人手によりトリガレバー36を十分に引くと、ロッド192aは受動ワイヤ1252aを引き寄せ、受動プーリ1156a、伝達部材1152をZ2方向に移動させることからエンドエフェクタ1300を閉じさせることができる。つまり、ロッド192aや受動ワイヤ1252a、受動プーリ1156a等の伝達部材が牽引されることによりエンドエフェクタ1300が閉じられる。
In the distal
この場合、第2エンドエフェクタ駆動機構1320bについては、ロッド192bは、押し出されるように配置されているため、伝達部材1152の動作を阻害しない。
In this case, with respect to the second end
また、図44に示すように、人手によりトリガレバー36を十分に押し出すと、伝達部材1152及び受動プーリ1156aは先端側にZ1方向に移動してエンドエフェクタ1300を開くことができる。
As shown in FIG. 44, when the
エンドエフェクタ1300には、トリガレバー36を人手によって押し出す力が第2エンドエフェクタ駆動機構1320bによって機械的に直接伝えられることから、弾性体のような所定の力ではなく任意の強い力で開くことができる。したがって、エンドエフェクタ1300の外側面を用いて生体組織を剥離させ、又は孔部を拡開させるような手技に対して好適に用いることができる。
The
また、エンドエフェクタ1300の外側面に対象物が接触した場合には、受動ワイヤ1252b、ロッド192b及びトリガレバー36もそれ以上Z1方向に動かなくなり、操作者はエンドエフェクタ1300の外側面が対象物に接触したこと、及び該対象物の硬さ等を指先で知覚することができる。
Further, when the object comes into contact with the outer surface of the
先端動作部12は、ヨー軸動作及びロール軸動作が可能である。図示を省略するが、先端動作部12では、ヨー軸動作をする場合、ガイドプーリ1142a及びガイドプーリ1142bの軸1112(図45参照)を中心にして、それよりも先端の複合機構部1102及びエンドエフェクタ1300がヨー方向に揺動する。先端動作部12は、非干渉機構であることから、ヨー軸動作をしてもエンドエフェクタ1300の開度が変化することはなく、逆にエンドエフェクタ1300の開度を変化させてもヨー軸が動作することはない。エンドエフェクタ1300とロール軸の関係についても同様である。
The
次に、先端動作部12の変形例としての先端動作部12aを図57に示す。
Next, a distal
図57に示すように、先端動作部12aは、前記の先端動作部12(図44参照)と比較して第1エンドエフェクタ駆動機構1320aを有している点で共通するが、第2エンドエフェクタ駆動機構1320bが省略された構成となっている。先端動作部12aについて、先端動作部12と同一の構成要素については同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。
As shown in FIG. 57, the distal
先端動作部12aは、前記の両開き型のエンドエフェクタ1300に代えて片開き式のエンドエフェクタ1300aが設けられている。エンドエフェクタ1300aは、固定のグリッパ1202とピン1196を中心として軸開閉動作をするグリッパ1212と、伝達部材1152をZ1方向に弾性付勢するスプリング1305とを有している。グリッパ1212は、伝達部材1152が進退することにともなってグリッパリンク1220を介して開閉駆動される。すなわち、トリガレバー36をZ2方向に引くと第1エンドエフェクタ駆動機構1320aによって伝達部材1152もZ2方向に変位し、グリッパ1212は図57における反時計方向に回動してエンドエフェクタ1300が閉動作をする。一方、トリガレバー36を開放すると、伝達部材1152はスプリング1305の付勢によってZ1方向に変位し、エンドエフェクタ1300は開状態に復帰する。また、トリガレバー36はZ1方向に復帰する。
The distal
本発明は、例えば図58に示すような手術用ロボットシステム700に適用してもよい。
The present invention may be applied to a
手術用ロボットシステム700は、多関節型のロボットアーム702と、コンソール704とを有し、ロボットアーム702の先端には前記のマニピュレータ10と同じ機構が設けられている。ロボットアーム702の先端部708には、操作部14に代えて、内部に駆動部30を収納した基部14aが固定され、該基部14aに対して作業部16が着脱可能に取り付けられる。ロボットアーム702は、作業部16を移動させる手段であればよく、据置型に限らず、例えば自律移動型でもよい。コンソール704は、テーブル型、制御盤型等の構成を採りうる。
The
ロボットアーム702は、独立的な6以上の関節(回転軸やスライド軸等)を有すると、作業部16の位置及び向きを任意に設定できて好適である。先端のマニピュレータ10を構成する基部14aは、ロボットアーム702の先端部708と一体化している。マニピュレータ10は、前記のトリガレバー36による機械的な動作機構の代わりに図示しないモータ(人手によって操作する入力部に連動するアクチュエータ)による電気的な動作機構を有し、該モータが2本のロッド192a及び192bを駆動する。
If the
ロボットアーム702は、コンソール704の作用下に動作し、プログラムによる自動動作や、コンソール704に設けられたジョイスティック706に倣った操作、及びこれらの複合的な動作をする構成にしてもよい。コンソール704は、前記のコントローラの機能を含んでいる。作業部16には、前記の先端動作部12が設けられている。
The
コンソール704には、操作指令部としての2つのジョイスティック706と、モニタ710が設けられている。図示を省略するが、2つのジョイスティック706により、2台のロボットアーム702を個別に操作が可能である。2つのジョイスティック706は、両手で操作し易い位置に設けられている。モニタ710には、軟性鏡による画像等の情報が表示される。
The
ジョイスティック706は、上下動作、左右動作、捻り動作、及び傾動動作が可能であり、これらの動作に応じてロボットアーム702を動かすことができる。ジョイスティック706はマスターアームであってもよい。ロボットアーム702とコンソール704との間の通信手段は、有線、無線、ネットワーク又はこれらの組合せでよい。
The
ジョイスティック706には、トリガレバー36が設けられており、該トリガレバー36を操作することにより前記モータを駆動可能である。
The
本発明は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成乃至工程を採り得ることは勿論である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various configurations and processes can be adopted without departing from the gist of the present invention.
Claims (17)
前記駆動軸(115、116)によって従動回転される従動軸(158a、158b)、該従動軸(158a、158b)の回転によって動作される先端動作部(12)、及び、該先端動作部(12)を先端に設けたシャフト(18)を有し、前記駆動部(30)に対して着脱可能な作業部(16)と、
前記従動軸(158a、158b)の位相を検出する位相検出手段と、
を備え、
前記駆動軸(115、116)は軸線方向に対して傾斜した駆動側接合面(137、138)を有し、
前記従動軸(158a、158b)は軸線方向に対して傾斜すると共に、前記駆動側接合面(137、138)と係合可能な従動側接合面(176a、176b)を有し、
前記駆動側接合面(137、138)及び前記従動側接合面(176a、176b)は、前記駆動部(30)及び前記作業部(16)が装着された状態で互いに係合して、前記駆動軸(115、116)の回転を前記従動軸(158a、158b)に伝達可能であり、
前記位相検出手段は、前記従動軸(158a、158b)の径方向に沿って設けられた当接部材(177a、177b)と、
前記当接部材(177a、177b)が前記従動軸(158a、158b)と共に回転した際に、該当接部材(177a、177b)と当接することで前記従動軸(158a、158b)の回転範囲を原点から正転方向及び逆転方向にそれぞれ180°未満の範囲で規定する規制部(179a)と、
前記当接部材(177a、177b)と前記規制部(179a)との当接を検出する検出部(514)と、を有することを特徴とする医療用マニピュレータ。 A drive unit (30) having a drive shaft (115, 116) rotated by an actuator (100, 102);
The driven shafts (158a, 158b) driven to rotate by the drive shafts (115, 116), the tip operating unit (12) operated by the rotation of the driven shafts (158a, 158b), and the tip operating unit (12 A working part (16) having a shaft (18) provided at the tip, and detachable from the drive part (30);
Phase detection means for detecting the phase of the driven shaft (158a, 158b);
With
The drive shafts (115, 116) have drive side joint surfaces (137, 138) inclined with respect to the axial direction,
The driven shaft (158a, 158b) is inclined with respect to the axial direction and has a driven side joint surface (176a, 176b) engageable with the drive side joint surface (137, 138),
The driving side joining surfaces (137, 138) and the driven side joining surfaces (176a, 176b) are engaged with each other in a state in which the driving unit (30) and the working unit (16) are mounted, and the driving the driven shaft the rotation of the shaft (115,116) (158a, 158b) Ri der can be transmitted to,
The phase detection means includes contact members (177a, 177b) provided along the radial direction of the driven shaft (158a, 158b);
When the contact member (177a, 177b) rotates together with the driven shaft (158a, 158b), the rotation range of the driven shaft (158a, 158b) is set to the origin by contacting the corresponding contact member (177a, 177b). A regulating portion (179a) that regulates within a range of less than 180 ° in each of the forward direction and the reverse direction from
Said abutment member (177a, 177b) and a medical manipulator detecting unit for detecting a contact with the (514), characterized in Rukoto which have a of the regulating portion (179a).
前記駆動側接合面(137、138)と前記従動側接合面(176a、176b)との係合時、前記駆動軸(115、116)及び前記従動軸(158a、158b)の一方が他方によって強制的に回転可能であることを特徴とする医療用マニピュレータ。 The medical manipulator according to claim 1, wherein
When the drive side joining surface (137, 138) and the driven side joining surface (176a, 176b) are engaged, one of the drive shaft (115, 116) and the driven shaft (158a, 158b) is forced by the other. Medical manipulator characterized in that it can be rotated in a mechanical manner.
前記位相検出手段は、前記従動軸の回転に伴って動作する被検出部材(310、312、344、346、612)と、
前記被検出部材(310、312、612)の動作を検出する検出センサ(306、308、610)と、
を有することを特徴とする医療用マニピュレータ。 The medical manipulator according to claim 1 or 2 ,
The phase detection means includes detected members (310, 312, 344, 346, 612) that operate as the driven shaft rotates.
Detection sensors (306, 308, 610) for detecting the operation of the detected members (310, 312, 612);
A medical manipulator characterized by comprising:
前記被検出部材(310、312、344、346)及び前記検出センサ(306、308)が前記駆動部(30)に設けられる一方、前記従動軸(158a、158b)の周面には、その周方向での軸線方向位置が変化したカム面(175)が設けられ、
前記被検出部材(344、346)は、前記駆動部(30)及び前記作業部(16)が装着された状態でその先端(344a、346a)が前記カム面(175)に当接して、前記従動軸(158a、158b)の回転による前記カム面(175)の前記軸線方向位置の変化に伴って進退可能に構成されていることを特徴とする医療用マニピュレータ。 The medical manipulator according to claim 3 , wherein
The detected members (310, 312, 344, 346) and the detection sensors (306, 308) are provided in the drive unit (30), while the peripheral surface of the driven shaft (158a, 158b) A cam surface (175) whose axial position in the direction has changed is provided,
The detected members (344, 346) have their tips (344a, 346a) in contact with the cam surface (175) in a state where the drive unit (30) and the working unit (16) are mounted, A medical manipulator characterized in that the medical manipulator is configured to be able to advance and retreat in accordance with a change in the axial position of the cam surface (175) due to rotation of the driven shaft (158a, 158b).
前記被検出部材(612)は、前記作業部(16)に設けられると共に、前記従動軸(158a、158b)の回転に伴って回転可能であり、
前記検出センサ(610)は、前記駆動部(30)に設けられると共に、前記駆動部(30)及び前記作業部(16)が装着された状態で前記被検出部材(612)を検出可能に配置されていることを特徴とする医療用マニピュレータ。 The medical manipulator according to claim 3 , wherein
The detected member (612) is provided in the working unit (16), and is rotatable with the rotation of the driven shaft (158a, 158b),
The detection sensor (610) is provided in the drive unit (30) and arranged to detect the detected member (612) in a state where the drive unit (30) and the working unit (16) are mounted. A medical manipulator characterized by being made.
前記駆動軸(115、116)によって従動回転される従動軸(158a、158b)、該従動軸(158a、158b)の回転によって動作される先端動作部(12)、及び、該先端動作部(12)を先端に設けたシャフト(18)を有し、前記駆動部(30)に対して着脱可能な作業部(16)と、
前記従動軸(158a、158b)の位相を検出する位相検出手段と、
を備え、
前記駆動軸(115、116)は軸線方向に対して傾斜した駆動側接合面(137、138)を有し、
前記従動軸(158a、158b)は軸線方向に対して傾斜すると共に、前記駆動側接合面(137、138)と係合可能な従動側接合面(176a、176b)を有し、
前記駆動側接合面(137、138)及び前記従動側接合面(176a、176b)は、前記駆動部(30)及び前記作業部(16)が装着された状態で互いに係合して、前記駆動軸(115、116)の回転を前記従動軸(158a、158b)に伝達可能であり、
前記駆動部(30)及び前記作業部(16)が装着された後、前記位相検出手段の検出に基づき、前記従動軸(158a、158b)を回転させて原点に設定する原点サーチ動作を実行する原点サーチ部を備えることを特徴とする医療用マニピュレータ。 A drive unit (30) having a drive shaft (115, 116) rotated by an actuator (100, 102);
The driven shafts (158a, 158b) driven to rotate by the drive shafts (115, 116), the tip operating unit (12) operated by the rotation of the driven shafts (158a, 158b), and the tip operating unit (12 A working part (16) having a shaft (18) provided at the tip, and detachable from the drive part (30);
Phase detection means for detecting the phase of the driven shaft (158a, 158b);
With
The drive shafts (115, 116) have drive side joint surfaces (137, 138) inclined with respect to the axial direction,
The driven shaft (158a, 158b) is inclined with respect to the axial direction and has a driven side joint surface (176a, 176b) engageable with the drive side joint surface (137, 138),
The driving side joining surfaces (137, 138) and the driven side joining surfaces (176a, 176b) are engaged with each other in a state in which the driving unit (30) and the working unit (16) are mounted, and the driving The rotation of the shaft (115, 116) can be transmitted to the driven shaft (158a, 158b);
After the drive unit (30) and the working unit (16) are mounted, an origin search operation is performed in which the driven shaft (158a, 158b) is rotated to set the origin based on the detection of the phase detection means. A medical manipulator comprising an origin search unit.
前記駆動部(30)は、前記駆動軸(115、116)の回転位置を検出する駆動軸位相センサ(331、332)を有することを特徴とする医療用マニピュレータ。 The medical manipulator according to any one of claims 1 to 6 ,
The medical manipulator, wherein the drive unit (30) includes drive shaft phase sensors (331, 332) for detecting a rotational position of the drive shafts (115, 116).
前記駆動軸(115、116)によって従動回転される従動軸(158a、158b)、該従動軸(158a、158b)の回転によって動作される先端動作部(12)、及び、該先端動作部(12)を先端に設けたシャフト(18)を有し、前記駆動部(30)に対して着脱可能な作業部(16)と、
前記従動軸(158a、158b)の位相を検出する位相検出手段と、
を備えた医療用マニピュレータであって、
前記駆動軸(115、116)は軸線方向に対して傾斜した駆動側接合面(137、138)を有し、
前記従動軸(158a、158b)は軸線方向に対して傾斜すると共に、前記駆動側接合面(137、138)と係合可能な従動側接合面(176a、176b)を有し、
前記駆動側接合面(137、138)及び前記従動側接合面(176a、176b)は、前記駆動部(30)及び前記作業部(16)が装着された状態で互いに係合して、前記駆動軸(115、116)の回転を前記従動軸(158a、158b)に伝達可能であり、
前記駆動部(30)は、前記駆動軸(115、116)の回転位置を検出する駆動軸位相センサ(331、332)を有し、
前記医療用マニピュレータは、さらに、前記駆動部(30)に接続されるコントローラ(514)を備え、
前記作業部(16)は、前記従動軸(158a、158b)の径方向に沿って設けられた当接部材(177a、177b)と、前記当接部材(177a、177b)が前記従動軸(158a、158b)と共に回転した際に、該当接部材(177a、177b)と当接することで前記従動軸(158a、158b)の回転範囲を原点から正転方向及び逆転方向にそれぞれ180°未満の範囲で規定する規制部(179a)とを有し、
前記コントローラ(514)は、前記駆動側接合面(137、138)と前記従動側接合面(176a、176b)とが係合される際に、前記従動軸(158a、158b)が強制的に前記規制部(179a)による規制を越えて回転されることを回避可能な安全領域へと、前記駆動軸(115、116)を前記駆動軸位相センサ(331、332)の検出に基づいて予め回転させておく安全着脱動作を実行することを特徴とする医療用マニピュレータ。 A drive unit (30) having a drive shaft (115, 116) rotated by an actuator (100, 102);
The driven shafts (158a, 158b) driven to rotate by the drive shafts (115, 116), the tip operating unit (12) operated by the rotation of the driven shafts (158a, 158b), and the tip operating unit (12 A working part (16) having a shaft (18) provided at the tip, and detachable from the drive part (30);
Phase detection means for detecting the phase of the driven shaft (158a, 158b);
A medical manipulator comprising:
The drive shafts (115, 116) have drive side joint surfaces (137, 138) inclined with respect to the axial direction,
The driven shaft (158a, 158b) is inclined with respect to the axial direction and has a driven side joint surface (176a, 176b) engageable with the drive side joint surface (137, 138),
The driving side joining surfaces (137, 138) and the driven side joining surfaces (176a, 176b) are engaged with each other in a state in which the driving unit (30) and the working unit (16) are mounted, and the driving The rotation of the shaft (115, 116) can be transmitted to the driven shaft (158a, 158b);
The drive unit (30) includes drive shaft phase sensors (331, 332) for detecting the rotational position of the drive shafts (115, 116),
The medical manipulator further includes a controller (514) connected to the drive unit (30),
The working portion (16) includes a contact member (177a, 177b) provided along a radial direction of the driven shaft (158a, 158b), and the contact member (177a, 177b) includes the driven shaft (158a). 158b), the rotation range of the driven shaft (158a, 158b) is within a range of less than 180 ° from the origin in the forward rotation direction and the reverse rotation direction by contacting the corresponding contact members (177a, 177b). A regulating part (179a) to regulate,
The controller (514) forces the driven shaft (158a, 158b) to move when the driving side joining surfaces (137, 138) and the driven side joining surfaces (176a, 176b) are engaged. Based on the detection of the drive shaft phase sensor (331, 332), the drive shaft (115, 116) is rotated in advance to a safe region where rotation beyond the restriction by the restriction portion (179a) can be avoided. A medical manipulator characterized by performing a safe attaching / detaching operation.
前記安全着脱動作は、前記作業部(16)が前記駆動部(30)から取り外された際、前記駆動部(30)に前記コントローラ(514)を接続した際、及び、前記駆動部(30)に設けられたマスタスイッチ(34)がオフにされた際のうち、少なくともいずれかのタイミングで実行されることを特徴とする医療用マニピュレータ。 The medical manipulator according to claim 8 ,
The safety attaching / detaching operation is performed when the working unit (16) is detached from the driving unit (30), when the controller (514) is connected to the driving unit (30), and when the driving unit (30) is connected. A medical manipulator that is executed at least at one of the timings when the master switch (34) provided in is turned off.
前記駆動軸(115、116)によって従動回転される従動軸(158a、158b)、該従動軸(158a、158b)の回転によって動作される先端動作部(12)、及び、該先端動作部(12)を先端に設けたシャフト(18)を有し、前記駆動部(30)に対して着脱可能な作業部(16)と、
前記従動軸(158a、158b)の位相を検出する位相検出手段と、
を備え、
前記駆動軸(115、116)は軸線方向に対して傾斜した駆動側接合面(137、138)を有し、
前記従動軸(158a、158b)は軸線方向に対して傾斜すると共に、前記駆動側接合面(137、138)と係合可能な従動側接合面(176a、176b)を有し、
前記駆動側接合面(137、138)及び前記従動側接合面(176a、176b)は、前記駆動部(30)及び前記作業部(16)が装着された状態で互いに係合して、前記駆動軸(115、116)の回転を前記従動軸(158a、158b)に伝達可能であり、
前記作業部(16)は、前記従動軸(158a、158b)の径方向に沿って設けられた当接部材(177a、177b)と、前記当接部材(177a、177b)が前記従動軸(158a、158b)と共に回転した際に、該当接部材(177a、177b)と当接することで前記従動軸(158a、158b)の回転範囲を原点から正転方向及び逆転方向にそれぞれ180°未満の範囲で規定する規制部(179a)とを有し、
前記駆動部(30)から前記作業部(16)を取り外すときに、又は、前記駆動部(30)から前記作業部(16)を取り外し可能な状態のときに、次回の駆動部(30)と作業部(16)との装着時に前記従動軸(158a、158b)が強制的に前記規制部(179a)による規制を越えて回転されることを回避できる安全領域へと、前記従動軸(158a、158b)を誘導する安全領域誘導手段を有することを特徴とする医療用マニピュレータ。 A drive unit (30) having a drive shaft (115, 116) rotated by an actuator (100, 102);
The driven shafts (158a, 158b) driven to rotate by the drive shafts (115, 116), the tip operating unit (12) operated by the rotation of the driven shafts (158a, 158b), and the tip operating unit (12 A working part (16) having a shaft (18) provided at the tip, and detachable from the drive part (30);
Phase detection means for detecting the phase of the driven shaft (158a, 158b);
With
The drive shafts (115, 116) have drive side joint surfaces (137, 138) inclined with respect to the axial direction,
The driven shaft (158a, 158b) is inclined with respect to the axial direction and has a driven side joint surface (176a, 176b) engageable with the drive side joint surface (137, 138),
The driving side joining surfaces (137, 138) and the driven side joining surfaces (176a, 176b) are engaged with each other in a state in which the driving unit (30) and the working unit (16) are mounted, and the driving The rotation of the shaft (115, 116) can be transmitted to the driven shaft (158a, 158b);
The working portion (16) includes a contact member (177a, 177b) provided along a radial direction of the driven shaft (158a, 158b), and the contact member (177a, 177b) includes the driven shaft (158a). 158b), the rotation range of the driven shaft (158a, 158b) is within a range of less than 180 ° from the origin in the forward rotation direction and the reverse rotation direction by contacting the corresponding contact members (177a, 177b). A regulating part (179a) to regulate,
When the working unit (16) is removed from the driving unit (30), or when the working unit (16) is removable from the driving unit (30), the next driving unit (30) The driven shafts (158a, 158a, 158a, 158a, 158a, 158a, 158a, 158b) A medical manipulator characterized by having a safety area guiding means for guiding 158b).
前記安全領域誘導手段は、前記規制部(179a)の前記当接部材(177a、177b)が当接する端面に設けられた緩衝部材(620)、又は、前記端面から進退する進退部材(622)を含むことを特徴とする医療用マニピュレータ。 The medical manipulator according to claim 10 , wherein
The safety region guiding means includes a buffer member (620) provided on an end surface with which the abutting members (177a, 177b) of the restricting portion (179a) abut or an advancing / retreating member (622) advancing / retreating from the end surface. A medical manipulator comprising:
前記駆動軸(115、116)によって従動回転される従動軸(158a、158b)、該従動軸(158a、158b)の回転によって動作される先端動作部(12)、及び、該先端動作部(12)を先端に設けたシャフト(18)を有し、前記駆動部(30)に対して着脱可能な作業部(16)と、
前記従動軸(158a、158b)の位相を検出する位相検出手段と、
を備え、
前記駆動軸(115、116)は軸線方向に対して傾斜した駆動側接合面(137、138)を有し、
前記従動軸(158a、158b)は軸線方向に対して傾斜すると共に、前記駆動側接合面(137、138)と係合可能な従動側接合面(176a、176b)を有し、
前記駆動側接合面(137、138)及び前記従動側接合面(176a、176b)は、前記駆動部(30)及び前記作業部(16)が装着された状態で互いに係合して、前記駆動軸(115、116)の回転を前記従動軸(158a、158b)に伝達可能であり、
前記作業部(16)は、前記従動軸(158a、158b)の径方向に沿って設けられた当接部材(177a、177b)と、前記当接部材(177a、177b)が前記従動軸(158a、158b)と共に回転した際に、該当接部材(177a、177b)と当接することで前記従動軸(158a、158b)の回転範囲を原点から正転方向及び逆転方向にそれぞれ180°未満の範囲で規定する規制部(179a)とを有し、
前記駆動部(30)と前記作業部(16)とを装着するときに、前記従動軸(158a、158b)が強制的に前記規制部(179a)による規制を越えて回転されることを回避できる安全領域へと、前記従動軸(158a、158b)を誘導する安全領域誘導手段を有することを特徴とする医療用マニピュレータ。 A drive unit (30) having a drive shaft (115, 116) rotated by an actuator (100, 102);
The driven shafts (158a, 158b) driven to rotate by the drive shafts (115, 116), the tip operating unit (12) operated by the rotation of the driven shafts (158a, 158b), and the tip operating unit (12 A working part (16) having a shaft (18) provided at the tip, and detachable from the drive part (30);
Phase detection means for detecting the phase of the driven shaft (158a, 158b);
With
The drive shafts (115, 116) have drive side joint surfaces (137, 138) inclined with respect to the axial direction,
The driven shaft (158a, 158b) is inclined with respect to the axial direction and has a driven side joint surface (176a, 176b) engageable with the drive side joint surface (137, 138),
The driving side joining surfaces (137, 138) and the driven side joining surfaces (176a, 176b) are engaged with each other in a state in which the driving unit (30) and the working unit (16) are mounted, and the driving The rotation of the shaft (115, 116) can be transmitted to the driven shaft (158a, 158b);
The working portion (16) includes a contact member (177a, 177b) provided along a radial direction of the driven shaft (158a, 158b), and the contact member (177a, 177b) includes the driven shaft (158a). 158b), the rotation range of the driven shaft (158a, 158b) is within a range of less than 180 ° from the origin in the forward rotation direction and the reverse rotation direction by contacting the corresponding contact members (177a, 177b). A regulating part (179a) to regulate,
When the drive unit (30) and the working unit (16) are mounted, it is possible to avoid that the driven shaft (158a, 158b) is forcibly rotated beyond the regulation by the regulation unit (179a). A medical manipulator having a safety region guiding means for guiding the driven shaft (158a, 158b) to a safety region.
前記安全領域誘導手段は、前記駆動部(30)に設けられることにより、前記駆動部(30)と前記作業部(16)とが装着される際に、前記規制部(179a)と前記当接部材(177a、177b)との間に進動する移動部材(624)を含むことを特徴とする医療用マニピュレータ。 The medical manipulator according to claim 12 ,
The safety area guiding means is provided in the drive unit (30), so that when the drive unit (30) and the working unit (16) are attached, the restriction unit (179a) and the contact portion are contacted. A medical manipulator comprising a moving member (624) that moves between the members (177a, 177b).
前記駆動側接合面(137、138)及び前記従動側接合面(176a、176b)は、一方が先細りのテーパ形状であり、他方が前記先細りのテーパ形状に対応した奥細りのテーパ形状であることを特徴とする医療用マニピュレータ。 The medical manipulator according to any one of claims 1 to 13 ,
One of the driving side joining surfaces (137, 138) and the driven side joining surfaces (176a, 176b) has a tapered shape, and the other has a tapered shape corresponding to the tapered shape. A medical manipulator characterized by
前記先細りのテーパ形状の前記駆動側接合面(137、138)又は前記従動側接合面(176a、176b)には、径方向に突出する突出部(402)が周方向で等間隔に複数設けられ、
前記奥細りのテーパ形状の前記従動側接合面(176a、176b)又は前記駆動側接合面(137、138)には、前記突出部(402)に対応する複数の溝部(404)が設けられていることを特徴とする医療用マニピュレータ。 The medical manipulator according to claim 14 , wherein
A plurality of projecting portions (402) projecting in the radial direction are provided at equal intervals in the circumferential direction on the tapered tapered driving side joining surfaces (137, 138) or the driven side joining surfaces (176a, 176b). ,
A plurality of grooves (404) corresponding to the protrusions (402) are provided in the tapered side driven side joining surfaces (176a, 176b) or the driving side joining surfaces (137, 138). A medical manipulator characterized by comprising:
前記駆動側接合面(137、138)及び前記従動側接合面(176a、176b)は、互いに噛み合う歯面形状であることを特徴とする医療用マニピュレータ。 The medical manipulator according to any one of claims 1 to 13 ,
The drive-side joint surfaces (137, 138) and the driven-side joint surfaces (176a, 176b) are tooth surface shapes that mesh with each other, and a medical manipulator.
前記駆動部(30)及び前記作業部(16)の着脱状態を検出する着脱センサ(314)を備えたことを特徴とする医療用マニピュレータ。 The medical manipulator according to any one of claims 1 to 16 ,
A medical manipulator comprising an attachment / detachment sensor (314) for detecting attachment / detachment states of the drive unit (30) and the working unit (16).
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