JP5820601B2 - マスタマニピュレータ - Google Patents
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Description
医療用マニピュレータシステムを利用した外科手術では、術者はマスタマニピュレータを操作して、患者から離れた場所にてスレーブマニピュレータ(外科手術機器)の動作を制御する。一般的に、マスタマニピュレータは、例えばモータやエンコーダ等の様々なエレクトロニクス部材を含んでいる為、滅菌処理が困難である。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、マスタグリップを容易に滅菌処理することが可能なマスタマニピュレータを提供することを目的とする。
スレーブマニピュレータの駆動を操作する為のマスタマニピュレータであって、
清潔域に属し、術者によって把持され、所定の操作部材が設けられたグリップ部と、
不潔域に属し、前記グリップ部が直接的または間接的に連結されるアーム部と、
前記グリップ部と前記アーム部とを連結する中間部材と、
を具備し、
前記グリップ部は、前記操作部材の変位に連動して移動する可動部材を有し、
前記中間部材は、前記可動部材を移動自在に挿通する貫通孔を有し、
前記可動部材は、
前記操作部材の変位に連動して移動する部材であって、その長手方向における一方端部位が、前記グリップ部に連結された前記アーム部の内部に挿入され、
前記グリップ部の内部に位置する第1部位と、前記中間部材の内部に位置する第2部位と、前記アーム部の内部に位置する第3部位とに分離可能に構成されており、
前記アーム部は、当該アーム部の内部に挿入された前記可動部材の位置を検出する位置検出部を有する
ことを特徴とする。
また、上記の目的を達成するために、本発明の一態様のマスタマニピュレータは、
スレーブマニピュレータの駆動を操作する為のマスタマニピュレータであって、
清潔域に属し、術者によって把持され、所定の操作部材と中空空間とが設けられたグリップ部と、
不潔域に属し、前記グリップ部が直接的または間接的に連結されるアーム部と、
前記グリップ部と前記アーム部との間に設けられた透過部材と、
を具備し、
前記グリップ部は、前記操作部材の変位に連動して前記中空空間内を移動する可動部材を有し、
前記アーム部は、前記グリップ部の前記中空空間の内部における前記可動部材の位置を前記透過部材を介して検出する位置検出部を有する
ことを特徴とする。
図1は、本発明の一実施形態に係るマスタマニピュレータの一構成例を示す側面断面図である。図2は、本発明の一実施形態に係るマスタマニピュレータのスイッチ(押下げ操作前)近傍を示す側面断面図である。図3は、本発明の一実施形態に係るマスタマニピュレータのスイッチ(押下げ操作後)近傍を示す側面断面図である。なお、図1乃至図3は側面断面図であるため外形形状が表されていないが、本一実施形態に係るマスタマニピュレータの外形形状は通常のマスタマニピュレータと同様に全体として柱状形状(例えば略円柱形状や多角柱状形状を呈する。また、図示はしていないが、マスタグリップの形状は医師が通常の外科手術で使うような、鉗子やハサミ、メスなどの術具形状となっていてもよい。
前記グリップ11は、挿入突起部11iと、中空領域11Mと、スイッチ11sと、係合突起部11tと、を具備する。
ここで、第1の部材11s1とグリップ11の側周面との間には、第1の部材11s1を、グリップ11の径方向外側(図2に矢印d1で示す方向)に向かって押圧する弾性部材eが設けられている。具体的には、この弾性部材eは、棒状部材11sbが挿入されたバネ等である。
前記第2の部材11s2と可動部材20とは、これら2つのリンク部材30−1,30−2により4節の平行リンク機構(公知のリンク機構)を構成している。
前記リンク部材30−1は、第2の部材11s2側の端部に軸穴を備えており、第2の部材11s2側の回転軸31−1に嵌め込まれている。このように構成することで、リンク部材30−1は、第2の部材11s2にピン固定され、可動部材20側の端部は、回転軸31−1を中心に揺動自在となる。
また、スイッチ11sの押し下げ操作に係る変位をグリップ11の長手方向における変位に変換する手段として、上述の例以外の公知のリンク機構を用いてもよい。また、変換に係る角度も任意であり、スイッチ11sの変位方向と可動部材20の変位方向とが直角でない角度となるようなリンク機構を用いてもよい。
前記貫通孔部15Hは、当該中間部材15の長手方向に沿って形成された、可動部材20が挿通される貫通孔である。可動部材20は、当該中間部材15の貫通孔部15Hを介して、マスタアーム本体13の中空領域13M内まで挿入される。
前記係合突起部15tは、後述するマスタアーム本体13の係合溝部13dに係合する突起部である。
前記変位センサ13sは、例えばインクリメンタルエンコーダ等の変位センサであり、可動部材20に設けられたスケール20sの位置(変位)を検出することで、可動部材20の位置(変位)を検出する。
前記中空領域13Mは、連結された中間部材15を介して、可動部材20の一方端(エンコーダスケール等のスケール20sが設けられている端)側の部位が挿入される。この中空領域13Mの内壁面には、スケール20sの移動可能範囲に対応する位置に、可動部材20の位置(変位)を検出する為の変位センサ13sが設けられている。
前記係合溝部13dは、中間部材15の挿入突起部15iが当該マスタアーム本体13の挿入孔部13hに対して挿入され且つ嵌合した状態で、中間部材15の係合突起部15tと係合する溝部である。詳細には、係合突起部15tと係合溝部13dとは、当該マスタアーム本体13に対する中間部材15の着脱方向について係合し、中間部材15の脱落を防止する。
すなわち、本一実施形態に係るマスタマニピュレータでは、グリップ11においては電気的部品(滅菌処理を行うことで故障し得る部品)を一切配置せず、機械的機構(滅菌処理を行っても故障しない部品)のみによって、グリップ11に設けた操作部材であるスイッチ11sの操作量を、マスタアーム本体13内部に伝達するように構成する。
《第1変形例》
以下、本発明の第1変形例に係るマスタマニピュレータについて説明する。説明の重複を避ける為、前記一実施形態との相違点を説明する。前記一実施形態との主な相違点の一つは、可動部材20(及び近傍の部材)の構成である。
図5に示すように、前記第1可動部材20−1と第2可動部材20−2とは、第1可動部材20−1に設けられた係合溝部20−1dと第2可動部材20−2に設けられた係合突起部20−2tとが係合することで連結される。
ここで、マスタアーム本体13の中空領域13Mに収容される第3可動部材20−3には、当然ながら、変位センサ13sによるセンシングの為のスケール20sが設けられている。
具体的には、可動部材20を、グリップ11と中間部材15とマスタアーム本体13とにそれぞれ対応する部分毎に分離可能に構成することで、当該マスタマニピュレータにおける清潔域と不潔域との分離を更に徹底することができる。
《第2変形例》
以下、本発明の第2変形例に係るマスタマニピュレータについて説明する。説明の重複を避ける為、前記一実施形態との相違点を説明する。前記一実施形態との主な相違点の一つは、グリップ11と中間部材15との固定構造である。前記一実施形態に係るマスタマニピュレータでは、グリップ11の係合突起部11tと、中間部材15の係合溝部15dとが係合することで、中間部材15に連結されたグリップ11の脱落を防止している。
《第3変形例》
以下、本発明の第3変形例に係るマスタマニピュレータについて説明する。説明の重複を避ける為、前記一実施形態との相違点を説明する。前記一実施形態との主な相違点の一つは、可動部材20の構成及び可動部材20の位置(変位)を検出する為の構成である。前記一実施形態に係るマスタマニピュレータにおいては、可動部材20のうちマスタアーム本体13の中空領域13M内に位置する部位にスケール20sが設けられており、該スケール20sの位置(変位)が、マスタアーム本体13内に設けられた変位センサ13sによって検出され、これに基づいてスイッチ11sの操作量(押下げ操作量)が算出される。
本第3変形例に係るマスタマニピュレータにおいては、可動部材20のうちマスタアーム本体13の中空領域13Mに位置する部位に歯切りがされて歯切り部20gが形成されている。そして、マスタアーム本体13の中空領域13Mには、前記可動部材20の歯切り部20gと噛み合って所謂ラック・アンド・ピニオン構造を形成し、可動部材20の変位に伴って回転する歯車Gが設けられている。
《第4変形例》
以下、本発明の第4変形例に係るマスタマニピュレータについて説明する。説明の重複を避ける為、前記一実施形態との相違点を説明する。本第4変形例と前記一実施形態との主な相違点の一つは、可動部材20の変位を拡大する変位拡大機構の有無である。
《第5変形例》
以下、本発明の第5変形例に係るマスタマニピュレータについて説明する。説明の重複を避ける為、前記一実施形態との相違点を説明する。前記一実施形態との主な相違点の一つは、グリップ11に設けるスイッチ11sの構成である。
以上説明したように、本第5変形例によれば、前記一実施形態に係るマスタマニピュレータと同様の効果を奏するマスタマニピュレータを提供することができる。
図11B及び図11Cに示す構成例では、スイッチ11sは、第1把持部材gr1´と、第2把持部材gr2´と、これら第1把持部材gr1´と第2把持部材gr2´とを回動自在に連結し且つそれらの回動の中心となる回動軸graと、を有する。ここで、回動軸graの先端と、可動部材20の先端とには、“かさ歯車(ベベルギヤ)”を構成する歯車(回動軸graの先端には歯車G1,可動部材20の先端には歯車G2)が設けられている。
《第6変形例》
以下、本発明の第6変形例に係るマスタマニピュレータについて説明する。説明の重複を避ける為、前記一実施形態との相違点を説明する。前記一実施形態との主な相違点の一つは、スイッチ11s及び可動部材20の構成である。
図12は、本発明の第6変形例に係るマスタマニピュレータの一構成例を示す側面断面図である。図13は、本発明の第6変形例に係るマスタマニピュレータを、図12において矢印d9で示す方向から観た場合のスイッチ近傍を示す図である。
以上説明したように、本第6変形例によれば、前記一実施形態に係るマスタマニピュレータと同様の効果を奏するマスタマニピュレータを提供することができる。
《第7変形例》
以下、上述した《第6変形例》についての一変形例である第7変形例に係るマスタマニピュレータについて説明する。説明の重複を避ける為、前記第6変形例との相違点を説明する。前記第6変形例との主な相違点の一つは、可動部材20(及び近傍の部材)の構成である。
本第7変形例に係るマスタマニピュレータでは、可動部材20は、グリップ11に対応する第1可動部材20−1と、中間部材15に対応する第2可動部材20−2と、マスタアーム本体13に対応する第3可動部材20−3と、から成る。
前記第2可動部材20−2と第3可動部材20−3とは、第2可動部材20−2に設けられた係合凹部20−2rと第3可動部材20−3に設けられ係合突起部20−3tとが係合することで連結される。
ところで、前記中間部材15の貫通孔部15Hには、径方向に形成された溝部15Hdが設けられている。一方、第2可動部材20−2には、径方向に凸の規制突起部20−2rtが設けられている。中間部材15の溝部15Hdと、第2可動部材20−2の規制突起部20−2rtとが係合することで、中間部材15の貫通孔部15H内における第2可動部材20−2の長手方向への移動が規制される。このように構成することで、可動部材20の長手方向へのブレを抑制することができる
以上説明したように、本第7変形例によれば、前記第6変形例に係るマスタマニピュレータと同様の効果を奏する上に、更に使い勝手が向上したマスタマニピュレータを提供することができる。
《第8変形例》
以下、上述した《第6変形例》についての一変形例である第8変形例に係るマスタマニピュレータについて説明する。説明の重複を避ける為、前記第6変形例との相違点を説明する。本第8変形例と前記第6変形例との主な相違点の一つは、可動部材20の変位を拡大する変位拡大機構の有無である。
同図に示すように、スイッチ11s(第2の部材11s2に歯切り部11sg)と共に所謂ラック・アンド・ピニオン構造を形成する歯車11Gに対して、歯車11Gよりも小径の歯車11G´が歯車11Gと噛み合わされて設けられている。そして、可動部材20は、歯車11G´の中心孔に挿通されて当該歯車11G´に対して固定されている。このように構成することで、可動部材20の変位の検出能が向上する。
《第9変形例》
以下、上述した《第6変形例》についての一変形例である第9変形例に係るマスタマニピュレータについて説明する。説明の重複を避ける為、前記第6変形例との相違点を説明する。前記第6変形例との主な相違点の一つは、スイッチ11sの押下げ操作に伴って可動部材20を回転変位させる為の構成である。
以上説明したように、本第9変形例によれば、第6変形例に係るマスタマニピュレータと同様の効果を奏するマスタマニピュレータを提供することができる。
《第10変形例》
以下、上述した一実施形態についての変形例である第10変形例に係るマスタマニピュレータについて説明する。説明の重複を避ける為、前記一実施形態との相違点を説明する。前記一実施形態との主な相違点の一つは、スイッチ11sの操作に連動させて可動部材20を進退(直動)変位させる為の構成である。
上述の構成を採ることで、スイッチ11sの第1の部材11s1が、矢印rで示す方向に回転操作されると、歯車11Gと噛み合っている歯切り部20gが歯車11Gによって送り出され、可動部材20は矢印sで示す方向に進退(直動)変位する。
以上説明したように、本第10変形例によれば、前記一実施形態に係るマスタマニピュレータと同様の効果を奏するマスタマニピュレータを提供することができる。
《第11変形例》
以下、本発明の第11変形例に係るマスタマニピュレータについて説明する。説明の重複を避ける為、前記一実施形態との相違点を説明する。前記一実施形態との主な相違点の一つは、変位センサ13sの構成である。
なお、図22に示す構成例以外にも、スイッチ11sを回動あるいは回転操作するように構成し、且つ、その回動あるいは回転操作に伴って可動部材20´が中空領域11M内において回転するように構成してもよい(不図示)。
図22は、本発明の第11変形例に係るマスタマニピュレータの一構成例を示す側面断面図である。
変位センサ13sはマスタアーム本体13と中間部材15との接続面に変位センサ13sの受信面が一致するように設置される。さらに、中間部材15の中心部には変位センサ13sによる受信を妨げないような透明な樹脂等でできた透過部材16がある。透過部材16は必須ではないが、このように構成することにより、清潔域と不潔域を完全に分離することが可能となり、滅菌性が向上する。
具体的には、前記変位センサ13sとしては、例えばレーザー光、赤外光、超音波、磁気など、公知の種々の変位センサを用いることができる。変位センサ13sで可動部材20´の変位を精度よく検出するために、変位センサ13sで用いる光や超音波、磁気などを透過する物質を、透過部材16の材料とすることが好ましい。
この変位センサ13sを用いて可動部材20´の位置を検出する方法としては、例えば次に示すような方法がある。
すなわち、変位センサ13sから可動部材20´までの経路中に透過部材16がある場合には、その透過部材16を介して可動部材20´に対してレーザー光、赤外光、超音波、磁気などの信号を発し、可動部材20´から反射された信号を透過部材16を介して変位センサ13sで受信することで、可動部材20´の位置(変位)を検出する。
なお、上述した図22に示す例における変位センサ13s、及び可動部材20´の配置に限らず、例えば鏡などの反射部材を配置して、変位センサ13sと可動部材20´との間におけるレーザー光、赤外光、超音波、磁気などの信号を反射(屈折)させてから、変位センサ13sにて当該信号を検出することで可動部材20´の変位を検出してもよい。そのようにすることで、可動部材20´と変位センサ13sとを相対向する配置としなくとも良くなる(設計自由度が増す)。
また、変位センサ13sで可動部材20´の変位を精度よく検出するために、可動部材20´の変位センサ13sからの信号を反射する部位、例えばマスタアーム本体13(変位センサ13s)側端面を、信号を反射する素材で構成したり、その端面に反射部材を設けることが好ましい。
ところで、変位の検出方式としては、例えば前記一実施形態のように可動部材に付けたスケールを読み取る方式や、変位センサ13sにより受信された信号の時間差を利用する方式等を挙げることができる。
Claims (7)
- スレーブマニピュレータの駆動を操作する為のマスタマニピュレータであって、
清潔域に属し、術者によって把持され、所定の操作部材が設けられたグリップ部と、
不潔域に属し、前記グリップ部が直接的または間接的に連結されるアーム部と、
前記グリップ部と前記アーム部とを連結する中間部材と、
を具備し、
前記グリップ部は、前記操作部材の変位に連動して移動する可動部材を有し、
前記中間部材は、前記可動部材を移動自在に挿通する貫通孔を有し、
前記可動部材は、
前記操作部材の変位に連動して移動する部材であって、その長手方向における一方端部位が、前記グリップ部に連結された前記アーム部の内部に挿入され、
前記グリップ部の内部に位置する第1部位と、前記中間部材の内部に位置する第2部位と、前記アーム部の内部に位置する第3部位とに分離可能に構成されており、
前記アーム部は、当該アーム部の内部に挿入された前記可動部材の位置を検出する位置検出部を有する
ことを特徴とするマスタマニピュレータ。 - スレーブマニピュレータの駆動を操作する為のマスタマニピュレータであって、
清潔域に属し、術者によって把持され、所定の操作部材と中空空間とが設けられたグリップ部と、
不潔域に属し、前記グリップ部が直接的または間接的に連結されるアーム部と、
前記グリップ部と前記アーム部との間に設けられた透過部材と、
を具備し、
前記グリップ部は、前記操作部材の変位に連動して前記中空空間内を移動する可動部材を有し、
前記アーム部は、前記グリップ部の前記中空空間の内部における前記可動部材の位置を前記透過部材を介して検出する位置検出部を有する
ことを特徴とするマスタマニピュレータ。 - 前記可動部材は、前記操作部材の直動動作に連動して、長手方向に進退する部材であり、
前記位置検出部は、前記可動部材の直動変位を検出する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のマスタマニピュレータ。 - 前記可動部材は、前記操作部材の直動動作に連動して回転する軸部材であり、
前記位置検出部は、前記可動部材の回転変位を検出する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のマスタマニピュレータ。 - 前記可動部材は、前記操作部材の回動又は回転動作に連動して、長手方向に進退する部材で、
前記位置検出部は、前記可動部材の直動変位を検出する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のマスタマニピュレータ。 - 前記可動部材は、前記操作部材の回動又は回転動作に連動して回転する軸部材であり、
前記位置検出部は、前記可動部材の回転変位を検出する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のマスタマニピュレータ。 - 前記操作部材の変位を拡大して伝達する変位拡大機構を含み、
前記位置検出部は、前記変位拡大機構によって拡大されて伝達された変位に連動して移動する前記可動部材の位置を検出する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のマスタマニピュレータ。
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