JP6694521B2 - 屈曲機構および医療用マニピュレータ - Google Patents
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Description
この医療用マニピュレータは、挿入部に沿って配置され、屈曲関節よりも先端側の揺動部材に接続された2本のリンクの押し引きによって、揺動部材を揺動させ、揺動部材に固定された処置具を揺動させるようになっている。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、各部に過大な応力が作用することを回避しつつ、挿入部の細径化を図ることができる屈曲機構および医療用マニピュレータを提供することを目的としている。
このようにすることで、駆動力伝達部材に所定の閾値の応力が発生すると、応力調節部により、応力を低減する方向への駆動力伝達部材の移動が許容され、所定の閾値を越える過大な応力が作用することが回避される。
このようにすることで、揺動部材の揺動角度に応じて変動する剛性に対応し、剛性が高い揺動角度では閾値を大きく、剛性が低い揺動角度では閾値を小さくして、各部に過大な応力が作用することを防止することができる。
このようにすることで、支持部材の長手軸方向両方向への駆動力伝達時に、いずれの方向についても過大な応力の発生を防止することができる。
このようにすることで、駆動力伝達部材の基端が操作されて長手軸方向の駆動力が作用すると、駆動力が所定の閾値より低い場合には、駆動力伝達部材の基端が付勢手段によって基準位置に維持されるので、基準位置の移動量に応じた揺動角度で揺動部材が揺動させられる。一方、駆動力が所定の閾値となる場合には、駆動力伝達部材の基端を付勢力に抗して基準位置から移動させて、所定の閾値を越える過大な応力が作用することが回避される。
このようにすることで、駆動力伝達部材に発生する応力が所定の閾値となる場合には弾性部材を弾性変形させることによって、応力の上昇を回避し、各部に過大な応力が作用することを回避することができる。
このようにすることで、駆動力伝達部材に発生する応力が所定の閾値となる場合にはシリンダの圧力による付勢力に抗して駆動力伝達部材を移動させて、応力の上昇を回避し、各部に過大な応力が作用することを回避することができる。
このようにすることで、駆動力伝達部材に発生する応力が所定の閾値となる場合には磁石の磁気による付勢力に抗して駆動力伝達部材を移動させて、応力の上昇を回避し、各部に過大な応力が作用することを回避することができる。
このようにすることで、支持部材に対する揺動部材の揺動角度に応じて支持ブロックとストッパ部材との間の距離をカム機構により変更し、付勢手段によって揺動角度に応じて変化する剛性に合わせて適当な付勢力を発生させることにより、各揺動位置において各部に過大な応力が作用することを回避することができる。
このようにすることで、支持部材に対する揺動部材の揺動角度に応じて支持ブロックとストッパ部材との間の距離をアクチュエータにより変更し、付勢手段によって揺動角度に応じて変化する剛性に合わせて適当な付勢力を発生させることにより、各揺動位置において各部に過大な応力が作用することを回避することができる。
このようにすることで、駆動力伝達部材に駆動力を供給するアクチュエータにより発生する駆動力を制御することで、揺動角度に応じて変化する剛性に合わせて適当な駆動力を発生させることにより、各揺動位置において各部に過大な応力が作用することを回避することができる。
本実施形態に係る医療用マニピュレータ1は、図1に示されるように、患部を処置する処置具2と、細長い挿入部3と該挿入部3の基端に接続された操作部4とを備えている。挿入部3と操作部4とにより屈曲機構5が構成されている。処置具2は、後述する挿入部3の揺動部材7に取り付けられている。
ハンドル11は、扇形に形成され、その外周面にギザ加工が施されている。外周面に指を当てて周方向に移動させることにより、ハンドル11を揺動させることができるようになっている。
第1リンク9a,9bの基端側の端部には、ストッパ部材17と略同等の厚さ寸法を有するフランジ部23が固定されている。フランジ部23は、ストッパ部材17に隣接して配置されて、ストッパ部材17とともに2つの押圧板21a,21bによって板厚方向に挟まれるようになっている。
例えば、上記構成の屈曲機構5の場合、屈曲関節における屈曲の内側の第1リンク9aと外側の第1リンク9bとでは、図6に示されるように、屈曲角度が大きくなっていくと屈曲の外側の第1リンク9bの許容軸力が大きく低下するのに対し、屈曲の内側の第1リンク9aの許容軸力は少しだけ低下する傾向がある。
本実施形態に係る医療用マニピュレータ1を用いて患部の処置を行う場合には、挿入部3を体内に挿入して先端の処置具2を患部の近傍に配置し、操作部4に設けられたハンドル11を操作して、支持部材6に対して揺動部材7を揺動させることにより患部に対する処置具2の姿勢を調節する。
また、付勢手段として圧縮コイルバネ22を例示したが、これに代えて、空気あるいは液体等の流体圧によって付勢力を発生するシリンダを採用してもよい。また、磁気によって付勢力を発生する磁石を採用してもよい。
また、エンコーダ30によりハンドル11の回転角度を検出することに代えて、第1リンク9a,9bの移動量を検出してもよいし、揺動部材7の揺動角度自体を検出することにしてもよい。
また、第1リンク9a,9bに作用する力が許容軸力を超えないように構成したが、これに代えて、他のいずれかの部位が破損する際にリンク8a,8bに発生する応力を閾値としてもよい。
2 処置具
5 屈曲機構
6 支持部材
7 揺動部材
8a,8b リンク(駆動力伝達部材)
12 駆動力変換部(アクチュエータ)
14,27,28 カムプレート(カム機構)
15 フローティング機構(応力調節部)
17 ストッパ部材
18 支持ブロック
21a,21b 押圧板(押圧部材)
22 圧縮コイルバネ(弾性部材、付勢手段)
23 フランジ部
Claims (10)
- 細長い支持部材と、
該支持部材の先端に長手軸に交差する軸線回りに揺動可能に支持された揺動部材と、
前記支持部材の前記長手軸に沿って配置され、基端において加えた駆動力を伝達して、
前記支持部材に対して前記揺動部材を揺動させる駆動力伝達部材と、
前記支持部材に対する前記揺動部材の各揺動位置において、前記駆動力伝達部材に発生する応力が所定の閾値を超えないように調節する応力調節部と、を備え、
前記応力調節部が、
前記駆動力伝達部材の基端に固定された平板状のフランジ部と、
該フランジ部と同等の板厚を有し該フランジ部に対して前記長手軸に直交する方向に並列しかつ前記揺動角度に応じた前記基準位置に配置される平板状のストッパ部材と、
該ストッパ部材および前記フランジ部を同時に前記板厚方向に挟む位置に配置される一対の押圧部材と、
各該押圧部材を前記ストッパ部材に密着させる方向に付勢することによって、前記駆動力伝達部材の基端の前記長手軸に沿う方向の位置を、前記揺動部材の前記支持部材に対する揺動角度に応じて定められた基準位置に付勢する付勢手段と、
を備える屈曲機構。 - 前記応力調節部は、前記駆動力伝達部材に発生する応力が前記閾値となったときに、当該応力を低減する方向への前記駆動力伝達部材の移動を許容する請求項1に記載の屈曲機構。
- 前記閾値が、前記支持部材に対する前記揺動部材の揺動角度に応じて異なる値に設定されている請求項1または請求項2に記載の屈曲機構。
- 前記駆動力伝達部材が、前記支持部材の前記長手軸に沿う両方向に前記駆動力を伝達可能である請求項1から請求項3のいずれかに記載の屈曲機構。
- 前記付勢手段が、弾性部材である請求項1に記載の屈曲機構。
- 前記付勢手段が、流体によって付勢力を発生するシリンダである請求項1に記載の屈曲機構。
- 前記付勢手段が、磁気によって付勢力を発生する磁石である請求項1に記載の屈曲機構。
- 各前記付勢手段を前記ストッパ部材との間で挟む位置に配置され付勢力を支持する支持ブロックと、
該支持ブロックと前記ストッパ部材との間の距離を、前記揺動角度に応じて変更するカム機構とを備える請求項5から請求項7のいずれかに記載の屈曲機構。 - 各前記付勢手段を前記ストッパ部材との間で挟む位置に配置され付勢力を支持する支持ブロックと、
該支持ブロックと前記ストッパ部材との間の距離を、前記揺動角度に応じて変更するアクチュエータとを備える請求項5から請求項7のいずれかに記載の屈曲機構。 - 患部を処置するための処置具と、
該処置具を揺動させる請求項1から請求項9のいずれかに記載の前記屈曲機構と、
該屈曲機構を操作する操作部と、
を備える医療用マニピュレータ。
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