JP6780882B2 - 医療用操作部 - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
本国際出願は、2017年11月7日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第2017−214557号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第2017−214557号の全内容を本国際出願に参照により援用する。
本開示は、医療用操作部に関する。
近年、マスタースレーブ方式の手術支援ロボットを用いた内視鏡外科手術が普及しつある(例えば、特許文献1および2参照。)。ここで、マスターとは、スレーブを遠隔操作する機器を意味し、スレーブとは、マスターからの指示により、手術を行う手術機器を意味する。
上述の手術支援ロボットは、手術者がマスターのグリップ(操作部)を動かすと、スレーブの鉗子がグリップと連動して動く構成を備えている。そのため、マスタースレーブ方式の手術支援ロボットを操作する手術者は、手術支援ロボットの鉗子を手術者自身のように自在に操作することができる。
特許第5699158号公報 特許第4335681号公報
上述の手術支援ロボットを実際の手術に用いる場合、マスターのグリップ(操作部)の操作性について、以下に記載する要求事項を満たすことが望まれている。
・鉗子を微細に動かすために、細かく正確に操作できること
・長時間の手術においても、安定して操作できること
・力覚や操作感などの感触を提示する機能に対して、安定して位置および力制御の操作ができること
上述の特許文献1に記載の手術支援ロボットでは、グリップ(操作部)は2つの鉗子開閉リングB1,B2を備えている。手術者は2つの鉗子開閉リングB1,B2のそれぞれに指を通し、2つの鉗子開閉リングB1,B2に通した指でグリップを摘み、グリップおよび2つの鉗子開閉リングB1,B2を動かすことにより鉗子を操作する。具体的には、指で摘んだグリップを前後左右等へ移動させると、鉗子もグリップと同じ方向に移動するように制御される。また、2つの鉗子開閉リングB1,B2を指で開閉させると、鉗子も開閉するように制御される。
上述の特許文献1に記載の手術支援ロボットでは、グリップを摘む指および手などの姿勢が安定しないため、鉗子移動および鉗子開閉の動作を安定させることが難しい。また、鉗子の操作が難しいため、操作を行う指および手(腕も含む。)を安定させる労力が必要となり、長時間の手術では手術者の疲労が溜まりやすいという問題があった。
加えて、グリップの構成として指で摘むタイプを採用しているため、言い換えると、2つの鉗子開閉リングB1,B2のみでグリップを保持し、かつ、操作を行う構成を採用しているため、グリップを正確に操作することが難しい。具体的には、グリップに対して力を作用させる操作を行った際に指先がぶれやすく、鉗子の位置の制御および指先の力の制御を正確に行うことが難しいという問題があった。
なお、手術者の肘を載せる肘置き台を用いることにより、上述のグリップを正確に操作する難しさを緩和することも考えられる。しかしながら、肘置き台は占有面積が広いため、マスターが大型化しやすい。そのため、肘置き台を用いる方法では、手術の助手や看護師の作業の邪魔になりやすい。
上述の特許文献2に記載の手術支援ロボットでは、親指、人差し指、中指で握りやすい形状が形成されたグリップを用いて操作を行う構成が採用されている。グリップには、それぞれ切断、凝固、鉗子の開閉などの操作を行う複数のボタンが設けられている。
しかしながら、上述の特許文献2に記載の手術支援ロボットでは、特許文献1に記載の手術支援ロボットなどと異なりボタン操作で鉗子の開閉操作を行うため、開閉操作の感覚をつかむのが難しい。つまり、鉗子の操作が難しいという問題があった。
本開示の一局面では、手術支援ロボットを用いた内視鏡外科手術において、術具を安定して操作しやすく、術具を容易に操作しやすい医療用操作部を提供することが望ましい。
本開示の医療用操作部は、操作者が位置を移動させることにより術具の移動内容の入力が行われる本体部と、前記操作者の指に着脱可能に係合される部分を有するとともに前記本体部に対して相対移動可能に配置され、前記本体部に対する相対移動により前記術具における動作内容の入力が行われるものである係合部と、前記操作者が前記係合部に前記指を係合させた際に、前記本体部から前記操作者の掌に向かって延び、当該掌と当接するハンドル部と、が設けられている。
本開示の医療用操作部によれば、ハンドル部を操作者の掌に押し当て、操作者の指を係合部に係合させることにより、ハンドル部が無い場合と比較して、医療用操作部は安定して保持される。また、本体部による術具の移動内容の入力を安定して行いやすくなる。さらに、係合部による術具の動作内容の入力を安定して行いやすくなる。
前記ハンドル部は、前記本体部に対して相対的に姿勢変更可能に接続されていることが好ましい。
このようにすることにより、操作者の手の形状又は大きさに応じて、本体部に対するハンドル部の角度などの姿勢の調整が可能となる。言い換えると、調整ができない場合と比較して、医療用操作部が操作者の手になじみやすくなる。なお、本体部に対するハンドル部の姿勢変更を可能とする構成としては、回転軸周りに回動を許容する機構や、リンク機構を用いて姿勢変更を可能とする構成であっても良いし、形状の変形が可能な柔軟性を有する材料によって姿勢変更を可能とする構成であっても良い。
前記ハンドル部には、前記術具の動作、および、機能の少なくとも一方を制御する入力部が設けられていることが好ましい。
このように入力部をハンドル部に設けることにより、操作者が医療用操作部から手を離すことなく、術具の動作および機能の少なくとも一方を制御することが可能となる。そのため、手術操作に対する集中力を維持しやすくなり、手術時間の短縮を図りやすくなる。
前記ハンドル部は、前記本体部側の第1ハンドル部と、前記掌と当接する第2ハンドル部と、を含み、前記第2ハンドル部は、前記第1ハンドル部に対して着脱可能とされることが好ましい。
このように掌と当接する第2ハンドル部が、第1ハンドル部に対して着脱可能とされることにより、操作者の掌の形状や、大きさに対応した第2ハンドル部を用いることができる。これにより、操作者は医療用操作部による操作が行いやすくなり、手術において正確な操作を行いやすくなる。
前記術具は開閉部を有するものであり、前記係合部は、前記本体部に対する相対移動により前記開閉部の開閉動作を入力するものであり、前記ハンドル部には、前記係合部を介して前記操作者に、前記開閉部における把持力を提示する操作用アクチュエータ部が設けられていることが好ましい。
このように係合部を介して操作者に把持力などの力覚提示を行うことが可能となる。また、操作用アクチュエータ部をハンドル部に設けることにより、本体部などに設ける場合と比較して力覚提示に用いられる機構の小型化が容易となり、省スペース化が容易となる。なお、ハンドル部が設けられているため、操作者への力覚提示などのため係合部が力を出力しても、操作がぶれにくく、安定した操作を行いやすくなる。
前記操作用アクチュエータ部は、外部から流体の供給を受けて力を発生させる流体圧アクチュエータであることが好ましい。
このように流体圧アクチュエータを用いることにより、電動機を用いたアクチュエータ部と比較して、熱が発生しにくい。操作者の手を熱から保護するために熱対策を講じる必要性が低くなる。また、電動機を用いたアクチュエータ部と比較して、重量対出力の比が大きく、同じ出力を発生させる場合、医療用操作部の重量を軽くしやすく、小型化を図りやすい。
本開示において、互いに交差する3つの回転軸まわりに回動可能に構成され、前記本体部を移動可能に支持するジンバル部と、前記3つの回転軸のそれぞれに対応して配置され、前記回転軸まわりの回動を制御するジンバル用アクチュエータ部と、が設けられていることが好ましい。前記ジンバル用アクチュエータ部は、外部から流体の供給を受けて力を発生させる流体アクチュエータであることが好ましい。
このようにすることにより、本体部の移動が容易となり、術具への移動内容の入力が容易となる。また、ジンバル用アクチュエータ部により術具の操作感や力覚を、本体部を介して操作者へ提示しやすくなる。また、流体アクチュエータをジンバル用アクチュエータ部として用いることにより、他の形式のアクチュエータを用いる場合と比較して、アクチュエータ部の小型化を図りやすく、軽量化を図りやすい。
前記本体部には1つの前記係合部が配置され、前記本体部における当該係合部が配置されている領域と反対側の領域であって、前記操作者の当該係合部に係合されている指とは異なる他の指が配置される領域には、凹状に形成された窪み部が設けられていることが好ましい。
このように本体部に1つの係合部が配置される場合に、係合部と係合される指(例えば、人差し指)とは異なる他の指(例えば親指)が配置される本体部の領域に窪み部を形成することにより、他の指の配置位置を安定させやすくなる。このため、操作者は操作する際に、医療用操作部を安定して把持しやすくなり、手術において正確な操作を行いやすくなる。
本開示の医療用操作部によれば、操作者が係合部に指を係合させた際に、操作者の掌と当接するハンドル部を設けることにより、手術支援ロボットを用いた内視鏡外科手術において、術具を安定して操作しやすく、術具を容易に操作しやすくなるという効果を奏する。
第1の実施形態に係る操作部の構成を説明する模式図である。 図1のジンバル部の構成を説明する模式図である。 操作部を操作する操作者の手を示す図である。 本体部の一部およびハンドル部の構成を説明する模式図である。 ハンドル部および本体部に設けられた入力部の構成を説明する模式図である。 操作用アクチュエータ部、ロッド部および接合部の構成を説明する模式図である。 第1の実施形態の第1変形例に係る操作部の構成を説明する模式図である。 第1の実施形態の第2変形例に係る操作部の構成を説明する模式図である。 第2の実施形態に係る操作部の構成を説明する模式図である。 図9の操作部においてリンク操作部が閉じている状態を説明する模式図である。 第3の実施形態に係る操作部の構成を説明する模式図である。 第4の実施形態に係る操作部の構成を説明する模式図である。 図12における窪み部の形状を説明する本体部の断面視図である。 第4の実施形態の第1変形例に係る窪み部の形状を説明する本体部の断面視図である。 第4の実施形態の第2変形例に係る窪み部の形状を説明する本体部の断面視図である。 第5の実施形態に係るリンク機構部の構成を説明する模式図である。
1,1A,1C,1D,1E,1F,1G,1H…医療用操作部、10,10C,10E,10F,10G…本体部、15E,15F,15G…窪み部、20,20A,20H…リンク機構部(係合部)、30,30B,30D…ハンドル部、32a…第1ハンドル部、32b,32d,32e…第2ハンドル部、40…操作用アクチュエータ部、41…空気圧アクチュエータ(流体圧アクチュエータ)、50…ジンバル部、51X,52Y,53Z…ジンバル用アクチュエータ部、71…指、72…掌
〔第1の実施形態〕
以下、第1の実施形態に係る医療用操作部1ついて図1から図6を参照しながら説明する。本第1の実施形態の医療用操作部1は、マスタースレーブ方式の手術支援ロボットの操作に用いられる。手術支援ロボットとしては、例えば、内視鏡外科手術に用いられる鉗子を備えた手術支援ロボットを例示することができる。
医療用操作部1には、図1および図2に示すように、本体部10と、リンク機構部(係合部)20と、ハンドル部30と、が設けられている。また、医療用操作部1は、図2に示すジンバル部50により移動可能に支持されている。
本体部10には、図1および図2に示すように、リンク機構部20およびハンドル部30が取り付けられている。また、本体部10は、ジンバル部50により移動可能に支持されている。
手術支援ロボットの操作者は、本体部10の位置を移動させることにより鉗子(術具)を移動させる操作を行う。本体部10は柱状に形成されている。
本体部10には、図4に示すように、ハンドル部30が本体部10に対して相対的に回動可能なようにハンドル部30を支持する第1ハンドル回動部13が設けられている。第1ハンドル回動部13は、Y軸方向に延びる回動軸線まわりにハンドル部30が回動可能なように、ハンドル部30を支持する。
また本体部10には、後述するリンク操作部21a,21bが本体部10に対して相対的に回動可能なようにリンク操作部21a,21bを支持する操作回動部14が設けられている。操作回動部14は、本体部10における第1ハンドル回動部13よりもジンバル部50側(Z軸の正側)に設けられている。リンク操作部21a,21bは、Y軸方向に延びる回動軸線まわりに回動可能である。
リンク機構部20は、図1および図2に示すように、本体部10を間に挟むように構成されており、鉗子の把持部(開閉部)における開閉動作を操作するための機構である。リンク機構部20は、リンク操作部21a,21bと、挿入部22a,22bと、伝達部23a,23bと、を含む。
リンク操作部21a,21bは、本体部10を間に挟むように配置されている。リンク操作部21a,21bは、第1の端部が操作回動部14において本体部10に対して相対的に回動可能に支持され、第2の端部が伝達部23a,23bに対して相対的に回動可能に支持されている。リンク操作部21a,21bは、板状であってもよく、棒状であってもよい。
リンク操作部21a,21bは第1の端部から第2の端部に向かって本体部10から離れるように傾斜した姿勢で配置されている。本体部10に対する傾斜角度は、リンク操作部21a,21bが操作回動部14において回動することにより、言い換えると、操作者の操作によって変化する。
挿入部22a,22bは、操作者の指71が抜き差し可能なように円筒状に形成されている。挿入部22a,22bは、リンク操作部21a,21bにおける第2の端部側に配置されている。挿入部22a,22bに指71を差し込む構成により、操作者は、リンク操作部21a,21bを閉じる動作や、リンク操作部21a,21bを開く操作を行いやすい。
伝達部23a,23bは、本体部10を間に挟むように配置されている。伝達部23a,23bは、本体部10から離れた側の第1の端部がリンク操作部21a,21bに対して回動可能に支持され、本体部10に近い側の第2の端部が後述するロッド部44の接合部45に対して回動可能に支持されている。伝達部23a,23bは、板状であってもよく、棒状であってもよい。
伝達部23a,23bは、リンク操作部21a,21bに支持された第1の端部から接合部45に支持された第2の端部に向かって、ハンドル部30方向に傾斜する姿勢で配置されている。リンク操作部21a,21bを閉じる操作が行われると、伝達部23a,23bの第2の端部はハンドル部30に近づく方向に移動するように構成されている。リンク操作部21a,21bを開く操作が行われると、伝達部23a,23bの接合部45側の端部は、ハンドル部30から離れる方向に移動するように構成されている。
ハンドル部30は、本体部10の端部から延びて配置され、医療用操作部1を用いて操作する操作者の掌72と当接し得る。言い換えると、ハンドル部30は、操作者が挿入部22a,22bに指71を差し込んだ際に、掌72と当接し得る。
ハンドル部30は、本体部10に対して第1ハンドル回動部13を介して回動可能に配置されるハンドル接続部31と、掌72と当接する部分であってハンドル接続部31に支持されるハンドル本体32と、を含む。また、ハンドル接続部31とハンドル本体32との間には、ハンドル本体32をハンドル接続部31に対して相対的に回動可能に支持する第2ハンドル回動部33が設けられている。ハンドル本体32は、左右方向に延びる回動軸線まわりに回動可能である。
ハンドル部30には、図5に示すように、入力部34が設けられている。入力部34は、鉗子の動作や、鉗子の機能を制御するための構成である。入力部34は、押下することにより操作が行われるボタンであってもよい。入力部34の機能としては、ロック/アンロックの切替え、クラッチボタン、比率の調整、操作感の調整、を例示することができる。
ロック/アンロックの切替えとは、医療用操作部1の移動の禁止(ロック)と許容〔アンロック〕との切り替えである。ロックをすることにより医療用操作部1はロックされた状態で静止する。アンロックすることにより医療用操作部1の移動が許容されるので、操作入力が可能となる。
クラッチボタンとは、医療用操作部1の操作入力の手術支援ロボットへの伝達/切断を切り替えるためのボタンである。例えば、医療用操作部1の移動が許容されている範囲を超えて手術支援ロボットを操作する際に、移動が許容されている範囲の境界まで医療用操作部1を移動させた後に、クラッチボタンを操作して操作入力の伝達を切断する。その後、医療用操作部1を移動が許容されている範囲の中に戻して、クラッチボタンを操作して操作入力の伝達を再開して、手術支援ロボットの操作を継続する。
比率とは、医療用操作部1に入力された動きの大きさに対する、操作対象である鉗子の動きの大きさの度合いを表すものである。例えば、比率は、医療用操作部1に入力された動きの大きさを縮小して操作対象である鉗子を動かす際に用いられるパラメータである。
操作感とは、鉗子に働く抵抗力を医療用操作部1に伝達する度合いを表す。例えば、鉗子に働く抵抗力を医療用操作部1に強く伝達するか、弱く伝達するかを表す。
入力部34は、ハンドル部30における掌72と当接する領域以外(掌72と当接する領域とは反対側の領域)に配置されている。入力部34は、ハンドル部30以外に設けられていてもよい。例えば、図5に示すように、本体部10にも入力部34が設けられていてもよい。
さらにハンドル部30は、図6に示すように、操作用アクチュエータ部40を含む。操作用アクチュエータ部40は、操作者に、鉗子の把持部における把持力を提示する。
操作用アクチュエータ部40は、ハンドル部30の内部に配置される空気圧アクチュエータ(流体圧アクチュエータ)41と、ハンドル部30から本体部10に向かって延びるロッド部44と、本体部10またはリンク機構部20に配置される接合部45と、を含む。
空気圧アクチュエータ41は、外部から空気の供給を受けて力を発生させる。空気圧アクチュエータ41は、直動シリンダ42およびピストン43から構成される。空気圧アクチュエータ41は、ロータリー型空気圧ベーンモータを有するアクチュエータであってもよく、アクチュエータの形式は特に限定されない。
ロッド部44および接合部45は、空気圧アクチュエータ41で発生させた力をリンク機構部20に伝達する。ロッド部44は、第1の端部が空気圧アクチュエータ41のピストン43に接続され、第2の端部が接合部45に接続される。ロッド部44は、棒状または紐状に形成されている。また、ロッド部44は、ハンドル本体32に設けられた一対のガイドローラ36の間を通して配置されている。
ロッド部44は曲げが可能な柔軟性を有するともに、引っ張り方向および圧縮方向への力の伝達が可能な太さおよび堅さを有する材料から形成されている。例えば、ロッド部44は、樹脂により一体形成されてもよいし、金属線を撚り合わせたワイヤで構成されていてもよい。
接合部45は、ロッド部44におけるリンク機構部20側の端部に配置され、伝達部23a,23bに対して回動可能に取り付けられる。接合部45は、本体部10に形成されたガイド部26に沿って移動可能に配置されている。
ジンバル部50は、図2A、Bに示すように、互いに直交する3つの回転軸まわりに回動可能に構成され、本体部10を移動可能に支持する。ジンバル部50は、X軸部51、Y軸部52、および、Z軸部53まわりに回動可能である。X軸部51はX軸と並行な軸線まわりに回動可能であり、Y軸部52はY軸と並行な軸線まわりに回動可能であり、Z軸部53はZ軸と並行な軸線まわりに回動可能である。
ジンバル部50のX軸部51、Y軸部52、および、Z軸部53のそれぞれには、ジンバル用アクチュエータ部51X,52Y,53Zが配置されている。ジンバル用アクチュエータ部51X,52Y,53Zは、それぞれX軸部51、Y軸部52、および、Z軸部53まわりの回動を制御する。ジンバル用アクチュエータ部51X,52Y,53Zは、外部から空気(流体)の供給を受けて力を発生させる流体アクチュエータである。
ジンバル用アクチュエータ部51X,52Y,53Zは、空気圧アクチュエータ41と同様に直動シリンダおよびピストンから構成されるものであってもよいし、ロータリー型空気圧ベーンモータを用いるものであってもよく、アクチュエータの形式は特に限定されない。
次に、上記の構成からなる医療用操作部1における操作方法および動作について説明する。
手術支援ロボットにより鉗子の操作を行う操作者は、図1および図2に示すように、医療用操作部1のハンドル部30を掌72に押し当て、ハンドル部30を掌72で包みつつ人差し指および親指をリンク機構部20の挿入部22に差し込む。
この際、リンク機構部20が設けられた本体部10と、ハンドル部30との間の相対姿勢は、第1ハンドル回動部13および第2ハンドル回動部33まわりの回動により調整される。つまり、操作者の手の大きさや形のバラツキは、第1ハンドル回動部13および第2ハンドル回動部33まわりの回動により吸収される。
鉗子を移動させる場合には、操作者は医療用操作部1を把持しつつ本体部10を所望の方向へ移動させる。本体部10はジンバル部50により移動可能に支持されているため、操作者の操作に従い移動する。本体部10の移動は、ジンバル用アクチュエータ部51X,52Y,53Zに設けられたセンサ(図示せず)に検知される。センサにより検知された移動情報は、手術支援ロボットに伝達される。手術支援ロボットは、伝達された移動情報に基づいて鉗子の位置を移動させる制御を行う。
また、ジンバル用アクチュエータ部51X,52Y,53Zは、鉗子が外部から受ける抵抗力に応じて、本体部10の移動に対する抵抗力を発生させる。例えば、手術支援ロボットに設けられたセンサは、鉗子が外部の物体と接触することにより受ける抵抗力を検知する。検知された抵抗力に応じて、ジンバル用アクチュエータ部51X,52Y,53Zに供給される空気の量や、空気の圧力が制御され、ジンバル用アクチュエータ部51X,52Y,53Zにおいて発生される力の大きさが制御される。
鉗子の把持部を開閉させる場合には、図6に示すように、操作者はリンク機構部20のリンク操作部21を開閉させる。例えば、把持部を開く場合にはリンク操作部21a,21bを開く操作を行い、把持部閉じる場合にはリンク操作部21a,21bを閉じる操作を行う。
リンク操作部21a,21bを開く操作が行われると、リンク操作部21a,21bの動きが伝達部23a,23bを介して接合部45に伝達される。つまり、リンク操作部21a,21bにおける挿入部22a,22bが設けられた端部が外側に開くと、リンク操作部21a,21bに接続された伝達部23a,23bの端部も外側に移動する。伝達部23a,23bの接合部45に接続された端部は、リンク操作部21a,21bに引かれてハンドル部30から離れる方向へ移動する。
接合部45は伝達部23a,23bによりハンドル部30から離れる方向へ移動し、この動きは、接合部45とつながるロッド部44を介して空気圧アクチュエータ41のピストン43に伝達される。ピストン43の動きは、空気圧アクチュエータ41に設けられたセンサ(図示せず)により検知される。
検知された動きの情報は、手術支援ロボットに伝達される。手術支援ロボットは、伝達された動きの情報に基づいて鉗子の把持部を開く制御を行う。リンク操作部21a,21bを閉じる操作が行われた場合にも、動きの向きが逆である点を除き同様な動きおよび制御が行われる。
また、空気圧アクチュエータ41は、鉗子の把持部が外部から受ける抵抗力に応じて、リンク操作部21a,21bの開閉に対する抵抗力を発生させる。例えば、手術支援ロボットに設けられたセンサは、鉗子の把持部が物体と接触することにより受ける抵抗力を検知する。検知された抵抗力に応じて、空気圧アクチュエータ41に供給される空気の量や、空気の圧力が制御され、空気圧アクチュエータ41において発生される力の大きさが制御される。
上記の構成の医療用操作部1によれば、ハンドル部30を操作者の掌72に押し当て、操作者の指71を挿入部22a,22bに差し込むことにより、ハンドル部30が無い場合と比較して、医療用操作部1は安定して保持される。また、本体部10による鉗子の移動内容の入力を安定して行いやすくなる。さらに、リンク機構部20による鉗子の動作内容の入力を安定して行いやすくなる。
第1ハンドル回動部13および第2ハンドル回動部33を設けることにより、操作者の手の形状や大きさに応じて、本体部10に対するハンドル部30の角度などの姿勢の調整が可能となる。言い換えると、調整ができない場合と比較して、医療用操作部1が操作者の手になじみやすくなる。
なお、本第1の実施形態では、第1ハンドル回動部13および第2ハンドル回動部33を設ける例に適用して説明したが、他のリンク機構を用いて姿勢変更を可能とする構成であっても良いし、形状の変形が可能な柔軟性を有する材料によって姿勢変更を可能とする構成であっても良い。
入力部34を少なくともハンドル部30に設けることにより、操作者が医療用操作部1から手を離すことなく、鉗子の動作および機能の少なくとも一方を制御することが可能となる。そのため、手術操作に対する集中力を維持しやすくなり、手術時間の短縮を図りやすくなる。
操作用アクチュエータ部40を設けることにより操作者に把持力などの力覚提示を行うことが可能となる。また、操作用アクチュエータ部40をハンドル部30に設けることにより、本体部10などに設ける場合と比較して力覚提示に用いられる機構の小型化が容易となり、省スペース化が容易となる。なお、ハンドル部30が設けられているため、操作者への力覚提示などのためリンク機構部20が力を出力しても、操作がぶれにくく、安定した操作を行いやすくなる。
空気圧アクチュエータ41を用いることにより、電動機を用いたアクチュエータ部と比較して、熱が発生しにくい。そのため、操作者の手を熱から保護するために熱対策を講じる必要性が低くなる。また、電動機を用いたアクチュエータ部と比較して、重量対出力の比が大きく、同じ出力を発生させる場合、医療用操作部1の重量を軽くしやすく、小型化を図りやすい。
ジンバル部50を設けることにより、本体部10の位置の移動が容易となり、鉗子への移動内容の入力が容易となる。また、ジンバル用アクチュエータ部51X,52Y,53Zにより鉗子の操作感や力覚を、本体部10を介して操作者へ提示しやすくなる。また、空気圧アクチュエータをジンバル用アクチュエータ部51X,52Y,53Zとして用いることにより、他の形式のアクチュエータを用いる場合と比較して、ジンバル用アクチュエータ部51X,52Y,53Zの小型化を図りやすく、軽量化を図りやすい。
〔第1の実施形態の第1変形例〕
第1の実施形態の第1変形例について図7を参照しながら説明する。本第1変形例の医療用操作部の基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、リンク機構部の構成が異なっている。よって、本第1変形例においては、図7を用いてリンク機構部周辺のみを説明し、その他の構成等の説明を省略する。
本第1変形例の医療用操作部1Aには、図7に示すように、本体部10と、リンク機構部(係合部)20Aと、ハンドル部30と、が設けられている。
リンク機構部20Aには、リンク操作部21Aと、挿入部22と、伝達部23Aと、リンク回転軸24Aと、が設けられている。
リンク操作部21Aおよび伝達部23Aと一体にL字状に形成された部材であり、本体部10を間に挟むように配置されている。リンク操作部21Aおよび伝達部23Aの接合部分、言い換えるとL字の角には、リンク回転軸24Aが設けられている。リンク操作部21Aおよび伝達部23Aは、リンク回転軸24Aを中心として回動可能に支持されている。
リンク操作部21Aは、リンク回転軸24Aから離れる方向に向かって本体部10から離れるように傾斜して配置されている。伝達部23Aは、リンク回転軸24Aから離れる方向に向かって本体部10に近づくように傾斜して配置されている。
伝達部23Aには、本体部10側の端部に長孔25Aが設けられている。長孔25Aは、リンク回転軸24Aの軸線と並行方向に貫通する孔であり、かつ、伝達部23Aが延びる方向に長く延びた形状を有する孔である。
長孔25Aには、接合部45から延びるピン45Aが挿通されている。ピン45Aは長孔25Aの内部を伝達部23Aに対して相対移動可能に配置されている。そのため、伝達部23Aが本体部10に対して相対的に回動すると、ピン45Aは長孔25Aの内部を相対移動する。この動きにより、接合部45は本体部10に対して相対的に移動する。
なお、上記の構成からなる医療用操作部1Aにおける操作方法および動作は、第1の実施形態の医療用操作部1における操作方法および動作と同様であるため、その説明を省略する。
〔第1の実施形態の第2変形例〕
第1の実施形態の第2変形例について図8を参照して説明する。本第2変形例の医療用操作部の基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、ハンドル部の構成が異なっている。よって、本第2変形例においては、図8を用いてハンドル部周辺のみを説明し、その他の構成等の説明を省略する。
本第2変形例の医療用操作部1Bには、図8に示すように、本体部10と、リンク機構部20Aと、ハンドル部30Bと、が設けられている。
ハンドル部30Bのハンドル本体32内部にはバネ48Bが更に設けられ、ロッド部44の代わりにワイヤ部44Bが設けられている。
バネ48Bは、ワイヤ部44Bに対して引っ張り力を発生させる弾性部材である。バネ48Bの第1の端部はハンドル本体32に取り付けられ、第2の端部は空気圧アクチュエータ41のピストン43に取り付けられている。バネ48Bはワイヤ部44Bに対して引っ張り力を発生させるものであればよく、その具体的な構成は限定されない。
ワイヤ部44Bは、引っ張り方向および圧縮方向への力の伝達が可能なロッド部44とは異なり、主に引っ張り方向への力の伝達を行うものである。ワイヤ部44Bは、例えば、樹脂により一体形成されてもよいし、金属線を撚り合わせたワイヤで構成されていてもよい。
このようにバネ48Bとワイヤ部44Bとを組み合わせることにより、ロッド部44の代わりにワイヤ部44Bを用いることが可能となる。つまり、引っ張り方向への力の伝達を行うワイヤ部44Bと、ワイヤ部44Bに対して引っ張り力を加えるバネ48Bとを組み合わせることにより、引っ張り方向および圧縮方向への力の伝達が可能なロッド部44と同等の働きを行わせることが可能となる。
〔第2の実施形態〕
第2の実施形態について図9および図10を参照して説明する。本第2の実施形態の医療用操作部の基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、操作用アクチュエータ部に関連する構成が異なっている。よって、本第2の実施形態においては、図9および図10を用いて操作用アクチュエータ部に関連する構成のみを説明し、その他の構成等の説明を省略する。
本第2の実施形態の医療用操作部1Cの操作用アクチュエータ部40は、図9および図10に示すように、空気圧アクチュエータ41と、ハンドル部30から本体部10に向かって延びるワイヤ部44Cと、本体部10またはリンク機構部20に配置される接合部45Cと、を含む。
ワイヤ部44Cは、空気圧アクチュエータ41と接合部45Cとの間に配置され、紐状に形成されている。ワイヤ部44Cは、主に引っ張り方向への力の伝達を行うものである。ワイヤ部44Cは、例えば、樹脂により一体形成されてもよいし、金属線を撚り合わせたワイヤで構成されていてもよい。
接合部45Cは、ワイヤ部44Cが取り付けられる部材であり、伝達部23に対して回動可能に取り付けられる。接合部45Cは、本体部10に対して移動可能に配置されている。
さらに本体部10には、6つのガイドローラ46Cが配置されている。ガイドローラ46Cは、ワイヤ部44Cの配置位置が所望の配置位置となるように設けられる。
6つのガイドローラ46Cのうち、リンク機構部20側(Z軸の正側)に配置された4つのガイドローラは、概ね四角を形成するように配置されている。当該四角のX軸方向に沿って延びる辺の長さは、図10に示すように、当該辺の内部に接合部45Cが進入可能な長さとされている。
6つのガイドローラ46Cのうち、ハンドル部30側(Z軸の負側)に配置された2つのガイドローラ46Cは、他の4つのガイドローラ46Cと比較して、X軸方向の配置間隔が狭くされている。例えば、空気圧アクチュエータ41から延びるワイヤ部44Cが平行に延びる間隔に配置されている。
上記の構成からなる医療用操作部1Cでは、リンク操作部21a,21bを中間位置よりも開くと、図9に示すように、接合部45Cの端部がZ軸の正側に配置された2つのガイドローラ46Cよりもハンドル部30側(Z軸の負側)に移動する。また、リンク操作部21a,21bを中間位置よりも閉じると、図10示すように、接合部45Cの端部はリンク機構部20側(Z軸の正側)に移動する。
この接合部45Cの動きがワイヤ部44Cを介して空気圧アクチュエータ41のピストン43に伝達される。ピストン43の動きは、空気圧アクチュエータ41に設けられたセンサ(図示せず)により検知される。
〔第3の実施形態〕
第3の実施形態について図11を参照して説明する。本第3の実施形態の医療用操作部の基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、ハンドル部に関する構成が異なっている。よって、本第3の実施形態においては、図11を用いてハンドル部に関する構成のみを説明し、その他の構成等の説明を省略する。
本第3の実施形態の医療用操作部1Dのハンドル部30Dは、図11に示すように、第1ハンドル部32aと、第2ハンドル部32bと、着脱インターフェース32cと、を含む。
第1ハンドル部32aは、ハンドル部30Dにおける本体部10側の部分を構成し、本体部10に対して相対姿勢が変更可能に接続されている。第1ハンドル部32aにおける第2ハンドル部32bと対向する領域には、着脱インターフェース32cが設けられている。
第2ハンドル部32bは、ハンドル部30Dにおける第1ハンドル部32aとは反対側であって、操作者の掌72と当接する部分を構成する(図1および3も参照。)。第2ハンドル部32bは、着脱インターフェース32cを介して第1ハンドル部32aに対して着脱可能に構成されている。
第2ハンドル部32bとしては、それぞれ異なる形状を有する複数種類の第2ハンドル部32bから、掌72の形状や大きさ等に応じて操作者の好みの形状を有するものを選択して用いることができる。
第2ハンドル部32bの他に、形状の異なる第2ハンドル部32d、および第2ハンドル部32eが、用意されてもよい。それぞれ異なる形状を有する第2ハンドル部32bの種類は、2以上であると好ましい。
第2ハンドル部32bは、他の第2ハンドル部32d、および第2ハンドル部32eと比較して、掌72と当接する端部が滑らかな曲面を有する形状に形成されている。また、第2ハンドル部32dは、第2ハンドル部32bと比較して、形状の大きさは同等であるが、掌72と当接する端部が尖った形状に形成されている。さらに、第2ハンドル部32eは、第2ハンドル部32bや第2ハンドル部32dと比較して、形状がやや小さく形成されているとともに、掌72と当接する端部が更に尖った形状に形成されている。
着脱インターフェース32cは、第1ハンドル部32aに配置されるとともに、第2ハンドル部32bの着脱を実現するインターフェースである。着脱インターフェース32cと第2ハンドル部32bとを着脱可能とする構成としては、雄ネジおよび雌ネジを利用した構成や、凸部および凹部の嵌め合わせを利用した構成などの構成を用いることができる。
第1ハンドル部32aに着脱インターフェース32cが配置されて、第2ハンドル部32bが着脱インターフェース32cに着脱され得るが、第2ハンドル部32bに着脱インターフェース32cが配置されて、第1ハンドル部32aが着脱インターフェース32cに着脱されてもよいし、第1ハンドル部32aおよび第2ハンドル部32bの両者が着脱インターフェース32cに着脱されてもよい。
なお、図11には図示していないが、ハンドル部30Dの着脱インターフェース32cには、電気的な接点部の構成が含まれていても良い。例えば、図11に示す前記ハンドル部30Dに、押下することにより操作が行われるボタン等により構成される入力部を更に設け、鉗子の動作や、鉗子の機能等を制御するための信号が前記電気的な接点部を介して本体部へ伝達されるよう構成されても良い。
このように掌72と当接する第2ハンドル部32bが、第1ハンドル部32aに対して着脱可能に構成されることにより、操作者の掌72の形状や、大きさに対応した第2ハンドル部32bを用いることができる。これにより、操作者は医療用操作部1Dによる操作が行いやすくなり、手術において正確な操作を行いやすくなる。
〔第4の実施形態〕
第4の実施形態について図12および図13を参照して説明する。本第4の実施形態の医療用操作部の基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、本体部に関する構成が異なっている。よって、本第4実施形態においては、図12および図13を用いて本体部に関する構成のみを説明し、その他の構成等の説明を省略する。
本第4の実施形態の医療用操作部1Eにおける本体部10Eには、図12および図13に示すように、リンク操作部21および伝達部23が配置されるとともに、窪み部15Eが設けられている。リンク操作部21および伝達部23は、本体部10Eにおける操作者の人差し指側(図12におけるX軸の負側)の面に配置されている。操作者はこのリンク操作部21および伝達部23を操作することにより、鉗子の把持部における開閉動作の操作を行う。
これに対して、窪み部15Eは、本体部10Eにおける操作者の親指側(図12におけるX軸の正側)の面に設けられている。より具体的には、操作者が人差し指をリンク機構部20の挿入部22に挿入した際に、親指が配置される領域に窪み部15Eが設けられている。
窪み部15Eは、本体部10Eに形成された円弧状に凹む形状を有するとともに、Z軸方向に沿ってのびる形状を有している。また、窪み部15Eにおける凹んだ曲面には、親指の滑りを抑制する滑り抑制部16Eが設けられている。
滑り抑制部16Eとしては、窪み部15Eにおける凹んだ曲面に設けられた細かな凸凹加工であってもよいし、当該曲面に配置されたゴムなどのように本体部10Eを構成する材料と比較して摩擦係数が高い材料から形成された膜状部材であってもよい。
このように本体部10Eにリンク操作部21および伝達部23が配置される場合に、リンク機構部20の挿入部22と係合される人差し指とは異なる親指が配置される本体部10Eの領域に窪み部15Eを形成することにより、親指の配置位置を安定させやすくなる。このため、操作者は操作する際に、医療用操作部1Eを安定して把持しやすくなり、手術において正確な操作を行いやすくなる。
さらに、窪み部15Eに滑り抑制部16Eを設けることにより、窪み部15Eに配置された親指が滑りにくくなる。このため、操作者は操作する際に、医療用操作部1Eを安定して把持しやすくなり、手術において正確な操作を行いやすくなる。
〔第4の実施形態の第1変形例〕
第4の実施形態の第1変形例について図14を参照して説明する。本第1変形例の医療用操作部の基本構成は、第4の実施形態と同様であるが、第4の実施形態とは、窪み部に関する構成が異なっている。よって、本第1変形例においては、図14を用いて窪み部に関する構成のみを説明し、その他の構成等の説明を省略する。
本第1変形例の医療用操作部1Fにおける本体部10Fには、図14に示すように、リンク機構部20が配置されるとともに、窪み部15Fが設けられている。窪み部15Fは、本体部10Fにおける操作者の親指側(図14におけるX軸の正側)の面に設けられている。より具体的には、操作者が人差し指をリンク機構部20の挿入部22に挿入した際に、親指が配置される領域に窪み部15Fが設けられている。
窪み部15Fは、本体部10Fに形成された円弧状に凹む形状を有するとともに、Z軸方向に沿ってのびる形状を有している。更に窪み部15FのY軸方向の正側および負側の辺には、本体部10Fから板状に突出するガイド部16Fが設けられている。
ガイド部16Fは、親指の形状に沿って曲げられた板状に形成された部材であってもよい。例えば、窪み部15Fの円弧状に凹む形状が延長された形状を有する板状に形成された部材であってもよい。
このように本体部10Fに窪み部15Fおよびガイド部16Fを設けることにより、親指の配置位置を更に安定させやすくなる。つまり、本体部10Fから突出するガイド部16Fにより、親指におけるY軸方向への移動を規制することができ、配置位置を安定させやすくなる。このため、操作者は操作する際に、医療用操作部1Fを安定して把持しやすくなり、手術において正確な操作を行いやすくなる。
〔第4の実施形態の第2変形例〕
第4の実施形態の第2変形例について図15を参照して説明する。本第2変形例の医療用操作部の基本構成は、第4の実施形態と同様であるが、第4の実施形態とは、窪み部に関する構成が異なっている。よって、本第2変形例においては、図15を用いて窪み部に関する構成のみを説明し、その他の構成等の説明を省略する。
本第2変形例の医療用操作部1Gにおける本体部10Gには、図15に示すように、リンク機構部20が配置されるとともに、窪み部15Gが設けられている。窪み部15Gは、本体部10Gにおける操作者の親指側(図15におけるX軸の正側)の面に設けられている。より具体的には、操作者が人差し指をリンク機構部20の挿入部22に挿入した際に、親指が配置される領域に窪み部15Gが設けられている。
窪み部15Gは、本体部10Gに形成された円弧状に凹む形状を有するとともに、Z軸方向に沿ってのびる形状を有している。更に窪み部15GのY軸方向の正側および負側の辺には、本体部10Gから帯状に延びるストラップ部16Gが設けられている。
ストラップ部16Gは、例えば矩形状に形成された布やフィルムなどの柔軟性を有する部材から形成されたものであり、窪み部15Gに配置された親指の周りに巻き付けられるものである。
また、一方のストラップ部16Gおよび他方のストラップ部16Gには、面ファスナなどの固定部材が設けられている。面ファスナなどの固定部材は、一方および他方のストラップ部16Gを親指に巻き付けた際に、重なり合う領域(例えば先端領域)に設けられている。
このように本体部10Gに窪み部15Gおよびストラップ部16Gを設けることにより、親指の配置位置を更に安定させやすくなる。つまり、窪み部15Gに配置された親指に一方および他方のストラップ部16Gを巻き付けることにより、親指におけるY軸方向への移動を規制することができ、配置位置を安定させやすくなる。このため、操作者は操作する際に、医療用操作部1Gを安定して把持しやすくなり、手術において正確な操作を行いやすくなる。
〔第5の実施形態〕
第5の実施形態について図16を参照して説明する。本第5の実施形態の医療用操作部の基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、リンク機構部に関する構成が異なっている。よって、本第5の実施形態においては、図16を用いてリンク機構部に関する構成のみを説明し、その他の構成等の説明を省略する。
本第5の実施形態の医療用操作部1Hにおけるリンク機構部(係合部)20Hには、図16に示すように、リンク操作部21Hと、挿入部22と、伝達部23(図2参照。)と、が設けられている。
リンク操作部21Hは、本体部10を間に挟むように配置されている。リンク操作部21Hは、第1の端部が操作回動部14において本体部10に対して相対的に回動可能に支持され、第2の端部が伝達部23に対して相対的に回動可能に支持される。リンク操作部21Hは、板状または棒状である。
リンク操作部21Hは、本体部10の中心軸線CLに対してなす角度αの上限が+45°(中心軸線CLからY軸の正方向の角度)、下限が−45°(中心軸線CLからY軸の負方向の角度)の範囲、より好ましくは、上限が+25°、下限が−25°の範囲内の所望の角度で本体部10に取り付けられる。図16では、リンク操作部21Hは、本体部10の中心軸線CLに対して、Z軸の正方向に向かってY軸の負側に延びる姿勢にて取り付けられている例が示されている。
このようにリンク操作部21Hを、本体部10の中心軸線CLに対して所望の角度で取り付け可能とすることにより、リンク操作部21Hが中心軸線CLに対して並行に取り付けられている場合と比較して、リンク操作部21Hの操作性を向上させやすくなる。
例えば、医療用操作部1Hに対する、操作者の掌や指の大きさや形状によって、リンク操作部21Hが中心軸線CLに対して並行に取り付けられていると、リンク操作部21Hを操作しにくくなる場合があると考えられる。この場合に、操作者の掌や指の大きさや形状に応じて、リンク操作部21Hを、本体部10の中心軸線CLに対して所望の角度で取り付けることにより、リンク操作部21Hの操作性を確保することが可能となる。
なお、本開示の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、本開示を上記の実施形態に適用したものに限られることなく、これらの実施形態を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定するものではない。

Claims (8)

  1. 操作者が位置を移動させることにより術具の移動内容の入力が行われ、柱状に形成された本体部と、
    前記操作者の指に着脱可能に係合される部分を有するとともに前記本体部に対して相対移動可能に配置され、前記本体部に対する相対移動により前記術具における動作内容の入力が行われるものであり、前記術具が外部から受ける力を前記操作者に提示する係合部と、
    前記操作者が前記係合部に前記指を係合させた際に、前記本体部から前記操作者の掌に向かって延び、当該掌と当接するハンドル部と、
    が設けられ
    前記ハンドル部は、前記本体部が柱状に延びる方向に対して交差する方向へ相対的に回動可能に接続されていることを特徴とする医療用操作部。
  2. 前記ハンドル部には、前記術具の動作、および、機能の少なくとも一方を制御する入力部が設けられていることを特徴とする請求項1記載の医療用操作部。
  3. 前記ハンドル部は、前記本体部側の第1ハンドル部と、前記掌と当接する第2ハンドル部と、を含み、
    前記第2ハンドル部は、前記第1ハンドル部に対して着脱可能とされることを特徴する請求項1または2に記載の医療用操作部。
  4. 前記術具は開閉部を有するものであり、
    前記係合部は、前記本体部に対する相対移動により前記開閉部の開閉動作を入力するものであり、
    前記ハンドル部には、前記係合部を介して前記操作者に、前記開閉部における把持力を提示する操作用アクチュエータ部が設けられていることを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の医療用操作部。
  5. 前記操作用アクチュエータ部は、外部から流体の供給を受けて力を発生させる流体圧アクチュエータであることを特徴とする請求項記載の医療用操作部。
  6. 互いに交差する3つの回転軸まわりに回動可能に構成され、前記本体部を移動可能に支持するジンバル部と、
    前記3つの回転軸のそれぞれに対応して配置され、前記回転軸まわりの回動を制御するジンバル用アクチュエータ部と、
    が設けられていることを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の医療用操作部。
  7. 前記ジンバル用アクチュエータ部は、外部から流体の供給を受けて力を発生させる流体アクチュエータであることを特徴とする請求項記載の医療用操作部。
  8. 前記本体部には1つの前記係合部が配置され、
    前記本体部における当該係合部が配置されている領域と反対側の領域であって、前記操作者の当該係合部に係合されている指とは異なる他の指が配置される領域には、凹状に形成された窪み部が設けられていることを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の医療用操作部。
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