JP6817607B2 - 微細作業支援システム及び微細作業用マニピュレータ - Google Patents
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Description
前提として、あらかじめ、スレーブ部20が、そのエンドエフェクタ22がリニアアクチュエータ24を作動させない初期状態で手術対象に向き合うと共に手術対象との間隔が適切なものとなるようにして、そのベース21を支持用のスタンドやアーム等に支持固定されると共に、撮像部30が手術対象を撮像可能として設置され、また、表示部40及びマスタ部10が、使用者が表示部40を見ながらマスタ部10を操作できる状態でそれぞれ机上等の作業スペースに配置されているものとする。
この後、使用者は、表示部40を見ながら、手術対象近傍で操作入力部11に対応するスレーブ部20のエンドエフェクタ22に所望の動きを行わせるように、操作入力部11を操作する。
10 マスタ部
11 操作入力部
12 支持機構部
12a リンク
12b エンコーダ部
12c 制動部
13 入力機構
13a レバー部
13b 液圧シリンダ部
13c ロッド
13d ピストン
13e ばね
13f 作動液室
13g ローリングダイアフラム
20 スレーブ部
21 ベース
22 エンドエフェクタ
23 リンク
23a、23b 継手
24 リニアアクチュエータ
25 可動子
25a 直動スライダ
25b コイル
25c リニアスケール
25d 連結ブラケット
26 固定子
26a ガイド部
26b 永久磁石
26c センサ部
26d 磁気シールド部材
26e、26f 磁気シールド部材
27 先端作動部
27a ロッド部
28 液圧駆動機構
28a 液圧シリンダ部
28b ロッド
28c ピストン
28d ばね
28e 作動液室
28f ローリングダイアフラム
29 継手連結部
30 撮像部
40 表示部
50 制御部
60 管
Claims (7)
- マスタスレーブ方式のマニピュレータを有し、当該マニピュレータのマスタ部に対する使用者の操作入力に対応して、スレーブ部が作業対象に対し微細作業に係る所定動作を実行する、微細作業支援システムにおいて、
前記作業対象を撮像する撮像部と、
当該撮像部で取得された作業対象の画像を拡大して使用者に視認可能に表示する表示部とを備え、
前記スレーブ部が、作業対象の存在する空間における所定箇所に支持されるベースと、作業対象又は作業用器具を取り扱うエンドエフェクタと、前記ベースとエンドエフェクタ間に並列に配置される複数のリンクとを有して、エンドエフェクタの位置及び向きをベースに対し所定範囲内で可変とする、3以上の複数自由度のパラレルリンク機構を備えてなり、
当該パラレルリンク機構が、ベースに支持された複数のリニアアクチュエータで各リンクごとにリンク一端部を直線移動させて、各リンク他端部と連結したエンドエフェクタを動かすものとされ、
前記エンドエフェクタが、パラレルリンク機構によるエンドエフェクタ全体の動きとは別の、1又は複数自由度の動きで作業対象又は作業用器具の取り扱いを実行する先端作動部と、当該先端作動部の前記作業対象又は作業用器具を取り扱う動きを発生させる液圧駆動機構とを有し、
前記スレーブ部のリニアアクチュエータが、コイルを可動子の一部とすると共に、永久磁石を固定子の一部とする、コイル可動型のリニアモータとされ、
前記可動子が、前記ベースに対して直線移動可能として配設される直動スライダと、当該直動スライダに一体に取り付けられる円筒状配置のコイルとを有し、当該コイルが、コイル軸方向をスライダ移動方向と平行とする向きで配置され、
前記固定子が、前記コイルより短い円筒状の永久磁石を有し、当該永久磁石が、コイルと筒軸方向を一致させ、且つコイルが永久磁石の筒内空間部分を移動可能に貫通する配置状態として、前記ベースに固定され、
前記マスタ部が、使用者の操作を受ける操作入力部と、前記パラレルリンク機構と同じ自由度で操作入力部を移動可能に支持しつつ、操作入力部の位置及び向きの情報を複数のセンサで取得可能とする支持機構部とを有し、
前記操作入力部が、操作入力部全体を動かす操作とは独立した使用者の手指による所定の操作に対応して作動液の液圧変化を生じさせる入力機構を有すると共に、当該入力機構とスレーブ部のエンドエフェクタにおける液圧駆動機構とを、管を通じて作動液を流通可能として接続され、
前記入力機構が、使用者の手指で直接操作される入力部分を、当該入力部分への手指での入力操作が、前記エンドエフェクタの先端作動部における動作部分を直接人の手指で動かそうとする場合に相当する操作となるように、設けられてなり、
前記液圧駆動機構が、操作入力部における使用者の前記入力機構の操作に伴う作動液の液圧変化を受けて、前記先端作動部を作動させることを
特徴とする微細作業支援システム。 - 前記請求項1に記載の微細作業支援システムにおいて、
前記リニアアクチュエータとしての各リニアモータが、それぞれ可動子移動方向を互いに平行としつつ、当該可動子移動方向と平行となる所定の仮想中心線の周りに、可動子のうちコイルが最も前記仮想中心線に近い側となる配置で並べられて、ベースに配設されてなり、
各リニアモータが、コイルの周囲で且つコイル可動範囲にわたって配置される所定断面形状の磁気シールド部材をそれぞれ有して、少なくとも各コイルを他のコイルに対し磁気シールド部材で遮蔽することを
特徴とする微細作業支援システム。 - 前記請求項1又は2に記載の微細作業支援システムにおいて、
前記スレーブ部のパラレルリンク機構が、リニアアクチュエータ及びリンクを6つ以上並列配置した、6自由度以上の機構とされることを
特徴とする微細作業支援システム。 - 前記請求項1ないし3のいずれかに記載の微細作業支援システムにおいて、
前記スレーブ部のエンドエフェクタが、パラレルリンク機構における複数のリンク他端部と連結している連結部分に対して、少なくとも前記先端作動部を含む所定範囲部分を分離交換可能とされることを
特徴とする微細作業支援システム。 - 前記請求項4に記載の微細作業支援システムにおいて、
前記エンドエフェクタの連結部分に対し分離交換可能な前記所定範囲部分を除くスレーブ部全体を覆うシート状のカバーを設け、
エンドエフェクタの前記所定範囲部分を、カバー配設状態でも前記継手部分に着脱可能とすることを
特徴とする微細作業支援システム。 - 前記請求項1ないし5のいずれかに記載の微細作業支援システムにおいて、
前記操作入力部の入力機構が、使用者の操作に伴って往復動する内蔵ピストンの動きに対応してシリンダ内部の作動液室の容積が変化する液圧シリンダ機構を備え、
当該液圧シリンダ機構が、内蔵ピストンの動きに合わせて変形しつつ、シリンダ内部を内蔵ピストンのある領域と作動液室とに区画し、内蔵ピストンと作動液室間の液密状態を維持するローリングダイアフラムを有することを
特徴とする微細作業支援システム。 - 前記請求項1ないし6のいずれかに記載の微細作業支援システムにおいて、
前記マスタ部の支持機構部が、使用者の操作入力部を移動させようとする操作力に対し反力としての制動力を発生可能とする制動部を有し、
当該制動部が、使用者の操作入力部への操作に対応して動かされるスレーブ部のエンドエフェクタが可動限界位置に達した場合に、マスタ部の操作入力部をスレーブ部側の可動限界の外に対応する領域に動かそうとするさらなる操作に対し、所定の制動力を付与するように作動することを
特徴とする微細作業支援システム。
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