JP6867073B1 - 鉗子装置 - Google Patents

Abstract

鉗子装置１０は、一対の把持部１２ａ，１２ｂと、一対の把持部を保持する支持体１４と、支持体１４を回転可能に支持する第１の回転軸と、第１の回転軸を保持するベース部品１８と、第１の回転軸と同軸に配置されている複数のガイドプーリ２０と、を備える。ガイドプーリ２０は、第１の回転軸に対して傾斜するように、該第１の回転軸に回転可能に支持されている。

Description

本発明は、手術用ロボットのマニピュレータに用いられる鉗子装置に関する。

近年、術者の負担軽減や、医療施設の省人化を図るためにロボット（マニピュレータ）を利用した医療処置の提案がされている。外科分野では、術者が遠隔操作可能な手術用マニピュレータを操作して患者の処置を行う、手術用マニピュレータシステムに関する提案が行われている。

例えば、特許文献１には、捕捉具のヨー運動やピッチ運動を実現しつつ、捕捉部を構成する一対の顎部の開閉を実現できるように、複数のプーリに所定の順番で巻き付けられた各ケーブルの駆動を制御するロボット手首部が開示されている。

特表２０１６−５１８１６０号公報

しかしながら、前述のロボット手首部は、一対の顎部を開閉させる際に一緒に回転するジョー（Jaw）プーリの直径が小さい。そのため、顎部での操作トルク（把持力）の増大にも限界がある。一方、ジョープーリの直径を大きくすると、ジョープーリを回転可能に支持するヨークの回転軸と同軸に支持されているガイドプーリからジョープーリに向かうケーブルのフリートアングルが大きくなる。そのため、ケーブルがプーリから脱輪したり、プーリのエッジとケーブルとが干渉したりすることで、鉗子をスムーズに制御できないおそれがある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的の一つは、制御性の良好な新たな鉗子装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の鉗子装置は、一対の把持部と、一対の把持部を保持する支持体と、支持体を回転可能に支持する第１の回転軸と、第１の回転軸を保持するベース部品と、第１の回転軸と同軸に配置されている複数の第１のプーリと、を備える。第１のプーリは、第１の回転軸に対して傾斜するように、該第１の回転軸に回転可能に支持されている。

この態様によると、第１のプーリが第１の回転軸に対して傾斜することで、第１のプーリに対するワイヤの実質的なフリートアングルが小さくなり、ワイヤが第１のプーリと干渉しにくくなる。なお、第１のプーリが第１の回転軸に回転可能に支持されているとは、第１の回転軸に直接支持されている場合だけでなく、他の部材（例えば、支持部材の一部）を介して回転可能に支持されている場合も含む。

第１のプーリは、第１の回転軸が貫通する円形の開口部の中心線に対して、第１の回転軸又は第１の回転軸が挿入された他の環状部に対して摺動する内周面が傾斜していてもよい。これにより、フリートアングルがあるワイヤから受ける力で第１のプーリが自律的に傾斜する。

第１のプーリは、中心線と内周面とが成す角が３°〜７°の範囲であってもよい。

支持体が保持する、一対の把持部を回転可能に支持し、支持体に保持される第２の回転軸と、第２の回転軸と同軸に保持される複数の第２のプーリと、複数の第１のプーリと複数の第２のプーリとの間に掛けられた複数のワイヤと、を備えてもよい。第１のプーリは、掛けられた複数のワイヤが第２のプーリの外周に向けて外側に広がるように、第１の回転軸に対して傾斜していてもよい。これにより、一対の把持部での操作トルクを増大させやすい直径の大きな第２のプーリを用いても、第１のプーリにおけるワイヤの干渉を抑制できる。

ベース部品は、第１の回転軸の両端を保持する一対のアームと、一対のアームに保持され、第１のプーリよりも上流側にある第３のプーリを回転可能に支持する第３の回転軸と、を有してもよい。アームは、第３の回転軸を保持する根本部分よりも第１の回転軸を保持する先端部分の方が薄肉であってもよい。これにより、フリートアングルのあるワイヤが支持体とともに第１の回転軸を中心に屈曲した場合であっても、アームと干渉しにくくなる。

先端部分は、根本部分よりもアームの周方向の幅が狭い。

第２のプーリの外径は、一対のアームの根本部分同士の間隔より大きい。

複数の第１のプーリは、支持体を挟んで両側に２つずつ隣接して配置されており、隣接する２つの第１のプーリの一方は、傾斜した状態で支持体に当接し、隣接する２つの第１のプーリの他方は、傾斜した状態でベース部品に当接してもよい。これにより、第１のプーリが傾斜した際に、第１のプーリの第１の回転軸方向への位置が精度良く決まる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、制御性の良好な新たな鉗子装置を提供できる。

本実施の形態に係る鉗子装置の斜視図である。 図１の鉗子装置をＡ方向から見た正面図である。 図１の鉗子装置をＢ方向から見た側面図である。 図１の鉗子装置をＣ方向から見た側面図である。 図３に示す鉗子装置１０のＤ−Ｄ断面図である。 図５の領域Ｒの拡大図である。 本実施の形態に係るガイドプーリの正面図である。 図７に示すガイドプーリのＥ−Ｅ断面図である。

以下、本発明を実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一又は同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述される全ての特徴やその組合せは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は、本実施の形態に係る鉗子装置の斜視図である。図２は、図１の鉗子装置をＡ方向から見た正面図である。図３は、図１の鉗子装置をＢ方向から見た側面図である。図４は、図１の鉗子装置をＣ方向から見た側面図である。

各図に示す鉗子装置１０は、一対の把持部１２ａ，１２ｂと、一対の把持部１２ａ，１２ｂを保持する支持体１４と、支持体１４を回転可能に支持する第１の回転軸１６と、第１の回転軸１６を保持するベース部品１８と、第１の回転軸１６と同軸に配置されている４つのガイドプーリ２０と、一対の把持部１２ａ、１２ｂを回転可能に支持し、支持体１４に保持される第２の回転軸２２と、第２の回転軸２２と同軸に保持される４つのジョープーリ２４と、４つのガイドプーリ２０と４つのジョープーリ２４との間に掛けられた４本のワイヤ２６，２８，３０，３２と、支持体１４を第１の回転軸１６を中心に回転させるためのワイヤ３８，４０と、を備えている。

図５は、図３に示す鉗子装置１０のＤ−Ｄ断面図である。図６は、図５の領域Ｒの拡大図である。図５および図６に示すように、ガイドプーリ２０は、第１の回転軸１６に対して傾斜するように、支持体１４の一部である円筒の環状部１４ａを介して第１の回転軸１６に回転可能に支持されている。これにより、ワイヤ２６，２８，３０，３２のそれぞれは、ガイドプーリ２０に対する実質的なフリートアングルが小さくなり、ガイドプーリ２０のガイド溝２０ａのエッジ２０ｂと干渉しにくくなる。なお、ガイドプーリ２０は、支持体１４を介さずに第１の回転軸１６に直接支持されていてもよい。

図７は、本実施の形態に係るガイドプーリ２０の正面図である。図８は、図７に示すガイドプーリ２０のＥ−Ｅ断面図である。本実施の形態に係るガイドプーリ２０は、第１の回転軸１６が貫通する円形の開口部２０ｃの中心線ＣＬに対して、内周面２０ｄが傾斜している。内周面２０ｄは、第１の回転軸１６が挿入された支持体１４の環状部１４ａに対して摺動する。これにより、フリートアングルがあるワイヤから受ける力でガイドプーリ２０が自律的に傾斜する。なお、ガイドプーリ２０が直接第１の回転軸１６に支持されている場合、ガイドプーリ２０の内周面２０ｄは、第１の回転軸１６の外周面に直接摺動することになる。

図８に示すように、ガイドプーリ２０は、中心線ＣＬと直交し内径ｄが最も小さい平面Ｐから中心線ＣＬに沿って離れるに従って、内径ｄが徐々に広がるように内周面２０ｄが形成されている。換言すると、内周面２０ｄは、円錐形状やすり鉢形状、あるいはテーパ面として形成されていてもよい。また、平面Ｐを挟んで内周面２０ｄと反対側の内周面２０ｅも、内周面２０ｄと同様の形状に加工されている。

なお、本実施の形態に係るガイドプーリ２０は、内周面２０ｄ及び内周面２０ｅと中心線ＣＬとが成す角αが３〜７°の範囲である。また、ガイドプーリ２０の一方の端面２０ｆは、平面Ｐに対して角度α傾斜しており、一方の端面２０ｆと内周面２０ｄとの成す角は９０°である。また、ガイドプーリ２０の他方の端面２０ｇは、平面Ｐと平行である（中心線ＣＬに対して直交している）。したがって、ガイドプーリ２０は平面Ｐを挟んで左右が非対称の環状部材である。

本実施の形態に係るガイドプーリ２０は、図５や図６に示すように、支持体１４を挟んで両側に２つずつ隣接して配置されている。そして、図６に示すように、２つのガイドプーリ２０を並べて環状部１４ａに装着する際には、他方の端面２０ｇ同士が向かい合わせになるようにしている。その結果、隣接する２つのガイドプーリ２０の一方（ガイドプーリ２０Ａ）は、傾斜した状態で支持体１４に当接し、隣接する２つのガイドプーリ２０の他方（ガイドプーリ２０Ｂ）は、傾斜した状態でベース部品１８に当接する。これにより、ガイドプーリ２０が傾斜した際に、ガイドプーリ２０の第１の回転軸方向Ｘへの位置が精度良く決まる。

それぞれのガイドプーリ２０は、図２に示すように、掛けられた複数のワイヤ２６，２８がジョープーリ２４の外周に向けて外側に広がるように、第１の回転軸１６に対して傾斜している。これにより、一対の把持部１２ａ，１２ｂでの操作トルクを増大させやすい直径の大きなジョープーリ２４を用いても、ガイドプーリ２０におけるワイヤの干渉を抑制できる。

次に、ベース部品１８について説明する。本実施の形態に係るベース部品１８は、図２や図５に示すように、第１の回転軸１６の両端を保持する一対のアーム１８ａ，１８ｂと、一対のアーム１８ａ，１８ｂに保持され、ガイドプーリ２０よりも上流側にある４つのガイドプーリ３４を回転可能に支持する第３の回転軸３６とを有している。なお、本実施の形態に係る第３の回転軸３６は、一対のアーム１８ａ，１８ｂのそれぞれに設けられている。

アーム１８ａ，１８ｂは、第３の回転軸３６を保持する根本部分１８ｃよりも第１の回転軸１６を保持する先端部分１８ｄの方が薄肉である。換言すると、先端部分１８ｄ同士の間隔は、根本部分１８ｃ同士の間隔よりも広い。これにより、図３に示すように、フリートアングルのあるワイヤ２６，２８が支持体１４とともに第１の回転軸１６を中心に屈曲（図３の矢印Ｆ方向）した場合であっても、アーム１８ａ，１８ｂと干渉しにくくなる。

また、アーム１８ａ（アーム１８ｂ）の先端部分１８ｄの周方向の幅Ｗ１は、根本部分１８ｃの周方向の幅Ｗ２よりも狭い。これにより、ワイヤとの干渉を考慮する必要のある先端部分１８ｄにＵ字状の逃がし部を形成しつつ、先端部分１８ｄの周方向の幅よりも根本部分１８ｃの周方向の幅を大きくすることでアームの剛性の低下を抑えられる。

また、図５に示すように、本実施の形態に係るジョープーリ２４の外径Ｇ１は、一対のアーム１８ａ，１８ｂの根本部分１８ｃ同士の間隔Ｇ２より大きい。つまり、本実施の形態に係る鉗子装置１０は、筒状のベース部品１８の内径の大きさの割に外径の大きなジョープーリ２４を採用することが可能となる。

以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

本発明は、手術用ロボットのマニピュレータに利用できる。

１０ 鉗子装置、 １２ａ，１２ｂ 把持部、 １４ 支持体、 １４ａ 環状部、 １６ 第１の回転軸、 １８ ベース部品、 １８ａ，１８ｂ アーム、 ２０ ガイドプーリ、 ２０ｅ，２０ｄ 内周面、 ２２ 第２の回転軸、 ２４ ジョープーリ、 ３６ 第３の回転軸、 ＣＬ 中心線。

Claims (6)

1. 一対の把持部と、
   前記一対の把持部を保持する支持体と、
   前記支持体を回転可能に支持する第１の回転軸と、
   前記第１の回転軸を保持するベース部品と、
   前記第１の回転軸と同軸に配置されている複数の第１のプーリと、を備え、
   前記第１のプーリは、前記第１の回転軸に対して傾斜するように、該第１の回転軸に回転可能に支持されており、
   前記第１のプーリは、前記第１の回転軸が貫通する円形の開口部の中心線に対して、前記第１の回転軸又は前記第１の回転軸が挿入された他の環状部材に対して摺動する内周面が傾斜していることを特徴とする鉗子装置。
2. 前記第１のプーリは、前記中心線と前記内周面とが成す角が３°〜７°の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の鉗子装置。
3. 一対の把持部と、
   前記一対の把持部を保持する支持体と、
   前記支持体を回転可能に支持する第１の回転軸と、
   前記第１の回転軸を保持するベース部品と、
   前記第１の回転軸と同軸に配置されている複数の第１のプーリと、を備え、
   前記第１のプーリは、前記第１の回転軸に対して傾斜するように、該第１の回転軸に回転可能に支持されており、
   前記支持体が保持する、前記一対の把持部を回転可能に支持し、前記支持体に保持される第２の回転軸と、
   前記第２の回転軸と同軸に保持される複数の第２のプーリと、
   前記複数の第１のプーリと前記複数の第２のプーリとの間に掛けられた複数のワイヤと、を備え、
   前記第１のプーリは、掛けられた前記複数のワイヤが前記第２のプーリの外周に向けて外側に広がるように、前記第１の回転軸に対して傾斜しており、
   前記ベース部品は、前記第１の回転軸の両端を保持する一対のアームと、前記一対のアームに保持され、前記第１のプーリよりも上流側にある第３のプーリを回転可能に支持する第３の回転軸と、を有し、
   前記アームは、前記第３の回転軸を保持する根本部分よりも前記第１の回転軸を保持する先端部分の方が薄肉であることを特徴とする鉗子装置。
4. 前記先端部分は、前記根本部分よりもアームの周方向の幅が狭いことを特徴とする請求項３に記載の鉗子装置。
5. 前記第２のプーリの外径は、前記一対のアームの前記根本部分同士の間隔より大きいことを特徴とする請求項３又は４に記載の鉗子装置。
6. 一対の把持部と、
   前記一対の把持部を保持する支持体と、
   前記支持体を回転可能に支持する第１の回転軸と、
   前記第１の回転軸を保持するベース部品と、
   前記第１の回転軸と同軸に配置されている複数の第１のプーリと、を備え、
   前記第１のプーリは、前記第１の回転軸に対して傾斜するように、該第１の回転軸に回転可能に支持されており、
   前記複数の第１のプーリは、前記支持体を挟んで両側に２つずつ隣接して配置されており、
   隣接する２つの前記第１のプーリの一方は、傾斜した状態で前記支持体に当接し、
   隣接する２つの前記第１のプーリの他方は、傾斜した状態で前記ベース部品に当接することを特徴とする鉗子装置。

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