JP7039174B2 - ワイヤ駆動マニピュレータ - Google Patents
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Description
基部と、
第1の結合部を有する遠位湾曲部と、
前記遠位湾曲部と前記基部の間に設けられ、第2の結合部を有する追従湾曲部と、
前記追従湾曲部と前記基部の間に設けられた長尺湾曲部と、
前記第1の結合部に一方の端部が結合され、前記遠位湾曲部および前記追従湾曲部および前記前記長尺湾曲部を挿通し、他方の端部が前記基部に案内された遠位用の可撓性線状部材と、
前記第2の結合部に一方の端部が結合され、前記遠位湾曲部は挿通せずに前記追従湾曲部および前記長尺湾曲部を挿通し、他方の端部が前記基部に案内された追従用の可撓性線状部材と、
前記遠位用の可撓性線状部材および前記追従用の可撓性線状部材をそれぞれ駆動する駆動部と、を備え、
前記遠位用の可撓性線状部材および前記追従用の可撓性線状部材の駆動により前記遠位湾曲部および前記追従湾曲部がそれぞれ湾曲するワイヤ駆動マニピュレータであって、
前記遠位用の可撓性線状部材および前記追従用の可撓性線状部材が挿通する前記追従湾曲部は、前記遠位用の可撓性線状部材および前記追従用の可撓性線状部材が挿通する前記長尺湾曲部と比較して曲げ剛性が低く、
前記遠位用の可撓性線状部材が挿通し前記追従用の可撓性線状部材が挿通しない前記遠位湾曲部は、前記遠位用の可撓性線状部材および前記追従用の可撓性線状部材が挿通する前記追従湾曲部と比較して曲げ剛性が低く、
前記遠位湾曲部および前記追従湾曲部の外側表面を被覆する外皮、および前記遠位湾曲部および前記追従湾曲部の内側表面を被覆する内皮をさらに有するワイヤ駆動マニピュレータである。
まず、本発明の実施形態に係るワイヤ駆動マニピュレータについて説明する。図1(a)は、本実施例に係るワイヤ駆動マニピュレータ1の構成を示す斜視図である。図1(b)は、図1(a)に示すワイヤ駆動マニピュレータの先端部の構成をより詳細に説明するための図である。
r1<r2 (式1)
の関係が成り立つように構成される。図5の例では、先端湾曲部2および長尺湾曲部3が円弧状に変形する例を示したが、必ずしも円弧状のみに変形する場合のみではない。その際には、先端湾曲部2における曲率分布の平均ρ1、長尺湾曲部3における曲率分布の平均ρ2が、
ρ1>ρ2 (式2)
の関係が成り立つように先端湾曲部2と長尺湾曲部3を設計すればよい。つまり、先端湾曲部2を湾曲させるための線状部材5を駆動した結果、長尺湾曲部3も湾曲するが、この線状部材5の駆動に伴う先端湾曲部2の平均曲率の変化量が、長尺湾曲部3の平均曲率の変化量よりも大きくなるように設計すればよい。
本発明の第二実施例に係るワイヤ駆動マニピュレータ1について図8から図12を用いて説明する。本実施例は、長尺湾曲部3が、複数の部品から構成される点で第一実施例とは相違する。
本発明の第三実施例に係るワイヤ駆動マニピュレータ1について、図11から図13を用いて説明する。図11(a)に示すワイヤ駆動マニピュレータ1は、先端湾曲部2を覆う先端部外皮16及び先端部内皮17を備える。図11(b)は、図11(a)に示すワイヤ駆動マニピュレータ1の断面図である。
第一実施例から第三実施例においては、内視鏡等の器具を例とした実施例について述べたが、本発明におけるワイヤ駆動マニピュレータ1の用途は内視鏡等の器具に限定されるものではない。本実施例は、ワイヤ駆動マニピュレータを用いたロボットハンドである。図14に、本実施例に係るロボットハンド20を示す。ロボットハンド20は、基部4に複数のワイヤ駆動マニピュレータ1が設けられた構成であり、複数のワイヤ駆動マニピュレータ1を駆動することにより、対象物を把持したり操作したりする。ワイヤ駆動マニピュレータ1の先端には、撮像素子や、圧力、温度等を感知する感知器を設け、対象物を観察しながら把持したり操作したりすることが可能である。本実施例に係るロボットハンド20に搭載されるワイヤ駆動マニピュレータ1は、第一乃至第三実施例で説明したワイヤ駆動マニピュレータのいずれの構成も利用できる。また、複数のワイヤ駆動マニピュレータ1は、基部4に対して着脱可能に構成され、用途に応じて交換できるようにしてもよい。
2 先端湾曲部
3 長尺湾曲部
4 基部
5 線状部材
6 先端部材
7 案内部材
8 多腔案内管
9 内腔
10 案内管腔
11 駆動部
12 主管
13 長尺部案内部材
14 案内管
15 案内管保護部材
16 先端部外皮
17 先端部内皮
18 長尺部外皮
19 長尺部内皮
20 ロボットハンド
Claims (13)
- 基部と、
第1の結合部を有する遠位湾曲部と、
前記遠位湾曲部と前記基部の間に設けられ、第2の結合部を有する追従湾曲部と、
前記追従湾曲部と前記基部の間に設けられた長尺湾曲部と、
前記第1の結合部に一方の端部が結合され、前記遠位湾曲部および前記追従湾曲部および前記前記長尺湾曲部を挿通し、他方の端部が前記基部に案内された遠位用の可撓性線状部材と、
前記第2の結合部に一方の端部が結合され、前記遠位湾曲部は挿通せずに前記追従湾曲部および前記長尺湾曲部を挿通し、他方の端部が前記基部に案内された追従用の可撓性線状部材と、
前記遠位用の可撓性線状部材および前記追従用の可撓性線状部材をそれぞれ駆動する駆動部と、を備え、
前記遠位用の可撓性線状部材および前記追従用の可撓性線状部材の駆動により前記遠位湾曲部および前記追従湾曲部がそれぞれ湾曲するワイヤ駆動マニピュレータであって、
前記遠位用の可撓性線状部材および前記追従用の可撓性線状部材が挿通する前記追従湾曲部は、前記遠位用の可撓性線状部材および前記追従用の可撓性線状部材が挿通する前記長尺湾曲部と比較して曲げ剛性が低く、
前記遠位用の可撓性線状部材が挿通し前記追従用の可撓性線状部材が挿通しない前記遠位湾曲部は、前記遠位用の可撓性線状部材および前記追従用の可撓性線状部材が挿通する前記追従湾曲部と比較して曲げ剛性が低く、
前記遠位湾曲部および前記追従湾曲部の外側表面を被覆する外皮、および前記遠位湾曲部および前記追従湾曲部の内側表面を被覆する内皮をさらに有するワイヤ駆動マニピュレータ。 - 前記遠位湾曲部および前記追従湾曲部は、前記遠位用の可撓性線状部材の長手方向に連なった複数の環状部材と、前記複数の環状部材を連結する連結部材と、をそれぞれ含み、
前記遠位湾曲部および前記追従湾曲部は、前記複数の環状部材のうち、最も前記基部に近い側に設けられた環状部材よりも前記基部に対して遠位に設けられた環状部材が、前記第1の結合部および第2の結合部をそれぞれ有する請求項1に記載のワイヤ駆動マニピュレータ。 - 前記長尺湾曲部は筒状部材を含み、
前記遠位用の可撓性線状部材および前記追従用の可撓性線状部材が前記筒状部材の軸方向の壁面に沿って前記筒状部材を挿通する請求項1または2に記載のワイヤ駆動マニピュレータ。 - 前記筒状部材は、前記軸方向に延在する複数の管腔を有する多腔管からなり、
前記管腔を前記遠位用の可撓性線状部材または前記追従用の可撓性線状部材が挿通する請求項3に記載のワイヤ駆動マニピュレータ。 - 前記筒状部材は、主管と前記主管に固定された案内部材を有し、前記案内部材を前記遠位用の可撓性線状部材および前記追従用の可撓性線状部材が挿通する請求項3に記載のワイヤ駆動マニピュレータ。
- 前記案内部材は、前記主管の空洞部の外に設けられた請求項5に記載のワイヤ駆動マニピュレータ。
- 前記案内部材は、前記主管に対して固定された請求項6に記載のワイヤ駆動マニピュレータ。
- 前記案内部材は、前記主管に対して摺動可能に構成された請求項6に記載のワイヤ駆動マニピュレータ。
- 3本の遠位用の可撓性線状部材が前記第1の結合部に結合されていて、前記3本の遠位用の可撓性線状部材の駆動により前記遠位湾曲部が湾曲する請求項1乃至8のいずれか1項に記載のワイヤ駆動マニピュレータ。
- 2本の遠位用の可撓性線状部材が前記第1の結合部に結合されていて、前記2本の遠位用の可撓性線状部材の駆動により前記遠位湾曲部が湾曲する請求項1乃至8のいずれか1項に記載のワイヤ駆動マニピュレータ。
- 3本の追従用の可撓性線状部材が前記第2の結合部に結合されていて、前記3本の追従用の可撓性線状部材の駆動により前記追従湾曲部が湾曲する請求項1乃至10のいずれか1項に記載のワイヤ駆動マニピュレータ。
- 2本の追従用の可撓性線状部材が前記第2の結合部に結合されていて、前記2本の追従用の可撓性線状部材の駆動により前記追従湾曲部が湾曲する請求項1乃至10のいずれか1項に記載のワイヤ駆動マニピュレータ。
- 前記遠位用の可撓性線状部材が挿通する方向に沿って、前記遠位湾曲部の長さと前記追従湾曲部の長さの和より前記長尺湾曲部の長さのほうが長尺である請求項1乃至12のいずれか1項に記載のワイヤ駆動マニピュレータ。
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