WO2014148068A1 - マニピュレータ - Google Patents
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Abstract
Description
一方、湾曲部を、外力に逆らって同一の角度を維持する硬直した状態から、外力に応じて湾曲する柔軟な状態へ切り替えるために、減速機構とワイヤとの間に設けられこれらを分離可能なクラッチが利用されている(例えば、特許文献2参照。)。
本発明は、細長い本体部、該本体部の先端側に配置された先端部、および前記本体部と前記先端部との間に設けられた湾曲可能な湾曲部と、前記先端部に接続され前記湾曲部を通って前記本体部まで延びる主線材と、動力を発生する主動力発生部と、前記本体部に設けられ、前記主動力発生部によって発生された前記動力を前記主線材の基端に前記本体部の長手方向の直線運動として伝達する主動力伝達部とを有する複数の主湾曲機構と、各該主湾曲機構と対をなして並列に設けられ、各前記主線材と同一位置または近傍において前記先端部に前記長手方向の押圧力および牽引力を作用させる複数の予備湾曲機構と、対をなす前記主湾曲機構と前記予備湾曲機構とを択一的に作動させる切替部とを備えるマニュピレータを提供する。
このようにすることで、単一の主線材に対して並列に接続された主シャフト部材および予備シャフト部材を同軸に配置することにより、主湾曲機構と共通の主線材を用いて予備湾曲機構によって湾曲部の動作を制御することができ、また、本体部を効果的に細径化することができる。
このようにすることで、主シャフト部材および予備シャフト部材を簡易な構成にすることができる。
このようにすることで、予備湾曲機構を簡易な構成にすることができる。
このようにすることで、予備動力発生部によって発生された直線運動が伝達部材によって主湾曲機構と共通の主線材に伝達される。これにより、主線材と予備線材とを共通化することができる。
このようにすることで、予備湾曲機構に切り替えられた後も主湾曲機構と同様の精度で湾曲部の湾曲動作を制御することができる。
このようにすることで、予備牽引機構を簡易な構成にすることができる。
図1は、本実施形態に係る手術マニピュレータシステム100の概略を示す図である。手術マニピュレータシステム100は、図1に示されるように、患者Xを寝かせるベッド40の周囲に配置されるマニピュレータ1と、該マニピュレータ1に接続される制御装置60と、制御装置60に対しマニピュレータ1の操作信号を入力する操作装置80とを備えている。
制御装置60は、入力部81からの入力に応じて、マニピュレータ1の各部に対して指令信号を出力する。この指令信号に従って、処置具32の出没動作や各関節32aの回転動作が制御され、また、湾曲部5の湾曲動作が制御されるようになっている。
マニピュレータ1は、例えば、患者Xの口腔から体内に挿入される細長い挿入部2を備えている。この挿入部2は、細長い本体部3と、該本体部3の先端側に配置された先端部4と、本体部3と先端部4との間に配置されてこれらを接続する湾曲部5とを備えている。
先端部4は、上述したライト30、カメラ31および処置具32などが搭載される硬質で十分に小型な部分である。
本実施形態に係る手術マニピュレータシステム100を用いて患者Xの術部を処置するには、まず、術者Yは、入力部81を操作してマニピュレータ1を作動させ、湾曲部5の湾曲方向および湾曲角度を変更することによってカメラ31の視野に術部が入るように先端面2aの位置および姿勢を調節する。
ワイヤセンサは、湾曲機構6のワイヤ7と略平行に配置された検出用ワイヤを備え、湾曲部5の湾曲によって発生する検出用ワイヤの軸A方向の移動量から、湾曲部5の湾曲角度を検出する。
画像センサは、処置具32に付された所定のマーカをカメラ31によって撮影し、取得された映像を解析することによって、マーカの撮影角度から湾曲部5の湾曲角度を検出する。
電流センサは、モータ12に流れる電流を検出し、故障判定回路242は、正常時にモータ12に流れ得る電流に対して過大または過小な電流が電流センサによって検出された場合に、牽引機構8の故障を判定する。
歪みセンサは、シャフト9に発生する応力を測定し、故障判定回路242は、正常時にシャフト9に発生する応力に対して過大または過小な応力が歪みセンサによって検出された場合に、牽引機構8の故障を判定する。
術者Yへの報知は、例えば、表示部82への警告表示、ランプの点灯、警告音の鳴動などによって行われる。制御装置60は、これらの報知に代えて、またはこれに加えて、入力部81を介した術者Yによるマニピュレータ1の制御を禁止したり、術者Yによる入力部81の操作に対して負荷を発生させてマニピュレータ1の動作を遅くしたりするなど、術者Yによるマニピュレータ1の操作に対して制限を加えてもよい。
本実施形態の第1の変形例に係るマニピュレータ1において、予備牽引機構17は、図11に示されるように、接続部材(切替部)25を介してワイヤ7の途中位置に接続されて本体部3の基端側へ延びる予備ワイヤ(伝達部材)26と、回転軸19aが軸Aに交差して配置された予備モータ19と、予備ワイヤ26の基端部が巻かれ予備モータ19の回転運動を軸A方向の直線運動に変換するプーリ(予備動力発生部)27とを備え、牽引機構8と共通のワイヤ7を駆動する。シャフト9の基端は、モータ12の回転軸12aに直接連結されている。
本実施形態の第2の変形例に係るマニピュレータ1において、予備湾曲機構16は、図14Aに示されるように、第1の変形例の湾曲機構6と同一の構成を備えている。すなわち、予備湾曲機構16は、ワイヤ7、ねじ軸10、シャフト9およびモータ12と並列に設けられた、予備ワイヤ(予備線材)26、予備ねじ軸(予備動力伝達部)28、予備シャフト18および予備モータ19を備えている。予備ねじ軸28は、ねじ軸10と同様に、ナット(予備動力伝達部)11に追加して形成された雌ねじ11aに締結されている。通常時において、予備湾曲機構16は、図14Bに示されるように、湾曲機構6と共に作動する。
本実施形態の第3の変形例に係るマニピュレータ1において、予備湾曲機構16は、図16に示されるように、先端部4に先端が接続されて本体部3の基端側まで延びる予備ワイヤ(予備線材)26と、予備モータ(予備牽引機構)19とを備えている。本変形例において、予備モータ19は、軸A方向の直線運動を発生させて該直線運動を予備ワイヤ26に伝達する。予備ワイヤ26と予備モータ19との間には、これらを接続および切断する結合機構152が設けられている。
このように構成された本変形例に係るマニピュレータ1によれば、牽引機構8が故障した場合に、当該牽引機構8の電磁クラッチ29cをオフ状態からオン状態に切り替えることにより、モータ29bによってプーリ29aを回転させ、ワイヤ25aを牽引する。これにより、故障した牽引機構8をワイヤ7から分離する。そして、結合機構152によって予備ワイヤ26と予備モータ19とを接続することにより、予備牽引機構17によって湾曲部5の湾曲動作を制御することができる。また、挿入部2の内部に収容される部材はいずれも細径であるので、挿入部2を細径な構造とすることができる。
また、本実施形態およびその変形例においては、カメラ31および処置具32を備えるマニピュレータ1について説明したが、必要に応じてカメラ31を省略してもよい。
2 挿入部
3 本体部
4 先端部
5 湾曲部
5a 節輪
6 湾曲機構(主湾曲機構)
7 ワイヤ(主線材)
8 牽引機構
9 シャフト(主シャフト部材、主動力伝達部)
10 ねじ軸(動力変換部材、主動力伝達部)
11 ナット(動力変換部材、主動力伝達部、予備動力伝達部)
12 モータ(主動力発生部)
12a 回転軸
131 駆動プーリ
131a 回転軸
132 従動プーリ
14 ベルト
151,152 結合機構(切替部)
16 予備湾曲機構
17 予備牽引機構
18 予備シャフト
19 予備モータ(予備動力発生部)
19a 回転軸
20 中間部材(切替部)
21 連結部材(切替部)
22 締付部材(切替部)
23 付勢部材(切替部)
24 故障検出部
241 曲率センサ
242 故障判定回路
25 接続部材(切替部)
25c 溝
25b プーリ
26 予備ワイヤ(伝達部材、予備線材)
27 プーリ(予備動力発生部)
28 予備ねじ軸(予備動力伝達部)
28 プーリ
29 切替制御部
30 ライト
31 カメラ
32 処置具
32a 関節
40 ベッド
60 制御装置
80 操作装置
81 入力部
82 表示部
100 手術マニピュレータシステム
X 患者
Y 術者
Claims (7)
- 細長い本体部、該本体部の先端側に配置された先端部、および前記本体部と前記先端部との間に設けられた湾曲可能な湾曲部と、
前記先端部に接続され前記湾曲部を通って前記本体部まで延びる主線材と、動力を発生する主動力発生部と、前記本体部に設けられ、前記主動力発生部によって発生された前記動力を前記主線材の基端に前記本体部の長手方向の直線運動として伝達する主動力伝達部とを有する複数の主湾曲機構と、
各該主湾曲機構と対をなして並列に設けられ、各前記主線材と同一位置または近傍において前記先端部に前記長手方向の押圧力および牽引力を作用させる複数の予備湾曲機構と、
対をなす前記主湾曲機構と前記予備湾曲機構とを択一的に作動させる切替部とを備えるマニュピレータ。 - 前記主動力伝達部が、前記主動力発生部によって発生された前記動力によってその中心軸回りに回転させられる主シャフト部材と、該主シャフト部材の回転運動を前記長手方向の直線運動に変換するとともに前記主線材の基端部に連結される動力変換部材とを備え、
前記予備湾曲機構が、前記主シャフト部材と同軸に配置されて前記動力変換部材に接続された予備シャフト部材と、該予備シャフト部材を回転させる予備動力発生部とを備える請求項1に記載のマニュピレータ。 - 前記主シャフト部材が、前記長手方向に沿って配置された筒状の部材からなり、
前記予備シャフト部材が、前記主シャフト部材の内部に収容されたワイヤ状の部材からなる請求項2に記載のマニュピレータ。 - 前記予備湾曲機構が、前記主線材の近傍において前記先端部に接続されて基端側に延びる予備線材と、該予備線材に前記長手方向の直線運動を伝達する予備牽引機構とを備える請求項1に記載のマニュピレータ。
- 前記予備牽引機構が、前記長手方向の直線運動を発生する予備動力発生部と、前記主線材に接続され前記予備動力発生部によって発生された直線運動を前記主線材に伝達する伝達部材とを備える請求項4に記載のマニュピレータ。
- 前記予備牽引機構が、前記主湾曲機構の前記主動力発生部および前記主動力伝達部と並列に設けられた、動力を発生する予備動力発生部および該予備動力発生部によって発生された前記動力を前記予備線材の基端に前記長手方向の直線運動として伝達する予備動力伝達部を備える請求項4に記載のマニュピレータ。
- 前記予備牽引機構が、前記予備線材の基端に接続され、前記長手方向の直線運動を発生して該直線運動を前記予備線材に伝達する予備動力発生部を備える請求項4に記載のマニュピレータ。
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