WO2016132770A1 - マニピュレータ及びマニピュレータシステム - Google Patents

マニピュレータ及びマニピュレータシステム Download PDF

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WO2016132770A1
WO2016132770A1 PCT/JP2016/050675 JP2016050675W WO2016132770A1 WO 2016132770 A1 WO2016132770 A1 WO 2016132770A1 JP 2016050675 W JP2016050675 W JP 2016050675W WO 2016132770 A1 WO2016132770 A1 WO 2016132770A1
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wire
manipulator
peripheral wall
outer peripheral
wall portion
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勝 柳原
岸 宏亮
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オリンパス株式会社
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    • A61B2034/715Cable tensioning mechanisms for removing slack

Definitions

  • the present invention relates to a manipulator and a manipulator system in which a tip is bent by bending a joint and various treatments can be performed.
  • a manipulator that inserts a treatment tool into a body cavity of a patient and curves the tip of the treatment tool by pulling with a wire or the like to observe an organ in the body cavity or perform treatment is widely used.
  • a plurality of treatment tools such as an endoscope for observation, forceps for grasping tissue, or an electric scalpel for excising tissue are often inserted into a body cavity.
  • Patent Document 1 describes a technique in which a tension is maintained by using a spring in a treatment tool in which the distal joint of the treatment tool can be bent, and the tension of a pair of wires is made equal.
  • Patent Document 1 is difficult to adjust because when the drive motor shaft is rotated in order to adjust the initial tension during assembly, the tension on the spring side also changes along with the tension on the bending portion side. It is.
  • the present invention has been made paying attention to the above problems, and provides a manipulator and a manipulator system capable of easily and accurately adjusting an initial tension during assembly.
  • a manipulator according to an embodiment of the present invention, The main body, A long portion extending from the body portion; A tip connected to the elongated portion; A wire for transmitting power for operating the tip, A drive unit for generating power to the wire; A rotating unit disposed in the main body unit and wound by the wire and rotated by the driving unit; An elastic part connecting the wire and the rotating part; It is characterized by providing.
  • the rotating part is A shaft member rotated by the drive unit; A disk member attached to the outer periphery of the shaft member and having a peripheral wall;
  • the wire is disposed along an outer peripheral surface of the peripheral wall portion, and an end portion is connected to the other end of the elastic portion,
  • the elastic portion is disposed along the outer peripheral surface of the peripheral wall portion, and the one end is locked to the locking portion.
  • the disk member is A disk-shaped plate-shaped part; An inner peripheral wall portion that rises toward the inner peripheral side of the plate-like portion; A columnar protrusion provided at least partially on the plate-like portion; A locking portion for fixing one end of the elastic portion; Have
  • the rotating part is An outer peripheral wall portion that rises on the outer periphery of the plate-like portion;
  • the wire is wound around the outer peripheral surface of the outer peripheral wall portion, is inserted through a gap formed in the outer peripheral wall portion, is wound around the protrusion, and is disposed along the outer peripheral surface of the inner peripheral wall portion.
  • the end is attached to one end of the elastic part;
  • the elastic portion is disposed along the outer peripheral surface of the inner peripheral wall portion, and the other end is locked to the locking portion.
  • a part of the rotating part has a guide part for guiding the wire.
  • the protrusion has a guide part for guiding the wire.
  • the peripheral wall portion or the inner peripheral wall portion has a guide portion that guides the wire to the outer peripheral surface.
  • the rotating part has a support part that supports the disk member so as to sandwich the disk member from above and below,
  • the support part is A cracking member having a shape obtained by dividing an annular member around the shaft member into two parts; A bolt for connecting the two crack members, Have
  • the rotating portion has a temporary fixing member for temporarily fixing a connection portion between the elastic portion and the wire,
  • the temporary fixing member is formed to be removable from the disk member.
  • a manipulator system is: The manipulator which is a treatment tube or a guide tube through which the treatment device is inserted; An operation unit for operating the manipulator; An image processing unit that performs image processing on an image signal obtained from an endoscope; A display unit for displaying a video signal transmitted from the image processing unit; It is characterized by providing.
  • the initial tension at the time of assembly can be adjusted easily and accurately.
  • the manipulator of this embodiment is shown.
  • An example of the rotation part of the manipulator of 1st Embodiment is shown.
  • the other example of the winding part of the manipulator of 1st Embodiment is shown.
  • the other example of the rotation part of the manipulator of 1st Embodiment is shown.
  • a part of rotation part of the manipulator of a 2nd embodiment is shown.
  • the attachment structure of the rotation part of the manipulator of this embodiment is shown.
  • An example of the attachment method of the wire and elastic part of the manipulator of this embodiment is shown.
  • An example of an initial tension setting method for the manipulator of the present embodiment will be described.
  • the manipulator system to which the manipulator of this embodiment is applied is shown.
  • tip part of the manipulator of this embodiment is shown.
  • the system configuration figure of the manipulator system to which the manipulator of this embodiment is applied is shown.
  • FIG. 1 shows a manipulator 1 of the present embodiment.
  • the manipulator 1 of the present embodiment includes a main body 2, a long portion 3 extending from the main body 2, a tip portion 4 connected to the long portion 3, and a wire 5 that transmits power for operating the tip portion 4.
  • the driving unit 6 that generates power to the wire 5, the rotating unit 7 around which the wire 5 is wound and rotated by the driving unit 6, and the elastic unit 8 that connects the wire 5 and the rotating unit 7 are provided.
  • the main body 2 is a case-like part that houses the rotating part 7 rotated by the driving part 6.
  • a long portion 3 extends from the main body portion 2.
  • a distal end portion 4 that can be bent or bent with respect to the long portion 3 is attached to the distal end of the long portion 3.
  • One end side of the wire 5 is attached to the distal end portion 4, the inside of the long portion 3 is inserted, the other end side is wound around a part of the rotating portion 7, and is attached to the rotating portion 7 via the elastic portion 8.
  • FIG. 2 shows an example of the rotating unit 7 of the manipulator 1 according to the first embodiment.
  • the rotating unit 7 includes a shaft member 71 that is rotated by the driving unit 6 and a disk member 72 that is attached to the outer periphery of the shaft member 71.
  • the shaft member 71 and the disk member 72 are integrally rotated by the power of the drive unit 6.
  • the shaft member 71 and the disk member 72 may be integrally formed from one material. Further, the disk member 72 may be directly attached to the output shaft or the like of the drive unit 6.
  • the disc member 72 includes at least a part of a disc-like plate-like portion 73, an inner peripheral wall portion 74 that rises on the inner peripheral side of the plate-like portion 73, and an outer peripheral wall portion 75 that stands on the outer peripheral side of the plate-like portion 73.
  • the protrusion part 76 may be provided so that the clearance gap part 75a formed in at least one part of the outer peripheral wall part 75 may be included.
  • the wire 5 is inserted from the gap portion 75 a to the inner peripheral side of the outer peripheral wall portion 75, wound around the protrusion 76, and then the outer peripheral surface 74 a of the inner peripheral wall portion 74. It is arranged along.
  • the end portion of the wire 5 is attached to one end of the elastic portion 8.
  • the elastic portion 8 is disposed along the outer peripheral surface 74 a of the inner peripheral wall portion 74, and the other end is locked to a locking portion 77 formed on the plate-like portion 73 between the inner peripheral wall portion 74 and the outer peripheral wall portion 75.
  • Such a manipulator 1 drives the driving unit 6, and when power is transmitted to the rotating unit 7, the shaft member 71 and the disk member 72 of the rotating unit 7 rotate.
  • the disc member 72 rotates to the side where the wire 5 is pulled, the static friction of the portion wound around the protrusion 76 is large, so that the tip 4 side of the wire 5 is pulled by the protrusion 76. Therefore, the tension applied to the elastic portion 8 is not changed.
  • the disk member 72 rotates to the side where the wire 5 is loosened, the looseness of the wire 5 is absorbed by the elastic portion 8. Therefore, the initial tension of the wire 5 can be adjusted easily and accurately.
  • FIG. 3 shows another example of the protrusion 76 of the manipulator 1 according to the first embodiment.
  • the protrusion 76 may be formed with a guide portion 76a for guiding the wire.
  • the guide portion 76a is installed so that the wires 5 wound around the protruding portion 76 do not interfere with each other.
  • the guide portion 76a may be formed of a partition wall as shown in FIG. In this way, by forming the guide portion 76a on the protrusion 76, the wire 5 can be operated smoothly.
  • FIG. 4 shows another example of the rotating unit 7 of the manipulator 1 according to the first embodiment.
  • the wire 5 is wound around the outer peripheral surface 75 b of the outer peripheral wall 75 of the rotating unit 7 of the manipulator 1.
  • the wire 5 is wound around the outer peripheral surface 75 b of the outer peripheral wall part 75, and is inserted from the gap part 75 a to the inner peripheral side of the outer peripheral wall part 75. After being wound around the portion, the wire is disposed along the outer peripheral surface 74 a of the inner peripheral wall portion 74.
  • the end portion of the wire 5 is attached to one end of the elastic portion 8.
  • the elastic portion 8 is disposed along the outer peripheral surface 74 a of the inner peripheral wall portion 74, and the other end is locked to a locking portion 77 formed on the plate-like portion 73 between the inner peripheral wall portion 74 and the outer peripheral wall portion 75.
  • FIG. 5 shows a part of the rotating unit 7 of the manipulator 1 of the second embodiment.
  • FIG. 5A is a plan view of a part of the rotating unit 7
  • FIG. 5B is a side view of a part of the rotating unit 7.
  • the outer peripheral wall 75 of the rotating part 7 of the manipulator 1 does not exist, and the wire 5 is wound around the outer peripheral surface 74a of the inner peripheral wall part 74.
  • a guide portion 74 b for guiding the wire 5 is formed on the inner peripheral wall portion 74.
  • the guide portion 74b is formed at a position where the wires 5 are arranged vertically and a position where the wire 5 and the elastic portion 8 are arranged vertically.
  • the guide portion 74b may be a protrusion as shown in FIG. 5 or a structure like a partition wall.
  • FIG. 6 shows an attachment structure of the rotating part 7 of the manipulator 1 of the present embodiment.
  • 6A is a side view of the rotating portion 7 in which the disc member 72 is attached to the shaft member 71
  • FIG. 6B is a plan view.
  • the disc member 72 is supported by the shaft member 71 by the support portion 78.
  • the support part 78 has two crack members 78a and bolts 78b.
  • the crack member 78a has a shape that is obtained by dividing an annular member centered on the shaft member 71 into two. Then, the two crack members 78a are connected by the two bolts 78b sandwiching the shaft member 71. It is preferable that the support part 78 supports the disk member 72 so as to sandwich the disk member 72 from above and below. By using such a support portion 78, the disc member 72 can be accurately supported.
  • the disk member 72 may be formed integrally with the shaft member 71. In this case, it is not necessary to use the support portion 78. By forming the disc member 72 and the shaft member 71 integrally, the number of parts can be reduced and the cost can be reduced.
  • FIG. 7 shows an example of a method for assembling the wire 5, the rotating portion 7, and the elastic portion 8 of the manipulator 1 of the present embodiment.
  • FIG. 7A is a plan view of the rotating portion 7, and
  • FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 7A.
  • the elastic portion 8 is provided with stop portions 8 a made of hooks or the like at both ends.
  • the stopper 8 a at one end is locked to a locking portion 77 formed on the disc member 72.
  • the other end stop 8 a is connected to the wire 5.
  • a temporary fixing member 9 made of a pin or the like that temporarily fixes the stopper 8 a at the other end during assembly.
  • the temporary fixing member 9 has a structure that can be inserted into and removed from the plate-like portion 73 of the disc member 72. For example, the temporary fixing member 9 is protruded from the plate-like portion 73 at the time of assembly.
  • the wire 5 may be connected to the elastic portion 8 in advance, or may be connected to the elastic portion 8 in this state. Thereafter, when the temporary fixing member 9 is removed from the plate-like portion 73, it is ready for use. By using such a temporary fixing member 9, the wire 5, the rotating part 7, and the elastic part 8 can be easily assembled.
  • locking part 77 may be a structure as shown in FIG. 1, and the structure of the one end of the elastic part 8 may be changed in this case.
  • FIG. 8 shows an example of an initial tension setting method for the manipulator 1 according to the present embodiment.
  • the tension setting device 10 includes a handle 11, a load cell 12, and a wrench 13.
  • the handle 11 is assembled with the wrench 13 to rotate the rotating unit 7.
  • the load cell 12 measures torque when the handle 11 rotates.
  • the wrench 13 rotates the tension adjusting screw 79 of the rotating unit 7 to fix the disc member 72 to the shaft member 71.
  • the handle 11 is rotated to rotate the disk member 72 of the rotating unit 7 with respect to the shaft member 71.
  • the torque measured by the load cell 12 is read and the tension is calculated.
  • the following formula may be used for calculating the tension.
  • the wrench 13 may be tightened when the tension finally reaches an appropriate value.
  • T (F ⁇ l) / r
  • F is the measured value of the load cell 12
  • l is a fixed position
  • r is the radius of the disc member 72
  • T is wire tension
  • the initial tension can be easily set.
  • FIG. 9 shows a manipulator system 90 to which the manipulator 1 of the present embodiment is applied.
  • FIG. 10 shows an example of the distal end portion 4 of the manipulator 1 of the present embodiment.
  • FIG. 11 shows a system configuration diagram of a manipulator system 90 to which the manipulator 1 of the present embodiment is applied.
  • the manipulator system 90 applies the manipulator 1 shown in FIG.
  • the manipulator system 90 includes an operation unit 91 operated by an operator O, a long unit 3 shown in FIG. 1 that can be inserted into the body of a patient P on an operating table BD, for example, a soft organ such as the large intestine, and the like.
  • a manipulator 1 having the tip 4 shown in FIG. 1 having an endoscope or the like installed at the tip of the scale 3, a control unit 92 for controlling the manipulator 1, and an image acquired by the manipulator 1 are displayed.
  • a display unit 93 A display unit 93.
  • the operation unit 91 has a pair of operation handles attached to the operation table, a foot switch disposed on the floor surface, and the like.
  • the operation unit 91 may have a multi-joint structure.
  • the operation unit 91 is mechanically connected to the long portion 3 and the distal end portion 4 and performs a bending operation of the long portion 3. Further, the angle of the operated operation unit 91 is acquired from an angle acquisition unit such as an encoder, and the control unit 92 activates the distal end portion 4 via the driver 92a by the acquired signal.
  • the manipulator 1 can be an endoscope 4 a and a treatment tool 4 b with bending or bending as the distal end portion 4. Further, it may be a guide tube with a curve through which a treatment tool without a conventional joint is inserted.
  • the endoscope 4a includes an observation optical system for illuminating the inside of the body and acquiring an image, an illumination optical system, an image sensor, and the like. An image acquired by the imaging device through the observation optical system is output to the image processing unit 92b in the control unit 92. The image processed by the image processing unit 92 b is displayed on the display unit 93. Then, the operator O operates the manipulator 1 while viewing the image displayed on the display unit 93.
  • the main body portion 2, the long portion 3 extending from the main body portion 2, the tip portion 4 connected to the long portion 3, and the power for operating the tip portion 4 are transmitted.
  • Wire 5 a driving unit 6 that generates power to the wire 5
  • a rotating unit 7 that is arranged in the main body unit 2 and is wound around the wire 5 and rotated by the driving unit 6, and the wire 5 and the rotating unit 7. Since the elastic portion 8 to be connected is provided, the initial tension of the wire 5 at the time of assembly can be adjusted easily and accurately.
  • the rotating unit 7 includes the shaft member 71 that is rotated by the driving unit 6 and the disk member 72 that is attached to the outer periphery of the shaft member 71 and has a peripheral wall portion. It becomes possible to adjust accurately with a simple structure. It becomes possible.
  • the wire 5 is disposed along the outer peripheral surfaces 74a75a of the peripheral wall portions 74 and 75, the end portion is connected to the other end of the elastic portion 8, and the elastic portion 8 is connected to the peripheral wall. Since it is arranged along the outer peripheral surfaces 74a and 75a of the portions 74 and 75 and one end is locked to the locking portion 77, it is possible to accurately adjust the initial tension of the wire 5 during assembly with a simple structure. Become.
  • the disc member 72 includes a disc-like plate-like portion 73, an inner peripheral wall portion 74 that rises toward the inner peripheral side of the plate-like portion, a columnar protrusion 76 that is provided at least partially on the plate-like portion 73, Since it has the latching
  • the rotating part 7 has the outer peripheral wall part 75 rising on the outer periphery of the plate-like part 73, and the wire 5 is wound around the outer peripheral surface 75b of the outer peripheral wall part 75,
  • the gap 75a formed in the outer peripheral wall 75 is inserted, wound around the protrusion 76, arranged along the outer peripheral surface 74a of the inner peripheral wall 74, and the end is attached to one end of the elastic portion 8 to be elastic. Since the part 8 is disposed along the outer peripheral surface 74a of the inner peripheral wall part 74 and the other end is locked to the locking part 77, the initial tension of the wire 5 during assembly can be accurately adjusted with a simple structure. Is possible.
  • the part of the rotating part has the guide part for guiding the wire, the wire 5 can be operated smoothly.
  • the protrusion 76 has the guide portion 76a for guiding the wire 5, so that the wire 5 can be operated smoothly.
  • the peripheral wall portion 74 or the inner peripheral wall portion 74 has the guide portion 74b for guiding the wire 5 to the outer peripheral surface 74a, so that the wire 5 can be operated smoothly.
  • the rotating portion 7 has the support portion 78 that supports the disc member 72 so as to sandwich the disc member 72 from above and below, and the support portion 78 has an annular shape centering on the shaft member 71. Since it has the crack member 78a of the shape which divided
  • the rotating portion 7 has the temporary fixing member 9 that temporarily fixes the connecting portion of the elastic portion 8 and the wire 5, and the temporary fixing member 9 corresponds to the disc member 72.
  • the wire 5, the rotating part 7, and the elastic part 8 can be easily assembled.
  • a manipulator system 90 operates a manipulator 1 that is a guide tube (not shown) through which a treatment tool 4b with a bending or bending joint or a treatment tool without joint (not shown) is inserted, and the manipulator 1 is operated.
  • a display unit 93 that displays the video signal transmitted from the image processing unit 92b, and an image processing unit 92b that performs image processing on the image signal obtained from the endoscope 4a.
  • the initial tension of the wire 5 at the time of assembling the manipulator 1 can be adjusted easily and accurately.
  • this invention may be used not only for a treatment tool and a guide tube but for example in the drive mechanism of the endoscope 4a.

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Abstract

【課題】 組立時の初期テンションを容易且つ的確に調整することが可能なマニピュレータ及びマニピュレータシステムを提供する。【解決手段】 マニピュレータ(1)は、本体部(2)と、本体部(2)から延びる長尺部(3)と、長尺部(3)に接続される先端部(4)と、先端部(4)を動作させる動力を伝達するワイヤ(5)と、ワイヤ(5)への動力を発生する駆動部(6)と、本体部(2)内に配置されワイヤ(5)が巻き掛けられ駆動部(6)によって回転される回転部(7)と、ワイヤ(5)と回転部(7)を接続する弾性部(8)と、を備えることを特徴とする。

Description

マニピュレータ及びマニピュレータシステム
 本発明は、関節を曲げることで先端が湾曲し、様々な処置等を行うことのできるマニピュレータ及びマニピュレータシステムに関するものである。
 例えば、患者の体腔内に処置具を挿入して、処置具先端をワイヤ等で牽引することで湾曲させ、体腔内の臓器を観察したり、治療をおこなったりするマニピュレータが広く用いられている。手術の際には、観察のための内視鏡、組織を把持する鉗子、又は組織を切除する電気メス等の複数の処置具が体腔内に挿入されることが多い。
 特許文献1には、処置具の先端関節が湾曲可能な処置具において、バネを用いることでテンションを維持し、対のワイヤのテンションを等しくする技術が記載されている。
米国特許出願公開第2014-0128849号明細書
 しかしながら、特許文献1に記載のマニピュレータは、組立の際の初期テンションを調整するために駆動モータ軸を回転させると、湾曲部側のテンションと共にバネ側のテンションも変化してしまうため、調整が困難である。
 本発明は上記課題に着目してなされたものであり、組立時の初期テンションを容易且つ的確に調整することが可能なマニピュレータ及びマニピュレータシステムを提供する。
 本発明の一実施形態に係るマニピュレータは、
 本体部と、
 前記本体部から延びる長尺部と、
 前記長尺部に接続される先端部と、
 前記先端部を動作させる動力を伝達するワイヤと、
 前記ワイヤへの動力を発生する駆動部と、
 前記本体部内に配置され前記ワイヤが巻き掛けられ前記駆動部によって回転される回転部と、
 前記ワイヤと前記回転部を接続する弾性部と、
を備える
ことを特徴とする。
 本発明の一実施形態に係るマニピュレータでは、
 前記回転部は、
  前記駆動部によって回転する軸部材と、
  前記軸部材の外周に取り付けられ、周壁部を有する円板部材と、
を有する。
 本発明の一実施形態に係るマニピュレータでは、
 前記ワイヤは、前記周壁部の外周面に沿って配置され、端部が前記弾性部の他端に接続され、
 前記弾性部は、前記周壁部の外周面に沿って配置され、前記係止部に前記一端が係止される。
 本発明の一実施形態に係るマニピュレータでは、
 前記円板部材は、
  円板状の板状部と、
  前記板状部の内周側に立ち上がる内周壁部と、
  少なくとも一部が前記板状部に設けられる円柱状の突起部と、
  前記弾性部の一端を固定する係止部と、
を有する。
 本発明の一実施形態に係るマニピュレータでは、
 前記回転部は、
  前記板状部の外周に立ち上がる外周壁部を有し、
 前記ワイヤは、前記外周壁部の外周面に巻き掛けられ、前記外周壁部に形成された間隙部を挿通し、前記突起部に巻き掛けられ、前記内周壁部の外周面に沿って配置され、端部が前記弾性部の一端に取り付けられ、
 前記弾性部は、前記内周壁部の外周面に沿って配置され、前記係止部に他端が係止される。
 本発明の一実施形態に係るマニピュレータでは、
 前記回転部の一部は、前記ワイヤを案内するガイド部を有する。
 本発明の一実施形態に係るマニピュレータでは、
 前記突起部は、前記ワイヤを案内するガイド部を有する。
 本発明の一実施形態に係るマニピュレータでは、
 前記周壁部または前記内周壁部は、前記外周面に前記ワイヤを案内するガイド部を有する。
 本発明の一実施形態に係るマニピュレータでは、
 前記回転部は、前記円板部材を上下から挟むように支持する支持部を有し、
 前記支持部は、
  前記軸部材を中心とした円環状の部材を2つに割った形状の割れ部材と、
  2つの前記割れ部材をそれぞれ連結するボルトと、
を有する。
 本発明の一実施形態に係るマニピュレータでは、
 前記回転部は、前記弾性部と前記ワイヤの接続部分を仮止めする仮止め部材を有し、
 前記仮止め部材は、前記円板部材に対して抜き差し可能に形成される。
 本発明の一実施形態に係るマニピュレータシステムは、
 処置具または処置具を挿通させるガイドチューブである前記マニピュレータと、
 前記マニピュレータを操作する操作部と、
 内視鏡から得られた画像信号に対して画像処理を行う画像処理部と、
 前記画像処理部から送信された映像信号を表示する表示部と、
を備える
ことを特徴とする。
 この態様に係るマニピュレータ及びマニピュレータシステムによれば、組立時の初期テンションを容易且つ的確に調整することが可能となる。
本実施形態のマニピュレータを示す。 第1実施形態のマニピュレータの回転部の一例を示す。 第1実施形態のマニピュレータの巻付部の他の例を示す。 第1実施形態のマニピュレータの回転部の他の例を示す。 第2実施形態のマニピュレータの回転部の一部を示す。 本実施形態のマニピュレータの回転部の取付構造を示す。 本実施形態のマニピュレータのワイヤと弾性部の取付方法の一例を示す。 本実施形態のマニピュレータの初期テンションの設定方法の一例を示す。 本実施形態のマニピュレータを適用したマニピュレータシステムを示す。 本実施形態のマニピュレータの先端部の一例を示す。 本実施形態のマニピュレータを適用したマニピュレータシステムのシステム構成図を示す。
 以下、実施形態について説明する。
 図1は、本実施形態のマニピュレータ1を示す。
 本実施形態のマニピュレータ1は、本体部2と、本体部2から延びる長尺部3と、長尺部3に接続される先端部4と、先端部4を動作させる動力を伝達するワイヤ5と、ワイヤ5への動力を発生する駆動部6と、ワイヤ5が巻き掛けられ駆動部6によって回転される回転部7と、ワイヤ5と回転部7を接続する弾性部8と、を備える。
 本体部2は、駆動部6によって回転される回転部7を収納するケース状の部分である。本体部2からは長尺部3が延びる。長尺部3の先端には、長尺部3に対して屈曲又は湾曲可能な先端部4が取り付けられている。ワイヤ5は、一端側が先端部4に取り付けられ、長尺部3の内部を挿通し、他端側が回転部7の一部に巻き掛けられ、弾性部8を介して回転部7に取り付けられる。
 図2は、第1実施形態のマニピュレータ1の回転部7の一例を示す。
 回転部7は、駆動部6によって回転する軸部材71と、軸部材71の外周に取り付けられる円板部材72と、を有する。軸部材71及び円板部材72は、駆動部6の動力によって一体に回転する。なお、軸部材71及び円板部材72は、一つの材料によって一体に形成されてもよい。また、円板部材72が駆動部6の出力軸等に直接取り付けられてもよい。
 円板部材72は、円板状の板状部73と、板状部73の内周側に立ち上がる内周壁部74と、板状部73の外周側に立ち上がる外周壁部75と、少なくとも一部が板状部73に設けられる円柱状の突起部76と、弾性部8の終端を固定する係止部77と、を有する。なお、突起部76は、少なくとも外周壁部75の一部に形成された間隙部75aを含むように設けられてもよい。
 第1実施形態のマニピュレータ1の回転部7では、ワイヤ5は、間隙部75aから外周壁部75の内周側に挿通され、突起部76に巻き付けられた後、内周壁部74の外周面74aに沿って配置される。ワイヤ5の端部は、弾性部8の一端に取り付けられる。弾性部8は、内周壁部74の外周面74aに沿って配置され、内周壁部74と外周壁部75の間の板状部73に形成された係止部77に他端が係止される。
 このようなマニピュレータ1は、駆動部6を駆動し、動力が回転部7に伝わると、回転部7の軸部材71及び円板部材72が回転する。円板部材72がワイヤ5を引っ張る側に回転する場合、突起部76に巻き付けられている部分の静止摩擦が大きいので、ワイヤ5の先端部4側が突起部76によって引っ張られる。したがって、弾性部8にかかるテンションはかわらない。円板部材72がワイヤ5を緩める側に回転する場合、ワイヤ5の緩みは弾性部8によって吸収される。したがって、容易且つ的確にワイヤ5の初期テンションを調整することが可能となる。
 図3は、第1実施形態のマニピュレータ1の突起部76の他の例を示す。
 図3に示すように、突起部76には、ワイヤを案内するガイド部76aを形成してもよい。ガイド部76aは、突起部76に巻き付けられるワイヤ5同士が干渉しないように設置される。例えば、ガイド部76aは、図3に示すような仕切り壁、または、図示しない凹凸のようなもので形成すればよい。このように、突起部76にガイド部76aを形成することで、ワイヤ5を円滑に動作させることが可能となる。
 図4は、第1実施形態のマニピュレータ1の回転部7の他の例を示す。
 図4に示す例では、マニピュレータ1の回転部7の外周壁部75の外周面75bにワイヤ5を掛け回す構造としている。
 図4に示すマニピュレータ1の回転部7では、ワイヤ5は、外周壁部75の外周面75bに掛け回され、間隙部75aから外周壁部75の内周側に挿通され、突起部76の一部に巻き掛けられた後、内周壁部74の外周面74aに沿って配置される。ワイヤ5の端部は、弾性部8の一端に取り付けられる。弾性部8は、内周壁部74の外周面74aに沿って配置され、内周壁部74と外周壁部75の間の板状部73に形成された係止部77に他端が係止される。
 このような構造で円板部材72がワイヤ5を引っ張る側に回転する場合、外周壁部75に巻き掛けられている部分の静止摩擦が大きいので、ワイヤ5の先端部4側が外周壁部75によって引っ張られる。したがって、弾性部8にかかるテンションはかわらない。円板部材72がワイヤ5を緩める側に回転する場合、ワイヤ5の緩みは弾性部8によって吸収される。したがって、容易且つ的確にワイヤ5の初期テンションを調整することが可能となる。
 図5は、第2実施形態のマニピュレータ1の回転部7の一部を示す。図5(a)は回転部7の一部の平面図、図5(b)は回転部7の一部の側面図を示す。
 図5に示す例では、マニピュレータ1の回転部7の外周壁75は存在せず、内周壁部74の外周面74aにワイヤ5を巻き付ける構造としている。内周壁部74には、ワイヤ5を案内するガイド部74bが形成されている。ガイド部74bは、ワイヤ5同士が上下に配置される位置とワイヤ5と弾性部8が上下に配置される位置に形成される。ガイド部74bを形成することによって、ワイヤ5同士及びワイヤ5と弾性部8をそれぞれ干渉しないように設置することができ、円滑に動作させることが可能となる。ガイド部74bは、図5に示すような突起でもよいし、仕切り壁のような構造であってもよい。このように、回転部7の内周壁部74の外周面74aにワイヤ5を巻き付ける構造とすることで、ワイヤ5を円滑に動作させることが可能となり、回転部7の構造が簡略化されるためコストが下がるというメリットがある。
 図6は、本実施形態のマニピュレータ1の回転部7の取付構造を示す。図6(a)は円板部材72を軸部材71に取り付けた回転部7の側面図、図6(b)は平面図を示す。
 円板部材72は、支持部78によって軸部材71に支持される。支持部78は、2つの割れ部材78aと、ボルト78bと、を有する。割れ部材78aは、軸部材71を中心とした円環状の部材を2つに割ったような形状を有する。そして、軸部材71を挟んだ2本のボルト78bによって2つの割れ部材78aを連結する。支持部78は、円板部材72を上下から挟むように支持することが好ましい。このような支持部78を用いることで、的確に円板部材72を支持することが可能となる。
 なお、少なくとも一部の円板部材72は、軸部材71と一体に形成してもよい。この場合には支持部78を用いる必要がない。円板部材72と軸部材71を一体に形成することで、部品点数を少なくすることができ、低コストに押さえることが可能となる。
 図7は、本実施形態のマニピュレータ1のワイヤ5、回転部7、及び弾性部8の組み付け方法の一例を示す。図7(a)は回転部7の平面図、図7(b)は図7(a)のA-A断面図を示す。
 図7に示す例では、弾性部8は、両端にフック等からなる止め部8aが設けられている。一端の止め部8aは、円板部材72に形成された係止部77に係止される。他端の止め部8aは、ワイヤ5に連結される。このような構造のワイヤ5、回転部7、及び弾性部8を連結する場合、組み付け時に他端の止め部8aを仮止めするピン等からなる仮止め部材9を使用することが好ましい。仮止め部材9は、円板部材72の板状部73に対して抜き差し可能な構造とする。例えば、組み付け時に仮止め部材9を板状部73から突出させた状態にする。そして、弾性部8の一端の止め部8aを係止部77に引っ掛け、他端の止め部8aを仮止め部材9に引っ掛ける。ワイヤ5は、予め弾性部8に接続していてもよいし、この状態で弾性部8に接続してもよい。その後、仮止め部材9を板状部73から抜けば使用可能状態となる。このような仮止め部材9を用いることにより、ワイヤ5、回転部7、及び弾性部8を容易に組み付けることが可能となる。なお、係止部77の構造は、図1に示したような構造でもよく、この場合には、弾性部8の一端の構造も変更してもよい。
 図8は、本実施形態のマニピュレータ1の初期テンションの設定方法の一例を示す。
 マニピュレータ1の初期テンションを設定するには、テンション設定器10を用いる。テンション設定器10は、ハンドル11と、ロードセル12と、レンチ13と、を有する。ハンドル11は、レンチ13を組み付けて回転部7を回転させる。ロードセル12は、ハンドル11の回転時のトルクを計測する。レンチ13は、回転部7のテンション調整用ネジ79を回転させ、円板部材72を軸部材71に対して固定する。
 例えば、まず、ハンドル11を回転させて回転部7の円板部材72を軸部材71に対して回転させる。続いて、ロードセル12が測定したトルクを読み取り、テンションを計算する。テンションの計算は、以下の式を用いればよい。そして、最後にテンションが適正な値になった時にレンチ13を締めればよい。
  T=(F×l)/r
ただし、
Fはロードセル12の測定値、
lは固定位置、
rは円板部材72の半径、
Tはワイヤテンション、
である。
 このように、本実施形態のマニピュレータ1によれば、初期テンションを容易に設定することが可能となる。
 図9は、本実施形態のマニピュレータ1を適用したマニピュレータシステム90を示す。図10は、本実施形態のマニピュレータ1の先端部4の一例を示す。図11は、本実施形態のマニピュレータ1を適用したマニピュレータシステム90のシステム構成図を示す。
 本実施形態に係るマニピュレータシステム90は、図1に示したマニピュレータ1を適用する。マニピュレータシステム90は、操作者Oにより操作される操作部91、手術台BD上の患者Pの体内、例えば、大腸等の柔らかい臓器内に挿入可能な図1に示した長尺部3、及び長尺部3の先端に設置された内視鏡等を有する図1に示した先端部4等を有するマニピュレータ1と、マニピュレータ1を制御する制御部92と、マニピュレータ1により取得された画像を表示する表示部93と、を備えている。
 操作部91は、図9に示すように、操作台に取り付けられた一対の操作ハンドルと、床面上に配置されたフットスイッチ等を有している。操作部91は、多関節構造を有してもよい。操作部91は、長尺部3及び先端部4と機械的に接続され、長尺部3の湾曲操作を行う。また、操作した操作部91の角度をエンコーダ等の角度取得部から取得し、その取得した信号によって、制御部92は、ドライバ92aを介して先端部4を作動させる。
 マニピュレータ1は、図10に示したように、先端部4として内視鏡4a及び屈曲または湾曲付処置具4bであり得る。また、従来の関節の無い処置具を挿通させる湾曲付ガイドチューブのようなものであっても良い。内視鏡4aは、体内を照明し、画像を取得するための観察光学系、照明光学系、及び撮像素子等を備えている。観察光学系を経て撮像素子により取得された画像は、制御部92内の画像処理部92bに出力される。画像処理部92bで処理された画像は、表示部93に表示される。そして、操作者Oは、表示部93に表示された画像を見ながらマニピュレータ1を操作する。
 このようなマニピュレータシステム90によれば、マニピュレータ1の組立時のワイヤ5の初期テンションを容易且つ的確に調整することが可能となる。
 以上、本実施形態のマニピュレータ1によれば、本体部2と、本体部2から延びる長尺部3と、長尺部3に接続される先端部4と、先端部4を動作させる動力を伝達するワイヤ5と、ワイヤ5への動力を発生する駆動部6と、本体部2内に配置されワイヤ5が巻き掛けられ駆動部6によって回転される回転部7と、ワイヤ5と回転部7を接続する弾性部8と、を備えるので、組立時のワイヤ5の初期テンションを容易且つ的確に調整することが可能となる。
 また、本実施形態のマニピュレータ1によれば、回転部7は、駆動部6によって回転する軸部材71と、軸部材71の外周に取り付けられ、周壁部を有する円板部材72と、を有するので、簡単な構造で的確に調整することが可能となる。
ことが可能となる。
 また、本実施形態のマニピュレータ1によれば、ワイヤ5は、周壁部74,75の外周面74a75aに沿って配置され、端部が弾性部8の他端に接続され、弾性部8は、周壁部74、75の外周面74a,75aに沿って配置され、係止部77に一端が係止されるので、簡単な構造で組立時のワイヤ5の初期テンションを的確に調整することが可能となる。
 円板部材72は、円板状の板状部73と、板状部の内周側に立ち上がる内周壁部74と、少なくとも一部が板状部73に設けられる円柱状の突起部76と、弾性部8の一端を固定する係止部77と、を有するので、簡単な構造で組立時のワイヤ5の初期テンションを的確に調整することが可能となる。
 また、本実施形態のマニピュレータ1によれば、回転部7は、板状部73の外周に立ち上がる外周壁部75を有し、ワイヤ5は、外周壁部75の外周面75bに巻き掛けられ、外周壁部75に形成された間隙部75aを挿通し、突起部76に巻き掛けられ、内周壁部74の外周面74aに沿って配置され、端部が弾性部8の一端に取り付けられ、弾性部8は、内周壁部74の外周面74aに沿って配置され、係止部77に他端が係止されるので、簡単な構造で組立時のワイヤ5の初期テンションを的確に調整することが可能となる。
 また、本実施形態のマニピュレータ1によれば、回転部の一部は、前記ワイヤを案内するガイド部を有するので、ワイヤ5を円滑に動作させることが可能となる。
 また、本実施形態のマニピュレータ1によれば、突起部76は、ワイヤ5を案内するガイド部76aを有するので、ワイヤ5を円滑に動作させることが可能となる。
 また、本実施形態のマニピュレータ1によれば、周壁部74または内周壁部74は、外周面74aにワイヤ5を案内するガイド部74bを有するので、ワイヤ5を円滑に動作させることが可能となる。
 また、本実施形態のマニピュレータ1によれば、回転部7は、円板部材72を上下から挟むように支持する支持部78を有し、支持部78は、軸部材71を中心とした円環状の部材を2つに割った形状の割れ部材78aと、2つの割れ部材78aをそれぞれ連結するボルト78bと、を有するので、的確に円板部材72を支持することが可能となる。
 また、本実施形態のマニピュレータ1によれば、回転部7は、弾性部8とワイヤ5の接続部分を仮止めする仮止め部材9を有し、仮止め部材9は、円板部材72に対して抜き差し可能に形成されるので、ワイヤ5、回転部7、及び弾性部8を容易に組み付けることが可能となる。
 本発明の一実施形態に係るマニピュレータシステム90は、屈曲または湾曲関節付処置具4bまたは関節の無い処置具(図示しない)を挿通させるガイドチューブ(図示しない)であるマニピュレータ1と、マニピュレータ1を操作する操作部91と、内視鏡4aから得られた画像信号に対して画像処理を行う画像処理部92bと、画像処理部92bから送信された映像信号を表示する表示部93と、を備えるので、マニピュレータ1の組立時のワイヤ5の初期テンションを容易且つ的確に調整することが可能となる。なお、本発明は処置具やガイドチューブだけでなく例えば、内視鏡4aの駆動機構に用いられても良い。
 なお、この実施形態によって本発明は限定されるものではない。すなわち、実施形態の説明に当たって、例示のために特定の詳細な内容が多く含まれるが、当業者であれば、これらの詳細な内容に色々なバリエーションや変更を加えても、本発明の範囲を超えないことは理解できよう。従って、本発明の例示的な実施形態は、権利請求された発明に対して、一般性を失わせることなく、また、何ら限定をすることもなく、述べられたものである。
1…マニピュレータ
2…本体部
3…長尺部
4…先端部
5…ワイヤ
6…駆動部
7…回転部
71…軸部材
72…円板部材
73…板状部
74…内周壁部
75…外周壁部
76…突起部
77…係止部
78…支持部
79…テンション調整用ネジ
8…弾性部
9…仮止め部材

Claims (10)

  1.  本体部と、
     前記本体部から延びる長尺部と、
     前記長尺部に接続される先端部と、
     前記先端部を動作させる動力を伝達するワイヤと、
     前記ワイヤへの動力を発生する駆動部と、
     前記本体部内に配置され前記ワイヤが巻き掛けられ前記駆動部によって回転される回転部と、
     前記ワイヤと前記回転部を接続する弾性部と、
    を備える
    ことを特徴とするマニピュレータ。
  2.  前記回転部は、
      前記駆動部によって回転する軸部材と、
      前記軸部材の外周に取り付けられ、周壁部を有する円板部材と、
    を有し、
     前記ワイヤは、前記周壁部の外周面に沿って配置され、端部が前記弾性部の他端に接続され、
     前記弾性部は、前記周壁部の外周面に沿って配置され、前記係止部に前記一端が係止される
    請求項1に記載のマニピュレータ。
  3.  前記円板部材は、
      円板状の板状部と、
      前記板状部の内周側に立ち上がる内周壁部と、
      少なくとも一部が前記板状部に設けられる円柱状の突起部と、
      前記弾性部の一端を固定する係止部と、
    を有する
    請求項2に記載のマニピュレータ
  4.  前記回転部は、
      前記板状部の外周に立ち上がる外周壁部を有し、
     前記ワイヤは、前記外周壁部の外周面に巻き掛けられ、前記外周壁部に形成された間隙部を挿通し、前記突起部に巻き掛けられ、前記内周壁部の外周面に沿って配置され、端部が前記弾性部の一端に取り付けられ、
     前記弾性部は、前記内周壁部の外周面に沿って配置され、前記係止部に他端が係止される
    請求項3に記載のマニピュレータ。
  5.  前記回転部の一部は、前記ワイヤを案内するガイド部を有する
    請求項2乃至4のいずれか1つに記載のマニピュレータ。
  6.  前記突起部は、前記ワイヤを案内するガイド部を有する
    請求項2乃至5のいずれか1つに記載のマニピュレータ。
  7.  前記周壁部または前記内周壁部は、前記外周面に前記ワイヤを案内するガイド部を有する
    請求項2乃至6のいずれか1つに記載のマニピュレータ。
  8.  前記回転部は、前記円板部材を上下から挟むように支持する支持部を有し、
     前記支持部は、
      前記軸部材を中心とした円環状の部材を2つに割った形状の割れ部材と、
      2つの前記割れ部材をそれぞれ連結するボルトと、
    を有する
    請求項2乃至7のいずれか1つに記載のマニピュレータ。
  9.  前記回転部は、前記弾性部と前記ワイヤの接続部分を仮止めする仮止め部材を有し、
     前記仮止め部材は、前記円板部材に対して抜き差し可能に形成される
    請求項2乃至8のいずれか1つに記載のマニピュレータ。
  10.  処置具または処置具を挿通させるガイドチューブである請求項1乃至9に記載のマニピュレータと、
     前記マニピュレータを操作する操作部と、
     内視鏡から得られた画像信号に対して画像処理を行う画像処理部と、
     前記画像処理部から送信された映像信号を表示する表示部と、
    を備える
    ことを特徴とするマニピュレータシステム。
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