WO2018216109A1 - 軟性マニピュレータ - Google Patents

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WO2018216109A1
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longitudinal direction
transmission member
central
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満彰 長谷川
利博 吉井
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オリンパス株式会社
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots

Definitions

  • the present invention relates to a soft manipulator.
  • a flexible manipulator that includes a movable portion at the tip of a flexible long insertion portion having flexibility, and drives the movable portion with a wire that penetrates the insertion portion in the longitudinal direction (for example, Patent Document 1). reference.).
  • the soft manipulator disclosed in Patent Document 1 employs a resin-made multi-lumen tube as an insertion portion, thereby eliminating the need for an insulating coating and a coil sheath, thereby reducing costs.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is a flexible manipulator capable of suppressing a change in the path length of a wire between lumens even when the insertion portion is curved, and preventing a decrease in controllability of the movable portion.
  • the purpose is to provide.
  • One aspect of the present invention includes a long insertion portion having flexibility, a movable portion attached to a distal end of the insertion portion, a drive portion attached to a proximal end of the insertion portion, and generating power.
  • An elongated power transmission member that transmits power generated by the drive unit to the movable unit, and the insertion unit is disposed at the center of the longitudinal axis and has a long center member that is flexible in the bending direction, and the center member
  • a plurality of ring plate-shaped members fixed at intervals in the longitudinal direction, and each ring plate-shaped member has a central hole through which the central member passes, and a circumferential interval around the central hole.
  • the power generated in the drive unit by operating the drive unit attached to the proximal end of the insertion unit is transmitted to the movable unit at the distal end of the insertion unit by the power transmission member, and the movable unit is operated.
  • the power transmission member is disposed so as to surround the center member by following a spiral path by sequentially passing through through holes of a plurality of ring plate members disposed at intervals in the longitudinal direction. Therefore, generation
  • the path of the power transmission member is not set in advance as the lumen of the multi-lumen tube, but by appropriately selecting the through hole of the ring plate member that allows the power transmission member to pass therethrough,
  • the shape suitable for the curved state can be set by increasing or decreasing the pitch of the spiral or by partially changing the pitch of the spiral.
  • the central member may have a higher compression rigidity than the power transmission member. In this way, even if a longitudinal compressive force acts on the insertion portion due to the power applied to the power transmission member, the insertion portion is prevented from being deformed in the longitudinal direction due to the high compression rigidity of the central member. can do. Thereby, the fall of controllability of a movable part can be prevented more reliably.
  • the said ring-plate-shaped member may be attached to the said center member with the pitch smaller than in the base end side of the said insertion part in the front end side of the said insertion part.
  • the helical plate in addition to the adjustment of the helical pitch by selecting the through-hole through which the power transmission member passes, the helical plate can also be adjusted by adjusting the longitudinal attachment position of the ring plate-like member to the central member. The pitch can be adjusted.
  • the pitch of the spiral is reduced to suppress the occurrence of a path length difference between the power transmission members, and the base of the insertion portion Since the end side is curved relatively gently, the pitch of the spiral can be increased to reduce the frictional force acting on the power transmission member.
  • the said ring plate-shaped member may be attached so that position adjustment is possible to the said longitudinal direction with respect to the said center member.
  • the pitch of a spiral can be adjusted more finely also by adjusting the attachment position of the longitudinal direction to the center member of a ring plate-shaped member.
  • the power transmission member and the through hole are protected by the guide sheath so that the power transmission member and the through hole are not in direct contact with each other in the portion where the power transmission member passes through the through hole, thereby reducing the friction and further improving the controllability. be able to.
  • the soft manipulator 1 includes a long insertion portion 2 having flexibility, a movable portion 3 attached to the distal end of the insertion portion 2, and an insertion portion 2.
  • a drive unit 4 that is attached to the base end and generates power, and a wire (power transmission member) 5 that transmits the power generated by the drive unit 4 to the movable unit 3 are provided.
  • reference numeral 6 denotes a tubular outer sheath. In FIG. 1, only one wire 5 is shown for clarity of explanation.
  • the insertion portion 2 is arranged in the outer sheath 6 at the center of the longitudinal axis and has a long center member 7 that is flexible in the bending direction, and the length of the center member 7. And a plurality of ring plate-like members 8 fixed at intervals in the direction.
  • the central member 7 is a coil tube made of a material having higher compression rigidity than the wire 5, for example, a metal or a material such as PEEK.
  • each ring plate-like member 8 has the same shape, a central hole 9 that penetrates the central member 7, and a wire that is arranged around the central hole 9 at intervals in the circumferential direction. And a plurality of through holes 10 having a diameter capable of penetrating 5 in the thickness direction.
  • the ring plate-like member 8 is a fixing member for moving around the longitudinal direction and longitudinal axis of the central member 7 with respect to the central member 7 penetrated through the central hole 9 and fixing it at an arbitrary position and phase, for example, As shown by a broken line in FIG. 3, a push screw 11 is provided that is tightened radially inward from the outer peripheral surface of the ring plate member 8.
  • Reference numeral 12 denotes a concave portion that is formed to be recessed inward in the radial direction from the outer peripheral surface of the ring plate-like member 8 and has a seat surface to which the push screw 11 is pressed.
  • the ring plate-like member 8 can be moved in the longitudinal direction and the circumferential direction with respect to the center member 7 by loosening the push screw 11, and the push screw 11 is set in an appropriate longitudinal position and circumferential position. Can be fixed to the center member 7 at that position.
  • the wire 5 is sequentially penetrated through through holes 10 arranged at different circumferential positions of ring plate-like members 8 adjacent in the longitudinal direction. Thereby, the wire 5 is arrange
  • the flexible manipulator 1 configured as described above will be described.
  • the power generated by the operation of the drive unit 4 is transmitted to the movable unit 3 by the wire 5, and the movable unit 3 is operated, so that the affected part is treated. Is called.
  • the insertion part 2 of the flexible manipulator 1 is inserted into the body in a state of being bent in accordance with the shape of the torsional body cavity leading to the affected part.
  • the soft manipulator 1 according to the present embodiment since the wire 5 is spirally disposed around the central member 7, fluctuations in the path length of the wire 5 due to bending are suppressed, and the controllability of the movable part 3 is reduced. A decrease can be prevented.
  • the wire 5 is spirally formed by passing the wire 5 through the through holes 10 of the plurality of ring plate-like members 8 arranged at intervals in the longitudinal direction. Therefore, by adjusting the attachment of the ring plate member 8 to the center member 7, the helical pitch can be easily adjusted. That is, the helical pitch of the wire 5 can be easily adjusted by appropriately adjusting the longitudinal attachment position of the ring plate-like member 8 to the center member 7 and the phase around the longitudinal axis with the push screw 11. . Thereby, it can arrange
  • the helical pitch of the wire 5 was adapted to the situation used. Can be adjusted.
  • the insertion part 2 is curved in a relatively fine and complicated manner in the vicinity of the affected part, while being gently curved in the vicinity of the entrance to the body cavity. Therefore, as shown in FIG. 4, the pitch can be adjusted to an optimum pitch by setting the interval between the ring plate members 8 small on the distal end side and large on the proximal end side.
  • the wire 5 is directly inserted into the through hole 10 provided in the ring plate-like member 8. Instead, the wire 5 covered with the guide sheath is inserted into the through hole 10. It may be. Further, the number of through holes 10 provided in the ring plate member 8 may be arbitrary as long as it is equal to or greater than the number of necessary wires 5.

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Abstract

挿入部を湾曲させてもルーメン間のワイヤの経路長変化を抑制し、可動部の制御性の低下を防止することができる軟性マニピュレータを提供することを目的として、本発明に係る軟性マニピュレータ（１）は、可撓性を有する長尺の挿入部（２）と、挿入部先端に取り付けられた可動部（３）と、挿入部基端に取り付けられ動力を発生する駆動部（４）と、発生した動力を可動部に伝達する細長い動力伝達部材（５）とを備え、挿入部が、可撓性を有する長尺の中心部材（７）と、中心部材の長手方向に間隔をあけて複数固定されたリング板状部材（８）とを備え、各リング板状部材が、中心部材を貫通させる中央孔（９）と、中央孔の周囲に周方向に間隔をあけて配置された複数の貫通孔（１０）とを備え、動力伝達部材が、長手方向に隣接するリング板状部材の異なる周方向位置に配置される貫通孔を順次貫通させられることにより、螺旋状の形態で配置されている。

Description

軟性マニピュレータ
　本発明は、軟性マニピュレータに関するものである。
　可撓性を有する軟性の長尺の挿入部の先端に可動部を備え、挿入部を長手方向に貫通するワイヤによって可動部を駆動する方式の軟性マニピュレータが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
　特許文献１の軟性マニピュレータは、挿入部として樹脂製のマルチルーメンチューブを採用することにより、絶縁被覆やコイルシースを不要として低コスト化を図っている。
特許第４４２０５９３号公報
　しかしながら、特許文献１の軟性マニピュレータは、挿入部を構成しているマルチルーメンチューブ内を長手方向に沿って真っ直ぐに貫通するルーメン内にワイヤを挿入しているため、挿入部が湾曲した場合には、ルーメン間においてワイヤの経路長が変化し、ワイヤが弛んだり突っ張ったりすることにより、先端の可動部が意図せず動作してしまうという不都合がある。
　本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、挿入部を湾曲させてもルーメン間のワイヤの経路長変化を抑制し、可動部の制御性の低下を防止することができる軟性マニピュレータを提供することを目的としている。
　本発明の一態様は、可撓性を有する長尺の挿入部と、該挿入部の先端に取り付けられた可動部と、前記挿入部の基端に取り付けられ動力を発生する駆動部と、該駆動部により発生した動力を前記可動部に伝達する細長い動力伝達部材とを備え、前記挿入部が、長手軸中心に配置され曲げ方向に可撓性を有する長尺の中心部材と、該中心部材の長手方向に間隔をあけて複数固定されたリング板状部材とを備え、各該リング板状部材が、前記中心部材を貫通させる中央孔と、該中央孔の周囲に周方向に間隔をあけて配置され前記動力伝達部材を板厚方向に貫通可能な複数の貫通孔とを備え、前記動力伝達部材が、前記長手方向に隣接する前記リング板状部材の異なる周方向位置に配置される前記貫通孔を順次貫通させられることにより、螺旋状の形態で配置されている軟性マニピュレータである。
　本態様によれば、挿入部の基端に取り付けられた駆動部を作動させることにより駆動部において発生した動力が動力伝達部材によって挿入部の先端の可動部に伝達され、可動部が作動させられる。動力伝達部材は、長手方向に間隔をあけて複数配置されたリング板状部材の貫通孔を順次貫通させられることにより、螺旋状の経路を辿って中心部材の周囲を取り巻くように配置されているので、中心部材が湾曲させられることによって挿入部が湾曲した場合の動力伝達部材間の経路長差の発生が抑制される。
　この場合において、動力伝達部材の経路はマルチルーメンチューブのルーメンのように予め設定されているのではなく、動力伝達部材を貫通させるリング板状部材の貫通孔を適宜選択することにより、全体的に螺旋のピッチを増減したり、部分的に螺旋のピッチを異ならせたりして、湾曲状態に適した形態に設定することができる。これにより、挿入部を湾曲させてもルーメン間の動力伝達部材の経路長変化を抑制し、可動部の制御性の低下を防止することができる。
　上記態様においては、前記中心部材が、前記動力伝達部材より高い圧縮剛性を有していてもよい。
　このようにすることで、動力伝達部材に付与された動力によって挿入部に長手方向の圧縮力が作用しても、中心部材の高い圧縮剛性によって、挿入部が長手方向に圧縮変形することを防止することができる。これにより、可動部の制御性の低下をより確実に防止することができる。
　また、上記態様においては、前記リング板状部材が、前記挿入部の先端側において、前記挿入部の基端側におけるよりも小さいピッチで前記中心部材に取り付けられていてもよい。
　このようにすることで、動力伝達部材を貫通させる貫通孔を選択することによる螺旋のピッチの調整に加え、リング板状部材の中心部材への長手方向の取付位置を調節することによっても螺旋のピッチを調整することができる。挿入部の先端側は曲がりくねった体腔内に挿入されるなど大きな総曲げ角度で湾曲させられるため、螺旋のピッチを小さくして動力伝達部材間の経路長差の発生を抑制し、挿入部の基端側は比較的緩やかに湾曲させられるため、螺旋のピッチを大きくして動力伝達部材に作用する摩擦力を低減することができる。
　また、上記態様においては、前記リング板状部材が、前記中心部材に対して前記長手方向に位置調整可能に取り付けられていてもよい。
　このようにすることで、リング板状部材の中心部材への長手方向の取付位置を調節することによっても螺旋のピッチをより細かく調整することができる。
　また、上記態様においては、前記動力伝達部材を被覆するガイドシースを備えていてもよい。
　このようにすることで、動力伝達部材が貫通孔を貫通する部分において動力伝達部材と貫通孔とが直接接触しないようにガイドシースによって保護されるので、摩擦を低減して制御性をさらに向上することができる。
　本発明によれば、挿入部を湾曲させてもルーメン間のワイヤの経路長変化を抑制し、可動部の制御性の低下を防止することができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る軟性マニピュレータを示す縦断面図である。 図１の軟性マニピュレータの挿入部の内部構造を部分的に示す斜視図である。 図１の軟性マニピュレータに備えられるリング板状部材を示す正面図である。 図２の軟性マニピュレータの変形例を示す側面図である。
　本発明の一実施形態に係る軟性マニピュレータ１について、図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態に係る軟性マニピュレータ１は、図１に示されるように、可撓性を有する長尺の挿入部２と、該挿入部２の先端に取り付けられた可動部３と、挿入部２の基端に取り付けられ動力を発生する駆動部４と、該駆動部４により発生した動力を可動部３に伝達するワイヤ（動力伝達部材）５とを備えている。図中、符号６は管状のアウターシースである。図１において、説明を明確にするためにワイヤ５は１本のみ示している。
　挿入部２は、図１および図２に示されるように、アウターシース６内に、長手軸中心に配置され曲げ方向に可撓性を有する長尺の中心部材７と、該中心部材７の長手方向に間隔をあけて複数固定されたリング板状部材８とを備えている。
　中心部材７は、ワイヤ５より高い圧縮剛性を備える材質、例えば、金属あるいはＰＥＥＫ等の材質からなるコイルチューブである。
　各リング板状部材８は、図２に示されるように、同一形状を有し、中心部材７を貫通させる中央孔９と、該中央孔９の周囲に周方向に間隔をあけて配置されワイヤ５を板厚方向に貫通させることができる口径の複数の貫通孔１０とを備えている。リング板状部材８は、中央孔９に貫通させた中心部材７に対して、該中心部材７の長手方向および長手軸回りに移動させて任意の位置および位相で固定するための固定部材、例えば、図３に破線で示されるようにリング板状部材８の外周面から径方向内方に向けて締め込まれる押しネジ１１を備えている。符号１２は、リング板状部材８の外周面から径方向内方に凹んで形成され、押しネジ１１が押し付けられる座面を有する凹部である。
　すなわち、リング板状部材８は、押しネジ１１を緩めることにより、中心部材７に対して長手方向および周方向に移動可能となり、適当な長手方向位置および周方向位置に設定した状態で押しネジ１１を締結することによりその位置で中心部材７に対して固定することができるようになっている。
　ワイヤ５は、図２に示されるように、長手方向に隣接するリング板状部材８の異なる周方向位置に配置される貫通孔１０を順次貫通させられている。これにより、ワイヤ５は、中心部材７の長手方向に沿って周方向一方向に旋回する螺旋状の形態で、中心部材７の周囲に配置されている。
　このように構成された本実施形態に係る軟性マニピュレータ１の作用について説明する。
　本実施形態に係る軟性マニピュレータ１によれば、駆動部４の作動により発生した動力が、ワイヤ５によって可動部３に伝達され、可動部３が作動させられることにより、患部に対して処置が行われる。
　この場合において、軟性マニピュレータ１の挿入部２は、患部までの曲がりくねった体腔の形状に合わせて湾曲させられた状態で体内に挿入される。本実施形態に係る軟性マニピュレータ１によれば、ワイヤ５が中心部材７の周囲に螺旋状に配置されているので、湾曲によるワイヤ５の経路長の変動が抑制され、可動部３の制御性の低下を防止することができる。
　すなわち、ワイヤ５が螺旋状ではなく長手方向に真っ直ぐ配置されている場合には、湾曲の内側と外側とでワイヤ５に経路長差が発生することとなるが、螺旋状に配置することで、経路長差の発生を小さく抑えることができる。これにより、一部のワイヤ５が突っ張ったり弛んだりすることを防止して、駆動部４の作動によって可動部３が予期しない動作をしてしまう不都合の発生を防止することができる。
　そして、中心部材７が高い圧縮剛性を有しているので、ワイヤ５に張力がかけられても挿入部２が長手方向に圧縮されることが抑制され、駆動部４により発生される動力を可動部３の作動に効率的に使用することができるという利点がある。その結果、挿入部２を長手方向に圧縮するために駆動部４を使用せずに済むので、駆動部４の大型化を防止することができる。
　また、本実施形態に係る軟性マニピュレータ１によれば、長手方向に間隔をあけて配置されている複数のリング板状部材８の貫通孔１０にワイヤ５を通過させることにより、ワイヤ５を螺旋状に配置しているので、中心部材７へのリング板状部材８の取付を調整することにより、螺旋形状のピッチを簡易に調整することができる。すなわち、リング板状部材８の中心部材７への長手方向の取付位置および長手軸回りの位相を押しネジ１１によって適宜調節することにより、ワイヤ５の螺旋形状のピッチを簡易に調整することができる。これにより、最適なピッチの螺旋形状に配置することができる。
　また、本実施形態に係る軟性マニピュレータ１によれば、予め螺旋形状のルーメンのピッチが定まっている従来のマルチルーメンチューブと比較して、使用される状況に合わせて、ワイヤ５の螺旋形状のピッチを調整することができる。特に、体腔内の患部を処置する場合に、挿入部２は患部の近傍においては比較的細かく複雑に湾曲させられる一方、体腔への入口近傍においては緩やかに湾曲させられる。したがって、図４に示されるように、リング板状部材８の間隔を先端側において小さく、基端側において大きく設定することにより、最適なピッチに調節することができる。
　なお、本実施形態においては、リング板状部材８に設けられた貫通孔１０にワイヤ５を直接挿入したが、これに代えて、ガイドシースによって被覆されたワイヤ５を貫通孔１０に挿入することにしてもよい。
　また、リング板状部材８に設ける貫通孔１０の数は必要なワイヤ５の本数以上であれば任意でよい。
　１　軟性マニピュレータ
　２　挿入部
　３　可動部
　４　駆動部
　５　ワイヤ（動力伝達部材）
　７　中心部材
　８　リング板状部材
　９　中央孔
　１０　貫通孔

Claims (5)

  1. 　可撓性を有する長尺の挿入部と、
    　該挿入部の先端に取り付けられた可動部と、
    　前記挿入部の基端に取り付けられ動力を発生する駆動部と、
    　該駆動部により発生した動力を前記可動部に伝達する細長い動力伝達部材とを備え、
    　前記挿入部が、長手軸中心に配置され曲げ方向に可撓性を有する長尺の中心部材と、該中心部材の長手方向に間隔をあけて複数固定されたリング板状部材とを備え、
    　各該リング板状部材が、前記中心部材を貫通させる中央孔と、該中央孔の周囲に周方向に間隔をあけて配置され前記動力伝達部材を板厚方向に貫通可能な複数の貫通孔とを備え、
    　前記動力伝達部材が、前記長手方向に隣接する前記リング板状部材の異なる周方向位置に配置される前記貫通孔を順次貫通させられることにより、螺旋状の形態で配置されている軟性マニピュレータ。
  2. 　前記中心部材が、前記動力伝達部材より高い圧縮剛性を有する請求項１に記載の軟性マニピュレータ。
  3. 　前記リング板状部材が、前記挿入部の先端側において、前記挿入部の基端側におけるよりも小さいピッチで前記中心部材に取り付けられている請求項１または請求項２に記載の軟性マニピュレータ。
  4. 　前記リング板状部材が、前記中心部材に対して前記長手方向に位置調整可能に取り付けられている請求項１から請求項３のいずれかに記載の軟性マニピュレータ。
  5. 　前記動力伝達部材を被覆するガイドシースを備える請求項１から請求項４のいずれかに記載の軟性マニピュレータ。
     
     
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