WO2023171234A1 - 医療装置 - Google Patents

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WO2023171234A1
WO2023171234A1 PCT/JP2023/004502 JP2023004502W WO2023171234A1 WO 2023171234 A1 WO2023171234 A1 WO 2023171234A1 JP 2023004502 W JP2023004502 W JP 2023004502W WO 2023171234 A1 WO2023171234 A1 WO 2023171234A1
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WO
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drive
axis
base axis
output end
drive unit
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/004502
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English (en)
French (fr)
Inventor
安倫 有満
幸輔 藤本
Original Assignee
キヤノン株式会社
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/005—Flexible endoscopes
    • 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
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • 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
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M25/00—Catheters; Hollow probes
    • A61M25/01—Introducing, guiding, advancing, emplacing or holding catheters
    • A61M25/0105—Steering means as part of the catheter or advancing means; Markers for positioning
    • A61M25/0133—Tip steering devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J1/00—Manipulators positioned in space by hand
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J18/00—Arms
    • B25J18/06—Arms flexible

Definitions

  • Patent Document 1 discloses a medical device that can be bent by driving multiple wires using multiple actuators.
  • the medical device includes a first bending section that can be bent by driving the first transmission member in the direction of the base axis, and a second transmission member that is located distally from the first curved section in the direction of the base axis.
  • a manipulator including a second bending portion capable of bending by driving in the direction of the base axis; a first drive unit that drives the first transmission member in the direction of the base axis; and a manipulator that drives the second transmission member in the direction of the base axis.
  • a second driving section, the first driving section and the second driving section are arranged offset in the base axis direction.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a drive unit 24.
  • FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a drive unit 24.
  • FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a drive unit 25.
  • FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a drive unit 25.
  • a schematic diagram showing an example of an actuator unit 7C Schematic diagram showing an example of an actuator unit 7D. Schematic diagram showing an example of an actuator unit 7D. A schematic diagram showing an example of an actuator unit 7E. A schematic diagram showing an example of an actuator unit 7F. A schematic diagram showing an example of an actuator unit 7G. A schematic diagram showing an example of an actuator unit 7H. A schematic diagram showing an example of an actuator unit 7J. A schematic diagram showing an example of an actuator unit 7K. A schematic diagram showing an example of a continuum manipulator 11.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a continuous body robot 101 of this embodiment.
  • the continuum robot 101 includes a continuum manipulator 11 and an actuator unit 7 for driving the continuum manipulator 11.
  • the continuum manipulator 11 is, for example, a catheter, and in this case the continuum robot 101 is a medical device. First, the configuration of the continuum manipulator 11 will be explained.
  • the continuous body manipulator 11 includes a connector 5 for attachment to the actuator unit 7, a base 19, and three independent curved parts 12, 13, and 14. Note that the number of curved portions is not limited to three.
  • the positive direction of the z-axis (on the continuum manipulator side) is expressed as the distal side, and the negative direction on the z-axis (on the actuator unit side) is expressed as the proximal side.
  • FIG. 8 is a schematic perspective view of a curved structure 3 having a tubular structure, which will be described below.
  • the curved structure 3 whose central axis is a base axis O parallel to the z-axis includes a base portion 19 and three curved portions: a distal curved portion 12 , an intermediate curved portion 13 , and a proximal curved portion 14 .
  • the intermediate curved section 13 or the proximal curved section 14 is an example of a first curved section
  • the distal curved section 12 or intermediate curved section 13 is an example of a second curved section.
  • the base portion 19, the proximal curved portion 14, the intermediate curved portion 13, and the distal curved portion 12 are arranged in this order along the base axis (z-axis) O from the proximal side to the distal side.
  • the distal curved portion 12 is composed of a tip member 120A and a plurality of wire guides 120.
  • One ends of three linear members (drive wires) 115 are fixed to the tip member 120A, and the three linear members 115 are fixed to the tip member 120A. are arranged to be slidable with respect to the rear wire guides 120, 130, 140 and the base 19.
  • the intermediate curved part 13 is composed of a plurality of wire guides 130, and is used as a distal end member by fixing one end of the three linear members 115 to the most distal wire guide 130.
  • the three linear members 115 are arranged so as to be slidable relative to the rear wire guides 130, 140 and the base 19.
  • the proximal end curved portion 14 is composed of a plurality of wire guides 140, and is used as a distal end member by fixing one end of three linear members 115 to the most distal wire guide 140.
  • the three linear members 115 are arranged so as to be slidable with respect to the rear wire guide 140 and the base 19.
  • each of the curved parts 12 to 14 is , respectively, except for expansion and contraction in the z-axis direction, and can provide two degrees of freedom: curving with respect to the z-axis and turning around the z-axis.
  • the continuum manipulator 11 is a continuum manipulator having multiple joints with six degrees of freedom in total, except for expansion and contraction in the z-axis direction.
  • the linear member 115 connected to the wire guide 130 or the wire guide 140 is an example of a first transmission member
  • the linear member 115 connected to the tip member 120A or the wire guide 130 is an example of a second transmission member. .
  • the continuum manipulator 11 has a first curved part that can be bent by driving the first transmission member in the base axis direction, and a second transmission member that is located distal to the first curved part in the base axis direction.
  • This is an example of a manipulator that includes a second bending portion that can be bent by driving in the base axis direction.
  • the curved structure 3 has a tool channel 150 formed of a tip member 120A, wire guides 120, 130, 140, and an inner wall of the base 19, so that it has a tube structure in which a hollow path penetrates inside.
  • the access port 55 has the same configuration as the access port 55 described in Patent Document 1, for example, so that the tool channel 150 can be accessed from the outside of the continuum manipulator 11 via the access port 55.
  • the present invention is not limited to this.
  • the present invention is applicable to any type of continuous body manipulator that has a plurality of curved parts (joints) with one or more degrees of freedom and each curved part has at least one driving part.
  • Example 1 will be described using FIGS. 2A to 4B.
  • 2A to 2D are a schematic perspective view of the actuator unit 7A, (FIG. 2A) a schematic perspective view, (FIG. 2B) a schematic perspective view with the exterior member 21 not shown, and (FIG. 2C) a schematic perspective view with the drive board 23 not shown.
  • FIG. 2D is a schematic front view.
  • the central axis of the actuator unit 7A is arranged on the same straight line as the base axis O, which is the same as the base axis illustrated in FIG.
  • the actuator unit 7A includes two types of drive units: a 6-axis drive unit 22A and a 3-axis drive unit 22B.
  • the 6-axis drive unit 22A includes six drive sections 24, and the 3-axis drive unit 22B includes three drive sections 25.
  • a drive board 23 is provided so as to surround the three-axis drive unit 22B.
  • the drive board 23 is a control electronic device for a DC motor and an encoder, which will be described later, and includes, for example, a servo amplifier, a controller for position control, and the like.
  • a drive board 23 is provided around a small number of drive units.
  • the drive board 23 is, for example, a board that controls the drive of at least one of the drive unit 24 and the drive unit 25.
  • FIGS. 3A, 3B, 4A, and 4B are (FIG. 3A) a schematic perspective view of the drive unit 24 and (FIG. 3B) a schematic cross-sectional view taken along the yz plane passing through the center of the drive unit 24.
  • a rotary DC motor 29 equipped with an encoder 30 used for drive control is fixed to a bracket 32.
  • the lead screw 35 is rotatably supported around the z-axis by a combination angular ball bearing 38 supported by the bracket 32.
  • the lead screw 35 engages with a nut 37 fixed to the tractor 33 via threaded surfaces, and the nut 37 is movable in the base axis (z-axis) direction in accordance with the rotation of the lead screw 35.
  • the linear bush 36 is fixed to the tractor 33, and the rod 34 is supported so as to be slidable in the z-axis direction with respect to the linear bush 36.
  • one end of the rod 34 is fixed to the bracket 32, thereby forming a linear guide that allows the tractor 33 to slide in the z-axis direction.
  • linear bush 36 and rod 34 it is also possible to use a highly rigid ball spline around the shaft. Further, it is also possible to use a ball screw instead of the lead screw 35 and nut 37.
  • the above configuration is a rotation-to-linear conversion mechanism that converts the power in the rotational direction of the DC motor 29 into the power in the z-axis direction of the tractor 33.
  • An output end 27 having a mechanically engageable shape (a hole in the figure) is provided at the end of the tractor 33 that can be slid in the z-axis direction by the rotation-to-linear conversion mechanism.
  • the output end 27 is capable of outputting a thrust (driving force) in the z-axis direction to the linear member 115 via a known structure such as the connection unit 107 described in Patent Document 1, for example.
  • the output end 27 only needs to be capable of transmitting thrust to the linear member 115, and is not limited to the shape shown in the figure.
  • the linear member 115 may be connected directly to the output end 27, or may be connected to the output end 27 via an arbitrary structure. The same applies to the output end 28, which will be described later.
  • FIGS. 4A and 4B are (FIG. 4A) a schematic perspective view of the drive unit 25, and (FIG. 4B) a schematic cross-sectional view taken along the yz plane passing through the center of the drive unit 25.
  • a rotary DC motor 39 equipped with an encoder 30 used for drive control is fixed to a bracket 32.
  • the DC motor 39 is larger and has a larger output than the DC motor 29 used in the drive section 24.
  • the rotation-to-linear conversion mechanism that converts the power in the rotational direction of the DC motor 39 into the power in the z-axis direction of the tractor 43 is the same as that of the drive unit 24, so a description thereof will be omitted.
  • an output end 28 having a mechanically engageable shape is provided at the end of the tractor 43 that is slidable in the z-axis direction.
  • the output end 28 can output a thrust (driving force) in the z direction to the linear member (115) through a known structure such as the connection unit 107 described in Patent Document 1, for example.
  • the brackets 33, 43 of the drive units 24, 25 described above are fixed to the pillars 26 in FIGS. 2A to 2D.
  • the column 26 has a shape having six flat fixable surfaces in the area where the 6-axis drive unit 22A is arranged and three flat fixable surfaces in the area where the 3-axis drive unit 22B is arranged. be. Therefore, as shown in FIG. 2D, the six drive units 24 that make up the 6-axis drive unit 22A are arranged at equal intervals of 60 degrees around the z-axis, and the 3-axis drive units 24 that make up the 3-axis drive unit 22B are arranged at equal intervals of 60 degrees around the z-axis.
  • the driving units 25 are arranged at equal intervals of 120 degrees around the z-axis. As shown in FIG. 2D, at least a portion of the driving section 24 and the driving section 25 overlap in the vertical projection plane in the base axis direction.
  • the output end 28 of the drive section 25 is exposed in the z direction from between the drive sections 24, and together with the output end 27 of the drive section 24, all nine output ends 27 and 28 are exposed in the z direction. do. Further, the nine output ends 27 and 28 are arranged at the same distance from the base axis (z-axis) O.
  • a method of connecting a load to each output end for driving the continuous body manipulator 11 having nine input shafts using the actuator unit 7A having the above-described configuration will be described.
  • the 6-axis drive unit 22A is used to drive the distal curved section 12 and the intermediate curved section 13
  • the 3-axis drive unit 22B is used to drive the proximal curved section 14.
  • a total of six linear members 115 extending from the distal curved portion 12 and the intermediate curved portion (13) are engaged with the output end 27 via a known structure such as the connection unit 107 described in Patent Document 1, for example.
  • the drive unit 25 included in the drive unit 22B is an example of a first drive unit that drives the first transmission member in the base direction
  • the drive unit 24 included in the 6-axis drive unit 22A drives the second transmission member in the base direction.
  • the output end 28 is an example of the first output end
  • the output end 27 is an example of the second output end.
  • the first output end is as shown in FIG. 2D. , are arranged between the plurality of second drive parts in the vertical projection plane in the base axis direction.
  • the following various effects can be obtained by offsetting the nine drive units 24 and 25 in the base axis direction (z-axis direction) and arranging them separately.
  • the first effect is that the outer diameter of the actuator unit 7A is reduced compared to the case where the nine drive parts 24 and 25 are arranged circumferentially around the base axis (z-axis) at the same position in the base axis direction. becomes possible.
  • the exterior member 21 can also be made smaller in diameter, making it easier to hold, install, transport, etc. by hand.
  • the third effect is that the drive board 23 can be placed using the space around the three-axis drive unit 22B. Even if the drive board 23 is arranged, the outer diameter of the 3-axis drive unit 22B can be prevented from becoming significantly larger than the outer diameter of the 6-axis drive unit 22A, and the cylindrical exterior member 21 can be mounted. .
  • the same bending part In this case, the force transmission path from the DC motor that is the drive source to the tip of the curved portion can be made the same. Thereby, it is possible to reduce the difference in transmission characteristics of the transmission paths that drive the same curved section, and improve the control performance of each curved section.
  • the projection positions of all nine output ends 27 and 28 onto a plane with the base axis as the normal line are arranged on the same circumference centered on the base axis, so that the projection position as shown in FIG.
  • the wire guides 120, 130, 140 having the same outer diameter shape can be easily applied to drive continuous body manipulators forming different curved portions 12 to 14. This is because, for example, the connection mechanism from the output end to the drive wire, which corresponds to the connection unit 107 described in Patent Document 1, can be arranged rotationally symmetrically in the projected cross section in the base axis direction. Therefore, it is possible to contribute to reducing the diameter of the continuous body manipulator 11.
  • each curved part can be similarly adjusted. Axis control performance can be improved.
  • the 6-axis drive unit 22A that drives the distal curved section 12 and the intermediate curved section 13 is moved more distally (in the positive z-axis direction) than the 3-axis drive unit 22B that drives the proximal curved section 14.
  • the 6-axis drive unit 22A that drives the distal curved section 12 and the intermediate curved section 13 is moved more distally (in the positive z-axis direction) than the 3-axis drive unit 22B that drives the proximal curved section 14.
  • the output of the drive source of the drive section can be changed for each curved section.
  • the output of the drive source used in the three-axis drive unit 22B that drives the proximal curved portion 14 is set to be large. That is, the output of the smaller drive part among the drive units is greater. This is because the transmission paths of the distal curved section 12 and the intermediate curved section 13 run in parallel near the transmission path that drives the proximal curved section 14. This is effective when more output from the drive source is required when driving the proximal curved portion 14 with a load applied to the portion 13.
  • a rotary DC motor and a rotation-to-linear motion conversion mechanism are used as drive sources for the drive unit used in the actuator unit, but the scope of the present invention is not limited to this.
  • the scope of the present invention also applies to cases where a rotation-to-linear conversion mechanism using a stepping motor that is driven by applied pulses is used as the drive section, or where a linear motor is used as the drive section itself. All types of known motors can be used as the drive source, and it is also possible to configure the actuator unit by combining drive units using different drive sources.
  • the effect was explained using an example in which the position of the drive unit in the base axis direction (z direction) and the distance of the output end of each drive unit from the base axis (z axis) are made equal for each curved part.
  • the present invention is not limited thereto. Even if the position of each drive unit in the base axis direction (z direction) and the distance of the output end of each drive unit from the base axis (z axis) are different, the actuator unit can be made smaller (smaller in diameter) by this embodiment. realizable.
  • the driving parts 24 and 25 in a plane in which the actuator unit is projected in the base axis (z-axis) direction, the driving parts 24 and 25 have regions where they overlap with each other, but the driving parts do not necessarily have to overlap.
  • the drive unit 25 is placed outside away from the base axis (z-axis), the space near the base axis (z-axis) is expanded, and the electronic component corresponding to the drive board 23 is placed outside. It is also possible to place
  • the output ends 27 and 28 provided at the ends of the tractors 33 and 43 are shown as having holes as an example of a mechanically engageable shape, but the present invention is not limited to this. It is not something that will be done.
  • the output end includes any shape or configuration that can be mechanically engaged with the connection unit 107 described in Patent Document 1.
  • the output end may be clipped with a spring-loaded clip, a snap-fit mechanism or plunger may be used to engage in the base axis (z-axis) direction below a certain threshold, or a magnet may be used as the output end.
  • a possible configuration is to physically engage them by attracting each other with magnetic force.
  • the positions of the output ends 27 and 28 are not limited to between the rod 34 and the lead screw 35, and may be placed at other positions as long as they can be connected directly or indirectly to the linear member 115. It is also possible to prepare for this.
  • control performance can be improved by aligning the arrangement positions of the drive units that drive one curved part and the outputs of the drive sources, but the present invention is not limited to this. It's not something you can do.
  • the scope of the present invention also includes cases where a common curved portion is driven by a combination of different driving portions or a plurality of driving portions arranged at different distances or positions with respect to the base axis.
  • FIGS. 5A and 5B are a schematic perspective view (FIG. 5A) and a schematic front view (FIG. 5B) regarding the actuator unit 7B.
  • the central axis of the actuator unit 7B is arranged on the same straight line as the base axis O of the continuous body manipulator 11, and illustration of the base axis O is omitted in FIGS. 5A and 5B.
  • the actuator unit 7B is composed of two types of drive units, a 6-axis drive unit 22A and a 3-axis drive unit 22B, as in the first embodiment, and the 3-axis drive unit is located on the positive side (distal side) of the z-axis.
  • a six-axis drive unit 22A is disposed on the negative direction side (base end side) of the z-axis. Similar to the first embodiment, the two types of drive parts 24 and 25 used in the 6-axis drive unit 22A and 3-axis drive unit 22B are supported and fixed to appropriately provided columns via respective brackets 33 and 43. It is something that will be done. Further, as shown in FIG. 5B, the nine output ends 27 and 28 of each drive unit 24 and 25 are arranged at equal distances from the central axis (base axis, z axis) of the actuator unit 7B, and In the projection plane (in the vertical projection plane in the base axis direction), they are on the same circumference around the base axis.
  • the drive unit 24 included in the 6-axis drive unit 22A is an example of a first drive unit that drives the first transmission member in the base direction
  • the drive unit 25 included in the 3-axis drive unit 22B drives the second transmission member in the base direction.
  • This is an example of a second drive unit that drives in the direction.
  • the drive unit 24 included in the 6-axis drive unit 22A is an example of a first drive unit that drives the first transmission member in the base direction
  • the drive unit 25 included in the 3-axis drive unit 22B drives the second transmission member in the base direction.
  • This is an example of a second drive unit that drives in the direction.
  • the output end 27 is an example of a first output end
  • the output end 28 is an example of a second output end. As shown in FIG. 5B, this second output end is arranged between the plurality of first drive parts in the vertical projection plane in the base axis direction.
  • the 3-axis drive unit 22B that drives the distal curved section (12) is moved more distally (z-axis positive) than the 6-axis drive unit 22A that drives the intermediate curved section 13 and the proximal curved section 14.
  • the force on the distal side it is possible to shorten the force transmission path for driving the distal side curved section 12, and dexterity and high responsiveness are required for the distal side curved section 12. Suitable for multi-joint manipulators.
  • the output of the drive source of the drive section can be changed for each curved section without significantly increasing the size of the actuator unit.
  • the output of the drive source used in the three-axis drive unit 22B that drives the distal curved portion 12 is set to be large. This is effective when setting the curving angle of the distal curved portion 12 to be larger than the curving angles of the other two curved portions. For example, consider the case of a continuum robot that uses the continuum manipulator 11 as a bronchoscope and enters the inside of the bronchus while bending the curved portion at its tip.
  • the interior of the bronchus is a complex route with multiple branches, and for example, if you follow a route that includes branches with large curvatures, you will be able to reach areas that are not easily accessible, such as the upper lobe of the right lung located deep inside. Assuming that it is the target. According to this embodiment, even in a branch with a large curvature, it is possible to proceed through the bronchus while setting the curvature angle of the distal curved portion 12 to be large (with a small radius of curvature). The present embodiment is thus suitable for a multi-joint manipulator that requires a large driving force for the distal curved portion 12.
  • FIGS. 6A and 6B are a schematic perspective view (FIG. 6A) and a schematic front view (FIG. 6B) regarding the actuator unit 7C.
  • the central axis of the actuator unit 7C is arranged on the same straight line as the base axis O of the continuous body manipulator 11, and illustration of the base axis O is omitted in FIGS. 6A and 6B.
  • the actuator unit 7C consists of three three-axis drive units 22C, which are arranged in series along the base axis (z-axis).
  • the three-axis drive unit 22C consists of three drive parts 45 arranged at equal intervals around the base axis (z-axis), and the drive part 45 has the DC motor 39, which is the drive source of the drive part 25, changed to the DC motor 29.
  • the other configurations are the same.
  • three drive parts 45 are arranged so that the distances from the base axis (z-axis) to the output end 28 are equal.
  • Each drive unit 45 is supported and fixed to an appropriately provided support via each bracket 43 as in the first embodiment.
  • the three-axis drive unit 22C is arranged such that a part of the rotation-to-linear conversion mechanism of the drive unit 45 and a part of the DC motor 29, which is the drive source, overlap in the base axis (z-axis) direction. be done. At this time, it is preferable to determine the arrangement position of the drive unit 45 so as to avoid interference between the tractor 43 and the DC motor 29 in the movable range of the tractor 43.
  • the nine output ends 28 of each drive unit 45 are arranged at positions equidistant from the central axis (base axis, z-axis) of the actuator unit 7C, and in the xy projection plane. , are on the same circumference around the base axis. Furthermore, the nine output ends 28 are arranged at equal intervals of 40 degrees around the base axis in the xy projection plane.
  • one three-axis drive unit 22C drives one curved portion.
  • the three three-axis drive units 22C each drive the distal curved section (12, intermediate curved section 13, and proximal curved section 14) from the z-axis positive direction side (distal side).
  • a total of nine linear members 115 extending from each of the curved portions 12 to 14 are engaged with the output end 28 through a known configuration such as the connection unit 107 described in Patent Document 1, for example.
  • the actuator unit 7C is constituted by a three-axis drive unit consisting of three drive parts 45, it is possible to obtain a higher effect of reducing the diameter compared to the actuator units 7A and 7B.
  • the dimension of the actuator unit 7C in the base axis (z-axis) direction can be minimized. can be kept in
  • FIGS. 7A to 7G are schematic front views of actuator units 7D to 7K, respectively, and the coordinate axes are common in each figure.
  • the central axes of the actuator units 7D to 7K are arranged on the same straight line as the base axis O of the continuous body manipulator 11, and the base axis O is not shown in FIGS. 7A to 7G.
  • FIGS. 7A to 7G an example of the layout of nine drive units inside the exterior member 21 in the base axis (z-axis) direction projection plane will be described.
  • this embodiment is an embodiment in which the output ends of the nine drive units are not on the same circumference. Therefore, for the continuous body manipulator driven using the actuator units 7D to 7K described in this embodiment, the connection unit 107 described in Patent Document 1 or the driving wires 115 may be used depending on the arrangement of the output end. It is preferable to change the shape and arrangement of the parts as appropriate.
  • the drive parts of the actuator unit described in this embodiment are given codes that are a combination of a number and a letter of the alphabet, but three drive parts with the same number can be used as a set to drive one curved part. preferable. In FIG.
  • the output ends 27 of the drive units 51A to 51C are on the same circumference G centered on the base axis, and the output ends 27 of the drive units 52A to 52C and drive units 53A to 53C are on the same circumference G centered on the base axis.
  • the driving parts 51A to 51C output driving force for bending the proximal bending part 14
  • the output ends 27 of the driving parts 51A to 51C are an example of a first output end.
  • the output end 27 of the driving portions 53A to 53C is an example of a second output end.
  • the plurality of first output ends are arranged at a first distance from the base axis
  • the plurality of second output ends are arranged at a second distance from the base axis, which is different from the first distance.
  • FIG. 7B shows that the output ends 27 of the drive units 56A to 56C and the drive units 57A to 57C are on the same circumference I centered on the base axis, and the output ends 27 of the drive units 58A to 58C are on the same circumference I centered on the base axis.
  • FIG. 7C shows that the output ends 27 of the drive parts 61A to 61C are on the same circumference K centered on the base axis, and the output ends 27 of the drive parts 59A to 59C and the drive parts 60A to 60C are on the same circumference K centered on the base axis. It is a schematic front view of actuator unit 7F arranged so that it may come to upper L.
  • FIG. 7D shows that the output ends 27 of the drive parts 64A to 64C are on the same circumference M centered on the base axis, the output ends 27 of the drive parts 62A to 62C are on the same circumference N centered on the base axis, and the drive parts 63A to 7 is a schematic front view of an actuator unit 7G arranged so that the output end 27 of the actuator unit 63C is located on the same circumference P centered on the base axis.
  • FIG. 7E shows that the output ends 27 of the drive units 65A to 65C and the drive units 67A to 67C are on the same circumference Q centered on the base axis, and the output ends 27 of the drive units 66A to 66C are on the same circumference Q centered on the base axis.
  • FIG. 7F shows that the output ends 27 of the drive parts 68A to 68C are on the same circumference S centered on the base axis, the output ends 27 of the drive parts 69A to 69C are on the same circumference T centered on the base axis, and the drive parts 70A to 7 is a schematic front view of an actuator unit 7J arranged so that the output end 27 of the actuator unit 70C is located on the same circumference U around the base axis.
  • FIG. 7G shows that the output ends 27 of the drive parts 71A to 71C and the drive parts 72A to 72C are on the same circumference V centered on the base axis, and the output ends 27 of the drive parts 73A to 73C are on the same circumference V centered on the base axis.
  • the above-described actuator units 7D to 7K have the following characteristics.
  • the layout of the actuator units 7D, 7F, and 7H is such that a wide space is provided near the center of the actuator units. This space can be used to place support columns and control electronics, such as the drive board described above, or to create a path separate from the access port 55 that allows access to the tool channel 150 of the continuum manipulator 11. It is possible to do this.
  • actuator units 7E, 7G, 7J, and 7K relatively large empty spaces are provided on the outer peripheral sides (outside of 58A to 58C, outside of 62A to 62C, outside of 69A to 69C, and outside of 73A to 73C). It has a similar layout and can be used in the same way.
  • the outer side refers to a direction proceeding radially from the center of the actuator unit.
  • the radial positions and directions from the center of the drive parts in each of the actuator units 7D to 7K vary, as shown in the figure, three drive parts with the same number are considered as one set.
  • the force transmission path from the drive source DC motor to the tip of each curved part can be made the same, reducing differences in transmission characteristics and improving control performance of each axis. be able to.
  • actuator units 7D to 7K in this embodiment are arranged so that they do not overlap in the projection plane in the base axis (z-axis) direction of all the drive parts, as in Examples 1 to 3, Further reduction in diameter may be achieved by offsetting the driving portion in the base axis (z-axis) direction and providing an overlap.
  • the driving parts are laid out inside the exterior member 21, which is all cylindrical.
  • the exterior member may have any shape. is possible.

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Abstract

医療装置は、第１伝達部材を基軸方向に駆動することで湾曲可能な第１湾曲部と、前記基軸方向において第１湾曲部より遠位側に位置し、第２伝達部材を前記基軸方向に駆動することで湾曲可能な第２湾曲部とを含むマニピュレータと、前記第１伝達部材を前記基軸方向に駆動する第１駆動部と、前記第２伝達部材を前記基軸方向に駆動する第２駆動部と、を備え、前記第１駆動部と前記第２駆動部は前記基軸方向にオフセットして配置される。

Description

医療装置
　本明細書及び図面の開示の実施形態は、医療装置に関する。
　特許文献１には、複数のアクチュエータにより複数のワイヤを駆動させることで湾曲可能な医療装置が開示されている。
米国公開特許２０２１／０１２１０５１号
　本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、複数のアクチュエータを適切に配置することである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。
　実施形態に係る医療装置は、第１伝達部材を基軸方向に駆動することで湾曲可能な第１湾曲部と、前記基軸方向において第１湾曲部より遠位側に位置し、第２伝達部材を前記基軸方向に駆動することで湾曲可能な第２湾曲部とを含むマニピュレータと、前記第１伝達部材を前記基軸方向に駆動する第１駆動部と、前記第２伝達部材を前記基軸方向に駆動する第２駆動部と、を備え、前記第１駆動部と前記第２駆動部は前記基軸方向にオフセットして配置される。
連続体ロボット１０１の一例を示す概略図。 アクチュエータユニット７Ａの一例を示す概略図。 アクチュエータユニット７Ａの一例を示す概略図。 アクチュエータユニット７Ａの一例を示す概略図。 アクチュエータユニット７Ａの一例を示す概略図。 駆動部２４の一例を示す概略図。 駆動部２４の一例を示す概略図。 駆動部２５の一例を示す概略図。 駆動部２５の一例を示す概略図。 アクチュエータユニット７Ｂの一例を示す概略図。 アクチュエータユニット７Ｂの一例を示す概略図。 アクチュエータユニット７Ｃの一例を示す概略図。 アクチュエータユニット７Ｃの一例を示す概略図。 アクチュエータユニット７Ｄの一例を示す概略図。 アクチュエータユニット７Ｅの一例を示す概略図。 アクチュエータユニット７Ｆの一例を示す概略図。 アクチュエータユニット７Ｇの一例を示す概略図。 アクチュエータユニット７Ｈの一例を示す概略図。 アクチュエータユニット７Ｊの一例を示す概略図。 アクチュエータユニット７Ｋの一例を示す概略図。 連続体マニピュレータ１１の一例を示す概略図。
　以下、本実施形態について、添付図面及び符号を参照して詳細に説明し、共通する符号については、説明を省略する。なお、実施例中における各座標軸は共通のものである。また、本発明は、以下の実施例の構成のみに限定されず、説明される実施例の組み合わせから導かれる実施の形態についても包含するものである。
　図１乃至図８を用いて本実施形態について説明する。図１は、本実施形態の連続体ロボット１０１の概略斜視図である。連続体ロボット１０１は、連続体マニピュレータ１１と、連続体マニピュレータ１１を駆動するためのアクチュエータユニット７とを含んで構成される。連続体マニピュレータ１１は例えばカテーテルであり、この場合、連続体ロボット１０１は医療装置である。まず、連続体マニピュレータ１１の構成について説明する。
　図１に示すように、連続体マニピュレータ１１は、アクチュエータユニット７に取り付けるためのコネクタ５、基部１９及び，３個の独立した湾曲部１２，１３，１４を含んで構成される。なお、湾曲部の数は３に限定されるものではない。本実施形態において、ｚ軸の正方向（連続体マニピュレータ側）を遠位側、ｚ軸の負方向（アクチュエータユニット側）を基端側と表現する。
　次に、連続体マニピュレータ１１の基部１９及び、湾曲部１２～１４の具体的な構成の一例について、図８を用いて説明する。図８は、以下に説明するチューブ状の構造をもつ湾曲構造体３の概略斜視図である。ｚ軸に平行な基軸Ｏを中心軸とする湾曲構造体３は、基部１９と、３つの湾曲部である遠位湾曲部１２、中間湾曲部１３、基端湾曲部１４を含む。中間湾曲部１３または基端湾曲部１４は、第１湾曲部の一例であり、遠位湾曲部１２または中間湾曲部１３は第２湾曲部の一例である。図において、基端側から遠位側へ向かって、基軸（ｚ軸）Ｏに沿って基部１９、基端湾曲部１４、中間湾曲部１３、遠位湾曲部１２の順に配置される。遠位湾曲部１２は、先端部材１２０Ａと複数のワイヤガイド１２０で構成され、先端部材１２０Ａには、３本の線状部材（駆動ワイヤ）１１５の一端が固定され、３本の線状部材１１５は、後方のワイヤガイド１２０、１３０、１４０、基部１９に対し、摺動可能に配置される。同様に、中間湾曲部１３は、複数のワイヤガイド１３０で構成され、最も遠位側のワイヤガイド１３０に対し、３本の線状部材１１５の一端を固定することで、先端部材として利用し、３本の線状部材１１５は、後方のワイヤガイド１３０、１４０、基部１９に対し、摺動可能に配置される。さらに同様に、基端湾曲部１４は、複数のワイヤガイド１４０で構成され、最も遠位側のワイヤガイド１４０に対し、３本の線状部材１１５の一端を固定することで、先端部材として利用し、３本の線状部材１１５は、後方のワイヤガイド１４０、基部１９に対し、摺動可能に配置される。以上の構成により、基部１９の基端側から延びる合計９本の線状部材１１５に対し、ｚ軸方向の推力（Ｆ１，Ｆ２・・・）を与えることで、各湾曲部１２～１４に対し、それぞれｚ軸方向の伸縮を除き、ｚ軸に対する湾曲とｚ軸周りの旋回の２自由度を付与することができる。以上の構成によると、連続体マニピュレータ１１は、ｚ軸方向の伸縮を除き、合計６自由度の多関節を有する連続体マニピュレータである。ワイヤガイド１３０またはワイヤガイド１４０に接続された線状部材１１５は第１伝達部材の一例であり、先端部材１２０Ａまたはワイヤガイド１３０に接続された線状部材１１５は、第２伝達部材の一例である。
　そして、連続体マニピュレータ１１は、第１伝達部材を基軸方向に駆動することで湾曲可能な第１湾曲部と、基軸方向において第１湾曲部より遠位側に位置し、第２伝達部材を前記基軸方向に駆動することで湾曲可能な第２湾曲部とを含むマニピュレータの一例である。
　次に、本発明の連続体ロボット１０１の使用方法の概略について説明する。図１に示すように、コネクタ５の側面に設けられたアクセスポート５５を利用して、基端側から遠位側の湾曲部に向かって様々なツールを挿入することが可能である。図８において、湾曲構造体３は先端部材１２０Ａ及び、ワイヤガイド１２０，１３０，１４０、基部１９の内壁で構成されるツールチャネル１５０を有することにより、内部に中空状の経路が貫くチューブ構造である。アクセスポート５５は、例えば特許文献１に記載のアクセスポート５５と同等の構成により、連続体マニピュレータ１１の外部からアクセスポート５５を介して、ツールチャネル１５０にアクセス可能となる。アクセスポート５５からツールチャネル１５０に至るこの経路を利用し、特許文献１と同様に小型カメラや鉗子や生検ツールなどを挿入することで、遠位湾曲部１２の先端付近における対象物の観察や処置が可能である。これに加えて、イリゲーションサクションチューブを挿入し、イリゲーションサクションチューブを通して湾曲部１２の先端から液体を噴射させたり、吸い込んだりすることで、湾曲部１２の先端付近の対象物の洗浄や薬剤の投与を行うことが可能である。
　本実施形態では、９個の駆動部を用いる６自由度のマニピュレータを駆動する連続体ロボットの例について説明するが、本発明はこれに限定されない。例えば、１つの湾曲部につき、少なくとも１個の駆動部をもつ１自由度以上の湾曲部（関節）を複数有する、あらゆる連続体マニピュレータの形態に対し、本発明は適用可能である。
　次に、上述の連続体マニピュレータ１１を駆動するためのアクチュエータユニット７の構成について、以下に説明するアクチュエータユニット７Ａ～７Ｋの実施例を用いて具体的に説明する。
　（実施例１）
　実施例１について、図２Ａ～図４Ｂを用いて説明する。図２Ａ～図２Ｄはアクチュエータユニット７Ａに関する、（図２Ａ）概略斜視図、（図２Ｂ）外装部材２１を不図示とした概略斜視図、（図２Ｃ）駆動基板２３を不図示とした概略斜視図、（図２Ｄ）概略正面図である。図２Ｂ、図２Ｄにおいて、アクチュエータユニット７Ａの中心軸は、図８で図示した基軸と同じ基軸Ｏと同一直線上に配置される。なお、アクチュエータユニットは、以下の各実施例において外装部材２１及び、駆動基板２３の有無にかかわらずアクチュエータユニットとして扱う。図２Ｂ、図２Ｃにおいて、アクチュエータユニット７Ａは、６軸駆動ユニット２２Ａ、３軸駆動ユニット２２Ｂの２種類の駆動ユニットを含む。６軸駆動ユニット２２Ａは６個の駆動部２４、３軸駆動ユニット２２Ｂは３個の駆動部２５を含む。また、３軸駆動ユニット２２Ｂのまわりを取り囲むように、駆動基板２３が設けられる。ここで、駆動基板２３は、後述のＤＣモータとエンコーダの制御電子機器であり、例えばサーボアンプや位置制御のための制御コントローラなどを含む。図２Ｂに示すように、数量の少ない駆動部のまわりに駆動基板２３が備えられる。駆動基板２３は、例えば、駆動部２４および駆動部２５の少なくとも一方の駆動制御を行う基板である。
　ここで、アクチュエータユニット７Ａに用いられる２種類の駆動部２４，２５について、それぞれ図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、図４Ｂを用いて説明する。図３Ａ、図３Ｂは、駆動部２４の（図３Ａ）概略斜視図、（図３Ｂ）駆動部２４の中心を通るｙ－ｚ平面で切断した概略断面図である。図において、駆動制御に用いるエンコーダ３０を備えた回転型のＤＣモータ２９は、ブラケット３２に固定される。一方、リードスクリュー３５は、ブラケット３２に支持された組合せアンギュラ玉軸受３８によってｚ軸周りに回転可能に支持される。ＤＣモータ２９のシャフトとリードスクリュー３５はカップリング３１に固定されることで、ＤＣモータ２９の回転動力をリードスクリュー３５に伝達することが可能である。リードスクリュー３５は、トラクタ３３に固定されたナット３７と互いにネジ面を介して噛みあい、リードスクリュー３５の回転に応じてナット３７は基軸（ｚ軸）方向に移動可能である。また、リニアブッシュ３６は、トラクタ３３に固定され、ロッド３４はリニアブッシュ３６に対してｚ軸方向に摺動可能となるように支持される。さらにロッド３４の一端がブラケット３２に固定されることで、トラクタ３３がｚ軸方向にスライド可能となるリニアガイドを形成している。リニアブッシュ３６とロッド３４の代わりに、軸周りの剛性の高いボールスプラインを利用することも可能である。また、リードスクリュー３５とナット３７の代わりにボールねじを利用することも可能である。以上の構成は、ＤＣモータ２９の回転方向の動力をトラクタ３３のｚ軸方向の動力に変換する回転直動変換機構である。回転直動変換機構によってｚ軸方向にスライド可能なトラクタ３３の端部には、機械的に係合可能な形状（図では穴）を有する出力端２７が設けられている。出力端２７は、例えば特許文献１に記載のｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｕｎｉｔ　１０７など既知の構造を介して、線状部材１１５へｚ軸方向の推力（駆動力）を出力することが可能である。出力端２７は線状部材１１５へ推力を伝達可能であればよく、図の形状に限定されるものではない。また、出力端２７に直接線状部材１１５が接続されてもよいし、任意の構造を介して線状部材１１５が接続されてもよい。後述する出力端２８についても同様である。
　また同様に、図４Ａ、図４Ｂは、駆動部２５の（図４Ａ）概略斜視図、（図４Ｂ）駆動部２５の中心を通るｙ－ｚ平面で切断した概略断面図である。図において、駆動制御に用いるエンコーダ３０を備えた回転型のＤＣモータ３９は、ブラケット３２に固定される。ここで、ＤＣモータ３９は、駆動部２４で用いたＤＣモータ２９よりも大型で出力の大きなものである。ＤＣモータ３９の回転方向の動力をトラクタ４３のｚ軸方向の動力に変換する回転直動変換機構については、駆動部２４の場合と同様のため、説明を省略する。駆動部２４の場合と同様に、ｚ軸方向にスライド可能なトラクタ４３の端部には、機械的に係合可能な形状を有する出力端２８が設けられている。出力端２８は、例えば特許文献１に記載のｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｕｎｉｔ　１０７など既知の構造を介して、線状部材（１１５へｚ方向の推力（駆動力）を出力することが可能である。
　上述の駆動部２４、２５のブラケット３３，４３は、図２Ａ～図２Ｄにおける支柱２６に固定される。支柱２６は、６軸駆動ユニット２２Ａの配置される領域で６つの平らな固定可能な面を有し、３軸駆動ユニット２２Ｂの配置される領域で３つの平らな固定可能な面を持つ形状である。従って、図２Ｄに図示するように、６軸駆動ユニット２２Ａを構成する６個の駆動部２４は、ｚ軸の周りに６０度おきに等間隔で配置され、３軸駆動ユニット２２Ｂを構成する３個の駆動部２５は、ｚ軸の周りに１２０度おきに等間隔で配置される。図２Ｄに示すように、基軸方向の垂直投影面内において、駆動部２４と駆動部２５の少なくとも一部が重なるようになっている。
　また、駆動部２５の出力端２８が、駆動部２４の間からｚ方向に露出し、駆動部２４の出力端２７と併せて、９個の全ての出力端２７，２８がｚ軸方向に露出する。また、９個の出力端２７，２８が基軸（ｚ軸）Ｏに対して、同じ距離に配置される。
　上述の構成を有するアクチュエータユニット７Ａを用いて、９個の入力軸を有する連続体マニピュレータ１１を駆動するための各出力端への負荷接続方法について説明する。本実施例では、６軸駆動ユニット２２Ａを用いて遠位湾曲部１２及び、中間湾曲部１３を駆動し、３軸駆動ユニット２２Ｂで基端湾曲部１４を駆動する場合を考える。遠位湾曲部１２及び、中間湾曲部（１３から延びる合計６本の線状部材１１５は、例えば特許文献１に記載のｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｕｎｉｔ　１０７など既知の構造を介して、出力端２７に係合される。同様に、基端湾曲部１４から延びる合計３本の線状部材１１５は、例えば特許文献１に記載のｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｕｎｉｔ　１０７など既知の構造を介して、出力端２８に係合される。３軸駆動ユニット２２Ｂに含まれる駆動部２５は第１伝達部材を基軸方向に駆動する第１駆動部の一例であり、６軸駆動ユニット２２Ａに含まれる駆動部２４は、第２伝達部材を基軸方向に駆動する第２駆動部の一例である。出力端２８は第１出力端の一例であり、出力端２７は第２出力端の一例である。この第１出力端は、図２Ｄに示すように、基軸方向の垂直投影面内において複数の第２駆動部の間に配される。
　本実施例によると、９個の駆動部２４，２５を基軸方向（ｚ軸方向）にオフセットさせ、分割して配置することにより、次のような様々な効果を得ることができる。第１の効果として、９個の駆動部２４，２５を基軸方向の同一位置において基軸（ｚ軸）のまわりに周方向に配置する場合と比較して、アクチュエータユニット７Ａの外径寸法を小さくすることが可能となる。アクチュエータユニット７Ａの外径を可能な限り小さくすることで、外装部材２１も小径化することができ、人の手による把持や設置、運搬等が容易となる。
　第２の効果として、回転直動変換機構に用いたリニアブッシュやナット、トラクタなどの部品を配置するスペースを確保しやすくなり、部品同士が干渉するリスクを低減することができる。
　第３の効果として、３軸駆動ユニット２２Ｂのまわりのスペースを利用して駆動基板２３を配置できることである。駆動基板２３を配置しても、３軸駆動ユニット２２Ｂの外径寸法が６軸駆動ユニット２２Ａの外径寸法よりも大幅に大きくなることを防ぎ、円筒形状の外装部材２１を装着することができる。
　第４の効果として、湾曲部１２～１４のうち同一の湾曲部を駆動する駆動部を駆動部２４または２５のいずれかとし、基軸方向（ｚ方向）の位置を揃えることで、同一の湾曲部において駆動源であるＤＣモータから湾曲部の先端までの力の伝達経路を同一とすることができる。これにより、同一の湾曲部を駆動する伝達経路の伝達特性差を低減し、各湾曲部の制御性能を向上させることができる。また、本実施形態では９個全ての出力端２７，２８の基軸を法線とする平面への投影位置を、基軸を中心とする同一円周上に配置することで、図８に示すような、同一外径形状を有するワイヤガイド１２０，１３０，１４０を用いて、異なる湾曲部１２～１４を構成する連続体マニピュレータの駆動に適用し易くなる利点がある。何故ならば、例えば特許文献１に記載のｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｕｎｉｔ　１０７に相当する出力端から駆動ワイヤへの接続機構について、基軸方向への投影断面において回転対称に配置できるためである。従って、連続体マニピュレータ１１の小径化に寄与することが可能である。
　第５の効果として、各々の湾曲部１２～１４において、駆動部出力端２７または２８の基軸（ｚ軸）からの距離を等しくし、各湾曲部におけるモーメントアーム長を揃えることで、同様に各軸の制御性能を向上させることができる。
　第６の効果として、遠位湾曲部１２及び、中間湾曲部１３を駆動する６軸駆動ユニット２２Ａを、基端湾曲部１４を駆動する３軸駆動ユニット２２Ｂよりも遠位側（ｚ軸正方向側）に配置することで、遠位側の湾曲部１２，１３を駆動するための力の伝達経路を短くすることができ、遠位側の湾曲部に器用さや高い応答性が要求される多関節マニピュレータに好適である。
　第７の効果として、湾曲部毎に、駆動部の駆動源の出力を変えることができる。基軸（ｚ軸）方向に分割配置し、必要な駆動部に対してのみ駆動源のＤＣモータの出力を上げることができるため、駆動源の大型化に伴うアクチュエータユニットの大幅な大型化を防ぐことができる。本実施例では、基端湾曲部１４を駆動する３軸駆動ユニット２２Ｂに用いる駆動源の出力を大きく設定している。すなわち、駆動ユニットの中で数量の少ない方の駆動部の出力が大きい。これは、基端湾曲部１４を駆動する伝達経路の近傍には、遠位湾曲部１２及び、中間湾曲部１３の伝達経路が並行して走っているため、遠位湾曲部１２及び、中間湾曲部１３に負荷が掛かった状態で、基端湾曲部１４を駆動する際、より駆動源の出力を必要とする場合に有効である。
　本実施例では、アクチュエータユニットに用いる駆動部について、駆動源として回転型のＤＣモータと回転直動変換機構を用いる例について説明したが、本発明の範疇はこれに限定されるものではない。例えば、駆動部として印加パルスで駆動を行うステッピングモータを用いた回転直動変換機構を用いる場合や、駆動部そのものにリニアモータを用いる場合についても本発明の範疇である。駆動源にはあらゆる形態の既知のモータを適用することができ、異なる駆動源を用いた駆動部の組み合わせでアクチュエータユニットを構成することも可能である。また、本実施例における駆動部について、回転直動変換機構のリードスクリュー３５を一対の組み合わせアンギュラ玉軸受けを用いた片持ち支持の例を図示したが、一端を組み合わせアンギュラ玉軸受けで支持し、他端を深溝玉軸受け支持する両端支持の構成にすることで剛性を向上させることも可能である。高剛性化を図ることで、トラクタの位置決め性能を高めることができる。回転直動変換機構について、リニアブッシュとロッドによる基軸（ｚ軸）方向の案内機構の例を示したが、レールに対してブロックがスライド可能な既知のリニアガイドの適用が可能である。
　また、本実施例では湾曲部毎に駆動部の基軸方向（ｚ方向）位置と、基軸（ｚ軸）からの各駆動部の出力端の距離を揃える例を用いて、その効果について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。各駆動部の基軸方向（ｚ方向）位置と、基軸（ｚ軸）からの各駆動部の出力端の距離が異なっている場合においても、本実施例によってアクチュエータユニットの小型化（小径化）が実現できる。
　図２Ｄにおいて、アクチュエータユニットを基軸（ｚ軸）方向へ投影した面内において、駆動部２４、２５は互いに重なり合う領域を有するが、各駆動部が必ずしも重なりを有する必要はない。例えば、駆動部２４、２５が重ならないように、駆動部２５を基軸（ｚ軸）から離れるように外側に配置し、基軸（ｚ軸）付近の空間を広げ、駆動基板２３に相当する電子部品を配置することも可能である。
　本実施例では、トラクタ３３、４３の端部の設けられる出力端２７，２８は、機械的に係合可能な形状として、穴を有する出力端を例に図示したが、本発明はこれに限定されるものではない。出力端には、特許文献１に記載のｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｕｎｉｔ　１０７に相当するものに機械的に係合可能な任意の形状や構成が含まれる。例えば、出力端として、バネで付勢されたクリップで挟み込む構成や、スナップフィット機構やプランジャなどを用いた、ある閾値以下で基軸（ｚ軸）方向に係合可能な構成や、磁石を用いた磁力で引き合うことによって物理的に係合させる構成が考えられる。また、出力端２７，２８の位置についても、ロッド３４とリードスクリュー３５との間に限定されるものではなく、線状部材１１５に直接または間接的に接続可能な位置であれば他の位置に備えられることとしてもよい。
　本実施例では、一つの湾曲部を駆動する駆動部の配置位置や駆動源の出力を揃えることで、制御性能を向上させることが可能であることについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。異なる駆動部の組み合わせや、基軸に対して異なる距離や位置に配置される複数の駆動部によって、共通の湾曲部を駆動する場合も本発明の範疇に包含される。
　（実施例２）
　他の実施形態について、図５Ａ、図５Ｂを用いて説明する。図５Ａ、図５Ｂはアクチュエータユニット７Ｂに関する、（図５Ａ）概略斜視図、（図５Ｂ）概略正面図である。実施例１と同様、アクチュエータユニット７Ｂの中心軸は、連続体マニピュレータ１１の基軸Ｏと同一直線上に配置され、図５Ａ、図５Ｂにおいて基軸Ｏの図示を省略する。図において、アクチュエータユニット７Ｂは、実施例１と同様に６軸駆動ユニット２２Ａ、３軸駆動ユニット２２Ｂの２種類の駆動ユニットから成り、ｚ軸の正方向側（遠位側）に３軸駆動ユニット２２Ｂが、ｚ軸の負方向側（基端側）に６軸駆動ユニット２２Ａが配置される。実施例１と同様に、６軸駆動ユニット２２Ａ、３軸駆動ユニット２２Ｂに用いられる２種類の駆動部２４，２５は、各々のブラケット３３，４３を介して、適切に設けられた支柱に支持固定されるものである。また、図５Ｂに示すように、各駆動部２４，２５の９個の出力端２７，２８は、アクチュエータユニット７Ｂの中心軸（基軸、ｚ軸）に対し、等距離に配置され、ｘ－ｙ投影面内（基軸方向の垂直投影面内）において、基軸を中心とした同一円周上にある。
　次に、本実施例のアクチュエータユニット７Ｂを用いて、連続体マニピュレータ１１を駆動するための各出力端への負荷接続方法について説明する。本実施例では、３軸駆動ユニット２２Ｂで遠位湾曲部１２を駆動し、６軸駆動ユニット２２Ａを用いて中間湾曲部１３及び、基端湾曲部１４を駆動する場合を考える。遠位湾曲部１２から延びる合計３本の線状部材１１５は、例えば特許文献１に記載のｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｕｎｉｔ　１０７など既知の構造を介して、出力端２８に係合される。同様に、中間湾曲部１３及び、基端湾曲部１４から延びる合計６本の線状部材１１５は、例えば特許文献１に記載のｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｕｎｉｔ　１０７など既知の構造を介して、出力端２７に係合される。６軸駆動ユニット２２Ａに含まれる駆動部２４は、第１伝達部材を基軸方向に駆動する第１駆動部の一例であり、３軸駆動ユニット２２Ｂに含まれる駆動部２５は第２伝達部材を基軸方向に駆動する第２駆動部の一例である。
　６軸駆動ユニット２２Ａに含まれる駆動部２４は、第１伝達部材を基軸方向に駆動する第１駆動部の一例であり、３軸駆動ユニット２２Ｂに含まれる駆動部２５は第２伝達部材を基軸方向に駆動する第２駆動部の一例である。出力端２７は第１出力端の一例であり、出力端２８は第２出力端の一例である。この第２出力端は、図５Ｂに示すように、基軸方向の垂直投影面内において複数の第１駆動部の間に配される。
　本実施例によると、９個の駆動部２４，２５を基軸方向（ｚ軸方向）にオフセットし、且つ分割して配置することにより、実施例１と同様、様々な効果を得ることができる。実施例１で述べた第１～５の効果については、本実施例においても同様の効果が得られるため、説明を省略する。
　第６の効果として、遠位湾曲部（１２を駆動する３軸駆動ユニット２２Ｂを、中間湾曲部１３及び、基端湾曲部１４を駆動する６軸駆動ユニット２２Ａよりも遠位側（ｚ軸正方向側）に配置することで、遠位側の湾曲部１２を駆動するための力の伝達経路を短くすることができ、遠位側の湾曲部１２に対して、器用さや高い応答性が要求される多関節マニピュレータに好適である。
　第７の効果については、実施例１と同様に湾曲部毎に、アクチュエータユニットのサイズ大幅に大径化することなく、駆動部の駆動源の出力を変えることができる。本実施例では、遠位湾曲部１２を駆動する３軸駆動ユニット２２Ｂに用いる駆動源の出力を大きく設定している。これは、遠位湾曲部１２の湾曲角度について、他の２つの湾曲部の湾曲角度よりも大きく設定する際に有効である。例えば、連続体マニピュレータ１１を気管支鏡として利用し、先端の湾曲部を曲げながら気管支の内部に侵入する連続体ロボットの場合を考える。気管支の内部は複数の分岐を繰り返す複雑な経路であり、例えば、曲率の大きな分岐を含む経路を進んだ先の奥側に位置する右肺上葉などの、容易にアクセスすることのできない部位をターゲットとする場合を想定する。本実施例によると、曲率の大きな分岐においても、遠位湾曲部１２の湾曲角度を大きく（曲率半径を小さく）設定しながら気管支中を進むことが可能となる。本実施例は、このように遠位側の湾曲部１２に対して、大きな駆動力を必要とする多関節マニピュレータに好適である。
　（実施例３）
　他の実施形態について、図６Ａ、図６Ｂを用いて説明する。図６Ａ、図６Ｂはアクチュエータユニット７Ｃに関する、（図６Ａ）概略斜視図、（図６Ｂ）概略正面図である。実施例１と同様、アクチュエータユニット７Ｃの中心軸は、連続体マニピュレータ１１の基軸Ｏと同一直線上に配置され、図６Ａ、図６Ｂにおいて基軸Ｏの図示を省略する。図において、アクチュエータユニット７Ｃは、３つの３軸駆動ユニット２２Ｃから成り、これらが基軸（ｚ軸）に沿って直列に配列される。３軸駆動ユニット２２Ｃは、基軸（ｚ軸）まわりに等間隔で配列された３つの駆動部４５から成り、駆動部４５は駆動部２５の駆動源であるＤＣモータ３９を、ＤＣモータ２９へ変更したもので、その他の構成は共通である。各３軸駆動ユニット２２Ｃにおいても同様に、基軸（ｚ軸）から出力端２８までの距離が等しくなるように３個の駆動部４５が配置される。各々の駆動部４５は各々のブラケット４３を介して、実施例１と同様に適切に設けられた支柱に支持固定されるものである。図において、３軸駆動ユニット２２Ｃは、駆動部４５の回転直動変換機構の一部と駆動源であるＤＣモータ２９の一部とが、基軸（ｚ軸）方向において、オーバーラップするように配置される。このとき、トラクタ４３の可動域において、トラクタ４３とＤＣモータ２９との干渉を回避するように、駆動部４５の配置位置を決定することが好ましい。
　また、図６Ｂに示すように、各駆動部４５の９個の出力端２８は、アクチュエータユニット７Ｃの中心軸（基軸、ｚ軸）から等距離の位置に配置され、ｘ－ｙ投影面内において、基軸を中心とした同一円周上にある。さらに、９個の出力端２８はｘ－ｙ投影面内において、基軸まわりに４０度刻みの等間隔で配置される。
　次に、本実施例のアクチュエータユニット７Ｃを用いて、連続体マニピュレータ１１を駆動するための各出力端への負荷接続方法について説明する。本実施例では、一つの３軸駆動ユニット２２Ｃが一つの湾曲部を駆動する構成である。３個の３軸駆動ユニット２２Ｃはそれぞれ、ｚ軸正方向側（遠位側）から、遠位湾曲部（１２、中間湾曲部１３、基端湾曲部１４を駆動するものである。上述の実施例同様に、各湾曲部１２～１４から延びる合計９本の線状部材１１５は、例えば特許文献１に記載のｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｕｎｉｔ　１０７など既知の構成を介して、出力端２８に係合される。
　本実施例によると、９個の駆動部４５を基軸方向（ｚ軸方向）にオフセットし、且つ分割して配置することにより、実施例１と同様、様々な効果を得ることができる。実施例１で述べた第２～６の効果については、本実施例においても同様の効果が得られるため、説明を省略する。第１の効果について、アクチュエータユニット７Ｃでは、３つの駆動部４５から成る３軸駆動ユニットで構成されるため、アクチュエータユニット７Ａ，７Ｂと比較してより高い小径化の効果を得ることができる。加えて、駆動部４５の回転直動変換機構とＤＣモータ２９とを干渉しないようにｚ軸方向にオーバーラップさせて配置させることで、アクチュエータユニット７Ｃの基軸（ｚ軸）方向の寸法を最小限に留めることができる。
　また、実施例１、２における第７の効果についても同様に、３軸駆動ユニット毎にＤＣモータの出力を適切に選定することで、同様の効果を得ることが可能である。
　本実施例では、３つの３軸駆動ユニット２２Ｃに全て同じ駆動源２９を用いる例について説明したが、本発明は全て同じ駆動源２９を用いる場合に限定されるものではない。上述の実施例と同様に、各湾曲部の負荷を駆動するのに必要な駆動源を適切に選定することが好ましい。
　また、実施例１から３において、出力端の中心軸（基軸）からの距離を同一としたが、同一の湾曲部を駆動する駆動部の出力端について中心軸からの距離を同一とするのみでもよく、効果の一部がえられる。
　（実施例４）
　他の実施形態について、図７Ａ～図７Ｇを用いて説明する。図７Ａ～図７Ｇは、それぞれ、アクチュエータユニット７Ｄ～７Ｋの概略正面図であり、各図において座標軸は共通である。実施例１と同様、アクチュエータユニット７Ｄ～７Ｋの中心軸は、連続体マニピュレータ１１の基軸Ｏと同一直線上に配置され、図７Ａ～図７Ｇにおいて基軸Ｏの図示を省略する。本実施例では、基軸（ｚ軸）方向投影面内における、外装部材２１内部の９個の駆動部のレイアウトの例について説明する。本実施例でレイアウトの例として全て駆動部２４を用いた例について図示するが、各々の駆動部の位置を区別するために、新たな符号５１Ａ～７３Ｃを付する。駆動部５１Ａ～７３Ｃは、上述の実施例と同様にブラケット３２を介して、適切な支柱に支持固定される。また、各々の駆動部が有する回転直動変換機構は、その可動域において互いに干渉することのないように、適切な隙間が確保されているものとする。
　また、本実施例は上述の実施形態とは異なり、９個の駆動部の出力端が同一円周上にない場合の実施形態である。従って本実施例中に記載のアクチュエータユニット７Ｄ～７Ｋを用いて駆動する連続体マニピュレータについては、出力端の配置に合わせて、特許文献１に記載のｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｕｎｉｔ　１０７や線状部材（ｄｒｉｖｉｎｇ　ｗｉｒｅｓ）１１５の形状や配置を適宜変更することが好ましい。本実施例の記載のアクチュエータユニットの駆動部は、番号とアルファベット一文字を組み合わせた符号を付しているが、３個の同一番号の駆動部を一組として、一つの湾曲部を駆動することが好ましい。図７Ａは、駆動部５１Ａ～５１Ｃの出力端２７が基軸を中心とした同一円周上Ｇ、駆動部５２Ａ～５２Ｃ及び、駆動部５３Ａ～５３Ｃの出力端２７が基軸を中心とした同一円周上Ｈに来るように配置したアクチュエータユニット７Ｄの概略正面図である。駆動部５１Ａ～５１Ｃが基端湾曲部１４を湾曲させるための駆動力を出力する場合、駆動部５１Ａ～５１Ｃの出力端２７は第１出力端の一例である。また、駆動部５３Ａ～５３Ｃの遠位湾曲部１２を湾曲させるための駆動力を出力する場合、駆動部５３Ａ～５３Ｃの出力端２７は第２出力端の一例である。そして、図７Ａに示すように、複数の第１出力端は基軸から第１距離に配置され、複数の第２出力端は基軸から第１距離とは異なる第２距離に配置されている。
　図７Ｂは、駆動部５６Ａ～５６Ｃ及び、駆動部５７Ａ～５７Ｃの出力端２７が基軸を中心とした同一円周上Ｉ、駆動部５８Ａ～５８Ｃの出力端２７が基軸を中心とした同一円周上Ｊに来るように配置したアクチュエータユニット７Ｅの概略正面図である。
　図７Ｃは、駆動部６１Ａ～６１Ｃの出力端２７が基軸を中心とした同一円周上Ｋ、駆動部５９Ａ～５９Ｃ及び、駆動部６０Ａ～６０Ｃの出力端２７が基軸を中心とした同一円周上Ｌに来るように配置したアクチュエータユニット７Ｆの概略正面図である。
　図７Ｄは、駆動部６４Ａ～６４Ｃの出力端２７が基軸を中心とした同一円周上Ｍ、駆動部６２Ａ～６２Ｃの出力端２７が基軸を中心とした同一円周上Ｎ、駆動部６３Ａ～６３Ｃの出力端２７が基軸を中心とした同一円周上Ｐに来るように配置したアクチュエータユニット７Ｇの概略正面図である。
　図７Ｅは、駆動部６５Ａ～６５Ｃ及び、駆動部６７Ａ～６７Ｃの出力端２７が基軸を中心とした同一円周上Ｑ、駆動部６６Ａ～６６Ｃの出力端２７が基軸を中心とした同一円周上Ｒに来るように配置したアクチュエータユニット７Ｈの概略正面図である。
　図７Ｆは、駆動部６８Ａ～６８Ｃの出力端２７が基軸を中心とした同一円周上Ｓ、駆動部６９Ａ～６９Ｃの出力端２７が基軸を中心とした同一円周上Ｔ、駆動部７０Ａ～７０Ｃの出力端２７が基軸を中心とした同一円周上Ｕに来るように配置したアクチュエータユニット７Ｊの概略正面図である。
　図７Ｇは、駆動部７１Ａ～７１Ｃ及び、駆動部７２Ａ～７２Ｃの出力端２７が基軸を中心とした同一円周上Ｖ、駆動部７３Ａ～７３Ｃの出力端２７が基軸を中心とした同一円周上Ｗに来るように配置したアクチュエータユニット７Ｋの概略正面図である。
　上述のアクチュエータユニット７Ｄ～７Ｋには、概略次のような特徴がある。例えば、アクチュエータユニット７Ｄ、７Ｆ、７Ｈについては、アクチュエータユニットの中心付近に広い空間が設けられるレイアウトである。この空間を利用して支柱や、上述の駆動基板のような制御電子機器をここに配置したり、連続体マニピュレータ１１のツールチャネル１５０にアクセス可能な、アクセスポート５５とは別形状の経路を作成したりすることが可能である。一方、アクチュエータユニット７Ｅ、７Ｇ、７Ｊ、７Ｋについては、外周側（５８Ａ～５８Ｃの外側、６２Ａ～６２Ｃの外側、６９Ａ～６９Ｃの外側、７３Ａ～７３Ｃの外側）において、比較的広い空きスペースが設けられるレイアウトであり、同様の利用が可能である。ここで、外側とはアクチュエータユニットの中心部から半径方向にすすむ方向を指す。
　以上、異なる湾曲部を駆動する駆動部を基軸（ｚ軸）方向にオフセットさせて配置させた実施例１～３とは異なり、駆動部同士をオフセットさせることなく駆動部を配置する方法について説明した。従って、本実施例によると、アクチュエータユニットの基軸（ｚ軸）方向の寸法を大きくすることなく、駆動部を密接にレイアウトした構造を実現、すなわち小径化を図ることができる。
　また、本実施例によると各アクチュエータユニット７Ｄ～７Ｋでは、駆動部の中心からの半径位置や向きが様々であるが、図のように３個の同一番号の駆動部を一組として、一つの湾曲部を駆動することによって、駆動源であるＤＣモータから各湾曲部の先端までの力の伝達経路を同一とすることができるため、伝達特性差を低減し、各軸の制御性能を向上させることができる。
　なお、本実施例におけるアクチュエータユニット７Ｄ～７Ｋでは、すべての駆動部の基軸（ｚ軸）方向投影面内において重ならないように配置される例について説明したが、実施例１～３のように、駆動部を基軸（ｚ軸）方向にオフセットさせ、重なりを設けることで更なる小径化を図ってもよい。
　本実施例では、９個の駆動部２４を用いてアクチュエータユニットを形成する例について説明したが、全ての駆動部が同一である必要はなく、大きさや駆動源の出力が異なる駆動部を組み合わせて、駆動部による最密充填化を図っても良い。
　本実施例では、各アクチュエータユニットの実装状態を比較しやすくするために、全て円筒形状の外装部材２１の内側に駆動部をレイアウトする実施形態について説明したが、外装部材は任意の形状にすることが可能である。例えば、駆動部の外形に対する包絡面で囲む多角形状の外装部材が利用できる。多角形状の外装部材を採用することで、小型化につながるだけでなく、アクチュエータユニットを机上に置いた際の、アクチュエータユニット本体の転がりによる落下を防止することが可能となる。
　いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、実施形態同士の組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
　本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。
　本願は、２０２２年３月７日提出の日本国特許出願特願２０２２－０３４５７６を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てをここに援用する。
　３　湾曲構造体
　５　コネクタ
　７，７Ａ～７Ｋ　アクチュエータユニット
　１１　連続体マニピュレータ
　１２　遠位湾曲部
　１３　中間湾曲部
　１４　基端湾曲部
　１９　基部
　２１　外装部材
　２２Ａ　６軸駆動ユニット
　２２Ｂ、２２Ｃ　３軸駆動ユニット
　２３　駆動基板
　２４，２５，４５，５１Ａ～７３Ｃ　駆動部
　２６　支柱
　２７，２８　出力端
　２９，３９　ＤＣモータ
　３０　エンコーダ
　３１　カップリング
　３２　ブラケット
　３３，４３　トラクタ
　３４　ロッド
　３５　リードスクリュー
　３６　リニアブッシュ
　３７　ナット
　３８　アンギュラ玉軸受
　５５　アクセスポート
　１０１　連続体ロボット
　１１５　線状部材
　１２０Ａ　先端部材
　１２０，１３０，１４０　ワイヤガイド
　１５０　ツールチャネル

Claims (11)

  1. 　第１伝達部材を基軸方向に駆動することで湾曲可能な第１湾曲部と、前記基軸方向において第１湾曲部より遠位側に位置し、第２伝達部材を前記基軸方向に駆動することで湾曲可能な第２湾曲部とを含むマニピュレータと、
    　前記第１伝達部材を前記基軸方向に駆動する第１駆動部と、
    　前記第２伝達部材を前記基軸方向に駆動する第２駆動部と、
    　を備え、
    　前記第１駆動部と前記第２駆動部は前記基軸方向にオフセットして配置される医療装置。
  2. 　前記マニピュレータは、
    　複数の前記第１伝達部材を前記基軸の方向に駆動する複数の前記第１駆動部と、
    　複数の前記第２伝達部材を前記基軸の方向に駆動する複数の前記第２駆動部と、を備え
    　前記複数の第１駆動部それぞれは駆動力を前記第１伝達部材に出力する第１出力端を、
    　備え、
    　前記複数の第２駆動部それぞれは駆動力を前記第２伝達部材に出力する第２出力端を、
    　備え、
    　複数の前記第１出力端または複数の前記第２出力端の少なくとも一方は前記基軸に対し等距離に配されることを特徴とする医療装置。
  3. 　前記第１出力端と前記第２出力端が、前記基軸に対し等距離に配される請求項１または２に記載の医療装置。
  4. 　前記複数の第１駆動部と前記複数の第２駆動部のうち、数量の少ない方の駆動部の出力が大きい請求項１～３のいずれか１項に記載の医療装置。
  5. 　前記複数の第１駆動部または前記複数の第２駆動部が、前記基軸を法線とする平面から等距離にある請求項１～４のいずれか１項に記載の医療装置。
  6. 　前記第２駆動部は、前記第１駆動部より前記遠位側に配置される請求項１～５のいずれか１項に記載の医療装置。
  7. 　前記基軸方向の垂直投影面内において、前記第１駆動部と前記第２駆動部の少なくとも一部が重なる請求項１～６のいずれか１項に記載の医療装置。
  8. 　前記基軸方向の垂直投影面内において、
    　前記第１出力端が前記複数の第２駆動部の間に配される請求項１～７のいずれか１項に記載の医療装置。
  9. 　前記基軸方向の垂直投影面内において、
    　前記第２出力端が前記複数の第１駆動部の間に配される請求項１～８のいずれか１項に記載の医療装置。
  10. 　前記第１駆動部と前記第２駆動部のうち、数量の少ない方の駆動部のまわりに前記第１駆動部または前記第２駆動部の少なくとも一方の駆動制御を行う駆動基板を備える請求項１～９のいずれか１項に記載の医療装置。
  11. 　複数の第１伝達部材を基軸方向に駆動することで湾曲可能な第１湾曲部と、前記基軸方向において第１湾曲部より遠位側に位置し、複数の第２伝達部材を前記基軸方向に駆動することで湾曲可能な第２湾曲部とを含むマニピュレータと、
    　前記複数の第１伝達部材を前記基軸方向に駆動する複数の第１駆動部と、
    　前記複数の第２伝達部材を前記基軸方向に駆動する複数第２駆動部と、
    　を備え、
    　前記複数の第１駆動部それぞれは駆動力を前記第１伝達部材に出力する第１出力端を備え、
    　前記複数の第２駆動部それぞれは駆動力を前記第２伝達部材に出力する第２出力端を備え、
    　複数の前記第１出力端は前記基軸から第１距離に配置され、
    　複数の前記第２出力端は前記基軸から前記第１距離とは異なる第２距離に配置される、
    　医療装置。
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