マニピュレータ |
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申请号 | JP2016544874 | 申请日 | 2016-01-19 | 公开(公告)号 | JPWO2016125574A1 | 公开(公告)日 | 2017-04-27 |
申请人 | オリンパス株式会社; | 发明人 | 昌夫 二梃木; 昌夫 二梃木; | ||||
摘要 | このマニピュレータは、細長いシャフト(3)と、シャフト(3)の先端側に配置された先端処置部(5)と、先端処置部(5)をシャフト(3)に対して移動させるために、基端側から順に配置された屈曲関節および回転関節を有する先端関節部(4)と、シャフト(3)の基端側に配置される基端操作部(6)とを備え、屈曲関節がシャフト(3)の長手軸に交差する軸線を有し、回転関節が屈曲関節の軸線に交差しかつ先端処置部(5)の中心軸と略一致する軸線を有し、基端操作部(6)が、操作者(O)の片手により把持され、シャフト(3)の長手軸に交差する軸線回りの回転 角 度に応じて屈曲関節を動作させる第1の操作部(9)と、第1の操作部(9)に設けられ、回転関節を動作させる第2の操作部とを備えるマニピュレータ1を提供する。 | ||||||
权利要求 | 細長いシャフトと、 該シャフトの先端側に配置された先端処置部と、 該先端処置部を前記シャフトに対して移動させるために、回転関節と該回転関節より前記シャフト側に配置された屈曲関節とを有する先端関節部と、 前記シャフトの基端側に配置され操作者によって操作される基端操作部とを備え、 前記屈曲関節が前記シャフトの長手軸に交差する軸線を有し、 前記回転関節が前記屈曲関節の軸線に交差しかつ前記先端処置部の中心軸と略一致する軸線を有し、 前記基端操作部が、前記操作者の片手により把持され、該片手の手首の前記シャフトの長手軸に交差する軸線回りの回転角度に応じて前記屈曲関節を動作させる第1の操作部と、該第1の操作部に設けられ、前記片手の指により操作されて前記回転関節を動作させる第2の操作部とを備えるマニピュレータ。 前記第1の操作部は、前記シャフトの長手軸が前記片手の掌を貫通する位置で前記操作者によって把持されるハンドルを備える請求項1に記載のマニピュレータ。 前記ハンドルを揺動させる前記軸線が、該ハンドルを把持した前記片手の中に配置される請求項2に記載のマニピュレータ。 前記ハンドルが、前記シャフトを前記長手軸回りに回転可能に前記シャフトの基端側に連結されている請求項2または請求項3に記載のマニピュレータ。 前記ハンドルの外周面に、該ハンドルを把持する前記片手の指を引っかける凹凸を有する請求項4に記載のマニピュレータ。 前記第2の操作部が、前記片手によって前記ハンドルを把持した際、前記片手の指により操作可能な位置に配置されたスイッチである請求項2から請求項5のいずれかに記載のマニピュレータ。 |
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说明书全文 | 本発明は、マニピュレータに関するものである。 従来、先端動作部を駆動するモータおよびグリップハンドルが連結シャフトの基端側に設けられ、グリップハンドルに備えられたノブおよびレバーを、グリップハンドルを把持する手の親指で操作する方式のマニピュレータが知られている(例えば、特許文献1参照。)。 しかしながら、特許文献1のマニピュレータは、ノブおよびレバーを親指で操作することにより先端動作部を動作させるものであるため、先端処置部の姿勢とグリップハンドルを把持する手の姿勢とは対応しておらず、直感性を得難い。 本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、シャフトの先端の処置部自体を回転させる操作を他の操作と干渉させることなく、かつ、処置部の位置および姿勢を直感的に操作することができるマニピュレータを提供することを目的としている。 上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。 本態様によれば、操作者が基端操作部の第1の操作部を操作して手首をシャフトの長手軸に交差する軸線回りに回転させると、その回転角度に応じて、シャフトの先端に配置されている先端関節部の屈曲関節がシャフトの長手軸に交差する軸線回りに先端処置部を揺動させる。 また、操作者が基端操作部の第2の操作部を操作して、第1の操作部を操作する手の指の移動によって、シャフトの先端に配置されている先端関節部の回転関節を回転させる。 この場合において、第1の操作部を操作する片手の手首の回転角度が、屈曲関節の動作による先端処置部の姿勢の変化量に対応するので、先端処置部を直感的に操作することができる。 一方、回転関節は、先端処置部の中心軸に略一致する軸線回りに先端処置部を回転させるので、回転関節の回転によっては先端処置部の姿勢は変動しない。 そのため、第1の操作部を操作する片手の位置を変化させることなく、指によって直感性を損なうことなく第2の操作部を操作して先端処置部を回転させることができる。 また、先端処置部の回転動作を手首の回転動作に対応づけないので、シャフトの長手軸回りの回転動作と干渉することがなく、操作者の意図通りに先端処置部を動作させることができる。 上記態様においては、前記第1の操作部は、前記シャフトの長手軸が前記片手の掌を貫通する位置で前記操作者によって把持されるハンドルを備えていてもよい。 また、上記態様に置いては、前記ハンドルを揺動させる前記軸線が、該ハンドルを把持した前記片手の中に配置されてもよい。 また、上記態様においては、前記ハンドルが、前記シャフトを前記長手軸回りに回転可能に前記シャフトの基端側に連結されていてもよい。 また、上記態様においては、前記ハンドルの外周面に、該ハンドルを把持する前記片手の指を引っかける凹凸を有していてもよい。 また、上記態様においては、前記第2の操作部が、前記片手により前記ハンドルを把持した際、前記片手の指により操作可能な位置に配置されたスイッチであってもよい。 本発明によれば、シャフトの先端の処置部自体を回転させる操作を他の操作と干渉させることなく、かつ、処置部の位置および姿勢を直感的に操作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。 シャフト3は、例えば、硬質の円筒状に形成され、先端関節部4や先端処置部5を駆動するための図示しないワイヤや配線等が内部を貫通して配置されている。 先端関節部4は、図2に示す例では、基端側から順に、シャフト3の長手軸に直交する軸線回りに先端処置部5を含む先端部を揺動可能に支持する屈曲関節11と、先端処置部5の略中心軸に一致する軸線回りに先端部を回転可能に支持する回転関節10とを備えている。 先端処置部5は、把持鉗子やエネルギ鉗子等、体内の患部Bを処置するためのものである。 基端操作部6は、図1に示されるように、シャフト3の基端側に取り付けられた略半球状のハンドル(第1の操作部)9を備えている。 ハンドル9は、操作者Oが片手の掌を略半球面の略中央に近接させ、5本の指を外周面に配置するようにして把持することができる程度の外径寸法を有している。 これにより、図3に示されるように、操作者Oがハンドル9を把持すると、ハンドル9を把持する片手の掌がシャフト3の長手軸が貫通する位置に配置されるようになっている。 ハンドル9は、図4に示されるように、シャフト3の基端に設けられたブラケット3aに、シャフト3の長手軸に直交し、かつ屈曲関節11の軸線に略平行な軸線を有する揺動軸12回りに揺動可能に連結されている。 揺動軸12は、操作者Oがハンドル9を把持したときに、ハンドル9を把持する片手の中に配置されるようになっている。 また、ハンドル9には、該ハンドル9のシャフト3に対する揺動角度を検出するエンコーダ13が備えられている。 また、シャフト3に設けられたブラケット3aとハンドル9とは、シャフト3の長手軸回りに相対回転しないように係合されており、図5に示されるように、ハンドル9を把持する片手を捻ることによりハンドル9を回転させると、その回転力がブラケット3aを介してシャフト3に伝達され、シャフト3が長手軸回りに回転させられるようになっている。 さらに、ハンドル9には、操作者Oが片手で把持したときに、把持した片手の人差し指、中指および薬指が配置される位置に周方向に間隔をあけて3つの押しボタン(第2の操作部)14a,14b,14cが設けられている。 ハンドル9の内部には、図4に示されるように、各押しボタン14a,14b,14cに対応する位置に配置され、押しボタン14a,14b,14cによってオンオフされるスイッチ(こちらを第2の操作部と称する場合もある。)15a,15b,15cが設けられている。 エンコーダ13の出力およびスイッチ15a,15b,15cの出力は、制御部8に送られるようになっている。 駆動部7は、シャフト3の基端部に内蔵される2つのモータを備えている。 一方のモータは屈曲関節11を駆動し、他方のモータは回転関節10を駆動するようになっている。 各モータの駆動力は、図示しないプーリおよびワイヤによって屈曲関節11および回転関節10に伝達されるようになっている。 制御部8は、エンコーダ13および3つのスイッチ15a,15b,15cからの出力を受けて、駆動部7のモータおよび先端処置部5を制御するようになっている。 具体的には、制御部8は、ハンドル9がシャフト3に対して揺動軸12回りに揺動させられたときには、エンコーダ13により検出される揺動角度および揺動方向に応じて一方のモータを駆動させ、ハンドル9の揺動方向に対応する揺動方向およびハンドル9の揺動角度に対応する揺動角度だけ屈曲関節11を動作させる指令信号を一方のモータに送るようになっている。 また、制御部8は、3つ並んだ押しボタン14a,14b,14cのうち、両端の押しボタン14a,14cに対応するスイッチ15a,15cからの出力に応じて、回転関節10を回転させる回転方向および回転角度だけ動作させる指令信号を他方のモータに送るようになっている。 例えば、ハンドル9を右手で把持している場合、人差し指で押す押しボタン14aによって回転関節10を先端に向かって半時計回りに回転させ、薬指で押す押しボタン14cによって回転関節10を時計回りに回転させるようになっている。 押しボタン14a,14cを押している時間だけモータが回転させられるようになっている。 また、制御部8は、3つ並んだ押しボタン14a,14b,14cのうち、中央の押しボタン14bに対応するスイッチ15bからの出力に応じて、先端処置部5を作動させる指令信号を先端処置部5に送るようになっている。 先端処置部5が把持鉗子である場合には、押しボタン14bの押下によって把持鉗子が閉じられ、先端処置部5がエネルギ鉗子である場合には、押しボタン14bの押下によってエネルギ鉗子に通電されるようになっている。 このように構成された本実施形態に係るマニピュレータ1の作用について以下に説明する。 この状態で、操作者Oは、別途体内に挿入された図示しない内視鏡により取得された画像をモニタで確認しながら、図3に示されるように、ハンドル9を右手で把持し、右手の人差し指、中指および薬指をそれぞれハンドル9の外周に配置されている押しボタン14a,14b,14cに沿わせるように配置する。 ハンドル9はシャフト3に取り付けられているので、ハンドル9を移動させることにより、図1に矢印で示されるように、シャフト3をその長手軸方向に移動させ、あるいはトロッカ2を支点として傾斜角度を変更するようにシャフト3を移動させることができる。 また、ハンドル9とシャフト3とは、シャフト3の長手軸回りに係合されているので、図5に示されるように、操作者Oが右手でハンドル9をダイヤルを回すように回転させることにより、シャフト3を長手軸回りに回転させることができる。 これにより、シャフト3の先端に設けられている先端関節部4およびその先端に固定されている先端処置部5をシャフト3の長手軸回りに回転させることができる。 また、操作者Oは、図6に示されるように、ハンドル9を把持している右手の手首を、前腕の軸回りに捻るように回転させることにより、シャフト3に対してハンドル9を揺動軸12回りに揺動させる。 これにより、シャフト3に対するハンドル9の揺動角度がエンコーダ13により検出され、検出された揺動角度に基づいて制御部8が一方のモータを制御して先端関節部4の屈曲関節11を揺動させる。 これにより、先端処置部5の姿勢を屈曲関節11の揺動方向に変化させることができる。 さらに、操作者Oは、ハンドル9を把持している右手の人差し指によって押しボタン14aを押すことにより、回転関節10を先端に向かって反時計回りに回転させ、右手の薬指によって押しボタン14cを押すことにより、回転関節10を先端に向かって時計回りに回転させることができる。 これにより、先端処置部5をその中心軸回りに反時計回りまたは時計回りに回転させることができる。 そして、先端処置部5の患部Bに対する位置および姿勢が調節された状態で、操作者Oが、ハンドル9を把持している右手の中指によって押しボタン14bを押すことにより、先端処置部5を作動させ、患部Bに対する処置が行われる。 この場合において、本実施形態に係るマニピュレータ1によれば、シャフト3に対してハンドル9を揺動させる軸線と、シャフト3に対して先端処置部5を揺動させる屈曲関節11の軸線とが略平行であり、ハンドル9の揺動と先端処置部5の揺動とを完全に対応させることができる。 その結果、先端処置部5の姿勢を変更する操作において直感性が得られやすく、操作を容易にすることができる。 特に、ハンドル9を把持する右手の掌の向きを先端処置部5の中心軸の方向に略一致させることができ、高い直感性を実現することができる。 すなわち、本実施形態に係るマニピュレータ1によれば、シャフト3の先端に対して先端処置部5を揺動させる操作と、シャフト3自体を揺動させる操作とを干渉させることなく独立して行うことができ、先端処置部5が意図しない方向に動作してしまうことを防止して操作性を向上することができるという利点がある。 また、本実施形態に係るマニピュレータ1によれば、ハンドル9を把持した右手でハンドル9をダイヤルのように回転させることで、シャフト3自体をその長手軸回りに回転させることができる一方、図7に示されるように、押しボタン14a,14b,14cの操作によって先端関節部4の回転関節10を回転させることができる。 すなわち、両操作は全く異なるので相互に干渉することがなく、指を掛け直したり手を握り替えたりする必要もない。 これによっても、先端処置部5が意図しない方向に動作してしまうことを防止して操作性を向上することができるという利点がある。 そして、先端処置部5をその中心軸回りに回転させるだけの回転関節10の動作は、先端処置部5の姿勢の変化への寄与度が低いので、押しボタン14a,14b,14c操作によっても直感性が損なわれることがない。 加えて、本実施形態に係るマニピュレータ1によれば、押しボタン14a,14b,14cの位置が回転関節10の回転方向に対応づけられているので、疑似相似構造であっても高い直感性を得ることができるという利点がある。 さらにこのとき、ハンドル9に設けられた溝16に右手の親指および小指が引っ掛かるので、ハンドル9をダイヤルのように回転させる場合の滑りを防止し、操作し易さを向上させることができる。 なお、本実施形態においては、ハンドル9を略半球状に構成したが、これに限定されるものではなく、他の任意の形状を採用できる。 また、ハンドル9の揺動軸12をシャフト3の長手軸に直交する方向に配置したが、これに限定されるものではなく、シャフト3の長手軸に任意の角度で交差する方向に揺動軸12が配置されていればよい。 また、本実施形態においては、右手で把持する場合について説明したが、左手で操作する場合に適用してもよい。 その場合には、左手の薬指が配置される位置に回転関節10を反時計回りに回転させる押しボタン14aを配置し、左手の人差し指が配置される位置に回転関節10を時計回りに回転させる押しボタン14cを配置すればよい。 1 マニピュレータ 3 シャフト 4 先端関節部 5 先端処置部 6 基端操作部 9 ハンドル(第1の操作部) 上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。 本態様によれば、操作者が基端操作部のハンドルを操作して手首をシャフトの長手軸に交差する軸線回りに回転させると、その回転角度に応じて、シャフトの先端に配置されている先端関節部の屈曲関節がシャフトの長手軸に交差する搖動軸線回りに先端処置部を揺動させる。 また、操作者が基端操作部の回転操作部を操作して、 ハンドルを操作する手の指の移動によって、シャフトの先端に配置されている先端関節部の回転関節を回転させる。 上記態様において、前記駆動部は、前記屈曲関節の回転方向及び回転角度が前記ハンドルの回転方向及び回転角度と略同等となるように前記屈曲関節を動作させてもよい。 上記態様においては、 前記ハンドルは、操作者によって片手で把持され、前記回転操作部は、前記片手の指で操作され、前記ハンドルは、前記シャフトの長手軸が前記片手の掌を貫通する位置で前記操作者によって把持されるものであってもよい。 また、上記態様においては、前記ハンドルは、前記シャフトに対して前記シャフトの長手軸回りに回転不能なように連結されていてもよい。 上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。 本態様によれば、操作者が基端操作部のハンドルを操作して手首をシャフトの長手軸に交差する交差方向に平行な揺動軸回りに回転させると、その揺動角度に応じて、シャフトの先端に配置されている先端関節部の屈曲関節がシャフトの長手軸に交差する交差方向に平行な揺動軸線回りに先端処置部を揺動させる。 また、操作者が基端操作部の回転操作部を操作して、ハンドルを操作する手の指の移動によって、シャフトの先端に配置されている先端関節部の回転関節を回転させる。 上記態様において、前記駆動部は、前記屈曲関節の屈曲方向及び屈曲角度が前記ハンドルの揺動方向及び揺動角度と略同等となるように前記屈曲関節を動作させてもよい。 上記態様においては、 前記回転操作部は、前記片手の指で操作されるものであってもよい。 また、上記態様においては、前記ハンドルは、前記シャフトに対して前記シャフトの前記長手軸周りに回転不能なように連結されていてもよい。 このようにすることで、ハンドルを把持した片手でハンドルをシャフトの長手軸回りに回転させることにより、シャフトを長手軸回りに回転させることができ、シャフトの先端の先端処置部をシャフトの長手軸回りに回転させることができる。 |