關節(jié)機構、機械手和機械手系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】能夠以較小的牽引力彎曲，實現(xiàn)裝置的小型化和控制特性的提高。提供關節(jié)機構(12a)，其具有：筒狀的第1部件(13a)，其具有貫通孔(17)；第2部件(13b)，其配置在該第1部件(13a)的前端側，設置成能夠相對于第1部件(13a)繞與中心軸交叉的擺動軸線擺動；具有撓性的筒狀的引導外皮(21a、21b)，其貫通于貫通孔(17)的中心軸附近，前端固定在第2部件(13b)上；操作線(22a、22b)，其導入到該引導外皮(21a、21b)的前端側；以及折返部(20a、20b)，其設置在第2部件(13b)中從擺動軸線沿徑向偏移后的位置，使經(jīng)由引導外皮(21a、21b)從第1部件(13a)側導入的操作線(22a、22b)向第1部件(13a)側掉頭，折返部(20a、20b)中掉頭的操作線(22a、22b)的前端固定在沿徑向偏移后的位置。
【專利說明】
關節(jié)機構、機械手和機械手系統(tǒng)
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及關節(jié)機構、機械手和機械手系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]以往，公知有具有多關節(jié)彎曲機構的醫(yī)療設備，該多關節(jié)彎曲機構分別通過操作線獨立地單獨操作以能夠擺動的方式連結的多個彎曲塊(例如參照專利文獻I。)。
[0003]該多關節(jié)彎曲機構是如下方式:為了產(chǎn)生力矩，通過各操作線將各彎曲塊的接近外周的位置牽引到基端側。因此，為了高效地向彎曲塊傳遞牽引力，進行路由選擇以使得各操作線和對該操作線進行引導的筒狀的引導外皮穿過彎曲塊的比較接近外周的路徑。
[0004]并且，在專利文獻I的多關節(jié)彎曲機構中，在比與前端側的彎曲塊連接的操作線更靠彎曲塊的徑向的內(nèi)側，配置有與基端側的彎曲塊連接的操作線。而且，當通過對操作線施加牽引力而使各彎曲塊相對于其他彎曲塊擺動時，與此相伴，操作線和引導外皮彎曲。
[0005]現(xiàn)有技術文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻I:日本特許第5197980號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明要解決的課題
[0009]但是，如專利文獻I的多關節(jié)彎曲機構那樣，在彎曲塊的接近外周的位置對引導外皮進行路由選擇的情況下，特別地，配置在彎曲的最內(nèi)側的引導外皮必須以極小的曲率半徑進行彎曲，存在如下的不良情況:由于操作線和引導外皮的剛性，各關節(jié)的彎曲所需要的牽引力根據(jù)彎曲的程度而大幅變化。在牽引力根據(jù)彎曲而變化的情況下，為了增大牽引力，需要使裝置大型化，并且，控制特性惡化，所以是不理想的。
[0010]并且，關于在彎曲塊的接近外周的位置進行路由選擇的引導外皮，在關節(jié)彎曲時配置在內(nèi)側的情況下和配置在外側的情況下，必要長度大幅不同，所以，還存在必須預先假設進行彎曲而使引導外皮松弛、必須確保其收納空間的不良情況。并且，由于引導外皮自身的剛性，使引導外皮松弛也需要力，有時對驅動造成不良影響。
[0011]本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，提供能夠以較小的牽引力進行彎曲、能夠實現(xiàn)裝置的小型化和控制特性的提高的關節(jié)機構、機械手和機械手系統(tǒng)。
[0012]用于解決課題的手段
[0013]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下手段。
[0014]本發(fā)明的一個方式是一種關節(jié)機構，其具有:筒狀的第I部件，其具有沿著中心軸方向貫通的貫通孔;第2部件，其配置在該第I部件的前端側，設置成能夠相對于該第I部件繞與所述中心軸交叉的擺動軸線擺動;具有撓性的筒狀的引導外皮，其貫通于所述第I部件的所述貫通孔的所述中心軸附近，前端固定在所述第2部件上;操作線，其經(jīng)由該引導外皮導入到該引導外皮的前端側；以及折返部，其設置在所述第2部件中從所述擺動軸線沿徑向偏移后的位置，使經(jīng)由所述引導外皮從所述第I部件側導入來的操作線向所述第I部件側掉頭，該折返部中掉頭的所述操作線的前端固定在從所述第I部件的所述擺動軸線沿徑向偏移后的位置。
[0015]根據(jù)本方式，當使朝向基端側的牽引力作用于操作線的基端時，牽引力通過操作線傳播到前端，作用在使折返部和固定操作線的前端的第I部件相互接近的方向上，該折返部使操作線掉頭。由于折返部和操作線相對于第I部件的固定位置從擺動軸線沿徑向偏移，所以，作用有與偏移量和牽引力的大小對應的力矩，能夠使第2部件相對于第I部件繞擺動軸線在一個方向上擺動。
[0016]該情況下，當?shù)?部件相對于第I部件擺動時，前端固定在第2部件上的引導外皮也向第2部件的擺動方向彎曲，但是，引導外皮配置成貫通關節(jié)機構的中心軸附近，僅操作線配置在關節(jié)機構的外周附近，所以，能夠防止剛性比較高的引導外皮以極小的曲率半徑進行彎曲，能夠以較小的牽引力使其彎曲。其結果，能夠實現(xiàn)裝置的小型化和控制特性的提尚O
[0017]在上述方式中，也可以是，所述折返部是卷繞所述操作線而使該操作線掉頭的滑輪。
[0018]由此，在通過施加給操作線的牽引力使第2部件相對于第I部件擺動時，使滑輪旋轉，能夠以較少的摩擦力使操作線移動，進而，能夠以較小的牽引力進行彎曲。
[0019]并且，在上述方式中，也可以是，所述折返部是通過使所述操作線貫通而使該操作線掉頭的大致U字狀的管狀部件。
[0020]由此，在通過施加給操作線的牽引力使第2部件相對于第I部件擺動時，能夠維持由管狀部件確定的曲率半徑并使操作線在管狀部件內(nèi)移動，能夠以穩(wěn)定的牽引力使其彎曲。
[0021]并且，在上述方式中，也可以是，所述引導外皮、所述操作線和所述折返部各設置有一對，以使所述第2部件相對于所述第I部件繞所述擺動軸線在2個方向上擺動。
[0022]由此，能夠對一個操作線施加牽引力，使第2部件相對于第I部件在一個方向上擺動，對另一個操作線施加牽引力，使第2部件相對于第I部件在多個方向上擺動。這樣，在繞擺動軸線在2個方向上擺動的情況下，特別是在能夠防止引導外皮在2個方向上都以極小的曲率半徑進行彎曲的方面，使引導外皮在中心軸附近貫通的效果較高。
[0023]并且，在上述方式中，也可以是，一對所述折返部被設置成，使一對所述操作線在徑向上局部重合的位置處掉頭。
[0024]由此，能夠確保折返部的直徑大于第2部件的半徑，在使操作線掉頭時，能夠減少操作線與折返部之間產(chǎn)生的摩擦力。
[0025]并且，在上述方式中，也可以是，在所述第I部件與所述第2部件之間具有I個以上的中間部件，該I個以上的中間部件以能夠繞相互并行的2個以上的中間軸線擺動的方式連結。
[0026]由此，通過使中間部件繞中間軸線擺動，使中間軸線的位置在擺動方向上移動，能夠確保第2部件相對于第I部件的綜合的擺動角度范圍較大。
[0027]并且，在上述方式中，也可以是，在各所述中間部件上設置有使所述引導外皮貫通的外皮用貫通孔和使所述操作線貫通的線貫通部，該線貫通部是在與所述中間軸線垂直的方向上延伸的長孔或切口。
[0028]由此，根據(jù)第2部件相對于第I部件的擺動角度，在由長孔或切口構成的線貫通部內(nèi)使操作線在與中間軸線垂直的方向上移動，由此，極力解放在橫方向上對操作線施加的力，能夠減少操作線移動時的摩擦。由此，僅對操作線施加較小的牽引力，就能夠使第2部件相對于第I部件擺動。
[0029]并且，本發(fā)明的另一個方式是一種機械手，其以串聯(lián)方式具有2個以上的上述任意一項所述的關節(jié)機構。
[0030]根據(jù)本方式，能夠確保綜合的彎曲角度范圍更大。
[0031]在上述方式中，也可以是，設置在各所述關節(jié)機構上的折返部配置在各所述第2部件的徑向和周向上大致相同的位置。
[0032]由此，作為多個第I部件、第2部件和折返部，能夠采用相同形狀的部件，能夠實現(xiàn)部件的相同化。并且，使作用有牽引力的折返部和操作線的前端的固定位置相同，在全部關節(jié)機構中，能夠實現(xiàn)同等的控制特性。
[0033]并且，在上述方式中，也可以是，設置在各所述關節(jié)機構上的折返部配置在各所述第2部件的徑向上大致相同的位置且周向上不同的位置。
[0034]由此，能夠使作用有牽引力的折返部和操作線的前端的固定位置維持大致同等，并且自然地進行從引導外皮的前端開口朝向折返部的操作線的路由選擇。
[0035]本發(fā)明的另一個方式是一種機械手，其具有:筒狀的機械手主體;基端側關節(jié)部，其設置在該機械手主體的前端；以及前端側關節(jié)部，其與該基端側關節(jié)部的前端側串聯(lián)連接，具有上述任意一項所述的I個以上的關節(jié)機構，該基端側關節(jié)部具有以能夠繞擺動軸線擺動的方式與所述機械手主體連結的擺動部件、前端開口固定在所述機械手主體上的筒狀的引導外皮、以及前端固定在從所述擺動部件的所述擺動軸線沿徑向偏移后的位置的操作線，該操作線經(jīng)由該引導外皮導入，從該引導外皮的所述前端開口突出并延伸。
[0036]根據(jù)本方式，在最接近機械手主體的基端側關節(jié)部中，通過從機械手主體側向基端側牽引擺動部件，能夠使擺動部件相對于機械手主體擺動。由此，能夠減少貫通基端側關節(jié)部的引導外皮的數(shù)量，能夠降低剛性，能夠以較小的牽引力使基端側關節(jié)部進行彎曲。
[0037]本發(fā)明的另一個方式是一種機械手，其具有:筒狀的機械手主體，其具有沿著中心軸方向貫通的貫通孔;擺動部件，其配置在該機械手主體的前端側，設置成能夠相對于該機械手主體繞與所述中心軸交叉的擺動軸線擺動;具有撓性的筒狀的引導外皮，其貫通于所述機械手主體的所述貫通孔的所述中心軸附近，前端固定在所述擺動部件上;操作線，其經(jīng)由該引導外皮導入到該引導外皮的前端側；以及折返部，其設置在所述擺動部件上，使經(jīng)由所述引導外皮從所述機械手主體側導入來的操作線向所述機械手主體側掉頭，該折返部中掉頭的所述操作線的前端固定在從所述機械手主體的所述擺動軸線沿徑向偏移后的位置。
[0038]根據(jù)本方式，在機械手主體的前端配置有單一關節(jié)機構的機械手中，通過使操作線掉頭并在機械手主體固定前端，能夠使牽引力作用于從擺動軸線沿徑向充分偏移后的位置，能夠通過較小的牽引力使擺動部件擺動。
[0039]本發(fā)明的另一個方式是一種機械手系統(tǒng)，其具有:從裝置，其具有上述任意一項所述的機械手和驅動該機械手的驅動部；主裝置，其具有由操作者操作的操作部；以及控制器，其根據(jù)由該主裝置的所述操作部輸入的輸入信號對所述從裝置的驅動部進行控制。
[0040]發(fā)明效果
[0041]根據(jù)本發(fā)明，發(fā)揮能夠以較小的牽引力進行彎曲、能夠實現(xiàn)裝置的小型化和控制特性的提高這樣的效果。
【附圖說明】
[0042]圖1是示出本發(fā)明的一個實施方式的機械手系統(tǒng)的整體結構圖。
[0043]圖2是示出具有內(nèi)窺鏡的從裝置的立體圖。
[0044]圖3是圖2的內(nèi)窺鏡的彎曲部的(a)簡化側視圖、(b)示意性側視圖。
[0045]圖4是示出使圖3的彎曲部的基端側關節(jié)組筆直延伸的狀態(tài)的縱剖視圖。
[0046]圖5是示出使圖3的彎曲部的基端側關節(jié)組的最前端的屈曲關節(jié)屈曲的狀態(tài)的縱剖視圖。
[0047]圖6是示出圖3的彎曲部的基端側關節(jié)組的最基端側的屈曲關節(jié)的分解立體圖。
[0048]圖7是示出圖5的屈曲關節(jié)中的滑輪、引導外皮和操作線的配置的在沿著中心軸的方向上觀察的連桿部件的主視圖。
[0049]圖8是示出圖4的基端側關節(jié)組中的滑輪、引導外皮和操作線的配置的示意性側視圖和各連桿部件的主視圖。
[0050]圖9是示出圖6的變形例的分解立體圖。
[0051]圖10是示出圖7的滑輪的配置的變形例的主視圖，其中(a)是最基端側的連桿部件的主視圖，(b)是基端側第2個連桿部件的主視圖，(C)是基端側第3個連桿部件的主視圖。
[0052]圖11是示出圖7的滑輪的變形例的主視圖。
[0053]圖12是示出圖8的變形例的示意性側視圖和各連桿部件的主視圖。
[0054]圖13是示出交替配置屈曲方向不同的屈曲關節(jié)的基端側關節(jié)組的側視圖。
[0055]圖14是圖13的主視圖，其中(a)是最基端側的連桿部件的主視圖，(b)是基端側第2個連桿部件的主視圖，(C)是基端側第3個連桿部件的主視圖。
[0056]圖15是示出圖14的變形例的主視圖，其中(a)是最基端側的連桿部件的主視圖，(b)是基端側第2個連桿部件的主視圖，(C)是基端側第3個連桿部件的主視圖。
[0057]圖16是示出具有單一的屈曲關節(jié)的彎曲部的縱剖視圖。
[0058]圖17是示出塊的變形例的主視圖。
[0059 ]圖18是示出塊的另一個變形例的主視圖。
[0060]圖19是示出具有圖18的塊的彎曲部的縱剖視圖。
【具體實施方式】
[0061]下面，參照附圖對本發(fā)明的一個實施方式的關節(jié)機構、機械手和機械手系統(tǒng)進行說明。
[0062]本實施方式的機械手系統(tǒng)是內(nèi)窺鏡系統(tǒng)I，如圖1所示，具有由醫(yī)師(操作者)A操作的主裝置2、通過經(jīng)由該主裝置2的輸入來驅動的從裝置3、根據(jù)針對主裝置2的輸入對從裝置3進行控制的控制器4、監(jiān)視器25。
[0063]如圖2所示，從裝置3具有插入到患者P的體腔內(nèi)的本實施方式的內(nèi)窺鏡(機械手)
5、以及對該內(nèi)窺鏡5進行驅動的驅動部6a、6b。
[0064]本實施方式的內(nèi)窺鏡5是具有能夠彎曲的軟性的細長的插入部7的軟性內(nèi)窺鏡，具有細長的軟性部(機械手主體)8、配置在前端的前端部9、配置在這些前端部9與軟性部8之間的彎曲部10。另外，在本實施方式中，設為軟性內(nèi)窺鏡，但是，也可以是具有細長的硬性部的硬性內(nèi)窺鏡。
[0065]如圖3(a)、(b)所示，彎曲部10具有用于對前端部9相對于軟性部8的前端的位置和姿勢進行變更的前端側關節(jié)組11和基端側關節(jié)組12。前端側關節(jié)組11和基端側關節(jié)組12在插入部7的長度方向上并列排列。圖3(a)是彎曲部10的簡化圖，圖3(b)是彎曲部10的示意性圖。
[ΟΟ??] 基端側關節(jié)組12具有多個例如4個屈曲關節(jié)(關節(jié)機構)12a?12d。這些屈曲關節(jié)12a?12d分別設置在2個連桿部件13a?13e之間，使相鄰2個連桿部件13a?13e之間的相對角度變化。
[0067]各屈曲關節(jié)12a?12d繞在插入部7的長度方向即各連桿部件13a?13e的長度軸方向上隔開間隔且平行配置(沿著Y軸方向)的軸線14a?14d分別獨立地屈曲。各屈曲關節(jié)12a?12d例如構成為能夠在±60°的屈曲角度范圍內(nèi)屈曲，基端側關節(jié)組12整體能夠以±240°屈曲。另外，軸線14a?14d不需要必須平行配置，只要并行排列以使得能夠屈曲即可。
[0068]下面，參照圖4?圖7對本實施方式的屈曲關節(jié)12a?12d進行說明。
[0069]首先，對最基端側的屈曲關節(jié)12a進行詳細說明。
[0070]如圖4和圖5所示，屈曲關節(jié)12a具有構成軟性部8的端部的連桿部件(第I部件)13a、連桿部件(第2部件)13b、在它們之間連結的多個例如4個塊(中間部件)15a?15d。
[0071]各連桿部件13a?13e和各塊15a?15d以能夠繞大致平行的軸線(中間軸線)16a?16e相對擺動的方式連結。另外，軸線16a?16e也不需要必須平行配置，只要并行排列以使得能夠屈曲即可。
[0072]如圖6所示，在軟性部8和連桿部件13a、13b上設置有在長度方向上貫通的貫通孔17。并且，塊15a?15d形成為在中央具有在厚度方向上貫通的貫通孔18的環(huán)狀。在連桿部件13b和各塊15a?15d上設置有2對連結部19a、19b，這2對連結部19a、19b用于以能夠繞2個大致平行的軸線16a?16e相對擺動的方式與配置在其兩側的連桿部件13a、13b或其他塊15a?15d連結。組合2個部件13b 1、13b2來構成連桿部件13b。
[0073]并且，本實施方式的屈曲關節(jié)12a具有:2個滑輪20a、20b，它們以能夠旋轉的方式安裝在連桿部件13b上;具有撓性的筒狀的引導外皮21a、21b，其貫通軟性部8的貫通孔17和塊15a?15d的貫通孔18，沿著它們的中心軸附近配置，前端開口固定在連桿部件13b的部件13bl上；以及操作線22a、22b，其經(jīng)由該引導外皮21a、21b從軟性部8的基端側導入。
[0074]如圖7所示，滑輪20a、20b隔著連結連桿部件13b和塊15a的軸線16a而在兩側以能夠繞與該軸線16a大致平行的軸線23a、23b旋轉的方式安裝在連桿部件13b上。由此，一對滑輪20a、20b使從配置在連桿部件13b的軸線16a的附近的一對引導外皮21a、21b的前端開口突出的一對操作線22a、22b向相反方向掉頭，分別從軸線16a沿著徑向上最遠的連桿部件13b和塊15a?15d的外周附近的路徑向連桿部件13a的方向返回。
[0075]在各塊15a?15d上設置有一對貫通孔24a、24b，在這一對貫通孔24a、24b中分別貫通有通過一對滑輪20a、20b向外周側掉頭的一對操作線22a、22b。通過一對滑輪20a、20b折返的一對操作線22a、22b貫通各塊15a?15d的貫通孔24a、24b后，其端部分別固定在連桿部件13a的固定部26a、26b上。
[0076]其他屈曲關節(jié)12b?12d也具有與上述屈曲關節(jié)12a相同的構造。即，各屈曲關節(jié)12b?12d將與基端側相鄰的屈曲關節(jié)12b?12d的前端側的連桿部件13b?13d作為第I部件，將與前端側相鄰的連桿部件13c?13e作為第2部件，在它們之間分別具有4個塊15a?15d。如圖8中簡化示出的那樣配置各屈曲關節(jié)12a?12d的引導外皮21a、21b、滑輪20a、20b和操作線22a、22b。
[0077]圖5示出基端側關節(jié)組12中的配置在最前端的屈曲關節(jié)12d的動作。通過從插入部7的基端側到屈曲關節(jié)12d的前端側的連桿部件13e沿著長度方向配置的2根引導外皮21a、21b，分別引導至連桿部件13e的2根操作線22a、22b通過滑輪20a、20b分別掉頭，固定在屈曲關節(jié)12d的基端側的連桿部件13d的固定部26a、26b上。從如圖4那樣全部屈曲關節(jié)12a?12d筆直延伸的狀態(tài)起，如圖5那樣對一個操作線22a施加牽引力F，由此，能夠僅使前端的屈曲關節(jié)12d在一個方向上屈曲。另外，此時，操作線22b被送出屈曲所需要的量。
[0078]如圖3(a)所示，前端側關節(jié)組11具有多個例如3個屈曲關節(jié)(前端側屈曲關節(jié))lla?11c。這些屈曲關節(jié)I Ia?Ilc也分別配置在2個連桿部件13f?13h之間，使2個連桿部件13f?13h之間的相對角度變化。
[0079]如圖3(a)所示，基端側的2個屈曲關節(jié)11a、Ilb分別使連桿部件13f?13h繞軸線14e、14f擺動，該軸線14e、14f與包含基端側關節(jié)組12的最前端的屈曲關節(jié)12d的軸線14d和連桿部件13e?13h的長度軸在內(nèi)的平面垂直(沿著Z軸方向)。并且，最前端的I個屈曲關節(jié)I Ic使前端部9繞軸線14g擺動，該軸線14g與包含上述屈曲關節(jié)I la、I Ib的軸線14e、14f和連桿部件13e?13h的長度軸在內(nèi)的平面垂直(沿著Y軸方向)。另外，軸線14e、14f不是必須與包含軸線14d和長度軸的平面垂直，也可以與上述平面交叉設置以使得能夠屈曲。
[0080]使全部屈曲關節(jié)Ila?11c、12a?12d進行動作的操作線22a、22b穿過軟性部8的內(nèi)部的貫通孔17從軟性部8的基端側導入彎曲部10。
[0081]如圖2所示，驅動部6a、6b具有對前端側關節(jié)組11進行驅動的前端側驅動部6a和對基端側關節(jié)組12進行驅動的基端側驅動部6b這雙方。各驅動部6a、6b經(jīng)由中繼部27而與內(nèi)窺鏡5的軟性部8連接。
[0082]各驅動部6a、6b具有安裝在各操作線22a、22b的基端的滑動件(圖示省略)，以牽引經(jīng)由軟性部8內(nèi)向基端側延伸的操作線22a、22b的基端部，對單獨施加給各操作線22a、22b的牽引力F進行調(diào)節(jié)。各驅動部6a、6b能夠相對于電動式的具有致動器的驅動源28或手動式的手動操作用主動件(圖示省略)進行拆裝。
[0083]驅動源28的致動器例如是線性馬達這樣的線性致動器，當安裝驅動部6a、6b后，致動器與驅動部6a、6b的滑動件卡合，通過致動器的工作，滑動件滑動，對操作線22a、22b賦予牽引力F。
[0084]并且，當手動操作用主動件安裝驅動部6a、6b后，操作部與驅動部6a、6b的滑動件卡合，通過醫(yī)師A施加的力，滑動件滑動，對操作線22a、22b賦予牽引力F。
[0085]在中繼部27上設置有將處置器械插入到沿著插入部7的長度方向延伸并在前端面開口的鉗子通道(圖示省略)內(nèi)的插入端口 29。
[0086]如圖1所示，主裝置2是具有與內(nèi)窺鏡5的彎曲部10相同數(shù)量的關節(jié)的相似形的輸入裝置。在各關節(jié)中具有檢測其屈曲角度的編碼器等檢測器(圖示省略)，輸出醫(yī)師A把持前端部并使其移動時的檢測器檢測到的主裝置2的各關節(jié)的屈曲角度信號。
[0087]控制器4對驅動部6a、6b進行控制，以使得從主裝置2輸出的屈曲角度信號所表示的主裝置2的各關節(jié)的屈曲角度和內(nèi)窺鏡5的彎曲部10的各屈曲關節(jié)I Ia?I Ic、12a?12d的屈曲角度成為相同角度。
[0088]下面，對這樣構成的本實施方式的屈曲關節(jié)12a?12d、內(nèi)窺鏡5和內(nèi)視系統(tǒng)I的作用進行說明。
[0089]在使用本實施方式的內(nèi)窺鏡5進行患者P的體腔內(nèi)的觀察和處置時，僅在對前端側關節(jié)組11進行驅動的前端側驅動部6a上安裝手動操作用主動件來進行針對體腔內(nèi)的插入作業(yè)。
[0090]醫(yī)師A用左手把持手動操作用主動件并進行操作，并且用右手保持插入部7，利用與現(xiàn)有的內(nèi)窺鏡相同的方法將內(nèi)窺鏡5插入到體腔內(nèi)。此時，通過使內(nèi)窺鏡5進行工作，對體腔內(nèi)的狀況進行拍攝并顯示在監(jiān)視器25中。醫(yī)師A—邊觀察監(jiān)視器25—邊操作手動操作用主動件，由此對前端側關節(jié)組11進行驅動，將插入部7插入到體腔內(nèi)，直到內(nèi)窺鏡5的前端部9接近患部為止。
[0091 ]該狀態(tài)下，由于在對基端側關節(jié)組12進行驅動的基端側驅動部6b上未安裝驅動源28和手動操作用主動件，所以，基端側關節(jié)組12模仿前端側關節(jié)組11的動作，被動地追隨該前端側關節(jié)組11進行動作。由此，基端側關節(jié)組12不會妨礙插入動作。
[0092]而且，在插入部7的前端部9配置在患部附近時，將手動操作用主動件切換為驅動源28，并且在基端側驅動部6b上也安裝驅動源28，醫(yī)師A對主裝置2進行操作。
[0093]作為基端側關節(jié)組12，本實施方式的內(nèi)窺鏡5具有合計以±240°屈曲的4個屈曲關節(jié)12a?12d，所以，能夠使彎曲部10呈U字狀彎曲并使內(nèi)窺鏡5的前端面朝向后方。并且，在使彎曲部10呈U字狀彎曲的狀態(tài)下，各屈曲關節(jié)12a?12d的動作范圍還存在余量，所以，能夠使插入部7的前端部9進退。其結果，存在如下優(yōu)點:不僅配置在針對體腔的插入方向的前方的患部，針對褶皺的里側那樣配置在相反方向上的患部，也能夠使插入部7的前端面朝向容易觀察或處置的位置。
[0094]如圖5所示，在使本實施方式的屈曲關節(jié)12d屈曲時，通過驅動源28對經(jīng)由引導外皮21a、21b引出到軟性部8的基端側的操作線22a、22b中的配置在屈曲內(nèi)側的一個操作線22a施加牽引力F進行牽引，與配置在外側的路徑長度一致地送出配置在屈曲外側的另一個操作線22b。
[0095]由此，通過在操作線22a中傳播到前端的牽引力F，在連桿部件13e上的滑輪20a與連桿部件13d上的固定部26a之間的操作線22a中產(chǎn)生張力，使連桿部件13d、13e和它們之間的塊15a?15d相對擺動，連桿部件13e上的滑輪20a和連桿部件13d上的固定部26a接近，屈曲關節(jié)12d屈曲。屈曲關節(jié)12a?12c也能夠同樣屈曲。
[0096]該情況下，在各屈曲關節(jié)12a?12d中，將操作線22a、22b從軟性部8的基端側導入至IJ前端側的連桿部件13b?13e的引導外皮21a、21b沿著屈曲關節(jié)12a?12d的中心軸附近配置。因此，與一般由于配置在關節(jié)外周附近而在內(nèi)側配置外皮的情況相比，能夠保持屈曲關節(jié)12a?12d屈曲時的引導外皮21a、21b的曲率半徑較大。
[0097]進而，在彎曲方向反轉的情況下，由于沿著屈曲關節(jié)12a?12d的中心軸附近配置，所以，外皮的曲率半徑的偏移較小，能夠將由于外皮的剛性而產(chǎn)生的彎曲時的阻力的變動抑制為較少。
[0098]與配置在內(nèi)側的操作線22a相比，引導外皮21a、21b為大徑且彎曲剛性較高，所以，存在如下優(yōu)點:通過在屈曲時保持曲率半徑較大，能夠減小屈曲所需要的牽引力F，并且，能夠將必要的牽引力F的變動抑制為較少。
[0099]并且，操作線22a、22b通過滑輪20a、20b折返以進行掉頭，所以，能夠以較少的摩擦、順暢地進行屈曲關節(jié)12a?12d被施加牽引力F而屈曲時的操作線22a、22b的移動。由此，能夠進一步減小用于使屈曲關節(jié)12a?12d屈曲的牽引力F。
[0100]并且，通過滑輪20a、20b折返的操作線22a、22b的前端固定于在徑向上大幅遠離構成第I部件的連桿部件13a?13d的軸線16e的固定部26a、26b上，所以，還存在如下優(yōu)點:能夠通過施加給操作線22a、22b的牽引力F產(chǎn)生較大的力矩，能夠高效地使屈曲關節(jié)12a?12d屈曲。
[0101]并且，在本實施方式中，在各連桿部件13b?13e中，在周向和半徑方向的相同位置以相同姿勢配置相同滑輪20a、20b，所以，能夠使連桿部件13b?13e相同化，能夠減少部件的種類。
[0102]并且，具有這種屈曲關節(jié)12a?12d的本實施方式的內(nèi)窺鏡5能夠將與屈曲關節(jié)12a?12d的屈曲程度對應的牽引力F的變化抑制為較低。因此，存在能夠提高基于驅動部6a、6b的控制特性的優(yōu)點。
[0103]進而，根據(jù)本實施方式的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)I，由于內(nèi)窺鏡5的控制特性提高，由此，存在能夠提高從裝置3相對于主裝置2的操作的響應性、能夠提高操作性的優(yōu)點。
[0104]另外，在本實施方式的屈曲關節(jié)12a?12d中，將對用于使各屈曲關節(jié)12a?12d向兩側彎曲的一對操作線22a、22b進行引導的一對引導外皮21a、21b配置在隔著軸線16a?16e相鄰的位置，但是，在空間允許的情況下，優(yōu)選在軸線16a?16e上并列配置成一列。由此，能夠使全部引導外皮21a、21b的向兩側屈曲時的曲率半徑相同，外皮的路徑長度恒定，不需要使外皮松弛，能夠最大限度地減小屈曲所需要的牽引力。
[0105]并且，在本實施方式中，作為使操作線22a、22b掉頭的折返部，采用滑輪20a、20b，但是，取而代之，如圖9所示，也可以采用由剛性較高的材質構成的、通過使操作線22a、22b貫通而使其掉頭的U字狀的管狀部件30a、30b。由此，操作線22a、22b保持由管狀部件30a、30b確定的曲率并在管狀部件30a、30b內(nèi)順暢地移動，所以，能夠通過較小的牽引力F進行彎曲動作。并且，根據(jù)不具有旋轉的滑輪20a、20b這樣的可動部件的構造，能夠提高耐久性。
[0106]并且，在本實施方式中，在構成第2部件的全部連桿部件13b?13e中使滑輪20a、20b的配置相同化，但是，取而代之，如圖10(a)?(c)所示，也可以使不同連桿部件13b?13d中的滑輪20a、20b的配置在周向上不同。斜線表示在對應的連桿部件13b?13d的滑輪20a、20b上導入操作線22a、22b的引導外皮21a、21b。由此，存在如下優(yōu)點:能夠使引導外皮21a、21b的前端開口接近滑輪20a、20b，能夠合理地進行來自引導外皮21a、21b的操作線22a、22b的卷繞。
[0107]并且，在本實施方式中，在隔著軸線16a的兩側的對稱位置配置一對滑輪20a、20b，但是，取而代之，如圖11所示，也可以在厚度方向上偏移配置，以使得一對滑輪20a、20b彼此相互在徑向上局部重合。通過這樣配置，能夠確保滑輪20a、20b的直徑尺寸較大，能夠增大折返的操作線22a、22b的曲率半徑，能夠減少對操作線22a、22b造成的負擔。
[0108]并且，在本實施方式中，在全部屈曲關節(jié)12a?12d中通過滑輪20a、20b使操作線22a、22b掉頭，但是，取而代之，如圖12所示，關于最基端側的屈曲關節(jié)12a，也可以采用如下方式:通過從固定在軟性部8的端部的連桿部件13a上的引導外皮2la、2Ib向前端側延伸的操作線22a、22b，向基端側牽引連桿部件13b。根據(jù)這種結構，能夠在不會由于屈曲關節(jié)12a的屈曲而屈曲的位置配置引導外皮21a、21b，能夠省略滑輪20a、20b，能夠簡化構造。
[0109]并且，在本實施方式中，基端側關節(jié)組12由具有大致平行的軸線14a?14d的4個屈曲關節(jié)12a?12d構成，但是，取而代之，如圖13所示，也可以采用將屈曲方向配置成交替垂直的方向的基端側關節(jié)組12。該情況下，如圖14(a)?(c)所示，可以使引導外皮21a、21b的配置相同，而交替采用滑輪20a、20b的配置不同的連桿部件13b?13e，如圖15所示，也可以使相同的連桿部件13b?13e的相位相差90°進行使用。圖中，標號31是使剛性比引導外皮21a、21b更高的布線等貫通的通道。
[0110]并且，在本實施方式中，例示了具有串聯(lián)連接4個屈曲關節(jié)12a?12d而得到的基端側關節(jié)組12的內(nèi)窺鏡5，但是，取而代之，如圖16所示，也可以應用于具有單一的屈曲關節(jié)12a的機械手5。
[0111]并且，作為塊15a?15d，例示了具有使操作線22a、22b貫通的貫通孔24a、24b的塊，但是，取而代之，如圖17和圖18所示，作為使操作線22a、22b貫通的貫通部，也可以采用具有在與軸線16a?16e垂直的方向上延伸的長孔32a、32b或槽33a、33b的部件。
[0112]如圖16所示，在貫通孔24a、24b具有比操作線22a、22b的外徑稍大的內(nèi)徑的情況下，當使屈曲關節(jié)12a?12d屈曲時，塊15a?15d擺動，由此，設置在各塊15a?15d上的貫通孔24a、24b排列在曲線上，所以，貫通了貫通孔24a、24b的操作線22a、22b彎曲以連接貫通孔24a、24b。
[0113]而且，該情況下，操作線22a、22b中產(chǎn)生的張力根據(jù)牽引力F的大小而增大，所以，操作線22a、22b按壓貫通孔24a、24b的內(nèi)表面，摩擦增大。與此相對，如圖17和圖18所示，通過使貫通部成為長孔32a、32b或槽33a、33b，如圖19所示，能夠減少屈曲關節(jié)12a?12d屈曲時的操作線22a、22b的徑向的變形，即使張力增大，也能夠減小操作線22a、22b與長孔32a、32b或槽33a、33b的內(nèi)表面的摩擦力，能夠確保操作線22a、22b的順暢移動。另外，圖19本身示出貫通部為槽33a、33b的情況下的屈曲狀態(tài)。
[0114]并且，在本實施方式中，作為機械手和機械手系統(tǒng)的一例，例示了內(nèi)窺鏡5和內(nèi)窺鏡系統(tǒng)I，但是不限于此，還能夠應用于處置器械等其他機械手和機械手系統(tǒng)。
[0115]并且，例示了設置在從裝置3上的內(nèi)窺鏡5中設置的屈曲關節(jié)，但是，取而代之，也可以應用于設置在手動式的內(nèi)窺鏡中的屈曲關節(jié)。
[0116]并且，作為操作線22a、22b，可以舉出單線、捻線、編線、板狀等。
[0117]標號說明
[0118]A:醫(yī)師(操作者)；1:內(nèi)窺鏡系統(tǒng)(機械手系統(tǒng))；2:主裝置;3:從裝置;4:控制器;5:內(nèi)窺鏡(機械手)；8:軟性部(機械手主體)；12a?12d:屈曲關節(jié)(關節(jié)機構)；13a:連桿部件(第I部件)；13b:連桿部件(第2部件)；14a:擺動軸線；15a?15d:中間部件；16a?16e:中間軸線；17:貫通孔；18:貫通孔(外皮用貫通孔)；20&、2013:滑輪(折返部)；21&、2113:引導外皮；22a、22b:操作線；24a:貫通孔(線貫通部)；30a、30b:管狀部件(折返部)；32a、32b:長孔(線貫通部)；33&、3313:槽(線貫通部)。
【主權項】
1.一種關節(jié)機構，其具有: 筒狀的第I部件，其具有沿著中心軸方向貫通的貫通孔； 第2部件，其配置在該第I部件的前端側，設置成能夠相對于該第I部件繞與所述中心軸交叉的擺動軸線擺動； 具有撓性的筒狀的引導外皮，其貫通于所述第I部件的所述貫通孔的所述中心軸附近，前端固定在所述第2部件上； 操作線，其經(jīng)由該引導外皮導入到該引導外皮的前端側；以及 折返部，其設置在所述第2部件中從所述擺動軸線沿徑向偏移后的位置，使經(jīng)由所述引導外皮從所述第I部件側導入來的操作線向所述第I部件側掉頭， 該折返部中掉頭后的所述操作線的前端固定在從所述第I部件的所述擺動軸線沿徑向偏移后的位置。2.根據(jù)權利要求1所述的關節(jié)機構，其中， 所述折返部是卷繞所述操作線而使該操作線掉頭的滑輪。3.根據(jù)權利要求1所述的關節(jié)機構，其中， 所述折返部是通過使所述操作線貫通而使該操作線掉頭的大致U字狀的管狀部件。4.根據(jù)權利要求1?3中的任意一項所述的關節(jié)機構，其中， 所述引導外皮、所述操作線和所述折返部各設置有一對，以使所述第2部件相對于所述第I部件繞所述擺動軸線在2個方向上擺動。5.根據(jù)權利要求4所述的關節(jié)機構，其中， 一對所述折返部被設置成，使一對所述操作線在徑向上局部重合的位置處掉頭。6.根據(jù)權利要求1?5中的任意一項所述的關節(jié)機構，其中， 在所述第I部件與所述第2部件之間具有I個以上的中間部件，該I個以上的中間部件以能夠繞相互并行的2個以上的中間軸線擺動的方式連結。7.根據(jù)權利要求6所述的關節(jié)機構，其中， 在各所述中間部件上設置有使所述引導外皮貫通的外皮用貫通孔和使所述操作線貫通的線貫通部， 該線貫通部是在與所述中間軸線垂直的方向上延伸的長孔或切口。8.—種機械手，其以串聯(lián)方式具有2個以上的權利要求1?7中的任意一項所述的關節(jié)機構。9.根據(jù)權利要求8所述的機械手，其中， 設置在各所述關節(jié)機構上的折返部配置在各所述第2部件的徑向和周向上大致相同的位置。10.根據(jù)權利要求8所述的機械手，其中， 設置在各所述關節(jié)機構上的折返部配置在各所述第2部件的徑向上大致相同的位置且周向上不同的位置。11.一種機械手，其具有: 筒狀的機械手主體； 基端側關節(jié)部，其設置在該機械手主體的前端；以及 前端側關節(jié)部，其與該基端側關節(jié)部的前端側串聯(lián)連接，具有權利要求1?7中的任意一項所述的I個以上的關節(jié)機構， 該基端側關節(jié)部具有以能夠繞擺動軸線擺動的方式與所述機械手主體連結的擺動部件、前端開口固定在所述機械手主體上的筒狀的引導外皮、以及前端固定在從所述擺動部件的所述擺動軸線沿徑向偏移后的位置的操作線，該操作線經(jīng)由該引導外皮導入，從該引導外皮的所述前端開口突出并延伸。12.—種機械手，其具有: 筒狀的機械手主體，其具有沿著中心軸方向貫通的貫通孔； 擺動部件，其配置在該機械手主體的前端側，設置成能夠相對于該機械手主體繞與所述中心軸交叉的擺動軸線擺動； 具有撓性的筒狀的引導外皮，其貫通所述機械手主體的所述貫通孔的所述中心軸附近，前端固定在所述擺動部件上； 操作線，其經(jīng)由該引導外皮導入到該引導外皮的前端側；以及 折返部，其設置在所述擺動部件上，使經(jīng)由所述引導外皮從所述機械手主體側導入來的操作線向所述機械手主體側掉頭， 該折返部中掉頭后的所述操作線的前端固定在從所述機械手主體的所述擺動軸線沿徑向偏移后的位置。13.—種機械手系統(tǒng)，其具有: 從裝置，其具有權利要求8?12中的任意一項所述的機械手和驅動該機械手的驅動部； 主裝置，其具有由操作者操作的操作部；以及 控制器，其根據(jù)由該主裝置的所述操作部輸入的輸入信號對所述從裝置的驅動部進行控制。
【文檔編號】B25J17/00GK105899117SQ201580004099
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年1月9日
【發(fā)明人】中山真悟, 岸宏亮
【申請人】奧林巴斯株式會社