CN102905631A - 驱动力传递机构及机械手系统 - Google Patents

Abstract

用于传递来自驱动源的驱动力的驱动力传递机构（1）如下地构成。即，驱动力传递机构（1）具备：操作线（95、96），其为线状或杆状，且具有挠性；内侧管（2），其是供操作线（95、96）贯穿插入的、具有挠性的引导部件；以及外侧管（3），其设置于内侧管（2）的径向外侧，抑制内侧管（2）的变形。

Description

驱动力传递机构及机械手系统

技术领域

本发明涉及用于传递来自驱动源的驱动力的驱动力传递机构和具备该驱动力传递机构的机械手系统。

背景技术

作为涉及驱动力传递机构和机械手系统的技术，例如在日本实开平6-81503号公报中公开了如下的技术。即，在日本实开平6-81503号公报中公开了一种内窥镜的弯曲装置作为驱动力传递机构，所述内窥镜的弯曲装置具备：弯曲操作线，其为用于使与挠性管的前端侧连结的弯曲部弯曲的具有挠性的传递部件；以及具有挠性的引导管，其由引导该弯曲操作线的密绕线圈构成。

在应用该日本实开平6-81503号公报中公开的技术时，有时在弯曲操作时由于弯曲操作线的张力而使由密绕线圈构成的引导管发生压曲。当发生压曲时，弯曲部的弯曲长度会损失因该压曲而导致的引导管的长度变化的量。

鉴于因这种压曲而产生的问题，在日本特开平6-300975号公报中公开了如下的技术：利用由不易压曲的超弹性管构成的管状部件引导形状记忆合金线，所述形状记忆合金线为进行挠性管的弯曲操作的动力传递部件。

但是，即使在应用日本特开平6-300975号公报所公开的技术的情况下，当对所述形状记忆合金线施加张力时，由超弹性管构成的管状部件压缩变形（蜿蜒），该超弹性管产生径向上的变形，妨碍张力的传递（动力传递的传递效率降低）。

发明内容

本发明正是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供在弯曲动作时动力传递部件的传递效率不降低（传递特性不变差）的驱动力传递机构及具备该驱动力传递机构的机械手系统。

为了达成上述目的，本发明的第一方式的驱动力传递机构具备：线状或杆状且具有挠性的传递部件，其用于传递来自驱动源的驱动力；以及引导部件，其是供所述传递部件贯穿插入的具有挠性的管状部件，所述驱动力传递机构的特征在于，

所述驱动力传递机构具备约束部件，所述约束部件设置在所述引导部件的径向外侧，抑制所述引导部件的变形。

为了达成上述目的，本发明的第二方式的机械手系统具备：

驱动力传递机构，其用于传递来自驱动源的驱动力；

弯曲管，其具有多个关节部，所述多个关节部利用所述驱动力传递机构传递的驱动力来进行动作；

操作部，其用于使所述关节部动作；以及

控制部，其根据所述操作部的操作进行所述关节部的动作控制，

所述驱动力传递机构具有：

线状或杆状且具有挠性的传递部件，其用于传递所述驱动力；

引导部件，其是供所述传递部件贯穿插入的具有挠性的管状部件；以及

约束部件，其设置在所述引导部件的径向外侧，抑制所述引导部件的变形。

附图说明

图1是示出应用了本发明的一个实施方式的驱动力传递机构的机械手系统的一个结构例的图。

图2是示出机械手的插入部的一个结构例的图。

图3A是插入部的弯曲部的侧面剖视图。

图3B是构成弯曲部的驱动力传递机构的侧面剖视图。

图4是沿图3所示的A-A’切断驱动力传递机构的剖视图。

图5是在相当于图3所示的A-A’的部位切断第一变形例的驱动力传递机构的剖视图。

图6是示出第二变形例的驱动力传递机构的一个结构例的侧视图。

图7是示出第三变形例的驱动力传递机构的一个结构例的侧面剖视图。

具体实施方式

下面，对本发明的一个实施方式的驱动力传递机构及具备该驱动力传递机构的机械手系统进行说明。另外，在该一个实施方式中，设想例如用于内窥镜下外科手术的处置用机械手系统作为机械手系统。

图1是示出应用了该一个实施方式的驱动力传递机构的机械手系统的一个结构例的图。如图1所示，机械手系统具备：形成操作部的操作输入装置65；形成控制部的马达控制单元66；和机械手67。

所述操作输入装置65读取与手术操作者的手68的位置、姿势和握持相关联的信息，并将这些信息输出到马达控制单元66。

所述马达控制单元66根据从操作输入装置65输出的与手术操作者的手68的位置、姿势和握持相关联的信息来控制机械手67。

所述机械手67是用于对患者70的患部进行处置的机械手。该机械手67的插入部74贯穿插入于插入到被固定在手术台69上的患者70的体内的套管针71中。

更具体而言，机械手67具有：基于圆柱坐标系进行动作的三自由度的机械手臂72；沿上下方向和旋转方向动作的两自由度的自由关节73；用于插入到患者70的体内的插入部74；和使插入部74旋转的保持器75。

下面，对机械手67的插入部74详细地进行说明。图2是示出机械手67的插入部74的一个结构例的图。

机械手67的插入部74具有：具有钳子109的前端部91；作为具有多个关节的关节部的弯曲部92；和包括插入管100的驱动部93。

所述弯曲部92具备：弯曲管94，其是沿上下方向和左右方向进行动作的两自由度弯曲的关节；两根操作线95，它们是用于沿着上下方向操作弯曲管94的具有挠性的线状的传递部件；以及两根操作线96，它们是用于沿着左右方向操作弯曲管94的具有挠性的线状的传递部件。

所述操作线95、96各自的一端在最前端的弯曲管94和/或前端部91中沿着周向彼此隔开90度的间隔地连接固定于该最前端的弯曲管94和/或前端部91，并且，另一端连接固定于包括带轮106和滚珠丝杠螺母108的直动致动器107的滚珠丝杠螺母108。这些操作线95、96具有挠性。

另外，具体情况参照附图在后面进行说明，操作线95、96贯穿插入于作为引导部件的内侧管。此外，内侧管贯穿插入于作为约束部件的外侧管内。

这里，在手术操作者对操作输入装置65进行操作而使机械手67动作来对患者70进行处置时，机械手67的各部分如下地进行动作。即，从操作输入装置65输出的与手术操作者的手68的位置、姿势和握持相关联的信息被输入到马达控制单元66，并通过该马达控制单元66转换成机械手臂72的操作量、基于自由关节73的插入部74的旋转量、插入部74中的弯曲部92的弯曲量以及钳子109的开闭角度。

在所述驱动部93中，利用作为驱动源的马达（未图示）的旋转使滚珠丝杠螺母108进退，与该进退相应地，操作线95、96差动地被驱动，弯曲部92沿上下左右方向弯曲。同样地，利用马达（未图示）的旋转使钳子109开闭。

下面，对应用于弯曲部92的该一个实施方式的驱动力传递机构进行说明。图3A是弯曲部92的侧面剖视图。

所述弯曲部92具备：彼此连结的多个弯曲管94；作为动力传递部件的操作线95、96；作为操作线95、96的引导部件的内侧管2；以及作为抑制（阻止、限制）内侧管2的径向上的变形的约束部件（变形防止部件）的外侧管3。这里，驱动力传递机构1由操作线95、96、内侧管2和外侧管3构成。

所述多个弯曲管94在彼此相邻的弯曲管94的连结部94a彼此的位置关系配置成沿着周向彼此错开90度的状态下，在该连结部94a处通过销94b转动自如连结。通过这样地连结各个弯曲管94，从而作为整个弯曲部92而能够沿着上下方向和左右方向弯曲。

并且，在各个弯曲管94的内周面设置有如下的多个保持部94c。即，多个保持部94c是允许驱动力传递机构1向其轴向移动并对驱动力传递机构1进行保持的部件，所述多个保持部94c在所述轴向上按预定距离沿着周向隔开90度间隔地安装在该弯曲管94的内周面。

具体而言，在这些保持部94c设置有直径比外侧管3的外径稍大的贯通孔94d。各驱动力传递机构1借助于这些贯通孔94d而被允许向其轴向移动。

这里，相对于一对操作线95的一对驱动力传递机构1和相对于一对操作线96的一对驱动力传递机构1彼此具有90度间隔地位于弯曲管94的周向。

另外，在本例中，配设于弯曲部92内的各驱动力传递机构1配设成延伸到插入管100内。

下面，对驱动力传递机构1详细地进行说明。由于驱动力传递机构1设置成与构成两根一组的操作线即操作线95和操作线96的一根一根的操作线对应，因此，在本例中，共计配设四个驱动力传递机构1。

图3B是应用于弯曲部92的驱动力传递机构1的侧面剖视图。图4是沿图3所示的A-A’切断驱动力传递机构1时的剖视图。

所述内侧管2是引导操作线95、96的引导部件。具体而言，内侧管2是如下的部件。

（1）内侧管2是具有挠性且剖面大致呈圆环形状的管状部件。

（2）操作线95或操作线96贯穿插入于内侧管2中。换言之，内侧管2配设在操作线95或操作线96的径向外侧。

（3）具有挠性的金属材料适合作为内侧管2的材料，可列举例如Ni-Ti等。

（4）为了减少由于操作线95、96的动作而引起的操作线95、96之间的摩擦，内侧管2的内周面优选实施研磨加工。

所述外侧管3是为了抑制（阻止、限制）内侧管2的径向的变形而约束内侧管2的约束部件。具体而言，外侧管3是如下的部件。

（1）外侧管3是具有挠性且剖面大致呈圆环形状的管状部件。

（2）在外侧管3中以与内侧管2之间具有间隙C的方式贯穿插入有内侧管2。具体而言，间隙C是能够供内侧管2在该外侧管3内沿着轴向移动的程度的间隙。

（3）内侧管2的外径与外侧管3的内径大致相同。

（4）具有挠性（或弹性）的金属材料适合作为外侧管3的材料，可列举例如SUS或Ni-Ti等。

另外，可以在插入管100内也与弯曲部92内的结构同样地采用保持部94c来保持各驱动力传递机构1，也可以为不采用保持部94c而是简单地将各驱动力传递机构1贯穿插入于插入管100内的结构。相反地，在弯曲部92内部的空间狭小的情况下，也可以在弯曲部92内不设置保持部94c。

在本例中，内侧管2从弯曲部92的前端配设到插入管100的基部。并且，在内侧管2的全长范围内设置外侧管3。即，在从弯曲部92内的前端到插入管100的基部的范围内配设各驱动力传递机构1。

如上所述，操作线95、96、内侧管2和外侧管3如上述那样地分别具有挠性（或弹性），根据手术操作者的手68对操作输入装置65的操作而进行弯曲动作。

若是以往的技术，则在该弯曲动作时弯曲的内侧管2沿着径向变形（例如压曲），从而内侧管2内的操作线95、96的传递效率降低（传递特性变差）。

另一方面，根据该一个实施方式的驱动力传递机构1，由于在弯曲动作时利用外侧管3抑制（阻止、限制）内侧管2向径向变形，因此能够防止由于弯曲状态而导致的驱动力的传递效率的降低（传递特性变差）。

如以上说明的那样，根据该一个实施方式，能够提供在弯曲动作时动力传递部件的传递效率不降低（传递特性不变差）的驱动力传递机构及具备该驱动力传递机构的机械手系统。

更具体而言，根据该一个实施方式的驱动力传递机构和机械手系统，能够获得例如如下的特别的效果。

·通过在操作线95、96的引导部件即内侧管2的径向外侧设置用于约束内侧管2的径向的变形的外侧管3，从而即使在操作操作线95、96时对内侧管2施加张力的情况下，通过内侧管2被外侧管3约束，能抑制该内侧管2的压缩变形（朝径向的变形）。即，在进行弯曲动作时，不会对操作线95、96施加使其传递效率降低的那样的外力。

·由于能够防止操作线95、96的路径长度的变化，因此能够防止与内侧管2的压缩变形（蜿蜒）相伴的、操作线95、96与内侧管2的接触面积的增大，能够抑制因内侧管2的径向的变形而引起的操作线95、96与内侧管2的内周面的摩擦所造成的衰减。由此，能够获得滞后特性少的良好的传递特性。

·不仅抑制对操作线95、96施加张力时的内侧管2的相对于压缩变形的径向的变形，还抑制由其它因素造成的内侧管2的径向的变形。

·通过由金属材料构成内侧管2和外侧管3，从而驱动力传递机构1的强度提高。

·将内侧管2的外径与外侧管3的内径构成为大致相同、并且设置供内侧管2能够沿着轴向在外侧管3内移动的间隙C，由此，内侧管2能够在外侧管3内沿轴向移动。这进一步提高了对内侧管2向径向变形的抑制效果。

·通过在内侧管2的全长范围内设置外侧管3，从而能够抑制内侧管2在其全长范围内向径向变形。

另外，在上述的示例中，由金属材料构成外侧管3，但只要能够限制内侧管2径向的变形，则当然也可以由例如硬质的树脂构成外侧管3。

在上述的示例中，将外侧管3构成为剖面为大致圆环形状，但也可以将外侧管3构成为剖面为多边形状。在该情况下，内侧管2的剖面形状也优选为与外侧管3的剖面形状同样的剖面形状。

在内侧管2的全长范围设置有外侧管3，但也可以在内侧管2的一部分（局部地）设置外侧管3。例如也可以为如下的结构：仅在内侧管2中的特别容易弯曲的部分或大幅弯曲的部分设置外侧管3。

在上述的示例中，采用线（操作线95、96）作为传递部件，但既可以采用由例如形状记忆合金构成的线，也可以采用作为简单的棒状部件而构成的线或杆。

在上述的示例中，作为机械手，以具备钳子109的机械手67为例进行了说明，但不限于此，该一个实施方式也可以应用于例如具备内窥镜的观察机械手等。即，该一个实施方式能够应用于包括处置用机械手或观察机械手（内窥镜）等的各种机械手。

并且，该一个实施方式不仅可应用于医疗用的机械手系统，当然也可以应用于产业用的机械手系统和手动的机械手系统。

以上根据一个实施方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述的各实施方式，当然，在本发明主旨的范围内能够进行各种变形和应用。

《第一变形例》

下面，对上述的一实施方式的驱动力传递机构和机械手系统的第一变形例进行说明。为了避免重复说明，对与一实施方式的驱动力传递机构和机械手系统的不同点进行说明。在上述的一实施方式中，将外侧管3构成为剖面大致呈圆环形状的管状部件，但在本第一变形例中如下地构成。

图5是在相当于图3所示的A-A’的部位切断本第一变形例的驱动力传递机构时的剖视图。如该图所示，在本第一变形例中，在该外侧管3的周面，以使得外侧管3的剖面呈C字形状的方式沿着轴向形成切口部（狭缝）。

如以上说明的那样，根据本第一变形例，能够提供起到与上述一个实施方式的驱动力传递机构和机械手系统同样的效果的驱动力传递机构和机械手系统。

《第二变形例》

下面，对上述一个实施方式的驱动力传递机构和机械手系统的第二变形例进行说明。为了避免重复说明，对与一个实施方式的驱动力传递机构和机械手系统的不同点进行说明。在上述的一个实施方式中，相对于一根操作线95、96将外侧管3构成为一根管状部件（相对于一个驱动力传递机构1构成为一根外侧管3），但在本第二变形例中如下地构成。

图6是示出本第二变形例的驱动力传递机构的一个结构例的侧视图。如该图所示，在本第二变形例中，以相对于内侧管2的长度方向分割成多个的方式设置外侧管3。

换言之，通过如图6所示那样地相对于内侧管2串联地配设多个短管3-1、3-2、3-3、……，从而利用这多个短管3-1、3-2、3-3、……构成外侧管3。更具体而言，在例如外侧管3的全长为1m的情况下，该短管3-1、3-2、3-3、……各自的长度大约为5mm。

通过这样串联地以多珠连接的方式配设相对于外侧管3的全长足够短的短管3-1、3-2、3-3、……，从而即使逐个短管3-1、3-2、3-3、……没有挠性（或弹性），作为整个外侧管3也能够充分地挠曲（弯曲）。

如以上说明的那样，根据本第二变形例，能够提供可起到与上述一个实施方式的驱动力传递机构和机械手系统同样的效果、并且外侧管3的材料选择的范围广的驱动力传递机构和机械手系统。

《第三变形例》

下面，对上述一个实施方式的驱动力传递机构和机械手系统的第三变形例进行说明。为了避免重复说明，对与一个实施方式的驱动力传递机构和机械手系统的不同点进行说明。在上述一个实施方式中，将外侧管3构成为具有挠性且剖面大致呈圆环形状的一根管状部件，但在本第三变形例中如下地构成。

图7是示出第三变形例的驱动力传递机构的一个结构例的侧面剖视图。如该图所示，在本第三变形例中，由密绕线圈构成外侧管3。即，采用由密绕线圈构成的管状部件作为外侧管3。

如以上说明的那样，根据本第三变形例，能够提供可起到与上述一个实施方式的驱动力传递机构和机械手系统同样的效果的驱动力传递机构和机械手系统。

并且，上述的实施方式中包括各种阶段的发明，通过对所公开的多个结构要素的适当的组合而能够提取各种发明。例如，在即使从实施方式中所示的全部结构要素中删除几个结构要素也能够解决在发明要解决的课题的栏中所述的课题、并可获得发明效果的栏中所述的效果的情况下，该删除了结构要素的结构也可被提取作为发明。

Claims (6)

1.一种驱动力传递机构，其具备：线状或杆状且具有挠性的传递部件，其用于传递来自驱动源的驱动力；以及引导部件，其是供所述传递部件贯穿插入的、具有挠性的管状部件，所述驱动力传递机构的特征在于，

所述驱动力传递机构具备约束部件，所述约束部件设置在所述引导部件的径向外侧，抑制所述引导部件的变形。

2.根据权利要求1所述的驱动力传递机构，其特征在于，

所述引导部件的外径和所述约束部件的内径大致相同，

在所述约束部件与所述引导部件之间设置有间隙，所述间隙使得所述引导部件能够在所述约束部件内沿着轴向移动。

3.根据权利要求2所述的驱动力传递机构，其特征在于，

所述约束部件为具有挠性或弹性的管状部件。

4.根据权利要求2所述的驱动力传递机构，其特征在于，

所述约束部件由多个管状部件串联地配设而成，该约束部件整体具有挠性。

5.根据权利要求2所述的驱动力传递机构，其特征在于，

所述约束部件是由密绕线圈构成的呈管状的部件。

6.一种机械手系统，其特征在于，

所述机械手系统具备：

驱动力传递机构，其用于传递来自驱动源的驱动力；

弯曲管，其具有多个关节部，所述多个关节部利用所述驱动力传递机构传递的驱动力进行动作；

操作部，其用于使所述关节部动作；以及

控制部，其根据所述操作部的操作进行所述关节部的动作控制，

所述驱动力传递机构具有：

线状或杆状且具有挠性的传递部件，其用于传递所述驱动力；

引导部件，其是供所述传递部件贯穿插入的具有挠性的管状部件；以及

约束部件，其设置在所述引导部件的径向外侧，抑制所述引导部件的变形。

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