CN107249831B

CN107249831B - 机械手

Info

Publication number: CN107249831B
Application number: CN201680009061.1A
Authority: CN
Inventors: 吉井利博; 长谷川满彰
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2015-07-17
Filing date: 2016-05-31
Publication date: 2020-06-30
Anticipated expiration: 2036-05-31
Also published as: US20180079089A1; JP6150962B1; EP3326764A1; JPWO2017013942A1; CN107249831A; US10926420B2; EP3326764A4; WO2017013942A1

Abstract

提供一种机械手(1)，其具有：可动部(3)；驱动部(4)，其产生提供给可动部(3)的动力；细长的柔性的长条引导部件(2)，其在一端安装有可动部(3)，在另一端安装有驱动部(4)；细长的张力传递部件(5)，其借助张力将驱动部(4)的动力传递给可动部(3)；以及张力调节机构(6)，其调节张力传递部件(5)的张力，长条引导部件(2)具有：细长的柔性的引导管(11)，其具有供张力传递部件(5)在长度方向上贯穿的管腔(10)；以及刚性比引导管(11)高的外护套(12)，其覆盖引导管(11)的外周，该外护套(12)的基端部(13)被设置为能够相对于驱动部(4)在引导管(11)的长度方向上移动，张力调节机构(6)对外护套(12)的基端部(13)相对于驱动部(4)的沿引导管(11)的长度方向的位置进行调节。

Description

机械手

技术领域

本发明涉及机械手。

背景技术

以往，公知有通过线来驱动配置在柔性的插入部的前端的弯曲部或钳子等可动部的方式的手术器具(例如参照专利文献1)。

专利文献1的手术器具为了防止因柔性的插入部弯曲而导致贯穿内部的线的张力发生变动，而具有对线施加恒定的初始张力的定力弹簧。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第5542288号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在像专利文献1的手术器具那样由定力弹簧对线施加张力的情况下，具有如下的不良情况：即使插入部的形态发生变动也只能施加恒定的张力。即，当插入部的形态发生变动而以更大的曲率进行弯曲时，线与覆盖该线的护套之间的摩擦力增大，因此若不施加更大的张力，则无法使前端执行器进行动作，但在专利文献1的手术器具中，由于定力弹簧只施加恒定的张力，因此存在使前端执行器的动作产生延迟等的问题。

本发明就是鉴于上述的情况而完成的，其目的在于，提供如下的机械手：能够按照长条引导部件的形态对张力传递部件施加适当的张力从而使弯曲部或钳子等可动部顺畅地进行动作。

用于解决课题的手段

为了达成上述目的，本发明提供以下的手段。

本发明的一个方式提供一种机械手，其具有：可动部；驱动部，其产生提供给该可动部的动力；细长的柔性的长条引导部件，其在一端安装有所述可动部，在另一端安装有所述驱动部；细长的张力传递部件，其借助张力将所述驱动部的动力传递给所述可动部；以及张力调节机构，其调节该张力传递部件的张力，所述长条引导部件具有：细长的柔性的引导管，其具有供所述张力传递部件在长度方向上贯穿的管腔；以及刚性比所述引导管高的外护套，其覆盖该引导管的外周，该外护套的基端部被设置为能够相对于所述驱动部在所述引导管的长度方向上移动，所述张力调节机构对所述外护套的所述基端部相对于所述驱动部沿所述引导管的长度方向的位置进行调节。

根据本方式，通过驱动部的工作而在驱动部上产生的动力作为张力经由张力传递部件被传递给可动部而使可动部工作。当使长条引导部件弯曲时，构成该长条引导部件的引导管和外护套进行弯曲从而设置在引导管中的管腔也进行弯曲，因此张力传递部件在弯曲的管腔内被引导而传递张力。另外，能够将由刚性比引导管高的外护套在驱动部侧施加的绕长度轴的扭矩传递给可动部。

在该情况下，当使长条引导部件大幅弯曲时，配置在弯曲的最内侧的最内径部分的高刚性的外护套的长度尺寸不容易发生变化。因此，假设在外护套的两端被固定于可动部和固定部的情况下，弯曲后的长条引导部件的尺寸是由最内径部分决定的，配置于比最内径部分靠弯曲的径向外侧的位置的引导管根据曲率半径的差而被扩展，从而管腔的长度也伸长而使张力传递部件的路径长度增大。

根据本方式，在长条引导部件的弯曲的前后，通过使外护套的基端部相对于驱动部在引导管的长度方向上移动，能够通过外护套的移动量对最内径部分的压缩量进行补偿，从而能够抑制引导管的扩展而抑制传递部件的路径长度变动。由此，能够防止张力传递部件的张力随着路径长度的变动而过度变动并且使长条引导部件弯曲。

另外，根据本方式，通过张力调节机构来调节外护套的基端部相对于引导管的位置，从而能够调节施加给张力传递部件的张力。即，若使外护套的基端部的位置相对于引导管向前端侧移动，则能够使张力传递部件的张力增大，若使外护套的基端部的位置向基端侧移动，则能够使张力传递部件的张力减小。

在长条引导部件以较大的曲率进行弯曲时，通过使张力调节机构工作以对张力传递部件施加更大的张力，从而能够抵抗摩擦而借助驱动部的动力使可动部顺畅地移动。

在上述方式中，也可以是，所述张力调节机构具有：滑块，其安装在所述外护套的基端部；以及移动机构，其使该滑块相对于所述驱动部在所述引导管的长度方向上移动。

这样，通过移动机构的工作使滑块移动，由此能够使固定有滑块的外护套的基端部在引导管的长度方向上移动，能够对张力传递部件施加任意大小的张力。

另外，在上述方式中，也可以是，所述驱动部具有：电动机单元，其具有电动机；以及动力转换部，其安装于所述长条引导部件，将所述电动机的动力转换为所述张力传递部件的张力，所述电动机单元与所述动力转换部被设置为能够装卸，在将所述电动机单元与所述动力转换部连结时，所述滑块将所述移动机构与所述外护套以能够装卸的方式连结起来。

这样，通过将电动机单元与动力转换部连结而构成驱动部，能够通过动力转换部将电动机的动力转换为施加给张力传递部件的张力，从而对可动部进行驱动。在这种情况下，由于当将电动机单元与动力转换部连结时，移动机构与外护套被连结，因此通过移动机构的工作使外护套的基端部在引导管的长度方向上移动，从而能够容易地调节施加给张力传递部件的张力。

另外，在上述方式中，也可以是，所述移动机构具有传感器，该传感器对从该移动机构施加给所述外护套的按压力进行检测。

这样，根据检测出的按压力而施加给张力传递部件的张力能够在适当的位置对基于移动机构的外护套的移动进行约束。

另外，在上述方式中，也可以是，所述移动机构具有对所述外护套进行按压的轴，所述传感器是对所述轴所产生的所述按压力进行检测的压力传感器。

另外，在上述方式中，也可以是，所述引导管具有多个所述管腔，各管腔具有绕所述引导管的长度轴扭转的形状。

这样，在使长条引导部件弯曲的情况下，即使引导管自身具有比较大的外径尺寸，各管腔分布在径向上的不同位置，也能够防止因弯曲而导致在特定的管腔中产生路径长度的变化，从而防止在多个管腔之间产生路径长度差。由此，能够抑制施加给多个管腔内的多个张力传递部件的初始张力的偏差。

发明效果

根据本发明，实现了如下效果：能够按照长条引导部件的形态对张力传递部件施加适当的张力从而使弯曲部或钳子等可动部顺畅地进行动作。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式的机械手的对局部进行剖切后的纵剖视图。

图2A是对图1的机械手所具备的滑块和连接部进行说明的示出分离状态的主视图。

图2B是对图1的机械手所具备的滑块和连接部进行说明的示出连结状态的主视图

图3是示出将电动机单元与图1的机械手的机械手侧驱动部连结后的状态的对局部进行剖切后的纵剖视图。

图4A是示出使图1的机械手的长条引导部件呈直线状延伸的状态的纵剖视图。

图4B是示出使图1的机械手的长条引导部件弯曲的状态的纵剖视图。

图5是图1的机械手的变形例，是示出止转部的立体图。

图6A是图1的机械手的变形例，是对与图2A和图2B的连接部不同的连接部进行说明的示出分离状态的主视图。

图6B是图1的机械手的变形例，是对与图2A和图2B的连接部不同的连接部进行说明的示出连结状态的主视图。

图7A是对图1的又一连接部进行说明的示出分离状态的侧视图。

图7B是对图1的又一连接部进行说明的示出连结状态的侧视图。

图8A是示出图1的机械手的另一变形例的呈直线状延伸的状态的纵剖视图。

图8B是示出图1的机械手的另一变形例的呈弯曲状态的纵剖视图。

图9A是示出图1的机械手的又一变形例的呈直线状延伸的状态的纵剖视图。

图9B是示出图1的机械手的又一变形例的呈弯曲状态的纵剖视图。

图10是图1的机械手的变形例，是示出作为引导管具有使管腔扭转的多腔管的结构的纵剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一个实施方式的机械手1进行说明。

如图1所示，本实施方式的机械手1例如具有：细长的柔性的长条引导部件2，其经由插入到患者的体腔内的内窥镜的通道而插入到患者的体腔内；可动部3，其配置在该长条引导部件2的前端；驱动部4，其配置在长条引导部件2的基端，使可动部3进行工作；线(张力传递部件)5，其将由该驱动部4产生的驱动力作为张力而传递给可动部3；以及张力调节机构6，其调节该线5的张力。

可动部3具有作用于体内的患部的钳子等处置部7以及对该处置部7进行支承的至少一个关节部8。在图所示的例子中，为了便于说明，示出了关节部8具有使处置部7绕与长条引导部件2的长度轴垂直的轴线摆动的单个摆动关节的情况。

长条引导部件2具有：多腔管(引导管)11，其具有供两根线5贯穿的两个管腔10；螺旋管(外护套)12，其配置为覆盖该多腔管11的外周面；以及可动端部件(基端部)13，其固定在该螺旋管12的基端，被设置为能够在多腔管11的长度方向上移动。

多腔管11由容易变形且刚性较低的柔性的树脂材料构成。另一方面，螺旋管12由刚性比多腔管11高的金属材料构成。如图1所示，螺旋管12是在长条引导部件2呈直线状延伸的状态下使线材之间无间隙地紧贴的紧贴线圈。

驱动部4具有：电动机单元15，其具有电动机14；以及机械手侧驱动部16，其安装在多腔管11的基端。电动机单元15与机械手侧驱动部16设置为能够相互装卸。在机械手侧驱动部16中具有卷绕了两根线5的滑轮(动力转换部)17和将该滑轮17支承为能够旋转的壳体18。

当机械手侧驱动部16与电动机单元15连结时，电动机单元15的电动机14的轴9与机械手侧驱动部16的滑轮17例如通过花键齿轮等而连结。由此，依赖于滑轮17的旋转方向，由卷绕在滑轮17上的任意一根线5将电动机14的旋转驱动力转换为张力。而且，借助线5所传递的张力而将关节部8向任意方向驱动。

多腔管11的前端固定在关节部8上，多腔管11的基端固定在机械手侧驱动部16的壳体18上。另外，螺旋管12的前端也固定在关节部8上。

另外，如图1所示，在长条引导部件2呈直线状延伸的状态下，在可动端部件13与壳体18之间，在多腔管11的长度方向上形成有间隙。

张力调节机构6设置于电动机单元15，具有：滑块20，其具有在与机械手侧驱动部16连结时固定于可动端部件13的连接部19；以及移动机构21，其使该滑块20在多腔管11的长度方向上移动。

移动机构21例如是具有电动机21a和滚珠丝杠(轴)21b的直动机构。

例如，也可以如图2A和图2B所示，连接部19采用横截面呈大致C字状的把持部件22，该把持部件22以从圆筒状的可动端部件13的径向外侧接近而在大致半周的范围中覆盖可动端部件13的外周面的方式对可动端部件13进行收纳。在图中，标号23是由使摩擦增大的材质构成的涂层。

当连接部19对可动端部件13进行收纳时，借助连接部19的弹性将可动端部件13紧固在径向内侧，借助两者的接触部分中的摩擦将连接部19固定在可动端部件13。

对使用这样构成的本实施方式的机械手1来进行患者的体内的处置的情况进行说明。

经由从患者的体外插入到体腔内的内窥镜的插入部的通道，从前端的可动部3侧插入本实施方式的机械手1，使可动部3从配置于体内的内窥镜的插入部的前端面的钳子通道的开口突出。

在该情况下，体腔大多是曲折的，内窥镜的插入部和设置于该插入部的通道仿照体腔的形状弯曲而插入到体腔内。因此，在经由这样的通道插入机械手1的情况下，机械手1是一边使长条引导部件2按照通道弯曲一边被插入的。

在本实施方式的机械手1中，在使长条引导部件2弯曲的情况下，会使沿中心配置的挠性较高的多腔管11弯曲。由于多腔管11的两端固定在可动部3和驱动部4上，因此只要使多腔管11按照沿其中心线的长度不伸缩的方式进行弯曲，则形成在多腔管11中的管腔10也不会大幅伸缩，从而配置在管腔10内的线5的路径长度也不会大幅变动。

当使多腔管11弯曲时，也会使覆盖其外周的螺旋管12弯曲。由于螺旋管12由相对于多腔管11具有足够高的刚性的材质构成，因此在使长条引导部件2弯曲时，螺旋管12是按照以下方式进行弯曲的：配置在弯曲的内径侧的部分的长度保持使线材紧贴的状态而不发生变化，配置在弯曲的外径侧的部分的线材的间隔扩大。

根据本实施方式的机械手1，如图4A所示，由于螺旋管12的基端固定在能够相对于驱动部4的壳体18在多腔管11的长度方向上移动的可动端部件13上，因此如图4B所示，当使长条引导部件2弯曲时，可动端部件13相对于壳体18移动，从而使螺旋管12的基端向驱动部4侧移动。即，由于螺旋管12的基端未被固定，因此当使长条引导部件2弯曲时，螺旋管12的基端以填满可动端部件13与壳体18之间的间隙的方式发生位移。其结果是，维持多腔管11的长度，从而防止了线5的路径长度延长。

接着，在使长条引导部件2弯曲且使可动部3在患部附近从内窥镜的插入部的前端突出的状态下进行如下动作：将电动机单元15安装在构成驱动部4的机械手侧驱动部16上。由此，如图3所示，电动机单元15所具备的电动机14的轴9与机械手侧驱动部16的滑轮17连接，并且设置在张力调节机构6的滑块20上的连接部19被固定于可动端部件13。

在该状态下，当使电动机单元15的电动机14进行工作时，电动机14的旋转力被传递给滑轮17，由滑轮17转换为线5的张力。通过使任意一根线5的张力增大而使可动部3进行动作。

在该情况下，根据本实施方式的机械手1，由于设置在张力调节机构6的滑块20上的连接部19固定在螺旋管12的可动端部件13，因此能够通过对线5施加张力以驱动可动部3而减小施加给多腔管11的压缩力。

并且，通过移动机构21的电动机21a的工作而使滑块20移动，由此能够在多腔管11的长度方向上调节螺旋管12的基端相对于多腔管11的位置。即，通过使滑块20向多腔管11的前端侧移动，能够使可动部3前进而增大施加给线5的初始张力。另一方面，通过使滑块20向多腔管11的基端侧移动，能够使可动部3后退从而减小施加给线5的初始张力。

这样，根据本实施方式的机械手1，具有如下优点：通过移动机构21的工作来调节螺旋管12的基端的位置，从而能够调节线5的张力，能够施加与长条引导部件2的弯曲状态对应的适当的张力而使可动部3高精度地进行动作。

另外，在本实施方式中，作为多腔管11采用了由刚性较低的材质构成的多腔管，但通过覆盖多腔管11的外周的螺旋管12而提高了长条引导部件2自身的刚性。因此，通过使沿着长度方向的力作用于螺旋管12的基端侧，能够使整个机械手1进退，并且通过在螺旋管12的基端侧施加绕长度轴的扭矩，能够使前端的可动部3绕长度轴旋转。

作为对螺旋管12施加扭矩的方法，除了在螺旋管12的基端直接施加扭矩的方法以外，还可以如图5所示，采用如下方法：在壳体18与可动端部件13之间设置对可动端部件13在周向上的位移进行限制的止转部，并且将施加给壳体18的扭矩经由止转部传递给螺旋管12。

作为止转部，只要在壳体18上设置有在多腔管11的长度方向上延伸的长孔24，并在可动端部件13上设置有插入到长孔24的销25即可。当滑块20在多腔管11的长度方向上移动时，使长孔24相对于销25移动，当对壳体18施加扭矩时，能够借助销25与长孔24的卡合来传递多腔管11绕长度轴的扭矩。

另外，作为使滑块20与设置在螺旋管12的基端的可动端部件13连接的连接部19，也可以如图6A和图6B所示，采用如下的构造：使固定在可动端部件13上的轴承26的外圈与C字状的把持部件22的内侧嵌合，从而允许可动端部件13相对于滑块20的旋转，并且对可动端部件13沿多腔管11的长度方向的移动进行固定。

另外，也可以如图7A和图7B所示，由在滑块20上在其移动方向上排列设置的多个槽27和设置在可动端部件13上的突起28来构成连接部19。在将机械手侧驱动部16安装在电动机单元15上时，通过使可动端部件13的突起28与滑块20的任意槽27卡合，能够在任意的位置上对可动端部件13与滑块20的相对移动进行约束。突起28和槽27可以调换。

另外，在本实施方式中，将多腔管11的基端固定在壳体18上，但也可以取而代之，如图8A所示，将多腔管11的基端固定在滑块20上，在壳体18与滑块20之间配置压缩弹簧29。

通过这样构成，如图8B所示，当使长条引导部件2弯曲时，压缩弹簧29被压缩而使滑块20移动。

此时，固定在滑块20上的多腔管11的基端也因滑块20的移动而移动。由于多腔管11由刚性较低的树脂管构成，因此通过基端侧移动而使多腔管11扩展，但能够通过使基端移动所扩展的量来防止线5的路径长度的增大。

另外，在该情况下，也可以如图9A和图9B所示，使多腔管11延伸到驱动部4的壳体18内。

另外，在本实施方式中，作为多腔管11，例示了多个管腔10沿多腔管11的长度方向笔直地形成的结构，但并不限定于此，也可以如图10所示，采用具有绕多腔管11的长度轴扭转的管腔30的结构。

这样，在使用粗的多腔管11时，即使在弯曲时曲率半径差变大，也能够抑制因弯曲而导致的各管腔30的长度的变动，从而防止了线5的路径长度的变动。

另外，在本实施方式中，将机械手侧驱动部16与电动机单元15构成为能够装卸，但也可以一体地构成。在该情况下，只要在将机械手1向内窥镜的通道内插入时使滑块20移动自如，在插入后通过电动机21a使滑块20移动来调节张力即可。

另外，通过具有电动机21a和直动机构的移动机构21使可动端部件13移动，但也可以取而代之，通过拨盘或者手柄等手动的移动机构21使可动端部件13移动。

另外，在本实施方式中，作为外护套例示了螺旋管12，但并不限定于此，只要是刚性比多腔管11高的具有挠性的管，可以采用任意的管。

另外，在本实施方式中，移动机构21也可以具有对施加给滚珠丝杠21b的按压力进行检测的压力传感器(传感器：省略图示)。

由此，在将滑块20与可动端部件13连接的状态下，若使移动机构21的电动机21a进行工作而推入可动端部件13，则设置在滚珠丝杠21b上压力传感器所检测的按压力增加，因此在达到规定的压力的时刻，通过停止移动机构21的工作，能够适当地调整线5的张力。

标号说明

1：机械手；2：长条引导部件；3：可动部；4：驱动部；5：线(张力传递部件)；6：张力调节机构；10：管腔；11：多腔管(引导管)；12：螺旋管(外护套)；13：可动端部件(基端部)；14：电动机；15：电动机单元；17：滑轮(动力转换部)；20：滑块；21：移动机构。

Claims

1.一种机械手，其具有：

可动部；

驱动部，其产生提供给该可动部的动力；

细长的柔性的长条引导部件，其在一端安装有所述可动部，在另一端安装有所述驱动部；

细长的张力传递部件，其借助张力将所述驱动部的动力传递给所述可动部；以及

张力调节机构，其调节该张力传递部件的张力，

所述长条引导部件具有：

细长的柔性的引导管，其具有供所述张力传递部件在长度方向上贯穿的管腔；以及

刚性比所述引导管高的外护套，其覆盖该引导管的外周，该外护套的基端部被设置为能够相对于所述驱动部在所述引导管的长度方向上移动，

所述张力调节机构对所述外护套的所述基端部相对于所述驱动部沿所述引导管的长度方向的位置进行调节。

2.根据权利要求1所述的机械手，其中，

所述张力调节机构具有：

滑块，其安装在所述外护套的基端部；以及

移动机构，其使该滑块相对于所述驱动部在所述引导管的长度方向上移动。

3.根据权利要求2所述的机械手，其中，

所述驱动部具有：

电动机单元，其具有电动机；以及

动力转换部，其安装于所述长条引导部件，将所述电动机的动力转换为所述张力传递部件的张力，

所述电动机单元与所述动力转换部被设置为能够装卸，

在将所述电动机单元与所述动力转换部连结时，所述滑块将所述移动机构与所述外护套以能够装卸的方式连结起来。

4.根据权利要求3所述的机械手，其中，

所述移动机构具有传感器，该传感器对从该移动机构施加给所述外护套的按压力进行检测。

5.根据权利要求4所述的机械手，其中，

所述移动机构具有对所述外护套进行按压的轴，

所述传感器是对所述轴所产生的所述按压力进行检测的压力传感器。

6.根据权利要求1所述的机械手，其中，

所述引导管具有多个所述管腔，

各管腔具有绕所述引导管的长度轴扭转的形状。