(57)【要約】【課題】  動的な余剰部分を迅速に除去し、操作部の操作に対して、先端部が迅速に作動するマニピュレータ及びマニピュレータシステムを提供する。【解決手段】  弛み補正機構１は、所定の軸に対して回転可能な先端プーリ２と、先端プーリ２に巻き掛けられる先端ワイヤ３と、第１基体４１、第１基体４１から突出して先端プーリ２に巻き掛けられた先端ワイヤ３の一方側がループ状に掛け回される第１摩擦部４２、及び第１摩擦部４２よりも一端側で先端ワイヤ３を引張方向に付勢する第１付勢部４３を有し、先端ワイヤ３の一方側を支持する第１支持部４と、第２基体５１、第２基体５１から突出して先端プーリ２に巻き掛けられた先端ワイヤ３の他方側がループ状に掛け回される第２摩擦部５２、及び第２摩擦部５２よりも他端側で先端ワイヤ３を引張方向に付勢する第２付勢部５３を有し、先端ワイヤ３の他方側を支持する第２支持部５と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
2015159844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の軸に対して回転可能な先端プーリと、
前記先端プーリに巻き掛けられる先端ワイヤと、
第１基体、前記第１基体から突出して前記先端プーリに巻き掛けられた前記先端ワイヤの一方側がループ状に掛け回される第１摩擦部、及び前記第１摩擦部よりも一端側で前記先端ワイヤを引張方向に付勢する第１付勢部を有し、前記先端ワイヤの一方側を支持する第１支持部と、
第２基体、前記第２基体から突出して前記先端プーリに巻き掛けられた前記先端ワイヤの他方側がループ状に掛け回される第２摩擦部、及び前記第２摩擦部よりも他端側で前記先端ワイヤを引張方向に付勢する第２付勢部を有し、前記先端ワイヤの他方側を支持する第２支持部と、
を備える
ことを特徴とする弛み補正機構。
【請求項２】
前記第１支持部と前記第２支持部のうち、一方が前記先端ワイヤの引張方向に移動する場合、他方が前記先端ワイヤの送出方向に移動するように連動させる連動部
を備える
請求項１に記載の弛み補正機構。
【請求項３】
前記連動部を駆動する駆動部と、
操作者が操作することで前記駆動部を駆動させる操作部と、
を備える
請求項２に記載の弛み補正機構。
【請求項４】
前記連動部は、外周に噛合歯を有し、所定の軸に対して回転するピニオンからなり、
前記第１支持部は、前記ピニオンと噛み合う第１ラック部を有し、
前記第２支持部は、前記ピニオンと噛み合う第２ラック部を有する
請求項３に記載の弛み補正機構。
【請求項５】
前記連動部は、
移動可能な軸を有する連動プーリと、
前記連動プーリに巻き掛けられ、一端が前記第１基体に固着され、他端が前記第２基体に固着される連動ワイヤと、
を有する
請求項３に記載の弛み補正機構。
【請求項６】
前記先端ワイヤの一端は、前記第１付勢部の一端に固着され、
前記第１付勢部の他端は、前記第１基体に固着され、
前記先端ワイヤの他端は、前記第２付勢部の一端に固着され、
前記第２付勢部の他端は、前記第２基体に固着される
請求項４又は５に記載の弛み補正機構。
【請求項７】
前記第１支持部は、前記第１付勢部の一端を支持し、前記先端ワイヤの引張方向に移動可能な第１テンションプーリを有し、
前記第１付勢部の他端は、前記第１基体に固着され、
前記第２支持部は、前記第２付勢部の一端を支持し、前記先端ワイヤの引張方向に移動可能な第２テンションプーリを有し、
前記第２付勢部の他端は、前記第２基体に固着され、
前記先端ワイヤは、
前記第１摩擦部よりも一端側で前記第１テンションプーリに巻き掛けられ、一端で前記第１基体に固着され、
前記第２摩擦部よりも他端側で前記第２テンションプーリに巻き掛けられ、他端で前記第２基体に固着される
請求項４又は５に記載の弛み補正機構。
【請求項８】
前記先端ワイヤの引張及び送出によって前記先端プーリを回転可能に保持する先端部と、
請求項１乃至７のいずれか１つに記載の弛み補正機構と、
を備える
ことを特徴とするマニピュレータ。
【請求項９】
請求項８に記載のマニピュレータと、
前記マニピュレータを制御するシステム制御部と、
前記マニピュレータにより取得された画像を表示する表示部と、
を備え、
前記マニピュレータは、観察光学系、撮像素子及び照明光学系を有する内視鏡を含み、
前記システム制御部は、前記内視鏡により取得された画像を前記表示部に表示させる
ことを特徴とするマニピュレータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プーリに掛け回されたワイヤを引っ張り及び送り出し作動によってプーリに取り付けた先端部材を操作する装置に対するワイヤの弛みを補正する弛み補正機構、マニピュレータ及びマニピュレータシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１６は、従来のマニピュレータの一例の概略図である。
【０００３】
従来、図１６（ａ）に示すように、ワイヤ１３０の一方を操作側プーリ１４０に巻き掛け、他方を従動プーリ１２０に巻き掛けて、動力を伝達するマニピュレータがあった。
【０００４】
これに対して、例えば、図示しない操作者が図１６（ａ）の中立状態から操作側プーリ１４０を矢印Ａ１方向に回転させた場合、操作側プーリ１４０が矢印Ａ１方向に回転すると、ワイヤ１３０が矢印Ｂ方向に動こうとする。しかしながら、従動プーリ１２０が回転を始める際には必要な負荷がかかるため、操作側プーリ１４０が回転しても従動プーリ１２０は回転しない。そのため、図１６（ｂ）に示すように、操作側プーリ１４０によって引っ張られる側のワイヤ１３０には伸び１３１が発生し、操作側プーリ１４０によって送り出される側のワイヤ１３０には弛み１３２が発生する。
【０００５】
この時、例えば、図１６（ｃ）に示すように、操作側プーリ１４０を矢印Ａ２方向に反転させた場合、図１６（ｂ）に示したワイヤ１３０の動的な弛み１３２が除去されるまで、従動プーリ１２０に引張力は伝達されず、図１６（ｃ）に示すように、従動プーリ１２０に取り付けられた先端部材１２１は、操作側プーリ１４０を操作しても作動しないおそれがある。
【０００６】
特許文献１は、ワイヤの弛みをバネによって引っ張ることによって、図１６（ｂ）に示したような弛み１３２を除去し、図１６（ｃ）に示した作動の遅れを低減する技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許４１４５４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、一般的に、ワイヤをループさせた状態のままで装置を組み立てることは、非常に困難である。そこで、あらかじめ装置を組み立てた後に、カシメ等によってワイヤ端部を接続する方法が考えられる。
【０００９】
ところが、ループ状に接続されるワイヤを的確に規定の長さに設定しないと、初期状態でバネの引くことができる限界の長さになり、初期テンション調整が困難になる可能性がある。また、ワイヤを接続する際に使用したカシメ部材等がプーリに引っ掛かり、作動に影響を及ぼす可能性がある。
【００１０】
本発明は上記課題に着目してなされたものであり、組み立てが容易であり、且つ動的な余剰部分を迅速に除去する弛み補正機構、マニピュレータ及びマニピュレータシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一実施形態に係る弛み補正機構は、
所定の軸に対して回転可能な先端プーリと、
前記先端プーリに巻き掛けられるワイヤと、
第１基体、前記第１基体から突出して前記先端プーリに巻き掛けられた前記ワイヤの一方側がループ状に掛け回される第１摩擦部、及び前記第１摩擦部よりも一端側で前記ワイヤを引張方向に付勢する第１付勢部を有し、前記ワイヤの一方側を支持する第１支持部と、
第２基体、前記第２基体から突出して前記先端プーリに巻き掛けられた前記ワイヤの他方側がループ状に掛け回される第２摩擦部、及び前記第２摩擦部よりも他端側で前記ワイヤを引張方向に付勢する第２付勢部を有し、前記ワイヤの他方側を支持する第２支持部と、
を備える
ことを特徴とする。
【００１２】
本発明の一実施形態に係る弛み補正機構は、
前記第１支持部と前記第２支持部のうち、一方が前記ワイヤの引張方向に移動する場合、他方が前記ワイヤの送出方向に移動するように連動させる連動部
を備える。
【００１３】
本発明の一実施形態に係る弛み補正機構は、
前記連動部を駆動する駆動部と、
操作者が操作することで前記駆動部を駆動させる操作部と、
を備える。
【００１４】
本発明の一実施形態に係る弛み補正機構は、
前記連動部は、外周に噛合歯を有し、所定の軸に対して回転するピニオンからなり、
前記第１支持部は、前記ピニオンと噛み合う第１ラック部を有し、
前記第２支持部は、前記ピニオンと噛み合う第２ラック部を有する。
【００１５】
本発明の一実施形態に係る弛み補正機構は、
前記連動部は、
移動可能な軸を有する連動プーリと、
前記連動プーリに巻き掛けられ、一端が前記第１基体に固着され、他端が前記第２基体に固着される連動ワイヤと、
を有する。
【００１６】
本発明の一実施形態に係る弛み補正機構は、
前記ワイヤの一端は、前記第１付勢部の一端に固着され、
前記第１付勢部の他端は、前記第１基体に固着され、
前記ワイヤの他端は、前記第２付勢部の一端に固着され、
前記第２付勢部の他端は、前記第２基体に固着される。
【００１７】
本発明の一実施形態に係る弛み補正機構は、
前記第１支持部は、前記第１付勢部の一端を支持し、前記ワイヤの引張方向に移動可能な第１テンションプーリを有し、
前記第１付勢部の他端は、前記第１基体に固着され、
前記第２支持部は、前記第２付勢部の一端を支持し、前記ワイヤの引張方向に移動可能な第２テンションプーリを有し、
前記第２付勢部の他端は、前記第２基体に固着され、
前記ワイヤは、
前記第１摩擦部よりも一端側で前記第１テンションプーリに巻き掛けられ、一端で前記第１基体に固着され、
前記第２摩擦部よりも他端側で前記第２テンションプーリに巻き掛けられ、他端で前記第２基体に固着される。
【００１８】
本発明の一実施形態に係るマニピュレータは、
前記先端ワイヤの引張及び送出によって前記先端プーリを回転可能に保持する先端部と、
前記弛み補正機構と、
を備える
ことを特徴とする。
【００１９】
本発明の一実施形態に係るマニピュレータシステムは、
前記マニピュレータと、
前記マニピュレータを制御する制御部と、
前記マニピュレータにより取得された画像を表示する表示部と、
を備え、
前記マニピュレータは、観察光学系、撮像素子及び照明光学系を有する内視鏡を含み、
前記制御部は、前記内視鏡により取得された画像を前記表示部に表示させる
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
この態様に係る弛み補正機構、マニピュレータ及びマニピュレータシステムによれば、組み立てが容易であり、且つ動的な余剰部分を迅速に除去することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態の弛み補正機構１の一例を示す概略図である。
【図２】第１実施形態の弛み補正機構１の作動状態を示す概略図である。
【図３】第１実施形態の弛み補正機構１の作動状態を示す概略図である。
【図４】第１実施形態の弛み補正機構１の作動状態を示す概略図である。
【図５】第２実施形態の弛み補正機構１の一例を示す概略図である。
【図６】第２実施形態の弛み補正機構１の作動状態を示す概略図である。
【図７】第２実施形態の弛み補正機構１の作動状態を示す概略図である。
【図８】第２実施形態の弛み補正機構１の作動状態を示す概略図である。
【図９】第３実施形態の弛み補正機構１の一例を示す概略図である。
【図１０】第３実施形態の弛み補正機構１の作動状態を示す概略図である。
【図１１】第３実施形態の弛み補正機構１の作動状態を示す概略図である。
【図１２】第３実施形態の弛み補正機構１の作動状態を示す概略図である。
【図１３】本実施形態のマニピュレータの概略図である。
【図１４】本実施形態のマニピュレータシステムの一例を示す図である。
【図１５】本実施形態のマニピュレータシステムの一例のブロック図である。
【図１６】従来のマニピュレータの概略的な作動図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、実施形態について説明する。
【００２３】
図１は、第１実施形態の弛み補正機構１の一例を示す概略図である。
【００２４】
第１実施形態の弛み補正機構１は、所定の軸２ａに対して回転可能な先端プーリ２と、先端プーリ２に巻き掛けられる先端ワイヤ３と、第１基体４１、第１基体４１から突出して先端プーリ２に巻き掛けられた先端ワイヤ３の一方側がループ状に掛け回される第１摩擦部４２、及び第１摩擦部４２よりも一端側で先端ワイヤ３を引張方向に付勢する第１付勢部を構成する第１コイルバネ４３を有し、先端ワイヤ３の一方側を支持する第１支持部４と、第２基体５１、第２基体５１から突出して先端プーリ２に巻き掛けられた先端ワイヤ３の他方側がループ状に掛け回される第２摩擦部５２、及び第２摩擦部５２よりも他端側で先端ワイヤ３を引張方向に付勢する第２コイルバネ５３を有し、先端ワイヤ３の他方側を支持する第２支持部５と、を備える。
【００２５】
なお、第１コイルバネ４３は第１付勢部を構成し、第２コイルバネ５３は第２付勢部を構成する。第１付勢部及び第２付勢部としては、コイルバネに限らず、先端ワイヤ３を付勢するものであればよい。また、第１コイルバネ４３と第２コイルバネ５３は、同じ付勢力であることが好ましい。
【００２６】
先端プーリ２は、所定の軸２ａに対して回転可能に取り付けられ、外周に沿って先端ワイヤ３が巻き掛けられる。一例として、先端プーリ２には、先端プーリ２と共に回転する先端部材２１が取り付けられると好ましい。例えば、先端部材２１は、高周波処置具の電極等である。
【００２７】
先端プーリ２に巻き掛けられた先端ワイヤ３は、一方側で第１支持部４に支持され、他方側で、第２支持部５に支持される。
【００２８】
第１支持部４は、第１基体４１、第１摩擦部４２及び第１コイルバネ４３を有する。第１基体４１は、先端ワイヤ３の一方側を支持し、先端ワイヤ３の引張方向及び送出方向に移動可能である。第１摩擦部４２は、第１基体４１の第１段差部４１ａから先端ワイヤ３が存在する側に突出して円柱状に形成され、先端プーリ２に巻き掛けられた先端ワイヤ３の一方側がループ状に掛け回される。第１コイルバネ４３は、第１摩擦部４２よりも先端ワイヤ３の一端側で、先端ワイヤ３を引張方向に付勢する。
【００２９】
第２支持部５は、第２基体５１、第２摩擦部５２及び第２コイルバネ５３を有する。第２基体５１は、先端ワイヤ３の一方側を支持し、先端ワイヤ３の引張方向及び送出方向に移動可能である。第２摩擦部４２は、第２基体５１の第２段差部５１ａから先端ワイヤ３が存在する側に突出して円柱状に形成され、先端プーリ２に巻き掛けられた先端ワイヤ３の一方側がループ状に掛け回される。第２コイルバネ５３は、第２摩擦部５２よりも先端ワイヤ３の一端側で、先端ワイヤ３を引張方向に付勢する。
【００３０】
第１実施形態の弛み補正機構１では、先端ワイヤ３の一端は、第１コイルバネ４３の一端に固着され、第１コイルバネ４３の他端は、第１支持部４の第１基体４１に固着され、先端ワイヤ３の他端は、第２コイルバネ５３の一端に固着され、第２コイルバネ５３の他端は、第２支持部５の第２基体５１に固着される。言い換えれば、先端ワイヤ３の一端は、第１コイルバネ４３を介して間接的に第１支持部４に支持され、先端ワイヤ３の他端は、第２コイルバネ５３を介して間接的に第２支持部５に支持される。
【００３１】
また、第１実施形態の弛み補正機構１は、第１支持部４１と第２支持部５１のうち、一方が先端ワイヤ３の引張方向に移動する場合、他方が先端ワイヤ３の送出方向に移動するように連動させる連動部６を備えることが好ましい。連動部６を備えることで、第１支持部４と第２支持部５の互いの動きを対応させて、的確に作動させることが可能となる。
【００３２】
第１実施形態の弛み補正機構１では、連動部６は、周囲に噛合歯６１ａを有するピニオン６１から構成される。また、第１支持部４は、ピニオン６１の噛合歯６１ａと噛み合う第１ラック部４４を有し、第２支持部５は、ピニオン６１の噛合歯６１ａと噛み合う第２ラック５４を有する。第１実施形態の弛み補正機構１では、噛合歯６１ａと第１ラック部４４の噛み合い位置と噛合歯６１ａと第２ラック部５４の噛み合い位置をピニオン６１の回転中心に対して反対の位置に配置する。
【００３３】
したがって、ピニオン６１が回転することで、噛合歯６１ａと噛み合う第１ラック部４４を有する第１支持部４及び第２ラック部５４を有する第２支持部５は、それぞれ逆方向に移動する。
【００３４】
また、第１実施形態の弛み補正機構１は、連動部６を駆動する駆動部７と、操作者が操作することで駆動部７を駆動させる操作部８と、を備えてもよい。駆動部７は、モータ等の電動駆動部材でよい。また、操作部８は、ジョイスティック、ポインティングデバイス、又は液晶パッド等でよい。駆動部７と操作部８を備えることによって、円滑に操作することができ、的確に作動させることが可能となる。なお、駆動部７を使用せず、ハンドル等の操作部８によって、手動で連動部６を回転させてもよい。
【００３５】
次に、第１実施形態の弛み補正機構１の作動について説明する。
【００３６】
図２乃至図４は、第１実施形態の弛み補正機構１の作動状態を示す概略図である。
【００３７】
第１実施形態の弛み補正機構１は、図２に示すように、連動部６のピニオン６１が矢印Ｃ方向に回転されると、第１支持部４が矢印Ｄの方向へ移動し、第２支持部５が矢印Ｅの方向へ移動する。この時、第２支持部５の第２摩擦部５２にループ状に掛け回された先端ワイヤ３の他方側に弛み３ａが生じ、先端ワイヤ３の一方側には目に見えない伸び３ｂが生じている。ただし、第２摩擦部５２と先端ワイヤ３の間の摩擦によって固定されている。
【００３８】
この弛み３ａは、図３に示すように、第２コイルバネ５３の付勢力によって先端ワイヤ３が引っ張られることによって解消される。その後、図４に示すように、逆方向に駆動させた際、たるみ分動かさなくても動作し始める。例えば、通常であれば、第１支持部４と第２支持部５がピニオン６１を挟んで対称な位置にならないと先端部材２１が動き出さないが、第１実施形態の弛み補正機構１では、第１支持部４と第２支持部５がピニオン６１を挟んで対称な位置になる前に先端部材２１が迅速に動作を始める。
【００３９】
このように、第１実施形態の弛み補正機構１は、第１コイルバネ４３及び第２コイルバネ５３によって先端ワイヤ３の弛みを補正するので、先端部材２１の作動の遅れを低減させ、的確に作動させることが可能となる。また、先端ワイヤ３全体をループ状に形成しないので、作業工数が減少し、組立性が良く、初期テンション調整も容易に行うことが可能となる。さらに、先端ワイヤ３を接続する際に使用するカシメ部材等がいらないので、円滑に作動させることが可能性となる。
【００４０】
次に、第２実施形態について説明する。
【００４１】
図５は、第２実施形態の弛み補正機構１の一例を示す概略図である。
【００４２】
第２実施形態の弛み補正機構１は、第１支持部４と第２支持部５の構造が第１実施形態とは異なり、その他の構造は第１実施形態と同様である。したがって、ここでは、第１支持部４と第２支持部５の構造のみ説明する。
【００４３】
第２実施形態の弛み補正機構１では、第１基体４１は、第１コイルバネ４３の一端を支持し、先端ワイヤ３の引張方向に移動可能な第１テンションプーリ４５を有し、第２基体５１は、第２コイルバネ５３の一端を支持し、先端ワイヤ３の引張方向に移動可能な第２テンションプーリ５５を有し、先端ワイヤ３は、第１摩擦部４２よりも一端側で第１テンションプーリ４５に巻き掛けられ、一端で第１基体４１に固着され、第２摩擦部５２よりも他端側で第２テンションプーリ５５に巻き掛けられ、他端で第２基体５１に固着される。
【００４４】
言い換えれば、先端ワイヤ３は、一端から他端へ向けて順に、第１基体４１に支持され、第１テンションプーリ４５に巻き掛けられ、第１摩擦部４２にループ状に掛け回され、先端プーリ２に巻き掛けられ、第２摩擦部５２にループ状に掛け回され、第２テンションプーリ５５に巻き掛けられ、第２基体５１に支持される。
【００４５】
第１基体４１には、第１テンションプーリ用ガイド４６が形成され、第１テンションプーリ用ガイド４６には第１テンションプーリ４５が移動可能に支持されている。また、先端ワイヤ３は、第１テンションプーリ４５に螺旋の一部を形成するように巻き掛けられてもよい。すなわち、先端ワイヤ３が第１基体４１に支持される位置は、先端ワイヤ３が第１摩擦部４２でループ状に掛け回される面とは離間した位置になってもよい。
【００４６】
第２基体５１には、第２テンションプーリ用ガイド５６が形成され、第２テンションプーリ用ガイド５６には第２テンションプーリ５５が移動可能に支持されている。また、先端ワイヤ３は、第２テンションプーリ５５に螺旋の一部を形成するように巻き掛けられてもよい。すなわち、先端ワイヤ３が第２基体５１に支持される位置は、先端ワイヤ３が第２摩擦部５２でループ状に掛け回される面とは離間した位置になってもよい。
【００４７】
次に、第２実施形態の弛み補正機構１の作動について説明する。
【００４８】
図６乃至図８は、第２実施形態の弛み補正機構１の作動状態を示す概略図である。
【００４９】
第２実施形態の弛み補正機構１は、図６に示すように、連動部６のピニオン６１が矢印Ｃの方向に回転されると、第１支持部４が矢印Ｄの方向へ移動し、第２支持部５が矢印Ｅの方向へ移動する。この時、第２支持部５の第２摩擦部５２にループ状に掛け回された先端ワイヤ３の他方側に弛み３ａが生じ、先端ワイヤ３の一方側には目に見えない伸び３ｂが生じている。ただし、第２摩擦部５２と先端ワイヤ３の間の摩擦によって固定されている。
【００５０】
この弛み３ａは、図７に示すように、第２コイルバネ５３の付勢力によって第２テンションプーリ５５が第２テンションプーリ用ガイド５６を移動し、第２テンションプーリ５５に巻き掛けられた先端ワイヤ３が引っ張られることによって解消される。その後、図８に示すように、逆方向に駆動させた際、たるみ分動かさなくても動作し始める。例えば、通常であれば、第１支持部４と第２支持部５がピニオン６１を挟んで対称な位置にならないと先端部材２１が動き出さないが、第１実施形態の弛み補正機構１では、第１支持部４と第２支持部５がピニオン６１を挟んで対称な位置になる前に先端部材２１が迅速に動作を始める。
【００５１】
このように、第２実施形態の弛み補正機構１は、第１実施形態の効果に加えて、先端ワイヤ３が第１摩擦部４２及び第２摩擦部５２にループ状に掛け回されるので、バネの伸びが約半分で済み、更に組立性が良く、先端ワイヤ３の長さも容易に調整することができ、初期テンション調整もさらに容易に行うことが可能となる。さらに、第２実施形態の弛み補正機構１は、ラックアンドピニオン機構を用いることで、簡単な構成で的確に作動させることが可能となる。
【００５２】
次に、第３実施形態について説明する。
【００５３】
図９は、第３実施形態の弛み補正機構１の一例を示す概略図である。
【００５４】
第３実施形態の弛み補正機構１は、第１支持部４と第２支持部５の構造及び連動部６の構造が第２実施形態とは異なり、その他の構造は第２実施形態と同様である。したがって、ここでは、第１支持部４と第２支持部５の構造及び及び連動部６の構造について説明する。
【００５５】
第３実施形態の弛み補正機構１の第１支持部４では、第１基体４１から第１摩擦部４２が突出する方向と同じ方向に突出する第１壁部４７を形成し、先端ワイヤ３及び第１コイルバネ４３の一端を第１壁部４７に支持する。同様に、第２支持部５では、第２基体５１から第２摩擦部５２が突出する方向と同じ方向に突出する第２壁部５７を形成し、先端ワイヤ３及び第２コイルバネ５３の一端を第２壁部５７に支持する。
【００５６】
なお、第３実施形態の第１支持部４と第２支持部５に対して、第１壁部４７及び第２壁部５７を用いず、第２実施形態で示したように、先端ワイヤ３が第１基体４１及び第２基体５１に支持される位置が、先端ワイヤ３が第１摩擦部４２及び第２摩擦部５２でループ状に掛け回される面とは離間した位置になる構成を採用してもよい。また、第２実施形態の第１支持部４と第２支持部５に対して、第１壁部４７及び第２壁部５７を適用してもよい。
【００５７】
また、第３実施形態の弛み補正機構１の連動部６は、連動プーリ６２と、連動ワイヤ６３と、連動プーリ用ガイド６４と、を有する。連動プーリ６２は、連動プーリ用ガイド６４に対して移動可能である。連動ワイヤ６３は、一端が第１基体４１に支持され、他端が第２基体５１に支持され、連動プーリ６２に巻き掛けられる。
【００５８】
したがって、連動部６では、まず、連動プーリ６２を連動プーリ用ガイド６４で移動させて先端ワイヤ３及び連動ワイヤ６３の張力の初期設定を行う。そして、連動部６が作動して、連動プーリ６２が回転すると、連動ワイヤ６３が第１支持部４及び第２支持部５のうち、一方を引っ張り、他方を送り出す。
【００５９】
次に、第３実施形態の弛み補正機構１の作動について説明する。
【００６０】
図１０乃至図１２は、第３実施形態の弛み補正機構１の作動状態を示す概略図である。
【００６１】
第３実施形態の弛み補正機構１は、図１０に示すように、連動部６が作動されると、連動プーリ６２が矢印Ｃの方向に回転し、連動ワイヤ６３が第１支持部４を引っ張る。第１支持部４は矢印Ｄの方向へ移動し、第２支持部５が矢印Ｅの方向へ移動する。この時、第２支持部５の第２摩擦部５２にループ状に掛け回された先端ワイヤ３の他方側に弛み３ａが生じ、先端ワイヤ３の一方側には目に見えない伸び３ｂが生じている。ただし、第２摩擦部５２と先端ワイヤ３の間の摩擦によって固定されている。
【００６２】
この弛み３ａは、図１１に示すように、第２コイルバネ５３の付勢力によって第２テンションプーリ５５が第２テンションプーリ用ガイド５６を移動し、第２テンションプーリ５５に巻き掛けられた先端ワイヤ３が引っ張られることによって解消される。その後、図１２に示すように、逆方向に駆動させた際、たるみ分動かさなくても動作し始める。例えば、通常であれば、第１支持部４と第２支持部５がピニオン６１を挟んで対称な位置にならないと先端部材２１が動き出さないが、第１実施形態の弛み補正機構１では、第１支持部４と第２支持部５が連動プーリ６２を挟んで対称な位置になる前に先端部材２１が迅速に動作を始める。
【００６３】
このように、第３実施形態の弛み補正機構１は、第１実施形態の効果に加えて、先端ワイヤ３が第１摩擦部４２及び第２摩擦部５２にループ状に掛け回されるので、組立の際に一時的に先端ワイヤ３を停止させることができ、更に組立性が良く、先端ワイヤ３の長さも容易に調整することができ、初期テンション調整もさらに容易に行うことが可能となる。さらに、連動プーリ６２を連動プーリ用ガイド６４で移動させて先端ワイヤ３及び連動ワイヤ６３の張力の初期設定を行うので、初期テンション調整を的確に行うことが可能となる。
【００６４】
次に、本実施形態の弛み補正機構１を用いたマニピュレータ１０について説明する。
【００６５】
図１３は、本実施形態のマニピュレータ１０の一例を示す図である。
【００６６】
図１に示すように、本実施形態のマニピュレータ１０は、先端部１１と、筒状部１３と、弛み補正機構１と、を備える。
【００６７】
先端部１１は、先端プーリ２を内蔵し、対象物に対向する部分である。図１３に示すように、先端部１１には、内視鏡１５ａ及び医療用処置具１５ｂ等の処置具１５を内蔵してもよい。なお、内視鏡１５ａは、対象物を観察する観察光学系、観察光学系を通過した対象物の像を撮像する撮像素子、及び対象物を照明する照明装置等を含む。
【００６８】
筒状部１３は、操作部８側と先端部１１側を連結する部分であって、軟性又は硬性の筒状の部材からなる。筒状部１３は、内側に先端ワイヤ３を収納することで、先端ワイヤ３を保護する。
【００６９】
操作部８は、グリップ８１及びジョイスティック８２等を有する。本実施形態では、グリップ８１を棒状の部材で表しているが、多関節状のアームや、処置具１５等を操作するために適した形状、例えばハサミの持ち手のような形状でもよい。ジョイスティック８２は、先端部１１の向きを操作する。なお、操作部８は、弛み補正機構１の一部を構成する第１支持部４、第２支持部５、連動部６、及び駆動部７等を内蔵してもよい。
【００７０】
このような構造によって、本実施形態のマニピュレータ１０では、操作者が操作部８を操作すると、プーリ２に巻き掛けられた先端ワイヤ３の一方が牽引される。そして、先端部１１は、筒状部１３に対して先端ワイヤ３が牽引された側に屈曲し、先端部１１を対象物の方向に向けることが可能となる。
【００７１】
このように、本実施形態のマニピュレータ１０によれば、先端ワイヤ３の引張及び送出によって先端プーリ２１を回転可能に保持する先端部１１と、弛み補正機構１と、を備えるので、弛み補正機構１を有すると共に、操作者がマニピュレータを的確に作動させることが可能となる。
【００７２】
次に、本実施形態のマニピュレータ１を適用したマニピュレータシステムの一例として手術支援システム９０について説明する。
【００７３】
図１４は、本実施形態のマニピュレータ１を適用した手術支援システム９０を示す。図１５は、本実施形態のマニピュレータ１を適用した手術支援システム９０のシステム構成図を示す。
【００７４】
本実施形態に係る手術支援システム９０は、図１４に示したマニピュレータ１を適用する。手術支援システム９０は、操作者Ｏにより操作される操作部８、手術台ＢＤ上の患者Ｐの体内、例えば、先端に設置された内視鏡等の処置部１５を大腸等の柔らかい臓器内に挿入可能な図１３に示した先端部１１及び操作部８からの入力を先端部１１に伝達し、一部が臓器内に挿入可能な筒状部１３を有するマニピュレータ１と、マニピュレータ１を制御する制御部９１と、マニピュレータ１により取得された画像を表示する表示部９２と、を備えている。
【００７５】
操作部８は、図１４に示すように、操作台に取り付けられた一対の操作ハンドルと、床面上に配置されたフットスイッチ等を有している。操作部８は、多関節構造を有してもよい。操作した操作部８の角度は、エンコーダ等の角度取得部から取得し、その取得した信号によって、図１５に示すように、制御部９１は、ドライバ９１ａを介して先端部１１の先端に配設された処置具１５ｂを作動させる。
【００７６】
また、内視鏡１５ａによって取得された画像は、制御部９１内の画像処理部９１ｂに出力される。画像処理部９１ｂで処理された画像は、表示部９２に表示される。そして、操作者Ｏは、表示部９２に表示された画像を見ながらマニピュレータ１を操作する。
【００７７】
このような手術支援システム９０によれば、弛み補正機構１の効果を有すると共に、操作者が求める的確な画像を表示させることができ、操作者がマニピュレータをさらに的確に作動させることが可能となる。
【００７８】
以上、本実施形態に係る弛み補正機構１によれば、所定の軸に対して回転可能な先端プーリ２と、先端プーリ２に巻き掛けられる先端ワイヤ３と、第１基体４１、第１基体４１から突出して先端プーリ２に巻き掛けられた先端ワイヤ３の一方側がループ状に掛け回される第１摩擦部４２、及び第１摩擦部４２よりも一端側で先端ワイヤ３を引張方向に付勢する第１コイルバネ４３を有し、先端ワイヤ３の一方側を支持する第１支持部４と、第２基体５１、第２基体５１から突出して先端プーリ２に巻き掛けられた先端ワイヤ３の他方側がループ状に掛け回される第２摩擦部５２、及び第２摩擦部５２よりも他端側で先端ワイヤ３を引張方向に付勢する第２コイルバネ５３を有し、先端ワイヤ３の他方側を支持する第２支持部５と、を備えるので、先端部材２１の作動の遅れを低減させ、的確に作動させることが可能となる。また、先端ワイヤ３全体をループ状に形成しないので、作業工数が減少し、組立性が良く、初期テンション調整も容易に行うことが可能となる。さらに、先端ワイヤ３を接続する際に使用するカシメ部材等がいらないので、円滑に作動させることが可能性となる。
【００７９】
本実施形態に係る弛み補正機構１は、第１支持部４と第２支持部５のうち、一方が先端ワイヤ３の引張方向に移動する場合、他方が先端ワイヤ３の送出方向に移動するように連動させる連動部６を備えるので、第１支持部４と第２支持部５の互いの動きを対応させて、的確に作動させることが可能となる。
【００８０】
本実施形態に係る弛み補正機構１は、連動部６を駆動する駆動部７と、操作者が操作することで駆動部７を駆動させる操作部８と、を備えるので、円滑に操作することができ、的確に作動させることが可能となる。
【００８１】
本実施形態に係る弛み補正機構１では、連動部６は、外周に噛合歯６１ａを有し、所定の軸に対して回転するピニオン６１からなり、第１支持部４は、ピニオン６１と噛み合う第１ラック部４４を有し、第２支持部５は、ピニオン６１と噛み合う第２ラック部５４を有するので、簡単な構成で的確に作動させることが可能となる。
【００８２】
本実施形態に係る弛み補正機構１は、連動部６は、移動可能な軸を有する連動プーリ６２と、連動プーリ６２に巻き掛けられ、一端が第１基体４１に固着され、他端が第２基体５１に固着される連動ワイヤ６３と、を有するので、連動プーリ６２を連動プーリ用ガイド６４で移動させて先端ワイヤ３及び連動ワイヤ６３の張力の初期設定を行うことができ、初期テンション調整を的確に行うことが可能となる。
【００８３】
本実施形態に係る弛み補正機構１は、先端ワイヤ３の一端は、第１コイルバネ４３の一端に固着され、第１コイルバネ４３の他端は、第１基体４１に固着され、先端ワイヤ３の他端は、第２コイルバネ５３の一端に固着され、第２コイルバネ５３の他端は、第２基体５１に固着されるので、簡単な構成で的確に作動させることが可能となる。
【００８４】
本実施形態に係る弛み補正機構１は、第１支持部４は、第１コイルバネ４３の一端を支持し、先端ワイヤ３の引張方向に移動可能な第１テンションプーリ４５を有し、第１コイルバネ４３の他端は、第１基体４１に固着され、第２支持部５は、第２コイルバネ５３の一端を支持し、先端ワイヤ３の引張方向に移動可能な第２テンションプーリ５５を有し、第２コイルバネ５３の他端は、第２基体５１に固着され、先端ワイヤ３は、第１摩擦部４３よりも一端側で第１テンションプーリ４５に巻き掛けられ、一端で第１基体４１に固着され、第２摩擦部５３よりも他端側で第２テンションプーリ５５に巻き掛けられ、他端で第２基体５１に固着されるので、第１実施形態と比較して、第１コイルバネ４３及び第２コイルバネ５３の伸縮距離を短くすることが可能となる。
【００８５】
本実施形態に係るマニピュレータ１０は、先端ワイヤ３の引張及び送出によって先端プーリ２１を回転可能に保持する先端部１１と弛み補正機構１と、を備えるので、前述の弛み補正機構１の効果を有すると共に、操作者がマニピュレータを的確に作動させることが可能となる。
【００８６】
本発明の一実施形態に係るマニピュレータシステム９０は、マニピュレータ１０と、マニピュレータ１０を制御するシステム制御部９１と、マニピュレータ１０により取得された画像を表示する表示部９２と、を備え、マニピュレータ１０は、観察光学系、撮像素子及び照明光学系を有する内視鏡１５ａを含み、システム制御部９１は、内視鏡１５ａにより取得された画像を表示部９２に表示させるので、前述の弛み補正機構１の効果を有すると共に、操作者が求める的確な画像を表示させることができ、操作者がマニピュレータをさらに的確に作動させることが可能となる。
【００８７】
なお、上記各実施形態では、一本の先端ワイヤ３を例にとって説明したが、これに限らず、一対の先端ワイヤの各一端を先端プーリ２に掛けまわして固定してもよい。また、先端ワイヤ３としては、単線、撚り線、編み線、板状等を挙げることができる。
【００８８】
なお、この実施形態によって本発明は限定されるものではない。すなわち、実施形態の説明に当たって、例示のために特定の詳細な内容が多く含まれるが、当業者であれば、これらの詳細な内容に色々なバリエーションや変更を加えても、本発明の範囲を超えないことは理解できよう。従って、本発明の例示的な実施形態は、権利請求された発明に対して、一般性を失わせることなく、また、何ら限定をすることもなく、述べられたものである。
【符号の説明】
【００８９】
１…弛み補正機構
２…先端プーリ
２１…先端部材
３…ワイヤ
４…第１支持部
４１…第１基体
４２…第１摩擦部
４３…第１付勢部
４４…第１ラック部
４５…第１テンションプーリ
４６…第１テンションプーリ用ガイド
４７…第１壁部
５…第１支持部
５１…第２基体
５２…第２摩擦部
５３…第２付勢部
５４…第２ラック部
５５…第２テンションプーリ
５６…第２テンションプーリ用ガイド
５７…第２壁部
６…連動部
６１…ピニオン
６２…連動プーリ
６３…連動ワイヤ
６４…連動プーリ用ガイド
７…連動プーリ用ガイド
８…余剰吸収部
１０…マニピュレータ
１１…先端部
１３…筒状部
９０…手術支援システム
９１…制御部
９２…表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2015159844.tif 000007
【図６】
2015159844.tif 000008
【図７】
2015159844.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2015159844.tif 000012
【図１１】
2015159844.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2015159844.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2015159844.tif 000017
【図１６】
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