(57)【要約】【目的】手術器具挿入点に沿って回転運動、また直動運動を行なう機構を備えた低侵襲手術ロボットを提供することを目的とする。【構成】ベースと、このベースに装着された回転駆動アクチュエータと、マニピュレータ等の各種エンドエフェクタを装着するホルダと、前記駆動アクチュエータと複数のリンクを回転対偶により連結した２組のアーム、から構成される機構不動点を備える。【選択図】        図１
2008272887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、このベースに装着された２台の回転駆動アクチュエータと、マニピュレータ等の各種エンドエフェクタを装着するホルダと、前記駆動アクチュエータと複数のリンクを回転対偶により連結した２組のアーム、から構成される機構不動点を備え、該点を中心とした２自由度回転動作を特徴とするパラレルリンクロボット。
【請求項２】
前記パラレルリンクロボットにおいて、前記回転動作について受動的に姿勢が変化する複数のリンク、回転対偶、駆動用直動アクチュエータから構成されるアームを加え、前記パラレルリンクロボット動作に加え、エンドエフェクタ長軸方向の動作を特徴とするパラレルリンクロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低侵襲手術ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療の質が問われる中、外科領域では患者の苦痛や身体的な負担を軽減する手段として、低侵襲手術が注目されている。低侵襲手術は医療技術の進歩とともに発展し、その対象も今日では飛躍的に広がっている。中でも内視鏡下手術は、従来の開腹手術に比べ小さな切開のみで行われるため、患者の術後の疼痛が少なく、患者への身体的負担は極めて小さい。
【０００３】
しかし、これらの長所の反面、内視鏡下手術では内視鏡下の限られた視野のもと、挿入点で拘束された術具を用いて緻密で正確な作業を行なう必要があるため、その術者には高度な技術が要求され、作業には熟練を要する。
【０００４】
そこで、ロボット技術に代表される工学技術の導入による手術支援及び補助に関する試みが行われている。
【０００５】
低侵襲手術支援ロボットとしては、Intuitive Surgical社の「da Vinci surgical system」が知られている(非特許文献１参照)。また、４節パラレルリンクを用いた不動点を有する機構について研究がなされている(非特許文献２参照)。
【非特許文献１】Gary S. Guthart and J. Kenneth Salisbury, Jr., "The Intuitive(TM) Telesurgery System: Overview and Application", Proceedings of the 2000 IEEE International Conference on Robotics & Automation San Francisco, CA April 2000, pp. 618-621, 2000.
【非特許文献２】Baumann R. Maeder W. Glauser D. Clavel R., “The Pantoscope: A Spherical Remote-Center-of-Motion Parallel Manipulator for Force Reflection”, Proceedings of the 2000 IEEE International Conference on Robotics & Automation,  Albuquerque, New Mexico, April, pp.718-723,1997.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の低侵襲手術では、患者体内へ手術器具を挿入して手術を行なう。よってロボットを導入する場合、患者の安全性のため、手術器具挿入点に沿って回転運動、また直動運動を行なう機構が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の低侵襲手術ロボットは、ベースと、このベースに装着された２台の回転駆動アクチュエータと、マニピュレータ等の各種エンドエフェクタを装着するホルダと、前記駆動アクチュエータと複数のリンクを回転対偶により連結した２組のアーム、から構成される機構不動点を備え、該点を中心とした２自由度回転動作を特徴とする。
【０００８】
また、請求項２の低侵襲手術ロボットは、前記パラレルリンクロボットにおいて、前記回転動作について受動的に姿勢が変化する複数のリンク、回転対偶、駆動用直動アクチュエータから構成されるアームを加え、前記パラレルリンクロボット動作に加え、エンドエフェクタ長軸方向の動作を特徴とする。
【０００９】
請求項１により、アクチュエータ自体が移動することなく、前記低侵襲手術ロボット機構の回転運動が実現できる．請求項２とあわせることで、従来と比較して小型、高剛性、高出力を備える低侵襲手術ロボットが実現できる。
【００１０】
本発明は、パラレルリンク機構により、一対の回転駆動アクチュエータをベース部の同一円上に配置する。これらアクチュエータからそれぞれのリンク、回転対偶により構成される一対のアームを装着する。一対のアームはそれぞれ４節パラレルリンクを構成しており、過拘束を防止するため、一方のアームは４節パラレルリンクを構成しなくてもよい。一対のアームの終端は、ホルダにそれぞれ回転対偶により接続される。
【００１１】
一対のアクチュエータを動方向、また異方向へ動作させることにより、ホルダは一対のアクチュエータ出力軸の交点を中心とした回転運動を行なう。ホルダへはエンドエフェクタとして様々なマニピュレータ、ツールを搭載可能である。
【００１２】
本発明では、一対のアームに加えて、同様の４節パラレルリンク機構を有するアームを追加可能である。第３のアームはベース部には駆動アクチュエータを有しない。前記ホルダの回転運動に対して受動的に動作を行なう。第３のアームの４節パラレルリンク機構にリンクの伸長を可能とする直動機構を装着することにより、エンドエフェクタ長軸方向への移動を可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。
【実施例】
【００１４】
図１は本発明のパラレルリンク機構を用いた不動点を有するロボットの概要図である。
【００１５】
本発明はベース、リンク2a、2b、2cと3a、3b、3cと4a、4b、4cと5a、5b、5cからなる3組のアーム、モータ1からモータ4、及びツールから構成される。モータ1軸とモータ2軸との交点が不動点となり、ツールは不動点を中心とした点対称の動作を可能とする。モータ１とモータ２はベースに90°の間隔で取り付けられている。モータの取り付け角度はベースに水平方向に-10°傾かせて取り付けられている。これにより、不動点の位置はベースの水平面から鉛直下方向に移動する。このモータ1とモータ2の取り付け角度により不動点の位置を変更可能である。
【００１６】
2c、3c、4c、5cで表されるリンクはベースのモータ1とモータ2の中間にとりつけられている。リンク2a、2b，2c、リンク3a、3b、3c、リンク4a、4b、4c、は回転軸受6a、6b、6c、7aから7cで連結する。リンク2a、4a、5aは回転軸受8a、9aで連結する。リンク2c、4c、5cは回転軸受8c、9cで連結する。リンク4a、4bは回転軸受10a、10bで11と連結する。これにより、リンク2aから5a四節リンク機構を構成する。
【００１７】
リンク2aとリンク4a、リンク3aとリンク5aが平行となることによりツールに対して動作拘束を与える。一方、リンク2b、3b、4bで構成される脚は製作上の精度から過拘束となる問題を想定し、四節リンク機構を構成せず1本のリンク3bで連結する。しかし、リンク4aによりツールは拘束を受け、リンク2bとリンク4bは平行となる。
【００１８】
リンク2a、3a、4a、5aと同じくリンク2c、3c、4c、5cは四節リンク機構を構成しており、リンク3cはボールネジとモータ3を組み合わせて構成され、回転アクチュエータ12a軸、12b軸の中央からツールと連結する。
【００１９】
以上の構成により、ベース上に配置された2つの回転アクチュエータ13a、13bのそれぞれに動作指令値を与えることによって、リンク2a、2bを揺動させ、リンク2a、3a、4a、5aと2b、3b、4bの揺動を組み合わせることにより、ツールを三次元的に不動点を中心とした点対称に位置制御することができる。
【００２０】
モータ1とモータ2を同じ方向に回転させることで、ツールを図1の正面から見て横方向に移動させることができる。
【００２１】
モータ1とモータ2を逆方向に回転させることで、ツールを図1の正面方向に移動させることができる。
【００２２】
リンク2c、3c、4c、5cはリンク2a、3a、4a、5aとリンク2b、3b、4bの動作と連動して受動的に傾き、動作指令値を直動アクチュエータ13cに与えることにより、リンクを伸展させることでツールの軸方向並進を行なうことができる。
【００２３】
回転アクチュエータ13dに動作指令値を与えることにより、ツールを軸方向中心に回転させることができる。
【００２４】
なお、上記実施形態は本発明の一具体例を例示したものにすぎない。本発明の範囲は上記実施形態に限られるものではなく、その技術思想の範囲内で種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の概要を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１   ：ベース
２a  ：リンク
２b  ：リンク
２c  ：リンク
３a  ：リンク
３b  ：リンク
３c  ：リンク
４a  ：リンク
４b  ：リンク
４c  ：リンク
５a  ：リンク
５c  ：リンク
６a  ：回転軸受
６b  ：回転軸受
６c  ：回転軸受
７a  ：回転軸受
７b  ：回転軸受
７c  ：回転軸受
８a  ：回転軸受
８c  ：回転軸受
９a  ：回転軸受
９c  ：回転軸受
１０a：回転軸受
１０b：回転軸受
１１ ：エンドエフェクタ
１２ ：ホルダ
１３a：モータ１（回転アクチュエータ）
１３b：モータ２（回転アクチュエータ）
１３c：モータ３（直動アクチュエータ）
１３d：モータ４（回転アクチュエータ）
１４ ：不動点
【図１】
2008272887.tif 000003