CN110022787B - 屈曲机构以及医疗用机械手 - Google Patents

Abstract

以避免在各部上作用过大的应力并且实现插入部的细径化为目的，本发明的屈曲机构(5)具有：细长的支承部件(6)；摆动部件(7)，其以能够绕与长度轴交叉的轴线摆动的方式支承于支承部件(6)的前端；驱动力传递部件(8a、8b)，其沿着支承部件(6)的长度轴配置，传递在基端施加的驱动力，使摆动部件(7)相对于支承部件(6)摆动；以及应力调节部(11)，其进行调节，使得在摆动部件(7)相对于支承部件(6)的各摆动位置，产生于驱动力传递部件(8a、8b)的应力不超过规定的阈值。

Description

屈曲机构以及医疗用机械手

技术领域

本发明涉及屈曲机构以及医疗用机械手。

背景技术

公知有如下的医疗用机械手：在细长的插入部的前端部具有用于变更配置在前端的处置器具的方向的屈曲关节(例如参照专利文献1)。

该医疗用机械手沿着插入部配置，通过与比屈曲关节靠前端侧的摆动部件连接的两根连杆的推拉，使摆动部件摆动，从而使固定在摆动部件的处置器具摆动。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第4402313号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，专利文献1的医疗用机械手在处置器具的前端受到较大的外力的情况下，有可能施加于一个连杆的应力变得过大，而为了提高耐久性，必须加粗两根连杆，因而存在难以实现插入部的细径化这样的不良情况

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种能够避免在各部上作用过大的应力并且实现插入部的细径化的屈曲机构以及医疗用机械手。

用于解决课题的手段

本发明的一个方式是屈曲机构，该屈曲机构具有：细长的支承部件；摆动部件，其以能够绕轴线摆动的方式支承于该支承部件的前端，该轴线与所述支承部件的长度轴交叉；驱动力传递部件，其沿着所述支承部件的所述长度轴配置，传递在基端施加的驱动力，使所述摆动部件相对于所述支承部件摆动；以及应力调节部，其进行调节，使得在所述摆动部件相对于所述支承部件的各摆动位置，产生于所述驱动力传递部件的应力不超过规定的阈值。

根据本方式，当在支承部件的基端侧对驱动力传递部件施加驱动力时，由驱动力传递部件传递的驱动力传递到摆动部件，使摆动部件在支承部件的前端绕轴线摆动。在该情况下，通过应力调节部的工作进行调节，使得在摆动部件相对于支承部件的各摆动位置，产生于驱动力传递部件的应力不超过规定的阈值。由此，即使摆动部件的刚性根据摆动角度而变动，也能够避免在各部上作用过大的应力。在该情况下，由于不是通过提高以驱动力传递部件为首的各部的刚性来实现应力的增大，而是调节应力本身，因此能够防止各部的截面尺寸的增大从而实现插入部的细径化。

在上述方式中，也可以是，所述应力调节部在产生于所述驱动力传递部件的应力为所述阈值时，允许所述驱动力传递部件向降低该应力的方向移动。

这样，当在驱动力传递部件产生规定的阈值的应力时，应力调节部允许驱动力传递部件向降低应力的方向移动，从而避免了超过规定的阈值的过大的应力作用。

另外，在上述方式中，也可以是，所述阈值根据所述摆动部件相对于所述支承部件的摆动角度被设定为不同的值。

这样，与根据摆动部件的摆动角度而变动的刚性相对应，在刚性高的摆动角度下增大阈值，在刚性低的摆动角度下减小阈值，从而能够防止在各部上作用过大的应力。

另外，在上述方式中，也可以是，所述驱动力传递部件能够向沿着所述支承部件的所述长度轴的两个方向传递所述驱动力。

这样，在向支承部件的长度轴方向的两个方向传递驱动力时，能够防止在任何方向上产生过大的应力。

另外，在上述方式中，也可以是，所述应力调节部具有施力单元，该施力单元向根据所述摆动部件相对于所述支承部件的摆动角度而确定的基准位置，对所述驱动力传递部件的基端的沿着所述长度轴的方向上的位置进行施力。

这样，当驱动力传递部件的基端被操作而作用长度轴方向的驱动力时，在驱动力低于规定的阈值的情况下，由于驱动力传递部件的基端被施力单元维持在基准位置，因此摆动部件以与基准位置的移动量对应的摆动角度摆动。另一方面，在驱动力为规定的阈值的情况下，使驱动力传递部件的基端克服作用力而从基准位置移动，避免了作用超过规定的阈值的过大的应力。

另外，在上述方式中，也可以是，所述应力调节部具有：平板状的凸缘部，其固定于所述驱动力传递部件的基端；平板状的挡块部件，其具有与该凸缘部同等的板厚，相对于该凸缘部在与所述长度轴垂直的方向上并列，并且配置在与所述摆动角度对应的所述基准位置；以及一对按压部件，它们配置在沿所述板厚的方向同时夹持该挡块部件和所述凸缘部的位置，所述施力单元向使各该按压部件与所述挡块部件紧贴的方向对各该按压部件进行施力。

这样，在产生于驱动力传递部件的应力比规定的阈值小的情况下，当施加驱动力而使驱动力传递部件移动时，借助由驱动力传递部件传递的驱动力使摆动部件相对于支承部件摆动，在与摆动角度对应的基准位置配置挡块部件。此时，借助施力单元的作用力使按压部件与挡块部件紧贴，将挡块部件和凸缘部维持在长度轴方向的相同位置。

另一方面，在产生于驱动力传递部件的应力超过施力单元的作用力而成为规定的阈值的情况下，通过使驱动力传递部件的基端的凸缘部克服作用力而移动，降低了应力。由此，避免了在各部上作用超过规定的阈值的过大的应力。

另外，在上述方式中，也可以是，所述施力单元是弹性部件。

这样，在产生于驱动力传递部件的应力为规定的阈值的情况下，通过使弹性部件弹性变形，能够避免应力的上升，从而避免在各部上作用过大的应力。

另外，在上述方式中，也可以是，所述施力单元是利用流体产生作用力的气缸。

这样，在产生于驱动力传递部件的应力为规定的阈值的情况下，使驱动力传递部件克服基于气缸的压力的作用力而移动，能够避免应力的上升，从而避免在各部上作用过大的应力。

另外，在上述方式中，也可以是，所述施力单元是利用磁产生作用力的磁铁。

这里，在产生于驱动力传递部件的应力为规定的阈值的情况下，使驱动力传递部件克服基于磁铁的磁的作用力而移动，能够避免应力的上升，从而避免在各部上作用过大的应力。

另外，在上述方式中，也可以是，所述屈曲机构具有：支承块，其支承作用力，并配置在如下位置：在该支承块与所述挡块部件之间夹持各所述施力单元；以及凸轮机构，其根据所述摆动角度而变更该支承块与所述挡块部件之间的距离。

这样，凸轮机构根据摆动部件相对于支承部件的摆动角度而变更支承块与挡块部件之间的距离，利用施力单元与根据摆动角度而变化的刚性相应地产生适当的作用力，由此能够避免在各摆动位置在各部上作用过大的应力。

另外，在上述方式中，也可以是，所述屈曲机构具有：支承块，其支承作用力，并配置在如下位置：在该支承块与所述挡块部件之间夹持各所述施力单元；以及致动器，其根据所述摆动角度而变更该支承块与所述挡块部件之间的距离。

这样，致动器根据摆动部件相对于支承部件的摆动角度而变更支承块与挡块部件之间距离，利用施力单元与根据摆动角度而变化的刚性相应地产生适当的作用力，由此能够避免在各摆动位置在各部上作用过大的应力。

另外，在上述方式中，也可以是，所述屈曲机构具有致动器，该致动器对所述驱动力传递部件提供所述驱动力，所述应力调节部根据所述摆动角度来控制所述致动器所产生的所述驱动力。

这样，通过控制对驱动力传递部件提供驱动力的致动器所产生的驱动力，与根据摆动角度而变化的刚性相应地产生适当的驱动力，由此能够避免在各摆动位置在各部上作用过大的应力。

另外，本发明的另一方式是医疗用机械手，该医疗用机械手具有：上述任意的屈曲机构；以及处置器具，其安装于所述摆动部件。

发明效果

根据本发明实现了如下效果：能够避免在各部上作用过大的应力并且实现插入部的细径化。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式的医疗用机械手的整体结构图。

图2是示出图1的医疗用机械手的操作部的俯视图。

图3是示出图2的操作部的后视图。

图4A是示出图2的操作部所具备的浮动机构的俯视图。

图4B是示出图4A的浮动机构的A-A向视的图。

图4C是示出图4A的浮动机构的B-B向视的图。

图4D是示出图4A的浮动机构的C-C向视的图。

图5是对图4A的浮动机构的动作进行说明的图。

图6是示出图5的内侧的第1连杆和外侧的第1连杆各自的屈曲角度与容许轴向力的关系的曲线图。

图7是对图4A的浮动机构的动作进行说明的俯视图。

图8A是对图2的操作部的动作进行说明的俯视图。

图8B是示出图8A的操作部的后视图。

图9是示出图2的操作部的第一变形例的俯视图。

图10是示出图2的操作部的第二变形例的俯视图。

图11是示出图2的操作部的第三变形例的俯视图。

图12是示出图2的操作部的第四变形例的俯视图。

图13是示出图2的操作部的第五变形例的俯视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一个实施方式的屈曲机构5以及医疗用机械手1进行说明。

如图1所示，本实施方式的医疗用机械手1具有：处置器具2，其对患部进行处置；细长的插入部3；以及操作部4，其与该插入部3的基端连接。由插入部3和操作部4构成屈曲机构5。处置器具2安装于后述的插入部3的摆动部件7。

如图1所示，插入部3具有：细长的支承部件6；摆动部件7，其以能够绕与支承部件6的长度轴垂直的摆动轴线摆动的方式支承于支承部件6的前端；以及两组连杆(驱动力传递部件)8a、8b，它们传递在支承部件6的基端的操作部4施加的驱动力，使摆动部件7相对于支承部件6摆动。各组连杆8a、8b具有：长条的第一连杆9a、9b，它们沿着支承部件6的长度轴配置；以及短条的第二连杆10a、10b，它们以能够绕与摆动轴线平行的轴线摆动的方式与该第一连杆9a、9b和摆动部件7连结。

如图2和图3所示，操作部4具有：手柄11，其由操作者进行操作，施加驱动力；以及驱动力转换部(致动器)12，其将施加到该手柄11的驱动力提供给两组连杆8a、8b

手柄11形成为扇形，其外周面被实施了锯齿加工。通过使手指抵靠在外周面并沿周向移动，能够使手柄11摆动。

驱动力转换部12具有：连杆13a、13b，它们的一端与手柄11连接；凸轮板(凸轮机构)14，其与该连杆13a、13b的另一端连接，被设置成借助从连杆13a、13b接受到的力而能够旋转；以及浮动机构(应力调节部)15，其安装于该凸轮板14。

凸轮板14具有多个凸轮槽16。在凸轮槽16上可移动地安装有后述的挡块部件17和支承块18。各凸轮槽16的形状为如下形状：能够根据凸轮板14的旋转角度而引导挡块部件17和支承块18向适当的位置的移动。具体而言，根据凸轮板14的旋转角度而适当设定挡块部件17与支承块18的距离。

如图4A至图4D所示，浮动机构15具有：平板状的挡块部件17，其被安装成能够沿着形成在凸轮板14上的凸轮槽16移动；平板状的支承块18，其在沿板厚方向夹持该挡块部件17的两侧隔开间隔地配置，被安装成能够沿着形成在凸轮板14上的凸轮槽16移动；轴20，其可移动地插入到该支承块18上沿板厚方向贯通形成的贯通孔19中；以及压缩螺旋弹簧(弹性部件，施力单元)22，其配置在按压板(按压部件)21a、21b与支承块18之间，该按压板21a、21b设置于轴20的前端。

压缩螺旋弹簧22对各支承块18向各轴20的离开按压板21a、21b的方向施力，以由两个按压板21a、21b夹持挡块部件17的两面的方式，利用根据支承块18与挡块部件17的距离而确定的作用力与挡块部件17的表面紧贴。

在第1连杆9a、9b的基端侧的端部固定有凸缘部23，该凸缘部23具有与挡块部件17大致相同的厚度尺寸。凸缘部23与挡块部件17相邻地配置，与挡块部件17一起被两个按压板21a、21b沿板厚方向夹持。

各轴20与第1连杆9a、9b的长度轴大致平行地配置。由此，在第1连杆9a、9b上沿着长度轴方向作用有任意的压缩螺旋弹簧22的作用力以下的力的状态下，如图4A所示，轴20的凸缘部23在保持被两个按压板21a、21b夹持的状态下维持在与挡块部件17相邻的位置。另一方面，通过外力F1作用，在第1连杆9a、9b上沿着长度轴方向作用有超过任意的压缩螺旋弹簧22的作用力的力F2时，如图5所示，一个压缩螺旋弹簧22被压缩，凸缘部23远离另一个按压板21a、21b，由此移动到与挡块部件17不同的长度轴方向位置。

另外，当操作手柄11而通过连杆13a、13b将手柄11的旋转转换为凸轮板14的旋转时，设置在凸轮板14上的凸轮槽16移动，其结果为，与凸轮槽16卡合的支承块18和挡块部件17沿着凸轮槽16移动。挡块部件17被凸轮槽16引导至基准位置，以使得第1连杆9a、9b的基端的凸缘部23配置在根据手柄11的旋转角度而确定的基准位置。

另一方面，针对支承块18形成有凸轮槽16，凸轮槽16配置的位置使得支承块18与挡块部件17的距离根据手柄11的旋转角度(摆动角度)而变化。

例如，在上述结构的屈曲机构5的情况下，在屈曲关节中的屈曲的内侧的第1连杆9a和外侧的第1连杆9b上，如图6所示，若屈曲角度变大，则屈曲的外侧的第一连杆9b的容许轴向力大幅降低，与此相对，屈曲的内侧的第一连杆9a的容许轴向力有稍微降低的倾向。

因此，在本实施方式中，凸轮板14的凸轮槽16的形状像图7所示那样具有如下形状：以在凸轮板14旋转而成为屈曲的外侧的情况下，大幅扩大挡块部件17与支承块18的间隔，在成为屈曲的内侧的情况下，稍微扩大挡块部件17与支承块18的间隔的方式，使挡块部件17和支承块18移动。

由此，若扩大挡块部件17与支承块18的间隔，则夹在它们之间的压缩螺旋弹簧22伸长，因此刚性降低，从而即使通过第1连杆9a、9b作用较小的轴向力，该压缩螺旋弹簧22也能够被压缩，使凸缘部23、即第1连杆9a、9b的基端从被挡块部件17规定的基准位置沿长度轴方向的任意方向移动。

以下，对这样构成的本实施方式的屈曲机构5以及医疗用机械手1的作用进行说明。

在使用本实施方式的医疗用机械手1进行患部的处置的情况下，将插入部3插入到体内并将前端的处置器具2配置在患部的附近，通过对设置在操作部4的手柄11进行操作，使摆动部件7相对于支承部件6摆动，来调节处置器具2相对于患部的姿势。

当用手指操作手柄11使其向一个方向旋转时，如图8A和图8B所示，通过与手柄11连结的两根连杆13a、13b将旋转力传递到凸轮板14，使凸轮板14以与手柄11的旋转对应的角度旋转。由于在设置在凸轮板14上的凸轮槽16中安装有两个挡块部件17和四个支承块18，因此，各挡块部件17和各支承块18沿着通过凸轮板14的旋转而移动的凸轮槽16移动。

如上所述，凸轮槽16的形状形成为，将挡块部件17和支承块18配置在与凸轮板14的旋转角度对应的摆动部件7的摆动角度所对应的适当的位置，因此挡块部件17与各支承块18的间隔根据摆动部件7的摆动角度而被适当设定。

即，在摆动部件7相对于支承部件6摆动情况下，如图7所示，在配置于屈曲的外侧的第1连杆9b侧，挡块部件17与支承块18的距离大幅扩大，在配置于屈曲的内侧的第1连杆9a侧，挡块部件17与支承块18的距离稍微扩大。由此，在屈曲的外侧，压缩螺旋弹簧22的压缩被大幅缓和而作用力被大幅降低，在屈曲的内侧，压缩螺旋弹簧22的压缩被稍微缓和而作用力被小幅降低。

因此，在外力作用于固定在摆动部件7的处置器具2的前端的情况下，屈曲的外侧与屈曲的内侧相比，以较小的外力使压缩螺旋弹簧22压缩，允许固定在第1连杆9b的基端的凸缘部23向长度轴方向移动。在屈曲的外侧，第1连杆9b的容许轴向力大幅降低，但即使是较小的外力，也允许第1连杆9b的基端侧的移动，因此具有如下优点：能够避免在第一连杆9b上作用超过容许轴向力的过大的轴向力。

在该情况下，由于在屈曲的内侧，第1连杆9a的容许轴向力几乎不降低，因此以较小的外力维持第1连杆9a的基端侧不移动。其结果是，能够防止容许轴向力降低的屈曲的外侧的第一连杆9b的破损，并且，由容许轴向力未大幅降低的屈曲的内侧的第一连杆9a承受外力。

而且，在施加于屈曲的内侧的第一连杆9a的轴向力达到容许轴向力的情况下，对于内侧的第一连杆9a也使压缩螺旋弹簧22压缩而使基端的凸缘部23移动，从而能够避免超过容许轴向力的过大的轴向力作用于第1连杆9a。由此，不需要考虑容许轴向力的降低而增大第一连杆9a的横截面，具有能够防止破损并且实现插入部3的细径化这样的优点。

另外，在本实施方式中，通过连杆13a、13b将手柄11的旋转传递到凸轮板14，但也可以取而代之，如图9所示，通过齿轮24a、24b来进行传递。在该情况下，齿轮24a、24b的轴线彼此通过未图示的连结部件以保持轴间距离的方式连结，齿轮24a、24b和凸轮板14只要通过允许偏心并且传递旋转的欧氏联轴器等(省略图示)连结即可。

另外，作为施力单元而例示出压缩螺旋弹簧22，但也可以取而代之，采用利用空气或液体等的流体压力产生作用力的气缸。另外，也可以采用利用磁产生作用力的磁铁。

另外，如图10所示，代替手柄11，可以采用借助小齿轮25和齿条26使挡块部件17移动的马达(省略图示)，也可以采用与挡块部件17的移动相应地旋转的凸轮板27、28。马达只要根据由操作者输入的操作指令信号进行工作即可。

另外，如图11所示，也可以采用通过齿轮29a、29b将手柄11的旋转转换为挡块部件17的移动，通过编码器30检测手柄11的旋转角度，根据检测出的旋转角度使各支承块18移动的马达(省略图示)、齿条31以及小齿轮32。

另外，也可以代替通过编码器30检测手柄11的旋转角度，而检测第1连杆9a、9b的移动量，也可以检测摆动部件7的摆动角度本身。

并且，如图12所示，也可以是，通过马达(省略图示)、齿条26、31以及小齿轮25、32使各挡块部件17和各支承块18分别移动。在该情况下，只要使根据由操作者输入的操作指令信号而驱动挡块部件17的马达以及驱动支承块18的马达分别进行工作即可。

也可以取而代之，通过编码器(省略图示)检测驱动挡块部件17的马达的旋转量，根据检测出的旋转量使驱动支承块18的马达进行工作。在该情况下，也可以代替通过编码器检测马达的旋转量，而检测第1连杆9a、9b的移动量，也可以检测摆动部件7的摆动角度本身。

另外，在上述各实施方式中，根据摆动部件7相对于支承部件6的摆动角度来调节压缩螺旋弹簧22等施力单元的作用力，但也可以取而代之，如图13所示，利用马达(省略图示)使与固定在第一连杆9a、9b的基端的齿条33啮合的小齿轮34旋转，根据摆动部件7相对于支承部件6的摆动角度，使马达的产生扭矩变化为适当的值。

在该情况下，也可以用编码器(省略图示)检测马达的旋转量，根据由编码器检测出的马达的旋转量来变更马达的产生扭矩。另外，也可以代替通过编码器检测马达的旋转量，而检测第1连杆9a、9b的移动量，也可以检测摆动部件7的摆动角度本身。

另外，在本实施方式中，作为驱动力传递部件而例示出连杆8a、8b，但也可以取而代之，采用扭矩轴或者线。

另外，虽然构成为作用于第1连杆9a、9b的力不超过容许轴向力，但也可以取而代之，在其他任意部位破损时，使产生于连杆8a、8b的应力为阈值。

标号说明

1：医疗用机械手；2：处置器具；5：屈曲机构；6：支承部件；7：摆动部件；8a、8b：连杆(驱动力传递部件)；12：驱动力转换部(致动器)；14、27、28：凸轮板(凸轮机构)；15：浮动机构(应力调节部)；17：挡块部件；18：支承块；21a、21b：按压板(按压部件)；22：压缩螺旋弹簧(弹性部件、施力单元)；23：凸缘部。

Claims (10)

1.一种屈曲机构，其中，该屈曲机构具有：

细长的支承部件；

摆动部件，其以能够绕轴线摆动的方式支承于该支承部件的前端，该轴线与所述支承部件的长度轴交叉；

驱动力传递部件，其沿着所述支承部件的所述长度轴配置，传递在基端施加的驱动力，使所述摆动部件相对于所述支承部件摆动；以及

应力调节部，其进行调节，使得在所述摆动部件相对于所述支承部件的各摆动位置，产生于所述驱动力传递部件的应力不超过规定的阈值，

所述应力调节部具有：施力单元，该施力单元向根据所述摆动部件相对于所述支承部件的摆动角度而确定的基准位置，对所述驱动力传递部件的基端的沿着所述长度轴的方向上的位置进行施力；平板状的凸缘部，其固定于所述驱动力传递部件的基端；平板状的挡块部件，其具有与该凸缘部同等的板厚，相对于该凸缘部在与所述长度轴垂直的方向上并列，并且配置在与所述摆动角度对应的所述基准位置；以及一对按压部件，它们配置在沿所述板厚的方向同时夹持该挡块部件和所述凸缘部的位置，所述施力单元向使各该按压部件与所述挡块部件紧贴的方向对各该按压部件进行施力。

2.根据权利要求1所述的屈曲机构，其中，

所述应力调节部在产生于所述驱动力传递部件的应力为所述阈值时，允许所述驱动力传递部件向降低该应力的方向移动。

3.根据权利要求1所述的屈曲机构，其中，

所述阈值根据所述摆动部件相对于所述支承部件的摆动角度被设定为不同的值。

4.根据权利要求2所述的屈曲机构，其中，

所述阈值根据所述摆动部件相对于所述支承部件的摆动角度被设定为不同的值。

5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的屈曲机构，其中，

所述驱动力传递部件能够向沿着所述支承部件的所述长度轴的两个方向传递所述驱动力。

6.根据权利要求1所述的屈曲机构，其中，

所述施力单元是弹性部件。

7.根据权利要求1所述的屈曲机构，其中，

所述施力单元是利用流体产生作用力的气缸。

8.根据权利要求1所述的屈曲机构，其中，

所述施力单元是利用磁产生作用力的磁铁。

9.根据权利要求1、6至8中的任意一项所述的屈曲机构，其中，

该屈曲机构具有：

支承块，其支承作用力，并配置在如下位置：在该支承块与所述挡块部件之间夹持各所述施力单元；以及

凸轮机构，其根据所述摆动角度而变更该支承块与所述挡块部件之间的距离。

10.根据权利要求1、6至8中的任意一项所述的屈曲机构，其中，

该屈曲机构具有：

支承块，其支承作用力，并配置在如下位置：在该支承块与所述挡块部件之间夹持各所述施力单元；以及

致动器，其根据所述摆动角度而变更该支承块与所述挡块部件之间的距离。

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