位置检测传感器和操纵器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及检测线性构件的位置的位置检测传感器和包括位置检测传感器的操纵器。要求2012年12月20日提交的美国临时专利申请61/740,010和2013年2月19日提交的美国临时专利申请61/766，214的优先权，此处以引用的方式并入上述申请的全部内容。
【背景技术】
[0002]近年来，已经进行了使用机器人进行医疗处理以节省保健设施中的人力的研宄。具体地，在外科领域中，有对于使用具有多自由度(多关节)的操纵器对患者执行处理的操纵器系统的各种建议。
[0003]例如，PLT I中描述的机器人外科系统包括设置在手术台附近的一个或更多个操纵器；和使得手术者能够在观察术野的同时操纵操纵器的控制器。机器人外科系统包括观察装置，和能够从操纵器移除的多个处理工具。
[0004]以多个体节经由连接部彼此连接的方式来构造处理工具的主体。通过弯曲各个连接部而向操纵器赋予一个或更多个自由度。通道形成在主体中。光纤插入到通道中。传感器控制器附接到光纤的近端部。
[0005]光纤和传感器控制器用于检测处理工具的主体的弯曲量。下文中，详细描述这一点。
[0006]四个芯布置在光纤中，以便位于距光纤的中心轴相等的距离处。在光纤的截面中，这些芯被布置为使得两组成对芯中的一组所面向的方向与另一组所面向的方向正交。
[0007]在各个芯中，作为一种衍射光栅的光纤布喇格光栅(Fiber Bragg Grating)设置在沿纵向的相同位置处。传感器控制器连接到该组中的两个芯。当弯曲光纤时，该组中两个芯中的一个芯变得比另一个长。传感器控制器可以使用以下方法检测该状态。
[0008]反射一部分光的反射镜附接到各个芯的远端。传感器控制器从各个芯的近端向其远端输出具有不同波长的光。传感器控制器检测被反射镜反射并返回的光量。因为被反射镜反射并返回的光量根据芯的弯曲量而改变，所以内部插入光纤的处理工具的弯曲量可以通过检测光量来检测。
[0009]引用列表
[0010]专利文献
[0011]PLT 1:美国专利 7, 930, 065
【发明内容】
[0012]本发明要解决的问题
[0013]在PLT I中描述的机器人外科系统中，需要使用操纵线等来操纵处理工具的连接部，以便弯曲连接部并改变相邻体节之间形成的角度。当用于弯曲主体的操纵线和用于检测主体的弯曲量的光纤插入到主体中时，存在的问题在于主体的外径大。
[0014]本发明的目的是提供一种外径减小的位置检测传感器。
[0015]用于解决问题的手段
[0016]根据本发明的第一方面，一种位置检测传感器包括:线性构件；导电部和绝缘部，该导电部和绝缘部设置在所述线性构件的外周中并且沿所述线性构件的轴线方向并排布置；支撑构件，该支撑构件具有绝缘特性并且设置为能够相对于所述导电部和所述绝缘部沿所述轴线方向相对地进退；以及导电接触构件，该导电接触构件附接到所述支撑构件并且被构造为使得所述接触构件的远端借助朝向所述导电部和所述绝缘部的外表面的偏置力而与所述导电部和所述绝缘部的外表面接触。
[0017]根据本发明的第二方面，在根据第一方面的位置检测传感器中，所述导电部和所述绝缘部可以设置在所述线性构件的整个圆周上。
[0018]根据本发明的第三方面，根据第一方面或第二方面的位置检测传感器可以还包括:第一偏置构件，该第一偏置构件被构造为产生所述偏置力；第二偏置构件，该第二偏置构件被构造为产生所述偏置力；保持构件，该保持构件被构造为保持所述第一偏置构件和所述第二偏置构件；以及固定部，该固定部被构造为将所述第一偏置构件和所述第二偏置构件固定到所述保持构件。所述第一偏置构件和所述第二偏置构件可以与所述保持构件一起附接到所述支撑构件。所述接触构件可以包括附接到所述第一偏置构件的第一接触构件和附接到所述第二偏置构件的第二接触构件。所述导电部可以设置为多个，并且所述绝缘部可以设置为多个。所述多个导电部中的每一个和所述多个绝缘部中的每一个可以沿所述轴线的方向交替布置。所述保持构件可以保持所述第一偏置构件和所述第二偏置构件，使得在所述第二接触构件和所述多个导电部或所述多个绝缘部接触的位置与所述第一接触构件和所述多个导电部或所述多个绝缘部接触的位置之间沿所述轴线的方向的距离变为预定距离。
[0019]根据本发明的第四方面，在根据第三方面的位置检测传感器中，沿所述轴线方向延伸的第一保持孔可以形成在所述保持构件中，并且所述第一偏置构件能够插入到所述第一保持孔中。被构造为防止所述第一偏置构件在所述第一保持孔中绕所述第一偏置构件的纵向旋转的旋转防止部设置在所述第一保持孔中。
[0020]根据本发明的第五方面，在根据第三方面或第四方面的位置检测传感器中，所述多个导电部中的每一个沿所述轴线方向的长度和所述多个绝缘部中的每一个沿所述轴线方向的长度可以彼此相等。当所述多个导电部中的每一个沿所述轴线方向的长度是L并且N是自然数时，所述预定距离可以等于使用表达式L(N-l/2)而获得的值。
[0021]根据本发明的第六方面，根据第一方面或第二方面的位置检测传感器可以还包括导电管状构件，该导电管状构件设置在所述导电部和所述绝缘部与所述线性构件之间，并电连接到所述导电部。所述导电部可以设置为多个构件。所述绝缘部可以布置在沿所述轴线方向相邻的所述多个导电部之间。所述多个导电部中的每一个沿所述轴线方向的长度和所述绝缘部沿所述轴线方向的长度可以被设置为彼此大致相等。
[0022]根据本发明的第七方面，根据第六方面的位置检测传感器可以还包括覆盖所述线性构件的外周的绝缘覆盖材料。所述接触构件可以包括第一接触构件和第二接触构件。所述第二接触构件接触所述多个导电部或所述绝缘部的位置可以相对于所述第一接触构件接触所述多个导电部或所述绝缘部的位置，沿所述轴线的方向平移所述多个导电部中的每一个沿所述轴线方向的长度的一半。
[0023]根据本发明的第八方面，在根据第六方面的位置检测传感器中，所述接触构件可以包括第一接触构件和第二接触构件。所述线性构件可以具有导电性。所述线性构件可以电连接到所述管状构件。所述第二接触构件接触所述多个导电部或所述绝缘部的位置可以相对于所述第一接触构件接触所述多个导电部或所述绝缘部的位置，沿所述轴线方向平移所述多个导电部中的每一个沿所述轴线方向的长度的一半。
[0024]根据本发明的第九方面，在根据第六方面的位置检测传感器中，所述接触构件可以包括形成为球形的第一接触构件和形成为球形的第二接触构件。所述第二接触构件接触所述多个导电部或所述绝缘部的位置可以相对于所述第一接触构件接触所述多个导电部或所述绝缘部的位置，沿所述轴线方向平移所述多个导电部中的每一个沿所述轴线方向的长度的一半。
[0025]根据本发明的第十方面，根据第六方面的位置检测传感器可以还包括接收构件，该接收构件包括朝向所述线性构件的所述轴线开口的凹部并且由导电材料形成。所述接收构件可以被构造为在所述凹部中旋转地支撑所述接触构件。
[0026]根据本发明的第十一方面，根据第二方面的位置检测传感器可以包括第二导电部，该第二导电部沿所述轴线方向与所述导电部和所述绝缘部并排布置，并且所述第二导电部沿所述轴线方向的长度可以被设置为等于或大于所述导电部的长度。所述接触构件可以包括第一接触构件、第二接触构件、第三接触构件和第四接触构件。所述第二接触构件与所述导电部、所述绝缘部、或所述第二导电部接触的位置可以相对于所述第一接触构件接触所述导电部、所述绝缘部或所述第二导电部的位置，向所述线性构件的近端平移所述导电部沿所述轴线方向的长度的一半。所述第三接触构件与所述导电部、所述绝缘部、或所述第二导电部接触的位置可以相对于所述第二接触构件接触所述导电部、所述绝缘部或所述第二导电部的位置，向所述线性构件的近端平移所述导电部沿所述轴线方向的长度的一半。所述第四接触构件与所述导电部、所述绝缘部、或所述第二导电部接触的位置可以相对于所述第三接触构件接触所述导电部、所述绝缘部或所述第二导电部的位置，向所述线性构件的近端平移所述导电部沿所述轴线方向的长度的一半。
[0027]根据本发明的第十二方面，根据第一方面的位置检测传感器可以还包括保持构件，该保持构件设置在所述线性构件的所述外周中，并且在所述保持构件的外表面中包括与所述线性构件的所述轴线平行的保持面。所述导电部和所述绝缘部可以布置在所述保持面上。所述支撑构件可以被构造为能够相对于所述导电部和所述绝缘部沿所述轴线方向进退，并且可以被构造为防止所述线性构件相对于所述导电部和所述绝缘部沿周向旋转。
[0028]根据本发明的第十三方面，一种操纵器包括:根据第一至第十二方面中任意一个方面的位置检测传感器；和被所述支撑构件枢转地支撑的枢转构件。所述线性构件的远端部附接到所述枢转构件。
[0029]本发明的有益效果
[0030]根据上述各个方面的位置检测传感器，可以将位置检测传感器构造成小尺寸且简单并且减小位置检测传感器的外径。
【附图说明】
[0031]图1是例示包括根据本发明的第一实施方式的位置检测传感器和操纵器的操纵器系统的整体图。
[0032]图2是操纵器系统的框图。
[0033]图3是操纵器系统的内窥镜中的远端部的立体图。
[0034]图4是例示内窥镜的操纵器的内部构造的部分剖视立体图。
[0035]图5是操纵器的位置检测传感器的横向剖面图。
[0036]图6是例示位置检测传感器、第一检测器和第二检测器的等效电路的图。
[0037]图7是例示导电环和绝缘环相对于位置检测传感器的接触构件的位置的关系的示意图。
[0038]图8是例示导电环和绝缘环相对于位置检测传感器的接触构件的位置的关系的示意图。
[0039]图9是例示导电环和绝缘环相对于位置检测传感器的接触构件的位置的关系的示意图。
[0040]图10是例示导电环和绝缘环相对于位置检测传感器的接触构件的位置的关系的示意图。
[0041]图11是图7至图10所示的状态的各个开关的接通/断开状态的图。
[0042]图12是例示位置检测传感器的操纵线被推动时切换各个开关的导通状态和阻断状态的时刻的图。
[0043]图13是例示位置检测传感器的操作线被缩回时切换各个开关的导通状态和阻断状态的时刻的图。
[0044]图14是例示制造位置检测传感器的方法的图。
[0045]图15是例示制造位置检测传感器的方法的图。
[0046]图16是例示制造位置检测传感器的方法的图。
[0047]图17是例示使用操纵器系统的过程的图。
[0048]图18是根据本发明的第一实施方式的位置检测传感器的修改例中的位置检测传感器的横向剖面图。
[0049]图19是根据本发明的第二实施方式的位置检测传感器的横向剖面图。
[0050]图20是根据本发明的第三实施方式的位置检测传感器的横向剖面图。
[0051]图21是例示导电环、第二导电环和绝缘环相对于位置检测传感器的接触构件的位置的关系的示意图。
[0052]图22是例示导电环、第二导电环和绝缘环相对于位置检测传感器的接触构件的位置的关系的示意图。
[0053]图23是例示接触构件接触位置检测传感器的导电环和绝缘环的位置的示意图。
[0054]图24是对应于位置检测传感器的各个位置的开关的接通/断开状态的图。
[0055]图25是根据本发明的第四实施方式的位置检测传感器的横向剖面图。
[0056]图26是根据本发明的第五实施方式的位置检测传感器的主要部件的立体图。
[0057]图27是例示导电环和绝缘环与第一接触构件之间的接触状态的图。
[0058]图28是例示根据本发明的第六实施方式的操纵器的内部构造的部分剖面立体图。
[0059]图29是操纵器的位置检测传感器的横向剖面图。
[0060]图30是位置检测传感器的主要部件的立体图。
[0061]图31是沿着图30中的切割线Al-Al截取的剖面图。
[0062]图32是根据本发明的第六实施方式的位置检测传感器的修改例中的位置检测传感器的部分剖面立体图。
[0063]图33是透过包括根据本发明的第七实施方式的位置检测传感器和操纵器的操纵器系统的主要部件的立体图。
[0064]图34是从箭头方向A2看到的图33的图。
[0065]图35是位置检测传感器的主要部件的剖面图。
[0066]图36是根据本发明的第七实施方式的位置检测传感器的修改例中的位置检测传感器的主要部件的剖面图。
[0067]图37是根据本发明的第七实施方式的位置检测传感器的修改例中的位置检测传感器的主要部件的剖面图。
[0068]图38是根据本发明的第七实施方式的位置检测传感器的修改例中的位置检测传感器的主要部件的剖面图。
【具体实施方式】
[0069](第一实施方式)
[0070]下文中，将参照图1至图16描述包括根据本发明的第一实施方式的位置检测传感器和操纵器的操纵器系统。
[0071]如图1和图2例示，操纵器系统I包括从装置10、主装置70和控制装置80。内窥镜11设置在从装置10中。诸如外科医生等的操作者O操纵主装置70，使得主装置70向控制装置80给予操纵信息。控制装置80根据操纵信息来控制从装置10。
[0072]从装置10如图1例示包括手术台12、多关节机器人13和上述内窥镜11。患者P放置在手术台12上。多关节机器人13布置在手术台12附近。内窥镜11附接到多关节机器人13。
[0073]多关节机器人13具有包括近端部固定到基底13a的臂13b的公知构造。臂13b具有所谓的多关节结构。臂13b根据从主装置70输出的操纵信息来操作。
[0074]内窥镜11如图3例示包括长挠性内窥镜插入部16