关节机构、机械手和机械手系统的制作方法
【专利摘要】能够以较小的牵引力弯曲，实现装置的小型化和控制特性的提高。提供关节机构(12a)，其具有：筒状的第1部件(13a)，其具有贯通孔(17)；第2部件(13b)，其配置在该第1部件(13a)的前端侧，设置成能够相对于第1部件(13a)绕与中心轴交叉的摆动轴线摆动；具有挠性的筒状的引导外皮(21a、21b)，其贯通于贯通孔(17)的中心轴附近，前端固定在第2部件(13b)上；操作线(22a、22b)，其导入到该引导外皮(21a、21b)的前端侧；以及折返部(20a、20b)，其设置在第2部件(13b)中从摆动轴线沿径向偏移后的位置，使经由引导外皮(21a、21b)从第1部件(13a)侧导入的操作线(22a、22b)向第1部件(13a)侧掉头，折返部(20a、20b)中掉头的操作线(22a、22b)的前端固定在沿径向偏移后的位置。
【专利说明】
关节机构、机械手和机械手系统
技术领域
[0001 ]本发明涉及关节机构、机械手和机械手系统。
【背景技术】
[0002]以往，公知有具有多关节弯曲机构的医疗设备，该多关节弯曲机构分别通过操作线独立地单独操作以能够摆动的方式连结的多个弯曲块(例如参照专利文献I。)。
[0003]该多关节弯曲机构是如下方式:为了产生力矩，通过各操作线将各弯曲块的接近外周的位置牵引到基端侧。因此，为了高效地向弯曲块传递牵引力，进行路由选择以使得各操作线和对该操作线进行引导的筒状的引导外皮穿过弯曲块的比较接近外周的路径。
[0004]并且，在专利文献I的多关节弯曲机构中，在比与前端侧的弯曲块连接的操作线更靠弯曲块的径向的内侧，配置有与基端侧的弯曲块连接的操作线。而且，当通过对操作线施加牵引力而使各弯曲块相对于其他弯曲块摆动时，与此相伴，操作线和引导外皮弯曲。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献I:日本特许第5197980号公报
【发明内容】
[0008]发明要解决的课题
[0009]但是，如专利文献I的多关节弯曲机构那样，在弯曲块的接近外周的位置对引导外皮进行路由选择的情况下，特别地，配置在弯曲的最内侧的引导外皮必须以极小的曲率半径进行弯曲，存在如下的不良情况:由于操作线和引导外皮的刚性，各关节的弯曲所需要的牵引力根据弯曲的程度而大幅变化。在牵引力根据弯曲而变化的情况下，为了增大牵引力，需要使装置大型化，并且，控制特性恶化，所以是不理想的。
[0010]并且，关于在弯曲块的接近外周的位置进行路由选择的引导外皮，在关节弯曲时配置在内侧的情况下和配置在外侧的情况下，必要长度大幅不同，所以，还存在必须预先假设进行弯曲而使引导外皮松弛、必须确保其收纳空间的不良情况。并且，由于引导外皮自身的刚性，使引导外皮松弛也需要力，有时对驱动造成不良影响。
[0011]本发明是鉴于上述情况而完成的，提供能够以较小的牵引力进行弯曲、能够实现装置的小型化和控制特性的提高的关节机构、机械手和机械手系统。
[0012]用于解决课题的手段
[0013]为了实现上述目的，本发明提供以下手段。
[0014]本发明的一个方式是一种关节机构，其具有:筒状的第I部件，其具有沿着中心轴方向贯通的贯通孔;第2部件，其配置在该第I部件的前端侧，设置成能够相对于该第I部件绕与所述中心轴交叉的摆动轴线摆动;具有挠性的筒状的引导外皮，其贯通于所述第I部件的所述贯通孔的所述中心轴附近，前端固定在所述第2部件上;操作线，其经由该引导外皮导入到该引导外皮的前端侧；以及折返部，其设置在所述第2部件中从所述摆动轴线沿径向偏移后的位置，使经由所述引导外皮从所述第I部件侧导入来的操作线向所述第I部件侧掉头，该折返部中掉头的所述操作线的前端固定在从所述第I部件的所述摆动轴线沿径向偏移后的位置。
[0015]根据本方式，当使朝向基端侧的牵引力作用于操作线的基端时，牵引力通过操作线传播到前端，作用在使折返部和固定操作线的前端的第I部件相互接近的方向上，该折返部使操作线掉头。由于折返部和操作线相对于第I部件的固定位置从摆动轴线沿径向偏移，所以，作用有与偏移量和牵引力的大小对应的力矩，能够使第2部件相对于第I部件绕摆动轴线在一个方向上摆动。
[0016]该情况下，当第2部件相对于第I部件摆动时，前端固定在第2部件上的引导外皮也向第2部件的摆动方向弯曲，但是，引导外皮配置成贯通关节机构的中心轴附近，仅操作线配置在关节机构的外周附近，所以，能够防止刚性比较高的引导外皮以极小的曲率半径进行弯曲，能够以较小的牵引力使其弯曲。其结果，能够实现装置的小型化和控制特性的提尚O
[0017]在上述方式中，也可以是，所述折返部是卷绕所述操作线而使该操作线掉头的滑轮。
[0018]由此，在通过施加给操作线的牵引力使第2部件相对于第I部件摆动时，使滑轮旋转，能够以较少的摩擦力使操作线移动，进而，能够以较小的牵引力进行弯曲。
[0019]并且，在上述方式中，也可以是，所述折返部是通过使所述操作线贯通而使该操作线掉头的大致U字状的管状部件。
[0020]由此，在通过施加给操作线的牵引力使第2部件相对于第I部件摆动时，能够维持由管状部件确定的曲率半径并使操作线在管状部件内移动，能够以稳定的牵引力使其弯曲。
[0021]并且，在上述方式中，也可以是，所述引导外皮、所述操作线和所述折返部各设置有一对，以使所述第2部件相对于所述第I部件绕所述摆动轴线在2个方向上摆动。
[0022]由此，能够对一个操作线施加牵引力，使第2部件相对于第I部件在一个方向上摆动，对另一个操作线施加牵引力，使第2部件相对于第I部件在多个方向上摆动。这样，在绕摆动轴线在2个方向上摆动的情况下，特别是在能够防止引导外皮在2个方向上都以极小的曲率半径进行弯曲的方面，使引导外皮在中心轴附近贯通的效果较高。
[0023]并且，在上述方式中，也可以是，一对所述折返部被设置成，使一对所述操作线在径向上局部重合的位置处掉头。
[0024]由此，能够确保折返部的直径大于第2部件的半径，在使操作线掉头时，能够减少操作线与折返部之间产生的摩擦力。
[0025]并且，在上述方式中，也可以是，在所述第I部件与所述第2部件之间具有I个以上的中间部件，该I个以上的中间部件以能够绕相互并行的2个以上的中间轴线摆动的方式连结。
[0026]由此，通过使中间部件绕中间轴线摆动，使中间轴线的位置在摆动方向上移动，能够确保第2部件相对于第I部件的综合的摆动角度范围较大。
[0027]并且，在上述方式中，也可以是，在各所述中间部件上设置有使所述引导外皮贯通的外皮用贯通孔和使所述操作线贯通的线贯通部，该线贯通部是在与所述中间轴线垂直的方向上延伸的长孔或切口。
[0028]由此，根据第2部件相对于第I部件的摆动角度，在由长孔或切口构成的线贯通部内使操作线在与中间轴线垂直的方向上移动，由此，极力解放在横方向上对操作线施加的力，能够减少操作线移动时的摩擦。由此，仅对操作线施加较小的牵引力，就能够使第2部件相对于第I部件摆动。
[0029]并且，本发明的另一个方式是一种机械手，其以串联方式具有2个以上的上述任意一项所述的关节机构。
[0030]根据本方式，能够确保综合的弯曲角度范围更大。
[0031]在上述方式中，也可以是，设置在各所述关节机构上的折返部配置在各所述第2部件的径向和周向上大致相同的位置。
[0032]由此，作为多个第I部件、第2部件和折返部，能够采用相同形状的部件，能够实现部件的相同化。并且，使作用有牵引力的折返部和操作线的前端的固定位置相同，在全部关节机构中，能够实现同等的控制特性。
[0033]并且，在上述方式中，也可以是，设置在各所述关节机构上的折返部配置在各所述第2部件的径向上大致相同的位置且周向上不同的位置。
[0034]由此，能够使作用有牵引力的折返部和操作线的前端的固定位置维持大致同等，并且自然地进行从引导外皮的前端开口朝向折返部的操作线的路由选择。
[0035]本发明的另一个方式是一种机械手，其具有:筒状的机械手主体;基端侧关节部，其设置在该机械手主体的前端；以及前端侧关节部，其与该基端侧关节部的前端侧串联连接，具有上述任意一项所述的I个以上的关节机构，该基端侧关节部具有以能够绕摆动轴线摆动的方式与所述机械手主体连结的摆动部件、前端开口固定在所述机械手主体上的筒状的引导外皮、以及前端固定在从所述摆动部件的所述摆动轴线沿径向偏移后的位置的操作线，该操作线经由该引导外皮导入，从该引导外皮的所述前端开口突出并延伸。
[0036]根据本方式，在最接近机械手主体的基端侧关节部中，通过从机械手主体侧向基端侧牵引摆动部件，能够使摆动部件相对于机械手主体摆动。由此，能够减少贯通基端侧关节部的引导外皮的数量，能够降低刚性，能够以较小的牵引力使基端侧关节部进行弯曲。
[0037]本发明的另一个方式是一种机械手，其具有:筒状的机械手主体，其具有沿着中心轴方向贯通的贯通孔;摆动部件，其配置在该机械手主体的前端侧，设置成能够相对于该机械手主体绕与所述中心轴交叉的摆动轴线摆动;具有挠性的筒状的引导外皮，其贯通于所述机械手主体的所述贯通孔的所述中心轴附近，前端固定在所述摆动部件上;操作线，其经由该引导外皮导入到该引导外皮的前端侧；以及折返部，其设置在所述摆动部件上，使经由所述引导外皮从所述机械手主体侧导入来的操作线向所述机械手主体侧掉头，该折返部中掉头的所述操作线的前端固定在从所述机械手主体的所述摆动轴线沿径向偏移后的位置。
[0038]根据本方式，在机械手主体的前端配置有单一关节机构的机械手中，通过使操作线掉头并在机械手主体固定前端，能够使牵引力作用于从摆动轴线沿径向充分偏移后的位置，能够通过较小的牵引力使摆动部件摆动。
[0039]本发明的另一个方式是一种机械手系统，其具有:从装置，其具有上述任意一项所述的机械手和驱动该机械手的驱动部；主装置，其具有由操作者操作的操作部；以及控制器，其根据由该主装置的所述操作部输入的输入信号对所述从装置的驱动部进行控制。
[0040]发明效果
[0041]根据本发明，发挥能够以较小的牵引力进行弯曲、能够实现装置的小型化和控制特性的提高这样的效果。
【附图说明】
[0042]图1是示出本发明的一个实施方式的机械手系统的整体结构图。
[0043]图2是示出具有内窥镜的从装置的立体图。
[0044]图3是图2的内窥镜的弯曲部的(a)简化侧视图、(b)示意性侧视图。
[0045]图4是示出使图3的弯曲部的基端侧关节组笔直延伸的状态的纵剖视图。
[0046]图5是示出使图3的弯曲部的基端侧关节组的最前端的屈曲关节屈曲的状态的纵剖视图。
[0047]图6是示出图3的弯曲部的基端侧关节组的最基端侧的屈曲关节的分解立体图。
[0048]图7是示出图5的屈曲关节中的滑轮、引导外皮和操作线的配置的在沿着中心轴的方向上观察的连杆部件的主视图。
[0049]图8是示出图4的基端侧关节组中的滑轮、引导外皮和操作线的配置的示意性侧视图和各连杆部件的主视图。
[0050]图9是示出图6的变形例的分解立体图。
[0051]图10是示出图7的滑轮的配置的变形例的主视图，其中(a)是最基端侧的连杆部件的主视图，(b)是基端侧第2个连杆部件的主视图，(C)是基端侧第3个连杆部件的主视图。
[0052]图11是示出图7的滑轮的变形例的主视图。
[0053]图12是示出图8的变形例的示意性侧视图和各连杆部件的主视图。
[0054]图13是示出交替配置屈曲方向不同的屈曲关节的基端侧关节组的侧视图。
[0055]图14是图13的主视图，其中(a)是最基端侧的连杆部件的主视图，(b)是基端侧第2个连杆部件的主视图，(C)是基端侧第3个连杆部件的主视图。
[0056]图15是示出图14的变形例的主视图，其中(a)是最基端侧的连杆部件的主视图，(b)是基端侧第2个连杆部件的主视图，(C)是基端侧第3个连杆部件的主视图。
[0057]图16是示出具有单一的屈曲关节的弯曲部的纵剖视图。
[0058]图17是示出块的变形例的主视图。
[0059 ]图18是示出块的另一个变形例的主视图。
[0060]图19是示出具有图18的块的弯曲部的纵剖视图。
【具体实施方式】
[0061]下面，参照附图对本发明的一个实施方式的关节机构、机械手和机械手系统进行说明。
[0062]本实施方式的机械手系统是内窥镜系统I，如图1所示，具有由医师(操作者)A操作的主装置2、通过经由该主装置2的输入来驱动的从装置3、根据针对主装置2的输入对从装置3进行控制的控制器4、监视器25。
[0063]如图2所示，从装置3具有插入到患者P的体腔内的本实施方式的内窥镜(机械手)
5、以及对该内窥镜5进行驱动的驱动部6a、6b。
[0064]本实施方式的内窥镜5是具有能够弯曲的软性的细长的插入部7的软性内窥镜，具有细长的软性部(机械手主体)8、配置在前端的前端部9、配置在这些前端部9与软性部8之间的弯曲部10。另外，在本实施方式中，设为软性内窥镜，但是，也可以是具有细长的硬性部的硬性内窥镜。
[0065]如图3(a)、(b)所示，弯曲部10具有用于对前端部9相对于软性部8的前端的位置和姿势进行变更的前端侧关节组11和基端侧关节组12。前端侧关节组11和基端侧关节组12在插入部7的长度方向上并列排列。图3(a)是弯曲部10的简化图，图3(b)是弯曲部10的示意性图。
[ΟΟ??] 基端侧关节组12具有多个例如4个屈曲关节(关节机构)12a?12d。这些屈曲关节12a?12d分别设置在2个连杆部件13a?13e之间，使相邻2个连杆部件13a?13e之间的相对角度变化。
[0067]各屈曲关节12a?12d绕在插入部7的长度方向即各连杆部件13a?13e的长度轴方向上隔开间隔且平行配置(沿着Y轴方向)的轴线14a?14d分别独立地屈曲。各屈曲关节12a?12d例如构成为能够在±60°的屈曲角度范围内屈曲，基端侧关节组12整体能够以±240°屈曲。另外，轴线14a?14d不需要必须平行配置，只要并行排列以使得能够屈曲即可。
[0068]下面，参照图4?图7对本实施方式的屈曲关节12a?12d进行说明。
[0069]首先，对最基端侧的屈曲关节12a进行详细说明。
[0070]如图4和图5所示，屈曲关节12a具有构成软性部8的端部的连杆部件(第I部件)13a、连杆部件(第2部件)13b、在它们之间连结的多个例如4个块(中间部件)15a?15d。
[0071]各连杆部件13a?13e和各块15a?15d以能够绕大致平行的轴线(中间轴线)16a?16e相对摆动的方式连结。另外，轴线16a?16e也不需要必须平行配置，只要并行排列以使得能够屈曲即可。
[0072]如图6所示，在软性部8和连杆部件13a、13b上设置有在长度方向上贯通的贯通孔17。并且，块15a?15d形成为在中央具有在厚度方向上贯通的贯通孔18的环状。在连杆部件13b和各块15a?15d上设置有2对连结部19a、19b，这2对连结部19a、19b用于以能够绕2个大致平行的轴线16a?16e相对摆动的方式与配置在其两侧的连杆部件13a、13b或其他块15a?15d连结。组合2个部件13b 1、13b2来构成连杆部件13b。
[0073]并且，本实施方式的屈曲关节12a具有:2个滑轮20a、20b，它们以能够旋转的方式安装在连杆部件13b上;具有挠性的筒状的引导外皮21a、21b，其贯通软性部8的贯通孔17和块15a?15d的贯通孔18，沿着它们的中心轴附近配置，前端开口固定在连杆部件13b的部件13bl上；以及操作线22a、22b，其经由该引导外皮21a、21b从软性部8的基端侧导入。
[0074]如图7所示，滑轮20a、20b隔着连结连杆部件13b和块15a的轴线16a而在两侧以能够绕与该轴线16a大致平行的轴线23a、23b旋转的方式安装在连杆部件13b上。由此，一对滑轮20a、20b使从配置在连杆部件13b的轴线16a的附近的一对引导外皮21a、21b的前端开口突出的一对操作线22a、22b向相反方向掉头，分别从轴线16a沿着径向上最远的连杆部件13b和块15a?15d的外周附近的路径向连杆部件13a的方向返回。
[0075]在各块15a?15d上设置有一对贯通孔24a、24b，在这一对贯通孔24a、24b中分别贯通有通过一对滑轮20a、20b向外周侧掉头的一对操作线22a、22b。通过一对滑轮20a、20b折返的一对操作线22a、22b贯通各块15a?15d的贯通孔24a、24b后，其端部分别固定在连杆部件13a的固定部26a、26b上。
[0076]其他屈曲关节12b?12d也具有与上述屈曲关节12a相同的构造。即，各屈曲关节12b?12d将与基端侧相邻的屈曲关节12b?12d的前端侧的连杆部件13b?13d作为第I部件，将与前端侧相邻的连杆部件13c?13e作为第2部件，在它们之间分别具有4个块15a?15d。如图8中简化示出的那样配置各屈曲关节12a?12d的引导外皮21a、21b、滑轮20a、20b和操作线22a、22b。
[0077]图5示出基端侧关节组12中的配置在最前端的屈曲关节12d的动作。通过从插入部7的基端侧到屈曲关节12d的前端侧的连杆部件13e沿着长度方向配置的2根引导外皮21a、21b，分别引导至连杆部件13e的2根操作线22a、22b通过滑轮20a、20b分别掉头，固定在屈曲关节12d的基端侧的连杆部件13d的固定部26a、26b上。从如图4那样全部屈曲关节12a?12d笔直延伸的状态起，如图5那样对一个操作线22a施加牵引力F，由此，能够仅使前端的屈曲关节12d在一个方向上屈曲。另外，此时，操作线22b被送出屈曲所需要的量。
[0078]如图3(a)所示，前端侧关节组11具有多个例如3个屈曲关节(前端侧屈曲关节)lla?11c。这些屈曲关节I Ia?Ilc也分别配置在2个连杆部件13f?13h之间，使2个连杆部件13f?13h之间的相对角度变化。
[0079]如图3(a)所示，基端侧的2个屈曲关节11a、Ilb分别使连杆部件13f?13h绕轴线14e、14f摆动，该轴线14e、14f与包含基端侧关节组12的最前端的屈曲关节12d的轴线14d和连杆部件13e?13h的长度轴在内的平面垂直(沿着Z轴方向)。并且，最前端的I个屈曲关节I Ic使前端部9绕轴线14g摆动，该轴线14g与包含上述屈曲关节I la、I Ib的轴线14e、14f和连杆部件13e?13h的长度轴在内的平面垂直(沿着Y轴方向)。另外，轴线14e、14f不是必须与包含轴线14d和长度轴的平面垂直，也可以与上述平面交叉设置以使得能够屈曲。
[0080]使全部屈曲关节Ila?11c、12a?12d进行动作的操作线22a、22b穿过软性部8的内部的贯通孔17从软性部8的基端侧导入弯曲部10。
[0081]如图2所示，驱动部6a、6b具有对前端侧关节组11进行驱动的前端侧驱动部6a和对基端侧关节组12进行驱动的基端侧驱动部6b这双方。各驱动部6a、6b经由中继部27而与内窥镜5的软性部8连接。
[0082]各驱动部6a、6b具有安装在各操作线22a、22b的基端的滑动件(图示省略)，以牵引经由软性部8内向基端侧延伸的操作线22a、22b的基端部，对单独施加给各操作线22a、22b的牵引力F进行调节。各驱动部6a、6b能够相对于电动式的具有致动器的驱动源28或手动式的手动操作用主动件(图示省略)进行拆装。
[0083]驱动源28的致动器例如是线性马达这样的线性致动器，当安装驱动部6a、6b后，致动器与驱动部6a、6b的滑动件卡合，通过致动器的工作，滑动件滑动，对操作线22a、22b赋予牵引力F。
[0084]并且，当手动操作用主动件安装驱动部6a、6b后，操作部与驱动部6a、6b的滑动件卡合，通过医师A施加的力，滑动件滑动，对操作线22a、22b赋予牵引力F。
[0085]在中继部27上设置有将处置器械插入到沿着插入部7的长度方向延伸并在前端面开口的钳子通道(图示省略)内的插入端口 29。
[0086]如图1所示，主装置2是具有与内窥镜5的弯曲部10相同数量的关节的相似形的输入装置。在各关节中具有检测其屈曲角度的编码器等检测器(图示省略)，输出医师A把持前端部并使其移动时的检测器检测到的主装置2的各关节的屈曲角度信号。
[0087]控制器4对驱动部6a、6b进行控制，以使得从主装置2输出的屈曲角度信号所表示的主装置2的各关节的屈曲角度和内窥镜5的弯曲部10的各屈曲关节I Ia?I Ic、12a?12d的屈曲角度成为相同角度。
[0088]下面，对这样构成的本实施方式的屈曲关节12a?12d、内窥镜5和内视系统I的作用进行说明。
[0089]在使用本实施方式的内窥镜5进行患者P的体腔内的观察和处置时，仅在对前端侧关节组11进行驱动的前端侧驱动部6a上安装手动操作用主动件来进行针对体腔内的插入作业。
[0090]医师A用左手把持手动操作用主动件并进行操作，并且用右手保持插入部7，利用与现有的内窥镜相同的方法将内窥镜5插入到体腔内。此时，通过使内窥镜5进行工作，对体腔内的状况进行拍摄并显示在监视器25中。医师A—边观察监视器25—边操作手动操作用主动件，由此对前端侧关节组11进行驱动，将插入部7插入到体腔内，直到内窥镜5的前端部9接近患部为止。
[0091 ]该状态下，由于在对基端侧关节组12进行驱动的基端侧驱动部6b上未安装驱动源28和手动操作用主动件，所以，基端侧关节组12模仿前端侧关节组11的动作，被动地追随该前端侧关节组11进行动作。由此，基端侧关节组12不会妨碍插入动作。
[0092]而且，在插入部7的前端部9配置在患部附近时，将手动操作用主动件切换为驱动源28，并且在基端侧驱动部6b上也安装驱动源28，医师A对主装置2进行操作。
[0093]作为基端侧关节组12，本实施方式的内窥镜5具有合计以±240°屈曲的4个屈曲关节12a?12d，所以，能够使弯曲部10呈U字状弯曲并使内窥镜5的前端面朝向后方。并且，在使弯曲部10呈U字状弯曲的状态下，各屈曲关节12a?12d的动作范围还存在余量，所以，能够使插入部7的前端部9进退。其结果，存在如下优点:不仅配置在针对体腔的插入方向的前方的患部，针对褶皱的里侧那样配置在相反方向上的患部，也能够使插入部7的前端面朝向容易观察或处置的位置。
[0094]如图5所示，在使本实施方式的屈曲关节12d屈曲时，通过驱动源28对经由引导外皮21a、21b引出到软性部8的基端侧的操作线22a、22b中的配置在屈曲内侧的一个操作线22a施加牵引力F进行牵引，与配置在外侧的路径长度一致地送出配置在屈曲外侧的另一个操作线22b。
[0095]由此，通过在操作线22a中传播到前端的牵引力F，在连杆部件13e上的滑轮20a与连杆部件13d上的固定部26a之间的操作线22a中产生张力，使连杆部件13d、13e和它们之间的块15a?15d相对摆动，连杆部件13e上的滑轮20a和连杆部件13d上的固定部26a接近，屈曲关节12d屈曲。屈曲关节12a?12c也能够同样屈曲。
[0096]该情况下，在各屈曲关节12a?12d中，将操作线22a、22b从软性部8的基端侧导入至IJ前端侧的连杆部件13b?13e的引导外皮21a、21b沿着屈曲关节12a?12d的中心轴附近配置。因此，与一般由于配置在关节外周附近而在内侧配置外皮的情况相比，能够保持屈曲关节12a?12d屈曲时的引导外皮21a、21b的曲率半径较大。
[0097]进而，在弯曲方向反转的情况下，由于沿着屈曲关节12a?12d的中心轴附近配置，所以，外皮的曲率半径的偏移较小，能够将由于外皮的刚性而产生的弯曲时的阻力的变动抑制为较少。
[0098]与配置在内侧的操作线22a相比，引导外皮21a、21b为大径且弯曲刚性较高，所以，存在如下优点:通过在屈曲时保持曲率半径较大，能够减小屈曲所需要的牵引力F，并且，能够将必要的牵引力F的变动抑制为较少。
[0099]并且，操作线22a、22b通过滑轮20a、20b折返以进行掉头，所以，能够以较少的摩擦、顺畅地进行屈曲关节12a?12d被施加牵引力F而屈曲时的操作线22a、22b的移动。由此，能够进一步减小用于使屈曲关节12a?12d屈曲的牵引力F。
[0100]并且，通过滑轮20a、20b折返的操作线22a、22b的前端固定于在径向上大幅远离构成第I部件的连杆部件13a?13d的轴线16e的固定部26a、26b上，所以，还存在如下优点:能够通过施加给操作线22a、22b的牵引力F产生较大的力矩，能够高效地使屈曲关节12a?12d屈曲。
[0101]并且，在本实施方式中，在各连杆部件13b?13e中，在周向和半径方向的相同位置以相同姿势配置相同滑轮20a、20b，所以，能够使连杆部件13b?13e相同化，能够减少部件的种类。
[0102]并且，具有这种屈曲关节12a?12d的本实施方式的内窥镜5能够将与屈曲关节12a?12d的屈曲程度对应的牵引力F的变化抑制为较低。因此，存在能够提高基于驱动部6a、6b的控制特性的优点。
[0103]进而，根据本实施方式的内窥镜系统I，由于内窥镜5的控制特性提高，由此，存在能够提高从装置3相对于主装置2的操作的响应性、能够提高操作性的优点。
[0104]另外，在本实施方式的屈曲关节12a?12d中，将对用于使各屈曲关节12a?12d向两侧弯曲的一对操作线22a、22b进行引导的一对引导外皮21a、21b配置在隔着轴线16a?16e相邻的位置，但是，在空间允许的情况下，优选在轴线16a?16e上并列配置成一列。由此，能够使全部引导外皮21a、21b的向两侧屈曲时的曲率半径相同，外皮的路径长度恒定，不需要使外皮松弛，能够最大限度地减小屈曲所需要的牵引力。
[0105]并且，在本实施方式中，作为使操作线22a、22b掉头的折返部，采用滑轮20a、20b，但是，取而代之，如图9所示，也可以采用由刚性较高的材质构成的、通过使操作线22a、22b贯通而使其掉头的U字状的管状部件30a、30b。由此，操作线22a、22b保持由管状部件30a、30b确定的曲率并在管状部件30a、30b内顺畅地移动，所以，能够通过较小的牵引力F进行弯曲动作。并且，根据不具有旋转的滑轮20a、20b这样的可动部件的构造，能够提高耐久性。
[0106]并且，在本实施方式中，在构成第2部件的全部连杆部件13b?13e中使滑轮20a、20b的配置相同化，但是，取而代之，如图10(a)?(c)所示，也可以使不同连杆部件13b?13d中的滑轮20a、20b的配置在周向上不同。斜线表示在对应的连杆部件13b?13d的滑轮20a、20b上导入操作线22a、22b的引导外皮21a、21b。由此，存在如下优点:能够使引导外皮21a、21b的前端开口接近滑轮20a、20b，能够合理地进行来自引导外皮21a、21b的操作线22a、22b的卷绕。
[0107]并且，在本实施方式中，在隔着轴线16a的两侧的对称位置配置一对滑轮20a、20b，但是，取而代之，如图11所示，也可以在厚度方向上偏移配置，以使得一对滑轮20a、20b彼此相互在径向上局部重合。通过这样配置，能够确保滑轮20a、20b的直径尺寸较大，能够增大折返的操作线22a、22b的曲率半径，能够减少对操作线22a、22b造成的负担。
[0108]并且，在本实施方式中，在全部屈曲关节12a?12d中通过滑轮20a、20b使操作线22a、22b掉头，但是，取而代之，如图12所示，关于最基端侧的屈曲关节12a，也可以采用如下方式:通过从固定在软性部8的端部的连杆部件13a上的引导外皮2la、2Ib向前端侧延伸的操作线22a、22b，向基端侧牵引连杆部件13b。根据这种结构，能够在不会由于屈曲关节12a的屈曲而屈曲的位置配置引导外皮21a、21b，能够省略滑轮20a、20b，能够简化构造。
[0109]并且，在本实施方式中，基端侧关节组12由具有大致平行的轴线14a?14d的4个屈曲关节12a?12d构成，但是，取而代之，如图13所示，也可以采用将屈曲方向配置成交替垂直的方向的基端侧关节组12。该情况下，如图14(a)?(c)所示，可以使引导外皮21a、21b的配置相同，而交替采用滑轮20a、20b的配置不同的连杆部件13b?13e，如图15所示，也可以使相同的连杆部件13b?13e的相位相差90°进行使用。图中，标号31是使刚性比引导外皮21a、21b更高的布线等贯通的通道。
[0110]并且，在本实施方式中，例示了具有串联连接4个屈曲关节12a?12d而得到的基端侧关节组12的内窥镜5，但是，取而代之，如图16所示，也可以应用于具有单一的屈曲关节12a的机械手5。
[0111]并且，作为块15a?15d，例示了具有使操作线22a、22b贯通的贯通孔24a、24b的块，但是，取而代之，如图17和图18所示，作为使操作线22a、22b贯通的贯通部，也可以采用具有在与轴线16a?16e垂直的方向上延伸的长孔32a、32b或槽33a、33b的部件。
[0112]如图16所示，在贯通孔24a、24b具有比操作线22a、22b的外径稍大的内径的情况下，当使屈曲关节12a?12d屈曲时，块15a?15d摆动，由此，设置在各块15a?15d上的贯通孔24a、24b排列在曲线上，所以，贯通了贯通孔24a、24b的操作线22a、22b弯曲以连接贯通孔24a、24b。
[0113]而且，该情况下，操作线22a、22b中产生的张力根据牵引力F的大小而增大，所以，操作线22a、22b按压贯通孔24a、24b的内表面，摩擦增大。与此相对，如图17和图18所示，通过使贯通部成为长孔32a、32b或槽33a、33b，如图19所示，能够减少屈曲关节12a?12d屈曲时的操作线22a、22b的径向的变形，即使张力增大，也能够减小操作线22a、22b与长孔32a、32b或槽33a、33b的内表面的摩擦力，能够确保操作线22a、22b的顺畅移动。另外，图19本身示出贯通部为槽33a、33b的情况下的屈曲状态。
[0114]并且，在本实施方式中，作为机械手和机械手系统的一例，例示了内窥镜5和内窥镜系统I，但是不限于此，还能够应用于处置器械等其他机械手和机械手系统。
[0115]并且，例示了设置在从装置3上的内窥镜5中设置的屈曲关节，但是，取而代之，也可以应用于设置在手动式的内窥镜中的屈曲关节。
[0116]并且，作为操作线22a、22b，可以举出单线、捻线、编线、板状等。
[0117]标号说明
[0118]A:医师(操作者)；1:内窥镜系统(机械手系统)；2:主装置;3:从装置;4:控制器;5:内窥镜(机械手)；8:软性部(机械手主体)；12a?12d:屈曲关节(关节机构)；13a:连杆部件(第I部件)；13b:连杆部件(第2部件)；14a:摆动轴线；15a?15d:中间部件；16a?16e:中间轴线；17:贯通孔；18:贯通孔(外皮用贯通孔)；20&、2013:滑轮(折返部)；21&、2113:引导外皮；22a、22b:操作线；24a:贯通孔(线贯通部)；30a、30b:管状部件(折返部)；32a、32b:长孔(线贯通部)；33&、3313:槽(线贯通部)。
【主权项】
1.一种关节机构，其具有: 筒状的第I部件，其具有沿着中心轴方向贯通的贯通孔； 第2部件，其配置在该第I部件的前端侧，设置成能够相对于该第I部件绕与所述中心轴交叉的摆动轴线摆动； 具有挠性的筒状的引导外皮，其贯通于所述第I部件的所述贯通孔的所述中心轴附近，前端固定在所述第2部件上； 操作线，其经由该引导外皮导入到该引导外皮的前端侧；以及 折返部，其设置在所述第2部件中从所述摆动轴线沿径向偏移后的位置，使经由所述引导外皮从所述第I部件侧导入来的操作线向所述第I部件侧掉头， 该折返部中掉头后的所述操作线的前端固定在从所述第I部件的所述摆动轴线沿径向偏移后的位置。2.根据权利要求1所述的关节机构，其中， 所述折返部是卷绕所述操作线而使该操作线掉头的滑轮。3.根据权利要求1所述的关节机构，其中， 所述折返部是通过使所述操作线贯通而使该操作线掉头的大致U字状的管状部件。4.根据权利要求1?3中的任意一项所述的关节机构，其中， 所述引导外皮、所述操作线和所述折返部各设置有一对，以使所述第2部件相对于所述第I部件绕所述摆动轴线在2个方向上摆动。5.根据权利要求4所述的关节机构，其中， 一对所述折返部被设置成，使一对所述操作线在径向上局部重合的位置处掉头。6.根据权利要求1?5中的任意一项所述的关节机构，其中， 在所述第I部件与所述第2部件之间具有I个以上的中间部件，该I个以上的中间部件以能够绕相互并行的2个以上的中间轴线摆动的方式连结。7.根据权利要求6所述的关节机构，其中， 在各所述中间部件上设置有使所述引导外皮贯通的外皮用贯通孔和使所述操作线贯通的线贯通部， 该线贯通部是在与所述中间轴线垂直的方向上延伸的长孔或切口。8.—种机械手，其以串联方式具有2个以上的权利要求1?7中的任意一项所述的关节机构。9.根据权利要求8所述的机械手，其中， 设置在各所述关节机构上的折返部配置在各所述第2部件的径向和周向上大致相同的位置。10.根据权利要求8所述的机械手，其中， 设置在各所述关节机构上的折返部配置在各所述第2部件的径向上大致相同的位置且周向上不同的位置。11.一种机械手，其具有: 筒状的机械手主体； 基端侧关节部，其设置在该机械手主体的前端；以及 前端侧关节部，其与该基端侧关节部的前端侧串联连接，具有权利要求1?7中的任意一项所述的I个以上的关节机构， 该基端侧关节部具有以能够绕摆动轴线摆动的方式与所述机械手主体连结的摆动部件、前端开口固定在所述机械手主体上的筒状的引导外皮、以及前端固定在从所述摆动部件的所述摆动轴线沿径向偏移后的位置的操作线，该操作线经由该引导外皮导入，从该引导外皮的所述前端开口突出并延伸。12.—种机械手，其具有: 筒状的机械手主体，其具有沿着中心轴方向贯通的贯通孔； 摆动部件，其配置在该机械手主体的前端侧，设置成能够相对于该机械手主体绕与所述中心轴交叉的摆动轴线摆动； 具有挠性的筒状的引导外皮，其贯通所述机械手主体的所述贯通孔的所述中心轴附近，前端固定在所述摆动部件上； 操作线，其经由该引导外皮导入到该引导外皮的前端侧；以及 折返部，其设置在所述摆动部件上，使经由所述引导外皮从所述机械手主体侧导入来的操作线向所述机械手主体侧掉头， 该折返部中掉头后的所述操作线的前端固定在从所述机械手主体的所述摆动轴线沿径向偏移后的位置。13.—种机械手系统，其具有: 从装置，其具有权利要求8?12中的任意一项所述的机械手和驱动该机械手的驱动部； 主装置，其具有由操作者操作的操作部；以及 控制器，其根据由该主装置的所述操作部输入的输入信号对所述从装置的驱动部进行控制。
【文档编号】B25J17/00GK105899117SQ201580004099
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年1月9日
【发明人】中山真悟, 岸宏亮
【申请人】奥林巴斯株式会社