专利名称：内窥镜处置用机器人系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及适当维持被插入体腔内的处置器具的把持状态的内窥镜处置用机器 人系统。
背景技术：
一般而言，已知内窥镜用机器人臂系统，其对被插入体腔内的内窥镜主体和穿过 钳子通道中的处置器具进行远程操作，使其进行所希望的动作。在该系统中，被设置在外部的主部由操作部和主控制部构成，所述操作部由操纵 杆或多个关节部件和连杆部件交替地连接而构成，所述主控制部将操作部的动作变换为电 信号，并作为操作信号进行输出。处置器具的前端部分的可动部位经由柔索等与处置器具 驱动部内由电动机驱动的滑轮等连接。对该操作部进行操作，由此通过电动机使滑轮旋转， 拉出或牵引柔索。其结果是，能够通过被插入体腔内的处置器具、例如利用把持钳子的臂和 被设置在臂前端的把持部来把持活体样本(病变部等)并向上方提起等，使其在把持的状 态下向所希望的方向移动。作为其代表例，已知具有柔性部的多自由度机器人处置器具。专利文献专利文献1 日本特开2002-200091号公报上述多自由度机器人处置器具在通过设置在臂前端的把持部把持着活体样本的 状态下，通过臂的关节部的弯折或柔性部的弯曲而得以自如地驱动。存在着在弯折臂的关节而使把持状态下的把持部移动到所希望的位置时根据其 移动方向进行弯曲的关节部或进行延伸的关节部。如果因这些弯曲或延伸动作而在维持把 持状态的柔索上产生松弛，从而使把持力降低，则活体样本可能从把持部掉落。相反地，也 存在该柔索的拉力变强而使把持力进一步变强的可能性。下面所述被认为是上述现象的原 因在柔性部和关节部弯曲的状态下，在结构上，由于在弯曲部的外侧和内侧柔索的路径长 度不同，并且挂在关节部上的柔索与穿过柔索的盘管之间的摩擦变化，因此，根据弯曲的程 度不同，把持力产生偏差。此外，作为处置器具，已知由两个高频刀构成的可动把持部件夹持活体并进行处 置的双极高频处置器具；以及利用一侧由高频刀构成而另一侧由陶瓷等绝缘材料构成的可 动把持部件来夹持活体并进行处置的单极高频处置器具。在这些高频处置器具中，为了实 现正确的处置，即使移动了把持部，也必须维持用适当的把持力把持作为处置对象的活体 的状态。
发明内容
于是，本发明的目的在于提供一种内窥镜处置用机器人系统，其具备检测多关节 结构的机器人处置器具上设置的用于把持活体的把持部的把持力的检测部，能够根据在把 持着活体的把持部的移动中得到的检测值，维持正常的把持状态。本发明为了实现上述目的，提供了一种内窥镜处置用机器人系统，其具备把持部，其附随内窥镜装置插入体腔内，由通过柔索操作而活动的把持部件把持所希望的活体； 机械手部，其在前端设置所述把持部，具有具备至少一自由度以上的自由度且向所希望的 角度弯曲或延伸的多关节结构；处置器具驱动部，其进行用于所述把持部的把持动作以及 使所述多关节结构的部位活动的柔索的牵引以及拉出；把持力检测部，其在所述把持部把 持住所述活体时，检测所述把持部件中的把持力；以及控制部，其在移动了把持状态的所述 把持部时，对所述处置器具驱动部指示所述把持部件的柔索操作，使得所述把持力检测部 检测出的所述把持力处于预先设定的阈值的范围内。本发明的内窥镜处置用机器人系统具备检测多关节结构的机器人处置器具上设 置的用于把持活体的把持部的把持力的检测部，能够根据把持住活体的把持部的移动中得 到的检测值，维持正常的把持状态。本发明的内窥镜处置用机器人系统在通过机械手部的驱动移动了把持部时，进行 推拉驱动把持部的柔索的控制，直至从检测部得到的检测值落入预先确定的阈值范围内， 所以消除了由伴随移动而产生的柔索的路径长度差引起的把持力变化和柔索与盘管之间 的摩擦引起的把持力偏差，在柔索上不会产生松弛和多余的牵引力，能够维持活体的正常 把持状态。
图1是示出本发明第一实施方式的内窥镜处置用机器人系统的总体结构的图。图2是示出第一实施方式中的用于控制各结构部的结构与检测信号和控制信号 等的流动的图。图3是用于说明第一实施方式中的使用了柔索张力传感器的柔索张力控制处理 的流程图。图4是示出本发明第二实施方式的内窥镜处置用机器人系统的总体结构的图。图5A是示出第二实施方式中为了检测把持力而设置了压力传感器的把持部的结 构例的图。图5B是示出单极高频处置器具的把持部的结构例的图，所述单极高频处置器具 的把持部作为图5A所示的第二实施方式的把持部的第一变形例。图5C是示出双极高频处置器具的把持部的结构例的图，所述双极高频处置器具 的把持部作为图5A所示的第二实施方式的把持部的第二变形例。图6是示出第二实施方式中的用于控制各结构部的结构与检测信号和控制信号 等的流动的图。图7是用于说明第二实施方式中的使用了压力传感器的柔索张力控制处理的流 程图。
具体实施例方式下面参照附图对本发明的实施方式进行详细的说明。图1是示出本发明第一实施方式的内窥镜处置用机器人系统的总体结构的图。图 2是示出用于进行内窥镜处置用机器人系统的各结构部的控制的结构以及检测信号和控制 信号等的流动的图。
本实施方式的内窥镜处置用机器人系统具备通过多根柔索来驱动的多关节结构 的机器人处置器具，在用于驱动该处置器具的机械手部和把持部的柔索上设置了用于检测 把持力的柔索张力传感器，根据所得到的柔索张力值(把持力)，进行把持控制处理。该内窥镜处置用机器人系统大体上由包含主部6的控制部1、机器人处置器具2以 及处置器具驱动部3构成。该机器人处置器具2是追随作为指示输入装置的主部6的操作 的主从型多关节电动处置器具。此外，可以具备由把持部把持活体、向把持部施加高频电力 而进行高频处置的双极高频处置夹具的功能。将本实施方式的主部6作为进行机械手部11的弯曲指示和把持部12的开闭指示 (把持指示)的部分进行说明，但进行把持指示的操作部位也可与主部6分开设置。此外， 主部6可以与内窥镜主体的操作部一体地构成，使得能够用一个操作部位进行对机器人处 置器具2的指示和对内窥镜主体的指示。控制部1由主部6、机器人处置器具控制部7以及张力传感器信号处理部8构成， 该主部6用于指示后述的机器人处置器具2的位置和姿态以及把持，该机器人处置器具控 制部7控制机器人处置器具2，该张力传感器信号处理部8用于检测把持状态。主部6具备多个关节部件与连杆部件交替连接而成的操作部6a以及未图示的主 控制部，该主控制部将操作部6a的动作变换为电信号且作为操作信号输出。此外，在操作 部6a上设置有未图示的开关，该开关用于指示下述操作进行把持部12的开闭动作而把持 活体，以及放开所把持的活体。机器人处置器具控制部7由操作设定部31、CPU 32、存储器33、电动机驱动器36、 电动机驱动部通信部37、张力传感器通信部38构成。操作设定部31用于进行对机器人处 置器具2的各种设定。CPU 32进行对后述的各传感器信号的处理和各种运算，并向系统内 的各结构部输出控制信号。存储器33保存驱动所需要的程序和得到的运算结果以及通信 数据。电动机驱动器36根据控制信号对后述的电动机驱动部21内的电动机25进行驱动 控制。电动机驱动部通信部37用于与后述的电动机驱动部21进行通信。张力传感器通信 部38用于与后述的张力传感器信号处理部8进行通信。操作设定部31由用于进行各种设定的操作开关35a_35e以及进行用户所指示的 操作内容的显示的显示面板34构成。机器人处置器具2由机械手部11、把持部12以及柔性鞘部15构成。机械手部11 具有由柔索驱动的多关节结构，把持部12被设置在机械手部11的前端并把持活体(作为 处置对象的病变部)，柔性鞘部15被插嵌入未图示的内窥镜通道部内，能够进退。另外，机 器人处置器具2不一定限于被插嵌入内窥镜内使用，可以与内窥镜分开使用。此外，把持部 12是如下所述的双极高频处置夹具由导电体形成或设置有相对的电极的两个把持部件 进行开闭，从而把持活体，能够进行高频处置。机械手部11被设置在柔性鞘部15的前端侧，由至少两个连杆部14、连接连杆部 14和连杆部14的至少一个关节部13构成为具有至少一自由度。例如，为上下方向的一自 由度。优选，将多个连杆部14和多个关节部13以使关节的旋转面不同的方式交替地连接， 构成为具有X^方向、旋转方向、偏转方向以及俯仰方向的六自由度，能够自如地弯曲而举 起或移动把持部12。把持部12的两个把持部件(钳口)以及各关节部13与穿过机械手部 11、鞘部15以及外部连接部16各自的内部的多个柔索17连接。通过从外部连接部16侧对这些柔索17进行牵引或拉出，能够进行把持部件的开闭并使各关节部13向所希望的角 度弯曲或延伸。该开闭动作以及弯曲或延伸动作由处置器具驱动部3进行。关于本实施方式中的连杆部14和柔索17的连接结构，例如构成为如果连杆部 14是圆筒形状，则在水平方向的筒口端的两点上与关节部13以能够弯曲的方式连接，在与 其正交的垂直方向的筒口端的两点上分别安装柔索17的一端，将各自的另一端与操纵器 (例如由电动机轴支承的滑轮)连接。在使连杆部14相对于关节部13弯曲的情况下，牵引 一根柔索17，拉出另一根柔索17，由此以与关节部13的连接部为中心，连杆部14向上(或 下)弯曲。当然，不限于这样的多关节结构，显然能够将一般公知的多关节结构应用于本实 施方式。处置器具驱动部3由具备个别控制的多个电动机的电动机驱动部21构成。电动 机驱动部21由多个滑轮24、多个电动机25、柔索张力传感器23、电动机驱动部通信部沈构 成，多个滑轮M与柔索17连接，多个电动机25对各滑轮M进行轴支承，柔索张力传感器 23测定各柔索17的张力，电动机驱动部通信部沈与机器人处置器具控制部7进行通信。在本实施方式中，与把持部12的可动的两个把持部件或各关节部13连接的一组 柔索17经由柔索连接部22与一个滑轮M连接。此外，作为驱动柔索17的操纵器，以电 动机和滑轮的组合为例进行说明，但除此之外也可以是伺服电动机和棒状的连接器具的组 合。在此情况下，在棒状连接器具的两端连接两根柔索，将中央固定在伺服电动机上。此外， 还考虑由液压式活塞、电动泵以及阀的组合进行电动液压驱动。在此情况下，在两个液压式 活塞上分别连接柔索，通过阀的开闭进行柔索的牵引和拉出。电动机驱动部21还具备用于使机器人处置器具2在长轴上旋转的未图示的电动 机、进行机器人处置器具2 (鞘部15)的进退的未图示的电动机、测量各电动机的旋转角度 的未图示的编码器。柔索张力传感器23可以配置在柔索连接部22内。作为柔索张力传感 器23，一般优选能够捕捉柔索17的长轴方向的细微长度变化的应变计。柔索张力传感器 23所测定的柔索张力值通过线缆41输出到张力传感器信号处理部8，进而经由线缆44发 送到机器人处置器具控制部7。参照图2，对内窥镜处置用机器人系统中的结构部位和信号的流动进行说明。主部6对操作部6a进行操作，并将对机械手部11指示位置和姿态的指示信号和 对把持部12指示活体的把持或放开的指示信号输出到机器人处置器具控制部7。机器人 处置器具控制部7根据从主部6接收到的指示信号将电动机控制信号发送到电动机驱动部 21，驱动相应的电动机25。通过该驱动，由电动机25轴支承的滑轮M旋转，柔索17被牵引 以及拉出，进行该柔索17所连接的机械手部11的移动和姿态的改变或把持部12的把持或 放开。把持部12为把持状态时，使张力传感器23检测与把持部件连接的柔索17的柔索张 力值。该柔索张力值被反馈到机器人处置器具控制部7。通过这样的反馈控制，能够使把持 部以相同的把持力保持活体，或使机械手部11维持在相同的姿态(使把持部维持在相同的 位置)。参照图3所示的流程图，对使用上述内窥镜处置用机器人系统中的柔索张力传感 器而由机械手部11移动时的把持部12的柔索张力控制处理进行说明。操作者(手术者)操作主部6，对机器人处置器具控制部7进行指示，以通过插入 体腔内的把持部12把持所希望的活体(步骤Si)。根据该指示，机器人处置器具控制部7驱动电动机驱动部21内的相应的电动机25而使轴支承的滑轮M旋转，牵引和拉出与滑轮 24连接的柔索17，通过把持部12把持活体(步骤S2)。在进行该把持时，机器人处置器具控制部7从全部柔索17的柔索张力传感器23 提取柔索张力值(步骤S； )。机器人处置器具控制部7在这些柔索张力值中排除与把持部 12连接的柔索17而根据其它与连杆部(或其他的关节部)连接的柔索17的柔索张力值， 推定由摩擦引起的损失，从进行把持的柔索17的柔索张力值减去根据驱动其他的连杆部 (关节部)的柔索张力值求出的由摩擦引起的损失(摩擦力)(步骤S4)。另外，在本实施方式中，对在柔索上直接设置张力传感器并测定张力的情况进行 了说明，但是本发明的结构要件中的张力传感器不限于此。例如，从所使用的致动器的信息 获得张力信息的方法也是作为张力传感器的一个方式。例如，在对致动器使用电动机的情 况下，电流测定单元或电流计算单元成为张力传感器。此外，对致动器使用形状记忆合金 (Shaped-Memory Alloy ；SMA)的情况下，SMA的温度信息获得单元是张力传感器。进一步对步骤S4进行说明。柔索张力和前端把持部的把持力存在基于比例关系 的相关关系。即，在柔索张力大的情况下，把持力与柔索张力成比例地变大。不过，考虑到 在关节或柔性部弯曲的情况下，会产生柔索17所穿过的未图示的盘管与柔索17之间的摩 擦所引起的力量损失。于是，预先取得与把持部12以外的关节部的弯曲大小成比例的、其 它关节部的弯曲角度与使该关节部弯曲的柔索17的柔索张力值以及当时驱动把持部12的 柔索17的摩擦损失之间的相关关系。这样，在根据柔索张力值测定把持力的情况下，通过 从驱动把持部12的柔索张力值减去利用所述预先取得的相关关系求出的摩擦损失，得到 使把持部12动作的柔索17的正确的柔索张力值。这样，能够得到正确的把持力。然后，机器人处置器具控制部7比较在步骤S4中得到的柔索张力值和预先设定的 阈值范围，判断柔索张力值是否在阈值范围内(步骤S5)。在该判断中，如果柔索张力值在 阈值范围外(否)，则机器人处置器具控制部7判断为把持部12未正确地把持活体，再次通 过把持部12重新进行把持(步骤S6)，返回步骤S3，确认柔索张力值。另一方面，如果柔索 张力值在阈值范围内(是)，则机器人处置器具控制部7转移到下一步骤。在执行处置时， 例如，在因剥离而使所把持的病变部的活体增加的情况下，为了操作者视觉确认处置部位， 在保持由把持部12把持住活体的状态下，驱动机械手部11而使把持部12移动(步骤S7)。 在该移动时，机器人处置器具控制部7从所有柔索17的柔索张力传感器23提取柔索张力 值(步骤S8)，与上述步骤S4同样地，由所得到的柔索张力值推定摩擦损失(摩擦力)并减 去该摩擦损失，取得使把持部12动作的柔索17的张力(步骤S9)。接着，机器人处置器具控制部7比较在步骤S9中得到的柔索张力值和预先设定的 阈值范围，判断柔索张力值是否在阈值范围内(步骤S10)。以时间分割的方式，即按照适当 设定的时间间隔随时进行该判断。在该判断中，如果柔索张力值在阈值范围外(否)，则机 器人处置器具控制部7判断为把持部12的把持状态变得不适当。在该判断中，如果柔索张 力值超过阈值范围，则机器人处置器具控制部7缓和柔索张力，如果柔索张力值低于阈值 范围，则对电动机25进行驱动控制以增强柔索张力(步骤S11)。另一方面，在步骤SlO的 判断中，如果柔索张力值在阈值范围内(是)，则机器人处置器具控制部7判断为把持部12 正常地继续把持住活体，接着判断是否从主部6得到结束处置并结束把持作业(包含暂时 中止或停止)的指示(步骤S12)。如果没有把持作业的结束指示(否)，则机器人处置器
8具控制部7返回到步骤S7，继续移动把持部12。另一方面，如果存在把持作业的结束指示 (是)，则机器人处置器具控制部7结束一连串的处理。如上面所说明的，根据本实施方式的内窥镜处置用机器人系统，在驱动多关节结 构的机器人处置器具的机械手部和把持部的柔索上设置柔索张力传感器。在通过机械手部 的驱动来移动把持部时，根据从柔索张力传感器得到的柔索张力值，进行推拉柔索的控制， 直至落入预先确定的阈值范围内，使得维持把持部正常的把持状态。由此，消除了在弯折机 械手部的关节而将把持状态下的把持部移动到所希望的位置的情况下，由于柔索的路径长 度差引起的把持力变化和柔索与盘管之间的摩擦引起的把持力偏差，在柔索上不会产生松 弛和多余的牵引力，能够维持活体的正常把持状态。此外，在机器人处置器具为双极高频处置夹具的情况下，能够用适当的把持力把 持作为处置对象的活体，能够对活体粘膜进行缝合并焊接内部的血管和维管束等的高频处理。图4是示出本发明第二实施方式的内窥镜处置用机器人系统的总体结构的图。图 5A是示出为了检测机器人系统的把持力而设置了压力传感器的把持部的结构例的图。图 6是示出用于控制内窥镜处置用机器人系统中的各结构部的结构与检测信号和控制信号等 的流动的图。在本实施方式的结构部位中，对与上述第一实施方式中的图1和图2所示的 结构部位同等的部位标上相同的标号，省略详细的说明。本实施方式的内窥镜处置用机器人系统具备通过与第一实施方式同样的柔索17 驱动的主从型多关节结构的机器人处置器具。在该机器人处置器具的把持部12上设置有 用于检测把持力的压力传感器51，根据把持住活体时得到的把持力值，进行把持控制处理。 另外，在本实施方式中，也在机械手部11上设置有柔索张力传感器23，对把持部12没有必 要一定设置柔索张力传感器。控制部1由主部6、机器人处置器具控制部7、张力传感器信号处理部8、用于检测 把持部12的把持状态的压力传感器信号处理部9构成。在机器人处置器具控制部7中，也 由操作设定部31、CPU 32、存储器33、电动机驱动器36、张力传感器通信部38、用于对压力 传感器信号处理部9进行通信的压力传感器通信部39、电动机驱动部通信部37构成。操作 设定部31由操作开关35a-35e、显示面板34构成。此外，在压力传感器信号处理部9中设 置有从压力传感器51接收把持压力值的接收通信部42、将把持压力值发送到压力传感器 通信部39的发送通信部43。图5A所示的把持部12是具有导电体或电极的两个把持部件开闭而把持活体、进 行高频处置的双极高频处置夹具。在这些把持部件的正背面(活体所接触的把持面和非把 持面)上，安装有用于检测把持住活体的把持力的一个或多个压力传感器51。可以对把持 部12的正背面均勻地安装压力传感器51，也可以对把持面上的、活体主要接触的区域密集 地配置。可以适当考虑把持部件的形状和把持状态等，来配置必要数量的压力传感器51。把持部12将表示把持着活体的状况(是否适当保持着把持状态)的、来自压力传 感器51的把持压力值(传感器输出信号)输出到机器人处置器具控制部7。在把持部件把持住活体粘膜等的期间，以时间分割的方式，即按照预先设定的时 间间隔将来自这些压力传感器51的把持压力值取入到压力传感器信号处理部9中。此外， 在使用应变计作为压力传感器51的情况下，为了通过应变计捕捉把持部的细微变形，没有必要一定设置在把持部件的内侧，也可以设置在外侧面。由压力传感器51测定的把持压力 值在压力传感器信号处理部9中被进行放大处理，并输入到机器人处置器具控制部7。此 外，将各编码器的值发送到机器人处置器具控制部7。另外，在多个压力传感器51中，还存 在不接触活体的压力传感器51。在此情况下，设置某一下限阈值，阈值以下的压力传感器 51判定为没有把持住活体，可以取消，以使得输出的把持压力值变为无效。此外，在图5B和图5C中是分别示出第二实施方式的把持部12的第一、第二变形 例的图。图5B示出的第一变形例是单极高频处置器具。该处置器具的进行开闭的把持部 12由绝缘体形成，被构成为在一个把持面上，在可能接触活体的所有区域上设置一体的 电极部52。关于压力传感器51，在作为非把持面(不接触活体)的把持部12的外侧，配置 有多个压力传感器51。图5C示出的第二变形例是双极高频处置器具。该处置器具的进行开闭的把持部 12由绝缘体形成，被构成为在两个把持面上，在可能接触活体的所有区域上分别设置一 体的电极部53。关于压力传感器51，与第一变形例同样地在外侧配置有多个压力传感器 51。这些第一、第二变形例都能够得到与上述第一实施方式同等的作用效果。此外，因 为在接触活体的把持面的整个面上设置电极部，所以无论活体的大小，必定能够接触。参照图6，对第二实施方式中的内窥镜处置器具用机器人系统的结构部位和信号 的流动进行说明。对于与上述图2同等的部分简化其说明。通过手术者的操作，主部6向机器人处置器具控制部7输出针对机械手部11的指 示信号以及针对把持部12的指示信号。机器人处置器具控制部7根据这些指示信号，驱动 电动机驱动部21的相应的电动机25，使轴支承的滑轮M旋转。通过该旋转来牵引和拉出 柔索17，进行该柔索17所连接的机械手部11的移动和姿态的改变或把持部12的把持或放开。在把持部12为把持状态时，将来自压力传感器51的把持压力值取入到压力传感 器信号处理部9中，实施信号处理后，反馈到机器人处置器具控制部7。通过这样的反馈控 制，能够保持把持部中的相同的把持力，将机械手部11维持在相同的姿态(将把持部维持 在相同的位置)。关于这些保持，将在后述的图7中进行说明。这样，在进行实际的把持作业的同时，通过压力传感器信号处理部9，对设置在把 持部12上的压力传感器51所检测出的把持压力值进行信号处理，输入到机器人处置器具 控制部7，与预先设定的具有某一范围(幅度)的阈值比较。在该比较中，如果来自压力传 感器51的把持压力值在阈值范围内，则保持通过当前的柔索张力维持的把持状态。此外， 如果把持压力值在阈值范围外，则调整柔索张力，直到处于该阈值范围内为止。下面参照图7所示的流程图，说明使用上述内窥镜处置用机器人系统中的压力传 感器、由机械手部11移动时的把持部12的柔索张力控制处理。操作者(手术者)操作主部6，对机器人处置器具控制部7进行指示，以通过插入 体腔内的把持部12把持所希望的活体(步骤S21)。根据该指示，机器人处置器具控制部7 驱动电动机驱动部21内的相应的电动机25，使轴支承的滑轮M旋转，牵引和拉出与滑轮 M连接的柔索17，通过把持部12把持活体(步骤S2》。在进行该把持时，机器人处置器具控制部7从把持部12上设置的压力传感器51取入把持压力值(步骤S23)。然后，机器人处置器具控制部7比较把持压力值和预先设定的阈值范围，判断把 持压力值是否在阈值范围内(步骤S24)。该判断中，如果把持压力值在阈值范围外(否)， 则机器人处置器具控制部7判断为把持部12未正确地把持活体，再次通过把持部12重新 进行把持(步骤S2Q，使处理返回到步骤S23，确认把持压力值。另一方面，如果把持压力 值在阈值范围内(是)，则机器人处置器具控制部7转移到下一处理。在执行处置时，例如，在因剥离而使把持住的病变部的活体增加的情况下，操作者 为了视觉确认处置部位，在保持由把持部12把持住活体的状态下，驱动机械手部11而使把 持部12移动(步骤S26)。在该移动时，机器人处置器具控制部7以预先确定的时间间隔从 压力传感器51取入把持压力值(步骤S27)，随时比较把持压力值和阈值范围，判断把持压 力值是否在阈值范围内(步骤S28)。在该步骤S28的判断中，如果把持压力值在阈值范围外(否)，则机器人处置器具 控制部7判断为把持部12中的把持状态不恰当。在该判断中，如果把持压力值超过阈值范 围，则机器人处置器具控制部7缓和柔索张力，如果把持压力值低于阈值范围，则对电动机 25进行驱动控制，以增强柔索张力(步骤S29)。另一方面，在步骤S28的判断中，如果把持 压力值在阈值范围内(是)，则机器人处置器具控制部7判断为把持部12正常地持续把持 住活体，接着判断是否从主部6得到结束处置并结束把持作业(包括暂时中止或停止)的 指示(步骤S30)。如果没有把持作业的结束指示(否)，则机器人处置器具控制部7使处理 返回到步骤S26，继续把持部12的移动。另一方面，如果存在把持作业的结束指示(是)， 则机器人处置器具控制部7结束一连串的处理。如上面所说明的，根据本实施方式的内窥镜处置用机器人系统，在多关节结构的 机器人处置器具的把持部上设置压力传感器，在通过机械手部的驱动来移动把持部时，根 据从压力传感器得到的把持压力值，对柔索进行推拉控制，直至落入预先确定的阈值范围 内，使得维持把持部正常的把持状态。通过该控制，在弯折机械手部的关节而将把持状态的 把持部移动到所希望的位置的情况下，也能够消除由于穿过内部的柔索的路径长度差引起 的把持力变化和柔索与盘管之间的摩擦引起的把持力偏差，在柔索上不会产生松弛和多余 的牵引力，把持部能够维持活体的正常把持状态。此外，在本发明的第一实施方式中，以内窥镜处置器具用机器人系统的机器人处 置器具是双极高频处置夹具为例说明了把持部的结构。在作为双极高频处置夹具来使用的 情况下，把持部使用陶瓷或树脂等绝缘材料形成，使得在两个把持部件之间不会发生电短 路。在这些把持部件的把持部分上分别设置电极，在把持住时对这些电极施加高频电力，进 行缝合并焊接活体组织的体腔的一部分和血管等的高频处置。可容易地对单极高频处置夹 具应用第一实施方式的机器人处置器具。在此情况下，在两个把持部件中，一方由设置有导 电体或电极的电绝缘材料(陶瓷、氧化锆等)形成，另一方由电绝缘材料形成。与通常的单 极高频处置器具同样，将P板粘贴在患者上来使用。当然，只要是作为相对电极发挥功能的 器具，也可以使用P板以外的器具。此外，在本发明的第二实施方式中，也能够容易地使内窥镜处置用机器人系统的 机器人处置器具成为具有双极高频处置夹具或单极高频处置夹具的功能的结构。在使第二 实施方式具有双极高频处置夹具的功能的情况下，构成为防止设置在把持部上的压力传感器被高频电力施加所产生的热损坏。具体而言，在把持部的把持活体的部分(把持面)上 无法配置压力传感器，所以需要配置在非把持面。因此，在使用应变计作为压力传感器51 的情况下，应变计能够捕捉把持部的细微变形，所以可以将其设置在把持部件的非把持面。 在应用于单极高频处置夹具的情况下，可以与上述第一实施方式同样，由设置有导电体或 电极的电绝缘材料形成把持部件的一方，而由电绝缘材料形成另一方，配置作为相对电极 来发挥功能的器具(P板等)。此外，本发明的内窥镜处置用机器人系统包括以下要点。(1) 一种医疗用机器人系统，其具备把持部，其通过从操作者侧进行的柔索操作进行开闭；把持力检测单元，其用于检测所述把持部的把持力；控制单元，其根据来自手术者操作的主部和包括所述把持力检测单元在内的各种 传感器的输入来控制各种致动器；以及具有一自由度以上的自由度的机械手部，其中，所述医疗用机器人系统的特征在于，控制对致动器的输出，使得来自所述把 持力检测单元的输出值处于某阈值的范围中。(2)上述(1)中的医疗用机器人系统，其特征在于，所述把持力检测单元是被设置 在所述把持部的前端的压力传感器。(3)上述(1)中的医疗用机器人系统，其特征在于，所述把持力检测单元是被安装 在所述柔索上的柔索张力传感器。(4)上述(1)中的医疗用机器人系统，其特征在于，所述把持部是单极或双极高频 处置器具。符号说明1控制部；2机器人处置器具；3处置器具驱动部；6主部；6a操作部；7机器人处 置器具控制部；8张力传感器信号处理部；9压力传感器信号处理部；11机械手部；12把持 部；13关节部；14连杆部；15柔性鞘部；16外部连接部；17柔索；21电动机驱动部；22柔索 连接部；23柔索张力传感器滑轮；25电动机；26电动机驱动部通信部；31操作设定部； 32CPU ；33存储器；34显示面板；操作开关；36电动机驱动器；37电动机驱动部通 信部；38张力传感器通信部；39压力传感器通信部；41、44线缆；42接收通信部；43发送通 信部；51压力传感器。
1权利要求
1.一种内窥镜处置用机器人系统，其特征在于，具备把持部，其附随于内窥镜装置而被插入体腔内，由通过柔索操作而活动的把持部件把 持所希望的活体；机械手部，其在前端设置有所述把持部，且具有多关节结构，该多关节结构至少具有一 自由度以上的自由度且向所希望的角度弯曲或延伸；处置器具驱动部，其进行用于所述把持部的把持动作以及使所述多关节结构的部位活 动的柔索的牵引以及拉出；把持力检测部，其在所述把持部把持着所述活体时，检测所述把持部件的把持力；以及 控制部，其在移动把持状态的所述把持部时，对所述处置器具驱动部指示所述把持部 件的柔索操作，使得所述把持力检测部所检测出的所述把持力落入预先设定的阈值的范围 内。
2.根据权利要求1所述的内窥镜处置用机器人系统，其特征在于， 所述处置器具驱动部由滑轮和电动机构成，一对所述柔索的一端分别连接在所述把持部的所述把持部件以及所述机械手部的多 关节结构的各个活动部位上，另一端连接在所述滑轮上，所述电动机对所述滑轮进行轴支承，通过所述控制部的控制进行驱动， 伴随所述滑轮的旋转，对所述柔索进行牵引和拉出，由此进行所述把持部件的开闭并 使所述多关节结构的活动部位向所希望的角度弯曲或延伸。
3.根据权利要求1所述的内窥镜处置用机器人系统，其特征在于，所述把持力检测部由柔索张力传感器构成，该柔索张力传感器检测基于与所述把持部 的所述把持部件连接的所述柔索的张力的把持力。
4.根据权利要求1所述的内窥镜处置用机器人系统，其特征在于，所述把持力检测部由压力传感器构成，在所述把持部的所述把持部件上配置一个以上 的所述压力传感器，在把持着所述活体时，所述压力传感器输出把持压力值。
5.根据权利要求1所述的内窥镜处置用机器人系统，其特征在于，所述机械手部交替地连接有多个连杆部件和多个关节部件，且被构成为能够以XYZ方 向、旋转方向、偏转方向以及俯仰方向的六自由度自如地弯曲。
6.根据权利要求3所述的内窥镜处置用机器人系统，其特征在于，所述把持部的两个所述把持部件由绝缘材料形成，该内窥镜处置用机器人系统具备 设置在所述把持部件的各把持面上的电极；以及 该在把持着所述活体时向这些电极施加高频电力的高频电源， 内窥镜处置用机器人系统具备作为对所述活体实施包括缝合和焊接的高频处置的双 极高频处置夹具的功能。
7.根据权利要求3所述的内窥镜处置用机器人系统，其特征在于，两个所述把持部件由绝缘材料形成，该内窥镜处置用机器人系统还具备 设置在一个所述把持部件的把持面上的电极； 配置在所述电极附近的相对电极；以及 在把持着所述活体时向所述电极施加高频电力的高频电源，该内窥镜处置用机器人系统具备作为对所述活体实施包括缝合和焊接的高频处置的单极高频处置夹具的功能。
8.根据权利要求4所述的内窥镜处置用机器人系统，其特征在于，在所述把持部的非把持面上配置有所述压力传感器，两个所述把持部件由绝缘材料形成，该内窥镜处置用机器人系统还具备设置在所述把持部件的各把持面上的电极；以及在把持着所述活体时，向这些电极施加高频电力的高频电源，该内窥镜处置用机器人系统具备作为对所述活体实施包括缝合和焊接的高频处置的 双极高频处置夹具的功能。
9.根据权利要求4所述的内窥镜处置用机器人系统，其特征在于， 在所述把持部的非把持面上配置有所述压力传感器，两个所述把持部件由绝缘材料形成，该内窥镜处置用机器人系统具有设置在一个所述把持部件的把持面上的电极；配置在所述电极附近的相对电极；以及在把持着所述活体时，向所述电极施加高频电力的高频电源，该内窥镜处置用机器人系统具备作为对所述活体实施包括缝合和焊接的高频处置的 单极高频处置夹具的功能。
10.根据权利要求1所述的内窥镜处置用机器人系统，其特征在于，该内窥镜处置用机器人系统是具备主部的主从型机器人系统，该主部是用于对所述把 持部和所述机械手部进行远程操作的指示输入装置。
全文摘要
在内窥镜处置用机器人系统中，在把持部(12)上设置有检测把持力的把持力检测部，该把持部(12)通过从操作者侧进行的柔索(17)操作而开闭，在移动把持状态的把持部(12)时，处置器具控制部(7)对处置器具驱动部(3)指示驱动把持部(12)的柔索(17)的操作，使得把持力检测部检测出的把持力落入预先设定的阈值范围内。
文档编号B25J13/08GK102123670SQ201080002269
公开日2011年7月13日 申请日期2010年1月14日 优先权日2009年3月24日
发明者中村俊夫 申请人:奥林巴斯医疗株式会社