本發(fā)明涉及機械手。

背景技術：

以往公知有下述方式的機械手：在連結(jié)軸的基端側(cè)設置有把手和對前端動作部進行驅(qū)動的馬達，利用把持把手的手的拇指對把手上所具有的旋鈕和桿進行操作(例如，參照專利文獻1)。

另外，公知有下述機械手：將對設置在軸的基端側(cè)的操作部進行把持的手腕的姿勢作為操作輸入來使設置在軸的前端側(cè)且以旋轉(zhuǎn)和彎曲這兩種自由度移動的前端的處置部的姿勢變化(例如，參照專利文獻2)。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2010-201005號公報

專利文獻2：日本特許第4014792號公報

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

但是，專利文獻1的機械手通過利用拇指對旋鈕和桿進行操作而使前端動作部進行動作，因此前端處置部的姿勢與把持把手的手的姿勢不對應，難以獲得直觀感覺。

另外，專利文獻2的機械手使處置部的姿勢與手腕的姿勢對應，但處置部的兩種自由度中的旋轉(zhuǎn)動作有時會與繞軸的長度軸線的旋轉(zhuǎn)動作發(fā)生干涉，無法按照操作者的計劃使處置部進行動作，有時無法獲得直觀感覺。

本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供一種機械手，該機械手能夠使軸的前端的處置部自身旋轉(zhuǎn)的操作不與其他操作發(fā)生干涉，并且能夠直觀地對處置部的位置和姿勢進行操作。

用于解決課題的手段

為了達成上述目的，本發(fā)明提供以下手段。

本發(fā)明的一個方式提供一種機械手，該機械手具有：細長的軸；前端處置部，其配置在該軸的前端側(cè)；前端關節(jié)部，其具有旋轉(zhuǎn)關節(jié)和配置在比該旋轉(zhuǎn)關節(jié)靠所述軸側(cè)的位置的彎曲關節(jié)，以使該前端處置部相對于所述軸移動；以及基端操作部，其配置在所述軸的基端側(cè)，由操作者進行操作，所述彎曲關節(jié)具有與所述軸的長度軸線交叉的軸線，所述旋轉(zhuǎn)關節(jié)具有與所述彎曲關節(jié)的軸線交叉且與所述前端處置部的中心軸線大致一致的軸線，所述基端操作部具有：第1操作部，其由所述操作者的單手來進行把持，根據(jù)該單手的手腕繞與所述軸的長度軸線交叉的軸線的旋轉(zhuǎn)角度而使所述彎曲關節(jié)進行動作；以及第2操作部，其設置在該第1操作部上，由所述單手的手指進行操作而使所述旋轉(zhuǎn)關節(jié)進行動作。

根據(jù)本方式，在操作者對基端操作部的第1操作部進行操作而使手腕繞與軸的長度軸線交叉的軸線旋轉(zhuǎn)時，根據(jù)其旋轉(zhuǎn)角度，配置在軸的前端的前端關節(jié)部的彎曲關節(jié)繞與軸的長度軸線交叉的軸線使前端處置部擺動。另外，操作者對基端操作部的第2操作部進行操作，通過對第1操作部進行操作的手指的移動來使配置在軸的前端的前端關節(jié)部的旋轉(zhuǎn)關節(jié)旋轉(zhuǎn)。

在該情況下，由于對第1操作部進行操作的單手的手腕的旋轉(zhuǎn)角度與因彎曲關節(jié)的動作而產(chǎn)生的前端處置部的姿勢的變化量對應，因此能夠直觀地對前端處置部進行操作。另一方面，由于旋轉(zhuǎn)關節(jié)繞與前端處置部的中心軸線大致一致的軸線使前端處置部旋轉(zhuǎn)，因此前端處置部的姿勢不會因旋轉(zhuǎn)關節(jié)的旋轉(zhuǎn)而變動。因此，不用使操作第1操作部的單手的位置變化便能夠利用手指對第2操作部進行操作而使前端處置部旋轉(zhuǎn)，不會破壞直觀感覺。另外，由于沒有使前端處置部的旋轉(zhuǎn)動作與手腕的旋轉(zhuǎn)動作相對應，因此不會與繞軸的長度軸線的旋轉(zhuǎn)動作發(fā)生干涉，而能夠按照操作者的計劃使前端處置部進行動作。

在上述方式中，所述第1操作部也可以在所述軸的長度軸線貫穿所述單手的手掌的位置具有由所述操作者進行把持的手柄。

這樣，在操作者把持手柄時，將把持該手柄的單手的手掌配置在軸的長度軸線所貫穿的位置。當在該狀態(tài)下使把持手柄的單手的手腕旋轉(zhuǎn)而使手掌的朝向變化時，能夠使前端處置部與該手掌的朝向?qū)財[動。由此，能夠進行直觀感覺更高的操作。

另外，在上述方式中，使所述手柄擺動的所述軸線也可以配置在把持該手柄的所述單手中。

這樣，在使把持手柄的單手的手掌的朝向變化時，能夠幾乎不使該單手的前臂的位置變化而擺動手腕。即使對第1操作部進行操作也僅產(chǎn)生繞軸線的力偶而不會產(chǎn)生使軸擺動的力，因此能夠不相互干涉地獨立地進行使前端處置部擺動的操作和使軸擺動的操作。

另外，在上述方式中，所述手柄也可以按照能夠使所述軸繞所述長度軸線旋轉(zhuǎn)的方式與所述軸的基端側(cè)連結(jié)。

這樣，通過把持手柄的單手來使手柄繞軸的長度軸線旋轉(zhuǎn)，從而能夠使軸繞長度軸線旋轉(zhuǎn)，能夠使軸的前端的前端處置部繞軸的長度軸線旋轉(zhuǎn)。

另外，在上述方式中，在所述手柄的外周面上也可以具有供把持該手柄的所述單手的手指鉤掛的凹凸部。

這樣，在操作者把持手柄時，所把持的單手的手指鉤掛在凹凸部上，因此在使手柄繞長度軸線旋轉(zhuǎn)時，能夠更可靠地施力。

另外，在上述方式中，所述第2操作部也可以是配置在當利用所述單手對所述手柄進行把持時能夠供所述單手的手指進行操作的位置的開關。

這樣，在操作者把持手柄時，在與所把持的單手的手指對應的位置處配置有開關，因此能夠在把持著手柄的狀態(tài)下容易地對開關進行操作而使前端處置部繞其中心軸線旋轉(zhuǎn)。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，起到下述效果：能夠使軸的前端的處置部自身旋轉(zhuǎn)的操作不與其他操作發(fā)生干涉且能夠直觀地對處置部的位置和姿勢進行操作。

附圖說明

圖1是示出本發(fā)明的一個實施方式的機械手的整體結(jié)構(gòu)圖。

圖2是示出圖1的機械手的前端關節(jié)部和前端處置部的立體圖。

圖3是示出圖1的機械手的基端操作部的立體圖。

圖4是示出圖3的基端操作部和軸的縱剖視圖。

圖5是對圖1的機械手的手柄的扭轉(zhuǎn)操作與前端處置部的動作的關系進行說明的立體圖。

圖6是示出圖1的機械手的手柄的擺動操作與前端關節(jié)部的動作的關系的俯視圖。

圖7是示出設置在圖1的機械手的手柄上的開關的操作與前端關節(jié)部的動作的關系的俯視圖。

圖8是示出圖1的機械手的變形例的基端操作部的主視圖。

具體實施方式

以下，參照附圖對本發(fā)明的一個實施方式的機械手1進行說明。

如圖1所示，本實施方式的機械手1例如是在腹腔鏡手術中使用的機械手，該機械手1具有：細長的軸3，其貫穿套管針2而插入，所述套管針2貫穿皮膚a而配置；前端關節(jié)部4，其配置在該軸3的前端；前端處置部5，其配置在該前端關節(jié)部4的前端側(cè)；基端操作部6，其配置在軸3的基端側(cè)，由操作者o進行操作；驅(qū)動部7，其對前端關節(jié)部4進行驅(qū)動；以及控制部8，其根據(jù)基端操作部6的操作對驅(qū)動部7進行控制。

軸3例如形成為硬質(zhì)的圓筒狀，在其內(nèi)部貫穿配置有用于對前端關節(jié)部4或前端處置部5進行驅(qū)動的未圖示的線或布線等。前端關節(jié)部4在圖2所示的例子中，從基端側(cè)起依次具有：彎曲關節(jié)11，其繞與軸3的長度軸線垂直的軸線以能夠擺動的方式對包含前端處置部5的前端部進行支承；以及旋轉(zhuǎn)關節(jié)10，其繞與前端處置部5的中心軸線大致一致的軸線以能夠旋轉(zhuǎn)的方式對前端部進行支承。前端處置部5是把持鉗子或能量鉗子等用于對體內(nèi)的患部b進行處置的處置部。

如圖1所示，基端操作部6具有安裝在軸3的基端側(cè)的大致半球狀的手柄(第1操作部)9。手柄9具有操作者o能夠使單手的手掌接近大致半球面的大致中央并將5根手指配置在外周面上進行把持的程度的外徑尺寸。由此，如圖3所示，在操作者o把持手柄9時，把持手柄9的單手的手掌配置在軸3的長度軸線所貫穿的位置。

如圖4所示，手柄9以能夠繞擺動軸12擺動的方式與設置于軸3的基端的支架3a連結(jié)，所述擺動軸12具有與軸3的長度軸線垂直且與彎曲關節(jié)11的軸線大致平行的軸線。擺動軸12配置在當操作者o把持手柄9時對手柄9進行把持的單手中。另外，在手柄9上具有對該手柄9相對于軸3的擺動角度進行檢測的編碼器13。

另外，手柄9和設置在軸3上的支架3a以不繞軸3的長度軸線相對旋轉(zhuǎn)的方式進行卡合，如圖5所示，當通過把持手柄9的單手扭轉(zhuǎn)而使手柄9旋轉(zhuǎn)時，其旋轉(zhuǎn)力經(jīng)由支架3a傳遞給軸3，使軸3繞長度軸線旋轉(zhuǎn)。

另外，在手柄9上，在供操作者o利用單手進行把持時所把持的單手的食指、中指和無名指配置的位置處沿周向隔開間隔地設置有3個按鈕(第2操作部)14a、14b、14c。如圖4所示，在手柄9的內(nèi)部設置有開關(有時也將它們稱為第2操作部)15a、15b、15c，所述開關15a、15b、15c配置在與各按鈕14a、14b、14c對應的位置，利用按鈕14a、14b、14c來進行開閉。

編碼器13的輸出和開關15a、15b、15c的輸出被發(fā)送給控制部8。

另外，如圖3所示，在手柄9上，在供操作者o利用單手進行把持時所把持的單手的拇指和小拇指配置的位置處設置有槽(凹凸部)16，該槽16使拇指和小拇指在周向上與其卡合。

驅(qū)動部7具有內(nèi)置在軸3的基端部的兩個馬達。一個馬達對彎曲關節(jié)11進行驅(qū)動，另一個馬達對旋轉(zhuǎn)關節(jié)10進行驅(qū)動。各馬達的驅(qū)動力通過未圖示的滑輪和線傳遞給彎曲關節(jié)11和旋轉(zhuǎn)關節(jié)10。

控制部8接受來自編碼器13和3個開關15a、15b、15c的輸出，對驅(qū)動部7的馬達和前端處置部5進行控制。具體而言，控制部8在手柄9相對于軸3繞擺動軸12擺動時，將指令信號發(fā)送給一個馬達，其中，該指令信號使一個馬達根據(jù)編碼器13所檢測出的擺動角度和擺動方向而驅(qū)動，使彎曲關節(jié)11以與手柄9的擺動方向?qū)臄[動方向和與手柄9的擺動角度對應的擺動角度進行動作。

另外，控制部8根據(jù)來自與3個并列的按鈕14a、14b、14c中的兩端的按鈕14a、14c對應的開關15a、15c的輸出，將指令信號發(fā)送給另一個馬達，其中，該指令信號使旋轉(zhuǎn)關節(jié)10按照使該旋轉(zhuǎn)關節(jié)10旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)角度進行動作。例如在用右手把持手柄9的情況下，通過供食指按壓的按鈕14a使旋轉(zhuǎn)關節(jié)10朝向前端逆時針旋轉(zhuǎn)，通過供無名指按壓的按鈕14c使旋轉(zhuǎn)關節(jié)10順時針旋轉(zhuǎn)。使馬達旋轉(zhuǎn)按下按鈕14a、14c的時間。

另外，控制部8根據(jù)來自與3個并列的按鈕14a、14b、14c中的中央的按鈕14b對應的開關15b的輸出，將使前端處置部5進行動作的指令信號發(fā)送給前端處置部5。在前端處置部5為把持鉗子的情況下，通過按下按鈕14b而使把持鉗子閉合，在前端處置部5為能量鉗子的情況下，通過按下按鈕14b而對能量鉗子通電。

以下對這樣構(gòu)成的本實施方式的機械手1的作用進行說明。

要想使用本實施方式的機械手1對體內(nèi)的患部b進行處置，則如圖1所示，從機械手1的前端側(cè)將軸3插入到貫穿皮膚a而配置的套管針2的貫穿孔內(nèi)，將前端處置部5和前端關節(jié)部4配置在體內(nèi)。

在該狀態(tài)下，操作者o一邊通過監(jiān)視器來確認另行插入到體內(nèi)的未圖示的內(nèi)窺鏡所取得的圖像，一邊如圖3所示那樣用右手把持手柄9，將右手的食指、中指和無名指分別沿著配置在手柄9的外周的按鈕14a、14b、14c配置。

由于手柄9安裝在軸3上，因此能夠通過使手柄9移動而如圖1箭頭所示那樣使軸3在其長度軸線方向上移動或者使軸3以套管針2為支點進行移動以便對傾斜角度進行變更。

即，能夠通過軸3的移動對配置在軸3的前端的前端關節(jié)部4和固定在其前端的前端處置部5的位置進行調(diào)節(jié)。

另外，由于手柄9與軸3繞軸3的長度軸線進行卡合，因此如圖5所示，操作者o用右手使手柄9像旋轉(zhuǎn)標度盤那樣旋轉(zhuǎn)，從而能夠使軸3繞長度軸線旋轉(zhuǎn)。由此，能夠使設置在軸3的前端的前端關節(jié)部4和固定在其前端的前端處置部5繞軸3的長度軸線旋轉(zhuǎn)。

另外，如圖6所示，操作者o使把持著手柄9的右手的手腕如繞前臂的軸扭轉(zhuǎn)那樣進行旋轉(zhuǎn)，從而使手柄9相對于軸3繞擺動軸12擺動。由此，通過編碼器13來檢測手柄9相對于軸3的擺動角度，控制部8根據(jù)所檢測出的擺動角度對一個馬達進行控制而使前端關節(jié)部4的彎曲關節(jié)11擺動。由此，能夠使前端處置部5的姿勢在彎曲關節(jié)11的擺動方向上變化。

另外，操作者o通過把持著手柄9的右手的食指來按壓按鈕14a，從而能夠使旋轉(zhuǎn)關節(jié)10朝向前端逆時針旋轉(zhuǎn)，通過右手的無名指來按壓按鈕14c，從而能夠使旋轉(zhuǎn)關節(jié)10朝向前端順時針旋轉(zhuǎn)。由此，能夠使前端處置部5繞其中心軸線逆時針或順時針旋轉(zhuǎn)。

并且，在前端處置部5相對于患部b的位置和姿勢被調(diào)節(jié)后的狀態(tài)下，操作者o通過把持著手柄9的右手的中指來按壓按鈕14b，從而使前端處置部5進行動作，對患部b進行處置。

在該情況下，根據(jù)本實施方式的機械手1，使手柄9相對于軸3擺動的軸線與使前端處置部5相對于軸3擺動的彎曲關節(jié)11的軸線大致平行，能夠使手柄9的擺動與前端處置部5的擺動完全對應。其結(jié)果為，在變更前端處置部5的姿勢的操作中，能夠容易獲得直觀感覺，能夠容易地進行操作。

特別是能夠使把持手柄9的右手的手掌的朝向與前端處置部5的中心軸線的方向大致一致，從而能夠?qū)崿F(xiàn)較高的直觀感覺。

另外，由于使手柄9擺動的擺動軸12的軸線配置在把持手柄9的右手中，因此關于手柄9的操作，在將前臂的姿勢幾乎固定的狀態(tài)下使右手的手腕繞前臂的長度軸線旋轉(zhuǎn)即可。由此，即使使手柄9擺動也僅產(chǎn)生以擺動軸12的軸線為中心的力偶，不會產(chǎn)生以套管針2為支點使軸3擺動的力。另一方面，在以套管針2為支點使軸3擺動的情況下，將手腕相對于把持手柄9的右手的前臂固定而連同前臂一起移動，從而能夠?qū)S3施加力矩而使軸3擺動。

即，根據(jù)本實施方式的機械手1，具有如下優(yōu)點：能夠獨立地進行使前端處置部5相對于軸3的前端擺動的操作和使軸3自身擺動的操作而不使它們產(chǎn)生干涉，能夠防止前端處置部5在計劃之外的方向上進行動作，提高了操作性。

另外，根據(jù)本實施方式的機械手1，通過把持手柄9的右手使手柄9如標度盤那樣旋轉(zhuǎn)，從而能夠使軸3自身繞其長度軸線旋轉(zhuǎn)，另一方面，如圖7所示，能夠通過按鈕14a、14b、14c的操作來使前端關節(jié)部4的旋轉(zhuǎn)關節(jié)10旋轉(zhuǎn)。即，由于兩個操作完全不同，因此不會相互干涉，也無需重新搭指或者換手來握。由此，也具有如下的優(yōu)點：能夠防止前端處置部5在計劃之外的方向上進行動作，提高了操作性。

并且，由于僅使前端處置部5繞其中心軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)關節(jié)10的動作對前端處置部5的姿勢的變化的貢獻度較低，因此也不會因按鈕14a、14b、14c的操作而破壞直觀感覺。而且，根據(jù)本實施方式的機械手1，由于按鈕14a、14b、14c的位置與旋轉(zhuǎn)關節(jié)10的旋轉(zhuǎn)方向?qū)?，因此具有如下的?yōu)點：即使是偽相似構(gòu)造也能夠獲得較高的直觀感覺。

另外，由于右手的拇指和小拇指此時鉤掛在設置于手柄9的槽16中，因此能夠防止當使手柄9像標度盤那樣旋轉(zhuǎn)的情況下的滑動，能夠提高操作容易度。

另外，在本實施方式中，手柄9構(gòu)成為大致半球狀，但不限于此，可以采用其他任意的形狀。

另外，在手柄9上設置了與拇指和小指卡合的槽16，但也可以取而代之而設置凸部?；蛘叱酥?，如圖8所示，也可以設置在把持手柄9時供拇指和小指嵌合的環(huán)狀部件17。由此，能夠進一步消除手與手柄9的滑動。

另外，將手柄9的擺動軸12配置在與軸3的長度軸線垂直的方向，但不限于此，將擺動軸12配置在與軸3的長度軸線以任意角度交叉的方向上即可。

另外，在本實施方式中，對用右手進行把持的情況進行了說明，但也可以應用在用左手進行操作的情況中。該情況下，在供左手的無名指配置的位置處配置使旋轉(zhuǎn)關節(jié)10逆時針旋轉(zhuǎn)的按鈕14a，在供左手的食指配置的位置處配置使旋轉(zhuǎn)關節(jié)10順時針旋轉(zhuǎn)的按鈕14c即可。

標號說明

1：機械手；3：軸；4：前端關節(jié)部；5：前端處置部；6：基端操作部；9：手柄(第1操作部)；10：旋轉(zhuǎn)關節(jié)；11：彎曲關節(jié)；14a、14b、14c：按鈕(第2操作部)；15a、15b、15c：開關(有時也將它們稱為第2操作部)；16：槽(凹凸部)；o：操作者。