專利名稱：驅動力傳遞機構及機械手系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于傳遞來自驅動源的驅動力的驅動力傳遞機構和具備該驅動力傳遞機構的機械手系統(tǒng)。
背景技術：
作為涉及驅動力傳遞機構和機械手系統(tǒng)的技術，例如在日本實開平6-81503號公報中公開了如下的技術。即，在日本實開平6-81503號公報中公開了一種內窺鏡的彎曲裝置作為驅動力傳遞機構，所述內窺鏡的彎曲裝置具備彎曲操作線，其為用于使與撓性管的前端側連結的彎曲部彎曲的具有撓性的傳遞部件；以及具有撓性的引導管，其由引導該彎曲操作線的密繞線圈構成。
在應用該日本實開平6-81503號公報中公開的技術時，有時在彎曲操作時由于彎曲操作線的張力而使由密繞線圈構成的引導管發(fā)生壓曲。當發(fā)生壓曲時，彎曲部的彎曲長度會損失因該壓曲而導致的引導管的長度變化的量。鑒于因這種壓曲而產生的問題，在日本特開平6-300975號公報中公開了如下的技術利用由不易壓曲的超彈性管構成的管狀部件引導形狀記憶合金線，所述形狀記憶合金線為進行撓性管的彎曲操作的動力傳遞部件。但是，即使在應用日本特開平6-300975號公報所公開的技術的情況下，當對所述形狀記憶合金線施加張力時，由超彈性管構成的管狀部件壓縮變形(蜿蜒)，該超彈性管產生徑向上的變形，妨礙張力的傳遞(動力傳遞的傳遞效率降低)。

發(fā)明內容
本發(fā)明正是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供在彎曲動作時動力傳遞部件的傳遞效率不降低(傳遞特性不變差)的驅動力傳遞機構及具備該驅動力傳遞機構的機械手系統(tǒng)。為了達成上述目的，本發(fā)明的第一方式的驅動力傳遞機構具備線狀或桿狀且具有撓性的傳遞部件，其用于傳遞來自驅動源的驅動力；以及引導部件，其是供所述傳遞部件貫穿插入的具有撓性的管狀部件，所述驅動力傳遞機構的特征在于，所述驅動力傳遞機構具備約束部件，所述約束部件設置在所述引導部件的徑向外偵牝抑制所述引導部件的變形。為了達成上述目的，本發(fā)明的第二方式的機械手系統(tǒng)具備驅動力傳遞機構，其用于傳遞來自驅動源的驅動力；彎曲管，其具有多個關節(jié)部，所述多個關節(jié)部利用所述驅動力傳遞機構傳遞的驅動力來進行動作；操作部，其用于使所述關節(jié)部動作；以及控制部，其根據(jù)所述操作部的操作進行所述關節(jié)部的動作控制，所述驅動力傳遞機構具有
線狀或桿狀且具有撓性的傳遞部件，其用于傳遞所述驅動力；引導部件，其是供所述傳遞部件貫穿插入的具有撓性的管狀部件；以及約束部件，其設置在所述引導部件的徑向外側，抑制所述引導部件的變形。


圖I是示出應用了本發(fā)明的一個實施方式的驅動力傳遞機構的機械手系統(tǒng)的一個結構例的圖。圖2是示出機械手的插入部的一個結構例的圖。圖3A是插入部的彎曲部的側面剖視圖。
圖3B是構成彎曲部的驅動力傳遞機構的側面剖視圖。圖4是沿圖3所示的A-A’切斷驅動力傳遞機構的剖視圖。圖5是在相當于圖3所示的A-A’的部位切斷第一變形例的驅動力傳遞機構的剖視圖。圖6是示出第二變形例的驅動力傳遞機構的一個結構例的側視圖。圖7是示出第三變形例的驅動力傳遞機構的一個結構例的側面剖視圖。
具體實施例方式下面，對本發(fā)明的一個實施方式的驅動力傳遞機構及具備該驅動力傳遞機構的機械手系統(tǒng)進行說明。另外，在該一個實施方式中，設想例如用于內窺鏡下外科手術的處置用機械手系統(tǒng)作為機械手系統(tǒng)。圖I是示出應用了該一個實施方式的驅動力傳遞機構的機械手系統(tǒng)的一個結構例的圖。如圖I所示，機械手系統(tǒng)具備形成操作部的操作輸入裝置65 ;形成控制部的馬達控制單兀66 ;和機械手67。所述操作輸入裝置65讀取與手術操作者的手68的位置、姿勢和握持相關聯(lián)的信息，并將這些信息輸出到馬達控制單元66。所述馬達控制單元66根據(jù)從操作輸入裝置65輸出的與手術操作者的手68的位置、姿勢和握持相關聯(lián)的信息來控制機械手67。所述機械手67是用于對患者70的患部進行處置的機械手。該機械手67的插入部74貫穿插入于插入到被固定在手術臺69上的患者70的體內的套管針71中。更具體而言，機械手67具有基于圓柱坐標系進行動作的三自由度的機械手臂72;沿上下方向和旋轉方向動作的兩自由度的自由關節(jié)73;用于插入到患者70的體內的插入部74 ;和使插入部74旋轉的保持器75。下面，對機械手67的插入部74詳細地進行說明。圖2是示出機械手67的插入部74的一個結構例的圖。機械手67的插入部74具有具有鉗子109的前端部91 ;作為具有多個關節(jié)的關節(jié)部的彎曲部92 ;和包括插入管100的驅動部93。所述彎曲部92具備彎曲管94，其是沿上下方向和左右方向進行動作的兩自由度彎曲的關節(jié)；兩根操作線95，它們是用于沿著上下方向操作彎曲管94的具有撓性的線狀的傳遞部件；以及兩根操作線96，它們是用于沿著左右方向操作彎曲管94的具有撓性的線狀的傳遞部件。所述操作線95、96各自的一端在最前端的彎曲管94和/或前端部91中沿著周向彼此隔開90度的間隔地連接固定于該最前端的彎曲管94和/或前端部91，并且，另一端連接固定于包括帶輪106和滾珠絲杠螺母108的直動致動器107的滾珠絲杠螺母108。這些操作線95、96具有撓性。另外，具體情況參照附圖在后面進行說明，操作線95、96貫穿插入于作為引導部件的內側管。此外，內側管貫穿插入于作為約束部件的外側管內。這里，在手術操作者對操作輸入裝置65進行操作而使機械手67動作來對患者70進行處置時，機械手67的各部分如下地進行動作。即，從操作輸入裝置65輸出的與手術操作者的手68的位置、姿勢和握持相關聯(lián)的信息被輸入到馬達控制單元66，并通過該馬達控制單元66轉換成機械手臂72的操作量、基于自由關節(jié)73的插入部74的旋轉量、插入部74中的彎曲部92的彎曲量以及鉗子109的開閉角度。
在所述驅動部93中，利用作為驅動源的馬達(未圖示)的旋轉使?jié)L珠絲杠螺母108進退，與該進退相應地，操作線95、96差動地被驅動，彎曲部92沿上下左右方向彎曲。同樣地，利用馬達(未圖示)的旋轉使鉗子109開閉。下面，對應用于彎曲部92的該一個實施方式的驅動力傳遞機構進行說明。圖3A是彎曲部92的側面剖視圖。所述彎曲部92具備彼此連結的多個彎曲管94 ;作為動力傳遞部件的操作線95、96 ;作為操作線95、96的引導部件的內側管2 ;以及作為抑制(阻止、限制)內側管2的徑向上的變形的約束部件(變形防止部件)的外側管3。這里，驅動力傳遞機構I由操作線95、96、內側管2和外側管3構成。所述多個彎曲管94在彼此相鄰的彎曲管94的連結部94a彼此的位置關系配置成沿著周向彼此錯開90度的狀態(tài)下，在該連結部94a處通過銷94b轉動自如連結。通過這樣地連結各個彎曲管94，從而作為整個彎曲部92而能夠沿著上下方向和左右方向彎曲。并且，在各個彎曲管94的內周面設置有如下的多個保持部94c。即，多個保持部94c是允許驅動力傳遞機構I向其軸向移動并對驅動力傳遞機構I進行保持的部件，所述多個保持部94c在所述軸向上按預定距離沿著周向隔開90度間隔地安裝在該彎曲管94的內周面。具體而言，在這些保持部94c設置有直徑比外側管3的外徑稍大的貫通孔94d。各驅動力傳遞機構I借助于這些貫通孔94d而被允許向其軸向移動。這里，相對于一對操作線95的一對驅動力傳遞機構I和相對于一對操作線96的一對驅動力傳遞機構I彼此具有90度間隔地位于彎曲管94的周向。另外，在本例中，配設于彎曲部92內的各驅動力傳遞機構I配設成延伸到插入管100 內。下面，對驅動力傳遞機構I詳細地進行說明。由于驅動力傳遞機構I設置成與構成兩根一組的操作線即操作線95和操作線96的一根一根的操作線對應，因此，在本例中，共計配設四個驅動力傳遞機構I。圖3B是應用于彎曲部92的驅動力傳遞機構I的側面剖視圖。圖4是沿圖3所示的A-A’切斷驅動力傳遞機構I時的剖視圖。
所述內側管2是引導操作線95、96的引導部件。具體而言，內側管2是如下的部件。(I)內側管2是具有撓性且剖面大致呈圓環(huán)形狀的管狀部件。(2)操作線95或操作線96貫穿插入于內側管2中。換言之，內側管2配設在操作線95或操作線96的徑向外側。(3)具有撓性的金屬材料適合作為內側管2的材料，可列舉例如Ni-Ti等。(4)為了減少由于操作線95、96的動作而引起的操作線95、96之間的摩擦，內側管2的內周面優(yōu)選實施研磨加工。所述外側管3是為了抑制(阻止、限制)內側管2的徑向的變形而約束內側管2的約束部件。具體而言，外側管3是如下的部件。 (I)外側管3是具有撓性且剖面大致呈圓環(huán)形狀的管狀部件。(2)在外側管3中以與內側管2之間具有間隙C的方式貫穿插入有內側管2。具體而言，間隙C是能夠供內側管2在該外側管3內沿著軸向移動的程度的間隙。(3)內側管2的外徑與外側管3的內徑大致相同。(4)具有撓性(或彈性)的金屬材料適合作為外側管3的材料，可列舉例如SUS或Ni-Ti 等。另外，可以在插入管100內也與彎曲部92內的結構同樣地采用保持部94c來保持各驅動力傳遞機構I，也可以為不采用保持部94c而是簡單地將各驅動力傳遞機構I貫穿插入于插入管100內的結構。相反地，在彎曲部92內部的空間狹小的情況下，也可以在彎曲部92內不設置保持部94c。在本例中，內側管2從彎曲部92的前端配設到插入管100的基部。并且，在內側管2的全長范圍內設置外側管3。S卩，在從彎曲部92內的前端到插入管100的基部的范圍內配設各驅動力傳遞機構I。如上所述，操作線95、96、內側管2和外側管3如上述那樣地分別具有撓性(或彈性)，根據(jù)手術操作者的手68對操作輸入裝置65的操作而進行彎曲動作。若是以往的技術，則在該彎曲動作時彎曲的內側管2沿著徑向變形(例如壓曲)，從而內側管2內的操作線95、96的傳遞效率降低(傳遞特性變差)。另一方面，根據(jù)該一個實施方式的驅動力傳遞機構1，由于在彎曲動作時利用外側管3抑制(阻止、限制)內側管2向徑向變形，因此能夠防止由于彎曲狀態(tài)而導致的驅動力的傳遞效率的降低(傳遞特性變差)。如以上說明的那樣，根據(jù)該一個實施方式，能夠提供在彎曲動作時動力傳遞部件的傳遞效率不降低(傳遞特性不變差)的驅動力傳遞機構及具備該驅動力傳遞機構的機械手系統(tǒng)。更具體而言，根據(jù)該一個實施方式的驅動力傳遞機構和機械手系統(tǒng)，能夠獲得例如如下的特別的效果?！ねㄟ^在操作線95、96的引導部件即內側管2的徑向外側設置用于約束內側管2的徑向的變形的外側管3，從而即使在操作操作線95、96時對內側管2施加張力的情況下，通過內側管2被外側管3約束，能抑制該內側管2的壓縮變形(朝徑向的變形)。即，在進行彎曲動作時，不會對操作線95、96施加使其傳遞效率降低的那樣的外力。
由于能夠防止操作線95、96的路徑長度的變化，因此能夠防止與內側管2的壓縮變形(蜿蜒)相伴的、操作線95、96與內側管2的接觸面積的增大，能夠抑制因內側管2的徑向的變形而引起的操作線95、96與內側管2的內周面的摩擦所造成的衰減。由此，能夠獲得滯后特性少的良好的傳遞特性?！げ粌H抑制對操作線95、96施加張力時的內側管2的相對于壓縮變形的徑向的變形，還抑制由其它因素造成的內側管2的徑向的變形?！ねㄟ^由金屬材料構成內側 管2和外側管3，從而驅動力傳遞機構I的強度提高。 將內側管2的外徑與外側管3的內徑構成為大致相同、并且設置供內側管2能夠沿著軸向在外側管3內移動的間隙C，由此，內側管2能夠在外側管3內沿軸向移動。這進一步提高了對內側管2向徑向變形的抑制效果。 通過在內側管2的全長范圍內設置外側管3，從而能夠抑制內側管2在其全長范圍內向徑向變形。另外，在上述的示例中，由金屬材料構成外側管3，但只要能夠限制內側管2徑向的變形，則當然也可以由例如硬質的樹脂構成外側管3。在上述的示例中，將外側管3構成為剖面為大致圓環(huán)形狀，但也可以將外側管3構成為剖面為多邊形狀。在該情況下，內側管2的剖面形狀也優(yōu)選為與外側管3的剖面形狀同樣的剖面形狀。在內側管2的全長范圍設置有外側管3，但也可以在內側管2的一部分(局部地)設置外側管3。例如也可以為如下的結構僅在內側管2中的特別容易彎曲的部分或大幅彎曲的部分設置外側管3。在上述的示例中，采用線(操作線95、96)作為傳遞部件，但既可以采用由例如形狀記憶合金構成的線，也可以采用作為簡單的棒狀部件而構成的線或桿。在上述的示例中，作為機械手，以具備鉗子109的機械手67為例進行了說明，但不限于此，該一個實施方式也可以應用于例如具備內窺鏡的觀察機械手等。即，該一個實施方式能夠應用于包括處置用機械手或觀察機械手(內窺鏡)等的各種機械手。并且，該一個實施方式不僅可應用于醫(yī)療用的機械手系統(tǒng)，當然也可以應用于產業(yè)用的機械手系統(tǒng)和手動的機械手系統(tǒng)。以上根據(jù)一個實施方式對本發(fā)明進行了說明，但本發(fā)明不限于上述的各實施方式，當然，在本發(fā)明主旨的范圍內能夠進行各種變形和應用?！兜谝蛔冃卫废旅妫瑢ι鲜龅囊粚嵤┓绞降尿寗恿鬟f機構和機械手系統(tǒng)的第一變形例進行說明。為了避免重復說明，對與一實施方式的驅動力傳遞機構和機械手系統(tǒng)的不同點進行說明。在上述的一實施方式中，將外側管3構成為剖面大致呈圓環(huán)形狀的管狀部件，但在本第一變形例中如下地構成。圖5是在相當于圖3所示的A-A’的部位切斷本第一變形例的驅動力傳遞機構時的剖視圖。如該圖所示，在本第一變形例中，在該外側管3的周面，以使得外側管3的剖面呈C字形狀的方式沿著軸向形成切口部(狹縫)。如以上說明的那樣，根據(jù)本第一變形例，能夠提供起到與上述一個實施方式的驅動力傳遞機構和機械手系統(tǒng)同樣的效果的驅動力傳遞機構和機械手系統(tǒng)。
《第二變形例》下面，對上述一個實施方式的驅動力傳遞機構和機械手系統(tǒng)的第二變形例進行說明。為了避免重復說明，對與一個實施方式的驅動力傳遞機構和機械手系統(tǒng)的不同點進行說明。在上述的一個實施方式中，相對于一根操作線95、96將外側管3構成為一根管狀部件(相對于一個驅動力傳遞機構I構成為一根外側管3)，但在本第二變形例中如下地構成。圖6是示出本第二變形例的驅動力傳遞機構的一個結構例的側視圖。如該圖所示，在本第二變形例中，以相對于內側管2的長度方向分割成多個的方式設置外側管3。換言之，通過如圖6所示那樣地相對于內側管2串聯(lián)地配設多個短管3-1、3_2、
·3-3、......，從而利用這多個短管3-1、3-2、3-3、......構成外側管3。更具體而言，在例如外
側管3的全長為Im的情況下,該短管3-1、3-2、3-3、......各自的長度大約為5mm。通過這樣串聯(lián)地以多珠連接的方式配設相對于外側管3的全長足夠短的短管3-1、3-2、3-3、……，從而即使逐個短管3-1、3-2、3-3、……沒有撓性(或彈性)，作為整個外側管3也能夠充分地撓曲(彎曲)。如以上說明的那樣，根據(jù)本第二變形例，能夠提供可起到與上述一個實施方式的驅動力傳遞機構和機械手系統(tǒng)同樣的效果、并且外側管3的材料選擇的范圍廣的驅動力傳遞機構和機械手系統(tǒng)?！兜谌冃卫废旅?，對上述一個實施方式的驅動力傳遞機構和機械手系統(tǒng)的第三變形例進行說明。為了避免重復說明，對與一個實施方式的驅動力傳遞機構和機械手系統(tǒng)的不同點進行說明。在上述一個實施方式中，將外側管3構成為具有撓性且剖面大致呈圓環(huán)形狀的一根管狀部件，但在本第三變形例中如下地構成。圖7是示出第三變形例的驅動力傳遞機構的一個結構例的側面剖視圖。如該圖所示，在本第三變形例中，由密繞線圈構成外側管3。即，采用由密繞線圈構成的管狀部件作為外側管3。如以上說明的那樣，根據(jù)本第三變形例，能夠提供可起到與上述一個實施方式的驅動力傳遞機構和機械手系統(tǒng)同樣的效果的驅動力傳遞機構和機械手系統(tǒng)。并且，上述的實施方式中包括各種階段的發(fā)明，通過對所公開的多個結構要素的適當?shù)慕M合而能夠提取各種發(fā)明。例如，在即使從實施方式中所示的全部結構要素中刪除幾個結構要素也能夠解決在發(fā)明要解決的課題的欄中所述的課題、并可獲得發(fā)明效果的欄中所述的效果的情況下，該刪除了結構要素的結構也可被提取作為發(fā)明。
權利要求
1.一種驅動力傳遞機構，其具備線狀或桿狀且具有撓性的傳遞部件，其用于傳遞來自驅動源的驅動力；以及引導部件，其是供所述傳遞部件貫穿插入的、具有撓性的管狀部件，所述驅動力傳遞機構的特征在于， 所述驅動力傳遞機構具備約束部件，所述約束部件設置在所述引導部件的徑向外側，抑制所述引導部件的變形。
2.根據(jù)權利要求I所述的驅動力傳遞機構，其特征在于， 所述弓I導部件的外徑和所述約束部件的內徑大致相同， 在所述約束部件與所述引導部件之間設置有間隙，所述間隙使得所述引導部件能夠在所述約束部件內沿著軸向移動。
3.根據(jù)權利要求2所述的驅動力傳遞機構，其特征在于， 所述約束部件為具有撓性或彈性的管狀部件。
4.根據(jù)權利要求2所述的驅動力傳遞機構，其特征在于， 所述約束部件由多個管狀部件串聯(lián)地配設而成，該約束部件整體具有撓性。
5.根據(jù)權利要求2所述的驅動力傳遞機構，其特征在于， 所述約束部件是由密繞線圈構成的呈管狀的部件。
6.—種機械手系統(tǒng),其特征在于， 所述機械手系統(tǒng)具備 驅動力傳遞機構，其用于傳遞來自驅動源的驅動力； 彎曲管，其具有多個關節(jié)部，所述多個關節(jié)部利用所述驅動力傳遞機構傳遞的驅動力進行動作； 操作部，其用于使所述關節(jié)部動作；以及 控制部，其根據(jù)所述操作部的操作進行所述關節(jié)部的動作控制， 所述驅動力傳遞機構具有 線狀或桿狀且具有撓性的傳遞部件，其用于傳遞所述驅動力； 引導部件，其是供所述傳遞部件貫穿插入的具有撓性的管狀部件；以及 約束部件，其設置在所述引導部件的徑向外側，抑制所述引導部件的變形。
全文摘要
用于傳遞來自驅動源的驅動力的驅動力傳遞機構(1)如下地構成。即，驅動力傳遞機構(1)具備操作線(95、96)，其為線狀或桿狀，且具有撓性；內側管(2)，其是供操作線(95、96)貫穿插入的、具有撓性的引導部件；以及外側管(3)，其設置于內側管(2)的徑向外側，抑制內側管(2)的變形。
文檔編號B25J17/00GK102905631SQ201180025880
公開日2013年1月30日 申請日期2011年3月31日 優(yōu)先權日2010年5月31日
發(fā)明者飯?zhí)镅琶?申請人:奧林巴斯株式會社