專利名稱：動力傳遞機(jī)構(gòu)和操縱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及手術(shù)輔助用操縱裝置或能源設(shè)備等的狹窄部修補(bǔ)用的操縱裝置。特別提供能實現(xiàn)小型化、高可靠性、高剛度、高操作性的由鋼絲、滑輪構(gòu)成的動力傳遞機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
以前，在膽囊摘除手術(shù)等腹腔鏡下手術(shù)中，如圖31所示，在患者150的腹部開幾個小孔151、152、153，在這些小孔上安裝固定裝置(トラカ—ル)154，經(jīng)固定裝置(トラカ—ル)154，把內(nèi)視鏡161、鉗子171、172等插入這些孔內(nèi)，手術(shù)者(通常是外科醫(yī)生)160，在用監(jiān)視器162觀看內(nèi)視鏡161的圖像的同時進(jìn)行手術(shù)。這樣的手術(shù)方法，由于不需要開腹，患者的負(fù)擔(dān)少，術(shù)后的恢復(fù)和到出院的天數(shù)大幅度地降低，因此，人們期待其應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大。
在這樣的背景下，發(fā)明者們提出了圖32所示的在原有的鉗子上加入了機(jī)械手技術(shù)的醫(yī)療用操縱裝置(機(jī)械手鉗子)1(參照日本特開2000-350735號公報)。該操縱裝置1是醫(yī)療用操縱裝置，備有具有姿勢操作部23和處置操作部24的操作指令部20；一端側(cè)與前述操作指令部20連接的連結(jié)部30；與前述連結(jié)部30的另一端側(cè)連結(jié)的/具有處置部14、能在2個自由度或2個自由度以上變更姿勢地支承前述處置部14的支承部15、16的作業(yè)部10、把來自前述姿勢操作部23的操作指令送往前述支承部并變更前述處置部14的姿勢，同時把來自前述處置操作部24的操作指令送往前述處置部使前述處置部14動作的控制部(未圖示)。
再有，本發(fā)明者們，作為適用于縫合結(jié)扎作業(yè)的自由度配置，提出了圖33所示的醫(yī)療用操縱裝置(參照日本特開2002-102248號公報)。醫(yī)療用操縱裝置1備有作業(yè)部10、操作指令部20、兩端與作業(yè)部10和操作指令部20連接的連結(jié)部30。作業(yè)部10具有支承部和在手術(shù)部位實施處置的處置部(抓爪)，支承部具有垂直于連結(jié)部30的中心軸方向31的第1回轉(zhuǎn)軸11和垂直于第1回轉(zhuǎn)軸11的第2回轉(zhuǎn)軸12，處置部14的中心軸方向被配置成與第2回轉(zhuǎn)軸12大致平行。換句話說，作業(yè)部10具有作為能在2個自由度上變更姿勢地支承抓爪14的支承部的偏轉(zhuǎn)軸關(guān)節(jié)支承部15和滾動軸關(guān)節(jié)支承部16。操作指令部20具有由與連結(jié)部30的中心軸方向31垂直的第3回轉(zhuǎn)軸21和與第3回轉(zhuǎn)軸21垂直的第4回轉(zhuǎn)軸22構(gòu)成的姿勢操作部23、與操作者把持操作時的操作者的手腕的回轉(zhuǎn)方向和第4回轉(zhuǎn)軸22的軸向大致平行的處置操作部24。在手術(shù)部位實施處置的處置部14的把持動作13，由處置操作部24的把持動作25進(jìn)行。
對于遠(yuǎn)距離操作型主從操縱裝置，該機(jī)械手鉗子把操作部(主部)和鉗子前端部的手(從部)連結(jié)成一體，能進(jìn)行作為原有的鉗子的優(yōu)點的手術(shù)者進(jìn)行的簡單而可靠的敏捷的操作和作為操縱裝置的優(yōu)點的細(xì)微的動作和從困難的角度進(jìn)行的操作。由于在前端部備有彎曲和回轉(zhuǎn)等關(guān)節(jié)，所以可以自由自在地變動手的姿勢，使從前難以使用鉗子進(jìn)行的各種各樣的方向的縫合作業(yè)和結(jié)扎作業(yè)變得容易。另外，在右手使用機(jī)械手鉗子，左手使用原有的鉗子的情況下，可以和原有的手術(shù)器械一起使用。由于系統(tǒng)簡單和緊湊，所以具有可以用低成本引入實施的優(yōu)點。
另外，同樣構(gòu)成的操縱裝置，也適用于在作業(yè)者難以直接在現(xiàn)場進(jìn)行作業(yè)的場所的作業(yè)，也就是說，也適用于能源設(shè)備等的狹窄部的修補(bǔ)作業(yè)。當(dāng)然，操縱裝置的尺寸(長度、粗細(xì)度、大小等)要根據(jù)作業(yè)內(nèi)容、作業(yè)區(qū)域進(jìn)行設(shè)計。從而不一定局限于醫(yī)療用。
手術(shù)輔助用操縱裝置或能源設(shè)備等的狹窄部修補(bǔ)用操縱裝置，要求小型和重量輕、高可靠性、高剛性、高操作性、高作業(yè)性、低成本，為此，必須使動力傳遞機(jī)構(gòu)小型和重量輕、高可靠性、高剛性和低成本。在日本特開2000-350735號公報或日本特開2002-102248號公報中所示的操縱裝置中，由于存在主從一體化的限制，所以動力傳遞機(jī)構(gòu)的形狀、尺寸、配置等對操作性有很大的影響。
在以操縱裝置為首的機(jī)械手、機(jī)電設(shè)備中，作為把驅(qū)動器的動力傳遞給指尖效果器(例如，機(jī)械手和工具等)的動力傳遞機(jī)構(gòu)，一般使用由鋼絲和滑輪構(gòu)成的動力傳遞機(jī)構(gòu)。在由鋼絲和滑輪構(gòu)成的動力傳遞機(jī)構(gòu)中，在需要多圈回轉(zhuǎn)的動作范圍的場合，通常，如圖22所示，在滑輪50、51上卷繞鋼絲52，由摩擦力進(jìn)行動力傳遞。為了加大傳遞轉(zhuǎn)矩，必須加大摩擦力，可以增大鋼絲卷繞在滑輪上的角度、進(jìn)行多圈回轉(zhuǎn)的卷繞、或者增大鋼絲的張力。但是，由于基本上是由摩擦進(jìn)行驅(qū)動，所以在因鋼絲伸長而張力下降的場合，會在鋼絲和滑輪之間產(chǎn)生打滑，導(dǎo)致傳遞轉(zhuǎn)矩降低。為此，有時附加張力調(diào)整機(jī)構(gòu)，但這樣會使機(jī)構(gòu)變得復(fù)雜，成為裝置大型化、成本高的原因。還會導(dǎo)致關(guān)節(jié)剛性的降低。另外，為了把鋼絲多圈回轉(zhuǎn)地卷繞在滑輪上，需要與卷繞的回轉(zhuǎn)圈數(shù)對應(yīng)的滑輪寬度，從而成為裝置大型化的原因。說起來，對于手術(shù)輔助用操縱裝置或能源設(shè)備等的狹窄部修補(bǔ)用操縱裝置來說，通常都沒有足夠的用于多圈回轉(zhuǎn)卷繞的空間。另外，為了把鋼絲固定在滑輪上，如圖23所示，通常使用固定構(gòu)件53A進(jìn)行固定。但是，在多圈回轉(zhuǎn)卷繞鋼絲的場合，由于固定構(gòu)件和鋼絲進(jìn)行干擾，所以通常動作范圍(回轉(zhuǎn)角)不到180度。作為增加卷繞角的方法，有日本專利第2519749號公報提供的方法，但最大也只到270度左右，多圈回轉(zhuǎn)到360度以上是困難的。在滑輪的回轉(zhuǎn)范圍受限制的狀態(tài)下，操縱裝置關(guān)節(jié)的動作區(qū)域即指尖效果器的作業(yè)區(qū)域變得狹窄，在作業(yè)上產(chǎn)生障礙，使作業(yè)性和操作性大幅度地降低。為了得到在作業(yè)上沒有障礙的充分的作業(yè)區(qū)域，需要盡可能多的回轉(zhuǎn)圈數(shù)，但是使用由原有的方法形成的動力傳遞機(jī)構(gòu)是很難實現(xiàn)的。
另一方面，在圖24所示的由鋼絲和滑輪構(gòu)成的動力傳遞機(jī)構(gòu)中，在鋼絲直徑細(xì)的場合或驅(qū)動滑輪和從動滑輪之間的距離長的場合，在動力傳遞時鋼絲的彈性變形(伸長)的影響變大，有時不能進(jìn)行足夠的動力傳遞。另外，在固定了驅(qū)動側(cè)滑輪的保持狀態(tài)或在伺服鎖定狀態(tài)下，存在著在從動軸(輸出軸)側(cè)不能得到足夠的回轉(zhuǎn)剛性的問題。在不能得到所希望的回轉(zhuǎn)剛性的場合，不能進(jìn)行可靠的作業(yè)，從而操作性降低，作業(yè)性變差。
另外，在圖25、圖27所示的主部和從部一體化的整體型的主從操縱裝置中，通常在連結(jié)部30附近產(chǎn)生偏心質(zhì)量。由于該偏心質(zhì)量的配置，由于重力的影響，在連結(jié)部附近產(chǎn)生非操作者意圖的回轉(zhuǎn)力矩，從而導(dǎo)致操作性降低。特別，在操作時的初期狀態(tài)或在作為操作中的最為標(biāo)準(zhǔn)的姿勢的操縱裝置的基準(zhǔn)姿勢時，在由偏心質(zhì)量在連結(jié)部附近產(chǎn)生回轉(zhuǎn)力矩的場合，由于操作者承擔(dān)多余的操作力，所以導(dǎo)致操作性大幅度地降低。另外，如圖25所示，對于共同滾動軸、俯仰軸、滾動軸的情況，把作業(yè)部的姿勢從圖示的基準(zhǔn)姿勢的狀態(tài)向偏轉(zhuǎn)方向(橫向、左右方向)變化，因為姿勢特異所以是困難的。另外，在圖29所示的自由度構(gòu)成、共同滾動軸、偏轉(zhuǎn)軸、滾動軸的情況，使作業(yè)部的姿勢從圖示的基準(zhǔn)姿勢的狀態(tài)向俯仰方向(縱向、上下方向)變化，因為姿勢特異所以是困難的。在實際的操作中，把作業(yè)部的姿勢從基準(zhǔn)姿勢的狀態(tài)向橫向和縱向誘導(dǎo)的比例是很多的，對于圖25和圖29所示的自由度配置，會導(dǎo)致操作性降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的動力傳遞機(jī)構(gòu)，備有可撓性動力傳遞構(gòu)件、一對卷繞了該可撓性動力傳遞構(gòu)件的驅(qū)動側(cè)滑輪和從動側(cè)滑輪、把前述可撓性動力傳遞構(gòu)件分別固定在前述一對滑輪上的一對圓柱狀或者圓錐狀的固定銷，其特征在于，前述各固定銷具有在橫向上形成的動力傳遞構(gòu)件通過孔，使前述可撓性動力傳遞構(gòu)件通過該動力傳遞構(gòu)件通過孔，把該狀態(tài)下的前述一對固定銷在埋入狀態(tài)下分別壓入前述一對滑輪的銷埋入孔內(nèi)，把前述可撓性動力傳遞構(gòu)件固定在前述一對滑輪上，同時把前述可撓性動力傳遞構(gòu)件在嵌入于前述一對滑輪的外周面上的前述埋入孔的周向兩側(cè)上形成的狹槽內(nèi)的狀態(tài)下進(jìn)行收納。
再有，本發(fā)明的動力傳遞機(jī)構(gòu)，其特征在于，前述各固定銷上的前述動力傳遞構(gòu)件通過孔，具有在前述壓入時使該動力傳遞構(gòu)件通過孔縮徑、沿該固定銷的軸向形成的縮徑用的狹縫部。
再有，本發(fā)明的動力傳遞機(jī)構(gòu)，備有可撓性動力傳遞構(gòu)件、一對卷繞了該可撓性動力傳遞構(gòu)件的驅(qū)動側(cè)滑輪和從動側(cè)滑輪，其特征在于，把前述可撓性動力傳遞構(gòu)件上的作為架設(shè)于前述一對滑輪之間的部分的2根動力傳遞系統(tǒng)之中的、作為至少承受高張力側(cè)的動力傳遞系統(tǒng)的前述可撓性動力傳遞構(gòu)件用中空軸覆蓋或切斷后用實心軸連結(jié)。
另外，本發(fā)明的動力傳遞機(jī)構(gòu)，其特征在于，前述中空軸，通過在多個位置上與通過其內(nèi)部的前述可撓性動力傳遞構(gòu)件固定而一體化。
另外，本發(fā)明的動力傳遞機(jī)構(gòu)，其特征在于，還備有能滑動地插入并支承前述中空軸或者前述實心軸的支承構(gòu)件。
再有，本發(fā)明的一種操縱裝置，備有作業(yè)部、連結(jié)部和操作部，來自該操作部的操作指令通過前述連結(jié)部傳到前述作業(yè)部，使該作業(yè)部動作，其特征在于，具有把來自前述作業(yè)部的操作指令傳到前述操作部的動力傳遞機(jī)構(gòu)、以及驅(qū)動該動力傳遞機(jī)構(gòu)并作為前述連結(jié)部附近的偏心質(zhì)量的驅(qū)動裝置，前述動力傳遞機(jī)構(gòu)具有可撓性動力傳遞構(gòu)件和一對卷繞了該可撓性動力傳遞構(gòu)件的驅(qū)動側(cè)滑輪和從動側(cè)滑輪，在操縱裝置處于基準(zhǔn)姿勢時，作為前述連結(jié)部附近的偏心質(zhì)量的前述驅(qū)動裝置，把前述驅(qū)動側(cè)滑輪和前述從動側(cè)滑輪設(shè)置成它們的回轉(zhuǎn)軸處于相互扭轉(zhuǎn)的狀態(tài)，使之相對于前述連結(jié)部配置成大致垂直向下。
再有，本發(fā)明的操縱裝置，其特征在于，自由度構(gòu)成為由連結(jié)部的共同滾動軸、容許橫向回轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)軸和容許縱向回轉(zhuǎn)的俯仰軸的中間的容許向斜方向回轉(zhuǎn)的彎曲軸、滾動軸構(gòu)成的自由度構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明，在鋼絲(可撓性動力傳遞構(gòu)件)和滑輪構(gòu)成的動力傳遞機(jī)構(gòu)中，不需要摩擦驅(qū)動場合的張力調(diào)整機(jī)構(gòu)，通過鋼絲和鋼絲與滑輪的系結(jié)部互不干擾的構(gòu)成，可以省空間，多圈回轉(zhuǎn)，可以因楔型效果得到強(qiáng)大的系結(jié)力。由此，操縱裝置關(guān)節(jié)的動作區(qū)域即指尖效果器的作業(yè)區(qū)域變大，由于得到了在作業(yè)上沒有障礙的充分的作業(yè)區(qū)域，所以作業(yè)性和操作性大幅度地提高。
另外，在驅(qū)動側(cè)滑輪和從動側(cè)滑輪之間的至少承受高張力的鋼絲側(cè)的鋼絲部分上，由于覆蓋著中空軸或者用實心軸連結(jié)，所以即使在鋼絲直徑細(xì)的場合或驅(qū)動滑輪和從動滑輪之間的距離長的場合，在動力傳遞時鋼絲的彈性變形(伸長)的影響也很小，可以傳遞足夠的動力，而在固定驅(qū)動側(cè)滑輪的保持狀態(tài)和伺服鎖定狀態(tài)下，在從動軸(輸出軸)一側(cè)得到了足夠的回轉(zhuǎn)剛性。由此，可以可靠地進(jìn)行動力傳遞，作業(yè)性和操作性大幅度地提高。
再有，在操作的初期狀態(tài)時或操作中的作為最為標(biāo)準(zhǔn)的姿勢的操縱裝置的基準(zhǔn)姿勢時，由于連結(jié)部附近不產(chǎn)生因偏心質(zhì)量形成的回轉(zhuǎn)力矩，所以操作者不承擔(dān)多余的操作力，作業(yè)性和操作性大幅度地上升。另外，由于自由度構(gòu)成成為連結(jié)部的共同滾動軸、偏轉(zhuǎn)軸(橫向)和俯仰軸的中間方向(傾斜方向)的彎曲軸、滾動軸的自由度構(gòu)成，因此，從基準(zhǔn)姿勢開始的作業(yè)部的姿勢誘導(dǎo)變得容易，作業(yè)性和操作性大幅度地提高。
即，可以提供小型和重量輕、高可靠性、高剛性、低成本的動力傳遞機(jī)構(gòu)，由于有這樣的動力傳遞機(jī)構(gòu)，可以提供備有高操作性、高作業(yè)性的手術(shù)輔助用操縱裝置和能源設(shè)備等的狹窄部修補(bǔ)用操縱裝置。


圖1是本發(fā)明的第1實施例的動力傳遞機(jī)構(gòu)的正視圖，左右側(cè)視圖和d-d線、e-e線剖面圖。
圖2是表示本發(fā)明的第1實施例的動力傳遞系統(tǒng)整體的概略分解立體圖。
圖3是把本發(fā)明的第1實施例的動力傳遞機(jī)構(gòu)裝入操縱裝置時的概略整體立體圖。
圖4是本發(fā)明的第1實施例的動力傳遞機(jī)構(gòu)的滑輪的立體圖。
圖5是本發(fā)明的第1實施例的動力傳遞機(jī)構(gòu)的滑輪固定銷的立體圖。
圖6是表示本發(fā)明的第1實施例的動力傳遞機(jī)構(gòu)的組裝順序的工序圖。
圖7是本發(fā)明的第1實施例的動力傳遞機(jī)構(gòu)的固定銷的各種形狀的例子的正視圖。
圖8是本發(fā)明的第2實施例的動力傳遞機(jī)構(gòu)的例子的正視圖。
圖9是本發(fā)明的第2實施例的動力傳遞機(jī)構(gòu)的例子的正視圖。
圖10是本發(fā)明的第2實施例的動力傳遞機(jī)構(gòu)的例子的正視圖。
圖11是本發(fā)明的第2實施例的動力傳遞機(jī)構(gòu)的例子的正視圖。
圖12是本發(fā)明的第2實施例的動力傳遞機(jī)構(gòu)的例子的正視圖。
圖13是本發(fā)明的第2實施例的動力傳遞機(jī)構(gòu)的支承構(gòu)件的正視圖。
圖14是本發(fā)明的第2實施例的動力傳遞機(jī)構(gòu)的支承構(gòu)件裝在管子內(nèi)的狀態(tài)的橫截面圖。
圖15是本發(fā)明的第3實施例的操縱裝置的立體圖。
圖16是表示本發(fā)明的第3實施例的操縱裝置的鋼絲和滑輪的關(guān)系的立體圖。
圖17是本發(fā)明的第3實施例的操縱裝置的立體圖。
圖18是表示本發(fā)明的第3實施例的操縱裝置的鋼絲和滑輪的關(guān)系的立體圖。
圖19是本發(fā)明的第3實施例的操縱裝置的立體圖。
圖20是表示本發(fā)明的第3實施例的操縱裝置的鋼絲和滑輪的關(guān)系的立體圖。
圖21是表示手術(shù)者的姿勢的圖。
圖22是原有的動力傳遞機(jī)構(gòu)的正視圖、左右側(cè)視圖和d-d線、e-e線剖面圖。
圖23是原有的動力傳遞機(jī)構(gòu)的正視圖、左右側(cè)視圖和剖面圖。
圖24是原有的動力傳遞機(jī)構(gòu)的正視圖。
圖25是原有的操縱裝置的立體圖。
圖26是表示原有的操縱裝置的鋼絲和滑輪的關(guān)系的立體圖。
圖27是原有的操縱裝置的立體圖。
圖28是表示原有的操縱裝置的鋼絲和滑輪的關(guān)系的立體圖。
圖29是原有的操縱裝置的立體圖。
圖30是表示原有的操縱裝置的鋼絲和滑輪的關(guān)系的立體圖。
圖31是說明內(nèi)視鏡(腹腔鏡)下的手術(shù)的圖。
圖32是原有的操縱裝置的立體圖。
圖33是原有的操縱裝置的立體圖。
具體實施例方式
下面參照附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行說明。
圖1是表示本發(fā)明的第1實施例的操縱裝置的動力傳遞機(jī)構(gòu)的驅(qū)動側(cè)和從動側(cè)的鋼絲和滑輪部的剖面圖和側(cè)視圖。圖2是表示動力傳遞系統(tǒng)整體的分解狀態(tài)的概略構(gòu)成圖，圖3是組裝成操縱裝置場合的概略構(gòu)成圖。如圖1所示，本發(fā)明的第1實施例的操縱裝置的動力傳遞機(jī)構(gòu)，由驅(qū)動側(cè)滑輪50、從動側(cè)滑輪51、鋼絲(可撓性動力傳遞構(gòu)件)52、圓柱狀或圓錐狀的銷53、鋼絲連結(jié)構(gòu)件(未圖示)構(gòu)成。鋼絲一般是不銹鋼鋼絲繩，但鎢或纖維系列材料等其他的材質(zhì)的材料也沒有問題，只要是具有可撓性的材料就可以。在本發(fā)明中，把它們?nèi)挤Q為鋼絲。鋼絲連結(jié)構(gòu)件是把一根直線狀的鋼絲的兩端連結(jié)起來形成環(huán)狀的必需的構(gòu)件。
鋼絲52被構(gòu)成環(huán)狀，在本發(fā)明的第1實施例中，在滑輪50、51上分別繞1.5圈。鋼絲52用固定銷53固定在滑輪50、51上(系結(jié)部)。在該構(gòu)成中，能得到最大±270度的動作范圍。
圖2作為表示動力傳遞系統(tǒng)整體的概略構(gòu)成圖的一例，圖示了在驅(qū)動側(cè)滑輪50上安裝帶減速器的馬達(dá)54，在從動側(cè)滑輪51上安裝臂55的例子，但也不一定是這樣的構(gòu)成，基本是用于把驅(qū)動側(cè)的動力傳遞給從動側(cè)的動力傳遞機(jī)構(gòu)。在圖3中圖示了組裝成操縱裝置1的場合的概略構(gòu)成圖，但也不一定是本構(gòu)成。操縱裝置1由作業(yè)部10、操作部20、連結(jié)部30和控制部(未圖示)等構(gòu)成，操作者通過操作前述操作部來誘導(dǎo)作業(yè)部的位置姿勢。由于本操縱裝置在狹窄部進(jìn)行作業(yè)乃至通過狹窄部進(jìn)行作業(yè)，所以作業(yè)部10需要構(gòu)成小型的緊湊體。為了得到高的操作性和作業(yè)性，需要足夠的動作區(qū)域(從動軸的回轉(zhuǎn)角度)。
下面，為了詳細(xì)地表示驅(qū)動部，把滑輪50和51的立體圖表示在圖4中?；旧向?qū)動滑輪50和從動滑輪51可以是相同的構(gòu)造。在滑輪50上具有寬度能嵌入鋼絲的狹槽部56和在其大致中心部上的圓柱狀或者圓錐狀的孔57。圖5是表示用于把鋼絲12固定在滑輪50上的固定銷53的立體圖。固定銷53是圓柱狀或者圓錐狀的，在大致中心上有能通過鋼絲的孔58。圖6(a)-(c)是表示固定順序的圖。在使鋼絲通過在大致中心上存在鋼絲能通過的孔的圓柱狀或圓錐狀的固定銷53之后，通過把圓柱狀或者圓錐狀的固定銷53插入滑輪50的圓柱狀或者圓錐狀的孔57內(nèi)，從而把鋼絲52固定在滑輪50上。通過使銷53的上面與滑輪50的外周面的高度大致一致，使相鄰的鋼絲在回轉(zhuǎn)角度大時也互不干擾。通過做成圓錐狀而產(chǎn)生楔型效果，可以更牢固地將鋼絲52固定在滑輪50上。從而，在把鋼絲52更牢固地固定在滑輪50上的同時可以多圈回轉(zhuǎn)。
圖7是表示圓錐狀或者圓柱狀的銷53的能通過鋼絲的孔58的形狀的例子的圖。在圓形孔58的場合(a)，成本較低。另外，如圖7(b)-(d)所示，通過形成狹縫部58a使孔58容易變形，能把由楔型效果產(chǎn)生的固緊力高效率地傳給鋼絲52，所以能進(jìn)一步提高固緊力。
另外，在本發(fā)明的實施例中，通常通過把銷子53插入圓錐孔57內(nèi)的作業(yè)，可以同時進(jìn)行鋼絲52的固定到銷53上的固定作業(yè)和銷53的固定到滑輪50上的固定作業(yè)，所以能提高作業(yè)效率。
根據(jù)本發(fā)明的第1實施例，在由鋼絲52和滑輪50、51構(gòu)成的動力傳遞機(jī)構(gòu)中，不需要摩擦驅(qū)動場合的張力調(diào)整機(jī)構(gòu)，而且鋼絲52和銷子53在連接于滑輪50、51的系結(jié)部上互不干擾，省空間并能對應(yīng)多圈回轉(zhuǎn)，還能因楔型效果得到強(qiáng)大的系結(jié)力。由此，操縱裝置關(guān)節(jié)的動作區(qū)域即指尖效果器的作業(yè)區(qū)域變寬，由于因此能得到作業(yè)上無障礙的足夠的作業(yè)區(qū)域，所以作業(yè)性和操作性大幅度地提高。
圖8-圖12是表示本發(fā)明的第2實施例的操縱裝置的動力傳遞機(jī)構(gòu)的驅(qū)動側(cè)和從動側(cè)的鋼絲和滑輪部分的剖面圖。表示在鋼絲52的滑輪50、51之間的部分上，插入中空軸或者用實心軸60連結(jié)的例子。鋼絲52向滑輪上連結(jié)的連結(jié)方法，如這些圖所示，考慮了各種各樣的方案。它們中的任何一種都沒有問題。圖9、圖11是使鋼絲52通過下側(cè)的中空軸60a且至少在2個位置進(jìn)行固定(例如壓緊)的構(gòu)成。一般說來，由于固定部比鋼絲52的拉伸強(qiáng)度差，所以確保固定部的強(qiáng)度可靠性是一個問題，但由于通過使鋼絲52通過中空軸60a，至少鋼絲52的拉伸強(qiáng)度被保證，所以可以避免因固定(例如壓緊)不良引起的固定部的斷裂的問題。
在圖8-圖11中。至少使承受高張力側(cè)(下側(cè))的鋼絲52貫通中空軸60a或者用實心軸棒60b連結(jié)。即，用中空軸60a或?qū)嵭妮S60b增強(qiáng)鋼絲52中的架設(shè)在一對滑輪50、51之間的2根鋼絲部分(動力傳遞系統(tǒng))之中高張力側(cè)的鋼絲52。這樣一來，在承受高張力的鋼絲52是單側(cè)的場合(假定是下側(cè)的鋼絲)，通過至少把承受高張力側(cè)的鋼絲52貫通中空軸60a或者用實心軸棒60b連結(jié)，可以得到滿意的效果。
圖12是通過圓盤狀的支承構(gòu)件61的孔61a、61a滑動自由地支承前述的中空軸60a或?qū)嵭妮S60b的構(gòu)成例。在圖12中，在支承構(gòu)件61上有6個孔61a、61a…，其中2個通過中空軸60a或者實心軸棒60b對其進(jìn)行支承。孔的數(shù)量與驅(qū)動軸數(shù)對應(yīng)。
在使鋼絲52的兩側(cè)(圖中的上下)通過中空軸60a或者用實心軸60b連結(jié)的場合，當(dāng)把驅(qū)動滑輪50和從動滑輪51的軸配置成朝向鉛垂方向時，由于進(jìn)行了重力平衡，中空軸60a或者實心軸60b的重力分量不會引起驅(qū)動力矩的增加。但是，當(dāng)配置成朝向水平方向時，有時不能忽視中空軸60a或者實心軸60b的重力對鋼絲52的張力的影響。根據(jù)情況會引起振動增大或鋼絲斷裂等事故。在這種場合下，通過用如圖12所示那樣的支承構(gòu)件61支承，可以使重力的影響降低。另外，在把驅(qū)動滑輪50和從動滑輪51設(shè)置在作為連結(jié)部30的一部分的管子62內(nèi)的場合，支承構(gòu)件61可以把圖13那樣的圓盤狀的支承構(gòu)件，如圖14所示，配置在管子62內(nèi)隔開規(guī)定間隔的必要的位置上來進(jìn)行固定。
根據(jù)本發(fā)明的第2實施例，由于使驅(qū)動滑輪50和從動滑輪51之間的至少承受高張力側(cè)的鋼絲部分通過中空軸60a或者用實心軸61b連結(jié)，因此即使在鋼絲52的直徑較細(xì)的場合或驅(qū)動滑輪50和從動滑輪51之間的距離較長的場合，也能減小動力傳遞時鋼絲52的彈性變形(伸長)的影響，能進(jìn)行可靠的動力傳遞，另外在固定了驅(qū)動側(cè)滑輪的保持狀態(tài)或伺服鎖定的狀態(tài)下，在從動軸(輸出軸)側(cè)可以得到足夠的回轉(zhuǎn)剛性。另外，由支承構(gòu)件也可以避免由中空軸乃至實心軸的重力影響產(chǎn)生的振動增大或鋼絲斷裂等事故。因此，可以可靠地進(jìn)行動力傳遞，大幅度地提高作業(yè)性和操作性。
圖15-圖20是本發(fā)明的第3實施例的操縱裝置的立體圖和表示它的鋼絲和滑輪部的圖。在主部和從部一體化的整體型的主從操縱裝置中，通常產(chǎn)生連結(jié)部30附近的偏心質(zhì)量。根據(jù)該偏心質(zhì)量的位置，由于重力的影響，會在連結(jié)部30的附近產(chǎn)生操作者不希望的回轉(zhuǎn)力矩，導(dǎo)致操作性降低。特別在操作時的初期狀態(tài)或在作為操作中最為標(biāo)準(zhǔn)的姿勢的操縱裝置的基準(zhǔn)姿勢時，在由于偏心質(zhì)量在連結(jié)部附近產(chǎn)生回轉(zhuǎn)力矩的場合，由于操作者要承擔(dān)多余的操作力，將導(dǎo)致操作性大幅度地降低。
通常，由于占質(zhì)量比例大的是驅(qū)動馬達(dá)54，所以在圖15-20中，在操縱裝置的基準(zhǔn)姿勢時，驅(qū)動馬達(dá)54大致朝向上下方向。即，例如與圖26相比，驅(qū)動軸滑輪50與從動軸滑輪51成為扭轉(zhuǎn)的位置關(guān)系。根據(jù)作業(yè)對象的內(nèi)容，操縱裝置的最佳基準(zhǔn)姿勢不同，圖15是成為共同滾動軸(連結(jié)部30的軸)、俯仰軸、滾動軸的自由度構(gòu)成的場合。在原有的實施例中，如圖25所示，基準(zhǔn)姿勢時馬達(dá)54配置在水平方向，重量平衡差導(dǎo)致操作性下降。在本實施例中，在操縱裝置的基準(zhǔn)姿勢時，由于在驅(qū)動軸滑輪50和從動軸滑輪51上加上了90度的扭轉(zhuǎn)，使馬達(dá)54大致處于下方，因此，重量平衡好且操作性優(yōu)良。圖16是表示鋼絲52和滑輪50、51的關(guān)系的圖。圖17成為共同滾動軸、俯仰軸、偏轉(zhuǎn)軸的自由度構(gòu)成，如圖18所示，同樣地加上了90度扭轉(zhuǎn)。另外，如同圖所示，也不一定只是驅(qū)動滑輪50和從動滑輪51的組合，在與中途的空載滑輪51a之間也可以加上扭轉(zhuǎn)。
圖19是共同滾動軸、俯仰軸乃至偏轉(zhuǎn)軸、滾動軸的自由度構(gòu)成的場合，在驅(qū)動滑輪50和從動滑輪51上加上了大致45度的扭轉(zhuǎn)。該場合，作業(yè)部10側(cè)的回轉(zhuǎn)軸63和驅(qū)動部20側(cè)的回轉(zhuǎn)軸64的方向成為大致一致的方向。在圖15所示的共同滾動軸、俯仰軸、滾動軸的自由度構(gòu)成的場合，使作業(yè)部10的姿勢從該圖所示的基準(zhǔn)姿勢狀態(tài)向偏轉(zhuǎn)方向(橫向)變化，由于是特異姿勢，所以是困難的。另外，在圖29所示的共同滾動軸、偏轉(zhuǎn)軸、滾動軸的自由度構(gòu)成的場合，使作業(yè)部的姿勢從圖示的基準(zhǔn)姿勢的狀態(tài)向俯仰方向(縱向)變化，由于是特異姿勢，所以是困難的。在實際的操作中，使作業(yè)部的姿勢從基準(zhǔn)姿勢的狀態(tài)向橫向和縱向誘導(dǎo)的比例很多，在圖25和圖29所示的原有例的自由度配置中，導(dǎo)致操作性下降。
另外，在腹腔鏡下手術(shù)中，由于手術(shù)者160以圖21那樣的姿勢進(jìn)行手術(shù)，所以，手術(shù)者的手的方向成為最自然的方向時是向內(nèi)側(cè)約45度的方向。從而，根據(jù)圖19的本發(fā)明的實施例，在共同滾動軸、俯仰軸和偏轉(zhuǎn)軸的中間方向(約45度的傾斜)、滾動軸的自由度構(gòu)成的場合，當(dāng)手術(shù)者160的手的方向成為最自然的方向時，可以與操縱裝置最容易操作的方向相一致，同時可以把有一定質(zhì)量的馬達(dá)54配置在穩(wěn)定的向下的方向上。從而，可以降低極度的疲勞感，大幅度地提高操作性。2個滑輪50、51之間的傾斜也不一定必須是45度，只要稍微偏離俯仰軸方向、偏轉(zhuǎn)軸方向即可，由于上下方向或左右方向偏離了特異姿勢，所以操作性提高了。
另外，也可以自由地設(shè)定驅(qū)動軸滑輪和從動軸滑輪的扭轉(zhuǎn)角度，使之根據(jù)作業(yè)對象的內(nèi)容在操縱裝置的最佳的基準(zhǔn)姿勢時，可以把馬達(dá)大致設(shè)定在下方。
根據(jù)以上的本發(fā)明，在由鋼絲和滑輪構(gòu)成的動力傳遞機(jī)構(gòu)中，不需要摩擦驅(qū)動場合的張力調(diào)整機(jī)構(gòu)，另外，通過鋼絲和鋼絲與滑輪連接的系結(jié)部不相干擾的構(gòu)成，可以省空間，應(yīng)對多圈回轉(zhuǎn)，并能得到具有楔型效果的牢固的系結(jié)力。因此，操縱裝置關(guān)節(jié)的動作區(qū)域即指尖效果器的作業(yè)區(qū)域變大，由于可以得到作業(yè)上沒有障礙的足夠的作業(yè)區(qū)域，所以作業(yè)性和操作性大幅度地提高。
另外，由于使驅(qū)動滑輪和從動滑輪之間的2系統(tǒng)的鋼絲中至少承受高張力的鋼絲側(cè)的鋼絲部分通過中空軸乃至用實心軸連結(jié)，所以即使在鋼絲直徑細(xì)的場合或驅(qū)動滑輪和從動滑輪之間的距離長的場合，動力傳遞時鋼絲的彈性變形(伸長)的影響也很小，可以進(jìn)行足夠的動力傳遞，另外，在固定了驅(qū)動側(cè)滑輪的保持狀態(tài)或伺服鎖定狀態(tài)下，在從動軸(輸出軸)一側(cè)可以得到足夠的回轉(zhuǎn)剛性。因此，可以進(jìn)行可靠的動力傳動。作業(yè)性和操作性大幅度地提高。
再有，在操作時的初期狀態(tài)或在作為操作中最為標(biāo)準(zhǔn)的姿勢的操縱裝置的基準(zhǔn)姿勢時，由于不產(chǎn)生由連結(jié)部附近的偏心質(zhì)量引起的回轉(zhuǎn)力矩，所以操作者不承擔(dān)多余的操作力，作業(yè)性和操作性大幅度地提高。另外，由于自由度構(gòu)成成為連結(jié)部的共同滾動軸、偏轉(zhuǎn)軸、俯仰軸的中間方向彎曲軸、滾動軸的自由度構(gòu)成，所以從基準(zhǔn)姿勢的狀態(tài)開始的作業(yè)部的姿勢誘導(dǎo)變得容易，作業(yè)性和操作性大幅度地提高。
也就是說，可以提高供小型和重量輕、高可靠性、高剛性、低成本的動力傳遞機(jī)構(gòu)，另外，由于具有該動力傳遞機(jī)構(gòu)，可以提供備有高操作性、高作業(yè)性的手術(shù)輔助用操縱裝置和能源設(shè)備等狹窄部修補(bǔ)用操縱裝置。
權(quán)利要求
1.一種動力傳遞機(jī)構(gòu)，備有可撓性動力傳遞構(gòu)件；一對卷繞了該可撓性動力傳遞構(gòu)件的驅(qū)動側(cè)滑輪和從動側(cè)滑輪；把前述可撓性動力傳遞構(gòu)件分別固定在前述一對滑輪上的、一對圓柱狀或者圓錐狀的固定銷，其特征在于，前述各固定銷具有在橫向上形成的動力傳遞構(gòu)件通過孔，使前述可撓性動力傳遞構(gòu)件通過該動力傳遞構(gòu)件通過孔，把該狀態(tài)下的前述一對固定銷在埋入狀態(tài)下分別壓入前述一對滑輪的銷埋入孔內(nèi)，把前述可撓性動力傳遞構(gòu)件固定在前述一對滑輪上，同時把前述可撓性動力傳遞構(gòu)件在嵌入于前述一對滑輪的外周面上的前述埋入孔的周向兩側(cè)上形成的狹槽內(nèi)的狀態(tài)下進(jìn)行收納。
2.如權(quán)利要求1所述的動力傳遞機(jī)構(gòu)，其特征在于，前述各固定銷上的前述動力傳遞構(gòu)件通過孔，具有在前述壓入時使該動力傳遞構(gòu)件通過孔縮徑、沿該固定銷的軸向形成的縮徑用的狹縫部。
3.一種動力傳遞機(jī)構(gòu)，備有可撓性動力傳遞構(gòu)件；一對卷繞了該可撓性動力傳遞構(gòu)件的驅(qū)動側(cè)滑輪和從動側(cè)滑輪，其特征在于，把前述可撓性動力傳遞構(gòu)件上的作為架設(shè)于前述一對滑輪之間的部分的2根動力傳遞系統(tǒng)之中的、作為至少承受高張力側(cè)的動力傳遞系統(tǒng)的前述可撓性動力傳遞構(gòu)件用中空軸覆蓋或切斷后用實心軸連結(jié)。
4.如權(quán)利要求3所述的動力傳遞機(jī)構(gòu)，其特征在于，前述中空軸，通過在多個位置上與通過其內(nèi)部的前述可撓性動力傳遞構(gòu)件固定而一體化。
5.如權(quán)利要求3或4所述的動力傳遞機(jī)構(gòu)，其特征在于，還備有能滑動地插入并支承前述中空軸或者前述實心軸的支承構(gòu)件。
6.一種操縱裝置，備有作業(yè)部、連結(jié)部和操作部，來自該操作部的操作指令通過前述連結(jié)部傳到前述作業(yè)部，使該作業(yè)部動作，其特征在于，具有把來自前述作業(yè)部的操作指令傳到前述操作部的動力傳遞機(jī)構(gòu)、以及驅(qū)動該動力傳遞機(jī)構(gòu)并作為前述連結(jié)部附近的偏心質(zhì)量的驅(qū)動裝置，前述動力傳遞機(jī)構(gòu)具有可撓性動力傳遞構(gòu)件和一對卷繞了該可撓性動力傳遞構(gòu)件的驅(qū)動側(cè)滑輪和從動側(cè)滑輪，在操縱裝置處于基準(zhǔn)姿勢時，作為前述連結(jié)部附近的偏心質(zhì)量的前述驅(qū)動裝置，把前述驅(qū)動側(cè)滑輪和前述從動側(cè)滑輪設(shè)置成它們的回轉(zhuǎn)軸處于相互扭轉(zhuǎn)的狀態(tài)，使之相對于前述連結(jié)部配置成大致垂直向下。
7.如權(quán)利要求6所述的操縱裝置，其特征在于，自由度構(gòu)成成為由連結(jié)部的共同滾動軸、容許橫向回轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)軸和容許縱向回轉(zhuǎn)的俯仰軸的中間的容許向斜方向回轉(zhuǎn)的彎曲軸、滾動軸構(gòu)成的自由度構(gòu)成。
全文摘要
提供手術(shù)輔助用操縱裝置或能源設(shè)備等的狹窄部修補(bǔ)用操縱裝置，能小型化，高可靠性化，高剛性化，高操作性化的由鋼絲和滑輪構(gòu)成的動力傳遞機(jī)構(gòu)。在由鋼絲(可撓性動力傳遞構(gòu)件)和一對滑輪構(gòu)成的動力傳遞機(jī)構(gòu)部中，使鋼絲通過具有鋼絲能通過的孔的圓柱狀或者圓錐狀的固定銷并固定在具有狹槽和圓柱狀或圓錐狀的孔的滑輪上，在驅(qū)動側(cè)滑輪和從動側(cè)滑輪之間的鋼絲部分上通過中空軸或者用實心軸連結(jié)。再在具有作業(yè)部、操作部和連結(jié)部的操縱裝置處于基準(zhǔn)姿勢時，使驅(qū)動側(cè)滑輪和從動側(cè)滑輪的回轉(zhuǎn)軸處于被扭轉(zhuǎn)的狀態(tài)，使連結(jié)部附近的偏心質(zhì)量被配置成相對于連結(jié)部大致垂直向下。
文檔編號F16H7/18GK1533744SQ200410031890
公開日2004年10月6日 申請日期2004年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月31日
發(fā)明者神野誠, 宮川豐美, 塚田志郎, 工藤章, 美, 郎 申請人:株式會社東芝