机械手的制作方法

本发明涉及机械手。

背景技术：

公知有通过线来驱动配置在插入部的前端的弯曲部或钳子等可动部的方式的内窥镜、导管或机械手(例如参考专利文献1和专利文献2)。

在专利文献1、2中，作为细长的柔性的插入部，采用通过螺旋管来覆盖柔性的多腔管的外周的插入部，使线贯穿到管腔内而进行引导，并且能够通过螺旋管来传递扭矩，其中，所述管腔形成在多腔管内。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-23721号公报

专利文献2：日本特许第5550150号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

像专利文献1、2的柔性导管那样，当使通过螺旋管来覆盖多腔管的外周的插入部弯曲时，螺旋管在使弯曲的内侧的线圈紧贴的状态下使弯曲的外侧的线圈分离而弯曲。因此，在弯曲的前后，弯曲的内侧的路径长度不发生变化，而贯穿到靠外侧配置的多腔管的各管腔中的线等动力传递部件的路径长度增大，因此因弯曲而导致作用于线的张力过度增大，从而有可能发生可动部的动态特性下降或者线断裂。

本发明就是鉴于上述情况而完成的，其提供一种机械手，该机械手能够使作用于贯穿到管腔中的动力传递部件的张力不过度增大地进行弯曲。

用于解决课题的手段

本发明的一个方式是一种机械手，其具有：可动部；驱动部，其产生提供给该可动部的动力；细长的柔性的长条引导部件，其在一端安装有所述可动部，在另一端安装有所述驱动部；以及细长的动力传递部件，其将所述驱动部的动力传递给所述可动部，所述长条引导部件具有：细长的柔性的引导管，其具有供所述动力传递部件在长度方向上贯穿的管腔；以及外护套，其覆盖该引导管的外周，并且刚性比该引导管高，所述外护套的至少一端被安装成能够相对于所述可动部或所述驱动部在所述引导管的长度方向上移动。

根据本方式，通过驱动部的工作而在驱动部上产生的动力经由动力传递部件而传递给可动部从而使可动部工作。当使长条引导部件弯曲时，构成该长条引导部件的引导管和外护套发生弯曲从而设置在引导管中的管腔也发生弯曲，因此动力传递部件在弯曲的管腔内被引导而传递动力。另外，能够将由刚性比引导管高的外护套在驱动部侧施加的绕长度轴的扭矩传递给可动部。

在这种情况下，当使长条引导部件大幅弯曲时，配置在弯曲的最内侧的最内径部分的高刚性的外护套的长度尺寸不发生变化。因此，假设在外护套的两端固定在可动部和固定部上的情况下，弯曲后的长条引导部件的尺寸是由最内径部分确定的，配置于比最内径部分靠弯曲的径向外侧的位置的引导管根据曲率半径的差而扩展，从而管腔的长度也伸长而使动力传递部件的路径长度增大。

根据本方式，在长条引导部件的弯曲的前后，通过使外护套的至少一端相对于可动部或驱动部在引导管的长度方向上移动，能够通过外护套的移动量来对最内径部分的压缩量进行补偿，从而能够抑制引导管的扩展而抑制动力传递部件的路径长度变动。由此，能够一边防止动力传递部件的张力随着路径长度的变动而过度变动，一边使长条引导部件弯曲。

在上述方式中，所述机械手也可以在所述外护套与所述可动部或所述驱动部之间具有对所述外护套的移动进行引导的引导机构。

这样，通过引导机构来引导外护套相对于可动部或驱动部的顺畅的移动。

在上述方式中，所述引导机构也可以具有止转部，该止转部将所述引导管和所述外护套在周向上卡定。

这样，通过引导机构将外护套引导为能够相对于可动部或驱动部仅在引导管的长度方向上移动，从而能够经由引导机构使扭矩作用于外护套。

在上述方式中，也可以是，所述外护套被设置成能够相对于所述驱动部移动，所述机械手具有锁定机构，该锁定机构将所述外护套和所述驱动部固定在任意的相对位置上。

在这种情况下，机械手被插入到因插入到体腔内而弯曲的内窥镜的通道内，使长条引导部件依照内窥镜的通道的形状而弯曲，但在插入完成之后，长条引导部件的形状不会大幅变化。因此，当使长条引导部件弯曲时，外护套的基端向接近配置于基端侧的驱动部的方向移动。在机械手向内窥镜的通道内的插入完成之后，通过锁定机构的工作，在外护套接近驱动部的状态下对两者的相对位置进行锁定。由此，引导管被更高刚性的外护套更长地覆盖，在通过驱动部对可动部进行驱动时，能够通过外护套来承受施加给引导管的压缩力。

在上述方式中，所述引导管的两端也可以固定在所述外护套的两端。

这样，在外护套的至少一端相对于可动部或驱动部移动时，引导管的一端也与外护套一起移动。由于因弯曲而导致的高刚性的外护套的最内径部分的长度变化较小，因此在靠弯曲的径向外侧配置的引导管在一端进行移动时被扩展。引导管不是在两端被固定的状态下被扩展，而是在至少一端能够移动的状态下被扩展，因此可动部与驱动部之间的动力传递部件的路径长度不发生变化。由此，能够一边防止动力传递部件的张力随着路径长度的变动而过度变动，一边使长条引导部件弯曲。

在上述方式中，也可以是，所述引导管的一端固定在所述可动部上，另一端固定在所述驱动部上。

这样，由于引导管的两端固定在可动部和驱动部上，因此只要不使引导管伸缩，可动部与驱动部之间的动力传递部件的路径长度就不变更。通过使外护套的至少一端可移动，可以不必作用通过弯曲而使引导管伸缩的外力。

在上述方式中，所述机械手也可以具有加强单元，该加强单元对所述引导管的压缩刚性进行加强。

这样，在将引导管的两端固定在可动部和驱动部上，并使外护套相对于引导管移动的情况下，存在仅由引导管构成长条引导部件的部分。在这种情况下，当通过驱动部的工作而使可动部进行工作时，施加给动力传递部件的张力对引导管作用较大的压缩力。通过加强单元来对引导管进行加强，从而能够防止引导管被压缩而使动力传递部件的路径长度发生变动的情况。

在上述方式中，也可以是，所述外护套被设置成能够相对于所述驱动部移动，所述加强单元是施力单元，该施力单元配置在所述外护套与所述驱动部之间，产生将两者拉开的方向上的力。

这样，当通过驱动部的工作而使可动部进行工作时，由于施加给引导管压缩力被施力单元承受，因此能够防止因引导管的压缩而导致的路径长度的变动。

在上述方式中，所述施力单元也可以是压缩螺旋弹簧。

这样，在使长条引导部件弯曲时，通过压缩螺旋弹簧被压缩而允许外护套相对于驱动部的移动，从而当通过驱动部的工作而使可动部进行工作时，能够借助压缩螺旋弹簧的作用力来缓和施加给引导管的压缩力。另外，通过使压缩螺旋弹簧的内表面接近引导管的外表面，能够通过压缩螺旋弹簧来抑制承受了压缩力的引导管向径向外侧膨胀。

在上述方式中，所述施力单元也可以是一对磁铁，该一对磁铁分别配置在所述外护套和所述驱动部上，产生磁排斥力。

这样，在使长条引导部件弯曲时，通过抵抗一对磁铁的磁排斥力而允许外护套相对于驱动部的移动，当通过驱动部的工作而使可动部进行工作时，能够借助磁排斥力来缓和施加给引导管的压缩力。

在上述方式中，也可以是，所述外护套被设置成能够相对于所述驱动部移动，所述加强单元是至少在所述外护套与所述驱动部之间的间隔位置沿着所述引导管的长度方向以紧贴状态配置于该引导管的表面上的刚性比该引导管高的加强部件。

这样，当通过驱动部的工作而使可动部进行工作时，由于通过加强部件来承受施加给引导管的压缩力，因此能够防止因引导管的压缩而导致的路径长度的变动。加强部件可以是覆盖引导管的外表面的筒状的部件，也可以是插入到引导管的管腔内的棒状的部件。

在上述方式中，也可以是，所述引导管具有多个所述管腔，各管腔具有绕所述引导管的长度轴扭转的形状。

这样，在使长条引导部件弯曲的情况下，引导管自身具有比较大的外径尺寸，即使各管腔分布在径向上的不同位置，也能够通过弯曲而防止在特定的管腔上产生路径长度的变化，从而防止在多个管腔之间产生路径长度差。

发明效果

根据本发明而实现了如下效果：能够使作用于贯穿到管腔中的动力传递部件的张力不过度增大地使插入部进行弯曲。

附图说明

图1是示出具有本发明的一个实施方式的机械手的医疗用机械手系统的整体结构图。

图2a是示出将图1的机械手的长条引导部件呈直线状延伸的状态的纵剖视图。

图2b是示出使图1的机械手的长条引导部件弯曲的状态的纵剖视图。

图3a是示出相对于图1的机械手的比较例的呈直线状延伸的状态的各纵剖视图。

图3b是示出相对于图1的机械手的比较例的弯曲的状态的各纵剖视图。

图4是图1的机械手的变形例，是示出止转部的立体图。

图5是图1的机械手的变形例，是示出具有第一加强单元的机械手的纵剖视图。

图6是图1的机械手的变形例，是示出具有第二加强单元的机械手的纵剖视图。

图7是图1的机械手的变形例，是示出具有第三加强单元的机械手的纵剖视图。

图8是图1的机械手的变形例，是示出具有第四加强单元的机械手的纵剖视图。

图9a是图1的机械手的变形例，是示出具有锁定机构的机械手的锁定解除状态的侧视图。

图9b是图1的机械手的变形例，是示出具有锁定机构的机械手的锁定状态的侧视图。

图10a是说明图9的锁定机构的示出锁定解除状态的主视图。

图10b是说明图9的锁定机构的示出锁定状态的主视图。

图11a是说明图9的另一个锁定机构的示出锁定解除状态的主视图。

图11b是说明图9的另一个锁定机构的示出锁定状态的主视图。

图12a是说明图9的再一个锁定机构的示出锁定解除状态的主视图。

图12b是说明图9的再一个锁定机构的示出锁定状态的主视图。

图13a是示出图1的机械手的另一个变形例的呈直线状延伸的状态的纵剖视图。

图13b是示出图1的机械手的另一个变形例的弯曲的状态的纵剖视图。

图14a是示出图1的机械手的再一个变形例的呈直线状延伸的状态的纵剖视图。

图14b是示出图1的机械手的再一个变形例的弯曲的状态的纵剖视图。

图15是图1的机械手的变形例，是示出作为引导管而具有管腔扭转的多腔管的结构的局部纵剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一个实施方式的机械手3进行说明。

本实施方式的机械手3例如在图1所示的医疗用机械手系统1中使用。该医疗用机械手系统1具有由操作者o进行操作的主装置2、插入到患者p的体腔内的机械手3、根据对主装置2的操作输入来对机械手进行控制的控制部4以及监视器5。

如图2a和图2b所示，本实施方式的机械手3例如具有：细长的柔性的长条引导部件6，其经由插入到患者p的体腔内的内窥镜12的通道而插入到患者p的体腔内；可动部7，其配置在该长条引导部件6的前端；驱动部8，其配置在长条引导部件6的基端，通过控制部4来控制从而使可动部7进行工作；以及线(动力传递部件)9a、9b，其将由该驱动部8产生的驱动力传递给可动部7。

可动部7具有作用于体内的患部的钳子等处置部10以及对该处置部10进行支承的至少1个关节部11。在图所示的例子中，为了便于说明，示出了关节部11具有使处置部10绕与长条引导部件6的长度轴垂直的轴线摆动的单个摆动关节的情况。

驱动部8具有与产生驱动力的电动机(省略图示)连接的滑轮13以及将该滑轮13支承为能够旋转的壳体14。在滑轮13上卷绕有两根线9a、9b，在通过电动机的工作而使滑轮13旋转时，依照滑轮13的旋转方向而在卷绕于滑轮13的任意一根线9a、9b上作用张力，借助由线9a、9b传递的张力而将关节部11向任意方向驱动。

在本实施方式中，长条引导部件6具有：多腔管(引导管)16，其具有供两根线9a、9b贯穿的2个管腔15a、15b；螺旋管(外护套)17，其配置为覆盖该多腔管16的外周面；以及滑块18，其固定在该螺旋管17的基端。

多腔管16由容易变形且刚性较低的柔性的树脂材料构成。另一方面，螺旋管17由刚性比多腔管16高的金属材料构成。如图2a所示，螺旋管17是在长条引导部件6呈直线状延伸的状态下使线材之间无间隙地紧贴的紧贴线圈。

多腔管16的前端固定在关节部11上，多腔管16的基端固定在驱动部8的壳体14上。另外，螺旋管17的前端也固定在关节部11上。

滑块18设置成能够相对于驱动部8的壳体14在多腔管16的长度方向上移动。由此，螺旋管17的基端被支承为能够在多腔管16的长度方向上移动。即，由驱动部8的壳体14和滑块18构成引导机构19，该引导机构19将螺旋管17的基端支承为能够在多腔管16的长度方向上移动。

如图2a所示，在长条引导部件6呈直线状延伸的状态下，在滑块18与驱动部8的壳体14之间，在多腔管16的长度方向上形成有间隙。

对使用这样构成的本实施方式的机械手3来进行患者p的体内的处置的情况进行说明。

要想使用图1的医疗用机械手系统1来对体内的患部进行处置，需要经由从患者p的体外插入到体腔内的内窥镜12的插入部的通道，从前端的可动部7侧插入本实施方式的机械手3，并且使可动部7从配置于体内的内窥镜12的插入部的前端面的钳子通道的开口突出。

在这种情况下，体腔大多是曲折的，内窥镜12的插入部和设置于该插入部的通道仿照体腔的形状弯曲而插入到体腔内。因此，在经由这样的通道插入机械手3的情况下，机械手3是一边使长条引导部件6沿着通道弯曲一边被插入的。

在本实施方式的机械手3中，在使长条引导部件6弯曲的情况下，会使沿中心配置的挠性较高的多腔管16弯曲。由于多腔管16的两端固定在可动部7和驱动部8上，因此只要使多腔管16按照沿其中心线的长度不伸缩的方式进行弯曲，则形成在多腔管16中的管腔15a、15b也不会大幅伸缩，从而配置在管腔15a、15b内的线9a、9b的路径长度也不会大幅变动。

当使多腔管16弯曲时，也会使覆盖其外周的螺旋管17弯曲。由于螺旋管17由相对于多腔管16具有足够高的刚性的材质构成，因此在使长条引导部件6弯曲时，螺旋管17是按照以下方式进行弯曲的：配置在弯曲的内径侧的部分的长度保持使线材紧贴的状态而不发生变化，配置在弯曲的外径侧的部分的线材的间隔扩大。

这里，如图3a和图8所示，将螺旋管17的两端固定在可动部7和驱动部8上的情况作为比较例而举例说明。

在这种情况下，螺旋管17的弯曲的内径侧的尺寸在长条引导部件6是直线状的情况下和弯曲的情况下都不变化。因此，在使长条引导部件6弯曲时，以螺旋管17的弯曲的内径侧的长度尺寸为基准进行移动或变形，以使得靠曲率半径方向的外侧配置的各部件扩展。

其结果是，如图3b所示，在多腔管16中，由于张力作用在使其长度伸长的方向上，因此基端向离开驱动部8的壳体14的方向移动，使可动部7与驱动部8之间的距离增加从而使线9a的路径长度增大。因此，仅通过使长条引导部件6弯曲就会使施加给贯穿配置于其管腔15a内的线9a的张力增大，从而产生如下不良情况：即使不使驱动部8进行工作，可动部7也会进行工作，或者对线9a施加过度的张力。

与此相对，根据本实施方式的机械手3，如图2a和图2b所示，由于螺旋管17的基端固定在能够相对于驱动部8的壳体14在多腔管16的长度方向上移动的滑块18上，因此在使长条引导部件6弯曲时，滑块18相对于壳体14移动，从而使螺旋管17的基端向驱动部8侧移动。即，在弯曲的前后，配置在弯曲的内径侧的螺旋管17的长度不发生变动这一点与比较例一致，但由于螺旋管17的基端未被固定，因此螺旋管17的基端以填满滑块18与壳体14之间的间隙的方式发生位移。其结果是，防止了多腔管16的张力增大而维持多腔管16的长度，从而防止了线9a的路径长度延长。

这样，根据本实施方式的机械手3，即使长条引导部件6弯曲，线9a、9b的路径长度也不会发生变动，因此具有如下的优点：能够防止可动部7与驱动部8的工作无关地进行工作，或者对线9a、9b施加过度的张力，从而高精度地对可动部7进行控制。

另外，在本实施方式中，作为多腔管16采用了由刚性较低的材质构成的多腔管，但通过覆盖多腔管16的外周的螺旋管17而提高了长条引导部件6自身的刚性。因此，通过在螺旋管17的基端侧作用沿长度方向的力，能够使整个机械手3进退，并且通过在螺旋管17的基端侧施加绕长度轴的扭矩，能够使前端的可动部7绕长度轴旋转。

作为对螺旋管17施加扭矩的方法，除了在螺旋管17的基端直接施加扭矩的方法以外，如图4所示，还可以采用如下方法：在构成引导机构19的壳体14与滑块18之间设置对滑块18在周向上的位移进行限制的止转部20，并且将施加给壳体14的扭矩经由止转部20传递给螺旋管17。

作为止转部20，只要在壳体14上设置在多腔管16的长度方向上延伸的长孔21，并在滑块18上设置插入到长孔21的销22即可。当滑块18在多腔管16的长度方向上移动时，使长孔21相对于销22移动，当对壳体14施加扭矩时，通过销22与长孔21的卡合，能够传递多腔管16绕长度轴的扭矩。

另外，在本实施方式中，由于将多腔管16固定在驱动部8的壳体14上，并使螺旋管17的基端侧的端部可移动，因此当通过驱动部8的工作而对线9a、9b施加张力时，会对多腔管16施加压缩力。在采用由压缩刚性较低的材质构成的多腔管作为多腔管16的情况下，优选采用以下的加强单元。

即，第一，如图2a和图2b所示，可以通过将螺旋管17的内表面与多腔管16的外表面之间的径向上的间隙抑制得足够小，从而通过螺旋管17对想要利用压缩而在径向上扩大的多腔管16的外表面进行抑制。在这种情况下，螺旋管17兼作加强单元。

第二，如图5所示，也可以采用覆盖多腔管16的外周面的压缩刚性比多腔管16高的树脂管(加强部件)23作为加强单元。

第三，如图6所示，也可以采用插入配置到多腔管16的任意管腔15c内的压缩刚性比多腔管16高的轴24作为加强单元。

另外，第四，如图7所示，也可以采用配置在滑块18与壳体14之间的长度方向的间隔位置上的压缩弹簧(施力单元)25作为加强单元，该压缩弹簧25在使间隔扩大的方向上作用弹簧力。在使可动部7进行工作时，能够借助压缩弹簧25的弹簧力来加强由于施加给线9a、9b的张力而施加给多腔管16的压缩力。另外，在由压缩螺旋弹簧构成压缩弹簧25的情况下，通过采用与螺旋管17同样地具有接近多腔管16的外周面的内径的螺旋弹簧，也能够抑制多腔管16因施加给线9a、9b的张力而被压缩从而在径向上膨胀。

另外，第五，如图8所示，也可以在滑块18和壳体14上采用借助磁排斥力而使滑块18与壳体14的长度方向的间隔扩大的一对磁铁(施力单元)26a、26b作为加强单元。在使可动部7进行工作时，能够借助磁排斥力来加强由于施加给线9a、9b的张力而施加给多腔管16的压缩力。

另外，也可以具有锁定机构27，该锁定机构27在滑块18因长条引导部件6弯曲而向接近壳体14的方向移动的状态下，对两者的相对位置进行锁定。即，被插入到因将内窥镜12插入到体腔内而弯曲的通道内的本实施方式的机械手3使长条引导部件6依照通道的形状弯曲，但在插入完成后，长条引导部件6的形状不会大幅变化。

因此，通过锁定机构27的工作，在滑块18接近壳体14的状态下对两者的相对位置进行锁定，从而能够承受由螺旋管17施加给多腔管16的压缩力。在这种情况下，锁定机构27构成加强单元。

作为锁定机构27，可以采用以下结构的锁定机构。

例如如图9a和图10a所示，作为锁定机构27，可以采用横截面大致呈c字状的把持部件28，该把持部件28以从圆筒状的滑块18的径向外侧接近而在大致半周上覆盖滑块18的外周面的方式对滑块18进行收纳。

只要采用如下结构的锁定机构即可：通过将对驱动部8提供动力的电动机单元29构成为与驱动部8分体且可装卸，并将把持部件28事先固定在电动机单元29上，从而像图9b和图10b所示那样在将驱动部8安装到电动机单元29时，通过把持部件28对滑块18进行把持，利用滑块18的外周面与把持部件28的内周面之间的摩擦来约束滑块18沿多腔管16的长度方向的移动。在图中，标号30是由使摩擦增大的材质构成的涂层。

另外，如图11a和图11b所示，也可以采用如下结构的锁定机构：使固定在滑块18上的轴承31的外圈与c字状的把持部件28的内侧嵌合，从而允许滑块18的旋转但对滑块18沿多腔管16的长度方向的移动进行固定。

另外，如图12a和图12b所示，也可以在电动机单元29上设置有在长条引导部件6所配置的方向上排列的多个槽32，在滑块18上设置有突起33。可以采用如下结构的锁定机构：在将驱动部8安装到电动机单元29上时，通过使滑块18的突起33与任意槽32卡合，而在任意的位置上对滑块18的移动进行约束。突起33和槽32可以替换。

另外，在本实施方式中，将螺旋管17的基端配置为能够相对于驱动部8移动，但也可以取而代之，将螺旋管17的前端配置为能够相对于可动部7移动。

另外，在本实施方式中，将多腔管16的基端固定在壳体14上，但也可以取而代之，如图13a所示，将多腔管16的基端固定在滑块18上，并在壳体14与滑块18之间配置压缩弹簧25。

通过这样构成，如图13b所示，当长条引导部件6弯曲时，弹簧25被压缩从而使滑块18移动。此时，通过滑块18的移动而使固定在滑块18上的多腔管16的基端也移动。由于多腔管16由刚性较低的树脂管构成，因此通过基端侧移动而使多腔管16扩展，但能够通过移动所扩展的量来防止线9a、9b的路径长度的増大。

另外，在这种情况下，如图14a和图14b所示，也可以将多腔管16延伸到驱动部8的壳体14内。

另外，在本实施方式中，作为多腔管16，例示了多个管腔15a、15b沿多腔管16的长度方向笔直地形成的多管腔，但并不限于此，如图15所示，也可以采用具有绕多腔管16的长度轴扭转的管腔34a、34b的多腔管。

这样，通过使用粗的多腔管16，在弯曲时即使曲率半径差变大，也能够抑制因弯曲而导致的各管腔34a、34b的长度的变动，从而防止了线9a、9b的路径长度的变动。

标号说明

3：机械手；6：长条引导部件；7：可动部；8：驱动部；9a、9b：线(动力传递部件)；15a、15b、15c、34a、34b：管腔；16：多腔管(引导管)；17：螺旋管(外护套)；19：引导机构；20：止转部；23：树脂管(加强部件、加强单元)；24：轴(加强单元)；25：压缩螺旋弹簧(压缩弹簧、加强单元、施力单元)；26a、26b：磁铁(加强单元、施力单元)；27：锁定机构；28：把持部件(锁定机构)；32：槽(锁定机构)；33：突起(锁定机构)。