医疗用机器人的空气压驱动机构的制作方法

1.本发明涉及由驱动器操作手术器具的医疗用机器人的空气压驱动机构。


背景技术：

2.使用了医疗用机器人的手术作为如下的技术而受到关注：该技术不仅减轻了手术操作者的负担，而且因高精度且稳定的处置还减轻了对患者的负担、提高了远程医疗的可能性。在这样的医疗用机器人中，会使用驱动机构，该驱动机构利用空气压来作为用于驱动手术器具的驱动源。
3.专利文献1公开了如下机械手系统：在用空气压驱动的具有外力检测功能的外科手术用机械手中，能够容易提高运动的精度，并且能够容易抑制因外部干扰而引起的不良情况发生。
4.专利文献2公开了一种控制系统，对保持操作医疗用设备的、空气压驱动的机器人臂执行空气压伺服控制，该控制系统具备切换部和控制部，该切换部用于在被动操作模式与主动操作模式间进行切换，在进行主动操作模式时，该控制部基于使用了机器人臂的当前位置与位置目标之间的误差而进行的位置控制的结果来设定压力目标，并基于该压力目标执行压力控制，在进行被动操作模式时，该控制部根据机器人臂的当前位置来设定自重补偿所需的压力目标，并基于该压力目标执行压力控制。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开2019-013445号公报
8.专利文献2：国际公开第2016/051495号


技术实现要素：

9.发明所要解决的问题
10.在医疗用机器人中使用如下驱动机构的情况下，期望驱动机构的小型化，该驱动机构利用空气压来作为用于驱动手术器具的驱动源。特别是对手术器具的动作、朝向、角度等的控制越复杂，越需要用于独立地驱动各动作的多个驱动源。驱动源越增多越会导致驱动机构的大型化，因此实现驱动机构的小型化的技术是重要的。
11.本发明的目的在于提供能够实现装置结构小型化的医疗用机器人的空气压驱动机构。
12.用于解决问题的方案
13.为了解决上述问题，本发明的一方面的医疗用机器人的空气压驱动机构，具有：歧管，其具有沿第一方向延伸的多个气缸；以及杆，其与多个气缸分别对应地向第一方向的一侧延伸，医疗用机器人的空气压驱动机构的特征在于，多个空气供给接口均设置于歧管的第一方向的另一侧，多个空气供给接口用于向气缸送入使各自的杆前进和后退的空气。
14.根据这样的结构，为了使杆前进和后退而向气缸送入空气的多个空气供给接口全
部设置于歧管的第一方向的另一侧，因此能够将多个空气供给接口的配置集中于歧管的单侧(后方)，从而能够实现装置结构的小型化。
15.在上述医疗用机器人的空气压驱动机构中，优选为，多个气缸沿与第一方向正交的第二方向排列。由此，多个空气供给接口集中在歧管中的与多个气缸排列的方向(第二方向)不同的方向。
16.在上述医疗用机器人的空气压驱动机构中，优选为，设置有配管，该配管位于多个空气供给接口中的一个空气供给接口与气缸的一侧之间，用于向气缸的一侧供给使杆后退的空气，配管与气缸并排设置并沿第一方向延伸。由此，能够使与在歧管的另一侧集中的多个空气供给接口中的一个空气供给接口连通的配管沿第一方向延伸，来将空气输送至气缸的一侧。
17.在上述医疗用机器人的空气压驱动机构中，优选为，与多个气缸分别对应地设置有多个配管，多个配管沿与第一方向正交的第二方向排列设置。由此，使多个气缸与多个配管沿第二方向排列，由此实现气缸与配管的有效的布置。
18.优选为，上述医疗用机器人的空气压驱动机构具备以所述歧管为安装基准的周边构件。使多个气缸歧管化由此能够将歧管自身用作结构构件，因此能够以歧管为基准来配置周边构件。
19.在上述医疗用机器人的空气压驱动机构中，优选为，与多个气缸分别对应地设置有直线编码器，周边构件包括直线编码器的检测部。由此，能够在与空气供给接口不干扰的位置配置直线编码器的检测部。另外，能够以同直动引导件与歧管间的定位精度相同的精度来设定直动引导件与检测部间的相对位置，该直动引导件支承直线编码器的刻度部。
20.在上述医疗用机器人的空气压驱动机构中，优选为，具备用于安装多个检测部的基板，来作为周边构件，基板以使多个检测部沿与第一方向正交的第二方向并排设置的方式设置于歧管。由此，在歧管设置基板由此能够将多个检测部配置成与多个气缸的排列一致。
21.发明的效果
22.根据本发明，提供能够实现装置结构小型化的医疗用机器人的空气压驱动机构。
附图说明
23.图1是例示医疗用机器人的立体图。
24.图2是例示手术器具的装配状态的立体图。
25.图3是例示本实施方式涉及的医疗用机器人的空气压驱动机构的示意剖视图。
26.图4是例示本实施方式涉及的空气压驱动机构的立体图。
27.图5是例示本实施方式涉及的空气压驱动机构的立体图。
28.图6的(a)和图6的(b)是例示本实施方式涉及的空气压驱动机构的动作的示意剖视图。
29.图7的(a)和图7的(b)是例示具备直线编码器的空气压驱动机构的示意剖视图。
30.图8是例示在具有多个气缸的歧管设置的检测部的布置的立体图。
具体实施方式
31.以下，参照附图来详细说明本发明的实施方式。而且，在以下的说明中，对相同的构件附加相同的附图标记，对说明了一次的构件，适当省略其说明。
32.(空气压驱动机构的结构)
33.图1是例示医疗用机器人的立体图。
34.图2是例示手术器具的装配状态的立体图。
35.图3是例示本实施方式涉及的医疗用机器人的空气压驱动机构的示意剖视图。
36.如图1以及图2所示，医疗用机器人500具有作为可远程操作的机械手的多自由度臂510。在多自由度臂510的前端部分设置有用于安装手术器具100的装配部520。手术器具100借助遮盖部件(日文：
ドレープユニット
)200被安装于多自由度臂510。
37.遮盖部件200配置于用于保持手术器具100的医疗用机器人500与手术器具100之间，来实现将手术器具100与医疗用机器人500分离的作用。另外，遮盖部件200还实现向设置于手术器具100的可动部150(参照图3)传递来自医疗用机器人500具备的动力传递部550的进退方向的动力的作用。
38.多自由度臂510的前端部分(装配部520)能够绕延伸方向的轴进行旋转。还有，多自由度臂510的臂部也能够进行轴旋转。因而，安装于医疗用机器人500的手术器具100能够借助多自由度臂510而从各种角度接近患者。
39.如图2所示，手术器具100具备：主体110；从主体110延伸的轴120；以及在轴120的前端(与主体110相反侧的端部)设置的处置部130，处置部130例如为钳子。
40.在医疗用机器人500设置有用于对动力传递部550进行驱动的空气压驱动机构1。空气压驱动机构1组装于多自由度臂510(参照图1)的壳体内。
41.如图3所示，空气压驱动机构1具备：歧管15，其具有气缸10；以及杆11，其沿气缸10延伸的方向进退。这里，在本实施方式中，将气缸10延伸的方向(杆11的进退方向)设为z方向，将与z方向正交的方向中的一个方向设为x方向，将与z方向和x方向正交的方向设为y方向。z方向是第一方向的例子，与z方向正交的x方向和y方向中的任一者是第二方向的例子。
42.在空气压驱动机构1与手术器具100之间设置有：操作构件20，其因空气压驱动机构1的驱动力而进行动作；以及传递构件30，其位于空气压驱动机构1与操作构件20之间。
43.空气压驱动机构1基于从未图示的控制部输出的控制信号来向气缸10输送空气，利用气缸10内的空气压的平衡来使杆11沿进退方向(z方向)进行直动。杆11的进退动作从传递构件30传至操作构件20，从而对动力传递部550进行驱动并传至手术器具100。传至手术器具100的驱动力从动力传递部550传至可动部150，因可动部150的动作而处置部130进行动作。
44.(空气压驱动机构的具体例)
45.图4以及图5是例示本实施方式涉及的空气压驱动机构的立体图。图4示出了从杆11侧观察时的空气压驱动机构1的立体图，图5示出了从与杆11相反侧观察时的空气压驱动机构1的立体图。而且，为了便于说明，将z方向中的杆11延伸侧设为一侧，将z方向中的与杆11延伸侧的相反侧设为另一侧。
46.在本实施方式涉及的空气压驱动机构1中，在歧管15设置有多个气缸10。各气缸10沿着z方向延伸，并且相互沿x方向并排设置。即，多个气缸10相互沿z方向配置。在图4以及
图5所示的例子中，三个气缸10相互沿x方向并排设置，并且沿z方向平行地配置。在三个气缸10分别设置有杆11，该杆11能够沿z方向进行进退。三个气缸10各自的杆11的动作是独立的，利用被送入各个气缸10的空气来对杆11的z方向的位置(进退动作)个别地进行控制。
47.在歧管15设置有用于向各气缸10送入空气的空气供给接口17。而且，空气供给接口17不仅用作为用于向气缸10内供给空气的接口，还用作为用于向气缸10外排出空气的接口，但是为了方便，称为空气供给接口17来进行说明。
48.为了使杆11前进和后退，在一个气缸10至少设置两个空气供给接口17。在本实施方式中，一个气缸10对应有两个空气供给接口17，因此三个气缸10合计设置有六个空气供给接口17。这六个空气供给接口17均设置于歧管15的z方向的另一侧(与杆11相反侧)。
49.这样，使多个气缸10歧管化，由此能够有助于装置的小型化。即，多个气缸10的单体的刚性不高，难以将气缸10用作为结构构件。如果是在将气缸10用作为结构构件的情况下，会为了提高刚性而导致大型化。在本实施方式中，使多个气缸10歧管化，由此歧管15的刚性提高，从而能够将歧管15自身用作为结构构件。另外，也能够利用歧管15的刚性来将歧管15用作为周边构件的安装基准。由此，能够有助于装置的小型化。另外，使多个空气供给接口17全部设置于歧管15的另一侧，由此能够将多个空气供给接口17的配置集中于歧管15的单侧(后方)，从而能够实现装置结构的小型化。另外，在歧管15中，将多个气缸10沿x方向并排设置，并在z方向的另一侧集中全部空气供给接口17，由此即使是如下的空气压驱动机构1，也能够通过有效率地布置来实现装置的小型化，该空气压驱动机构1的一个歧管具备：多个气缸10；以及用于向多个气缸10供给空气的多个空气供给接口17。
50.(空气压驱动机构的动作)
51.图6的(a)和图6的(b)是例示本实施方式涉及的空气压驱动机构的动作的示意剖视图。
52.在空气压驱动机构1的歧管15设置有与多个空气供给接口17中的一个空气供给接口17连通的配管18。配管18位于多个空气供给接口17中的一个气供给接口17与气缸10的一侧之间，为了向气缸10的一侧供给用于使杆后退的空气而设置该配管18。配管18在歧管15中与气缸10并排设置并沿z方向延伸设置。因该配管18，即使空气供给接口17集中于歧管15的另一侧，也能够将空气从该空气供给接口17输送至气缸10的一侧。
53.虽然图6的(a)和图6的(b)未图示，但是配管18与多个气缸10分别对应地设置。多个配管18分别沿着对应的气缸10而在z方向延伸，另外，多个配管18分别以相互沿x方向排列的方式设置于歧管15。另外，优选为，多个配管18设置于歧管15的y方向的一侧(气缸10的y方向的单侧)。由此，多个配管18全部集中于气缸10的y方向的单侧，与在气缸10的y方向的两侧设置配管18的情况相比，能够抑制歧管15的y方向的长度(厚度)。
54.这里，将在一个气缸10设置的两个空气供给接口17中的、供给用于使杆11前进的空气(前进用空气a1)的接口设为空气供给接口17a，将供给用于使杆11后退的空气(后退用空气a2)的接口设为空气供给接口17b。
55.在气缸10设置有活塞12，在气缸10内移动的活塞12使杆11进行进退动作。在气缸10的另一侧设置有连通孔19，该连通孔19与气缸10中的活塞12的另一侧的空间s1连通。连通孔19设置成从空间s1沿z方向到气缸10的另一端为止。连通孔19设置在杆11的z方向的延长线上(气缸10的中心轴的延长线上)即可。在该连通孔19设置有空气供给接口17a。
56.配管18设置成与气缸10中的活塞12的一侧的空间s2连通，与气缸10平行地沿z方向延伸，到气缸10的另一端为止。在该配管18设置有空气供给接口17b。由此，空气供给接口17a、17b集中地并排设置于气缸10的另一侧。
57.如图6的(a)所示，当从空气供给接口17a向空间s1供给前进用空气a1时，空间s1的空气压高于空间s2的空气压，从而使活塞12向z方向的一侧移动。由此使杆11进行前进动作(参照箭头符号d1)。这时，也可以是，将空间s2的空气经由配管18从空气供给接口17b向活塞12的外部排出，或者从空气供给接口17b吸引空气。
58.另一方面，如图6中的(b)所示，当空气供给接口17b向空间s2供给后退用空气a2时，空间s2的空气压高于空间s1的空气压，从而使活塞12向z方向的另一侧移动。由此使杆11进行后退动作(参照箭头符号d2)。这时，也可以将空间s1的空气经由连通孔19从空气供给接口17a向活塞12的外部排出，或者从空气供给接口17a吸引空气。
59.如本实施方式涉及的空气压驱动机构1那样，与多个气缸10分别对应地设置多个配管18，并将多个配管18沿x方向排列设置，由此使多个气缸10与多个配管18沿x方向排列，实现气缸10与配管18的有效的布置。另外，由于全部空气供给接口17集中于歧管15的另一侧，因此没有向歧管15的x方向、y方向突出的构件，从而实现装置的小型化。由此，能够提高在医疗用机器人500的多自由度臂510内组装空气压驱动机构1时的设计自由度，并且容易实现医疗用机器人500整体的小型化。
60.(具备直线编码器的结构)
61.然后，说明本实施方式涉及的空气压驱动机构1中的具备直线编码器的结构。
62.图7的(a)和图7的(b)是例示具备直线编码器的空气压驱动机构的示意剖视图。
63.设置于杆11与操作构件20之间的传递构件30的y方向的一端部分被固定于直线编码器61的刻度部60，该直线编码器61被直动引导件50支承。直动引导件50以使刻度部60能够沿z方向移动的方式支承刻度部60。因而，传递构件30处于隔着刻度部60而被直动引导件50支承的状态，并以能够与刻度部60一并沿z方向进行直动的方式被支承。
64.如从图7的(a)所示的状态到图7的(b)所示的状态那样，当空气压驱动机构1沿z方向对杆11进行驱动时，伴随着杆11的z方向的移动，刻度部60借助传递构件30沿着直动引导件50而在z方向移动。在与刻度部60相向的歧管15安装有基板63，该基板63搭载有直线编码器61的检测部65。搭载有该检测部65的基板63是以歧管15为安装基准而设置于歧管15的周边构件。由此，刻度部60与检测部65相向配置。为了使直线编码器61适当地发挥功能，需要准确地设定直动引导件50与检测部65的相对位置，该直动引导件50支承作为可动部件的刻度部60。由于歧管15是结构构件，因此容易对直动引导件50准确地定位。因此，能够以同直动引导件50与歧管15间的定位精度相同的精度来设定直动引导件50与检测部65间的相对位置。另外，由于刻度部60是可动的而检测部65是固定的，因此检测部65的布线也是固定的，容易对布线进行处理，也能够提高布线的耐久性。
65.另外，利用作为大构件的刻度部60的刚性来抑制传递构件30向x方向以及y方向移动。由此，传递构件30能够沿z方向准确地移动。另外，由支承刻度部60的直动引导件50确保操作构件20的直动的精度。因而，空气压驱动机构1能够进行驱动即可，杆11在驱动方向发生稍微的抖动不会成为问题。
66.图8是例示在具有多个气缸的歧管设置的检测部的布置的立体图。
67.在具有多个气缸10的歧管15，与多个气缸10分别对应地设置有刻度部60。而且，与各刻度部60相向的检测部65安装于基板63，并借助基板63被设置于歧管15上。
68.基板63以使多个检测部65相互沿x方向并排设置的方式安装在歧管15上。由此，在歧管15设置基板63，由此能够将多个检测部65配置成与多个气缸10的排列一致。
69.在本实施方式中，由于在歧管15的另一侧集中有多个空气供给接口17，因此在歧管15上具有用于安装基板63的充分的区域(与多个空气供给接口17不干扰的位置)，在借助一个基板63来将多个检测部65沿x方向并排设置的状态下，容易使其与各刻度部60相向配置。
70.这样，根据本实施方式，在医疗用机器人500的空气压驱动机构1中，即使是具有多个气缸10的结构，也能够实现装置的小型化。
71.而且，上述说明了本实施方式，但是本发明并不限于这些例子。例如，示出了在一个歧管15中具备三个气缸10以及杆11的例子，但是并不限定于三个。另外，示出了钳子作为手术器具100的处置部130的例子，但是也可以是除了钳子以外的处置部130。说明了将搭载有检测部65的基板63作为周边构件的具体例，但是也可以是，检测部65直接设置于歧管15。在该情况下，检测部65单独成为周边构件。另外，本领域技术人员对上述的各实施方式适当地进行结构要素的追加、删除、设计变更而得到的方案、适当组合各实施方式的结构例的特征而得到的方案，只要具备本发明的主旨，均包含于本发明的范围。
72.附图标记说明
73.1：空气压驱动机构；10：气缸；11：杆；12：活塞；15：歧管；17、17a、17b：空气供给接口；18：配管；19：连通孔；20：操作构件；30：传递构件；50：直动引导件；60：刻度部；61：直线编码器；63：基板；65：检测部；100：手术器具；110：主体；120：轴；130：处置部；150：可动部；200：遮盖部件；500：医疗用机器人；510：多自由度臂；520：装配部；550：动力传递部；a1：前进用空气；a2：后退用空气；d1、d2：箭头符号；s1、s2：空间。