CN108472100A - 握力感觉反馈装置和触笔式力感觉反馈装置 - Google Patents

Abstract

根据本发明，减小了握力感觉反馈装置的尺寸，并实现轻便且平稳的操作感。握力感觉反馈装置具备：第一旋转构件，其具有由第一虚拟圆锥表面的一部分形成的外周表面，并且该第一旋转构件围绕第一圆锥轴旋转；第二旋转构件，其具有相对表面，该相对表面由第二虚拟圆锥表面的一部分形成且与第一旋转构件的外周表面相对，并且该第二旋转构件围绕第二圆锥轴旋转；绳索，其在两端处耦接到第二旋转构件，并且其中心部分缠绕在第一旋转构件上；以及驱动单元，其通过旋转第一旋转构件来旋转第二旋转构件，以便向与第二旋转构件接触的用户的手指提供反馈力感觉。

Description

握力感觉反馈装置和触笔式力感觉反馈装置

技术领域

本公开内容涉及一种握力感觉反馈装置和一种触笔式力感觉反馈装置。

背景技术

例如，当执行内窥镜手术时，使用允许操作者到达受影响区域而不会大幅切割患者身体的医疗设备。在这样的医疗设备中，诸如外科医生的操作者(用户)远程操作具有输入接口的操作设备。然后，根据操作者的操作来操作设置有手术器械的机器人设备以进行手术。在这样的医疗设备中，输入接口是作为用户直接操作的装置的基本结构。

在医疗设备中，内窥镜手术中使用的手术器械包括用由钳子、镊子、切割工具等代表的多个构成部分保持的受影响区域的手术器械(以下也称为“握持型手术器械”)。为了减小用于远程操作握持型手术器械的输入接口的尺寸或重量，使用凸轮结构的握持接口被使用。然而，在使用凸轮结构的握持接口中，减速比根据由构成部分形成的诸如凸轮角度的角度逐渐改变，并且由于凸轮之间的摩擦而难以改善平稳性和耐用性。此外，具有握持接口，其被配置为使用绳索沿着平行轴传递动力。然而，由于扩大的机构部分，这样的握持接口趋于变大。

作为针对上述的对策，专利文献1公开一种动力传递机构，该动力传递机构使用皮带沿着非平行轴传递动力。具体而言，专利文献1提出一种非平行轴传递机构，其在展开平面图中使用多个圆锥形滑轮和具有扇形的扇形皮带作为将输入到多个圆锥形滑轮中的任一个中的动力传递到具有与其不平行的旋转轴的另一个滑轮的动力传递介质。此外，作为可用于手术的接口，专利文献2公开了包括三个自由度和用户接口的力反射触觉接口。具体而言，专利文献2提出反映具有由触笔式设备构成的用户连接部分的触觉接口的力以供用户握持。

引文列表

专利文献

专利文献1：WO 2011-049013

专利文献2：JP 2007-510232T

发明内容

技术问题

然而，使用皮带作为动力传递介质的动力传递机构由于皮带本身很硬而在传递弱力时可能导致大的噪音。此外，使用皮带作为动力传递介质需要大的圆锥形滑轮来增加减速比，这可能会增加设备的尺寸。因此，需要一种能够提供轻便且平稳的操作感的紧凑的握持接口作为由用户操作的握持接口并且向握力提供力感觉反馈。

解决问题的方法

根据本公开，提供了一种握力感觉反馈装置，包括：第一旋转构件，其具有包括第一虚拟圆锥表面的一部分的外周表面，该第一旋转构件围绕第一圆锥轴旋转；第二旋转构件，其具有相对表面，该相对表面包括第二虚拟圆锥表面的一部分并且与第一旋转构件的外周表面相对，该第二旋转构件围绕第二圆锥轴旋转；绳索，其具有连接到第二旋转构件的两个端部并且具有缠绕第一旋转构件的中心部分；以及驱动部分，其通过旋转第一旋转构件并由此使第二旋转构件旋转而向与第二旋转构件接触的用户的手指提供力感反馈。

另外，根据本公开，提供了一种触笔式力感觉反馈装置，包括：旋转构件，其随着用户执行的握持操作而旋转；以及驱动部分，其通过在与由用户执行握持操作引起的与旋转方向相反的方向上向旋转构件施加旋转扭矩来向用户提供力感反馈。

发明的有益效果

如上所述，根据本公开，可以使用户可操作的握力感觉反馈装置紧凑，同时提供轻便且平稳的操作感。

注意，上述效果不一定是限制性的。利用或代替上述效果，可以实现本说明书中描述的效果中的任何一种效果或可以从本说明书掌握的其他效果。

附图说明

[图1]是表示根据本发明的实施方式的医疗设备的透视图的示图。

[图2]是表示根据实施方式的握力感觉反馈装置的透视图的示图。

[图3]是表示根据实施方式的握力感觉反馈装置的侧视图的示图。

[图4]是表示根据实施方式的握力感觉反馈装置的仰视图的示图。

[图5]是表示根据实施方式的握力感觉反馈装置的俯视图的示图。

[图6]是根据实施方式的握力感觉反馈装置的内部结构的说明图。

[图7]是动力传递部分的放大说明图。

[图8]是从箭头A的方向观察图7的动力传递部分的示图。

[图9]是表示动力传递部分的透视图的示图。

[图10]是滑轮的外周表面和轨道部分的相对表面的说明图。

[图11]是动力传递部分的结构的说明图。

[图12]是动力传递部分的结构的说明图。

[图13]是表示如何使用握力感觉反馈装置的说明图。

[图14]是表示动力传递部分的操作的说明图。

[图15]是表示动力传递部分的操作的说明图。

[图16]是表示根据实施方式的医疗设备的使用示例的说明图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本公开的一个或多个(a)优选实施方式。注意，在本说明书和附图中，具有基本相同的功能和结构的结构元件用相同的附图标记表示，并且省略这些结构元件的重复说明。

注意，将按以下顺序提供描述。

1.医疗设备的整体结构

2.握力感觉反馈装置(触笔式力感觉反馈装置)的整体结构

3.动力传递机构

4.使用示例

4-1.握持型手术器械的远程操作

4-2.力感觉反馈

4-3.原点返回操作

5.总结

<1.医疗设备的整体结构>

首先，参照图1将描述包括根据本发明实施方式的握力感觉反馈装置100的医疗设备10的示意性结构。图1示出了根据本实施方式的医疗设备10的透视图。图1所示的医疗设备10与从属侧机器人设备(为示出)一起构成主-从型医疗机器人设备。这样的医疗设备10可以被配置为通过使用有线或无线通信装置向从属侧机器人设备发送操作命令来远程操作从属侧机器人设备的主侧操作输入设备。由医疗设备10操作的从属侧机器人设备可以是设置有具有例如6个自由度的臂的机器人设备，该机器人设备在其顶端具有诸如钳子、镊子、切割工具之类的握持型手术器械。从属侧机器人设备基于来自医疗设备10的动作指令，变更握持型手术器械的位置和方向，并且执行握持型手术器械的握持操作。

医疗设备10包括支撑臂部分20、主体部分30、基座部分40、以及握力感觉反馈装置100。基座部分40是医疗设备10的基座部分，并且可以例如通过组合由铝制成的框架材料被配置。然而，基座部分40的结构不限于这样的示例。基座部分40设置有支撑台50，诸如外科医生的用户可以将他/她的肘部放置在该支撑台上。用户在将他/她的肘部或手臂放置在支撑台50上的同时操作握力感觉反馈装置100以保持稳定的操作。注意，支撑台50可以不安装在基座部分40上，或者可以不包含作为医疗设备10的构成元件。

支撑臂部分20在后端侧由主体部分30支撑，并且在前端侧支撑握力感觉反馈装置100。支撑臂部分20包括第一臂部分20a、第二臂部分20b、第三臂部分20c、和第四臂部分20d。第一臂部分20a、第二臂部分20b、和第三臂部分20c在其前端侧与第四臂部分20d连接，并在其后端侧与主体部分30连接。第一臂部分20a、第二臂部分20b、和第三臂部分20c均被配置成使得多个(在示出的示例中为两个)连杆(link)彼此可旋转地连接。此外，第一臂部分20a、第二臂部分20b、和第三臂部分20c、以及第四臂部分20d也在其连接部分处彼此可旋转地连接。此外，第一臂部分20a、第二臂部分20b、和第三臂部分20c、以及主体部分30也在它们的连接部分处彼此可旋转地连接。

多个连杆的连接部分用作接合部分，并且连杆的角度可以在接合部分处自由改变。具有这种结构可以自由地改变在支撑臂部分20的前端侧支撑的握力感觉反馈装置100的空间中的位置。此外，第四臂部分20d在前端侧支撑握力感觉反馈装置100，并且在后端侧与第一臂部分20a、第二臂部分20b、和第三臂部分20c连接。第四臂部分20d通过连接多个(在示出的示例中为两个)臂构成，并且这些臂彼此轴向可旋转地连接。具有这种结构可以自由地改变支撑在支撑臂部分20的前端侧上的握力感觉反馈装置100的方向。

接合部分，即支撑臂部分20的第一臂部分20a、第二臂部分20b、和第三臂部分20c的连接部均设置有传感器，该传感器检测相应连杆的旋转角度。此外，第四臂部分20d设置有传感器，每个传感器检测相应臂的轴向旋转角度。作为用于检测这些旋转角度的传感器，例如可以使用编码器。每个传感器的传感器信号被发送到设置在主体部分30中的未示出的控制部分。

此外，主体部分30包括电动机35(其中一个未示出)，该电动机35控制第一臂部分20a、第二臂部分20b、和第三臂部分20c、以及主体部分30之间的连接部分处的连杆的旋转。三个电动机35对由用户操作的握力感觉反馈装置100的移动施加反作用力，以向握力感觉反馈装置100的移动操作提供力感觉反馈。

握力感觉反馈装置100用作用于操作由未示出的从属侧机器人设备支撑的手术器械的握持接口。由用户改变握力感觉反馈装置100的位置和方向使支撑臂部分20的姿态改变，从而改变接合部分的旋转角度和臂的轴向旋转角度。控制部分基于由传感器检测到的与旋转角度有关的信息来控制支撑手术器械的从属侧机器人设备的臂的姿态，由此能够改变由从属侧机器人设备支撑的手术器械的位置和方向。在该操作中，控制部分可以通过检测施加到从属侧机器人设备的臂的外力并且基于外力控制三个电动机35的驱动力来向握力感觉反馈装置100的移动操作提供力感觉反馈。

另外，当用户使用握力感觉反馈装置100执行握持操作时，控制部分允许由从属侧机器人设备支撑的握持型手术器械基于从握力感觉反馈装置100获得的特定操作信号来执行抓握操作。在该操作中，控制部分可以通过检测施加到由从属侧机器人设备支撑的握持型手术器械的外力并且基于外力控制设置在握力感觉反馈装置100中的电动机187的驱动力来向握力感觉反馈装置100的握持操作提供力感反馈。

注意，包括用于检测接合部分的旋转角度和臂的轴向旋转角度的传感器的支撑臂部分20可以由传统已知的支撑臂装置构成，并因此，支撑臂部分20的结构的详细描述被省略。此外，通过采用传统已知的控制技术也可以实现基于支撑臂部分20的姿态来控制从属侧机器人设备的臂的姿态的具体方法，并因此，控制部分的详细描述被省略。

<2.握力感觉反馈装置的整体结构>

接下来，将参照图2至图6描述根据本实施方式的握力感觉反馈装置100的结构。图2示出了握力感觉反馈装置100的透视图、图3示出从近侧观察的示图2中的握力感觉反馈装置100的侧视图、图4示出从下侧观察的示图2中的握力感觉反馈装置100的仰视图、以及图5示出从上方观察的示图2中的握力感觉反馈装置100的俯视图。另外，图6是握力感觉反馈装置100的内部结构的说明图，并且示出从远侧观察的示图2中的握力感觉反馈装置100的内部透视图。

握力感觉反馈装置100包括壳体101，在其内部包含电动机187和编码器185。壳体101的构成材料不受特别限制。壳体101可以由例如树脂材料、铝、等等形成，以减轻握力感觉反馈装置100的重量。壳体101形成为长条形形状作为整体外观以便用户的握持表现。即，根据本实施方式的握力感觉反馈装置100形成为所谓的触笔式力感觉反馈装置。

编码器185对应于用于检测电动机187的旋转角度的位置检测传感器。用于检测电动机187的旋转角度的装置不限于编码器185。电动机187的输出杆沿着握力感觉反馈装置100的纵向方向布置，并且与布置在握力感觉反馈装置100的前侧的滑轮170连接。在该结构中，通过电动机187的驱动扭矩使滑轮170围绕轴旋转。滑轮170对应于根据本公开内容技术的第一旋转构件，并且电动机187对应于根据本公开内容技术的驱动部分。滑轮170暴露于壳体101的外部，并且滑轮170的外周表面171与握力感觉反馈装置100的一侧上的轨道部分120相对。滑轮170的外周表面171由虚拟圆锥表面(第一虚拟圆锥表面)的一部分形成，该虚拟圆锥表面具有与电动机187的输出杆的轴重合的圆锥轴(第一圆锥轴)。

旋转轴构件151设置在壳体101的后端侧。连杆110围绕旋转轴构件151可转动地连接到旋转轴构件151。旋转轴构件151的两端由轴承部分155和壳体101支撑。连杆110是沿着其纵向方向布置在握力感觉反馈装置100的一侧上的长构件。连杆110沿着与旋转轴构件151的轴向交叉的方向延伸。具有与连杆110的旋转方向相交并且沿着握力感觉反馈装置100的纵向方向延伸的表面的手指接触部分105设置在连杆110的顶端侧上的适当位置处。手指接触部分105包括安装部分107，例如用户的食指放置在该安装部分上。安装部分107以拱形形状向内凹入以适应用户手指的形状。

其上放置用户的拇指的拇指接触部分103布置在壳体101的设置有连杆110的一侧的侧表面的一部分上。此外，其上放置用户的中指的中指接触部分布置在壳体101的与设置有连杆110的一侧相反的一侧的侧表面的一部分上。在图6中，壳体101的一部分以透视示出，并且中指接触部分未被示出。在根据本实施方式的握力感觉反馈装置100中，用户的右手拇指放置在壳体101的拇指接触部分103上，中指放置在壳体101的中指接触部分上，并且，进一步的，食指放置在手指接触部分105的安装部分107上，使得用户可以像书写笔那样握持握力感觉反馈装置100。即，握力感觉反馈装置100形成为用户习惯握持的形状。

注意，在根据本实施方式的握力感觉反馈装置100中，手指接触部分105用3个固定螺丝157固定在连杆110上。***有固定螺丝157的螺孔109形成为长孔，该长孔具有沿着连杆110的前后方向的纵向方向。因此，手指接触部分105的位置可以根据用户手指的长度在纵向方向上调整。

此外，在壳体101中，旋转轴构件151设置有用于设定连杆110的原点位置(参考位置)的原点传感器。在根据本实施方式的握力感觉反馈装置100中，原点传感器包括与连杆110连接并且与连杆110一起旋转的原点位置设定工具181以及用于检测原点位置设定工具181的位置(旋转角度)的原点传感器基板183。这些原点位置设定工具181以及原点传感器基板183可以容纳在壳体101内部。这种原点传感器可以通过确定存在/不存在随着连杆110的旋转而旋转的原点位置设定工具181的边缘，即，通过利用原点传感器基板183确定原点位置设定工具181的检测边界来设定原点(参考角度)。

此外，在连杆110的后端表面上设置有螺孔115，该螺孔115连接到其中***旋转轴构件151的孔部113。螺孔115内布置有固定螺丝159(见图4)。固定螺丝159的顶端抵靠旋转轴构件151，使得连杆110通过被旋转轴构件151按压而被固定。因此，通过松开固定螺丝159、将连杆110移动到适当的位置、然后再次拧紧固定螺丝159，可以沿着旋转轴构件151的轴向来调整连杆110的位置。以这种方式，可以调整附接到连杆110的手指接触部分105和轨道部分120的位置。在本实施方式中，这样的固定螺丝159对应于根据本公开内容的用于调整滑轮170的外周表面171与轨道部分120的相对表面128之间的距离的调整部分。

朝着连杆110的旋转方向延伸的轨道部分120设置在连杆110的顶端侧。轨道部分120对应于根据本公开技术的第二旋转构件。具有大致弓形外形的轨道部分120随着连杆110的旋转沿着轨道部分120的延伸方向旋转。即，轨道部分120围绕旋转轴构件151旋转。轨道部分120包括与滑轮170的外周表面171相对的相对表面128。相对表面128由具有作为圆锥轴(第二圆锥轴)的旋转轴构件151虚拟圆锥表面(第二虚拟圆锥表面)的一部分形成。

绳索135缠绕在滑轮170的绳索槽173上。这样的绳索135的两端部布置在轨道部分120上，并且绳索135的中心部分缠绕在滑轮170上。绳索135用作传递动力的构件，并且由电动机187产生的驱动扭矩经由滑轮170和绳索135传递到轨道部分120。另一方面，在轨道部分120旋转的情况下，轨道部分120的旋转扭矩可以经由绳索135和滑轮170传递到电动机187。绳索135的直径可以被设定为例如0.2mm到0.5mm。下面将描述动力传递机构的细节。

此外，力传感器可以设置在握力感觉反馈装置100与支撑臂部分20的第四臂部分20d之间。例如，力传感器可以被配置为6轴力传感器，该6轴力传感器检测施加到握力感觉反馈装置100的力和扭矩在三个方向上的6轴分量。在对握力感觉反馈装置100施加平移力或扭转方向的力的情况下，力传感器产生对应于这种力的力矩(moment)的输出。控制部分检测力矩并基于力矩控制从属侧机器人设备的臂的操作。这允许由从属侧机器人设备支持的握持型手术器械的平稳移动。

在这样的握力感觉反馈装置100中，原点传感器基板183、电动机187、编码器185、以及力传感器经由未示出的对应电缆与主体部分30的控制部分电连接。在该结构中，原点传感器基板183、编码器185、和力传感器的检测信号被输出到控制部分，并且从控制部分向电动机187输入控制信号。注意，在根据本实施方式的医疗设备10中，控制握力感觉反馈装置100的控制部分布置在主体部分30中，然而，控制部分可以安装在壳体101中。

<3.动力传递机构>

迄今为止已经描述了握力感觉反馈装置100的整体构造。接下来，将详细描述握力感觉反馈装置100中的动力传递机构的配置。如上所述，在握力感觉反馈装置100中，电动机187的驱动扭矩可以经由滑轮170和绳索135传递到轨道部分120。此外，在握力感觉反馈装置100中，当用户旋转轨道部分120时产生的扭矩也可以经由绳索135和滑轮170传递到电动机187。

图7至图9是动力传递机构的结构的说明图。图7是示出滑轮170和轨道部分120的周围的放大说明图。图8是沿图7中的箭头A看到的示图。

图9是示出滑轮170和轨道部分120的周围的放大透视图。

通过电动机187的驱动力而旋转的滑轮170具有外周表面171，该外周表面171由具有与电动机187的输出杆的轴重合的第一圆锥轴的第一虚拟圆锥表面的一部分形成。这样的外周表面171形成为圆锥形。滑轮170的外周表面171设置有围绕外周表面171螺旋地循环的绳索槽173。握力感觉反馈装置100在使用时由用户握持，因此，滑轮170的轴向长度例如设定为8至15mm，并且大直径部分的直径例如可以设定为φ5至φ8mm。这可以防止握力感觉反馈装置100的尺寸增加。

轨道部分120包括与滑轮170的外周表面相对的相对表面128。这样的相对表面128由具有作为第二圆锥轴的旋转轴构件151的轴的第二虚拟圆锥表面的一部分形成。用于引导绳索135的第一引导部分121和第二引导部分123沿着第二虚拟圆锥表面的圆周方向设置在轨道部分120的相对表面128上。例如，第一引导部分121和第二引导部分123分别形成为从相对表面128突出的规定长度的壁部分。

图10是示出了滑轮170的外周表面171和轨道部分120的相对表面128之间的关系的说明图。滑轮170的外周表面171由具有第一圆锥轴A1的第一虚拟圆锥表面C1的一部分形成。此外，轨道部分120的相对表面128由具有第二圆锥轴A2的第二虚拟圆锥表面C2的一部分形成。第一圆锥轴A1与电动机187的输出杆的轴重合，并且第一虚拟圆锥表面C1的顶点P1位于第一圆锥轴A1与旋转轴构件151的轴的交点处。此外，第二圆锥轴A2与旋转轴构件151的轴重合并且垂直于第一圆锥轴A1。第二虚拟圆锥表面C2的顶点P2位于第二圆锥轴A2上并且基本上与第一虚拟圆锥表面C1的顶点P1重合。

形成轨道部分120的相对表面128的一部分中的第二虚拟圆锥表面C2的直径大于形成滑轮170的外周表面171的一部分中的第一虚拟圆锥表面C1的直径。因此由电动机187驱动的滑轮170的转速以降低的速度而传递到轨道部分120。由此，即使要传递到轨道部分120的旋转扭矩小，这也允许通过电动机187平稳操作。

在根据本实施方式的握力感觉反馈装置100中，第二虚拟圆锥表面C2的底表面的半径，即，从旋转轴构件151到轨道部分120的前端部分的距离可以被设定为接近从食指根部到食指尖端的关节的距离的值。这允许连杆110对应于食指的移动而围绕旋转轴构件151旋转，由此便于用户操作握力感觉反馈装置100。

回到图7到图9，作为用于将滑轮170的旋转扭矩传输到轨道部分120的装置的绳索135缠绕在滑轮170上。绳索135以形成在滑轮170的外周表面171上的螺旋形状沿绳索槽173缠绕。在缠绕在滑轮170上的绳索135的两端部分之间，从具有较大直径的前侧端部分引出的绳索135由第一引导部分121引导以被布置。另外，在缠绕在滑轮170上的绳索135的两端部分之间，从具有较小直径的后侧端部分引出的绳索135由第二引导部分123引导以被布置。

沿着第一引导部分121布置的绳索135的端部经由形成在轨道部分120中的孔125被引导到相对表面128的后侧，并且通过诸如螺丝的固定工具进行固定。此外，在绳索135的两个端部之间，沿着第二引导部分123布置的绳索135的端部经由形成在轨道部分120中的孔127被引导到相对表面128的后侧，并且被固定到轨道部分120的后侧的弹簧130的一端。在该配置中，利用弹簧130的弹力向绳索135施加拉力以防止滑轮170和轨道部分120上的绳索135松动。在本实施方式中，弹簧130对应于对绳索135施加拉力的拉力产生部分。

在该配置中，绳索135在它们的表面上缠绕在滑轮170和轨道部分120上，每个表面由相应的圆锥形状的一部分形成。轨道部分120的相对表面128由朝向滑轮170突出的圆锥表面的一部分形成。该配置与绳索135的拉力一起可以防止沿第一引导部分121布置的绳索135和轨道部分120上的第二引导部分123从相对表面128变松。

然而，由于轨道部分120的相对表面由圆锥形表面的一部分形成，所以绳索135的拉力可以使绳索135在轨道部分120的相对表面128上滑动，并且绳索135可从送出位置移位到滑轮170或从滑轮170移位到缠绕位置。因此，第一引导部分121和第二引导部分123被布置在轨道部分120的相对表面128上，并且轨道部分120上的绳索135通过拉力被压靠在第一引导部分121和第二引导部分123上。这防止绳索135的移位。在该配置中，不管滑轮170的旋转角度和轨道部分120的位置如何，沿第一引导部分121和第二引导部分123布置的绳索135都位于滑轮170的缠绕位置或从滑轮170的送出位置。因此，当绳索135缠绕在滑轮170上时，绳索135沿着绳索槽173适当地布置，从而允许动力传输机构的平稳操作。

布置在滑轮170的外周表面171上的绳索槽173的深度可以设定为例如等于或小于绳索135的半径。此外，布置在轨道部分120的相对表面128上的第一引导部分121和第二引导部分123的高度(突出的宽度)可以被设定为等于或大于绳索135的半径并且等于或小于绳索135的直径。在绳索槽173的深度以及第一引导部分121和第二引导部分123的高度被设定在这样的范围内的情况下，当通过将滑轮170和轨道部分120彼此靠近而将绳索135缠绕在滑轮170上或将其送出到轨道部分120时，能够防止滑轮170和轨道部分120上的绳索135的移位，并且还可以显著减小绳索135的间隙和晃动的发生。

图11是说明绳索槽173的深度D、第一引导部分121和第二引导部分123的高度W2、以及滑轮170和轨道部分120之间的距离W1的示图。形成在滑轮170上的绳索槽173的深度D等于或小于绳索135的半径(φ/2)，而第一引导部分121的宽度W2等于或大于绳索135的半径(φ/2)且等于或小于绳索135的直径(φ)。此外，绳索槽173的底部与第一引导部分121之间的距离W1等于或小于绳索135的直径(φ)。如上所述，绳索135的两个端部被固定到相对表面128的后侧，以向绳索135施加拉力。因此，绳索135在被定位的绳索槽173保持的同时被压靠在第一引导部分121上，使得绳索槽173与第一引导部分121相对。该结构显著减小绳索135的间隙和晃动，而不引起绳索135的移位。

此外，如图11所示，滑轮170的绳索槽173形成为弧形，因此，以预定拉力缠绕在绳索槽173上的绳索135几乎不发生移位。类似地，第一引导部分121和第二引导部分123中的轨道部分120的表面在布置了绳索135的情况下形成为弧形，因此以预定拉力布置在轨道部分120的表面上的绳索135几乎不会移位。

此外，如上所述，通过松开布置在连杆110的后端部分中的固定螺丝159、将连杆110的位置移动到适当的位置、然后再次拧紧固定螺钉159，连杆110的位置可以沿着旋转轴构件151的轴向调整。这使得可以调整轨道部分120的相对表面128和滑轮170的外周表面171之间的距离W1。以这种方式，可以将适当的预载荷施加到绳索135以防止绳索135的移位。

此外，第一引导部分121和第二引导部分123均在平面图中形成为弧形。第一引导部分121和第二引导部分123的曲率半径沿着第一引导部分121和第二引导部分123的排列方向逐渐改变。作为示例，这将参照图7来解释。从绳索135从滑轮170送出到第一引导部分121的位置到第二圆锥轴A2的距离，以及从绳索135从第一引导部分121缠绕在滑轮170上的位置到第二圆锥轴A2的距离根据滑轮170或轨道部分120的旋转角度变化。因此，即使滑轮170的旋转角度相同，从轨道部分120缠绕在滑轮170上的绳索135的长度或从滑轮170送出到轨道部分120的绳索135的长度可以变化。

在根据本实施方式的握力感觉反馈装置100中，滑轮170的外周表面171和轨道部分120的相对表面128都是圆锥形的，并且它们的圆锥形表面的角度被适当地调整。因此，从滑轮170向第一引导部分121或第二引导部分123送出的绳索135的量和缠绕在第一引导部分121或第二引导部分123上的绳索135的量彼此一致。类似地，从第一引导部分121或第二引导部分123送出到滑轮170的绳索135的量和缠绕在滑轮170上的绳索135的量彼此一致。

图12是说明滑轮170的外周表面171的倾斜角度和轨道部分120的相对表面128的倾斜角度的示图。图12示出了在滑轮170的外周表面171和轨道部分120的相对表面128彼此最接近的位置处，由滑轮170的外周表面171形成的脊线L1和由轨道部分120的相对表面128形成的脊线L2。如图12所示，在滑轮170的外周表面171和轨道部分120的相对表面128最接近的位置处，由滑轮170的外周表面171的脊线L1相对于第一圆锥轴(滑轮170的轴)A1形成的角度和由轨道部分120的相对表面128的脊线L2相对于第一圆锥轴A1形成的角度彼此一致。这些角度被设定使得从滑轮170送出到轨道部分120的绳索135的量和从轨道部分120缠绕在滑轮170上的绳索135的量彼此一致。这样的配置可以防止由滑轮170和轨道部分120的旋转引起的绳索135的松动或拧紧，由此允许动力传递机构的平稳操作。

此外，在轨道部分120中设置止动件126。止动件126具有当轨道部分120达到可移动范围的极限时防止绳索135被冲击切断的功能。在该配置中，在通过用户的操作按压轨道部分120的情况下，在轨道部分120达到由绳索135的布置区域限定的可移动范围的极限之前，止动件126抵靠壳体101以限制轨道部分120的旋转范围。此外，在轨道部分120以相反方向旋转的情况下，由旋转轴构件151支撑的连杆110的后端部分抵靠轴承部分155以限制轨道部分120的旋转范围。

图13示出用户如何旋转连杆110和轨道部分120。图13的上面板示出连杆110和轨道部分120位于其原点位置的状态。滑轮170在轨道部分120的顶端侧与相对表面128相对(见图14)。在该状态下，连杆110的后端抵靠到轴承部分155以限制连杆110和轨道部分120的最大可移动区域。此外，图13的中间面板示出连杆110和轨道部分120被按压到可移动区域的大约一半的状态。滑轮170在轨道部分120的中心部分处与相对表面128相对(见图7)。此外，图13的下面板示出连杆110和轨道部分120被最大挤压的状态。滑轮170在轨道部分120的底侧与相对表面128相对。在这种状态下，止动件126抵靠壳体101以限制连杆110和轨道部分120的最大可移动区域(见图15)。通过以这种方式限制连杆110和轨道部分120的最大可移动区域，防止绳索135被切断。

<4.使用示例>

迄今为止已经描述了握力感觉反馈装置100的整体结构和动力传递机构的结构。接下来，将简要描述包括根据本实施方式的握力感觉反馈装置100的医疗设备10的使用示例。

(4-1.握持型手术器械的远程操作)

首先，将描述作为医疗设备10的基本用途的握持型手术器械的远程操作。诸如外科医生的用户握持握力感觉反馈装置100以将其移动到期望的位置并且将其方向改变到适当的方向。医疗设备10的控制部分检测关于支撑握力感觉反馈装置100的支撑臂部分20的轴向旋转角度和关节角度的信息。在该操作中，控制部分基于设置在握力感觉反馈装置100与第四臂部分20d之间提供的力传感器的传感器信号来检测施加至握力感觉反馈装置100的平移操作或扭转操作的力矩。控制部分基于检测到的支撑臂部分20的姿态和力矩输出用于控制从属侧机器人设备的臂的命令，以控制由从属侧机器人设备支撑的握持型手术器械的位置和方向。

此外，当用户通过他/她的食指等按压握力感觉反馈装置100的手指接触部分105时，连杆110围绕旋转轴构件151旋转。当轨道部分120随着连杆110的旋转而旋转时，经由绳索135使滑轮170旋转，从而将旋转扭矩输入到电动机187。由编码器185检测这种电动机187的旋转速度和旋转角度。然后，控制部分基于由编码器185检测到的信息输出用于控制由从属侧机器人设备支撑的握持型手术器械的指令，以控制握持型手术器械的握持操作。

图16示出了使用根据本实施方式的医疗设备10的示例。在图16中，两个医疗设备10并排布置，并且用户在将双臂或肘部放置在支撑台50上的同时通过右手和左手握持相应的握力感觉反馈装置100。在这种状态下，用户在观看显示操作区域的监视器210的同时操作医疗设备10。用户操作两个医疗设备10以改变由未示出的从属侧机器人设备持有的各个握持型手术器械的位置或方向，或者执行各个握持型手术器械的握持操作。

(4-2.力感觉反馈)

接下来，将描述医疗设备10的力感觉反馈操作。未示出的从属侧机器人设备包括用于检测施加于支撑握持型手术器械的臂的反作用力或外力的传感器。例如，这种传感器可以是设置在臂的接合部分中的编码器。在这种情况下，编码器可以检测施加到设置在接合部分中的电动机的扭矩。控制部分获取关于施加到从属侧机器人设备的接合部分的扭矩的信息，并且控制电动机35的驱动扭矩，该电动机35控制医疗设备10的支撑臂部分20。以此方式，操作握力感觉反馈装置100的用户可以被提供有与施加到由从属侧机器人设备支撑的握持型手术器械的外力相对应的力感觉反馈。

此外，未示出的从属侧机器人设备包括用于检测从握持型手术器械的握持操作接收的反作用力的传感器。例如，这种传感器可以是连接到操作握持型手术器械的电动机的编码器。在这种情况下，编码器可以检测施加到电动机的扭矩。控制部分获取关于从握持型手术器械的握持操作接收的反作用力的信息，并且控制设置在握力感觉反馈装置100中的电动机187的驱动扭矩。在该操作期间，在与当用户用他/她的食指按压握力感觉反馈装置100的手指接触部分105时引起的滑轮170的旋转方向相反的方向上产生驱动扭矩。以这种方式，当从属侧机器人设备的握持型手术器械握持目标物质时产生的反作用力作为反馈提供给用户，以允许用户感觉到力感觉。

(4-3.原点返回操作)

接下来，将描述握力感觉反馈装置100的原点返回操作。当用户通过他/她的食指等完成手指接触部分105的按压操作时，从滑轮170输入到电动机187的扭矩变为零。在该情况下，控制部分停止从属侧机器人设备的握持型手术器械的控制，不进行握持型手术器械的握持操作，并且使握力感觉反馈装置100的动力传递机构返回到原点位置。如上所述，握力感觉反馈装置100包括用于设定连杆110的原点位置的原点传感器，并且控制部分驱动电动机187直到连杆110返回到原点位置。在该结构中，当用户不执行握持操作时，动力传递机构可以返回到原点位置，并且使握持型手术器械返回到打开状态。

注意，当握力感觉反馈装置100不执行握持操作时，也可以不使用上述的原点返回操作控制而使动力传递机构返回原点位置。例如，可以使用诸如弹簧等施加弹力的构件将连杆110机械地返回到原点位置。可选地，通过在手指接触部分105中布置手指固定部分并将食指等固定到手指接触部分105，连杆110可以返回到原始位置。

<5.总结>

如上所述，根据本实施方式的握力感觉反馈装置100使用作为动力传递工具的绳索135传递滑轮170与轨道部分120之间的旋转扭矩，其中每一个由相应的虚拟圆锥表面的一部分形成。在其内部包括电动机187、编码器185、和原点传感器的握力感觉反馈装置100被构造为具有笔形状的触针结构装置以易于用户握持，因此该装置制造紧凑。

此外，在根据本实施方式的握力感觉反馈装置100中，例如可以将滑轮170的大直径部分的直径设定为φ5至φ8mm，并且可以将包括轨道部分120的相对表面128的圆锥表面的直径设定为φ150至φ200mm。因此，尽管具有用于将来自滑轮170的旋转扭矩传递到轨道部分120的大的减速比，该装置仍然是紧凑的。此外，握力感觉反馈装置100可以向握持力提供力感觉反馈而不管要握持的目标物质的宽度。

此外，根据本实施方式的握力感觉反馈装置100使用绳索135作为动力传递工具并因此使重量轻便。此外，握力感觉反馈装置100使用作为动力传递工具的绳索135在滑轮170和轨道部分120之间传递动力。与使用皮带作为动力传递工具的情况相比，该构造可以减小缠绕操作期间的阻力。此外，使用作为动力传递工具的绳索135在滑轮170与轨道部分120之间传递动力的握力感觉反馈装置100不包括齿轮结构，因此防止晃动。结果，即使在传递弱力时，握力感觉反馈装置100也可以防止产生噪音。

此外，握力感觉反馈装置100能够平稳地切换滑轮170与轨道部分120的旋转方向，该握力感觉反馈装置100使用作为动力传递工具的绳索135在滑轮170与轨道部分120之间传递动力。因此编码器185能够检测由外力引起的电动机187的旋转角度的变化，由此允许容易地执行双向控制。

此外，在轨道部分120中，第一引导部分121和第二引导部分123被布置成以对应于绳索135缠绕在滑轮170上的位置以及从滑轮170送出绳索135的位置而不管滑轮170和轨道部分120的旋转角度。因此，动力传递机构能够平稳地操作，而不会有绳索135的间隙和晃动或扭曲。

此外，在根据本实施方式的握力感觉反馈装置100中，滑轮170的外周表面171的倾斜角度和轨道部分120的相对表面128的倾斜角度被设定为使得从滑轮170向轨道部分120送出的绳索135的量与从轨道部分120缠绕在滑轮170上的绳索135的量彼此一致。因此，动力传递机构可以平稳地操作而不会有绳索135的松动或拧紧。

以上参照附图已经描述了本公开的一个或多个优选实施方式，而本公开不限于上述示例。本领域技术人员可以在所附权利要求的范围内发现各种变化和修改，并且应该理解，它们自然会落入本公开的技术范围内。

例如，在上述实施方式中，握力感觉反馈装置形成为书写笔形状，然而，本技术不限于这样的示例。例如，握力感觉反馈装置可以形成为剪刀形状。例如，设置有轨道部分的连杆的旋转轴可以布置在前侧，并且当用户握持该装置时，连杆和轨道部分可以旋转。

此外，在上述实施方式中描述的包括滑轮、轨道部分、和绳索的动力传递机构可以应用于除了握力感觉反馈装置以外的需要平稳且轻便的力传递等的适当的装置。

此外，在本说明书中描述的效果仅仅是说明性或示例性的效果，而不是限制性的。也就是说，利用或代替上述效果，根据本公开的技术可以实现本领域技术人员从本说明书的描述而清楚的其他效果。

另外，本技术也可以配置如下。

(1)

一种握力感觉反馈装置，包括：

第一旋转构件，其具有包括第一虚拟圆锥表面的一部分的外周表面，第一旋转构件围绕第一圆锥轴旋转；

第二旋转构件，其具有相对表面并围绕第二圆锥轴旋转，相对表面包括第二虚拟圆锥表面的一部分并且与第一旋转构件的外周表面相对；

绳索，其具有连接到第二旋转构件的两个端部并且具有缠绕第一旋转构件的中心部分；以及

驱动部分，其通过旋转第一旋转构件并由此使第二旋转构件旋转而向与第二旋转构件接触的用户的手指提供力感觉反馈。

(2)

根据(1)所述的握力感觉反馈装置，其中，第一圆锥轴和第二圆锥轴彼此正交。

(3)

根据(1)或(2)所述的握力感觉反馈装置，其中，通过第一旋转构件的旋转或第二旋转构件的旋转使缠绕在第一旋转构件上的绳索的一端被发送到第二旋转构件，并且另一端从第二旋转构件被缠绕。

(4)

根据(1)至(3)中任何一个所述的握力感觉反馈装置，其中，第一旋转构件包括围绕外周表面螺旋地循环的绳索槽。

(5)

根据(1)至(4)中任何一个所述的握力感觉反馈装置，其中，第二旋转构件包括引导部分，引导部分限定绳索在相对表面上的布置位置。

(6)

根据(5)所述的握力感觉反馈装置，其中，第二旋转构件的引导部分与第一旋转构件的外周表面之间的距离小于绳索的直径。

(7)

根据(5)所述的握力感觉反馈装置，其中，引导部分包括分别沿着第二虚拟圆锥表面的周围方向布置的第一引导部分和第二引导部分。

(8)

根据(7)所述的握力感觉反馈装置，其中，第一引导部分限定从缠绕第一旋转构件的绳索的一端延伸的绳索的布置位置，并且第二引导部分限定从缠绕第一旋转构件的绳索的另一端延伸的绳索的布置位置。

(9)

根据(7)或(8)所述的握力感觉反馈装置，其中，第一引导部分和第二引导部分在平面图中是弧形，并且第一引导部分和第二引导部分的曲率半径沿着第一引导部分和第二引导部分的布置方向逐渐地改变。

(10)

根据(7)至(9)中任何一个所述的握力感觉反馈装置，其中，第一引导部分在平面图中是弧形，并且即使在通过第二旋转构件的旋转而改变第二旋转构件的位置的情况下，第一引导部分的位置与缠绕在第一旋转构件上的绳索的一端的引出位置一致。

(11)

根据(7)至(10)中任何一个所述的握力感觉反馈装置，其中，第二引导部分在平面图中是弧形，并且即使在通过第二旋转构件的旋转而改变第二旋转构件的位置的情况下，第二引导部分的位置与缠绕在第一旋转构件上的绳索的另一端的引出位置一致。

(12)

根据(1)至(11)中任何一个所述的握力感觉反馈装置，其中，第二旋转构件包括被用户的手指按压的手指接触部分。

(13)

根据(1)至(12)中任何一个所述的握力感觉反馈装置，包括：

调整部分，其调整第一旋转构件的外周表面与第二旋转构件的相对表面之间的距离。

(14)

根据(1)至(13)中任何一个所述的握力感觉反馈装置，包括：

拉力产生部分，其向绳索施加拉力。

(15)

根据(1)至(14)中任何一个所述的握力感觉反馈装置，包括

原点传感器，其限定第二旋转构件的参考位置。

(16)

根据(1)至(15)中任何一个所述的握力感觉反馈装置，其中，握力感觉反馈装置是执行医疗手术器械的远程操作的输入装置。

(17)

根据(16)所述的握力感觉反馈装置，其中，医疗手术器械是钳子、镊子或切割工具。

(18)

一种触笔式力感觉反馈装置，包括：

旋转构件，其随着用户执行握持操作而旋转；以及

驱动部分，其通过在与由用户执行握持操作引起的旋转方向相反的方向上向旋转构件施加旋转扭矩来向用户提供力感觉反馈。

参考标记列表

100 握力感觉反馈装置(触笔式力感觉反馈装置)

105 手指接触部分

110 连杆

120 轨道部分(第二旋转构件)

121 第一引导部分

123 第二引导部分

135 绳索

170 滑轮(第一旋转构件)

185 编码器

187 电动机。

Claims (18)

1.一种握力感觉反馈装置，包括：

第一旋转构件，所述第一旋转构件具有包括第一虚拟圆锥表面的一部分的外周表面，所述第一旋转构件围绕第一圆锥轴旋转；

第二旋转构件，所述第二旋转构件具有相对表面并围绕第二圆锥轴旋转，其中，所述相对表面由第二虚拟圆锥表面的一部分形成并且与所述第一旋转构件的所述外周表面相对；

绳索，所述绳索具有连接到所述第二旋转构件的两个端部，并且所述绳索具有缠绕所述第一旋转构件的中心部分；以及

驱动部分，所述驱动部分通过旋转所述第一旋转构件并由此使所述第二旋转构件旋转而向与所述第二旋转构件接触的用户的手指提供力感觉反馈。

2.根据权利要求1所述的握力感觉反馈装置，其中，所述第一圆锥轴和所述第二圆锥轴彼此正交。

3.根据权利要求1所述的握力感觉反馈装置，其中，通过所述第一旋转构件的旋转或所述第二旋转构件的旋转使缠绕在所述第一旋转构件上的所述绳索的一端被发送到所述第二旋转构件，并且另一端从所述第二旋转构件被缠绕。

4.根据权利要求1所述的握力感觉反馈装置，其中，所述第一旋转构件包括围绕所述外周表面的螺旋状的绳索槽。

5.根据权利要求1所述的握力感觉反馈装置，其中，所述第二旋转构件包括引导部分，所述引导部分限定所述绳索在所述相对表面上的布置位置。

6.根据权利要求5所述的握力感觉反馈装置，其中，所述第二旋转构件的引导部分与所述第一旋转构件的外周表面之间的距离小于所述绳索的直径。

7.根据权利要求5所述的握力感觉反馈装置，其中，所述引导部分包括分别沿着所述第二虚拟圆锥表面的周围方向布置的第一引导部分和第二引导部分。

8.根据权利要求7所述的握力感觉反馈装置，其中，所述第一引导部分限定从缠绕所述第一旋转构件的所述绳索的一端延伸的所述绳索的布置位置，并且所述第二引导部分限定从缠绕所述第一旋转构件的所述绳索的另一端延伸的所述绳索的布置位置。

9.根据权利要求7所述的握力感觉反馈装置，其中，所述第一引导部分和所述第二引导部分的平面形状呈弧形，并且所述第一引导部分和所述第二引导部分的曲率半径沿着所述第一引导部分和所述第二引导部分的布置方向逐渐地改变。

10.根据权利要求7所述的握力感觉反馈装置，其中，所述第一引导部分的平面形状呈弧形，并且即使在通过所述第二旋转构件的旋转而改变所述第二旋转构件的位置的情况下，也与缠绕在所述第一旋转构件上的所述绳索的一端的引出位置一致。

11.根据权利要求7所述的握力感觉反馈装置，其中，所述第二引导部分的平面形状呈弧形，并且即使在通过所述第二旋转构件的旋转而改变所述第二旋转构件的位置的情况下，也与缠绕在所述第一旋转构件上的所述绳索的另一端的引出位置一致。

12.根据权利要求1所述的握力感觉反馈装置，其中，所述第二旋转构件包括被所述用户的手指按压的手指接触部分。

13.根据权利要求1所述的握力感觉反馈装置，包括：

调整部分，所述调整部分调整所述第一旋转构件的外周表面与所述第二旋转构件的相对表面之间的距离。

14.根据权利要求1所述的握力感觉反馈装置，包括：

拉力产生部分，所述拉力产生部分向所述绳索施加拉力。

15.根据权利要求1所述的握力感觉反馈装置，包括：

原点传感器，原点传感器限定所述第二旋转构件的参考位置。

16.根据权利要求1所述的握力感觉反馈装置，其中，所述握力感觉反馈装置是执行医疗手术器械的远程操作的输入装置。

17.根据权利要求16所述的握力感觉反馈装置，其中，所述医疗手术器械是钳子、镊子或切割工具。

18.一种触笔式力感觉反馈装置，包括：

旋转构件，所述旋转构件随着用户执行握持操作而旋转；以及驱动部分，驱动部分通过在与由所述用户执行的所述握持操作引起的旋转方向相反的方向上向所述旋转构件施加旋转扭矩来向所述用户提供力感觉反馈。