JP6916869B2 - 動力伝達機構および処置具 - Google Patents
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Description
本発明の第1の態様は、先端側から長手軸に沿って順に配列されたエンドエフェクタ、屈曲または湾曲可能な関節部、および動力を発生する動力発生部を備える処置具に設けられ、前記動力発生部から前記エンドエフェクタに前記動力を伝達する動力伝達機構であって、前記関節部と前記動力発生部との間に配置され、該動力発生部から与えられた前記動力を伝達するとともに動力伝達効率を変更可能である動力調整部と、前記関節部を通過して前記エンドエフェクタと前記動力調整部とを接続し、前記動力調整部から与えられた前記動力を前記エンドエフェクタに伝達する駆動部材とを備え、前記動力調整部が、前記関節部の屈曲または湾曲に伴う前記駆動部材の前記長手軸に沿う方向の変位によって、前記駆動部材の変位量が大きい程、前記動力伝達効率の増加量が大きくなるように、前記動力伝達効率を増大させる動力伝達機構である。
この場合に、関節部が屈曲または湾曲したときに、関節部を跨いで配置されている駆動部材も屈曲または湾曲することで、駆動部材には、処置具の長手軸に沿う方向の変位が生じるとともに、動力伝達効率の低下が生じる。そして、駆動部材の変位に応答して、駆動部材の変位が大きい程、動力調整部の動力伝達効率が大きくなるように、動力調整部の動力伝達効率が増大する。
動力伝達機構全体の動力伝達効率は、動力調整部の動力伝達効率と駆動部材の動力伝達効率との積として表される。したがって、動力調整部の動力伝達効率が、関節部の屈曲または湾曲によって低下した駆動部材の動力伝達効率の逆数に略等しくなるように増大することで、動力伝達機構全体の動力伝達効率を、関節部の屈曲または湾曲の角度に依らずにさらに正確に一定とすることができる。
このようにすることで、関節部の屈曲または湾曲によって駆動部材が変位したときに、第1リンクおよび第2リンクは、相互に揺動して第1および第2リンク間の角度を変化させながら移動する。第2リンクに与えられた動力発生部からの動力は、第1および第2リンクにおいて、第1リンクと第2リンクとの間の角度に応じて増大される。このように、機械的な機構のみを利用して動力伝達効率を増大させることができる。
このようにすることで、駆動部材の変位に伴う第1リンクおよび第2リンクの移動および揺動を簡易な構成で制御することができる。
0°≦α<90°
0°≦β<90°
0°≦γ<90°
このようにすることで、第1リンクおよび第2リンクが動力に従って揺動しなくなる特異点に配置されることを回避し、第1リンクおよび第2リンクを滑らかに動作させることができる。
このようにすることで、第1リンクおよび第2リンクの、長手軸に交差する方向の突出量を最小限に抑えて、動力調整部を小型にすることができる。
−90°≦ξ<90°
このようにすることで、第1リンクおよび第2リンクが動力に従って揺動しなくなる特異点に配置されることを回避し、第1リンクおよび第2リンクを滑らかに動作させること
本実施形態に係る処置具2は、図1に示されるように、先端側から長手軸Aに沿って順に配置された、エンドエフェクタ3と、長手軸Aに直交する屈曲軸B回りに屈曲可能な関節部4と、体内に挿入可能であり長手軸Aに沿って延びる細長い挿入部5と、操作者により操作されることでエンドエフェクタ3および関節部4を駆動するための動力を発生する操作部6とを備えている。
また、処置具2は、関節部4および挿入部5内を通ってエンドエフェクタ3と操作部6とを接続し、操作部6からエンドエフェクタ3に動力を伝達する動力伝達機構1を備えている。
なお、エンドエフェクタ3は把持鉗子に限定されるものではなく、動力に従って機械的な動作を行う他の種類のエンドエフェクタ(例えば、ナイフ)を採用してもよい。あるいは、動力伝達機構1からの動力によってエンドエフェクタ3に設けられる関節部が駆動されるように構成されていてもよい。
図2において、上段は、関節部4が屈曲していない状態(エンドエフェクタ3と挿入部5が直線上に一列に配置されている状態)を示し、下段は、関節部4が屈曲した状態を示している。関節部4が屈曲していない状態での駆動部材11の位置を基準位置と定義する。
0°≦α<90° …(1)
0°≦β<90° …(2)
0°≦γ<90° …(3)
角度α,β,γが上記範囲を満たすことで、リンク12A,12Bが動かなくなる特異点を回避し、ピン13aの移動範囲内においてリンク12A,12Bを滑らかに移動させることができる。
具体的には、動力伝達機構1全体の動力伝達効率は、第1リンク12Aおよび第2リンク12Bの動力伝達効率と駆動部材11の動力伝達効率との積として表される。関節部4のいずれの屈曲角度においても第1および第2リンク12A,12Bの動力伝達効率が駆動部材11の動力伝達効率の逆数と略等しくなるように、第1および第2リンク12A,12Bの動力伝達効率の増大量は、駆動部材11の動力伝達効率の低下量を考量して設計されている。これにより、動力伝達機構1全体での動力伝達効率が、関節部4の屈曲角度に依らずに一定に維持されるようになっている。
図7は、本実施形態におけるスリット13bの形状の設計値の一例と、駆動部材11、リンク12A,12Bおよび動力伝達機構1全体の動力伝達効率の一例とを示している。
本実施形態に係る処置具2を用いて患部の処置を行うためには、挿入部5を体内に挿入して先端のエンドエフェクタ3を患部の近傍に配置し、操作部6の第2ハンドル62を操作して関節部4を屈曲させることにより患部に対するエンドエフェクタ3の姿勢を調節する。
このように、駆動部材11に対してより径方向外側に位置する揺動軸C2上にピン13aを設けることで、第1リンク12Aの基端部および第2リンク12Bの先端部の突出量が低減されるので、動力伝達機構1全体をより細径な構造とすることができる。
−90°≦ξ<90° …(4)
このようにすることで、リンク12A,12Bが動かなくなる特異点を回避し、ピン13aの移動範囲内においてリンク12A,12Bを滑らかに移動させることができる。
例えば、図9に示されるように、動力調整部が、互いに引力を発生する一対の磁石14A,14Bを備えていてもよい。一方の磁石14Aは駆動部材11に設けられ、他方の磁石14Bは、磁石14Aよりも基端側に配置され操作部6と接続されている。これにより、駆動部材11が基端側に変位したときに、磁石14A,14B間の磁力が増大し、それによって動力伝達効率を増大させることができる。
例えば、関節部は、長手軸Aに沿う方向に配列し互いに平行な複数の屈曲軸を有し比較的大きな曲率半径で湾曲可能な湾曲部であってもよく、可撓性によって湾曲可能な湾曲部であってもよい。
2 処置具
3 エンドエフェクタ
4 関節部
5 挿入部
6 操作部
7A,7B リンク
11 駆動部材
12A 第1リンク(動力調整部)
12B 第2リンク(動力調整部)
13 支持部(動力調整部)
13a ピン(突出部材、支持部、動力調整部)
13b スリット(案内通路、支持部、動力調整部)
14A,14B 磁石(動力調整部)
C1 第1の揺動軸
C2 第2の揺動軸
P 移動経路
T 接線
Claims (8)
- 先端側から長手軸に沿って順に配列されたエンドエフェクタ、屈曲または湾曲可能な関節部、および動力を発生する動力発生部を備える処置具に設けられ、前記動力発生部から前記エンドエフェクタに前記動力を伝達する動力伝達機構であって、
前記関節部と前記動力発生部との間に配置され、該動力発生部から与えられた前記動力を伝達するとともに動力伝達効率を変更可能である動力調整部と、
前記関節部を通過して前記エンドエフェクタと前記動力調整部とを接続し、前記動力調整部から与えられた前記動力を前記エンドエフェクタに伝達する駆動部材とを備え、
前記動力調整部が、前記関節部の屈曲または湾曲に伴う前記駆動部材の前記長手軸に沿う方向の変位によって、前記駆動部材の変位量が大きい程、前記動力伝達効率の増加量が大きくなるように、前記動力伝達効率を増大させる動力伝達機構。 - 前記動力調整部は、当該動力調整部の前記動力伝達効率が前記駆動部材の動力伝達効率の逆数と略等しくなるように、前記動力伝達効率を増大させる請求項1に記載の動力伝達機構。
- 前記動力調整部が、
前記駆動部材の基端側に配置され、前記長手軸に交差する第1の揺動軸回りに揺動可能に前記駆動部材に連結された第1リンクと、
該第1リンクの基端側に配置され、前記第1の揺動軸に平行な第2の揺動軸回りに揺動可能に前記第1リンクに連結された第2リンクと、
前記第1リンクと前記第2リンクとを相互に揺動可能に、かつ、前記長手軸に沿う方向に移動可能に支持する支持部とを備え、
該支持部は、前記駆動部材の変位にしたがって前記第1リンクと前記第2リンクとの間の角度が変化するように、前記第1リンクと前記第2リンクとを支持する請求項1または請求項2に記載の動力伝達機構。 - 前記支持部が、
前記第1リンクまたは前記第2リンクに設けられ前記第1の揺動軸に略平行に突出する突出部材と、
該突出部材が挿入され該突出部材が所定の移動経路上を移動するように該突出部材の移動を案内する案内通路とを有する請求項3に記載の動力伝達機構。 - 前記第1リンクと前記駆動部材とが成す角度α、前記第1リンクと前記所定の移動経路の接線とが成す角度β、前記第1リンクと前記第2リンクとが成す角度γが、下記関係式を満たす請求項4に記載の動力伝達機構。
0°≦α<90°
0°≦β<90°
0°≦γ<90° - 前記突出部材が、前記第2の揺動軸上に設けられている請求項5に記載の動力伝達機構。
- 前記第2リンクと前記所定の移動経路の接線とが成す角度ξが、下記関係式を満たす請求項6に記載の動力伝達機構。
−90°≦ξ<90° - 先端側から長手軸に沿って順に配列されたエンドエフェクタ、屈曲または湾曲可能な関節部、および動力を発生する動力発生部と、
該動力発生部から前記エンドエフェクタに前記動力を伝達する請求項1から請求項7のいずれかに記載の動力伝達機構とを備える処置具。
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