JPWO2017187617A1 - 軟性マニピュレータ用シースおよびマニピュレータ - Google Patents

Abstract

ルーメン内に貫通させるワイヤにかかる張力が増大しても、ワイヤの経路長の変動を抑えて、精度よくマニピュレータを制御することを目的として、本発明に係る軟性マニピュレータ用シース（１）は、長手方向に沿ってワイヤ（４）を貫通させるルーメン（８）を備えた可撓性を有する内側チューブ（９）と、内側チューブ（９）の外周面を被覆するように配置され、内側チューブ（９）よりも圧縮剛性が高く可撓性を有する外側チューブ（１０）と、外側チューブ（１０）と内側チューブ（９）との間に配置され、内側チューブ（）の変形を外側チューブ（１０）に支持させる緩衝材（１１）とを備える。

Description

本発明は、軟性マニピュレータ用シースに関するものである。

湾曲した体腔内に挿入される軟性の挿入部の先端に可動部を備える軟性マニピュレータの挿入部に使用されるシースとして、可撓性の長尺材料の長手方向に貫通する複数のルーメンを有する樹脂製のマルチルーメンチューブが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
このマルチルーメンチューブの各ルーメンには、挿入部の先端に設けられた可動部を駆動するためのワイヤが貫通して配置される。

特許第４４２０５９３号公報

特許文献１のシースでは、ワイヤを牽引すると、ワイヤからルーメン内面に与えられる摩擦力によってマルチルーメンチューブが湾曲あるいは圧縮変形してしまうので、他のルーメン内を貫通しているワイヤの経路長が変動し、可動部を精度よく制御することができないという不都合がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、ルーメン内に貫通させるワイヤにかかる張力が増大しても、ワイヤの経路長の変動を抑えて、精度よくマニピュレータを制御することができる軟性マニピュレータ用シースを提供することを目的としている。

本発明の一態様は、長手方向に沿ってワイヤを貫通させるルーメンを備えた可撓性を有する内側チューブと、該内側チューブの外周面を被覆するように配置され、前記内側チューブよりも圧縮剛性が高く可撓性を有する外側チューブと、該外側チューブと前記内側チューブとの間に配置され、該内側チューブの外面の変形を前記外側チューブの内面に支持させる緩衝材とを備える軟性マニピュレータ用シースである。

本態様によれば、ルーメン内に貫通させたワイヤの基端に張力を付与することにより、先端に設けられたマニピュレータの可動部を駆動する場合に、ワイヤとルーメンの内面との摩擦により可撓性を有する内側チューブが変形させられようとするが、内側チューブの変形は、外側チューブとの間の隙間に配置された緩衝材を介して外側チューブによって支持されるので、変形が回避される。その結果、ワイヤの牽引によっても、ワイヤの経路長の変動が抑制され、マニピュレータを精度よく制御することができる。

上記態様においては、前記緩衝材が、前記外側チューブと前記内側チューブとの間の空間に充填される粘性材料であってもよい。
このようにすることで、ワイヤの牽引によって内側チューブが変形させられようとしても、外側チューブと内側チューブとの間の空間に充填された粘性材料からなる緩衝材によって変形が抑制されるので、ワイヤの経路長の変動が抑制され、マニピュレータを精度よく制御することができる。

また、上記態様においては、前記緩衝材が、シリコーンオイルまたは低硬度シリコーンゴムからなっていてもよい。
このようにすることで、流動性を有するシリコーンオイルまたは低硬度シリコーンゴムを内側チューブと外側チューブとの間の空間に容易に充填することができる。シリコーンオイルまたは低硬度シリコーンゴムは高い粘性を有するので、内側チューブの変形を抑制することができる。

また、上記態様においては、前記緩衝材を前記外側チューブと前記内側チューブとの間の空間に保持する緩衝材保持部を備えていてもよい。
このようにすることで、シリコーンオイルや低硬度シリコーンゴムのような流動性を有する緩衝材は、隙間が大きくなると流動する可能性があるが、緩衝材保持部によって外側チューブと内側チューブとの間の空間に保持することで、内側チューブの変形防止効果を維持することができる。

また、上記態様においては、前記緩衝材保持部が、前記外側チューブの内面または前記内側チューブの外面に設けられ前記空間を長手方向に区画する区画壁部であってもよい。
このようにすることで、緩衝材が区画壁部によって区画された各空間内に保持され、内側チューブの変形防止効果を維持することができる。

また、上記態様においては、前記緩衝材が、長手方向に延び、周方向および径方向に複数配列された繊維材であってもよい。
このようにすることで、繊維によって空間を埋めることにより、可撓性を維持しながら、内側チューブの変形防止を図ることができる。

本発明によれば、ルーメン内に貫通させるワイヤにかかる張力が増大しても、ワイヤの経路長の変動を抑えて、精度よくマニピュレータを制御することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る軟性マニピュレータ用シースを備える軟性マニピュレータを示す全体構成図である。 図１の軟性マニピュレータ用シースを示す縦断面図である。 図１の軟性マニピュレータ用シースの変形例に係る内側チューブを示す斜視図である。 図１の軟性マニピュレータ用シースの他の変形例に係る内側チューブを示す斜視図である。 図１の軟性マニピュレータ用シースの他の変形例を示す縦断面図である。 図１の軟性マニピュレータ用シースの他の変形例を示す部分的な横断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る軟性マニピュレータ用シース１について、図面を参照して以下に説明する。
軟性マニピュレータ１００は、図１に示されるように、本実施形態に係る軟性マニピュレータ用シース１と、該軟性マニピュレータ用シース１の先端に備えられたマニピュレータ２と、マニピュレータ２の基端に備えられ、マニピュレータ２を作動させる動力を発生する駆動部３と、該駆動部３において発生した動力をマニピュレータ２に伝達するワイヤ４とを備えている。

マニピュレータ２は、１以上の関節を有する可動部５と、該可動部５の先端に支持されたエンドエフェクタ６とを備えている。
駆動部３は、例えば、図示しないモータと、該モータの動力をワイヤ４に伝達するプーリ７とを備えている。

本実施形態に係る軟性マニピュレータ用シース１は、図２に示されるように、長手方向に貫通する複数のルーメン８を備える樹脂製のマルチルーメンチューブ（内側チューブ）９と、該マルチルーメンチューブ９を内側に貫通させるコイルチューブ（外側チューブ）１０とを備えている。
マルチルーメンチューブ９の各ルーメン８には、ワイヤ４が貫通させられるようになっている。ルーメン８を貫通したワイヤ４は、軟性マニピュレータ用シース１の先端のマニピュレータ２と基端の駆動部３に両端が接続されている。

本実施形態においては、マルチルーメンチューブ９とコイルチューブ１０との間の隙間に、シリコーンオイルまたは低硬度シリコーンゴムのような粘性材料がからなる緩衝材１１が充填されている。

このように構成された本実施形態に係る軟性マニピュレータ用シース１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る軟性マニピュレータ用シース１によれば、駆動部３によりワイヤ４に張力が印加されると、ワイヤ４とルーメン８の内面との摩擦によって、可撓性を有するマルチルーメンチューブ９が弾性変形させられようとしても、マルチルーメンチューブ９とコイルチューブ１０との間の空間に緩衝材１１が充填されているので、マルチルーメンチューブ９が緩衝材１１を介してコイルチューブ１０によって支持される。

コイルチューブ１０はマルチルーメンチューブ９より高い圧縮剛性を有しているので、マルチルーメンチューブ９の変形が抑制され、ワイヤ４の経路長の変動を防止することができる。その結果、一のワイヤ４に張力をかけたときに他のワイヤ４の経路長が変動してマニピュレータ２が意図しない方向に駆動される不都合の発生を防止し、マニピュレータ２の可動部５を精度よく制御することができるという利点がある。

また、マルチルーメンチューブ９の外周面全体をコイルチューブ１０の内面に密着させることができれば、マルチルーメンチューブ９の変形をより確実に防止できるが、摩擦が過大となってコイルチューブ１０内にマルチルーメンチューブ９を挿入していくことは困難である。本実施形態に係る軟性マニピュレータ用シース１によれば、流動性を有するシリコーンオイルまたは低硬度シリコーンゴムを流動させることにより、隙間内に均一に充填していくことができる。隙間が極めて狭い場合には、緩衝材１１を充填したコイルチューブ１０の内孔内に、充填されている緩衝材１１を追い出しながらマルチルーメンチューブ９を挿入することにしてもよい。

なお、本実施形態においては、図３に示されるように、マルチルーメンチューブ９の外面に長手方向に間隔をあけて全周にわたって延びる円環状の複数の突起（緩衝材保持部、区画壁部）１２を設けることにしてもよい。あるいは、コイルチューブ１０の内面に径方向内方に突出する同様の突起を設けてもよい。

このようにすることで、マルチルーメンチューブ９をコイルチューブ１０の内孔内に挿入すると、突起１２によってマルチルーメンチューブ９とコイルチューブ１０との隙間が長手方向に複数に区画される。これにより、流動性を有する緩衝材１１が、マルチルーメンチューブ９のコイルチューブ１０への挿入時に長手方向に流れないように突起１２間に留めることができる。

さらに、図４に示されるように、周方向に区画する突起（緩衝材保持部）１３も設けることにしてもよい。マルチルーメンチューブ９とコイルチューブ１０との間の円筒状の隙間が径方向に薄くなった部分から緩衝材１１が周方向に追い出されてしまうことを防止することができる。
また、緩衝材保持部としては、マルチルーメンチューブ９の外面に網目の大きな網状部材を巻いて、突起１２，１３と同様に円筒状の隙間を区画することにしてもよい。

また、本実施形態においては、流動性を有する緩衝材１１を充填することとしたが、これに代えて、図５に示されるように、緩衝材として、コイルチューブ１０の内面に弾性材料からなる突起１４を採用してもよい。このようにすることで、コイルチューブ１０の内孔内にマルチルーメンチューブ９を挿入すると、突起１４が弾性変形することにより、突起１４の先端がマルチルーメンチューブ９の外面に密着させられる。これにより、マルチルーメンチューブ９が突起１４からなる緩衝材を介してコイルチューブ１０によって支持される。

図５に示す例では、突起１４はコイルチューブ１０を構成している線材の径方向内方の側面に全長にわたって連続的に設けられているものを示しているが、断続的に設けられていてもよい。また、コイルチューブ１０が複数条のコイルにより構成されている場合には、一部のコイルの内面のみに設けることにして突起１４を間引いてもよい。

また、突起１４としては、径方向内方の表面が、径方向内方に凸の曲面を有していることが好ましい。マルチルーメンチューブ９と突起１４との接触面積を低減して、コイルチューブ１０へのマルチルーメンチューブ９の挿入容易性を向上することができる。

また、本実施形態においては、内側チューブとして４個のルーメン８を有するマルチルーメンチューブ９を例示したが、これに代えて、単一のルーメン８を有するシングルルーメンチューブあるいは、２以上の任意の数の複数のルーメン８を有するマルチルーメンチューブを採用してもよい。

また、本実施形態においては、ルーメン８が長手方向に沿って真っ直ぐに延びているマルチルーメンチューブ９を例示したが、これに代えて、ルーメン８が中心軸回りに一方向に捻れた捻れマルチルーメンチューブ９を採用してもよい。
また、外側チューブとしてはコイルチューブ１０に代えて、他の任意のチューブを用いてもよい。

また、緩衝材１１として、図６に示すように、コイルチューブ１０とマルチルーメンチューブ９との間の隙間に、長手方向に延び、周方向および径方向に複数並んで配列されることにより、隙間に充填されるガラス繊維等の繊維材を採用してもよい。
これにより、軟性マニピュレータ用シース１の可撓性を維持しながら、緩衝材１１を介してコイルチューブ１０によってマルチルーメンチューブ９を確実に支持させることができ、繊維どうしを滑らせることで、コイルチューブ１０へのマルチルーメンチューブ９の挿入容易性も向上することができる。

また、緩衝材１１として、弾性材料からなるシート材（図示略）をマルチルーメンチューブ９とコイルチューブ１０との間の隙間に全周にわたって配置してもよい。シート材は、全長にわたって連続的に配置してもよいし、断続的に配置してもよい。

１ 軟性マニピュレータ用シース
４ ワイヤ
８ ルーメン
９ マルチルーメンチューブ（内側チューブ）
１０ コイルチューブ（外側チューブ）
１１ 緩衝材
１２，１３，１４ 突起（緩衝材保持部、区画壁部、緩衝材）

Claims (6)

1. 長手方向に沿ってワイヤを貫通させるルーメンを備えた可撓性を有する内側チューブと、
   該内側チューブの外周面を被覆するように配置され、前記内側チューブよりも圧縮剛性が高く可撓性を有する外側チューブと、
   該外側チューブの内面と前記内側チューブの外面との間に配置され、該内側チューブの変形を前記外側チューブに支持させる緩衝材とを備える軟性マニピュレータ用シース。
2. 前記緩衝材が、前記外側チューブと前記内側チューブとの間の空間に充填される粘性材料である請求項１に記載の軟性マニピュレータ用シース。
3. 前記緩衝材が、シリコーンオイルまたは低硬度シリコーンゴムからなる請求項２に記載の軟性マニピュレータ用シース。
4. 前記緩衝材を前記外側チューブと前記内側チューブとの間の空間に保持する緩衝材保持部を備える請求項２または請求項３に記載の軟性マニピュレータ用シース。
5. 前記緩衝材保持部が、前記外側チューブの内面または前記内側チューブの外面に設けられ前記空間を長手方向に区画する区画壁部である請求項４に記載の軟性マニピュレータ用シース。
6. 前記緩衝材が、長手方向に延び、周方向および径方向に複数配列された繊維材である請求項１に記載の軟性マニピュレータ用シース。

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