醫(yī)療用機(jī)械手的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明涉及一種醫(yī)療用機(jī)械手。
本申請(qǐng)要求了于2013年2月20日臨時(shí)申請(qǐng)的美國(guó)專利申請(qǐng)第61/766，810號(hào)的優(yōu)先權(quán)，該美國(guó)專利申請(qǐng)的內(nèi)容通過引用被并入到本文中。
【背景技術(shù)】
在相關(guān)技術(shù)中，用于為外科手術(shù)執(zhí)行外科援助的醫(yī)療用機(jī)械手是已知。
在這種醫(yī)療用機(jī)械手中，為了給手術(shù)器具單元消毒，必須可拆卸地提供手術(shù)器具單元和手術(shù)器具驅(qū)動(dòng)單元。
例如，專利文件1描述了活動(dòng)的鉗子作為這種醫(yī)療用機(jī)械手，在該活動(dòng)的鉗子中，相對(duì)于作為手術(shù)器具驅(qū)動(dòng)單元的鉗子近端部分，在鉗子軸部的近端部可拆卸地設(shè)置作為手術(shù)器具單元的鉗子遠(yuǎn)端部分結(jié)構(gòu)和鉗子軸部。
在專利文件1中描述的活動(dòng)的鉗子中，為了手術(shù)器具單元的安裝，在鉗子軸部被插入到鉗子近端部的框架中并且在框架的中心軸周圍被旋轉(zhuǎn)60度以對(duì)于持有者鉤住掛鉤構(gòu)件之后，通過擰緊夾鉗的緊固螺絲將鉗子軸部固定到框架。
現(xiàn)有技術(shù)文件專利文件
[專利文件1]日本專利第3686947號(hào)

【發(fā)明內(nèi)容】

技術(shù)問題
在相關(guān)技術(shù)中，例如，在專利文件1中公開的醫(yī)療用機(jī)械手中，當(dāng)手術(shù)器具單元被安裝在手術(shù)器具驅(qū)動(dòng)單元上時(shí)，必須用以下三個(gè)步驟執(zhí)行工作:(1)將鉗子軸部插入到框架中，
(2)旋轉(zhuǎn)鉗子軸部，以及(3)擰緊緊固螺絲，并且當(dāng)手術(shù)器具單元被移除時(shí)，必須倒序執(zhí)行這三個(gè)步驟。因此，在相關(guān)技術(shù)的醫(yī)療用機(jī)械手中，存在問題在于，手術(shù)器具的連接和分離花費(fèi)大量的時(shí)間。
鑒于這些問題提出了本發(fā)明，并且其目的是提供相對(duì)于手術(shù)器具驅(qū)動(dòng)單元可以簡(jiǎn)單地并快速地執(zhí)行手術(shù)器具單元的連接和分離的醫(yī)療用機(jī)械手。
問題的解決方案
根據(jù)本發(fā)明的第一方面的醫(yī)療用機(jī)械手包括:手術(shù)器具單元，其裝備有給操作對(duì)象進(jìn)行操作的動(dòng)作體；以及手術(shù)器具驅(qū)動(dòng)單元，其相對(duì)于手術(shù)器具單元被可拆卸地提供，并且供應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)動(dòng)作體的驅(qū)動(dòng)力。手術(shù)器具驅(qū)動(dòng)單元包括:輸入構(gòu)件對(duì)，其具有第一輸入構(gòu)件和第二輸入構(gòu)件，被成對(duì)布置在關(guān)于手術(shù)器具單元的連接和分離方向上的第一端部處，能夠彼此平行地前進(jìn)和縮回，并且當(dāng)該對(duì)輸入構(gòu)件前進(jìn)到手術(shù)器具單元側(cè)時(shí)在前進(jìn)方向上傳遞驅(qū)動(dòng)力；以及驅(qū)動(dòng)源，其使得該對(duì)輸入構(gòu)件中的至少一個(gè)前進(jìn)和縮回。手術(shù)器具單元包括:第一傳遞構(gòu)件，其面向第一輸入構(gòu)件，被支撐以便能夠在關(guān)于手術(shù)器具驅(qū)動(dòng)單元的連接和分離方向上在第一端部處前進(jìn)和縮回，在來自第一輸入構(gòu)件的驅(qū)動(dòng)力下在與第一輸入構(gòu)件的前進(jìn)方向相同的方向上移動(dòng)，并且在第二端部處連接到動(dòng)作體；第二傳遞構(gòu)件，其面向第二輸入構(gòu)件，被支撐以便能夠在關(guān)于手術(shù)器具驅(qū)動(dòng)單元的連接和分離方向上在第一端部處前進(jìn)和縮回，并且在來自第二輸入構(gòu)件的驅(qū)動(dòng)力下在與第二輸入構(gòu)件的前進(jìn)方向相同的方向上移動(dòng)；以及手術(shù)器具單元側(cè)反轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)構(gòu)件，其與第一傳遞構(gòu)件和第二傳遞構(gòu)件接合，并且反轉(zhuǎn)第一傳遞構(gòu)件或第二傳遞構(gòu)件的移動(dòng)方向，并且向第一傳遞構(gòu)件和第二傳遞構(gòu)件的另一個(gè)傳遞第一傳遞構(gòu)件和第二傳遞構(gòu)件中的一個(gè)的位移。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，在第一方面的醫(yī)療用機(jī)械手中，第一輸入構(gòu)件通過被連接到驅(qū)動(dòng)源能夠前進(jìn)和縮回。手術(shù)器具單元還可以包括驅(qū)動(dòng)單元側(cè)反轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)構(gòu)件，其與第一輸入構(gòu)件和第二輸入構(gòu)件接合，并且反轉(zhuǎn)第一傳遞構(gòu)件或第二傳遞構(gòu)件的移動(dòng)方向，并且向第二輸入構(gòu)件傳遞第一輸入構(gòu)件的位移，其中，驅(qū)動(dòng)單元側(cè)反轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)構(gòu)件被設(shè)置在第一輸入構(gòu)件與第二輸入構(gòu)件之間。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，在第二方面的醫(yī)療用機(jī)械手中，接合和脫離機(jī)構(gòu)可以被進(jìn)一步包括，其相對(duì)于該對(duì)輸入構(gòu)件移動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元側(cè)反轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)構(gòu)件以便切換與第一輸入構(gòu)件和第二輸入構(gòu)件接合的狀態(tài)以及第一輸入構(gòu)件與第二輸入構(gòu)件之間的位移的傳遞被解除的狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，在第一方面至第三方面中的任何一個(gè)的醫(yī)療用機(jī)械手中，手術(shù)器具驅(qū)動(dòng)單元可以具有驅(qū)動(dòng)單元側(cè)施力構(gòu)件，該驅(qū)動(dòng)單元側(cè)施力構(gòu)件朝向關(guān)于手術(shù)器具單元的連接和分離方向上的第一端部對(duì)輸入構(gòu)件對(duì)施力。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，在第四方面的醫(yī)療用機(jī)械手中，驅(qū)動(dòng)單元側(cè)施力構(gòu)件可以具有第一驅(qū)動(dòng)單元側(cè)施力構(gòu)件和第二驅(qū)動(dòng)單元側(cè)施力構(gòu)件，并且第一驅(qū)動(dòng)單元側(cè)施力構(gòu)件可以被設(shè)置在第一輸入構(gòu)件中，并且第二驅(qū)動(dòng)單元側(cè)施力構(gòu)件可以被設(shè)置在第二輸入構(gòu)件中。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，在第一方面至第五方面中的任何一個(gè)的醫(yī)療用機(jī)械手中，第二施力構(gòu)件可以被進(jìn)一步包括，該第二施力構(gòu)件在朝向關(guān)于手術(shù)器具單元的連接和分離方向上的第一端部對(duì)第一輸入構(gòu)件和第二輸入構(gòu)件兩者施力。
發(fā)明的有益效果
根據(jù)上述相應(yīng)方面的醫(yī)療用機(jī)械手，通過布置將驅(qū)動(dòng)力從手術(shù)器具驅(qū)動(dòng)單元傳遞到手術(shù)器具單元的輸入構(gòu)件對(duì)來傳遞驅(qū)動(dòng)力，以便在連接和分離方向上的端部處面向輸入構(gòu)件對(duì)以及第一傳遞構(gòu)件和第二傳遞構(gòu)件。因此，可以由僅在連接和分離方向上的移動(dòng)執(zhí)行連接和分離，并且相對(duì)于手術(shù)器具驅(qū)動(dòng)單元的手術(shù)器具單元的連接和分離可以被很容易地并快速地執(zhí)行。
【附圖說明】
圖1是示出本發(fā)明的醫(yī)療用機(jī)械手被應(yīng)用于其中的醫(yī)療用機(jī)械手系統(tǒng)的構(gòu)造的示例的示意圖。
圖2是示出本發(fā)明的第一實(shí)施方式的醫(yī)療用機(jī)械手的構(gòu)造的示意性平面圖。
圖3是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的醫(yī)療用機(jī)械手的手術(shù)器具驅(qū)動(dòng)單元的遠(yuǎn)端側(cè)上的示意性側(cè)視圖。 圖4是沿著圖3中的線B-B截取的截面圖。
圖5是沿著圖3中的線A-A截取的截面圖。
圖6是沿著圖3中的線C-C截取的截面圖。
圖7是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的醫(yī)療用機(jī)械手的中間構(gòu)件的遠(yuǎn)端側(cè)上的示意性側(cè)視圖。
圖8是沿著圖7中的線E-E截取的截面圖。
圖9是沿著圖7中的線D-D截取的截面圖。
圖10是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的醫(yī)療用機(jī)械手的手術(shù)器具單元的示意性立體圖。
圖11是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的醫(yī)療用機(jī)械手的手術(shù)器具單元的近端側(cè)上的示意性側(cè)視圖。
圖12是沿著圖11中的線H-H截取的截面圖。
圖13A是沿著圖11中的線F-F截取的截面圖。
圖13B是沿著圖11中的線G-G截取的截面圖。
圖14是沿著圖2中的線J-J截取的截面圖。
圖15是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的醫(yī)療用機(jī)械手的主要部分的示意性結(jié)構(gòu)圖。
圖16A是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的醫(yī)療用機(jī)械手的主要部分的示意性操作說明視圖。 圖16B是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的醫(yī)療用機(jī)械手的主要部分的示意性操作說明視圖。 圖16C是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的醫(yī)療用機(jī)械手的主要部分的示意性操作說明視圖。 圖17是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的醫(yī)療用機(jī)械手的示意圖。
圖18是示出本發(fā)明的第二實(shí)施方式的醫(yī)療用機(jī)械手的動(dòng)作的視圖。
圖19是示出實(shí)施方式的另一種構(gòu)造示例的示意圖。
圖20是示出本發(fā)明的第三實(shí)施方式的醫(yī)療用機(jī)械手的示意性平面圖。
圖21是示出醫(yī)療用機(jī)械手的示意性側(cè)視圖。
圖22是示出醫(yī)療用機(jī)械手的動(dòng)作的視圖。
圖23是示出醫(yī)療用機(jī)械手中用于造成同時(shí)與多個(gè)齒輪接合或分離的電線和滑塊的構(gòu)造的示意圖。
圖24是示出實(shí)施方式的修改的示例的構(gòu)造的立體圖。
圖25是示出本發(fā)明的第四實(shí)施方式的醫(yī)療用機(jī)械手的部分的構(gòu)造的示意性側(cè)視圖。
圖26是示出實(shí)施方式的醫(yī)療用機(jī)械手的部分的構(gòu)造的示意性前視圖。
圖27是示出本實(shí)施方式的醫(yī)療用機(jī)械手的動(dòng)作的視圖。
圖28是示出本實(shí)施方式的醫(yī)療用機(jī)械手的動(dòng)作的視圖。
圖29是示出本發(fā)明的第五實(shí)施方式的醫(yī)療用機(jī)械手的部分的構(gòu)造的示意性前視圖。
【具體實(shí)施方式】
下文中，將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方式。在所有附圖中，即使在不同的實(shí)施方式的情況下，將用相同的附圖標(biāo)記指定與前述實(shí)施方式中描述的構(gòu)件相同或等效的構(gòu)件，并且這里將省略常見的描述。
[第一實(shí)施方式]
在下文中，雖然將描述本發(fā)明的第一實(shí)施方式，但是在描述第一實(shí)施方式之前將描述本實(shí)施方式的醫(yī)療用機(jī)械手被應(yīng)用于其中的醫(yī)療用機(jī)械手系統(tǒng)的示例。
圖1是示出本發(fā)明的醫(yī)療用機(jī)械手被應(yīng)用于其中的醫(yī)療用機(jī)械手系統(tǒng)的構(gòu)造的示例的示意圖。
圖1中示出了主從類型醫(yī)療用機(jī)械手系統(tǒng)的示例。主從類型醫(yī)療用機(jī)械手系統(tǒng)是這樣的系統(tǒng)，其具有包括主臂和從臂兩種類型的臂并且遠(yuǎn)程控制從臂以便跟隨主臂的操作。作為手術(shù)器具被安裝在該從臂上的構(gòu)造，可以應(yīng)用本發(fā)明的醫(yī)療用機(jī)械手。
圖1中示出的醫(yī)療用機(jī)械手系統(tǒng)具有:手術(shù)臺(tái)100、從臂200a、200b、200c、和200d、從控制電路400、主臂500a和500b、操作單元600、輸入處理電路700、圖像處理電路800、操作者顯示器900a、以及輔助顯示器900b。
在下文中，為了簡(jiǎn)化描述，按照字母順序的符號(hào)“Xa，Xb，...，Xz”可以被表示為“Xa至Xz，，。例如，“從臂200a、200b、200c、以及200d”可以被表示為“從臂200a至200d”。
手術(shù)臺(tái)100是一張床，作為將被觀察和治療的目標(biāo)的患者P被放置在該床上。多個(gè)從臂200a至200d被安裝在手術(shù)臺(tái)100的附近。另外，從臂200a至200d可以被安裝在手術(shù)臺(tái)100處。
各個(gè)從臂200a至200d分別被配置成具有多個(gè)多自由度關(guān)節(jié)，并且通過彎曲各自的多自由度關(guān)節(jié)相對(duì)于放置在手術(shù)臺(tái)100上的患者P來放置安裝在從臂200a至200d的遠(yuǎn)端側(cè)(被稱為指向患者P的體腔的一側(cè))的手術(shù)器具等。由未示出的電源單元單獨(dú)地驅(qū)動(dòng)各個(gè)多自由度關(guān)節(jié)。作為電源單元，例如，可以使用具有伺服機(jī)構(gòu)的電機(jī)(伺服電機(jī))，該電機(jī)包括增量編碼器、減速器等，并且由從控制電路400執(zhí)行電機(jī)的操作控制。
從臂200a至200d也具有用于驅(qū)動(dòng)安裝的手術(shù)器具240a至240d的多個(gè)電源單元(未示出)。例如，伺服電機(jī)也可以被用作這些電源單元，并且由從控制電路400執(zhí)行其操作控制。
當(dāng)從臂200a至200d的電源單元被驅(qū)動(dòng)時(shí)，由位置檢測(cè)器檢測(cè)電源單元的驅(qū)動(dòng)量。來自位置檢測(cè)器的檢測(cè)信號(hào)被輸入到從控制電路400，并且由檢測(cè)信號(hào)在從控制電路400中檢測(cè)從臂200a至200d的驅(qū)動(dòng)量。
外科電力傳遞適配器(在下文中簡(jiǎn)稱為“適配器”)220a、220b、220c、和220d被插入到從臂200a至200d與手術(shù)器具240a至240d之間，并且分別連接從臂200a至200d和手術(shù)器具240a至240d。適配器220a至220d具有分別驅(qū)動(dòng)手術(shù)器具240a至240d的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，并且被配置使得在相應(yīng)的從臂的電源單元中產(chǎn)生的電力被傳遞到相應(yīng)的手術(shù)器具。
例如，根據(jù)相應(yīng)的手術(shù)器具的構(gòu)造，直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)等被提供有適配器220a至220d的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
手術(shù)器具240a至240d可以是堅(jiān)硬的或可以是柔性的。即，作為手術(shù)器具240a至240d，可以適當(dāng)?shù)剡x擇和采取操作用于通過推和拉剛性桿來對(duì)活體執(zhí)行治療的動(dòng)作體的手術(shù)器具，以及操作用于通過拉柔性線來對(duì)活體執(zhí)行治療的動(dòng)作體的手術(shù)器具。在圖1中示出示例。手術(shù)器具240a至240c是堅(jiān)硬的，并且手術(shù)器具240d是柔性的。柔性手術(shù)器具被從患者的自然開口(諸如，嘴)經(jīng)由消化道等引入到身體的內(nèi)部。
從控制電路400被配置成具有例如CPU、存儲(chǔ)器等。從控制電路400存儲(chǔ)用于執(zhí)行從臂200a至200d的控制的預(yù)定的程序，并且根據(jù)來自輸入處理電路700的控制信號(hào)控制從臂200a至200d或手術(shù)器具240a至240d的操作。即，從控制電路400基于來自輸入處理電路700的控制信號(hào)指定作為由操作者OP操作的主臂的操作目標(biāo)的從臂(或手術(shù)器具)，并且計(jì)算為了使得指定的從臂等執(zhí)行與由操作者Op操作的主臂的操作量相對(duì)應(yīng)的移動(dòng)所需要的驅(qū)動(dòng)量。
另外，從控制電路400根據(jù)計(jì)算的驅(qū)動(dòng)量控制作為主臂的操作目標(biāo)的從臂等的操作。在這種情況下，從控制電路400向相應(yīng)的從臂輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并且根據(jù)按照相應(yīng)的從臂的操作從電源單元的位置檢測(cè)器輸入的檢測(cè)信號(hào)，控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)的大小和極性，使得作為操作目標(biāo)的從臂的驅(qū)動(dòng)量變成目標(biāo)驅(qū)動(dòng)量。
主臂500a和500b被配置成多個(gè)連桿機(jī)構(gòu)。組成連桿機(jī)構(gòu)的各個(gè)