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WO2016125574A1 - マニピュレータ - Google Patents

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WO2016125574A1
WO2016125574A1 PCT/JP2016/051360 JP2016051360W WO2016125574A1 WO 2016125574 A1 WO2016125574 A1 WO 2016125574A1 JP 2016051360 W JP2016051360 W JP 2016051360W WO 2016125574 A1 WO2016125574 A1 WO 2016125574A1
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WO
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shaft
handle
joint
distal
axis
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/051360
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English (en)
French (fr)
Inventor
昌夫 二梃木
Original Assignee
オリンパス株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by オリンパス株式会社 filed Critical オリンパス株式会社
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Priority to EP16746405.6A priority patent/EP3254640A4/en
Priority to JP2016544874A priority patent/JP6125112B2/ja
Publication of WO2016125574A1 publication Critical patent/WO2016125574A1/ja
Priority to US15/667,165 priority patent/US10561471B2/en

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Definitions

  • the present invention relates to a manipulator.
  • a manipulator of a type in which a motor and a grip handle for driving a distal end operating portion are provided on the proximal end side of a connecting shaft, and a knob and a lever provided on the grip handle are operated by a thumb of a hand holding the grip handle is known (For example, refer to Patent Document 1).
  • the posture of the treatment section at the distal end provided on the distal end side of the shaft and moved with two degrees of freedom of rotation and bending is changed using the posture of the wrist gripping the operation portion provided on the proximal end side of the shaft as an operation input.
  • a manipulator to be operated is known (for example, see Patent Document 2).
  • JP 2010-201005 A Japanese Patent No. 4014792
  • Patent Document 1 operates the distal end working unit by operating the knob and lever with the thumb
  • the posture of the distal treatment unit and the posture of the hand gripping the grip handle do not correspond to each other. It is difficult to get intuition.
  • the manipulator of Patent Document 2 associates the posture of the treatment portion with the posture of the wrist, but the rotation operation of the treatment portion within two degrees of freedom interferes with the rotation operation around the longitudinal axis of the shaft. In some cases, the treatment unit cannot be operated as intended by the operator, and intuition may not be obtained.
  • the present invention has been made in view of the circumstances described above, and the operation for rotating the treatment portion itself at the tip of the shaft does not interfere with other operations, and the position and posture of the treatment portion are intuitively operated.
  • the object is to provide a manipulator that can be used.
  • One aspect of the present invention includes an elongated shaft, a distal treatment section disposed on the distal end side of the shaft, and a rotary joint and a rotational joint that is closer to the shaft than the rotational joint in order to move the distal treatment section relative to the shaft.
  • An axis that includes a distal joint having a bending joint disposed on the shaft, and a proximal operation section that is disposed on the proximal side of the shaft and that is operated by an operator, wherein the bending joint intersects the longitudinal axis of the shaft.
  • the rotation joint has an axis that intersects the axis of the bending joint and substantially coincides with the central axis of the distal treatment section, and the proximal end operation section is gripped by one hand of the operator,
  • a first operating unit that operates the bending joint according to a rotation angle around an axis intersecting the longitudinal axis of the shaft of the wrist of one hand, and is provided in the first operating unit and operated by a finger of the one hand Move the rotary joint Providing a manipulator and a second operating unit for.
  • the operator when the operator operates the first operation portion of the proximal end operation portion to rotate the wrist around the axis intersecting the longitudinal axis of the shaft, the operator moves the tip of the shaft according to the rotation angle.
  • the distal end treatment portion is swung around an axis line where the bending joint of the disposed distal end joint portion intersects the longitudinal axis of the shaft.
  • the rotary joint of the distal joint unit arranged at the distal end of the shaft is moved. Rotate.
  • the distal treatment unit can be operated intuitively.
  • the rotary joint rotates the distal treatment section about an axis that substantially coincides with the central axis of the distal treatment section, the posture of the distal treatment section does not vary depending on the rotation of the rotary joint. Therefore, it is possible to rotate the distal treatment section by operating the second operation section with a finger without changing the position of one hand for operating the first operation section and without impairing intuition. Further, since the rotation operation of the distal treatment section is not associated with the wrist rotation operation, the distal treatment section can be operated as intended by the operator without interfering with the rotation operation around the longitudinal axis of the shaft.
  • the first operation section may include a handle that is gripped by the operator at a position where the longitudinal axis of the shaft penetrates the palm of the one hand.
  • the palm of one hand holding the handle is arranged at a position that penetrates the longitudinal axis of the shaft.
  • the distal treatment section can be swung in accordance with the direction of the palm. As a result, a more intuitive operation can be performed.
  • the axis for swinging the handle may be arranged in the one hand holding the handle.
  • the wrist can be swung without substantially changing the position of the forearm of the one hand.
  • an operation of swinging the distal treatment section and an operation of swinging the shaft Can be performed independently without interfering with each other.
  • steering-wheel may be connected with the base end side of the said shaft so that the said shaft can be rotated to the surroundings of the said longitudinal axis.
  • the shaft can be rotated around the longitudinal axis. Can be rotated around.
  • handle you may have the unevenness
  • the second operation unit may be a switch disposed at a position where the second operation unit can be operated by a finger of the one hand when the handle is held by the one hand.
  • the switch is arranged at a position corresponding to the finger of the gripped one hand, so that the tip can be easily operated by holding the handle while holding the handle.
  • the part can be rotated around its central axis.
  • the manipulator 1 is a manipulator used in, for example, laparoscopic surgery, and is an elongated shaft that is inserted through a trocar 2 that is disposed through the skin A. 3, a distal joint 4 disposed at the distal end of the shaft 3, a distal treatment section 5 disposed at the distal end of the distal joint 4, and an operator O disposed at the proximal end of the shaft 3.
  • the shaft 3 is formed in, for example, a hard cylindrical shape, and wires, wirings, and the like (not shown) for driving the distal joint portion 4 and the distal treatment portion 5 are disposed through the interior.
  • the distal joint portion 4 is, in order from the proximal end side, a bending joint 11 that supports the distal portion including the distal treatment portion 5 so as to be swingable around an axis perpendicular to the longitudinal axis of the shaft 3; And a rotary joint 10 that rotatably supports the distal end portion about an axis that coincides with a substantially central axis of the distal treatment portion 5.
  • the distal treatment section 5 is for treating the affected part B in the body, such as grasping forceps and energy forceps.
  • the base end operation unit 6 includes a substantially hemispherical handle (first operation unit) 9 attached to the base end side of the shaft 3.
  • the handle 9 has an outer diameter that allows the operator O to hold the palm of one hand close to the approximate center of the substantially hemispherical surface and place five fingers on the outer peripheral surface. .
  • the palm of one hand holding the handle 9 is arranged at a position where the longitudinal axis of the shaft 3 penetrates.
  • the handle 9 is a swinging shaft having an axis perpendicular to the longitudinal axis of the shaft 3 and substantially parallel to the axis of the bending joint 11 on a bracket 3 a provided at the base end of the shaft 3. It is connected so as to be able to swing around 12 turns.
  • the swing shaft 12 is arranged in one hand that grips the handle 9 when the operator O grips the handle 9.
  • the handle 9 is provided with an encoder 13 for detecting a swing angle of the handle 9 with respect to the shaft 3.
  • bracket 3a provided on the shaft 3 and the handle 9 are engaged so as not to rotate relative to each other around the longitudinal axis of the shaft 3, and as shown in FIG. 5, one hand holding the handle 9 is twisted.
  • the rotational force is transmitted to the shaft 3 via the bracket 3a, and the shaft 3 is rotated about the longitudinal axis.
  • the handle 9 has three push buttons (second operation section) spaced apart in the circumferential direction at positions where the index finger, middle finger, and ring finger of the gripped one hand when the operator O grips with one hand. ) 14a, 14b, and 14c are provided. As shown in FIG. 4, the handle 9 is disposed at a position corresponding to each push button 14a, 14b, 14c and is turned on and off by the push buttons 14a, 14b, 14c (this is the second operation). 15a, 15b, and 15c are provided.
  • the output of the encoder 13 and the outputs of the switches 15a, 15b, and 15c are sent to the control unit 8. Further, as shown in FIG. 3, when the operator O holds the handle 9 with one hand, the thumb 9 and the little finger are engaged in the circumferential direction at a position where the thumb and the little finger of the gripped hand are arranged. A groove (unevenness) 16 is provided.
  • the drive unit 7 includes two motors built in the base end portion of the shaft 3. One motor drives the bending joint 11 and the other motor drives the rotary joint 10. The driving force of each motor is transmitted to the bending joint 11 and the rotating joint 10 by pulleys and wires (not shown).
  • the control unit 8 receives the outputs from the encoder 13 and the three switches 15a, 15b, and 15c, and controls the motor of the drive unit 7 and the distal treatment unit 5. Specifically, when the handle 9 is swung around the swing shaft 12 with respect to the shaft 3, the control unit 8 controls one motor according to the swing angle and swing direction detected by the encoder 13. Is driven, and a command signal for operating the bending joint 11 by a swinging direction corresponding to the swinging direction of the handle 9 and a swinging angle corresponding to the swinging angle of the handle 9 is sent to one of the motors.
  • control unit 8 rotates the rotary joint 10 in accordance with outputs from the switches 15a and 15c corresponding to the push buttons 14a and 14c at both ends of the three push buttons 14a, 14b and 14c arranged side by side.
  • a command signal for operating only the rotation angle is sent to the other motor.
  • the rotary joint 10 is rotated counterclockwise by the push button 14a pressed with the index finger toward the tip, and the rotary joint 10 is rotated clockwise by the push button 14c pressed with the ring finger. It is supposed to let you.
  • the motor can be rotated only for the time during which the push buttons 14a and 14c are pressed.
  • control unit 8 sends a command signal for operating the distal treatment unit 5 according to the output from the switch 15b corresponding to the central push button 14b among the three push buttons 14a, 14b, 14c arranged in the distal direction. It is to be sent to part 5.
  • the distal treatment section 5 is a grasping forceps
  • the grasping forceps are closed by depressing the push button 14b.
  • the distal treatment section 5 is an energy forceps
  • the energy forceps are energized by depressing the push button 14b. It is like that.
  • the manipulator 1 configured as described above will be described below.
  • the shaft 3 is inserted, and the distal treatment section 5 and the distal joint section 4 are arranged in the body.
  • the operator O grasps the handle 9 with the right hand as shown in FIG. 3 while confirming an image acquired by an endoscope (not shown) separately inserted in the body, as shown in FIG.
  • the index finger, the middle finger, and the ring finger are arranged along the push buttons 14a, 14b, and 14c arranged on the outer periphery of the handle 9, respectively.
  • the shaft 3 Since the handle 9 is attached to the shaft 3, by moving the handle 9, the shaft 3 is moved in the longitudinal direction as shown by the arrow in FIG.
  • the shaft 3 can be moved to change.
  • the position of the distal joint portion 4 disposed at the distal end of the shaft 3 and the distal treatment section 5 fixed to the distal end can be adjusted by the movement of the shaft 3.
  • the operator O rotates the handle 9 with the right hand so as to turn the dial.
  • the shaft 3 can be rotated around the longitudinal axis.
  • the distal joint part 4 provided at the distal end of the shaft 3 and the distal treatment part 5 fixed to the distal end can be rotated around the longitudinal axis of the shaft 3.
  • the operator O swings the handle 9 with respect to the shaft 3 by rotating the wrist of the right hand holding the handle 9 so as to twist about the axis of the forearm. Swing around the axis 12.
  • the swing angle of the handle 9 relative to the shaft 3 is detected by the encoder 13, and the control unit 8 controls one motor based on the detected swing angle to swing the bending joint 11 of the tip joint portion 4.
  • the posture of the distal treatment section 5 can be changed in the swinging direction of the bending joint 11.
  • the operator O pushes the push button 14a with the index finger of the right hand holding the handle 9, thereby rotating the rotary joint 10 counterclockwise toward the tip, and pushes the push button 14c with the ring finger of the right hand.
  • the rotary joint 10 can be rotated clockwise toward the tip.
  • the distal treatment section 5 can be rotated counterclockwise or clockwise around its central axis.
  • the operator O operates the distal treatment section 5 by pressing the push button 14b with the middle finger of the right hand holding the handle 9. Then, the treatment for the affected part B is performed.
  • the axis line for swinging the handle 9 with respect to the shaft 3 and the axis line of the bending joint 11 for swinging the distal treatment section 5 with respect to the shaft 3 are approximately. They are parallel, and the swing of the handle 9 and the swing of the distal treatment section 5 can be completely matched. As a result, intuition can be easily obtained in the operation of changing the posture of the distal treatment section 5, and the operation can be facilitated.
  • the direction of the palm of the right hand holding the handle 9 can be made substantially coincident with the direction of the central axis of the distal treatment section 5, and high intuition can be realized.
  • the axis of the swing shaft 12 that swings the handle 9 is disposed in the right hand that grips the handle 9, the operation of the handle 9 is performed with the wrist of the right hand held in the forearm while the posture of the forearm is substantially fixed. You just need to rotate it around the longitudinal axis. As a result, even if the handle 9 is swung, only a couple is generated with the axis of the swing shaft 12 as the center, and it is not necessary to generate a force to swing the shaft 3 with the trocar 2 as a fulcrum.
  • the operation of swinging the distal treatment section 5 with respect to the tip of the shaft 3 and the operation of swinging the shaft 3 itself are performed independently without causing interference.
  • operability can be improved by preventing the distal treatment section 5 from moving in an unintended direction.
  • the shaft 3 itself can be rotated around its longitudinal axis by rotating the handle 9 like a dial with the right hand holding the handle 9, while FIG.
  • the rotary joint 10 of the distal joint portion 4 can be rotated by operating the push buttons 14a, 14b, and 14c. That is, since the two operations are completely different from each other, they do not interfere with each other, and it is not necessary to re-finger or change hands.
  • This also has the advantage that operability can be improved by preventing the distal treatment section 5 from moving in an unintended direction.
  • the operation of the rotary joint 10 that only rotates the distal treatment section 5 about its central axis has a low contribution to the change in the posture of the distal treatment section 5, so that it is intuitive even by operating the push buttons 14 a, 14 b, and 14 c. There is no loss of sex.
  • the manipulator 1 according to the present embodiment since the positions of the push buttons 14a, 14b, and 14c are associated with the rotation direction of the rotary joint 10, high intuition is obtained even with a pseudo-similar structure. There is an advantage that you can.
  • the handle 9 is formed in a substantially hemispherical shape, but is not limited to this, and any other shape can be adopted.
  • channel 16 which engages a thumb and a little finger was provided in the handle
  • a ring member 17 into which the thumb and the little finger when the handle 9 is gripped may be provided. Thereby, the slip of the hand and the handle 9 can be further eliminated.
  • the swing shaft 12 of the handle 9 is arranged in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the shaft 3, but the present invention is not limited to this, and the swing shaft is formed in a direction intersecting the longitudinal axis of the shaft 3 at an arbitrary angle. 12 should just be arrange
  • the push button 14a for rotating the rotary joint 10 counterclockwise is arranged at the position where the left ring finger is arranged, and the rotary joint 10 is rotated clockwise at the position where the left index finger is arranged.
  • the button 14c may be arranged.

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Abstract

　このマニピュレータは、細長いシャフト（３）と、シャフト（３）の先端側に配置された先端処置部（５）と、先端処置部（５）をシャフト（３）に対して移動させるために、基端側から順に配置された屈曲関節および回転関節を有する先端関節部（４）と、シャフト（３）の基端側に配置される基端操作部（６）とを備え、屈曲関節がシャフト（３）の長手軸に交差する軸線を有し、回転関節が屈曲関節の軸線に交差しかつ先端処置部（５）の中心軸と略一致する軸線を有し、基端操作部（６）が、操作者（Ｏ）の片手により把持され、シャフト（３）の長手軸に交差する軸線回りの回転角度に応じて屈曲関節を動作させる第１の操作部（９）と、第１の操作部（９）に設けられ、回転関節を動作させる第２の操作部とを備えるマニピュレータ１を提供する。

Description

マニピュレータ
　本発明は、マニピュレータに関するものである。
　従来、先端動作部を駆動するモータおよびグリップハンドルが連結シャフトの基端側に設けられ、グリップハンドルに備えられたノブおよびレバーを、グリップハンドルを把持する手の親指で操作する方式のマニピュレータが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
　また、シャフトの先端側に設けられ回転および屈曲の２自由度で移動させられる先端の処置部の姿勢を、シャフトの基端側に設けられた操作部を把持する手首の姿勢を操作入力として変化させるマニピュレータが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２０１０－２０１００５号公報 特許第４０１４７９２号公報
　しかしながら、特許文献１のマニピュレータは、ノブおよびレバーを親指で操作することにより先端動作部を動作させるものであるため、先端処置部の姿勢とグリップハンドルを把持する手の姿勢とは対応しておらず、直感性を得難い。
　また、特許文献２のマニピュレータは、処置部の姿勢と手首の姿勢とを対応させているが、処置部の２自由度の内の回転動作は、シャフトの長手軸回りの回転動作と干渉する場合があり、操作者の意図通りに処置部を動作させることができず直感性が得られない場合がある。
　本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、シャフトの先端の処置部自体を回転させる操作を他の操作と干渉させることなく、かつ、処置部の位置および姿勢を直感的に操作することができるマニピュレータを提供することを目的としている。
　上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
　本発明の一態様は、細長いシャフトと、該シャフトの先端側に配置された先端処置部と、該先端処置部を前記シャフトに対して移動させるために、回転関節と該回転関節より前記シャフト側に配置された屈曲関節とを有する先端関節部と、前記シャフトの基端側に配置され操作者によって操作される基端操作部とを備え、前記屈曲関節が前記シャフトの長手軸に交差する軸線を有し、前記回転関節が前記屈曲関節の軸線に交差しかつ前記先端処置部の中心軸と略一致する軸線を有し、前記基端操作部が、前記操作者の片手により把持され、該片手の手首の前記シャフトの長手軸に交差する軸線回りの回転角度に応じて前記屈曲関節を動作させる第１の操作部と、該第１の操作部に設けられ、前記片手の指により操作されて前記回転関節を動作させる第２の操作部とを備えるマニピュレータを提供する。
　本態様によれば、操作者が基端操作部の第１の操作部を操作して手首をシャフトの長手軸に交差する軸線回りに回転させると、その回転角度に応じて、シャフトの先端に配置されている先端関節部の屈曲関節がシャフトの長手軸に交差する軸線回りに先端処置部を揺動させる。また、操作者が基端操作部の第２の操作部を操作して、第１の操作部を操作する手の指の移動によって、シャフトの先端に配置されている先端関節部の回転関節を回転させる。
　この場合において、第１の操作部を操作する片手の手首の回転角度が、屈曲関節の動作による先端処置部の姿勢の変化量に対応するので、先端処置部を直感的に操作することができる。一方、回転関節は、先端処置部の中心軸に略一致する軸線回りに先端処置部を回転させるので、回転関節の回転によっては先端処置部の姿勢は変動しない。そのため、第１の操作部を操作する片手の位置を変化させることなく、指によって直感性を損なうことなく第２の操作部を操作して先端処置部を回転させることができる。また、先端処置部の回転動作を手首の回転動作に対応づけないので、シャフトの長手軸回りの回転動作と干渉することがなく、操作者の意図通りに先端処置部を動作させることができる。
　上記態様においては、前記第１の操作部は、前記シャフトの長手軸が前記片手の掌を貫通する位置で前記操作者によって把持されるハンドルを備えていてもよい。
　このようにすることで、操作者がハンドルを把持すると、該ハンドルを把持した片手の掌がシャフトの長手軸を貫通する位置に配置される。この状態で、ハンドルを把持した片手の手首を回転させて掌の向きを変化させると、その掌の向きに対応させて先端処置部を揺動させることができる。これにより、より直感性の高い操作を行うことができる。
　また、上記態様に置いては、前記ハンドルを揺動させる前記軸線が、該ハンドルを把持した前記片手の中に配置されてもよい。
　このようにすることで、ハンドルを把持した片手の掌の向きを変化させる際に、その片手の前腕の位置をほとんど変化させることなく手首を揺動させることができる。第１の操作部を操作しても軸線回りの偶力が発生するだけでシャフトを揺動させる力を生じさせずに済むので、先端処置部の揺動させる操作とシャフトを揺動させる操作とを、相互に干渉させずに独立して行うことができる。
　また、上記態様においては、前記ハンドルが、前記シャフトを前記長手軸回りに回転可能に前記シャフトの基端側に連結されていてもよい。
　このようにすることで、ハンドルを把持した片手でハンドルをシャフトの長手軸回りに回転させることにより、シャフトを長手軸回りに回転させることができ、シャフトの先端の先端処置部をシャフトの長手軸回りに回転させることができる。
　また、上記態様においては、前記ハンドルの外周面に、該ハンドルを把持する前記片手の指を引っかける凹凸を有していてもよい。
　このようにすることで、操作者がハンドルを把持すると、把持した片手の指が凹凸に引っかかるので、ハンドルを長手軸回りに回転させる際に、より確実に力を加えることができる。
　また、上記態様においては、前記第２の操作部が、前記片手により前記ハンドルを把持した際、前記片手の指により操作可能な位置に配置されたスイッチであってもよい。
　このようにすることで、操作者がハンドルを把持すると、把持した片手の指に対応する位置にスイッチが配置されるので、ハンドルを把持したままの状態で、容易にスイッチを操作して先端処置部をその中心軸回りに回転させることができる。
　本発明によれば、シャフトの先端の処置部自体を回転させる操作を他の操作と干渉させることなく、かつ、処置部の位置および姿勢を直感的に操作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マニピュレータを示す全体構成図である。 図１のマニピュレータの先端関節部および先端処置部を示す斜視図である。 図１のマニピュレータの基端操作部を示す斜視図である。 図３の基端操作部およびシャフトを示す縦断面図である。 図１のマニピュレータのハンドルの捻り操作と先端処置部の動作との関係を説明する斜視図である。 図１のマニピュレータのハンドルの揺動操作と先端関節部の動作との関係を示す平面図である。 図１のマニピュレータのハンドルに設けられたスイッチの操作と先端関節部の動作との関係を示す平面図である。 図１のマニピュレータの変形例を示す基端操作部の正面図である。
　本発明の一実施形態に係るマニピュレータ１について図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態に係るマニピュレータ１は、図１に示されるように、例えば、腹腔鏡手術に用いられるマニピュレータであって、皮膚Ａを貫通して配置されるトロッカ２を貫通して挿入される細長いシャフト３と、該シャフト３の先端に配置された先端関節部４と、該先端関節部４の先端側に配置される先端処置部５と、シャフト３の基端側に配置され操作者Ｏによって操作される基端操作部６と、先端関節部４を駆動する駆動部７と、基端操作部６の操作に応じて駆動部７を制御する制御部８とを備えている。
　シャフト３は、例えば、硬質の円筒状に形成され、先端関節部４や先端処置部５を駆動するための図示しないワイヤや配線等が内部を貫通して配置されている。先端関節部４は、図２に示す例では、基端側から順に、シャフト３の長手軸に直交する軸線回りに先端処置部５を含む先端部を揺動可能に支持する屈曲関節１１と、先端処置部５の略中心軸に一致する軸線回りに先端部を回転可能に支持する回転関節１０とを備えている。先端処置部５は、把持鉗子やエネルギ鉗子等、体内の患部Ｂを処置するためのものである。
　基端操作部６は、図１に示されるように、シャフト３の基端側に取り付けられた略半球状のハンドル（第１の操作部）９を備えている。ハンドル９は、操作者Ｏが片手の掌を略半球面の略中央に近接させ、５本の指を外周面に配置するようにして把持することができる程度の外径寸法を有している。これにより、図３に示されるように、操作者Ｏがハンドル９を把持すると、ハンドル９を把持する片手の掌がシャフト３の長手軸が貫通する位置に配置されるようになっている。
　ハンドル９は、図４に示されるように、シャフト３の基端に設けられたブラケット３ａに、シャフト３の長手軸に直交し、かつ屈曲関節１１の軸線に略平行な軸線を有する揺動軸１２回りに揺動可能に連結されている。揺動軸１２は、操作者Ｏがハンドル９を把持したときに、ハンドル９を把持する片手の中に配置されるようになっている。また、ハンドル９には、該ハンドル９のシャフト３に対する揺動角度を検出するエンコーダ１３が備えられている。
　また、シャフト３に設けられたブラケット３ａとハンドル９とは、シャフト３の長手軸回りに相対回転しないように係合されており、図５に示されるように、ハンドル９を把持する片手を捻ることによりハンドル９を回転させると、その回転力がブラケット３ａを介してシャフト３に伝達され、シャフト３が長手軸回りに回転させられるようになっている。
　さらに、ハンドル９には、操作者Ｏが片手で把持したときに、把持した片手の人差し指、中指および薬指が配置される位置に周方向に間隔をあけて３つの押しボタン（第２の操作部）１４ａ，１４ｂ，１４ｃが設けられている。ハンドル９の内部には、図４に示されるように、各押しボタン１４ａ，１４ｂ，１４ｃに対応する位置に配置され、押しボタン１４ａ，１４ｂ，１４ｃによってオンオフされるスイッチ（こちらを第２の操作部と称する場合もある。）１５ａ，１５ｂ，１５ｃが設けられている。
　エンコーダ１３の出力およびスイッチ１５ａ，１５ｂ，１５ｃの出力は、制御部８に送られるようになっている。
　また、ハンドル９には、図３に示されるように、操作者Ｏが片手で把持したときに、把持した片手の親指および小指が配置される位置に、親指および小指を周方向に係合させる溝（凹凸）１６が設けられている。
　駆動部７は、シャフト３の基端部に内蔵される２つのモータを備えている。一方のモータは屈曲関節１１を駆動し、他方のモータは回転関節１０を駆動するようになっている。各モータの駆動力は、図示しないプーリおよびワイヤによって屈曲関節１１および回転関節１０に伝達されるようになっている。
　制御部８は、エンコーダ１３および３つのスイッチ１５ａ，１５ｂ，１５ｃからの出力を受けて、駆動部７のモータおよび先端処置部５を制御するようになっている。具体的には、制御部８は、ハンドル９がシャフト３に対して揺動軸１２回りに揺動させられたときには、エンコーダ１３により検出される揺動角度および揺動方向に応じて一方のモータを駆動させ、ハンドル９の揺動方向に対応する揺動方向およびハンドル９の揺動角度に対応する揺動角度だけ屈曲関節１１を動作させる指令信号を一方のモータに送るようになっている。
　また、制御部８は、３つ並んだ押しボタン１４ａ，１４ｂ，１４ｃのうち、両端の押しボタン１４ａ，１４ｃに対応するスイッチ１５ａ，１５ｃからの出力に応じて、回転関節１０を回転させる回転方向および回転角度だけ動作させる指令信号を他方のモータに送るようになっている。例えば、ハンドル９を右手で把持している場合、人差し指で押す押しボタン１４ａによって回転関節１０を先端に向かって半時計回りに回転させ、薬指で押す押しボタン１４ｃによって回転関節１０を時計回りに回転させるようになっている。押しボタン１４ａ，１４ｃを押している時間だけモータが回転させられるようになっている。
　また、制御部８は、３つ並んだ押しボタン１４ａ，１４ｂ，１４ｃのうち、中央の押しボタン１４ｂに対応するスイッチ１５ｂからの出力に応じて、先端処置部５を作動させる指令信号を先端処置部５に送るようになっている。先端処置部５が把持鉗子である場合には、押しボタン１４ｂの押下によって把持鉗子が閉じられ、先端処置部５がエネルギ鉗子である場合には、押しボタン１４ｂの押下によってエネルギ鉗子に通電されるようになっている。
　このように構成された本実施形態に係るマニピュレータ１の作用について以下に説明する。
　本実施形態に係るマニピュレータ１を用いて体内の患部Ｂを処置するには、図１に示されるように、皮膚Ａを貫通して配置されているトロッカ２の貫通孔内にマニピュレータ１の先端側からシャフト３を挿入し、先端処置部５および先端関節部４を体内に配置する。
　この状態で、操作者Ｏは、別途体内に挿入された図示しない内視鏡により取得された画像をモニタで確認しながら、図３に示されるように、ハンドル９を右手で把持し、右手の人差し指、中指および薬指をそれぞれハンドル９の外周に配置されている押しボタン１４ａ，１４ｂ，１４ｃに沿わせるように配置する。
　ハンドル９はシャフト３に取り付けられているので、ハンドル９を移動させることにより、図１に矢印で示されるように、シャフト３をその長手軸方向に移動させ、あるいはトロッカ２を支点として傾斜角度を変更するようにシャフト３を移動させることができる。
　すなわち、シャフト３の移動によってシャフト３の先端に配置されている先端関節部４およびその先端に固定されている先端処置部５の位置を調節することができる。
　また、ハンドル９とシャフト３とは、シャフト３の長手軸回りに係合されているので、図５に示されるように、操作者Ｏが右手でハンドル９をダイヤルを回すように回転させることにより、シャフト３を長手軸回りに回転させることができる。これにより、シャフト３の先端に設けられている先端関節部４およびその先端に固定されている先端処置部５をシャフト３の長手軸回りに回転させることができる。
　また、操作者Ｏは、図６に示されるように、ハンドル９を把持している右手の手首を、前腕の軸回りに捻るように回転させることにより、シャフト３に対してハンドル９を揺動軸１２回りに揺動させる。これにより、シャフト３に対するハンドル９の揺動角度がエンコーダ１３により検出され、検出された揺動角度に基づいて制御部８が一方のモータを制御して先端関節部４の屈曲関節１１を揺動させる。これにより、先端処置部５の姿勢を屈曲関節１１の揺動方向に変化させることができる。
　さらに、操作者Ｏは、ハンドル９を把持している右手の人差し指によって押しボタン１４ａを押すことにより、回転関節１０を先端に向かって反時計回りに回転させ、右手の薬指によって押しボタン１４ｃを押すことにより、回転関節１０を先端に向かって時計回りに回転させることができる。これにより、先端処置部５をその中心軸回りに反時計回りまたは時計回りに回転させることができる。
　そして、先端処置部５の患部Ｂに対する位置および姿勢が調節された状態で、操作者Ｏが、ハンドル９を把持している右手の中指によって押しボタン１４ｂを押すことにより、先端処置部５を作動させ、患部Ｂに対する処置が行われる。
　この場合において、本実施形態に係るマニピュレータ１によれば、シャフト３に対してハンドル９を揺動させる軸線と、シャフト３に対して先端処置部５を揺動させる屈曲関節１１の軸線とが略平行であり、ハンドル９の揺動と先端処置部５の揺動とを完全に対応させることができる。その結果、先端処置部５の姿勢を変更する操作において直感性が得られやすく、操作を容易にすることができる。
　特に、ハンドル９を把持する右手の掌の向きを先端処置部５の中心軸の方向に略一致させることができ、高い直感性を実現することができる。
　また、ハンドル９を揺動させる揺動軸１２の軸線がハンドル９を把持する右手の中に配置されるので、ハンドル９の操作は、前腕の姿勢をほぼ固定したままで、右手の手首を前腕の長手軸回りに回転させるだけで済む。これにより、ハンドル９を揺動させても揺動軸１２の軸線を中心とした偶力が発生するだけで、トロッカ２を支点としてシャフト３を揺動させる力を発生させずに済む。一方、トロッカ２を支点としてシャフト３を揺動させる場合には、ハンドル９を把持した右手の前腕に対して手首を固定して前腕ごと移動させることにより、シャフト３に対してモーメントを加え、シャフト３を揺動させることができる。
　すなわち、本実施形態に係るマニピュレータ１によれば、シャフト３の先端に対して先端処置部５を揺動させる操作と、シャフト３自体を揺動させる操作とを干渉させることなく独立して行うことができ、先端処置部５が意図しない方向に動作してしまうことを防止して操作性を向上することができるという利点がある。
　また、本実施形態に係るマニピュレータ１によれば、ハンドル９を把持した右手でハンドル９をダイヤルのように回転させることで、シャフト３自体をその長手軸回りに回転させることができる一方、図７に示されるように、押しボタン１４ａ，１４ｂ，１４ｃの操作によって先端関節部４の回転関節１０を回転させることができる。すなわち、両操作は全く異なるので相互に干渉することがなく、指を掛け直したり手を握り替えたりする必要もない。これによっても、先端処置部５が意図しない方向に動作してしまうことを防止して操作性を向上することができるという利点がある。
　そして、先端処置部５をその中心軸回りに回転させるだけの回転関節１０の動作は、先端処置部５の姿勢の変化への寄与度が低いので、押しボタン１４ａ，１４ｂ，１４ｃ操作によっても直感性が損なわれることがない。加えて、本実施形態に係るマニピュレータ１によれば、押しボタン１４ａ，１４ｂ，１４ｃの位置が回転関節１０の回転方向に対応づけられているので、疑似相似構造であっても高い直感性を得ることができるという利点がある。
　さらにこのとき、ハンドル９に設けられた溝１６に右手の親指および小指が引っ掛かるので、ハンドル９をダイヤルのように回転させる場合の滑りを防止し、操作し易さを向上させることができる。
　なお、本実施形態においては、ハンドル９を略半球状に構成したが、これに限定されるものではなく、他の任意の形状を採用できる。
　また、ハンドル９に、親指と小指を係合させる溝１６を設けたが、これに代えて、凸部を設けてもよい。またはこれに加えて、図８に示されるように、ハンドル９を把持した際の親指および小指が嵌合するリング部材１７を設けてもよい。これにより、さらに手とハンドル９との滑りを無くすことができる。
　また、ハンドル９の揺動軸１２をシャフト３の長手軸に直交する方向に配置したが、これに限定されるものではなく、シャフト３の長手軸に任意の角度で交差する方向に揺動軸１２が配置されていればよい。
　また、本実施形態においては、右手で把持する場合について説明したが、左手で操作する場合に適用してもよい。その場合には、左手の薬指が配置される位置に回転関節１０を反時計回りに回転させる押しボタン１４ａを配置し、左手の人差し指が配置される位置に回転関節１０を時計回りに回転させる押しボタン１４ｃを配置すればよい。
　１　マニピュレータ
　３　シャフト
　４　先端関節部
　５　先端処置部
　６　基端操作部
　９　ハンドル（第１の操作部）
　１０　回転関節
　１１　屈曲関節
　１４ａ，１４ｂ，１４ｃ　押しボタン（第２の操作部）
　１５ａ，１５ｂ，１５ｃ　スイッチ（こちらを第２の操作部と称する場合もある）
　１６　溝（凹凸）
　Ｏ　操作者

Claims (6)

  1. 　細長いシャフトと、
    　該シャフトの先端側に配置された先端処置部と、
    　該先端処置部を前記シャフトに対して移動させるために、回転関節と該回転関節より前記シャフト側に配置された屈曲関節とを有する先端関節部と、
    　前記シャフトの基端側に配置され操作者によって操作される基端操作部とを備え、
    　前記屈曲関節が前記シャフトの長手軸に交差する軸線を有し、
    　前記回転関節が前記屈曲関節の軸線に交差しかつ前記先端処置部の中心軸と略一致する軸線を有し、
    　前記基端操作部が、前記操作者の片手により把持され、該片手の手首の前記シャフトの長手軸に交差する軸線回りの回転角度に応じて前記屈曲関節を動作させる第１の操作部と、該第１の操作部に設けられ、前記片手の指により操作されて前記回転関節を動作させる第２の操作部とを備えるマニピュレータ。
  2. 　前記第１の操作部は、前記シャフトの長手軸が前記片手の掌を貫通する位置で前記操作者によって把持されるハンドルを備える請求項１に記載のマニピュレータ。
  3. 　前記ハンドルを揺動させる前記軸線が、該ハンドルを把持した前記片手の中に配置される請求項２に記載のマニピュレータ。
  4. 　前記ハンドルが、前記シャフトを前記長手軸回りに回転可能に前記シャフトの基端側に連結されている請求項２または請求項３に記載のマニピュレータ。
  5. 　前記ハンドルの外周面に、該ハンドルを把持する前記片手の指を引っかける凹凸を有する請求項４に記載のマニピュレータ。
  6. 　前記第２の操作部が、前記片手によって前記ハンドルを把持した際、前記片手の指により操作可能な位置に配置されたスイッチである請求項２から請求項５のいずれかに記載のマニピュレータ。
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