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手術用ロボットアーム及びその不動点誤差修正方法

国内特許コード P150012260
整理番号 S2013-1382-N0
掲載日 2015年9月4日
出願番号 特願2013-223355
公開番号 特開2015-085400
登録番号 特許第5769324号
出願日 平成25年10月28日(2013.10.28)
公開日 平成27年5月7日(2015.5.7)
登録日 平成27年7月3日(2015.7.3)
発明者
  • 見上 慧
  • 只野 耕太郎
出願人
  • 国立大学法人東京工業大学
発明の名称 手術用ロボットアーム及びその不動点誤差修正方法
発明の概要 【課題】構成が簡単で従来と比較して経済的な負担が小さく、また、モータ等の駆動源がなくても整合できる手術用ロボットアーム及びその不動点誤差修正方法を提供すること。
【解決手段】手術用ロボットアーム1は、第1移動支持アーム10と、この第1移動支持アームを支持して上下方向に移動させる昇降機構30と、この昇降機構を支持する第2移動支持アーム20と、を備え、前記の両移動支持アームのいずれか一方は、前記手術器具にかかる外力により従動するように、水平方向に移動自在となる回動軸を有する水平多関節アームであり、前記昇降機構は、前記第1移動支持アームを支持し案内してスライドさせるスライド手段31と、このスライド手段のスライド方向に沿って前記第1移動支持アームを支持する弾性部材36と、を有し、前記弾性部材は前記手術器具が装着された第1移動支持アーム、前記手術器具にかかる外力を支持するバネ定数に設定した構成である。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要



従来、手術用ロボットアームに使用される鉗子や内視鏡等の手術器具は、ポートと呼ばれる冶具を患者に取り付け、そのポートの不動点を起点として使用される。そのため、手術器具が体内で小さな負荷で操作できるように、ポートの不動点と手術器具の作用点とが一致した状態に設定されている。例えば、立体内視鏡操作システムとして、非特許文献1に記載されているような構成が知られている。

この立体内視鏡システムは、内視鏡等の手術器具を保持する保持部と、この保持部を所定位置に支持するクランク機構を有する支持アームと、この支持アームを上下方向の所定位置に配置させる空気圧シリンダ等の駆動機構と、前記支持アームの支持端部を中心に回転させる回転機構とを備えている。

そして、この立体内視鏡システムは、施術する患者のポートの位置に合わせて手術器具を位置調整して固定されることで使用されている。





しかし、前記した立体内視鏡操作システムは、一旦設置された位置での手術器具の操作が前提となっているので、例えば、患者の呼吸等によりポートの不動点と手術器具の作用点の位置が変化した場合、手術器具の操作精度が悪くなり、患者のポート周辺に対して余計な負担をかけてしまう。また、立体内視鏡操作システムでは、ポートの不動点と手術器具の作用点との位置に誤差が発生した場合に、その誤差を迅速に修正する対応ができないという問題が発生した。





そこで、従来、ポートの不動点と手術器具の作用点の位置が施術中に変化しても対応して調整できる手術用ロボットアームが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この手術ロボットアームは、手術器具が装着されたロボットアームに作用する外力を算出し、切開孔の中心点が設定されると、ロボットアームに作用する外力をフィルタリングし、切開孔の中心点から外れた手術器具が切開孔の中心点に復帰するようにする仮想力を算出し、算出された仮想力をフィルタリングされた外力に追加して、ロボットアームの動きを制御するものである。

産業上の利用分野



本発明は、手術用ロボットアームの鉗子や内視鏡等の手術用器具を動作させるときの作用点と、患者に取り付けるポートの不動点との誤差を修正する技術に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
手術器具が装着される手術用ロボットアームであって、
前記手術器具を支持して水平方向に移動させる第1移動支持アームと、この第1移動支持アームを支持して上下方向に移動させる昇降機構と、この昇降機構を支持して水平方向に移動させる第2移動支持アームと、を備え、
前記第1移動支持アーム及び前記第2移動支持アームのいずれか一方は、前記手術器具にかかる外力により従動するように、水平方向に移動自在となる回動軸を有する水平多関節アームであり、
前記昇降機構は、
前記第1移動支持アームを支持し上下に案内してスライドさせるスライド手段と、このスライド手段に設けられスライド方向に沿って前記第1移動支持アームを上方に付勢する弾性部材と、を有し、
前記弾性部材は前記手術器具が装着された第1移動支持アームの荷重及び前記手術器具にかかる外力による荷重を支持するバネ定数に設定し
前記弾性部材は、定荷重ばねと引張ばねとで構成され、前記荷重を前記引張ばねよりも前記定荷重ばねのほうが大きくなるように設定して、前記定荷重ばねと前記引張ばねとを並列に設置した手術用ロボットアーム。

【請求項2】
前記定荷重ばねは、中央に配置され、前記引張ばねは、前記定荷重ばねの左右に配置さる第1引張ばね及び第2引張ばねを有する請求項1に記載の手術用ロボットアーム。

【請求項3】
前記定荷重ばねは、前記手術器具を装着した第1移動支持アームの荷重の5割から10割の荷重分担範囲で支持するバネ定数に設定し、
前記第1引張ばね及び前記第2引張ばねは、前記定荷重ばねの残りの荷重を支持するバネ定数、又は、前記荷重ばねの荷重分担が10割のときに予め設定される前記外力により付加される荷重を支持するバネ定数を等分して設定した請求項2に記載の手術用ロボットアーム。

【請求項4】
前記スライド手段は、前記第2移動支持アームに取り付けられるベースに着脱自在に固定された固定部と、この固定部に設置されたスライダと、このスライダに沿って移動する長尺状のスライドレールと、このスライドレールに設けられ前記第1移動支持アームを取り付けるアーム取付機構を有する取付部と、を備え、
前記弾性部材は、前記固定部及び取付部にわたって設けられる請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の手術用ロボットアーム。
産業区分
  • 治療衛生
  • その他運輸
  • 工業用ロボット
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2013223355thum.jpg
出願権利状態 登録
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