JP2011089797A - Rotary encoder and medical manipulator using the same - Google Patents
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Abstract
【課題】防水性の高い構造を有するロータリーエンコーダ、及びそのようなロータリーエンコーダを用いた医療用マニピュレータを提供すること。
【解決手段】回転軸202aを中心として回転自在で下部に開口203が形成された箱状の筐体としての把持部本体202の内壁部と一体的にエンコーダスケール150を形成し、このエンコーダスケール150のパターンと相対するように光ファイバ7a、7bを配置する。さらに、把持部本体202の開口203と光ファイバ7a、7bを覆うように隔壁204を設け、この隔壁204をマニピュレータ本体201に接着して光ファイバ7a、7bとエンコーダスケール150とを密封構造とする。
【選択図】図4A rotary encoder having a highly waterproof structure, and a medical manipulator using such a rotary encoder.
An encoder scale 150 is formed integrally with an inner wall portion of a gripping portion main body 202 as a box-shaped casing that is rotatable about a rotation shaft 202a and has an opening 203 formed in the lower portion thereof. The optical fibers 7a and 7b are arranged so as to face the pattern. Further, a partition wall 204 is provided so as to cover the opening 203 of the gripper body 202 and the optical fibers 7a and 7b, and the partition wall 204 is bonded to the manipulator body 201 to form a sealed structure between the optical fibers 7a and 7b and the encoder scale 150. .
[Selection] Figure 4
Description
本発明は、医療用マニピュレータに好適なロータリーエンコーダ及びそれを用いた医療用マニピュレータに関する。 The present invention relates to a rotary encoder suitable for a medical manipulator and a medical manipulator using the same.
従来の内視鏡下外科手術においては、例えば腹壁等の体壁に挿入孔を空け、この挿入孔を通じて内視鏡や処置具を挿入して体腔内の観察や処理を行う。近年、このような内視鏡下外科手術における、患者の体内に導入された内視鏡や処置具の操作を、患者の体外に設置された医療用マニピュレータを用いて行うことが多くなっている。 In a conventional endoscopic surgical operation, an insertion hole is formed in a body wall such as an abdominal wall, and an endoscope and a treatment tool are inserted through the insertion hole to observe and process the body cavity. In recent years, in such an endoscopic surgical operation, an endoscope and a treatment tool introduced into a patient's body are often operated using a medical manipulator installed outside the patient's body. .
このような医療用マニピュレータの可動部にエンコーダを設けたものが、例えば特許文献1等において提案されている。医療用マニピュレータの可動部にエンコーダ(ロータリーエンコーダ)を設けることにより、可動部の変位量等を検出することが可能となる。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-133707 proposes a moving part of such a medical manipulator provided with an encoder. By providing an encoder (rotary encoder) on the movable part of the medical manipulator, it becomes possible to detect the displacement amount of the movable part.
ここで、医療用マニピュレータは、その先端に処置具等を把持するための把持部が設けられていることが多い。この把持部は、通常、処置具等とともに患者の体内に導入される部分である。このため、把持部の開閉量等を検出すべく、把持部内にエンコーダを設ける場合には、血液等の異物がエンコーダに侵入しないようにするための防水技術が必要となる。 Here, in many cases, a medical manipulator is provided with a gripping portion for gripping a treatment instrument or the like at the tip thereof. This grasping portion is usually a portion that is introduced into the patient's body together with the treatment instrument and the like. For this reason, when an encoder is provided in the gripper so as to detect the amount of opening and closing of the gripper, a waterproof technique is required to prevent foreign matters such as blood from entering the encoder.
ロータリーエンコーダのような回転軸を有する機構の防水構造に関し、例えば特許文献2の提案がなされている。この特許文献2の技術は魚釣用リールの防水構造に関する提案である。そして、特許文献2においては、リール本体に装着した軸受を介してリール本体に回転軸を回転自在に装着している。また、特許文献2においては、軸受のリール本体外部側を覆って、固定部をリール本体又は回転軸に設けた係止部に嵌合、圧着させ、さらに、摺接部を回転軸またはリール本体に圧接させて摺接部と回転軸との間を密封構造としている。
For example,
ここで、特許文献2の技術は、回転軸に摺接部を圧接させることによってシール材と回転軸との間を密封構造としている。このような構造において回転軸の回転自由度を保つためには、摺接部の加圧力を必要以上に大きくできない。このため、シール材と回転軸との間を完全な密封構造にできるとは限らず、シール材と回転軸との間から浸水する可能性は否定できない。
Here, the technique of
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、防水性の高い構造を有するロータリーエンコーダ、及びそのようなロータリーエンコーダを用いた医療用マニピュレータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a rotary encoder having a highly waterproof structure and a medical manipulator using such a rotary encoder.
上記の目的を達成するために、本発明の第1の態様のロータリーエンコーダは、回転軸を中心として回転自在であって一部に開口が形成された箱状の筐体を有する本体と、前記筐体の内壁部と一体的に構成されて前記回転軸を中心として回転自在になされ、所定のパターンが前記開口を介して露出するように形成されたエンコーダスケールと、前記開口を介して前記パターンを読み取るための検出部材と、前記エンコーダスケールと前記検出部の一部を前記筐体とともに密閉するように前記筐体に取り付けられた弾性を有する隔壁とを具備することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a rotary encoder according to a first aspect of the present invention includes a main body having a box-shaped housing that is rotatable about a rotation axis and has an opening formed in a part thereof, An encoder scale that is integrally formed with the inner wall of the housing and is rotatable about the rotation axis, and is formed so that a predetermined pattern is exposed through the opening, and the pattern through the opening. And a partition having elasticity and attached to the casing so as to seal a part of the encoder scale and the detection unit together with the casing.
上記の目的を達成するために、本発明の第2の態様のロータリーエンコーダは、回転軸を中心として回転自在に構成された本体と、前記回転軸と一体的に構成されて前記回転軸を中心として回転自在になされ、所定のパターンが形成されたエンコーダスケールと、前記パターンを読み取り可能なように配置された検出部材と、前記エンコーダスケールと前記検出部材とを覆うケース部と、前記エンコーダスケールと前記検出部材とを密封するように前記ケース部に取り付けられた弾性を有する隔壁とを具備する。 In order to achieve the above object, a rotary encoder according to a second aspect of the present invention includes a main body configured to be rotatable about a rotation axis, a body integrally formed with the rotation axis, and centered on the rotation axis. An encoder scale formed in a predetermined pattern, a detection member arranged to be able to read the pattern, a case portion covering the encoder scale and the detection member, and the encoder scale And an elastic partition wall attached to the case portion so as to seal the detection member.
上記の目的を達成するために、本発明の第3の態様の医療用マニピュレータは、第1又は第2の態様のロータリーエンコーダを把持部に備えていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a medical manipulator according to a third aspect of the present invention is characterized in that the rotary encoder according to the first or second aspect is provided in a grip portion.
本発明によれば、防水性の高い構造を有するロータリーエンコーダ、及びそのようなロータリーエンコーダを用いた医療用マニピュレータを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a rotary encoder having a highly waterproof structure and a medical manipulator using such a rotary encoder.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
[第1の実施形態]
まず、本発明の第1の実施形態について説明する。図1は、本発明の各実施形態に係る医療用マニピュレータを備える医療用マニピュレータシステムの構成を示す図である。図1に示す医療用マニピュレータシステムは、医療用マニピュレータ(以下、単にマニピュレータと記す)1と、屈曲操作装置10とを有している。屈曲操作装置10は、マニピュレータ1の外部に設けられ、ワイヤ5及び光ファイバ7を介してマニピュレータ1と接続されている。このような構成において、マニピュレータ1は屈曲操作装置10によって遠隔操作が可能になされている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a medical manipulator system including a medical manipulator according to each embodiment of the present invention. The medical manipulator system shown in FIG. 1 includes a medical manipulator (hereinafter simply referred to as a manipulator) 1 and a
マニピュレータ1は、管状部2と、動作部3とを有している。管状部2は、細長い管状をなしており、内部に線状動力伝達部材であるワイヤ5が挿通されている。動作部3は、管状部2の先端側(患者の体内に導入される側とする)に設けられ、ワイヤ5を介して屈曲操作装置10の駆動部11と接続されている。この動作部3は、駆動部11からの駆動力を受けて上下方向(図示矢印A方向)及び左右方向(図示矢印B方向)に屈曲するとともに、管状部2の中心軸周り方向(図示矢印C方向)に回転する。なお、ワイヤ5のうちの2本はそれぞれ動作部3の上部及び下部に接続されている。これら2本のワイヤ5が動作部3の上下方向の屈曲動作に用いられる。また、ワイヤ5のうちの2本が動作部3の左部及び右部に接続されている。これら2本のワイヤ5が動作部3の左右方向の屈曲動作に用いられる。さらに、ワイヤ5のうちの2本が動作部3の回転部に接続されている。これら2本のワイヤ5が動作部3の回転動作に用いられる。
The
また、動作部3の先端側には把持部6が取り付けられている。把持部6は、対をなす2つの把持部から構成されている。ワイヤ5のうちの2本が一方の把持部に接続され、ワイヤ5のうちの2本が他方の把持部に接続されている。これら4本のワイヤ5のうち2本が一方の把持部の回転動作に用いられ、2本がもう一方の把持部の回転動作に用いられ、これら2つの把持部がそれぞれ独立に回転動作することにより把持の開閉と屈曲の動作が行われる。
Further, a gripping
ここで、本実施形態においては把持部6を構成する2つの把持部、動作部3の上部及び下部、左部及び右部、回転部のそれぞれにロータリーエンコーダ(以下、単にエンコーダと記す)が設けられている。これらのエンコーダによってマニピュレータ1の動作部3の屈曲角度や回転量、把持部6の開閉量等を検出可能である。
Here, in this embodiment, a rotary encoder (hereinafter simply referred to as an encoder) is provided in each of the two gripping parts constituting the
屈曲操作装置10は、駆動部11と、制御部12と、操作部13と、エンコーダ信号処理部15とを有している。
The bending
駆動部11は、ワイヤ5の基端側に接続されている。この駆動部11は、例えば回転型モータとプーリとを組み合わせたもの、又はリニア型モータである。そして、ワイヤ5は上下駆動用モータ、左右駆動用モータ、回転駆動用モータ、把持部駆動用モータにそれぞれ接続されるか、又は上下用と左右用のワイヤ5がそれぞれ一体化されてプーリに巻かれている。
The
制御部12は、例えばコンピュータから構成されており、駆動部11と、操作部13と、エンコーダ信号処理部15とに接続されている。この制御部12は、駆動部11の動作制御を行う。操作部13は、ジョイスティックやハンドル等の操作部材を含み、術者による操作部材の操作量に応じた操作信号を制御部12に入力する。エンコーダ信号処理部15は、光学系伝達部16と、信号処理部17とを有している。光学系伝達部16は、検出部材の一例として機能する光ファイバ7を介してマニピュレータ1の把持部6や動作部3に設けられたエンコーダに接続されている。なお、図1では光ファイバ7を1本のみ示しているが、実際には1つのエンコーダにつき、2本ずつ光ファイバが設けられている。光学系伝達部16は、マニピュレータ1に設けられたエンコーダと信号処理部17との間の信号伝達を仲介する。信号処理部17は、マニピュレータ1に設けられたエンコーダから入力された信号を処理してエンコーダ信号を生成し、このエンコーダ信号を制御部12に入力する。
The
患者の体内に導入されたマニピュレータ1の動作部3を駆動させる際に、術者は、マニピュレータ1とは別の挿入孔を介して導入された図示しない内視鏡システムの表示部に表示される画像を見ながら操作部13の操作部材を操作する。操作部13の操作部材の操作がなされた場合、この操作部材の操作量に応じた操作信号が操作部13において生成される。この操作信号は制御部12に送られる。制御部12では、操作部材の操作量を動作部3の動作量に対応させるように所定の計算が行われ、この所定の計算によって動作部3を駆動する駆動部11のモータの変位が算出される。この算出された駆動部11のモータの変位は変位信号として駆動部11へ送られる。駆動部11では、制御部12からの変位信号がモータを駆動するための電流信号に変換される。そして、この電流信号に従ってモータが駆動される。駆動部11のモータが駆動することにより、動作部3に接続されるワイヤ5が先端側に押出し動作されるか又は基端側に引っ張り動作される。例えば、マニピュレータ1の動作部3を上方向に屈曲させる場合には、動作部3の上部に接続されるワイヤ5を基端側へ引っ張り動作させ、動作部3の下部に接続されるワイヤ5を先端側に押出し動作させる。このようにして、マニピュレータ1の動作部3の屈曲角度を上下方向及び左右方向に変化させたり、マニピュレータ1の動作部3の回転方向を変化させたり、把持部6を開閉又は屈曲させたりする。
When driving the
マニピュレータ1の動作部3や把持部6に変位が生じると、その変位に応じてエンコーダも変位する。このエンコーダの変位に基づいてエンコーダ信号処理部15においてエンコーダ信号が生成される。この生成されたエンコーダ信号は制御部12に送られる。制御部12では、このエンコーダ信号から動作部3の実際の屈曲角度や回転量、把持部6の実際の開閉量等が検出され、この検出結果に応じて駆動部11が制御される。このようにして、動作部3の屈曲角度や回転量、把持部6の開閉量等が操作部13の操作量に応じた量となるように制御される。
When displacement occurs in the
以下、本実施形態に係るエンコーダについて詳述する。図2は、図1に示す医療用マニピュレータシステムに設けられる1つのエンコーダに係る構成を抽出して示した図である。なお、図2に示す構成は、光学式のエンコーダを用いた場合の構成を示している。 Hereinafter, the encoder according to the present embodiment will be described in detail. FIG. 2 is a diagram showing an extracted configuration relating to one encoder provided in the medical manipulator system shown in FIG. Note that the configuration shown in FIG. 2 is a configuration in the case where an optical encoder is used.
図2に示すエンコーダは、エンコーダスケール150を有している。このエンコーダスケール150の近傍に光ファイバ7a、7bが配置されている。光ファイバ7aは光学系伝達部16内の検出部110aを介して信号処理部17に接続されている。また、光ファイバ7bは光学系伝達部16内の検出部110bを介して信号処理部17に接続されている。
The encoder shown in FIG. 2 has an
光ファイバ7a、7bは、検出部110a、110bで発せられた光をエンコーダスケール150に照射するとともに、エンコーダスケール150で反射された光を検出部110a、110bに戻す。ここで、光ファイバ7aと光ファイバ7bとは、光ファイバ7aと光ファイバ7bとにそれぞれ入射する反射光の位相が90度ずれるようにエンコーダスケール150に対して配置されている。
The
検出部110a、110bは、それぞれが、光源(LD)112と、レンズ114と、偏光ビームスプリッタ116と、1/4波長板118と、レンズ120と、結合器122と、レンズ124と、光電変換素子126とを有している。このような検出部110a、110bにより、エンコーダスケール150に形成されたパターンを読み取る。
Each of the
光源112は、例えばレーザーダイオード(LD)であり、エンコーダスケール150に照射される光を発する。レンズ114は、光源112の光出射方向に配置され、光源112から発せられた光を平行光にする。偏光ビームスプリッタ116は、レンズ114と1/4波長板118との間に配置され、入射した光を反射又は透過させる。即ち、偏光ビームスプリッタ116は、入射した光の直線偏光成分のみを透過させる。1/4波長板118は、偏光ビームスプリッタ116とレンズ120との間に配置され、入射した光の位相を1/4波長分だけずらす。レンズ120は、偏光ビームスプリッタ116の光透過方向に配置され、偏光ビームスプリッタ116、1/4波長板118を通過した光を集光して光ファイバ7a、7bに入射させる。また、レンズ120は、光ファイバ7a、7bから入射された光(エンコーダスケール150からの反射光)を平行光とする。結合器122は、検出部110aと光ファイバ7a、検出部110bと光ファイバ7bとを結合するためのものである。
The
レンズ124は、偏光ビームスプリッタ116と光電変換素子126との間に配置され、偏光ビームスプリッタ116で約90度曲げられて反射された光を集光して光電変換素子126に入射させる。光電変換素子126は、例えばフォトダイオード(PD)であり、入射した光を光電変換する。
The
以上のような構成において、レンズ114と、レンズ120と、結合器122とにより、検出部110aの光源112と光ファイバ7a、及び検出部110bの光源112と光ファイバ7bをそれぞれ光学的に結合するための光学系が構成されている。また、結合器122と、レンズ120と、1/4波長板118と、偏光ビームスプリッタ116と、レンズ124と、光電変換素子126とにより、エンコーダスケール150で反射された光を電気信号に変換するための光電変換系が構成されている。
In the above configuration, the
エンコーダスケール150は、図3に示すように円柱の形状をしており、その円柱の中心を回転軸として回転するようになっている。さらに、エンコーダスケール150は、その周方向に沿って一定のピッチで周期的に反射率が変化する反射面で構成されたパターンを有している。例えば、図3に示すエンコーダスケール150は、高反射率部152と低反射率部154とが交互に一定のピッチで並んでいる。上述したように、光ファイバ7aと光ファイバ7bとは、光ファイバ7aと光ファイバ7bとにそれぞれ入射する反射光の位相が90度ずれるようにエンコーダスケール150に対して配置されている。なお、図2において、光ファイバと検出部とを2組設けるのは、位相が90度異なるA相のエンコーダ信号とB相のエンコーダ信号とを検出するためである。このような位相が90度異なるA相のエンコーダ信号とB相のエンコーダ信号との差を取ることにより、エンコーダスケール150の回転方向も検出することができる。例えばここでは光ファイバ7aがA相信号に、光ファイバ7bがB相信号にそれぞれ対応する。なお、反射光の位相が90度ずれるように光ファイバ7a、7bを配置する代わりに、エンコーダスケール150に高反射率部152と低反射率部154とのパターンを2列形成して、互いのパターンを90度ずれるように配置にしても良い。
The
以上のような構成において、検出部110a、110bが各々有する光源112から発せられた光は、レンズ114を介して平行光となり偏光ビームスプリッタ116に入射する。偏光ビームスプリッタ116に入射した光は、所定の直線偏光成分だけが偏光ビームスプリッタ116を直進方向に透過する。偏光ビームスプリッタ116を直進方向に透過した光は1/4波長板118に入射し、1/4波長位相がずらされる。1/4波長板118を透過した光は、レンズ120によって集光された後、結合器122を介して光ファイバ7a、7bに入射する。光ファイバ7a、7bに入射した光は、光ファイバ7a、7b内を伝搬した後、エンコーダスケール150に向けて射出される。
In the configuration as described above, the light emitted from the
また、エンコーダスケール150の高反射率部152又は低反射率部154で反射された光は、一部が光ファイバ7a、7bに入射する。光ファイバ7a、7bに入射した光は、結合器122から射出され、レンズ120を介して平行光となって1/4波長板118に入射する。1/4波長板118に入射した光は1/4波長位相がずらされる。その結果、1/4波長板118を透過した光は、前記での偏光ビームスプリッタ116を透過した直線偏光に対して偏光面が直交する直線偏光となって偏光ビームスプリッタ116に入射する。偏光ビームスプリッタ116に入射した光は、偏光ビームスプリッタ116で光の方向を約90度折り曲げて反射され、レンズ124に入射する。レンズ124に入射した光は集光された後、光電変換素子126に入射する。光電変換素子126は、入射した光の強度に応じた電気信号を出力する。なお、偏光ビームスプリッタ116を無偏光ビームスプリッタ(ハーフミラー)として1/4波長板118を無くしても上記と同様の機能を得ることができる。
A part of the light reflected by the
ここで、エンコーダスケール150は、周方向に沿って一定のピッチで周期的に反射率が変化するパターンを有している。このため、光電変換素子126から出力される電気信号の波形は、エンコーダスケール150の移動に応じて振幅が変化するものとなる。即ち、電気信号の波形の山はエンコーダスケール150の高反射率部152に対応し、電気信号の波形の谷はエンコーダスケール150の低反射率部154に対応する。
Here, the
検出部110a、110bが各々有する光電変換素子126の出力信号は信号処理部17へ送られる。信号処理部17では、フィルタリング、波形成形、逓倍、信号のパルス化等のエンコーダにおける一般的な信号処理を経て光電変換素子126の出力信号がデジタルのエンコーダ信号(A相エンコーダ信号、B相エンコーダ信号)に変換される。信号処理部17で得られたエンコーダ信号は制御部12に送られる。エンコーダ信号の1パルス当たりのエンコーダスケール150の回転角度が既知であるとすると、制御部12において、信号処理部17からのエンコーダ信号のパルスの数を検出することにより、エンコーダスケール150の回転角度を求めることができる。
The output signal of the
次に、第1の実施形態に係るエンコーダの防水構造について説明する。図4は、第1の実施形態に係るエンコーダが備えられたマニピュレータ1の把持部6を構成する2つの把持部のうちの一方の断面図である。
Next, the waterproof structure of the encoder according to the first embodiment will be described. FIG. 4 is a cross-sectional view of one of the two gripping portions constituting the gripping
図4において、1つの把持部6aは、もう一方の把持部とともに処置具等を把持するための突出部202bを備えた略箱状の筐体を有する把持部本体202を備えている。そして、把持部本体202の内壁部と一体的に、図3で示したようなパターンを有するエンコーダスケール150が形成されている。また、把持部本体202には回転軸202aが形成され、この回転軸202aはマニピュレータ本体201に形成された孔を介してマニピュレータ本体201に回転自在に取り付けられている。このような構成により、把持部本体202はエンコーダスケール150とともに、マニピュレータ本体201に対して回転軸202aを中心として回転するようになっている。ここで、マニピュレータ本体201に対する把持部本体202の回転角度は±90度程度と想定される。
In FIG. 4, one gripping
また、図4や図5(a)に示すように、把持部本体202の一部(下部)には開口203が形成されている。この開口203を介してエンコーダスケール150に形成されたパターンが把持部本体202の外部から露出されるようになっている。さらに、図4に示すように、開口203を介してエンコーダスケール150のパターンと相対するように、光ファイバ7a、7bが把持部本体202内に挿通されている。光ファイバ7a、7bはマニピュレータ201内を通って固定されており、光ファイバ7a、7bとマニピュレータ本体201との隙間は接着剤等でふさがれており、マニピュレータ201側からの液体等の浸入を防いでいる。なお、開口203は、図5(a)に示すように、マニピュレータ本体201の回転角度に対応した角度、即ち±90度の角度まで開口している。実際には±90度よりも多少の余裕を持たせておくことが好ましい。
Further, as shown in FIGS. 4 and 5A, an
さらに、図4や図5(b)に示すように開口203を覆うようにして隔壁204が立設されている。この隔壁204は120度程度の耐熱性及び伸縮性を有する部材で形成されている。本実施形態においては、隔壁204を例えばシリコーンゴムで構成し、且つ隔壁204を蛇腹構造とすることで隔壁204に伸縮性を持たせている。そして、このような隔壁204は、図4に示すように、一端が把持部本体202に接着され、他端がマニピュレータ本体201に接着されている。隔壁204とマニピュレータ本体201とによって開口203が密封されるため、仮に回転軸202aの位置を介して液体等が浸入したとしても、この液体がエンコーダスケール150や光ファイバ7a、7bの先端部に付着することはない。ここで使用される接着剤はマニピュレータをオートクレーブでの滅菌をした場合でも接着が保たれるオートクレーブ耐性の接着剤が使用される。
Furthermore, as shown in FIG. 4 and FIG. 5B, a
図6は、図4及び図5で示した構造を有する把持部6aが回転するときの様子を示す図である。図5に示したように、本実施形態では、把持部本体202は隔壁204を介してマニピュレータ本体201に固定される。このような構成であっても、隔壁204が蛇腹構造を有しているため、図6の左側の図から右側の図のようにして、把持部6aが限界まで(図では−90度)回転しても把持部6aの動きが隔壁204によって妨げられることはない。なお、本実施形態の例では隔壁204を蛇腹構造としているが、伸縮性を持たせることができるのであれば、必ずしも隔壁204を蛇腹構造とする必要はない。例えば、隔壁204を袋状としたり、弛みを持たせたりしても良い。
FIG. 6 is a view showing a state when the
以上説明したように、本発明の第1の実施形態によれば、エンコーダスケール150と光ファイバ7a、7bの先端部とを外界から完全に遮断・密封することができ、例え、把持部6aやマニピュレータ本体201が液体に浸っても、エンコーダスケール150と光ファイバ7a、7bの先端部に液体が付着することはない。また、把持部6aが必要とする回転自由度も確保することが可能である。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, the
このように、本実施形態ではエンコーダの防水構造を小型に実現することができるため、マニピュレータ1の把持部6aやマニピュレータ本体201等の液体に浸る可能性の高い小型の回転機構を有する場合への適用が特に好適である。 As described above, in this embodiment, the waterproof structure of the encoder can be realized in a small size. Application is particularly preferred.
[第2の実施形態]
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図7は、第2の実施形態に係るエンコーダが備えられたマニピュレータ1の把持部6を構成する2つの把持部のうちの一方の断面図である。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a cross-sectional view of one of the two gripping portions constituting the gripping
本実施形態における把持部6aは、もう一方の把持部とともに処置具等を把持するための突出部202bを備えた把持部本体202を備えている。把持部本体202には回転軸202aが形成され、さらに回転軸202aから一体的にエンコーダスケール150が形成されている。そして、回転軸202aは、エンコーダスケール150を上部から下部まで覆うようにして形成されたケース部としてのマニピュレータ本体201の内壁に回転自在に取り付けられている。このような構成により、把持部本体202は、エンコーダスケール150とともに、マニピュレータ本体201に対して回転軸202aを中心として回転するようになっている。ここで、マニピュレータ本体201に対する把持部本体202の回転角度は±90度程度と想定される。
The
また、図7に示すように、エンコーダスケール150のパターンと相対するように、光ファイバ7a、7bがマニピュレータ本体201から挿通されている。光ファイバ7a、7bはマニピュレータ201内を通って固定されており、光ファイバ7a、7bとマニピュレータ本体201との隙間は接着剤等でふさがれており、マニピュレータ201側からの液体等の浸入を防いでいる。さらに、マニピュレータ本体201の把持部本体202と相対する面には開口が形成されており、この開口を覆うようにしてゴムリング204aが接着されて把持部本体202とエンコーダスケール150とが仕切られている。ゴムリング204aは耐熱性及び弾性を有する部材で構成されており、エンコーダスケール150を覆うように構成されたマニピュレータ本体201の端部に接着されている。ゴムリング204aと把持部本体202aが接する部分は接着されている。さらに、ゴムリング204aは、回転軸202aを同心円とする波型状等とすることである程度の弛みを持たせている。把持部本体202の回転時にゴムリング204aは回転軸202aによってねじられ引っ張られるが、この引っ張り力はゴムリング204aの弛みによって吸収される。このような構造により、把持部6aの±90度程度の回転が妨げられることはない。ここで使用される接着剤はマニピュレータをオートクレーブでの滅菌をした場合でも接着が保たれるオートクレーブ耐性の接着剤が使用される。
Further, as shown in FIG. 7,
以上説明したように、本発明の第2の実施形態であっても、エンコーダスケール150と光ファイバ7a、7bの先端部とは図8に示すように外界から完全に遮断・密封することができ、例え、把持部6aやマニピュレータ本体201が液体中に入っても、エンコーダスケール150と光ファイバ7a、7bの先端部に液体が付着することはない。また、把持部6aが必要とする回転自由度も確保することが可能である。
As described above, even in the second embodiment of the present invention, the
[第3の実施形態]
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図9(a)は、第3の実施形態に係るエンコーダが備えられたマニピュレータ1の把持部6を構成する2つの把持部のうちの一方の断面図である。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 9A is a cross-sectional view of one of the two gripping portions constituting the gripping
本実施形態における1つの把持部6aは、もう一方の把持部とともに処置具等を把持するための突出部202bを備えた箱状の把持部本体202を備えている。さらに、把持部本体202における図面上側の内壁から把持部本体202と一体的にエンコーダスケール150が形成されている。また、把持部本体202は下部に開口が形成されている。そして、この開口を介してエンコーダスケール150のパターンと相対するように光ファイバ7aがマニピュレータ本体201から挿通されている。光ファイバ7a、7bはマニピュレータ201内を通って固定されており、光ファイバ7a、7bとマニピュレータ本体201との隙間は接着剤等でふさがれており、マニピュレータ201側からの液体等の浸入を防いでいる。ここで使用される接着剤はマニピュレータをオートクレーブでの滅菌をした場合でも接着が保たれるオートクレーブ耐性の接着剤が使用される。
One
また、把持部本体202には回転軸202aが形成され、この回転軸202aはマニピュレータ本体201に形成された孔を介してマニピュレータ本体201に回転自在に取り付けられている。このような構成により、把持部本体202はエンコーダスケール150とともに、マニピュレータ本体201に対して回転軸202aを中心として回転するようになっている。ここで、マニピュレータ本体201に対する把持部本体202の回転角度は±90度程度と想定される。
In addition, a
ここで、本実施形態においては、図9(a)に示すようにして、エンコーダスケール150及び光ファイバ7a、7bを覆うように把持部本体202の内壁に沿ってマニピュレータ本体201まで隔壁204が設けられ、この隔壁204は把持部本体202の上内壁とマニピュレータ本体201とにそれぞれ接着されている。この隔壁204は120度程度の耐熱性及び伸縮性を有する部材で形成されている。本実施形態においては、隔壁204を例えばシリコーンゴムで構成し、且つ隔壁204を蛇腹構造とすることで隔壁204に伸縮性を持たせている。図9(b)は把持部本体202に隔壁204を設けた場合の外観を示している。図9(b)のようにして隔壁204を把持部本体202の上内壁から設ける構造とすることにより、図6で示した第1の実施形態の構造に比して隔壁204の伸び縮み量を増大させることが可能である。これにより、第1の実施形態よりもさらに把持部6aが必要とする回転自由度の確保が容易である。
Here, in this embodiment, as shown in FIG. 9A, a
ここで、マニピュレータ1の把持部としての適用を考えた場合、把持部本体202の回転自由度は±90度程度持たせれば良い。このため、次に説明する変形例のような構造としても良い。図10(a)は、第3の実施形態の変形例に係るエンコーダが備えられたマニピュレータ1の把持部6を構成する2つの把持部のうちの一方の断面図である。本変形例における1つの把持部6aは、もう一方の把持部とともに処置具等を把持するための突出部202bを備えた箱状の把持部本体202を備えている。把持部本体202における図面右側の内壁から把持部本体202と一体的にエンコーダスケール150が形成されている。また、把持部本体202は下部に開口が形成されている。そして、この開口を介してエンコーダスケール150のパターンと相対するように光ファイバ7a、7bがマニピュレータ本体201から挿通されている。光ファイバ7a、7bはマニピュレータ201内を通って固定されており、光ファイバ7a、7bとマニピュレータ本体201との隙間は接着剤等でふさがれており、マニピュレータ201側からの液体等の浸入を防いでいる。ここで使用される接着剤はマニピュレータをオートクレーブでの滅菌をした場合でも接着が保たれるオートクレーブ耐性の接着剤が使用される。
Here, considering the application of the
また、把持部本体202には回転軸202aが形成され、この回転軸202aはマニピュレータ本体201に形成された孔を介してマニピュレータ本体201に回転自在に取り付けられている。このような構成により、把持部本体202はエンコーダスケール150とともに、マニピュレータ本体201に対して回転軸202aを中心として回転するようになっている。
In addition, a
本変形例においては、把持部本体202の下部に設けられた開口の略全面(光ファイバ7a、7bが挿通されている部分以外を覆うように半円状の隔壁204が形成されている。この隔壁204は120度程度の耐熱性及び伸縮性を有する部材で形成されている。本変形例においては、隔壁204を例えばシリコーンゴムで構成し、且つ隔壁204を蛇腹構造とすることで隔壁204に伸縮性を持たせている。ここで、本変形例においては、把持部6aが+90度又は−90度回転した際に、隔壁204は把持部6aが回転していない際の2倍まで伸びるようになっている。
In the present modification, a
図10(b)は把持部本体202に隔壁204を設けた場合の外観を示している。図10(b)のようにして隔壁204を把持部本体202の下部から半円状の隔壁204を設けることでも把持部6aが必要とする回転自由度を容易に確保できる。また、この変形例では、把持部6aの回転に必要な角度分だけの隔壁204を構成することで、第3の実施形態に比して回転部の剛性が向上する。
FIG. 10B shows an external appearance when the
なお、図10の例では隔壁204を半円状としているが、図11に示すように、扇型状をなす隔壁204の中心角が180度以上となるようにしても良い。このようにすれば、把持部6aが必要とする回転自由度を確実に確保できる。
In the example of FIG. 10, the
[第4の実施形態]
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。図12(a)は、第4の実施形態に係るエンコーダが備えられたマニピュレータ1の把持部6を構成する2つの把持部のうちの一方の断面図である。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 12A is a cross-sectional view of one of the two gripping portions constituting the gripping
本実施形態における把持部6aは、もう一方の把持部とともに処置具等を把持するための突出部202bを備えた把持部本体202を備えている。把持部本体202には回転軸202aが形成され、回転軸202aから一体的にエンコーダスケール150が形成されている。そして、回転軸202aはエンコーダスケール150を上部から下部まで覆うようにして形成されたケース部としてのマニピュレータ本体201の内壁に取り付けられている。このような構成により、把持部本体202はエンコーダスケール150とともに、マニピュレータ本体201に対して回転軸202aを中心として回転するようになっている。ここで、マニピュレータ本体201に対する把持部本体202の回転角度は±90度程度と想定される。
The
また、図12(a)に示すように、エンコーダスケール150のパターンと相対するように、光ファイバ7aがマニピュレータ本体201から挿通されている。光ファイバ7a、7bはマニピュレータ201内を通って固定されており、光ファイバ7a、7bとマニピュレータ本体201との隙間は接着剤等でふさがれており、マニピュレータ201側からの液体等の浸入を防いでいる。
Further, as shown in FIG. 12A, the
さらに、マニピュレータ本体201の把持部本体202と相対する面には開口が形成されており、この開口を覆うようにしてゴムカバー204bが接着されて把持部本体202とエンコーダスケール150とが仕切られている。このゴムカバー204bは耐熱性を有する部材、例えばシリコーンゴムで構成されている。図12(b)に示すように、ゴムカバー204bは、中央部に回転軸202aが挿入可能な径の開口302を有し、円形状を成した第1基台部301を有している。この第1基台部301には、回転軸202aが挿入可能な径の管状部303が接着される。さらに、管状部303には、回転軸202aが挿入可能な径の開口302を有し、マニピュレータ本体201に形成された開口と同径の円形状を成した第2基台部304が接着される。
Further, an opening is formed on the surface of the
そして、このような構成を有するゴムカバー204bの管状部303には回転軸202aが挿入されるとともに、第1基台部301は把持部本体202に接着され、第2基台部304はマニピュレータ本体201に接着される。ここで使用される接着剤はマニピュレータをオートクレーブでの滅菌をした場合でも接着が保たれるオートクレーブ耐性の接着剤が使用される。
The
以上説明したように、本発明の第4の実施形態によれば、ゴムカバー204bによってエンコーダスケール150と光ファイバ7a、7bの先端部とを外界から完全に遮断・密封することができ、例え、把持部6aが液体中に入っても、エンコーダスケール150と光ファイバ7aの先端部に液体が付着することはない。また、把持部6aが必要とする回転自由度も確保することが可能である。
As described above, according to the fourth embodiment of the present invention, the
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。例えば上述した各実施形態においては光学式エンコーダを用いた場合の構成を示しているが、本実施形態の技術は反射式エンコーダ、もしくは磁気式エンコーダ等の光学式エンコーダ以外の各種のロータリーエンコーダに対して適用可能である。 Although the present invention has been described above based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and applications are naturally possible within the scope of the gist of the present invention. For example, in each of the above-described embodiments, a configuration in which an optical encoder is used is shown. It is applicable.
さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、上述したような課題を解決でき、上述したような効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。 Further, the above-described embodiments include various stages of the invention, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some configuration requirements are deleted from all the configuration requirements shown in the embodiment, the above-described problem can be solved, and this configuration requirement is deleted when the above-described effects can be obtained. The configuration can also be extracted as an invention.
1…医療用マニピュレータ(マニピュレータ)、2…管状部、3…動作部、5…ワイヤ、6…把持部、7…光ファイバ、10…屈曲操作装置、11…駆動部、12…制御部、13…操作部、15…エンコーダ信号処理部、16…光学系伝達部、17…信号処理部、201…マニピュレータ本体、202…把持部本体、202a…回転軸、203…開口、204…隔壁、204a…ゴムリング、204b…ゴムカバー
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記筐体の内壁部と一体的に構成されて前記回転軸を中心として回転自在になされ、所定のパターンが前記開口を介して露出するように形成されたエンコーダスケールと、
前記開口を介して前記パターンを読み取るための検出部材と、
前記エンコーダスケールと前記検出部の一部を前記筐体とともに密閉するように前記筐体に取り付けられた弾性を有する隔壁と、
を具備することを特徴とするロータリーエンコーダ。 A main body having a box-shaped housing that is rotatable around a rotation axis and has an opening formed in part;
An encoder scale that is integrally formed with the inner wall of the housing and is rotatable about the rotation axis, and is formed so that a predetermined pattern is exposed through the opening;
A detection member for reading the pattern through the opening;
An elastic partition wall attached to the housing so as to seal a part of the encoder scale and the detection unit together with the housing;
A rotary encoder comprising:
前記検出部材は、前記反射面へ光を導くとともに前記反射面からの光を導く光ファイバを有していることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載のロータリーエンコーダ。 The predetermined pattern is composed of two types of reflecting surfaces having different reflectivities,
The rotary encoder according to claim 1, wherein the detection member includes an optical fiber that guides light to the reflection surface and guides light from the reflection surface.
前記回転軸と一体的に構成されて前記回転軸を中心として回転自在になされ、所定のパターンが形成されたエンコーダスケールと、
前記パターンを読み取り可能なように配置された検出部材と、
前記エンコーダスケールと前記検出部材とを覆うケース部と、
前記エンコーダスケールと前記検出部材とを密封するように前記ケース部に取り付けられた弾性を有する隔壁と、
を具備することを特徴とするロータリーエンコーダ。 A main body configured to be rotatable around a rotation axis;
An encoder scale that is configured integrally with the rotating shaft and is rotatable about the rotating shaft, and in which a predetermined pattern is formed;
A detection member arranged to be able to read the pattern;
A case portion covering the encoder scale and the detection member;
An elastic partition wall attached to the case portion so as to seal the encoder scale and the detection member;
A rotary encoder comprising:
前記検出部材は、前記反射面へ光を導くとともに前記反射面からの光を導く光ファイバを有していることを特徴とする請求項7乃至9の何れか1項に記載のロータリーエンコーダ。 The predetermined pattern is composed of two types of reflecting surfaces having different reflectivities,
The rotary encoder according to claim 7, wherein the detection member includes an optical fiber that guides light to the reflection surface and guides light from the reflection surface.
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