抓持机构

技术领域

本发明涉及抓持机构。

背景技术

以往，人们已知利用2根操作线的牵拉使一对钳爪开闭的钳子(例如参照专利文献1)。在利用操作线的推压使一对钳爪张开或闭合的情况下，存在因操作线的压曲或弯曲而导致对操作线的根端施加的推压力无法传递至操作线的前端的情况。通过利用操作线的牵拉力进行一对钳爪的开闭，能够消除上述问题。专利文献1的钳子具有设置在各钳爪上的滑轮，将动滑轮用于一对钳爪的开闭。在一对滑轮上，设置有用于使一对钳爪联动的齿轮。而且，专利文献1的钳子是两个钳爪同时旋转的双开式的钳子。双开式的钳子在能够获得较大的张开角度这一点上是有利的。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-83476号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

但是，专利文献1的钳子存在部件数量多、并且齿轮要求加工精度的问题。

本发明是鉴于上述情况而做出的，其目的在于提供部件数量少且结构简单的、能够利用操作线的牵拉使一对钳爪开闭的双开式的抓持机构。

用于解决技术问题的手段

本发明的一个方式是一种抓持机构，其特征在于，包括：钳架；第一钳爪和第二钳爪，其可相互开闭地被所述钳架支承；隙缝，其形成在所述第一钳爪和所述第二钳爪中的至少一者上；传递销，其在所述隙缝内穿过，用于在所述第一钳爪与所述第二钳爪之间传递力；和与所述第一钳爪连接的操作线，所述第一钳爪的根端部以可绕第一旋转轴旋转的方式被所述钳架支承，所述第二钳爪的根端部以可绕第二旋转轴旋转的方式被所述钳架支承，所述第二旋转轴与所述第一旋转轴不同且与所述第一旋转轴平行，所述操作线能够利用张力对所述第一钳爪施加绕所述第一旋转轴的旋转力，能够通过所述第一钳爪绕所述第一旋转轴的旋转来使所述传递销在所述隙缝内移动，并通过所述传递销在所述隙缝内的移动来使所述第二钳爪绕所述第二旋转轴旋转。

发明效果

采用本发明，能够实现下述效果：能够提供部件数量少且结构简单的、能够利用操作线的牵拉使一对钳爪开闭的双开式的开闭机构。

附图说明

图1A是表示本发明一个实施方式的抓持机构的闭合状态的概略结构图。

图1B是表示图1A的抓持机构的张开状态的概略结构图。

图2是图1A的抓持机构的上钳爪、下钳爪和传递销的概略分解图。

图3是图1A的抓持机构的上钳爪的另一个例子的概略图。

图4是图1A的抓持机构的变形例的概略结构图。

图5是对图4的抓持机构的几何参数与抓持力的关系进行说明的图。

图6A是表示图4的抓持机构的张开角度θ1与力的放大率的关系的图。

图6B是表示图4的抓持机构的张开角度θ1与张开角度θ1、θ2之间的差的关系的图。

图7A是图1A的抓持机构的变形例的概略分解图。

图7B是图7A的抓持机构的概略结构图。

图8A是表示图7B的抓持机构的张开角度θ1与力的放大率的关系的图。

图8B是表示图7B的抓持机构的张开角度θ1与张开角度θ1、θ2之间的差的关系的图。

图9A是表示图7B的抓持机构的第二钳爪的隙缝的变形例的概略图。

图9B是表示图7B的抓持机构的第二钳爪的隙缝的另一个变形例的概略图。

图10A是表示图7B的抓持机构的第二钳爪的隙缝的又一个变形例的概略图。

图10B是包括图10A的第二钳爪的抓持机构的概略结构图。

图11是表示图7B的抓持机构的第一钳爪的变形例的内部结构的概略图。

图12A是图1A的抓持机构的另一个变形例的概略分解图。

图12B是表示图12A的抓持机构的张开状态的概略结构图。

图13A是对第一旋转轴和第二旋转轴并排配置的抓持机构的抓持力进行说明的图。

图13B是对第一旋转轴和第二旋转轴直列配置的抓持机构的抓持力进行说明的图。

图14是表示图12A的抓持机构的第二旋转轴的变形例的概略图。

图15A是对第二旋转轴配置在比外径的中心靠第一钳爪侧的位置时的、第二钳爪的张开角度进行说明的概略图。

图15B是对第二旋转轴配置在比外径的中心靠第二钳爪侧的位置时的、第二钳爪的张开角度进行说明的概略图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的一个实施方式的抓持机构进行说明。

如图1A和图1B所示，本实施方式的抓持机构1包括：钳架2；一对钳爪3、4，其可相互开闭地被钳架2支承；与一个钳爪3连接的操作线5，其用于对钳爪3施加开闭用的旋转力；和传递销6，其用于在一对钳爪3、4之间传递旋转力。

钳架2是大致筒状的部件。

一对钳爪3、4是具有长度方向的部件，在与钳架2的中心轴线正交的方向上并排地配置。在下面的说明中，将钳爪3、4的排列方向定义为上下方向，将与上下方向和钳架2的中心轴线垂直的方向定义为左右方向。在参照的附图中，纸面的上下方向为抓持机构1的上下方向，与纸面垂直的方向为抓持机构1的左右方向。钳架2的前端部分将一对钳爪3、4的根端部分的左右两侧覆盖。

下侧的第一钳爪3是可通过操作线5的牵拉来驱动的驱动钳爪。第一钳爪3的根端部以可绕第一旋转轴A旋转的方式被钳架2支承。具体而言，第一钳爪3的根端部借助于连结销9以可绕第一旋转轴A旋转的方式连结在钳架2的前端部。

上侧的第二钳爪4是可由第一钳爪3带动的从动钳爪。第二钳爪4的根端部以可绕与第一旋转轴A不同的第二旋转轴B旋转的方式被钳架2支承。具体而言，第二钳爪4的根端部借助于连结销10以可绕第二旋转轴B旋转的方式连结在钳架2的前端部。

第一旋转轴A和第二旋转轴B彼此大致平行，在左右方向上延伸。而且，第一旋转轴A和第二旋转轴B彼此隔开间隔地在上下方向上排列。

如图2所示，在第一钳爪3的根端部形成有在左右方向上贯穿的隙缝(第一隙缝)7，在第二钳爪4的根端部形成有在左右方向上贯穿的隙缝(第二隙缝)8。隙缝7、8部分地在左右方向上彼此连通，传递销6在左右方向上在隙缝7、8内穿过。

隙缝7在与绕第一旋转轴A的周向交叉的方向上延伸，并且两端封闭。隙缝7的宽度比传递销6的外径稍大，传递销6能够在隙缝7内在隙缝7的长度方向上移动。隙缝8在与绕第二旋转轴B的周向交叉的方向上延伸，并且两端封闭。隙缝8的宽度比传递销6的外径稍大，传递销6能够在隙缝8内在隙缝8的长度方向上移动。也可以是如图3所示的那样，隙缝8延伸至第二钳爪4的外周面，隙缝8的一端在第二钳爪4的外周面上开口。

通过第一钳爪3绕第一旋转轴A的旋转，能够使传递销6在隙缝7内在隙缝7的长度方向上移动，同时在沿着钳架2的中心轴线的前后方向上移动。移动的传递销6能够对第二钳爪4施加绕第二旋转轴B的旋转力，使第二钳爪4向与第一钳爪3相反的方向旋转。

在图示的例子中，隙缝7、8形成在旋转轴A、B之间。隙缝7相对于第一钳爪3的长度方向，在从根端向前端去逐渐向下方位移的方向上倾斜。隙缝8相对于第二钳爪4的长度方向，在从根端向前端去逐渐向上方位移的方向上倾斜。在钳爪3、4的长度方向与钳架2的中心轴线平行的闭合状态下，隙缝7、8的根端部彼此连通，传递销6配置在隙缝7、8内的根端侧的位置。

在第一钳爪3的根端部，设置有用于对操作线5进行引导的引导面11。引导面11是以第一旋转轴A为中心的圆环状或圆筒状的面。例如，引导面11是被固定在第一钳爪3的根端部的滑轮的外周面。操作线5在引导面11上卷绕大致半周，操作线5的中途位置被固定在引导面11上。操作线5从引导面11向钳架2的根端侧延伸，操作线5的两端设置在钳架2的根端侧。从而，从引导面11的上端和下端向根端侧延伸出2根操作线5a、5b。此外，也可以是该操作线不是由2根操作线构成而是由1根操作线构成。

当第一旋转轴A的下侧的操作线5a被牵拉时，操作线5a产生张力，从操作线5a对第一钳爪3施加使第一钳爪3绕第一旋转轴A向下方摆动的旋转力。当第一旋转轴A的上侧的操作线5b被牵拉时，操作线5b产生张力，从操作线5b对第一钳爪3施加使第一钳爪3绕第一旋转轴A向上方摆动的旋转力。

下面，对具有上述结构的抓持机构1的作用进行说明。

抓持机构1可作为抓持部装配在对活体组织等进行抓持的处置器具中。处置器具包括长形的杆部件(shaft)和与杆部件的根端相连的操作部，抓持机构1与杆部件的前端相连。操作线5a、5b经由杆部件被引导至操作部。

当通过操作部的操作将操作线5a向根端侧牵拉时，从操作线5a对第一钳爪3传递使第一钳爪3向下方旋转的旋转力。因第一钳爪3向下方的旋转，传递销6在隙缝7、8内向前端侧(前方)移动，移动的传递销6对第二钳爪4传递使其向上方旋转的旋转力，第二钳爪4向上方旋转。通过如上述那样一对钳爪3、4同时向彼此分离的方向旋转，钳爪3、4张开。

另一方面，当通过操作部的操作将操作线5b向根端侧牵拉时，从操作线5b对第一钳爪3传递使第一钳爪3向上方旋转的旋转力。因第一钳爪3向上方的旋转，传递销6在隙缝7、8内向根端侧(后方)移动，移动的传递销6对第二钳爪4传递使其向下方旋转的旋转力，第二钳爪4向下方旋转。通过如上所述一对钳爪3、4同时向彼此靠近的方向旋转，钳爪3、4闭合。当从钳爪3、4闭合的状态起进一步对操作线5b进行牵拉时，在钳爪3、4之间产生抓持力。

如上所述，依照本实施方式，能够通过对2根操作线5a、5b以择一的方式进行牵拉，来使一对钳爪3、4开闭。

在利用操作线的推压力作为用于使一对钳爪3、4张开或闭合的驱动力的情况下，存在因操作线的中途位置的压曲或弯曲等而导致推压力无法传递至操作线的前端部的情况。这样的推压力的传递效率的降低，在具有软性的杆部件或关节部的处置器具中特别容易发生。

而在利用操作线5a、5b的牵拉力作为钳爪3、4的开闭用的驱动力的情况下，牵拉力能够从操作线5a、5b的根端部可靠地传递至前端部。从而，具有下述优点：能够使钳爪3、4可靠地旋转与对操作线5a、5b的根端部施加的牵拉力相应的角度，使钳爪3、4可靠地开闭。

抓持机构1是两个钳爪3、4彼此向相反方向旋转的双开式的抓持机构。从而，具有在张开状态下能够获得钳爪3、4之间的较大的张开角度的优点。

而且，从驱动侧的第一钳爪3向从动侧的第二钳爪4的旋转力的传递，可由单个的传递销6和容易加工的隙缝7、8实现。即，具有能够利用部件数量少的简单的结构在钳爪3、4之间传递旋转力的优点。

在本实施方式中，也可以是如图4所示的那样，在钳架2上也形成有供传递销6穿过的隙缝(第三隙缝)12。

隙缝12在与连结旋转轴A、B的直线交叉的方向(在图示的例子中是正交的方向)上延伸，能够在第一钳爪3旋转时对传递销6在前后方向上沿着规定的移动路径进行引导。通过如上所述利用隙缝12规定传递销6的移动路径，能够使钳爪3、4的开闭动作更稳定。

在图4的变形例中，钳爪3、4的最大张开角度由隙缝7、8的长度和隙缝12规定。在图5中，两点划线表示钳爪3、4之间的张开角度最大的最大张开状态。

优选闭合状态下的传递销6的位置与最大张开状态下的传递销6的位置关于连结旋转轴A、B的直线大致对称。另外，优选距离R是距离h的2倍至2.3倍。

如图5所示，距离R是旋转轴A、B之间的距离。距离h是第一钳爪3的第一旋转轴A与钳架2的隙缝12的上下方向的中心之间的距离。距离r1是第一钳爪3的第一旋转轴A与传递销6的中心之间的距离。距离r2是第二钳爪4的第二旋转轴B与传递销6的中心之间的距离。张开角度θ1是连结旋转轴A、B的直线与连结第一旋转轴A和传递销6的中心的直线所成的角度。张开角度θ2是连结旋转轴A、B的直线与连结第二旋转轴B和传递销6的中心的直线所成的角度。

在隙缝12位于比旋转轴A、B之间的中心靠下侧的位置的情况下，第二钳爪4的张开角度θ2比第一钳爪3的张开角度θ1小。这意味着，从第一钳爪3传递至第二钳爪4的旋转力因旋转的减速而被放大，钳爪3、4之间的抓持力增大。因此，优选隙缝12形成在比旋转轴A、B之间的中心靠下侧的位置。另一方面，在双开式的抓持机构1中，优选张开角度θ1、θ2之间的差较小。

通过使距离R为距离h的2倍至2.3倍，能够将张开角度θ1、θ2之间的差抑制在容许范围内，同时增大抓持力。

在钳爪3、4之间产生了抓持力的状态下，对第一钳爪3的根端部输入的力矩M1_in与从第一钳爪3的前端部输出的力矩M1相互平衡。并且，对第二钳爪4的根端部输入的力矩M2_in与从第二钳爪4的前端部输出的力矩M2相互平衡。在下式中，e是从第一钳爪3向第二钳爪4的力矩的放大率。

M1＝M1_in

M2＝eM2_in

另一方面，输入的力矩的总和Min是一定的。

Min＝M1_in+M2_in

从而，力矩的总和Min按放大率e的比例分配给钳爪3、4。

M1_in:M2_in＝e:1

因此，抓持力Mjaw可用下式表示。

Mjaw＝Min×e/(1+e)＝1-Min×1/(1+e)

根据上述内容可知，第二钳爪4的放大率e越大，抓持力Mjaw越大。

图6A表示使距离h相对于距离R变化时的旋转力的放大率的计算结果。随着距离h减小，即随着隙缝12向下侧位移，旋转力的放大率增大。

图6B表示第一钳爪3的张开角度θ1与钳爪3、4的张开角度θ1、θ2之间的差(θ1-θ2)的关系。张开角度θ1的约20％以下的差(θ1-θ2)是容许范围。在R为2.3×h以下的范围中，差(θ1-θ2)为张开角度θ1的20％以下。

在图5的结构中，距离r1、距离r2、张开角度θ2和放大率e分别可用下式表示。

在本实施方式中，也可以是如图7A和图7B所示的那样，传递销6安装在一对钳爪3、4中的一个钳爪上，隙缝仅形成在一对钳爪3、4中的另一个钳爪上。在图7A和图7B的例子中，传递销6安装在第一钳爪3上，隙缝8形成在第二钳爪4上。

通过如上所述使传递销6与钳爪3形成为一体，能够进一步削减部件数量。而且，传递销6与隙缝的内表面的接触面积减小，因此，能够减少由摩擦引起的力的损失。

在图7A和图7B的结构中，优选距离R为距离r1的2倍至2.2倍。通过距离R与距离r1的比在上述范围内，能够在将张开角度θ1、θ2之间的差抑制在容许范围内的同时，使传递至第二钳爪4的旋转力放大从而增大抓持力。

图8A表示图7A和图7B的结构中的张开角度θ1与放大率e的关系。图8B表示图7A和图7B的结构中的张开角度θ1与差(θ1-θ2)的关系。

在图7A和图7B的结构中，距离r2、张开角度θ2和放大率e分别可用下式表示。

在传递销6与第一钳爪3一体的结构中，也可以是如图9A和图9B所示的那样，隙缝8的一端在第二钳爪4的外周面上开口。图9A的隙缝8从第二钳爪4的内表面起形成至左右方向的中途位置。图9B的隙缝8在左右方向上贯穿第二钳爪4。

在组装钳爪3、4时，通过将传递销6从第二钳爪4的外周面的开口插入到隙缝8内，能够容易地组装钳爪3、4。

也可以是如图10A和图10B所示的那样，隙缝8从钳爪3、4的闭合状态下的传递销6的位置起经过第二旋转轴B延伸至第二钳爪4的外周面，隙缝8的一端在第二钳爪4的外周面上开口。隙缝8可以是如图10A和图10B所示的直线状，也可以在第二旋转轴B与外周面的开口之间弯曲或弯折。

在钳爪3、4的组装工序中，将传递销6插入到隙缝8内之后，将连结销10插入到隙缝8内。从而，能够利用连结销10防止传递销6从隙缝8内脱离。而且，可利用连结销10限制钳爪3、4的开闭的动作区间，因此，钳爪3、4的开闭动作不会变得不稳定。

在传递销6与第一钳爪3一体的结构中，可以如图11所示的那样，在第一钳爪3的内部，形成从第一钳爪3的前端部起到根端面为止的在长度方向上连续的空腔13。可以使用该空腔13作为配线通路，从而使第一钳爪3具有各种功能。

例如，在使第一钳爪3具有作为能量处置器件的功能的情况下，可以在空腔13内布设用于对第一钳爪3内的能量处置部14供给能量源的线缆15。能量处置部14通过被供给能量源，能够释放热、超声波或高频电流那样的能量。

在使第一钳爪3具有测量抓持力或组织的硬度的功能的情况下，可以在第一钳爪3中搭载接触传感器，在空腔13内布设接触传感器的线缆。

在本实施方式中，旋转轴A、B在上下方向上并排地配置，但是也可以改为如图12A和图12B所示的那样，旋转轴A、B在前后方向上直列地配置。在图12A和图12B中，上侧的钳爪是驱动侧的第一钳爪3，下侧的钳爪是从动侧的第二钳爪4。优选第二钳爪4的旋转轴B配置在比第一钳爪3的旋转轴A靠前端侧的位置。

通过使旋转轴A、B在前后方向上排列，能够使抓持机构1在上下方向上直径变细。另外，与使旋转轴A、B在上下方向上排列的结构相比，能够增大驱动用的引导面11的外径，从而增大抓持力。

优选在钳爪3、4闭合的状态下，第一旋转轴A位于钳爪3、4的外径D的中心。钳爪3、4的外径D是在钳爪3、4的闭合状态下从第一钳爪3的上表面到第二钳爪4的下表面的尺寸。依照该结构，通过使引导面11的外径与抓持机构1的外径D大致相等，能够在不使外径D增大的范围内，使从操作线5对第一钳爪3施加的驱动力(旋转力)最大化。

图13A和图13B对旋转轴A、B并排配置的情况与旋转轴A、B直列配置的情况的抓持力的大小进行了比较。

在图13A的旋转轴A、B并排配置的情况下，引导面11的半径被设计为抓持机构1的外径D的1/3以下。在该情况下，抓持力Fp可用下式(1)表示。

在图13B的旋转轴A、B直列配置的情况下，引导面11的半径被设计为外径D的1/2以下。在该情况下，抓持力Fs可用下式(2)表示。

在式(1)、(2)中，L是从第一钳爪3的前端到旋转轴A的长度。Fin是从操作线5a对传递销6输入的旋转力。

为了使抓持力Fs大于抓持力Fp(Fs＞Fp)，只要长度L和距离R满足下式(3)即可。

L＞2e/(1+e)×R ……(3)

在设置有3个隙缝7、8、12的结构的情况下，满足L＞1.13R。在传递销6与一个钳爪3一体的结构的情况下，满足L＞1.09R。即，在各种隙缝7、8、12和传递销6的结构中，满足式(3)。因此，通过将旋转轴A、B直列地配置，能够增大抓持力。

在旋转轴A、B直列配置的结构中，也可以是如图14所示的那样，第二钳爪4的旋转轴B位于比抓持机构1的外径D的中心(参照点划线)靠第一钳爪3侧(上侧)的位置。

图15A和图15B说明了第二旋转轴B的位置与第二钳爪4的张开角度的关系。在图15A和图15B中，两点划线表示第二旋转轴B位于外径D的中心的情况下的第二钳爪4的位置。

在如图15A所示的那样，第二旋转轴B位于比外径D的中心靠上侧的位置的情况下，在张开状态下，第二钳爪4会偏移至比两点划线所示的位置靠下侧的位置。另一方面，在如图15B所示的那样，第二旋转轴B位于比外径D的中心靠下侧的位置的情况下，在张开状态下，第二钳爪4会偏移至比两点划线所示的位置靠上侧的位置。

通过如上述那样将第二旋转轴B配置在比外径D的中心靠上侧(第一钳爪3侧)的位置，能够使钳爪3、4之间的上下方向的张开幅度扩大，能够更容易地利用钳爪3、4抓持活体组织等抓持对象。

附图标记说明

1抓持机构，2钳架，3第一钳爪，4第二钳爪，5、5a、5b操作线，6传递销，7隙缝(第一隙缝)，8隙缝(第二隙缝)，9、10连结销，11引导面，12隙缝(第三隙缝)，A第一旋转轴，B第二旋转轴。