(57)【要約】【課題】十分な可撓性と軸方向の剛性とを確保することが可能な屈曲構造体、関節機能部、及び手術支援ロボット用インスツルメントを提供する。【解決手段】コイル状に巻かれて軸方向に複数の巻部５ｂを有する線材５ａからなる外コイル部５と、コイル状に巻かれて軸方向に複数の巻部７ｂを有する線材７ａからなり、外コイル部５内に位置する内コイル部７とを備え、外コイル部５は、隣接する巻部５ｂ間を離間させた複数の隙間５ｃを有し、内コイル部７は、巻部７ｂが外コイル部５の隙間５ｃに対応して設けられ、外コイル部５の隣接する巻部５ｂに接触しつつ当該巻部５ｂ間に嵌合する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に対して屈曲可能な屈曲構造体であって、
コイル状に巻かれて前記軸方向に複数の巻部を有する線材からなる外コイル部と、
コイル状に巻かれて前記軸方向に複数の巻部を有する線材からなり前記外コイル部内に位置する内コイル部とを備え、
前記外コイル部は、前記軸方向で隣接する巻部間を離間させた複数の隙間を有し、
前記内コイル部は、前記巻部が前記外コイル部の前記隙間に対応して設けられ前記外コイル部の前記隣接する巻部に接触しつつ当該巻部間に嵌合する、
ことを特徴とする屈曲構造体。
【請求項２】
請求項１記載の屈曲構造体であって、
前記外コイル部は、前記軸方向で隣接する巻部の各間に前記隙間を有した、
ことを特徴とする屈曲構造体。
【請求項３】
請求項１又は２記載の屈曲構造体であって、
前記内コイル部が前記外コイル部の軸心に対して径方向に移動可能な可動長さは、（外コイル部の直径−内コイル部の直径）の半分以下である、    
ことを特徴とする屈曲構造体。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の屈曲構造体であって、
前記可動長さが（外コイル部の直径−内コイル部の直径）の半分以下となるように、前記内コイル部の移動を規制する規制部材を有する、
ことを特徴とする屈曲構造体。
【請求項５】
請求項４に記載の屈曲構造体であって、
前記規制部材は可撓部材である、
ことを特徴とする屈曲構造体。
【請求項６】
請求項５に記載の屈曲構造体であって、
前記可撓部材を前記軸方向に移動可能に挿通して前記可撓部材と共に屈曲可能である、
ことを特徴とする屈曲構造体。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載の屈曲構造体であって、
前記内コイル部と前記外コイル部とが別体に形成され、前記内コイル部が前記外コイル部内に螺合された、
ことを特徴とする屈曲構造体。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか一項に記載の屈曲構造体であって、
前記外コイル部は、所定角度に屈曲した際に、屈曲の内側で隣接する巻部が接触する、
ことを特徴とする屈曲構造体。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか一項に記載の屈曲構造体を適用した関節機能部であって、
基部及び該基部に対して変位する可動部を備え、
前記屈曲構造体は、前記基部と可動部との間に設けられ、前記基部に対する前記可動部の変位に応じて屈曲する、
ことを特徴とする関節機能部。
【請求項１０】
請求項９記載の関節機能部であって、
前記基部及び可動部間に介設された前記軸方向に伸縮可能な可撓チューブを備え、
前記屈曲構造体は、前記可撓チューブの軸心部に沿って前記軸方向に配置された、
ことを特徴とする関節機能部。
【請求項１１】
軸方向に対して屈曲可能な屈曲構造体であって、
外力により屈曲する際に該屈曲の内径側が収縮しかつ前記屈曲の外径側が伸長することにより、前記軸方向中心軸の長さが屈曲前後及び屈曲中においてほぼ一定であり、非屈曲の際に前記軸方向への圧縮を規制する、
ことを特徴とする屈曲構造体。
【請求項１２】
本体と、
前記本体から延びる棒状の部材であるシャフトと、
前記シャフトの軸方向の先端部に設けられた外科手術用のエンドエフェクタと、
前記先端部に設けられ前記シャフトの軸方向に対して屈曲することで前記エンドエフェクタの向きを変更可能とする関節機能部とを備え、
前記関節機能部は、前記屈曲を可能とする屈曲構造体を有し、
前記屈曲構造体は、
コイル状に巻かれて前記軸方向に複数の巻部を有する線材からなる外コイル部と、
コイル状に巻かれて前記軸方向に複数の巻部を有する線材からなり前記外コイル部内に位置する内コイル部とを備え、
前記外コイル部は、前記軸方向で隣接する巻部間を離間させた複数の隙間を有し、
前記内コイル部は、前記巻部が前記外コイル部の前記隙間に対応して設けられ前記外コイル部の前記隣接する巻部に接触しつつ当該巻部間に嵌合する、
ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
【請求項１３】
請求項１２記載の手術支援ロボット用インスツルメントであって、
前記外コイル部は、前記軸方向で隣接する巻部の各間に前記隙間を有した、
ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
【請求項１４】
請求項１２又は１３記載の手術支援ロボット用インスツルメントであって、
前記内コイル部が前記外コイル部の軸心に対して径方向に移動可能な可動長さは、（外コイル部の直径−内コイル部の直径）の半分以下である、    
ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
【請求項１５】
請求項１２〜１４の何れか一項に記載の手術支援ロボット用インスツルメントであって、
前記可動長さが（外コイル部の直径−内コイル部の直径）の半分以下となるように、前記内コイル部の移動を規制する規制部材を有する、
ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
【請求項１６】
請求項１５に記載の手術支援ロボット用インスツルメントであって、
前記規制部材は可撓部材である、
ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
【請求項１７】
請求項１６に記載の手術支援ロボット用インスツルメントであって、
前記可撓部材を前記軸方向に移動可能に挿通して前記可撓部材と共に屈曲可能である、
ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
【請求項１８】
請求項１２〜１７の何れか一項に記載の手術支援ロボット用インスツルメントであって、
前記内コイル部と前記外コイル部とが別体に形成され、前記内コイル部が前記外コイル部内に螺合された、
ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
【請求項１９】
請求項１２〜１８の何れか一項に記載の手術支援ロボット用インスツルメントであって、
前記外コイル部は、所定角度に屈曲した際に、屈曲の内側で隣接する巻部が接触する、
ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
【請求項２０】
請求項１２〜１９の何れか一項に記載の手術支援ロボット用インスツルメントであって、
前記関節機能部は、前記シャフト側の基部及び前記エンドエフェクタを支持し前記基部に対して変位する可動部を備え、
前記屈曲構造体は、前記基部と前記可動部との間に設けられ、前記基部に対する前記可動部の変位に応じて屈曲する、
ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
【請求項２１】
請求項２０記載の手術支援ロボット用インスツルメントであって、
前記基部及び先端部間に介設された前記軸方向に伸縮可能な可撓チューブを備え、
前記屈曲構造体は、前記可撓チューブの軸心部に沿って前記軸方向に配置された、
ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
【請求項２２】
本体と、
前記本体から延びる棒状の部材であるシャフトと、
前記シャフトの軸方向の先端部に設けられた外科手術用のエンドエフェクタと、
前記先端部に設けられ前記シャフトの軸方向に対して屈曲することで前記エンドエフェクタの向きを変更可能とする関節機能部とを備え、
前記関節機能部は、前記屈曲を可能とする屈曲構造体を有し、
前記屈曲構造体は、軸方向に対して屈曲可能であって、外力により屈曲する際に該屈曲の内径側が収縮しかつ前記屈曲の外径側が伸長することにより、前記軸方向中心軸の長さが屈曲前後及び屈曲中においてほぼ一定であり、非屈曲の際に前記軸方向への圧縮を規制する、
ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット等の関節機能部に供される屈曲構造体及びこれを用いた関節機能部並びに手術支援ロボット用インスツルメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
各種分野のロボット、マニピュレーター、或はアクチュエータ等の関節機能部を有するものがある。このような関節機能部に適用される屈曲構造体としては、例えば、特許文献１に記載の可撓性部材がある。
【０００３】
この特許文献１の可撓性部材は、複数のディスク要素を相互に揺動自在に係合して構成され、各ディスク要素の揺動により全体として屈曲動作を行うようになっている。
【０００４】
かかる構成の可撓性部材は、屈曲動作を円滑に行うことができると共に軸方向の圧縮に対する剛性を確保でき、屈曲動作の安定化を図ることができる。
【０００５】
しかし、特許文献１の可撓性部材は、複数のディスク要素を相互に係合するため、構造が煩雑であるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００９−５３８１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
解決しようとする問題点は、屈曲動作の安定化を図ると、構造が煩雑になる点である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、屈曲動作の安定化を図りつつ構造を簡素化するために、軸方向に対して屈曲可能な屈曲構造体であって、コイル状に巻かれて前記軸方向に複数の巻部を有する線材からなる外コイル部と、コイル状に巻かれて前記軸方向に複数の巻部を有する線材からなり前記外コイル部内に位置する内コイル部とを備え、前記外コイル部は、前記軸方向で隣接する巻部間を離間させた複数の隙間を有し、前記内コイル部は、前記巻部が前記外コイル部の前記隙間に対応して設けられ前記外コイル部の前記隣接する巻部に接触しつつ当該巻部間に嵌合することを屈曲構造体の最も主な特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、上記屈曲構造体を適用した関節機能部であって、基部及び該基部に対して変位する可動部を備え、屈曲構造体は、前記基部と可動部との間に設けられ、前記基部に対する前記先端部の変位に応じて屈曲することを関節機能部の最も主な特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明は、本体と、前記本体から延びる棒状の部材であるシャフトと、前記シャフトの軸方向の先端部に設けられた外科手術用のエンドエフェクタと、前記先端部に設けられ前記シャフトの軸方向に対して屈曲することで前記エンドエフェクタの向きを変更可能とする関節機能部とを備え、前記関節機能部は、前記屈曲を可能とする屈曲構造体を有し、前記屈曲構造体は、コイル状に巻かれて前記軸方向に複数の巻部を有する線材からなる外コイル部と、コイル状に巻かれて前記軸方向に複数の巻部を有する線材からなり前記外コイル部内に位置する内コイル部とを備え、前記外コイル部は、前記軸方向で隣接する巻部間を離間させた複数の隙間を有し、前記内コイル部は、前記巻部が前記外コイル部の前記隙間に対応して設けられ前記外コイル部の前記隣接する巻部に接触しつつ当該巻部間に嵌合する、ことを手術支援ロボット用インスツルメントの最も主な特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、屈曲構造体が内コイル部を外コイル部内に位置させて構成されているため、構造を簡素化することができる。
【００１２】
また、内コイル部の巻部が外コイル部の隣接する巻部に接触しつつそれら隣接する巻部間に嵌合しているので、軸方向の剛性を確保することができる。
【００１３】
また、屈曲時には、屈曲の内側で外コイル部の隙間を小さくしつつ屈曲の外側に内コイル部を変位させ、屈曲の外側で外コイル部の隙間を大きくして内コイル部の変位を許容することで、軸方向の剛性を確保しても十分な可撓性を確保することができる。
【００１４】
結果として、本発明では、屈曲動作の安定化を図りつつ構造を簡素化することが可能となる。
【００１５】
しかも、本発明では、屈曲の内側で外コイル部の隙間が小さくなり、屈曲の外側で外コイル部の隙間が大きくなるので、外コイル部の軸心における長さが直状時と比較して変化せず、内周側に可撓部材を軸方向で移動可能にガイドするように用いる場合、可撓部材の移動量を確実に一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】屈曲構造体を示す断面図である（実施例１）。
【図２】図１の屈曲構造体の一部を示す拡大図である（実施例１）。
【図３】図１の屈曲構造体の屈曲状態を示す断面図である（実施例１）。
【図４】図３の屈曲構造体の一部を示す拡大図である（実施例１）。
【図５】内コイル部の外コイル部からの脱落を示す概略断面図であり、（Ａ）は脱落前、（Ｂ）は脱落後の状態である（実施例１）。
【図６】（Ａ）は比較例に係る屈曲構造体を示す断面図、（Ｂ）は比較例に係る屈曲構造体の屈曲状態を示す断面図である（実施例１）。
【図７】屈曲構造体の一部を示す拡大断面図である（実施例２）。
【図８】屈曲構造体の一部を示す拡大断面図である（実施例３）。
【図９】屈曲構造体を示す断面図である（実施例４）。
【図１０】屈曲構造体の一部を示す拡大断面図である（実施例５）。
【図１１】ロボット鉗子の一部を示す斜視図である（実施例６）。
【図１２】図１１のロボット鉗子の断面図である（実施例６）。
【図１３】図１１のロボット鉗子の屈曲部を示す斜視図である（実施例６）。
【図１４】図１３の屈曲部の断面図である（実施例６）。
【図１５】屈曲構造体を適用した手術支援ロボット用インスツルメントを示す概略斜視図である（実施例７）。
【図１６】図１５の手術支援ロボット用インスツルメントの本体の内部構成を示す斜視図である（実施例７）。
【図１７】図１６の手術支援ロボット用インスツルメントの本体の内部構成を示す平面図である（実施例７）。
【図１８】手術支援ロボット用インスツルメントの本体の内部構成を示す平面図である(実施例８)。
【図１９】図１８の手術支援ロボット用インスツルメントの本体の内部構成を説明する部分斜視図である（実施例８）。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
屈曲動作の安定化を図りつつ構造を簡素化するという目的を、外コイル部内に内コイル部を位置させた二重コイル形状の屈曲構造体により実現した。
【００１８】
すなわち、屈曲構造体は、軸方向に対して屈曲可能な屈曲構造体であって、コイル状に巻かれて軸方向に複数の巻部を有する線材からなる外コイル部と、コイル状に巻かれて軸方向に複数の巻部を有する線材からなり、外コイル部内に位置する内コイル部とを備える。
【００１９】
外コイル部は、軸方向で隣接する巻部間を離間させた複数の隙間を有し、内コイル部は、巻部が外コイル部の隙間に対応して設けられ、外コイル部の隣接する巻部に接触しつつ当該巻部間に嵌合する。
【００２０】
外コイル部は、軸方向で隣接する巻部の各間に隙間を有してもよいが、軸方向の一部にのみ隙間を有する構成とすることも可能である。
【００２１】
内コイル部が外コイル部の軸心に対して径方向に移動可能な可動長さは、（外コイル部の直径−内コイル部の直径）の半分以下としてもよい。
【００２２】
この場合、可動長さが（外コイル部の直径−内コイル部の直径）の半分以下となるように、内コイル部の移動を規制する規制部材を有する構成としてもよい。
【００２３】
規制部材を可撓部材とし、屈曲構造体を可撓部材を軸方向に移動可能に挿通して可撓部材と共に屈曲可能である構成としてもよい。
【００２４】
また、内コイル部と外コイル部とは、別体又は一体に構成することが可能である。内コイル部と外コイル部とを別体に形成する場合は、内コイル部が外コイル部内に螺合された構成としてもよい。
【００２５】
可撓部材の屈曲構造体を適用した関節機能部は、基部及び該基部に対して変位する可動部を備えた構成としてもよい。この場合、屈曲構造体は、基部と可動部との間に設けられ、基部に対する可動部の変位に応じて屈曲する。
【００２６】
また、関節機能部は、基部及び可動部間に介設された軸方向に伸縮可能な可撓チューブを備えてもよい。この場合、屈曲構造体は、可撓チューブの軸心部に沿って軸方向に配置される。
【００２７】
また、関節機能部を適用した手術支援ロボット用インスツルメントは、本体と、本体から延びる棒状の部材であるシャフトと、シャフトの軸方向の先端部に設けられた外科手術用のエンドエフェクタと、先端部に設けられシャフトの軸方向に対して屈曲することでエンドエフェクタの向きを変更可能とする関節機能部とを備えたものとしてもよい。関節機能部は、前記屈曲を可能とする屈曲構造体を有し、屈曲構造体は、コイル状に巻かれて軸方向に複数の巻部を有する線材からなる外コイル部と、コイル状に巻かれて軸方向に複数の巻部を有する線材からなり外コイル部内に位置する内コイル部とを備え、外コイル部は、軸方向で隣接する巻部間を離間させた複数の隙間を有し、内コイル部は、巻部が外コイル部の隙間に対応して設けられ外コイル部の隣接する巻部に接触しつつ当該巻部間に嵌合する。
【実施例１】
【００２８】
［屈曲構造体の構造］
図１は、本発明の実施例１に係る可撓部材の屈曲構造体を示す断面図、図２は、同一部を示す拡大図である。
【００２９】
屈曲構造体１は、例えば各種分野のロボット、マニピュレーター、或はアクチュエータ等の関節機能部に適用されるものである。この屈曲構造体１は、関節機能部の基部及び可動部間に設けられ、屈曲により基部に対して可動部を変位可能に支持する。
【００３０】
本実施例の屈曲構造体１は、二重コイル形状であり、外コイル部５と、内コイル部７とを備えている。この二重コイル形状により、本実施例の屈曲構造体１は、軸方向に対して屈曲可能であって、外力により屈曲する際に屈曲の内径側が収縮しかつ屈曲の外径側が伸長することにより、軸方向中心軸又は軸心Ｏの長さが屈曲前後及び屈曲中においてほぼ一定であり、非屈曲の際に軸方向への圧縮を規制する構成となっている。かかる本実施例の屈曲構造体１は、規制部材としての可撓部材３も備えている。
【００３１】
可撓部材３は、屈曲構造体１を軸方向に移動可能に挿通し、詳細は後述するが、内外コイル部５，７の径方向へのずれを規制するものである。本実施例の可撓部材３は、例えば、プッシュプルケーブル等を利用して構成されている。これに応じて、屈曲構造体１は、可撓部材３を軸方向へガイドする機能も有し、関節機能部の屈曲動作に応じて可撓部材３と共に屈曲可能となっている。
【００３２】
なお、屈曲とは、関節機能部又は屈曲構造体１の軸心Ｏを湾曲又は屈曲させることを意味する。また、可撓部材３は、省略することも可能である。
【００３３】
外コイル部５は、コイルばねであり、コイル状に巻かれた線材５ａからなる。従って、外コイル部５は、軸方向に複数の巻部５ｂを有する。なお、巻部５ｂは、コイル形状を構成する一巻きを意味する（以下、同じ。）。
【００３４】
線材５ａの材質は、金属や樹脂等とすることが可能である。線材５ａの断面は、円形に形成されているが、楕円等としてもよい。
【００３５】
外コイル部５の中心径Ｄ１は、軸方向の一端から他端に至るまで一定となっている。ただし、外コイル部５の中心径Ｄ１は、軸方向で変化させることも可能である。
【００３６】
外コイル部５は、軸方向で隣接する巻部５ｂ間を軸方向で離間させた複数の隙間５ｃを有している。本実施例の隙間５ｃは、軸方向で隣接する巻部５ｂの各間に形成され、全ての隙間５ｃは、同一の軸方向の寸法を有している。ただし、隙間５ｃは、軸方向で一部の巻部５ｂ間にのみ設けることも可能である。また、隙間５ｃの軸方向の寸法を変化させることも可能である。
【００３７】
内コイル部７は、コイルばねであり、軸方向に複数の巻部７ｂを有するコイル状に巻かれた線材７ａからなる。内コイル部７は、外コイル部と同様、線材７ａの材質を金属や樹脂とすることが可能であり、線材７ａの断面が円形であるが、楕円等とすることも可能である。
【００３８】
この内コイル部７は、外コイル部５の内側に位置し、内周に可撓部材３を挿通するための挿通部９が区画されている。本実施例の内コイル部７は、外コイル部５内に螺合されている。この螺合により、内コイル部７の巻部７ｂが外コイル部５の隣接する巻部５ｂの各間に位置している。従って、内コイル部７は、巻部７ｂが外コイル部５の隙間５ｃに対応して設けられた構成となっている。
【００３９】
また、内コイル部７の巻部７ｂは、中心径Ｄ２及び線材７ａの線径ｄ２の設定により、外コイル部５の隣接する巻部５ｂに接触しつつ当該巻部５ｂ間に嵌合している。
【００４０】
なお、内コイル部７の中心径Ｄ２は、軸方向の一端から他端に至るまで一定となっている。ただし、内コイル部７の中心径Ｄ２は、外コイル部５の中心径Ｄ１に応じて、軸方向で変化させること等も可能である。
【００４１】
また、線材７ａの線径ｄ２は、外コイル部５の線材５ａの線径ｄ１と同一になっている。ただし、線材７ａの線径ｄ２は、外コイル部５の線材５ａの線径ｄ１よりも大きく又は小さく形成してもよい。
【００４２】
内コイル部７は、隣接する巻部７ｂ間を軸方向で離間させた複数の隙間７ｃを有している。隙間７ｃは、外コイル部５との螺合に応じ、隣接する巻部７ｂの各間に形成され、全ての隙間７ｃは、同一の軸方向の寸法を有している。
【００４３】
なお、外コイル部５及び内コイル部７は、外コイル部５内に内コイル部７が位置していない自由状態で、隣接する巻部５ｂ，７ｂの各間に隙間５ｃ，７ｃを有する構成の他、自由状態で隣接する巻部５ｂ，７ｂが密着した構成（密着ばね）とすることも可能である。さらに、外コイル部５及び内コイル部７の一方のみを密着ばねとすることも可能である。
【００４４】
外コイル部５及び内コイル部７が自由状態で密着ばねである場合は、内コイル部７と外コイル部５とを螺合することにより相互に巻部５ｂ，７ｂ間を離間させ、外コイル部５の隙間５ｃ及び内コイル部７の隙間７ｃが形成される。この場合、二重コイル形状の屈曲構造体１に初張力を付与することが可能である。
【００４５】
［屈曲構造体の動作］
図３は、図１の屈曲構造体の屈曲状態を示す断面図、図４は、同一部を示す拡大図である。
【００４６】
屈曲構造体１は、図１及び図２のように、軸心Ｏ（外コイル部５の軸心でもある）が屈曲していない直状時に、内コイル部７の巻部７ｂが外コイル部５の隣接する巻部５ｂに接触しつつそれら隣接する巻部５ｂ間に嵌合している。
【００４７】
このため、屈曲構造体１は、軸方向での圧縮力が作用しても、外コイル部５の隙間５ｃが圧縮されることを内コイル部７の巻部７ｂが規制し、全体としての圧縮が抑制される。なお、内コイル部７を基準にすると、内コイル部７の隙間７ｃが圧縮されるのを外コイル部５の巻部５ｂが規制することになる。
【００４８】
従って、屈曲構造体１は、自身の圧縮ひいては適用される関節機能部の圧縮を抑制することができる。この結果、可撓部材３の軸方向への移動をガイドする際に、軸心Ｏの長さ並びに軸心Ｏ上を通る可撓部材３の移動量を一定に保つことができ、可撓部材３の動作の安定性を確保することもできる。
【００４９】
図３及び図４のように、屈曲構造体１の軸心Ｏが屈曲すると、屈曲の内側で外コイル部５の隙間５ｃが小さくなり、屈曲の外側で外コイル部５の隙間５ｃが大きくなる。
【００５０】
このとき、屈曲構造体１は、内コイル部７が径方向の外側に変位することにより屈曲を円滑に行うことができる。
【００５１】
すなわち、内コイル部７の各巻部７ｂは、屈曲構造体１の屈曲の内側で、外コイル部５の隙間５ｃが小さくなることにより径方向の内側に押し込められる。これに応じ、内コイル部７は、全体として径方向の外側に変位するが、この変位は、内コイル部７の各巻部７ｂが外コイル部５の大きくなった隙間５ｃに入り込むようにして許容される。
【００５２】
従って、屈曲構造体１は、軸方向の圧縮を規制することができる構成でありながら、可撓性が阻害されることはない。結果として、屈曲構造体１は、屈曲動作の安定化が図られる。
【００５３】
また、屈曲構造体１が屈曲する際は、上記のように、屈曲の内側で外コイル部５の隙間５ｃが小さくなり、屈曲の外側で外コイル部５の隙間が大きくなるので、軸心Ｏ上で隙間５ｃの大きさが直状時と比較して変化しないことになる。
【００５４】
従って、屈曲構造体１は、直状時だけでなく屈曲時にも、軸心Ｏの長さ及び屈曲構造体１の軸心Ｏ上を通る可撓部材３の移動量を一定に保つことができ、可撓部材３の動作の安定性を確保することができる。
【００５５】
また、本実施例の屈曲構造体１は、所定角度に屈曲した際に、屈曲の内側で外コイル部５の隣接する巻部５ｂが接触する（図４参照）。
【００５６】
従って、屈曲構造体１では、巻部５ｂが接触したときから、軸心Ｏ上の長さが大きくなり始める。このため、可撓部材３の移動量の変化により、関節機能部の操作者に所定角度以上に屈曲したことを通知することができる。
【００５７】
かかる屈曲構造体１の屈曲動作時には、可撓部材３により内コイル部７の外コイル部５からの脱落が防止される。
【００５８】
すなわち、上記のように、屈曲構造体１の屈曲時には、内コイル部７の各巻部７ｂが外コイル部５の大きくなった隙間５ｃに入り込むようにして、内コイル部７が全体として径方向の外側に変位する。
【００５９】
この変位（内コイル部７が外コイル部５の軸心Ｏに対して径方向に移動可能な可動長さ）は、（外コイル部の直径−内コイル部の直径）の半分以下となっている。なお、ここでの直径は、外コイル部７及び内コイル部５の中心径Ｄ１及びＤ２を意味する。ただし、直径は、外コイル部７及び内コイル部５の外径又は内径であってもよい。
【００６０】
図５は、内コイル部７の外コイル部５からの脱落を示す概略断面図であり、（Ａ）は脱落前、（Ｂ）は脱落後の状態である。
【００６１】
図５のように、直状時に内コイル部７の径方向への移動量Ｌが（外コイル部５の直径−内コイル部７の直径）の半分（Ｄ１−Ｄ２）／２を超えると、内コイル部７が外コイル部５を乗り越えて脱落する状態となる。なお、図５において、移動量Ｌは、内コイル部７の軸心と外コイル部５の軸心とのズレ量として示している。
【００６２】
屈曲構造体１の屈曲時においても、内コイル部７の径方向への移動量Ｌが（外コイル部５の直径−内コイル部７の直径）の半分（Ｄ１−Ｄ２）／２を超えると、直状に戻った際に図５のように脱落が生じてしまう結果になるため、本実施例では、内コイル部７が外コイル部５の軸心Ｏに対して径方向に移動可能な可動長さが、（外コイル部５の直径−内コイル部７の直径）の半分（Ｄ１−Ｄ２）／２以下となっている。
【００６３】
この可動長さは、本実施例において、可撓部材３が屈曲構造体１を挿通することで設定されている。こうして、本実施例では、可撓部材３により内コイル部７の外コイル部５からの脱落が防止される。ただし、可動長さは、屈曲構造体１が可撓部材３を挿通しない場合や可撓部材３の径が上記可動長さを設定できない程度に細い場合、外コイル部５及び内コイル部７の線径ｄ１及びｄ２の何れか一方又は双方の設定により設定することも可能である。
【００６４】
［比較例の移動量］
図６（Ａ）は、比較例に係る屈曲構造体を示す断面図、図６（Ｂ）は、同屈曲時を示す断面図である。
【００６５】
比較例に係る屈曲構造体１Ａは、密着ばねのみからなっており、屈曲が可能であると共に圧縮が規制されるようになっている。
【００６６】
この屈曲構造体１Ａでは、屈曲時に、屈曲の内側で巻部１Ａａが接触した状態を維持し、屈曲の外側で巻部１Ａａ間に隙間が形成される。
【００６７】
この結果、屈曲時には、屈曲構造体１の屈曲内外の中央部でも巻部１Ａａ間に隙間１Ａｂが形成される。その隙間１Ａｂの分だけ、屈曲構造体１の軸心Ｏの長さ及び軸心Ｏ上を通る可撓部材３の移動量が大きくなる。
【００６８】
このため、比較例では、可撓部材３をガイドする際に、実施例１のように、可撓部材３の動作の安定性を確保することはできないものとなっている。
【００６９】
［実施例１の効果］
以上説明したように、本実施例の屈曲構造体１は、可撓部材３を軸方向に移動可能に挿通して、可撓部材３と共に屈曲可能な屈曲構造体であって、コイル状に巻かれて軸方向に複数の巻部５ｂを有する線材５ａからなる外コイル部５と、コイル状に巻かれて軸方向に複数の巻部７ｂを有する線材７ａからなり、外コイル部５内に位置する内コイル部７とを備える。
【００７０】
外コイル部５は、隣接する巻部５ｂ間を離間させた複数の隙間５ｃを有し、内コイル部７は、巻部７ｂが外コイル部５の隙間５ｃに対応して設けられ、外コイル部５の隣接する巻部５ｂに接触しつつ、それら隣接する巻部５ｂ間に嵌合する。
【００７１】
従って、屈曲構造体１は、屈曲構造体が内コイル部を外コイル部内に位置させて構成されているため、構造を簡素化することができる。
【００７２】
また、屈曲構造体１は、軸方向での圧縮力が作用しても、外コイル部５の隙間５ｃが圧縮されることを内コイル部７の巻部７ｂが規制し、全体として圧縮が抑制される。このため、屈曲構造体１は、関節機能部を圧縮させない程度の軸方向の剛性を確保することができる。
【００７３】
また、屈曲時には、屈曲の内側で外コイル部５の隙間５ｃを小さくしつつ屈曲の外側に内コイル部７を変位させ、屈曲の外側で外コイル部５の隙間を大きくして内コイル部７の変位を許容することで、軸方向の剛性を確保しても関節機能部と共に屈曲するための十分な可撓性を確保することができる。
【００７４】
結果として、屈曲構造体１は、屈曲動作の安定化を図りつつ構造を簡素化することが可能となるため、ロボット、マニピュレーター、或はアクチュエータ等の関節機能部を有する機器の動作の安定性を確保することが可能となる。
【００７５】
しかも、本実施例の屈曲構造体１は、屈曲の内側で外コイル部５の隙間５ｃが小さくなり、屈曲の外側で外コイル部５の隙間５ｃが大きくなるので、外コイル部５の軸心Ｏにおける長さが直状時と比較して変化せず、可撓部材３の移動量を確実に一定に保つことができる。
【００７６】
このため、可撓部材３の動作の安定性を確保することができ、ひいては関節機能部を有する機器の動作の安定性を、より確保することが可能となる。
【００７７】
また、本実施例では、内コイル部７が外コイル部５の軸心Ｏに対して径方向に移動可能な可動長さ（変位量）が（外コイル部の直径−内コイル部の直径）の半分以下となっているので、内コイル部７が外コイル部５から脱落することを防止できる。
【００７８】
また、本実施例では、規制部材としての可撓部材３により、可動長さが（外コイル部の直径−内コイル部の直径）の半分以下となるように、内コイル部７の移動を規制するため、内コイル部７及び外コイル部５の形状を変更することなく、容易に内コイル部７の脱落を防止できる。
【００７９】
屈曲構造体１は、可撓部材３を軸方向に移動可能に挿通して、可撓部材３と共に屈曲可能であるため、可撓部材３をガイドする態様において、可撓部材３を利用して内コイル部７の脱落を防止できる。
【００８０】
本実施例では、外コイル部５が軸方向で隣接する巻部５ｂの各間に隙間５ｃを有したため、屈曲構造体１を円滑に屈曲させることができる。
【００８１】
本実施例では、内コイル部７と外コイル部５とが別体に形成され、内コイル部７が外コイル部５内に螺合されたため、組み付けが容易である。また、内コイル部７及び外コイル部５の何れか一方又は双方の特性を変更することにより、屈曲構造体１の特性を容易に変更することができる。
【００８２】
また、本実施例の屈曲構造体１は、所定角度に屈曲した際に、屈曲の内側で外コイル部５の隣接する巻部５ｂが接触するので、可撓部材３の移動量の変化により、関節機能の操作者に所定角度以上に屈曲したことを通知することができる。
【実施例２】
【００８３】
図７は、実施例２に係る屈曲構造体の一部を示す拡大断面図である。なお、実施例２では、実施例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。
【００８４】
実施例２の屈曲構造体１は、外コイル部５の線材５ａの線径ｄ１と内コイル部７の線材７ａの線径ｄ２とを異ならせたものである。実施例２では、外コイル部５の線径ｄ１を内コイル部７の線径ｄ２よりも大きくしている。なお、外コイル部５の線径ｄ１を内コイル部７の線径ｄ２よりも小さくすることも可能である。
【００８５】
このように、屈曲構造体１は、外コイル部５の線径ｄ１と内コイル部７の線径ｄ２とを異ならせても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。また、線径ｄ２と線径ｄ１とを異ならせることにより、屈曲構造体１の自由長や特性を調整することができる。
【実施例３】
【００８６】
図８は、実施例３に係る屈曲構造体の一部を示す拡大断面図である。なお、実施例３では、実施例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。
【００８７】
実施例３の屈曲構造体１は、外コイル部５の軸方向の一部において、内コイル部７の巻部７ｂが外コイル部５の隣接する巻部５ｂに接触しつつそれら隣接する巻部５ｂ間に嵌合する。
【００８８】
すなわち、内コイル部７は、軸方向で漸次中心径Ｄ２（図１参照）が小さくなるように形成されている。これに応じて、内コイル部７は、上記のように、軸方向の一部でのみ外コイル部５の隣接する巻部５ｂ間に嵌合している。
【００８９】
なお、本実施例では、内コイル部７及び外コイル部５がそれぞれ密着コイルであり、内コイル部７の中心径Ｄ２が小さくなるにつれて、外コイル部５の隙間５ｃが小さくなっている。
【００９０】
このように構成しても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。加えて、本実施例では、外コイル部５の軸方向の一部でのみ内コイル部７の巻部７ｂを外コイル部５の隣接する巻部５ｂ間に嵌合させることにより、屈曲構造体１の自由長や特性を調整することができる。
【実施例４】
【００９１】
図９は、実施例４に係る屈曲構造体を示す断面図である。なお、実施例４では、実施例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。
【００９２】
実施例４の屈曲構造体１は、軸方向の一部に漸次拡径する拡径部１１を設けたものである。本実施例では、屈曲構造体１の軸方向の一端に拡径部１１を設けている。ただし、拡径部１１は、屈曲構造体１の軸方向の中間部や他端に設けることも可能である。
【００９３】
拡径部１１では、外コイル部５及び内コイル部７の中心径Ｄ１及びＤ２が共に漸次拡大し、且つ内コイル部７の巻部７ｂが外コイル部５の隣接する巻部５ｂに接触しつつ巻部５ｂ間に嵌合する状態を維持している。
【００９４】
このように構成しても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。また、拡径部１１により屈曲構造体１の特性を調整することができる。
【実施例５】
【００９５】
図１０は、実施例５に係る屈曲構造体の一部を示す拡大断面図である。なお、実施例５では、実施例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。
【００９６】
実施例５の屈曲構造体１は、外コイル部５及び内コイル部７をそれぞれ二つのコイル部で構成したものである。具体的には、外コイル部５が第一外コイル部１３及び第二外コイル部１５で構成され、内コイル部７が第一内コイル部１７及び第二内コイル部１９で構成されている。
【００９７】
第一外コイル部１３及び第二外コイル部１５は、軸方向で交互に巻部１３ａ，１５ａが位置し、第一内コイル部１７及び第二内コイル部１９も、軸方向で交互に巻部１７ａ，１９ａが位置する。
【００９８】
すなわち、外コイル部５は、第一外コイル部１３及び第二外コイル部１５の巻部１３ａ，１５ａが軸方向で隣接し、それら隣接する巻部１３ａ，１５ａ間に隙間５ｃが形成されている。
【００９９】
内コイル部７の第一内コイル部１７の巻部１７ａ及び第二内コイル部１９の巻部１９ａは、それぞれ第一外コイル部１３及び第二外コイル部１５の巻部１３ａ，１５ａに接触しつつそれら巻部１３ａ，１５ａ間に嵌合している。
【０１００】
このように構成しても、実施例１と同様の作用効果を奏することができ、且つ屈曲構造体１の特性や自由長を調整することができる。
【０１０１】
なお、外コイル部５及び内コイル部７を構成するコイル部の数は変更することが可能である。また、外コイル部５及び内コイル部７の一方のみを複数のコイル部で構成することも可能である。
【実施例６】
【０１０２】
図１１は、本発明の実施例６に係り、屈曲構造体を適用したロボット鉗子の一部を示す斜視図、図１２は、同断面図、図１３は、図１１のロボット鉗子の関節機能部を示す斜視図、図１４は、同断面図である。なお、実施例６では、実施例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。
【０１０３】
本実施例のロボット鉗子２１は、医療用マニピュレーターである手術ロボットのロボットアーム先端を構成するものである。
【０１０４】
なお、ロボット鉗子２１は、関節機能部を有する機器の一例である。関節機能部を有する機器は、上記のとおり医療用マニピュレーターに限られるものではない。すなわち、関節機能部を有する機器としては、屈曲動作を行う関節機能部を有し、且つ可撓部材３を軸方向に移動させて動作等を行うものであれば、他の分野のロボット、各種のマニピュレーター、或はアクチュエータ等、特に限定されるものではない。また、医療用マニピュレーターの場合は、手術ロボットに取り付けない内視鏡カメラや手動鉗子等も含まれる。
【０１０５】
本実施例のロボット鉗子２１は、シャフト２３、関節機能部２５、外科手術用のエンドエフェクタとしての把持ユニット２７によって構成されている。
【０１０６】
シャフト２３は、例えば円筒形状に形成されている。シャフト２３内には、関節機能部２５を駆動するための駆動ワイヤ２９や把持ユニット２７を駆動するためのプッシュプルケーブルからなる可撓部材３が通っている。シャフト２３の先端側には、関節機能部２５を介して把持ユニット２７が設けられている。
【０１０７】
関節機能部２５は、基部３１と、可動部３３と、可撓チューブ３５と、屈曲構造体１とを備えている。
【０１０８】
基部３１は、樹脂や金属等によって形成された円柱体であり、シャフト２３の先端に取り付けられている。基部３１には、貫通孔３１ａにより駆動ワイヤ２９が軸方向に挿通し、軸心部の挿通孔３１ｂにより可撓部材３を挿通している。
【０１０９】
可動部３３は、樹脂や金属等によって形成された円柱体であり、後述する把持ユニット２７に取り付けられている。可動部３３には、駆動ワイヤ２９の先端部が固定されている。このため、可動部３３は、駆動ワイヤ２９の操作により、基部３１に対して変位し、把持ユニット２７を所望の方向に指向させる。可動部３３の軸心部には、挿通孔３３ｂが設けられ、可撓部材３を挿通している。
【０１１０】
可撓チューブ３５は、基部３１と可動部３３との間に介設され、基部３１に対する可動部３３の変位に応じて屈曲する。可撓チューブ３５は、駆動ワイヤ２９及び可撓部材３を軸方向に通している。
【０１１１】
本実施例の可撓チューブ３５は、断面波形状の管体からなるベローズによって構成されている。ただし、可撓チューブ３５は、コイルばね、筒体等を用いることも可能であり、可撓性を有するチューブ状を呈していれば、特に限定されるものではない。
【０１１２】
屈曲構造体１は、実施例１と同一構成である。この屈曲構造体１は、可撓チューブ３５の軸心部に沿って配置され、基部３１と可動部３３との間に設けられている。なお、関節機能部２５には、実施例２〜５の何れかの屈曲構造体１を適用することも可能である。
【０１１３】
屈曲構造体１は、挿通部９に可撓部材３を挿通した状態で、両端が基部３１及び可動部３３の挿通孔３１ｂ及び３３ｂにそれぞれ取り付けられている。これにより、屈曲構造体１は、基部３１に対して可動部３３を軸方向移動不能に支持し、基部３１に対する可動部３３の変位に応じて可撓部材３と共に屈曲するようになっている。
【０１１４】
把持ユニット２７は、関節機能部２５の可動部３３に対し、一対の把持部３７が開閉可能に軸支されている。この把持ユニット２７は、関節機能部２５を貫通した可撓部材３が接続され、可撓部材３の軸方向移動（進退動作）により、把持部３７が開閉するように構成されている。なお、エンドエフェクタとしては、把持ユニット２７に限られず、例えば、鋏、把持レトラクタ、及び針ドライバ等とすることも可能である。
【０１１５】
かかる構成のロボット鉗子２１では、医師等の操作者が可撓部材３を進退させることにより把持ユニット２７の把持部３７に開閉動作を行わせることができる。
【０１１６】
また、操作者が何れか一つ或は複数の駆動ワイヤ２９を引くことにより、関節機能部２５が屈曲してシャフト２３に対して把持ユニット２７を所望の方向に指向させることができる。この状態で、可撓部材３を進退させれば、把持ユニット２７の把持部３７に開閉動作を行わせることができる。
【０１１７】
かかる開閉動作は、実施例１で説明したように、可撓部材３の移動量が一定であるため、安定して正確に行わせることができる。
【０１１８】
その他、本実施例では、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
【実施例７】
【０１１９】
図１５は、本発明の実施例７に係り、屈曲構造体を適用した手術支援ロボット用インスツルメントを示す概略斜視図である。なお、実施例７では、実施例１及び６と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。
【０１２０】
本実施例は、実施例１の屈曲構造体１を適用した手術支援ロボット用インスツルメント１００である。ただし、手術支援ロボット用インスツルメント１００は、実施例２〜５の何れかの屈曲構造体１を適用することも可能である。この手術支援ロボット用インスツルメント１００は、マスタースレーブ型の手術ロボットに交換可能なものとして取り付けられ、手術ロボットからの駆動力によって駆動される。なお、本実施例の手術支援ロボット用インスツルメント１０１は、実施例６のロボット鉗子２１を交換可能なユニットとしたものに相当する。
【０１２１】
この手術支援ロボット用インスツルメント１００は、図１５のように、本体１１０と、シャフト２３と、外科手術用の把持ユニット２７と、関節機能部２５とを備えている。
【０１２２】
なお、本実施例では説明を容易にするために、シャフト２３における軸線Ｌの方向（軸方向）を前後方向とし、前後方向と直交する方向であって後述する一対の本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒが並んで配置される方向を左右方向とし、前後方向及び左右方向に直交する方向を上下方向として説明する（図１６参照）。
【０１２３】
本体１１０は、手術支援ロボット用インスツルメント１００の基部を構成するものである。本体１１０には、棒状の部材、特に円筒状の部材であるシャフト２３が前後方向に沿って延びている。
【０１２４】
シャフト２３の前後方向（軸方向）の先端部には、外科手術用のエンドエフェクタとして把持ユニット２７が設けられている。なお、エンドエフェクタとしては、実施例６と同様、把持ユニット２７に限られず、例えば、鋏、把持レトラクタ、及び針ドライバ等とすることも可能である。また、シャフト２３の先端部には、関節機能部２５が設けられている。関節機能部２５は、屈曲構造体１を有し、前後方向に対して屈曲することにより、把持ユニット２７の向きを変更可能とする。
【０１２５】
以下、本体１１０の一例について図１６及び図１７をも参照して詳細に説明する。なお、本体１１０は、図１６及び図１７に示す形態に限定されるものではなく、他の形態を採用することも可能である。また、シャフト２３、把持ユニット２７、及び関節機能部２５は、実施例６と同一構成であるため、詳細については実施例６を参照することにより説明を省略する。
【０１２６】
図１６は、手術支援ロボット用インスツルメント１００の本体１１０の内部構成の一例を示す斜視図、図１７は、同平面図である。
【０１２７】
本体１１０は、内部にシャフト側プーリ１２１、一対の本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒ、駆動プーリ１３２、鉗子用プーリ１４１、ガイドプーリ１４２、可動部１５１等を収納する直方体状に形成されたものである。
【０１２８】
なお、図１５では、本体１１０の内部に配置されたシャフト側プーリ１２１、一対の本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒ、駆動プーリ１３２、鉗子用プーリ１４１、ガイドプーリ１４２、可動部１５１等を説明するために、本体１１０の基板１１１及び天板１１５のみを図示し、周囲を覆う部材等は図示を省略している。図１６では、さらに天板１１５の図示も省略している。
【０１２９】
本体１１０の基板１１１は、前方向の端辺の中央においてシャフト２３及びシャフト側プーリ１２１を軸線Ｌまわりに回転可能に支持するものである。また、基板１１１の上方向の面に、本体側プーリ１３１、駆動プーリ１３２、鉗子用プーリ１４１及びガイドプーリ１４２が回転可能に配置されるものである。
【０１３０】
さらに、基板１１１には前後方向に延びる長孔状に形成された４つのスリット１１２が、左右方向に間隔を開けて並んで設けられている。当該４つのスリット１１２には、それぞれ１つの可動部１５１が基板１１１に対して前後方向に相対移動可能に配置されている。
【０１３１】
４つのスリット１１２は、右側から左側に向かってスリット１１２Ａ、スリット１１２Ｂ、スリット１１２Ｃ、スリット１１２Ｄである。スリット１１２Ａは、他のスリット１１２Ｂ、スリット１１２Ｃ及びスリット１１２Ｄよりも前後方向に長く形成されている。また、スリット１１２Ｂ、スリット１１２Ｃ及びスリット１１２Ｄは、前後方向の長さが等しく形成されている。
【０１３２】
天板１１５は、基板１１１から上方向に延びる支柱１１３に取り付けられる板状部材である。天板１１５は、基板１１１との間に本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒ、駆動プーリ１３２、鉗子用プーリ１４１及びガイドプーリ１４２を挟んで支持すると共に、本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒ、駆動プーリ１３２、鉗子用プーリ１４１及びガイドプーリ１４２を回転可能に支持するものである。
【０１３３】
シャフト２３は、本体１１０から前方向に向かって延びる円筒状の部材であって、本体１１０に対して軸線Ｌまわりに回転可能に支持されたものである。シャフト２３の後方向の基端部には、シャフト２３と軸線Ｌを共有するシャフト側プーリ１２１が設けられている。本実施例では、シャフト２３の前方向の先端部に鉗子（把持ユニット２７）が設けられている例に適用して説明する。
【０１３４】
シャフト側プーリ１２１は、シャフト２３における後方向（本体１１０側）の基端部に、シャフト２３と共に本体１１０に対して回転可能に設けられる円筒状に形成された部材である。また、シャフト側プーリ１２１の外周面には、シャフト２３の回転を制御する回転用ワイヤ（索状体）１２２が巻き付けられるらせん状の溝が形成されている。
【０１３５】
一対の本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒは、本体１１０の基板１１１におけるシャフト側プーリ１２１を間に挟む左右方向の位置に、本体１１０に対して回転可能に配置されるものである。本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒは、円板状または円柱状に形成され、その外周面には、回転用ワイヤ１２２が巻き付けられる円環状の溝が形成されているものである。なお、本体側プーリ１３１Ｌは左側に配置されるものであり、本体側プーリ１３１Ｒは右側に配置されるものである。
【０１３６】
回転用ワイヤ１２２は、本体側プーリ１３１Ｒの回転をシャフト側プーリ１２１及びシャフト２３に伝達する索状に形成されたものである。また、回転用ワイヤ１２２は、一対の本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒの間に環状に配置されると共に、シャフト側プーリ１２１の外周面に巻き付けられて配置されるものである。
【０１３７】
駆動プーリ１３２は、本体１１０の基板１１１における本体側プーリ１３１Ｒの後方向に配置されたプーリである。駆動プーリ１３２は、円板状または円柱状に形成され、その外周面には、伝達用ワイヤ（他の索状体）１３３が巻き付けられる円環状の溝が形成されているものである。
【０１３８】
駆動プーリ１３２と本体側プーリ１３１Ｒとの間には、シャフト２３の回転駆動に用いられるスリット１１２Ａが設けられ、当該スリット１１２Ａにはシャフト２３の回転駆動に用いられる可動部１５１Ａが配置されている。
【０１３９】
伝達用ワイヤ１３３は、本体１１０の基板１１１に対する可動部１５１Ａの前後方向への相対移動を、本体側プーリ１３１Ｒに伝達する索状に形成されたものである。また、伝達用ワイヤ１３３は、駆動プーリ１３２と本体側プーリ１３１Ｒとの間に環状に配置されると共に、その一部が可動部１５１Ａに固定して取り付けられているものである。
【０１４０】
鉗子用プーリ１４１は、本体１１０の基板１１１における軸線Ｌの近傍であって、後方向に配置されたプーリである。鉗子用プーリ１４１は、円板状または円柱状に形成され、その外周面には、鉗子用ワイヤ１４３が巻き付けられる円環状の溝が形成されているものである。
【０１４１】
鉗子用プーリ１４１とシャフト側プーリ１２１との間には、ガイドプーリ１４２及びスリット１１２Ｂ及びスリット１１２Ｃが配置されている。スリット１１２Ｃには鉗子の駆動に用いられる可動部１５１Ｃが配置されている。
【０１４２】
ガイドプーリ１４２は、鉗子用ワイヤ１４３を本体１１０側からシャフト側プーリ１２１及びシャフト１２３の内部へ導くプーリである。本実施例では、４つのガイドプーリ１４２が、本体１１０の基板１１１におけるスリット１１２Ｂ及びスリット１１２Ｃと、シャフト側プーリ１２１との間に配置される例に適用して説明する。ガイドプーリ１４２は、円板状または円柱状に形成され、その外周面には、鉗子用ワイヤ１４３がかけられる円環状の溝が形成されている。
【０１４３】
ガイドプーリ１４２の数は４つであってもよいし、４つよりも多くても少なくてもよい。また、複数のガイドプーリ１４２の相対的な配置関係も、鉗子用ワイヤ１４３をシャフト側プーリ１２１及びシャフト２３の内部へ導く配置関係であればよく、特に限定するものではない。
【０１４４】
鉗子用ワイヤ１４３は、本体１１０の基板１１１に対する可動部１５１Ｃの前後方向への相対移動を、シャフト２３における前方向の端部に配置された鉗子に伝達する索状に形成されたものである。また、鉗子用ワイヤ１４３は、鉗子用プーリ１４１と鉗子（把持ユニット２７）との間に環状に配置されると共に、その一部が可動部１５１Ｃに固定して取り付けられているものである。
【０１４５】
すなわち、鉗子用ワイヤ１４３は、実施例６の駆動ワイヤ２９に相当し、関節機能部２５の可動部３３に先端部が固定され、可撓チューブ３５及び基部３１を挿通し、シャフト２３内を通って本体１１０へと引き出されている。そして、鉗子用ワイヤ１４３の基端部は、ガイドプーリ１４２を経由して鉗子用プーリ１４１に結合されて一体に構成されている。このように、鉗子用ワイヤ１４３は、関節機能部２５の可動部３３及び鉗子用プーリ１４１を介して環状に構成されている。
【０１４６】
なお、本実施例では、鉗子用ワイヤ１４３が可動部１５１Ｃに固定して取り付けられている例に適用して説明するが、鉗子用ワイヤ１４３が可動部１５１Ｂや１５１Ｄに固定して取り付けられていてもよく、特に限定するものではない。本実施例において、可動部１５１Ｂや可動部１５１Ｄの一方は、例えば関節機能部２５を異なる方向に屈曲させる鉗子用ワイヤに結合し、他方は、例えば把持ユニット２７を開閉する鉗子ワイヤやプッシュプルケーブル等の可撓部材に結合してもよい。
【０１４７】
可動部１５１は、本体１１０の基板１１１に設けられた４つのスリット１１２のそれぞれに配置されるものであって、本体１１０の基板１１１に対してスリット１１２に沿って前後方向に相対移動可能に配置されるものである。可動部１５１は、手術支援ロボット用インスツルメント１００が取り付けられるマスタースレーブ型の手術ロボットから伝達される駆動力によって、移動されるものである。
【０１４８】
４つのスリット１１２のうち、スリット１１２Ａに可動部１５１Ａが配置され、スリット１１２Ｂに可動部１５１Ｂが配置され、スリット１１２Ｃに可動部１５１Ｃが配置され、スリット１１２Ｄに可動部１５１Ｄが配置されている。
【０１４９】
次に、上記の構成からなる手術支援ロボット用インスツルメント１００における動作について説明する。まず、シャフト２３を回転させる動作について説明し、次いで関節機能部２５を屈曲させる動作について説明する。
【０１５０】
シャフト２３を回転させる場合には、可動部１５１Ａをスリット１１２Ａに沿って前方向または後方向へ移動させる駆動力が外部から加えられる。例えば、可動部１５１Ａが前方向へ移動すると、伝達用ワイヤ１３３における可動部１５１Ａに取り付けられた部分も前方向へ移動する。
【０１５１】
環状の伝達用ワイヤ１３３は上方向から見て左回りに回転する方向に移動する。この伝達用ワイヤ１３３の動きにより、本体側プーリ１３１Ｒは左回りに回転される。本体側プーリ１３１Ｒの左回りの回転は、本体側プーリ１３１Ｒに巻き付けられた回転用ワイヤ１２２に伝達される。
【０１５２】
回転用ワイヤ１２２は左回りに回転され、回転用ワイヤ１２２の動きがシャフト側プーリ１２１に伝達され、シャフト側プーリ１２１は軸線Ｌまわりに回転される。シャフト側プーリ１２１の回転方向は、シャフト側プーリ１２１への回転用ワイヤ１２２の巻き付け方向に基づいて決まる。可動部１５１Ａが後方向へ移動した場合には、上述とは逆方向への動きとなる。
【０１５３】
次に、関節機能部２５を屈曲させるように駆動する場合には、可動部１５１Ｃをスリット１１２Ｃに沿って前方向または後方向へ移動させる駆動力が外部から加えられる。例えば、可動部１５１Ｃが前方向へ移動すると、鉗子用ワイヤ１４３における可動部１５１Ｃに取り付けられた部分も前方向へ移動する。
【０１５４】
環状の鉗子用ワイヤ１４３は上方向から見て右回りに回転する方向に移動する。この鉗子用ワイヤ１４３の動きが把持ユニット２７の可動部３３に伝達され、関節機能部２５が屈曲するように駆動される。
【０１５５】
上記の構成の手術支援ロボット用インスツルメント１００によれば、実施例１及び６と同様の作用効果を奏することができる。加えて、シャフト２３に配置されたシャフト側プーリ１２１を挟んで一対の本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒが配置され、シャフト側プーリ１２１、及び、一対の本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒに回転用ワイヤ１２２が巻き付けられている。この回転用ワイヤ１２２に駆動力を伝達することによりシャフト側プーリ１２１及びシャフト２３が回転される。
【０１５６】
一対の本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒの間にシャフト側プーリ１２１を配置し、一方の本体側プーリ１３１Ｒから延びる回転用ワイヤ１２２をシャフト側プーリ１２１に巻き付け、その後、回転用ワイヤ１２２を他方の本体側プーリ１３１Ｌに巻き付けている。そのため、シャフト側プーリ１２１及びシャフト１２３に対して、シャフト１２３の軸線方向に対する垂直方向（言い換えるとラジアル方向）に力が働くことを抑制しやすくなる。その結果としてシャフト２３を回転させる駆動負荷を小さくしやすくなる。
【０１５７】
また、シャフト側プーリ１２１における回転用ワイヤ１２２が巻き付けられる部分の面積を小さくしやすくなる、言い換えると、シャフト側プーリ１２１における軸線方向の長さを短くしやすくなる。
【０１５８】
直線方向への可動部１５１Ａの動きを、伝達用ワイヤ１３３を介して本体側プーリ１３１に伝えることにより、可動部１５１Ａの直動移動を、シャフト１２３の回転移動に変換する際に発生する損失を抑制しやすくなる。
【０１５９】
並んで配置された複数の可動部１５１Ａ，１５１Ｂ，１５１Ｃ，１５１Ｄのうち、端部に配置された可動部１５１Ａに伝達用ワイヤ１３３を取りつけることにより、内側に配置された可動部１５１Ｂ，１５１Ｃに伝達用ワイヤ１３３を取りつける場合と比較して、手術支援ロボット用インスツルメント１００のコンパクト化を図りやすくなる。
【実施例８】
【０１６０】
図１８は、本発明の実施例８に係り、手術支援ロボット用インスツルメントの本体の内部構成を示す平面図、図１９は、図１８の手術支援ロボット用インスツルメントの本体の内部構成を説明する部分斜視図である。本実施例の手術支援ロボット用インスツルメント１００の基本構成は、実施例７と同様であるが、実施例７とは一対の本体側プーリに関する構成が異なっている。よって、本実施例においては、図１８及び図１９を用いて一対の本体側プーリに関する構成について説明し、その他の構成等の説明を省略する。
【０１６１】
本実施例の手術支援ロボット用インスツルメント１００における本体１１０の基板１１１には、図１８及び図１９に示すように、調整部１１４が設けられている。調整部１１４は、本体側プーリ１３１Ｌを回転可能に支持するものであり、かつ、基板１１１に対して本体側プーリ１３１Ｌを左右方向へ相対移動可能に支持するものである。
【０１６２】
言い換えると、本体側プーリ１３１Ｒに対して本体側プーリ１３１Ｌを接近離間可能に支持するものである。調整部１１４には、左右方向に延びる長孔１１７が設けられている。調整部１１４は、長孔１１７に挿通されるネジ等の固定部材１１６によって基板１１１に取り付けられている。
【０１６３】
また、本実施例の手術支援ロボット用インスツルメント１００の本体側プーリ１３１Ｒには、相対的に径が大きな大径プーリ部１３４ａ、および、相対的に径が小さな小径プーリ部１３４ｂが設けられている。大径プーリ部１３４ａは、本体側プーリ１３１Ｒの上方向側に設けられ、小径プーリ部１３４ｂは、本体側プーリ１３１Ｒの下方向側に設けられている。
【０１６４】
大径プーリ部１３４ａには、回転用ワイヤ１２２が巻き付けられる円環状の溝が形成され、小径プーリ部１３４ｂには、伝達用ワイヤ１３３が巻き付けられる円環状の溝が形成されている。
【０１６５】
本実施例では、本体側プーリ１３１Ｒにおける回転用ワイヤ１２２が巻き付けられる部分の径が相対的に大きく、伝達用ワイヤ１３３が巻き付けられる部分の径が相対的に小さい例に適用して説明したが、回転用ワイヤ１２２が巻き付けられる部分の径が相対的に小さく、伝達用ワイヤ１３３が巻き付けられる部分の径が相対的に大きくてもよい。
【０１６６】
上記の構成からなる手術支援ロボット用インスツルメント１００においては、実施例７と同様の作用効果を奏することができる。加えて、図１８及び図１９に示すように、固定部材１１６を緩めることにより、基板１１１に対して調整部１１４を左右方向に移動させることにより、本体側プーリ１３１Ｌと本体側プーリ１３１Ｒとの間の間隔が調整される。言い換えると、回転用ワイヤ１２２の張力が所望の張力となるように調整される。調整後に固定部材１１６を締め直すことにより、基板１１１に対して調整部１１４が固定され、本体側プーリ１３１Ｌと本体側プーリ１３１Ｒとの間の間隔が固定される。
【０１６７】
また、可動部１５１Ａをスリット１１２Ａに沿って前方向または後方向へ移動させる駆動力が外部から加えられると、伝達用ワイヤ１３３は回転移動する。この伝達用ワイヤ１３３の動きにより、本体側プーリ１３１Ｒも回転して回転用ワイヤ１２２に伝達される。
【０１６８】
この時、伝達用ワイヤ１３３が巻き付けられる小径プーリ部１３４ｂと、回転用ワイヤ１２２が巻き付けられる大径プーリ部１３４ａおよびの径の比率に従って、伝達用ワイヤ１３３の移動量が増幅されて回転用ワイヤ１２２に伝達される。
【０１６９】
なお、本実施例では伝達用ワイヤ１３３の移動量が増幅されて回転用ワイヤ１２２に伝達される例に適用して説明したが、伝達用ワイヤ１３３が巻き付けられるプーリ部の径と、回転用ワイヤ１２２が巻き付けられるプーリ部の径との比率を変えることにより、本実施例では伝達用ワイヤ１３３の移動量が減少されて回転用ワイヤ１２２に伝達される場合もある。
【０１７０】
上記の構成によれば、一対の本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒの間隔が調整可能とされることにより、一対の本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒの間に掛け回される回転用ワイヤ１２２に働く張力（テンション）の調整が容易になる。さらに、張力の調整が容易になることから、手術支援ロボット用インスツルメント１００を組み立てる際のバラツキの発生を抑えやすくなる。また、外力推定の精度を高めやすくなる。
【０１７１】
このように大径プーリ部１３４ａに回転用ワイヤ１２２を巻き付け、小径プーリ部１３４ｂに伝達用ワイヤ１３３を巻き付けることにより、可動部１５１Ａの直線方向への移動量と、シャフト２３の回転量との比率を所望の値に調整しやすくなる。
【０１７２】
なお、本発明の技術範囲は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、本発明を上記の実施例に適用したものに限られることなく、これらの実施例を適宜組み合わせた実施例に適用してもよく、特に限定するものではない。
【符号の説明】
【０１７３】
１屈曲構造体  ３可撓部材  ５外コイル部  ５ａ，７ａ線材  ５ｂ，７ｂ巻部  ５ｃ隙間  ７内コイル部  ２５関節機能部  ２７把持ユニット（エンドエフェクタ）  ３１基部  ３３可動部  ３５可撓チューブ  １００  手術支援ロボット用インスツルメント
【図１】
2020026019.tif 000003
【図２】
2020026019.tif 000004
【図３】
2020026019.tif 000005
【図４】
2020026019.tif 000006
【図５】
2020026019.tif 000007
【図６】
2020026019.tif 000008
【図７】
2020026019.tif 000009
【図８】
2020026019.tif 000010
【図９】
2020026019.tif 000011
【図１０】
2020026019.tif 000012
【図１１】
2020026019.tif 000013
【図１２】
2020026019.tif 000014
【図１３】
2020026019.tif 000015
【図１４】
2020026019.tif 000016
【図１５】
2020026019.tif 000017
【図１６】
2020026019.tif 000018
【図１７】
2020026019.tif 000019
【図１８】
2020026019.tif 000020
【図１９】
2020026019.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成31年2月12日(2019.2.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体と、
前記本体から延びる棒状の部材であるシャフトと、
前記シャフトの軸方向の先端部に設けられた外科手術用のエンドエフェクタと、
前記先端部に設けられ前記シャフトの軸方向に対して屈曲することで前記エンドエフェクタの向きを変更可能とする関節機能部とを備え、
前記関節機能部は、前記屈曲を可能とする屈曲構造体を有し、
前記屈曲構造体は、
コイル状に巻かれて前記軸方向に複数の巻部を有する線材からなる外コイル部と、
コイル状に巻かれて前記軸方向に複数の巻部を有する線材からなり前記外コイル部内に位置する内コイル部とを備え、
前記外コイル部は、前記軸方向で隣接する巻部間を離間させた複数の隙間を有し、
前記内コイル部は、前記巻部が前記外コイル部の前記隙間に対応して設けられ前記外コイル部の前記隣接する巻部に接触しつつ当該巻部間に嵌合する、
ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
【請求項２】
請求項１記載の手術支援ロボット用インスツルメントであって、
前記外コイル部は、前記軸方向で隣接する巻部の各間に前記隙間を有した、
ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
【請求項３】
請求項１又は２記載の手術支援ロボット用インスツルメントであって、
前記内コイル部が前記外コイル部の軸心に対して径方向に移動可能な可動長さは、（外コイル部の直径−内コイル部の直径）の半分以下である、    
ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の手術支援ロボット用インスツルメントであって、
前記可動長さが（外コイル部の直径−内コイル部の直径）の半分以下となるように、前記内コイル部の移動を規制する規制部材を有する、
ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
【請求項５】
請求項４に記載の手術支援ロボット用インスツルメントであって、
前記規制部材は可撓部材である、
ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
【請求項６】
請求項５に記載の手術支援ロボット用インスツルメントであって、
前記可撓部材を前記軸方向に移動可能に挿通して前記可撓部材と共に屈曲可能である、
ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載の手術支援ロボット用インスツルメントであって、
前記内コイル部と前記外コイル部とが別体に形成され、前記内コイル部が前記外コイル部内に螺合された、
ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか一項に記載の手術支援ロボット用インスツルメントであって、
前記外コイル部は、所定角度に屈曲した際に、屈曲の内側で隣接する巻部が接触する、
ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか一項に記載の手術支援ロボット用インスツルメントであって、
前記関節機能部は、前記シャフト側の基部及び前記エンドエフェクタを支持し前記基部に対して変位する可動部を備え、
前記屈曲構造体は、前記基部と前記可動部との間に設けられ、前記基部に対する前記可動部の変位に応じて屈曲する、
ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
【請求項１０】
請求項９記載の手術支援ロボット用インスツルメントであって、
前記基部及び先端部間に介設された前記軸方向に伸縮可能な可撓チューブを備え、
前記屈曲構造体は、前記可撓チューブの軸心部に沿って前記軸方向に配置された、
ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
【請求項１１】
本体と、
前記本体から延びる棒状の部材であるシャフトと、
前記シャフトの軸方向の先端部に設けられた外科手術用のエンドエフェクタと、
前記先端部に設けられ前記シャフトの軸方向に対して屈曲することで前記エンドエフェクタの向きを変更可能とする関節機能部とを備え、
前記関節機能部は、前記屈曲を可能とする屈曲構造体を有し、
前記屈曲構造体は、軸方向に対して屈曲可能であって、外力により屈曲する際に該屈曲の内径側が収縮しかつ前記屈曲の外径側が伸長することにより、前記軸方向中心軸の長さが屈曲前後及び屈曲中においてほぼ一定であり、非屈曲の際に前記軸方向への圧縮を規制する、
ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手術支援ロボット用インスツルメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
各種分野のロボット、マニピュレーター、或はアクチュエータ等の関節機能部を有するものがある。このような関節機能部に適用される屈曲構造体としては、例えば、特許文献１に記載の可撓性部材がある。
【０００３】
この特許文献１の可撓性部材は、複数のディスク要素を相互に揺動自在に係合して構成され、各ディスク要素の揺動により全体として屈曲動作を行うようになっている。
【０００４】
かかる構成の可撓性部材は、屈曲動作を円滑に行うことができると共に軸方向の圧縮に対する剛性を確保でき、屈曲動作の安定化を図ることができる。
【０００５】
しかし、特許文献１の可撓性部材は、複数のディスク要素を相互に係合するため、構造が煩雑であるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００９−５３８１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
解決しようとする問題点は、屈曲動作の安定化を図ると、構造が煩雑になる点である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、本体と、前記本体から延びる棒状の部材であるシャフトと、前記シャフトの軸方向の先端部に設けられた外科手術用のエンドエフェクタと、前記先端部に設けられ前記シャフトの軸方向に対して屈曲することで前記エンドエフェクタの向きを変更可能とする関節機能部とを備え、前記関節機能部は、前記屈曲を可能とする屈曲構造体を有し、前記屈曲構造体は、コイル状に巻かれて前記軸方向に複数の巻部を有する線材からなる外コイル部と、コイル状に巻かれて前記軸方向に複数の巻部を有する線材からなり前記外コイル部内に位置する内コイル部とを備え、前記外コイル部は、前記軸方向で隣接する巻部間を離間させた複数の隙間を有し、前記内コイル部は、前記巻部が前記外コイル部の前記隙間に対応して設けられ前記外コイル部の前記隣接する巻部に接触しつつ当該巻部間に嵌合する、ことを手術支援ロボット用インスツルメントの最も主な特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、屈曲構造体が内コイル部を外コイル部内に位置させて構成されているため、構造を簡素化することができる。
【００１０】
また、内コイル部の巻部が外コイル部の隣接する巻部に接触しつつそれら隣接する巻部間に嵌合しているので、軸方向の剛性を確保することができる。
【００１１】
また、屈曲時には、屈曲の内側で外コイル部の隙間を小さくしつつ屈曲の外側に内コイル部を変位させ、屈曲の外側で外コイル部の隙間を大きくして内コイル部の変位を許容することで、軸方向の剛性を確保しても十分な可撓性を確保することができる。
【００１２】
結果として、本発明では、屈曲動作の安定化を図りつつ構造を簡素化することが可能となる。
【００１３】
しかも、本発明では、屈曲の内側で外コイル部の隙間が小さくなり、屈曲の外側で外コイル部の隙間が大きくなるので、外コイル部の軸心における長さが直状時と比較して変化せず、内周側に可撓部材を軸方向で移動可能にガイドするように用いる場合、可撓部材の移動量を確実に一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】屈曲構造体を示す断面図である（参考例１）。
【図２】図１の屈曲構造体の一部を示す拡大図である（参考例１）。
【図３】図１の屈曲構造体の屈曲状態を示す断面図である（参考例１）。
【図４】図３の屈曲構造体の一部を示す拡大図である（参考例１）。
【図５】内コイル部の外コイル部からの脱落を示す概略断面図であり、（Ａ）は脱落前、（Ｂ）は脱落後の状態である（参考例１）。
【図６】（Ａ）は比較例に係る屈曲構造体を示す断面図、（Ｂ）は比較例に係る屈曲構造体の屈曲状態を示す断面図である（参考例１）。
【図７】屈曲構造体の一部を示す拡大断面図である（参考例２）。
【図８】屈曲構造体の一部を示す拡大断面図である（参考例３）。
【図９】屈曲構造体を示す断面図である（参考例４）。
【図１０】屈曲構造体の一部を示す拡大断面図である（参考例５）。
【図１１】ロボット鉗子の一部を示す斜視図である（参考例６）。
【図１２】図１１のロボット鉗子の断面図である（参考例６）。
【図１３】図１１のロボット鉗子の屈曲部を示す斜視図である（参考例６）。
【図１４】図１３の屈曲部の断面図である（参考例６）。
【図１５】屈曲構造体を適用した手術支援ロボット用インスツルメントを示す概略斜視図である（実施例１）。
【図１６】図１５の手術支援ロボット用インスツルメントの本体の内部構成を示す斜視図である（実施例１）。
【図１７】図１６の手術支援ロボット用インスツルメントの本体の内部構成を示す平面図である（実施例１）。
【図１８】手術支援ロボット用インスツルメントの本体の内部構成を示す平面図である(実施例２)。
【図１９】図１８の手術支援ロボット用インスツルメントの本体の内部構成を説明する部分斜視図である（実施例２）。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
屈曲動作の安定化を図りつつ構造を簡素化するという目的を、外コイル部内に内コイル部を位置させた二重コイル形状の屈曲構造体により実現した。
【００１６】
手術支援ロボット用インスツルメントは、本体と、本体から延びる棒状の部材であるシャフトと、シャフトの軸方向の先端部に設けられた外科手術用のエンドエフェクタと、先端部に設けられシャフトの軸方向に対して屈曲することでエンドエフェクタの向きを変更可能とする関節機能部とを備えたものとしてもよい。関節機能部は、前記屈曲を可能とする屈曲構造体を有し、屈曲構造体は、コイル状に巻かれて軸方向に複数の巻部を有する線材からなる外コイル部と、コイル状に巻かれて軸方向に複数の巻部を有する線材からなり外コイル部内に位置する内コイル部とを備え、外コイル部は、軸方向で隣接する巻部間を離間させた複数の隙間を有し、内コイル部は、巻部が外コイル部の隙間に対応して設けられ外コイル部の隣接する巻部に接触しつつ当該巻部間に嵌合する。
【参考例１】
【００１７】
［屈曲構造体の構造］
図１は、本発明の参考例１に係る可撓部材の屈曲構造体を示す断面図、図２は、同一部を示す拡大図である。
【００１８】
屈曲構造体１は、例えば各種分野のロボット、マニピュレーター、或はアクチュエータ等の関節機能部に適用されるものである。この屈曲構造体１は、関節機能部の基部及び可動部間に設けられ、屈曲により基部に対して可動部を変位可能に支持する。
【００１９】
本参考例の屈曲構造体１は、二重コイル形状であり、外コイル部５と、内コイル部７とを備えている。この二重コイル形状により、本参考例の屈曲構造体１は、軸方向に対して屈曲可能であって、外力により屈曲する際に屈曲の内径側が収縮しかつ屈曲の外径側が伸長することにより、軸方向中心軸又は軸心Ｏの長さが屈曲前後及び屈曲中においてほぼ一定であり、非屈曲の際に軸方向への圧縮を規制する構成となっている。かかる本参考例の屈曲構造体１は、規制部材としての可撓部材３も備えている。
【００２０】
可撓部材３は、屈曲構造体１を軸方向に移動可能に挿通し、詳細は後述するが、内外コイル部５，７の径方向へのずれを規制するものである。本参考例の可撓部材３は、例えば、プッシュプルケーブル等を利用して構成されている。これに応じて、屈曲構造体１は、可撓部材３を軸方向へガイドする機能も有し、関節機能部の屈曲動作に応じて可撓部材３と共に屈曲可能となっている。
【００２１】
なお、屈曲とは、関節機能部又は屈曲構造体１の軸心Ｏを湾曲又は屈曲させることを意味する。また、可撓部材３は、省略することも可能である。
【００２２】
外コイル部５は、コイルばねであり、コイル状に巻かれた線材５ａからなる。従って、外コイル部５は、軸方向に複数の巻部５ｂを有する。なお、巻部５ｂは、コイル形状を構成する一巻きを意味する（以下、同じ。）。
【００２３】
線材５ａの材質は、金属や樹脂等とすることが可能である。線材５ａの断面は、円形に形成されているが、楕円等としてもよい。
【００２４】
外コイル部５の中心径Ｄ１は、軸方向の一端から他端に至るまで一定となっている。ただし、外コイル部５の中心径Ｄ１は、軸方向で変化させることも可能である。
【００２５】
外コイル部５は、軸方向で隣接する巻部５ｂ間を軸方向で離間させた複数の隙間５ｃを有している。本参考例の隙間５ｃは、軸方向で隣接する巻部５ｂの各間に形成され、全ての隙間５ｃは、同一の軸方向の寸法を有している。ただし、隙間５ｃは、軸方向で一部の巻部５ｂ間にのみ設けることも可能である。また、隙間５ｃの軸方向の寸法を変化させることも可能である。
【００２６】
内コイル部７は、コイルばねであり、軸方向に複数の巻部７ｂを有するコイル状に巻かれた線材７ａからなる。内コイル部７は、外コイル部と同様、線材７ａの材質を金属や樹脂とすることが可能であり、線材７ａの断面が円形であるが、楕円等とすることも可能である。
【００２７】
この内コイル部７は、外コイル部５の内側に位置し、内周に可撓部材３を挿通するための挿通部９が区画されている。本参考例の内コイル部７は、外コイル部５内に螺合されている。この螺合により、内コイル部７の巻部７ｂが外コイル部５の隣接する巻部５ｂの各間に位置している。従って、内コイル部７は、巻部７ｂが外コイル部５の隙間５ｃに対応して設けられた構成となっている。
【００２８】
また、内コイル部７の巻部７ｂは、中心径Ｄ２及び線材７ａの線径ｄ２の設定により、外コイル部５の隣接する巻部５ｂに接触しつつ当該巻部５ｂ間に嵌合している。
【００２９】
なお、内コイル部７の中心径Ｄ２は、軸方向の一端から他端に至るまで一定となっている。ただし、内コイル部７の中心径Ｄ２は、外コイル部５の中心径Ｄ１に応じて、軸方向で変化させること等も可能である。
【００３０】
また、線材７ａの線径ｄ２は、外コイル部５の線材５ａの線径ｄ１と同一になっている。ただし、線材７ａの線径ｄ２は、外コイル部５の線材５ａの線径ｄ１よりも大きく又は小さく形成してもよい。
【００３１】
内コイル部７は、隣接する巻部７ｂ間を軸方向で離間させた複数の隙間７ｃを有している。隙間７ｃは、外コイル部５との螺合に応じ、隣接する巻部７ｂの各間に形成され、全ての隙間７ｃは、同一の軸方向の寸法を有している。
【００３２】
なお、外コイル部５及び内コイル部７は、外コイル部５内に内コイル部７が位置していない自由状態で、隣接する巻部５ｂ，７ｂの各間に隙間５ｃ，７ｃを有する構成の他、自由状態で隣接する巻部５ｂ，７ｂが密着した構成（密着ばね）とすることも可能である。さらに、外コイル部５及び内コイル部７の一方のみを密着ばねとすることも可能である。
【００３３】
外コイル部５及び内コイル部７が自由状態で密着ばねである場合は、内コイル部７と外コイル部５とを螺合することにより相互に巻部５ｂ，７ｂ間を離間させ、外コイル部５の隙間５ｃ及び内コイル部７の隙間７ｃが形成される。この場合、二重コイル形状の屈曲構造体１に初張力を付与することが可能である。
【００３４】
［屈曲構造体の動作］
図３は、図１の屈曲構造体の屈曲状態を示す断面図、図４は、同一部を示す拡大図である。
【００３５】
屈曲構造体１は、図１及び図２のように、軸心Ｏ（外コイル部５の軸心でもある）が屈曲していない直状時に、内コイル部７の巻部７ｂが外コイル部５の隣接する巻部５ｂに接触しつつそれら隣接する巻部５ｂ間に嵌合している。
【００３６】
このため、屈曲構造体１は、軸方向での圧縮力が作用しても、外コイル部５の隙間５ｃが圧縮されることを内コイル部７の巻部７ｂが規制し、全体としての圧縮が抑制される。なお、内コイル部７を基準にすると、内コイル部７の隙間７ｃが圧縮されるのを外コイル部５の巻部５ｂが規制することになる。
【００３７】
従って、屈曲構造体１は、自身の圧縮ひいては適用される関節機能部の圧縮を抑制することができる。この結果、可撓部材３の軸方向への移動をガイドする際に、軸心Ｏの長さ並びに軸心Ｏ上を通る可撓部材３の移動量を一定に保つことができ、可撓部材３の動作の安定性を確保することもできる。
【００３８】
図３及び図４のように、屈曲構造体１の軸心Ｏが屈曲すると、屈曲の内側で外コイル部５の隙間５ｃが小さくなり、屈曲の外側で外コイル部５の隙間５ｃが大きくなる。
【００３９】
このとき、屈曲構造体１は、内コイル部７が径方向の外側に変位することにより屈曲を円滑に行うことができる。
【００４０】
すなわち、内コイル部７の各巻部７ｂは、屈曲構造体１の屈曲の内側で、外コイル部５の隙間５ｃが小さくなることにより径方向の内側に押し込められる。これに応じ、内コイル部７は、全体として径方向の外側に変位するが、この変位は、内コイル部７の各巻部７ｂが外コイル部５の大きくなった隙間５ｃに入り込むようにして許容される。
【００４１】
従って、屈曲構造体１は、軸方向の圧縮を規制することができる構成でありながら、可撓性が阻害されることはない。結果として、屈曲構造体１は、屈曲動作の安定化が図られる。
【００４２】
また、屈曲構造体１が屈曲する際は、上記のように、屈曲の内側で外コイル部５の隙間５ｃが小さくなり、屈曲の外側で外コイル部５の隙間が大きくなるので、軸心Ｏ上で隙間５ｃの大きさが直状時と比較して変化しないことになる。
【００４３】
従って、屈曲構造体１は、直状時だけでなく屈曲時にも、軸心Ｏの長さ及び屈曲構造体１の軸心Ｏ上を通る可撓部材３の移動量を一定に保つことができ、可撓部材３の動作の安定性を確保することができる。
【００４４】
また、本参考例の屈曲構造体１は、所定角度に屈曲した際に、屈曲の内側で外コイル部５の隣接する巻部５ｂが接触する（図４参照）。
【００４５】
従って、屈曲構造体１では、巻部５ｂが接触したときから、軸心Ｏ上の長さが大きくなり始める。このため、可撓部材３の移動量の変化により、関節機能部の操作者に所定角度以上に屈曲したことを通知することができる。
【００４６】
かかる屈曲構造体１の屈曲動作時には、可撓部材３により内コイル部７の外コイル部５からの脱落が防止される。
【００４７】
すなわち、上記のように、屈曲構造体１の屈曲時には、内コイル部７の各巻部７ｂが外コイル部５の大きくなった隙間５ｃに入り込むようにして、内コイル部７が全体として径方向の外側に変位する。
【００４８】
この変位（内コイル部７が外コイル部５の軸心Ｏに対して径方向に移動可能な可動長さ）は、（外コイル部の直径−内コイル部の直径）の半分以下となっている。なお、ここでの直径は、外コイル部７及び内コイル部５の中心径Ｄ１及びＤ２を意味する。ただし、直径は、外コイル部７及び内コイル部５の外径又は内径であってもよい。
【００４９】
図５は、内コイル部７の外コイル部５からの脱落を示す概略断面図であり、（Ａ）は脱落前、（Ｂ）は脱落後の状態である。
【００５０】
図５のように、直状時に内コイル部７の径方向への移動量Ｌが（外コイル部５の直径−内コイル部７の直径）の半分（Ｄ１−Ｄ２）／２を超えると、内コイル部７が外コイル部５を乗り越えて脱落する状態となる。なお、図５において、移動量Ｌは、内コイル部７の軸心と外コイル部５の軸心とのズレ量として示している。
【００５１】
屈曲構造体１の屈曲時においても、内コイル部７の径方向への移動量Ｌが（外コイル部５の直径−内コイル部７の直径）の半分（Ｄ１−Ｄ２）／２を超えると、直状に戻った際に図５のように脱落が生じてしまう結果になるため、本参考例では、内コイル部７が外コイル部５の軸心Ｏに対して径方向に移動可能な可動長さが、（外コイル部５の直径−内コイル部７の直径）の半分（Ｄ１−Ｄ２）／２以下となっている。
【００５２】
この可動長さは、本参考例において、可撓部材３が屈曲構造体１を挿通することで設定されている。こうして、本参考例では、可撓部材３により内コイル部７の外コイル部５からの脱落が防止される。ただし、可動長さは、屈曲構造体１が可撓部材３を挿通しない場合や可撓部材３の径が上記可動長さを設定できない程度に細い場合、外コイル部５及び内コイル部７の線径ｄ１及びｄ２の何れか一方又は双方の設定により設定することも可能である。
【００５３】
［比較例の移動量］
図６（Ａ）は、比較例に係る屈曲構造体を示す断面図、図６（Ｂ）は、同屈曲時を示す断面図である。
【００５４】
比較例に係る屈曲構造体１Ａは、密着ばねのみからなっており、屈曲が可能であると共に圧縮が規制されるようになっている。
【００５５】
この屈曲構造体１Ａでは、屈曲時に、屈曲の内側で巻部１Ａａが接触した状態を維持し、屈曲の外側で巻部１Ａａ間に隙間が形成される。
【００５６】
この結果、屈曲時には、屈曲構造体１の屈曲内外の中央部でも巻部１Ａａ間に隙間１Ａｂが形成される。その隙間１Ａｂの分だけ、屈曲構造体１の軸心Ｏの長さ及び軸心Ｏ上を通る可撓部材３の移動量が大きくなる。
【００５７】
このため、比較例では、可撓部材３をガイドする際に、参考例１のように、可撓部材３の動作の安定性を確保することはできないものとなっている。
【００５８】
［参考例１の効果］
以上説明したように、本参考例の屈曲構造体１は、可撓部材３を軸方向に移動可能に挿通して、可撓部材３と共に屈曲可能な屈曲構造体であって、コイル状に巻かれて軸方向に複数の巻部５ｂを有する線材５ａからなる外コイル部５と、コイル状に巻かれて軸方向に複数の巻部７ｂを有する線材７ａからなり、外コイル部５内に位置する内コイル部７とを備える。
【００５９】
外コイル部５は、隣接する巻部５ｂ間を離間させた複数の隙間５ｃを有し、内コイル部７は、巻部７ｂが外コイル部５の隙間５ｃに対応して設けられ、外コイル部５の隣接する巻部５ｂに接触しつつ、それら隣接する巻部５ｂ間に嵌合する。
【００６０】
従って、屈曲構造体１は、屈曲構造体が内コイル部を外コイル部内に位置させて構成されているため、構造を簡素化することができる。
【００６１】
また、屈曲構造体１は、軸方向での圧縮力が作用しても、外コイル部５の隙間５ｃが圧縮されることを内コイル部７の巻部７ｂが規制し、全体として圧縮が抑制される。このため、屈曲構造体１は、関節機能部を圧縮させない程度の軸方向の剛性を確保することができる。
【００６２】
また、屈曲時には、屈曲の内側で外コイル部５の隙間５ｃを小さくしつつ屈曲の外側に内コイル部７を変位させ、屈曲の外側で外コイル部５の隙間を大きくして内コイル部７の変位を許容することで、軸方向の剛性を確保しても関節機能部と共に屈曲するための十分な可撓性を確保することができる。
【００６３】
結果として、屈曲構造体１は、屈曲動作の安定化を図りつつ構造を簡素化することが可能となるため、ロボット、マニピュレーター、或はアクチュエータ等の関節機能部を有する機器の動作の安定性を確保することが可能となる。
【００６４】
しかも、本参考例の屈曲構造体１は、屈曲の内側で外コイル部５の隙間５ｃが小さくなり、屈曲の外側で外コイル部５の隙間５ｃが大きくなるので、外コイル部５の軸心Ｏにおける長さが直状時と比較して変化せず、可撓部材３の移動量を確実に一定に保つことができる。
【００６５】
このため、可撓部材３の動作の安定性を確保することができ、ひいては関節機能部を有する機器の動作の安定性を、より確保することが可能となる。
【００６６】
また、本参考例では、内コイル部７が外コイル部５の軸心Ｏに対して径方向に移動可能な可動長さ（変位量）が（外コイル部の直径−内コイル部の直径）の半分以下となっているので、内コイル部７が外コイル部５から脱落することを防止できる。
【００６７】
また、本参考例では、規制部材としての可撓部材３により、可動長さが（外コイル部の直径−内コイル部の直径）の半分以下となるように、内コイル部７の移動を規制するため、内コイル部７及び外コイル部５の形状を変更することなく、容易に内コイル部７の脱落を防止できる。
【００６８】
屈曲構造体１は、可撓部材３を軸方向に移動可能に挿通して、可撓部材３と共に屈曲可能であるため、可撓部材３をガイドする態様において、可撓部材３を利用して内コイル部７の脱落を防止できる。
【００６９】
本参考例では、外コイル部５が軸方向で隣接する巻部５ｂの各間に隙間５ｃを有したため、屈曲構造体１を円滑に屈曲させることができる。
【００７０】
本参考例では、内コイル部７と外コイル部５とが別体に形成され、内コイル部７が外コイル部５内に螺合されたため、組み付けが容易である。また、内コイル部７及び外コイル部５の何れか一方又は双方の特性を変更することにより、屈曲構造体１の特性を容易に変更することができる。
【００７１】
また、本参考例の屈曲構造体１は、所定角度に屈曲した際に、屈曲の内側で外コイル部５の隣接する巻部５ｂが接触するので、可撓部材３の移動量の変化により、関節機能の操作者に所定角度以上に屈曲したことを通知することができる。
【参考例２】
【００７２】
図７は、参考例２に係る屈曲構造体の一部を示す拡大断面図である。なお、参考例２では、参考例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。
【００７３】
参考例２の屈曲構造体１は、外コイル部５の線材５ａの線径ｄ１と内コイル部７の線材７ａの線径ｄ２とを異ならせたものである。参考例２では、外コイル部５の線径ｄ１を内コイル部７の線径ｄ２よりも大きくしている。なお、外コイル部５の線径ｄ１を内コイル部７の線径ｄ２よりも小さくすることも可能である。
【００７４】
このように、屈曲構造体１は、外コイル部５の線径ｄ１と内コイル部７の線径ｄ２とを異ならせても、参考例１と同様の作用効果を奏することができる。また、線径ｄ２と線径ｄ１とを異ならせることにより、屈曲構造体１の自由長や特性を調整することができる。
【参考例３】
【００７５】
図８は、参考例３に係る屈曲構造体の一部を示す拡大断面図である。なお、参考例３では、参考例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。
【００７６】
参考例３の屈曲構造体１は、外コイル部５の軸方向の一部において、内コイル部７の巻部７ｂが外コイル部５の隣接する巻部５ｂに接触しつつそれら隣接する巻部５ｂ間に嵌合する。
【００７７】
すなわち、内コイル部７は、軸方向で漸次中心径Ｄ２（図１参照）が小さくなるように形成されている。これに応じて、内コイル部７は、上記のように、軸方向の一部でのみ外コイル部５の隣接する巻部５ｂ間に嵌合している。
【００７８】
なお、本参考例では、内コイル部７及び外コイル部５がそれぞれ密着コイルであり、内コイル部７の中心径Ｄ２が小さくなるにつれて、外コイル部５の隙間５ｃが小さくなっている。
【００７９】
このように構成しても、参考例１と同様の作用効果を奏することができる。加えて、本参考例では、外コイル部５の軸方向の一部でのみ内コイル部７の巻部７ｂを外コイル部５の隣接する巻部５ｂ間に嵌合させることにより、屈曲構造体１の自由長や特性を調整することができる。
【参考例４】
【００８０】
図９は、参考例４に係る屈曲構造体を示す断面図である。なお、参考例４では、参考例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。
【００８１】
参考例４の屈曲構造体１は、軸方向の一部に漸次拡径する拡径部１１を設けたものである。本参考例では、屈曲構造体１の軸方向の一端に拡径部１１を設けている。ただし、拡径部１１は、屈曲構造体１の軸方向の中間部や他端に設けることも可能である。
【００８２】
拡径部１１では、外コイル部５及び内コイル部７の中心径Ｄ１及びＤ２が共に漸次拡大し、且つ内コイル部７の巻部７ｂが外コイル部５の隣接する巻部５ｂに接触しつつ巻部５ｂ間に嵌合する状態を維持している。
【００８３】
このように構成しても、参考例１と同様の作用効果を奏することができる。また、拡径部１１により屈曲構造体１の特性を調整することができる。
【参考例５】
【００８４】
図１０は、参考例５に係る屈曲構造体の一部を示す拡大断面図である。なお、参考例５では、参考例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。
【００８５】
参考例５の屈曲構造体１は、外コイル部５及び内コイル部７をそれぞれ二つのコイル部で構成したものである。具体的には、外コイル部５が第一外コイル部１３及び第二外コイル部１５で構成され、内コイル部７が第一内コイル部１７及び第二内コイル部１９で構成されている。
【００８６】
第一外コイル部１３及び第二外コイル部１５は、軸方向で交互に巻部１３ａ，１５ａが位置し、第一内コイル部１７及び第二内コイル部１９も、軸方向で交互に巻部１７ａ，１９ａが位置する。
【００８７】
すなわち、外コイル部５は、第一外コイル部１３及び第二外コイル部１５の巻部１３ａ，１５ａが軸方向で隣接し、それら隣接する巻部１３ａ，１５ａ間に隙間５ｃが形成されている。
【００８８】
内コイル部７の第一内コイル部１７の巻部１７ａ及び第二内コイル部１９の巻部１９ａは、それぞれ第一外コイル部１３及び第二外コイル部１５の巻部１３ａ，１５ａに接触しつつそれら巻部１３ａ，１５ａ間に嵌合している。
【００８９】
このように構成しても、参考例１と同様の作用効果を奏することができ、且つ屈曲構造体１の特性や自由長を調整することができる。
【００９０】
なお、外コイル部５及び内コイル部７を構成するコイル部の数は変更することが可能である。また、外コイル部５及び内コイル部７の一方のみを複数のコイル部で構成することも可能である。
【参考例６】
【００９１】
図１１は、本発明の参考例６に係り、屈曲構造体を適用したロボット鉗子の一部を示す斜視図、図１２は、同断面図、図１３は、図１１のロボット鉗子の関節機能部を示す斜視図、図１４は、同断面図である。なお、参考例６では、参考例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。
【００９２】
本参考例のロボット鉗子２１は、医療用マニピュレーターである手術ロボットのロボットアーム先端を構成するものである。
【００９３】
なお、ロボット鉗子２１は、関節機能部を有する機器の一例である。関節機能部を有する機器は、上記のとおり医療用マニピュレーターに限られるものではない。すなわち、関節機能部を有する機器としては、屈曲動作を行う関節機能部を有し、且つ可撓部材３を軸方向に移動させて動作等を行うものであれば、他の分野のロボット、各種のマニピュレーター、或はアクチュエータ等、特に限定されるものではない。また、医療用マニピュレーターの場合は、手術ロボットに取り付けない内視鏡カメラや手動鉗子等も含まれる。
【００９４】
本参考例のロボット鉗子２１は、シャフト２３、関節機能部２５、外科手術用のエンドエフェクタとしての把持ユニット２７によって構成されている。
【００９５】
シャフト２３は、例えば円筒形状に形成されている。シャフト２３内には、関節機能部２５を駆動するための駆動ワイヤ２９や把持ユニット２７を駆動するためのプッシュプルケーブルからなる可撓部材３が通っている。シャフト２３の先端側には、関節機能部２５を介して把持ユニット２７が設けられている。
【００９６】
関節機能部２５は、基部３１と、可動部３３と、可撓チューブ３５と、屈曲構造体１とを備えている。
【００９７】
基部３１は、樹脂や金属等によって形成された円柱体であり、シャフト２３の先端に取り付けられている。基部３１には、貫通孔３１ａにより駆動ワイヤ２９が軸方向に挿通し、軸心部の挿通孔３１ｂにより可撓部材３を挿通している。
【００９８】
可動部３３は、樹脂や金属等によって形成された円柱体であり、後述する把持ユニット２７に取り付けられている。可動部３３には、駆動ワイヤ２９の先端部が固定されている。このため、可動部３３は、駆動ワイヤ２９の操作により、基部３１に対して変位し、把持ユニット２７を所望の方向に指向させる。可動部３３の軸心部には、挿通孔３３ｂが設けられ、可撓部材３を挿通している。
【００９９】
可撓チューブ３５は、基部３１と可動部３３との間に介設され、基部３１に対する可動部３３の変位に応じて屈曲する。可撓チューブ３５は、駆動ワイヤ２９及び可撓部材３を軸方向に通している。
【０１００】
本参考例の可撓チューブ３５は、断面波形状の管体からなるベローズによって構成されている。ただし、可撓チューブ３５は、コイルばね、筒体等を用いることも可能であり、可撓性を有するチューブ状を呈していれば、特に限定されるものではない。
【０１０１】
屈曲構造体１は、参考例１と同一構成である。この屈曲構造体１は、可撓チューブ３５の軸心部に沿って配置され、基部３１と可動部３３との間に設けられている。なお、関節機能部２５には、参考例２〜５の何れかの屈曲構造体１を適用することも可能である。
【０１０２】
屈曲構造体１は、挿通部９に可撓部材３を挿通した状態で、両端が基部３１及び可動部３３の挿通孔３１ｂ及び３３ｂにそれぞれ取り付けられている。これにより、屈曲構造体１は、基部３１に対して可動部３３を軸方向移動不能に支持し、基部３１に対する可動部３３の変位に応じて可撓部材３と共に屈曲するようになっている。
【０１０３】
把持ユニット２７は、関節機能部２５の可動部３３に対し、一対の把持部３７が開閉可能に軸支されている。この把持ユニット２７は、関節機能部２５を貫通した可撓部材３が接続され、可撓部材３の軸方向移動（進退動作）により、把持部３７が開閉するように構成されている。なお、エンドエフェクタとしては、把持ユニット２７に限られず、例えば、鋏、把持レトラクタ、及び針ドライバ等とすることも可能である。
【０１０４】
かかる構成のロボット鉗子２１では、医師等の操作者が可撓部材３を進退させることにより把持ユニット２７の把持部３７に開閉動作を行わせることができる。
【０１０５】
また、操作者が何れか一つ或は複数の駆動ワイヤ２９を引くことにより、関節機能部２５が屈曲してシャフト２３に対して把持ユニット２７を所望の方向に指向させることができる。この状態で、可撓部材３を進退させれば、把持ユニット２７の把持部３７に開閉動作を行わせることができる。
【０１０６】
かかる開閉動作は、参考例１で説明したように、可撓部材３の移動量が一定であるため、安定して正確に行わせることができる。
【０１０７】
その他、本参考例では、参考例１と同様の作用効果を奏することができる。
【実施例１】
【０１０８】
図１５は、本発明の実施例１に係り、屈曲構造体を適用した手術支援ロボット用インスツルメントを示す概略斜視図である。なお、実施例１では、参考例１及び６と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。
【０１０９】
本実施例は、参考例１の屈曲構造体１を適用した手術支援ロボット用インスツルメント１００である。ただし、手術支援ロボット用インスツルメント１００は、参考例２〜５の何れかの屈曲構造体１を適用することも可能である。この手術支援ロボット用インスツルメント１００は、マスタースレーブ型の手術ロボットに交換可能なものとして取り付けられ、手術ロボットからの駆動力によって駆動される。なお、本実施例の手術支援ロボット用インスツルメント１０１は、参考例６のロボット鉗子２１を交換可能なユニットとしたものに相当する。
【０１１０】
この手術支援ロボット用インスツルメント１００は、図１５のように、本体１１０と、シャフト２３と、外科手術用の把持ユニット２７と、関節機能部２５とを備えている。
【０１１１】
なお、本実施例では説明を容易にするために、シャフト２３における軸線Ｌの方向（軸方向）を前後方向とし、前後方向と直交する方向であって後述する一対の本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒが並んで配置される方向を左右方向とし、前後方向及び左右方向に直交する方向を上下方向として説明する（図１６参照）。
【０１１２】
本体１１０は、手術支援ロボット用インスツルメント１００の基部を構成するものである。本体１１０には、棒状の部材、特に円筒状の部材であるシャフト２３が前後方向に沿って延びている。
【０１１３】
シャフト２３の前後方向（軸方向）の先端部には、外科手術用のエンドエフェクタとして把持ユニット２７が設けられている。なお、エンドエフェクタとしては、参考例６と同様、把持ユニット２７に限られず、例えば、鋏、把持レトラクタ、及び針ドライバ等とすることも可能である。また、シャフト２３の先端部には、関節機能部２５が設けられている。関節機能部２５は、屈曲構造体１を有し、前後方向に対して屈曲することにより、把持ユニット２７の向きを変更可能とする。
【０１１４】
以下、本体１１０の一例について図１６及び図１７をも参照して詳細に説明する。なお、本体１１０は、図１６及び図１７に示す形態に限定されるものではなく、他の形態を採用することも可能である。また、シャフト２３、把持ユニット２７、及び関節機能部２５は、参考例６と同一構成であるため、詳細については参考例６を参照することにより説明を省略する。
【０１１５】
図１６は、手術支援ロボット用インスツルメント１００の本体１１０の内部構成の一例を示す斜視図、図１７は、同平面図である。
【０１１６】
本体１１０は、内部にシャフト側プーリ１２１、一対の本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒ、駆動プーリ１３２、鉗子用プーリ１４１、ガイドプーリ１４２、可動部１５１等を収納する直方体状に形成されたものである。
【０１１７】
なお、図１５では、本体１１０の内部に配置されたシャフト側プーリ１２１、一対の本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒ、駆動プーリ１３２、鉗子用プーリ１４１、ガイドプーリ１４２、可動部１５１等を説明するために、本体１１０の基板１１１及び天板１１５のみを図示し、周囲を覆う部材等は図示を省略している。図１６では、さらに天板１１５の図示も省略している。
【０１１８】
本体１１０の基板１１１は、前方向の端辺の中央においてシャフト２３及びシャフト側プーリ１２１を軸線Ｌまわりに回転可能に支持するものである。また、基板１１１の上方向の面に、本体側プーリ１３１、駆動プーリ１３２、鉗子用プーリ１４１及びガイドプーリ１４２が回転可能に配置されるものである。
【０１１９】
さらに、基板１１１には前後方向に延びる長孔状に形成された４つのスリット１１２が、左右方向に間隔を開けて並んで設けられている。当該４つのスリット１１２には、それぞれ１つの可動部１５１が基板１１１に対して前後方向に相対移動可能に配置されている。
【０１２０】
４つのスリット１１２は、右側から左側に向かってスリット１１２Ａ、スリット１１２Ｂ、スリット１１２Ｃ、スリット１１２Ｄである。スリット１１２Ａは、他のスリット１１２Ｂ、スリット１１２Ｃ及びスリット１１２Ｄよりも前後方向に長く形成されている。また、スリット１１２Ｂ、スリット１１２Ｃ及びスリット１１２Ｄは、前後方向の長さが等しく形成されている。
【０１２１】
天板１１５は、基板１１１から上方向に延びる支柱１１３に取り付けられる板状部材である。天板１１５は、基板１１１との間に本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒ、駆動プーリ１３２、鉗子用プーリ１４１及びガイドプーリ１４２を挟んで支持すると共に、本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒ、駆動プーリ１３２、鉗子用プーリ１４１及びガイドプーリ１４２を回転可能に支持するものである。
【０１２２】
シャフト２３は、本体１１０から前方向に向かって延びる円筒状の部材であって、本体１１０に対して軸線Ｌまわりに回転可能に支持されたものである。シャフト２３の後方向の基端部には、シャフト２３と軸線Ｌを共有するシャフト側プーリ１２１が設けられている。本実施例では、シャフト２３の前方向の先端部に鉗子（把持ユニット２７）が設けられている例に適用して説明する。
【０１２３】
シャフト側プーリ１２１は、シャフト２３における後方向（本体１１０側）の基端部に、シャフト２３と共に本体１１０に対して回転可能に設けられる円筒状に形成された部材である。また、シャフト側プーリ１２１の外周面には、シャフト２３の回転を制御する回転用ワイヤ（索状体）１２２が巻き付けられるらせん状の溝が形成されている。
【０１２４】
一対の本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒは、本体１１０の基板１１１におけるシャフト側プーリ１２１を間に挟む左右方向の位置に、本体１１０に対して回転可能に配置されるものである。本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒは、円板状または円柱状に形成され、その外周面には、回転用ワイヤ１２２が巻き付けられる円環状の溝が形成されているものである。なお、本体側プーリ１３１Ｌは左側に配置されるものであり、本体側プーリ１３１Ｒは右側に配置されるものである。
【０１２５】
回転用ワイヤ１２２は、本体側プーリ１３１Ｒの回転をシャフト側プーリ１２１及びシャフト２３に伝達する索状に形成されたものである。また、回転用ワイヤ１２２は、一対の本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒの間に環状に配置されると共に、シャフト側プーリ１２１の外周面に巻き付けられて配置されるものである。
【０１２６】
駆動プーリ１３２は、本体１１０の基板１１１における本体側プーリ１３１Ｒの後方向に配置されたプーリである。駆動プーリ１３２は、円板状または円柱状に形成され、その外周面には、伝達用ワイヤ（他の索状体）１３３が巻き付けられる円環状の溝が形成されているものである。
【０１２７】
駆動プーリ１３２と本体側プーリ１３１Ｒとの間には、シャフト２３の回転駆動に用いられるスリット１１２Ａが設けられ、当該スリット１１２Ａにはシャフト２３の回転駆動に用いられる可動部１５１Ａが配置されている。
【０１２８】
伝達用ワイヤ１３３は、本体１１０の基板１１１に対する可動部１５１Ａの前後方向への相対移動を、本体側プーリ１３１Ｒに伝達する索状に形成されたものである。また、伝達用ワイヤ１３３は、駆動プーリ１３２と本体側プーリ１３１Ｒとの間に環状に配置されると共に、その一部が可動部１５１Ａに固定して取り付けられているものである。
【０１２９】
鉗子用プーリ１４１は、本体１１０の基板１１１における軸線Ｌの近傍であって、後方向に配置されたプーリである。鉗子用プーリ１４１は、円板状または円柱状に形成され、その外周面には、鉗子用ワイヤ１４３が巻き付けられる円環状の溝が形成されているものである。
【０１３０】
鉗子用プーリ１４１とシャフト側プーリ１２１との間には、ガイドプーリ１４２及びスリット１１２Ｂ及びスリット１１２Ｃが配置されている。スリット１１２Ｃには鉗子の駆動に用いられる可動部１５１Ｃが配置されている。
【０１３１】
ガイドプーリ１４２は、鉗子用ワイヤ１４３を本体１１０側からシャフト側プーリ１２１及びシャフト１２３の内部へ導くプーリである。本実施例では、４つのガイドプーリ１４２が、本体１１０の基板１１１におけるスリット１１２Ｂ及びスリット１１２Ｃと、シャフト側プーリ１２１との間に配置される例に適用して説明する。ガイドプーリ１４２は、円板状または円柱状に形成され、その外周面には、鉗子用ワイヤ１４３がかけられる円環状の溝が形成されている。
【０１３２】
ガイドプーリ１４２の数は４つであってもよいし、４つよりも多くても少なくてもよい。また、複数のガイドプーリ１４２の相対的な配置関係も、鉗子用ワイヤ１４３をシャフト側プーリ１２１及びシャフト２３の内部へ導く配置関係であればよく、特に限定するものではない。
【０１３３】
鉗子用ワイヤ１４３は、本体１１０の基板１１１に対する可動部１５１Ｃの前後方向への相対移動を、シャフト２３における前方向の端部に配置された鉗子に伝達する索状に形成されたものである。また、鉗子用ワイヤ１４３は、鉗子用プーリ１４１と鉗子（把持ユニット２７）との間に環状に配置されると共に、その一部が可動部１５１Ｃに固定して取り付けられているものである。
【０１３４】
すなわち、鉗子用ワイヤ１４３は、参考例６の駆動ワイヤ２９に相当し、関節機能部２５の可動部３３に先端部が固定され、可撓チューブ３５及び基部３１を挿通し、シャフト２３内を通って本体１１０へと引き出されている。そして、鉗子用ワイヤ１４３の基端部は、ガイドプーリ１４２を経由して鉗子用プーリ１４１に結合されて一体に構成されている。このように、鉗子用ワイヤ１４３は、関節機能部２５の可動部３３及び鉗子用プーリ１４１を介して環状に構成されている。
【０１３５】
なお、本実施例では、鉗子用ワイヤ１４３が可動部１５１Ｃに固定して取り付けられている例に適用して説明するが、鉗子用ワイヤ１４３が可動部１５１Ｂや１５１Ｄに固定して取り付けられていてもよく、特に限定するものではない。本実施例において、可動部１５１Ｂや可動部１５１Ｄの一方は、例えば関節機能部２５を異なる方向に屈曲させる鉗子用ワイヤに結合し、他方は、例えば把持ユニット２７を開閉する鉗子ワイヤやプッシュプルケーブル等の可撓部材に結合してもよい。
【０１３６】
可動部１５１は、本体１１０の基板１１１に設けられた４つのスリット１１２のそれぞれに配置されるものであって、本体１１０の基板１１１に対してスリット１１２に沿って前後方向に相対移動可能に配置されるものである。可動部１５１は、手術支援ロボット用インスツルメント１００が取り付けられるマスタースレーブ型の手術ロボットから伝達される駆動力によって、移動されるものである。
【０１３７】
４つのスリット１１２のうち、スリット１１２Ａに可動部１５１Ａが配置され、スリット１１２Ｂに可動部１５１Ｂが配置され、スリット１１２Ｃに可動部１５１Ｃが配置され、スリット１１２Ｄに可動部１５１Ｄが配置されている。
【０１３８】
次に、上記の構成からなる手術支援ロボット用インスツルメント１００における動作について説明する。まず、シャフト２３を回転させる動作について説明し、次いで関節機能部２５を屈曲させる動作について説明する。
【０１３９】
シャフト２３を回転させる場合には、可動部１５１Ａをスリット１１２Ａに沿って前方向または後方向へ移動させる駆動力が外部から加えられる。例えば、可動部１５１Ａが前方向へ移動すると、伝達用ワイヤ１３３における可動部１５１Ａに取り付けられた部分も前方向へ移動する。
【０１４０】
環状の伝達用ワイヤ１３３は上方向から見て左回りに回転する方向に移動する。この伝達用ワイヤ１３３の動きにより、本体側プーリ１３１Ｒは左回りに回転される。本体側プーリ１３１Ｒの左回りの回転は、本体側プーリ１３１Ｒに巻き付けられた回転用ワイヤ１２２に伝達される。
【０１４１】
回転用ワイヤ１２２は左回りに回転され、回転用ワイヤ１２２の動きがシャフト側プーリ１２１に伝達され、シャフト側プーリ１２１は軸線Ｌまわりに回転される。シャフト側プーリ１２１の回転方向は、シャフト側プーリ１２１への回転用ワイヤ１２２の巻き付け方向に基づいて決まる。可動部１５１Ａが後方向へ移動した場合には、上述とは逆方向への動きとなる。
【０１４２】
次に、関節機能部２５を屈曲させるように駆動する場合には、可動部１５１Ｃをスリット１１２Ｃに沿って前方向または後方向へ移動させる駆動力が外部から加えられる。例えば、可動部１５１Ｃが前方向へ移動すると、鉗子用ワイヤ１４３における可動部１５１Ｃに取り付けられた部分も前方向へ移動する。
【０１４３】
環状の鉗子用ワイヤ１４３は上方向から見て右回りに回転する方向に移動する。この鉗子用ワイヤ１４３の動きが把持ユニット２７の可動部３３に伝達され、関節機能部２５が屈曲するように駆動される。
【０１４４】
上記の構成の手術支援ロボット用インスツルメント１００によれば、参考例１及び６と同様の作用効果を奏することができる。加えて、シャフト２３に配置されたシャフト側プーリ１２１を挟んで一対の本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒが配置され、シャフト側プーリ１２１、及び、一対の本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒに回転用ワイヤ１２２が巻き付けられている。この回転用ワイヤ１２２に駆動力を伝達することによりシャフト側プーリ１２１及びシャフト２３が回転される。
【０１４５】
一対の本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒの間にシャフト側プーリ１２１を配置し、一方の本体側プーリ１３１Ｒから延びる回転用ワイヤ１２２をシャフト側プーリ１２１に巻き付け、その後、回転用ワイヤ１２２を他方の本体側プーリ１３１Ｌに巻き付けている。そのため、シャフト側プーリ１２１及びシャフト１２３に対して、シャフト１２３の軸線方向に対する垂直方向（言い換えるとラジアル方向）に力が働くことを抑制しやすくなる。その結果としてシャフト２３を回転させる駆動負荷を小さくしやすくなる。
【０１４６】
また、シャフト側プーリ１２１における回転用ワイヤ１２２が巻き付けられる部分の面積を小さくしやすくなる、言い換えると、シャフト側プーリ１２１における軸線方向の長さを短くしやすくなる。
【０１４７】
直線方向への可動部１５１Ａの動きを、伝達用ワイヤ１３３を介して本体側プーリ１３１に伝えることにより、可動部１５１Ａの直動移動を、シャフト１２３の回転移動に変換する際に発生する損失を抑制しやすくなる。
【０１４８】
並んで配置された複数の可動部１５１Ａ，１５１Ｂ，１５１Ｃ，１５１Ｄのうち、端部に配置された可動部１５１Ａに伝達用ワイヤ１３３を取りつけることにより、内側に配置された可動部１５１Ｂ，１５１Ｃに伝達用ワイヤ１３３を取りつける場合と比較して、手術支援ロボット用インスツルメント１００のコンパクト化を図りやすくなる。
【実施例２】
【０１４９】
図１８は、本発明の実施例２に係り、手術支援ロボット用インスツルメントの本体の内部構成を示す平面図、図１９は、図１８の手術支援ロボット用インスツルメントの本体の内部構成を説明する部分斜視図である。本実施例の手術支援ロボット用インスツルメント１００の基本構成は、実施例１と同様であるが、実施例１とは一対の本体側プーリに関する構成が異なっている。よって、本実施例においては、図１８及び図１９を用いて一対の本体側プーリに関する構成について説明し、その他の構成等の説明を省略する。
【０１５０】
本実施例の手術支援ロボット用インスツルメント１００における本体１１０の基板１１１には、図１８及び図１９に示すように、調整部１１４が設けられている。調整部１１４は、本体側プーリ１３１Ｌを回転可能に支持するものであり、かつ、基板１１１に対して本体側プーリ１３１Ｌを左右方向へ相対移動可能に支持するものである。
【０１５１】
言い換えると、本体側プーリ１３１Ｒに対して本体側プーリ１３１Ｌを接近離間可能に支持するものである。調整部１１４には、左右方向に延びる長孔１１７が設けられている。調整部１１４は、長孔１１７に挿通されるネジ等の固定部材１１６によって基板１１１に取り付けられている。
【０１５２】
また、本実施例の手術支援ロボット用インスツルメント１００の本体側プーリ１３１Ｒには、相対的に径が大きな大径プーリ部１３４ａ、および、相対的に径が小さな小径プーリ部１３４ｂが設けられている。大径プーリ部１３４ａは、本体側プーリ１３１Ｒの上方向側に設けられ、小径プーリ部１３４ｂは、本体側プーリ１３１Ｒの下方向側に設けられている。
【０１５３】
大径プーリ部１３４ａには、回転用ワイヤ１２２が巻き付けられる円環状の溝が形成され、小径プーリ部１３４ｂには、伝達用ワイヤ１３３が巻き付けられる円環状の溝が形成されている。
【０１５４】
本実施例では、本体側プーリ１３１Ｒにおける回転用ワイヤ１２２が巻き付けられる部分の径が相対的に大きく、伝達用ワイヤ１３３が巻き付けられる部分の径が相対的に小さい例に適用して説明したが、回転用ワイヤ１２２が巻き付けられる部分の径が相対的に小さく、伝達用ワイヤ１３３が巻き付けられる部分の径が相対的に大きくてもよい。
【０１５５】
上記の構成からなる手術支援ロボット用インスツルメント１００においては、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。加えて、図１８及び図１９に示すように、固定部材１１６を緩めることにより、基板１１１に対して調整部１１４を左右方向に移動させることにより、本体側プーリ１３１Ｌと本体側プーリ１３１Ｒとの間の間隔が調整される。言い換えると、回転用ワイヤ１２２の張力が所望の張力となるように調整される。調整後に固定部材１１６を締め直すことにより、基板１１１に対して調整部１１４が固定され、本体側プーリ１３１Ｌと本体側プーリ１３１Ｒとの間の間隔が固定される。
【０１５６】
また、可動部１５１Ａをスリット１１２Ａに沿って前方向または後方向へ移動させる駆動力が外部から加えられると、伝達用ワイヤ１３３は回転移動する。この伝達用ワイヤ１３３の動きにより、本体側プーリ１３１Ｒも回転して回転用ワイヤ１２２に伝達される。
【０１５７】
この時、伝達用ワイヤ１３３が巻き付けられる小径プーリ部１３４ｂと、回転用ワイヤ１２２が巻き付けられる大径プーリ部１３４ａおよびの径の比率に従って、伝達用ワイヤ１３３の移動量が増幅されて回転用ワイヤ１２２に伝達される。
【０１５８】
なお、本実施例では伝達用ワイヤ１３３の移動量が増幅されて回転用ワイヤ１２２に伝達される例に適用して説明したが、伝達用ワイヤ１３３が巻き付けられるプーリ部の径と、回転用ワイヤ１２２が巻き付けられるプーリ部の径との比率を変えることにより、本実施例では伝達用ワイヤ１３３の移動量が減少されて回転用ワイヤ１２２に伝達される場合もある。
【０１５９】
上記の構成によれば、一対の本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒの間隔が調整可能とされることにより、一対の本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒの間に掛け回される回転用ワイヤ１２２に働く張力（テンション）の調整が容易になる。さらに、張力の調整が容易になることから、手術支援ロボット用インスツルメント１００を組み立てる際のバラツキの発生を抑えやすくなる。また、外力推定の精度を高めやすくなる。
【０１６０】
このように大径プーリ部１３４ａに回転用ワイヤ１２２を巻き付け、小径プーリ部１３４ｂに伝達用ワイヤ１３３を巻き付けることにより、可動部１５１Ａの直線方向への移動量と、シャフト２３の回転量との比率を所望の値に調整しやすくなる。
【０１６１】
なお、本発明の技術範囲は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、本発明を上記の実施例に適用したものに限られることなく、これらの実施例を適宜組み合わせた実施例に適用してもよく、特に限定するものではない。
【符号の説明】
【０１６２】
１屈曲構造体  ３可撓部材  ５外コイル部  ５ａ，７ａ線材  ５ｂ，７ｂ巻部  ５ｃ隙間  ７内コイル部  ２５関節機能部  ２７把持ユニット（エンドエフェクタ）  ３１基部  ３３可動部  ３５可撓チューブ  １００  手術支援ロボット用インスツルメント