(57)【要約】【課題】医療用マニピュレータにおける先端動作部の動作角度を維持したまま、医療用マニピュレータの小型化を図る。【解決手段】医療用マニピュレータ１０は、進退動作するワイヤ５６ａと、ワイヤ５６ａに両端が接続された受動ワイヤ２５２ａと、先端動作部１２であるエンドエフェクタ１０４と、基端側から順に、伝達部材１５２と、該伝達部材１５２と一体化して形成された三日月形受動体１５５、及び折り返しプーリ３５０とを有する。受動ワイヤ２５２ａが進退動作することによって、伝達部材１５２も進退動作することで、エンドエフェクタ１０４は動作する。三日月形受動体１５５は、進退動作に伴って折り返しプーリ３５０方向へ移動するが、折り返しプーリ３５０の基端側が、欠損部１５５ｃに入り込む。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動部材の進退により、先端側に設けられたエンドエフェクタが動作をする医療用マニピュレータであって、
前記エンドエフェクタに駆動力を伝達する伝達部材と、
前記伝達部材を進退可能に支持する主軸部材と、
前記伝達部材の基端側近傍に一体化して形成され、基端側に向けて凸形状の円弧凸面を備えると共に、先端側で前記円弧凸面がその一部を形成する仮想円よりも内部に入り込む形状で先端側に向けて非凸形状の欠損部を形成する円弧形状の一体型受動体と、
前記一体型受動体と前記伝達部材の先端との間に、前記主軸部材に位置が固定されて設けられた折り返し円柱体と、
前記駆動部材に一部が接続され、前記円弧凸面と前記折り返しプーリとの間にわたって１回以上巻き掛けられた環状の可撓性部材と、
を有し、
前記駆動部材が基端側に向かって移動して前記可撓性部材を引くことにより、前記一体型受動体は前記伝達部材と共に先端側に向かって移動し、前記折り返し円柱体の基端側は、前記欠損部まで入り込むことを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項２】
請求項１記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記欠損部は、先端側に向けて開口した円弧凹面によって形成されていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項３】
請求項２記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記駆動部材が基端側に向かって移動して前記可撓性部材を引くことにより、前記一体型受動体は前記伝達部材と共に先端側に向かって移動し、前記折り返し円柱体の基端側は、前記円弧凹面の凹面両端を結ぶ弦線を越えて、前記円弧凹面が形成する円弧凹部の内部まで入り込むことを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記駆動部材、前記エンドエフェクタ、前記一体型受動体、前記折り返し円柱体、前記可撓性部材と、
前記伝達部材より基端側に設けられたアイドル円柱体と、
前記アイドル円柱体と前記伝達部材との間に設けられたガイド円柱体と、
を含む第２エンドエフェクタ駆動機構と、
前記伝達部材の基端側近傍に設けられた受動円柱体と、
前記駆動部材、前記可撓性部材、前記アイドル円柱体、前記受動円柱体、前記ガイド円柱体に相当する部材を備える第１エンドエフェクタ駆動機構と、
前記第１エンドエフェクタ駆動機構の前記駆動部材と前記第２エンドエフェクタの前記駆動部材を逆方向に進退させる駆動部材進退機構とを有することを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記円弧凹面は、前記折り返し円柱体と平面視同径、又は前記折り返し円柱体より平面視大径の円弧であることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記円弧凸面は、前記折り返し円柱体と平面視同径の円弧であることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項７】
請求項６記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記円弧凸面は、平面視中心角が１４０°〜２２０°の円弧であることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記伝達部材、前記一体型受動体、及び前記折り返し円柱体を収容する主軸部材と、
前記主軸部材によって支持されたピンとを有し、
前記ピンは、前記折り返し円柱体を軸支する片持ち梁であることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記アイドル円柱体は、前記ガイド円柱体より大径の円柱体であることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記駆動部材は、人手によって操作する入力部に対して機械的に接続されていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腹腔鏡下手術で用いられる医療用マニピュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
腹腔鏡下手術においては、患者の腹部等に小さな孔をいくつかあけて内視鏡、マニピュレータ（又は鉗子）等を挿入し、術者が内視鏡の映像をモニタで見ながら手術を行っている。このような腹腔鏡下手術は、開腹を必要としないため患者への負担が少なく、術後の回復や退院までの日数が大幅に低減されることから、適用分野の拡大が期待されている。
【０００３】
一方、腹腔鏡下手術で用いるマニピュレータには、患部の位置及び大きさに応じて迅速且つ適切な手技が可能であることが望まれており、しかも患部切除、縫合及び結紮等の様々な手技が行われる。このため、本出願人は、操作の自由度が高くしかも簡便に操作することのできるマニピュレータの提案をしている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００４】
これらのマニピュレータでは、動力伝達機構としてワイヤ・プーリ機構が適用されている。ワイヤ・プーリ機構は、簡便であって動力伝達効率が高いためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１０２２４８号公報
【特許文献２】特開２００４−３０１２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
軟性鏡下・腹腔鏡下手術に用いられている従来の一般的な鉗子では、先端動作部に加わる外力や把持する把持力等は、直接的ではないが、鉗子本体を介して手元に反作用として伝わることから、操作者はこれらの力をある程度は感じ取ることができ、適度によい操作性が得られる。しかしながら、従来の鉗子は自由度が少なく（例えば１自由度である。）、組織を把持する方向や切断する方向、縫合針の刺入方向が限られていて不便であると共に、操作に熟練性が要求される。
【０００７】
より高い自由度を得るためには、例えば、マスタ・スレーブ方式の遠隔操作型手術ロボットを適用することが考えられる。該ロボットは、高い自由度を有すると共に、患部に対して任意の方向からのアプローチが可能で、操作性に優れるという利点があるものの、先端動作部に加わる外力や把持力等はマスタ側には伝わらない。
【０００８】
マスタ・スレーブ方式のロボットにおいて、マスタ側で力感覚を得るためには、高感度な力覚センサシステムや高速なサンプリングタイムを有する計算機システムによる高度なバイラテラル制御が必須となり、高価で複雑なシステムとなる。また、バイラテラル制御は実用に値する十分な性能が得られていないのが現状である。
【０００９】
それに対して、本出願人によってすでに提案されている多自由度鉗子、すなわち、先端動作部に関節を備え、操作部の指令に基づいてモータ制御により各関節を駆動する多自由度鉗子は、操作部（操作ハンドル）と作業部（先端関節部）が一体化されているため、従来の鉗子と同様に先端動作部に作用する外力や把持力等が、直接ではないが、多自由度鉗子本体を介して操作部側に伝わる。従って、操作者はこれらの力をある程度は感じ取ることができる。しかしながら、このような多自由度鉗子においてもさらに力を感じ取ることのできる多自由度鉗子の要望があり、特に把持力について力を感じ取ることのできる多自由度鉗子が望まれている。
【００１０】
このような把持力を感じ取ることのできる多自由度鉗子においても、前記の特許文献１及び特許文献２と同様にワイヤ・プーリ機構を適用することが考えられる。
【００１１】
ところが、マニピュレータの先端動作部は、腹腔内に挿入され、より狭い領域で使用するために、極めて小さいことが要求される。一方、先端動作部を小型化するために、ワイヤ・プーリ機構の小型化を図った場合、寸法上の制約から先端動作部の動作角度が狭まってしまう懸念が生じる。
【００１２】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、先端動作部の小型化を図りつつ、該先端動作部の広い動作角度の維持を可能にする医療用マニピュレータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る医療用マニピュレータは、駆動部材の進退により、先端側に設けられたエンドエフェクタが動作をする医療用マニピュレータであって、前記エンドエフェクタに駆動力を伝達する伝達部材と、前記伝達部材を進退可能に支持する主軸部材と、前記伝達部材の基端側近傍に一体化して形成され、基端側に向けて凸形状の円弧凸面を備えると共に、先端側で前記円弧凸面がその一部を形成する仮想円よりも内部に入り込む形状で先端側に向けて非凸形状の欠損部を形成する円弧形状の一体型受動体と、前記一体型受動体と前記伝達部材の先端との間に、前記主軸部材に位置が固定されて設けられた折り返し円柱体と、前記駆動部材に一部が接続され、前記円弧凸面と前記折り返しプーリとの間にわたって１回以上巻き掛けられた環状の可撓性部材とを有し、前記駆動部材が基端側に向かって移動して前記可撓性部材を引くことにより、前記一体型受動体は前記伝達部材と共に先端側に向かって移動し、前記折り返し円柱体の基端側は、前記欠損部まで入り込むことを特徴とする。
【００１４】
このように、折り返し円柱体が欠損部に入り込む構成とすることにより、伝達部材の移動可能距離が長く確保されることで、先端動作部の広い動作角度を維持することができる。さらに、前記伝達部材が最も基端側へ移動した状態における折り返し円柱体の先端側から伝達部材の基端側までの距離を短縮できることから、伝達部材を小型化でき、医療用マニピュレータの小型化が可能となる。また、一体型受動体が、伝達部材に一体化して形成されているため、部品点数の削減が可能となる。なお、ここでいう円弧形状とは、厳密な意味ではなく、例えば、三日月、半月、扇形等も含む。さらに、円弧凸面における円弧は厳密な意味ではなく、例えば、楕円弧等も含む。
【００１５】
また、前記欠損部は、先端側に向けて開口した円弧凹面によって形成されてもよい。
【００１６】
これによって、伝達部材を小型化できることで、医療用マニピュレータの小型化が可能となる。なお、円弧凹面における円弧は厳密な意味ではなく、例えば、楕円弧等も含む。
【００１７】
さらに、前記駆動部材が基端側に向かって移動して前記可撓性部材を引くことにより、前記一体型受動体は前記伝達部材と共に先端側に向かって移動し、前記折り返し円柱体の基端側は、前記円弧凹面の凹面両端を結ぶ弦線を越えて、前記円弧凹面が形成する円弧凹部の内部まで入り込んでもよい。
【００１８】
これによって、伝達部材を小型化できることで、医療用マニピュレータの小型化が可能となる。なお、円弧凹面における円弧は厳密な意味ではなく、例えば、楕円弧等も含む。
【００１９】
さらにまた、前記駆動部材、前記エンドエフェクタ、前記一体型受動体、前記折り返し円柱体、前記可撓性部材と、前記伝達部材より基端側に設けられたアイドル円柱体と、前記アイドル円柱体と前記伝達部材との間に設けられたガイド円柱体とを含む第２エンドエフェクタ駆動機構と、前記伝達部材の基端側近傍に設けられた受動円柱体と、前記駆動部材、前記可撓性部材、前記アイドル円柱体、前記受動円柱体、前記ガイド円柱体に相当する部材を備える第１エンドエフェクタ駆動機構と、前記第１エンドエフェクタ駆動機構の前記駆動部材と前記第２エンドエフェクタの前記駆動部材を逆方向に進退させる駆動部材進退機構とを有してもよい。
【００２０】
これによって、エンドエフェクタについていずれか一方に向かう動作を第１エンドエフェクタ駆動機構による直接的な駆動とし、他方に向かう動作を第２エンドエフェクタ駆動機構による直接的な駆動とすることができる。
【００２１】
また、前記円弧凹面は、前記折り返し円柱体と平面視同径、又は前記折り返し円柱体より平面視大径の円弧であってもよい。
【００２２】
これによって、折り返し円柱体が、より深く仮想円の内部、又は円弧凹面が形成する円弧凹部の内部まで入り込むことにより、伝達部材を小型化でき、医療用マニピュレータの小型化が可能になる。
【００２３】
さらにまた、前記円弧凸面は、前記折り返し円柱体と平面視同径の円弧であってもよい。
【００２４】
これによって、可撓性部材の屈曲をなくして、その負荷を低減することができる。
【００２５】
さらにまた、前記円弧凸面は、平面視中心角が１４０°〜２２０°の円弧であってもよい。
【００２６】
これによって、可撓性部材の屈曲をなくして、その負荷を低減することができる。
【００２７】
また、前記伝達部材、前記一体型受動体、及び前記折り返し円柱体を収容する主軸部材と、前記主軸部材によって支持されたピンとを有し、前記ピンは、前記折り返し円柱体を軸支する片持ち梁であってもよい。
【００２８】
これによって、伝達部材を小型化することで、医療用マニピュレータを小型化しても、先端動作部の動作角度を維持することができる。
【００２９】
また、前記アイドル円柱体は、前記ガイド円柱体より大径の円柱体であってもよい。
【００３０】
これによって、アイドル円柱体とガイド円柱体との隙間を狭めることで、ヨー動作の動作範囲を広くすることができる。
【００３１】
また、前記駆動部材は、人手によって操作する入力部に対して機械的に接続されていてもよい。
【００３２】
これによって、医療用マニピュレータは、強い把持力が得られると共に、先端動作部に加わる力は、操作者に伝達される。
【発明の効果】
【００３３】
本発明に係る医療用マニピュレータによれば、伝達部材の最大移動可能距離を変えないことから、先端動作部の広い動作角度を維持したまま、前記伝達部材が最も基端側へ移動した状態において、折り返し円柱体の先端側から伝達部材の基端側までの距離を短縮できることから、先端動作部、特に伝達部材の小型化を図ることで、医療用マニピュレータの小型化を可能にするという効果を達成することができる。また、一体型受動体が、伝達部材に一体化して形成されているため、部品点数の削減という効果を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】医療用マニピュレータの側面図である。
【図２】医療用マニピュレータの平面図である。
【図３】先端動作部を立体的に示した模式構造図である。
【図４】先端動作部を平面的に示した模式図である。
【図５】先端動作部のアイドルプーリ及びガイドプーリの拡大斜視図である。
【図６】第１エンドエフェクタ駆動機構及び第２エンドエフェクタ駆動機構の拡大斜視図である。
【図７】先端動作部の分解斜視図である。
【図８】先端動作部で、グリッパを閉じた状態の断面側面図である。
【図９】先端動作部で、グリッパを開いた状態の断面側面図である。
【図１０】先端動作部で、ロール軸を一方向へ動作させたときの断面平面図である。
【図１１】第１エンドエフェクタ駆動機構及び第２エンドエフェクタ駆動機構の側面図である。
【図１２】図１２Ａは、グリッパが閉じた状態における伝達部材、三日月形受動体、及び折り返しプーリとの位置関係を示した図であり、図１２Ｂは、グリッパが最大に開いた状態における伝達部材、三日月形受動体、及び折り返しプーリとの位置関係を示した図である。
【図１３】図１３Ａは、凸面における円弧の中心角θ１が１４０°の場合の、折り返しプーリ、三日月形受動体、及び受動ワイヤとの位置関係を平面的に示した一部省略図であり、図１３Ｂは、凸面における円弧の中心角θ１が２２０°の場合の、折り返しプーリ、三日月形受動体、及び受動ワイヤとの位置関係を平面的に示した一部省略図である。
【図１４】図１４Ａは、凹面の半径が折り返しプーリの半径以上である場合の位置関係を平面的に示した一部省略図であり、図１４Ｂは、凹面の半径が折り返しプーリのより小さい場合の位置関係を平面的に示し、且つ、凸面の凸面両端と、凹面の凹面両端が異なる点である場合を示した一部省略図であり、図１４Ｃは、凹面が円弧ではない場合の凹面と折り返しプーリとの位置関係を平面的に示した一部省略図であり、図１４Ｄは、図１４Ｂとは別個の凸面の凸面両端と、凹面の凹面両端が異なる点である場合を平面的に示した一部省略図である。
【図１５】図１５Ａは、グリッパが閉じた状態における伝達部材、受動円柱体、及び折り返しプーリとの位置関係を示した図であり、図１５Ｂは、グリッパが最大に開いた状態における伝達部材、受動円柱体、及び折り返しプーリとの位置関係を示した図である。
【図１６】Ｚ１方向から見た伝達部材の断面図である。
【図１７】直動ロッドが適用された先端動作部を平面的に示した模式図である。
【図１８】変形例における先端動作部を平面的に示した模式図である。
【図１９】作業部をロボットアームの先端に接続した手術用ロボットシステムの概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明に係る医療用マニピュレータについて実施の形態を挙げ、添付の図１〜図１９を参照しながら説明する。
【００３６】
図１に示すように、本実施の形態に係る医療用マニピュレータ１０は、医療用のマニピュレータシステムの一部であり、コントローラ４５に接続されている。
【００３７】
コントローラ４５は、医療用マニピュレータ１０の電気的な制御をする部分であり、グリップハンドル２６の下端部から延在するケーブル６２に対してコネクタを介して接続されている。コントローラ４５は、医療用マニピュレータ１０を独立的に複数台同時に制御することができる。もちろん、１台の医療用マニピュレータ１０を制御するコントローラを用いてもよい。
【００３８】
医療用マニピュレータ１０は、先端動作部１２ａに生体の一部又は湾曲針等を把持して所定の処置を行うためのものであり、通常、把持鉗子やニードルドライバ（持針器）等とも呼ばれる。
【００３９】
図１及び図２に示すように、医療用マニピュレータ１０は、人手によって把持及び操作される操作部１４と、該操作部１４に固定された作業部１６とを有する。操作部１４と作業部１６とは一体構成であるが、条件に応じて分離可能な構成にしてもよい。
【００４０】
以下の説明では、図１及び図２における幅方向をＸ方向、高さ方向をＹ方向、及び連結シャフト４８の延在方向をＺ方向と規定する。また、先端側から見て右方をＸ１方向、左方をＸ２方向、上方向をＹ１方向、下方向をＹ２方向、前方をＺ１方向、後方をＺ２方向と規定する。さらに、特に断りのない限り、これらの方向の記載は医療用マニピュレータ１０が中立姿勢である場合を基準として表すものとする。これらの方向は説明の便宜上のものであり、医療用マニピュレータ１０は任意の向きで（例えば、上下を反転させて）使用可能であることはもちろんである。
【００４１】
作業部１６は、作業を行う先端動作部１２ａと、該先端動作部１２ａと操作部１４とを連接する長尺で中空の連結シャフト４８とを有する。先端動作部１２ａ及び連結シャフト４８は細径に構成されており、患者の腹部等に設けられた円筒形状のトラカール２０から体腔２２内に挿入可能であり、複合入力部３４の操作により体腔２２内において患部切除、把持、縫合及び結紮等の様々な手技を行うことができる。
【００４２】
操作部１４は、人手によって把持されるグリップハンドル２６と、該グリップハンドル２６の上部から延在するブリッジ２８と、該ブリッジ２８の先端に接続されたアクチュエータブロック３０とトリガレバー（入力部）３２を有する。
【００４３】
図１に示すように、操作部１４のグリップハンドル２６は、ブリッジ２８の端部からＹ２方向に向かって延在しており、人手によって把持されるのに適した長さであり、複合入力部３４を有する。
【００４４】
グリップハンドル２６の下端には、コントローラ４５に接続されるケーブル６２が設けられている。グリップハンドル２６とケーブル６２とは一体的に接続されている。グリップハンドル２６とケーブル６２とはコネクタにより接続されていてもよい。
【００４５】
複合入力部３４は、先端動作部１２ａに対してロール方向（軸回転方向）及びヨー方向（左右方向）の回転指令を与える複合的な入力手段であり、例えば横方向に動作する第１入力手段３４ａによってヨー方向指示を行い、軸回転に動作する第２入力手段３４ｂによってロール方向指示を行うことができる。トリガレバー３２は、先端動作部１２ａのエンドエフェクタ１０４（図１参照）の開閉指令を与える入力手段である。エンドエフェクタ１０４は種々の形式があるが、医療用マニピュレータ１０では開閉可能なグリッパを設けている。
【００４６】
複合入力部３４には操作量を検出する入力センサが設けられており、検出した動作信号（例えばアナログ信号）をコントローラ４５に供給する。
【００４７】
トリガレバー３２は、ブリッジ２８のやや下方に設けられたレバーであり、人差し指による操作が容易な位置に設けられている。トリガレバー３２は、アクチュエータブロック３０に対して第１リンク６４及び第２リンク６６によって接続されており、グリップハンドル２６に対して進退するように構成されている。第１リンク６４はブリッジ２８の一部に対して軸支されて揺動可能であり、Ｙ２方向端にトリガレバー３２が設けられている。第２リンク６６は、アクチュエータブロック３０からＺ２方向に突出し、第１リンク６４の長孔６４ａに係合し、トリガレバー３２の操作によって長孔６４ａの長尺方向に進退可能である。
【００４８】
トリガレバー３２の人手による操作は機械的に伝達されてエンドエフェクタ１０４の開閉が行われる。トリガレバー３２とエンドエフェクタ１０４との間で、人手による操作を機械的に伝達する手段である第１リンク６４、第２リンク６６、後述する第１エンドエフェクタ駆動機構２６０ａ及び第２エンドエフェクタ駆動機構２６０ｂ等は操作伝達部を形成している。
【００４９】
ここで機械的とはワイヤ、チェーン、タイミングベルト、リンク、ロッド、ギア等を介して駆動する方式であり、主に、動力伝達方向に非弾性な個体の機械部品を介して駆動する方式である。ワイヤやチェーン等は、張力により不可避的な多少の伸びが発生する場合があるが、これらは非弾性な個体の機械部品とし、以下も同様とする。
【００５０】
図１に示すように、アクチュエータブロック３０には先端動作部１２ａが有する３自由度のうち２自由度の機構に対応してモータ（姿勢軸アクチュエータ）４０、４１が連結シャフト４８の延在方向に沿って並列して設けられている。モータ４０、４１は、先端動作部１２ａのロール方向及びヨー方向の動作に対応する。モータ４０、４１は小型、細径であって、アクチュエータブロック３０はコンパクトな扁平形状に構成されている。モータ４０、４１は、操作部１４の操作に基づき、コントローラ４５の作用下に回転をする。
【００５１】
モータ４０、４１には、回転角度を検出することのできる角度センサ（図示せず）が設けられており、検出した角度信号はコントローラ４５に供給される。角度センサとしては、例えばロータリエンコーダが用いられる。
【００５２】
アクチュエータブロック３０には、モータ４０、４１の駆動軸に接続されているプーリ５０ａ、５０ｂが設けられている。
【００５３】
図３に示すように、プーリ５０ａ、プーリ５０ｂには、ワイヤ５２、ワイヤ５４が巻き掛けられており、連結シャフト４８の中空部分４８ａ（図７参照）を通って先端動作部１２ａまで延在している。ワイヤ５２、ワイヤ５４はそれぞれ同種、同径のものを用いることができる。
【００５４】
操作部１４における複合入力部３４、トリガレバー３２の位置、形態や操作方法などは、本構成に限定されない。例えば、複合入力部３４の代わりに、操作ローラやボタン、ジョイスティックなどを設けてもよく、操作しやすい位置や方法を適宜選択して設計すればよい。
【００５５】
次に、先端動作部１２ａについて説明する。先ず、先端動作部１２ａにおけるエンドエフェクタ１０４を開閉させる基本的な構成である第１エンドエフェクタ駆動機構２６０ａ及び第２エンドエフェクタ駆動機構２６０ｂについて説明する。
【００５６】
図４に示すように、先端動作部１２ａには、伝達部材１５２、ワイヤ（駆動部材）５６ａ、受動ワイヤ２５２ａ、アイドルプーリ１４０ａ、ガイドプーリ１４２ａ及び受動プーリ（受動円柱体）１５６を含む第１エンドエフェクタ駆動機構２６０ａと、これに対応した第２エンドエフェクタ駆動機構２６０ｂが設けられている。
【００５７】
第１エンドエフェクタ駆動機構２６０ａにおける構成要素には符号にａを付し、第２エンドエフェクタ駆動機構２６０ｂにおける構成要素には符号にｂを付して区別する。第１エンドエフェクタ駆動機構２６０ａにおける構成要素と第２エンドエフェクタ駆動機構２６０ｂにおける構成要素で同じ機能のものについては、煩雑とならないよう、代表的に第１エンドエフェクタ駆動機構２６０ａについてのみ説明する場合がある。
【００５８】
図４においては、理解が容易となるように第１エンドエフェクタ駆動機構２６０ａと第２エンドエフェクタ駆動機構２６０ｂを紙面上で並列して示すが、実際の医療用マニピュレータ１０に適用する場合には、図３に示すように、各プーリの軸方向（つまりＹ方向）に並列させている。
【００５９】
図４に示すように、ワイヤ５６ａにおける一方の端部は、ターミナル２５０ａによって受動ワイヤ（可撓性部材）２５２ａの両端部に接続されている。受動ワイヤ２５２ａは、一部がワイヤ５６ａに接続された環状の可撓性部材であり、ワイヤ以外にもロープ、樹脂線、ピアノ線及びチェーン等を用いることができる。ここで、環状とは広義であり、必ずしも全長にわたって可撓性部材が適用されている必要はなく、少なくとも各プーリに巻き掛けられる箇所が可撓性部材であればよく、直線部は剛体で接続されていてもよいことはもちろんである。受動ワイヤ２５２ａは、ワイヤ５６ａの一部であってもよい。
【００６０】
図５に示すように、先端動作部１２ａでは、アイドルプーリ１４０ａ及び１４０ｂは、それぞれ同軸上でＹ１方向の第１層アイドルプーリ（第１層アイドル円柱体）２３２ａ及び２３２ｂとＹ２方向の第２層アイドルプーリ（第２層アイドル円柱体）２３４ａ及び２３４ｂとを有する。
【００６１】
また、ガイドプーリ１４２ａ及び１４２ｂは、それぞれ同軸上でＹ１方向の第１層ガイドプーリ（第１層ガイド円柱体）２３６ａ及び２３６ｂとＹ２方向の第２層ガイドプーリ（第２層ガイド円柱体）２３８ａ及び２３８ｂとを有する。このような構成により、対のプーリ同士が逆方向に回転可能であり、動作がスムーズである。なお、これらの名称は説明の便宜上、区別しているものである。また、アイドルプーリ１４０ａ及びガイドプーリ１４２ａの側面には、受動ワイヤ２５２ａを巻き掛けるための溝部が形成されており、第１層アイドルプーリ２３２ａの溝部を、第１層アイドルプーリ溝部２３２ｃと称し、第１層アイドルプーリ２３２ｂの溝部を、第１層アイドルプーリ溝部２３２ｄと称し、以下同様とする。
【００６２】
図６のＺ２方向端で、受動ワイヤ２５２ａの一方（以下、識別の都合上、往路線２５３ａとも呼ぶ。）は、第１層アイドルプーリ２３２ａのＸ１方向面及びＺ１方向面に接し、第１層ガイドプーリ２３６ａのＺ２方向面及びＸ２方向面に接して受動プーリ１５６のＸ２方向面に達し、Ｚ１方向の面に半回転巻き付けられて、該受動プーリ１５６のＸ１方向面に至る。
【００６３】
図６のＺ２方向端で、受動ワイヤ２５２ａの他方（以下、識別の都合上、復路線２５３ｂとも呼ぶ。）は、第２層アイドルプーリ２３４ａのＸ２方向面及びＺ１方向面に接し、第２層ガイドプーリ２３８ａのＺ２方向面及びＸ１方向面に接して、受動プーリ１５６のＸ１方向面に至る。
【００６４】
つまり、受動ワイヤ２５２ａは、アイドルプーリ１４０ａより基端側に位置するターミナル２５０ａを基点及び終点とする一巡経路を構成しており、アイドルプーリ１４０ａとガイドプーリ１４２ａとの間で交差して、略８字形状をなしている（図３参照）。これにより、ターミナル２５０ａ及び受動ワイヤ２５２ａは、ワイヤ５６ａを介してトリガレバー３２に対して機械的に接続されていることになる。
【００６５】
ここで機械的とは、前記のように、動力伝達方向に非弾性な個体の機械部品を介して駆動する方式である。例えば、ワイヤ５６は可撓性部材であるが、エンドエフェクタ１０４を閉じる動作に関してはトリガレバー３２でＺ２方向に引かれ、ほとんど弾性変形することがなく、又は動作に支障のない範囲での不可避的弾性変形であり、機械的接続手段となっている。
【００６６】
また、ここでいう受動ワイヤ２５２ａは、アイドルプーリ１４０ａとガイドプーリ１４２ａとの間における交差とは、平面視上で交差していることであり、当然に、Ｙ方向にはずれが生じる。また、ガイドプーリ１４２ａは、第１層ガイドプーリ２３６ａと第２層ガイドプーリ２３８ｂから構成されることから、往路線２５３ａと復路線２５３ｂとの間には必然的にＹ方向のずれが生じ得る。
【００６７】
図５に示すように、往路線２５３ａは復路線２５３ｂに対してＹ１側にずれているものとし、そのＹ方向ずれ量Δは、受動ワイヤ２５２ａの径よりもやや大きい。ガイドプーリ１４２ａを基準とすると、往路線２５３ａは復路線２５３ｂよりもΔだけＹ１方向にずれた位置からＺ方向の受動プーリ１５６に向かって延出することになる（図１１参照）。
【００６８】
ワイヤ５６ａ（図３参照）をＺ２方向に引き寄せると、平面視で、第１層アイドルプーリ２３２ａ及び第２層ガイドプーリ２３８ａは反時計方向に回転し、第２層アイドルプーリ２３４ａ及び第１層ガイドプーリ２３６ａは時計方向に回転する。このように、アイドルプーリ１４０ａ及びガイドプーリ１４２ａは、それぞれ同軸上で２枚のプーリが並列する構成であることから、当接する受動ワイヤ２５２ａの動きに従って逆方向に回転可能であり、動作がスムーズである。
【００６９】
第２エンドエフェクタ駆動機構２６０ｂは、第１エンドエフェクタ駆動機構２６０ａにおける受動ワイヤ２５２ａ、アイドルプーリ１４０ａ、ガイドプーリ１４２ａ、受動プーリ１５６に相当する受動ワイヤ２５２ｂ、アイドルプーリ１４０ｂ、ガイドプーリ１４２ｂ及び三日月形受動体（一体型受動体）１５５を有すると共に、折り返しプーリ３５０を有する。折り返しプーリ３５０は、三日月形受動体１５５よりもＺ１側に設けられている。三日月形受動体１５５はＹ方向を基準軸とし、受動プーリ１５６はＹ軸に対して傾斜して伝達部材１５２に設けられており、該伝達部材１５２と共にＺ方向に移動可能である。折り返しプーリ３５０は、伝達部材１５２に対して、Ｚ方向に相対的に移動可能に設けられている。これらの折り返しプーリ３５０、三日月形受動体１５５、受動プーリ１５６及び伝達部材１５２の詳細な構成については後述する（図１１、図１２及び図１５参照）。
【００７０】
図６に示すように折り返しプーリ３５０は、同軸上でＹ１方向の第１層折り返しプーリ（第１層折り返し円柱体）３６０とＹ２方向の第２層折り返しプーリ（第２層折り返し円柱体）３６２とを有する。第１層折り返しプーリ３６０及び第２層折り返しプーリ３６２の側面には、第１層アイドルプーリ２３２ａ等と同様に、第１層折り返しプーリ溝部３６０ｃ及び第２層折り返しプーリ溝部３６２ｃを有してもよい。
【００７１】
また、図６のＺ２方向端で、受動ワイヤ２５２ｂの一方は、第１層アイドルプーリ２３２ｂのＸ１方向面及びＺ１方向面に接し、第１層ガイドプーリ２３６ｂのＺ２方向面及びＸ２方向面に接し、三日月形受動体１５５のＸ２方向面に至る。該受動ワイヤ２５２ｂは、そのままＺ１方向に向かって延在し、第１層折り返しプーリ３６０のＸ２方向面に達し、該第１層折り返しプーリ３６０のＺ１方向の面に半回転巻き付けられてＺ２方向に折り返す。該受動ワイヤ２５２ｂは、そのままＺ２方向に向かって延在し、三日月形受動体１５５のＸ１方向面に達し、該三日月形受動体１５５のＺ２方向の面に巻き付けられながら、Ｙ２方向へ斜行して、Ｚ１方向に折り返し、第２層折り返しプーリ３６２のＸ２方向面に至る。
【００７２】
図６のＺ２方向端で、受動ワイヤ２５２ｂの他方は、第２層アイドルプーリ２３４ｂのＸ２方向面及びＺ１方向面に接し、第２層ガイドプーリ２３８ｂのＺ２方向面及びＸ１方向面に接し、三日月形受動体１５５のＸ１方向面に至る。該受動ワイヤ２５２ｂは、そのままＺ１方向に向かって延在し、第２層折り返しプーリ３６２のＸ１方向面に達してから、Ｚ１方向の面に半回転巻き付けられて、該第２層折り返しプーリ３６２のＸ２方向面に至る。このように、受動ワイヤ２５２ｂについても、受動ワイヤ２５２ａと同様に、ターミナル２５０ｂを基点及び終点とする一巡の経路を構成しており、ワイヤ５６ｂを介してトリガレバー３２に対して機械的に接続されていることになる。
【００７３】
図３及び図４に示すように、第２リンク６６は、ターミナル２４９ａ（または溶接や貫通孔等）を介して、ワイヤ５６ａの端部と、駆動側連結ワイヤ（駆動側連結可撓性部材）３２２の端部とに接続されている。
【００７４】
駆動側連結ワイヤ３２２は、駆動部材進退機構である駆動側連結プーリ（回転操作子）３２４に巻き掛けられており、一方の端部は前述の通りターミナル２４９ａを介して、ワイヤ５６ａ及び第２リンク６６の端部に接続され、他方の端部はターミナル２４９ｂを介して、ワイヤ５６ｂの端部に接続されている。なお、図４の仮想線で示したように、トリガレバー３２を、駆動側連結プーリ３２４の代わりに、駆動部材進退機構として用いてもよい。
【００７５】
このような構成によれば、ワイヤ５６ａとワイヤ５６ｂとを簡便に逆方向に進退させることができ、トリガレバー３２を引き寄せる操作をすると、ターミナル２４９ａも一体的に引き寄せられて、伝達部材１５２をＺ２方向に移動させることができる。また、トリガレバー３２を押し出す操作をすると、ターミナル２４９ｂが一体的に引き寄せられ、折り返しプーリ３５０は位置が固定されていることにより、三日月形受動体１５５及び伝達部材１５２をＺ１方向に移動させることができる。
【００７６】
ターミナル２５０ａは、受動ワイヤ２５２ａが過度に屈曲しないように、アイドルプーリ１４０ａよりも適度に離れた位置に設けられており、受動ワイヤ２５２ａの両端部はターミナル２５０ａを頂部として鋭角を形成している。アイドルプーリ１４０ａとガイドプーリ１４２ａとの間は狭く、例えば、受動ワイヤ２５２ａの幅と略等しい隙間が形成されている。エンドエフェクタ１０４は、このような伝達部材１５２の進退動作に基づいて開閉する。
【００７７】
図５に示すように、内寄りの２つの第２層アイドルプーリ２３４ａと第１層アイドルプーリ２３２ｂは一体構成で中央共通アイドルプーリ４３０を構成していてもよい。内寄りの２つの第２層ガイドプーリ２３８ａと第１層ガイドプーリ２３６ａは一体構成で中央共通ガイドプーリ４３２を構成していてもよい。
【００７８】
すなわち、ターミナル２５０ａとターミナル２５０ｂ（図４参照）は、逆方向に同じ距離だけ移動するのであるから、図５の各矢印で示すような動作が発生し、第２層アイドルプーリ２３４ａと第１層アイドルプーリ２３２ｂは同方向（図５では時計方向）に同じ角度だけ回転し、第２層ガイドプーリ２３８ａと第１層ガイドプーリ２３６ｂは同方向（図５では反時計方向）に同じ角度だけ回転する。従って、これらの部材は別部材とする必要はなく、一体的な中央共通アイドルプーリ４３０及び中央共通ガイドプーリ４３２を構成することにより、簡便構成となる。図５では、理解が容易なように、第２層ガイドプーリ２３８ａと第１層ガイドプーリ２３６ｂとの距離、及び第２層アイドルプーリ２３４ａと第１層アイドルプーリ２３２ｂとの距離をやや離して示しているが、両者の距離は実質的にゼロでもよい。
【００７９】
次に、先端動作部１２ａの全体的な構成について説明する。
【００８０】
図７、図８及び図９に示すように、先端動作部１２ａは、ワイヤ受動部１００と、複合機構部１０２と、エンドエフェクタ１０４とを有し、Ｙ方向の第１回転軸Ｏｙを中心にして、それよりも先の部分がヨー方向に回動する第１自由度と、第２回転軸Ｏｒを中心にしてロール方向に回動する第２自由度と、第３回転軸Ｏｇを中心として先端のエンドエフェクタ１０４を開閉させる第３自由度とを有する合計３自由度の機構となっている。
【００８１】
第１自由度の機構である第１回転軸Ｏｙは、連結シャフト４８の基端側から先端側に延在する軸線Ｃと非平行に回動可能に設定するとよい。第２自由度の機構である第２回転軸Ｏｒは先端動作部１２における先端部（つまりエンドエフェクタ１０４）の延在方向の軸線を中心として回動可能な機構とし、先端部をロール回転可能に設定するとよい。
【００８２】
第１自由度の機構（つまりヨー方向）は、例えば±９０°又はそれ以上の稼動範囲を有する。第２自由度の機構（つまりロール方向）は、例えば±１８０°又はそれ以上の稼動範囲を有する。第３自由度の機構（つまりエンドエフェクタ１０４）は、例えばそれぞれ４０°又はそれ以上開くことができる。
【００８３】
エンドエフェクタ１０４は、手術において実際の作業を行う部分であり、第１回転軸Ｏｙ及び第２回転軸Ｏｒは、作業を行い易いようにエンドエフェクタ１０４の姿勢を変えるためのものである。一般に、エンドエフェクタ１０４を開閉させる第３自由度に係る機構部はグリッパ（又はグリッパ軸）とも呼ばれ、ヨー方向に回動する第１自由度に係る機構部はヨー軸とも呼ばれ、ロール方向に回動する第２自由度に係る機構部はロール軸とも呼ばれる。
【００８４】
図７に示すように、ワイヤ受動部１００は、一対の舌片部５８の間に設けられており、ワイヤ５２、ワイヤ５４のそれぞれの往復動作を回転動作に変換して複合機構部１０２に伝達する部分である。ワイヤ受動部１００は、軸孔６０ａ、６０ａに挿入される軸１１０と、軸孔６０ｂ、６０ｂに挿入される軸１１２とを有する。軸１１０及び軸１１２は、軸孔６０ａ、６０ｂに対して、例えば圧入若しくは溶接により固定される。軸１１２は第１回転軸Ｏｙの軸上に配置される。
【００８５】
軸１１２のＹ方向両端には、Ｙ方向に対称形状の歯車体１２６及び歯車体１３０が設けられている。歯車体１２６は、筒体１３２と、該筒体１３２の上部に同心状に設けられた歯車１３４とを有する。歯車体１３０は、歯車体１２６とほぼ同形状であって、該歯車体１２６に対してＹ方向に反転に配置されている。歯車体１３０は、筒体１３６と、該筒体１３６の下部に同心状に設けられた歯車１３８とを有する。歯車１３４及び歯車１３８は、後述するギア体１４６のフェイスギア１６５の上端部及び下端部に噛合する。
【００８６】
筒体１３６は筒体１３２と略同径、同形状である。筒体１３２及び筒体１３６には、ワイヤ５２及び５４が所定の固定手段によって一部が固定されて巻き掛けられている（図３参照）。
【００８７】
ワイヤ５２及び５４を回転動作させることにより、歯車体１２６及び歯車体１３０を軸１１２に対して回転させることができる（図３参照）。歯車体１２６と歯車体１３０を同方向に同速度で回転させると、ギア体１４６は軸１１２を基準として揺動し、ヨー方向動作が行われる。歯車体１２６と歯車体１３０を逆方向に同速度で回転させると、ギア体１４６は第２回転軸Ｏｒを基準として回転し、ロール回転動作が行われる。歯車体１２６と歯車体１３０を異なる速度で回転させると、ギア体１４６は、ヨー方向動作とロール回転動作の複合動作が行われる。つまり、歯車体１２６、歯車体１３０及びギア体１４６は差動機構を構成している。
【００８８】
軸１１０の略中央部には一対のアイドルプーリ（アイドル円柱体）１４０ａが回転自在に軸支されており、軸１１２の略中央部には一対のガイドプーリ（ガイド円柱体）１４２ａが回転自在に軸支されている。アイドルプーリ１４０ａは、ガイドプーリ１４２ａに巻きかける受動ワイヤ２５２ａの巻き掛け角度を常に一定（両側合わせて約１８０°）に保つためにある。また、アイドルプーリ１４０ａ及びガイドプーリ１４２ａは、受動ワイヤ２５２ａ（図４参照）に対するすべり、及び摩擦による摩耗を低減するために、表面を滑らかにし、又は摩擦の少ない材質を用いるとよい。
【００８９】
軸１１２における、歯車体１２６とガイドプーリ１４２ａとの間、及びガイドプーリ１４２ｂと歯車体１３０との間には主軸部材１４４が回転自在に軸支されている。主軸部材１４４は、複合機構部１０２に向けて突出する筒部を有する。主軸部材１４４の軸心部には方形の孔１４４ａが設けられており、筒部にはピン３５２が挿入及び固定される径方向の一方（Ｙ２方向）に軸孔３５４が設けられている。ピン３５２は、軸孔３５４を通って伝達部材１５２の凹部３５６に達する（図１１参照）。主軸部材１４４のＺ２方向端部には、ガイドプーリ１４２ａ及び１４２ｂのＹ方向両面を保持すると共に軸１１２が挿通する孔を有する２枚の補助板１４４ｂが設けられている。補助板１４４ｂはＺ１方向に向かって幅広となる山型であって、糸等の異物の侵入を防止する。
【００９０】
なお、図３に示すように、アイドルプーリ１４０ａ及び１４０ｂと、ガイドプーリ１４２ａ及び１４２ｂの回転軸は、それぞれ同軸上に配置するとよい。つまり、アイドルプーリ１４０ａ及び１４０ｂは軸１１０に共通的に軸支することができ、ガイドプーリ１４２ａと１４２ｂは軸１１２に共通的に軸支することができる。ガイドプーリ１４２ａとガイドプーリ１４２ｂを同軸構成とすることにより、ヨー軸動作機構が簡便になる。
【００９１】
複合機構部１０２は、エンドエフェクタ１０４の開閉動作機構と、該エンドエフェクタ１０４の姿勢を変化させる複合的な機構部である。
【００９２】
複合機構部１０２は、主軸部材１４４の筒部周面に対して回転自在に嵌挿されたギア体１４６と主軸部材１４４の先端に設けられたナット体１４８と、Ｚ２方向端部が孔１４４ａに挿入され、伝達部材１５２と、該伝達部材１５２のＺ２方向端部に、ピン１５４で回転自在に軸支されている受動プーリ１５６と、受動板１５８と、円筒状のカバー１６０と、該ピン３５２で回転自在に軸支されている折り返しプーリ３５０とを有する。伝達部材１５２のＺ２方向端部は、受動プーリ１５６に対する摺動性をあげるためにコの字状をしており、Ｚ２方向に向かって長く突出している。
【００９３】
主軸部材１４４におけるギア体１４６と当接する部分には、樹脂製のスラスト軸受部材１４４ｃが設けられている。ナット体１４８におけるギア体１４６と当接する部分には、樹脂製のスラスト軸受部材１４８ａが設けられている。スラスト軸受部材１４４ｃ及び１４８ａは低摩擦材であって、当接部分の摩擦及びトルクを低減すると共に、フェイスギア１６５に負荷が直接的にかかることを防止する。スラスト軸受部材１４４ｃ及び１４８ａは、いわゆるすべり軸受であるが、転がり軸受を設けてもよい。これにより、エンドエフェクタ１０４を強く閉じた場合や開いた場合、すなわちギア体１４６が主軸部材１４４に強く当接する場合でも、ロール軸動作をスムーズに行うことができる。孔１４４ａは、伝達部材１５２、三日月形受動体１５５、受動プーリ１５６、及び折り返しプーリ３５０が挿入可能な高さを有する。
【００９４】
ギア体１４６は、段付き筒形状であって、Ｚ２方向の大径部１６２と、Ｚ１方向の小径部１６４と、大径部１６２のＺ２方向端面に設けられたフェイスギア１６５とを有する。フェイスギア１６５は、歯車１３４及び歯車１３８に噛合する。ギア体１４６は、ナット体１４８によって主軸部材１４４から抜けることが防止されている。主軸部材１４４の筒部外周には、ナット体１４８が螺合するねじが設けてある。
【００９５】
伝達部材１５２は、作業部１６の軸心よりＹ１方向にややオフセットした位置に設けられるが、Ｚ１方向先端に設けられた突起１７４だけは軸心に配置させるとよい。もちろん、伝達部材１５２は中心に配置してもよい。
【００９６】
受動板１５８は、Ｚ２方向の凹部１６６と、該凹部１６６の底面に設けられた係合部１６８と、Ｘ方向両面にそれぞれ設けられた軸方向のリブ１７０と、Ｘ方向に対称位置に２つ設けられたリンク孔１７２とを有する。係合部１６８は、伝達部材１５２の先端に設けられたきのこ状の突起１７４に係合する形状である。この係合により、受動板１５８と伝達部材１５２は、相対的なロール軸の回転が可能になる。受動板１５８の幅はカバー１６０の内径に略等しい。
【００９７】
カバー１６０は、複合機構部１０２のほぼ全体を覆う大きさであり、複合機構部１０２及びエンドエフェクタ１０４に異物（生体組織、薬剤、糸等）が入り込むことが防止される。カバー１６０の内面には、受動板１５８の２つのリブ１７０が嵌る軸方向の２本の溝１７５が対向する向きに設けられている。溝１７５にリブ１７０が嵌ることにより受動板１５８が軸方向にガイドされる。受動板１５８の係合部１６８には突起１７４が係合することから、三日月形受動体１５５及び受動プーリ１５６は孔１４４ａ内において、受動板１５８及び伝達部材１５２と共に軸方向に進退可能であると共に、伝達部材１５２を基準としてロール回転が可能である。カバー１６０は、ギア体１４６の大径部１６２に対して螺入、圧入等の手段により固定されている。
【００９８】
次に、エンドエフェクタ１０４は、一対のエンドエフェクタ部材３０８と、ピン１９６とを有する。ピン１９６は第３回転軸Ｏｇの軸上に配置される。
【００９９】
先端動作部１２ａのエンドエフェクタ１０４は、一対のグリッパ３０２が動作をするいわゆる両開き型である。エンドエフェクタ１０４は、カバー１６０に対して一体構成のグリッパベース３０４と、該グリッパベース３０４に設けられたピン１９６を基準にして動作する一対のエンドエフェクタ部材３０８と、一対のグリッパリンク２２０とを有する。
【０１００】
各エンドエフェクタ部材３０８は、Ｌ字形状であって、Ｚ１方向に延在するグリッパ３０２と、該グリッパ３０２に対して略３５°に曲がって延在するレバー部３１０とを有する。Ｌ字形状の屈曲部には、孔２１６が設けられ、レバー部３１０の端部近傍には孔２１８が設けられている。孔２１６にピン１９６が挿入されることにより一対のエンドエフェクタ部材３０８は第３回転軸Ｏｇを中心として揺動自在となる。
【０１０１】
各エンドエフェクタ部材３０８は側方の１つのグリッパリンク２２０によって、受動板１５８のピン２２４に連接されている。エンドエフェクタ１０４の受動板１５８ではリンク孔１７２が図７のＸ方向に対称位置に２つ設けられており、一対のグリッパリンク２２０は側面視で交差する配置である。
【０１０２】
このような先端動作部１２ａでは、一対のグリッパ３０２を対向する位置に配置することで、力のバランスを良好にし、不用意にモーメント荷重などを掛かるのを防ぐことができる。
【０１０３】
図８及び図９から明らかなように、一対のエンドエフェクタ部材３０８は、伝達部材１５２の動作に対して基本的に同期駆動されるため、中心軸に対して左右対称に開閉することが可能である。
【０１０４】
図１０に示すように、ヨー軸動作をする場合、ガイドプーリ１４２ａ及びガイドプーリ１４２ｂの軸（図３参照）を中心にして、それよりも先端の複合機構部１０２及びエンドエフェクタ１０４がヨー方向に揺動する。先端動作部１２ａは、先端動作部１２ａと同様に非干渉機構であることから、ヨー軸動作をしてもエンドエフェクタ１０４の開度が変化することはなく、逆にエンドエフェクタ１０４の開度を変化させてもヨー軸が動作することはない。エンドエフェクタ１０４とロール軸の関係についても同様である。
【０１０５】
また、エンドエフェクタ１０４はトリガレバー３２に対して機械的に直接接続されていることから、強い把持力が得られると共に、エンドエフェクタ１０４に加わる力はトリガレバー３２に伝達される。
【０１０６】
先端動作部１２ａにおけるエンドエフェクタ１０４の把持及び開き動作時のワイヤ駆動比は１：１であり、バランスがよい。
【０１０７】
次に、伝達部材１５２及び該伝達部材１５２に設けられる受動プーリ１５６、三日月形受動体１５５及び折り返しプーリ３５０の構成について説明する。
【０１０８】
ガイドプーリ１４２ａ、受動プーリ１５６、及び折り返しプーリ３５０は略同径である。また、アイドルプーリ１４０ａは、ガイドプーリ１４２ａとの隙間を狭めるために、ガイドプーリ１４２ａと比べて適度に大径となっている。隙間を狭めることで、ヨー動作の動作範囲を広くすることができる。なお、アイドルプーリ１４０ａ、ガイドプーリ１４２ａ、受動プーリ１５６、及び折り返しプーリ３５０は、受動ワイヤ２５２ａ、２５２ｂが屈曲しないように、レイアウト上、適度な範囲で大径にしている。
【０１０９】
図６及び図１１に示すように、伝達部材１５２は、Ｙ方向に薄く、Ｚ方向に長い板体をベースに構成されており、前記のピン１５４、三日月形受動体１５５、受動プーリ１５６、突起１７４、ピン３５２及び凹部３５６を備える。受動プーリ１５６の側面には、受動ワイヤ２５２ａを周方向に案内する溝部（受動円柱体溝部）１５６ｃが設けられている。
【０１１０】
突起１７４は、Ｚ１方向端部に設けられ、先端の円柱形状部が受動板１５８の係合部１６８に係合するきのこ形状である。この係合により、伝達部材１５２はＺ方向の進退動作を受動板１５８に伝達可能であると共に、該受動板１５８はロール軸方向の回転が可能となっている。
【０１１１】
凹部３５６は、伝達部材１５２の略中央部に設けられ、Ｚ方向に長く、Ｙ２方向側面からＹ１方向へ凹設された有底穴であるが、設計条件によっては連通孔としてもよい。前記の通りピン３５２は、主軸部材１４４（図７参照）における筒部のＹ２方向面に穿設された軸孔３５４に圧入され、折り返しプーリ３５０を軸支し、伝達部材１５２の凹部３５６に達するが、伝達部材１５２を貫通しない、片持ち梁である（図１１参照）。例えば、図１２Ｂに示すように、伝達部材１５２が、Ｚ１方向へ最も移動した場合を検討すると、仮にピン３５２が伝達部材１５２を貫通していたならば、受動プーリ１５６の動作の妨げとなることは、図１１からも容易に諒解されよう。この際、ピン３５２は、後述するプーリ溝２７０まで達することがなければ受動プーリ１５６の動作の妨げになることはない。折り返しプーリ３５０は、主軸部材１４４の孔１４４ａ内において、伝達部材１５２のＹ２方向側面に接し、ピン３５２に回転自在に軸支されている。つまり、ピン３５２及び折り返しプーリ３５０は位置が固定されている。
【０１１２】
図６及び図１１に示すように、三日月形受動体１５５は、伝達部材１５２のＺ２方向端部近傍におけるＹ２方向側面において、該伝達部材１５２に対して一体化して突出形成されており、受動ワイヤ２５２ｂが２巻き可能な幅を有する。三日月形受動体１５５が、伝達部材１５２に一体化して形成されているため、部品点数を削減することができる。
【０１１３】
図１２Ａに示すように、三日月形受動体１５５は、Ｙ方向から平面視すると、Ｚ２方向が凸型となる略三日月形状であり、Ｚ１方向に向けて開口した凹面（円弧凹面）１５５ａ及びＺ２方向に向けて凸形状の凸面（円弧凸面）１５５ｂを有し、凹面１５５ａを半径ｒａの円弧とし、凸面１５５ｂを半径ｒｂの円弧とする。
【０１１４】
凸面１５５ｂの半径ｒｂは、折り返しプーリ３５０の半径ｒｃと同径、又は半径ｒｃより適度に大径の円弧であり、折り返しプーリ３５０等と同様に、受動ワイヤ２５２ｂが屈曲しないように、レイアウト上、適度な範囲で大径にしている。なお、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、凸面１５５ｂにおける円弧の中心角θ１が１４０°〜２２０°、一層好適には１７０°〜１８０°である。なお、図１３Ａは、中心角θ１が１４０°の場合を示し、図１３Ｂは、中心角θ１が２２０°の場合を示す。また、中心角θ１がこのような角度であることで、三日月形受動体１５５は、凸面１５５ｂの凸面両端１５５ｄにおいて、受動ワイヤ２５２ｂの配設経路がほとんど不連続にならず、該受動ワイヤ２５２ｂはほとんど屈曲することなく、その負荷を低減することができる。さらにまた、三日月形受動体１５５の凸面１５５ｂでは、折り返しプーリ３５０の半径ｒｃより長い長径を有する楕円弧であってもよい。
【０１１５】
さらに、図１２Ｂに示すように、凹面１５５ａの凹面両端１５５ｅを結ぶ線を弦線Ｔとすると、折り返しプーリ３５０の基端側が、弦線ＴをＺ２方向へ越えることができる、すなわち弦線Ｔと凹面１５５ａで囲まれた欠損部１５５ｃへ入り込むことができる。この時、凹面１５５ａの半径ｒａと、折り返しプーリ３５０の半径ｒｃとの間の大小関係は問わないが、半径ｒａが半径ｒｃ以上の場合は、半径ｒａが半径ｒｃより小さい場合と比べて、折り返しプーリ３５０の基端側が、弦線ＴをＺ２方向へ十分に越えられる、すなわち弦線Ｔと凹面１５５ａで囲まれた欠損部１５５ｃへ十分に入り込むことができる。よって、凹面１５５ａの半径ｒａは、前記半径ｒｃと同径、又は半径ｒｃより適度に大径の円弧であると好適である。ここで、半径ｒａが半径ｒｃ以上の場合を図１４Ａに示し、半径ｒａが半径ｒｃより小さい場合を図１４Ｂに示す。
【０１１６】
前述したように、伝達部材１５２と一体形成された三日月形受動体１５５は、Ｚ１方向へ移動する。ここで、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、伝達部材１５２のＺ方向における長さをＷ１とする。図１２Ａに示す、伝達部材１５２が最もＺ２方向へ移動した状態（グリッパ３０２が閉じた状態）における、伝達部材１５２のＺ１方向端から折り返しプーリ３５０のＺ１方向端までの距離をＬ０とする。伝達部材１５２のＺ方向における最大移動可能距離をＷ０とする。図１２Ｂに示す、折り返しプーリ３５０が最も凹面１５５ａに入り込んだ状態（グリッパ３０２が最も開いた状態）における、折り返しプーリ３５０のＺ１方向端と伝達部材１５２のＺ２方向端との距離をＬ１とする。この場合、Ｗ１＝Ｌ０＋Ｌ１＋Ｗ０の関係が成立する。
【０１１７】
次に、比較例として、図１５Ａ及び図１５Ｂを用いて、三日月形受動体１５５の代わりに、折り返しプーリ３５０と同径の円柱体である受動円柱体２５５を設けた場合を説明する。ここで、伝達部材１５２のＺ方向における長さをＷ２とする。図１５Ａに示す、グリッパ３０２が閉じた状態における、伝達部材１５２のＺ１方向端から折り返しプーリ３５０のＺ１方向端までの距離は、三日月形受動体１５５の場合と同様であるので、Ｌ０となる。また、前述の通り、エンドエフェクタ１０４は、伝達部材１５２の進退動作に基づいて開閉するので、三日月形受動体１５５の場合と同等の動作角度を維持するためには、受動円柱体２５５の場合も、伝達部材１５２のＺ方向における最大移動可能距離は、三日月形受動体１５５の場合と同様にＷ０となる。さらにまた、図１５Ｂに示す、グリッパ３０２が最も開いた状態での、折り返しプーリ３５０のＺ１方向端と伝達部材１５２のＺ２方向端との距離をＬ２とするが、Ｌ２は、折り返しプーリ３５０と受動円柱体２５５が当接した場合となることは、図１５Ｂからも諒解されよう。この場合、Ｗ２＝Ｌ０＋Ｌ２＋Ｗ０の関係が成立する。
【０１１８】
前述の関係式、Ｗ１＝Ｌ０＋Ｌ１＋Ｗ０及びＷ２＝Ｌ０＋Ｌ２＋Ｗ０から、Ｌ０とＷ０は共通であるので、Ｗ１とＷ２との差は、Ｌ１とＬ２との差に等しくなる。ここで、図１２Ａ、図１２Ｂと図１５Ａ、図１５Ｂ、すなわち三日月形受動体１５５の場合と受動円柱体２５５の場合とを比べると、Ｌ１の場合は、折り返しプーリ３５０の基端側が、欠損部１５５ｃへ入り込んでいるため、Ｌ１とＬ２とでは、Ｌ１の方がより短くなるのは容易に諒解されよう。よって、Ｗ１の方がＷ２より短くなるため、三日月形受動体１５５を有することで、伝達部材１５２のＺ方向において小型化が可能になる。さらに、前述したように、ピン３５２が片持ち梁であることで、ピン３５２がプーリ溝２７０まで達することがないため、Ｗ１をＷ２より短くしても、Ｗ０を維持すること、すなわちエンドエフェクタ１０４の動作角度を維持した医療用マニピュレータ１０が可能となる。
【０１１９】
なお、上述の説明は、折り返しプーリ３５０の基端側が、欠損部１５５ｃへ十分に入り込むとしたが、必ずしもその必要はなく、少なくとも先端側が欠損した円弧形状を三日月形受動体１５５が有し、且つ、凸面１５５ｂの円弧がその一部を形成する円を仮想円Ｒ（図１２Ａ参照）とすると、折り返しプーリ３５０の基端側が該仮想円Ｒと交われば、Ｗ１の方がＷ２より短くなるため、三日月形受動体１５５を有することで、伝達部材１５２のＺ方向において小型化が可能になる。なお、前記欠損した円弧形状における円弧は、厳密な意味ではなく、例えば、三日月、半月、扇形等も含む。同様に、上述の説明では、三日月形受動体１５５の凹面１５５ａも円弧であるとしたが、折り返しプーリ３５０の基端側が仮想円Ｒと交わればよいことから、広義には、該凹面１５５ａは、先端側に向かって非凸形状（凹形状又は平面）であればよい。該凹面１５５ａが、Ｘ方向に延在する平面である例を、図１４Ｃに示す。また、図１２Ａ、図１２Ｂ、図１３Ａ、及び図１３Ｂでは、凸面１５５ｂの凸面両端１５５ｄと、凹面１５５ａの凹面両端１５５ｅとは、同一点であったが、そうであるとは限らず、図１４Ｂ及び図１４Ｄに示すように、凸面両端１５５ｄと凹面両端１５５ｅとが相違してもよい。さらに、ピン３５２が片持ち梁であることで、ピン３５２がプーリ溝２７０まで達することがないため、Ｗ１をＷ２より短くしても、Ｗ０を維持すること、すなわちエンドエフェクタ１０４の動作角度を維持した医療用マニピュレータ１０が可能となる。
【０１２０】
また、三日月形受動体１５５の場合でも、伝達部材１５２のＺ方向における長さをＷ２とすれば、該伝達部材１５２の最大移動可能距離を、Ｗ０と比較して長くすることができ、エンドエフェクタ１０４の動作角度をより大きくすることが可能となる。
【０１２１】
なお、エンドエフェクタ１０４が把持状態のときは、三日月形受動体１５５に接する箇所において、受動ワイヤ２５２ｂが、該三日月形受動体１５５との間に強い摩擦力を生じた状態で移動をしないため、該三日月形受動体１５５を、受動プーリ１５６のように回転自在とする必要がない。よって、三日月形受動体１５５を、円柱形状よりも小型化が可能な、略三日月形状とするのに好適である。
【０１２２】
図１１及び図１６に示すように、伝達部材１５２は、さらに、Ｚ方向近傍端部において受動プーリ１５６が配置されるプーリ溝２７０と、該プーリ溝２７０内で受動プーリ１５６を軸支するピン１５４とを有する。ピン１５４は、斜穴２７２に圧入されている。プーリ溝２７０は、受動プーリ１５６よりも僅かに広幅であって、受動ワイヤ２５２ａが通過可能となる程度に、Ｚ２方向面に開口すると共に伝達部材１５２に対してＸ１方向面からＸ２方向面に連通しているが、その連通する向きは、Ｘ方向に対してやや傾斜している。図１６から明らかなように、プーリ溝２７０は適度に狭く形成されていることから、受動ワイヤ２５２ａは受動プーリ１５６の周面から抜け落ちることはないが、溝部１５６ｃが設けられていることにより、受動ワイヤ２５２ａがプーリ溝２７０の壁面に摺接することなく、しかも安定する。
【０１２３】
斜穴２７２及びピン１５４は、プーリ溝２７０の上下面に対して直交する向きであって、Ｙ方向軸（換言すれば、ガイドプーリ１４２ａが軸支される軸１１２の方向）を基準としてＸＹ平面内で傾斜している。斜穴２７２は、Ｙ１方向面にのみ開口する有底穴であるが、設計条件によっては連通孔としてもよい。
【０１２４】
第１エンドエフェクタ駆動機構２６０ａ及び第２エンドエフェクタ駆動機構２６０ｂにおけるワイヤ５６ａ及び５６ｂ（図４参照）は、図１７に示すように、直動ロッド３２６ａ及び３２６ｂで置きかえてもよい。一般にロッドの方がワイヤより剛性が高いため、直動動作のみの部分は、ロッドを用いることにより大きな把持力を得られ、しかも長寿命である。
【０１２５】
駆動側連結ワイヤ３２２は、駆動側連結プーリ３２４を省略し、ワイヤ５６ａ及び５６ｂや図１７に示す直動ロッド３２６ａ及び３２６ｂは、トリガレバー３２に直接的に接続されていてもよい。ワイヤ５６ａ及び５６ｂや図１７に示す直動ロッド３２６ａ及び３２６ｂの途中には、過荷重の印加を防止する荷重リミッタが設けられていてもよい。
【０１２６】
次に、先端動作部１２ａの変形例としての先端動作部１２ｂを図１８に示す。
【０１２７】
図１８に示すように、先端動作部１２ｂは、前記の先端動作部１２ａ（図４参照）と比較して第２エンドエフェクタ駆動機構２６０ｂを有している点で共通するが、第１エンドエフェクタ駆動機構２６０ａが省略された構成となっている。先端動作部１２ｂについて、先端動作部１２ａと同一の構成要素については同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【０１２８】
先端動作部１２ｂは、前記の両開き型のエンドエフェクタ１０４に代えて、片開き式のエンドエフェクタ３００が設けられている。エンドエフェクタ３００は、固定のグリッパ２０２とピン１９６を中心として軸開閉動作をするグリッパ２１２と、伝達部材１５２をＺ１方向に弾性付勢するスプリング３１２とを有している。グリッパ２１２は、伝達部材１５２が進退することにともなってグリッパリンク２２０を介して開閉駆動される。すなわち、トリガレバー３２をＺ２方向に引くと第２エンドエフェクタ駆動機構２６０ｂによって伝達部材１５２もＺ２方向に変位し、グリッパ２１２は図１８における反時計方向に回動してエンドエフェクタ３００が閉動作をする。一方、トリガレバー３２を開放すると、伝達部材１５２はスプリング３１２の付勢によってＺ１方向に変位し、エンドエフェクタ３００は開状態に復帰する。また、トリガレバー３２はＺ１方向に復帰する。
【０１２９】
この先端動作部１２ｂにおいても、三日月形受動体１５５におけるＺ２方向の凹面１５５ａへ、折り返しプーリ３５０が入り込むこととなり、グリッパ２１２の開閉角度を維持したまま、伝達部材１５２の小型化、すなわち医療用マニピュレータ１０の小型化が可能となる。
【０１３０】
上記実施例は、例えば図１９に示すような手術用ロボットシステム７００に適用してもよい。
【０１３１】
手術用ロボットシステム７００は、多関節型のロボットアーム７０２と、コンソール７０４とを有し、作業部１６はロボットアーム７０２の先端に接続されている。ロボットアーム７０２の先端には前記のマニピュレータ１０と同じ機構が設けられている。ロボットアーム７０２は、作業部１６を移動させる手段であればよく、据置型に限らず、例えば自律移動型でもよい。コンソール７０４は、テーブル型、制御盤型等の構成を採りうる。
【０１３２】
ロボットアーム７０２は、独立的な６以上の関節（回転軸やスライド軸等）を有すると、作業部１６の位置及び向きを任意に設定できて好適である。先端のマニピュレータ１０は、ロボットアーム７０２の先端部７０８と一体化している。マニピュレータ１０は、前記のトリガレバー３２の代わりにモータ（人手によって操作する入力部に連動するアクチュエータ）４２を有し、該モータ４２がワイヤ５６ａ，５６ｂを駆動する。
【０１３３】
ロボットアーム７０２は、コンソール７０４の作用下に動作し、プログラムによる自動動作や、コンソール７０４に設けられたジョイスティック７０６に倣った操作、及びこれらの複合的な動作をする構成にしてもよい。作業部１６には、前記の先端動作部１２が設けられている。
【０１３４】
コンソール７０４には、操作指令部としての２つのジョイスティック７０６と、モニタ７１０が設けられている。図示を省略するが、２つのジョイスティック７０６により、２台のロボットアーム７０２を個別に操作が可能である。２つのジョイスティック７０６は、両手で操作しやすい位置に設けられている。モニタ７１０には、軟性鏡による画像等の情報が表示される。
【０１３５】
ジョイスティック７０６は、上下動作、左右動作、捻り動作、及び傾動動作が可能であり、これらの動作に応じてロボットアーム７０２を動かすことができる。ジョイスティック７０６はマスターアームであってもよい。ロボットアーム７０２とコンソール７０４との間の通信手段は、有線、無線、ネットワーク又はこれらの組み合わせでよい。
【０１３６】
ジョイスティック７０６には、トリガレバー３２が設けられており、該トリガレバー３２を操作することによりモータ４２を駆動可能である。
【０１３７】
本発明に係る医療用マニピュレータは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【符号の説明】
【０１３８】
１０…医療用マニピュレータ            １２、１２ａ、１２ｂ…先端動作部
１４…操作部                          １６…作業部
３２…トリガレバー                    ４０、４１、４２…モータ
４８…連結シャフト                    ５２、５４、５６…ワイヤ
１０４、３００…エンドエフェクタ      １４０ａ、１４０ｂ…アイドルプーリ
１４２ａ、１４２ｂ…ガイドプーリ      １５２…伝達部材
１５４、１９６、２２４、３５２…ピン  １５５…三日月形受動体
１５５ａ…凹面                        １５５ｂ…凸面
１５５ｃ…欠損部                      １５６…受動プーリ
１５６ｃ…溝部（受動円柱体溝部）      １５８…受動板
１６０…カバー                        ２０２、２１２、３０２…グリッパ
２３２ａ、２３２ｂ…第１層アイドルプーリ
２３４ａ、２３４ｂ…第２層アイドルプーリ
２３６ａ、２３６ｂ…第１層ガイドプーリ
２３８ａ、２３８ｂ…第２層ガイドプーリ
２５２ａ、２５２ｂ…受動ワイヤ
２６０ａ、２６０ｂ…エンドエフェクタ駆動機構
３２２…駆動側連結ワイヤ              ３２４…駆動側連結プーリ
３５０…折り返しプーリ                ３５６…凹部
３６０…第１層折り返しプーリ          ３６２…第２層折り返しプーリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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