(57)【要約】【課題】支持アーム装置のモータの出力を低減する。【解決手段】支持アーム装置は、ベース部に固定され、第１の駆動軸を軸回転させる第１の駆動部と、ベース部に固定され、第２の駆動軸を軸回転させる第２の駆動部と、少なくとも１つの平行リンクを含み、所定の治具を支持するアーム部と、を備え、第１の駆動部及び第２の駆動部の駆動により、アーム部の姿勢を変化させ、所定の治具に対して所定の回転運動を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部に固定され、第１の駆動軸を軸回転させる第１の駆動部と、
前記ベース部に固定され、第２の駆動軸を軸回転させる第２の駆動部と、
少なくとも１つの平行リンクを含み、所定の治具を支持するアーム部と、を備え、
前記第１の駆動部及び前記第２の駆動部の駆動により、前記アーム部の姿勢を変化させ、前記所定の治具を回転運動させる、支持アーム装置。
【請求項２】
前記ベース部に固定され、第３の駆動軸を軸回転させる第３の駆動部をさらに備え、
前記第１の駆動部、前記第２の駆動部及び前記第３の駆動部の駆動により、前記アーム部の姿勢を変化させ、前記所定の治具に対して、前記所定の回転運動として遠隔運動中心を中心とするピボット運動を行い、かつ、前記遠隔運動中心を通る直線に沿った直進運動を行う、請求項１に記載の支持アーム装置。
【請求項３】
前記アーム部は、複数の平行リンクを含み、前記複数の平行リンクが、リンク構成平面内に存在する、請求項１に記載の支持アーム装置。
【請求項４】
前記アーム部が、前記第１の駆動部、前記第２の駆動部及び前記第３の駆動部の駆動による可動部分となる一方、前記ベース部は、前記第１の駆動部、前記第２の駆動部及び前記第３の駆動部の駆動による不動部分となる、請求項２に記載の支持アーム装置。
【請求項５】
前記アーム部を構成する第１の駆動リンクと前記第１の駆動軸との間に介在し直交３自由度を構成する第１の直交関節部と、
前記アーム部を構成する第２の駆動リンクと前記第２の駆動軸との間に介在し直交２自由度を構成する第２の直交関節部と、
前記アーム部を構成する第３の駆動リンクと前記第３の駆動軸との間に介在し直交３自由度を構成する第３の直交関節部と、
を備える、請求項２に記載の支持アーム装置。
【請求項６】
前記第１の駆動軸の軸線と前記第３の駆動軸の軸線とは、互いに平行な平面上に存在する、請求項２に記載の支持アーム装置。
【請求項７】
前記第１の駆動軸の軸線と前記第３の駆動軸の軸線とは、等間隔平行又は同一軸線上に配置される、請求項６に記載の支持アーム装置。
【請求項８】
前記第２の駆動軸の軸線は、前記第１の駆動軸の軸線及び前記第３の駆動軸の軸線と直交する、請求項６に記載の支持アーム装置。
【請求項９】
前記遠隔運動中心が、前記第２の駆動軸の軸線上に存在する、請求項２に記載の支持アーム装置。
【請求項１０】
前記第１の駆動軸及び前記第３の駆動軸を同一方向に軸回転させることにより、前記治具が、前記遠隔運動中心を回転中心として回動する、請求項２に記載の支持アーム装置。
【請求項１１】
前記第１の駆動軸及び前記第３の駆動軸を逆方向に軸回転させることにより、前記治具が、前記遠隔運動中心を通る直線に沿った直進運動を行う、請求項２に記載の支持アーム装置。
【請求項１２】
前記アーム部は、前記直進運動をガイドするリニアブッシュを備える、請求項１１に記載の支持アーム装置。
【請求項１３】
前記アーム部は、前記遠隔運動中心を通る直線上の１辺を含む平行リンクを含み、前記平行リンクに、前記遠隔運動中心を通る直線に平行な方向に沿って配置され、当該方向に沿って前記リニアブッシュ内を進退動可能なガイドピンが設けられる、請求項１２に記載の支持アーム装置。
【請求項１４】
前記ガイドピンは、前記第１の駆動軸の軸線又は前記第３の駆動軸の軸線に直交する直線上に配置される、請求項１３に記載の支持アーム装置。
【請求項１５】
前記遠隔運動中心を通る直線上の１辺を含む平行リンクにおける、前記１辺に交差する２つの辺は、前記第２の駆動軸の軸線に平行な状態を維持しながら移動する、請求項１３に記載の支持アーム装置。
【請求項１６】
前記第２の駆動軸の軸回転により、前記治具が、前記リンク構成平面に交差する方向へ回転する、請求項３に記載の支持アーム装置。
【請求項１７】
前記第１の駆動リンクの前記第１の駆動軸の軸回転方向の回動範囲を規制するストッパを備える、請求項５に記載の支持アーム装置。
【請求項１８】
前記第２の駆動リンクの前記第２の駆動軸の軸回転方向の回動範囲を規制するストッパを備える、請求項５に記載の支持アーム装置。
【請求項１９】
前記治具が、医療用器具である、請求項１に記載の支持アーム装置。
【請求項２０】
前記治具が、内視鏡、若しくは、患者の生体組織又は医療デバイスを把持するエンドエフェクタである、請求項１９に記載の支持アーム装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、支持アーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パラレルリンクを利用した産業用ロボットや手術用ロボットが知られている。パラレルリンクを利用したロボットは、パラレルリンクにより構成されるアーム部の手先側を比較的軽く構成できることや、比較的安価に構成できることが特徴として挙げられる。また、パラレルリンクを利用したロボットは、モータを、アーム部の手先側ではなく根元側に配置できるために、モータ自体の重量がモータの出力に対する大きな負荷となりにくいことも特徴として挙げられる。【０００３】
例えば医療分野において、ＲＣＭ（Ｒｅｍｏｔｅ  Ｃｅｎｔｅｒ  ｏｆ  Ｍｏｔｉｏｎ：遠隔運動中心）を中心とするピボット運動を可能とした装置が用いられている。かかる装置は、少なくとも１つの平行リンクを含むアーム部を備えて構成され、支持される内視鏡や、鉗子等のエンドエフェクタを、ＲＣＭを中心とするピボット運動を可能としている。そのため、かかる装置は、手術の際に患者の体表面を切開して形成した挿入孔を常に通るように内視鏡やエンドエフェクタを移動させることができる、手術用のロボットとして使用され得る（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１０８５４５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された装置は、３つのモータを駆動させてアーム部の平行四辺形構造やひし形構造を変形させて、ＲＣＭを中心とするピボット運動を行うものである。しかしながら、特許文献１に開示された装置の３つのモータのうちの１つのモータは、アーム部だけでなく、他の２つのモータやカウンタウェイト等の比較的重量のある構成要素を含む部分を回動させるように構成されている。【０００６】
具体的に、３つのモータのうちの１つのモータはベース部に固定されているものの、他の２つのモータはベース部には固定されておらず、ベース部に固定されたモータにより回動される可動部分に配置されている。また、ベース部に固定されたモータにより回動される可動部分には、アーム部を自立状態で維持するためのカウンタウェイトが設けられている。したがって、ベース部に固定されたモータは、比較的大きい重量の部分を動作させる出力が必要になる。【０００７】
そこで、本開示では、モータの出力を低減可能な、新規かつ改良された支持アーム装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示によれば、ベース部に固定され、第１の駆動軸を軸回転させる第１の駆動部と、ベース部に固定され、第２の駆動軸を軸回転させる第２の駆動部と、少なくとも１つの平行リンクを含み、所定の治具を支持するアーム部と、を備え、第１の駆動部及び第２の駆動部の駆動により、アーム部の姿勢を変化させ、所定の治具を回転運動させる、支持アーム装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように本開示によれば、モータの出力を低減することが可能になる。なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、又は上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、又は本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の第１の実施の形態にかかる支持アーム装置の一構成例を示す斜視図である。
【図２】同実施形態にかかる支持アーム装置を示す斜視図である。
【図３】支持アーム装置の固定部近傍の構成を示す斜視図である。
【図４】アーム部の平行四辺形構造を説明するための図である。
【図５】アーム部の平行四辺形構造を説明するための図である。
【図６】アーム部のひし形構造を説明するための図である。
【図７】ガイド構造を説明するための図である。
【図８】ベース部の直交関節部の構成を説明するための図である。
【図９】ベース部の直交関節部の他の構成を示す図である。
【図１０】アーム部の基本姿勢を示す図である。
【図１１】アーム部の姿勢の変化を説明するための図である。
【図１２】アーム部の姿勢の変化を説明するための図である。
【図１３】アーム部の姿勢の変化を説明するための図である。
【図１４】アーム部の姿勢の変化を説明するための図である。
【図１５】アーム部の姿勢の変化を説明するための図である。
【図１６】アーム部の姿勢の変化を説明するための図である。
【図１７】アーム部の姿勢の変化を説明するための図である。
【図１８】アーム部の姿勢の変化を説明するための図である。
【図１９】アーム部の姿勢の変化を説明するための図である。
【図２０】支持アーム装置の制御部分について説明するためのブロック図である。
【図２１】支持アーム装置の制御方法について説明するための図である。
【図２２】支持アーム装置の制御方法について説明するための図である。
【図２３】支持アーム装置の制御方法について説明するための図である。
【図２４】第１の変形例にかかる支持アーム装置を示す斜視図である。
【図２５】第２の変形例にかかる支持アーム装置を示す斜視図である。
【図２６】第３の変形例にかかる支持アーム装置を示す説明図である。
【図２７】本開示の第２の実施の形態にかかる支持アーム装置の一構成例を示す斜視図である。
【図２８】アーム部の姿勢の変化を説明するための図である。
【図２９】アーム部の姿勢の変化を説明するための図である。
【図３０】アーム部の姿勢の変化を説明するための図である。
【図３１】アーム部の姿勢の変化を説明するための図である。
【図３２】アーム部の姿勢の変化を説明するための図である。
【図３３】本開示の第３の実施の形態にかかる支持アーム装置の一構成例を示す斜視図である。
【図３４】アーム部の姿勢の変化を説明するための図である。
【図３５】アーム部の姿勢の変化を説明するための図である。
【図３６】アーム部の姿勢の変化を説明するための図である。
【図３７】アーム部の姿勢の変化を説明するための図である。
【図３８】アーム部の姿勢の変化を説明するための図である。
【図３９】アーム部の姿勢の変化を説明するための図である。
【図４０】アーム部の姿勢の変化を説明するための図である。
【図４１】本開示の第４の実施の形態にかかる支持アーム装置の一構成例を示す斜視図である。
【図４２】アーム部の姿勢の変化を説明するための図である。
【図４３】アーム部の姿勢の変化を説明するための図である。
【図４４】アーム部の姿勢の変化を説明するための図である。
【図４５】アーム部の姿勢の変化を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１２】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．第１の実施の形態
１−１．支持アーム装置の全体構成
１−２．支持アーム装置の具体的構成
１−３．アーム部の姿勢
１−４．制御装置
１−５．変形例
１−６．まとめ
２．第２の実施の形態
２−１．支持アーム装置の構成
２−２．アーム部の姿勢
２−３．まとめ
３．第３の実施の形態
３−１．支持アーム装置の構成
３−２．アーム部の姿勢
３−３．まとめ
４．第４の実施の形態
４−１．支持アーム装置の構成
４−２．アーム部の姿勢
４−３．まとめ
【００１３】
＜＜１．第１の実施の形態＞＞
＜１−１．支持アーム装置の全体構成＞
図１を参照して、本開示の第１の実施の形態にかかる支持アーム装置１の全体構成を説明する。図１は、本実施形態にかかる支持アーム装置１の一構成例を示す斜視図である。
【００１４】
なお、本明細書において、第１の駆動軸３１ａ又は第３の駆動軸３１ｂの軸線の方向を左右方向といい、第２の駆動軸３１ｃの軸線の方向を前後方向といい、第１の駆動軸３１ａ又は第３の駆動軸３１ｂ、及び、第２の駆動軸３１ｃに対して直交する方向を上下方向ともいう。
【００１５】
本実施形態にかかる支持アーム装置１は、医療用器具としての内視鏡２１０が支持部５０に支持された医療用支持アーム装置の例である。本実施形態にかかる支持アーム装置１は、いわゆるマスター／スレイブ方式の手術システムにおけるスレイブ側の装置を構成し得る。したがって、支持アーム装置１及び内視鏡２１０は、術者によって遠隔操作可能に構成されてもよい。
【００１６】
支持アーム装置１は、少なくとも１つの平行リンクを含むアーム部１０を備える。当該アーム部１０を、第１のモータ３０ａ、第２のモータ３０ｃ及び第３のモータ３０ｂにより動作させることで、所定のＲＣＭを中心とするピボット運動（以下、ＲＣＭを中心とするピボット運動を、単に「ピボット運動」ともいう。）、及び、ＲＣＭを通る直線に沿った直進運動が実現される。支持アーム装置１の具体的な構成は後述する。
【００１７】
内視鏡２１０は、支持アーム装置１の支持部５０に支持されている。かかる内視鏡２１０は、長尺の挿入部２１２を有する硬性鏡であり、例えば挿入部２１２の先端部が開腹手術時に体内に挿入される。内視鏡２１０の挿入部２１２は、支持アーム装置１の制御によってピボット運動を行う。すなわち、アーム部１０を様々に動作させたとしても、内視鏡２１０の挿入部２１２は、当該挿入部２１２が、あるいは、挿入部２１２の軸線が、必ずＲＣＭを通過するように、前後左右方向への回転運動を行う。また、内視鏡２１０の挿入部２１２は、支持アーム装置１の制御により、ピボット運動と併せて、ＲＣＭを通る直線に沿った直進運動を行う。ＲＣＭは、旋回中心を表す仮想のものであり、支持アーム装置１が医療用に用いられる場合、ＲＣＭは、例えば患者の体表面を切開等して形成された挿入口に相当する。内視鏡２１０の挿入部２１２は、ＲＣＭを不動点としてピボット運動及び直進運動を行い、撮像位置あるいは撮像角度等が変更される。
【００１８】
支持アーム装置１に支持される医療用器具は、内視鏡２１０に限られず、例えば、患者の生体組織又は医療デバイスを把持するエンドエフェクタ等の術具であってもよい。かかる術具は、支持アーム装置１の支持部５０によって支持される部分に接続された長尺の挿入部を有し、当該挿入部の先端に把持部を備えるものであってよい。かかる術具においても、挿入部は、支持アーム装置１を制御することによってピボット運動及び直進運動を行う。これにより、手術を行う際に、エンドエフェクタが患者の生体組織に対して所望の位置及び姿勢を取り得るように、支持アーム装置１の姿勢が制御される。
【００１９】
支持アーム装置１は、カバー２０１を備えてもよい。カバー２０１は、支持アーム装置１を内部に収容する筐体である。支持アーム装置１が医療用に用いられる場合、装置は清潔に保たれる必要性が高い。このため、カバー２０１を備えることにより、内部の機械構造の露出を妨げることができる。また、カバー２０１を備えることにより、術者等が誤ってアーム部１０に触れて怪我等をすることを防ぐこともできる。
【００２０】
カバー２０１は開口部２０３を有し、当該開口部２０３から、支持アーム装置１の一部が外部に導出されている。図１に示した支持アーム装置１の例では、アーム部１０の一部を構成する第１のリンク１１ａ及び第２のリンク１１ｂが外部に導出され、当該第１のリンク１１ａ及び第２のリンク１１ｂの先端に支持部５０が設けられている。例えば、支持アーム装置１が手術台の脇に設置されて使用されることを想定した場合、第１のリンク１１ａ及び第２のリンク１１ｂは、カバー２０１の開口部２０３から５００ｍｍ導出されていてもよい。カバー２０１の開口部２０３は、内視鏡２１０をピボット運動及び直進運動させる際に、第１のリンク１１ａ及び第２のリンク１１ｂが移動し得る範囲を制限しないように形成される。なお、カバー２０１の外形は特に限定されない。また、本実施形態にかかる支持アーム装置１において、カバー２０１は省略されていてもよい。
【００２１】
＜１−２．支持アーム装置の具体的構成＞
次に、図２及び図３を参照して、本実施形態にかかる支持アーム装置１の構成について具体的に説明する。図２は、図１に示した支持アーム装置１のカバー２０１を省略して示したものである。図３は、支持アーム装置１の固定部２５の近傍を示す斜視図である。図２において、内視鏡２１０の代わりに、長尺の棒状の術具（治具）５が、支持部５０に支持されている。術具５は、内視鏡２１０の挿入部２１２、あるいは、その他の術具の挿入部に相当する。
【００２２】
支持アーム装置１は、ベース部２１と、第１のモータ３０ａと、第２のモータ３０ｃと、第３のモータ３０ｂと、支持部５０を有するアーム部１０とを備える。第１のモータ３０ａ、第２のモータ３０ｃ及び第３のモータ３０ｂは、例えばボルトやリベット等を用いて、ベース部２１に取り付けられている。
【００２３】
（１−２−１．ベース部）
ベース部２１は、固定部２５と、固定部２５を支持して安定させる脚部２３とを備える。脚部２３は、骨材を連結したＵ字状となっているが、脚部２３の形態は特に限定されない。脚部２３の代わりに、平板あるいは立体形状の台座としてもよい。固定部２５は、直交する第１の板面部２５ａ及び第２の板面部２５ｂからなる。第１の板面部２５ａ及び第２の板面部２５ｂは、それぞれＵ字状の脚部２３のうちの直交する２辺に固定される。なお、固定部２５の形態についても、特に限定されない。ベース部２１は、第１のモータ３０ａ、第２のモータ３０ｃ及び第３のモータ３０ｂの駆動時に位置や姿勢が変化することのない不動部分であり、アーム部１０を動作させる間、基本的には不動のままで維持される。なお、ベース部２１は、例えば床面上を移動可能にするキャスタを備えてもよい。
【００２４】
（１−２−２．駆動部）
第１のモータ３０ａ、第２のモータ３０ｃ及び第３のモータ３０ｂは、それぞれ第１の駆動部、第２の駆動部及び第３の駆動部の一例である。第１のモータ３０ａ、第２のモータ３０ｃ及び第３のモータ３０ｂは、例えば電動式のサーボモータとすることができ、それぞれ図示しない電気配線が接続され、制御装置による通電制御によって駆動される。第１のモータ３０ａは、第１の駆動軸３１ａを軸回転させる。第２のモータ３０ｃは、第２の駆動軸３１ｃを軸回転させる。第３のモータ３０ｂは、第３の駆動軸３１ｂを軸回転させる。本実施形態にかかる支持アーム装置１では、第１のモータ３０ａ、第２のモータ３０ｃ及び第３のモータ３０ｂの出力軸が、それぞれ第１の駆動軸３１ａ、第２の駆動軸３１ｃ及び第３の駆動軸３１ｂとなっているが、モータの出力軸と駆動軸とは、互いに異なる軸部材とされ、ギア等を介して接続されてもよい。
【００２５】
第１の駆動軸３１ａは、軸受部２７ａにより回転自在に支持される。第２の駆動軸３１ｃは、軸受部２７ｃにより回転自在に支持される。第３の駆動軸３１ｂは、軸受部２７ｂにより回転自在に支持される。第１の駆動軸３１ａ及び第３の駆動軸３１ｂは、等間隔平行に配置されている。第１の駆動軸３１ａと第３の駆動軸３１ｂとは、互いに平行な面上に配置されていればよいが、第１の駆動軸３１ａと第３の駆動軸３１ｂとが等間隔平行状態であれば、第１のモータ３０ａ、第２のモータ３０ｃ及び第３のモータ３０ｂの制御による、ＲＣＭを中心とするピボット運動が容易になる。また、第１の駆動軸３１ａと第３の駆動軸３１ｂとが等間隔平行状態であれば、モータトルクの伝達効率の低下を防ぐことができる。さらには、第１の駆動軸３１ａと第３の駆動軸３１ｂとが等間隔平行状態であれば、設計が容易になり、生産効率も向上する。
【００２６】
また、第２の駆動軸３１ｃの軸線は、第１の駆動軸３１ａの軸線及び第３の駆動軸３１ｂの軸線とそれぞれ直交する。本実施形態にかかる支持アーム装置１では、ベース部２１が設置される設置面に平行な面上に、第１の駆動軸３１ａの軸線、第２の駆動軸３１ｃ及び第３の駆動軸３１ｂの軸線の軸線が配置されている。第２の駆動軸３１ｃの軸線上には、さらに術具５のピボット運動の中心となるＲＣＭが配置される。なお、第１の駆動部、第２の駆動部及び第３の駆動部は、それぞれ第１の駆動軸３１ａ、第２の駆動軸３１ｃ及び第３の駆動軸３１ｂを軸回転させることができるものであれば、モータに限定されない。
【００２７】
（１−２−３．アーム部）
アーム部１０は、複数のリンクによって構成される少なくとも１つの平行リンクを含む。ここで、「平行リンク」とは、複数のリンクによって形成される平行四辺形構造あるいはひし形構造を指す。アーム部１０は、複数の関節部６０ａ〜６０ｎと、関節部６０ａ〜６０ｎによって互いに回動可能に連結される第１のリンク１１ａ、第２のリンク１１ｂ、第３のリンク１３、第４のリンク１５ａ、第５のリンク１５ｂ、第６のリンク１５ｃ、第７のリンク１７ａ、第８のリンク１７ｂ、第９のリンク１７ｃ、第１０のリンク１９とを含む。また、アーム部１０は、先端に、術具５を支持するための支持部５０を有する。
【００２８】
アーム部１０を構成する複数のリンクは、例えばアルミニウムやステンレス、樹脂材料等、種々の材料を用いて形成することができる。軽さを重視して構成材料を選択してもよいし、生産コストを重視して構成材料を選択してもよい。
【００２９】
支持部５０の構成は、内視鏡やエンドエフェクタ等の術具５を支持可能であれば、特に限定されない。例えば、ボルトやリベット等を利用して術具５が固定可能になっていてもよいし、術具５のうち支持部５０に支持される部分を支持部５０に対応する特定の形状にして、術具５が装着又は脱離可能になっていてもよい。また、支持部５０は、長尺の術具５を軸回転させる回転機構を備えていてもよい。例えば、術具５を支持する部分がモータ等により回転可能になっていてもよい。支持部５０が回転機構を備えることにより、例えば術具５として３Ｄ内視鏡等を支持させて使用することもできる。
【００３０】
図４〜図６は、アーム部１０に形成された平行四辺形構造及びひし形構造を示す説明図である。図４に示すように、第１のリンク１１ａ、第２のリンク１１ｂ、第３のリンク１３及び支持部５０により平行リンクが形成される。また、図５に示すように、第４のリンク１５ａ、第５のリンク１５ｂ、第１０のリンク１９及び第１のリンク１１ａにより平行リンクが形成される。第５のリンク１５ｂと第２のリンク１１ｂとは交差しているが、連結されていない。また、第７のリンク１７ａ、第８のリンク１７ｂ及び第１０のリンク１９により平行リンクが形成される。さらに、図６に示すように、第４のリンク１５ａ、第６のリンク１５ｃ、第７のリンク１７ａ及び第９のリンク１７ｃにより平行リンクが形成される。第６のリンク１５ｃと第８のリンク１７ｂとは交差しているが、連結されていない。同様に、第９のリンク１７ｃと第５のリンク１５ｂとは交差しているが、連結されていない。一方、第３のリンク１３は、ガイド構造３５を介して第９のリンク１７ｃに連結されている。
【００３１】
なお、これらの複数のリンクのうち、第８のリンク１７ｂが第１の駆動リンクに相当し、第７のリンク１７ａが第２の駆動リンクに相当し、第６のリンク１５ｃが第３の駆動リンクに相当する。
【００３２】
これらの複数のリンクは、アーム部１０の姿勢にかかわらず、共通のリンク構成平面内に存在する。すなわち、複数のリンクにより形成される複数の平行リンクは、アーム部１０の姿勢にかかわらず、共通のリンク構成平面内に存在する。したがって、支持アーム装置１は、左右方向の幅を小さくすることができる。ここで、「リンク構成平面」とは、所定の厚さを有する平面として概念される面であって、アーム部１０の前後方向及び上下方向への動作時には当該面が変わることがない一方、アーム部１０の左右方向への動作時には当該面の傾きが変わり得る。本実施形態にかかる支持アーム装置１においては、リンク構成平面は、リンク３本分の厚さを有している。
【００３３】
図７は、ガイド構造３５を示す説明図である。ガイド構造３５は、ガイドピン４３及びリニアブッシュ４２を備える。第３のリンク１３は、第３のリンク１３の延在方向に沿って延びるガイドピン４３を有する。ガイドピン４３は、第２のリンク１１ｂと第３のリンク１３との関節部６０ｄの位置で、第３のリンク１３に設けられた軸受部１３ａにより軸回転可能に支持されている。また、ガイドピン４３は、第９のリンク１７ｃに対して回動可能に固定されたリニアブッシュ４２内に挿嵌され、リニアブッシュ４２内を進退動可能になっている。ガイドピン４３は、アーム部１０の姿勢にかかわらず、第３の駆動軸３１ｂの軸線に向けられる。すなわち、第３のリンク１３は、常に第３の駆動軸３１ｂの軸線の方向に向けられる。支持部５０及び術具５は、第３のリンク１３に平行であることから、術具５、あるいは、術具５の軸線は、アーム部１０の姿勢にかかわらず、常にＲＣＭを通ることになる。
【００３４】
図２及び図３に戻り、第８のリンク（第１の駆動リンク）１７ｂは、第１の直交関節部４０ａを介して第１の駆動軸３１ａに連結されている。第１の直交関節部４０ａは、２つのＬ字状の部材４１ａ，４３ａと、２つの関節部６０ｌ，６０ｍとを含んで構成される。一方のＬ字状の部材４１ａの一片は、第１の駆動軸３１ａに連結されて、第１の駆動軸３１ａの軸線に直交する方向に沿って延在する。また、Ｌ字状の部材４１ａの他の片は、第１の駆動軸３１ａの軸線の方向に沿って延在し、関節部６０ｍによって他方のＬ字状の部材４３ａに回動自在に連結される。一方のＬ字状の部材４１ａに連結された他方のＬ字状の部材４３ａの一片は、第１の駆動軸３１ａの軸線の方向に沿う面上に延在する。また、Ｌ字状の部材４３ａの他の片は、第１の駆動軸３１ａの軸線に直交する方向に沿って延在し、関節部６０ｌによって第８のリンク１７ｂに回動自在に連結される。
【００３５】
第１の駆動軸３１ａの回転に伴う第１の直交関節部４０ａのＬ字状の部材４１ａの回動範囲は、ストッパ２８ａ，２８ｂにより規制される。すなわち、Ｌ字状の部材４１ａは、ストッパ２８ａに当接する位置から、ストッパ２８ｂに当接する位置までの間を回動する。
【００３６】
図８には、第１の直交関節部４０ａにおける第１の駆動軸３１ａの回転軸Ａｘ＿ｍ１と、２つのＬ字状の部材４１ａ，４３ａを連結する関節部６０ｍの回転軸Ａｘ＿ｊ１と、Ｌ字状の部材４３ａ及び第８のリンク１７ｂの関節部６０ｌの回転軸Ａｘ＿ｊ２とが太線で示されている。第１の駆動軸３１ａ及び２つの関節部６０ｌ，６０ｍの回転軸を含む３つの軸Ａｘ＿ｍ１，Ａｘ＿ｊ１，Ａｘ＿ｊ２は、それぞれ互いに直交し、１点で交差する。したがって、第１のモータ３０ａを駆動することにより、第１の駆動軸３１ａが軸回転し、アーム部１０の姿勢にかかわらず、第８のリンク１７ｂが、第１の駆動軸３１ａの軸線Ａｘ＿ｍ１を中心に回動する。
【００３７】
なお、第１の直交関節部４０ａは、２つのＬ字状の部材４１ａ，４１ｂを連結して構成する以外に、図９に示すように、Ｌ字状の部材４１ａと四角柱状の部材４４とを連結して構成してもよい。要するに、Ｌ字状あるいは四角柱状の部材は、直交する２つの面を有する部材であって、かかる２つの面を有する部材であれば、利用することができる。
【００３８】
図５は、２つの平行四辺形構造によって、術具５の前後方向への傾きがＲＣＭを中心として変化する様子を示す説明図である。かかる図５に示すように、第７のリンク１７ａは、第８のリンク１７ｂの回動に伴って、第８のリンク１７ｂと平行な状態を保ちながら、関節部６０ｎを中心に回動する。これにより、第７のリンク１７ａ、第８のリンク１７ｂ及び第１０のリンク１９により形成される平行リンクは、前後方向に回動する。このとき、第１０のリンク１９は、第１の駆動軸３１ａの軸線と第３の駆動軸３１ｂの軸線とを結ぶ線に平行な状態を保ちながら回動する。
【００３９】
また、第１０のリンク１９は、第１のリンク１１ａ、第４のリンク１５ａ及び第５のリンク１５ｂとともに平行リンクを形成する要素であり、第１０のリンク１９の回動に伴って、第１のリンク１１ａが、第１０のリンク１９と平行な状態を保ちながら回動する。かかる第１のリンク１１ａは、支持部５０、第２のリンク１１ｂ及び第３のリンク１３とともに平行リンクを形成している。したがって、第１のリンク１１ａと第２のリンク１１ｂとは、常に設置面に平行な状態を保ちながら回動する。このとき、ガイド構造３５によって第３のリンク１３が常に第３の駆動軸３１ｂに向けられることから、術具５、あるいは、術具５の軸線は、常にＲＣＭを通過する。
【００４０】
このように、第１のモータ３０ａ及び第３のモータ３０ｂを駆動して、第１のリンク１１ａ及び第２のリンク１１ｂを回動させることにより、術具５はＲＣＭを中心に前後方向へ回動可能になっている。なお、術具５が前後方向にのみ回動する際には、アーム部１０の複数の平行リンクは、特定のリンク構成平面内に存在したままで、リンク構成平面に沿って変形する。
【００４１】
図２及び図３に戻り、第６のリンク（第３の駆動リンク）１５ｃは、第３の直交関節部４０ｂを介して第３の駆動軸３１ｂに連結されている。第３の直交関節部４０ｂは、２つのＬ字状の部材４１ｂ，４３ｂと、２つの関節部６０ｊ，６０ｋとを含んで構成される。一方のＬ字状の部材４１ｂの一片は、第３の駆動軸３１ｂに連結されて、第３の駆動軸３１ｂの軸線に直交する方向に沿って延在する。また、Ｌ字状の部材４１ｂの他の片は、第３の駆動軸３１ｂの軸線の方向に沿って延在し、関節部６０ｋによって他方のＬ字状の部材４３ｂに回動自在に連結される。
【００４２】
一方のＬ字状の部材４１ｂに連結された他方のＬ字状の部材４３ｂの一片は、第３の駆動軸３１ｂの軸線の方向に沿う面上に延在する。また、Ｌ字状の部材４３ｂの他の片は、第３の駆動軸３１ｂの軸線に直交する方向に沿って延在し、関節部６０ｊによって第６のリンク１５ｃに回動自在に連結される。第３の駆動軸３１ｂ及び２つの関節部６０ｊ，６０ｋの回転軸からなる３つの軸は、それぞれ互いに直交し、１点で交差する。したがって、第１の直交関節部４０ａと同様に、第３のモータ３０ｂを駆動することにより、第３の駆動軸３１ｂが軸回転し、アーム部１０の姿勢にかかわらず、第６のリンク１５ｃが、第３の駆動軸３１ｂの軸線を中心に回動する。
【００４３】
第３のモータ３０ｂを駆動し、第３の駆動軸３１ｂを第１の駆動軸３１ａと同一の方向及び同一の回転速度で軸回転させると、第４のリンク１５ａ、第６のリンク１５ｃ、第７のリンク１７ａ及び第９のリンク１７ｃにより形成される平行リンクは、その形状を維持したまま、第３の駆動軸３１ｂの軸線を中心に回動する。一方、第３の駆動軸３１ｂを、第１の駆動軸３１ａと異なる回転速度で、あるいは、逆方向に軸回転させると、第４のリンク１５ａ、第６のリンク１５ｃ、第７のリンク１７ａ及び第９のリンク１７ｃにより形成される平行リンクの形状が変化する。
【００４４】
図６は、２つのひし形構造によって、術具５が、ＲＣＭを通過するように上下方向へ直進運動する様子を示す説明図である。かかる図６に示すように、リニアブッシュ４２の回転軸Ｐ２を通過し第４のリンク１５ａに平行な仮想線と、第１のリンク１１ａと第４のリンク１５ａとを連結する関節部６０ｃを通過し第９のリンク１７ｃに平行な仮想線とを引くと、第３のリンク１３及びその延長線を対角線とする２つのひし形構造が形成される。第４のリンク１５ａ、第６のリンク１５ｃ、第７のリンク１７ａ及び第９のリンク１７ｃにより形成される平行リンクの形状が変化する際には、上述の２つのひし形構造が、当該対角線の方向に伸縮する。支持部５０及び術具５は第３のリンク１３に平行であるため、術具５は、アーム部１０の姿勢にかかわらず、ＲＣＭを通る直線に沿って直進運動可能になっている。
【００４５】
このとき、２つのひし形構造が、上記の対角線の方向に縮んだ場合、ガイドピン４３を保持する第３のリンク１３がリニアブッシュ４２の上面に当接する。これにより、ひし形構造の最大の縮み幅が規制され、術具５の下方への最大移動量が規制される。また、ひし形構造の最大の伸び幅は、第８のリンク１７ｂ及び第６のリンク１５ｃの回動範囲により設定され得る。したがって、ガイドピン４３の長さや、第３のリンク１３とリニアブッシュ４２との当接位置は、術具５の直進運動の範囲に応じて決定される。
【００４６】
このように、第１のモータ３０ａ及び第３のモータ３０ｂを駆動して、第３のリンク１３及びその延長線を対角線とする２つのひし形構造を、当該対角線の方向に沿って伸縮させることにより、術具５はＲＣＭを通るように進退動可能になっている。なお、術具５が直進運動のみを行う際には、アーム部１０の複数の平行リンクは、特定のリンク構成平面内に存在したままで、リンク構成平面に沿って変形する。
【００４７】
図２及び図３に戻り、第７のリンク（第２の駆動リンク）１７ａは、第２の直交関節部４０ｃを介して第２の駆動軸３１ｃに連結されている。第２の直交関節部４０ｃは、Ｌ字状の部材４５と、関節部６０ｎとを含んで構成される。Ｌ字状の部材４５の一片は、第２の駆動軸３１ｃに連結されて、第２の駆動軸３１ｃの軸線に直交する方向に沿って延在する。また、Ｌ字状の部材４５の他の片は、第２の駆動軸３１ｃの軸線の方向に沿って延在し、関節部６０ｎによって第７のリンク１７ａに回動自在に連結される。なお、第７のリンク１７ａは、第３の駆動軸３１ｂには連結されていない。
【００４８】
第２の駆動軸３１ｃの回転に伴う第２の直交関節部４０ｃのＬ字状の部材４５の回動範囲は、ストッパ２８ｃ，２８ｄにより規制される。すなわち、Ｌ字状の部材４５は、ストッパ２８ｃに当接する位置から、ストッパ２８ｄに当接する位置までの間を回動する。
【００４９】
図８には、第２の直交関節部４０ｃにおける第２の駆動軸３１ｃの回転軸Ａｘ＿ｍ２と、Ｌ字状の部材４５及び第７のリンク１７ａを連結する関節部６０ｎの回転軸Ａｘ＿ｊ３とが太線で示されている。第２の駆動軸３１ｃ及び関節部６０ｎの回転軸からなる２つの軸Ａｘ＿ｍ２，Ａｘ＿ｊ３は、互いに直交し、１点で交差する。したがって、第２のモータ３０ｃを駆動することにより、第２の駆動軸３１ｃが軸回転し、アーム部１０の姿勢にかかわらず、第７のリンク１７ａが、第２の駆動軸３１ｃの軸線Ａｘ＿ｍ２を中心に左右方向に回動する。
【００５０】
図２及び図３に戻り、第８のリンク１７ｂ及び第６のリンク１５ｃは、それぞれ３つの回転軸が直交する第１の直交関節部４０ａ及び第３の直交関節部４０ｂを介して第１の駆動軸３１ａ及び第３の駆動軸３１ｂに連結されている。したがって、第８のリンク１７ｂ及び第６のリンク１５ｃは、左右方向にも回動自在になっており、第７のリンク１７ａの回動に伴って、アーム部１０全体も左右方向に回動する。第１の直交関節部４０ａ及び第３の直交関節部４０ｂの３つの回転軸は、第２の駆動軸３１ｃの軸線上で交差する。そのため、アーム部１０の左右方向の傾きにかかわらず、術具５、あるいは、術具５の軸線は、常にＲＣＭを通過する。
【００５１】
このように、第２のモータ３０ｃの駆動により、アーム部１０の全体が左右方向に傾き、術具５はＲＣＭを中心に左右方向へ回動可能になっている。なお、術具５が左右方向に回動する際には、アーム部１０の全体が左右方向に傾くことになり、アーム部１０の複数の平行リンクが共通のリンク構成平面内に存在する状態は維持される。
【００５２】
ここで、第１の駆動軸３１ａ及び第２の駆動軸３１ｃに着目すると、第１の駆動軸３１ａと第２の駆動軸３１ｃとの間は７自由度の閉リンク構造となっている。また、第１の駆動軸３１ａ及び第２の駆動軸３１ｃの直後には、それぞれ直交３自由度及び直交２自由度が構成されている。そのため、互いの回転が阻害しないようになっている。また、第３の駆動軸３１ｂ及び第２の駆動軸３１ｃも同様の関係を有している。
【００５３】
また、第１の駆動軸３１ａ、第３の駆動軸３１ｂ及び第２の駆動軸３１ｃには、それぞれ自重補償バネ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄが巻付けられ、その一端がそれぞれ突設部２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄに係止される。これにより、第１の駆動軸３１ａ、第３の駆動軸３１ｂ及び第２の駆動軸３１ｃの軸回転に対して反力が与えられ、アーム部１０の自立が補助される。したがって、アーム部１０の自重で、アーム部１０が特定の方向に傾くことが防止される。
【００５４】
＜１−３．アーム部の姿勢＞
ここまで、本実施形態にかかる支持アーム装置１の構成について説明した。次に、支持アーム装置１のアーム部１０が取り得る種々の姿勢について説明する。以下、主に第１のモータ３０ａ及び第３のモータ３０ｂにより制御される、アーム部１０の前後方向の回転運動及び上下方向の直進運動と、主に第２のモータ３０ｃにより制御される、アーム部１０の左右方向の回転運動とに分けて説明する。
【００５５】
（１−３−１．前後方向及び上下方向の動作）
図１０〜図１６は、前後方向及び上下方向に移動するアーム部１０の姿勢の例をそれぞれ示しており、図１１〜図１６には、図１０のアーム部１０の姿勢（基本姿勢）との比較を容易にするために、図１０のアーム部１０の姿勢を表す仮想線が示されている。
【００５６】
図１０においては、アーム部１０は左右方向に傾いておらず、アーム部１０及び術具５がほぼ垂直方向に支持され、かつ、術具５の先端部分がわずかにＲＣＭ内に進入した状態となっている。
【００５７】
図１１は、図１０の状態から、第１の駆動軸３１ａ及び第３の駆動軸３１ｂを逆方向に回転させた場合のアーム部１０の姿勢を示している。この場合、第１の駆動軸３１ａが図示の反時計回りに回転し、第３の駆動軸３１ｂが時計回りに回転し、かつ、第３の駆動軸３１ｂの回転量（回転角）が第１の駆動軸３１ａの回転量（回転角）よりも大きい。これにより、第７のリンク１７ａと第６のリンク１５ｃとの成す角度が小さくなり、第３のリンク１３及びその延長線を対角線とする２つのひし形構造が、当該対角線に沿って延びる。その結果、術具５は、ＲＣＭを中心として後方に傾きつつ上昇し、先端部分がＲＣＭから抜け出している。
【００５８】
図１２は、図１０の状態から、第１の駆動軸３１ａ及び第３の駆動軸３１ｂを逆方向に回転させた場合のアーム部１０の姿勢を示している。この場合、第１の駆動軸３１ａが図示の時計回りに回転し、第３の駆動軸３１ｂが反時計回りに回転し、かつ、第３の駆動軸３１ｂの回転量が第１の駆動軸３１ａの回転量よりも大きい。これにより、第７のリンク１７ａと第６のリンク１５ｃとの成す角度が大きくなり、第３のリンク１３及びその延長線を対角線とする２つのひし形構造が、当該対角線に沿って縮む。その結果、術具５は、ＲＣＭを中心として前方に回動しつつ下降し、先端部分がＲＣＭからより下方側に進入している。
【００５９】
図１３は、図１０の状態から、第１の駆動軸３１ａ及び第３の駆動軸３１ｂを同方向に回転させた場合のアーム部１０の姿勢を示している。この場合、第１の駆動軸３１ａ及び第３の駆動軸３１ｂがともに図示の反時計回りに、略同じ回転量で回転している。これにより、第３のリンク１３及びその延長性を対角線とする２つのひし形構造の形状が維持されたままアーム部１０が回転する。その結果、術具５は、略そのままの高さを維持しつつ、ＲＣＭを中心として前方に回動する。
【００６０】
図１４は、図１０の状態から、第１の駆動軸３１ａ及び第３の駆動軸３１ｂを同方向に回転させた場合のアーム部１０の姿勢を示している。図１４は、図１３の状態から、第３の駆動軸３１ｂのみをさらに図示の反時計回りに回転した場合のアーム部１０の姿勢に相当する。この場合、第７のリンク１７ａと第６のリンク１５ｃとの成す角度が大きくなり、第３のリンク１３及びその延長線を対角線とする２つのひし形構造が、当該対角線に沿って縮む。その結果、術具５は、ＲＣＭを中心として前方に傾きつつ下降し、先端部分がＲＣＭからより下方側に進入している。
【００６１】
なお、図１３及び図１４は、第１の直交関節部４０ａを構成するＬ字状の部材４１ａが、ストッパ２８ｂに当接した状態（図３を参照）を示している。すなわち、図１３及び図１４は、術具５が、最も前方側へ傾いた状態を示している。
【００６２】
図１５は、図１０の状態から、第１の駆動軸３１ａ及び第３の駆動軸３１ｂを同方向に回転させた場合のアーム部１０の姿勢を示している。この場合、第１の駆動軸３１ａ及び第３の駆動軸３１ｂがともに図示の時計回りに回転し、かつ、第３の駆動軸３１ｂの回転量が第１の駆動軸３１ａの回転量よりも大きい。これにより、第７のリンク１７ａと第６のリンク１５ｃとの成す角度が小さくなり、第３のリンク１３及びその延長線を対角線とする２つのひし形構造が、当該対角線に沿って伸びる。その結果、術具５は、ＲＣＭを中心として後方に傾きつつ上昇し、先端部分がＲＣＭから抜け出している。
【００６３】
図１６は、図１０の状態から、第１の駆動軸３１ａ及び第３の駆動軸３１ｂを同方向に回転させた場合のアーム部１０の姿勢を示している。図１６は、図１５の状態から、第１の駆動軸３１ａをさらに図示の時計回りに回転し、第３の駆動軸３１ｂを図示の反時計回り方向に戻した場合のアーム部１０の姿勢に相当する。この場合、第７のリンク１７ａと第６のリンク１５ｃとの成す角度が、図１５の状態に比べて大きくなり、第３のリンク１３及びその延長線を対角線とする２つのひし形構造が、当該対角線に沿って縮む。その結果、術具５は、ＲＣＭを中心として前方に回動しつつ下降し、先端部分がＲＣＭ内に進入している。
【００６４】
なお、図１６は、第１の直交関節部４０ａを構成するＬ字状の部材４１ａが、ストッパ２８ａに当接した状態（図３を参照）を示している。すなわち、図１６は、術具５が、最も後方側へ傾いた状態を示している。
【００６５】
（１−３−２．左右方向の動作）
図１７〜図１９は、左右方向に移動するアーム部１０の姿勢の例をそれぞれ示している。図１７〜図１９においては、第１のモータ３０ａ及び第３のモータ３０ｂの駆動状態は一定のままで、第２のモータ３０ｃの駆動による第２の駆動軸３１ｃの軸回転によって、アーム部１０の姿勢が変化している。
【００６６】
図１７は、左右方向の傾きがゼロの状態で保持されたアーム部１０を示している。この状態では、アーム部１０の支持部５０に支持された術具５も左右方向の傾きがゼロの状態となっている。図１８は、第２の駆動軸３１ｃを図示の時計回りに回転させて、アーム部１０を左方向（図示の右方向）に傾けた状態を示している。したがって、アーム部１０の支持部５０に支持された術具５も左方向に傾いた状態となっている。また、図１９は、第２の駆動軸３１ｃを図示の反時計回りに回転させて、アーム部１０を右方向（図示の左方向）に傾けた状態を示している。したがって、アーム部１０の支持部５０に支持された術具５も右方向に傾いた状態となっている。
【００６７】
第２の駆動軸３１ｃを左右いずれの方向に回転させた場合であっても、第２の駆動軸３１ｃに固定されたＬ字状の部材４５に回動自在に連結された第７のリンク１７ａが傾けられ、これに伴ってアーム部１０全体が左右に傾けられる。このとき、アーム部１０と第１の駆動軸３１ａ及び第３の駆動軸３１ｂとを連結する第１の直交関節部４０ａ及び第３の直交関節部４０ｂは、３自由度を構成し、アーム部１０と第２の駆動軸３１ｃとを連結する第２の直交関節部４０ｃは、２自由度を構成している。したがって、複数のリンクが干渉し合うことなく、アーム部１０の左右方向への回動が可能になる。また、ＲＣＭは、第２の駆動軸３１ｃの軸線上に位置することから、アーム部１０を左右方向に回動させた場合であっても、ＲＣＭの位置がずれることがない。
【００６８】
かかる第２のモータ３０ｃによるアーム部１０の左右方向への回動は、第１のモータ３０ａ及び第３のモータ３０ｂによってアーム部１０が前後方向に回動し、かつ、上下方向に進退動している場合であっても、互いの回転を阻害することなく実現される。したがって、本実施形態にかかる支持アーム装置１は、術具５の延在方向に沿う１自由度の直進運動と、当該術具５を前後左右に傾ける回転運動とが可能な、３自由度のパラレルメカニズムを実現することができる。したがって、術具５を、様々な角度から患者に対して挿入することが可能になり、術具５を操作する際の自由度が向上する。
【００６９】
なお、図１８は、第２の直交関節部４０ｃを構成するＬ字状の部材４５が、ストッパ２８ｄに当接した状態を示している。すなわち、図１８は、術具５が、最も左側へ傾いた状態を示している。また、図１９は、第２の直交関節部４０ｃを構成するＬ字状の部材４５が、ストッパ２８ｃに当接した状態を示している。すなわち、図１９は、術具５が、最も右側へ傾いた状態を示している。
【００７０】
すでに説明したように、術具５が前後方向へと傾くことができる範囲は、第１の直交関節部４０ａのＬ字状の部材４１ａの回動範囲がストッパ２８ａ，２８ｂによって規制されることにより制限される。また、術具５が左右方向への傾くことができる範囲は、第２の直交関節部４０ｃのＬ字状の部材４５の回動範囲がストッパ２８ｃ，２８ｄによって規制されることにより制限される。支持アーム装置１において、術具５は、所定の回転軸に対して、例えば３６０°方向に最大２５°傾けられるようになっていてもよい。
【００７１】
また、術具５が、術具５の延在方向に沿って進退動できる範囲は、第３の駆動軸３１ｂの回動範囲により調節することができる。支持アーム装置１において、術具５は、術具５の延在方向に沿って、例えば最大１００〜２００ｍｍの範囲内で進退動させるようになっていてもよい。なお、術中等において、アーム部１０の自立が予期せず不能になって、術具５が体内へと進入しないように、第３のリンク１３がリニアブッシュ４２に当接することによって、術具５の最大進入量が規制されている。
【００７２】
このように、本実施形態にかかる支持アーム装置１は、互いに連結される複数のリンクと３つのモータとにより構成される比較的簡易な構造であり、製造コストを低減することができる。また、複数のリンクにより構成されるアーム部１０はすべてリンク構成平面内に存在するため、本実施形態にかかる支持アーム装置１の左右方向の幅が小さくなって、占有する体積を小さくすることができる。
【００７３】
また、本実施形態にかかる支持アーム装置１は、アーム部１０の姿勢を変化させる際に、ベース部２１に固定された第１のモータ３０ａ、第２のモータ３０ｃ及び第３のモータ３０ｂが移動しない構成になっている。したがって、各モータによる可動部分の重量が比較的軽くなり、モータの出力を低減することができる。これにより、モータを小型化したり、電力消費量を低減したりすることができる。
【００７４】
＜１−４．制御装置＞
（１−４−１．基本例）
次に、支持アーム装置１の第１のモータ３０ａ、第２のモータ３０ｃ及び第３のモータ３０ｂを駆動することにより、支持アーム装置１の姿勢を制御し、支持アーム装置１に支持された術具５の位置及び姿勢を制御する制御装置の構成について説明する。
【００７５】
図２０は、支持アーム装置１の制御に関連する機能構成を示すブロック図である。支持アーム装置１は、入力装置３０１と制御装置３０３とを備える。制御装置３０３は、入力装置３０１から送信される操作入力を受け付け、第１のモータ３０ａ、第２のモータ３０ｃ及び第３のモータ３０ｂの制御量を算出し、各モータに対して制御指令を出力する。
【００７６】
入力装置３０１は、例えば、支持アーム装置１から離れた位置に設けられ、術者あるいは補助者が、アーム部１０の動作に関する指示を入力する。入力装置３０１は、例えば、前後左右の移動を指示する操作ボタンと、上下動を指示する操作ボタンとを備えてもよい。あるいは、入力装置３０１は、ジョイスティックのように、３６０°方向の傾きを指示可能な装置に、上下動を指示する入力装置を組み合わせたものであってもよい。さらには、入力装置３０１は、タッチパネル等の入力装置であってもよい。
【００７７】
また、入力装置３０１は、アーム部１０の支持部５０に支持される内視鏡やエンドエフェクタ等の術具５を操作するための操作部と一体にされていてもよい。アーム部１０を操作する入力装置３０１と、術具５の操作部とが一体になっていることにより、補助者がいない場合であっても、術者自身が術具５を操作しながら、当該術具５の位置や角度を変えることができる。なお、入力装置３０１と制御装置３０３との間の通信は、有線又は無線の各種の公知の方法により行うことができる。
【００７８】
制御装置３０３は、例えば、各モータの回転量（回転角）を制御することにより、術具５の先端の位置を制御する。制御装置３０３は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）やＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等のプロセッサであってもよい。あるいは、制御装置３０３は、これらのプロセッサ及びメモリ等の記憶素子が搭載された制御基板やマイコンであってもよい。制御装置３０３を構成するプロセッサが所定のプログラムに従って各種の信号処理を実行することにより、アーム部１０に支持された術具５のピボット運動及び直進運動が実行される。具体的には、制御装置３０３の制御により、第１のモータ３０ａ、第２のモータ３０ｃ及び第３のモータ３０ｂが駆動される。
【００７９】
以下、第１のモータ３０ａの出力軸が第１の駆動軸３１ａであり、第２のモータ３０ｃの出力軸が第２の駆動軸３１ｃであり、第３のモータ３０ｂの出力軸が第３の駆動軸３１ｂである場合において、術具５の先端位置を求める方法について、図２１〜図２３を参照しつつ説明する。
【００８０】
なお、以下の説明では、第１の駆動軸３１ａ、第２の駆動軸３１ｃ及び第３の駆動軸３１ｂを含む平面が水平面と平行になるように、支持アーム装置１が載置されているものとする。また、アーム部１０が存在するリンク構成平面をｘ−ｚ平面として説明する。すなわち、ｘ−ｚ平面の左右方向の傾きは、第２の駆動軸３１ｃの軸回転により変化し得る。
【００８１】
（１−４−１−１．順運動学による制御）
まず、第１のモータ３０ａ、第２のモータ３０ｃ及び第３のモータ３０ｂの回転角から、術具５の先端の位置及び角度を求める方法について説明する。
【００８２】
第２の駆動軸３１ｃの軸線の方向を０°としたときの第１のモータ３０ａの回転角をθａ及び第３のモータ３０ｂの回転角をθｂとし、第７のリンク１７ａの長さ及び第８のリンク１７ｂの長さをＬａ、第４のリンク１５ａの長さをＬｂとする。各リンクは、平行四辺形を成すように構成されていることから、各リンク間の角度は、図２１に示すとおりとなる。すなわち、第７のリンク１７ａ及び第８のリンク１７ｂが第２の駆動軸３１ｃの軸線に対して成す角度はθａであり、第６のリンク１５ｃが第２の駆動軸３１ｃの軸線に対して成す角度及び第４のリンク１５ａと第１０のリンク１９との成す角度はθｂである。
【００８３】
また、図２２に示すように、第１のリンク１１ａ、第３のリンク１３及び第４のリンク１５ａを連結する関節部６０ｃと、第２の直交関節部４０ｃのＬ字状の部材４５と第７のリンク１７ａとを連結する関節部６０ｎとを結ぶ直線の長さをＬとする。第１のリンク１１ａは第２の駆動軸３１ｃの軸線に対して平行であり、かつ、術具５の延在方向は、関節部６０ｃと関節部６０ｎとを結ぶ直線に平行であることから、第１のリンク１１ａ及び支持部５０を連結する関節部６０ａとＲＣＭとを結ぶ直線の長さもＬとなることが分かる。したがって、長さがＬの直線のｚ方向に対する傾きθを求めることにより、術具５の先端のｚ方向に対する傾きθを求めることができることが分かる。
【００８４】
ここで、リンク構成平面をｘ−ｚ平面とし、原点座標（０，０）をＲＣＭの中心におき、前後方向をｘ軸、上下方向をｚ軸とすると、第１のリンク１１ａと支持部５０とを連結する関節部６０ａの位置Ｐの座標（Ｐｘ，Ｐｚ）は、下記式（１）で表すことができる。
【数１】
2017077755.tif 000003
【００８５】
また、直線の長さＬ、及び、リンク構成平面（ｘ−ｚ平面）でのｚ方向に対する直線の傾きθは、下記式（２）で表すことができる。
【数２】
2017077755.tif 000004
【００８６】
したがって、第１のモータ３０ａ及び第３のモータ３０ｂの回転角θａ，θｂに基づき、関節部６０ａの位置ＰからＲＣＭまでの直線の距離Ｌと、術具５のｚ方向に対する角度θとが求められる。実際に術具５を支持した状態での、術具５の先端位置から関節部６０ａの位置Ｐまでの距離をあらかじめ入力しておくことによって、当該距離と、直線の距離Ｌとの差分に基づき、ｘ−ｚ平面上でのＲＣＭから術具５の先端までの距離を求めることができる。
【００８７】
また、アーム部１０が存在するリンク構成平面（ｘ−ｚ平面）の左右方向への傾きは、第２のモータ３０ｃの回転角の変化量に等しい。そのため、術具５の左右方向への傾きは、第２のモータ３０ｃの回転角から求めることができる。
【００８８】
以上のように、制御装置３０３は、第１のモータ３０ａ、第２のモータ３０ｃ及び第３のモータ３０ｂそれぞれの回転角に基づいて、術具５の先端の位置及び角度を求めることができる。各モータの回転角は、例えば、ポテンショメータを用いて検出することができるが、これ以外の検出方法であってもよい。制御装置３０３は、求めた術具５の先端の位置及び角度をモニタ等に表示してもよい。これにより、術者は、モニタ等に表示された術具５の位置及び角度に基づき、さらに入力装置３０１を操作して、所望の位置及び角度に術具５を配置することができる。
【００８９】
（１−４−１−２．逆運動学による制御）
次に、術具５の先端を所望の位置及び角度に配置するために、第１のモータ３０ａ、第２のモータ３０ｃ及び第３のモータ３０ｂに対して回転角の指示を出力する方法について説明する。
【００９０】
図２１に示すように、第２の駆動軸３１ｃの軸線の方向を０°としたときの第１のモータ３０ａの回転角をθａ及び第３のモータ３０ｂの回転角をθｂとし、第７のリンク１７ａの長さ及び第８のリンク１７ｂの長さをＬａ、第４のリンク１５ａの長さをＬｂとする。また、図２３に示すように、関節部６０ｃと関節部６０ｎとを結ぶ直線と、第７のリンク１７ａとの成す角度をφとし、第７のリンク１７ａと第４のリンク１５ａとの成す角度をψとする。
【００９１】
余弦定理により、角度φ及びθａは、下記式（３）で表すことができる。
【数３】
2017077755.tif 000005
【００９２】
同様に、余弦定理により、角度ψ及びθｂは、下記式（４）で表すことができる。
【数４】
2017077755.tif 000006
【００９３】
したがって、術具５の先端を配置させたい所望の位置及び角度に応じて設定される、関節部６０ａの位置ＰとＲＣＭとの距離Ｌ、及び、術具５のｚ方向に対する傾きθに基づき、上記式（３）及び（４）を用いて、第１のモータ３０ａの回転角及び第３のモータ３０ｂの回転角の指令値を求めることができる。
【００９４】
また、アーム部１０が存在するリンク構成平面（ｘ−ｚ平面）の左右方向への傾きは、第２のモータ３０ｃの回転角の変化量に等しい。そのため、所望の術具５の左右方向への傾きが、第２のモータ３０ｃの回転角の指令値となる。
【００９５】
以上のように、制御装置３０３は、術具５の先端を配置させたい位置及び角度に基づいて、第１のモータ３０ａ、第２のモータ３０ｃ及び第３のモータ３０ｂそれぞれの回転角の目標値を求めることができる。また、制御装置３０は、例えば、ポテンショメータ等を用いて検出し得る各モータの回転角が、算出された目標値となるように、各モータの回転量を制御してもよい。これにより、術者は、所望の位置及び角度に術具５を配置することができる。
【００９６】
なお、第１の例及び第２の例において、術具５の先端の傾きは、四元数やオイラー角等の他の指標により与えられてもよい。また、入力装置３０１への入力操作によるアーム部１０あるいは術具５の移動のさせ方は、適宜設定することができる。例えば、入力装置３０１により、所定の方向への移動の入力を行っている間、アーム部１０あるいは術具５が移動するようになっていてもよく、又は、一回の入力操作による移動量があらかじめ設定され、入力回数に応じてアーム部１０あるいは術具５の移動量が決定されてもよい。
【００９７】
（１−４−２．応用例）
次に、制御装置３０３による各モータの制御の応用例の幾つかを説明する。
【００９８】
（１−４−２−１．第１の応用例）
制御装置３０３による各モータの制御の第１の応用例は、アーム部１０の姿勢を所定の状態で保持するためのロック機能を実現し得る制御の例である。例えば、術者等が手動でアーム部１０を動作させて術具５の先端の位置決めをした後、第１のモータ３０ａ、第２のモータ３０ｃ又は第３のモータ３０ｂに対して外力により回転トルクが付与された場合に、制御装置３０３は、その誤差を修正するために各モータに対して電流を流し、外力に対抗するトルクを発生させてもよい。これにより、各モータは、元の停止位置を保持する。かかるロック機能は、例えば、モータとしてサーボモータを用いた場合のサーボロック機能として実現することができる。この場合、外力により付与される回転トルクは、例えば、サーボモータに流れるパルス信号に基づいて検出することができる。
【００９９】
また、ロック機能は、術者等がロック機能の設定をオンにしたときに実行開始されるようになっていてもよく、あるいは、第１のモータ３０ａ、第２のモータ３０ｃ及び第３のモータ３０ｂの回転が数秒間（例えば３秒間）停止したときに実行開始されてもよい。また、ロック機能は、術者等がロック機能の設定をオフにしたときに解除されるようになっていてもよく、あるいは、第１のモータ３０ａ、第２のモータ３０ｃ又は第３のモータ３０ｂに対して継続的に数秒間（例えば３秒間）、外力により回転トルクが付与されたときに解除されてもよい。さらには、入力装置３０１に対してアーム部１０の動作指令が入力されたときに、ロック機能が解除されてもよい。
【０１００】
（１−４−２−２．第２の応用例）
制御装置３０３による各モータの制御の第２の応用例は、術者等によるアーム部１０の動作に補助力を与えるためのアシスト機能を実現し得る制御の例である。例えば、術者等が手動でアーム部１０を動作させる際に、制御装置３０３は、第１のモータ３０ａ、第２のモータ３０ｃ及び第３のモータ３０ｂに対してそれぞれ回転トルクが付与されたことを検出したときに、各モータに対して電流を流し、外力と同方向のトルクを発生させてもよい。このとき、各モータに与えるトルクの比が、検出された外力によって各モータに付与された回転トルクの比に一致してもよい。これにより、術者等が動作させたい方向へと、アーム部１０あるいは術具５を移動させることができる。
【０１０１】
＜１−５．変形例＞
ここまで、本実施形態にかかる支持アーム装置１について説明したが、支持アーム装置は種々の変形が可能である。以下、本実施形態にかかる支持アーム装置１の変形例の幾つかを説明する。
【０１０２】
（１−５−１．第１の変形例）
図２４は、第１の変形例にかかる支持アーム装置１００を示す説明図である。かかる支持アーム装置１００は、第１のモータ３０ａの出力軸である第１の駆動軸と、第３のモータ３０ｂの出力軸である第３の駆動軸とが、同一の軸線上に配置されている。すなわち、上記の実施形態にかかる支持アーム装置１では、第１のモータ３０ａ及び第３のモータ３０ｂがリンク構成平面の一方の側（右側）に配置されていたが、第１の変形例にかかる支持アーム装置１００では、第１のモータ３０ａ及び第３のモータ３０ｂがリンク構成平面を挟んで両側に配置されている。
【０１０３】
支持アーム装置１００を構成する術具５や支持部５０、複数のリンク、モータ、ガイドピン、リニアブッシュ等それ自体は、それぞれ、上記の実施形態にかかる支持アーム装置１と同様のものであってよい。なお、支持アーム装置１００は、図示しないベース部を備え、当該ベース部にモータが固定されている。
【０１０４】
支持アーム装置１００のアーム部１１０は、複数の関節部１６０ａ〜１６０ｏと、各関節部１６０ａ〜１６０ｏによって回動可能に連結された第１のリンク１１１ａ、第２のリンク１１１ｂ、第３のリンク１１３、第４のリンク１１５ａ、第５のリンク１１５ｂ、第６のリンク１１５ｃ、第７のリンク１１７ａ、第８のリンク１１７ｂ、第９のリンク１１７ｃ、第１０のリンク１１９、第１１のリンク１１５ｄ及び第１２のリンク１１７ｄとを備える。
【０１０５】
第１のリンク１１１ａ、第２のリンク１１１ｂ、第３のリンク１１３及び支持部５０により平行リンクが形成される。また、第４のリンク１１５ａ、第５のリンク１１５ｂ、第１のリンク１１１ａ及び第１０のリンク１１９により平行リンクが形成される。また、第７のリンク１１７ａ、第８のリンク１１７ｂ及び第１０のリンク１１９により平行リンクが形成される。また、第５のリンク１１５ｂ、第６のリンク１１５ｃ、第８のリンク１１７ｂ及び第９のリンク１１７ｃにより平行リンクが形成される。第９のリンク１１７ｃは第２のリンク１１１ｂと交差しているが、連結されていない。また、第５のリンク１１５ｂ、第９のリンク１１７ｃ、第１１のリンク１１５ｄ及び第１２のリンク１１７ｄにより平行リンクが形成される。第１１のリンク１１５ｄ、第１２のリンク１１７ｄ及びリニアブッシュ４２は関節部１６０ｏにより互いに回動可能に連結されているが、第２のリンク１１１ｂ及び第３のリンク１１３、あるいは、ガイドピン４３とは連結されていない。
【０１０６】
これらの複数のリンクは、アーム部１１０の姿勢にかかわらず、共通のリンク構成平面内に存在する。したがって、支持アーム装置１００は、左右方向の幅を小さくすることができる。なお、これらの複数のリンクのうち、第８のリンク１１７ｂが第１の駆動リンクに相当し、第７のリンク１１７ａが第２の駆動リンクに相当し、第６のリンク１１５ｃが第３の駆動リンクに相当する。
【０１０７】
第８のリンク１１７ｂは、直交３自由度を構成する第１の直交関節部１４０ａを介して第１のモータ３０ａにより駆動される第１の駆動軸（図示せず）に連結されている。また、第７のリンク１１７ａは、直交２自由度を構成する第２の直交関節部１４０ｃを介して第２のモータ３０ｃにより駆動される第２の駆動軸１３１に連結されている。また、第６のリンク１１５ｃは、直交３自由度を構成する第３の直交関節部１４０ｂを介して第３のモータ３０ｂにより駆動される第３の駆動軸（図示せず）に連結されている。第１の直交関節部１４０ａ、第２の直交関節部１４０ｃ及び第３の直交関節部１４０ｂは、それぞれ上記の実施形態にかかる支持アーム装置１の各直交関節部と同様の構成とすることができる。
【０１０８】
第３のリンク１１３から延びるガイドピン４３は、アーム部１１０の姿勢にかかわらず常に第１の駆動軸及び第３の駆動軸の軸線の方向に向けられ、リニアブッシュ４２内を進退動可能になっている。第５のリンク１１５ｂ、第９のリンク１１７ｃ、第６のリンク１１５ｃ及び第８のリンク１１７ｂにより形成される平行リンクと、第５のリンク１１５ｂ、第９のリンク１１７ｃ、第１１のリンク１１５ｄ及び第１２のリンク１１７ｄにより形成される平行リンクとは、第３のリンク１１３及びその延長線を対角線とするひし形構造を構成する。これらの２つのひし形構造は、当該対角線に沿って伸縮可能になっている。
【０１０９】
第１の変形例にかかる支持アーム装置１００においても、第１のモータ３０ａ及び第３のモータ３０ｂを同方向に回転させることにより、アーム部１１０が特定のリンク構成平面内に存在したままで、リンク構成平面に沿って変形する。このとき、第１のリンク１１１ａ及び第２のリンク１１１ｂが水平面に平行（第２の駆動軸１３１の軸線に平行）な状態を維持しつつ、第３のリンク１１３の延長線が常に第１の駆動軸及び第３の駆動軸の方向に向けられたままで、アーム部１１０が回動する。したがって、支持部５０に支持された術具５は、ＲＣＭを中心として前後に回動する。
【０１１０】
また、第１のモータ３０ａ及び第３のモータ３０ｂを逆方向に回転させた場合においても、アーム部１１０が特定のリンク構成平面内に存在したままで、リンク構成平面に沿って変形する。このとき、第１のリンク１１１ａ及び第２のリンク１１１ｂが水平面に平行（第２の駆動軸１３１の軸線に平行）な状態を維持しつつ、第３のリンク１１３の延長線が常に第１の駆動軸及び第３の駆動軸の方向に向けられたままで、第３のリンク１１３及びその延長線を対角線とする２つのひし形構造が、当該対角線に沿って伸縮する。したがって、支持部５０に支持された術具５は、常にＲＣＭを通過するように進退動する。
【０１１１】
また、アーム部１１０は、第２のモータ３０ｃの回転によって、左右方向に傾けられる。このとき、アーム部１１０全体の傾きが変えられるために、アーム部１１０を構成する複数のリンクは、共通のリンク構成平面内に存在したままで左右方向に傾けられる。アーム部１１０は、第２の駆動軸１３１の軸線を中心に回動するため、術具５は、第２の駆動軸１３１の軸線上に存在するＲＣＭを中心として左右方向に回動する。
【０１１２】
ここまで説明した点以外の構成については、上記の実施形態にかかる支持アーム装置１と同様に構成することができる。例えば、第１の変形例にかかる支持アーム装置１００も、上記の実施形態にかかる支持アーム装置１と同様の制御装置によって制御することができる。
【０１１３】
このように、第１の変形例にかかる支持アーム装置１００も、互いに連結される複数のリンクと３つのモータとにより構成される比較的簡易な構造であり、製造コストを低減することができる。また、複数のリンクにより構成されるアーム部１１０はすべてリンク構成平面内に存在するため、第１の変形例にかかる支持アーム装置１００の左右方向の幅が小さくなって、占有する体積を小さくすることができる。
【０１１４】
また、第１の変形例にかかる支持アーム装置１００も、アーム部１１０の姿勢を変化させる際に、第１のモータ３０ａ、第２のモータ３０ｃ及び第３のモータ３０ｂが移動しない構成になっている。したがって、各モータによる可動部分の重量が比較的軽くなり、モータの出力を低減することができる。これにより、モータを小型化したり、電力消費量を低減したりすることができる。
【０１１５】
（１−５−２．第２の変形例）
図２５は、第２の変形例にかかる支持アーム装置１Ａを示している。第２の変形例にかかる支持アーム装置１Ａは、ＲＣＭの位置を視覚的に認識しやすくするための一対のレーザ照射部２３０Ｒ，２３０Ｌを備える点で、上記の実施形態にかかる支持アーム装置１
と異なっている。
【０１１６】
図２５に示した一対のレーザ照射部２３０Ｒ，２３０Ｌは、カバー２０１の内部に備えられている。かかるレーザ照射部２３０Ｒ，２３０Ｌは、例えば術者等によるオン又はオフの入力操作によって、レーザ光の照射及び停止が切り替えられる。カバー２０１には、２つの開口部２０４が設けられ、レーザ照射部２３０Ｒ，２３０Ｌから照射されるレーザ光が、開口部２０４を介してカバー２０１の外部に照射される。一対のレーザ照射部２３０Ｒ，２３０Ｌは、それぞれＲＣＭに向けてレーザ光を照射する。一対のレーザ照射部２３０Ｒ，２３０Ｌから照射されたレーザ光の交点は、ＲＣＭに一致する。
【０１１７】
したがって、術者等が支持アーム装置１Ａの設置位置を決める際に、レーザ光の交点が、例えば、患者の体表面を切開等して形成された挿入口に一致するように、支持アーム装置１Ａの設置することで、支持アーム装置１Ａの設置位置を容易に決定することができる。これにより、手術の開始前に、内視鏡等の術具５の先端をＲＣＭよりも上方に保持した状態で、支持アーム装置１Ａを適切な位置に設定することができる。
【０１１８】
レーザ照射部２３０Ｒ，２３０Ｌの設置位置は、適宜設定することができる。例えば、ＲＣＭの高さ位置よりも高い位置からＲＣＭに向けてレーザ光を照射することにより、患者自身あるいはその他の設備等によってレーザ光が遮られにくくなる。また、レーザ照射部２３０Ｒ，２３０Ｌは、ＲＣＭの位置を示すための一態様であり、ＲＣＭの位置を視覚的に認識しやすくするための手段は、レーザ照射部２３０Ｒ，２３０Ｌに限られない。
【０１１９】
また、レーザ照射部２３０Ｒ，２３０Ｌは、カバー２０１の外面の所定の位置に対して脱着可能になっていてもよい。この場合、ユニット化された一対のレーザ照射部２３０Ｒ，２３０Ｌが、例えばカバー２０１の上面の所定位置に載置されてもよい。例えば、術者等は、支持アーム装置１Ａの設置位置を決定する際に、レーザ照射部２３０Ｒ，２３０Ｌをカバー２０１に取り付けて位置決めをし、設置位置を決定した後には、レーザ照射部２３０Ｒ，２３０Ｌを取り外し、手術等を行うことができる。
【０１２０】
（１−５−３．第３の変形例）
図２６は、第３の変形例にかかる支持アーム装置１Ｂを示す模式図である。第３の変形例にかかる支持アーム装置１Ｂは、支持アーム装置１Ｂの高さを調整するための高さ調節部２０５Ｆ，２０５Ｒを備える点で、上記の実施形態にかかる支持アーム装置１と異なっている。
【０１２１】
支持アーム装置１Ｂは、ベース部２１に取り付けられた高さ調節部２０５Ｆ，２０５Ｒを備える。高さ調節部２０５Ｆ，２０５Ｒは、前方側の高さ調節部２０５Ｆと、後方側の高さ調節部２０５Ｒとを含む。高さ調節部２０５Ｆ，２０５Ｒは、上下方向の長さ（高さ）を調節できるものであれば、特に限定されない。例えば、高さ調節部２０５Ｆ，２０５Ｒは、モータ駆動式の伸縮装置、あるいは、油圧又は気圧駆動式のシリンダ装置等とすることができる。
【０１２２】
例えば、術者等は、手術の開始前に、支持アーム装置１Ｂの設置位置を決定する際に、患者の体表面を切開等して形成した挿入部とＲＣＭとが一致するように、高さ調節部２０５Ｆ，２０５Ｒを駆動する。このとき、高さ調節部２０５Ｆ，２０５Ｒの一部のみを駆動させたり、高さ調整部２０５Ｆ，２０５Ｒごとに高さを異ならせたりすることで、支持アーム装置１Ｂ全体の傾きを調節してもよい。
【０１２３】
このように、第３の変形例にかかる支持アーム装置１Ｂは、高さ又は傾きを調節可能になっているため、患者やその他の設備の状況に応じて支持アーム装置１Ｂを適切に配置しつつ、患者の体表面に形成された挿入口にＲＣＭを一致させることができる。
【０１２４】
＜１−６．まとめ＞
以上説明したように、本実施形態にかかる支持アーム装置は、アーム部の姿勢を変化させることにより、アーム部に支持される術具の軸方向の１自由度直進運動と、当該軸を前後左右に傾ける回転運動とが可能な、３自由度のパラレルメカニズムを実現することができる。かかる支持アーム装置は、アーム部の姿勢を変化させる際に、第１のモータ、第２のモータ及び第３のモータが移動しない構成となっている。したがって、各モータによって動作される部分の重量が比較的軽くなって、各モータの出力を低減することができる。これにより、モータを小型化したり、電力消費量を低減したりすることができる。また、各モータがベース部に固定され、移動することがないために、電気配線の引き回しも容易になる。
【０１２５】
また、本実施形態にかかる支持アーム装置は、互いに連結される複数のリンクと３つのモータとにより構成される比較的簡易な構造であるため、製造コストを低減することができる。また、複数のリンクにより構成されるアーム部は、すべてリンク構成平面内に存在するため、支持アーム装置の左右方向の幅が小さくなって、占有する体積を小さくすることができる。
【０１２６】
また、本実施形態にかかる支持アーム装置は、それぞれ３自由度を構成する２つの直交関節部と、２自由度を構成する１つの直交関節部とを用いて、３つのモータの駆動軸に連結されている。したがって、３つのモータをすべてベース部に固定した状態で、アーム部の姿勢を変化させることができる。また、かかる直交関節部を介して、駆動軸に対してアーム部が連結されていることから、アーム部の姿勢を変化させる際に、各リンクの回転が阻害されることがない。
【０１２７】
また、本実施形態にかかる支持アーム装置は、術具を支持する支持部により構成される１辺に対向する第３のリンクから延在するガイドピンを、当該ガイドピンの軸方向にガイドするリニアブッシュを備え、術具を軸方向に進退動させる構造を有する。したがって、術具が常にＲＣＭに向けられるようになっている。かかるガイドピン及びリニアブッシュを用いたガイド構造は、その長さが比較的短くなり得るため、アーム部の軽量化及び製造コストの低減を図ることができる。
【０１２８】
＜＜２．第２の実施の形態＞＞
次に、本開示の第２の実施の形態にかかる支持アーム装置について説明する。本実施形態にかかる支持アーム装置は、第１の実施の形態にかかる支持アーム装置１よりも少ない数のリンクを用いて構成され、より小型の装置として構成可能になっている。以下、主として、第１の実施の形態にかかる支持アーム装置と異なる部分について説明する。
【０１２９】
＜２−１．支持アーム装置の構成＞
図２７は、本実施形態にかかる支持アーム装置３０５の一構成例を示す斜視図である。支持アーム装置３０５は、少なくとも１つの平行リンクを含むアーム部３１０を備える。当該アーム部３１０を、第１のモータ３３０ａ、第２のモータ３３０ｂ及び第３のモータ３３０ｃにより動作させることで、ＲＣＭを中心とするピボット運動及びＲＣＭを通る直線に沿った直進運動が実現される。なお、支持アーム装置３０５に、カバー又はベース部が備えられてもよい。
【０１３０】
第１のモータ３３０ａの出力軸には、第１の駆動軸としてのユニバーサルジョイント３４０ａが連結され、第１のモータ３３０ａは、ユニバーサルジョイント３４０ａを軸回転させる。ユニバーサルジョイント３４０ａは、基部３４０ａａが第１のモータ３３０ａの出力軸に対して同軸に固定され、回動部３４０ａｂが基部３４０ａａに対して回動自在に連結されている。第２のモータ３３０ｂの出力軸には第２の駆動軸３４５が同軸に連結され、第２のモータ３３０ｂは、第２の駆動軸３４５を軸回転させる。第３のモータ３３０ｃの出力軸には、第３の駆動軸としてのユニバーサルジョイント３４０ｂが連結され、第３のモータ３３０ｃは、ユニバーサルジョイント３４０ｂを軸回転させる。ユニバーサルジョイント３４０ｂは、基部３４０ｂａが第３のモータ３３０ｃの出力軸に対して同軸に固定され、回動部３４０ｂｂが基部３４０ｂａに対して回動自在に連結されている。
【０１３１】
ユニバーサルジョイント３４０ａの基部３４０ａａの軸線と、ユニバーサルジョイント３４０ｂの基部３４０ｂａの軸線とは、等間隔平行に配置されている。ユニバーサルジョイント３４０ａの基部３４０ａａの軸線と、ユニバーサルジョイント３４０ｂの基部３４０ｂａの軸線とは、互いに平行な面上に配置されていればよいが、これらの軸線が等間隔平行状態であれば、第１のモータ３３０ａ、第２のモータ３３０ｂ及び第３のモータ３３０ｃの制御による、ＲＣＭを中心とするピボット運動が容易になる。また、ユニバーサルジョイント３４０ａの基部３４０ａａの軸線と、ユニバーサルジョイント３４０ｂの基部３４０ｂａの軸線とが等間隔平行状態であれば、モータトルクの伝達効率の低下を防ぐことができる。さらには、ユニバーサルジョイント３４０ａの基部３４０ａａの軸線と、ユニバーサルジョイント３４０ｂの基部３４０ｂａの軸線とが等間隔平行状態であれば、設計が容易になり、生産効率も向上する。
【０１３２】
また、第２の駆動軸３４５の軸線は、ユニバーサルジョイント３４０ａの基部３４０ａａの軸線と、ユニバーサルジョイント３４０ｂの基部３４０ｂａの軸線とそれぞれ直交する。本実施形態にかかる支持アーム装置３０５では、支持アーム装置３０５が設置される設置面に平行な面上に、ユニバーサルジョイント３４０ａの基部３４０ａａの軸線、ユニバーサルジョイント３４０ｂの基部３４０ｂａの軸線、及び第２の駆動軸３４５の軸線が配置されている。第２の駆動軸３４５の軸線上には、さらに術具５のピボット運動の中心となるＲＣＭが配置される。
【０１３３】
アーム部３１０は、複数のリンクによって構成される少なくとも１つの平行リンクを含む。アーム部３１０は、複数の関節部３６０ａ〜３６０ｉと、関節部３６０ａ〜３６０ｉによって回動可能に連結される第１のリンク３１１、第２のリンク３１３、第３のリンク３１５ａ、第４のリンク３１５ｂ、第５のリンク３１７ａ、第６のリンク３１７ｂ、第７のリンク３１７ｃとを含む。また、アーム部３１０は、先端に、術具５を支持するための支持部３５０を有する。本実施形態にかかる支持アーム装置３０５では、第３のリンク３１５ａ、第４のリンク３１５ｂ、第５のリンク３１７ａ、第６のリンク３１７ｂ、第７のリンク３１７ｃにより平行リンクが形成される。第２のリンク３１３は、第６のリンク３１７ｂ及び第７のリンク３１７ｃには連結されていない。
【０１３４】
なお、これらの複数のリンクのうち、第６のリンク３１７ｂが第１の駆動リンクに相当し、第７のリンク３１７ｃが第２の駆動リンクに相当し、第２のリンク３１３が第３の駆動リンクに相当する。
【０１３５】
これらの複数のリンクは、アーム部３１０の姿勢にかかわらず、共通のリンク構成平面内に存在する。すなわち、複数のリンクにより形成される平行リンクは、アーム部３１０の姿勢にかかわらず、共通のリンク構成平面内に存在する。したがって、支持アーム装置３０５は、左右方向の幅を小さくすることができる。かかるリンク構成平面は、アーム部３１０の前後方向及び上下方向への動作時には傾きが変わることがない一方、アーム部３１０の左右方向への動作時には傾きが変わり得る。なお、本実施形態にかかる支持アーム装置３０５において、リンク構成平面は、リンク５本分の厚さを有する。
【０１３６】
また、本実施形態にかかる支持アーム装置３０５では、第５のリンク３１７ａにガイド構造３７０が設けられている。ガイド構造３７０は、第５のリンク３１７ａの長手方向に沿う軸線を有するガイド孔３７１を有する。ガイド孔３７１の軸線は、ＲＣＭを通る直線上に位置する。術具５は、当該ガイド孔３７１内に挿嵌され、第５のリンク３１７ａの長手方向に沿って直進運動可能に保持される。したがって、術具５、あるいは、術具５の軸線は、アーム部３１０の姿勢にかかわらず、常にＲＣＭを通ることになる。
【０１３７】
第６のリンク（第１の駆動リンク）３１７ｂは、ユニバーサルジョイント３４０ａを介して第１のモータ３３０ａに連結されている。第１のモータ３３０ａを駆動することにより、ユニバーサルジョイント３４０ａの基部３４０ａａが軸回転し、アーム部３１０の姿勢にかかわらず、第６のリンク３１７ｂが、ユニバーサルジョイント３４０ａの基部３４０ａａの軸線を中心に回動する。このとき、第５のリンク３１７ａ及び第７のリンク３１７ｃは、第６のリンク３１７ｂと平行な状態を保ちながら回動する。これにより、第３のリンク３１５ａ、第４のリンク３１５ｂ、第５のリンク３１７ａ、第６のリンク３１７ｂ、第７のリンク３１７ｃにより形成される平行リンクは、前後方向に回動する。このとき、第５のリンク３１７ａは常にＲＣＭに向けられることから、ガイド構造３７０に支持された術具５、あるいは、術具５の軸線は、常にＲＣＭを通過する。
【０１３８】
このように、第１のモータ３３０ａを駆動して、第６のリンク３１７ｂを回動させることにより、術具５は、ＲＣＭを中心に前後方向へ回動可能になっている。なお、術具５が前後方向にのみ回動する際には、アーム部３１０の複数の平行リンクは、特定のリンク構成平面内に存在したままで、リンク構成平面に沿って変形する。
【０１３９】
第２のリンク（第３の駆動リンク）３１３は、ユニバーサルジョイント３４０ｂを介して第３のモータ３３０ｃに連結されている。第３のモータ３３０ｃを駆動することにより、ユニバーサルジョイント３４０ｂの基部３４０ｂａが軸回転し、アーム部３１０の姿勢にかかわらず、第２のリンク３１３が、ユニバーサルジョイント３４０ｂの基部３４０ｂａを中心に回動する。これにより、第１のリンク３１１を介して第２のリンク３１３に連結された支持部３５０の位置が変化させられ、支持部３５０に支持された術具５は、ＲＣＭを通る直線に沿って直進運動を行う。
【０１４０】
第７のリンク（第２の駆動リンク）３１７ｃは、関節部３６０ｉを介して第２の駆動軸３４５に回動自在に連結されている。第２のモータ３３０ｂを駆動し、第２の駆動軸３４５を軸回転させると、各リンクは、第２の駆動軸３４５の軸線を中心に左右方向に回動する。第６のリンク３１７ｂがユニバーサルジョイント３４０ａを介して第１のモータ３３０ａに連結され、第２のリンク３１３がユニバーサルジョイント３４０ｂを介して第３のモータ３３０ｃに連結されていることから、各リンクが干渉することなく、左右方向に回動することができる。このとき、ガイド構造３７０のガイド孔３７１と、当該ガイド孔３７１に保持された術具５とは、相対回転するため、各リンクの動作が阻害されることがない。
【０１４１】
このように、第２のモータ３３０ｂを駆動させることにより、リンク構成平面の傾きが第２の駆動軸３４５を中心に左右方向に変化する。ガイド構造３７０のガイド孔３７１の軸線は、常にＲＣＭに向けられることから、アーム部３１０の姿勢にかかわらず、術具５、あるいは、術具５の軸線は、常にＲＣＭを通過する。
【０１４２】
第１の実施の形態にかかる支持アーム装置１では、第３のモータ３０ｂが、第１のモータ３０ａと第２のモータ３０ｃとの間に設けられており、術具５の直進運動の可動域を大きくするためには、ひし形構造を構成する第４のリンク１５ａ及び第７のリンク１７ａを長くする必要がある。このため、第１の実施の形態にかかる支持アーム装置１を小型化しようとすると、術具５の上下動の可動域も減らさざるを得なくなる。これに対して、第２の実施の形態にかかる支持アーム装置３０５では、術具５を上下動させるためのひし形構造が省略され、ＲＣＭから最も離れた位置に設けられた第３のモータ３３０ｃにより、術具５の位置が上下動する。これにより、支持アーム装置３０５を小型化しても、比較的大きな可動域を確保することができる。
【０１４３】
＜２−２．アーム部の姿勢＞
ここまで、本実施形態にかかる支持アーム装置３０５の構成について説明した。次に、支持アーム装置３０５のアーム部３１０が取り得る種々の姿勢について説明する。図２８〜図３２は、ピボット運動及び直進運動を行うアーム部３１０の姿勢の例を示している。図２８〜図３２には、図２７のアーム部３１０の姿勢（基本姿勢）との比較を容易にするために、図２７のアーム部３１０の姿勢を表す仮想線が示されている。図２７においては、術具５が後方に倒れた状態で支持され、かつ、術具５の先端部分がＲＣＭ内に進入した状態となっている。
【０１４４】
図２８は、図２７の状態から、第３のモータ３３０ｃを図示の時計回りに回転させた場合のアーム部３１０の姿勢を示している。この場合、第２のリンク３１３がユニバーサルジョイント３４０ｂの基部３４０ｂａの軸線を中心に、図示の時計回りに回動し、第１のリンク３１１、及び、第１のリンク３１１に連結された支持部３５０が上方に押し上げられる。その結果、術具５は、基本姿勢と同じ傾きを維持したままで、ＲＣＭを通る直線に沿って上昇している。
【０１４５】
図２９は、図２７の状態から、第１のモータ３３０ａを図示の反時計回りに回転させた場合のアーム部３１０の姿勢を示している。この場合、第６のリンク３１７ｂがユニバーサルジョイント３４０ａの基部３４０ａａの軸線を中心に、図示の反時計回りに回動する。これに伴って、第３のリンク３１５ａ及び第４のリンク３１５ｂが支持アーム装置３０５の設置面に平行な状態を維持したままで、アーム部３１０が前方に回動する。その結果、術具５は、ＲＣＭを中心として前方に回動している。
【０１４６】
図３０は、図２７の状態から、第１のモータ３３０ａを図示の時計回りに回転させ、かつ、第３のモータ３３０ｃを図示の時計回りに回転させた場合のアーム部３１０の姿勢を示している。この場合、第１のモータ３３０ａの駆動により、第６のリンク３１７ｂがユニバーサルジョイント３４０ａの基部３４０ａａの軸線を中心に、図示の時計回りに回動する。また、第３のモータ３３０ｃの駆動により、第２のリンク３１３がユニバーサルジョイント３４０ｂの基部３４０ｂａの軸線を中心に、図示の時計回りに回動する。これに伴って、第３のリンク３１５ａ及び第４のリンク３１５ｂが支持アーム装置３０５の設置面に平行な状態を維持したままで、アーム部３１０が後方に回動し、かつ、第１のリンク３１１、及び第１のリンク３１１に連結された支持部３５０が上方に押し上げられる。その結果、術具５は、ＲＣＭを中心として後方に回動しつつ、上昇している。
【０１４７】
図３１は、図２７の状態から、第１のモータ３３０ａを図示の時計回りに回転させ、かつ、第３のモータ３３０ｃを図示の反時計回りに回転させた場合のアーム部３１０の姿勢を示している。この場合、第１のモータ３３０ａの駆動により、第６のリンク３１７ｂがユニバーサルジョイント３４０ａの基部３４０ａａの軸線を中心に、図示の時計回りに回動する。また、第３のモータ３３０ｃの駆動により、第２のリンク３１３がユニバーサルジョイント３４０ｂの基部３４０ｂａの軸線を中心に、図示の反時計回りに回動する。これに伴って、第３のリンク３１５ａ及び第４のリンク３１５ｂが支持アーム装置３０５の設置面に平行な状態を維持したままで、アーム部３１０が後方に回転し、かつ、第１のリンク３１１及び第１のリンク３１１に連結された支持部３５０が下方に押し下げられる。その結果、術具５は、ＲＣＭを中心として後方に回動しつつ、下降している。このとき、第３のモータ３３０ｃに連結されたユニバーサルジョイント３４０ｂの回動部３４０ｂｂが基部３４０ｂａに対して回動することによって、アーム部３１０を構成するリンク同士の干渉が避けられている。
【０１４８】
図３２は、図２７の状態から、第２のモータ３３０ｂを図示の時計回りに回転させ、かつ、第３のモータ３３０ｃを図示の反時計回りに回転させた場合のアーム部３１０の姿勢を示している。この場合、第２のモータ３３０ｂの駆動により、第７のリンク３１７ｃが第２の駆動軸３４５の軸線を中心に、図示の時計回りに回動する。また、第３のモータ３３０ｃの駆動により、第２のリンク３１３がユニバーサルジョイント３４０ｂの基部３４０ｂａの軸線を中心に、図示の反時計回りに回動する。これに伴って、リンク構成平面が左方向に傾くように、アーム部３１０が、第２の駆動軸３４５の軸線を中心に回動し、第１のリンク３１１及び第１のリンク３１１に連結された支持部３５０が下方に押し下げられる。その結果、術具５は、ＲＣＭを中心として左方向に回動しつつ、下降している。このとき、第１のモータ３３０ａに連結されたユニバーサルジョイント３４０ａの回動部３４０ａｂが基部３４０ａａに対して回動し、かつ、第３のモータ３３０ｃに連結されたユニバーサルジョイント３４０ｂの回動部３４０ｂｂが基部３４０ｂａに対して回動することによって、アーム部３１０を構成するリンク同士の干渉が避けられている。
【０１４９】
以上例示したように、本実施形態にかかる支持アーム装置３０５は、第１のモータ３３０ａ、第２のモータ３３０ｂ、及び、第３のモータ３３０ｃをそれぞれ駆動させ、アーム部３１０の姿勢を制御することにより、術具５を、ＲＣＭを中心にピボット運動させるとともに、ＲＣＭを通る直線に沿って直進運動させることができる。上述した点以外の構成は、第１の実施の形態にかかる支持アーム装置１と同様に構成することができる。
【０１５０】
＜２−３．まとめ＞
以上説明したように、本実施形態にかかる支持アーム装置３０５によっても、第１の実施の形態にかかる支持アーム装置と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態にかかる支持アーム装置３０５では、第３のモータ３３０ｃを、ＲＣＭから最も離れた位置に配置し、比較的簡易なリンク構造によって、術具５のピボット運動及び直進運動を可能にしている。これにより、直進運動の可動域を大きく維持しつつ、支持アーム装置３０５を小型化することができる。
【０１５１】
また、本実施形態にかかる支持アーム装置３０５において、アーム部３１０は、アーム部３１０を前後方向に回転させる第１のモータ３３０ａ、及び、術具５を上下方向に移動させる第３のモータ３３０ｃに対して、ユニバーサルジョイント３４０ａ，３４０ｂを介して連結されている。したがって、アーム部３１０の姿勢を変化させる際に、各リンクの回転が阻害されることがなく、第１の実施の形態にかかる支持アーム装置に比べて部品点数が少なくなって、支持アーム装置３０５のさらなる小型化を実現することができる。
【０１５２】
＜＜３．第３の実施の形態＞＞
次に、本開示の第３の実施の形態にかかる支持アーム装置について説明する。第１の実施の形態及び第２の実施の形態にかかる支持アーム装置では、術具等の治具、あるいは、治具の軸線がＲＣＭを通過するようにピボット運動及び直進運動が行われるが、本実施形態にかかる支持アーム装置では、治具、あるいは、治具の軸線が所定の軸線に交差するように回転運動及び直進運動が行われる。以下、主として、第１の実施の形態にかかる支持アーム装置１と異なる部分について説明する。
【０１５３】
＜３−１．支持アーム装置の構成＞
図３３は、本実施形態にかかる支持アーム装置４０１の一構成例を示す斜視図である。支持アーム装置４０１は、図２に示す第１の実施の形態にかかる支持アーム装置１のうち、第２のリンク１１ｂ、第３のリンク１３、及び、ガイド構造３５を省略した装置である。かかる支持アーム装置４０１のアーム部４１０は、第１のリンク１１ａ、第１０のリンク１９、第４のリンク１５ａ、及び、第５のリンク１５ｂにより形成される平行四辺形構造と、第７のリンク１７ａ、第８のリンク１７ｂ、及び、第１０のリンク１９により形成される平行四辺形構造と、第４のリンク１５ａ、第６のリンク１５ｃ、第７のリンク１７ａ、及び、第９のリンク１７ｃにより形成されるひし形構造とを含む。
【０１５４】
かかる支持アーム装置４０１では、アーム部４１０の姿勢にかかわらず、第１のリンク１１ａは、支持アーム装置４０１の設置面に平行な状態で維持される。また、第２のリンク、第３のリンク、及び、ガイド構造が省略されていることから、第１のリンク１１ａが前後方向に移動する際には、支持部４５０の傾きが変わることなく、支持部４５０は前後方向に移動する。したがって、支持部４５０の軸線は、常に、一点（ＲＣＭ）ではなく、前後方向に延びる軸線Ａに向けられる。かかる軸線Ａは、第２の駆動軸３１ｃの回転軸Ａｘ＿ｍ２と一致し得る。
【０１５５】
また、支持アーム装置４０１において、第１のリンク１１ａと、治具を支持する支持部４５０とは、所定の角度で保持されるように固定される。図３３に示した支持アーム装置４０１の例では、支持部４５０は、第１のリンク１１ａに対して９０°を成すように固定されている。したがって、支持部４５０の軸線は、常に、軸線Ａに対して直交する。
【０１５６】
＜３−２．アーム部の姿勢＞
次に、支持アーム装置４０１のアーム部４１０が取り得る種々の姿勢について説明する。図３４〜図４０は、所定の軸線Ａを中心とする支持部４５０の回転運動、及び、軸線Ａを通る直線に沿った支持部４５０の直進運動を行うアーム部４１０の姿勢の例を示している。図３４〜図４０には、図３３のアーム部４１０の姿勢（基本姿勢）との比較を容易にするために、図３３のアーム部４１０の姿勢を表す仮想線が示されている。図３３においては、支持部４５０の軸線が、比較的後方側で軸線Ａに直交する状態となっている。
【０１５７】
図３４は、図３３の状態から、第２のモータ３０ｃを右方向に回転させ、かつ、第３のモータ３０ｂを図示の反時計回りに回転させた場合のアーム部４１０の姿勢を示している。この場合、第３のモータ３０ｂの駆動により、第６のリンク１５ｃが第３の駆動軸３１ｂを中心に反時計回りに回動し、第４のリンク１５ａ及び第５のリンク１５ｂは、平行な状態を保ったままで、前方に傾けられる。したがって、支持部４５０が固定された第１のリンク１１ａは、前方に移動しつつ、軸線Ａに近づけられる。また、第２のモータ３０ｃの駆動により、リンク構成平面が第２の駆動軸３０ｃを中心に右方向に回動し、支持部４５０の軸線が右方向に傾けられる。これにより、支持部４５０は右方向に傾きつつ前方に移動し、支持部４５０の先端が軸線Ａに近づけられる。
【０１５８】
図３５及び図３６は、図３４の状態から、第１のモータ３０ａ及び第３のモータ３０ｂをさらに図示の反時計回りに徐々に回転させた場合のアーム部４１０の姿勢を示している。この場合、支持部４５０は、支持部４５０の軸線が、軸線Ａに直交する状態を維持したまま、少しずつ前方に移動する。
【０１５９】
図３７は、図３４の状態から、第１のモータ３０ａを図示の反時計回りに回転させた場合のアーム部４１０の姿勢を示している。この場合、第８のリンク１７ｂが第１の駆動軸３１ａを中心に図示の反時計回りに回動し、アーム部４１０が前方に回動する。このとき、第３の駆動軸３１ｂに連結された第６のリンク１５ｃは回動しないために、第４のリンク１５ａ、第６のリンク１５ｃ、第７のリンク１７ａ、及び、第９のリンク１７ｃにより構成されるひし形構造は、縦に延びる。これにより、第１のリンク１１ａは、前方に移動しつつ、軸線Ａから離され、これに伴って、支持部４５０は前方に移動しつつ、支持部４５０の先端が軸線Ａから遠ざけられる。
【０１６０】
図３８は、図３４の状態から、第３のモータ３０ｂを図示の反時計回りに回転させた場合のアーム部４１０の姿勢を示している。この場合、第６のリンク１５ｃが第３の駆動軸３１ｂを中心に反時計回りに回動し、第４のリンク１５ａ、第６のリンク１５ｃ、第７のリンク１７ａ、及び、第９のリンク１７ｃにより構成されるひし形構造は、横に延びつつ、縦方向に縮む。このとき、第４のリンク１５ａ及び第５のリンク１５ｂは、平行な状態を保ったまま前方に傾けられる。これにより、第１のリンク１１ａは、前方に移動しつつ、軸線Ａに近づけられ、これに伴って、支持部４５０は前方に移動しつつ、支持部４５０の先端が軸線Ａに近づけられる。
【０１６１】
図３９は、図３６の状態から、第３のモータ３０ｂを図示の反時計回りに回転させ、かつ、第２のモータ３０ｃを左方向に回転させた場合のアーム部４１０の姿勢を示している。この場合、第３のモータ３０ｂの駆動により、第６のリンク１５ｃが第３の駆動軸３１ｂを中心に反時計回りに回動し、第４のリンク１５ａ、第６のリンク１５ｃ、第７のリンク１７ａ、及び、第９のリンク１７ｃにより構成されるひし形構造は、横に延びつつ、縦方向に縮む。このとき、第４のリンク１５ａ及び第５のリンク１５ｂは、平行な状態を保ったまま前方に傾けられる。これにより、第１のリンク１１ａは、前方に移動しつつ、軸線Ａに近づけられる。また、第２のモータ３０ｃの駆動により、リンク構成平面が第２の駆動軸３０ｃを中心に左方向に回動し、支持部４５０の軸線が左方向に傾けられる。これにより、支持部４５０は左方向に傾きつつ、支持部４５０の先端が軸線Ａに近づけられる。
【０１６２】
図４０は、図３９の状態から、第１のモータ３０ａ及び第３のモータ３０ｂをそれぞれ図示の時計回りに回転させた場合のアーム部４１０の姿勢を示している。この場合、第１のモータ３０ａの駆動により、第８のリンク１７ｂが第１の駆動軸３１ａを中心に時計回りに回動し、アーム部４１０が後方に移動する。また、第３のモータ３０ｂの駆動により、第６のリンク１５ｃが第３の駆動軸３１ｂを中心に時計回りに回動するため、第４のリンク１５ａ、第６のリンク１５ｃ、第７のリンク１７ａ、及び、第９のリンク１７ｃにより構成されるひし形構造は、その形状を維持したまま、後方に回動する。これにより、第１のリンク１１ａは、後方に移動し、これに伴って、支持部４５０は後方に移動する。
【０１６３】
以上例示したように、本実施形態にかかる支持アーム装置４０１は、第１のモータ３０ａ、第２のモータ３０ｃ、及び、第３のモータ３０ｂをそれぞれ駆動させ、アーム部４１０の姿勢を制御することにより、支持部４５０を、軸線Ａを中心に回転運動させるとともに、支持部４５０の軸線が軸線Ａを通るように直進運動させることができる。本実施形態にかかる支持アーム装置４０１は、例えば、図３３〜図４０に示したように、軸線Ａを中心とする、略円柱状の対象物Ｘの外周面に対して様々な角度からアプローチする動作に適用することができる。
【０１６４】
＜３−３．まとめ＞
以上説明したように、本実施形態にかかる支持アーム装置４０１は、アーム部４１０の姿勢を変化させることにより、アーム部４１０に支持される治具を、所定の軸線Ａを中心に回転運動させつつ、治具の軸線が軸線Ａを通るように直進運動させることができる。かかる支持アーム装置４０１によっても、第１の実施の形態にかかる支持アーム装置１と同様の効果を得ることができる。
【０１６５】
なお、本実施形態にかかる支持アーム装置４０１の例では、第１のリンク１１ａに対して９０°を成すように支持部４５０を固定していたが、支持部４５０と第１のリンク１１ａとが所望の角度を成すように固定されてもよい。支持部４５０と第１のリンク１１ａとを適宜の角度で保持することによって、所定の対象物に対して適宜の角度を維持した状態でアプローチすることができる。
【０１６６】
＜＜４．第４の実施の形態＞＞
次に、本開示の第４の実施の形態にかかる支持アーム装置について説明する。第１の実施の形態及び第２の実施の形態にかかる支持アーム装置では、術具等の治具、あるいは、治具の軸線がＲＣＭを通過するようにピボット運動及び直進運動が行われるが、本実施形態にかかる支持アーム装置では、治具の軸線がＲＣＭを通過するピボット運動のみが行われ得る。以下、主として、第２の実施の形態にかかる支持アーム装置３０５と異なる部分について説明する。
【０１６７】
＜４−１．支持アーム装置の構成＞
図４１は、本実施形態にかかる支持アーム装置５０１の一構成例を示す斜視図である。支持アーム装置５０１は、図２７に示す第２の実施の形態にかかる支持アーム装置３０５のうち、第１のリンク３１１、第２のリンク３１３、ガイド構造３７０、及び、第３のモータ３３０ｃを省略した装置である。かかる支持アーム装置５０１において、例えば、第５のリンク３１７ａが、術具等の治具を支持する支持部とされてもよい。
【０１６８】
かかる支持アーム装置５０１では、第１のモータ３３０ａ及び第２のモータ３３０ｂの駆動により、治具が支持される第５のリンク３１７ａの軸線がＲＣＭを通るようにして、第５のリンク３１７ａがＲＣＭを中心に回動させられる。一方、第１のリンク、第２のリンク、ガイド構造、及び、第３のモータが省略されていることから、第５のリンク３１７ａの直進運動は行われない。
【０１６９】
＜４−２．アーム部の姿勢＞
次に、支持アーム装置５０１のアーム部５１０が取り得る種々の姿勢について説明する。図４２〜図４５は、ＲＣＭを中心とする第５のリンク３１７ａのピボット運動を行うアーム部５１０の姿勢の例を示している。図４２〜図４５には、図４１のアーム部５１０の姿勢（基本姿勢）との比較を容易にするために、図４１のアーム部５１０の姿勢を表す仮想線が示されている。
【０１７０】
図４２は、図４１の状態から、第１のモータ３３０ａを図示の反時計回りに回転させ、第２のモータ３３０ｂを左方向に回転させた場合のアーム部５１０の姿勢を示している。この場合、第３のリンク３１５ａ及び第４のリンク３１５ｂが平行な状態で維持されたまま、アーム部５１０は、左方向に回動しつつ、前方に回動する。これにより、第５のリンク３１７ａが、ＲＣＭを中心に左方向に回動しつつ、前方に傾けられている。
【０１７１】
図４３は、図４２の状態から、第１のモータ３３０ａを図示の時計回りに回転させた場合のアーム部５１０の姿勢を示している。この場合、第３のリンク３１５ａ及び第４のリンク３１５ｂが平行な状態で維持されたまま、アーム部５１０は、後方に回動する。これにより、第５のリンク３１７ａが、ＲＣＭを中心に後方に傾けられている。
【０１７２】
図４４は、図４３の状態から、第２のモータ３３０ｂを右方向に回転させた場合のアーム部５１０の姿勢を示している。この場合、アーム部５１０は、右方向に傾けられる。これにより、第５のリンク３１７ａが、ＲＣＭを中心に右方向に傾けられている。このとき、第６のリンク３１７ｂは、ユニバーサルジョイント３４０ａを介して第１のモータ３３０ａの出力軸に連結されているために、第６のリンク３１７ｂの回転動作が妨げられることがない。
【０１７３】
図４５は、図４１の状態から、第２のモータ３３０ｂを左方向に回転させた場合のアーム部５１０の姿勢を示している。この場合、アーム部５１０は、左方向に傾けられる。これにより、第５のリンク３１７ａが、ＲＣＭを中心に左方向に傾けられている。このとき、第６のリンク３１７ｂは、ユニバーサルジョイント３４０ａを介して第１のモータ３３０ａの出力軸に連結されているために、第６のリンク３１７ｂの回転動作が妨げられることがない。
【０１７４】
以上例示したように、本実施形態にかかる支持アーム装置５０１は、第１のモータ３３０ａ及び第２のモータ３３０ｂをそれぞれ駆動させ、アーム部５１０の姿勢を変化させることにより、術具等の治具が支持される第５のリンク３１７ａを、ＲＣＭを中心にピボット動作させることができる。本実施形態にかかる支持アーム装置５０１は、例えば、図４２〜図４５に示したように、ＲＣＭを中心とする球面Ｙに対して様々な角度からアプローチする動作に適用することができる。
【０１７５】
＜４−３．まとめ＞
以上説明したように、本実施形態にかかる支持アーム装置５０１は、アーム部５１０の姿勢を変化させることにより、アーム部５１０に支持される治具を、ＲＣＭを中心にピボット運動させることができる。かかる支持アーム装置５０１によっても、第１の実施の形態にかかる支持アーム装置１と同様の効果を得ることができる。
【０１７６】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１７７】
例えば、上記第１の実施の形態にかかる支持アーム装置において、第１のリンク１１ａ及び第２のリンク１１ｂの長さが調節可能になっていてもよい。具体的には、第１のリンク１１ａ及び第２のリンク１１ｂが、長さの異なる種々のリンクの中から適宜のリンクを選択して交換可能になっていてもよい。あるいは、第１のリンク１１ａ及び第２のリンク１１ｂが、伸縮可能に構成されていてもよい。これにより、患者の体格等に応じて、ＲＣＭの位置を変更することができる。同様に、上記各実施形態にかかる支持アーム装置を構成するリンクの長さがそれぞれ調節可能になっていてもよい。これにより、患者の体格等に応じて、治具をアプローチさせる位置を変更することができる。
【０１７８】
また、上記実施形態では、支持アーム装置を医療用支持アーム装置として用いる例を説明したが、支持アーム装置の用途はかかる例に限定されない。支持アーム装置は、産業用途として製造ライン等に設置されて用いられてもよい。例えば、２台の支持アーム装置を用いて、ある製品において、観察又は発見しづらい傷やコンタミ等を観察しやすくなるカメラ及び照明の角度を見つけ出してもよい。この場合、一方の支持アーム装置がカメラを支持し、他方の支持アーム装置が照明装置を支持する。そのうえで、各支持アーム装置の姿勢を様々に変えながら撮影した画像の中から、傷やコンタミ等が見えやすいカメラ及び照明の角度の組み合わせをオペレータ等が見つけ出すことができる。これにより、生産ライン等において、当該角度に合わせて各支持アーム装置のアーム部の姿勢を固定して、製品における傷やコンタミ等の有無の判定を適切に行うことができる。
【０１７９】
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的又は例示的なものであって限定的なものではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、又は上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏し得る。
【０１８０】
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）ベース部に固定され、第１の駆動軸を軸回転させる第１の駆動部と、
前記ベース部に固定され、第２の駆動軸を軸回転させる第２の駆動部と、
少なくとも１つの平行リンクを含み、所定の治具を支持するアーム部と、を備え、
前記第１の駆動部及び前記第２の駆動部の駆動により、前記アーム部の姿勢を変化させ、前記所定の治具を回転運動させる、支持アーム装置。
（２）前記ベース部に固定され、第３の駆動軸を軸回転させる第３の駆動部をさらに備え、
前記第１の駆動部、前記第２の駆動部及び前記第３の駆動部の駆動により、前記アーム部の姿勢を変化させ、前記所定の治具に対して、前記所定の回転運動として遠隔運動中心を中心とするピボット運動を行い、かつ、前記遠隔運動中心を通る直線に沿った直進運動を行う、前記（１）に記載の支持アーム装置。
（３）前記アーム部は、複数の平行リンクを含み、前記複数の平行リンクが、リンク構成平面内に存在する、前記（１）又は（２）に記載の支持アーム装置。
（４）前記アーム部が、前記第１の駆動部、前記第２の駆動部及び前記第３の駆動部の駆動による可動部分となる一方、前記ベース部は、前記第１の駆動部、前記第２の駆動部及び前記第３の駆動部の駆動による不動部分となる、前記（２）又は（３）に記載の支持アーム装置。
（５）前記アーム部を構成する第１の駆動リンクと前記第１の駆動軸との間に介在し直交３自由度を構成する第１の直交関節部と、
前記アーム部を構成する第２の駆動リンクと前記第２の駆動軸との間に介在し直交２自由度を構成する第２の直交関節部と、
前記アーム部を構成する第３の駆動リンクと前記第３の駆動軸との間に介在し直交３自由度を構成する第３の直交関節部と、
を備える、前記（２）〜（４）のいずれか１項に記載の支持アーム装置。
（６）前記第１の駆動軸の軸線と前記第３の駆動軸の軸線とは、互いに平行な平面上に存在する、前記（２）〜（５）のいずれか１項に記載の支持アーム装置。
（７）前記第１の駆動軸の軸線と前記第３の駆動軸の軸線とは、等間隔平行又は同一軸線上に配置される、前記（６）に記載の支持アーム装置。
（８）前記第２の駆動軸の軸線は、前記第１の駆動軸の軸線及び前記第３の駆動軸の軸線と直交する、前記（６）又は（７）に記載の支持アーム装置。
（９）前記遠隔運動中心が、前記第２の駆動軸の軸線上に存在する、前記（２）〜（８）のいずれか１項に記載の支持アーム装置。
（１０）前記第１の駆動軸及び前記第３の駆動軸を同一方向に軸回転させることにより、前記治具が、前記遠隔運動中心を回転中心として回動する、前記（２）〜（９）のいずれか１項に記載の支持アーム装置。
（１１）前記第１の駆動軸及び前記第３の駆動軸を逆方向に軸回転させることにより、前記治具が、前記遠隔運動中心を通る直線に沿った直進運動を行う、前記（２）〜（１０）のいずれか１項に記載の支持アーム装置。
（１２）前記アーム部は、前記直進運動をガイドするリニアブッシュを備える、前記（１１）に記載の支持アーム装置。
（１３）前記アーム部は、前記遠隔運動中心を通る直線上の１辺を含む平行リンクを含み、前記平行リンクに、前記遠隔運動中心を通る直線に平行な方向に沿って配置され、当該方向に沿って前記リニアブッシュ内を進退動可能なガイドピンが設けられる、前記（１２）に記載の支持アーム装置。
（１４）前記ガイドピンは、前記第１の駆動軸の軸線又は前記第３の駆動軸の軸線に直交する直線上に配置される、前記（１３）に記載の支持アーム装置。
（１５）前記遠隔運動中心を通る直線上の１辺を含む平行リンクにおける、前記１辺に交差する２つの辺は、前記第２の駆動軸の軸線に平行な状態を維持しながら移動する、前記（１３）又は（１４）に記載の支持アーム装置。
（１６）前記第２の駆動軸の軸回転により、前記治具が、前記リンク構成平面に交差する方向へ回転する、前記（３）〜（１５）のいずれか１項に記載の支持アーム装置。
（１７）前記第１の駆動リンクの前記第１の駆動軸の軸回転方向の回動範囲を規制するストッパを備える、前記（５）〜（１６）のいずれか１項に記載の支持アーム装置。
（１８）前記第２の駆動リンクの前記第２の駆動軸の軸回転方向の回動範囲を規制するストッパを備える、前記（５）〜（１７）のいずれか１項に記載の支持アーム装置。
（１９）前記治具が、医療用器具である、前記（１）〜（１８）のいずれか１項に記載の支持アーム装置。
（２０）前記治具が、内視鏡、若しくは、患者の生体組織又は医療デバイスを把持するエンドエフェクタである、前記（１９）に記載の支持アーム装置。
【符号の説明】
【０１８１】
１    支持アーム装置
５    術具（治具）
１０    アーム部
１５ｃ    第６のリンク（第３の駆動リンク）
１７ａ    第７のリンク（第２の駆動リンク）
１７ｂ    第８のリンク（第１の駆動リンク）
２１    ベース部
３１ａ    第１の駆動軸
３１ｂ    第３の駆動軸
３１ｃ    第２の駆動軸
３５    ガイド構造
４０ａ    第１の直交関節部
４０ｂ    第３の直交関節部
４０ｃ    第２の直交関節部
４２    リニアブッシュ
４３    ガイドピン
６０ａ〜６０ｎ    関節部
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【国際調査報告】
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