(57)【要約】【課題】ワイヤの経路長変化を抑えることができるワイヤ操作装置およびワイヤの拘束方法を提供する。【解決手段】本発明のワイヤ操作装置は、ワイヤｗ１、ｗ２の操作によって動作するワイヤ操作装置Ｋであって、動作を担う動作部１ａ、１ｂと、動作部１ａ、１ｂを操作するワイヤｗ１、ｗ２と、ワイヤｗ１、ｗ２を案内する案内部８、９、１０、１１と、案内部８、９、１０、１１が設けられる案内部ベース６とを備え、案内部ベース６は、支持部材４に回転自在に支持されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤの操作によって動作するワイヤ操作装置であって、
動作を担う動作部と、
動作部を操作するワイヤと、
前記ワイヤを案内する案内部と、
前記案内部が設けられる案内部ベースとを備え、  
前記案内部ベースは、支持部材に回転自在に支持されている
ことを特徴とするワイヤ操作装置。
【請求項２】
ワイヤの操作によって動作するワイヤ操作装置であって、
動作を担う動作部と、
動作部を操作するワイヤと、
前記ワイヤを案内する案内部と、
前記案内部が設けられる案内部ベースとを備え、  
前記案内部ベースは、前記ワイヤによる力によって回転する
ことを特徴とするワイヤ操作装置。
【請求項３】
ワイヤの操作によって動作するワイヤ操作装置であって、
動作を担う動作部と、
動作部を操作するワイヤと、
前記ワイヤを拘束して案内する案内部と、
前記案内部が設けられる案内部ベースとを備え、  
前記案内部ベースは、前記ワイヤの張力が小さくなる向きに回転する
ことを特徴とするワイヤ操作装置。
【請求項４】
前記案内部ベースは、その外周部が摺動して回転する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちの何れか一項に記載のワイヤ操作装置。
【請求項５】
第１アームと、
第２アームと、
前記第１アームと前記第２アームとが連結される第１の関節部とを備え、
前記第１の関節部の前記第１・第２アームの回転中心と前記案内部ベースの回転中心とが同軸上にある
ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちの何れか一項に記載のワイヤ操作装置。
【請求項６】
前記案内部は、複数であり、
複数の前記案内部で前記ワイヤを拘束して案内し、
複数の前記案内部間の案内の中心と前記案内部ベースの回転中心とが一致している
ことを特徴とする請求項１から請求項５のうちの何れか一項に記載のワイヤ操作装置。
【請求項７】
前記案内部は、複数であり、
複数の前記案内部で前記ワイヤを拘束して案内し、
複数の前記案内部の案内の中心と前記案内部ベースの回転中心とは、異なる位置にある
ことを特徴とする請求項１から請求項５のうちの何れか一項に記載のワイヤ操作装置。
【請求項８】
前記動作部は、鉗子である
ことを特徴とする請求項１から請求項７のうちの何れか一項に記載のワイヤ操作装置。
【請求項９】
前記案内部は、前記ワイヤに当接して案内する単数または複数のローラである
ことを特徴とする請求項１から請求項８のうちの何れか一項に記載のワイヤ操作装置。
【請求項１０】
前記案内部は、前記ワイヤに当接して案内する単数または複数の固定物である
ことを特徴とする請求項１から請求項９のうちの何れか一項に記載のワイヤ操作装置。
【請求項１１】
前記案内部は、傾いて支持部材に回転自在に支持されている
ことを特徴とする請求項１から請求項１０のうちの何れか一項に記載のワイヤ操作装置。
【請求項１２】
動作を担う動作部と、
前記動作部を操作するワイヤと、
前記ワイヤを案内する案内部と、
前記案内部が設けられる案内部ベースと、
前記案内部ベースが支持される支持部材とを
備えるワイヤ操作装置のワイヤの拘束方法であって、
前記案内部ベースは、前記ワイヤが案内されるに際して、前記支持部材とは独立して回転する
ことを特徴とするワイヤ操作装置のワイヤの拘束方法。
【請求項１３】
動作を担う動作部と、
前記動作部を操作するワイヤと、
前記ワイヤを案内する案内部と、
前記案内部が設けられる案内部ベースと、
前記案内部ベースが支持される支持部材とを
備えるワイヤ操作装置のワイヤの拘束方法であって、
前記案内部ベースは、前記ワイヤの経路が短くなるように回転する
ことを特徴とするワイヤ操作装置のワイヤの拘束方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤ操作装置およびワイヤの拘束方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、術者の負担軽減や、医療施設の省人化を図るためにロボット（マニピュレータ）を利用した医療処置の提案がされている。外科分野では、術者が遠隔操作可能な手術用マニピュレータを操作して患者の処置を行う、手術用マニピュレータシステムに関する提案が行われている。（例えば、特許文献２参照。）
【０００３】
手術用マニピュレータシステムでは患者の患部を処置するために、複数の関節を有した多自由度鉗子が使用されており、安全性の向上、操作習得時間の短縮のために、多自由度鉗子に働く外力を高精度に推定し、隔離された操作部を操作する術者に伝えることが要望されている。ここで、多自由度鉗子では関節を跨いで駆動力を伝える必要があるため、柔軟性のあるワイヤを用いた機構が多く採用されている。
【０００４】
外力を高精度に推定するために、多自由度鉗子を動かすワイヤ機構の開発においては、鉗子の曲げ動作に伴う関節間の干渉を最小とする必要がある。ここで、干渉とは、多自由度鉗子において、ある関節を曲げた際に、その関節を跨いで別の関節を駆動するワイヤの経路長が変わることにより、その別の関節を操作する際のワイヤを引張る力と関節の駆動量との関係が変化することをいう。関節間の干渉が大きくなることでワイヤに働く張力が各関節の曲がる角度に影響され、ワイヤ張力から鉗子に働く外力を高精度に推定する妨げとなり、経路長変化を抑えることはできない。 
【０００５】
そのため、鉗子の手先側第１関節（鉗子の手先先端から１つ目の関節）を駆動するワイヤが、第２関節（鉗子の手先先端から２つ目の関節）の回転中心上を通るように２つの案内部によって挟んで拘束する構成が考えられる。この構成をとる場合、第２関節で鉗子が曲がった際にも常にワイヤが回転中心上を通り、かつワイヤが曲率を持って曲がるのではなく、回転中心上で折れるような経路を通れば理論的に経路長は変化しない。しかし、実際には第１関節用ワイヤを変位させる際にこの２つの案内部に第１関節用ワイヤが摺動することとなるため、摩擦低減のためにワイヤ摺動面となる案内部表面の曲率半径を大きくすることや、または、案内部を自由に回転できるガイドローラで構成することが必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】U.S.Patent  June4,1991  5,020,388  Wire Guide Apparatus（FIG.2等）
【特許文献２】特許第5903418号（図８ａ、図８ｂ、段落００６６〜００６７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上段に記載するように、案内部が大きな曲率半径を有することや、ガイドローラが一定の半径を有することで、第１関節用ワイヤ経路は第２関節の屈曲角度が大きくなるにつれ、その回転軸上から外れてしまい、または、案内部の曲率に沿うことで、経路長が変化し干渉が大きくなってしまう。
一方、daVinci（登録商標）システムにおけるendowristでは、明示的にあえて干渉するようなワイヤの経路を構成し、ワイヤ経路長の変化を補正しながら制御を行っている。運動学的な観点からは、このように変位の関係を補償する制御は可能であるが、高いサーボ剛性が必要となる。また、ワイヤ経路長変化は力学的にも干渉を引き起こしてしまい、つまりワイヤを所定長さ引張った際のトルクが変化し、ワイヤの張力から先端に作用する力を推定する際にも望ましくない。
【０００８】
図１２は、特許文献１のワイヤガイドの部分拡大図である。
特許文献１の構成では、ワイヤ１０８のガイドローラ組１１２、１１４ｃが、アーム１１５の回転軸１０５と同軸（偏芯軸の場合も可）で回転可能になっている。ガイドローラ組１１２、１１４ｃの回転力はエネルギ最小に受動的に動くのではなく、ギア１２２によりワイヤ１０８長変化が最小になるようにギア１２１により能動的に動かす制御を行っている。
【０００９】
特許文献１の構成では、部品点数が多く占有スペースが大きい、アクチュエータや制御構成が必要となるという問題がある。手術ロボットの鉗子では、占有スペースが限られることから、特許文献１の構成は、部品が入らず、かつ組立てできない。そのため、特許文献１の構成は、手術ロボットの鉗子には適用できない。
上述したように、従来の２自由度のワイヤ駆動鉗子では、ワイヤ相互の干渉を避けるための工夫が複雑になっていた。
【００１０】
特許文献２には、鉗子における制御ケーブル（ワイヤに相当）を誘導する下記の構成が記載されている。
図８ａ、図８ｂ、段落００６７に記載されるように第２軸９０に対して湾曲弧形状を伴う第４の滑車表面１１４および第５の滑車表面１１６が画定されている。そして、第２軸９０の周囲での中間本体８０に対するエンドエフェクタ本体の回転に際して、第４の滑車表面１１４および第５の滑車表面１１６とで、制御ケーブル（ワイヤに相当）を誘導することが記載されている。
【００１１】
しかし、特許文献２では、各滑車表面が湾曲弧形状を有しており、第２軸９０周りのエンドエフェクタ本体の回転角度が大きくなるにつれ、制御ケーブルが回転軸（第２軸９０）上から外れること、また、制御ケーブルが第４の滑車表面１１４および第５の滑車表面１１６に沿うことで経路長が変化してしまう。つまり、制御ケーブルの経路長が関節の曲がる角度に影響され、関節間の干渉が発生するという問題を有している。
【００１２】
本発明は上記実状に鑑み創案されたものであり、簡易な構成で ワイヤの経路長変化を抑えることができるワイヤ操作装置およびワイヤの拘束方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するため、第１の本発明のワイヤ操作装置は、ワイヤの操作によって動作するワイヤ操作装置であって、動作を担う動作部と、動作部を操作するワイヤと、前記ワイヤを案内する案内部と、前記案内部が設けられる案内部ベースとを備え、前記案内部ベースは、支持部材に回転自在に支持されている。
【００１４】
第２の本発明のワイヤ操作装置は、ワイヤの操作によって動作するワイヤ操作装置であって、動作を担う動作部と、動作部を操作するワイヤと、前記ワイヤを案内する案内部と、前記案内部が設けられる案内部ベースとを備え、前記案内部ベースは、前記ワイヤによる力によって回転している。
【００１５】
第３の本発明のワイヤ操作装置は、ワイヤの操作によって動作するワイヤ操作装置であって、動作を担う動作部と、動作部を操作するワイヤと、前記ワイヤを拘束して案内する案内部と、前記案内部が設けられる案内部ベースとを備え、前記案内部ベースは、前記ワイヤの張力が小さくなる向きに回転している。
【００１６】
第４の本発明のワイヤ操作装置のワイヤの拘束方法は、動作を担う動作部と、前記動作部を操作するワイヤと、前記ワイヤを案内する案内部と、前記案内部が設けられる案内部ベースと、前記案内部ベースが支持される支持部材とを備えるワイヤ操作装置のワイヤの拘束方法であって、前記案内部ベースは、前記ワイヤが案内されるに際して、前記支持部材とは独立して回転している。
【００１７】
第５の本発明のワイヤ操作装置のワイヤの拘束方法は、動作を担う動作部と、前記動作部を操作するワイヤと、前記ワイヤを案内する案内部と、前記案内部が設けられる案内部ベースと、前記案内部ベースが支持される支持部材とを備えるワイヤ操作装置のワイヤの拘束方法であって、前記案内部ベースは、前記ワイヤの経路が短くなるように回転している。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ワイヤの経路長変化を抑えることができるワイヤ操作装置およびワイヤの拘束方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る実施形態の鉗子装置を見た斜視図。
【図２】本発明に係る実施形態の鉗子装置の図１のＡ方向矢視図。
【図３】本発明に係る実施形態の鉗子装置の図１のＢ方向矢視図。
【図４】本発明に係る実施形態の鉗子装置の図１のＣ方向矢視図。
【図５】ローラベースと第１〜第４ガイドローラとを示す斜視図。
【図６】（ａ）は図３のＤ方向矢視図であり、（ｂ）は（ａ）の状態から第１関節が屈曲した状態を示す図。
【図７】第１関節において、第１アームに対して第２アームが角度θ１屈曲した際のワイヤの経路長の変化を、従来のガイドローラを固定して設けた場合と、本実施形態のガイドローラを設けたローラベース６回転自在にした場合を比較した模式図。
【図８】図１の第１・第２ガイドローラを搭載したローラベースのＥ方向矢視図。
【図９】(ａ)は変形例１の第１・第２ガイドローラを搭載したローラベースの図１のＥ方向矢視図、 (ｂ)は変形例１の他例のガイド壁を搭載したローラベースの図１のＥ方向矢視図、変形例１の他例の一例のガイド壁を搭載したローラベースの図１のＥ方向矢視図。
【図１０】(ａ)は変形例２のガイド壁を搭載したローラベースの図１のＥ方向矢視図、 (ｂ)は変形例２の他例のガイド壁を搭載したローラベースの図１のＥ方向矢視図。
【図１１】変形例３の第１ガイドローラと第２ガイドローラとこれらが搭載されるローラベースを示す模式図。
【図１２】特許文献１のワイヤガイド器の部分拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明は、例えば、多自由度鉗子における関節間の干渉を最小とするワイヤの拘束方法に係る。
【００２１】
本発明の実施形態は、手術ロボットのワイヤ駆動鉗子をもつ鉗子装置に関する。詳細には、多自由度屈曲関節を有する鉗子マニピュレータのワイヤ案内部構造に関するものである。なお、鉗子とは外科手術用具の一つであり、組織・異物などを挟んだりするのに用いる。
ところで、関節間の干渉を避けるには先端関節を駆動するワイヤはその手前の関節の回転中心を通る必要がある。また、ワイヤの屈曲部は曲率を持たずに折れるように曲がる必要がある。回転中心を通り、折れるように曲がることで、関節の屈曲角度に拘らず、ワイヤの経路長を一定にできるからである。
【００２２】
また、関節でワイヤの摺動摩擦を大きくすることなくワイヤ経路を拘束するにはワイヤの案内部の曲率半径を大きくするか、または、ガイドローラが必要となる。しかし、案内部の曲率半径や、ガイドローラの半径は有限の大きさを持つため、屈曲によりワイヤが案内部やガイドローラの半径に沿って曲がり、曲率を持たずに折れるように曲がることは不可能である。したがって、現実には屈曲による経路長変化は完全には避けられないが、本発明は経路長変化を最小とする機構を提案するものである。
【００２３】
本発明の実施形態の鉗子装置は、屈曲する関節部または関節部近くにワイヤを案内するガイドローラ（案内部） を支持するローラベース（案内部ベース） を有する。ローラベースは、鉗子装置を構成するアームや関節等の構成要素とは独立して回転するように構成されている。
これにより、複数のワイヤをガイドローラでコントロールする際に、屈曲によるワイヤ同士の干渉を最小化する。
【００２４】
＜＜実施形態＞＞
図１は、本発明に係る実施形態の鉗子装置Ｋを見た斜視図である。
図２は、実施形態の鉗子装置Ｋの図１のＡ方向矢視図である。
図３は、実施形態の鉗子装置Ｋの図１のＢ方向矢視図である。
図４は、実施形態の鉗子装置Ｋの図１のＣ方向矢視図である。
実施形態の鉗子装置Ｋは、先端側の一対の把持部１ａ、１ｂと、根元側の第１関節２と、中間に位置する第２関節３とを有している。
【００２５】
一対の把持部１ａ、１ｂは、物を挟んだり、離したりする役割をもつ。
第１関節２は、根元側の第１アーム４と中間位置の第２アーム５との接合部であり、第１アーム４と第２アーム５との屈曲を担う。つまり、第１アーム４と第２アーム５とは、第１関節２の回転中心Ｃ１周りに屈曲する（図１、図２の矢印α１１、α１２）。
【００２６】
そのため、根元側の第１アーム４の一方端の連結部４ａには、第２アーム５の一方端に形成される第２アームプーリ５ａが回転中心Ｃ１を中心として回動自在に支持されている。第２アーム５と一体の第２アームプーリ５ａには、第２アーム５を回転中心Ｃ１周りに回動させる第３ワイヤｗ３が掛けられている。第２アームプーリ５ａが回転中心Ｃ１を中心として回動自在に支持されることで、第３ワイヤｗ３の移動長さと第２アーム５の回動角度との関係を一定に保つことができる。
【００２７】
第２関節３は、第２アーム５に対して、把持部１ａと把持部１ｂとをそれぞれ回転中心Ｃ２周りに回転させて物を挟んだり、離したりする。具体的には、把持部１ａを回転中心Ｃ２周りに回転させ（図１、図２の矢印α２１、α２２）、把持部１ｂを回転中心Ｃ２周りに回転させる（図１の矢印α３１、α３２）。
【００２８】
そのため、把持部１ａには、第１プーリ３ａが一体に形成されている。そして、把持部１ａおよび第１プーリ３ａが回転中心Ｃ２周りに回転自在に支持されている。また、把持部１ｂには、第２プーリ３ｂが一体に形成されている。そして、把持部１ｂおよび第２プーリ３ｂが回転中心Ｃ２周りに回転自在に支持されている。
【００２９】
把持部１ａと把持部１ｂとで物を挟むには、把持部１ａを矢印α２１方向に回転させ、把持部１ｂを矢印α３１方向に回転させる。一方、物を挟んだ状態から、把持部１ａと把持部１ｂとを離す際には、把持部１ａを矢印α２２方向に回転させ、把持部１ｂを矢印α３２方向に回転させる。
【００３０】
そのため、第１プーリ３ａには、第１プーリ３ａを図１、図２の矢印α２１、α２２方向に回転させる第１ワイヤｗ１が掛けられている。一方、第２プーリ３ｂには、第２プーリ３ｂを図１の矢印α３１、α３２方向に回転させる第２ワイヤｗ２が掛けられている。
第１関節２を構成する第１アーム４の連結部４ａには、円柱形状のローラベース６が回転自在に支持されている。
【００３１】
ローラベース６には、第１ワイヤｗ１を案内する第１ガイドローラ８ａ、第２ガイドローラ９ａおよび第３ガイドローラ１０ａ、第４ガイドローラ１１ａが回転自在に支持されている。また、ローラベース６には、第２ワイヤｗ２を案内する第１ガイドローラ８ｂ、第２ガイドローラ９ｂおよび第３ガイドローラ１０ｂ、第４ガイドローラ１１ｂが回転自在に支持されている。
【００３２】
ローラベース６は、第１アーム４の連結部４ａに外周部６ｇで摺動することで、第１関節２の回転中心Ｃ１またはその近くを中心として、回転自在に支持されている。すなわち、ローラベース６は、第１アーム４、第２アーム５、および第１関節２の動作とは、独立して回転動作が自在に行われる構成である。
円柱形状のローラベース６の一方の底面側には第１ガイドローラ８ａ、８ｂと、第２ガイドローラ９ａ、９ｂとが回転自在に支持されている。図３、図４に示すように、ローラベース６の他方の底面側には第３ガイドローラ１０ａ、１０ｂと、第４ガイドローラ１１ａ、１１ｂとが回転自在に支持されている。
【００３３】
ここで、ガイドローラ（８、９）間の第１・第２ワイヤｗ１、ｗ２を案内する中心８Ｏ（図８参照）および／またはガイドローラ（１０、１１）間の第１・第２ワイヤｗ１、ｗ２を案内する中心１０Ｏ（図６（ａ）、（ｂ）、図８参照）は、ローラベース６の回転中心６Ｏと一致またはほぼ一致させている。これにより、ワイヤ（ｗ１、ｗ２）の経路長の変化を抑えることができる。
【００３４】
＜ローラベース６と第１〜第４ガイドローラ８〜１１＞
図５は、ローラベース６と第１〜第４ガイドローラ８〜１１とを示す斜視図である。
ローラベース６は、金属、樹脂等を用いて円柱形状に形成されている。    
ローラベース６の軸方向に沿って、第１挿通孔６ａと第２挿通孔６ｂとが貫設されている。第１挿通孔６ａは第１ガイドローラ８（８ａ、８ｂ）、第３ガイドローラ１０（１０ａ、１０ｂ）を設けるための孔である。第２挿通孔６ｂは、第２、第４ガイドローラ９（９ａ、９ｂ）、１１（１１ａ、１１ｂ）を設けるための孔である。ガイドローラ（８ａ〜１１ｂ）は、例えば、ステンレスが使用される。なお、ガイドローラ（８ａ〜１１ｂ）は、摩擦、耐候性、滅菌等の条件を満たせば、その他の金属、樹脂等で構成してもよい。
【００３５】
第１挿通孔６ａには、第１支持軸１２の軸部１２ｂが第１ガイドローラ８ａ、８ｂを挿通して、圧入等で固定されている。第１支持軸１２は、軸部１２ｂと径が大きい頭部１２ａとを有している。第１ガイドローラ８ａ、８ｂは、第１支持軸１２の軸部１２ｂが貫通されて回転自在に支持されている。第１ガイドローラ８ａ、８ｂは、ローラベース６と第１支持軸１２の頭部１２ａとの間に介装されている。
【００３６】
また、反対側の第１挿通孔６ａには、第３支持軸１４の軸部１４ｂが第３ガイドローラ１０ａ、１０ｂを挿通して、圧入等で固定されている。第３支持軸１４は、軸部１４ｂと径が大きい頭部１４ａとを有している。第３ガイドローラ１０ａ、１０ｂは、第３支持軸１４の軸部１４ｂが貫通されて回転自在に支持されている。第３ガイドローラ１０ａ、１０ｂは、ローラベース６と第３支持軸１４の頭部１４ａとの間に介装されている。
【００３７】
第２挿通孔６ｂには、第２支持軸１３の軸部１３ｂが第２ガイドローラ９ａ、９ｂを挿通して、圧入等で固定されている。第２支持軸１３は、軸部１３ｂと径が大きい頭部１３ａとを有している。第２ガイドローラ９ａ、９ｂは、第２支持軸１３の軸部１３ｂが貫通されて回転自在に支持されている。第２ガイドローラ９ａ、９ｂは、ローラベース６と第２支持軸１３の頭部１３ａとの間に介装されている。
【００３８】
また、反対側の第２挿通孔６ｂには、第４支持軸１５の軸部１５ｂが第４ガイドローラ１１ａ、１１ｂを挿通して、圧入等で固定されている。第４支持軸１５は、軸部１５ｂと径が大きい頭部１５ａとを有している。第４ガイドローラ１１ａ、１１ｂは、第４支持軸１５の軸部１５ｂが貫通されて回転自在に支持されている。第４ガイドローラ１１ａ、１１ｂは、ローラベース６と第４支持軸１５の頭部１５ａとの間に介装されている。
【００３９】
図１に示すように、第１ガイドローラ８ａと第２ガイドローラ９ａとの間には、第１ワイヤｗ１が掛け渡されている。そして、第１ワイヤｗ１は、第１プーリ３ａに掛けられ、図３に示すように、ローラベース６の他方側に回転自在に支持される第３ガイドローラ１０ａと第４ガイドローラ１１ａとに挟まれ案内されている。
【００４０】
図２に示すように、第１ガイドローラ８ｂと第２ガイドローラ９ｂとの間には、第２ワイヤｗ２が掛け渡されている。そして、第２ワイヤｗ２は、第２プーリ３ｂに掛けられ、図４に示すように、ローラベース６の他方側に回転自在に支持される第３ガイドローラ１０ｂと第４ガイドローラ１１ｂとに挟まれ案内されている。第１ワイヤｗ１と第２ワイヤｗ２とは、第１関節２の回転中心Ｃ１またはその近くを通るように配置されている。
【００４１】
＜鉗子装置Ｋの第１関節２での屈曲動作＞
上述の構成により、鉗子装置Ｋは下記の屈曲動作を行う。
図６（ａ）は、図３のＤ方向矢視図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の状態から第１関節２が屈曲した状態を示す図である。
鉗子装置Ｋは、図６（ａ）の状態から、ワイヤｗ３を図６（ａ）のβ３１方向に引くことにより、第２アームプーリ５ａが回転中心Ｃ１を中心に回動し、図６（ｂ）に示すように、第２アーム５を第１アーム４に対して、回転中心Ｃ１周りに回動させる（図６（ａ）の矢印α１２方向）。
【００４２】
一方、鉗子装置Ｋは、図６（ａ）の状態から、ワイヤｗ３を図６（ａ）のβ３２方向に引くことにより、第２アームプーリ５ａが回転中心Ｃ１を中心に回動し、第２アーム５を第１アーム４に対して、回転中心Ｃ１周りに、図６（ｂ）の第２アーム５の反対側に回動させることができる（図６（ａ）の矢印α１１方向）。
【００４３】
＜鉗子装置Ｋの第２関節３での把持動作＞
把持部１ａ、１ｂで物を挟むには、図１に示すように、第１ワイヤｗ１を矢印β１１方向に移動させ、第１プーリ３ａと把持部１ａとを回転中心Ｃ２周りに矢印α２１方向に回転させる。また、第２ワイヤｗ２を矢印β２１方向に移動させることで、第２プーリ３ｂと把持部１ｂとを回転中心Ｃ２周りに矢印α３１に回転させる。
【００４４】
一方、把持部１ａと把持部１ｂとで物を挟んだ状態から離す際には、図１に示すように、第１ワイヤｗ１を矢印β１２方向に移動させることで、第１プーリ３ａと把持部１ａとを回転中心Ｃ２周りに矢印α２２方向に回転させる。また、第２ワイヤｗ２を矢印β２２方向に移動させることで、第２プーリ３ｂと把持部１２とを回転中心Ｃ２周りに矢印α３２方向に回転させる。
【００４５】
＜着眼点＞
上記構成の鉗子装置Ｋの着眼点は下記である。
・ガイドローラ（８ａ〜１１ｂ）を支持するローラベース６の回転は受動的である。具体的には、ガイドローラ（８ａ〜１１ｂ）が支持されるローラベース６が、支持される第１関節２に対して、自在に回転できる。例えば、第１関節２が曲がるとローラベース６が受動的に動く。つまり、第１関節２が曲がる際のワイヤ（ｗ１、ｗ２）によるガイドローラ（８ａ〜１１ｂ）への力により、第１関節２の動きと独立して、ローラベース６が回転する。これにより、以下説明するように、第１関節２の屈曲した際のワイヤ（ｗ１、ｗ２）の各経路長の変化（増加）は最小に保たれる。
【００４６】
図７は、第１関節２において、第１アーム４に対して第２アーム５が角度θ１屈曲した際のワイヤｗ１、ｗ２の経路長の変化を、従来のガイドローラ（案内部） １１１を固定して設けた場合と、本実施形態のガイドローラ（案内部） ８を設けたローラベース（案内部ベース）６を回転自在にした場合とを比較した模式図である。
【００４７】
従来は、ワイヤ（ｗ１、ｗ２）を拘束するガイドローラ１１１の組は関節の回転軸（回転中心Ｃ１）そのものに固定されており、ガイドローラ１１１の回転中心Ｃ１０が動くことはない。そのため、第１アーム４に対して第２アーム５が角度θ１屈曲した際、ワイヤｗ１０、ｗ２０は、ガイドローラ１１１に巻き付き、ワイヤｗ１０、ｗ２０の経路長の変化はｓ２短くなる。
【００４８】
これに対して、本実施形態のガイドローラ（８〜１１）、すなわちローラベース６は受動的に回転中心６Ｏ周りに回転できる構造としている。そのため、第１アーム４に対して第２アーム５が角度θ１屈曲した際、ワイヤｗ１、ｗ２の張力に押され張力がより低くなるようにガイドローラ（８〜１１）の組が回転中心６Ｏ周りに回転する。そのため、ワイヤ（ｗ１、ｗ２）の経路長の変化（増加）は最小になるように保たれる。
【００４９】
図７の場合、ローラベース６が回転中心６Ｏ周りに回転するので、ローラベース６とともにガイドローラ８が回転中心６Ｏ周りに角度θ２回転し、ワイヤ（ｗ１、ｗ２）がガイドローラ８に巻き付くもののワイヤ（ｗ１、ｗ２）の経路長の変化はｓ１となる。ここで、本実施形態のガイドローラ８は第２アーム５が屈曲した際に回転することから、ｓ１＜ｓ２の関係となる。なお、第１関節２の曲がり角度θ１が大きいほど、ｓ１＜＜ｓ２となる。
【００５０】
・鉗子装置Ｋのガイドローラ（８ａ〜１１ｂ）組の案内中心は、第１関節２の回転中心Ｃ１と同一またはその近傍にあり、ガイドローラ組（８ａ〜１１ｂ）が支持されるローラベース６の外周部６ｇが、搭載される第１関節２に対して摺動することで、鉗子装置Ｋの小型化が図られている。
何故なら、ガイドローラ（８ａ〜１１ｂ）を支持するローラベース６が外周部６ｇの摺動で回転自在に支持されることで、ローラベース６の中央部にローラベース６の回転機構を配置する必要がない。そのため、ガイドローラ（８ａ〜１１ｂ）をローラベース６の中央部に配置できる。そのため、コンパクトな配置が可能となる。
【００５１】
以上、実施形態１の鉗子装置Ｋの構成によれば、ローラベース６が外周部６ｇで摺動し回転自在であることから、第１ワイヤｗ１、第２ワイヤｗ２の力によってローラベース６が回転する。そして、第１ワイヤｗ１、第２ワイヤｗ２の張力が低いところで平衡状態となる。つまり、第１ワイヤｗ１、第２ワイヤｗ２の張力が一番小さくなるようにローラベース６が回転する。
【００５２】
第１関節２の第１・第２のアームの回転中心Ｃ１とローラベース６の回転中心６Ｏとが同軸上にあることにより、第１ワイヤｗ１、第２ワイヤｗ２の第１関節２の屈曲動作による経路長の変化が短くなる。
【００５３】
また、ワイヤ（ｗ１、ｗ２）の案内部にガイドローラ（８ａ〜１１ｂ）を用いることで、ワイヤ（ｗ１、ｗ２）と案内部との摩擦力を低減できる。なお、ワイヤ（ｗ１、ｗ２）の案内部は、ガイドローラ（８ａ〜１１ｂ）に代えて固定ピンでもよい。
【００５４】
案内部のガイドローラ（８、９）間の案内の中心８Ｏ（図８参照）および／またはガイドローラ（１０、１１）間の案内の中心１０Ｏ（図８参照）と案内部ベースのローラベース６の回転中心６Ｏとが一致していることで、ローラベース６が回転した際に、ワイヤ（ｗ１、ｗ２）の経路長の変化を抑えられる。
【００５５】
従って、多自由度鉗子における関節（２、３）間の干渉を最小とするワイヤ（ｗ１、ｗ２）の拘束方法を得られる。なお、従来は、図７に示すように、ワイヤを関節で案内するガイドが固定の構造であることから、関節が曲がることでワイヤがガイドローラ１１１に巻き付き、ワイヤの経路長が変わっていた。加えて、ワイヤの摩擦やトルクが大きくなっていた。
これに対して、実施形態１の構成では、ローラベース６が自由に回転することで、ワイヤ（ｗ１、ｗ２）の変位、摩擦力や、トルク等を自動的に最小にまたは抑えることができるという利点がある。
【００５６】
本鉗子装置Ｋの構成により、関節間の干渉を最小または小さくできることでワイヤに働く張力が各関節の曲がる角度に影響されることを抑え、ワイヤ張力から鉗子に働く外力を高精度に推定することが可能となる。
そのため、隔離された操作部を操作する医師等の術者に多自由度鉗子に働く外力を高精度に伝達できる。従って、従来に比べ、より精緻で安全な処置、手術等が行える。
【００５７】
＜変形例１＞
図８は、図１の第１・第２ガイドローラ８ａ、９ａを搭載したローラベース６のＥ方向矢視図である。
前記実施形態では、図８に示すように、ローラベース６の回転中心６Ｏと、第１・第２ガイドローラ８、９のガイド中心８Ｏおよび第３・第４ガイドローラ１０、１１のガイド中心１０Ｏとを一致またはほぼ一致させて構成した。
【００５８】
図９は、変形例１の第１・第２ガイドローラ２８ａ、２９ａを搭載したローラベース２６の図１のＥ方向矢視図である。
図９に示すように、変形例１のローラベース２６では、第１・第２ガイドローラ２８ａ、２９ａのガイド中心２８Ｏをローラベース２６の回転中心２６Ｏにオフセットさせて構成したものである。
【００５９】
変形例１によれば、第１・第２ガイドローラ２８ａ、２９ａのガイド中心２８Ｏ、ローラベース２６の回転中心２６Ｏに対してオフセットさせることにより、第２アーム５が片側に偏って動作を行う場合等にワイヤ（ｗ１、ｗ２）の張力やトルクを抑えることができる。
【００６０】
＜変形例２＞
図１０(ａ)は、変形例２のガイド壁３８、３９を搭載したローラベース３６の図１のＥ方向矢視図であり、図１０(ｂ)は、変形例２の他例のガイド壁３８、３９を搭載したローラベース３６Ａの図１のＥ方向矢視図である。
【００６１】
変形例２のローラベース３６では、図１０(ａ)に示すように、ワイヤ（ｗ１、ｗ２）を拘束して案内する一方側のガイドローラ（８、９）に代えて、ワイヤ（ｗ１、ｗ２）を案内する曲率をもつガイド部３８ｇ、３９ｇをそれぞれ有するガイド壁３８、３９で構成したものである。
なお、図１０(ａ)では、ローラベース３６の一方側をガイド壁３８、３９で構成し、ローラベース３６の他方側を、ガイドローラ（１０、１１）で構成した場合を例示しているが、図１０(ｂ)に示すように、ローラベース３６Ａの他方側も、ガイド壁３８、３９を用いる構成としてもよい。
【００６２】
変形例１、変形例１の他例においても、ローラベース３６が外周部３６ｇで摺動して回転自在であるので、ワイヤ（ｗ１、ｗ２）の変位、摩擦力や、トルク等を抑えることができる。
【００６３】
＜変形例３＞
図１１は、変形例３の第１ガイドローラ４８ａ、４８ｂおよび第２ガイドローラ４９ａ、４９ｂとこれらが搭載されるローラベース４６を示す模式図である。
変形例３では、ローラベース４６の底面４６ｈに対して、第１ガイドローラ４８ａ、４８ｂと第２ガイドローラ４９ａ、４９ｂとをワイヤ（ｗ１、ｗ２）が通る軌跡に近くなるように傾斜をもって構成したものである。
【００６４】
ワイヤ（ｗ１、ｗ２）が通る軌跡がローラベース４６の底面４６ｈに設けられるガイドローラに対して傾斜する場合、垂直に立設されるガイドローラには軸方向の荷重が大きくかかる。
【００６５】
そこで、変形例３では、ローラベース４６の底面４６ｈに対して、第１ガイドローラ４８ａ、４８ｂと第２ガイドローラ４９ａ、４９ｂとを、ワイヤ（ｗ１、ｗ２）が通る軌跡に沿うように斜めに構成したものである。また、他方側の第３・第４ガイドローラも第１ガイドローラ４８ａ、４８ｂと第２ガイドローラ４９ａ、４９ｂと同様に傾斜させるとよい。なお、他方側の第３・第４ガイドローラは傾斜させることなく構成してもよい。
【００６６】
変形例３によれば、ガイドローラ（４８ａ〜４９ｂ）を、ワイヤ（ｗ１、ｗ２）が位置する方向に沿って傾斜する構成とすることにより、ガイドローラ（４８ａ〜４９ｂ）に加わる軸方向の 荷重を抑えることができる。
【００６７】
＜＜その他の実施形態＞＞
１．前記実施形態では、ワイヤ（ｗ１、ｗ２）を拘束して案内するガイドローラ（８ａ、９ａ等）が両側２つの場合を例示したがガイドローラを片側１つ、例えば第１ガイドローラ８ａ、８ｂのみとしてもよい。特にワイヤ（ｗ１、ｗ２）が片側に曲がる場合に好適である。このように、ワイヤ（ｗ１、ｗ２）を拘束するガイドローラの数は単数でもよいし、３つ以上の複数としてもよい。
【００６８】
２．なお、前記実施形態では、第１関節２の回転中心Ｃ１と、ローラベース６の回転中心６Ｏを同軸またはほぼ同軸の場合を説明したが、ローラベース６の回転中心６Ｏを第１関節２の回転中心Ｃ１の近く以外の位置に設ける構成としてもよい。
【００６９】
３．また、前記実施形態では、ローラベース６、２６、３６、３６Ａ、４６の外周部６ｇ、２６ｇ、３６ｇ、３６Ａｇはすべり軸受けの場合を例示したが、玉軸受等を用いてもよい。玉軸受を用いることで、ローラベース６等の回転がより円滑になる。
【００７０】
４．なお、前記実施形態では、ワイヤ（ｗ１、ｗ２）をローラベース６に搭載したガイドローラ（８ａ〜１１ｂ）、固定のガイド壁３８、３９で案内して拘束する場合を説明したが、ワイヤ（ｗ１、ｗ２）をその他の固定ピン（固定物）や回転体等で案内する構成としてもよい。
【００７１】
５．また、前記実施形態、変形例等では、ワイヤ操作装置を鉗子装置Ｋに適用した場合を説明したが、鉗子装置Ｋ以外の他の装置にワイヤ操作装置を適用してもよい。
すなわち、本発明は、ワイヤーによる多自由度エンドエフェクター制御全般に適用できる。さらに、重機等のワイヤー制御一般にも適用できる。具体例として、クレーン等の他にはロボット、特にマニピュレータに適用できる。
【００７２】
６．なお、前記実施形態、変形例等は、本発明の一例を示したものであり、特許請求の範囲内で様々な具体的形態、変形形態が可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１ａ、１ｂ  動作部（把持部）
２      第１関節（第１の関節部）
４      第１アーム（支持部材）  
５      第２アーム
６      ローラベース（案内部ベース）
６ｇ    外周部
６Ｏ    ローラベースの回転中心（案内部ベースの回転中心）
８、８ａ、８ｂ  第１ガイドローラ（案内部、ローラ）
８Ｏ    ガイド中心（案内部間の案内の中心）
９、９ａ、９ｂ  第２ガイドローラ（案内部、ローラ）
１０、１０ａ、１０ｂ  第３ガイドローラ（案内部、ローラ）
１１、１１ａ、１１ｂ  第４ガイドローラ（案内部、ローラ）
３８、３９  ガイド壁（固定物）
４８ａ、４８ｂ  第１ガイドローラ（傾いた案内部）
４９ａ、４９ｂ  第２ガイドローラ（傾いた案内部）
Ｋ      鉗子装置（ワイヤ操作装置）
Ｃ１    第１関節の回転中心
ｗ１    第１ワイヤ（ワイヤ）
ｗ２    第２ワイヤ（ワイヤ）
【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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