(57)【要約】【課題】先端動作部の動作自由度が高く、かつ、構造が簡単であり、低いコストで製造できる医療用マニピュレータを提供する。【解決手段】マニピュレータが提供される。マニピュレータは、操作部と、操作部に接続され、長軸方向に第１の中心軸を有するシャフトと、少なくとも一つのグリップを備える把持部と、把持部とシャフトを接続し、長軸方向に第２の中心軸を有する連結部とを備える。連結部は、長軸が第２の中心軸と平行になるように配置され、把持部に接続される流体シリンダーを有する。【選択図】図３
2019154755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作部、
前記操作部に接続され、長軸方向に第１の中心軸を有するシャフト、
少なくとも一つのグリップを備える把持部、および
前記把持部と前記シャフトを接続し、長軸方向に第２の中心軸を有し、前記把持部に接続される流体シリンダーを有する連結部を備えるマニピュレータ。
【請求項２】
前記連結部は、前記第１の中心軸と前記第２の中心軸と直交する揺動軸を中心として揺動し、
前記把持部は、前記第２の中心軸を中心として回転し、
前記グリップは、前記第２の中心軸に対して垂直な機軸を中心として回転する、請求項１に記載のマニピュレータ。
【請求項３】
前記シャフトは、インナーシャフト、および前記インナーシャフトを取り囲むアウターシャフトを有し、
前記インナーシャフトは前記アウターシャフトから独立して前記第１の中心軸を中心として回転し、
前記流体シリンダーは、シリンダーチューブ、前記シリンダーチューブ内のピストン、および前記ピストンと前記把持部に接続され、前記ピストンの並進に従って前記第２の中心軸と平行に並進するピストンロッドを有し、
前記シリンダーチューブは前記インナーシャフトの回転に伴って前記第２の中心軸を中心として回転する、請求項２に記載のマニピュレータ。
【請求項４】
前記インナーシャフトが前記第１の中心軸を中心として回転するに伴って前記揺動軸が前記第１の中心軸を中心として回転する、請求項３に記載のマニピュレータ。
【請求項５】
前記インナーシャフトと前記シリンダーチューブを接続するコネクターをさらに有し、
前記コネクターは、
前記インナーシャフトに接続される第１のヨーク、
前記シリンダーチューブに接続される第２のヨーク、および
前記第１のヨークと前記第２のヨークの間に位置し、前記第１のヨークと前記第２のヨークに接続されるスパイダを有し、
前記第２のヨークは、前記第１のヨークに対し、前記スパイダを通る前記揺動軸を中心に揺動する、請求項３に記載のマニピュレータ。
【請求項６】
前記揺動軸上に回転軸を有し、前記連結部に固定されるプーリー、および
前記プーリーに掛けられる揺動ケーブルをさらに有する、請求項３に記載のマニピュレータ。
【請求項７】
前記揺動ケーブルは、前記インナーシャフトと前記アウターシャフトの間を延伸する、請求項６に記載のマニピュレータ。
【請求項８】
前記シリンダーチューブ内に流体が充填される、請求項３に記載のマニピュレータ。
【請求項９】
前記操作部と前記シリンダーチューブに接続され、前記インナーシャフト内に配置される流体配管をさらに有し、
前記操作部は、前記流体配管を介して前記シリンダーチューブ内に前記流体を供給、排出する、請求項８に記載のマニピュレータ。
【請求項１０】
前記インナーシャフトと前記シリンダーチューブを接続するコネクターをさらに有し、
前記コネクターは、
前記インナーシャフトに接続される第１のヨーク、
前記シリンダーチューブに接続される第２のヨーク、および
前記第１のヨークと前記第２のヨークの間に位置し、前記第１のヨークと前記第２のヨークに接続されるスパイダを有し、
前記流体配管は、前記スパイダに設けられる貫通孔を貫通するように配置される、請求項９に記載のマニピュレータ。
【請求項１１】
前記連結部はさらに、前記シリンダーチューブを囲む支持円筒を有し、
前記支持円筒は前記アウターシャフトに接続される、請求項３に記載のマニピュレータ。
【請求項１２】
前記把持部はさらに、前記ピストンロッドと前記グリップに接続され、前記ピストンロッドの前記並進に従って前記第２の中心軸に沿って併進するグリップステーションを有する、請求項１１に記載のマニピュレータ。
【請求項１３】
前記連結部はさらに、前記支持円筒内にブッシュを有し、
前記ピストンロッドが前記シリンダーチューブ側に並進する際、前記グリップの一部が前記ブッシュ内に格納される、請求項１２に記載のマニピュレータ。
【請求項１４】
前記グリップステーションと前記シリンダーチューブの間に第１のばねをさらに有する、請求項１２に記載のマニピュレータ。
【請求項１５】
前記ピストンロッドが前記シリンダーチューブの方向に並進する際、前記グリップは前記ブッシュに引き込まれるとともに前記機軸を中心として回転する、請求項１３に記載のマニピュレータ。
【請求項１６】
前記グリップを二つ有し、
前記二つのグリップは前記グリップステーションに接続され、前記機軸を中心として回転する、請求項１５に記載のマニピュレータ。
【請求項１７】
前記二つのグリップ間に第２のばねを有する、請求項１６に記載のマニピュレータ。
【請求項１８】
前記ピストンロッドが前記シリンダーチューブの方向に並進する際、前記二つのグリップは前記ブッシュに挿入されるとともに、前記機軸を中心として互いに異なる方向に回転して閉じる、請求項１６に記載のマニピュレータ。
【請求項１９】
前記二つのブリップの一方が前記支持円筒に固定される、請求項１６に記載のマニピュレータ。
【請求項２０】
前記一方のグリップは、前記支持円筒と一体化される、請求項１９に記載のマニピュレータ。
【請求項２１】
前記支持円筒は、前記アウターシャフトに対し、前記第２の中心軸を中心として回転する、請求項１９に記載のマニピュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マニピュレータ、例えば外科手術に適用可能な医療用マニピュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡を用いる外科手術では、患者の体腔内に一つ、あるいは複数のトラカール（筒状の器具）を挿入した後、トラカールを通して腹腔鏡（カメラ）や鉗子、持針器などを体腔内に挿入する。鉗子や持針器の先端部には、生体組織や針などを把持、切断、採取するためのグリップやはさみ、電気メスなどのブレードが先端動作部として取り付けられる。鉗子や持針器は、腹腔鏡に接続されたモニタ上に表示される腹腔内の状態を確認しながら操作される。このような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。このため、このような外科手術は近年多くの医療現場で採用されている。
【０００３】
鉗子や持針器として、先端部に関節を有し、先端動作部が揺動、回転可能な、いわゆる医療用マニピュレータの開発が行われている。このような先端動作部の動作自由度が高い医療用マニピュレータを用いることで、体腔内で複雑な処置を施すことができ、高度な技術が要求される外科手術を短時間で遂行することができる。例えば特許文献１、２には、先端動作部が独立して揺動、回転可能な医療用マニピュレータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第６１１４５８３号公報
【特許文献２】特許第５８８３３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明に係る実施形態の一つは、先端動作部の動作自由度が高く、かつ、構造が簡単であり、低いコストで製造できる医療用マニピュレータを提供することを課題の一つとする。あるいは本発明に係る実施形態の一つは、体腔内の広い領域に対して作用することができる医療用マニピュレータを提供することを課題の一つとする。あるいは本発明に係る実施形態の一つは、人の手首と同様の動作が実現できる先端動作部を有し、より直観的に操作することが可能な医療用マニピュレータを提供することを課題の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態の一つは、マニピュレータである。このマニピュレータは、操作部と、操作部に接続され、長軸方向に第１の中心軸を有するシャフトと、少なくとも一つのグリップを備える把持部と、把持部とシャフトを接続し、長軸方向に第２の中心軸を有する連結部とを備える。連結部は、長軸が第２の中心軸と平行になるように配置され、把持部に接続される流体シリンダーを有する。
【０００７】
本発明の実施形態の一つは、マニピュレータである。このマニピュレータは、操作部と、操作部に接続され、長軸方向に第１の中心軸を有するシャフトと、少なくとも一つのグリップを備える把持部と、把持部とシャフトを接続し、長軸方向に第２の中心軸を有する連結部とを備える。連結部は、第１の中心軸と第２の中心軸と直交する揺動軸を中心として揺動する。把持部は、第２の中心軸を中心として回転する。グリップは、第２の中心軸に対して垂直な機軸を中心として回転する。揺動軸は、インナーシャフトが第１の中心軸を中心として回転するに伴って第１の中心軸を中心として回転してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る実施形態のマニピュレータの模式的斜視図。
【図２】本発明に係る実施形態のマニピュレータの先端動作部の模式的斜視図。
【図３】本発明に係る実施形態のマニピュレータの模式的分解斜視図。
【図４】本発明に係る実施形態のマニピュレータの先端動作部の模式的断面図。
【図５（Ａ）】本発明に係る実施形態のマニピュレータの流体シリンダーの模式的断面図。
【図５（Ｂ）】本発明に係る実施形態のマニピュレータの流体シリンダーの模式的断面図。
【図６（Ａ）】本発明に係る実施形態のマニピュレータの連結部とシャフトの接続部の模式的側面図。
【図６（Ｂ）】本発明に係る実施形態のマニピュレータの連結部とシャフトの接続部の模式的断面図。
【図６（Ｃ）】本発明に係る実施形態のマニピュレータの連結部とシャフトの接続部の模式的底面図。
【図７（Ａ）】本発明に係る実施形態のマニピュレータの連結部とシャフトの接続部の模式的上面図。
【図７（Ｂ）】本発明に係る実施形態のマニピュレータの連結部とシャフトの接続部の模式的断面図。
【図７（Ｃ）】本発明に係る実施形態のマニピュレータの連結部とシャフトの接続部の模式的断面図。
【図８（Ａ）】本発明に係る実施形態のマニピュレータのグリップの模式的上面図。
【図８（Ｂ）】本発明に係る実施形態のマニピュレータのグリップの模式的側面図。
【図９】本発明に係る実施形態のマニピュレータの動作を説明する模式的斜視図。
【図１０】本発明に係る実施形態のマニピュレータの先端動作部の模式的断面図。
【図１１】本発明に係る実施形態のマニピュレータの模式的分解斜視図。
【図１２】本発明に係る実施形態のマニピュレータの先端動作部の模式的断面図。
【図１３】本発明に係る実施形態のマニピュレータの先端動作部の模式的断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本出願で開示される発明の各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。但し、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００１０】
また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。
【００１１】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る実施形態の一つであるマニピュレータ１００を説明する。
【００１２】
１．全体構造
図１に示すように、マニピュレータ１００は操作部２００、シャフト３００、および先端動作部４００を有する。シャフト３００は操作部２００と先端動作部４００の間に位置し、これらに接続される。後述するように、先端動作部４００はシャフト３００に対する回転や首振り動作（以下、首振り動作を揺動と記す）が可能であり、これらの動作はシャフト３００を介して操作部２００を用いて制御される。
【００１３】
２．操作部２００
操作部２００は、ハンドル２０４を含む筐体２０２、揺動ノブ２１０、第１の回転ノブ２２０、レバー２３０を基本的な構成として有する。任意の構成として、操作部２００はさらに第２の回転ノブ２４０を有してもよい。これらの揺動ノブ２１０、第１の回転ノブ２２０、レバー２３０、第２の回転ノブ２４０の形状や筐体２０２への取り付け位置は任意に決定することができ、図１に例示された形状や配置に限られない。
【００１４】
揺動ノブ２１０は、先端動作部４００の揺動を制御する機能を有する。後述するように、先端動作部４００は、シャフト３００の長軸方向に沿った第１の中心軸Ａr1に直交する揺動軸Ａyを中心に揺動するように構成され、揺動ノブ２１０の回転操作に従って先端動作部４００が矢印１１４、１１６で示すように揺動する（図２参照）。
【００１５】
第１の回転ノブ２２０は、シャフト３００内に挿入・配置され、先端動作部４００に接続されるインナーシャフト３０４（図２参照）を第１の中心軸Ａr1を中心に回転させる機能を有する。インナーシャフト３０４は先端動作部４００とも接続されており、第１の回転ノブ２２０を操作してインナーシャフト３０４を回転すると、これに伴って先端動作部４００も第１の中心軸Ａr1を中心に回転する。
【００１６】
レバー２３０は先端動作部４００に備えられる把持部４５０の開閉、および先端動作部４００の第２の中心軸Ａr2に沿った移動（並進）を制御する機能を有する。レバー２３０を操作することで把持部４５０に備えられる下グリップ４５２と上グリップ４５４の間隔が変化して把持機能が実現されるとともに、第２の中心軸Ａr2に沿って把持部４５０が並進する。
【００１７】
任意の構成である第２の回転ノブ２４０は、シャフト３００の外側を構成するアウターシャフト３０２とそれに接続される先端動作部４００の全体を回転する機能を有する。ただし上述したように、第２の回転ノブ２４０を設けず、アウターシャフト３０２は操作部２００に固定されて、第１の中心軸Ａr1を中心として回転しないようにマニピュレータ１００を構成してもよい。
【００１８】
図示しないが、筐体２０２内には揺動ノブ２１０や第１の回転ノブ２２０、レバー２３０、第２の回転ノブ２４０がそれぞれシャフト３００や先端動作部４００を駆動するための機構が備えられる。ハンドル２０４はオペレータがマニピュレータ１００を安定に保持するために用いられ、その形状も適宜設計、選択することができる。
【００１９】
３．シャフト
図２、図３、図４に示すように、シャフト３００はインナーシャフト３０４、インナーシャフト３０４の少なくとも一部を取り囲むバッファーチューブ３１０、インナーシャフト３０４とバッファーチューブ３１０を取り囲むアウターシャフト３０２、および揺動ケーブル３１８を主な構成として有する。これらのインナーシャフト３０４、バッファーチューブ３１０、アウターシャフト３０２は高い弾性を示すように高分子材料で形成してもよく、あるいは低い弾性を示すように金属を用いて形成してもよい。
【００２０】
アウターシャフト３０２は、シャフト３００を保護することを主な機能として有し、操作部２００に接続される（図１）。アウターシャフト３０２は、第２の回転ノブ２４０の操作に応じて第１の中心軸Ａr1を中心として回転する（図２の矢印１１８で示される回転）ように構成してもよい。バッファーチューブ３１０はアウターシャフト３０２内に挿入され、アウターシャフト３０２に固定される。このため、アウターシャフト３０２が回転するように構成される場合、バッファーチューブ３１０はアウターシャフト３０２の回転に伴って第１の中心軸Ａr1を中心として回転する。インナーシャフト３０４はバッファーチューブ３１０の内部に挿入され、さらに第１の回転ノブ２２０に接続される。インナーシャフト３０４は第１の回転ノブ２２０の操作に応じて第１の中心軸Ａr1を中心として回転する。その際、インナーシャフト３０４はアウターシャフト３０２とバッファーチューブ３１０からから独立して回転する。
【００２１】
揺動ケーブル３１８はバッファーチューブ３１０とアウターシャフト３０２の間を延伸するように配置され、操作部２００の揺動ノブ２１０に接続される。バッファーチューブ３１０にはその側面に、互いに対向する二つのガイド溝３１０ａ、３１０ｂが形成され、揺動ケーブル３１８はガイド溝３１０ａ、３１０ｂとアウターシャフト３０２によって挟まれる空間を延伸する。したがって、揺動ケーブル３１８が揺動ノブ２１０の操作によって駆動されて移動する際、アウターシャフト３０２と揺動ケーブル３１８との干渉が防止される。後述するように、揺動ケーブル３１８は先端動作部４００の揺動に用いられる。したがってガイド溝３１０ａ、３１０ｂの形成は、先端動作部４００の滑らかな揺動に寄与する。バッファーチューブ３１０はインナーシャフト３０４の全体を取り囲んでもよく、あるいは図３に示すようにインナーシャフト３０４の一部のみを取り囲むように構成してもよい。
【００２２】
４．先端動作部
先端動作部４００は、把持部４５０、および把持部４５０とシャフト３００を接続する連結部４１０を備える（図２）。
【００２３】
４−１．連結部
図２から図４に示すように、連結部４１０は、長軸方向に第２の中心軸Ａr2を有する支持円筒４１２、および支持円筒４１２内に配置され、把持部４５０に接続される流体シリンダー４２０を備える。支持円筒４１２は、流体シリンダー４２０を保護することを一つの機能として有する。
【００２４】
（１）流体シリンダー
流体シリンダー４２０としては、いわゆるエアーシリンダーやオイルシリンダー（油圧シリンダー）などを採用することができ、その構造も任意に選択することができる。すなわち、窒素やアルゴン、空気などの気体、あるいは油や水などの流体を媒体とし、この媒体を供給、排出することで全体の長さが変化するように構成される機構を流体シリンダー４２０として用いることができる。流体シリンダー４２０は、長軸が第２の中心軸Ａr2と一致する、あるいは平行になるように配置され、支持円筒４１２と独立して第２の中心軸Ａr2を中心として回転（図２の矢印１１０に示す回転）することができる。
【００２５】
流体シリンダー４２０の構造の一例を図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示す断面模式図を用いて説明する。図５（Ａ）に示すように、流体シリンダー４２０は、シリンダーチューブ４２２、シリンダーチューブ４２２内に少なくとも一部が挿入されるように配置されるピストン４２６、ピストン４２６に接続されるピストンロッド４２４、シリンダーチューブ４２２に接続される配管３２０、およびシリンダーチューブ４２２内に設けられる隔壁４２８を有している。シリンダーチューブ４２２が支持円筒４１２内で第２の中心軸Ａr2を中心として回転することで流体シリンダー４２０が回転する。ピストン４２６とピストンロッド４２４は一体となって第２の中心軸Ａr2に沿って並進する。隔壁４２８には二系統の流路４３０ａ、４３０ｂが設けられ、これらはそれぞれ配管３２０に設けられる供給管３２０ａ、排出管３２０ｂと接続される。配管３２０とその内部に配置される供給管３２０ａ、排出管３２０ｂはインナーシャフト３０４内部を通って操作部２００へ接続される。配管３２０、供給管３２０ａ、排出管３２０ｂはいずれも可撓性を有し、例えば樹脂などを用いて形成される。
【００２６】
シリンダーチューブ４２２、隔壁４２８、およびピストン４２６によって第１のチャンバー４３２、第２のチャンバー４３４、第３のチャンバー４３６が形成される。これらのチャンバーの体積は、ピストン４２６の位置によって決定される。第１のチャンバー４３２、第２のチャンバー４３４、第３のチャンバー４３６には、上述した流体が充填される。流路４３０ａは第１のチャンバー４３２と第２のチャンバー４３４と接続され、流路４３０ｂは第３のチャンバー４３６と接続される。第１のチャンバー４３２と第２のチャンバー４３４は流路４３０ａを介して繋がっている。
【００２７】
操作部２００は、レバー２３０の操作に応じて流体を供給管３２０ａへ供給し、同時に流体を排出管３２０ｂから排出するように構成される。供給管３２０ａと流路４３０ａを介して第１のチャンバー４３２と第２のチャンバー４３４へ流体が供給され、同時に第３のチャンバー４３６から流路４３０ｂと排出管３２０ｂを通して流体が排出されることで、第１のチャンバー４３２と第２のチャンバー４３４の体積が増大し、第３のチャンバー４３６の体積が減少する。これにより、ピストン４２６とピストンロッド４２４が第２の中心軸Ａr2に沿って並進し、流体シリンダー４２０の全長が増大する（図５（Ｂ））。逆に、第１のチャンバー４３２と第２のチャンバー４３４から供給管３２０ａと流路４３０ａを通して流体が排出され、同時に供給管３２０ａと流路４３０ａを通して第３のチャンバー４３６へ流体が供給されることにより、第１のチャンバー４３２と第２のチャンバー４３４の体積が減少し、第３のチャンバー４３６の体積が増大する。これにより、ピストン４２６とピストンロッド４２４が第２の中心軸Ａr2に沿って並進し、流体シリンダー４２０の全長が減少する。
【００２８】
シリンダーチューブ４２２にはさらに環状の舌片部４３８が設けられ、舌片部４３８には開孔４２２ａが形成される（図３）。後述するように、開孔４２２ａは流体シリンダー４２０と自在継手（以下、ユニバーサルジョイントと記す）３０６との接続に用いられる。
【００２９】
（２）シャフトとの接続
支持円筒４１２は上舌片４１２ａと下舌片４１２ｂを備え（図３）、これらにはそれぞれ開孔４１２ｃ、４１２ｄが設けられる（開孔４１２ｄは図示されていない）。アウターシャフト３０２の端部にも上舌片３０２ａと下舌片３０２ｂが設けられ、これらにもそれぞれ開孔３０２ｃ、３０２ｄが形成される。可動ピン３１６が開孔４１２ｃ、３０２ｃに挿入され、同様に可動ピン３１４が開孔４１２ｄ、３０２ｄに挿入される（図３、図４）。これによって支持円筒４１２がアウターシャフト３０２に接続されるとともに、支持円筒４１２が可動ピン３１４、３１６を軸として揺動することができる。換言すると、揺動軸Ａyは可動ピン３１４、３１６やこれらが配置される開孔４１２ｃ、４１２ｄ、３０２ｃ、３０２ｄを貫通し、第２の中心軸Ａr2に垂直な、あるいは直交する軸であり（図４）、この揺動軸Ａyを中心として支持円筒４１２、および支持円筒４１２内部に配置される流体シリンダー４２０を含む連結部４１０がシャフト３００に対して揺動する。アウターシャフト３０２を第１の中心軸Ａr1を中心として回転するように構成する場合、その回転に従って支持円筒４１２を含む連結部４１０が第１の中心軸Ａr1を中心として回転する。
【００３０】
図３、図４に示すように、シャフト３００と連結部４１０との接続には、コネクターとしてのユニバーサルジョイント３０６、およびプーリー３０８がさらに用いられる。以下、図４、図６（Ａ）から図７（Ｃ）を用いてユニバーサルジョイント３０６とプーリーの構造を説明する。ここで便宜上、図２に示すように、第１の中心軸Ａr1がｙ軸に平行であり、揺動軸Ａyがｚ軸に平行であるとして説明を行う。ｘ軸はｙ軸とｚ軸に直交する。
【００３１】
（ユニバーサルジョイント）
図４、図６（Ａ）、図７（Ａ）に示すように、ユニバーサルジョイント３０６は、スパイダ３０６ｃと一対のヨーク３０６ａ（第１のヨーク）、３０６ｂ（第２のヨーク）を有する。一対のヨーク３０６ａ、３０６ｂは、それぞれ一対の可動ピン３０６ｄ、一対の可動ピン３０６ｅを介してスパイダ３０６ｃに接続される。ヨーク３０６ａは、可動ピン３０６ｄを中心軸としてスパイダ３０６ｃに対して回転し、ヨーク３０６ｂは可動ピン３０６ｅを中心軸としてスパイダ３０６ｃに対して回転する。揺動軸Ａyは、上下に重なる二つの可動ピン３０６ｄを貫通する（図４、図６（Ａ））。したがって、ヨーク３０６ａは、揺動軸Ａyを中心としてスパイダ３０６ｃに対して回転する。
【００３２】
スパイダ３０６ｃに対するヨーク３０６ａ、３０６ｂの回転軸は互いに垂直であり、ヨーク３０６ｂの回転軸は揺動軸Ａyと第１の中心軸Ａr1に対して垂直である。図６（Ａ）や図７（Ａ）に示した例では、一対の可動ピン３０６ｅの中心軸、すなわちヨーク３０６ｂの回転軸はヨーク３０６ａの回転軸（すなわち揺動軸Ａy）と交差しないが、ヨーク３０６ｂの回転軸が揺動軸Ａyと直交するよう、ユニバーサルジョイント３０６を構成してもよい。
【００３３】
図４や図６（Ａ）から図７（Ｂ）に示すように、一方のヨーク３０６ａはインナーシャフト３０４と接続され、インナーシャフト３０４の回転に伴って第１の中心軸Ａr1を中心として回転し、同時にスパイダ３０６ｃも第１の中心軸Ａr1を中心として回転する。このため、他方のヨーク３０６ｂも第１の中心軸Ａr1を中心として回転する。また、インナーシャフト３０４の回転に伴って揺動軸Ａyも第１の中心軸Ａr1を中心として回転する。
【００３４】
ヨーク３０６ｂには開孔３０６ｆが形成され（図３）、この開孔３０６ｆ、およびシリンダーチューブ４２２の舌片部４３８に設けられる開孔４２２ａに固定ピン４４０が挿入され、ヨーク３０６ｂとシリンダーチューブ４２２が固定される。
【００３５】
スパイダ３０６ｃには開孔（貫通孔）３０６ｇが設けられ、流体シリンダー４２０を制御するための配管３２０は、開孔３０６ｇを貫通し、さらにインナーシャフト３０４内に配置されて操作部２００に接続される（図３、図４、図６（Ｂ）から図７（Ｃ）参照）。
【００３６】
（プーリー）
支持円筒４１２の下舌片４１２ｂとユニバーサルジョイント３０６の間には、ヨーク３０６ａを介してスパイダ３０６ｃと重なるプーリー３０８が配置される（図３、図４、図６（Ａ）から図７（Ｂ）参照）。プーリー３０８の回転軸は揺動軸Ａyと一致する。プーリー３０８は支持円筒４１２の下舌片４１２ｂに対し、可動ピン３１４によって固定される（図３、図４）。より具体的には、プーリー３０８は下舌片４１２ｂに固定されるが、可動ピン３１４を中心として回転することができる。一方、プーリー３０８はユニバーサルジョイント３０６のヨーク３０６ａとは固定されず、ヨーク３０６ａから独立して揺動軸Ａyを中心とする回転動作を行うことができる。
【００３７】
プーリー３０８には揺動ケーブル３１８が掛けられ（図４、図６（Ａ）、図６（Ｂ））、プーリー３０８は揺動ケーブル３１８の動きに従って揺動軸Ａyを中心として回転する。したがって、揺動ノブ２１０の操作によって揺動ケーブル３１８が移動するとプーリー３０８が回転し、これに伴って連結部４１０が揺動軸Ａyを中心として回転する。これにより、オペレータは先端動作部４００を揺動させることができる。
【００３８】
４−２．把持部
把持部４５０は、少なくとも１つのグリップと、グリップの回転の支点として機能するグリップステーションを有する。図２から図４に示した例では、把持部４５０は二つのグリップ（下グリップ４５２、上グリップ４５４）、およびこれらに挟持、接続されるグリップステーション４５６を有する。図８（Ａ）と図８（Ｂ）に下グリップ４５２の模式的上面図と側面図をそれぞれ示す。図８（Ａ）に示すように、下グリップ４５２は本体４５２ａとウイング４５２ｃを有する。本体４５２ａとウイング４５２ｃは一体化されていてもよい。本体４５２ａは、先端部に近づくほどその上面４５２ｂの幅が徐々に小さくなるように構成される。先端部に対向する後端部にウイング４５２ｃが位置し、その幅は本体４５２ａの後端部の幅よりも小さい。ウイング４５２ｃには開孔４５２ｅが形成される（図３）。詳細な説明は割愛するが、上グリップ４５４も同様の構造を有しており、下グリップ４５２のウイング４５２ｃと上グリップ４５４のウイングでグリップステーション４５６の一部が挟持される。
【００３９】
グリップステーション４５６にも開孔４５６ａが設けられ、ウイング４５２ｃの開孔４５２ｅ、グリップステーション４５６の開孔４５６ａ、および上グリップ４５４のウイングに形成される開孔４５４ｅに可動ピン４５８が挿入される（図３）。この構成により、下グリップ４５２と上グリップ４５４は、開孔４５２ｅ、４５６ａ、４５４ｅを貫通する軸（以下、機軸と記す）Ａpを中心としてそれぞれ回転することができる（図２）。機軸Apは第２の中心軸Ａr2に対して垂直である。
【００４０】
下グリップ４５２の上面４５２ｂには開孔４５２ｄが設けられ、同様に上グリップ４５４にも開孔４５４ｄが設けられる（図４、図８（Ａ））。これらの開孔４５２ｄ、４５４ｄに開閉ばね（第２のばね）４６０が設けられる。開閉ばね４６０は、その両末端がそれぞれ開孔４５２ｄ、４５４ｄ内に位置されるように設けられる。開閉ばね４６０の形状や構造に制約は無く、図３や図４で例示されるようなスプリングばねでも良く、あるいは板バネでも良い。
【００４１】
グリップステーション４５６は、少なくとも一部が支持円筒４１２内部に挿入され、かつ、ピストンロッド４２４に接続される（図４）。支持円筒４１２内にはさらに制御ばね（第１のばね）４４２が配置される（図３、図４）。制御ばね４４２はシリンダーチューブ４２２とグリップステーション４５６の間に設けられ、シリンダーチューブ４２２とグリップステーション４５６間の間隔を一定に保つための復元力を提供する。
【００４２】
任意の構成として、先端動作部４００はさらにブッシュ４４４を支持円筒４１２内に有していてもよい。この場合、ブッシュ４４４は少なくとも一部が支持円筒４１２に囲まれるように設置され、グリップステーション４５６はブッシュ４４４内部に挿入、収納される。
【００４３】
５．動作
５−１．揺動
シャフト３００に対する先端動作部４００の揺動操作は、操作部２００の揺動ノブ２１０を用いて行われる。詳細は割愛するが、揺動ノブ２１０を操作することで揺動ケーブル３１８が駆動され、揺動ケーブル３１８の移動に従ってプーリー３０８が回転する（図４、図６（Ａ）、図６（Ｃ）などを参照）。プーリー３０８は支持円筒４１２に固定されているため、プーリー３０８の回転によって支持円筒４１２を含む先端動作部４００が揺動軸Ａyを中心として揺動する。これにより、揺動という自由度が与えられる。
【００４４】
図示しないが、揺動の角度を規制するための機構を設けてもよい。このような機構を使用して揺動の角度を０°以上１８０°以下、０°以上１３５°以下、０°以上１２０°以下、あるいは０°以上９０°以下に規制してもよい。
【００４５】
図７（Ｃ）に示すように、先端動作部４００が揺動しても、配管３２０やその内部に配置される供給管３２０ａ、排出管３２０ｂは可撓性を有するため、破損することなく揺動に追従することができる。一方、揺動ケーブル３１８は、インナーシャフト３０４を取り囲むバッファーチューブ３１０とアウターシャフト３０２の間に配置されるため（図３）、揺動ケーブル３１８と配管３２０は互いに接触しない。このため、揺動ケーブル３１８と配管３２０は互いに干渉することなく、揺動操作を円滑に行うことができ、かつ、インナーシャフト３０４や配管３２０の損傷を防止することができる。
【００４６】
５−２．回転
（１）把持部の回転
上述したように、ユニバーサルジョイント３０６はインナーシャフト３０４に固定され、ヨーク３０６ｂは流体シリンダー４２０に固定される。したがって、インナーシャフト３０４を回転させることにより、その回転の駆動力はユニバーサルジョイント３０６を介して流体シリンダー４２０にも伝わる。また、流体シリンダー４２０は支持円筒４１２内部で支持円筒４１２から独立して第２の中心軸Ａr2を中心として回転することができる。
【００４７】
このため、第１の中心軸Ａr1と第２の中心軸Ａr2が同一直線上、実質的に同一直線上、平行、あるいは実質的に平行である場合、インナーシャフト３０４を回転させることにより流体シリンダー４２０は支持円筒４１２内で第２の中心軸Ａr2を中心として回転する。この場合、支持円筒４１２は回転しないため、先端動作部４００の長軸は第２の中心軸Ａr2上、あるいは第２の中心軸Ａr2に対して平行に配置され、その位置は実質的に変化しない。また、流体シリンダー４２０はさらに、ピストンロッド４２４やグリップステーション４５６を介して把持部４５０に接続される。このため、インナーシャフト３０４を回転することによって把持部４５０とそれを貫通する機軸Ａpも第２の中心軸Ａr2を中心として回転し、その結果、下グリップ４５２と上グリップ４５４の開閉方向（図２における矢印１１２の第２の中心軸Ａr2に対する方向）を制御することができる。
【００４８】
この回転動作によって配管３２０に捻じれが生じるが、配管３２０とその内部に配置される供給管３２０ａや排出管３２０ｂは可撓性を有するため、回転動作を阻害することはない。また上述したように、インナーシャフト３０４は揺動ケーブル３１８と接触しない。したがって、回転操作を円滑に行うことができ、また、揺動ケーブル３１８や配管３２０の損傷を防止することができる。
【００４９】
図示しないが、インナーシャフト３０４の回転角を規制するための機構を設けてもよい。このような機構を使用してインナーシャフト３０４の回転角度を０°以上２７０°以下、０°以上１８０°以下、０°以上１２０°以下、あるいは０°以上９０°以下に規制してもよい。
【００５０】
（２）把持部の歳差
先端動作部４００が揺動軸Ａyを中心として揺動すると、第１の中心軸Ａr1と第２の中心軸Ａr2がなす角度が０°よりも大きくなる。この場合にインナーシャフト３０４を第１の中心軸Ａr1を中心として回転させると、その回転方向はシリンダーチューブ４２２の支持円筒４１２内部における回転方向（すなわち、第２の中心軸Ａr2を中心とする回転の方向）と一致しない。この角度が増大するにしたがって、インナーシャフト３０４の回転による駆動力は、シリンダーチューブ４２２の支持円筒４１２内部における回転に対して寄与しにくくなり、その結果、先端動作部４００の歳差運動を引き起こす。
【００５１】
より具体的には、図９に示すように、例えば第１の中心軸Ａr1と第２の中心軸Ａr2がなす角度（揺動角）θがθ1である時にインナーシャフト３０４を第１の中心軸Ａr1を中心として回転すると、先端動作部４００は歳差運動を行い、先端動作部４００の端部（すなわち、下グリップ４５２と上グリップ４５４の端部）の軌跡は円１２０ａとなる。換言すると、マニピュレータ１００は円１２０ａ上に位置する任意の場所に作用することが可能である。したがって、揺動角θが最大θ1で規制されている場合には、マニピュレータ１００は、円１２０ａ、および揺動角θが０°の時に先端動作部４００の端部が作用する点の両者を含む球面のうち、円１２０ａと同一平面上の平面で切断して得られる曲面１２０上に位置する任意の場所に作用することができる。
【００５２】
このように、揺動軸Ａyを中心とする揺動と第１の中心軸Ａr1を中心とする回転を組み合わせることで、歳差という自由度を与えることができ、マニピュレータ１００は広い面積に対して作用することが可能となる。
【００５３】
５−３．並進とグリップの開閉
上述したように、下グリップ４５２と上グリップ４５４が接続されるグリップステーション４５６は、一部が支持円筒４１２内に挿入される（図４参照）。ここで、開閉ばね４６０が定常状態から縮められた状態で下グリップ４５２と上グリップ４５４間に設置することで、開閉ばね４６０の復元力によって下グリップ４５２と上グリップ４５４は互いに離れるように位置し、把持部４５０は開いた状態となる。しかしながら図４に示すように、下グリップ４５２と上グリップ４５４がブッシュ４４４（ブッシュ４４４を設けない場合には支持円筒４１２）の内壁に当接すると、把持部４５０はそれ以上開かない。この状態では、下グリップ４５２と上グリップ４５４の両先端部の距離は、ブッシュ４４４、もしくは支持円筒４１２の内径よりも長い。
【００５４】
この状態で流体シリンダー４２０の全長が短くなるようレバー２３０を操作する。これにより、図１０に示すように、グリップステーション４５６は第２の中心軸Ａr2に沿って流体シリンダー４２０の方向へ並進し、下グリップ４５２と上グリップ４５４は支持円筒４１２、あるいはブッシュ４４４内部に引き込まれ、格納される。このため、下グリップ４５２と上グリップ４５４がブッシュ４４４、あるいは支持円筒４１２の内壁と当接する位置が徐々にそれぞれの先端方向へ移動する。すなわち、下グリップ４５２と上グリップ４５４は機軸Ａpを中心として、互いに近接するように回転する。その結果、下グリップ４５２と上グリップ４５４の両先端部の距離は徐々に小さくなり、把持部４５０が閉じられる。これにより、生体組織や針などの把持対象物を把持することができる。
【００５５】
逆に、流体シリンダー４２０の全長が長くなるようレバー２３０を操作することで、グリップステーション４５６は第２の中心軸Ａr2に沿って流体シリンダー４２０とは逆の方向へ並進し、下グリップ４５２と上グリップ４５４は支持円筒４１２、あるいはブッシュ４４４から引き出される。このため、下グリップ４５２と上グリップ４５４がブッシュ４４４、あるいは支持円筒４１２の内壁と当接する位置は、それぞれの開孔４５２ｅ、４５４ａに徐々に近づき、下グリップ４５２と上グリップ４５４の両先端部の距離は徐々に大きくなる。その結果、下グリップ４５２と上グリップ４５４が離れ、把持部４５０が開放される。把持部４５０が閉じられた状態では、開閉ばね４６０や制御ばね４４２は縮められており、元の状態へ戻るための復元力が蓄積される。したがって、把持部４５０は閉じられた状態から速やかに解放された状態へ移行することができる。
【００５６】
このように、レバー２３０を介して流体シリンダー４２０を操作することで、把持部４５０の開閉が制御されるとともに、把持部４５０は第２の中心軸Ａｒ２に沿って並進する。すなわち、流体シリンダー４２０を用いることで並進という自由度が与えられる。その結果、把持対象物を把持しながら第１の中心軸Ａr1、あるいは第２の中心軸Ａr2に沿って移動することができ、より把持対象物に対して複雑な処理が可能となる。
【００５７】
把持部４５０の開閉は流体シリンダー４２０を用いて行われるため、レバー２３０の操作によって流体に与えられる圧力は損失することなくピストン４２６へ伝えられる。このため、微弱な力でレバー２３０を操作してもピストン４２６に対して強力な駆動力を与えることができ、把持部４５０は大きな把持力を有することができる。したがって、把持部４５０は把持対象物を確実に把持することができる。
【００５８】
マニピュレータ１００では、操作部２００から延伸する揺動ケーブル３１８はプーリー３０８で折り返し、再び操作部２００の揺動ノブへ連結される。したがって、プーリー３０８より先端動作部４００側には揺動ケーブル３１８は配置されない。また、インナーシャフト３０４や流体シリンダー４２０、把持部４５０の回転動作や把持部４５０の並進にはケーブルは用いられない。このため、複数のケーブルを配置することによる構造の複雑化やケーブル同士の干渉、流体シリンダー４２０や把持部４５０の動作に対する悪影響を避けることができる。したがって、本実施形態を適用することにより、低い製造コストで高い動作パフォーマンスを有するマニピュレータを提供することが可能である。
【００５９】
上述したように、マニピュレータ１００は揺動と歳差という自由度を備えることができる。これは、第１の中心軸Ａr1を中心とするインナーシャフト３０４の回転に伴って揺動軸Ａyも第１の中心軸Ａr1を中心として回転するからである。この歳差という自由度を有することで、以下に述べるように、マニピュレータ１００は人間の手首や腕、指と同様の動作を行うことができる。
【００６０】
ここでは、シャフト３００を腕、先端動作部４００を手、シャフト３００と先端動作部４００間の接続部を手首、下グリップ４５２と上グリップ４５４をそれぞれ親指と人差し指と想定する。この場合、腕の長軸が第１の中心軸Ａr1に相当し、手の全体を掌と甲の方向に動作するための回転軸が揺動軸Ａyに相当する。また、人差し指と親指を用いて把持対象物を把持する動作は、機軸Ａpを中心とする下グリップ４５２と上グリップ４５４の回転に相当する。
【００６１】
腕と手首が真っすぐに伸びた状態では、腕を腕の長軸を軸として回転することで、人差し指と親指も腕の長軸を軸として回転するため、摘まむ方向（摘まむという動作に伴う、腕の長軸に対する人差し指と親指の移動方向。以下、開閉方向と記す）を変化させることができる。この動作制御は、第１の中心軸Ａr1と第２の中心軸Ａr2が同一直線上、実質的に同一直線上、平行、あるいは実質的に平行である場合に、インナーシャフト３０４の回転によってもたらされる流体シリンダー４２０の第２の中心軸Ａr2を中心とする回転を利用して下グリップ４５２と上グリップ４５４の開閉方向を制御することに等しい。
【００６２】
一方、手首を曲げた状態では、腕を長軸を軸として回転させても、人差し指と親指の開閉方向を大きく変えることはできず、親指と人差し指の伸びる方向を変化させるために手の一部をねじらない限り、開閉方向を自在に変えることは困難である。これは、手首は腕から独立して腕の長軸方向を中心として回転しないためである。この状態で長軸を軸として腕を回転すると、人差し指と親指は、開閉方向を維持したまま腕の長軸を中心として回転し、その結果、歳差運動を行う。この動作は、第１の中心軸Ａr1と第２の中心軸Ａr2がなす角度が０°よりも大きい場合における先端動作部４００の歳差運動に相当する。上述したように、この歳差運動が優先する場合には、インナーシャフト３０４の回転は流体シリンダー４２０や把持部４５０の第２の中心軸Ａr2を中心とする回転に大きく寄与しない。これは、手首を曲げた状態では、人差し指と親指の開閉方向を変えることが困難であることと同等である。
【００６３】
したがって、このような特性を有するマニピュレータ１００を用いることで、内視鏡下外科手術においてオペレータ自身の腕や手首を動作するようにマニピュレータを直観的に操作することが可能となる。このため、本実施形態を適用することにより、より容易に操作可能な医療用マニピュレータを提供することができる。
【００６４】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態で述べたマニピュレータ１００とは構造が異なるマニピュレータ１３０について説明する。第１実施形態と同様、あるいは類似する構成については説明を省略することがある。
【００６５】
マニピュレータ１３０がマニピュレータ１００と異なる点の一つは、マニピュレータ１３０では一対のグリップのうち一つが支持円筒４１２に固定され、支持円筒４１２に対して回転や並進を行わない点である。他方のグリップは支持円筒４１２に対して回転する。また、マニピュレータ１３０の流体シリンダー４２０は支持円筒４１２に対して回転しないよう支持円筒４１２に固定される点でマニピュレータ１３０はマニピュレータ１００と異なる。
【００６６】
１．連結部
具体的には、図１１、図１２に示すように、マニピュレータ１３０は、支持円筒４１２に加えて揺動円筒４７０を連結部４１０に備える。揺動円筒４７０は支持円筒４１２よりも操作部２００側に配置される。揺動円筒４７０は、上舌片４７０ａと下舌片４７０ｂを有し、これらにはそれぞれ開孔４７０ｃ、４７０ｄが設けられる（開孔４７０ｄは図示されていない）。可動ピン３１６が開孔４７０ｃにはめ込まれ、同時にアウターシャフト３０２の上舌片３０２ａに設けられる開孔３０２ｃに挿入される。同様に、可動ピン３１４が開孔４７０ｄとアウターシャフト３０２の下舌片３０２ｂの開孔３０２ｄに挿入される。これにより、揺動円筒４７０がアウターシャフト３０２に接続される。
【００６７】
マニピュレータ１００と同様、可動ピン３１４、３１６は揺動軸Ａy上に位置し、可動ピン３１４はプーリー３０８の回転軸としても機能する。このため、プーリー３０８を揺動ケーブル３１８を用いて回転させることにより、揺動円筒４７０は揺動軸Ａyを中心として揺動することができる（図１２）。
【００６８】
揺動円筒４７０の外壁には、溝４７０ｅが形成される（図１１）。溝４７０ｅは第２の中心軸Ａr2を取り巻くように設けられており、溝４７０ｅにおいては外形が他の部分よりも小さい。支持円筒４１２には、この溝に対応する位置に開孔４１２ｅ、４１２ｆが形成される（開孔４１２ｆは図示されていない）。支柱４７２が支持円筒４１２の開孔４１２ｅに挿入され、さらに溝４７０ｅにはめ込まれる。同様に、支柱４７４が支持円筒４１２の開孔４１２ｆに挿入され、さらに溝４７０ｅにはめ込まれる（図１２）。この構造により、支持円筒４１２が揺動円筒４７０から外れることが防止されるとともに、支持円筒４１２が揺動円筒４７０を取り囲み、かつ、揺動円筒４７０に対して第２の中心軸Ａr2を中心として回転することができる。
【００６９】
ユニバーサルジョイント３０６のヨーク３０６ｂは図示しない固定ピン、あるいは接着剤によって流体シリンダー４２０の舌片部４３８に固定される。また、シリンダーチューブ４２２も図示しない固定ピン、あるいは接着剤によって支持円筒４１２に固定される。このため、インナーシャフト３０４の回転の駆動力は、ユニバーサルジョイント３０６、シリンダーチューブ４２２を介して支持円筒４１２に伝達され、これにより、支持円筒４１２が揺動円筒４７０の周りを第２の中心軸Ａr2を中心として回転することができる。
【００７０】
２．把持部
マニピュレータ１３０では、把持部４５０の下グリップ４５２は、支持円筒４１２に固定される。図１１、図１２に示すように、下グリップ４５２と支持円筒４１２は一体化された部材として構成されていてもよく、あるいはそれぞれが異なる部材として形成されたのちに互いを固定してもよい。図１１に示すように、下グリップ４５２の上面には溝が形成される。この溝を挟む上面（上グリップ４５４に面する面）を加工して一対の歯状面４５２ｆを形成してもよい。
【００７１】
一方、上グリップ４５４は本体４５４ｆと一対のウイング４５４ｇを有する（図１１）。一対のウイング４５４ｇは、本体４５４ｆの下面（下グリップ４５２に面する面）から突出し、かつ、本体４５４ｆの後端部側に配置される。一対のウイング４５４ｇ間には間隙が設けられる。一対のウイング４５４ｇの各々には二つの開孔４５４ｈ、４５４ｉが形成される。開孔４５４ｈは、開孔４５４ｉよりも本体に近く位置するように、かつ、上グリップ４５４が支持円筒４１２内に配置される際に開孔４５４ｉよりもグリップステーション４５６から遠く位置するように設けられる。
【００７２】
把持部４５０はさらに、グリップステーション４５６に加えリンク４５９を有している（図１１、図１２）。グリップステーション４５６は円筒形状を有しており、その外形は支持円筒４１２内に収納可能なように調整される。グリップステーション４５６は二つのアームが形成されるように切り欠きを有しており、この二つのアームには開孔４５６ｂが形成される。一方、リンク４５９の一部は、グリップステーション４５６のアームに挟まれるよう、切り欠き内に挿入される。また、リンク４５９の幅は、上グリップ４５４の一対のウイング４５４ｇ間の間隙に挿入できるように調整される。リンク４５９にも二つの開孔４５９ａ、４５９ｂが設けられる（開孔４５９ｂは図示されていない）。マニピュレータ１００と同様、グリップステーション４５６は支持円筒４１２内に配置され、流体シリンダー４２０のピストンロッド４２４に固定される（図１２参照）。
【００７３】
図１１に示すように、支持円筒４１２上部には切り欠きが設けられ、この切り欠きを利用してグリップステーション４５６やリンク４５９が設置される。また、支持円筒４１２にはさらに開孔４１２ｆ、４１２ｇが設けられる。開孔４１２ｆ、４１２ｇの中心を結ぶ仮想の直線の一部は支持円筒４１２内を貫通し、かつ、切り欠きから露出する。
【００７４】
支持円筒４１２の切り欠きを利用して上グリップ４５４、グリップステーション４５６、およびリンクが支持円筒４１２内に収納され、把持部４５０が組み立てられる。具体的には、図１１、図１２に示すように、可動ピン４１４を支持円筒４１２の開孔４１２ｆ、上グリップ４５４の開孔４５４ｈ、支持円筒４１２の開孔４１２ｇの順に貫通させ、これによって上グリップ４５４が支持円筒４１２に接続される。この可動ピン４１４を中心軸として上グリップ４５４が回転する。
【００７５】
リンク４５９は、一部がグリップステーション４５６のアームの間に配置される。より具体的には、リンク４５９の一部がグリップステーション４５６の切り欠き内に配置され、可動ピン４１８がグリップステーション４５６の開孔４５６ｂとリンク４５９の開孔４５９ｂ（図示しない）に挿入される。これによってリンク４５９がグリップステーション４５６に接続され、可動ピン４１８を中心軸として回転することができる（図１２参照）。
【００７６】
リンク４５９の他の一部は上グリップ４５４の一対のウイング４５４ｇの間に挟持され、可動ピン４１６がウイング４５４ｇの開孔４５４ｉとリンク４５９のもう一方の開孔４５９ａに挿入される。これにより、リンク４５９はさらに上グリップ４５４に接続され、上グリップ４５４とリンク４５９は、可動ピン４１６を回転軸として回転することができる（図１２）。なお、マニピュレータ１００と同様、下グリップ４５２と上グリップ４５４にはそれぞれ開孔４５２ｇ、開孔４５４ｉがさらに設けられ、これらの開孔には開閉ばね４６０がはめ込まれる（図１２参照）。
【００７７】
３．動作
３−１．揺動
マニピュレータ１３０における先端動作部４００の揺動は、マニピュレータ１００のそれと同様である。すなわち、揺動ケーブル３１８の駆動によってプーリー３０８が回転し、プーリー３０８に固定される揺動円筒４７０とこれに接続される支持円筒４１２が揺動軸Ａyを中心として揺動する。これにより、揺動という自由度が与えられる。
【００７８】
３−２．回転
（１）先端動作部の回転
マニピュレータ１００と同様、マニピュレータ１３０においてもユニバーサルジョイント３０６はインナーシャフト３０４に固定され、ヨーク３０６ｂは流体シリンダー４２０に固定される。したがって、インナーシャフト３０４を回転させることにより、その回転の駆動力はユニバーサルジョイント３０６を介して流体シリンダー４２０にも伝わる。流体シリンダー４２０は支持円筒４１２内部に固定されているものの、上述したように、支持円筒４１２は揺動円筒の回りで第２の中心軸Ａr2を中心として回転することができる。このため、第１の中心軸Ａr1と第２の中心軸Ａr2が同一直線上、実質的に同一直線上、平行、あるいは実質的に平行である場合、インナーシャフト３０４の回転によって上グリップ４５４を含む把持部４５０、および支持円筒４１２を含む連結部４１０を同時に回転させることができる。
【００７９】
（２）先端動作部の歳差
マニピュレータ１００と同様、先端動作部４００が揺動軸Ａyを中心として揺動し、第１の中心軸Ａr1と第２の中心軸Ａr2がなす角度が０°よりも大きい場合、インナーシャフト３０４の第１の中心軸Ａr1を中心とする回転方向は連結部４１０や把持部４５０の回転方向と一致しない。したがって、この角度が増大するにしたがって、インナーシャフト３０４の回転による駆動力は、先端動作部４００の第２の中心軸Ａr2を中心とする回転に寄与しにくくなり、先端動作部４００の歳差運動が優勢となる。歳差運動はマニピュレータ１００のそれと同様のため、説明は割愛する。
【００８０】
３−３．グリップの開閉
上述したように、下グリップ４５２は支持円筒４１２に固定される。上グリップ４５４は可動ピン４１４によって支持円筒４１２に接続され、可動ピン４１４を中心として回転する。このため、マニピュレータ１３０の把持部４５０は並進運動を行わない。
【００８１】
一方、把持部４５０の開閉動作はマニピュレータ１００のそれと同様に流体シリンダー４２０の操作によって行われる。流体シリンダー４２０の長さを増大させると、ピストンロッド４２４の並進と開閉ばね４６０の復元力によって下グリップ４５２と上グリップ４５４は互いに離れ、把持部４５０は開いた状態へ移行する。上グリップ４５４の一部が下グリップ４５２、あるいは支持円筒４１２に当接すると、上グリップ４５４の回転が停止する（図１２）。
【００８２】
この状態から流体シリンダー４２０の全長が短くなるようにレバー２３０を操作すると、ピストンロッド４２４の第２の中心軸Ａr2に沿った並進に伴ってグリップステーション４５６が支持円筒４１２の内部へ引き込まれる。これと同時にリンク４５９も支持円筒４１２内に引き込まれるが、リンク４５９は可動ピン４１６、４１８を中心軸として回転することができ、上グリップ４５４も可動ピン４１４を中心軸として回転することができる。このため、グリップステーション４５６が支持円筒４１２内に引き込まれるにつれて、可動ピン４１６は、可動ピン４１８と可動ピン４１４を結ぶ仮想的な直線に近づくように移動する。その結果、上グリップ４５４の先端が徐々に下グリップ４５２に近接し、把持部４５０が閉じられる。これにより、把持機能が実現される。
【００８３】
逆に、流体シリンダー４２０の全長が長くなるようレバー２３０を操作すると、グリップステーション４５６が支持円筒４１２から引き出される。その結果、可動ピン４１６は上記仮想的な直線から離れるように移動する。これにより、把持部４５０は閉じられた状態から解放された状態へ移行する。この操作では、制御ばね４４２や開閉ばね４６０の復元力を利用することができるため、開放操作を速やかに行うことができる。
【００８４】
マニピュレータ１００と同様、マニピュレータ１３０においても、プーリー３０８より先端動作部４００側には揺動ケーブル３１８は配置されず、インナーシャフト３０４や流体シリンダー４２０、把持部４５０の回転や把持部４５０の開閉にはケーブルは用いられない。このため、マニピュレータ１３０の構造の簡素化が図れるのみならず、複数のケーブルを配置によるケーブル同士の干渉、流体シリンダー４２０や把持部４５０の動作に対する悪影響を避けることができる。したがって、本実施形態を適用することにより、低い製造コストでマニピュレータを提供することが可能である。また、把持部４５０の開閉は流体シリンダー４２０を用いて行われるため、把持部４５０は大きな把持力を有することができる。したがって、把持部４５０は把持対象物を確実に把持することができる。
【００８５】
マニピュレータ１３０も揺動と歳差という自由度を備えることができるため、オペレータは、自身の腕や手首を動作するようにマニピュレータ１３０を直観的に操作することが可能となる。このため、本実施形態を適用することにより、高い動作パフォーマンスを有し、かつ、容易に操作可能な医療用マニピュレータを提供することができる。
【００８６】
本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。また、各実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
【００８７】
また、上述した各実施形態によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと理解される。
【符号の説明】
【００８８】
１００：マニピュレータ、１１０：矢印、１１２：矢印、１１４：矢印、１１６：矢印、１１８：矢印、１２０：曲面、１２０ａ：円、１３０：マニピュレータ、２００：操作部、２０２：筐体、２０４：ハンドル、２１０：揺動ノブ、２２０：第１の回転ノブ、２３０：レバー、２４０：第２の回転ノブ、３００：シャフト、３０２：アウターシャフト、３０２ａ：上舌片、３０２ｂ：下舌片、３０２ｃ：開孔、３０２ｄ：開孔、３０４：インナーシャフト、３０６：ユニバーサルジョイント、３０６ａ：ヨーク、３０６ｂ：ヨーク、３０６ｃ：スパイダ、３０６ｄ：可動ピン、３０６ｅ：可動ピン、３０６ｆ：開孔、３０６ｇ：開孔、３０８：プーリー、３１０：バッファーチューブ、３１０ａ：ガイド溝、３１０ｂ：ガイド溝、３１４：可動ピン、３１６：可動ピン、３１８：揺動ケーブル、３２０：配管、３２０ａ：供給管、３２０ｂ：排出管、４００：先端動作部、４１０：連結部、４１２：支持円筒、４１２ａ：上舌片、４１２ｂ：下舌片、４１２ｃ：開孔、４１２ｄ：開孔、４１２ｅ：開孔、４１２ｆ：開孔、４１２ｇ：開孔、４１４：可動ピン、４１６：可動ピン、４１８：可動ピン、４２０：流体シリンダー、４２２：シリンダーチューブ、４２２ａ：開孔、４２４：ピストンロッド、４２６：ピストン、４２８：隔壁、４３０ａ：流路、４３０ｂ：流路、４３２：第１のチャンバー、４３４：第２のチャンバー、４３６：第３のチャンバー、４３８：舌片部、４４０：固定ピン、４４２：制御ばね、４４４：ブッシュ、４５０：把持部、４５２：下グリップ、４５２ａ：本体、４５２ｂ：上面、４５２ｃ：ウイング、４５２ｄ：開孔、４５２ｅ：開孔、４５２ｆ：歯状面、４５２ｇ：開孔、４５４：上グリップ、４５４ａ：開孔、４５４ｄ：開孔、４５４ｅ：開孔、４５４ｆ：本体、４５４ｇ：ウイング、４５４ｈ：開孔、４５４ｉ：開孔、４５６：グリップステーション、４５６ａ：開孔、４５６ｂ：開孔、４５８：可動ピン、４５９：リンク、４５９ａ：開孔、４５９ｂ：開孔、４６０：開閉ばね、４７０：揺動円筒、４７０ａ：上舌片、４７０ｂ：下舌片、４７０ｃ：開孔、４７０ｄ：開孔、４７０ｅ：溝、４７２：支柱、４７４：支柱
【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（Ａ）】
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【図５（Ｂ）】
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【図６（Ａ）】
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【図６（Ｂ）】
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【図６（Ｃ）】
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【図７（Ａ）】
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【図７（Ｂ）】
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【図７（Ｃ）】
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【図８（Ａ）】
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【図８（Ｂ）】
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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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