(57)【要約】【課題】マニピュレータの初期化方法において、関節部の回転角度とモータの原点位置とを対応付ける初期化を容易に行うことができるようにする。【解決手段】関節部を有する医療用器具と、駆動力伝達部と、駆動部と、駆動力中継状態と駆動力解除状態とが切り替え可能な駆動力中継部とを有するマニピュレータシステムの初期化方法であって、関節部の回転角度を基準角度に設定し、駆動力解除状態に切り替えられた状態で基準角度を保持する基準角度保持工程（ステップＳ１）と、関節部が初期化動作を行う位置である体内に配置された状態で、駆動力中継部を駆動力中継状態に切り替える駆動部連結工程（ステップＳ３）と、関節部を基準角度から予め決められた角度だけ回転させた後、その回転角度の状態に応じて駆動部の駆動原点の対応付けを行う原点設定工程（ステップＳ４）と、を備える。【選択図】図１２
2015156906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被回転体を回転させる関節部を有する医療用器具と、前記関節部に駆動力を伝達する駆動力伝達部と、該駆動力伝達部に前記駆動力を供給する駆動部と、前記駆動力が中継される駆動力中継状態と前記駆動力が遮断された駆動力解除状態とが切り替え可能な駆動力中継部とを有するマニピュレータの初期化方法であって、
前記関節部の回転角度を予め決めておいた基準角度に設定し、前記駆動力中継部が前記駆動力解除状態に切り替えられた状態で前記基準角度を保持する基準角度保持工程と、
該基準角度保持工程の実行後であって、前記関節部が初期化動作を行う位置に配置された状態で、前記駆動力中継部を前記駆動力中継状態に切り替える駆動部連結工程と、
回転角度の状態に応じて前記駆動部の駆動原点の対応付けを行う原点設定工程と、
を備える、マニピュレータの初期化方法。
【請求項２】
前記基準角度は、
前記関節部の回転角度を回転可能な限界角度とする
ことを特徴とする、請求項１に記載のマニピュレータの初期化方法。
【請求項３】
前記原点設定工程を行う前に、前記関節部を前記基準角度から予め定めておいた角度まで回転させる回転角度調整工程を行う
ことを特徴とする、請求項１または２に記載のマニピュレータの初期化方法。
【請求項４】
前記原点設定工程を実行してから、
前記駆動部に対して、前記関節部を駆動する際の前記駆動原点からの駆動リミットを設定する駆動リミット設定工程を実行する
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のマニピュレータの初期化方法。
【請求項５】
前記駆動力伝達部は、
線状の駆動力伝達部材を有しており、
前記原点設定工程を実行する前に、
前記駆動力伝達部材のたるみを除去するため、前記駆動力伝達部材に初期張力を付与する初期張力付与工程を実行する
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のマニピュレータの初期化方法。
【請求項６】
前記関節部は、屈曲用関節を有しており、
前記基準角度保持工程では、
前記屈曲用関節を含む前記関節部の基準角度を、前記関節部に連結された前記被回転体を折りたたむ動作をさせる回転角度に設定する
ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のマニピュレータの初期化方法。
【請求項７】
被回転体を回転させる関節部を有する医療用器具と、
前記関節部に駆動力を伝達する駆動力伝達部と、
該駆動力伝達部に前記駆動力を供給する駆動部と、
前記駆動力が中継される駆動力中継状態と前記駆動力が遮断される駆動力解除状態とが切り替え可能な駆動力中継部と、
前記関節部の回転角度を予め決めておいた基準角度に設定し、前記駆動力中継部が前記駆動力解除状態に切り替えられた状態で前記基準角度を保持する基準角度保持部と、
回転角度の状態に応じて前記駆動部の駆動原点の対応付けを行う駆動制御部と、
を備える、マニピュレータ。
【請求項８】
前記基準角度は、
前記関節部の回転角度を回転可能な限界角度とする
ことを特徴とする、請求項７に記載のマニピュレータ。
【請求項９】
前記駆動制御部は、
前記駆動部の駆動原点の対応付けを行う前に、前記関節部を前記基準角度から予め定めておいた角度まで回転させる回転角度調整を行う
ことを特徴とする、請求項７または８に記載のマニピュレータ。
【請求項１０】
前記駆動制御部は、
前記駆動部に対して、前記関節部を駆動する際の前記駆動原点からの駆動リミットを設定する
ことを特徴とする、請求項７〜９のいずれか１項に記載のマニピュレータ。
【請求項１１】
前記基準角度保持部は、
前記関節部を駆動する回転体に付勢力を加えて前記関節部の回転角度を前記基準角度に保持する
ことを特徴とする、請求項７〜１０のいずれか１項に記載のマニピュレータ。
【請求項１２】
前記基準角度保持部は、
前記駆動力伝達部を介して、前記関節部に前記付勢力を加える
ことを特徴とする、請求項１１に記載のマニピュレータ。
【請求項１３】
前記駆動力伝達部は、
線状の駆動力伝達部材を有しており、
前記駆動力解除状態において、前記駆動力伝達部材のたるみを除去するため、前記駆動力伝達部材に初期張力を付与する初期張力付与部をさらに備える。
ことを特徴とする、請求項７〜１２のいずれか１項に記載のマニピュレータ。
【請求項１４】
前記関節部は、屈曲用関節を有しており、
前記基準角度保持部は、
前記屈曲用関節を含む前記関節部の基準角度を、前記関節部に連結された前記被回転体を折りたたむ動作をさせる側の回転の限界となる回転角度に設定する
ことを特徴とする、請求項７〜１３のいずれか１項に記載のマニピュレータ。
【請求項１５】
請求項７〜１４のいずれか１項に記載のマニピュレータを備える、マニピュレータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マニピュレータの初期化方法、マニピュレータ、およびマニピュレータシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、患者の侵襲を軽減する観点から、内視鏡のチャンネルに処置具を挿入したり、内視鏡の先端部に処置具を有する多関節アームを設けたりして、処置具を患者の腹部等にあけた小さな孔から体内に挿入し、内視鏡観察下で各種の処置を行うことが知られている。
例えば、特許文献１には、人手によって把持および操作される操作司令部と、この操作司令部と着脱可能に設けられ、硬質のシャフトの先端に関節を介して可動に保持されたグリッパを有する作業部とを備えるマニピュレータが記載されている。
操作司令部には駆動モータを有するアクチュエータブロックが設けられ、アクチュエータブロックと作業部のプーリは、アライメントピンを介して着脱可能に連結されている。
各プーリには、プーリの位置を作業部の原点位置に設定するロッキングプレートが装着可能である。
このようなマニピュレータによって処置を行うには、操作司令部を取り外した作業部のプーリにロッキングプレートを装着して作業部を原点位置、例えば、可動部が真直状態に延びた状態に設定する。アクチュエータブロックでは、駆動モータをモータの原点位置に設定しておく。そして、作業部から、ロッキングプレートを外して、アクチュエータブロックを装着する。これにより、マニピュレータにおいて、駆動モータの原点位置と、作業部の原点位置が一致した状態に初期化されるため、操作司令部の操作に応じて、作業部の原点位置から駆動を開始する動作を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８-１０４８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来技術には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、ロッキングプレートを装着することで、作業部の原点位置を保持しているため、例えば、体内への挿入の都合上、先端を湾曲させる場合などは、ロッキングプレートを取り外して、原点位置を解除する必要がある。
このように原点位置を解除してしまうと、ロッキングプレートを再度装着するためには、駆動モータを用いることなく、専用治具などにより手作業で各プーリを動かして原点位置に戻さねばならず、煩雑な作業が必要になるという問題がある。
また、可撓性を有する長尺の軟性処置具などのマニピュレータの場合、一般に体内に挿入されると、複雑に湾曲した状態になる。このような軟性処置具の駆動に用いる駆動ワイヤは、例えば、シースに挿通されることで、経路長が変化しにくくなっているが、シースと駆動ワイヤとの間にはわずかな隙間がある。このため、シースが湾曲していると、駆動ワイヤの湾曲経路がシースの中心軸線の湾曲形状とずれて、駆動ワイヤの経路長が変化する。また、シースと駆動ワイヤ間の経路長変化に加えて、アウターチューブとシース間の経路長変化も生じる。
すなわち、ほとんどの湾曲状態では、駆動ワイヤの経路長は原点姿勢を決めた際の経路長とは異なる。
したがって、駆動部をモータの原点位置で装着するようにしても、必ずしも処置具の関節が原点姿勢にはならないという問題がある。
また、湾曲による駆動ワイヤの経路長の影響を除去するため、軟性処置具が湾曲した状態で関節の位置や姿勢を専用治具によって規定し、この状態で、駆動モータと連結して初期化することも考えられる。しかし、このような専用治具は、体内に挿入したり、体内で取り外して、体外に回収することは困難である。したがって、体内で用いるマニピュレータには適用できないという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、関節部の回転角度とモータの原点位置とを対応付ける初期化を容易に行うことができるマニピュレータの初期化方法、マニピュレータ、およびマニピュレータシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様のマニピュレータの初期化方法は、被回転体を回転させる関節部を有する医療用器具と、前記関節部に駆動力を伝達する駆動力伝達部と、該駆動力伝達部に前記駆動力を供給する駆動部と、前記駆動力が中継される駆動力中継状態と前記駆動力が遮断された駆動力解除状態とが切り替え可能な駆動力中継部とを有するマニピュレータの初期化方法であって、前記関節部の回転角度を予め決めておいた基準角度に設定し、前記駆動力中継部が前記駆動力解除状態に切り替えられた状態で前記基準角度を保持する基準角度保持工程と、該基準角度保持工程の実行後であって、前記関節部が初期化動作を行う位置に配置された状態で、前記駆動力中継部を前記駆動力中継状態に切り替える駆動部連結工程と、回転角度の状態に応じて前記駆動部の駆動原点の対応付けを行う原点設定工程と、を備える方法とする。
【０００７】
上記マニピュレータの初期化方法においては、前記基準角度は、前記関節部の回転角度を回転可能な限界角度とすることが好ましい。
【０００８】
上記マニピュレータの初期化方法においては、前記原点設定工程を行う前に、前記関節部を前記基準角度から予め定めておいた角度まで回転させる回転角度調整工程を行うことが好ましい。
【０００９】
上記マニピュレータの初期化方法においては、前記原点設定工程を実行してから、前記駆動部に対して、前記関節部を駆動する際の前記駆動原点からの駆動リミットを設定する駆動リミット設定工程を実行することが好ましい。
【００１０】
上記マニピュレータシステムの初期化方法においては、前記駆動力伝達部は、
線状の駆動力伝達部材を有しており、前記原点設定工程を実行する前に、前記駆動力伝達部材のたるみを除去するため、前記駆動力伝達部材に初期張力を付与する初期張力付与工程を実行するが好ましい。
【００１１】
上記マニピュレータシステムの初期化方法においては、前記関節部は、屈曲用関節を有しており、前記基準角度保持工程では、前記屈曲用関節を含む前記関節部の基準角度を、前記関節部に連結された前記被回転体を折りたたむ動作をさせる回転角度に設定することが好ましい。
【００１２】
本発明の第２の態様のマニピュレータは、被回転体を回転させる関節部を有する医療用器具と、前記関節部に駆動力を伝達する駆動力伝達部と、該駆動力伝達部に前記駆動力を供給する駆動部と、前記駆動力が中継される駆動力中継状態と前記駆動力が遮断される駆動力解除状態とが切り替え可能な駆動力中継部と、前記関節部の回転角度を予め決めておいた基準角度に設定し、前記駆動力中継部が前記駆動力解除状態に切り替えられた状態で前記基準角度を保持する基準角度保持部と、回転角度の状態に応じて前記駆動部の駆動原点の対応付けを行う駆動制御部と、を備える構成とする。
【００１３】
上記マニピュレータにおいては、前記基準角度は、前記関節部の回転角度を回転可能な限界角度とすることが好ましい。
【００１４】
上記マニピュレータにおいては、前記駆動制御部は、前記駆動部の駆動原点の対応付けを行う前に、前記関節部を前記基準角度から予め定めておいた角度まで回転させる回転角度調整を行うことが好ましい。
【００１５】
上記マニピュレータにおいては、前記駆動制御部は、前記駆動部に対して、前記関節部を駆動する際の前記駆動原点からの駆動リミットを設定することが好ましい。
【００１６】
上記マニピュレータにおいては、前記基準角度保持部は、前記関節部を駆動する回転体に付勢力を加えて前記関節部の回転角度を前記基準角度に保持することが好ましい。
【００１７】
上記マニピュレータにおいては、前記基準角度保持部は、前記駆動力伝達部を介して、前記関節部に前記付勢力を加えることが好ましい。
【００１８】
上記マニピュレータにおいては、前記駆動力伝達部は、線状の駆動力伝達部材を有しており、前記駆動力解除状態において、前記駆動力伝達部材のたるみを除去するため、前記駆動力伝達部材に初期張力を付与する初期張力付与部をさらに備えることが好ましい。
【００１９】
上記マニピュレータにおいては、前記関節部は、屈曲用関節を有しており、前記基準角度保持部は、前記屈曲用関節を含む前記関節部の基準角度を、前記関節部に連結された前記被回転体を折りたたむ動作をさせる側の回転の限界となる回転角度に設定することが好ましい。
【００２０】
本発明の第３の態様のマニピュレータシステムは、上記マニピュレータを備える構成とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のマニピュレータシステムの初期化方法、マニピュレータ、およびマニピュレータシステムによれば、関節部の回転角度が基準角度に設定された後、駆動力中継部を駆動力中継状態に切り替えて原点設定を行えるため、関節部の回転角度とモータの原点位置とを対応付ける初期化を容易に行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態のマニピュレータシステムの全体構成を示す模式的な斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のマニピュレータの主要部を示す模式的な斜視図である。
【図３】図２におけるＡ視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態のマニピュレータの駆動時の整列状態の主要部の模式的な正面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態のマニピュレータの基準角度設定時の主要部の模式的な正面図、そのＢ視図、およびＢ視図におけるＣ視図である。
【図６】本発明の第１の実施形態のマニピュレータの先端部の構成を示す模式的な正面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態のマニピュレータの基準角度保持部の構成を示す模式的な斜視図である。
【図８】本発明の第１の実施形態のマニピュレータの駆動部および駆動力中継部の構成を示す模式的な断面図である。
【図９】本発明の第１の実施形態のマニピュレータの駆動力中継部の駆動力解除状態を示す模式的な断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態のマニピュレータの制御部の機能ブロック図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態のマニピュレータの模式的な動作説明図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態のマニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第１の実施形態の変形例（第１〜第３変形例）のマニピュレータの主要部の駆動力解除状態の構成を示す模式図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態のマニピュレータの基準角度保持部および初期張力付与部の構成を示す模式的な斜視図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態のマニピュレータの模式的な動作説明図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態のマニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。
【図１７】本発明の第３の実施形態のマニピュレータの初期張力付与部の構成を示す模式的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００２４】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態のマニピュレータおよびマニピュレータシステムについて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態のマニピュレータシステムの全体構成を示す模式的な斜視図である。図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態のマニピュレータの主要部を示す模式的な斜視図である。図３は、図２（ａ）におけるＡ視図である。図４は、本発明の第１の実施形態のマニピュレータの駆動時の整列状態の主要部の模式的な正面図である。図５（ａ）は、本発明の第１の実施形態のマニピュレータの基準角度設定時の主要部の模式的な正面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるＢ視図である。図５（ｃ）は、図５（ｂ）におけるＣ視図である。図６は、本発明の第１の実施形態のマニピュレータの先端部の構成を示す模式的な正面図である。図７は、本発明の第１の実施形態のマニピュレータの基準角度保持部の構成を示す模式的な斜視図である。図８（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態のマニピュレータの駆動部および駆動力中継部の構成を示す模式的な断面図である。図９は、本発明の第１の実施形態のマニピュレータの駆動力中継部の駆動力解除状態を示す模式的な断面図である。図１０は、本発明の第１の実施形態のマニピュレータの制御部の機能ブロック図である。
なお、各図面は、模式図のため、寸法や形状は誇張されている（以下の図面も同様）。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態のマニピュレータシステム１は、操作者Ｏｐが操作するマスタマニピュレータ２と、処置用内視鏡装置１０が設けられたスレーブマニピュレータ６とを備える、いわゆるマスタスレーブ方式のシステムである。
マスタマニピュレータ２は、操作者Ｏｐが操作入力を行うマスタアーム３と、処置用内視鏡装置１０を用いて撮影した映像等を表示する表示部４と、マスタアーム３の動作に基づいて、スレーブマニピュレータ６を動作させるための操作指令を生成する制御部５とを備える。
【００２６】
本実施形態において、マスタアーム３は、処置用内視鏡装置１０（マニピュレータ）に取り付けられた後述する保持アーム部２０（医療用器具）を含むスレーブマニピュレータ６（マニピュレータ）の各部を動作させるための操作部である。また、詳細は図示しないが、マスタマニピュレータ２は、操作者Ｏｐの右手と左手とのそれぞれに対応する一対のマスタアーム３を有している。
マスタアーム３は、後述する処置用内視鏡装置１０の湾曲部１１Ｂや保持アーム部２０のように１以上の関節部を有するマニピュレータを動作させるために関節構造を有している。
また、マスタアーム３において操作者Ｏｐ側に位置する端部には、保持アーム部２０の把持部２９（後述）を動作させるための把持操作部（図示略）が設けられている。
【００２７】
表示部４は、処置用内視鏡装置１０に取り付けられた観察部１５（図２（ａ）、（ｂ）参照、後述）によって撮影された処置対象部位の映像や、操作に必要な操作画面や、制御部５からの情報などが表示される装置である。表示部４には、処置対象部位とともに保持アーム部２０も表示される。
【００２８】
スレーブマニピュレータ６は、患者Ｐが載置される載置台７と、載置台７の近傍に配置された多関節ロボット８と、処置用内視鏡装置１０と、を有する。
多関節ロボット８、処置用内視鏡装置１０は、マスタマニピュレータ２から発せられた操作指令に従って動作する。
ただし、本発明のマニピュレータシステムにおいて、多関節ロボットは必須ではなく、例えば処置用内視鏡装置１０を図示しない補助者が保持する構成としてもよい。
【００２９】
図１に示すように、処置用内視鏡装置１０は、患者Ｐの体内に挿入するための長尺の部材である外套管１１と、外套管１１に駆動力を供給する駆動ユニット３０とを有している。
【００３０】
図２（ａ）に示すように、外套管１１は、近位端から遠位端に向かって、可撓性を有する管状の挿入部１１Ｃ、例えば、節輪や湾曲コマ等を備えた周知の湾曲部１１Ｂ、および円柱状の硬質材料で形成された先端部１１Ａを、この順に備える。
湾曲部１１Ｂは、マスタアーム３への操作入力によって、湾曲させることにより先端部１１Ａの向きを変更することができる。湾曲部１１Ｂを湾曲させる機構としては、例えば、節輪や湾曲コマの内周面に挿通され、先端部１１Ａに固定された駆動ワイヤを挿入部１１Ｃ内に挿通させて、近位端側の駆動モータなどで牽引する周知の構成を採用することができる。
外套管１１の内部には、処置具を供給する管状の経路を形成する処置具チャンネル１６が設けられている。
【００３１】
処置具チャンネル１６の基端部（近位端側）は、図１に示すように、挿入部１１Ｃの側方に開口する供給口１６ａに接続されている。
処置具チャンネル１６の先端部１６ｂは、先端部１１Ａを軸方向に貫通して、図３に示すように、先端部１１Ａの先端面１１ａに開口している。
処置具チャンネル１６は、湾曲部１１Ｂおよび挿入部１１Ｃの内部では可撓性を有する管状部材によって構成されている。
【００３２】
図３に示すように、先端部１１Ａの先端面１１ａには、観察部１５と保持アーム部２０とが設けられている。
観察部１５は、処置対象部位を観察するための装置であり、周知の撮像機構１３と照明機構１４とを備える。
撮像機構１３および照明機構１４は、先端部１１Ａの内部に配置され、図示略の電気配線や光ファイバが、湾曲部１１Ｂおよび挿入部１１Ｃの内部に挿通され、後述する制御部５における電気回路や光源に連結されている。
撮像機構１３および照明機構１４は、先端部１１Ａの先端面１１ａにおいて、それぞれ光学的な開口窓を有しており、この開口窓を通して、先端部１１Ａの前方の外光を受光したり、照明光を前方に出射したりすることができる。
【００３３】
なお、本実施形態では、処置用内視鏡装置１０の観察部１５は外套管１１の先端部に固定されているものとして説明するが、観察部１５は移動可能に設けられていてもよい。
例えば、外套管１１の処置具チャンネル１６に、先端に観察部を有する観察用の内視鏡を挿通して、観察部を外套管１１から突出させ、挿通した内視鏡の進退操作や湾曲操作によって、観察部１５の位置や姿勢を変更できるようにすることができる。
【００３４】
図２（ａ）に示すように、保持アーム部２０は、少なくとも１つの関節部とこれに連結された軸状部とを有する多関節構造を備え、関節部を駆動することにより、先端に設けられたエンドエフェクタを移動したり、駆動したりする医療用器具の一例である。
保持アーム部２０は、本実施形態のように外套管１１とともに駆動ユニット３０（図１参照）と接続されることにより、マニピュレータとして用いることができる。
本実施形態では、保持アーム部２０は、全体として、細長い軸状に形成されており、エンドエフェクタとしては、把持部２９を有している。
【００３５】
本実施形態では、保持アーム部２０は、同様な構成を有する一対のものが、並列して配置されている。以下では、それぞれを区別する必要がある場合には、保持アーム部２０Ｒ、２０Ｌと称する。また、保持アーム部２０を構成する各部についても区別する必要がある場合には、符号に添字Ｒ、Ｌを付して区別する。
ただし、図面では、記載を簡潔にするため、対応関係が容易に分かる場合には、一部の部材では、Ｒ、Ｌの添字を省略している。
【００３６】
図４（ａ）に示すように、保持アーム部２０は、基端側から先端側に向かって順に、第１回転関節部２１（関節部）、第１軸状部２２（軸状部、被回転体）、第１屈曲関節部２３（関節部、屈曲用関節）、第２軸状部２４（軸状部、被回転体）、第２屈曲関節部２５（関節部、屈曲用関節）、第３軸状部２６（軸状部、被回転体）、第２回転関節部２７（関節部）、第４軸状部２８（軸状部、被回転体）、および把持部２９を備える。
以下、簡単のため、第１回転関節部２１、第１屈曲関節部２３、第２屈曲関節部２５、および第２回転関節部２７を総称する場合、誤解のおそれがなければ、単に保持アーム部２０の関節部と称する場合がある。同様に、第１軸状部２２、第２軸状部２４、第３軸状部２６、および第４軸状部２８を総称する場合、単に保持アーム部２０の軸状部と称する場合がある。
【００３７】
保持アーム部２０の各関節部は、いずれも、駆動力伝達部材である図示略の駆動ワイヤによって、外套管１１の基端部に設けられた後述する駆動ユニット３０（図１参照）と連結され、駆動ユニット３０によってそれぞれ独立に駆動することが可能である。
なお、保持アーム部２０は、各関節部によって多自由度を有するため、これらの各部材の相対位置は、駆動状態によって変わる。
以下に、各部の構成や配置を説明する場合、特に断らない場合には、図４（ａ）に示すように、先端部１１Ａの先端面１１ａの法線Ｎに沿って、真直に延びた駆動状態（整列状態と称する）にあるものとして、相対的な位置関係を説明する。
なお、このような整列状態は、本実施形態では、後述する原点設定工程の実行によって得られる保持アーム部２０の原点姿勢になっている。
【００３８】
第１回転関節部２１は、先端部１１Ａに固定され、先端側に連結された第１軸状部２２を先端面１１ａの法線Ｎに平行な回転軸線Ｏ回りに回転させる回転関節である。
第１回転関節部２１は、第１軸状部２２の基端部の外周部に巻き回した、図示略の駆動ワイヤを、駆動ユニット３０で牽引することにより回転駆動される周知の構成を有している。
【００３９】
第１軸状部２２は、図示略の基端部が第１回転関節部２１によって回転可能に支持された短軸の軸状部材である。
【００４０】
第１屈曲関節部２３は、第１軸状部２２の先端部に固定された支持部２３ａと、回転軸線Ｏに直交する方向に延びる回動軸２３ｃによって支持部２３ａと回転可能に連結された回動部２３ｂとを備える屈曲用関節である。
図５（ｂ）に示すように、回動部２３ｂには、駆動ワイヤＷ２３（線状の駆動力伝達部材）の端部が接合されたプーリ２３ｄが固定されている。
この駆動ワイヤＷ２３は、シースＣ２３に挿通された状態で、外套管１１の内部に挿通されて、駆動ユニット３０まで延ばされている。
このため、第１屈曲関節部２３は、この駆動ワイヤＷ２３を、駆動ユニット３０で牽引することにより回動軸２３ｃの中心軸線である回転軸線Ｏ２３回りに回動することができる。
【００４１】
図４に示すように、第２軸状部２４は、基端部２４ａが第１屈曲関節部２３の回動部２３ｂに固定された細長い筒状部材である。第２軸状部２４は、整列状態では、回転軸線Ｏと同軸に配置される。
【００４２】
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように第２屈曲関節部２５は、第２軸状部２４の先端部２４ｂに固定された支持部２５ａと、支持部２５ａに回転可能に挿通され回転軸線Ｏ２３と平行な回転軸線Ｏ２５ｃに沿って延びる回転軸２５ｃと、回転軸２５ｃと平行に配置された回転軸２５ｄと、回転軸２５ｃ、２５ｄを一定の距離をあけて回動可能に支持する一対の回動支持板２５ｇ、２５Ｇと、回転軸２５ｄによって、回動支持板２５ｇ、２５Ｇに対して回動可能に連結された回動部２５ｂとを備える屈曲用関節である。
【００４３】
回動支持板２５Ｇには、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、回転軸２５ｃと同軸となる位置に第２屈曲関節部２５に駆動力を伝達する駆動プーリ２５Ｅが固定されている。
駆動プーリ２５Ｅには、駆動ワイヤＷ２５（線状の駆動力伝達部材）が掛け回されている。この駆動ワイヤＷ２５は、シースＣ２５に挿通された状態で、第２軸状部２４および外套管１１の内部に挿通されて、駆動ユニット３０まで延ばされている。
これにより、保持アーム部２０の基端側で駆動ワイヤＷ２５が牽引されると、駆動プーリ２５Ｅが回転軸２５ｃ回りに回転し、回動支持板２５Ｇも駆動プーリ２５Ｅとともに回動するようになっている。
このとき、回動支持板２５ｇは、回転軸２５ｃ、２５ｄが挿通されている回動支持板２５Ｇと同様に移動する。
なお、駆動ワイヤＷ２５の配回しの詳細については後述する。
【００４４】
回動支持板２５ｇが近接する支持部２５ａには、回転軸２５ｃ、２５ｄの軸間距離の半分のピッチ円半径を有するガイドギヤ２５ｅが、回転軸２５ｃと同軸となるように固定されている。
回動支持板２５ｇが近接する回動部２５ｂには、図５（ａ）に示すように、ガイドギヤ２５ｅと同一のピッチ円半径を有する連結ギヤ２５ｆが固定されている。
連結ギヤ２５ｆは、ガイドギヤ２５ｅと径方向に対向して配置され、ガイドギヤ２５ｅと噛み合った状態で固定されている。
【００４５】
このような構成により、第２屈曲関節部２５では、支持部２５ａと回動支持板２５ｇ、２５Ｇとが回転軸２５ｃ回りに、回動支持板２５ｇ、２５Ｇと回動部２５ｂとが回転軸２５ｄ回りに、それぞれ回動することでそれぞれの位置で屈曲する。
このとき、回動部２５ｂは、ガイドギヤ２５ｅのピッチ円上を滑りなく転動する連結ギヤ２５ｆとともに回動するため、回転軸線Ｏに対する回動支持板２５ｇ、２５Ｇの回転角度の２倍の角度だけ回転することになる。
【００４６】
図４に示すように、第３軸状部２６は、基端部２６ａが第２屈曲関節部２５の回動部２５ｂに固定された短軸の軸状部材である。第３軸状部２６は、整列状態では、回転軸線Ｏと同軸に配置される。
【００４７】
第２回転関節部２７は、図６に拡大して示すように、第３軸状部２６の先端部２６ｂに対して、整列状態において回転軸線Ｏ回りに回転可能に支持された筒状部２７ａを備える。
筒状部２７ａには、外周面上のワイヤ接合部２７ｂに、駆動ワイヤＷ２７（線状の駆動力伝達部材、図４、図５（ａ）、（ｂ）では図示略）の端部が固定されている。駆動ワイヤＷ２７は、筒状部２７ａの外周面を周回するように螺旋状に巻き回されて、第３軸状部２６を軸方向に貫通する孔部２６ｃ、２６ｄに挿通されている。
この駆動ワイヤＷ２７は、図示略のシースに挿通された状態で、第２屈曲関節部２５、第２軸状部２４、および外套管１１の内部に挿通されて、駆動ユニット３０まで延ばされている。
このため、第２回転関節部２７は、駆動ワイヤＷ２７が牽引されると、筒状部２７ａが第３軸状部２６の中心軸線回りに回転する。また、駆動ワイヤＷ２７の牽引方向を変えることにより、回転方向を変えることができる。
【００４８】
第４軸状部２８は、基端部２８ａが第２回転関節部２７の筒状部２７ａの先端部において、筒状部２７ａと同軸に固定された筒状部材である。
【００４９】
ここで、本実施形態における各関節部の回転の限界の一例について説明する。
第１回転関節部２１の回転可能範囲は、±９０°である。
ここで、回転の限界を表す回転角度は、図３に示すように、先端部１１Ａの先端面１１ａに平行な面内で、第１回転関節部２１Ｒ、２１Ｌが互いに対向する方向をＸ方向、これと直交する方向をＹ方向とするとき、第１屈曲関節部２３の回転軸線Ｏ２３が、Ｙ方向に沿う状態の回転角度が０°（図３参照）、Ｘ方向に沿う状態の回転角度が９０°である。
回転角度の正負は、０°を基準として、図３の図示において、第１回転関節部２１Ｒでは反時計回りが正、第１回転関節部２１Ｌでは時計回りが正とする。
【００５０】
第１屈曲関節部２３の回転可能範囲は、−３０°〜９０°である。
ここで、０°は、図４に示すように、第２軸状部２４Ｒ（２４Ｌ）の中心軸線が、回転軸線ＯＲ（ＯＬ）に整列する場合の第１屈曲関節部２３Ｒ（２３Ｌ）の回転角度である。
９０°は、第２軸状部２４Ｒ（２４Ｌ）の中心軸線が、回転軸線ＯＲ（ＯＬ）に直交する場合の第１屈曲関節部２３Ｒ（２３Ｌ）の回転角度である。
第１屈曲関節部２３の回転角度の正負は、例えば、図２の湾曲矢印で示すように、第１回転関節部２１が０°の位置にあるときに、第１屈曲関節部２３が上記の０°の状態から、第２軸状部２４Ｒ、２４Ｌが互いに離れる方向を正として測るものとする。
【００５１】
第２屈曲関節部２５の回転可能範囲は、回転軸線Ｏ２５ｃ回りに±９０°、回転軸線Ｏ２５ｄ回りに±９０°としており、第２屈曲関節部２５全体では、±１８０°である。
ここで、角度の正方向は、第１屈曲関節部２３の角度の正方向と同一である。
なお、「第２屈曲関節部２５全体」の回転角度とは、支持部２５ａの中心軸線と回動部２５ｂの中心軸線とのなす角度を意味する。
【００５２】
第２回転関節部２７の回転可能範囲は、±１８０°である。
ここで、図４に示すように、第４軸状部２８に固定された把持部２９の回動軸２９ｃが、第２屈曲関節部２５の回転軸線Ｏ２５ｃ、Ｏ２５ｄと平行となる位置関係が０°、回転軸線Ｏ２５ｃ、Ｏ２５ｄと直交するねじれの位置が９０°である。
回転角度の正負は、特に限定されないが、例えば、第１回転関節部２１と同様の方向とすることが可能である。
【００５３】
把持部２９は、保持アーム部２０のエンドエフェクタであり、第４軸状部２８の先端部２８ｂに取り付けられている。
把持部２９の構成は、被把持物を把持するための一対の把持部材２９ａ、２９ｂと、把持部材２９ａ、２９ｂを回動可能に支持する回動軸２９ｃとを有している。
把持部材２９ａ、２９ｂは、マスタアーム３の図示略の把持操作部を操作することにより回動軸２９ｃを中心として回動され、図６の矢印のように動いて開閉動作する。
把持部２９の駆動力の伝達手段は、特に限定されず、例えば、図示略の操作ワイヤによって把持部材２９ａ、２９ｂに連結した図示略のリンクを駆動するなどの手段が可能である。
【００５４】
駆動ユニット３０は、図１に示すように、挿入部１１Ｃの基端部に筐体部３１が設けられている。
筐体部３１の内部には、図７に示す駆動連結部５３（駆動力中継部）、基準角度保持部６０、および駆動モータ部３４（駆動部）を備える。
なお、駆動連結部５３、基準角度保持部６０、および駆動モータ部３４は、各関節部に応じて、それぞれ１組ずつ設けられているが、いずれも同じ構成を有する。以下では、第２屈曲関節部２５を駆動する場合の例で説明する。
他の関節部については、ガイドギヤ２５ｅ、連結ギヤ２５ｆを有しない点が異なるが、駆動プーリと駆動ワイヤの動作は同様である。例えば、以下の説明における駆動プーリ２５Ｅおよび駆動ワイヤＷ２５を、第１屈曲関節部２３の場合にはプーリ２３ｄおよび駆動ワイヤＷ２３に、第２回転関節部２７の場合には筒状部２７ａおよび駆動ワイヤＷ２７に、それぞれ読み替えればよい。このため、他の関節部の動作の説明は省略する。
【００５５】
図７に示すように、駆動連結部５３は、駆動ワイヤＷ２５を牽引するために駆動ワイヤＷ２５を巻き回す第１内歯車５０および第２内歯車５１を備えている。
第１内歯車５０（第２内歯車５１）は、駆動ワイヤＷ２５を巻き回すための外周面５０ａ（５１ａ）と有しており、筐体部３１（図１参照）に固定されたギアケース５２に収容されている。
なお、本実施形態では、第１内歯車５０（第２内歯車５１）の回転が駆動ワイヤＷ２５に確実に伝達されるように、駆動ワイヤＷ２５の端部が、外周面５０ａ（５１ａ）上の図示略の位置で固定されている。これにより、駆動ワイヤＷ２５に大きなたるみが生じた場合でもスリップなどを起こすことなく確実に牽引することが可能となる。
ただし、例えば、摩擦係合のみでもスリップを起こさない場合には、外周面５０ａ（５１ａ）固定しない構成も可能である。
駆動ワイヤＷ２５における関節部２２Ｂ側の両端部は、第２屈曲関節部２５の駆動プーリ２５Ｅに巻き回されてから、接合部２５Ｈにおいて駆動プーリ２５Ｅに固定されている。
駆動ワイヤＷ２５の中間部は、駆動連結部５３の第１内歯車５０の外周面５０ａ、基準角度保持部６０の後述するプーリ５５、および第２内歯車５１の外周面５１ａに、この順に巻き回されている。
【００５６】
なお、図７は模式図のため、駆動ワイヤＷ２５が外周面５０ａ、５１ａに、半周程度巻き回されているように描かれているが、これは一例であり、巻き回し回数は半周程度には限らず、例えば、半周以下あるいは半周以上の適宜の巻き回し回数が可能である。
同様に、プーリ５５に対しても、図示と異なる巻き回しが可能である。特に、プーリ５５は、後述するぜんまいバネ７０によって付勢力を受ける。一方、駆動ワイヤＷ２５は摩擦係合しているだけであるため、スリップしにくいようにより巻き付け角が大きくなるように巻き回すことが好ましい。また、１周以上巻き回すことがより好ましい。
【００５７】
以下では、駆動ワイヤＷ２５のうち、プーリ５５の中央部に巻き掛けられた位置を境にして、プーリ５５から第１内歯車５０を経由して駆動プーリ２５Ｅに向かう部分を第１ワイヤ部Ｗ２５ａ、プーリ５５から第２内歯車５１を経由して駆動プーリ２５Ｅに向かう部分を第２ワイヤ部Ｗ２５ｂと称する。
【００５８】
図８に示すように、第１内歯車５０および第２内歯車５１は、ギアケース５２に設けられた軸受５２ａによって、それぞれ回転可能に支持されるとともに、ワッシャ５４によって軸方向に離間した状態で互いの位置関係が固定されている。このため、第１内歯車５０および第２内歯車５１は、回転中心Ｏ３を中心として互いに同期して回転することができる。
軸受５２ａとしては、例えば、ボールベアリングを採用することができる。
第１内歯車５０および第２内歯車５１の中心部には、後述する駆動モータ部３４のピニオン３２が軸方向に挿入可能、かつ周方向に係合可能な内歯部５０ｂ、５１ｂが回転中心軸Ｏ３と同軸に形成されている。
【００５９】
駆動モータ部３４は、駆動ワイヤＷ２５を牽引するため駆動力を発生する駆動モータ３４Ａと、駆動モータ３４Ａの出力軸３４ａの先端部に出力軸３４ａと同軸に固定されたピニオン３２とを備える。
駆動モータ３４Ａの種類は、駆動指令値に基づいて、出力軸３４ａを所定の回転量だけ回転できれば、特に限定されない。例えば、サーボモータ、ステッピングモータ、ＤＣモータなどを採用することができる。
本実施形態では、駆動モータ３４Ａは、出力軸３４ａの回転量を検出するエンコーダ３４ｂを有しており、マスタアーム３の操作に基づいて駆動モータ３４Ａの駆動制御を行う制御部５と通信可能に接続されている。
【００６０】
ピニオン３２は、第１内歯車５０および第２内歯車５１の内歯部５０ｂ、５１ｂと同軸の位置で噛み合う歯形を有する歯車である。ピニオン３２の歯幅は、内歯部５０ｂ、５１ｂと同時に噛み合うことができる歯幅になっている。
【００６１】
このような構成の駆動モータ部３４は、駆動モータ３４Ａの外周部において、位置決めされた状態で、筐体部３１に設けられた固定部４６と着脱可能に固定されている。駆動モータ部３４の着脱方向は、回転中心軸Ｏ３に沿う方向である。
固定部４６の構成は、このような着脱が可能であれば、特に限定されない。例えば、弾性力が付勢された突起部を設け、駆動モータ３４Ａの外周部に形成された凹部に着脱可能に係合するような構成や、駆動モータ３４Ａの位置を固定するクランプ部材とこのクランプ部材の位置をねじや凹凸嵌合機構によって固定する構成などの例を挙げることができる。
【００６２】
なお、このように駆動モータ３４Ａを個別に着脱することは必須ではない。例えば、駆動モータ３４Ａが複数設けられている場合に、複数の駆動モータ３４Ａを一体に保持する保持部材を設け、この保持部材を筐体部３１に設けた適宜の固定部に対して着脱可能にした構成も可能である。この場合、複数の駆動モータ３４Ａが同時に着脱されることになる。
【００６３】
図８では、固定部４６に対して、駆動モータ部３４を装着した状態を描いている。これに対して、図９では、固定部４６から駆動モータ部３４を取り外した状態を描いている。
以下の説明では、駆動連結部５３に対する駆動モータ部３４の位置関係を説明する場合には、特に断らない限りは、駆動モータ部３４の装着状態における位置関係を説明する。
【００６４】
このような駆動モータ部３４は、固定部４６への固定を解除することで、図９に示すように、回転中心軸Ｏ３に沿って引き抜いて取り外すことができる。
このように、駆動モータ部３４を駆動連結部５３から引き抜いて取り外した状態では、駆動力が遮断された駆動力解除状態が形成される。
また、駆動モータ部３４は、逆に回転中心軸Ｏ３に沿って押し込んで、固定部４６に装着することができる。駆動モータ部３４が固定部４６に装着されると、駆動モータ部３４の軸方向の位置が位置決めされ、図８に示すように、ピニオン３２が、内歯部５０ｂ、５１ｂと略同幅ずつ噛み合う。
このように、駆動モータ部３４を駆動連結部５３に装着した状態では、駆動力が第１内歯車５０および第２内歯車５１に中継される駆動力中継状態が形成される。
このため、駆動連結部５３は、駆動力中継状態と駆動力解除状態とが切り替え可能な駆動力中継部を構成している。
【００６５】
図７に示すように、基準角度保持部６０は、駆動ワイヤＷ２５の中間部が外周面に巻かれたプーリ５５と、プーリ５５を回転自在に保持するプーリ保持部５６と、プーリ５５と同軸に連結され、プーリ５５を一方向に回転させる付勢力を発生するぜんまいバネ７０とを備える。
【００６６】
このような構成により、第１内歯車５０、第２内歯車５１、プーリ５５、および駆動ワイヤＷ２５は、駆動ユニット３０において、駆動部である駆動モータ部３４から、第２屈曲関節部２５に駆動力を伝達する駆動力伝達部を構成している。
【００６７】
次に、制御部５の機能構成について、保持アーム部２０の駆動制御を行う部分（駆動制御部）の機能構成を中心として説明する。
制御部５は、図１０に示すように、駆動制御部として、駆動量算出部１００、および原点設定部１０１を備える。
【００６８】
駆動量算出部１００は、マスタアーム３から送出されるマスタアーム３の関節部の動き解析して、同様な動作を行うための保持アーム部２０の各関節部の回転角度を算出し、これらに対応する駆動指令値を、保持アーム部２０の各関節部を駆動する各駆動モータ３４Ａに送出するものである。
【００６９】
原点設定部１０１は、各関節部を基準角度から予め決められた角度だけ回転する駆動量に対応する駆動指令値を算出させる制御信号を送出するとともに、この移動が完了した各駆動モータ３４Ａの駆動位置を、駆動量算出部１００が駆動モータ３４Ａに送出する駆動指令値の原点として、駆動量算出部１００に設定するものである。
原点設定部１０１によるこのような原点設定が行われるのは、本実施形態では、図示略の通知手段によって、駆動力解除状態になったことが原点設定部１０１に通知されたときである。
このような通知手段としては、例えば、駆動モータ部３４の着脱に連動して装着状態を検知する検知センサなどの手段や、操作者Ｏｐが装着を済ませてから押しボタンスイッチによって、手動で通知するといった手段を挙げることができる。検知センサの種類としては、例えば、光センサ、押し込みスイッチなどの機械的センサ、電界や磁界を用いた検知センサなどの例を挙げることができる。
本実施形態では、図示は省略するが、駆動モータ部３４を固定部４６に装着する動作に連動した検知センサが設けられ、この検知センサの出力によって原点設定部１０１に駆動力中継状態になったことが通知される。
本実施形態では、原点設定部１０１は原点を設定すると、保持アーム部２０の各関節部に対する駆動リミットを設定する。
この駆動リミットは、予め、保持アーム部２０の各関節部に対して決められており、原点設定部１０１は、それぞれの駆動リミットを、通信可能に接続された駆動量算出部１００にソフト設定する。
一方、駆動量算出部１００は、駆動指令値を駆動モータ３４Ａに送出する前に、駆動指令値が駆動リミットを越えていないかどうか判定する動作を行う。
駆動リミットを越えていると判定された場合には、駆動量算出部１００は、駆動モータ３４Ａの駆動を停止し、駆動リミットを越えていることが分かる情報を表示部４に表示させる。
【００７０】
このような制御部５の装置構成は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース、外部記憶装置などからなるコンピュータからなり、これにより上記のような制御機能を実現する適宜の制御プログラムが実行されるようになっている。
【００７１】
次に、処置用内視鏡装置１０における保持アーム部２０の動作について説明する。上記の説明と同様に、一例として、第２屈曲関節部２５の動作を中心として説明する。
図１１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態のマニピュレータの模式的な動作説明図である。
図１１（ａ）、（ｂ）に、保持アーム部２０における第２屈曲関節部２５を駆動する主要構成を模式的に示す。簡単のため、駆動ワイヤＷ２５の配回しは平面に展開して表しているため、第１内歯車５０、第２内歯車５１の位置はずらして描いている。図１１（ａ）は駆動モータ部３４の取り外し状態を示し、図１１（ｂ）は駆動モータ部３４の装着状態を示している。
また、ガイドギヤ２５ｅ、連結ギヤ２５ｆは、簡単のため円形で模式的に示している。
【００７２】
図９に示すように、駆動モータ部３４を駆動連結部５３から取り外すと、ピニオン３２は、第１内歯車５０および第２内歯車５１と噛み合っていない。このため、駆動モータ部３４を駆動しても、駆動力は第１内歯車５０および第２内歯車５１には伝達されず、駆動ワイヤＷ２５が駆動モータ部３４によって牽引されることはない。
このとき、図１１（ａ）に示すように、駆動ワイヤＷ２５は、第２屈曲関節部２５の駆動プーリ２５Ｅ、第１内歯車５０、基準角度保持部６０のプーリ５５、および第２内歯車５１に順次巻き回されている。また、駆動ワイヤＷ２５は、図示略の位置で、第１内歯車５０および第２内歯車５１の外周面で位置が固定され、駆動プーリ２５Ｅ上では、接合部２５Ｈを介して駆動プーリ２５Ｅと固定され、ループを形成している。
なお、図１１（ａ）、（ｂ）は、模式図であり簡略化している。このため、駆動ワイヤＷ２５の配回しや巻き付け角や巻き付け回数などを正確に表すものではない。
【００７３】
基準角度保持部６０は、第２屈曲関節部２５の回転角度を回転の限界となる基準角度に設定し、駆動力中継部である駆動連結部５３が駆動力解除状態に切り替えられた状態で基準角度を保持するための装置部分である。
本実施形態では、ぜんまいバネ７０は、プーリ５５に対して、図示時計回りに回転力を付勢している。このため、プーリ５５が図示時計回りに回転して、駆動ワイヤＷ２５を図示反時計回りに牽引する。すなわち、第２屈曲関節部２５とプーリ５５との間の第２ワイヤ部Ｗ２５ｂの経路長が短縮し、第１ワイヤ部Ｗ２５ａの経路長が伸張するように駆動ワイヤＷ２５が牽引される。
【００７４】
これにより、駆動プーリ２５Ｅに固定された回動支持板２５Ｇ（図１１（ａ）、（ｂ）では図示略、図５参照）が回転軸２５ｃ回りに回動する。このとき回動支持板２５ｇは回転支持板２５Ｇと同様に回動し、これら回動支持板２５ｇ、２５Ｇによって、回転軸２５ｄおよび連結ギヤ２５ｆが、図示反時計回りに回転する。このとき、連結ギヤ２５ｆは、噛み合っているガイドギヤ２５ｅのピッチ円に沿って図示反時計回りに転動する。
第２屈曲関節部２５では、ガイドギヤ２５ｅの回転可能範囲が、±９０°である。例えば、ガイドギヤ２５ｅの回転角度が０°のとき、連結ギヤ２５ｆは、図１１（ａ）における二点鎖線で示すように、回転軸線Ｏに整列している。ガイドギヤ２５ｅの回転角度が＋９０°のとき、連結ギヤ２５ｆは、図１１（ａ）における実線で示すように、回転軸２５ｃと回転軸２５ｄとを結ぶ線分が、回転軸線Ｏと直交する位置に移動し、これ以上図示反時計回りには回動することはできない。
このため、駆動力解除状態では、ぜんまいバネ７０の付勢力により、連結ギヤ２５ｆは、回転角度が＋９０°の位置に移動される。このとき、連結ギヤ２５ｆに固定された回動部２５ｂは、連結ギヤ２５ｆの転動による９０°の回転と、連結ギヤ２５ｆの回転軸２５ｄ回りの自転とによって回転角が２倍になり、＋１８０°回転した状態になる。
【００７５】
なお、回転可能範囲は、適宜の手段によって設定することができる。例えば、ガイドギヤ２５ｅの可動範囲が±９０°よりも広い場合に、第２屈曲関節部の適宜の部位に、可動範囲を制限する突き当て部を設けて規制することができる。また、ガイドギヤ２５ｅのギヤ部の形成範囲を制限することにより、可動範囲を規制してもよい。
【００７６】
このように、駆動力解除状態において、基準角度保持部６０は、第２屈曲関節部２５の回転角度を回転の限界の＋１８０°に規定するとともに、駆動力解除状態である限りこれを保持することができる。
このとき、図５（ａ）に示すように、第２屈曲関節部２５を介して連結される第２軸状部２４と第３軸状部２６とは、＋１８０°に屈曲されて、保持アーム部２０の基端側に向けて折りたたまれた状態になる。
【００７７】
このような基準角度保持部６０を設けた駆動ユニット３０は、保持アーム部２０の各関節部に対応して設けられている。このため、各関節部は、それぞれの基準角度保持部６０の作用により、駆動力解除状態では、関節部の回転角度が、一方の回転の限界に対応するそれぞれの基準角度に設定されることになる。
例えば、第１回転関節部２１、第１屈曲関節部２３、および第２回転関節部２７の基準角度は、それぞれ０°である。
第２屈曲関節部２５の基準角度は、＋１８０°である。
【００７８】
したがって、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、保持アーム部２０Ｒ、２０Ｌは、駆動力解除状態において、各第２軸状部２４が回転軸線Ｏに整列し、各第４軸状部２８がこれと平行な位置に折りたたまれた配置となり、図２（ｂ）に示すように、これらがＸ方向において平行に並んだ状態となる。
このように各関節部が基準角度に保持された状態（以下、基準状態と称する）では、保持アーム部２０Ｒ、２０Ｌは、先端部１１Ａの外周面を延長した円筒状領域の内側に収容されている。また、基準状態の各保持アーム部２０の軸方向の長さは、第２屈曲関節部２５よりも先端側が折りたたまれることにより、整列状態よりも短くなっている。
このように基準状態では、各保持アーム部２０は先端部１１Ａの先端面１１ａ上において、コンパクトに折りたたまれている。このため、体内で、湾曲部１１Ｂを湾曲させたり、先端部１１Ａを軸方向に進退させたりして、保持アーム部２０の配置位置を決める場合に、処置対象部位や他の処置具などとの干渉が起こりにくく、作業性を向上することができる。
また、処置用内視鏡装置１０をオーバーチューブなどの管状部材を通して体内に挿入する場合に、円滑に挿入することができる。
【００７９】
次に、駆動モータ部３４を装着した場合の第２屈曲関節部２５の動作について説明する。
例えば、図８のように、駆動モータ部３４を駆動連結部５３に装着すると、ピニオン３２が第１内歯車５０および第２内歯車５１の内歯部５０ｂ、５１ｂに噛み合う。このため、ピニオン３２から第１内歯車５０および第２内歯車５１に駆動力を伝達することが可能となる。
すなわち、制御部５の駆動量算出部１００から駆動指令値が送出されると、駆動モータ３４Ａが駆動され、ピニオン３２が回転し、第１内歯車５０および第２内歯車５１に駆動力が伝達される。
【００８０】
以上、駆動力解除状態および駆動力中継状態の各保持アーム部２０の構成について説明したが、各保持アーム部２０を使用して処置を行うには、初期化動作を行う必要がある。以下では、このような初期化動作を行う本実施形態のマニピュレータの初期化方法について説明する。
図１２は、本発明の第１の実施形態のマニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。
【００８１】
本実施形態のマニピュレータの初期化方法は、図１２に示すステップＳ１〜Ｓ５を図１２のフローにしたがって実行する方法である。
まず、ステップＳ１を行う。本ステップは、各関節部の回転角度を基準角度に設定し、駆動力中継部が駆動力解除状態に切り替えられた状態で基準角度を保持するステップであり、基準角度保持工程を構成している。
処置用内視鏡装置１０では、駆動ユニット３０において、駆動モータ部３４を取り外し状態とすることで、駆動力中継部である駆動連結部５３が駆動力解除状態に切り替えられ、上記に説明したように、各関節部が基準角度に設定される（基準状態）。
この基準状態では、各関節部を駆動する駆動ワイヤにぜんまいバネ７０による付勢力が作用し、これを上回る外力が作用するまでは維持される。また、一時的に外力が作用して基準状態から逸脱したとしても、外力が消失すると、ぜんまいバネ７０の弾性復元力によって、基準状態が再現される。
【００８２】
本ステップは、本実施形態では、処置用内視鏡装置１０の各保持アーム部２０を含む先端部１１Ａを患者Ｐの体内に挿入する前に行っている。ただし、駆動力中継状態であっても体内に挿入できる場合には、体内に移動してから行うことも可能である。また、すでに体内に移動済みの各保持アーム部２０を再初期化する場合には、本ステップは、体内で行われることになる。
【００８３】
次に、ステップＳ２を行う。本ステップは、関節部を駆動力解除状態において、体内に挿入するステップである。
すなわち、駆動モータ部３４を取り外し状態とすることで、駆動力解除状態になっている各保持アーム部２０を先端部１１Ａから患者Ｐの体内に挿入する。このため、各保持アーム部２０は、基準状態で体内に挿入される。
以上で、ステップＳ２が終了する。
なお、ステップＳ１が患者Ｐの体内で行われる場合には、本ステップは省略される。
【００８４】
次に、ステップＳ３を行う。本ステップは、基準角度保持工程であるステップＳ１の実行後に、関節部が初期化動作を行う位置である体内に配置された状態で、駆動力中継部を駆動力中継状態に切り替えるステップであり、駆動部連結工程を構成している。
本実施形態では、具体的には上記ステップＳ２を実行して、各保持アーム部２０を含む先端部１１Ａを患者Ｐの体内に挿入した後、先端部１１Ａを適宜の処置領域に位置づけ、駆動モータ部３４を装着する。なお、ステップＳ１において先端部１１Ａが体内に挿入済みで、ステップＳ２を省略した場合には、本ステップでは、必要に応じて先端部１１Ａを適宜の処置領域に移動して、駆動モータ部３４を装着する。
このように、駆動モータ部３４を装着すると、各駆動連結部５３が駆動力中継状態となる。
以上で、ステップＳ３が終了する。
【００８５】
次にステップＳ４を行う。本ステップは、各関節部を基準角度から予め決められた角度だけ回転させた後、その回転角度の状態に応じて駆動部の駆動原点の対応付けを行うステップであり、原点設定工程を構成している。
駆動モータ部３４が装着されると、駆動連結部５３が駆動量中継状態となり、駆動量算出部１００が算出する駆動指令値に基づいて、各関節部を駆動することが可能となる。
【００８６】
原点設定部１０１は、例えば検知センサなどの図示略の通知手段により駆動力中継状態になったことを通知されると、駆動量算出部１００に対して、各関節部を予め決められた角度だけ回転する駆動量に対応する駆動指令値を算出させる制御信号を送出する。
予め決められた角度は、保持アーム部２０の原点における姿勢を実現する各関節部の回転角度と基準角度との差である。
本実施形態では、一例として、整列状態を原点姿勢として採用している。このため、第１回転関節部２１、第１屈曲関節部２３、および第２回転関節部２７に対して予め決められた角度は０°である。一方、第２屈曲関節部２５は、基準角度＋１８０°に対して、−９０°の角度が予め決められている。
【００８７】
駆動量算出部１００は、これらの角度による駆動指令値を算出し、各駆動指令値が各関節部に送出され、各関節部を駆動する駆動モータ部３４が駆動され、駆動力が各駆動ワイヤを介して各関節部に伝達される。この駆動力は、ぜんまいバネ７０の付勢力を越える大きさを有しているため、駆動ワイヤは駆動モータ部３４のピニオン３２の回転量、回転方向にしたがって牽引される。
これにより、第２屈曲関節部２５が−９０°回転し、第２屈曲関節部２５の回転角度が０°になる。この結果、各保持アーム部２０は、図４に示すような整列状態になる。
【００８８】
次に、駆動量算出部１００は、この状態の各関節部の回転角度と、駆動モータ部３４の駆動原点とを対応付けて記憶する。これにより、駆動量算出部１００は、現在の各駆動モータ３４Ａの回転位置を駆動原点と認識して、駆動量の算出を行うようになる。
以上で、ステップＳ４が終了する。
【００８９】
これにより、マスタアーム３の操作入力と、各保持アーム部２０の動作とが正確に対応するようになる。また、マスタアーム３から保持アーム部２０の姿勢を原点姿勢に復帰させる操作入力が行われると、整列状態が再現される。
【００９０】
次に、ステップＳ５を行う。本ステップは、各関節部を駆動する際の駆動原点からの駆動リミットを設定するステップであり、駆動リミット設定工程を構成している。
原点設定部１０１は上記ステップＳ４で駆動指令値の原点を設定すると、予め、各関節部に対して決められた駆動リミットに対応する駆動指令値を、駆動量算出部１００に送出し、駆動量算出部１００に記憶させる。
例えば、特定の関節部の可動範囲が、駆動指令値で原点から±ｘ０の場合であっても、保持アーム部２０の操作上必要な駆動範囲は、±ｘ（ただし、ｘ＜ｘ０）に過ぎないことが多い。これを越えて移動できるようにしておくと、操作を誤って過剰に動作させた場合に、患者Ｐの体内の他の処置具や器具と干渉する可能性がある。また駆動ワイヤにかかる負荷が過大になり、駆動ワイヤやマニピュレータが破損したりする可能性がある。
このため、本実施形態では、駆動リミットとして、例えば、上記駆動指令値ｘを駆動量算出部１００に記憶させる。
以上で、ステップＳ５が終了し、各保持アーム部２０に対する本実施形態のマニピュレータシステムの初期化方法が終了する。
【００９１】
このようにして、保持アーム部２０の初期化が終了すると、操作者Ｏｐは適宜の処置を開始することが可能となる。
操作者Ｏｐは、表示部４による術野の映像を見ながら、処置動作の必要に応じて、マスタアーム３を操作して、保持アーム部２０を湾曲させたり、処置部位等を把持部２９で把持させたりするための所定の操作入力を行う。
例えば、保持アーム部２０を湾曲させる操作入力が行われると、制御部５の駆動量算出部１００は、マスタアーム３の操作入力を解析して、操作入力された湾曲状態を実現する各関節部の関節角度を求め、各関節角度に応じて、各関節部に駆動力を伝達する各駆動モータ３４Ａに対する駆動指令値を算出する。
駆動量算出部１００は、各駆動指令値が、駆動リミットを越えていないかどうか判定し、すべての駆動指令値が駆動リミットの範囲内である場合には、各駆動指令値を、各駆動モータ部３４に送出する。
駆動リミットを越えた駆動指令値が存在する場合には、駆動量算出部１００は、各駆動指令値の送出を停止し、表示部４に駆動リミットを越えていることを警告するメッセージを表示部４に表示させる。操作者Ｏｐは、表示部４のメッセージを見て、マスタアーム３の操作入力を変更する。
【００９２】
駆動指令値が各駆動モータ部３４に送出されると、各駆動モータ部３４のピニオン３２が回転して、各駆動ワイヤが牽引され、各関節部が駆動される。このようにして、保持アーム部２０がマスタアーム３の操作に基づいて屈曲される。
【００９３】
外套管１１は、患者Ｐの体内に挿入され、先端部１１Ａが処置領域に移動されるにあたって、可撓性を有する挿入部１１Ｃが湾曲している。このため、挿入部１１Ｃ内に挿通された各シースとこれに挿通された各駆動ワイヤが湾曲し、真直状態とは駆動ワイヤの経路長が変化している。このような湾曲状態と異なる状態で保持アーム部２０の原点出しをしている場合、体内では原点位置がずれてしまい、操作の支障になるおそれがある。
しかし、本実施形態では、体内で基準状態から一定量駆動した状態を、駆動モータ部３４の駆動原点と対応付けるため、シースおよび駆動ワイヤの湾曲状態の影響を受けることなく原点位置を初期化できる。このため、体内において正確な駆動を行うことができる。
これに対して、保持アーム部２０の原点姿勢を専用治具などで規定して駆動原点との対応付けを行うことも考えられるが、本実施形態では、このような専用治具を用いることなく、保持アーム部２０の基準状態を形成することができるため、体内であっても容易に初期化動作を行うことができる。
【００９４】
このように本実施形態によれば、関節部の回転角度が基準角度に設定された後、駆動力中継部を駆動力中継状態に切り替えて原点設定を行えるため、体内に挿入した後であっても、関節部の回転角度とモータの原点位置とを対応付ける初期化を容易に行うことができる。
【００９５】
［第１〜第３変形例］
次に、上記第１の実施形態の変形例（第１〜第３変形例）のマニピュレータについて説明する。第１〜第３変形例は、いずれも基準角度保持部の配置位置に関する変形例である。
図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の第１の実施形態の変形例（第１〜第３変形例）のマニピュレータの主要部の駆動力解除状態の構成を示す模式図である。
【００９６】
図１に示すように、第１変形例のマニピュレータシステム１Ａは、上記第１の実施形態におけるマニピュレータシステム１の処置用内視鏡装置１０に代えて、処置用内視鏡装置１０Ａ（マニピュレータ）を備える。
処置用内視鏡装置１０Ａは、図１３（ａ）に示すように、上記第１の実施形態における保持アーム部２０、駆動ユニット３０に代えて、保持アーム部２０Ａ（医療用器具）、駆動ユニット３０Ａを備える。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００９７】
保持アーム部２０Ａは、基準角度保持部を、各関節部を駆動する関節部内の回転体に付勢力を加える構成としたものである。例えば、第２屈曲関節部２５Ａでは、駆動プーリ２５Ｅを図示略の支持部２５ａに対して図示反時計回りに回転させる付勢力を発生させる基準角度保持部６０Ａを備える。
基準角度保持部６０Ａは、例えば、上記第１の実施形態と同様なぜんまいバネ７０を用いた構成が可能である。ただし、基準角度保持部６０Ａは、駆動プーリ２５Ｅまたは回動支持板２５Ｇを一方向に回転させる付勢力を発生できれば、ぜんまいバネ７０には限定されない。例えば、引っ張りバネ、定荷重バネ、空気バネ、磁力を用いて付勢力を発生させる機構も可能である。
なお、図１３（ａ）は、模式図のため概念的な構成を示している（後述の図１３（ｂ）、（ｃ）も同様）。このため、駆動プーリ２５Ｅを引っ張りバネで直接的に引っ張っているかのような図示になっているが、このような形態に限定されない。
例えば、駆動プーリ２５Ｅに引っ張り用のワイヤ部材を適宜の量だけ巻き付け、このワイヤ部材を引っ張りバネ等に接続して駆動プーリ２５Ｅを回転させる付勢力を発生させる構成が可能である。
【００９８】
駆動ユニット３０Ａは、上記第１の実施形態における駆動ユニット３０から、基準角度保持部６０を削除したものである。
【００９９】
処置用内視鏡装置１０Ａによれば、駆動力解除状態では、基準角度保持部６０Ａで発生する付勢力によって、例えば、駆動プーリ２５Ｅが基準角度となる位置に回転されており、他の関節部も同様であるため、保持アーム部２０Ａが基準状態になっている。
このような処置用内視鏡装置１０Ａによれば、上記第１の実施形態と同様にして初期化動作を行うことができる。
【０１００】
図１に示すように、第２変形例のマニピュレータシステム１Ｂは、上記第１の実施形態におけるマニピュレータシステム１の処置用内視鏡装置１０に代えて、処置用内視鏡装置１０Ｂ（マニピュレータ）を備える。
処置用内視鏡装置１０Ｂは、図１３（ｂ）に示すように、上記第１の実施形態における駆動ユニット３０に代えて、駆動ユニット３０Ｂを備える。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【０１０１】
駆動ユニット３０Ｂは、駆動ユニット３０の基準角度保持部６０を削除し、第１内歯車５０（関節部を駆動する回転体）を一方向に回転させる付勢力を発生する基準角度保持部６０Ｂを設けたものである。
例えば、第２屈曲関節部２５に対応する駆動ユニット３０Ｂの場合、第１内歯車５０を図示反時計回りに回転させる付勢力を発生させる基準角度保持部６０Ｂを備える。
基準角度保持部６０Ｂは、例えば、上記第１の実施形態と同様なぜんまいバネ７０を用いた構成が可能である。ただし、基準角度保持部６０Ｂは、第１内歯車５０を一方向に回転させる付勢力を発生できれば、ぜんまいバネ７０には限定されず、例えば、引っ張りバネ、定荷重バネ、空気バネ、磁力を用いて付勢力を発生させる機構も可能である。
【０１０２】
処置用内視鏡装置１０Ｂによれば、駆動力解除状態では、基準角度保持部６０Ｂで発生する付勢力によって、駆動ユニット３０Ｄ内の第１内歯車５０が一方向に回転される結果、例えば、駆動プーリ２５Ｅが基準角度となる位置に回転されており、他の関節部も同様であるため、保持アーム部２０Ｂが基準状態になっている。
このような処置用内視鏡装置１０Ｂによれば、上記第１の実施形態と同様にして初期化動作を行うことができる。
【０１０３】
図１に示すように、第３変形例のマニピュレータシステム１Ｃは、上記第１の実施形態におけるマニピュレータシステム１の処置用内視鏡装置１０に代えて、処置用内視鏡装置１０Ｃ（マニピュレータ）を備える。
処置用内視鏡装置１０Ｃは、図１３（ｃ）に示すように、上記第１の実施形態における駆動ユニット３０に代えて、駆動ユニット３０Ｃを備える。
以下、上記第１の実施形態および第２変形例と異なる点を中心に説明する。
【０１０４】
駆動ユニット３０Ｃは、上記第２変形例の駆動ユニット３０Ｂにおいて第１内歯車５０に対して設けられた基準角度保持部６０Ｂを、第２内歯車５１（関節部を駆動する回転体）に対して設けた変形例である。
【０１０５】
本変形例によれば、基準角度保持部６０Ｂが第１内歯車５０に代えて、第２内歯車５１に設けられた点のみが異なるため、上記第２変形例と同様の作用を備える。
【０１０６】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態のマニピュレータについて説明する。
図１４は、本発明の第２の実施形態のマニピュレータの基準角度保持部および初期張力付与部の構成を示す模式的な斜視図である。
【０１０７】
図１に示すように、本実施形態のマニピュレータシステム１Ｄは、上記第１の実施形態におけるマニピュレータシステム１の処置用内視鏡装置１０に代えて、処置用内視鏡装置１０Ｄ（マニピュレータ）を備える。
処置用内視鏡装置１０Ｄは、図１４に示すように、上記第１の実施形態における駆動ユニット３０に代えて、駆動ユニット３０Ｄを備える。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【０１０８】
図１４に示すように、駆動ユニット３０Ｄは、上記第１の実施形態に初期張力付与部６１を追加したものである。
初期張力付与部６１は、遠位端（図１４の図示左側）と近位端（図１４の図示右側）とを結ぶ方向に基準角度保持部６０のプーリ保持部５６をスライド可能に保持するガイド５７と、プーリ保持部５６の遠位側に配されプーリ保持部５６を遠位端側に向かって牽引するためのバネ５８と、バネ５８の遠位端を支持する支持部５９とを備える。
【０１０９】
ガイド５７および支持部５９は、筐体部３１（図１４では図示略、図１参照）に固定されている。
このため、バネ５８は、プーリ保持部５６およびこれに固定されたぜんまいバネ７０を、ガイド５７に沿って遠位端側に引っ張っている。これにより、駆動ワイヤＷ２５は、バネ５８の弾性復元力に対応する初期張力が付加されている。この場合、プーリ保持部５６は、バネ５８に牽引されて直線上を移動するため、ガイド５７を削除した構成も可能である。
ただし、バネ５８は、プーリ保持部５６を遠位端側に向かって押圧するように配置してもよい。この場合には、バネ５８が伸縮方向の側方に座屈するおそれがあるため、ガイド５７とは異なる構成でもよいが、プーリ保持部５６の移動方向を規定する何らかの移動ガイド部を設けることが好ましい。
【０１１０】
本実施形態において、基準角度保持部６０のぜんまいバネ７０と、初期張力付与部６１のバネ５８との力の大きさは、関節部を駆動するための駆動力が大きくなりすぎないように設定することが好ましい。
特に基準角度保持部６０の付勢力は、ぜんまいバネ７０による付勢力と反対方向に駆動する場合に、駆動抵抗になる。このため、必要な駆動力が駆動方向によって変化してしまうため、ぜんまいバネ７０の付勢力は、なるべく小さいことが好ましい。したがって、ぜんまいバネ７０によって付勢される力による駆動ワイヤＷ２５の張力成分は、バネ５８によって付加される初期張力成分よりも十分小さくなるように、ぜんまいバネ７０およびバネ５８のバネ特性を設定することが好ましい。
【０１１１】
次に、処置用内視鏡装置１０Ｄの動作について、駆動ユニット３０Ｄの動作を中心として説明する。
図１５（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態のマニピュレータの模式的な動作説明図である。図１６は、本発明の第２の実施形態のマニピュレータの初期化方法のフローを示すフローチャートである。
【０１１２】
図１５（ａ）、（ｂ）に保持アーム部２０における第２屈曲関節部２５を駆動する主要構成を、図１１（ａ）、（ｂ）と同様に模式化して示す。図１５（ａ）は駆動モータ部３４の取り外し状態を示し、図１５（ｂ）は駆動モータ部３４の装着状態を示している。したがって、図１５（ａ）は駆動連結部５３の駆動力解除状態であり、図１５（ｂ）は駆動連結部５３の駆動力中継状態である。
【０１１３】
本実施形態では、プーリ５５は、初期張力付与部６１のバネ５８によって、遠位端側に力Ｆで牽引されている。このため、駆動ワイヤＷ２５には、プーリ５５を境に分けられた第１ワイヤ部Ｗ２５ａ、第２ワイヤ部Ｗ２５ｂのそれぞれにおいて、初期張力Ｔ（＝Ｆ／２）が付加されている。
これにより、駆動ワイヤＷ２５はたるみが生じることなく張架されている。
【０１１４】
この状態で、プーリ５５は、基準角度保持部６０のぜんまいバネ７０によって、図示時計回りの付勢力が加えられているため、第２屈曲関節部２５が基準角度である＋１８０°となる位置まで連結ギヤ２５ｆが回動する。
プーリ５５はガイド５７に沿って移動できるため、プーリ５５は、バネ５８およびぜんまいバネ７０から作用する弾性復元力と、駆動ワイヤＷ２５の張力と、駆動ワイヤＷ２５からの摩擦力とが釣り合う位置に静止する。すなわち、駆動ワイヤＷ２５がたるむと、バネ５８が縮んで常にたるみが除去され、駆動ワイヤＷ２５の張力が均一になる。
このように、駆動力解除状態では、ぜんまいバネ７０と連結されたプーリ５５は、駆動ワイヤＷ２５を駆動するための回転体を構成している。
【０１１５】
駆動モータ部３４を装着し、駆動力中継状態として、第２屈曲関節部２５の駆動を開始すると、上記第１の実施形態と同様に動作する。ただし、本実施形態では、初期張力付与部６１を備えるため、プーリ５５が常に遠位端側に牽引されており、駆動時にゆるみ側となる駆動ワイヤＷ２５のたるみが除去される。
【０１１６】
このような構成により、上記第１の実施形態と略同様にして、保持アーム部２０を初期化することができる。
本実施形態のマニピュレータの初期化方法は、図１６に示すステップＳ１１〜Ｓ１６を図１６のフローにしたがって実行する方法である。
【０１１７】
まず、ステップＳ１１を行う。本ステップは、駆動力伝達部材のたるみを除去するため、駆動力伝達部材に初期張力を付与するステップであり、初期張力付与工程を構成している。
処置用内視鏡装置１０Ｄでは、駆動ユニット３０Ｄが、初期張力付与部６１を有するため、線状の駆動力伝達部材である駆動ワイヤ、例えば、駆動ワイヤＷ２５等に、常時、初期張力Ｔが付加されている。
このため、本ステップは、操作者Ｏｐや制御部５が特に何らかの操作を行う必要があるステップではない。
【０１１８】
次にステップＳ１２〜Ｓ１６を実行する。ステップＳ１２〜Ｓ１６は、処置用内視鏡装置１０Ｄにおける保持アーム部２０を初期化する点を除いて、上記第１の実施形態のステップＳ１〜Ｓ５（図１２参照）と同様のステップである。
ただし、本実施形態では、処置用内視鏡装置１０Ｄが基準角度保持部６０を有することにより、駆動力解除状態では常に基準角度が保持されているため、ステップＳ１１とステップＳ１２とは、明確に前後関係があるわけではなく、駆動力解除状態とした時にステップＳ１１、Ｓ１２は同時に行われている。
【０１１９】
このようにして、保持アーム部２０の初期化が終了すると、操作者Ｏｐは上記第１の実施形態と同様にして適宜の処置を開始することが可能となる。
【０１２０】
本実施形態では、初期張力付与部６１を有することにより、駆動力中継状態に切り替えた時に、駆動力伝達部材のたるみが確実に除去されているため、ステップＳ１５における駆動原点との対応付けを誤差なく正確に行うことができる。
特に、シースおよび駆動ワイヤの湾曲状態によって発生する経路長の変化によるたるみも確実に除去されるため、原点位置の初期化精度を向上することができる。このため、体内においてより正確な駆動を行うことができる。
【０１２１】
このように本実施形態によれば、関節部の回転角度が基準角度に設定された後、駆動力中継部を駆動力中継状態に切り替えて原点設定を行えるため、体内に挿入した後であっても、関節部の回転角度とモータの原点位置とを対応付ける初期化を容易に行うことができる。
【０１２２】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態のマニピュレータについて説明する。
図１７は、本発明の第３の実施形態のマニピュレータの初期張力付与部の構成を示す模式的な斜視図である。
【０１２３】
図１に示すように、本実施形態のマニピュレータシステム１Ｅは、上記第１の実施形態におけるマニピュレータシステム１の処置用内視鏡装置１０に代えて、処置用内視鏡装置１０Ｅ（マニピュレータ）を備える。
処置用内視鏡装置１０Ｅは、図１７に示すように、上記第１の実施形態における駆動ユニット３０に代えて、駆動ユニット３０Ｅを備える。
駆動ユニット３０Ｅは、上記第２の実施形態に駆動ユニット３０Ｄにおいて、基準角度保持部６０のぜんまいバネ７０を削除したものである。このため、プーリ保持部５６は基準角度保持部としての機能を有しておらず、初期張力付与部６１の一部の機能のみを有している。このため、本実施形態は、上記第２の実施形態から基準角度保持部を削除した場合の例になっている。
以下、上記第１および第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【０１２４】
このような処置用内視鏡装置１０Ｅによれば、上記第２の実施形態と略同様にして、図１６に示すステップＳ１１〜Ｓ１６を実行することにより、保持アーム部２０を初期化することができる。
本実施形態のステップＳ１１は、処置用内視鏡装置１０Ｅを用いて行う点を除いて、上記第２の実施形態のステップＳ１１と同様の工程である。
【０１２５】
次に、本実施形態のステップＳ１２を行う。処置用内視鏡装置１０Ｅは、基準角度保持部６０を有しないため、ステップＳ１１が終了した時点で、各駆動ワイヤに初期張力が付与されているが、初期張力は釣り合っているため、関節部の回転角度は不定である。このため、基準状態が形成されているとは限らない。
本実施形態では、このような駆動力解除状態において、保持アーム部２０の各関節部は、外力を作用させると容易に動かすことができる。そこで、本ステップでは、保持アーム部２０に外力を作用させて基準状態を形成する。
具体的には、手動で回転の限界まで各関節を回転させて折りたたむことが可能である。
また、手動で折りたたみつつ、基準状態で嵌合可能な穴部を有する治具に嵌め込むことで、基準状態の位置決めを行うことが可能である。ただし、基準状態が形成されたら、治具は取り外しておく。
このように基準状態が形成されると、駆動ワイヤと駆動ワイヤが巻き回された回転体との摩擦力によって基準状態が保持される。初期張力を付与しておくと、初期張力の大きさに応じて摩擦力も大きくなるため、基準状態を保持しやすい。
以上で、本実施形態のステップＳ１２が終了する。
【０１２６】
次に、上記第２の実施形態のステップＳ１３〜Ｓ１６を同様にして実行する。
ただし、ステップＳ１３では、基準状態を変化させるような外力が作用しないように、注意して体内に挿入する。
このようにして、処置用内視鏡装置１０Ｅの各保持アーム部２０が初期化される。
【０１２７】
なお、上記の各実施形態、各変形例の説明では、医療用器具のエンドエフェクタとして、把持鉗子である把持部２９を有する場合の例で説明したが、エンドエフェクタは、把持部２９には限定されず、手技の種類に応じが適宜の装置構成、例えば、高周波処置具、局注針、剥離鉗子、吸引などが可能である。また、エンドエフェクタは、把持部２９のような可動機構にも限定されない。例えば、処置用内視鏡装置１０の観察部１５のような先端に固定されているのみのエンドエフェクタでもよい。
【０１２８】
上記の各実施形態、各変形例の説明では、マニピュレータの初期化方法が、医療用マニピュレータの初期化方法である場合の例で説明したが、本発明は、医療用マニピュレータ以外のマニピュレータ、例えば、工業用マニピュレータや工業用のマニピュレータシステムにも、同様に適用することができる。この場合、被回転体を回転させる関節部を有する医療用器具は、被回転体を回転させる関節部を有する器具、工業用器具、あるいは工業用処置具に代えることができる。
【０１２９】
上記の各実施形態、各変形例の説明では、保持アーム部２０が、関節部として、２つの回転関節、２つの屈曲用関節を有する場合の例で説明したが、これは一例であって、関節部の数や自由度は、手技の内容等を考慮して適宜設定してよい。また、関節部と軸状部との組合せに代えて、外套管１１における湾曲部１１Ｂと同様の機構を用いてもよい。
すなわち、関節部による被回転体は、軸状部には、限定されず、複数の節輪や湾曲コマのような円環状部材でもよいし、明確な軸線を有しない形態の被回転体も使用可能である。
【０１３０】
上記の各実施形態、各変形例の説明では、駆動リミットを駆動モータ３４Ａの駆動指令値を制限するソフト設定のみによって設定する場合の例で説明した。ただし、例えば、駆動モータ３４Ａとして、回転角度の許容限度となる位置を検出して、駆動モータ３４Ａの原点出しが可能な位置センサを有する駆動部を採用することが可能である。位置センサとしては、例えば、光学センサや機械式センサ等のセンサを採用することができる。
この場合には、原点設定工程において、駆動中継部が駆動力中継状態に切り替えられるまでの間に、位置センサの検出出力に基づいて、駆動部の原点出しを行う原点出し工程を実行することが好ましい。
本工程では、例えば、駆動部の回転角度を、位置センサによる許容限度となる位置の中心位置に変更するような原点出しを行う。
この場合、位置センサによる駆動限界が優先される場合に、実質的な駆動範囲が制限されてしまうことを防止することができる。また、ソフト設定の駆動リミットが優先される場合に、位置検出センサによる駆動限界を越えて駆動リミットが設定されてしまうことを防止することができる。
【０１３１】
上記の各実施形態、各変形例の説明では、原点設定工程の後に、駆動リミット設定工程を実行する場合の例で説明したが、駆動リミットを設ける必要がない場合には、駆動リミット設定工程を実行しないことが可能である。
【０１３２】
上記の各実施形態、各変形例の説明では、医療用器具が外套管１１の先端部１１Ａの先端面１１ａに固定された保持アーム部２０の場合の例で説明した。ただし、医療用器具はこれには限定されない。
例えば、エンドエフェクタを多関節構造によって移動することができる軸状の医療用器具を、内視鏡の処置具チャンネル、ガイドチューブ、トロッカなどに挿通して体内に挿入する構成も可能である。
【０１３３】
上記の各実施形態、各変形例の説明では、医療用器具が軟性処置具の場合の例で説明したが、被回転体を回転させる関節部を有していれば、医療用器具は硬性処置具も可能である。
【０１３４】
上記の各実施形態、各変形例の説明では、駆動力中継部が、駆動部を着脱する場合の例で説明したが、駆動部を着脱することは必須ではない。
例えば、駆動部と駆動力伝達部とを、クラッチで連結する構成が可能である。この場合、クラッチによって、駆動部と駆動力伝達部とを連動させることにより駆動力中継状態が形成され、クラッチによって、駆動部と駆動力伝達部との連動を解除することにより駆動力を遮断することで駆動力解除状態が形成される。
例えば、上記第１の実施形態の駆動ワイヤＷ２５を駆動する駆動部と駆動力伝達部の場合、駆動力中継状態では第１内歯車５０、第２内歯車５１に相当する２つの駆動力伝達部が、駆動モータ部３４に相当する駆動部と一体に回転し、駆動力解除状態では、駆動部による駆動力が遮断される必要がある。さらに駆動力解除状態においては、たるみを解消するため、２つの駆動部が互いに独立に回転できるようにする必要がある。
このような構成の一例について簡単に説明する。
【０１３５】
駆動力伝達部としては、第１内歯車５０、第２内歯車５１に代えて、外周面５０ａ、５１ｂを備え、回転軸線に沿う方向に互いに接離可能に支持され、凹凸面などで形成されたかみ合い面によって、当接時に一体に回転する２つのプーリを採用する。
また、駆動部としては、駆動モータ部３４のピニオン３２に代えて、これらプーリを回転軸線に沿って押圧可能であって押圧時に、プーリと一体に回転するかみ合い板を備えた駆動モータ部を採用する。
そして、クラッチとしては、回転軸線方向に沿って、この駆動モータ部を、かみ合い板がプーリから離間する第１の位置と、２つのプーリ同士が一体になるまでかみ合い板をプーリに向けて押圧する第２の位置との間で、進退させる機構を採用する。
【０１３６】
このような構成によれば、クラッチによって、駆動モータ部を第１の位置に移動させると、駆動力解除状態になる。このとき、２つのプーリは互いに離間しているため、互いに自由に回転できる。
クラッチによって、駆動モータ部を第２の位置に移動させると、かみ合い板が２つのプーリを押圧し、かみ合い板、および２つのプーリが回転軸線方向において連結される。
このため、駆動モータ部が回転すると、駆動モータ部からの駆動力が中継され、２つのプーリが同期して回転する。すなわち、駆動力中継状態が形成される。
【０１３７】
このようなクラッチを有する構成の場合、クラッチをオンオフするための制御信号、またはクラッチのオンオフ状態を表す信号を、原点設定部１０１に送出することにより、上記の通知手段を構成することができる。
【０１３８】
上記の第１および第２の実施形態の説明では、基準角度保持部として、関節部を駆動する回転体に付勢力を加える場合の例で説明したが、基準角度保持部は、これには限定されない。
例えば、関節部による被回転体を回転方向に押圧して、基準角度を設定する構成や、第３の実施形態で説明した被回転体の位置規制を行って基準角度に設定する機構や部材を採用することができる。
例えば、体内で溶解する部材によって、被回転体を押圧したり、位置規制をしたりして、体内で、これらの押圧や位置規制が解除できるようにした構成が可能である。
また、形状記憶合金によって、温度に応じて、被回転体を押圧したり、位置規制をしたりする状態と、これらの押圧や位置規制が解除する状態とを切り替える構成を採用することができる。この場合、体外の温度では、基準状態を形成し、体内の温度では、基準状態の規制を解除することが可能である。
【０１３９】
上記に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせたり、削除したりして実施することができる。
例えば、上記第１の実施形態の第１〜第３変形例は、すべて、第２の実施形態の処置用内視鏡装置１０Ｄや、第３の実施形態の処置用内視鏡装置１０Ｅにも適用することが可能である。
【符号の説明】
【０１４０】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ  マニピュレータシステム
３  マスタアーム
４  表示部
５  制御部（駆動制御部）
６  スレーブマニピュレータ（マニピュレータ）
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ  処置用内視鏡装置（マニピュレータ）
１１  外套管
１１Ａ  先端部
１１Ｂ  湾曲部
１１Ｃ  挿入部
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｌ、２０Ｒ  保持アーム部（医療用器具）
２１、２１Ｌ、２１Ｒ  第１回転関節部（関節部）
２２  第１軸状部（軸状部、被回転体）
２３、２３Ｌ、２３Ｒ  第１屈曲関節部（関節部、屈曲用関節）
２４、２４Ｌ、２４Ｒ  第２軸状部（軸状部、被回転体）
２５  第２屈曲関節部
２５Ｅ  駆動プーリ（関節部を駆動する回転体）
２５ｅ  ガイドギヤ
２５ｆ  連結ギヤ
２５ｇ、２５Ｇ  回動支持板
２６  第３軸状部（軸状部、被回転体）
２７  第２回転関節部
２８  第４軸状部（軸状部、被回転体）
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅ  駆動ユニット
３４  駆動モータ部（駆動部）
５０  第１内歯車（駆動力伝達部、関節部を駆動する回転体）
５１  第２内歯車（駆動力伝達部、関節部を駆動する回転体）
５３  駆動連結部（駆動力中継部）
５５  プーリ（駆動力伝達部、関節部を駆動する回転体）
６０、６０Ａ、６０Ｂ  基準角度保持部
６１  初期張力付与部
７０  ぜんまいバネ
７５  進退機構
１００  駆動量算出部
１０１  原点設定部
１０２  進退機構制御部
Ｏ、Ｏ２３、Ｏ２５ｃ、Ｏ２５ｄ、ＯＬ、ＯＲ  回転軸線
Ｏ３  回転中心軸
Ｏｐ  操作者
Ｐ  患者
Ｔ  初期張力
Ｗ２３、Ｗ２５、Ｗ２７  駆動ワイヤ（駆動力伝達部、線状の駆動力伝達部材）
Ｗ２５ａ  第１ワイヤ部
Ｗ２５ｂ  第２ワイヤ部
【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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