(57)【要約】  簡素な構造で、小型化と高精度な制御が可能な上、耐久性にも優れ、把持機構を備えるマニピュレータを提供する。  第１アーム(１０)の一端側に回動可能に支持された中間部材(３０)と、該中間部材(３０)に支持された第２アーム(２０)と、基端側が第１アーム(１０)によって支持されるとともに、その先端側のロッド部を中間部材(３０)における第１アーム(１０)の回動支点の周囲に係合した送りねじ機構とを備える。そして、送りねじ機構を進退動作させて中間部材(３０)を第１アーム(１０)に対し回動させる。また、第２アーム(２０)と第３アーム(８０)の間にも同様の構造を備えるとともに、第３アーム(８０)に備わる送りねじ機構の進退により把持機構部を動作させる。
2015182561.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１アームと、  前記第１アームの一端側に回動可能に支持された第１中間部材と、  前記第１中間部材に支持された第２アームと、  基端側が第１アームによって支持されるとともに、その先端側のロッド部を前記第１中間部材における第１アームの回動支点の周囲に係合した第１の送りねじ機構と、  前記第１の送りねじ機構とは別の送りねじ機構により伝達される直動駆動力により動作する把持機構と、を備えることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項２】
前記第２アームの一端側に回動可能に支持された第２中間部材と、  前記第２中間部材に支持された第３アームと、  基端側が第２アームによって支持されるとともに、その先端側のロッド部を前記第２中間部材における第２アームの回動支点の周囲に係合した第２の送りねじ機構と、  基端側が第３アームによって支持される第３の送りねじ機構と、  前記第３アームの一端側に配置された前記把持機構と、を備え、  前記第３の送りねじ機構の先端側のロッド部を介して、前記把持機構に直動駆動力を伝達することを特徴とする請求項１記載のマニピュレータ。
【請求項３】
前記第１中間部材又は／及び前記第２中間部材に対し、各々対応する送りねじ機構のロッド部の係合箇所が前記ロッド部の進退に伴って前記回動支点に相対的に接近離隔するように、  前記送りねじ機構のロッド部と該ロッド部に係合する中間部材の一方に長孔を設けるとともに、その他方には前記長孔内で自在に移動可能な軸を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のマニピュレータ。
【請求項４】
前記第１アーム及び前記第２アーム及び前記第３アームは、それぞれ中空状に形成され、その内部に、それぞれのアーム毎に、各々対応する送りねじ機構と、該送りねじ機構の駆動源となる電動アクチュエータとが支持されており、  前記電動アクチュエータに電力を供給するための電線を、前記アームの中空内部及び前記中間部材の内側に挿通したことを特徴とする請求項２又は３記載のマニピュレータ。
【請求項５】
前記電動アクチュエータは、外径φ０．５ｍｍ〜φ４ｍｍのモータに、遊星歯車減速機構を組み合わせたギヤードモータであり、  前記第１アーム及び前記第２アーム及び前記第３アームは、外径φ１ｍｍ〜φ１０ｍｍの略円筒形状であることを特徴とする請求項４記載のマニピュレータ。
【請求項６】
複数の前記第１アーム及び前記第２アームを長さ方向に交互に配置して連結したことを特徴とする請求項１〜５何れか１項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、産業用ロボットや医療用ロボット、鉗子など腹腔鏡下手術器具、その他の遠隔操作するロボット等に用いられるマニピュレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来、この種の発明には、特許文献１に記載されるもののように、屈伸運動が可能なフィンガーと、このフィンガーに一端側を止着した可撓性紐状のテンドンと、このテンドンの他端側を引っ張るリニアアクチュエータとを備え、リニアアクチュエータによりフィンガーを引っ張って屈曲させるようにしたものが知られている。  しかし、上記従来技術では、可撓性紐状のワイヤーであるテンドンを引っ張ってフィンガーを曲げるようにしているため、フィンガーを逆方向へ曲げるためには、そのための別の１組以上のテンドン及びリニアアクチュエータ、あるいはバネ等が必要であり、機構が複雑となり、特に腹腔鏡下手術器具など、小型化が要求される分野への応用が困難であった。  また、テンドンを引っ張る構造であるため、テンドンの伸びの状態によって、フィンガーを屈曲させた際の角度がばらつく場合がある。さらに、テンドンに繰り返し加わる引張荷重により、テンドンが伸び切ってしまったり破断したりするおそれもある。そして、これらの問題は、特に使用期間が比較的長い場合に、伸びや経年劣化等に起因して顕著になる傾向がある。【０００３】  他にも、各々のワイヤーを引っ張って、先端部の屈曲動作と鉗子の開閉動作をさせる手術用の鉗子の従来技術例として、特許文献２に記載されるものがある。  しかし、上記従来技術では、特に、屈曲動作のための関節を複数にした場合に、屈曲動作用のワイヤーと鉗子の開閉動作用のワイヤーとの配置構造が複雑になることに加え、必要な駆動力を得るために、比較的大きなモータを外部に配置することが必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１５２８８９号公報
【特許文献２】特開２００１−３０９９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  本発明は上記従来事情に鑑みてなされたものであり、その課題とする処は、簡素な構造で、小型化、高精度な制御が可能な上、耐久性にも優れたマニピュレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  上記課題を解決するための一手段として、把持機構を備えるマニピュレータが、第１アームと、この第１アームの一端側に回動可能に支持された第１中間部材と、この第１中間部材に支持された第２アームと、基端側が第１アームによって支持されるようにした。そして、先端側のロッド部を第１中間部材における第１アームの回動支点の周囲に係合した第１の送りねじ機構と、この第１の送りねじ機構とは別の送りねじ機構により伝達される直動駆動力により把持機構を動作させるようにした。
【発明の効果】
【０００７】  本発明は、以上説明したように構成されているので、簡素な構造で小型化と高精度な制御が可能な上、耐久性にも優れている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係るマニピュレータの一例を示す斜視図である。
【図２】同マニピュレータの他の屈曲態様を示す斜視図である。
【図３】同マニピュレータの要部斜視図である。
【図４】同マニピュレータの要部斜視図であり、一方のアームを二点鎖線で表現し、その内部を視えるようにしている。
【図５】同マニピュレータの要部斜視図であり、一方のアームを二点鎖線で表現し、その内部を視えるようにしている。
【図６】同マニピュレータの要部斜視図であり、双方のアームを二点鎖線で表現し、その内部を視えるようにしている。
【図７】図６の（VII）−（VII）線に沿う縦断面図である。
【図８】同マニピュレータの要部横断面図であり、中間部材を省いた状態を示す。
【図９Ａ】同マニピュレータの要部斜視図であり、（ａ）は第２アームを一方へ回動させた状態を示す。
【図９Ｂ】同マニピュレータの要部斜視図であり、（ｂ）は第２アームを第１アームと直線状に配置した状態を示す。
【図９Ｃ】同マニピュレータの要部斜視図であり、（ｃ）は第２アームを他方へ回動させた状態を示す。
【図１０】同マニピュレータの複数の第１アームと第２アームを交互に連結した状態を示す斜視図である。
【図１１】同マニピュレータの要部断面図であり、（ａ）は把持機構の爪が閉じた状態を示し、（ｂ）は把持機構の爪が開いた状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】  以下に本発明を実施するための形態を示す。本実施の形態の第一の特徴は、第１アームと、第１アームの一端側に回動可能に支持された第１中間部材と、第１中間部材に支持された第２アームと、基端側が第１アームによって支持されるとともに、その先端側のロッド部を第１中間部材における第１アームの回動支点の周囲に係合した第１の送りねじ機構と、第１の送りねじ機構とは別の送りねじ機構により伝達される直動駆動力により動作する把持機構とを備える。  この構成によれば、送りねじ機構のロッド部を前進させれば、第１アームに対し中間部材が一方へ回動し、この回動に伴って第２アームも一方へ回動する。また、同ロッド部を後退させれば、第１アームに対し中間部材が他方へ回動し、この回動に伴って第２アームも、ロッド部を前進させたときとは、逆方向に回動する。また、第１アーム、第２アームを回動させる送りねじ機構とは、別の送りねじ機構によって、把持機構の開閉動作を独立して行う。
【００１０】  第二の特徴としては、第２アームの一端側に回動可能に支持された第２中間部材と、第２中間部材に支持された第３アームと、基端側が第２アームによって支持されるとともに、その先端側のロッド部を第２中間部材における第２アームの回動支点の周囲に係合した第２の送りねじ機構を備える。そして、基端側が第３アームによって支持される第３の送りねじ機構と、第３アームの一端側に配置された前記把持機構を備え、第３の送りねじ機構の先端側のロッド部を介して、把持機構に直動駆動力を伝達するようにした。  この構成によれば、基本的に同様の送りねじによる直動機構を備える複数のアームの組合せによって、先端に把持機構を備える多自由度のマニピュレータとなる。
【００１１】  第三の特徴としては、各中間部材に対し、各々対応する送りねじ機構のロッド部の係合箇所が、ロッド部の進退に伴って回動支点に相対的に接近離隔するように、ロッド部と該ロッド部に係合する中間部材の一方に長孔を設けるとともに、その他方には前記長孔内で自在に移動可能な軸を設けた。  この構成によれば、送りねじ機構のロッド部を進退させて中間部材を回動させた際、中間部材に対するロッド部の係合箇所は、中間部材の円運動により、その円運動の回動支点に相対的に接近離隔するが、この接近離隔に伴い、ロッド部側又は中間部材側の軸がその他方側の長孔内で自在に移動するため、ロッド部の進退動作が妨げられるようなことがない。
【００１２】  第四の特徴としては、第１アーム及び第２アーム及び第３アームは、それぞれ中空状に形成され、その内部に、それぞれのアーム毎に、各々対応する送りねじ機構と、該送りねじ機構の駆動源となる電動アクチュエータとを支持している。そして、電動アクチュエータに電力を供給するための電線を、アームの中空内部及び中間部材の内側に挿通した。  この構成によれば、各アーム及び各中間部材の外部に送りねじ機構、電動アクチュエータとその電線等がマニピュレータの外部に露出するのを防ぐことができる。その結果、当該マニピュレータが作業対象物以外の物に不要な干渉をするのを防ぐことができ、特に、人体内に挿入される低侵襲の医療機器に適用するのに好適である。
【００１３】  第五の特徴としては、電動アクチュエータを、外径φ０．５ｍｍ〜φ４ｍｍのモータに、遊星歯車減速機構を組み合わせたギヤードモータとし、更に、第１〜第３の各アームを、外径φ１ｍｍ〜φ１０ｍｍの略円筒形状とした。  この構成によれば、電動の多自由度マニピュレータとしては、従来困難であった外径φ１０ｍｍ以下のサイズを実現できるとともに、より細部での使用を可能とし、特に、人体に使用される場合に、より低侵襲を実現する。
【００１４】  第六の特徴としては、複数の第１アーム及び第２アームを長さ方向に交互に配置して連結した。  この構成によれば、マニピュレータの自由度を容易に増やすことができる。
【００１５】  次に、上記形態の好ましい具体例を、図１〜図１１Ｂに基づいて詳細に説明する。
【００１６】  このマニピュレータ１は、交互に配置された中空状の第１アーム１０及び第２アーム２０と、先端側に配置された第３アーム８０とを具備する。  隣り合う第１アーム１０と第２アーム２０及び、第２アーム２０と第３アーム８０とは、中間部材３０を介して、回動可能に接続されている。  第１アーム１０内には第１の送りねじ機構４０が、第２アーム２０内には第２の送りねじ機構５０が、第３アーム８０内には第３の送りねじ機構９０が、支持されている。  また、第３アーム８０の先端側には、可動側把持爪９５ａと固定側把持爪９５ｂとで構成される把持機構部９５が備わる。
【００１７】  第１アーム１０と第２アーム２０は、同一形状の略筒状の部材であり、軸方向に交互に配置される。
【００１８】  第１アーム１０は、アーム本体１１と、アーム本体１１の軸方向の一端側と他端側にそれぞれ接続された接続部１２とから略一体筒状に形成される。
【００１９】  アーム本体１１は、図８に示すように、略円柱状に形成され、その内部には、軸方向へ連続し貫通する複数（図示例によれば四つ）の中空部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを有する。  これらのうちの一つの中空部１１ａには、第１の送りねじ機構４０が挿入され支持されている。  また、中空部１１ａと同径の中空部１１ｂは、アーム本体１１を第２アーム２０の一部とした場合に、第２の送りねじ機構５０を挿入し支持する。  また、中空部１１ａ，１１ｂよりも内径の小さい他の中空部１１ｃ，１１ｄは、第１の送りねじ機構４０や第２の送りねじ機構５０へ電力を供給する電線や、第１の感知部６０及び第２の感知部７０の信号を伝達する電線等を挿通する。
【００２０】  接続部１２は、アーム本体１１の一端と他端の各々から軸方向へ突出するとともに、径方向へ間隔を置いて配置された一片部１２ａ及び他片部１２ｂからなる。  第１アーム１０の一端側の一片部１２ａ及び他片部１２ｂは、同第１アーム１０の他端側の一片部１２ａ及び他片部１２ｂに対し、周方向へ角度９０°回転した状態で配置される。  一片部１２ａと他片部１２ｂの各々には、軸孔１２ａ１，１２ｂ１が設けられる。そして、各軸孔１２ａ１，１２ｂ１には、後述する中間部材３０の支持軸３１（図６参照）が回転自在に挿通される。
【００２１】  第２アーム２０は、上述したように、第１アーム１０と同一形状である。このため、この第２アーム２０の要部については、第１アーム１０の場合と同一の符号を付け、重複する詳細説明を省略する。
【００２２】  また、中間部材３０は、第１アーム１０又は第２アーム２０における接続部１２に対し回転自在に接続されている。  この中間部材３０は、径方向に間隔を置いて対向し合う第１辺部３０ａ及び第２辺部３０ｂと、これら辺部に直交し且つ径方向に間隔を置いて対向し合う第３辺部３０ｃ及び第４辺部３０ｄとからなる矩形枠状に形成される（図６参照）。
【００２３】  第１辺部３０ａと第２辺部３０ｂには、それぞれ、径方向の外側へ突出する支持軸３１（図６及び図７参照）が設けられる。さらに、第１辺部３０ａには、後述する第１の送りねじ機構４０のロッド部４２に係合する長孔３２を有する。  同様にして、第３辺部３０ｃと第４辺部３０ｄには、それぞれ、径方向の外側へ突出する支持軸３１が設けられ、さらに、第３辺部３０ｃには、後述する第２の送りねじ機構５０のロッド部５２に係合する長孔（図示せず）を有する。
【００２４】  そして、第１辺部３０ａ及び第２辺部３０ｂの各支持軸３１は、第１アーム１０における接続部１２の一片部１２ａと他片部１２ｂに挿通され、第１アーム１０に対して中間部材３０を回動自在に支持する（図６及び図７参照）。  同様に、第３辺部３０ｃ及び第４辺部３０ｄの各支持軸３１は、第２アーム２０における接続部１２の一片部１２ａと他片部１２ｂに挿通され、第２アーム２０に対して中間部材３０を回動自在に支持する。  なお、第１アーム１０に対する中間部材３０の回動方向と、第２アーム２０に対する同中間部材３０の回動方向とは直交する。
【００２５】  また、第１辺部３０ａの長孔３２は、第１アーム１０の回動支点となる支持軸３１の周囲に配置されるとともに、支持軸３１に対し接近離隔する方向へ長く形成されている。
【００２６】  長孔３２と同様に、第３辺部３０ｃの長孔（図示せず）も、第２アーム２０の回動支点となる支持軸３１の周囲に配置され、支持軸３１に対し接近離隔する方向へ長く形成されている（図４及び図６参照）。
【００２７】  また、第１の送りねじ機構４０は、基端側の回転駆動部４１と、該回転駆動部４１の回転運動によって進退するロッド部４２とを具備し、回転駆動部４１が第１アーム１０に固定されるとともに、ロッド部４２を中間部材３０における回動支点（支持軸３１）の周囲に係合している。
【００２８】  回転駆動部４１は、第１アーム１０に対し回転不能に支持された本体部４１ａと、該本体部４１ａから前方へ突出する出力軸４１ｂとを有する回転式の駆動モータであり、例えば、インナーローター型のブラシレスＤＣモータや、その他のアクチュエータにより構成される。  本体部４１ａは、円筒状のケーシング内に、固定子及び回転子、該回転子の回転速度を適宜に調整して出力軸４１ｂに伝達するギヤ等を具備している。  出力軸４１ｂは、本体部４１ａ側の前記回転子の回転力により双方向へ回転するように構成され、その先端側の外周面に雄ネジ部を有し、この雄ネジ部を後述するロッド部４２に螺合させている。  前記構成の回転駆動部４１は、出力軸４１ｂを第１アーム１０内の中空部１１ａ内外にわたって前方へ突出させた状態で、本体部４１ａを第１アーム１０内に回転不能に固定している。
【００２９】  回り止め部材４３は、本体部４１ａの中空部１１ａと、ロッド部４２との間に介在して、ロッド部４２を回転不能に保持する部材である（図８参照）。  詳細に説明すれば、この回り止め部材４３は、円柱軸状の部材であり、第１アーム１０に嵌り合うとともに、その外周面の一部分を中空部１１ａ内へ突出させている。一方、ロッド部４２の外周面には、その周方向の一部分に平坦部４２ｅが形成される。ロッド部４２は、平坦部４２ｅを回り止め部材４３の外周面に接触させることで、中空部１１ａ内で回転不能且つ進退可能に保持される。
【００３０】  ロッド部４２は、円筒状のガイド筒部４２ａと、該ガイド筒部４２ａの前側に接続された雌ネジ部４２ｂと、雌ネジ部４２ｂの前方側で中間部材３０に係合する係合軸４２ｃとを一体的に具備している。  ガイド筒部４２ａは、回転駆動部４１の本体部４１ａ外周面と、第１アーム１０の中空部１１ａ内周面との間に嵌り合って進退する。  雌ネジ部４２ｂは、回転駆動部４１の出力軸４１ｂ外周の雄ネジ部に螺合している。  係合軸４２ｃは、ロッド部４２の軸方向（図７によれば上下方向）に対し直交する方向へ突出する軸であり、中間部材３０の長孔３２に嵌り合う。なお、図示例によれば、この係合軸４２ｃは、第１アーム１０における接続部１２に形成された貫通孔１２ｂ２（図３参照）に挿通されてロッド部４２先端側に圧入される。
【００３１】  また、第２の送りねじ機構５０は、図６及び図７に示すように、基端側の回転駆動部５１と、該回転駆動部５１の回転運動によって進退するロッド部５２とから構成される。これらの構造は、上記第１の送りねじ機構４０と同一であり、回転駆動部５１を本体部（図示せず）及び出力軸（図示せず）により構成し、ロッド部５２をガイド筒部５２ａ、雌ネジ部５２ｂ及び係合軸５２ｃ等により構成している。  そして、この第２の送りねじ機構５０は、回転駆動部５１が第２アーム２０内に支持されるとともに、第１アーム１０側へ突出するロッド部５２を、第１の送りねじ機構４０の場合と同様にして、中間部材３０における第２アーム２０の回動支点の周囲の長孔（図示せず）に係合している。
【００３２】  なお、図７中、符号５３は、ロッド部５２を回転不能且つ進退可能にする回り止め部材である。この回り止め部材５３の構造も、第１アーム１０側の回り止め部材４３と同様である。
【００３３】  また、第１の感知部６０は、第１アーム１０側に固定された磁石６１と、中間部材３０側に固定されて磁石６１による磁界の変化に応じた電気信号を出力するホールセンサ６２とを具備する。この第１の感知部６０によれば、この電気信号によって第１アーム１０に対する中間部材３０の回動角度を検出することができる。
【００３４】  同様に、第２の感知部７０は、第２アーム２０側に固定された磁石７１と、中間部材３０側に固定されて磁石７１による磁界の変化に応じた電気信号を出力するホールセンサ７２とを具備する。この第２の感知部７０によれば、前記電気信号によって第２アーム２０に対する中間部材３０の回動角度を検出することができる。なお、図３中、符号７３は、ホールセンサ７２を配設した電子回路基板であり、符号７３ａは、ホールセンサ７２による感知信号を出力する端子である。
【００３５】  第３アーム８０は、マニピュレータ１の先端側となる一端側に把持機構部９５を備えるが、他端側は第１アーム１０又は第２アーム２０の対応部位と同一形状であって、第１アーム１０と第２アーム２０とが中間部材３０を介して接続されるのと同じ形態で、第１アーム１０又は第２アーム２０と接続されている。このため、この第３アーム８０の他端側の要部については、第１アーム１０の場合と同一の符号を付け、重複する詳細説明を省略する。
【００３６】  第１アーム１０内には第１の送りねじ機構４０が、第２アーム２０内には第２の送りねじ機構５０が支持されているのと同様に、第３アーム８０内には第３の送りねじ機構９０が、支持されている。
【００３７】  第３の送りねじ機構９０は、基端側の回転駆動部９１と、この回転駆動部９１の回転運動によって進退するロッド部９２とから構成される（図１１参照）。これらの構造は、第１の送りねじ機構４０及び第２の送りねじ機構５０と同一である。
【００３８】  ロッド部９２は、ロッド部９２の軸方向（図１１によれば左右方向）に対し直交する方向へ突出する係合軸９２ｃとを一体的に具備している。
【００３９】  第３アーム８０の先端側に備わる把持機構部９５は、回動可能な可動側把持爪９５ａと第３アーム８０に固定配置された固定側把持爪９５ｂとで構成されている。
【００４０】  そして可動側把持爪９５ａには貫通した長孔９５ａ１と、支持軸９５ａ２が形成されている。また、固定側把持爪９５ｂには貫通した支持孔９５ｂ１が形成されており、支持軸９５ａ２が挿通されている（図１１参照）。
【００４１】  上記構成のマニピュレータ１の内部には、各第１の送りねじ機構４０及び各第２の送りねじ機構５０及び各第３の送りねじ機構９０へ電力を供給する電線や、ホールセンサ６２，７２の電気信号を出力する電線等が挿通され、これら電線は、図示しない外部の制御装置に接続される。
【００４２】  次に、上記構成のマニピュレータ１について、その作用効果を詳細に説明する。
【００４３】  先ず、図９Ｂ（ｂ）に示すように、第１アーム１０と第２アーム２０が直線状に位置した状態では、第１の送りねじ機構４０のロッド部４２先端側の係合軸４２ｃが、中間部材３０の長孔３２内で、第１アーム１０の回動支点（支持軸３１）に最も近付いた状態となる。
【００４４】  図９Ｂ（ｂ）に示す前記状態から第１の送りねじ機構４０のロッド部４２を後退させた場合、該ロッド部４２によって中間部材３０が引張られ、図９Ｂ（ｂ）に示すように、中間部材３０及び第２アーム２０は、回動支点（支持軸３１）を中心に一方向（図９Ａによれば反時計方向）へ回動する。  この回動の際、ロッド部４２の係合軸４２ｃは、長孔３２内で、前記回動支点（支持軸３１）から離れる方向へ移動する。また、中間部材３０及び第２アーム２０の回動角度は、第１の感知部６０によって検出される。
【００４５】  逆に、図９Ｂ（ｂ）に示す状態から第１の送りねじ機構４０のロッド部４２を前進させた場合には、ロッド部４２によって中間部材３０が押されるため、図９Ｃ（ｃ）に示すように、中間部材３０及び第２アーム２０は、回動支点（支持軸３１）を中心に他方向（図９Ｃによれば時計方向）へ回動する。  この回動の際、ロッド部４２の係合軸４２ｃは、長孔３２内で、回動支点（支持軸３１）から離れる方向へ移動する。また、中間部材３０及び第２アーム２０の回動角度は、第１の感知部６０によって検出される。
【００４６】  また、中間部材３０に対し、第２アーム２０を前記回動方向（図９Ａおよび図９Ｃに示す回動方向）と直交する方向へ回動する場合には、図示を省略するが、第２アーム２０内の第２の送りねじ機構５０を動作させればよい。この際の第２アーム２０の回動方向は、同中間部材３０に相対する第１アーム１０の回動方向に対し直交する方向である。また、この際の回動角度は、第２の感知部７０によって検出される。
【００４７】  第３アーム８０の先端側に備わる把持機構部９５は、可動側把持爪９５ａと固定側把持爪９５ｂとが閉じた状態（図１、図１１（ａ）参照）から、第３の送りねじ機構９０のロッド部９２を後退させることにより、開いた状態となる（図２、図１１（ｂ）参照）。
【００４８】  ロッド部９２が備える係合軸９２ｃは、可動側把持爪９５ａに形成された長孔９５ａ１に挿通されており、ロッド部９２が後退（図１１では左側に移動）するとき、支持軸９５ａ２を中心に、可動側把持爪９５ａが回動し、把持機構部９５の爪が開いた状態となる。すなわち、図１１（ａ）から（ｂ）の状態となる。
【００４９】  把持機構部９５の爪が開いた状態から、ロッド部９２を前進（図１１では右側に移動）させれば可動側把持爪９５ａが閉じる方向に回動し、最終的に把持機構部９５の爪を閉じた状態とできる。すなわち、図９（ｂ）から（ａ）の状態となる。
【００５０】  よって、本実施の形態のマニピュレータ１によれば、第１の送りねじ機構４０及び第２の送りねじ機構５０を制御することによて、第１アーム１０と第２アーム２０の間の関節部分を、自在に曲げ伸ばしすることができる。  したがって、複数の第１の送りねじ機構４０及び第２の送りねじ機構５０をそれぞれ独立して駆動すれば、複数の前記関節部分をそれぞれ独立して曲げ伸ばしすることができ、例えば、一部の関節部分を同一の方向へ曲げたり、一部の関節部分と他の関節部分とを異なる方向に曲げたり等、様々なパターンの屈伸動作が可能である。  そして、先端の把持機構部９５によって、対象物を掴んだり、あるいは、切除するといった作業を、通常では困難な環境においても精密に行うことができる。  また、各アームに支持されている電動アクチュエータが無通電の状態となったとしても、通電状態における位置を保持することもできる。  その上、複数のテンドンを用いる従来技術と比較し、各部の伸びや劣化に起因する動作精度の低下が少なく、構造が簡素な上、耐久性にも優れている。  また、第１アーム１０及び第２アーム２０の周囲に突出する部分がないため、第１アーム１０及び第２アーム２０が作業対象物以外の物に対し不要な干渉をするのを防ぐことができる。このため、特に人体内に挿入される低侵襲医療機器等に適用するのに好適である。
【００５１】  また、従来は、モータ等の電動アクチュエータを駆動源とするもので、これほどまでに様々なパターンでの屈伸動作を行えるマニピュレータとしては、外径φ１０ｍｍ以下で実現することは困難であったが、本実施の形態の構造によれば、比較的容易に外径φ１０ｍｍ以下のマニピュレータを実現できる。  具体的には、マニピュレータ１を構成する略円筒形状の各アームの外径をφ１０ｍｍとして、そこに内蔵される電動アクチュエータとして、外径サイズφ４ｍｍの電動モータを組み込んで構成することができる。  また、このφ４ｍｍのモータに減速機構を組み合わせることにより、トルクアップすることができる。  人体にとって低侵襲である為には、マニピュレータ１は、より小型であることが望ましいが、この更に望ましい形態を実現する具体的な構成として、φ０．５ｍｍ〜３ｍｍという極小径サイズのインナーロータマグネット型のブラシレスモータに、遊星歯車減速機構を組み合わせたギヤードモータを使用して、外径φ１ｍｍ〜６ｍｍのアームに組み込むこともできる。
【００５２】  なお、図１０に示した例では、合計５つの第１アーム１０及び第２アーム２０を長さ方向に交互に配置し連結しているが、他例としては、その連結数を適宜に変更することが可能である。
【００５３】  また、図示例では、中間部材３０に対し第１アーム１０と第２アーム２０の双方を回動可能に支持しているが、他例としては、中間部材３０に対し第１アーム１０と第２アーム２０のうちの一方のみを回動可能に支持し、他方を回動不能に固定することも可能である。この他例では、回動不能なアームに対応する送りねじ機構４０（又は５０）を省くことが可能である。  更に、この他例において、送りねじ機構を省く代わりに、略円筒状のアームの軸方向と平行な軸を回転軸とするロータリアクチュエータを配置して、このロータリアクチュエータの出力軸を他方のアームに固定することも可能である。これにより、ロータリアクチュエータの回転制御を行うことで、マニピュレータ１の動作の自由度を更に増やすことができる。
【００５４】  また、図示例では、中間部材３０に対するロッド部４２の係合箇所を回動支点（支持軸３１）に相対的に接近離隔させる手段の一例として、中間部材３０側の長孔３２とロッド部４２側の係合軸４２ｃとを嵌め合せたが、他例としては、ロッド部４２側に長孔を設けるとともに、中間部材３０側に係合軸を設けた態様や、長孔を溝に置換した態様、ロッド部４２の先端側と中間部材３０とを弾性体を介して接続した態様等とすることも可能である。
【００５５】  また、図示例では、第１アーム１０と第２アーム２０の各々における四つの中空部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに送りねじ機構４０（又は５０）及び電線等を配分して挿通したが、他例としては、単一の中空部に送りねじ機構４０（又は５０）及び電線等をまとめて挿通した態様や、二つ、三つ又は五つ以上の中空部に送りねじ機構４０（又は５０）及び電線等を適宜に配分して挿通した態様等とすることも可能である。  あるいは、各アームの中空部を挿通する電線を、各アーム間で、コネクタを用いて接続することで、容易に一部のアームを取り外し可能とすることもできる。
【００５６】  また、図示例では、中間部材３０に相対し第１アーム１０が回動する方向と、同中間部材３０に相対し第２アーム２０が回動する方向とが直交するようにしたが、他例としては、前記二つの方向が直交以外の角度で交差する構成とすることも可能である。
【００５７】  また、図示例では、第１の感知部６０及び第２の感知部７０を、ホールセンサによって構成したが、これら第１の感知部６０及び第２の感知部７０は、ホールセンサ以外の単数もしくは複数の接触式センサ（例えば、リミットスイッチ等）又は非接触式センサ（例えば、光電管スイッチ等）によって構成することも可能である。
【００５８】  また、図示例では、特に当該マニピュレータ１全体を小型化する観点から、第１及び第２の送りねじ機構４０，５０として、送りねじ部分にボールを有しない送りねじ機構を用いているが、他例としては、これら第２の送りねじ機構４０，５０として、送りねじ部分にボールを有する所謂ボールねじ機構を用いることも可能である。
【符号の説明】
【００５９】  １：マニピュレータ  １０：第１アーム  １１：アーム本体  １２：接続部  ２０：第２アーム  ３０：中間部材  ３１：支持軸（回動支点）  ３２：長孔  ４０：第１の送りねじ機構  ４１：回転駆動部  ４２：ロッド部  ４３：回り止め部材  ５０：第２の送りねじ機構  ５１：回転駆動部  ５２：ロッド部  ６０：第１の感知部  ７０：第２の感知部  ８０：第３アーム  ８１：アーム本体  ９０：第３の送りねじ機構  ９１：回転駆動部  ９２：ロッド部  ９５：把持機構部  ９５ａ：可動側把持爪  ９５ｂ：固定側把持爪
【図１】
2015182561.tif 000003
【図２】
2015182561.tif 000004
【図３】
2015182561.tif 000005
【図４】
2015182561.tif 000006
【図５】
2015182561.tif 000007
【図６】
2015182561.tif 000008
【図７】
2015182561.tif 000009
【図８】
2015182561.tif 000010
【図９Ａ】
2015182561.tif 000011
【図９Ｂ】
2015182561.tif 000012
【図９Ｃ】
2015182561.tif 000013
【図１０】
2015182561.tif 000014
【図１１】
2015182561.tif 000015
【国際調査報告】
2015182561.tif 000016
2015182561.tif 000017
2015182561.tif 000018
2015182561.tif 000019