(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈曲動作および把持部の開閉動作が可能な鉗子装置と、
術具外部から駆動力が個別に伝達され、個別に直線的に動く複数の被駆動部と、
前記複数の被駆動部にそれぞれ固定され、該複数の被駆動部の直線的な動きを前記鉗子装置へ伝達する複数の索状体と、
前記複数の被駆動部および前記複数の索状体が内部に配置されるハウジングと、
前記複数の索状体が内部に配置されるシャフトと、を備える術具であって、
前記鉗子装置は、前記複数の索状体のうち屈曲動作用索状体が引かれることで前記屈曲動作を行う関節部と、前記複数の索状体のうち開閉動作用索状体が移動することで前記開閉動作を行うリンク機構と、を備え、
前記複数の被駆動部は、
それぞれが前記シャフトの長軸方向に沿って動き、かつ、
前記シャフトの長軸方向に対して交差する方向に並んで配置されていることを特徴とする術具。
【請求項２】
前記複数の被駆動部は、第１の被駆動部と、第２の被駆動部と、第３の被駆動部と、を有し、
前記複数の索状体は、前記第１の被駆動部に固定されている第１の屈曲動作用ワイヤと、前記第２の被駆動部に固定されている開閉動作用ケーブルと、前記第３の被駆動部に固定されている第２の屈曲動作用ワイヤと、を有することを特徴とする請求項１に記載の術具。
【請求項３】
屈曲動作および把持部の開閉動作が可能な鉗子装置と、
術具外部から駆動力が個別に伝達され、個別に直線的に動く複数の被駆動部と、
前記複数の被駆動部にそれぞれ固定され、該複数の被駆動部の直線的な動きを前記鉗子装置へ伝達する複数の索状体と、
前記複数の被駆動部および前記複数の索状体が内部に配置されるハウジングと、
前記複数の索状体が内部に配置されるシャフトと、を備える術具であって、
前記鉗子装置は、前記複数の索状体のうち屈曲動作用索状体が引かれることで前記屈曲動作を行う関節部と、前記複数の索状体のうち開閉動作用索状体が移動することで前記開閉動作を行うリンク機構と、を備え、
前記複数の被駆動部は、第１の被駆動部と、第２の被駆動部と、第３の被駆動部と、を有し、
前記複数の索状体は、前記第１の被駆動部に固定されている第１の屈曲動作用ワイヤと、前記第２の被駆動部に固定されている開閉動作用ケーブルと、前記第３の被駆動部に固定されている第２の屈曲動作用ワイヤと、を有し、
前記第１の被駆動部、第２の被駆動部および第３の被駆動部は、
それぞれが前記シャフトの長軸方向に沿って動き、かつ、
それぞれが直線的に動く第１方向が平行であり、前記第１方向に対して交差する第２方向に並んで配置されていることを特徴とする術具。
【請求項４】
前記鉗子装置は、
前記第１の屈曲動作用ワイヤおよび前記第２の屈曲動作用ワイヤの動きにより、
第１の屈曲動作と、
前記第１の屈曲動作と異なる方向へ屈曲する第２の屈曲動作と、を実現し、
前記開閉動作用ケーブルの動きにより前記開閉動作を実現する、
ように構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の術具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、術具に関する。
【背景技術】
【０００２】  マスタースレーブ型の手術ロボットにおいて、安全性向上や、医師の操作習得時間の短縮を図るために、隔離された場所でロボットを操作する術者にロボット鉗子（術具）に働く外力を伝える技術が要望されている。術者に伝えられる外力は、アクチュエータの位置や駆動力等の情報に基づいて推定される。【０００３】  ロボットの術具を駆動する方法としては、アクチュエータ等の駆動源で発生させた駆動力を、ワイヤを介して術具に伝達して駆動するものが知られている。（例えば、特許文献１参照。）。ワイヤは駆動源および術具の間に配置され、張力（テンション）が所定の範囲内に収まるように調整されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４９３８７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  しかしながら、前述の術具を駆動する方法は、モータの回転力を幾つかの歯車を介して減速してからワイヤ等を介して駆動するため、機構が複雑である。【０００６】  本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的の一つは、術具の駆動が比較的簡素な新たな構成を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  上記課題を解決するために、本発明のある態様の術具は、屈曲動作および把持部の開閉動作が可能な鉗子装置と、外部から駆動力が伝達される複数の被駆動部と、複数の被駆動部にそれぞれ固定され、該複数の被駆動部の直線的な動きを鉗子装置へ伝達する複数の索状体と、を備える。鉗子装置は、複数の索状体のうち屈曲動作用索状体が引かれることで屈曲動作を行う関節部と、複数の索状体のうち開閉動作用索状体が移動することで開閉動作を行うリンク機構と、を備える。【０００８】  この態様によると、複数の被駆動部の直線的な動きを複数の索状体で鉗子装置へ伝達できる。一方、複数の索状体のうち屈曲動作用策状体が引かれることで屈曲動作が行われる。また、複数の索状体のうち開閉動作用策状体が移動することで開閉動作が行われる。また、索状体が伝達する被駆動部の動きは、直線的であるため、被駆動部の構成を簡素化できる。【０００９】  複数の被駆動部は、第１の被駆動部と、第２の被駆動部と、第３の被駆動部と、を有してもよい。複数の索状体は、第１の被駆動部に固定されている第１の屈曲動作用ワイヤと、第２の被駆動部に固定されている開閉動作用ケーブルと、第３の被駆動部に固定されている第２の屈曲動作用ワイヤと、を有してもよい。これにより、各被駆動部の動きを個別に制御することで、鉗子装置の屈曲動作や開閉動作を独立して制御できる。【００１０】  第１の被駆動部、第２の被駆動部および第３の被駆動部は、それぞれが直線的に動く第１方向が平行であり、第１方向に対して交差する第２方向に並んで配置されていてもよい。これにより、各被駆動部の直線的な動きが他の被駆動部の動きを妨げずにすむ。また、被駆動部が第２方向に並んで配置されているため、複数の被駆動部のレイアウトが容易である。【００１１】  鉗子装置は、第１の屈曲動作用ワイヤおよび第２の屈曲動作用ワイヤの動きにより、第１の屈曲動作と、第１の屈曲動作と異なる方向へ屈曲する第２の屈曲動作と、を実現し、開閉動作用ケーブルの動きにより開閉動作を実現する、ように構成されていてもよい。これにより、鉗子装置による複雑な動作が複数のワイヤの直線的な動きで実現できる。【００１２】  なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１３】  本発明によれば、比較的簡素な構成で術具を駆動できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る術具の構成を説明する図である。
【図２】図１の術具におけるアダプタとの係合状態を説明する部分断面視図である。
【図３】図１の術具における第１ハウジング部および第２ハウジング部の配置位置を説明する斜視図である。
【図４】図１のハウジング内の構成を説明する上面視図である。
【図５】図１のハウジング内の構成を説明する部分断面視図である。
【図６】本実施の形態に係る鉗子装置の一部を示す斜視図である。
【図７】図６に示す鉗子装置の断面の模式図である。
【図８】本実施形態に係る医療用器具の全体構成を説明する斜視図である。
【図９】図８の関節部の構成を説明する断面視図である。
【図１０】図８の関節部の構成を説明する部分断面視図である。
【図１１】図１０の芯材チューブの構成を説明する斜視図である。
【図１２】図１０の芯材チューブの構成を説明する正面視図である。
【図１３】関節部における複数の隙間の関係を説明する摸式断面視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】  この発明の一実施形態に係る術具１００について、図１から図５を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る術具の構成を説明する図である。図２は、図１の術具におけるアダプタとの係合状態を説明する部分断面視図である。図３は、図１の術具における第１ハウジング部および第２ハウジング部の配置位置を説明する斜視図である。図４は、図１のハウジング内の構成を説明する上面視図である。図５は、図１のハウジング内の構成を説明する部分断面視図である。
【００１６】  本実施形態の術具１００は、マスタースレーブ型の手術ロボットに適用されるものであり、手術に用いられるものである。術具１００には、図１に示すように、先端に鉗子（動作部）１２が配置されたシャフト１１１と、手術ロボットに取り付けられるハウジング２０と、が主に設けられている。
【００１７】  シャフト１１１は、ハウジング２０から延びる棒状に形成された部材である。本実施形態では、シャフト１１１がＺ軸方向へ延びる棒状の部材である例に適用して説明する。シャフト１１１におけるハウジング２０に対して反対側の端部（Ｚ軸の正側の端部）である先端には動作部である鉗子装置Ｋが設けられている。シャフト１１１の内部には、ハウジング２０から鉗子装置Ｋに向かって延びる（Ｚ軸方向に沿って）空間が設けられている。当該空間には、後述する複数のワイヤ３５が配置可能とされている。
【００１８】  ハウジング２０は、図２に示すように手術ロボットのアダプタ１０２に取り付け、取り外し可能とされるものであり、アダプタ１０２の動力伝達部（外部）１０３を介して、動力部１０４から鉗子装置Ｋを駆動する駆動力が伝達されるものである。
【００１９】  ハウジング２０には、図３から図５に示すように、第１ハウジング部（支持部）２１および第２ハウジング部（支持部）２２と、駆動子（被駆動部）３１と、ワイヤ（索状体）３５と、プーリ（回転体）４１と、プーリ回転軸（回転軸部）４６と、固定ブロック（固定部）５１と、固定ねじ（固定子）５６と、が主に設けられている。
【００２０】  第１ハウジング部２１および第２ハウジング部２２は、図４および図５に示すように、ハウジング２０の筐体の少なくとも一部を構成する板状の部材である。本実施形態では、第１ハウジング部２１がハウジング２０におけるアダプタ１０２と対向する面（Ｙ軸の負側の面）に配置され、第２ハウジング部２２がハウジング２０におけるアダプタ１０２とは反対側の面（Ｙ軸の正側の面）に配置されるものである例に適用して説明する。さらに第１ハウジング部２１および第２ハウジング部２２は、Ｘ−Ｚ平面と平行に配置されている例に適用して説明する。
【００２１】  第１ハウジング部２１および第２ハウジング部２２の間には、図４および図５に示すように、ワイヤ３５、ガイドプーリ２６、プーリ４１、プーリ回転軸４６、および、固定ブロック５１が少なくとも配置されている。
【００２２】  第１ハウジング部２１および第２ハウジング部２２におけるシャフト１１１と反対側（Ｚ軸の負側）の端部近傍の領域には、プーリ４１の配置に用いられるプーリ用長孔（長孔）２３が設けられている。
【００２３】  プーリ用長孔２３は、第１ハウジング部２１および第２ハウジング部２２におけるシャフト１１１側（Ｚ軸の正側）に向かって延びる貫通孔である。言い換えると、Ｚ軸方向に沿って延びる長孔である。また、本実施形態では、３つのプーリ用長孔２３が、Ｘ軸方向に間隔をあけて並んで配置されている例に適用して説明する。なお、プーリ用長孔２３が設けられる数は、３つよりも多くてもよいし、少なくてもよい。
【００２４】  第１ハウジング部２１には、駆動子３１が配置される駆動用長孔２４が設けられている。駆動用長孔２４は、駆動子３１を第１ハウジング部２１に沿う方向への移動を許容し、第１ハウジング部２１から離れる方向（Ｙ軸方向）への移動を規制するものである。
【００２５】  駆動用長孔２４は、第１ハウジング部２１におけるプーリ用長孔２３よりもシャフト１１１側に設けられている。例えば、第１ハウジング部２１におけるＺ軸方向の中央領域に設けられている。
【００２６】  駆動用長孔２４は、シャフト１１１側（Ｚ軸の正側）に向かって直線状に延びる貫通孔である。言い換えると、Ｚ軸方向に沿って延びる長孔である。また、本実施形態では、３つの駆動用長孔２４が、Ｘ軸方向に間隔をあけて並んで配置されている例に適用して説明する。なお、駆動用長孔２４が設けられる数は、プーリ用長孔２３の数に対応した数であってもよいし、３つよりも多くてもよいし、少なくてもよい。
【００２７】  本実施形態では、３つの駆動用長孔２４におけるＺ軸方向の長さが等しい例に適用して説明する。なお、３つの駆動用長孔２４におけるＺ軸方向の長さは、上述のように等しくてもよいし、異なっていてもよい。
【００２８】  ガイドプーリ２６は、駆動子３１からシャフト１１１に延びるワイヤ３５を、シャフト１１１の内部空間に導くものである。より具体的には、Ｘ軸方向において、シャフト１１１よりも正側、または、負側に離れて配置された駆動子３１から延びるワイヤ３５を、シャフト１１１に導くものである。
【００２９】  ガイドプーリ２６は、図４および図５に示すように、第１ハウジング部２１および第２ハウジング部２２の間であって、シャフト１１１側（Ｚ軸の正側）の端部領域に配置されている。言い換えると、第１ハウジング部２１および第２ハウジング部２２の間の空間における駆動用長孔２４とシャフト１１１との間に配置されている。
【００３０】  ガイドプーリ２６は、第１ハウジング部２１および第２ハウジング部２２の少なくとも一方に取り付けられ、Ｙ軸方向に延びる軸線まわりに回転可能とされている。ガイドプーリ２６の形状や構成としては、公知の形状は構成を用いることができ、特に限定するものではない。
【００３１】  駆動子３１は、図４および図５に示すように、アダプタ１０２の動力伝達部１０３から駆動力が伝達されるものであり、伝達された駆動力をワイヤ３５に伝達するものである。駆動子３１は、動力伝達部１０３から伝達される駆動力によって駆動用長孔２４に沿って往復移動するものである。
【００３２】  駆動子３１における駆動用長孔２４と対向する面には、駆動子３１を第１ハウジング部２１に沿って相対移動可能とするとともに、第１ハウジング部２１から外れる方向への移動を規制する凹凸形状が形成されている。駆動用長孔２４には、駆動子３１の凹凸形状と組み合わせられる凹凸形状が形成されている。なお、当該凹凸形状としては公知の形状を用いることができ、特に限定するものではない。
【００３３】  さらに駆動子３１における動力伝達部１０３と対向する領域には、駆動力の伝達に用いられる凹凸形状が形成されている。当該凹凸形状は、駆動子３１と動力伝達部１０３がＹ軸方向へ係合離間可能な形状でもある。なお、当該凹凸形状としては公知の形状を用いることができ、特に限定するものではない。
【００３４】  ワイヤ３５は、駆動子３１に伝達された駆動力を鉗子装置Ｋへ伝達するものである。言い換えると、駆動子３１の動きを鉗子装置Ｋへ伝達するものである。ワイヤ３５を構成する材料や形状としては、公知の材料や形状を用いることができ、特に限定するものではない。
【００３５】  駆動子３１からＺ軸の負方向へ延びるワイヤ３５は、プーリ４１に巻き付けられる。ワイヤ３５は、プーリに巻き付けられた後に、Ｚ軸の正方向に向かって延び、シャフト１１１の内部へ導かれる。
【００３６】  駆動子３１からＺ軸の正方向へ延びるワイヤ３５は、例えば、駆動子３１がＸ軸方向において、シャフト１１１よりも正側に離れて配置されたものである場合には、ガイドプーリ２６に巻き付けられ、シャフト１１１の内部へ導かれる。
【００３７】  シャフト１１１の内部へ導かれたワイヤ３５は、鉗子装置Ｋへ駆動力を伝達する。駆動力を伝達する構成としては、公知の構成を用いることができる。例えば、シャフト１１１の内部へ導かれたワイヤ３５のそれぞれの端部が、鉗子装置Ｋに取り付けられる構成であってもよいし、ワイヤ３５のそれぞれの端部がつながってループ状となり、鉗子装置Ｋに設けられたプーリに巻き付けられていてもよい。鉗子と各ワイヤとの接続については、後述する鉗子装置において説明する。
【００３８】  プーリ４１は、ワイヤ３５が巻き付けられる円周面を有する円筒状に形成された部材であり、駆動子３１からＺ軸の負方向へ延びるワイヤ３５の向きを、Ｚ軸の正方向へ変えるものである。
【００３９】  プーリ４１は、プーリ回転軸４６、固定ブロック５１、および、固定ねじ５６を用いてプーリ用長孔２３に配置されるものである。言い換えると、鉗子装置Ｋが設けられたシャフト１１１との間に駆動子３１を挟む位置に配置されるものである。
【００４０】  円筒状に形成されたプーリ４１の中心軸線方向の長さ、言い換えると、Ｙ軸方向の高さは、第１ハウジング部２１および第２ハウジング部２２の間隔よりも短く（低く）形成されている。
【００４１】  円筒状に形成されたプーリ４１の内部空間は、プーリ回転軸４６が配置される空間であり、プーリ４１とプーリ回転軸４６との間には、プーリ４１を回転軸線Ｌまわりに回転可能に支持するベアリング４４が設けられている。なお、プーリ４１の中心軸線と回転軸線Ｌは一致している。
【００４２】  円筒状に形成されたプーリ４１の円周面には、３つの環状に形成された溝が、プーリ４１の中心軸線方向（Ｙ軸方向）に等間隔に並んで設けられている。本実施形態では溝の幅が、２つのワイヤ３５を並べた長さと等しい例に適用して説明する。なお、溝の幅は２つのワイヤ３５を並べた長さよりも大きくてもよいし、小さくてもよい。
【００４３】  さらにプーリ４１には、隣接する溝をつなぐ２つの切欠き部が設けられている。切欠き部は、隣接する溝を区画する畝状の突起の一部を削り落したものであり、ワイヤ３５が一方の溝から他方の溝に配置できる幅を有している。本実施形態では２つの切欠き部、プーリ４１の円周面における同じ位相に並んで設けられている例に適用して説明する。なお、２つの切欠き部が同じ位相に並んで設けられていてもよいし、異なる位相に設けられていてもよい。
【００４４】  プーリ回転軸４６は、図５に示すように、プーリ４１を回転可能に支持する円筒状または円柱状に形成された部材である。プーリ回転軸４６には、プーリ４１の内部空間に配置されたベアリング４４に挿通される挿通部４７と、挿通部４７の一方の端部に設けられた拡径部４８と、が主に設けられている。挿通部４７の先端（凸部）４９は、後述する固定ブロック５１の凹部５２に挿入されるものである。
【００４５】  拡径部４８は、ベアリング４４における挿通部４７が挿通される内径よりも大きな径を有する形状である。プーリ回転軸４６は、挿通部４７をベアリング４４に挿通させ、拡径部４８をベアリング４４に当接させた状態において、挿通部４７の端部、および、拡径部４８の端部がプーリ４１から突出する長さを有している。
【００４６】  プーリ回転軸４６における拡径部４８側の端面には、固定ねじ５６と螺合するねじ穴５０が設けられている。ねじ穴５０は、円筒状または円柱状に形成されたプーリ回転軸４６の中心軸線上に設けられている。なお、ねじ穴５０は、プーリ回転軸４６を貫通する孔であってもよいし、底を有する穴であってもよい。
【００４７】  固定ブロック５１は、プーリ回転軸４６とともにプーリ４１を支持する円筒状または円柱状に形成された部材である。固定ブロック５１におけるプーリ回転軸４６側の端部には、挿通部４７の先端４９が挿入される凹部５２と、反対側の端部には固定ねじ５６と螺合するねじ穴５３と、が設けられている。
【００４８】  なお、本実施形態では固定ブロック５１に凹部５２を設け、当該凹部５２に挿通部４７の先端４９を挿入する例に適用して説明するが、挿通部４７に凹部を設けて固定ブロック５１に設けた凸部を当該凹部に挿入する構成であってもよい。
【００４９】  固定ブロック５１は、プーリ回転軸４６の先端４９と第２ハウジング部２２との間に配置されている。固定ブロック５１は、第２ハウジング部２２に対してＺ軸方向に相対移動可能であるとともに固定可能とされている。また固定ブロック５１は、プーリ回転軸４６との相対位置がＹ軸方向に沿って変更可能であるとともに、プーリ回転軸４６との間でＸ軸方向やＺ軸方向への相対移動は規制されている。
【００５０】  固定ねじ５６は、図５に示すように、プーリ用長孔２３に挿通されるとともに、プーリ回転軸４６および固定ブロック５１と螺合される雄ネジである。プーリ回転軸４６のねじ穴５０に螺合される固定ねじ５６は、プーリ回転軸４６とともに第１ハウジング部２１を挟むものであり、プーリ回転軸４６を第１ハウジング部２１に押し当てて固定するものである。固定ブロック５１のねじ穴５３に螺合される固定ねじ５６は、固定ブロック５１とともに第２ハウジング部２２を挟むものであり、固定ブロック５１を第２ハウジング部２２に押し当てて固定するものである。
【００５１】  次に、上記の構成からなる術具１００における動作について説明する。術具１００の鉗子装置Ｋを駆動する駆動力は、図２に示すように、動力部１０４からアダプタ１０２の動力伝達部１０３を介して、駆動子３１に伝達される。駆動子３１は、図２および図４に示すように、ハウジング２０に対して駆動用長孔２４に沿ってＺ軸方向へ相対的に往復移動する。
【００５２】  駆動子３１の移動はワイヤ３５に伝達される。ワイヤ３５は自身が延びる方向に沿って往復移動する。駆動子３１から鉗子装置Ｋ側（Ｚ軸方向の正側）に延びるワイヤ３５は、ガイドプーリ２６によりガイドされる方向に沿って往復移動する。駆動子３１からプーリ４１側（Ｚ軸方向の負側）に延びるワイヤ３５は、プーリ４１およびガイドプーリ２６によりガイドされる方向に沿って往復移動する。
【００５３】  ワイヤ３５はシャフト１１１の内部空間を鉗子装置Ｋまで延びており、ワイヤ３５の往復移動は鉗子装置Ｋに伝達される。鉗子装置Ｋは、ワイヤ３５の往復移動に基づいて開閉動作を行う。本実施形態では、ワイヤ３５の往復移動に基づいて鉗子装置Ｋの向きを変更する屈曲動作を行う例に適用して説明するが、その他に、鉗子装置Ｋの把持部を開閉する動作など、他の動作を行ってもよい。
【００５４】  本実施形態では、ワイヤは２本（２組）あり、鉗子における２つの屈曲動作を実現している。また、２本のワイヤ以外に１本のケーブルがあり、１つの開閉（挟持）動作を実現している。ハウジング内での各ワイヤとケーブルのレイアウトについて説明する。
【００５５】  ワイヤ３５ａは、一端または一部が駆動子３１ａの鉗子装置Ｋ側に固定され、他端または他部が駆動子３１ａのプーリ４１側に固定されている。駆動子３１ａの鉗子装置Ｋ側から延びるワイヤ３５ａは、ガイドプーリ２６ａ、２６ｂに掛けられて、シャフト１１１の内部空間に導かれる。また、駆動子３１ａのプーリ４１側から延びるワイヤ３５ａは、プーリ４１ａ、４１ｂ、ガイドプーリ２６ｄに掛けられて、シャフト１１１の内部空間に導かれる。
【００５６】  ケーブル３５ｂは、一端が駆動子３１ｂの鉗子装置Ｋ側に固定されている。駆動子３１ｂの鉗子装置Ｋ側から延びるケーブル３５ｂは、そのままシャフト１１１の内部空間に導かれる。
【００５７】  ワイヤ３５ｃは、一端または一部が駆動子３１ｃの鉗子装置Ｋ側に固定され、他端または他部が駆動子３１ｃのプーリ４１側に固定されている。駆動子３１ｃの鉗子装置Ｋ側から延びるワイヤ３５ｃは、ガイドプーリ２６ｃ、２６ｄに掛けられて、シャフト１１１の内部空間に導かれる。また、駆動子３１ｃのプーリ４１側から延びるワイヤ３５ｃは、プーリ４１ｃ、ガイドプーリ２６ｄに掛けられて、シャフト１１１の内部空間に導かれる。
【００５８】  なお、図４に示す各プーリは、実際には軸を共有して複数のプーリが重なったものであり、各ワイヤは上下の異なるプーリに掛けられている。換言すると、各プーリの同じ溝に複数のワイヤが掛けられないようになっている。
【００５９】  （鉗子装置）  次に、本実施形態に係る鉗子装置について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図６は、本実施の形態に係る鉗子装置の一部を示す斜視図である。図７は、図６に示す鉗子装置の断面の模式図である。本実施形態の鉗子装置は、医療用マニピュレータである手術ロボットのロボットアーム先端を構成するものである。
【００６０】  なお、鉗子装置Ｋは、屈曲可能な関節部を有する機器の一例である。鉗子装置Ｋは、シャフト１１１、関節部３０、外科手術用のエンドエフェクタとしての把持ユニット２７を備える。
【００６１】  そして、関節部３０を備える鉗子装置Ｋは、内部を通る術具用ケーブル１２１及び関節部用ワイヤ６１によって、把持ユニット２７を複数の方向に屈曲するとともに、把持ユニット２７の２つの把持部２７ａ、２７ｂの開閉動作が可能なように構成されている。
【００６２】  （関節部）  次に、本実施の形態に係る関節部を備える医療用器具１ついて図８から図１３を参照しながら説明する。図８は、本実施形態に係る医療用器具の全体構成を説明する斜視図である。図９は、図８の関節部の構成を説明する断面視図である。図１０は、図８の関節部の構成を説明する部分断面視図である。図１１は、図１０の芯材チューブの構成を説明する斜視図である。図１２は、図１０の芯材チューブの構成を説明する正面視図である。図１３は、関節部における複数の隙間の関係を説明する摸式断面視図である。
【００６３】  本実施形態の医療用器具１は、内視鏡外科手術などに使用される内視鏡外科手術器具であって、さらに手術支援ロボットに用いられるものである。医療用器具１には、図８に示すように、手術支援ロボット側に配置される棒状部１０と、内視鏡外科手術などに用いられる術具２５と、棒状部１０および術具２５の間に配置される関節部３０と、が主に設けられている。
【００６４】  棒状部１０は、手術支援ロボットに取り付けられる柱状に延びる部材である。本実施形態では、棒状部１０が、後述する術具用ケーブル１２１や、関節部用ワイヤ６１などが挿通される内部空間（図示せず。）を有する円筒状に形成されている例に適用して説明する。また、説明を容易にするために、棒状部１０に対応する中心軸線ＣＬが延びる方向をＸ方向、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向、Ｘ方向およびＹ方向に直交する方向をＺ方向として説明する。
【００６５】  術具２５は、関節部３０の先端、言い換えるとＸ方向の正側の端部に配置されるものである。また、術具２５は、関節部３０の屈曲により、棒状部１０に対する相対的な配置位置や、相対的な姿勢が制御されるものである。本実施形態では、術具２５が、術具用ケーブル（ワイヤ）１２１により開閉操作される鉗子である例に適用して説明する。なお、術具２５としては、鉗子の他に、内視鏡外科手術などに用いられる他の器具であってもよく、具体的な種類を限定するものではない。また、関節部用ワイヤ６１の代わりにケーブルを用いてもよい。
【００６６】  関節部３０は、手術支援ロボットに取り付けられた棒状部１０の先端、言い換えるとＸ方向の正側の端部に設けられる円筒状または円柱状に形成された部材である。また、関節部３０は、後述する関節部用ワイヤ６１を操作することにより、Ｙ方向への円弧状の屈曲、Ｚ方向への円弧状の屈曲、および、Ｙ方向およびＺ方向を組み合わせた方向への円弧状の屈曲が可能とされたものである。
【００６７】  関節部３０には、図９に示すように、外殻部（外殻部材）３１と、芯材チューブ１４１と、樹脂チューブ１５１と、関節部用ワイヤ６１と、が主に設けられている。外殻部１３１は、関節部３０の外形を構成する円筒状に形成されたものであり、棒状部１０および術具２５に取り付けられるものである。外殻部１３１は、Ｙ方向への円弧状の屈曲、Ｚ方向への円弧状の屈曲、および、Ｙ方向およびＺ方向を組み合わせた方向への円弧状の屈曲が可能な構成を有するとともに、Ｘ方向への伸び縮みが許容された構成を有するものである。また、外殻部１３１を形成する材料としては、金属材料、または、樹脂材料を例示することができる。
【００６８】  外殻部１３１には、図９および図１０に示すように、棒状部１０が取り付けられる棒状部側端部３２と、術具２５が取り付けられる術具側端部３３と、が設けられている。棒状部側端部３２は、外殻部１３１におけるＸ方向の負側の端部であり、術具側端部３３は、外殻部１３１におけるＸ方向の正側の端部である。棒状部側端部３２および術具側端部３３には、それぞれ、棒状部１０および術具２５の取付けに用いられる段差部３４が設けられている。
【００６９】  外殻部１３１における棒状部側端部３２および術具側端部３３の間の領域は、円弧状に屈曲可能とされた領域である。本実施形態では、Ｙ−Ｚ平面にほぼ沿って延びる板状部材１３５が、外殻部１３１の長手方向（言い換えると、中心軸線ＣＬにおける外殻部１３１に対応する部分）周りに回転しつつ棒状部１０および術具２５の一方から他方へ移動して（言い換えると、らせん状に）配置された構成である例に適用して説明する。なお、当該領域は、円弧状に屈曲可能であればよく、その具体的な形状を限定するものではない。
【００７０】  外殻部１３１には、図９および図１０に示すように、外殻部１３１の長手方向（言い換えると、外殻部１３１が直線状に延びて配置されている場合にはＸ方向）に延びて外殻部１３１を貫通する第１貫通孔（空間）３６および第２貫通孔３７が設けられている。
【００７１】  第１貫通孔３６は、中心軸線ＣＬにおける外殻部１３１に対応する部分に沿って延びる貫通孔である。第１貫通孔３６には、芯材チューブ１４１、樹脂チューブ１５１、および、術具用ケーブル１２１が配置可能とされている。また第１貫通孔３６の内周面は、芯材チューブ１４１を周囲から支持している。
【００７２】  第２貫通孔３７は、中心軸線ＣＬを中心とした円周上であって、等間隔に離れた位置に設けられた貫通孔である。言い換えると、第２貫通孔３７は、第１貫通孔３６からＹ方向の正方向に離れた位置、負方向に離れた位置、第１貫通孔３６からＺ方向の正方向に離れた位置、負方向に離れた位置の合計４箇所に設けられた貫通孔である。４つの第２貫通孔３７は、第２貫通孔３７には、関節部用ワイヤ６１が配置可能とされている。
【００７３】  第２貫通孔３７における術具２５側（Ｘ方向の正側）の端部には、その他の部分と比較して径が大きい拡径部３８が形成されている。拡径部３８には、関節部用ワイヤ６１に設けられた係止端部６２が配置される。
【００７４】  なお、本実施形態では、第２貫通孔３７が４箇所に設けられている例に適用して説明するが、外殻部１３１を任意の方向へ屈曲させることができればよく、その数を限定するものではない。
【００７５】  芯材チューブ１４１は、図１０から図１２に示すように、外殻部１３１よりも外径が小さく形成された円筒状の部材であって、外殻部１３１の第１貫通孔３６の内部に配置される部材である。芯材チューブ１４１は、外殻部１３１と同様に、Ｙ方向への円弧状の屈曲、Ｚ方向への円弧状の屈曲、および、Ｙ方向およびＺ方向を組み合わせた方向への円弧状の屈曲が可能な構成を有する。
【００７６】  また、芯材チューブ１４１は、外殻部１３１と比較して圧縮剛性が高く、Ｘ方向への圧縮力や引っ張り力による伸び縮みが小さいものである。例えば、芯材チューブ１４１を少なくともニッケルおよびチタンを成分として含む金属材料、より好ましくはニッケルチタン合金から形成することより、芯材チューブ１４１の圧縮剛性が高められている。
【００７７】  芯材チューブ１４１には、その側面（円周面）に周方向に延びる複数の切れ目であるスリット４２が設けられている。芯材チューブ１４１の側面には中心軸線ＣＬ、言い換えるとＸ方向の同じ位置（同じ高さ）において、側面をほぼ半周にわたって延びる２つのスリット４２が配置されている。当該２つのスリット４２の間には、芯材チューブ１４１の側面の一部を構成する柱部４３が形成されている。
【００７８】  上述の２つのスリット４２の組（以下、「スリット４２の組」とも表記する。）は、芯材チューブ１４１の長手方向である中心軸線ＣＬへ、間隔Ｄを空けて並んで配置されている。間隔Ｄは、芯材チューブ１４１の棒状部１０側の端部（Ｘ方向の負側の端部）から、術具２５側の端部（Ｘ方向の正側の端部）にわたって同じ値となっている。
【００７９】  言い換えると、スリット４２の組は、芯材チューブ１４１の長手方向に等間隔に並んで配置されている。スリット４２の組は、２つのスリット４２がＹ方向に並んで配置される組と、Ｚ軸に並んで配置される組とに分かれる。Ｙ方向に並んで配置される組と、Ｚ軸に並んで配置される組と、は交互に並んで配置されている。
【００８０】  樹脂チューブ１５１は、図９および図１０に示すように、円筒状に形成された部材であって、芯材チューブ１４１の内部に配置される部材である。樹脂チューブ１５１の内部には、術具用ケーブル１２１が挿通されている。
【００８１】  樹脂チューブ１５１は、芯材チューブ１４１を形成する材料と比較して、術具用ケーブル１２１に対する摩擦係数が小さな材料から形成されている。樹脂チューブ１５１を形成する材料としては、摩擦係数が小さく、耐熱性の高い材料、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を例示することができる。
【００８２】  また、樹脂チューブ１５１は、内部に配置される術具用ケーブル１２１が、関節部３０の中心軸線ＣＬと同軸またはその近傍（以下「中心軸線ＣＬ近傍」とも表記する。）に配置されるようにガイドするものでもある。例えば、関節部３０が棒状部１０と同軸に延びた姿勢（直線状に延びた姿勢）の場合には、Ｘ方向へ延びる中心軸線ＣＬの近傍に配置されるようにガイドする。また、関節部３０が屈曲した場合には、屈曲した関節部３０の中心軸線ＣＬ近傍に配置されるようにガイドする。
【００８３】  また、図１３に示すように、芯材チューブ１４１および樹脂チューブ１５１の間の隙間ＤＡは、外殻部１３１および芯材チューブ１４１の間の隙間ＤＣよりも小さくされている（隙間ＤＡ＜隙間ＤＣ）。樹脂チューブ１５１および術具用ケーブル１２１の間の隙間ＤＢは、外殻部１３１および芯材チューブ１４１の間の隙間ＤＣよりも小さくされている（隙間ＤＢ＜隙間ＤＣ）。
【００８４】  次に、上記の構成からなる医療用器具１における動作について説明する。具体的には、関節部３０の屈曲動作および術具２５の操作について図８および図９を参照しながら説明する
【００８５】  例えば、関節部３０をＹ方向の正方向へ円弧状に屈曲させる場合には、４本の関節部用ワイヤ６１のうち、Ｙ方向に並んでいる一対の関節部用ワイヤ６１（図９において断面で図示された関節部用ワイヤ６１）の少なくとも一方が操作される。
【００８６】  具体的には、Ｙ方向の正側に配置された関節部用ワイヤ６１を、棒状部１０側（Ｘ方向の負側）へ引っ張る操作が行われる。Ｙ方向の負側に配置された関節部用ワイヤ６１は、積極的に術具２５側（Ｘ方向の正側）へ送り出す操作が行われてもよいし、関節部３０の屈曲に伴って送り出されてもよい。さらに、関節部３０の屈曲状態を制御するために、当該関節部用ワイヤ６１を術具２５側（Ｘ方向の正側）へ送り出しつつ、棒状部１０側へ引っ張る張力が加えられてもよい。
【００８７】  関節部３０は、関節部用ワイヤ６１の操作により円弧状に屈曲する。このとき、芯材チューブ１４１の圧縮剛性により、関節部３０が関節部用ワイヤ６１の引っ張り操作によりＸ方向へ縮むことが抑制される。また、外殻部１３１よりも外径が小さく形成された芯材チューブ１４１を、外殻部１３１の第１貫通孔３６の内部に配置しているため、屈曲による、関節部３０における中心軸線ＣＬに沿う部分の長さの変化が抑制される。
【００８８】  屈曲させた関節部３０を、Ｘ方向へ延びた姿勢に戻す場合には、Ｙ方向の負側に配置された関節部用ワイヤ６１を、棒状部１０側（Ｘ方向の負側）へ引っ張る操作が行われる。
【００８９】  関節部３０を、Ｚ方向へ円弧状に屈曲させる場合には、４本の関節部用ワイヤ６１のうち、Ｚ方向に並んでいる一対の関節部用ワイヤ６１の少なくとも一方が操作される。また、Ｙ方向およびＺ方向を組み合わせた方向への円弧状の屈曲させる場合には、４本の関節部用ワイヤ６１の少なくとも２つが操作される。
【００９０】  医療用器具１の術具２５を操作する場合には、術具用ケーブル１２１を操作することにより行われる。例えば、術具用ケーブル１２１を棒状部１０側（Ｘ方向の負側）へ引っ張る操作により行われる。術具用ケーブル１２１の操作方法は、術具２５の種類に応じて適宜変更することができ、上述の操作方法に限定するものではない。
【００９１】  上記の構成によれば、外殻部１３１、芯材チューブ１４１、および、樹脂チューブ１５１を組み合わせることにより関節部３０および術具２５の操作性を確保しやすくなる。
【００９２】  具体的には、外殻部１３１および芯材チューブ１４１の組合せにより、関節部３０は全体として円弧形状に屈曲しやすくなり、関節部３０の操作性を確保しやすい。また、関節部３０において圧縮剛性が不足することを抑制でき、術具２５の操作性を確保しやすい。
【００９３】  また、樹脂チューブ１５１を組み合わせることにより、術具２５の操作に用いる術具用ケーブル１２１を関節部３０の中心軸線ＣＬ近傍に配置させやすくなる。これにより、関節部３０が屈曲した際に術具用ケーブル１２１の経路長の変化を抑制しやすくなり、術具２５の操作性を確保しやすい。さらに樹脂チューブ１５１は、術具用ケーブル１２１に対する摩擦係数が小さいため、術具用ケーブル１２１の操作が行いやすくなり、術具２５の操作性を確保しやすい。
【００９４】  芯材チューブ１４１の長手方向である中心軸線ＣＬに等間隔に並ぶ複数のスリット４２を設けることにより、スリット４２の間隔が不均一である場合と比較して、関節部３０における長手方向の柔軟性を均一にしやすくなり、関節部３０の操作性を確保しやすくなる。
【００９５】  外殻部１３１を帯状に形成された外殻板をらせん状に巻いて形成することにより、例えば、円板状に形成された外殻板を長手方向に並べて配置した場合と比較して、関節部３０の長手方向である中心軸線ＣＬ方向の寸法を短くしやすい。
【００９６】  少なくともニッケルおよびチタンを成分として含む金属材料から芯材チューブ１４１を形成することにより、その他の金属材料から芯材チューブ１４１を形成する場合と比較して、芯材チューブ１４１の圧縮剛性および屈曲柔軟性を確保しやすくなる。
【００９７】  芯材チューブ１４１および樹脂チューブ１５１の間の隙間ＤＡを、外殻部１３１および芯材チューブ１４１の間の隙間ＤＣよりも小さくすることにより、隙間ＤＣよりも大きくする場合と比較して、関節部３０を屈曲させやすくなり、関節部３０の操作性を確保しやすくなる。
【００９８】  樹脂チューブ１５１および術具用ケーブル１２１の間の隙間ＤＢを、外殻部１３１および芯材チューブ１４１との間の隙間ＤＣよりも小さくすることにより、隙間ＤＣよりも大きくする場合と比較して、関節部３０を屈曲させた際に術具用ケーブル１２１の経路長の変化を抑制しやすくなり、術具２５の操作性を確保しやすくなる。
【００９９】  ＜鉗子装置Ｋの関節部３０での屈曲動作＞  上述の構成により、図６に示す鉗子装置Ｋは、例えば、関節部３０をＹ方向の正方向へ円弧状に屈曲させたり、Ｙ方向の負方向へ円弧状に屈曲させたり、Ｚ方向の正方向へ円弧状に屈曲させたり、Ｚ方向の負方向へ円弧状に屈曲させたりすることが可能となる。
【０１００】  ＜鉗子装置Ｋのリンク機構による把持動作＞  上述の構成により、図７に示す鉗子装置Ｋは、術具用ケーブル１２１と把持ユニット２７とを接続するリンク機構４０により、術具用ケーブル１２１が矢印α１方向へ送り出されると、把持部２７ｂが矢印β１方向へ移動する。その結果、把持ユニット２７の把持部２７ａ、２７ｂが開く。
【０１０１】  一方、術具用ケーブル１２１が矢印α２方向へ引っ張られると、把持部２７ｂが矢印β２方向へ移動する。その結果、把持ユニット２７の把持部２７ａ、２７ｂが閉じ、その際にモノを把持することができる。
【０１０２】  ＜鉗子装置Ｋにおける術具用ケーブル１２１および関節部用ワイヤ６１と、ハウジング２０におけるケーブル３５ｂおよびワイヤ３５ａ、３５ｃとの関係＞  鉗子装置には１本のケーブルと４本の関節部用ワイヤ６１が用いられており、それぞれの役割が異なる。例えば、術具用ケーブル１２１は、ハウジング２０におけるケーブル３５ｂがシャフト１１１内を通って延びたものである。Ｙ方向に並んでいる一対の関節部用ワイヤ６１は、ハウジング２０における一対のワイヤ３５ａがシャフト１１１内を通って延びたものである。Ｚ方向に並んでいる一対の関節部用ワイヤ６１は、ハウジング２０における一対のワイヤ３５ｃがシャフト１１１内を通って延びたものである。
【０１０３】  そして、空気圧アクチュエータのようなピストンが直線的に動く動力部１０４の駆動力によって、ハウジング２０における駆動子３１が直線的に移動する。その結果、ワイヤが所定方向に引っ張られることで、鉗子装置の屈曲動作が可能となる。また、ケーブルが所定方向に送り出されたり引っ張られたりすることで、鉗子装置の把持動作が可能となる。本実施形態に係る術具１００は、２本（２組）のワイヤと１本のケーブルを介して、鉗子装置Ｋの各部の動きが制御される。
【０１０４】  ＜作用および効果＞  本実施形態に係る術具１００は、屈曲動作および把持部の開閉動作が可能な鉗子装置Ｋと、外部から駆動力が伝達される駆動子３１ａ、３１ｂ、３１ｃと、駆動子３１ａ、３１ｂ、３１ｃにそれぞれ固定され、駆動子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの直線的な動きを鉗子装置Ｋへ伝達する、ワイヤ３５ａ、ケーブル３５ｂ、ワイヤ３５ｃを備える。鉗子装置Ｋは、ワイヤ３５ａ、３５ｃが引かれることで屈曲動作を行う関節部３０と、ケーブル３５ｂが移動することで開閉動作を行うリンク機構４０と、を備える。
【０１０５】  これにより、駆動子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの直線的な動きをワイヤ３５ａ、３５ｃおよびケーブル３５ｂで鉗子装置Ｋへ伝達できる。一方、ワイヤ３５ａ、３５ｃが引かれることで屈曲動作が行われる。また、ケーブル３５ｂが移動することで開閉動作が行われる。また、複数のワイヤ３５ａ、３５ｃおよびケーブル３５ｂが伝達する複数の駆動子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの動きは、直線的であるため、駆動子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの構成を簡素化できる。
【０１０６】  また、本実施の形態に係る複数の被駆動部は、駆動子３１ａ、駆動子３１ｂおよび駆動子３１ｃである。また、本実施形態に係る複数の索状体は、駆動子３１ａに固定されている屈曲動作用のワイヤ３５ａ、駆動子３１ｂに固定されている開閉動作用のケーブル３５ｂおよび駆動子３１ｃに固定されている屈曲動作用のワイヤ３５ｃである。これにより、駆動子３１ｃ、３１ｂ、３１ｃの動きを個別に制御することで、鉗子装置Ｋの屈曲動作や開閉動作を独立して制御できる。
【０１０７】  駆動子３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、それぞれが直線的に動く第１方向（図４に示すＺ方向）が平行であり、第１方向に対して交差する第２方向（図４に示すＸ方向）に並んで配置されている。これにより、駆動子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの直線的な動きが他の駆動子の動きを妨げずにすむ。また、駆動子３１ａ、３１ｂ、３１ｃが第２方向に並んで配置されているため、複数の駆動子３１ａ、３１ｂ、３１ｃのレイアウトが容易である。
【０１０８】  鉗子装置Ｋは、ワイヤ３５ａおよびワイヤ３５ｃの動きにより、第１の屈曲動作と、第１の屈曲動作と異なる方向へ屈曲する第２の屈曲動作と、を実現し、ケーブル３５ｂの動きにより開閉動作を実現する、ように構成されている。これにより、鉗子装置Ｋによる複雑な動作が複数のワイヤやケーブルの直線的な動きで実現できる。
【０１０９】  なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】  本発明は、医療用の術具に関する。
【符号の説明】
【０１１１】  ２７…把持ユニット、２７ａ，２７ｂ…把持部、３０…関節部、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ…駆動子、３５，３５ａ…ワイヤ、３５ｂ…ケーブル、３５ｃ…ワイヤ、４０…リンク機構、６１…関節部用ワイヤ、１００…術具、１０２…アダプタ、１０３…動力伝達部、１０４…動力部、１１１…シャフト、１２１…術具用ケーブル。
【要約】術具の駆動が比較的簡素な新たな構成を提供するべく、術具(100)は、屈曲動作および把持部の開閉動作が可能な鉗子装置(K)と、外部から駆動力が伝達される駆動子(31a,31b,31c)と、該駆動子にそれぞれ固定され、前記駆動子の直線的な動きを前記鉗子装置へ伝達する、ワイヤ(35a)、ケーブル(35b)、ワイヤ(35c)を備えており、前記鉗子装置、ワイヤ(35a,35c)が引かれることで屈曲動作を行う関節部(30)、ケーブル(35b)が移動することで開閉動作を行うリンク機構(40)、を備えるように構成した。【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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