(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全部または一部が引かれることで前記屈曲動作および前記開閉動作の少なくともいずれかを行うように構成されており、
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のワイヤと、前記第２の被駆動部に固定されている第２のワイヤと、前記第３の被駆動部に固定されている第３のワイヤと、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全部または一部が引かれることで前記屈曲動作および前記開閉動作の少なくともいずれかを行うように構成されており、
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のワイヤと、前記第２の被駆動部に固定されている第２のワイヤと、前記第３の被駆動部に固定されている第３のワイヤと、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のワイヤ、前記第２のワイヤおよび前記第３の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、
前記開閉動作と、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。
【請求項５】
前記鉗子装置は、
前記第１のワイヤおよび前記第２のワイヤの動きにより前記第２の屈曲動作および前記開閉動作を実現し、
前記第３のワイヤの動きにより前記第１の屈曲動作を実現する、
ように構成されていることを特徴とする請求項４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、複数の索状体の全部または一部が引かれることで屈曲動作および開閉動作の少なくともいずれかを行うように構成されている。【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するとともに、複数の索状体の全部または一部が引かれることで屈曲動作および開閉動作の少なくともいずれかを行える。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のワイヤと、第２の被駆動部に固定されている第２のワイヤと、第３の被駆動部に固定されている第３のワイヤと、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のワイヤ、第２のワイヤおよび第３の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、開閉動作と、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】  鉗子装置は、第１のワイヤおよび第２のワイヤの動きにより第２の屈曲動作および開閉動作を実現し、第３のワイヤの動きにより第１の屈曲動作を実現する、ように構成されていてもよい。【００１３】  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】
【００１４】  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】
【００１５】
【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】本実施形態の鉗子装置Ｋを見た斜視図である。
【図７】実施形態の鉗子装置Ｋの図６のＡ方向矢視図である。
【図８】実施形態の鉗子装置Ｋの図６のＢ方向矢視図である。
【図９】実施形態の鉗子装置Ｋの図６のＣ方向矢視図である。
【図１０】ローラベースと第１〜第４ガイドローラとを示す斜視図である。
【図１１】図１１（ａ）は、図８のＤ方向矢視図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の状態から第１関節が屈曲した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】  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。
【００１７】  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。
【００１８】  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。
【００１９】  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。
【００２０】  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。
【００２１】  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。
【００２２】  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。
【００２３】  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。
【００２４】  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。
【００２５】  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。
【００２６】  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。
【００２７】  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。
【００２８】  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。
【００２９】  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。
【００３０】  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。
【００３１】  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。
【００３２】  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。
【００３３】  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。
【００３４】  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。
【００３５】  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。
【００３６】  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。
【００３７】  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。
【００３８】  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。
【００３９】  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。
【００４０】  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。
【００４１】  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。
【００４２】  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。
【００４３】  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。
【００４４】  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。
【００４５】  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。
【００４６】  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。
【００４７】  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。
【００４８】  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。
【００４９】  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。
【００５０】  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。
【００５１】  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。
【００５２】  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。
【００５３】  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。
【００５４】  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が開閉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の向きを変更する屈曲動作など、他の動作を行ってもよい。
【００５５】  本実施形態では、ワイヤは３本（３組）あり、鉗子における２つの屈曲動作と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のレイアウトについて説明する。
【００５６】  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、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。
【００５７】  ワイヤ３５ｂは、一端または一部が駆動子３１ｂの鉗子装置Ｋ側に固定され、他端または他部が駆動子３１ｂのプーリ４１側に固定されている。駆動子３１ｂの鉗子装置Ｋ側から延びるワイヤ３５ｂは、そのままシャフト１１１の内部空間に導かれる。また、駆動子３１ｂのプーリ４１側から延びるワイヤ３５ｂは、プーリ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。
【００５８】  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２６ａ、２６ｂに掛けられて、シャフト１１１の内部空間に導かれる。
【００５９】  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。
【００６０】  （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。
【００６１】  本実施形態では、手術ロボットのワイヤ駆動鉗子をもつ鉗子装置に関する。詳細には、多自由度屈曲関節を有する鉗子マニピュレータのワイヤ案内部構造に関するものである。なお、鉗子とは外科手術用具の一つであり、組織・異物などを挟んだりするのに用いる。
【００６２】  ところで、関節間の干渉を避けるには先端関節を駆動するワイヤはその手前の関節の回転中心を通る必要がある。また、ワイヤの屈曲部は曲率を持たずに折れるように曲がる必要がある。回転中心を通り、折れるように曲がることで、関節の屈曲角度に拘らず、ワイヤの経路長を一定にできるからである。
【００６３】  また、関節でワイヤの摺動摩擦を大きくすることなくワイヤ経路を拘束するにはワイヤの案内部の曲率半径を大きくするか、または、ガイドローラが必要となる。しかし、案内部の曲率半径や、ガイドローラの半径は有限の大きさを持つため、屈曲によりワイヤが案内部やガイドローラの半径に沿って曲がり、曲率を持たずに折れるように曲がることは不可能である。したがって、現実には屈曲による経路長変化は完全には避けられないが、本発明は経路長変化を最小とする機構を提案するものである。
【００６４】  本実施形態に係る鉗子装置は、屈曲する関節部または関節部近くにワイヤを案内するガイドローラ（案内部）を支持するローラベース（案内部ベース）を有する。ローラベースは、鉗子装置を構成するアームや関節等の構成要素とは独立して回転するように構成されている。これにより、複数のワイヤをガイドローラでコントロールする際に、屈曲によるワイヤ同士の干渉を最小化する。
【００６５】  図６は、本実施形態の鉗子装置Ｋを見た斜視図である。図７は、実施形態の鉗子装置Ｋの図６のＡ方向矢視図である。図８は、実施形態の鉗子装置Ｋの図６のＢ方向矢視図である。図９は、実施形態の鉗子装置Ｋの図６のＣ方向矢視図である。実施形態の鉗子装置Ｋは、先端側の一対の把持部１ａ、１ｂと、根元側の第１関節２と、中間に位置する第２関節３とを有している。
【００６６】  一対の把持部１ａ、１ｂは、物を挟んだり、離したりする役割をもつ。第１関節２は、根元側の第１アーム４と中間位置の第２アーム５との接合部であり、第１アーム４と第２アーム５との屈曲を担う。つまり、第１アーム４と第２アーム５とは、第１関節２の回転中心Ｃ１周りに屈曲する（図６、図７の矢印α１１、α１２）。
【００６７】  そのため、根元側の第１アーム４の一方端の連結部４ａには、第２アーム５の一方端に形成される第２アームプーリ５ａが回転中心Ｃ１を中心として回動自在に支持されている。第２アーム５と一体の第２アームプーリ５ａには、第２アーム５を回転中心Ｃ１周りに回動させる第３ワイヤｗ３が掛けられている。第２アームプーリ５ａが回転中心Ｃ１を中心として回動自在に支持されることで、第３ワイヤｗ３の移動長さと第２アーム５の回動角度との関係を一定に保つことができる。
【００６８】  第２関節３は、第２アーム５に対して、把持部１ａと把持部１ｂとをそれぞれ回転中心Ｃ２周りに回転させて物を挟んだり、離したりする。具体的には、把持部１ａを回転中心Ｃ２周りに回転させ（図６、図７の矢印α２１、α２２）、把持部１ｂを回転中心Ｃ２周りに回転させる（図６の矢印α３１、α３２）。
【００６９】  そのため、把持部１ａには、第１プーリ３ａが一体に形成されている。そして、把持部１ａおよび第１プーリ３ａが回転中心Ｃ２周りに回転自在に支持されている。また、把持部１ｂには、第２プーリ３ｂが一体に形成されている。そして、把持部１ｂおよび第２プーリ３ｂが回転中心Ｃ２周りに回転自在に支持されている。
【００７０】  把持部１ａと把持部１ｂとで物を挟むには、把持部１ａを矢印α２１方向に回転させ、把持部１ｂを矢印α３１方向に回転させる。一方、物を挟んだ状態から、把持部１ａと把持部１ｂとを離す際には、把持部１ａを矢印α２２方向に回転させ、把持部１ｂを矢印α３２方向に回転させる。
【００７１】  そのため、第１プーリ３ａには、第１プーリ３ａを図６、図７の矢印α２１、α２２方向に回転させる第１ワイヤｗ１が掛けられている。一方、第２プーリ３ｂには、第２プーリ３ｂを図６の矢印α３１、α３２方向に回転させる第２ワイヤｗ２が掛けられている。第１関節２を構成する第１アーム４の連結部４ａには、円柱形状のローラベース６が回転自在に支持されている。
【００７２】  ローラベース６には、第１ワイヤｗ１を案内する第１ガイドローラ８ａ、第２ガイドローラ９ａおよび第３ガイドローラ１０ａ、第４ガイドローラ１１ａが回転自在に支持されている。また、ローラベース６には、第２ワイヤｗ２を案内する第１ガイドローラ８ｂ、第２ガイドローラ９ｂおよび第３ガイドローラ１０ｂ、第４ガイドローラ１１ｂが回転自在に支持されている。
【００７３】  ローラベース６は、第１アーム４の連結部４ａに外周部６ｇで摺動することで、第１関節２の回転中心Ｃ１またはその近くを中心として、回転自在に支持されている。すなわち、ローラベース６は、第１アーム４、第２アーム５、および第１関節２の動作とは、独立して回転動作が自在に行われる構成である。
【００７４】  円柱形状のローラベース６の一方の底面側には第１ガイドローラ８ａ、８ｂと、第２ガイドローラ９ａ、９ｂとが回転自在に支持されている。図８、図９に示すように、ローラベース６の他方の底面側には第３ガイドローラ１０ａ、１０ｂと、第４ガイドローラ１１ａ、１１ｂとが回転自在に支持されている。
【００７５】  ここで、ガイドローラ（８、９）間の第１ワイヤｗ１、第２ワイヤｗ２を案内する中心および／またはガイドローラ（１０、１１）間の第１ワイヤｗ１、第２ワイヤｗ２を案内する中心１０Ｏ（図１１（ａ）、（ｂ））は、ローラベース６の回転中心６Ｏと一致またはほぼ一致させている。これにより、ワイヤ（ｗ１、ｗ２）の経路長の変化を抑えることができる。
【００７６】  ＜ローラベース６と第１〜第４ガイドローラ８〜１１＞  図１０は、ローラベース６と第１〜第４ガイドローラ８〜１１とを示す斜視図である。ローラベース６は、金属、樹脂等を用いて円柱形状に形成されている。ローラベース６の軸方向に沿って、第１挿通孔６ａと第２挿通孔６ｂとが貫設されている。第１挿通孔６ａは第１ガイドローラ８（８ａ、８ｂ）、第３ガイドローラ１０（１０ａ、１０ｂ）を設けるための孔である。第２挿通孔６ｂは、第２、第４ガイドローラ９（９ａ、９ｂ）、１１（１１ａ、１１ｂ）を設けるための孔である。ガイドローラ（８ａ〜１１ｂ）は、例えば、ステンレスが使用される。なお、ガイドローラ（８ａ〜１１ｂ）は、摩擦、耐候性、滅菌等の条件を満たせば、その他の金属、樹脂等で構成してもよい。
【００７７】  第１挿通孔６ａには、第１支持軸１２の軸部１２ｂが第１ガイドローラ８ａ、８ｂを挿通して、圧入等で固定されている。第１支持軸１２は、軸部１２ｂと径が大きい頭部１２ａとを有している。第１ガイドローラ８ａ、８ｂは、第１支持軸１２の軸部１２ｂが貫通されて回転自在に支持されている。第１ガイドローラ８ａ、８ｂは、ローラベース６と第１支持軸１２の頭部１２ａとの間に介装されている。
【００７８】  また、反対側の第１挿通孔６ａには、第３支持軸１４の軸部１４ｂが第３ガイドローラ１０ａ、１０ｂを挿通して、圧入等で固定されている。第３支持軸１４は、軸部１４ｂと径が大きい頭部１４ａとを有している。第３ガイドローラ１０ａ、１０ｂは、第３支持軸１４の軸部１４ｂが貫通されて回転自在に支持されている。第３ガイドローラ１０ａ、１０ｂは、ローラベース６と第３支持軸１４の頭部１４ａとの間に介装されている。
【００７９】  第２挿通孔６ｂには、第２支持軸１３の軸部１３ｂが第２ガイドローラ９ａ、９ｂを挿通して、圧入等で固定されている。第２支持軸１３は、軸部１３ｂと径が大きい頭部１３ａとを有している。第２ガイドローラ９ａ、９ｂは、第２支持軸１３の軸部１３ｂが貫通されて回転自在に支持されている。第２ガイドローラ９ａ、９ｂは、ローラベース６と第２支持軸１３の頭部１３ａとの間に介装されている。
【００８０】  また、反対側の第２挿通孔６ｂには、第４支持軸１５の軸部１５ｂが第４ガイドローラ１１ａ、１１ｂを挿通して、圧入等で固定されている。第４支持軸１５は、軸部１５ｂと径が大きい頭部１５ａとを有している。第４ガイドローラ１１ａ、１１ｂは、第４支持軸１５の軸部１５ｂが貫通されて回転自在に支持されている。第４ガイドローラ１１ａ、１１ｂは、ローラベース６と第４支持軸１５の頭部１５ａとの間に介装されている。
【００８１】  図６に示すように、第１ガイドローラ８ａと第２ガイドローラ９ａとの間には、第１ワイヤｗ１が掛け渡されている。そして、第１ワイヤｗ１は、第１プーリ３ａに掛けられ、図８に示すように、ローラベース６の他方側に回転自在に支持される第３ガイドローラ１０ａと第４ガイドローラ１１ａとに挟まれ案内されている。
【００８２】  図７に示すように、第１ガイドローラ８ｂと第２ガイドローラ９ｂとの間には、第２ワイヤｗ２が掛け渡されている。そして、第２ワイヤｗ２は、第２プーリ３ｂに掛けられ、図９に示すように、ローラベース６の他方側に回転自在に支持される第３ガイドローラ１０ｂと第４ガイドローラ１１ｂとに挟まれ案内されている。第１ワイヤｗ１と第２ワイヤｗ２とは、第１関節２の回転中心Ｃ１またはその近くを通るように配置されている。
【００８３】  ＜鉗子装置Ｋの第１関節２での屈曲動作＞  上述の構成により、鉗子装置Ｋは下記の第１の屈曲動作を行う。図１１（ａ）は、図８のＤ方向矢視図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の状態から第１関節２が屈曲した状態を示す図である。
【００８４】  鉗子装置Ｋは、図１１（ａ）の状態から、第３ワイヤｗ３を図１１（ａ）のβ３１方向に引くことにより、第２アームプーリ５ａが回転中心Ｃ１を中心に回動し、図１１（ｂ）に示すように、第２アーム５を第１アーム４に対して、回転中心Ｃ１周りに回動させる（図１１（ａ）の矢印α１２方向）。
【００８５】  一方、鉗子装置Ｋは、図１１（ａ）の状態から、第３ワイヤｗ３を図１１（ａ）のβ３２方向に引くことにより、第２アームプーリ５ａが回転中心Ｃ１を中心に回動し、第２アーム５を第１アーム４に対して、回転中心Ｃ１周りに、図１１（ｂ）の第２アーム５の反対側に回動させることができる（図１１（ａ）の矢印α１１方向）。
【００８６】  ＜鉗子装置Ｋの第２関節３での把持動作＞  把持部１ａ、１ｂで物を挟むには、図６に示すように、第１ワイヤｗ１を矢印β１１方向に移動させ、第１プーリ３ａと把持部１ａとを回転中心Ｃ２周りに矢印α２１方向に回転させる。また、第２ワイヤｗ２を矢印β２１方向に移動させることで、第２プーリ３ｂと把持部１ｂとを回転中心Ｃ２周りに矢印α３１方向に回転させる。
【００８７】  一方、把持部１ａと把持部１ｂとで物を挟んだ状態から離す際には、図６に示すように、第１ワイヤｗ１を矢印β１２方向に移動させることで、第１プーリ３ａと把持部１ａとを回転中心Ｃ２周りに矢印α２２方向に回転させる。また、第２ワイヤｗ２を矢印β２２方向に移動させることで、第２プーリ３ｂと把持部１ｂとを回転中心Ｃ２周りに矢印α３２方向に回転させる。
【００８８】  ＜鉗子装置Ｋの第２関節３での屈曲動作＞  上述の構成により、鉗子装置Ｋは下記の第２の屈曲動作を行う。把持部１ａ、１ｂを同時に一方の方向に屈曲させるには、図６に示すように、第１ワイヤｗ１を矢印β１１方向に移動させ、第１プーリ３ａと把持部１ａとを回転中心Ｃ２周りに矢印α２１方向に回転させる。また、第２ワイヤｗ２を矢印β２２方向に移動させることで、第２プーリ３ｂと把持部１ｂとを回転中心Ｃ２周りに矢印α３２方向に回転させる。これにより、第２関節３において、把持部１ａ、１ｂ全体を回転中心Ｃ２周りに矢印α２１（矢印α３２方向）へ屈曲させることができる。
【００８９】  一方、把持部１ａ，１ｂを同時に他方の方向に屈曲させるには、図６に示すように、第１ワイヤｗ１を矢印β１２方向に移動させることで、第１プーリ３ａと把持部１ａとを回転中心Ｃ２周りに矢印α２２方向に回転させる。また、第２ワイヤｗ２を矢印β２１方向に移動させることで、第２プーリ３ｂと把持部１ｂとを回転中心Ｃ２周りに矢印α３１方向に回転させる。これにより、第２関節３において、把持部１ａ、１ｂ全体を回転中心Ｃ２周りに矢印α２２（矢印α３１方向）へ屈曲させることができる。
【００９０】  ＜鉗子装置Ｋにおけるワイヤｗ１、ｗ２、ｗ３と、ハウジング２０におけるワイヤ３５ａ、３５ｂ、３５ｃとの関係＞  鉗子装置には３組のワイヤｗ１、ｗ２、ｗ３が用いられており、それぞれの役割が異なる。例えば、第１ワイヤｗ１は、ハウジング２０におけるワイヤ３５ａがシャフト１１１内を通って延びたものであり、第２ワイヤｗ２は、ハウジング２０におけるワイヤ３５ｃがシャフト１１１内を通って延びたものであり、第３ワイヤｗ３は、ハウジング２０におけるワイヤ３５ｂがシャフト１１１内を通って延びたものである。
【００９１】  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や把持部の開閉動作が可能となる。本実施形態に係る術具１００は、３本（３組）のワイヤを介して、鉗子装置Ｋの各部の動きが制御される。
【００９２】  ＜作用および効果＞  （１）本実施の形態に係る術具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複数の駆動子３１ａ、３１ｂ、３１ｃと、複数の駆動子３１ａ、３１ｂ、３１ｃにそれぞれ固定され、複数の駆動子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの直線的な動きを鉗子装置Ｋへ伝達する複数のワイヤ３５ａ、３５ｂ、３５ｃと、を備える。鉗子装置Ｋは、複数のワイヤ３５ａ、３５ｂ、３５ｃの全部または一部が引かれることで屈曲動作および開閉動作の少なくともいずれかを行うように構成されている。
【００９３】  これにより、複数の駆動子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの直線的な動きを複数のワイヤ３５ａ（および第１ワイヤｗ１）、３５ｂ（および第３ワイヤｗ３）、３５ｃ（および第２ワイヤｗ２）で鉗子装置Ｋへ伝達するとともに、複数のワイヤ３５ａ、３５ｂ、３５ｃの全部または一部が引かれることで屈曲動作および開閉動作の少なくともいずれかを行える。また、ワイヤ３５ａ、３５ｂ、３５ｃが伝達する駆動子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。
【００９４】  また、本実施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に固定されているワイヤ３５ａ、駆動子３１ｂに固定されているワイヤ３５ｂおよび駆動子３１ｃに固定されているワイヤ３５ｃである。これにより、駆動子３１ａ、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。
【００９５】  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。
【００９６】  鉗子装置Ｋは、第１ワイヤｗ１、第２ワイヤｗ２および第３ワイヤｗ３の動きにより、第１の屈曲動作（回転中心Ｃ１周りの回動）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（回転中心Ｃ２周りの回動）と、開閉動作（回転中心Ｃ２周りの把持部１ａ、１ｂの開閉）と、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の直線的な動きで実現できる。
【００９７】  鉗子装置Ｋは、第１ワイヤｗ１および第２ワイヤｗ２の動きにより第２の屈曲動作（回転中心Ｃ２周りの回動）および開閉動作（回転中心Ｃ２周りの把持部１ａ、１ｂの開閉）を実現し、第３ワイヤｗ３の動きにより第１の屈曲動作（回転中心Ｃ２周りの回動）を実現するように構成されている。
【００９８】  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。
【００９９】  例えば、上記の実施形態においては、第１ワイヤｗ１はワイヤ３５ａがシャフト１１１内を通って延びたものであり、第２ワイヤｗ２はワイヤ３５ｃがシャフト１１１内を通って延びたものであり、第３ワイヤｗ３はワイヤ３５ｂがシャフト１１１内を通って延びたものである。しかしながら、第２ワイヤｗ２がワイヤ３５ｂの延びたものであり、第３ワイヤｗ３がワイヤ３５ｃの延びたものであってもよい。
【０１００】  また、上記の実施形態においては、第１ワイヤｗ１および第２ワイヤｗ２が協働することで、第１の屈曲動作と屈曲方向が異なる第２の屈曲動作と、鉗子先端の把持部による把持動作（開閉動作）と、を実現している。しかしながら、第１ワイヤｗ１および第２ワイヤｗ２の一方で第２の屈曲動作を、他方で把持動作を実現するように、鉗子装置Ｋを構成してもよい。なお、鉗子装置Ｋにおけるワイヤｗ１、ｗ２、ｗ３と、ハウジング２０におけるワイヤ３５ａ、３５ｂ、３５ｃとの対応は、発明を実現するに当たり上述の組合せ以外であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】  本発明は、医療用の術具に利用できる。
【符号の説明】
【０１０２】  １ａ，１ｂ…把持部、Ｃ１…回転中心、ｗ１…第１ワイヤ、２…第１関節、Ｃ２…回転中心、ｗ２…第２ワイヤ、３…第２関節、ｗ３…第３ワイヤ、４…第１アーム、５…第２アーム、２０…ハウジング、２６，２６ａ，２６ｃ，２６ｄ…ガイドプーリ、３１，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ…駆動子、３５，３５ａ，３５ｂ，３５ｃ…ワイヤ、４１，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ…プーリ、１００…術具、１０２…アダプタ、１０３…動力伝達部、１０４…動力部、１１１…シャフト。
【要約】  術具の駆動が比較的簡素な新たな構成とするべく、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複数の駆動子（３１ａ，３１ｂ，３１ｃ）と、前記複数の駆動子にそれぞれ固定され、複数の駆動子の直線的な動きを鉗子装置へ伝達する複数のワイヤ（３５ａ，３５ｂ，３５ｃ）と、を備え、前記鉗子装置は、前記複数のワイヤの全部または一部が引かれることで屈曲動作および開閉動作の少なくともいずれかを行うように構成されている。【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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