(57)【要約】  【課題】  隣り合う２つの関節部における後端側の関節部における引っかかり現象（かじり現象）の発生を抑制し、予期しない屈曲動作の停止を防止して機構の動作の円滑化を図り、多節スライダ・リンク機構を有する装置を円滑に安定して動作させる。  【解決手段】  複数の関節部から構成した多節スライダ・リンク機構は、先端側の第１関節部５０における屈曲動作の終了後に、後端側の第２関節部５１における屈曲動作が開始する。同一側に屈曲し、かつ隣り合う第１関節部５０および第２関節部５１において、第２関節部５１の屈曲動作の開始に要するモーメントの大きさを、第１関節部５０の屈曲動作に要するモーメントの大きさより大きくする。第２関節部５１の接合部５１ａを構成する２つのフレームのそれぞれの接合面を順テーパ面として、屈曲動作に伴って力が大きくなるようにする。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の関節部を有して屈曲可能に構成された可動手段を有し、
上記複数の関節部のうちの、互いに同一側に屈曲可能に構成され、かつ隣り合う先端側の第１関節部および後端側の第２関節部において、第１関節部における屈曲動作の終了後に第２関節部における屈曲動作が開始するように構成された多節スライダ・リンク機構であって、
上記第２関節部の屈曲動作の開始に要するモーメントの大きさが、上記第１関節部の屈曲動作に要するモーメントの大きさより大きい
ことを特徴とする多節スライダ・リンク機構。
【請求項２】
上記第２関節部が、上記屈曲動作の屈曲方向に垂直な回転軸を有し、
上記回転軸を共通として、上記第２関節部を構成する、第１の骨組部材と第２の骨組部材とにおいて、
上記第１の骨組部材が第１の結合部を有し、
上記第２の骨組部材が第２の結合部を有し、
上記第１の結合部と上記第２の結合部とが上記回転軸を共通として連結され、
上記第２関節部の屈曲動作に伴って、上記第１の結合部および上記第２の結合部の間において上記回転軸に沿った方向に生じる力が増加するように構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の多節スライダ・リンク機構。
【請求項３】
上記第１の結合部における上記第２の結合部との接触面と、上記第２の結合部における上記第１の結合部との接触面とが、屈曲していない状態において互いの接触面同士が倣う形状の順テーパ面となっている
ことを特徴とする請求項２記載の多節スライダ・リンク機構。
【請求項４】
先端側の部分に複数の関節部を有して屈曲可能に構成された可動手段と、
上記可動手段に駆動力を伝達可能に構成された駆動力伝達手段とを有し、
上記複数の関節部のうちの、互いに同一側に屈曲可能に構成され、かつ隣り合う先端側の第１関節部および後端側の第２関節部において、第１関節部における屈曲動作の終了後に第２関節部における屈曲動作が開始するように構成され、
上記第２関節部の屈曲動作の開始に要するモーメントの大きさが、上記第１関節部の屈曲動作に要するモーメントの大きさより大きい
ことを特徴とする屈曲動作部材。
【請求項５】
先端側の部分に複数の関節部を有して屈曲可能に構成された可動手段と、
上記可動手段を動作させるための駆動力を発生可能に構成された駆動力発生手段と、
上記駆動力発生手段により発生された駆動力を上記可動手段に伝達可能に構成された駆動力伝達手段とを有し、
上記複数の関節部のうちの、互いに同一側に屈曲可能に構成され、かつ隣り合う先端側の第１関節部および後端側の第２関節部において、第１関節部における屈曲動作の終了後に第２関節部における屈曲動作が開始するように構成され、
上記第２関節部の屈曲動作の開始に要するモーメントの大きさが、上記第１関節部の屈曲動作に要するモーメントの大きさより大きい
ことを特徴とするマニピュレータ。
【請求項６】
上記可動手段の先端に、少なくとも一方の鉗子部材が回転可能に構成された一対の鉗子部材が設けられ、
上記駆動力発生手段において発生された駆動力が、上記駆動力伝達手段によって伝達されることにより、上記一対の鉗子部材により固形物を把持可能に構成されている
ことを特徴とする請求項５記載のマニピュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、多節スライダ・リンク機構、屈曲動作部材およびマニピュレータに関し、特に、複数の関節部を有し、隣り合う２つの関節のうちの先端側の関節の屈曲動作の終了後に後端側の屈曲動作が開始される多節スライダ・リンク機構を有するマニピュレータに適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、外科手術の発達の一分野として重要なものの一つに低侵襲外科手術を挙げることができる。
【０００３】
すなわち、通常、外科手術においては、治療を行う際に治療を施す部位のみならず、この治療部位に到達するまでのアプローチパスの確保および手術作業領域の確保のために、正常な組織の切開などが必要となる。たとえば、胆嚢を摘出する場合においては、おなかの皮および筋肉を切り、腹腔内にハサミなどの手術器具を挿入する必要がある。
【０００４】
そこで、手術時において患者に対するダメージ、およびダメージを与える可能性を低減した手術が必要となり、このようなダメージを抑制することができる手術として、低侵襲手術が採用されている。
【０００５】
しかしながら、患者に対するダメージの低減という利点を有する低侵襲手術においては、低侵襲性の実現のため、種々の問題を有している。その問題点は、主として、手術に用いられる腹腔鏡や長鉗子などの手術器具の有する自由度の低さが原因である。
【０００６】
具体的には、これらの手術器具が腹壁上の切開孔やトロカールを通じて腹腔内に導入されるため、切開孔などの点がほぼ固定されていることを考慮すると、患部へのアプローチは限られた方向からのみとなる。これによって、手術手技の制限をもたらす結果となり、手術の難易度が上がってしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、このような問題を解決するため、従来の手術器具に新たな自由度を付加したマニピュレータの開発が進められ、種々の提案がされている。
【０００８】
このようなマニピュレータに関する開発に伴って、多節スライダ・リンク機構を用いた鉗子マニピュレータが提案されている。この鉗子マニピュレータの多節スライダ・リンク機構の部分を図６に示す。
【０００９】
図６に示すように、この従来技術による鉗子マニピュレータにおいては、スライダ・リンク機構の１自由度の屈曲機構が３つのフレーム１０１，１０２，１０３と、±４５度に回転可能な２ピンの回転軸１０４，１０５（２ピンジョイント）と、駆動用リンク節１０６，１０７，１０８と、拘束用リンク節１０９，１１０とから構成されている。
【００１０】
そして、駆動用リンク節１０８を所定方向にスライドさせることによって、それぞれのフレーム１０１，１０２，１０３に対して、回転軸１０４，１０５の周りのモーメントを与える。また、拘束用リンク節１０９，１１０は、先端側のフレーム１０１が±４５度回転した後に、初めて２番目のフレームが回転動作を開始するように、動作に制限をかけるためのリンク節である。
【００１１】
このような構成によって、１自由度について両側±９０度の屈曲が可能となる。そして
、この１自由度屈曲機構を、その屈曲する方向において互いに９０度になるように前後に２つ連結させることにより、互いに独立して９０度まで屈曲可能なマニピュレータを構成することができる。
【特許文献１】特開平９−２７６２８９号公報
【非特許文献１】山下、他３名、”多節スライダ・リンク機構を用いた内視鏡下外科手術用屈曲鉗子マニピュレータの開発”：第１２回コンピュータ支援画像診断学会大会・第１１回日本コンピュータ外科学会大会合同論文集，p.129-130,2002
【非特許文献２】山下、他３名、”多節スライダ・リンク機構を用いた内視鏡下外科手術用多自由度マニピュレータの開発”：第４１回日本エム・イー学会大会抄録論文集，p.66
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来の多節スライダ・リンク機構およびこれを有するマニピュレータにおいては、次のような問題があった。
【００１３】
すなわち、上述したように、多節スライダ・リンク機構は、端部が所定角度に切削された３つのフレーム１０１，１０２，１０３と、これらのフレーム１０１，１０２，１０３が相互に連結された２つの関節部を有して構成されている。
【００１４】
そして、通常の屈曲動作においては、図７Ａに示すように、まず、第１関節部２０１が屈曲動作を行い、この第１関節部２０１の屈曲動作の終了後に、第２関節２０２の屈曲動作が実行される。すなわち、第２関節部２０２の屈曲動作は、第１関節部２０１の屈曲動作完了まで開始されないように構成されている。
【００１５】
しかしながら、図７Ｂに示すように、フレーム１０１，１０２，１０３自体の自重や、そのほかの外力の作用を受けることによって、第１関節部２０１の屈曲動作終了前に第２関節部２０２が屈曲してしまったり、本来の第２関節部２０２の屈曲方向に対して、若干逆向きに屈曲してしまったりすることがある。
【００１６】
第２関節部２０２において、このような屈曲が生じると、図７Ｂに示すように、拘束用リンク１０９とフレーム１０２の内壁面とのなす角度θ2が、図７Ａに示す通常の屈曲動
作時における角度θ1に比して、大きな角度になる。
【００１７】
これによって、拘束用リンク１０９によりフレーム１０２の内壁に作用する力が大きくなるため、拘束用リンク１０９とフレーム１０２との間の摩擦力が大きくなり、多節スライダ・リンク機構のリンク部分に、引っかかり、いわゆる「かじり」と称される現象が発生する。そして、この「かじり」という現象が発生すると、この多節スライダ・リンク機構自体が動かなくなるという問題があった。
【００１８】
したがって、この発明の目的は、隣り合う２つの関節部における後端側の関節部である第２関節部における引っかかり現象（かじり現象）の発生を抑制して予期しない屈曲動作の停止を防止し、機構の動作の円滑化を図ることによって、多節スライダ・リンク機構を有する装置を円滑に安定して動作させることができる多節スライダ・リンク機構、屈曲動作部材および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】
【００１９】
上記目的を達成するために、この発明の第１の発明は、
複数の関節部を有して屈曲可能に構成された可動手段を有し、
複数の関節部のうちの、互いに同一側に屈曲可能に構成され、かつ隣り合う先端側の第１関節部および後端側の第２関節部において、第１関節部における屈曲動作の終了後に第
２関節部における屈曲動作が開始するように構成された多節スライダ・リンク機構であって、
第２関節部の屈曲動作の開始に要するモーメントの大きさが、第１関節部の屈曲動作に要するモーメントの大きさより大きい
ことを特徴とする多節スライダ・リンク機構である。
【００２０】
この発明の第２の発明は、
先端側の部分に複数の関節部を有して屈曲可能に構成された可動手段と、
可動手段に駆動力を伝達可能に構成された駆動力伝達手段とを有し、
複数の関節部のうちの、互いに同一側に屈曲可能に構成され、かつ隣り合う先端側の第１関節部および後端側の第２関節部において、第１関節部における屈曲動作の終了後に第２関節部における屈曲動作が開始するように構成され、
第２関節部の屈曲動作の開始に要するモーメントの大きさが、第１関節部の屈曲動作に要するモーメントの大きさより大きい
ことを特徴とする屈曲動作部材である。
【００２１】
この発明の第３の発明は、
先端側の部分に複数の関節部を有して屈曲可能に構成された可動手段と、
可動手段を動作させるための駆動力を発生可能に構成された駆動力発生手段と、
駆動力発生手段により発生された駆動力を可動手段に伝達可能に構成された駆動力伝達手段とを有し、
複数の関節部のうちの、互いに同一側に屈曲可能に構成され、かつ隣り合う先端側の第１関節部および後端側の第２関節部において、第１関節部における屈曲動作の終了後に第２関節部における屈曲動作が開始するように構成され、
第２関節部の屈曲動作の開始に要するモーメントの大きさが、第１関節部の屈曲動作に要するモーメントの大きさより大きい
ことを特徴とするマニピュレータである。
【００２２】
この発明において、典型的には、第２関節部は、屈曲動作の屈曲方向に垂直な回転軸を有し、回転軸を共通として、第２関節部を構成する、第１の骨組部材と第２の骨組部材とにおいて、第１の骨組部材が第１の結合部を有し、第２の骨組部材が第２の結合部を有し、第１の結合部と第２の結合部とが回転軸を共通として連結され、第２関節部の屈曲動作に伴って、第１の結合部および第２の結合部の間において回転軸に沿った方向に生じる力が増加するように構成されている。
【００２３】
この発明において、具体的には、第１の結合部における第２の結合部との接触面と、第２の結合部における第１の結合部との接触面とが、屈曲していない状態において互いの接触面同士が倣う形状を有する順テーパ面となっている。
【００２４】
この発明において、典型的には、第２関節部における屈曲動作に伴って、第２関節部が屈曲していない状態に復帰する方向にモーメントが作用されるように構成されている。
【００２５】
この発明において、典型的には、可動手段の先端に、少なくとも一方の鉗子部材が回転可能に構成された一対の鉗子部材が設けられ、駆動力発生手段において発生された駆動力が、駆動力伝達手段によって伝達されることにより、一対の鉗子部材により固形物を把持可能に構成されている。
【００２６】
この発明の技術的思想は、必ずしも上述の組み合わせに限定されるものではなく、上述した複数の発明を、適宜、任意に組み合わせることにより実現される技術的思想をも包含するものである。
【発明の効果】
【００２７】
以上説明したように、この発明による多節スライダ・リンク機構、屈曲動作部材およびマニピュレータによれば、同一方向に屈曲するように構成された隣り合う２つの関節部のうちの後端側の第２関節部における引っかかり現象（かじり現象）の発生を抑制して、予期しない屈曲動作の停止を防止し、機構の動作の円滑化を図ることができるので、多節スライダ・リンク機構を有する装置を円滑に安定して動作させることができる。
【００２８】
また、この発明による多節スライダ・リンク機構、屈曲動作部材およびマニピュレータによれば、低侵襲手術に用いられる場合においても、屈曲動作部材やマニピュレータの多節スライダ・リンク機構における、引っかかり（かじり）現象を防止して、機構を円滑に作動させることができ、屈曲動作部材やマニピュレータの動作を安定させることができるので、安全性を維持しつつ、術者による低侵襲手術の容易化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、この発明の一実施形態によるマニピュレータについて図面を参照しつつ説明する。図１に、この一実施形態によるマニピュレータの全体構造を示す。
【００３０】
（マニピュレータ）
図１Ａに示すように、この一実施形態によるマニピュレータは、駆動力発生手段としてのアクチュエータ部１と、ジョイント式屈曲鉗子部２とから構成されている。
【００３１】
アクチュエータ部１は、主にステンレス綱（ＳＵＳ３０４）から構成され、筐体としてのアウターケース１１、３つのモータベース１２ａに備えられた３個の減速機付モータ１２、連結プレート１３ａおよび連結スプリング１３ｂを備えた、第２の連結部としての３本のジョイントアーム１３、ジョイントアーム１３をガイドするためのアームガイド１４、ベアリングベース１５、ガイドベース１６、ベアリングケース１７および、カップリング１８を有して構成されている。
【００３２】
また、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、アクチュエータ部１のアウターケース１１におけるジョイント部１９の側には、ジョイント式屈曲鉗子部２のジョイント部１９と連結させるための連結ガイド溝１１ａが、例えばＬ字状に形成されている。
【００３３】
このアクチュエータ部１においては、減速機付モータ１２により駆動力が発生されるように構成されている。そして、この駆動力が、ベアリングケース１７およびカップリング１８を通じて、ジョイントアーム１３に伝達される。
【００３４】
このジョイントアーム１３は、駆動力を、ジョイント式屈曲鉗子部２の先端の可動手段である鉗子部に伝達するためのものである。また、ジョイントアーム１３は、駆動力の発生に伴う駆動に応じて、アクチュエータ部１の長手方向に移動可能に構成されている。
【００３５】
ジョイント式屈曲鉗子部２は、先端側の、多節スライダ・リンク機構からなる鉗子部材としての把持部を有する屈曲鉗子部３０と、他端側の、アクチュエータ部１と連結するためのジョイント部１９とが、中空部を有するフレーム２４により、連結されて構成されている。
【００３６】
これらのうちのジョイント部１９は、ジョイントケース１９ａおよびグリップベース１９ｂと、アクチュエータ部１との着脱時において留め具として連結ガイド溝１１ａに嵌め合わされる着脱ピン２０とを有して構成されている。
【００３７】
ジョイントケース１９ａの内部には、第１の連結部として、上述した３本のジョイントアーム１３とそれぞれ連結可能に構成された、３組の連結ピン２１およびロケートベース２２が設けられている。これらの３組の連結ピン２１およびロケートベース２２は、それぞれ駆動力を先端側の屈曲鉗子部３０に伝達する３本のリンク部材２３におけるジョイント部１９側の一端にそれぞれ設けられている。
【００３８】
ここで、この連結ピン２１およびロケートベース２２とジョイントアーム１３との連結に関して、図面を参照しつつ説明する。図２Ａに、この一実施形態によるジョイントアーム１３を示し、図２Ｂに、この一実施形態によるリンク部材２３の一端の連結ピン２１およびロケートベース２２を示し、図２Ｃに、分離時と結合時とにおける、連結ピン２１およびロケートベース２２と、ジョイントアーム１３との位置関係の、図１のＣ−Ｃ線に沿った断面図を示す。
【００３９】
図２Ａに示すように、この一実施形態によるジョイントアーム１３は、連結プレート１３ａとアーム本体１３ｅとから構成されている。連結プレート１３ａは、ジョイントケース１９ａ側の一端の近傍に開口１３ｃが形成されているとともに、アーム本体１３ｅの外側が山型になるように「く字形」に折れ曲がった、板状の部材からなる。また、連結プレート１３ａは、板状の面に対してほぼ垂直な方向に、付勢力を有しつつたわむように構成されている。
【００４０】
また、図２Ｂに示すように、この一実施形態によるロケートベース２２は、板状に構成されているとともに、連結ピン２１の設けられた部分が段差形状となり、凸状に形成されている。また、この板状のロケートベース２２の一端部がリンク部材２３の一端部を固定するようにして折り曲げられて、リンク部材２３の一端部と接続されている。また、この一実施形態においては、連結ピン２１は、ロケートベース２２の段差状に形成された面のほぼ中央部分に設けられている。すなわち、この連結ピン２１は、上述したジョイントアーム１３の連結プレート１３ａの開口１３ｃと嵌合可能な位置に設けられている。
【００４１】
（アクチュエータ部とジョイント式屈曲鉗子部との連結）
次に、これらの連結ピン２１と開口１３ｃとの嵌合について説明する。
【００４２】
まず、アクチュエータ部１とジョイント式屈曲鉗子部２とを連結させる。すなわち、ジョイント式屈曲鉗子部２の着脱ピン２０を、アクチュエータ部１の連結ガイド溝１１ａ（図１Ｂ参照）に嵌入させることにより、ジョイントアーム１３がジョイント式屈曲鉗子部２のジョイント部１９の内部に進入していく。このとき、連結ピン２１およびロケートベース２２と、ジョイントアーム１３との最初の位置関係は、図２Ｃにおける点線部（分離時側）となる。
【００４３】
その後、連結ガイド溝１１ａの形状に沿って嵌入を進めると、アクチュエータ部１とジョイント式屈曲鉗子部２とが中心軸の周りに互いに相対的に回転される。これにより、連結ピン２１およびロケートベース２２とジョイントアーム１３との断面側からの位置関係は、図２Ｃにおける実線部（接合側）となる。このアクチュエータ部１とジョイント式屈曲鉗子部２とが中心軸の周りに互いに相対的に回転されて連結されたのみでは、連結ピン２１と開口１３ｃとの嵌合がされていない状態となる。このときの状態を図３Ａに示す。
【００４４】
図３Ａに示すように、アクチュエータ部１とジョイント式屈曲鉗子部２とが連結された当初の状態では、連結ピン２１および開口１３ｃはほぼ同一の面内に位置しているが、いずれも嵌合していない状態となる。
【００４５】
その後、図３Ｂに示すように、減速機付モータ１２を駆動させることによって、ジョイ
ントアーム１３を連結ピン２１側に進行させる。このジョイントアーム１３の進行に伴って、アーム本体１３ｅの連結プレート１３ａ側の部分が、ロケートベース２２の段差状の部分によって案内されるように進行する。これとともに、連結プレート１３ａの先端部分が連結ピン２１の上端を摺接するように持ち上げられ、弾性力を発生しつつたわむように変形される。
【００４６】
その後、ジョイントアーム１３をさらに進行させると、図３Ｃに示すように、開口１３ｃと連結ピン２１とが合致して、さらに連結プレート１３ａに生じていた弾性力により、連結プレート１３ａの開口１３ｃと連結ピン２１とが嵌合される。
【００４７】
これらの一連の動作によって、連結ピン２１と開口１３ｃとが嵌合されて、ジョイントアーム１３とロケートベース２２とが連結される。これにより、減速機付モータ１２により発生される駆動力を、ジョイントアーム１３およびロケートベース２２を通じて、リンク部材２３に伝達させることが可能となる。
【００４８】
なお、アクチュエータ部１とジョイント式屈曲鉗子部２とを取り外す際には、上述の結合と逆の動作を行う。すなわち、アクチュエータ部１とジョイント式屈曲鉗子部２とをそれらの中心軸の周りに、図２Ｃに示す分離時側に回転させる。これにより、ジョイントアーム１３は、ロケートベース２２における連結ピン２１の突出側に持ち上げられ、連結ピン２１と開口１３ｃとの嵌合が外される。その後、連結ガイド溝１１ａの形状に沿って、着脱ピン２０を外す方向に移動させる。以上により、アクチュエータ部１とジョイント式屈曲鉗子部２とが分離される。
【００４９】
通常、手術においては、手術用具を頻繁に交換する必要があるが、アクチュエータ部１とジョイント式屈曲鉗子部２との構成を、上述のように連結可能および取り外し可能に構成することによって、重量があるアクチュエータ部１を交換することなく、エンドエフェクタ部としてのジョイント式屈曲鉗子部２のみを交換することができるので、必要な用具を効率よく短時間で交換することが可能となる。
【００５０】
また、ジョイント式屈曲鉗子部２などのエンドエフェクタ部におけるジョイント部１９を、上述のように構成することによって、アクチュエータ部１を複数種類のエンドエフェクタ部で共用することが可能となるため、低コスト化を図ることができる。また、エンドエフェクタ部とアクチュエータ部１とを分離可能に構成することにより、洗浄や滅菌なども容易に行うことが可能となる。
【００５１】
また、アクチュエータ部１とジョイント式屈曲鉗子部２との連結状態下において、減速機付モータ１２の駆動力を伝達する３本のリンク部材２３は、円筒状で中空部分を有するフレーム２４に収納されている。
【００５２】
（気体漏出防止機構）
このフレーム２４とジョイント部１９との連結部分の内部には、リンク部材２３を保持する、例えばポリカーボネート（ＰＣ）からなるリンクベース２５が設けられている。
【００５３】
また、図４に示すように、フレーム２４の内部におけるグリップベース１９ｂから先端側に向かって途中部分まで、リンクガイド部２６が封入されている。このリンクガイド部２６は、リンク部材２３ａ，２３ｂ，２３ｃをそれぞれ保持するためのものであるとともに、先端側の屈曲鉗子部３０から進入してくる気体などの流体を遮断するためのものである。これにより、気体がフレーム２４およびジョイント部１９を通じて外部に漏出するのを、フレーム２４の内部において防止することが可能となる。
【００５４】
そして、リンク部材２３ａ，２３ｂ，２３ｃがフレーム２４の長手方向に沿って駆動力を伝達する際には、これらのリンク部材２３ａ，２３ｂ，２３ｃとリンクガイド部２６とが摺接する。そのため、このリンクガイド部２６の材料としては、リンク部材２３との摺接耐久性が高く、かつ気体の透過性（通気性）の低い材料、例えばポリカーボネート（ＰＣ）などが採用される。
【００５５】
（多節スライダ・リンク機構）
このような気密性が向上されたフレーム２４内に収納されたリンク部材２３によって、駆動力が伝達される可動側の屈曲鉗子部３０は、多節スライダ・リンク機構となっている。すなわち、リンク部材２３により駆動力が伝達されることにより、フレーム２４の内部において気体の透過を防止して、気密性を維持しつつ、先端側の屈曲鉗子部３０が屈曲可能に構成されている。
【００５６】
具体的に、この一実施形態によるマニピュレータによる屈曲鉗子部３０においては、第１のフレーム３１、第２のフレーム３２、第３のフレーム３３、第４のフレーム３４および第５のフレーム３５が同軸に沿って直列に連結されて構成されている。
【００５７】
第１のフレーム３１と第２のフレーム３２とは、第１のフレームピン３６により連結され、第１関節部５０を構成している。また、第２のフレーム３２と第３のフレーム３３とは、第２のフレームピン３７により連結され、第２関節部５１を構成している。そして、これらの第１関節部５０および第２関節部５１は、同一面に沿った方向に屈曲するように構成されている。
【００５８】
具体的に、第１関節部５０が、第１のフレームピン３６を回転軸として、例えば４５度の角度まで屈曲可能に構成されているとともに、第２関節部５１が、第１関節部５０の屈曲と同じ向きに、例えば４５度の角度まで屈曲可能に構成されている。
【００５９】
したがって、第１関節部５０と第２関節部５１とにより、第３のフレーム３３から第１のフレーム３１は、例えば９０度の角度まで屈曲可能に構成されている。また、これらの第１関節部５０および第２関節部５１は、多節スライダ・リンク機構を構成しているため、第１関節部５０の屈曲動作が終了するまで、第２関節部５１の屈曲動作が開始しないようになっている。
【００６０】
また、後端側の、第３のフレーム３３と第４のフレーム３４とは、第３のフレームピン３８により連結されている。第４のフレーム３４と第５のフレーム３５とは、ガイドピン３９により連結されている。そして、これらの第３のフレーム３３、第４のフレーム３４および第５のフレーム３５は、それぞれの接合部において、それぞれ第３のフレームピン３８とガイドピン３９とを回転軸として、同一面内に沿った方向に屈曲可能に構成されている。
【００６１】
すなわち、第３のフレーム３３から第５のフレーム３５においても、第１のフレーム３１から第３のフレーム３３の場合と同様に、第１関節部５０と第２関節部５１とを有する多節スライダ・リンク機構から構成されている。
【００６２】
そして、この第３のフレーム３３から第５のフレーム３５により構成される多節スライダ・リンク機構の屈曲方向と、第１のフレーム３１から第３のフレーム３３により構成される多節スライダ・リンク機構の屈曲方向とは、互いに垂直方向になるように構成されている。
【００６３】
これにより、屈曲鉗子部３０の先端における所定面に沿った屈曲と、この面に直交する
面内に沿った屈曲とを組み合わせて、屈曲動作に関する自由度の増加が図られている。
【００６４】
（第２関節部の接合部構造）
以上の第１関節部５０および第２関節部５１を有する多節スライダ・リンク機構は、上述したように、第２関節部５１の屈曲動作が、第１関節部５０の屈曲動作完了まで開始されないとともに、第１関節部５０の屈曲する向きと第２関節部５１の屈曲向きとが同じ向きになる構成である。ところが、屈曲鉗子部３０が、それ自体の自重やそのほかの外力の作用を外部から受けることによって、第１関節部５０の屈曲動作終了前に、第２関節部５１が屈曲してしまったり、第１関節部５０における屈曲動作に対して、第２関節部５１が本来の屈曲の向きとは反対の向きに若干屈曲してしまったりすることがある。
【００６５】
この第２関節部５１に、このような現象が生じると、多節スライダ・リンク機構のリンク部分に、引っかかり、いわゆる「かじり」と称される現象が発生する場合があり、場合によっては屈曲鉗子部３０自体が動かなくなる。
【００６６】
通常、このような「かじり」を防止するためには、潤滑剤を用いる方法が考えられるが、この一実施形態によるマニピュレータを、たとえば低侵襲外科手術に用いる場合には、これらの第１関節部５０や第２関節部５１などの可動部分に、潤滑剤を用いることができず、いわゆる無潤滑動作させる必要がある。
【００６７】
そこで、この一実施形態による第２関節部５１においては、潤滑剤を用いることなく、多節スライダ・リンク機構のかじり現象を防止する構成について説明する。図５Ａに、この第２関節部５１を示し、この第２関節部５１の接合部５１ａにおけるＢ−Ｂ線に沿った部分断面図を、図５Ｂに示す。なお、以下の説明においては、第２のフレーム３２および第３のフレーム３３とから構成される第２関節部５１を例に説明するが、第４のフレーム３４と第５のフレーム３５とから構成される第２関節部５１においても同様の構成が採用される。
【００６８】
図５Ａに示すように、この一実施形態による第２関節部５１においては、それぞれの第２のフレーム３２および第３のフレーム３３の間の連結する側の一端がリング状に形成されており、互いに第２のフレームピン３７によって連結されて、接合部５１ａが構成されている。
【００６９】
そして、図５Ｂに示すように、この接合部５１ａにおいては、第２のフレーム３２および第３のフレーム３３における第２のフレームピン３７により連結されているリング状の部分が、互いにテーパ状に構成されている。
【００７０】
具体的には、第２のフレーム３２における、第３のフレーム３３との接合部５１ａの内側接触面が、根本になるほど厚みが大きい順テーパ形状に形成されているとともに、第３のフレーム３３の接合部５１ａと接する外側接触面が、屈曲されていない状態下で第２のフレーム３２の接合部５１ａにおける順テーパ形状に倣うようにして、順テーパ形状に形成されている。
【００７１】
そして、２つのフレームの順テーパ形状に形成された接合部５１ａにおいては、第２のフレームピン３７が軸となって第２関節部５１が屈曲されると、屈曲動作の進行に伴って、第２のフレーム３２および第３のフレーム３３における順テーパ形状のより厚みの大きい部分同士が重なり合うようになる。
【００７２】
このような屈曲動作に伴って、順テーパ形状の厚みの大きい部分同士が重なり合うようになると、屈曲していない状態（屈曲角度：０°）において接合部５１ａの２つの部材間
で作用しあう力に比して、その力は大きくなり、力学的に不安定な状態になる。
【００７３】
すなわち、第２関節部５１の屈曲動作が進むのに伴って、第２のフレーム３２の接合部５１ａにおける内側に作用する力が大きくなるとともに、第３のフレーム３３の接合部５１ａにおける外側に作用する力が大きくなる。これにより、接合部５１ａにおける力が大きくなって、力学的エネルギーが増加し、力学的に不安定な状態になる。
【００７４】
通常、力学的エネルギーは、その大きさが極小になるように力が作用される。そのため、第２関節部５１が屈曲している状態において、接合部５１ａには、相互作用する力が最小になる方向にモーメントが作用するため、第２関節部５１の屈曲動作に要するモーメントの大きさが、第１関節部５０を屈曲させるモーメントの大きさに比して大きくなる。
【００７５】
これとともに、第２関節部５１には、屈曲していない状態に復帰する方向に力が生じる。これにより、第２関節部５１において、所望としない屈曲動作が発生しにくくなり、外部から所定以上の力を作用させない限り屈曲動作を開始させないようにすることができる。
【００７６】
したがって、第２のフレーム３２と第３のフレーム３３との接合部５１ａにおける接合面（接触面）を、屈曲されていない状態で互いの形状に倣うように、互いに順テーパ形状とすることにより、第２関節部５１において、所望しない屈曲動作の発生を抑制することができるので、第２関節部５１での引っかかりを防止することができ、これによって、屈曲鉗子部３０の動作を円滑で、かつ安定させることが可能となる。
【００７７】
また、上述したような第２関節部５０の接合部５１ａの接合面（接触面）を順テーパ形状にする方法以外にも、第２関節部５１の屈曲に要する力の大きさを第１関節部５０の屈曲に要する力の大きさより大きくなるように構成しつつ、第２関節部５１を、その屈曲角度が０°の状態を維持しようとする力を作用させる種々の方法を採用することが可能である。
【００７８】
具体的には、第２関節部５１における接合部５１ａを、フレーム同士のしまりバメにより構成して、屈曲に要する力を大きくしたり、第２関節部５１の接合部５１ａを、ばね座金を用いて構成したりする方法を採用することも可能である。
【００７９】
また、かじり現象の原因自体を抑制するために、第２関節部５１を構成する第２のフレーム３２と、この第２関節部５１を屈曲させるための可動用リンクまたは拘束用リンク（いずれも図示せず）との接触部分の摩擦力を最小限にする方法を採用することも可能である。具体的には、可動用リンクまたは拘束用リンクを構成する材料を、フレームを構成する材料より硬度の大きい材料としたり、リンク部材に表面処理を施したりすることも可能である。
【００８０】
また、屈曲鉗子部３０の先端には、例えば６０度の角度に開き、開閉可能で所定の大きさの有体物を把持可能な可動鉗子４０が設けられている。この可動鉗子４０は、固定把持歯４０ａと移動把持歯４０ｂとからなる。
【００８１】
固定把持歯４０ａは、第１のフレーム３１の先端側に固定されている。他方、移動把持歯４０ｂは、図示省略したばねなどの弾性体と、上述した３本のリンク部材２３のうちの１本のリンク部材（例えばリンク部材２３ｃ）を通じた操作とにより、所定角度θ（例えば６０°程度）まで開閉可能に構成されている。
【００８２】
以上により、この一実施形態によるマニピュレータが構成されている。
【００８３】
なお、この発明は、必ずしもマニピュレータのみならず、多節スライダ・リンク機構を有するあらゆる装置に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】この発明の一実施形態によるマニピュレータを示す断面図および側面図である。
【図２】この発明の一実施形態によるマニピュレータにジョイントアーム、ジョイントアームと連結する連結ピン、およびアクチュエータ部とジョイント部との接合および分離における位置関係を示す図である。
【図３】この発明の一実施形態によるマニピュレータにおけるアクチュエータ部とジョイント部との連結方法を示す斜視図である。
【図４】この発明の一実施形態によるマニピュレータにおけるフレーム内のリンクガイド部を示す斜視切断面図である。
【図５】この発明の一実施形態によるマニピュレータに備えられた第２関節部および接合部を示す図である。
【図６】従来技術による多節スライダ・リンク機構を説明するための略線図である。
【図７】従来技術による多節スライダ・リンク機構における引っかかり現象（かじり現象）を説明するための略線図である。
【符号の説明】
【００８５】
１  アクチュエータ部
２  ジョイント式屈曲鉗子部
１１  アウターケース
１１ａ  連結ガイド溝
１２  減速機付モータ
１２ａ  モータベース
１３  ジョイントアーム
１３ａ  連結プレート
１３ｂ  連結スプリング
１３ｃ  開口
１３ｅ  アーム本体
１４  アームガイド
１５  ベアリングベース
１６  ガイドベース
１７  ベアリングケース
１８  カップリング
１９  ジョイント部
１９ａ  ジョイントケース
１９ｂ  グリップベース
２０  着脱ピン
２１  連結ピン
２２  ロケートベース
２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ  リンク部材
２４  フレーム
２５  リンクベース
２６  リンクガイド部
３０  屈曲鉗子部
３１  第１のフレーム
３２  第２のフレーム
３３  第３のフレーム
３４  第４のフレーム
３５  第５のフレーム
３６  第１のフレームピン
３７  第２のフレームピン
３８  第３のフレームピン
３９  ガイドピン
４０  可動鉗子
４０ａ  固定把持歯
４０ｂ  移動把持歯
５０  第１関節部
５１  第２関節部
５１ａ  接合部
１０１，１０２，１０３  フレーム
１０４，１０５  回転軸
１０６，１０７，１０８  駆動用リンク節
１０８  駆動用リンク節
１０９，１１０  拘束用リンク節
【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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