(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端のエンドエフェクタを含み、関節部を介して揺動可能な先端動作部と、
基端側から前記エンドエフェクタへと駆動力を伝達するエンドエフェクタ駆動機構と、
を備えるマニピュレータであって、
前記エンドエフェクタ駆動機構は、
基端側に設けられ、進退する駆動部材と、
前記駆動部材に一部が接続された環状の可撓性部材と、
前記駆動部材より先端側で且つ前記関節部より基端側に設けられたアイドル円柱体と、
前記先端動作部に、当該先端動作部の延在方向に進退可能に設けられた受動円柱体と、
前記アイドル円柱体と前記受動円柱体との間にある前記関節部に設けられたガイド円柱体と、
前記受動円柱体の進退動作に連動して、開閉動作する前記エンドエフェクタと、
を含み、
前記可撓性部材は、前記アイドル円柱体の両側方を通り、前記受動円柱体に巻き掛けられ、前記アイドル円柱体と前記ガイド円柱体との間で交差していることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項２】
請求項１記載のマニピュレータにおいて、
前記アイドル円柱体と前記ガイド円柱体における前記可撓性部材が巻きかけられる箇所の隙間は、前記可撓性部材の太さの１倍〜２倍であることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項３】
請求項１又は２記載のマニピュレータにおいて、
前記アイドル円柱体は、同軸上の第１層アイドル円柱体と第２層アイドル円柱体の２枚が並列して構成されることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項４】
先端のエンドエフェクタを含み、関節部を介して揺動可能な先端動作部と、
基端側から前記エンドエフェクタへと駆動力を伝達するエンドエフェクタ駆動機構と、
を備えるマニピュレータであって、
前記エンドエフェクタ駆動機構は、
基端側に設けられ、進退する駆動部材と、
前記駆動部材に一部が接続された環状の可撓性部材と、
前記駆動部材より先端側で前記関節部に設けられたガイド円柱体と、
前記ガイド円柱体より先端側で、前記先端動作部に、当該先端動作部の延在方向に進退可能に設けられた受動円柱体と、
前記受動円柱体の進退動作に連動して、開閉動作する前記エンドエフェクタと、
を含み、
前記可撓性部材は、前記ガイド円柱体に、少なくとも一方からそれぞれ１巻き以上巻き掛けられるとともに、前記受動円柱体に巻き掛けられていることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
前記受動円柱体よりも先端側に折り返し円柱体を有し、
前記可撓性部材は、前記受動円柱体と前記折り返し円柱体とにわたって巻き掛けられていることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
前記受動円柱体を一方向に付勢する弾性体を有することを特徴とするマニピュレータ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
前記ガイド円柱体を基準として前記エンドエフェクタを揺動させる揺動機構を有することを特徴とするマニピュレータ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
前記ガイド円柱体は、同軸上の第１層ガイド円柱体と第２層ガイド円柱体の２枚が並列して構成されることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
前記駆動部材には基端側を指向する円弧壁が設けられ、該円弧壁に前記可撓性部材が掛けられていることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
前記駆動部材にはローラが設けられ、該ローラに前記可撓性部材が巻き掛けられていることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
前記可撓性部材は１本の線材からなり、前記駆動部材に対する接続部以外の箇所で、両端が固定されることにより環状となっていることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
前記エンドエフェクタ駆動機構は、第１エンドエフェクタ駆動機構及び第２エンドエフェクタ駆動機構の２セットが設けられ、
前記第１エンドエフェクタ駆動機構の前記駆動部材と前記第２エンドエフェクタ駆動機構の前記駆動部材を逆方向に進退させる駆動部材進退機構を有することを特徴とするマニピュレータ。
【請求項１３】
請求項１２記載のマニピュレータにおいて、
前記第１エンドエフェクタ駆動機構及び前記第２エンドエフェクタ駆動機構のいずれか一方で、
前記受動円柱体よりも先端側に折り返し円柱体を有し、
前記可撓性部材は、前記受動円柱体と前記折り返し円柱体とにわたって巻き掛けられていることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項１４】
請求項１３記載のマニピュレータにおいて、
前記第１エンドエフェクタ駆動機構の前記受動円柱体と、前記第２エンドエフェクタ駆動機構の前記受動円柱体は、同軸上に配置されていることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項１５】
請求項１２〜１４のいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
前記第１エンドエフェクタ駆動機構の前記ガイド円柱体と、前記第２エンドエフェクタ駆動機構の前記ガイド円柱体は、同軸上に配置されていることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項１６】
請求項１５に記載のマニピュレータにおいて、
２つの前記ガイド円柱体は、それぞれ同軸上で外寄りの第１層ガイド円柱体と内寄りの第２層ガイド円柱体の２枚が並列して構成され、内寄りの２つの前記第２層ガイド円柱体は一体構成であることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項１７】
請求項１２〜１６のいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
前記駆動部材進退機構は、支点を基準として回転する回転操作子を有し、
前記第１エンドエフェクタ駆動機構の前記駆動部材は前記回転操作子の前記支点を基準とした一方に接続され、前記第２エンドエフェクタ駆動機構の前記駆動部材は前記回転操作子の前記支点を基準とした他方に接続されていることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項１８】
請求項１７記載のマニピュレータにおいて、
２つの前記駆動部材は駆動側連結可撓性部材で接続され、
前記回転操作子は、円柱体であって、前記駆動側連結可撓性部材が巻き掛けられていることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項１９】
請求項１８記載のマニピュレータにおいて、
前記駆動側連結可撓性部材に当接し、該駆動側連結可撓性部材の配置経路を規定するアイドラーを有することを特徴とするマニピュレータ。
【請求項２０】
請求項１２、１５〜１９のいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
一端が前記第１エンドエフェクタ駆動機構の前記受動円柱体に接続され、他端が前記第２エンドエフェクタ駆動機構の前記受動円柱体に接続された受動側連結可撓性部材と、
前記受動側連結可撓性部材が巻き掛けられた受動側連結円柱体と、
を有することを特徴とするマニピュレータ。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
前記駆動部材は、人手によって操作する入力部に対して機械的に接続されていることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項２２】
請求項１〜２０のいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
人手によって操作する入力部に連動するアクチュエータを有し、
前記駆動部材は、前記アクチュエータに接続されていることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
前記可撓性部材は、前記駆動部材よりも細径であることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項２４】
請求項１〜２３のいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
前記駆動部材は、ワイヤであることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項２５】
請求項１〜２４のいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
前記受動円柱体及び前記ガイド円柱体は、プーリであることを特徴とするマニピュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンドエフェクタを含む先端動作部を有するマニピュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
腹腔鏡下手術においては、患者の腹部等に小さな孔をいくつかあけて内視鏡、マニピュレータ（又は鉗子）等を挿入し、術者が内視鏡の映像をモニタで見ながら手術を行っている。このような腹腔鏡下手術は、開腹を必要としないため患者への負担が少なく、術後の回復や退院までの日数が大幅に低減されることから、適用分野の拡大が期待されている。
【０００３】
一方、腹腔鏡下手術で用いるマニピュレータには、患部の位置及び大きさに応じて迅速且つ適切な手技が可能であることが望まれており、しかも患部切除、縫合及び結紮等の様々な手技が行われる。このため、本出願人は、操作の自由度が高くしかも簡便に操作することのできるマニピュレータの提案をしている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１０２２４８号公報
【特許文献２】特開２００４−３０１２７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
軟性鏡下・腹腔鏡下手術に用いられている従来の一般的な鉗子では、先端動作部に加わる外力や把持する把持力等は、直接的ではないが、鉗子本体を介して手元に反作用として伝わることから、操作者はこれらの力をある程度は感じ取ることができ、適度によい操作性が得られる。しかしながら、従来の鉗子は自由度が少なく（例えば１自由度である。）、組織を把持する方向や切断する方向、縫合針の刺入方向が限られていて不便であるとともに、操作に熟練性が要求される。
【０００６】
より高い自由度を得るためには、例えば、マスタ・スレーブ方式の遠隔操作型手術ロボットを適用することが考えられる。該ロボットは、高い自由度を有するとともに、患部に対して任意の方向からのアプローチが可能で、操作性に優れるという利点があるものの、先端動作部に加わる外力や把持力等はマスタ側には伝わらない。
【０００７】
マスタ・スレーブ方式のロボットにおいて、マスタ側で力感覚を得るためには、高感度な力覚センサシステムや高速なサンプリングタイムを有する計算機システムによる高度なバイラテラル制御が必須となり、高価で複雑なシステムとなる。また、バイラテラル制御は実用に値する十分な性能が得られていないのが現状である。
【０００８】
それに対して、本出願人によってすでに提案されている多自由度鉗子、すなわち、先端動作部に関節を備え、操作部の指令に基づいてモータ制御により各関節を駆動する多自由度鉗子は、操作部（操作ハンドル）と作業部（先端関節部）が一体化されているため、従来の鉗子と同様に先端動作部に作用する外力や把持力等が、直接ではないが、多自由度鉗子本体を介して操作部側に伝わる。したがって、操作者はこれらの力をある程度は感じ取ることができる。しかしながら、このような多自由度鉗子においてもさらに力を感じ取ることのできる多自由度鉗子の要望があり、特に把持力について力を感じ取ることのできる多自由度鉗子が望まれている。
【０００９】
また、多自由度鉗子において把持動作を得るためには、例えば歯車機構を用いることが考えられるが、歯車機構では構造が複雑になり、しかも歯車噛合に高い精度が必要となる。
【００１０】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、高い自由度が得られ、しかも、操作者が先端動作部に加わる外力等をより確実且つ簡便に感知することのできるマニピュレータを提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、使用する歯車の数を減らし、簡便な構造のマニピュレータ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】
【００１２】
本発明に係るマニピュレータは、基端側に設けられ、進退する駆動部材と、前記駆動部材に一部が接続された環状の可撓性部材と、駆動部材より先端側に設けられたアイドル円柱体と、前記アイドル円柱体より先端側で、進退可能に設けられた受動円柱体と、前記アイドル円柱体と前記受動円柱体との間に設けられたガイド円柱体と、前記受動円柱体に連結されたエンドエフェクタとを含むエンドエフェクタ駆動機構を有し、前記可撓性部材は、前記アイドル円柱体の両側方を通り、前記受動円柱体に巻き掛けられ、前記アイドル円柱体と前記ガイド円柱体との間で交差していることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るマニピュレータは、基端側に設けられ、進退する駆動部材と、前記駆動部材に一部が接続された環状の可撓性部材と、駆動部材より先端側に設けられたガイド円柱体と、前記ガイド円柱体より先端側で、進退可能に設けられた受動円柱体と、前記受動円柱体に連結されたエンドエフェクタとを含むエンドエフェクタ駆動機構を有し、前記可撓性部材は、前記ガイド円柱体及び前記受動円柱体に、それぞれ１巻き以上巻き掛けられていることを特徴とする。
【００１４】
このようなマニピュレータは、他の動作軸に対して非干渉な構成となり、高い自由度の先端動作部を簡便に構成することができる。
【００１５】
また、駆動部材を人手によって操作する入力部に対して機械的に接続しておくことで、操作者が先端動作部に加わる外力等をより確実且つ簡便に感知することができる。さらに、エンドエフェクタ駆動機構は、歯車を用いない簡便な構造である。
【００１６】
本発明に係るマニピュレータは、人手によって操作する入力部を含む操作部と、エンドエフェクタ軸、及び該エンドエフェクタ軸の向きを変える１以上の姿勢軸を含む先端動作部と、前記操作部と前記先端動作部を連結する連結部と、前記姿勢軸を駆動する姿勢軸アクチュエータと、前記入力部の人手による操作を機械的に伝達して、前記エンドエフェクタ軸を駆動する操作伝達部とを有することを特徴とする。
【００１７】
このような操作伝達部によれば、エンドエフェクタ軸を人手により直接的に操作が可能であり、操作者は先端動作部に加わる外力等をより確実且つ簡便に感知することができる。また、エンドエフェクタ軸は姿勢軸によって向きを変えることができ、高い自由度が得られる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るマニピュレータでは、エンドエフェクタ駆動機構は、他の動作軸に対して非干渉な構成となり、高い自由度の先端動作部を簡便に構成することができる。また、駆動部材を人手によって操作する入力部に対して機械的に接続しておくことで、操作者が先端動作部に加わる外力等をより確実且つ簡便に感知することができる。さらに、エンドエフェクタ駆動機構は、歯車を用いない簡便な構造である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係るマニピュレータについて実施の形態を挙げ、添付の図１〜図４３を参照しながら説明する。
【００２０】
図１に示すように、本実施の形態に係るマニピュレータ１０は、医療用のマニピュレータシステムの一部であり、コントローラ４５に接続されている。
【００２１】
コントローラ４５は、マニピュレータ１０の電気的な制御をする部分であり、グリップハンドル２６の下端部から延在するケーブル６２に対してコネクタを介して接続されている。コントローラ４５は、マニピュレータ１０を独立的に複数台同時に制御することができる。もちろん、１台のマニピュレータ１０を制御するコントローラをもちいてもよい。
【００２２】
マニピュレータ１０は、先端動作部１２に生体の一部又は湾曲針等を把持して所定の処置を行うためのものであり、通常、把持鉗子やニードルドライバ（持針器）等とも呼ばれる。
【００２３】
図１及び図２に示すように、マニピュレータ１０は、人手によって把持及び操作される操作部１４と、該操作部１４に固定された作業部１６とを有する。操作部１４と作業部１６とは一体構成であるが、条件に応じて分離可能な構成にしてもよい。
【００２４】
以下の説明では、図１及び図２における幅方向をＸ方向、高さ方向をＹ方向及び、連結シャフト４８の延在方向をＺ方向と規定する。また、先端側から見て右方をＸ１方向、左方をＸ２方向、上方向をＹ１方向、下方向をＹ２方向、前方をＺ１方向、後方をＺ２方向と規定する。さらに、特に断りのない限り、これらの方向の記載はマニピュレータ１０が中立姿勢である場合を基準として表すものとする。これらの方向は説明の便宜上のものであり、マニピュレータ１０は任意の向きで（例えば、上下を反転させて）使用可能であることはもちろんである。
【００２５】
作業部１６は、作業を行う先端動作部１２と、該先端動作部１２と操作部１４とを連接する長尺で中空の連結シャフト４８とを有する。先端動作部１２及び連結シャフト４８は細径に構成されており、患者の腹部等に設けられた円筒形状のトラカール２０から体腔２２内に挿入可能であり、複合入力部３４の操作により体腔２２内において患部切除、把持、縫合及び結紮等の様々な手技を行うことができる。
【００２６】
操作部１４は、人手によって把持されるグリップハンドル２６と、該グリップハンドル２６の上部から延在するブリッジ２８と、該ブリッジ２８の先端に接続されたアクチュエータブロック３０とトリガレバー（入力部）３２を有する。
【００２７】
図１に示すように、操作部１４のグリップハンドル２６は、ブリッジ２８の端部からＹ２方向に向かって延在しており、人手によって把持されるのに適した長さであり、複合入力部３４を有する。
【００２８】
グリップハンドル２６の下端には、コントローラ４５に接続されるケーブル６２が設けられている。グリップハンドル２６とケーブル６２とは一体的に接続されている。グリップハンドル２６とケーブル６２とはコネクタにより接続されていてもよい。
【００２９】
複合入力部３４は、先端動作部１２に対してロール方向（軸回転方向）及びヨー方向（左右方向）の回転指令を与える複合的な入力手段であり、例えば横方向に動作する第１入力手段３４ａによってヨー方向指示を行い、軸回転に動作する第２入力手段３４ｂによってロール方向指示を行うことができる。トリガレバー３２は、先端動作部１２のエンドエフェクタ１０４（図１参照）の開閉指令を与える入力手段である。エンドエフェクタ１０４としては種々の形式があるが、マニピュレータ１０では開閉可能なグリッパを設けている。
【００３０】
複合入力部３４には操作量を検出する入力センサが設けられており、検出した動作信号（例えばアナログ信号）をコントローラ４５に供給する。
【００３１】
トリガレバー３２は、ブリッジ２８のやや下方に設けられたレバーであり、人差し指による操作が容易な位置に設けられている。トリガレバー３２は、アクチュエータブロック３０に対して第１リンク６４及び第２リンク６６によって接続されており、グリップハンドル２６に対して進退するように構成されている。第１リンク６４はブリッジ２８の一部に対して軸支されて揺動可能であり、Ｙ２方向端にトリガレバー３２が設けられている。第２リンク６６は、アクチュエータブロック３０からＺ２方向に突出し、第１リンク６４の長孔６４ａに係合し、トリガレバー３２の操作によって長孔６４ａの長尺方向に進退可能である。
【００３２】
第２リンク６６は、ワイヤ（駆動部材）５６の端部に接続されており、トリガレバー３２を引き寄せる操作をすると、ワイヤ５６も一体的に引き寄せられる。  第２リンク６６に接続される駆動部材としてワイヤ５６を用いることで、部品点数の削減が可能となるとともに、軽量な構成が可能となる。
【００３３】
第２リンク６６に接続される駆動部材として、ワイヤ５６に代えて例えば剛性のある直動ロッド（又はリンク）を用いてもよい。一般にワイヤよりロッドのほうが剛性が高いため、直動動作のみの部分は、ロッドを用いることにより大きな把持力を得られる。該ロッドと第２リンク６６とは一体化されていてもよい。
【００３４】
第２リンク６６とワイヤ５６との間にリンクや歯車等を設け、操作者の操作力又はストロークを加減する構成にしてもよい。
【００３５】
アクチュエータブロック３０には先端動作部１２が有する３自由度のうち２自由度の機構に対応してモータ（姿勢軸アクチュエータ）４０及び４１が連結シャフト４８の延在方向に沿って並列して設けられている。モータ４０及び４１は、先端動作部１２のロール方向及びヨー方向の動作に対応する。モータ４０、４１は小型、細径であって、アクチュエータブロック３０はコンパクトな扁平形状に構成されている。モータ４０、４１は、操作部１４の操作に基づき、コントローラ４５の作用下に回転をする。
【００３６】
モータ４０、４１には、回転角度を検出することのできる角度センサが設けられており、検出した角度信号はコントローラ４５に供給される。角度センサとしては、例えばロータリエンコーダが用いられる。
【００３７】
アクチュエータブロック３０には、モータ４０、４１の駆動軸に接続されているプーリ５０ａ及び５０ｂが設けられている。
【００３８】
プーリ５０ａ、プーリ５０ｂには、ワイヤ５２、ワイヤ５４が巻き掛けられており、連結シャフト４８の中空部分４８ａ（図６参照）を通って先端動作部１２まで延在している。ワイヤ５２、ワイヤ５４はそれぞれ同種、同径のものを用いることができる。
【００３９】
操作部１４における複合入力部３４、トリガレバー３２の位置、形態や操作方法などは、本構成に限定されない。例えば、複合入力部３４の代わりに、操作ローラやボタン、ジョイスティックなどを設けてもよく、操作しやすい位置や方法を適宜選択して設計すればよい。
【００４０】
トリガレバー３２の人手による操作は機械的に伝達されてエンドエフェクタ１０４の開閉が行われる。トリガレバー３２とエンドエフェクタ１０４との間で、人手による操作を機械的に伝達する手段である第１リンク６４、第２リンク６６、ワイヤ５６及び後述するエンドエフェクタ駆動機構２６０等は操作伝達部を形成している。
【００４１】
ここで機械的とはワイヤ、チェーン、タイミングベルト、リンク、ロッド、ギア等を介して駆動する方式であり、主に、動力伝達方向に非弾性な個体の機械部品を介して駆動する方式である。ワイヤやチェーン等は、張力により不可避的な多少の伸びが発生する場合があるが、これらは非弾性な個体の機械部品とする。
【００４２】
次に、先端動作部１２について、第１の実施形態〜第５の実施形態１２ａ〜１２ｅ及び変形例１２ｆについて説明する。
【００４３】
図３、図４、図５、図６及び図７に示すように、第１の実施形態に係る先端動作部１２ａは、ワイヤ受動部１００と、複合機構部１０２と、エンドエフェクタ１０４とを有し、Ｙ方向の第１回転軸Ｏｙを中心にして、それよりも先の部分がヨー方向に回動する第１自由度と、第２回転軸Ｏｒを中心にしてロール方向に回動する第２自由度と、第３回転軸Ｏｇを中心として先端のエンドエフェクタ１０４を開閉させる第３自由度とを有する合計３自由度の機構となっている。
【００４４】
第１自由度の機構である第１回転軸Ｏｙは、連結シャフト４８の基端側から先端側に延在する軸線Ｃと非平行に回動可能に設定するとよい。第２自由度の機構である第２回転軸Ｏｒは先端動作部１２における先端部（つまりエンドエフェクタ１０４）の延在方向の軸線を中心として回動可能な機構とし、先端部をロール回転可能に設定するとよい。
【００４５】
第１自由度の機構（つまりヨー方向）は、例えば±９０°又はそれ以上の稼動範囲を有する。第２自由度の機構（つまりロール方向）は、例えば±１８０°又はそれ以上の稼動範囲を有する。第３自由度の機構（つまりエンドエフェクタ１０４）は、例えば４０°又はそれ以上開くことができる。
【００４６】
エンドエフェクタ１０４は、手術において実際の作業を行う部分であり、第１回転軸Ｏｙ及び第２回転軸Ｏｒは、作業を行い易いようにエンドエフェクタ１０４の姿勢を変えるためのものである。一般に、エンドエフェクタ１０４を開閉させる第３自由度に係る機構部はグリッパ（又はグリッパ軸）とも呼ばれ、ヨー方向に回動する第１自由度に係る機構部はヨー軸とも呼ばれ、ロール方向に回動する第２自由度に係る機構部はロール軸とも呼ばれる。
【００４７】
ワイヤ受動部１００は、一対の舌片部５８の間に設けられており、ワイヤ５２、ワイヤ５４のそれぞれの往復動作を回転動作に変換して複合機構部１０２に伝達する部分である。ワイヤ受動部１００は、軸孔６０ａ、６０ａに挿入される軸１１０と、軸孔６０ｂ、６０ｂに挿入される軸１１２とを有する。軸１１０及び１１２は、軸孔６０ａ、６０ｂに対して、例えば圧入若しくは溶接により固定される。軸１１２は第１回転軸Ｏｙの軸上に配置される。
【００４８】
軸１１２のＹ方向両端には、Ｙ方向に対称形状の歯車体１２６及び歯車体１３０が設けられている。歯車体１２６は、筒体１３２と、該筒体１３２の上部に同心状に設けられた歯車１３４とを有する。歯車体１３０は、歯車体１２６とほぼ同形状であって、該歯車体１２６に対してＹ方向に反転に配置されている。歯車体１３０は、筒体１３６と、該筒体１３６の下部に同心状に設けられた歯車１３８とを有する。歯車１３４及び歯車１３８は、後述するギア体１４６のフェイスギア１６５の上端部及び下端部に噛合する。
【００４９】
筒体１３６は筒体１３２と略同径、同形状である。筒体１３２及び筒体１３６には、ワイヤ５２及び５４が所定の固定手段によって一部が固定されて巻き掛けられている。ワイヤ５２及び５４の巻き掛けられる角度は、例えば１．５回転（５４０°）である。
【００５０】
ワイヤ５２及び５４を回転動作させることにより、歯車体１２６及び歯車体１３０を軸１１２に対して回転させることができる。歯車体１２６と歯車体１３０を同方向に同速度で回転させると、ギア体１４６は軸１１２を基準として揺動し、ヨー方向動作が行われる。歯車体１２６と歯車体１３０を逆方向に同速度で回転させると、ギア体１４６は第２回転軸Ｏｒを基準として回転し、ロール回転動作が行われる。歯車体１２６と歯車体１３０を異なる速度で回転させると、ギア体１４６は、ヨー方向動作とロール回転動作の複合動作が行われる。つまり、歯車体１２６、歯車体１３０及びギア体１４６は差動機構を構成している。
【００５１】
軸１１０の略中央部にはアイドルプーリ（アイドル円柱体）１４０が回転自在に軸支されており、軸１１２の略中央部にはガイドプーリ（ガイド円柱体）１４２が回転自在に軸支されている。アイドルプーリ１４０は、ガイドプーリ１４２に巻きかける受動ワイヤ２５２の巻き掛け角度を常に一定（両側あわせて約１８０°）に保つためにある。アイドルプーリ１４０の代わりに、ガイドプーリ１４２に受動ワイヤ２５２を１巻き以上してもよい。アイドルプーリ１４０及びガイドプーリ１４２は、受動ワイヤ２５２（図８参照）に対するすべり、及び摩擦による摩耗を低減するために、表面を滑らかにし、又は摩擦の少ない材質を用いるとよい。
【００５２】
軸１１２における、歯車体１２６とガイドプーリ１４２との間、及びガイドプーリ１４２と歯車体１３０との間には主軸部材１４４が回転自在に軸支されている。主軸部材１４４は、複合機構部１０２に向けて突出する筒部を有する。主軸部材１４４の軸心部には方形の孔１４４ａが設けられている。主軸部材１４４のＺ２方向端部には、ガイドプーリ１４２のＹ方向両面を保持するとともに軸１１２が挿通する孔を有する２枚の補助板１４４ｂが設けられている。補助板１４４ｂはＺ１方向に向かって幅広となる山形であって、糸等の異物の侵入を防止する。
【００５３】
複合機構部１０２は、エンドエフェクタ１０４の開閉動作機構と、該エンドエフェクタ１０４の姿勢を変化させる複合的な機構部である。
【００５４】
複合機構部１０２は、主軸部材１４４の筒部周面に対して回転自在に嵌挿されたギア体１４６と主軸部材１４４の先端に設けられたナット体１４８と、スプリング１５０と、Ｚ２方向端部が孔１４４ａに挿入される断面四角のロッド１５２と、該ロッド１５２のＺ２方向端部に対してピン１５４により回転自在に軸支される受動プーリ（受動円柱体）１５６と、受動板１５８と、円筒状のカバー１６０とを有する。スプリング１５０は、いわゆる圧縮ばねである。ロッド１５２のＺ２方向端部は、受動プーリ１５６に対する摺動性をあげるためにコの字状をしており、Ｚ２方向に向かって長く突出している。
【００５５】
主軸部材１４４におけるギア体１４６と当接する部分には、樹脂製のスラスト軸受部材１４４ｃが設けられている。ナット体１４８におけるギア体１４６と当接する部分には、樹脂製のスラスト軸受部材１４８ａが設けられている。スラスト軸受部材１４４ｃ及び１４８ａは低摩擦材であって、当接部分の摩擦及びトルクを低減するとともに、フェイスギア１６５に負荷が直接的にかかることを防止する。スラスト軸受部材１４４ｃ及び１４８ａは、いわゆるすべり軸受であるが、転がり軸受を設けてもよい。これにより、エンドエフェクタ１０４を強く閉じた場合や開いた場合、すなわちギア体１４６が主軸部材１４４に強く当接する場合でも、ロール軸動作をスムーズに行うことができる。
【００５６】
ギア体１４６は、段付き筒形状であって、Ｚ２方向の大径部１６２と、Ｚ１方向の小径部１６４と、大径部１６２のＺ２方向端面に設けられたフェイスギア１６５とを有する。フェイスギア１６５は、歯車１３４及び歯車１３８に噛合する。ギア体１４６は、ナット体１４８が主軸部材１４４に対する抜けることを防止する。大径部１６２の外周には、ねじが設けてある。
【００５７】
受動板１５８は、Ｚ２方向の凹部１６６と、該凹部１６６の底面に設けられた係合部１６８と、Ｙ方向両面にそれぞれ設けられた軸方向のリブ１７０と、リンク孔１７２とを有する。係合部１６８は、ロッド１５２の先端に設けられたきのこ状の突起１７４に係合する形状である。この係合により、受動板１５８とロッド１５２は、相対的なロール軸の回転が可能になる。受動板１５８の幅はカバー１６０の内径に略等しい。
【００５８】
カバー１６０は、複合機構部１０２のほぼ全体を覆う大きさであり、複合機構部１０２及びエンドエフェクタ１０４に異物（生体組織、薬剤、糸等）が入り込むことが防止される。カバー１６０の内面には、受動板１５８の２つのリブ１７０が嵌る軸方向の２本の溝１７５が対向する向きに設けられている。溝１７５にリブ１７０が嵌ることにより受動板１５８が軸方向にガイドされる。受動板１５８の係合部１６８には突起１７４が係合することから、受動プーリ１５６は孔１４４ａ内において、受動板１５８及びロッド１５２とともに軸方向に進退可能であるとともに、ロッド１５２を基準としてロール回転が可能である。カバー１６０は、ギア体１４６の大径部１６２に対して螺入、圧入等の手段により固定されている。
【００５９】
スプリング１５０は、ギア体１４６の段差部と受動板１５８の凹部１６６との間に嵌装されており、受動板１５８をＺ１方向に向かって弾性付勢しており、該受動板１５８は所定のストッパに当接するまでＺ１方向に移動している。
【００６０】
次に、エンドエフェクタ１０４は、第１エンドエフェクタ部材１９０と、第２エンドエフェクタ部材１９２と、ピン１９６とを有する。ピン１９６は第３回転軸Ｏｇの軸上に配置される。
【００６１】
第１エンドエフェクタ部材１９０は、左右に対向して設けられた一対のサイドウォール２００と、サイドウォール２００の先端部にそれぞれ設けられた孔２００ａと、サイドウォール２００の先端からＺ１に突出した第１グリッパ２０２とを有する。孔２００ａはピン１９６が、例えば圧入されるのに適した径に設定されている。第１グリッパ２０２はＺ１方向に向かってやや幅狭となって、先端部が円弧状となる形状であり、Ｙ１方向の全面には小さい錐上突起がほぼ隙間なく設けられている。第１エンドエフェクタ部材１９０はカバー１６０に対して所定の手段で結合されている。例えば、第１エンドエフェクタ部材１９０とカバー１６０は一体構造であり、筒複合体２３０を構成している。
【００６２】
カバー１６０は、ギア体１４６と基部側で結合（螺合、圧入、溶接等）されており、ギア体１４６の回転とともにカバー１６０及び第１エンドエフェクタ部材１９０はロール軸動作を行う。
【００６３】
第２エンドエフェクタ部材１９２はＬ字形状であって、Ｚ１方向に延在する第２グリッパ２１２と、該第２グリッパ２１２に対して略６０°に曲がったレバー部２１４とを有する。Ｌ字形状の屈曲部には、孔２１６が設けられ、レバー部２１４の端部近傍には孔２１８が設けられている。孔２１６にピン１９６が挿入されることにより第２エンドエフェクタ部材１９２は第３回転軸Ｏｇを中心として揺動自在となる。第２グリッパ２１２は第１グリッパ２０２と同形状で反転して配置されており、第２エンドエフェクタ部材１９２が第３回転軸Ｏｇを中心として回動したときに第１グリッパ２０２に対して当接し、湾曲針等を把持することができる。
【００６４】
レバー部２１４と受動板１５８は、並列で２本のグリッパリンク２２０により連接されている。つまり、各グリッパリンク２２０の一端の孔２２０ａは、孔２１８とともにピン２２２が挿入され、他端の孔２２０ｂは、受動板１５８のリンク孔１７２とともにピン２２４が挿入されて連接されている。
【００６５】
ピン２２４によるグリッパリンク２２０の軸支位置は、図５（側面視）における中心軸から若干オフセットした位置となっているが、側面視で中心軸上でもよい。該位置は、作用する力のバランスやスペース、組立て性などを考慮して適宜決定すればよい。各ピンは、グリッパリンク２２０と一体化されていてもよい。
【００６６】
グリッパリンク２２０を２本並列に配置しているのは、力のバランスを良好にし、不用意にモーメント荷重などが掛かるのを防ぐためであり、設計条件によっては、片側１本でもよい。
【００６７】
このような構成によれば、受動プーリ１５６、ロッド１５２及び受動板１５８がＺ２方向に移動すると、レバー部２１４もＺ２方向に引き寄せられて第２グリッパ２１２が第１グリッパ２０２に接近して把持動作が行われる。逆に、スプリング１５０の作用によって、受動プーリ１５６、ロッド１５２及び受動板１５８がＺ１方向に移動すると、レバー部２１４もＺ１方向に押し出されて、第２グリッパ２１２が第１グリッパ２０２から離間し、開動作が行われる。受動板１５８は、スプリング１５０によりＺ１方向に付勢されていることから人手による操作がなされていないときには、第２グリッパ２１２は第１グリッパ２０２から離間して開いた状態となっている。また、スプリング１５０によれば、ワイヤ５６及び受動ワイヤ２５２に対して適度な張力を持たせてたるみを無くすことができ、各部のガタを防止できるとともに、応答性の高い把持動作が可能となる。
【００６８】
以下、エンドエフェクタ１０４とは、簡易的に第１グリッパ２０２と第２グリッパ２１２とを表すものとする。
【００６９】
図７に示すように、アイドルプーリ１４０は、同軸上の第１層アイドルプーリ（第１層アイドル円柱体）２３２と第２層アイドルプーリ（第２層アイドル円柱体）２３４の２枚が並列して構成されており、ガイドプーリ１４２は、同軸上の第１層ガイドプーリ（第１層ガイド円柱体）２３６と第２層ガイドプーリ（第２層ガイド円柱体）２３８の２枚が並列して構成されている。
【００７０】
図７のＺ２方向端で、受動ワイヤ２５２の一方は、第１層アイドルプーリ２３２のＸ１方向面及びＺ１方向面に接し、第１層ガイドプーリ２３６のＺ２方向面及びＸ２方向面に接して受動プーリ１５６に至る。
【００７１】
図７のＺ２方向端で、受動ワイヤ２５２の他方は、第２層アイドルプーリ２３４のＸ２方向面及びＺ１方向面に接し、第２層ガイドプーリ２３８のＺ２方向面及びＸ１方向面に接して受動プーリ１５６に至る。
【００７２】
例えば、ワイヤ（図８参照）５６をＺ２方向に引き寄せると、平面視で、第１層アイドルプーリ２３２及び第２層ガイドプーリ２３８は反時計方向に回転し、第２層アイドルプーリ２３４及び第１層ガイドプーリ２３６は時計方向に回転する。このように、アイドルプーリ１４０及びガイドプーリ１４２は、それぞれ同軸上で２枚のプーリが並列する構成であることから、当接する受動ワイヤ２５２の動きに従って逆方向に回転可能であり、動作がスムーズである。
【００７３】
図８に示すように、ワイヤ５６のＺ１方向端部は、ターミナル２５０（または溶接や貫通孔等）によって受動ワイヤ（可撓性部材）２５２の両端部に接続されている。受動ワイヤ２５２は、一部がワイヤ５６に接続された環状の可撓性部材であり、ワイヤ以外にもロープ、樹脂線、ピアノ線及びチェーン等を用いることができる。ここで、環状とは広義であり、必ずしも全長にわたって可撓性部材が適用されている必要はなく、少なくとも各プーリに巻き掛けられる箇所が可撓性部材であればよく、直線部は剛体で接続されていてもよいことはもちろんである。受動ワイヤ２５２は、ワイヤ５６の一部であってもよい。
【００７４】
受動ワイヤ２５２は、駆動部材のワイヤ５６から、アイドルプーリ１４０のＸ１方向（第１の側方）を通り、Ｘ２方向（第２の側方）に向かい、ガイドプーリ１４２のＸ２方向を通り受動プーリ１５６のＸ２方向面に至る。受動ワイヤ２５２は、さらに、受動プーリ１５６のＺ１方向面に半周巻き掛けられてＸ１方向面に至り、ガイドプーリ１４２のＸ１方向を通り、Ｘ２方向に向かいアイドルプーリ１４０のＸ２方向を通りターミナル２５０に至る経路で配設されている。
【００７５】
つまり、受動ワイヤ２５２は、ターミナル２５０を基点及び終点とする一巡の経路を構成し、アイドルプーリ１４０の両側方を通り、受動プーリ１５６に巻き掛けられ、アイドルプーリ１４０とガイドプーリ１４２との間で交差して、略８字形状をなす。これにより、ターミナル２５０及び受動ワイヤ２５２は、ワイヤ５６を介してトリガレバー３２に対して機械的に接続されていることになる。
【００７６】
ここで機械的とは、前記のように、動力伝達方向に非弾性な個体の機械部品を介して駆動する方式である。例えば、ワイヤ５６は可撓性部材であるが、スプリング１５０によって適度に張られており、しかもエンドエフェクタ１０４を閉じる動作に関してはトリガレバー３２でＺ２方向に引かれ、ほとんど弾性変形することがなく、又は動作に支障のない範囲での不可避的弾性変形であり、機械的接続手段となっている。また、ここでいう交差とは、平面視上で交差していることである。
【００７７】
アイドルプーリ１４０、ガイドプーリ１４２及び受動プーリ１５６は略同径であり、受動ワイヤ２５２が適度に屈曲しないように、レイアウト上の可能な範囲で大径にしている。ターミナル２５０は、受動ワイヤ２５２が過度に屈曲しないように、アイドルプーリ１４０よりも適度に離れた位置に設けられており、受動ワイヤ２５２の両端部はターミナル２５０を頂部として鋭角を形成している。スプリング１５０（図４参照）が受動板１５８をＺ１方向に付勢していることから、受動プーリ１５６は受動板１５８とともにＺ１方向に向かう力を受けており、受動ワイヤ２５２及びワイヤ５６には適度な張力がかけられ、弛みがない。アイドルプーリ１４０とガイドプーリ１４２との間は狭く、例えば、受動ワイヤ２５２の幅と略等しい隙間が形成されている。
【００７８】
アイドルプーリ１４０、ガイドプーリ１４２及び受動プーリ１５６には、受動ワイヤ２５２の抜け止めのために、上面及び下面に小さいフランジを設け、又は側面を凹形状にしてもよい。
【００７９】
説明の便宜上、ワイヤ５６、受動ワイヤ２５２、アイドルプーリ１４０、ガイドプーリ１４２、受動プーリ１５６及びエンドエフェクタ１０４を総称してエンドエフェクタ駆動機構２６０とする。エンドエフェクタ駆動機構２６０では、図８から明らかなように、基端側から先端側に向かって、受動ワイヤ２５２、アイドルプーリ１４０、ガイドプーリ１４２及び受動プーリ１５６が中心線に沿って配置されている。エンドエフェクタ１０４は、ロッド１５２等を介して受動プーリ１５６に連結されている。
【００８０】
次に、このように構成されるマニピュレータ１０の作用について説明する。
【００８１】
図８に示すように、まず、トリガレバー３２に触れていないときには、エンドエフェクタ１０４は、スプリング１５０の弾性力により開いている。なお、図８、図９、図１０、図１１、図２２、図２３、図３８、図３９及び図４１におけるＸ方向は、先端動作部１２ａを基準に示しており、トリガレバー３２に関しては、上下方向がＹ方向に相当する。
【００８２】
図９に示すように、人手によりトリガレバー３２を十分に引くと、ワイヤ５６は受動ワイヤ２５２を引き寄せ、スプリング１５０を圧縮させながら受動プーリ１５６及びロッド１５２をＺ２方向に移動させエンドエフェクタ１０４を閉じさせることができる。このときトリガレバー３２では、スプリング１５０を圧縮する力を要する。開動作の場合は、トリガレバー３２へ加えている力を解除することで、スプリング１５０の復元力により、ロッド１５２が先端部側へ押し出され、エンドエフェクタ１０４を開状態へ戻すことができる。
【００８３】
なお、受動ワイヤ２５２は環状であることから左右２本存在することになり、エンドエフェクタ１０４を閉じさせる力は略等分されて各受動ワイヤ２５２に張力として作用する。したがって、受動ワイヤ２５２はワイヤ５６よりも細径で足り、十分な可撓性を確保することができる。
【００８４】
図１０に示すように、人手によりトリガレバー３２をある程度引いたときに、エンドエフェクタ１０４が対象物（手術器具や生体組織等）Ｗを把持すると、エンドエフェクタ１０４、受動板１５８、ロッド１５２及び受動プーリ１５６はそれ以上はあまり動かなくなる。つまり、受動ワイヤ２５２等の弾性変形分及び対象物Ｗの弾性変形分に相当する量しか動かなくなる。これにより、受動ワイヤ２５２、ワイヤ５６及びトリガレバー３２もそれ以上Ｚ２方向に動かなくなり、操作者はエンドエフェクタ１０４が対象物Ｗを把持したことを指先で知覚することができる。
【００８５】
また、対象物Ｗが手術器具等の硬いものであるときには、トリガレバー３２はＺ２方向にはほとんど動かなくなり、硬いものを把持したことを知覚できるとともに、対象物Ｗを強い力で確実に把持することができる。電磁力を介さずに人手による力を機械的且つ直接的にエンドエフェクタ１０４に伝達できるからである。仮に人手による力と同等の把持力をモータによって発生させようとすると、相当に大きく重いモータが必要であり、アクチュエータブロック３０に納めることが困難であるとともに、マニピュレータ１０が重量増となる。
【００８６】
対象物Ｗが生体組織等の柔らかいものであるときには、トリガレバー３２は対象物Ｗの弾性に応じてＺ２方向にやや変位可能であり、柔らかいものを把持したことを知覚できるとともに、柔らかさの程度が分かり、しかも対象物Ｗを把持する力を調整することができる。
【００８７】
マニピュレータ１０では、ワイヤ等が摩耗又は劣化した場合においても、摩擦等が増加してトリガレバー３２に伝達され、これらの状態変化や駆動系の異常状態等を操作者が感知することができ、メンテナンス等の時期をより適切に判断することができる。
【００８８】
図１１に示すように、エンドエフェクタ１０４をヨー軸動作させた場合、受動プーリ１５６は公転しながら自転するが、受動プーリ１５６とガイドプーリ１４２とのプーリ間隔は変化しないため、ロッド１５２は相対的に駆動されず、機構的に干渉がない。ロール軸が動作した場合は、ロッド１５２を、ロール軸中心を通過するように配置しているため、該ロッド１５２は、相対的に駆動されず、機構的に干渉がない。つまり、エンドエフェクタ駆動機構２６０は非干渉構成である。
【００８９】
マニピュレータ１０では、アイドルプーリ１４０とガイドプーリ１４２が十分接近していることから、エンドエフェクタ１０４がヨー軸方向に９０°駆動した場合でも、受動プーリ１５６に対する受動ワイヤ２５２の巻き掛け角度はほぼ変わらず、把持動作にともなうヨー軸、ロール軸への干渉トルクは実質的に発生しない。
【００９０】
仮にアイドルプーリ１４０とガイドプーリ１４２がある程度離間している場合は、ロール軸を大きく動作させると、ガイドプーリ１４２の一方の面から受動ワイヤ２５２が離れてしまう。これにより、該受動ワイヤ２５２のヨー軸周りのＸ方向（基準状態の場合）のバランスが崩れてしまい、ヨー軸周りに干渉トルクが発生することになる。したがって、ヨー軸の動作範囲を極力大きくするためには、アイドルプーリ１４０とガイドプーリ１４２は十分近接して配置することが望ましい。実際上は、アイドルプーリ１４０とガイドプーリ１４２との間には受動ワイヤ２５２が挿通することから、多少の隙間が必要であり、双方の受動ワイヤ２５２が巻きかけられる箇所（上面及び下面のフランジを除く）の隙間を受動ワイヤ２５２の太さの１倍〜２倍にするとよい。
【００９１】
もちろん、ヨー軸動作範囲を大きくする必要がない場合には、アイドルプーリ１４０とガイドプーリ１４２は適当に離れていてもよい。また、ヨー軸が屈曲した状態でも、トリガレバー３２を操作することで、受動ワイヤ２５２により受動プーリ１５６を駆動し、エンドエフェクタ１０４を開閉可能であることはもちろんである。
【００９２】
このように、先端動作部１２ａでは、ヨー軸動作及びロール軸動作とエンドエフェクタ１０４の開閉動作とは機構的干渉がないことから、エンドエフェクタ１０４の駆動機構には、干渉を補償するための制御的な補正手段や、機構・アクチュエータを含めた他の補正手段（例えば、補正アクチュエータやアシスト機構）が不要であって、マニピュレータ１０は簡便かつ軽量になる。また、トリガレバー３２に加えた操作力を、他の駆動系に影響を与えることがなく、効率よくエンドエフェクタ１０４に伝えることが可能なため、強い把持力（又は剥離力）を実現できる。マニピュレータ１０を軽量化することで、操作者は該マニピュレータ１０を支える余計な力を減らすことができるため、長時間の手技に好適であるとともに、縫合針を組織に刺す力や組織からの反力を、より感じやすくすることが可能となる。
【００９３】
マニピュレータ１０では、エンドエフェクタ１０４の開閉動作については、基本的にトリガレバー３２を介して人手によって行われることから省エネルギーである。
【００９４】
なお、上記の例と逆のリンク機構を用い、人手による操作がないときにエンドエフェクタ１０４が閉じる構成にしてもよい。この場合、トリガレバー３２を引くことによってエンドエフェクタ１０４を開かせることができる。逆のリンク機構とは、例えば、図８において、エンドエフェクタ１０４が閉じている状態、つまり第２グリッパ２１２が第１グリッパ２０２と重なっている状態を初期状態とすればよい。この状態からトリガレバー３２を引くことにより、第２グリッパ２１２は反時計方向に回転し、第１グリッパ２０２から離れて開き動作となることが理解されよう。
【００９５】
手術において、組織の剥離作業などにおいては、エンドエフェクタ１０４を開く方向（つまり剥離方向）に大きな剥離力が必要となることがある。このようなときに逆リンク構成でトリガレバー３２の引き操作をエンドエフェクタ１０４に直接的に伝達すると、大きな剥離力が得られて好適である。
【００９６】
この場合、マニピュレータ１０では、エンドエフェクタ１０４の開方向の力がトリガレバー３２に伝達される。つまり、エンドエフェクタ１０４を開く場合で開き方向に生体組織や手術器具等に当接した場合には、トリガレバー３２がＺ１方向には動かなくなる。これにより、操作者はエンドエフェクタ１０４が何かに当接したことを感知する。
【００９７】
なお、先端動作部１２におけるヨー軸とピッチ軸の違いは、初期姿勢や操作部との相対的な姿勢であるため、ヨー軸をピッチ軸に置き換えることもできる。したがって、先端動作部１２はヨー軸とピッチ軸を有する構成でもよい。姿勢軸（先端動作部１２ではヨー軸及びロール軸に相当する。）の駆動方法としては、ワイヤ（可撓性部材）と歯車を用いた方法以外にも、例えば、ロッド、リンク、トルクチューブ等を用いたり、それらを組み合わせた駆動方法を適用してもよい。
【００９８】
アイドルプーリ１４０、ガイドプーリ１４２及び受動プーリ１５６は、可撓性部材との滑りを許容できる場合には、必ずしもプーリ体でなくてもよく、ワイヤを巻回できる円柱体であればよい。円柱体とは広義であり、円筒体や円弧の柱体を含む。設計条件上、プーリの動作範囲角度が小さいと、ワイヤは１回転未満の巻回で済む場合があり、このようなときには、該プーリは円弧の柱体で足りる。
【００９９】
また、例えば、受動プーリ１５６がピン１５４に対して回転しない構成（ロッド１５２に対して固定されている）の場合、受動プーリ１５６のガイドプーリ側（Ｚ２側）の半円弧部分は、受動ワイヤ２５２が当接しないため、不要であり、先端側の半円弧部分のみ有する円柱体でもよい。折り返しプーリ３５０も同様に、受動ワイヤ２５２が当接しない部分を有する場合は、部分円弧の柱体でよく、これらにより、複合機構部１０２部分を短尺することが可能となる。
【０１００】
次に、前記のターミナル２５０に相当する受動ワイヤ２５２の端部の接続箇所の変形例を図１２〜図１７を参照しながら説明する。
【０１０１】
図１２に示すように、受動ワイヤ２５２の端部の接続箇所の第１変形例は、パイプ（駆動部材）４００の先端開口部に受動ワイヤ２５２の両端部が挿入され、先端開口部の近傍部４０２を加圧して圧着したものである。これにより、簡便に受動ワイヤ２５２を固定できる。
【０１０２】
図１３に示すように、受動ワイヤ２５２の端部の接続箇所の第２変形例は、ロッド（駆動部材）４０４の先端にパイプ部材４０６が螺設されたものである。パイプ部材４０６は、図１２のパイプ４００と同様に、受動ワイヤ２５２の両端部を圧着している。このような構成によれば、ロッド４０４とパイプ部材４０６は着脱自在になり、組立及びメンテナンスが簡便になる。また、螺合の程度により、パイプ部材４０６の突出量を調整でき、受動ワイヤ２５２の長さ及び張力を調整できる。パイプ部材４０６は、例えばダブルナット方式で固定すればよい。
【０１０３】
図１４及び図１５に示すように、受動ワイヤ２５２の端部の接続箇所の第３変形例は、ロッド（駆動部材）４０８の先端部に孔４１０が設けられて、該孔４１０に受動ワイヤ２５２が挿通している。孔４１０には、Ｚ２方向を指向する円弧壁４１０ａが設けられ、該円弧壁４１０ａに受動ワイヤ２５２が掛けられている。これにより、受動ワイヤ２５２は円弧壁４１０ａに対して適度に摺動し、ロッド４０８をＺ２方向に引くときに、受動ワイヤ２５２をＸ方向にバランスよく引くことができる。
【０１０４】
受動ワイヤ２５２は、１本の線材の両端を固定具４１２により固定することにより環状となっている。固定具４１２は、駆動部材であるロッド４０８に対する接続部以外の箇所に設けられており、受動ワイヤ２５２の長さの調整及び張力調整が容易である。この第３変形例は、構成が簡便である。
【０１０５】
図１６及び図１７に示すように、受動ワイヤ２５２の端部の接続箇所の第４変形例は、ロッド（駆動部材）４１４の先端部４１４ａにローラ４１６が設けられ、該ローラ４１６に受動ワイヤ２５２が巻き掛けられている。ローラ４１６はピン４１８に軸支されており回転自在である。これにより、受動ワイヤ２５２はローラ４１６に巻きかけらながら適度に進退し、ロッド４１４をＺ２方向に引くときに、特にヨー軸が屈曲しないような状態でも、受動ワイヤ２５２をＸ方向のバランスよく引くことができる。先端部４１４ａは、ロッド４１４に螺設されている。この第４変形例では、受動ワイヤ２５２のＹ方向一対の張力が均一となり、長寿命化を図ることができるとともに、Ｙ方向一対の平行化を図ることができる。
【０１０６】
また、Ｙ方向一対の平行化により、ロッド４１４は、先端動作部１２ａに近い位置に設けて、受動ワイヤ２５２を短くすることができ、該受動ワイヤ２５２の伸びの影響を軽減できるとともに、応答性を向上させることができる。
【０１０７】
次に、第２の実施形態に係る先端動作部１２ｂについて説明する。先端動作部１２ｂ（及び１２ｃ〜１２ｆ）について、先端動作部１２ａと同様の箇所については同符号を付してその詳細な説明を省略する。
【０１０８】
図１８に示すように、先端動作部１２ｂは、先端動作部１２ａにおけるアイドルプーリ１４０（図７参照）を省略した構成である。先端動作部１２ｂでは、受動ワイヤ５２５は２方からそれぞれ１巻き以上巻き掛けられている。つまり、Ｘ２方向から第１層ガイドプーリ２３６に巻き掛けられ、Ｘ１方向から第２層ガイドプーリ２３８に巻き掛けられており、先端動作部１２ｂと同様の作用が得られる。つまり、受動ワイヤ２５２をＺ２方向に引くことにより、ガイドプーリ１４２及び受動プーリ１５６が引かれて、エンドエフェクタ１０４を動作させることができるとともに、軸１１２を基準としたヨー方向動作が可能である（図１８の仮想線参照）。ヨー軸の動作範囲を片側（０°〜９０°）とする場合には、受動ワイヤ５２５の一方のみ１巻き以上巻き掛ければよい。例えば、図１８において、矢印Ａ方向にのみヨー軸を動作させる場合には、受動ワイヤ２５２は、第１層ガイドプーリ２３６に対してＸ１方向の符号２５３の箇所の巻き掛けは不要であり、Ｘ２方向の面に接していればよい。
【０１０９】
先端動作部１２ｂは、先端動作部１２ａと比較して、アイドルプーリ１４０が不要であって、簡便構成である。一方、先端動作部１２ａは、先端動作部１２ｂと比較して、受動ワイヤ２５２のガイドプーリ１４２に対する巻き掛け長さが短く、摩擦が少なくなるとともに、受動ワイヤ２５２の全長が比較的短い。また、ガイドプーリ１４２に対する巻回数が小さいため、該ガイドプーリ１４２を薄くすることができる。先端動作部１２ａと先端動作部１２ｂのいずれの構成を用いるかは、設計条件により判断すればよい。
【０１１０】
図１２〜図１８に示す構成は、後述する先端動作部１２ｃ〜１２ｆに対しても適用可能である。
【０１１１】
次に、第３の実施形態に係る先端動作部１２ｃについて説明する。
【０１１２】
図１９に示すように、先端動作部１２ｃは、前記の先端動作部１２ａに対して、エンドエフェクタ１０４の構成を変えたものである。
【０１１３】
先端動作部１２ｃのエンドエフェクタ３００は、一対のグリッパ３０２が動作をするいわゆる両開き型である。エンドエフェクタ３００は、カバー１６０に対して一体構成のグリッパベース３０４と、該グリッパベース３０４に設けられたピン１９６を基準にして動作する一対のエンドエフェクタ部材３０８と、一対のグリッパリンク２２０とを有する。
【０１１４】
各エンドエフェクタ部材３０８は、前記の第２エンドエフェクタ部材１９２と同様にＬ字形状であって、Ｚ１方向に延在するグリッパ３０２と、該グリッパ３０２に対して略３５°に曲がって延在するレバー部３１０とを有する。Ｌ字形状の屈曲部には、孔２１６が設けられ、レバー部３１０の端部近傍には孔２１８が設けられている。孔２１６にピン１９６が挿入されることにより一対のエンドエフェクタ部材３０８は第３回転軸Ｏｇを中心として揺動自在となる。
【０１１５】
各エンドエフェクタ部材３０８は側方の１つのグリッパリンク２２０によって、受動板１５８のピン２２４に連接されている。エンドエフェクタ３００の受動板１５８ではリンク孔１７２が図１９のＹ方向に対称位置に２つ設けられており、一対のグリッパリンク２２０は側面視で交差する配置である。
【０１１６】
先端動作部１２ｃにおけるエンドエフェクタ３００以外のワイヤ受動部１００及び複合機構部１０２は、前記の先端動作部１２ａにおけるものと同構成である。
【０１１７】
このような先端動作部１２ｃでは、一対のグリッパ３０２を対向する位置に配置することで、力のバランスを良好にし、不用意にモーメント荷重などを掛かるのを防ぐことができる。
【０１１８】
図１９及び図２０から明らかなように、一対のエンドエフェクタ部材３０８は、ロッド１５２の動作に対して基本的に同期駆動されるため、中心軸に対して左右対称に開閉することが可能である。
【０１１９】
図２１に示すように、ヨー軸動作をした場合にも、ヨー軸の機構とエンドエフェクタ３００を駆動する機構とは非干渉であることから、エンドエフェクタ３００の開度が変化することがない。逆に、エンドエフェクタ３００の開閉動作をした場合にも、ヨー軸又はロール軸が動作することはない。
【０１２０】
また、エンドエフェクタ３００はトリガレバー３２に対して機械的に直接接続されていることから、強い把持力が得られるとともに、エンドエフェクタ３００に加わる力はトリガレバー３２に伝達される。
【０１２１】
次に、第４の実施形態に係る先端動作部１２ｄについて説明する。上記の先端動作部１２ａ〜１２ｃではトリガ３２を引くとき（グリッパを閉じるとき／開くとき）には人の力で能動的に行いトリガ３２を戻すのはスプリング１５０の力で受動的に行われ、グリッパが開く／閉じるというように力を出す方向は片方向だけである。これに対し、第４の実施例に係る先端動作部１２ｄ（及び先端動作部１２ｅ）では、トリガ３２を引くときも戻すときも人の力が能動的に働くことができ、力を出す方向が両方向になる。また、力を発生させるスプリング１５０は不要となる。さらに把持鉗子としても剥離鉗子としても兼用できる。
【０１２２】
図２２に示すように、先端動作部１２ｄでは、前記のエンドエフェクタ駆動機構２６０（図８参照）に相当する機構が、第１エンドエフェクタ駆動機構３２０ａ及び第２エンドエフェクタ駆動機構３２０ｂの２セットが設けられている。第１エンドエフェクタ駆動機構３２０ａにおける構成要素には符号にａを付し、第２エンドエフェクタ駆動機構３２０ｂにおける構成要素には符号にｂを付して区別する。図２２、図２３（及び後述する図３８、図３９）においては、理解が容易となるように第１エンドエフェクタ駆動機構３２０ａと第２エンドエフェクタ駆動機構３２０ｂを紙面上で並列して示すが、実際のマニピュレータ１０に適用する場合には、図２４（及び図３７）に示すように、各プーリの軸方向（つまりＹ方向）に並列させ、アイドルプーリ１４０ａ及び１４０ｂと、ガイドプーリ１４２ａと１４２ｂの回転軸は、それぞれ同軸上に配置するとよい。つまり、アイドルプーリ１４０ａ及び１４０ｂは軸１１０（図２４参照）に共通的に軸支することができ、ガイドプーリ１４２ａと１４２ｂは軸１１２に共通的に軸支することができる。ガイドプーリ１４２ａとガイドプーリ１４２ｂを同軸構成とすることにより、ヨー軸動作機構が簡便になる。
【０１２３】
先端動作部１２ｄは、第１エンドエフェクタ駆動機構３２０ａと、第２エンドエフェクタ駆動機構３２０ｂと、駆動側連結ワイヤ（駆動側連結可撓性部材）３２２と、該駆動側連結ワイヤ３２２が巻き掛けられた駆動側連結プーリ（回転操作子）３２４とを有する。このような構成によれば、第１エンドエフェクタ駆動機構３２０ａとを第２エンドエフェクタ駆動機構３２０ｂ逆位相で動作させ、駆動リンク３２６ａと駆動リンク３２６ｂとを簡便に逆方向に進退させることができる。
【０１２４】
先端動作部１２ｄは、図示を省略するが、先端動作部１２ａと同様のワイヤ受動部１００、複合機構部１０２及びエンドエフェクタ１０４を有する。
【０１２５】
駆動側連結ワイヤ３２２は、一端が第１エンドエフェクタ駆動機構３２０ａの駆動リンク（駆動部材）３２６ａの基端部に接続され、他端が第２エンドエフェクタ駆動機構３２０ｂの駆動リンク（駆動部材）３２６ｂの基端部に接続されている。駆動リンク３２６ａ及び３２６ｂは、前記のワイヤ５６に相当し、受動ワイヤ２５２ａ及び受動ワイヤ２５２ｂの端部のターミナル２５０ａ及び２５０ｂに接続されている。先端動作部１２ｄにおいても駆動リンク３２６ａ及び３２６ｂをワイヤに置き換えてもよいことはもちろんである。この場合、駆動側連結ワイヤ３２２の両端をターミナル２５０ａ及び２５０ｂに直接接続すればよい。
【０１２６】
駆動リンク３２６ａには、第２リンク６６（図８参照）の端部が接続されており、トリガレバー３２による進退操作が可能である。駆動リンク３２６ａには、駆動側連結プーリ３２４を介して駆動側連結ワイヤ３２２及び駆動リンク３２６ｂが接続されていることから、第２リンク６６を進退させることにより、駆動リンク３２６ａ及び駆動リンク３２６ｂが逆方向に進退することになる。
【０１２７】
トリガレバー３２による駆動リンク３２６ａ及び駆動リンク３２６ｂの駆動は、例えば、第２リンク６６にラックを設けるとともに駆動側連結プーリ３２４にピニオンを設け、ラックピニオン機構によって駆動してもよい。駆動側連結プーリ３２４は、先端動作部１２ｄの内部（つまり、連結シャフト４８の先）に設けてもよく、操作部１４内に設けてもよい。
【０１２８】
先端動作部１２ｄは、さらに、一端が第１エンドエフェクタ駆動機構３２０ａの受動プーリ１５６ａに接続され、他端が第２エンドエフェクタ駆動機構３２０ｂの受動プーリ１５６ｂに接続された受動側連結ワイヤ（受動側連結可撓性部材）３２８と、該受動側連結ワイヤ３２８が巻き掛けられた受動側連結プーリ（受動側連結円柱体）３３０とを有する。このような構成によれば、第１エンドエフェクタ駆動機構３２０ａとを第２エンドエフェクタ駆動機構３２０ｂ逆位相で動作させることができ、ロッド１５２を適切に進退させることができる。
【０１２９】
ロッド１５２は、受動プーリ１５６ａ及び受動プーリ１５６ｂのいずれか一方を回転自在に保持する。ロッド１５２は、受動側連結ワイヤ３２８の直線部に固定されていてもよい。ロッド１５２は、受動側連結プーリ３３０に対してラック・ピニオン機構で接続されていてもよい。すなわち、受動プーリ１５６ａ、１５６ｂ又は受動側連結ワイヤ３２８の進退動作を取り出せばよい。
【０１３０】
駆動側連結ワイヤ３２２及び受動側連結ワイヤ３２８には０Ｎ以上の適度な初期張力を持たせてたるみを無くすと、各部のガタを防止できるとともに、応答性の高い把持動作を実現できて好適である。
【０１３１】
このように構成される先端動作部１２ｄでは、図２２に示すように、人手によりトリガレバー３２を十分に引くと、駆動リンク３２６ａは受動ワイヤ２５２ａを引き寄せ、受動プーリ１５６ａ、ロッド１５２をＺ２方向に移動させることからエンドエフェクタ１０４を閉じさせることができる。
【０１３２】
この場合、第２エンドエフェクタ駆動機構３２０ｂについては、駆動リンク３２６ｂは、押し出されるように配置されているため、ロッド１５２の動作を阻害しない。また、受動ワイヤ２５２ｂは張力しか発生できない（つまり、圧縮方向の力は伝達しない）ため、基本的には、動力伝達に対して寄与しない。
【０１３３】
またこのとき、エンドエフェクタ１０４が対象物Ｗを把持すると、受動ワイヤ２５２、駆動リンク３２６及びトリガレバー３２もそれ以上Ｚ２方向に動かなくなり、操作者はエンドエフェクタ１０４が対象物Ｗを把持したこと、及び該対象物Ｗの硬さ等を指先で知覚することができる。これらの作用は、図２２及び図１０を参照すれば容易に理解されよう。図１０に示す先端動作部１２ａは、図２２における先端動作部１２ｄの第２エンドエフェクタ駆動機構３２０ｂを省略した構成とほぼ等価だからである。
【０１３４】
また、図２３に示すように、人手によりトリガレバー３２を十分に押し出すと、駆動側連結ワイヤ３２２は図２３における反時方向に動き、駆動リンク３２６ｂは受動ワイヤ２５２ｂを引き寄せ、受動プーリ１５６ｂをＺ２方向に移動させる。これにより、受動側連結ワイヤ３２８が反時計方向に動き、ロッド１５２及び受動プーリ１５６ａは先端側にＺ１方向に移動してエンドエフェクタ１０４を開くことができる。
【０１３５】
エンドエフェクタ１０４には、トリガレバー３２を人手によって押し出す力が第２エンドエフェクタ駆動機構３２０ｂによって機械的に直接伝えられることから、弾性体のような所定の力ではなく任意の強い力で開くことができる。したがって、エンドエフェクタ１０４の外側面を用いて生体組織を剥離させ、又は孔部を拡開させるような手技に対して好適に用いることができる。
【０１３６】
また、エンドエフェクタ１０４の外側面に対象物Ｗが接触した場合には、受動ワイヤ２５２ｂ、駆動リンク３２６ｂ及びトリガレバー３２もそれ以上Ｚ１方向に動かなくなり、操作者はエンドエフェクタ１０４の外側面が対象物Ｗに接触したこと、及び該対象物Ｗの硬さ等を指先で知覚することができる。
【０１３７】
先端動作部１２ｄは、先端動作部１２ａと同様にヨー軸動作及びロール軸動作が可能である。図示を省略するが、先端動作部１２ｄでは、ヨー軸動作をする場合、ガイドプーリ１４２ａ及びガイドプーリ１４２ｂの軸（図２４参照）を中心にして、それよりも先端の複合機構部１０２及びエンドエフェクタ１０４がヨー方向に揺動する。先端動作部１２ｄは、先端動作部１２ａと同様に非干渉機構であることから、ヨー軸動作をしてもエンドエフェクタ１０４の開度が変化することはなく、逆にエンドエフェクタ１０４の開度を変化させてもヨー軸が動作することはない。エンドエフェクタ１０４とロール軸の関係についても同様である。
【０１３８】
先端動作部１２ｄ（及び先端動作部１２ｅ）では前記のスプリング１５０は不要であるが、設計条件によっては、ロッド１５２が先端側又は基端側のいずれか一方に向かって付勢されるようにスプリング１５０を設けてもよい。これにより、トリガレバー３２を操作しないときにエンドエフェクタを開状態又は閉状態に保持することができる。先端動作部１２ａに十分なスペースがない場合には、スプリング１５０をトリガレバー３２の側に設けてもよい。
【０１３９】
図２４に示すように、先端動作部１２ｄでは、アイドルプーリ１４０ａ及び１４０ｂは、それぞれ同軸上で外寄りの第１層アイドルプーリ２３２ａ及び２３２ｂと内寄りの第２層アイドルプーリ２３４ａ及び２３４ｂとを有する。また、ガイドプーリ１４２ａ及び１４２ｂは、それぞれ同軸上で外寄りの第１層ガイドプーリ２３６ａ及び２３６ｂと内寄りの第２層ガイドプーリ２３８ａ及び２３８ｂとを有する。このような構成により、図７と同様の構成になり、対のプーリ同士が逆方向に回転可能であり、動作がスムーズである。
【０１４０】
図２５に示すように、内寄りの２つの第２層アイドルプーリ２３４ａと第２層アイドルプーリ２３４ｂは一体構成で中央共通アイドルプーリ４３０を構成していてもよい。内寄りの２つの第２層ガイドプーリ２３８ａと第２層ガイドプーリ２３８ｂは一体構成で中央共通ガイドプーリ４３２を構成していてもよい。
【０１４１】
すなわち、駆動リンク３２６ａと駆動リンク３２６ｂ（図２３参照）は、逆方向に同じ距離だけ移動するのであるから、図２５の各矢印で示すような動作が発生し、第２層アイドルプーリ２３４ａと第２層アイドルプーリ２３４ｂは同方向（図２５では時計方向）に同じ角度だけ回転し、第２層ガイドプーリ２３８ａと第２層ガイドプーリ２３８ｂは同方向（図２５では反時計方向）に同じ角度だけ回転する。したがって、これらの部材は別部材とする必要はなく、一体的な中央共通アイドルプーリ４３０及び中央共通ガイドプーリ４３２を構成することにより、簡便構成となる。図２５では、理解が容易なように、第２層ガイドプーリ２３８ａと第２層ガイドプーリ２３８ｂとの距離、及び第２層アイドルプーリ２３４ａと第２層アイドルプーリ２３４ｂとの距離をやや離して示しているが、両者の距離は実質的に０でもよい。
【０１４２】
次に、第１エンドエフェクタ駆動機構３２０ａと第２エンドエフェクタ駆動機構３２０ｂとを逆方向に略同じ距離だけ移動させる第１例〜第４例に係る駆動部材進退機構４４０ａ〜４４０ｄについて図２６〜図２９を参照しながら説明する。
【０１４３】
図２６に示すように、第１例に係る駆動部材進退機構４４０ａは、支点４４２を基準として回転するアーム４４４と、支点４４２よりもややＹ１方向の回転係合部４４６ａと、ややＹ２方向の回転係合部４４６ｂとを有する。支点４４２から２つの回転係合部４４６ａ及び４４６ｂまでの距離は等しい。回転係合部４４６ａには、駆動リンク３２６ａの基端部が回転可能に係合されており、回転係合部４４６ｂには、駆動リンク３２６ｂの基端部が回転可能に係合されている。
【０１４４】
アーム４４４は、前記の第１リンク６４に相当し、下端にトリガレバー３２が設けられている。
【０１４５】
図２７に示すように、第２例に係る駆動部材進退機構４４０ｂは、駆動部材進退機構４４０ａと同様に、アーム４４４、支点４４２、回転係合部４４６ａ及び４４６ｂを有する。回転係合部４４６ａにはワイヤ４４８ａが接続されており、回転係合部４４６ｂにはワイヤ４４８ｂが接続されている。ワイヤ４４８ａの他端は、ターミナル２５０ａを介して受動ワイヤ２５２ａ（図２２参照）が接続されており、ワイヤ４４８ｂの他端は、ターミナル２５０ｂを介して受動ワイヤ２５２ｂ（図２２参照）が接続されている。
【０１４６】
図２８に示すように、第３例に係る駆動部材進退機構４４０ｃは、アーム４４４と、該アーム４４４に固定された回転操作子４５０と、該回転操作子４５０に巻き掛けられたワイヤ４５２と、ワイヤ４５２の一部を回転操作子４５０に固定する固定具４５４と、回転操作子４５０の近傍でワイヤ４５２の一部に当接するアイドラー４５６とを有する。回転操作子４５０は、薄い円柱体であり、プーリとして作用する。つまり、ワイヤ４５２の一方４５２ａは回転操作子４５０の上方に接触しており、他方４５２ｂはＹ２方向部分に接触している。
【０１４７】
回転操作子４５０は、アーム４４４と一体となって、支点４４２を基準として回転する。固定具４５４を基準としてワイヤ４５２の一方４５２ａは、ターミナル２５０ａを介して受動ワイヤ２５２ａ（図２２参照）が接続されており、他方４５２ｂは、ターミナル２５０ｂを介して受動ワイヤ２５２ｂ（図２２参照）が接続されている。
【０１４８】
回転操作子４５０は適度に大径であり、受動ワイヤ２５２ａ及び受動ワイヤ２５２ｂを十分に引くことができる。固定具４５４は、ワイヤ４５２の引き込み及び送り出しに障害とならない位置に設けられている。
【０１４９】
アイドラー４５６は、ワイヤ４５２に当接し、該ワイヤ４５２の配置経路を規定することができ、ワイヤ４５２の一方４５２ａと他方４５２ｂとを近接させて、連結シャフト４８の中空部分４８ａを通すのに好適である。アイドラー４５６は、ワイヤ４５２のテンショナーを兼ねることもできる。
【０１５０】
図２９に示すように、第４例に係る駆動部材進退機構４４０ｄは、アーム４４４と、回転操作子４５０と、ワイヤ４６０と、固定具４５４と、アイドラー４５６とを有する。ワイヤ４６０の先端側は駆動リンク３２６ａの基端部に接続され、基端側は、回転操作子４５０の上部に巻き掛けられ、端部が固定具４５４により回転操作子４５０に固定されている。ワイヤ４６０の途中には、アイドラー４５６が設けられており、ワイヤ４６０及び駆動リンク３２６ａの配置経路を規定している。
【０１５１】
駆動リンク３２６ｂの基端部は、回転操作子４５０の下部係合部４６４に回転自在に軸支されている。アーム４４４には、下部係合部４６４を案内する長孔６４ａが設けられている。駆動リンク３２６ａ及び駆動リンク３２６ｂは、ガイド４６２ａ及び４６２ｂによってＺ方向に進退自在に支持されている。
【０１５２】
このような、駆動部材進退機構４４０ａ〜４４０ｄによれば、第１エンドエフェクタ駆動機構３２０ａと第２エンドエフェクタ駆動機構３２０ｂとを逆方向に略同じ距離だけ移動させることができる。駆動部材進退機構４４０ａ〜４４０ｄは、後述する先端動作部１２ｅに対しても適用可能である。
【０１５３】
次に、第５の実施形態に係る先端動作部１２ｅについて説明する。先端動作部１２ｅは、第１エンドエフェクタ駆動機構３４０ａ及び第２エンドエフェクタ駆動機構３４０ｂを有する。
【０１５４】
図３０、図３１、図３２及び図３３に示すように、第１エンドエフェクタ駆動機構３４０ａは前記の第１エンドエフェクタ駆動機構３２０ａ（図２２参照）とほぼ同じ機構である。第２エンドエフェクタ駆動機構３４０ｂは、前記の第２エンドエフェクタ駆動機構３２０ｂ（図２２参照）に対して、基本的には、折り返しプーリ（折り返し円柱体）３５０が付加されるとともに、受動側連結ワイヤ３２８及び受動側連結プーリ３３０が省略された構成である。受動プーリ１５６ａ及び受動プーリ１５６ｂは同軸構成となっている。
【０１５５】
主軸部材１４４には、ピン３５２が挿入及び固定される径方向の軸孔３５４が設けられている。軸孔３５４は、孔１４４ａを経由して主軸部材１４４の筒部を貫通している。
【０１５６】
ロッド１５２には、ピン３５２が挿通可能な幅で軸方向に延在する長孔３５６が設けられている。ロッド１５２は、作業部１６の軸心よりＹ１方向にややオフセットした位置に設けられるが、先端の突起１７４だけは軸心に配置させるとよい（図８参照）。もちろん、ロッド１５２は中心に配置してもよい。
【０１５７】
受動プーリ１５６ａは、前記の受動プーリ１５６（図６参照）と同様に、ロッド１５２のＺ２方向端部に対してピン１５４により回転自在に軸支されている。ピン１５４は、ロッド１５２を通り抜けてＹ２方向に突出し受動プーリ１５６ｂを軸支する。受動プーリ１５６ｂは、受動ワイヤ２５２ｂが２巻き可能な幅を有する。孔１４４ａは、受動プーリ１５６ａ、１５６ｂ及びロッド１５２が挿入可能な高さを有する。受動プーリ１５６ａ及び１５６ｂは、孔１４４ａ内でピン１５４によって同軸に軸支されており、独立的に回転自在である。
【０１５８】
ピン３５２は、孔１４４ａ内でＹ１方向からＹ２方向に向かって、長孔３５６及び折り返しプーリ３５０の中心孔に挿入されて、ロッド１５２と受動プーリ１５６ａ及び１５６ｂが軸方向に進退可能である。折り返しプーリ３５０はピン３５２に軸支されて回転自在であり、位置は固定である。折り返しプーリ３５０は受動ワイヤ２５２ｂが２巻き可能な幅を有する。また、折り返しプーリ３５０を２層化することにより、開閉動作のときに反対方向に回転できる構成となり、ワイヤとプーリの摩擦を低減させることができる。
【０１５９】
図３４、図３５及び図３６に示すように、第２エンドエフェクタ駆動機構３４０ｂにおいては、受動プーリ１５６ｂよりも先端側に折り返しプーリ３５０が設けられ、受動ワイヤ２５２ｂは、受動プーリ１５６ｂと折り返しプーリ３５０とにわたって巻き掛けられている。つまり、受動ワイヤ２５２ｂは、駆動部材の駆動リンク３２６ｂのターミナル２５０ｂから、アイドルプーリ１４０ｂのＸ１方向を通り、Ｘ２方向に向かい、ガイドプーリ１４２ｂのＸ２方向を通り受動プーリ１５６ｂのＸ２方向面に至る。受動ワイヤ２５２ｂはそのままＺ１方向に向かって延在し、折り返しプーリ３５０のＸ２方向の面に達し、該折り返しプーリ３５０のＺ１方向の面に半回転巻き付けられてＺ２方向に折り返す。
【０１６０】
受動ワイヤ２５２ｂは受動プーリ１５６ｂのＺ２方向の面に半回転巻き付けられてＸ２側を通って再度折り返しプーリ３５０に至り、再び該折り返しプーリ３５０のＺ１方向の面に半回転巻き付けられてＺ２方向に折り返す。この後、受動ワイヤ２５２ｂはガイドプーリ１４２ｂのＸ１方向からアイドルプーリ１４０ｂのＸ２方向に至り、駆動リンク３２６ｂのターミナル２５０ｂに接続される。ターミナル２５０及び受動ワイヤ２５２ｂは、駆動リンク３２６ｂを介してトリガレバー３２に対して機械的に接続されていることになる。
【０１６１】
図３４、図３５、図３６でアイドルプーリ１４０ｂがガイドプーリ１４２ｂよりも大径であるのは、ガイドプーリ１４２ｂに隣接して設けられる歯車１３４及び歯車１３８（図６参照）と軸１１０との干渉を防止しつつアイドルプーリ１４０ｂとガイドプーリ１４２ｂを近接させるためである。
【０１６２】
先端動作部１２ｅの構造について理解を容易にするために、その模式図を図３７に示す。
【０１６３】
このように構成される先端動作部１２ｅでは、図３８に示すように、人手によりトリガレバー３２を十分に引くと、ロッド１５２がＺ２方向に移動し、エンドエフェクタ３００を閉じさせることができる。このときの動作、作用及び効果は、図９及び図２２に示す場合と同様であることから、詳細については省略する。
【０１６４】
なお、このとき受動プーリ１５６ｂは受動プーリ１５６ａに対して同軸構成であることから、該受動プーリ１５６ａとともにＺ２方向に変位する。また、駆動リンク３２６ｂは、押し出される方向に変位するため、受動ワイヤ２５２ｂ、駆動側連結ワイヤ３２２は弛むことはない。受動プーリ１５６ｂと折り返しプーリ３５０との距離をＬとする。
【０１６５】
図３９に示すように、人手によりトリガレバー３２を十分に押し出すと、駆動側連結ワイヤ３２２は図３９における反時方向に動き、駆動リンク３２６ｂは受動ワイヤ２５２ｂを引き寄せるように作用する。ところが、受動ワイヤ２５２ａは、先端部が位置固定の折り返しプーリ３５０に巻き掛けられていることから、全体的な移動をすることはなく、駆動リンク３２６ｂの移動量に応じて受動プーリ１５６ｂがＺ１方向に移動し、距離Ｌが短くなる。つまり、距離Ｌが短くなる分だけ、受動ワイヤ２５２ａは駆動リンク３２６ｂに向かって繰り出され、該駆動リンク３２６ｂが移動可能となる。このように、受動プーリ１５６ｂは動滑車として作用し、折り返しプーリ３５０は定滑車として作用する。
【０１６６】
このとき受動プーリ１５６ａは受動プーリ１５６ｂに対して同軸構成であることから、該受動プーリ１５６ｂとともにＺ１方向に変位し、ロッド１５２をＺ１方向に押し出してエンドエフェクタ３００を開かせることができる。
【０１６７】
エンドエフェクタ３００には、トリガレバー３２を人手によって押し出す力が第２エンドエフェクタ駆動機構３４０ｂによって機械的に直接伝えられることから、弾性体のような所定の力ではなく任意の強い力で開くことができる。したがって、エンドエフェクタ３００の外側面を用いて生体組織を剥離させ、又は孔部を拡開させるような手技に対して好適に用いることができる。
【０１６８】
また、エンドエフェクタ３００の外側面に対象物Ｗが接触した場合には、受動ワイヤ２５２ｂ、駆動リンク３２６ｂ及びトリガレバー３２もそれ以上Ｚ１方向に動かなくなり、操作者はエンドエフェクタ３００の外側面が対象物Ｗに接触したこと、及び該対象物Ｗの硬さ等を指先で知覚することができる。
【０１６９】
先端動作部１２ｄ及び１２ｅは、先端動作部１２ａと同様にヨー軸動作及びロール軸動作が可能である。図示を省略するが、先端動作部１２ｅでは、ヨー軸動作をする場合、ガイドプーリ１４２ａ及びガイドプーリ１４２ｂの軸（図３７参照）を中心にして、それよりも先端の複合機構部１０２及びエンドエフェクタ３００がヨー方向に揺動する。先端動作部１２ｅは、先端動作部１２ａと同様に非干渉機構であることから、ヨー軸動作をしてもエンドエフェクタ３００の開度が変化することはなく、逆にエンドエフェクタ３００の開度を変化させてもヨー軸が動作することはない。エンドエフェクタ３００とロール軸の関係についても同様である。
【０１７０】
このように構成される先端動作部１２ｅでは、受動プーリ１５６ａ及び１５６ｂは、同じ方向に同じ移動量スライドするため、同軸に配置することができ、収納・スペース効率が向上し、部品点数を低減することができるとともに、組み立て及びメンテナンスが容易となる。受動プーリ１５６ａ及び１５６ｂは一体的にスライド移動をすることから、スライド移動部は１箇所で足りる。これに対して、前記の先端動作部１２ｄでは、受動プーリ１５６ａ及び１５６ｂは逆方向にスライド移動をすることから、スライド移動部は２箇所である。
【０１７１】
また、先端動作部１２ｅにおける全てのプーリ、つまりアイドルプーリ１４０ａ及び１４０ｂ、ガイドプーリ１４２ａ及び１４２ｂ、受動プーリ１５６ａ及び１５６ｂ、折り返しプーリ３５０の回転軸を平行（Ｙ方向）に配置できるため、プーリの配置に無駄なスペースがなく効率的に配置できる。これに対して、前記の先端動作部１２ｄにおける受動側連結プーリ３３０は、他のプーリに対して軸方向が直交している。
【０１７２】
さらに、先端動作部１２ｅでは、前記先端動作部１２ｄにおける受動側連結ワイヤ３２８及びそのワイヤ締結手段が不要である。先端動作部１２ｅでは、前記先端動作部１２ｄにおける受動側連結プーリ３３０が不要で、簡便構成である。
【０１７３】
先端動作部１２ｅにおけるエンドエフェクタ３００の把持及び開き動作時のワイヤ駆動比は、先端動作部１２ｄの場合と同様に１：１であり、バランスがよい。
【０１７４】
なお、先端動作部１２ｅでは、フェイスギア１６５が歯車１３４及び歯車１３８とともに差動機構を構成している例を示したが、例えば、図４０に示す第１変形例のように、フェイスギア１６５を一方の歯車１３４だけに噛合させ、主軸部材１４４と歯車体１３０（図６参照）に相当する部分とを一体構成にしてもよい。これにより、ロール軸動作は、歯車１３４を介したワイヤ５２の作用下に行われ、ヨー軸動作は、ワイヤ５２及びワイヤ５４の協調動作により、主軸部材１４４を揺動させることにより行われる。
【０１７５】
図４１に示すように、先端動作部１２ｅの第２変形例として、折り返しプーリ３５０を備える第２エンドエフェクタ駆動機構３４０ｂを用い、第１エンドエフェクタ駆動機構３４０ａは省略してもよい。この変形例では、省略する第１エンドエフェクタ駆動機構３４０ａの作用を補償するために、スプリング１５０を設けるとよい。スプリング１５０は、第１の実施形態に係る先端動作部１２ａ（図８参照）では圧縮ばねであったが、この第２変形例では引っ張りばねにより閉方向に弾性付勢するように作用する。トリガレバー３２は、駆動リンク３２６ｂに接続すればよい。また、図４１に示す変形例では、図示を省略するが、さらにアイドルプーリ１４０ｂを省略してもよい。つまり、第２の実施形態に係る先端動作部１２ｂ（図１８参照）の場合と同様に、受動ワイヤ２５２をガイドプーリ１４２ｂに対して、少なくとも一方からそれぞれ１巻き以上巻き掛ける構成としてもよい。図４１に示す先端動作部１２ｅの第２変形例は２セット並列に組み合わせて用いると、トリガ３２を引くときも戻すときも人の力が能動的に働くことができ、力を出す方向が両方向になる。また、力を発生させるスプリング１５０は不要となる。さらに把持鉗子としても剥離鉗子としても兼用できる。
【０１７６】
先端動作部１２ｅでは、両開き式のエンドエフェクタ３００を設けているが、片開き式のエンドエフェクタ１０４（図５参照）又はその他のエンドエフェクタを設けてもよいことはもちろんである。
【０１７７】
先端動作部１２ａ〜１２ｅは、上記に例示した構成には限らず、種々の構成を取りうる。
【０１７８】
例えば、図４２Ａに示すように、変形例に係る先端動作部１２ｆは、グリッパリンク２２０（図５参照）を省略して、受動板１５８とレバー部２１４とをピン２２２及び長孔３６０により接続する。この場合、ピン２２２はレバー部２１４に固定しておく。このような変形例に係る先端動作部１２ｆによれば、ピン２２２が長孔３６０内で摺動することにより第２グリッパ２１２が回動して開閉動作が可能である（図４２Ｂ参照）。先端動作部１２ｆは、グリッパリンク２２０及びピン２２４（図５参照）が不要で、部品点数を削減できる。
【０１７９】
先端動作部１２ｆでは、ワイヤ・プーリによる非干渉把持構（つまり、複合機構部１０２）の基本的な構成は、図５に示す先端動作部１２ｆと同構造であり、その長さＬｓも等しい。また、グリッパ軸としてのピン１９６から先端までの長さＬｇも図５に示す先端動作部１２ａと同寸法にすることができる。一方、受動板１５８の前面からピン１９６までの接続部長さＬｘ’は、先端動作部１２ａにおける接続部長さＬｘ（図５参照）よりも相当に短尺化が可能であり、結果として、先端動作部１２ｆの全長Ｌｔが短くなる。これにより、先端動作部１２ｆでは、体腔２２が狭くてもヨー軸関節を屈曲させての作業が容易になり、より深部、狭隘部の空間での手術が可能となる。もちろん、把持鉗子のような２本のグリッパを開閉させるような構成にも適用できる。このほか、ロッド１５２の直線動作を歯車などを用いて回転動作に変換するなどして把持してもよい。エンドエフェクタとしては、グリッパ形式に限らず、はさみや開閉部を有する回転電極等を適用してもよい。
【０１８０】
本実施の形態によるワイヤ・プーリによる非干渉機構は、連結シャフト４８に相当する箇所が湾曲する従来のタイプ（例えば、軟性鏡タイプ）や他の非干渉機構に比べて、動作範囲が広く（例えば、±９０°を確保できる）かつコンパクトに構成できる。したがって、関節に相当する湾曲部や屈曲部から先端までの距離を短く設定することができ、生体に対するアプローチ方向が制限されず、狭い空間での作業が容易になる。
【０１８１】
上述したように、本実施の形態に係るマニピュレータ１０におけるエンドエフェクタ駆動機構２６０、３２０ａ、３２０ｂ、３４０ａ、３４０ｂは、他の動作軸に対して非干渉な構成となり、高い自由度の先端動作部を簡便に構成することができるとともに、強い把持力（又は剥離力）を実現できる。また、駆動部材（ワイヤ５６等）を人手によって操作する入力部に対して機械的に接続しておくことで、操作者が先端動作部１２に加わる外力等をより確実且つ簡便に感知することができる。さらに、エンドエフェクタ駆動機構２６０、３２０ａ、３２０ｂ、３４０ａ、３４０ｂは、歯車を用いない簡便な構造である。
【０１８２】
上記実施例は、例えば図４３に示すような手術用ロボットシステム７００に適用してもよい。
【０１８３】
手術用ロボットシステム７００は、多関節型のロボットアーム７０２と、コンソール７０４とを有し、作業部１６はロボットアーム７０２の先端に接続されている。ロボットアーム７０２の先端には前記のマニピュレータ１０と同じ機構が設けられている。ロボットアーム７０２は、作業部１６を移動させる手段であればよく、据置型に限らず、例えば自律移動型でもよい。コンソール７０４は、テーブル型、制御盤型等の構成を採りうる。
【０１８４】
ロボットアーム７０２は、独立的な６以上の関節（回転軸やスライド軸等）を有すると、作業部１６の位置及び向きを任意に設定できて好適である。先端のマニピュレータ１０は、ロボットアーム７０２の先端部７０８と一体化している。マニピュレータ１０は、前記のトリガレバー３２（図８参照）の代わりにモータ（人手によって操作する入力部に連動するアクチュエータ）４２を有し、該モータ４２がワイヤ５６（図８参照）又は駆動側連結プーリ３２４（図２２参照）を駆動する。
【０１８５】
ロボットアーム７０２は、コンソール７０４の作用下に動作し、プログラムによる自動動作や、コンソール７０４に設けられたジョイスティック７０６に倣った操作、及びこれらの複合的な動作をする構成にしてもよい。コンソール７０４は、前記のコントローラ４５の機能を含んでいる。作業部１６には、前記の先端動作部１２（１２ａ〜１２ｆ）が設けられている。
【０１８６】
コンソール７０４には、操作指令部としての２つのジョイスティック７０６と、モニタ７１０が設けられている。図示を省略するが、２つのジョイスティック７０６により、２台のロボットアーム７０２を個別に操作が可能である。２つのジョイスティック７０６は、両手で操作しやすい位置に設けられている。モニタ７１０には、軟性鏡による画像等の情報が表示される。
【０１８７】
ジョイスティック７０６は、上下動作、左右動作、捻り動作、及び傾動動作が可能であり、これらの動作に応じてロボットアーム７０２を動かすことができる。ジョイスティック７０６はマスターアームであってもよい。ロボットアーム７０２とコンソール７０４との間の通信手段は、有線、無線、ネットワーク又はこれらの組合わせでよい。
【０１８８】
ジョイスティック７０６には、トリガレバー３２が設けられており、該トリガレバー３２を操作することによりモータ４２を駆動可能である。
【０１８９】
なお、マニピュレータ１０及び先端動作部１２、１２ａ〜１２ｆは、医療用のものとして説明したが、使用用途はこれに限らず、医療用以外の産業用にも適用できる。例えば、本実施の形態に係るマニピュレータは、エネルギー機器やエネルギー施設などの狭隘部や人が直接作業することのできない場所で、把持感覚や強い把持力を必要とする補修作業やメンテナンス作業を行うロボット、マニピュレータ及び先端動作部に適用することで、同様の効果が得られることはもちろんである。
【０１９０】
本発明に係るマニピュレータは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【０１９１】
【図１】マニピュレータの側面図である。
【図２】マニピュレータの平面図である。
【図３】第１の実施形態に係る先端動作部の断面側面図である。
【図４】第１の実施形態に係る先端動作部の断面平面図である。
【図５】第１の実施形態に係る先端動作部で、グリッパを閉じた状態の断面側面図である。
【図６】第１の実施形態に係る先端動作部の分解斜視図である。
【図７】第１の実施形態に係る先端動作部の模式構造図である。
【図８】トリガレバーを操作しないときの、第１の実施形態に係る先端動作部の模式側面図である。
【図９】トリガレバーを十分に引いたときの、第１の実施形態に係る先端動作部の模式側面図である。
【図１０】トリガレバーを中間位置までひいたときの、第１の実施形態に係る先端動作部の模式側面図である。
【図１１】ロール軸を一方向へ動作させたときの、第１の実施形態に係る先端動作部の模式側面図である。
【図１２】第１変形例に係る受動ワイヤの端部の接続箇所の模式図である。
【図１３】第２変形例に係る受動ワイヤの端部の接続箇所の模式図である。
【図１４】第３変形例に係る受動ワイヤの端部の接続箇所の模式平面図である。
【図１５】第３変形例に係る受動ワイヤの端部の接続箇所の模式断面側面図である。
【図１６】第４変形例に係る受動ワイヤの端部の接続箇所の模式断面平面図である。
【図１７】第４変形例に係る受動ワイヤの端部の接続箇所の模式断面側面図である。
【図１８】第２の実施形態に係る先端動作部の模式構造図である。
【図１９】第３の実施形態に係る先端動作部の断面側面図である。
【図２０】第３の実施形態に係る先端動作部で、グリッパを閉じた状態の断面側面図である。
【図２１】第４の実施形態に係る先端動作部で、ロール軸を一方向へ動作させたときの断面平面図である。
【図２２】トリガレバーを押し出したときの、第４の実施形態に係る先端動作部の模式側面図である。
【図２３】トリガレバーを十分に引いたときの、第４の実施形態に係る先端動作部の模式側面図である。
【図２４】第４の実施形態に係る先端動作部の模式構造図である。
【図２５】第４の実施形態に係る先端動作部のアイドルプーリ及びガイドプーリの拡大斜視図である。
【図２６】第１例に係る駆動部材進退機構の模式図である。
【図２７】第２例に係る駆動部材進退機構の模式図である。
【図２８】第３例に係る駆動部材進退機構の模式図である。
【図２９】第４例に係る駆動部材進退機構の模式図である。
【図３０】第５の実施形態に係る先端動作部の断面側面図である。
【図３１】第５の実施形態に係る先端動作部の断面平面図である。
【図３２】第５の実施形態に係る先端動作部で、グリッパを閉じた状態の断面側面図である。
【図３３】第５の実施形態に係る先端動作部の分解斜視図である。
【図３４】トリガレバーを押し出したときの、第２エンドエフェクタ駆動機構の一部断面平面図である。
【図３５】トリガレバーを十分に引いたとき、第２エンドエフェクタ駆動機構の一部断面平面図である。
【図３６】トリガレバーを押し出したときの、第２エンドエフェクタ駆動機構の一部断面側面図である。
【図３７】第５の実施形態に係る先端動作部の模式構造図である。
【図３８】トリガレバーを十分に引いたときの、第５の実施形態に係る先端動作部の模式側面図である。
【図３９】トリガレバーを押し出したときの、第５の実施形態に係る先端動作部の模式側面図である。
【図４０】第５の実施形態の第１変形例に係る先端動作部の断面側面図である。
【図４１】第５の実施形態の第２変形例に係る先端動作部の模式側面図である。
【図４２】図４２Ａは、グリッパリンクを省略した先端動作部の概略断面側面図であり、図４２Ｂは、グリッパリンクを省略した先端動作部でグリッパを開いた状態の概略断面側面図である。
【図４３】作業部をロボットアームの先端に接続した手術用ロボットシステムの概略斜視図である。
【符号の説明】
【０１９２】
１０…マニピュレータ                  １２、１２ａ〜１２ｆ…先端動作部
１４…操作部                          １６…作業部
３２…トリガレバー                    ４０、４１、４２…モータ
４８…連結シャフト                    ５２、５４、５６…ワイヤ
１０４、３００…エンドエフェクタ
１４０、１４０ａ、１４０ｂ…アイドルプーリ
１４２、１４２ａ、１４２ｂ…ガイドプーリ
１５０…スプリング                    １５２…ロッド
１５６、１５６ａ、１５６ｂ…受動プーリ
１５８…受動板                        １６０…カバー
２０２、２１２、３０２…グリッパ
２５２、２５２ａ、２５２ｂ…受動ワイヤ
２６０、３２０ａ、３２０ｂ、３４０ａ、３４０ｂ…エンドエフェクタ駆動機構
３２２…駆動側連結                    ワイヤ３２４…駆動側連結プーリ
３２６ａ、３２６ｂ…駆動リンク        ３２８…受動側連結ワイヤ
３３０…受動側連結プーリ              ３５０…折り返しプーリ
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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