(57)【要約】【課題】  手術ロボット等に用いる、小型かつ操作応答性良好な多関節マニピュレータを提供する。【解決手段】  振動により出力軸が運動する振動アクチュエータの多面体形状の可振子の構成面の内、少なくとも複数の面に貫通穴または非貫通の穴を形成する。構成面の面上であって穴の形成されていない部分にパターン状の電極を有する振動子が貼り付けられる。そして、複数の穴に回転または直動可能な第１出力軸と回転可能な回転出力軸が挿通され、電極の電極パターンに順次電圧を印加する事で可振子に進行波を発生させ、第１出力軸に回転または軸方向の変位により多関節マニピュレータの作動爪を駆動するようにした。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の関節を有する多関節マニピュレータにおいて、
振動により出力軸が運動する第１振動アクチュエータを備え、
前記第１振動アクチュエータは、略多面体形状の第１可振子を有し、
前記略多面体形状の構成面の内、少なくとも複数の面には、貫通または非貫通の穴が形成されており、
前記面の面上であって前記穴の形成されていない部分に、パターン状の電極を有する振動子が貼り付けられており、
複数の前記穴の内の１つには回転及び／又は直動可能な第１出力軸が挿通されており、
複数の前記穴の内、前記第１出力軸が挿通されていない穴には、回転可能な回転出力軸とが挿通されており、
前記電極の電極パターンに順次電圧を印加する事で可振子に進行波を発生させ、
前記出力軸に与えられる変位により、作動爪を駆動することを特徴とする多関節マニピュレータ。
【請求項２】
前記第１出力軸の直動変位で作動爪を開閉し、前記第１出力軸の回転動作で開閉爪の回動することを特徴とする請求項１記載の多関節マニピュレータ。
【請求項３】
前記回転出力軸を中心に前記開閉爪、前記可振子が一体的に回動することを特徴とする請求項１または２記載の多関節マニピュレータ。
【請求項４】
前記第１振動アクチュエータとは別に、第２振動アクチュエータを備え、
前記第２振動アクチュエータは、略多面体形状の第２可振子を有し、
前記第２可振子の構成面には穴が形成されており、
第２可振子の構成面の面上であって、穴の形成されていない部分に、パターン状の電極を有する振動子が貼り付けられており、
前記第２可振子の構成面に形成された穴に、回転及び直動可能な第２出力軸を挿通し、
前記第２振動アクチュエータは少なくとも一部に可撓性を有するチューブ内に収納され、
前記第２可振子に貼り付けられた前記電極パターンに順次電圧を印加することで第２可振子に進行波を発生させ、前記第２出力軸に回転または軸方向の変位を与える第２振動アクチュエータの前記第２出力軸の直動変位により前記チューブに第２リンクを介して曲げ力を与え、湾曲角を与えることを特徴とする請求項１から３何れか１項記載の多関節マニピュレータ。
【請求項５】
前記第２出力軸の回転で前記第２リンクを自在に回動させ、前記チューブを湾曲させる方向を変化させることを特徴とする請求項１から４何れか１項記載の多関節マニピュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子等の振動により複数の出力軸に個別に振動波を与えて、それぞれの出力軸が回転または直動運動を行う振動アクチュエータを用いた新たな機構により、手術用ロボットや工業用ロボットに用いられる多関節マニピュレータを構成するものである。
【背景技術】
【０００２】
医療機器の進歩は急速であり、遠隔操作による手術が可能な手術支援ロボットが登場している。手術支援ロボットの２本のマニピュレータの先端にはそれぞれ作動爪が取り付けられ、この作動爪は約１６０度の開閉と共にその根元は人の手首が折れるように±６０度の角度変更が行えるようになった物が一般的である。従来、これらの動作は一般にはチューブ状のアーム内に張られた複数本の長いワイヤーを、本体装置側（反フィンガー側）に設けられた複数個の電磁モータで押し引きすることで駆動されていた。
【０００３】
近年、直径５ミリメートル以内の小型の振動アクチュエータ（又は超音波アクチュエータ）が登場し、これをマニピュレータ先端に搭載することで、ワイヤーを一切使わず簡単な機構で作業爪を直接駆動することができ、より人の手の運動感覚に近い４軸または５軸以上で操作性が良好な新たな機構による多関節マニピュレータが登場しようとしている。
【０００４】
マニピュレータに必要な駆動源としては、電磁モータ、圧電アクチュエータ、形状記憶合金式アクチュエータ等の各種駆動原理の中で、小径でも大きい駆動力が得られる圧電素子または電歪素子による振動アクチュエータが有望視されている。
【０００５】
例えば、特許文献１においては、ロボットのアーム先端に配置されるハンドが、開閉する一対の作動爪(4)がセンターバー(21)の直動運動により開閉されている。
しかしながら、この特許文献１に示すロボットのハンドにおいては、多軸動作が行えず操作性が悪かった。
【０００６】
また、特許文献２においては、軸状の作動子(12)が角柱状のステータ(11)の穴に圧入または挿入され、ステータ(11)に貼り付けられた複数の圧電素子(13)に電圧が順次印加され振動波を生じることで、軸状の作動子を回転または軸方向に移動させる超音波走査装置が示されている。
しかしながら、特許文献２に示す超音波走査装置では、出力軸は１本に限定され、回転と直動動作は行えるものの、マニピュレータの作動爪の多軸動作が行えず操作性が悪かった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０８−２８１５８７号
【特許文献２】特開２０１３−１８３５６３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記従来事情に鑑みてなされたものであり、その課題とする処は、複数の出力軸を選択的に回転、または直動振動させる振動アクチュエータを用いた新たな機構により、小型かつ操作性良好な多関節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】
【０００９】
複数の関節を有する多関節マニピュレータにおいて、振動により出力軸が運動する振動アクチュエータの多面体形状の可振子の構成面の内、少なくとも複数の面には、貫通穴または非貫通の穴を形成し、前記構成面の面上であって穴の形成されていない部分に、パターン状の電極を有する振動子が貼り付けられる。そして複数の穴に回転または直動可能な出力軸と回転可能な回転出力軸が挿通され、電極の電極パターンに順次電圧を印加する事で可振子に進行波を発生させ、出力軸に変位を与えることにより作動爪を駆動するように構成した。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、可振子に設けられた複数の圧電素子が複数の出力軸を選択的に回転、または直動振動させる多軸アクチュエータを、遠隔操作が可能な手術ロボットマニピュレータの先端に搭載することでワイヤーを一切使わず作動爪を直接駆動することができ、小型で応答性が良いので、より人の手の運動感覚に近い操作性に優れた多関節マニピュレータが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る多関節マニピュレータの作動爪部平面図
【図２】同多関節マニピュレータの作動爪部斜視図
【図３】同多関節マニピュレータに用いる振動アクチュエータの斜視図
【図４】同多関節マニピュレータにおける電極パターン説明図
【図５】同多関節マニピュレータにおける第１出力軸の直動動作説明図
【図６】同多関節マニピュレータにおける第１出力軸の直動進行波説明図
【図７】同多関節マニピュレータにおける電極への電圧印加パターン図
【図８】同多関節マニピュレータにおける第１出力軸の回転動作説明図
【図９】同多関節マニピュレータにおける第１出力軸の回転進行波説明図
【図１０】同多関節マニピュレータにおける第２出力軸の回転動作説明図
【図１１】同多関節マニピュレータにおける第２出力軸の回転振動波説明図
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る多関節マニピュレータの斜視図
【図１３】同多関節マニピュレータの第２関節部の構成図
【図１４】同多関節マニピュレータの第２関節部の屈曲動作説明図
【図１５】同多関節マニピュレータの第２関節部の回動動作説明図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本実施の形態の多関節マニピュレータの第一の特徴は、複数の関節を有する多関節マニピュレータにおいて、振動により出力軸が運動する第１振動アクチュエータを備える。この第１振動アクチュエータは、略多面体形状の第１可振子を有し、略多面体形状の構成面の内、少なくとも複数の面には、貫通または非貫通の穴が形成されている。そして構成面の面上であって穴の形成されていない部分には、パターン状の電極を有する振動子が貼り付けられている。また、複数の穴の内の１つには回転及び／又は直動可能な第１出力軸が挿通されており、該複数の穴の内、第１出力軸が挿通されていない穴には、回転可能な回転出力軸が挿通されている。そして、電極パターンに順次電圧を印加する事で可振子に進行波を発生し、出力軸に与えられる回転または軸方向の変位によりマニピュレータの作動爪を駆動するよう構成している。  
この構成により従来用いられていた多くのワイヤーでの駆動が一切不要で小型になり、振動子が直接作動爪を開閉するので操作に遅れが生じることがなく、小型で操作応答性良好な多関節マニピュレータを得ることができる。
【００１３】
第二の特徴としては、第１振動アクチュエータの第１出力軸の直動変位で作動爪を開閉し、同第１出力軸の回転動作で開閉爪の回動することを特徴とするよう構成している。
この構成によれば、作動爪の開閉と回転の動作が振動アクチュエータの１本の出力軸の動作のみで行うことができ、より小型で操作応答性良好な多関節マニピュレータを得ることができる。
【００１４】
第三の特徴としては、回転出力軸を中心に開閉爪と可振子が一体的に回動するよう構成している。
この構成によれば、作動爪の開閉と回転の動作に加え、マニピュレータの手首に該当する第１関節の屈曲動作を加えた合計３軸の動作が、１個の振動アクチュエータの動作のみで行うことができ、より小型で操作応答性良好な多関節マニピュレータを得ることができる。
【００１５】
第四の特徴としては、第１振動アクチュエータとは別に、第２振動アクチュエータを備えている。そして、第２振動アクチュエータは、略多面体形状の第２可振子を有し、この第２可振子の構成面には穴が形成されている。また、第２可振子の構成面の面上であって、穴の形成されていない部分に、パターン状の電極を有する振動子が貼り付けられている。そして、第２可振子の構成面に形成された穴に、回転及び直動可能な第２出力軸を挿通している。また、第２振動アクチュエータは少なくとも一部に可撓性を有するチューブ内に収納されている。第２可振子に貼り付けられた電極パターンに順次電圧を印加することで第２可振子に進行波を発生させ、第２出力軸に回転または軸方向の変位を与える第２振動アクチュエータが、第２出力軸に直動変位与えて、チューブに第２リンクを介して曲げ力を与え、湾曲角を与えるよう構成している。
この構成によれば、作動爪の開閉と回転、及び第１関節の屈曲動作に加え、肘の関節にあたる第２関節の曲げ動作を加えた合計４軸の動作を２個の振動アクチュエータによるコンパクトの動作で構成することができ、自由度が高い多関節マニピュレータを実現できる。
【００１６】
第五の特徴としては、第２出力軸の回転で前記リンクを自在に回動させ、チューブを湾曲させる方向を変化さるよう構成している。
この構成によれば、作動爪の開閉と回転、及び第１関節の屈曲動作、肘の関節にあたる第２関節の曲げに加え、回動動作を加えた合計５軸の動作を２個の振動アクチュエータによるコンパクトの動作で構成することができ、より操作性が良好な多関節マニピュレータを実現できる。
【００１７】
次に本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１８】
本発明の第１の実施形態の多関節マニピュレータの構成について、図１から図１１を用いて説明する。
【００１９】
図１は本発明の実施形態に係わる多関節マニピュレータの作動爪部平面図である。
図１において、例えば円筒状のアーム１３には、第１可振子１が回転出力軸２ｃ、２ｄに対して、揺動自在に設けられている。回転出力軸２ｃ、２ｄは第１可振子１の穴３ｃ、３ｄに軽圧入されている。第１可振子１の略中央には第１出力軸２ａが摺動および回転自在に穴３ａに軽圧入されている。
【００２０】
第１可振子１の先端側（図１の作動爪１８側）には回転ガイド１５が固定され、回転板１６がこの回転ガイド１５に係合することで、第１出力軸２ａの軸方向には位置規制されつつ、第１出力軸回転と共に図中記号Ｐのように３６０度回転自在に構成されている。
【００２１】
第１出力軸２ａの先端にはリンク１７ａ、１７ｂが係合し、リンク１７ａ、１７ｂは作動爪１８ａ、１８ｂと共にこれら４個で菱形のリンク機構を構成し、第１出力軸２ａが摺動した時は作動爪１８ａ、１８ｂは図中記号Ｍ’のように約±８０度の範囲で開閉し、手術現場においては手術針等をハンドリングすることができる。
【００２２】
また、第１出力軸２ａが自在に回転することにより、第１出力軸２ａと共に回転板１６、リンク１７ａ、１７ｂと共に作動爪１８ａ、１８ｂは図中記号Ｐに示すように３６０度自在に回転することができる。
【００２３】
図２の本発明の多関節マニピュレータの開閉爪部斜視図において、第１可振子１は、回転出力軸２ｃ、２ｄを中心に、図中記号Ｑの方向に約±６０度の範囲で揺動することができ、これにより、第１可振子１は第１出力軸２ａ、回転ガイド１５、回転板１６、リンク１７ａ、１７ｂと共に作動爪１８ａ、１８ｂと共にマニピュレータの手首を折るように自在に屈曲することで、手術現場ではハンドリングした手術針を使って患部の縫合等を行うことができる。
【００２４】
図３から図１１は本発明多関節マニピュレータに用いる振動アクチュエータの構成と動作を説明している。
【００２５】
図３において、略多角形状の第１可振子１（図３では略立方体）は、多角形を構成する各面１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆには穴３ａ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆが設けられ第１出力軸２ａ、回転出力軸２ｃ、２ｄ、その他の作動軸２ｅ、２ｆがそれぞれ挿通、又は軽く圧入されている。
【００２６】
図４は本発明の第１実施形態に係る電極パターン説明図であり、第１可振子１の各面１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆの展開図を示している。表面に電極６が形成された複数の圧電素子５が貼り付けられ、それぞれのパターン電極６は電線１１に接続され、駆動回路１２から電圧が印加される。
【００２７】
図５は本実施例の第１出力軸２ａの直動動作説明図である。図５において、略多角形状の第１可振子１は多角形を構成する略平面の内、対向する面１ａから面１ｂに向けて貫通する穴３ａを有し、この穴３ａに第１出力軸２ａが軽圧入されている。穴３ａには第１可振子１にバネ性を与えるための放射状に伸びるスリット４を加工しており、第１可振子１は挿通された第１出力軸２ａを適度な力で挟み込み、第１出力軸２ａと第１可振子１の間に安定した摩擦力（例えば約１ニュートンの力）を発生させる。
【００２８】
また、好ましくは第１出力軸２ａの略中央には軸穴３ｇが空けられ、軸穴３ｇは必要に応じて光ファイバーや内視鏡用のＣＣＤカメラの電線、又は手術中に患部に吹き付ける洗浄水を放出するノズル等が挿通されるものである。
【００２９】
第１出力軸２aに平行な第１可振子１の外周の１つの面１ｅと、その対向面１ｆに、圧電素子５が貼り付けられる。面１ｅに貼り付けられた圧電素子５の表面にはパターン状の電極６ｅ１、６ｅ２、６ｅ３、６ｅ４が形成されている。また、面１ｆに貼り付けられた圧電素子５の表面には図４に示すように、パターン状の電極６ｆ１、６ｆ２、６ｆ３、６ｆ４が形成されている。
【００３０】
圧電素子５には１枚毎にそれぞれパターン状の電極６が貴金属のスパッタリング法や、導電性インクの印刷工法により設けられている。また、電極６ａ１、６ａ２、６ａ３、６ａ４は１枚の圧電素子５上に形成されても良いが、４個に分割された圧電素子５の一個ずつに電極が形成されても良い。
【００３１】
第１可振子１の表面は、好ましくはさらに軸２ａが挿通する貫通穴３ａを含む面１ａと１ｂにも電極６を有する圧電素子５が貼り付けられる。面１ａに貼り付けられた圧電素子５には電極６ａ１、６ａ２、６ａ３、６ａ４が形成され、面１ｂに貼り付けられた圧電素子５には電極６ｂ１、６ｂ２、６ｂ３、６ｂ４が形成されている。
【００３２】
図５の本実施例の第１出力軸２ａの直動動作について説明する。図６は第１実施例の第１出力軸の直動進行波説明図である。図５から図６において、略正弦波状又はのこぎり波状の電圧が駆動回路１２から、電線１１を通してパターン状の電極６に順次印加されるが、印加される順序を変えることにより、以下に説明するように出力軸２ａは直動方向、または回転方向動作させることができる。
【００３３】
図７は本実施例の多関節マニピュレータに用いる振動アクチュエータにおける電極への電圧印加パターンを示している。第１出力軸２ａを図６中の矢印Ｍ方向に直動させる場合は、電圧を第１に、電極６ａ１、６ａ２、６ａ３、６ａ４の計４個の電極に印加し、次に第２には、電極６ｅ３、６ｅ4、６ｆ３、６ｆ４の計４個の電極に印加し、次に第３には、電極６ｅ１、６ｅ２、６ｆ１、６ｆ２の計４個の電極に印加し、次に第４には、電極６ｂ１、６ｂ２、６ｂ３、６ｂ４の計４個の電極に印加する。その次に再び第１に印加した６ａ１、６ａ２、６ａ３、６ａ４の計４個の電極に印加し、これを繰り返す。これにより図中ＮとＯに示すように進行波が生じ、これが出力軸２ａに伝搬し出力軸２ａは矢印Ｍ方向に摺動する。
【００３４】
これら電極６に繰り返し印加する順序を逆にすると、第１可振子１の内部に図中ＮとＯとは逆回転方向の進行波が生じ、出力軸２ａは図６中矢印Ｍとは反対方向に摺動する。
【００３５】
また、より簡単に作動させる方法として以下の作動方法がある。電圧を先ず第１に、電極６ｅ３、６ｅ４、６ｆ３、６ｆ４の計４個の電極に印加し、次に第２には、電極６ｅ１、６ｅ２、６ｆ１、６ｆ２の計４個の電極に印加し、その次に再び第１に印加した６ｅ３、６ｅ４、６ｆ３、６ｆ４の計４個の電極に印加し、これを繰り返す。これによっても出力軸２ａは矢印Ｍ方向に摺動する。この方法の場合、電極６と電線１１を少なく済ませることができる。
【００３６】
次に、第１出力軸２ａを回転させる場合について、図８〜図９を用いて説明する。
図８は本発明の第１実施例の第１出力軸（図中２ａ）の回転動作説明図であり、第１出力軸２ａの形状はこの実施例では回転と直動の両方向の動作をさせるため、円柱形状をしている。直動動作のみ行わせる場合には円柱形状でも角柱形状でもいずれでも良い。  
【００３７】
図９は同第１出力軸２ａの回転進行波発生状態の説明図である。出力軸２ａを矢印Ｐ方向に回転させる場合は、電圧を先ず第１に、電極６ｃ３、６ｃ１、６ｄ３、６ｄ１の計４個の電極に印加し、次に第２には、電極６ｅ４、６ｅ２、６ｆ４、６ｆ２の計４個の電極に印加し、次に第３には、電極６ｅ３、６ｅ１、６ｆ３、６ｆ１の計４個の電極に印加し、次に第４には、電極６ｄ４、６ｄ２、６ｃ４、６ｃ２の計４個の電極に印加する。その次に再び第１に印加した６ｃ３、６ｃ１、６ｄ３、６ｄ１計４個の電極に印加し、これを繰り返す。これにより可振子１の内部に図５中に示す矢印方向の進行波が生じ、これが出力軸２ａに伝搬し第１出力軸２ａは矢印Ｐ方向に回転する。
【００３８】
これら電極６に繰り返し印加する順序を逆にすると、第１出力軸２ａは図１中矢印Ｐとは反対方向に回転する。
【００３９】
また、より簡単に回転させる方法として以下の作動方法がある。電圧を先ず第１に、電極６ｅ４、６ｅ２、６ｆ４、６ｆ２の計４個の電極に印加し、次に第２には、電極６ｅ３、６ｅ１、６ｆ３、６ｆ１の計４個の電極に印加し、その次に再び第１に印加した６ｅ４、６ｅ２、６ｆ４、６ｆ２の計４個の電極に印加し、これを繰り返す。これによっても可振子１の内部に同様の進行波が生じ、出力軸２ａは矢印Ｍ方向に摺動する。この方法の場合、電極６と電線１１が少なく済ませることができる。
【００４０】
図１０は本発明の第１実施例の出力回転軸２ｃ、２ｄの回転動作説明図、図１１は同出力回転軸の回転振動波説明図である。
【００４１】
出力回転軸２ｃを回転させる場合の動作について、図１０〜図１１を用いて説明する。第１可振子１の面１ｃには穴３ｃが設けられ、出力回転軸２ｃが軽く圧入されている。出力回転軸２ｃを矢印Ｑ方向に回転させる場合は、電圧を先ず第１に、電極６ａ２、６ｂ２の計２個の電極に印加し、次に第２には、電極６ｅ４、６ｆ１の計２個の電極に印加し、次に第３には、電極６ｅ２、６ｆ３の計２個の電極に印加し、次に第４には、電極６ｂ４、６ａ４の計２個の電極に印加する。その次に再び第１に印加した６ａ２、６ｂ２ 計２個の電極に印加し、これを繰り返す。これにより可振子１の内部に図７中に示す矢印方向の進行波が生じ、これが出力回転軸２ｃに伝搬し出力回転軸２ｃは矢印Ｑ方向に回転する。
【００４２】
これら電極６に繰り返し印加する順序を逆にすると、出力回転軸２ｃは図１１中矢印Ｑとは反対方向に回転する。
【００４３】
ここで、面１ｃに設けられる穴３ｃ、出力回転軸２ｃと、一方、面１ｄに設けられる穴３ｄ、出力回転軸２ｄはそれぞれ別の電極６により駆動されるため、作動軸２ｃと２ｄは独立して別々に回転駆動される。
【００４４】
このように図１〜図１１に示す第１実施例の多関節マニピュレータにおいては、多面体形状の第１可振子１の構成面の内、少なくとも複数の面には、貫通穴または非貫通の穴が形成され、この穴の形成されていない部分にはパターン状の電極６を有する振動子５が貼り付けられている。
【００４５】
そして複数の穴に回転または直動可能な第１出力軸２ａと回転可能な回転出力軸２ｃ、２ｄが挿通され、前記電極の電極パターンに順次電圧を印加する事で第１可振子１に進行波を発生し、第１出力軸２ａに回転または軸方向の変位により作動爪１８ａ、１８ｂを自在に開閉及び回転する動作をさせることができる。
【００４６】
また、回転出力軸２ｃ、２ｄの回動により、第１可振子とともに、作動爪１８ａ、１８ｂがアーム１３に対して手首を折るように自在に回動することができる。このように、作動爪１８ａ、１８ｂの開閉と回転の動作に加え、マニピュレータの手首に該当する屈曲動作を加えた計３軸の動作が１個の振動アクチュエータの動作のみで行うことができ、より小型で操作応答性良好な多関節マニピュレータを得ることができる。
【００４７】
図２においてアーム１３は例えば外径９ミリメートル程度のチューブであり、作動爪１８ａ、１８ｂはステンレス鋼等でプレス加工や切削加工で作られ、その長さは１０ミリメートル程度である。
【実施例２】
【００４８】
図１２から図１５は本発明の第２実施形態の多関節マニピュレータの構成図であり、低侵襲手術機器等に用いられるマニピュレータ先端に使われる５軸動作が可能なマニピュレータの図である。
【００４９】
図１２において、アーム１３は少なくとも一部に可撓性を有する部分を有しており、その内部に第２可振子１９を収納している。第２可振子１９には回転および摺動自在な第２出力軸２０を軽圧入して有しており、第２出力軸２０の先端側（第１可振子側）には回転摺動板２１を一体に固定している。回転摺動板２１の先端側には支点板２３がアーム１３内に固定され、回転摺動板２１の軸心から離れた位置と、支点２３の間は、第２リンク２２により連結されている。アーム１３の先端には図１から図２に示した作動爪１８ａ、１８ｂの操作部が取り付けられ、フレキシブル電線１４はアーム１３の内部に収納されている。第２電極２４には電線１１から電圧が印加される。
【００５０】
図１３において、第２出力軸２０が押し出された位置の図であり、第２リンク２２は支点板２３を押し引きしておらず、可撓性部分を有するアーム１３は曲げられずに直線状態を保っている。
【００５１】
図１４において、第２出力軸２０が図中記号Ｔの方向に引き込まれ、第２リンク２２が支点板２３を引っ張ることでアーム１３の可撓性部が図中Ｖ方向に約６０度の範囲内で望まれる角度まで湾曲した状態を維持することができる。
【００５２】
図１５において、さらに第２出力軸２０が図中Ｕの方向に３６０度自在にゆっくり回転を行うと、第２出力軸と一体的に回転する回転摺動板２１が第２リンク２２を引く位置が変わり、支点板２３とアーム１３の回動位置が変化して、マニピュレータの腕に相当する関節部分（アーム１３の可撓部）が図中Ｗの方向へ自由に回動する。この構成により、作動爪１８ａ、１８ｂの開閉と回転、及び屈曲動作、さらに肘の関節にあたる関節部に曲げと回動動作を加えた計５軸の動作を２個の振動アクチュエータによるコンパクトの動作で構成することができ、より操作性が良好な多関節マニピュレータを実現できる。
【００５３】
またアーム１３の可撓性部は弾力性と復元性にすぐれた合成樹脂やファイバーからなり第２リンク２２に引かれる力が解除されると速やかに湾曲は解除され元の形状に戻る。
【００５４】
図１２から図１５において、第２出力軸２０に直動動作および回転動作を与える方法は、第２加振子１９に貼り付けた第２電極２４への電圧の印加方法により定まるものであるが、これらは図３から図１１に示す第１可振子に与える電圧の印加方法を同じであり説明を省略する。
【００５５】
第１可振子１および第２可振子１９は、圧電素子または電歪素子の材料で構成される。これにより高精度で応答性に優れる制御を行うことができる。
【００５６】
また、第１出力軸２および第２出力軸２０は、金属またはセラミックスからなり、機械加工により仕上られている。
【００５７】
そして、第１可振子１および第２可振子１９はバネ性を有し、かつ圧電素子５との線膨張係数の差が大きくない事が望まれるため、ステンレス鋼、アルミナセラミックス、またはジルコニヤセラミックス等により加工される。
【００５８】
本発明の多関節マニピュレータは、可振子に設けられた複数の圧電素子が複数の出力軸を選択的に回転、または直動振動させるアクチュエータをマニピュレータの先端に搭載することでワイヤーを一切使わず作動爪を直接駆動することができ、多軸駆動で応答性が良く、より人の手の運動感覚に近い操作性に優れて小型の多関節マニピュレータが得られる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
多関節で操作応答性良好で、かつ小型であるため、近年急速に進歩する低侵襲手術機器のマニピュレータとして適用が可能である。また顕微鏡下で行う微細部品からなる各種電子機器の組立用多関節マニピュレータとしての応用も期待される。
【符号の説明】
【００６０】
１      第１可振子
１ａ、1ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ      面
２ａ      第１出力軸
２ｃ、２ｄ    回転出力軸
２ｅ、２ｆ    出力軸
３ａ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ    穴
３ｇ          軸穴
４        スリット  
５        圧電素子
６ａ１、６ａ２、６ａ３、６ａ４  （面１ａの）電極
６ｂ１、６ｂ２、６ｂ３、６ｂ４  （面１ｂの）電極
６ｃ１、６ｃ２、６ｃ３、６ｃ４  （面１ｃの）電極
６ｄ１、６ｄ２、６ｄ３、６ｄ４  （面１ｄの）電極
６ｅ１、６ｅ２、６ｅ３、６ｅ４  （面１ｅの）電極
６ｆ１、６ｆ２、６ｆ３、６ｆ４  （面１ｆの）電極
７      第１振動アクチュエータ
１１    電線
１２    駆動回路
１３    アーム
１４    フレキシブル電線  
１５    回動ガイド
１６    回動板
１７ａ、１７ｂ    リンク
１８ａ、１８ｂ    作動爪
１９    第２可振子
２０    第２出力軸
２１    回転摺動板
２２    第２リンク
２２ａ、２２ｂ    第２リンク端部
２３    支点板
２４    第２電極
２５    第２振動アクチュエータ
【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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