(57)【要約】【課題】アクチュエータ部と作業部を装着した際、迅速に使用準備が完了されるマニピュレータを提供する。【解決手段】マニピュレータ１０は、アクチュエータブロック３０と、アクチュエータブロック３０に対して着脱自在な作業部１６と、作業部１６の動作を制御するコントローラ５１４と、個体識別用の個体信号を保持するバーコード１０４と、バーコード１０４に対して非接触で前記個体信号を認識し前記コントローラ５１４へ供給するカメラ１０６と、アクチュエータブロック３０及び接続部１５を係合させる係合部２１０及び係合片２００とを備える。さらに、接続部１５には、ロッキングプレート３０４、コイルスプリング３０６及びプーリ収納体３００を備え、コイルスプリング３０６により弾性支持されるロッキングプレート３０４にバーコード１０４が設けられる。【選択図】図９
2009226028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータを備えるアクチュエータ部と、
前記アクチュエータ部に対して着脱自在で、シャフトの先端に前記アクチュエータにより動作される先端動作部を備える作業部と、
前記作業部の動作を制御する制御部と、
前記作業部に設けられ、個体識別用の個体信号を保持するＩＤ保持部と、
前記アクチュエータ部に設けられ、前記ＩＤ保持部に対して非接触で前記個体信号を認識し前記制御部へ供給するＩＤ認識部と、
前記アクチュエータ部及び前記作業部にそれぞれ設けられ、前記アクチュエータ部に前記作業部が装着される際には互いに係合され、前記アクチュエータ部から前記作業部が分離される際には前記係合が解除される第１係合部及び第２係合部を備える係合機構と、
前記アクチュエータ部に前記作業部が装着される際、前記係合機構による係合動作が完了する前に、前記ＩＤ保持部の位置を前記ＩＤ認識部による認識位置に保持する保持構造と、
を有す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、
前記保持構造は、
前記ＩＤ保持部を支持する支持部材と、
前記アクチュエータ部に装着されることで前記アクチュエータからの駆動力を受けて前記先端動作部へと伝達する駆動部を収納する駆動部収納体と、
前記支持部材を前記アクチュエータ部の方向に弾性支持する弾性部材と、
を前記作業部に備え、
前記駆動部収納体を通過して、前記弾性部材に抗して前記支持部材を押圧可能な押圧部材を前記アクチュエータ部に備え、
前記アクチュエータ部に前記作業部が装着される際、前記保持構造により、前記押圧部材が前記支持部材に当接することで前記アクチュエータ部に対する前記支持部材の位置が決定された後、該支持部材に対して前記駆動部収納体が前記アクチュエータ部側へと移動されて前記第１係合部と前記第２係合部とが係合されることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項３】
請求項２記載のマニピュレータにおいて、
前記弾性部材は、前記駆動部収納体から突出して前記支持部材を通過した軸部材に設けられる固定具によって一端側が支持されると共に、前記支持部材の前記固定具に対向する部位によって他端側が支持されることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項４】
請求項２又は３記載のマニピュレータにおいて、
前記押圧部材は、絶縁部材を介して前記支持部材に当接することを特徴とするマニピュレータ。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
前記押圧部材は、前記駆動部収納体に形成された孔部を挿通する複数のピンであることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項６】
請求項１又は２記載のマニピュレータにおいて、
前記ＩＤ保持部は、前記個体信号を画像情報として保持する表示手段であり、
前記ＩＤ認識部は、前記表示手段を撮像する撮像手段であることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項７】
請求項６記載のマニピュレータにおいて、
前記表示手段は、バーコードであることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項８】
請求項２記載のマニピュレータにおいて、
前記アクチュエータ部は、前記作業部の有無を検出する作業部検出手段を備え、
前記アクチュエータ部に前記作業部が装着される際、前記押圧部材が前記支持部材に当接するのと同時に又は当接した後に、前記作業部検出手段によって前記作業部が検出されると共に、該検出に基づいて前記ＩＤ認識部による前記ＩＤ保持部の認識が開始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８記載のマニピュレータにおいて、
前記ＩＤ認識部は、前記第１係合部と前記第２係合部との係合動作の完了前に前記ＩＤ保持部の認識を開始す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、アクチュエータを備えるアクチュエータ部と、前記アクチュエータ部に対して着脱自在で、シャフトの先端に前記アクチュエータにより動作される先端動作部を備える作業部とを有するマニピュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡下外科手術（又は腹腔鏡下手術とも呼ばれる。）においては、患者の腹部等に複数の孔を開け、器具の通過ポートとしてトラカール（筒状の器具）を挿入した後、シャフトを有する鉗子の先端部をトラカールを通じて体腔内に挿入して患部の手術を行っている。鉗子の先端部には、作業部として、生体組織を把持するためのグリッパや、鋏、電気メスのブレード等が取り付けられている。
【０００３】
鉗子による内視鏡下外科手術は、作業空間である体腔内が狭くしかもトラカールを支点として鉗子を操作するため、一定のトレーニングが必要となる。また、従来使用されている鉗子では先端の作業部に関節が無いため、自由度が小さく、先端作業部はシャフトの延長線上での動作しか行うことができない。従って、通常のトレーニングで実施可能な症例には限度があり、他の様々な症例に対して適用するためには相当に高度なトレーニング及び習熟が必要になる。
【０００４】
このような観点から、従来の鉗子を改良し、作業部に複数の関節を有する鉗子の開発が行われている（例えば、引用文献１参照）。特許文献１に記載のマニピュレータは、人手によって操作される操作部と、操作部に対して交換自在に着脱される作業部とから構成される。このようなマニピュレータでは、従来の鉗子のような制約や不自由がなく、手技が容易となり、適用可能な症例が多くなり、また、作業部の種類を交換することにより種々の手技に対応することができる。
【０００５】
一方、このようなマニピュレータをロボットアームにより駆動する医療用ロボットシステムが提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載の医療用ロボットシステムでは、マニピュレータの着脱について、先端のマニピュレータにＩＤを取得するためのメモリを有していて制御装置がその情報を取得して制御することが記載されている。メモリはＲＯＭ又はフラッシュメモリ等であり、電気的接点を介してＩＤが伝達される。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１０５４５１号公報
【特許文献２】米国特許第６３３１１８１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来、外科手術が行われる際には、外科医が患者の内部を直接見ながら手術が出来るように大きな切開が施された。大きな切開は、患者の回復遅らせたりするものであった。近年、多くの外科医は内視鏡下での低侵襲の外科手術を行い、切開を著しく小さくすることが出来ている。
【０００８】
ロボット外科器具は低侵襲外科手術をさらに発展させてきている。それらの外科器具は高度に専門的になっている。それらの外科器具は外科医の最小化された動きに追随しなければならない。外科医は臓器に対して切断、剥離そして縫合等の多くの異なったことを行う。異なったそれぞれの外科器具はそれぞれの機能を要求される。それぞれの機能のために異なった医療器具が作られる。しかし、単にコントロールユニットに接続された外科器具を機能ごとに代える方が経済的である。外科器具のコントロールを正確に行うためには、取り付けられるそれぞれの外科器具を認識しなければならない。
【０００９】
つまり、アクチュエータ部に対して種々の作業部が装着可能である場合、制御部では作業部の種類に応じた制御を行う必要があり、作業部の個体情報が必要となる。
【００１０】
また、先端動作部の姿勢は、例えば原点位置を基準として算出されることから、手術の途中で作業部を交換する場合には、次の作業に備えて該作業部は正確に原点に一致した軸位置としてから取り外すことが望ましい。原点位置に一致していない状態で取り外されたときには、所定の警報を発してその作業部を再装着するように促すとよいが、このとき別の作業部を装着されることがないように作業部を識別することが必要になる。
【００１１】
そこで、アクチュエータ部に装着された作業部を識別するため、作業部側のＩＤをアクチュエータ部側の認識部で認識する必要がある。例えば、前記の特許文献２ではＲＯＭからツールの個体情報を読取ることができ、該個体情報に応じて作業部の種類に応じた制御が可能となる。
【００１２】
通常、アクチュエータ部に作業部を装着するに当たっては、装着動作が完了した後、認識部によってＩＤを認識する処理が行われる。すなわち、ＩＤと認識部との間の相互位置が所定の位置に固定されないと認識部によるＩＤの正確な認識ができず、このため、認識部は前記装着が完了するまでは認識を開始しない待機状態、いわゆるディレイを有する。従って、操作者は、アクチュエータ部に作業部を装着した後、使用開始までには所定の待ち時間を経る必要があり、装着完了後すぐに手技を開始することが難しく、迅速な手技の障害となる。
【００１３】
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、アクチュエータ部と作業部を装着した際、迅速に使用準備が完了される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】
【００１４】
本発明に係るマニピュレータは、アクチュエータを備えるアクチュエータ部と、前記アクチュエータ部に対して着脱自在で、シャフトの先端に前記アクチュエータにより動作される先端動作部を備える作業部と、前記作業部の動作を制御する制御部と、前記作業部に設けられ、個体識別用の個体信号を保持するＩＤ保持部と、前記アクチュエータ部に設けられ、前記ＩＤ保持部に対して非接触で前記個体信号を認識し前記制御部へ供給するＩＤ認識部と、前記アクチュエータ部及び前記作業部にそれぞれ設けられ、前記アクチュエータ部に前記作業部が装着される際には互いに係合され、前記アクチュエータ部から前記作業部が分離される際には前記係合が解除される第１係合部及び第２係合部を備える係合機構と、前記アクチュエータ部に前記作業部が装着される際、前記係合機構による係合動作が完了する前に、前記ＩＤ保持部の位置を前記ＩＤ認識部による認識位置に保持する保持構造とを有することを特徴とする。
【００１５】
このような構成によれば、作業部とアクチュエータ部の装着動作の開始後であって完了前の間に、ＩＤ認識部とＩＤ保持部とを良好な認識位置に保持することができるため、当該ＩＤ認識部によるＩＤ保持部の認識動作を前記装着完了前に又は装着完了直後に迅速且つ正確に行うことができる。このため、アクチュエータ部と作業部を装着した際、当該マニピュレータの使用準備を迅速に完了させることが可能となる。
【００１６】
この場合、前記保持構造は、前記ＩＤ保持部を支持する支持部材と、前記アクチュエータ部に装着されることで前記アクチュエータからの駆動力を受けて前記先端動作部へと伝達する駆動部を収納する駆動部収納体と、前記支持部材を前記アクチュエータ部の方向に弾性支持する弾性部材とを前記作業部に備え、前記駆動部収納体を通過して、前記弾性部材に抗して前記支持部材を押圧可能な押圧部材を前記アクチュエータ部に備え、前記アクチュエータ部に前記作業部が装着される際、前記保持構造により、前記押圧部材が前記支持部材に当接することで前記アクチュエータ部に対する前記支持部材の位置が決定された後、該支持部材に対して前記駆動部収納体が前記アクチュエータ部側へと移動されて前記第１係合部と前記第２係合部とが係合されるように構成することができる。これにより、作業部とアクチュエータ部の装着動作の開始直後であって完了前の間に、ＩＤ認識部とＩＤ保持部とを良好な認識位置に一層簡便に保持することができる。
【００１７】
また、前記弾性部材は、前記駆動部収納体から突出して前記支持部材を通過した軸部材に設けられる固定具によって一端側が支持されると共に、前記支持部材の前記固定具に対向する部位によって他端側が支持されるようにすると、簡便な構成で弾性部材により支持部材を弾性支持することができる。
【００１８】
前記押圧部材は、絶縁部材を介して前記支持部材に当接すると、例えば先端動作部に電気メス等の高電圧を生じる器具を用いた場合であっても、この高電圧がアクチュエータ部側に漏れることを有効に防止することができ、アクチュエータ等の電気部品を保護することができる。
【００１９】
前記押圧部材は、前記駆動部収納体に形成された孔部を挿通する複数のピンであってもよい。前記ＩＤ保持部は、前記個体信号を画像情報として保持する表示手段であり、前記ＩＤ認識部は、前記表示手段を撮像する撮像手段であってもよい。さらに、前記表示手段は、バーコードであってもよい。
【００２０】
前記アクチュエータ部は、前記作業部の有無を検出する作業部検出手段を備え、前記アクチュエータ部に前記作業部が装着される際、前記押圧部材が前記支持部材に当接するのと同時に又は当接した後に、前記作業部検出手段によって前記作業部が検出されると共に、該検出に基づいて前記ＩＤ認識部による前記ＩＤ保持部の認識が開始されると、簡便にタイミングよくＩＤ認識部を駆動することができる。
【００２１】
この場合、前記ＩＤ認識部は、前記第１係合部と前記第２係合部との係合動作の完了前に前記ＩＤ保持部の認識を開始することにより、一層迅速にＩＤ認識部の認識を行うことができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、アクチュエータ部に作業部が装着される際、該装着動作が完了する前に、作業部の個体信号を保持したＩＤ保持部の位置をＩＤ認識部による認識位置に保持する保持構造を備えたことにより、ＩＤ認識部によるＩＤ保持部の認識動作を装着完了前に又は装着完了直後に迅速且つ正確に行うことができる。このため、アクチュエータ部と作業部を装着した際、当該マニピュレータの使用準備を迅速に完了させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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、添付の図面を参照しながら説明する。
【００２４】
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、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医療用であり、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。
【００２５】
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に対して着脱自在な作業部１６とを備え、操作部１４に対してコネクタ５２０を介して着脱自在なコントローラ（制御部）５１４を有するマニピュレータシステムとして構成されている。
【００２６】
マニピュレータ１０は、基本構成として操作部１４と作業部１６とを有しており、コントローラ５１４は当該マニピュレータ１０の電気的な制御をするものであり、グリップハンドル２６の下端部から延在するケーブル６１に対してコネクタ５２０を介して接続されている。制御部であるコントローラ５１４の機能の一部又は全部を、例えば操作部１４に一体的に搭載することもできる。
【００２７】
コントローラ５１４は、マニピュレータ１０を独立的に３台同時に制御することができる。コントローラ５１４のうち、第１、第２及び第３のマニピュレータ１０を制御する部分を総括的に第１ポート５１５ａ、第２ポート５１５ｂ及び第３ポート５１５ｃとも呼ぶ。
【００２８】
図２に示すように、マニピュレータ１０及び該マニピュレータ１０を含むシステムは、選択的に種々の構成を採りうる。すなわち、操作部１４は、バリエーションとして操作部１４ａ〜１４ｄが用意され、作業部１６は、バリエーションとして作業部１６ａ〜１６ｄが用意されている。
【００２９】
コントローラ５１４には、操作部１４ａに代えて操作部１４ｂ、１４ｃ及び１４ｄを装着することができる。また、各操作部１４ａ〜１４ｄに対し、作業部１６ａに代えて作業部１６ｂ、１６ｃ及び１６ｄを装着することができる。すなわち、術者は手技の種類や慣れ等に応じて操作部１４ａ〜１４ｄ及び作業部１６ａ〜１６ｄを選択的に組み合わせて構成することができる。例えば、作業部１６ｂは先端動作部１２がはさみとなっている。作業部１６ｃは先端動作部１２がブレード型電気メスとなっている。作業部１６ｄは先端動作部１２がフック型電気メスとなっている。各作業部１６ａ〜１６ｄは、接続部１５内のプーリ５０ａ、５０ｂ及び５０ｃ等（図１参照）は共通の構成となっている。
【００３０】
上記したように、コントローラ５１４は、３台のマニピュレータ１０を同時に制御可能であることから、操作部１４ａ〜１４ｄのうちいずれか３つを第１ポート５１５ａ、第２ポート５１５ｂ及び第３ポート５１５ｃに接続が可能である。
【００３１】
図１に示すように、コントローラ５１４には、図示しないＬＡＮを介して使用履歴管理手段としてのホストコンピュータ６０２が接続されている。ホストコンピュータ６０２は、内部の図示しない記録手段に使用履歴テーブルを記録しており、コントローラ５１４又は前記ＬＡＮにより接続された複数台のコントローラに対して要求された個体番号に応じた使用履歴データを送受信し、管理する。ホストコンピュータ６０２は、コントローラ５１４から独立的な構成に限らず、コントローラ５１４にその機能を設けてもよい。
【００３２】
次に、操作部１４及び作業部１６について説明する。
【００３３】
以下の説明では、図１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、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が基準姿勢（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。
【００３４】
作業部１６は、作業を行う先端動作部１２と、操作部１４のアクチュエータブロック（アクチュエータ部）３０に対して接続される接続部１５と、これらの先端動作部１２と接続部１５とを連接する長尺で中空の連結シャフト４８とを有する。作業部１６は、アクチュエータブロック３０における所定の操作によって操作部１４から離脱可能であって、洗浄、滅菌及びメンテナンス等を行うことができる。ここで、アクチュエータブロック３０は作業部１６が装着される箇所を意味するものであり、モータ４０ａ、４０ｂ及び４０ｃを格納する場所に限定されず、ブリッジ２８との接続面３０ａ（図４参照）を含む。
【００３５】
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、操作部１４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。
【００３６】
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とを有する。
【００３７】
図４に示すように、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、該グリップハンドル２６の近傍には先端動作部１２の動作等に供される入力手段が設けられている。すなわち、このような入力手段として、グリップハンドル２６に近接したＺ１方向にトリガーレバー３２及びスイッチ３６が設けられ、Ｙ１方向に複合入力部３４及び作動スイッチ３５が設けられている。
【００３８】
作動スイッチ３５のＺ１方向でブリッジ２８の上面における視認しやすい箇所にはＬＥＤ２９が設けられている。ＬＥＤ２９は、マニピュレータ１０の制御状態を示すインジケータであり、操作者が容易に認識可能な大きさであり、かつ操作に支障がない程度に十分に小型軽量である。
【００３９】
グリップハンドル２６の下端には、コントローラ５１４に接続されるケーブル６１が設けられている。グリップハンドル２６とケーブル６２とはコネクタにより接続されていてもよい。
【００４０】
次に、先端動作部１２を動作させるために操作部１４に設けられる入力手段について説明する。
【００４１】
作動スイッチ３５は、マニピュレータ１０の動作状態の有効又は無効を設定するための入力手段である。ＬＥＤ２９は、マニピュレータ１０の制御状態を示すインジケータであり、操作者が容易に認識可能な大きさであり、且つ操作に支障がない程度に十分に小型軽量である。ＬＥＤ２９は、ブリッジ２８の上面における略中央部で、視認性のよい位置に設けられており、作動スイッチ３５と並んで配置されていることから、例えば、作動スイッチ３５によるＯＮ操作に同期して点灯等をするため、操作者は作動スイッチ３５の操作をしながらその入力状態をＬＥＤ２９により確実に認識することができる。
【００４２】
この場合、コントローラ５１４は、作動スイッチ３５の状態を読み込み、オン状態であるときに動作モードとし、オン状態からオフ状態に切り換わったときに自動原点復帰動作としてモータ４０ａ〜４０ｃを所定の原点に戻し、原点に戻った後に停止モードとする。動作モードは、操作部１４の操作指令を有効にしてモータ４０ａ〜４０ｃを駆動するモードである。停止モードは、操作部１４の操作指令の有無に関わらずモータ４０ａ〜４０ｃを停止させるモードである。これらのモード及び動作はコントローラ５１４によって区別されて制御され、ＬＥＤ２９及び所定のランプの点灯状態が切り換えられる。
【００４３】
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、例えば軸回転に動作する第１入力手段によってロール方向指示を行い、横方向に動作する第２入力手段によってヨー方向指示を行うことができる。トリガーレバー３２は、先端動作部１２のグリッパ５９（図１及び図５参照）に開閉指令を与える入力手段である。
【００４４】
図３に示すように、複合入力部３４、トリガーレバー３２には、それぞれ動作量を検出する入力センサ３９ａ、３９ｂ、３９ｃ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５１４に供給し、これにより、モータ４０ａ〜４０ｃ及びプーリ５０ａ〜５０ｃが駆動され、ワイヤ５４ａ〜５４ｃ（図５参照）が駆動されることにより先端動作部１２を動作させることができる。
【００４５】
図３及び図４に示すように、トリガーレバー３２は、ブリッジ２８のやや下方でＺ１方向にやや突出したレバーであり、人差し指による操作が容易な位置に設けられている。
【００４６】
トリガーレバー３２は、グリップハンドル２６に対してアーム９８により接続されており、該グリップハンドル２６に対して進退するように構成されている。アーム９８はグリップハンドル２６内で入力センサ３９ｃに接続されており、トリガーレバー３２の進退量が該入力センサ３９ｃによって計測されてコントローラ５１４に供給される。トリガーレバー３２は、指を当て、グリップハンドル２６の方向（つまり、Ｚ２方向）に向かって引き込む操作と、グリップハンドル２６からＺ１方向に押し出す操作とが可能に構成され、これにより、グリッパ５９へと開閉指令を与えることができる。
【００４７】
なお、トリガーレバー３２のＹ２方向に設けられたスイッチ３６は、オルタネート式であって、該スイッチ３６を操作することによりトリガーレバー３２により所定の開閉状態とされたグリッパ５９の状態、例えば、閉じ状態を保持しておくことができる。
【００４８】
次に、作業部１６と操作部１４の着脱の構成について説明する。
【００４９】
作業部１６の接続部１５は、樹脂のカバー３７に覆われており、モータ４０ａ、４０ｂ及び４０ｃの駆動軸に接続されて従動回転されるプーリ５０ａ、５０ｂ及び５０ｃをそれぞれ回転自在に保持している。プーリ５０ａ、５０ｂ及び５０ｃには、それぞれワイヤ５４ａ、５４ｂ及び５４ｃ（図５参照）が巻き掛けられており、連結シャフト４８の中空部分を通って先端動作部１２まで延在している。ワイヤ５４ａ〜５４ｃは同種、同径のものを用いることができる。プーリ５０ａ〜５０ｃにはそれぞれカップリングが設けられている。
【００５０】
図５に示すように、連結シャフト４８内を挿通したワイヤ５４ａ、５４ｂ及び５４ｃは、グリッパ５９を備えた先端動作部１２の対応するプーリ５７ａ、５７ｂ及び５７ｃにそれぞれ巻き掛けられている。
【００５１】
従って、プーリ５０ａとプーリ５７ａとの間にワイヤ５４ａが巻き掛けられた状態で当該プーリ５０ａがモータ４０ａによって回転駆動されると、その回転駆動力がワイヤ５４ａを介してプーリ５７ａへと伝達され、該プーリ５７ａを回転させる。そうすると、プーリ５７ａの回転が、例えば歯車５５、歯車リング６４及び歯車６６へと順次伝達され、グリッパ５９を開閉させることができる。マニピュレータ１０では、このようなプーリ５０ａ〜５０ｃ、ワイヤ５４ａ〜５４ｃ及びプーリ５７ａ〜５７ｃを備えた動力伝達機構により、先端動作部１２をロール方向（軸回転方向）、ヨー方向（左右方向）及びグリッパ開閉からなる３自由度の機構として構成している。
【００５２】
図３及び図６に示すように、接続部１５は、左右側面の係合片（第２係合部）２００と、上下面に開口する３つの嵌合孔２０２ａ、２０２ｂ及び２０２ｃとを有する。３つの嵌合孔２０２ａ〜２０２ｃは、Ｚ１方向及びＺ２方向の端部近傍に設けられており、Ｙ方向に延在する孔である。なお、図６〜図１３では、接続部１５の構造が理解しやすいように、カバー３７（図１参照）の一部又は全部を取り外した状態で示す。
【００５３】
図３及び図４に示すように、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自由度の機構に対応してモータ４０ａ、４０ｂ及びモータ４０ｃ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。これらのモータ４０ａ〜４０ｃ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。アクチュエータブロック３０は、操作部１４のＺ１方向端部の下方に設けられている。また、モータ４０ａ〜４０ｃは、操作部１４の操作に基づき、コントローラ５１４の作用下に回転をする。
【００５４】
モータ４０ａ、４０ｂ及び４０ｃには、回転角度を検出することのできる角度センサ４３ａ、４３ｂ及び４３ｃが設けられており、検出した角度信号はコントローラ５１４に供給される。角度センサ４３ａ〜４３ｃとしては、例えばロータリエンコーダが用いられる。
【００５５】
図４及び図６に示すように、接続部１５を構成するプーリ５０ａ、５０ｂ及び５０ｃのＹ２方向下端にはそれぞれ十字状の結合凸部５１ａ、５１ｂ及び５１ｃが設けられ、アクチュエータブロック３０を構成するモータ４０ａ、４０ｂ及び４０ｃの回転軸には十字状の結合凹部４１ａ、４１ｂ及び４１ｃが設けられている。結合凸部５１ａ〜５１ｃと結合凹部４１ａ〜４１ｃとは互いに係合可能であり、すなわち、アクチュエータブロック３０に接続部１５が装着された状態において、モータ４０ａ〜４０ｃの回転がプーリ５０ａ〜５０ｃに対して確実に伝達される。これらの係合部は十字形状に限られない。
【００５６】
アクチュエータブロック３０には、さらに作業部１６の接続部１５を保持する２つの独立した係合部（第１係合部）２１０と、該接続部１５の位置決め機能及び保持機構を有する３本のアライメントピン（押圧部材）２１２ａ、２１２ｂ及び２１２ｃとが設けられる。
【００５７】
２つの係合部２１０は、アクチュエータブロック３０の左右側面（Ｘ１及びＸ２側面）で対称位置に設けられており、操作面２０４と、該操作面２０４からＹ１方向に延在するレバー２０６とを有する。レバー２０６はアクチュエータブロック３０の上面よりもＹ１方向に向かってやや突出しており、先端内側がテーパ形状になっている。係合部２１０は、図示しない弾性部材によってレバー２０６が内側に向かう方向に弾性付勢されている。
【００５８】
アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃは、嵌合孔２０２ａ〜２０２ｃに対向する位置で、アクチュエータブロック３０の上面におけるＺ１方向端の近傍に２本、Ｚ２方向端の近傍に１本設けられ、それぞれＹ１方向に延在している。Ｚ１方向端の近傍に２本のアライメントピン２１２ａ、２１２ｂがＸ方向に並んで設けられている。
【００５９】
このように、アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃは３本設けられていることから、接続部１５は３点で支持され、簡便且つ確実に位置決めを行うことができる。また、３本のアライメントピン２１２ａ〜２１２ｃは直線状配列ではないため、いずれの方向のねじれに対しても、接続部１５を安定して保持することができる。アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃは、このうち２本以上設けられていれば、接続部１５は確実に位置決めがなされて、安定して保持される。この場合、Ｚ方向に離間した２本を選択すると一層安定する。
【００６０】
この場合、図３に示すように、アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃの高さＨ１は、嵌合孔２０２ａ〜２０２ｃを備える接続部１５を構成するプーリ収納体３００の高さＨ２よりも大きく、アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃはプーリ収納体３００を適度に貫通する。
【００６１】
次に、接続部１５及びアクチュエータブロック３０の構成について詳細に説明する。
【００６２】
図６〜図８に示すように、接続部１５は、駆動部であるプーリ５０ａ〜５０ｃを収納するプーリ収納体（駆動部収納体）３００と、該プーリ収納体３００の上面（Ｙ１側）に固定されたベースプレート３０２と、該ベースプレート３０２の上部（Ｙ１側）に設けられたロッキングプレート（支持部材）３０４とを有する。ベースプレート３０２（プーリ収納体３００）の上面には軸部材３０５が突設されている。軸部材３０５は、ロッキングプレート３０４の孔部３１９を通過してＹ１方向に突出するように一対設けられ、ロッキングプレート３０４をベースプレート３０２方向（Ｙ２方向）に付勢する一対のコイルスプリング（弾性部材）３０６を支持すると共に、ロッキングプレート３０４のＹ方向の移動をガイドする。
【００６３】
プーリ５０ａ〜５０ｃは、上記の通りプーリ収納体３００におけるＺ方向に並列しており、各上端はプーリ収納体３００の上面からやや突出した板形状部３０８ａ、３０８ｂ、３０８ｃとなっている。板形状部３０８ａ〜３０８ｃは、同形状であり、プーリ５０ａ〜５０ｃの上端の直径に相当する箇所に設けられて、Ｙ１方向にやや伸びている。板形状部３０８ａ〜３０８ｃは、各プーリ５０ａ〜５０ｃが原点であるときに平面視でＸ方向を指向する。
【００６４】
ロッキングプレート３０４はＺ方向に長尺であり、中央部は幅が広く、Ｚ１方向には幅狭部３１０を介してＴ字形状の第１端部３１２を有するとともに、Ｚ２方向にはプーリ収納体３００の嵌合孔２０２ｃに対応する平面視で略三角形状の第２端部３１４を有する。
【００６５】
図６、図７及び図１０に示すように、ロッキングプレート３０４の下面（Ｙ２側）においてアライメントピン２１２ａ〜２１２ｃが当接する部位には、それぞれ円板状の絶縁部材３１１が設けられている。さらに、プーリ収納体３００の嵌合孔２０２ａ〜２０２ｃについては、その内周面に筒状の絶縁部材３２３が設けられ、上面（Ｙ１側）縁部に円筒テーパ状の絶縁部材３０１が設けられ、下面（Ｙ２側）縁部に円環状の絶縁部材３１５が設けられている。これら絶縁部材３０１、３１１、３１５、３２３は、例えば、樹脂やゴム、セラミック等から構成される。これにより、アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃと接続部１５との間が絶縁され、すなわち、操作部１４と作業部１６との間が絶縁される。従って、電気メス等の高電圧を生じる器具を作業部１６として用いた場合にも、この高電圧が操作部１４側に漏れることが有効に防止され、当該操作部１４側に設けられるモータ４０ａ〜４０ｃ等の電気部品を保護することができる。絶縁部材３１１等に代えて、アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃ自体を絶縁材料によって構成することも可能である。
【００６６】
ロッキングプレート３０４の中央部には、Ｘ方向を指向する３つのスリット３１６ａ、３１６ｂ及び３１６ｃがＺ方向に並列されており、順にプーリ５０ａ、５０ｂ及び５０ｃに対応する位置に設けられている。各スリット３１６ａ〜３１６ｃのＺ方向の幅は、板形状部３０８ａ〜３０８ｃの板厚よりやや広く、Ｘ方向の長さは、板形状部３０８ａ〜３０８ｃよりやや長い。
【００６７】
ロッキングプレート３０４の上面で、スリット３１６ａとスリット３１６ｂとの間、及びスリット３１６ｂとスリット３１６ｃとの間には、浅い丸溝３２０が設けられ、各丸溝３２０の中央に孔部３１９が形成されている。各丸溝３２０はコイルスプリング３０６より僅かに大径であり、該コイルスプリング３０６の下端（Ｙ２側）の取付座となっている。各孔部３１９は、軸部材３０５より僅かに大径であり、該軸部材３０５の挿通孔となっている。
【００６８】
図８に示すように、コイルスプリング３０６は、孔部３１９に挿通され、ロッキングプレート３０４のＹ１側に突出した軸部材３０５の周囲に設けられると共に、各軸部材３０５の上端近傍に形成された環状溝３２１に固着される固定具３２２と丸溝３２０の底部との間に挟まれることで保持されている。すなわち、固定具３２２は、コイルスプリング３０６の上端（Ｙ１側）の取付座であり、例えば、コイルスプリング３０６よりやや大径のＥリング等から構成される。
【００６９】
従って、図８、図１０及び図１１に示すように、作業部１６が操作部１４から分離された状態では、ロッキングプレート３０４がコイルスプリング３０６の付勢力によって、Ｙ２方向に押し下げられ、プーリ収納体３００（ベースプレート３０２）の上面に当接する。なお、コイルスプリング３０６は、図８及び図９に示されるような圧縮ばねには限られず、例えば引張ばねとすることもできる。
【００７０】
この場合、プーリ収納体３００の上面には絶縁部材３０１がやや突出し、ロッキングプレート３０４の下面には絶縁部材３１１がやや突出している。そこで、ベースプレート３０２をスペーサとして機能させ、プーリ収納体３００の上面の高さを絶縁部材３０１、３１１の厚み分に合わせて調整することで、ロッキングプレート３０４がコイルスプリング３０６の付勢によって安定してプーリ収納体（ベースプレート３０２）に当接するように構成している。もちろん、ベースプレート３０２を省略し、その分の調整をプーリ収納体３００やロッキングプレート３０４の形状を調整することで対応することもでき、また、絶縁部材３１１等を使用しない構成の場合には、ベースプレート３０２も省略可能である。
【００７１】
一方、図９及び図１２に示すように、作業部１６が操作部１４に装着された状態では、第１端部３１２の下面左右の絶縁部材３１１にアライメントピン２１２ａ、２１２ｂが当接し、第２端部３１４の下面の絶縁部材３１１にアライメントピン２１２ｃが当接し、これにより、ロッキングプレート３０４がコイルスプリング３０６に抗して相対的にＹ１方向に押し出され、プーリ収納体３００（ベースプレート３０２）の上面と離間する。
【００７２】
図７及び図８に示すように、接続部１５においてロッキングプレート３０４のＺ２側端部（第２端部３１４の基端側部）には、第２端部３１４を跨いでＹ１方向に延びた支持プレート（支持部材）３１３がねじ３１７により固定される。支持プレート３１３のＺ２側、つまりアクチュエータブロック３０の接続面３０ａ側の面には、二次元状のバーコード（ＩＤ保持部）１０４が設けられている。バーコード１０４は、例えば略正方形のマトリックス形状であり、桝目に従って白及び黒が印刷されている。
【００７３】
バーコード１０４は、ＸＹ平面を構成する支持プレート３１３に貼り付けられ、カバー３７の後端部から適度な距離Ｐだけ前方（Ｚ１方向）にずれた位置に設けられている。バーコード１０４には、作業部１６の個体情報、仕様、タイムスタンプ（製造日等）やシリアルナンバー、使用回数上限等の情報が含まれている。バーコード１０４の保持する個体情報は、作業部毎に識別が可能なように異なる値が付与されている。さらに、バーコード１０４では、ノイズ等による誤認識を防止するため、チェックディジット領域ＣＲが設定されている（図７参照）。つまり、バーコード１０４はその作成時、大部分を前記個体情報等を保持する通常のデータ領域ＤＲとして形成すると共に、残りの一部分に、前記データ領域から所定の演算（例えば、モジュラス１０／ウェイト３方法）によって算出されたチェックディジット（Ｃ／Ｄ）を保持するチェックディジット領域ＤＲとして形成している。
【００７４】
バーコード１０４は１枚に限らず、複数枚からなる構成であってもよい。バーコード１０４が２枚からなる場合、一枚は個体情報、製造日、シリアルナンバー等の個体特有の情報を示し、もう一枚は仕様、使用回数上限等の型式毎に共通的な情報を示すようにしてもよい。バーコード１０４は二次元データに限らず、一次元形状であってもよい。バーコード１０４における枡目の色は白及び黒に限らず、赤外線吸収色及び赤外線反射色であってもよく、又は３色以上の色の区別により情報を示すようにしてもよい。
【００７５】
図４に示すように、アクチュエータブロック３０におけるブリッジ２８との接続面３０ａには、カメラ（ＩＤ認識部）１０６と、２つの白色ＬＥＤ１０５とが設けられている。接続面３０ａは、接続部１５のカバー３７の端面に当接する面であり、ＸＹ平面を構成する。
【００７６】
カメラ１０６は、バーコード１０４を撮像するカメラであり、例えばＣＣＤ形式又はＣＭＯＳ形式である。白色ＬＥＤ１０５は、光軸がバーコード１０４を照明する向きに設定されており、カメラ１０６はバーコード１０４を一層確実に認識することができる。白色ＬＥＤ１０５は、カメラ１０６を挟んで左右対称位置に設けられており、バーコード１０４をバランスよく照明することができる。白色ＬＥＤ１０５は、カメラ１０６を挟んで上下に設けられていてもよく、等間隔に３以上設けられていてもよい。白色ＬＥＤ１０５が十分な光量を有する場合には１つでもよい。このように、ＩＤ保持部であるバーコード１０４は、個体情報（個体信号）を画像情報として保持する表示手段であり、ＩＤ認識部であるカメラ１０６は、前記表示手段を撮像する撮像手段である。
【００７７】
図４及び図８に示すように、接続部１５が載置されるアクチュエータブロック３０の上面３０ｂにおいて、Ｚ２方向の端部（接続面３０ａ）近傍には、装着される接続部１５の有無を検出する作業部検出手段１０７が設けられている。
【００７８】
作業部検出手段１０７は、対向する位置に設けられた投光器１０７ａと受光器１０７ｂとからなり、投光器１０７ａと受光器１０７ｂとの間に接続部１５の後端部の被検出片１０９が挿入されて遮光することにより該接続部１５が装着されたことを検出できる。投光器１０７ａと受光器１０７ｂは、Ｘ方向に対向する向きで且つ近接した位置に設けられている。投光器１０７ａは例えばＬＥＤであり、受光器１０７ｂは例えばフォトダイオードである。
【００７９】
図８に示すように、プーリ収納体３００の後端面（Ｚ２側）における下端には、上記した被検出片１０９が後方に向かって突出している。接続部１５がアクチュエータブロック３０に装着されると、被検出片１０９が投光器１０７ａと受光器１０７ｂとの間に挿入されて受光器１０７ｂに対する投光器１０７ａの光を遮光する。
【００８０】
このとき、カバー３７は、バーコード１０４及びカメラ１０６が略閉空間内となるようにこれらの箇所を覆う。これにより、バーコード１０４及びカメラ１０６の汚れを防止することができると共に、外乱光を遮蔽して安定した撮像が可能となる。また、閉空間となっても、白色ＬＥＤ１０５によりバーコード１０４が照明されることから、安定した撮像が可能である。バーコード１０４及びカメラ１０６を覆うカバー３７は、アクチュエータブロック３０に設けられていてもよい。バーコード１０４とカメラ１０６との相対的な位置及び向きが固定的であることから、カメラ１０６側では、バーコード１０４の位置及び向きを特定する必要がなく、これらを特定するためのコードが不要か又は少量で足り、その分、バーコード１０４における記録可能な情報量が多くなる。
【００８１】
このように作業部検出手段１０７を備えることにより、コントローラ５１４において作業部１６がアクチュエータブロック３０に装着されているか否かを認識することができると共に、該作業部検出手段１０７による作業部１６の検出を、カメラ１０６及び白色ＬＥＤ１０５を起動制御してバーコード１０４から個体信号を取得するためのトリガー信号とすることができる。
【００８２】
すなわち、コントローラ５１４は、作業部１６がアクチュエータブロック３０に装着されたときにカメラ１０６及び白色ＬＥＤ１０５を制御してバーコード１０４の前記データ領域ＤＲから個体信号を取得する。このように、コントローラ５１４では、少なくとも作業部１６がアクチュエータブロック３０に装着されたときに個体信号を取得すれば足り、それ以外のときにはカメラ１０６及び白色ＬＥＤ１０５の動作を停止しておくことができ、処理負荷が低減するとともに省電力化を図ることができる。
【００８３】
さらに、コントローラ５１４は、上記のようにカメラ１０６によりバーコード１０４の前記データ領域ＤＲから個体信号を取得してデータ解析すると同時に、チェックディジット領域ＣＲからチェックディジットも取得する。そして、前記データ領域の値からチェックディジットを演算し、該演算されたチェックディジットと、チェックディジット領域ＣＲから得られたチェックディジットとを照合し、認定通りの解析が行われたか否かを判定する。これにより、マニピュレータ１０が、通信やデータ解析等においてノイズを生じ易い環境にある場合であっても、データ領域ＤＲのデータ解析が正常に行われたか否かを一層正確に判断することができる。
【００８４】
カメラ１０６による撮像は、可視光に限らず、例えば赤外光を用いてもよい。赤外光を用いることにより、暗い場所でもバーコード１０４を明りょうに撮像することができる。赤外光を用いる場合には所定の赤外線ＬＥＤでバーコード１０４を照射してもよい。
【００８５】
作業部検出手段１０７は、投光器１０７ａ及び受光器１０７ｂからなる構成に限らず、例えば被検出片１０９により操作されるリミットスイッチであってもよい。また、コントローラ５１４では、作業部１６の個体情報を取得し、該個体情報に応じて作業部１６の種類に応じた制御が可能となる。
【００８６】
ところで、バーコード１０４は直接的な通電の必要がなく接続部１５及び作業部１６には電気的接点が存在せず、しかもバッテリ等の蓄電体もない。従って、操作部１４から取り外した作業部１６は洗浄、滅菌等を容易に行うことができる。つまり、モータやスイッチ、センサなどの電気機器をすべて操作部１４側に配し、連結シャフト４８及び先端動作部１２からなる機械構成部品のみからなるものを作業部１６側に配することで洗浄性を向上させている。作業部１６と操作部１４では汚れ具合、汚れ種類、洗浄方法が異なり、異なるメンテナンスが行われるため、離脱して洗浄することが好適である。
【００８７】
アクチュエータブロック３０の上面には３本のアライメントピン２１２ａ〜２１２ｃが設けられており、接続部１５に設けられた嵌合孔２０２ａ〜２０２ｃに嵌合することにより該接続部１５を安定して保持可能である。接続部１５を操作部１４に取り付ける場合には、３本のアライメントピン２１２ａ〜２１２ｃがそれぞれ嵌合孔２０２ａ〜２０２ｃに嵌合するように合わせて、接続部１５を下方（Ｙ２方向）に押し下げる。これにより、レバー２０６は内面側の楔部（第１係合部）２０６ａが係合片２００を乗り越える際に一旦外方に拡がり、その後原位置に戻ることにより係合片２００に係合し、接続が完了する。つまり、レバー２０６（楔部２０６ａ）及び係合片２００は、作業部１６と操作部１４とを係合するための係合機構として機能する。
【００８８】
一方、図１３に示すように、接続部１５を操作部１４から取り外す場合には、アクチュエータブロック３０の両側面に設けられたレバー２０６を押してそれぞれ外方に開くように傾動させ、該レバー２０６の楔部２０６ａを、接続部１５の両側面に設けられた係合片２００から解放する。これにより接続部１５を操作部１４から上方（Ｙ１方向）に引き抜き、取り外しが可能となる。
【００８９】
次に、基本的には以上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。
【００９０】
図２に示すように、マニピュレータ１０では、操作部１４（１４ａ〜１４ｄ）と作業部１６（１６ａ〜１６ｄ）との組み合わせで選択的に種々の構成を採ることができるが、例えば手術中において、作業部１６を交換した際には、新たな作業部１６を操作部１４に装着した後、すぐに次の手技を開始できることが望ましい。
【００９１】
そこで、本実施形態に係るマニピュレータ１０では、アクチュエータブロック３０に接続部１５を装着した際、カメラ１０６によってバーコード１０４を迅速且つ正確に撮像可能なように該接続部１５及びアクチュエータブロック３０を構成している。これにより、装着された作業部１６の個体信号をコントローラ５１４で迅速に読み取ることができ、マニピュレータ１０を素早く使用可能状態にすることができる。
【００９２】
すなわち、先ず、図１０に示すように、操作部１４のアクチュエータブロック３０に対して作業部１６の接続部１５を装着するに際し、嵌合孔２０２ａ〜２０２ｃに対応するアライメントピン２１２ａ〜２１２ｃを挿通させる。
【００９３】
続いて、接続部１５をアライメントピン２１２ａ〜２１２ｃに沿ってＹ２方向に移動させると、各アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃの先端がロッキングプレート３０４の下面（絶縁部材３１１）に当接し、図１１に示す状態となる。
【００９４】
図１１に示すように、マニピュレータ１０では、各アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃの先端がロッキングプレート３０４に当接した時点で、バーコード１０４の中心線ＣＬ１及びカメラ１０６の中心線ＣＬ２が一致する。すなわち、前記当接した時点で、カメラ１０６の中心線ＣＬ２とアクチュエータブロック３０の上面３０ｂとの間でのＹ方向の距離Ｈ１０に対し、バーコード１０４の中心線ＣＬ１と上面３０ｂとの間でのＹ方向の距離もＨ１０として決定される。この際、バーコード１０４とカメラ１０６とはカメラ１０６の焦点距離Ｐだけ離れて対向している。
【００９５】
なお、図１０〜図１２中、バーコード１０４のＸＹ方向での中心線をＣＬ１、カメラ１０６のＸＹ方向での中心線をＣＬ２とし、カメラ１０６はバーコード１０４に対する焦点距離Ｐにおいて、中心線ＣＬ１及びＣＬ２が同軸上に一致する状態で一層正確な撮像を行うことができるものとする。換言すれば、接続部１５とアクチュエータブロック３０との装着に際し、一層迅速に中心線ＣＬ１及びＣＬ２の位置を一致させることで、カメラ１０６によるバーコード１０４の撮像を一層迅速に且つ正確に行うことができる。
【００９６】
ところで、図１１に示すように、各アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃの先端がロッキングプレート３０４に当接した時点では、レバー２０６の楔部２０６ａは係合片２００を乗り越えておらず、接続部１５とアクチュエータブロック３０との係合動作は完了していない。
【００９７】
つまり、図１１に示すように、この時点（前記当接した時点）でのアクチュエータブロック３０の上面３０ｂとプーリ収納体３００の上面との間でのＹ方向の距離をＨ１３とし、図１２に示すように、係合動作の完了時点での上面３０ｂとプーリ収納体３００の上面との間でのＹ方向の距離をＨ１４とすると、レバー２０６の楔部２０６ａが係合片２００を乗り越えるためには、さらに距離Ｈ１３から距離Ｈ１４を引いた分（Ｈ１３−Ｈ１４）だけプーリ収納体３００（楔部２０６ａ）を押し下げる必要がある。
【００９８】
そこで、図１２に示すように、接続部１５をさらにＹ２方向へと押し下げることにより、レバー２０６が先端のテーパ形状によってやや外方向に押されて変位して、係合片２００に対して摺動する。やがて、接続部１５の下面がアクチュエータブロック３０の上面３０ｂに当接又はその直前で、弾性作用によってレバー２０６が原位置に復帰し、テーパ形状の下端の楔部２０６ａが係合片２００に係合することになる。このような係合動作中に、作業部検出手段１０７によって作業部１６が検出される。
【００９９】
図１１及び図１２から諒解されるように、マニピュレータ１０では、接続部１５のアクチュエータブロック３０への係合動作に際し、カメラ１０６の中心線ＣＬ２とバーコード１０４の中心線ＣＬ１とは、アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃの先端がロッキングプレート３０４に当接した時点で互いに一致した後（図１１参照）、レバー２０６と係合片２００との係合動作が完了するまでその一致した状態が保持される（図１２参照）。すなわち、マニピュレータ１０では、バーコード１０４が設けられる支持プレート３１３をロッキングプレート３０４に固定すると共に、該ロッキングプレート３０４をプーリ収納体３００（ベースプレート３０２）に対して、コイルスプリング３０６により付勢しつつ、アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃによって押圧するように構成している。
【０１００】
従って、接続部１５のアクチュエータブロック３０への装着開始時、つまりアライメントピン２１２ａ〜２１２ｃの先端がロッキングプレート３０４に当接した時点において、カメラ１０６とバーコード１０４との相対位置が早々に固定され、その後のレバー２０６と係合片２００との係合動作、つまり接続部１５のアクチュエータブロック３０への装着が完了するまで、前記相対位置は保持される。換言すれば、アクチュエータブロック３０に接続部１５が装着される際、アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃがロッキングプレート３０４に当接することでアクチュエータブロック３０に対する支持プレート３１３及びバーコード１０４の位置が決定される。その後、ロッキングプレート３０４及びこれに固定された支持プレート３１３（バーコード１０４）を除く接続部１５、例えばプーリ収納体３００やカバー３７がロッキングプレート３０４に対して相対的にアクチュエータブロック３０側へと移動され、レバー２０６と係合片２００とが係合される。
【０１０１】
このように、作業部１６側のロッキングプレート３０４、軸部材３０５、固定具３２２、コイルスプリング３０６及びプーリ収納体３００等と、操作部１４側のアクチュエータブロック３０及びアライメントピン２１２ａ〜２１２ｃ等とは、レバー２０６の楔部２０６ａと係合片２００との係合動作が完了する前に、バーコード１０４（支持プレート３１３）とカメラ１０６との撮像に係る位置関係を保持する保持構造を構成する。
【０１０２】
従って、作業部１６と操作部１４との接続作業の開始から完了まで及び接続後の間、常時、バーコード１０４の位置をカメラ１０６による良好な撮像が可能な位置に保持しておくことができる。換言すれば、カメラ１０６は、接続部１５のアクチュエータブロック３０への装着開始時から、常にバーコード１０４を正確に撮像可能な状態に置かれることになる。
【０１０３】
例えば、アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃの先端がロッキングプレート３０４に当接した後であって、レバー２０６の楔部２０６ａと係合片２００との係合動作が完了した時点又は該係合動作が完了する前において、作業部検出手段１０７によって作業部１６が検出されることにより、該検出をトリガー信号として、コントローラ５１４ではカメラ１０６及び白色ＬＥＤ１０５を駆動制御して、バーコード１０４を正確に撮像することもできる。このような場合には、作業部検出手段１０７は、操作部１４に作業部１６が装着される際、前記保持構造によりバーコード１０４の位置がカメラ１０６による撮像位置に保持された後、つまり、アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃの先端がロッキングプレート３０４に当接した後、作業部１６側の被検出片１０９を検出するように配置されているとよい。
【０１０４】
仮に、バーコード１０４がプーリ収納体３００等に設けられ、これと連動して移動されるような構成では、カメラ１０６によるバーコード１０４の正確な撮像を行うためには、接続部１５のアクチュエータブロック３０への装着完了を待つように、カメラ１０６に待機時間を設定しておく必要があり、しかも該待機時間は余裕を持って相当長く設定しなければならないのに対して、本実施形態では、該待機時間が不要となる。従って、マニピュレータ１０では、例えば手術中において、所定の操作部１４に対して所定の作業部１６を装着した際には、装着と略同時にカメラ１０６によるバーコード１０４の撮像及びコントローラ５１４による作業部１６の識別をすることができ、次の手技に迅速に移行することができる。
【０１０５】
図１４は、上記のような作業部１６と操作部１４の装着動作における各構成要素の動作状態の一例を示すタイミングチャートである。図１４中のＡ線は、カメラ１０６によるバーコード１０４の撮像動作を示し、Ｂ線は、作業部検出手段１０７による被検出片１０９の検出信号を示し、Ｃ線は、アクチュエータブロック３０の上面３０ｂとバーコード１０４の中心線ＣＬ１との間の距離を示し、Ｄ線は、アクチュエータブロック３０の上面３０ｂとプーリ収納体３００の上面との間の距離を示す。
【０１０６】
図１４に示すように、装着動作の開始時点ｔ０（図１０参照）からアライメントピン２１２ａ〜２１２ｃの先端がロッキングプレート３０４に当接した時点ｔ１（図１１参照）の間は、Ｃ線及びＤ線は同様に下降される。その後、時点ｔ１以降は、Ｃ線、つまりアクチュエータブロック３０の上面３０ｂとバーコード１０４との間は距離Ｈ１０にて保持される一方（図１１参照）、Ｄ線、つまり上面３０ｂとプーリ収納体３００の上面との間の距離は次第に小さくなり、装着動作が完了する時点ｔ５において距離Ｈ１４となる（図１２参照）。
【０１０７】
この間、時点ｔ１の後の時点ｔ２において、作業部検出手段１０７により接続部１５を構成する被検出片１０９が検出されると共に、その検出信号をトリガーとして、時点ｔ３から時点ｔ４の間にカメラ１０６によるバーコード１０４の撮像動作が行われる。つまり、時点ｔ１以降、Ｃ線（アクチュエータブロック３０の上面３０ｂとバーコード１０４との間の距離）が、上面３０ｂとカメラ１０６との間の距離Ｈ１０と同一で一定に保持されることにより（図１１参照）、装着完了時点ｔ５とは無関係にカメラ１０６によるバーコード１０４の撮像を行うことができる。これにより、例えば、接続部１５とアクチュエータブロック３０との装着動作を極めてゆっくりと行い、時点ｔ１〜ｔ５が相当に長くなったとしても、バーコード１０４の撮像動作には影響がなく、迅速に撮像を行うことができる。
【０１０８】
なお、カメラ１０６の初期準備時間（時間ｔ３−ｔ２）を考慮して、作業部検出手段１０７による検出動作が、時点ｔ１と同時か又はそれより前に行われるように各部品を配置してもよい。
【０１０９】
このようなアクチュエータブロック３０への接続部１５の着脱において、装着時、操作部１４のモータ４０ａ〜４０ｃはそれぞれ原点となっている。一方、接続部１５では、プーリ５０ａ〜５０ｃの板形状部３０８ａ〜３０８ｃが、コイルスプリング３０６によりＹ２側に付勢されたロッキングプレート３０４のスリット３１６ａ〜３１６ｃに挿入され、回転不能状態に保持されているため、プーリ５０ａ〜５０ｃがそれぞれ原点に位置している。従って、モータ４０ａ〜４０ｃの上端部は、プーリ５０ａ〜５０ｃの下端部に適切に接続される。
【０１１０】
図１２に示すように、３本のアライメントピン２１２ａ〜２１２ｃの上端部は、嵌合孔２０２ａ〜２０２ｃを貫通してプーリ収納体３００の上面から突出し、第１端部３１２及び第２端部３１４の下面に当接し、コイルスプリング３０６を圧縮してロッキングプレート３０４を上面３０ｂから一定距離（図１１では距離Ｈ１１と距離Ｈ１３とを足した距離）の位置に保持したままプーリ収納体３００を相対的に押し下げる。
【０１１１】
このため、ロッキングプレート３０４とプーリ収納体３００との間のＹ方向の間隔は、図１１に示す装着前の間隔Ｈ１１から、図１２に示す装着後の間隔Ｈ１２へと拡大され、プーリ５０ａ〜５０ｃの上端の板形状部３０８ａ〜３０８ｃは、ロッキングプレート３０４のスリット３１６ａ〜３１６ｃから抜け、プーリ５０ａ〜５０ｃはモータ４０ａ〜４０ｃによって回転可能になる。
【０１１２】
作業部１６の装着後、コントローラ５１４では、原点を基準として角度の計算を行い先端動作部１２を正しく制御することができる。すなわち、操作部１４が装着された位置を原点（０°）として推定し、トリガーレバー３２と及び複合入力部３４のプラス方向及びマイナス方向の入力に対応して、先端動作部１２をロール方向及びヨー方向の回転指令を与え、グリッパ５９の開閉指令を与えることができる。
【０１１３】
なお、一連の手技が終了し、又は作業部１６（操作部１４）を別の種類に交換する場合には、装着されている作業部１６（操作部１４）を取り外す。この操作に先だって、操作者は作動スイッチ３５（図１参照）を操作し、コントローラ５１４の作用下に各モータ４０ａ〜４０ｃを自動的に原点に復帰させる。これにより、３本のアライメントピン２１２ａ〜２１２ｃは、嵌合孔２０２ａ〜２０２ｃから下方に抜けることから、第１端部３１２及び第２端部３１４から離間し、ロッキングプレート３０４はコイルスプリング３０６の弾性力によって相対的に下方に押し下げられる。各モータ４０ａ〜４０ｃは、それぞれ原点に復帰していることから、連動するプーリ５０ａ〜５０ｃの板形状部３０８ａ〜３０８ｃは平面視でＸ方向を指向しており（図７参照）、ロッキングプレート３０４の３つのスリット３１６ａ〜３１６ｃに係合する（図１１参照）。これにより、これ以後の各プーリ５０ａ〜５０ｃの回転が防止でき、先端動作部１２が原点に保持され、次回に操作部１４に装着するときには、プーリ５０ａ〜５０ｃをモータ４０ａ〜４０ｃに正しく装着することができる。
【０１１４】
以上のように、本実施形態に係るマニピュレータ１０によれば、操作部１４と作業部１６とを接続する場合に、ロッキングプレート３０４にアライメントピン２１２ａ〜２１２ｃが当接すると略同時にカメラ１０６とバーコード１０４との相対位置が固定され、装着動作の完了後及びそれ以降も当該相対位置が保持される。このため、カメラ１０６は、接続部１５のアクチュエータブロック３０への前記装着開始時から、常時バーコード１０４を良好に撮像可能な状態に置かれ、カメラ１０６の撮像開始までの待機時間等を可及的に減少させて、装着後の迅速な使用が可能となる。この場合、ロッキングプレート３０４は、コイルスプリング３０６や軸部材３０５による簡便な構成で、プーリ収納体３００に対し独立して弾性支持されるため、接続部１５の部品点数を減少させることができる。
【０１１５】
また、上記のようにバーコード１０４にチェックディジット領域ＣＲを設定し、データ領域ＤＲから算出されたチェックディジットと、チェックディジット領域から得られたチェックディジットとの照合を行う場合には、当該チェックディジット領域ＣＲを設定しない場合に比べてコントローラ５１４での演算処理量が増大することになる。ところが、本実施形態では、接続部１５のアクチュエータブロック３０への前記装着開始時からカメラ１０６によるバーコード１０４の撮像と、これに伴うコントローラ５１４によるデータ解析を行うことができるため、当該チェックディジットの照合処理に起因するマニピュレータ１０の装着動作の遅れを可及的に減少させることができ、操作部１４と接続部１５の装着後、一層迅速に使用を開始することができる。
【０１１６】
しかも、操作部１４と作業部１６とが装着される際には、ロッキングプレート３０４が操作部１４の一部であるアライメントピン２１２ａ〜２１２ｃにより駆動されてプーリ５０ａ〜５０ｃの板形状部３０８ａ〜３０８ｃから離間される。これにより、アクチュエータブロック３０と作業部１６が離れているときには、板形状部３０８ａ〜３０８ｃをロッキングプレート３０４のスリット３１６ａ〜３１６ｃに係合してプーリ５０ａ〜５０ｃの回転を防止し、先端動作部１２及びプーリ５０ａ〜５０ｃは原点に一致した軸位置に自動的にロックしておくことができるため、プーリ５０ａ〜５０ｃとモータ４０ａ〜４０ｃとの間の迅速且つ正確な係合が可能となる。さらに、装着後には、スリット３１６ａ〜３１６ｃから板形状部３０８ａ〜３０８ｃが自動的に抜かれることになるため、一層迅速に使用開始可能状態にすることができる。
【０１１７】
アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃは、ロッキングプレート３０４を駆動する機能以外に、嵌合孔２０２ａ〜２０２ｃに嵌合してプーリ収納体３００を安定して保持する機能を有しており、部品点数を低減できる合理的な構造である。
【０１１８】
ロッキングプレート３０４は長尺形状であり、２つのコイルスプリング３０６が長尺なＺ方向に離間した箇所に設けられると共に、該コイルスプリング３０６に対応して設けられる軸部材３０５によりガイドされることから、バランスよく付勢され、Ｙ方向の移動がスムーズである。コイルスプリング３０６は、軸部材３０５の上端の固定具３２２とロッキングプレート３０４との間に設けられており、省スペースで合理的な構造である。
【０１１９】
なお、上記実施形態では、バーコード１０４に代えたＩＤ保持部として、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）を設け、カメラ１０６に代えたＩＤ認識部として、送受信器を設けることもできる。ＲＦＩＤとは微小なＩＣチップに製品の個別情報を格納し、無線を利用して情報の読み取りや更新などを行う無線認証システムのことであり、無線タグ、ＩＣタグ又はミューチップとも呼ばれる。
【０１２０】
さらに、作業部１６と操作部１４との間の情報の伝達には、バーコード１０４（つまり画像情報）やＲＦＩＤ（つまり電波）以外にも、磁気、光（例えば赤外線通信）を用いると非接触で個体情報を伝達することができ、作業部１６の清掃、洗浄が容易となる。
【０１２１】
上記実施形態は、例えば図１４に示すような医療用ロボットシステム４００に適用してもよい。
【０１２２】
医療用ロボットシステム４００は、多関節型のロボットアーム４０２と、コンソール４０４とを有し、作業部４０６はロボットアーム４０２の先端に接続されている。ロボットアーム４０２の先端には前記のマニピュレータ１０と同様な機構を有するマニピュレータ４０８が設けられている。ロボットアーム４０２は、作業部４０６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４０４は、テーブル型、制御盤型等の構成を採りうる。
【０１２３】
ロボットアーム４０２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４０６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４０８は、ロボットアーム４０２の先端部４１０と一体化している。マニピュレータ４０８は、前記のアクチュエータブロック３０（図１参照）の代わりに、基端側が前記先端部４１０に連結されると共に、内部にモータ４０ａ、４０ｂ及び４０ｃ（図１４では図示せず）を収納したアクチュエータブロック４１２を有する。
【０１２４】
ロボットアーム４０２は、コンソール４０４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４０４に設けられたジョイスティック４１４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４０４は、前記のコントローラ５１４（図１参照）の機能を含んでいる。作業部４０６には、前記の先端動作部１２が設けられている。
【０１２５】
コンソール４０４には、操作指令部としての２つのジョイスティック４１４と、モニタ４１６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４１４により、２台のロボットアーム４０２を個別に操作が可能である。２つのジョイスティック４１４は、両手で操作しやすい位置に設けられている。モニタ４１６には、内視鏡による画像等の情報が表示される。
【０１２６】
ジョイスティック４１４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４０２を動かすことができる。ジョイスティック４１４はマスターアームであってもよい。ロボットアーム４０２とコンソール４０４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。
【０１２７】
このような医療用ロボットシステム４００においても、上記した保持構造を構成するロッキングプレート３０４、コイルスプリング３０６、アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃや、バーコード１０４及びカメラ１０６等を備えることにより、アクチュエータブロック４１２や作業部４０６を他の種類のものに交換した際、迅速に次の手技を開始することが可能となる。
【０１２８】
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】
【０１２９】
【図１】本実施の形態に係るマニピュレータの斜視図である。
【図２】本実施の形態に係るマニピュレータの構成の組合わせに係る説明図である。
【図３】作業部と操作部とを分離したマニピュレータの側面図である。
【図４】操作部の斜視図である。
【図５】先端動作部の斜視図である。
【図６】作業部の接続部と操作部のアクチュエータブロックとを分離した状態を斜め下方から見た一部省略分解斜視図である。
【図７】接続部の一部省略分解斜視図である。
【図８】接続部とアクチュエータブロックの装着中の一部断面斜視図である。
【図９】接続部とアクチュエータブロックを装着した状態での一部断面斜視図である。
【図１０】接続部とアクチュエータブロックの装着前の一部断面側面図である。
【図１１】接続部とアクチュエータブロックの装着中の一部断面側面図である。
【図１２】接続部とアクチュエータブロックを装着した状態での一部断面側面図である。
【図１３】接続部をアクチュエータブロックから取り外す際に、２つの操作面を同時に押圧する状態のマニピュレータの正面図である。
【図１４】作業部と操作部の装着動作における各構成要素の動作状態の一例を示すタイミングチャートである。
【図１５】マニピュレータをロボットアームの先端に接続した医療用ロボットシステムの斜視図である。
【符号の説明】
【０１３０】
１０、４０８…マニピュレータ            １２…先端動作部
１４、１４ａ〜１４ｄ…操作部            １５…接続部
１６、１６ａ〜１６ｄ、４０６…作業部
３０、４１２…アクチュエータブロック（アクチュエータ部）
３０ａ…接続面                          ４０ａ〜４０ｃ…モータ
５０ａ〜５０ｃ、５７ａ〜５７ｃ…プーリ（駆動部）
５４ａ〜５４ｃ…ワイヤ                  ５９…グリッパ
１０４…バーコード（ＩＤ保持部）        １０６…カメラ（ＩＤ認識部）
１０７…作業部検出手段                  １０９…被検出片
２００…係合片（第２係合部）            ２０２ａ〜２０２ｃ…嵌合孔
２０６…レバー                          ２０６ａ…楔部
２１０…係合部（第１係合部）
２１２ａ〜２１２ｃ…アライメントピン（押圧部材）
３００…プーリ収納体（駆動部収納体）
３０１、３１１、３１５、３２３…絶縁部材
３０４…ロッキングプレート（支持部材）  ３０５…軸部材
３０６…コイルスプリング（弾性部材）    ３１３…支持プレート（支持部材
３１９…孔部                            ３２０…丸溝
３２２…固定具                          ４００…医療用ロボットシステム
５１４…コントローラ
【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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