(57)【要約】  鉗子部に作用する力を検出する手術用システムを提供する。  手術用システムは、１以上のリンクを有するアームと、前記アームの先端に配設された、第１のブレードと、第２のブレードと、前記第１のブレードと前記第２のブレードを互いに回動可能に連結する鉗子回動部で構成される鉗子部と、前記第１のブレード及び前記第２のブレードに発生する歪みを検出する第１の歪み検出部を具備し、前記第１のブレードと前記第２のブレードの各刃先部分はともに、鉗子長軸と平行となるように定義された所定の基準軸に対して正方向のオフセットを有する。
2020080414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上のリンクを有するアームと、
前記アームの先端に配設された、第１のブレードと、第２のブレードと、前記第１のブレードと前記第２のブレードを互いに回動可能に連結する鉗子回動部で構成される鉗子部と、
を具備し、
前記第１のブレードと前記第２のブレードの各刃先部分はともに、鉗子長軸と平行となるように定義された所定の基準軸に対して正方向のオフセットを有する、
手術用システム。
【請求項２】
前記第１のブレード及び前記第２のブレードに発生する歪みを検出する第１の歪み検出部をさらに備える、請求項１に記載の手術用システム。
【請求項３】
前記リンクに発生する歪みを検出する第２の歪み検出部と、
前記第１の歪み検出部及び前記第２の歪み検出部の検出結果に基づいて、前記鉗子部に作用する力を算出する処理部と、
をさらに備える、請求項２に記載の手術用システム。
【請求項４】
前記第１のブレード及び前記第２のブレードの各刃中部分には起歪体がそれぞれ構成され、
前記第１の歪み検出部は、前記第１のブレードの内側及び外側に発生する歪みを検出する各歪み検出素子と、前記第２のブレードの内側及び外側に発生する歪みを検出する各歪み検出素子を備え、
前記処理部は、検出された前記第１のブレードの内側及び外側の歪みと前記第２のブレードの内側及び外側の歪みに基づいて、前記鉗子部に作用する力を算出する、
請求項３に記載の手術用システム。
【請求項５】
前記第１の歪み検出部は、前記第１のブレードの内側及び外側の各々に取り付けた光ファイバーに形成したＦＢＧセンサからなる各歪み検出素子と、前記第２のブレードの内側及び外側の各々に取り付けた光ファイバーに形成したＦＢＧセンサからなる各歪み検出素子を備える、
請求項４に記載の手術用システム。
【請求項６】
前記第１の歪み検出素子の感度に基づいて、前記第１のブレード並びに前記第２のブレードの刃先部分と刃中部分の前記基準軸からのオフセット量の差が決定される、
請求項２に記載の手術用システム。
【請求項７】
前記第１の歪み検出素子の感度に基づいて、前記第１のブレード並びに前記第２のブレードの刃中部分の前記鉗子長軸方向の寸法が決定される、
請求項５に記載の手術用システム。
【請求項８】
前記第１の歪み検出部は、前記第１のブレードの内側及び外側の各々に取り付けた光ファイバーに形成したＦＢＧセンサからなる各歪み検出素子と、前記第２のブレードの内側及び外側の各々に取り付けた光ファイバーに形成したＦＢＧセンサからなる各歪み検出素子を備え、且つ、前記光ファイバーにダミーＦＢＧセンサが形成され、
前記処理部は、前記ダミーＦＢＧセンサの波長変化に基づいて、温度変化に起因する歪み成分を取り除く、
請求項３に記載の手術用システム。
【請求項９】
前記第２の歪み検出部は、前記リンクの長軸方向に直交する２方向の各対辺の２箇所にそれぞれ配設された歪み検出素子を備え、
前記処理部は、前記歪み検出素子により検出された前記リンクの長軸方向に直交する２方向の各対辺の前記２箇所の歪みに基づいて、前記鉗子部に作用する２方向の並進力及びモーメントを算出する、
請求項３に記載の手術用システム。
【請求項１０】
前記第２の歪み検出部は、前記リンクの長軸方向に直交する２方向の各対辺に取り付けた光ファイバーの前記２箇所に形成したＦＢＧセンサからなる前記歪み検出素子を備える、
請求項９に記載の手術用システム。
【請求項１１】
前記リンクは、前記歪み検出素子が配設された前記２箇所において応力が集中する形状を有する、
請求項１０に記載の手術用システム。
【請求項１２】
マスタ装置と、前記マスタ装置により遠隔操作されるスレーブ装置からなり、前記スレーブ装置は、
１以上のリンクを有するアームと、
前記アームの先端に配設された、第１のブレードと、第２のブレードと、前記第１のブレードと前記第２のブレードを互いに回動可能に連結する鉗子回動部で構成される鉗子部と、
前記第１のブレード及び前記第２のブレードに発生する歪みを検出する第１の歪み検出部と、
前記リンクに発生する歪みを検出する第２の歪み検出部と、
前記第１の歪み検出部及び前記第２の歪み検出部の検出結果に基づいて、前記鉗子部に作用する力を算出する処理部と、
前記処理部による処理結果を前記マスタ装置に出力する出力部と、
を具備し、
前記第１のブレードと前記第２のブレードの各刃先部分はともに、鉗子長軸と平行となるように定義された所定の基準軸に対して正方向のオフセットを有する、
外科手術システム。
【請求項１３】
刃中部分に起歪体構造を有する第１のブレードと、
刃中部分に起歪体構造を有する第２のブレードと、
前記第１のブレードと前記第２のブレードを互いに回動可能に連結する鉗子回動部と、
前記第１のブレードと前記第２のブレードの各刃先部分はともに、鉗子長軸と平行となるように定義された所定の基準軸に対して正方向のオフセットを有する、
手術用器具。
【請求項１４】
１以上のリンクを有するアームと、
前記アームの先端に配設された、第１のブレードと、第２のブレードと、前記第１のブレードと前記第２のブレードを互いに回動可能に連結する鉗子回動部で構成される鉗子部と、
前記第１のブレード及び前記第２のブレードに発生する歪みを検出する第１の歪み検出部と、
前記リンクに発生する歪みを検出する第２の歪み検出部と、
前記第１の歪み検出部及び前記第２の歪み検出部の検出結果を伝送する伝送部と、
を具備する医療用装置。
【請求項１５】
１以上のリンクを有するアームと、
前記アームの先端に配設された、第１のブレードと、第２のブレードと、前記第１のブレードと前記第２のブレードを互いに回動可能に連結する鉗子回動部で構成される鉗子部と、
前記第１のブレード及び前記第２のブレードに発生する歪みを検出する第１の歪み検出部と、
前記リンクに発生する歪みを検出する第２の歪み検出部と、
前記第１の歪み検出部及び前記第２の歪み検出部の検出結果に基づいて、前記鉗子部に作用する力を算出する処理部と、
を具備し、
前記第１のブレードと前記第２のブレードの各刃先部分はともに、鉗子長軸と平行となるように定義された所定の基準軸に対して正方向のオフセットを有する、
外力検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する技術は、鉗子部に作用する力を検出する手術用システム、外科手術システム、手術用器具、医療用装置、並びに外力検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のロボティクス技術の進歩は目覚ましく、さまざまな産業分野の作業現場にロボティクス技術が広く浸透してきている。医療を始めとするコンピュータの制御による完全自律動作がいまだ困難な産業分野では、マスタ−スレーブ方式のロボット・システムが使用されている。また、マスタースレーブ方式のロボット・システムでは、把持部（グリッパー）などのエンドエフェクタに作用する外力を検出する機能は、オペレータに力覚をフィードバックしたり、適切な力制御を行ったりする上で極めて重要である。特に、内視鏡下手術に利用される手術用ロボットにおいては、手術用鉗子などのエンドエフェクタの構成が小型であることが望ましい。【０００３】
例えば、開閉可能に連結された第１のブレードと第２のブレードがそれぞれ起歪体としても構成され、且つ、第１のブレード及び第２のブレード１１２の各起歪体にそれぞれ歪み検出素子を配設して、小型で、外力を検出可能な手術用鉗子並びに手術用システムが提案されている（特許文献１を参照のこと）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２０１８／１６３６８０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本明細書で開示する技術の目的は、鉗子部に作用する力を好適に検出することができる、手術用システム、外科手術システム、手術用器具、医療用装置、並びに外力検出システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書で開示する技術の第１の側面は、
１以上のリンクを有するアームと、
前記アームの先端に配設された、第１のブレードと、第２のブレードと、前記第１のブレードと前記第２のブレードを互いに回動可能に連結する鉗子回動部で構成される鉗子部と、
を具備し、
前記第１のブレードと前記第２のブレードの各刃先部分はともに、鉗子長軸と平行となるように定義された所定の基準軸に対して正方向のオフセットを有する、
手術用システムである。第１の側面に係る手術用システムは、前記第１のブレード及び前記第２のブレードに発生する歪みを検出する第１の歪み検出部をさらに備えている。【０００７】
但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない（以下、同様）。【０００８】
また、本明細書で開示する技術の第２の側面は、
マスタ装置と、前記マスタ装置により遠隔操作されるスレーブ装置からなり、前記スレーブ装置は、
１以上のリンクを有するアームと、
前記アームの先端に配設された、第１のブレードと、第２のブレードと、前記第１のブレードと前記第２のブレードを互いに回動可能に連結する鉗子回動部で構成される鉗子部と、
前記第１のブレード及び前記第２のブレードに発生する歪みを検出する第１の歪み検出部と、
前記リンクに発生する歪みを検出する第２の歪み検出部と、
前記第１の歪み検出部及び前記第２の歪み検出部の検出結果に基づいて、前記鉗子部に作用する力を算出する処理部と、
前記処理部による処理結果を前記マスタ装置に出力する出力部と、
を具備し、
前記第１のブレードと前記第２のブレードの各刃先部分はともに、鉗子長軸と平行となるように定義された所定の基準軸に対して正方向のオフセットを有する、
外科手術システム。である。【０００９】
また、本明細書で開示する技術の第３の側面は、
刃中部分に起歪体構造を有する第１のブレードと、
刃中部分に起歪体構造を有する第２のブレードと、
前記第１のブレードと前記第２のブレードを互いに回動可能に連結する鉗子回動部と、
前記第１のブレードと前記第２のブレードの各刃先部分はともに、鉗子長軸と平行となるように定義された所定の基準軸に対して正方向のオフセットを有する、
手術用器具である。【００１０】
また、本明細書で開示する技術の第４の側面は、
１以上のリンクを有するアームと、
前記アームの先端に配設された、第１のブレードと、第２のブレードと、前記第１のブレードと前記第２のブレードを互いに回動可能に連結する鉗子回動部で構成される鉗子部と、
前記第１のブレード及び前記第２のブレードに発生する歪みを検出する第１の歪み検出部と、
前記リンクに発生する歪みを検出する第２の歪み検出部と、
前記第１の歪み検出部及び前記第２の歪み検出部の検出結果を伝送する伝送部と、
を具備する医療用装置である。【００１１】
また、本明細書で開示する技術の第５の側面は、
１以上のリンクを有するアームと、
前記アームの先端に配設された、第１のブレードと、第２のブレードと、前記第１のブレードと前記第２のブレードを互いに回動可能に連結する鉗子回動部で構成される鉗子部と、
前記第１のブレード及び前記第２のブレードに発生する歪みを検出する第１の歪み検出部と、
前記リンクに発生する歪みを検出する第２の歪み検出部と、
前記第１の歪み検出部及び前記第２の歪み検出部の検出結果に基づいて、前記鉗子部に作用する力を算出する処理部と、
を具備し、
前記第１のブレードと前記第２のブレードの各刃先部分はともに、鉗子長軸と平行となるように定義された所定の基準軸に対して正方向のオフセットを有する、
外力検出システムである。
【発明の効果】
【００１２】
本明細書で開示する技術によれば、鉗子部に作用する力を好適に検出することができる、手術用システム、外科手術システム、手術用器具、医療用装置、並びに外力検出システムを提供することができる。【００１３】
なお、本明細書に記載された効果は、あくまでも例示であり、本発明の効果はこれに限定されるものではない。また、本発明が、上記の効果以外に、さらに付加的な効果を奏する場合もある。【００１４】
本明細書で開示する技術のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する実施形態や添付する図面に基づく説明によって明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、外科手術用システム１００の構成例を模式的に示した図である。
【図２】図２は、鉗子部１１０に作用する力を検出するための構成を模式的に示した図である。
【図３】図３は、ミアンダ構造からなる起歪体が構成された第１のブレード１１１の構成例を示した図である。
【図４】図４は、ＦＢＧセンサを利用した歪み検出素子２０１、２０２を第１のブレード１１１に設置する方法を説明するための図である。
【図５】図５は、ＦＢＧセンサを利用した歪み検出素子２０１、２０２を第１のブレード１１１に設置する方法を説明するための図である。
【図６】図６は、歪み検出素子２０１、２０２を構成する光ファイバーの一部をダミーＦＢＧセンサ７０１〜７０４として利用する例を示した図である。
【図７】図７は、ＦＢＧセンサを利用した歪み検出素子２１１ａ〜２１４ａ、２１１ｂ〜２１４ｂを第１のリンク２１０に設置する方法を説明するための図である。
【図８】図８は、鉗子部のブレードに作用する内歪みと外歪みの関係を示した図である。
【図９】図９は、起歪体構造を有するブレードにｚｘ方向の外力が作用したときの内歪みと外歪みの関係を示した図である。
【図１０】図１０は、起歪体構造を有するブレードにｙ方向並びにｇ（重力）方向の外力が作用したときの内歪みと外歪みの関係を示した図である。
【図１１】図１１は、鉗子部の第１のブレードに参照外力を加えたときに検出される内歪み及び外歪みの推移を示した図である。
【図１２】図１２は、鉗子部の第２のブレードに参照外力を加えたときに検出される内歪み及び外歪みの推移を示した図である。
【図１３】図１３は、ブレードの先端部分にＺ方向の外力Ｆｚが作用したときに屈曲する様子を例示した図である。
【図１４】図１４は、第１のブレード１１１をＹ方向から眺めた側面を模式的に示した図である。
【図１５】図１５は、第２のブレード１１２をＹ方向から眺めた側面を模式的に示した図である。
【図１６】図１６は、第１のブレード１１１と第２のブレード１１２が閉じた状態の鉗子部１１０をＹ方向から眺めた側面図である。
【図１７】図１７は、第１のブレード１１１の先端部分にＺ方向の外力Ｆｚが作用して屈曲する様子を例示した図である。
【図１８】図１８は、第２のブレード１１２の先端部分にＺ方向の外力Ｆｚが作用して屈曲する様子を示した図である。
【図１９】図１９は、提案に係る第２のブレード１１２の構成例を示した図である。
【図２０】図２０は、第１のブレード１１１と第２のブレード１１２が閉じた状態の鉗子部１１０をＹ方向から眺めた側面図である。
【図２１】図２１は、Ｚ方向の負荷が作用したときの第１のブレード１１１の歪みシミュレーション結果（改善前）を示した図である。
【図２２】図２２は、Ｚ方向の負荷が作用したときの第２のブレード１１２の歪みシミュレーション結果（改善前）を示した図である。
【図２３】図２３は、Ｚ方向の負荷が作用したときの第１のブレード１１１の歪みシミュレーション結果（改善後）を示した図である。
【図２４】図２４は、Ｚ方向の負荷が作用したときの第２のブレード１１２の歪みシミュレーション結果（改善後）を示した図である。
【図２５】図２５は、改善前の第１のブレード１１１の感度測定結果を示した図である。
【図２６】図２６は、改善後の第１のブレード１１１の感度測定結果を示した図である。
【図２７】図２７は、改善前の第２のブレード１１２の感度測定結果を示した図である。
【図２８】図２８は、改善後の第２のブレード１１２の感度測定結果を示した図である。
【図２９】図２９は、力検出システム２９００の構成例を模式的に示した図である。
【図３０】図３０は、鉗子部の先端にｚｘ方向の外力が作用したときの第１のブレードの内歪みと外歪みの関係を示した図である。
【図３１】図３１は、鉗子部の先端にｚｘ方向の外力が作用したときの第２のブレードの内歪みと外歪みの関係を示した図である。
【図３２】図３２は、マスタ−スレーブ方式のロボット・システム１４００の機能的構成を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら本明細書で開示する技術の実施形態について詳細に説明する。
【００１７】
以下では、まずＡ項として、図１〜図７を参照しながら本実施形態に係る手術用システムの構成について説明する。続いて、Ｂ項として、図８〜図２８を参照しながら、鉗子部の詳細な構成について説明する。そして、Ｃ項として、図２９〜図３１を参照しながら、鉗子部に作用する力を算出するための検出メカニズムについて説明する。最後に、Ｄ項として、図３２を参照しながら、マスタ−スレーブ方式のロボット・システム１４００について説明する。
【００１８】
Ａ．システム構成
図１には、本明細書で開示する技術を適用することが可能な外科手術用システム１００の構成例を模式的に示している。図示の外科手術用システム１００は、開閉操作可能な鉗子部１１０と、鉗子部１１０を先端に取り付けたアーム１２０で構成される。外科手術用システム１００は、例えば、眼科手術や脳外科手術、腹腔や胸腔といった内視鏡下手術に利用されるマスタースレーブ方式ロボット・システムにおけるスレーブとして動作する、医療用若しくは手術用システムである。マスタ−スレーブ方式のロボット・システムでは、オペレータがマスタ装置を使って、対象物を傷付けることなく、正確且つ効率的にスレーブ・アームを遠隔操作するには、スレーブ・アームの位置や、スレーブ・アームに加わる外力などの情報をマスタ装置若しくはオペレータにフィードバックすることが望ましい。
【００１９】
アーム１２０は、複数のリンクを関節で接続した多関節アームを想定しているが、軸数（若しくは、関節数）や各軸の自由度構成、リンク数（若しくは、アーム数）などの構成は任意である。以下では、説明の便宜上、アーム１２０に含まれる各リンクを、遠位端（若しくは、鉗子部１１０の後端）から順に、第１のリンク、第２のリンク、…と呼ぶことにする。また、アーム１２０に含まれる各関節を、遠位端（若しくは、鉗子部１１０の後端）から順に、第１の関節、第２の関節、…と呼ぶことにする。
【００２０】
鉗子部１１０は、第１のブレード１１１と第２のブレード１１２からなる一対のブレードと、この一対のブレードを互いに回動可能に連結する鉗子回動部１１３で構成される。第１のブレード１１１と第２のブレード１１２の開き角が増大又は減少するように（言い換えれば、第１のブレード１１１と第２のブレード１１２の鉗子回動部１１３回りの角度の差が変化するように）、各々を鉗子回動部１１３回りに旋回させることによって、鉗子部１１０の開閉動作が実現する。鉗子部１１０の開閉動作によって、体内組織や手術器具などの対象物を把持したり、押し開いたり、押さえたりすることができる。また、第１のブレード１１１と第２のブレード１１２の開き角を一定に保ったまま（言い換えれば、第１のブレード１１１と第２のブレード１１２の鉗子回動部１１３回りの角度の和が変化するように）、両者を同時に鉗子回動部１１３回りに旋回させることによって、鉗子部１１０の鉗子回動部１１３回りの旋回動作が実現する。例えば適当な歯車機構を用いて鉗子回動部１１３を構成することで、第１のブレード１１１と第２のブレード１１２を互いに回動可能に連結することができる。但し、歯車機構の構造自体は本明細書で開示する技術と直接関連しないので、詳細な説明は省略する。なお、ブレードは切断用の面を有してもよいし、有さなくてもよい。ブレードは、例えば鉗子などのグリップ構造を構成するジョーである。
【００２１】
外科手術用システム１００の遠位端は細長い管部品からなる鉗子部１１０であり、近位端はアーム１２０などの駆動ユニットに連結されるメカ構造と言うことができる。鉗子部１１０は、腹腔や胸腔といった生体内にトロッカー経由で挿入して用いられる、細長い管部品として構成され、極力小型化されることが好ましい。
【００２２】
鉗子部１１０を極力小さくするために、鉗子部１１０の駆動源となるアクチュエータなどの駆動部（図示しない）は、鉗子部１１０から離間して配置されている。そして、この駆動部で発生する駆動力がケーブル（図示しない）によって第１のブレードと第２のブレード１１２の各々に伝達されて、第１のブレード１１１と第２のブレードが互いに鉗子回動部１１３回りに回動させることができる。この結果、鉗子部１１０が開閉して、体内組織や手術器具などの対象物を把持したり、押し開いたり、押さえたりすることができる。また、第１の関節の駆動源となる駆動部も第１の関節から離間して配置され、ケーブルの牽引力によって第１の関節が回転動作する。
【００２３】
図２には、鉗子部１１０に作用する力を検出するための構成を模式的に示している。但し、鉗子部１１０の長軸方向をＺ軸とするＸＹＺ座標系を設定する。したがって、紙面左方向がＺ軸、紙面に対して垂直の方向がＸ軸、紙面上下方向がＹ軸となる。
【００２４】
第１のブレード１１１は、鉗子回動部１１３を固定端とする片持ち梁として捉えることができる。したがって、第１のブレード１１１には、第１のブレード１１１の、開閉構造の内側の歪みを検出するための歪み検出素子２０１と、開閉構造の外側の歪みを検出するための歪み検出素子２０２からなる一対の歪み検出素子を取り付けて、力が作用したときに片持ち梁のように撓む第１のブレード１１１の歪み量を検出できるようにしている。同様に、第２のブレード１１２には、開閉構造の内側の歪みを検出するための歪み検出素子２０３と、開閉構造の外側の歪みを検出するための歪み検出素子２０４からなる一対の歪み検出素子が取り付けられている。図２では第１のブレード１１１を簡素なブレード形状として描いているが、歪みを検出し易くするために、第１のブレード１１１の少なくとも一部には起歪体が構成されている。
【００２５】
起歪体が構成された第１のブレード１１１の具体的な構成例について、図３を参照しながら説明する。同図は、一部に起歪体４０１が構成された第１のブレード１１１の、歪み検出素子２０１、２０２が取り付けられた側面（ＹＺ面）と、ＸＺ断面を示している。第１のブレード１１１の少なくとも一部分には、開閉方向（若しくは、ブレードの長軸すなわちＺ軸と直交するＸ方向）に蛇行するようなミアンダ状の構造からなる起歪体４０１が形設されている。図示のようなＺＸ平面上で折り返し若しくは蛇行を繰り返したミアンダ構造からなる起歪体４０１が存在することで、第１のブレード１１１は、Ｚ方向に作用する外力に対して圧縮・伸長し易く、且つ、開閉方向（若しくは、Ｙ方向）と直交するＸ方向に作用する外力に対して撓み易くなる。すなわち、第１のブレード１１１の少なくとも一部には起歪体が構成されていると言うことができる。
【００２６】
図３に示すように、第１のブレード１１１のうち、起歪体４０１の部分に歪み検出素子２０１、２０２を取り付けることで、第１のブレード１１１に作用する力を検出し易くなる。なお、図示を省略するが、第２のブレード１１２にも、第１のブレード１１１と対称的な形状をなすミアンダ構造の起歪体が同様に形成されている。但し、第１のブレード１１１と第２のブレード１１２に構成される起歪体は特にミアンダ構造に限定されるものではなく、応力が集中し易く起歪体として利用可能な他のさまざまな形状でもよい。
【００２７】
要するに、細長い管部品としての鉗子部１１０を構成する第１のブレード１１１と第２のブレード１１２はそれぞれ、遠位端と近位端の間に少なくとも１つの起歪体と歪み検出素子が配置された構成であり、１軸以上の外力を計測することができるようになっている。また、鉗子部１１０の開閉動作に必要な牽引力はケーブルによって伝達される（前述）。本実施形態では、第１のブレード１１１や第２のブレード１１２に作用する力を、起歪体として構成された第１のブレード１１１や第２のブレード１１２自体から計測する構成となっているので、ケーブルの牽引力と干渉することなく、第１のブレード１１１及び第２のブレード１１２の作用力を計測することができる。とりわけ、鉗子部１１０の長軸方向に作用する力Ｆｚを高感度で計測することが可能である。付言すれば、第１のブレード１１１及び第２のブレード１１２を起歪体とすることにより、力センサの近位端側の実際の慣性が低減されることにより、機械振動ノイズを低減することができるという効果もある。
【００２８】
また、本実施形態では、歪み検出素子２０１〜２０４として、光ファイバーを利用して製作されるＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）センサを用いている。ＦＢＧセンサは、光ファイバーの長軸に沿って回折格子（グレーティング）を刻んで構成されるセンサである。ＦＢＧセンサは、作用力によって生じる歪みや温度の変化に伴う膨張又は収縮による回折格子の間隔の変化を、所定波長帯（ブラッグ波長）の入射光に対する反射光の波長の変化として検出することができるセンサである。そして、ＦＢＧセンサから検出された波長の変化を、原因となる歪みや応力、温度変化に換算することができる。光ファイバーを利用したＦＢＧセンサは伝送損失が小さい（外界からのノイズが乗り難い）ことから、想定される使用環境下でも検出精度を高精度に保つことができる。また、ＦＢＧセンサは、医療に必要な滅菌対応や強磁場環境下対応をとり易いという利点もある。但し、歪み検出素子としては、静電容量式センサ、半導体歪みゲージ、箔歪みゲージなども当業界で広く知られており、これらのうちいずれかを第１のブレード１１１及び第２のブレード１１２の歪みを計測する歪み検出素子２０１〜２０４として用いることもできる。
【００２９】
ＦＢＧセンサを利用した歪み検出素子２０１、２０２を第１のブレード１１１に設置する方法について、図４及び図５を参照しながら説明する。第２のブレード１１２については図示を省略するが、図４並びに図５と同様である。
【００３０】
図４には、第１のブレード１１１のＸＹ断面を示している。第１のブレード１１１の表面には、長軸方向（Ｚ方向）に沿って２本の溝部５０１、５０２が刻設されている。そして、各溝部５０１、５０２に埋設することで、第１のブレード１１１の輪郭が膨らまないようにして、第１のブレード１１１の内側と外側に光ファイバー５１１、５１２がそれぞれ取り付けられる。光ファイバー５１１、５１２は、数箇所（後述）で第１のブレード１１１の表面に接着剤などで固定される。したがって、外力が作用して第１のブレード１１１が変形すると、各光ファイバー５１１、５１２はそれぞれ第１のブレード１１１と一体となって変形する。
【００３１】
取り付けられた光ファイバー５１１、５１２のうち回折格子を刻んだ箇所が、ＦＢＧセンサとして動作する。したがって、第１のブレード１１１の長軸方向に沿って敷設された光ファイバー５１１、５１２のうち、起歪体（前述）と重なる範囲に回折格子を刻んでＦＢＧセンサを構成して、第１のブレード１１１の内側及び外側の歪みを検出する歪み検出素子２０１、２０２としてそれぞれ利用に供される。
【００３２】
また、図５には、第１のブレード１１１の、上記の溝部５０１、５０２が刻設された側面（ＹＺ面）と、ＸＺ断面を示している。第１のブレード１１１の表面に長軸方向（Ｚ方向）に沿って刻設された２本の溝部５０１、５０２には、光ファイバー５１１、５１２が埋設されている。これら光ファイバー５１１、５１２のうち、起歪体４０１と重なる範囲は、回折格子を刻んでＦＢＧセンサが構成され、それぞれ歪み検出素子２０１、２０２として利用に供される。光ファイバー５１１、５１２のうちＦＢＧセンサが構成された部分を、図中、斜線で塗り潰している。
【００３３】
また、ＦＢＧセンサが構成された部分の両端６０１〜６０４で、各光ファイバー５１１、５１２は第１のブレード１１１の表面に接着剤などで固定されている。したがって、外力が作用して第１のブレード１１１の起歪体４０１の部分が変形すると各光ファイバー５１１、５１２も一体となって変形して、ＦＢＧセンサ部分、すなわち歪み検出素子２０１、２０２には歪みが生じる。
【００３４】
図５から分かるように、各光ファイバー５１１、５１２は、第１のブレード１１１の先端付近と根元付近の２箇所で固定されている。したがって、これら２箇所の固定点の間で発生する歪みをＦＢＧセンサからなる歪み検出素子２０１、２０２で検出することが可能なので、第１のブレード１１１の先端から根元にわたる広い範囲で作用する力を検出することができる。
【００３５】
第２のブレード１１２については図示を省略したが、第１のブレード１１１と同様に、第２のブレード１１２の側面に刻設された溝部に埋設した２本の光ファイバーを用いてＦＢＧセンサからなる歪み検出素子２０３、２０４をそれぞれ第２のブレード１１２の内側及び外側に構成することができる。要するに、鉗子部１１０全体としては４本の光ファイバーが敷設されていることになる。
【００３６】
また、歪み検出素子２０１、２０２として取り付けられた光ファイバーのうち、第１のブレード１１１並びに第２のブレード１１２の起歪体から分離した部分に、歪み検出素子２０１、２０２の比較対象となるＦＢＧセンサ（以下、「ダミーＦＢＧセンサ」とする）を構成することもできる。ダミーＦＢＧセンサの検出結果に基づいて、温度変化に起因する波長変化Δλtempを検出して、さらには歪み検出素子２０１、２０２の検出結果に対する温度補償処理に利用することができる。
【００３７】
図６には、鉗子部１１０に取り付けられた光ファイバー５１１〜５１４にダミーＦＢＧセンサを配設した例を示している。上述したように、各光ファイバー５１１〜５１４のうち第１のブレード１１１並びに第２のブレード１１２上に敷設された箇所には歪み検出素子２０１〜２０４としてのＦＢＧセンサが構成されている。さらに、光ファイバー５１１〜５１４のうち、図６中の参照番号７０１〜７０４で示す、鉗子回動部１１３を跨ぐ部分にも回折格子を刻んで、各々にダミーＦＢＧセンサが構成されている。同図から分かるように、ダミーＦＢＧセンサ７０１〜７０４は、光ファイバー５１１〜５１４のうち第１のブレード１１１や第２のブレード１１２に取り付けられていない部分（言い換えれば、起歪体には固定されていない部分）に形成されている。したがって、各ダミーＦＢＧセンサ７０１〜７０４で検出される波長変化は、第１のブレード１１１や第２のブレード１１２の歪みに影響されない、温度変化のみに起因する波長変化と推定することができる。
【００３８】
ＦＢＧセンサの信号を検出する検出部や、検出した信号を処理する信号処理部は、鉗子部１１０から離間した場所、例えば外科手術用システム１００の根元付近に配設される。光ファイバー５１１〜５１４の全長は、鉗子部１１０から検出部及び信号処理部までの距離に相当する４００ミリメートル程度が好ましい。検出部は、第１のブレード１１１並びに第２のブレード１１２に取り付けた光ファイバー５１１、５１２…に所定波長（ブラッグ波長）の光を入射させるとともに、その反射光を受光して、ＦＢＧセンサ部分における波長の変化Δλを検出する。そして、信号処理部は、検出された波長の変化Δλを起歪体に作用した力Ｆに換算する。
【００３９】
また、信号処理部は、この演算の際に、上述したダミーＦＢＧセンサから検出された信号成分を用いて、温度変化による波長変化を補償するようにしてもよい（ダミーセンサで検出される歪み成分を用いて温度補償を行なう方法は、例えば２つの歪みゲージを用いた２ゲージ法でも当業界で知られている）。但し、波長変化Δλを力に換算するための処理方法（アルゴリズム）の詳細については、後述に譲る。
【００４０】
再び図１及び図２を参照すると、鉗子部１１０の後端は、鉗子回動部１１３を介して、第１のリンク２１０と連結している。第１のリンク２１０の先端には、鉗子部１１０が取り付けられていると言うこともできる。また、鉗子部１１０を人の「手」とすると、第１のリンク２１０は「手首」に相当すると捉えることもできる。
【００４１】
第１のリンク２１０は、第１の関節２２１を固定端とする片持ち梁として捉えることができる。図２に示すように、第１のリンク２１０の外周には、長軸方向の異なる２箇所ａ及びｂの各位置におけるＸＹ方向の歪みを検出するための複数の歪み検出素子が取り付けられている。具体的には、位置ａにおいて、第１のリンク２１０のＸ方向の歪み量を検出するための一対の歪み検出素子２１１ａ、２１３ａが対辺に取り付けられるとともに、Ｙ方向の歪み量を検出するための一対の歪み検出素子２１２ａ、２１４ａが対辺に取り付けられている。同様に、位置ｂにおいて、第１のリンク２１０のＸ方向の歪み量を検出するための一対の歪み検出素子２１１ｂ、２１３ｂが取り付けられるとともに、Ｙ方向の歪み量を検出するための一対の歪み検出素子２１２ｂ、２１４ｂが取り付けられている。但し、歪み検出素子２１３ａ及び２１３ｂは、図２には図示していない。
【００４２】
このように、第１のリンク２１０の長軸方向に異なる２箇所の位置ａ、ｂで、ＸＹ方向の歪み量を検出できる構成となっている。２箇所以上の歪み量から並進力とともにモーメントも算出することができることは、構造力学において自明の事項である。図２に示した構成によれば、２箇所の位置ａ、ｂで検出されるＸＹ各方向の歪み量に基づいて、第１のリンク２１０に作用する２方向の並進力Ｆｘ、Ｆｙと２方向のモーメントＭｘ、Ｍｙを算出することができる。
【００４３】
したがって、４ＤＯＦを持つセンサを第１のリンク２１０に構成している、と言うこともできる。この４ＤＯＦセンサは、鉗子部１１０に外力が作用したことにより第１のリンク２１０が変形することを利用して、鉗子部１１０に作用する２方向の並進力Ｆｘ、Ｆｙと２方向のモーメントＭｘ、Ｍｙを計測することができる。
【００４４】
鉗子部１１０に構成された２ＤＯＦセンサだけでは、長軸方向（Ｚ方向）と直交するＹ方向（紙面の上下方向）に作用する外力Ｆｙと、第１のブレード１１１及び第２のブレード１１２を閉じて把持対象を把持したときに作用する把持合力Ｆｇとを分離することができない。そこで、第１のリンク２１０に構成された４ＤＯＦセンサを用いてＹ方向の並進力Ｆｙを検出するようにしている。
【００４５】
第１のリンク２１０を、長軸方向の２箇所の計測位置ａ、ｂの各々において応力が集中して変形し易い形状に構成すると、歪み検出素子２１１ａ〜２１４ａ、２１１ｂ〜２１４ｂにおいて歪み量を計測し易くなり、４ＤＯＦセンサとしての検出の性能が向上することが期待される。２箇所の計測位置ａ、ｂにおいて変形し易くなるように構成した第１のリンク２１０の起歪体構造、並びにＦＢＧセンサを利用した歪み検出素子２１１ａ〜２１４ａ、２１１ｂ〜２１４ｂを第１のリンク２１０に設置する方法について、図７を参照しながら説明する。同図では、第１のリンク２１０のＹＺ断面並びにＺＸ断面の部分をグレーで塗り潰している。第１のリンク２１０は、長軸回りに回転対称の形状である。
【００４６】
図７に示す通り、第１のリンク２１０は、長軸方向の異なる２箇所の計測位置ａ、ｂにおいて、半径が緩やかに縮小した凹み部をそれぞれ有するくびれ構造をなしている。したがって、第１のリンク２１０は、ＸＹの少なくとも一方向に力が作用したときに、各計測位置ａ、ｂで応力が集中して変形し易い。第１のリンク２１０は、ステンレス鋼（Ｓｔｅｅｌ  Ｕｓｅ  Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ：ＳＵＳ）や鉄鋼といった鋼材に比べて高強度で且つ低剛性なチタン合金を材料に用いて製作することが好ましい。
【００４７】
第１のリンク２１０の外周には、Ｙ方向の対辺に一対の光ファイバー９０２、９０４が長軸方向に敷設されている。同様に、第１のリンク２１０の外周には、Ｘ方向の対辺に一対の光ファイバー９０１、９０３が長軸方向に敷設されている。要するに、第１のリンク２１０全体としては４本の光ファイバー９０１〜９０４が敷設されていることになる。
【００４８】
なお、鉗子部１１０に敷設された光ファイバー５１１〜５１４と併せると、外科手術用システム１００全体では８本の光ファイバーを利用することになる。但し、鉗子部１１０の光ファイバーと第１のリンク２１０の光ファイバーを多重化して、４本の光ファイバーを用いるという構成例も考えられる。
【００４９】
Ｙ方向の対辺に敷設された光ファイバー９０２、９０４のうち、第１のリンク２１０の２箇所の凹み部と重なる範囲（若しくは、計測位置ａ、ｂの近辺）は、回折格子を刻んでＦＢＧセンサが構成され、それぞれ歪み検出素子２１２ａ、２１２ｂ、２１４ａ、２１４ｂとして利用に供される。光ファイバー９０２、９０４のうちＦＢＧセンサが構成された部分を、図７中、斜線で塗り潰している。
【００５０】
また、ＦＢＧセンサが構成された部分の両端９１１〜９１３、９１４〜９１６で、各光ファイバー９０２、９０４は第１のリンク２１０の表面に接着剤などでそれぞれ固定されている。したがって、外力が作用して第１のリンク２１０がＹ方向に撓むと各光ファイバー９０２、９０４も一体となって変形して、ＦＢＧセンサ部分、すなわち歪み検出素子２１２ａ、２１２ｂ、２１４ａ、２１４ｂには歪みが生じる。
【００５１】
同様に、Ｘ方向の対辺に敷設された光ファイバー９０１、９０３のうち、第１のリンク２１０の２箇所の凹み部と重なる範囲（若しくは、計測位置ａ、ｂの近辺）は、回折格子を刻んでＦＢＧセンサが構成され、それぞれ歪み検出素子２１１ａ、２１１ｂ、２１３ａ、２１３ｂとして利用に供される。光ファイバー９０１、９０３のうちＦＢＧセンサが構成された部分を、図７中、斜線で塗り潰している。
【００５２】
また、ＦＢＧセンサが構成された部分の両端９２１〜９２３、９２４〜９２６で、各光ファイバー９０１、９０３は第１のリンク２１０の表面に接着剤などでそれぞれ固定されている。したがって、外力が作用して第１のリンク２１０がＸ方向に撓むと各光ファイバー９０１、９０３も一体となって変形して、ＦＢＧセンサ部分、すなわち歪み検出素子２１１ａ、２１１ｂ、２１３ａ、２１３ｂには歪みが生じる。
【００５３】
図７では、歪み検出素子２１１ａ〜２１４ａ、２１１ｂ〜２１４ｂとして用いられる光ファイバー９０１〜９０４のうち、第１のリンク２１０の外周に取り付けられた部分しか描いておらず、その他の部分の図示を省略している。実際には、これらの光ファイバー９０１〜９０４の他端は、第１の関節２２１を越えて、検出部や信号処理部まで延設されていることが好ましい。光ファイバー９０１〜９０４の全長は、例えば鉗子部１１０から検出部及び信号処理部までの距離に相当する４００ミリメートル程度である。
【００５４】
検出部や信号処理部は、鉗子部１１０から離間した場所、例えば外科手術用システム１００の根元付近に配設される。検出部は、光ファイバー９０１〜９０４に所定波長（ブラッグ波長）の光を入射させるとともにその反射光を受光して波長の変化Δλを検出する。そして、信号処理部は、第１のリンク２１０のＸＹ各方向の対辺にそれぞれ対向して取り付けられた歪み検出素子２１１ａ〜２１４ａ、２１１ｂ〜２１４ｂとしての各ＦＢＧセンサから検出された波長変化に基づいて、鉗子部１１０に作用する２方向の並進力Ｆｘ、Ｆｙと２方向のモーメントＭｘ、Ｍｙを算出する。
【００５５】
起歪体構造を有する鉗子部１１０に取り付けられた各ＦＢＧセンサからの検出信号に基づいて鉗子部１１０に作用する力を算出するための処理アルゴリズムについては、後述に譲る。
【００５６】
Ｂ．鉗子部の詳細な構成
まず、起歪体構造を有する鉗子部１１０の変形動作について考察してみる。
【００５７】
図５には、鉗子部１１０を構成する第１のブレード１１１の側面（ＹＺ面）を示した。ここで、鉗子部１１０が開閉操作する内側に配置された歪み検出素子２０１で計測される歪みを内歪みｅi、外側に配置された歪み検出素子２０２で計測される歪みを外歪みｅoとすると、内歪みｅiと外歪みｅoは、図８に示すような関係となる。歪み検出素子２０１の相違は、支点となる第１のブレード１１１からの歪み検出素子２０１及び歪み検出素子２０２の距離の相違にも依拠するが、基本的には同符号となるのが正常な状態である。
【００５８】
図９には、起歪体構造を有する第１のブレード１１１に対して、ｚｘ各方向に外力Ｆｘ及び−Ｆｚが作用したときに、ＦＢＧセンサで構成された歪み検出素子２０１及び歪み検出素子２０２の検出値λi及びλoを併せて示している。λiは内歪みに相当し、λoは外歪みに相当する。検出値λi及びλoは同符号であることから、正常な変形モード（以下、「変形モード１」ともいう）ということができる。
【００５９】
また、図１０には、起歪体構造を有する第２のブレード１１２に対して、ｙ方向並びにｇ（重力）方向に外力Ｆｙ及びＦｇが作用したときに、ＦＢＧセンサで構成された歪み検出素子２０３及び歪み検出素子２０４の検出値λi及びλoを併せて示している。λiは内歪みに相当し、λoは外歪みに相当する。検出値λiとλoは異符号となってしまうことから、異常な変形モード（以下、「変形モード２」ともいう）ということができる。
【００６０】
図１１には、鉗子部１１０の第１のブレード１１１（紙面の右（Ｌ）側のブレード）に対してｚ方向の参照外力Ｆ−ｒｅｆを加えたときに検出される内歪みλli及び外歪みλloの推移を示している。この場合、内歪みλli及び外歪みλloは同符号であることから、第１のブレード１１１は正常な変形モード１で変形していることが分かる。
【００６１】
また、図１２には、鉗子部１１０の第２のブレード１１２（紙面の右（Ｒ）側のブレード）に対してｚ方向の参照外力Ｆ−ｒｅｆを加えたときに検出される内歪みλri及び外歪みλroの推移を示している。この場合、内歪みλri及び外歪みλroは異符号であることから、第２のブレード１１２は異常な変形モード２で変形していることが分かる。
【００６２】
第１のブレード１１１と第２のブレード１１２はともに鉗子回動部１１３で回動可能に支持された片持ち梁構造としてとらえることもできる。そして、ブレードの先端部分にＺ方向の外力Ｆｚが作用したときには、例えば両端ピンの部材に対して長軸方向に力が作用して、図１３に示すように屈曲することが想定される。また、ブレードの先端側には紙面時計回り（ＣＷ方向）のモーメントが作用する一方、回転軸側すなわちブレードの根元側には紙面反時計回り（ＣＣＷ方向）のモーメントが作用することが想定される。言い換えれば、ブレードの先端と根元とで互いに逆向きのモーメントが作用する。
【００６３】
図２などでは、簡素化のため、第１のブレード１１１と第２のブレード１１２を対称的な形状として描いた。第１のブレード１１１と第２のブレード１１２がほぼ同一形状であれば、図１１及び図１２に示したような変形モードの大きな相違は生じ得ない。しかしながら、実際には、鉗子回動部１１３回りに回動して開閉操作する際に、第１のブレード１１１と第２のブレード１１２が干渉し合わないように、鉗子回動部１１３の回転軸方向（若しくはｘ方向）に互いに異なるオフセットを設定しているため、形状が相違していることが図１１及び図１２に示したような変形モードの相違の原因と考えられる。
【００６４】
図１４には、第１のブレード１１１をＹ方向から眺めた側面図を模式的に示している。同図中、第１のブレード１１１の根元の回転軸（若しくは、鉗子回動部１１３の回転軸）を通過し鉗子長軸（若しくは、Ｚ軸）と平行なデータム軸１４０１を定義して（以下、同様）、刃中部分の鉗子長軸方向の長さをｌl3とし、刃先部分のデータム軸１４０１からのオフセット量をｌl1とし、刃中部分のデータム軸１４０１からのオフセット量をｌl2とする。図１４におけるオフセット量とは、データム軸１４０１から鉗子回動部１１３の回転軸と平行な方向に突出している長さのことを示す。
【００６５】
また、図１５には、第２のブレード１１２をＹ方向から眺めた側面図を模式的に示している。同図中、第２のブレード１１２の根元の回転軸（若しくは、鉗子回動部１１３の回転軸）を通過し鉗子長軸（若しくは、Ｚ軸）と平行なデータム軸１５０１を定義して、刃中部分の長さをｌr3とし（但し、ｌl3＝ｌr3＝ｌ3とする）、刃先部分のデータム軸１５０１からのオフセット量を−ｌr1とし、刃中部分のデータム軸１５０１からのオフセット量は０とする。
【００６６】
また、図１６には、第１のブレード１１１と第２のブレード１１２が閉じた状態の鉗子部１１０をＹ方向から眺めた側面図を示している。第１のブレード１１１と第２のブレード１１２は、互いの刃中部分及び刃先部分のデータム軸１４０１又は１５０１からのオフセット量（言い換えれば、鉗子回動部１１３の回転軸方向のオフセット量）が相違する。したがって、第１のブレード１１１と第２のブレード１１２の互いの鋏身部分がぶつかり合うことなく、開閉操作が可能である。
【００６７】
但し、図１４〜図１６に示したような、両刃の長軸方向と直交する方向のオフセット量が異なるように構成された挟持構造は、鉗子やハサミ類において一般的である。また、図１４〜図１６では、便宜上、オフセット量の相違を大きくして描いているが、実際には両ブレードの刃裏部分が摺動する程度にオフセット量の相違は小さいものとする。
【００６８】
図１７には、図１４に示したようなオフセットが設けられた第１のブレード１１１の先端部分にＺ方向の外力Ｆｚが作用して屈曲する様子を例示している。ここでは、鉗子回動部１１３の回転軸にガタのあることが想定される。そして、第１のブレード１１１の刃先部分のデータム軸からのオフセット量ｌl1＞０であることから、刃中の起歪体部分に発生する曲げモーメント１７０１の向きはＣＷ方向であるのに対し、クリアランスガタのある鉗子回動部１１３の回転軸回りのモーメント１７０２の向きはＣＣＷ方向である。したがって、Ｚ方向の負荷に対し、第１のブレード１１１の起歪体には、先端と根元部分とで互いに逆方向のモーメントが作用するので、クリアランスガタの影響をほとんど受けない。この結果、第１のブレード１１１に形成した起歪体には負荷に応じた歪みが発生する。図１７に示すように、第１のブレード１１１は座屈するように変形するので、起歪体の内側と外側とでほぼ同じ方向に圧縮する。この結果、図１１に示したように、起歪体に発生する内歪みλli及び外歪みλloは同符号となり、第１のブレード１１１は正常な変形モード１で変形することができる。なお、クリアランスガタとは、例えば、部品の接続箇所などにある間隔により生じるガタである。
【００６９】
また、図１８には、図１５に示したようなオフセットが設けられた第２のブレード１１２の先端部分にＺ方向の外力Ｆｚが作用して屈曲する様子を例示している。ここでは、鉗子回動部１１３の回転軸にガタのあることが想定される（同上）。そして、第２のブレード１１２の刃先部分のデータム軸からのオフセット量ｌr1＜０であることから、刃中の起歪体部分に発生する曲げモーメント１８０１の向きはＣＷ方向となるのに対し、クリアランスガタのある鉗子回動部１１３の回転軸回りのモーメント１８０２の向きも同じくＣＷ方向である。したがって、Ｚ方向の負荷に対し、第２のブレード１１２の起歪体には、先端と根元部分とで互いに同じ方向のモーメントが作用する。図１８に示すように、第２のブレード１１２は片持ち梁が撓むような形で変形するので、起歪体の内側と外側の一方は圧縮しつつ他方は伸長する。したがって、負荷による力Ｆｚは起歪体の歪みと支点軸回りの回転力に分散することになり、十分な起歪体歪みを得ることができない。この結果、図１２に示したように、起歪体に発生する内歪みλri及び外歪みλroは異符号となり、第２のブレード１１２は異常な変形モード２で変形することになる。
【００７０】
第２のブレード１１２の起歪体の異常な変形モード２を回避するための対策として、第１のブレード１１１と同様に、第２のブレード１１２の刃先部分のデータム軸からのオフセット量をｌr1＞０にすることを、本明細書では提案する。
【００７１】
図１９には、刃先部分のデータム軸１９０１からのオフセット量がｌr1＞０となるように構成された、上記提案に係る第２のブレード１１２の構成例を示している。また、図１９には、第２のブレード１１２に適合するように改良した第１のブレード１１１の構成例を併せて示している。そして、図２０には、図１９に示した改良に係る第１のブレード１１１と第２のブレード１１２とを組み併せて構成され、閉じた状態の鉗子部１１０をＹ方向から眺めた側面図を示している。但し、図１９及び図２０では、便宜上、オフセット量の相違を大きくして描いているが、実際には両ブレードの刃裏部分が摺動する程度にオフセット量の相違は小さいものとする。
【００７２】
図１９に示した第２のブレード１１２は、図１７に示した第１のブレード１１１における起歪体歪みと同様に、刃先部分のデータム軸からのオフセット量ｌr1＞０であることから、刃中の起歪体部分に発生する曲げモーメントの向きはＣＷ方向であるのに対し、クリアランスガタのある鉗子回動部１１３の回転軸回りのモーメントの向きはＣＣＷ方向となる。したがって、Ｚ方向の負荷に対し、第２のブレード１１２の起歪体には、先端と根元部分とで互いに逆方向のモーメントが作用するので、クリアランスガタの影響をほとんど受けずに、起歪体には負荷に応じた歪みが発生する。第２のブレード１１２は、第１のブレード１１１の場合（図１７を参照のこと）と同様に、座屈するように変形するので、起歪体の内側と外側とでほぼ同じ方向に圧縮する。この結果、起歪体に発生する内歪みλri及び外歪みλroが同符号となることが期待され、第２のブレード１２１は、第１のブレード１１１とともに正常な変形モード１で変形することができる。
【００７３】
要するに、本明細書で提案する鉗子部１１０は、第１のブレード１１１及び第２のブレード１１２の各刃先部分のデータム軸からのオフセット量が、ｌl1＞０及びｌr1＞０、という条件を満たすという特徴を有する。
【００７４】
また、第１のブレード１１１及び第２のブレード１１２の各々について、刃中部分と刃先部分のデータム軸からのオフセット量の差分、すなわちｌl2−ｌl1、及びｌr2−ｌr1は、各々の起歪体の負荷に対する感度を決定する重要な寸法である。高感度であるほど、ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏｎ）が良好な力センサを、ブレードの形状を活用して設計することが可能になる。但し、オフセット量の差分（ｌl2−ｌl1）、（ｌr2−ｌr1）を大きくすると、ブレードに加わる応力が高くなるため、強度が低下する点も考慮すべきである。したがって、感度と強度、さらには機械設計のレイアウトなどの観点で、各ブレードの刃中部分及び刃先部分のオフセット量を決定することが望ましい。例えば鉗子部１１０を手術用ロボットに適用した場合、鉗子部１１０を傾けた際の把持対象となる幹部との物理干渉の観点から、オフセット量の差分（ｌl2−ｌl1）、（ｌr2−ｌr1）を４．６ミリメートル程度に設定すればよいと思料される。
【００７５】
また、第１のブレード１１１及び第２のブレード１１２の各々の刃中部分の鉗子長軸方向の長さｌl3並びにｌr3は、歪み検出素子が貼設される起歪体の長さに相当する。歪み検出素子としてＦＢＧセンサを使用する場合、グレーティング部分において十分な屈折率変化を得て、所望の信号強度を確保するには、刃中部分の長さｌl3並びにｌr3は５ミリメートル以上であることが好ましい。
【００７６】
また、鉗子部１１０の作業中におけるオクルージョンの観点から、第１のブレード１１１及び第２のブレード１１２の各刃中部分のデータム軸からのオフセット量が、ｌl2＞０及びｌr2＞０、という条件を満たすことが望ましい。
【００７７】
第１のブレード１１１と第２のブレード１１２は、例えば、生体適合性に優れている金属系材料として知られているＳＵＳやコバルトクロム（Ｃｏ−Ｃｒ）合金、チタン系材料を用いて製作される。上記のように構造の一部に起歪体４０１を形成するという観点からは、第１のブレード１１１と第２のブレード１１２は、高感度を得るために高強度で且つ低剛性（ヤング率が低い）であること、及び良好な温度特性（低線膨張係数）といった機械的特性を持つ材料を用いて製作されることが望ましい。具体的には、Ｔｉ６Ｖ４などのチタン合金を挙げることができる。
【００７８】
第１のブレード１１１と第２のブレード１１２の先端部分は、把持時における把持対象物との摩擦力を向上するために、表面を粗くする表面加工を施すことが望ましい。この種の表面加工として、ダイヤモンド電着やブラスト、フェムト秒レーザ加工などを挙げることができる。
【００７９】
また、第１のブレード１１１と第２のブレード１１２の摺動部分は、低摩擦で、且つ、開閉操作の繰り返しにより摩耗しない表面硬度を有することが望ましい。例えば、第１のブレード１１１と第２のブレード１１２の摺動部分に高表面硬度加工を施すことが望ましい。この種の高表面硬度加工として、フレッシュグリーン、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）、イオンプレーティングなどを挙げることができる。
【００８０】
図２１及び図２２には、改善前、すなわち各刃先部分のデータム軸からのオフセット量がｌl1＞０で且つくｌr1＜０となるように構成された第１のブレード１１１及び第２のブレード１１２（図１４〜図１６を参照のこと）について、Ｚ方向の負荷Ｆｚが作用した場合の歪みシミュレーション結果をそれぞれ示している。各図では、負荷Ｆｚが作用したときの第１のブレード１１１及び第２のブレード１１２をそれぞれＹ方向並びにＸ方向から眺めた歪みシミュレーション結果を示している。図２１及び図２２では、ブレードの各部分を歪み量に応じた濃淡で示している。起歪体の中央付近が最も濃いグレーで示されており、その部分の歪み量が大きいことが分かる。
【００８１】
改善前では、第１のブレード１１１の刃先部分のオフセット量は条件ｌl1＞０を満たすので、クリアランスガタの影響をほとんど受けずに、起歪体には負荷に応じた歪みが発生して、正常な変形モード１で変形する。これに対し、第２のブレード１１２の刃先部分のオフセット量は条件を満たさず、ｌr1＜０となっているので、負荷による力Ｆｚは起歪体の歪みと支点軸回りの回転力に分散し、異常な変形モード２で変形する。
【００８２】
図２３及び図２４には、改善後、すなわち各刃先部分のデータム軸からのオフセット量がｌl1＞０及びｌr1＞０、という条件を満たすように構成された第１のブレード１１１及び第２のブレード１１２（図１９〜図２０を参照のこと）について、Ｚ方向の負荷Ｆｚが作用した場合の歪みシミュレーション結果をそれぞれ示している。また、第１のブレード１１１及び第２のブレード１１２の各々について、刃中部分と刃先部分のデータム軸からのオフセット量の差分、すなわちｌl2−ｌl1、及びｌr2−ｌr1を大きくする改善も施している。各図では、負荷Ｆｚが作用したときの第１のブレード１１１及び第２のブレード１１２をそれぞれＹ方向並びにＸ方向から眺めた歪みシミュレーション結果を示している。図２３及び図２４では、ブレードの各部分を歪み量に応じた濃淡で示している。起歪体の中央付近が最も濃いグレーで示されており、その部分の歪み量が大きいことが分かる。
【００８３】
改善後では、第１のブレード１１１の刃先部分のオフセット量は条件ｌl1＞０を満たすので、クリアランスガタの影響をほとんど受けずに、起歪体には負荷に応じた歪みが発生して、正常な変形モード１で変形する。また、第２のブレード１１２も、刃先部分のオフセット量がｌr1＞０を満たすようになったので、クリアランスガタの影響をほとんど受けずに、起歪体には負荷に応じた歪みが発生して、正常な変形モード１で変形するように改善された。さらに、歪み量が改善前の数倍大きくなり、高感度化も得られたことが分かる。
【００８４】
図２５には改善前の第１のブレード１１１の感度測定結果を示し、図２６には改善後の第１のブレード１１１の感度測定結果を示している。第１のブレード１１１の改善として、刃先部分のデータム軸からのオフセット量ｌl1（＞０）をより大きくするとともに、刃中部分と刃先部分のデータム軸からのオフセット量の差分（ｌl2−ｌl1）を大きくした。ここでは、第１のブレード１１１の刃先に対して、Ｚ方向に０．５Ｎの負荷を加えた。各図の横軸は時間（単位は秒）、縦軸は内側歪み及び外側歪みの各々に相当するＦＢＧセンサの検出信号λli及びλloの変位量Δλ（単位はピコメートル）とする。
【００８５】
また、図２７には改善前の第２のブレード１１２の感度測定結果を示し、図２８には改善後の第２のブレード１１２の感度測定結果を示している。第２のブレード１１２の改善として、刃先部分のデータム軸からのオフセット量をｌr1＞０にするとともに、刃中部分と刃先部分のデータム軸からのオフセット量の差分（ｌr2−ｌr1）を大きくした。ここでは、第２のブレード１１２の刃先に対して、Ｚ方向に０．５Ｎの負荷を加えた。各図の横軸は時間（単位は秒）、縦軸は内側歪み及び外側歪みの各々に相当するＦＢＧセンサの検出信号λri及びλroの変位量Δλ（単位はピコメートル）とする。
【００８６】
図２５と図２６を比較した結果、及び図２７と図２８を比較した結果から、改善した後の第１のブレード１１１及び第２のブレード１１２は、改善前よりもそれぞれ１０倍、６倍程度の感度が得られたことが分かる。また、図２７と図２８を比較すると、第２のブレード１１２の刃先部分のデータム軸からのオフセット量をｌr1＞０となるように改善することによって、検出値λriとλroの変化量は異符号から同符号に転じ、第２のブレード１１２が正常な変形モード１で変形できるように改善されたことが分かる。
【００８７】
Ｃ．力検出メカニズム
これまでは、主に外科手術用システム１００や鉗子部１１０の構成について説明してきた。続いて、鉗子部１１０に組み込まれた２ＤＯＦセンサや４ＤＯＦセンサの検出信号に基づいて、鉗子部１１０に作用する力を算出するための力検出メカニズムについて説明する。
【００８８】
図２９には、鉗子部１１０及び第１のリンク２１０に配設されたＦＢＧセンサの検出信号から、鉗子部１１０に作用する力を検出する力検出システム２９００の構成例を模式的に示している。
【００８９】
ＦＢＧセンサからは波長変化Δλに関する信号が検出される。波長変化Δλは、ＦＢＧセンサに発生した歪みΔεに対応するものである。ここで、歪みΔεは、ＦＢＧセンサを取り付けた構造物に発生する作用力歪みΔεforceと、温度歪みΔεTempが原因である。したがって、ＦＢＧセンサから検出される波長変化Δλは、作用力歪みによる波長変化Δλforceと、温度歪みによる波長変化ΔλTempの合計からなるということができる（Δλ＝Δλforce＋ΔλTemp）。また、本実施形態では、構造物は、鉗子部１１０及び第１のリンク２１０に形成された起歪体である。
【００９０】
力検出システム２９００には、鉗子部１１０の第１のブレード１１１の内側及び外側に配設されたＦＢＧセンサから検出された、内側歪みに相当する波長変化Δλri及び外側歪みに相当する波長変化Δλroと、第２のブレード１１２の内側及び外側に配設されたＦＢＧセンサから検出された、内側歪みに相当する波長変化Δλli及び外側歪みに相当する波長変化Δλloが入力される。
【００９１】
また、鉗子部１１０の第１のブレード１１１に配設された２本の光ファイバーを利用して構成されるダミーＦＢＧセンサから検出された波長変化Δλli_free及びλlo_free、並びに、第２のブレード１１２に配設された２本の光ファイバーを利用して構成されるダミーＦＢＧセンサから検出された波長変化Δλri_free及びλro_freeも、力検出システム２９００に入力される。
【００９２】
さらに、第１のリンク２１０の位置ａに配設されたＦＢＧセンサから検出された波長変化Δλa1、Δλa2、Δλa3、Δλa4、及び、第１のリンク２１０の位置ｂに配設されたＦＢＧセンサから検出された波長変化Δλb1、Δλb2、Δλb3、Δλb4も、力検出システム２９００に入力される。
【００９３】
但し、各ＦＢＧセンサから力検出システム２９００に入力される波長変化Δλはいずれも、上述した、作用力歪みに起因する波長変化と温度歪みに起因する波長変化の２成分を含み得る。
【００９４】
第１の補償部２９０１は、下式（１）に従って、第１のリンク２１０に配設されたＦＢＧセンサの検出信号に対し、線膨張及び把持牽引力の補償を行い、線膨張ΔＳを算出する。
【００９５】
【数１】
2020080414.tif 000003
【００９６】
そして、力・モーメント算出部２９０２は、下式（２）に従って、第１の補償部２９０１が算出した線膨張ΔＳに対して校正行列ＫWを掛け算して、鉗子部１１０に発生するＸＹ方向の作用力ＦｘとＦｙ、及び、鉗子部１１０に発生するＸＹ各軸回りのモーメントＭｘとＭｙを算出する。なお、校正行列ＫWは下式（３）に示すように４行４列の行列である。
【００９７】
【数２】
2020080414.tif 000004
【００９８】
【数３】
2020080414.tif 000005
【００９９】
また、第２の補償部２９０３は、下式（４）に従って、鉗子部１１０に配設されたＦＢＧセンサの検出信号Δλに対して線膨張の補償を行い、補償後の波長変化Δλ´を算出する。
【０１００】
【数４】
2020080414.tif 000006
【０１０１】
そして、変形モード分離部２９０４は、下式（５）に従って、第２の補償部２９０３が算出した波長変化Δλ´に対して分離行列Ｔgを掛け算して、変形モード１及び変形モード２の各々の変化量ΔＳに分離する。なお、分離行列Ｔgは下式（６）に示すように４行４列の行列である。
【０１０２】
【数５】
2020080414.tif 000007
【０１０３】
【数６】
2020080414.tif 000008
【０１０４】
最後に、力算出部２９０５は、力・モーメント算出部２９０２が算出したＸ方向の作用力Ｆｘと、変形モード分離部２９０４で得られた変形モード分離部２９０４に基づいて、下式（７）に従って、変形モード１からＺ方向の作用力Ｆｚを抽出するとともに、変形モード２から第１のブレード１１１及び第２のブレード１１２のｇ方向の作用力Ｆl,g及びＦr,gを算出する。また、下式（７）中で使用される校正行列Ｋgは下式（８）に示すように３行５列の行列である。
【０１０５】
【数７】
2020080414.tif 000009
【０１０６】
【数８】
2020080414.tif 000010
【０１０７】
続いて、作用力Ｆｘ、Ｆｙ、及びモーメントＭｘ、及びＭｙの４軸検出メカニズムについて説明する。上述したように、ＦＢＧセンサから検出される波長変化Δλは、作用力歪みによる波長変化Δλforceと、温度歪みによる波長変化ΔλTempの合計からなる。
【０１０８】
【数９】
2020080414.tif 000011
【０１０９】
そして、２ゲージ法を利用して、下式（１０）に従って温度補償を行い、作用力Ｆｘ及びＦｙを求める。但し、校正行列Ｋは実験から導出することができる。
【０１１０】
【数１０】
2020080414.tif 000012
【０１１１】
そして、２箇所の作用点（図２中の位置ａ及びｂ）で歪みを検出することで、モーメントＭｘ及びＭｙを求める。詳細については、例えば特許文献１を参照されたい。
【０１１２】
続いて、作用力Ｆｚ、Ｆｇの２軸検出メカニズムについて説明する。
【０１１３】
ブレードが正常に変形する変形モード１においてブレードの内側及び外側にそれぞれ発生する内歪みλiと外歪みλoの関係は、図９に示した通り同符号であり、下式（１１）が成り立つ。
【０１１４】
【数１１】
2020080414.tif 000013
【０１１５】
また、ブレードが異常に変形する変形モード２においてブレードの内側及び外側にそれぞれ発生する内歪みλiと外歪みλoの関係は、図１０に示した通り異符号であり、下式（１２）が成り立つ。
【０１１６】
【数１２】
2020080414.tif 000014
【０１１７】
そして、上式（１１）及び（１２）に示す通り、ΔＳmとδＳm´を定義することで、変形モード１及び変形モード２の各々による波長変化分を補償することができる。そして、第１のリンク２１０に配設されたＦＢＧセンサの検出信号に基づいて算出されたＸ方向の作用力Ｆｘを参照して、変形モード１からＺ方向の作用力Ｆｚを抽出する。詳細については、例えば特許文献１を参照されたい。
【０１１８】
続いて、モーメントＭｚの検出メカニズムについて説明する。
【０１１９】
変形モード１において、鉗子部１１０の先端でＺ軸回りのモーメントＭｚが加わるとき、第１のブレード１１１及び第２のブレード１１２には互いに逆向きに負荷が加わる。図３０には、鉗子部１１０の先端にｚｘ方向の外力が作用したときの第１のブレード１１１の内歪みλliと外歪みλloの関係を示している。また、図３１には、鉗子部１１０の先端にｚｘ方向の外力が作用したときの第２のブレード１１２の内歪みλriと外歪みλroの関係を示している。したがって、下式（１３）に従って、第１のブレード１１１及び第２のブレード１１２の各々の内歪み及び外歪みを変数とする関数ｆ（λli, λlo, λri, λro）に対して所定の定数Ｋをかけることで、モーメントＭｚを算出することができる。
【０１２０】
【数１３】
2020080414.tif 000015
【０１２１】
Ｄ．マスタ−スレーブ方式のロボット・システム
図３２には、マスタ−スレーブ方式のロボット・システム１４００の機能的構成を模式的に示している。ロボット・システム１４００は、オペレータが操作するマスタ装置１４１０と、オペレータによる操作に従ってマスタ装置１４１０から遠隔制御されるスレーブ装置１４２０で構成される。マスタ装置１４１０とスレーブ装置１４２０間は、無線又は有線のネットワークを経由して相互接続されている。
【０１２２】
マスタ装置１４１０は、操作部１４１１と、変換部１４１２と、通信部１４１３と、力覚提示部１４１４を備えている。
【０１２３】
操作部１４１１は、オペレータがスレーブ装置１４２０を遠隔操作するためのマスタ・アームなどからなる。変換部１４１２は、オペレータが操作部１４１１に対して行なった操作内容を、スレーブ装置１４２０側（より具体的には、スレーブ装置１４２０内の駆動部１４２１）の駆動を制御するための制御情報に変換する。
【０１２４】
通信部１４１３は、スレーブ装置１４２０側（より具体的には、スレーブ装置１４２０内の通信部１４２３）と、無線又は有線のネットワークを経由して相互接続されている。通信部１４１３は、変換部１４１２から出力される制御情報を、スレーブ装置１４２０に送信する。
【０１２５】
一方、スレーブ装置１４２０は、駆動部１４２１と、検出部１４２２と、通信部１４２３を備えている。
【０１２６】
スレーブ装置１４２０は、図１に示したような、先端に鉗子部１１０が取り付けられた多リンク構成のアームを利用した外科手術用システム１００を想定している。駆動部１４２１は、リンク間を接続する各関節を回転駆動するアクチュエータや、鉗子部１１０を開閉動作させるためのアクチュエータが含まれている。鉗子部１１０を開閉動作させるためのアクチュエータは、鉗子部１１０から離間した場所に配設され、ケーブルによって駆動力が鉗子部１１０に伝達される。
【０１２７】
検出部１４２２は、鉗子部１１０にＦＢＧセンサを利用して装備された２ＤＯＦセンサと、第１のリンク２１０（若しくは、その他のリンク）にＦＢＧセンサを利用して装備された４ＤＯＦセンサからなる。すなわち、検出部１４２２、の鉗子部１１０に作用する３方向の並進力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｘ並びにＸＹ各軸回りのモーメントＭｘ及びＭｙに加え、把持対象から鉗子部１１０への作用力Ｆｔを検出することができる（５＋１）ＤＯＦセンサである。また、検出部１４２２は、ＦＢＧセンサの検出信号を処理する信号処理部も含み、図２９に示した力検出システム２９００と同等の機能を備えることを想定している。
【０１２８】
通信部１４２３は、マスタ装置１４１０側（より具体的には、マスタ装置１４１０内の通信部１４１３）と、無線又は有線のネットワークを経由して相互接続されている。上記の駆動部１４２１は、通信部１４２３がマスタ装置１４１０側から受信した制御情報に従って駆動する。また、上記の検出部１４２２による検出結果（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｆｔ）は、通信部１４２３からマスタ装置１４１０側に送信される。
【０１２９】
マスタ装置１４１０側では、力覚提示部１４１４は、通信部１４１３がスレーブ装置１４２０からフィードバック情報として受信した検出結果（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｆｔ）に基づいて、オペレータに対する力覚提示を実施する。
【０１３０】
マスタ装置１４１０を操作するオペレータは、力覚提示部１４１４を通じて、スレーブ装置１４２０側の鉗子部１１０に加わる接触力を認識することができる。例えば、スレーブ装置１４２０が手術用ロボットの場合には、オペレータは、鉗子部１１０に作用する手ごたえなどの触感を得ることにより、縫合糸の操作時における手加減を適切に行ない、縫合を完全に終えることができ、生体組織への侵襲を防止して効率よく作業することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３１】
以上、特定の実施形態を参照しながら、本明細書で開示する技術について詳細に説明してきた。しかしながら、本明細書で開示する技術の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。【０１３２】
本明細書で開示する技術は、マスタ−スレーブ方式以外のさまざまなタイプのロボット装置にも同様に適用することができる。本明細書で開示する、力検出機能を備えた鉗子部によれば、他軸干渉特性が向上するので、マスタ−スレーブ方式の手術用システムに適用することで、バイラテラル制御において力制御可能な軸数が１つ追加されるという効果がある。【０１３３】
また、本明細書では、本明細書で開示する技術を主に手術用器具並びに手術用ロボットに適用した実施形態を中心に説明してきたが、本明細書で開示する技術の要旨はこれに限定されるものではなく、手術以外の医療用途、あるいは医療以外のさまざまな分野で利用されるグリッパ若しくはロボット装置にも同様に適用することができる。【０１３４】
要するに、例示という形態により本明細書で開示する技術について説明してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本明細書で開示する技術の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。【０１３５】
なお、本明細書の開示の技術は、以下のような構成をとることも可能である。
（１）１以上のリンクを有するアームと、
前記アームの先端に配設された、第１のブレードと、第２のブレードと、前記第１のブレードと前記第２のブレードを互いに回動可能に連結する鉗子回動部で構成される鉗子部と、
を具備し、
前記第１のブレードと前記第２のブレードの各刃先部分はともに、鉗子長軸と平行となるように定義された所定の基準軸に対して正方向のオフセットを有する、
手術用システム。
（２）前記第１のブレード及び前記第２のブレードに発生する歪みを検出する第１の歪み検出部をさらに備える、上記（１）に記載の手術用システム。
（３）前記リンクに発生する歪みを検出する第２の歪み検出部と、
前記第１の歪み検出部及び前記第２の歪み検出部の検出結果に基づいて、前記鉗子部に作用する力を算出する処理部と、
をさらに備える、上記（２）に記載の手術用システム。
（４）前記第１のブレード及び前記第２のブレードの各刃中部分には起歪体がそれぞれ構成され、
前記第１の歪み検出部は、前記第１のブレードの内側及び外側に発生する歪みを検出する各歪み検出素子と、前記第２のブレードの内側及び外側に発生する歪みを検出する各歪み検出素子を備え、
前記処理部は、検出された前記第１のブレードの内側及び外側の歪みと前記第２のブレードの内側及び外側の歪みに基づいて、前記鉗子部に作用する力を算出する、
上記（３）に記載の手術用システム。
（５）前記第１の歪み検出部は、前記第１のブレードの内側及び外側の各々に取り付けた光ファイバーに形成したＦＢＧセンサからなる各歪み検出素子と、前記第２のブレードの内側及び外側の各々に取り付けた光ファイバーに形成したＦＢＧセンサからなる各歪み検出素子を備える、
上記（４）に記載の手術用システム。
（６）前記第１の歪み検出素子の感度に基づいて、前記第１のブレード並びに前記第２のブレードの刃先部分と刃中部分の前記基準軸からのオフセット量の差が決定される、
上記（２）乃至（５）のいずれかに記載の手術用システム。
（７）前記第１の歪み検出素子の感度に基づいて、前記第１のブレード並びに前記第２のブレードの刃中部分の前記鉗子長軸方向の寸法が決定される、
上記（５）に記載の手術用システム。
（８）前記第１の歪み検出部は、前記第１のブレードの内側及び外側の各々に取り付けた光ファイバーに形成したＦＢＧセンサからなる各歪み検出素子と、前記第２のブレードの内側及び外側の各々に取り付けた光ファイバーに形成したＦＢＧセンサからなる各歪み検出素子を備え、且つ、前記光ファイバーにダミーＦＢＧセンサが形成され、
前記処理部は、前記ダミーＦＢＧセンサの波長変化に基づいて、温度変化に起因する歪み成分を取り除く、
上記（３）に記載の手術用システム。
（９）前記第２の歪み検出部は、前記リンクの長軸方向に直交する２方向の各対辺の２箇所にそれぞれ配設された歪み検出素子を備え、
前記処理部は、前記歪み検出素子により検出された前記リンクの長軸方向に直交する２方向の各対辺の前記２箇所の歪みに基づいて、前記鉗子部に作用する２方向の並進力及びモーメントを算出する、
上記（３）に記載の手術用システム。
（１０）前記第２の歪み検出部は、前記リンクの長軸方向に直交する２方向の各対辺に取り付けた光ファイバーの前記２箇所に形成したＦＢＧセンサからなる前記歪み検出素子を備える、
上記（９）に記載の手術用システム。
（１１）前記リンクは、前記歪み検出素子が配設された前記２箇所において応力が集中する形状を有する、
上記（１０）に記載の手術用システム。
（１２）マスタ装置と、前記マスタ装置により遠隔操作されるスレーブ装置からなり、前記スレーブ装置は、
１以上のリンクを有するアームと、
前記アームの先端に配設された、第１のブレードと、第２のブレードと、前記第１のブレードと前記第２のブレードを互いに回動可能に連結する鉗子回動部で構成される鉗子部と、
前記第１のブレード及び前記第２のブレードに発生する歪みを検出する第１の歪み検出部と、
前記リンクに発生する歪みを検出する第２の歪み検出部と、
前記第１の歪み検出部及び前記第２の歪み検出部の検出結果に基づいて、前記鉗子部に作用する力を算出する処理部と、
前記処理部による処理結果を前記マスタ装置に出力する出力部と、
を具備し、
前記第１のブレードと前記第２のブレードの各刃先部分はともに、鉗子長軸と平行となるように定義された所定の基準軸に対して正方向のオフセットを有する、
外科手術システム。
（１３）刃中部分に起歪体構造を有する第１のブレードと、
刃中部分に起歪体構造を有する第２のブレードと、
前記第１のブレードと前記第２のブレードを互いに回動可能に連結する鉗子回動部と、
前記第１のブレードと前記第２のブレードの各刃先部分はともに、鉗子長軸と平行となるように定義された所定の基準軸に対して正方向のオフセットを有する、
手術用器具。
（１４）１以上のリンクを有するアームと、
前記アームの先端に配設された、第１のブレードと、第２のブレードと、前記第１のブレードと前記第２のブレードを互いに回動可能に連結する鉗子回動部で構成される鉗子部と、
前記第１のブレード及び前記第２のブレードに発生する歪みを検出する第１の歪み検出部と、
前記リンクに発生する歪みを検出する第２の歪み検出部と、
前記第１の歪み検出部及び前記第２の歪み検出部の検出結果を伝送する伝送部と、
を具備する医療用装置。
（１５）１以上のリンクを有するアームと、
前記アームの先端に配設された、第１のブレードと、第２のブレードと、前記第１のブレードと前記第２のブレードを互いに回動可能に連結する鉗子回動部で構成される鉗子部と、
前記第１のブレード及び前記第２のブレードに発生する歪みを検出する第１の歪み検出部と、
前記リンクに発生する歪みを検出する第２の歪み検出部と、
前記第１の歪み検出部及び前記第２の歪み検出部の検出結果に基づいて、前記鉗子部に作用する力を算出する処理部と、
を具備し、
前記第１のブレードと前記第２のブレードの各刃先部分はともに、鉗子長軸と平行となるように定義された所定の基準軸に対して正方向のオフセットを有する、
外力検出システム。
【符号の説明】
【０１３６】
１００…外科手術用システム
１１０…鉗子部
１１１…第１のブレード、１１２…第２のブレード、１１３…鉗子回動部
１２０…アーム
２０１〜２０４…歪み検出素子
４０１…起歪体
５０１、５０２…溝部、５１１〜５１４…光ファイバー
７０１、７０２…ダミーＦＢＧセンサ
９０１〜９０４…光ファイバー
１４１０…マスタ装置、１４１１…操作部、１４１２…変換部
１４１３…通信部、１４１４…力覚提示部
１４２０…スレーブ装置、１４２１…駆動部
１４２２…検出部、１４２３…通信部
２９００…力検出システム、２９０１…第１の補償部
２９０２…力・モーメント算出部、２９０３…第２の補償部
２９０４…変形モード分離部、２９０５…力算出部
【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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【国際調査報告】
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