マニピュレータ
【課題】アクチュエータ部と作業部とを装着する際に、作業部の個体情報の誤認識を防止することができ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とを備える。前記アクチュエータブロック３０には係合凹部４１ａ〜４１ｃが設けられ、前記作業部１６には係合凸部５１ａ〜５１ｃが設けられ、係合凸部５１ａ〜５１ｃは作業部１６の種類に応じて異なる角度に設定されると共に、係合凹部４１ａ〜４１ｃと係合凸部５１ａ〜５１ｃとは、互いに所定の係合角度に設定されている場合にのみ係合可能に構成される。
【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とを備える。前記アクチュエータブロック３０には係合凹部４１ａ〜４１ｃが設けられ、前記作業部１６には係合凸部５１ａ〜５１ｃが設けられ、係合凸部５１ａ〜５１ｃは作業部１６の種類に応じて異なる角度に設定されると共に、係合凹部４１ａ〜４１ｃと係合凸部５１ａ〜５１ｃとは、互いに所定の係合角度に設定されている場合にのみ係合可能に構成される。
【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できるように大きな切開が施された。大きな切開は、患者の回復を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できている。
【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。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。
【００１０】
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み取ることができ、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。
【００１１】
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、認識部によって作業部固有の個体情報を記録したＩＤを認識する処理が行われる。ところが、作業部側の前記ＩＤが、例えば異なる種類のものを誤って表示していた場合等には、装着された作業部の種類（例えば、グリッパ）と異なる他の種類（例えば、電気メス）であるとアクチュエータ部側では認識され、該電気メス用の制御手法でグリッパが駆動制御され、正確な操作を行うことができない可能性がある。
【００１２】
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とを装着する際に、作業部の個体情報の誤認識を防止することができ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】
【００１３】
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、前記アクチュエータ部に設けられ、前記アクチュエータに連動して回転駆動される駆動側係合部と、前記作業部に設けられ、前記駆動側係合部に係合して従動的に回転駆動される従動側係合部を備えることで、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を動作させる機構部とを有し、前記駆動側係合部と前記従動側係合部とがそれぞれ所定の係合角度に設定されている場合にのみ、該駆動側係合部と該従動側係合部とは互いに係合可能であることを特徴とする。
【００１４】
このような構成によれば、作業部側の従動側係合部とアクチュエータ部側の駆動側係合部とが互いに所定の係合角度、例えば、作業部の先端動作部の種類に応じた原点角度に設定されている場合にのみ、作業部とアクチュエータ部との装着を行うことができ、換言すれば、従動側係合部と駆動側係合部とが互いに所定の係合角度にない場合には作業部とアクチュエータ部とは構造的に接続不能に構成される。このため、装着時の作業部の個体情報を誤って認識し、これに対応してアクチュエータ部を駆動制御することを有効に防止することができる。
【００１５】
この場合、前記作業部は複数種類を前記アクチュエータ部に交換可能であると共に、各作業部の種類に応じて前記駆動側係合部の原点角度が異なるように構成され、前記従動側係合部が、各作業部の前記駆動側係合部の原点角度にそれぞれ対応した角度に設定された場合にのみ、各作業部の前記駆動側係合部と前記従動側係合部とは係合可能であると、例えば、手技中に作業部の種類を交換する場合において、操作者は、従動側係合部と駆動側係合部とのマッチング関係をほとんど意識することなく、装着作業を行うことができる。
【００１６】
また、前記駆動側係合部及び前記従動側係合部は、一方に凹部が形成され、他方に前記凹部に係合可能な凸部が形成されていると、アクチュエータの駆動力を機構部側に簡便に伝達でき、しかも駆動側係合部と従動側係合部とを簡便に係合可能に構成することができる。
【００１７】
なお、前記駆動側係合部及び前記従動側係合部は、十字型であると、一層簡便に駆動側係合部と従動側係合部とを係合することができる。
【００１８】
また、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、前記アクチュエータ部に設けられ、前記アクチュエータに連動して回転駆動される駆動側係合部と、前記作業部に設けられ、前記駆動側係合部に係合して従動的に回転駆動される従動側係合部を備えることで、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を動作させる機構部と、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認識部とを有し、前記作業部は複数種類を前記アクチュエータ部に交換可能であると共に、各作業部の種類に応じて前記駆動側係合部の原点角度が異なるように構成され、前記アクチュエータ部に前記作業部が装着される際、前記制御部は、前記ＩＤ認識部で認識した前記作業部の種類に応じた前記従動側係合部に係合可能な状態に、前記駆動側係合部を回転させることを特徴とする。
【００１９】
このような構成によれば、作業部の個体信号をＩＤ認識部により認識し、これに応じた設定に駆動側係合部を簡便に変更することができる。このため、例えば、作業部の種類を交換する場合であっても、駆動側係合部の設定を、交換される作業部の従動側係合部の原点設定に簡便に対応させることができる。従って、作業部とアクチュエータ部とを簡便に装着可能でありながら、装着時の作業部の個体情報を誤って認識し、これに対応してアクチュエータ部を駆動制御することを有効に防止することができる。
【００２０】
この場合、前記駆動側係合部及び前記従動側係合部は、一方に凹部が形成され、他方に凸部が形成され、前記従動側係合部の前記凹部又は前記凸部の原点角度は、各作業部の種類毎に異なるように設定され、前記制御部は、前記ＩＤ認識部で認識した前記作業部の種類に応じた前記従動側係合部に対応する角度に、前記駆動側係合部の凸部又は凹部の角度を変更するように構成すると、アクチュエータの駆動力を機構部側に簡便に伝達でき、しかも駆動側係合部と従動側係合部とを簡便に係合可能に構成することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、先端動作部を備える作業部とアクチュエータ部とを装着する際に、該作業部の個体情報を誤って認識し、これに対応してアクチュエータ部を駆動制御することを有効に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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って、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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、例えば操作部１４ａ〜１４ｄが用意され、作業部１６はバリエーションとして、例えば作業部１６ａ〜１６ｄが用意されている。
【００２８】
コントローラ５１４には、操作部１４（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１６（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。
【００２９】
例えば、図１及び図５に示すように、作業部１６ａ（１６）は先端動作部１２がグリッパ５９となっている。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である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（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（アクチュエータ）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を原点（原点角度、初期位相）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。なお、図５は、グリッパ５９を備える先端動作部１２は、プーリ５０ａ〜５０ｃが原点角度にある場合の状態を示している。
【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や図７等では、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アクチュエータであるモータ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、図６、図１０Ａ及び図１０Ｂ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、十字の一本が短く形成された短尺部４９を有した十字状突起からなる係合凸部（従動側係合部）５１ａ、５１ｂ及び５１ｃが設けられている。一方、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、係合凸部５１ａ、５１ｂ及び５１ｃと同様に十字の一本が短く形成された短尺部４７を有した十字状溝からなる係合凹部（駆動側係合部）４１ａ、４１ｂ及び４１ｃが設けられている。
【００５６】
係合凸部５１ａ〜５１ｃと係合凹部４１ａ〜４１ｃとは互いに係合可能であり、これにより、アクチュエータブロック３０に接続部１５が装着された状態で、モータ４０ａ〜４０ｃの回転駆動力がプーリ５０ａ〜５０ｃに対して確実に伝達される。もちろん、接続部１５側に係合凹部を設け、アクチュエータブロック３０側に係合凸部を設けるようにしてもよい。
【００５７】
図１０Ａに示すように、接続部１５の係合凸部５１ａ〜５１ｃは、プーリ５０ａ〜５０ｃと共に中心軸ＣＬ１１を中心として回転可能であり、同様に図１０Ｂに示すように、アクチュエータブロック３０の係合凹部４１ａ〜４１ｃは、モータ４０ａ〜４０ｃと共に中心軸ＣＬ１２を中心として回転可能である。この場合、係合凸部５１ａ〜５１ｃ及び係合凹部４１ａ〜４１ｃは、それぞれ十字の一本が短い短尺部４９を持ち、中心軸ＣＬ１１、ＣＬ１２に対して非対称な形状であり、換言すれば、これら係合凸部５１ａ〜５１ｃ及び係合凹部４１ａ〜４１ｃはそれぞれ３個１組とした場合に、その中心（係合凸部５１ｂ及び係合凹部４１ｂの中心軸ＣＬ１１、ＣＬ１２）に対して非対称な形状である。このため、係合凸部５１ａ〜５１ｃ及び係合凹部４１ａ〜４１ｃは、図１０Ａ及び図１０Ｂに示す原点に設定された場合にのみ互いに係合可能であり、それ以外の角度（位置）では構造的に係合不能である。
【００５８】
図４及び図６に示すように、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２１２ａ、２１２ｂ及び２１２ｃとが設けられる。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
また、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（機構部）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。
【００６３】
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。
【００６４】
図６〜図８に示すように、接続部１５は、プーリ５０ａ〜５０ｃを収納するプーリ収納体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。
【００６５】
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。
【００６６】
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を有すると共に、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。
【００６７】
図６、図７及び図１１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２１１ａ〜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。
【００６８】
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。これにより、各プーリ５０ａ〜５０ｃが原点にあるときに、板形状部３０８ａ〜３０８ｃをスリット３１６ａ〜３１６ｃに対して挿脱可能である。
【００６９】
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。
【００７０】
図６〜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。
【００７１】
従って、図８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１１及び図１２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。
【００７２】
この際、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（図１１中の距離Ｈ１１）に合わせて調整し、ロッキングプレート３０４がコイルスプリング３０６の付勢により安定してプーリ収納体３００（ベースプレート３０２）に当接でき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。
【００７３】
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（図１２中の距離Ｈ１２）。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
このように操作部１４及びコントローラ５１４では、カメラ１０６を用いて作業部１６の個体情報を認識することにより、マニピュレータ１０を構成するモータ４０ａ〜４０ｃ等を当該作業部１６の種類（例えば、図２の作業部１６ａ〜１６ｄ）や操作部１４の種類（例えば、図２の操作部１４ａ〜１４ｄ）に対応するように適切に且つ正確に駆動制御することができる。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
そこで、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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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から個体信号を取得する。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共に省電力化を図ることができる。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【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において、操作部１４と作業部１６とを装着する動作及びその作用について説明する。
【００９０】
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を装着する際には、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。
【００９１】
すなわち、図８に示すように、先ず、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。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。
【００９２】
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。
【００９３】
なお、図１１及び図１２において、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。
【００９４】
ところで、図１１から諒解されるように、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、接続部１５側の係合片２００がアクチュエータブロック３０側の係合部２１０に係合しておらず、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。
【００９５】
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、レバー２０６の楔部２０６ａが係合片２００を乗り越える必要がある。
【００９６】
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。これにより、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ながら変位して、係合片２００に対して摺動する。この間、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（図９及び図１２参照）、ロッキングプレート３０４の第１端部３１２及び第２端部３１４の下面（絶縁部材３１１）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から距離Ｈ２０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。
【００９７】
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に当接するか又はその直前で、係合片２００がレバー２０６の楔部２０６ａを乗り越え、該レバー２０６は弾性作用によって原位置に復帰し、テーパ形状の下端の楔部２０６ａが係合片２００に係合するため、接続部１５とアクチュエータブロック３０との装着動作が完了することになる。このような装着動作中に、作業部検出手段１０７によって作業部１６が検出される。また、上記のように接続部１５が装着され、レバー２０６が弾性的に原位置に復帰することにより、適度なクリック感及び装着音が発生し、操作者は装着が正常に完了したことを確認できる。
【００９８】
図９及び図１２から諒解されるように、操作部１４と作業部１６の装着が完了した状態では、コイルスプリング３０６の弾性作用により、軸部材３０５を介してプーリ収納体３００が上方（Ｙ１側）に引き上げられるように付勢され、係合片２００と楔部２０６ａとは互いに噛み合う方向に弾性支持される。これにより、係合片２００と係合部２１０との間の係合状態を一層確実に保持することができると共に、作業部１６を操作部１４に対して一層安定して保持することができる。
【００９９】
さらに、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、上記の操作部１４と作業部１６の装着動作に際し、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）。
【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に当接した時点でカメラ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】
このため、作業部１６と操作部１４との装着作業の開始から完了まで及び装着完了後、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。
【０１０２】
そこで、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ができる。
【０１０３】
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するような構成では、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。
【０１０４】
次に、一連の手技が終了し、又は作業部１６を別の種類に交換する場合等において、操作部１４と作業部１６とを取り外す動作について説明する。
【０１０５】
この場合には、係合片２００と係合部２１０との係合状態を解除する操作に先立ち、先ず、作動スイッチ３５を操作して上記した停止モードとし、コントローラ５１４の作用下に各モータ４０ａ〜４０ｃ及びプーリ５０ａ〜５０ｃを原点に自動的に復帰させておく。
【０１０６】
図１２に示すように、操作部１４と作業部１６とが装着された状態では、プーリ５０ａ〜５０ｃの上端の板形状部３０８ａ〜３０８ｃがロッキングプレート３０４のスリット３１６ａ〜３１６ｃから離脱した状態にある。このため、板形状部３０８ａ〜３０８ｃを原点に復帰しておかないと、取り外し時にプーリ収納体３００がコイルスプリング３０６の付勢力によってロッキングプレート３０４に当接する際、スリット３１６ａ〜３１６ｃに板形状部３０８ａ〜３０８ｃを正確に挿入させることができないからである。
【０１０７】
次いで、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の下方の操作面２０４を内側に押して、各レバー２０６を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、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、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。
【０１０８】
この際、アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃが、第１端部３１２及び第２端部３１４から離間すると、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が原点に保持されるため（図５参照）、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。
【０１０９】
つまり、再び操作部１４と作業部１６とを装着する際には、操作部１４のモータ４０ａ〜４０ｃはそれぞれ原点となっている。また、接続部１５でも、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。
【０１１０】
すなわち、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、操作部１４と作業部１６との装着時、マニピュレータ１０では、係合凸部５１ａ〜５１ｃと係合凹部４１ａ〜４１ｃとが全て所定の原点角度に保持されているため、これら係合凸部５１ａ〜５１ｃと係合凹部４１ａ〜４１ｃとを確実に係合させ、モータ４０ａ〜４０ｃの上端部をプーリ５０ａ〜５０ｃの下端部に適切に接続することができる。
【０１１１】
ところで、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。そして、コントローラ５１４では、バーコード１０４をカメラ１０６で撮像することによって認識された作業部１６の個体情報（種類）に対応するように適切且つ正確に駆動制御することができる。
【０１１２】
マニピュレータ１０を正確に駆動制御するためには、装着された作業部１６の種類をコントローラ５１４で正確に認識することが必要であり、例えば、先端動作部１２がはさみの作業部１６ｂに対して、先端動作部１２が電気メスの作業部１６ｃ用のバーコード１０４が貼り付けられている場合のようなバーコード１０４の貼り違えや、バーコード１０４に傷や汚れ等を生じた場合のカメラ１０６による誤認識等を生じた場合には、先端動作部１２を適切に動作させることが困難となる。
【０１１３】
そこで、本実施形態に係るマニピュレータ１０では、係合凸部５１ａ〜５１ｃと係合凹部４１ａ〜４１ｃとの係合関係を利用することで、バーコード１０４の撮像によって認識した作業部１６の種類と、実際に操作部１４に装着される作業部１６の種類とを一致させることを可能とし、これにより、先端動作部１２を一層正確に動作させることを可能としている。
【０１１４】
すなわち、図１４Ａ〜図１４Ｄに示すように、マニピュレータ１０では、各作業部１６ａ〜１６ｄについて、係合凸部５１ａ〜５１ｃの原点角度をそれぞれ異なるように設定している。
【０１１５】
例えば、図１４Ａ（図１０Ａ）に示すように、先端動作部１２がグリッパ５９の作業部１６ａ（１６）は、各係合凸部５１ａ〜５１ｃの短尺部４９が全てＺ２側に設定されている。図１４Ｂに示すように、先端動作部１２がはさみの作業部１６ｂは、係合凸部５１ａ〜５１ｃの短尺部４９がそれぞれＸ２側、Ｚ１側、Ｘ１側に設定されている。図１４Ｃに示すように、先端動作部１２が電気メスの作業部１６ｃは、係合凸部５１ａ〜５１ｃの短尺部４９がそれぞれＺ１側、Ｘ１側、Ｚ１側に設定されている。図１４Ｄに示すように、先端動作部１２がフック型電気メスの作業部１６ｄは、係合凸部５１ａ〜５１ｃの短尺部４９がそれぞれＸ１側、Ｘ２側、Ｘ２側に設定されている。もちろん、各作業部１６ａ〜１６ｄに係る各係合凸部５１ａ〜５１ｄの原点角度は一例であり、図１４Ａ〜図１４Ｄに示す設定に限られない。例えば、３つの係合凸部５１ａ〜５１ｃのそれぞれに４通りの原点角度が設定可能であるため、係合凸部５１ａ〜５１ｃの全体では、４の３乗通り（６４通り）の組み合わせに設定できる。
【０１１６】
図１５Ａ〜図１５Ｃを参照して、例えば、先端動作部１２がグリッパ５９の作業部１６ａ（１６）を、先端動作部１２が電気メスの作業部１６ｃ（図１５Ａ参照）に交換する場合について説明する。
【０１１７】
図１５Ｂに示すように、交換（装着）開始時のアクチュエータブロック３０の係合凹部４１ａ〜４１ｃの角度は、図１４Ａに示す作業部１６ａの係合凸部５１ａ〜５１ｃに対応した角度のままであり、各係合凹部４１ａ〜４１ｃの短尺部４７が全てＺ２側に設定されている。このため、図１５Ａに示す作業部１６ｃを、図１５Ｂに示す状態の操作部１４に取り付けようとしても、係合凸部５１ａ〜５１ｃと係合凹部４１ａ〜４１ｃとが構造的に係合できず、図９や図１２に示すようにプーリ収納体３００を押し下げて係合片２００と係合部２１０とを係合させて操作部１４と作業部１６ｃとを装着することはできなくなっている。
【０１１８】
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を装着している途中でバーコード１０４をカメラ１０６により撮像する。これにより、装着途中で作業部１６の種類（例えば、作業部１６ｃであること）を判断し、この判断結果に伴ってコントローラ５１４の制御下にモータ４０ａ〜４０ｃを駆動制御することができ、係合凹部４１ａ〜４１ｃの設定（回転角度）を装着される作業部１６の種類に対応する原点へと変化させることができる。
【０１１９】
すなわち、図１５Ａに示される作業部１６ｃの種類を認識した後、係合凹部４１ａ〜４１ｃの回転角度を、図１５Ｂに示す状態から図１５Ｃに示す状態へと迅速に変更（調整）する。これにより、図１５Ａに示される作業部１６ｃの係合凸部５１ａ〜５１ｃの原点に、操作部１４の係合凹部４１ａ〜４１ｃの角度を対応させることができるため（図１５Ｃ参照）、作業部１６ｃと操作部１４とを簡便に装着することができる。
【０１２０】
この際、マニピュレータ１０では、アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃの先端がロッキングプレート３０４に当接した時点でカメラ１０６によりバーコード１０４の撮像を正確に行うことができるため、装着動作の完了前に一層簡便に操作部１４の係合凹部４１ａ〜４１ｃの回転角度を変更することができる。従って、操作者は、作業部１６の係合凸部５１ａ〜５１ｃと操作部１４の係合凹部４１ａ〜４１ｃのマッチング関係を意識せず、例えば目視等による判断をせずに簡便に装着作業を行うことができる。
【０１２１】
なお、装着作業途中でカメラ１０６によるバーコード１０４の撮像を行わない場合には、操作者は、装着しようとする作業部１６の種類を予めコントローラ５１４に入力し、係合凹部４１ａ〜４１ｃの設定を事前に変更しておけば、作業部１６と操作部１４とを簡便に装着することができる。
【０１２２】
ところで、仮に、全種類の作業部１６の係合凸部５１ａ〜５１ｃの原点角度が同一に設定されている場合には、作業部１６の種類に関わらず操作部１４に装着可能である。従って、例えば、作業部１６に誤った種類のバーコード１０４が貼り付けられている場合や、当該バーコード１０４に傷や汚れが生じていて他の種類のバーコード１０４として認識される状態にある場合には、装着後、コントローラ５１４では作業部１６の種類を誤認識したまま先端動作部１２の駆動制御を行うことになり、正確な操作が困難になる可能性がある。
【０１２３】
そこで、図１６Ａ〜図１６Ｃを参照して、例えば、先端動作部１２がグリッパ５９の作業部１６ａ（１６）を、先端動作部１２が電気メスの作業部１６ｃ（図１６Ａ参照）に交換する場合において、該作業部１６ｃに設けられたバーコード１０４の種類（表示）が作業部１６ｂ（図１４Ｂ参照）を示すものとされている場合について説明する。
【０１２４】
この場合にも、図１６Ｂに示すように、装着開始時の操作部１４側の係合凹部４１ａ〜４１ｃの角度は、作業部１６ａの係合凸部５１ａ〜５１ｃ（図１４Ａ参照）に対応した角度とされており、各係合凹部４１ａ〜４１ｃの短尺部４７が全てＺ２側に設定されている。
【０１２５】
そこで、マニピュレータ１０では、交換（装着）動作中に、作業部１６の種類（例えば、作業部１６ｃであること）を判断し、この判断結果に伴ってモータ４０ａ〜４０ｃを駆動制御し、係合凹部４１ａ〜４１ｃの設定（回転角度）を当該装着される作業部１６の種類に対応する原点へと変化させることになるが、ここでは、バーコード１０４は実際の作業部１６ｃを示すものではなく、異なる作業部１６ｂを示すものとなっている。
【０１２６】
すなわち、図１６Ａに示される作業部１６ｃに対し、コントローラ５１４は誤ったバーコード１０４の個体情報に基づき、係合凹部４１ａ〜４１ｃの角度を図１６Ｂに示す状態から図１６Ｃに示す作業部１６ｂに対応する原点へと誤って変更する。このため、図１６Ａに示す作業部１６ｃと、図１６Ｃに示す操作部１４とは、互いの係合凸部５１ａ〜５１ｃと係合凹部４１ａ〜４１ｃとが不一致となっていることから係合不能となっている。これにより、操作者は、バーコード１０４の誤設置を認識することができるため、装着後、コントローラ５１４による作業部１６の誤った駆動制御を防止することができる。
【０１２７】
図１７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１７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、アクチュエータブロック３０の係合凹部４１ａ〜４１ｃの原点設定動作を示し、Ｃ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、Ｄ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、Ｅ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。
【０１２８】
図１７に示すように、装着動作の開始時刻ｔ０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に当接した時刻ｔ１（図１１参照）の間は、Ｄ線及びＥ線は同様に下降される。その後、時刻ｔ１以降は、Ｄ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）、Ｅ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刻ｔ７において距離Ｈ１４となる（図１２参照）。
【０１２９】
この間、時刻ｔ１の後の時刻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、時刻ｔ３から時刻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、時刻ｔ１以降、Ｄ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及び図１２参照）、装着完了時刻ｔ７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、時刻ｔ１〜ｔ７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。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、時刻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。
【０１３０】
また、時刻ｔ４でバーコード１０４の認識が完了されると、その後の時刻ｔ５から時刻ｔ６の間に、認識された作業部１６の種類に対応する原点角度へとアクチュエータブロック３０の係合凹部４１ａ〜４１ｃを設定し直す。これにより、作業部１６の種類によって係合凸部５１ａ〜５１ｃが異なる原点に設定されていても、それに対応するように操作部１４側の係合凹部４１ａ〜４１ｃを設定変更し、装着動作を簡便に行うことができる。
【０１３１】
図１２に示すように、マニピュレータ１０では、一連の装着動作が完了した状態では、３本のアライメントピン２１２ａ〜２１２ｃの上端部が、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から距離Ｈ２０の位置に保持したままプーリ収納体３００が相対的に押し下げられている。
【０１３２】
すなわち、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へと拡大されるため、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。
【０１３３】
そして、作業部１６の装着後、コントローラ５１４では、作業部１６の種類を確実に認識しており、しかも当該作業部１６の種類に対応した原点角度にモータ４０ａ〜４０ｃ及びプーリ５０ａ〜５０ｃが設定されていることから、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。
【０１３４】
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、各作業部１６の種類によって係合凸部５１ａ〜５１ｃの原点角度の設定を変えると共に、作業部１６の接続部１５と操作部１４のアクチュエータブロック３０とを装着する際には、カメラ１０６で撮像し認識した作業部１６の種類に対応した原点角度へと係合凹部４１ａ〜４１ｃを設定する。
【０１３５】
従って、仮に、作業部１６に設けられたバーコード１０４に貼付や表示の間違いがあった場合には、接続部１５側の係合凸部５１ａ〜５１ｃとアクチュエータブロック３０側の係合凹部４１ａ〜４１ｃとが構造的に係合しない。換言すれば、係合凸部５１ａ〜５１ｃと係合凹部４１ａ〜４１ｃとが、それぞれ所定の係合角度（原点）に設定された場合にのみ、これら係合凸部５１ａ〜５１ｃと係合凹部４１ａ〜４１ｃとを係合させ、作業部１６と操作部１４とを接続することができる。このため、操作者は、バーコード１０４の誤設置を認識することができるため、装着後、コントローラ５１４による作業部１６の誤った駆動制御を防止することができ、作業部１６の個体情報の誤認識を防止することが可能となる。
【０１３６】
しかも、マニピュレータ１０では、アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃの先端がロッキングプレート３０４に当接した時点でカメラ１０６によりバーコード１０４の撮像を正確に行うことができる。このため、装着動作の完了前に一層簡便に操作部１４の係合凹部４１ａ〜４１ｃの角度を変更することができる。このため、操作者は、作業部１６の係合凸部５１ａ〜５１ｃと操作部１４の係合凹部４１ａ〜４１ｃのマッチング関係をほとんど意識することなく、装着作業を行うことができる。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
また、係合凸部５１ａ〜５１ｃとこれに対応する係合凹部４１ａ〜４１ｃの形状は、上記した短尺部４９を有する十字形状以外にも種々変更可能である。
【０１４０】
例えば、図１８Ａに示すように、作業部１６の係合凸部５１ａ〜５１ｃは、例えば、１つだけ短尺部４９を有する係合凸部５１ａとし、残りの２つには短尺部４９を設けない十字形状の係合凸部１００ｂ、１００ｃとした接続部１５ａとすることもでき、当然、２つに短尺部４９を設けるような構成としてもよく、つまり３個の係合凸部の形状は必ずしも同一である必要はない。
【０１４１】
図１８Ｂに示すように、それぞれ短尺部４９を２つずつ設けた係合凸部１０２ａ〜１０２ｃを備える接続部１５ｂとすることもできる。
【０１４２】
図１８Ｃに示すように、十字形状ではなく、例えば、三角形状からなる係合凸部１０４ａ〜１０４ｃを有する接続部１５ｃとすることもできる。
【０１４３】
上記実施形態は、例えば図１９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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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１９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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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み合わせでよい。
【０１４９】
このような医療用ロボットシステム４００においても、上記した係合凸部５１ａ〜５１ｃ及び係合凹部４１ａ〜４１ｃ等による係合構造を設けることにより、コンソール４０４側での作業部１６の誤認識を有効に防止することができる。
【０１５０】
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】
【０１５１】
【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み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】図１０Ａは、接続部の係合凸部の模式説明図であり、図１０Ｂは、アクチュエータブロックの係合凹部の模式説明図である。
【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】図１４Ａは、先端動作部がグリッパの接続部の係合凸部の模式説明図であり、図１４Ｂは、先端動作部がはさみの接続部の係合凸部の模式説明図であり、図１４Ｃは、先端動作部が電気メスの接続部の係合凸部の模式説明図であり、図１４Ｄは、先端動作部がフック型電気メスの接続部の係合凸部の模式説明図である。
【図１５】図１５Ａは、交換対象に係る作業部の係合凸部の模式説明図であり、図１５Ｂは、交換前の作業部に対応した状態のアクチュエータブロックの係合凹部の模式説明図であり、図１５Ｃは、作業部の交換に対応して係合凹部の角度を変更した状態を示す模式説明図である。
【図１６】図１６Ａは、交換対象に係る作業部の係合凸部の模式説明図であり、図１６Ｂは、交換前の作業部に対応した状態のアクチュエータブロックの係合凹部の模式説明図であり、図１６Ｃは、交換対象に係る作業部の個体情報を誤認識した場合に角度変更された係合凹部を示す模式説明図である。
【図１７】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１８】図１８Ａは、接続部の係合凸部の第１変形例を示す模式説明図であり、図１８Ｂは、接続部の係合凸部の第２変形例を示す模式説明図であり、図１８Ｃは、接続部の係合凸部の第３変形例を示す模式説明図である。
【図１９】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】
【０１５２】
１０、４０８…マニピュレータ １２…先端動作部
１４、１４ａ〜１４ｄ…操作部 １５、１５ａ〜１５ｃ…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）
４０ａ〜４０ｃ…モータ（アクチュエータ）
４１ａ〜４１ｃ…係合凹部（駆動側係合部） ４７、４９…短尺部
５１ａ〜５１ｄ、１００ｂ、１００ｃ、１０２ａ〜１０２ｃ、１０４ａ〜１０４ｃ…係合凸部（従動側係合部）
５０ａ〜５０ｃ、５７ａ〜５７ｃ…プーリ 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） ３００…プーリ収納体（機構部）
３０４…ロッキングプレート ３０６…コイルスプリング
４００…医療用ロボットシステム ５１４…コントローラ（制御部）
【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できるように大きな切開が施された。大きな切開は、患者の回復を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できている。
【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。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。
【００１０】
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み取ることができ、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。
【００１１】
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、認識部によって作業部固有の個体情報を記録したＩＤを認識する処理が行われる。ところが、作業部側の前記ＩＤが、例えば異なる種類のものを誤って表示していた場合等には、装着された作業部の種類（例えば、グリッパ）と異なる他の種類（例えば、電気メス）であるとアクチュエータ部側では認識され、該電気メス用の制御手法でグリッパが駆動制御され、正確な操作を行うことができない可能性がある。
【００１２】
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とを装着する際に、作業部の個体情報の誤認識を防止することができ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】
【００１３】
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、前記アクチュエータ部に設けられ、前記アクチュエータに連動して回転駆動される駆動側係合部と、前記作業部に設けられ、前記駆動側係合部に係合して従動的に回転駆動される従動側係合部を備えることで、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を動作させる機構部とを有し、前記駆動側係合部と前記従動側係合部とがそれぞれ所定の係合角度に設定されている場合にのみ、該駆動側係合部と該従動側係合部とは互いに係合可能であることを特徴とする。
【００１４】
このような構成によれば、作業部側の従動側係合部とアクチュエータ部側の駆動側係合部とが互いに所定の係合角度、例えば、作業部の先端動作部の種類に応じた原点角度に設定されている場合にのみ、作業部とアクチュエータ部との装着を行うことができ、換言すれば、従動側係合部と駆動側係合部とが互いに所定の係合角度にない場合には作業部とアクチュエータ部とは構造的に接続不能に構成される。このため、装着時の作業部の個体情報を誤って認識し、これに対応してアクチュエータ部を駆動制御することを有効に防止することができる。
【００１５】
この場合、前記作業部は複数種類を前記アクチュエータ部に交換可能であると共に、各作業部の種類に応じて前記駆動側係合部の原点角度が異なるように構成され、前記従動側係合部が、各作業部の前記駆動側係合部の原点角度にそれぞれ対応した角度に設定された場合にのみ、各作業部の前記駆動側係合部と前記従動側係合部とは係合可能であると、例えば、手技中に作業部の種類を交換する場合において、操作者は、従動側係合部と駆動側係合部とのマッチング関係をほとんど意識することなく、装着作業を行うことができる。
【００１６】
また、前記駆動側係合部及び前記従動側係合部は、一方に凹部が形成され、他方に前記凹部に係合可能な凸部が形成されていると、アクチュエータの駆動力を機構部側に簡便に伝達でき、しかも駆動側係合部と従動側係合部とを簡便に係合可能に構成することができる。
【００１７】
なお、前記駆動側係合部及び前記従動側係合部は、十字型であると、一層簡便に駆動側係合部と従動側係合部とを係合することができる。
【００１８】
また、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、前記アクチュエータ部に設けられ、前記アクチュエータに連動して回転駆動される駆動側係合部と、前記作業部に設けられ、前記駆動側係合部に係合して従動的に回転駆動される従動側係合部を備えることで、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を動作させる機構部と、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認識部とを有し、前記作業部は複数種類を前記アクチュエータ部に交換可能であると共に、各作業部の種類に応じて前記駆動側係合部の原点角度が異なるように構成され、前記アクチュエータ部に前記作業部が装着される際、前記制御部は、前記ＩＤ認識部で認識した前記作業部の種類に応じた前記従動側係合部に係合可能な状態に、前記駆動側係合部を回転させることを特徴とする。
【００１９】
このような構成によれば、作業部の個体信号をＩＤ認識部により認識し、これに応じた設定に駆動側係合部を簡便に変更することができる。このため、例えば、作業部の種類を交換する場合であっても、駆動側係合部の設定を、交換される作業部の従動側係合部の原点設定に簡便に対応させることができる。従って、作業部とアクチュエータ部とを簡便に装着可能でありながら、装着時の作業部の個体情報を誤って認識し、これに対応してアクチュエータ部を駆動制御することを有効に防止することができる。
【００２０】
この場合、前記駆動側係合部及び前記従動側係合部は、一方に凹部が形成され、他方に凸部が形成され、前記従動側係合部の前記凹部又は前記凸部の原点角度は、各作業部の種類毎に異なるように設定され、前記制御部は、前記ＩＤ認識部で認識した前記作業部の種類に応じた前記従動側係合部に対応する角度に、前記駆動側係合部の凸部又は凹部の角度を変更するように構成すると、アクチュエータの駆動力を機構部側に簡便に伝達でき、しかも駆動側係合部と従動側係合部とを簡便に係合可能に構成することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、先端動作部を備える作業部とアクチュエータ部とを装着する際に、該作業部の個体情報を誤って認識し、これに対応してアクチュエータ部を駆動制御することを有効に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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って、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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、例えば操作部１４ａ〜１４ｄが用意され、作業部１６はバリエーションとして、例えば作業部１６ａ〜１６ｄが用意されている。
【００２８】
コントローラ５１４には、操作部１４（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１６（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。
【００２９】
例えば、図１及び図５に示すように、作業部１６ａ（１６）は先端動作部１２がグリッパ５９となっている。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である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（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（アクチュエータ）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を原点（原点角度、初期位相）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。なお、図５は、グリッパ５９を備える先端動作部１２は、プーリ５０ａ〜５０ｃが原点角度にある場合の状態を示している。
【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や図７等では、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アクチュエータであるモータ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、図６、図１０Ａ及び図１０Ｂ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、十字の一本が短く形成された短尺部４９を有した十字状突起からなる係合凸部（従動側係合部）５１ａ、５１ｂ及び５１ｃが設けられている。一方、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、係合凸部５１ａ、５１ｂ及び５１ｃと同様に十字の一本が短く形成された短尺部４７を有した十字状溝からなる係合凹部（駆動側係合部）４１ａ、４１ｂ及び４１ｃが設けられている。
【００５６】
係合凸部５１ａ〜５１ｃと係合凹部４１ａ〜４１ｃとは互いに係合可能であり、これにより、アクチュエータブロック３０に接続部１５が装着された状態で、モータ４０ａ〜４０ｃの回転駆動力がプーリ５０ａ〜５０ｃに対して確実に伝達される。もちろん、接続部１５側に係合凹部を設け、アクチュエータブロック３０側に係合凸部を設けるようにしてもよい。
【００５７】
図１０Ａに示すように、接続部１５の係合凸部５１ａ〜５１ｃは、プーリ５０ａ〜５０ｃと共に中心軸ＣＬ１１を中心として回転可能であり、同様に図１０Ｂに示すように、アクチュエータブロック３０の係合凹部４１ａ〜４１ｃは、モータ４０ａ〜４０ｃと共に中心軸ＣＬ１２を中心として回転可能である。この場合、係合凸部５１ａ〜５１ｃ及び係合凹部４１ａ〜４１ｃは、それぞれ十字の一本が短い短尺部４９を持ち、中心軸ＣＬ１１、ＣＬ１２に対して非対称な形状であり、換言すれば、これら係合凸部５１ａ〜５１ｃ及び係合凹部４１ａ〜４１ｃはそれぞれ３個１組とした場合に、その中心（係合凸部５１ｂ及び係合凹部４１ｂの中心軸ＣＬ１１、ＣＬ１２）に対して非対称な形状である。このため、係合凸部５１ａ〜５１ｃ及び係合凹部４１ａ〜４１ｃは、図１０Ａ及び図１０Ｂに示す原点に設定された場合にのみ互いに係合可能であり、それ以外の角度（位置）では構造的に係合不能である。
【００５８】
図４及び図６に示すように、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２１２ａ、２１２ｂ及び２１２ｃとが設けられる。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
また、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（機構部）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。
【００６３】
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。
【００６４】
図６〜図８に示すように、接続部１５は、プーリ５０ａ〜５０ｃを収納するプーリ収納体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。
【００６５】
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。
【００６６】
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を有すると共に、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。
【００６７】
図６、図７及び図１１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２１１ａ〜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。
【００６８】
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。これにより、各プーリ５０ａ〜５０ｃが原点にあるときに、板形状部３０８ａ〜３０８ｃをスリット３１６ａ〜３１６ｃに対して挿脱可能である。
【００６９】
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。
【００７０】
図６〜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。
【００７１】
従って、図８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１１及び図１２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。
【００７２】
この際、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（図１１中の距離Ｈ１１）に合わせて調整し、ロッキングプレート３０４がコイルスプリング３０６の付勢により安定してプーリ収納体３００（ベースプレート３０２）に当接でき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。
【００７３】
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（図１２中の距離Ｈ１２）。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
このように操作部１４及びコントローラ５１４では、カメラ１０６を用いて作業部１６の個体情報を認識することにより、マニピュレータ１０を構成するモータ４０ａ〜４０ｃ等を当該作業部１６の種類（例えば、図２の作業部１６ａ〜１６ｄ）や操作部１４の種類（例えば、図２の操作部１４ａ〜１４ｄ）に対応するように適切に且つ正確に駆動制御することができる。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
そこで、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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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から個体信号を取得する。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共に省電力化を図ることができる。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【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において、操作部１４と作業部１６とを装着する動作及びその作用について説明する。
【００９０】
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を装着する際には、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。
【００９１】
すなわち、図８に示すように、先ず、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。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。
【００９２】
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。
【００９３】
なお、図１１及び図１２において、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。
【００９４】
ところで、図１１から諒解されるように、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、接続部１５側の係合片２００がアクチュエータブロック３０側の係合部２１０に係合しておらず、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。
【００９５】
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、レバー２０６の楔部２０６ａが係合片２００を乗り越える必要がある。
【００９６】
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。これにより、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ながら変位して、係合片２００に対して摺動する。この間、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（図９及び図１２参照）、ロッキングプレート３０４の第１端部３１２及び第２端部３１４の下面（絶縁部材３１１）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から距離Ｈ２０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。
【００９７】
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に当接するか又はその直前で、係合片２００がレバー２０６の楔部２０６ａを乗り越え、該レバー２０６は弾性作用によって原位置に復帰し、テーパ形状の下端の楔部２０６ａが係合片２００に係合するため、接続部１５とアクチュエータブロック３０との装着動作が完了することになる。このような装着動作中に、作業部検出手段１０７によって作業部１６が検出される。また、上記のように接続部１５が装着され、レバー２０６が弾性的に原位置に復帰することにより、適度なクリック感及び装着音が発生し、操作者は装着が正常に完了したことを確認できる。
【００９８】
図９及び図１２から諒解されるように、操作部１４と作業部１６の装着が完了した状態では、コイルスプリング３０６の弾性作用により、軸部材３０５を介してプーリ収納体３００が上方（Ｙ１側）に引き上げられるように付勢され、係合片２００と楔部２０６ａとは互いに噛み合う方向に弾性支持される。これにより、係合片２００と係合部２１０との間の係合状態を一層確実に保持することができると共に、作業部１６を操作部１４に対して一層安定して保持することができる。
【００９９】
さらに、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、上記の操作部１４と作業部１６の装着動作に際し、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）。
【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に当接した時点でカメラ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】
このため、作業部１６と操作部１４との装着作業の開始から完了まで及び装着完了後、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。
【０１０２】
そこで、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ができる。
【０１０３】
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するような構成では、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。
【０１０４】
次に、一連の手技が終了し、又は作業部１６を別の種類に交換する場合等において、操作部１４と作業部１６とを取り外す動作について説明する。
【０１０５】
この場合には、係合片２００と係合部２１０との係合状態を解除する操作に先立ち、先ず、作動スイッチ３５を操作して上記した停止モードとし、コントローラ５１４の作用下に各モータ４０ａ〜４０ｃ及びプーリ５０ａ〜５０ｃを原点に自動的に復帰させておく。
【０１０６】
図１２に示すように、操作部１４と作業部１６とが装着された状態では、プーリ５０ａ〜５０ｃの上端の板形状部３０８ａ〜３０８ｃがロッキングプレート３０４のスリット３１６ａ〜３１６ｃから離脱した状態にある。このため、板形状部３０８ａ〜３０８ｃを原点に復帰しておかないと、取り外し時にプーリ収納体３００がコイルスプリング３０６の付勢力によってロッキングプレート３０４に当接する際、スリット３１６ａ〜３１６ｃに板形状部３０８ａ〜３０８ｃを正確に挿入させることができないからである。
【０１０７】
次いで、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の下方の操作面２０４を内側に押して、各レバー２０６を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、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、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。
【０１０８】
この際、アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃが、第１端部３１２及び第２端部３１４から離間すると、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が原点に保持されるため（図５参照）、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。
【０１０９】
つまり、再び操作部１４と作業部１６とを装着する際には、操作部１４のモータ４０ａ〜４０ｃはそれぞれ原点となっている。また、接続部１５でも、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。
【０１１０】
すなわち、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、操作部１４と作業部１６との装着時、マニピュレータ１０では、係合凸部５１ａ〜５１ｃと係合凹部４１ａ〜４１ｃとが全て所定の原点角度に保持されているため、これら係合凸部５１ａ〜５１ｃと係合凹部４１ａ〜４１ｃとを確実に係合させ、モータ４０ａ〜４０ｃの上端部をプーリ５０ａ〜５０ｃの下端部に適切に接続することができる。
【０１１１】
ところで、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。そして、コントローラ５１４では、バーコード１０４をカメラ１０６で撮像することによって認識された作業部１６の個体情報（種類）に対応するように適切且つ正確に駆動制御することができる。
【０１１２】
マニピュレータ１０を正確に駆動制御するためには、装着された作業部１６の種類をコントローラ５１４で正確に認識することが必要であり、例えば、先端動作部１２がはさみの作業部１６ｂに対して、先端動作部１２が電気メスの作業部１６ｃ用のバーコード１０４が貼り付けられている場合のようなバーコード１０４の貼り違えや、バーコード１０４に傷や汚れ等を生じた場合のカメラ１０６による誤認識等を生じた場合には、先端動作部１２を適切に動作させることが困難となる。
【０１１３】
そこで、本実施形態に係るマニピュレータ１０では、係合凸部５１ａ〜５１ｃと係合凹部４１ａ〜４１ｃとの係合関係を利用することで、バーコード１０４の撮像によって認識した作業部１６の種類と、実際に操作部１４に装着される作業部１６の種類とを一致させることを可能とし、これにより、先端動作部１２を一層正確に動作させることを可能としている。
【０１１４】
すなわち、図１４Ａ〜図１４Ｄに示すように、マニピュレータ１０では、各作業部１６ａ〜１６ｄについて、係合凸部５１ａ〜５１ｃの原点角度をそれぞれ異なるように設定している。
【０１１５】
例えば、図１４Ａ（図１０Ａ）に示すように、先端動作部１２がグリッパ５９の作業部１６ａ（１６）は、各係合凸部５１ａ〜５１ｃの短尺部４９が全てＺ２側に設定されている。図１４Ｂに示すように、先端動作部１２がはさみの作業部１６ｂは、係合凸部５１ａ〜５１ｃの短尺部４９がそれぞれＸ２側、Ｚ１側、Ｘ１側に設定されている。図１４Ｃに示すように、先端動作部１２が電気メスの作業部１６ｃは、係合凸部５１ａ〜５１ｃの短尺部４９がそれぞれＺ１側、Ｘ１側、Ｚ１側に設定されている。図１４Ｄに示すように、先端動作部１２がフック型電気メスの作業部１６ｄは、係合凸部５１ａ〜５１ｃの短尺部４９がそれぞれＸ１側、Ｘ２側、Ｘ２側に設定されている。もちろん、各作業部１６ａ〜１６ｄに係る各係合凸部５１ａ〜５１ｄの原点角度は一例であり、図１４Ａ〜図１４Ｄに示す設定に限られない。例えば、３つの係合凸部５１ａ〜５１ｃのそれぞれに４通りの原点角度が設定可能であるため、係合凸部５１ａ〜５１ｃの全体では、４の３乗通り（６４通り）の組み合わせに設定できる。
【０１１６】
図１５Ａ〜図１５Ｃを参照して、例えば、先端動作部１２がグリッパ５９の作業部１６ａ（１６）を、先端動作部１２が電気メスの作業部１６ｃ（図１５Ａ参照）に交換する場合について説明する。
【０１１７】
図１５Ｂに示すように、交換（装着）開始時のアクチュエータブロック３０の係合凹部４１ａ〜４１ｃの角度は、図１４Ａに示す作業部１６ａの係合凸部５１ａ〜５１ｃに対応した角度のままであり、各係合凹部４１ａ〜４１ｃの短尺部４７が全てＺ２側に設定されている。このため、図１５Ａに示す作業部１６ｃを、図１５Ｂに示す状態の操作部１４に取り付けようとしても、係合凸部５１ａ〜５１ｃと係合凹部４１ａ〜４１ｃとが構造的に係合できず、図９や図１２に示すようにプーリ収納体３００を押し下げて係合片２００と係合部２１０とを係合させて操作部１４と作業部１６ｃとを装着することはできなくなっている。
【０１１８】
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を装着している途中でバーコード１０４をカメラ１０６により撮像する。これにより、装着途中で作業部１６の種類（例えば、作業部１６ｃであること）を判断し、この判断結果に伴ってコントローラ５１４の制御下にモータ４０ａ〜４０ｃを駆動制御することができ、係合凹部４１ａ〜４１ｃの設定（回転角度）を装着される作業部１６の種類に対応する原点へと変化させることができる。
【０１１９】
すなわち、図１５Ａに示される作業部１６ｃの種類を認識した後、係合凹部４１ａ〜４１ｃの回転角度を、図１５Ｂに示す状態から図１５Ｃに示す状態へと迅速に変更（調整）する。これにより、図１５Ａに示される作業部１６ｃの係合凸部５１ａ〜５１ｃの原点に、操作部１４の係合凹部４１ａ〜４１ｃの角度を対応させることができるため（図１５Ｃ参照）、作業部１６ｃと操作部１４とを簡便に装着することができる。
【０１２０】
この際、マニピュレータ１０では、アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃの先端がロッキングプレート３０４に当接した時点でカメラ１０６によりバーコード１０４の撮像を正確に行うことができるため、装着動作の完了前に一層簡便に操作部１４の係合凹部４１ａ〜４１ｃの回転角度を変更することができる。従って、操作者は、作業部１６の係合凸部５１ａ〜５１ｃと操作部１４の係合凹部４１ａ〜４１ｃのマッチング関係を意識せず、例えば目視等による判断をせずに簡便に装着作業を行うことができる。
【０１２１】
なお、装着作業途中でカメラ１０６によるバーコード１０４の撮像を行わない場合には、操作者は、装着しようとする作業部１６の種類を予めコントローラ５１４に入力し、係合凹部４１ａ〜４１ｃの設定を事前に変更しておけば、作業部１６と操作部１４とを簡便に装着することができる。
【０１２２】
ところで、仮に、全種類の作業部１６の係合凸部５１ａ〜５１ｃの原点角度が同一に設定されている場合には、作業部１６の種類に関わらず操作部１４に装着可能である。従って、例えば、作業部１６に誤った種類のバーコード１０４が貼り付けられている場合や、当該バーコード１０４に傷や汚れが生じていて他の種類のバーコード１０４として認識される状態にある場合には、装着後、コントローラ５１４では作業部１６の種類を誤認識したまま先端動作部１２の駆動制御を行うことになり、正確な操作が困難になる可能性がある。
【０１２３】
そこで、図１６Ａ〜図１６Ｃを参照して、例えば、先端動作部１２がグリッパ５９の作業部１６ａ（１６）を、先端動作部１２が電気メスの作業部１６ｃ（図１６Ａ参照）に交換する場合において、該作業部１６ｃに設けられたバーコード１０４の種類（表示）が作業部１６ｂ（図１４Ｂ参照）を示すものとされている場合について説明する。
【０１２４】
この場合にも、図１６Ｂに示すように、装着開始時の操作部１４側の係合凹部４１ａ〜４１ｃの角度は、作業部１６ａの係合凸部５１ａ〜５１ｃ（図１４Ａ参照）に対応した角度とされており、各係合凹部４１ａ〜４１ｃの短尺部４７が全てＺ２側に設定されている。
【０１２５】
そこで、マニピュレータ１０では、交換（装着）動作中に、作業部１６の種類（例えば、作業部１６ｃであること）を判断し、この判断結果に伴ってモータ４０ａ〜４０ｃを駆動制御し、係合凹部４１ａ〜４１ｃの設定（回転角度）を当該装着される作業部１６の種類に対応する原点へと変化させることになるが、ここでは、バーコード１０４は実際の作業部１６ｃを示すものではなく、異なる作業部１６ｂを示すものとなっている。
【０１２６】
すなわち、図１６Ａに示される作業部１６ｃに対し、コントローラ５１４は誤ったバーコード１０４の個体情報に基づき、係合凹部４１ａ〜４１ｃの角度を図１６Ｂに示す状態から図１６Ｃに示す作業部１６ｂに対応する原点へと誤って変更する。このため、図１６Ａに示す作業部１６ｃと、図１６Ｃに示す操作部１４とは、互いの係合凸部５１ａ〜５１ｃと係合凹部４１ａ〜４１ｃとが不一致となっていることから係合不能となっている。これにより、操作者は、バーコード１０４の誤設置を認識することができるため、装着後、コントローラ５１４による作業部１６の誤った駆動制御を防止することができる。
【０１２７】
図１７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１７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、アクチュエータブロック３０の係合凹部４１ａ〜４１ｃの原点設定動作を示し、Ｃ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、Ｄ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、Ｅ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。
【０１２８】
図１７に示すように、装着動作の開始時刻ｔ０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に当接した時刻ｔ１（図１１参照）の間は、Ｄ線及びＥ線は同様に下降される。その後、時刻ｔ１以降は、Ｄ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）、Ｅ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刻ｔ７において距離Ｈ１４となる（図１２参照）。
【０１２９】
この間、時刻ｔ１の後の時刻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、時刻ｔ３から時刻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、時刻ｔ１以降、Ｄ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及び図１２参照）、装着完了時刻ｔ７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、時刻ｔ１〜ｔ７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。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、時刻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。
【０１３０】
また、時刻ｔ４でバーコード１０４の認識が完了されると、その後の時刻ｔ５から時刻ｔ６の間に、認識された作業部１６の種類に対応する原点角度へとアクチュエータブロック３０の係合凹部４１ａ〜４１ｃを設定し直す。これにより、作業部１６の種類によって係合凸部５１ａ〜５１ｃが異なる原点に設定されていても、それに対応するように操作部１４側の係合凹部４１ａ〜４１ｃを設定変更し、装着動作を簡便に行うことができる。
【０１３１】
図１２に示すように、マニピュレータ１０では、一連の装着動作が完了した状態では、３本のアライメントピン２１２ａ〜２１２ｃの上端部が、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から距離Ｈ２０の位置に保持したままプーリ収納体３００が相対的に押し下げられている。
【０１３２】
すなわち、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へと拡大されるため、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。
【０１３３】
そして、作業部１６の装着後、コントローラ５１４では、作業部１６の種類を確実に認識しており、しかも当該作業部１６の種類に対応した原点角度にモータ４０ａ〜４０ｃ及びプーリ５０ａ〜５０ｃが設定されていることから、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。
【０１３４】
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、各作業部１６の種類によって係合凸部５１ａ〜５１ｃの原点角度の設定を変えると共に、作業部１６の接続部１５と操作部１４のアクチュエータブロック３０とを装着する際には、カメラ１０６で撮像し認識した作業部１６の種類に対応した原点角度へと係合凹部４１ａ〜４１ｃを設定する。
【０１３５】
従って、仮に、作業部１６に設けられたバーコード１０４に貼付や表示の間違いがあった場合には、接続部１５側の係合凸部５１ａ〜５１ｃとアクチュエータブロック３０側の係合凹部４１ａ〜４１ｃとが構造的に係合しない。換言すれば、係合凸部５１ａ〜５１ｃと係合凹部４１ａ〜４１ｃとが、それぞれ所定の係合角度（原点）に設定された場合にのみ、これら係合凸部５１ａ〜５１ｃと係合凹部４１ａ〜４１ｃとを係合させ、作業部１６と操作部１４とを接続することができる。このため、操作者は、バーコード１０４の誤設置を認識することができるため、装着後、コントローラ５１４による作業部１６の誤った駆動制御を防止することができ、作業部１６の個体情報の誤認識を防止することが可能となる。
【０１３６】
しかも、マニピュレータ１０では、アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃの先端がロッキングプレート３０４に当接した時点でカメラ１０６によりバーコード１０４の撮像を正確に行うことができる。このため、装着動作の完了前に一層簡便に操作部１４の係合凹部４１ａ〜４１ｃの角度を変更することができる。このため、操作者は、作業部１６の係合凸部５１ａ〜５１ｃと操作部１４の係合凹部４１ａ〜４１ｃのマッチング関係をほとんど意識することなく、装着作業を行うことができる。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
また、係合凸部５１ａ〜５１ｃとこれに対応する係合凹部４１ａ〜４１ｃの形状は、上記した短尺部４９を有する十字形状以外にも種々変更可能である。
【０１４０】
例えば、図１８Ａに示すように、作業部１６の係合凸部５１ａ〜５１ｃは、例えば、１つだけ短尺部４９を有する係合凸部５１ａとし、残りの２つには短尺部４９を設けない十字形状の係合凸部１００ｂ、１００ｃとした接続部１５ａとすることもでき、当然、２つに短尺部４９を設けるような構成としてもよく、つまり３個の係合凸部の形状は必ずしも同一である必要はない。
【０１４１】
図１８Ｂに示すように、それぞれ短尺部４９を２つずつ設けた係合凸部１０２ａ〜１０２ｃを備える接続部１５ｂとすることもできる。
【０１４２】
図１８Ｃに示すように、十字形状ではなく、例えば、三角形状からなる係合凸部１０４ａ〜１０４ｃを有する接続部１５ｃとすることもできる。
【０１４３】
上記実施形態は、例えば図１９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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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１９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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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み合わせでよい。
【０１４９】
このような医療用ロボットシステム４００においても、上記した係合凸部５１ａ〜５１ｃ及び係合凹部４１ａ〜４１ｃ等による係合構造を設けることにより、コンソール４０４側での作業部１６の誤認識を有効に防止することができる。
【０１５０】
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】
【０１５１】
【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み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】図１０Ａは、接続部の係合凸部の模式説明図であり、図１０Ｂは、アクチュエータブロックの係合凹部の模式説明図である。
【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】図１４Ａは、先端動作部がグリッパの接続部の係合凸部の模式説明図であり、図１４Ｂは、先端動作部がはさみの接続部の係合凸部の模式説明図であり、図１４Ｃは、先端動作部が電気メスの接続部の係合凸部の模式説明図であり、図１４Ｄは、先端動作部がフック型電気メスの接続部の係合凸部の模式説明図である。
【図１５】図１５Ａは、交換対象に係る作業部の係合凸部の模式説明図であり、図１５Ｂは、交換前の作業部に対応した状態のアクチュエータブロックの係合凹部の模式説明図であり、図１５Ｃは、作業部の交換に対応して係合凹部の角度を変更した状態を示す模式説明図である。
【図１６】図１６Ａは、交換対象に係る作業部の係合凸部の模式説明図であり、図１６Ｂは、交換前の作業部に対応した状態のアクチュエータブロックの係合凹部の模式説明図であり、図１６Ｃは、交換対象に係る作業部の個体情報を誤認識した場合に角度変更された係合凹部を示す模式説明図である。
【図１７】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１８】図１８Ａは、接続部の係合凸部の第１変形例を示す模式説明図であり、図１８Ｂは、接続部の係合凸部の第２変形例を示す模式説明図であり、図１８Ｃは、接続部の係合凸部の第３変形例を示す模式説明図である。
【図１９】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】
【０１５２】
１０、４０８…マニピュレータ １２…先端動作部
１４、１４ａ〜１４ｄ…操作部 １５、１５ａ〜１５ｃ…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）
４０ａ〜４０ｃ…モータ（アクチュエータ）
４１ａ〜４１ｃ…係合凹部（駆動側係合部） ４７、４９…短尺部
５１ａ〜５１ｄ、１００ｂ、１００ｃ、１０２ａ〜１０２ｃ、１０４ａ〜１０４ｃ…係合凸部（従動側係合部）
５０ａ〜５０ｃ、５７ａ〜５７ｃ…プーリ 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） ３００…プーリ収納体（機構部）
３０４…ロッキングプレート ３０６…コイルスプリング
４００…医療用ロボットシステム ５１４…コントローラ（制御部）
【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、
前記アクチュエータ部に設けられ、前記アクチュエータに連動して回転駆動される駆動側係合部と、
前記作業部に設けられ、前記駆動側係合部に係合して従動的に回転駆動される従動側係合部を備えることで、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を動作させる機構部と、
を有し、
前記駆動側係合部と前記従動側係合部とがそれぞれ所定の係合角度に設定されている場合にのみ、該駆動側係合部と該従動側係合部とは互いに係合可能であ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、
前記作業部は複数種類を前記アクチュエータ部に交換可能であると共に、各作業部の種類に応じて前記駆動側係合部の原点角度が異なるように構成され、
前記従動側係合部が、各作業部の前記駆動側係合部の原点角度にそれぞれ対応した角度に設定された場合にのみ、各作業部の前記駆動側係合部と前記従動側係合部とは係合可能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、
前記駆動側係合部及び前記従動側係合部は、一方に凹部が形成され、他方に前記凹部に係合可能な凸部が形成されていることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
前記駆動側係合部及び前記従動側係合部は、十字型であることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項５】
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、
前記アクチュエータ部に設けられ、前記アクチュエータに連動して回転駆動される駆動側係合部と、
前記作業部に設けられ、前記駆動側係合部に係合して従動的に回転駆動される従動側係合部を備えることで、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を動作させる機構部と、
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、
を有し、
前記作業部は複数種類を前記アクチュエータ部に交換可能であると共に、各作業部の種類に応じて前記駆動側係合部の原点角度が異なるように構成され、
前記アクチュエータ部に前記作業部が装着される際、前記制御部は、前記ＩＤ認識部で認識した前記作業部の種類に応じた前記従動側係合部に係合可能な状態に、前記駆動側係合部を回転させることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項６】
請求項５記載のマニピュレータにおいて、
前記駆動側係合部及び前記従動側係合部は、一方に凹部が形成され、他方に凸部が形成され、
前記従動側係合部の前記凹部又は前記凸部の原点角度は、各作業部の種類毎に異なるように設定され、
前記制御部は、前記ＩＤ認識部で認識した前記作業部の種類に応じた前記従動側係合部に対応する角度に、前記駆動側係合部の凸部又は凹部の角度を変更することを特徴とするマニピュレータ。
【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、
前記アクチュエータ部に設けられ、前記アクチュエータに連動して回転駆動される駆動側係合部と、
前記作業部に設けられ、前記駆動側係合部に係合して従動的に回転駆動される従動側係合部を備えることで、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を動作させる機構部と、
を有し、
前記駆動側係合部と前記従動側係合部とがそれぞれ所定の係合角度に設定されている場合にのみ、該駆動側係合部と該従動側係合部とは互いに係合可能であ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、
前記作業部は複数種類を前記アクチュエータ部に交換可能であると共に、各作業部の種類に応じて前記駆動側係合部の原点角度が異なるように構成され、
前記従動側係合部が、各作業部の前記駆動側係合部の原点角度にそれぞれ対応した角度に設定された場合にのみ、各作業部の前記駆動側係合部と前記従動側係合部とは係合可能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、
前記駆動側係合部及び前記従動側係合部は、一方に凹部が形成され、他方に前記凹部に係合可能な凸部が形成されていることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
前記駆動側係合部及び前記従動側係合部は、十字型であることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項５】
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、
前記アクチュエータ部に設けられ、前記アクチュエータに連動して回転駆動される駆動側係合部と、
前記作業部に設けられ、前記駆動側係合部に係合して従動的に回転駆動される従動側係合部を備えることで、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を動作させる機構部と、
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、
を有し、
前記作業部は複数種類を前記アクチュエータ部に交換可能であると共に、各作業部の種類に応じて前記駆動側係合部の原点角度が異なるように構成され、
前記アクチュエータ部に前記作業部が装着される際、前記制御部は、前記ＩＤ認識部で認識した前記作業部の種類に応じた前記従動側係合部に係合可能な状態に、前記駆動側係合部を回転させることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項６】
請求項５記載のマニピュレータにおいて、
前記駆動側係合部及び前記従動側係合部は、一方に凹部が形成され、他方に凸部が形成され、
前記従動側係合部の前記凹部又は前記凸部の原点角度は、各作業部の種類毎に異なるように設定され、
前記制御部は、前記ＩＤ認識部で認識した前記作業部の種類に応じた前記従動側係合部に対応する角度に、前記駆動側係合部の凸部又は凹部の角度を変更することを特徴とするマニピュレータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００９−２２６０２９（Ｐ２００９−２２６０２９Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７５７１４（Ｐ２００８−７５７１４）
【出願日】平成２０年３月２４日（２００８．３．２４）
【出願人】（０００１０９５４３）テルモ株式会社 (2,232)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２４日（２００８．３．２４）
【出願人】（０００１０９５４３）テルモ株式会社 (2,232)
【Ｆターム（参考）】
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