マニピュレータ
【課題】開閉するエンドエフェクタを機械的に駆動操作する操作部における操作性を向上させる。
【解決手段】マニピュレータ１０は、グリッパ軸入力部１０４を含む操作部１４ｂと、エンドエフェクタ１３００の向きを変える１以上の姿勢軸を含む先端動作部１２と、操作部１４ｂと先端動作部１２を連結する連結シャフト１８と、姿勢軸を駆動するモータ６０、６２と、グリッパ軸入力部１０４の人手による操作を機械的に伝達して、エンドエフェクタ１３００を駆動するエンドエフェクタ駆動機構１３２０ａとを有する。グリッパ軸入力部１０４は、開閉軸１０６を基準にして開閉する第１指掛部１０８及び第２指掛部１１０を備える。第１指掛部１０８は固定され、第２指掛部１１０が第１指掛部１０８に対して相対的に開閉動作し、第１指掛部１０８と第２指掛部１１０が閉じることによってエンドエフェクタ１３００が閉じる。
【解決手段】マニピュレータ１０は、グリッパ軸入力部１０４を含む操作部１４ｂと、エンドエフェクタ１３００の向きを変える１以上の姿勢軸を含む先端動作部１２と、操作部１４ｂと先端動作部１２を連結する連結シャフト１８と、姿勢軸を駆動するモータ６０、６２と、グリッパ軸入力部１０４の人手による操作を機械的に伝達して、エンドエフェクタ１３００を駆動するエンドエフェクタ駆動機構１３２０ａとを有する。グリッパ軸入力部１０４は、開閉軸１０６を基準にして開閉する第１指掛部１０８及び第２指掛部１１０を備える。第１指掛部１０８は固定され、第２指掛部１１０が第１指掛部１０８に対して相対的に開閉動作し、第１指掛部１０８と第２指掛部１１０が閉じることによってエンドエフェクタ１３００が閉じる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンドエフェクタを含む先端動作部を有するマニピュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
腹腔鏡下手術においては、患者の腹部等に小さな孔をいくつかあけて内視鏡、マニピュレータ（又は鉗子）等を挿入し、術者が内視鏡の映像をモニタで見ながら手術を行っている。このような腹腔鏡下手術は、開腹を必要としないため患者への負担が少なく、術後の回復や退院までの日数が大幅に低減されることから、適用分野の拡大が期待されている。
【０００３】
一方、腹腔鏡下手術で用いるマニピュレータには、患部の位置及び大きさに応じて迅速且つ適切な手技が可能であることが望まれており、しかも患部切除、縫合及び結紮等の様々な手技が行われる。このため、本出願人は、操作の自由度が高くしかも簡便に操作することのできるマニピュレータの提案をしている（例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３参照）。
【０００４】
これらのマニピュレータは、基本的な構成としては、腹腔内に挿入されて手技を行う先端動作部と、操作者（一般には医師）が把持及び操作を行う操作部と、先端動作部と操作部とを接続するシャフトとを有している。操作部には、操作者が把持するグリップハンドルと、先端動作部を駆動するための複数のモータと、先端動作部のグリッパの開閉動作を指示するトリガレバーと、その他の所定の部材が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１０２２４８号公報
【特許文献２】特開２００８−１０４８５４号公報
【特許文献３】特開２００８−２５３４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
軟性鏡下・腹腔鏡下手術に用いられている従来の一般的な鉗子では、先端動作部に加わる外力や把持する把持力等は、直接的ではないが、鉗子本体を介して手元に反作用として伝わることから、操作者はこれらの力をある程度は感じ取ることができ、適度によい操作性が得られる。しかしながら、従来の鉗子は自由度が少なく（例えば１自由度である。）、組織を把持する方向や切断する方向、縫合針の刺入方向が限られていて不便であるとともに、操作に熟練性が要求される。
【０００７】
より高い自由度を得るためには、例えば、マスタ・スレーブ方式の遠隔操作型手術ロボットを適用することが考えられる。該ロボットは、高い自由度を有するとともに、患部に対して任意の方向からのアプローチが可能で、操作性に優れるという利点があるものの、先端動作部に加わる外力や把持力等はマスタ側には伝わらない。
【０００８】
マスタ・スレーブ方式のロボットにおいて、マスタ側で力感覚を得るためには、高感度な力覚センサシステムや高速なサンプリングタイムを有する計算機システムによる高度なバイラテラル制御が必須となり、高価で複雑なシステムとなる。また、バイラテラル制御は実用に値する十分な性能が得られていないのが現状である。
【０００９】
それに対して、本出願人は、特願２００７−２８３３２３号において、高い自由度が得られ、操作者が先端動作部に加わる外力等をより確実に感知することができるようなマニピュレータを提案している。このマニピュレータでは、進退動作する部材に受動ワイヤを設け、複数のプーリを介して先端のグリッパを開閉できるようにしている。これにより、グリッパとトリガが機械的に接続され、グリッパの開閉力がトリガに伝えられるとともに、グリッパの把持力を高めることができる。
【００１０】
一方、グリッパに対して効率的に力を加えるため、その力を適度に調整するため、さらに、グリッパからトリガに伝えられた力をさらに操作者に適切に伝達するためにはグリッパに相当する箇所の構成が重要となってくる。
【００１１】
本発明はこれに関連してなされたものであり、人手による操作力が機械的に伝達されて開閉するエンドエフェクタをより好適に操作することのできるマニピュレータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るマニピュレータは、人手によって操作する入力部を含む操作部と、開閉するエンドエフェクタ軸、及び該エンドエフェクタ軸の向きを変える１以上の姿勢軸を含む先端動作部と、前記操作部と前記先端動作部を連結する連結シャフトと、前記姿勢軸を駆動する姿勢軸アクチュエータと、前記入力部の人手による操作を機械的に伝達して、前記エンドエフェクタ軸を駆動する操作伝達部とを有し、前記入力部は、開閉軸を基準にして開閉する第１指掛部及び第２指掛部を備え、前記第１指掛部は固定され、前記第２指掛部が前記第１指掛部に対して相対的に開閉動作し、前記第１指掛部と前記第２指掛部が閉じることによって前記エンドエフェクタ軸が閉じることを特徴とする。
【００１３】
このように、固定された第１指掛部に対して第２指掛部が接近して、閉じる操作をすることによって、力をかけやすくなり操作性が向上する。また、第１指掛部と第２指掛部が閉じることによってエンドエフェクタも閉じることから、直感的な操作が可能となる。
【００１４】
前記第１指掛部及び前記第２指掛部には、それぞれ指挿入輪が設けられていてもよい。これにより、はさみの柄と似た構成となり、慣れがあり、扱いやすい。また、エンドエフェクタに加わる力を感じやすい。閉じ方向だけでなく、開く方向にも操作しやすい。
【００１５】
前記第１指掛部における前記指挿入輪は、前記第２指掛部における前記指挿入輪よりも広く、前記第１指掛部の延在方向に長くしてもよい。
【００１６】
前記第２指掛部で、前記第１指掛部に対向する側と逆の側は、前記開閉軸を中心として略径方向に延在する直線形状であってもよい。これにより、親指の根元側腹部で力を加えやすく、また、エンドエフェクタに加わる力を感じやすい。
【００１７】
前記先端動作部は、前記連結シャフトの基端側から先端側に延在する軸線と非平行に回動可能なピボット軸を有し、前記連結シャフトの軸に対して直交する軸を基準として回転し、前記ピボット軸に対して動作指令を与える操作つまみを有してもよい。
【００１８】
前記開閉軸は、前記連結シャフトの軸線上又はその近傍に設けられ、前記第１指掛部は、前記連結シャフトの軸線を基準として側方に延在し、前記第２指掛部は、前記第１指掛部よりも基端側斜め側方に延在していてもよい。これにより、手がシャフトの軸線と略直角な向きとなり、操作性が向上する。
【００１９】
前記第２指掛部は、弾性体によって設定される非操作時の初期姿勢から、前記第１指掛部の方向へ接近して閉じられるようにしてもよい。
【００２０】
前記開閉軸は、前記連結シャフトの軸線上又はその近傍に設けられ、前記第１指掛部は、前記連結シャフトの軸線方向に沿って基端側に延在し、前記第２指掛部は、基端側斜め側方に延在し、弾性体によって設定される非操作時の初期姿勢から、前記連結シャフトの軸線方向に接近して前記第１指掛部の方向へ閉じられてもよい。これにより、しっかりと握ることができて力を加えやすい。非操作時には、弾性体によって初期姿勢に戻すことができる。
【００２１】
前記姿勢軸アクチュエータは、前記エンドエフェクタ軸を回転させるロール軸アクチュエータと、前記ロール軸アクチュエータを動作させるためのロール回転指令入力手段とを有し、前記ロール回転指令入力手段は、前記連結シャフトの軸と略同軸の軸を基準として回転することにより指令信号を発するものであってもよい。
【００２２】
前記姿勢軸アクチュエータは、前記エンドエフェクタ軸を傾動させるヨー軸アクチュエータと、前記ヨー軸アクチュエータを動作させるためのヨー軸動作指令入力手段とを有し、前記ヨー軸動作指令入力手段は、前記ロール回転指令入力手段の基端側に設けられていてもよい。
【００２３】
前記ロール回転指令入力手段は、表面に複数の凹凸を有してもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係るマニピュレータによれば、固定された第１指掛部に対して第２指掛部が接近して、閉じる操作をすることによって、力をかけやすくなり操作性が向上する。また、第１指掛部と第２指掛部が閉じることによってエンドエフェクタも閉じることから、直感的な操作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】マニピュレータの側面図である。
【図２】マニピュレータの平面図である。
【図３】操作部の斜視図である。
【図４】図４Ａは、ロール軸入力部の正面図であり、図４Ｂは、変形例に係るロール軸入力部の正面図である。
【図５】第１の変形例に係る操作部の側面図である。
【図６】図５と異なる把持方法で把持された第１の変形例に係る操作部の側面図である。
【図７】第２の変形例に係る操作部の側面図である。
【図８】モータがＹ２方向に突出している場合の操作部の側面図である。
【図９】トリガレバーを十分に引いたときの、先端動作部の模式側面図である。
【図１０】トリガレバーを押し出したときの、先端動作部の模式側面図である。
【図１１】先端動作部の模式構造図である。
【図１２】先端動作部の断面側面図である。
【図１３】先端動作部の断面平面図である。
【図１４】先端動作部で、グリッパを閉じた状態の断面側面図である。
【図１５】先端動作部の分解斜視図である。
【図１６】エンドエフェクタ駆動機構の一部を示す模式構造図である。
【図１７】トリガレバーを操作しないときの、エンドエフェクタ駆動機構の模式側面図である。
【図１８】受動ワイヤの端部の接続箇所の模式断面平面図である。
【図１９】受動ワイヤの端部の接続箇所の模式断面側面図である。
【図２０】トリガレバーを押し出したときの、第２エンドエフェクタ駆動機構の一部断面平面図である。
【図２１】トリガレバーを十分に引いたとき、第２エンドエフェクタ駆動機構の一部断面平面図である。
【図２２】トリガレバーを押し出したときの、第２エンドエフェクタ駆動機構の一部断面側面図である。
【図２３】変形例に係る先端動作部の模式構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係るマニピュレータについて実施の形態を挙げ、添付の図１〜図２３を参照しながら説明する。
【００２７】
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、コントローラ１１に接続されている。マニピュレータ１０は、基本的には医療用である。
【００２８】
コントローラ１１は、マニピュレータ１０の電気的な制御をする部分であり、グリップハンドル（第１指掛部）２６の下端部から延在するケーブルに対してコネクタを介して接続されている。コントローラ１１は、マニピュレータ１０を独立的に複数台同時に制御することができる。もちろん、１台のマニピュレータ１０を制御するコントローラを用いてもよい。
【００２９】
マニピュレータ１０は、先端動作部１２に生体の一部又は湾曲針等を把持して所定の処置を行うためのものであり、通常、把持鉗子やニードルドライバ（持針器）等とも呼ばれる。
【００３０】
図１、図２及び図３に示すように、マニピュレータ１０は、人手によって把持及び操作される操作部１４ａと、該操作部１４ａに固定された作業部１６とを有する。作業部１６は、作業を行う先端動作部１２と、該先端動作部１２と操作部１４ａとを連接する長尺で中空の連結シャフト１８とを有する。先端動作部１２及び連結シャフト１８は細径に構成されており、患者の腹部等に設けられた円筒形状のトラカール２０から体腔２２内に挿入可能であり、複合入力部２４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。操作部１４ａと作業部１６とは一体構成であるが、条件に応じて分離可能な構成にしてもよい。
【００３１】
以下の説明では、図１及び図２における幅方向をＸ方向、高さ方向をＹ方向及び、連結シャフト１８の延在方向をＺ方向と規定する。また、先端側から見て右方をＸ１方向、左方をＸ２方向、上方向をＹ１方向、下方向をＹ２方向、前方をＺ１方向、後方をＺ２方向と規定する。さらに、特に断りのない限り、これらの方向の記載はマニピュレータ１０が中立姿勢である場合を基準として表すものとする。これらの方向は説明の便宜上のものであり、マニピュレータ１０は任意の向きで（例えば、上下を反転させて）使用可能であることはもちろんである。
【００３２】
操作部１４ａ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。グリップハンドル２６は、人手によって把持されるのに適した長さであり、上部の傾斜面に複合入力部２４を有する。グリップハンドル２６は、ブリッジ２８の端部から略Ｙ２方向に向かって延在している。このような角度にすることにより、マニピュレータ１０の全体を動かす際の操作性が高まるとともに、複合入力部２４の操作性が高まることが確かめられている。
【００３３】
作業部１６は、アクチュエータブロック３０に接続されているプーリボックス３２と、プーリボックス３２からＺ１方向に延在している連結シャフト１８と、該連結シャフト１８の先端に設けられた先端動作部１２と、プーリボックス３２からＺ２方向に延在する筒部３４と、該筒部３４の基端側に軸支されたトリガレバー（入力部、第２指掛部）３６とを有する。
【００３４】
先端動作部１２は、ロール軸入力部（ロール回転指令入力手段）５４、複合入力部（操作つまみ）２４及びトリガレバー３６の操作に基づいて３軸の動作が可能である。すなわち、基端側から順に、Ｙ軸を基準に傾動するヨー軸動作、先端を指向する軸（中立姿勢時にはＺ軸）を基準に回転するロール軸、及び開閉可能なグリッパ軸である。ヨー軸及びロール軸は、ヨー軸入力部５６及びロール軸入力部５４の左右方向の操作に基づいて、対応する所定のスイッチがオンになることによって電気的に駆動される。このとき、モータ６０及び６２は動作に応じて協働し、ロール軸アクチュエータ及び（又は）ヨー軸アクチュエータとして作用する。
【００３５】
グリッパ軸（エンドエフェクタ１３００）はトリガレバー３６の操作に基づいて機械的に駆動される。ここで機械的とはワイヤ、チェーン、タイミングベルト、リンク、ロッド、ギア等を介して駆動する方式であり、主に、動力伝達方向に非弾性な固体の機械部品を介して駆動する方式である。ワイヤやチェーン等は、張力により不可避的な多少の伸びが発生する場合があるが、これらは非弾性な固体の機械部品とする。
【００３６】
図３に示すように、複合入力部２４は、ベースブロック５０と、ベースブロック５０の上に設けられたハウジング５２と、ヨー軸入力部５６と、３つのスイッチ操作子５８ａ、５８ｂ及び５８ｃとを有する。トリガレバー３６を引き寄せる操作をするとロッド１９２ａも一体的に引き寄せられる。トリガレバー３６については、押し引き操作によってロッド１９２ａ及び１９２ｂを操作することができ、特に初期姿勢は設定されていないが、例えば、所定の弾性体によって設定される非操作時の初期姿勢から、グリップハンドル２６の方向へ接近して閉じられるようにしてもよい。
【００３７】
スイッチ操作子５８ｂは、ロール軸入力部５４及びヨー軸入力部５６の有効及び無効の切換や、ピボット軸機構を所定の初期姿勢に戻す（一度押すと初期姿勢まで自動的に移動し、停止する。）、又は初期姿勢方向に移動させる（押しているときだけ初期姿勢方向に移動し、初期姿勢になったら自動的に停止する。）ためのスイッチとして用いることができる。
【００３８】
同様にスイッチ操作子５８ａ及び５８ｃは、ロール回転機構を所定の初期姿勢に戻す、又は初期姿勢方向に移動させるためのスイッチとして用いることができる。
【００３９】
図１及び図２に示すように、アクチュエータブロック３０は、２つのモータ（姿勢軸アクチュエータ）１００及び１０２と、該モータ６０及び６２を支持するアクチュエータブラケット９０と、モータ６０及び６２の回転方向を変換して作業部１６に伝達するギア機構部９２とを有する。アクチュエータブロック３０は、ブリッジ２８の先端に接続されている。
【００４０】
モータ６０及び６２は、円柱形状であり、アクチュエータブラケット９０によってＺ方向に延在する向きでＸ方向に並列している。Ｚ１方向には出力軸６０ａ、６２ａが設けられている。
【００４１】
ギア機構部９２は、アクチュエータブラケット９０におけるＺ１方向側の３つのプレートで囲まれた空間でＸ方向に対称構成として設けられている。
【００４２】
図１及び図２に示すように、ギア機構部９２は、２本の駆動シャフト１１６ａ、１１６ｂと、２つの駆動傘歯車１１８ａ、１１８ｂと、２つの従動傘歯車１２０ａ、１２０ｂとを有する。
【００４３】
駆動シャフト１１６ａは、上端及び中央部がベアリングに軸支され、下端は軸孔を貫通して所定量突出して、Ｙ方向に延在している。駆動シャフト１１６ａ及び１１６ｂには、ワイヤ１０５２、１０５４（図１１参照）が巻き掛けられており、後述するワイヤガイド部１６０ａ、１６０ｂを経由して連結シャフト１８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１０５２、ワイヤ１０５４はそれぞれ同種、同径のものを用いることができる。
【００４４】
操作部１４ａにおける複合入力部２４、トリガレバー３６の位置、形態や操作方法などは、本構成に限定されない。例えば、複合入力部２４の代わりに、操作ローラやボタン、ジョイスティックなどを設けてもよく、操作しやすい位置や方法を適宜選択して設計すればよい。
【００４５】
トリガレバー３６の人手による操作は機械的に伝達されてエンドエフェクタ１３００の開閉が行われる。トリガレバー３６とエンドエフェクタ１３００との間で、人手による操作を機械的に伝達する手段である荷重リミッタ２１０ａ、トリガワイヤ２１０ｂ、ロッド１９２ａ及び後述するエンドエフェクタ駆動機構１３２０ａ、１３２０ｂ（図１１参照）等は操作伝達部を形成している。
【００４６】
駆動傘歯車１１８ａと従動傘歯車１２０ａは互いに噛合し、出力軸６０ａの回転を９０°変換して駆動シャフト１１６ａに伝達している。
【００４７】
プーリボックス３２は、第１の機能として、操作部１４ａのギア機構部９２に接続されて、駆動シャフト１１６ａ及び１１６ｂの回転を連結シャフト１８に中継する機能を有し、第２の機能として、筒部３４に接続されて、トリガレバー３６の操作を連結シャフト１８に中継する機能を有し、第３の機能として、連結シャフト１８内の気密状態を維持する機能を有する。
【００４８】
プーリボックス３２は、その内部の空洞部にワイヤガイド部１６０ａ、１６０ｂと、シャフト支持部１５４とを有する。
【００４９】
ワイヤガイド部１６０ａ、１６０ｂには円筒アイドラが設けられており、駆動シャフト１１６ａ、１１６ｂによって駆動されるワイヤ１０５２及び１０５４を連結シャフト１８の内部へ案内している。
【００５０】
このようなワイヤガイド部１６０ａ、１６０ｂを用いることにより、連結シャフト１８は、モータ６０及び６２の径に依存することなく十分に細くでき、例えば、トラカール２０に挿入するのに適した５ｍｍ〜１０ｍｍ程度に設定することができる。
【００５１】
次に、筒部３４とトリガレバー３６の構成について説明する。
【００５２】
図１に示すように、トリガレバー３６は、ブリッジ２８のトリガ軸２８ｂに回動自在に軸支されており、該トリガ軸２８ｂに軸支されるアーム部２００と、該アーム部２００のＹ２側に設けられた指輪部２０２と、さらにＹ２側に設けられた指掛け突起２０４と、Ｚ２方向側に突出したラチェット爪２０６とを有する。指輪部２０２は、主に人差し指が挿入され、指掛け突起２０４は、主に中指及び薬指を掛けるのに適している。
【００５３】
ラチェット爪２０６は、ラチェットリリース２０８と一体構成であり、図示しない弾性体によって、先端の爪を上方に向けて付勢している。トリガレバー３６をＺ２方向に大きく変位させると、ラチェット爪２０６は、グリップハンドル２６内の係合部に係合して、閉状態にロックさせることができる。このロック状態はラチェットリリース２０８の操作によって解除される。
【００５４】
筒部３４は、プーリボックス３２とトリガレバー３６との間に設けられた筒体２１０と、該筒体２１０の外側に設けられたロール軸入力部５４と、ロール軸入力スイッチ２１２ａ、２１２ｂとを有する。
【００５５】
該筒体２１０内には荷重リミッタ２１０ａ及びトリガワイヤ２１０ｂが設けられており、ロッド１９２ａ及び１９２ｂをアーム部２００に中継している。荷重リミッタは、ロッド１９２ａとアーム部２００におけるトリガ軸２８ｂよりも下の部分とを中継し、トリガワイヤはロッド１９２ｂとアーム部２００におけるトリガ軸２８ｂよりも上の部分とを中継している。
【００５６】
ロール軸入力部５４は、先端動作部１２に対してロール方向（軸回転方向）の入力指令を与える手段であり、非操作時には図示しない弾性体によって所定の初期角度に維持されており、基端側から見て時計方向に回転させるとロール軸入力スイッチ２１２ａがオンとなって先端動作部１２のロール軸が所定速度で時計方向に回転する。基端側から見て反時計方向に回転させるとロール軸入力スイッチ２１２ｂがオンとなって先端動作部１２のロール軸が所定速度で反時計方向に回転する。ロール軸入力部５４は、連結シャフト１８と同軸構成になっており、ロール軸の直感的な操作が可能である。ロール軸入力部５４は、トリガレバー３６から近い位置に設けられており、例えば親指及び人差し指による操作が可能である。
【００５７】
図４Ａに示すように、ロール軸入力部５４は、正面視で変形六角形状であって、外側の６つの円弧部と、それらの各間に設けられた６つの円弧凹部とを有しており、指でつまみやすい。ロール軸入力部５４は、例えば図４Ｂに示すように、４つの円弧部及び円弧凹部からなる変形四角形状（又は変形八角形状等）でもよい。ロール軸入力部５４には、表面に複数の凹凸を有することにより、指を掛けやすく操作性が向上する。各凹凸は、回転軸方向（つまりＺ方向）に延在する形状であるとよい。
【００５８】
このように構成される操作部１４ａでは、グリップハンドル２６は本体部及び連結シャフト１８に対して固定されており、トリガレバー３６は、グリップハンドル２６に対して相対的に開閉動作し、これらが閉じることによってエンドエフェクタ１３００が閉じる。これによって、エンドエフェクタ１３００に対して力をかけやすくなり操作性が向上する。また、トリガレバー３６とグリップハンドル２６が閉じることに応じてエンドエフェクタ１３００も閉じることから、直感的な操作が可能となる。
【００５９】
また、ロール軸入力部５４は、連結シャフト１８の軸Ｊを略同軸の軸を基準として回転することにより指令信号を発することから、ロール軸の直感的な操作が可能である。
【００６０】
通常のラパロ鉗子では、クリッパを長手方向に回転させるとき、シャフトそのものを回転させる場合もあるが、大きな角度に回転させる場合には人差し指で指掛け部を回し、シャフトの回転を行う。
【００６１】
本願実施例のマニピュレータ１０における操作部１４ａは、先端のグリッパの回転は、ロール軸によって行うが、ロール軸入力部５４が連結シャフト１８回りに回転する構成であることから、ラパロ鉗子と操作感及び操作方法が同様であり、操作を間違うことがなく、操作性が向上する。特に、ラパロ鉗子とマニピュレータ１０とを併用する場合などに、操作方法が共通していると混乱がなくて好適である。
【００６２】
また、ヨー軸入力部５６は、使用していない（空いている）親指で操作することを想定しているため、人差し指で操作するロール軸入力部５４よりも基端側に設けることにより自然な操作が可能となって好適である。
【００６３】
ロール軸入力部５４は、グリップハンドル２６よりも適度に離れていることから、人差し指による操作が窮屈にならない。
【００６４】
次に、操作部１４ａについての２つの変形例について説明する。各変形例において、操作部１４ａと同じ箇所については同符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００６５】
図５に示すように、第１変形例に係る操作部１４ｂは、ロール軸入力部５４と、ヨー軸入力部（操作つまみ）１０２と、グリッパ軸入力部１０４とを有する。
【００６６】
ロール軸入力部５４は、連結シャフト１８と同軸状に設けられた回転体であり、回転操作の方向に応じて先端動作部１２のロール軸が回転する。ヨー軸入力部１０２は、ブリッジ２８の下方に設けられたノブであり、左右操作の方向に応じて先端動作部１２のヨー軸が動作する。ヨー軸入力部１０２は、前記のヨー軸入力部５６に相当する。ヨー軸入力部１０２の操作端子は下向きとなっている。
【００６７】
ロール軸入力部５４及びヨー軸入力部１０２は、左右いずれの側からも操作が可能に設けられており、主に人差し指によって操作される。
【００６８】
グリッパ軸入力部１０４は、前記のトリガレバー３６に相当し、エンドエフェクタ１３００に対して機械的に接続され、該エンドエフェクタ１３００の開閉操作を行う部分である。
【００６９】
グリッパ軸入力部１０４は、マニピュレータ１０の最も基端側に設けられており、開閉軸１０６を基準にして開閉する第１指掛部１０８及び第２指掛部１１０を備える。開閉軸１０６は、連結シャフト１８の軸線Ｊ上又はその近傍に設けられたＸ方向の軸であり、第２指掛部１１０はＹ−Ｚ平面上で回転する。
【００７０】
第１指掛部１０８は、接続機構１１２を介して本体部分に固定され、開閉軸１０６を基準として略Ｙ２方向に延在しており、順に、略Ｙ２方向に延在するバー１１４と、指が２本挿入可能な第１指挿入輪１１６と、１本の指を掛けるのに適した円弧部１１８とを有する。
【００７１】
第１指挿入輪１１６は、バー１１４の延在軸線よりもＺ１側寄りに設けられており、Ｙ方向に長く、Ｙ１側よりもＹ２側がやや狭くなっており、Ｙ２方向に向かってＺ２方向に寄る緩やかな円弧形状である。円弧部１１８は、バー１１４のほぼ真下にある略半円形状部であって、Ｚ１方向とＹ２方向の中間方向に開口している。第１指挿入輪１１６のＺ２方向面で、円弧部１１８の上方部には、円弧凹部１２０が形成されている。
【００７２】
第１指掛部１０８は接続機構１１２の部分で着脱自在であり、異なる形状のものに交換可能である。
【００７３】
第２指掛部１１０は、第１指掛部１０８よりも基端側斜め側方（Ｚ２方向とＹ２方向の中間方向）に延在し、開閉軸１０６を基準として回動可能に形成され、ロッド１９２ａ（図１１参照）をＺ方向に進退させることによって、エンドエフェクタ１３００を開閉させることができる。第２指掛部１１０は、開閉軸１０６から延在するバー１２２と、該バー１２２の先端に設けられた第２指挿入輪１２４と、開閉軸１０６のＹ１側に設けられたロッド接続部１２５ａと、Ｙ２側に設けられた円弧ガイド１２５ｂとを有する。
【００７４】
第２指挿入輪１２４は、バー１２２の延在軸線よりも第１指挿入輪１１６に近い側に配置されており、その逆の側は、開閉軸１０６を中心として略外径方向に延在する直線部１２６が形成されている。
【００７５】
ロッド接続部１２５ａは、第２指掛部１１０を開いたときにブリッジ２８の一部に当接してストッパとして作用するとともに、その基端部は荷重リミッタ２１０ａを介してロッド１９２ａと接続されている。
【００７６】
円弧ガイド１２８は、トリガワイヤ２１０ｂをガイドして、ロッド１９２ｂに接続されている。
【００７７】
第１指挿入輪１１６は、第２指挿入輪１２４よりも広く、Ｙ２方向に長いことから、図５のように把持することが容易となっている。つまり、第１指挿入輪１１６は主に中指及びくすり指を挿入するのに適し、円弧部１１８は主に小指を掛けるのに適し、第２指挿入輪１２４は主に親指を挿入するのに適している。直線部１２６は主に親指の根元腹部を当てるのに適している（図６参照）。
【００７８】
グリッパ軸入力部１０４は、例えば、図５に示すように把持されて、第２指挿入輪１２４に挿入された親指の作用下に開閉され、エンドエフェクタ１３００を開閉させることができる。グリッパ軸入力部１０４を閉じたときには、第２指挿入輪１２４は円弧凹部１２０に入り込んで、十分に閉じる。
【００７９】
このようなグリッパ軸入力部１０４によれば、握力を掛けやすくなり操作性が向上する。また、第１指掛部１０８と第２指掛部１１０が閉じることによってエンドエフェクタ１３００も閉じることから、直感的な操作が可能となる。第１指掛部１０８及び第２指掛部１１０には、第１指挿入輪１１６及び第２指挿入輪１２４が設けられていることからはさみの柄と似た構成で、慣れがあり、扱いやすく、特に、閉じ方向だけでなく、開く方向にも操作しやすいことから、対象物を押し広げる操作（例えば剥離操作）にも適用できる。
【００８０】
また、第１指挿入輪１１６及び第２指挿入輪１２４によって、指との接触面積が大きくなり、エンドエフェクタ１３００に加わる力を感じやすい。
【００８１】
第１指掛部１０８と第２指掛部１１０は、開閉軸１０６を基準として開閉することから、いわゆる梃子の原理により大きな力を発生させることができるとともに、エンドエフェクタ１３００に加わる力が指に伝達されやすい。
【００８２】
さらに、第１指掛部１０８は、連結シャフト１８の軸線Ｊを基準として側方（Ｙ２方向）に延在していることから、手が軸線Ｊと略直角な向きとなり、操作性が向上する。このことは、ピストルにおける銃身とグリッパとの位置関係からも了解されよう。
【００８３】
グリッパ軸入力部１０４は、図６に示すように、直線部１２６に親指の根元腹部を当てて把持することも可能である。これにより、第１指掛部１０８と第２指掛部１１０とをより強い力で閉じさせることができる。親指の根元腹部は、直線部１２６に対して広い面積で当接し、把持しやすいとともに、エンドエフェクタ１３００に加わる力を知覚しやすい。
【００８４】
図５及び図６に示す例に限らず、グリッパ軸入力部１０４は種々の持ち方が可能である。
【００８５】
次に、第２変形例に係る操作部１４ｃについて説明する。
【００８６】
図７に示すように、操作部１４ｃは、ロール軸入力部５４と、ヨー軸入力部１０２と、グリッパ軸入力部１３０とを有する。グリッパ軸入力部１３０は、前記のトリガレバー３６に相当する部分であって、エンドエフェクタ１３００に対して機械的に接続され、該エンドエフェクタ１３００の開閉操作を行う部分である。
【００８７】
グリッパ軸入力部１３０は、前記のトリガレバー３６に相当する部分であって、エンドエフェクタ１３００に対して機械的に接続され、該エンドエフェクタ１３００の開閉操作を行う部分である。
【００８８】
グリッパ軸入力部１３０は、マニピュレータ１０の最も基端側に設けられており、開閉軸１０６を基準にして開閉する第１指掛部１３２及び第２指掛部１３４を備える。
【００８９】
第１指掛部１３２は、先端上面が緩やかな円弧状の長尺部材であって、本体部分に固定され、連結シャフト１８の軸線Ｊ方向に沿って基端側（Ｚ２側）に延在している。第１指掛部１３２は人手による主把持部であり、第２指掛部１３４よりもやや太く構成されている。
【００９０】
第１指掛部１３２における先端部近傍には、ロール軸入力部５４及びヨー軸入力部１０２がＺ方向に並列して設けられており、例えば親指による操作が可能である。ロール軸入力部５４は、ヨー軸入力部５６よりもややＺ１側に設けられており、連結シャフト１８と同軸に配置されている。ヨー軸入力部１０２の操作端子は上向きとなっている。
【００９１】
第２指掛部１３４は、第１指掛部１３２と略上下対称形状であって、開閉軸１０６を基準にして、基端側にやや斜め側方に延在しおり、図示しない弾性体によって弾性付勢され、非操作時の初期姿勢（実線部参照）として第１指掛部１３２からやや離間した角度に配置されている。第２指掛部１３４は、開閉軸１０６よりもＹ２側で荷重リミッタ２１０ａに接続されるレバー部１３６と、Ｙ１側でトリガワイヤ２１０ｂに接続される円弧ガイド部１３８とを有する。
【００９２】
初期姿勢時には、エンドエフェクタ１３００は開いている。第２指掛部１３４は、人手による操作で、初期姿勢から軸線Ｊ方向に接近して第１指掛部１３２の方向へ閉じられ（仮想線部参照）、これに応じてエンドエフェクタ１３００も閉じる。
【００９３】
このようなグリッパ軸入力部１３０では、しっかりと握ることができて力を加えやすい。また、非操作時には、弾性体によって初期姿勢に戻すことができる。ここでいう初期姿勢とは操作部としてのグリッパ軸入力部１３０に関するものであり、エンドエフェクタ１３００に関して規定される基準姿勢とは別である。
【００９４】
上述した操作部１４ａ、１４ｂ及び１４ｃは、開閉するエンドエフェクタ１３００に対して好適であり、対象物を把持するグリッパ形式及び切断をする鋏み形式のいずれにも適用可能である。
【００９５】
上記の各操作部１４ａ〜１４ｃでは、モータ６０及び６２を上方部分においてＺ方向に延在して、Ｘ方向に並列した形態で示したが、これに限らず、例えば、図８（操作部１４ｂをベースにして示す。）に示すように、モータ６０及び６２は、Ｘ方向に並列させたままプーリボックス３２からＹ２方向に突出して、駆動シャフト１１６ａ及び１１６ｂを直接的に駆動する形態でもよい。これによれば、傘歯車機構が不要の簡便構成となる。
【００９６】
次に、先端動作部１２の構成について説明する。
【００９７】
図９に示すように、先端動作部１２には、ロッド１９２ａ、受動ワイヤ１２５２ａ、アイドルプーリ１１４０ａ、ガイドプーリ１１４２ａ、受動プーリ１１５６ａを含む第１エンドエフェクタ駆動機構１３２０ａと、これに対応した第２エンドエフェクタ駆動機構１３２０ｂが設けられている。第１エンドエフェクタ駆動機構１３２０ａ及び第２エンドエフェクタ駆動機構１３２０ｂは、エンドエフェクタ１３００を開閉させる基本的な構成である。
【００９８】
第１エンドエフェクタ駆動機構１３２０ａにおける構成要素には符号にａを付し、第２エンドエフェクタ駆動機構１３２０ｂにおける構成要素には符号にｂを付して区別する。第１エンドエフェクタ駆動機構１３２０ａにおける構成要素と第２エンドエフェクタ駆動機構１３２０ｂにおける構成要素で同じ機能のものについては、煩雑とならないよう、代表的に第１エンドエフェクタ駆動機構１３２０ａについてのみ説明する場合がある。
【００９９】
図９、図１０においては、理解が容易となるように、第１エンドエフェクタ駆動機構１３２０ａと第２エンドエフェクタ駆動機構１３２０ｂを紙面上で並列して示すが、実際のマニピュレータ１０に適用する場合には、図１１に示すように、各プーリの軸方向（つまりＹ方向）に並列させ、アイドルプーリ（円柱部材、伝達部材）１１４０ａ及び１１４０ｂと、ガイドプーリ（円柱部材、伝達部材）１１４２ａと１１４２ｂの回転軸は、それぞれ同軸上に配置するとよい。つまり、アイドルプーリ１１４０ａ及び１１４０ｂは軸１１１０（図１１参照）に共通的に軸支することができ、ガイドプーリ１１４２ａと１１４２ｂは軸１１１２に共通的に軸支することができる。ガイドプーリ１１４２ａとガイドプーリ１１４２ｂを同軸構成とすることにより、ヨー軸動作機構が簡便になる。
【０１００】
図１２、図１３、図１４、図１５に示すように、先端動作部１２は、ワイヤ受動部１１００と、複合機構部１１０２と、エンドエフェクタ１３００とを有し、Ｙ方向の第１回転軸Ｏｙを中心にして、それよりも先の部分がヨー方向に回動する第１自由度と、第２回転軸Ｏｒを中心にしてロール方向に回動する第２自由度と、第３回転軸Ｏｇを中心として先端のエンドエフェクタ１３００を開閉させる第３自由度とを有する合計３自由度の機構となっている。
【０１０１】
第１自由度の機構である第１回転軸Ｏｙは、連結シャフト１８の基端側から先端側に延在する軸線Ｃと非平行に回動可能に設定するとよい。第２自由度の機構である第２回転軸Ｏｒは先端動作部１２における先端部（つまりエンドエフェクタ１３００）の延在方向の軸線を中心として回動可能な機構とし、先端部をロール回転可能に設定するとよい。
【０１０２】
第１自由度の機構（つまりヨー方向）は、例えば±９０°又はそれ以上の稼動範囲を有する傾動機構（又は屈曲機構）である。第２自由度の機構（つまりロール方向）は、例えば±１８０°又はそれ以上の稼動範囲を有する回動機構である。第３自由度の機構（つまりエンドエフェクタ１３００）は、例えば４０°又はそれ以上開くことのできる開閉機構である。
【０１０３】
エンドエフェクタ１３００は、手術において実際の作業を行う部分であり、第１回転軸Ｏｙ及び第２回転軸Ｏｒは、作業を行い易いようにエンドエフェクタ１３００の姿勢を変えるための姿勢変更機構を構成する姿勢軸である。一般に、エンドエフェクタ１３００を開閉させる第３自由度に係る機構部はグリッパ（又はグリッパ軸）とも呼ばれ、ヨー方向に回動する第１自由度に係る機構部はヨー軸とも呼ばれ、ロール方向に回動する第２自由度に係る機構部はロール軸とも呼ばれる。
【０１０４】
ワイヤ受動部１１００は、一対の舌片部１０５８の間に設けられており、ワイヤ１０５２、ワイヤ１０５４のそれぞれの往復動作を回転動作に変換して複合機構部１１０２に伝達する部分である。ワイヤ受動部１１００は、軸孔１０６０ａ、１０６０ａに挿入される軸１１１０と、軸孔１０６０ｂ、１０６０ｂに挿入される軸１１１２とを有する。軸１１１０及び１１１２は、軸孔１０６０ａ、１０６０ｂに対して、例えば圧入若しくは溶接により固定される。軸１１１２は第１回転軸Ｏｙの軸上に配置される。
【０１０５】
軸１１１２のＹ方向両端には、Ｙ方向に対称形状の歯車体１１２６及び歯車体１１３０が設けられている。歯車体１１２６は、筒体１１３２と、該筒体１１３２の上部に同心状に設けられた歯車１１３４とを有する。歯車体１１３０は、歯車体１１２６と略同形状であって、該歯車体１１２６に対してＹ方向に配置されている。歯車体１１３０は、筒体１１３６と、該筒体１１３６の下部に同心状に設けられた歯車１１３８とを有する。歯車１１３４及び歯車１１３８は、後述するギア体１１４６のフェイスギア１１６５の上端部及び下端部に噛合する。
【０１０６】
筒体１１３６は筒体１１３２と略同径、同形状である。筒体１１３２及び筒体１１３６には、ワイヤ１０５２及び１０５４が所定の固定手段によって一部が固定されて巻き掛けられている。ワイヤ１０５２及び１０５４の巻き掛けられる角度は、例えば１．５回転（５４０°）である。
【０１０７】
ワイヤ１０５２及び１０５４（図１１参照）を回転動作させることにより、歯車体１１２６及び歯車体１１３０を軸１１１２に対して回転させることができる。歯車体１１２６と歯車体１１３０を同方向に同速度で回転させると、ギア体１１４６は軸１１１２を基準として揺動し、ヨー方向動作が行われる。歯車体１１２６と歯車体１１３０を逆方向に同速度で回転させると、ギア体１１４６は第２回転軸Ｏｒを基準として回転し、ロール回転動作が行われる。歯車体１１２６と歯車体１１３０を異なる速度で回転させると、ギア体１１４６は、ヨー方向動作とロール回転動作の複合動作が行われる。つまり、歯車体１１２６、歯車体１１３０及びギア体１１４６は差動機構（例えば、特許文献３における図２３に示される構成に相当する。）を構成している。
【０１０８】
先端動作部１２の機構は差動機構に限らず、例えば、ワイヤ１０５２が歯車１１３４を介してフェイスギア１１６５を駆動するのに対してワイヤ１０５４は主軸部材１１４４を直接的に回転駆動する形式（例えば、特許文献３における図７に示される構成に相当する。）としてもよい。
【０１０９】
軸１１１０の略中央部にはアイドルプーリ（円柱部材、伝達部材）１１４０ａが回転自在に軸支されており、軸１１１２の略中央部にはガイドプーリ（円柱部材、伝達部材）１１４２ａが回転自在に軸支されている。アイドルプーリ１１４０ａは、ガイドプーリ１１４２ａに巻きかける受動ワイヤ（可撓性部材、伝達部材）１２５２ａの巻き掛け角度を常に一定（両側あわせて約１８０°）に保つためにある。アイドルプーリ１１４０ａの代わりに、ガイドプーリ１１４２ａに受動ワイヤ１２５２ａを１巻き以上してもよい。アイドルプーリ１１４０ａ及びガイドプーリ１１４２ａは、受動ワイヤ１２５２ａ（図１７参照）に対するすべり、及び摩擦による摩耗を低減するために、表面を滑らかにし、又は摩擦の少ない材質を用いるとよい。ガイドプーリ１１４２ａは、姿勢変更機構におけるヨー軸Ｏｙに設けられている。
【０１１０】
軸１１１２における、歯車体１１２６とガイドプーリ１１４２ａとの間、及びガイドプーリ１１４２ａと歯車体１１３０との間には主軸部材１１４４が回転自在に軸支されている。主軸部材１１４４は、複合機構部１１０２に向けて突出する筒部を有する。主軸部材１１４４の軸心部には方形の孔１１４４ａが設けられている。主軸部材１１４４のＺ２方向端部には、ガイドプーリ１１４２ａのＹ方向両面を保持するとともに軸１１１２が挿通する孔を有する２枚の補助板１１４４ｂが設けられている。補助板１１４４ｂはＺ１方向に向かって幅広となる山形であって、糸等の異物の侵入を防止する。
【０１１１】
複合機構部１１０２は、エンドエフェクタ１３００の開閉動作機構と、該エンドエフェクタ１３００の姿勢を変化させる姿勢変更機構とを含む複合的な機構部である。
【０１１２】
複合機構部１１０２は、主軸部材１１４４の筒部周面に対して回転自在に嵌挿されたギア体１１４６と主軸部材１１４４の先端に設けられたナット体１１４８と、Ｚ２方向端部が孔１１４４ａに挿入される断面四角の伝達部材１１５２と、該伝達部材１１５２のＺ２方向端部に対してピン１１５４により回転自在に軸支される受動プーリ（円柱部材、伝達部材）１１５６ａと、受動板（伝達部材）１１５８と、円筒状のカバー１１６０とを有する。
【０１１３】
主軸部材１１４４におけるギア体１１４６と当接する部分には、樹脂製のスラスト軸受部材１１４４ｃが設けられている。ナット体１１４８におけるギア体１１４６と当接する部分には、樹脂製のスラスト軸受部材１１４８ａが設けられている。スラスト軸受部材１１４４ｃ及び１１４８ａは低摩擦材であって、当接部分の摩擦及びトルクを低減するとともに、フェイスギア１１６５に負荷が直接的にかかることを防止する。スラスト軸受部材１１４４ｃ及び１１４８ａは、いわゆる滑り軸受である。
【０１１４】
ギア体１１４６は、段付き筒形状であって、Ｚ２方向の大径部１１６２と、Ｚ１方向の小径部１１６４と、大径部１１６２のＺ２方向端面に設けられたフェイスギア１１６５とを有する。フェイスギア１１６５は、歯車１１３４及び歯車１１３８に噛合する。ギア体１１４６は、ナット体１１４８が主軸部材１１４４に対する抜けることを防止する。大径部１１６２の外周には、ねじが設けてある。
【０１１５】
受動板１１５８は、Ｚ２方向の凹部１１６６と、該凹部１１６６の底面に設けられた係合部１１６８と、Ｙ方向両面にそれぞれ設けられた軸方向のリブ１１７０と、リンク孔１１７２とを有する。係合部１１６８は、伝達部材１１５２の先端に設けられたきのこ状の突起１１７４に係合する形状である。この係合により、受動板１１５８と伝達部材１１５２は、相対的なロール軸の回転が可能になる。受動板１１５８の幅はカバー１１６０の内径に略等しい。
【０１１６】
カバー１１６０は、複合機構部１１０２の略全体を覆う大きさであり、複合機構部１１０２及びエンドエフェクタ１３００に異物（生体組織、薬剤、糸等）が入り込むことが防止される。カバー１１６０の内面には、受動板１１５８の２つのリブ１１７０が嵌る軸方向の２本の溝１１７５が対向する向きに設けられている。溝１１７５にリブ１１７０が嵌ることにより受動板１１５８が軸方向にガイドされる。受動板１１５８の係合部１１６８には突起１１７４が係合することから、受動プーリ１１５６ａは孔１１４４ａ内において、受動板１１５８及び伝達部材１１５２とともに軸方向に進退可能であるとともに、伝達部材１１５２を基準としてロール回転が可能である。カバー１１６０は、ギア体１１４６の大径部１１６２に対して螺入、圧入等の手段により固定されている。
【０１１７】
カバー１１６０は、ギア体１１４６と基部側で結合（螺合、圧入、溶接等）されており、ギア体１１４６の回転とともにカバー１１６０及びエンドエフェクタ１３００はロール軸動作を行う。
【０１１８】
レバー部１３１０と受動板１１５８は、グリッパリンク１２２０により連接されている。つまり、各グリッパリンク１２２０の一端の孔１２２０ａは、孔１２１８とともにピン１２２２が挿入され、他端の孔１２２０ｂは、受動板１１５８のリンク孔１１７２とともにピン１２２４が挿入されて連接されている。
【０１１９】
図１６に示すように、アイドルプーリ１１４０ａは、同軸上の第１層アイドルプーリ（第１層アイドル円柱体）１２３２と第２層アイドルプーリ（第２層アイドル円柱体）１２３４の２枚が並列して構成されており、ガイドプーリ１１４２ａは、同軸上の第１層ガイドプーリ（第１層ガイド円柱体）１２３６と第２層ガイドプーリ（第２層ガイド円柱体）１２３８の２枚が並列して構成されている。
【０１２０】
図１７に示すように、ロッド１９２ａのＺ１方向端部は、ワイヤ係合部１２５０ａによって受動ワイヤ（可撓性部材）１２５２ａの両端部に接続されている。
【０１２１】
図１８及び図１９に示すように、ワイヤ係合部１２５０ａは、ロッド１９２ａの先端部１４１４にローラ１４１６が設けられ、該ローラ１４１６に受動ワイヤ１２５２ａが巻き掛けられている。ローラ１４１６はピン１４１８に軸支されており回転自在である。これにより、受動ワイヤ１２５２ａはローラ１４１６に巻きかけられながら適度に進退し、ロッド１９２ａをＺ２方向に引くときに、特にヨー軸が屈曲しないような状態でも、受動ワイヤ１２５２ａをＸ方向のバランスよく引くことができる。先端部１４１４は、ロッド１９２ａに螺設されている。この実施例では、受動ワイヤ１２５２ａのＹ方向一対の張力が均一となり、長寿命化を図ることができるとともに、上下両方のＹ方向一対の平行化を図ることができる。
【０１２２】
図１６及び図１７に戻り、受動ワイヤ１２５２ａは、一部がワイヤ係合部１２５０ａに接続された環状の可撓性部材であり、ワイヤ以外にもロープ、樹脂線、ピアノ線及びチェーン等を用いることができる。ここで、環状とは広義であり、必ずしも全長にわたって可撓性部材が適用されている必要はなく、少なくとも各プーリに巻き掛けられる箇所が可撓性部材であればよく、直線部は剛体で接続されていてもよいことはもちろんである。
【０１２３】
受動ワイヤ１２５２ａは、駆動部材のロッド１９２ａから、アイドルプーリ１１４０ａのＸ１方向（第１の側方）を通り、Ｘ２方向（第２の側方）に向かい、ガイドプーリ１１４２ａのＸ２方向の面を通り受動プーリ１１５６ａのＸ２方向面に至る。受動ワイヤ１２５２ａは、さらに、受動プーリ１１５６ａのＺ１方向面に半周巻き掛けられてＸ１方向面に至り、ガイドプーリ１１４２ａのＸ１方向の面を通り、Ｘ２方向に向かいアイドルプーリ１１４０ａのＸ２方向を通りワイヤ係合部１２５０ａに至る経路で配設されている。
【０１２４】
つまり、受動ワイヤ１２５２ａは、ワイヤ係合部１２５０ａを基点及び終点とする一巡の経路を構成し、アイドルプーリ１１４０ａの両側方を通り、受動プーリ１１５６ａに巻き掛けられ、アイドルプーリ１１４０ａとガイドプーリ１１４２ａとの間で交差して、略８字形状をなす。これにより、ワイヤ係合部１２５０ａ及び受動ワイヤ１２５２ａは、ロッド１９２ａを介してトリガレバー３６に対して機械的に接続されていることになる。
【０１２５】
アイドルプーリ１１４０ａ、ガイドプーリ１１４２ａ及び受動プーリ１１５６ａは略同径であり、受動ワイヤ１２５２ａがあまり屈曲しないように、レイアウト上の可能な範囲で適度に大径にしている。ワイヤ係合部１２５０ａは、受動ワイヤ１２５２ａが過度に屈曲しないように、アイドルプーリ１１４０ａよりも適度に離れた位置に設けられており、受動ワイヤ１２５２ａの両端部はワイヤ係合部１２５０ａを頂部として鋭角を形成している。アイドルプーリ１１４０ａとガイドプーリ１１４２ａとの間は狭く、例えば、受動ワイヤ１２５２ａの幅と略等しい隙間が形成されている。
【０１２６】
アイドルプーリ１１４０ａ、ガイドプーリ１１４２ａ及び受動プーリ１１５６ａには、受動ワイヤ１２５２ａの抜け止めのために、上面及び下面に小さいフランジを設け、又は側面を凹形状にしてもよい。
【０１２７】
図１７から明らかなように、第１エンドエフェクタ駆動機構１３２０ａでは、基端側から先端側に向かって、受動ワイヤ１２５２ａ、アイドルプーリ１１４０ａ、ガイドプーリ１１４２ａ及び受動プーリ１１５６ａが中心線に沿って配置されている。エンドエフェクタ１３００は、伝達部材１１５２等を介して受動プーリ１１５６ａに連結されている。
【０１２８】
このように構成される第１エンドエフェクタ駆動機構１３２０ａでは、ロッド１９２ａ（図１７参照）をＺ２方向に引き寄せると、平面視で、第１層アイドルプーリ１２３２及び第２層ガイドプーリ１２３８は反時計方向に回転し、第２層アイドルプーリ１２３４及び第１層ガイドプーリ１２３６は時計方向に回転する。このように、アイドルプーリ１１４０ａ及びガイドプーリ１１４２ａは、それぞれ同軸上で２枚のプーリが並列する構成であることから、当接する受動ワイヤ１２５２ａの動きに従って逆方向に回転可能であり、動作がスムーズである。
【０１２９】
エンドエフェクタ１３００は、一対のグリッパ１３０２が動作をするいわゆる両開き型である。エンドエフェクタ１３００は、カバー１１６０に対して一体構成のグリッパベース１３０４と、該グリッパベース１３０４に設けられたピン１１９６を基準にして動作する一対のエンドエフェクタ部材１３０８と、一対のグリッパリンク１２２０とを有する。
【０１３０】
各エンドエフェクタ部材１３０８は、Ｌ字形状であって、Ｚ１方向に延在するグリッパ１３０２と、該グリッパ１３０２に対して略３５°に曲がって延在するレバー部１３１０とを有する。Ｌ字形状の屈曲部には、孔１２１６が設けられ、レバー部１３１０の端部近傍には孔１２１８が設けられている。孔１２１６にピン１１９６が挿入されることにより一対のエンドエフェクタ部材１３０８は第３回転軸Ｏｇを中心として揺動自在となる。
【０１３１】
各エンドエフェクタ部材１３０８は側方の１つのグリッパリンク１２２０によって、受動板１１５８のピン１２２４に連接されている。エンドエフェクタ１３００の受動板１１５８ではリンク孔１１７２が図１３のＹ方向に対称位置に２つ設けられており、一対のグリッパリンク１２２０は側面視で交差する配置である。
【０１３２】
図１２、図１３、図１４及び図１５に示すように、第２エンドエフェクタ駆動機構１３２０ｂは、第１エンドエフェクタ駆動機構１３２０ａ（図１７参照）に対して、基本的には、折り返しプーリ（円柱部材、伝達部材）１３５０が付加された構成である。受動プーリ１１５６ａ及び受動プーリ１１５６ｂは同軸構成となっている。
【０１３３】
主軸部材１１４４には、ピン１３５２が挿入及び固定される径方向の軸孔１３５４が設けられている。軸孔１３５４は、孔１１４４ａを経由して主軸部材１１４４の筒部を貫通している。
【０１３４】
伝達部材１１５２には、ピン１３５２が挿通可能な幅で軸方向に延在する長孔１３５６が設けられている。伝達部材１１５２は、作業部１６の軸心よりＹ１方向にややオフセットした位置に設けられるが、先端の突起１１７４だけは軸心に配置させるとよい（図１７参照）。もちろん、伝達部材１１５２は中心に配置してもよい。
【０１３５】
ピン１１５４は、伝達部材１１５２を通り抜けてＹ２方向に突出し受動プーリ１１５６ｂを軸支する。受動プーリ１１５６ｂは、受動ワイヤ１２５２ｂが２巻き可能な幅を有する。孔１１４４ａは、受動プーリ１１５６ａ、１１５６ｂ及び伝達部材１１５２が挿入可能な高さを有する。受動プーリ１１５６ａ及び１１５６ｂは、孔１１４４ａ内でピン１１５４によって同軸に軸支されており、独立的に回転自在である。
【０１３６】
ピン１３５２は、孔１１４４ａ内でＹ１方向からＹ２方向に向かって、長孔１３５６及び折り返しプーリ１３５０の中心孔に挿入されて、伝達部材１１５２と受動プーリ１１５６ａ及び１１５６ｂが軸方向に進退可能である。折り返しプーリ１３５０はピン１３５２に軸支されて回転自在であり、位置は固定である。折り返しプーリ１３５０は受動ワイヤ１２５２ｂが２巻き可能な幅を有する。また、折り返しプーリ１３５０を２層化することにより、開閉動作のときに反対方向に回転できる構成となり、受動ワイヤ１２５２ｂとプーリの摩擦を低減させることができる。
【０１３７】
図２０、図２１及び図２２に示すように、第２エンドエフェクタ駆動機構１３２０ｂにおいては、受動プーリ１１５６ｂよりも先端側に折り返しプーリ１３５０が設けられ、受動ワイヤ１２５２ｂは、受動プーリ１１５６ｂと折り返しプーリ１３５０とにわたって巻き掛けられている。つまり、受動ワイヤ１２５２ｂは、駆動部材のロッド１９２ｂのワイヤ係合部１２５０ｂから、アイドルプーリ１１４０ｂのＸ１方向を通り、Ｘ２方向に向かい、ガイドプーリ１１４２ｂのＸ２方向を通り受動プーリ１１５６ｂのＸ２方向面に至る。受動ワイヤ１２５２ｂはそのままＺ１方向に向かって延在し、折り返しプーリ１３５０のＸ２方向の面に達し、該折り返しプーリ１３５０のＺ１方向の面に半回転巻き付けられてＺ２方向に折り返す。
【０１３８】
受動ワイヤ１２５２ｂは受動プーリ１１５６ｂのＺ２方向の面に半回転巻き付けられてＸ２側を通って再度折り返しプーリ１３５０に至り、再び該折り返しプーリ１３５０のＺ１方向の面に半回転巻き付けられてＺ２方向に折り返す。この後、受動ワイヤ１２５２ｂはガイドプーリ１１４２ｂのＸ１方向からアイドルプーリ１１４０ｂのＸ２方向に至り、ロッド１９２ｂのワイヤ係合部１２５０ｂに接続される。ワイヤ係合部１２５０ａ及び受動ワイヤ１２５２ｂは、ロッド１９２ｂを介してトリガレバー３６に対して機械的に接続されていることになる。
【０１３９】
先端動作部１２の構造について理解を容易にするために、その模式図を図１１に示す。
【０１４０】
このように構成される先端動作部１２では、図９に示すように、人手によりトリガレバー３６を十分に引くと、ロッド１９２ａは受動ワイヤ１２５２ａを引き寄せ、受動プーリ１１５６ａ、伝達部材１１５２をＺ２方向に移動させることからエンドエフェクタ１３００を閉じさせることができる。つまり、ロッド１９２ａや受動ワイヤ１２５２ａ、受動プーリ１１５６ａ等の伝達部材が牽引されることによりエンドエフェクタ１３００が閉じられる。
【０１４１】
この場合、第２エンドエフェクタ駆動機構１３２０ｂについては、ロッド１９２ｂは、押し出されるように配置されているため、伝達部材１１５２の動作を阻害しない。
【０１４２】
また、図１０に示すように、人手によりトリガレバー３６を十分に押し出すと、伝達部材１１５２及び受動プーリ１１５６ａは先端側にＺ１方向に移動してエンドエフェクタ１３００を開くことができる。
【０１４３】
エンドエフェクタ１３００には、トリガレバー３６を人手によって押し出す力が第２エンドエフェクタ駆動機構１３２０ｂによって機械的に直接伝えられることから、弾性体のような所定の力ではなく任意の強い力で開くことができる。したがって、エンドエフェクタ１３００の外側面を用いて生体組織を剥離させ、又は孔部を拡開させるような手技に対して好適に用いることができる。
【０１４４】
また、エンドエフェクタ１３００の外側面に対象物が接触した場合には、受動ワイヤ１２５２ｂ、ロッド１９２ｂ及びトリガレバー３６もそれ以上Ｚ１方向に動かなくなり、操作者はエンドエフェクタ１３００の外側面が対象物に接触したこと、及び該対象物の硬さ等を指先で知覚することができる。
【０１４５】
先端動作部１２は、ヨー軸動作及びロール軸動作が可能である。図示を省略するが、先端動作部１２では、ヨー軸動作をする場合、ガイドプーリ１１４２ａ及びガイドプーリ１１４２ｂの軸（図１１参照）を中心にして、それよりも先端の複合機構部１１０２及びエンドエフェクタ１３００がヨー方向に揺動する。先端動作部１２は、非干渉機構であることから、ヨー軸動作をしてもエンドエフェクタ１３００の開度が変化することはなく、逆にエンドエフェクタ１３００の開度を変化させてもヨー軸が動作することはない。エンドエフェクタ１３００とロール軸の関係についても同様である。
【０１４６】
次に、先端動作部１２の変形例としての先端動作部１２ａを図２３に示す。
【０１４７】
図２３に示すように、先端動作部１２ａは、前記の先端動作部１２（図１０参照）と比較して第１エンドエフェクタ駆動機構１３２０ａを有している点で共通するが、第２エンドエフェクタ駆動機構１３２０ｂが省略された構成となっている。先端動作部１２ａについて、先端動作部１２と同一の構成要素については同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【０１４８】
先端動作部１２ａは、前記の両開き型のエンドエフェクタ１３００に代えて片開き式のエンドエフェクタ１３００ａが設けられている。エンドエフェクタ１３００ａは、固定のグリッパ１２０２とピン１１９６を中心として軸開閉動作をするグリッパ１２１２と、伝達部材１１５２をＺ１方向に弾性付勢するスプリング１３０５とを有している。グリッパ１２１２は、伝達部材１１５２が進退することにともなってグリッパリンク１２２０を介して開閉駆動される。すなわち、トリガレバー３６をＺ２方向に引くと第１エンドエフェクタ駆動機構１３２０ａによって伝達部材１１５２もＺ２方向に変位し、グリッパ１２１２は図２３における反時計方向に回動してエンドエフェクタ１３００ａが閉動作をする。一方、トリガレバー３６を開放すると、伝達部材１１５２はスプリング１３０５の付勢によってＺ１方向に変位し、エンドエフェクタ１３００ａは開状態に復帰する。また、トリガレバー３６はＺ１方向に復帰する。
【０１４９】
上述したように、本実施の形態に係るマニピュレータ１０によれば、固定された第１指掛部１０８に対して第２指掛部１１０が接近して、閉じる操作をすることによって、力をかけやすくなり操作性が向上する。また、第１指掛部１０８と第２指掛部１１０が閉じることによってエンドエフェクタ１３００も閉じることから、直感的な操作が可能となる。
【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。
【符号の説明】
【０１５１】
１０…マニピュレータ １２、１２ａ…先端動作部
１４ａ〜１４ｃ…操作部 １６…作業部
１８…連結シャフト ２６…グリップハンドル
２８…ブリッジ ３０…アクチュエータブロック
３６…トリガレバー ５４…ロール軸入力部
５６、１０２…ヨー軸入力部 ６０、６２…モータ
１０４、１３０…グリッパ軸入力部 １０６…開閉軸
１０８、１３２…第１指掛部 １１０、１３４…第２指掛部
１１６…第１指挿入輪 １２４…第２指挿入輪
１２６…直線部 １０５２、１０５４…ワイヤ
１３００、１３００ａ…エンドエフェクタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンドエフェクタを含む先端動作部を有するマニピュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
腹腔鏡下手術においては、患者の腹部等に小さな孔をいくつかあけて内視鏡、マニピュレータ（又は鉗子）等を挿入し、術者が内視鏡の映像をモニタで見ながら手術を行っている。このような腹腔鏡下手術は、開腹を必要としないため患者への負担が少なく、術後の回復や退院までの日数が大幅に低減されることから、適用分野の拡大が期待されている。
【０００３】
一方、腹腔鏡下手術で用いるマニピュレータには、患部の位置及び大きさに応じて迅速且つ適切な手技が可能であることが望まれており、しかも患部切除、縫合及び結紮等の様々な手技が行われる。このため、本出願人は、操作の自由度が高くしかも簡便に操作することのできるマニピュレータの提案をしている（例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３参照）。
【０００４】
これらのマニピュレータは、基本的な構成としては、腹腔内に挿入されて手技を行う先端動作部と、操作者（一般には医師）が把持及び操作を行う操作部と、先端動作部と操作部とを接続するシャフトとを有している。操作部には、操作者が把持するグリップハンドルと、先端動作部を駆動するための複数のモータと、先端動作部のグリッパの開閉動作を指示するトリガレバーと、その他の所定の部材が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１０２２４８号公報
【特許文献２】特開２００８−１０４８５４号公報
【特許文献３】特開２００８−２５３４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
軟性鏡下・腹腔鏡下手術に用いられている従来の一般的な鉗子では、先端動作部に加わる外力や把持する把持力等は、直接的ではないが、鉗子本体を介して手元に反作用として伝わることから、操作者はこれらの力をある程度は感じ取ることができ、適度によい操作性が得られる。しかしながら、従来の鉗子は自由度が少なく（例えば１自由度である。）、組織を把持する方向や切断する方向、縫合針の刺入方向が限られていて不便であるとともに、操作に熟練性が要求される。
【０００７】
より高い自由度を得るためには、例えば、マスタ・スレーブ方式の遠隔操作型手術ロボットを適用することが考えられる。該ロボットは、高い自由度を有するとともに、患部に対して任意の方向からのアプローチが可能で、操作性に優れるという利点があるものの、先端動作部に加わる外力や把持力等はマスタ側には伝わらない。
【０００８】
マスタ・スレーブ方式のロボットにおいて、マスタ側で力感覚を得るためには、高感度な力覚センサシステムや高速なサンプリングタイムを有する計算機システムによる高度なバイラテラル制御が必須となり、高価で複雑なシステムとなる。また、バイラテラル制御は実用に値する十分な性能が得られていないのが現状である。
【０００９】
それに対して、本出願人は、特願２００７−２８３３２３号において、高い自由度が得られ、操作者が先端動作部に加わる外力等をより確実に感知することができるようなマニピュレータを提案している。このマニピュレータでは、進退動作する部材に受動ワイヤを設け、複数のプーリを介して先端のグリッパを開閉できるようにしている。これにより、グリッパとトリガが機械的に接続され、グリッパの開閉力がトリガに伝えられるとともに、グリッパの把持力を高めることができる。
【００１０】
一方、グリッパに対して効率的に力を加えるため、その力を適度に調整するため、さらに、グリッパからトリガに伝えられた力をさらに操作者に適切に伝達するためにはグリッパに相当する箇所の構成が重要となってくる。
【００１１】
本発明はこれに関連してなされたものであり、人手による操作力が機械的に伝達されて開閉するエンドエフェクタをより好適に操作することのできるマニピュレータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るマニピュレータは、人手によって操作する入力部を含む操作部と、開閉するエンドエフェクタ軸、及び該エンドエフェクタ軸の向きを変える１以上の姿勢軸を含む先端動作部と、前記操作部と前記先端動作部を連結する連結シャフトと、前記姿勢軸を駆動する姿勢軸アクチュエータと、前記入力部の人手による操作を機械的に伝達して、前記エンドエフェクタ軸を駆動する操作伝達部とを有し、前記入力部は、開閉軸を基準にして開閉する第１指掛部及び第２指掛部を備え、前記第１指掛部は固定され、前記第２指掛部が前記第１指掛部に対して相対的に開閉動作し、前記第１指掛部と前記第２指掛部が閉じることによって前記エンドエフェクタ軸が閉じることを特徴とする。
【００１３】
このように、固定された第１指掛部に対して第２指掛部が接近して、閉じる操作をすることによって、力をかけやすくなり操作性が向上する。また、第１指掛部と第２指掛部が閉じることによってエンドエフェクタも閉じることから、直感的な操作が可能となる。
【００１４】
前記第１指掛部及び前記第２指掛部には、それぞれ指挿入輪が設けられていてもよい。これにより、はさみの柄と似た構成となり、慣れがあり、扱いやすい。また、エンドエフェクタに加わる力を感じやすい。閉じ方向だけでなく、開く方向にも操作しやすい。
【００１５】
前記第１指掛部における前記指挿入輪は、前記第２指掛部における前記指挿入輪よりも広く、前記第１指掛部の延在方向に長くしてもよい。
【００１６】
前記第２指掛部で、前記第１指掛部に対向する側と逆の側は、前記開閉軸を中心として略径方向に延在する直線形状であってもよい。これにより、親指の根元側腹部で力を加えやすく、また、エンドエフェクタに加わる力を感じやすい。
【００１７】
前記先端動作部は、前記連結シャフトの基端側から先端側に延在する軸線と非平行に回動可能なピボット軸を有し、前記連結シャフトの軸に対して直交する軸を基準として回転し、前記ピボット軸に対して動作指令を与える操作つまみを有してもよい。
【００１８】
前記開閉軸は、前記連結シャフトの軸線上又はその近傍に設けられ、前記第１指掛部は、前記連結シャフトの軸線を基準として側方に延在し、前記第２指掛部は、前記第１指掛部よりも基端側斜め側方に延在していてもよい。これにより、手がシャフトの軸線と略直角な向きとなり、操作性が向上する。
【００１９】
前記第２指掛部は、弾性体によって設定される非操作時の初期姿勢から、前記第１指掛部の方向へ接近して閉じられるようにしてもよい。
【００２０】
前記開閉軸は、前記連結シャフトの軸線上又はその近傍に設けられ、前記第１指掛部は、前記連結シャフトの軸線方向に沿って基端側に延在し、前記第２指掛部は、基端側斜め側方に延在し、弾性体によって設定される非操作時の初期姿勢から、前記連結シャフトの軸線方向に接近して前記第１指掛部の方向へ閉じられてもよい。これにより、しっかりと握ることができて力を加えやすい。非操作時には、弾性体によって初期姿勢に戻すことができる。
【００２１】
前記姿勢軸アクチュエータは、前記エンドエフェクタ軸を回転させるロール軸アクチュエータと、前記ロール軸アクチュエータを動作させるためのロール回転指令入力手段とを有し、前記ロール回転指令入力手段は、前記連結シャフトの軸と略同軸の軸を基準として回転することにより指令信号を発するものであってもよい。
【００２２】
前記姿勢軸アクチュエータは、前記エンドエフェクタ軸を傾動させるヨー軸アクチュエータと、前記ヨー軸アクチュエータを動作させるためのヨー軸動作指令入力手段とを有し、前記ヨー軸動作指令入力手段は、前記ロール回転指令入力手段の基端側に設けられていてもよい。
【００２３】
前記ロール回転指令入力手段は、表面に複数の凹凸を有してもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係るマニピュレータによれば、固定された第１指掛部に対して第２指掛部が接近して、閉じる操作をすることによって、力をかけやすくなり操作性が向上する。また、第１指掛部と第２指掛部が閉じることによってエンドエフェクタも閉じることから、直感的な操作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】マニピュレータの側面図である。
【図２】マニピュレータの平面図である。
【図３】操作部の斜視図である。
【図４】図４Ａは、ロール軸入力部の正面図であり、図４Ｂは、変形例に係るロール軸入力部の正面図である。
【図５】第１の変形例に係る操作部の側面図である。
【図６】図５と異なる把持方法で把持された第１の変形例に係る操作部の側面図である。
【図７】第２の変形例に係る操作部の側面図である。
【図８】モータがＹ２方向に突出している場合の操作部の側面図である。
【図９】トリガレバーを十分に引いたときの、先端動作部の模式側面図である。
【図１０】トリガレバーを押し出したときの、先端動作部の模式側面図である。
【図１１】先端動作部の模式構造図である。
【図１２】先端動作部の断面側面図である。
【図１３】先端動作部の断面平面図である。
【図１４】先端動作部で、グリッパを閉じた状態の断面側面図である。
【図１５】先端動作部の分解斜視図である。
【図１６】エンドエフェクタ駆動機構の一部を示す模式構造図である。
【図１７】トリガレバーを操作しないときの、エンドエフェクタ駆動機構の模式側面図である。
【図１８】受動ワイヤの端部の接続箇所の模式断面平面図である。
【図１９】受動ワイヤの端部の接続箇所の模式断面側面図である。
【図２０】トリガレバーを押し出したときの、第２エンドエフェクタ駆動機構の一部断面平面図である。
【図２１】トリガレバーを十分に引いたとき、第２エンドエフェクタ駆動機構の一部断面平面図である。
【図２２】トリガレバーを押し出したときの、第２エンドエフェクタ駆動機構の一部断面側面図である。
【図２３】変形例に係る先端動作部の模式構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係るマニピュレータについて実施の形態を挙げ、添付の図１〜図２３を参照しながら説明する。
【００２７】
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、コントローラ１１に接続されている。マニピュレータ１０は、基本的には医療用である。
【００２８】
コントローラ１１は、マニピュレータ１０の電気的な制御をする部分であり、グリップハンドル（第１指掛部）２６の下端部から延在するケーブルに対してコネクタを介して接続されている。コントローラ１１は、マニピュレータ１０を独立的に複数台同時に制御することができる。もちろん、１台のマニピュレータ１０を制御するコントローラを用いてもよい。
【００２９】
マニピュレータ１０は、先端動作部１２に生体の一部又は湾曲針等を把持して所定の処置を行うためのものであり、通常、把持鉗子やニードルドライバ（持針器）等とも呼ばれる。
【００３０】
図１、図２及び図３に示すように、マニピュレータ１０は、人手によって把持及び操作される操作部１４ａと、該操作部１４ａに固定された作業部１６とを有する。作業部１６は、作業を行う先端動作部１２と、該先端動作部１２と操作部１４ａとを連接する長尺で中空の連結シャフト１８とを有する。先端動作部１２及び連結シャフト１８は細径に構成されており、患者の腹部等に設けられた円筒形状のトラカール２０から体腔２２内に挿入可能であり、複合入力部２４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。操作部１４ａと作業部１６とは一体構成であるが、条件に応じて分離可能な構成にしてもよい。
【００３１】
以下の説明では、図１及び図２における幅方向をＸ方向、高さ方向をＹ方向及び、連結シャフト１８の延在方向をＺ方向と規定する。また、先端側から見て右方をＸ１方向、左方をＸ２方向、上方向をＹ１方向、下方向をＹ２方向、前方をＺ１方向、後方をＺ２方向と規定する。さらに、特に断りのない限り、これらの方向の記載はマニピュレータ１０が中立姿勢である場合を基準として表すものとする。これらの方向は説明の便宜上のものであり、マニピュレータ１０は任意の向きで（例えば、上下を反転させて）使用可能であることはもちろんである。
【００３２】
操作部１４ａ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。グリップハンドル２６は、人手によって把持されるのに適した長さであり、上部の傾斜面に複合入力部２４を有する。グリップハンドル２６は、ブリッジ２８の端部から略Ｙ２方向に向かって延在している。このような角度にすることにより、マニピュレータ１０の全体を動かす際の操作性が高まるとともに、複合入力部２４の操作性が高まることが確かめられている。
【００３３】
作業部１６は、アクチュエータブロック３０に接続されているプーリボックス３２と、プーリボックス３２からＺ１方向に延在している連結シャフト１８と、該連結シャフト１８の先端に設けられた先端動作部１２と、プーリボックス３２からＺ２方向に延在する筒部３４と、該筒部３４の基端側に軸支されたトリガレバー（入力部、第２指掛部）３６とを有する。
【００３４】
先端動作部１２は、ロール軸入力部（ロール回転指令入力手段）５４、複合入力部（操作つまみ）２４及びトリガレバー３６の操作に基づいて３軸の動作が可能である。すなわち、基端側から順に、Ｙ軸を基準に傾動するヨー軸動作、先端を指向する軸（中立姿勢時にはＺ軸）を基準に回転するロール軸、及び開閉可能なグリッパ軸である。ヨー軸及びロール軸は、ヨー軸入力部５６及びロール軸入力部５４の左右方向の操作に基づいて、対応する所定のスイッチがオンになることによって電気的に駆動される。このとき、モータ６０及び６２は動作に応じて協働し、ロール軸アクチュエータ及び（又は）ヨー軸アクチュエータとして作用する。
【００３５】
グリッパ軸（エンドエフェクタ１３００）はトリガレバー３６の操作に基づいて機械的に駆動される。ここで機械的とはワイヤ、チェーン、タイミングベルト、リンク、ロッド、ギア等を介して駆動する方式であり、主に、動力伝達方向に非弾性な固体の機械部品を介して駆動する方式である。ワイヤやチェーン等は、張力により不可避的な多少の伸びが発生する場合があるが、これらは非弾性な固体の機械部品とする。
【００３６】
図３に示すように、複合入力部２４は、ベースブロック５０と、ベースブロック５０の上に設けられたハウジング５２と、ヨー軸入力部５６と、３つのスイッチ操作子５８ａ、５８ｂ及び５８ｃとを有する。トリガレバー３６を引き寄せる操作をするとロッド１９２ａも一体的に引き寄せられる。トリガレバー３６については、押し引き操作によってロッド１９２ａ及び１９２ｂを操作することができ、特に初期姿勢は設定されていないが、例えば、所定の弾性体によって設定される非操作時の初期姿勢から、グリップハンドル２６の方向へ接近して閉じられるようにしてもよい。
【００３７】
スイッチ操作子５８ｂは、ロール軸入力部５４及びヨー軸入力部５６の有効及び無効の切換や、ピボット軸機構を所定の初期姿勢に戻す（一度押すと初期姿勢まで自動的に移動し、停止する。）、又は初期姿勢方向に移動させる（押しているときだけ初期姿勢方向に移動し、初期姿勢になったら自動的に停止する。）ためのスイッチとして用いることができる。
【００３８】
同様にスイッチ操作子５８ａ及び５８ｃは、ロール回転機構を所定の初期姿勢に戻す、又は初期姿勢方向に移動させるためのスイッチとして用いることができる。
【００３９】
図１及び図２に示すように、アクチュエータブロック３０は、２つのモータ（姿勢軸アクチュエータ）１００及び１０２と、該モータ６０及び６２を支持するアクチュエータブラケット９０と、モータ６０及び６２の回転方向を変換して作業部１６に伝達するギア機構部９２とを有する。アクチュエータブロック３０は、ブリッジ２８の先端に接続されている。
【００４０】
モータ６０及び６２は、円柱形状であり、アクチュエータブラケット９０によってＺ方向に延在する向きでＸ方向に並列している。Ｚ１方向には出力軸６０ａ、６２ａが設けられている。
【００４１】
ギア機構部９２は、アクチュエータブラケット９０におけるＺ１方向側の３つのプレートで囲まれた空間でＸ方向に対称構成として設けられている。
【００４２】
図１及び図２に示すように、ギア機構部９２は、２本の駆動シャフト１１６ａ、１１６ｂと、２つの駆動傘歯車１１８ａ、１１８ｂと、２つの従動傘歯車１２０ａ、１２０ｂとを有する。
【００４３】
駆動シャフト１１６ａは、上端及び中央部がベアリングに軸支され、下端は軸孔を貫通して所定量突出して、Ｙ方向に延在している。駆動シャフト１１６ａ及び１１６ｂには、ワイヤ１０５２、１０５４（図１１参照）が巻き掛けられており、後述するワイヤガイド部１６０ａ、１６０ｂを経由して連結シャフト１８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１０５２、ワイヤ１０５４はそれぞれ同種、同径のものを用いることができる。
【００４４】
操作部１４ａにおける複合入力部２４、トリガレバー３６の位置、形態や操作方法などは、本構成に限定されない。例えば、複合入力部２４の代わりに、操作ローラやボタン、ジョイスティックなどを設けてもよく、操作しやすい位置や方法を適宜選択して設計すればよい。
【００４５】
トリガレバー３６の人手による操作は機械的に伝達されてエンドエフェクタ１３００の開閉が行われる。トリガレバー３６とエンドエフェクタ１３００との間で、人手による操作を機械的に伝達する手段である荷重リミッタ２１０ａ、トリガワイヤ２１０ｂ、ロッド１９２ａ及び後述するエンドエフェクタ駆動機構１３２０ａ、１３２０ｂ（図１１参照）等は操作伝達部を形成している。
【００４６】
駆動傘歯車１１８ａと従動傘歯車１２０ａは互いに噛合し、出力軸６０ａの回転を９０°変換して駆動シャフト１１６ａに伝達している。
【００４７】
プーリボックス３２は、第１の機能として、操作部１４ａのギア機構部９２に接続されて、駆動シャフト１１６ａ及び１１６ｂの回転を連結シャフト１８に中継する機能を有し、第２の機能として、筒部３４に接続されて、トリガレバー３６の操作を連結シャフト１８に中継する機能を有し、第３の機能として、連結シャフト１８内の気密状態を維持する機能を有する。
【００４８】
プーリボックス３２は、その内部の空洞部にワイヤガイド部１６０ａ、１６０ｂと、シャフト支持部１５４とを有する。
【００４９】
ワイヤガイド部１６０ａ、１６０ｂには円筒アイドラが設けられており、駆動シャフト１１６ａ、１１６ｂによって駆動されるワイヤ１０５２及び１０５４を連結シャフト１８の内部へ案内している。
【００５０】
このようなワイヤガイド部１６０ａ、１６０ｂを用いることにより、連結シャフト１８は、モータ６０及び６２の径に依存することなく十分に細くでき、例えば、トラカール２０に挿入するのに適した５ｍｍ〜１０ｍｍ程度に設定することができる。
【００５１】
次に、筒部３４とトリガレバー３６の構成について説明する。
【００５２】
図１に示すように、トリガレバー３６は、ブリッジ２８のトリガ軸２８ｂに回動自在に軸支されており、該トリガ軸２８ｂに軸支されるアーム部２００と、該アーム部２００のＹ２側に設けられた指輪部２０２と、さらにＹ２側に設けられた指掛け突起２０４と、Ｚ２方向側に突出したラチェット爪２０６とを有する。指輪部２０２は、主に人差し指が挿入され、指掛け突起２０４は、主に中指及び薬指を掛けるのに適している。
【００５３】
ラチェット爪２０６は、ラチェットリリース２０８と一体構成であり、図示しない弾性体によって、先端の爪を上方に向けて付勢している。トリガレバー３６をＺ２方向に大きく変位させると、ラチェット爪２０６は、グリップハンドル２６内の係合部に係合して、閉状態にロックさせることができる。このロック状態はラチェットリリース２０８の操作によって解除される。
【００５４】
筒部３４は、プーリボックス３２とトリガレバー３６との間に設けられた筒体２１０と、該筒体２１０の外側に設けられたロール軸入力部５４と、ロール軸入力スイッチ２１２ａ、２１２ｂとを有する。
【００５５】
該筒体２１０内には荷重リミッタ２１０ａ及びトリガワイヤ２１０ｂが設けられており、ロッド１９２ａ及び１９２ｂをアーム部２００に中継している。荷重リミッタは、ロッド１９２ａとアーム部２００におけるトリガ軸２８ｂよりも下の部分とを中継し、トリガワイヤはロッド１９２ｂとアーム部２００におけるトリガ軸２８ｂよりも上の部分とを中継している。
【００５６】
ロール軸入力部５４は、先端動作部１２に対してロール方向（軸回転方向）の入力指令を与える手段であり、非操作時には図示しない弾性体によって所定の初期角度に維持されており、基端側から見て時計方向に回転させるとロール軸入力スイッチ２１２ａがオンとなって先端動作部１２のロール軸が所定速度で時計方向に回転する。基端側から見て反時計方向に回転させるとロール軸入力スイッチ２１２ｂがオンとなって先端動作部１２のロール軸が所定速度で反時計方向に回転する。ロール軸入力部５４は、連結シャフト１８と同軸構成になっており、ロール軸の直感的な操作が可能である。ロール軸入力部５４は、トリガレバー３６から近い位置に設けられており、例えば親指及び人差し指による操作が可能である。
【００５７】
図４Ａに示すように、ロール軸入力部５４は、正面視で変形六角形状であって、外側の６つの円弧部と、それらの各間に設けられた６つの円弧凹部とを有しており、指でつまみやすい。ロール軸入力部５４は、例えば図４Ｂに示すように、４つの円弧部及び円弧凹部からなる変形四角形状（又は変形八角形状等）でもよい。ロール軸入力部５４には、表面に複数の凹凸を有することにより、指を掛けやすく操作性が向上する。各凹凸は、回転軸方向（つまりＺ方向）に延在する形状であるとよい。
【００５８】
このように構成される操作部１４ａでは、グリップハンドル２６は本体部及び連結シャフト１８に対して固定されており、トリガレバー３６は、グリップハンドル２６に対して相対的に開閉動作し、これらが閉じることによってエンドエフェクタ１３００が閉じる。これによって、エンドエフェクタ１３００に対して力をかけやすくなり操作性が向上する。また、トリガレバー３６とグリップハンドル２６が閉じることに応じてエンドエフェクタ１３００も閉じることから、直感的な操作が可能となる。
【００５９】
また、ロール軸入力部５４は、連結シャフト１８の軸Ｊを略同軸の軸を基準として回転することにより指令信号を発することから、ロール軸の直感的な操作が可能である。
【００６０】
通常のラパロ鉗子では、クリッパを長手方向に回転させるとき、シャフトそのものを回転させる場合もあるが、大きな角度に回転させる場合には人差し指で指掛け部を回し、シャフトの回転を行う。
【００６１】
本願実施例のマニピュレータ１０における操作部１４ａは、先端のグリッパの回転は、ロール軸によって行うが、ロール軸入力部５４が連結シャフト１８回りに回転する構成であることから、ラパロ鉗子と操作感及び操作方法が同様であり、操作を間違うことがなく、操作性が向上する。特に、ラパロ鉗子とマニピュレータ１０とを併用する場合などに、操作方法が共通していると混乱がなくて好適である。
【００６２】
また、ヨー軸入力部５６は、使用していない（空いている）親指で操作することを想定しているため、人差し指で操作するロール軸入力部５４よりも基端側に設けることにより自然な操作が可能となって好適である。
【００６３】
ロール軸入力部５４は、グリップハンドル２６よりも適度に離れていることから、人差し指による操作が窮屈にならない。
【００６４】
次に、操作部１４ａについての２つの変形例について説明する。各変形例において、操作部１４ａと同じ箇所については同符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００６５】
図５に示すように、第１変形例に係る操作部１４ｂは、ロール軸入力部５４と、ヨー軸入力部（操作つまみ）１０２と、グリッパ軸入力部１０４とを有する。
【００６６】
ロール軸入力部５４は、連結シャフト１８と同軸状に設けられた回転体であり、回転操作の方向に応じて先端動作部１２のロール軸が回転する。ヨー軸入力部１０２は、ブリッジ２８の下方に設けられたノブであり、左右操作の方向に応じて先端動作部１２のヨー軸が動作する。ヨー軸入力部１０２は、前記のヨー軸入力部５６に相当する。ヨー軸入力部１０２の操作端子は下向きとなっている。
【００６７】
ロール軸入力部５４及びヨー軸入力部１０２は、左右いずれの側からも操作が可能に設けられており、主に人差し指によって操作される。
【００６８】
グリッパ軸入力部１０４は、前記のトリガレバー３６に相当し、エンドエフェクタ１３００に対して機械的に接続され、該エンドエフェクタ１３００の開閉操作を行う部分である。
【００６９】
グリッパ軸入力部１０４は、マニピュレータ１０の最も基端側に設けられており、開閉軸１０６を基準にして開閉する第１指掛部１０８及び第２指掛部１１０を備える。開閉軸１０６は、連結シャフト１８の軸線Ｊ上又はその近傍に設けられたＸ方向の軸であり、第２指掛部１１０はＹ−Ｚ平面上で回転する。
【００７０】
第１指掛部１０８は、接続機構１１２を介して本体部分に固定され、開閉軸１０６を基準として略Ｙ２方向に延在しており、順に、略Ｙ２方向に延在するバー１１４と、指が２本挿入可能な第１指挿入輪１１６と、１本の指を掛けるのに適した円弧部１１８とを有する。
【００７１】
第１指挿入輪１１６は、バー１１４の延在軸線よりもＺ１側寄りに設けられており、Ｙ方向に長く、Ｙ１側よりもＹ２側がやや狭くなっており、Ｙ２方向に向かってＺ２方向に寄る緩やかな円弧形状である。円弧部１１８は、バー１１４のほぼ真下にある略半円形状部であって、Ｚ１方向とＹ２方向の中間方向に開口している。第１指挿入輪１１６のＺ２方向面で、円弧部１１８の上方部には、円弧凹部１２０が形成されている。
【００７２】
第１指掛部１０８は接続機構１１２の部分で着脱自在であり、異なる形状のものに交換可能である。
【００７３】
第２指掛部１１０は、第１指掛部１０８よりも基端側斜め側方（Ｚ２方向とＹ２方向の中間方向）に延在し、開閉軸１０６を基準として回動可能に形成され、ロッド１９２ａ（図１１参照）をＺ方向に進退させることによって、エンドエフェクタ１３００を開閉させることができる。第２指掛部１１０は、開閉軸１０６から延在するバー１２２と、該バー１２２の先端に設けられた第２指挿入輪１２４と、開閉軸１０６のＹ１側に設けられたロッド接続部１２５ａと、Ｙ２側に設けられた円弧ガイド１２５ｂとを有する。
【００７４】
第２指挿入輪１２４は、バー１２２の延在軸線よりも第１指挿入輪１１６に近い側に配置されており、その逆の側は、開閉軸１０６を中心として略外径方向に延在する直線部１２６が形成されている。
【００７５】
ロッド接続部１２５ａは、第２指掛部１１０を開いたときにブリッジ２８の一部に当接してストッパとして作用するとともに、その基端部は荷重リミッタ２１０ａを介してロッド１９２ａと接続されている。
【００７６】
円弧ガイド１２８は、トリガワイヤ２１０ｂをガイドして、ロッド１９２ｂに接続されている。
【００７７】
第１指挿入輪１１６は、第２指挿入輪１２４よりも広く、Ｙ２方向に長いことから、図５のように把持することが容易となっている。つまり、第１指挿入輪１１６は主に中指及びくすり指を挿入するのに適し、円弧部１１８は主に小指を掛けるのに適し、第２指挿入輪１２４は主に親指を挿入するのに適している。直線部１２６は主に親指の根元腹部を当てるのに適している（図６参照）。
【００７８】
グリッパ軸入力部１０４は、例えば、図５に示すように把持されて、第２指挿入輪１２４に挿入された親指の作用下に開閉され、エンドエフェクタ１３００を開閉させることができる。グリッパ軸入力部１０４を閉じたときには、第２指挿入輪１２４は円弧凹部１２０に入り込んで、十分に閉じる。
【００７９】
このようなグリッパ軸入力部１０４によれば、握力を掛けやすくなり操作性が向上する。また、第１指掛部１０８と第２指掛部１１０が閉じることによってエンドエフェクタ１３００も閉じることから、直感的な操作が可能となる。第１指掛部１０８及び第２指掛部１１０には、第１指挿入輪１１６及び第２指挿入輪１２４が設けられていることからはさみの柄と似た構成で、慣れがあり、扱いやすく、特に、閉じ方向だけでなく、開く方向にも操作しやすいことから、対象物を押し広げる操作（例えば剥離操作）にも適用できる。
【００８０】
また、第１指挿入輪１１６及び第２指挿入輪１２４によって、指との接触面積が大きくなり、エンドエフェクタ１３００に加わる力を感じやすい。
【００８１】
第１指掛部１０８と第２指掛部１１０は、開閉軸１０６を基準として開閉することから、いわゆる梃子の原理により大きな力を発生させることができるとともに、エンドエフェクタ１３００に加わる力が指に伝達されやすい。
【００８２】
さらに、第１指掛部１０８は、連結シャフト１８の軸線Ｊを基準として側方（Ｙ２方向）に延在していることから、手が軸線Ｊと略直角な向きとなり、操作性が向上する。このことは、ピストルにおける銃身とグリッパとの位置関係からも了解されよう。
【００８３】
グリッパ軸入力部１０４は、図６に示すように、直線部１２６に親指の根元腹部を当てて把持することも可能である。これにより、第１指掛部１０８と第２指掛部１１０とをより強い力で閉じさせることができる。親指の根元腹部は、直線部１２６に対して広い面積で当接し、把持しやすいとともに、エンドエフェクタ１３００に加わる力を知覚しやすい。
【００８４】
図５及び図６に示す例に限らず、グリッパ軸入力部１０４は種々の持ち方が可能である。
【００８５】
次に、第２変形例に係る操作部１４ｃについて説明する。
【００８６】
図７に示すように、操作部１４ｃは、ロール軸入力部５４と、ヨー軸入力部１０２と、グリッパ軸入力部１３０とを有する。グリッパ軸入力部１３０は、前記のトリガレバー３６に相当する部分であって、エンドエフェクタ１３００に対して機械的に接続され、該エンドエフェクタ１３００の開閉操作を行う部分である。
【００８７】
グリッパ軸入力部１３０は、前記のトリガレバー３６に相当する部分であって、エンドエフェクタ１３００に対して機械的に接続され、該エンドエフェクタ１３００の開閉操作を行う部分である。
【００８８】
グリッパ軸入力部１３０は、マニピュレータ１０の最も基端側に設けられており、開閉軸１０６を基準にして開閉する第１指掛部１３２及び第２指掛部１３４を備える。
【００８９】
第１指掛部１３２は、先端上面が緩やかな円弧状の長尺部材であって、本体部分に固定され、連結シャフト１８の軸線Ｊ方向に沿って基端側（Ｚ２側）に延在している。第１指掛部１３２は人手による主把持部であり、第２指掛部１３４よりもやや太く構成されている。
【００９０】
第１指掛部１３２における先端部近傍には、ロール軸入力部５４及びヨー軸入力部１０２がＺ方向に並列して設けられており、例えば親指による操作が可能である。ロール軸入力部５４は、ヨー軸入力部５６よりもややＺ１側に設けられており、連結シャフト１８と同軸に配置されている。ヨー軸入力部１０２の操作端子は上向きとなっている。
【００９１】
第２指掛部１３４は、第１指掛部１３２と略上下対称形状であって、開閉軸１０６を基準にして、基端側にやや斜め側方に延在しおり、図示しない弾性体によって弾性付勢され、非操作時の初期姿勢（実線部参照）として第１指掛部１３２からやや離間した角度に配置されている。第２指掛部１３４は、開閉軸１０６よりもＹ２側で荷重リミッタ２１０ａに接続されるレバー部１３６と、Ｙ１側でトリガワイヤ２１０ｂに接続される円弧ガイド部１３８とを有する。
【００９２】
初期姿勢時には、エンドエフェクタ１３００は開いている。第２指掛部１３４は、人手による操作で、初期姿勢から軸線Ｊ方向に接近して第１指掛部１３２の方向へ閉じられ（仮想線部参照）、これに応じてエンドエフェクタ１３００も閉じる。
【００９３】
このようなグリッパ軸入力部１３０では、しっかりと握ることができて力を加えやすい。また、非操作時には、弾性体によって初期姿勢に戻すことができる。ここでいう初期姿勢とは操作部としてのグリッパ軸入力部１３０に関するものであり、エンドエフェクタ１３００に関して規定される基準姿勢とは別である。
【００９４】
上述した操作部１４ａ、１４ｂ及び１４ｃは、開閉するエンドエフェクタ１３００に対して好適であり、対象物を把持するグリッパ形式及び切断をする鋏み形式のいずれにも適用可能である。
【００９５】
上記の各操作部１４ａ〜１４ｃでは、モータ６０及び６２を上方部分においてＺ方向に延在して、Ｘ方向に並列した形態で示したが、これに限らず、例えば、図８（操作部１４ｂをベースにして示す。）に示すように、モータ６０及び６２は、Ｘ方向に並列させたままプーリボックス３２からＹ２方向に突出して、駆動シャフト１１６ａ及び１１６ｂを直接的に駆動する形態でもよい。これによれば、傘歯車機構が不要の簡便構成となる。
【００９６】
次に、先端動作部１２の構成について説明する。
【００９７】
図９に示すように、先端動作部１２には、ロッド１９２ａ、受動ワイヤ１２５２ａ、アイドルプーリ１１４０ａ、ガイドプーリ１１４２ａ、受動プーリ１１５６ａを含む第１エンドエフェクタ駆動機構１３２０ａと、これに対応した第２エンドエフェクタ駆動機構１３２０ｂが設けられている。第１エンドエフェクタ駆動機構１３２０ａ及び第２エンドエフェクタ駆動機構１３２０ｂは、エンドエフェクタ１３００を開閉させる基本的な構成である。
【００９８】
第１エンドエフェクタ駆動機構１３２０ａにおける構成要素には符号にａを付し、第２エンドエフェクタ駆動機構１３２０ｂにおける構成要素には符号にｂを付して区別する。第１エンドエフェクタ駆動機構１３２０ａにおける構成要素と第２エンドエフェクタ駆動機構１３２０ｂにおける構成要素で同じ機能のものについては、煩雑とならないよう、代表的に第１エンドエフェクタ駆動機構１３２０ａについてのみ説明する場合がある。
【００９９】
図９、図１０においては、理解が容易となるように、第１エンドエフェクタ駆動機構１３２０ａと第２エンドエフェクタ駆動機構１３２０ｂを紙面上で並列して示すが、実際のマニピュレータ１０に適用する場合には、図１１に示すように、各プーリの軸方向（つまりＹ方向）に並列させ、アイドルプーリ（円柱部材、伝達部材）１１４０ａ及び１１４０ｂと、ガイドプーリ（円柱部材、伝達部材）１１４２ａと１１４２ｂの回転軸は、それぞれ同軸上に配置するとよい。つまり、アイドルプーリ１１４０ａ及び１１４０ｂは軸１１１０（図１１参照）に共通的に軸支することができ、ガイドプーリ１１４２ａと１１４２ｂは軸１１１２に共通的に軸支することができる。ガイドプーリ１１４２ａとガイドプーリ１１４２ｂを同軸構成とすることにより、ヨー軸動作機構が簡便になる。
【０１００】
図１２、図１３、図１４、図１５に示すように、先端動作部１２は、ワイヤ受動部１１００と、複合機構部１１０２と、エンドエフェクタ１３００とを有し、Ｙ方向の第１回転軸Ｏｙを中心にして、それよりも先の部分がヨー方向に回動する第１自由度と、第２回転軸Ｏｒを中心にしてロール方向に回動する第２自由度と、第３回転軸Ｏｇを中心として先端のエンドエフェクタ１３００を開閉させる第３自由度とを有する合計３自由度の機構となっている。
【０１０１】
第１自由度の機構である第１回転軸Ｏｙは、連結シャフト１８の基端側から先端側に延在する軸線Ｃと非平行に回動可能に設定するとよい。第２自由度の機構である第２回転軸Ｏｒは先端動作部１２における先端部（つまりエンドエフェクタ１３００）の延在方向の軸線を中心として回動可能な機構とし、先端部をロール回転可能に設定するとよい。
【０１０２】
第１自由度の機構（つまりヨー方向）は、例えば±９０°又はそれ以上の稼動範囲を有する傾動機構（又は屈曲機構）である。第２自由度の機構（つまりロール方向）は、例えば±１８０°又はそれ以上の稼動範囲を有する回動機構である。第３自由度の機構（つまりエンドエフェクタ１３００）は、例えば４０°又はそれ以上開くことのできる開閉機構である。
【０１０３】
エンドエフェクタ１３００は、手術において実際の作業を行う部分であり、第１回転軸Ｏｙ及び第２回転軸Ｏｒは、作業を行い易いようにエンドエフェクタ１３００の姿勢を変えるための姿勢変更機構を構成する姿勢軸である。一般に、エンドエフェクタ１３００を開閉させる第３自由度に係る機構部はグリッパ（又はグリッパ軸）とも呼ばれ、ヨー方向に回動する第１自由度に係る機構部はヨー軸とも呼ばれ、ロール方向に回動する第２自由度に係る機構部はロール軸とも呼ばれる。
【０１０４】
ワイヤ受動部１１００は、一対の舌片部１０５８の間に設けられており、ワイヤ１０５２、ワイヤ１０５４のそれぞれの往復動作を回転動作に変換して複合機構部１１０２に伝達する部分である。ワイヤ受動部１１００は、軸孔１０６０ａ、１０６０ａに挿入される軸１１１０と、軸孔１０６０ｂ、１０６０ｂに挿入される軸１１１２とを有する。軸１１１０及び１１１２は、軸孔１０６０ａ、１０６０ｂに対して、例えば圧入若しくは溶接により固定される。軸１１１２は第１回転軸Ｏｙの軸上に配置される。
【０１０５】
軸１１１２のＹ方向両端には、Ｙ方向に対称形状の歯車体１１２６及び歯車体１１３０が設けられている。歯車体１１２６は、筒体１１３２と、該筒体１１３２の上部に同心状に設けられた歯車１１３４とを有する。歯車体１１３０は、歯車体１１２６と略同形状であって、該歯車体１１２６に対してＹ方向に配置されている。歯車体１１３０は、筒体１１３６と、該筒体１１３６の下部に同心状に設けられた歯車１１３８とを有する。歯車１１３４及び歯車１１３８は、後述するギア体１１４６のフェイスギア１１６５の上端部及び下端部に噛合する。
【０１０６】
筒体１１３６は筒体１１３２と略同径、同形状である。筒体１１３２及び筒体１１３６には、ワイヤ１０５２及び１０５４が所定の固定手段によって一部が固定されて巻き掛けられている。ワイヤ１０５２及び１０５４の巻き掛けられる角度は、例えば１．５回転（５４０°）である。
【０１０７】
ワイヤ１０５２及び１０５４（図１１参照）を回転動作させることにより、歯車体１１２６及び歯車体１１３０を軸１１１２に対して回転させることができる。歯車体１１２６と歯車体１１３０を同方向に同速度で回転させると、ギア体１１４６は軸１１１２を基準として揺動し、ヨー方向動作が行われる。歯車体１１２６と歯車体１１３０を逆方向に同速度で回転させると、ギア体１１４６は第２回転軸Ｏｒを基準として回転し、ロール回転動作が行われる。歯車体１１２６と歯車体１１３０を異なる速度で回転させると、ギア体１１４６は、ヨー方向動作とロール回転動作の複合動作が行われる。つまり、歯車体１１２６、歯車体１１３０及びギア体１１４６は差動機構（例えば、特許文献３における図２３に示される構成に相当する。）を構成している。
【０１０８】
先端動作部１２の機構は差動機構に限らず、例えば、ワイヤ１０５２が歯車１１３４を介してフェイスギア１１６５を駆動するのに対してワイヤ１０５４は主軸部材１１４４を直接的に回転駆動する形式（例えば、特許文献３における図７に示される構成に相当する。）としてもよい。
【０１０９】
軸１１１０の略中央部にはアイドルプーリ（円柱部材、伝達部材）１１４０ａが回転自在に軸支されており、軸１１１２の略中央部にはガイドプーリ（円柱部材、伝達部材）１１４２ａが回転自在に軸支されている。アイドルプーリ１１４０ａは、ガイドプーリ１１４２ａに巻きかける受動ワイヤ（可撓性部材、伝達部材）１２５２ａの巻き掛け角度を常に一定（両側あわせて約１８０°）に保つためにある。アイドルプーリ１１４０ａの代わりに、ガイドプーリ１１４２ａに受動ワイヤ１２５２ａを１巻き以上してもよい。アイドルプーリ１１４０ａ及びガイドプーリ１１４２ａは、受動ワイヤ１２５２ａ（図１７参照）に対するすべり、及び摩擦による摩耗を低減するために、表面を滑らかにし、又は摩擦の少ない材質を用いるとよい。ガイドプーリ１１４２ａは、姿勢変更機構におけるヨー軸Ｏｙに設けられている。
【０１１０】
軸１１１２における、歯車体１１２６とガイドプーリ１１４２ａとの間、及びガイドプーリ１１４２ａと歯車体１１３０との間には主軸部材１１４４が回転自在に軸支されている。主軸部材１１４４は、複合機構部１１０２に向けて突出する筒部を有する。主軸部材１１４４の軸心部には方形の孔１１４４ａが設けられている。主軸部材１１４４のＺ２方向端部には、ガイドプーリ１１４２ａのＹ方向両面を保持するとともに軸１１１２が挿通する孔を有する２枚の補助板１１４４ｂが設けられている。補助板１１４４ｂはＺ１方向に向かって幅広となる山形であって、糸等の異物の侵入を防止する。
【０１１１】
複合機構部１１０２は、エンドエフェクタ１３００の開閉動作機構と、該エンドエフェクタ１３００の姿勢を変化させる姿勢変更機構とを含む複合的な機構部である。
【０１１２】
複合機構部１１０２は、主軸部材１１４４の筒部周面に対して回転自在に嵌挿されたギア体１１４６と主軸部材１１４４の先端に設けられたナット体１１４８と、Ｚ２方向端部が孔１１４４ａに挿入される断面四角の伝達部材１１５２と、該伝達部材１１５２のＺ２方向端部に対してピン１１５４により回転自在に軸支される受動プーリ（円柱部材、伝達部材）１１５６ａと、受動板（伝達部材）１１５８と、円筒状のカバー１１６０とを有する。
【０１１３】
主軸部材１１４４におけるギア体１１４６と当接する部分には、樹脂製のスラスト軸受部材１１４４ｃが設けられている。ナット体１１４８におけるギア体１１４６と当接する部分には、樹脂製のスラスト軸受部材１１４８ａが設けられている。スラスト軸受部材１１４４ｃ及び１１４８ａは低摩擦材であって、当接部分の摩擦及びトルクを低減するとともに、フェイスギア１１６５に負荷が直接的にかかることを防止する。スラスト軸受部材１１４４ｃ及び１１４８ａは、いわゆる滑り軸受である。
【０１１４】
ギア体１１４６は、段付き筒形状であって、Ｚ２方向の大径部１１６２と、Ｚ１方向の小径部１１６４と、大径部１１６２のＺ２方向端面に設けられたフェイスギア１１６５とを有する。フェイスギア１１６５は、歯車１１３４及び歯車１１３８に噛合する。ギア体１１４６は、ナット体１１４８が主軸部材１１４４に対する抜けることを防止する。大径部１１６２の外周には、ねじが設けてある。
【０１１５】
受動板１１５８は、Ｚ２方向の凹部１１６６と、該凹部１１６６の底面に設けられた係合部１１６８と、Ｙ方向両面にそれぞれ設けられた軸方向のリブ１１７０と、リンク孔１１７２とを有する。係合部１１６８は、伝達部材１１５２の先端に設けられたきのこ状の突起１１７４に係合する形状である。この係合により、受動板１１５８と伝達部材１１５２は、相対的なロール軸の回転が可能になる。受動板１１５８の幅はカバー１１６０の内径に略等しい。
【０１１６】
カバー１１６０は、複合機構部１１０２の略全体を覆う大きさであり、複合機構部１１０２及びエンドエフェクタ１３００に異物（生体組織、薬剤、糸等）が入り込むことが防止される。カバー１１６０の内面には、受動板１１５８の２つのリブ１１７０が嵌る軸方向の２本の溝１１７５が対向する向きに設けられている。溝１１７５にリブ１１７０が嵌ることにより受動板１１５８が軸方向にガイドされる。受動板１１５８の係合部１１６８には突起１１７４が係合することから、受動プーリ１１５６ａは孔１１４４ａ内において、受動板１１５８及び伝達部材１１５２とともに軸方向に進退可能であるとともに、伝達部材１１５２を基準としてロール回転が可能である。カバー１１６０は、ギア体１１４６の大径部１１６２に対して螺入、圧入等の手段により固定されている。
【０１１７】
カバー１１６０は、ギア体１１４６と基部側で結合（螺合、圧入、溶接等）されており、ギア体１１４６の回転とともにカバー１１６０及びエンドエフェクタ１３００はロール軸動作を行う。
【０１１８】
レバー部１３１０と受動板１１５８は、グリッパリンク１２２０により連接されている。つまり、各グリッパリンク１２２０の一端の孔１２２０ａは、孔１２１８とともにピン１２２２が挿入され、他端の孔１２２０ｂは、受動板１１５８のリンク孔１１７２とともにピン１２２４が挿入されて連接されている。
【０１１９】
図１６に示すように、アイドルプーリ１１４０ａは、同軸上の第１層アイドルプーリ（第１層アイドル円柱体）１２３２と第２層アイドルプーリ（第２層アイドル円柱体）１２３４の２枚が並列して構成されており、ガイドプーリ１１４２ａは、同軸上の第１層ガイドプーリ（第１層ガイド円柱体）１２３６と第２層ガイドプーリ（第２層ガイド円柱体）１２３８の２枚が並列して構成されている。
【０１２０】
図１７に示すように、ロッド１９２ａのＺ１方向端部は、ワイヤ係合部１２５０ａによって受動ワイヤ（可撓性部材）１２５２ａの両端部に接続されている。
【０１２１】
図１８及び図１９に示すように、ワイヤ係合部１２５０ａは、ロッド１９２ａの先端部１４１４にローラ１４１６が設けられ、該ローラ１４１６に受動ワイヤ１２５２ａが巻き掛けられている。ローラ１４１６はピン１４１８に軸支されており回転自在である。これにより、受動ワイヤ１２５２ａはローラ１４１６に巻きかけられながら適度に進退し、ロッド１９２ａをＺ２方向に引くときに、特にヨー軸が屈曲しないような状態でも、受動ワイヤ１２５２ａをＸ方向のバランスよく引くことができる。先端部１４１４は、ロッド１９２ａに螺設されている。この実施例では、受動ワイヤ１２５２ａのＹ方向一対の張力が均一となり、長寿命化を図ることができるとともに、上下両方のＹ方向一対の平行化を図ることができる。
【０１２２】
図１６及び図１７に戻り、受動ワイヤ１２５２ａは、一部がワイヤ係合部１２５０ａに接続された環状の可撓性部材であり、ワイヤ以外にもロープ、樹脂線、ピアノ線及びチェーン等を用いることができる。ここで、環状とは広義であり、必ずしも全長にわたって可撓性部材が適用されている必要はなく、少なくとも各プーリに巻き掛けられる箇所が可撓性部材であればよく、直線部は剛体で接続されていてもよいことはもちろんである。
【０１２３】
受動ワイヤ１２５２ａは、駆動部材のロッド１９２ａから、アイドルプーリ１１４０ａのＸ１方向（第１の側方）を通り、Ｘ２方向（第２の側方）に向かい、ガイドプーリ１１４２ａのＸ２方向の面を通り受動プーリ１１５６ａのＸ２方向面に至る。受動ワイヤ１２５２ａは、さらに、受動プーリ１１５６ａのＺ１方向面に半周巻き掛けられてＸ１方向面に至り、ガイドプーリ１１４２ａのＸ１方向の面を通り、Ｘ２方向に向かいアイドルプーリ１１４０ａのＸ２方向を通りワイヤ係合部１２５０ａに至る経路で配設されている。
【０１２４】
つまり、受動ワイヤ１２５２ａは、ワイヤ係合部１２５０ａを基点及び終点とする一巡の経路を構成し、アイドルプーリ１１４０ａの両側方を通り、受動プーリ１１５６ａに巻き掛けられ、アイドルプーリ１１４０ａとガイドプーリ１１４２ａとの間で交差して、略８字形状をなす。これにより、ワイヤ係合部１２５０ａ及び受動ワイヤ１２５２ａは、ロッド１９２ａを介してトリガレバー３６に対して機械的に接続されていることになる。
【０１２５】
アイドルプーリ１１４０ａ、ガイドプーリ１１４２ａ及び受動プーリ１１５６ａは略同径であり、受動ワイヤ１２５２ａがあまり屈曲しないように、レイアウト上の可能な範囲で適度に大径にしている。ワイヤ係合部１２５０ａは、受動ワイヤ１２５２ａが過度に屈曲しないように、アイドルプーリ１１４０ａよりも適度に離れた位置に設けられており、受動ワイヤ１２５２ａの両端部はワイヤ係合部１２５０ａを頂部として鋭角を形成している。アイドルプーリ１１４０ａとガイドプーリ１１４２ａとの間は狭く、例えば、受動ワイヤ１２５２ａの幅と略等しい隙間が形成されている。
【０１２６】
アイドルプーリ１１４０ａ、ガイドプーリ１１４２ａ及び受動プーリ１１５６ａには、受動ワイヤ１２５２ａの抜け止めのために、上面及び下面に小さいフランジを設け、又は側面を凹形状にしてもよい。
【０１２７】
図１７から明らかなように、第１エンドエフェクタ駆動機構１３２０ａでは、基端側から先端側に向かって、受動ワイヤ１２５２ａ、アイドルプーリ１１４０ａ、ガイドプーリ１１４２ａ及び受動プーリ１１５６ａが中心線に沿って配置されている。エンドエフェクタ１３００は、伝達部材１１５２等を介して受動プーリ１１５６ａに連結されている。
【０１２８】
このように構成される第１エンドエフェクタ駆動機構１３２０ａでは、ロッド１９２ａ（図１７参照）をＺ２方向に引き寄せると、平面視で、第１層アイドルプーリ１２３２及び第２層ガイドプーリ１２３８は反時計方向に回転し、第２層アイドルプーリ１２３４及び第１層ガイドプーリ１２３６は時計方向に回転する。このように、アイドルプーリ１１４０ａ及びガイドプーリ１１４２ａは、それぞれ同軸上で２枚のプーリが並列する構成であることから、当接する受動ワイヤ１２５２ａの動きに従って逆方向に回転可能であり、動作がスムーズである。
【０１２９】
エンドエフェクタ１３００は、一対のグリッパ１３０２が動作をするいわゆる両開き型である。エンドエフェクタ１３００は、カバー１１６０に対して一体構成のグリッパベース１３０４と、該グリッパベース１３０４に設けられたピン１１９６を基準にして動作する一対のエンドエフェクタ部材１３０８と、一対のグリッパリンク１２２０とを有する。
【０１３０】
各エンドエフェクタ部材１３０８は、Ｌ字形状であって、Ｚ１方向に延在するグリッパ１３０２と、該グリッパ１３０２に対して略３５°に曲がって延在するレバー部１３１０とを有する。Ｌ字形状の屈曲部には、孔１２１６が設けられ、レバー部１３１０の端部近傍には孔１２１８が設けられている。孔１２１６にピン１１９６が挿入されることにより一対のエンドエフェクタ部材１３０８は第３回転軸Ｏｇを中心として揺動自在となる。
【０１３１】
各エンドエフェクタ部材１３０８は側方の１つのグリッパリンク１２２０によって、受動板１１５８のピン１２２４に連接されている。エンドエフェクタ１３００の受動板１１５８ではリンク孔１１７２が図１３のＹ方向に対称位置に２つ設けられており、一対のグリッパリンク１２２０は側面視で交差する配置である。
【０１３２】
図１２、図１３、図１４及び図１５に示すように、第２エンドエフェクタ駆動機構１３２０ｂは、第１エンドエフェクタ駆動機構１３２０ａ（図１７参照）に対して、基本的には、折り返しプーリ（円柱部材、伝達部材）１３５０が付加された構成である。受動プーリ１１５６ａ及び受動プーリ１１５６ｂは同軸構成となっている。
【０１３３】
主軸部材１１４４には、ピン１３５２が挿入及び固定される径方向の軸孔１３５４が設けられている。軸孔１３５４は、孔１１４４ａを経由して主軸部材１１４４の筒部を貫通している。
【０１３４】
伝達部材１１５２には、ピン１３５２が挿通可能な幅で軸方向に延在する長孔１３５６が設けられている。伝達部材１１５２は、作業部１６の軸心よりＹ１方向にややオフセットした位置に設けられるが、先端の突起１１７４だけは軸心に配置させるとよい（図１７参照）。もちろん、伝達部材１１５２は中心に配置してもよい。
【０１３５】
ピン１１５４は、伝達部材１１５２を通り抜けてＹ２方向に突出し受動プーリ１１５６ｂを軸支する。受動プーリ１１５６ｂは、受動ワイヤ１２５２ｂが２巻き可能な幅を有する。孔１１４４ａは、受動プーリ１１５６ａ、１１５６ｂ及び伝達部材１１５２が挿入可能な高さを有する。受動プーリ１１５６ａ及び１１５６ｂは、孔１１４４ａ内でピン１１５４によって同軸に軸支されており、独立的に回転自在である。
【０１３６】
ピン１３５２は、孔１１４４ａ内でＹ１方向からＹ２方向に向かって、長孔１３５６及び折り返しプーリ１３５０の中心孔に挿入されて、伝達部材１１５２と受動プーリ１１５６ａ及び１１５６ｂが軸方向に進退可能である。折り返しプーリ１３５０はピン１３５２に軸支されて回転自在であり、位置は固定である。折り返しプーリ１３５０は受動ワイヤ１２５２ｂが２巻き可能な幅を有する。また、折り返しプーリ１３５０を２層化することにより、開閉動作のときに反対方向に回転できる構成となり、受動ワイヤ１２５２ｂとプーリの摩擦を低減させることができる。
【０１３７】
図２０、図２１及び図２２に示すように、第２エンドエフェクタ駆動機構１３２０ｂにおいては、受動プーリ１１５６ｂよりも先端側に折り返しプーリ１３５０が設けられ、受動ワイヤ１２５２ｂは、受動プーリ１１５６ｂと折り返しプーリ１３５０とにわたって巻き掛けられている。つまり、受動ワイヤ１２５２ｂは、駆動部材のロッド１９２ｂのワイヤ係合部１２５０ｂから、アイドルプーリ１１４０ｂのＸ１方向を通り、Ｘ２方向に向かい、ガイドプーリ１１４２ｂのＸ２方向を通り受動プーリ１１５６ｂのＸ２方向面に至る。受動ワイヤ１２５２ｂはそのままＺ１方向に向かって延在し、折り返しプーリ１３５０のＸ２方向の面に達し、該折り返しプーリ１３５０のＺ１方向の面に半回転巻き付けられてＺ２方向に折り返す。
【０１３８】
受動ワイヤ１２５２ｂは受動プーリ１１５６ｂのＺ２方向の面に半回転巻き付けられてＸ２側を通って再度折り返しプーリ１３５０に至り、再び該折り返しプーリ１３５０のＺ１方向の面に半回転巻き付けられてＺ２方向に折り返す。この後、受動ワイヤ１２５２ｂはガイドプーリ１１４２ｂのＸ１方向からアイドルプーリ１１４０ｂのＸ２方向に至り、ロッド１９２ｂのワイヤ係合部１２５０ｂに接続される。ワイヤ係合部１２５０ａ及び受動ワイヤ１２５２ｂは、ロッド１９２ｂを介してトリガレバー３６に対して機械的に接続されていることになる。
【０１３９】
先端動作部１２の構造について理解を容易にするために、その模式図を図１１に示す。
【０１４０】
このように構成される先端動作部１２では、図９に示すように、人手によりトリガレバー３６を十分に引くと、ロッド１９２ａは受動ワイヤ１２５２ａを引き寄せ、受動プーリ１１５６ａ、伝達部材１１５２をＺ２方向に移動させることからエンドエフェクタ１３００を閉じさせることができる。つまり、ロッド１９２ａや受動ワイヤ１２５２ａ、受動プーリ１１５６ａ等の伝達部材が牽引されることによりエンドエフェクタ１３００が閉じられる。
【０１４１】
この場合、第２エンドエフェクタ駆動機構１３２０ｂについては、ロッド１９２ｂは、押し出されるように配置されているため、伝達部材１１５２の動作を阻害しない。
【０１４２】
また、図１０に示すように、人手によりトリガレバー３６を十分に押し出すと、伝達部材１１５２及び受動プーリ１１５６ａは先端側にＺ１方向に移動してエンドエフェクタ１３００を開くことができる。
【０１４３】
エンドエフェクタ１３００には、トリガレバー３６を人手によって押し出す力が第２エンドエフェクタ駆動機構１３２０ｂによって機械的に直接伝えられることから、弾性体のような所定の力ではなく任意の強い力で開くことができる。したがって、エンドエフェクタ１３００の外側面を用いて生体組織を剥離させ、又は孔部を拡開させるような手技に対して好適に用いることができる。
【０１４４】
また、エンドエフェクタ１３００の外側面に対象物が接触した場合には、受動ワイヤ１２５２ｂ、ロッド１９２ｂ及びトリガレバー３６もそれ以上Ｚ１方向に動かなくなり、操作者はエンドエフェクタ１３００の外側面が対象物に接触したこと、及び該対象物の硬さ等を指先で知覚することができる。
【０１４５】
先端動作部１２は、ヨー軸動作及びロール軸動作が可能である。図示を省略するが、先端動作部１２では、ヨー軸動作をする場合、ガイドプーリ１１４２ａ及びガイドプーリ１１４２ｂの軸（図１１参照）を中心にして、それよりも先端の複合機構部１１０２及びエンドエフェクタ１３００がヨー方向に揺動する。先端動作部１２は、非干渉機構であることから、ヨー軸動作をしてもエンドエフェクタ１３００の開度が変化することはなく、逆にエンドエフェクタ１３００の開度を変化させてもヨー軸が動作することはない。エンドエフェクタ１３００とロール軸の関係についても同様である。
【０１４６】
次に、先端動作部１２の変形例としての先端動作部１２ａを図２３に示す。
【０１４７】
図２３に示すように、先端動作部１２ａは、前記の先端動作部１２（図１０参照）と比較して第１エンドエフェクタ駆動機構１３２０ａを有している点で共通するが、第２エンドエフェクタ駆動機構１３２０ｂが省略された構成となっている。先端動作部１２ａについて、先端動作部１２と同一の構成要素については同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【０１４８】
先端動作部１２ａは、前記の両開き型のエンドエフェクタ１３００に代えて片開き式のエンドエフェクタ１３００ａが設けられている。エンドエフェクタ１３００ａは、固定のグリッパ１２０２とピン１１９６を中心として軸開閉動作をするグリッパ１２１２と、伝達部材１１５２をＺ１方向に弾性付勢するスプリング１３０５とを有している。グリッパ１２１２は、伝達部材１１５２が進退することにともなってグリッパリンク１２２０を介して開閉駆動される。すなわち、トリガレバー３６をＺ２方向に引くと第１エンドエフェクタ駆動機構１３２０ａによって伝達部材１１５２もＺ２方向に変位し、グリッパ１２１２は図２３における反時計方向に回動してエンドエフェクタ１３００ａが閉動作をする。一方、トリガレバー３６を開放すると、伝達部材１１５２はスプリング１３０５の付勢によってＺ１方向に変位し、エンドエフェクタ１３００ａは開状態に復帰する。また、トリガレバー３６はＺ１方向に復帰する。
【０１４９】
上述したように、本実施の形態に係るマニピュレータ１０によれば、固定された第１指掛部１０８に対して第２指掛部１１０が接近して、閉じる操作をすることによって、力をかけやすくなり操作性が向上する。また、第１指掛部１０８と第２指掛部１１０が閉じることによってエンドエフェクタ１３００も閉じることから、直感的な操作が可能となる。
【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。
【符号の説明】
【０１５１】
１０…マニピュレータ １２、１２ａ…先端動作部
１４ａ〜１４ｃ…操作部 １６…作業部
１８…連結シャフト ２６…グリップハンドル
２８…ブリッジ ３０…アクチュエータブロック
３６…トリガレバー ５４…ロール軸入力部
５６、１０２…ヨー軸入力部 ６０、６２…モータ
１０４、１３０…グリッパ軸入力部 １０６…開閉軸
１０８、１３２…第１指掛部 １１０、１３４…第２指掛部
１１６…第１指挿入輪 １２４…第２指挿入輪
１２６…直線部 １０５２、１０５４…ワイヤ
１３００、１３００ａ…エンドエフェクタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人手によって操作する入力部を含む操作部と、
開閉するエンドエフェクタ軸、及び該エンドエフェクタ軸の向きを変える１以上の姿勢軸を含む先端動作部と、
前記操作部と前記先端動作部を連結する連結シャフトと、
前記姿勢軸を駆動する姿勢軸アクチュエータと、
前記入力部の人手による操作を機械的に伝達して、前記エンドエフェクタ軸を駆動する操作伝達部と、
を有し、
前記入力部は、開閉軸を基準にして開閉する第１指掛部及び第２指掛部を備え、
前記第１指掛部は固定され、前記第２指掛部が前記第１指掛部に対して相対的に開閉動作し、前記第１指掛部と前記第２指掛部が閉じることによって前記エンドエフェクタ軸が閉じ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、
前記第１指掛部及び前記第２指掛部には、それぞれ指挿入輪が設けられていることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項３】
請求項２記載のマニピュレータにおいて、
前記第１指掛部における前記指挿入輪は、前記第２指掛部における前記指挿入輪よりも広く、前記第１指掛部の延在方向に長い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、
前記第２指掛部で、前記第１指掛部に対向する側と逆の側は、前記開閉軸を中心として略径方向に延在する直線形状であることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
前記先端動作部は、前記連結シャフトの基端側から先端側に延在する軸線と非平行に回動可能なピボット軸を有し、
前記連結シャフトの軸に対して直交する軸を基準として回転し、前記ピボット軸に対して動作指令を与える操作つまみを有することを特徴とするマニピュレータ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
前記開閉軸は、前記連結シャフトの軸線上又はその近傍に設けられ、
前記第１指掛部は、前記連結シャフトの軸線を基準として側方に延在し、
前記第２指掛部は、前記第１指掛部よりも基端側斜め側方に延在していることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項７】
請求項６記載のマニピュレータにおいて、
前記第２指掛部は、弾性体によって設定される非操作時の初期姿勢から、前記第１指掛部の方向へ接近して閉じられることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
前記開閉軸は、前記連結シャフトの軸線上又はその近傍に設けられ、
前記第１指掛部は、前記連結シャフトの軸線方向に沿って基端側に延在し、
前記第２指掛部は、基端側斜め側方に延在し、弾性体によって設定される非操作時の初期姿勢から、前記連結シャフトの軸線方向に接近して前記第１指掛部の方向へ閉じられることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
前記姿勢軸アクチュエータは、前記エンドエフェクタ軸を回転させるロール軸アクチュエータと、
前記ロール軸アクチュエータを動作させるためのロール回転指令入力手段と、
を有し、
前記ロール回転指令入力手段は、前記連結シャフトの軸と略同軸の軸を基準として回転することにより指令信号を発するものであることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項１０】
請求項９記載のマニピュレータにおいて、
前記姿勢軸アクチュエータは、前記エンドエフェクタ軸を傾動させるヨー軸アクチュエータと、
前記ヨー軸アクチュエータを動作させるためのヨー軸動作指令入力手段と、
を有し、
前記ヨー軸動作指令入力手段は、前記ロール回転指令入力手段の基端側に設けられていることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項１１】
請求項９又は１０記載のマニピュレータにおいて、
前記ロール回転指令入力手段は、表面に複数の凹凸を有することを特徴とするマニピュレータ。
【請求項１】
人手によって操作する入力部を含む操作部と、
開閉するエンドエフェクタ軸、及び該エンドエフェクタ軸の向きを変える１以上の姿勢軸を含む先端動作部と、
前記操作部と前記先端動作部を連結する連結シャフトと、
前記姿勢軸を駆動する姿勢軸アクチュエータと、
前記入力部の人手による操作を機械的に伝達して、前記エンドエフェクタ軸を駆動する操作伝達部と、
を有し、
前記入力部は、開閉軸を基準にして開閉する第１指掛部及び第２指掛部を備え、
前記第１指掛部は固定され、前記第２指掛部が前記第１指掛部に対して相対的に開閉動作し、前記第１指掛部と前記第２指掛部が閉じることによって前記エンドエフェクタ軸が閉じ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、
前記第１指掛部及び前記第２指掛部には、それぞれ指挿入輪が設けられていることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項３】
請求項２記載のマニピュレータにおいて、
前記第１指掛部における前記指挿入輪は、前記第２指掛部における前記指挿入輪よりも広く、前記第１指掛部の延在方向に長い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、
前記第２指掛部で、前記第１指掛部に対向する側と逆の側は、前記開閉軸を中心として略径方向に延在する直線形状であることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
前記先端動作部は、前記連結シャフトの基端側から先端側に延在する軸線と非平行に回動可能なピボット軸を有し、
前記連結シャフトの軸に対して直交する軸を基準として回転し、前記ピボット軸に対して動作指令を与える操作つまみを有することを特徴とするマニピュレータ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
前記開閉軸は、前記連結シャフトの軸線上又はその近傍に設けられ、
前記第１指掛部は、前記連結シャフトの軸線を基準として側方に延在し、
前記第２指掛部は、前記第１指掛部よりも基端側斜め側方に延在していることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項７】
請求項６記載のマニピュレータにおいて、
前記第２指掛部は、弾性体によって設定される非操作時の初期姿勢から、前記第１指掛部の方向へ接近して閉じられることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
前記開閉軸は、前記連結シャフトの軸線上又はその近傍に設けられ、
前記第１指掛部は、前記連結シャフトの軸線方向に沿って基端側に延在し、
前記第２指掛部は、基端側斜め側方に延在し、弾性体によって設定される非操作時の初期姿勢から、前記連結シャフトの軸線方向に接近して前記第１指掛部の方向へ閉じられることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
前記姿勢軸アクチュエータは、前記エンドエフェクタ軸を回転させるロール軸アクチュエータと、
前記ロール軸アクチュエータを動作させるためのロール回転指令入力手段と、
を有し、
前記ロール回転指令入力手段は、前記連結シャフトの軸と略同軸の軸を基準として回転することにより指令信号を発するものであることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項１０】
請求項９記載のマニピュレータにおいて、
前記姿勢軸アクチュエータは、前記エンドエフェクタ軸を傾動させるヨー軸アクチュエータと、
前記ヨー軸アクチュエータを動作させるためのヨー軸動作指令入力手段と、
を有し、
前記ヨー軸動作指令入力手段は、前記ロール回転指令入力手段の基端側に設けられていることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項１１】
請求項９又は１０記載のマニピュレータにおいて、
前記ロール回転指令入力手段は、表面に複数の凹凸を有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２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【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２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１０−２５３２０５（Ｐ２０１０−２５３２０５Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１００５４（Ｐ２００９−１１００５４）
【出願日】平成２１年４月２８日（２００９．４．２８）
【出願人】（０００１０９５４３）テルモ株式会社 (2,232)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２８日（２００９．４．２８）
【出願人】（０００１０９５４３）テルモ株式会社 (2,232)
【Ｆターム（参考）】
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