医療用マニピュレータ
【課題】手術器具を複雑に動かせるようにするとともに、切開口から処置部位までの距離が長くなっても、手術者の操作に忠実に手術器具を動作させること。
【解決手段】先端側に配置された鉗子１１と、この鉗子１１に繋がるとともに、複数の歯車により構成される動力伝達機構１３と、この動力伝達機構１３に繋がるとともにモータの動力によって、それぞれ独立して軸線方向に移動可能な第１、第２、第３及び第４のロッド１４、１５、１６、１７とを備えて鉗子マニピュレータ１０が構成されている。前記動力伝達機構１３は、鉗子１１を縦回転させる縦回転用機構２９と、鉗子１１を横回転させる横回転用機構３０と、鉗子１１をねじり回転させるねじり回転用機構３１と、鉗子１１を開閉動作させる把持動作用機構３２とを備えている。
【解決手段】先端側に配置された鉗子１１と、この鉗子１１に繋がるとともに、複数の歯車により構成される動力伝達機構１３と、この動力伝達機構１３に繋がるとともにモータの動力によって、それぞれ独立して軸線方向に移動可能な第１、第２、第３及び第４のロッド１４、１５、１６、１７とを備えて鉗子マニピュレータ１０が構成されている。前記動力伝達機構１３は、鉗子１１を縦回転させる縦回転用機構２９と、鉗子１１を横回転させる横回転用機構３０と、鉗子１１をねじり回転させるねじり回転用機構３１と、鉗子１１を開閉動作させる把持動作用機構３２とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用マニピュレータに係り、更に詳しくは、体外から患部までの距離が長い場合でも、先端側に配置された手術器具を正確に動作可能にする医療用マニピュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、患者の精神的負担や身体的負担を軽減する低侵襲手術が注目されている。この低侵襲手術は、内視鏡、メス、鉗子等の手術器具を皮膚組織に開けられた穴から体内の患部に向けて挿入し、手術者である医師が内視鏡画像をモニターで見ながら、体外側からメス、鉗子等の処置具を遠隔操作することにより、患部の処置を行う手術である。この低侵襲手術においては、手術者が患部を直視できず、内視鏡や処置具を遠隔操作しなければならないため、手術者に高い操作能力が必要となり、手術者の負担が大きくなる。
【０００３】
そこで、近時においては、内視鏡や処置具を先端側に備えたマニピュレータをロボットにより動作させる手術支援ロボットが研究開発されている。この手術支援ロボットは、心臓血管外科手術にも使用され始めているが、冠動脈バイパス手術では、後述する構造上の理由により、内胸動脈を左前下行枝へと吻合する１枝病変を対象とした手術にしか適用できない。ところが、冠動脈バイパス手術は、全体平均で２．６８枝病変を対象としており、手術支援ロボットによる冠動脈バイパス手術を普及させるためには、吻合箇所を左前下行枝に限らず、多枝病変に対する吻合を可能とした手術支援ロボットが望まれる。
【０００４】
ここで、前記手術支援ロボットに適用されるマニピュレータシステムとしては、ワイヤの牽引によって、先端側の手術器具に所定動作を行わせるワイヤ式の伝達機構を備えたシステムが知られている（特許文献１〜３等参照）。
【特許文献１】特開２００５−３１２９９１号公報
【特許文献２】特開２００４−３３８０５７号公報
【特許文献３】特開２００４−３３７４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記マニピュレータシステムにあっては、手術器具に対する動力伝達にワイヤを用いているため、心臓の裏側の吻合を精度良く行なうことが難しいという不都合がある。すなわち、この場合、手術器具を心臓の裏側に潜り込ませる動作が必要となり、従来の自由度の構造では無理がある。また、マニピュレータが挿入される切開口から心臓の裏側の吻合部位までの距離は、心臓の表側で吻合する場合に比べて長くなる。このため、手術器具への動力伝達にワイヤを用いると、当該ワイヤの伸びや弛みが大きく影響し、手術器具の動作制御を正確に行うことが難しくなる他、ワイヤの取り回しが複雑になる等の不都合がある。
【０００６】
本発明は、このような不都合に着目して案出されたものであり、その目的は、手術器具の動作自由度を多くすることで、手術器具を複雑に動かせるようにするとともに、切開口から処置部位までの距離が長くなっても、手術者の操作に忠実に手術器具を動作させることができる医療用マニピュレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）前記目的を達成するため、本発明は、先端側に配置された手術器具を所定方向に変位させる動力伝達機構が設けられた医療用マニピュレータにおいて、
前記動力伝達機構は、前記手術器具をねじり回転させるねじり回転用機構を備え、
前記ねじり回転用機構は、複数の歯車により構成され、所定の駆動装置から駆動力が付与されると、前記各歯車が回転して前記手術器具をねじり回転させる、という構成を採っている。
【０００８】
（２）ここで、前記ねじり回転用機構は、前記駆動力により動作するねじり回転用ラックと、このねじり回転用ラックに噛み合うねじり回転用ピニオンと、当該ねじり回転用ピニオンの回転により回転可能に設けられた平歯車と、当該平歯車の回転により回転可能に設けられたねじり回転用第１かさ歯車と、当該ねじり回転用第１かさ歯車に噛み合うねじり回転用第２かさ歯車と、当該ねじり回転用第２かさ歯車の回転により回転可能に設けられた平歯車と、当該平歯車の回転により回転可能に設けられたねじり回転用第３かさ歯車と、当該ねじり回転用第３かさ歯車に噛み合い、前記手術器具をねじり回転させるねじり回転用第４かさ歯車とを備える、という構成を採ることが好ましい。
【０００９】
（３）また、前記手術器具は、相互に離間接近可能な第１及び第２ブレードを備えた鉗子であり、
前記動力伝達機構は、前記第１及び第２ブレードを離間接近させることで、前記鉗子を開閉動作させる把持動作用機構を備え、
前記把持動作用機構は、複数の歯車により構成され、所定の駆動装置から駆動力が付与されると、前記歯車が回転して前記第１及び第２ブレードを離間接近させる、という構成も併せて採用することができる。
【００１０】
（４）ここで、前記把持動作用機構は、前記駆動力により動作する把持動作用ラックと、この把持動作用ラックに噛み合う把持動作用ピニオンと、当該把持動作用ピニオンの回転により回転可能に設けられた平歯車と、当該平歯車の回転により回転可能に設けられた把持動作用第１かさ歯車と、当該把持動作用第１かさ歯車に噛み合う把持動作用第２かさ歯車と、当該把持動作用第２かさ歯車の回転により回転可能に設けられた平歯車と、当該平歯車の回転により回転可能に設けられた把持動作用第３かさ歯車と、当該把持動作用第３かさ歯車の回転に連動して同一方向に回転可能に設けられた把持動作用第４かさ歯車と、相互に逆方向に回転可能となるように、前記把持動作用第４かさ歯車にそれぞれ噛み合う把持動作用第５及び第６かさ歯車とを備え、
前記第１ブレードは、前記把持動作用第５かさ歯車と同一方向に回転可能に設けられる一方、前記第２ブレードは、前記把持動作用第６かさ歯車と同一方向に回転可能に設けられ、前記把持動作用ラックの動作により、前記第１ブレード及び前記第２ブレードが相反する方向に回転する、という構成を採ることが好ましい。
【００１１】
なお、位置若しくは方向を示す用語である「前」とは、特に明記しない限り、マニピュレータの先端側について用いられ、「後」とは、その軸線方向の反対側について用いられる。
【００１２】
また、「横回転」とは、図１における直交三軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）のうちｘ軸回りの回転Ａを意味し、「縦回転」とは、前記ｙ軸回りの回転Ｂを意味し、「ねじり回転」とは、前記ｚ軸回りの回転Ｃを意味する。
【発明の効果】
【００１３】
前記（１）、（３）の構成によれば、手術器具のねじり回転や把持動作を行うことが可能なるため、手術器具の横回転と縦回転が可能な構成を併用することで、手術器具を一層複雑に動かせるようにできる。また、駆動装置からの駆動力が歯車を使って手術器具に伝達されるため、従来のワイヤを使った駆動方式のようにワイヤの伸びや弛みに起因した前述の問題が生じず、切開口から処置部位までの距離が長いような場合にマニピュレータ全体の長さを増しても、短い場合と変わらず、手術者の操作に忠実に手術器具を動作させることができる。
【００１４】
前記（２）、（４）のように構成することで、マニピュレータにコンパクトに歯車を配置させることができ、手術器具の横回転や縦回転を可能にする歯車を更に配置する場合、各種歯車を限られたスペース内に効率良く配置させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１には、本実施形態に係る医療用マニピュレータとしての鉗子マニピュレータの概略斜視図が示され、図２には、カバーを外した状態の前記鉗子マニピュレータの概略斜視図が示されている。これらの図において、前記鉗子マニピュレータ１０は、マスタースレーブ方式の手術支援ロボット（図示省略）に用いられ、特に、スレーブ側のマニピュレータとして適用される。
【００１７】
前記鉗子マニピュレータ１０は、先端側に配置された手術器具としての鉗子１１と、この鉗子１１に繋がるとともに、複数の歯車により構成される動力伝達機構１３と、この動力伝達機構１３に繋がるとともに、図示しないモータ（駆動装置）の動力によって、それぞれ独立して軸線方向に移動可能な第１、第２、第３及び第４のロッド１４、１５、１６、１７と、これらロッド１４〜１７が内側に収容された円筒状のカバー１９とを備えて構成されている。
【００１８】
前記鉗子１１は、ほぼクランク状となる形状に設けられた一対の第１及び第２ブレード２１，２２と、これら各ブレード２１，２２を支持する側面視ほぼコ字状のブレードホルダー２３とにより構成されている。前記各ブレード２１，２２は、それらの先端部分がほぼ同一平面上に位置するように、それら各後端部分がブレードホルダー１３の対向部位にそれぞれ回転可能に支持されている。このため、各ブレード２１，２２の後端部分が相対回転することで、各ブレード２１，２２の前端部分が離間接近して鉗子１１の開閉動作が行われることになる。
【００１９】
前記動力伝達機構１３は、鉗子マニピュレータ１０の先端部分に設けられており、鉗子１１が取り付けられた前側部分２５と、前側部分２５の後側に横回転可能に連なる中間部分２６と、中間部分２６の後側に縦回転可能に連なるとともに、各ロッド１４〜１７に連なる後側部分２７とに大別される。この動力伝達機構１３は、鉗子１１を縦回転させる縦回転用機構２９と、鉗子１１を横回転させる横回転用機構３０と、鉗子１１をねじり回転させるねじり回転用機構３１と、鉗子１１を開閉動作させる把持動作用機構３２とを備えている。
【００２０】
前記縦回転用機構２９は、図１等に対して角度をほぼ９０度変えた図３及び図４に示されるように、後側部分２７に配置されており、第１のロッド１４が図３中左右方向に動くと、中間部分２６が後側部分２７に対して縦回転するように設定されている。
【００２１】
この縦回転用機構２９は、図４に示されるように、第１のロッド１４の前端側（同図中左端側）に連なる縦回転用ラック３４と、この縦回転用ラック３４に噛み合う縦回転用ピニオン３５と、縦回転用ピニオン３５の図４中下方に配置され、縦回転用ピニオン３５と一体回転可能に設けられた縦回転用第１平歯車３６と、縦回転用第１平歯車３６に噛み合う歯部分が形成された縦回転用第１プレート３７と、中間部分２６のフレームＦ１の後端面に固定された縦回転用第２平歯車３８と、縦回転用第２平歯車３８に噛み合う歯部分が形成された縦回転用第２プレート３９と、縦回転用ピニオン３５、縦回転用第１平歯車３６及び縦回転用第２プレート３９を支持する第１支持軸４１と、縦回転用第１プレート３７及び縦回転用第２プレート３９を支持する第２支持軸４２と、縦回転用第１プレート３７及び縦回転用第２平歯車３８を支持する第３支持軸４３とを備えて構成されている。第１及び第２支持軸４１，４２は、それら図４中上下両端側が後側部分２７のフレームＦ２（図１参照）に支持されており、前記第３支持軸４３は、その図４中上下両端側が中間部分２６のフレームＦ１に支持されている。なお、前述した第１〜第３支持軸４１〜４３と、以下で説明する第４〜第１０支持軸４４〜５０は、それらが支持する前後述の各部材に対し、回転可能なフリー状態で挿通されている。
【００２２】
前記縦回転用機構２９は、以上の構成により、次のように作用する。
【００２３】
図示しないモータが駆動し、第１のロッド１４が図４中左右方向に動くと、縦回転用ピニオン３５及び縦回転用第１平歯車３６が一体回転する。そして、縦回転用第１平歯車３６に噛み合う縦回転用第１プレート３７に回転力が付与され、縦回転用第１プレート３７が第２支持軸４２を中心として縦方向（図４中水平方向）に揺動する。この揺動に伴って、縦回転用第２平歯車３８が、縦回転用第２プレート３９の歯部分に沿って回転移動する。従って、縦回転用第２平歯車３８は、中間部分２６側に固定されていることから、中間部分２６から前方となる領域は、縦回転用第２プレート３９に対し図４中水平方向に揺動することになり、鉗子１１が後側部分２７に対して縦回転することとなる。
【００２４】
前記横回転用機構３０は、図５及び図６に示されるように、中間部分２６から後側部分２７に亘って配置されており、第２のロッド１５が図５中左右方向に動くと、前側部分２５が中間部分２６に対し、横回転（図５中紙面直交方向）に回転するように設定されている。
【００２５】
この横回転用機構３０は、図６に示されるように、第２のロッド１５の前端側（同図中左端側）に連なる横回転用ラック５３と、この横回転用ラック５３に噛み合うとともに、前記第１支持軸４１に支持された横回転用ピニオン５４（図３参照）と、横回転用ピニオン５４と一体回転可能に設けられるとともに、第１支持軸４１に支持された横回転用第１平歯車５５と、前記第２支持軸４２に支持され、横回転用第１平歯車５５に噛み合う横回転用第２平歯車５６と、前記第３支持軸４３に支持され、横回転用第２平歯車５６に噛み合う横回転用第３平歯車５７と、中間部分２６のフレームＦ１（図１参照）に支持された第４及び第５支持軸４４，４５と、第４支持軸４４に支持されるとともに、横回転用第３平歯車５７に噛み合う横回転用第４平歯車５８と、第５支持軸４５に支持されるとともに、横回転用第４平歯車５８に噛み合う横回転用第５平歯車５９と、横回転用第５平歯車５９と一体回転可能に設けられた横回転用第１かさ歯車６０と、この横回転用第１かさ歯車６０に噛み合う横回転用第２かさ歯車６１と、中間部分２６のフレームＦ１（図１参照）に支持されるとともに、第４及び第５支持軸４４，４５に対してほぼ直交する向きで配置された第６支持軸４６と、この第６支持軸４６に支持されるとともに、横回転用第２かさ歯車６１に一体的に設けられた図示しない平歯車に噛み合う歯部分が設けられた横回転用プレート６２と、第６支持軸４６に支持された横回転用第６平歯車６３と、前側部分２５のフレームＦ３に支持され、第６支持軸４６に沿う向きで配置された第７支持軸４７と、この第７支持軸４７に支持されるとともに、横回転用第６平歯車６３に噛み合う横回転用第７平歯車６４とを備えて構成されている。
【００２６】
前記横回転用機構３０は、以上の構成により、次のように作用する。
【００２７】
図示しないモータが駆動し、第２のロッド１５が図６中左右方向に動くと、横回転用ピニオン５４と横回転用第１平歯車５５とが第１支持軸４１を中心として一体回転する。これに伴い、横回転用第２平歯車５６〜同第５平歯車５９が回転し、更に、横回転用第１及び第２かさ歯車６０，６１で回転方向が約９０度変えられて図示しない平歯車を介して横回転用プレート６２の歯部分に回転力が付与され、横回転用プレート６２が第６支持軸４６を中心として横方向（図６中紙面直交方向）に揺動する。この揺動に伴って、第７支持軸４７に支持された横回転用第７平歯車６４が、横回転用第６平歯車６３の歯部分に沿って回転し、鉗子１１に連なる前側部分２５が、中間部分２６及び後側部分２７に対して横回転することとなる。
【００２８】
前記ねじり回転用機構３１は、図５、図７及び図８に示されるように、前側部分２５、中間部分２６及び後側部分２７に亘って配置されており、第３のロッド１７がその軸線方向に動くと、前側部分２５に連なる前記ブレードホルダー２３が前側部分２５に対してねじり回転するように設定されている。
【００２９】
このねじり回転用機構３１は、図８に示されるように、第３のロッド１６の前端側（同図中左端側）に連なるねじり回転用ラック６８と、このねじり回転用ラック６８に噛み合うとともに、前記第１支持軸４１に支持されたねじり回転用ピニオン６９（図３参照）と、ねじり回転用ピニオン６９と一体回転可能に設けられるとともに、第１支持軸４１に支持されたねじり回転用第１平歯車７０と、前記第２支持軸４２に支持され、ねじり回転用第１平歯車７０に噛み合うねじり回転用第２平歯車７１と、前記第３支持軸４３に支持され、ねじり回転用第２平歯車７１に噛み合うねじり回転用第３平歯車７２と、前記第４支持軸４４に支持され、ねじり回転用第３平歯車７２に噛み合うねじり回転用第４平歯車７３と、第４支持軸４４に支持され、ねじり回転用第４平歯車７３に対して一体回転可能に設けられたねじり回転用第１かさ歯車７４と、中間部分２６のフレームＦ１（図１参照）に支持されるとともに、第６及び第７支持軸４６，４７と同じ向きで配置された第８及び第９支持軸４８，４９と、第８支持軸４８に支持され、ねじり回転用第１かさ歯車７４に噛み合うねじり回転用第２かさ歯車７５と、第８支持軸４８に支持され、ねじり回転用第２かさ歯車７５と一体回転可能に設けられたねじり回転用第５平歯車７６と、第９支持軸４９に支持され、ねじり回転用第５平歯車７６に噛み合うねじり回転用第６平歯車７７と、前記第６支持軸４６に支持され、ねじり回転用第６平歯車７７に噛み合うねじり回転用第７平歯車７８と、前記第７支持軸４７に支持され、ねじり回転用第７平歯車７８に噛み合うねじり回転用第８平歯車７９と、前側部分２５のフレームＦ３（図７参照）に支持されるとともに、前記第６〜第９支持軸４６〜４９とほぼ同じ向きで配置された第１０支持軸５０と、第１０支持軸５０に支持され、ねじり回転用第８平歯車７９に噛み合うねじり回転用第９平歯車８０と、第１０支持軸５０に支持され、ねじり回転用第９平歯車８０に対して一体回転可能に設けられたねじり回転用第３かさ歯車８１と、前記ブレードホルダー２３に一体的に取り付けられ、ねじり回転用第３かさ歯車８１に噛み合うねじり回転用第４かさ歯車８２とを備えて構成されている。
【００３０】
前記ねじり回転用機構３１は、以上の構成により、次のように作用する。
【００３１】
図示しないモータが駆動し、第３のロッド１６が軸線方向に動くと、ねじり回転用ピニオン６９と、ねじり回転用第１平歯車７０が第１支持軸４１を中心として一体的に回転する。これに伴い、ねじり回転用第２平歯車７１〜同第４平歯車７３が回転し、更に、ねじり回転用第１及び第２かさ歯車７４，７５で回転方向が約９０度変えられ、ねじり回転用第５平歯車７６〜同第９平歯車８０が回転する。これにより、ねじり回転用第３及び第４かさ歯車８１，８２が回転し、当該ねじり回転用第４かさ歯車８２に一体的に取り付けられたブレードホルダー２３がねじり回転する。従って、ブレードホルダー２３を含む鉗子１１が前側部分２５に対してねじり回転することとなる。
【００３２】
前記把持動作用機構３２は、図７及び図９に示されるように、前側部分２５、中間部分２６及び後側部分２７に亘って配置されており、第４のロッド１７が図７中軸線方向に動くと、前記第１及び第２ブレード２１，２２が後端部分を支点として相互に反対方向に回転し、各ブレード２１，２２の前端部分が離間接近するように設定されている。
【００３３】
この把持動作用機構３２は、図９に示されるように、第４のロッド１７の前端側（同図中左端側）に連なる把持動作用ラック８６と、この把持動作用ラック８６に噛み合うとともに、前記第１支持軸４１に支持された把持動作用ピニオン８７と、第１支持軸４１に支持され、把持動作用ピニオン８７と一体回転可能に設けられた把持動作用第１平歯車８８と、前記第２支持軸４２に支持され、把持動作用第１平歯車８８に噛み合う把持動作用第２平歯車８９と、前記第３支持軸４３に支持され、把持動作用第２平歯車８９に噛み合う把持動作用第３平歯車９０と、前記第４支持軸４４に支持され、把持動作用第３平歯車９０に噛み合う把持動作用第４平歯車９１と、前記第５支持軸４５に支持され、把持動作用第４平歯車９１に噛み合う把持動作用第５平歯車９２と、第５支持軸４５に支持され、把持動作用第５平歯車９２に対して一体回転可能に設けられた把持動作用第１かさ歯車９３と、前記第９支持軸４９に支持され、把持動作用第１かさ歯車９３に噛み合う把持動作用第２かさ歯車９４と、第９支持軸４９に支持され、把持動作用第２かさ歯車９４に一体回転可能に設けられた把持動作用第６平歯車９５と、前記第６支持軸４６に支持され、把持動作用第６平歯車９５に噛み合う把持動作用第７平歯車９６と、前記第７支持軸４７に支持され、把持動作用第７平歯車９６に噛み合う把持動作用第８平歯車９７と、第７支持軸４７に支持され、把持動作用第８平歯車９７に対して一体回転可能に設けられた把持動作用第３かさ歯車９８と、把持動作用第３かさ歯車９８に噛み合う把持動作用第４かさ歯車９９と、把持動作用第４かさ歯車９９に固定され、当該把持動作用第４かさ歯車９９から前端側（図９中左端側）に向って前記ブレードホルダー２３（図７参照）を貫通する位置まで延びるシャフト１００と、このシャフト１００の前端側に一体的に取り付けられた把持動作用第５かさ歯車１０１と、ブレードホルダー２３内で図９中上下方向に延びるブレード軸１０２と、このブレード軸１０２の一端側で回転可能に支持されるとともに、把持動作用第５かさ歯車１０１に噛み合う把持動作用第６かさ歯車１０３と、この把持動作用第６かさ歯車１０３と第１ブレード２１を連結する第１連結部材１０５と、ブレード軸１０２の他端側に回転可能に支持されるとともに、把持動作用第５かさ歯車１０１に噛み合う把持動作用第７かさ歯車１０４と、この把持動作用第７かさ歯車１０４と第２ブレード２２を連結する第２連結部材１０６とを備えて構成されている。
【００３４】
前記把持動作用機構３２は、以上の構成により、次のように作用する。
【００３５】
図示しないモータが駆動し、第４のロッド１７が軸線方向に動くと、把持動作用ピニオン８７と、把持動作用第１平歯車８８が第１支持軸４１を中心として一体的に回転する。これに伴い、把持動作用第２平歯車８９〜同第５平歯車９２が回転し、把持動作用第１及び第２かさ歯車９３，９４で回転方向が約９０度変えられた上で、把持動作用第６平歯車９５〜同第８平歯車９７が回転する。そして、把持動作用第８平歯車９７の回転に伴い、把持動作用第３かさ歯車９８及び把持動作用第４かさ歯車９９が回転し、これにより、シャフト１００が回転して、把持動作用第５かさ歯車１０１が回転する。その結果、把持動作用第５かさ歯車１０１の図９中上下両側で対向した状態でそれぞれ噛み合う把持動作用第６及び第７かさ歯車１０３，１０４が、相互に反対方向に回転し、これに伴って、当該かさ歯車１０３，１０４と一体化された第１及び第２ブレード２１，２２が相互に反対方向に回転し、各ブレード２１，２２の先端部分が離間接近し、鉗子１１の開閉動作（把持動作）が可能となる。
【００３６】
従って、このような実施例によれば、鉗子１１の横回転動作や縦回転動作のみならず、ねじり回転動作や把持動作を行うことができ、鉗子１１の多彩な動きを種々の歯車を使って実現することができ、マニピュレータ１０の長短に拘らず、鉗子１１の各種動作を正確に行えるという効果を得る。
【００３７】
また、前記実施例では、手術器具として鉗子１１が設けられた鉗子マニピュレータ１０について図示説明したが、本発明はこれに限らず、他の処置具や内視鏡等の他の手術器具が先端に配置された医療用マニピュレータの機構としても採用可能である。
【００３８】
その他、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、各歯車の形状、構成数、配置等、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本実施形態に係る鉗子マニピュレータの概略斜視図。
【図２】図１に対して、カバー部分を外した状態の鉗子マニピュレータの概略斜視図。
【図３】図１及び図２に対して別の角度から見た縦回転用機構を表す概略斜視図。
【図４】図３に対して縦回転用機構の構成要素のみを残した概略斜視図。
【図５】図１及び図２に対して別の角度から見た横回転用機構及びねじり回転用機構を表す概略斜視図。
【図６】図５に対して横回転用機構の構成要素のみを残した概略斜視図。
【図７】ねじり回転用機構及び把持動作機構を表す概略斜視図。
【図８】図７に対してねじり回転用機構の構成要素のみを残した概略斜視図。
【図９】図７に対して把持動作用機構の構成要素のみを残した概略斜視図。
【符号の説明】
【００４０】
１０ 鉗子マニピュレータ（医療用マニピュレータ）
１１ 鉗子
１３ 動力伝達機構
２１ 第１ブレード
２２ 第２ブレード
３１ ねじり回転用機構
３２ 把持動作用機構
６８ ねじり回転用ラック
６９ ねじり回転用ピニオン
７０ ねじり回転用第１平歯車
７１ ねじり回転用第２平歯車
７２ ねじり回転用第３平歯車
７３ ねじり回転用第４平歯車
７４ ねじり回転用第１かさ歯車
７５ ねじり回転用第２かさ歯車
７６ ねじり回転用第５平歯車
７７ ねじり回転用第６平歯車
７８ ねじり回転用第７平歯車
７９ ねじり回転用第８平歯車
８０ ねじり回転用第９平歯車
８１ ねじり回転用第３かさ歯車
８２ ねじり回転用第４かさ歯車
８６ 把持動作用ラック
８７ 把持動作用ピニオン
８８ 把持動作用第１平歯車
８９ 把持動作用第２平歯車
９０ 把持動作用第３平歯車
９１ 把持動作用第４平歯車
９２ 把持動作用第５平歯車
９３ 把持動作用第１かさ歯車
９４ 把持動作用第２かさ歯車
９５ 把持動作用第６平歯車
９６ 把持動作用第７平歯車
９７ 把持動作用第８平歯車
９８ 把持動作用第３かさ歯車
９９ 把持動作用第４かさ歯車
１０３ 把持動作用第５かさ歯車
１０４ 把持動作用第６かさ歯車
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用マニピュレータに係り、更に詳しくは、体外から患部までの距離が長い場合でも、先端側に配置された手術器具を正確に動作可能にする医療用マニピュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、患者の精神的負担や身体的負担を軽減する低侵襲手術が注目されている。この低侵襲手術は、内視鏡、メス、鉗子等の手術器具を皮膚組織に開けられた穴から体内の患部に向けて挿入し、手術者である医師が内視鏡画像をモニターで見ながら、体外側からメス、鉗子等の処置具を遠隔操作することにより、患部の処置を行う手術である。この低侵襲手術においては、手術者が患部を直視できず、内視鏡や処置具を遠隔操作しなければならないため、手術者に高い操作能力が必要となり、手術者の負担が大きくなる。
【０００３】
そこで、近時においては、内視鏡や処置具を先端側に備えたマニピュレータをロボットにより動作させる手術支援ロボットが研究開発されている。この手術支援ロボットは、心臓血管外科手術にも使用され始めているが、冠動脈バイパス手術では、後述する構造上の理由により、内胸動脈を左前下行枝へと吻合する１枝病変を対象とした手術にしか適用できない。ところが、冠動脈バイパス手術は、全体平均で２．６８枝病変を対象としており、手術支援ロボットによる冠動脈バイパス手術を普及させるためには、吻合箇所を左前下行枝に限らず、多枝病変に対する吻合を可能とした手術支援ロボットが望まれる。
【０００４】
ここで、前記手術支援ロボットに適用されるマニピュレータシステムとしては、ワイヤの牽引によって、先端側の手術器具に所定動作を行わせるワイヤ式の伝達機構を備えたシステムが知られている（特許文献１〜３等参照）。
【特許文献１】特開２００５−３１２９９１号公報
【特許文献２】特開２００４−３３８０５７号公報
【特許文献３】特開２００４−３３７４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記マニピュレータシステムにあっては、手術器具に対する動力伝達にワイヤを用いているため、心臓の裏側の吻合を精度良く行なうことが難しいという不都合がある。すなわち、この場合、手術器具を心臓の裏側に潜り込ませる動作が必要となり、従来の自由度の構造では無理がある。また、マニピュレータが挿入される切開口から心臓の裏側の吻合部位までの距離は、心臓の表側で吻合する場合に比べて長くなる。このため、手術器具への動力伝達にワイヤを用いると、当該ワイヤの伸びや弛みが大きく影響し、手術器具の動作制御を正確に行うことが難しくなる他、ワイヤの取り回しが複雑になる等の不都合がある。
【０００６】
本発明は、このような不都合に着目して案出されたものであり、その目的は、手術器具の動作自由度を多くすることで、手術器具を複雑に動かせるようにするとともに、切開口から処置部位までの距離が長くなっても、手術者の操作に忠実に手術器具を動作させることができる医療用マニピュレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）前記目的を達成するため、本発明は、先端側に配置された手術器具を所定方向に変位させる動力伝達機構が設けられた医療用マニピュレータにおいて、
前記動力伝達機構は、前記手術器具をねじり回転させるねじり回転用機構を備え、
前記ねじり回転用機構は、複数の歯車により構成され、所定の駆動装置から駆動力が付与されると、前記各歯車が回転して前記手術器具をねじり回転させる、という構成を採っている。
【０００８】
（２）ここで、前記ねじり回転用機構は、前記駆動力により動作するねじり回転用ラックと、このねじり回転用ラックに噛み合うねじり回転用ピニオンと、当該ねじり回転用ピニオンの回転により回転可能に設けられた平歯車と、当該平歯車の回転により回転可能に設けられたねじり回転用第１かさ歯車と、当該ねじり回転用第１かさ歯車に噛み合うねじり回転用第２かさ歯車と、当該ねじり回転用第２かさ歯車の回転により回転可能に設けられた平歯車と、当該平歯車の回転により回転可能に設けられたねじり回転用第３かさ歯車と、当該ねじり回転用第３かさ歯車に噛み合い、前記手術器具をねじり回転させるねじり回転用第４かさ歯車とを備える、という構成を採ることが好ましい。
【０００９】
（３）また、前記手術器具は、相互に離間接近可能な第１及び第２ブレードを備えた鉗子であり、
前記動力伝達機構は、前記第１及び第２ブレードを離間接近させることで、前記鉗子を開閉動作させる把持動作用機構を備え、
前記把持動作用機構は、複数の歯車により構成され、所定の駆動装置から駆動力が付与されると、前記歯車が回転して前記第１及び第２ブレードを離間接近させる、という構成も併せて採用することができる。
【００１０】
（４）ここで、前記把持動作用機構は、前記駆動力により動作する把持動作用ラックと、この把持動作用ラックに噛み合う把持動作用ピニオンと、当該把持動作用ピニオンの回転により回転可能に設けられた平歯車と、当該平歯車の回転により回転可能に設けられた把持動作用第１かさ歯車と、当該把持動作用第１かさ歯車に噛み合う把持動作用第２かさ歯車と、当該把持動作用第２かさ歯車の回転により回転可能に設けられた平歯車と、当該平歯車の回転により回転可能に設けられた把持動作用第３かさ歯車と、当該把持動作用第３かさ歯車の回転に連動して同一方向に回転可能に設けられた把持動作用第４かさ歯車と、相互に逆方向に回転可能となるように、前記把持動作用第４かさ歯車にそれぞれ噛み合う把持動作用第５及び第６かさ歯車とを備え、
前記第１ブレードは、前記把持動作用第５かさ歯車と同一方向に回転可能に設けられる一方、前記第２ブレードは、前記把持動作用第６かさ歯車と同一方向に回転可能に設けられ、前記把持動作用ラックの動作により、前記第１ブレード及び前記第２ブレードが相反する方向に回転する、という構成を採ることが好ましい。
【００１１】
なお、位置若しくは方向を示す用語である「前」とは、特に明記しない限り、マニピュレータの先端側について用いられ、「後」とは、その軸線方向の反対側について用いられる。
【００１２】
また、「横回転」とは、図１における直交三軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）のうちｘ軸回りの回転Ａを意味し、「縦回転」とは、前記ｙ軸回りの回転Ｂを意味し、「ねじり回転」とは、前記ｚ軸回りの回転Ｃを意味する。
【発明の効果】
【００１３】
前記（１）、（３）の構成によれば、手術器具のねじり回転や把持動作を行うことが可能なるため、手術器具の横回転と縦回転が可能な構成を併用することで、手術器具を一層複雑に動かせるようにできる。また、駆動装置からの駆動力が歯車を使って手術器具に伝達されるため、従来のワイヤを使った駆動方式のようにワイヤの伸びや弛みに起因した前述の問題が生じず、切開口から処置部位までの距離が長いような場合にマニピュレータ全体の長さを増しても、短い場合と変わらず、手術者の操作に忠実に手術器具を動作させることができる。
【００１４】
前記（２）、（４）のように構成することで、マニピュレータにコンパクトに歯車を配置させることができ、手術器具の横回転や縦回転を可能にする歯車を更に配置する場合、各種歯車を限られたスペース内に効率良く配置させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１には、本実施形態に係る医療用マニピュレータとしての鉗子マニピュレータの概略斜視図が示され、図２には、カバーを外した状態の前記鉗子マニピュレータの概略斜視図が示されている。これらの図において、前記鉗子マニピュレータ１０は、マスタースレーブ方式の手術支援ロボット（図示省略）に用いられ、特に、スレーブ側のマニピュレータとして適用される。
【００１７】
前記鉗子マニピュレータ１０は、先端側に配置された手術器具としての鉗子１１と、この鉗子１１に繋がるとともに、複数の歯車により構成される動力伝達機構１３と、この動力伝達機構１３に繋がるとともに、図示しないモータ（駆動装置）の動力によって、それぞれ独立して軸線方向に移動可能な第１、第２、第３及び第４のロッド１４、１５、１６、１７と、これらロッド１４〜１７が内側に収容された円筒状のカバー１９とを備えて構成されている。
【００１８】
前記鉗子１１は、ほぼクランク状となる形状に設けられた一対の第１及び第２ブレード２１，２２と、これら各ブレード２１，２２を支持する側面視ほぼコ字状のブレードホルダー２３とにより構成されている。前記各ブレード２１，２２は、それらの先端部分がほぼ同一平面上に位置するように、それら各後端部分がブレードホルダー１３の対向部位にそれぞれ回転可能に支持されている。このため、各ブレード２１，２２の後端部分が相対回転することで、各ブレード２１，２２の前端部分が離間接近して鉗子１１の開閉動作が行われることになる。
【００１９】
前記動力伝達機構１３は、鉗子マニピュレータ１０の先端部分に設けられており、鉗子１１が取り付けられた前側部分２５と、前側部分２５の後側に横回転可能に連なる中間部分２６と、中間部分２６の後側に縦回転可能に連なるとともに、各ロッド１４〜１７に連なる後側部分２７とに大別される。この動力伝達機構１３は、鉗子１１を縦回転させる縦回転用機構２９と、鉗子１１を横回転させる横回転用機構３０と、鉗子１１をねじり回転させるねじり回転用機構３１と、鉗子１１を開閉動作させる把持動作用機構３２とを備えている。
【００２０】
前記縦回転用機構２９は、図１等に対して角度をほぼ９０度変えた図３及び図４に示されるように、後側部分２７に配置されており、第１のロッド１４が図３中左右方向に動くと、中間部分２６が後側部分２７に対して縦回転するように設定されている。
【００２１】
この縦回転用機構２９は、図４に示されるように、第１のロッド１４の前端側（同図中左端側）に連なる縦回転用ラック３４と、この縦回転用ラック３４に噛み合う縦回転用ピニオン３５と、縦回転用ピニオン３５の図４中下方に配置され、縦回転用ピニオン３５と一体回転可能に設けられた縦回転用第１平歯車３６と、縦回転用第１平歯車３６に噛み合う歯部分が形成された縦回転用第１プレート３７と、中間部分２６のフレームＦ１の後端面に固定された縦回転用第２平歯車３８と、縦回転用第２平歯車３８に噛み合う歯部分が形成された縦回転用第２プレート３９と、縦回転用ピニオン３５、縦回転用第１平歯車３６及び縦回転用第２プレート３９を支持する第１支持軸４１と、縦回転用第１プレート３７及び縦回転用第２プレート３９を支持する第２支持軸４２と、縦回転用第１プレート３７及び縦回転用第２平歯車３８を支持する第３支持軸４３とを備えて構成されている。第１及び第２支持軸４１，４２は、それら図４中上下両端側が後側部分２７のフレームＦ２（図１参照）に支持されており、前記第３支持軸４３は、その図４中上下両端側が中間部分２６のフレームＦ１に支持されている。なお、前述した第１〜第３支持軸４１〜４３と、以下で説明する第４〜第１０支持軸４４〜５０は、それらが支持する前後述の各部材に対し、回転可能なフリー状態で挿通されている。
【００２２】
前記縦回転用機構２９は、以上の構成により、次のように作用する。
【００２３】
図示しないモータが駆動し、第１のロッド１４が図４中左右方向に動くと、縦回転用ピニオン３５及び縦回転用第１平歯車３６が一体回転する。そして、縦回転用第１平歯車３６に噛み合う縦回転用第１プレート３７に回転力が付与され、縦回転用第１プレート３７が第２支持軸４２を中心として縦方向（図４中水平方向）に揺動する。この揺動に伴って、縦回転用第２平歯車３８が、縦回転用第２プレート３９の歯部分に沿って回転移動する。従って、縦回転用第２平歯車３８は、中間部分２６側に固定されていることから、中間部分２６から前方となる領域は、縦回転用第２プレート３９に対し図４中水平方向に揺動することになり、鉗子１１が後側部分２７に対して縦回転することとなる。
【００２４】
前記横回転用機構３０は、図５及び図６に示されるように、中間部分２６から後側部分２７に亘って配置されており、第２のロッド１５が図５中左右方向に動くと、前側部分２５が中間部分２６に対し、横回転（図５中紙面直交方向）に回転するように設定されている。
【００２５】
この横回転用機構３０は、図６に示されるように、第２のロッド１５の前端側（同図中左端側）に連なる横回転用ラック５３と、この横回転用ラック５３に噛み合うとともに、前記第１支持軸４１に支持された横回転用ピニオン５４（図３参照）と、横回転用ピニオン５４と一体回転可能に設けられるとともに、第１支持軸４１に支持された横回転用第１平歯車５５と、前記第２支持軸４２に支持され、横回転用第１平歯車５５に噛み合う横回転用第２平歯車５６と、前記第３支持軸４３に支持され、横回転用第２平歯車５６に噛み合う横回転用第３平歯車５７と、中間部分２６のフレームＦ１（図１参照）に支持された第４及び第５支持軸４４，４５と、第４支持軸４４に支持されるとともに、横回転用第３平歯車５７に噛み合う横回転用第４平歯車５８と、第５支持軸４５に支持されるとともに、横回転用第４平歯車５８に噛み合う横回転用第５平歯車５９と、横回転用第５平歯車５９と一体回転可能に設けられた横回転用第１かさ歯車６０と、この横回転用第１かさ歯車６０に噛み合う横回転用第２かさ歯車６１と、中間部分２６のフレームＦ１（図１参照）に支持されるとともに、第４及び第５支持軸４４，４５に対してほぼ直交する向きで配置された第６支持軸４６と、この第６支持軸４６に支持されるとともに、横回転用第２かさ歯車６１に一体的に設けられた図示しない平歯車に噛み合う歯部分が設けられた横回転用プレート６２と、第６支持軸４６に支持された横回転用第６平歯車６３と、前側部分２５のフレームＦ３に支持され、第６支持軸４６に沿う向きで配置された第７支持軸４７と、この第７支持軸４７に支持されるとともに、横回転用第６平歯車６３に噛み合う横回転用第７平歯車６４とを備えて構成されている。
【００２６】
前記横回転用機構３０は、以上の構成により、次のように作用する。
【００２７】
図示しないモータが駆動し、第２のロッド１５が図６中左右方向に動くと、横回転用ピニオン５４と横回転用第１平歯車５５とが第１支持軸４１を中心として一体回転する。これに伴い、横回転用第２平歯車５６〜同第５平歯車５９が回転し、更に、横回転用第１及び第２かさ歯車６０，６１で回転方向が約９０度変えられて図示しない平歯車を介して横回転用プレート６２の歯部分に回転力が付与され、横回転用プレート６２が第６支持軸４６を中心として横方向（図６中紙面直交方向）に揺動する。この揺動に伴って、第７支持軸４７に支持された横回転用第７平歯車６４が、横回転用第６平歯車６３の歯部分に沿って回転し、鉗子１１に連なる前側部分２５が、中間部分２６及び後側部分２７に対して横回転することとなる。
【００２８】
前記ねじり回転用機構３１は、図５、図７及び図８に示されるように、前側部分２５、中間部分２６及び後側部分２７に亘って配置されており、第３のロッド１７がその軸線方向に動くと、前側部分２５に連なる前記ブレードホルダー２３が前側部分２５に対してねじり回転するように設定されている。
【００２９】
このねじり回転用機構３１は、図８に示されるように、第３のロッド１６の前端側（同図中左端側）に連なるねじり回転用ラック６８と、このねじり回転用ラック６８に噛み合うとともに、前記第１支持軸４１に支持されたねじり回転用ピニオン６９（図３参照）と、ねじり回転用ピニオン６９と一体回転可能に設けられるとともに、第１支持軸４１に支持されたねじり回転用第１平歯車７０と、前記第２支持軸４２に支持され、ねじり回転用第１平歯車７０に噛み合うねじり回転用第２平歯車７１と、前記第３支持軸４３に支持され、ねじり回転用第２平歯車７１に噛み合うねじり回転用第３平歯車７２と、前記第４支持軸４４に支持され、ねじり回転用第３平歯車７２に噛み合うねじり回転用第４平歯車７３と、第４支持軸４４に支持され、ねじり回転用第４平歯車７３に対して一体回転可能に設けられたねじり回転用第１かさ歯車７４と、中間部分２６のフレームＦ１（図１参照）に支持されるとともに、第６及び第７支持軸４６，４７と同じ向きで配置された第８及び第９支持軸４８，４９と、第８支持軸４８に支持され、ねじり回転用第１かさ歯車７４に噛み合うねじり回転用第２かさ歯車７５と、第８支持軸４８に支持され、ねじり回転用第２かさ歯車７５と一体回転可能に設けられたねじり回転用第５平歯車７６と、第９支持軸４９に支持され、ねじり回転用第５平歯車７６に噛み合うねじり回転用第６平歯車７７と、前記第６支持軸４６に支持され、ねじり回転用第６平歯車７７に噛み合うねじり回転用第７平歯車７８と、前記第７支持軸４７に支持され、ねじり回転用第７平歯車７８に噛み合うねじり回転用第８平歯車７９と、前側部分２５のフレームＦ３（図７参照）に支持されるとともに、前記第６〜第９支持軸４６〜４９とほぼ同じ向きで配置された第１０支持軸５０と、第１０支持軸５０に支持され、ねじり回転用第８平歯車７９に噛み合うねじり回転用第９平歯車８０と、第１０支持軸５０に支持され、ねじり回転用第９平歯車８０に対して一体回転可能に設けられたねじり回転用第３かさ歯車８１と、前記ブレードホルダー２３に一体的に取り付けられ、ねじり回転用第３かさ歯車８１に噛み合うねじり回転用第４かさ歯車８２とを備えて構成されている。
【００３０】
前記ねじり回転用機構３１は、以上の構成により、次のように作用する。
【００３１】
図示しないモータが駆動し、第３のロッド１６が軸線方向に動くと、ねじり回転用ピニオン６９と、ねじり回転用第１平歯車７０が第１支持軸４１を中心として一体的に回転する。これに伴い、ねじり回転用第２平歯車７１〜同第４平歯車７３が回転し、更に、ねじり回転用第１及び第２かさ歯車７４，７５で回転方向が約９０度変えられ、ねじり回転用第５平歯車７６〜同第９平歯車８０が回転する。これにより、ねじり回転用第３及び第４かさ歯車８１，８２が回転し、当該ねじり回転用第４かさ歯車８２に一体的に取り付けられたブレードホルダー２３がねじり回転する。従って、ブレードホルダー２３を含む鉗子１１が前側部分２５に対してねじり回転することとなる。
【００３２】
前記把持動作用機構３２は、図７及び図９に示されるように、前側部分２５、中間部分２６及び後側部分２７に亘って配置されており、第４のロッド１７が図７中軸線方向に動くと、前記第１及び第２ブレード２１，２２が後端部分を支点として相互に反対方向に回転し、各ブレード２１，２２の前端部分が離間接近するように設定されている。
【００３３】
この把持動作用機構３２は、図９に示されるように、第４のロッド１７の前端側（同図中左端側）に連なる把持動作用ラック８６と、この把持動作用ラック８６に噛み合うとともに、前記第１支持軸４１に支持された把持動作用ピニオン８７と、第１支持軸４１に支持され、把持動作用ピニオン８７と一体回転可能に設けられた把持動作用第１平歯車８８と、前記第２支持軸４２に支持され、把持動作用第１平歯車８８に噛み合う把持動作用第２平歯車８９と、前記第３支持軸４３に支持され、把持動作用第２平歯車８９に噛み合う把持動作用第３平歯車９０と、前記第４支持軸４４に支持され、把持動作用第３平歯車９０に噛み合う把持動作用第４平歯車９１と、前記第５支持軸４５に支持され、把持動作用第４平歯車９１に噛み合う把持動作用第５平歯車９２と、第５支持軸４５に支持され、把持動作用第５平歯車９２に対して一体回転可能に設けられた把持動作用第１かさ歯車９３と、前記第９支持軸４９に支持され、把持動作用第１かさ歯車９３に噛み合う把持動作用第２かさ歯車９４と、第９支持軸４９に支持され、把持動作用第２かさ歯車９４に一体回転可能に設けられた把持動作用第６平歯車９５と、前記第６支持軸４６に支持され、把持動作用第６平歯車９５に噛み合う把持動作用第７平歯車９６と、前記第７支持軸４７に支持され、把持動作用第７平歯車９６に噛み合う把持動作用第８平歯車９７と、第７支持軸４７に支持され、把持動作用第８平歯車９７に対して一体回転可能に設けられた把持動作用第３かさ歯車９８と、把持動作用第３かさ歯車９８に噛み合う把持動作用第４かさ歯車９９と、把持動作用第４かさ歯車９９に固定され、当該把持動作用第４かさ歯車９９から前端側（図９中左端側）に向って前記ブレードホルダー２３（図７参照）を貫通する位置まで延びるシャフト１００と、このシャフト１００の前端側に一体的に取り付けられた把持動作用第５かさ歯車１０１と、ブレードホルダー２３内で図９中上下方向に延びるブレード軸１０２と、このブレード軸１０２の一端側で回転可能に支持されるとともに、把持動作用第５かさ歯車１０１に噛み合う把持動作用第６かさ歯車１０３と、この把持動作用第６かさ歯車１０３と第１ブレード２１を連結する第１連結部材１０５と、ブレード軸１０２の他端側に回転可能に支持されるとともに、把持動作用第５かさ歯車１０１に噛み合う把持動作用第７かさ歯車１０４と、この把持動作用第７かさ歯車１０４と第２ブレード２２を連結する第２連結部材１０６とを備えて構成されている。
【００３４】
前記把持動作用機構３２は、以上の構成により、次のように作用する。
【００３５】
図示しないモータが駆動し、第４のロッド１７が軸線方向に動くと、把持動作用ピニオン８７と、把持動作用第１平歯車８８が第１支持軸４１を中心として一体的に回転する。これに伴い、把持動作用第２平歯車８９〜同第５平歯車９２が回転し、把持動作用第１及び第２かさ歯車９３，９４で回転方向が約９０度変えられた上で、把持動作用第６平歯車９５〜同第８平歯車９７が回転する。そして、把持動作用第８平歯車９７の回転に伴い、把持動作用第３かさ歯車９８及び把持動作用第４かさ歯車９９が回転し、これにより、シャフト１００が回転して、把持動作用第５かさ歯車１０１が回転する。その結果、把持動作用第５かさ歯車１０１の図９中上下両側で対向した状態でそれぞれ噛み合う把持動作用第６及び第７かさ歯車１０３，１０４が、相互に反対方向に回転し、これに伴って、当該かさ歯車１０３，１０４と一体化された第１及び第２ブレード２１，２２が相互に反対方向に回転し、各ブレード２１，２２の先端部分が離間接近し、鉗子１１の開閉動作（把持動作）が可能となる。
【００３６】
従って、このような実施例によれば、鉗子１１の横回転動作や縦回転動作のみならず、ねじり回転動作や把持動作を行うことができ、鉗子１１の多彩な動きを種々の歯車を使って実現することができ、マニピュレータ１０の長短に拘らず、鉗子１１の各種動作を正確に行えるという効果を得る。
【００３７】
また、前記実施例では、手術器具として鉗子１１が設けられた鉗子マニピュレータ１０について図示説明したが、本発明はこれに限らず、他の処置具や内視鏡等の他の手術器具が先端に配置された医療用マニピュレータの機構としても採用可能である。
【００３８】
その他、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、各歯車の形状、構成数、配置等、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本実施形態に係る鉗子マニピュレータの概略斜視図。
【図２】図１に対して、カバー部分を外した状態の鉗子マニピュレータの概略斜視図。
【図３】図１及び図２に対して別の角度から見た縦回転用機構を表す概略斜視図。
【図４】図３に対して縦回転用機構の構成要素のみを残した概略斜視図。
【図５】図１及び図２に対して別の角度から見た横回転用機構及びねじり回転用機構を表す概略斜視図。
【図６】図５に対して横回転用機構の構成要素のみを残した概略斜視図。
【図７】ねじり回転用機構及び把持動作機構を表す概略斜視図。
【図８】図７に対してねじり回転用機構の構成要素のみを残した概略斜視図。
【図９】図７に対して把持動作用機構の構成要素のみを残した概略斜視図。
【符号の説明】
【００４０】
１０ 鉗子マニピュレータ（医療用マニピュレータ）
１１ 鉗子
１３ 動力伝達機構
２１ 第１ブレード
２２ 第２ブレード
３１ ねじり回転用機構
３２ 把持動作用機構
６８ ねじり回転用ラック
６９ ねじり回転用ピニオン
７０ ねじり回転用第１平歯車
７１ ねじり回転用第２平歯車
７２ ねじり回転用第３平歯車
７３ ねじり回転用第４平歯車
７４ ねじり回転用第１かさ歯車
７５ ねじり回転用第２かさ歯車
７６ ねじり回転用第５平歯車
７７ ねじり回転用第６平歯車
７８ ねじり回転用第７平歯車
７９ ねじり回転用第８平歯車
８０ ねじり回転用第９平歯車
８１ ねじり回転用第３かさ歯車
８２ ねじり回転用第４かさ歯車
８６ 把持動作用ラック
８７ 把持動作用ピニオン
８８ 把持動作用第１平歯車
８９ 把持動作用第２平歯車
９０ 把持動作用第３平歯車
９１ 把持動作用第４平歯車
９２ 把持動作用第５平歯車
９３ 把持動作用第１かさ歯車
９４ 把持動作用第２かさ歯車
９５ 把持動作用第６平歯車
９６ 把持動作用第７平歯車
９７ 把持動作用第８平歯車
９８ 把持動作用第３かさ歯車
９９ 把持動作用第４かさ歯車
１０３ 把持動作用第５かさ歯車
１０４ 把持動作用第６かさ歯車
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端側に配置された手術器具を所定方向に変位させる動力伝達機構が設けられた医療用マニピュレータにおいて、
前記動力伝達機構は、前記手術器具をねじり回転させるねじり回転用機構を備え、
前記ねじり回転用機構は、複数の歯車により構成され、所定の駆動装置から駆動力が付与されると、前記各歯車が回転して前記手術器具をねじり回転させることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項２】
前記ねじり回転用機構は、前記駆動力により動作するねじり回転用ラックと、このねじり回転用ラックに噛み合うねじり回転用ピニオンと、当該ねじり回転用ピニオンの回転により回転可能に設けられた平歯車と、当該平歯車の回転により回転可能に設けられたねじり回転用第１かさ歯車と、当該ねじり回転用第１かさ歯車に噛み合うねじり回転用第２かさ歯車と、当該ねじり回転用第２かさ歯車の回転により回転可能に設けられた平歯車と、当該平歯車の回転により回転可能に設けられたねじり回転用第３かさ歯車と、当該ねじり回転用第３かさ歯車に噛み合い、前記手術器具をねじり回転させるねじり回転用第４かさ歯車とを備えたことを特徴とする請求項１記載の医療用マニピュレータ。
【請求項３】
前記手術器具は、相互に離間接近可能な第１及び第２ブレードを備えた鉗子であり、
前記動力伝達機構は、前記第１及び第２ブレードを離間接近させることで、前記鉗子を開閉動作させる把持動作用機構を備え、
前記把持動作用機構は、複数の歯車により構成され、所定の駆動装置から駆動力が付与されると、前記歯車が回転して前記第１及び第２ブレードを離間接近させることを特徴とする請求項１又は２記載の医療用マニピュレータ。
【請求項４】
前記把持動作用機構は、前記駆動力により動作する把持動作用ラックと、この把持動作用ラックに噛み合う把持動作用ピニオンと、当該把持動作用ピニオンの回転により回転可能に設けられた平歯車と、当該平歯車の回転により回転可能に設けられた把持動作用第１かさ歯車と、当該把持動作用第１かさ歯車に噛み合う把持動作用第２かさ歯車と、当該把持動作用第２かさ歯車の回転により回転可能に設けられた平歯車と、当該平歯車の回転により回転可能に設けられた把持動作用第３かさ歯車と、当該把持動作用第３かさ歯車の回転に連動して同一方向に回転可能に設けられた把持動作用第４かさ歯車と、相互に逆方向に回転可能となるように、前記把持動作用第４かさ歯車にそれぞれ噛み合う把持動作用第５及び第６かさ歯車とを備え、
前記第１ブレードは、前記把持動作用第５かさ歯車と同一方向に回転可能に設けられる一方、前記第２ブレードは、前記把持動作用第６かさ歯車と同一方向に回転可能に設けられ、前記把持動作用ラックの動作により、前記第１ブレード及び前記第２ブレードが相反する方向に回転することを特徴とする請求項３記載の医療用マニピュレータ。
【請求項１】
先端側に配置された手術器具を所定方向に変位させる動力伝達機構が設けられた医療用マニピュレータにおいて、
前記動力伝達機構は、前記手術器具をねじり回転させるねじり回転用機構を備え、
前記ねじり回転用機構は、複数の歯車により構成され、所定の駆動装置から駆動力が付与されると、前記各歯車が回転して前記手術器具をねじり回転させることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項２】
前記ねじり回転用機構は、前記駆動力により動作するねじり回転用ラックと、このねじり回転用ラックに噛み合うねじり回転用ピニオンと、当該ねじり回転用ピニオンの回転により回転可能に設けられた平歯車と、当該平歯車の回転により回転可能に設けられたねじり回転用第１かさ歯車と、当該ねじり回転用第１かさ歯車に噛み合うねじり回転用第２かさ歯車と、当該ねじり回転用第２かさ歯車の回転により回転可能に設けられた平歯車と、当該平歯車の回転により回転可能に設けられたねじり回転用第３かさ歯車と、当該ねじり回転用第３かさ歯車に噛み合い、前記手術器具をねじり回転させるねじり回転用第４かさ歯車とを備えたことを特徴とする請求項１記載の医療用マニピュレータ。
【請求項３】
前記手術器具は、相互に離間接近可能な第１及び第２ブレードを備えた鉗子であり、
前記動力伝達機構は、前記第１及び第２ブレードを離間接近させることで、前記鉗子を開閉動作させる把持動作用機構を備え、
前記把持動作用機構は、複数の歯車により構成され、所定の駆動装置から駆動力が付与されると、前記歯車が回転して前記第１及び第２ブレードを離間接近させることを特徴とする請求項１又は２記載の医療用マニピュレータ。
【請求項４】
前記把持動作用機構は、前記駆動力により動作する把持動作用ラックと、この把持動作用ラックに噛み合う把持動作用ピニオンと、当該把持動作用ピニオンの回転により回転可能に設けられた平歯車と、当該平歯車の回転により回転可能に設けられた把持動作用第１かさ歯車と、当該把持動作用第１かさ歯車に噛み合う把持動作用第２かさ歯車と、当該把持動作用第２かさ歯車の回転により回転可能に設けられた平歯車と、当該平歯車の回転により回転可能に設けられた把持動作用第３かさ歯車と、当該把持動作用第３かさ歯車の回転に連動して同一方向に回転可能に設けられた把持動作用第４かさ歯車と、相互に逆方向に回転可能となるように、前記把持動作用第４かさ歯車にそれぞれ噛み合う把持動作用第５及び第６かさ歯車とを備え、
前記第１ブレードは、前記把持動作用第５かさ歯車と同一方向に回転可能に設けられる一方、前記第２ブレードは、前記把持動作用第６かさ歯車と同一方向に回転可能に設けられ、前記把持動作用ラックの動作により、前記第１ブレード及び前記第２ブレードが相反する方向に回転することを特徴とする請求項３記載の医療用マニピュレータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−１５２０２８（Ｐ２００７−１５２０２８Ａ）
【公開日】平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３５５４６２（Ｐ２００５−３５５４６２）
【出願日】平成１７年１２月８日（２００５．１２．８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００５年６月９日〜１１日 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス部門主催の「ロボティクス・メカトロニクス講演会２００５」において文書をもって発表
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００５年９月１５日 （社）日本ロボット学会発行の「第２３回日本ロボット学会学術講演会講演概要集」に発表
【出願人】（８９９００００６８）学校法人早稲田大学 (602)
【公開日】平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月８日（２００５．１２．８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００５年６月９日〜１１日 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス部門主催の「ロボティクス・メカトロニクス講演会２００５」において文書をもって発表
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００５年９月１５日 （社）日本ロボット学会発行の「第２３回日本ロボット学会学術講演会講演概要集」に発表
【出願人】（８９９００００６８）学校法人早稲田大学 (602)
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