医療用マニピュレータ
【課題】操作者の手にかかる負担を軽減させ、操作性を向上させる。
【解決手段】マニピュレータ１０は、体腔内に挿入されて３軸の動作をする先端動作部１２と、体外に設けられ、先端動作部１２を駆動する円柱形状のモータ１００及び１０２と、モータ１００及び１０２が設けられている部分と先端動作部１２とを連結する連結シャフト１８と、基端側に人手によって把持されるグリップハンドル２６を有する。モータ１００及び１０２と連結シャフト１８は、軸が平行に設けられている。側面視で、モータ１００及び１０２とグリップハンドル２６は、連結シャフト１８の軸を基準として反対側に配置され、モータ１００及び１０２は奥行きのＺ方向に並列している。モータ１００、１０２及びグリップハンドル２６は、連結シャフト１８の基端部よりもさらに基端側に配置されている。
【解決手段】マニピュレータ１０は、体腔内に挿入されて３軸の動作をする先端動作部１２と、体外に設けられ、先端動作部１２を駆動する円柱形状のモータ１００及び１０２と、モータ１００及び１０２が設けられている部分と先端動作部１２とを連結する連結シャフト１８と、基端側に人手によって把持されるグリップハンドル２６を有する。モータ１００及び１０２と連結シャフト１８は、軸が平行に設けられている。側面視で、モータ１００及び１０２とグリップハンドル２６は、連結シャフト１８の軸を基準として反対側に配置され、モータ１００及び１０２は奥行きのＺ方向に並列している。モータ１００、１０２及びグリップハンドル２６は、連結シャフト１８の基端部よりもさらに基端側に配置されている。
【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医療用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。これに関連して、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がなされている（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】
特許文献２記載のマニピュレータにおいては、モータと先端動作部との間における動力伝達には、例えばワイヤが用いられ、さらに小型のモータを用いることによって相当の軽量化が図られている。
【０００７】
しかしながら、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は、手元操作部には開閉する一対の指挿入リングが設けられているだけの簡便構成であって、特許文献２記載のマニピュレータと比較して極めて軽量である。従って、このような従来の鉗子に慣れている操作者にとっては、特許文献２記載のマニピュレータに対して違和感を感じる場合がある。
【０００８】
特に、ワイヤを介して先端動作部を駆動するためには、シャフトに対して垂直なプーリによって該ワイヤを動作させることが適当であるが、このプーリを回転させるモータは必然的にシャフトから垂直方向に突出することとなり、操作者が把持するグリップハンドルから遠い位置に配置せざるを得ない。
【０００９】
これにより、グリップハンドルに対してモータの重量に起因するやや大きいモーメントが発生することになり、操作者の手に負担となる。
【００１０】
また、手技によってはグリップハンドルを患者の体表面に相当に近づけたい場合があるが、このようなとき、モータがグリップハンドルやトリガレバーよりもある程度前方に配置されていると体表面又はトラカールに当たる懸念がある。
【００１１】
さらに、モータがシャフトから側方に突出された配置形態であると、内視鏡（腹腔鏡）や、他の鉗子などの器具とモータ部がぶつかり（干渉し）、操作性が低下する懸念がある。
【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、操作性に優れ、操作者の負担を軽減することのできる医療用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】
本発明に係る医療用マニピュレータは、体腔内に挿入されて２軸以上の動作をする先端動作部と、体外に設けられ、前記先端動作部の少なくとも一部を駆動する２以上の円柱形状のモータと、前記モータが設けられている部分と前記先端動作部とを連結する連結シャフトとを有し、２以上の前記モータの全てと前記連結シャフトは、軸が平行に設けられていることを特徴とする。
【００１４】
このように、先端動作部を駆動するモータを連結シャフトと平行に設けることにより、配置の自由度が高まり、例えばグリップハンドルに近い位置に配置することができる。これにより、質量がグリップハンドルの近傍に集中し、操作者の手にかかる負担が小さくなるとともに、操作性が向上する。また、連結シャフトまわりの慣性モーメントが低減し、操作性が向上する。各モータは、側方に突出することがなく、コンパクトになる。
【００１５】
基端側に人手によって把持されるグリップハンドルを有し、側面視で、前記モータと前記グリップハンドルは、前記連結シャフトの軸を基準として反対側に配置され、２以上の前記モータの全ては奥行き方向に並列していてもよい。
【００１６】
医療用マニピュレータの基端側部分において、モータ及びグリップハンドルは重量及び体積が比較的大きい。このようなモータ及びグリップハンドルを、連結シャフトの軸を基準として反対側に配置することによりバランスがよくなり、レイアウトの自由度が高まるとともに、操作性がさらに向上する。
【００１７】
ここで、奥行きに並列するとは、ずれがなく厳密に並列している場合に限らず、例えば、モータの長さが多少異なる場合にはその長さの半分以上の部分で並列していればよい。
【００１８】
前記モータ及び前記グリップハンドルは、前記連結シャフトの基端部よりもさらに基端側に配置されていてもよい。これにより、モータとグリップハンドルが近い位置に配置され、質量の一層の集中が図られ、操作性がさらに向上する。
【００１９】
前記モータ毎に設けられ、中心軸が前記モータの並列方向及び前記モータの軸方向に直交する方向を指向し、前記モータの軸方向延長上に配置されて、前記モータから駆動傘歯車及び従動傘歯車を介して回転駆動される回転体と、前記回転体に一部が巻き掛けられ、前記連結シャフトを通り、前記先端動作部に動力を伝達する２つの可撓性部材と、２つの前記可撓性部材を前記連結シャフトの基端側開口部に案内するガイド部とを有してもよい。これにより、モータが連結シャフトと比較して大径であっても並列配置が可能になる。また、モータ配置の自由度が高まるとともに、連結シャフトはモータ径に依存することなく十分に細くできる。
【００２０】
２組の前記モータ及び前記回転体は、前記連結シャフトを基準として対称位置に設けられていると、バランスがよい。
【００２１】
前記ガイド部は前記回転体と軸が平行なプーリであると、摩擦のない動作が可能である。
【００２２】
前記可撓性部材は往路線と復路線とを含み、前記プーリは、前記往路線及び復路線に対応し、独立に回転可能な２層構造であってもよい。往路線と復路線によれば先端動作部における駆動する軸部を正逆いずれの方向にも駆動可能になる。往路線及び復路線は逆方向に動くが、対応する２層のプーリにより摩擦のない動作が可能である。
【００２３】
前記回転体は、前記従動傘歯車が設けられる箇所を挟んで一対の軸支部材により回転自在に軸支され、前記モータは、一対の前記軸支部材を接続するモータ板に固定され、前記モータの出力軸は、前記モータ板に設けられた孔から突出して前記駆動傘歯車を介して前記従動傘歯車に接続されていてもよい。このような軸支部材及びモータ板によれば、簡便でありながら高い剛性が得られ、モータ及び回転体を安定して保持できる。
【００２４】
２つの前記回転体の間に、一対の前記軸支部材及び前記モータ板とをそれぞれを接続する補強板が設けられていると、一層高い剛性が得られる。
【００２５】
前記回転体で前記可撓性部材が巻き掛けられる部分及び前記ガイド部は、前記連結シャフトの基端部が開口するボックスの空洞部内に設けられ、前記回転体は、前記空洞部に対して回転可能に気密シールされていてもよい。これにより、連結シャフト及び該連結シャフトが連通する体腔内を気密に維持できる。
【００２６】
前記先端動作部は、手技を行う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以上の姿勢軸を含み、前記姿勢軸は、前記モータにより駆動され、前記エンドエフェクタ軸は、所定の入力部の人手による操作を機械的に伝達する操作伝達部を介して駆動されてもよい。このように、駆動部材を人手によって操作する入力部に対して機械的に接続しておくことで、操作者が先端動作部に加わる外力等をより確実且つ簡便に感知することができる。また、エンドエフェクタ軸の駆動用モータが不要となり、モータの数が減り、軽量となる。
【００２７】
前記操作伝達部は、前記連結シャフト内から基端側に突出して前記入力部に接続され、該連結シャフトの延在方向に進退するロッドを含み、前記ロッドは、前記連結シャフト及び該連結シャフトが連通している空間部に対して、進退可能に気密シールされていてもよい。これにより、連結シャフト及び該連結シャフトが連通する体腔内を気密に維持できる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る医療用マニピュレータによれば、先端動作部を駆動するモータを連結シャフトと平行に設けることにより、配置の自由度が高まり、例えばグリップハンドルに近い位置に配置することができる。これにより、質量がグリップハンドルの近傍に集中し、操作者の手にかかる負担が小さくなるとともに、操作性が向上する。また、連結シャフトまわりの慣性モーメントが低減し、操作性が向上する。各モータは、側方に突出することがなく、コンパクトになる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】医療用マニピュレータの側面図である。
【図２】医療用マニピュレータの一部拡大斜視図である。
【図３】医療用マニピュレータの一部拡大平面図である。
【図４】医療用マニピュレータにおけるグリップハンドル、複合入力部及びその周辺の斜視図である。
【図５】複合入力部の一部断面斜視図である。
【図６】複合入力部における回転操作部の押圧突起の周辺を断面で示す図である。
【図７】複合入力部における傾動操作部の押圧突起の周辺を断面で示す図である。
【図８】複合入力部における後方部の断面斜視図である。
【図９】複合入力部におけるスイッチ基板及びスイッチ操作子の斜視図である。
【図１０】グリップハンドルを人手によって把持した状態の医療用マニピュレータの側面図である。
【図１１】３軸同時操作可能なようにグリップハンドルを人手によって把持した状態の医療用マニピュレータの側面図である。
【図１２】医療用マニピュレータにおけるグリップハンドル、第１変形例に係る複合入力部及びその周辺の斜視図である。
【図１３】医療用マニピュレータにおけるグリップハンドル、第２変形例に係る複合入力部及びその周辺の斜視図である。
【図１４】医療用マニピュレータにおけるグリップハンドル、第３変形例に係る複合入力部及びその周辺の斜視図である。
【図１５】医療用マニピュレータにおけるグリップハンドル、変形例に係る回転操作部及びその周辺の側面図である。
【図１６】ギア機構部の断面側面図である。
【図１７】プーリボックスの断面側面図である。
【図１８】プーリボックスの断面斜視図である。
【図１９】連結シャフトの断面正面図である。
【図２０】筒部及びトリガレバーの一部断面斜視図である。
【図２１】上端が円弧形状であるトリガレバーの一部断面斜視図である。
【図２２】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２３】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２４】先端動作部の模式構造図である。
【図２５】先端動作部の断面側面図である。
【図２６】先端動作部の断面平面図である。
【図２７】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２８】先端動作部の分解斜視図である。
【図２９】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３０】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３１】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３２】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３３】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３４】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３５】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３６】変形例に係る先端動作部の模式構造図である。
【図３７】作業部をロボットアームの先端に接続した手術用ロボットシステムの概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明に係る医療用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３７を参照しながら説明する。
【００３１】
図１、図２及び図３に示すように、本実施の形態に係る医療用マニピュレータ１０（以下、マニピュレータ１０と呼ぶ。）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。医療用のマニピュレータシステムの一部であり、図示しないコントローラによって制御される。
【００３２】
なお、図１乃至図３においては、説明のため内部の構造が理解できるよう、筐体（カバー）を省略して図示しているが、実際はモータ１００、１０２等の駆動部は筐体（カバー）の内部に収納されることが好ましい。
【００３３】
以下の説明では、図１〜図３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。
【００３４】
図１〜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１４と、該操作部１４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１４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１４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。
【００３５】
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。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２６ａ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おり、詳細には連結シャフト１８の軸を基準として７５°程度の角度に延在している。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。
【００３６】
グリップハンドル２６のＺ１方向端の穴の内部には段差係合部２６ｂ（図１参照）が設けられている。グリップハンドル２６の両側面には、ホールド性をよくするためのグリッププレート２６ｇが設けられている。グリップハンドル２６の上端部には、ブリッジ２８に対する左右一対の接続片２６ｄが設けられている。
【００３７】
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３６とを有する。
【００３８】
先端動作部１２は、複合入力部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、複合入力部２４の操作に基づいて電気的に駆動され、グリッパ軸はトリガレバー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。後述する荷重リミッタ２１２は、通常操作時にはほとんど弾性変形がなく、実質的に非弾性部品である。
【００３９】
以下、マニピュレータ１０の各部分について、複合入力部２４、アクチュエータブロック３０、プーリボックス３２、筒部３４とトリガレバー３６、及び先端動作部１２の順に説明する。
【００４０】
先ず、複合入力部２４について説明する。複合入力部２４は、平面視でＺ軸を中心としてＸ１方向及びＸ２方向に対象な構造である。
【００４１】
図４に示すように、グリップハンドル２６の上面は、前方に向けてＹ１方向に上がる傾斜面２６ａとなっており、複合入力部２４はこの傾斜面２６ａに設けられている。傾斜面２６ａの傾斜角θ１は、グリップハンドル２６を人手で把持したときに複合入力部２４が親指又は人差し指で操作し易い角度であり、Ｚ方向を基準として２０°〜３５°が好適である。
【００４２】
以下、説明の便宜上、傾斜面２６ａ（及び、軸７０、軸７４）の傾斜方向をＪ方向、その前方側をＪ１方向、基端側をＪ２方向と呼ぶ。また、連結シャフト１８の延在方向とグリップハンドルの延在方向とを含む平面（ＺＹ平面）内で、Ｊ方向に直交して外側に向かう方向をＪ３方向（入力部外方向）とする。
【００４３】
傾斜面２６ａの中央部には平面視でＺ方向に延在するスライド溝２６ｆが設けられている。グリップハンドル２６の上部における左右両側面には、Ｊ方向に延在し、スライド溝２６ｆに連通する長孔２６ｃが設けられている。
【００４４】
図４、図５に示すように、複合入力部２４は、下方部５０ａがスライド溝２６ｆに嵌り込んだ状態で傾斜面２６ａ上をＪ方向に摺動するベースブロック５０と、ベースブロック５０の上に設けられたハウジング（保持部）５２と、回転操作部５４と、傾動操作部５６と、３つのスイッチ操作子（入力スイッチ）５８ａ、５８ｂ及び５８ｃとを有する。ハウジング５２内にはスイッチ基板６２と、シリコーン体６６とを有する。
【００４５】
スイッチ操作子５８ｂは、回転操作部５４及び傾動操作部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。
【００４６】
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。スイッチ操作子５８ａ及び５８ｃは、全く同一の機能を有するスイッチとして左右に配置することで、操作者が操作部１４を右手で把持した場合でも左手で把持した場合でも問題なく、同様の操作をすることができる。具体的には、右手操作の場合及び左手操作のいずれの場合にも、例えば親指による同様の操作が可能である。また、現在のロール回転機構の位置（正領域か負領域か）を意識せずにロール回転機構を所定の初期姿勢まで戻し、又は初期姿勢方向に移動させることができる。
【００４７】
これらのスイッチの信号は、そのまま独立的にコントローラへ供給してもよいし、他の信号とまとめてシリアル信号化して供給してもよい。ハウジング５２の側面８８ａ、８８ｂ、８８ｃには、少なくとも１つの入力スイッチが設けられているとよい。
【００４８】
図９に示すように、スイッチ基板６２は、ベースブロック５０の上面に固定されており、７つのタクトスイッチ６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６４ｅ、６４ｆ及び６４ｇを有する。タクトスイッチ６４ｄ及び６４ｇはＪ１方向の端部で左右対象位置に設けられている。タクトスイッチ６４ｅ及び６４ｆは、タクトスイッチ６４ｄ及び６４ｇよりもややＪ２方向側で、左右対象位置に設けられている。タクトスイッチ６４ａ及び６４ｃは、タクトスイッチ６４ｅ及び６４ｇよりもややＪ２方向側で、左右対象位置に設けられている。タクトスイッチ６４ｂは、最もＪ２側で中央位置に設けられている。スイッチ基板６２は、Ｊ２方向側がやや狭まった五角形であり、タクトスイッチ６４ａ〜６４ｃはその五角形に応じて相互に近接した位置に設けられている。
【００４９】
シリコーン体６６は弾性体であって、スイッチ基板６２に対する防塵・防水機能と、回転操作部５４及び傾動操作部５６を中立位置に保持する機能とを有する。シリコーン体６６は、スイッチ基板６２の上面及び側面を覆うとともに、周辺部には上方に反り返ったフランジ６６ａを有する。さらに、シリコーン体６６は、タクトスイッチ６４ｄ、６４ｅ、６４ｆ、６４ｇの部分それぞれ対応した４つの個別膨出部６６ｂと、タクトスイッチ６４ａ〜６４ｃをまとめて覆う膨出部６６ｃとを有している。
【００５０】
フランジ６６ａは、ハウジング５２の下面周辺部に設けられた溝５２ｃに嵌り込む。シリコーン体６６は、フランジ６６ａ及びその内側の部分がベースブロック５０とハウジング５２によって挟み込まれ、圧縮されて、防水・防塵作用を奏する。
【００５１】
ベースブロック５０の下方部５０ａは、長孔２６ｃから挿入されるビス６８によって固定されており、該ビス６８を緩めることによって長孔２６ｃに沿って移動し、位置調整が可能である。このように、回転操作部５４と傾動操作部５６を複合入力部としてユニット化しておき、グリップハンドル２６に対して、軸７０（又は軸７４）の延在方向に沿って一体的に位置の調整を可能としておくことにより、指の長さなどの個人差に対応可能となる。
【００５２】
ハウジング５２は、Ｊ１方向側の薄い前方部５２ａと、基端側でスイッチ操作子５８ａ、５８ｂ、５８ｃが設けられた厚い後方部５２ｂとを有する。後方部５２ｂは、平面視でＪ２方向に向かって狭まった台形である。
【００５３】
回転操作部５４は、前方部５２ａに設けられた軸７０を中心として回動可能な構成である。軸７０はＸ方向に関して複合入力部２４の中心で、Ｊ方向を指向する軸である。回転操作部５４は、Ｘ１方向及びＸ２方向に伸びるレバー７２ａと、レバー７２ａの下面に設けられた左右一対の押圧突起７２ｂ及び７２ｃと、レバー７２ａの上側に設けられた略半円形で薄板状の操作子７２ｄとを有する。
【００５４】
図６に示すように、レバー７２ａの左右両端は、Ｊ方向に延在する表面に滑り止め用の多数の筋が設けられた半円形状である。操作子７２ｄの外周面は軸７０を略中心とし、レバー７２ａの端部までの長さを略半径とする円弧形状であり、上端及び左右端に指掛け用の浅い切欠７２ｅが設けられている。操作子７２ｄは、側面視でＪ方向に直交する方向に突出している。
【００５５】
回転操作部５４は、操作子７２ｄの切欠７２ｅを指で周方向に向かう回動操作がなされ、ロール回動機構を動作させる機能を有する。このように外周面に指掛け部が設けられている回転操作部５４によれば、軸７０を中心とした回動操作がなされ、ロール回動機構についての直感的な操作性が得られる。また、指掛け部が傾動操作部５６の端部よりも外径側に設けられていることにより、該傾動操作部５６との使い分けが容易である。
【００５６】
回転操作部５４の指掛け部（又は指置き部）は、切欠形状に限らず、使用想定上、外周面で指が掛けられる場所に、指が掛けられるのに適した面積を有する部分が含まれていればよい。
【００５７】
図６に示すように、押圧突起７２ｂ及び７２ｃの各先端は、タクトスイッチ６４ｄ及び６４ｇを覆う個別膨出部６６ｂにそれぞれ軽く接しており、これにより回転操作部５４が中立位置に保持される。指操作によって回転操作部５４をいずれかの方向に回転させると、押圧突起７２ｂ又は７２ｃは、個別膨出部６６ｂを弾性変形させながら下降してタクトスイッチ６４ｄ又は６４ｇをオン操作させることができる。回転操作部５４は、前方部５２ａの上面又は側面に当接することで回転角度が制限させるため、タクトスイッチ６４ｄやタクトスイッチ６４ｇを過剰に押すことがない。指を離すと回転操作部５４は個別膨出部６６ｂの弾性作用によって中立位置に復帰し、タクトスイッチ６４ｄ及び６４ｇはオフになる。
【００５８】
図５及び図７に示すように、傾動操作部５６は、後方部５２ｂに設けられた軸７４を中心として傾動可能な構成である。軸７４はＸ方向に関して複合入力部２４の中心で、Ｊ方向を指向する軸である。グリップハンドル２６の上面２６ａ（傾斜面２６ａ）を基準として、軸７４は前記の軸７０よりもやや離れた箇所に配置されている。
【００５９】
傾動操作部５６は、ハウジング５２の後方部５２ｂの上面を覆う傾動板７６と、該傾動板７６の下面に設けられた左右一対の押圧突起７６ｂ及び７６ｃとを有する。傾動板７６の下面と後方部５２ｂの上面との隙間は小さい。傾動板７６の上面には、滑り止め用の多数の筋が設けられており、平面視で後方部５２ｂと同様の台形である。グリップハンドル２６の上面２６ａ（傾斜面２６ａ）を基準として、傾動板７６の上面はレバー７２ａよりもやや離れている。
【００６０】
押圧突起７６ｂ及び７６ｃの各先端は、タクトスイッチ６４ｅ及び６４ｆを覆う個別膨出部６６ｂにそれぞれ軽く接しており、これにより傾動操作部５６が中立位置に保持される。指操作によって傾動操作部５６をいずれかの方向に回転させると、押圧突起７６ｂ又は７６ｃは、個別膨出部６６ｂを弾性変形させながら下降してタクトスイッチ６４ｅ又は６４ｆをオン操作させることができる。傾動操作部５６は、後方部５２ｂの上面に当接することで傾動角度が制限され、タクトスイッチ６４ｅ及び６４ｆを過度に押圧することがない。指を離すと傾動操作部５６は個別膨出部６６ｂの弾性作用によって中立位置に復帰し、タクトスイッチ６４ｅ及び６４ｆはオフになる。
【００６１】
傾動操作部５６は、傾動板７６を指で押し込むことによる傾動操作がなされ、ピボット軸機構を動作させる機能を有する。
【００６２】
前記の回転操作部５４は周方向に向かう回動操作がなされ、傾動操作部５６は押し込むことによる傾動操作がなされ、このような操作方法の違いにより、回動機構とピボット軸機構との対応付けが容易に理解される。
【００６３】
側面視（図１参照）で、回転操作部５４及び傾動操作部５６の軸７０及び軸７４は、先端（Ｚ１側）に向かい上側を指向する向きであり、グリップハンドル２６を握ったままの回転操作部５４及び傾動操作部５６の回動操作が容易である。また、軸７０及び７４は、Ｊ方向に平行で、Ｚ方向を基準として２０°〜３５°の角度であって、特に親指による操作が容易である。
【００６４】
さらに、軸７０と軸７４が平行であることから操作性が高い。さらにまた、軸７０及び軸７４とグリップハンドル２６の延在方向とのなす角度θ２（図１参照）は、４０°〜６０°であると、操作性がさらに向上する。ここでグリップハンドル２６の延在方向とは、先端動作部を臨む側（Ｚ１側）の稜線２６ｅ（曲線であればその平均線）の向きで定義することができる。
【００６５】
軸７０、軸７４、及び傾動操作部５６の指による操作面である傾動板７６の順にＪ３方向に向かって配列されていることから、回転操作部５４と傾動操作部５６を構成しやすくなり、しかも傾動操作部５６の操作性がよい。また、相互の軸７０及び軸７４がずれていることにより、回転操作部５４と傾動操作部５６は操作感が異なって使い分けが容易となる。
【００６６】
傾動操作部５６は、回転操作部５４の手元側に配置され、指掛け部としての切欠７２ｅは、Ｊ方向からみて傾動操作部５６より大径の円弧形状の操作子７２ｄに設けられていることから、回転操作部５４と傾動操作部５６との使い分けが一層容易となる。円弧形状の操作子７２ｄは、適度に大径になって操作が容易であり、しかも視覚的に回動機構の入力手段であることが直感的に理解される。また、回転操作部５４の周方向操作を行い易い。
【００６７】
回転操作部５４及び傾動操作部５６は、所定の基準位置から正逆方向に回転可能であり、非操作時には弾性体により基準位置に復帰することから、ロール回動機構及びピボット軸機構の正逆方向の操作を直感的に理解可能となる。
【００６８】
図８及び図９に示すように、後方部５２ｂには、スイッチ操作子５８ａ〜５８ｃが収納されている。スイッチ操作子５８ａ〜５８ｃはそれぞれ同じ構成であって、弾性体の四角枠８０と、該四角枠８０の上部における一方に設けられた円柱体のプッシャ８２と、他方に設けられたアーム８４と、該アーム８４の先端で下方に向けた突起８６とを有する。
【００６９】
四角枠８０の下部は、膨出部６６ｃとハウジング５２の内壁に挟持されて（又は接着等により）固定されている。スイッチ操作子５８ａ〜５８ｃの各突起８６は、タクトスイッチ６４ａ、６４ｂ、６４ｃの上方部に配置され、膨出部６６ｃの上面に軽く接している。スイッチ操作子５８ａ〜５８ｃの各プッシャ８２は、ハウジング５２の後方部５２ｂにおける三方（左右面及び後面）の側面８８ａ、８８ｂ、８８ｃの孔９０ａ、９０ｂ、９０ｃから、指で押し込み可能な程度に突出している。
【００７０】
このように、ハウジング５２の左右面及び後面に設けられたスイッチ操作子５８ａ〜５８ｃは操作性が高く、しかもそれぞれ異なる向きであることから誤操作が防止される。
【００７１】
Ｘ１方向側の側面８８ａ及びＸ２方向側の側面８８ｃは、それぞれ、Ｊ２方向に向かって中心に寄るように適度に傾斜し、その間の側面８８ｂはＪ方向に対して垂直な面となっており、それぞれ、グリップハンドル２６を人手で把持したときに、親指又は人差し指で操作し易い位置に設けられている。孔９０ａ〜９０ｃは、操作し易いように側面８８ａ〜８８ｃの略中央部に設けられている。
【００７２】
孔９０ａ〜９０ｃから突出したプッシャ８２を指で押すことにより、四角枠８０は弾性変形し、アーム８４が傾動し、その先端の突起８６は膨出部６６ｃを弾性変形しながら下降し、タクトスイッチ６４ａ〜６４ｃをオンすることができる。指を離すと膨出部６６ｃ及び四角枠８０の弾性作用によってスイッチ操作子５８ａ〜５８ｃが原位置に復帰し、タクトスイッチ６４ａ〜６４ｃはオフになる。
【００７３】
なお、図９においては、理解し易いように、シリコーン体６６及びハウジング５２を省略してスイッチ操作子５８ａ〜５８ｃが空中に浮いた状態で併記している。
【００７４】
このように構成される複合入力部２４は、図１０に示すように、人手によりグリップハンドル２６を把持した状態で、親指による操作が容易な位置及び向きにとなって、回転操作部５４、傾動操作部５６、スイッチ操作子５８ａ、５８ｂ、５８ｃの各操作を容易に行うことができる。また、この状態でトリガレバー３６は人差し指による自然な押し引き操作が可能となる。
【００７５】
図１０から明らかなように、トリガレバー３６は、傾動操作部５６及び回転操作部５４を備える複合入力部２４に対して、グリップハンドル２６を介して逆側に設けられている。これにより、グリップハンドル２６を握ったままトリガレバー３６と複合入力部２４を異なる指で操作することが可能となる。
【００７６】
また例えば、図１１に示すように、回転操作部５４を人差し指の中程で操作し、傾動操作部５６を親指で操作し、トリガレバー３６を中指で操作することによって先端動作部１２の３軸を同時に協調動作させることも可能である。図１０及び図１１は、左手による操作例を示しているが、右手操作も同様に可能である。
【００７７】
回転操作部５４にはいくつかの変形例が考えられる。
【００７８】
例えば、図１２に示す第１変形例に係る複合入力部２４ａの回転操作部５４ａのように、傾動操作部５６の下方において左右に延在するレバー形式としてもよい。この場合も、回転操作部５４ａは傾動操作部５６の端部よりも外径側に指掛け部が設けられており、回転操作部５４ａと傾動操作部５６との使い分けが容易となるとともに、回転操作部５４ａの周方向操作を行い易い。また、傾動操作部５６は、回転操作部５４ａの一部の上部を覆うように設けられており、回転操作部５４ａと傾動操作部５６がコンパクトにまとまり、操作も容易である。回転操作部５４ａの指掛け部及び傾動板７６の表面には、Ｊ方向に延在する多数の細い溝が設けられており、滑り止め作用を奏する。
【００７９】
図１３に示す第２変形例に係る複合入力部２４ｂの回転操作部５４ｂのように、前記の切欠７２ｅを省略した半円形状としてもよい。この場合も、回転操作部５４ｂの外周面は、指が掛けられるのに適した面積を有し、しかもＪ方向に延在する多数の細い溝が設けられており、指掛け部として機能する。
【００８０】
図１４に示す第３変形例に係る複合入力部２４ｃに示すように、回転操作部５４ｃをＪ方向に適度に厚くするとともに、これに応じて切欠７２ｅも指先を安定しておける程度に広く設定してもよい。モータ１００、１０２を覆うカバー９６が設けられている場合には、回転操作部５４ｃは初期位置の状態でカバー９６と連続的な面（平面又は曲面）を構成するとよい。これにより、無駄な突起や段差等がなく、外観上で好適であるとともに、操作もし易い。
【００８１】
グリップハンドル２６の上部において、傾斜面２６ａをやや広い略半楕円形状にするとともに、その下部を滑らかな曲面に設定すると略Ｕ字形状の凹曲面部２６ｈが形成され、親指と人差し指で掴みやすく、グリップハンドル２６が滑り落ちにくい。
【００８２】
図１５に示すように、回転操作部５４の変形例としての回転操作部５４ｄは、筒部３４を中心にし、さらには連結シャフト１８と同軸として、回動可能な構成としてもよい。回転操作部５４ｄは先端動作部１２のロール回転機構を駆動する入力手段であることから、連結シャフト１８と同軸とするとともに、できるだけ先端動作部１２に近い位置に設けることにより、操作方法の理解が容易となる。回転操作部５４ｄのＸ方向両面には指掛け部９４が設けられている。
【００８３】
次に、アクチュエータブロック３０について説明する。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。ブリッジ２８は、左右一対の壁体２８ａで構成されており、グリップハンドル２６の接続片２６ｄに対して、ビス９２で固定されている。壁体２８ａにはトリガレバー３６の回転中心となるトリガ軸２８ｂが設けられている。
【００８４】
図１〜図３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１００及び１０２と、該モータ１００及び１０２を支持するアクチュエータブラケット１０４と、モータ１００及び１０２の回転方向を変換して作業部１６に伝達するギア機構部１０６とを有する。
【００８５】
モータ１００及び１０２は、径：長さが１：４程度の円柱形状であり、Ｚ１方向側に設けられた減速機１００ａ、１０２ａと、該減速機１００ａ、１０２ａによって減速された出力軸１００ｂ、１０２ｂと、Ｚ２方向側に設けられた角度センサ１００ｃ、１０２ｃとを含んでいる。モータ１００及び１０２は、例えばＤＣモータである。減速機１００ａ及び１０２ａは、例えば遊星歯車式であり、減速比は１：１００〜１：３００程度である。角度センサ１００ｃ、１０２ｃとしては、例えばロータリエンコーダが用いられ、検出した角度信号はコントローラに供給される。モータ１００とモータ１０２は減速機１００ａ及び１０２ａの減速比の違い等により長さが若干異なる。
【００８６】
アクチュエータブラケット１０４は、第１プレート１０８、第２プレート（モータ板）１１０、第３プレート（軸支部材）１１２及び第４プレート（補強板）１１４とを有しており、切削加工又は溶接加工等によって得られる。
【００８７】
第１プレート１０８は、モータ１００及び１０２の全長の１．３倍程度の長さでＺ方向に延在しており、Ｚ１方向端が作業部１６のプーリボックス３２に接続され、Ｚ２方向端の近傍でブリッジ２８に接続されている。第１プレート１０８の中央部には、軽量化のための孔１０８ａが設けられている。平面視（図３参照）で、第１プレート１０８のＸ方向幅は、第２プレート１１０よりもＺ２側の部分がモータ１００及び１０２の径の２倍よりもやや広く、Ｚ１側のギア機構ベース板（軸支部材）１０８ｂはそれよりもさらに広くなっており、両端が一対のビス１０９により、ブラケット１１１を介してプーリボックス３２に固定されている。
【００８８】
第２プレート１１０は、モータ１００及び１０２の径の１．５倍程度の高さであり、第１プレート１０８のＺ１方向端からその全長の０．３倍程度の箇所からＹ１方向に向かって突出している。モータ１００及び１０２は、それぞれＺ２方向に延在する向きで第２プレート１１０に対して複数のビス１１５（図１６参照）で支持されており、その出力軸１００ｂ、１０２ｂが孔１１７（図１６参照）を通ってＺ１方向側へ突出している。モータ１００とモータ１０２はＸ方向に対称位置で且つほとんど隙間なく配置されている。モータ１００及び１０２の径Ｒを基準とすると、側面視で連結シャフト１８とモータ１００及び１０２の中心軸間の距離は２Ｒ程度であり、モータ１００及び１０２の下面と第１プレート１０８の上面との間には多少の隙間がある。Ｚ方向に関して、モータ１００及び１０２のＺ２方向端部は、グリップハンドル２６のＺ１方向端部と略等しい位置である。モータ１００及び１０２のケーブル１００ｄ、１０２ｄ（角度センサ１００ｃ、１０２ｃの接続線を含む。）は、それぞれＺ２方向端から延在し、グリップハンドル２６に入っている。
【００８９】
第３プレート１１２は、第２プレート１１０の端部からＺ１方向に向かって突出している。第１プレート１０８と第３プレート１１２は平行であり、Ｚ１方向端の位置が等しい。第４プレート１１４は、三方が第１プレート１０８、第２プレート１１０及び第３プレート１１２に接続され、Ｘ方向に関して中央部分でＹＺ平面を形成するように設けられている。第４プレート１１４は補強板として作用し、第１プレート１０８、第２プレート１１０及び第３プレート１１２が安定する。
【００９０】
ギア機構部１０６は、第１プレート１０８、第２プレート１１０及び第３プレート１１２で囲まれた空間で、第４プレート１１４を基準にしてＸ方向に対称構成として設けられている。
【００９１】
図２及び図１６に示すように、ギア機構部１０６は、２本の駆動シャフト（回転体）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。
【００９２】
ギア機構ベース板１０８ｂ及び第２プレート１１０には、駆動シャフト１１６ａ、１１６ｂを支えるベアリング１２２、１２４が配置される軸孔１２６及び１２８が設けられている。ベアリング１２２及び１２４は、外輪の一部がギア機構ベース板１０８ｂ及び第２プレート１１０の端面に当接することにより位置決めされている。第２プレート１１０の上面にはベアリング１２４の外輪を止める止板１３０が複数のビス１３２によって固定されている。止板１３０には、駆動シャフト１１６ａ、１１６ｂの端部を露呈させる２つの孔１３０ａが設けられている。
【００９３】
出力軸１００ｂは、孔１１７を貫通して駆動シャフト１１６ａの近傍までＺ方向に延在しており、駆動傘歯車１１８ａが押しねじ１３４によって固定されている。第４プレート１１４の左右両側面には、駆動傘歯車１１８ａを避ける円弧凹部１１４ａが設けられている。
【００９４】
駆動シャフト１１６ａは、上端がベアリング１２４に軸支され、下端は軸孔１２６のベアリング１２２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の下端面には、ｔ字形状の凸形状部１３８が設けられている。
【００９５】
駆動シャフト１１６ａは、従動傘歯車１２０ａが押しねじ１３６によって固定されている。駆動傘歯車１１８ａと従動傘歯車１２０ａは互いに噛合し、出力軸１００ｂの回転を９０°変換して駆動シャフト１１６ａに伝達している。
【００９６】
駆動シャフト１１６ａは、中太部１４０の上端がベアリング１２４の内輪に当接し、下端が従動傘歯車１２０ａを介してベアリング１２２の内輪に当接することによって位置決めされている。
【００９７】
駆動シャフト１１６ａ及び１１６ｂは、平面視（図３参照）で、モータ１００及び１０２の軸方向延長線上に配置されている。
【００９８】
このような駆動傘歯車１１８ａ、１１８ｂ、従動傘歯車１２０ａ、１２０ｂ、駆動シャフト１１６ａ、１１６ｂを含むギア機構部１０６によれば、モータ１００及び１０２が連結シャフト１８と比較して大径であっても並列配置が可能になるとともに、モータ配置の自由度が高まる。
【００９９】
モータ１００とモータ１０２、及び駆動シャフト１１６ａと駆動シャフト１１６ｂは、連結シャフト１８を基準としてＹ方向に対称位置に設けられており、バランスがよい。
【０１００】
ギア機構部１０６では、ギア機構ベース板１０８ｂ及び第２プレート１１０が従動傘歯車１２０ａ、１２０ｂを挟んで駆動シャフト１１６ａ及び１１６ｂを軸支する軸支部材として作用し、第３プレート１１２がモータ１００及び１０２を固定するモータ板として作用するとともにギア機構ベース板１０８ｂと第２プレート１１０とを接続しており、簡便でありながら高い剛性が得られ、モータ１００、１０２及び駆動シャフト１１６ａ、１１６ｂを安定して保持できる。また、駆動シャフト１１６ａ及び１１６ｂの間に、ギア機構ベース板１０８ｂ、第２プレート１１０及び第３プレートとをそれぞれ接続する第４プレート１１４が設けられていることから、一層高い剛性が得られる。
【０１０１】
次に、プーリボックス３２について説明する。プーリボックス３２は、第１の機能として、操作部１４のギア機構部１０６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。
【０１０２】
図１７及び図１８に示すように、プーリボックス３２は、ボックス本体１５０をベースに構成されており、該ボックス本体１５０に設けられた空洞部１５２、シャフト支持部１５４及びロッド孔１５６ａ、１５６ｂと、プーリ（回転体）１５８ａ及び１５８ｂと、ワイヤガイド部１６０ａ、１６０ｂと、Ｘ方向両面で空洞部１５２を覆う側板１６２ａ、１６２ｂとを有する。
【０１０３】
空洞部１５２は、Ｘ方向両面を連通する孔であって、側面視（図１７参照）で、中程からＺ２方向寄りに設けられており、Ｚ方向両端が半円形状となっている。プーリボックス３２のＸ方向両面には空洞部１５２を囲うＯリング１６４が設けられており、側板１６２ａ、１６２ｂを装着することによってＯリング１６４が適度に圧縮される。
【０１０４】
シャフト支持部１５４は、空洞部１５２からＺ１方向端面に連通する孔であり、連結シャフト１８を支持している。連結シャフト１８のＺ２方向端には、筒状のカプラ１６５が設けられており、シャフト支持部１５４はカプラ１６５を介して連結シャフト１８を支持している。カプラ１６５と連結シャフト１８との間には２つのＯリング１６６が設けられ、カプラ１６５とシャフト支持部１５４との間にはＯリング１６８が設けられている。連結シャフト１８は、Ｘ１側の面から固定片１７０（図２参照）を２つのビス１７２でボックス本体１５０の先端部に締め付けることによって固定されている（図２参照）。
【０１０５】
空洞部１５２には、Ｙ方向に並んだ２対の同軸孔１７２ａ（Ｙ１側）、１７２ｂ（Ｙ２側）にベアリング１７４ａ、１７４ｂが設けられており、該ベアリング１７４ａ、１７４ｂによってプーリ１５８ａ、１５８ｂが軸支されている。プーリ１５８ａ、１５８ｂは、前記の駆動シャフト１１６ａ、１１６ｂに対して同軸であり、Ｙ１方向端面のｔ字形状の凹形状部１７６が前記の凸形状部１３８に係合している。凸形状部１３８と凹形状部１７６によれば、駆動シャフト１１６ａ、１１６ｂとプーリ１５８ａ、１５８ｂは、相互に対応する角度でのみ係合可能となっている。
【０１０６】
プーリ１５８ａとプーリ１５８ｂとの隙間は、駆動シャフト１１６ａと駆動シャフト１１６ｂとの隙間と等しく、連結シャフト１８の径よりも大きい。
【０１０７】
プーリ１５８ａ及び１５８ｂは、同軸孔１７２ａに対してＯリング１７８ａで回転可能に気密シールされ、同軸孔１７２ｂに対してＯリング１７８ｂでシールされている。プーリ１５８ａ、１５８ｂは、Ｙ２側端部においてＥリング１８０によって抜け止めがなされている。プーリ１５８ａ、１５８ｂの中央部には、径調整部材１８２が介装されている。径調整部材１８２によって、後述するワイヤ１０５２、１０５４の巻き付け径を調整することができる（図１８参照）。
【０１０８】
ワイヤガイド部１６０ａは圧入軸１８４と、該圧入軸１８４に隣接して軸支された２層の円筒アイドラ１８６及び１８８と、これらの円筒アイドラ１８６及び１８８の位置決めをする位置決め筒１９０ａ及び１９０ｂとを有する。圧入軸１８４は、Ｙ方向に延在し、ボックス本体１５０に対してＹ１側の貫通孔１９４ａを通り、Ｙ２側の有底の穴１９４ｂに挿入され、それぞれ圧入されている。圧入軸１８４は、空洞部１５２において、Ｙ１側からＹ２側に向かって順に位置決め筒１９０ａ、円筒アイドラ１８６、円筒アイドラ１８８及び位置決め筒１９０ｂが設けられている。円筒アイドラ１８６及び１８８は、独立に回転可能なプーリである。
【０１０９】
２つの円筒アイドラ１８６同士の隙間Ｓ１（円筒アイドラ１８８同士の隙間も同様）は、連結シャフト１８の内径よりも狭く、該内径の１／２以下に設定されている。円筒アイドラ１８６、１８８は、回転自在であって、その周面にはワイヤ１０５４が配置される溝１８６ａ、１８８ａが設けられている。円筒アイドラ１８６及び１８８は、適度な潤滑性が確保されていれば必ずしも回転可能な構成でなくてもよい。
【０１１０】
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１００及び１０２の径やプーリ１５８ａとプーリ１５８ｂとの軸間距離Ｓ２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。また、ギア機構部１０６を介したモータ１００及び１０２の配置の自由度が高まる。ワイヤ１０５４の往路線及び復路線は逆方向に動くが、２層の円筒アイドラ１８６及び１８８は、これに対応しており、各線が摩擦のない動作が可能である。
【０１１１】
空洞部１５２には、２本のロッド１９２ａ及び１９２ｂがＹ方向に並んで、Ｚ方向に貫通している。ロッド１９２ａ及び１９２ｂは、十分に強く且つ細いステンレスパイプ又は中実ロッドあり、Ｚ１方向には貫通し、Ｚ２方向にはロッド孔１５６ａ、１５６ｂを貫通している。
【０１１２】
ロッド孔１５６ａ、１５６ｂにおいて、ロッド１９２ａ及び１９２ｂは、シール部材１９４、１９６を介して保持されている。シール部材１９４、１９６は、ロッド１９２ａ及び１９２ｂに対して隙間なく接触して空洞部１５２及び連結シャフト１８をＺ方向に進退自在に気密シールする。
【０１１３】
ロッド１９２ａ及び１９２ｂに対してはシール部材１９４及び１９６でシールされ、プーリ１５８ａ、１５８ｂに対してはＯリング１７８ａ及び１７８ｂでシールされ、連結シャフト１８に対してはＯリング１６６及び１６８でシールされ、側板１６２ａ、１６２ｂに対してはＯリング１６４によってシールされ、圧入軸１８４は貫通孔１９４ａに圧入されていることから、結局、空洞部１５２は気密に維持されている。なお、圧入軸１８４の周囲にＯリングを設けてシール性を高めてもよい。連結シャフト１８の外周面はトラカール２０（図１参照）によって気密に支持されることから、体腔２２に供給された気体が漏出することがない。
【０１１４】
図１９に示すように、シャフト支持部１５４では、Ｙ方向にロッド１９２ａ及び１９２ｂが並列し、ワイヤ１０５２及び１０５４の各往復線はＹ方向に近接して並び、ワイヤ１０５２とワイヤ１０５４はＸ方向に並列しており、バランスよく配列されている。
【０１１５】
次に、筒部３４とトリガレバー３６の構成について説明する。
【０１１６】
図１及び図２０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。
【０１１７】
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２０６ａ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の爪２０６ａは、グリップハンドル２６内の段差係合部２６ｂに係合し、トリガレバー３６の位置を保持し、エンドエフェクタ１３００（図１参照）を閉状態にロックさせることができる。段差係合部２６ｂは、例えば２段設けられ、トリガレバー３６のロック位置又は把持力を調整可能にするとよい。
【０１１８】
ラチェットリリース２０８は、一部が露呈される状態で指掛け突起２０４内に配置されており、露呈部を押圧することによって弾性力に抗して爪２０６ａを下げて、トリガレバー３６のロックを解除することができる。
【０１１９】
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内に設けられた荷重リミッタ２１２及びトリガワイヤ２１４とを有する。筒体２１０は、連結シャフト１８と略同軸構成であり、筒部３４のベース部材であるとともに荷重リミッタ２１２及びトリガワイヤ２１４を覆うカバーを兼ねている。筒体２１０は、内部を監視可能なように、例えばＹ２側面にスリットを設けてもよい。なお、筒体２１０の外径が円筒形状である必要はなく、トリガ軸２８ｂとプーリ２１６を支持できる形状であればよい。
【０１２０】
荷重リミッタ２１２は円筒形状であって、外筒２１２ａと、内ロッド２１２ｂと、コイルばね２１２ｃとを有し、Ｚ１方向端の内ロッド２１２ｂがロッド１９２ａの端部に軸支され、Ｚ２方向端の外筒２１２ａがアーム部２００における軸２００ａに軸支されている。コイルばね２１２ｃは適度に硬く、外筒２１２ａと内ロッド２１２ｂとの間に介在している。荷重リミッタ２１２は、通常は、実質的な剛体としてロッド１９２ａとトリガレバー３６とを接続しているが、過度に大きい荷重がかかったとき、すなわち、エンドエフェクタ１３００が何かを挟持するなどしてプリロード以上の荷重がかかったときには、コイルばね２１２ｃがさらに圧縮されて内ロッド２１２ｂが延出する。これにより、トリガレバー３６を過度に強く引いても、その力は荷重リミッタ２１２によって制限されることになり、エンドエフェクタ１３００（図１参照）及びその駆動機構を保護することができる。
【０１２１】
なお、荷重リミッタ２１２の最大荷重は、エンドエフェクタ１３００が最大に開いたときにトリガレバー３６を最も手前に引いた場合であっても、ワイヤなどの駆動機構が許容強度以下となるように設定されることが望ましい。
【０１２２】
トリガワイヤ２１４はＺ１方向端がロッド１９２ｂの端部に接続（例えば、圧着）され、Ｚ２方向端がピン２１４ａを介してアーム部２００における軸２００ｂに軸支されている。トリガワイヤ２１４は、プーリ２１６に案内されており、該プーリ２１６よりもＺ１方向側の部分は、ロッド１９２ｂと略同軸状となっている。
【０１２３】
軸２００ａはトリガ軸２８ｂよりもＹ１側、軸２００ｂはトリガ軸２８ｂよりもＹ２側に配置されており、軸２００ａ及び２００ｂはトリガ軸２８ｂから略等距離にある。従って、トリガレバー３６を操作することにより、軸２００ａと軸２００ｂは反対方向に略等距離変位し、これに伴って、ロッド１９２ａとロッド１９２ｂが反対方向（Ｚ１方向とＺ２方向）に略等距離変位する。
【０１２４】
図２１に示すように、アーム部２００のＹ１側端部は、トリガ軸２８ｂを略中心としてトリガワイヤ２１４を巻き取る円弧形状であってもよい。これにより、アーム部２００の傾斜角度によらず一様な巻き取りが可能となる。
【０１２５】
このように構成されるマニピュレータ１０では、図１０に示すように、アクチュエータブロック３０の重心Ｇ１は、人手による把持中心Ｏ（便宜的にグリップハンドル２６の中心部とする。）に対して、Ｚ方向に比較的短い距離Ｌｚ１、Ｙ方向に比較的短い距離Ｌｙ１となる。また、アクチュエータはモータ１００及び１０２の２つだけであるから、人手にかかるモーメントＭ１（＝Ｇ１×Ｌｚ１）は十分に小さく、操作者の手に対する負荷が小さい。
【０１２６】
これに対して、例えば、特許文献２記載のマニピュレータでは、アクチュエータブロック３０ａが図１０に示す仮想線のように、グリップハンドル２６よりもかなりＺ１方向に寄っており、Ｙ２方向に突出し、しかもモータは３つある。その重心Ｇ２は、把持中心Ｏに対してＺ方向に比較的長い距離Ｌｚ２、Ｙ方向に比較的長い距離Ｌｙ２となる。したがって、人手にかかるモーメントＭ２（＝Ｇ２×Ｌｚ２）は比較的大きい。
【０１２７】
また、実際の手技においては、先端動作部１２の向きを変えるために、連結シャフト１８を中心としてマニピュレータ１０の全体を回転させることがある。例えば、Ｘ方向が鉛直方向となるように９０°回転させた場合には、アクチュエータブロック３０によるモーメントＭ１は、Ｍ１＝Ｇ１×Ｌｙ１となり、かなり小さく、回転が容易である。一方、特許文献２記載のマニピュレータでは、モーメントＭ２は、Ｍ２＝Ｇ２×Ｌｙ２となり、かなり大きい。
【０１２８】
当然、特許文献２記載のマニピュレータよりもマニピュレータ１０の方が、連結シャフト１８を中心とした慣性モーメントが小さく、動的操作性が高い。
【０１２９】
さらに、特許文献２記載のマニピュレータでは、アクチュエータブロック３０ａが、グリップハンドル２６よりもかなりＺ１方向寄りにあり、しかもモータが３つＺ方向に並列していることから、その先端部もＺ１方向に寄り、図１０で、マニピュレータ１０における端部とは距離Ｄの差が生じる。したがって、その分だけマニピュレータ１０では連結シャフト１８を長くすることができ、体表面又はトラカール２０との干渉がなく、操作性が向上する。
【０１３０】
あるいは、従来のラパロ鉗子と医療用マニピュレータ１０を左右の手でそれぞれ把持して用いる場合に、左右の長さのバランスを合わせることができ、操作性が向上する。
【０１３１】
また、モータ１００及び１０２が連結シャフト１８から側方に突出していないことから、他のデバイスと干渉することがなく操作性が低下しない。
【０１３２】
このような特徴により、マニピュレータ１０は、従来の軽い鉗子だけに慣れている操作者にとってもほとんど違和感なく使用が可能である。
【０１３３】
次に、先端動作部１２の構成について説明する。
【０１３４】
図２２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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
図２２、図２３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２４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２４参照）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。
【０１３７】
図２５、図２６、図２７、図２８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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
ワイヤ１０５２及び１０５４（図２５参照）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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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３０参照）に対する滑り、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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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が、転がり軸受を設けてもよい。これにより、エンドエフェクタ１３００を強く閉じた場合や開いた場合、すなわちギア体１１４６が主軸部材１１４４に強く当接する場合でも、ロール軸動作をスムーズに行うことができる。
【０１５１】
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に対して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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
図２９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。
【０１５７】
図３０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。
【０１５８】
図３１及び図３２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。この第４変形例では、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。
【０１５９】
図２９及び図３０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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
図３０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。
【０１６５】
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３０参照）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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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２６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。
【０１６９】
図２５、図２６、図２７及び図２８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３０参照）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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
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１０１６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３０参照）。もちろん、伝達部材１１５２は中心に配置してもよい。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
図３３、図３４及び図３５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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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２４に示す。
【０１７７】
このように構成される先端動作部１２では、図２２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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
また、図２３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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
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２４参照）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。
【０１８３】
次に、先端動作部１２の変形例としての先端動作部１２ａを図３６に示す。
【０１８４】
図３６に示すように、先端動作部１２ａは、前記の先端動作部１２（図２３参照）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。
【０１８５】
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３６における反時計方向に回動してエンドエフェクタ１３００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１３００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。
【０１８６】
本発明は、例えば図３７に示すような手術用ロボットシステム７００に適用してもよい。
【０１８７】
手術用ロボットシステム７００は、多関節型のロボットアーム７０２と、コンソール７０４とを有し、作業部１６はロボットアーム７０２の先端に接続されている。ロボットアーム７０２の先端には前記のマニピュレータ１０と同じ機構が設けられている。ロボットアーム７０２は、作業部１６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７０４は、テーブル型、制御盤型等の構成を採りうる。
【０１８８】
ロボットアーム７０２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１６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１０は、ロボットアーム７０２の先端部７０８と一体化している。マニピュレータ１０は、前記のトリガレバー３６の代わりにモータ（人手によって操作する入力部に連動するアクチュエータ）７１２を有し、該モータ７１２が２本のロッド１９２ａ及び１９２ｂを駆動する。
【０１８９】
ロボットアーム７０２は、コンソール７０４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７０４に設けられたジョイスティック７０６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７０４は、前記のコントローラの機能を含んでいる。作業部１６には、前記の先端動作部１２が設けられている。
【０１９０】
コンソール７０４には、操作指令部としての２つのジョイスティック７０６と、モニタ７１０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７０６により、２台のロボットアーム７０２を個別に操作が可能である。２つのジョイスティック７０６は、両手で操作し易い位置に設けられている。モニタ７１０には、軟性鏡による画像等の情報が表示される。
【０１９１】
ジョイスティック７０６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７０２を動かすことができる。ジョイスティック７０６はマスターアームであってもよい。ロボットアーム７０２とコンソール７０４との間の通信手段は、有線、無線、ネットワーク又はこれらの組合わせでよい。
【０１９２】
ジョイスティック７０６には、トリガレバー３６が設けられており、該トリガレバー３６を操作することによりモータ７１２を駆動可能である。
【０１９３】
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、先端動作部１２を駆動するモータ１００及び１０２を連結シャフト１８と平行に設けることにより、配置の自由度が高まり、例えばグリップハンドル２６に近い位置に配置することができる。これにより、質量がグリップハンドル２６の近傍に集中し、操作者の手にかかる負担が小さくなるとともに、操作性が向上する。また、連結シャフト１８まわりの慣性モーメントが低減し、操作性が向上する。各モータ１００及び１０２は、側方に突出することがなく、コンパクトになる。
【０１９４】
マニピュレータ１０の基端側部分において、モータ１００及び１０２とグリップハンドル２６は重量及び体積が比較的大きい。このようなモータ１００及び１０２とグリップハンドル２６を、連結シャフト１８の軸を基準として反対側（Ｙ１側とＹ２側）に配置するとともに、モータ１００及び１０２は奥行き方向（Ｘ方向）に並列することによりバランスがよくなり、レイアウトの自由度が高まるとともに、操作性がさらに向上する。ここで、奥行きに並列するとは、ずれがなく厳密に並列している場合に限らず、例えば、モータ１００及び１０２の長さが多少異なる場合にはその長さの半分以上の部分で並列していればよい。
【０１９５】
さらにモータ１００及び１０２とグリップハンドル２６は、連結シャフト１８の基端部よりもさらに基端側（Ｚ２側）に配置されていることから、モータ１００及び１０２とグリップハンドル２６が近い位置に配置され、質量の一層の集中が図られ、操作性がさらに向上し、従来の鉗子に慣れている操作者も容易に使用可能である。
【０１９６】
本発明に係る医療用マニピュレータは、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】
【０１９７】
１０…医療用マニピュレータ １２、１２ａ…先端動作部
１４…操作部 １６、１０１６…作業部
１８…連結シャフト ２４、２４ａ〜２４ｃ…複合入力部
２６…グリップハンドル ２８…ブリッジ
２８ｂ…トリガ軸 ３０、３０ａ…アクチュエータブロック
３２…プーリボックス ３４…筒部
３６…トリガレバー ５０…ベースブロック
５２…ハウジング ５４、５４ａ〜５４ｄ…回転操作部
５６…傾動操作部 ５８ａ〜５８ｃ…スイッチ操作子
６２…スイッチ基板 ６４ａ〜６４ｇ…タクトスイッチ
７０、７４…軸 ７６…傾動板
１００、１０２…モータ １００ａ、１０２ａ…減速機
１００ｂ、１０２ｂ…出力軸 １０４…アクチュエータブラケット
１０６…ギア機構部 １０８…第１プレート
１１０…第２プレート １１２…第３プレート
１１４…第４プレート １１６ａ、１１６ｂ…駆動シャフト
１１８ａ、１１８ｂ、１２０ａ、１２０ｂ…駆動傘歯車
１５０…ボックス本体 １５２…空洞部
１５４…シャフト支持部 １６０ａ、１６０ｂ…ワイヤガイド部
１８６、１８８…円筒アイドラ １９２ａ、１９２ｂ…ロッド
２１２…荷重リミッタ １０５２、１０５４…ワイヤ
１１００…ワイヤ受動部 １１０２…複合機構部
１１５２…伝達部材 １２５２ａ、１２５２ｂ…受動ワイヤ
１３００、１３００ａ…エンドエフェクタ
１３２０ａ…第１エンドエフェクタ駆動機構
１３２０ｂ…第２エンドエフェクタ駆動機構
【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医療用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。これに関連して、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がなされている（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】
特許文献２記載のマニピュレータにおいては、モータと先端動作部との間における動力伝達には、例えばワイヤが用いられ、さらに小型のモータを用いることによって相当の軽量化が図られている。
【０００７】
しかしながら、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は、手元操作部には開閉する一対の指挿入リングが設けられているだけの簡便構成であって、特許文献２記載のマニピュレータと比較して極めて軽量である。従って、このような従来の鉗子に慣れている操作者にとっては、特許文献２記載のマニピュレータに対して違和感を感じる場合がある。
【０００８】
特に、ワイヤを介して先端動作部を駆動するためには、シャフトに対して垂直なプーリによって該ワイヤを動作させることが適当であるが、このプーリを回転させるモータは必然的にシャフトから垂直方向に突出することとなり、操作者が把持するグリップハンドルから遠い位置に配置せざるを得ない。
【０００９】
これにより、グリップハンドルに対してモータの重量に起因するやや大きいモーメントが発生することになり、操作者の手に負担となる。
【００１０】
また、手技によってはグリップハンドルを患者の体表面に相当に近づけたい場合があるが、このようなとき、モータがグリップハンドルやトリガレバーよりもある程度前方に配置されていると体表面又はトラカールに当たる懸念がある。
【００１１】
さらに、モータがシャフトから側方に突出された配置形態であると、内視鏡（腹腔鏡）や、他の鉗子などの器具とモータ部がぶつかり（干渉し）、操作性が低下する懸念がある。
【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、操作性に優れ、操作者の負担を軽減することのできる医療用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】
本発明に係る医療用マニピュレータは、体腔内に挿入されて２軸以上の動作をする先端動作部と、体外に設けられ、前記先端動作部の少なくとも一部を駆動する２以上の円柱形状のモータと、前記モータが設けられている部分と前記先端動作部とを連結する連結シャフトとを有し、２以上の前記モータの全てと前記連結シャフトは、軸が平行に設けられていることを特徴とする。
【００１４】
このように、先端動作部を駆動するモータを連結シャフトと平行に設けることにより、配置の自由度が高まり、例えばグリップハンドルに近い位置に配置することができる。これにより、質量がグリップハンドルの近傍に集中し、操作者の手にかかる負担が小さくなるとともに、操作性が向上する。また、連結シャフトまわりの慣性モーメントが低減し、操作性が向上する。各モータは、側方に突出することがなく、コンパクトになる。
【００１５】
基端側に人手によって把持されるグリップハンドルを有し、側面視で、前記モータと前記グリップハンドルは、前記連結シャフトの軸を基準として反対側に配置され、２以上の前記モータの全ては奥行き方向に並列していてもよい。
【００１６】
医療用マニピュレータの基端側部分において、モータ及びグリップハンドルは重量及び体積が比較的大きい。このようなモータ及びグリップハンドルを、連結シャフトの軸を基準として反対側に配置することによりバランスがよくなり、レイアウトの自由度が高まるとともに、操作性がさらに向上する。
【００１７】
ここで、奥行きに並列するとは、ずれがなく厳密に並列している場合に限らず、例えば、モータの長さが多少異なる場合にはその長さの半分以上の部分で並列していればよい。
【００１８】
前記モータ及び前記グリップハンドルは、前記連結シャフトの基端部よりもさらに基端側に配置されていてもよい。これにより、モータとグリップハンドルが近い位置に配置され、質量の一層の集中が図られ、操作性がさらに向上する。
【００１９】
前記モータ毎に設けられ、中心軸が前記モータの並列方向及び前記モータの軸方向に直交する方向を指向し、前記モータの軸方向延長上に配置されて、前記モータから駆動傘歯車及び従動傘歯車を介して回転駆動される回転体と、前記回転体に一部が巻き掛けられ、前記連結シャフトを通り、前記先端動作部に動力を伝達する２つの可撓性部材と、２つの前記可撓性部材を前記連結シャフトの基端側開口部に案内するガイド部とを有してもよい。これにより、モータが連結シャフトと比較して大径であっても並列配置が可能になる。また、モータ配置の自由度が高まるとともに、連結シャフトはモータ径に依存することなく十分に細くできる。
【００２０】
２組の前記モータ及び前記回転体は、前記連結シャフトを基準として対称位置に設けられていると、バランスがよい。
【００２１】
前記ガイド部は前記回転体と軸が平行なプーリであると、摩擦のない動作が可能である。
【００２２】
前記可撓性部材は往路線と復路線とを含み、前記プーリは、前記往路線及び復路線に対応し、独立に回転可能な２層構造であってもよい。往路線と復路線によれば先端動作部における駆動する軸部を正逆いずれの方向にも駆動可能になる。往路線及び復路線は逆方向に動くが、対応する２層のプーリにより摩擦のない動作が可能である。
【００２３】
前記回転体は、前記従動傘歯車が設けられる箇所を挟んで一対の軸支部材により回転自在に軸支され、前記モータは、一対の前記軸支部材を接続するモータ板に固定され、前記モータの出力軸は、前記モータ板に設けられた孔から突出して前記駆動傘歯車を介して前記従動傘歯車に接続されていてもよい。このような軸支部材及びモータ板によれば、簡便でありながら高い剛性が得られ、モータ及び回転体を安定して保持できる。
【００２４】
２つの前記回転体の間に、一対の前記軸支部材及び前記モータ板とをそれぞれを接続する補強板が設けられていると、一層高い剛性が得られる。
【００２５】
前記回転体で前記可撓性部材が巻き掛けられる部分及び前記ガイド部は、前記連結シャフトの基端部が開口するボックスの空洞部内に設けられ、前記回転体は、前記空洞部に対して回転可能に気密シールされていてもよい。これにより、連結シャフト及び該連結シャフトが連通する体腔内を気密に維持できる。
【００２６】
前記先端動作部は、手技を行う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以上の姿勢軸を含み、前記姿勢軸は、前記モータにより駆動され、前記エンドエフェクタ軸は、所定の入力部の人手による操作を機械的に伝達する操作伝達部を介して駆動されてもよい。このように、駆動部材を人手によって操作する入力部に対して機械的に接続しておくことで、操作者が先端動作部に加わる外力等をより確実且つ簡便に感知することができる。また、エンドエフェクタ軸の駆動用モータが不要となり、モータの数が減り、軽量となる。
【００２７】
前記操作伝達部は、前記連結シャフト内から基端側に突出して前記入力部に接続され、該連結シャフトの延在方向に進退するロッドを含み、前記ロッドは、前記連結シャフト及び該連結シャフトが連通している空間部に対して、進退可能に気密シールされていてもよい。これにより、連結シャフト及び該連結シャフトが連通する体腔内を気密に維持できる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る医療用マニピュレータによれば、先端動作部を駆動するモータを連結シャフトと平行に設けることにより、配置の自由度が高まり、例えばグリップハンドルに近い位置に配置することができる。これにより、質量がグリップハンドルの近傍に集中し、操作者の手にかかる負担が小さくなるとともに、操作性が向上する。また、連結シャフトまわりの慣性モーメントが低減し、操作性が向上する。各モータは、側方に突出することがなく、コンパクトになる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】医療用マニピュレータの側面図である。
【図２】医療用マニピュレータの一部拡大斜視図である。
【図３】医療用マニピュレータの一部拡大平面図である。
【図４】医療用マニピュレータにおけるグリップハンドル、複合入力部及びその周辺の斜視図である。
【図５】複合入力部の一部断面斜視図である。
【図６】複合入力部における回転操作部の押圧突起の周辺を断面で示す図である。
【図７】複合入力部における傾動操作部の押圧突起の周辺を断面で示す図である。
【図８】複合入力部における後方部の断面斜視図である。
【図９】複合入力部におけるスイッチ基板及びスイッチ操作子の斜視図である。
【図１０】グリップハンドルを人手によって把持した状態の医療用マニピュレータの側面図である。
【図１１】３軸同時操作可能なようにグリップハンドルを人手によって把持した状態の医療用マニピュレータの側面図である。
【図１２】医療用マニピュレータにおけるグリップハンドル、第１変形例に係る複合入力部及びその周辺の斜視図である。
【図１３】医療用マニピュレータにおけるグリップハンドル、第２変形例に係る複合入力部及びその周辺の斜視図である。
【図１４】医療用マニピュレータにおけるグリップハンドル、第３変形例に係る複合入力部及びその周辺の斜視図である。
【図１５】医療用マニピュレータにおけるグリップハンドル、変形例に係る回転操作部及びその周辺の側面図である。
【図１６】ギア機構部の断面側面図である。
【図１７】プーリボックスの断面側面図である。
【図１８】プーリボックスの断面斜視図である。
【図１９】連結シャフトの断面正面図である。
【図２０】筒部及びトリガレバーの一部断面斜視図である。
【図２１】上端が円弧形状であるトリガレバーの一部断面斜視図である。
【図２２】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２３】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２４】先端動作部の模式構造図である。
【図２５】先端動作部の断面側面図である。
【図２６】先端動作部の断面平面図である。
【図２７】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２８】先端動作部の分解斜視図である。
【図２９】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３０】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３１】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３２】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３３】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３４】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３５】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３６】変形例に係る先端動作部の模式構造図である。
【図３７】作業部をロボットアームの先端に接続した手術用ロボットシステムの概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明に係る医療用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３７を参照しながら説明する。
【００３１】
図１、図２及び図３に示すように、本実施の形態に係る医療用マニピュレータ１０（以下、マニピュレータ１０と呼ぶ。）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。医療用のマニピュレータシステムの一部であり、図示しないコントローラによって制御される。
【００３２】
なお、図１乃至図３においては、説明のため内部の構造が理解できるよう、筐体（カバー）を省略して図示しているが、実際はモータ１００、１０２等の駆動部は筐体（カバー）の内部に収納されることが好ましい。
【００３３】
以下の説明では、図１〜図３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。
【００３４】
図１〜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１４と、該操作部１４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１４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１４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。
【００３５】
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。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２６ａ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おり、詳細には連結シャフト１８の軸を基準として７５°程度の角度に延在している。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。
【００３６】
グリップハンドル２６のＺ１方向端の穴の内部には段差係合部２６ｂ（図１参照）が設けられている。グリップハンドル２６の両側面には、ホールド性をよくするためのグリッププレート２６ｇが設けられている。グリップハンドル２６の上端部には、ブリッジ２８に対する左右一対の接続片２６ｄが設けられている。
【００３７】
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３６とを有する。
【００３８】
先端動作部１２は、複合入力部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、複合入力部２４の操作に基づいて電気的に駆動され、グリッパ軸はトリガレバー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。後述する荷重リミッタ２１２は、通常操作時にはほとんど弾性変形がなく、実質的に非弾性部品である。
【００３９】
以下、マニピュレータ１０の各部分について、複合入力部２４、アクチュエータブロック３０、プーリボックス３２、筒部３４とトリガレバー３６、及び先端動作部１２の順に説明する。
【００４０】
先ず、複合入力部２４について説明する。複合入力部２４は、平面視でＺ軸を中心としてＸ１方向及びＸ２方向に対象な構造である。
【００４１】
図４に示すように、グリップハンドル２６の上面は、前方に向けてＹ１方向に上がる傾斜面２６ａとなっており、複合入力部２４はこの傾斜面２６ａに設けられている。傾斜面２６ａの傾斜角θ１は、グリップハンドル２６を人手で把持したときに複合入力部２４が親指又は人差し指で操作し易い角度であり、Ｚ方向を基準として２０°〜３５°が好適である。
【００４２】
以下、説明の便宜上、傾斜面２６ａ（及び、軸７０、軸７４）の傾斜方向をＪ方向、その前方側をＪ１方向、基端側をＪ２方向と呼ぶ。また、連結シャフト１８の延在方向とグリップハンドルの延在方向とを含む平面（ＺＹ平面）内で、Ｊ方向に直交して外側に向かう方向をＪ３方向（入力部外方向）とする。
【００４３】
傾斜面２６ａの中央部には平面視でＺ方向に延在するスライド溝２６ｆが設けられている。グリップハンドル２６の上部における左右両側面には、Ｊ方向に延在し、スライド溝２６ｆに連通する長孔２６ｃが設けられている。
【００４４】
図４、図５に示すように、複合入力部２４は、下方部５０ａがスライド溝２６ｆに嵌り込んだ状態で傾斜面２６ａ上をＪ方向に摺動するベースブロック５０と、ベースブロック５０の上に設けられたハウジング（保持部）５２と、回転操作部５４と、傾動操作部５６と、３つのスイッチ操作子（入力スイッチ）５８ａ、５８ｂ及び５８ｃとを有する。ハウジング５２内にはスイッチ基板６２と、シリコーン体６６とを有する。
【００４５】
スイッチ操作子５８ｂは、回転操作部５４及び傾動操作部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。
【００４６】
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。スイッチ操作子５８ａ及び５８ｃは、全く同一の機能を有するスイッチとして左右に配置することで、操作者が操作部１４を右手で把持した場合でも左手で把持した場合でも問題なく、同様の操作をすることができる。具体的には、右手操作の場合及び左手操作のいずれの場合にも、例えば親指による同様の操作が可能である。また、現在のロール回転機構の位置（正領域か負領域か）を意識せずにロール回転機構を所定の初期姿勢まで戻し、又は初期姿勢方向に移動させることができる。
【００４７】
これらのスイッチの信号は、そのまま独立的にコントローラへ供給してもよいし、他の信号とまとめてシリアル信号化して供給してもよい。ハウジング５２の側面８８ａ、８８ｂ、８８ｃには、少なくとも１つの入力スイッチが設けられているとよい。
【００４８】
図９に示すように、スイッチ基板６２は、ベースブロック５０の上面に固定されており、７つのタクトスイッチ６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６４ｅ、６４ｆ及び６４ｇを有する。タクトスイッチ６４ｄ及び６４ｇはＪ１方向の端部で左右対象位置に設けられている。タクトスイッチ６４ｅ及び６４ｆは、タクトスイッチ６４ｄ及び６４ｇよりもややＪ２方向側で、左右対象位置に設けられている。タクトスイッチ６４ａ及び６４ｃは、タクトスイッチ６４ｅ及び６４ｇよりもややＪ２方向側で、左右対象位置に設けられている。タクトスイッチ６４ｂは、最もＪ２側で中央位置に設けられている。スイッチ基板６２は、Ｊ２方向側がやや狭まった五角形であり、タクトスイッチ６４ａ〜６４ｃはその五角形に応じて相互に近接した位置に設けられている。
【００４９】
シリコーン体６６は弾性体であって、スイッチ基板６２に対する防塵・防水機能と、回転操作部５４及び傾動操作部５６を中立位置に保持する機能とを有する。シリコーン体６６は、スイッチ基板６２の上面及び側面を覆うとともに、周辺部には上方に反り返ったフランジ６６ａを有する。さらに、シリコーン体６６は、タクトスイッチ６４ｄ、６４ｅ、６４ｆ、６４ｇの部分それぞれ対応した４つの個別膨出部６６ｂと、タクトスイッチ６４ａ〜６４ｃをまとめて覆う膨出部６６ｃとを有している。
【００５０】
フランジ６６ａは、ハウジング５２の下面周辺部に設けられた溝５２ｃに嵌り込む。シリコーン体６６は、フランジ６６ａ及びその内側の部分がベースブロック５０とハウジング５２によって挟み込まれ、圧縮されて、防水・防塵作用を奏する。
【００５１】
ベースブロック５０の下方部５０ａは、長孔２６ｃから挿入されるビス６８によって固定されており、該ビス６８を緩めることによって長孔２６ｃに沿って移動し、位置調整が可能である。このように、回転操作部５４と傾動操作部５６を複合入力部としてユニット化しておき、グリップハンドル２６に対して、軸７０（又は軸７４）の延在方向に沿って一体的に位置の調整を可能としておくことにより、指の長さなどの個人差に対応可能となる。
【００５２】
ハウジング５２は、Ｊ１方向側の薄い前方部５２ａと、基端側でスイッチ操作子５８ａ、５８ｂ、５８ｃが設けられた厚い後方部５２ｂとを有する。後方部５２ｂは、平面視でＪ２方向に向かって狭まった台形である。
【００５３】
回転操作部５４は、前方部５２ａに設けられた軸７０を中心として回動可能な構成である。軸７０はＸ方向に関して複合入力部２４の中心で、Ｊ方向を指向する軸である。回転操作部５４は、Ｘ１方向及びＸ２方向に伸びるレバー７２ａと、レバー７２ａの下面に設けられた左右一対の押圧突起７２ｂ及び７２ｃと、レバー７２ａの上側に設けられた略半円形で薄板状の操作子７２ｄとを有する。
【００５４】
図６に示すように、レバー７２ａの左右両端は、Ｊ方向に延在する表面に滑り止め用の多数の筋が設けられた半円形状である。操作子７２ｄの外周面は軸７０を略中心とし、レバー７２ａの端部までの長さを略半径とする円弧形状であり、上端及び左右端に指掛け用の浅い切欠７２ｅが設けられている。操作子７２ｄは、側面視でＪ方向に直交する方向に突出している。
【００５５】
回転操作部５４は、操作子７２ｄの切欠７２ｅを指で周方向に向かう回動操作がなされ、ロール回動機構を動作させる機能を有する。このように外周面に指掛け部が設けられている回転操作部５４によれば、軸７０を中心とした回動操作がなされ、ロール回動機構についての直感的な操作性が得られる。また、指掛け部が傾動操作部５６の端部よりも外径側に設けられていることにより、該傾動操作部５６との使い分けが容易である。
【００５６】
回転操作部５４の指掛け部（又は指置き部）は、切欠形状に限らず、使用想定上、外周面で指が掛けられる場所に、指が掛けられるのに適した面積を有する部分が含まれていればよい。
【００５７】
図６に示すように、押圧突起７２ｂ及び７２ｃの各先端は、タクトスイッチ６４ｄ及び６４ｇを覆う個別膨出部６６ｂにそれぞれ軽く接しており、これにより回転操作部５４が中立位置に保持される。指操作によって回転操作部５４をいずれかの方向に回転させると、押圧突起７２ｂ又は７２ｃは、個別膨出部６６ｂを弾性変形させながら下降してタクトスイッチ６４ｄ又は６４ｇをオン操作させることができる。回転操作部５４は、前方部５２ａの上面又は側面に当接することで回転角度が制限させるため、タクトスイッチ６４ｄやタクトスイッチ６４ｇを過剰に押すことがない。指を離すと回転操作部５４は個別膨出部６６ｂの弾性作用によって中立位置に復帰し、タクトスイッチ６４ｄ及び６４ｇはオフになる。
【００５８】
図５及び図７に示すように、傾動操作部５６は、後方部５２ｂに設けられた軸７４を中心として傾動可能な構成である。軸７４はＸ方向に関して複合入力部２４の中心で、Ｊ方向を指向する軸である。グリップハンドル２６の上面２６ａ（傾斜面２６ａ）を基準として、軸７４は前記の軸７０よりもやや離れた箇所に配置されている。
【００５９】
傾動操作部５６は、ハウジング５２の後方部５２ｂの上面を覆う傾動板７６と、該傾動板７６の下面に設けられた左右一対の押圧突起７６ｂ及び７６ｃとを有する。傾動板７６の下面と後方部５２ｂの上面との隙間は小さい。傾動板７６の上面には、滑り止め用の多数の筋が設けられており、平面視で後方部５２ｂと同様の台形である。グリップハンドル２６の上面２６ａ（傾斜面２６ａ）を基準として、傾動板７６の上面はレバー７２ａよりもやや離れている。
【００６０】
押圧突起７６ｂ及び７６ｃの各先端は、タクトスイッチ６４ｅ及び６４ｆを覆う個別膨出部６６ｂにそれぞれ軽く接しており、これにより傾動操作部５６が中立位置に保持される。指操作によって傾動操作部５６をいずれかの方向に回転させると、押圧突起７６ｂ又は７６ｃは、個別膨出部６６ｂを弾性変形させながら下降してタクトスイッチ６４ｅ又は６４ｆをオン操作させることができる。傾動操作部５６は、後方部５２ｂの上面に当接することで傾動角度が制限され、タクトスイッチ６４ｅ及び６４ｆを過度に押圧することがない。指を離すと傾動操作部５６は個別膨出部６６ｂの弾性作用によって中立位置に復帰し、タクトスイッチ６４ｅ及び６４ｆはオフになる。
【００６１】
傾動操作部５６は、傾動板７６を指で押し込むことによる傾動操作がなされ、ピボット軸機構を動作させる機能を有する。
【００６２】
前記の回転操作部５４は周方向に向かう回動操作がなされ、傾動操作部５６は押し込むことによる傾動操作がなされ、このような操作方法の違いにより、回動機構とピボット軸機構との対応付けが容易に理解される。
【００６３】
側面視（図１参照）で、回転操作部５４及び傾動操作部５６の軸７０及び軸７４は、先端（Ｚ１側）に向かい上側を指向する向きであり、グリップハンドル２６を握ったままの回転操作部５４及び傾動操作部５６の回動操作が容易である。また、軸７０及び７４は、Ｊ方向に平行で、Ｚ方向を基準として２０°〜３５°の角度であって、特に親指による操作が容易である。
【００６４】
さらに、軸７０と軸７４が平行であることから操作性が高い。さらにまた、軸７０及び軸７４とグリップハンドル２６の延在方向とのなす角度θ２（図１参照）は、４０°〜６０°であると、操作性がさらに向上する。ここでグリップハンドル２６の延在方向とは、先端動作部を臨む側（Ｚ１側）の稜線２６ｅ（曲線であればその平均線）の向きで定義することができる。
【００６５】
軸７０、軸７４、及び傾動操作部５６の指による操作面である傾動板７６の順にＪ３方向に向かって配列されていることから、回転操作部５４と傾動操作部５６を構成しやすくなり、しかも傾動操作部５６の操作性がよい。また、相互の軸７０及び軸７４がずれていることにより、回転操作部５４と傾動操作部５６は操作感が異なって使い分けが容易となる。
【００６６】
傾動操作部５６は、回転操作部５４の手元側に配置され、指掛け部としての切欠７２ｅは、Ｊ方向からみて傾動操作部５６より大径の円弧形状の操作子７２ｄに設けられていることから、回転操作部５４と傾動操作部５６との使い分けが一層容易となる。円弧形状の操作子７２ｄは、適度に大径になって操作が容易であり、しかも視覚的に回動機構の入力手段であることが直感的に理解される。また、回転操作部５４の周方向操作を行い易い。
【００６７】
回転操作部５４及び傾動操作部５６は、所定の基準位置から正逆方向に回転可能であり、非操作時には弾性体により基準位置に復帰することから、ロール回動機構及びピボット軸機構の正逆方向の操作を直感的に理解可能となる。
【００６８】
図８及び図９に示すように、後方部５２ｂには、スイッチ操作子５８ａ〜５８ｃが収納されている。スイッチ操作子５８ａ〜５８ｃはそれぞれ同じ構成であって、弾性体の四角枠８０と、該四角枠８０の上部における一方に設けられた円柱体のプッシャ８２と、他方に設けられたアーム８４と、該アーム８４の先端で下方に向けた突起８６とを有する。
【００６９】
四角枠８０の下部は、膨出部６６ｃとハウジング５２の内壁に挟持されて（又は接着等により）固定されている。スイッチ操作子５８ａ〜５８ｃの各突起８６は、タクトスイッチ６４ａ、６４ｂ、６４ｃの上方部に配置され、膨出部６６ｃの上面に軽く接している。スイッチ操作子５８ａ〜５８ｃの各プッシャ８２は、ハウジング５２の後方部５２ｂにおける三方（左右面及び後面）の側面８８ａ、８８ｂ、８８ｃの孔９０ａ、９０ｂ、９０ｃから、指で押し込み可能な程度に突出している。
【００７０】
このように、ハウジング５２の左右面及び後面に設けられたスイッチ操作子５８ａ〜５８ｃは操作性が高く、しかもそれぞれ異なる向きであることから誤操作が防止される。
【００７１】
Ｘ１方向側の側面８８ａ及びＸ２方向側の側面８８ｃは、それぞれ、Ｊ２方向に向かって中心に寄るように適度に傾斜し、その間の側面８８ｂはＪ方向に対して垂直な面となっており、それぞれ、グリップハンドル２６を人手で把持したときに、親指又は人差し指で操作し易い位置に設けられている。孔９０ａ〜９０ｃは、操作し易いように側面８８ａ〜８８ｃの略中央部に設けられている。
【００７２】
孔９０ａ〜９０ｃから突出したプッシャ８２を指で押すことにより、四角枠８０は弾性変形し、アーム８４が傾動し、その先端の突起８６は膨出部６６ｃを弾性変形しながら下降し、タクトスイッチ６４ａ〜６４ｃをオンすることができる。指を離すと膨出部６６ｃ及び四角枠８０の弾性作用によってスイッチ操作子５８ａ〜５８ｃが原位置に復帰し、タクトスイッチ６４ａ〜６４ｃはオフになる。
【００７３】
なお、図９においては、理解し易いように、シリコーン体６６及びハウジング５２を省略してスイッチ操作子５８ａ〜５８ｃが空中に浮いた状態で併記している。
【００７４】
このように構成される複合入力部２４は、図１０に示すように、人手によりグリップハンドル２６を把持した状態で、親指による操作が容易な位置及び向きにとなって、回転操作部５４、傾動操作部５６、スイッチ操作子５８ａ、５８ｂ、５８ｃの各操作を容易に行うことができる。また、この状態でトリガレバー３６は人差し指による自然な押し引き操作が可能となる。
【００７５】
図１０から明らかなように、トリガレバー３６は、傾動操作部５６及び回転操作部５４を備える複合入力部２４に対して、グリップハンドル２６を介して逆側に設けられている。これにより、グリップハンドル２６を握ったままトリガレバー３６と複合入力部２４を異なる指で操作することが可能となる。
【００７６】
また例えば、図１１に示すように、回転操作部５４を人差し指の中程で操作し、傾動操作部５６を親指で操作し、トリガレバー３６を中指で操作することによって先端動作部１２の３軸を同時に協調動作させることも可能である。図１０及び図１１は、左手による操作例を示しているが、右手操作も同様に可能である。
【００７７】
回転操作部５４にはいくつかの変形例が考えられる。
【００７８】
例えば、図１２に示す第１変形例に係る複合入力部２４ａの回転操作部５４ａのように、傾動操作部５６の下方において左右に延在するレバー形式としてもよい。この場合も、回転操作部５４ａは傾動操作部５６の端部よりも外径側に指掛け部が設けられており、回転操作部５４ａと傾動操作部５６との使い分けが容易となるとともに、回転操作部５４ａの周方向操作を行い易い。また、傾動操作部５６は、回転操作部５４ａの一部の上部を覆うように設けられており、回転操作部５４ａと傾動操作部５６がコンパクトにまとまり、操作も容易である。回転操作部５４ａの指掛け部及び傾動板７６の表面には、Ｊ方向に延在する多数の細い溝が設けられており、滑り止め作用を奏する。
【００７９】
図１３に示す第２変形例に係る複合入力部２４ｂの回転操作部５４ｂのように、前記の切欠７２ｅを省略した半円形状としてもよい。この場合も、回転操作部５４ｂの外周面は、指が掛けられるのに適した面積を有し、しかもＪ方向に延在する多数の細い溝が設けられており、指掛け部として機能する。
【００８０】
図１４に示す第３変形例に係る複合入力部２４ｃに示すように、回転操作部５４ｃをＪ方向に適度に厚くするとともに、これに応じて切欠７２ｅも指先を安定しておける程度に広く設定してもよい。モータ１００、１０２を覆うカバー９６が設けられている場合には、回転操作部５４ｃは初期位置の状態でカバー９６と連続的な面（平面又は曲面）を構成するとよい。これにより、無駄な突起や段差等がなく、外観上で好適であるとともに、操作もし易い。
【００８１】
グリップハンドル２６の上部において、傾斜面２６ａをやや広い略半楕円形状にするとともに、その下部を滑らかな曲面に設定すると略Ｕ字形状の凹曲面部２６ｈが形成され、親指と人差し指で掴みやすく、グリップハンドル２６が滑り落ちにくい。
【００８２】
図１５に示すように、回転操作部５４の変形例としての回転操作部５４ｄは、筒部３４を中心にし、さらには連結シャフト１８と同軸として、回動可能な構成としてもよい。回転操作部５４ｄは先端動作部１２のロール回転機構を駆動する入力手段であることから、連結シャフト１８と同軸とするとともに、できるだけ先端動作部１２に近い位置に設けることにより、操作方法の理解が容易となる。回転操作部５４ｄのＸ方向両面には指掛け部９４が設けられている。
【００８３】
次に、アクチュエータブロック３０について説明する。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。ブリッジ２８は、左右一対の壁体２８ａで構成されており、グリップハンドル２６の接続片２６ｄに対して、ビス９２で固定されている。壁体２８ａにはトリガレバー３６の回転中心となるトリガ軸２８ｂが設けられている。
【００８４】
図１〜図３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１００及び１０２と、該モータ１００及び１０２を支持するアクチュエータブラケット１０４と、モータ１００及び１０２の回転方向を変換して作業部１６に伝達するギア機構部１０６とを有する。
【００８５】
モータ１００及び１０２は、径：長さが１：４程度の円柱形状であり、Ｚ１方向側に設けられた減速機１００ａ、１０２ａと、該減速機１００ａ、１０２ａによって減速された出力軸１００ｂ、１０２ｂと、Ｚ２方向側に設けられた角度センサ１００ｃ、１０２ｃとを含んでいる。モータ１００及び１０２は、例えばＤＣモータである。減速機１００ａ及び１０２ａは、例えば遊星歯車式であり、減速比は１：１００〜１：３００程度である。角度センサ１００ｃ、１０２ｃとしては、例えばロータリエンコーダが用いられ、検出した角度信号はコントローラに供給される。モータ１００とモータ１０２は減速機１００ａ及び１０２ａの減速比の違い等により長さが若干異なる。
【００８６】
アクチュエータブラケット１０４は、第１プレート１０８、第２プレート（モータ板）１１０、第３プレート（軸支部材）１１２及び第４プレート（補強板）１１４とを有しており、切削加工又は溶接加工等によって得られる。
【００８７】
第１プレート１０８は、モータ１００及び１０２の全長の１．３倍程度の長さでＺ方向に延在しており、Ｚ１方向端が作業部１６のプーリボックス３２に接続され、Ｚ２方向端の近傍でブリッジ２８に接続されている。第１プレート１０８の中央部には、軽量化のための孔１０８ａが設けられている。平面視（図３参照）で、第１プレート１０８のＸ方向幅は、第２プレート１１０よりもＺ２側の部分がモータ１００及び１０２の径の２倍よりもやや広く、Ｚ１側のギア機構ベース板（軸支部材）１０８ｂはそれよりもさらに広くなっており、両端が一対のビス１０９により、ブラケット１１１を介してプーリボックス３２に固定されている。
【００８８】
第２プレート１１０は、モータ１００及び１０２の径の１．５倍程度の高さであり、第１プレート１０８のＺ１方向端からその全長の０．３倍程度の箇所からＹ１方向に向かって突出している。モータ１００及び１０２は、それぞれＺ２方向に延在する向きで第２プレート１１０に対して複数のビス１１５（図１６参照）で支持されており、その出力軸１００ｂ、１０２ｂが孔１１７（図１６参照）を通ってＺ１方向側へ突出している。モータ１００とモータ１０２はＸ方向に対称位置で且つほとんど隙間なく配置されている。モータ１００及び１０２の径Ｒを基準とすると、側面視で連結シャフト１８とモータ１００及び１０２の中心軸間の距離は２Ｒ程度であり、モータ１００及び１０２の下面と第１プレート１０８の上面との間には多少の隙間がある。Ｚ方向に関して、モータ１００及び１０２のＺ２方向端部は、グリップハンドル２６のＺ１方向端部と略等しい位置である。モータ１００及び１０２のケーブル１００ｄ、１０２ｄ（角度センサ１００ｃ、１０２ｃの接続線を含む。）は、それぞれＺ２方向端から延在し、グリップハンドル２６に入っている。
【００８９】
第３プレート１１２は、第２プレート１１０の端部からＺ１方向に向かって突出している。第１プレート１０８と第３プレート１１２は平行であり、Ｚ１方向端の位置が等しい。第４プレート１１４は、三方が第１プレート１０８、第２プレート１１０及び第３プレート１１２に接続され、Ｘ方向に関して中央部分でＹＺ平面を形成するように設けられている。第４プレート１１４は補強板として作用し、第１プレート１０８、第２プレート１１０及び第３プレート１１２が安定する。
【００９０】
ギア機構部１０６は、第１プレート１０８、第２プレート１１０及び第３プレート１１２で囲まれた空間で、第４プレート１１４を基準にしてＸ方向に対称構成として設けられている。
【００９１】
図２及び図１６に示すように、ギア機構部１０６は、２本の駆動シャフト（回転体）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。
【００９２】
ギア機構ベース板１０８ｂ及び第２プレート１１０には、駆動シャフト１１６ａ、１１６ｂを支えるベアリング１２２、１２４が配置される軸孔１２６及び１２８が設けられている。ベアリング１２２及び１２４は、外輪の一部がギア機構ベース板１０８ｂ及び第２プレート１１０の端面に当接することにより位置決めされている。第２プレート１１０の上面にはベアリング１２４の外輪を止める止板１３０が複数のビス１３２によって固定されている。止板１３０には、駆動シャフト１１６ａ、１１６ｂの端部を露呈させる２つの孔１３０ａが設けられている。
【００９３】
出力軸１００ｂは、孔１１７を貫通して駆動シャフト１１６ａの近傍までＺ方向に延在しており、駆動傘歯車１１８ａが押しねじ１３４によって固定されている。第４プレート１１４の左右両側面には、駆動傘歯車１１８ａを避ける円弧凹部１１４ａが設けられている。
【００９４】
駆動シャフト１１６ａは、上端がベアリング１２４に軸支され、下端は軸孔１２６のベアリング１２２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の下端面には、ｔ字形状の凸形状部１３８が設けられている。
【００９５】
駆動シャフト１１６ａは、従動傘歯車１２０ａが押しねじ１３６によって固定されている。駆動傘歯車１１８ａと従動傘歯車１２０ａは互いに噛合し、出力軸１００ｂの回転を９０°変換して駆動シャフト１１６ａに伝達している。
【００９６】
駆動シャフト１１６ａは、中太部１４０の上端がベアリング１２４の内輪に当接し、下端が従動傘歯車１２０ａを介してベアリング１２２の内輪に当接することによって位置決めされている。
【００９７】
駆動シャフト１１６ａ及び１１６ｂは、平面視（図３参照）で、モータ１００及び１０２の軸方向延長線上に配置されている。
【００９８】
このような駆動傘歯車１１８ａ、１１８ｂ、従動傘歯車１２０ａ、１２０ｂ、駆動シャフト１１６ａ、１１６ｂを含むギア機構部１０６によれば、モータ１００及び１０２が連結シャフト１８と比較して大径であっても並列配置が可能になるとともに、モータ配置の自由度が高まる。
【００９９】
モータ１００とモータ１０２、及び駆動シャフト１１６ａと駆動シャフト１１６ｂは、連結シャフト１８を基準としてＹ方向に対称位置に設けられており、バランスがよい。
【０１００】
ギア機構部１０６では、ギア機構ベース板１０８ｂ及び第２プレート１１０が従動傘歯車１２０ａ、１２０ｂを挟んで駆動シャフト１１６ａ及び１１６ｂを軸支する軸支部材として作用し、第３プレート１１２がモータ１００及び１０２を固定するモータ板として作用するとともにギア機構ベース板１０８ｂと第２プレート１１０とを接続しており、簡便でありながら高い剛性が得られ、モータ１００、１０２及び駆動シャフト１１６ａ、１１６ｂを安定して保持できる。また、駆動シャフト１１６ａ及び１１６ｂの間に、ギア機構ベース板１０８ｂ、第２プレート１１０及び第３プレートとをそれぞれ接続する第４プレート１１４が設けられていることから、一層高い剛性が得られる。
【０１０１】
次に、プーリボックス３２について説明する。プーリボックス３２は、第１の機能として、操作部１４のギア機構部１０６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。
【０１０２】
図１７及び図１８に示すように、プーリボックス３２は、ボックス本体１５０をベースに構成されており、該ボックス本体１５０に設けられた空洞部１５２、シャフト支持部１５４及びロッド孔１５６ａ、１５６ｂと、プーリ（回転体）１５８ａ及び１５８ｂと、ワイヤガイド部１６０ａ、１６０ｂと、Ｘ方向両面で空洞部１５２を覆う側板１６２ａ、１６２ｂとを有する。
【０１０３】
空洞部１５２は、Ｘ方向両面を連通する孔であって、側面視（図１７参照）で、中程からＺ２方向寄りに設けられており、Ｚ方向両端が半円形状となっている。プーリボックス３２のＸ方向両面には空洞部１５２を囲うＯリング１６４が設けられており、側板１６２ａ、１６２ｂを装着することによってＯリング１６４が適度に圧縮される。
【０１０４】
シャフト支持部１５４は、空洞部１５２からＺ１方向端面に連通する孔であり、連結シャフト１８を支持している。連結シャフト１８のＺ２方向端には、筒状のカプラ１６５が設けられており、シャフト支持部１５４はカプラ１６５を介して連結シャフト１８を支持している。カプラ１６５と連結シャフト１８との間には２つのＯリング１６６が設けられ、カプラ１６５とシャフト支持部１５４との間にはＯリング１６８が設けられている。連結シャフト１８は、Ｘ１側の面から固定片１７０（図２参照）を２つのビス１７２でボックス本体１５０の先端部に締め付けることによって固定されている（図２参照）。
【０１０５】
空洞部１５２には、Ｙ方向に並んだ２対の同軸孔１７２ａ（Ｙ１側）、１７２ｂ（Ｙ２側）にベアリング１７４ａ、１７４ｂが設けられており、該ベアリング１７４ａ、１７４ｂによってプーリ１５８ａ、１５８ｂが軸支されている。プーリ１５８ａ、１５８ｂは、前記の駆動シャフト１１６ａ、１１６ｂに対して同軸であり、Ｙ１方向端面のｔ字形状の凹形状部１７６が前記の凸形状部１３８に係合している。凸形状部１３８と凹形状部１７６によれば、駆動シャフト１１６ａ、１１６ｂとプーリ１５８ａ、１５８ｂは、相互に対応する角度でのみ係合可能となっている。
【０１０６】
プーリ１５８ａとプーリ１５８ｂとの隙間は、駆動シャフト１１６ａと駆動シャフト１１６ｂとの隙間と等しく、連結シャフト１８の径よりも大きい。
【０１０７】
プーリ１５８ａ及び１５８ｂは、同軸孔１７２ａに対してＯリング１７８ａで回転可能に気密シールされ、同軸孔１７２ｂに対してＯリング１７８ｂでシールされている。プーリ１５８ａ、１５８ｂは、Ｙ２側端部においてＥリング１８０によって抜け止めがなされている。プーリ１５８ａ、１５８ｂの中央部には、径調整部材１８２が介装されている。径調整部材１８２によって、後述するワイヤ１０５２、１０５４の巻き付け径を調整することができる（図１８参照）。
【０１０８】
ワイヤガイド部１６０ａは圧入軸１８４と、該圧入軸１８４に隣接して軸支された２層の円筒アイドラ１８６及び１８８と、これらの円筒アイドラ１８６及び１８８の位置決めをする位置決め筒１９０ａ及び１９０ｂとを有する。圧入軸１８４は、Ｙ方向に延在し、ボックス本体１５０に対してＹ１側の貫通孔１９４ａを通り、Ｙ２側の有底の穴１９４ｂに挿入され、それぞれ圧入されている。圧入軸１８４は、空洞部１５２において、Ｙ１側からＹ２側に向かって順に位置決め筒１９０ａ、円筒アイドラ１８６、円筒アイドラ１８８及び位置決め筒１９０ｂが設けられている。円筒アイドラ１８６及び１８８は、独立に回転可能なプーリである。
【０１０９】
２つの円筒アイドラ１８６同士の隙間Ｓ１（円筒アイドラ１８８同士の隙間も同様）は、連結シャフト１８の内径よりも狭く、該内径の１／２以下に設定されている。円筒アイドラ１８６、１８８は、回転自在であって、その周面にはワイヤ１０５４が配置される溝１８６ａ、１８８ａが設けられている。円筒アイドラ１８６及び１８８は、適度な潤滑性が確保されていれば必ずしも回転可能な構成でなくてもよい。
【０１１０】
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１００及び１０２の径やプーリ１５８ａとプーリ１５８ｂとの軸間距離Ｓ２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。また、ギア機構部１０６を介したモータ１００及び１０２の配置の自由度が高まる。ワイヤ１０５４の往路線及び復路線は逆方向に動くが、２層の円筒アイドラ１８６及び１８８は、これに対応しており、各線が摩擦のない動作が可能である。
【０１１１】
空洞部１５２には、２本のロッド１９２ａ及び１９２ｂがＹ方向に並んで、Ｚ方向に貫通している。ロッド１９２ａ及び１９２ｂは、十分に強く且つ細いステンレスパイプ又は中実ロッドあり、Ｚ１方向には貫通し、Ｚ２方向にはロッド孔１５６ａ、１５６ｂを貫通している。
【０１１２】
ロッド孔１５６ａ、１５６ｂにおいて、ロッド１９２ａ及び１９２ｂは、シール部材１９４、１９６を介して保持されている。シール部材１９４、１９６は、ロッド１９２ａ及び１９２ｂに対して隙間なく接触して空洞部１５２及び連結シャフト１８をＺ方向に進退自在に気密シールする。
【０１１３】
ロッド１９２ａ及び１９２ｂに対してはシール部材１９４及び１９６でシールされ、プーリ１５８ａ、１５８ｂに対してはＯリング１７８ａ及び１７８ｂでシールされ、連結シャフト１８に対してはＯリング１６６及び１６８でシールされ、側板１６２ａ、１６２ｂに対してはＯリング１６４によってシールされ、圧入軸１８４は貫通孔１９４ａに圧入されていることから、結局、空洞部１５２は気密に維持されている。なお、圧入軸１８４の周囲にＯリングを設けてシール性を高めてもよい。連結シャフト１８の外周面はトラカール２０（図１参照）によって気密に支持されることから、体腔２２に供給された気体が漏出することがない。
【０１１４】
図１９に示すように、シャフト支持部１５４では、Ｙ方向にロッド１９２ａ及び１９２ｂが並列し、ワイヤ１０５２及び１０５４の各往復線はＹ方向に近接して並び、ワイヤ１０５２とワイヤ１０５４はＸ方向に並列しており、バランスよく配列されている。
【０１１５】
次に、筒部３４とトリガレバー３６の構成について説明する。
【０１１６】
図１及び図２０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。
【０１１７】
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２０６ａ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の爪２０６ａは、グリップハンドル２６内の段差係合部２６ｂに係合し、トリガレバー３６の位置を保持し、エンドエフェクタ１３００（図１参照）を閉状態にロックさせることができる。段差係合部２６ｂは、例えば２段設けられ、トリガレバー３６のロック位置又は把持力を調整可能にするとよい。
【０１１８】
ラチェットリリース２０８は、一部が露呈される状態で指掛け突起２０４内に配置されており、露呈部を押圧することによって弾性力に抗して爪２０６ａを下げて、トリガレバー３６のロックを解除することができる。
【０１１９】
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内に設けられた荷重リミッタ２１２及びトリガワイヤ２１４とを有する。筒体２１０は、連結シャフト１８と略同軸構成であり、筒部３４のベース部材であるとともに荷重リミッタ２１２及びトリガワイヤ２１４を覆うカバーを兼ねている。筒体２１０は、内部を監視可能なように、例えばＹ２側面にスリットを設けてもよい。なお、筒体２１０の外径が円筒形状である必要はなく、トリガ軸２８ｂとプーリ２１６を支持できる形状であればよい。
【０１２０】
荷重リミッタ２１２は円筒形状であって、外筒２１２ａと、内ロッド２１２ｂと、コイルばね２１２ｃとを有し、Ｚ１方向端の内ロッド２１２ｂがロッド１９２ａの端部に軸支され、Ｚ２方向端の外筒２１２ａがアーム部２００における軸２００ａに軸支されている。コイルばね２１２ｃは適度に硬く、外筒２１２ａと内ロッド２１２ｂとの間に介在している。荷重リミッタ２１２は、通常は、実質的な剛体としてロッド１９２ａとトリガレバー３６とを接続しているが、過度に大きい荷重がかかったとき、すなわち、エンドエフェクタ１３００が何かを挟持するなどしてプリロード以上の荷重がかかったときには、コイルばね２１２ｃがさらに圧縮されて内ロッド２１２ｂが延出する。これにより、トリガレバー３６を過度に強く引いても、その力は荷重リミッタ２１２によって制限されることになり、エンドエフェクタ１３００（図１参照）及びその駆動機構を保護することができる。
【０１２１】
なお、荷重リミッタ２１２の最大荷重は、エンドエフェクタ１３００が最大に開いたときにトリガレバー３６を最も手前に引いた場合であっても、ワイヤなどの駆動機構が許容強度以下となるように設定されることが望ましい。
【０１２２】
トリガワイヤ２１４はＺ１方向端がロッド１９２ｂの端部に接続（例えば、圧着）され、Ｚ２方向端がピン２１４ａを介してアーム部２００における軸２００ｂに軸支されている。トリガワイヤ２１４は、プーリ２１６に案内されており、該プーリ２１６よりもＺ１方向側の部分は、ロッド１９２ｂと略同軸状となっている。
【０１２３】
軸２００ａはトリガ軸２８ｂよりもＹ１側、軸２００ｂはトリガ軸２８ｂよりもＹ２側に配置されており、軸２００ａ及び２００ｂはトリガ軸２８ｂから略等距離にある。従って、トリガレバー３６を操作することにより、軸２００ａと軸２００ｂは反対方向に略等距離変位し、これに伴って、ロッド１９２ａとロッド１９２ｂが反対方向（Ｚ１方向とＺ２方向）に略等距離変位する。
【０１２４】
図２１に示すように、アーム部２００のＹ１側端部は、トリガ軸２８ｂを略中心としてトリガワイヤ２１４を巻き取る円弧形状であってもよい。これにより、アーム部２００の傾斜角度によらず一様な巻き取りが可能となる。
【０１２５】
このように構成されるマニピュレータ１０では、図１０に示すように、アクチュエータブロック３０の重心Ｇ１は、人手による把持中心Ｏ（便宜的にグリップハンドル２６の中心部とする。）に対して、Ｚ方向に比較的短い距離Ｌｚ１、Ｙ方向に比較的短い距離Ｌｙ１となる。また、アクチュエータはモータ１００及び１０２の２つだけであるから、人手にかかるモーメントＭ１（＝Ｇ１×Ｌｚ１）は十分に小さく、操作者の手に対する負荷が小さい。
【０１２６】
これに対して、例えば、特許文献２記載のマニピュレータでは、アクチュエータブロック３０ａが図１０に示す仮想線のように、グリップハンドル２６よりもかなりＺ１方向に寄っており、Ｙ２方向に突出し、しかもモータは３つある。その重心Ｇ２は、把持中心Ｏに対してＺ方向に比較的長い距離Ｌｚ２、Ｙ方向に比較的長い距離Ｌｙ２となる。したがって、人手にかかるモーメントＭ２（＝Ｇ２×Ｌｚ２）は比較的大きい。
【０１２７】
また、実際の手技においては、先端動作部１２の向きを変えるために、連結シャフト１８を中心としてマニピュレータ１０の全体を回転させることがある。例えば、Ｘ方向が鉛直方向となるように９０°回転させた場合には、アクチュエータブロック３０によるモーメントＭ１は、Ｍ１＝Ｇ１×Ｌｙ１となり、かなり小さく、回転が容易である。一方、特許文献２記載のマニピュレータでは、モーメントＭ２は、Ｍ２＝Ｇ２×Ｌｙ２となり、かなり大きい。
【０１２８】
当然、特許文献２記載のマニピュレータよりもマニピュレータ１０の方が、連結シャフト１８を中心とした慣性モーメントが小さく、動的操作性が高い。
【０１２９】
さらに、特許文献２記載のマニピュレータでは、アクチュエータブロック３０ａが、グリップハンドル２６よりもかなりＺ１方向寄りにあり、しかもモータが３つＺ方向に並列していることから、その先端部もＺ１方向に寄り、図１０で、マニピュレータ１０における端部とは距離Ｄの差が生じる。したがって、その分だけマニピュレータ１０では連結シャフト１８を長くすることができ、体表面又はトラカール２０との干渉がなく、操作性が向上する。
【０１３０】
あるいは、従来のラパロ鉗子と医療用マニピュレータ１０を左右の手でそれぞれ把持して用いる場合に、左右の長さのバランスを合わせることができ、操作性が向上する。
【０１３１】
また、モータ１００及び１０２が連結シャフト１８から側方に突出していないことから、他のデバイスと干渉することがなく操作性が低下しない。
【０１３２】
このような特徴により、マニピュレータ１０は、従来の軽い鉗子だけに慣れている操作者にとってもほとんど違和感なく使用が可能である。
【０１３３】
次に、先端動作部１２の構成について説明する。
【０１３４】
図２２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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
図２２、図２３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２４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２４参照）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。
【０１３７】
図２５、図２６、図２７、図２８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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
ワイヤ１０５２及び１０５４（図２５参照）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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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３０参照）に対する滑り、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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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が、転がり軸受を設けてもよい。これにより、エンドエフェクタ１３００を強く閉じた場合や開いた場合、すなわちギア体１１４６が主軸部材１１４４に強く当接する場合でも、ロール軸動作をスムーズに行うことができる。
【０１５１】
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に対して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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
図２９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。
【０１５７】
図３０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。
【０１５８】
図３１及び図３２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。この第４変形例では、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。
【０１５９】
図２９及び図３０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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
図３０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。
【０１６５】
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３０参照）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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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２６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。
【０１６９】
図２５、図２６、図２７及び図２８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３０参照）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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
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１０１６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３０参照）。もちろん、伝達部材１１５２は中心に配置してもよい。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
図３３、図３４及び図３５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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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２４に示す。
【０１７７】
このように構成される先端動作部１２では、図２２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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
また、図２３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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
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２４参照）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。
【０１８３】
次に、先端動作部１２の変形例としての先端動作部１２ａを図３６に示す。
【０１８４】
図３６に示すように、先端動作部１２ａは、前記の先端動作部１２（図２３参照）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。
【０１８５】
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３６における反時計方向に回動してエンドエフェクタ１３００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１３００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。
【０１８６】
本発明は、例えば図３７に示すような手術用ロボットシステム７００に適用してもよい。
【０１８７】
手術用ロボットシステム７００は、多関節型のロボットアーム７０２と、コンソール７０４とを有し、作業部１６はロボットアーム７０２の先端に接続されている。ロボットアーム７０２の先端には前記のマニピュレータ１０と同じ機構が設けられている。ロボットアーム７０２は、作業部１６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７０４は、テーブル型、制御盤型等の構成を採りうる。
【０１８８】
ロボットアーム７０２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１６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１０は、ロボットアーム７０２の先端部７０８と一体化している。マニピュレータ１０は、前記のトリガレバー３６の代わりにモータ（人手によって操作する入力部に連動するアクチュエータ）７１２を有し、該モータ７１２が２本のロッド１９２ａ及び１９２ｂを駆動する。
【０１８９】
ロボットアーム７０２は、コンソール７０４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７０４に設けられたジョイスティック７０６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７０４は、前記のコントローラの機能を含んでいる。作業部１６には、前記の先端動作部１２が設けられている。
【０１９０】
コンソール７０４には、操作指令部としての２つのジョイスティック７０６と、モニタ７１０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７０６により、２台のロボットアーム７０２を個別に操作が可能である。２つのジョイスティック７０６は、両手で操作し易い位置に設けられている。モニタ７１０には、軟性鏡による画像等の情報が表示される。
【０１９１】
ジョイスティック７０６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７０２を動かすことができる。ジョイスティック７０６はマスターアームであってもよい。ロボットアーム７０２とコンソール７０４との間の通信手段は、有線、無線、ネットワーク又はこれらの組合わせでよい。
【０１９２】
ジョイスティック７０６には、トリガレバー３６が設けられており、該トリガレバー３６を操作することによりモータ７１２を駆動可能である。
【０１９３】
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、先端動作部１２を駆動するモータ１００及び１０２を連結シャフト１８と平行に設けることにより、配置の自由度が高まり、例えばグリップハンドル２６に近い位置に配置することができる。これにより、質量がグリップハンドル２６の近傍に集中し、操作者の手にかかる負担が小さくなるとともに、操作性が向上する。また、連結シャフト１８まわりの慣性モーメントが低減し、操作性が向上する。各モータ１００及び１０２は、側方に突出することがなく、コンパクトになる。
【０１９４】
マニピュレータ１０の基端側部分において、モータ１００及び１０２とグリップハンドル２６は重量及び体積が比較的大きい。このようなモータ１００及び１０２とグリップハンドル２６を、連結シャフト１８の軸を基準として反対側（Ｙ１側とＹ２側）に配置するとともに、モータ１００及び１０２は奥行き方向（Ｘ方向）に並列することによりバランスがよくなり、レイアウトの自由度が高まるとともに、操作性がさらに向上する。ここで、奥行きに並列するとは、ずれがなく厳密に並列している場合に限らず、例えば、モータ１００及び１０２の長さが多少異なる場合にはその長さの半分以上の部分で並列していればよい。
【０１９５】
さらにモータ１００及び１０２とグリップハンドル２６は、連結シャフト１８の基端部よりもさらに基端側（Ｚ２側）に配置されていることから、モータ１００及び１０２とグリップハンドル２６が近い位置に配置され、質量の一層の集中が図られ、操作性がさらに向上し、従来の鉗子に慣れている操作者も容易に使用可能である。
【０１９６】
本発明に係る医療用マニピュレータは、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】
【０１９７】
１０…医療用マニピュレータ １２、１２ａ…先端動作部
１４…操作部 １６、１０１６…作業部
１８…連結シャフト ２４、２４ａ〜２４ｃ…複合入力部
２６…グリップハンドル ２８…ブリッジ
２８ｂ…トリガ軸 ３０、３０ａ…アクチュエータブロック
３２…プーリボックス ３４…筒部
３６…トリガレバー ５０…ベースブロック
５２…ハウジング ５４、５４ａ〜５４ｄ…回転操作部
５６…傾動操作部 ５８ａ〜５８ｃ…スイッチ操作子
６２…スイッチ基板 ６４ａ〜６４ｇ…タクトスイッチ
７０、７４…軸 ７６…傾動板
１００、１０２…モータ １００ａ、１０２ａ…減速機
１００ｂ、１０２ｂ…出力軸 １０４…アクチュエータブラケット
１０６…ギア機構部 １０８…第１プレート
１１０…第２プレート １１２…第３プレート
１１４…第４プレート １１６ａ、１１６ｂ…駆動シャフト
１１８ａ、１１８ｂ、１２０ａ、１２０ｂ…駆動傘歯車
１５０…ボックス本体 １５２…空洞部
１５４…シャフト支持部 １６０ａ、１６０ｂ…ワイヤガイド部
１８６、１８８…円筒アイドラ １９２ａ、１９２ｂ…ロッド
２１２…荷重リミッタ １０５２、１０５４…ワイヤ
１１００…ワイヤ受動部 １１０２…複合機構部
１１５２…伝達部材 １２５２ａ、１２５２ｂ…受動ワイヤ
１３００、１３００ａ…エンドエフェクタ
１３２０ａ…第１エンドエフェクタ駆動機構
１３２０ｂ…第２エンドエフェクタ駆動機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
体腔内に挿入されて２軸以上の動作をする先端動作部と、
体外に設けられ、前記先端動作部の少なくとも一部を駆動する２以上の円柱形状のモータと、
前記モータが設けられている部分と前記先端動作部とを連結する連結シャフトと、
を有し、
２以上の前記モータの全てと前記連結シャフトは、軸が平行に設けられていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項２】
請求項１記載の医療用マニピュレータにおいて、
基端側に人手によって把持されるグリップハンドルを有し、
側面視で、前記モータと前記グリップハンドルは、前記連結シャフトの軸を基準として反対側に配置され、２以上の前記モータの全ては奥行き方向に並列していることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項３】
請求項２記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記モータ及び前記グリップハンドルは、前記連結シャフトの基端部よりもさらに基端側に配置されていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記モータ毎に設けられ、中心軸が前記モータの並列方向及び前記モータの軸方向に直交する方向を指向し、前記モータの軸方向延長上に配置されて、前記モータから駆動傘歯車及び従動傘歯車を介して回転駆動される回転体と、
前記回転体に一部が巻き掛けられ、前記連結シャフトを通り、前記先端動作部に動力を伝達する２つの可撓性部材と、
２つの前記可撓性部材を前記連結シャフトの基端側開口部に案内するガイド部と、
を有することを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項５】
請求項４記載の医療用マニピュレータにおいて、
２組の前記モータ及び前記回転体は、前記連結シャフトを基準として対称位置に設けられていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項６】
請求項５記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記ガイド部は前記回転体と軸が平行なプーリであることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項７】
請求項６記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記可撓性部材は往路線と復路線とを含み、
前記プーリは、前記往路線及び復路線に対応し、独立に回転可能な２層構造であることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記回転体は、前記従動傘歯車が設けられる箇所を挟んで一対の軸支部材により回転自在に軸支され、
前記モータは、一対の前記軸支部材を接続するモータ板に固定され、
前記モータの出力軸は、前記モータ板に設けられた孔から突出して前記駆動傘歯車を介して前記従動傘歯車に接続されていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項９】
請求項８記載の医療用マニピュレータにおいて、
２つの前記回転体の間に、一対の前記軸支部材及び前記モータ板とをそれぞれを接続する補強板が設けられていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項１０】
請求項４〜９のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記回転体で前記可撓性部材が巻き掛けられる部分及び前記ガイド部は、前記連結シャフトの基端部が開口するボックスの空洞部内に設けられ、
前記回転体は、前記空洞部に対して回転可能に気密シールされていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記先端動作部は、手技を行う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以上の姿勢軸を含み、
前記姿勢軸は、前記モータにより駆動され、
前記エンドエフェクタ軸は、所定の入力部の人手による操作を機械的に伝達する操作伝達部を介して駆動されることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項１２】
請求項１１記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記操作伝達部は、前記連結シャフト内から基端側に突出して前記入力部に接続され、該連結シャフトの延在方向に進退するロッドを含み、
前記ロッドは、前記連結シャフト及び該連結シャフトが連通している空間部に対して、進退可能に気密シールされていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項１】
体腔内に挿入されて２軸以上の動作をする先端動作部と、
体外に設けられ、前記先端動作部の少なくとも一部を駆動する２以上の円柱形状のモータと、
前記モータが設けられている部分と前記先端動作部とを連結する連結シャフトと、
を有し、
２以上の前記モータの全てと前記連結シャフトは、軸が平行に設けられていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項２】
請求項１記載の医療用マニピュレータにおいて、
基端側に人手によって把持されるグリップハンドルを有し、
側面視で、前記モータと前記グリップハンドルは、前記連結シャフトの軸を基準として反対側に配置され、２以上の前記モータの全ては奥行き方向に並列していることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項３】
請求項２記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記モータ及び前記グリップハンドルは、前記連結シャフトの基端部よりもさらに基端側に配置されていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記モータ毎に設けられ、中心軸が前記モータの並列方向及び前記モータの軸方向に直交する方向を指向し、前記モータの軸方向延長上に配置されて、前記モータから駆動傘歯車及び従動傘歯車を介して回転駆動される回転体と、
前記回転体に一部が巻き掛けられ、前記連結シャフトを通り、前記先端動作部に動力を伝達する２つの可撓性部材と、
２つの前記可撓性部材を前記連結シャフトの基端側開口部に案内するガイド部と、
を有することを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項５】
請求項４記載の医療用マニピュレータにおいて、
２組の前記モータ及び前記回転体は、前記連結シャフトを基準として対称位置に設けられていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項６】
請求項５記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記ガイド部は前記回転体と軸が平行なプーリであることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項７】
請求項６記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記可撓性部材は往路線と復路線とを含み、
前記プーリは、前記往路線及び復路線に対応し、独立に回転可能な２層構造であることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記回転体は、前記従動傘歯車が設けられる箇所を挟んで一対の軸支部材により回転自在に軸支され、
前記モータは、一対の前記軸支部材を接続するモータ板に固定され、
前記モータの出力軸は、前記モータ板に設けられた孔から突出して前記駆動傘歯車を介して前記従動傘歯車に接続されていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項９】
請求項８記載の医療用マニピュレータにおいて、
２つの前記回転体の間に、一対の前記軸支部材及び前記モータ板とをそれぞれを接続する補強板が設けられていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項１０】
請求項４〜９のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記回転体で前記可撓性部材が巻き掛けられる部分及び前記ガイド部は、前記連結シャフトの基端部が開口するボックスの空洞部内に設けられ、
前記回転体は、前記空洞部に対して回転可能に気密シールされていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記先端動作部は、手技を行う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以上の姿勢軸を含み、
前記姿勢軸は、前記モータにより駆動され、
前記エンドエフェクタ軸は、所定の入力部の人手による操作を機械的に伝達する操作伝達部を介して駆動されることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項１２】
請求項１１記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記操作伝達部は、前記連結シャフト内から基端側に突出して前記入力部に接続され、該連結シャフトの延在方向に進退するロッドを含み、
前記ロッドは、前記連結シャフト及び該連結シャフトが連通している空間部に対して、進退可能に気密シールされていることを特徴とする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２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【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２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【公開番号】特開２０１０−２０１００５（Ｐ２０１０−２０１００５Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５０４７４（Ｐ２００９−５０４７４）
【出願日】平成２１年３月４日（２００９．３．４）
【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９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月４日（２００９．３．４）
【出願人】（０００１０９５４３）テルモ株式会社 (2,232)
【Ｆターム（参考）】
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