JP2006305717A

JP2006305717A - マニピュレータ

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Publication number: JP2006305717A
Application number: JP2006092216A
Authority: JP
Inventors: Makoto Jinno; 野誠神; Takamitsu Sunaoshi; 押貴光砂
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2026-03-29
Also published as: JP4245615B2

Abstract

【課題】処置部の自由度が高いマニピュレータを一段と簡易な構成によって提供する。
【解決手段】処置対象に対して処置を行う処置部（作業部１０）を先端に有する連結部４０の長手方向に沿った方向に対して直交する回動軸１６と、回動軸１６回りに回動自在に支持され、回動軸１６に対して直交する主軸部２０ｂを有する主軸部材２０と、回動軸１６回りに回動自在に支持される歯車１７と、回動軸１６回りに回動自在に支持される歯車１８と、歯車１７と直交して噛み合い、回動軸１６からオフセットした位置で主軸部２０ｂ回りに回動自在に支持される歯車２２と、歯車１８と直交して噛み合い、回動軸１６からオフセットした位置で主軸部１６回りに回動自在に支持される歯車２３と、歯車２２とともに回動する処置部材１１と、歯車２３とともに回動する処置部材１２とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、マニピュレータに関し、例えば腹腔鏡下手術に用いられるマニピュレータに関する。

胆嚢摘出手術などの腹腔鏡下手術においては、患者の腹部に小さな穴をいくつかあけ、それらにトラカールを取り付け、このトラカールの孔を介して内視鏡、鉗子などを腹腔に挿入し、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。

このような手術方法は、開腹を必要としないため、患者への負担が少なく、術後の回復が早く、退院までの日数が大幅に低減される。このため、腹腔鏡下手術の適用分野の拡大が期待されている。

腹腔鏡下手術に用いられるマニピュレータとしては、例えばロボット技術を取り入れたものが提案されている（特許文献１参照）。このマニピュレータは、円筒形状の連結部を介して、操作部と作業部とが連結されており、操作部の操作に応じて作業部が所定の自由度で動作するようになされている。作業部は、例えば患部を挟むための一対の板状部材によって構成され、この一対の板状部材の開閉動作などを操作部からの信号によって行うようになされている。

作業部の自由度については、例えば縫合、結紮作業に適した自由度配置のものが提案されている（特許文献２）。このマニピュレータにおいては、ピッチ軸、ロール軸、ヨー軸方向に鉗子の姿勢を変化させることができる。

さらに、ピッチ軸関節およびヨー軸関節を持つマニピュレータが提案されている（特許文献３）。このマニピュレータにおいては、術部に処置を施すグリッパがピッチ軸関節およびヨー軸関節を回動中心として回動するようになされている。
特開２０００−３５０７３５号公報特開２００２−１０２２４８号公報特開２００３−６１９６９号公報

腹腔鏡下手術などの狭隘部を施術する際に用いられるマニピュレータには、動作範囲が広く、操作性に優れていること、部品点数が少なく、強度、信頼性および安全性の高いことが要求される。

この点に関して、従来のマニピュレータは、鉗子の自由度を上げるために、ワイヤを複雑に引き回しており、この分、構成が複雑になっていた。

このような技術的課題を解決するためになされた本発明の目的は、処置部の自由度が高いマニピュレータを一段と簡易な構成によって提供することである。

本発明の一実施形態によれば、処置部と駆動部とが連結部によって連結されたマニピュレータにおいて、前記連結部内部に通され前記駆動部により駆動される第１のワイヤが掛け渡され、回動する第１のプーリと、前記第１のプーリに一端部が固定され、前記処置部を前記第１のプーリが回動する第１の回動軸とは異なる方向である主軸回りに回動自在に支持する主軸部と、を備えることを特徴とするマニピュレータが提供される。

また、本発明の一実施形態によれば、処置対象に対して処置を行う処置部を先端に有する連結部の長手方向に沿った方向に対して交差する第１の回動軸部と、前記第１の回動軸部回りの方向に回動自在に支持され、前記第１の回動軸部に対して交差する方向に設けられた主軸部と、前記第１の回動軸部回りの方向に回動自在に支持される第１の歯車と、前記第１の回動軸部回りの方向に回動自在に支持される第２の歯車と、前記第１の歯車と噛み合い、前記主軸部回りの方向に回動自在に支持される第３の歯車と、前記第２の歯車と噛み合い、前記主軸部回りの方向に回動自在に支持される第４の歯車と、前記第３の歯車とともに回動する第１の処置部材と、前記第４の歯車とともに回動する第２の処置部材と、を備えることを特徴とするマニピュレータが提供される。

また本発明の一実施形態によれば、処置対象に対して処置を行う処置部を先端に有する連結部の長手方向に沿った方向に対して交差する第１の回動軸部と、前記第１の回動軸部回りの方向に回動自在に支持され、前記第１の回動軸部に対して交差する方向に設けられた主軸部と、前記処置部に設けられた処置部材と、前記第１の回動軸部回りの方向に回動自在に支持される第１の歯車と、前記第１の歯車と噛み合い、前記主軸部回りの方向に回動自在に支持される第２の歯車と、前記第２の歯車とともに同軸に回動する第３の歯車と、前記第３の歯車の回動力を前記処置部材へ伝達するために設けられ、前記第３の歯車と噛み合う第４の歯車と、前記第４の歯車の回動中心となり、前記第１の回動軸部と捩れの位置に配置される第２の回動軸部と、を備えることを特徴とするマニピュレータが提供される。

また本発明の一実施形態によれば、処置対象に対して処置を行う処置部を先端に有する連結部の長手方向に沿った方向に対して交差する第１の回動軸部と、前記第１の回動軸部回りの方向に回動自在に支持され、前記第１の回動軸部に対して交差する方向に設けられた主軸部と、前記処置部に設けられた第１の処置部材および第２の処置部材と、前記第１の回動軸部回りの方向に回動自在に支持される第１の歯車と、前記第１の回動軸部回りの方向に回動自在に支持される第２の歯車と、前記第１の歯車と噛み合い、前記主軸部回りの方向に回動自在に支持される第３の歯車と、前記第２の歯車と噛み合い、前記主軸部回りの方向に回動自在に支持される第４の歯車と、前記第３の歯車とともに同軸に回動する第５の歯車と、前記第４の歯車とともに同軸に回動する第６の歯車と、前記第5の歯車の回動力を前記第1の処置部材へ伝達するために設けられ、前記第５の歯車と噛み合う第７の歯車と、前記第６の歯車の回動力を前記第２の処置部材へ伝達するために設けられ、前記第６の歯車と噛み合う第８の歯車と、前記第７の歯車および前記第８の歯車の回動中心となり、前記第１の回動軸部と捩れの位置に配置される第２の回動軸部と、を備えることを特徴とするマニピュレータが提供される。

また本発明の一実施形態によれば、処置対象に対して処置を行う処置部を先端に有する連結部の長手方向に沿った方向に対して直交する第１の回動軸部と、前記第１の回動軸部回りの方向に回動自在に支持され、前記第１の回動軸部に対して交差する方向に設けられた主軸部と、前記第１の回動軸部回りの方向に回動自在に支持される第１の歯車と、前記第１の回動軸部回りの方向に回動自在に支持される第２の歯車と、前記第１の歯車と噛み合い、前記主軸部回りの方向に回動自在に支持される第３の歯車と、前記第２の歯車と噛み合い、前記主軸部回りの方向に回動自在に支持される第４の歯車と、前記第３の歯車とともに同軸に回動する第２の回動軸部と、前記第４の歯車とともに同軸に回動する第５の歯車と、前記第２の回動軸部の回動とともに前記主軸部回りの方向に回動し、前記第１の回動軸部と捩れの位置から平行な位置に配置される第３の回動軸部と、前記第３の回動軸部回りの方向に回動自在に支持され、前記第５の歯車と噛み合う第６の歯車と、前記第６の歯車とともに前記第３の回動軸部回りの方向に回動するとともに、前記第３の歯車とともに前記主軸部回りの方向に回動する第１の処置部材と、を備えることを特徴とするマニピュレータが提供される。

また本発明の一実施形態によれば、処置対象に対して処置を行う処置部を先端に有する連結部の長手方向に沿った方向に対して直交する第１の回動軸部と、前記第１の回動軸部回りの方向に回動自在に支持され、前記第１の回動軸部に対して交差する方向に設けられた主軸部と、前記第１の回動軸部回りの方向に回動自在に支持される第１の歯車と、前記第１の回動軸部回りの方向に回動自在に支持される第２の歯車と、前記第１の歯車と噛み合い、前記主軸部回りの方向に回動自在に支持される第３の歯車と、前記第２の歯車と噛み合い、前記主軸部回りの方向に回動自在に支持される第４の歯車と、前記第３の歯車とともに同軸に回動する第５の歯車と、前記第４の歯車とともに同軸に回動する第６の歯車と、前記第５の歯車と噛み合う第７の歯車と、前記第６の歯車と噛み合う第８の歯車と、前記第７の歯車および前記第８の歯車の回動中心となり、前記第１の回動軸部と捩れの位置に配置される第２の回動軸部と、前記第８の歯車とともに前記第２の回動軸部回りの方向に回動する第３の回動軸部と、前記第７の歯車と噛み合い、前記第３の回動軸部回りの方向に回動する第９の歯車と、前記第９の歯車とともに同軸に回動する処置部材と、を備えることを特徴とするマニピュレータが提供される。

本発明によれば、処置部の自由度が高いマニピュレータを一段と簡易な構成によって提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。以下の図面の記載において、同一の部分には同一の符号を付し、重複する記載は省略する。また、説明の都合上、以下の実施の形態の説明中の直交とは略直交を指し、直交に対し本発明の実施の形態に係るマニピュレータを使用する上で障害とならない程度の角度差を有する角度にて交差する関係または方向を含む。また、この交差とは、本発明の実施の形態に係るマニピュレータを使用する上で障害とならない程度にて、間隔をもって交差する関係または方向（捩れの関係または捩れ方向）を含む。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係るマニピュレータ１は、図１に示すように、マニピュレータ１は、例えば腹腔鏡下手術に用いられる医療用のマニピュレータであり、術部に対して処置を施すための作業部１０と、作業部１０の動作を制御するための入力操作を受け付ける操作部３０と、作業部１０および操作部３０を連結する連結部４０とを備えている。

このマニピュレータ１は、図２および図３に示すように、処置対象に対して処置を行う処置部（作業部１０）を先端に有する連結部４０の長手方向に沿った方向に対して直交する第１の回動軸部材１６（回動軸２９）、第１の回動軸部材１６（回動軸２９）に対して直交する主軸部２０ｂを有する主軸部材２０と、第１の回動軸部材１６（回動軸２９）回りの方向に回動自在に支持される第１の歯車１７と、第１の回動軸部材１６（回動軸２９）回りの方向に回動自在に支持される第２の歯車１８と、第１の歯車１７と直交して噛み合い、第１の回動軸部材１６（回動軸２９）からオフセットした位置で主軸部２０ｂ回りの方向に回動自在に支持される第３の歯車２２と、第２の歯車１８と直交して噛み合い、第１の回動軸部材１６（回動軸２９）からオフセットした位置で主軸部２０ｂ回りの方向に回動自在に支持される第４の歯車２３とを備えている。また、第３の歯車２２とともに回動する第１の処置部材１１（グリッパ）と、第４の歯車２３とともに回動する第２の処置部材１２（グリッパ）とを有する把持鉗子１３を備えている。

連結部４０においては、円筒形状の本体部材４１の先端に連結部４０の中心軸を挟んで一対の支持部４１ａ、４１ｂが互いに対峙するように形成されており、これらの支持部４１ａ、４１ｂにはそれぞれ軸受孔４２ａ、４２ｂが設けられている。

軸受孔４２ａ、４２ｂには、回動軸部材１６が挿入され、連結部４０の中心軸に直交する回動軸２９を構成する。この回動軸部材１６は、ナット１６ａによって軸受孔４２ａ、４２ｂから抜け落ちないようになされている。ナット１６ａを用いずに固定ワッシャで回動軸部材１６を軸受孔４２ａ、４２ｂに固定してもよい。また、カシメなどにより回動軸部材１６を直接、軸受孔４２ａ、４２ｂに固定してもよい。回動軸部材１６には、歯車１７、１８と、主軸部材２０が回動自在に支持される。歯車１７にはその回動中心と同心状にプーリ１７ａが一体に設けられており、このプーリ１７ａに掛けられたワイヤを駆動することにより、歯車１７を回動させるようになされている。また、歯車１８にはその回動中心と同心状にプーリ１８ａが一体に設けられており、このプーリ１８ａに掛けられたワイヤを駆動することにより、歯車１８を回動させるようになされている。

主軸部材２０は、回動軸部材１６に回動自在に支持される軸受部２０ａと、この軸受部２０ａに対して、ラジアル方向に中心軸が向くように固定された円柱形状の主軸部２０ｂとを備えている。また軸受部２０ａと同心状にプーリ２０ｃが設けられている。このプーリ２０ｃと主軸部２０ｂとは、互いに固定されており、プーリ２０ｃに掛けられたワイヤを駆動することにより、主軸部２０ｂを回動軸部材１６を回動中心として、矢印Ｐで示すピッチ方向に回動させることができる。

連結部４０の円筒形状の本体部材４１の内部には、各プーリ１７ａ、１８ａ、２０ｃと駆動部３５との間に掛け渡されるワイヤが通されており、操作部３０において、これらのワイヤを指令操作することにより、プーリ１７ａ、１８ａおよび２０ｃを回動軸部材１６の中心軸周りに個別に回動させるようになされている。なお、この実施の形態において、回動軸部材１６の中心軸をピッチ軸（回動軸２９）と呼び、このピッチ軸周りの回動方向をピッチ方向と呼ぶ。

主軸部材２０の主軸部２０ｂには、歯車部材２２が回動自在に支持される。この歯車部材２２は、主軸部２０ｂに回動自在に支持される円筒形状の軸受部２２ａと、この軸受部２２ａと一体に設けられ、軸受部２２ａの中心軸周りに配列されると共に中心軸の延長方向に向けられた歯車部２２ｂとを備えている。

歯車部２２ｂは、歯車１７と噛み合い、これにより回動軸部材１６（回動軸２９）を回動中心とする回動動作が、これに直交する主軸部２０ｂ（主軸４６）を回動中心とする回動動作に変換される。なお、回動軸部材１６および歯車部材２２のように、回動軸が直交する場合に用いられる歯車の組み合わせは、この実施の形態に示される平歯車（歯車１７）とフェース歯車（歯車部２２ｂ）との組み合わせのほかに、かさ歯車同士の組み合わせなどを用いることができる。

また、歯車部材２２の軸受部２２ａの外周面部には、歯車部材２３が回動自在に支持されている。この歯車部材２３は、歯車部材２２の軸受部２２ａの外周面部に回動自在に支持される円筒形状の軸受部２３ａと、この軸受部２３ａと一体に設けられ、軸受部２３ａの中心軸周りに配列されると共に中心軸の延長方向に向けられた歯車部２３ｂとを備えている。

歯車部２３ｂは、歯車１８と噛み合い、これにより回動軸部材１６（回動軸２９）を回動中心とする回動動作が、これに直交する主軸部２０ｂ（主軸４６）（軸受け部２２ａ）を回動中心とする軸受部２３ａの回動動作に変換されるようになされている。なお、回動軸部材１６および歯車部材２３のように、回動軸が直交する場合に用いられる歯車の組み合わせは、この実施の形態に示される平歯車（歯車１８）とフェース歯車（歯車部２３ｂ）との組み合わせのほかに、かさ歯車同士などの組み合わせを用いることができる。

かくして、回動軸部材１６を回動中心とする回動は、これと直交する主軸部材２０の主軸部２０ｂを回動軸とする回動方向に変換される。なお、回動軸部材１６と主軸部２０ｂとの直交関係は、主軸部２０ｂがピッチ方向のいずれの位置にあっても成立することにより、主軸部２０ｂがピッチ方向のいずれの位置にあっても、歯車１７、１８を介して歯車部材２２、２３を回動させることができる。

歯車部材２２の軸受部２２ａの長さＬ１は、歯車部材２３の軸受部２３ａの長さＬ２よりも長く形成されており、歯車部材２２の軸受部２２ａを歯車部材２３に挿入すると、軸受部２２ａの先端部が歯車部材２３から突出して露出するようになされている。この部分に平面形状のＤカット部２２ｃが形成されており、このＤカット部２２ｃを含む外周面部がグリッパ１１の嵌合孔１１ａに嵌合される。嵌合孔１１ａは、軸受部２２ａのＤカット部２２ｃを含む外周面形状に合わせて形成されており、歯車部材２２の回動を確実にグリッパ１１に伝えることができる。グリッパ１１においては、嵌合孔１１ａが形成された支持部１１ｂに平板形状の処置部１１ｃが一体に設けられており、歯車部材２２の回動に伴って、処置部１１ｃを矢印Ｙ１で示すヨー方向に回動させるようになされている。

また歯車部材２３の軸受部２３ａの外周面部には、平面状のＤカット部２３ｃが形成されており、このＤカット部２３ｃを含む外周面部がグリッパ１２の嵌合孔１２ａに嵌合される。嵌合孔１２ａは、軸受部２３ａのＤカット部２３ｃを含む外周面形状に合わせて形成されており、歯車部材２３の回動を確実にグリッパ１２に伝えることができる。グリッパ１２においては、嵌合孔１２ａが形成された支持部１２ｂに平板形状の処置部１２ｃが一体に設けられており、歯車部材２３の回動に伴って、処置部１２ｃを矢印Ｙ２で示すヨー方向に回動させるようになされている。

因みに、ヨー方向Ｙ１、Ｙ２とは、グリッパ１１、１２が主軸部材２０の主軸部２０ｂ（主軸４６）回りの方向に回動する方向であり、主軸部材２０のピッチ軸（回動軸部材１６）を回動中心とした回動に伴って変化するものである。

このようにグリッパ１１、１２の各処置部１１ｃ、１２ｃは、歯車部材２２、２３の回動に伴ってヨー方向Ｙ１、Ｙ２へ回動することにより、歯車部材２２、２３を異なる方向に回動させた場合には、閉じる方向または開く方向に回動し、歯車部材２２、２３を同じ方向に回動させた場合には、同じ方向に回動する。

ここで、歯車部材２２、２３を回動させるための歯車１７、１８は、歯車部材２２、２３の回動中心軸を挟んで対向する位置において、歯車部材２２、２３に噛み合うように設けられていることにより、歯車１７、１８を同じ方向に回動させた場合には、グリッパ１１、１２の処置部１１ｃ、１２ｃを閉じる方向または開く方向に回動させることができ、これに対して歯車１７、１８を異なる方向に回動させた場合には、処置部１１ｃ、１２ｃを同じ方向に回動（ヨー動作）させることができる。

これらにより、歯車１７のプーリ１７ａに掛けられたワイヤと、歯車１８のプーリ１８ａに掛けられたワイヤとを操作することにより、グリッパ１１、１２の処置部１１ｃ、１２ｃを開閉動作またはヨー方向に回動動作させることができる。

なお、歯車部材２２、２３、グリッパ１１、１２が主軸部材２０の主軸部２０ｂに支持された状態において、固定部材２１が主軸部２０ｂの先端部に固定されることにより、歯車部材２２、２３、グリッパ１１、１２が主軸部２０ｂから抜け落ちることを防止しているとともに歯車の適切なかみ合い状態を保っている。

図４（ａ）に示すように、プーリ２０ｃ、１７ａ、１８ａには、連結部４０の円筒形状の本体部材４１の内部空間を通してワイヤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃが掛け渡されており、これらのワイヤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃを操作することによって、プーリ２０ｃ、１７ａ、１８ａを個別に回動させることができる。すなわち図４（ｂ）に示すように、ワイヤ５０ａ（図４（ａ））を操作してプーリ２０ｃを回動させることにより、主軸部材２０をピッチ方向Ｐに回動させることができ、またワイヤ５０ｂ（図４（ａ））を操作してプーリ１７ａを回動させることにより、グリッパ１１をヨー方向Ｙ１に回動させることができ、またワイヤ５０ｃ（図４（ａ））を操作してプーリ１８ａを回動させることにより、グリッパ１２をヨー方向Ｙ２に回動させることができる。ただし、駆動機構に機構干渉を有するため、干渉成分を考慮したワイヤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃの操作が必要である。

また図５は、主軸部材２０の主軸部２０ｂが連結部４０の中心軸の延長方向に一致するように主軸部２０ｂをピッチ軸（回動軸部材１６）回りの方向に回動させるとともに、グリッパ１１、１２をヨー軸（主軸部２０ｂ）回りの方向に回転させた状態を示す。このように作業部１０においては、主軸部材２０の主軸部２０ｂを回転軸部材１６回りの方向に回動させることにより、主軸部２０ｂに支持されたグリッパ１１、１２をピッチ方向に回動させることができ、また主軸部２０ｂに支持されたグリッパ１１、１２を主軸部２０ｂ回りの方向に回動させることにより、これらグリッパ１１、１２をヨー方向に回動させることができる。

ここで図１において、一端部に作業部１０が設けられた連結部４０の他端部には、操作部３０が設けられている。この操作部３０は、術者が直接手で持つ部分である操作桿３１と、グリッパ１１、１２の姿勢を制御するためのヨー方向制御操作子３２、ピッチ方向制御操作子３３と、グリッパ開閉制御操作子３４とを備えている。

ヨー方向制御操作子３２は、回転操作子と、この回転操作子の回転位置を表す情報を出力する回転位置情報出力部とを備えている。操作部３０の内部または外部コントローラ（図示せず）に設けられた演算処理部は、ヨー方向制御操作子３２から出力される回転位置情報に基づいてその操作量を演算し、この操作量に基づいて、グリッパ１１、１２のヨー方向の姿勢を制御するためのモータの制御目標値を生成する。また、演算処理部は、ヨー方向の姿勢を制御するためのモータの動作角度を測定する角度センサの情報を読み込んで制御目標値と比較し、この偏差を解消するようにモータ駆動指令を算出する。演算処理部は、算出したモータ駆動指令を駆動部３５に出力する。

またピッチ方向制御操作子３３は、回転操作子と、この回転操作子の回転位置を表す情報を出力する回転位置情報出力部とを備えている。操作部３０の内部に設けられた演算処理部は、ピッチ方向制御操作子３３から出力される回転位置情報に基づいてその操作量を演算し、この操作量に基づいて、グリッパ１１、１２のピッチ方向の姿勢を制御するためのモータの制御目標値を生成する。また、演算処理部は、ピッチ方向の姿勢を制御するためのモータの動作角度を測定する角度センサの情報を読み込んで制御目標値と比較し、この偏差を解消するようにモータ駆動指令を算出する。演算処理部は、算出したモータ駆動指令を駆動部３５に出力する。なお、演算処理部は操作部３０の外部に設置したコントローラ内に設けてもよい。

またグリッパ開閉制御操作子３４は、トリガスイッチ（ボリューム）と、このトリガスイッチの操作結果を出力する操作結果出力部とを備えている。演算処理部は、グリッパ開閉制御操作子３４から出力される操作結果情報に基づいてグリッパ１１、１２を開閉制御するためのモータの制御目標値を生成する。また、演算処理部は、グリッパを開閉制御するためのモータの動作角度を測定する角度センサの情報を読み込んで制御目標値と比較し、この偏差を解消するようにモータ駆動指令を算出する。演算処理部は、算出したモータ駆動指令を駆動部３５に出力する。

連結部４０と操作部３０との間には、操作部３０からのモータ駆動指令に基づいてモータを駆動する駆動部３５が設けられている。この駆動部３５には、グリッパ１１、１２をそれぞれヨー方向に個別に制御する２つのモータと、グリッパ１１、１２の支持体である主軸部材２０をピッチ方向に姿勢制御する１つのモータとが設けられている。なお、グリッパ１１、１２の開閉制御は、グリッパ１１、１２をヨー方向に姿勢制御する２つのモータを共用して行われる。

すなわち図２との対応部分に同一符号を付して示す図６において、駆動部３５のモータ３６ａは、その回転軸に駆動プーリ３７ａが設けられている。この駆動プーリ３７ａと、作業部１０の主軸部材２０（図２）のプーリ２０ｃとの間には、ワイヤ５０ａが掛け渡されている。これにより、プーリ２０ｃは、駆動プーリ３７ａに対する従動プーリとなり、モータ３６ａを回転させると、駆動プーリ３７ａ、ワイヤ５０ａを介してプーリ２０ｃを回動させることができる。このプーリ２０ｃには、主軸部材２０の主軸部２０ｂが固定されていることにより、プーリ２０ｃの回動に伴って主軸部２０ｂがピッチ方向に回動する。これにより、ピッチ方向制御操作子３３を操作すると、その操作方向および操作量に応じて、主軸部材２０の主軸部２０ｂをピッチ方向に姿勢制御することができる。ただし、駆動機構に機構干渉を有するため、干渉成分を考慮したモータ３６ａ、３６ｂ、３６ｃの制御が必要である。

また、駆動部３５において、モータ３６ｂは、その回転軸に駆動プーリ３７ｂが設けられている。この駆動プーリ３７ｂと、作業部１０の歯車１７のプーリ１７ａとの間には、ワイヤ５０ｂが掛け渡されている。これにより、プーリ１７ａは、駆動プーリ３７ｂに対する従動プーリとなり、モータ３６ｂを回転させると、駆動プーリ３７ｂ、ワイヤ５０ｂを介してプーリ１７ａを回動させることができる。このプーリ１７ａには、歯車１７が一体化されていることにより、プーリ１７ａの回動に伴って歯車１７が回動する。そして歯車１７の回動に伴って、この歯車１７に歯合されている歯車部２２ｂを介してグリッパ１１がヨー方向に回動する。

一方、駆動部３５において、モータ３６ｃは、その回転軸に駆動プーリ３７ｃが設けられている。この駆動プーリ３７ｃと、作業部１０の歯車１８のプーリ１８ａとの間には、ワイヤ５０ｃが掛け渡されている。これにより、プーリ１８ａは、駆動プーリ３７ｃに対する従動プーリとなり、モータ３６ｃを回転させると、駆動プーリ３７ｃ、ワイヤ５０ｃを介してプーリ１８ａを回動させることができる。このプーリ１８ａには、歯車１８が一体化されていることにより、プーリ１８ａの回動に伴って歯車１８が回動する。そして歯車１８の回動に伴って、この歯車１８に歯合されている歯車部２３ｂを介してグリッパ１２がヨー方向に回動する。

ここで、操作部３０のヨー方向制御操作子３２を操作すると、駆動部３５の演算処理部は、その操作方向に基づいて、モータ３６ｂおよび３６ｃを異なる方向に駆動制御する。これにより、図７に示すように、モータ３６ｂ、３６ｃの回転軸に設けられた駆動プーリ３７ｂ、３７ｃは互いに逆方向に回動する。ここで、図２について上述したように、歯車部材２２、２３（図２）を回動させるための歯車１７、１８は、歯車部材２２、２３の回動中心軸を挟んで対向する位置において、歯車部材２２、２３に噛み合うように設けられている。従って、プーリ１７ａ、１８ａを互いに逆方向に回動させることにより、歯車部２２ｂ、２３ｂを同じ方向に回動させることができる。すなわち、歯車部材２２、２３にそれぞれ固定されているグリッパ１１、１２を同じヨー方向に回動させることができる。

これに対して、操作部３０のグリッパ開閉制御操作子３４を操作すると、駆動部３５の演算処理部は、その操作結果に基づいて、モータ３６ｂおよび３６ｃを同じ方向に駆動制御する。これにより、図８に示すように、歯車部２２ｂおよび２３ｂを異なる方向に回動させ、グリッパ１１、１２を閉動作または開動作させることができる。

因みに、駆動プーリ３７ａ、３７ｂ、３７ｃと、従動プーリ２０ｃ、１７ａ、１８ａとは、９０度だけ捩れた関係にある。これにより、比較的重量の重いモータ３６ａ〜３６ｃを縦向き（回転軸が鉛直方向に向いた状態）に取り付けることができる。例えばモータ３６ａ〜３６ｃを横向き（回転軸が水平方向に向いた状態）に取り付けると、その重力によるモーメントが連結部４０回りの方向に作用し、操作性を低下させる場合がある。これに対して、本実施の形態のように、モータ３６ａ〜３６ｃを縦方向に取り付けることにより、モータ３６ａ〜３６ｃによるモーメントが作用せず、操作性の低下を防止することができる。

以上説明した構成のマニピュレータ１において、操作部３０（図１）のピッチ方向制御操作子３３を操作すると、図９に示すように、連結部４０の本体部材４１の先端部に設けられたグリッパ１１、１２は、ピッチ軸（回動軸部材１６）を中心にピッチ方向Ｐに回動する。また、操作部３０のヨー方向制御操作子３２を操作すると、ヨー軸（主軸部材２０の主軸部２０ｂ）を中心にヨー方向Ｙに回動する。

ここで、グリッパ１１、１２は、ヨー方向Ｙの回動中心軸である主軸部材２０の主軸部２０ｂに対して、ピッチ軸（回動軸部材１６）からオフセットした位置においてヨー方向Ｙに回動自在に支持されている。これにより、図９に示すように、グリッパ１１、１２を連結部４０の本体部材４１に干渉させずに回動させることができる。特に、図９に実線で示すように、主軸部材２０の主軸部２０ｂが、連結部４０の本体部材４１の中心軸に対して直交する状態において、グリッパ１１、１２を連結部４０の本体部材４１に干渉させずにヨー方向Ｙへ３６０°回動させることができる。

これにより、図１０に示すように、連結部４０の先端部に設けられたグリッパ１１、１２を、その先端部から連結部４０側に向くように姿勢制御することができる。このようにグリッパ１１、１２を連結部４０側に向くようにすることができることにより、グリッパ１１、１２の動作範囲を一段と広くすることができ、例えば術部に対して正面側からだけではなく、裏側からグリッパ１１、１２をあてて施術することができる。なおマニピュレータ１を連結部４０の中心軸回りの方向に１８０°回転させることもでき、このようにすればピッチ方向に必ずしも１８０°回転させることは不要となる。

また、操作部３０（図１）のグリッパ開閉制御操作子３４を操作すると、図１１に示すように、グリッパ１１、１２は、ヨー軸（主軸部材２０の主軸部２０ｂ）を中心に逆方向に回動することにより開閉動作する。ここで、グリッパ１１、１２は、ヨー軸回りの方向に３６０°回動可能であることにより、グリッパ１１、１２の開閉角度は、任意の角度で開閉することができる。例えば図１１に示すように、グリッパ１１、１２が連結部４０の中心軸方向に向いている状態から、片側９０°（両側１８０°）の角度でグリッパ１１、１２を開くことができる。また、例えば図１２に示すように、グリッパ１１、１２が閉じた状態でヨー軸方向に９０°回動した状態から、グリッパ１１、１２を開閉動作させることもできる。このようにグリッパ１１、１２をヨー方向に回動させた状態から、開閉動作させることにより、作業部１０の向きをヨー方向に変化自在として把持動作させることができる。さらに、グリッパ１１、１２をピッチ方向に回動させた状態から、開閉動作させることもできる。

施術者は、患者の腹部にいくつか開けられた小さな孔にトラカールを取り付け、このトラカールを介して腹部内にマニピュレータ１、内視鏡などを挿入して患部を処置する。マニピュレータ１の先端部（作業部１０）の位置は、トラカールを支点とした可動範囲に限られるが、この先端部（作業部１０）のグリッパ１１、１２は、ピッチ方向Ｐ、ヨー方向Ｙ１、Ｙ２、および把持動作に加えて、ヨー方向に３６０°回動することにより、患部に対して種々の方向から施術することができる。

このようなピッチ軸回りの方向の回動動作と、ヨー軸回りの方向の回動動作と、把持動作を実現するにあたり、歯車１７、歯車部材２２、２３および主軸部材２０を用いて回動方向を変換するようにしたことにより、ワイヤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃはプーリ２０ｃ、１７ａ、１８ａと駆動部側のプーリとからなる一対のプーリによる最も簡単な引き回し構成となる。これにより、ワイヤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃには、張力と一方向の曲げ荷重が加わることになり、ワイヤを複雑に引き回す場合に比べて、ワイヤの強度劣化を抑制することができると共に、一段と径の小さなワイヤを用いることができる。またワイヤを複雑に引き回す場合に比べて、製造工程およびメンテナンスを簡略化することができる。

また、ピッチ方向Ｐに回動する主軸部材２０の主軸部２０ｂが、ヨー方向Ｙ１、Ｙ２に回動するための歯車部材２２、２３の支持、およびグリッパ１１、１２の支持を兼ねていることにより、それぞれの支持手段を別部品で構成する場合に比べて、部品点数を削減することができ、軽量かつ簡易な構成とすることができる。

またこのように部品点数を削減することにより、例えばマニピュレータの外径に制限がある場合においても、各部品を小型化することなく強度を保ったまま、または大型化することによって強度を上げて、連結部４０先端の限られた空間に作業部１０を構成することができ、伝達トルク、剛性を十分に確保することができる。また部品の小型化を回避することにより、組み立て作業を容易にすることができる。また、連結部４０の外径を変えずに支持部４１ａ、４１ｂを厚くすることができ、作業部１０の強度を向上させることができる。

なお、グリッパ１１、１２の長手方向は、ヨー軸（主軸部材２０の主軸部２０ｂ）に直交する方向に対して、±４５°の範囲であれば、施術対象物を掴み易くすることができる。例えば図１３に示すように、ヨー軸４６（主軸部材２０の主軸部２０ｂ）に直交する方向とグリッパ１１、１２とのなす角θを４５°に設定することにより、施術対象物を掴み易くすることができる。

また、図１４に示すように、グリッパ１１、１２の先端部は、連結部４０の本体部材４１の中心軸に重なるように湾曲している。これによりマニピュレータ１を連結部４０の本体部材４１回り（ロール方向）の方向に回動させた場合、グリッパ１１、１２の先端部は本体部材４１の中心軸の延長線上に重なった状態でロール方向に回動する。従ってグリッパ１１、１２の先端部の位置を容易に把握することができる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係るマニピュレータ１は、図３との対応部分に同一符号を付して示す図１５に示すように、作業部１０に第１の処置具部である把持鉗子１３および第２の処置具部であるはさみ鉗子５３を備えている。

図１６および図１７に示すように、はさみ鉗子５３は、支持部１１ｂ、１２ｂから把持鉗子１３とは反対側に設けられており、グリッパ１１に対してはさみ鉗子５３の刃部５４が一体に設けられ、またグリッパ１２に対してはさみ鉗子５３の刃部５５が一体に設けられている。これにより、歯車１７、１８を回動させてグリッパ１１、１２を開閉動作させた際に、はさみ鉗子５３を開閉動作させることができる。

このような構成のマニピュレータ１においては、把持鉗子１３およびはさみ鉗子５３をピッチ方向Ｐに回動させることにより、これら２種類の鉗子を交換して使用することができる。すなわち例えば図１５に示すように把持鉗子１３およびはさみ鉗子５３の長手方向が連結部４０の長手方向に対して平行な状態であって、把持鉗子１３が連結部４０の先端部から突出した状態から、把持鉗子１３およびはさみ鉗子５３をピッチ方向Ｐに１８０°回動させることにより、図１８に示すように、はさみ鉗子５３が把持鉗子１３に入れ替わって連結部４０の先端部から突出した状態となる。

また図１５に示す状態から、把持鉗子１３およびはさみ鉗子５３をヨー方向Ｙに１８０°回動させることにより、図１９に示すように、はさみ鉗子５３が把持鉗子１３に入れ替わって、連結部４０の先端部から突出した状態となる。

かくしてこの実施の形態のマニピュレータ１においては、マニピュレータ１を腹部内に挿入したまま、鉗子のピッチ方向Ｐまたはヨー方向Ｙの回動動作で２種類の鉗子（把持鉗子１３、はさみ鉗子５３）を交換することができる。例えば、縫合結紮作業を行う場合、持針器を備えたマニピュレータと、把持鉗子１３およびはさみ鉗子５３を備えたマニピュレータ１とを腹部内に挿入して縫合結紮作業を行った後、マニピュレータ１を腹部から取り出すことなく、把持鉗子１３をはさみ鉗子５３に交換して縫合糸を切ることができる。

このようにマニピュレータ１を腹部内から取り出すことなく鉗子の種類を交換することができる分、マニピュレータ１の腹部に対する抜き差しの回数を少なくすることができる。

なお、本実施の形態においては、作業部１０に２種類の鉗子（把持鉗子１３、はさみ鉗子５３）を設ける場合について述べたが、同じ種類の鉗子を対称に設けて圧排作業に係る圧排領域を大きくすることもできる。圧排作業とは、例えば手術領域を確保するために患部近傍の臓器を押さえ付ける作業である。

このような圧排作業に係る圧排領域の面積は、押さえ付ける鉗子を長くすれば大きくすることができる。従って、図２０に示すように、作業部１０に把持鉗子１３およびこの把持鉗子１３と同様構成の把持鉗子５７を設けることにより、１つの鉗子を用いた場合の圧排領域の面積に比べて、２つの鉗子（把持鉗子１３、５７）を合わせた長さＬ３によって、これを大きくすることができる。

図２１に示すように、この把持鉗子１３および５７をピッチ方向に回動させて圧排作業領域に向けることにより、２つの把持鉗子１３、５７を合わせた長さＬ３で圧排作業を行うことができる。

本実施の形態のマニピュレータ１においては、このような長さＬ３を得るための２つの鉗子（把持鉗子１３、５７）を主軸部２０ｂに対して対称に設けることにより、ピッチ軸に加わるモーメントによる負荷を格段に小さくすることができる。これに対して、例えば図２２に示すように、１つの鉗子５８の長さを長くし（Ｌ３）、その鉗子５８を一方の端部において支持する場合、ピッチ軸（回動軸部材１６）回りの方向にモーメントによる過大な負荷が加わることになる。このような過大な負荷は、駆動系に対して大きな負荷となり、駆動モータの大型化による重量の増大、操作性の低下、駆動系の強度不足、破損などを引き起こすことになる。これに対して本実施の形態においては、ピッチ軸にモーメントによる過大な負荷が加わらないようにすることができることにより、駆動系に対して大きな負荷が加わらないようにすることができ、駆動モータの大型化による重量の増大、操作性の低下、駆動系の強度不足、破損などを回避することができる。

図２３は、把持鉗子１３（１１、１２）および把持鉗子５７を６０°の開き角度で開いた場合の本実施の形態に係る圧排領域ＡＲ１１（図２３（ａ））と、１つの鉗子５８（グリッパ５８ａ、５８ｂ）を６０°の開き角度で開いた場合の圧排領域ＡＲ１２（図２３（ｂ））を示し、また、図２４は、把持鉗子１３（１１、１２）および把持鉗子５７を９０°の開き角度で開いた場合の本実施の形態に係る圧排領域ＡＲ１３（図２４（ａ））と、１つの鉗子５８（グリッパ５８ａ、５８ｂ）を９０°の開き角度で開いた場合の圧排領域ＡＲ１４（図２４（ｂ））を示す。図２３、図２４に示すように、本実施の形態に係るマニピュレータ１においては、長方形または正方形の圧排領域の中心部を支点として対角線上を押さえ付けることができ、圧排作業を安定して行うことができるのに対して（図２３（ａ）、図２４（ａ））、１つの鉗子５８を端部で支持した場合には（図２３（ｂ）、図２４（ｂ））、三角領域の２辺のみを押さえた圧排作業になり、圧排作業が不安定になる。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係るマニピュレータ１００は、図２、図３および図４との対応部分に同一符号を付して示す図２５、図２６および図２７に示すように、処置対象に対して処置を行う処置部１２５を先端に有する連結部４０の長手方向に沿った方向に対して直交する第１の回動軸部材１６と、回動軸部材１６（回動軸２９）回りの方向に回動自在に支持され、回動軸部材１６（回動軸２９）に対して直交する主軸部１２０ｂを有する主軸部材１２０と、第１の回動軸部材１６（回動軸２９）回りの方向に回動自在に支持される第１の歯車１１７と、第１の歯車１１７と直交して噛み合い、主軸部１２０ｂ（主軸４６）回りの方向に回動自在に支持される第２の歯車１２１ａと、第２の歯車１２１ａとともに同軸に回動する第３の歯車１２１ｂと、第３の歯車１２１ｂと直交して噛み合う第４の歯車１２３と、第４の歯車１２３の回動中心となり、第１の回動軸部材１６（回動軸２９）と捩れの位置に配置される第２の回動軸部材１２５ｂ（回動軸２６）と、第４の歯車１２３とともに第２の回動軸部材１２５ｂ（回動軸２６）回りの方向に回動する処置部材１２５とを備えている。すなわち、このマニピュレータ１００は、ピッチ方向の回動軸２９（回動軸部材１６）およびヨー方向の回動軸２６（回動軸部材１２５ｂ）を回動中心として２自由度で姿勢変更し得る処置部１２５を備えている。なお、ヨー、ピッチは初期姿勢の違いと解釈することができるため、ヨー方向の回動軸２９（回動軸部材１６）およびピッチ方向の回動軸２６（回動軸部材１２５ｂ）としても問題ない。なお、図２７に示す断面図は、その説明の都合上捩れの位置に配置される第１の回動軸部材１６と第２の回動軸部材１２５ｂとを平行な位置に変更して図示している。

すなわちマニピュレータ１００は、連結部４０の長手方向（中心軸方向）に対して直交する回動軸２９（ピッチ軸）を構成する回動軸部材１６と、回動軸２９回りの方向に回動可能に配置された歯車１１７と、回動軸２９回りの方向に回動可能に支持された主軸部材１２０と、歯車１１７と直交して噛み合う歯車１２１ａとこの歯車１２１ａに対して同軸背面位置に形成された歯車１２１ｂとを有する歯車部材１２１と、歯車１２１ｂに直交して噛み合う歯車１２３とを備えている。歯車１２３の回動中心軸である回動軸部材１２５ｂは、回動軸２６を構成し、回動軸２９と捩れの位置関係にある。また、回動軸２９（回動軸部材１６）と回動軸２６（回動軸部材１２５ｂ）とはオフセットした位置関係にある。

図２５、図２６および図２７に示すように、本実施の形態に係るマニピュレータ１００の作業部１１０は、患部に処置を施すための処置部１２５と、処置部１２５を２自由度で姿勢変更可能に支持する支持部１１４とを備えている。

連結部４０の円筒形状の本体部材４１に支持された回動軸部材１６には、歯車１１７と、主軸部材１２０とが回動自在に支持される。また回動軸部材１６には、スペーサ１１８が設けられており、歯車１１７と回動軸部材１２０の回動軸部材１６の長手方向の位置を規制している。

歯車１１７にはその回動中心と同心状にプーリ１１７ａが一体に設けられており、このプーリ１１７ａに掛けられたワイヤ５０ｂ（図２７）を駆動することにより、歯車１１７を回動させるようになされている。

主軸部材１２０は、回動軸部材１６に回動自在に支持される軸受部１２０ａと、この軸受部１２０ａに対して、ラジアル方向に中心軸が向くように固定された円柱形状の主軸部１２０ｂとを備えている。また軸受部１２０ａと同心状にプーリ１２０ｃが設けられている。このプーリ１２０ｃと主軸部１２０ｂとは、互いに固定されており、プーリ１２０ｃに掛けられたワイヤ５０ａ（図２７）を駆動することにより、主軸部１２０ｂを回動軸部材１６（回動軸２９）を回動中心として、矢印Ｐで示すピッチ方向に回動させることができる。

連結部４０の円筒形状の本体部材４１の内部には、各プーリ１１７ａ、１２０ｃと駆動部３５（図１）との間に掛け渡されるワイヤが通されており、操作部３０において、これらのワイヤを指令操作することにより、プーリ１１７ａおよび１２０ｃを回動軸部材１６回りの方向に個別に回動させるようになされている。

主軸部材１２０の主軸部１２０ｂには、歯車部材１２１が回動自在に支持される。この歯車部材１２１は、主軸部１２０ｂの回りに配列されると共に主軸部１２０ｂの中心軸の延長方向に向けられた、互いに同軸背面位置にある歯車１２１ａおよび１２１ｂとを備えている。

歯車１２１ａは、歯車１１７と直交して噛み合い、これにより回動軸部材１６を中心とする回動動作がこの回動軸部材１６の中心軸に直交する主軸部１２０ｂを中心とする回動動作に変換される。

また、歯車部材１２１の歯車１２１ｂには、歯車１２３が直交して噛み合う。この歯車１２３の回動中心軸を構成する回動軸部材１２５ｂは、主軸部材１２０の主軸部１２０ｂに形成された貫通孔１２０ｄに回動自在に支持されている。なお回動軸部材１２５ｂは、ナット１２５ｃによって貫通孔１２０ｄから抜け落ちないようになされている。かくして歯車１２１ｂの主軸部１２０ｂ回りの方向の回動動作は、回動軸部材１２５ｂ（回動軸２６）を回動中心とするヨー方向Ｙの回動動作に変換される。なお歯車１２３の回動動作に伴って回動軸部材１２５ｂも回動するようになされている。回動軸部材１２５ｂには、金属でなる平板形状の処置部材１２５ａが固定されており、回動軸部材１２５ｂの回動動作に伴ってヨー方向Ｙに回動する。

これらにより、ワイヤ５０ｂによってプーリ１１７ａを回動させると、これに伴って歯車１１７、歯車部材１２１、歯車１２３および回動軸部材１２５ｂが回動し、処置部材１２５ａをヨー方向Ｙに回動させることができる。

またワイヤ５０ａによってプーリ１２０ｃを回動させると、これに伴って主軸部材１２０の主軸部１２０ｂをピッチ方向Ｐに回動させることができ、その結果、この主軸部材１２０ｂに回転軸部材１２５ｂを介して係合されている処置部材１２５ａをピッチ方向Ｐに回動させることができる。

ワイヤ５０ａは、図１について上述した操作部３０のピッチ方向制御操作子３３の操作によってモータ駆動することができ、またワイヤ５０ｂは、ヨー方向制御操作子３２の操作によってモータ駆動することができる。

なお、処置部材１２５ａには、金属でなる連結部４０の本体部材４１を介して通電するようになされており、これにより処置部材１２５ａを電気メスとして用いることができる。

なお、本実施の形態に係るマニピュレータ１００においては、ワイヤ５０ａのみを駆動して主軸部材１２０のプーリ１２０ｃのみを回動させた場合、歯車１１７を動かさないと相対的に歯車部材１２１が主軸部１２０ｂ回りの方向に回動することとなる。このような機構干渉を回避するために、処置部１２５の回動軸部材１６（回動軸２９）回りの方向の回動角をθ１、回動軸部材１２５ｂ（回動軸２６）回りの方向の回動角をθ２、歯車１１７の回動角をθａ、主軸部１２０ｂの回動角をθｂとし、歯車１１７と歯車１２３との歯数が同一、歯車１２１ａと歯車１２１ｂとの歯数が同一とした場合、次式、
θａ＝θ１＋θ２
θｂ＝θ１
のようになり、駆動部３５（図１）は、このような機構干渉を考慮して操作部３０からの操作指令に基づいてワイヤ５０ａ、５０ｂを駆動制御する。他の実施の形態も機構干渉に関しては同様であるが、各実施の形態における説明は省略する。

以上説明したマニピュレータ１００において、処置部材１２５ａは、回動軸２９（回動軸部材１６）回りの方向の回動動作と、回動軸２６（回動軸部材１２５ｂ）回りの方向の回動動作との２自由度に姿勢変更が可能であり、さらにマニピュレータ１００全体を連結部４０の本体部材４１回りの方向に回動させることにより、ロール軸回りの方向の回動動作を行うことができる。この場合、駆動モータは、ワイヤ５０ａ、５０ｂを駆動するための２つのモータを備えていればよい。

このような回動軸２９回りの方向の回動動作と、回動軸２６回りの方向の回動動作とを実現するにあたり、歯車１１７、歯車部材１２１、歯車１２３および主軸部材１２０を用いて回動方向を変換するようにしたことにより、ワイヤ５０ａ、５０ｂはプーリ１２０ｃ、１１７ａと駆動部側のプーリとからなる一対のプーリによる最も簡単な引き回し構成となる。これにより、ワイヤ５０ａ、５０ｂには、張力と一方向の曲げ荷重が加わることになり、ワイヤを複雑に引き回す場合に比べて、ワイヤの強度劣化を抑制することができると共に、一段と径の小さなワイヤを用いることができる。またワイヤを複雑に引き回す場合に比べて、製造工程およびメンテナンスを簡略化することができる。

また、歯車１１７、歯車１２３、歯車１２１ａ、歯車１２１ｂは任意の歯数の組み合わせにすることが可能であるが、歯車１１７と歯車１２３とを同じ歯数とすると共に、歯車部材１２１の歯車１２１ａと歯車１２１ｂとを同じ歯数とすることにより、部品および加工治具を共通化することができ、製造工程を簡略化することができる。

歯車１２１ｂと歯車１２３の歯数を少なくすることで、作業部１１０を小さく構成することが可能である。これらの歯数の組み合わせについては、他の実施の形態においても同様であるので、各実施の形態における説明は省略する。

また、ピッチ方向Ｐに回動する主軸部材１２０の主軸部１２０ｂが、ヨー方向Ｙに回動するための歯車部材１２１の支持、および処置部材１２５ａの支持を兼ねていることにより、それぞれの支持手段を別部品で構成する場合に比べて、部品点数を削減することができ、軽量かつ簡易な構成とすることができる。

またこのように部品点数を削減することにより、例えばマニピュレータの外径に制限がある場合においても、各部品を小型化することなく強度を保ったまま、または大型化することによって強度を上げて、連結部４０先端の限られた空間に作業部１１０を構成することができ、伝達トルク、剛性を十分に確保することができる。また部品の小型化を回避することにより、組み立て作業を容易にすることができる。

なお、本実施の形態においては、処置部１２５として平板形状の処置部材１２５ａを用いたが、これに限らず、例えばＬ字状のものなど種々の形状のものを用いることができる。また、本体部材４１、主軸部材１２０、回動軸部材１６などを導体として利用することで、それらの部材を利用して処置部１２５までを通電状態にすることも可能である。この場合、本体部材４１の外周部に絶縁部を設けるなどの処置をしてもよい。また、電気メスに限らず、患部を押さえるもの、引っ張るもの、切断するものなど、種々の用途のものを処置部１２５として用いることができる。さらにこれらの処置部材は、歯車１２３に対して着脱自在として交換可能にすること、または向きを任意に変更するようにしてもよい。

（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態に係るマニピュレータ２００は、図２５、図２６および図２７との対応部分に同一符号を付して示す図２８、図２９および図３０に示すように、処置対象に対して処置を行う処置部２２５を先端に有する連結部４０の長手方向に沿った方向に対して直交する第１の回動軸部材１６と、回動軸部材１６（回動軸２９）回りの方向に回動自在に支持され、回動軸部材１６（回動軸２９）に対して直交する主軸部１２０ｂを有する主軸部材１２０と、第１の回動軸部材１６（回動軸２９）回りの方向に回動自在に支持される第１の歯車１１７と、第１の回動軸部材１６（回動軸２９）回りの方向に回動自在に支持される第２の歯車２１８と、第１の歯車１１７と直交して噛み合い、主軸部１２０ｂ回りの方向に回動自在に支持される第３の歯車２２２と、第２の歯車２１８と直交して噛み合い、主軸部１２０ｂ回りの方向に回動自在に支持される第４の歯車２２１ａと、第３の歯車２２２とともに同軸に回動する第５の歯車２２３と、第４の歯車２２１ａとともに同軸に回動する第６の歯車２２１ｂと、第５の歯車２２３と直交して噛み合う第７の歯車２２８と、第６の歯車２２１ｂと直交して噛み合う第８の歯車２２９と、第７の歯車２２８および第８の歯車２２９の回動中心となり、第１の回動軸１６と捩れの位置に配置される第２の回動軸部材２３０と、第７の歯車２２９とともに第２の回動軸部材２３０（回動軸２６）回りの方向に回動する第１の処置部材２２６と、第８の歯車２２８とともに第２の回動軸部材２３０（回動軸２６）回りの方向に回動する第２の処置部材２２７とを備えている。すなわち、このマニピュレータ２００は、回動軸２９（回動軸部材１６）および回動軸２６（回動軸部材２３０）を回動中心として２自由度で姿勢変更し得ると共に、の方向軸２６（回動軸部材２３０）を回動中心とした開閉動作によって把持動作することができる処置部２２５を備えている。なお、図３０に示す断面図は、その説明の都合上捩れの位置に配置される第１の回動軸部材１６と第２の回動軸部材２３０とを平行な位置に変更して図示している。

すなわちマニピュレータ２００は、連結部４０の長手方向（中心軸方向）に対して直交する回動軸２９（ピッチ軸）を構成する回動軸部材１６と、回動軸２９回りの方向に回動可能に配置された２つの歯車１１７、２１８と、回動軸２９回りの方向に回動可能に支持された主軸部材１２０と、歯車１１７と直交して噛み合う歯車２２２と、歯車２２２に対して同軸背面位置に設けられ、歯車２２２と一体に回動する歯車２２３と、歯車２２３と直交して噛み合う歯車２２８と、歯車２１８に直交して噛み合う歯車２２１ａと、歯車２２１ａに対して同軸背面位置に形成され、歯車２２１ａと一体に回動する歯車２２１ｂと、歯車２２１ｂに直交して噛み合う歯車２２８と、歯車２２８と一体に回動軸２６回りの方向に回動する処置部材２２７と、歯車２２９と一体に回動軸２６回りの方向に回動する処置部材２２６とを備えている。歯車２２８、２２９の回動中心軸である回動軸部材２３０は、回動軸２６を構成し、回動軸２９と捩れの位置関係にある。また、回動軸２９（回動軸部材１６）と回動軸２６（回動軸部材２３０）とはオフセットした位置関係にある。

図２８、図２９および図３０に示すように、本実施の形態に係るマニピュレータ２００の作業部２１０は、患部に処置を施すための処置部２２５と、処置部２２５を２自由度の姿勢変更および把持動作可能に支持する支持部２１４とを備えている。

連結部４０の円筒形状の本体部材４１に支持された回動軸部材１６には、歯車１１７、２１８と、主軸部材１２０とが回動自在に支持される。

歯車１１７にはその回動中心と同心状にプーリ１１７ａが一体に設けられており、このプーリ１１７ａに掛けられたワイヤ５０ｂ（図３０）を駆動することにより、歯車１１７を回動させるようになされている。また、歯車２１８にはその回動中心と同心状にプーリ２１８ａが一体に設けられており、このプーリ２１８ａに掛けられたワイヤ５０ｃ（図３０）を駆動することにより、歯車２１８を回動させるようになされている。

主軸部材１２０は、回動軸部材１６に回動自在に支持される軸受部１２０ａと、この軸受部１２０ａに対して、ラジアル方向に中心軸が向くように固定された円柱形状の主軸部１２０ｂとを備えている。また軸受部１２０ａと同心状にプーリ１２０ｃが設けられている。このプーリ１２０ｃと主軸部１２０ｂとは、互いに固定されており、プーリ１２０ｃに掛けられたワイヤ５０ａ（図３０）を駆動することにより、主軸部１２０ｂを回動軸部材１６（回動軸２９）を回動中心として、矢印Ｐで示すピッチ方向に回動させることができる。

連結部４０の円筒形状の本体部材４１の内部には、各プーリ１１７ａ、２１８ａ、１２０ｃと駆動部３５（図１）との間に掛け渡されるワイヤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃが通されており、操作部３０において、これらのワイヤを指令操作することにより、プーリ１１７ａ、２１８ａおよび１２０ｃを回動軸部材１６回りの方向に個別に回動させるようになされている。

主軸部材１２０の主軸部１２０ｂには、歯車２２２、２２３と、歯車部材２２１とが回動自在に支持される。歯車２２２と２２３とは一体となって主軸部１２０ｃを回動中心として回動する。歯車２２２は、歯車１１７と直交して噛み合い、これにより回動軸部材１６を中心とする回動動作がこの回動軸部材１６の中心軸に直交する主軸部１２０ｂを中心とする回動動作に変換される。

また歯車部材２２１は、主軸部１２０ｂ回りに配列されると共に主軸部１２０ｂの中心軸の延長方向に向けられた、互いに同軸背面位置にある歯車２２１ａおよび２２１ｂとを備えている。

歯車２２１ａは、歯車２１８と直交して噛み合い、これにより回動軸部材１６を中心とする回動動作がこの回動軸部材１６に直交する主軸部１２０ｂを中心とする回動動作に変換される。

歯車２２３には、歯車２２９が直交して噛み合う。この歯車２２９は回動軸部材２３０に回動自在に支持されており、回動軸部材２３０は、主軸部材１２０の主軸部１２０ｂに形成された貫通孔１２０ｃに支持されている。なお回動軸部材２３０は、ナット２３１によって貫通孔１２０ｄから抜け落ちないようになされている。かくして歯車２２３の主軸部１２０ｂ回りの方向の回動動作は、回動軸部材２３０（回動軸２６）を回動中心とするヨー方向Ｙ１の回動動作に変換される。歯車２２９には、処置部材２２６が固定されており、歯車２２９と一体にヨー方向Ｙ１に回動する。

一方、歯車２２１ｂには、歯車２２８が直交して噛み合う。この歯車２２８は回動軸部材２３０に回動自在に支持されており、かくして歯車２２１ｂの主軸部１２０ｂ回りの方向の回動動作は、回動軸部材２３０（回動軸２６）を回動中心とするヨー方向Ｙ２の回動動作に変換される。歯車２２８には、処置部材２２７が固定されており、歯車２２８と一体にヨー方向Ｙ２に回動する。

これらにより、ワイヤ５０ｂによってプーリ１１７ａを回動させると、これに伴って歯車１１７、歯車２２２、歯車２２３および歯車２２９が回動し、処置部材２２６をヨー方向Ｙ１に回動させることができる。

また、ワイヤ５０ｃによってプーリ２１８ａを回動させると、これに伴って歯車２１８、歯車部材２２１および歯車２２８が回動し、処置部材２２７をヨー方向Ｙ２に回動させることができる。

またワイヤ５０ａによってプーリ１２０ｃを回動させると、これに伴って主軸部材１２０の主軸部１２０ｂをピッチ方向Ｐに回動させることができ、その結果、この主軸部材１２０ｂに回転軸部材２３０を介して係合されている処置部材２２６、２２７をピッチ方向Ｐに回動させることができる。

ワイヤ５０ａは、図１について上述した操作部３０のピッチ方向制御操作子３３の操作によってモータ駆動することができ、またワイヤ５０ｂ、５０ｃは、ヨー方向制御操作子３２の操作によってモータ駆動することができ、さらにワイヤ５０ｂ、５０ｃは、グリッパ開閉制御操作子３４によってもモータ駆動することができる。

ワイヤ５０ｂ、５０ｃによって歯車１１７、２１８を同一方向に回動させると、歯車２２２、２２３と歯車部材２２１とは逆方向に回動することにより、歯車２２８と歯車２２９とは同一方向に回動する。この結果、処置部材２２６、２２７は同一のヨー方向に回動し、処置部１２５としては、処置部材２２６、２２７が閉じたまま、または開いたままの状態で同一方向にヨー動作する。

これに対して、ワイヤ５０ｂ、５０ｃによって歯車１１７、２１８を逆方向に回動させると、歯車２２２、２２３と歯車部材２２１とは同一方向に回動することにより、歯車２２８と歯車２２９とは逆方向に回動する。この結果、処置部材２２６、２２７は逆のヨー方向に回動し、処置部１２５としては、処置部材２２６、２２７が閉じる方向、または開く方向に把持動作する。

なお、本実施の形態に係るマニピュレータ２００においても、第３の実施の形態において上述した機構干渉があるため、駆動部３５（図１）は、この機構干渉を考慮して操作部３０からの操作指令に基づいてワイヤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃを駆動制御する。

以上説明したマニピュレータ２００において、処置部材２２６、２２７は、回動軸２９（回動軸部材１６）回りの方向の回動動作と、回動軸２６（回動軸部材２３０）回りの方向の回動動作との２自由度に姿勢変更が可能であり、さらにマニピュレータ２００全体を連結部４０の本体部材４１回りの方向に回動させることにより、ロール軸回りの方向の回動動作を行うことができる。

このような回動軸２９回りの方向の回動動作と、回動軸２６回りの方向の回動動作とを実現するにあたり、歯車１１７、２１８、歯車２２２、２２３、歯車部材２２１、歯車２２８、歯車２２９および主軸部材１２０を用いて回動方向を変換するようにしたことにより、ワイヤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃはプーリ１２０ｃ、１１７ａ、２１８ａと駆動部側のプーリとからなる一対のプーリによる最も簡単な引き回し構成となる。これにより、ワイヤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃには、張力と一方向の曲げ荷重が加わることになり、ワイヤを複雑に引き回す場合に比べて、ワイヤの強度劣化を抑制することができると共に、一段と径の小さなワイヤを用いることができる。またワイヤを複雑に引き回す場合に比べて、製造工程を簡略化することができる。

また、ピッチ方向Ｐに回動する主軸部材１２０の主軸部１２０ｂが、ヨー方向Ｙに回動するための歯車部材２２１の支持、および処置部材２２６、２２７の支持を兼ねていることにより、それぞれの支持手段を別部品で構成する場合に比べて、部品点数を削減することができ、軽量かつ簡易な構成とすることができる。

またこのように部品点数を削減することにより、例えばマニピュレータの外径に制限がある場合においても、各部品を小型化することなく強度を保ったまま、または大型化することによって強度を上げて、連結部４０先端の限られた空間に作業部２１０を構成することができ、伝達トルク、剛性を十分に確保することができる。また部品の小型化を回避することにより、組み立て作業を容易にすることができる。

（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態に係るマニピュレータ３００は、図２８、図２９および図３０との対応部分に同一符号を付して示す図３１、図３２および図３３に示すように、処置対象に対して処置を行う処置部３２５を先端に有する連結部４０の長手方向に沿った方向に対して直交する第１の回動軸部材１６と、第１の回動軸部材１６（回動軸２９）回りの方向に回動自在に支持され、第１の回動軸部材１６（回動軸２９）に対して直交する主軸部３２０ｂを有する主軸部材３２０と、第１の回動軸部材１６（回動軸２９）回りの方向に回動自在に支持される第１の歯車１１７と、第１の回動軸部材１６（回動軸２９）回りの方向に回動自在に支持される第２の歯車２１８と、第１の歯車１１７と直交して噛み合い、主軸部３２０ｂ（主軸４６）回りの方向に回動自在に支持される第３の歯車３２１ａと、第２の歯車２１８と直交して噛み合い、主軸部３２０ｂ（主軸４６）回りの方向に回動自在に支持される第４の歯車３２２ａと、第３の歯車３２１ａとともに同軸に回動する第２の回動軸部材３２１ｂと、第４の歯車３２２ａとともに同軸に回動する第５の歯車３２２ｂと、第２の回動軸部材３２１ｂ（主軸４６）に直交して第２の回動軸部材３２１ｂの回動とともに主軸部３２０ｂ（主軸４６）回りの方向に回動し、第１の回動軸部材１６（回動軸２９）に対して捩れの位置から平行な位置に回動自在に配置される第３の回動軸部材３２３ａと、第３の回動軸部材３２３ａ（回動軸２６）回りの方向に回動自在に支持され、第５の歯車３２２ｂと直交して噛み合う第６の歯車３２３と、第６の歯車３２３とともに第３の回動軸部材３２３ａ（回動軸２６）回りの方向に回動する処置部材３２５とを備えている。すなわち、このマニピュレータ３００は、ピッチ方向の回動軸２９、ヨー方向の回動軸２６およびロール方向の主軸４６を回動中心として３自由度で姿勢変更し得る処置部３２５を備えている。

すなわちマニピュレータ３００は、連結部４０の長手方向（中心軸方向）に対して直交する回動軸２９を構成する回動軸部材１６と、回動軸２９回りの方向に回動可能に配置された２つの歯車１１７、２１８と、回動軸２９回りの方向に回動可能に支持された主軸部材３２０と、歯車１１７と直交して噛み合う歯車３２１ａと、歯車３２１ａと一体に回動する軸受部３２１ｂと、歯車２１８と直交して噛み合う歯車３２２ａと、歯車３２２ａに対して同軸背面位置に形成され、歯車３２２ａと一体に回動する歯車３２２ｂと、歯車３２２ｂと直交して噛み合う歯車３２３と、歯車３２３と一体に回動軸２６回りの方向に回動する処置部材３２５とを備えている。歯車３２３の回動中心軸である回動軸部材３２３ａは、ヨー方向の回動軸２６を構成し、回動軸２９と捩れ乃至平行の位置関係にある。

図３１、図３２および図３３に示すように、本実施の形態に係るマニピュレータ３００の作業部３１０は、患部に処置を施すための処置部３２５と、処置部３２５を３自由度の姿勢変更を可能に支持する支持部３１４とを備えている。

歯車１１７にはその回動中心と同心状にプーリ１１７ａが一体に設けられており、このプーリ１１７ａに掛けられたワイヤ５０ｂ（図３３）を駆動することにより、歯車１１７を回動させるようになされている。また、歯車２１８にはその回動中心と同心状にプーリ２１８ａが一体に設けられており、このプーリ２１８ａに掛けられたワイヤ５０ｃ（図３３）を駆動することにより、歯車２１８を回動させるようになされている。

主軸部材３２０は、回動軸部材１６に回動自在に支持される軸受部３２０ａと、この軸受部３２０ａに対して、ラジアル方向に中心軸が向くように固定された円柱形状の主軸部３２０ｂとを備えている。また軸受部３２０ａと同心状にプーリ３２０ｃが設けられている。このプーリ３２０ｃと主軸部３２０ｂとは、互いに固定されており、プーリ３２０ｃに掛けられたワイヤ５０ａ（図３３）を駆動することにより、主軸部３２０ｂを回動軸部材１６（回動軸２９）を回動中心として、矢印Ｐで示すピッチ方向に回動させることができる。

連結部４０の円筒形状の本体部材４１の内部には、各プーリ１１７ａ、２１８ａ、３２０ｃと駆動部３５（図１）との間に掛け渡されるワイヤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃが通されており、操作部３０において、これらのワイヤを指令操作することにより、プーリ１１７ａ、２１８ａおよび３２０ｃを回動軸部材１６回りの方向に個別に回動させるようになされている。

主軸部材３２０の主軸部３２０ｂには、歯車３２１ａと軸受部３２１ｂとを一体化してなるロール部材３２１と、歯車部材３２２とが回動自在に支持される。歯車３２１ａは、歯車１１７と直交して噛み合い、これにより回動軸部材１６を中心とする回動動作がこの回動軸部材１６に直交する主軸部３２０ｂを中心とする回動動作に変換される。ロール部材３２１は、歯車３２１ａと一体化された円筒形状の軸受部３２１ｂが主軸部材３２０の主軸部３２０ｂ回りの方向（主軸４６を回動中心としたロール方向Ｒ）に回動自在に支持されており、この軸受部３２１ｂには、一対の支持部３２１ｃ、３２１ｄが対峙して形成されている。この支持部３２１ｃ、３２１ｄには、貫通孔３２１ｅ、３２１ｆが形成されており、この貫通孔３２１ｅ、３２１ｆには、歯車３２３の回動軸部材３２３ａが回動自在に挿入されている。なお回動軸部材３２３ａは、ナット３２３ｂによって貫通孔３２１ｅ、３２１ｆから抜け落ちないようになされている。また、回動軸部材３２３ａは、処置部材３２５の嵌合孔３２５ａに嵌合されている。また、ロール部材３２１は、ナット３２６によって主軸部３２０ｂから抜け落ちないようになされている。

かくして歯車１１７の回動動作に伴ってロール部材３２１がロール方向Ｒに回動すると、このロール部材２３１のロール方向Ｒへの回動動作に伴って、回動軸部材３２３ａおよびこの回動軸部材３２３ａに嵌合された処置部材３２５がロール方向Ｒへ回動する。

一方、歯車３２２ａは、歯車２１８と直交して噛み合い、これにより回動軸部材１６を中心とするピッチ方向Ｐの回動動作がこの回動軸部材１６に直交する主軸部３２０ｂを中心とする回動動作に変換される。

歯車３２３は、歯車３２２ａに対して背面形成された歯車３２２ｂと直交して噛み合う。この歯車３２３は回動軸部材３２３ａと一体に形成されており、回動軸部材３２３ａは、ロール部材３２１の貫通孔３２１ｅ、３２１ｆに支持されている。かくして歯車３２２ｂの主軸部３２０ｂ回りの方向の回動動作は、回動軸部材３２３ａ（ヨー軸２６）を回動中心とするヨー方向Ｙの回動動作に変換される。回動軸部材３２３ａには、処置部材３２５が嵌合固定されており、歯車３２３と一体となってヨー方向Ｙに回動する。

これらにより、ワイヤ５０ｂによってプーリ１１７ａを回動させると、これに伴って歯車１１７、歯車３２１ａおよびロール部材３２１が回動し、処置部材３２５をロール方向Ｒに回動させることができる。

また、ワイヤ５０ｃによってプーリ２１８ａを回動させると、これに伴って歯車２１８、歯車部材３２２および歯車３２３が回動し、処置部材３２５をヨー方向Ｙに回動させることができる。

またワイヤ５０ａによってプーリ３２０ｃを回動させると、これに伴って主軸部材３２０の主軸部３２０ｂをピッチ方向Ｐに回動させることができ、その結果、この主軸部材３２０ｂにロール部材３２１を介して係合されている処置部材３２５をピッチ方向Ｐに回動させることができる。

処置部材３２５は、金属材料を用いたＬ字フック形状でなり、患部に対して押す、引っ掛けるなどの施術を行うことができる。また、処置部材３２５には、金属でなる連結部４０の本体部材４１を介して通電するようになされており、これにより処置部材３２５を電気メスとして用いることができる。

ワイヤ５０ａは、図１について上述した操作部３０のピッチ方向制御操作子３３の操作によってモータ駆動することができ、またワイヤ５０ｃは、ヨー方向制御操作子３２の操作によってモータ駆動することができ、さらにワイヤ５０ｂは、操作部３０に設けられるロール方向制御操作子（図示せず）によってモータ駆動することができる。

なお、本実施の形態に係るマニピュレータ３００においても、第３の実施の形態において上述した機構干渉があるため、駆動部３５（図１）は、この機構干渉を考慮して操作部３０からの操作指令に基づいてワイヤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃを駆動制御する。

以上説明したマニピュレータ３００において、処置部材３２５は、回動軸２９（回動軸部材１６）回りの方向の回動動作と、回動軸２６（回動軸部材３２３ａ）回りの方向の回動動作と、主軸４６（主軸部３２０ｂ）回りの方向の３自由度に姿勢変更が可能である。

このような回動軸２９回りの方向の回動動作と、回動軸２６回りの方向の回動動作と、主軸４６回りの方向の回動動作を実現するにあたり、歯車１１７、２１８、歯車３２１ａ、歯車部材３２２、歯車３２３、ロール部材３２１および主軸部材３２０を用いて回動方向を変換するようにしたことにより、ワイヤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃはプーリ１２０ｃ、１１７ａ、２１８ａと駆動部側のプーリとからなる一対のプーリによる最も簡単な引き回し構成となる。これにより、ワイヤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃには、張力と一方向の曲げ荷重が加わることになり、ワイヤを複雑に引き回す場合に比べて、ワイヤの強度劣化を抑制することができると共に、一段と径の小さなワイヤを用いることができる。またワイヤを複雑に引き回す場合に比べて、製造工程を簡略化することができる。

また、ピッチ方向Ｐに回動する主軸部材３２０の主軸部３２０ｂが、処置部材３２５をヨー方向Ｙに回動させるための歯車部材３２２の支持、ロール方向Ｒに回動させるためのロール部材３２１の支持を兼ねていることにより、それぞれの支持手段を別部品で構成する場合に比べて、部品点数を削減することができ、軽量かつ簡易な構成とすることができる。

またこのように部品点数を削減することにより、例えばマニピュレータの外径に制限がある場合においても、各部品を小型化することなく強度を保ったまま、または大型化することによって強度を上げて、連結部４０先端の限られた空間に作業部３１０を構成することができ、伝達トルク、剛性を十分に確保することができる。また部品の小型化を回避することにより、組み立て作業を容易にすることができる。

なお、本実施の形態においては、処置部３２５としてＬ字フック形状のものを用いたが、これに限らず、例えば平板形状のものなどを種々の形状のものを用いることができる。また、電気メスに限らず、患部を押さえるもの、引っ張るもの、切断するものなど、種々の用途のものを処置部材３２５として用いることができる。さらにこれらの処置部材は、軸受部材３２３ａに対して着脱自在として交換可能にすること、または向きを任意に変更するようにしてもよい。

（第６の実施の形態）
本発明の第６の実施の形態に係るマニピュレータ４００は、図２８、図２９および図３０との対応部分に同一符号を付して示す図３４、図３５および図３６に示すように、処置対象に対して処置を行う処置部４２５を先端に有する連結部４０の長手方向に沿った方向に対して直交する第１の回動軸部材１６と、第１の回動軸部材１６（回動軸２９）回りの方向に回動自在に支持され、第１の回動軸部材１６（回動軸２９）に対して直交する主軸部１２０ｂを有する主軸部材１２０と、第１の回動軸部材１６（回動軸２９）回りの方向に回動自在に支持される第１の歯車１１７と、第１の回動軸部材１６回りの方向に回動自在に支持される第２の歯車２１８と、第１の歯車１１７と直交して噛み合い、主軸部１２０ｂ回りの方向に回動自在に支持される第３の歯車２２２と、第２の歯車２１８と直交して噛み合い、主軸部１２０ｂ回りの方向に回動自在に支持される第４の歯車２２１ａと、第３の歯車２２２とともに同軸に回動する第５の歯車２２３と、第４の歯車２２１ａとともに同軸に回動する第６の歯車２２１ｂと、第５の歯車２２３と直交して噛み合う第７の歯車４２６と、第７の歯車４２６の回動中心となり、第１の回動軸部材１６（回動軸２９）と捩れの位置に配置される第２の回動軸部材４２７と、第６の歯車２２１ｂと直交して噛み合い、第２の回動軸部材４２７（回動軸２６）回りの方向に回動する第８の歯車４２４と、第２の回動軸部材４２７（回動軸２６）に対して直交し、第８の歯車４２４とともに前記第２の回動軸部材４２７（回動軸２６）回りの方向に回動する第３の回動軸部材４２４ａと、第７の歯車４２６と直交して噛み合い、第３の回動軸部材４２４ａ（主軸４６）回りの方向に回動する第９の歯車４２８と、第９の歯車４２８とともに第３の回動軸部材４２４ａ（主軸４６）回りの方向に回動する処置部材４２５とを備えている。すなわち、このマニピュレータ４００は、ピッチ方向の回動軸２９、ヨー方向の回動軸２６およびロール方向の主軸４６を回動中心として３自由度で姿勢変更し得る処置部４２５を備えている。なお、図３６に示す断面図は、その説明の都合上捩れの位置に配置される第１の回動軸部材１６と第２の回動軸部材４２７とを平行な位置に変更して図示している。

すなわちマニピュレータ４００は、連結部４０の長手方向（中心軸方向）に対して直交する回動軸（回動軸２９）を構成する回動軸部材１６と、回動軸２９の回動軸回りの方向に回動可能に配置された２つの歯車１１７、２１８と、回動軸２９の回動軸回りの方向に回動可能に支持された主軸部材１２０と、歯車１１７と直交して噛み合う歯車２２２と、歯車２２２に対して同軸背面位置に設けられ、歯車２２２と一体に回動する歯車２２３と、歯車２２３と直交して噛み合う歯車４２６と、歯車４２６と噛み合い主軸４６回りの方向に回動する歯車４２８と、歯車４２８と固定され歯車４２８と共にロール方向Ｒに回動する処置部材４２５と、歯車２１８に直交して噛み合う歯車２２１ａと、歯車２２１ａに対して同軸背面位置に形成され、歯車２２１ａと一体に回動する歯車２２１ｂと、歯車２２１ｂに直交して噛み合う歯車４２４と、歯車４２４と一体に回動軸２６回りの方向に回動する処置部材４２５とを備えている。歯車４２６、４２４の回動中心軸である回動軸部材４２７は、回動軸２６を構成し、回動軸２９と捩れの位置関係にある。また、回動軸２９（回動軸部材１６）と回動軸２６（回動軸部材４２７）とはオフセットした位置関係にある。

図３４、図３５および図３６に示すように、本実施の形態に係るマニピュレータ４００の作業部４１０は、患部に処置を施すための処置部材４２５と、処置部材４２５を３自由度の姿勢変更を可能に支持する支持部４１４とを備えている。

歯車１１７にはその回動中心と同心状にプーリ１１７ａが一体に設けられており、このプーリ１１７ａに掛けられたワイヤ５０ｂ（図３６）を駆動することにより、歯車１１７を回動させるようになされている。また、歯車２１８にはその回動中心と同心状にプーリ２１８ａが一体に設けられており、このプーリ２１８ａに掛けられたワイヤ５０ｃ（図３６）を駆動することにより、歯車２１８を回動させるようになされている。

主軸部材１２０は、回動軸部材１６に回動自在に支持される軸受部１２０ａと、この軸受部１２０ａに対して、ラジアル方向に中心軸が向くように固定された円柱形状の主軸部１２０ｂとを備えている。また軸受部１２０ａと同心状にプーリ１２０ｃが設けられている。このプーリ１２０ｃと主軸部１２０ｂとは、互いに固定されており、プーリ１２０ｃに掛けられたワイヤ５０ａ（図３６）を駆動することにより、主軸部１２０ｂを回動軸部材１６（回動軸２９）を回動中心として、矢印Ｐで示すピッチ方向に回動させることができる。

主軸部材１２０の主軸部１２０ｂには、歯車２２２、２２３と、歯車部材２２１とが回動自在に支持される。歯車２２２と２２３とは一体となって主軸部１２０ｂを回動中心として回動する。歯車２２２は、歯車１１７と直交して噛み合い、これにより回動軸部材１６を中心とする回動動作がこの回動軸部材１６に直交する主軸部１２０ｂを中心とする回動動作に変換される。

歯車２２１ａは、歯車２１８と直交して噛み合い、これにより回動軸部材１６を中心とするピッチ方向Ｐへの回動動作がこの回動軸部材１６に直交する主軸部１２０ｂを中心とするロール方向Ｒへの回動動作に変換される。

歯車２２１ａに対して背面形成された歯車２２１ｂには、歯車４２４が直交して噛み合う。この歯車４２４は、回動軸２６を構成する回動軸部材４２７に回動自在に支持されており、回動軸部材４２７は、主軸部材１２０の主軸部１２０ｂに形成された貫通孔１２０ｄに支持されている。なお回動軸部材４２７は、ナット４２７ａによって貫通孔１２０ｄから抜け落ちないようになされている。これにより歯車２２１ｂの主軸部１２０ｂ回りの方向の回動動作は、回動軸部材４２７（回動軸２６）を回動中心とするヨー方向Ｙの回動動作に変換される。

歯車４２４には、回動軸２６と直交する回動軸部材４２４ａが固定されており、この回動軸４２４ａには、歯車４２８が回動自在に支持されている。歯車４２８は、固定部材４２９によって回動軸部材４２４ａから抜け落ちないようになされているとともに歯車の適切なかみ合い状態を保っている。

一方、歯車２２３には、歯車４２６が直交して噛み合う。この歯車４２６は回動軸部材４２７に回動自在に支持されている。また歯車４２６には、歯車４２８が直交して噛み合う。これにより歯車２２３のロール方向Ｒへの回動動作は、歯車４２８のロール方向Ｒへの回動動作として伝達される。歯車４２８には処置部材４２５が固定されている。これにより処置部材４２５は、歯車４２８と一体にロール方向Ｒへ回動する。

これらにより、ワイヤ５０ｂによってプーリ１１７ａを回動させると、これに伴って歯車１１７、歯車２２２、歯車２２３、歯車４２６および歯車４２８が回動し、処置部材４２５をロール方向Ｒに回動させることができる。

また、ワイヤ５０ｃによってプーリ２１８ａを回動させると、これに伴って歯車２１８、歯車部材２２１および歯車４２４が回動し、これに伴って回動軸部材４２４ａが回動軸部材４２７を中心にしてヨー方向Ｙに回動することにより、回動軸部材４２４ａに支持される処置部材４２５をヨー方向Ｙに回動させることができる。

またワイヤ５０ａによってプーリ１２０ｃを回動させると、これに伴って主軸部材１２０の主軸部１２０ｂをピッチ方向Ｐに回動させることができ、その結果、この主軸部１２０ｂに回転軸部材４２４ａを介して係合されている処置部材４２５をピッチ方向Ｐに回動させることができる。

処置部材４２５は、金属材料を用いたＬ字フック形状でなり、患部に対して押す、引っ掛けるなどの施術を行うことができる。また、処置部材４２５には、金属でなる連結部４０の本体部材４１を介して通電するようになされており、これにより処置部材４２５を電気メスとして用いることができる。

なお、本実施の形態に係るマニピュレータ４００においても、第３の実施の形態において上述した機構干渉があるため、駆動部３５（図１）は、この機構干渉を考慮して操作部３０からの操作指令に基づいてワイヤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃを駆動制御する。

以上説明したマニピュレータ４００において、処置部材４２５は、回動軸２９（回動軸部材１６）回りの方向の回動動作と、回動軸２６（回動軸部材４２７）回りの方向の回動動作と、主軸４６（回動軸部材４２４ａ）回りの方向の３自由度に姿勢変更が可能である。

このような回動軸２９回りの方向の回動動作と、回動軸２６回りの方向の回動動作と、主軸４６回りの方向の回動動作を実現するにあたり、歯車１１７、２１８、歯車２２２、歯車部材２２１、歯車２２３、歯車４２４、歯車４２６、歯車４２８、主軸部材１２０および回動軸部材４２４ａを用いて回動方向を変換するようにしたことにより、ワイヤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃはプーリ１２０ｃ、１１７ａ、２１８ａと駆動部側のプーリとからなる一対のプーリによる最も簡単な引き回し構成となる。これにより、ワイヤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃには、張力と一方向の曲げ荷重が加わることになり、ワイヤを複雑に引き回す場合に比べて、ワイヤの強度劣化を抑制することができると共に、一段と径の小さなワイヤを用いることができる。またワイヤを複雑に引き回す場合に比べて、製造工程を簡略化することができる。

また、ピッチ方向Ｐに回動する主軸部材１２０の主軸部１２０ｂが、処置部材４２５をヨー方向Ｙに回動させるための歯車４２４、回転軸部材４２４ａの支持、ロール方向Ｒに回動させるための歯車４２６、４２８の支持を兼ねていることにより、それぞれの支持手段を別部品で構成する場合に比べて、部品点数を削減することができ、軽量かつ簡易な構成とすることができる。

また、このように部品点数を削減することにより、例えばマニピュレータの外径に制限がある場合においても、各部品を小型化することなく強度を保ったまま、または大型化することによって強度を上げて、連結部４０先端の限られた空間に作業部４１０を構成することができ、伝達トルク、剛性を十分に確保することができる。また部品の小型化を回避することにより、組み立て作業を容易にすることができる。

また、図３１乃至図３３について上述した第５の実施の形態に係るマニピュレータ３００においては、回動軸２９（回動軸部材１６）と回動軸２６（回動軸部材３２３ａ）とが平行となった場合に、それらの直交方向への回動動作が特異姿勢により困難になる。これに対して本実施の形態のマニピュレータ４００においては、先端軸である回動軸部材４２４ａに主軸４６（回動軸部材４２４ａ）が配置されていることにより、特異姿勢とはならずに操作性の劣化を回避することができる。

なお、本実施の形態においては、処置部４２５としてＬ字フック形状のものを用いたが、これに限らず、例えば平板形状のものなどを種々の形状のものを用いることができる。また、電気メスに限らず、患部を押さえるもの、引っ張るもの、切断するものなど、種々の用途のものを処置部材４２５として用いることができる。さらにこれらの処置部材は、回転軸部材４２４ａに対して着脱自在として交換可能にすること、または向きを任意に変更するようにしてもよい。

上述の実施の形態においては、処置部材（グリッパ）を歯車などに固定する場合について述べたが、これに限らず、例えば図２８乃至図３０との対応部分に同一符号を付して示す図３７乃至図３９に示すように、歯車２２８、２２９によって開閉動作する把持部５３０（把持部５３１、５３２）に処置部材５２５の被把持部５２５ａを把持するようにしてもよい。このようにすれば、処置部材５２５の向きを容易に変更することができ、また様々な形状の処置部を容易に付け替えることができる。この場合、処置部材５２５の初期姿勢を容易に変更することができることにより、操作性のよい方向に処置部を把持した状態から施術を開始することができ、操作性を一段と向上して施術を行うことができる。また、施術によって汚れた処置部材を新たな処置部材と容易に交換することもできる。
（第７の実施形態）
第７の実施形態は、第５の実施形態の変形例であり、処置部材の構造が第５の実施形態とは異なっている。
図４０は本発明の第７の実施形態に係るマニピュレータの作業部を示す斜視図、図４１は図４０の作業部を示す分解斜視図である。図４０のマニピュレータは、処置対象に対して処置を行う第１の処置部材３２５と第２の処置部材３２６を先端に有する連結部４０と、連結部４０の長手方向に沿った方向に対して直交する第１の回動軸部材１６と、第１の回動軸部材１６（回動軸２９）回りの方向に回動自在に支持されて第１の回動軸部材１６（回動軸２９）に対して直交する主軸部３２０ｂを有する主軸部材３２０と、第１の回動軸部材１６（回動軸２９）回りの方向に回動自在に支持される第１の歯車１１７と、第１の回動軸部材１６（回動軸２９）回りの方向に回動自在に支持される第２の歯車２１８とを備えている。
また、図４０のマニピュレータは、第１の歯車１１７と直交して噛み合い、主軸部３２０ｂ回りの方向に回動自在に支持される第３の歯車３２１ａと、第２の歯車２１８と直交して噛み合い、主軸部３２０ｂ回りの方向に回動自在に支持される第４の歯車３２２ａと、第３の歯車３２１ａとともに同軸に回動する第２の回動軸部材３２１ｂと、第４の歯車３２２ａとともに同軸に回動する第５の歯車３２２ｂとを備えている。
また、図４０のマニピュレータは、第２の回動軸部材３２１ｂ（主軸４６）に直交して第２の回動軸部材３２１ｂの回動とともに主軸部部材３２１ｂ（主軸４６）回りの方向に回動し、第１の回動軸部材１６（回動軸２９）に対して捩れの位置から平行な位置に回動自在に配置される第３の回動軸部材３２３ａを備えている。
また、図４０のマニピュレータは、第３の回動軸３２３ａ回りの方向に回動自在に支持され、第５の歯車３２２ｂと直交して噛み合う第６の歯車３２３と、第２の回動軸３２１ｂ回りの方向に回動するとともに、第６の歯車３２３とともに第３の回動軸３２３ａ回りの方向に回動する第１の処置部材３２５と、第３の歯車３２１ａおよび第２の回動軸３２１ｂとともに回動する第２の処置部材３２６とを備えている。
第１の処置部材３２５と第２の処置部材３２６は、一対の処置部材を構成している。第１の処置部材３２５が第３の回動軸３２３ａ回りの方向に回動することで、第２の処置部材３２６に対して、相対的に開閉可能な把持機構を構成している。
このように、図４０のマニピュレータ３００は、回動軸２９（回動軸部材１６）と主軸４６（主軸部材３２１ｂ）を回動中心とした２自由度で姿勢変更が可能な開閉機能（把持機構：グリッパ）を有する処置部３２５、３２６を備えている。
固定ナット１は、主軸部材３２０の先端部のねじ部に固定されており、第３の歯車３２１ａおよび第２の回動軸部材３２１ｂの主軸部３２０ｂの軸方向の位置を拘束するために設けられる。固定ナット２は、第３の回動軸３２３ａおよび第６の歯車３２３の第３の回動軸３２３ａの軸方向の位置を拘束するために設けられる。
カバー３２７は、歯車の露出を最小限にとどめるためのものであり、カバー固定ピン３２８により、第２の処置部材３２６の下部にて固定されている。カバー３２７は、第２の処置部材３２６とともに、第２の回動軸部材３２１ｂ（主軸４６）回りの方向に回動する。
（第８の実施形態）
第８の実施形態は、複数の歯車を一体に形成してコンパクト化と部品点数の削減を図るものである。
図４２は本発明の第８の実施形態に係るマニピュレータの作業部を示す斜視図、図４３は図４２の作業部を示す分解斜視図、図４４は作業部を示す断面図である。本実施形態のマニピュレータは、メカニズムとしては図２８〜図３０に示すマニピュレータと似通っている。したがって、図２８〜図３０と共通する部材には同一の符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。なお、図４４に示す断面図は、その説明の都合上捩れの位置に配置される第１の回動軸部材１６と第２の回動軸部材２３０とを平行な位置に変更して図示している。
本実施形態のマニピュレータは、第１および第２の処置部材２２６，２２７を先端に有する連結部４０の長手方向に沿った方向に対して交差する第１の回動軸部材１６と、第１の回動軸部材１６（回動軸２９）回りの方向に回動自在に支持されて第１の回動軸部材１６（回動軸２９）に対して直交する主軸部材１２０と、第１の回動軸部材１６（回動軸２９）回りの方向に回動自在に支持される第１の歯車１１７と、第１の回動軸部材１６（回動軸２９）回りの方向に回動自在に支持される第２の歯車２１８と、第１の歯車１１７と直交して噛み合い、主軸部材１２０回りの方向に回動自在に支持される第３の歯車２２２ａと、第２の歯車２１８と直交して噛み合い、主軸部材１２０回りの方向に回動自在に支持される第４の歯車２２１ａと、第３の歯車２２２ａとともに一体に形成されて同軸に回動する第５の歯車２２２ｂと、第４の歯車２２１ａとともに一体に形成されて同軸に回動する第６の歯車２２１ｂと、第５の歯車２２２ｂと直交して噛み合う第７の歯車２２９と、第６の歯車２２１ｂと直交して噛み合う第８の歯車２２８と、第７の歯車２２９および第８の歯車２２８の回動中心となり、第１の回動軸部材１６（回動軸２９）と捩れの位置に配置される第２の回動軸部材２３０と、第７の歯車２２９とともに第２の回動軸部材２３０（回動軸２６）回りの方向に回動する第１の処置部材２２６と、第８の歯車２２８とともに第２の回動軸部材２３０（回動軸２６）回りの方向に回動する第２の処置部材２２７とを備えている。
第３の歯車２２２ａと第５の歯車２２２ｂが形成された第１の歯車部材２２２は、第４の歯車２２１ａと第６の歯車２２１ｂが形成された第２の歯車部材２２１と回動軸を共通として径方向に重なり合うように配置されている。
図２９の構造の場合、歯車２２２と歯車２２３を結合する必要があるため、ガタ無く結合するためには、部品の加工精度が要求される。例えば、歯車２２２のＤ穴と歯車２２３のＤカットの形状精度を非常に高くする必要がある。
これに対して、本実施形態では、第３の歯車２２２ａと第５の歯車２２２ｂが一体に形成された第１の歯車部材２２１と、第４の歯車２２１ａと第６の歯車２２１ｂが一体に形成された第２の歯車部材２２２とを設けるため、この部分についてのガタの調整等が原理的に不要である。また、歯車部材２２１，２２２はともに、歯部を除いてシンプルな円筒形状であり、加工および組立がきわめて容易である。
（第９の実施形態）
図４２〜図４４に示すマニピュレータにおいて、第１の回動軸２９回りの方向に回動する第１の歯車１１７と第２の歯車２１８を同一のピッチ円直径で構成し、第７の歯車２２９と第８の歯車２２８も同一のピッチ円直径構成してもよい。
一般的にモジュールｍは、歯車のピッチ円直径ｄを歯数ｚで除した値として定義される（ｍ＝ｄ／ｚ）。モジュールは、歯車の大きさを表すために用いられ、歯車を選定する際や歯車機構を設計する際に重要な基準となる値である。モジュールの値が大きいほど、歯の大きさが大きくなる。互いに噛み合う一対の歯車では、歯の大きさが同じでなければ（すなわち、モジュールが同じでなければ）、歯車は適切に機能しない。
２つの歯車を同一のピッチ円直径にするには、モジュールと歯数を乗じた値を同じにすればよい。例えば、一対の歯車の歯数（number of teeth）を同一にし、かつモジュールを同一にすればよい。必ずしもモジュールと歯数をともに同一にする必要はないが、同一の歯車を利用することができるため、加工コスト的にも有利になる。図４３の場合、歯数およびモジュールを同一にすることで、第３の歯車２２２ａと第４の歯車２２１ａのピッチ円の中心点を一致させることができ、かつ第５の歯車２２２ｂと第６の歯車２２１ｂのピッチ円の中心点を一致させることができる。これにより、第３の歯車２２２ａと第５の歯車２２２ｂの軸方向長さを短くでき、かつ第４の歯車２２１ａと第６の歯車２２１ｂの軸方向長さを短くできる。
その結果、ヨー方向の回動軸２６とピッチ方向の回動軸２９の距離を短縮でき、オフセット量が削減でき、回動軸２６と回動軸２９が直交する理想的な位置関係に近くなる。これにより、回動軸２６と回動軸２９の中間方向（斜め方向）に処置部（例えば、第１および第２の処置部材２２６，２２７）を無理なく誘導することができる。
また、オフセット量を削減できるため、処置部に作用する外力の回動軸２９回りの方向の負荷に対する回動軸２９の関節トルクの負担を軽減できる。
また、第１の歯車１１７は、第４の歯車２２１ａと歯先が干渉しないように面取りしている。第２の歯車２１８は、干渉の観点からは面取りする必要はないが、面取りすることで、第１の歯車１１７との共通化による部品点数削減と低コスト化が図れる。
上述した第９の実施形態で説明したモジュール化は、図４２〜図４３のマニピュレータに適用できるだけでなく、他のすべての実施形態にも適用可能である。
（第１０の実施形態）
例えば図４３のマニピュレータの場合、第１の歯車１１７と第３の歯車２２２ａが噛み合う位置と、第５の歯車２２２ｂと第７の歯車２２９が噛み合う位置とによって、伝達効率が変化する。同様に、第２の歯車２１８と第４の歯車２２１ａが噛み合う位置と、第６の歯車２２１ｂと第８の歯車２２８が噛み合う位置によって、伝達効率が変化する。そこで、第１０の実施形態は、伝達効率が向上するように各歯車の噛み合う位置を調整するものである。
図４５（ａ）は図４３と同様の構造を持つマニピュレータの分解斜視図である。図４５（ａ）のマニピュレータでは、第１の処置部材２２６が第１方向（把持方向）に駆動される場合には、第１の歯車１１７が第３の歯車２２２ａに噛み合う位置と第５の歯車２２２ｂが第７の歯車２２９に噛み合う位置とが第１の歯車部材２２２の回転方向に対して位相０〜１８０度の範囲内になるようにしている。また、第１の処置部材２２６が第１方向とは逆の第２方向（開く方向）に駆動される場合、第１の歯車１１７が第３の歯車２２２ａに噛み合う位置と第５の歯車２２２ｂが第７の歯車２２９に噛み合う位置とが第１の歯車部材２２２の回転方向に対して位相１８０〜３６０度の範囲内になるようにしている。より具体的には、第５の歯車２２２ｂと第７の歯車２２９が噛み合う位置を調整することで、上記の位相関係を満たすようにしている。
また、第２の処置部材２２７が第1方向（把持方向）に駆動される場合には、第２の歯車２１８が第４の歯車２２１ａに噛み合う位置と第６の歯車２２１ｂが第８の歯車２２８に噛み合う位置とが第２の歯車部材２２１の回転方向に対して位相０〜１８０度の範囲内になるようにしている。また、第２の処置部材２２７が第１方向とは逆の第２方向（開く方向）に駆動される場合には、第２の歯車２１８が第４の歯車２２１ａに噛み合う位置と第６の歯車２２１ｂが第８の歯車２２８に噛み合う位置とが第２の歯車部材２２１の回転方向に対して位相１８０〜３６０度の範囲内になるようにしている。より具体的には、第６の歯車２２１ｂと第８の歯車２２８が噛み合う位置を調整することで、上記の位相関係を満足するようにしている。
上記の位相関係を満たすように配置するのが望ましい理由について以下に詳述する。図４５（ａ）の場合、第２の歯車２１８と第４の歯車２２１ａとの噛み合い位置から、第２の歯車部材２２１の回転方向（把持による負荷方向）に向かって９０度回転した方向に、第６の歯車２２１ｂと第８の歯車２２８との噛み合い位置が配置されている。
第２の処置部材２２７は、第２の歯車２１８が図４５（ａ）の矢印Ａの方向に回転するときに把持方向、すなわち高負荷方向に駆動される。
一方、図４６（ａ）は、第２の歯車２１８と第４の歯車２２１ａとの噛み合い位置から、第２の歯車部材２２１の回転方向（把持による負荷方向）に向かって２７０度回転した方向に、第６の歯車２２１ｂと第８の歯車２２８との噛み合い位置が配置されている。
第２の処置部材２２７は、第２の歯車２１８が図４６（ａ）の矢印Ａの方向に回転するときに把持方向、すなわち高負荷方向に駆動される。
図４５（ａ）と図４６（ａ）では、第２の歯車部材２２１が第２の歯車２１８と第８の歯車２２８から受ける反力を矢印で図示している。
通常、歯車に作用する力は、主成分である接線方向（トルク伝達方向）と、歯車の圧力角や歯の角度に起因するスラスト方向と、ラジアル方向との三成分に分けられる。
図４５（ｂ）と図４６（ｂ）は、第２の歯車部材２２１のスラスト方向（図中Ｃ方向）から見た図である。これら三成分の力は、第２の歯車部材２２１が第２の歯車２１８から受ける力と、第２の歯車部材２２１が第８の歯車２２８から受ける力と、ラジアル方向の力と、これら力に釣り合う力、すなわち第２の歯車部材２２１が主軸１２０から第２の歯車部材を介して受ける反力とである。
図４５（ｂ）と図４６（ｂ）を比較すれば明らかなように、反力は図４５（ｂ）の方がはるかに小さい。この反力は、第２の歯車部材２２１の摩擦トルクに対する垂直抗力に相当するため、摩擦トルクの大きさはその反力の大きさに比例する。
図４５（ｃ）と図４６（ｃ）は力の伝達経路を模式的に示す図である。図４５（ｃ）の場合、第２の歯車２１８と第４の歯車２２１ａの噛み合い位置から第６の歯車２２１ｂと第８の歯車２２８の噛み合い位置まで、力の伝達方向に沿っての位相差は９０度である。一方、図４６（ｃ）の場合、力の伝達方向に沿っての位相差は２７０度である。
このように、図４６（ｃ）の方が力の伝達経路が長い。主軸１２０ｂ、第２の歯車部材２２１および第２の歯車部材２１８などが理想的な形状であれば、トルクを伝達する上で両者に差はないはずであるが、実際の寸法には誤差成分を含んでいるためガタが存在し、歯車の傾きによる片あたり、それに伴う摩擦トルクの増大や、主成分である接線方向（トルク伝達方向）以外の反力の増大などが生じ、トルクの伝達が理想的にならない。
特に、図４６（ｃ）の場合、力の伝達経路が長いため、ガタ等による歯車の傾き影響を受けやすく、伝達効率は著しく低下する。一方、図４５（ｃ）の場合、力の伝達経路が短くより直線的であるため、ガタ等による歯車の傾き影響を受けにくく、伝達トルクを直接的に効率よく伝えることができる。
上記の実施例では、第１の処置部材２２６と第２の処置部材２２７は、第２の回動軸２６に対して個々に独立に駆動して把持できる構成であるが、少なくとも、同様の歯車構成を一組以上含むマニピュレータであれば、本実施の形態に限らず、他の実施の形態においても同様の効果が得られる。
たとえば、図４０のように、第１の処置部材３２５のみを駆動して把持できる構成でも、第１の処置部材３２５を駆動するための第２の歯車２１８、第４の歯車３３２ａ、第５の歯車３３２ｂ、第６の歯車３２３に対しても、第２の歯車２１８と第４の歯車３３２ａ噛み合い位置と、第５の歯車３３２ｂ、第６の歯車３２３の噛み合い位置を同様の配置にすることで同様の効果を得ることができる。
すなわち、少なくとも、処置部材が第１方向（高負荷になる方向、たとえば把持方向）に駆動されるときに、第２の歯車２１８が第４の歯車３２２ａに噛み合う位置と第５の歯車３２２ｂが第６の歯車３２３に噛み合う位置とが第４の歯車３２２ａと第５の歯車３２２ｂの回転方向に対して位相０〜１８０度の範囲内になるようにすればよい。

上述した各実施の形態においては、処置部の駆動は、必ずしも電動駆動でなくてもよく、機械駆動とすることも可能である。さらには、本発明は、把持鉗子、剥離鉗子、圧排鉗子、はさみ鉗子、電気メス、超音波メスなどへの適用も可能である。

また上述の実施の形態においては、施術者が直接操作する操作部、駆動部、連結部、処置部などが一体化されたマニピュレータについて述べたが、これに限らず、操作部が分離された構成のもの、多自由度のマニピュレータに支持された構成のもの、遠隔操作型のマニピュレータのスレーブ先端部分に配置されたものなどのマニピュレータに適用することもできる。

また上述の実施の形態においては、医療用のマニピュレータについて述べたが、これに限らず、例えばエネルギー機器の内部を処置するマニピュレータなど、種々のマニピュレータに適用することができる。
また上述の実施の形態においては、回動軸部材は、例えば他の回動軸部材や歯車等の回動部分と一体化されて回動軸回りの方向へ回動する構成でも、固定された軸とした構成でもどちらでもよい。

第１の実施の形態に係るマニピュレータを示す側面図である。図１のマニピュレータの作業部を示す斜視図である。図１のマニピュレータの作業部を示す分解斜視図である。図１のマニピュレータの作業部を示す断面図および側面図である。図１のマニピュレータの作業部を示す断面図である。図１のマニピュレータのワイヤの引き回し状態および駆動モータの配置を示す略線図である。図１のマニピュレータのワイヤ駆動状態を示す略線図である。図１のマニピュレータのワイヤ駆動状態を示す略線図である。図１のマニピュレータの動作の説明に供する側面図である。図１のマニピュレータの動作の説明に供する側面図である。図１のマニピュレータの動作の説明に供する側面図である。図１のマニピュレータの動作の説明に供する側面図である。図１のマニピュレータのグリッパの湾曲形状を示す側面図である。図１のマニピュレータのグリッパの湾曲形状を示す側面図である。第２の実施の形態に係るマニピュレータの作業部を示す側面図である。図１５のマニピュレータのグリッパを示す平面図である。図１５のマニピュレータのグリッパを示す平面図である。図１５のマニピュレータのグリッパの動作の説明に供する側面図である。図１５のマニピュレータのグリッパの動作の説明に供する側面図である。図１５のマニピュレータの変形例を示す側面図である。図２０のグリッパの動作の説明に供する側面図である。グリッパの比較例を示す側面図である。図２０のグリッパの圧排領域を示す略線図である。図２０の圧排領域を示す略線図である。第３の実施の形態に係るマニピュレータの作業部を示す斜視図である。図２５の作業部を示す分解斜視図である。図２５の作業部を示す断面図である。第４の実施の形態に係るマニピュレータの作業部を示す斜視図である。図２８の作業部を示す分解斜視図である。図２８の作業部を示す断面図である。第５の実施の形態に係るマニピュレータの作業部を示す斜視図である。図３１の作業部を示す分解斜視図である。図３１の作業部を示す断面図である。第６の実施の形態に係るマニピュレータの作業部を示す斜視図である。図３４の作業部を示す分解斜視図である。図３４の作業部を示す断面図である。他の実施の形態に係るマニピュレータの作業部を示す斜視図である。他の実施の形態に係るマニピュレータの作業部を示す斜視図である。他の実施の形態に係るマニピュレータの作業部を示す斜視図である。本発明の第７の実施形態に係るマニピュレータの作業部を示す斜視図。図４０の作業部を示す分解斜視図。本発明の第８の実施形態に係るマニピュレータの作業部を示す斜視図。図４２の作業部を示す分解斜視図。作業部を示す断面図。（ａ）は図４３と同様の構造を持つマニピュレータの分解斜視図、（ｂ）は第２の歯車部材２２１のスラスト方向（図中Ｃ方向）から見た図、（ｃ）は力の伝達経路を模式的に示す図。（ａ）は力の伝達経路が長い場合の分解斜視図、（ｂ）は第２の歯車部材２２１のスラスト方向（図中Ｃ方向）から見た図、（ｃ）は力の伝達経路を模式的に示す図。

符号の説明

１、１００、２００、３００、４００マニピュレータ
１０作業部
１１、１２グリッパ
１４支持部
１６、１２５ｂ、２３０、３２３ａ、２４２ａ、４２７回動軸部材
１７、１８、２２、２３、１１７、１１８、１２１ａ、１２１ｂ、２１８、２２１ａ、２２１ｂ、２２２、２２３、２２８、２２９、３２１ａ、３２２ａ、３２２ｂ、３２３、４２４、４２６、４２８歯車
１７ａ、１８ａ、２０ｃ、１１７ａ、１１８ａ、２１８ａ、１２０ｃ、３２０ｃプーリ
２０、１２０、３２０主軸部材
２０ｂ、１２０ｂ、３２０ｂ主軸部
１２５、２２５処置部
１２５ａ、２２６、２２７、３２５、４２５、５２５処置部材
５３０把持部

Claims

処置部と駆動部とが連結部によって連結されたマニピュレータにおいて、
前記連結部内部に通され前記駆動部により駆動される第１のワイヤが掛け渡され、回動する第１のプーリと、
前記第１のプーリに一端部が固定され、前記処置部を前記第１のプーリが回動する第１の回動軸とは異なる方向である主軸回りに回動自在に支持する主軸部と、
を備えることを特徴とするマニピュレータ。
前記処置部は前記主軸部に回動自在に支持される第1の処置部材を有し、
前記駆動部により駆動される第２のワイヤが掛け渡され、前記第１の回動軸まわりに回動する第２のプーリと、
前記第２のプーリに固定される第１の歯車と、
前記第１の処置部材に固定され、前記第１の歯車の回動力を前記第１の処置部材に伝達する第２の歯車と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のマニピュレータ。
前記処置部は前記主軸部に回動自在に支持される第２の処置部材を有し、
前記駆動部により駆動される第３のワイヤが掛け渡され、前記第１の回動軸まわりに回動する第３のプーリと、
前記第３のプーリに固定される第３の歯車と、
前記第２の処置部材に固定され、前記第３の歯車の回動力を前記第２の処置部材に伝達する第４の歯車と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載のマニピュレータ。
前記第1の処置部材は、
前記主軸部に支持される第１の支持部と、
一方の端部に形成される第１の処置具部とを備え、
前記第2の処置部材は、
前記主軸部に支持される第２の支持部と、
一方の端部に形成される第２の処置具部と、
を備えることを特徴とする請求項３に記載のマニピュレータ。
前記処置部は第1の処置部材を有し、
前記駆動部により駆動される第２のワイヤが掛け渡され、前記第１の回動軸まわりに回動する第２のプーリと、
前記第２のプーリに固定される第１の歯車と、
前記駆動部により駆動される第３のワイヤが掛け渡され、前記第１の回動軸まわりに回動する第３のプーリと、
前記第３のプーリに固定される第２の歯車と、
前記主軸部に回動自在に支持され、前記第1の処置部材を前記第１の回動軸回りの方向および前記主軸回りの方向とは異なる第2の回動軸回りの方向に回動自在に支持する第１の支持部材と、
前記第１の支持部材に固定され、前記第１の歯車の回動力を前記第１の支持部材に伝達する第３の歯車と、
前記第１の処置部材に固定され、前記第２の歯車の回動力を前記第１の処置部材に伝達する第４の歯車３と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のマニピュレータ。
処置対象に対して処置を行う処置部を先端に有する連結部の長手方向に沿った方向に対して交差する第１の回動軸部と、
前記第１の回動軸部回りの方向に回動自在に支持され、前記第１の回動軸部に対して交差する方向に設けられた主軸部と、
前記第１の回動軸部回りの方向に回動自在に支持される第１の歯車と、
前記第１の回動軸部回りの方向に回動自在に支持される第２の歯車と、
前記第１の歯車と噛み合い、前記主軸部回りの方向に回動自在に支持される第３の歯車と、
前記第２の歯車と噛み合い、前記主軸部回りの方向に回動自在に支持される第４の歯車と、
前記第３の歯車とともに回動する第１の処置部材と、
前記第４の歯車とともに回動する第２の処置部材と、
を備えることを特徴とするマニピュレータ。
前記第１の処置部材に対して、前記主軸部材を挟んで対称な位置に設けられる第３の処置部材と、
前記第２の処置部材に対して、前記主軸部材を挟んで対称な位置に設けられる第４の処置部材と、
を備えることを特徴とする請求項６に記載のマニピュレータ。
前記第３の歯車は前記第１の回動軸部からオフセットした位置で前記主軸部回りの方向に回動自在に支持され、
前記第4の歯車は前記第１の回動軸部からオフセットした位置で前記主軸部回りの方向に回動自在に支持されることを特徴とする請求項６に記載のマニピュレータ。
処置対象に対して処置を行う処置部を先端に有する連結部の長手方向に沿った方向に対して交差する第１の回動軸部と、
前記第１の回動軸部回りの方向に回動自在に支持され、前記第１の回動軸部に対して交差する方向に設けられた主軸部と、
前記処置部に設けられた処置部材と、
前記第１の回動軸部回りの方向に回動自在に支持される第１の歯車と、
前記第１の歯車と噛み合い、前記主軸部回りの方向に回動自在に支持される第２の歯車と、
前記第２の歯車とともに同軸に回動する第３の歯車と、
前記第３の歯車の回動力を前記処置部材へ伝達するために設けられ、前記第３の歯車と噛み合う第４の歯車と、
前記第４の歯車の回動中心となり、前記第１の回動軸部と捩れの位置に配置される第２の回動軸部と、
を備えることを特徴とするマニピュレータ。
前記第１の歯車の歯数と前記第４の歯車の歯数とは同一であり、
前記第２の歯車の歯数と前記第３の歯車の歯数とは同一であることを特徴とする請求項９に記載のマニピュレータ。
処置対象に対して処置を行う処置部を先端に有する連結部の長手方向に沿った方向に対して交差する第１の回動軸部と、
前記第１の回動軸部回りの方向に回動自在に支持され、前記第１の回動軸部に対して交差する方向に設けられた主軸部と、
前記処置部に設けられた第１の処置部材および第２の処置部材と、
前記第１の回動軸部回りの方向に回動自在に支持される第１の歯車と、
前記第１の回動軸部回りの方向に回動自在に支持される第２の歯車と、
前記第１の歯車と噛み合い、前記主軸部回りの方向に回動自在に支持される第３の歯車と、
前記第２の歯車と噛み合い、前記主軸部回りの方向に回動自在に支持される第４の歯車と、
前記第３の歯車とともに同軸に回動する第５の歯車と、
前記第４の歯車とともに同軸に回動する第６の歯車と、
前記第５の歯車の回動力を前記第1の処置部材へ伝達するために設けられ、前記第５の歯車と噛み合う第７の歯車と、
前記第６の歯車の回動力を前記第２の処置部材へ伝達するために設けられ、前記第６の歯車と噛み合う第８の歯車と、
前記第７の歯車および前記第８の歯車の回動中心となり、前記第１の回動軸部と捩れの位置に配置される第２の回動軸部と、
を備えることを特徴とするマニピュレータ。
前記第１および第２の処置部材は、前記第７および第８の歯車の回動に伴って開閉動作する把持部を構成することを特徴とする請求項１１に記載のマニピュレータ。
処置対象に対して処置を行う処置部を先端に有する連結部の長手方向に沿った方向に対して直交する第１の回動軸部と、
前記第１の回動軸部回りの方向に回動自在に支持され、前記第１の回動軸部に対して交差する方向に設けられた主軸部と、
前記第１の回動軸部回りの方向に回動自在に支持される第１の歯車と、
前記第１の回動軸部回りの方向に回動自在に支持される第２の歯車と、
前記第１の歯車と噛み合い、前記主軸部回りの方向に回動自在に支持される第３の歯車と、
前記第２の歯車と噛み合い、前記主軸部回りの方向に回動自在に支持される第４の歯車と、
前記第３の歯車とともに同軸に回動する第２の回動軸部と、
前記第４の歯車とともに同軸に回動する第５の歯車と、
前記第２の回動軸部の回動とともに前記主軸部回りの方向に回動し、前記第１の回動軸部と捩れの位置から平行な位置に配置される第３の回動軸部と、
前記第３の回動軸部回りの方向に回動自在に支持され、前記第５の歯車と噛み合う第６の歯車と、
前記第６の歯車とともに前記第３の回動軸部回りの方向に回動するとともに、前記第３の歯車とともに前記主軸部回りの方向に回動する第１の処置部材と、
を備えることを特徴とするマニピュレータ。
前記第３の歯車とともに同軸に回動し、前記第１の処置部材の回動により開閉可能な位置に設けられた第２の処置部材と、を備えることを特徴とする請求項１３に記載のマニピュレータ。
処置対象に対して処置を行う処置部を先端に有する連結部の長手方向に沿った方向に対して直交する第１の回動軸部と、
前記第１の回動軸部回りの方向に回動自在に支持され、前記第１の回動軸部に対して直交交差する方向に設けられた主軸部と、
前記第１の回動軸部回りの方向に回動自在に支持される第１の歯車と、
前記第１の回動軸部回りの方向に回動自在に支持される第２の歯車と、
前記第１の歯車と噛み合い、前記主軸部回りの方向に回動自在に支持される第３の歯車と、
前記第２の歯車と噛み合い、前記主軸部回りの方向に回動自在に支持される第４の歯車と、
前記第３の歯車とともに同軸に回動する第５の歯車と、
前記第４の歯車とともに同軸に回動する第６の歯車と、
前記第５の歯車と噛み合う第７の歯車と、
前記第６の歯車と噛み合う第８の歯車と、
前記第７の歯車および前記第８の歯車の回動中心となり、前記第１の回動軸部と捩れの位置に配置される第２の回動軸部と、
前記第８の歯車とともに前記第２の回動軸部回りの方向に回動する第３の回動軸部と、
前記第７の歯車と噛み合い、前記第３の回動軸部回りの方向に回動する第９の歯車と、
前記第９の歯車とともに同軸に回動する処置部材と、
を備えることを特徴とするマニピュレータ。
前記第２の回動軸部は、前記第１の回動軸部と前記主軸部とを含む面に対して直交していることを特徴とする請求項９，１１，１５に記載のマニピュレータ。
前記第３の歯車は、前記第５の歯車とともに一体に形成され、
前記第４の歯車は、前記第６の歯車とともに一体に形成され、
前記第３および第５の歯車が形成された第１の歯車部材は、前記第４および第６の歯車が形成された第２の歯車部材と回動軸を共通として径方向に重なり合うように配置されることを特徴とする請求項１１に記載のマニピュレータ。
前記第１の歯車のモジュールと歯数を乗じた値は、前記第２の歯車のモジュールと歯数を乗じた値に等しいことを特徴とする請求項１７に記載のマニピュレータ。
前記第１の処置部材が第１方向に駆動される場合、前記第１の歯車が前記第３の歯車に噛み合う位置と前記第５の歯車が前記第７の歯車に噛み合う位置とが前記第１の歯車部材の回転方向に対して位相０〜１８０度の範囲内になり、前記第１の処置部材が前記第１方向とは逆の第２方向に駆動される場合、前記第１の歯車が前記第３の歯車に噛み合う位置と前記第５の歯車が前記第７の歯車に噛み合う位置とが前記第１の歯車部材の回転方向に対して位相１８０〜３６０度の範囲内になることを特徴とする請求項１１、１７および１８のいずれか１項に記載のマニピュレータ。
前記第２の処置部材が第１方向に駆動される場合、前記第２の歯車が前記第４の歯車に噛み合う位置と前記第６の歯車が前記第８の歯車に噛み合う位置とが前記第２の歯車部材の回転方向に対して位相０〜１８０度の範囲内になり、
前記第２の処置部材が前記第１方向とは逆の第２方向に駆動される場合、前記第２の歯車が前記第４の歯車に噛み合う位置と前記第６の歯車が前記第８の歯車に噛み合う位置とが前記第２の歯車部材の回転方向に対して位相１８０〜３６０度の範囲内になることを特徴とする請求項１１および１７ないし１９のいずれか１項に記載のマニピュレータ。
前記第１方向が、前記第１の処置部材と前記第２の処置部材を相対的に閉じる方向に駆動する方向であることを特徴とする請求項１９または２０記載のマニピュレータ。
前記第１の処置部材が第１方向に駆動される場合、前記第２の歯車が前記第４の歯車に噛み合う位置と前記第５の歯車が前記第６の歯車に噛み合う位置とが、前記第２の歯車の回転方向に対して位相０〜１８０度の範囲内になり、
前記第１の処置部材が前記第１方向とは逆の第２方向に駆動される場合、前記第２の歯車が前記第４の歯車に噛み合う位置と前記第５の歯車が前記第６の歯車に噛み合う位置とが、前記第２の歯車の回転方向に対して位相１８０〜３６０度の範囲内になることを特徴とする請求項１４に記載のマニピュレータ。
前記第１方向が、前記第１の処置部材と前記第２の処置部材を相対的に閉じる方向に駆動する方向であることを特徴とする請求項２２記載のマニピュレータ。