JP2009213653A

JP2009213653A - マニピュレータ

Info

Publication number: JP2009213653A
Application number: JP2008060015A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Uenohara; 秀一上之原; Hiroaki Sano; 弘明佐野
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 2008-03-10
Filing date: 2008-03-10
Publication date: 2009-09-24

Abstract

【課題】使用時等において、アクチュエータ部と作業部との装着状態を安定して保持することができるマニピュレータを提供する。
【解決手段】マニピュレータ１０は、アクチュエータブロック３０と、アクチュエータブロック３０に対して着脱自在な作業部１６と、アクチュエータブロック３０に設けられる係合部２１０と、作業部１６に設けられ、アクチュエータブロック３０と該作業部１６が装着される際には係合部２１０と係合し、アクチュエータブロック３０と作業部１６が分離される際には係合部２１０との係合が解除される係合片２００とを有し、前記係合部２１０又は前記係合片２００には、係合するとき及び係合が解除されるときに、アクチュエータブロック３０及び作業部１６の装着方向と交差する方向に動作可能であり、さらに、前記係合部２１０及び前記係合片２００が係合した状態では、凹部２１４（凸部２１６）及び凸部２０８（凹部２０９）との係合作用によって係合部２１０の揺動動作が規制される。
【選択図】図１１

Description

本発明は、アクチュエータを備えるアクチュエータ部と、前記アクチュエータ部に対して着脱自在で、シャフトの先端に前記アクチュエータにより動作される先端動作部を備える作業部とを有するマニピュレータに関する。

内視鏡下外科手術（又は腹腔鏡下手術とも呼ばれる。）においては、患者の腹部等に複数の孔を開け、器具の通過ポートとしてトラカール（筒状の器具）を挿入した後、シャフトを有する鉗子の先端部をトラカールを通じて体腔内に挿入して患部の手術を行っている。鉗子の先端部には、作業部として、生体組織を把持するためのグリッパや、鋏、電気メスのブレード等が取り付けられている。

鉗子による内視鏡下外科手術は、作業空間である体腔内が狭くしかもトラカールを支点として鉗子を操作するため、一定のトレーニングが必要となる。また、従来使用されている鉗子では先端の作業部に関節が無いため、自由度が小さく、先端作業部はシャフトの延長線上での動作しか行うことができない。従って、通常のトレーニングで実施可能な症例には限度があり、他の様々な症例に対して適用するためには相当に高度なトレーニング及び習熟が必要になる。

このような観点から、従来の鉗子を改良し、作業部に複数の関節を有する鉗子の開発が行われている（例えば、引用文献１参照）。特許文献１に記載のマニピュレータは、人手によって操作される操作部と、操作部に対して交換自在に着脱される作業部とから構成される。このようなマニピュレータでは、従来の鉗子のような制約や不自由がなく、手技が容易となり、適用可能な症例が多くなり、また、作業部の種類を交換することにより種々の手技に対応することができる。

一方、このようなマニピュレータをロボットアームにより駆動する医療用ロボットシステムが提案されている（例えば、特許文献２参照）。このような医療用ロボットシステムでは、ジョイスティックやマスターアーム等からなる操作部による遠隔操作が可能であると共に、プログラム制御により様々な動作が可能であり、ロボットアーム先端には手技に応じた所望の作業部を備えるマニピュレータが装着される。

特開２００４−１０５４５１号公報米国特許第６３３１１８１号明細書

上記のようなマニピュレータには多様な作業部が用いられることから、また使用後の洗浄性等も考慮すると、作業部は操作部に対して簡便に着脱自在に構成されていることが望ましい一方、操作中には確実に保持されている必要がある。

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、当該マニピュレータの使用時等において、アクチュエータ部と作業部との装着状態を安定して保持することができるマニピュレータを提供することを目的とする。

本発明に係るマニピュレータは、アクチュエータを備えるアクチュエータ部と、前記アクチュエータ部に対して着脱自在で、シャフトの先端に前記アクチュエータにより動作される先端動作部を備える作業部と、前記アクチュエータ部に設けられる第１係合部と、前記作業部に設けられ、前記アクチュエータ部と前記作業部が装着される際に前記第１係合部と係合する第２係合部と、を有するマニピュレータであって、前記第１係合部又は前記第２係合部の一方は係合動作部であって、前記係合するとき及び前記係合が解除されるときに、前記アクチュエータ部及び前記作業部の着脱方向と交差するロック解除方向に動作可能であり、さらに、前記第１係合部及び前記第２係合部が係合した状態で、前記係合動作部の前記ロック解除方向への動作を規制するロック手段を有することを特徴とする。

このような構成では、前記ロック手段を有することにより、該ロック手段のロックを解除しない限り、第１係合部と第２係合部との係合状態を解除不能に構成されている。このため、マニピュレータの使用時等、作業部とアクチュエータ部とを分離する必要がない状況で第１係合部と第２係合部との係合が解除されることを防止することができ、アクチュエータ部と作業部との装着状態を一層安定して保持することができる。

また、前記ロック手段は、前記第１係合部及び前記第２係合部に設けられ、前記アクチュエータ部と前記作業部との離脱方向に係合する凹部及び凸部と、前記凹部と前記凸部とを前記離脱方向に付勢する付勢手段とを備えてもよい。

このような凹部と凸部が形成されることで互いに係合可能に構成されていると、簡便にロック手段を構成することができる。

前記ロック手段は、前記係合動作部とその隣接部の一方に設けられて移動し、他方の溝又は穴に挿入される係止手段であってもよい。

前記係合動作部をロック解除方向の逆方向に付勢するロック弾性体を有すると、ロック操作を簡便に行うことができる。

前記第１係合部、前記第２係合部及び前記ロック手段は、それぞれ左右一対設けられていると、アクチュエータブロックと作業部との係合状態を一層安定して保持することができ、しかもバランスがよい。

本発明によれば、アクチュエータ部の第１係合部及び作業部の第２係合部が係合した状態で、該第１係合部又は該第２係合部の動作を規制するロック手段を有することにより、該ロック手段のロックを解除しない限り、第１係合部と第２係合部との係合状態を解除不能に構成されている。このため、マニピュレータの使用時等、作業部とアクチュエータ部とを分離する必要がない状況で第１係合部と第２係合部との係合が解除されることを防止することができ、アクチュエータ部と作業部との装着状態を一層安定して保持することができる。

以下、本発明に係るマニピュレータについて実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係るマニピュレータ１０は、先端動作部１２に生体の一部又は湾曲針等を把持して所定の処置を行うための医療用であり、通常、把持鉗子やニードルドライバ（持針器）等とも呼ばれる。

マニピュレータ１０は、人手によって把持及び操作される操作部１４と、該操作部１４に対して着脱自在な作業部１６とを有する。マニピュレータ１０は、選択的に種々の構成を採ることができ、例えば作業部１６は、先端で作業を行う先端動作部１２としてグリッパ５９を備える構成以外にも、はさみや電気メス等を用いることができる。同様に、操作部１４は、例えば作業部１６の先端動作部１２の種別に対応した種々の構成からなるものを用いることができる。

以下の説明では、図１における幅方向をＸ方向、高さ方向をＹ方向、及び、連結シャフト４８の延在方向をＺ方向と規定する。また、右方をＸ１方向、左方をＸ２方向、上方向をＹ１方向、下方向をＹ２方向、前方をＺ１方向、後方をＺ２方向と規定する。さらに、特に断りのない限り、これらの方向の記載はマニピュレータ１０が基準姿勢（中立姿勢）である場合を基準として表すものとする。これらの方向は説明の便宜上のものであり、マニピュレータ１０は任意の向きで（例えば、上下を反転させて）使用可能であることはもちろんである。

作業部１６は、作業を行う先端動作部１２と、操作部１４のアクチュエータブロック（アクチュエータ部）３０に対して接続される接続部１５と、これらの先端動作部１２と接続部１５とを連接する長尺で中空の連結シャフト４８とを有する。作業部１６は、アクチュエータブロック３０における所定の操作（後述する）によって操作部１４から離脱可能であり、当該作業部１６や操作部１４の交換の他、洗浄、滅菌及びメンテナンス等を行うことができる。ここで、アクチュエータブロック３０は作業部１６が装着される箇所を意味するものであり、モータ４０ａ、４０ｂ及び４０ｃを格納する場所に限定されず、ブリッジ２８との接続面３０ａ（図３参照）を含む。

先端動作部１２及び連結シャフト４８は細径に構成されており、患者の腹部等に設けられた円筒形状のトラカール２０から体腔２２内に挿入可能であり、操作部１４の操作により体腔２２内において患部切除、把持、縫合及び結紮等の様々な手技を行うことができる。

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。

図２及び図３に示すように、グリップハンドル２６は、ブリッジ２８の端部からＹ２方向に向かって延在しており、人手によって把持されるのに適した長さであり、該グリップハンドル２６の近傍には先端動作部１２の動作等に供される入力手段が設けられている。すなわち、このような入力手段として、グリップハンドル２６に近接したＺ１方向にトリガーレバー３２及びスイッチ３６が設けられ、Ｙ１方向に複合入力部３４及び作動スイッチ３５が設けられている。

作動スイッチ３５のＺ１方向でブリッジ２８の上面における視認しやすい箇所にはＬＥＤ２９が設けられている。グリップハンドル２６の下端には、コネクタ５２０を介してコントローラ５１４に接続されるケーブル６１が設けられている。グリップハンドル２６とケーブル６１とはコネクタにより接続されていてもよい。

次に、先端動作部１２を動作させるために操作部１４に設けられる入力手段について説明する。

作動スイッチ３５は、マニピュレータ１０の動作状態の有効又は無効を設定するための入力手段である。ＬＥＤ２９は、マニピュレータ１０の制御状態を示すインジケータであり、操作者が容易に認識可能な大きさであり、且つ操作に支障がない程度に十分に小型軽量である。ＬＥＤ２９は、ブリッジ２８の上面における略中央部で、視認性のよい位置に設けられており、作動スイッチ３５と並んで配置されていることから、例えば、作動スイッチ３５によるＯＮ操作に同期して点灯等をするため、操作者は作動スイッチ３５の操作をしながらその入力状態をＬＥＤ２９により確実に認識することができる。

そこで、コントローラ５１４は、作動スイッチ３５の状態を読み込み、オン状態であるときに動作モードとし、オン状態からオフ状態に切り換わったときに自動原点復帰動作としてモータ４０ａ〜４０ｃを所定の原点に戻し、原点に戻った後に停止モードとする。動作モードは、操作部１４の操作指令を有効にしてモータ４０ａ〜４０ｃを駆動するモードである。停止モードは、操作部１４の操作指令の有無に関わらずモータ４０ａ〜４０ｃを停止させるモードである。これらのモード及び動作はコントローラ５１４によって区別されて制御され、ＬＥＤ２９及び所定のランプの点灯状態が切り換えられる。

複合入力部３４は、先端動作部１２に対してロール方向（軸回転方向）及びヨー方向（左右方向）の回転指令を与える複合的な入力手段であり、例えば軸回転に動作する第１入力手段によってロール方向指示を行い、横方向に動作する第２入力手段によってヨー方向指示を行うことができる。トリガーレバー３２は、先端動作部１２のグリッパ５９（図１及び図４参照）に開閉指令を与える入力手段である。

図２に示すように、複合入力部３４、トリガーレバー３２には、それぞれ動作量を検出する入力センサ３９ａ、３９ｂ、３９ｃが設けられており、検出した動作信号（例えばアナログ信号）をコントローラ５１４に供給し、これにより、モータ４０ａ〜４０ｃ及びプーリ５０ａ〜５０ｃが駆動され、ワイヤ５４ａ〜５４ｃ（図４参照）が駆動されることにより先端動作部１２を動作させることができる。

図２及び図３に示すように、トリガーレバー３２は、ブリッジ２８のやや下方でＺ１方向にやや突出したレバーであり、人差し指による操作が容易な位置に設けられている。

トリガーレバー３２は、グリップハンドル２６に対してアーム９８により接続されており、該グリップハンドル２６に対して進退するように構成されている。アーム９８はグリップハンドル２６内で入力センサ３９ｃに接続されており、トリガーレバー３２の進退量が該入力センサ３９ｃによって計測されてコントローラ５１４に供給される。トリガーレバー３２は、指を当て、グリップハンドル２６の方向（つまり、Ｚ２方向）に向かって引き込む操作と、グリップハンドル２６からＺ１方向に押し出す操作とが可能に構成され、グリッパ５９へと開閉指令を与えることができる。

トリガーレバー３２のＹ２方向に設けられたスイッチ３６は、オルタネート式であって、該スイッチ３６を操作することによりトリガーレバー３２により所定の開閉状態とされたグリッパ５９の状態、例えば、閉じ状態を保持しておくことができる。

次に、作業部１６と操作部１４の着脱の構成について説明する。

図１及び図２に示すように、作業部１６の接続部１５は樹脂のカバー３７に覆われており、モータ４０ａ、４０ｂ及び４０ｃの駆動軸に接続されて従動回転されるプーリ５０ａ、５０ｂ及び５０ｃをそれぞれ回転自在に保持している。プーリ５０ａ、５０ｂ及び５０ｃには、それぞれワイヤ５４ａ、５４ｂ及び５４ｃ（図４参照）が巻き掛けられており、連結シャフト４８の中空部分を通って先端動作部１２まで延在している。ワイヤ５４ａ〜５４ｃは同種、同径のものを用いることができる。プーリ５０ａ〜５０ｃにはそれぞれカップリングが設けられている。

図４に示すように、連結シャフト４８内を挿通したワイヤ５４ａ、５４ｂ及び５４ｃは、グリッパ５９を備えた先端動作部１２の対応するプーリ５７ａ、５７ｂ及び５７ｃにそれぞれ巻き掛けられている。

従って、プーリ５０ａとプーリ５７ａとの間にワイヤ５４ａが巻き掛けられた状態で当該プーリ５０ａがモータ４０ａによって回転駆動されると、その回転駆動力がワイヤ５４ａを介してプーリ５７ａへと伝達され、該プーリ５７ａを回転させる。そうすると、プーリ５７ａの回転が、例えば歯車５５、歯車リング６４及び歯車６６へと順次伝達され、グリッパ５９を開閉させることができる。マニピュレータ１０では、このようなプーリ５０ａ〜５０ｃ、ワイヤ５４ａ〜５４ｃ及びプーリ５７ａ〜５７ｃを備えた動力伝達機構により、先端動作部１２をロール方向（軸回転方向）、ヨー方向（左右方向）及びグリッパ開閉からなる３自由度の機構として構成している。

図２、図５及び図６に示すように、接続部１５は、プーリ５０ａ〜５０ｃを収納するプーリ収納体３００の左右側面に設けられた係合片（第２係合部）２００と、上下面に開口する３つの嵌合孔２０２ａ、２０２ｂ及び２０２ｃとを有する。係合片２００は、プーリ収納体３００の左右側面に固定され突出し、下面にテーパ形状を有した略ブロック形状であり、Ｚ方向に沿って上方（Ｙ１方向）に開口する溝状の凹部２１４を有し、該凹部２１４の外端縁はプレート状の凸部２１６として形成されている。３つの嵌合孔２０２ａ〜２０２ｃは、Ｚ１方向及びＺ２方向の端部近傍に設けられており、Ｙ方向に延在する孔である。なお、図５〜図１２では、接続部１５の構造が理解しやすいように、カバー３７（図１参照）の一部又は全部を切り欠いた状態又は取り外した状態で示す。

図２及び図３に示すように、アクチュエータブロック３０には、先端動作部１２が有する３自由度の機構に対応してモータ４０ａ、４０ｂ及びモータ４０ｃが連結シャフト４８の延在方向に沿って並列して設けられている。これらのモータ４０ａ〜４０ｃは小型・細径であって、アクチュエータブロック３０はコンパクトな扁平形状に構成されている。アクチュエータブロック３０は、操作部１４のＺ１方向端部の下方に設けられている。モータ４０ａ〜４０ｃは、操作部１４の操作に基づき、コントローラ５１４の作用下に回転をする。

モータ４０ａ、４０ｂ及び４０ｃには、回転角度を検出することのできる角度センサ４３ａ、４３ｂ及び４３ｃが設けられており、検出した角度信号はコントローラ５１４に供給される。角度センサ４３ａ〜４３ｃとしては、例えばロータリエンコーダが用いられる。

図３及び図５に示すように、接続部１５を構成するプーリ５０ａ、５０ｂ及び５０ｃのＹ２方向下端にはそれぞれ十字状の結合凸部５１ａ、５１ｂ及び５１ｃが設けられ、アクチュエータブロック３０を構成するモータ４０ａ、４０ｂ及び４０ｃの回転軸には十字状の結合凹部４１ａ、４１ｂ及び４１ｃが設けられている。結合凸部５１ａ〜５１ｃと結合凹部４１ａ〜４１ｃとは互いに係合可能であり、すなわち、アクチュエータブロック３０に接続部１５が装着された状態において、モータ４０ａ〜４０ｃの回転がプーリ５０ａ〜５０ｃに対して確実に伝達される。これらの係合部は十字形状に限られない。

アクチュエータブロック３０には、さらに作業部１６の接続部１５を保持する２つの独立した係合部（第１係合部、傾動動作部）２１０と、該接続部１５の位置決め機能及び保持機構を有する３本のアライメントピン２１２ａ、２１２ｂ及び２１２ｃとが設けられる。

図５〜図７に示すように、２つの係合部２１０は、アクチュエータブロック３０の左右側面（Ｘ１及びＸ２側面）で対称位置に設けられており、操作面２０４と、該操作面２０４からＹ１方向に延在するレバー２０６とを有する。レバー２０６はアクチュエータブロック３０の上面よりもＹ１方向に向かってやや突出しており、先端内側にテーパ部２０７が設けられている。テーパ部２０７の内側には、接続部１５の凹部２１４及び凸部２１６にそれぞれ係合可能な凸部２０８及び凹部２０９が形成されている。係合部２１０は、トーションスプリング（ロック弾性体）２０３（図１０Ｂ参照）によってレバー２０６が内側に向かう方向（ロック解除方向の逆方向）に弾性付勢されている。トーションスプリング２０３を設けることにより、ロック操作を簡便に行うことができる。レバー２０６は、トーションスプリング２０３に代えて、例えば引張ばねや圧縮ばね等によって内側に付勢しておくこともできる。

アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃは、嵌合孔２０２ａ〜２０２ｃに対向する位置で、アクチュエータブロック３０の上面におけるＺ１方向端の近傍に２本、Ｚ２方向端の近傍に１本設けられ、それぞれＹ１方向に延在している。Ｚ１方向端の近傍に２本のアライメントピン２１２ａ、２１２ｂがＸ方向に並んで設けられている。

このように、アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃは３本設けられていることから、接続部１５は３点で支持され、簡便且つ確実に位置決めを行うことができる。また、３本のアライメントピン２１２ａ〜２１２ｃは直線状配列ではないため、いずれの方向のねじれに対しても、接続部１５を安定して保持することができる。アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃは、このうち２本以上設けられていれば、接続部１５は確実に位置決めがなされて、安定して保持される。この場合、Ｚ方向に離間した２本を選択すると一層安定する。

図２に示すように、アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃの高さＨ１は、嵌合孔２０２ａ〜２０２ｃを備える接続部１５を構成するプーリ収納体３００の高さＨ２よりも大きく、アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃはプーリ収納体３００を適度に貫通する。

次に、接続部１５及びアクチュエータブロック３０の構成について詳細に説明する。

図５〜図７に示すように、接続部１５は、プーリ５０ａ〜５０ｃを収納するプーリ収納体３００と、該プーリ収納体３００の上面（Ｙ１側）に固定されたベースプレート３０２と、該ベースプレート３０２の上部（Ｙ１側）に設けられたロッキングプレート３０４とを有する。ベースプレート３０２（プーリ収納体３００）の上面には軸部材３０５が突設されている。軸部材３０５は、ロッキングプレート３０４の孔部３１９を通過してＹ１方向に突出するように一対設けられ、ロッキングプレート３０４をベースプレート３０２方向（Ｙ２方向）に付勢する一対のコイルスプリング３０６を支持すると共に、ロッキングプレート３０４のＹ方向の移動をガイドする。

プーリ５０ａ〜５０ｃは、上記の通りプーリ収納体３００におけるＺ方向に並列しており、各上端はプーリ収納体３００の上面からやや突出した板形状部３０８ａ、３０８ｂ、３０８ｃとなっている。板形状部３０８ａ〜３０８ｃは、同形状であり、プーリ５０ａ〜５０ｃの上端の直径に相当する箇所に設けられて、Ｙ１方向にやや伸びている。板形状部３０８ａ〜３０８ｃは、各プーリ５０ａ〜５０ｃが原点であるときに平面視でＸ方向を指向する。

ロッキングプレート３０４はＺ方向に長尺であり、中央部は幅が広く、Ｚ１方向には幅狭部３１０を介してＴ字形状の第１端部３１２を有するとともに、Ｚ２方向にはプーリ収納体３００の嵌合孔２０２ｃに対応する平面視で略三角形状の第２端部３１４を有する。

図５及び図６に示すように、ロッキングプレート３０４の下面（Ｙ２側）においてアライメントピン２１２ａ〜２１２ｃが当接する部位には、それぞれ円板状の絶縁部材３１１が設けられている。さらに、プーリ収納体３００の嵌合孔２０２ａ〜２０２ｃについては、その内周面に筒状の絶縁部材３２３が設けられ、上面（Ｙ１側）縁部に円筒テーパ状の絶縁部材３０１が設けられ、下面（Ｙ２側）縁部に円環状の絶縁部材３１５が設けられている。これら絶縁部材３０１、３１１、３１５、３２３は、例えば、樹脂やゴム、セラミック等から構成される。これにより、アライメントピン２１１ａ〜２１２ｃと接続部１５との間が絶縁され、すなわち、操作部１４と作業部１６との間が絶縁される。従って、電気メス等の高電圧を生じる器具を作業部１６として用いた場合にも、この高電圧が操作部１４側に漏れることが有効に防止され、当該操作部１４側に設けられるモータ４０ａ〜４０ｃ等の電気部品を保護することができる。絶縁部材３１１等に代えて、アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃ自体を絶縁材料によって構成することも可能である。

ロッキングプレート３０４の中央部には、Ｘ方向を指向する３つのスリット３１６ａ、３１６ｂ及び３１６ｃがＺ方向に並列されており、順にプーリ５０ａ、５０ｂ及び５０ｃに対応する位置に設けられている。各スリット３１６ａ〜３１６ｃのＺ方向の幅は、板形状部３０８ａ〜３０８ｃの板厚よりやや広く、Ｘ方向の長さは、板形状部３０８ａ〜３０８ｃよりやや長い。

ロッキングプレート３０４の上面で、スリット３１６ａとスリット３１６ｂとの間、及びスリット３１６ｂとスリット３１６ｃとの間には、浅い丸溝３２０が設けられ、各丸溝３２０の中央に孔部３１９が形成されている。各丸溝３２０はコイルスプリング３０６より僅かに大径であり、該コイルスプリング３０６の下端（Ｙ２側）の取付座となっている。各孔部３１９は、軸部材３０５より僅かに大径であり、該軸部材３０５の挿通孔となっている。

図７〜図９に示すように、コイルスプリング３０６は、孔部３１９に挿通されると共にロッキングプレート３０４のＹ１側に突出した軸部材３０５の周囲に設けられ、各軸部材３０５の上端近傍に形成された環状溝３２１に固着される固定具３２２と丸溝３２０の底部との間に挟まれることで保持されている。固定具３２２は、コイルスプリング３０６の上端（Ｙ１側）の取付座となり、例えば、コイルスプリング３０６よりやや大径のＥリング等から構成される。

従って、図８及び図１０Ａに示すように、接続部１５が操作部１４から分離された状態では、ロッキングプレート３０４がコイルスプリング３０６の付勢力によって、Ｙ２方向に押し下げられ、プーリ収納体３００（ベースプレート３０２）の上面に当接する。なお、コイルスプリング３０６は、図８及び図９に示されるような圧縮ばねには限られず、例えば引張ばねとすることもできる。

この際、プーリ収納体３００の上面には絶縁部材３０１がやや突出し、ロッキングプレート３０４の下面には絶縁部材３１１がやや突出している。そこで、ベースプレート３０２をスペーサとして機能させ、プーリ収納体３００の上面の高さを絶縁部材３０１、３１１の厚み分（図８中の距離Ｈ１１）に合わせて調整することで、ロッキングプレート３０４がコイルスプリング３０６の付勢によって安定してプーリ収納体（ベースプレート３０２）に当接するように構成されている。もちろん、ベースプレート３０２を省略し、その分の調整をプーリ収納体３００やロッキングプレート３０４の形状を調整することで対応することもでき、また、絶縁部材３１１等を使用しない構成の場合には、ベースプレート３０２も省略可能である。

一方、図７、図９及び図１０Ｃに示すように、作業部１６が操作部１４に装着された状態では、第１端部３１２の下面左右の絶縁部材３１１にアライメントピン２１２ａ、２１２ｂが当接し、第２端部３１４の下面の絶縁部材３１１にアライメントピン２１２ｃが当接し、これにより、ロッキングプレート３０４がコイルスプリング３０６に抗して相対的にＹ１方向に押し出され、プーリ収納体３００（ベースプレート３０２）の上面と離間する（図９中の距離Ｈ１２参照）。

図５〜図７に示すように、接続部１５においてロッキングプレート３０４のＺ２側端部（第２端部３１４の基端側部）には、第２端部３１４を跨いでＹ１方向に延びた支持プレート３１３がねじ３１７により固定される。支持プレート３１３のＺ２側、つまりアクチュエータブロック３０の接続面３０ａ側の面には、二次元状のバーコード１０４が設けられている。バーコード１０４は、例えば略正方形のマトリックス形状であり、桝目に従って白及び黒が印刷されている。

図７及び図９に示すように、バーコード１０４は、ＸＹ平面を構成する支持プレート３１３に貼り付けられ、カバー３７の後端部から適度な距離Ｐだけ前方（Ｚ１方向）にずれた位置に設けられている。バーコード１０４には、作業部１６の個体情報、仕様、タイムスタンプ（製造日等）やシリアルナンバー、使用回数上限等の情報が含まれている。バーコード１０４の保持する個体情報は、作業部毎に識別が可能なように異なる値が付与されている。

バーコード１０４は１枚に限らず、複数枚からなる構成であってもよい。バーコード１０４が２枚からなる場合、一枚は個体情報、製造日、シリアルナンバー等の個体特有の情報を示し、もう一枚は仕様、使用回数上限等の型式毎に共通的な情報を示すようにしてもよい。バーコード１０４は二次元データに限らず、一次元形状であってもよい。バーコード１０４における枡目の色は白及び黒に限らず、赤外線吸収色及び赤外線反射色であってもよく、又は３色以上の色の区別により情報を示すようにしてもよい。

図３に示すように、アクチュエータブロック３０におけるブリッジ２８との接続面３０ａには、カメラ１０６と、２つの白色ＬＥＤ１０５とが設けられている。接続面３０ａは、接続部１５のカバー３７の端面に当接する面であり、ＸＹ平面を構成する。

カメラ１０６は、バーコード１０４を撮像するカメラであり、例えばＣＣＤ形式又はＣＭＯＳ形式である。白色ＬＥＤ１０５は、光軸がバーコード１０４を照明する向きに設定されており、カメラ１０６はバーコード１０４を一層確実に認識することができる。白色ＬＥＤ１０５は、カメラ１０６を挟んで左右対称位置に設けられており、バーコード１０４をバランスよく照明することができる。白色ＬＥＤ１０５は、カメラ１０６を挟んで上下に設けられていてもよく、等間隔に３以上設けられていてもよい。白色ＬＥＤ１０５が十分な光量を有する場合には１つでもよい。このように、ＩＤ保持部として機能するバーコード１０４は、個体情報を画像情報として保持する表示手段であり、ＩＤ認識部として機能するカメラ１０６は、前記表示手段を撮像する撮像手段である。

図３及び図６に示すように、接続部１５が載置されるアクチュエータブロック３０の上面３０ｂにおいて、Ｚ２方向の端部（接続面３０ａ）近傍には、装着される接続部１５の有無を検出する作業部検出手段１０７が設けられている。

図７に示すように、作業部検出手段１０７は、対向する位置に設けられた投光器１０７ａと受光器１０７ｂとからなり、投光器１０７ａと受光器１０７ｂとの間に接続部１５の後端部の被検出片１０９が挿入されて遮光することにより該接続部１５が装着されたことを検出できる。投光器１０７ａと受光器１０７ｂは、Ｘ方向に対向する向きで且つ近接した位置に設けられている。投光器１０７ａは例えばＬＥＤであり、受光器１０７ｂは例えばフォトダイオードである。

そこで、図６に示すように、プーリ収納体３００の後端面（Ｚ２側）における下端には、上記した被検出片１０９が後方に向かって突出している。接続部１５がアクチュエータブロック３０に装着されると、被検出片１０９が投光器１０７ａと受光器１０７ｂとの間に挿入されて受光器１０７ｂに対する投光器１０７ａの光を遮光する。

このとき、カバー３７は、バーコード１０４及びカメラ１０６が略閉空間内となるようにこれらの箇所を覆う。これにより、バーコード１０４及びカメラ１０６の汚れを防止することができると共に、外乱光を遮蔽して安定した撮像が可能となる。また、閉空間となっても、白色ＬＥＤ１０５によりバーコード１０４が照明されることから、安定した撮像が可能である。バーコード１０４及びカメラ１０６を覆うカバー３７は、アクチュエータブロック３０に設けられていてもよい。バーコード１０４とカメラ１０６との相対的な位置及び向きが固定的であることから、カメラ１０６側では、バーコード１０４の位置及び向きを特定する必要がなく、これらを特定するためのコードが不要か又は少量で足り、その分、バーコード１０４における記録可能な情報量が多くなる。

このように作業部検出手段１０７を備えることにより、コントローラ５１４において作業部１６がアクチュエータブロック３０に装着されているか否かを認識することができると共に、該作業部検出手段１０７による作業部１６の検出を、カメラ１０６及び白色ＬＥＤ１０５を起動制御してバーコード１０４から個体信号を取得するためのトリガー信号とすることができる。

すなわち、コントローラ５１４は、作業部１６がアクチュエータブロック３０に装着されたときにカメラ１０６及び白色ＬＥＤ１０５を制御してバーコード１０４から個体信号を取得する。コントローラ５１４では、少なくとも作業部１６がアクチュエータブロック３０に装着されたときに個体信号を取得すれば足り、それ以外のときにはカメラ１０６及び白色ＬＥＤ１０５の動作を停止しておくことができ、処理負荷が低減するとともに省電力化を図ることができる。

カメラ１０６による撮像は、可視光に限らず、例えば赤外光を用いてもよい。赤外光を用いることにより、暗い場所でもバーコード１０４を明りょうに撮像することができる。赤外光を用いる場合には所定の赤外線ＬＥＤでバーコード１０４を照射してもよい。

作業部検出手段１０７は、投光器１０７ａ及び受光器１０７ｂからなる構成に限らず、例えば被検出片１０９により操作されるリミットスイッチであってもよい。また、コントローラ５１４では、作業部１６の個体情報を取得し、該個体情報に応じて作業部１６の種類に応じた制御が可能となる。

ところで、バーコード１０４は直接的な通電の必要がなく接続部１５及び作業部１６には電気的接点が存在せず、しかもバッテリ等の蓄電体もない。従って、操作部１４から取り外した作業部１６は洗浄、滅菌等を容易に行うことができる。つまり、モータやスイッチ、センサなどの電気機器をすべて操作部１４側に配し、連結シャフト４８及び先端動作部１２からなる機械構成部品のみからなるものを作業部１６側に配することで洗浄性を向上させている。作業部１６と操作部１４では汚れ具合、汚れ種類、洗浄方法が異なり、異なるメンテナンスが行われるため、離脱して洗浄することが好適である。

基本的には以上のように構成されるマニピュレータ１０において、先ず、操作部１４と作業部１６とを装着する動作及びその作用について説明する。なお、アクチュエータブロック３０及び作業部１６の着脱方向はＹ方向に相当する。アクチュエータブロック３０側を基準とすると、作業部１６についてＹ２方向が装着方向、Ｙ１方向が離脱方向に相当する。

操作部１４のアクチュエータブロック３０に対して作業部１６の接続部１５を装着するに際しては、嵌合孔２０２ａ〜２０２ｃに対応するアライメントピン２１２ａ〜２１２ｃを挿通させる。

続いて、図１０Ａに示すように、接続部１５をアライメントピン２１２ａ〜２１２ｃに沿ってＹ２方向に移動させると、レバー２０６が係合片２００によって外方向に押され、トーションスプリング２０３の付勢力に抗して変位し、その後、各アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃの先端がロッキングプレート３０４の下面（絶縁部材３１１）に当接すると、図８に示す状態となる。

図８に示すように、マニピュレータ１０では、各アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃの先端がロッキングプレート３０４に当接した時点で、バーコード１０４の中心線ＣＬ１及びカメラ１０６の中心線ＣＬ２が一致する。すなわち、前記当接した時点で、カメラ１０６の中心線ＣＬ２とアクチュエータブロック３０の上面３０ｂとの間でのＹ方向の距離Ｈ１０に対し、バーコード１０４の中心線ＣＬ１と上面３０ｂとの間でのＹ方向の距離もＨ１０として決定される。この際、バーコード１０４とカメラ１０６とはカメラ１０６の焦点距離Ｐだけ離れて対向している。

なお、図８及び図９において、バーコード１０４のＸＹ方向での中心線をＣＬ１、カメラ１０６のＸＹ方向での中心線をＣＬ２とし、カメラ１０６はバーコード１０４に対する焦点距離Ｐにおいて、中心線ＣＬ１及びＣＬ２が同軸上に一致する状態で一層正確な撮像を行うことができるものとする。換言すれば、接続部１５とアクチュエータブロック３０との装着に際し、一層迅速に中心線ＣＬ１及びＣＬ２の位置を一致させることで、カメラ１０６によるバーコード１０４の撮像を一層迅速に且つ正確に行うことができる。

ところで、図８及び図１０Ａから諒解されるように、各アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃの先端がロッキングプレート３０４に当接した時点では、接続部１５側の係合片２００がアクチュエータブロック３０側の係合部２１０に係合しておらず、接続部１５とアクチュエータブロック３０との係合動作は完了していない。つまり、この時点（前記当接した時点）では、係合片２００の凹部２１４及び凸部２１６が、係合部２１０の凸部２０８及び凹部２０９を乗り越えておらず、これら凹部２１４及び凸部２０８と凸部２１６及び凹部２０９とは互いに係合していない。

そこで、図１０Ａに示すように、接続部１５をさらにＹ２方向へと押し下げることにより、レバー２０６が係合片２００によって一層外方向に押されて、係合片２００に対して摺動する。この間、３本のアライメントピン２１２ａ〜２１２ｃの上端部は、嵌合孔２０２ａ〜２０２ｃを貫通してプーリ収納体３００の上面から突出し（図８及び図１０Ｂ参照）、ロッキングプレート３０４の第１端部３１２及び第２端部３１４の下面（絶縁部材３１１）に当接し、コイルスプリング３０６を圧縮してロッキングプレート３０４を上面３０ｂから距離Ｈ２０の位置に保持したままプーリ収納体３００を相対的に押し下げる。

やがて、接続部１５の下面がアクチュエータブロック３０の上面３０ｂに当接するか又はその直前で（図１０Ｂ中の距離Ｈ２２参照）、係合片２００が係合部２１０の凸部２０８を乗り越える。このため、トーションスプリング２０３の弾性作用によってレバー２０６が原位置に復帰し、係合片２００の凹部２１４及び凸部２１６と、レバー２０６の凸部２０８及び凹部２０９とがそれぞれ互いに係合する。

そうすると、図７、図９及び図１０Ｃに示すように、コイルスプリング３０６の弾性作用により、軸部材３０５を介してプーリ収納体３００が上方（Ｙ１側）に引き上げられる（図１０Ｃ中の距離Ｈ２１参照）。つまり、プーリ収納体３００はコイルスプリング３０６の圧縮作用により、各アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃとの当接作用下にアクチュエータブロック３０の上面３０ｂとの位置関係がＨ２０で保持されているロッキングプレート３０４に対して相対的に接近する。従って、係合片２００の凹部２１４及び凸部２１６と、レバー２０６の凸部２０８及び凹部２０９とがそれぞれ互いに一層近接されて完全に係合し互いに噛み合うため、接続部１５とアクチュエータブロック３０との装着動作が完了することになる。

この間、接続部１５の結合凸部５１ａ〜５１ｃと、アクチュエータブロック３０の結合凹部４１ａ〜４１ｃとは、プーリ収納体３００が最も下がった位置（図１０Ｂ参照）から、装着が完了しプーリ収納体３００がコイルスプリング３０６の圧縮作用により上方に引き上げられた状態（図１０Ｃ参照）まで、互いの係合状態を維持できるように形成されている。このため、モータ４０ａ〜４０ｃとプーリ５０ａ〜５０ｃとを確実に接続することができる。

このような装着動作中には、作業部検出手段１０７によって作業部１６が検出される。また、上記のように接続部１５が装着されると、トーションスプリング２０３の付勢力によってレバー２０６が原位置に復帰して適度なクリック感及び装着音が発生し、操作者は装着が正常に完了したことを確認できる。

しかも、図８及び図９から諒解されるように、マニピュレータ１０では、上記の装着動作に際し、カメラ１０６の中心線ＣＬ２とバーコード１０４の中心線ＣＬ１とは、アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃの先端がロッキングプレート３０４に当接した時点で互いに一致した後（図８参照）、レバー２０６と係合片２００との係合動作が完了するまでその一致した状態が保持される（図９参照）。すなわち、マニピュレータ１０では、バーコード１０４が設けられる支持プレート３１３をロッキングプレート３０４に固定すると共に、該ロッキングプレート３０４をプーリ収納体３００（ベースプレート３０２）に対して、コイルスプリング３０６により付勢しつつ、アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃによって押圧するように構成している。

従って、接続部１５のアクチュエータブロック３０への装着開始時、つまりアライメントピン２１２ａ〜２１２ｃの先端がロッキングプレート３０４に当接した時点でカメラ１０６とバーコード１０４との相対位置が早々に固定され、その後のレバー２０６と係合片２００との係合動作、つまり接続部１５のアクチュエータブロック３０への装着が完了するまで、前記相対位置は保持される。換言すれば、アクチュエータブロック３０に接続部１５が装着される際、アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃがロッキングプレート３０４に当接することでアクチュエータブロック３０に対する支持プレート３１３及びバーコード１０４の位置が決定される。その後、ロッキングプレート３０４及びこれに固定された支持プレート３１３（バーコード１０４）を除く接続部１５、例えばプーリ収納体３００やカバー３７がロッキングプレート３０４に対して相対的にアクチュエータブロック３０側へと移動され、レバー２０６と係合片２００とが係合される。

このため、作業部１６と操作部１４との接続作業の開始から完了まで及び接続後の間、常時、バーコード１０４の位置をカメラ１０６による良好な撮像が可能な位置に保持しておくことができる。換言すれば、カメラ１０６は、接続部１５のアクチュエータブロック３０への装着開始時から、常にバーコード１０４を正確に撮像可能な状態に置かれることになる。

そこで、例えば、アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃの先端がロッキングプレート３０４に当接した後であって、レバー２０６の楔部２０６ａと係合片２００との係合動作が完了した時点又は該係合動作が完了する前において、作業部検出手段１０７によって作業部１６が検出されることにより、該検出をトリガー信号として、コントローラ５１４ではカメラ１０６及び白色ＬＥＤ１０５を駆動制御して、バーコード１０４を正確に撮像することができる。

仮に、バーコード１０４がプーリ収納体３００等に設けられ、これと連動して移動するような構成では、カメラ１０６によるバーコード１０４の正確な撮像を行うためには、接続部１５のアクチュエータブロック３０への装着完了を待つように、カメラ１０６に待機時間を設定しておく必要があり、しかも該待機時間は余裕を持って相当長く設定しなければならないのに対して、本実施形態では、該待機時間が不要となる。従って、マニピュレータ１０では、例えば手術中において、所定の操作部１４に対して所定の作業部１６を装着した際には、装着と略同時にカメラ１０６によるバーコード１０４の撮像及びコントローラ５１４による作業部１６の識別をすることができ、次の手技に迅速に移行することができる。

次に、操作部１４と作業部１６とを取り外す動作及びその作用について説明する。

図１１Ａに示すように、接続部１５をアクチュエータブロック３０から分離するに際しては、先ず、接続部１５をコイルスプリング３０６に抗して下方（Ｙ２側）に押し下げる。

図１１Ｂに示すように、接続部１５の下面がアクチュエータブロック３０の上面３０ｂに当接又はその直前まで押し下げられると（図１１Ｂ中の距離Ｈ２２参照）、係合片２００の凹部２１４及び凸部２１６と、レバー２０６の凸部２０８及び凹部２０９とが互いに離間して係合状態が解除される。そこで、２つの係合部２１０の操作面２０４をそれぞれ同時に内側に押すことで、レバー２０６がトーションスプリング２０３の付勢力に抗して外方に開くように傾動され、係合部２１０から接続部１５の係合片２００が解放される。

これにより、図１１Ｃに示すように、接続部１５を操作部１４から上方（Ｙ１方向）に引き抜き、接続部１５を操作部１４から取り外すことができる。

このように、マニピュレータ１０では上記の取り外し動作に際して、先ず、接続部１５をコイルスプリング３０６の付勢力に抗して下方（Ｙ２側）に押し下げると共に（図１１Ａ参照）、該押し下げ状態を維持したままレバー２０６を開かなければ、係合部２１０と係合片２００の係合状態を解除することができないように構成されている（図１１Ｂ参照）。換言すれば、接続部１５とアクチュエータブロック３０とが装着された状態では、該接続部１５を押し下げないとレバー２０６を操作することができないように構成されている。

従って、例えば、マニピュレータ１０の使用時に操作面２０４に触れてしまった場合等であっても、レバー２０６が傾動してしまうことがなく、作業部１６が操作部１４から分離することが防止される。なお、凹部２１４（凸部２１６）及び凸部２０８（凹部２０９）からなるロック手段が設けられていなくても、２つの操作面２０４のうち一方だけの操作では接続部１５が外れることはないが、該ロック手段により一層確実なロックを実現できる。

以上のようなアクチュエータブロック３０への接続部１５の着脱において、装着時、操作部１４のモータ４０ａ〜４０ｃはそれぞれ原点となっている。一方、接続部１５では、プーリ５０ａ〜５０ｃの板形状部３０８ａ〜３０８ｃが、コイルスプリング３０６によりＹ２側に付勢されたロッキングプレート３０４のスリット３１６ａ〜３１６ｃに挿入され、回転不能状態に保持されているため、プーリ５０ａ〜５０ｃがそれぞれ原点に位置している。従って、モータ４０ａ〜４０ｃの上端部は、プーリ５０ａ〜５０ｃの下端部に適切に接続される。

さらに、図８及び図９に示すように、装着時、ロッキングプレート３０４は上面３０ｂから距離Ｈ２０の位置で一定に保持されたままプーリ収納体３００が相対的に押し下げられる。このため、ロッキングプレート３０４とプーリ収納体３００との間のＹ方向の間隔は、図８に示す装着前の間隔Ｈ１１から、図９に示す装着後の間隔Ｈ１２へと拡大され、プーリ５０ａ〜５０ｃの上端の板形状部３０８ａ〜３０８ｃは、ロッキングプレート３０４のスリット３１６ａ〜３１６ｃから抜け、プーリ５０ａ〜５０ｃはモータ４０ａ〜４０ｃによって回転可能になる。

作業部１６の装着後、コントローラ５１４では、原点を基準として角度の計算を行い先端動作部１２を正しく制御することができる。すなわち、操作部１４が装着された位置を原点（０°）として推定し、トリガーレバー３２と及び複合入力部３４のプラス方向及びマイナス方向の入力に対応して、先端動作部１２をロール方向及びヨー方向の回転指令を与え、グリッパ５９の開閉指令を与えることができる。

なお、一連の手技が終了し、又は作業部１６（操作部１４）を別の種類に交換する場合には、装着されている作業部１６（操作部１４）を取り外す。この操作に先立って、操作者は作動スイッチ３５（図１参照）を操作し、コントローラ５１４の作用下に各モータ４０ａ〜４０ｃを自動的に原点に復帰させる。これにより、３本のアライメントピン２１２ａ〜２１２ｃは、嵌合孔２０２ａ〜２０２ｃから下方に抜けることから、第１端部３１２及び第２端部３１４から離間し、ロッキングプレート３０４はコイルスプリング３０６の弾性力によって相対的に下方に押し下げられる。各モータ４０ａ〜４０ｃは、それぞれ原点に復帰していることから、連動するプーリ５０ａ〜５０ｃの板形状部３０８ａ〜３０８ｃは平面視でＸ方向を指向しており（図６参照）、ロッキングプレート３０４の３つのスリット３１６ａ〜３１６ｃに係合する（図８参照）。これにより、これ以後の各プーリ５０ａ〜５０ｃの回転が防止でき、先端動作部１２が原点に保持され、次回に操作部１４に装着するときには、プーリ５０ａ〜５０ｃをモータ４０ａ〜４０ｃに正しく装着することができる。

以上のように、本実施形態に係るマニピュレータ１０によれば、接続部１５を押し下げないとレバー２０６を操作して、接続部１５とアクチュエータブロック３０とを分離して操作部１４から作業部１６を取り外すことができないように構成され、該取り外しのためには少なくとも２工程（接続部１５の押し下げ、レバー２０６の操作）が必要とされている。このため、マニピュレータ１０の使用時等、操作部１４から作業部１６を取り外す必要がない状況で、仮に操作面２０４に触れてしまった場合であっても、レバー２０６が傾動することがなく、作業部１６が操作部１４から分離することを有効に防止することができる。

この場合、作業部１６と操作部１４との取り外しは、上記のような２工程を必要とされているが、各工程について、例えば使用者は図１に示すように、単に接続部１５（カバー３７）を上方側（Ｙ１側）から一方の手で把持しながら押し下げつつ、他方の手で２つのレバー２０６を操作することができるため、取り外し作業は簡便であり、複雑な操作を要することはない。一方、作業部１６と操作部１４との装着時には、図１０Ａに示すように係合片２００によってレバー２０６が自動的に傾動されることから、この場合も装着作業は簡便であり、複雑な操作を要することはない。

また、接続部１５とアクチュエータブロック３０とが装着された状態において、接続部１５を構成するプーリ収納体３００は、常にコイルスプリング３０６の付勢作用により上方に引き上げられている。このため、係合片２００の凹部２１４及び凸部２１６と、レバー２０６の凸部２０８及び凹部２０９との間には、図１０Ｃ中の力Ｆ１と、その反力である力Ｆ２とが作用することから、互いの係合状態を一層確実に保持しておくことができると共に、作業部１６を操作部１４に対して一層安定して保持することができる。

このように、マニピュレータ１０では、係合部２１０を構成するレバー２０６が接続部１５とアクチュエータブロック３０との着脱方向（Ｙ方向）に交差した揺動方向（略Ｘ方向、ロック解除方向）に動作可能に構成すると共に、さらに、係合部２１０と係合片２００とが係合した状態では、係合片２００の凹部２１４（凸部２１６）とレバー２０６の凸部２０８（凹部２０９）との係合方向（Ｙ方向）に対して、係合片２００を付勢する付勢手段であるコイルスプリング３０６を備える。従って、コイルスプリング３０６と、凹部２１４（凸部２１６）及び凸部２０８（凹部２０９）とは、レバー２０６の前記揺動方向への動作を規制するロック手段として機能し、これにより、レバー２０６の傾動動作をロック又はアンロックすることができる。

前記のロック手段は、それぞれマニピュレータ１０において左右一対設けられており、アクチュエータブロック３０と作業部１６との係合状態を一層安定して保持することができ、しかもバランスがよい。

図１２に示すように、レバー２０６の傾動動作を規制するロック手段としては、上記の構成以外にも、例えば、レバー２０６に接離可能な係止手段であるスライドロック部材３５０を用いて構成することもできる。

スライドロック部材３５０は、レバー２０６の外側面にＺ方向に沿って形成された底浅で小さな係止溝３５２と、該係止溝３５２から連続してアクチュエータブロック３０の外側面にＺ方向に沿って形成された収納溝３５４の内部をスライド可能に構成される。すなわち、スライドロック部材３５０は、収納溝３５４内に完全に収納可能であると共に、該収納溝３５４から突出して係止溝３５２内に進入可能である。スライドロック部材３５０は、図示しない弾性部材によって、例えば係止溝３５２側に付勢されていてもよい。

ここで、図１２から諒解されるように、係止溝３５２のＹ方向での配設位置は、レバー２０６の外側への揺動を阻止可能な位置、つまり当該レバー２０６の回動支点（トーションスプリング２０３）よりも上方（Ｙ１側）とされている。

従って、操作部１４のアクチュエータブロック３０に対して作業部１６の接続部１５を着脱する場合には、スライドロック部材３５０を収納溝３５４側に退避させた状態に操作しておくことで、レバー２０６が係合片２００によって開放側に動作されるため、装着動作及び分離動作を簡便に行うことができる。

また、接続部１５とアクチュエータブロック３０とが装着された状態では、スライドロック部材３５０がレバー２０６の係止溝３５２内に配置されることで、仮に操作面２０４を内側に押し込もうとしても、レバー２０６の外側面が係止溝３５２内のスライドロック部材３５０に当接し係止され、レバー２０６の傾動動作が阻止されて、作業部１６が操作部１４から分離することを有効に防止することができる。このように、スライドロック部材３５０は、レバー２０６の前記揺動方向への動作を規制するロック手段として機能し、これにより、レバー２０６の傾動動作をロック又はアンロックすることができる。

この場合、作業部１６と操作部１４とが装着状態でのレバー２０６の動作は、スライドロック部材３５０によって阻止されるため、接続部１５側の係合片２００及びアクチュエータブロック３０の係合部２１０を構成する凹部２１４（凸部２１６）及び凸部２０８（凹部２０９）を省略すると共に、互いに係合する係合面２００ａ及び楔部２０６ａとして、構造を簡便にすることも可能である。もちろん、凹部２１４や凸部２０８等をスライドロック部材３５０と共に用いてもよい。

スライドロック部材３５０はレバー３６０に設け、アクチュエータブロック３０側に設けた穴に係合させてもよい。スライドロック部材３５０に代えて適当な伸縮ロック部材、傾動ロック部材又は回転ロック部材等の係止手段を用いてもよい。また、収納溝３５４や係止溝３５２を省略することも可能である。

なお、上記実施形態において、アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃは、ロッキングプレート３０４を駆動する機能以外に、嵌合孔２０２ａ〜２０２ｃに嵌合してプーリ収納体３００を安定して保持する機能を有しており、部品点数を低減できる合理的な構造である。

ロッキングプレート３０４は長尺形状であり、２つのコイルスプリング３０６が長尺なＺ方向に離間した箇所に設けられると共に、該コイルスプリング３０６に対応して設けられる軸部材３０５によりガイドされることから、バランスよく付勢され、Ｙ方向の移動がスムーズである。コイルスプリング３０６は、軸部材３０５の上端の固定具３２２とロッキングプレート３０４との間に設けられており、省スペースで合理的な構造である。

また、上記実施形態では、バーコード１０４に代えたＩＤ保持部として、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）を設け、カメラ１０６に代えたＩＤ認識部として、送受信器を設けることもできる。ＲＦＩＤとは微小なＩＣチップに製品の個別情報を格納し、無線を利用して情報の読み取りや更新などを行う無線認証システムのことであり、無線タグ、ＩＣタグ又はミューチップとも呼ばれる。

さらに、作業部１６と操作部１４との間の情報の伝達には、バーコード１０４（つまり画像情報）やＲＦＩＤ（つまり電波）以外にも、磁気、光（例えば赤外線通信）を用いると非接触で個体情報を伝達することができ、作業部１６の清掃、洗浄が容易となる。

上記実施形態は、例えば図１３に示すような医療用ロボットシステム４００に適用してもよい。

医療用ロボットシステム４００は、多関節型のロボットアーム４０２と、コンソール４０４とを有し、作業部４０６はロボットアーム４０２の先端に接続されている。ロボットアーム４０２の先端には前記のマニピュレータ１０と同様な機構を有するマニピュレータ４０８が設けられている。ロボットアーム４０２は、作業部４０６を移動させる手段であればよく、据置型に限らず、例えば自律移動型でもよい。コンソール４０４は、テーブル型、制御盤型等の構成を採りうる。

ロボットアーム４０２は、独立的な６以上の関節（回転軸やスライド軸等）を有すると、作業部４０６の位置及び向きを任意に設定できて好適である。先端のマニピュレータ４０８は、ロボットアーム４０２の先端部４１０と一体化している。マニピュレータ４０８は、前記のアクチュエータブロック３０（図１参照）の代わりに、基端側が前記先端部４１０に連結されると共に、内部にモータ４０ａ、４０ｂ及び４０ｃ（図１３では図示せず）を収納したアクチュエータブロック４１２を有する。

ロボットアーム４０２は、コンソール４０４の作用下に動作し、プログラムによる自動動作や、コンソール４０４に設けられたジョイスティック４１４に倣った操作、及びこれらの複合的な動作をする構成にしてもよい。コンソール４０４は、前記のコントローラ５１４（図１参照）の機能を含んでいる。作業部４０６には、前記の先端動作部１２が設けられている。

コンソール４０４には、操作指令部としての２つのジョイスティック４１４と、モニタ４１６が設けられている。図示を省略するが、２つのジョイスティック４１４により、２台のロボットアーム４０２を個別に操作が可能である。２つのジョイスティック４１４は、両手で操作しやすい位置に設けられている。モニタ４１６には、内視鏡による画像等の情報が表示される。

ジョイスティック４１４は、上下動作、左右動作、捻り動作、及び傾動動作が可能であり、これらの動作に応じてロボットアーム４０２を動かすことができる。ジョイスティック４１４はマスターアームであってもよい。ロボットアーム４０２とコンソール４０４との間の通信手段は、有線、無線、ネットワーク又はこれらの組合わせでよい。

このような医療用ロボットシステム４００においても、上記したロック手段を構成する係合片２００、係合部２１０やスライドロック部材３５０等を備えることにより、作業部１６が操作部１４から不要に分離されることを有効に防止することが可能となる。

本発明に係るマニピュレータは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

本実施の形態に係るマニピュレータの斜視図である。作業部と操作部とを分離したマニピュレータの側面図である。操作部の斜視図である。先端動作部の斜視図である。作業部の接続部と操作部のアクチュエータブロックとを分離した状態を斜め下方から見た一部省略分解斜視図である。接続部とアクチュエータブロックとを分離した状態を斜め上方から見た一部省略分解斜視図である。接続部とアクチュエータブロックを装着した状態での一部断面斜視図である。接続部とアクチュエータブロックの装着途中の一部断面側面図である。接続部とアクチュエータブロックを装着した状態での一部断面側面図である。図１０Ａは、接続部とアクチュエータブロックの装着途中での一部省略正面図であり、図１０Ｂは、図１０Ａに示す状態から装着動作がさらに進行した状態での一部省略正面図であり、図１０Ｃは、接続部とアクチュエータブロックを装着した状態での一部省略正面図である。図１１Ａは、接続部とアクチュエータブロックの分離途中での一部省略正面図であり、図１１Ｂは、図１１Ａに示す状態から分離作業がさらに進行した状態での一部省略正面図であり、図１１Ｃは、図１１Ｂに示す状態から分離作業がさらに進行した状態での一部省略正面図である。レバーの動作を規制するロック手段の変形例を示す一部省略分解斜視図である。マニピュレータをロボットアームの先端に接続した医療用ロボットシステムの斜視図である。

符号の説明

１０、４０８…マニピュレータ１２…先端動作部
１４…操作部１５…接続部
１６、４０６…作業部
３０、４１２…アクチュエータブロック（アクチュエータ部）
５９…グリッパ２００…係合片（第２係合部）
２０２ａ〜２０２ｃ…嵌合孔２０３…トーションスプリング
２０４…操作面２０６…レバー
２０８、２１６…凸部（ロック手段）２０９、２１４…凹部（ロック手段）
２１０…係合部（第１係合部、傾動動作部）
３００…プーリ収納体３０４…ロッキングプレート
３０６…コイルスプリング（付勢手段）３５０…スライドロック部材（係止部材）
３５２…係止溝３５４…収納溝
４００…医療用ロボットシステム

Claims

アクチュエータを備えるアクチュエータ部と、
前記アクチュエータ部に対して着脱自在で、シャフトの先端に前記アクチュエータにより動作される先端動作部を備える作業部と、
前記アクチュエータ部に設けられる第１係合部と、
前記作業部に設けられ、前記アクチュエータ部と前記作業部が装着される際に前記第１係合部と係合する第２係合部と、
を有するマニピュレータであって、
前記第１係合部又は前記第２係合部の一方は係合動作部であって、前記係合するとき及び前記係合が解除されるときに、前記アクチュエータ部及び前記作業部の着脱方向と交差するロック解除方向に動作可能であり、
さらに、前記第１係合部及び前記第２係合部が係合した状態で、前記係合動作部の前記ロック解除方向への動作を規制するロック手段を有することを特徴とするマニピュレータ。
請求項１記載のマニピュレータにおいて、
前記ロック手段は、前記第１係合部及び前記第２係合部に設けられ、前記アクチュエータ部と前記作業部との離脱方向に係合する凹部及び凸部と、
前記凹部と前記凸部とを前記離脱方向に付勢する付勢手段と、
を備えることを特徴とするマニピュレータ。
請求項１記載のマニピュレータにおいて、
前記ロック手段は、前記係合動作部とその隣接部の一方に設けられて移動し、他方の溝又は穴に挿入される係止手段であることを特徴とするマニピュレータ。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
前記係合動作部をロック解除方向の逆方向に付勢するロック弾性体を有することを特徴とするマニピュレータ。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
前記第１係合部、前記第２係合部及び前記ロック手段は、それぞれ左右一対設けられていることを特徴とするマニピュレータ。