JP2010220684A - マニピュレータの関節の変位量検出機構 - Google Patents

Abstract

【課題】マニピュレータの径を大きくすることなく関節の近傍で関節の変位量を正確に検出すること。
【解決手段】動力伝達用ワイヤ２１ａに対して関節４の近傍で連結され、動力伝達用ワイヤ２１ａの移動量を伝達する変位センシング用ワイヤ３０と、この変位センシング用ワイヤ３０の移動をガイドするセンシング用ワイヤガイド部３２と、医療用のマニピュレータ１の基端側で変位センシング用ワイヤ３０の移動量を検出する磁気センサ４０と、関節４を保持する関節保持部１１と、磁気センサ４０を保持するセンサ保持部１４と、関節保持部１１に設けられ、ガイド部の一端側を固定する関節保持部側ガイド固定部１２と、センサ保持部１４に設けられ、センシング用ワイヤガイド部３２の他端側を固定するセンサ保持部側ガイド固定部１４ａとを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、腹腔鏡手術等に用いられる医療用のマニピュレータの関節の変位量を検出するマニピュレータの関節の変位量検出機構に関する。

腹腔鏡手術若しくは胸腔鏡手術では、医療用のマニピュレータが用いられる。この医療用のマニピュレータは、先端側に関節を設け、この関節より先端に術具、例えば鉗子を設けている。このマニピュレータでは、関節に対してモータ等の駆動源からの動力を例えば動力伝達部材としてのワイヤ等の線状部材によって伝達し、関節を変位させることにより鉗子の把持部等の回転角度を変位する。なお、マニピュレータは、ガイド部材を内部に設け、このガイド部材に沿ってワイヤ等の動力伝達部材が移動可能に設けられている。

このような医療用のマニピュレータを用いた腹腔鏡手術若しくは胸腔鏡手術では、患者の腹部等に小さい孔を開け、この孔内にトラカールという治具を取り付け、トラカールの挿入口から先端に関節を有する医療用のマニピュレータを挿入し、関節よりも先端側に設けられた術具を操作して手術を行う。現状用いられているトラカールの挿入口の口径は、概ねφ１０ｍｍ以下である。これにより、トラカールから挿入されるマニピュレータの口径は、トラカールの口径よりも細いことが要求される。マニピュレータとしては、例えばインテュイティブ・サージカル社製ダビンチシステムに代表されるφ１０ｍｍ以下の細径、かつ長尺（概ね３００ｍｍ以上）の多自由度のものがある。

かかるマニピュレータでは、関節に対してモータ等の動力を伝達する動力伝達部材としては、上記のようにワイヤ等の線状部材を用いている。ダビンチシステムにおけるマニピュレータでも、先端の関節に対する動力伝達部材としては、φ１０ｍｍ以下の細径という限られたスペース内で動力を伝達するために、例えばφ０．５ｍｍ程度の細径に形成されたワイヤ等の動力伝達部材を用いている。

このような線状で細径の動力伝達部材を用いたマニピュレータとしては、例えば特許文献１に開示されている。この特許文献１は、関節よりもさらに先端部に設けられた術具の位置を検出するマニピュレータであって、モータ等の駆動源の近傍に配置されたポテンショメータやエンコーダによって関節の変位を検出することを開示する。

米国特許第５８０７３７７号明細書

しかしながら、特許文献１に開示されているマニピュレータは、上述のように動力伝達部材が極めて細い径を有するため、当該動力伝達部材の伸びやたるみ等が影響し、モータ等の駆動源の近傍に配置されたポテンショメータやエンコーダによって関節の変位を検出しようとすると、関節の変位量を正確に検出できず、術具の先端の正確な位置が検出できない問題がある。

特に、マニピュレータが軟性若しくは半軟性の材質により形成されている場合、マニピュレータが湾曲すると、この湾曲による動力伝達部材の伸びやたるみ等の影響を受けてマニピュレータ内の動力伝達部材の経路が変化する。このため、動力伝達部材とガイド部材との間に生じる摩擦抵抗が変化し、駆動源の変位と関節の変位との関係が一定にならなくなる。例えば、動力伝達部材とガイド部材との間の摩擦抵抗が大きいと、ガイド部材に沿って動力伝達部材が移動できなくなるおそれもある。このため、術具先端の正確な位置決めができない問題が顕著である。
このような問題を解決するには、各関節の近傍で関節の変位量を検出することが望ましい。しかしながら、φ１０ｍｍ以下というマニピュレータ内における細径の限られたスペース内で、ポテンショメータやエンコーダを配置することは困難である。

本発明は、マニピュレータの径を大きくすることなく関節の近傍で関節の変位量を正確に検出できるマニピュレータの関節の変位量検出機構を提供することを目的とする。

本発明の主要な局面に係るマニピュレータの関節の変位量検出機構は、マニピュレータの先端側に設けられた関節に接続され、移動することにより前記関節を変位させる動力伝達部と、動力伝達部に対して関節の近傍で連結され、動力伝達部の移動量を伝達する移動量伝達部と、移動量伝達部の移動をガイドするガイド部と、マニピュレータの基端側で移動量伝達部の移動量を検出するセンサと、関節を保持する関節保持部と、センサを保持するセンサ保持部と、関節保持部に設けられ、ガイド部の一端側を固定する関節保持部側ガイド固定部と、センサ保持部に設けられ、ガイド部の他端側を固定するセンサ保持部側ガイド固定部とを具備する。

本発明によれば、マニピュレータの径を大きくすることなく関節の近傍で関節の変位量を正確に検出できるマニピュレータの関節の変位量検出機構を提供できる。

本発明に係るマニピュレータの関節の変位量検出機構の一実施の形態を示す構成図。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は医療用のマニピュレータの関節の変位量検出機構の構成図を示す。この医療用のマニピュレータ１は、先端に３つの関節が設けられている。このマニピュレータ１は、３つの関節が設けられていることにより３自由度となる。すなわち、マニピュレータ１の先端部には、３自由度で動作する鉗子等の把持部２が設けられている。この把持部２は、マニピュレータ１の軸方向を中心とする矢印Ａ方向への回転と、軸３を中心とする矢印Ｂ方向への首振りと、把持部２の矢印Ｃ方向への把持動作との３自由度の動作を行う。なお、図１は図示する煩雑化をさけるために例えば１つの関節４に把持部２を設け、この関節４を介して把持部２が軸３を中心として矢印Ｂ方向への首振りする１自由度の構成を示している。

この医療用のマニピュレータ１は、筒状に形成された収納部１０と、この収納部１０の先端部に設けられた関節４と、この関節４に設けられた把持部２とからなる。収納部１０は、関節保持部１１と、関節保持部側ガイド固定部１２と、筒状部１３と、センサ保持部１４とを連結してなる。この筒状の収納部１０の径φは、概ねφ１０ｍｍである。この収納部１０のうち関節保持部１１は、例えば材質としてＳＵＳを用いて形成される。又、収納部１０のうち関節保持部側ガイド固定部１２より当該マニピュレータ１の基端側の少なくとも一部、例えば筒状部１３は、軟性若しくは半軟性の材質により形成されていてもよい。

関節保持部１１は、関節４を保持する。この関節保持部１１内には、一対のプーリ２０が回転可能に設けられている。これらプーリ２０は、同一回転軸上に並設されている。これらプーリ２０には、それぞれ動力伝達部としての２本の動力伝達用ワイヤ２１ａ、２１ｂが掛けられている。これら動力伝達用ワイヤ２１ａ、２１ｂは、それぞれプーリ２０に例えば１回巻き付けて関節４の背面の各固定部２２ａ、２２ｂに対して固定されている。これら動力伝達用ワイヤ２１ａ、２１ｂは、把持部２を軸３を中心として矢印Ｂ方向に首振りさせる１自由度の動作を行わせるもので、当該動力伝達用ワイヤ２１ａ、２１ｂの線方向に移動することにより把持部２を矢印Ｂ方向に首振りさせる。なお、動力伝達用ワイヤ２１ａをその線方向に移動、例えば引っ張ることにより把持部２を矢印Ｂ方向のいずれか一方向に首振りさせ、動力伝達用ワイヤ２１ｂをその線方向に移動、例えば引っ張ることにより把持部２を矢印Ｂ方向の他方向に首振りさせる。

これら動力伝達用ワイヤ２１ａ、２１ｂは、当該マニピュレータ１の外形を構成する例えばφ１０ｍｍ程度の筒状の収納部１０の内部に当該収納部１０の長手方向に沿って収納される。動力伝達用ワイヤ２１ａ、２１ｂは、１つの関節４に対して２本必要になるので、３自由度であれば、収納部１０の内部に６本収納される。これら動力伝達用ワイヤ２１ａ、２１ｂは、例えばＳＵＳにより形成されている。

関節保持部側ガイド固定部１２は、関節保持部１１と筒状部１３との間を連結する。関節保持部側ガイド固定部１２内には、動力ガイド部２３が形成されている。この動力ガイド部２３は、関節保持部側ガイド固定部１２内の孔として形成されている。動力伝達用ワイヤ２１ａは、動力ガイド部２３を当該ワイヤ２１ａの線方向に移動可能に挿通する。すなわち動力ガイド部２３内には、一本の動力伝達用ワイヤ２１ａをその長手方向に移動可能に案内する。なお、動力ガイド部２３は、鉗子等の把持部２が３自由度で動作するものであれば、関節保持部側ガイド固定部１２内に例えば所定半径の円周上に等間隔に６個設けられる。

筒状部１３は、関節保持部側ガイド固定部１２とセンサ保持部１４との間を連結する。この筒状部１３は、筒状に形成されている。この筒状部１３内には、動力伝達用ワイヤ２１ａの移動量を伝達する移動量伝達部としての変位センシング用ワイヤ３０と、センシング用ワイヤガイド部３２とが挿通されている。又、筒状部１３内には、鉗子等の把持部２を変位するための駆動源を構成する空圧アクチュエータ２４が設けられている。この空圧アクチュエータ２４の一端部には、動力伝達用ワイヤ２１ａが接続され、他端部には空圧レギュレータ２５が接続されている。なお、空圧レギュレータ２５は、チューブ２４ｂと、空圧アクチュエータ２４の他端に接続されているアクチュエータ用流体入出口２５ａを介して空圧アクチュエータ２４に連通する。アクチュエータ用流体入出口２５ａは、空圧アクチュエータ２４の他端に接続されている。アクチュエータ用流体入出口２５ａは、アクチュエータ固定部１５ａを挿通できる長さのパイプである。空圧アクチュエータ２４は、アクチュエータ固定孔２４ａに挿通されたアクチュエータ用流体入出口２５ａでアクチュエータ固定部１５ａに固定される。また、アクチュエータ固定部１５ａには、センシング用ワイヤガイド部３２とを通すためのアクチュエータ固定部貫通孔１５ｂが設けられている。この空圧レギュレータ２５は、空圧アクチュエータ２４の空圧を制御することにより動力伝達用ワイヤ２１ａのその線方向への移動を制御する。

なお、図示しないが動力伝達用ワイヤ２１ｂにも鉗子等の把持部２を変位するための駆動源を構成する空圧アクチュエータが接続されている。この空圧アクチュエータには、空圧レギュレータが接続されている。この空圧レギュレータは、空圧アクチュエータの空圧を制御することにより動力伝達用ワイヤ２１ｂのその線方向への移動を制御する。

従って、かかる動力伝達用ワイヤ２１ａに接続された空圧アクチュエータ２４と動力伝達用ワイヤ２１ｂに接続された空圧アクチュエータとは、一対で動作、すなわち空圧アクチュエータ２４が動力伝達用ワイヤ２１ａを引っ張るための動作するときに他方の空圧アクチュエータが動力伝達用ワイヤ２１ｂを押し込むための動作を行い、反対に、空圧アクチュエータ２４が動力伝達用ワイヤ２１ａを押し込むための動作するときに他方の空圧アクチュエータが動力伝達用ワイヤ２１ｂを引っ張るための動作を行うことにより、例えば鉗子等の把持部２は、矢印Ｂ方向に首振りする。
なお、鉗子等の把持部２を変位するための駆動源は、空圧アクチュエータ２４に限ることはなく、他の駆動源、例えば油圧等の他の方式のアクチュエータ、又はモータ等を用いてもよい。

一方、収納部１０内には、動力伝達用ワイヤ２１ａの移動量を伝達する移動量伝達部としての変位センシング用ワイヤ３０が設けられている。この変位センシング用ワイヤ３０は、一端が動力伝達用ワイヤ２１ａに対して関節４の近傍の連結部３１で連結されている。この変位センシング用ワイヤ３０は、例えば磁性体の材質、ＳＵＳにより形成されている。この変位センシング用ワイヤ３０は、動力伝達用ワイヤ２１ａの径よりも小さな径で、線状の細線に形成されている。なお、変位センシング用ワイヤ３０は、動力伝達用ワイヤ２１ａ等の動力伝達用ワイヤ１本毎に接続されるので、鉗子等の把持部２が３自由度であれば、収納部１０の内部に６本収納される。

変位センシング用ワイヤ３０と動力伝達用ワイヤ２１ａとの連結部３１は、例えば半田又は接着剤等によって形成される。なお、連結部３１は、半田又は接着剤等による手法に限らず、動力伝達用ワイヤ２１ａと変位センシング用ワイヤ３０の一端とをクリップ状の部材により連結してもよい。又、連結部３１は、動力伝達用ワイヤ２１ａと変位センシング用ワイヤ３０を挿入できる孔が設けられた樹脂製の部材内にそれぞれを挿入して熱を加えて接続してもよい。

関節保持部側ガイド固定部１２には、動力伝達用ワイヤ２１ａをその長手方向に移動可能に案内する動力ガイド部２３と、センシング用ワイヤガイド部３２の先端部を固定する関節保持部側ガイド固定部位１２ａとを有する。

収納部１０内には、変位センシング用ワイヤ３０の移動をガイドするセンシング用ワイヤガイド部３２が設けられている。このセンシング用ワイヤガイド部３２は、管状部材、具体的には中空のパイプ状に形成されている。このセンシング用ワイヤガイド部３２は、関節保持部１１とセンサ保持部１４との間を貫いて延設されている。このセンシング用ワイヤガイド部３２は、その内部に変位センシング用ワイヤ３０を挿通し、当該変位センシング用ワイヤ３０の線方向への移動（以下、変位センシング用ワイヤ３０の移動と称する）をガイドする。すなわち、センシング用ワイヤガイド部３２内には、変位センシング用ワイヤ３０が摺動可能に配設されている。このセンシング用ワイヤガイド部３２によって変位センシング用ワイヤ３０は、収納部１０の長手方向に平行に配置される。

このセンシング用ワイヤガイド部３２の内壁と変位センシング用ワイヤ３０との間の摩擦を小さくするために、センシング用ワイヤガイド部３２の材質を選択したり、又はセンシング用ワイヤガイド部３２の内壁を研磨などしている。
このセンシング用ワイヤガイド部３２は、概ね外径が０．５ｍｍ以下で、変位センシング用ワイヤ３０の径よりも若干大きい径に形成されている。又、センシング用ワイヤガイド部３２は、材質が例えばＳＵＳにより形成されている。このセンシング用ワイヤガイド部３２は、関節保持部側ガイド固定部１２における関節保持部側ガイド固定部位１２ａにおいて固定されると共に、センサ保持部１４におけるセンサ保持部側ガイド固定部位１４ａにおいて固定されている。関節保持部側ガイド固定部位１２ａは、例えばネジ等の締め付けにより押さえ板を介してセンシング用ワイヤガイド部３２を関節保持部側ガイド固定部１２に固定したり、又は接着等によりセンシング用ワイヤガイド部３２を関節保持部側ガイド固定部１２に固定する。センサ保持部側ガイド固定部位１４ａも例えばネジ等の締め付けにより押さえ板を介してセンシング用ワイヤガイド部３２をセンサ保持部１４に固定したり、又は接着等によりセンシング用ワイヤガイド部３２をセンサ保持部１４に固定する。
なお、センシング用ワイヤガイド部３２は、動力伝達用ワイヤ２１ａ等のワイヤ１本毎に設けられるので、鉗子等の把持部２が３自由度であれば、収納部１０の内部に６本収納される。又、動力ガイド部２３とセンシング用ワイヤガイド部３２とは、互いに近接して並設するのがよい。従って、鉗子等の把持部２が３自由度であれば、６つの動力ガイド部２３と６つのセンシング用ワイヤガイド部３２とのうち互いに連結している変位センシング用ワイヤ３０と動力伝達用ワイヤ２１ａとをそれぞれ挿通する動力ガイド部２３とセンシング用ワイヤガイド部３２とを互いに近接して並設するのがよい。

センサ保持部１４には、非接触式のセンサ４０が設けられている。この非接触式のセンサ４０は、センサ保持部１４に対してセンサ固定部位１４ｂにおいて固定されている。このセンサ固定部位１４ｂは、例えばネジ等の締め付けにより押さえ板を介して非接触式のセンサ４０をセンサ保持部１４に固定したり、又は接着等により非接触式のセンサ４０をセンサ保持部１４に固定する。

この非接触式のセンサ４０は、当該マニピュレータ１の基端側で変位センシング用ワイヤ３０の移動量を検出する。この非接触式のセンサ４０は、例えば磁気式センサ（以下、磁気式センサと称する）である。この磁気センサ４０を用いることから変位センシング用ワイヤ３０は、上記の通り例えば磁性体の材質、ＳＵＳにより形成される。この磁気センサ４０は、変位センシング用ワイヤ３０がセンシング用ワイヤガイド部３２から露出するワイヤ露出部分４１があり、このワイヤ露出部分４１に配設されている。又、磁気センサ４０は、センサ保持部１４に固定されている。

磁気センサ４０は、筒状部材を有し、この筒状部材内に変位センシング用ワイヤ３０を遊挿している。これにより、磁気センサ４０は、筒状部材内に変位センシング用ワイヤ３０が移動（変位）すると、このときの磁性体により形成される変位センシング用ワイヤ３０の移動量を、筒状部材と変位センシング用ワイヤ３０との間に生じるリアクタンスの変化により検出する。

なお、鉗子等の把持部２が３自由度であれば、６本の変位センシング用ワイヤ３０があるので、磁気センサ４０は、これら６本の変位センシング用ワイヤ３０毎に６つ設けられる。従って、６つの磁気センサ４０により検出される変位センシング用ワイヤ３０の移動量に基づいて３自由度の鉗子等の把持部２の各変位量、すなわち鉗子等の把持部２におけるマニピュレータ１の軸方向を中心とする矢印Ａ方向への回転と、軸３を中心とする矢印Ｂ方向への首振りと、把持部２の矢印Ｃ方向への把持動作との３自由度の各変位量が検出できる。

次に、上記の如く構成された変位量検出機構による鉗子等の把持部２の変位量の検出動作について説明する。
鉗子等の把持部２を例えば矢印Ｂ方向に首振りするための一対の空圧アクチュエータ２４が設けられている。なお、他方の空圧アクチュエータは、図示されていない。このうち一方の空圧アクチュエータ２４は、空圧レギュレータ２５によって空圧が制御されることにより動力伝達用ワイヤ２１ａをその線方向に移動する。例えば、空圧アクチュエータ２４は、空圧レギュレータ２５の空圧制御によって動力伝達用ワイヤ２１ａを引っ張るための動作を行う。
これと共に、図示しない他方の空圧アクチュエータは、同じく図示されていない空圧レギュレータによって空圧が制御されることにより動力伝達用ワイヤ２１ｂをその線方向に移動する。例えば、当該空圧アクチュエータは、空圧レギュレータの空圧制御によって動力伝達用ワイヤ２１ｂを押し込むための動作を行う。
これにより、鉗子等の把持部２は、軸３を中心として矢印Ｂ方向に首振りする。なお、他の一対の空圧アクチュエータのうち一方の空圧アクチュエータを空圧制御して一方の動力伝達用ワイヤを引っ張るための動作を行うと共に、他方の空圧アクチュエータを空圧制御して他方の動力伝達用ワイヤを押し込むための動作を行えば、鉗子等の把持部２は、マニピュレータ１の軸方向を中心とする矢印Ａ方向への回転と、把持部２の矢印Ｃ方向への把持動作との動作を行う。

このように鉗子等の把持部２が首振り等の動作を行うために、空圧アクチュエータ２４等に対する空圧制御によって動力伝達用ワイヤ２１ａが移動する。この動力伝達用ワイヤ２１ａの移動に伴い、当該動力伝達用ワイヤ２１ａに対して関節４の近傍の連結部３１で連結された変位センシング用ワイヤ３０も移動する。

この変位センシング用ワイヤ３０は、動力伝達用ワイヤ２１ａの径よりも小さな径の線状の細線に形成され、中空のパイプ状に形成されたセンシング用ワイヤガイド部３２内を摺動する。なお、センシング用ワイヤガイド部３２は材質が選択されたり、センシング用ワイヤガイド部３２の内壁は研磨などされているので、センシング用ワイヤガイド部３２の内壁と変位センシング用ワイヤ３０との間の摩擦は小さくなっている。

このとき、変位センシング用ワイヤ３０の移動量は、動力伝達用ワイヤ２１ａの移動量と同一である。すなわち、変位センシング用ワイヤ３０は、センシング用ワイヤガイド部３２内を摺動する。このセンシング用ワイヤガイド部３２は、その両端部が固定されている。すなわち、センシング用ワイヤガイド部３２は、関節保持部側ガイド固定部１２における関節保持部側ガイド固定部位１２ａにおいて固定されると共に、センサ保持部１４におけるセンサ保持部側ガイド固定部位１４ａにおいて固定されている。これにより、動力伝達用ワイヤ２１ａに伸びやたるみ等が生じても、センシング用ワイヤガイド部３２の長さは変化しない。しかるに、動力伝達用ワイヤ２１ａの移動量が変位センシング用ワイヤ３０の移動量すなわち鉗子等の把持部２の例えば首振りの変位となる。

従って、変位センシング用ワイヤ３０は、動力伝達用ワイヤ２１ａの移動量をそのまま磁気センサ４０の配置位置まで伝達する。すなわち、鉗子等の把持部２の例えば首振りの変位に応じた動力伝達用ワイヤ２１ａの移動量がそのまま変位センシング用ワイヤ３０の移動量として磁気センサ４０の配置位置まで伝達される。
この磁気センサ４０は、当該マニピュレータ１の基端側で変位センシング用ワイヤ３０の移動量を検出する。すなわち、磁気センサ４０は、筒状部材内を変位センシング用ワイヤ３０が移動（変位）すると、このときの磁性体により形成される変位センシング用ワイヤ３０の移動量を、筒状部材と変位センシング用ワイヤ３０との間に生じるリアクタンスの変化により検出する。

なお、鉗子等の把持部２が３自由度であれば、６本の変位センシング用ワイヤ３０があるので、磁気センサ４０は、これら６本の変位センシング用ワイヤ３０毎に６つ設けられる。しかるに、６つの磁気センサ４０により検出される変位センシング用ワイヤ３０の移動量に基づいて３自由度の鉗子等の把持部２の各変位量、すなわち鉗子等の把持部２におけるマニピュレータ１の軸方向を中心とする矢印Ａ方向への回転と、軸３を中心とする矢印Ｂ方向への首振りと、把持部２の矢印Ｃ方向への把持動作との３自由度の各変位量が検出される。

このように上記一実施の形態によれば、動力伝達用ワイヤ２１ａに対して関節４の近傍で連結され、動力伝達用ワイヤ２１ａの移動量を伝達する変位センシング用ワイヤ３０と、この変位センシング用ワイヤ３０の移動をガイドするセンシング用ワイヤガイド部３２と、医療用のマニピュレータ１の基端側で変位センシング用ワイヤ３０の移動量を検出する磁気センサ４０と、関節４を保持する関節保持部１１と、磁気センサ４０を保持するセンサ保持部１４と、関節保持部１１に設けられ、ガイド部の一端側を固定する関節保持部側ガイド固定部１２と、センサ保持部１４に設けられ、センシング用ワイヤガイド部３２の他端側を固定するセンサ保持部側ガイド固定部１４ａとを備えた。これにより、医療用のマニピュレータ１の径を大きくすることなく関節４の近傍で当該関節４の変位量を正確に検出できる。

すなわち、センシング用ワイヤガイド部３２は、関節保持部側ガイド固定部１２における関節保持部側ガイド固定部位１２ａにおいて固定され、かつセンサ保持部１４におけるセンサ保持部側ガイド固定部位１４ａにおいて固定されている。これにより、動力伝達用ワイヤ２１ａに伸びやたるみ等が生じても、センシング用ワイヤガイド部３２の長さは変化しない。又、変位センシング用ワイヤ３０は、一端が動力伝達用ワイヤ２１ａに対して関節４の近傍で連結されている。これにより、変位センシング用ワイヤ３０は、動力伝達用ワイヤ２１ａの伸びやたるみ等の影響を受けにくい。

このように関節４の変位を検出するための変位センシング用ワイヤ３０は、動力伝達用ワイヤ２１ａの関節４の近傍で接続され、さらに動力を伝えるための応力が変位センシング用ワイヤ３０に加わらないので、動力伝達用ワイヤ２１ａの伸びやたるみ等の影響を受けない。また、変位センシング用ワイヤ３０は、動力を伝えるための応力をかけないので、動力伝達用ワイヤ２１ａより細径の部材とすることができる。これにより、変位センシング用ワイヤ３０は、φ１０ｍｍ以下の限られた医療用のマニピュレータ１のスペース内でも配設することができる。しかるに、医療用のマニピュレータ１は、径を太くすることなく関節４の変位量を正確に検出できる。そして、医療用のマニピュレータ１の先端部に設けられた術具の位置を従来技術に比べて正確に検出することができる。

又、関節４の近傍にポテンショメータやエンコーダ等の電気的な部品を用いないので、滅菌処理した場合でも、熱や圧力に対する影響は受けにくく、関節４の変位検出に対して支障をきたさない。
従って、従来技術の駆動源側で関節の変位を検出するのに比べて正確に関節４の変位量を検出することができ、関節４よりもさらに先端部に設けられた鉗子等の把持部２の位置を正確に検出することができる。
又、変位センシング用ワイヤ３０は、動力伝達用ワイヤ２１ａよりも細径に形成されているので、φ１０ｍｍ程度の収納部１０の内部の限られたスペース内でも配設することができる。これにより、医療用のマニピュレータ１は、径を太くすることなく関節４よりもさらに先端部に設けられた鉗子等の把持部２の位置を従来技術に比べて正確に検出することができる。

磁気式センサ４０は、非接触式であるので、変位センシング用ワイヤ３０に接触せず、当該変位センシング用ワイヤ３０の移動に影響を与えずにその移動量を検出することができるので、変位センシング用ワイヤ３０の移動量から鉗子等の把持部２の変位を正確に検出でき、鉗子等の把持部２の位置をより正確に検出することができる。

さらに、変位センシング用ワイヤ３０は、筒状の収納部１０の長手方向に沿ったセンシング用ワイヤガイド部３２により全周に亘ってガイドするので、変位センシング用ワイヤ３０の移動が動力伝達用ワイヤ２１ａの変位に沿って確実になされることになる。その結果、関節４の変位を正確に検出でき、鉗子等の把持部２の位置をより正確に検出することができる。

関節保持部側ガイド固定部１２は、動力伝達用ワイヤ２１ａをその長手方向に移動可能に案内する動力ガイド部２３と、センシング用ワイヤガイド部３２の先端部を固定する関節保持部側ガイド固定部位１２ａとを有しており、一つの構成要素で動力伝達用ワイヤ２１ａの案内とセンシング用ワイヤガイド部３２の固定とを行うことができるので、構成の簡素化を図ることができる。

センシング用ワイヤガイド部３２は、変位センシング用ワイヤ３０を挿通するために管状部材に形成されているので、変位センシング用ワイヤ３０がセンシング用ワイヤガイド部３２に沿って全周に亘ってガイドされることから変位センシング用ワイヤ３０の移動が動力伝達用ワイヤ２１ａの移動に従って確実になされる。

連結部３１と関節部側ガイド固定部位１２ａとの間には、変位センシング用ワイヤ３０がセンシング用ワイヤガイド部３２から露出する関節部側露出部を有するので、動力伝達用ワイヤ２１ａの移動量が大きくなっても連結部３１がセンシング用ワイヤガイド部３２と干渉せず、動力伝達用ワイヤ２１ａの移動を変位センシング用ワイヤ３０に確実に伝えられる。

少なくとも関節保持部側ガイド固定部位１２ａとセンサ保持部側ガイド固定部位１４ａとの間における動力伝達用ワイヤ２１ａ及びセンシング用ワイヤガイド部３２や、変位センシング用ワイヤ３０を収納する筒状の収納部１０を備えていてもよい。これにより、変位センシング用ワイヤ３０のたるみが生じにくくなる上に、動力伝達用ワイヤ２１ａと並んでセンシング用ワイヤガイド部３２に挿通された変位センシング用ワイヤ３０が収納されるので、動力伝達用ワイヤ２１ａと変位センシング用ワイヤ３０との経路が近くなり、変位センシング用ワイヤ３０は、関節４の変位量をより正確に磁気センサ４０に伝えることができる。

収納部１０のうち関節保持部側ガイド固定部１２と当該マニピュレータ１の基端側の少なくとも一部、例えば筒状部１３は、軟性若しくは半軟性の材質により形成されている。これにより、関節４の変位は、関節保持部側ガイド固定部位１２ａよりも関節４側で検出するので、当該関節保持部側ガイド固定部位１２ａよりマニピュレータ１の基端側の少なくとも一部が軟性もしくは半軟性の場合であっても、関節４の変位を検出できる。そして、術具である鉗子等の把持部２の位置を確実に検出することができる。

なお、本発明は、上記一実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記一実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、上記一実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても、発明が解決しようとする課題の欄で述べられた課題が解決でき、かつ、発明の効果が得られる場合には、この構成要素が削除された構成も発明として抽出され得る。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

上記一実施の形態では、収納部１０とセンシング用ワイヤガイド部３２とを全長に亘って硬質の材質であるＳＵＳとしているが、関節保持部側ガイド固定部１２より後端側を軟性もしくは半軟性としても良い。この場合、関節４の変位は、関節保持部側ガイド固定部１２より関節４側で検出しているので、収納部１０とセンシング用ワイヤガイド部３２とが関節保持部側ガイド固定部１２より後端側で軟性若しくは半軟性の場合であっても、関節４の変位を検出でき、術具である鉗子等の把持部２の位置を確実に検出することができる。なお、変位センシング用ワイヤ３０を保持するセンシング用ワイヤガイド部３２をＳＵＳ製としても肉厚を０．１ｍｍ程度とすれば曲げることができるので、収納部１０が軟性若しくは半軟性であっても、関節４の変位を検出することができる。

動力伝達用ワイヤ２１ａと変位センシング用ワイヤ３０との連結は、例えば動力伝達用ワイヤ２１ａと変位センシング用ワイヤ３０の一端とを先に接続し、この接続されている状態で動力伝達用ワイヤ２１ａを関節保持部側ガイド固定部１２の動力ガイド部２３に挿通し、変位センシング用ワイヤ３０を関節保持部側ガイド固定部１２の関節部側ガイド固定部位１２ａに固定されたセンシング用ワイヤガイド部３２内に挿通することとなる。これにより、収納部１０は、関節保持部１１と、関節保持部側ガイド固定部１２と、筒状部１３と、一体に構成してもよい。

また、上記一実施の形態では、変位センシング用ワイヤ３０を動力伝達用ワイヤ２１ａの移動に沿って摺動可能にガイドするセンシング用ワイヤガイド部３２の形状を管状部材に形成しているが、これに限るものではなく、例えば断面形状円弧状のガイド部であっても良い。この場合、固定はねじ止めではなく、例えば接着剤等により固定される。

さらに、上記一実施の形態では、動力伝達用ワイヤ２１ａをガイドするセンシング用ワイヤガイド部３２の固定部と動力ガイド部２３とを一つの構成要素である関節保持部側ガイド固定部１２に設けてあるが、これらセンシング用ワイヤガイド部３２の固定部と動力ガイド部２３とを収納部１０における長手方向に別々の位置に設けても良い。

また、上記一実施の形態では、非接触式のセンサとして磁気式センサ４０を例にとって説明したが、これに限るものではなく、光学式センサであっても良い。この場合、例えば、変位センシング用ワイヤ３０を例えばＮｉ−Ｔｉ製とし、センシング用ワイヤガイド部３２から露出する端部に所望の長さのスリットを設け、そのスリットに対向して、光ファイバを配設して、その反射光を検出して変位センシング用ワイヤ３０の移動量を検出する。
さらには、センサを接触式としても良い。この場合、例えば、Ｎｉ−Ｔｉ製の変位センシング用ワイヤ３０の先端にさらにＳＵＳ製の線状部材を取り付け、このＳＵＳ製の線状部材に導電性の針を接触させて線状部材の移動に伴う電位差を測定して移動量を検出する。尚、線状部材と針との摩擦はなるべく小さいことが好ましい。

さらに、上記一実施の形態では、３自由度のマニピュレータ１を例にとって説明したが、これに限るものではなく、１自由度のマニピュレータであっても良い。また、駆動源として空圧アクチュエータを例にとって説明したが、これに限るものではなく、水圧、油圧アクチュエータでも良く、さらにはモータであっても良い。

１：医療用のマニピュレータ、２：鉗子等の把持部、３：軸、４：関節、１０：収納部、１１：関節保持部、１２：関節保持部側ガイド固定部、１２ａ：関節保持部側ガイド固定部位、１３：筒状部、１４：センサ保持部、２０：プーリ、２１ａ，２１ｂ：動力伝達用ワイヤ、２２ａ，２２ｂ：固定部、２３：動力ガイド部、２４：空圧アクチュエータ、２４ａ：アクチュエータ固定孔、２４ｂ：チューブ、２５ａ：アクチュエータ用流体入出口、３０：変位センシング用ワイヤ、３１：連結部、３２：センシング用ワイヤガイド部、１４ａ：センサ保持部側ガイド固定部位、１４ｂ：センサ固定部位、１５ａ：アクチュエータ固定部、１５ｂ：アクチュエータ固定部ガイド貫通孔、４０：磁気センサ。

Claims (9)

1. マニピュレータの先端側に設けられた関節に接続され、移動することにより前記関節を変位させる動力伝達部と、
   前記動力伝達部に対して前記関節の近傍で連結され、前記動力伝達部の移動量を伝達する移動量伝達部と、
   前記移動量伝達部の移動をガイドするガイド部と、
   前記マニピュレータの基端側で前記移動量伝達部の移動量を検出するセンサと、
   前記関節を保持する関節保持部と、
   前記センサを保持するセンサ保持部と、
   前記関節保持部に設けられ、前記ガイド部の一端側を固定する関節保持部側ガイド固定部と、
   前記センサ保持部に設けられ、前記ガイド部の他端側を固定するセンサ保持部側ガイド固定部と、
   を具備することを特徴とするマニピュレータの関節の変位量検出機構。
2. 前記ガイド部は、前記移動量伝達部を挿通する管状部材に形成されたことを特徴とする請求項１記載のマニピュレータの関節の変位量検出機構。
3. 前記移動量伝達部は、前記動力伝達部に対して連結する連結部と前記関節部側ガイド固定部との間において、前記ガイド部から露出する関節部側露出部を有することを特徴とする請求項１記載のマニピュレータの関節の変位量検出機構。
4. 少なくとも前記関節保持部側ガイド固定部と前記センサ保持部側ガイド固定部との間の前記動力伝達部と、前記ガイド部と、前記移動量伝達部とを収納する筒状の収納部を備えたことを特徴とする請求項１記載のマニピュレータの関節の変位量検出機構。
5. 前記収納部と前記ガイド部とは、前記関節保持部側ガイド固定部から前記マニピュレータの前記基端側の少なくとも一部を軟性若しくは半軟性に形成したことを特徴とする請求項４記載のマニピュレータの関節の変位量検出機構。
6. 前記センサは、非接触式のセンサであることを特徴とする請求項１記載のマニピュレータの関節の変位量検出機構。
7. 前記移動量伝達部は、前記動力伝達部よりも細く形成されていることを特徴とする請求項１記載のマニピュレータの関節の変位量検出機構。
8. 前記移動量伝達部は、線状に形成されていることを特徴とする請求項７記載のマニピュレータの関節の変位量検出機構。
9. マニピュレータの先端側に設けられた関節に接続され、移動することにより前記関節を変位させる動力伝達部と、
   前記動力伝達部の移動に応動して移動する移動量伝達部と、
   前記移動量伝達部の移動をガイドするガイド部と、
   前記ガイド部の一端側と他端側とをそれぞれ固定するガイド固定部と、
   前記マニピュレータの基端側で前記移動量伝達部の移動量を検出するセンサと、
   を具備することを特徴とするマニピュレータの関節の変位量検出機構。

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