JP2020515330A - 手術ロボット用ヘビ型ジョイント、手術器具及び内視鏡 - Google Patents

Abstract

手術ロボット用ヘビ型ジョイントは、少なくとも１つのジョイントコネクタ対（１０）と可撓性構造体を備える。各ジョイントコネクタ対（１０）は、下端にある第１ジョイントコネクタ（１１）と上端にある第２ジョイントコネクタ（１２）を備える。第１ジョイントコネクタ（１１）は、第１ベース（１１０）と、第１ベース（１１０）の第１面に設けられる第１支持構造体（１１１）及び第２支持構造体（１１２）と、第１支持構造体（１１１）に設けられる第１突出部（１１３）と、第２支持構造体（１１２）に設けられる第１接続孔（１１４）とを備える。第２ジョイントコネクタ（１２）は、第２ベース（１２０）と、第２ベース（１２０）の第２面に設けられる第３支持構造体（１２１）及び第４支持構造体（１２２）と、第３支持構造体（１２１）に設けられる第２突出部（１２３）と、第４支持構造体（１２２）に設けられる第２接続孔（１２４）とを有する。第１ジョイントコネクタ（１１）と第２ジョイントコネクタ（１２）とが互いに係合する場合に、第１面と第２面は互いに向き合い、第１突出部（１１３）は、第２接続孔（１２４）の中にあって、第２接続孔（１２４）に対して回転することができ、第２突出部（１２３）は、第１接続孔（１１４）の中にあって、第１接続孔（１１４）に対して回転することができる。可撓性構造体は、ジョイントコネクタ対（１０）を制御してジョイント軸の周りに旋回させる。ジョイントコネクタ対（１０）の旋回によって、平面的なねじり又は空間的なねじりが遂行される。手術器具と内視鏡とは、手術ロボット用ヘビ型ジョイントを有し、器具末端又は撮像システムが所望の位置と姿勢に到達できる。【選択図】図１

Description

本発明は、医療器具の技術分野に関し、特に手術ロボット用ヘビ型ジョイントと、手術器具と、内視鏡に関する。

ロボット分野の急速な発展に伴い、様々な特色があるロボットが常に出現してきた。その中で、ヘビ型ロボット等の生物工学的ロボットに関する研究は最も注目されている対象の１つである。他のロボットとは異なり、ヘビ型ロボットは、自然界のヘビと同様に動くことができ、移動中に障害物を避けるために平面的なねじりと空間的なねじりを遂行することができる。そのため、ヘビ型ロボットは、人間や他の機械によっても遂行することができないタスクを遂行するために使用される。

この特性に基づいて、特に低侵襲的手術用のために、医療手術用ヘビ型ロボットも現れた。低侵襲的手術における小さな創傷のために、ヘビ型ロボットのヘビ型ジョイントを有する手術器具は、他の器官への衝突を防止して、手術中に器官損傷の危険性を低減することができ、より良い治療効果を達成する。この利点により、ヘビ型ジョイントを有する手術器具は医療分野によく利用される。

しかしながら、現在使用されている医療器具用ヘビ型ジョイントは、複雑な構造、多数の構成部品及び複雑な組み立てという不利な点を有する。

米国特許出願公開第２０１６／００６６９３７号明細書において提案されたヘビ型ジョイントを図１７に示す。単一のジョイント１１０は、第１ジョイント部２０２と、第１ジョイント部２０２に対して旋回可能な第２ジョイント部２３２を含み、それらは、ショートリンク機構２２６、２２８を介して接続されている。ショートリンク機構２２６を例にとると、ショートリンク機構２２６は、第２ジョイント部２３２の軸受孔２５４に配置された第１軸受２２７と、第１ジョイント部２０２の溝２１０に配置された第２軸受２２５とを含み、第１軸受２２７は第２ジョイント部２３２の回転軸を形成し、第２軸受２２５は第１ジョイント部２０２の回転軸を形成する。ヘビ型ジョイントは、様々な配置により空間的なねじりの動きを実現することができるが、低い動き精度と曲げ又はねじり過程において構造が複雑という不利な点を有する。

図１８に示されるように、中国特許出願公開第１０５０７８３９８号明細書において、バレル１１０とラグ１２０とを含むスネークボーン型チューブ１００のユニット部が開示されている。バレル１１０は、その中に形成された接続孔１１３を有し、ラグ１２０は、その上に配置されたピン１２１を有する。スネークボーン型チューブ構造は、スネークボーン型チューブ１００の複数のユニット部を、接続孔１１３とピン１２１を介して端から端まで連続的に蝶番式に取り付ければ形成することができる。しかしながら、スネークボーン型チューブ構造は、１つの自由度のみを有し、複雑な空間的なねじりを遂行することができないので、その用途が限定される。

いくつかの例示的実施形態の目的は、動き精度を向上し又は構造の複雑さを低減する手術ロボット用ヘビ型ジョイントを提供することである。その他の例示的実施形態の目的は、ヘビ型ジョイントを有する手術器具とヘビ型ジョイントを有する内視鏡とを提供することである。

上述の目的に基づいて、いくつかの例示的実施形態は、少なくとも１つの自由度を有する手術ロボット用ヘビ型ジョイントを提供する。前記ヘビ型ジョイントは、少なくとも１つのジョイントコネクタ対と、可撓性構造体とを備える。各ジョイントコネクタ対は、下端にある第１ジョイントコネクタと上端にある第２ジョイントコネクタとを有する。前記第１ジョイントコネクタは、第１ベースと、前記第１ベースの第１面に配置される第１支持構造体と第２支持構造体とを有し、前記第１支持構造体はその上に形成される第１突出部を有し、前記第２支持構造体はその中に形成される第１接続孔を有し、前記第２ジョイントコネクタは、第２ベースと、前記第２ベースの第２面に配置される第３支持構造体と第４支持構造体とを有し、前記第３支持構造体はその上に形成される第２突出部を有し、前記第４支持構造体はその中に形成される第２接続孔を有し、前記第１ジョイントコネクタと前記第２ジョイントコネクタとが互いに係合した場合に、前記第１面及び前記第２面は互いに対向して配置され、前記第１突出部は、前記第２接続孔の中に位置して前記第２接続孔に対して回転するように構成され、前記第２突出部は、前記第１接続孔の中に位置して前記第１接続孔に対して回転するように構成され、前記可撓性構造体は、前記ジョイントコネクタ対をジョイント軸の周りに旋回するように制御する。

前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントにおいて、前記第１突出部は、直線又は曲線を第１軸の周りに回転させるにより形成される回転体構造を有し、前記第１接続孔は、直線又は曲線を第２軸の周りに回転させるにより形成される回転面構造を有し、前記第１軸及び前記第２軸のそれぞれは、前記第１ベースの軸と垂直に交わり、前記第２突出部は、直線又は曲線を第３軸の周りに回転させるにより形成される回転体構造を有し、前記第２接続孔は、直線又は曲線を第４軸の周りに回転させるにより形成される回転面構造を有し、前記第１ジョイントコネクタと前記第２ジョイントコネクタが互いに係合する場合に、前記ジョイント軸と、前記第１軸と、前記第２軸と、前記第３軸と、前記第４軸とは共軸になるようにしてもよい。

前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントにおいて、前記第１突出部及び前記第２突出部のそれぞれは、円柱、円錐台、又は円錐の構造を有し、前記第１接続孔及び前記第２接続孔のそれぞれは、円柱面、円錐台面、又は円錐面の構造を有するようにしてもよい。

前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントにおいて、前記第１突出部は、前記第１支持構造体の第１側面に配置され、前記第１側面は、前記第１支持構造体における前記第１ベースの軸から離れた側面であり、前記第１支持構造体における前記第１ベースの前記軸に近い側面は、第５側面であり、前記第２突出部は、前記第３支持構造体の第２側面に配置され、前記第２側面は、前記第３支持構造体における前記第２ベースの軸から離れた側面であり、前記第３支持構造体における前記第２ベースの前記軸に近い側面は、第６側面であり、前記第２支持構造体における前記第１ベースの前記軸に近い側面は、第３側面であり、前記第４支持構造体における前記第２ベースの前記軸に近い側面は、第４側面であり、前記第１側面と前記第３側面の間の距離ｌ１と、前記第２側面と前記第４側面の間の距離ｌ２とは、以下の関係を有し、
ｌ１−ｌｐ２＜ｌ２＜ｌ１＋ｌｐ１、
又は、
ｌ２−ｌｐ１＜ｌ１＜ｌ２＋ｌｐ２、
ここで、ｌｐ１は前記第１突出部の軸長であり、ｌｐ２は前記第２突出部の軸長であり、前記第１側面と前記第５側面との間の距離及び前記第１突出部の前記軸長の総和は、前記第４側面と前記第６側面との間の距離よりも小さく、前記第２突出部の前記軸長及び前記第２側面と前記第６側面との間の距離の総和は、前記第３側面と前記第５側面との間の距離よりも小さくしてもよい。

前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントにおいて、前記第１突出部の前記軸長及び前記第１支持構造体の前記第１側面から前記第２支持構造体の第７側面までの距離の総和は、前記第１ベースの直径以下であり、前記第２支持構造体における前記第１ベースの前記軸から離れた側面が前記第７側面であり、前記第２突出部の前記軸長及び前記第３支持構造体の前記第２側面から前記第４支持構造体の第８側面までの距離の総和は、前記第２ベースの直径以下であり、前記第４支持構造体における前記第２ベースの前記軸から離れた側面が前記第８側面であり、前記ジョイントコネクタ対において、前記第１突出部の外側端面から前記第２突出部の外側端面までの距離は、前記第１ベースの前記直径以下であり、前記ジョイントコネクタ対において、前記第１突出部の前記外側端面から前記第２突出部の前記外側端面までの前記距離も、前記第２ベースの前記直径以下であってもよい。

前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントにおいて、前記第２支持構造体における前記第１ベースの軸に近い側面は、第３側面であり、前記第４支持構造体における前記第２ベースの軸に近い側面は、第４側面であり、前記第１突出部は、前記第１支持構造体の第５側面に配置されており、前記第５側面は、前記第１支持構造体における前記第１ベースの前記軸に近い側面であり、前記第２突出部は、前記第３支持構造体の第６側面に配置されており、前記第６側面は、前記第３支持構造体における前記第２ベースの前記軸に近い側面であり、前記第２支持構造体における前記第１ベースの前記軸から離れた側面は、第７側面であり、前記第４支持構造体における前記第２ベースの前記軸から離れた側面は、第８側面であり、前記第５側面と前記第７側面との間の距離ｌ３及び前記第６側面と前記第８側面との間の距離ｌ４は以下の関係を有し、
ｌ３−ｌｐ１＜ｌ４＜ｌ３＋ｌｐ２、
又は、
ｌ４−ｌｐ２＜ｌ３＜ｌ４＋ｌｐ１、
ここで、ｌｐ１は前記第１突出部の軸長であり、ｌｐ２は前記第２突出部の軸長であり、
前記第４側面と前記第８側面との間の距離は、前記第３側面と前記第５側面の間の距離と前記第１突出部の前記軸長との差よりも小さく、
前記第３側面と前記第７側面との間の距離は、前記第４側面と前記第６側面の間の距離と前記第２突出部の前記軸長との差よりも小さくしてもよい。

前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントにおいて、前記第１支持構造体の第１側面から前記第２支持構造体の前記第７側面までの距離は、前記第１ベースの直径以下であり、前記第１側面は、前記第１支持構造体における前記第１ベースの前記軸から離れた側面であり、前記第３支持構造体の第２側面から前記第４支持構造体の前記第８側面までの距離は、前記第２ベースの直径以下であり、前記第２側面は、前記第３支持構造体における前記第２ベースの前記軸から離れた側面であり、前記ジョイントコネクタ対において、前記第１側面から前記第２側面までの距離は、前記第１ベースの前記直径以下であり、前記第１側面から前記第２側面までの前記距離も、前記第２ベースの前記直径以下であってもよい。

前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントにおいて、前記第１支持構造体の厚さ、前記第２支持構造体の厚さ及び前記第１突出部の前記軸長が等しく、前記第３支持構造体の厚さ、前記第４支持構造体の厚さ及び前記第２突出部の前記軸長が等しくしてもよい。

前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントにおいて、前記第１面は、第１部分面と、前記第１部分面と交わる第２部分面とを備え、前記第１支持構造体及び前記第２支持構造体のそれぞれは、前記第１部分面に配置され、前記第２面は、第３部分面と、前記第３部分面と交わる第４部分面とを備え、前記第３支持構造体及び前記第４支持構造体のそれぞれは、前記第３部分面に配置されてもよい。

前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントにおいて、前記第２部分面は平面であり、前記ジョイント軸は、前記第２部分面が配置される平面を通過し、前記第４部分面は平面であり、前記ジョイント軸は、前記第４部分面が配置される平面を通過するようにしてもよい。

前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントにおいて、前記第２部分面と前記第１部分面との間の角度は０°乃至４５°であり、前記第４部分面と前記第３部分面との間の角度は０°乃至４５°であるようにしてもよい。

前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントにおいて、前記第２部分面及び前記第４部分面は、両方とも曲面であり、前記ジョイントコネクタ対が、前記第２部分面が同じ側の前記第４部分面と当接する状態に旋回した場合に、前記第２部分面と前記第４部分面との間に当接部が形成され、前記当接部の前記曲面の間に共通接平面が存在し、前記第１軸が前記共通接平面を通過するように構成されるようにしてもよい。

前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントにおいて、前記共通接平面と前記第１部分面との間の角度は、０°よりも大きくかつ４５°以下であり、前記共通接平面と前記第３部分面との間の角度は、０°よりも大きくかつ４５°以下であってもよい。

前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントにおいて、各ジョイントコネクタ対における、前記第１ジョイントコネクタと前記第２ジョイントコネクタとの間の旋回角度は、０°より大きくかつ９０°以下であってもよい。

前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントにおいて、第１軸方向貫通孔が前記第１ベースの円周に配置され、前記第１軸方向貫通孔は、前記可撓性構造体が貫通するために設けられ、第２軸方向貫通孔が前記第２ベースの円周に形成され、前記第２軸方向貫通孔は、前記可撓性構造体が貫通するために設けられるようにしてもよい。

前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントにおいて、前記第１軸方向貫通孔の数及び前記第２軸方向貫通孔の数はそれぞれ複数であり、少なくとも２つの前記第１軸方向貫通孔の位置は、少なくとも２つの前記第２軸方向貫通孔の位置に対応するようにしてもよい。

前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントにおいて、各ジョイントコネクタ対において、前記第１軸方向貫通孔の数は、前記第２軸方向貫通孔の数と同じであり、前記第１軸方向貫通孔の位置は、前記第２軸方向貫通孔の位置に対して１対１の対応関係があるようにしてもよい。

前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントにおいて、前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントがｎの自由度を有する場合に、少なくとも２ｎの可撓性構造体があり、ここでｎは、１以上の自然数としてもよい。

前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントにおいて、前記ヘビ型ジョイントは、複数のジョイントコネクタ対を有し、隣接するジョイントコネクタ対は脱着可能に又は固定して接続されるようにしてもよい。

前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントにおいて、第１固定機構が前記第１ベースの第３面に配置され、前記第３面は前記第１面と対向し、第２固定機構が前記第２ベースの第４面に配置され、前記第４面は前記第２面と対向し、１つのジョイントコネクタ対の前記第２ジョイントコネクタが前記隣接するジョイントコネクタ対の前記第１ジョイントコネクタに脱着可能に接続されるように、前記１つのジョイントコネクタ対の第２固定機構は、隣接するジョイントコネクタ対の第１固定機構とロック可能であるようにしてもよい。

前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントにおいて、前記第１固定機構は、複数の第１ボスと複数の第１凹部とを有し、前記第１ボスと第１凹部とは間隔を置いて配置され、前記第２固定機構は、複数の第２ボスと複数の第２凹部とを有し、前記第２ボスと第２凹部とは間隔を置いて配置され、前記第１ボスは、形状、数及び位置において前記第２凹部に対応し、前記第２ボスは、形状、数及び位置において前記第１凹部に対応するようにしてもよい。

前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントにおいて、隣接するジョイントコネクタ対において、近位端の１つのジョイントコネクタ対の第２ジョイントコネクタは、遠位端の他のジョイントコネクタ対の第１ジョイントコネクタと一体的に形成されるようにしてもよい。

前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントにおいて、隣接するジョイントコネクタ対の円周方向オフセット角度は、０°以上かつ１８０°以下であってもよい。

他の例示的実施形態は手術器具を提供する。前記手術器具は、器具末端と、上述の手術ロボット用ヘビ型ジョイントと、管状部材と、可撓性部材と、制御部とを備える。前記器具末端、前記手術ロボット用ヘビ型ジョイント、前記管状部材及び前記制御部は、遠位端から近位端まで連続して接続され、前記可撓性部材の一方の端部は前記制御部に接続され、前記可撓性部材の他方の端部は、前記管状部材を通過した後、前記器具末端に接続され、前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントの可撓性構造体の近位端は、前記管状部材を通過した後、前記制御部に接続され、前記制御部は、前記可撓性部材を介して前記器具末端の動きを制御し、前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントの前記可撓性構造体を介して前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントの旋回を制御する。

さらに、他の例示的実施形態は内視鏡を提供する。前記内視鏡は、撮像システムと、上述の手術ロボット用ヘビ型ジョイントと、管状部材と、制御部とを備える。前記撮像システム、前記手術ロボット用ヘビ型ジョイント、前記管状部材及び前記制御部は、遠位端から近位端まで連続して接続され、前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントの可撓性構造体の近位端は、前記管状部材を通過した後、前記制御部に接続され、前記制御部は、前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントの前記可撓性構造体を介して前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントの旋回を制御して前記撮像システムの姿勢を調整する。

いくつかの例示的実施形態において提供される手術ロボット用ヘビ型ジョイントは、ジョイントコネクタ対の旋回により平面的なねじり又は空間的なねじりを遂行し、従来技術のヘビ型ジョイントと比較して、その構造の複雑さを低減することを可能にする。その他の例示的実施形態において提供される手術器具と内視鏡は、手術ロボット用ヘビ型ジョイントを含み、それによって、器具末端又は撮像システムが所望の位置と姿勢に到達できるようにする。

例示的な一実施形態の手術ロボット用ヘビ型ジョイントに係る、１つのジョイントコネクタ対の分離状態を示す斜視図である。 図１に示すジョイントコネクタ対の概略正面図である。 図２に示すジョイントコネクタ対の接続状態を示す概略正面図である。 例示的な一実施形態の手術ロボット用ヘビ型ジョイントに係る、第１ベース／第２ベースの概略上面図である。 例示的な一実施形態の手術ロボット用ヘビ型ジョイントに係る、第１ベース／第２ベースの別の概略上面図である。 例示的な一実施形態の手術ロボット用ヘビ型ジョイントに係る、１つのジョイントコネクタ対の第２ジョイントコネクタと、隣接するジョイントコネクタ対の隣接する第１ジョイントコネクタとの分離状態を示す斜視図である。 図６に示す一ジョイントコネクタ対の第２ジョイントコネクタと、隣接するジョイントコネクタ対の隣接する第１ジョイントコネクタの概略正面図である。 図７に示す１つのジョイントコネクタ対の第２ジョイントコネクタと、隣接するジョイントコネクタ対の隣接する第１ジョイントコネクタとの接続状態を示す概略正面図である。 例示的な一実施形態の手術ロボット用ヘビ型ジョイントに係る、１つのジョイントコネクタ対の第２ジョイントコネクタと、隣接するジョイントコネクタ対の隣接する第１ジョイントコネクタとの分離状態を示す斜視図である。 図９に示す１つのジョイントコネクタ対の第２ジョイントコネクタと、隣接するジョイントコネクタ対の隣接する第１ジョイントコネクタの概略正面図である。 図１０に示す１つのジョイントコネクタ対の第２ジョイントコネクタと、隣接するジョイントコネクタ対の隣接する第１ジョイントコネクタとの接続状態を示す概略正面図である。 例示的な一実施形態に係る、手術ロボット用ヘビ型ジョイントの複数のジョイントコネクタ対の分離状態を示す斜視図である。 図１２に示す複数のジョイントコネクタ対の曲がった状態を示す斜視図である。 図１３に示す複数のジョイントコネクタ対の曲がった状態を示す概略正面図である。 例示的な一実施形態に係る手術器具の自然な状態を示す概略構造図である。 例示的な一実施形態に係る手術器具の回転状態を示す概略構造図である。 従来技術におけるヘビ型ジョイントの概略図である。 従来技術におけるスネークボーン型チューブのユニット部の概略図である。

本発明において提案される手術ロボット用ヘビ型ジョイント、手術器具及び内視鏡を、添付図面と具体的な実施形態を参照して以下で詳細にさらに説明する。本発明の利点と特徴は、以下の説明と添付の請求項からより明らかになるであろう。添付図面は、本発明の対象物を説明するうえで利便性と明瞭性を促進する意図のみにより、非常に簡略化された形で示され、また必ずしも原寸に比例して示されていないことに留意されたい。特に、図面によって異なる点が強調されるとともに、しばしば異なる比率が採用されている。

実施形態において、「近位端」、「遠位端」又は「上端」、「下端」は、医療器具を操作する医師の視点から、互いに向かい合う要素又は作用の対向する配向、位置、及び方向である。「近位端」と「遠位端」、又は「上端」と「下端」は、限定的ではないが、「近位端」と「下端」は、通例では、通常の操作においてオペレータに近い医療器具の端部を指し、「遠位端」と「上端」は、通例では、オペレータから離れた端部を指す。

いくつかの例示的実施形態の本旨は、少なくとも１つのジョイントコネクタ対と可撓性構造体とを備える、手術ロボット用ヘビ型ジョイントを提供することである。各ジョイントコネクタ対は、ジョイントコネクタ対の下端にある第１ジョイントコネクタとジョイントコネクタ対の上端にある第２ジョイントコネクタとを備える。第１ジョイントコネクタは、第１ベース並びに第１ベースの第１面に配置された第１支持構造体及び第２支持構造体を備え、第１支持構造体は、その上に形成された第１突出部を有し、第２支持構造体は、その中に形成された第１接続孔を有する。第２ジョイントコネクタは、第２ベース並びに第２ベースの第２面に配置される第３支持構造体及び第４支持構造体を備え、第３支持構造体は、その上に形成された第２突出部を有し、第４支持構造体は、その中に形成された第２接続孔を有する。第１面と第２面は、互いに対向して配置され、第１突出部は、第２接続孔の中に位置して第２接続孔に対して回転するように構成され、第２突出部は、第１接続孔の中に位置して第１接続孔に対して回転するように構成される。可撓性構造体は、ジョイントコネクタ対をジョイント軸周りに旋回するように制御する。ジョイントコネクタ対の旋回によって、手術ロボット用ヘビ型ジョイントの場合、平面的なねじり又は空間的なねじりが遂行されるとともに、従来技術のヘビ型ジョイントと比較して、構造の複雑さが低減される。さらに、他の例示的実施形態において、手術ロボット用ヘビ型ジョイントを備える手術器具及び内視鏡が提供される。その結果、手術器具の器具末端又は撮像システムは所望の位置と姿勢に到達することができる。

具体的に、図１乃至図３を参照すると、図１は、例示的な一実施形態の手術ロボット用ヘビ型ジョイントに係る、１つのジョイントペアの分離状態を示す斜視図である。図２は、図１に示すジョイントペアの概略正面図である。図３は、図２に示すジョイントペアの接続状態を示す概略正面図である。図１乃至図３に示すように、各ジョイントコネクタ対１０は、ジョイントコネクタ対１０の下端にある第１ジョイントコネクタ１１とジョイントコネクタ対１０の上端にある第２ジョイントコネクタ１２とを備える。第１ジョイントコネクタ１１は、第１ベース１１０並びに第１ベース１１０の第１面に配置された第１支持構造体１１１及び第２支持構造体１１２を備え、第１支持構造体１１１は、その上に形成された第１突出部１１３を有し、第２支持構造体１１２は、その中に形成された第１接続孔１１４を有する。第２ジョイントコネクタ１２は、第２ベース１２０並びに第２ベース１２０の第２面に配置された第３支持構造体１２１及び第４支持構造体１２２を備え、第３支持構造体１２１は、その上に形成された第２突出部１２３を有し、第４支持構造体１２２は、その中に形成された第２接続孔１２４を有する。第１面と第２面は、互いに対向して配置され、第１突出部１１３は、第２接続孔１２４の中に位置して第２接続孔に対して回転するように構成され、第２突出部１２３は、第１接続孔１１４の中に位置して第１接続孔に対して回転するように構成されている。

例示的な一実施形態において、第１突出部１１３は、直線又は曲線を第１軸の周りに回転させるによって形成された回転体構造を有し、第１接続孔１１４は、対応する直線又は曲線を第２軸の周りに回転させるによって形成された回転面構造を有し、第１軸及び第２軸のそれぞれは、第１ベース１１０の軸と垂直に交わる。第２突出部１２３は、直線又は曲線を第３軸の周りに回転させるによって形成された回転体構造を有し、第２接続孔１２４は、対応する直線又は曲線を第４軸の周りに回転させるによって形成された回転面構造を有し、第３軸と第４軸は、第２ベース１２０の軸と垂直に交わる。さらに、第１軸と第２軸は共軸であり、第３軸と第４軸は共軸である。図３に示すジョイントコネクタ対の接続状態において、ジョイントコネクタ対１０の第１軸、第２軸、第３軸及び第４軸は共軸である。本明細書において、第１軸、第２軸、第３軸及び第４軸がジョイントコネクタ対１０のジョイント軸とも共軸であることは明らかである。従って、第１突出部１１３は第２接続孔１２４に良好に嵌合し、第２突出部１２３は第１接続孔１１４に良好に嵌合して、旋回過程中の第１ジョイントコネクタ１１と第２ジョイントコネクタ１２の安定性と信頼性とを確保する。より具体的には、第１突出部１１３及び第２突出部１２３は、円柱、円錐台、円錐等の構造を有してもよい。第１接続孔１１４及び第２接続孔１２４は、円柱面、円錐台面、円錐面等の構造を有してもよい。

さらに図１乃至図３を参照すると、例示的な一実施形態において、第１突出部１１３は、第１支持構造体１１１の第１側面に配置され、第１側面は、第１支持構造体１１１における第１ベース１１０の軸から離れた側面である。第１支持構造体１１１における第１ベース１１０の軸に近い側面は、第５側面である。第２突出部１２３は、第３支持構造体１２１の第２側面に配置され、第２側面は、第３支持構造体１２１における第２ベース１２０の軸から離れた側面である。第３支持構造体１２１における第２ベース１２０の軸に近い側面は、第６側面である。第２支持構造体１１２における第１ベース１１０の軸に近い側面は、第３側面である。第４支持構造体１２２における第２ベース１２０の軸に近い側面は、第４側面である。第２支持構造体１１２における第１ベース１１０の軸から離れた側面は、第７側面である。第４支持構造体１２２における第２ベース１２０の軸から離れた側面は、第８側面である。第１側面乃至第８側面は互いに平行であるのが好ましい。第１側面と第３側面との間の距離ｌ１及び第２側面と第４側面との間の距離ｌ２には、以下の関係がある。ｌ１−ｌｐ２＜ｌ２＜ｌ１＋ｌｐ１、又は、ｌ２−ｌｐ１＜ｌ１＜ｌ２＋ｌｐ２、ここで、ｌｐ１は、第１突出部の軸長、ｌｐ２は、第２突出部の軸長である。一方、第１突出部の軸長及び第１側面と第５側面との間の距離の総和は、第４側面と第６側面との間の距離より小さい。第２突出部の軸長及び第２側面と第６側面との間の距離の総和は、第３側面と第５側面との間の距離より小さい。本明細書において、一方の側面から他方の側面までの距離は、２つの側面間のジョイント軸の長さによって測定される。第１突出部又は第２突出部の軸長も、対応する突出部の端面と対応する突出部に隣接する側面との間のジョイント軸の長さによって測定される。それは以下の実施形態にも適用可能である。この場合、第１ジョイントコネクタ１１と第２ジョイントコネクタ１２との間の接続が達成できる、すなわち、第１突出部１１３は第２接続孔１２４に配置されるように構成され、そして第２突出部１２３は第１接続孔１１４に配置されるように構成される。

好適には、第１突出部１１３の軸長及び第１支持構造体１１１の第１側面から第２支持構造体１１２の第７側面までの距離の総和は、第１ベース１１０の直径以下である。第２突出部１２３の軸長及び第３支持構造体１２１の第２側面から第４支持構造体１２２の第８側面までの距離の総和は、第２ベース１２０の直径以下である。組み立て後、ジョイントコネクタ対において、第１突出部１１３の外側端面から第２突出部１２３の外側端面までの距離は、第１ベース１１０の直径以下であり、また、第２ベース１２０の直径以下である。すなわち、第１支持構造体１１１、第２支持構造体１１２及び第１突出部１１３は、すべて第１ベース１１０の投影内に配置され、第３支持構造体１２１と、第４支持構造体１２２と、第２突出部１２３は、すべて第２ベース１２０の投影内に配置される。これによって、手術ロボット用ヘビ型ジョイントの安全性と信頼性をより大きく向上させ、使用中に第１突出部１１３又は第２突出部１２３が人の組織等を傷つけることを防止することを可能にする。

例示的実施形態によっては、第２支持構造体１１２における第１ベース１１０の軸に近い側面は、第３側面である。第４支持構造体１２２における第２ベース１２０の軸に近い側面は、第４側面である。第１突出部１１３は、第１支持構造体１１１の第５側面に位置してもよく、第５側面は、第１支持構造体１１１における第１ベース１１０の軸に近い側面である。第２突出部１２３は、第３支持構造体１２１の第６側面に位置しており、第６側面は、第３支持構造体１２１における第２ベース１２０の軸に近い側面である。第２支持構造体１１２における第１ベース１１０の軸から離れた側面は、第７側面である。第４支持構造体１２２における第２ベース１２０の軸から離れた側面は、第８側面である。第１支持構造体１１１における第１ベース１１０の軸から離れた側面は、第１側面である。第３支持構造体１２１における第２ベース１２０の軸から離れた側面は、第２側面である。好適には、第１側面乃至第８側面は互いに平行である。第５側面と第７側面との間の距離ｌ３及び第６側面と第８側面との間の距離ｌ４は以下の関係を有している。ｌ３−ｌｐ１＜ｌ４＜ｌ３＋ｌｐ２、ここで、ｌｐ２は第２突出部の軸長である、あるいは、ｌ４−ｌｐ２＜ｌ３＜ｌ４＋ｌｐ１、ここで、ｌｐ１は第１突出部の軸長である。一方、第４側面と第８側面との間の距離は、第３側面と第５側面の間の距離と第１突出部の軸長との差よりも小さい。第３側面と第７側面との間の距離は、第４側面と第６側面の間の距離と第２突出部の軸長との差よりも小さい。

同様に、第１支持構造体１１１の第１側面から第２支持構造体１１２の第７側面までの距離は、第１ベース１１０の直径以下である。第３支持構造体１２１の第２側面から第４支持構造体１２２の第８側面までの距離は、第２ベース１２０の直径以下である。組み立て後、ジョイントコネクタ対において、第１側面から第２側面までの距離は、第１ベース１１０の直径以下であり、同様に、第２ベース１２０の直径以下である。すなわち、第１支持構造体１１１、第２支持構造体１１２及び第１突出部１１３は、すべて第１ベース１１０の投影内に配置され、第３支持構造体１２１、第４支持構造体１２２及び第２突出部１２３は、すべて第２ベース１２０の投影内に配置され、これによって、手術ロボット用ヘビ型ジョイントの安全性と信頼性を向上させ、使用中に第１側面と第２側面が人の組織等を傷つけることを防止することを可能にする。

より好適には、第１支持構造体１１１の厚さ（すなわち、第１側面と第５側面との間の距離）と、第２支持構造体１１２の厚さ（すなわち、第３側面と第７側面との間の距離）と、第１突出部１１３の軸長とは等しい。第３支持構造体１２１の厚さ（すなわち、第２側面と第６側面との間の距離）と、第４支持構造体１２２の厚さ（すなわち、第４側面と第８側面との間の距離）と、第２突出部１２３の軸長とは等しい。これにより、ジョイントコネクタ対１０の安定性がより向上し、ジョイントコネクタの交換作業がより容易になる。

さらに図１乃至図３を参照すると、例示的な一実施形態において、第１面は、第１部分面１１５と、第１部分面１１５と交わり、ジョイント軸の両側に配置された２つの第２部分面１１６とを含む。第１支持構造体１１１及び第２支持構造体１１２のそれぞれは、第１部分面１１５に、好適には、第１部分面１１５に対して垂直に配置される。２つの第２部分面１１６は、好適には、ジョイント軸に対して対称に配置される。第２面は、第３部分面１２５と、第３部分面１２５と交わり、ジョイント軸の両側に配置された２つの第４部分面１２６を含む。第３支持構造体１２１及び第４支持構造体１２２のそれぞれは、第３部分面１２５に、好適には、第３部分面１２５に対して垂直に配置される。２つの第４部分面１２６は、好適には、ジョイント軸に対して対称に配置される。好適には、図３に示すジョイントコネクタ対の接続状態において、第２部分面１１６の１つが、同じ側の第４部分面１２６の１つと当接する場合、第２部分面１１６と第４部分面１２６とが同じ面の中にあり、第１軸と第３軸もこの面の中にある。さらに、第２部分面１１６と第１部分面１１５との間の角度は０°乃至４５°であり、第４部分面１２６と第３部分面１２５との間の角度は０°乃至４５°である。これに加えて、第２部分面１１６は第１曲面であってもよく、第４部分面１２６は第２曲面であってもよい。さらに、ジョイントコネクタ対が、第２部分面１１６が同じ側の第４部分面１２６と当接する状態で旋回する場合、第１曲面及び第２曲面は、当接部が第２部分面１１６と第４部分面１２６との間に形成され、当接部に、第１曲面と第２曲面のそれぞれに接する平面が形成されるように構成される。すなわち、平面は、第１曲面と第２曲面の共通接平面であり、第１軸は共通接平面を通過する。さらに、共通接平面と第１部分面１１５との間の角度は、０°より大きくかつ４５°以下であり、共通接平面と第３部分面１２５との間の角度は、０°より大きくかつ４５°以下である。好適には、共通接平面と第１部分面１１５との間の角度は、０°より大きくかつ２２．５°以下であり、共通接平面と第３部分面１２５との間の角度は、０°より大きくかつ２２．５°以下である。この場合、各ジョイントコネクタ対１０の第１ジョイントコネクタ１１と第２ジョイントコネクタ１２の間の旋回角度は０°乃至９０°、好適には０°乃至４５°である。旋回角度は、第１面と第２面との間の角度によって測定される。第１面が第１部分面１１５と第２部分面１１６を含み、第２面が第３部分面１２５と第４部分面１２６を含む場合には、旋回角度は、第１部分面１１５と第３部分面１２５との間の角度によって測定される。すなわち、ヘビ型ジョイントが配置された場合、第１部分面１１５と第３部分面１２５は水平面の状態に構成され、第２部分面１１６及び第４部分面１２６は、両方とも、傾斜面として構成される。第２部分面１１６及び第４部分面１２６を傾斜面になるように構成することによって、ジョイントコネクタ対１０の旋回中、ジョイントコネクタ対１０の近位端にある第１ジョイントコネクタ１１は、ジョイントコネクタ対の遠位端にある第２ジョイントコネクタ１２をある程度サポートすることができ、その結果、手術ロボット用ヘビ型ジョイントの信頼性を確保する。一方、第２部分面１１６と第１部分面１１５との間の角度及び第４部分面１２６と第３部分面１２５との間の角度を調整することによって、ジョイントコネクタ対１０の間の旋回角度を調整することができる。

図４及び図５に示されるように、例示的な一実施形態において、第１軸方向貫通孔１１７が第１ベース１１０の円周に配置される。第１軸方向貫通孔１１７は、可撓性構造体が貫通するために設けられる。第２軸方向貫通孔１２７が第２ベース１２０の円周に配置される。第２軸方向貫通孔１２７は、可撓性構造体が貫通するために設けられる。さらに、少なくとも２つの第１軸方向貫通孔１１７と少なくとも２つの第２軸方向貫通孔１２７とがあり、少なくとも２つの第１軸方向貫通孔１１７の位置は、少なくとも２つの第２軸方向貫通孔１２７の位置に対応している。好適には、第１軸方向貫通孔１１７は、数と位置について第２軸方向貫通孔１２７に１対１の対応関係を有する。さらに、第１ベース１１０の第１軸方向貫通孔１１７の配置と第２ベース１２０の第２軸方向貫通孔１２７の配置については図４及び図５を参照することができる。具体的には、第１軸方向貫通孔１１７及び第２軸方向貫通孔１２７は、それぞれ、群の状態で円周に均等に配置される。軸方向貫通孔群のそれぞれは、少なくとも１つの軸方向貫通孔を含む。図４に示すように、第１軸方向貫通孔群のそれぞれは、１つの第１軸方向貫通孔１１７のみを含み、第２軸方向貫通孔群のそれぞれは、１つの第２軸方向貫通孔１２７のみを含む。図５に示すように、第１軸方向貫通孔群のそれぞれは、３つの第１軸方向貫通孔１１７を含み、第２軸方向貫通孔群のそれぞれは、３つの第２軸方向貫通孔１２７を含む。好適には、第１軸方向貫通孔群のそれぞれの第１軸方向貫通孔１１７は均等に配置され、第２軸方向貫通孔群のそれぞれの第２軸方向貫通孔１２７は均等に配置される。

例示的な一実施形態において、可撓性構造体は金属線である。図４に示すベース（すなわち、第１ベース１１０又は第２ベース１２０）の構造に対して、１つのジョイントコネクタ対の旋回を制御するために２本の金属線が使用される場合、２本の金属線は、異なる貫通孔群の貫通孔（すなわち、第１軸方向貫通孔１１７又は第２軸方向貫通孔１２７）を通過する。２つの貫通孔群は、ジョイントコネクタ対の第１軸の異なる側に配置される。図５に示すベース（すなわち、第１ベース１１０又は第２ベース１２０）の構造に対して、複数の金属線は、同様にして、そのように構成される。１つのジョイントコネクタ対の旋回の制御のためにより多くの金属線を使用すると、ジョイントコネクタ対の信頼性を向上することができ、１本の金属線の破損に起因してジョイントコネクタ対の不具合は起こらないであろう。他の例示的実施形態において、１つのジョイントコネクタ対の旋回は、４本又は６本の金属線により制御することもできる。

さらに、手術ロボット用ヘビ型ジョイントは、複数の、例えば５，６，８又は１０等の２から１０までの任意の自然数のジョイントコネクタ対１０を含む。ジョイントコネクタ対１０は、連続的に、脱着可能に又は固定して接続される。好適には、第１固定機構１１８は、第１ベース１１０の第３面に配置される。第３面は、第１面の反対側である。第２固定機構１２８は、第２ベース１２０の第４面に配置される。第４面は、第２面の反対側である。１つのジョイントコネクタ対の第２固定機構１２８は、隣接するジョイントコネクタ対１０の第１固定機構１１８とロック可能であり、その結果、１つのジョイントコネクタ対の第２ジョイントコネクタ１２は、隣接するジョイントコネクタ対１０の第１ジョイントコネクタ１１に固定される。他の例示的実施形態において、１つのジョイントコネクタ対の第２ジョイントコネクタ１２と隣接するジョイントコネクタ対１０の第１ジョイントコネクタ１１とは、一体成型方法等の他の方法で固定して接続されてもよい。

具体的には、図６及び図７に示すように、固定機構は、隣接する固定機構の凹部と係合されるボスを含み、凹部は隣接する固定機構のボスを収容する。ボスと凹部の配置は特に限定されない。一実施形態において、第１固定機構１１８は、複数の第１ボスと複数の第１凹部を備え、第１ボスと第１凹部は間隔を置いて配置される。第２固定機構１２８は、複数の第２ボスと複数の第２凹部を備え、第２ボス及び第２凹部は、間隔を置いて配置される。第１ボスは、形状と数と位置において、第２凹部に対応し、第２ボスは、形状と数と位置において、第１凹部に対応する。

さらに、ジョイントコネクタ対１０の様々な旋回方向は、ジョイントコネクタ対１０間の様々な係合によって達成することができ、これによって、手術ロボット用ヘビ型ジョイントの複数の自由度が得られる。

具体的には、隣接するジョイントコネクタ対の円周方向オフセット角度が異なるように、隣接するジョイントコネクタ対１０の近位端にある第２ジョイントコネクタ１２の第３軸と、隣接するジョイントコネクタ対１０の遠位端にある第１ジョイントコネクタ１１の第１軸との間の角度が変更される。これは、隣接するジョイントコネクタ対が異なる方向で旋回することを意味する。隣接するジョイントコネクタ対１０の円周方向オフセット角度は、０°以上かつ１８０°以下であることが好ましい。

次に、図６乃至図８及び図９乃至図１１を参照すると、これらの図は、一実施形態に係る、１つのジョイントコネクタ対における第２ジョイントコネクタと、隣接するジョイントコネクタ対における隣接する第１ジョイントコネクタの概略構造図であり、近位のジョイントコネクタ対の第２ジョイントコネクタ１２と遠位のジョイントコネクタ対の第１ジョイントコネクタ１１のみを示す。図６乃至図８は、隣接するジョイントコネクタ対の円周方向オフセット角度が９０°である場合を示す。この場合、隣接するジョイントコネクタ対は、２つの方向に向かって旋回することができるので、手術ロボット用ヘビ型ジョイントは２つの自由度を有する。図９乃至図１１は、隣接するジョイントコネクタ対において円周方向オフセットが存在しない場合を示すので、円周方向オフセット角度は０°である。この場合、隣接するジョイントコネクタ対は、より大きな角度で、１つの方向に向かって旋回でき（すなわち、旋回角度は、１つのジョイントコネクタ対の旋回角度より大きい）、手術ロボット用ヘビ型ジョイントは１つの自由度のみを有する。

次に、図１乃至図３と図１２乃至図１４とを同時に参照すると、図１２乃至図１４は、本発明の一実施形態に係る手術ロボット用ヘビ型ジョイントの複数のジョイントコネクタ対の概略構造図である。前の実施形態と比較して、２つの自由度を有する本実施形態の手術ロボット用ヘビ型ジョイントは、図１乃至図３に示されるようなジョイントコネクタ対１０を４つ含み、それらは、近位端から遠位端までの（換言すると、下から上への）、第１ジョイントコネクタ対１０ａ、第２ジョイントコネクタ対１０ｂ、第３ジョイントコネクタ対１０ｃ及び第４ジョイントコネクタ対１０ｄである。第２ジョイントコネクタ対１０ｂと第１ジョイントコネクタ対１０ａとの間の円周方向オフセット角度は９０°であり、第３ジョイントコネクタ対１０ｃと第２ジョイントコネクタ対１０ｂとの間の円周方向オフセット角度は０°であり（すなわち、互いに平行であり）、第４ジョイントコネクタ対１０ｄと第３ジョイントコネクタ対１０ｃとの間の円周方向オフセット角度は９０°である。図１２乃至図１４において、第２ジョイントコネクタ対１０ｂの旋回方向は、第３ジョイントコネクタ対１０ｃの旋回方向と同じであり、第１ジョイントコネクタ対１０ａの旋回方向は、第４ジョイントコネクタ対１０ｄの旋回方向と同じであり、第２ジョイントコネクタ対１０ｂ及び第３ジョイントコネクタ対１０ｃの旋回方向は、第１ジョイントコネクタ対１０ａ及び第４ジョイントコネクタ対１０ｄの旋回方向に対して垂直である。従って、手術ロボット用ヘビ型ジョイントは２つの自由度を有する。この場合、ジョイントコネクタ対１０の相対的位置を構成することによって、ヘビ型ジョイントは、複数の自由度を有し、ヘビ型ジョイントの平面的なねじり又は空間的なねじりを実行することができる。

さらに、図１２乃至図１４において、各ジョイントコネクタ対（すなわち、第１ジョイントコネクタ対１０ａ、第２ジョイントコネクタ対１０ｂ、第３ジョイントコネクタ対１０ｃ及び第４ジョイントコネクタ対１０ｄ）の最大旋回角度は４５°である。この場合、２つのジョイントコネクタ対１０が同じ方向に向けて旋回するように構成することによって、各旋回方向で９０°の最大旋回角度を達成できる。ここで、１つのジョイントコネクタ対１０の代わりに、２つのジョイントコネクタ対１０によって各旋回方向において９０°の最大旋回角度を得ることによって、手術ロボット用ヘビ型ジョイントは、より高い信頼性と安定性を有することになる。

その他の実施形態において、手術ロボット用ヘビ型ジョイントは、自由度や最大旋回角度等の設計要求に従って、より多くの、例えば５つ、６つ又は１０等のジョイントコネクタ対１０を含んでもよい。さらに、隣接ジョイントコネクタ対１０間の円周方向オフセット角度は、０°乃至１８０°、例えば０°、３０°、４５°、６０°、９０°、１２０°、１５０°又は１８０°であってもよく、これによって、空間的なねじりにおける多くの配置を達成できる。

さらに、図１２乃至図１４を参照すると、具体的に、近位端にある第１ジョイントコネクタ対１０ａと遠位端にある第４ジョイントコネクタ対１０ｄは、２本の金属線によって制御され、近位端にある第２ジョイントコネクタ対１０ｂと遠位端にある第３ジョイントコネクタ対１０ｃは、別の２本の金属線によって制御される。本実施形態において、第１ジョイントコネクタ対１０ａ及び第４ジョイントコネクタ対１０ｄを制御する２本の金属線のそれぞれの一方の端部は、第４ジョイントコネクタ対１０ｄの第２ジョイントコネクタ１２ｄに固定され、第２ジョイントコネクタ対１０ｂ及び第３ジョイントコネクタ対１０ｃを制御する２本の金属線のそれぞれの一方の端部は、第３ジョイントコネクタ対１０ｃの第２ジョイントコネクタ１２ｃに固定されてもよいし、又は第４ジョイントコネクタ対１０ｄの第２ジョイントコネクタ１２ｄに固定されてもよい。従って、４本の金属線は、２つの自由度を有する手術ロボット用ヘビ型ジョイントの旋回を制御し、すなわち、手術ロボット用ヘビ型ジョイントの空間的なねじりを遂行することができる。勿論、当業者は、本実施形態において、より多くの金属線があってもよいことを理解するであろう。例えば、ヘビ型ジョイントの旋回角度をより正確に制御するように、金属線の数が８本であり、どの２本の金属線も１つのジョイントコネクタ対を制御する。

さらに、ヘビ型ジョイントは、ｎ（ｎは、１以上の自然数）の自由度を有する。すなわち、ヘビ型ジョイントのジョイントコネクタ対がｎの旋回方向で旋回できる場合、ジョイントコネクタ対の数は、ｎ以上であり、可撓性構造体の数は少なくとも２ｎである。これに基づいて、ヘビ型ジョイントの場合、可撓性構造体の数を増やして（例えば、同じ旋回方向のジョイントコネクタ対のそれぞれが、２つの可撓性構造体によって制御される）、ジョイントコネクタ対の旋回をより正確に制御することができる。

さらに、ジョイントコネクタ対の旋回方向を制御する可撓性構造体は、ジョイントコネクタ対の第２ジョイントコネクタか、又はジョイントコネクタ対の遠位端に位置するジョイントコネクタ対（もしあれば）の第２ジョイントコネクタに固定されてもよい。従って、少なくとも２つの可撓性構造体の遠位端は、すべてのジョイントコネクタ対のうち最も遠いジョイントコネクタ対の第２ジョイントコネクタに固定される。より好適には、各可撓性構造体の一方の端部は、複数のジョイントコネクタ対のうち最も遠いジョイントコネクタ対の第２ジョイントコネクタに固定される。ここで、金属線は、各ジョイントコネクタ対の第１軸方向貫通孔と第２軸方向貫通孔を通過した後で、最も遠いジョイントコネクタ対の第２ジョイントコネクタの第２端面に固定され、ワイヤロープの伸長によって手術ロボット用ヘビ型ジョイントの旋回の（動きの）制御を遂行する。

さらに、あるジョイントコネクタ対の第１軸方向貫通孔１１７の数と第２軸方向貫通孔１２７の数は、同じであってもよいし又は異なってもよい。同様に、ヘビ型ジョイントの異なるジョイントコネクタ対の第１軸方向貫通孔の数は、同じであってもよいし又は異なってもよいし、第２軸方向貫通孔の数も同じであってもよいし又は異なってもよい。しかしながら、この場合、ヘビ型ジョイントには、可撓性構造体が貫通する少なくとも２つのチャンネルを設ける必要がある。具体的には、１つのジョイントコネクタ対において、該ジョイントコネクタ対を制御する可撓性構造体を貫通させるために、少なくとも２つの第１軸方向貫通孔１１７と少なくとも２つの第２軸方向貫通孔１２７の位置が対応する。さらに、該ジョイントコネクタ対の近位端に位置する少なくともすべてのジョイントコネクタ対には、可撓性構造体が貫通する上記のチャンネルを形成するように、第１軸方向貫通孔１１７と第２軸方向貫通孔１２７とが対応する位置に設けられる。すなわち、該ジョイントコネクタ対の第１軸方向貫通孔１１７と該ジョイントコネクタ対の近位端に隣接するジョイントコネクタ対の第２軸方向貫通孔１２７の位置が対応し、該近位端に隣接するジョイントコネクタ対の第２軸方向貫通孔１２７と同じジョイントコネクタ対の第１軸方向貫通孔１１７の位置が対応し、それを繰り返していく。好適には、該ジョイントコネクタ対の遠位端のジョイントコネクタ対には、第１軸方向貫通孔１１７と第２軸方向貫通孔１２７とが対応する位置に設けられ、これによって可撓性構造体が延長して貫通するための上記チャンネルが形成される（すなわち、この場合、可撓性構造体は、遠位端のジョイントコネクタ対に固定される。）。

別の例示的実施形態において、手術器具も提供される。図１５及び図１６に示すように、手術器具は、器具末端２と、手術ロボット用ヘビ型ジョイント１（手術ロボット用ヘビ型ジョイント１は、複数のジョイントコネクタ対１０と可撓性構造体２０とを備える。）と、管状部材と、可撓性部材と、制御部とを備える。器具末端、手術ロボット用ヘビ型ジョイント、管状部材及び制御部は、遠位端から近位端まで連続して接続される。可撓性部材の一方の端部は制御部に接続され、可撓性部材の他方の端部は、管状部材を通過した後、手術ロボット用ヘビ型ジョイント及び器具末端にそれぞれ接続される。手術ロボット用ヘビ型ジョイントの可撓性構造体の近位端は、管状部材を通過した後、制御部に接続される。制御部は、可撓性部材を介して器具末端の動きを制御し、手術ロボット用ヘビ型ジョイントの可撓性構造体を介して手術ロボット用ヘビ型ジョイントの動きを制御する。具体的に、器具末端は、主に、人の身体に直接操作されるはさみ、プライヤー及び電動フック等のエンドエフェクタを含む。手術ロボット用ヘビ型ジョイントの遠位端は、器具末端に接続され、一方、近位端は管状部材に接続される。管状部材は、器具末端をサポートするための中空の薄肉管であり、そのため、器具末端は、その近位端が身体の外部に配置された状態で、人の身体の中に伸長することができる。制御部は、器具末端と手術ロボット用ヘビ型ジョイントの動きを制御するために用いられる。可撓性部材の一方の端部は制御部に接続され、他方の端部は、管状部材を通過した後、器具末端に接続される。手術ロボット用ヘビ型ジョイントの可撓性構造体の近位端は、管状部材を通過した後、制御部に接続される。手術器具は、手術ロボット用ヘビ型ジョイントの姿勢を制御することにより器具末端を所望の位置と姿勢に達成でき、器具末端を制御することにより、器具末端がクランプ、切断及びその他の動作を実行できるようにする。

また、さらに別の実施形態において、撮像システムと、手術ロボット用ヘビ型ジョイントと、管状部材と、制御部とを備える内視鏡も提供される。撮像システム、手術ロボット用ヘビ型ジョイント、管状部材及び制御部は、遠位端から近位端まで連続して接続され、手術ロボット用ヘビ型ジョイントの可撓性構造体の近位端は、管状部材を通過した後、制御部に接続され、制御部は、手術ロボット用ヘビ型ジョイントの可撓性構造体を介して手術ロボット用ヘビ型ジョイントの動きを制御する。撮像システムは、内視鏡の視野内の画像を取得するための内視鏡の対物レンズを含む。手術ロボット用ヘビ型ジョイントは、撮像システムの姿勢を調整するために、撮像システムと管状部材とを接続するために用いられる。管状部材は、内視鏡をサポートするための中空の薄肉管であり、そのため、内視鏡の遠位端は、内視鏡の近位端が身体の外部に配置された状態で、人の身体の中に延びることができる。制御部は、手術ロボット用ヘビ型ジョイントの動きを制御するために用いられる。手術ロボット用ヘビ型ジョイントの可撓性構造体の近位端は、管状部材を通過した後、制御部に接続される。制御部によって手術ロボット用ヘビ型ジョイントの姿勢を制御することにより、内視鏡の撮像システムは、所望の姿勢を実現することができる。

要約すると、例示的実施形態において提供される手術ロボット用ヘビ型ジョイントは、ジョイントコネクタ対の旋回によって平面的なねじり又は空間的なねじりを遂行し、従来技術のヘビ型ジョイントと比較して、その構造の複雑さを低減することができる。他の例示的実施形態において提供される手術器具と内視鏡は、手術ロボット用ヘビ型ジョイントを含み、これにより器具末端又は撮像システムが所望の位置と姿勢に到達できるようにする。

上記の説明は、本発明の好適な実施形態の説明に過ぎず、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。上記の開示に従って当業者によってなされるあらゆる変更及び修正はすべて、添付の請求項の保護範囲内に含まれる。

１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ ジョイントコネクタ対
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 第１ジョイントコネクタ
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ 第２ジョイントコネクタ
１１１ 第１支持構造体
１１２ 第２支持構造体
１２１ 第３支持構造体
１２２ 第４支持構造体
１１３ 第１突出部
１２３ 第２突出部
１１４ 第１接続孔
１２４ 第２接続孔
１１５ 第１部分面
１１６ 第２部分面
１２５ 第３部分面
１２６ 第４部分面
１１７ 第１軸方向貫通孔
１２７ 第２軸方向貫通孔
１１８ 第１固定機構
１２８ 第２固定機構
１ 手術ロボット用ヘビ型ジョイント
２ 器具末端

別の例示的実施形態において、手術器具も提供される。図１５及び図１６に示すように、手術器具は、器具末端２と、手術ロボット用ヘビ型ジョイント１（手術ロボット用ヘビ型ジョイント１は、複数のジョイントコネクタ対１０と可撓性構造体２０とを備える。）と、管状部材と、可撓性部材と、制御部とを備える。器具末端、手術ロボット用ヘビ型ジョイント、管状部材及び制御部は、遠位端から近位端まで連続して接続される。可撓性部材の一方の端部は制御部に接続され、可撓性部材の他方の端部は、管状部材を通過した後、器具末端に接続される。手術ロボット用ヘビ型ジョイントの可撓性構造体の近位端は、管状部材を通過した後、制御部に接続される。制御部は、可撓性部材を介して器具末端の動きを制御し、手術ロボット用ヘビ型ジョイントの可撓性構造体を介して手術ロボット用ヘビ型ジョイントの動きを制御する。具体的に、器具末端は、主に、人の身体に直接操作されるはさみ、プライヤー及び電動フック等のエンドエフェクタを含む。手術ロボット用ヘビ型ジョイントの遠位端は、器具末端に接続され、一方、近位端は管状部材に接続される。管状部材は、器具末端をサポートするための中空の薄肉管であり、そのため、器具末端は、その近位端が身体の外部に配置された状態で、人の身体の中に伸長することができる。制御部は、器具末端と手術ロボット用ヘビ型ジョイントの動きを制御するために用いられる。可撓性部材の一方の端部は制御部に接続され、他方の端部は、管状部材を通過した後、器具末端に接続される。手術ロボット用ヘビ型ジョイントの可撓性構造体の近位端は、管状部材を通過した後、制御部に接続される。手術器具は、手術ロボット用ヘビ型ジョイントの姿勢を制御することにより器具末端を所望の位置と姿勢に達成でき、器具末端を制御することにより、器具末端がクランプ、切断及びその他の動作を実行できるようにする。

Claims (25)

1. 少なくとも１つの自由度を有する手術ロボット用ヘビ型ジョイントであって、
   少なくとも１つのジョイントコネクタ対と、
   可撓性構造体と、
   備え、
   各ジョイントコネクタ対は、下端にある第１ジョイントコネクタと上端にある第２ジョイントコネクタと、を有し、
   前記第１ジョイントコネクタは、第１ベースと、前記第１ベースの第１面に配置される第１支持構造体と第２支持構造体とを有し、前記第１支持構造体はその上に形成される第１突出部を有し、前記第２支持構造体はその中に形成される第１接続孔を有し、
   前記第２ジョイントコネクタは、第２ベースと、前記第２ベースの第２面に配置される第３支持構造体と第４支持構造体とを有し、前記第３支持構造体はその上に形成される第２突出部を有し、前記第４支持構造体はその中に形成される第２接続孔を有し、
   前記第１ジョイントコネクタと前記第２ジョイントコネクタとが互いに係合した場合に、前記第１面及び前記第２面は互いに対向して配置され、前記第１突出部は、前記第２接続孔の中に位置して前記第２接続孔に対して回転するように構成され、前記第２突出部は、前記第１接続孔の中に位置して前記第１接続孔に対して回転するように構成され、
   前記可撓性構造体は、前記ジョイントコネクタ対をジョイント軸の周りに旋回するように制御する手術ロボット用ヘビ型ジョイント。
2. 請求項１に記載の手術ロボット用ヘビ型ジョイントであって、
   前記第１突出部は、直線又は曲線を第１軸の周りに回転させるにより形成される回転体構造を有し、前記第１接続孔は、直線又は曲線を第２軸の周りに回転させるにより形成される回転面構造を有し、前記第１軸及び前記第２軸のそれぞれは、前記第１ベースの軸と垂直に交わり、前記第２突出部は、直線又は曲線を第３軸の周りに回転させるにより形成される回転体構造を有し、前記第２接続孔は、直線又は曲線を第４軸の周りに回転させるにより形成される回転面構造を有し、
   前記第１ジョイントコネクタと前記第２ジョイントコネクタが互いに係合する場合に、前記ジョイント軸と、前記第１軸と、前記第２軸と、前記第３軸と、前記第４軸とは共軸になる手術ロボット用ヘビ型ジョイント。
3. 請求項２に記載の手術ロボット用ヘビ型ジョイントであって、
   前記第１突出部及び前記第２突出部のそれぞれは、円柱、円錐台、又は円錐の構造を有し、前記第１接続孔及び前記第２接続孔のそれぞれは、円柱面、円錐台面、又は円錐面の構造を有する手術ロボット用ヘビ型ジョイント。
4. 請求項１に記載の手術ロボット用ヘビ型ジョイントであって、
   前記第１突出部は、前記第１支持構造体の第１側面に配置され、前記第１側面は、前記第１支持構造体における前記第１ベースの軸から離れた側面であり、
   前記第１支持構造体における前記第１ベースの前記軸に近い側面は、第５側面であり、
   前記第２突出部は、前記第３支持構造体の第２側面に配置され、前記第２側面は、前記第３支持構造体における前記第２ベースの軸から離れた側面であり、
   前記第３支持構造体における前記第２ベースの前記軸に近い側面は、第６側面であり、
   前記第２支持構造体における前記第１ベースの前記軸に近い側面は、第３側面であり、
   前記第４支持構造体における前記第２ベースの前記軸に近い側面は、第４側面であり、
   前記第１側面と前記第３側面の間の距離ｌ１と、前記第２側面と前記第４側面の間の距離ｌ２とは、以下の関係を有し、
   ｌ１−ｌｐ２＜ｌ２＜ｌ１＋ｌｐ１、
   又は、
   ｌ２−ｌｐ１＜ｌ１＜ｌ２＋ｌｐ２、
   ここで、ｌｐ１は前記第１突出部の軸長であり、ｌｐ２は前記第２突出部の軸長であり、
   前記第１突出部の前記軸長及び前記第１側面と前記第５側面との間の距離の総和は、前記第４側面と前記第６側面との間の距離よりも小さく、
   前記第２突出部の前記軸長及び前記第２側面と前記第６側面との間の距離の総和は、前記第３側面と前記第５側面との間の距離よりも小さい手術ロボット用ヘビ型ジョイント。
5. 請求項４に記載の手術ロボット用ヘビ型ジョイントであって、
   前記第１突出部の前記軸長及び前記第１支持構造体の前記第１側面から前記第２支持構造体の第７側面までの距離の総和は、前記第１ベースの直径以下であり、前記第２支持構造体における前記第１ベースの前記軸から離れた側面が前記第７側面であり、
   前記第２突出部の前記軸長及び前記第３支持構造体の前記第２側面から前記第４支持構造体の第８側面までの距離の総和は、前記第２ベースの直径以下であり、前記第４支持構造体における前記第２ベースの前記軸から離れた側面が前記第８側面であり、
   前記ジョイントコネクタ対において、前記第１突出部の外側端面から前記第２突出部の外側端面までの距離は、前記第１ベースの前記直径以下であり、前記第１突出部の前記外側端面から前記第２突出部の前記外側端面までの前記距離も、前記第２ベースの前記直径以下である手術ロボット用ヘビ型ジョイント。
6. 請求項１に記載の手術ロボット用ヘビ型ジョイントであって、
   前記第２支持構造体における前記第１ベースの軸に近い側面は、第３側面であり、
   前記第４支持構造体における前記第２ベースの軸に近い側面は、第４側面であり、
   前記第１突出部は、前記第１支持構造体の第５側面に配置されており、前記第５側面は、前記第１支持構造体における前記第１ベースの前記軸に近い側面であり、
   前記第２突出部は、前記第３支持構造体の第６側面に配置されており、前記第６側面は、前記第３支持構造体における前記第２ベースの前記軸に近い側面であり、
   前記第２支持構造体における前記第１ベースの前記軸から離れた側面は、第７側面であり、
   前記第４支持構造体における前記第２ベースの前記軸から離れた側面は、第８側面であり、
   前記第５側面と前記第７側面との間の距離ｌ３及び前記第６側面と前記第８側面との間の距離ｌ４は以下の関係を有し、
   ｌ３−ｌｐ１＜ｌ４＜ｌ３＋ｌｐ２、
   又は、
   ｌ４−ｌｐ２＜ｌ３＜ｌ４＋ｌｐ１、
   ここで、ｌｐ１は前記第１突出部の軸長であり、ｌｐ２は前記第２突出部の軸長であり、
   前記第４側面と前記第８側面との間の距離は、前記第３側面と前記第５側面の間の距離と前記第１突出部の前記軸長との差よりも小さく、
   前記第３側面と前記第７側面との間の距離は、前記第４側面と前記第６側面の間の距離と前記第２突出部の前記軸長との差よりも小さい手術ロボット用ヘビ型ジョイント。
7. 請求項６に記載の手術ロボット用ヘビ型ジョイントであって、
   前記第１支持構造体の第１側面から前記第２支持構造体の前記第７側面までの距離は、前記第１ベースの直径以下であり、前記第１側面は、前記第１支持構造体における前記第１ベースの前記軸から離れた側面であり、
   前記第３支持構造体の第２側面から前記第４支持構造体の前記第８側面までの距離は、前記第２ベースの直径以下であり、前記第２側面は、前記第３支持構造体における前記第２ベースの前記軸から離れた側面であり、
   前記ジョイントコネクタ対において、前記第１側面から前記第２側面までの距離は、前記第１ベースの前記直径以下であり、前記第１側面から前記第２側面までの前記距離も、前記第２ベースの前記直径以下である手術ロボット用ヘビ型ジョイント。
8. 請求項４又は６に記載の手術ロボット用ヘビ型ジョイントであって、
   前記第１支持構造体の厚さ、前記第２支持構造体の厚さ及び前記第１突出部の前記軸長が等しく、前記第３支持構造体の厚さ、前記第４支持構造体の厚さ及び前記第２突出部の前記軸長が等しい手術ロボット用ヘビ型ジョイント。
9. 請求項１に記載の手術ロボット用ヘビ型ジョイントであって、
   前記第１面は、第１部分面と、前記第１部分面と交わる第２部分面とを備え、前記第１支持構造体及び前記第２支持構造体のそれぞれは、前記第１部分面に配置され、前記第２面は、第３部分面と、前記第３部分面と交わる第４部分面とを備え、前記第３支持構造体及び前記第４支持構造体のそれぞれは、前記第３部分面に配置される手術ロボット用ヘビ型ジョイント。
10. 請求項９に記載の手術ロボット用ヘビ型ジョイントであって、
    前記第２部分面は平面であり、前記ジョイント軸は、前記第２部分面が配置される平面を通過し、
    前記第４部分面は平面であり、前記ジョイント軸は、前記第４部分面が配置される平面を通過する手術ロボット用ヘビ型ジョイント。
11. 請求項１０に記載の手術ロボット用ヘビ型ジョイントであって、
    前記第２部分面と前記第１部分面との間の角度は０°乃至４５°であり、前記第４部分面と前記第３部分面との間の角度は０°乃至４５°である手術ロボット用ヘビ型ジョイント。
12. 請求項９に記載の手術ロボット用ヘビ型ジョイントであって、
    前記第２部分面及び前記第４部分面は、両方とも曲面であり、前記ジョイントコネクタ対が、前記第２部分面が同じ側の前記第４部分面と当接する状態に旋回した場合に、前記第２部分面と前記第４部分面との間に当接部が形成され、前記当接部の前記曲面の間に共通接平面が存在し、前記第１軸が前記共通接平面を通過するように構成される手術ロボット用ヘビ型ジョイント。
13. 請求項１２に記載の手術ロボット用ヘビ型ジョイントであって、
    前記共通接平面と前記第１部分面との間の角度は、０°よりも大きくかつ４５°以下であり、前記共通接平面と前記第３部分面との間の角度は、０°よりも大きくかつ４５°以下である手術ロボット用ヘビ型ジョイント。
14. 請求項１又は９に記載の手術ロボット用ヘビ型ジョイントであって、
    各ジョイントコネクタ対における、前記第１ジョイントコネクタと前記第２ジョイントコネクタとの間の旋回角度は、０°より大きくかつ９０°以下である手術ロボット用ヘビ型ジョイント。
15. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の手術ロボット用ヘビ型ジョイントであって、
    第１軸方向貫通孔が前記第１ベースの円周に配置され、前記第１軸方向貫通孔は、前記可撓性構造体が貫通するために設けられ、第２軸方向貫通孔が前記第２ベースの円周に配置され、前記第２軸方向貫通孔は、前記可撓性構造体が貫通するために設けられる手術ロボット用ヘビ型ジョイント。
16. 請求項１５に記載の手術ロボット用ヘビ型ジョイントであって、
    前記第１軸方向貫通孔の数及び前記第２軸方向貫通孔の数は、それぞれ複数であり、少なくとも２つの前記第１軸方向貫通孔の位置は、少なくとも２つの前記第２軸方向貫通孔の位置に対応する手術ロボット用ヘビ型ジョイント。
17. 請求項１６に記載の手術ロボット用ヘビ型ジョイントであって、
    各ジョイントコネクタ対において、前記第１軸方向貫通孔の数は、前記第２軸方向貫通孔の数と同じであり、前記第１軸方向貫通孔の位置は、前記第２軸方向貫通孔の位置に対して１対１の対応関係がある手術ロボット用ヘビ型ジョイント。
18. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の手術ロボット用ヘビ型ジョイントであって、
    前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントがｎの自由度を有する場合に、少なくとも２ｎの可撓性構造体があり、ここでｎは、１以上の自然数である手術ロボット用ヘビ型ジョイント。
19. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の手術ロボット用ヘビ型ジョイントであって、
    前記ヘビ型ジョイントは、複数のジョイントコネクタ対を有し、隣接するジョイントコネクタ対は脱着可能に又は固定して接続される手術ロボット用ヘビ型ジョイント。
20. 請求項１９に記載の手術ロボット用ヘビ型ジョイントであって、
    第１固定機構が前記第１ベースの第３面に配置され、前記第３面は前記第１面と対向し、第２固定機構が前記第２ベースの第４面に配置され、前記第４面は前記第２面と対向し、１つのジョイントコネクタ対の前記第２ジョイントコネクタが隣接するジョイントコネクタ対の前記第１ジョイントコネクタに脱着可能に接続されるように、前記１つのジョイントコネクタ対の第２固定機構は、隣接するジョイントコネクタ対の第１固定機構とロック可能である手術ロボット用ヘビ型ジョイント。
21. 請求項２０に記載の手術ロボット用ヘビ型ジョイントであって、
    前記第１固定機構は、複数の第１ボスと複数の第１凹部とを有し、前記第１ボスと第１凹部とは間隔を置いて配置され、前記第２固定機構は、複数の第２ボスと複数の第２凹部とを有し、前記第２ボスと前記第２凹部とは間隔を置いて配置され、前記第１ボスは、形状、数及び位置において前記第２凹部に対応し、前記第２ボスは、形状、数及び位置において前記第１凹部に対応する手術ロボット用ヘビ型ジョイント。
22. 請求項１９に記載の手術ロボット用ヘビ型ジョイントであって、
    隣接するジョイントコネクタ対において、近位端の１つのジョイントコネクタ対の第２ジョイントコネクタは、遠位端の他のジョイントコネクタ対の第１ジョイントコネクタと一体的に形成されている手術ロボット用ヘビ型ジョイント。
23. 請求項１９に記載の手術ロボット用ヘビ型ジョイントであって、
    隣接するジョイントコネクタ対の円周方向オフセット角度は、０°以上で１８０°以下である手術ロボット用ヘビ型ジョイント。
24. 手術器具であって、
    器具末端と、
    請求項１乃至２３のいずれか１項に記載の手術ロボット用ヘビ型ジョイントと、
    管状部材と、
    可撓性部材と、
    制御部と、
    を備え、
    前記器具末端、前記手術ロボット用ヘビ型ジョイント、前記管状部材及び前記制御部は、遠位端から近位端まで連続して接続され、前記可撓性部材の一方の端部は前記制御部に接続され、前記可撓性部材の他方の端部は、前記管状部材を通過した後、前記器具末端に接続され、前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントの可撓性構造体の近位端は、前記管状部材を通過した後、前記制御部に接続され、前記制御部は、前記可撓性部材を介して前記器具末端の動きを制御し、前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントの前記可撓性構造体を介して前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントの旋回を制御する手術器具。
25. 内視鏡であって、
    撮像システムと、
    請求項１乃至２３のいずれか１項に記載の手術ロボット用ヘビ型ジョイントと、
    管状部材と、
    制御部と、
    を備え、
    前記撮像システム、前記手術ロボット用ヘビ型ジョイント、前記管状部材及び前記制御部は、遠位端から近位端まで連続して接続され、前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントの可撓性構造体の近位端は、前記管状部材を通過した後、前記制御部に接続され、前記制御部は、前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントの前記可撓性構造体を介して前記手術ロボット用ヘビ型ジョイントの旋回を制御して前記撮像システムの姿勢を調整する内視鏡。