JP2021041037A - 術具、手術支援システム、並びに手術用操作ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】開閉型のエンドエフェクタを有する術具を提供する。【解決手段】術具は、シャフトと、第１軸回りに回動可能に連結されたリストと、それぞれ第２軸回りに回動可能に支持された第１のジョー部材及び第２のジョー部材と、前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材の間に反発力を作用させる弾性体を具備する。術具は、前記第１のジョー部材に形設された第１のジョーキャプスタンと、前記第１のジョー部材を牽引する第１のケーブルと、前記第２のジョー部材に形設された第２のジョーキャプスタンと、前記第２のジョー部材を牽引する第２のケーブルをさらに備える。【選択図】 図１

Description

本明細書で開示（以下、「本開示」とする）する技術は、例えば手術支援システムに適用される術具、手術支援システム、並びに手術用操作ユニットに関する。

近年のロボティクス技術の進歩は目覚ましく、さまざまな産業分野の作業現場にロボティクス技術が広く浸透してきている。例えば医療分野では、マスタスレーブ方式の手術用ロボットが普及しつつある。この種の手術用ロボットは、スレーブ装置が備える１又は複数の術具を、術者などのオペレータがマスタ側から操作するように構成されている。また、マスタスレーブシステムの制御方式として、マスタ装置からスレーブ装置を操作すると同時にスレーブ装置の状態をマスタ装置にフィードバックするバイラテラル方式が知られている（例えば、特許文献１を参照のこと）。スレーブ装置に装着される術具は、先端に鉗子などの開閉機構を有するエンドエフェクタが搭載されている。また、術具が体腔内や体表などにおける施術で使用されることを想定して、先端は多自由度を備えつつ細径で小型且つ軽量であることが強く望まれている。具体的には、術具先端は、回転２自由度と開閉自由度の合計３自由度を持っていることが望ましい。また、小型化のため、術具先端の操作にはケーブルを用いた駆動方式が適用されることが多い（例えば、特許文献２〜４を参照のこと）。

特開２０１９−３４００２号公報 特開平０９−５４２６７１号公報 特表２０１８−５３４１００号公報 特表２０１９−５０１６９９号公報

本開示に係る技術の目的は、先端に鉗子などの開閉型のエンドエフェクタを有し、小型且つ軽量に構成される、手術支援システムに適用される術具、手術支援システム、並びに手術用操作ユニットを提供することにある。

本開示に係る技術の第１の側面は、
シャフトと、
前記シャフトの先端に第１軸回りに回動可能に連結されたリストと、
前記リストに対してそれぞれ第２軸回りに回動可能に支持された第１のジョー部材及び第２のジョー部材と、
前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材の間に反発力を作用させる弾性体と、
を具備する術具である。

第１の側面に係る術具は、前記第１のジョー部材に設けられた、前記第２軸を回転軸とする第１のジョーキャプスタンと、前記第１のジョーキャプスタンに巻き付けられた第１のケーブルと、前記第２のジョー部材に設けられた、前記第２軸を回転軸とする第２のジョーキャプスタンと、前記第２のジョーキャプスタンに巻き付けられた第２のケーブルをさらに備えている。そして、前記第１のケーブルを牽引することによって前記第１のジョー部材は前記第２のジョー部材に向かう方向に旋回し、前記第２のケーブルを牽引することによって前記第２のジョー部材は前記第１のジョー部材に向かう方向に旋回するようになっている。

また、第１の側面に係る術具は、前記リストに設けられた、前記第１軸を回転軸とするリストキャプスタンと、前記リストキャプスタンにそれぞれ逆方向から巻き付けられた往路及び復路のケーブルからなる第３のケーブルと、前記第１のケーブルを牽引する第１のアクチュエータと、前記第２のケーブルを牽引する第２のアクチュエータと、前記第３のケーブルを牽引する第３のアクチュエータをさらに備えている。

また、本開示に係る技術の第２の側面は、
術具と、前記術具を取り付けた支援システムを具備し、
前記術具は、
シャフトと、
前記シャフトの先端に第１軸回りに回動可能に連結されたリストと、
前記リストに対してそれぞれ第２軸回りに回動可能に支持された第１のジョー部材及び第２のジョー部材と、
前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材の間に反発力を作用させる弾性体と、
を備える、手術支援システムである。

また、本開示に係る技術の第３の側面は、
術具と、前記術具を取り付けたハンドル部を具備し、
前記術具は、
シャフトと、
前記シャフトの先端に第１軸回りに回動可能に連結されたリストと、
前記リストに対してそれぞれ第２軸回りに回動可能に支持された第１のジョー部材及び第２のジョー部材と、
前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材の間に反発力を作用させる弾性体と、
を備える、手術用操作ユニットである。

本開示に係る技術によれば、先端に鉗子などの開閉型のエンドエフェクタを有し、部品点数を削減して細径化を実現する、手術支援システムに適用される術具、手術支援システム、並びに手術用操作ユニットを提供することができる。

なお、本明細書に記載された効果は、あくまでも例示であり、本開示に係る技術によりもたらされる効果はこれに限定されるものではない。また、本開示に係る技術が、上記の効果以外に、さらに付加的な効果を奏する場合もある。

本開示に係る技術のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。

図１は、術具ユニット１００の構成例を示した図である。 図２は、術具ユニット１００のうち、術具ユニット先端部１０１及び術具ユニット駆動部１０３の各主要部分を拡大して示した図である。 図３は、術具ユニット先端部１０１を拡大して示した図である。 図４は、術具ユニット１００の自由度構成例を示した図である。 図５は、術具ユニット１００を上方から俯瞰した様子を示した図である。 図６は、術具ユニット先端部１０１を拡大して示した図である。 図７は、術具ユニット先端部１０１の部品展開図を示した図である。 図８は、術具ユニット先端部１０１の他の構成例を示した図である。 図９は、術具ユニット１００の他の自由度構成例を示した図である。 図１０は、切り替え部を備えた第１のアイドラプーリＰ１ｘの構成例を示した図である。 図１１は、第１のジョー部材Ｊ１及び第２のジョー部材Ｊ２の開閉状態（予張力なし）を示した図である。 図１２は、第１のジョー部材Ｊ１及び第２のジョー部材Ｊ２の開閉状態（予張力あり）を示した図である。 図１３は、リストエレメントＷＥの第１軸回りの動作例を示した図である。 図１４は、エンドエフェクタの第２軸回りの動作例を示した図である。 図１５は、エンドエフェクタの第２軸回りの動作例を示した図である。 図１６は、エンドエフェクタの開閉及び第２軸回りの旋回動作の例を示した図である。 図１７は、エンドエフェクタの開閉及び第２軸回りの旋回動作の例を示した図である。 図１８は、エンドエフェクタの開閉及び第２軸回りの旋回動作の例を示した図である。 図１９は、エンドエフェクタの開閉及び第２軸回りの旋回動作の例を示した図である。 図２０は、エンドエフェクタの開閉及び第２軸回りの旋回動作の例を示した図である。 図２１は、エンドエフェクタの開閉及び第２軸回りの旋回動作の例を示した図である。 図２２は、リストエレメントＷＥの第１軸回りの旋回動作及びエンドエフェクタの第２軸回りの旋回動作の例を示した図である。 図２３は、リストエレメントＷＥの第１軸回りの旋回動作及びエンドエフェクタの第２軸回りの旋回動作の例を示した図である。 図２４は、リストエレメントＷＥの第１軸回りの旋回動作及びエンドエフェクタの第２軸回りの旋回動作の例を示した図である。 図２５は、リストエレメントＷＥの第１軸回りの旋回動作及びエンドエフェクタの第２軸回りの旋回動作の例を示した図である。 図２６は、術具ユニット先端部１０１の変形例（圧縮コイルばねを用いてジョー部材間に反発力を与える構成例）を示した図である。 図２７は、術具ユニット先端部１０１の変形例（圧縮コイルばねを用いてジョー部材間に反発力を与える構成例）を示した図である。 図２８は、術具ユニット先端部１０１の変形例（圧縮コイルばねを用いてジョー部材間に反発力を与える構成例）を示した図である。 図２９は、術具ユニット先端部１０１の変形例（圧縮コイルばねを用いてジョー部材間に反発力を与える構成例）を示した図である。 図３０は、術具ユニット先端部１０１の変形例（圧縮コイルばねを用いてジョー部材間に反発力を与える構成例）を示した図である。 図３１は、術具ユニット先端部１０１の変形例（圧縮コイルばねを用いてジョー部材間に反発力を与える構成例）を示した図である。 図３２は、術具ユニットの変形例（ケーブルの牽引に直動アクチュエータを使用した構成例）を示した図である。 図３３は、手術支援システム３３００の外観構成例を示した図である。 図３４は、手術用操作ユニット３４００の外観構成例を示した図である。

以下、図面を参照しながら本開示に係る技術について、以下の順に従って説明する。

Ａ．術具ユニットの課題
Ｂ．術具ユニットの構成例
Ｃ．術具ユニットの動作
Ｄ．術具ユニットの可動域
Ｅ．術具ユニットの変形例
Ｆ．術具ユニットの応用例
Ｇ．効果

Ａ．術具ユニットの課題
手術支援システムに適用される術具は、先端に回転２自由度と開閉自由度の合計３自由度を持っていることが望ましい。具体的には、一対の対向するジョー部材からなる開閉型のエンドエフェクタと、このエンドエフェクタを支持するリストと、長手軸を有し先端部にリストを連結させるシャフトを備えるタイプの術具を挙げることができる。この種の術具は、シャフトの先端に対してリストを例えばヨー軸回りに旋回させる第１軸と、リストに対してエンドエフェクタの向きを例えばピッチ軸回りに旋回させる第２軸と、ジョー部材を開閉操作する第３軸（開閉軸）、という自由度構成を備えている。以下では、第２軸と開閉軸が同軸となる実施形態について説明する。

例えば腹腔鏡下手術においては、シャフト以降の先端（遠位端）側は、トロッカー経由で体腔内に挿入して使用されることが想定され、細径に構成する必要がある。また、脳外科手術においては、狭い術野に対する処置を施す必要があるため、術具によっては術者の視野をできる限り遮らないようにする必要がある。このため、基本的には、シャフトの根元側（近位端）に配設されたアクチュエータ（例えば、電磁回転モータ）によって生成された駆動力をケーブル経由で伝達して、術具を作動させるように構成される。すなわち、シャフト先端に対してリストを第１軸回りに旋回させる動力、リストに対して監視の向きを第２軸回りに旋回させる動力、及び開閉型のエンドエフェクタを開閉操作するための動力の各々を伝達する、３系統のケーブルが必要であり、これらのケーブルはシャフト内に挿通される。また、ケーブルを使った動力伝達機構では、ケーブルに動力を加え又はケーブルからの力を軸力に変換するためのキャプスタンや、シャフト内でのケーブルのレイアウト調整並びにケーブルに一定の張力を付与する目的で使用されるアイドラプーリなど、複数のプーリが使用される。

ここで、アイドラプーリを用いてケーブルのレイアウト調整を行う方法によれば、摺動性が高いため耐久性や信頼性に優れ、エンドエフェクタのトルク制御を高精度で実現することができる。その反面、アイドラプーリの分だけ部品点数が増えるため、術具（例えば、シャフトの外径）が大型化し、コストも増大する。アイドラプーリを用いず、周辺部品に形成したＲ面でケーブルを摺動させる方法によれば、アイドラプーリを省略して部品点数を削減して小型化することができるが、摩耗によりケーブルが劣化し易くなり、信頼性が低下する。また、摺動面での摩擦係数が大きいため、外乱となり、トルク制御が難しくなるという問題もある。また、所望のレイアウトに沿うように配設された丸穴の中にケーブルを挿通させる方法も挙げられるが、丸穴に通したケーブルを操作する際にガタが発生するという問題がある。

また、アクチュエータによるケーブルの牽引力によって出力側のキャプスタンを駆動する方法として、一般に、ケーブルループ型とケーブル個別牽引型を挙げることができる。

前者のケーブルループ型では、出力側のキャプスタンと、アクチュエータの駆動により回転する駆動側のキャプスタンとをループさせてケーブルをレイアウトする構成となる。ケーブルループ型によれば、単一のアクチュエータで往路と復路のケーブルを拮抗制御することができるので、駆動部の小型化及び軽量化を実現し易い。また、ケーブルのプリテンションをアクチュエータの出力で補償する必要がないので、アクチュエータを小型化し易い。しかしながら、制御対象の軸角度やその他の軸の影響により、ループさせたケーブルの全長が変動するような装置構成の場合には、ケーブルに加わるプリテンションが変動するため、ケーブルループ型を適用し難い。例えば、リストを第１軸回りに駆動させたとき、各ジョー部材を駆動するそれぞれのケーブル長が変化する。

一方、後者のケーブル個別牽引型では、出力側のキャプスタンに取り付けたケーブルの往路及び復路をそれぞれ個別のアクチュエータで牽引する構成であり、往路及び復路のケーブルをそれぞれ独立して制御できることから、術具の構成上の設計自由度が高くなる。その反面、ケーブルのプリテンションをアクチュエータの出力で補償する必要がある。コイルばねや錘などを使ってプリテンションを補償することも可能であるが、アクチュエータで駆動させる際に、その分のバネ力や慣性力が加わるため、制御が難しくなる。

ケーブルループ型並びにケーブル個別牽引型のいずれにおいても、ケーブル毎に１つずつ牽引用のモータが必要になる。ケーブルのプリテンションを補償するための重くて大きなモータをケーブルの本数分だけ搭載すると、収容スペースや装置重量が大きくなってしまう。また、ケーブルループ型並びにケーブル個別牽引型のいずれにおいても、１つの出力側のキャプスタンを双方向に回転させるために往路及び復路の合計２本のケーブルを使用するため、ケーブルのレイアウト調整のためのアイドラプーリも２本分必要となり部品点数が多くなる。

そこで、本明細書では、より少ないアイドラプーリだけでケーブルのレイアウト調整を行うとともに、所望のプリテンションを付与し易い方法でケーブルを牽引して、小型化及び軽量化を実現する術具、手術支援システム、並びに手術用操作ユニットについて、以下で開示する。

Ｂ．術具ユニットの構成例
図１には、本開示に係る技術を適用した術具ユニット１００の構成例を示している。術具ユニット１００は、長手軸を有する中空のシャフト１０２と、シャフト１０２の一端の術具ユニット先端部１０１と、シャフト１０２の他端の術具ユニット駆動部１０３を備えている。術具ユニット先端部１０１は、後述するように、シャフト１０２に対しヨー軸と平行な第１軸回りに旋回可能なリストエレメントと、リストエレメントの先端にピッチ軸と平行な第２軸を開閉軸として開閉動作するエンドエフェクタを含んでいる。エンドエフェクタは、第２軸を中心に旋回して開閉動作する一対の対向するジョー部材からなる。また、術具ユニット駆動部１０３は、術具ユニット先端部１０１におけるリストを駆動する１個のアクチュエータと、各ジョー部材をそれぞれ駆動する２個のアクチュエータと、これらのアクチュエータをシャフト１０２の他端付近に取り付けるベース部材で構成される。但し、第２軸は第１軸からオフセットさせた位置に配置されている。

図２には、術具ユニット１００のうち、術具ユニット先端部１０１及び術具ユニット駆動部１０３の各主要部分を拡大して示している。また、図３には、術具ユニット先端部１０１を拡大して示している。また、図４には、術具ユニット１００の自由度構成例を示している。また、図５には、術具ユニット１００を上方から俯瞰した様子を示している。

術具ユニット先端部１０１は、リストエレメントＷＥと開閉型のエンドエフェクタを含んでおり、エンドエフェクタは第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２の一対の対向するジョー部材からなる（例えば、図３を参照のこと）。リストエレメントＷＥは根元付近で、シャフト１０２の先端（遠位端）の、ヨー軸と平行な第１軸回りに旋回可能に支持されている。また、エンドエフェクタを構成する第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２は、リストエレメントＷＥの先端の、ピッチ軸と平行な第２軸回りに旋回可能に支持されている。第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２は、第２軸を開閉軸として開き角度が変化して開閉動作する。

また、術具ユニット駆動部１０３は、第１のジョー部材Ｊ１の駆動に使用される第１のモータＭ１と、第２のジョー部材Ｊ２駆動に使用される第２のモータＭ２と、リストエレメントＷＥの駆動に使用されるモータＭ３を備えている（例えば、図２を参照のこと）。また、これらのモータＭ１〜Ｍ３の各出力軸には、駆動キャプスタンとしてのモータキャプスタンＭＣ１、ＭＣ２、ＭＣ３が取り付けられている（例えば、図４を参照のこと）。そして、これらのモータＭ１〜Ｍ３は、ベース部材によってシャフト１０２の端部（近位端）で支持されている。本実施形態では、各モータＭ１〜Ｍ３に回転モータを使用することを想定しているが、減速機付きのモータであってもよい。

リストエレメントＷＥの根元付近には、上記の第１軸を回転軸とするリストキャプスタンＷＣが形設されている。また、リストキャプスタンＷＣと第３のモータキャプスタンＭＣ３には、シャフト１０２内に挿通された第３のケーブルが巻き付けられている。そして、第３のモータＭ３が発生する駆動力が第３のケーブル３によって伝達され、リストエレメントＷＥの第１軸回りの旋回動作を実現する。

図４に示す例では、第３のケーブルは、往路のケーブルＣ３ａと復路のケーブルＣ３ｂからなるが、駆動側となる第３のモータキャプスタンＭＣ３と出力側となるリストキャプスタンＷＣにループさせたケーブルループ型の構成をなしている。第２のモータＭ３を回転させると、その回転方向に応じて、往路のケーブルＣ３ａと復路のケーブルＣ３ｂの間に張力の差が生じるので、張力差に基づく回転トルクがリストキャプスタンＷＣに作用して、リストエレメントＷＥが第１軸回りに旋回する。したがって、第３のモータＭ３で往路のケーブルＣ３ａと復路のケーブルＣ３ｂを拮抗制御することにより、リストエレメントＷＥを第１軸回りに旋回動作させることができる。

また、ケーブルＣ３ａとケーブルＣ３ｂからなる第３のケーブルには、撓み防止のために、予張力（ｐｒｅ−ｔｅｎｓｉｏｎ）を与えるテンションばねＴＳ３が挿入されている。図４及び図５に示す例では、ケーブルＣ３ｂ側にテンションばねＴＳ３が挿入されている。但し、予張力は追加のアイドラプーリを使って与えるように構成してもよい。

なお、第３のケーブルをループ型にせず、往路のケーブルＣ３ａと復路のケーブルＣ３ｂをそれぞれ別のモータを使って個別に牽引して、リストエレメントＷＥの第１軸回りに旋回させるように構成してもよいが、モータの台数が増加する。

第１のジョー部材Ｊ１は、第２軸回りに旋回可能となるように、根元付近でリストエレメントＷＥに支持されている（例えば、図３及び図４を参照のこと）。同様に、第２のジョー部材Ｊ２は、第２軸回りに旋回可能となるように、根元付近でリストエレメントＷＥに支持されている（例えば、図３及び図４を参照のこと）。したがって、第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２の開き角が増大又は減少するように（言い換えれば、第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの角度の差が変化するように）、各々を第２軸回りに旋回させることによって、エンドエフェクタの開閉動作が実現する。また、第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２の開き角を一定に保ったまま（言い換えれば、第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの角度の和が変化するように）、両者を同時に第２軸回りに旋回させることによって、第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２からなるエンドエフェクタの第２軸回りの旋回動作が実現する。

第１のジョー部材Ｊ１の根元付近には、上記の第２軸を回転軸とする第１のジョーキャプスタンＪＣ１が形設されている。そして、第１のジョーキャプスタンＪＣ１と第１のモータキャプスタンＭＣ１には、第１のケーブルＣ１が巻き付けられており、第１のモータＭ１が発生する駆動力が第１のケーブルＣ１によって伝達され、第１のジョー部材Ｊ１の第２軸回りの旋回動作が実現する（例えば、図４を参照のこと）。第１のジョーキャプスタンＪＣ１と第１のケーブルＣ１の結合部を、第１のジョーキャプスタンＪＣ１の外周の任意の場所に設定することができるので、第１のジョー部材Ｊ１の広可動域化を実現することができる。

また、第２のジョー部材Ｊ２の根元付近には、上記の第２軸を回転軸とする第２のジョーキャプスタンＪＣ２が形設されている。そして、第２のジョーキャプスタンＪＣ２と第２のモータキャプスタンＭＣ２には、第２のケーブルＣ２が巻き付けられており、第２のモータＭ２が発生する駆動力が第２のケーブルＣ２によって伝達され、第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの旋回動作が実現する（例えば、図４を参照のこと）。第２のジョーキャプスタンＪＣ２と第２のケーブルＣ２の結合部を、第２のジョーキャプスタンＪＣ２の外周の任意の場所に設定することができるので、第２のジョー部材Ｊ２の広可動域化を実現することができる。

ここで、第１のケーブルＣ１と第２のケーブルＣ２は、互いに逆方向から、それぞれ第１のジョーキャプスタンＪＣ１及び第２のジョーキャプスタンＪＣ２に巻き付けられている。具体的には、第１のケーブルＣ１は、牽引したときに、第１のジョー部材Ｊ１が第２のジョー部材Ｊ２に接近する方向に旋回するように、第１のジョーキャプスタンＪＣ１に巻き付けられる。また、第２のケーブルＣ２は、牽引したときに、第２のジョー部材Ｊ２が第１のジョー部材Ｊ１に接近する方向に旋回するように、第２のジョーキャプスタンＪＣ２に巻き付けられている。したがって、第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの角度の差が変化するように、第１のモータＭ１及び第２のモータＭ２によって第１のケーブルＣ１と第２のケーブルＣ２の牽引力を制御することで、エンドエフェクタの開閉動作を行うことができる。また、第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの角度の和が変化するように第１のモータＭ１及び第２のモータＭ２によって第１のケーブルＣ１と第２のケーブルＣ２の牽引力を制御することで、エンドエフェクタを第２軸回りに旋回動作させることができる。

第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２の間には、常に開く方向へ反発力が作用するようにスプリングＳＰが配設されている（例えば、図４を参照のこと）。図６には、術具ユニット先端部１０１を拡大して、スプリングＳＰの実装例を示している。また、図７には、図６に示した術具ユニット先端部１０１の部品展開図を示している。図６及び図７に示す例では、スプリングＳＰは、リストエレメントＷＥの先端の第２軸に取り付けられ、第１のジョー部材Ｊ１に対して第２のジョー部材Ｊ２から開く方向に回転力を与える第１のねじりコイルばねＴＣＳ１と、第２のジョー部材Ｊ２に対して第１のジョー部材Ｊ１から開く方向に回転力を与える第２のねじりコイルばねＴＣＳ２で構成されている。ねじりコイルばねは、コイル中心軸回りにねじりモーメントを作用させるコイルばねである。したがって、第１のジョー部材Ｊ１及び第２のジョー部材Ｊ２には、常に開く方向にプリテンションが作用する状態となっている。

第１のねじりコイルばねＴＣＳ１は、第１のジョー部材Ｊ１にのみ接触し、リストエレメントＷＥには接触していない。同様に、第２のねじりコイルばねＴＣＳ２は、第２のジョー部材Ｊ２にのみ接触し、リストエレメントＷＥには接触していない。このため、第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２間の開き角度を一定に保ったまま、エンドエフェクタの第１軸回りの角度を変化させたとしても、一定の反発力を第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２間に与えることができる。

スプリングＳＰには、ねじりコイルばねを用いることが好ましい。なお、図６及び図７に示す例では、２個のねじりコイルばねを用いているが、反発力のために使用するスプリングの個数は特に限定されない。また、スプリングに代えて、磁石などを用いて（例えば、同極の磁石間の反発力を利用して）反発力を生じさせるようにしてもよい。

このように第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２の間には、スプリングＳＰ（若しくは、第１のねじりコイルばねＴＣＳ１及び第２のねじりコイルばねＴＣＳ２）の復元力によって反発力が作用し、常に開く方向にプリテンションが作用している。したがって、第１のジョー部材Ｊ１を１本の（言い換えれば、往路のみの）第１のケーブルＣ１を使い第１のモータＭ１で閉じる方向に牽引するとともに、第２のジョー部材Ｊ２を１本の（言い換えれば、往路のみの）第２のケーブルＣ２を使い第２のモータＭ２で閉じる方向に牽引すると、第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２を閉じることができる。また、第１のモータＭ１及び第２のモータＭ２による牽引を停止すると、スプリングＳＰ（若しくは、第１のねじりコイルばねＴＣＳ１及び第２のねじりコイルばねＴＣＳ２）の復元力によって、第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２は自ずと開く。すなわち、第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２を開く動作はねじりコイルばねＴＣＳ１及びＴＣＳ２の弾性力によって行なわれるので、ジョー部材を開くための復路のケーブルは不要である。

したがって、各ジョー部材には閉じる方向に牽引する１本のケーブルを使い、且つ各ケーブルの入力端に設置したそれぞれ単一のアクチュエータで、ケーブルの張力と弾性体の反発力を拮抗制御することで、ジョー部材の開閉操作を実現することができる。すなわち、ジョー部材の開閉に必要なケーブルの本数及びアクチュエータの個数を削減することができる。

なお、スプリングＳＰは、第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２の最大の開き角度においても反発力が作用する自然長を有するものとする。あるいは、第１のねじりコイルばねＴＣＳ１及び第２のねじりコイルばねＴＣＳ２は、第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２の最大の開き角度においても反発力が作用するものとする。

第１のケーブルＣ１及び第２のケーブルＣ２をそれぞれシャフト１０２内に挿通するように第１軸付近で方向変換させ、さらにはシャフト１０２内での各ケーブルのレイアウトを調整するために、アイドラプーリが使用される。上述したように、第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２をそれぞれ牽引するケーブルを往路のみの１本に削減したことから、必要なアイドラプーリの個数も少なくて済み、コスト低減に繋がる、ということを理解されたい。

図３及び図４に示す例では、第１のジョーキャプスタンＪＣ１に取り付けられた第１のケーブルＣ１は、第２軸に直交する方向に牽引されるが、第１軸を回転軸とする第１のアイドラプーリＰ１ａによって第１軸に直交する方向に方向変換される。さらに、第１のアイドラプーリＰ１ａに隣接し、第１軸と平行な回転軸を持つ第１の隣接アイドラプーリＰ１ｂによって、第１のケーブルＣ１は、シャフト１０２内を挿通するとともにシャフト１０２の長手軸方向に方向変換された後、他端で第１のモータキャプスタンＭＣ１に巻き付けられている。

第１のケーブルＣ１は、第１のアイドラプーリＰ１ａに対して最短距離となる方向から巻き付けられている。また、第１のケーブルＣ１を牽引したとき、第１のアイドラプーリＰ１ａと第１の隣接アイドラプーリＰ１ｂが逆方向に回転するように、第１のケーブルＣ１が巻き付けられている。そして、第１のモータＭ１で第１のモータキャプスタンＭＣ１を回転させて、第１のケーブルＣ１の牽引力を発生させると、第１のジョー部材Ｊ１に第２軸回りのトルクを加えて、第２のジョー部材Ｊ２に接近する方向（閉じる方向）に旋回させることができる。

また、図３及び図４に示す例では、第２のジョーキャプスタンＪＣ２に取り付けられた第２のケーブルＣ２は、第２軸に直交する方向に牽引されるが、第１軸を回転軸とする第２のアイドラプーリＰ２ａによって第１軸に直交する方向に方向変換される。さらに、第２のアイドラプーリＰ２ａに隣接し、第１軸と平行な回転軸を持つ第２の隣接アイドラプーリＰ２ｂによって、第２のケーブルＣ２は、シャフト１０２内を挿通するとともにシャフト１０２の長手軸方向に方向変換された後、他端で第２のモータキャプスタンＭＣ２に巻き付けられている。

第２のケーブルＣ２は、第２のアイドラプーリＰ２ａに対して最短距離となる方向から巻き付けられている。また、第２のケーブルＣ２を牽引したとき、第２のアイドラプーリＰ２ａと第２の隣接アイドラプーリＰ２ｂが逆方向に回転するように、第２のケーブルＣ２が巻き付けられている。ここで、第２のケーブルＣ２を第２のアイドラプーリＰ２ａに巻き付ける方向は、第１のケーブルＣ１を第１のアイドラプーリＰ１ａに巻き付ける方向とは逆方向となる。そして、第２のモータＭ２で第２のモータキャプスタンＭＣ２を回転させて、第２のケーブルＣ２の牽引力を発生させると、第２のジョー部材Ｊ２に第２軸回りのトルクを加えて、第１のジョー部材Ｊ１に接近する方向（閉じる方向）に旋回させることができる。

補足すると、第２のジョーキャプスタンＪＣ２に巻き付けられた第２のケーブルＣ２は、第２のアイドラプーリＰ２ａ及び第２の隣接アイドラプーリＰ２ｂに対して、第１のケーブルＣ１と点対称な経路でシャフト１０２の長手軸方向に方向変換される。また、第１のアイドラプーリＰａ１と第２のアイドラプーリＰ２ａは同一の直径であることが望ましい。第１の隣接アイドラプーリＰ１ｂと第２の隣接アイドラプーリＰ２ｂは、第１のアイドラプーリＰａ１及び第２のアイドラプーリＰ２ａと同一の直径である必要はないが、第１のケーブルＣ１及び第２のケーブルＣ２がそれぞれシャフト１０２内を通過するように適切なサイズであることが望ましい。

また、図８には術具ユニット先端部１０１の他の構成例を示している。図９には、術具ユニット先端部１０１が図８に示した構成を有する場合に対応した、術具ユニット１００の他の自由度構成例を示している。図８及び図９に示す構成例では、第１のケーブルＣ１及び第２のケーブルＣ２の各々に対して適用されるアイドラプーリの構成が、図３及び図４に示した自由度構成例とは相違する。

図８及び図９に示す例では、第１のジョーキャプスタンＪＣ１に取り付けられた第１のケーブルＣ１は、第２軸に直交する方向に牽引されるが、第１軸を回転軸とする第１のアイドラプーリＰ１ｘに少なくとも１周だけ巻き付けられることによって、シャフト１０２内を挿通するとともにシャフト１０２の長手軸方向に牽引されるように方向変換され、その後に他端で第１のモータキャプスタンＭＣ１に巻き付けられている。第１のケーブルＣ１は、第１のアイドラプーリＰ１ｘに対して最短距離となる方向から巻き付けられているものとする。そして、第１のモータＭ１で第１のモータキャプスタンＭＣ１を回転させて、第１のケーブルＣ１の牽引力を発生させると、第１のジョー部材Ｊ１に第２軸回りのトルクを加えて、第２のジョー部材Ｊ２に接近する方向（閉じる方向）に旋回させることができる。

なお、第１のケーブルＣ１が第１のアイドラプーリＰ１ｘの外周に巻き付けられる際にケーブル同士が重ならないように、第１のアイドラプーリＰ１ｘの外周の途中で第１軸方向の巻き付け位置を切り替える切り替え部を配設している。図１０には、切り替え部を備えた第１のアイドラプーリＰ１ｘの構成例を示している。図１０に示す例では、切り替え部は、第１軸方向の巻き付け位置が異なるように凸設された第１のボス１００１と第２のボス１００２からなる。第１のケーブルＣ１は、第１のボス１００１と第２のボス１００２の間を通過することによって、第１の軸方向の巻き付け位置が切り替わる。この結果、第１のケーブルＣ１が第１のアイドラプーリＰ１ｘに巻き付くときと第１のアイドラプーリＰ１ｘから離れるときとで巻き付け位置を異ならせることで、ケーブル同士が重ならないようにしている。

また、図８及び図９に示す例では、第２のジョーキャプスタンＪＣ２に取り付けられた第２のケーブルＣ２は、第２軸に直交する方向に牽引されるが、第１軸を回転軸とする第２のアイドラプーリＰ２ｘに少なくとも１周だけ巻き付けられることによって、シャフト１０２内を挿通するとともにシャフト１０２の長手軸方向に牽引されるように方向変換され、その後に他端で第２のモータキャプスタンＭＣ２に巻き付けられている。第２のケーブルＣ２は、第２のアイドラプーリＰ２ｘに対して最短距離となる方向から巻き付けられているものとする。そして、第２のモータＭ２で第２のモータキャプスタンＭＣ２を回転させて、第２のケーブルＣ２の牽引力を発生させると、第２のジョー部材Ｊ２に第２軸回りのトルクを加えて、第１のジョー部材Ｊ１に接近する方向（閉じる方向）に旋回させることができる。

なお、第２のケーブルＣ２が第２のアイドラプーリＰ２ｘの外周に巻き付けられる際にケーブル同士が重ならないように、第２のアイドラプーリＰ２ｘの外周の途中で第１軸方向の巻き付け位置を切り替える切り替え部を配設している。切り替え部は、図１０と同様の構成でよい。

図８及び図９に示す構成例によれば、図３及び図４に示した構成例と比較して、第１のケーブルＣ１及び第２のケーブルＣ２のためのアイドラプーリをより小さくして、シャフト１０２の細径化に寄与することができる。

第１のケーブルＣ１及び第２のケーブルＣ２をシャフト１０２内に挿通させる手前（すなわち、第１軸付近）でそれぞれ方向変換させるためのアイドラプーリが、図３及び図４、あるいは図８及び図９のいずれに示す構成であっても、図２に示すように、第１のケーブルＣ１はシャフト１０２内を通過した後に、アイドラプーリＰ１ｃを経由して方向変換され、末端部で第１のモータキャプスタンＭＣ１に巻き付けられている。同様に、第２のケーブルＣ２はシャフト１０２内を通過した後に、アイドラプーリＰ２ｃを経由して方向変換され、末端部で第１のモータキャプスタンＭＣ１に巻き付けられている。但し、図４や図９では、便宜上、アイドラプーリＰ１ｃ及びＰ２ｃの図示を省略している。

また、図２及び図５に示すように、第１のモータキャプスタンＭＣ１にはケーブルＣ１´が第１のケーブルＣ１と同じ方向から巻き付けられるとともに、第２のモータキャプスタンＭＣ２にはケーブルＣ２´が第２のケーブルＣ２と同じ方向から巻き付けられている。さらに、ケーブルＣ１´とケーブルＣ２´は、テンションばねＴＳ１を介して連結されている。したがって、第１のケーブルＣ１と第２のケーブルＣ２には、テンションばねＴＳ１の復元力による予張力が与えられている。

ここで、第１のケーブルＣ１と第２のケーブルＣ２に必要な予張力について考察する。図１１には、第１のケーブルＣ１と第２のケーブルＣ２に予張力を与える前の第１のジョー部材Ｊ１及び第２のジョー部材Ｊ２の開閉状態を示している。また、図１２には、第１のケーブルＣ１と第２のケーブルＣ２に予張力を与えたときの第１のジョー部材Ｊ１及び第２のジョー部材Ｊ２の開閉状態を示している。各図では、第１のねじりコイルばねＴＣＳ１と２のねじりコイルばねＴＣＳ２の中心軸回りのねじれ状態も併せて示している。

第１のねじりコイルばねＴＣＳ１と２のねじりコイルばねＴＣＳ２のばね定数をいずれもｋ_j12［Ｎ・ｍｍ／ｄｅｇ］、第１のジョーキャプスタンＪＣ１及び第２のジョーキャプスタンＪＣ２の半径をともにＲ_j12［ｍｍ］とおく。そして、予張力を与える前の第１のケーブルＣ１と第２のケーブルＣ２の開き角度をα₁、予張力を与えたときの第１のケーブルＣ１と第２のケーブルＣ２の開き角度をα₂とすると、予張力Ｔ_pre-tensionは、下式（１）のように表される。

したがって、第１のケーブルＣ１と第２のケーブルＣ２に対して予張力Ｔ_pre-tensionが生じるように、ケーブルＣ１´とケーブルＣ２´の間にテンションばねＴＳ１を設置することが好ましい。

Ｃ．術具ユニットの動作
続いて、術具ユニット先端部１０１の具体的な動作方法について説明する。

第１軸における動作：
往路のケーブルＣ３ａ及び復路のケーブルＣ３ｂを含む第３のケーブルは、第３のモータキャプスタンＭＣ３とリストキャプスタンＷＣにループを描くように巻き付けられている。したがって、第３のモータＭ３で第３のモータキャプスタンＭＣ３を回転させると、第３のケーブルに牽引力が発生して、リストキャプスタンＷＣを第１軸回りに回転させることができる。これによって、リストエレメントＷＥ及びリストエレメントＷＥに搭載されたエンドエフェクタを、第１軸回りに旋回させることができる。

第２軸における動作：
第１のジョー部材Ｊ１の第２軸回りの角度と第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの角度の平均値をエンドエフェクタの第２軸回りの角度とする。第１のジョーキャプスタンＪＣ１及び第２のジョーキャプスタンＪＣ２を同じ方向に同じ速度で回転することで、エンドエフェクタの第２軸回りの旋回動作が生成される。

エンドエフェクタの動作：
エンドエフェクタは、第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２の一対の対向するジョー部材からなる（例えば、図３を参照のこと）。第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２の開き角度をエンドエフェクタの開閉角度とする。第１のモータキャプスタンＭＣ１と第２のモータキャプスタンＭＣ２を反対方向に同じ速度で回転させることで、エンドエフェクタの開閉動作が生成される。

図１３には、リストエレメントＷＥの第１軸回りの動作例を示している。但し、同図は、術具ユニット先端部１０１を第１軸に平行な方向から眺めた図である。同図に示すように、リストキャプスタンＷＣのプーリ半径をＲ_ψとし、リストエレメントＷＥの第１軸回りの旋回角度をψとする。

また、図１４及び図１５には、エンドエフェクタの第２軸回りの動作例を示している。但し、各図は、術具ユニット先端部１０１を第２軸に平行な方向から眺めた図である。各図に示すように、第１のジョーキャプスタンＪＣ１及び第２のジョーキャプスタンＪＣ２のプーリ半径をともにＲ_θとし、第１のジョー部材Ｊ１の第２軸回りの旋回角度をθ_g1とし、第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの旋回角度をθ_g2とし、エンドエフェクタの開き角度をαとし、エンドエフェクタの第２軸回りの旋回角度をθとする。

また、図示を省略するが、第１のモータキャプスタンＭＣ１及び第２のモータキャプスタンＭＣ２のプーリ半径をともにＲ_m12とし、第３のモータキャプスタンＭＣ３のプーリ半径をＲ_m3とし、第１のモータＭ１の回転角度をφ_m1とし、第２のモータＭ２の回転角度をφ_m2とし、第３のモータＭ３の回転角度をφ_m3とする。

すると、リストエレメントＷＥの第１軸回りの旋回角度ψ、エンドエフェクタの第２軸回りの旋回角度θ、及び、エンドエフェクタの開き角度αは、それぞれ下式（２）〜（４）のように表される。

また、第１のジョー部材Ｊ１の第２軸回りの旋回角度θ_g1と、第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの旋回角度θ_g2は、それぞれ下式（５）及び（６）のように表される。

上式（２）〜（６）から分かるように、リストエレメントＷＥの第１軸回りの旋回角度φに対して、第１のジョー部材Ｊ１及び第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの旋回角度θ_g1及びθ_g12は影響しない。他方、第１のジョー部材Ｊ１及び第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの旋回角度θ_g1及びθ_g12に対して、リストエレメントＷＥの第１軸回りの旋回角度φは影響する。したがって、リストエレメントＷＥの第１軸回りの旋回角度φの影響を補償するように制御することで、目的のエンドエフェクタの第２軸回りの旋回角度θ及び開き角度αを実現することができる。

要するに、第３のモータＭ３の回転角度φ_m3を制御することによって、リストエレメントＷＥの第１軸回りの旋回動作を制御することができる。また、第１のモータＭ１、第２のモータＭ２、及び第３のモータＭ３の各回転角度φ_m1、φ_m2、φ_m3を制御することで、エンドエフェクタの第２軸回りの旋回動作及び開閉動作を制御することができる。

Ｄ．術具ユニットの可動域
続いて、術具ユニット先端部１０１の可動域について説明する。

図１６〜図２１には、エンドエフェクタの開閉及び第２軸回りの旋回動作の例を図解している。

図１６及び図１７には、エンドエフェクタが第２軸回りの旋回角度θ＝０度で且つ開いた状態を示している。但し、図１６は、術具ユニット先端部１０１を第２軸と平行な方向から眺めた様子を示し、図１７は、術具ユニット先端部１０１を斜視した様子を示している。

また、図１８及び図１９には、エンドエフェクタが第２軸回りの旋回角度θ＝３０度で且つ開いた状態を示している。但し、図１８は、術具ユニット先端部１０１を第２軸と平行な方向から眺めた様子を示し、図１９は、術具ユニット先端部１０１を斜視した様子を示している。

また、図２０及び図２１には、エンドエフェクタが第２軸回りの旋回角度θ＝３０度で且つ閉じた状態を示している。但し、図２０は、術具ユニット先端部１０１を第２軸と平行な方向から眺めた様子を示し、図２１は、術具ユニット先端部１０１を斜視した様子を示している。

図２２〜図２５には、リストエレメントＷＥの第１軸回りの旋回動作及びエンドエフェクタの第２軸回りの旋回動作の例を図解している。但し、図２２〜図２５のいずれも、エンドエフェクタは開いた状態とする。

図２２には、リストエレメントＷＥの第１軸回りの旋回角度ψ＝０度で且つエンドエフェクタの第２軸回りの旋回角度θ＝０度の状態を示している。また、図２３には、リストエレメントＷＥの第１軸回りの旋回角度ψ＝０度で且つエンドエフェクタの第２軸回りの旋回角度θ＝１００度の状態を示している。また、図２４には、リストエレメントＷＥの第１軸回りの旋回角度ψ＝９０度で且つエンドエフェクタの第２軸回りの旋回角度θ＝０度の状態を示している。また、図２５には、リストエレメントＷＥの第１軸回りの旋回角度ψ＝９０度で且つエンドエフェクタの第２軸回りの旋回角度θ＝１００度の状態を示している。

第１のジョーキャプスタンＪＣ１及び第２のジョーキャプスタンＪＣ２を牽引するケーブルは、それぞれ第１のケーブルＣ１及び第２のケーブルＣ２の１本でよい。第１のケーブルＣ１を第１のジョーキャプスタンＪＣ１に結合する箇所を、第１のケーブルＣ１を第１のジョーキャプスタンＪＣ１の外周に９０度以上巻き付けた箇所に設けることができる。第２のケーブルＣ２を第２のジョーキャプスタンＪＣ２に結合する箇所も、９０度以上巻き付けた箇所に設けることができる。

エンドエフェクタの第２軸回りのより広い可動域を確保するために、リストエレメントＷＥの第１軸回りの旋回角度ψ＝０度で且つエンドエフェクタの第２軸回りの旋回角度θ＝０度の状態で、第１のケーブルＣ１及び第２のケーブルＣ２をそれぞれ１５０度だけ巻き付けた位置で第１のジョーキャプスタンＪＣ１及び第２のジョーキャプスタンＪＣ２の各々と結合する箇所を設けることが望ましい。これによって、エンドエフェクタの第２軸回りの±９０度以上の可動域を確保することが可能である。

Ｅ．術具ユニットの変形例
Ｅ−１．ジョー部材間に反発力を与える方法の変形例
第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２の間に常に反発力を作用させるスプリングＳＰとして、ねじりコイルばね（図６及び図７を参照のこと）の代わりに、圧縮コイルばねを使用してもよい。

図２６〜図３１には、圧縮コイルばねを用いて第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２の間に反発力を作用させる術具ユニット先端部１０１の構成例を、エンドエフェクタが開閉及び第２軸回りに旋回する動作とともに例示している。

図２６及び図２７には、エンドエフェクタが第２軸回りの旋回角度θ＝０度で且つ開いた状態を示している。また、図２８及び図２９には、エンドエフェクタが第２軸回りの旋回角度θ＝３０度で且つ開いた状態を示している。また、図３０及び図３１には、エンドエフェクタが第２軸回りの旋回角度θ＝３０度で且つ閉じた状態を示している。

但し、図２６、図２８、図３０は、術具ユニット先端部１０１を第２軸と平行な方向から眺めた様子を示し、図２７、図２９、図３１は、術具ユニット先端部１０１を斜視した様子を示している。

なお、術具の姿勢に拘わらすジョー部材間に一定の反発力を与えることができる他の弾性体や反発力発生装置を、スプリングＳＰに代替えすることが可能である。例えば、高分子弾性体、空気で加圧された蛇腹、ジョー部材間に反発力を作用させるように取り付けられた引張ばねを代替品として挙げることができる。

また、第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２を、金属棒を二つ折りにした攝子のように一体成形して、開く方向に弾性力を有する構造にしてもよい。

Ｅ−２．ケーブルを駆動する方法の変形例
上記では、ケーブルを牽引するアクチュエータとして回転モータを使用する例について説明してきた。ケーブルを牽引するアクチュエータとして直動アクチュエータを使用することもできる。

図３２には、第１のケーブルＣ１、第２のケーブルＣ２、第３のケーブルの往路ケーブルＣ３ａ及び復路ケーブルＣ３ｂを、それぞれ直動アクチュエータＬＡ１、ＬＡ２、ＬＡ３ａ、ＬＡ３ｂで牽引するように構成された術具ユニットの構成例を示している。同図では、術具ユニット駆動部１０３の拡大図も併せて示している。

直動アクチュエータＬＡ１、ＬＡ２、ＬＡ３ａ、ＬＡ３ｂには空気圧式のアクチュエータを使用することができる。また、ケーブルを牽引するアクチュエータの他の変形性として、例えば、さらに以下を挙げることができる。

・ピエゾ式直動型超音波モータ
・ピエゾ式回転型超音波モータ
・油圧式直動モータ
・油圧式回転モータ
・高分子直動アクチュエータ
・電磁式式直動モータ
・形状記憶合金

また、いずれのタイプのアクチュエータを採用するにせよ、アクチュエータに減速機や位置検出器、非常用のブレーキ機構を装備するようにしてもよい。ここで、減速機として、例えば、ギア式減速機、波動歯車減速機、郵政歯車減速機、不思議郵政歯車減速機、ケーブル減速機、トラクション減速機、ボールねじ、滑りねじ、ウォームギアなどを挙げることができる。また、位置検出器として、例えば、磁気式エンコーダ、光学式エンコーダ、ポテンショメータなどを挙げることができる。

Ｅ−３．ジョー部材の形状の変形例
各図では、第１のジョー部材Ｊ１及び第２のジョー部材Ｊ２を、便宜上、簡単な形状で描いた。現実には、術具ユニットの用途に応じて、ジョー部材の形状を変更してもよい。例えば、以下を挙げることができる。

・鉗子
・バイポーラ式鉗子
・鋏
・ステープラー

Ｅ−４．シャフトの変形例
シャフト１０２は、理想的には剛体であるが、可撓性のある構成であってもよい。また、各図では、簡素化のため、単純な中空円筒形状をしたシャフト１０２を描いたが、必ずしも円筒形状である必要はない。例えば、シャフト１０２の断面が多角形形状や楕円形状であってもよいし、長手軸方向の途中で断面形状が切り替わってもよい。

Ｅ−５．ケーブルの変形例
ケーブルは、金属線を束ねたもの、樹脂を束ねたもの、あるいは金属線と樹脂など複数の素材を織り交ぜたものでもよい。また、シャフト１０２内部などに配置され、湾曲を必要としないケーブルの箇所には剛性が高い金属製のシャフト１０２を用い、湾曲を有する箇所に用いられる柔軟なケーブルと連結して、１本のケーブルを構成するようにしてもよい。ケーブルの代替品として、例えば、以下を挙げることができる。

・金属製又は樹脂製のワイヤ
・細径の金属製又は樹脂製の細線を編み込んだワイヤ

Ｅ−６．アイドラプーリの変形例
上記では、ケーブルのレイアウト調整のためにアイドラプーリを使用する例について説明してきた。アイドラプーリを用いれば、ケーブルを牽引する際の摺動摩擦を低減して滑らかな動作を実現することができる。摺動摩擦を低下させたい場合には、回転軸受を備えたアイドラプーリを使用してもよい。他方、アイドラプーリを使用すると、機構のサイズが膨らみ、部品点数が増えるという問題がある。そこで、術具ユニット先端部１０１のさらなる小型化のために、アイドラプーリを使用せず、機構に形設した案内溝に沿ってケーブルをレイアウトするようにしてもよい。

Ｅ−７．センシング
ケーブルの張力を検出するために、各ケーブルに歪みセンサを搭載してもよい。歪みセンサとして、例えば、抵抗変化型の歪みセンサや、ＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）式の歪みセンサを挙げることができる。また、ケーブルを牽引するアクチュエータにトルクセンサを搭載してもよい。

Ｆ．術具ユニットの応用例
Ｆ−１．手術支援システムへの応用例
図３３には、本実施形態に係る術具ユニットを利用した手術支援システムト３３００の外観構成例を示している。図示の手術支援システム３３００は、多リンク構造からなるアーム３３０１を備え、そのアーム３３０１の先端に、術具ユニット３３０２が搭載されている。術具ユニット３３０２は、交換可能であってもよい。手術支援システム３３００は、例えば腹腔鏡下手術に適用され、術具ユニット先端部１０１がトロッカー（図示しない）を経由して腹腔内に挿入して、患部の把持や切除といった施術が実施される。

図示の手術支援システム３３００は、例えばマスタスレーブロボットにおけるスレーブ装置として利用され、マスタ装置（図示しない）からの指令に従ってアーム３３０１並びに術具ユニット３３０２が駆動する。また、この種のマスタスレーブロボットには、例えばバイラテラル制御方式が適用される。

なお、アーム３３０１は、極座標型ロボット、円筒座標型ロボット、直角座標系型ロボット、垂直多関節型ロボット、水平多関節型ロボット、パラレルリンク型ロボット、ＲＣＭ（Ｒｅｍｏｔｅ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｍｏｔｉｏｎ）型ロボットなどのうちいずれの機構型のロボットであってもよい。

また、手術支援システム３３００が腹腔鏡手術を支援する手術用ロボットである場合には、機構のコンパクト性や、トロッカー箇所でのピボット動作生成の容易性などの観点から、アーム３３０１として、垂直多関節型や、駆動回転中心から離れた位置に遠隔回転中心を配置してピボット（不動点）運動を実現するＲＣＭ（Ｒｅｍｏｔｅ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｍｏｔｉｏｎ）型のアームを用いることが好ましい。

また、図３３では１本の術具ユニットのみを装着可能な手術支援システムの構成例を示したが、同時に複数本の術具ユニットを装着して腹腔鏡下手術を実施可能なタイプの手術支援システムにも、同様に適用することができる。

Ｆ−２．手術用操作ユニットへの応用例
図３４には、本実施形態に係る術具ユニットを利用した手術用操作ユニット３４００の外観構成例を示している。手術用操作ユニット３４００は、ユーザ（術者）が直接手に持って操作するハンドル部３４０１を備え、そのハンドル部３４０１の先端に、術具ユニット３４０２が搭載されている。術具ユニット３４０２は、交換可能であってもよい。

ハンドル部３４０１は、例えば、術具ユニット３４０２の術具ユニット先端部の姿勢を任意の方向に指示するための、親指で操作可能なジョイスティック３４０３を備えてもよい。また、ハンドル部３４０１は、ジョー部材の開閉操作を支持するための、人差し指で操作可能なボタン３４０４を備えてもよい。

ハンドル部３４０１内には、コントローラ（図示しない）が搭載されている。このコントローラは、ジョイスティック３４０３やボタン３４０４の操作量に応じたリストエレメントＷＥの第１軸回りの旋回角度、エンドエフェクタの第２軸回りの旋回角度及び開き角度を演算し、これを各モータの回転量に換算して、術具ユニット駆動部１０３への制御信号を出力する。

Ｇ．効果
本開示に係る技術によれば、一対の対向するジョー部材を有するエンドエフェクタの（第２軸回りの）旋回動作とジョー部材の開閉動作を、２本のケーブルで実現することができる。したがって、ケーブルの牽引に使用するアイドラプーリの個数を削減することができ、術具ユニットの先端部の細径化を実現し易くなる。特に、エンドエフェクタの旋回軸（上記の第１軸）において直列に配置するアイドラプーリの個数は２個でよいので、細径化が容易である。

また、本開示に係る技術によれば、術具ユニットで使用するケーブルの本数やアイドラプーリの個数が少なくて済むことから、低コスト化に有利である。このように部品点数が少ないことから、術具ユニットの構造が簡素化されるので、組み立てコストを抑えることができ、メンテナンスも容易となる。

また、本開示に係る技術によれば、各ジョー部材をそれぞれ１本のケーブルで牽引する構造であるが、ジョーキャプスタンとケーブルの結合部をジョーキャプスタンの任意の場所に設定することができるので、ジョー部材の広可動域化を実現することができる。

また、本開示に係る技術を適用した術具ユニットは、リストエレメント及び開閉機構付きのエンドエフェクタ及びのリストエレメントを３台のモータで駆動することができ、ケーブル本数が少ないので、術具ユニット駆動部におけるケーブルのレイアウトを簡素化することができるので、コンパクト且つ軽量に構成することができる。

また、本開示に係る技術を適用した術具ユニットは、リストエレメント上にアイドラプーリを配置しないので、第１の軸から第２軸までの距離を短くすることができる。

以上、特定の実施形態を参照しながら、本開示に係る技術について詳細に説明してきた。しかしながら、本開示に係る技術の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。

本明細書では、本開示に係る技術を手術支援システムに用いられる術具に適用した実施形態を中心に説明してきたが、本開示に係る技術の要旨はこれに限定されるものではない。本開示に係る技術は、精密作業ロボットなど、医療以外のさまざまな分野のロボットに適用することができる。また、本開示に係る技術は、ユーザが手で握りながら操作可能なグリップ型手術用操作ユニットや精密作業装置にも適用することができる。

要するに、例示という形態により本開示に係る技術について説明してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本開示に係る技術の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。

なお、本開示に係る技術は、以下のような構成をとることも可能である。
（１）シャフトと、
前記シャフトの先端に第１軸回りに回動可能に連結されたリストと、
前記リストに対してそれぞれ第２軸回りに回動可能に支持された第１のジョー部材及び第２のジョー部材と、
前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材の間に反発力を作用させる弾性体と、
を具備する術具。
（２）前記弾性体は、前記第１のジョー部材に前記反発力を作用させる第１の弾性体と、前記第２のジョー部材に反発力を作用させる第２の弾性体を含む、
上記（１）に記載の術具。
（３）前記第１のジョー部材に設けられた、前記第２軸を回転軸とする第１のジョーキャプスタンと、
前記第１のジョーキャプスタンに巻き付けられた第１のケーブルと、
前記第２のジョー部材に設けられた、前記第２軸を回転軸とする第２のジョーキャプスタンと、
前記第２のジョーキャプスタンに巻き付けられた第２のケーブルと、
をさらに備え、
前記第１のケーブルを牽引することによって前記第１のジョー部材は前記第２のジョー部材に向かう方向に旋回し、前記第２のケーブルを牽引することによって前記第２のジョー部材は前記第１のジョー部材に向かう方向に旋回する、
上記（１）に記載の術具。
（４）前記リストに設けられた、前記第１軸を回転軸とするリストキャプスタンと、
前記リストキャプスタンにそれぞれ逆方向から巻き付けられた往路及び復路のケーブルからなる第３のケーブルと、
をさらに備える、上記（３）に記載の術具。
（５）前記第１のケーブルを牽引する第１のアクチュエータと、
前記第２のケーブルを牽引する第２のアクチュエータと、
前記第３のケーブルを牽引する第３のアクチュエータと、
をさらに備える、上記（４）に記載の術具。
（６）前記弾性体は、前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材の最大の開き角度においても前記反発力が作用する自然長を有する、
上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の術具。
（７）前記第１のケーブルを前記シャフトの長手軸とほぼ平行な方向に変換する第１のアイドラプーリ部と、
前記第２のケーブルを前記シャフトの長手軸とほぼ平行な方向に変換する第２のアイドラプーリ部と、
をさらに備える、上記（３）乃至（６）のいずれかに記載の術具。
（８）前記第１のアイドラプーリ部は、前記第１軸回りに回転する第１のアイドラプーリと、前記第１のアイドラプーリに隣接して前記第１軸と平行な回転軸を持つ第１の隣接アイドラプーリを含み、
前記第２のアイドラプーリ部は、前記第１軸回りに回転する第２のアイドラプーリと、前記第２のアイドラプーリに隣接して前記第１軸と平行な回転軸を持つ第２の隣接アイドラプーリを含む、
上記（７）に記載の術具。
（９）前記第１のアイドラプーリ部は前記第１軸回りに回転する第１のアイドラプーリを含むとともに、前記第１のケーブルは前記第１のアイドラプーリに少なくとも１周巻き付けられ、
前記第２のアイドラプーリ部は、前記第１軸回りに回転する第２のアイドラプーリを含むとともに、前記第２のケーブルは前記第２のアイドラプーリに少なくとも１周巻き付けられる、
上記（７）に記載の術具。
（１０）前記第１のアイドラプーリ及び第２のアイドラプーリの少なくとも一方は、前記第１のケーブルを巻き付ける際に重ならないように、第１軸方向のケーブルの巻き付け位置を切り替える切り替え部を備える、
上記（９）に記載の術具。
（１１）前記第１のケーブル及び前記第２のケーブルに予張力を与える予張力付与部をさらに備える、
上記（３）乃至（１０）のいずれかに記載の術具。
（１２）前記第３のケーブルに予張力を与える予張力付与部をさらに備える、
上記（４）乃至（１１）のいずれかに記載の術具。
（１３）前記第３のアクチュエータの駆動により前記往路及び復路のケーブル間に生じた張力差により前記リストキャプスタンに回転トルクを作用させて、前記リストを前記第１軸回りに旋回させる、
上記（４）乃至（１１）のいずれかに記載の術具。
（１４）前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材の前記第２軸回りの角度の差が変化するように、前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータの駆動により前記第１のケーブルと前記第２のケーブルの張力を制御する、
上記（３）乃至（１３）のいずれかに記載の術具。
（１５）前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材の前記第２軸回りの角度の和が変化するように、前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータの駆動により前記第１のケーブルと前記第２のケーブルの張力を制御する、
上記（３）乃至（１３）のいずれかに記載の術具。
（１６）術具と、前記術具を取り付けたアームを具備し、
前記術具は、
シャフトと、
前記シャフトの先端に第１軸回りに回動可能に連結されたリストと、
前記リストに対してそれぞれ第２軸回りに回動可能に支持された第１のジョー部材及び第２のジョー部材と、
前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材の間に反発力を作用させる弾性体と、
を備える、手術支援システム。
（１７）術具と、前記術具を取り付けたハンドル部を具備し、
前記術具は、
シャフトと、
前記シャフトの先端に第１軸回りに回動可能に連結されたリストと、
前記リストに対してそれぞれ第２軸回りに回動可能に支持された第１のジョー部材及び第２のジョー部材と、
前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材の間に反発力を作用させる弾性体と、
を備える、手術用操作ユニット。

１００…術具ユニット、１０１…術具ユニット先端部
１０２…シャフト、１０３…術具ユニット駆動部
３３００…手術支援システム、３３０１…アーム
３３０２…術具ユニット
３４００…手術用操作ユニット、３４０１…ハンドル部、
３４０２…術具ユニット、３４０３…ジョイスティック
３４０４…ボタン

Claims (17)

1. シャフトと、
   前記シャフトの先端に第１軸回りに回動可能に連結されたリストと、
   前記リストに対してそれぞれ第２軸回りに回動可能に支持された第１のジョー部材及び第２のジョー部材と、
   前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材の間に反発力を作用させる弾性体と、
   を具備する術具。
2. 前記弾性体は、前記第１のジョー部材に前記反発力を作用させる第１の弾性体と、前記第２のジョー部材に反発力を作用させる第２の弾性体を含む、
   請求項１に記載の術具。
3. 前記第１のジョー部材に設けられた、前記第２軸を回転軸とする第１のジョーキャプスタンと、
   前記第１のジョーキャプスタンに巻き付けられた第１のケーブルと、
   前記第２のジョー部材に設けられた、前記第２軸を回転軸とする第２のジョーキャプスタンと、
   前記第２のジョーキャプスタンに巻き付けられた第２のケーブルと、
   をさらに備え、
   前記第１のケーブルを牽引することによって前記第１のジョー部材は前記第２のジョー部材に向かう方向に旋回し、前記第２のケーブルを牽引することによって前記第２のジョー部材は前記第１のジョー部材に向かう方向に旋回する、
   請求項１に記載の術具。
4. 前記リストに設けられた、前記第１軸を回転軸とするリストキャプスタンと、
   前記リストキャプスタンにそれぞれ逆方向から巻き付けられた往路及び復路のケーブルからなる第３のケーブルと、
   をさらに備える、請求項３に記載の術具。
5. 前記第１のケーブルを牽引する第１のアクチュエータと、
   前記第２のケーブルを牽引する第２のアクチュエータと、
   前記第３のケーブルを牽引する第３のアクチュエータと、
   をさらに備える、請求項４に記載の術具。
6. 前記弾性体は、前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材の最大の開き角度においても前記反発力が作用する自然長を有する、
   請求項１に記載の術具。
7. 前記第１のケーブルを前記シャフトの長手軸とほぼ平行な方向に変換する第１のアイドラプーリ部と、
   前記第２のケーブルを前記シャフトの長手軸とほぼ平行な方向に変換する第２のアイドラプーリ部と、
   をさらに備える、請求項３に記載の術具。
8. 前記第１のアイドラプーリ部は、前記第１軸回りに回転する第１のアイドラプーリと、前記第１のアイドラプーリに隣接して前記第１軸と平行な回転軸を持つ第１の隣接アイドラプーリを含み、
   前記第２のアイドラプーリ部は、前記第１軸回りに回転する第２のアイドラプーリと、前記第２のアイドラプーリに隣接して前記第１軸と平行な回転軸を持つ第２の隣接アイドラプーリを含む、
   請求項７に記載の術具。
9. 前記第１のアイドラプーリ部は前記第１軸回りに回転する第１のアイドラプーリを含むとともに、前記第１のケーブルは前記第１のアイドラプーリに少なくとも１周巻き付けられ、
   前記第２のアイドラプーリ部は、前記第１軸回りに回転する第２のアイドラプーリを含むとともに、前記第２のケーブルは前記第２のアイドラプーリに少なくとも１周巻き付けられる、
   請求項７に記載の術具。
10. 前記第１のアイドラプーリ及び第２のアイドラプーリの少なくとも一方は、前記第１のケーブルを巻き付ける際に重ならないように、第１軸方向のケーブルの巻き付け位置を切り替える切り替え部を備える、
    請求項９に記載の術具。
11. 前記第１のケーブル及び前記第２のケーブルに予張力を与える予張力付与部をさらに備える、
    請求項３に記載の術具。
12. 前記第３のケーブルに予張力を与える予張力付与部をさらに備える、
    請求項４に記載の術具。
13. 前記第３のアクチュエータの駆動により前記往路及び復路のケーブル間に生じた張力差により前記リストキャプスタンに回転トルクを作用させて、前記リストを前記第１軸回りに旋回させる、
    請求項４に記載の術具。
14. 前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材の前記第２軸回りの角度の差が変化するように、前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータの駆動により前記第１のケーブルと前記第２のケーブルの張力を制御する、
    請求項３に記載の術具。
15. 前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材の前記第２軸回りの角度の和が変化するように、前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータの駆動により前記第１のケーブルと前記第２のケーブルの張力を制御する、
    請求項３に記載の術具。
16. 術具と、前記術具を取り付けたアームを具備し、
    前記術具は、
    シャフトと、
    前記シャフトの先端に第１軸回りに回動可能に連結されたリストと、
    前記リストに対してそれぞれ第２軸回りに回動可能に支持された第１のジョー部材及び第２のジョー部材と、
    前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材の間に反発力を作用させる弾性体と、
    を備える、手術支援システム。
17. 術具と、前記術具を取り付けたハンドル部を具備し、
    前記術具は、
    シャフトと、
    前記シャフトの先端に第１軸回りに回動可能に連結されたリストと、
    前記リストに対してそれぞれ第２軸回りに回動可能に支持された第１のジョー部材及び第２のジョー部材と、
    前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材の間に反発力を作用させる弾性体と、
    を備える、手術用操作ユニット。

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