JP2022016327A - 医療用アーム装置 - Google Patents

Abstract

【課題】医療用器具を支持するために使用される医療用アーム装置を提供する。【解決手段】先端部は、前記医療用器具の長手方向軸回りの回転軸、リンクの先端に対して前記医療用器具を左右に回転させるヨー軸、前記リンクの先端に対して前記医療用器具を上下に回転させるピッチ軸の順に３つの回転軸が配置された構造であり、前記ヨー軸の回転伝達用の第１のワイヤと、前記ロール軸の回転伝達用の第２のワイヤと、前記ピッチ軸と前記ヨー軸間で前記第１のワイヤの経路を変更する第１の経路変更プーリと、前記ピッチ軸と前記ヨー軸間で前記第２のワイヤの経路を変更する第２の経路変更プーリと、前記ヨー軸と前記ロール軸間で前記第２のワイヤの経路を変更する第３の経路変更プーリを配置する。【選択図】 図１

Description

本明細書で開示する技術（以下、「本開示」とする）は、例えば医療用器具を支持するために使用される医療用アーム装置に関する。

腹腔鏡手術は、開腹を必要とせず、患者への負担が少なく、術後の回復が早いため、広く行われている。腹腔鏡手術において、内視鏡の視野調整は手術の進行に影響するが、オペレータ（術者、スコピスト）毎にコントロール技術が一定でない。このため、内視鏡を支持する医療用アーム装置（例えば、特許文献１を参照のこと）を導入して、オペレータの人件費などのコスト削減と、内視鏡のコントロール技術の高精度化、安全性の向上が図られている。

腹腔鏡手術では、術者が操作する鉗子などの医療用器具の付近を内視鏡で撮影する必要があり、内視鏡と医療用器具をそれぞれ保持する部位同士が近傍で動作する。医療用アーム装置の内視鏡を支持する先端部が大きいと、術者による医療用器具の操作を阻害してしまう。一方、患部周辺を広角で撮影するには、内視鏡をなるべく広範囲で動作させる必要がある。したがって、医療用アーム装置の先端はなるべく細く、コンパクトでありながら、内視鏡を保持できるほどに高トルクの多自由度能動関節を凝縮させることが好ましい。

従来からワイヤや歯車を用いて細径な先端部を駆動する構造を有するマニピュレータが提案されている（例えば、特許文献２及び３を参照のこと）。歯車を用いると無限回転構造を実現し易いが、伝達部においてガタを生じ易い。内視鏡のように長さのある構造物を支持する場合、ガタがあると大きく揺れてしまうので、歯車を用いた駆動機構は適当でない。

特開２０１８－７５１２１号公報 特開２００６－３０５７１７号公報 特開２００８－１１４３３９号公報

本開示の目的は、小型で且つ内視鏡などの医療用器具を保持できるほどに高トルクで多自由度能動関節を凝縮させた先端部を備える医療用アーム装置を提供することにある。

本開示は、上記課題を参酌してなされたものであり、
医療用器具を保持する先端部及び前記先端部を支持するリンクを有する第１のアーム部と、
前記第１のアーム部を支持する第２のアーム部と、
を具備し、
前記先端部は、
最先端部から順に、前記医療用器具の長手方向軸回りの回転軸、前記リンクの先端に対して前記医療用器具を左右に回転させるヨー軸、前記リンクの先端に対して前記医療用器具を上下に回転させるピッチ軸の順に３つの回転軸が配置された構造であり、
前記ヨー軸の回転伝達用の第１のワイヤと、前記ロール軸の回転伝達用の第２のワイヤと、前記ピッチ軸と前記ヨー軸間で前記第１のワイヤの経路を変更する第１の経路変更プーリと、前記ピッチ軸と前記ヨー軸間で前記第２のワイヤの経路を変更する第２の経路変更プーリと、前記ヨー軸と前記ロール軸間で前記第２のワイヤの経路を変更する第３の経路変更プーリを前記リンクに配置する、
医療用アーム装置である。

前記第１の経路変更プーリ又は前記第２の経路変更プーリのうち少なくとも一方は、前記ピッチ軸回りに回転する構造体の反対側に同一軸上に配置された直径が異なる１組の経路変更プーリからなる。

本開示に係る医療用アーム装置は、前記第１の経路変更プーリ又は前記第２の経路変更プーリの同一軸を構成するシャフトは、前記第１のワイヤが巻き付いて前記ヨー軸回りに回転するヨー軸プーリとの干渉回避部を有する。前記干渉回避部は、前記シャフトの中央部の細径部又はＤカット構造部からなる。

また、本開示に係る医療用アーム装置は、前記ヨー軸回りの回転時における前記第２の経路変更プーリと前記第３の経路変更プーリとの干渉を回避する干渉回避構造を有する。前記干渉回避構造は、前記第２の経路変更プーリを構成する、互いの回転軸が交差するように配置された１組の経路変更プーリ、並びに、前記第３の経路変更プーリを構成する複数のプーリを所定領域内に集中して配置した構造を含む。

本開示によれば、小型且つ軽量で、内視鏡の姿勢を決める３自由度の直交する回転軸を集中的に配置する構造からなる先端部を備える医療用アーム装置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、医療用アーム装置１００の外観構成例を示した図である。 図２は、医療用アーム装置１００のうち内視鏡２００を支持する先端部の構造を拡大して示した図である。 図３は、医療用アーム装置１００を腹腔鏡手術に活用する例を示した図である。 図４は、医療用アーム装置１００の先端部の３軸の具体的構造を示した図である。 図５は、医療用アーム装置１００の先端部の３軸を牽引する各ワイヤ５０１～５０３の構造を示した図である。 図６は、ピッチ軸用モータ６０１、ヨー軸用モータ６０２、及びロール軸用モータ６０３の配置例を示した図である。 図７は、医療用アーム装置１００の先端部のうちピッチ軸１１４回りの回転自由度を実現するための構造を抜き出して示した図である。 図８は、医療用アーム装置１００の先端部のうちヨー軸１１５回りの回転自由度を実現するための構造を示した図である。 図９は、医療用アーム装置１００の先端部のうちヨー軸１１５回りの回転自由度を実現するための構造を示した図である。 図１０は、医療用アーム装置１００の先端部の断面を示した図である。 図１１は、医療用アーム装置１００の先端部のうちロール軸１１６回りの回転自由度を実現するための構造を示した図である。 図１２は、医療用アーム装置１００の先端部のうちロール軸１１６回りの回転自由度を実現するための構造を示した図である。 図１３は、医療用アーム装置１００の先端部のうちロール軸１１６回りの回転自由度を実現するための構造（第２の構造）を示した図である。 図１４は、医療用アーム装置１００の先端部のうちロール軸１１６回りの回転自由度を実現するための構造（第２の構造）を示した図である。 図１５は、経路変更プーリ同士が干渉する様子を示した図である。 図１６は、内視鏡保持構造（医療用アーム装置１００の先端部）を上から見下ろした図である。 図１７は、第３の内視鏡保持構造（医療用アーム装置１００の先端部）を上から見下ろした図である。 図１８は、第３の内視鏡保持構造をヨー軸１１５の正方向に回転させた様子を示した図である。 図１９は、第３の内視鏡保持構造をヨー軸１１５の負方向に回転させた様子を示した図である。 図２０は、医療用アーム装置１００の先端部のうちヨー軸１１５回りの回転自由度を実現するための構造を示した図である。 図２１は、医療用アーム装置１００の術式対応例を示した図である。 図２２は、モータ２２００の外観構成を示した図である。 図２３は、アーム先端部の各回転機構を駆動する各モータの配置例（１）を示した図である。 図２４は、アーム先端部の各回転機構を駆動する各モータの配置例（２）を示した図である。 図２５は、アーム先端部の各回転機構を駆動する各モータの配置例（２）を示した図である。 図２６は、アーム先端部の各回転機構を駆動する各モータの配置例（３）を示した図である。 図２７は、アーム先端部の各回転機構を駆動する各モータの配置例（３）を示した図である。 図２８は、アーム先端部の各回転機構を駆動する各モータの配置例（４）を示した図である。 図２９は、アーム先端部の各回転機構を駆動する各モータの配置例（４）を示した図である。 図３０は、アーム先端部の各回転機構を駆動する各モータの配置例（５）を示した図である。 図３１は、アーム先端部の各回転機構を駆動する各モータの配置例（５）を示した図である。 図３２は、アーム先端部の各回転機構を駆動する各モータの配置例（６）を示した図である。 図３３は、アーム先端部の各回転機構を駆動する各モータの配置例（６）を示した図である。 図３４は、モータの配置例（１）に対応するワイヤ伝達機構の構成例を示した図である。 図３５は、モータの配置例（１）に対応するワイヤ伝達機構の構成例を示した図である。 図３６は、モータの配置例（２）に対応するワイヤ伝達機構の構成例を示した図である。 図３７は、モータの配置例（２）に対応するワイヤ伝達機構の構成例を示した図である。 図３８は、モータの配置例（３）に対応するワイヤ伝達機構の構成例を示した図である。 図３９は、モータの配置例（３）に対応するワイヤ伝達機構の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．概要
Ｂ．医療用アーム装置の構成
Ｃ．内視鏡保持構造
Ｄ．先端部の制御について
Ｅ．先端部の他の構造（１）
Ｆ．先端部の他の構造（２）
Ｇ．高トルク化について
Ｈ．先端部の軽量化によるアクチュエータの負荷低減について
Ｉ．アクチュエータの配置について
Ｊ．ピッチ軸回転対応の２溝プーリについて
Ｋ．ピッチ軸と同軸の２溝プーリについて
Ｌ．ロール軸駆動用のプーリについて
Ｍ．ヨー軸駆動用プーリの最大化について
Ｎ．効果
Ｏ．アクチュエータの配置について

Ａ．概要
本開示は、３自由度の能動関節を持つ先端部に内視鏡を支持し、各能動関節をワイヤ駆動して内視鏡の姿勢を決めることができる医療用アーム装置である。本開示は、以下の各要件を満たし、装置の大型化を抑制し、アームの高自由度化と可動範囲の広域化を実現する医療用アーム装置を実現するものである。

（１）先端部が内視鏡を保持できるだけの高トルクを有する。
（２）先端部を小型且つ軽量な構造とすることで、鉗子などの腹腔内の他の医療用器具と先端部との干渉、アームと術者の手や腕との衝突を回避する。
（３）先端部を小型且つ軽量な構造とすることで、先端部の能動関節を駆動するモータの負荷を低減し、装置の全重量、コスト、及び消費電力を低減する。
（４）先端部の３自由度の能動関節をガタなしで駆動する。

Ｂ．医療用アーム装置の構成
図１には、腹腔鏡手術に適用される医療用アーム装置１００の外観構成例を示している。図示の医療用アーム装置１００は、多リンク構造からなるアームで、先端部で内視鏡を支持し、内視鏡の姿勢を決める３自由度の直交する回転軸を集中的に配置する構造を備えている。

具体的には、医療用アーム装置１００は、ベース部にほぼ垂直に取り付けられた第１のリンク１０１と、第１のリンク１０１の先端の、水平回転軸（又は、第１のリンク１０１の長手軸）回りの自由度を持つ第１の関節部１１１と、第１の関節部１１１を介して第１のリンク１０１の先端に水平方向に取り付けられた第２のリンク１０２と、第２のリンク１０２の先端の、水平回転軸（又は、第２のリンク１０２の長手軸と直交する軸）回りの自由度を持つ第２の関節部１１２と、第２の関節部１１２を介して第２のリンク１０２の先端にほぼ垂直に取り付けられた第３のリンク１０３と、第３のリンク１０３の先端の、水平回転軸とは直交する上下回転軸（又は、第３のリンク１０３の長手軸と直交する軸）回りの自由度を持つ第３の関節部１１３と、第３の関節部１１３を介して第３のリンク１０３の先端に取り付けられた第４のリンク１０４と、第４のリンク１０４の先端で内視鏡を支持する先端部を備えている。なお、ベース部は、例えば手術ベッドのフレームに取り付けられてもよいし、手術室の床面上に設置されていてもよいし、天井に設置されてもよい。

第４のリンク１０４の遠位端で内視鏡１１０を支持する先端部は、内視鏡１１０の姿勢を決める３自由度の直交する回転軸を集中的に配置する構造となっている。先端部の３自由度の直交する回転軸を集中的に配置する構造は、例えば、直交する３つの回転軸がリンクを介さずに接続されている構造、又は、３つの回転軸に対応する各関節部材が直接接続されている構造に相当し、より具体的には３つの関節部を接続する部材はアーム長を稼ぐリンクではなく各関節部を接続する部品のみである。なお、内視鏡２００を支持する先端部及び先端部を有する第４のリンク１０４を第１のアーム部とする。また、２つの水平回転軸（第１の関節部１１１と第２の関節部１１２）を含むリンク部分（第１のリンク１０１及び第２のリンク）を第２のアーム部とする。図１に示す医療用アーム装置１００は、第２のアーム部は、上下回転軸回りの自由度を持つ第３の関節部１１３によって連結されている。

図２には、医療用アーム装置１００のうち内視鏡２００を支持する先端部の構造を拡大して示している。内視鏡２００は、先端の患者の体腔内に挿入される鏡筒２０１と、鏡筒２０１の基端に接続されるカメラヘッド２０２で構成される。鏡筒２０１は、硬性の鏡筒からなる硬性鏡、又は軟性の鏡筒からなる軟性鏡のいずれであってもよい。カメラヘッド２０２内には光学系及び撮像素子（いずれも図示しない）が配設されている。術部などの観察対象からの反射光（観察光）は、光学系によって撮像素子に結像される。もちろん、医療用アーム装置１００の先端部は内視鏡２００以外の医療用器具を支持していてもよい。

図２に示すように、医療用アーム装置１００の先端部は、第４のリンク１０４の先端の、上下回転軸（又は、第４のリンク１０４の長手軸と直交する軸）回りの自由度を持ち、内視鏡２００を上下方向に振る上下回転軸部１１４と、上下回転軸部１１４に隣接し、上下回転軸とは直交する左右回転軸回りの自由度を持ち、内視鏡２００を左右方向に振る左右回転軸部１１５と、内視鏡２００（又は内視鏡２００の鏡筒２０１）の光軸回りの自由度を持つ光軸回転軸部１１６を備えている。したがって、内視鏡２００の姿勢を決める３自由度の直交する回転軸は、最先端部から順に、内視鏡２００の光軸回転軸、左右回転軸、上下回転軸の順に配置された構造である。

なお、左右回転軸部１１５は内視鏡２００の観察方向を変更するパン軸、上下回転軸部１１４をチルト軸と言うことができる。あるいは、光軸回転軸部１１６をロール軸とした場合に、左右回転軸部１１５をヨー軸、上下回転軸部１１４をピッチ軸と言うこともできる。これら３軸に対応する関節部を合わせた体積が人の手首と手を合わせた体積よりも小さければ、スコピストに代えて医療用アーム装置１００を利用するメリットがある。光軸回転軸部１１６は、内視鏡２００の有効長を減らすことがないように、内視鏡２００の軸方向に把持する長さを最小化することが望ましい。また、上下回転軸部１１４と光軸回転軸部１１６の距離はアームの自己干渉を回避する長さに設定することが望ましい。

図２に示すような、３自由度の直交する回転軸を集中的に配置する構造は、３自由度の回転軸に対応する各関節部材が直接接続された構造、又は、長手方向軸回りの回転軸に対応する関節とピッチ軸に対応する関節との間の距離が、ピッチ軸回りに回転した際に干渉を生じない距離を有する構造である。したがって、先端部の動きによって影響を受ける空間を小さくすることができ、術者のワークスペースとの干渉を抑えることができるといった効果がある。ちなみに上下回転軸部１１４をより根元側に配置した場合、上下回転軸部１１４を動作させると術者の手元側での動きが大きくなることが想定される。

図３には、医療用アーム装置１００を腹腔鏡手術に活用する例を示している。但し、図３では、医療用アーム装置１００のベース部は、手術ベッドの側部に長さ方向に沿って設けられたベッドレール３１０に取り付ける取り付け構造部３０１を備えている。

取り付け構造部３０１をベッドレール３１０に沿って移動させて固定することによって、医療用アーム装置１００の配置位置を、患者の患部位置に応じて調整することができる。手術中に手術ベッドの傾きが調整されたときに、患者と医療用アーム装置１００の相対的な位置関係を保つことができる。手術中に、手術ベッドを例えば３０ｄｅｇ程度傾けることがあるが、そのような場合であっても本開示に係る医療用アーム装置１００を使用することが可能である。

また、医療用アーム装置１００は、患者（又は手術ベッド）を挟んで術者の反対側から、術者の手元の空いているスペースにアクセスすることが可能になる。このように術者の対面からのアクセスにより、術者の手や腕とアーム先端部との干渉を回避することができる。

Ｃ．内視鏡保持構造
続いて、医療用アーム装置１００の先端部において内視鏡２００を保持する構造についてさらに詳細に説明する。図２にも示したように、医療用アーム装置１００の先端部は、上下回転軸回りの自由度を持ち、内視鏡２００を上下方向に振る上下回転軸部１１４と、上下回転軸部１１４に隣接し、上下回転軸とは直交する左右回転軸回りの自由度を持ち、内視鏡２００を左右方向に振る左右回転軸部１１５と、内視鏡２００の光軸回りの自由度を持つ光軸回転軸部１１６を備えている。以下では、光軸回転軸部１１６をロール軸、左右回転軸部１１５をヨー軸、上下回転軸部１１４をピッチ軸と言うことにして説明する。

図４には、第４のリンク１０４の先端にロール軸１１６、ヨー軸１１５、及びピッチ軸１１４の構成部品をそれぞれ配置した例を示している。これら３軸はいずれも能動軸であるが、先端の小型化のため、ワイヤを用いた駆動方式が適用されている。すなわち、ロール軸１１６、ヨー軸１１５、及びピッチ軸１１４の各軸を駆動するモータは、それぞれ第４のリンク１０４の根元側（近位端側）に配置され、各モータの出力による駆動力は、ワイヤとプーリを使って伝達される。図５には、ピッチ軸１１４、ヨー軸１１５、及びロール軸１１６の構成部品をそれぞれ牽引するするピッチ軸用ワイヤ５０１、ヨー軸用ワイヤ５０２、及びロール軸用ワイヤ５０３の構造を示している。また、図６には、ピッチ軸１１４、ヨー軸１１５、及びロール軸１１６をそれぞれ駆動するピッチ軸用モータ６０１、ヨー軸用モータ６０２、及びロール軸用モータ６０３を第４のリンク１０４の根元に配置した様子を示している。

図６に示すように、各軸用のモータ６０１～６０３を第４のリンク１０４の根元側に配置している。各モータ６０１～６０３は、回転軸がいずれもピッチ軸１１４と平行となるように固定されている。そして、図５にも示したように、各モータ６０１～６０３の出力軸プーリ６１１～６１３から先端部に向かってワイヤ５０１～５０３をそれぞれ伸ばしている。各ワイヤ５０１～５０３を直線で長く伸ばしている第４のリンク１０４は「腕」に相当し、第４のリンクの先端部の３軸は「手首」に相当する。腕から手首にかけての部位を全体として細く構成できると、腹腔内の他の医療用器具と先端部との干渉、アームと術者の手や腕との衝突を回避する点で有効である。したがって、図６に示すように、各軸用のモータ６０１～６０３を腕すなわち第４のリンク１０４の長手方向に沿って一列に配置することが好ましい。

また、モータ６０１～６０３を第４のリンク１０４の根元側に配置することによって、第４のリンク１０４をさらに支持するモータ群（例えば、第３の関節部１１３を駆動するモータ）のトルクが低減される。したがって、各軸用のモータ６０１～６０３を第４のリンク１０４の根元側で、可能な限り短い距離に寄せて配置することが好ましい。

Ｃ－１．ピッチ軸回りの構造
ピッチ軸１１４は、内視鏡２００の鏡筒２０１を上下回転させるチルト軸に相当する。図７には、医療用アーム装置１００の先端部のうち、ピッチ軸１１４回りの回転自由度を実現するための構造を抜き出して示している。また、図７では、第４のリンク１０４などその他の部品は輪郭を点線で示している。

ピッチ軸構成部品７０１は、第４のリンク１０４の先端付近で、ピッチ軸１１４と同軸のシャフト７０３によって、ピッチ軸１１４回りに回転可能となるように支持されている。また、図６に示したように、ピッチ軸用モータ６０１は、出力軸がピッチ軸１１４に平行となるように配置されているので、ピッチ軸用モータ６０１の出力軸プーリ６１１に巻き付けられたピッチ軸用ワイヤ５０１の他端を、ピッチ軸構成部品７０１と一体のプーリ７０２に巻き付けることで、ピッチ軸構成部品７０１以降の先端部をピッチ軸１１４回りに回転駆動することができる。図７に示す例では、他のプーリを介さず、ピッチ軸用ワイヤ５０１をピッチ軸用モータ６０１の出力軸とプーリ７０２に直接巻き付けているが、必要に応じて他のプーリを用いて経路を調整してからプーリ７０２にピッチ軸用ワイヤ５０１の巻き付けを行うようにしてもよい。

ピッチ軸１１４（又は、ピッチ軸構成部品７０１）の回転可動域は、構造的には±１２０ｄｅｇ程度にすることも可能である。但し、ピッチ軸１１４は内視鏡２００のチルト軸であり、内視鏡２００を保持することを考えると、±９０ｄｅｇ程度の回転可動域があれば十分である。むしろピッチ軸１１４回りの回転可動域が大き過ぎると、内視鏡２００が第４のリンク１０４などのアームとぶつかってしまうおそれがある。構造設計としては、ピッチ軸１１４の回転可動域が±９０ｄｅｇ未満でよい場合には、図７に示すようプーリ７０２を１溝プーリとすればよい。±９０ｄｅｇ以上のピッチ軸１１４の回転可動域が必要な場合には、プーリ７０２を２溝プーリとして、ピッチ軸用ワイヤ５０１を往路と復路で別の溝に巻き付ければよい。

図７に示した、ピッチ軸１１４回りの回転自由度を実現するための構造は、ピッチ軸１１４に平行に配置したピッチ軸用モータ６０１の出力トルクをピッチ軸用ワイヤ５０１でプーリ７０２に伝達するという簡単な構造である。ピッチ軸用モータ６０１の出力トルクを、リンク機構や歯車機構などピッチ軸用ワイヤ５０１以外の伝達機構に置き換えて、ピッチ軸１１４回りの回転自由度を実現するための構造を構成することは容易である。また、伝達機構を使わず、ピッチ軸用モータ６０１でピッチ軸１１４を直接回転駆動させる構造であってもよい。

Ｃ－２．ヨー軸回りの構造
ヨー軸１１５は、内視鏡２００の観察方向を変更するパン軸に相当する。図８及び図９には、医療用アーム装置１００の先端部のうち、ヨー軸１１５回りの回転自由度を実現するための構造を抜き出して示している。また、図８及び図９では、第４のリンク１０４などその他の部品は輪郭を点線で示している。

ヨー軸プーリ８０１は、ヨー軸１１５と同軸で回転可能となるように、ピッチ軸構成部品７０１（図８及び図９では図示を省略）の先端面に支持されている。また、図６に示したように、ヨー軸用モータ６０２は、ピッチ軸用モータ６０１及びロール軸用モータ６０３とともに回転軸がピッチ軸１１４と平行となるように、第４のリンク１０４の根元側に配置されている。そして、ヨー軸用モータ６０２の出力軸プーリ６１２に巻き付けられたヨー軸用ワイヤ５０２を、各プーリ９０１、９０２、９０３、９０４を介して経路を調整しながら、ヨー軸プーリ８０１に巻き付けることで、ヨー軸プーリ８０１以降の先端部をヨー軸１１５回りに回転駆動することができる。

ヨー軸用ワイヤ５０２をヨー軸プーリ８０１に巻き付ける構造について具体的に説明する。ヨー軸用ワイヤ５０２の巻き付け構造には、ピッチ軸１１４よりも根元側でピッチ軸１１４と平行な回転軸回りに回転可能でピッチ軸１１４回りの回転に対応するための２溝プーリ９０１と、ピッチ軸１１４回りに回転可能でピッチ軸１１４に沿って経路を変更するための２溝プーリ９０２と、ピッチ軸とヨー軸間でヨー軸用ワイヤ５０２の経路変更を行う２個の経路変更プーリ９０３及び９０４が使用される。

２溝プーリ９０１は、ピッチ軸１１４よりも根元側のシャフト７０４によってピッチ軸１１４と平行な回転軸回りに回転可能に支持され、２溝プーリ９０２は、ピッチ軸１１４と同軸のシャフト７０３によってピッチ軸１１４回りに回転可能となるように支持されている（前述及び図１０を参照のこと）。また、経路変更プーリ９０３及び９０４は、ピッチ軸１１４及びヨー軸１１５と直交する軸回りに同一軸で回転可能となるように、ピッチ軸構成部品７０１（図８及び図９では図示を省略）の反対側の側面にそれぞれ支持されている。

ヨー軸用ワイヤ５０２は、往路側では、ヨー軸用モータ６０２の出力軸プーリ６１２（図８及び図９には図示しない）から出ると、第４のリンク１０４の長手方向（又はピッチ軸方向）から根元側の２溝プーリ９０１、ピッチ軸１１４と同軸の２溝プーリ９０２の順で巻き付いてピッチ軸に沿って経路を変更した後、経路変更プーリ９０３に巻き付いてピッチ軸方向からヨー軸方向に経路変更して、ヨー軸プーリ８０１に巻き付けられる。

また、ヨー軸用ワイヤ５０２は、復路側では、ヨー軸プーリ８０１から出た直後に経路変更プーリ９０４に巻き付いてヨー軸方向からピッチ軸方向に経路変更すると、ピッチ軸１１４と同軸の２溝プーリ９０２、根元側の２溝プーリ９０１の順で巻き付いてピッチ軸に沿って経路を変更した後、ヨー軸用モータ６０２の出力軸プーリ６１２（図８及び図９には図示しない）に巻き付けられる。

次いで、ヨー軸プーリ８０１とヨー軸用ワイヤ５０２の固定方法について考える。ヨー軸プーリ８０１を２溝プーリとし、ヨー軸用ワイヤ５０２の往路と復路をそれぞれ別の溝に固定することによって、ヨー軸１１５の回転可動域を±９０ｄｅｇ以上とり得る構造にすることができる。但し、本実施形態では、基本構造として、ヨー軸１１５回りの回転可動域が±８０ｄｅｇとなっている。ヨー軸プーリ８０１の直径は大きければ大きいほど、大きい伝達トルクに対応できるため好ましい。ヨー軸プーリ８０１に使用する２溝プーリの各溝の直径は同一であることが、構造の簡素化のため重要である。

図８及び図９に示した構成例では、ピッチ軸とヨー軸間でヨー軸用ワイヤ５０２の経路変更を行うために、２個の経路変更プーリ９０３及び９０４が使用される。部品点数の削減及び構造の簡素化のために、異なる直径を持つ２個のプーリを同一軸に配置して経路変更プーリ９０３及び９０４を構成すると、２溝プーリ９０２との相性がよくヨー軸用ワイヤ５０２を滑らかに経路変更することができる。図９に示す例では、経路変更プーリ９０３よりも経路変更プーリ９０４の方の直径が大きい。したがって、ヨー軸用ワイヤ５０２の往路側では、２溝プーリ９０２の内側の溝に巻き付いて経路変更プーリ９０３によってピッチ軸方向からヨー軸方向に経路が変更され、ヨー軸用ワイヤ５０２の復路側では、経路変更プーリ９０４によってヨー軸方向からピッチ軸方向に経路が変更された後、２溝プーリ９０２の外側の溝に巻き付いている。

また、ヨー軸用ワイヤ５０２をピッチ軸方向に沿って経路を変更するために、ピッチ軸１１４と同軸の２溝プーリ９０２の各溝の直径は同一であることが重要であり、さらにヨー軸プーリ８０１と同一の直径であることが設計的には好ましい。

また、ピッチ軸１１４よりも根元側の２溝プーリ９０１の各溝の直径は同一である必要はない。軽量化の観点からは、２溝プーリ９０１は小型であることが好ましい。

図１０には、医療用アーム装置１００の先端部をピッチ軸及びヨー軸に平行な平面（又は、ロール軸に直交する平面）で切断した断面図を示している。同図に示すように、ヨー軸プーリ８０１の根元側（又は、近位端側）には、ピッチ軸構成部品７０１と接続する第１の接続部１００１が配置されている。また、ヨー軸プーリ８０１の先端側（又は、遠位端側）には、後述するロール軸構成部品（ロール軸プーリ）と接続する第２の接続部１００２が配置されている。ヨー軸プーリ８０１と第１の接続部１００１及び第２の接続部１００２は、ネジなどの固定方法によって一体となるように締結されて、ヨー軸構成部品を構成している。したがって、ヨー軸プーリ８０１をヨー軸回りに回転させると、第１の接続部１００１及び第２の接続部１００２も連動する。ロール軸構成部品も、第２の接続部１００２に追従してヨー軸１１５回りに回転する。

なお、図１０にはベアリングの配置も示している。図１０中、ベアリング部分をドット柄で塗り潰している。ヨー軸構成部品は、第１の接続部１００１において、ピッチ軸構成部品７０１に対してヨー軸１１５回りに回転可能となるように、ベアリングを介して支持されている。また、ヨー軸構成部品は、第２の接続部１００２において、図示しないロール軸構成部品（後述）をロール軸１１６回りに回転可能となるように、ベアリングを介して支持している。

ピッチ軸１１４回りの回転に対応するための２溝プーリ９０１は、ピッチ軸１１４と平行な回転軸を持つシャフト７０４に、ベアリングを介して支持されており、シャフト７０４と同軸回りに回転可能である。ピッチ軸１１４に沿って経路を変更するための２溝プーリ９０２は、ピッチ軸１１４と同軸のシャフト７０３に、ベアリングを介して支持されており、シャフト７０３と同軸すなわちピッチ軸１１４回りに回転可能である。

また、後述するが、ロール軸回りの回転自由度を実現する部品として、ピッチ軸１１４回りの回転に対応するための２溝プーリ１１０２と、ピッチ軸１１４に沿って経路を変更するための２溝プーリ１１０３が使用される。２溝プーリ１１０２は、ピッチ軸１１４と平行な回転軸を持つシャフト７０４に、ベアリングを介して支持されており、シャフト７０４と同軸回りに回転可能である。２溝プーリ１１０３は、ピッチ軸１１４と同軸のシャフト７０３に、ベアリングを介して支持されており、シャフト７０３と同軸すなわちピッチ軸１１４回りに回転可能である。

Ｃ－３．ロール軸回りの構造
ロール軸１１６は、内視鏡２００の鏡筒２０１の光軸に相当する。図１１及び図１２には、医療用アーム装置１００の先端部のうち、ロール軸１１６回りの回転自由度を実現するための構造を抜き出して示している。また、図１１及び図１２では、第４のリンク１０４などその他の部品は輪郭を点線で示している。

ロール軸プーリ１１０１は、ロール軸１１６回りに回転可能となるように、ベアリングを介して第２の接続部１００２の先端部に支持されている（図１０を参照のこと）。ロール軸プーリ１１０１は、中空の円筒からなる構造体であり、円筒の両端に１組のロール軸用ワイヤ５０３の往路及び復路をそれぞれ巻き付けるプーリ１１０１ａ及び１１０１ｂを備えている。１組のプーリ１１０１ａ及び１１０１ｂは一体となってロール軸１１６回りに回転するように締結されて、プーリ１１０１を構成している。図１１及び図１２には図示を省略するが、ロール軸プーリ１１０１の円筒内には内視鏡２００が取り付けられている。また、図６に示したように、ロール軸用モータ６０３は、ピッチ軸用モータ６０１及びヨー軸用モータ６０２とともに回転軸がピッチ軸１１４と平行となるように、第４のリンク１０４の根元側に配置されている。そして、ロール軸用モータ６０３の出力軸プーリ６１３に巻き付けられたロール軸用ワイヤ５０３の両端を、複数のプーリ１１０２、１１０３、…を介して、ロール軸プーリ１１０１の１組のプーリ１１０ａ１及び１１０１ｂにそれぞれ巻き付けることで、ロール軸プーリ１１０１に取り付けられている内視鏡２００（又は鏡筒２０１）をロール軸１１６回りに回転駆動することができる。

ロール軸用ワイヤ５０３をロール軸プーリ１１０１に巻き付ける構造について具体的に説明する。ロール軸用ワイヤ５０３の巻き付け構造には、ピッチ軸１１４よりも根元側でピッチ軸１１４と平行な回転軸回りに回転可能でピッチ軸１１４回りの回転に対応するための２溝プーリ１１０２と、ピッチ軸１１４回りに回転可能でピッチ軸１１４に沿って経路を変更するための２溝プーリ１１０３と、ピッチ軸とヨー軸間でロール軸用ワイヤ５０３の経路変更を行う２個の経路変更プーリ１１０４及び１１０５と、ヨー軸１１５に沿って経路変更を行うヨー軸１１５と同軸の２溝プーリ１１０６と、ヨー軸とロール軸間でロール軸用ワイヤ５０３の経路変更を行う２個の経路変更プーリ１１０７及び１１０８が使用される。

２溝プーリ１１０２は、ピッチ軸１１４よりも根元側のシャフト７０４によってピッチ軸１１４と平行な回転軸回りに回転可能に支持され、２溝プーリ１１０３は、ピッチ軸１１４と同軸のシャフト７０３によってピッチ軸１１４回りに回転可能となるように支持されている（前述及び図１０を参照のこと）。経路変更プーリ１１０４及び１１０５は、ピッチ軸１１４及びヨー軸１１５と直交する軸回りに同一軸で回転可能となるように、ピッチ軸構成部品７０１（図８及び図９では図示を省略）の反対側の側面にそれぞれ支持されている。２溝プーリ１１０６は、ヨー軸１１５回りに回転可能となるように、ベアリングを介してピッチ軸構成部品７０１の先端面に支持されている（図１０を参照のこと）。経路変更プーリ１１０７は、ロール軸１１６と平行な軸回りに回転可能となるように第２の接続部１００２（図１１及び図１２には図示しない）の側面に支持されている。また、経路変更１１０８は、ロール軸１１６と直交する軸回りに回転可能となるように第２の接続部１００２（図１１及び図１２には図示しない）の側面に支持されている。

ロール軸用ワイヤ５０３は、往路側では、ロール軸用モータ６０３の出力軸プーリ６１３（図１１及び図１２には図示しない）から出ると、第４のリンク１０４の長手方向（又はピッチ軸方向）から根元側の２溝プーリ１１０２、ピッチ軸１１４と同軸の２溝プーリ１１０３の順で巻き付いてピッチ軸に沿って経路を変更した後、経路変更プーリ１１０４に巻き付いてピッチ軸方向からヨー軸方向に経路変更し、次いで２溝プーリ１１０６に巻き付いてヨー軸に沿って経路を変更し、さらに経路変更プーリ１１０７に巻き付いてヨー軸方向からロール軸方向に経路変更して、ロール軸プーリ１１０１の一方のプーリ１１０１ａに巻き付けられる。

また、ロール軸用ワイヤ５０３は、復路側では、ロール軸プーリ１１０１の他方のプーリ１１０１ｂから出た直後に経路変更プーリ１１０８に巻き付いてロール軸方向からヨー軸方向に経路変更し、次いで２溝プーリ１１０６に巻き付いてヨー軸に沿って経路を変更し、さらに経路変更プーリ１１０５に巻き付いてヨー軸方向からピッチ軸方向に経路変更した後、ピッチ軸１１４と同軸の２溝プーリ１１０３、根元側の２溝プーリ１１０２の順に巻き付いてピッチ軸に沿って経路を変更した後、ロール軸用モータ６０３の出力軸プーリ６１３（図１１及び図１２には図示しない）に巻き付けられる。

次いで、ロール軸プーリ１１０１とロール軸用ワイヤ５０３の固定方法について考える。ロール軸プーリ１１０１は１組のプーリ１１０１ａ及び１１０１ｂを有するが、ヨー軸と同様に２溝プーリとすることもできる。本実施形態では、基本構造として、ロール軸１１６回りの回転可動域が±１７０ｄｅｇとなっている。ロール軸プーリ１１０１の１組のプーリ１１０１ａ及び１１０１ｂの直径は同一である必要がある。これらの直径は大きければ大きいほど、大きい伝達トルクに対応できるため好ましい。

図１１及び図１２に示す例では、ヨー軸とロール軸間でロール軸用ワイヤ５０３の経路変更を行う２個の経路変更プーリ１１０７及び１１０８が使用されるが、そのうちの一方のプーリは、ピッチ軸とヨー軸間でロール軸用ワイヤ５０３の経路変更を行う２個の経路変更プーリ１１０４及び１１０５と干渉する。このようなプーリ同士の干渉を回避するため、上述したように、ヨー軸１１５回りの回転可動域が±８０ｄｅｇとなっている。

ピッチ軸に沿って経路を変更するためにピッチ軸１１４よりも根元側の２溝プーリ１１０２とピッチ軸１１４と同軸の２溝プーリ１１０３を使用するが、これらの２溝プーリ１１０２及び１１０３は相互に同一直径であることが重要である。さらにこれらの２溝プーリ１１０２及び１１０３は、ロール軸プーリ１１０１と同一直径であることが設計上好ましい。

図１１及び図１２に示す例では、ピッチ軸とヨー軸間でロール軸用ワイヤ５０３の経路変更を行う２個の経路変更プーリ１１０４及び１１０５が使用されるが、部品点数の削減及び構造の簡素化のために、異なる直径を持つ２個のプーリを同一軸に配置して経路変更プーリ１１０４及び１１０５を構成すると、２溝プーリ１１０３との相性がよくロール軸用ワイヤ５０３を滑らかに経路変更することができる。図１１及び図１２に示す例では、経路変更プーリ１１０５よりも経路変更プーリ１１０４の方の直径が大きい。したがって、ロール軸用ワイヤ５０３の往路側では、２溝プーリ１１０３の内側の溝に巻き付いて経路変更プーリ１１０４によってヨー軸方向からピッチ軸方向に経路が変更され、ロール軸用ワイヤ５０３の復路側では、経路変更プーリ１１０５によってピッチ軸方向からヨー方向に経路が変更された後、２溝プーリ１１０４の外側に巻き付いている。

また、ロール軸用ワイヤ５０３をピッチ軸方向に沿って経路を変更するために、ピッチ軸１１４と同軸の２溝プーリ１１０３の各溝の直径は同一であることが重要であり、さらにヨー軸プーリ８０１と同一の直径であることが設計的には好ましい。

また、ピッチ軸１１４よりも根元側の２溝プーリ１１０２の各溝の直径は同一である必要はない。軽量化の観点からは、２溝プーリ１１０２は小型であることが好ましい。

図４～図１２を参照しながら説明したように、基本構造は、３軸駆動用の各モータ６０１～６０３を可能な限り短い距離に寄せて配置し、ワイヤ駆動によって先端部を駆動することが可能な構造となっている。

なお、ピッチ軸１１４の駆動に関しては、ピッチ軸１１４とピッチ軸用モータ５０１の出力軸と言う平行な２軸間の回転伝達を行っているのみである。したがって、ベルトや歯車、リンク機構など任意の伝達方法に置き換えることが可能である。

Ｄ．先端部の制御について
続いて、上記Ｃ項で説明した先端部の制御方法について説明する。まず、以下の説明で使用する記号について示しておく。

ピッチ軸１１４駆動用のプーリ７０２の半径： Ｒ_p
ピッチ軸１１４の回転角度： θ_p
ヨー軸１１５駆動用のヨー軸プーリ８０１の半径： Ｒ_y
ヨー軸１１５の回転角度： θ_y
ロール軸１１６駆動用のロール軸プーリ１１０１の半径： Ｒ_r
ロール軸１１６の回転角度： θ_r
ヨー軸１１５駆動用のピッチ軸１１４と同軸のプーリ９０２の半径： Ｒ_py
ロール軸１１６駆動用のピッチ軸１１４と同軸のプーリ１１０３の半径：Ｒ_pr
ロール軸１１６駆動用のヨー軸１１５と同軸のプーリ１１０３の半径： Ｒ_yr
ピッチ軸用モータ６０１の出力軸の回転角度： θ_mp
ピッチ軸用モータ６０１の出力軸プーリ６１１の半径： Ｒ_mp
ヨー軸用モータ６０２の出力軸の回転角度： θ_my
ヨー軸用モータ６０２の出力軸プーリ６１２の半径： Ｒ_my
ロール軸用モータ６０３の出力軸の回転角度： θ_mr
ロール軸用モータ６０３の出力軸プーリ６１３の半径： Ｒ_mr

また、ピッチ軸１１４、ヨー軸１１５、ロール軸１１６、及び各軸用モータ６０１～６０３の出力軸の回転の正負方向の定義は図６に示した通りとする。

上記の条件に基づいて、逆運動学を求める。各軸駆動用のモータ６０１～６０３の出力軸の回転角度θ_mp、θ_my、θ_mrは、先端部のピッチ軸１１４、ヨー軸１１５、ロール軸１１６の各回転角度θ_p、θ_y、θ_rに基づいてそれぞれ下式（１）～（３）のように導き出される。

ここで、各モータ６０１～６０３の出力軸の回転角度θ_mp、θ_my、θ_mrは、各モータ６０１～６０３の出力軸に取り付けたエンコーダによって計測可能である。

順運動学により先端部のピッチ軸１１４、ヨー軸１１５、ロール軸１１６の各回転角度θ_p、θ_y、θ_rを求める場合には、上記の連立方程式（１）～（３）を各回転角度θ_p、θ_y、θ_rに関して整理するだけでよく、下式（４）～（６）のように求まる。

上式（１）～（６）を用いることで、各モータ及び各プーリが対応可能でなければならない回転可動域を導き出すことができる。

まず、ピッチ軸１１４、ヨー軸１１５、ロール軸１１６の各関節角θ_p、θ_y、θ_rの回転可動域は、上述したようにそれぞれ下式（７）～（９）で示される範囲で設定されている。

機構設計上、Ｒ_y＝Ｒ_py、及びＲ_r＝Ｒ_pr＝Ｒ_yrとすることで、簡素、低コストで且つ滑らかにワイヤ５０１～５０３の経路を生成することができる。このことを考慮して、上記の値を代入すると、上式（７）～（９）で示した各関節の回転可動域を実現するために必要な、各モータ６０１～６０３の出力軸の回転角度θ_mp、θ_my、θ_mrをそれぞれ下式（１０）～（１２）のように簡易的に算出することができる。

厳密には設計次第であるが、ピッチ軸用モータ６０１の出力軸の回転角度θ_mpは半回転程度、ヨー軸用モータ６０２の出力軸の回転角度θ_myは１回転程度、ロール軸用モータ６０３の出力軸の回転角度θ_mrは２回転程度の回転可動域がそれぞれ必要となる。したがって、２回転以上の回転が可能となるように、ロール軸用モータ６０３の出力軸プーリ６１３にワイヤ５０３を螺旋状に巻き付けている。

ところで、１回転を上回る回転可動域が必要なモータの出力軸に搭載するアブソリュートエンコーダは１回転では不足となる。このため、多回転のアブソリュートエンコーダを搭載する、又は関節部（例えば、ロール軸プーリ１１０１）にアブソリュートエンコーダを搭載する必要が生じる。

多回転のアブソリュートエンコーダは一般に、何回転目であるかを保持する必要があり、電池を搭載して電気的に保持する、又はネジなどの構造を用いて機構的に保持する方法が挙げられるが、いずれの方法でも部品点数や重量が増加する問題がある。一方、関節部にアブソリュートエンコーダを搭載する場合、アームの先端部への配線が増え、敗戦の工夫が必要になるとともに、先端部の重量が増加するため各モータ６０１～６０３の負荷も増大するといった問題がある。

そこで、本開示では、ロール軸用モータ６０３の出力軸に１回転のアブソリュートエンコーダの計測値から何回転目であるかを導出する方法を用いている。

先端部のすべての姿勢を網羅するように、ピッチ軸１１４、ヨー軸１１５、ロール軸１１６の各目標角度θ_p、θ_y、θ_rに対応する各軸用モータ６０１～６０３の出力軸の回転角度θ_mp、θ_my、θ_mrを、上式（１）～（３）に示した逆運動学を用いて導出してみた。その結果、各軸用モータ６０１～６０３の出力軸の回転角度θ_mp、θ_my、θ_mrはそれぞれ下式（１３）～（１５）の範囲で変動することが分かったが、これは上式（１０）～（１２）に示した簡易計算の結果と一致している。

ここで、ロール軸１１６に１回転のアブソリュートエンコーダを搭載して、ロール軸１１６の回転角度θ_rを０～３６０ｄｅｇの範囲で計測できると仮定する。そして、この角度の範囲に収まるようにロール軸用モータ６０３の出力軸の回転角度θ_mrを変換した値を疑似ロール軸モータ出力回転角θ_{mr_1}とする。

したがって、元のモータ出力軸の回転角度θ_mrに代えてこの値θ_{mr_1}を用いて上式（４）～（６）に示した順運動学演算を行って、同様に先端部の姿勢を導出できればよいことになる。

先端部のすべての姿勢を網羅するように、値θ_{mr_1}を用いた順運動学演算によりピッチ軸１１４、ヨー軸１１５、ロール軸１１６の各目標角度θ_p、θ_y、θ_rを計算してみると、ピッチ軸１１４及びヨー軸１１５の各目標角度θ_p、θ_yについては元々の（すなわち元の値θ_mrを用いて計算した場合の）目標値と一致した値を導出できることを確認することができた。一方、代替値θ_{mr_1r}を用いて導出したロール軸１１６の目標角度θ_{r_1r}については、値が２つの集団に分かれて、片方の集団に関してはロール軸１１６の回転可動域限界である－１７０ｄｅｇよりも下回っていることを確認することができた。これは、ロール軸用モータ６０３の出力軸に１回転のアブソリュートエンコーダを用いることで、本来は－１０ｄｅｇといった数値が３５０ｄｅｇと計測されることに起因している。そこで、本開示では、上式（４）～（６）に示した順運動学を下式（１６）～（１９）のように補正する。

上式（１６）～（２０）で表される順運動学を用いて、元通りの先端部の姿勢を導出できることを確認することができた。したがって、上式（１９）及び（２０）を用いた補正演算を導入することによって、各軸用モータ６０１～６０３の出力軸に１回転のアブソリュートエンコーダをそれぞれ搭載するだけで、先端部の姿勢を、上式（１６）～（２０）で表される順運動学を利用して容易に導出することが可能であることが分かる。

但し、上式（１９）及び（２０）を用いた補正演算が成立するためには、ロール軸用モータ６０３の出力軸プーリ６１１の半径Ｒ_mrの方がロール軸プーリ１１０１の半径Ｒ_rよりも大きいこと、すなわち下式（２１）であることが条件となる。これにより、ロール軸用モータ６０３の出力軸の回転角度θ_mrの回転可動域を２回転以内に抑えることができる。

なお、大きなトルクを安全に伝達するという点では、ピッチ軸１１４駆動用のプーリ７０２の半径Ｒ_p、ヨー軸プーリ８０１の半径Ｒ_y、及びロール軸プーリ１１０１の半径はいずれも、大きければ大きいほどよい。医療用アーム装置１００の腕及び手首を必要十分に小型化できる範囲で、より大きなプーリの直径を選択することが好ましい。

Ｅ．先端部の他の構造（１）
上記Ｃ項で説明した内視鏡保持構造では、ヨー軸とロール軸間でロール軸用ワイヤ５０３の経路変更を行う２個の経路変更プーリ１１０７及び１１０８が使用される（図１１及び図１２を参照のこと）。このうち経路変更プーリ１１０７はロール軸１１６と平行な軸回りに回転可能となるように第２の接続部１００２の側面に支持され、経路変更１１０８はロール軸１１６と直交する軸回りに回転可能となるように第２の接続部１００２の側面に支持されている。これに対し、第２の内視鏡保持構造では、経路変更プーリ１１０７を削減して、部品点数削減とワイヤ５０３の全長の短縮化を実現している。図１３及び図１４には、第２の内視鏡保持構造のうち、ロール軸１１６回りの回転自由度を実現するための構造を抜き出して示している。

上述したように、経路変更プーリ１１０７は、往路側のロール軸用ワイヤ５０３を、ヨー軸方向からロール軸方向に経路変更する役割を担っていた。一方、第２の内視鏡保持構造では、図１３及び図１４に示すように、２溝プーリ１１０６からプーリ１１０１ａにロール軸用ワイヤ５０３を直接巻き付けることによって、経路変更プーリ１１０７を使わずに、ロール軸用ワイヤ５０３をヨー軸方向からロール軸方向に経路変更している。図１３及び図１４中で、ロール軸用ワイヤ５０３が２溝プーリ１１０６からプーリ１１０１ａに引き渡される場所を、それぞれ参照番号１３０１及び１４０１で示している。ヨー軸プーリ８０１とロール軸１１６間の距離を短縮することで、２溝プーリ１１０６からロール軸プーリ１１０１ａにワイヤ５０３を直接渡すことが可能となり、経路変更プーリ１１０７を削減することができる。

第２の内視鏡保持構造では、プーリ１１０７が削減される分だけ部品点数及びワイヤ５０３の全長が短縮されるという利点がある。但し、２溝プーリ１１０６からロール軸プーリ１１０１ａにワイヤ５０３を直接渡してヨー軸方向からロール軸方向に経路変更するため、ワイヤ５０３の摩耗や回転時の抵抗が増大することや、ワイヤ５０３の脱輪には留意すべきである。

なお、図１３及び図１４に示した第２の内視鏡保持構造においても、上記Ｃ項で説明した内視鏡保持構造と同じ運動学（上記Ｄ項を参照のこと）を適用することができる。

Ｆ．先端部の他の構造（２）
上記Ｃ項で説明した内視鏡保持構造では、ヨー軸１１５回りに回転したときに、ヨー軸方向からロール軸方向に経路変更する経路変更プーリ１１０７と、ピッチ軸方向からヨー軸方向に経路変更する経路変更プーリ１１０４の干渉が生じる（図１５を参照のこと）。このため、ヨー軸１１５回りの片側の回転可動域が８０ｄｅｇ程度に制限される。

経路変更プーリ同士の干渉に関して、詳しく説明する。図１６には、上記Ｃ項で説明した内視鏡保持構造（医療用アーム装置１００の先端部）を上から見下ろして示している。図１６から、ヨー軸方向からロール軸方向に経路変更する経路変更プーリ１１０７と、ロール軸方向からヨー軸方向に経路変更プーリ１１０８が、第２の接続部１００２のロール方向を向く側面とこれに直交する側面に分散して配置されることが分かる。また、図１６から、ピッチ軸方向からヨー軸方向に経路変更する経路変更プーリ１１０４と、ヨー軸方向からピッチ軸方向に経路変更する経路変更プーリ１１０５が、ピッチ軸構成部品７０１の側面で、ピッチ軸１１４と直交する共通の（又は、互いに平行な）軸回りに回転可能となるように支持されている。このような各経路変更プーリ１１０４～１１０８の配置では、図１５を参照しながら説明したように、ヨー軸１１５回りの回転可動域を大きくすると、ヨー軸プーリ８０１付近で経路変更プーリ同士が干渉するリスクがある。

これに対し、第３の内視鏡保持構造では、ピッチ軸とヨー軸間でワイヤ５０３の経路変更を行う２個の経路変更プーリ１１０４及び１１０５、並びに、ヨー軸とロール軸間でワイヤ５０３の経路変更を行う２個の経路変更プーリ１１０７及び１１０８を、それぞれなるべく狭い範囲に集めて配置することによって、経路変更プーリ同士が干渉するリスクを可能な限り低減している。図１７には、上記Ｃ項で説明した内視鏡保持構造（医療用アーム装置１００の先端部）を上から見下ろして示している。

具体的には、第３の内視鏡保持構造では、ピッチ軸とヨー軸間でワイヤ５０３の経路変更を行う２個の経路変更プーリ１１０４及び１１０５を、互いの回転軸が交差するように配置することで、各経路変更プーリ１１０４及び１１０５を、ヨー軸プーリ８０１に対して接する領域を最小化している。

また、第３の内視鏡保持構造では、ヨー軸とロール軸間でワイヤ５０３の経路変更を行う２個の経路変更プーリ１１０７及び１１０８をともに、第２の接続部１００２のロール軸１１６に直交する方向を向く側面に集中して配置することで、各経路変更プーリ１１０７及び１１０８を、ヨー軸プーリ８０１に対して接する領域を最小化している。図１７を図１６と比較して分かるように、経路変更プーリ１１０７は、第２の接続部１００２の、ロール軸１１６の方向を向く側面から、第２の接続部１００２のロール軸１１６に直交する方向を向く側面に移動して配置される。

このように各経路変更プーリ１１０４及び１１０５、及び経路変更プーリ１１０７及び１１０８を、それぞれヨー軸プーリ８０１に対して接する領域を最小化することによって、ロール軸構成部品がヨー軸１１５回りに大きく回転したときに経路変更プーリ同士が干渉するリスクを抑えることができる。

図１８には、第３の内視鏡保持構造をヨー軸１１５の正方向に回転させた様子を示している。また、図１９には、第３の内視鏡保持構造をヨー軸１１５の負方向に回転させた様子を示している。図１８及び図１９から、ヨー軸１１５回りに回転させた際に経路変更プーリ同士の干渉が回避できていることを理解できよう。第３の内視鏡保持構造によれば、ヨー軸１１５回りに±１２０ｄｅｇ程度の回転可動域を実現することができる。

なお、図１８を参照すると、ロール軸用ワイヤ５０３は、往路側で、２溝プーリ１１０６にヨー軸に沿って巻き付き、次いで経路変更プーリ１１０７に巻き付いてヨー軸方向からロール軸と直交する方向に経路変更し、さらに経路変更プーリ１８０１に巻き付いてロール軸と直交する方向からロール軸方向に経路変更した後に、ロール軸プーリ１１０１の一方のプーリ１１０１ａに巻き付けられる。経路変更プーリ１１０７は、第２の接続部１００２のロール軸１１６に直交する方向を向く側面に移動して配置されるため（前述）、ロール軸と直交する方向からロール軸方向へワイヤ５０３の経路変更を行う経路変更プーリ１８０１が必要になる。経路変更プーリ１８０１は、ヨー軸１１５回りの回転時に他の経路変更プーリ１１０４及び１１０５との干渉を回避するように、第２の接続部１００２の側面の高い位置に配置されている。

また、ロール軸部（ロール軸プーリ１１０１）が少々大きくなっても許容される場合や、１組のプーリ１１０１ａ及び１１０１ｂのうち一方に寄せてロール軸用ワイヤ５０３を巻き付けたい場合には、ヨー軸とロール軸間でワイヤ５０３の経路変更を行う２個の経路変更プーリ１１０７及び１１０８についても、互いの回転軸が交差するように配置するようにしてもよい（図示を省略）。

Ｇ．高トルク化について
上記で説明した内視鏡保持構造において、各軸駆動用のワイヤ５０１～５０３にステンレスワイヤロープなどを使用すると、医療用アーム装置１００の先端部で内視鏡２００を支持するのに十分なトルクを発生させることが可能である。

Ｈ．先端部の軽量化によるアクチュエータの負荷低減について
図６には、第４のリンク１０４の根元側に各軸用モータ６０１～６０３を可能な限り短い距離に寄せて配置することを示した。第４のリンク１０４の先端側などアームの遠位端にこれらのアクチュエータを配置した場合と比べると、モーメントを３分の２程度に抑えられることが計算上分かっている。したがって、図６に示した各軸用モータ６０１～６０３の配置により、先端部を軽量化して各軸用モータ６０１～６０３の負荷を低減することができる。

Ｉ．アクチュエータの配置について
図６では、先端側からピッチ軸用モータ６０１、ヨー軸用モータ６０２、ロール軸用モータ６０３の順で配置した例を示したが、これらのモータを配置する順番を入れ替えてもよい。但し、重量のあるモータの順に根元側（又は近位端側）から配置することで、先端部の３自由度を駆動させるために必要な出力を小さくすることができるので好ましい。

一方、ピッチ軸１１４回りの駆動に高いトルクが必要であることから、図５に示したように、ヨー軸１１５回りの駆動用のプーリ群（例えば図８～図９を参照のこと）及びロール軸１１６回りの駆動用のプーリ群（例えば図１０～図１１を参照のこと）よりも、ピッチ軸用ワイヤ５０１のプーリ群（例えば図５、図７を参照のこと）が内側となるように各部品を配置することが、小型化且つ高トルク化に貢献することができる。

また、ロール軸１１６は、内視鏡２００の光軸回転に活用するので（図２を参照のこと）、小さなトルクで十分であり、ロール軸１１６回りの駆動用のプーリ群をもっとも外側に配置しても、設計上は問題がない。

これらを総合すると、図６に示したように、先端側からピッチ軸用モータ６０１、ヨー軸用モータ６０２、ロール軸用モータ６０３の順で配置することが理想的と言うことができる。

Ｊ．ピッチ軸回転対応の２溝プーリについて
上記Ｃ－２項でも説明したように、ヨー軸用ワイヤ５０２をピッチ軸１１４回りの回転に対応させるために、ピッチ軸１１４の手前側（近位端側）に２溝プーリ９０１が使用される。また、上記Ｃ－３項でも説明したように、ロール軸用ワイヤ５０３をピッチ軸１１４回りの回転に対応させるために、ピッチ軸１１４の手前側（近位端側）に２溝プーリ１１０２が使用される。

これら２つの２溝プーリ９０１及び１１０２はともに、ピッチ軸１１４と平行なシャフト７０４で支持される。これらピッチ軸回転対応の２溝プーリ９０１及び１１０２はそれぞれ、ピッチ軸と同軸の２溝プーリ９０２及び１１０３に対して近接していることが好ましいが、多少離れていてもよい。図７、図９、及び図１１に示す例では、ピッチ軸回転対応の２溝プーリ９０１及び１１０２はそれぞれ、ピッチ軸と同軸の２溝プーリ９０２及び１１０３に対して近接して配置されている。

ピッチ軸回転対応用のこれらの２溝プーリ９０１及び１１０２は、同一の直径でなくてもよい。

図４～図１２に示した実施形態では、ピッチ軸回転対応用の２溝プーリ９０１及び１１０２はともに、ピッチ軸１１４と同軸のシャフト７０２に回転可能に支持されているが、互いに異なるシャフトに支持されていてもよい。また、２溝プーリ９０１を支持するシャフトと２溝プーリ１１０２を支持するシャフトが同一軸でなくてもよい。２溝プーリ９０１を支持するシャフトと２溝プーリ１１０２を支持するシャフトを分けた場合、先端への配線のレイアウトの設計が容易になるといったメリットがある。

Ｋ．ピッチ軸と同軸の２溝プーリについて
上記Ｃ－２項でも説明したように、ヨー軸用ワイヤ５０２をピッチ軸１１４に沿って経路を変更するために、２溝プーリ９０２が使用される。また、上記Ｃ－３項でも説明したように、ロール軸用ワイヤ５０３をピッチ軸１１４に沿って経路を変更するために、２溝プーリ１１０３が使用される。これら２つの２溝プーリ９０２及び１１０３はともに、ピッチ軸１１４と同軸のシャフト７０３で支持される。

ピッチ軸回転対応用のこれらの２溝プーリ９０２及び１１０３は、同一の直径でなくてもよい。また、ピッチ軸回転対応用のこれらの２溝プーリ９０２及び１１０３はいずれも、ピッチ軸駆動用のプーリ７０２と同一の直径でなくてもよい。

なお、プーリは、一般的には円盤外周に沿って２つのフランジとその間に溝が穿設された部品であり、ワイヤのような柔軟性を有する索状物を逸脱しないように円盤外周の溝に掛けて、ワイヤによる引張力の伝達やワイヤの経路（力の方向）の変更のために使用される。また、２溝プーリは、円盤の外周に溝が２つ設けられたプーリであるが、１溝のプーリを同軸上に一体化させて構成されてもよい。

Ｌ．ロール軸駆動用のプーリについて
図５などを参照すると、中空の円筒からなる構造体１１０１の両端にロール軸１１６回りに回転可能に取り付けられた１組のプーリ１１０１ａ及び１１０１ｂの各々にロール軸用ワイヤ５０３の往路及び復路をそれぞれ巻き付けている。その変形例として、中空円筒の構造体１１０１の片側に２溝プーリを取り付けて、この２溝プーリの各溝にロール軸用ワイヤ５０３の往路及び復路をそれぞれ巻き付けるように構成してもよい。

Ｍ．ヨー軸駆動用プーリの最大化について
ヨー軸１１５は、内視鏡２００の観察方向を変更するパン軸に相当する（前述）。ヨー軸１１５回りの駆動トルクの向上（高トルク化）を実現するために、腕から手首にかけての構造全体を細く保ったまま（具体的には、第４のリンク１０４の寸法を大きくしないで）、ヨー軸プーリ８０１の直径を最大化することが好ましい。

図２０には、医療用アーム装置１００の先端部のうち、ヨー軸１１５回りの回転自由度を実現するための構造を拡大して示している。ヨー軸プーリ８０１は、ヨー軸１１５と同軸で回転可能となるように、ピッチ軸構成部品７０１の先端面に支持されている。また、２溝プーリ１１０６は、ヨー軸プーリ８０１とともに、ヨー軸１１５と同軸で回転可能となるように、ピッチ軸構成部品７０１の先端面に支持されている。

他方、ピッチ軸用ワイヤ５０１をヨー軸とピッチ軸間で経路変更する１対の経路変更プーリ９０３及び９０４が、ピッチ軸構成部品７０１の側面に支持されている。ピッチ軸１１４回りに回転する２溝プーリ９０２との相性がよくヨー軸用ワイヤ５０２を滑らかに経路変更してヨー軸プーリ８０１に巻き付けるために、異なる直径を持つ２個の経路変更プーリ９０３及び９０４を同一軸に配置している。図２０に示すように、２個の経路変更プーリ９０３及び９０４は、同一軸を構成するシャフト２００１に回転可能に支持されている。

また、ロール軸用ワイヤ５０３をヨー軸とピッチ軸間で経路変更する１対の経路変更プーリ１１０４及び１１０５が、ピッチ軸構成部品７０１の反対側の側面に支持されている。同様に、ピッチ軸１１４回りに回転する２溝プーリ１１０３との相性がよくロール軸用ワイヤ５０３を滑らかに経路変更して２溝プーリ１１０６に巻き付けるために、異なる直径を持つ２個の経路変更プーリ１１０４及び１１０５を同一軸に配置している。図２０に示すように、２個の経路変更プーリ１１０４及び１１０５は、同一軸を構成するシャフト２００２に回転可能に支持されている。

腕から手首にかけての構造全体の寸法を細く保ったまま、ヨー軸プーリ８０１の直径を大きくと、シャフト２００１又はシャフト２００２が中央付近でヨー軸プーリ８０１と干渉するおそれがある。そこで、図２０に示すように、シャフト２００１及びシャフト２００２の中央部を細く、又は、中央部をＤカット構造に形成することにより、ヨー軸プーリ８０１の直径を最大化するようにしてもよい。

Ｎ．内視鏡保持構造の効果
このＮ項では、本開示に係る内視鏡保持構造及びワイヤ駆動方法によってもたらされる効果についてまとめておく。

（１）本開示に係る医療用アーム装置は、内視鏡を保持できるだけの高トルクを持つ、能動的に駆動可能な３自由度手首関節を備えている。
（２）本開示によれば、３自由度の能動関節を持つ先端部を小型で軽量な構造にすることができる。したがって、先端部で内視鏡を支持する医療用アーム装置は、患者（又は手術ベッド）を挟んで術者の反対側から、術者の手や腕との干渉を回避して、術者の手元の空いているスペースにアクセスすることが可能になる。
（３）本開示によれば、３自由度の能動関節を持つ先端部を小型で軽量な構造にすることができる。したがって、各能動関節を駆動するアクチュエータの負荷を低減し、装置全体の重量、コスト、及び消費電力を低減することができる。
（４）本開示によれば、３自由度の先端部の各能動関節をワイヤ駆動方式により駆動することができるので、バックラッシュなどによるガタがない。したがって、先端部で内視鏡を支持する医療用アーム装置は、内視鏡の位置及び姿勢、並びに光軸回転を高精度で決めることができる。
（５）本開示によれば、３自由度の先端部の各回転軸回りの広い回転可動域を持つことができる。特に、上記Ｆ項（図１８～図１９を参照のこと）に示したように各経路変更プーリの配置によって経路変更プーリ同士の干渉を回避することによって、ヨー軸回りの回転可動域を拡大することができる。
（６）本開示によれば、３自由度の先端部の各能動関節を駆動するアクチュエータを、例えば第４のリンク１０４の根元側（又は、近位端側）に集中して配置することができるので、各アクチュエータのブレーキも配置し易くなる。また、アクチュエータ、エンコーダ、及びブレーキのための配線は第４のリンク１０４の根元側まででよい。したがって、先端部への配線を削減することができ、制御外乱を低減することができる。

Ｏ．アクチュエータの配置について
図２１には、図１に示した医療用アーム装置１００の術式対応例を示している。図２１に示す例では、手術ベッドを挟んで術者の反対側に医療用アーム装置１００に設置されている。そして、術者は、医療用アーム装置１００の先端に保持された内視鏡（図示しない）を用いて観測される腹腔内の術部の様子を観察しながら、手術ベッド上の患者の腹腔鏡手術を行っている。

上述したように、本開示が適用される医療用アーム装置１００では、先端部は、内視鏡の姿勢を決める３自由度の直交する回転軸を集中的に配置して小型且つ軽量な構造を実現して、術者の手や腕との干渉を回避することができる。ところが、図２１を参照すると、３自由度の先端部だけでなく、先端部を支持する第４のリンク１０４も術者の手や腕との干渉領域にある。したがって、術者の手や腕との衝突を回避するために、第４のリンク１０４を細径化してデザインすることが望ましいということができる。

図４には、第４のリンク１０４の先端にロール軸１１６、ヨー軸１１５、及びピッチ軸１１４の構成部品をそれぞれ配置した例を示した。また、図５には、ピッチ軸１１４、ヨー軸１１５、及びロール軸１１６の構成部品をそれぞれ牽引するするピッチ軸用ワイヤ５０１、ヨー軸用ワイヤ５０２、及びロール軸用ワイヤ５０３の構造を示し、図６には、ピッチ軸用モータ６０１、ヨー軸用モータ６０２、及びロール軸用モータ６０３を第４のリンク１０４の根元に配置した例を示した。

ここで、図２２には、ピッチ軸用モータ６０１、ヨー軸用モータ６０２、及びロール軸用モータ６０３に使用されるモータ２２００の外観構成を模式的に示している。但し、モータ６０１～６０３はいずれも、円筒形状の電磁式アクチュエータを想定している。一般に、回転式のモータ本体２２０１の出力軸には、ブレーキ２２０２、減速機２２０３、回転位置検出用のエンコーダ２２０４、及び出力軸に作用する外力検出用のトルクセンサ２２０５、回路部２２０６が配置される。これらブレーキ２２０２、減速機２２０３、エンコーダ２２０４、及びトルクセンサ２２０５は、基本的にはモータ本体２２０１の出力軸方向に取り付ける必要があり、モータ２２００全体の出力軸方向の寸法を拡張する。このため、回転式モータ２２００は、細径で出力軸方向に長い円柱形状になる。なお、回路部２２０６は、センサ信号や駆動信号の信号処理などを行う回路チップを搭載したプリント配線基板（ＰＷＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｗｉｒｅｄ Ｂｏａｒｄ）からなるが、特に配置位置は限定されない。図２２に示すように、モータ本体２２０１の出力軸方向に回路部２２０６も配置する場合、モータ２２００の外形は、細径を保ったまま出力軸方向の寸法がさらに拡張する。

図６には、先端部を駆動する、ピッチ軸用モータ６０１、ヨー軸用モータ、及びロール軸用モータ６０３を、第４のリンク１０４の根元側で、出力軸がいずれもピッチ軸１１４と平行となるように、言い換えれば第４のリンク１０４の長手方向に直交する方向に揃えて配置している例を示した。このようなモータ６０１～６０３の配置では、第４のリンク１０４の太さはモータ６０１～６０３の出力軸方向の寸法以上になってしまうので、第４のリンクの細径化を実現することは困難となる。

そこで、このＯ項では、先端部を駆動する、ピッチ軸用モータ６０１、ヨー軸用モータ、及びロール軸用モータ６０３のうち少なくとも１つのモータを、出力軸方向を第４のリンク１０４の長手方向に揃えて配置することによって、第４のリンク１０４の細径化を実現する、アクチュエータの配置方法について提案する。

なお、モータ２２００に使用されるエンコーダ２２０４はアブソリュートエンコーダであるものとする。また、モータ２２００がロール軸用に使用される場合には、出力軸に１回転のアブソリュートエンコーダの計測値から何回転目であるかを導出する方法（上記Ｄ項を参照のこと）が採用されるものとする。

Ｏ－１．アクチュエータの配置例（１）
図２３には、３つの回転機構を有する先端部の各回転機構を駆動する３つのモータ２３０１～２３０３をすべて、出力軸方向を第４のリンク１０４の長手方向に揃えて配置した例を示している。図２３に示すように、第４のリンク１０４は中空の円筒形状からなる。そして、先端部側から根元側に向かって、第１のモータ２３０１、第２のモータ２３０２、第３のモータ２３０３の順で、第４のリンク１０４の中空円筒内に配置されている。但し、３つのモータ２３０１～２３０３はいずれも、図２２に示したように出力軸方向に長い円筒形状で構成された電磁式アクチュエータであるものとする。

図４を参照しながら既に説明したように、先端部は、内視鏡２００を上下方向に振る上下回転軸（ピッチ軸）部１１４と、上下回転軸部１１４に隣接し、上下回転軸とは直交する左右回転軸回りの自由度を持ち、内視鏡２００を左右方向に振る左右回転軸（ヨー軸）部１１５と、内視鏡２００の光軸回りの自由度を持つ光軸回転軸（ロール軸）部１１６を備えている。第１のモータ２３０１、第２のモータ２３０２、第３のモータ２３０３をそれぞれいずれの軸方向の回転駆動に使用するかは任意である。但し、第４のリンク１０４の第３の関節部１１３の関節軸回りの慣性モーメントを小さくして、第３の関節部１１３の駆動用のアクチュエータの出力を低減するには、先端部側から根元側に向かって、軽量な順でモータを配置することが好ましい。

ロール軸回りには内視鏡２００の光軸回転のみの低トルクで駆動することが可能であるが、ピッチ軸回りには先端部全体を駆動するために高トルクが必要である。そして、モータの出力がモータの重量にほぼ比例する（すなわち、モータの出力を大きくするほどモータの重量が増大する）という関係が成立すると仮定すると、第１のモータ２３０１で鏡筒２０１のロール軸１１６回りの回転駆動を行い、第２のモータ２３０２で内視鏡２００のヨー軸１１５回りの回転駆動を行い、第３のモータ２３０３で先端部全体のピッチ軸１１４回りの回転駆動を行うというモータの割り当てが好ましいと考えられる。

なお、先端部の構造は上記Ｃ項で説明した通りなので、図２３では先端部の図示を省略している。また、図２３では、図面の簡素化のため、各モータ２３０１～２３０３の回転を先端部側に伝達するためのワイヤと、ワイヤの経路変更などを行うプーリからなるワイヤ伝達機構の図示も省略している。回転力の伝達にワイヤ伝達機構を用いることで、アクチュエータの駆動力を高効率で且つガタの発生を抑制して高精度に伝達することができるという利点がある。先端部の３自由度の各回転機構は負荷トルクが比較的小さいので、ワイヤ伝達機構の欠点である低強度をカバーすることができる。また、ワイヤ伝達機構の長所である小型且つ軽量の駆動伝達を最大限に活用することが可能である。各モータ２３０１～２３０３を、先端部の実際の関節位置から離間して、第４のリンク１０４の根元側に配置することから、先端部が軽量化し、各関節の駆動に要求されるトルクを低減することができるので、医療用アーム装置１００全体の小型化に貢献する。

Ｏ－２．アクチュエータの配置例（２）
図２４及び図２５には、３つの回転機構を有する先端部の各回転機構を駆動する３つのモータ２４０１～２４０３のうち第１のモータ２４０１及び第２のモータ２４０２は出力軸方向を第４のリンク１０４の長手方向に揃えて配置する一方、根元側の第３のモータ２４０３は出力軸方向を第４のリンク１０４の長手方向に直交する方向に向けて配置した例を示している。図２４は第３のモータ２４０３の側面の方向から眺めた様子を示し、図２５は第３のモータ２４０３の回転軸の方向から眺めた様子を示している。但し、３つのモータ２４０１～２４０３はいずれも、図２２に示したように出力軸方向に長い円筒形状の電磁式アクチュエータであるものとする。

図２４及び図２５に示すアクチュエータの配置例によれば、第３のモータ２４０３を配置した区間の長さはモータ２４０３の直径程度に短縮される。すなわち、第４のリンク１０４のリンク長を短縮することができる。但し、図２４に示すアクチュエータの配置例では、第４のリンク１０４のうち第１のモータ２４０１及び第２のモータ２４０２を配置した区間については細径化を実現できるが、第３のモータ２４０３を配置した区間については大径化しなければならない。第４のリンク１０４の径の増加が許容される場合には、有効な設計である。これに対し、図２３に示したアクチュエータの配置例の場合、第４のリンク１０４のリンク長は、最短でも、各モータ２３０１～２３０３の出力軸方向の寸法の合計よりも長くなってしまう。要するに図２４及び図２５に示すアクチュエータの配置例によれば、第４のリンク１０４の細径化とリンク長の短縮化のバランスをとることができる。

図２４及び図２５に示すアクチュエータの配置例においても、第４のリンク１０４の第３の関節部１１３の関節軸回りの慣性モーメントを小さくして、第３の関節部１１３の駆動用のアクチュエータの出力を低減するには、先端部側から根元側に向かって、軽量な順でモータを配置することが好ましい。具体的には、第１のモータ２４０１で鏡筒２０１のロール軸１１６回りの回転駆動を行い、第２のモータ２４０２で内視鏡２００のヨー軸１１５回りの回転駆動を行い、第３のモータ２４０３で先端部全体のピッチ軸１１４回りの回転駆動を行うというモータの割り当てが好ましいと考えられる。

なお、先端部の構造は上記Ｃ項で説明した通りなので、図２４及び図２５では先端部の図示を省略している。また、各モータ２４０１～２４０３の回転を先端部側に伝達するためにワイヤ伝達機構が用いられるが、図２４及び図２５では図面の簡素化のためワイヤ伝達機構の図示も省略している。ワイヤ伝達機構を用いることで、アクチュエータの駆動力を高効率で且つガタの発生を抑制して高精度で各モータ２４０１～２４０３の回転を伝達することができる。先端部の３自由度の各回転機構は負荷トルクが比較的小さいので、ワイヤ伝達機構の欠点である低強度をカバーすることができる。また、ワイヤ伝達機構の長所である小型且つ軽量の駆動伝達を最大限に活用することが可能である。各モータ２４０１～２４０３を、先端部の実際の関節位置から離間して、第４のリンク１０４の根元側に配置することから、先端部が軽量化し、第４のリンク１０４の回転駆動に要求されるトルクを低減することができるので、医療用アーム装置１００全体の小型化に貢献する。

Ｏ－３．アクチュエータの配置例（３）
図２６及び図２７には、３つの回転機構を有する先端部の各回転機構を駆動する３つのモータ２６０１～２６０３のうちモータ２６０１を、出力軸方向を第４のリンク１０４の長手方向に揃えて配置する一方、第２のモータ２６０２及び第３のモータ２６０３は出力軸方向を第４のリンク１０４の長手方向に直交する方向に向けて配置した例を示している。図２６は第２のモータ２６０２及び第３のモータ２６０３の側面の方向から眺めた様子を示し、図２７は第２のモータ２６０２及び第３のモータ２６０３の回転軸の方向から眺めた様子を示している。但し、３つのモータ２６０１～２６０３はいずれも、図２２に示したように出力軸方向に長い円筒形状の電磁式アクチュエータであるものとする。

図２６及び図２７に示すアクチュエータの配置例によれば、第２のモータ２６０２及び第３のモータ２６０３を配置した区間の長さは各モータ２６０２及び２６０３の直径程度に短縮されるので、第４のリンク１０４の細径化部分を形成しつつ、図２４及び図２５に示したアクチュエータの配置例よりもさらに第４のリンク１０４のリンク長を短縮することができる。第４のリンク１０４の径の増加が許容される場合には、有効な設計である。要するに図２６及び図２７に示すアクチュエータの配置例によれば、第４のリンク１０４の細径化とリンク長の短縮化のバランスをとることができる。

なお、図２６及び図２７に示すアクチュエータの配置例においても、第４のリンク１０４の第３の関節部１１３の関節軸回りの慣性モーメントを小さくして、第３の関節部１１３の駆動用のアクチュエータの出力を低減するには、先端部側から根元側に向かって、軽量な順でモータを配置することが好ましい。具体的には、第１のモータ２６０１で鏡筒２０１のロール軸１１６回りの回転駆動を行い、第２のモータ２６０２で内視鏡２００のヨー軸１１５回りの回転駆動を行い、第３のモータ２６０３で先端部全体のピッチ軸１１４回りの回転駆動を行うというモータの割り当てが好ましいと考えられる。

なお、先端部の構造は上記Ｃ項で説明した通りなので、図２６及び図２７では先端部の図示を省略している。また、各モータ２６０１～２６０３の回転を先端部側に伝達するためにワイヤ伝達機構が用いられるが、図２６及び図２７では図面の簡素化のためワイヤ伝達機構の図示も省略している。ワイヤ伝達機構を用いることで、アクチュエータの駆動力を高効率で且つガタの発生を抑制して高精度で各モータ２６０１～２６０３の回転を伝達することができる。先端部の３自由度の各回転機構は負荷トルクが比較的小さいので、ワイヤ伝達機構の欠点である低強度をカバーすることができる。また、ワイヤ伝達機構の長所である小型且つ軽量の駆動伝達を最大限に活用することが可能である。各モータ２６０１～２６０３を、先端部の実際の関節位置から離間して、第４のリンク１０４の根元側に配置することから、先端部が軽量化し、第４のリンク１０４の回転駆動に要求されるトルクを低減することができるので、医療用アーム装置１００全体の小型化に貢献する。

Ｏ－４．アクチュエータの配置例（４）
図２８及び図２９には、３つの回転機構を有する先端部の各回転機構を駆動する３つのモータ２８０１～２８０３のすべてを、出力軸方向を第４のリンク１０４の長手方向に揃えて配置した例を示している。図２８はモータ２８０１～２８０３の側面の方向から眺めた様子を示し、図２９はモータ２８０１～２８０３の回転軸の方向から眺めた様子を示している。但し、３つのモータ２８０１～２８０３はいずれも、図２２に示したように出力軸方向に長い円筒形状の電磁式アクチュエータであるものとする。

図２８及び図２９に示すアクチュエータの配置例と、図６に示したアクチュエータの配置例の相違は、第４のリンク１０４のうち３つのモータ２８０１～２８０３が配置されていない先端部側の一部の区間を細径化している点である。

なお、先端部の構造は上記Ｃ項で説明した通りなので、図２８及び図２９では先端部の図示を省略している。また、各モータ２８０１～２８０３の回転を先端部側に伝達するためにワイヤ伝達機構が用いられるが、図２８及び図２９では図面の簡素化のためワイヤ伝達機構の図示も省略している。

Ｏ－５．アクチュエータの配置例（５）
図３０及び図３１には、３つの回転機構を有する先端部の各回転機構を駆動する３つのモータ３００１～３００３のうち第１のモータ３００１及び第２のモータ３００２を、出力軸方向を第４のリンク１０４の長手方向に揃えて第４のリンク１０４に配置する一方、第３のモータ３００３は出力軸方向を第４のリンク１０４の長手方向に直交する方向に向けて第４のリンク１０４の外（根元側）に配置した例を示している。図３０は第３のモータ３００３の側面の方向から眺めた様子を示し、図３１は第３のモータ３００３の回転軸の方向から眺めた様子を示している。但し、３つのモータ３００１～３００３はいずれも、図２２に示したように出力軸方向に長い円筒形状の電磁式アクチュエータであるものとする。

なお、先端部の構造は上記Ｃ項で説明した通りなので、図３０及び図３１では先端部の図示を省略している。また、各モータ３００１～３００３の回転を先端部側に伝達するためにワイヤ伝達機構が用いられるが、図３０及び図３１では図面の簡素化のためワイヤ伝達機構の図示も省略している。

図３０及び図３１に示すアクチュエータの配置例は、第１のモータ３００１及び第２のモータ３００２は出力軸方向を第４のリンク１０４の長手方向に揃えて配置する一方、根元側の第３のモータ３００３は出力軸方向を第４のリンク１０４の長手方向に直交する方向に向けて配置するという点で、図２４及び図２５に示したアクチュエータの配置例と共通する。但し、図３０及び図３１に示すアクチュエータの配置例では、第３のモータ３００３を第４のリンク１０４の外に配置している点で、図２４及び図２５に示した例とは相違する。図２４及び図２５に示したアクチュエータの配置例では、第３のモータ２４０３は第４のリンク１０４内に配置されている。第３のモータ３００３を第４のリンク１０４の外に配置することで、第４のリンク１０４のコンパクト化を実現することができる。

具体的には、第３のモータ３００３は、第４のリンク１０４の根元側の回転機構部に配置されている。ここで言う、第４のリンク１０４の根元側の回転機構部は、図１中の第３の関節部１１３に相当する。第３の関節部１１３は、第４のリンク１０４を根元側にて上下回転軸（又は、ピッチ軸）回りに回転させる回転機構である。第３のモータ３００３を第４のリンク１０４の根元側から外に配置することで、第４のリンク１０４の回転駆動に要求されるトルクをさらに低減して、医療用アーム装置１００全体のさらなる小型化に貢献する。

第３のモータ３００３を第３の関節部１１３内に配置すると、第４のリンク１０４をピッチ軸回りに回転させるためのモータ３００４を、第３の関節部１１３内に配置できなくなる。そこで、図３０及び図３１に示すアクチュエータの配置例では、第３の関節部１１３を駆動用のモータ３００４を、第３の関節部１１３の外（第４のリンク１０４の反対側）に配置している。そして、このモータ３００４の回転力を、スチールベルト３００５を使って、第３のモータ３００３を収容する第３の関節部１１３に伝達して、第４のリンク１０４のピッチ軸回りの回転を実現している。

図３０及び図３１を参照すると、第３の関節部１１３は、ピッチ軸方向の中心軸を持つ中空円筒の構造からなり、第４のリンク１０４の内壁と接合して一体となっている。一方、第３のモータ３００３及びモータ３００４は、第３のリンク１０３のフレームに固定されている。第３のモータ３００３は、回転軸が第３の関節部１１３の関節軸と一致するように第３の関節部１１３の中空円筒内に配置され、且つ、ベアリングを介して関節軸回りに回転可能に支持されている。

モータ３００４の出力軸プーリ３００６はモータ３００４の外周を覆う中空円筒からなる。そして、第３の関節部１１３と出力軸プーリ３００６にはスチールベルト３００５が巻設されている。したがって、モータ３００４の回転はスチールベルト３００５を介して第３の関節軸１１３に伝達され、第４のリンク１０４を第３の関節部１１３の関節軸回り（ピッチ軸回り、又は上下回転軸回り）に回転動作させることができる。その際、第３のモータ３００３は、第３の関節部１１３の中空円筒内にベアリングを介して回転可能に支持されているので、モータ３００４の回転動作は第３のモータ３００３には伝わらない。また、モータ３００４の回転の伝達機構に、ステンレス鋼などの金属板からなるスチールベルト３００５を用いることにより、高強度、広可動域、高効率で、且つガタのない高精度な駆動伝達が可能である。

Ｏ－６．アクチュエータの配置例（６）
図３２及び図３３には、３つの回転機構を有する先端部の各回転機構を駆動する３つのモータ３２０１～３２０３をすべて、出力軸方向を第４のリンク１０４の長手方向に揃えて第４のリンク１０４に配置するとともに、第３の関節部１１３を駆動用のモータ３２０４を、第３の関節部１１３の外（第４のリンク１０４の反対側）に配置した例を示している。図３２はモータ３２０４の側面の方向から眺めた様子を示し、図３３はモータ３２０４の回転軸の方向から眺めた様子を示している。但し、３つのモータ３２０１～３２０３はいずれも、図２２に示したように出力軸方向に長い円筒形状の電磁式アクチュエータであるものとする。

なお、先端部の構造は上記Ｃ項で説明した通りなので、図３２及び図３３では先端部の図示を省略している。また、各モータ３２０１～３２０３の回転を先端部側に伝達するためにワイヤ伝達機構が用いられるが、図３２及び図３３では図面の簡素化のためワイヤ伝達機構の図示も省略している。

図３２及び図３３に示すアクチュエータの配置例は、第３の関節部１１３を駆動用のモータ３２０４を、第３の関節部１１３の外（第４のリンク１０４の反対側）に配置するという点で、図３０及び図３１に示したアクチュエータの配置例と共通する。但し、図３２及び図３３に示すアクチュエータの配置例では、第１乃至第３のモータ３２０１～３２０１を第４のリンク１０４内に配置し、第３の関節部１１３内にはいずれのアクチュエータも配置しないという点で、図３０及び図３１に示した例とは相違する。図３２及び図３３に示すアクチュエータの配置例では、モータ３２０１～３２０３をすべて、出力軸方向を第４のリンク１０４の長手方向に揃えて第４のリンク１０４に配置することで、第４のリンク１０４全体の細径化を実現することができる。また、第３の関節部１１３内にはいずれのモータを配置しないことにより、第３の関節部１１３を小型化することで、第４のリンクの１０４の細径部を長い区間で確保することができる。

第３の関節部１１３は、第４のリンク１０４を根元側にて上下回転軸（又は、ピッチ軸）回りに回転させる回転機構である（前述）。図３２及び図３３を参照すると、第３の関節部１１３は、ピッチ軸方向の中心軸を持つ中空円筒の構造からなり、第４のリンク１０４の内壁と接合して一体となっている。また、第３の関節部１１３は、中空円筒内に配置されたベアリングを介して、関節軸回りに回転可能に、第３のリンク１０３に支持されている。

モータ３２０４の出力軸プーリ３２０６はモータ３２０４の外周を覆う中空円筒からなる。そして、第３の関節部１１３と出力軸プーリ３２０６にはスチールベルト３２０５が巻設されている。したがって、モータ３２０４の回転はスチールベルト３２０５を介して第３の関節軸１１３に伝達され、第４のリンク１０４を第３の関節部１１３の関節軸回り（ピッチ軸回り、又は上下回転軸回り）に回転動作させることができる。また、モータ３２０４の回転の伝達機構に、ステンレス鋼などの金属板からなるスチールベルト３２０５を用いることにより、高強度、広可動域、高効率で、且つガタのない高精度な駆動伝達が可能である。

Ｏ－７．ワイヤ伝達機構の配置
上記Ｏ－１項乃至Ｏ－６項で説明したように、先端部のロール軸、ヨー軸、及びピーチ軸から離間して、第４のリンク１０４の根元側に各軸用のモータを配置する場合、先端部に各モータの回転力を伝達する伝達機構が必要である。本開示では、回転力の伝達にワイヤ伝達機構を用いることで、アクチュエータの駆動力を高効率で且つガタの発生を抑制して高精度に伝達するようにしている。先端部の３自由度の各回転機構は負荷トルクが比較的小さいので、ワイヤ伝達機構の欠点である低強度をカバーすることができる。また、ワイヤ伝達機構の長所である小型且つ軽量の駆動伝達を最大限に活用することが可能である。

このＯ－７項では、上記Ｏ－１項乃至Ｏ－６項でそれぞれ説明した各モータの配置において、第４のリンク１０４内で各モータの回転力を先端部に伝達するワイヤ駆動機構の配置例について説明する。基本的には、モータの出力軸に取り付けられた出力軸プーリに巻き付けたワイヤを使ってモータの回転力が取り出される。そして、経路変更プーリを適宜使ってワイヤのピッチ軸又はロール軸の位置や方向を変更して、出力軸プーリと先端部との間に存在する他のモータやその他の部品との干渉を回避して、モータと対象とする部品間をワイヤで接続する。

図３４及び図３５には、上記Ｏ－１項で説明した、３つのモータ３４０１～３４０３をすべて、出力軸方向を第４のリンク１０４の長手方向に揃えて配置した場合におけるワイヤ伝達機構の構成例を示している。但し、図３４と図３５とで第４のリンク１０４の長手軸回りの回転位置を９０度だけ変えて示している。

第１のモータ３４０１の出力軸プーリ３４１１に巻き付けられたワイヤ３４１０は、往路側の経路変更プーリ３４１２及び復路側の経路変更プーリ３４１３を介して第４のリンク１０４内の位置が調整されて、先端部側に向かっている。また、第２のモータ３４０２の出力軸プーリ３４２１に巻き付けられたワイヤ３４２０は、往路側の経路変更プーリ３４２２及び復路側の経路変更プーリ３４２３を介して第４のリンク１０４内の位置が調整されている。ここで、経路変更プーリ３４２２及び３４２３は、経路変更プーリ３４１２及び３４１３とは、長手軸回りの回転位置を１８０度だけ変えることによって、ワイヤ３４１０とは干渉しないように、ワイヤ３４２０を配置している。また、第３のモータ３４０３の出力軸プーリ３４３１に巻き付けられたワイヤ３４３０は、往路側の経路変更プーリ３４３２及び復路側の経路変更プーリ３４３３を介して第４のリンク１０４内の位置が調整されている。ここで、経路変更プーリ３４３２及び３４３３は、経路変更プーリ３４１２及び３４１３とは長手軸回りの同じ回転位置で、径方向（又は、幅方向）に異なる位置にして、ワイヤ３４１０とは干渉しないように、ワイヤ３４３０を配置している。

なお、各ワイヤ３４１０、３４２０、３４３０の先端部側の構成については図示を省略するが、適宜経路変更プーリなどを使用して、例えば図７～図１２に示したワイヤの配置と整合するように構成されるものとする。

図３６及び図３７には、上記Ｏ－２項で説明した、３つのモータ３６０１～３６０３のうち第１のモータ３６０１及び第２のモータ３６０２は出力軸方向を第４のリンク０４の長手方向に揃えて配置する一方、根元側の第３のモータ３６０３は出力軸方向を第４のリンク１０４の長手方向に直交する方向に向けて配置した場合におけるワイヤ伝達機構の構成例を示している。但し、図３６と図３７とで第４のリンク１０４の長手軸回りの回転位置を９０度だけ変えて示している。

第１のモータ３６０１の出力軸プーリ３６１１に巻き付けられたワイヤ３６１０は、往路側の経路変更プーリ３６１２及び復路側の経路変更プーリ３６１３を介して第４のリンク１０４内の位置が調整されて、先端部側に向かっている。また、第２のモータ３６０２の出力軸プーリ３６２１に巻き付けられたワイヤ３６２０は、往路側の経路変更プーリ３６２２及び復路側の経路変更プーリ３６２３を介して第４のリンク１０４内の位置が調整されている。図３４及び図３５に示した例と同様に、経路変更プーリ３６２２及び３６２３は、経路変更プーリ３６１２及び３６１３とは、長手軸回りの回転位置を１８０度だけ変えることによって、ワイヤ３６１０とは干渉しないように、ワイヤ３６２０を配置している。また、第３のモータ３６０３の出力軸プーリ３６３１に巻き付けられたワイヤ３６３０を、先端側に配置された第１のモータ３６０１と第２のモータ３６０２及び各ワイヤ３６１０、３６２０などとの干渉を回避するように、第４のリンク１０４内に配線することができる。もちろん、ワイヤ３６３０の往路側又は復路側の少なくとも一方に、経路変更又は位置調整のためのプーリ（図示しない）をさらに配設してもよい。

なお、各ワイヤ３６１０、３６２０、３６３０の先端部側の構成については図示を省略するが、適宜経路変更プーリなどを使用して、例えば図７～図１２に示したワイヤの配置と整合するように構成されるものとする。

図３８及び図３９には、上記Ｏ－３項で説明した、３つのモータ３８０１～３８０３のうち第１のモータ３８０１は出力軸方向を第４のリンク１０４の長手方向に揃えて配置する一方、第２のモータ３８０２及び第３のモータ３８０３は出力軸方向を第４のリンク１０４の長手方向に直交する方向に向けて配置した場合におけるワイヤ伝達機構の構成例を示している。但し、図３８と図３９とで第４のリンク１０４の長手軸回りの回転位置を９０度だけ変えて示している。

第１のモータ３８０１の出力軸プーリ３８１１に巻き付けられたワイヤ３８１０は、往路側の経路変更プーリ３８１２及び復路側の経路変更プーリ３８１３を介して第４のリンク１０４内の位置が調整されて、先端部側に向かっている。また、第２のモータ３８０２は出力軸が第４のリンク１０４の長手方向に直交し、且つ、第２のモータ３８０２の出力軸プーリ３８２１はワイヤ３８１０とは反対の向きに配設されている。したがって、出力軸プーリ３８２１に巻き付けられたワイヤ３８２０を、先端側に配置された第１のモータ３８０１及びワイヤ３８１０などとの干渉を回避するように、第４のリンク１０４内に配線することができる。もちろん、ワイヤ３８２０の往路側又は復路側の少なくとも一方に、経路変更又は位置調整のためのプーリ（図示しない）をさらに配設してもよい。また、第３のモータ３８０３は第２のモータ３８０２と同様に出力軸が第４のリンク１０４の長手方向に直交し、且つ、第３のモータ３８０３の出力軸プーリ３８３１は第２のモータ３８０２の出力軸プーリ３８２１と同じ向きに配設されている。図３８から分かるように、出力軸プーリ３８２１と重ならないように、第４のリンク１０４の長手方向に直交する方向に出力軸プーリ３８３１の位置をずらしている。したがって、出力軸プーリ３８３１に巻き付けられたワイヤ３８３０を、先端側に配置された第１のモータ３８０１と第２のモータ３８０２及び各ワイヤ３８１０、３８２０などとの干渉を回避するように、第４のリンク１０４内に配線することができる。もちろん、ワイヤ３８３０の往路側又は復路側の少なくとも一方に、経路変更又は位置調整のためのプーリ（図示しない）をさらに配設してもよい。

なお、各ワイヤ３８１０、３８２０、３８３０の先端部側の構成については図示を省略するが、適宜経路変更プーリなどを使用して、例えば図７～図１２に示したワイヤの配置と整合するように構成されるものとする。

以上、特定の実施形態を参照しながら、本開示について詳細に説明してきた。しかしながら、本開示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、本開示を内視鏡を支持する医療用アーム装置に適用した実施形態を中心に説明してきたが、本開示の要旨はこれに限定されるものではない。内視鏡以外の、例えば鉗子や気腹チューブ、エネルギー処置具、攝子、レトラクタなどの医療用器具を先端で支持する医療用アーム装置に対しても同様に本開示を適用することができ、支持する医療用器具の姿勢を直交する３自由度でガタなしで決定することができる。

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、本開示は、以下のような構成をとることも可能である。
（１）医療用器具を保持する先端部及び前記先端部を支持するリンクを有する第１のアーム部と、
前記第１のアーム部を支持する第２のアーム部と、
を具備し、
前記先端部は、
最先端部から順に、前記医療用器具の長手方向軸回りの回転軸、前記リンクの先端に対して前記医療用器具を左右に回転させるヨー軸、前記リンクの先端に対して前記医療用器具を上下に回転させるピッチ軸の順に３つの回転軸が配置された構造であり、
前記ヨー軸の回転伝達用の第１のワイヤと、前記ロール軸の回転伝達用の第２のワイヤと、前記ピッチ軸と前記ヨー軸間で前記第１のワイヤの経路を変更する第１の経路変更プーリと、前記ピッチ軸と前記ヨー軸間で前記第２のワイヤの経路を変更する第２の経路変更プーリと、前記ヨー軸と前記ロール軸間で前記第２のワイヤの経路を変更する第３の経路変更プーリを前記リンクに配置する、
医療用アーム装置。
（２）前記先端部は、前記３つの回転軸に対応する各関節部材が直接接続された構造を有する、
上記（１）に記載の医療用アーム装置。
（３）前記先端部は、前記ロール軸に対応する関節と前記ピッチ軸に対応する関節との間の距離が、前記ピッチ軸回りに回転した際に干渉を生じない距離を有する構造である、
上記（２）に記載の医療用アーム装置。
（４）前記第１の経路変更プーリ又は前記第２の経路変更プーリのうち少なくとも一方は、前記ピッチ軸回りに回転する構造体の反対側に同一軸上に配置された直径が異なる１組の経路変更プーリからなる、
上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の医療用アーム装置。
（５）前記第１の経路変更プーリ又は前記第２の経路変更プーリの同一軸を構成するシャフトは、前記第１のワイヤが巻き付いて前記ヨー軸回りに回転するヨー軸プーリとの干渉回避部を有する、
上記（４）に記載の医療用アーム装置。
（６）前記干渉回避部は、前記シャフトの中央部の細径部又はＤカット構造部からなる、
上記（５）に記載の医療用アーム装置。
（７）前記ヨー軸回りの回転時における前記第２の経路変更プーリと前記第３の経路変更プーリとの干渉を回避する干渉回避構造を有する、
上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の医療用アーム装置。
（８）前記干渉回避構造は、前記第２の経路変更プーリを構成する、互いの回転軸が交差するように配置された１組の経路変更プーリを含む、
上記（７）に記載の医療用アーム装置。
（９）前記干渉回避構造は、前記第３の経路変更プーリを構成する複数のプーリを所定領域内に集中して配置した構造を含む、
上記（７）又は（８）のいずれかに記載の医療用アーム装置。
（１０）前記ピッチ軸の回転伝達用の第３のワイヤ、リンク機構、歯車機構、又は前記ピッチ軸を直接回転させるモータのうち少なくとも１つをさらに備える、
上記（１）乃至（９）のいずれかに記載の医療用アーム装置。
（１１）前記ピッチ軸回りの駆動力を供給するピッチ軸用アクチュエータ、前記ヨー軸回りの駆動力を供給するヨー軸用アクチュエータ、及び前記ロール軸回りの駆動力を供給するロール軸用アクチュエータをさらに備える、
上記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の医療用アーム装置。
（１２）前記先端部から近い順に前記ピッチ軸用アクチュエータ、前記ヨー軸用アクチュエータ、前記ロール軸用アクチュエータが配置される、
上記（１１）に記載の医療用アーム装置。
（１３）前記ピッチ軸用アクチュエータ、前記ヨー軸用アクチュエータ、前記ロール軸用アクチュエータにそれぞれ使用される１回転のアブソリュートエンコーダをさらに備える、
上記（１１）又は（１２）のいずれかに記載の医療用アーム装置。
（１４）前記ロール軸は１回転より大きい回転可動域を有し、
順運動学に基づく補正式を用いて、前記アブソリュートエンコーダの計測値から前記先端部の姿勢を一意に導出する、
上記（１３）に記載の医療用アーム装置。
（１５）前記ロール軸用アクチュエータの出力軸プーリの直径は、前記ロール軸の回転伝達用の第２のワイヤが巻き付いて前記ロール軸回りに回転するロール軸プーリの直径以上である、
上記（１４）に記載の医療用アーム装置。
（１６）前記第１のワイヤの経路を前記ピッチ軸に沿って変更する第１の２溝プーリと、前記第２のワイヤの経路を前記ピッチ軸に沿って変更する第２の２溝プーリをさらに備える、
上記（１）乃至（１５）のいずれかに記載の医療用アーム装置。
（１７）前記第１の２溝プーリと前記第２の２溝プーリは同一のシャフトで支持されている、
上記（１６）に記載の医療用アーム装置。
（１８）前記第１の２溝プーリと前記第２の２溝プーリは互いに異なるシャフトで支持されている、
上記（１６）に記載の医療用アーム装置。
（１９）前記第１の２溝プーリと前記第２の２溝プーリは同一軸でない、
上記（１８）に記載の医療用アーム装置。
（２０）前記医療用器具は医療用観察装置であり、
前記先端部は、最先端部から順に、前記医療用観察装置の光軸回転軸（ロール軸）、前記医療用観察装置の観察方向を変更するパン軸（ヨー軸）、チルト軸（ピッチ軸）の順に配置された構造である、
上記（１）乃至（１９）のいずれかに記載の医療用アーム装置。
（２１）前記リンクの根元側に、複数の自由度を有する前記先端部を駆動する複数のアクチュエータのうち少なくとも１つのアクチュエータの出力軸方向を前記リンクの長手方向に揃えて配置する、
上記（１）に記載の医療用アーム装置。
（２１－１）前記リンクの根元側に、前記複数のアクチュエータのすべての出力軸方向を前記リンクの長手方向に揃えて配置する、
上記（２１）に記載の医療用アーム装置。
（２１－２）前記リンクの根元側に、前記複数のアクチュエータのうち一部の出力軸方向を前記リンクの長手方向と異ならせて配置し、他のアクチュエータの出力軸方向を前記リンクの長手方向に揃えて配置する、
上記（２１）に記載の医療用アーム装置。
（２２）前記リンクは、前記少なくとも１つのアクチュエータの出力軸方向を前記リンクの長手方向に揃えて配置した区間を含む細径化部を含む、
上記（２１）に記載の医療用アーム装置。
（２３）前記リンクを他のリンクに対して回転させるリンク回転用アクチュエータを、前記リンクの根元側を他のリンクと回転可能に結合する回転機構部の回転軸と前記リンク回転用アクチュエータの出力軸が一致しないように配置する、
上記（２１）又は（２２）のいずれかに記載の医療用アーム装置。
（２４）前記回転機構部内に、前記複数のアクチュエータのうちいずれか１つを配置する、
上記（２３）に記載の医療用アーム装置。
（２４－１）前記回転機構部は、前記リンクをピッチ軸回りに回転するように前記他のリンクと結合する関節部である、
上記（２４）に記載の医療用アーム装置。
（２５）前記リンク回転用アクチュエータの回転力を前記回転機構部に伝達するスチールベルト機構をさらに備える、
上記（２３）又は（２４）のいずれかに記載の医療用アーム装置。

１００…医療用アーム装置、１０１…第１のリンク
１０２…第２のリンク、１０３…第３のリンク、１０４…第４のリンク
１１１…第１の関節部、１１２…第２の関節部、１１３…第３の関節部
１１４…上下回転軸部（チルト軸、ピッチ軸）
１１５…左右回転軸部（パン軸、ヨー軸）
１１６…光軸回転軸部（ロール軸）
２００…内視鏡、２０１…鏡筒、２０２…カメラヘッド
５０１…ピッチ軸用ワイヤ、５０２…ヨー軸用ワイヤ
５０３…ロール軸用ワイヤ
６０１…ピッチ軸用モータ、６０２…ヨー軸用モータ
６０３…ロール軸用モータ
７０１…ピッチ軸構成部品、７０２…ピッチ軸駆動用プーリ
７０３…シャフト、７０４…シャフト
８０１…ヨー軸プーリ、９０１…２溝プーリ、９０２…２溝プーリ
９０３…経路変更プーリ、９０４…経路変更プーリ
１００１…第１の接続部、１００２…第２の接続部
１１０１…ロール軸プーリ、１１０２…２溝プーリ
１１０３…２溝プーリ、１１０４…経路変更プーリ
１１０５…経路変更プーリ、１１０６…２溝プーリ
１１０７…経路変更プーリ、１１０８…経路変更プーリ
１８０１…経路変更プーリ、２００１…シャフト
２２００…モータ、２２０１…モータ本体、２２０２…ブレーキ
２２０３…減速機、２２０４…エンコーダ、２２０５…トルクセンサ
２２０６…回路部
２３０１…第１のモータ、２３０２…第２のモータ
２３０３…第３のモータ
２４０１…第１のモータ、２４０２…第２のモータ
２４０３…第３のモータ
２６０１…第１のモータ、２６０２…第２のモータ
２６０３…第３のモータ
２８０１…第１のモータ、２８０２…第２のモータ
２８０３…第３のモータ
３００１…第１のモータ、３００２…第２のモータ
３００３…第３のモータ、３００４…モータ
３００５…スチールベルト
３００６…プーリ（モータ３００４の出力軸プーリ）

Claims (20)

1. 医療用器具を保持する先端部及び前記先端部を支持するリンクを有する第１のアーム部と、
   前記第１のアーム部を支持する第２のアーム部と、
   を具備し、
   前記先端部は、
   最先端部から順に、前記医療用器具の長手方向軸回りの回転軸、前記リンクの先端に対して前記医療用器具を左右に回転させるヨー軸、前記リンクの先端に対して前記医療用器具を上下に回転させるピッチ軸の順に３つの回転軸が配置された構造であり、
   前記ヨー軸の回転伝達用の第１のワイヤと、前記ロール軸の回転伝達用の第２のワイヤと、前記ピッチ軸と前記ヨー軸間で前記第１のワイヤの経路を変更する第１の経路変更プーリと、前記ピッチ軸と前記ヨー軸間で前記第２のワイヤの経路を変更する第２の経路変更プーリと、前記ヨー軸と前記ロール軸間で前記第２のワイヤの経路を変更する第３の経路変更プーリを前記リンクに配置する、
   医療用アーム装置。
2. 前記先端部は、前記３つの回転軸に対応する各関節部材が直接接続された構造を有する、
   請求項１に記載の医療用アーム装置。
3. 前記先端部は、前記ロール軸に対応する関節と前記ピッチ軸に対応する関節との間の距離が、前記ピッチ軸回りに回転した際に干渉を生じない距離を有する構造である、
   請求項２に記載の医療用アーム装置。
4. 前記第１の経路変更プーリ又は前記第２の経路変更プーリのうち少なくとも一方は、前記ピッチ軸回りに回転する構造体の反対側に同一軸上に配置された直径が異なる１組の経路変更プーリからなる、
   請求項１に記載の医療用アーム装置。
5. 前記第１の経路変更プーリ又は前記第２の経路変更プーリの同一軸を構成するシャフトは、前記第１のワイヤが巻き付いて前記ヨー軸回りに回転するヨー軸プーリとの干渉回避部を有する、
   請求項４に記載の医療用アーム装置。
6. 前記干渉回避部は、前記シャフトの中央部の細径部又はＤカット構造部からなる、
   請求項５に記載の医療用アーム装置。
7. 前記ヨー軸回りの回転時における前記第２の経路変更プーリと前記第３の経路変更プーリとの干渉を回避する干渉回避構造を有する、
   請求項１に記載の医療用アーム装置。
8. 前記干渉回避構造は、前記第２の経路変更プーリを構成する、互いの回転軸が交差するように配置された１組の経路変更プーリを含む、
   請求項７に記載の医療用アーム装置。
9. 前記干渉回避構造は、前記第３の経路変更プーリを構成する複数のプーリを所定領域内に集中して配置した構造を含む、
   請求項７に記載の医療用アーム装置。
10. 前記ピッチ軸の回転伝達用の第３のワイヤ、リンク機構、歯車機構、又は前記ピッチ軸を直接回転させるモータのうち少なくとも１つをさらに備える、
    請求項１に記載の医療用アーム装置。
11. 前記ピッチ軸回りの駆動力を供給するピッチ軸用アクチュエータ、前記ヨー軸回りの駆動力を供給するヨー軸用アクチュエータ、及び前記ロール軸回りの駆動力を供給するロール軸用アクチュエータをさらに備える、
    請求項１に記載の医療用アーム装置。
12. 前記ピッチ軸用アクチュエータ、前記ヨー軸用アクチュエータ、前記ロール軸用アクチュエータにそれぞれ使用される１回転のアブソリュートエンコーダをさらに備える、
    請求項１１に記載の医療用アーム装置。
13. 前記ロール軸は１回転より大きい回転可動域を有し、
    順運動学に基づく補正式を用いて、前記アブソリュートエンコーダの計測値から前記先端部の姿勢を一意に導出する、
    請求項１２に記載の医療用アーム装置。
14. 前記ロール軸用アクチュエータの出力軸プーリの直径は、前記第２のワイヤが巻き付いて前記ロール軸回りに回転するロール軸プーリの直径以上である、
    請求項１３に記載の医療用アーム装置。
15. 前記第１のワイヤの経路を前記ピッチ軸に沿って変更する第１の２溝プーリと、前記第２のワイヤの経路を前記ピッチ軸に沿って変更する第２の２溝プーリをさらに備える、
    請求項１に記載の医療用アーム装置。
16. 前記リンクの根元側に、複数の自由度を有する前記先端部を駆動する複数のアクチュエータのうち少なくとも１つのアクチュエータの出力軸方向を前記リンクの長手方向に揃えて配置する、
    請求項１に記載の医療用アーム装置。
17. 前記リンクは、前記少なくとも１つのアクチュエータの出力軸方向を前記リンクの長手方向に揃えて配置した区間を含む細径化部を含む、
    請求項１６に記載の医療用アーム装置。
18. 前記リンクを他のリンクに対して回転させるリンク回転用アクチュエータを、前記リンクの根元側を他のリンクと回転可能に結合する回転機構部の回転軸と前記リンク回転用アクチュエータの出力軸が一致しないように配置する、
    請求項１６に記載の医療用アーム装置。
19. 前記回転機構部内に、前記複数のアクチュエータのうちいずれか１つを配置する、
    請求項１８に記載の医療用アーム装置。
20. 前記リンク回転用アクチュエータの回転力を前記回転機構部に伝達するスチールベルト機構をさらに備える、
    請求項１８に記載の医療用アーム装置。

Images