JP2022027324A - 医療用マニピュレータシステム並びにアダプタ装置 - Google Patents

医療用マニピュレータシステム並びにアダプタ装置 Download PDF

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Abstract

【課題】滅菌処理が施された術具と滅菌処理をしていない駆動部間での清潔領域と不潔領域の交錯を防止する医療用マニピュレータシステムを提供する。【解決手段】医療用マニピュレータシステムは、先端に術具を備えた術具ユニットと、前記術具を駆動する駆動ユニットと、前記術具ユニットを前記駆動ユニットに装着するアダプタを具備する。前記アダプタは、前記駆動ユニットが生成する駆動力を前記術具ユニットに伝達する直動伝達部と、前記直動伝達部の前記術具ユニット側と前記駆動ユニット側を分離する防滴部を備える。前記防滴部は前記直動伝達部の前記術ユニット側と前記駆動ユニット側の間に空気室を有する。【選択図】 図１０

Description

本明細書で開示する技術（以下、「本開示」とする）は、術具と術具を駆動する駆動部で構成される医療用マニピュレータシステム、並びに術具を駆動部に装着するアダプタ装置に関する。
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、手術用ロボットが普及しつつある。マスタスレーブ方式の手術用ロボットであれば、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。スレーブ装置は、多リンク構造からなる多関節アームとそのアームの先端に装着した術具や観察装置で構成され、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。術具として、鉗子や気腹チューブ、エネルギー処置具、攝子、レトラクタなどが挙げられる。観察装置として内視鏡や顕微鏡などが挙げられる。
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から、術具の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自由度以上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ワイヤを用いた駆動方式が適用されることが多い。
また、術具が体腔に直接接触することから、使用に先立って滅菌処理を施しておく必要がある。滅菌処理の方式としては、高温高圧の飽和水蒸気によって微生物の滅菌を行う高圧蒸気滅菌（オートクレーブ滅菌）や酸化エチレンガス（ＥＯＧ）を用いたアルキル化によって微生物の滅菌を行うＥＯＧガス滅菌などの各種の方式が存在する。通常、アームやアームの先端を駆動する駆動部は滅菌処理に耐え得る構造ではないことが多い。このため、術具などの滅菌処理が必要な部分と駆動部などの滅菌処理に耐え得る構造をしていない部分から分離して滅菌処理を行うようにしている。しかしながら、アームの先端に滅菌処理が施された術具を装着する場合、装着時や手術中に術具を駆動させる際などに、滅菌処理が行われている清潔領域と滅菌処理が行われていない不潔領域とが交錯して清潔領域が汚染されてしまうおそれがある。
例えば、無菌外科手術アダプタが提案されている（特許文献１を参照のこと）。この無菌外科手術アダプタは、４自由度の術具をアームから切り離す構造であるが、術具側のキャプスタンとアーム側のキャプスタンを防滴ベアリングで接続することで清潔領域と不潔領域を分離するように構成されている。しかしながら、この無菌外科手術アダプタで接続される術具は、回転機構を含むため、術具側の近位端が大型化してしまう。
また、蛇腹形状の接続部により清潔領域と不潔領域を分離してつなぐ動力伝達アダプタが提案されている（特許文献２を参照のこと）。この動力伝達アダプタを用いて術具と駆動部を接続する場合、接続部の蛇腹が術具の直動動作を阻害することや、術具を取り外した際にワイヤが弛むことが懸念される。
また、滅菌処理が施される清潔領域に接触する第１の部位と滅菌処理が施されない不潔領域に接触する第２の部位とを有するロッド２２２ａ、２２２ｂを備え、ロッド２２２ａ、２２２ｂが直動運動しても第１の部位が清潔領域に位置し、且つ、第２の部位が不潔領域に位置するように、ロッド２２２ａ、２２２ｂの直動運動の範囲を設定して、清潔領域と不潔領域との交錯を防止する手術用動力伝達アダプタが提案されている（特許文献３を参照のこと）。この手術用動力伝達アダプタは、はめあい公差のみで防滴を行う構造であるため、部品の製作や組み立てが容易でなく、完全に防滴を行えないことが懸念される。
特開２０１５－９１３３１号公報 特開２０１８－１４３４２６号公報 特開２０１２－５５３７７号公報
本開示の目的は、術具と術具を駆動する駆動部で構成され、滅菌処理が施された術具と滅菌処理をしていない駆動部間での清潔領域と不潔領域の交錯を防止する医療用マニピュレータシステム、並びに清潔領域と不潔領域の交錯を防止して術具を駆動部に装着するアダプタ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、その第1の側面は、
先端に術具を備えた術具ユニットと、
前記術具を駆動する駆動ユニットと、
前記術具ユニットを前記駆動ユニットに装着するアダプタと、
を具備し、
前記アダプタは、前記駆動ユニットが生成する駆動力を前記術具ユニットに伝達する直動伝達部と、前記直動伝達部の前記術具ユニット側と前記駆動ユニット側を分離する防滴部を備える、
医療用マニピュレータシステムである。
前記防滴部は、それぞれ２つ折り構造からなる２個の弾性体を向き合わせて配置した構造を有する。前記直動伝達部で両端を繋ぐことで、前記直動伝達部の前記術具ユニット側と前記駆動ユニット側の間に空気室を設けて、前記術具ユニット側と前記駆動ユニット側を分離する。
また、本開示の第２の側面は、
一端に駆動ユニットを装着するとともに他端に術具ユニットを装着し、
前記駆動ユニットが生成する駆動力を前記術具ユニットに伝達する直動伝達部と、
前記直動伝達部の前記術具ユニット側と前記駆動ユニット側を分離する防滴部と、
を具備するアダプタ装置である。
本開示によれば、術具と駆動部とを接続するアダプタによって清潔領域と不潔領域を分離する医療用マニピュレータシステム、並びに清潔領域と不潔領域を分離した状態で術具と駆動部とを接続するアダプタ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、手術支援システム１００の機能的構成例を示した図である。 図２は、医療用アーム装置１１０の外観構成例を示した図である。 図３は、手術用操作装置３００の外観構成例を示した図である。 図４は、術具ユニット４００の構成例を示した図である。 図５は、具ユニット４００の先端部４０１を拡大して示した図である。 図６は、術具ユニット４００の自由度構成例を示した図である。 図７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８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９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１０は、術具装置１０００の構成例を示した図である。 図１１は、術具装置１０００の構成例を示した図である。 図１２は、術具装置１０００の断面を示した図である。 図１３は、術具装置１０００の断面を示した図である。 図１４は、装着直後のアダプタ１００２付近の断面を拡大して示した図である。 図１５は、動作時のアダプタ１００２付近の断面を拡大して示した図である。 図１６は、アダプタ１００２の断面（装着直後）を示した図である。 図１７は、アダプタ１００２の断面（動作状態）を示した図である。 図１８は、アダプタ１００２の断面（装着直後）を示した図である。 図１９は、アダプタ１００２の断面（動作状態）を示した図である。 図２０は、アダプタ１００２の断面（動作状態）を示した図である。 図２１は、リニアシャフトＢの長手軸方向の移動に伴う空気室の変化を示した図である。 図２２は、リニアシャフトＢの長手軸方向の移動に伴う空気室の変化を示した図である。 図２３は、リニアシャフトＢの長手軸方向の移動に伴う空気室の変化を示した図である。 図２４は、アダプタ１００２の外観構成例を示した図である。 図２５は、リニアシャフトＣの後端部分の形状とリニアシャフトＢの先端部分の形状を示した図である。 図２６は、ロック装置２６００の外観（正面、側面、背面、及び立体視）を示した図である。 図２７は、ロックオフ状態のロック装置２６００の外観構成を示した図である。 図２８は、ロックオフ状態のロック装置２６００の外観構成を示した図である。 図２９は、ロックオン状態のロック装置２６００の外観構成を示した図である。 図３０は、ロックオン状態のロック装置２６００の外観構成を示した図である。 図３１は、ロックオン状態のロック装置２６００の断面を示した図である。 図３２は、駆動ユニット１００３にアダプタ１００２を装着する手順を示した図である。 図３３は、駆動ユニット１００３にアダプタ１００２を装着する手順を示した図である。 図３４は、駆動ユニット１００３にアダプタ１００２を装着する手順を示した図である。 図３５は、駆動ユニット１００３にアダプタ１００２を装着する手順を示した図である。 図３６は、アダプタ１００２に術具ユニット１００１を装着する手順を示した図である。 図３７は、アダプタ１００２に術具ユニット１００１を装着する手順を示した図である。 図３８は、アダプタ１００２に術具ユニット１００１を装着する手順を示した図である。 図３９は、アダプタ１００２に術具ユニット１００１を装着する手順を示した図である。 図４０は、アダプタ１００２から術具ユニット１００１を取り外す手順を示した図である。 図４１は、アダプタ１００２から術具ユニット１００１を取り外す手順を示した図である。 図４２は、アダプタ１００２から術具ユニット１００１を取り外す手順を示した図である。 図４３は、アダプタ１００２から術具ユニット１００１を取り外す手順を示した図である。 図４４は、駆動ユニット１００３からアダプタ１００２を取り外す手順を示した図である。 図４５は、駆動ユニット１００３からアダプタ１００２を取り外す手順を示した図である。 図４６は、駆動ユニット１００３からアダプタ１００２を取り外す手順を示した図である。 図４７は、駆動ユニット１００３からアダプタ１００２を取り外す手順を示した図である。
以下、図面を参照しながら本開示について、以下の順に従って説明する。
Ａ．手術支援システム（図１）
Ｂ．医療用アーム装置の外観構成 （図２）
Ｃ．手術用操作ユニットの外観構成（図３）
Ｄ．術具ユニットの駆動機構（図４～図９）
Ｅ．防滴アダプタを利用した術具装置
Ｅ－１．術具装置の全体構成（図１０～図１１）
Ｅ－２．アダプタの直動伝達構造（図１２～図１５）
Ｅ－３．アダプタの防滴構造（図１６～図２５）
Ｅ－４．術具ユニットのロック装置（図２６～図３１）
Ｆ．脱着手順
Ｆ－１．アダプタの駆動ユニットへの装着（図３２～図３５）
Ｆ－２．術具ユニットのアダプタへの装着（図３６～図３９）
Ｆ－３．術具ユニットのアダプタからの取り外し（図４０～図４３）
Ｆ－４．アダプタの駆動ユニットからの取り外し（図４４～図４７）
Ｇ．変形例
Ｇ－１．直動伝達機構の本数について
Ｇ－２．ロック装置について
Ｇ－３．アダプタについて
Ｇ－４．アクチュエータについて
Ｇ－５．術具ユニットの識別
Ｇ－６．運用について
Ｈ．効果
Ａ．手術支援システム
図１には、本開示を適用可能な手術支援システム１００の機能的構成例を模式的に示している。図示の手術支援システム１００は、医療用アーム装置１１０と、制御装置１２０と、入力装置１３０で構成される。手術支援システム１００がマスタスレーブ方式の手術用ロボットの場合、入力装置１３０は術者などのオペレータが操作するコントローラ、制御装置１２０はオペレータの操作に基づいてスレーブ装置に対する指令を出力するマスタ装置、医療用アーム１１０はマスタ装置から出力される指令に従って動作するスレーブ装置に相当する。
医療用アーム装置１１０は、例えば多リンク構造からなる多関節アームとそのアームの先端に装着した術具で構成される、「医療用マニピュレータシステム」である。アームは、先端部の位置及び姿勢を決める３以上の自由度を備えている。また、先端の術具は、例えば鉗子であり、回転２自由度と開閉自由度を含む合計３自由度以上の自由度を備えている。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から、小型化のため、術具先端の操作にはワイヤを用いた駆動方式が適用される。但し、術具の詳細な構造については後述に譲る。図１では、医療用アーム装置１１０の機能を抽象化して、リンク間を接続する関節並びに術具の関節を能動関節部１１１と受動関節部１１２の２種類に分類し、且つ、センサ部１１３で構成されるものとする。
能動関節部１１１は、関節を駆動させる回転モータなどのアクチュエータ１１１Ａと、関節に作用するトルクを検出するトルクセンサ１１１Ｂと、関節の回転角を計測するエンコーダ１１１Ｃを備えている。また、受動関節部１１２は、関節角度を計測するエンコーダ１１２Ａを備えている。センサ部１１３は、ＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）や、ロボットアームの先端に取り付けられた医療用器具に作用する接触力を検出する接触センサなど、関節部以外に配置される各種センサを含んでいる。
制御装置１２０は、術者などのオペレータが入力装置１３０を介して入力する指示に基づいて医療用アーム装置１１０の目標動作を生成して、位置制御や力制御などの所定の制御方式に従って医療用アーム装置１１０の駆動を制御する。具体的には、制御装置１２０は、所定の制御方式に従って能動関節部１１１のアクチュエータ１１１Ａの制御量を計算して駆動信号を供給するとともに、トルクセンサ１１１Ｂやエンコーダ１１１Ｃ、センサ部１１３からのセンサ信号に基づいてアクチュエータ１１１Ａをフィードバック制御する。制御装置１２０は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ＵＪｎｉｔ）などのプロセッサ及びそのローカルメモリなどで構成され、プロセッサがローカルメモリにロードした所定のプログラムを実行する。
制御装置１２０と医療用アーム装置１１０間は、電気信号の通信に対応した電気信号ワイヤ、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ワイヤ、あるいは無線で接続されていてもよい。
Ｂ．医療用アーム装置の外観構成
図２には、本開示が適用される医療用アーム装置１１０の外観構成例を示している。図示の医療用アーム装置１１０は、多リンク構造からなるアーム２１０と、そのアーム２０１の遠位端に支持された先端部２２０で構成される。
先端部２２０は、術具ユニット２２１と、術具ユニット２２１を駆動する駆動ユニット２２２を備えている。小型化のため、術具ユニット２２１の操作にはワイヤを用いた駆動方式が適用される。したがって、駆動ユニット２２２内のアクチュエータが発生する駆動力は、ワイヤ（図示しない）を使って術具ユニット２２１に伝達される。術具ユニット２２１が例えば鉗子の場合、回転２自由度と開閉自由度を含む合計３自由度を持つ。また、駆動ユニット２２２は、各自由度に対応した３個のアクチュエータを装備することになる。術具ユニット２２１及び駆動ユニット２２２の駆動機構の詳細については後述する。
本開示では、術具ユニット２２１は交換可能であることを想定している。術具ユニット２２１は、体腔に直接接触することから、使用に先立って滅菌処理を施しておく必要がある。一方、駆動ユニット２２２は滅菌処理に耐え得る構造ではない。このため、術具ユニット２２１を駆動ユニット２２２から分離して滅菌処理を行うようにしている。また、本開示では、術具ユニット２２１を駆動ユニット２２２に装着して駆動させる際などに清潔領域と不潔領域を分離した状態を保つために、直動伝達機構を備えた防滴アダプタを介して術具ユニット２２１を駆動ユニット２２２に装着するように構成されている。図２では図面の簡素化のため防滴アダプタの図示を省略している。防滴アダプタの詳細については後述する。
なお、アーム２１０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、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２１０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）型のアームを用いてもよい。
Ｃ．手術用操作装置の外観構成
本開示に係る、清潔領域と不潔領域を分離して術具と駆動部を接続するアダプタは、医療用アーム装置（図２を参照のこと）だけではなく、術者が手に持って操作する手術用操作装置にも適用することができる。図３には、本開示が適用される手術用操作装置３００の外観構成例を示している。図示の手術用操作装置３００は、ユーザ（術者）が直接手に持って操作するハンドル部３１０と、そのハンドル部３１０の遠位端に支持された先端部３２０で構成される。
先端部３２０は、術具ユニット３２１と、術具ユニット３２１を駆動する駆動ユニット３２２を備えている。小型化のため、術具ユニット３２１の操作にはワイヤを用いた駆動方式が適用される。したがって、駆動ユニット３２２内のアクチュエータが発生する駆動力は、ワイヤ（図示しない）を使って術具ユニット３２１に伝達される。術具ユニット３２１が例えば鉗子の場合、回転２自由度と開閉自由度を含む合計３自由度を持つ。また、駆動ユニット３２２は、各自由度に対応した３個のアクチュエータを装備することになる。術具ユニット３２１及び駆動ユニット３２２の駆動機構の詳細については後述する。
ハンドル部３１０は、例えば、術具ユニット３２１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３１１を備えてもよい。また、ハンドル部３１０は、術具ユニット３２１の開閉操作を指示するための、人差し指で操作可能なボタン３１２を備えてもよい。ハンドル部３１０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３１１やボタン３１２の操作量に応じた術具ユニット３２１の自由度毎の回転角度や開閉角度を演算し、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３２２への制御信号を出力する。
本開示では、術具ユニット３２１は交換可能であることを想定している。術具ユニット３２１は、体腔に直接接触することから、使用に先立って滅菌処理を施しておく必要がある。一方、駆動ユニット３２２は滅菌処理に耐え得る構造ではない。このため、術具ユニット３２１を駆動ユニット３２２から分離して滅菌処理を行うようにしている。また、本開示では、術具ユニット３２１を駆動ユニット３２２に装着して駆動させる際などに清潔領域と不潔領域を分離した状態を保つために、直動伝達機構を備えた防滴アダプタを介して術具ユニット３２１を駆動ユニット３２２に装着するように構成されている。図３では図面の簡素化のため防滴アダプタの図示を省略している。防滴アダプタの詳細については後述する。
Ｄ．術具ユニットの駆動機構
本開示が適用される術具ユニットは、例えば鉗子であり、回転２自由度と開閉自由度を含む合計３自由度以上の自由度を備えており、駆動ユニットで生成される駆動力を用いて駆動する。また、小型化のため、術具ユニットの操作にはワイヤを用いた駆動方式が適用され、駆動ユニットはワイヤを介して術具ユニットを牽引する。この項では、ワイヤ駆動方式による術具ユニットの駆動機構について説明する。
図４には、本開示が適用される術具ユニット４００の構成例を示している。術具ユニット４００は、最先端部に１対の対向するジョー部材からなる開閉機構４０１を備えている。術具ユニット４００は、長手軸を有する中空のシャフト４０２を介して、３個のアクチュエータからなる駆動ユニット４０３と結合している。なお、術具ユニット４００は、シャフト４０２の中間付近に設けられた防滴アダプタ（図示しない）を介して、清潔領域と不潔領域を分離した状態で駆動ユニット４０３と着脱可能となっている。但し、防滴アダプタの構造についてはこの項では説明しない。
術具ユニット４００は、後述するように、シャフト４０２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ＷＥと、リストエレメントＷＥ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。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。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、駆動ユニット４０３は、術具ユニット４００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を備えている。これらのアクチュエータは、図示しないベース部材によってシャフト４０２の後端（近位端）付近に取り付けられている。
図５には、術具ユニット４００の先端部４０１を拡大して示している。また、図６には、術具ユニット４００の自由度構成例を示している。
術具ユニット４００の先端部４０１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。リストエレメントＷＥは根元付近で、シャフト４０２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、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。
駆動ユニット４０３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の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。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。そして、これらのモータＭ１～Ｍ３は、図示しないベース部材によってシャフト４０２の端部（近位端）で支持されている。
リストエレメントＷＥの根元付近には、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４０２内に挿通された第３のワイヤ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のワイヤ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６に示す例では、第３のワイヤは、往路のワイヤＣ３ａと復路のワイヤ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にループさせたワイヤ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、往路のワイヤＣ３ａと復路のワイヤ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で往路のワイヤＣ３ａと復路のワイヤ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。ワイヤＣ３ａとワイヤＣ３ｂからなる第３のワイヤには、撓み防止のために、例えば図４に示すように、ワイヤＣ３ｂ側に予張力（ｐｒｅ－ｔｅｎｓｉｏｎ）を与えるテンションばねＴＳ３が挿入されている。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。
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。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。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のワイヤ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のワイヤ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。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のワイヤ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のワイヤ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。
ここで、第１のワイヤＣ１と第２のワイヤ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のワイヤ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のワイヤ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のワイヤＣ１と第２のワイヤ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のワイヤＣ１と第２のワイヤ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。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。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。但し、スプリングＳＰの実装方法は特に限定されないので、ここでは詳細な説明を省略する。
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のワイヤ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のワイヤ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を開く動作はスプリングＳＰ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ワイヤは不要である。
図５及び図６を参照すると、第１のジョーキャプスタンＪＣ１に取り付けられた第１のワイヤ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のワイヤＣ１は、シャフト４０２内を挿通するとともにシャフト４０２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のワイヤ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のワイヤ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のワイヤ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のワイヤ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５及び図６を参照すると、第２のジョーキャプスタンＪＣ２に取り付けられた第２のワイヤ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のワイヤＣ２は、シャフト４０２内を挿通するとともにシャフト４０２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のワイヤ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のワイヤ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のワイヤＣ２が巻き付けられている。ここで、第２のワイヤＣ２を第２のアイドラプーリＰ２ａに巻き付ける方向は、第１のワイヤ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のワイヤ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。
第１のワイヤＣ１及び第２のワイヤＣ２をシャフト４０２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、第１のワイヤＣ１はシャフト４０２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のワイヤＣ２はシャフト４０２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。
また、図４に示すように、第１のワイヤＣ１と第２のワイヤＣ２は、それぞれ第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に巻き付いた後、テンションばねＴＳ１を介して結合されている。したがって、第１のワイヤＣ１と第２のワイヤ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。
続いて、術具ユニット４００の先端部４０１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：
往路のワイヤＣ３ａ及び復路のワイヤＣ３ｂを含む第３のワイヤは、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。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のワイヤ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。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７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Ｒψ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８及び図９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Ｒθとし、第１のジョー部材Ｊ１の第２軸回りの旋回角度をθg1とし、第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの旋回角度をθg2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Ｒm12とし、第３のモータキャプスタンＭＣ３のプーリ半径をＲm3とし、第１のモータＭ１の回転角度をφm1とし、第２のモータＭ２の回転角度をφm2とし、第３のモータＭ３の回転角度をφm3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（１）～（３）のように表される。
Figure 2022027324000002
Figure 2022027324000003
Figure 2022027324000004
また、第１のジョー部材Ｊ１の第２軸回りの旋回角度θg1と、第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの旋回角度θg2は、それぞれ下式（４）及び（５）のように表される。
Figure 2022027324000005
Figure 2022027324000006
上式（１）～（５）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θg1及びθg12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θg1及びθg12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φm3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φm1、φm2、φm3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。
Ｅ．防滴アダプタを利用した術具装置
上記Ｄ項で説明したように、術具ユニットは、トロッカー経由で体腔内に挿入して使用されることを考慮して、先端を小型化するとともに、アームの近位端に配置した駆動ユニット内のアクチュエータによって生成された駆動力を、中空のシャフト内に挿通されたワイヤ経由で伝達して、術具を作動させるように構成される。
また、術具が体腔に直接接触することから、使用に先立って滅菌処理を施しておく必要があるが、駆動ユニットは滅菌処理に耐え得る構造をしていない。そこで、本開示では、シャフトの中間付近に設けたアダプタを介して、術具ユニットを駆動ユニットから着脱する構造としている。したがって、本開示に係るアダプタを介して、術具ユニットを駆動ユニットから取り外して、滅菌処理を行うことができる。ワイヤなどの直動伝達機構を使って駆動ユニットが術具ユニットを駆動することから、本開示に係るアダプタは、駆動力を直動伝達する構造を備えた接続装置である。
さらに、本開示に係るアダプタは、滅菌処理が施された術具ユニットを装着する際や、先端のジョー部材などの術具を駆動させる間に、清潔領域と不潔領域を分離した状態を保つように、防滴構造を備えている。以上をまとめると、本開示に係るアダプタは、防滴構造及び直動伝達構造を備えた接続装置である。
Ｅ－１．術具装置の全体構成
図１０には、本開示を適用した術具装置１０００の構成例を示している。術具装置１０００は、先端（遠位端）から順に、術具ユニット１００１と、アダプタ１００２と、駆動ユニット１００３で構成される。図１０に示す例では、術具ユニット１００１は、１対のジョー部材などからなるエンドエフェクタと、エンドエフェクタを支持する中空のシャフトで構成され、シャフトの内部にはワイヤなどの直動伝達機構（図示しない）が挿通される。そして、術具ユニット１００１は、シャフトの根元部（又は、近位端）で、アダプタ１００２を介して駆動ユニット１００３に接続されている。また、図１１には、術具装置１０００の分解図を示している。図１１に示す例では、術具ユニット１００１と、アダプタ１００２と、駆動ユニット１００３を、シャフトの長手軸方向に分離して描いている。
アダプタ１００２は、駆動ユニット１００３で生成される駆動力を術具ユニット１００１に伝達する直動伝達構造と、術具ユニット１００１側の清潔領域と、駆動ユニット１００３側の不潔領域を分離した状態を保つための防滴構造を備えている。また、駆動ユニット１００３側の不潔領域を覆う（又は、術具ユニット１００１側の清潔領域を隔離する）ために、ドレープ１００４が使用されている。アダプタ１００２とドレープ１００４は一体、あるいはアダプタ１００２とドレープ１００４の間隙はなく、不潔領域の物質が清潔領域に浸み込んで汚染することはないものとする。術具ユニット１００１は、滅菌処理により複数回再利用可能であってもよい。また、アダプタ１００２とドレープ１００４は１回の手術で使い捨てであってもよい。
Ｅ－２．アダプタの直動伝達構造
図１２には、アダプタ１００２を介して術具ユニット１００１を駆動ユニット１００３に装着した状態での術具装置１０００の断面を示している。また、図１３には、術具ユニット１００１、アダプタ１００２、及び駆動ユニット１００３を分離した状態での術具装置１０００の断面を示している。但し、シャフトの長手軸と平行な面で切断した断面とする。図１２及び図１３を参照しながら、アダプタ１００２の直動伝達構造について説明する。なお、上記Ｄ項では、シャフト内には４本のワイヤ（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３ａ及びＣ３ｂ）を挿通させて術具を駆動する構成例について説明したが、以下では図面の錯綜を防ぐために、ワイヤの本数を２本にして説明する。実際に使用するワイヤ本数に応じて同様の直動伝達構造を追加すればよい。
ワイヤ毎に、駆動ユニット１００３内の対応するアクチュエータによって長手方向に動作するリニアシャフトＡと、リニアシャフトＡに対応するアダプタ１００２内のリニアシャフトＢと、リニアシャフトＢに対応する術具ユニット１００１内のリニアシャフトＣが配設される。リニアシャフトＣの先端は、対応するワイヤの端部と結合している。術具ユニット１００１は、後端（又は、近位端）のアダプタ１００２との接合部分にロック装置を備えている。ロック装置は、リニアシャフトＣの位置を固定し、且つ固定を解除する機能を備えている。ロック装置の詳細については後にＥ－４項で詳細に説明する。
図１２に示すように、駆動ユニット１００３にアダプタ１００２を取り付けると、リニアシャフトＡの先端の突起部とリニアシャフトＢの後端の受容部が結合し、アダプタ１００２に術具ユニット１００１を取り付けると、リニアシャフトＢの先端の受容部とリニアシャフトＣの後端の突起部が結合する。したがって、アダプタ１００２を介して術具ユニット１００１を駆動ユニット１００３に装着した状態では、リニアシャフトＡ～Ｃは一体となってシャフトの長手軸方向に駆動される。駆動ユニット１００３内のアクチュエータを駆動すると、リニアシャフトＡ～Ｃを通じて、対応するワイヤに牽引力を直動伝達することができる。なお、術具ユニット１００１、アダプタ１００２、及び駆動ユニット１００３の脱着手順の詳細については、後に詳細に説明する。
図１４には、装着直後すなわち術具ユニット１００１と駆動ユニット１００３を装着した状態でのアダプタ１００２付近の断面を拡大して示している。図示の断面上には、２個のアクチュエータ１４０１及び１４０２が示されている。各アクチュエータ１４０１及び１４０２の出力軸にはリニアシャフトＡがそれぞれ取り付けられている。そして、駆動ユニット１００３にアダプタ１００２を取り付けると、リニアシャフトＡの先端とリニアシャフトＢの後端が結合し、アダプタ１００２に術具ユニット１００１を取り付けると、リニアシャフトＢの先端とリニアシャフトＣの後端が結合する。リニアシャフトＡとリニアシャフトＢの結合方法、及びリニアシャフトＢとリニアシャフトＣの結合方法については、後のＦ項で詳細に説明する。
図１５には、動作時すなわち駆動ユニット１００３内のアクチュエータ１４０１及び１４０２を駆動させたときのアダプタ１００２付近の断面を拡大して示している。図１５に示す例では、紙面上側のアクチュエータ１４０１は、先端（又は遠位端）に向かって進出動作しており、この駆動力がリニアシャフトＡ～Ｃを介して術具ユニット１００１側のワイヤに直動伝達される。また、紙面下側のアクチュエータ１４０２は、後方（又は近位端）に向かって後退動作しており、この駆動力がリニアシャフトＡ～Ｃを介して術具ユニット１００１側のワイヤに直動伝達される。
図１２～図１５を参照しながら、術具装置１０００の駆動時における駆動ユニット１００３、アダプタ１００２、及び術具ユニット１００１の各部の動作や役割について説明する。
駆動ユニットについて：
駆動ユニット１００３は、アクチュエータを駆動して、リニアシャフトＡを長手軸に沿って前後に移動させることができる。前方への移動は、リニアシャフトＡを先端（又は、遠位端）に向かって進出させることに相当し、後方への移動は、リニアシャフトＡを末端（又は、近位端）に向かって後退させることに相当する。アクチュエータは、リニアエンコーダなど、リニアシャフトＡの現在位置を検出できるセンサを備えていることが好ましい。
駆動ユニット１００３は、医療用アーム装置１１０のアーム２１０の先端に結合され（図１及び図２を参照のこと）、マスタなどの制御装置１２０からの制御信号に基づいてアクチュエータを動作させる場合や、術者が手に持って操作する手術用操作装置３００の先端に結合され（図３を参照のこと）、術者がハンドル部３１０に対して行った操作に基づいてアクチュエータを動作させる場合などがある。
アダプタ：
アダプタ１００２は、駆動ユニット１００３が生成する駆動力、言い換えればリニアシャフトＡの長手軸方向の運動を術具ユニット１００１に伝達するための直動伝達部として、リニアシャフトＢを備えている。リニアシャフトＢは、後端部でリニアシャフトＡの先端と結合するとともに、先端部でリニアシャフトＣの後端部と結合している。したがって、駆動ユニット１００３側でアクチュエータを駆動してリニアシャフトＡが長手軸方向に沿って前後に移動すると、リニアシャフトＢがこれに追従して長手軸方向の前後に移動し、その結果、術具ユニット１００１のリニアシャフトＣも長手軸方向の前後に移動するので、駆動ユニット１００３内のアクチュエータの駆動力がアダプタ１００２を介して術具ユニット１００１に直動伝達される。
術具ユニット１００１は使用に先立って滅菌処理が施される清潔領域であるのに対して、駆動ユニット１００３は滅菌処理できない不潔領域であり、アダプタ１００２は、清潔領域と不潔領域を分離する役割を持つ。アダプタ１００２は、直動伝達部としてのリニアシャフトＢが長手軸方向の前後に移動する際に、清潔領域と不潔領域が交錯しないように分離する構造を備えている。アダプタ１００２の分離構造については次のＥ－３項で詳細に説明する。
術具ユニット：
リニアシャフトＣの先端は、ジョー部材などのエンドエフェクタを牽引するワイヤ（上記Ｄ項を参照のこと）と結合している。したがって、リニアシャフトＣは、アダプタ１００２の直動伝達部としてのリニアシャフトＢによって長手軸方向の前後に移動して、ワイヤを牽引することにより、ジョー部材の開閉動作や手首の旋回動作などのエンドエフェクタの動作を実現することができる。
Ｅ－３．アダプタの防滴構造
図１６及び図１７には、アダプタ１００２を長手軸方向に平行な面で切断した断面を斜視して示している。図１６には各リニアシャフトＢが装着直後の初期位置の状態を示し、図１７には各リニアシャフトＢが動作した状態（上側のリニアシャフトＢが先端（遠位端側）に向かって進行し、下側のリニアシャフトＢが後方（近位端側）に後退した状態）を示している。
アダプタ１００２本体は、長手軸方向を高さ方向とするほぼ円柱の形状をし、直動伝達機構の数に応じた本数のリニアシャフトＢを挿通させる貫通穴１６１１が長手軸方向に穿設されている。但し、図１６及び図１７では、図面の錯綜を防ぐために、リニアシャフトＢとリニアシャフトＢを挿通する貫通穴１６１１を２本だけ図示している。また、アダプタ１００２本体の円柱の中央付近には、外周方向にリブ１６１２が形成されている。図１２～図１５から分かるように、アダプタ１００２本体の円柱の一方は駆動ユニット１００３に受容され、他方は術具ユニット１００１に受容される。リブ１６１２は、円柱の両側から挿入した駆動ユニット１００３及び術具ユニット１００２をそれぞれ係止する位置に相当する。リブ１６１２の両側面には、当接した駆動ユニット１００３及び術具ユニット１００２に対して反力を加えるばね（図１６及び図１７には図示しない）が取り付けられている。
各リニアシャフトＢには、１対の筒状の弾性体（本実施形態ではシールドゴム）１６０１及び１６０２が取り付けられている。図１６の上段には、シールドゴム１６０１及び１６０２の外観および断面を拡大して示している。各シールドゴム１６０１及び１６０２は、フランジ型（又は、外観がシルクハットの形状に似た）の２つ折り構造のシールドゴムで構成される。図１６の下段に示すように、各シールドゴム弾性体１６０１及び１６０２は、リニアシャフトＢの外周面に沿った後、外向きに折り返すと、貫通穴の１６１１の内周面に沿う。リニアシャフトＢの長手軸方向の移動に伴って、各シールドゴム１６０１及び１６０２は、無給油で低摩擦に滑らかに、折り返し長を変化させながら転がり変形（ローリング）することができる。
図１６に示すように、シールドゴム１６０１とシールドゴム１６０２は、互いの「シルクハット」のつばに相当する端部を向き合わせるように対称的に配置されている。リニアシャフトＢでシールドゴム１６０１とシールドゴム１６０２の両端を繋ぐことで、密閉された空気室を持つ構造となる。したがって、リニアシャフトＢの先端側（又は、遠位端側）の清潔領域と後端側（又は、近位端側）の不潔領域は、完全に分離されている。
図１８には、２本のリニアシャフトＢが装着直後の初期位置の状態、図１９には、上のリニアシャフトＢが後方（近位端側）に後退するとともに下のリニアシャフトＢが先端（遠位端側）に進出した状態、図２０には、上のリニアシャフトＢが先端（遠位端側）に進出するとともに下のリニアシャフトＢが後方（近位端側）に後退した状態のアダプタ１００２の断面をそれぞれ示している。図１８～図２０を参照すると、いずれの状態でも、リニアシャフトＢの先端側（又は、遠位端側）の清潔領域と後端側（又は、近位端側）の不潔領域は１対のシールドゴム１６０１及び１６０２で仕切られた空気室を介して完全に分離されており、領域の交錯により清潔領域が汚染されることはない。
所定の可動範囲内であれば、リニアシャフトＢの長手軸方向の位置に関わらず、空気室の体積を一定に保つことができる。図１８～図２０に示すように、リニアシャフトＢが先端（遠位端側）に進出し又は後方（近位端側）に後退する直動動作に伴い、シールドゴム１６０１及び１６０２は滑らかに転がり変形（ローリング）して、折り目の位置を長手軸方向に移動させて、リニアシャフトＢの現在位置に応じて「シルクハット」のクラウンの高さを変化させる。シールドゴム１６０１及び１６０２は、このような転がり変形に伴い、復元力のような反力は生じない。各シールドゴム１６０１及び１６０２が滑らかに転がり変形することで、リニアシャフトＢを無給油で低摩擦に支持することができる。
図２１～図２３には、リニアシャフトＢの長手軸方向の移動に伴う空気室の変化を示している。但し、各図において、空気室内をドットで塗り潰している。図２１には、リニアシャフトＢが先端（遠位端側）に進出した状態、図２２には、リニアシャフトＢが初期位置の状態、図２３には、リニアシャフトＢが後方（近位端側）に後退した状態を示している。
空気室には、シールドゴム１６０１及び１６０２が突っ張る程度の予圧が加えられている。図２１～図２３に示すようにリニアシャフトＢが長手軸方向に移動する間、空気室の体積は常に一定である。したがって、リニアシャフトＢが長手軸方向に移動するときに、空気室の加減圧による抵抗は発生しない。また、リニアシャフトＢと貫通穴１６１１の間に滑り軸受のような摺動部はなく、一対のシールドゴム１６０１及び１６０２の間隙に形成された空気室によって術具ユニット１００１側と駆動ユニット１００３側は完全に分離されるので、完全な防滴構造を実現することができる。また、リニアシャフトＢを貫通穴１６１１に挿通させるために、厳しいはめあい公差は要求されないので、アダプタ１００２を安価に製作することができる。
図２１～図２３からも分かるように、アダプタ１００２における防滴構造は、１対の向かい合うシールドゴム１６０１及び１６０２を使って実現することができる。図１６の上段に示したような、フランジ型の２つ折り構造のシールドゴム１６０１及び１６０２は、簡単な形状であり、小型化が容易で、量産によりコストを低減することが可能である。シールドゴム１６０１及び１６０２は、「ローリングダイヤフラム」と呼ぶこともできる。
図２４には、アダプタ１００２の外観構成例を示している。アダプタ１００２は、長手軸方向を高さとするほぼ円柱の形状をしており、円柱の各端面は術具ユニット１００１及び駆動ユニット１００３とそれぞれ接合する。また、アダプタ１００２の各端面からは、直動伝達機構を構成する各リニアシャフトＢが出没する。
アダプタ１００２の側面には、先端側（又は、遠位端側）と後端側（又は、近位端側）にそれぞれガイドピン２４０１及び２４０２が１個ずつ突設されている。各ガイドピン２４０１及び２４０２は、術具ユニット１００１及び駆動ユニット１００３に取り付ける際に操作方向を案内する役割を持つが、詳細については後述する。
また、アダプタ１００２の先端側（又は、遠位端側）の端面には、長手軸回りに１８０度だけ異なる位置に２つの凸部２４０３及び２４０４が突設されている。これらの凸部２４０３及び２４０４は、術具ユニット１００１をアダプタ１００２に装着した際の、ロック装置の回転範囲を規制するが、詳細については次のＥ－４項で説明する。
図２５には、リニアシャフトＣの後端部分の形状と、リニアシャフトＢの先端部分の形状をそれぞれ示している。図示を省略するが、リニアシャフトＡノンタン部分の形状はリニアシャフトＣの後端部分と同じ形状であり、また、リニアシャフトＢの後端部分の形状も同じであるものとする。リニアシャフトＣは後端に突起（以下、「引掛けピン」とも呼ぶ）を持っている。同様に、リニアシャフトＡは先端に引掛けピンを持っている。リニアシャフトＡ及びリニアシャフトＣの引掛けピンは、ほぼ同一の形状及び同一の寸法で形成されている。一方、リニアシャフトＢの先端部分及び後端部分は、図２５に示すようにそれぞれ凹み部（以下、「引掛け溝」とも呼ぶ）を持つ。リニアシャフトＢの両端の引掛け溝は、リニアシャフトＡ及びリニアシャフトＣの引掛けピンを受け容れる開口部と、開口部から侵入した引掛けピンを係止するＵ字形状の切り欠き部を有している。リニアシャフトＡとリニアシャフトＢ間で引掛けピンと引掛け溝同士を結合及び分離する仕組み、及びリニアシャフトＣとリニアシャフトＢ間で引掛けピンと引掛け溝同士を結合及び分離する仕組みについては、後のＦ項でアダプタ１００２と駆動ユニット１００３間の脱着手順、並びに術具ユニット１００１とアダプタ１００２との脱着手順とともに説明する。
Ｅ－４．術具ユニットのロック装置
上述したように、術具ユニット１００１内には、先端（ジョー部材など）を駆動する各ワイヤに対応するリニアシャフトＣが長手軸方向に沿って配置され、各リニアシャフトＣは、それぞれ対応するワイヤの端部と結合している。術具ユニット１００１は、リニアシャフトＣの位置を固定（ロックをオン）し、且つ固定を解除（ロックをオフ）するロック装置を備えている。
ロック装置は、術具ユニット１００１のアダプタ１００２への接続が完了していないときはロックオン状態となってリニアシャフトＣを固定（又は、リニアシャフトＣの動作を制限）することと、ロックオフの状態では術具ユニット１００１からアダプタ１００２を取り外すことができないようにすることを主な役割とする。この項では、ロック装置について詳細に説明する。
図２６には、ロック装置２６００の外観（正面、側面、背面、及び立体視）を示している。ロック装置２６００は、術具ユニット１００１の後端（又は、近位端側）の、アダプタ１００２を受容する筒状の受容部の内部に、内周に沿って長手軸回りに回転可能となるように取り付けられる。ロック装置２６００は、底面２６０１が開口部を持つ、底が抜けたコップのような形状をしている。底面２６０１は、段差が形成されたロック爪２６０２と、開口半径が拡張された解放部２６０３を持つ。また、ロック装置２６００の外周には、ロックをオンオフ操作するための操作子２６０４が突設されている。術者などのユーザは、操作子２６０４を使ってロック装置２６００を長手軸回りに回転操作してロック爪２６０２や解放部２６０３の回転位置を変更することによって、ロックのオンオフ操作を行うことができる。
また、ロック装置２６００は、コップ形状の縁に相当する端部には凹凸形状が形成されており、長手軸回りに１８０度だけ異なる位置に２つの凹部２６０５及び２６０６を有する。これらの凹部２６０５及び２６０６は、アダプタ１００２に装着した際に、アダプタ１００２の先端側（又は、遠位端側）の端面に突設された２つの凸部２４０３及び２４０４が挿入され、ロック装置２６００を長手軸回りに回転範囲を決める役割を持つ。
図２７及び図２８には、ロックオフ状態のロック装置２６００の外観構成を、動作制限の対象となるリニアシャフトＣとともに示している。但し、図２７は、術具ユニット１００１の後端（又は、近位端側）からロック装置２６００を斜視した様子を示し、図２８は、術具ユニット１００１の先端（又は、遠位端側）からロック装置２６００を斜視した様子を示している。術具ユニット１００１の後端の筒状の受容部２７０１は、円周方向に沿って線状の溝２７０２が穿設されている。ロック装置２６００の外周に突設された操作子２６０４は、この溝２７０２を介して受容部２７０１から外界に露出している。術者などのユーザは、操作子２６０４を使ってロック装置２６００を長手軸回りに回転操作することができる。図２７及び図２８に示すロック装置２６００の回転位置では、２本のリニアシャフトＣの後端は開口半径が拡張された解放部２６０３に位置するので、リニアシャフトＣの動作は制限されない。したがって、図２７及び図２８に示すロック装置２６００の回転位置は、ロックのオフ状態、又はアンロック位置と言うことができる。
図２９及び図３０には、ロックオン状態のロック装置２６００の外観構成を示している。但し、図２９は、術具ユニット１００１の後端（又は、近位端側）からロック装置２６００を斜視した様子を示し、図３０は、術具ユニット１００１の先端（又は、遠位端側）からロック装置２６００を斜視した様子を示している。また、図３１は、ロックオン状態のロック装置２６００の断面を示している。上述したように、術者などのユーザは、操作子２６０４を使ってロック装置２６００を長手軸回りに回転操作することができる。図２９及び図３０に示すロック装置２６００の回転位置では、２本のリニアシャフトＣの後端は段差が形成されたロック爪２６０２に当接している。図３１を参照すると、リニアシャフトＣの後端は、引掛けピンの手前にくびれ部３１０１が形成されている。そして、図２９及び図３０に示すロック装置２６００の回転位置では、ロック爪２６０２がくびれ部３１０１を係止することで、リニアシャフトＣを固定（又は、リニアシャフトＣの動作を制限）する。したがって、図２９及び図３０に示すロック装置２６００の回転位置は、ロックのオン状態、又はロック位置と言うことができる。リニアシャフトＣが固定されると、リニアシャフトＣに結合しているワイヤも長手軸方向に移動できなくなるので、ジョー部材などのエンドエフェクタの動作が制限される。
再び図２６を参照すると、ロック装置２６００の、コップ形状の縁に相当する端部には凹凸形状が形成されており、長手軸回りに１８０度だけ異なる位置に２つの凹部２６０５及び２６０６を有する。一方、図２４を再び参照すると、アダプタ１００２の先端側（又は、遠位端側）の端面には、長手軸回りに１８０度だけ異なる位置に２つの凸部２４０３及び２４０４が突設されている。
アダプタ１００２の２つの凸部２４０３及び２４０４がそれぞれロック装置２６００の２つの凹部２６０５及び２６０６に収容される相対的な回転位置で、術具ユニット１００１をアダプタ１００２に装着することができる。ロック層２６００を長手軸回りに回転させていくと、アダプタ１００２側の２つの凸部２４０３及び２４０４がそれぞれロック装置２６００の各凹部２６０５及び２６０６の終端にぶつかって回転が規制される。すなわち、各凸部２４０３及び２４０４がそれぞれ凹部２６０５及び２６０６に収まる範囲で、ロック装置２６００を長手軸回りに回転操作することができる。
続いて、術具ユニット１００１のアダプタ１００２への取り付け操作と、ロック装置２６００のロックのオンオフ切り替えとの関係について説明する。
図２７や図２９を参照すると、術具ユニット１００１の筒状の受容部２７０１には、後端の縁から長手軸方向に進行した後に直角に曲がって円周方向に進行する、Ｌ字形状をした線状のＬ字溝２７０３が穿設されている。このＬ字溝２７０３は、Ｌ字の足のつま先に、長手軸方向に屈曲したロック溝を備えている。また、図２４を再び参照すると、アダプタ１００２の先端側（又は、遠位端側）の側面には、ガイドピン２４０１が突設されている。
アダプタ１００２側のガイドピン２４０１を、術具ユニット１００１側の受容部２７０１のＬ字溝２７０３の入り口に位置合わせして、ガイドピン２４０１がＬ字溝２７０３のＬ字形状に沿うように、術具ユニット１００１をまず長手軸方向にアダプタ１００２に差し込み、Ｌ字形状の屈曲部分に到達すると、次いで術具ユニット１００１を長手軸回りに４５度程度回転させる。そして、Ｌ字溝２７０３のＬ字形状の足のつま先に到達すると、最後はリブ１６１２の側面に取り付けられたばね（前述）の反力を利用してガイドピン２４０１をＬ字溝２７０３の最奥部のロック溝に押し込むことによって、術具ユニット１００１をアダプタ１００２に装着することができる。
アダプタ１００２のガイドピン２４０１をＬ字形状のＬ字溝２７０３に収めた状態で、ロック装置２６００をロックのオフ状態にすると、リニアシャフトＣの動作制限が解除されるとともに、アダプタ１００２のガイドピン２４０１はロックされて、術具ユニット１００１の取り外しが制限される。
但し、術具ユニット１００１とアダプタ１００２の脱着手順については、次のＦ項で詳細に説明する。
なお、術具ユニット１００１をアダプタ１００２に装着しない単体の状態で、ロック装置２６００のロックをオンにすると、術具ユニット１００１内のワイヤの予張力によりロック装置２６００が押え付けられる。したがって、ロック装置２６００が不意に外れるリスクは少ない。
Ｆ．脱着手順
滅菌処理した術具ユニット１００１を使用する場合、まず駆動ユニット１００３にアダプタ１００２を装着し、次いでアダプタ１００２に術具ユニット１００１を装着するという順番で、装着が行われる。一方、使用後の術具ユニット１００１を交換する場合、まず、術具ユニット１００１をアダプタ１００２から取り外し、次いでアダプタ１００２を駆動ユニット１００３から取り外すという順番で、取り外しが行われる。
Ｆ－１．アダプタの駆動ユニットへの装着
駆動ユニット１００３にアダプタ１００２を装着する手順について、図３２～図３５を参照しながら説明する。
まず、駆動ユニット１００３においてアクチュエータを駆動して、すべてのリニアシャフトＡを脱着位置で静止させる（図３２を参照のこと）。リニアシャフトＡの脱着位置は、駆動ユニット１００３にアダプタ１００２を装着する際に、対応するリニアシャフトＡとリニアシャフトＢの端部同士が適切に結合するための、リニアシャフトＡの長手軸方向の基準位置であり、あらかじめ定義されているものとする。
図３３の左側に拡大して示しているように、駆動ユニット１００３は、先端部に、アダプタ１００２を受容する筒状の受容部３３０１を備えている。術具ユニット１００１の受容部２７０１と同様に（前述）、受容部３３０１は、後端の縁から長手軸方向に進行した後に直角に曲がって円周方向に進行する、Ｌ字形状をした線状のＬ字溝３３０２が穿設されている。このＬ字溝３３０２は、Ｌ字の足のつま先に、長手軸方向に屈曲したロック溝を備えている。また、図２４を再び参照すると、アダプタ１００２の後端側（又は、近位端側）の側面には、ガイドピン２４０２が突設されている。
アダプタ１００２側のガイドピン２４０２を、駆動ユニット１００３側の受容部３３０２のＬ字形状のＬ字溝３３０２の入り口に位置合わせして、ガイドピン２４０２をＬ字溝３３０２に差し込んで、ガイドピン２４０２がＬ字溝３３０２のＬ字形状に沿うように長手軸方向にアダプタ１００２を受容部３３０１に差し込む（図３３を参照のこと）。
ガイドピン２４０２がＬ字溝３３０２のＬ字形状の屈曲部分に到達すると、次いで、アダプタ１００２を駆動ユニット１００３に対して長手軸回りに４５度程度回転させる（図３４を参照のこと）。ガイドピン２４０２がＬ字溝３３０２のＬ字形状の屈曲部分に到達した位置で、駆動ユニット１００３側の受容部３３０１の先端縁がアダプタ１００２のリブ１６１２にちょうど当接する。図２５を参照しながら説明したように、リニアシャフトＡの先端には引掛けピンが形成され、リニアシャフトＢの後端は引掛け溝が形成されている。引掛け溝は、引掛けピンを受け容れる開口部と、開口部から侵入した引掛けピンを係止するＵ字形状の切り欠き部を有している。ガイドピン２４０２がＬ字溝３３０２のＬ字形状の屈曲部分に到達すると、引掛けピンと引掛け溝がちょうど重なり合う位置になり、且つ、引掛け溝の開口部は引掛けピンの方を向いている。そして、アダプタ１００２が駆動ユニット１００３に対して長手軸回りに４５度程度回転する過程で、リニアシャフトＡの先端の引掛けピンがリニアシャフトＢの引掛け溝の開口部に収容され且つＵ字形状の切り欠き部に引っ掛かることで（図３４の左側を参照のこと）、リニアシャフトＢがリニアシャフトＡと結合する。ガイドピン２４０２がＬ字溝３３０２に沿うようにアダプタ１００２を駆動ユニット１００３側の受容部３３０１に装着すると、リニアシャフトＢの後端の引掛け溝の切り欠き部に引っ掛かる経路をたどるようにリニアシャフトＡの先端の引掛けピンを誘導することができる。
そして、Ｌ字溝３３０２のＬ字形状の足のつま先に到達すると、最後はリブ１６１２の側面に取り付けられたばねの反力を利用してガイドピン２４０２をＬ字溝３３０２の最奥部のロック溝に押し込むことによって、ガイドピン２４０２をロックして、アダプタ１００２を駆動ユニット１００３に装着することができる（図３５を参照のこと）。アダプタ１００２のガイドピン２４０２がロックされているので、アダプタ１００２の駆動ユニット１００３からの取り外しが制限される。
Ｆ－２．術具ユニットのアダプタへの装着
アダプタ１００２に術具ユニット１００１を装着する手順について、図３６～図３９を参照しながら説明する。
術具ユニット１００１のアダプタ１００２への装着は、上記Ｆ－１項で説明した手順に従ってアダプタ１００２の術具ユニット１００３への装着が完了した後に実施される。したがって、この時点では、アダプタ１００２の各リニアシャフトＢは、駆動ユニット１００３側のそれぞれ対応するリニアシャフトＡと結合した状態である。
まず、駆動ユニット１００３においてアクチュエータを駆動して、リニアシャフトＡに結合しているリニアシャフトＢを、脱着位置で静止させる（図３６を参照のこと）。リニアシャフトＢの脱着位置は、駆動ユニット１００３にアダプタ１００２を装着し、さらにアダプタ１００２に術具ユニット１００１を装着する際に、対応するリニアシャフトＢとリニアシャフトＣの端部同士が適切に結合するための、リニアシャフトＢの長手軸方向の基準位置である。リニアシャフトＡを脱着位置に設定すると、これに結合するリニアシャフトＢも自ずと脱着位置に設定されるものとする。
既に説明したように、術具ユニット１００１の筒状の受容部２７０１には、後端の縁から長手軸方向に進行した後に直角に曲がって円周方向に進行する、Ｌ字形状をした線状のＬ字溝２７０３が穿設されている。このＬ字溝２７０３は、Ｌ字の足のつま先に、長手軸方向に屈曲したロック溝を備えている（図２７及び図２９を参照のこと）。また、アダプタ１００２の先端側（又は、遠位端側）の側面には、ガイドピン２４０１が突設されている（図２４を参照のこと）。
術具ユニット１００１のロック装置２６００のロックをオンにして、術具ユニット１００１側の受容部２７０１のＬ字溝２７０３の入り口を、アダプタ１００２側のガイドピン２４０１に位置合わせして、ガイドピン２４０１をＬ字溝２７０３に差し込んで、ガイドピン２４０１がＬ字溝２７０３のＬ字形状に沿うようにアダプタ１００２を受容部２７０１に長手軸方向に差し込む（図３７を参照のこと）。
ガイドピン２４０１がＬ字溝２７０３のＬ字形状の屈曲部分に到達すると、次いで、術具ユニット１００１をアダプタ１００２に対して長手軸回りに４５度程度回転させる。ガイドピン２４０１がＬ字溝２７０３のＬ字形状の屈曲部分に到達した位置で、術具ユニット１００１側の受容部２７０１の後端縁がアダプタ１００２のリブ１６１２にちょうど当接する。図２５を参照しながら説明したように、リニアシャフトＣの後端には引掛けピンが形成され、リニアシャフトＢの先端は引掛け溝が形成されている。引掛け溝は、引掛けピンを受け容れる開口部と、開口部から侵入した引掛けピンを係止するＵ字形状の切り欠き部を有している。ガイドピン２４０１がＬ字溝２７０３のＬ字形状の屈曲部分に到達すると、引掛けピンと引掛け溝がちょうど重なり合う位置になり、且つ、引掛け溝の開口部は引掛けピンの方を向いている。そして、術具ユニット１１０１がアダプタ１００２に対して長手軸回りに４５度程度回転する過程で、リニアシャフトＣの後端の引掛けピンがリニアシャフトＢの引掛け溝の開口部に収容され且つＵ字形状の切り欠き部に引っ掛かることで（図３８の左側を参照のこと）、リニアシャフトＣがリニアシャフトＢと結合する。ガイドピン２４０１がＬ字溝２７０３に沿うように術具ユニット１００１の受容部２７０１をアダプタ１００２に装着すると、リニアシャフトＢの先端の引掛け溝の切り欠き部に引っ掛かる経路をたどるようにリニアシャフトＣの後端の引掛けピンを誘導することができる。
そして、Ｌ字溝２７０３のＬ字形状の足のつま先に到達すると、最後はリブ１６１２の側面に取り付けられたばねの反力を利用してガイドピン２４０１をＬ字溝２７０３の最奥部のロック溝に押し込むことによって、ガイドピン２４０１をロックして、術具ユニット１００１をアダプタ１００２に装着することができる（図３８を参照のこと）。アダプタ１００２のガイドピン２６０１がロックされているので、術具ユニット１００１のアダプタ１００２からの取り外しが制限される。
このようにして、術具ユニット１００１へアダプタ１００２への装着が完了すると、ロック装置２６００の外周に突設された操作子２６０４を、受容部２７０１の円周方向の溝２７０２に沿って操作することによって、術具ユニット１００１のロック装置２６００のロックをオフ状態にして、リニアシャフトＣの動作制限を解除する（図３９を参照のこと）。その結果、直動伝達部としてのアダプタ１００２のリニアシャフトＢを介して、駆動ユニット１００３が術具ユニット１００１のエンドエフェクタを駆動できる動作可能な状態になる。また、ロック装置２６００がロックオフ状態になる代わりに、アダプタ１００２のガイドピン２４０１及び２４０２はともにばねの反力によってロックされているので、術具ユニット１００１及びアダプタ１００２の取り外しが制限される。
Ｆ－３．術具ユニットのアダプタからの取り外し
アダプタ１００２から術具ユニット１００１を取り外す手順について、図４０～図４３を参照しながら説明する。
術具ユニット１００１、アダプタ１００２、及び駆動ユニット１００３は、上記Ｆ－１項及びＦ－２項で説明した手順に従って装着が完了した状態である。したがって、この時点では、対応するリニアシャフトＡ～Ｃ同士が結合した状態である。
まず、駆動ユニット１００３においてアクチュエータを駆動して、駆動ユニット１００３、アダプタ１００２、及び術具ユニット１００１に亘って結合している各リニアシャフトＡ～Ｃの組を、それぞれ脱着位置で静止させる（図４０を参照のこと）。
この時点では、術具ユニット１００１のロック装置２６００のロックはオフ状態である。まず、操作子２６０４を使ってロック装置２６００を長手軸回りに逆方向に回転操作して、ロックオン状態に切り替えて、リニアシャフトＣを固定する（図４１を参照のこと）。また、ガイドピン２４０１は術具ユニット１００１側の受容部２７０１のＬ字溝２７０３の最奥部のロック溝に押し込まれてロック状態にあるので、ガイドピン２４０１のロック状態を解除する。ガイドピン２４０１は、リブ１６１２の側面に取り付けられたばねの反力でロック溝に押し込まれているので、一旦術具ユニット１００１をアダプタ１００２に向かって押し込むことで、ガイドピン２４０１をロック溝から取り出すことができ、さらにアダプタ１００２を長手軸回りに逆回転させることで、ガイドピン２４０１のロックを解除することができる。
次いで、術具ユニット１００１をアダプタ１００２に対して長手軸回りに４５度程度、装着時とは逆方向に回転させる。この４５度程度の逆回転の過程で、リニアシャフトＣの後端の引掛けピンはリニアシャフトＢの先端の引掛け溝から解放され、リニアシャフトＢとリニアシャフトＣは分離する（図４２を参照のこと）。
術具ユニット１００１をアダプタ１００２に対して長手軸回りに逆回転させて、ガイドピン２４０１がＬ字溝２７０３のＬ字形状の屈曲部分に到達すると、次いで、ガイドピン２４０１がＬ字溝２７０３のＬ字形状に沿うように、術具ユニット１００１をアダプタ１００２から長手方向に引っ張る。そして、アダプタ１００２側のガイドピン２４０１が、術具ユニット１００１側の受容部２７０１のＬ字溝２７０３の入り口から出ると、術具ユニット１００１のアダプタ１００２からの取り外しが完了する（図４３を参照のこと）。
Ｆ－４．アダプタの駆動ユニットからの取り外し
駆動ユニット１００３からアダプタ１００２を取り外す手順について、図４４～図４７を参照しながら説明する。
アダプタ１００２の駆動ユニット１００３からの取り外しは、上記Ｆ－３項で説明した手順に従って、術具ユニット１００１をアダプタ１００２から取り外したのちに実施される。したがって、アダプタ１００２の各リニアシャフトＢは、駆動ユニット１００３側のそれぞれ対応するリニアシャフトＡと結合した状態である。
まず、駆動ユニット１００３においてアクチュエータを駆動して、リニアシャフトＡに結合しているリニアシャフトＢを、脱着位置で静止させる（図４４を参照のこと）。
この時点では、ガイドピン２４０２は駆動ユニット１００３側の受容部３３０１のＬ字溝３３０２の最奥部のロック溝に押し込まれてロック状態にあるので、ガイドピン２４０２のロック状態を解除する。ガイドピン２４０１は、リブ１６１２の側面に取り付けられたばねの反力でロック溝に押し込まれているので、一旦アダプタ１００２を駆動ユニット１００３に向かって押し込むことで、ガイドピン２４０２をロック溝から取り出すことができる（図４５を参照のこと）。
次いで、アダプタ１００２を駆動ユニット１００３に対して長手軸回りに４５度程度、装着時とは逆方向に回転させる（図４６を参照のこと）。この４５度程度の逆回転の過程で、リニアシャフトＡの先端の引掛けピンはリニアシャフトＢの後端の引掛け溝から解放され、リニアシャフトＡとリニアシャフトＢは分離する。
アダプタ１００２を駆動ユニット１００３に対して長手軸回りに逆回転させて、ガイドピン２４０２がＬ字溝３３０２のＬ字形状の屈曲部分に到達すると、次いで、ガイドピン２４０２がＬ字溝３３０２のＬ字形状に沿うように、術具ユニット１００１をアダプタ１００２から長手方向に引っ張る。そして、アダプタ１００２側のガイドピン２４０２が、駆動ユニット１００３側の受容部３３０１のＬ字溝３３０２の入り口から出ると、アダプタ１００２の駆動ユニット１００３からの取り外しが完了する（図４７を参照のこと）。
Ｇ．変形例
この項では、術具装置１０００に関する変形例について説明する。
Ｇ－１．直動伝達機構の本数について
図１２～図４７では、図面の錯綜を防ぐために、ワイヤ（又は、直動伝達機構）の本数を２本に限定して説明したが、実際に使用するワイヤ本数に応じて同様の直動伝達構造を追加することができる。例えば上記Ｄ項（図４～図９を参照のこと）では、４本のワイヤ（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３ａ及びＣ３ｂ）を挿通させて術具を駆動する構成例について説明したが、各ワイヤに対応する合計で４本の直動伝達部を備えても、防滴構造を備えたアダプタを製作して、清潔領域の術具ユニットと不潔領域の駆動ユニットの分離を実現することができる。
Ｇ－２．ロック装置について
図１２～図４７に示した実施形態では、駆動ユニット１００３のリニアシャフトＡは長手軸方向に両方向に動作することを想定しているが、先端側からリニアシャフトＡを引っ張る方向にしか動作しないことを想定する場合には、術具ユニット１００１と同様に、未使用時にリニアシャフトＡを固定するロック装置を備えていてもよい。
Ｇ－３．アダプタについて
シールドゴム１６０１及び１６０２の間の空気室は、予圧を加えた状態で密閉されているが、外部から空気配管をつなげて加圧して、常に一定の気圧を保つようにしてもよい。
それぞれシルクハット型をしたシールドゴム１６０１とシールドゴム１６０２を、互いのつばが向き合うように対称的に配置する構造によって空気室を形成したが、１本のリニアシャフトＢについて１個のシルクハット型のシールドゴムを使用してもよい。
２つ折り構造のシールドゴムは、無給油で低摩擦に滑らかに、折り返し長を変化させながら転がり変形することが望まれるが、この要件を満たせば、素材は特に限定されない。例えば、繊維メッシュとゴムのハイブリット材料を用いてシールドゴムを製作してもよい。
リニアシャフトＢを複数個用いる場合、それぞれのシールドゴムが一体成型されていてもよい。
Ｇ－４．アクチュエータについて
駆動ユニット１００３においてリニアシャフトＡを駆動するアクチュエータとして、以下を挙げることができる。複数のアクチュエータを搭載する場合には、２種類以上のアクチュエータを組み合わせて用いてもよい。
・電磁回転モータ
・電磁リニアモータ
・空気圧シリンダ
・水圧シリンダ
・油圧シリンダ
・超音波回転モータ
・超音波リニアモータ
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。
Ｇ－５．術具ユニットの識別
１台の医療用アーム装置又は手術用操作装置に対して、アダプタを介して複数種類の術具ユニットを交換して使用するという運用が行われる。そこで、各術具ユニットに、術具種類（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）を特定するための識別装置を装備していてもよい。
識別装置は、アダプタを介して駆動ユニット（又は、駆動ユニットを搭載する医療用アーム装置や手術用操作装置）から読み取り可能である必要がある。識別装置は、例えばＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップでもよいが、２次元バーコードや結合部分（筒状の受容部２７０１など）の形状によって術具種類などの情報を表現するものであってもよい。ＩＣチップを利用する場合、術具種類の他に、術具形状、重量、使用回数などさまざまな情報をＩＣチップに記録するようにしてもよい。
Ｇ－６．運用について
アダプタは１回の手術で使い捨て（ｄｉｓｐｏｓａｂｌｅ）とし、術具ユニットは使用後に滅菌処理して所定回数までは再利用するようにしてもよい。あるいは、アダプタと術具ユニットを一体構造にして、使用後に滅菌処理して所定回数までは再利用するようにしてもよい。あるいは、アダプタと術具ユニットを一体構造にして、１回の手術で使い捨てにしてもよい。
Ｈ．効果
本開示を適用することによる術具ユニットや医療用アーム装置、手術用操作装置にもとたらされる効果についてまとめておく。
・本開示によれば、術具ユニットの機構が簡素化されるので、低コスト化を実現できるとともに、滅菌処理が容易になる。
・本開示によれば、術具ユニットは防滴構造を有するアダプタを介して駆動ユニットに装着されるので、清潔領域と不潔領域を完全に分離することができ、信頼性が向上する。
・本開示によれば、アダプタは、貫通穴を挿通させた直動伝達部（リニアシャフトＢ）防滴構造を、２つ折り構造のシールドゴム（ローリングダイヤフラム）を使って実現し、直動伝達部が直動動作する際にシールドゴムが無給油で低摩擦に滑らかに、折り返し長を変化させながら転がり変形することで防滴性を保つ。したがって、直動伝達部を挿通させるための厳しいはめあい公差は要求されないので、低コスト化を実現することができる。
・本開示に係るアダプタの防滴構造によれば、直動伝達部の摺動部に血液が付着したとしても、シールドゴムによって防滴性を保ちながら直動伝達部を円滑に動作させることができるので、信頼性が向上する。
・本開示に係るアダプタの防滴構造によれば、２つ折り構造のシールドゴムは、無給油で低摩擦に滑らかに、折り返し長を変化させながら転がり変形するので、直動伝達部での内部攪乱は低下し、術具の動作に関する透明性が向上する。
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、本開示を手術用ロボットに適用して、滅菌処理する術具ユニットを駆動ユニットから脱着する機構における清潔領域と不潔領域を分離する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。本開示は、医療以外の分野にも適用して、２つのユニットを脱着する機構における清潔領域と不潔領域の分離、及び脱着可能な２つのユニットを装着した際のユニット毎の完全な領域の分離を実現することができる。
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）先端に術具を備えた術具ユニットと、
前記術具を駆動する駆動ユニットと、
前記術具ユニットを前記駆動ユニットに装着するアダプタと、
を具備し、
前記アダプタは、前記駆動ユニットが生成する駆動力を前記術具ユニットに伝達する直動伝達部と、前記直動伝達部の前記術具ユニット側と前記駆動ユニット側を分離する防滴部を備える、
医療用マニピュレータシステム。
（２）前記防滴部は、前記直動伝達部の前記術具ユニット側と前記駆動ユニット側の間に空気室を設ける構造によって分離する、
上記（１）に記載の医療用マニピュレータシステム。
（３）前記防滴部は、それぞれ２つ折り構造からなる２個の弾性体を向き合わせて配置した構造を有し、前記直動伝達部で両端を繋ぐことで前記弾性体の間に前記空気室が形成される、
上記（２）に記載の医療用マニピュレータシステム。
（４）前記空気室は一定の気圧に保たれている、
上記（２）又は（３）のいずれかに記載の医療用マニピュレータシステム。
（５）前記駆動ユニットは、第１のリニアシャフトと、前記第１のリニアシャフトを直動動作するアクチュエータを備え、
前記アダプタは、前記直動伝達部としての第２のリニアシャフトを備え、
前記術具ユニットは、第３のリニアシャフトを備え、
前記アダプタを前記駆動ユニットに装着したときに前記第２のリニアシャフトは前記第１のリニアシャフトと結合し、前記術具ユニットを前記アダプタに装着したときに前記第３のリニアシャフトは前記第２のリニアシャフトと結合し、前記アクチュエータの駆動力を前記第１、第２、及び第３のリニアシャフトによって伝達して前記術具を駆動する、
上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の医療用マニピュレータシステム。
（６）前記術具ユニットは、前記第３のリニアシャフトの動作を制限するロック装置をさらに備える、
上記（５）に記載の医療用マニピュレータシステム。
（７）前記ロック装置は、前記第３のリニアシャフトの動作を制限するロック状態と前記制限を解除するアンロック状態を有する、
上記（６）に記載の医療用マニピュレータシステム。
（８）前記ロック装置は、前記術具ユニットの前記アダプタへの装着が完了していないときはロック状態となる、
上記（７）に記載の医療用マニピュレータシステム。
（９）前記術具ユニットは、前記第３のリニアシャフトと前記第２のリニアシャフト間の結合を誘導する誘導部を含む、前記アダプタの受容部を備える、
上記（５）乃至（８）のいずれかに記載の医療用マニピュレータシステム。
（１０）前記誘導部は、前記第２のリニアシャフトの端部の引掛けピンが前記第３のリニアシャフトの端部の引掛け溝に引っ掛かる経路をたどるように、前記受容部及び前記アダプタの動作を誘導する、
上記（９）に記載の医療用マニピュレータシステム。
（１１）前記誘導部は、前記アダプタの外周に突設されたガイドピンを前記受容部に形成した溝の特定形状に沿わせることで前記誘導を行う、
上記（１０）に記載の医療用マニピュレータシステム。
（１２）前記溝の終端に前記ガイドピンを引き込むロック溝を備える、
上記（１１）に記載の医療用マニピュレータシステム。
（１３）前記駆動ユニットは、前記第１のリニアシャフトと前記第２のリニアシャフト間の結合を誘導する誘導部を含む、前記アダプタの受容部を備える、
上記（５）乃至（１２）のいずれかに記載の医療用マニピュレータシステム。
（１４）前記誘導部は、前記第２のリニアシャフトの端部の引掛けピンが前記第１のリニアシャフトの端部の引掛け溝に引っ掛かる経路をたどるように、前記受容部及び前記アダプタの動作を誘導する、
上記（１３）に記載の医療用マニピュレータシステム。
（１５）前記誘導部は、前記アダプタの外周に突設されたガイドピンを前記受容部に形成した溝の特定形状に沿わせることで前記誘導を行う、
上記（１４）に記載の医療用マニピュレータシステム。
（１６）前記溝の終端に前記ガイドピンを引き込むロック溝を備える、
上記（１５）に記載の医療用マニピュレータシステム。
（１７）一端に駆動ユニットを装着するとともに他端に術具ユニットを装着し、
前記駆動ユニットが生成する駆動力を前記術具ユニットに伝達する直動伝達部と、
前記直動伝達部の前記術具ユニット側と前記駆動ユニット側を分離する防滴部と、
を具備するアダプタ装置。
（１８）前記防滴部は、前記直動伝達部の前記術具ユニット側と前記駆動ユニット側の間に空気室を設ける構造によって分離する、
上記（１７）に記載のアダプタ装置。
（１９）前記防滴部は、それぞれ２つ折り構造からなる２個の弾性体を向き合わせて配置した構造を有し、前記直動伝達部で両端を繋ぐことで前記弾性体の間に前記空気室が形成される、
上記（１８）に記載のアダプタ装置。
（２０）前記直動伝達部として、両端が前記駆動ユニットの第１のリニアシャフト及び前記術具ユニットの第３のリニアシャフトとそれぞれ結合する第２のリニアシャフトを備える、
請求項１７乃至１９のいずれかに記載のアダプタ装置。
１００…手術支援システム、１１０…医療用アーム装置
１１１…能動関節部、１１１Ａ…アクチュエータ
１１１Ｂ…トルクセンサ、１１１Ｃ…エンコーダ
１１２…受動関節部、１１２Ａ…エンコーダ、１１３…センサ部
１２０…制御装置 １３０…入力装置
２１０…アーム、２２０…先端部、２２１…術具ユニット
２２２…駆動ユニット
３００…手術用操作装置、３１０…ハンドル部
３１１…ジョイスティック、３１２…ボタン、３２０…先端部
３２１…術具ユニット、３２２…駆動ユニット
４００…術具ユニット、４０１…開閉機構、４０２…シャフト
４０３…駆動ユニット
１０００…術具装置、１００１…術具ユニット、１００２…アダプタ
１００３…駆動ユニット、１００４…ドレープ
１４０１、１４０２…アクチュエータ
１６０１、１６０２…シールドゴム、１６１１…貫通穴
１６１２…リブ
２４０１…ガイドピン（術具ユニット１００１と装着用）
２４０２…ガイドピン（駆動ユニット１００３と装着用）
２４０３、２４０４…凸部
２６００…ロック装置、２６０１…底面、２６０２…ロック爪
２６０３…解放部、２６０４…操作子、２６０５、２６０６…凹部
２７０１…受容部、２７０２…溝、２７０３…Ｌ字溝
３１０１…くびれ部、３３０１…受容部、３３０２…Ｌ字溝

Claims (20)

  1. 先端に術具を備えた術具ユニットと、
    前記術具を駆動する駆動ユニットと、
    前記術具ユニットを前記駆動ユニットに装着するアダプタと、
    を具備し、
    前記アダプタは、前記駆動ユニットが生成する駆動力を前記術具ユニットに伝達する直動伝達部と、前記直動伝達部の前記術具ユニット側と前記駆動ユニット側を分離する防滴部を備える、
    医療用マニピュレータシステム。
  2. 前記防滴部は、前記直動伝達部の前記術具ユニット側と前記駆動ユニット側の間に空気室を設ける構造によって分離する、
    請求項１に記載の医療用マニピュレータシステム。
  3. 前記防滴部は、それぞれ２つ折り構造からなる２個の弾性体を向き合わせて配置した構造を有し、前記直動伝達部で両端を繋ぐことで前記弾性体の間に前記空気室が形成される、
    請求項２に記載の医療用マニピュレータシステム。
  4. 前記空気室は一定の気圧に保たれている、
    請求項２に記載の医療用マニピュレータシステム。
  5. 前記駆動ユニットは、第１のリニアシャフトと、前記第１のリニアシャフトを直動動作するアクチュエータを備え、
    前記アダプタは、前記直動伝達部としての第２のリニアシャフトを備え、
    前記術具ユニットは、第３のリニアシャフトを備え、
    前記アダプタを前記駆動ユニットに装着したときに前記第２のリニアシャフトは前記第１のリニアシャフトと結合し、前記術具ユニットを前記アダプタに装着したときに前記第３のリニアシャフトは前記第２のリニアシャフトと結合し、前記アクチュエータの駆動力を前記第１、第２、及び第３のリニアシャフトによって伝達して前記術具を駆動する、
    請求項１に記載の医療用マニピュレータシステム。
  6. 前記術具ユニットは、前記第３のリニアシャフトの動作を制限するロック装置をさらに備える、
    請求項５に記載の医療用マニピュレータシステム。
  7. 前記ロック装置は、前記第３のリニアシャフトの動作を制限するロック状態と前記制限を解除するアンロック状態を有する、
    請求項６に記載の医療用マニピュレータシステム。
  8. 前記ロック装置は、前記術具ユニットの前記アダプタへの装着が完了していないときはロック状態となる、
    請求項７に記載の医療用マニピュレータシステム。
  9. 前記術具ユニットは、前記第３のリニアシャフトと前記第２のリニアシャフト間の結合を誘導する誘導部を含む、前記アダプタの受容部を備える、
    請求項５に記載の医療用マニピュレータシステム。
  10. 前記誘導部は、前記第２のリニアシャフトの端部の引掛けピンが前記第３のリニアシャフトの端部の引掛け溝に引っ掛かる経路をたどるように、前記受容部及び前記アダプタの動作を誘導する、
    請求項９に記載の医療用マニピュレータシステム。
  11. 前記誘導部は、前記アダプタの外周に突設されたガイドピンを前記受容部に形成した溝の特定形状に沿わせることで前記誘導を行う、
    請求項１０に記載の医療用マニピュレータシステム。
  12. 前記溝の終端に前記ガイドピンを引き込むロック溝を備える、
    請求項１１に記載の医療用マニピュレータシステム。
  13. 前記駆動ユニットは、前記第１のリニアシャフトと前記第２のリニアシャフト間の結合を誘導する誘導部を含む、前記アダプタの受容部を備える、
    請求項５に記載の医療用マニピュレータシステム。
  14. 前記誘導部は、前記第２のリニアシャフトの端部の引掛けピンが前記第１のリニアシャフトの端部の引掛け溝に引っ掛かる経路をたどるように、前記受容部及び前記アダプタの動作を誘導する、
    請求項１３に記載の医療用マニピュレータシステム。
  15. 前記誘導部は、前記アダプタの外周に突設されたガイドピンを前記受容部に形成した溝の特定形状に沿わせることで前記誘導を行う、
    請求項１４に記載の医療用マニピュレータシステム。
  16. 前記溝の終端に前記ガイドピンを引き込むロック溝を備える、
    請求項１５に記載の医療用マニピュレータシステム。
  17. 一端に駆動ユニットを装着するとともに他端に術具ユニットを装着し、
    前記駆動ユニットが生成する駆動力を前記術具ユニットに伝達する直動伝達部と、
    前記直動伝達部の前記術具ユニット側と前記駆動ユニット側を分離する防滴部と、
    を具備するアダプタ装置。
  18. 前記防滴部は、前記直動伝達部の前記術具ユニット側と前記駆動ユニット側の間に空気室を設ける構造によって分離する、
    請求項１７に記載のアダプタ装置。
  19. 前記防滴部は、それぞれ２つ折り構造からなる２個の弾性体を向き合わせて配置した構造を有し、前記直動伝達部で両端を繋ぐことで前記弾性体の間に前記空気室が形成される、
    請求項１８に記載のアダプタ装置。
  20. 前記直動伝達部として、両端が前記駆動ユニットの第１のリニアシャフト及び前記術具ユニットの第３のリニアシャフトとそれぞれ結合する第２のリニアシャフトを備える、
    請求項１７に記載のアダプタ装置。
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