JP2022160978A - 外科手術システム - Google Patents

Abstract

【課題】手術器具の細長要素の経路長が変化する場合であっても、エンドエフェクタの剪断力や把持力の変化を抑制可能な手術支援システムを提供する。【解決手段】外科手術システム１００は、先端側に手術器具４が取り付けられるロボットアーム６０を含む医療用マニピュレータ１と、手術器具４を動作させる操作を受け付ける操作用マニピュレータアーム２１を含む遠隔操作装置２と、遠隔操作装置２からの指令に基づいて手術器具の動作を制御する制御部３１とを備える。そして、制御部３１は、エンドエフェクタ部材４３０ａと回転部材４４ｃとの間の第１細長要素Ｗ１の経路長が変化する条件を監視し、条件に応じて補正した回転角度で回転部材４４ｃが回転するようにアクチュエータ７１２ｃを制御する。【選択図】図１８

Description

この発明は、外科手術システムに関する。

従来、ロボットアームと、ロボットアームの末端に接続されるツール（手術器具）と、入力ハンドル（操作部）とを備えるロボット外科用システムが知られている。例えば、特許文献１には、操作部が受け付けた操作に基づいて手術器具の動作をトルク制御するロボット外科用システムが開示されている。具体的にはロボットアームに設けられた手術器具取付部に配置された４つのモータで手術器具を４自由度で動作させるように構成されている。手術器具は、シャフトの先端側に開閉可能な２つのジョー部材を備え、シャフトの基端側に手術器具取付部の各モータによって回転される４つの被回転部材を備えている。２つの被回転部材と２つのジョー部材のそれぞれはケーブルで接続されている。このロボット外科用システムは、モータにかかるトルクが所定のトルクとなるまで被回転部材を回転させることによってジョー部材を動作させるトルク制御を行っている。ロボット外科用システムの患者側カートは、このようなロボットアームを３本備えている。

米国特許第６５９４５５２号明細書

ロボット外科用システムの患者側カートの小型化が求められており、特に、助手の医師の術中の作業領域を確保できるように術野周辺のロボットアームの小型化が求められている。術野周辺のロボットアームを小型化するためには、手術器具取付部に配置された４つのモータを小型化することが有効である。モータを小型化するためには従来よりも小型のモータの出力を従来よりも減速比の高い減速機を用いて手術器具を動作させることが有効である。しかしながら、上記特許文献１記載のロボット外科システムのように手術器具を動作させるモータをトルク制御する場合、従来のものよりも減速比の高い減速機を使用すると、手術器具の先端側の挙動がモータのトルクや電流値の変化として反映されにくくなり、モータのトルクや電流値の変化をモニターすることで手術器具の先端側の挙動を検知することが困難になるという問題があった。

この問題を解決するためには手術器具を駆動するモータをトルク制御するのに代えて手術器具の動作をモータの回転角度（手術器具の被回転部材の回転角度）で制御することが有効である。手術器具のエンドエフェクタである２つのジョー部材がシザースの場合は、２つのジョー部材が閉じてからさらに所定の回転角度モータを回転させることにより２つのジョー部材間に剪断力が付与される。また、手術器具のエンドエフェクタである２つのジョー部材がグラスパ―の場合は、２つのジョー部材が閉じてからさらに所定の回転角度モータを回転させることにより２つのジョー部材間に把持力が付与される。

しかしながら、このような制御で手術器具を動作させる場合、例えば、ジョー部材と被回転部材の間のケーブルの経路長が変化すると、シザースの場合は剪断力が、グラスパ―の場合は把持力が変化するという問題が生じる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、ジョー部材と被回転部材の間のケーブルの経路長が変化する場合でもジョー部材による剪断力や把持力の変化を低減可能な外科手術システムを提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による外科手術システムは、先端側に手術器具が取り付けられる取付部を含むロボットアームを備えた患者側装置と、手術器具を動作させる操作を受け付ける操作部を含む操作者側装置と、操作部からの指令に基づいて手術器具の動作を制御する制御装置と、を備え、手術器具は、シャフトと、シャフトの遠位端に接続される第１支持体と、第１支持体の遠位端に、シャフトの軸方向に対して直交する第１軸周りに回転可能に支持される第２支持体と、第２支持体の遠位端に、シャフトの軸方向および第１軸に対して直交する第２軸周りに回転可能に支持される第１プーリ部を有する第１ジョー部材と、第２支持体の遠位端に、シャフトの軸方向および第１軸に対して直交する第２軸周りに回転可能に支持される第２プーリ部を有する第２ジョー部材と、第１ジョー部材を駆動するための第１細長要素と、シャフトの近位端側に配置され、回転により第１細長要素を駆動する第１回転部材と、を備え、取付部は、取り付けられた手術器具の第１回転部材を駆動する第１アクチュエータを含み、制御装置は、第１ジョー部材と第１回転部材との間の第１細長要素の経路長が変化する条件を監視し、操作部から所定の回転角度で第１回転部材を回転させる指令を受けた場合に、条件に応じて補正した回転角度で第１回転部材が回転するように第１アクチュエータを制御する。

この発明の一の局面による外科手術システムでは、上記のように、制御部は、第１ジョー部材と第１回転部材との間の第１細長要素の経路長が変化する条件を監視し、操作部から所定の回転角度で第１回転部材を回転させる指令を受けた場合に、条件に応じて補正した回転角度で第１回転部材が回転するように第１アクチュエータを制御する。これにより、第１細長要素の経路長が変化した場合、補正した回転角度で第１回転部材が回転するように第１アクチュエータを制御するので、ジョー部材間の剪断力や把持力の変化を低減することができる。

本発明によれば、手術器具の動作をモータの回転角度（手術器具の被回転部材の回転角度）によって制御する場合であっても、手術器具の剪断力や把持力の低下を抑制できる。

一実施形態による外科手術システムの構成を示す図である。 一実施形態による患者側装置の構成を示す図である。 一実施形態による患者側装置のロボットアームの構成を示す図である。 一実施形態によるロボットアームにアダプタを介して手術器具が取り付けられた状態を示した斜視図である。 一実施形態によるロボットアームにアダプタを介して手術器具が取り付けられる状態を示した分解斜視図である。 一実施形態による手術器具を下方から見た斜視図である。 一実施形態による手術器具の基体からカバー部を取り外した状態を示した斜視図である。 一実施形態によるアダプタを下方から見た斜視図である。 一実施形態によるアクチュエータを示す図である。 一実施形態による手術器具の基体からカバー部を取り外した状態を示した平面図である。 一実施形態による手術器具のエンドエフェクタを示した斜視図である。 一実施形態による手術器具のエンドエフェクタを示した斜視図である。 一実施形態による手術器具のエンドエフェクタを示した斜視図である。 一実施形態による外科手術システムの制御部の構成を示すブロック図である。 一実施形態による手術器具のエンドエフェクタの手首が屈曲した状態を示した斜視図である。 屈曲角度とワイヤのたるみの関係を示す図である。 一実施形態による手術器具のエンドエフェクタの手首が屈曲した状態を示した斜視図である。 一実施形態による外科手術システムの制御方法を説明するためのフロー図である。 一実施形態による把持型エンドエフェクタを示した斜視図である。

以下、本発明を具体化した本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１～図１８を参照して、本実施形態による外科手術システム１００の構成について説明する。外科手術システム１００は、患者側装置である医療用マニピュレータ１と、医療用マニピュレータ１を操作するための操作者側装置である遠隔操作装置２とを備えている。医療用マニピュレータ１は医療用台車３を備えており、移動可能に構成されている。遠隔操作装置２は、医療用マニピュレータ１から離間した位置に配置されており、医療用マニピュレータ１は、遠隔操作装置２により遠隔操作されるように構成されている。術者は、医療用マニピュレータ１に所望の動作を行わせるための指令を遠隔操作装置２に入力する。遠隔操作装置２は、入力された指令を医療用マニピュレータ１に送信する。医療用マニピュレータ１は、受信した指令に基づいて動作する。また、医療用マニピュレータ１は、滅菌された滅菌野である手術室内に配置されている。

遠隔操作装置２は、たとえば、手術室の中または手術室の外に配置されている。遠隔操作装置２は、操作用マニピュレータアーム２１と、操作ペダル２２と、タッチパネル２３と、モニタ２４と、支持アーム２５と、支持バー２６とを含む。操作用マニピュレータアーム２１は、術者が指令を入力するための操作用のハンドルを構成する。操作用マニピュレータアーム２１は、手術器具４に対する操作量を受け付ける。モニタ２４は、内視鏡により撮影された画像を表示するスコープ型表示装置である。支持アーム２５は、モニタ２４の高さを術者の顔の高さに合わせるようにモニタ２４を支持する。タッチパネル２３は、支持バー２６に配置されている。医療用マニピュレータ１は、モニタ２４近傍に設けられた図示しないセンサにより術者の頭部を検知することにより、遠隔操作装置２による操作が可能になる。術者は、モニタ２４により患部を視認しながら、操作用マニピュレータアーム２１および操作ペダル２２を操作する。これにより、遠隔操作装置２に指令が入力される。遠隔操作装置２に入力された指令は、医療用マニピュレータ１に送信される。なお、操作用マニピュレータアーム２１は、特許請求の範囲の「操作部」の一例である。

医療用台車３には、医療用マニピュレータ１の動作を制御する制御部３１と、医療用マニピュレータ１の動作を制御するためのプログラムなどが記憶される記憶部３２とが設けられている。そして、遠隔操作装置２に入力された指令に基づいて、医療用台車３の制御部３１は、医療用マニピュレータ１の動作を制御する。なお、制御部３１は、特許請求の範囲の「制御装置」の一例である。

また、医療用台車３には、入力装置３３が設けられている。入力装置３３は、主に施術前に手術の準備を行うために、ポジショナ４０、アームベース５０、および、複数のロボットアーム６０（以下、アーム６０）の移動や姿勢の変更の操作を受け付けるように構成されている。

図１および図２に示す医療用マニピュレータ１は、手術室内に配置されている。医療用マニピュレータ１は、医療用台車３と、ポジショナ４０と、アームベース５０と、複数のアーム６０とを備えている。アームベース５０は、ポジショナ４０の先端に取り付けられている。アームベース５０は、比較的長い棒形状（長尺形状）を有する。また、複数のアーム６０は、各々のアーム６０の根元部が、アームベース５０に取り付けられている。複数のアーム６０は、折り畳まれた姿勢（収納姿勢）をとることが可能に構成されている。アームベース５０と、複数のアーム６０とは、滅菌ドレープにより覆われて使用される。

ポジショナ４０は、たとえば、７軸多関節ロボットにより構成されている。また、ポジショナ４０は、医療用台車３上に配置されている。ポジショナ４０は、アームベース５０を移動させる。具体的には、ポジショナ４０は、アームベース５０の位置を３次元に移動させるように構成されている。

また、ポジショナ４０は、ベース部４１と、ベース部４１に連結された複数のリンク部４２とを含む。複数のリンク部４２同士は、関節部４３により連結されている。

図１に示すように、複数のアーム６０の各々の先端には、手術器具４が取り付けられている。手術器具４は、たとえば、取り換え可能なインストゥルメント、内視鏡６などを含む。

図３に示すように、インストゥルメントの先端には、エンドエフェクタ４３０としての鉗子が設けられている。なお、鉗子は、２つのエンドエフェクタ部材（ジョー部材）４３０ａおよび４３０ｂを有している。なお、エンドエフェクタ部材４３０ａおよび４３０ｂは、それぞれ、特許請求の範囲の「第１ジョー部材」および「第２ジョー部材」の一例である。

次に、アーム６０の構成について詳細に説明する。

図３に示すように、アーム６０は、アーム部６１（ベース部６２、リンク部６３、関節部６４）と、アーム部６１の先端に設けられる並進移動機構部７０とを含む。アーム６０は、アーム６０の根元側（アームベース５０）に対して先端側を３次元に移動させるように構成されている。アーム６０は８自由度を有している。なお、複数のアーム６０は、互いに同様の構成を有する。

並進移動機構部７０は、アーム部６１の先端側に設けられるとともに手術器具４が取り付けられている。また、並進移動機構部７０は、手術器具４を患者Ｐに挿入する方向に並進移動させる。また、並進移動機構部７０は、手術器具４をアーム部６１に対して相対的に並進移動させるように構成されている。具体的には、並進移動機構部７０には、手術器具４を保持するホルダ７１が設けられている。ホルダ７１には、サーボモータＭ２（図１４参照）が収容されている。サーボモータＭ２は、手術器具４に設けられた回転体を回転させるように構成されている。手術器具４の回転体が回転されることにより、鉗子が動作される。

アーム部６１は、７軸多関節ロボットアームから構成されている。また、アーム部６１は、アーム部６１をアームベース５０に取り付けるためのベース部６２と、ベース部６２に連結された複数のリンク部６３とを含む。複数のリンク部６３同士は、関節部６４により連結されている。

並進移動機構部７０は、ホルダ７１をＹ方向に沿って並進移動させることにより、ホルダ７１に取り付けられた手術器具４をＹ方向（シャフト４２０が延びる方向）に沿って並進移動させるように構成されている。具体的には、並進移動機構部７０は、アーム部６１の先端に接続される基端側リンク部７２と、先端側リンク部７３と、基端側リンク部７２と先端側リンク部７３との間に設けられる連結リンク部７４とを含む。また、ホルダ７１は、先端側リンク部７３に設けられている。

そして、並進移動機構部７０の連結リンク部７４は、基端側リンク部７２に対して、先端側リンク部７３を、Ｙ方向に沿って相対的に移動させる倍速機構として構成されている。また、基端側リンク部７２に対して先端側リンク部７３がＹ方向に沿って相対的に移動されることにより、ホルダ７１に取り付けられた手術器具４が、Ｙ方向に沿って並進移動するように構成されている。また、アーム部６１の先端は、基端側リンク部７２を、Ｙ方向に直交するＸ方向を軸として回動させるように基端側リンク部７２に接続されている。

また、図１に示すように、複数のアーム６０のうちの一つのアーム６０（たとえば、アーム６０ｂ）には内視鏡６が取り付けられ、残りのアーム６０（たとえば、アーム６０ａ、６０ｃおよび６０ｄ）には、内視鏡６以外の手術器具４が取り付けられる。具体的には、手術において、４つのアーム６０のうちの１つのアーム６０に内視鏡６が取り付けられ、３つのアーム６０に内視鏡６以外の手術器具４（鉗子など）が取り付けられる。そして、内視鏡６が取り付けられているアーム６０に対して、内視鏡６が取り付けられた状態でピボット位置が教示される。また、内視鏡６以外の手術器具４が取り付けられるアーム６０に対して、図示しないピボット位置教示器具が取り付けられた状態でピボット位置が教示される。なお、内視鏡６は、互いに隣り合うように配置されている４つのアーム６０のうちの、中央に配置される２つのアーム６０（アーム６０ｂおよび６０ｃ）のうちのいずれかに取り付けられる。すなわち、ピボット位置は、複数のアーム６０毎に個別に設定される。

図４～図１３を参照して、手術器具４、アダプタ５００およびドレープ６００の構成について説明する。

ここで、手術器具４の延びる方向（シャフト４２０の軸Ｓ方向）をＹ方向とする。手術器具４とアダプタ５００とが隣接する方向をＺ方向とし、Ｚ方向のうち手術器具４側をＺ１方向とし、Ｚ１方向の反対側をＺ２方向とする。また、Ｙ方向およびＺ方向に直交する方向をＸ方向とし、Ｘ方向のうち一方側をＸ１方向とし、Ｘ方向のうち他方側をＸ２方向とする。

図４および図５に示すように、手術器具４は、外科手術システム１００のアーム６０のホルダ７１に着脱可能に接続される。具体的には、手術器具４は、アーム６０にアダプタ５００を介して取り外し可能に接続される。アダプタ５００は、アーム６０を覆うための滅菌処理されたドレープ６００をホルダ７１との間に挟み込むためのドレープアダプタである。

手術器具４は、アダプタ５００のＺ１方向側に取り付けられる。アダプタ５００は、アーム６０のＺ１方向側に取り付けられる。

図５に示すように、ドレープ６００は、アーム６０を覆う本体部６１０と、アーム６０とアダプタ５００との間に挟み込まれる取付部６２０とを備えている。本体部６１０は、フィルム状に形成された可撓性フィルム部材により構成されている。可撓性フィルム部材は、熱可塑性ポリウレタンやポリエチレンなどの樹脂材料からなる。本体部６１０には、ホルダ７１とアダプタ５００とが互いに係合可能なように、開口部が設けられている。本体部６１０の開口部には、取付部６２０が設けられている。取付部６２０は、樹脂成形部材により構成されている。樹脂成形部材は、ポリエチレンテレフタレートなどの樹脂材料からなる。取付部６２０は、本体部６１０に比べて硬く（撓みにくく）形成されている。取付部６２０は、ホルダ７１とアダプタ５００とが互いに係合可能なように、開口部が設けられている。

図５および図６に示すように、手術器具４は、複数（４個）の回転部材４４ａ、４４ｂ、４４ｃおよび４４ｄを有している。回転部材４４ａ～４４ｄは、ハウジング４１０内に設けられ、Ｚ方向に延びる回転軸線を中心に回転可能に設けられている。複数の回転部材４４ａ～４４ｄは、エンドエフェクタ４３０を操作（駆動）するために設けられている。回転部材４４ｂ～４４ｄは、シャフト４２０内に挿通された細長要素Ｗ（ワイヤ）により、エンドエフェクタ４３０と接続されている。これにより、回転部材４４ｂ～４４ｄの回転に応じて細長要素Ｗ（ワイヤ）が駆動されるとともに、細長要素Ｗの駆動に応じてエンドエフェクタ４３０が操作（駆動）される。また、回転部材４４ａは、ギア４２ａ（図７参照）を介してシャフト４２０に接続されている。これにより、回転部材４４ａの回転に応じてシャフト４２０が回転される。なお、回転部材４４ｃ、４４ｄおよび４４ｂは、それぞれ、特許請求の範囲の「第１回転部材」、「第２回転部材」および「第２回転部材」の一例である。

複数の回転部材４４ａ～４４ｄの各々は、ホルダ７１からの駆動力をエンドエフェクタ４３０に伝達させるために、アダプタ５００の駆動伝達部材５１０と係合する突起４４１および４４２を含む係合部４４０を含んでいる。突起４４１および４４２は、回転部材４４ａ～４４ｄのＺ２方向側の表面からアダプタ５００側（Ｚ２方向側）に向かって突出している。また、突起４４１および４４２は、直線状に複数並んでいる。また、回転部材４４ａおよび４４ｂに設けられた突起４４１と、回転部材４４ｃおよび４４ｄに設けられた突起４４２とは、互いに異なる形状を有している。

図５に示すように、アダプタ５００は、複数（４個）の駆動伝達部材５１０を有している。駆動伝達部材５１０は、アーム６０からの駆動力を手術器具４の回転部材４４ａ～４４ｄに伝達するように構成されている。つまり、駆動伝達部材５１０は、手術器具４の回転部材４４ａ～４４ｄに対応するように設けられている。駆動伝達部材５１０は、Ｚ方向に延びる回転軸線を中心に回転可能に設けられている。

複数の駆動伝達部材５１０は、各々、手術器具４の回転部材４４ａ～４４ｄの突起４４１および４４２と係合する係合凹部を含む係合部５１１を含んでいる。係合部５１１に設けられた係合凹部は、駆動伝達部材５１０の手術器具４側（Ｚ１方向側）に設けられているとともに、駆動伝達部材５１０のＺ１方向側の表面から手術器具４側とは反対側（Ｚ２方向側）に向かって窪んでいる。複数の駆動伝達部材５１０は、各々、Ｚ２方向側の面に、ホルダ７１の駆動部７１ｂの係合部７１１に設けられた凸部と係合する係合凹部を含む図８に示す係合部５１２を含んでいる。

アーム６０のホルダ７１は、複数（４個）の駆動部７１ｂを有している。複数の駆動部７１ｂは、アダプタ５００の複数（４個）の駆動伝達部材５１０に対応するように設けられている。駆動部７１ｂは、係合部７１１と、アクチュエータ７１２とを含んでいる。また、アクチュエータ７１２は、４つのアクチュエータ７１２ａ～７１２ｄを含む。図９に示すように、アクチュエータ７１２ａは、サーボモータ７１２ａ１および減速機７１２ａ２を含み、アクチュエータ７１２ｂは、サーボモータ７１２ｂ１および減速機７１２ｂ２を含み、アクチュエータ７１２ｃは、サーボモータ７１２ｃ１および減速機７１２ｃ２を含み、アクチュエータ７１２ｄは、サーボモータ７１２ｄ１および減速機７１２ｄ２を含む。減速機７１２ａ２～７１２ｄ２の減速比は１０～１５０であり、サーボモータ７１２ａ１～７１２ｄ１の回転量（回転角度）を１／１０～１／１５０にして出力し、各係合部７１１、各係合部７１１に係合した各駆動伝達部材５１０、各駆動伝達部材５１０に係合した各係合部４４０および各係合部４４０に接続された回転部材４４ａ～４４ｄを回転させる。減速機７１２ａ２～７１２ｄ２の減速比は３０～１２０が好ましく、減速機７１２ａ２の減速比が１００、減速機７１２ｂ２～７１２ｄ２の減速比が５０である。なお、アクチュエータ７１２ｃ、７１２ｄおよび７１２ｂは、それぞれ、特許請求の範囲の「第１アクチュエータ」、「第２アクチュエータ」および「第３アクチュエータ」の一例である。

係合部７１１に設けられた係合凸部は、駆動伝達部材５１０の係合部５１２に設けられた係合凹部と係合する。係合部７１１係合凸部は、駆動部７１ｂのＺ１方向側の表面からＺ１方向側（アダプタ５００側）に向かって突出している。

アクチュエータ７１２は、サーボモータ７１２ａ１～７１２ｄ１と減速機７１２ａ２～７１２ｄ２とサーボモータ７１２ａ１～７１２ｄ１の回転角を検出するエンコーダ（図１４のエンコーダＥ２）を有している。アクチュエータ７１２を構成するサーボモータ７１２ａ１～７１２ｄ１と減速機７１２ａ２～７１２ｄ２とは、係合部７１１をＺ方向に延びる回転軸線回りに回転させるように構成されている。これにより、係合部７１１と係合したアダプタ５００の駆動伝達部材５１０をＺ方向に延びる回転軸線回りに回転させることができるとともに、駆動伝達部材５１０と係合した手術器具４の回転部材４４ａ～４４ｄを回転軸線回りに回転させることができる。

図７および図１０に示すように、手術器具４の回転部材４４ｂ～４４ｄは、細長要素Ｗが巻き止められている。具体的には、回転部材４４ｂの上部には、第３細長要素Ｗ３の第１部分Ｗ３ａ１の端部が時計回りに巻き止められ、回転部材４４ｂの下部には、第３細長要素Ｗ３の第２部分Ｗ３ａ２の端部が反時計回りに巻き止められている。

また、第１細長要素Ｗ１は、第１部分Ｗ１ａ１、第２部分Ｗ１ａ２および第１部分Ｗ１ａ１と第２部分Ｗ１ａ２との間に設けられた留め具Ｗ１ｂ（図１３参照）を備えている。留め具Ｗ１ｂが、エンドエフェクタ部材４３０ａに固定されている。また、回転部材４４ｃの上部には、第１細長要素Ｗ１の第１部分Ｗ１ａ１の端部が反時計回りに巻き止められ、回転部材４４ｂの下部には、第１細長要素Ｗ１の第２部分Ｗ１ａ２の端部が時計回りに巻き止められている。なお、留め具Ｗ１ｂは、特許請求の範囲の「第１固定部」の一例である。

また、第２細長要素Ｗ２は、第１部分Ｗ２ａ１、第２部分Ｗ２ａ２および第１部分Ｗ２ａ１と第２部分Ｗ２ａ２との間に設けられた留め具Ｗ２ｂ（図１２参照）を備えている。留め具Ｗ２ｂが、エンドエフェクタ部材４３０ｂに固定されている。また、回転部材４４ｄの上部には、第２細長要素Ｗ２の第１部分Ｗ２ａ１の端部が反時計回りに巻き止められ、回転部材４４ｄの下部には、第２細長要素Ｗ２の第２部分Ｗ２ａ２の端部が時計回りに巻き止められている。なお、留め具Ｗ２ｂは、特許請求の範囲の「第２固定部」の一例である。

細長要素Ｗは、回転部材４４ｂ～４４ｄの各々から、シャフト４２０を通り、エンドエフェクタ４３０に掛けられて、再びシャフト４２０を通り、回転部材４４ｂ～４４ｄに到達している。また、細長要素Ｗは、内蔵プーリ４５０に掛けられている。内蔵プーリ４５０は、プーリ保持部４５１により保持されている。

図１０および図１１に示すように、回転部材４４ｃは、回転軸を中心に回転することにより、エンドエフェクタ４３０の一対のエンドエフェクタ部材４３０ａおよび４３０ｂのうちのエンドエフェクタ部材４３０ａを操作する。具体的には、回転部材４４ｃは、サーボモータ７１２ｃ１によって回転されることにより、第１細長要素Ｗ１を駆動させる。第１細長要素Ｗ１は、シャフト４２０の内部を介してエンドエフェクタ部材４３０ａと回転部材４４ｃとを接続する。回転部材４４ｃは、Ｃ１方向（図１０参照）に回転することにより、第１細長要素Ｗ１の第１部分Ｗ１ａ１を引っ張ってエンドエフェクタ部材４３０ａをエンドエフェクタ部材４３０ａが開く方向であるＣ１ａ方向（図１２参照）に駆動する。また、回転部材４４ｃは、Ｃ１方向とは反対方向であるＣ２方向（図１０参照）に回転することにより、第１細長要素Ｗ１の第２部分Ｗ１ａ２を引っ張ってエンドエフェクタ部材４３０ａをエンドエフェクタ部材４３０ａが閉じる方向であるＣ２ａ方向（図１２参照）に駆動する。なお、図１１においては第２細長要素Ｗ２を省略している。

回転部材４４ｄは、回転軸を中心に回転することにより、エンドエフェクタ４３０の一対のエンドエフェクタ部材４３０ａおよび４３０ｂのうちのエンドエフェクタ部材４３０ｂを操作する。具体的には、回転部材４４ｄは、サーボモータ７１２ｄ１によって回転されることにより、第２細長要素Ｗ２を駆動させる。第２細長要素Ｗ２は、シャフト４２０の内部を介してエンドエフェクタ部材４３０ｂと回転部材４４ｄとを接続する。回転部材４４ｄは、Ｃ３方向（図１０参照）に回転することにより、第２細長要素Ｗ２の第１部分Ｗ２ａ１を引っ張ってエンドエフェクタ部材４３０ｂをエンドエフェクタ部材４３０ｂが開く方向であるＣ３ａ方向（図１２参照）に駆動する。また、回転部材４４ｄは、Ｃ３方向とは反対方向であるＣ４方向（図１０参照）に回転することにより、第２細長要素Ｗ２の第２部分Ｗ２ａ２を引っ張ってエンドエフェクタ部材４３０ｂをエンドエフェクタ部材４３０ｂが閉じる方向であるＣ４ａ方向（図１２参照）に駆動する。

回転部材４４ｂは、回転軸を中心に回転することにより、エンドエフェクタ４３０の手首部である遠位クレビス４６０を操作する。具体的には、回転部材４４ｂは、回転することにより、第３細長要素Ｗ３を駆動させる。回転部材４４ｂは、Ｃ５方向（図１０参照）に回転することにより、第３細長要素Ｗ３の第１部分Ｗ３ａ１を引っ張って遠位クレビス４６０をＣ５ａ方向（図１２参照）に駆動する。また、回転部材４４ｂは、Ｃ５方向とは反対方向であるＣ６方向（図１０参照）に回転することにより、遠位クレビス４６０をＣ５ａ方向とは反対方向であるＣ６ａ方向（図１２参照）に駆動する。

ギア４４３を有する回転部材４４ａは、シャフト４２０の近位端に接続されたギア４２ａとギア４４３が係合した状態で、回転軸を中心に回転することにより、シャフト４２０を操作回転させて、エンドエフェクタ４３０を回転させる。具体的には、回転部材４４ａは、Ｃ７方向（図１０参照）に回転することにより、シャフト４２０およびエンドエフェクタ４３０を第１の方向に回転させる。また、回転部材４４ａは、Ｃ８方向（図１０参照）に回転することにより、シャフト４２０およびエンドエフェクタ４３０を第１の方向とは反対の第２方向に回転させる。また、シャフト４２０は、アクチュエータ７１２ａの回転により回転する。

すなわち、図１０に示すように、回転部材４４ｃは、シャフト４２０の近位端側に配置されており、アクチュエータ７１２ｃの回転により第１細長要素Ｗ１を駆動する。回転部材４４ｄは、シャフト４２０の近位端側に配置されており、アクチュエータ７１２ｄの回転により第２細長要素Ｗ２を駆動する。また、エンドエフェクタ部材４３０ａおよびエンドエフェクタ部材４３０ｂは、シャフト４２０の遠位端に遠位クレビス４６０を介して配置されている。

また、シャフト４２０の内部において、シャフト４２０の回転角度が０の状態で、エンドエフェクタ部材４３０ａを駆動する第１細長要素Ｗ１の第２部分Ｗ１ａ２と、エンドエフェクタ部材４３０ｂを駆動する第２細長要素Ｗ２の第２部分Ｗ２ａ２とが交差するように配置されている。なお、エンドエフェクタ部材４３０ａを駆動する第１細長要素Ｗ１の第１部分Ｗ１ａ１と、エンドエフェクタ部材４３０ｂを駆動する第２細長要素Ｗ２の第１部分Ｗ２ａ１とは、シャフト４２０の回転の軸Ｓに沿うように、かつ、互いに平行に配置されている。

図１１において、第１細長要素Ｗ１の第１部分Ｗ１ａ１は、第１プーリ群４６２ａおよび第２プーリ群４６３ａの第２平面Ｐ２に近い側のプーリである下側プーリに案内されてシャフト４２０の軸Ｓに沿うように回転部材４４ｃに導かれる。一方、図１３において、第１細長要素Ｗ１の第２部分Ｗ１ａ２は、第１プーリ群４６２ｂおよび第２プーリ群４６３ｂの第２平面Ｐ２に遠い側のプーリである上側プーリに案内されてシャフト４２０の回転の軸Ｓを横切って回転部材４４ｃに導かれる。このため、図１０に示されるように第１部分Ｗ１ａ１は軸Ｓに略平行に配置され、第２部分Ｗ１ａ２は、軸Ｓに交差するように配置される。第２細長要素Ｗ２ついても同様の理由により、第１部分Ｗ２ａ１は軸Ｓに略平行に配置され、第２部分Ｗ２ａ２は、軸Ｓに交差するように配置される。なお、第１プーリ群４６２ａは、特許請求の範囲の「第２プーリ」および「第８プーリ」の一例である。また、第１プーリ群４６２ｂは、特許請求の範囲の「第４プーリ」および「第６プーリ」の一例である。また、第２プーリ群４６３ａは、特許請求の範囲の「第１プーリ」および「第７プーリ」の一例である。また、第２プーリ群４６３ｂは、特許請求の範囲の「第３プーリ」および「第５プーリ」の一例である。

さらに、図１０に示す状態から、第１細長要素Ｗ１および第２細長要素Ｗ２は、シャフト４２０内において、エンドエフェクタ部材４３０ａおよびエンドエフェクタ部材４３０ｂとの間で、シャフト４２０の回転の軸Ｓに対して１８０度ねじれるように配置されている。具体的には、第１細長要素Ｗ１の留め具Ｗ１ｂおよび第２細長要素Ｗ２の留め具Ｗ２ｂをエンドエフェクタ部材４３０ａおよびエンドエフェクタ部材４３０ｂに取り付けた後、エンドエフェクタ部材４３０ａおよびエンドエフェクタ部材４３０ｂが取り付けられた遠位クレビス４６０をシャフト４２０の回転の軸Ｓ回りに１８０度回転させた状態で、第１細長要素Ｗ１の第１部分Ｗ１ａ１の端部および第２部分Ｗ１ａ２の端部を回転部材４４ｃに巻き止め、第２細長要素Ｗ２の第１部分Ｗ２ａ１の端部および第２部分Ｗ２ａ２の端部を回転部材４４ｄに巻き止めている。

図１１～図１３に示すように、手術器具４は、例えばモノポーラカーブドシザーズなどの電気手術器具（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｕｒｇｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ）であり、導電性のエンドエフェクタ４３０と、エンドエフェクタ４３０を第１軸Ａ１回りに回動可能に支持する導電性の遠位クレビス４６０と、遠位クレビス４６０を第２軸Ａ２回りに回動可能に支持する導電性の近位クレビス４７０とを備えている。手術器具４は、近位クレビス４７０に接続される円筒状のシャフト４２０を備えている。

図１１に示すように、エンドエフェクタ４３０は、２個のエンドエフェクタ部材４３０ａおよび４３０ｂを有している。エンドエフェクタ部材４３０ａおよび４３０ｂは、たとえばステンレス鋼等の導電性部材から成るジョー部材である。

エンドエフェクタ部材４３０ａは、プーリ部４３１ａを有しており、エンドエフェクタ部材４３０ｂは、プーリ部４３１ｂを有している。エンドエフェクタ部材４３０ａは、プーリ部４３１ａに架け渡される第１細長要素Ｗ１（第１部分Ｗ１ａ１および第２部分Ｗ１ａ２）の移動に伴って姿勢を変化させるように構成されている。より詳細には、図１３に示すように、エンドエフェクタ部材４３０ａのプーリ部４３１ａに第１細長要素Ｗ１の円柱形状の留め具Ｗ１ｂが係合しており、第１細長要素Ｗ１が移動することにより、プーリ部４３１ａが後述する第１軸Ａ１回りに回転し、その結果、エンドエフェクタ部材４３０ａが第１軸Ａ１回りに回転する。図１２に示すように、エンドエフェクタ部材４３０ｂは、プーリ部４３１ｂを有している。エンドエフェクタ部材４３０ｂは、プーリ部４３１ｂに架け渡される第２細長要素Ｗ２（第１部分Ｗ２ａ１および第２部分Ｗ２ａ２）の移動に伴って姿勢を変化させるように構成されている。ここで、エンドエフェクタ４３０は、シザースであることを例示したが、例えば図１９に示すグラスパー（把持鉗子）７００のようにシザース以外のエンドエフェクタであってもよい。図１９に示すように、手術器具７３０の第１エンドエフェクタ部材７３０ａおよび第２エンドエフェクタ部材７３０ｂは、対象物を把持するための把持型エンドエフェクタを構成している。なお、プーリ部４３１ａおよびプーリ部４３１ｂは、それぞれ、特許請求の範囲の「第１プーリ部」および「第２プーリ部」の一例である。

遠位クレビス４６０は、プーリ部４６１と、第１軸部４６４ａに回転可能に配置された２つのプーリを含む第１プーリ群４６２ａと、第１軸部４６４ｂに回転可能に配置された２つのプーリを含む第１プーリ群４６２ｂと、第２軸部４６５に回転可能に配置された２つのプーリを含む第２プーリ群４６３ａおよび４６３ｂと、第３軸部４６６とを有している。第１プーリ群４６２ａ、第２プーリ群４６３ａおよび第１軸部４６４ａは、図１１において、遠位クレビス４６０の第２平面Ｐ２の一方側に配置されており、第１プーリ群４６２ｂ、第２プーリ群４６３ｂおよび第１軸部４６４ｂは、遠位クレビス４６０の第２平面Ｐ２の他方側に配置されている。第１プーリ群４６２ａおよび４６２ｂに含まれる各プーリは、第２プーリ群４６３ａおよび４６３ｂに含まれる各プーリよりも小さい直径を有している。

遠位クレビス４６０の遠位端側（エンドエフェクタ４３０側）には、エンドエフェクタ部材４３０ａのプーリ部４３１ａおよびエンドエフェクタ部材４３０ｂのプーリ部４３１ｂを回転可能に支持する第３軸部４６６が挿入される一対の軸孔が形成されている。第３軸部４６６は、第１軸Ａ１に沿った方向に延びる円柱形状の軸部材である。第３軸部４６６は、一対の軸孔に支持されている。第１軸Ａ１は、シャフト４２０の軸である軸Ｓに略直交する方向に沿って延びている。第１軸Ａ１は、第１平面Ｐ１に対して略直交する方向に沿って延びており、第２平面Ｐ２と略平行な方向に延びている。

プーリ部４６１は、遠位クレビス４６０の近位端側（シャフト４２０側）に設けられており、第２軸Ａ２回りに回転可能に近位クレビス４７０に支持されている。より詳細には、プーリ部４６１は、近位クレビス４７０に支持された第２軸部４６５に回転可能に支持されている。第２軸Ａ２は、シャフト４２０の軸Ｓに略直交する方向に沿って延び、かつ第１軸Ａ１に平行な方向に略直交する方向に沿って延びている。第２軸Ａ２は、第１平面Ｐ１に略直平行な方向に沿って延びており、第２平面Ｐ２と略直交する方向に延びている。プーリ部４６１は、第２軸Ａ２の周方向に沿って形成されたプーリ溝を有している。遠位クレビス４６０は、プーリ部４６１に架け渡される第３細長要素Ｗ３の移動に伴って姿勢を変化させるように構成されている。より詳細には、プーリ部４６１に第３細長要素Ｗ３の円柱形状の留め具が係合しており、第３細長要素Ｗ３が移動することにより、プーリ部４６１が第２軸Ａ２回りに回転し、その結果、遠位クレビス４６０が第２軸Ａ２回りに回転する。円柱形状の留め具は第３細長要素Ｗ３の第１部分Ｗ３ａ１と第２部分Ｗ３ａ２の間に設けられている。なお、第３細長要素Ｗ３は、アクチュエータ７１２ｂにより駆動される。

第１プーリ群４６２ａの２つのプーリは、第１軸部４６４ａに回転可能に支持されている。第２プーリ群４６３ａの２つのプーリは、第２軸部４６５に回転可能に支持されている。図１１において、第１プーリ群４６２ａの第２平面Ｐ２に近い側のプーリ（下側プーリ）および第２プーリ群４６３ａの第２平面Ｐ２に近い側のプーリ（下側プーリ）は、エンドエフェクタ部材４３０ａのプーリ部４３１ａに係合した第１細長要素Ｗ１の第１部分Ｗ１ａ１をガイドしている。一方、図１３において、第１プーリ群４６２ｂの第２平面Ｐ２から遠い側のプーリ（上側プーリ）および第２プーリ群４６３ｂの第２平面Ｐ２から遠い側のプーリ（上側プーリ）は、エンドエフェクタ部材４３０ｂのプーリ部４３１ｂに係合した第１細長要素Ｗ１の第２部分Ｗ１ａ２をガイドしている。第１プーリ群４６２ａおよび４６２ｂは、第２軸Ａ２と第１軸Ａ１との間に配置されている。第２プーリ群４６３ａおよび４６３ｂは、第２軸Ａ２上に配置されている。より詳細には、プーリ部４３１ａに第１細長要素Ｗ１の円柱形状の留め具Ｗ１ｂが係合しており、第１細長要素Ｗ１が移動することにより、プーリ部４３１ａが第１軸Ａ１回りに回転し、その結果、エンドエフェクタ部材４３０ａが第１軸Ａ１回りに回転する。また、図１２に示されるように、プーリ部４３１ｂに第２細長要素Ｗ２の円柱形状の留め具Ｗ２ｂが係合しており、第２細長要素Ｗ２が移動することにより、プーリ部４３１ｂが第１軸Ａ１回りに回転し、その結果、エンドエフェクタ部材４３０ｂが第１軸Ａ１回りに回転する。第１プーリ群４６２ｂの第２平面Ｐ２から遠い側のプーリ（上側プーリ）および第２プーリ群４６３ｂの第２平面Ｐ２から遠い側のプーリ（上側プーリ）は、エンドエフェクタ部材４３０ｂのプーリ部４３１ｂに係合した第２細長要素Ｗ２の第２部分Ｗ２ａ２をガイドしている。

第１軸部４６４ａは、第２軸Ａ２に略平行な回転中心軸線に沿って延びており、第１平面Ｐ１に対してプーリ部４３１ａと同じ側に配置されている。第１軸部４６４ｂは、第１平面Ｐ１に対してプーリ部４３１ｂと同じ側に配置されている。第２軸部４６５は、第２軸Ａ２に沿った方向に延びる円柱形状の軸部材である。第２軸部４６５は、近位クレビス４７０の一対の軸孔に挿入されて支持されている。

ここで、第１細長要素Ｗ１、第２細長要素Ｗ２および第３細長要素Ｗ３は、ワイヤまたはケーブルにより構成されている。第１細長要素Ｗ１、第２細長要素Ｗ２および第３細長要素Ｗ３は、ステンレスまたはタングステンなどの金属により構成されたワイヤまたはケーブルである。第３細長要素Ｗ３は、プーリ部４６１に対応して設けられている。第１細長要素Ｗ１および第２細長要素Ｗ２は、エンドエフェクタ部材４３０ａおよび４３０ｂに対応して設けられている。なお、第１細長要素Ｗ１、第２細長要素Ｗ２および第３細長要素Ｗ３は、一部がロッドなどにより構成されていてもよい。

図１１に示すように、近位クレビス４７０は、シャフト４２０に接続される接続基部４７０ａを含んでいる。

また、図１４に示すように、アーム６０には、アーム部６１の複数の関節部６４に対応するように、複数のサーボモータＭ１と、エンコーダＥ１と、減速機（図示せず）とが設けられている。エンコーダＥ１は、サーボモータＭ１の回転角を検出するように構成されている。減速機は、サーボモータＭ１の回転を減速させてトルクを増大させるように構成されている。

また、図１４に示すように、並進移動機構部７０には、手術器具４に設けられた回転部材４４ａ～４４ｄを回転させるための４つのサーボモータＭ２（図９に示すサーボモータ７１２ａ１～７１２ｄ１に対応）と、手術器具４を並進移動させるためのサーボモータＭ３と、４つのエンコーダＥ２およびエンコーダＥ３と、減速機（図９に示すサーボモータ７１２ａ１～７１２ｄ１に対応する減速機７１２ａ２～７１２ｄ２と、サーボモータＭ３に対応する図示しない減速機）とが設けられている。４つのエンコーダＥ２は、図９に示すサーボモータ７１２ａ１～７１２ｄ１の回転角を検出するように構成されている。Ｅ３は、サーボモータＭ３の回転角を検出するように構成されている。減速機は、サーボモータＭ２およびサーボモータＭ３の回転を減速させてトルクを増大させるように構成されている。

また、ポジショナ４０には、ポジショナ４０の複数の関節部４３に対応するように、複数のサーボモータＭ４と、エンコーダＥ４と、減速機（図示せず）とが設けられている。エンコーダＥ４は、サーボモータＭ４の回転角を検出するように構成されている。減速機は、サーボモータＭ４の回転を減速させてトルクを増大させるように構成されている。

また、医療用台車３には、医療用台車３の複数の前輪（図示せず）の各々を駆動するサーボモータＭ５と、エンコーダＥ５と、減速機（図示せず）とが設けられている。エンコーダＥ５は、サーボモータＭ５の回転角を検出するように構成されている。減速機は、サーボモータＭ５の回転を減速させてトルクを増大させるように構成されている。

医療用台車３の制御部３１は、指令に基づいて複数のアーム６０の移動を制御するアーム制御部３１ａと、指令に基づいてポジショナ４０の移動および医療用台車３の前輪（図示せず）の駆動を制御するポジショナ制御部３１ｂとを含む。アーム制御部３１ａには、アーム６０を駆動するためのサーボモータＭ１を制御するためのサーボ制御部Ｃ１が電気的に接続されている。また、サーボ制御部Ｃ１には、サーボモータＭ１の回転角を検出するためのエンコーダＥ１が電気的に接続されている。

また、アーム制御部３１ａには、手術器具４を駆動するためのサーボモータＭ２を制御するためのサーボ制御部Ｃ２が電気的に接続されている。また、サーボ制御部Ｃ２には、サーボモータＭ２の回転角を検出するためのエンコーダＥ２が電気的に接続されている。また、アーム制御部３１ａには、並進移動機構部７０を並進移動するためのサーボモータＭ３を制御するためのサーボ制御部Ｃ３が電気的に接続されている。また、サーボ制御部Ｃ３には、サーボモータＭ３の回転角を検出するためのエンコーダＥ３が電気的に接続されている。

そして、遠隔操作装置２に入力された動作指令が、アーム制御部３１ａに入力される。アーム制御部３１ａは、入力された動作指令と、エンコーダＥ１（Ｅ２、Ｅ３）により検出された回転角とに基づいて位置指令を生成するとともに、位置指令をサーボ制御部Ｃ１（Ｃ２、Ｃ３）に出力する。サーボ制御部Ｃ１（Ｃ２、Ｃ３）は、アーム制御部３１ａから入力された位置指令と、エンコーダＥ１（Ｅ２、Ｅ３）により検出された回転角とに基づいて、トルク指令を生成するとともに、トルク指令をサーボモータＭ１（Ｍ２、Ｍ３）に出力する。これにより、アーム６０は、遠隔操作装置２に入力された動作指令に応じて移動する。

アーム制御部３１ａは、操作部８０からの入力信号に基づいてアーム６０を操作するように構成されている。具体的には、アーム制御部３１ａは、操作部８０から入力された入力信号（動作指令）と、エンコーダＥ１またはＥ３により検出された回転角とに基づいて位置指令を生成するとともに、位置指令をサーボ制御部Ｃ１またはＣ３に出力する。サーボ制御部Ｃ１またはＣ３は、アーム制御部３１ａから入力された位置指令と、エンコーダＥ１またはＥ３により検出された回転角とに基づいて、トルク指令を生成するとともに、トルク指令をサーボモータＭ１またはＭ３に出力する。これにより、アーム６０は、操作部８０に入力された動作指令に応じて移動する。

また、図１４に示すように、ポジショナ制御部３１ｂには、ポジショナ４０を移動するサーボモータＭ４を制御するためのサーボ制御部Ｃ４が電気的に接続されている。また、サーボ制御部Ｃ４には、サーボモータＭ４の回転角を検出するためのエンコーダＥ４が電気的に接続されている。また、ポジショナ制御部３１ｂには、医療用台車３の前輪（図示せず）を駆動するサーボモータＭ５を制御するためのサーボ制御部Ｃ５が電気的に接続されている。また、サーボ制御部Ｃ５には、サーボモータＭ５の回転角を検出するためのエンコーダＥ５が電気的に接続されている。

また、入力装置３３からの動作指令が、ポジショナ制御部３１ｂに入力される。ポジショナ制御部３１ｂは、入力装置３３から入力された動作指令と、エンコーダＥ４により検出された回転角とに基づいて位置指令を生成するとともに、位置指令をサーボ制御部Ｃ４に出力する。サーボ制御部Ｃ４は、ポジショナ制御部３１ｂから入力された位置指令と、エンコーダＥ４により検出された回転角とに基づいて、トルク指令を生成するとともに、トルク指令をサーボモータＭ４に出力する。これにより、ポジショナ４０は、入力装置３３に入力された動作指令に応じて移動する。詳細な説明は省略するが、同様な手順により、ポジショナ制御部３１ｂは、操作ハンドル３４からの動作指令に応じて、医療用台車３を移動させる。

図１５は手術器具４の手首である遠位クレビス４６０を第２軸部４６５についてＣ６ａ方向（図１２参照）に回動させた図である。手術器具４は、回転部材４４ｃがＣ２方向（図１０参照）に回転することにより、第１細長要素Ｗ１の第２部分Ｗ１ａ２を引っ張ってエンドエフェクタ部材４３０ａを閉じる方向に駆動し、回転部材４４ｄがＣ４方向（図１０参照）に回転することにより、第２細長要素Ｗ２の第２部分Ｗ２ａ２を引っ張ってエンドエフェクタ部材４３０ｂを閉じる方向に駆動するように構成されている。手術器具４がシザースの場合は、エンドエフェクタ部材４３０ａと４３０ｂが閉じてからさらに回転部材４４ｃがＣ２方向に、回転部材４４ｄがＣ４方向に所定の角度回転することで剪断力を生じさせる。手術器具４がグラスパ―の場合は、エンドエフェクタ部材４３０ａと４３０ｂが閉じてからさらに回転部材４４ｃがＣ２方向に、回転部材４４ｄがＣ４方向に所定の角度回転することで把持力を生じさせる。

図１２に示されるように遠位クレビス４６０を第２軸部４６５について回動していないとき、エンドエフェクタ部材４３０ｂを閉じる方向に駆動する第２細長要素Ｗ２の第２部分Ｗ２ａ２は第１プーリ群４６２ａの上側プーリと第２プーリ群４６３ａの上側プーリの両方のプーリで案内されている（第１の状態）。一方、図１５に示されるように遠位クレビス４６０を第２軸部４６５についてＣ６ａ方向（図１２参照）に所定の角度回動させたとき、エンドエフェクタ部材４３０ｂを閉じる方向に駆動する第２細長要素Ｗ２の第２部分Ｗ２ａ２は第１プーリ群４６２ａの上側プーリに巻き付いて案内されている（第２の状態）。第１プーリ群４６２ａに含まれる各プーリは、第２プーリ群４６３ａに含まれる各プーリよりも小さい直径を有している。このため第２細長要素Ｗ２の第２部分Ｗ２ａ２の経路長（エンドエフェクタ部材４３０ｂと回転部材４４ｄの間の第２部分Ｗ２ａ２の長さ）は、第１の状態よりも第２の状態のほうが短くなる。このため第１の状態の時は、エンドエフェクタ部材４３０ａと４３０ｂが閉じてからさらに回転部材４４ｄがＣ４方向に所定の角度Ｘ°回転することで剪断力を生じさせることができるが、第２の状態の時は、第２部分Ｗ２ａ２の経路長が短くなって第２部分Ｗ２ａ２が緩むので所定の角度Ｘ°回転させても剪断力が不十分になる。

図１６は、遠位クレビス４６０の第２軸部４６５についての回転角度と第２細長要素Ｗ２の第２部分Ｗ２ａ２余り量の関係を示した図である。図１６において、横軸は遠位クレビス４６０の第２軸部４６５についての回転角度を示し、縦軸は第２細長要素Ｗ２の余り量を回転部材４４ｄの回転角度に換算して示している。図１６から遠位クレビス４６０がＣ６ａ方向（図１２参照）に約５０°回転すると第２部分Ｗ２ａ２にゆるみが生じ、回転角度が大きくなると徐々にあまり量が大きくなることがわかる。これは遠位クレビス４６０がＣ６ａ方向に回転するにつれて第１プーリ群４６２ａの上側プーリ（小径）の第２部分Ｗ２ａ２のガイド量が増加し、第２プーリ群４６３ａの上側プーリ（大径）の第２部分Ｗ２ａ２のガイド量が減少することに起因している。このためシザースにおいては所定の剪断力を発揮させるためには、第２部分Ｗ２ａ２のゆるみ量を遠位クレビス４６０がＣ６ａ方向の回転角度に応じて補正する必要がある。具体的には、制御部３１は、回転部材４４ｄのＣ４方向の回転量（回転角度）が遠位クレビス４６０の回転角度に対応するゆるみ量に相当する分だけ増加するように回転部材４４ｄに対応するアクチュエータ７１２ｄの駆動を制御する。なお、遠位クレビス４６０がＣ５ａ方向に回転する場合は、第１細長要素Ｗ１の第２部分Ｗ１ａ２にゆるみが生じるため、制御部３１は、回転部材４４ｃのＣ２方向の回転量（回転角度）が遠位クレビス４６０の回転角度に対応するゆるみ量に相当する分だけ増加するように回転部材４４ｃに対応するアクチュエータ７１２の駆動を制御する。図１７は、図１５に示されたエンドエフェクタ４３０を図１１に示す第２平面Ｐ２について逆側から見た図である。図１７に示されるように遠位クレビス４６０を第２軸部４６５についてＣ６ａ方向（図１２参照）に所定の角度回動させたとき、第１細長要素Ｗ１の第２部分Ｗ１ａ２は第１プーリ群４６２ｂの上側プーリと第２プーリ群４６３ｂの上側プーリの両方にガイドされている。このためエンドエフェクタ部材４３０ａを閉じるために駆動する第１細長要素Ｗ１の第２部分Ｗ１ａ２の経路長は変化しないので、回転部材４４ｃのＣ２方向の回転量を補正する必要はない。

手術器具４の遠位クレビス４６０を第２軸部４６５についてＣ５ａ方向（図１２参照）に回動した場合は、制御部３１は、回転部材４４ｃのＣ２方向の回転量（回転角度）がゆるみ量に相当する分だけ増加するように回転部材４４ｃに対応するアクチュエータ７１２の駆動を制御する。この場合は、エンドエフェクタ部材４３０ｂを閉じるために駆動する第２細長要素Ｗ２の第２部分Ｗ２ａ２の経路長は変化しないので、回転部材４４ｄのＣ４方向の回転量を補正する必要はない。

次に、図１８を参照して、外科手術システム１００の制御方法について説明する。

まず、ステップＳ１において、制御部３１は、遠隔操作装置２による医療用マニピュレータ１のアーム６０の操作が可能か否かを判定する。具体的には、制御部３１は、モニタ２４近傍に設けられた図示しないセンサで術者の頭部を検知した状態で術者によって操作用マニピュレータアーム２１が操作されることにより、遠隔操作装置２によるアーム６０の操作が可能と判定する。

次に、ステップＳ２において、制御部３１は、手術器具４に対する遠隔操作装置２の操作用マニピュレータアーム２１の操作を受け付ける。

次に、ステップＳ３において、制御部３１は、受け付けられた操作によって、遠位クレビス４６０が第２軸部４６５（第２軸Ａ２）についてＣ５ａ方向に所定角度以上回転するかどうかを判定する。具体的には、制御部３１は、回転部材４４ｂを回転させるアクチュエータ７１２ｂのサーボモータ７１２ｂ１の回転方向と回転角度をエンコーダＥ２によって監視しており、その結果に基づいて遠位クレビス４６０が第２軸部４６５についてＣ５ａ方向に所定角度以上回転するかどうかの判定を行っている。遠位クレビス４６０がＣ５ａ方向に所定角度以上回転する場合はＳ４に進み、回転しない場合はＳ５に進む。

次に、ステップＳ４において、制御部３１は、回転部材４４ｃのＣ２方向の回転量（回転角度）が第１細長要素Ｗ１の第２部分Ｗ１ａ２のゆるみ量に相当する分だけ増加するように回転部材４４ｃに対応するアクチュエータ７１２ｃの駆動を制御する。なお、上述したように第１細長要素Ｗ１の第２部分Ｗ１ａ２のゆるみ量は、遠位クレビス４６０が第２軸部４６５についてＣ５ａ方向に所定角度以上回転したときの回転角度に対応している。

そして、ステップＳ５において、制御部３１は、受け付けられた操作によって、遠位クレビス４６０が第２軸部４６５（第２軸Ａ２）についてＣ６ａ方向に所定角度以上回転するかどうかを判定する。遠位クレビス４６０がＣ６ａ方向に所定角度以上回転する場合はＳ６に進み、回転しない場合はＳ１に進む。

ステップＳ６において、制御部３１は、回転部材４４ｄのＣ４方向の回転量（回転角度）が第２細長要素Ｗ２の第２部分Ｗ２ａ２のゆるみ量に相当する分だけ増加するように回転部材４４ｄに対応するアクチュエータ７１２ｄの駆動を制御する。なお、第２細長要素Ｗ２の第２部分Ｗ２ａ２のゆるみ量は、遠位クレビス４６０が第２軸部４６５についてＣ６ａ方向に所定角度以上回転したときの回転角度に対応している。

上記のステップＳ２～Ｓ６の動作は、２つの操作用マニピュレータアーム２１のそれぞれに対応するアーム６０毎に行なわれる。

［本実施形態の効果］
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、制御部３１は、遠位クレビス４６０が第２軸部（第２軸Ａ２）について所定角度以上回転するかどうかを判定し、所定の角度以上回転する場合には、回転部材４４ｃまたは回転部材４４ｄの回転角度を増加させるように対応するアクチュエータ７１２ｃまたは７１２ｄを制御する。これにより、細長要素Ｗのゆるみによるシザースの剪断力の低下やグラスパ―の把持力低下を抑制することができる。

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、制御部３１がシャフト４２０の回転角度を監視し、シャフト４２０の回転角度に応じて回転部材４４ｃおよび回転部材４４ｄの回転角度を制御するようにしても良い。具体的には、シャフト４２０が初期位置の状態よりも、シャフト４２０の軸Ｓ周りに回転した状態のほうが、第１細長要素Ｗ１の第２部分Ｗ１ａ２の経路長および第２細長要素Ｗ２の第２部分Ｗ２ａ２の経路長が長くなる。これは、第１細長要素Ｗ１およびＷ２がシャフト４２０の中心以外を通っているためである。このため制御部３１は、回転部材４４ｃおよび回転部材４４ｄの回転量（回転角度）を、シャフト４２０の初期位置からの回転角度に応じて減少させるように制御する。

また、上記実施形態では、手術器具４は、回転部材４４ｃがＣ２方向（図１０参照）に回転することにより、第１細長要素Ｗ１の第２部分Ｗ１ａ２を引っ張ってエンドエフェクタ部材４３０ａを閉じる方向に駆動し、回転部材４４ｄがＣ４方向（図１０参照）に回転することにより、第２細長要素Ｗ２の第２部分Ｗ２ａ２を引っ張ってエンドエフェクタ部材４３０ｂを閉じる方向に駆動するように構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。第１細長要素Ｗ１およびＷ２の経路を変更し、回転部材４４ｃがＣ１方向（図１０参照）に回転することにより、エンドエフェクタ部材４３０ａを閉じる方向に駆動し、回転部材４４ｄがＣ３方向（図１０参照）に回転することによりエンドエフェクタ部材４３０ｂを閉じる方向に駆動するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、アーム６０が４つ設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、アーム６０の数は、少なくとも１つ以上設けられていれば他の任意の数であってもよい。

また、上記実施形態では、アーム部６１およびポジショナ４０が７軸多関節ロボットから構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、アーム部６１およびポジショナ４０が７軸多関節ロボット以外の軸構成（例えば、６軸や８軸）の多関節ロボットなどから構成されていてもよい。

また、上記実施形態では、医療用マニピュレータ１が、医療用台車３と、ポジショナ４０と、アームベース５０と、アーム６０とを備えている例を示したが、本発明はこれに限らない。たとえば、医療用台車３と、ポジショナ４０と、アームベース５０は必ずしも必要なく、医療用マニピュレータ１がアーム６０だけで構成されてもよい。

本明細書で開示する要素の機能は、開示された機能を実行するよう構成またはプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）、従来の回路、および／または、それらの組み合わせ、を含む回路または処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路または回路と見なされる。本開示において、回路、ユニット、または手段は、列挙された機能を実行するハードウェアであるか、または、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウェアである。ハードウェアは、本明細書に開示されているハードウェアであってもよいし、あるいは、列挙された機能を実行するようにプログラムまたは構成されているその他の既知のハードウェアであってもよい。ハードウェアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、手段、またはユニットはハードウェアとソフトウェアの組み合わせであり、ソフトウェアはハードウェアおよび／またはプロセッサの構成に使用される。

１ 医療用マニピュレータ（患者側装置）
２ 遠隔操作装置（操作者側装置）
４ 手術器具
２１ 操作用マニピュレータアーム（操作部）
３１ 制御部（制御装置）
４４ｂ 回転部材（第３回転部材）
４４ｃ 回転部材（第１回転部材）
４４ｄ 回転部材（第２回転部材）
６０ アーム（ロボットアーム）
７１ ホルダ（取付部）
１００ 外科手術システム
４２０ シャフト
４３０ エンドエフェクタ
４３０ａ エンドエフェクタ部材（第１ジョー部材）
４３０ｂ エンドエフェクタ部材（第２ジョー部材）
４３１ａ プーリ部（第１プーリ部）
４３１ｂ プーリ部（第２プーリ部）
４６０ 第１支持体（遠位クレビス）
４６２ａ 第１プーリ群（第２プーリ、第８プーリ）
４６２ｂ 第１プーリ群（第４プーリ、第６プーリ）
４６３ａ 第２プーリ群（第１プーリ、第７プーリ）
４６３ｂ 第２プーリ群（第３プーリ、第５プーリ）
４７０ 第２支持体（近位クレビス）
７１２ｂ アクチュエータ（第３アクチュエータ）
７１２ｃ アクチュエータ（第１アクチュエータ）
７１２ｄ アクチュエータ（第２アクチュエータ）
Ａ１ 第１軸（第２軸）
Ａ２ 第２軸（第１軸）
Ｐ１ 第１平面
Ｐ２ 第２平面
Ｗ１ 第１細長要素
Ｗ１ｂ 留め具（第１固定部）
Ｗ１ａ１ 第１部分
Ｗ１ａ２ 第２部分
Ｗ２ 第２細長要素
Ｗ２ｂ 留め具（第２固定部）
Ｗ２ａ１ 第３部分
Ｗ２ａ２ 第４部分
Ｗ３ 第３細長要素
Ｗ３ａ１ 第５部分
Ｗ３ａ２ 第６部分

Claims (10)

1. 先端側に手術器具が取り付けられる取付部を含むロボットアームを備えた患者側装置と、
   前記手術器具を動作させる操作を受け付ける操作部を含む操作者側装置と、
   前記操作部からの指令に基づいて前記手術器具の動作を制御する制御装置と、を備え、
   前記手術器具は、
   シャフトと、
   前記シャフトの遠位端に接続される第１支持体と、
   前記第１支持体の遠位端に、前記シャフトの軸方向に対して直交する第１軸周りに回転可能に支持される第２支持体と、
   前記第２支持体の遠位端に、前記シャフトの軸方向および前記第１軸に対して直交する第２軸周りに回転可能に支持される第１プーリ部を有する第１ジョー部材と、
   前記第２支持体の遠位端に、前記シャフトの軸方向および前記第１軸に対して直交する前記第２軸周りに回転可能に支持される第２プーリ部を有する第２ジョー部材と、
   前記第１ジョー部材を駆動するための第１細長要素と、
   前記シャフトの近位端側に配置され、回転により前記第１細長要素を駆動する第１回転部材と、を備え、
   前記取付部は、取り付けられた前記手術器具の前記第１回転部材を駆動する第１アクチュエータを含み、
   前記制御装置は、前記第１ジョー部材と前記第１回転部材との間の前記第１細長要素の経路長が変化する条件を監視し、前記操作部から所定の回転角度で前記第１回転部材を回転させる指令を受けた場合に、前記条件に応じて補正した回転角度で前記第１回転部材が回転するように前記第１アクチュエータを制御する、外科手術システム。
2. 前記手術器具は、前記第１軸周りに回転可能に配置され、前記第１細長要素を案内するための第１プーリと、前記第２支持体の前記遠位端と近位端との間に配置され、前記第１細長要素を案内するための第２プーリと、を備え、
   前記第１プーリおよび前記第２プーリは、前記シャフトと前記第１プーリ部との間で前記第１細長要素を案内するように配置されている、請求項１に記載の外科手術システム。
3. 前記第１軸を含み、かつ、前記第２軸に垂直な第１平面に対して、前記第１プーリの回転軸は第１の側に配置され、
   第１の方向は、前記第２支持部材が前記第１軸周りに前記第１の側に向かって回転する方向である、請求項２に記載の外科手術システム。
4. 前記第１プーリおよび前記第２プーリは、前記第２軸を含み、かつ、前記第１軸に垂直な第２平面に対して第３の側に配置され、
   前記医療器具は、
   前記第１軸に回転可能に配置され、前記第２平面に対して前記第３の側と反対の第４の側に配置される第３プーリと、
   前記第２支持体の前記遠位端と近位端との間に配置され、前記第２平面に対して前記第３の側と反対の前記第４の側に配置され、前記第１平面に対して前記第２の側に配置される第４プーリと、を備え、
   前記第１細長要素は、前記エンドエフェクタに固定される第１固定部と、前記第１固定部と前記シャフトの間で前記第１および第２プーリによって案内される第１部分と、前記第１固定部と前記シャフトの間で前記第３および第４プーリによって案内される第２部分と、を備える、請求項２または３に記載の外科手術システム。
5. 前記エンドエフェクタは、前記第２軸に回転可能な前記第１プーリ部を有する前記第１ジョー部材および前記第２軸に回転可能な前記第２プーリ部を有する前記第２ジョー部材を含み、
   前記第１プーリ部は、前記第１平面に対して前記第１の側に配置され、
   前記第２プーリ部は、前記第１平面に対して前記第１の側の反対の第２の側に配置され、
   前記第１細長要素は、前記第１ジョー部材を駆動する、請求項４に記載の外科手術システム。
6. 前記手術器具は、
   前記第２プーリ部に固定される第２固定部、第３部分および第４部分を含み、前記第２ジョー部材を駆動するための第２細長要素と、
   前記シャフトの近位端側に配置され、回転により前記第２細長要素を駆動する第２回転部材と、
   前記第１軸周りに回転可能に配置され、前記第２平面に対して前記第４の側に配置され、前記第３部分を案内するための第５プーリと、
   前記第２支持体の前記遠位端と近位端との間に配置され、前記第２平面に対して前記第４の側に配置され、前記第３部分を案内するための第６プーリと、
   前記第１軸周りに回転可能に配置され、前記第２平面に対して前記第３の側に配置され、前記第４部分を案内するための第７プーリと、
   前記第２支持体の前記遠位端と近位端との間に配置され、前記第２平面に対して前記第３の側に配置され、前記第４部分を案内するための第８プーリと、を備えており、
   前記取付部は、取り付けられた前記手術器具の前記第２回転部材を駆動する第２アクチュエータを含み、
   前記制御装置は、前記第２支持体が前記第１軸周りに前記第１の方向とは反対の第２の方向に所定の角度以上回転したか否かを判定し、前記第２支持体が前記所定の角度以上回転していない場合は、第１の回転条件で前記第２回転部材が回転するように前記第２アクチュエータを制御し、前記第２支持体が前記所定の角度以上回転した場合は、第２の回転条件で前記第２回転部材が回転するように前記第２アクチュエータを制御する、請求項５に記載の外科手術システム。
7. 前記手術器具は、
   前記第２支持体に固定される第３固定部、第５部分および第６部分を含み、前記第２支持体を駆動するための第３細長要素と、
   前記シャフトの近位端側に配置され、回転により前記第３細長要素を駆動する第３回転部材と、を備え、
   前記取付部は、取り付けられた前記手術器具の前記第３回転部材を駆動する第３アクチュエータを含む、請求項１～６の何れか１項に記載の外科手術システム。
8. 前記条件は、前記第２支持体が前記第１軸周りに所定の角度以上回転したか否かであり、
   前記制御部は、前記第２支持体が前記所定の角度以上回転していない場合、前記所定の回転角度で前記第１回転部材が回転するように前記第１アクチュエータを制御し、前記第２支持体が前記所定の角度以上回転した場合、前記第２支持体の回転角度に応じて前記所定の回転角度より大きな回転角度で前記第１回転部材が回転するように前記第１アクチュエータを制御する、請求項１～７の何れか１項に記載の外科手術システム。
9. 前記第２支持体が前記所定の角度以上回転した場合、前記第１細長要素は、前記第１プーリよりも、前記第２プーリに多く案内される、請求項８に記載の外科手術システム。
10. 前記シャフトは、前記シャフトの軸周りに回転可能に配置されており、
    前記条件は、前記シャフトが初期位置から前記シャフトの軸周りに回転した回転角度であり、
    前記制御部は、前記シャフトが前記初期位置から回転していない場合、前記所定の回転角度で前記第１回転部材が回転するように前記第１アクチュエータを制御し、前記シャフトが前記初期位置から回転した場合、前記シャフトの回転角度に応じて前記所定の回転角度より小さな回転角度で前記第１回転部材が回転するように前記第１アクチュエータを制御する、請求項１～７の何れか１項に記載の外科手術システム。
    
    

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