JP3679440B2

JP3679440B2 - 医療用マニピュレータ

Info

Publication number: JP3679440B2
Application number: JP03388595A
Authority: JP
Inventors: 裕一池田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1995-02-22
Filing date: 1995-02-22
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2020-08-03
Also published as: JPH08224247A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、処置手段を先端側に設け、この処置手段を支持してその処置手段の位置および向きを選択するための湾曲部を設けたアームを備えた医療用マニピュレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
腹壁等の体壁に挿入孔を開け、この挿入孔を通じて内視鏡や処置具等の器械を体腔内に誘導し、その器械による体腔内での様々な処置をマニピュレータ操作で行う経皮的内視鏡下外科手術が知られている。この種の経皮的内視鏡下外科手術は大きな切開を要しない低侵襲な術式として優れたものである。
このような術式において用いる処置用マニピュレータとして、アーム部に予め湾曲した部分を設け、その湾曲した部分を管状のハウジングから突き出すことにより湾曲をかけるものがＵＳＰ第５，２５４，１３０号明細書で知られている。
【０００３】
また、挿入部に湾曲部を設け、これを挿入部内に挿通した上下または左右の操作ワイヤで湾曲操作するようにした内視鏡がある。このような内視鏡の湾曲部の構造として複数個の節輪を突き合わせてその突き合わせ連結端部分の一方に円弧状の凹部を設け、他方の連結端部分に円弧状の凸部を設けてこの凹部と凸部を突き合わせ嵌合して節輪同志を連結するものが知られている（実開昭６３−１８２７０３号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の処置用マニピュレータの湾曲部構造は剛性が低いために、肝臓等の比較的重い臓器を把持したり牽引したりする場合にはその湾曲部が容易に変形し、術者の思う通りの操作ができないという問題があった。
また、後者のワイヤ操作方式の湾曲部構造では１自由度の湾曲動作に対して、１対の湾曲操作ワイヤが必要となるために、湾曲部とそれの操作部の構造が複雑なものとなってしまう。
【０００５】
本発明は前記課題に着目してなされたものであり、その目的とするところは比較的簡単で安価な湾曲部構造とすることができるとともにその湾曲部の湾曲力が大きく、また湾曲操作性の良い医療用マニピュレータを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、処置手段を先端側に備え、前記処置手段の位置および向きを変えるための湾曲部を有するアームと、
一端に円弧状に形成された凸部を備えるとともに他端側に前記凸部と対を成す円弧状に形成された凹部を備え、順に前記凸部と前記凹部を回動可能に連結して湾曲中心軸を形成してなる、前記湾曲部を構成する湾曲部用節輪と、
前記湾曲用節輪の湾曲中心軸に対してオフセットした位置に設けられ、前記湾曲部用節輪の軸方向に貫通する第１の孔部と、
前記湾曲部用節輪の湾曲中心軸に対して前記第１の孔部とは反対側に設けられ、前記湾曲部用節輪の軸方向に貫通する第２の孔部と、
前記第１の孔部内に配設され、弾性復元力によって前記湾曲部を直線状態に保つバイアス部材と、
前記第２の孔部内に配設されるとともに、手元側に設けた駆動手段による牽引によって前記バイアス部材の弾性力に抗して前記湾曲部用節輪を回動させる湾曲操作ワイヤと、
を具備したことを特徴とする医療用マニピュレータである。
請求項２に係る発明は、前記バイアス部材と前記アームとの相対位置を変化させ、前記バイアス部材の弾性復元力を調整する調整手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の医療用マニピュレータ。
請求項３に係る発明は、処置手段を先端側に備え、前記処置手段の位置および向きを変えるための湾曲部を有するアームと、
一端に円弧状に形成された凸部を備えるとともに他端側に前記凸部と対を成す円弧状に形成された凹部を備え、順に前記凸部と前記凹部を回動可能に連結させて湾曲中心軸を形成してなる、前記湾曲部を構成する湾曲部用節輪と、
前記湾曲用節輪の湾曲中心軸に対してオフセットした位置に設けられ、前記湾曲部用節輪の軸方向に貫通する第１の孔部と、
前記湾曲部用節輪の湾曲中心軸に対して前記孔部とは反対側に設けられ、前記湾曲部用節輪の軸方向に貫通する第２の孔部と、
前記第１の孔部内に配設され、弾性復元力によって前記湾曲部を直線状態に保つバイアス部材と、
前記第２の孔部内に配設され、手元側に延出する湾曲操作ワイヤと、
前記湾曲操作ワイヤの手元側に設けられ、前記バイアス部材の弾性力に抗して前記湾曲部用節輪を回動させるように前記湾曲操作ワイヤを押し引きする駆動手段と、
前記駆動手段を構成し、前記湾曲操作ワイヤを押し引きするための駆動力を発生させるモータ部と、
を具備したことを特徴とする医療用マニピュレータである。
【０００７】
【実施例】
＜第１の実施例＞
図１〜３を参照して、本発明の第１の実施例を説明する。
（構成）
図１は特に経皮的内視鏡下外科手術に用いる医療用マニピュレータシステムの全体的な構成を概略的に示している。この医療用マニピュレータシステムはスレーブマニピュレータ１とマスターマニピュレータ２と両マニピュレータ１，２の関連動作を制御するための制御装置３とを備えている。
【０００８】
前記スレーブマニピュレータ１は手術器械４とこれを支持する移動用マニピュレータ（ロボット）５を備える。手術器械４は移動用マニピュレータ５のアーム先端に対して着脱自在に搭載される。ここでの手術器械４としては立体式内視鏡６と一対の処置具（手段）としての一対の把持鉗子７ａ，７ｂとからなる。内視鏡６における挿入部８と一対の把持鉗子７ａ，７ｂは共通のシース９の内部に挿通されて同じ向きで配置されることにより一体的なユニットとして構成されている。すなわち一対の処置具７ａ，７ｂのアーム部１０は内視鏡６の挿入部８に沿うとともにその挿入部８の左右位置に隣接して並んで配置されている。図１で示すように手術器械４のシース９は患者の体壁ａに形成した挿通孔ｂを通じて体腔ｃの内部に挿入される。そして、前記手術器械４においての内視鏡６と把持鉗子７ａ，７ｂの先端部分は略同じ向きで体腔ｃ内に突き出すように設置されるようになっている。
【０００９】
ところで、前記内視鏡６はシース９の先端から突き出す挿入部８の先端側途中部分に自由度が２の湾曲部１１を設けてなり、この湾曲部１１は上下方向Ｂ１と左右方向Ｂ２の２方向に湾曲することによりその先端部１２の向きを上下左右に変向するようになっている。
前記内視鏡６の先端部１２には左右一対の照明窓１３と左右一対の観察窓１４が設けられていて、この照明窓１３から体腔ｃ内の視野に照明光を照射する。そして、視野内を左右一対の観察窓１４を通じて観察する。各観察窓１４の内側にはＣＣＤ等の固体撮像素子がそれぞれ設置されており、各固体撮像素子は図示しないカメラコントロール回路によって駆動制御され、各観察窓１４を通じて得られるそれぞれの視野を撮像する。
【００１０】
また、左右の各把持鉗子７ａ，７ｂにおいて、シース９から突き出すアーム部１０の途中でその長手方向の２箇所には湾曲部１５，１６を設けられ、基端側の第１の湾曲部１５はＣ１方向に湾曲し、先端側の第２の湾曲部１６はＣ２方向の湾曲が行われる。第１の湾曲部１５が湾曲するＣ１方向と第２の湾曲部１６が湾曲するＣ２方向とは通常の動作において同一の面内で互いに異なる向きに湾曲するようになっている。また、シース９から突き出す支持用アーム部１０はその基端側に設けた回転部１７によって自軸まわりのＣ３方向の回転も可能である。把持鉗子７ａ，７ｂのアーム部１０の先端には処置作業用の一対の把持部材を回動可能に設けてなるグリッパ（処置部）１８が設けられている。各把持鉗子７ａ，７ｂは内視鏡６の挿入部８の軸に対して左右対称の構造をとり、同様の自由度を有している。
【００１１】
処置用内視鏡６はその後端に駆動部１９が設けられており、この駆動部１９にはエンコーダ付き電磁モータ（図示しない）を備え、この駆動力を例えばワイヤー（図示しない）等によって、前記内視鏡６の湾曲部１１の湾曲と把持鉗子７ａ，７ｂの湾曲部１５，１６の湾曲やそのアーム部１０の回転、グリッパ１８の開閉などの動作を駆動可能となっている。
【００１２】
一方、前記移動用マニピュレータ５はベッドサイドに設置される支持機構とし用いられるものであり、次に述べる如く、直動および回転の自由度を有する複数の軸を備えた多関節アーム構造で構成されている。つまり、これは基部２０、水平旋回方向Ａ１と垂直移動方向Ａ２に動作する第１の動作軸２１、この第１の動作軸２１に対して水平方向Ａ３に移動しかつ自軸周りの旋回方向Ａ４に回転可能な第２の動作軸２２とを備えてなり、さらに第２の動作軸２２の先端にはその軸方向に直交した旋回方向Ａ５とその旋回方向Ａ５の軸に直交する軸まわりの旋回方向Ａ６に回転可能ないわゆる手首機能を持つ器具装着部材２３が取り付けられている。この器具装着部材２３に対して前記手術器械４のシース９を挿通し、その状態で手術器械４が支持されるようになっている。また、内視鏡６と一対の把持鉗子７ａ，７ｂからなる手術器械４のユニットは、移動用マニピュレータ５の先端に設けられた器具装着部材２３に対して着脱可能に取り付けられている。この移動用マニピュレータ５の各軸には各方向に駆動する電磁モータ等のアクチュエータ（図示せず）とその回転角を検出するアブソリュート型エンコーダ（図示せず）および減速機（図示せず）がそれぞれ設けられている。
【００１３】
一方、操作手段のマスターマニピュレータ２は移動用マスターアーム３１と、これの先端に設けられたＨＭＤ用アーム３２及び一対の処置手段操作用アーム３３ａ，３３ｂとによって構成されている。前記移動用マスターアーム３１はリンク機構から構成されており、これは手術室の壁部や架台等の基台３４に取り付けられ、その軸まわりのＤ１方向に回転する第１の軸部材３６と、この第１の軸部材３６の先端に関節３７を介してＤ２方向に回転するように連結された第２の軸部材３８と、この第２の軸部材３８の先端に関節３９を介してＤ３方向に回転するように連結された第３の軸部材４０と、この第３の軸部材４０の先端にＤ４方向に回転するように連結された装着用先端部材４１を連結してなる。また、これらの各回転軸部分にはその回転角度を検出可能なようにエンコーダ４２がそれぞれ取り付けられていて、これの検出データによって移動用マスターアーム３１の先端の位置と向きとを検出可能になっている。
【００１４】
前記ＨＭＤ用アーム３２は複数の回転関節５１，５２を持つアーム５３とこのアーム５３の先端に固定された表示手段としてのＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）５４とによって構成されている。このアーム５３の各回転関節５１，５２の回転方向Ｅ１，Ｅ２は互いに直交する向きにあり、それぞれにはエンコーダ５５，５６が設けられ、これによってＨＭＤ５４の各回転方向Ｅ１，Ｅ２の回転量をそれぞれ検出可能になっている。
【００１５】
また、一方の処置手段操作用アーム３３ａは３つの回転関節６１，６２，６３を持つアーム６４と、そのアーム６４の先端に設けられた開閉可能な操作用グリッパ６５によって構成されている。各回転関節６１，６２，６３によってそれぞれＦ３，Ｆ１，Ｆ２の３つの方向への動きが可能になっている。また、３つの回転関節６１，６２，６３と操作用グリッパ６５にはそれぞれエンコーダが設けられ、その各回転関節６１，６２，６３の回転角度やグリッパ６５の開き角度がそれぞれ検出可能になっている。他方の処置手段操作用アーム３３ｂは一方の処置手段用アーム３３ａに対して前記回転方向Ｄ４の回転軸に対して左右対称の構造をとり、これら両者の構成は同様であるため、この他方の処置手段操作用アーム３３ｂについての説明を省略する。
【００１６】
次に、前記スレーブマニピュレータ１とマスターマニピュレータ２の関連動作を制御するための制御装置３の構成について説明する。図１で示すように制御装置３は第１の制御装置７１、第２の制御装置７２、第３の制御装置７３の部分からなり、制御対象の役割分担がなされている。まず、第１の制御装置７１は移動用マスターアーム３１の各エンコーダ４２と電気的に接続され、そのエンコーダ４２により回転角を検出することにより、移動用マスターアーム３１の先端の位置を検出することができる。さらに第１の制御装置７１は移動用マニピュレータ５の各電磁モータとこのモータに付いているエンコーダとも電気的に接続され、そのエンコーダで移動量を検出しながらそのモータを駆動し、移動用マニピュレータ５の先端の位置を決める。
【００１７】
第２の制御装置７２は、ＨＭＤ用アーム３２の各エンコーダ５５，５６と電気的に接続され、そのエンコーダ５５，５６の回転角を検出することにより、ＨＭＤ５４の向きを検出することができる。さらに第２の制御装置７２は駆動部１９内に設けられたモータと、このモータに付いているエンコーダと電気的に接続され、エンコーダで移動量を検出しながらそのモータを駆動できるので、指定された方向に処置用内視鏡６の挿入部８における湾曲部１１を湾曲させることが可能である。
【００１８】
また、第３の制御装置７３は処置手段操作用アーム３３ａ，３３ｂの各エンコーダ７４と電気的に接続され、このエンコーダ７４により回転関節６１，６２，６３と操作用グリッパ６５の回転角を検出することにより、そのグリッパ６５の向きと位置およびグリッパ６５の開く角度を検出することができる。さらに第３の制御装置７３は駆動部１９内に設けられた処置手段駆動用の各電磁モータと、このモータに付いているエンコーダと電気的に接続され、エンコーダで移動量を検出しながらそのモータを駆動できるので、処置手段としての把持鉗子７ａ，７ｂの位置と方向を決めることが可能である。
【００１９】
また、前記内視鏡６の左のＣＣＤの出力は図示しないビデオプロセッサによりＴＶ信号に変換され、ＨＭＤ５４の左目の表示部の例えばＬＣＤにその映像を表示することが可能になっている。また、右のＣＣＤの出力は図示しないビデオプロセッサによりＴＶ信号に変換され、ＨＭＤ５４の右目の表示部の例えばＬＣＤにその映像を表示することが可能になっている。したがって、ＨＭＤ５４を装着した術者８０は３次元的（立体的）に観察することが可能である。
【００２０】
図２および図３は前述した処置具たる同様な構成の把持鉗子７ａ，７ｂの一方を取り上げて示し、特にその湾曲部１５，１６を備えた支持用アーム部１０を示すものである。この支持用アーム部１０に直列に設けられた２つの湾曲部１５，１６はそれぞれ異なる方向、例えば互いに直角な向きに湾曲するように構成されている。また、湾曲部１５，１６の間を第１の支持アーム部１０ａとし、先端側の湾曲部１６と最先端のグリッパ１８との間に第２の支持アーム１０ｂを形成している。グリッパ１８の一方の部材の外面には触覚センサ２５が取り付けられており、グリッパ１８の一方の部材に接触する生体組織の触覚を検知できるようになっている。触覚センサ２５にはこれへの電源供給と電気信号の取出しのためのリード線２６が接続されており、このリード線２６はアーム部１０内を通ってその基端部側へ導かれて前記制御装置３に結線されている。
【００２１】
次に、アーム部１０に設けられた湾曲部１５，１６の構成を詳細に説明する。湾曲部１５，１６は略同様に構成されているので、第２の湾曲部１６付近を示す図３を参照して説明する。すなわち、この第２の湾曲部１６は図３（ｂ）で示すように略円柱状に形成された複数個の節輪２７を軸方向へ同軸的に１列に並べてあり、各節輪２７の一方の端面にはその端面を直線的に横切る断面形状が円弧状の凸部２８を形成し、他方の端面にはその端面を直線的に横切る断面形状が円弧状の凹部２９が設ける。そして、複数の節輪２７を同じ向きで一列に並べることによりその凸部２８と凹部２９を回動自在に嵌合して係合するようにする。また、凸部２８と凹部２９が嵌合する回転中心軸は湾曲部１５の中心軸Ｌ１に対して僅かに偏り、これに直交してこれらを繋ぐ湾曲中心軸Ｌ２が湾曲部１５の中心軸Ｌ１に対して偏位して配設されている。つまり、各々の節輪２７の凸部２８と凹部２９を形成する円弧の中心を通る面内を前記湾曲中心軸Ｌ２が通り、その面は湾曲部１５が真直な時、湾曲な時にかかわらずその軸方向長さが変化しない湾曲中立面３０を形成する。
【００２２】
また、各節輪２７にはその軸方向に複数の孔４５があけられており、これらを利用して後述するバイアス材４６、処置具（手段）操作ワイヤ４７、湾曲操作ワイヤ４８及び前述したリード線２６などが湾曲部１６の中心軸Ｌ１に平行に挿通されている。つまり、湾曲部１５の内部には前記湾曲中立面３０よりその偏り側に位置して直線的なくせを付けた線状の弾性バイアス材４６が２本に平行に挿通されており、この２本のバイアス材２６の後端側は第１の支持アーム１０ａの部材にねじ締結された調節部材４９に対して回転自在な固定部材５０に固定され、２本のバイアス材２６の先端側は第２の支持アーム１０ｂの部材に対して固定されている。バイアス材２６の素材にはニッケルチタン合金製の超弾性合金が使用されている。さらに、各節輪２７の表面に対してそれの回動性を向上させるために減摩表面処理、例えば、フッ素樹脂コーティング（テフロンコーティング）、二硫化モリブデンコーティング、窒化チタン蒸着等を行ってもよい。ここでは２本のバイアス材４６を設けたが、１本でも３本以上でも良い。
【００２３】
さらに、湾曲部１６の内部には湾曲操作ワイヤ４８が２本並列に挿通されているが、この２本の湾曲操作ワイヤ４８と前記バイアス材４６は互いに中立面３０を間に挟んで互いに反対側に配置されている。湾曲操作ワイヤ４８の先端側は第２の支持アーム１０ｂに固定されている。湾曲操作ワイヤ４８の基端側はアーム部１０内を通じて前記駆動部１９に導かれている。なお、湾曲操作ワイヤ４８は１本でも３本以上でも良い。また、中立面３０上には処置具操作ワイヤ４７が位置して挿通されている。凸部２８と凹部２９の円弧中心軸は中立面３０上に存在するが、円弧中心軸とアーム１０および湾曲部１５，１６の中心軸Ｌ１とは互いにねじれの関係にあり、交叉することはない。
（作用）
前述した医療用マニピュレータシステムを使用する際、まず、術者８０はＨＭＤ５４を頭にかぶり、左手で左のグリッパ６５を持ち、右手で右のグリッパ６５を持つ。このとき、術者８０はＨＭＤ５４により内視鏡６により得られた体腔内の映像を立体視することができる。
【００２４】
ついで、術者８０がその頭部の位置を変えると、その位置の変化を移動用マスターアーム３１の各軸のエンコーダ４２が検知し、第１の制御装置７１はこれにより移動用マスターアーム３１の先端位置を計算し、これに対応して内視鏡６における挿入部８の先端の位置が動くようにスレーブ側の移動用マニピュレータ５の各電磁モータを制御する。このとき、先端同士の座標系がそれぞれ対応するように制御を行う。
【００２５】
また、術者８０が首の向きを変えると、ＨＭＤ用アーム３２のエンコーダ５５，５６がこの動きを検出し、第２の制御装置７２はＨＭＤ５４の回転Ｅ１，Ｅ２と、内視鏡６の湾曲Ｂ１，Ｂ２が１対１に対応して動くように駆動部１９内の図示しないエンコーダ付きモータを制御する。これらにより、処置用内視鏡６の位置及び向きが、術者８０の頭の位置及び向きに対応して動くので、術者８０はその頭の位置や向きを変えることによって患部に処置用内視鏡６を誘導し、様々な角度から患部を立体的に観察することが可能になる。
【００２６】
次に、術者８０が処置するときの動作を説明する。術者８０が、例えば右の操作用グリッパ６５の位置を変えたり、そのグリッパ６５を開閉させたときの動きを処置手段操作用アーム３３ａの各関節６１，６２，６３等に設けられたエンコーダ７４が検知し、第３の制御装置７３は右の処置手段操作用アーム３３ａの回転Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３と、右の把持鉗子７ａの回転Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３が１対１に対応し、さらに操作用グリッパ６５の開閉Ｆ４が、右の処置用グリッパ１８の開閉Ｃ４の開閉量と一致して動作するように駆動部１９内の図示しないエンコーダ付きモータを制御する。また、第３の制御装置７３ｃは左の処置手段操作用アーム３３ｂと右の処置用把持鉗子７ｂも同様に１対１に対応して動くように、駆動部１９内の図示しないエンコーダ付きモータを制御するが、右側と同様のため、これの説明は省略する。このように術者８０の手の動きと処置具の動きが１対１に対応するので、術者８０はＨＭＤ５４の立体映像を観察しながら、例えば左の把持鉗子７ｂで患部を押さえ、右の把持鉗子７ａで患部の剥離を行うなどの動作が可能である。
【００２７】
次に、処置具たる把持鉗子７ａ，７ｂの作用を説明する。湾曲操作ワイヤ４８を基端側の駆動部１９にて図示しないアクチュエータによって引き加減を調節して各節輪２７にモーメントを与えて回動する。この作用が連続的に行われることによって結果として湾曲部１５，１６は湾曲する。湾曲時において、湾曲操作ワイヤ４８に対して中立面３０をはさんで反対側において挿通されて両端を固定されたバイアス材４６が引張られ、軸方向に伸びる。
【００２８】
逆に、湾曲操作ワイヤ４８を緩めると、延びているバイアス材４６の縮もうとする力によって、湾曲部１５，１６は真直に戻る。また、バイアス材４６の張力は調節部材４９を第１の支持アーム１０ａの部材に対してねじ込み量を調節し、軸方向の相対位置を変えることによって調節することができる。この場合、バイアス材４６が固定されている固定部材５０は、調節部材４９に対して回転自在なため、第１の支持アーム１０ａの内部で湾曲操作ワイヤ４８、バイアス材４６等が捩じれてしまうことはない。
【００２９】
また、各節輪２７の表面を減摩表面処理することによって、その節輪２７の回動時の滑りを良くすることができる。
バイアス材４６、湾曲操作ワイヤ４８をそれぞれ２本ずつ並列に配置することによって、同じ断面積の１本のバイアス材４６、湾曲操作ワイヤ４８を用いるよりも狭い断面内に効率良く配置することができる。
【００３０】
処置具操作ワイヤ４７が、中立面３０を通っているために、湾曲部１５，１６の湾曲動作によっても、その張力が変化することはない。この結果、駆動部１９での処置具操作ワイヤ４７の押し引きで行うグリップ１８の開閉操作を一意的に正確に操作できる。
【００３１】
凸部２８と凹部２９の円弧中心軸つまり湾曲中心軸Ｌ２を湾曲部１５，１６の中心軸Ｌ１とは交わらないように湾曲操作ワイヤ４８の配置位置から離れる側に偏位させる構成とすることによって、湾曲操作ワイヤ４８と円弧中心軸の距離をより大きくして湾曲操作ワイヤ４８を牽引するときのモーメントを大きくすることができる。
（効果）
各節輪２７はその凸部２８と凹部２９によって互いに嵌合しているために、湾曲部１５，１６の剛性を高めることができる。また、湾曲構造が簡単なため、安価な医療用マニピュレータとすることができる。
【００３２】
バイアス材４６の張力を調節することができるために、組立性の高い医療用マニピュレータとすることができる。
各節輪２７の回動摩擦を低下させる処理を施すことによって、湾曲部１５，１６の湾曲の動きがスムーズな医療用マニピュレータとすることができる。回動に要する力が小さくて済むために、湾曲操作ワイヤ４８を細くすることができ、結果として、支持アームの外形の細径化が可能となる。
【００３３】
また、バイアス材４６や湾曲操作ワイヤ４８を効率良く配設することによって、アーム部１０の外径を細くすることができ、狭所での操作やデリケートな操作が可能な医療用マニピュレータとすることができる。
【００３４】
湾曲時に処置手段、例えばグリップ１８の開閉が変化しない操作性の良い医療用マニピュレータとすることができる。
牽引時のモーメントを大きくすることによって湾曲の力の強い、操作性の高い医療用マニピュレータとすることができる。
＜第２の実施例＞
図４および図５を参照して、本発明の第２の実施例を説明する。
（構成）
この実施例では内視鏡下外科手術のための処置具の例であり、この処置具１００はその挿入部１０１の先端に処置手段としてのグリップ１０２を設けてある。挿入部１０１の基端には固定ハンドル１０３と可動ハンドル１０４を備えた操作部１０５が取り付けられている。挿入部１０１を構成するアーム１０６の先端側部分には湾曲部１０７が形成されている。この湾曲部１０７の構成は以下に述べる点を除き前述した第１の実施例でのものと略同じである。
【００３５】
すなわち、湾曲部１０７には複数の節輪２７、バイアス材４６、処置手段操作ワイヤ４７および湾曲操作ワイヤ４８が組み込まれており、前記処置手段操作ワイヤ４７は、凸部２８と凹部２９を備えた節輪２７における回転中心軸が通る湾曲中立面に沿って延設されている。また、その湾曲中立面を間にしてバイアス材４６と湾曲操作ワイヤ４８が配置されている。湾曲操作ワイヤ４８の先端は前記グリップ１０２の部材１０８に取着されている。湾曲操作ワイヤ４８の基端部側は挿入部１０１内を通じて前記操作部１０５に導かれ、その操作部１０５に軸方向にスライド可能に取り付けられた湾曲操作レバー１１０に固定されている。
【００３６】
また、処置手段操作ワイヤ４７の基端側は挿入部１０１内を通じて操作部１０５に導かれ、可動ハンドル１０４に接続されている。
前記バイアス材４６の先端は前記グリップ１０２の部材１０８に取着され、また、バイアス材４６の基端はアーム１０６の部材に取着されている。バイアス材４６の部分は湾曲部１０７内では直線的な形状であり、これより基端側部分はコイル部１０９となっている。コイル部１０９の部分は湾曲部１０７を経てアーム１０６内に入り込み、そのアーム１０６内に形成された孔部分１１１内に収納されている。
（作用）
図４で示すように、処置具１００を使用する場合には患者の体壁ａの挿入孔ｂに穿刺したトラカール１１２を通じて体腔ｃ内にその挿入部１０１を挿入し、術者が体外部に出たハンドル１０３，１０４を操作して、臓器の把持や剥離等を行う。そして、湾曲操作レバー１１０を後方へ移動する操作を行うことによって湾曲操作ワイヤ４８を牽引し、各節輪２７に回転モーメントを与え、湾曲部１０７を湾曲する。
［付記］
１．処置手段を先端側に設け、この処置手段を支持してその処置手段の位置および向きを選択するための湾曲部を設けたアームを備えた医療用マニピュレータにおいて、前記湾曲部はその湾曲中立面からオフセットされた位置でかつ前記アームの略軸方向に延設されたバイアス部材と、前記湾曲部の湾曲中立面に対して前記バイアス部材とは反対側にオフセットされた位置でかつ前記アームの略軸方向に延設された湾曲操作ワイヤと、一端側に円弧状の凸部を設け他端側に凹部を設け前記アームの略軸方向に沿って配置され隣接するものの凸部と凹部を互いに嵌合して係合するとともに前記バイアス部材と前記湾曲操作ワイヤを内包する複数個の湾曲部用節輪とを具備したことを特徴とする医療用マニピュレータ。
２．第１項に記載の医療用マニピュレータであって、前記バイアス部材は超弾性素材で構成されていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
３．第１〜２項に記載の医療用マニピュレータであって、前記節輪が減摩擦表面処理されていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
４．第１〜２項に記載の医療用マニピュレータであって、前記節輪がフッ素樹脂コーティングされていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
５．第１〜２項に記載の医療用マニピュレータであって、前記節輪が二硫化モリブデンコーティングされていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
６．第１〜２項に記載の医療用マニピュレータであって、前記節輪が窒化チタン表面処理されていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
７．第１〜６項に記載の医療用マニピュレータであって、前記湾曲操作ワイヤが複数本有することを特徴とする医療用マニピュレータ。
８．第１〜７項に記載の医療用マニピュレータであって、前記バイアス部材が前記湾曲部の前後で、それぞれの両端が前記アーム部に固定されていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
９．第１〜８項に記載の医療用マニピュレータであって、前記バイアス部材の端部にそのバイアス部材を固定するための固定部材を有し、この固定部材が前記アーム部内で、軸方向に移動可能であり、その任意位置に固定可能であることを特徴とする医療用マニピュレータ。これによれば、バイアス材の張力調節ができるために組立性が高い。
１０．第９項に記載の医療用マニピュレータであって、前記バイアス部材を固定するための固定部材と前記アーム部とがねじ係合により嵌合していることを特徴とする医療用マニピュレータ。
１１．第１〜１０項に記載の医療用マニピュレータであって、先端処置部を操作するための処置手段用操作ワイヤがアーム部内に挿通されており、前記処置手段用操作ワイヤが湾曲部内の湾曲中立面内に挿通されていることを特徴とする医療用マニピュレータ。処置手段用操作ワイヤが湾曲部内で湾曲中立面内に挿通されているため、湾曲部の湾曲の度合いに関係なく、処置手段の動作を一意的に行うことができる。
１２．第１〜１１項に記載の医療用マニピュレータであって、複数個の互いに嵌合する円弧状の凸部と同じく円弧状の凹部とを有する節輪が互いに回転する回転の中心軸が前記アーム部の中心軸と交叉しないことを特徴とする医療用マニピュレータ。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、体腔内での自由度を高め剛性の高い湾曲部によって操作性を向上させることができる。また、湾曲部の構造が簡単であるために、安価な医療用マニピュレータとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る医療用マニピュレータシステムの全体的な構成を概略的に示す説明図。
【図２】前記医療用マニピュレータシステムにおける把持鉗子の断面図。
【図３】（ａ）は前記把持鉗子の湾曲部付近の断面図、（ｂ）はその節輪の斜視図、（ｃ）は（ａ）中にＡ−Ａ線に沿う横断面図、（ｄ）は（ａ）中にＢ−Ｂ線に沿う横断面図。
【図４】本発明の第２の実施例に係る処置具の使用状態の説明図、（ｂ）はその操作部の側面図。
【図５】前記第２の実施例に係る処置具の湾曲部の断面図。
【符号の説明】
１…スレーブマニピュレータ、２…マスターマニピュレータ、３…制御装置、４…手術器械、５…移動用マニピュレータ、６…処置用内視鏡、７ａ，７ｂ…把持鉗子、１０…アーム部、１５，１６…湾曲部、２７…節輪、２８…凸部、２９…凹部、４７…バイアス材、４７…処置具（手段）操作ワイヤ、４８…湾曲操作ワイヤ。

Claims

処置手段を先端側に備え、前記処置手段の位置および向きを変えるための湾曲部を有するアームと、
一端に円弧状に形成された凸部を備えるとともに他端側に前記凸部と対を成す円弧状に形成された凹部を備え、順に前記凸部と前記凹部を回動可能に連結させて湾曲中心軸を形成してなる、前記湾曲部を構成する湾曲部用節輪と、
前記湾曲用節輪の湾曲中心軸に対してオフセットした位置に設けられ、前記湾曲部用節輪の軸方向に貫通する第１の孔部と、
前記湾曲部用節輪の湾曲中心軸に対して前記孔部とは反対側に設けられ、前記湾曲部用節輪の軸方向に貫通する第２の孔部と、
前記第１の孔部内に配設され、弾性復元力によって前記湾曲部を直線状態に保つバイアス部材と、
前記第２の孔部内に配設されるとともに、手元側に設けた駆動手段による牽引によって前記バイアス部材の弾性力に抗して前記湾曲部用節輪を回動させる湾曲操作ワイヤと、
を具備したことを特徴とする医療用マニピュレータ。
前記バイアス部材と前記アームとの相対位置を変化させ、前記バイアス部材の弾性復元力を調整する調整手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の医療用マニピュレータ。
処置手段を先端側に備え、前記処置手段の位置および向きを変えるための湾曲部を有するアームと、
一端に円弧状に形成された凸部を備えるとともに他端側に前記凸部と対を成す円弧状に形成された凹部を備え、順に前記凸部と前記凹部を回動可能に連結させて湾曲中心軸を形成してなる、前記湾曲部を構成する湾曲部用節輪と、
前記湾曲用節輪の湾曲中心軸に対してオフセットした位置に設けられ、前記湾曲部用節輪の軸方向に貫通する第１の孔部と、
前記湾曲部用節輪の湾曲中心軸に対して前記第１の孔部とは反対側に設けられ、前記湾曲部用節輪の軸方向に貫通する第２の孔部と、
前記第１の孔部内に配設され、弾性復元力によって前記湾曲部を直線状態に保つバイアス部材と、
前記第２の孔部内に配設され、手元側に延出する湾曲操作ワイヤと、
前記湾曲操作ワイヤの手元側に設けられ、前記バイアス部材の弾性力に抗して前記湾曲部用節輪を回動させるように前記湾曲操作ワイヤを押し引きする駆動手段と、
前記駆動手段を構成し、前記湾曲操作ワイヤを押し引きするための駆動力を発生させるモータ部と、
を具備したことを特徴とする医療用マニピュレータ。