JP5320093B2 - 医療用マニピュレータ - Google Patents

Description

本発明は、腹腔鏡下手術で用いられる医療用マニピュレータに関する。

腹腔鏡下手術においては、患者の腹部等に小さな孔をいくつかあけて内視鏡、マニピュレータ（又は鉗子）等を挿入し、術者が内視鏡の映像をモニタで見ながら手術を行っている。このような腹腔鏡下手術は、開腹を必要としないため患者への負担が少なく、術後の回復や退院までの日数が大幅に低減されることから、適用分野の拡大が期待されている。

一方、腹腔鏡下手術で用いるマニピュレータには、患部の位置及び大きさに応じて迅速且つ適切な手技が可能であることが望まれており、しかも患部切除、縫合及び結紮等の様々な手技が行われる。これを実現するため、操作の自由度が高くしかも簡便に操作することのできるマニピュレータが知られている（例えば、特許文献１参照）。

これらのマニピュレータでは、動力伝達機構としてワイヤ・プーリ機構が適用されている。ワイヤ・プーリ機構は、簡便であって動力伝達効率が高いためである。

米国特許第６，８８９，１１６号明細書

軟性鏡下・腹腔鏡下手術に用いられている従来の一般的な鉗子では、先端動作部に加わる外力や把持する把持力等は、直接的ではないが、鉗子本体を介して手元に反作用として伝わることから、操作者はこれらの力をある程度は感じ取ることができ、適度によい操作性が得られる。しかしながら、従来の鉗子は自由度が少なく（例えば１自由度である。）、組織を把持する方向や切断する方向、縫合針の刺入方向が限られていて不便であると共に、操作に熟練性が要求される。

より高い自由度を得るためには、例えば、マスタ・スレーブ方式の遠隔操作型手術ロボットを適用することが考えられる。該ロボットは、高い自由度を有すると共に、患部に対して任意の方向からのアプローチが可能で、操作性に優れるという利点があるものの、先端動作部に加わる外力や把持力等はマスタ側には伝わらない。

マスタ・スレーブ方式のロボットにおいて、マスタ側で力感覚を得るためには、高感度な力覚センサシステムや高速なサンプリングタイムを有する計算機システムによる高度なバイラテラル制御が必須となり、高価で複雑なシステムとなる。また、バイラテラル制御は実用に値する十分な性能が得られていないのが現状である。

それに対して、本出願人によってすでに提案されている多自由度鉗子、すなわち、先端動作部に関節を備え、操作部の指令に基づいてモータ制御により各関節を駆動する多自由度鉗子は、操作部（操作ハンドル）と作業部（先端関節部）が一体化されているため、従来の鉗子と同様に先端動作部に作用する外力や把持力等が、直接ではないが、多自由度鉗子本体を介して操作部側に伝わる。従って、操作者はこれらの力をある程度は感じ取ることができる。しかしながら、このような多自由度鉗子においてもさらに力を感じ取ることのできる多自由度鉗子の要望があり、特に把持力について力を感じ取ることのできる多自由度鉗子が望まれている。

このような把持力を感じ取ることのできる多自由度鉗子においても、前記の特許文献１及び特許文献２と同様にワイヤ・プーリ機構を適用することが考えられる。

ところが、マニピュレータの先端動作部は、腹腔内に挿入されることから極めて小さく、適用されるワイヤ・プーリ機構では、プーリ径が相当に小径となり、しかもプーリ間隔が短くなって、摩耗や屈曲等に起因するワイヤの負荷が増大することが想定される。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、ワイヤに加わる負荷を可及的に減少させることを可能にするマニピュレータを提供することを目的とする。

本発明に係る医療用マニピュレータは、基端側に設けられ、進退する駆動部材と、前記駆動部材に一部が接続された環状の可撓性部材と、駆動部材より先端側に設けられたアイドル円柱体と、前記アイドル円柱体より先端側で、進退可能に設けられた受動円柱体と、前記アイドル円柱体と前記受動円柱体との間に設けられたガイド円柱体と、前記受動円柱体に連結されたエンドエフェクタとを含むエンドエフェクタ駆動機構を有し、前記可撓性部材は、前記アイドル円柱体の両側方を通り、前記ガイド円柱体と前記受動円柱体との間で交差し、前記ガイド円柱体の両側方を軸方向にずれた位置で通り、前記受動円柱体に巻き掛けられ、前記ガイド円柱体から前記受動円柱体に向かう方向をＺ方向とし、前記可撓性部材は、往路側及び復路側とも前記ガイド円柱体と前記受動円柱体との間でＺ方向に延在するように、前記ガイド円柱体の軸と前記受動円柱体の軸はＺ方向から見て非平行に形成されていることを特徴とする。

これによって、前記可撓性部材が、前記受動円柱体の側面と、前記ガイド円柱体の側面とを直線的に経由することによって、前記可撓性部材と前記受動円柱体及び前記ガイド円柱体との間に生じる摩擦を減少させることができる。

この場合、前記受動円柱体の側面に、前記可撓性部材を周方向に案内する受動円柱体溝部が設けられていてもよい。これによって、前記可撓性部材が、前記受動円柱体の側面上を横滑りすることによる摩擦を減少させることができる。

前記ガイド円柱体は、前記可撓性部材の往路側及び復路側のいずれか一方を案内する第１層ガイドプーリと、前記第１層ガイドプーリに対して軸方向にΔだけずれた位置で他方を案内する第２層ガイドプーリとを有し、前記受動円柱体における前記可撓性部材の巻き掛け両端面は、前記ガイド円柱体の軸方向に関してΔだけずれていてもよい。これにより、可撓性部材が配設される経路がより適切になる。また、第１層ガイドプーリ及び第２層ガイドプーリによれば、可撓性部材の往路側と復路側とを逆方向に移動させることができる。

この場合、前記アイドル円柱体は、同軸上の第１層アイドル円柱体と第２層アイドル円柱体の２枚が並列して構成してもよい。第１層アイドルプーリ及び第２層アイドルプーリによれば、受動ワイヤの往路側と復路側とを逆方向に移動させることができる。

この場合、前記可撓性部材は１本の線材からなり、前記駆動部材に対する接続部以外の箇所で、両端が固定されることにより環状となっていてもよい。前記可撓性部材が環状であることから、左右２本存在することで、掛かる負荷が略等分される。これによって、前記可撓性部材は、より狭径でよく、且つ十分な可撓性を確保することが可能となる。

この場合、前記駆動部材は、人手によって操作する入力部に対して機械的に接続されていてもよい。非弾性な個体である機械部品を使用することによって、張力等による不可避な部材の伸縮を可及的に減少させることが可能となる。

前記エンドエフェクタ駆動機構を第１エンドエフェクタ駆動機構とし、前記駆動部材、前記可撓性部材、前記アイドル円柱体、前記受動円柱体、前記ガイド円柱体に相当する部材を備える第２エンドエフェクタ駆動機構と、前記第１エンドエフェクタ駆動機構の前記駆動部材と前記第２エンドエフェクタの前記駆動部材を逆方向に進退させる駆動部材進退機構と、前記第２エンドエフェクタ駆動機構で、前記受動円柱体よりも先端側の折り返し円柱体とを有し、前記第２エンドエフェクタ駆動機構で、前記可撓性部材は、前記第２エンドエフェクタ機構の前記受動円柱体と前記折り返し円柱体とにわたって巻き掛けられ、前記第２エンドエフェクタ駆動機構の前記ガイド円柱体の軸と前記受動円柱体の軸は平行であってもよい。これにより、エンドエフェクタについていずれか一方に向かう動作を第１エンドエフェクタ駆動機構による直接的な駆動とし、他方に向かう動作を第２エンドエフェクタ駆動機構による直接的な駆動とすることができる。

前記第１エンドエフェクタ駆動機構の前記受動円柱体は、前記エンドエフェクタを駆動させるロッドに回転自在に軸支されたプーリであり、前記第２エンドエフェクタ駆動機構の前記受動円柱体は、前記ロッドに対して一体化して形成されていてもよい。第２エンドエフェクタ駆動機構の受動円柱体に対して、第２受動ワイヤは相対的な動作をしないことから、該受動円柱体はロッドに対して一体化するとよい。

前記エンドエフェクタは、開閉可能なグリッパであって、前記第１エンドエフェクタ駆動機構における前記可撓性部材は、前記グリッパが閉じるときに張力が高くなり、前記第２エンドエフェクタ駆動機構における前記可撓性部材は、前記グリッパが開くときに張力が高くなってもよい。

この場合、前記第２エンドエフェクタ駆動機構に対して巻き掛けられた可撓性部材が張力の高い状態で動くこと、すなわち摩擦の発生し易い状態で動くことはほとんどない。従って、受動円柱体をロッドに一体化するのに好適である。

本発明に係る医療用マニピュレータによれば、ワイヤとプーリの溝部の側壁との間に生じる摩擦を可及的に減少させることで、ワイヤの摩擦による摩耗や損傷を低減させることができるという効果を達成することができる。

医療用マニピュレータの側面図である。 医療用マニピュレータの平面図である。 先端動作部を立体的に示した模式構造図である。 先端動作部を平面的に示した模式図である。 第１エンドエフェクタ駆動機構の一部を示す構造図である。 先端動作部のアイドルプーリ及びガイドプーリの拡大斜視図である。 第１エンドエフェクタ駆動機構及び第２エンドエフェクタ駆動機構の拡大斜視図である。 先端動作部の分解斜視図である。 先端動作部で、グリッパを閉じた状態の断面側面図である。 先端動作部で、グリッパを開いた状態の断面側面図である。 先端動作部で、ロール軸を一方向へ動作させたときの断面平面図である。 第１エンドエフェクタ駆動機構及び第２エンドエフェクタ駆動機構の側面図である。 Ｚ２方向から見た伝達部材の断面図である。 第１エンドエフェクタ駆動機構の一部拡大側面図である。 変形例に係る先端動作部を平面的に示した模式図である。 直動ロッドが適用された先端動作部を平面的に示した模式図である。 変形例におけるＺ２方向から見た伝達部材の断面図である。 別の変形例におけるＺ２方向から見た伝達部材の断面図である。 作業部をロボットアームの先端に接続した手術用ロボットシステムの概略斜視図である。

以下、本発明に係る医療用マニピュレータについて実施の形態を挙げ、添付の図１〜図１９を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る医療用マニピュレータ１０は、医療用のマニピュレータシステムの一部であり、コントローラ４５に接続されている。

コントローラ４５は、医療用マニピュレータ１０の電気的な制御をする部分であり、グリップハンドル２６の下端部から延在するケーブル６２に対してコネクタを介して接続されている。コントローラ４５は、医療用マニピュレータ１０を独立的に複数台同時に制御することができる。もちろん、１台の医療用マニピュレータ１０を制御するコントローラを用いてもよい。

医療用マニピュレータ１０は、先端動作部１２ａに生体の一部又は湾曲針等を把持して所定の処置を行うためのものであり、通常、把持鉗子やニードルドライバ（持針器）等とも呼ばれる。

図１及び図２に示すように、医療用マニピュレータ１０は、人手によって把持及び操作される操作部１４と、該操作部１４に固定された作業部１６とを有する。操作部１４と作業部１６とは一体構成であるが、条件に応じて分離可能な構成にしてもよい。

以下の説明では、図１及び図２における幅方向をＸ方向、高さ方向をＹ方向、及び連結シャフト４８の延在方向をＺ方向と規定する。また、先端側から見て右方をＸ１方向、左方をＸ２方向、上方向をＹ１方向、下方向をＹ２方向、前方をＺ１方向、後方をＺ２方向と規定する。さらに、特に断りのない限り、これらの方向の記載は医療用マニピュレータ１０が中立姿勢である場合を基準として表すものとする。これらの方向は説明の便宜上のものであり、医療用マニピュレータ１０は任意の向きで（例えば、上下を反転させて）使用可能であることはもちろんである。

作業部１６は、作業を行う先端動作部１２ａと、該先端動作部１２ａと操作部１４とを連接する長尺で中空の連結シャフト４８とを有する。先端動作部１２ａ及び連結シャフト４８は細径に構成されており、患者の腹部等に設けられた円筒形状のトラカール２０から体腔２２内に挿入可能であり、複合入力部３４の操作により体腔２２内において患部切除、把持、縫合及び結紮等の様々な手技を行うことができる。

操作部１４は、人手によって把持されるグリップハンドル２６と、該グリップハンドル２６の上部から延在するブリッジ２８と、該ブリッジ２８の先端に接続されたアクチュエータブロック３０とトリガレバー（入力部）３２を有する。

図１に示すように、操作部１４のグリップハンドル２６は、ブリッジ２８の端部からＹ２方向に向かって延在しており、人手によって把持されるのに適した長さであり、複合入力部３４を有する。

グリップハンドル２６の下端には、コントローラ４５に接続されるケーブル６２が設けられている。グリップハンドル２６とケーブル６２とは一体的に接続されている。グリップハンドル２６とケーブル６２とはコネクタにより接続されていてもよい。

複合入力部３４は、先端動作部１２ａに対してロール方向（軸回転方向）及びヨー方向（左右方向）の回転指令を与える複合的な入力手段であり、例えば横方向に動作する第１入力手段３４ａによってヨー方向指示を行い、軸回転に動作する第２入力手段３４ｂによってロール方向指示を行うことができる。トリガレバー３２は、先端動作部１２ａのエンドエフェクタ１０４（図１参照）の開閉指令を与える入力手段である。エンドエフェクタ１０４は種々の形式があるが、医療用マニピュレータ１０では開閉可能なグリッパを設けている。

複合入力部３４には操作量を検出する入力センサが設けられており、検出した動作信号（例えばアナログ信号）をコントローラ４５に供給する。

トリガレバー３２は、ブリッジ２８のやや下方に設けられたレバーであり、人差し指による操作が容易な位置に設けられている。トリガレバー３２は、アクチュエータブロック３０に対して第１リンク６４及び第２リンク６６によって接続されており、グリップハンドル２６に対して進退するように構成されている。第１リンク６４はブリッジ２８の一部に対して軸支されて揺動可能であり、Ｙ２方向端にトリガレバー３２が設けられている。第２リンク６６は、アクチュエータブロック３０からＺ２方向に突出し、第１リンク６４の長孔６４ａに係合し、トリガレバー３２の操作によって長孔６４ａの長尺方向に進退可能である。

トリガレバー３２の人手による操作は機械的に伝達されてエンドエフェクタ１０４の開閉が行われる。トリガレバー３２とエンドエフェクタ１０４との間で、人手による操作を機械的に伝達する手段である第１リンク６４、第２リンク６６、後述する第１エンドエフェクタ駆動機構２６０ａ及び第２エンドエフェクタ駆動機構２６０ｂ等は操作伝達部を形成している。

ここで機械的とはワイヤ、チェーン、タイミングベルト、リンク、ロッド、ギア等を介して駆動する方式であり、主に、動力伝達方向に非弾性な個体の機械部品を介して駆動する方式である。ワイヤやチェーン等は、張力により不可避的な多少の伸びが発生する場合があるが、これらは非弾性な個体の機械部品とし、以下も同様とする。

図１に示すように、アクチュエータブロック３０には先端動作部１２ａが有する３自由度のうち２自由度の機構に対応してモータ（姿勢軸アクチュエータ）４０、４１が連結シャフト４８の延在方向に沿って並列して設けられている。モータ４０、４１は、先端動作部１２ａのロール方向及びヨー方向の動作に対応する。モータ４０、４１は小型、細径であって、アクチュエータブロック３０はコンパクトな扁平形状に構成されている。モータ４０、４１は、操作部１４の操作に基づき、コントローラ４５の作用下に回転をする。

モータ４０、４１には、回転角度を検出することのできる角度センサ（図示せず）が設けられており、検出した角度信号はコントローラ４５に供給される。角度センサとしては、例えばロータリエンコーダが用いられる。

アクチュエータブロック３０には、モータ４０、４１の駆動軸に接続されているプーリ５０ａ、５０ｂが設けられている。

図３に示すように、プーリ５０ａ、プーリ５０ｂには、ワイヤ５２、ワイヤ５４が巻き掛けられており、連結シャフト４８の中空部分４８ａ（図８参照）を通って先端動作部１２ａまで延在している。ワイヤ５２、ワイヤ５４はそれぞれ同種、同径のものを用いることができる。

操作部１４における複合入力部３４、トリガレバー３２の位置、形態や操作方法などは、本構成に限定されない。例えば、複合入力部３４の代わりに、操作ローラやボタン、ジョイスティックなどを設けてもよく、操作しやすい位置や方法を適宜選択して設計すればよい。

次に、先端動作部１２ａについて説明する。先ず、先端動作部１２ａにおけるエンドエフェクタ１０４を開閉させる基本的な構成である第１エンドエフェクタ駆動機構２６０ａ及び第２エンドエフェクタ駆動機構２６０ｂについて説明する。

図４に示すように、先端動作部１２ａには、伝達部材１５２、ワイヤ５６ａ（駆動部材）、受動ワイヤ２５２ａ、アイドルプーリ１４０ａ、ガイドプーリ１４２ａ及び受動プーリ（受動円柱体）１５６を含む第１エンドエフェクタ駆動機構２６０ａと、これに対応した第２エンドエフェクタ駆動機構２６０ｂが設けられている。

第１エンドエフェクタ駆動機構２６０ａにおける構成要素には符号にａを付し、第２エンドエフェクタ駆動機構２６０ｂにおける構成要素には符号にｂを付して区別する。第１エンドエフェクタ駆動機構２６０ａにおける構成要素と第２エンドエフェクタ駆動機構２６０ｂにおける構成要素で同じ機能のものについては、煩雑とならないよう、代表的に第１エンドエフェクタ駆動機構２６０ａについてのみ説明する場合がある。

図４においては、理解が容易となるように第１エンドエフェクタ駆動機構２６０ａと第２エンドエフェクタ駆動機構２６０ｂを紙面上で並列して示すが、実際の医療用マニピュレータ１０に適用する場合には、図３に示すように、各プーリの軸方向（つまりＹ方向）に並列させている。

図４に示すように、ワイヤ５６ａにおける一方の端部は、ターミナル２５０ａによって受動ワイヤ（可撓性部材）２５２ａの両端部に接続されている。受動ワイヤ２５２ａは、一部がワイヤ５６ａに接続された環状の可撓性部材であり、ワイヤ以外にもロープ、樹脂線、ピアノ線及びチェーン等を用いることができる。ここで、環状とは広義であり、必ずしも全長にわたって可撓性部材が適用されている必要はなく、少なくとも各プーリに巻き掛けられる箇所が可撓性部材であればよく、直線部は剛体で接続されていてもよいことはもちろんである。受動ワイヤ２５２ａは、ワイヤ５６ａの一部であってもよい。

図５及び図６に示すように、先端動作部１２ａでは、アイドルプーリ１４０ａ及び１４０ｂは、それぞれ同軸上でＹ１方向の第１層アイドルプーリ（第１層アイドル円柱体）２３２ａ及び２３２ｂとＹ２方向の第２層アイドルプーリ（第２層アイドル円柱体）２３４ａ及び２３４ｂとを有する。

また、ガイドプーリ１４２ａ及び１４２ｂは、それぞれ同軸上でＹ１方向の第１層ガイドプーリ（第１層ガイド円柱体）２３６ａ及び２３６ｂとＹ２方向の第２層ガイドプーリ（第２層ガイド円柱体）２３８ａ及び２３８ｂとを有する。このような構成により、対のプーリ同士が逆方向に回転可能であり、動作がスムーズである。なお、これらの名称は説明の便宜上、区別しているものである。また、アイドルプーリ１４０ａ及びガイドプーリ１４２ａの側面には、受動ワイヤ２５２ａを巻き掛けるための溝部が形成されており、第１層アイドルプーリ２３２ａの溝部を、第１層アイドルプーリ溝部２３２ｃと称し、第１層アイドルプーリ２３２ｂの溝部を、第１層アイドルプーリ溝部２３２ｄと称し、以下同様とする。

図７のＺ２方向端で、受動ワイヤ２５２ａの一方（以下、識別の都合上、往路線２５３ａとも呼ぶ。）は、第１層アイドルプーリ２３２ａのＸ１方向面及びＺ１方向面に接し、第１層ガイドプーリ２３６ａのＺ２方向面及びＸ２方向面に接して受動プーリ１５６のＸ２方向面に達し、Ｚ１方向の面に半回転巻き付けられて、該受動プーリ１５６のＸ１方向面に至る。受動ワイヤ２５２ｂでも同様に、受動円柱体１５５及び折り返しプーリ３５０のＸ２方向面に達し、Ｚ１方向の面に半回転巻き付けられて、該受動円柱体１５５のＸ１方向面に達し、Ｚ２方向の面をＹ２方向へ斜行しながら半回転巻き付けられて、該受動円柱体１５５のＸ２方向面に至るものを、往路線２５４ａとも呼ぶ。

図７のＺ２方向端で、受動ワイヤ２５２ａの他方（以下、識別の都合上、復路線２５３ｂとも呼ぶ。）は、第２層アイドルプーリ２３４ａのＸ２方向面及びＺ１方向面に接し、第２層ガイドプーリ２３８ａのＺ２方向面及びＸ１方向面に接して、受動プーリ１５６のＸ１方向面に至る。受動ワイヤ２５２ｂでも同様に、受動円柱体１５５及び折り返しプーリ３５０のＸ１方向面に達し、Ｚ１方向の面に半回転巻き付けられて、該受動円柱体１５５のＸ２方向面に至るものを、復路線２５４ｂとも呼ぶ。

つまり、受動ワイヤ２５２ａは、アイドルプーリ１４０ａより基端側に位置するターミナル２５０ａを基点及び終点とする一巡経路を構成しており、アイドルプーリ１４０ａとガイドプーリ１４２ａとの間で交差して、略８字形状をなしている（図３参照）。これにより、ターミナル２５０ａ及び受動ワイヤ２５２ａは、ワイヤ５６ａを介してトリガレバー３２に対して機械的に接続されていることになる。

ここで機械的とは、前記のように、動力伝達方向に非弾性な個体の機械部品を介して駆動する方式である。例えば、ワイヤ５６は可撓性部材であるが、エンドエフェクタ１０４を閉じる動作に関してはトリガレバー３２でＺ２方向に引かれ、ほとんど弾性変形することがなく、又は動作に支障のない範囲での不可避的弾性変形であり、機械的接続手段となっている。

また、ここでいう受動ワイヤ２５２ａは、アイドルプーリ１４０ａとガイドプーリ１４２ａとの間における交差とは、平面視上で交差していることであり、当然に、Ｙ方向にはずれが生じる。また、ガイドプーリ１４２ａは、第１層ガイドプーリ２３６ａと第２層ガイドプーリ２３８ｂから構成されることから、往路線２５３ａと復路線２５３ｂとの間には必然的にＹ方向のずれが生じ得る。

図６に示すように、往路線２５３ａは復路線２５３ｂに対してＹ１側にずれているものとし、そのＹ方向ずれ量Δ（図１２及び図１４参照）は、受動ワイヤ２５２ａの径よりもやや大きい。ガイドプーリ１４２ａを基準とすると、往路線２５３ａは復路線２５３ｂよりもΔだけＹ１方向にずれた位置からＺ方向の受動プーリ１５６に向かって延出することになる（図１４参照）。

ワイヤ５６ａ（図３参照）をＺ２方向に引き寄せると、平面視で、第１層アイドルプーリ２３２ａ及び第２層ガイドプーリ２３８ａは反時計方向に回転し、第２層アイドルプーリ２３４ａ及び第１層ガイドプーリ２３６ａは時計方向に回転する。このように、アイドルプーリ１４０ａ及びガイドプーリ１４２ａは、それぞれ同軸上で２枚のプーリが並列する構成であることから、当接する受動ワイヤ２５２ａの動きに従って逆方向に回転可能であり、動作がスムーズである。

第２エンドエフェクタ駆動機構２６０ｂは、第１エンドエフェクタ駆動機構２６０ａにおける受動ワイヤ２５２ａ、アイドルプーリ１４０ａ、ガイドプーリ１４２ａ、受動プーリ１５６に相当する受動ワイヤ２５２ｂ、アイドルプーリ１４０ｂ、ガイドプーリ１４２ｂ及び受動円柱体１５５を有すると共に、折り返しプーリ３５０を有する。折り返しプーリ３５０は、受動円柱体１５５よりもＺ１側に設けられている。受動円柱体１５５はＹ方向を基準軸とし、受動プーリ１５６はＹ軸に対して傾斜して伝達部材１５２に設けられており、該伝達部材１５２と共にＺ方向に移動可能である。折り返しプーリ３５０は、伝達部材１５２に対して、Ｚ方向に相対的に移動可能に設けられている。これらの折り返しプーリ３５０、受動円柱体１５５、受動プーリ１５６及び伝達部材１５２の詳細な構成については後述する（図１２〜図１４参照）。

図７に示すように折り返しプーリ３５０は、同軸上でＹ１方向の第１層折り返しプーリ（第１層折り返し円柱体）３６０とＹ２方向の第２層折り返しプーリ（第２層折り返し円柱体）３６２とを有する。第１層折り返しプーリ３６０及び第２層折り返しプーリ３６２の側面には、第１層アイドルプーリ２３２ａ等と同様に、第１層折り返しプーリ溝部３６０ｃ及び第２層折り返しプーリ溝部３６２ｃを有してもよい。

また、図７のＺ２方向端で、受動ワイヤ２５２ｂの一方は、第１層アイドルプーリ２３２ｂのＸ１方向面及びＺ１方向面に接し、第１層ガイドプーリ２３６ｂのＺ２方向面及びＸ２方向面に接し、受動円柱体１５５のＸ２方向面に至る。該受動ワイヤ２５２ｂは、そのままＺ１方向に向かって延在し、第１層折り返しプーリ３６０のＸ２方向面に達し、該第１層折り返しプーリ３６０のＺ１方向の面に半回転巻き付けられてＺ２方向に折り返す。該受動ワイヤ２５２ｂは、そのままＺ２方向に向かって延在し、受動円柱体１５５のＸ１方向面に達し、該受動円柱体１５５のＺ２方向の面に半回転巻き付けられながら、Ｙ２方向へ斜行して、Ｚ１方向に折り返し、第２層折り返しプーリ３６２のＸ２方向面に至る。

図７のＺ２方向端で、受動ワイヤ２５２ｂの他方は、第２層アイドルプーリ２３４ｂのＸ２方向面及びＺ１方向面に接し、第２層ガイドプーリ２３８ｂのＺ２方向面及びＸ１方向面に接し、受動円柱体１５５のＸ１方向面に至る。該受動ワイヤ２５２ｂは、そのままＺ１方向に向かって延在し、第２層折り返しプーリ３６２のＸ１方向面に達してから、Ｚ１方向の面に半回転巻き付けられて、該第２層折り返しプーリ３６２のＸ２方向面に至る。このように、受動ワイヤ２５２ｂについても、受動ワイヤ２５２ａと同様に、ターミナル２５０ｂを基点及び終点とする一巡の経路を構成しており、ワイヤ５６ｂを介してトリガレバー３２に対して機械的に接続されていることになる。

図３及び図４に示すように、第２リンク６６は、ターミナル２４９ａ（または溶接や貫通孔等）を介して、ワイヤ５６ａの端部と、駆動側連結ワイヤ（駆動側連結可撓性部材）３２２の端部とに接続されている。

駆動側連結ワイヤ３２２は、駆動部材進退機構である駆動側連結プーリ（回転操作子）３２４に巻き掛けられており、一方の端部は前述の通りターミナル２４９ａを介して、ワイヤ５６ａ及び第２リンク６６の端部に接続され、他方の端部はターミナル２４９ｂを介して、ワイヤ５６ｂの端部に接続されている。なお、図４の仮想線で示したように、トリガレバー３２を、駆動側連結プーリ３２４の代わりに、駆動部材進退機構として用いてもよい。

このような構成によれば、ワイヤ５６ａとワイヤ５６ｂとを簡便に逆方向に進退させることができ、トリガレバー３２を引き寄せる操作をすると、ターミナル２４９ａも一体的に引き寄せられて、伝達部材１５２をＺ２方向に移動させることができる。また、トリガレバー３２を押し出す操作をすると、ターミナル２４９ｂが一体的に引き寄せられ、折り返しプーリ３５０は位置が固定されていることにより、受動円柱体１５５及び伝達部材１５２をＺ１方向に移動させることができる。エンドエフェクタ１０４は、このような伝達部材１５２の進退動作に基づいて開閉する。

なお、アイドルプーリ１４０ａ、ガイドプーリ１４２ａ、受動円柱体１５５、受動プーリ１５６、及び折り返しプーリ３５０は略同径であり、受動ワイヤ２５２ａが適度に屈曲しないように、レイアウト上、可能な範囲で大径にしている。ターミナル２５０ａは、受動ワイヤ２５２ａが過度に屈曲しないように、アイドルプーリ１４０ａよりも適度に離れた位置に設けられており、受動ワイヤ２５２ａの両端部はターミナル２５０ａを頂部として鋭角を形成している。アイドルプーリ１４０ａとガイドプーリ１４２ａとの間は狭く、例えば、受動ワイヤ２５２ａの幅と略等しい隙間が形成されている。

図６に示すように、内寄りの２つの第２層アイドルプーリ２３４ａ、と第１層アイドルプーリ２３２ｂは一体構成で中央共通アイドルプーリ４３０を構成していてもよい。内寄りの２つの第２層ガイドプーリ２３８ａと第１層ガイドプーリ２３６ａは一体構成で中央共通ガイドプーリ４３２を構成していてもよい。

すなわち、ターミナル２５０ａとターミナル２５０ｂ（図４参照）は、逆方向に同じ距離だけ移動するのであるから、図６の各矢印で示すような動作が発生し、第２層アイドルプーリ２３４ａと第１層アイドルプーリ２３２ｂは同方向（図６では時計方向）に同じ角度だけ回転し、第２層ガイドプーリ２３８ａと第１層ガイドプーリ２３６ｂは同方向（図６では反時計方向）に同じ角度だけ回転する。従って、これらの部材は別部材とする必要はなく、一体的な中央共通アイドルプーリ４３０及び中央共通ガイドプーリ４３２を構成することにより、簡便構成となる。図６では、理解が容易なように、第２層ガイドプーリ２３８ａと第１層ガイドプーリ２３６ｂとの距離、及び第２層アイドルプーリ２３４ａと第１層アイドルプーリ２３２ｂとの距離をやや離して示しているが、両者の距離は実質的にゼロでもよい。

次に、先端動作部１２ａの全体的な構成について説明する。

図８、図９及び図１０に示すように、先端動作部１２ａは、ワイヤ受動部１００と、複合機構部１０２と、エンドエフェクタ１０４とを有し、Ｙ方向の第１回転軸Ｏｙを中心にして、それよりも先の部分がヨー方向に回動する第１自由度と、第２回転軸Ｏｒを中心にしてロール方向に回動する第２自由度と、第３回転軸Ｏｇを中心として先端のエンドエフェクタ１０４を開閉させる第３自由度とを有する合計３自由度の機構となっている。

第１自由度の機構である第１回転軸Ｏｙは、連結シャフト４８の基端側から先端側に延在する軸線Ｃと非平行に回動可能に設定するとよい。第２自由度の機構である第２回転軸Ｏｒは先端動作部１２における先端部（つまりエンドエフェクタ１０４）の延在方向の軸線を中心として回動可能な機構とし、先端部をロール回転可能に設定するとよい。

第１自由度の機構（つまりヨー方向）は、例えば±９０°又はそれ以上の稼動範囲を有する。第２自由度の機構（つまりロール方向）は、例えば±１８０°又はそれ以上の稼動範囲を有する。第３自由度の機構（つまりエンドエフェクタ１０４）は、例えばそれぞれ４０°又はそれ以上開くことができる。

エンドエフェクタ１０４は、手術において実際の作業を行う部分であり、第１回転軸Ｏｙ及び第２回転軸Ｏｒは、作業を行い易いようにエンドエフェクタ１０４の姿勢を変えるためのものである。一般に、エンドエフェクタ１０４を開閉させる第３自由度に係る機構部はグリッパ（又はグリッパ軸）とも呼ばれ、ヨー方向に回動する第１自由度に係る機構部はヨー軸とも呼ばれ、ロール方向に回動する第２自由度に係る機構部はロール軸とも呼ばれる。

図８に示すように、ワイヤ受動部１００は、一対の舌片部５８の間に設けられており、ワイヤ５２、ワイヤ５４のそれぞれの往復動作を回転動作に変換して複合機構部１０２に伝達する部分である。ワイヤ受動部１００は、軸孔６０ａ、６０ａに挿入される軸１１０と、軸孔６０ｂ、６０ｂに挿入される軸１１２とを有する。軸１１０及び１１２は、軸孔６０ａ、６０ｂに対して、例えば圧入若しくは溶接により固定される。軸１１２は第１回転軸Ｏｙの軸上に配置される。

軸１１２のＹ方向両端には、Ｙ方向に対称形状の歯車体１２６及び歯車体１３０が設けられている。歯車体１２６は、筒体１３２と、該筒体１３２の上部に同心状に設けられた歯車１３４とを有する。歯車体１３０は、歯車体１２６とほぼ同形状であって、該歯車体１２６に対してＹ方向に反転に配置されている。歯車体１３０は、筒体１３６と、該筒体１３６の下部に同心状に設けられた歯車１３８とを有する。歯車１３４及び歯車１３８は、後述するギア体１４６のフェイスギア１６５の上端部及び下端部に噛合する。

筒体１３６は筒体１３２と略同径、同形状である。筒体１３２及び筒体１３６には、ワイヤ５２及び５４が所定の固定手段によって一部が固定されて巻き掛けられている（図３参照）。

ワイヤ５２及び５４を回転動作させることにより、歯車体１２６及び歯車体１３０を軸１１２に対して回転させることができる（図３参照）。歯車体１２６と歯車体１３０を同方向に同速度で回転させると、ギア体１４６は軸１１２を基準として揺動し、ヨー方向動作が行われる。歯車体１２６と歯車体１３０を逆方向に同速度で回転させると、ギア体１４６は第２回転軸Ｏｒを基準として回転し、ロール回転動作が行われる。歯車体１２６と歯車体１３０を異なる速度で回転させると、ギア体１４６は、ヨー方向動作とロール回転動作の複合動作が行われる。つまり、歯車体１２６、歯車体１３０及びギア体１４６は差動機構を構成している。

ヨー軸、ロール軸の駆動機構は、必ずしも作動機構である必要はなく、主軸部材１４４にプーリが一体化された構成によるヨー軸動作とピニオンギア１個とフェイスギア１個の組み合わせによるロール軸動作でもよい。

軸１１０の略中央部には一対のアイドルプーリ（アイドル円柱体）１４０ａが回転自在に軸支されており、軸１１２の略中央部には一対のガイドプーリ（ガイド円柱体）１４２ａが回転自在に軸支されている。アイドルプーリ１４０ａは、ガイドプーリ１４２ａに巻きかける受動ワイヤ２５２ａの巻き掛け角度を常に一定（両側合わせて約１８０°）に保つためにある。また、アイドルプーリ１４０ａ及びガイドプーリ１４２ａは、受動ワイヤ２５２ａ（図４参照）に対するすべり、及び摩擦による摩耗を低減するために、表面を滑らかにし、又は摩擦の少ない材質を用いるとよい。

軸１１２における、歯車体１２６とガイドプーリ１４２ａとの間、及びガイドプーリ１４２ｂと歯車体１３０との間には主軸部材１４４が回転自在に軸支されている。主軸部材１４４は、複合機構部１０２に向けて突出する筒部を有する。主軸部材１４４の軸心部には方形の孔１４４ａが設けられており、筒部にはピン３５２が挿入及び固定される径方向の軸孔３５４が設けられている。ピン３５２は、軸孔３５４を通って伝達部材１５２の長孔３５６に挿入（圧入）される（図１２参照）。主軸部材１４４のＺ２方向端部には、ガイドプーリ１４２ａ及び１４２ｂのＹ方向両面を保持すると共に軸１１２が挿通する孔を有する２枚の補助板１４４ｂが設けられている。補助板１４４ｂはＺ１方向に向かって幅広となる山型であって、糸等の異物の侵入を防止する。

なお、図３に示すように、アイドルプーリ１４０ａ及び１４０ｂと、ガイドプーリ１４２ａ及び１４２ｂの回転軸は、それぞれ同軸上に配置するとよい。つまり、アイドルプーリ１４０ａ及び１４０ｂは軸１１０に共通的に軸支することができ、ガイドプーリ１４２ａと１４２ｂは軸１１２に共通的に軸支することができる。ガイドプーリ１４２ａとガイドプーリ１４２ｂを同軸構成とすることにより、ヨー軸動作機構が簡便になる。

複合機構部１０２は、エンドエフェクタ１０４の開閉動作機構と、該エンドエフェクタ１０４の姿勢を変化させる複合的な機構部である。

複合機構部１０２は、主軸部材１４４の筒部周面に対して回転自在に嵌挿されたギア体１４６と主軸部材１４４の先端に設けられたナット体１４８と、Ｚ２方向端部が孔１４４ａに挿入され、伝達部材１５２と、該伝達部材１５２のＺ２方向端部に、ピン１５４で回転自在に軸支されている受動プーリ１５６と、受動板１５８と、円筒状のカバー１６０と、該ピン３５２で回転自在に軸支されている折り返しプーリ３５０とを有する。伝達部材１５２のＺ２方向端部は、受動プーリ１５６に対する摺動性をあげるためにコの字状をしており、Ｚ２方向に向かって長く突出している。

主軸部材１４４におけるギア体１４６と当接する部分には、樹脂製のスラスト軸受部材１４４ｃが設けられている。ナット体１４８におけるギア体１４６と当接する部分には、樹脂製のスラスト軸受部材１４８ａが設けられている。スラスト軸受部材１４４ｃ及び１４８ａは低摩擦材であって、当接部分の摩擦及びトルクを低減すると共に、フェイスギア１６５に負荷が直接的にかかることを防止する。スラスト軸受部材１４４ｃ及び１４８ａは、いわゆるすべり軸受であるが、転がり軸受を設けてもよい。これにより、エンドエフェクタ１０４を強く閉じた場合や開いた場合、すなわちギア体１４６が主軸部材１４４に強く当接する場合でも、ロール軸動作をスムーズに行うことができる。軸孔３５４は、孔１４４ａを経由して主軸部材１４４の筒部を貫通している。孔１４４ａは、伝達部材１５２、受動円柱体１５５、受動プーリ１５６、及び折り返しプーリ３５０が挿入可能な高さを有する。

ギア体１４６は、段付き筒形状であって、Ｚ２方向の大径部１６２と、Ｚ１方向の小径部１６４と、大径部１６２のＺ２方向端面に設けられたフェイスギア１６５とを有する。フェイスギア１６５は、歯車１３４及び歯車１３８に噛合する。ギア体１４６は、ナット体１４８によって主軸部材１４４から抜けることが防止されている。主軸部材１４４の筒部外周には、ナット体１４８が螺合するねじが設けてある。

伝達部材１５２は、作業部１６の軸心よりＹ１方向にややオフセットした位置に設けられるが、Ｚ１方向先端に設けられた突起１７４だけは軸心に配置させるとよい。もちろん、伝達部材１５２は中心に配置してもよい。

受動板１５８は、Ｚ２方向の凹部１６６と、該凹部１６６の底面に設けられた係合部１６８と、Ｘ方向両面にそれぞれ設けられた軸方向のリブ１７０と、Ｘ方向に対称位置に２つ設けられたリンク孔１７２とを有する。係合部１６８は、伝達部材１５２の先端に設けられたきのこ状の突起１７４に係合する形状である。この係合により、受動板１５８と伝達部材１５２は、相対的なロール軸の回転が可能になる。受動板１５８の幅はカバー１６０の内径に略等しい。

カバー１６０は、複合機構部１０２のほぼ全体を覆う大きさであり、複合機構部１０２及びエンドエフェクタ１０４に異物（生体組織、薬剤、糸等）が入り込むことが防止される。カバー１６０の内面には、受動板１５８の２つのリブ１７０が嵌る軸方向の２本の溝１７５が対向する向きに設けられている。溝１７５にリブ１７０が嵌ることにより受動板１５８が軸方向にガイドされる。受動板１５８の係合部１６８には突起１７４が係合することから、受動円柱体１５５及び受動プーリ１５６は孔１４４ａ内において、受動板１５８及び伝達部材１５２と共に軸方向に進退可能であると共に、伝達部材１５２を基準としてロール回転が可能である。カバー１６０は、ギア体１４６の大径部１６２に対して螺入、圧入等の手段により固定されている。

次に、エンドエフェクタ１０４は、一対のエンドエフェクタ部材３０８と、ピン１９６とを有する。ピン１９６は第３回転軸Ｏｇの軸上に配置される。

先端動作部１２ａのエンドエフェクタ１０４は、一対のグリッパ３０２が動作をするいわゆる両開き型である。エンドエフェクタ１０４は、カバー１６０に対して一体構成のグリッパベース３０４と、該グリッパベース３０４に設けられたピン１９６を基準にして動作する一対のエンドエフェクタ部材３０８と、一対のグリッパリンク２２０とを有する。

各エンドエフェクタ部材３０８は、Ｌ字形状であって、Ｚ１方向に延在するグリッパ３０２と、該グリッパ３０２に対して略３５°に曲がって延在するレバー部３１０とを有する。Ｌ字形状の屈曲部には、孔２１６が設けられ、レバー部３１０の端部近傍には孔２１８が設けられている。孔２１６にピン１９６が挿入されることにより一対のエンドエフェクタ部材３０８は第３回転軸Ｏｇを中心として揺動自在となる。

各エンドエフェクタ部材３０８は側方の１つのグリッパリンク２２０によって、受動板１５８のピン２２４に連接されている。エンドエフェクタ１０４の受動板１５８ではリンク孔１７２が図８のＸ方向に対称位置に２つ設けられており、一対のグリッパリンク２２０は側面視で交差する配置である。

このような先端動作部１２ａでは、一対のグリッパ３０２を対向する位置に配置することで、力のバランスを良好にし、不用意にモーメント荷重などを掛かるのを防ぐことができる。

図９及び図１０から明らかなように、一対のエンドエフェクタ部材３０８は、伝達部材１５２の動作に対して基本的に同期駆動されるため、中心軸に対して左右対称に開閉することが可能である。

図１１に示すように、ヨー軸動作をする場合、ガイドプーリ１４２ａ及びガイドプーリ１４２ｂの軸（図３参照）を中心にして、それよりも先端の複合機構部１０２及びエンドエフェクタ１０４がヨー方向に揺動する。先端動作部１２ａは、先端動作部１２ａと同様に非干渉機構であることから、ヨー軸動作をしてもエンドエフェクタ１０４の開度が変化することはなく、逆にエンドエフェクタ１０４の開度を変化させてもヨー軸が動作することはない。エンドエフェクタ１０４とロール軸の関係についても同様である。

また、エンドエフェクタ１０４はトリガレバー３２に対して機械的に直接接続されていることから、強い把持力が得られると共に、エンドエフェクタ１０４に加わる力はトリガレバー３２に伝達される。

先端動作部１２ａにおけるエンドエフェクタ１０４の把持及び開き動作時のワイヤ駆動比は１：１であり、バランスがよい。

次に、伝達部材１５２及び該伝達部材１５２に設けられる受動プーリ１５６、受動円柱体１５５及び折り返しプーリ３５０の構成について説明する。

図７及び図１２に示すように、伝達部材１５２はＹ方向に薄く、Ｚ方向に長い板体をベースに構成されており、前記のピン１５４、受動円柱体１５５、受動プーリ１５６、突起１７４、ピン３５２及び長孔３５６を備える。受動プーリ１５６の側面には、受動ワイヤ２５２ａを周方向に案内する溝部（受動円柱体溝部）１５６ｃが設けられている。

突起１７４は、Ｚ１方向端部に設けられ、先端の円柱形状部が受動板１５８の係合部１６８に係合するきのこ形状である。この係合により、伝達部材１５２はＺ方向の進退動作を受動板１５８に伝達可能であると共に、該受動板１５８はロール軸方向の回転が可能となっている。

長孔３５６は、伝達部材１５２の略中央部に設けられ、Ｚ方向に長く、Ｙ方向に連通する孔であり、ピン３５２が挿通している。前記の通りピン３５２は、主軸部材１４４（図８参照）における筒部の軸孔３５４に圧入され、折り返しプーリ３５０を軸支している。折り返しプーリ３５０は、主軸部材１４４の孔１４４ａ内において、伝達部材１５２のＹ２方向側面に接し、ピン３５２に回転自在に軸支されている。つまり、ピン３５２及び折り返しプーリ３５０は位置が固定されている。

受動円柱体１５５は、伝達部材１５２のＺ２方向端部近傍におけるＹ２方向側面において、該伝達部材１５２に対して一体化して突出形成されており、受動ワイヤ２５２ｂが２巻き可能な幅を有する。受動円柱体１５５を受動プーリ１５６のように回転自在構成としないのは、該受動円柱体１５５に接する箇所において、受動ワイヤ２５２ｂが、該受動円柱体１５５との間に強い摩擦力を生じた状態で移動をすることがほとんどないためである。すなわち、該受動円柱体１５５に強い摩擦力が生じるのは、エンドエフェクタ１０４が開いた状態のときであるが、その状態でヨー軸動作をすることは、ほとんどないと考えてよい。

図１２及び図１３に示すように、伝達部材１５２は、さらに、Ｚ方向近傍端部において受動プーリ１５６が配置されるプーリ溝２７０と、該プーリ溝２７０内で受動プーリ１５６を軸支するピン１５４とを有する。ピン１５４は、斜穴２７２に圧入されている。プーリ溝２７０は、受動プーリ１５６よりも僅かに広幅であって、受動ワイヤ２５２ａが通過可能となる程度に、Ｚ２方向面に開口すると共に伝達部材１５２に対してＸ１方向面からＸ２方向面に連通しているが、その連通する向きは、Ｘ方向に対してやや傾斜している。図１３から明らかなように、プーリ溝２７０は適度に狭く形成されていることから、受動ワイヤ２５２ａは受動プーリ１５６の周面から抜け落ちることはないが、溝部１５６ｃが設けられていることにより、受動ワイヤ２５２ａがプーリ溝２７０の壁面に摺接することなく、しかも安定する。

斜穴２７２及びピン１５４は、プーリ溝２７０の上下面に対して直交する向きであって、Ｙ方向軸（換言すれば、ガイドプーリ１４２ａが軸支される軸１１２の方向）を基準としてＸＹ平面内で傾斜している。斜穴２７２は、Ｙ１方向面にのみ開口する有底穴であるが、連通孔としてもよい。受動円柱体１５５は、設計条件によっては回転体としてもよいが、Ｙ方向軸を基準に回転させる必要があることから、その回転支軸は斜めの軸Ｊを基準とするピン１５４と共通化することは困難である。前記のようにこの部分で受動ワイヤ２５２ｂは、該受動円柱体１５５との間に強い摩擦力を生じた状態で移動することがほとんどないため、結局、受動円柱体１５５は伝達部材１５２に対して一体化することが望ましい。

図１３に示すように、伝達部材１５２をＺ２方向側から見たとき、ピン１５４の軸Ｊは、反時計方向にやや傾斜しており、ピン１５４及び受動プーリ１５６もこれに応じて傾斜している。従って、受動プーリ１５６のＸ１方向側端面は、Ｘ２方向側端面よりもＹ２方向にずれていることになり、そのずれ量はΔである。該Δは、前記の通りガイドプーリ１４２ａにおける往路線２５３ａと復路線２５３ｂとのＹ方向についての差である。換言すれば、受動プーリ１５６における受動ワイヤ２５２ａを巻き掛けるＸ方向両端面は、Ｙ方向（ガイド円柱体１４２ａの軸方向）に関してΔだけずれている。

そうすると、図１４に示すように、往路線２５３ａは、ガイドプーリ１４２ａにおける第２層ガイドプーリ２３８ａから真っ直ぐにＺ１方向に延出して受動プーリ１５６のＸ１方向面に至り、復路線２５３ｂは、ガイドプーリ１４２ａにおける第１層ガイドプーリ２３６ａから真っ直ぐにＺ１方向に延出して受動プーリ１５６のＸ２方向面に至る。従って、往路線２５３ａ及び復路線２５３ｂは、伝達部材１５２のプーリ溝２７０の壁端部に当接することなく、しかも、受動プーリ１５６の溝部１５６ｃに対してその溝の延在方向に真っ直ぐ案内され、いずれの角部にも当たることがない。往路線２５３ａ及び復路線２５３ｂからなる受動ワイヤ２５２ａは、受動プーリ１５６によって半回転巻き取られ、この間にＹ方向の高さがΔだけ変位することになり、いずれの角部にも摺接することなく送り出されることになる。

仮に、軸ＪがＹ軸方向を指向し、プーリ溝２７０がＸＺ平面に平行な形状で、受動プーリ１５６がＸＺ平面で回転するものとすると、受動ワイヤ２５２ａは、プーリ溝２７０のＺ２方向の壁端部や、受動プーリ１５６の溝部１５６ｃを形成する壁部や、ガイドプーリ１４２ａの溝部２３６ｃを形成する壁部等の角部に当接する。また、マニピュレータ１０は腹腔鏡下手術で用いられることから、先端動作部１２ａは非常に小さく、図１２及び図１４に示すように、軸１１２と軸Ｊとの幅Ｗも小さい。伝達部材１５２はＺ方向に変位することからＺ２方向よりに最大変位したときに幅Ｗは相当に小さくなり、受動ワイヤ２５２ａの傾斜角度がある程度大きくなり、上記角部との当接する角度も大きくなる。従って、そのまま駆動すると受動ワイヤ２５２ａは該角部に摺接し、摩擦（摩耗及び損傷等を含む。）が発生することが理解されよう。

本実施の形態に係る医療用マニピュレータ１０では、ピン１５４の軸Ｊは、ガイドプーリ１４２ａが軸支される軸１１２の方向に対して非平行であって、受動ワイヤ２５２ａは、往路線２５３ａ及び復路線２５３ｂともガイドプーリ１４２ａと受動プーリ１５６との間で真っ直ぐＺ方向に延在していることから、このような摺接による摩擦が発生することがなく、受動ワイヤ２５２ａ、受動プーリ１５６及び伝達部材１５２の寿命が向上する。

また、本実施の形態に係る医療用マニピュレータ１０が特に有効となる状況は、エンドエフェクタ１０４の把持状態におけるヨー軸動作時である。このような場合、受動ワイヤ２５２ａは、基本的には動くことはないが、張力の高い状態で受動プーリ１５６を回転させると共に、ガイドプーリ１４２ａに対しても、相対的に移動することになる。よって、仮に、軸ＪがＹ軸方向を指向し、プーリ溝２７０がＸＺ平面に平行な形状で、受動プーリ１５６がＸＺ平面で回転するものとすると、受動ワイヤ２５２ａが、プーリ溝２７０のＺ２方向の壁端部や、受動プーリ１５６の溝部１５６ｃを形成する壁部や、ガイドプーリ１４２ａの溝部２３６ｃを形成する壁部等の角部に当接するため、受動ワイヤ２５２ａは該角部に摺接し、摩擦（摩耗及び損傷等を含む。）が発生することが理解されよう。

なお、受動ワイヤ２５２ｂについては、図１２に示すように、受動円柱体１５５のＺ２側面においてＹ方向にΔ１だけずれて巻かれている。該Δ１は、ガイドプーリ１４２ｂにおける往路線２５４ａと復路線２５４ｂとのＹ方向についての差である。受動ワイヤ２５２ｂは、受動ワイヤ２５２ａと同様に、基本的には動くことはないが、受動円柱体１５５に対して相対的に移動することになる。ただし、受動ワイヤ２５２ｂが張力の高い状態、すなわちエンドエフェクタ１０４を開く方向に強く押し付けた状態でヨー軸動作を行うことはあまりないため、摺動が生じても、受動ワイヤ２５２ｂに摩擦（摩耗及び損傷等を含む。）が生じない程度であることから、受動プーリ１５６のように斜軸化する必要はなく、伝達部材１５２と一体化して形成されてもよい。

次に、先端動作部１２ａの変形例としての先端動作部１２ｂを図１５に示す。

図１５に示すように、先端動作部１２ｂは、前記の先端動作部１２ａ（図４参照）と比較して第１エンドエフェクタ駆動機構２６０ａを有している点で共通するが、第２エンドエフェクタ駆動機構２６０ｂが省略された構成となっている。先端動作部１２ｂについて、先端動作部１２ａと同一の構成要素については同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。

先端動作部１２ｂは、前記の両開き型のエンドエフェクタ１０４に代えて片開き式のエンドエフェクタ３００が設けられている。エンドエフェクタ３００は、固定のグリッパ２０２とピン１９６を中心として軸開閉動作をするグリッパ２１２と、伝達部材１５２をＺ１方向に弾性付勢するスプリング３１２とを有している。グリッパ２１２は、伝達部材１５２が進退することにともなってグリッパリンク２２０を介して開閉駆動される。すなわち、トリガレバー３２をＺ２方向に引くと第１エンドエフェクタ駆動機構２６０ａによって伝達部材１５２もＺ２方向に変位し、グリッパ２１２は図１５における反時計方向に回動してエンドエフェクタ３００が閉動作をする。一方、トリガレバー３２を開放すると、伝達部材１５２はスプリング３１２の付勢によってＺ１方向に変位し、エンドエフェクタ３００は開状態に復帰する。また、トリガレバー３２はＺ１方向に復帰する。

この先端動作部１２ｂにおいても、受動プーリ１５６の軸Ｊは、ガイドプーリ１４２ａの軸１１２に対して傾斜して設定されており、受動プーリ１５６とガイドプーリ１４２ａとの間で往路線２５３ａ及び復路線２５３ｂは、真っ直ぐにＺ方向に張られており、受動プーリ１５６の溝部１５６ｃの壁部等の角部に摺接することがない。

第１エンドエフェクタ駆動機構２６０ａ及び第２エンドエフェクタ駆動機構２６０ｂにおけるワイヤ５６ａ及び５６ｂ（図４参照）は、図１６に示すように、直動ロッド３２６ａ及び３２６ｂで置きかえてもよい。一般にロッドの方がワイヤより剛性が高いため、直動動作のみの部分は、ロッドを用いることにより大きな把持力を得られ、しかも長寿命である。

駆動側連結ワイヤ３２２は、駆動側連結プーリ３２４を省略し、ワイヤ５６ａ及び５６ｂや図１６に示す直動ロッド３２６ａ及び３２６ｂは、トリガレバー３２に直接的に接続されていてもよい。ワイヤ５６ａ及び５６ｂや図１６に示す直動ロッド３２６ａ及び３２６ｂの途中には、過荷重の印加を防止する荷重リミッタが設けられていてもよい。

変形例としては、図１７に示すように、受動円柱体１５５は、伝達部材１５２のＺ２方向端部近傍におけるＹ２方向側面に接し、該伝達部材１５２に一体化して形成されたピン１５７ａに軸支されて、回転自在に形成されてもよい。ピン１５７ａの軸Ｊ２は、伝達部材１５２をＺ２方向側から見たとき、時計方向にやや傾斜しており、ピン１５７ａ及び受動円柱体１５５もこれに応じて傾斜している。この際、受動円柱体１５５は、受動ワイヤ５２ｂが１巻き可能な幅を有し、軸Ｊ２の抜け止め１５９も有する。従って、受動円柱体１５５のＸ１方向側端面は、Ｘ２方向側端面よりもＹ１方向にずれていることになり、そのずれ量は、図１２に示したものと同様にΔ１である。該Δ１は、前記の通りガイドプーリ１４２ｂにおける往路線２５４ａと復路線２５４ｂとのＹ方向についての差であるが（図１２参照）、換言すれば、受動円柱体１５５における受動ワイヤ２５２ｂを巻き掛けるＸ方向両端面は、図１７に示すように、Ｙ方向（ガイド円柱体１４２ｂの軸方向）に関してΔ１だけずれている。なお、受動円柱体１５５は、受動プーリ１５６等と同様に、溝部１５５ｃを有してもよい。これによって、受動ワイヤ２５２ｂが張力の高い状態、すなわちエンドエフェクタ１０４を開く方向に強く押し付けた状態でヨー軸動作を行う場合（例えば、エンドエフェクタ１０４で生体組織を押し広げながら、その向きを変えるようなレアケースにおいて）に生じる摺動による摩擦（摩耗及び損傷等を含む。）を減少させることができる。

別の変形例としては、図１８に示すように、受動円柱体１５５は、伝達部材１５２のＺ２方向端部近傍におけるＹ２方向側面に接し、Ｙ方向に設けられたピン１５７ｂによって、回転自在に形成されてもよい。この際、受動円柱体１５５は、受動ワイヤ２５２ｂが２巻き可能な幅を有する。これによって、摺動による摩擦（摩耗及び損傷等を含む。）を減少させることができ、且つ先の変形例の場合と比べて、構成が簡便となる。

上記実施例は、例えば図１９に示すような手術用ロボットシステム７００に適用してもよい。

手術用ロボットシステム７００は、多関節型のロボットアーム７０２と、コンソール７０４とを有し、作業部１６はロボットアーム７０２の先端に接続されている。ロボットアーム７０２の先端には前記の医療用マニピュレータ１０と同じ機構が設けられている。ロボットアーム７０２は、作業部１６を移動させる手段であればよく、据置型に限らず、例えば自律移動型でもよい。コンソール７０４は、テーブル型、制御盤型等の構成を採りうる。

ロボットアーム７０２は、独立的な６以上の関節（回転軸やスライド軸等）を有すると、作業部１６の位置及び向きを任意に設定できて好適である。先端の医療用マニピュレータ１０は、ロボットアーム７０２の先端部７０８と一体化している。医療用マニピュレータ１０は、前記のトリガレバー３２の代わりにモータ（人手によって操作する入力部に連動するアクチュエータ）４２を有し、該モータ４２がワイヤ５６ａ，５６ｂを駆動する。

ロボットアーム７０２は、コンソール７０４の作用下に動作し、プログラムによる自動動作や、コンソール７０４に設けられたジョイスティック７０６に倣った操作、及びこれらの複合的な動作をする構成にしてもよい。作業部１６には、前記の先端動作部１２が設けられている。

コンソール７０４には、操作指令部としての２つのジョイスティック７０６と、モニタ７１０が設けられている。図示を省略するが、２つのジョイスティック７０６により、２台のロボットアーム７０２を個別に操作が可能である。２つのジョイスティック７０６は、両手で操作しやすい位置に設けられている。モニタ７１０には、軟性鏡による画像等の情報が表示される。

ジョイスティック７０６は、上下動作、左右動作、捻り動作、及び傾動動作が可能であり、これらの動作に応じてロボットアーム７０２を動かすことができる。ジョイスティック７０６はマスターアームであってもよい。ロボットアーム７０２とコンソール７０４との間の通信手段は、有線、無線、ネットワーク又はこれらの組合わせでよい。

ジョイスティック７０６には、トリガレバー３２が設けられており、該トリガレバー３２を操作することによりモータ４２を駆動可能である。

本発明に係る医療用マニピュレータは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…医療用マニピュレータ １２、１２ａ、１２ｂ…先端動作部
１４…操作部 １６…作業部
３２…トリガレバー ４０、４１、４２…モータ
４８…連結シャフト ５２、５４、５６…ワイヤ
１０４、３００…エンドエフェクタ １４０ａ、１４０ｂ…アイドルプーリ
１４２ａ、１４２ｂ…ガイドプーリ １５２…伝達部材
１５４、１５７ａ、１５７ｂ、１９６、２２４、３５２…ピン
１５５…受動円柱体 １５６…受動プーリ
１５６ｃ…溝部（受動円柱体溝部） １５８…受動板
１６０…カバー ２０２、２１２、３０２…グリッパ
２３２ａ、２３２ｂ…第１層アイドルプーリ
２３２ｃ、２３２ｄ…第１層アイドルプーリ溝部
２３４ａ、２３４ｂ…第２層アイドルプーリ
２３６ａ、２３６ｂ…第１層ガイドプーリ
２３８ａ、２３８ｂ…第２層ガイドプーリ
２５２ａ、２５２ｂ…受動ワイヤ
２６０ａ、２６０ｂ…エンドエフェクタ駆動機構
３１２…スプリング ３２２…駆動側連結ワイヤ
３２４…駆動側連結プーリ ３５０…折り返しプーリ
３５６…長孔 ３６０…第１層折り返しプーリ
３６２…第２層折り返しプーリ

Claims (9)

1. 基端側に設けられ、進退する駆動部材と、
   前記駆動部材に一部が接続された環状の可撓性部材と、
   駆動部材より先端側に設けられたアイドル円柱体と、
   前記アイドル円柱体より先端側で、進退可能に設けられた受動円柱体と、
   前記アイドル円柱体と前記受動円柱体との間に設けられたガイド円柱体と、
   前記受動円柱体に連結されたエンドエフェクタと、
   を含むエンドエフェクタ駆動機構を有し、
   前記可撓性部材は、前記アイドル円柱体の両側方を通り、前記ガイド円柱体と前記受動円柱体との間で交差し、前記ガイド円柱体の両側方を軸方向にずれた位置で通り、前記受動円柱体に巻き掛けられ、
   前記ガイド円柱体から前記受動円柱体に向かう方向をＺ方向とし、
   前記可撓性部材は、往路側及び復路側とも前記ガイド円柱体と前記受動円柱体との間でＺ方向に延在するように、前記ガイド円柱体の軸と前記受動円柱体の軸はＺ方向から見て非平行に形成されていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
2. 請求項１記載の医療用マニピュレータにおいて、
   前記受動円柱体の側面に、前記可撓性部材を周方向に案内する受動円柱体溝部が設けられていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
3. 請求項１又は２記載の医療用マニピュレータにおいて、
   前記ガイド円柱体は、前記可撓性部材の往路側及び復路側のいずれか一方を案内する第１層ガイドプーリと、前記第１層ガイドプーリに対して軸方向にΔだけずれた位置で他方を案内する第２層ガイドプーリとを有し、
   前記受動円柱体における前記可撓性部材の巻き掛け両端面は、前記ガイド円柱体の軸方向に関してΔだけずれていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
   前記アイドル円柱体は、同軸上の第１層アイドルプーリと第２層アイドルプーリの２枚が並列して構成されることを特徴とする医療用マニピュレータ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
   前記可撓性部材は１本の線材からなり、前記駆動部材に対する接続部以外の箇所で、両端が固定されることにより環状となっていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
   前記駆動部材は、人手によって操作する入力部に対して機械的に接続されていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
   前記エンドエフェクタ駆動機構を第１エンドエフェクタ駆動機構とし、
   前記駆動部材、前記可撓性部材、前記アイドル円柱体、前記受動円柱体、前記ガイド円柱体に相当する部材を備える第２エンドエフェクタ駆動機構と、
   前記第１エンドエフェクタ駆動機構の前記駆動部材と前記第２エンドエフェクタ駆動機構の前記駆動部材を逆方向に進退させる駆動部材進退機構と、
   前記第２エンドエフェクタ駆動機構で、前記受動円柱体よりも先端側の折り返し円柱体と、
   を有し、
   前記第２エンドエフェクタ駆動機構で、前記可撓性部材は、前記第２エンドエフェクタ駆動機構の前記受動円柱体と前記折り返し円柱体とにわたって巻き掛けられ、前記第２エンドエフェクタ駆動機構の前記ガイド円柱体の軸と前記受動円柱体の軸は平行であることを特徴とする医療用マニピュレータ。
8. 請求項７記載の医療用マニピュレータにおいて、
   前記第１エンドエフェクタ駆動機構の前記受動円柱体は、前記エンドエフェクタを駆動させる伝達部材に回転自在に軸支されたプーリであり、
   前記第２エンドエフェクタ駆動機構の前記受動円柱体は、前記伝達部材に対して一体化して形成されていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
9. 請求項８記載の医療用マニピュレータにおいて、
   前記エンドエフェクタは、開閉可能なグリッパであって、
   前記第１エンドエフェクタ駆動機構における前記可撓性部材は、前記グリッパが閉じるときに張力が高くなり、
   前記第２エンドエフェクタ駆動機構における前記可撓性部材は、前記グリッパが開くときに張力が高くなることを特徴とする医療用マニピュレータ。

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