JP6081309B2 - 医療用マニピュレータ - Google Patents

Description

本発明は、体内に挿入され、体内の各種組織に対して処置を行う際に使用される医療用マニピュレータに関する。

従来、手術支援システムとして、操作者が操作を行うマスタマニピュレータと、マスタマニピュレータの動作に基づいて処置を行うスレーブマニピュレータとを備える医療用マニピュレータシステムが知られている。

このような医療用マニピュレータシステムを用いた手術においては、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、操作者が、内視鏡の映像をモニタで見ながら、マニピュレータの先端部に設けられている処置具を、操作することで手術を行っている。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。

医療用のマニピュレータにおいては、処置具側に駆動力を供給する近位ユニットと、この近位ユニットと着脱可能であり、患者の体内に挿入される管の先端に処置具を有する遠位ユニットと、から構成されことが多い。

上記のような医療用のマニピュレータとしては、例えば、特許文献１（米国特許７５２４３２０号公報）には、先端に少なくとも１自由度のエンドエフェクトを有する機器を、駆動アセンブリに装着するときの装着方式として、一方に表面から突出する複数のピンを有する回転体と、他方に表面に複数の開口を有する回転体を設けておき、前記複数のピンを前記複数の開口に嵌入させることによって装着を行うことが開示されている。
米国特許７５２４３２０号公報

特許文献１記載の発明における、２つの回転体における前記複数のピンを前記複数の開口に嵌入させる方式では、回転体同士の位置合わせを行わなければならず、着脱部の装着が煩雑になる、という問題があった。

上記問題を解決するために、本発明に係る医療用マニピュレータは、遠位端側と近位端側が着脱自在に構成される医療用マニピュレータであって、遠位端側にエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタの近位端側に配置された関節部と、前記エンドエフェクタまたは前記関節部を動作させるために長手方向に直動力を伝達する第１の動力伝達部と、を備える遠位ユニットと、近位端側に前記エンドエフェクタまたは前記関節部を動作させるための動力を発生する駆動部と、前記駆動部から発生した動力を遠位端側に伝達する第２の動力伝達部と、を備え、遠位端で前記遠位ユニットと着脱可能な近位ユニットと、前記遠位ユニットは、前記第１の動力伝達部に連結されることによって、前記近位ユニットに前記遠位ユニットが装着された際、前記第２の動力伝達部の動力を直動力に変換する第１の直動力変換機構を有し、前記第１の直動力変換機構は、回転軸を中心に回動可能であって、前記近位ユニットに前記遠位ユニットが装着された際に、前記第２の動力伝達部と接触する接触部を備えるシーソー部と、を有し、前記シーソー部は前記第１の動力伝達部と接続しており、前記第２の動力伝達部から伝達される動力によって前記シーソー部が回動した結果、前記第１の動力伝達部が前記長手方向に押し引きされる。

また、本発明に係る医療用マニピュレータは、前記近位ユニットは、前記駆動部の回転動力を直動力に変換する第２の直動力変換機構をさらに有し、前記第２の動力伝達部は直
動力を伝達する。

また、本発明に係る医療用マニピュレータは、前記近位ユニットは、前記第２の動力伝達部材の遠位端に連結し、前記近位ユニットに前記遠位ユニットが装着された際、前記シーソー部の前記接触部に当接する当接部を備えるリンク部材をさらに有する。

また、本発明に係る医療用マニピュレータは、前記当接部および前記接触部は、凹凸の関係となるよう互いの形状を有し、該形状で互いに当接する。

また、本発明に係る医療用マニピュレータは、前記第１の直動力変換機構は第１のラック・アンド・ピニオン機構を有し、前記第１の動力伝達部は前記第１のラック・アンド・ピニオン機構を構成するラックに接続している。

また、本発明に係る医療用マニピュレータは、前記第２の直動力変換機構は、前記駆動部の回転動力を直動力に変換する第２のラック・アンド・ピニオン機構を備える。

また、本発明に係る医療用マニピュレータは、前記第２の動力伝達部の動きを規制する規制部をさらに有する。

また、本発明に係る医療用マニピュレータは、前記遠位ユニットは、水密となるようケーシングされる。

本発明に係る医療用マニピュレータは、回転体に設けられている複数のピンを複数の開口に嵌入させるような装着方式ではなく、本発明に係る医療用マニピュレータによれば、近位ユニットに遠位ユニットを連結するだけでよく、煩雑な作業を必要としない。

本発明の第１実施形態に係るマニピュレータ１００の概略の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るマニピュレータ１００における遠位ユニット３００の装着の様子を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るマニピュレータ１００の動作を説明する図である。 本発明の第１実施形態に係るマニピュレータ１００の動作を説明する図である。 本発明の第２実施形態に係るマニピュレータ１００の動作を説明する図である。 本発明の第２実施形態に係るマニピュレータ１００の動作を説明する図である。 本発明の第３実施形態に係るマニピュレータ１００の動作を説明する図である。 本発明の第３実施形態に係るマニピュレータ１００の動作を説明する図である。 本発明の第４実施形態に係るマニピュレータ１００の動作を説明する図である。 本発明の第４実施形態に係るマニピュレータ１００の動作を説明する図である。 本発明の第５実施形態に係るマニピュレータ１００の概略の構成を示す図である。 本発明の第５実施形態に係るマニピュレータ１００における遠位ユニット３００の装着の様子を示す図である。 本発明の第５実施形態に係るマニピュレータ１００の動作を説明する図である。 本発明の第６実施形態に係るマニピュレータ１００の概略の構成を示す図である。 本発明の第６実施形態に係るマニピュレータ１００における遠位ユニット３００の装着の様子を示す図である。 本発明の第６実施形態に係るマニピュレータ１００の動作を説明する図である。 本発明の第７実施形態に係るマニピュレータ１００の概略の構成を示す図である。 本発明の第８実施形態に係るマニピュレータ１００の概略の構成を示す図である。 本発明の第９実施形態に係るマニピュレータ１００の概略の構成を示す図である。 本発明の第１０実施形態に係るマニピュレータ１００の概略の構成を示す図である。 本発明の第１１実施形態に係るマニピュレータ１００の概略の構成を示す図である。 本発明の第１２実施形態に係るマニピュレータ１００の概略の構成を示す図である。 本発明のマニピュレータ１００がマスタスレーブマニピュレータシステム１０００に適用された例を示す図である。 マスタスレーブマニピュレータシステム１０００の内視鏡装置１１０を示す図である。

図１は本発明の第１実施形態に係るマニピュレータ１００の概略の構成を示す図である。なお、以下の実施形態では、主要構成部のみを示し、ケーシングなどは図示省略している。

マニピュレータ１００は、近位ユニット２００と、この近位ユニット２００に着脱し、装着されている時に、近位ユニット２００から駆動力が供給される遠位ユニット３００と、から構成されている。近位ユニット２００は近位端側に配されることが想定されると共に、遠位ユニット３００の最も遠位端側には、エンドエフェクタ３８０が設けられる。エンドエフェクタ３８０は、体腔内で処置を行うための鉗子やリトラクタ、電気メス、超音波メス、レーザーメスなどを含み、さらに撮像ユニットを有し、体腔内で観察するものも含む。

遠位ユニット３００は、医療用の内視鏡や、医療用ロボットにおけるチャンネル（不図示）や医療用トロカール（不図示）に挿通されて利用されることが想定されている。

モーター２０１（駆動部）は、不図示の操作棹などの操作に応じて、軸２２１（第２の直動力変換機構）を回転駆動することで、ギア２０３（第２の直動力変換機構）を回転させる。

ギア２０５（第２の直動力変換機構）はギア２０３の回転に応じて、軸２２２（第２の直動力変換機構）を中心として回動するようになっている。

棹状部材２０７（第２の動力伝達部）の一方端では、軸２２３（第２の動力伝達部）を中心として回動可能にギア２０５に取り付けられている。

また、棹状部材２０７の他方端では、軸２２５（第２の動力伝達部）を中心として回動可能にリンク部材２０９（第２の動力伝達部）に取り付けられている。

また、棹状部材２０８（第２の動力伝達部）の一方端では、軸２２４（第２の動力伝達部）を中心として回動可能にギア２０５に取り付けられている。

また、棹状部材２０８の他方端では、軸２２６（第２の動力伝達部）を中心として回動可能にリンク部材２０９に取り付けられている。

第１規制部材（規制部）２１１及び第２規制部材（規制部）２１２は、不図示のステージに設けられ、第１規制部材２１１及び第２規制部材２１２の間の距離を保ちつつ、上下動自在とされている。棹状部材２０８は、第１規制部材２１１及び第２規制部材２１２との間に挟まれ、その動きが規制されるようになっている。

なお、本実施形態では、第１規制部材２１１及び第２規制部材２１２で動きを規制する棹状部材を、棹状部材２０８としているが、棹状部材２０７の動きを規制するようにしてもよい。

第１規制部材２１１及び第２規制部材２１２によって、棹状部材２０８の動きが規制されているために、ギア２０３によってギア２０５が回転・変位したとしても、棹状部材２０７、棹状部材２０８は共に、互いに平行な状態で変位を行うようになっている。

図中矢印で示される遠位端側の方向に棹状部材２０７が変位するとき、棹状部材２０８は、図中矢印で示される近位端側の方向に変位する。逆に、前記近位端側の方向に棹状部材２０７が変位するとき、棹状部材２０８は、前記遠位端側の方向に変位する。

リンク部材２０９は、紙面に垂直に所定の厚みを有しており、図中の最左端部では、平面状をなしている。この平面を、リンク部材当接部２１０（第２の動力伝達部、当接部）と称する。遠位ユニット３００が近位ユニット２００に装着されると、このリンク部材当接部２１０が、シーソー部材３０１（第１の直動力変換機構、シーソー部）のシーソー部材接触部３０２（第１の直動力変換機構、接触部）と当接する。

続いて、以上のように構成される近位ユニット２００に着脱する遠位ユニット３００について説明する。

遠位ユニット３００におけるシーソー部材３０１は、円盤状の部材の一部を切断したような形状（Ｄ型形状）を成しており、紙面に垂直に所定の厚みを有しており、図中の最右端部では、平面状をなしている。この平面を、シーソー部材接触部３０２と称する。

遠位ユニット３００が近位ユニット２００に装着されると、リンク部材２０９のリンク
部材当接部２１０が、シーソー部材３０１のシーソー部材接触部３０２と当接し、リンク部材２０９からの駆動力が、シーソー部材３０１に伝達されるようになっている。シーソー部材３０１は第７軸３２７（第１の直動力変換機構）を中心として回動自在とされている。ここで、各軸でそれぞれ形成される三角形２２２−２２３−２２４と三角形２２５−３２７−２２６は合同関係となっている。

ワイヤ３０３（第１の動力伝達部）の一端はシーソー部材３０１（第１の直動力変換機構）（第１の直動力変換機構）の上端にロウ付け等で固着されると共に、ワイヤ３０３の他端は先端関節輪３７５（関節部）に固着されている。また、ワイヤ３０３は従動プーリ３０７（第１の動力伝達部）に巻き掛けられている。

また、ワイヤ３０４（第１の動力伝達部）の一端はシーソー部材３０１（第１の直動力変換機構）（第１の直動力変換機構）の下端にロウ付け等で固着されると共に、ワイヤ３０４の他端は先端関節輪３７５に固着されている。また、ワイヤ３０４は従動プーリ３０８（第１の動力伝達部）に巻き掛けられている。

遠位ユニット３００には、遠位端側に向かうに従って、円筒管部材３７０、複数の円筒形状の関節輪３７３（関節部）、先端関節輪３７５を有しており、ワイヤ３０３とワイヤ３０４は、これらの管状部材内に内挿されている。

円筒管部材３７０と複数の円筒形状の関節輪３７３と先端関節輪３７５とは、複数のリベット形状の軸部材３７７（関節部）によって連結されている。リベット形状の軸部材３７７は、各関節輪３７３間などを折曲自在に連結して、マニピュレータ１００の関節を形成している。

先端関節輪３７５の先端部には、例えば電気メスなどのエンドエフェクタ３８０が装着されている。

以上のように、構成される本発明の第１実施形態に係るマニピュレータ１００における遠位ユニット３００の装着、及び、遠位ユニット３００時の動作について説明する。

図２は本発明の第１実施形態に係るマニピュレータ１００における遠位ユニット３００の装着の様子を示す図である。

図２に示すように、遠位ユニット３００を近位ユニット２００に装着すると、リンク部材２０９のリンク部材当接部２１０が、シーソー部材３０１のシーソー部材接触部３０２と当接し、リンク部材２０９からの駆動力が、シーソー部材３０１に伝達されるようになっている。ここで、本実施形態においては、リンク部材２０９とシーソー部材３０１とが、上記のように、それぞれ１つの平面のみで当接することを特徴としており、これにより、着脱が容易となっている。

本発明に係るマニピュレータ１００は、従来技術のように、回転体に設けられている複数のピンを複数の開口に嵌入させるような装着方式ではなく、棹状部材２０７と棹状部材２０８の変位に応じて変位するリンク部材２０９を有する近位ユニット２００と、前記リンク部材２０９の変位に応じて変位するシーソー部材３０１を有する遠位ユニット３００が用いられるため、本発明に係るマニピュレータ１００によれば、装着が煩雑になることがない。

次に、本発明に係るマニピュレータ１００の動作を説明する。図３は本発明の第１実施形態に係るマニピュレータ１００の動作を説明する図である。

近位ユニット２００において、モーター２０１がギア２０３を反時計回りに回動させると、ギア２０３と噛合しているギア２０５は時計回りに回動する。

ギア２０５の回動に伴い、棹状部材２０７は近位端側の方向に変位し、棹状部材２０８は遠位端側の方向に変位し、また、棹状部材２０８を挟持している第１規制部材２１１及び第２規制部材２１２は下降し、リンク部材２０９のリンク部材当接部２１０は上方を向くようになる。

リンク部材当接部２１０と当接しているシーソー部材接触部３０２は、下方を向くようになり、これに伴い、シーソー部材３０１は軸３２７を中心として時計回りに回動する。これにより、ワイヤ３０３は巻き取られ、ワイヤ３０４は送り出されることになるので、先端関節輪３７５に設けられるエンドエフェクタ３８０は、図示するように上側に変位することとなる。

次に、本発明に係るマニピュレータ１００の他の動作パターンを説明する。図４は本発明の第１実施形態に係るマニピュレータ１００の動作を説明する図である。

近位ユニット２００において、モーター２０１がギア２０３を時計回りに回動させると、ギア２０３と噛合しているギア２０５は反時計回りに回動する。

ギア２０５の回動に伴い、棹状部材２０７は遠位端側の方向に変位し、棹状部材２０８は近位端側の方向に変位し、また、棹状部材２０８を挟持している第１規制部材２１１及び第２規制部材２１２は上昇し、リンク部材２０９のリンク部材当接部２１０は下方を向くようになる。

リンク部材当接部２１０と当接しているシーソー部材接触部３０２は、上方を向くようになり、これに伴い、シーソー部材３０１は軸３２７を中心として反時計回りに回動する。これにより、ワイヤ３０３は送り出され、第２ワイヤ３０４は巻き取られることになるので、先端関節輪３７５に設けられるエンドエフェクタ３８０は、図示するように下側に変位することとなる。

以上のように本実施形態に係るマニピュレータ１００においては、近位ユニット２００における棹状部材２０７と棹状部材２０８の変位に応じて、的確に変位するシーソー部材３０１を有しており、的確にエンドエフェクタ３８０に駆動力を伝達することができる。

本発明に係るマニピュレータ１００は、従来技術のように、回転体に設けられている複数のピンを複数の開口に嵌入させるような装着方式ではなく、前記近位ユニット２００における棹状部材２０７と棹状部材２０８の変位に応じて、変位するシーソー部材３０１を有する遠位ユニット３００が用いられるため、本発明に係るマニピュレータ１００によれば、遠位ユニット３００の装着が煩雑になることがない。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態に係るマニピュレータ１００においては、遠位ユニット３００を体内に挿入シーソーの後、遠位ユニット３００を近位ユニット２００に装着すると、装着時の近位ユニット２００のリンク部材２０９の姿勢に応じて、エンドエフェクタ３８０が動いてしまう可能性がある。

そこで、本実施形態では、遠位ユニット３００のシーソー部材３０１の姿勢に、近位ユニット２００のリンク部材２０９の姿勢を合わせた後に、リンク部材２０９に駆動力を供給可能とするような構成とする。より具体的には、本実施形態では、モーター２０１の駆
動力を、棹状部材２０７、棹状部材２０８或いはリンク部材２０９に伝達するか、又は遮断するかを選択的するクラッチのような機能を有する機構（以下、クラッチ様機構）を設ける。

本実施形態では、クラッチ様機構は、ギア２０３とギア２０５とを噛合／切離させることで、モーター２０１の駆動力を伝達／遮断する構成を採用する。

以上、本発明に係る医療用マニピュレータ１００は、回転体に設けられている複数のピンを複数の開口に嵌入させるような装着方式ではなく、本発明に係る医療用マニピュレータ１００によれば、近位ユニット２００に遠位ユニット３００を連結するだけでよく、煩雑な作業を必要としない。

以下、本実施形態に係るクラッチ様機構の具体的構成を図５及び図６を参照して説明する。図５及び図６は本発明の第２実施形態に係るマニピュレータ１００の動作を説明する図である。

図５はクラッチ様機構が駆動力を遮断している状態を示す図であり、ギア２０３（第２の直動力変換機構）とギア２０５との噛合は切り離されている。

本実施形態では、基台２３１上でスライド動作を行うスライド部材２３４を有しており、このスライド部材２３４上に設けられている立設部２３６に、駆動力を発生するモーター２０１及びモーター２０１によって回転するギア２０３が取り付けられている。

スライド部材２３４は、付勢部材２３８によって、近位端側の方向に常に付勢されているようになっている。また、スライド部材２３４には、爪状部材２４０が挿通可能な貫通孔２３５が設けられており、基台２３１には、爪状部材２４０の斜面部２４１が収容可能な切り欠き部２３２が設けられている。爪状部材２４０は不図示の機構により、垂直に変位することができるようになっている。

以上のような構成において、本実施形態における遠位ユニット３００について説明する。エンドエフェクタ３８０が、例えば、図５に示すように上を向いた状態で、遠位ユニット３００を近位ユニット２００に装着すると、近位ユニット２００側のリンク部材２０９は、駆動源と切り離されているために、リンク部材２０９が、シーソー部材３０１の姿勢に追随する形で装着することができる。このために、本実施形態によれば、エンドエフェクタ３８０が動いてしまう可能性がない。

次に、モーター２０１の駆動力を、棹状部材２０７、棹状部材２０８或いはリンク部材２０９に伝達できるようにする動作について説明する。図５に示す状態から、爪状部材２４０を降下させると、爪状部材２４０の斜面部２４１が、スライド部材２３４の貫通孔２３５に挿通されるに従い、斜面部２４１が貫通孔２３５の内側を押圧するので、スライド部材２３４は遠位端側の方向に変位することとなる。これに伴い、ギア２０３がギア２０５に近接していき、爪状部材２４０の斜面部２４１が、基台２３１の切り欠き部２３２に完全に収容された図６の状態では、ギア２０３とギア２０５とが噛合する。これにより、モーター２０１の駆動力を、棹状部材２０７、棹状部材２０８或いはリンク部材２０９に伝達できるようなる。

また、図６の状態に示す駆動力伝達状態から、図５に示す駆動力遮断状態に移行する場合には、爪状部材２４０を上昇させる。爪状部材２４０を上昇させると、スライド部材２３４は付勢部材２３８により、近位端側の方向に移動する。これに伴い、ギア２０３はギア２０５から離間し、モーター２０１の駆動力が、棹状部材２０７、棹状部材２０８或い
はリンク部材２０９に伝達されることを遮断する。

このように、本実施形態では、爪状部材２４０を上昇させる、という簡単な動作で、モーター２０１の駆動力を遮断することができるが、例えば、マニピュレータ１００の緊急停止を行う必要が生じた場合、上記のように爪状部材２４０を上昇させるだけで、これを行うことができるので、緊急時の対応が簡便かつ迅速にできる、というメリットを享受できる。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。第２実施形態に係るマニピュレータ１００では、クラッチ様機構は、ギア２０３とギア２０５との噛合・非噛合の２態により、その機能を達成していたが、第３実施形態に係るマニピュレータ１００では、他のクラッチ様機構の構成が採用される。

以下、第３実施形態に係るマニピュレータ１００におけるクラッチ様機構の具体的構成を図７及び図８を参照して説明する。図７及び図８は本発明の第３実施形態に係るマニピュレータ１００の動作を説明する図である。

第３実施形態に係るマニピュレータ１００においては、ギア２０３に代えて第１プーリ２４３（第２の直動力変換機構）が、また、ギア２０５に代えて第２プーリ２４４（第２の直動力変換機構）が用いられている点が、第２実施形態と相違している。

第１プーリ２４３は、モーター２０１により回転駆動する軸２２１に取り付けられている。

また、第２プーリ２４４は、２軸２２２を中心として回動し、軸２２３により棹状部材２０７が取り付けられており、軸２２４により棹状部材２０８が取り付けられている点は、先の実施形態と同様である。

第１プーリ２４３と第２プーリ２４４とには、終端がないワイヤ２４５（第２の直動力変換機構）がかけ回されている。また、第１プーリ２４３は不図示の機構により、遠位端側の方向及び近位端側の方向に移動可能に構成されている。

第１プーリ２４３が第２プーリ２４４に近接すると、ワイヤ２４５は弛緩状態となり、第１プーリ２４３の回転駆動力が、第２プーリ２４４に伝達しない遮断状態をつくることができる。

一方、第１プーリ２４３を第２プーリ２４４に離すと、ワイヤ２４５は緊張状態となり、第１プーリ２４３の回転駆動力が、第２プーリ２４４に伝達する状態をつくることができる。

図７はクラッチ様機構が、駆動力を遮断している状態を示す図であり、第１プーリ２４３は第２プーリ２４４に近づき、ワイヤ２４５が弛緩している。一方、図８はクラッチ様機構が、駆動力を伝達している状態を示す図であり、第１プーリ２４３は第２プーリ２４４から図７より離れ、ワイヤ２４５が緊張し、ワイヤ２４５により回転駆動力が伝達される。

以上のような、第３実施形態に係るマニピュレータ１００によれば、第２実施形態に係るマニピュレータ１００と同様の効果を享受することが可能となる。

次に本発明の第４実施形態について説明する。

遠位ユニット３００をチャンネル内に挿入後、遠位ユニット３００を近位ユニット２００に装着した際に、操作性の観点から、操作者の意図する方向に、エンドエフェクタ３８０が向いていることが好ましいことがある。この場合、近位ユニット２００のリンク部材２０９の姿勢に、遠位ユニット３００のシーソー部材３０１が強制的に追随するような構成とする。

図９及び図１０は本発明の第４実施形態に係るマニピュレータ１００の動作を説明する図である。第４実施形態に係るマニピュレータ１００が、第１実施形態に係るマニピュレータ１００と相違するのは、近位ユニット２００のリンク部材２０９はホームベース状の凸部を有し、これに対応して、遠位ユニット３００のシーソー部材３０１には、ホームベース状の凹部を有する点である。

リンク部材２０９はホームベース状の凸部を有するために、図９に示すように、紙面に垂直な面内に存在するリンク部材当接部２１０は４つとなる。また、同じように、シーソー部材３０１はホームベース状の凹部を有するために、紙面に垂直な面内に存在するシーソー部材接触部３０２は４つとなる。

このように、本実施形態では、近位ユニット２００に遠位ユニット３００が装着されているとき、シーソー部材３０１とリンク部材２０９とが複数の平面で当接することが特徴となっている。これにより、近位ユニット２００のリンク部材２０９の姿勢に、遠位ユニット３００のシーソー部材３０１が強制的に追随することとなる。

さらに、シーソー部材３０１におけるホームベース状の凹部の両側には、テーパ部３０９（第１の直動力変換機構、接触部）が設けられており、リンク部材２０９をシーソー部材３０１に嵌合させる際に、円滑にこれを行い得るようになっている。

以上のような第４実施形態に係るマニピュレータ１００の動作について説明する。例えば、図９に示すように、遠位ユニット３００側のエンドエフェクタ３８０が上を向いており、シーソー部材３０１におけるホームベース状の凹部が下を向いているような場合で、遠位ユニット３００を近位ユニット２００に装着する場合、近位ユニット２００のリンク部材２０９を、シーソー部材３０１に嵌入するに従い、リンク部材２０９のホームベース状の凸部に倣うように、シーソー部材３０１が回動していき、最終的にエンドエフェクタ３８０が遠位端側の方向と平行となるような形で、遠位ユニット３００が近位ユニット２００に装着される。

以上のように、第４実施形態に係るマニピュレータ１００によれば、遠位ユニット３００を近位ユニット２００に装着した際に、操作者の意図する方向に、エンドエフェクタ３８０が向くようになっているので、操作性が向上する。

次に本発明の第５実施形態について説明する。第５実施形態に係るマニピュレータ１００が、第１実施形態に係るマニピュレータ１００と異なる第１の点は、棹状部材２０７、棹状部材２０８の構成である。

第５実施形態に係るマニピュレータ１００においては、棹状部材２０７は、第１ラック２４７（第２の直動力変換機構、第２のラック・アンド・ピニオン機構）と、この第１ラック２４７から延在する第１棒状部材２５１（第２の動力伝達部）と、この第１棒状部材２５１に設けられる転がり部材２６１（第２の動力伝達部）とから構成されている。

また、棹状部材２０８は、第２ラック２４８（第２の直動力変換機構、第２のラック・
アンド・ピニオン機構）と、この第２ラック２４８から延在する第２棒状部材２５２（第２の動力伝達部）と、この第２棒状部材２５２に設けられる転がり部材２６２（第２の動力伝達部）とから構成されている。

また、第１ラック２４７と第１ピニオンギア２４９（第２の直動力変換機構、第２のラック・アンド・ピニオン機構）とが噛合しており、第２ラック２４８と第１ピニオンギア２４９とが噛合しており、第１ピニオンギア２４９はモーター２０１により、回転駆動される構成となっている。

これにより、第５実施形態に係るマニピュレータ１００では、図中矢印で示される遠位端側の方向に棹状部材２０７が変位するとき、棹状部材２０８は、図中矢印で示される近位端側の方向に変位する。逆に、前記近位端側の方向に棹状部材２０７が変位するとき、棹状部材２０８は、前記遠位端側の方向に変位する。

第５実施形態に係るマニピュレータ１００が、第１実施形態に係るマニピュレータ１００と異なる第２の点は、シーソー部材３０１の形状がＤ型形状ではなく、棒状を成しており、この棒状のシーソー部材３０１の上端と下端に、ワイヤ３０３とワイヤ３０４とがそれぞれ固着されている点である。

図１２は本発明の第５実施形態に係るマニピュレータ１００における遠位ユニット３００の装着の様子を示す図である。第５実施形態に係るマニピュレータ１００においては、近位ユニット２００の転がり部材２６１と転がり部材２６２が、シーソー部材３０１に突き当てられることで、遠位ユニット３００の装着が完了する。

図１３は本発明の第５実施形態に係るマニピュレータ１００の動作を説明する図である。例えば、モーター２０１の駆動により第１ピニオンギア２４９が時計回りに回転すると、第１ラック２４７）と共に転がり部材２６１は近位端側の方向に変位し、第２ラック２４８と共に転がり部材２６２は遠位端側の方向に変位する。これに連動して、シーソー部材３０１は軸３２７を中心として時計回りに回動し、ワイヤ３０３を引き寄せ、ワイヤ３０４を繰り出し、エンドエフェクタ３８０は図示するように上を向くように変位する。

以上のような構成の第５実施形態に係るマニピュレータ１００によっても、先の実施形態と同様の効果を享受することができる。

次に本発明の第６実施形態について説明する。第６実施形態に係るマニピュレータ１００は、第５実施形態に係るマニピュレータ１００を変形したものである。第６実施形態に係るマニピュレータ１００が、第５実施形態に係るマニピュレータ１００と相違する点は、遠位ユニット３００側のシーソー部材３０１の構成である。

図１４は本発明の第６実施形態に係るマニピュレータ１００の概略の構成を示す図である。

第６実施形態に係るマニピュレータ１００では、遠位ユニット３００側のシーソー部材３０１は、第２ピニオンギア３４９（第１の直動力変換機構、第１のラック・アンド・ピニオン機構）と噛合する第３ラック３４７（第１の直動力変換機構、第１のラック・アンド・ピニオン機構）と、第２ピニオンギア３４９と噛合する第４ラック３４８（第１の直動力変換機構、第１のラック・アンド・ピニオン機構）と、から構成されている。

また、ワイヤ３０３の一端は第３ラック３４７に固着され、ワイヤ３０４の一端は第４ラック３４８に固着される。また、第５実施形態に係るマニピュレータ１００に設けられ
ていた従動プーリ３０７及び従動プーリ３０８は省略され、ワイヤ３０３とワイヤ３０４とは、第３ラック３４７及び第４ラック３４８の近傍では、互いに平行とされている。また、転がり部材２６１及び転がり部材２６２が省略されている。

図１５は本発明の第６実施形態に係るマニピュレータ１００における遠位ユニット３００の装着の様子を示す図である。第６実施形態に係るマニピュレータ１００においては、近位ユニット２００の第１棒状部材２５１が第３ラック３４７に突き当てられ、第２棒状部材２５２が第４ラック３４８に突き当てられることで、遠位ユニット３００の装着が完了する。

図１６は本発明の第６実施形態に係るマニピュレータ１００の動作を説明する図である。例えば、モーター２０１の駆動により第１ピニオンギア２４９が時計回りに回転すると、第１ラック２４７と共に転がり部材２６１は近位端側の方向に変位し、第２ラック２４８と共に転がり部材２６２は遠位端側の方向に変位する。これに連動して、第３ラック３４７は近位端側の方向に変位し、第４ラック３４８は遠位端側の方向に変位し、第２ピニオンギア３４９は時計回りに回転する。これにより、第３ラック３４７によりワイヤ３０３は引き寄せられ、第４ラック３４８により第２ワイヤ３０４は繰り出されるので、エンドエフェクタ３８０は図示するように上を向くように変位する。

以上のような構成の第６実施形態に係るマニピュレータ１００によっても、先の実施形態と同様の効果を享受することができる。

次に本発明の第７実施形態について説明する。図１７は本発明の第７実施形態に係るマニピュレータ１００の概略の構成を示す図である。第７実施形態に係るマニピュレータ１００は、第５実施形態に係るマニピュレータ１００を変形したものである。第７実施形態に係るマニピュレータ１００が、第５実施形態に係るマニピュレータ１００と相違する点は、近位ユニット２００の棹状部材２０７、棹状部材２０８の構成である。

第７実施形態に係るマニピュレータ１００においては、棹状部材２０７は、第１棒状部材２５５（第２の動力伝達部）と、この第１棒状部材２５５から延在する第１棒状部材２５１と、から構成されている。

また、棹状部材２０８は、第２棒状部材２５６（第２の動力伝達部）と、この第２棒状部材２５６から延在する第２棒状部材２５２と、から構成されている。

また、ワイヤ２５７（第２の直動力変換機構）の一端部は、第１棒状部材２５５に固着されており、ワイヤ２５７の他端部は、第２棒状部材２５６に固着されている。このワイヤ２５７は、モーター２０１により駆動される駆動プーリ２５８（第２の直動力変換機構）に巻きかけられている。

これにより、第７実施形態に係るマニピュレータ１００では、モーター２０１により駆動プーリ２５８が回転駆動されることで、図中矢印で示される遠位端側の方向に棹状部材２０７が変位するとき、棹状部材２０８は、図中矢印で示される近位端側の方向に変位する。逆に、前記近位端側の方向に棹状部材２０７が変位するとき、棹状部材２０８は、前記遠位端側の方向に変位する。

以上のような構成の第７実施形態に係るマニピュレータ１００によっても、先の実施形態と同様の効果を享受することができる。

次に本発明の第８実施形態について説明する。第８実施形態に係るマニピュレータ１０
０は、第５実施形態に係るマニピュレータ１００を変形したものである。

図１８は本発明の第８実施形態に係るマニピュレータ１００の概略の構成を示す図である。図は近位ユニット２００と遠位ユニット３００との結合部を示している。

これまで、１自由度操作を行うマニピュレータ１００の構成であったため、複数自由度のマニピュレータを構成するにはシーソー部材が自由度数に応じて必要となったが、第８実施形態に係るマニピュレータ１００は複数自由度を１つの駆動部材で動作するマニピュレータ１００である。そのために、遠位ユニット３００においては、シーソー部材３０１に代え、回動中心３５１（第１の直動力変換機構）を中心として可動するジンバル部材３５０（第１の直動力変換機構）が用いられる。

また、近位ユニット２００においては、転がり部材２６１、転がり部材２６２の２点で押し引きを行うことに代えて、転がり部材２６１乃至転がり部材２６４の４点で押し引きを行う構成とする。

以上のような、第８実施形態に係るマニピュレータ１００によれば、複数自由度を１つのジンバル部材で駆動するマニピュレータ１００を構成することが可能となる。

次に本発明の第９実施形態について説明する。第９実施形態にマニピュレータ１００が、第１実施形態にマニピュレータ１００と相違する点は、棹状部材２０７、棹状部材２０８を互いに平行な状態で変位を行わせるために用いる規制部の構成である。

図１９は本発明の第９実施形態に係るマニピュレータ１００の概略の構成を示す図である。第９実施形態にマニピュレータ１００では、棹状部材２０８にピン部材２７１（規制部）及びピン部材２７２（規制部）を設けると共に、これらのピン部材を、不図示の機構により水平方向に移動するフレーム部材２７４（規制部）のスリット２７５（規制部）及びスリット２７６（規制部）に挿通させて、これらにより、棹状部材２０８の動きを規制している。

このような第９実施形態にマニピュレータ１００によっても、先の実施形態と同様の効果を享受することができる。

次に本発明の第１０実施形態について説明する。第１０実施形態にマニピュレータ１００が、第１実施形態にマニピュレータ１００と相違する点は、棹状部材２０７、棹状部材２０８を互いに平行な状態で変位を行わせるために用いる規制部の構成である。

図２０は本発明の第１０実施形態に係るマニピュレータ１００の概略の構成を示す図である。
第１０実施形態にマニピュレータ１００では、近位ユニット２００のリンク部材２０９には凸部２１５（第２の動力伝達部、当接部）が設けられており、遠位ユニット３００のシーソー部材３０１には凹部３１０（第１の直動力変換機構）が設けられており、遠位ユニット３００が近位ユニット２００に装着される際には、前記凹部３１０に前記凸部２１５が嵌入する構成となっている。これにより、リンク部材２０９とシーソー部材３０１とが、嵌合い連れ合って変位する場合は、互いにずれることなどがなく、これにより、棹状部材２０７、棹状部材２０８の動きが規制される。

このような第１０実施形態にマニピュレータ１００によっても、先の実施形態と同様の効果を享受することができる。

次に本発明の第１１実施形態について説明する。第１１実施形態にマニピュレータ１００が、第１実施形態にマニピュレータ１００と相違する点は、棹状部材２０７、棹状部材２０８を互いに平行な状態で変位を行わせるために用いる規制部の構成である。

図２１は本発明の第１１実施形態に係るマニピュレータ１００の概略の構成を示す図である。
第１１実施形態にマニピュレータ１００では、リンク部材２０９にはスリット部２１７を有する二股状の挟持部材２１６が取り付けられており、遠位ユニット３００を近位ユニット２００に装着する際には、軸３２７を前記スリット部２１７の間に配するようにして、これを行う。これにより、棹状部材２０７、棹状部材２０８の動きが規制される。

このような第１１実施形態にマニピュレータ１００によっても、先の実施形態と同様の効果を享受することができる。

次に本発明の第１２実施形態について説明する。図２２は本発明の第１２実施形態に係るマニピュレータ１００の概略の構成を示す図である。第１２実施形態に係るマニピュレータ１００が、第１実施形態に係るマニピュレータ１００と相違する点は、遠位ユニット３００において、エンドエフェクタ３８０及び先端関節輪３７５の一部を除き、ケース３５５によって水密とされている点である。

このケース３５５が、シーソー部材３０１を収容する部位には、蛇腹部３５６が設けられており、シーソー部材３０１の動きにケース３５５が追随することができるようになっている。

このような第１２実施形態にマニピュレータ１００によれば、先の実施形態と同様の効果を享受することができると共に、遠位ユニット３００内の水密が取られているので、外部のみを洗浄することで洗浄が済み、洗浄の手間や時間を減らすことが可能となる。

なお、以上、第１実施形態に係るマニピュレータ１００から第１２実施形態に係るマニピュレータ１００について説明を行ったが、これらの複数の実施形態を組み合わせて構成可能なマニピュレータ１００についても本発明の範疇に入るものである。

また、上記各実施形態は、遠隔操作するいわゆるマスタスレーブマニピュレータシステム１０００に適用される場合でも良い。

図２３は本発明のマニピュレータ１００がマスタスレーブマニピュレータシステム１０００に適用された例を示す図である。また、図２４はマスタスレーブマニピュレータシステム１０００の内視鏡装置１１０を示す図である。

例えば、図２３に示すような、操作者Ｏｐが操作するマスタマニピュレータ１１１と、例えば図２４に示す内視鏡装置１１０が設けられたスレーブマニピュレータ１１２とを備える、マスタスレーブマニピュレータシステム１０００である。

マスタマニピュレータ１１１は、操作者Ｏｐが操作入力を行うマスタアーム１１３と、内視鏡装置１１０を用いて撮影した映像等を表示する表示部１１４と、マスタアーム１１３の動作に基づいて、スレーブマニピュレータ１１２を動作させるための操作指令を生成するマスタ制御部１１８とスレーブ制御部１１９を有する制御部１１７と、制御モードを切替えるためのフットスイッチ１２１を備える。

本実施形態において、マスタアーム１１３は、内視鏡装置１１０のチャンネルに挿通さ
れたマニピュレータ１００を含むスレーブマニピュレータ１１２の各部を動作させるための操作部である。また、詳細は図示しないが、マスタマニピュレータ１１１は、操作者Ｏｐの右手と左手とのそれぞれに対応する一対のマスタアーム１１３ａ、１１３ｂを有している。マスタアーム１１３は、多関節構造を有しており、一方のマスタアーム１１３ａはエンドエフェクタ３８０を含むマニピュレータ１００を動作させるためのもので、他方のマスタアーム１１３ｂは内視鏡装置１１０の湾曲部１２４を動作させるものである。

表示部１１４は、内視鏡装置１１０に取り付けられた観察光学系１２６や照明光学系１２７などによって撮影された処置対象部位の映像が表示される装置である。表示部１１４には、処置対象部位Ｚとともに、エンドエフェクタ３８０も表示される。

スレーブマニピュレータ１１２は、患者Ｐが載置される載置台１と、載置台１の近傍に配置された多関節ロボット１１５と、多関節ロボット１１５に取り付けられた内視鏡装置１１０とを有する。多関節ロボット１１５および内視鏡装置１１０は、マスタマニピュレータ１１１から発せられた操作指令に従って、詳細は図示しないが、スレーブマニピュレータ１１２に設けられた駆動部１１５Ａ、１１５Ｂによって動作する。

介助者（不図示）は、図２３に示すように、載置台１上に患者Ｐを寝かせ、消毒、麻酔などの適切な処理を行う。

操作者Ｏｐは、介助者に指示して患者Ｐの口から体腔内に挿入部１２３を導入させる。操作者Ｏｐは、表示部１１４で画像を確認しつつ、マスタアーム１１３を操作して挿入部１２３の湾曲部１２４を適宜湾曲させたり、エンドエフェクタ３８０を動作させたりする。

以上のようなマスタスレーブマニピュレータシステム１０００に適用しても上述した各実施形態に係る効果を奏することができる。

１・・・載置台、１００・・・マニピュレータ、１１０・・・内視鏡装置、１１１・・・マスタマニピュレータ、１１２・・・スレーブマニピュレータ、１１３・・・マスタアーム、１１３ａ、１１３ｂ・・・マスタアーム、１１４・・・表示部、１１５・・・多関節ロボット、１１５Ａ、１１５Ｂ・・・駆動部、１１７・・・制御部、１１８・・・マスタ制御部、１１９・・・スレーブ制御部、１２１・・・フットスイッチ、１２３・・・挿入部、１２４・・・湾曲部、１２６・・・観察光学系、１２７・・・照明光学系、２００・・・近位ユニット、２０１・・・モーター（駆動部）、２０３・・・ギア（第２の直動力変換機構）、２０４・・・ギア歯部（第２の直動力変換機構）、２０５・・・ギア（第２の直動力変換機構）、２０６・・・ギア歯部（第２の直動力変換機構）、２０７・・・棹状部材（第２の動力伝達部）、２０８・・・棹状部材（第２の動力伝達部）、２０９・・・リンク部材（第２の動力伝達部）、２１０・・・リンク部材当接部（第２の動力伝達部、当接部）、２１１・・・第１規制部材（規制部）、２１２・・・第２規制部材（規制部）、２１５・・・凸部、２１６・・・挟持部材、２１７・・・スリット部、２２１、２２２・・・軸（第２の直動力変換機構）、２２３、２２４、２２５、２２６・・・軸（第２の動力伝達部）、２３１・・・基台、２３２・・・切り欠き部、２３４・・・スライド部材、２３５・・・貫通孔、２３６・・・立設部、２３８・・・付勢部材、２４０・・・爪状部材、２４１・・・斜面部、２４３・・・第１プーリ（第２の直動力変換機構）、２４４・・・第２プーリ（第２の直動力変換機構）、２４５・・・ワイヤ（第２の直動力変換機構）、２４７・・・第１ラック（第２の直動力変換機構、第２のラック・アンド・ピニオン機構）、２４８・・・第２ラック（第２の直動力変換機構、第２のラック・アンド・ピニオン機構）、２４９・・・第１ピニオンギア（第２の直動力変換機構、第２のラック
・アンド・ピニオン機構）、２５１、２５５・・・第１棒状部材（第２の動力伝達部）、２５２、２５６・・・第２棒状部材（第２の動力伝達部）、２５３・・・第３棒状部材（第２の動力伝達部）、２５４・・・第４棒状部材（第２の動力伝達部）、２５７・・・ワイヤ（第２の直動力変換機構）、２５８・・・駆動プーリ（第２の直動力変換機構）、２６１、２６２、２６３、２６４・・・転がり部材（第２の動力伝達部）、２７１、２７２・・・ピン部材（規制部）、２７４・・・フレーム部材（規制部）、２７５、２７６・・・スリット（規制部）、３００・・・遠位ユニット、３０１・・・シーソー部材（第１の直動力変換機構、シーソー部）、３０２・・・シーソー部材接触部（第１の直動力変換機構、接触部）、３０３、３０４、３０５、３０６・・・ワイヤ（第１の動力伝達部）、３０７、３０８・・・従動プーリ（第１の動力伝達部）、３０９・・・テーパ部（第１の直動力変換機構、接触部）、３１０・・・凹部（第１の直動力変換機構）、３２７・・・軸（第１の直動力変換機構）、３４７・・・第３ラック（第１の直動力変換機構、第１のラック・アンド・ピニオン機構）、３４８・・・第４ラック（第１の直動力変換機構、第１のラック・アンド・ピニオン機構）、３４９・・・第２ピニオンギア（第１の直動力変換機構、第１のラック・アンド・ピニオン機構）、３５０・・・ジンバル部材（第１の直動力変換機構）、３５１・・・回動中心（第１の直動力変換機構）、３５５・・・ケース、３５６・・・蛇腹部、３７０・・・円筒管部材、３７３・・・複数の円筒形状の関節輪（関節部）、３７５・・・先端関節輪（関節部）、３７７・・・軸部材（関節部）、３８０・・・エンドエフェクタ、１０００・・・マスタスレーブマニピュレータシステム、Ｏｐ・・・操作者、Ｐ・・・患者、Ｚ・・・処置対象部位

Claims (8)

1. 遠位端側と近位端側が着脱自在に構成される医療用マニピュレータであって、
   遠位端側にエンドエフェクタと、
   前記エンドエフェクタの近位端側に配置された関節部と、
   前記エンドエフェクタまたは前記関節部を動作させるために長手方向に直動力を伝達する第１の動力伝達部と、
   を備える遠位ユニットと、
   近位端側に前記エンドエフェクタまたは前記関節部を動作させるための動力を発生する駆動部と、
   前記駆動部から発生した動力を遠位端側に伝達する第２の動力伝達部と、
   を備え、遠位端で前記遠位ユニットと着脱可能な近位ユニットと、
   前記遠位ユニットは、前記第１の動力伝達部に連結されることによって、前記近位ユニットに前記遠位ユニットが装着された際、前記第２の動力伝達部の動力を直動力に変換する第１の直動力変換機構を有し、
   前記第１の直動力変換機構は、
   回転軸を中心に回動可能であって、前記近位ユニットに前記遠位ユニットが装着された際に、前記第２の動力伝達部と接触する接触部を備えるシーソー部と、を有し、
   前記シーソー部は前記第１の動力伝達部と接続しており、前記第２の動力伝達部から伝達される動力によって前記シーソー部が回動した結果、前記第１の動力伝達部が前記長手方向に押し引きされる医療用マニピュレータ。
2. 前記近位ユニットは、前記駆動部の回転動力を直動力に変換する第２の直動力変換機構をさらに有し、
   前記第２の動力伝達部は直動力を伝達する請求項１に記載の医療用マニピュレータ。
3. 前記近位ユニットは、前記第２の動力伝達部材の遠位端に連結し、前記近位ユニットに前記遠位ユニットが装着された際、前記シーソー部の前記接触部に当接する当接部を備えるリンク部材をさらに有する請求項１又は２に記載の医療用マニピュレータ。
4. 前記当接部および前記接触部は、凹凸の関係となるよう互いの形状を有し、該形状で互いに当接する請求項３に記載の医療用マニピュレータ。
5. 前記第１の直動力変換機構は第１のラック・アンド・ピニオン機構を有し、前記第１の動力伝達部は前記第１のラック・アンド・ピニオン機構を構成するラックに接続している請求項２に記載の医療用マニピュレータ。
6. 前記第２の直動力変換機構は、前記駆動部の回転動力を直動力に変換する第２のラック・アンド・ピニオン機構を備える請求項５に記載の医療用マニピュレータ。
7. 前記第２の動力伝達部の動きを規制する規制部をさらに有する請求項１に記載の医療用マニピュレータ。
8. 前記遠位ユニットは、水密となるようケーシングされる請求項１乃至７のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータ。

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