JP6284438B2 - マニピュレータ - Google Patents

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Description

本発明は、マニピュレータに関するものである。
従来、細長い胴部とエンドエフェクタとの間に３個の関節を備えたマニピュレータが知られている（例えば、特許文献１参照。）。基端側の２個のピッチ関節は、互いに連動して同一方向に屈曲するダブルジョイントであり、互いに転がり接触する一対の転がり部材を備えている。これら一対の転がり部材は、互いに平行な回転軸回りに回転可能であり、胴部側の転がり部材が回転駆動されると、エンドエフェクタ側の転がり部材も従動して回転するようになっている。
また、特許文献１のマニピュレータは、最も先端側のヨー関節と、２個のピッチ関節とを互いに独立に駆動する機構を備えている。具体的には、ヨー関節には、該ヨー関節を駆動するための駆動ワイヤが接続されている。駆動ワイヤは、ピッチ関節の一対の転がり部材と同軸の一対のプーリの間を通り、該一対のプーリにたすき掛け状に架け回されている。これによりピッチ関節が動いたときに駆動ワイヤが長手方向に移動せず、ヨー関節の屈曲角度が変化しないようになっている。
特許第３９１２２５１号公報
しかしながら、２個のピッチ関節を連動させるための手段として、特許文献１のように互いに転がり接触する一対の転がり部材を使用した場合には、２個のピッチ関節の屈曲角度を正確に制御することが難しいという問題がある。すなわち、転がり部材の外周面に設けられたギヤ歯同士の嵌合を利用する場合には、ギヤ歯の欠けや摩耗、飛びによって一対の転がり部材の回転角度の比（ギヤ比）が不安定になり得る。また、ギヤ歯間でのバッククラッシによるガタが生じ、所望の位置決めが困難になり得る。ギヤ歯に代えて転がり部材の外周面間の摩擦を利用する場合には、外周面間のスリップが生じ得る。このように２個のピッチ関節の屈曲角度比に誤差が生じると、ピッチ関節を動かしたときに駆動ワイヤが移動し、ヨー関節とピッチ関節との駆動の独立性が維持されなくなる。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、互いに連動して同一方向に屈曲するダブルジョイントを備えるマニピュレータにおいて、ダブルジョイントの安定した動作性能を得ることができるマニピュレータを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の第１の態様は、細長い胴部と、該胴部の先端側に位置するエンドエフェクタと、前記胴部と前記エンドエフェクタとを前記胴部の長手軸に交差する屈曲軸回りに揺動可能に連結する関節機構とを備え、該関節機構が、先端側から順番に第１のリンク部材および第２のリンク部材と、前記エンドエフェクタと前記第１のリンク部材とを前記長手軸に交差する第１の屈曲軸回りに揺動可能に連結する第１の関節と、前記第１のリンク部材と前記第２のリンク部材とを前記長手軸に交差する第２の屈曲軸回りに揺動可能に連結する第２の関節と、前記第２のリンク部材と前記胴部とを前記第２の屈曲軸に平行な第３の屈曲軸回りに揺動可能に連結する第３の関節と、前記第１の関節から前記胴部へ延び、前記胴部の長手軸に沿って押し引きされることによって前記第１の関節を駆動する駆動ワイヤと、前記駆動ワイヤが挿入され、前記第２の関節および第３の関節を跨いで前記第１のリンク部材から前記胴部まで延び、一定の長さ寸法を有する筒状の一対のシースからなる拘束部材とを備え、前記一対のシースが、前記第２の屈曲軸および前記第３の屈曲軸をそれぞれ径方向に挟み、かつ、前記第２の関節と前記第３の関節との間で互いに１回だけ交差することによってたすき掛け状に配置されているマニピュレータである。
本発明の第２の態様は、細長い胴部と、該胴部の先端側に位置するエンドエフェクタと、前記胴部と前記エンドエフェクタとを前記胴部の長手軸に交差する屈曲軸回りに揺動可能に連結する関節機構とを備え、該関節機構が、先端側から順番に第１のリンク部材および第２のリンク部材と、前記エンドエフェクタと前記第１のリンク部材とを前記長手軸に交差する第１の屈曲軸回りに揺動可能に連結する第１の関節と、前記第１のリンク部材と前記第２のリンク部材とを前記長手軸に交差する第２の屈曲軸回りに揺動可能に連結する第２の関節と、前記第２のリンク部材と前記胴部とを前記第２の屈曲軸に平行な第３の屈曲軸回りに揺動可能に連結する第３の関節と、前記第２の関節および第３の関節を跨いで前記第１のリンク部材から前記胴部まで延び、一定の長さ寸法を有し、前記胴部において互いに接続された一対の拘束部材と、前記胴部に設けられ、前記拘束部材に張力を付与するとともに該張力の大きさを調整可能である張力調整手段とを備え、前記一対の拘束部材が、前記第２の屈曲軸および前記第３の屈曲軸をそれぞれ径方向に挟み、かつ、前記第２の関節と前記第３の関節との間で互いに１回だけ交差することによってたすき掛け状に配置されているマニピュレータである。
本発明によれば、エンドエフェクタと胴部との間に直列に設けられた３個の関節を駆動することによって、胴部に対してエンドエフェクタを２方向に揺動させることができる。
この場合に、３個の関節のうち、基端側の第２の関節および第３の関節は拘束部材によって連動して駆動する。
すなわち、第２のリンク部材を介して第１のリンク部材と胴部との間に引き回された拘束部材の経路長は一定であるため、第２のリンク部材の両側に位置する第２の関節の屈曲角度と第３の関節の屈曲角度とは互いに拘束される。その結果、第２の関節および第３の関節のうち、一方が屈曲すると、他方も一方と同じ方向に屈曲することによって、第２の関節および第３の関節はダブルジョイントとして機能する。このように、拘束部材の幾何学的な配置によって第２の関節と第３の関節との屈曲角度を相互に拘束することによって、ダブルジョイントの安定した動作性能を得ることができる。
上記発明においては、前記第１の関節から前記胴部へ延び、その長手方向に押し引きされることによって前記第１の関節を駆動する駆動ワイヤと、前記第２の関節および前記第３の関節に、前記第２の屈曲軸および前記第３の屈曲軸回りにそれぞれ回転可能に設けられ、前記駆動ワイヤの直径寸法以上の隙間を径方向に空けて配列された一対のプーリとを備え、前記駆動ワイヤが、前記一対のプーリ間の隙間を通り該一対のプーリの外周面にたすき掛け状に架け回されていてもよい。
このようにすることで、第２の関節および第３の関節が屈曲したときに、該第２の関節および第３の関節に設けられた一対のプーリにたすき掛け状に架け回されている駆動ワイヤには長手方向の変位が生じない。したがって、第１の関節と、第２および第３の関節とを互いに独立に駆動することができる。
また、上記第１の態様においては、前記一対の拘束部材は、前記駆動ワイヤが長手方向に移動可能に挿入される筒状のシースである。
このようにすることで、拘束部材を設けるためのスペースがわずかで済むので、関節機構を小型にすることができる。
また、上記発明においては、前記一対の拘束部材は、先端が前記第１のリンク部材に固定され、基端が前記胴部に固定されていてもよい。
このようにすることで、シースの位置を安定させることができる。
また、上記発明においては、前記一対の拘束部材は、互いに同一の前記長さ方向の寸法を有していることが好ましい。
また、上記第２の態様においては、前記一対の拘束部材が、前記胴部において互いに接続され、前記胴部に設けられ、前記拘束部材に張力を付与するとともに該張力の大きさを調整可能である張力調整手段を備えている。
このようにすることで、拘束部材の張力が低下したときに、張力を再び高い状態に調整することができる。また、一対の拘束部材が胴部において１つに接続されているので、一対の拘束部材の張力を同時にかつ均等に調整することができる。さらに、組み立てが容易になり、安定した品質の処置具が実現でき、制御性を向上することができる。
また、上記発明においては、前記第２の屈曲軸および前記第３の屈曲軸をそれぞれ中心とし、互いに前記長手軸方向に対向する略円弧状の外周面を有する一対のガイド部材を備え、該一対のガイド部材の前記外周面同士の間に、前記拘束部材の直径寸法以上の幅寸法の隙間が設けられ、前記拘束部材が、前記隙間を通り前記一対のガイド部材の前記略円弧状の外周面にたすき掛け状に架け回されていてもよい。
このようにすることで、拘束部材の位置をさらに安定させることができる。
また、上記発明においては、前記隙間の幅寸法が、前記拘束部材の直径寸法と等しいことが好ましい。
このようにすることで、拘束部材の引き回し経路が一意に定まるので、第３の関節の屈曲角度に対して第２の関節の屈曲角度が一意に定まり、第１の関節と第２および第３の関節との駆動の独立性をさらに高めることができる。
また、上記発明においては、前記一対のガイド部材のうち、先端側の一方が、前記第１のリンク部材の基端に該第１のリンク部材と一体的に設けられ、基端側の他方が、前記胴部の先端に該胴部と一体的に設けられていてもよい。
このようにすることで、部品点数および組立工数を減らし、コストを削減することができる。
本発明によれば、互いに連動して同一方向に屈曲するダブルジョイントを備えるマニピュレータにおいて、ダブルジョイントの安定した動作性能を得ることができるという効果を奏する。
本発明の第１および第２の実施形態に係るマニピュレータが適用される医療システムの全体構成図である。 本発明の第１の実施形態に係るマニピュレータの全体構成を模式的に示した図である。 図２のマニピュレータの関節機構が備える第２の関節、第３の関節および拘束ワイヤについて主に説明する構成図であり、第３の関節の屈曲角度が（ａ）０°のときと、（ｂ）４５°のときとを示している。 図３の張力調整手段の動作を示す構成図であり、拘束ワイヤが（ａ）弛緩している状態と（ｂ）緊張している状態とを示している。 図２のマニピュレータの関節機構が備える第１の関節および駆動ワイヤについて主に説明する構成図であり、第３の関節の屈曲角度が（ａ）０°のときと、（ｂ）４５°のときとを示している。 本発明の第２の実施形態に係るマニピュレータが備える関節機構の構成図であり、第３の関節の屈曲角度が（ａ）０°のときと、（ｂ）４５°のときとを示している。 ガイド部材の変形例を示す構成図であり、（ａ）駆動ワイヤおよびシースを省略した状態と、（ｂ）駆動ワイヤおよびシースを取り付けた状態とを示している。 駆動ロッドに代えて駆動ワイヤを備える変形例を示す構成図である。
まず、本発明の実施形態に係るマニピュレータ１が適用される医療システム１００について図１を参照して説明する。
本実施形態に係る医療システム１００は、図１に示されるように、体内に挿入して使用される内視鏡４０と、該内視鏡４０によって取得された映像を表示する表示部６０と、医療システム１００全体を制御する制御部８０とを備えている。
内視鏡４０は、患者の体内に挿入される細長い挿入部４１と、該挿入部４１の内部に長手方向に貫通形成された少なくとも１つのチャネル４１ａと、挿入部４１の先端部分に設けられた湾曲部４２と、該湾曲部４２を上下方向および左右方向にそれぞれ湾曲操作するためのアングルレバー４３，４４を有する操作部４５とを備えている。符号４６は、内視鏡映像を取得するためのカメラを示している。
後述するマニピュレータ１は、内視鏡４０のチャネル４１ａ内に挿入した状態で使用されるものである。
（第１の実施形態）
次に、本発明の第１の実施形態に係るマニピュレータ１について図２から図５を参照して説明する。
本実施形態に係るマニピュレータ１は、図２に示されるように、体内に挿入可能な細長い胴部２と、該胴部２の先端側に位置するエンドエフェクタ３と、胴部２とエンドエフェクタ３とを連結する関節機構４と、胴部２の基端に接続され関節機構４を駆動する駆動部５とを備えている。
図２は、マニピュレータ１の全体構成を説明するものであり、図３から図５は、主に関節機構４を説明するものである。特に、図３および図４は、第２の関節１２、第３の関節１３および拘束ワイヤ７について、図５は第１の関節１１および駆動ワイヤ９について、それぞれ説明するものであり、一部の構成の図示が省略されている。
参照する図面には、エンドエフェクタ３の一例として、一対の把持片３ａを有する鉗子が示されているが、エンドエフェクタ３は、ハサミや電気メス等であってもよい。
関節機構４は、図３（ａ）に示されるように、先端側から順に第１のリンク部材６１および第２のリンク部材６２と、エンドエフェクタ３の基端部と第１のリンク部材６１の先端部とを第１の屈曲軸Ａ１回りに揺動可能に連結する第１の関節１１と、第１のリンク部材６１の基端部と第２のリンク部材６２の先端部とを第２の屈曲軸Ａ２回りに揺動可能に連結する第２の関節１２と、第２のリンク部材６２の基端部と胴部２の先端部とを第３の屈曲軸Ａ３回りに揺動可能に連結する第３の関節１３と、第１のリンク部材６１から胴部２に延びる拘束ワイヤ（拘束部材）７と、該拘束ワイヤ７の張力を調整する張力調整手段８と、第１の関節１１を駆動する駆動ワイヤ９（図５（ａ），（ｂ）参照。）とを備えている。
ここで、第１の屈曲軸Ａ１は、マニピュレータ１の長手軸Ｂに直交する方向の軸である。第２の屈曲軸Ａ２および第３の屈曲軸Ａ３は、長手軸Ｂおよび第１の屈曲軸Ａ１の両方に直交する方向の軸であり、互いに平行である。
第２の関節１２および第３の関節１３には、拘束ワイヤ７の引き回し経路を規定するための一対のガイドプーリ（ガイド部材）２１，２２がそれぞれ設けられている。先端側の一方のガイドプーリ２１は、第２の屈曲軸Ａ２回りに回転可能に第１のリンク部材６１および第２のリンク部材６２に支持されている。基端側の他方のガイドプーリ２２は、第３の屈曲軸Ａ３回りに回転可能に第２のリンク部材６２および胴部２に支持されている。
一対のガイドプーリ２１，２２は、拘束ワイヤ７の直径寸法と等しいか、またはそれ以上の幅寸法の隙間を、その径方向である長手軸Ｂ方向に空けて配列されている。すなわち、第２の屈曲軸Ａ２と第３の屈曲軸Ａ３との距離が、一方のガイドプーリ２１の半径と、他方のガイドプーリ２２の半径と、拘束ワイヤ７の直径との和に等しいか、またはそれ以上になっている。
拘束ワイヤ７は、ガイドプーリ２１，２２の外周面に沿って湾曲可能な可撓性を有しつつ、その長さ方向には伸縮せずに一定の寸法を有する１本のワイヤからなる。拘束ワイヤ７の両端は、図３（ａ）に示されるように、第２の屈曲軸Ａ２を径方向に挟む両側に配置され、それぞれ第１のリンク部材６１に固定されている。拘束ワイヤ７の両端の第１のリンク部材６１への固定方法は任意の方法を採用することができ、例えば、図示しないカシメ部材を使用してもよく、拘束ワイヤ７の端部を第１のリンク部材６１に結び付けてもよい。以下、拘束ワイヤ７の、一端から基端へ延びる部分を第１の部分７１、他端から基端へ延びる部分を第２の部分７２という。
拘束ワイヤ７は、一対の第１の部分７１と第２の部分７２とが一対のガイドプーリ２１，２２の隙間で互いに１回だけ交差してたすき掛け状にガイドプーリ２１，２２の外周面に架け回され、単一のループ部７３を形成している。すなわち、図３（ａ）に示されるように、第２の関節１２および第３の関節１３の屈曲角度が０°の状態においては、第１の部分７１および第２の部分７２は、各ガイドプーリ２１，２２の外周面に約４分の１周にわたって架け回されている。拘束ワイヤ７は、ループ部７３において、張力調整手段８を介して胴部２に対して固定されている。
張力調整手段８は、胴部２に設けられた可動板８ａを備えている。可動板８ａは、第３の屈曲軸Ａ３に平行な回転軸Ｃ回りに回転可能である。また、回転軸Ｃは、該回転軸Ｃから可動板８ａの周までの距離が一定ではないような位置に設けられている。図に示される例では、可動板８ａが楕円形であり、可動板８ａの偏心した位置に回転軸Ｃが設けられている。
拘束ワイヤ７のループ部７３は、可動板８ａの外周面に架け回されている。可動板８ａの回転軸Ｃ回りの回転角度に応じて該可動板８ａによる拘束ワイヤ７の牽引力が変化することで、張力調整手段８が拘束ワイヤ７に与える張力が変化するようになっている。したがって、拘束ワイヤ７の組み立て時において、まず、図４（ａ）に示されるように、可動板８ａを、拘束ワイヤ７が弛緩する角度に配置した状態で、この可動板８ａの外周面に拘束ワイヤ７を架け回し、次に、図４（ｂ）に示されるように、可動板８ａを、拘束ワイヤ７の張力が増大する方向へ回転させ、可動板８ａを、回転軸Ｃ回りに回転しないように図示しないストッパ等で解除可能に係止する。これにより、拘束ワイヤ７の弛みを取り、拘束ワイヤ７を高張力の状態にすることができる。
このように設けられた拘束ワイヤ７によって、第２の関節１２および第３の関節１３は、図３（ｂ）に示されるように、互いに連動して同一方向に屈曲するダブルジョイントとして機能する（以下、ダブルジョイント１２，１３ともいう。）。符号１０は、第２の関節１２および第３の関節１３を駆動するための駆動ロッドである。駆動ロッド１０は、胴部２の内部に長手軸Ｂ方向に沿って配置され、先端が第２のリンク部材６２に固定され、基端が駆動部５に接続されている。
駆動部５は、操作者がこれを操作してマニピュレータ１の各部を駆動させるものであり、関節機構４を駆動するためのジョイスティック５１を備えている。エンドエフェクタ３が電気メスである場合には、高周波電流の供給をオンオフするためのスイッチ５２も駆動部５に設けられる。
ジョイスティック５１に入力された操作に従って駆動部５が駆動ロッド１０を長手軸Ｂ方向に移動させると、第２のリンク部材６２が第３の屈曲軸Ａ３回りに回転し、第３の関節１３が屈曲する。このときに、第１のリンク部材６１と胴部２とを接続する拘束ワイヤ７の第１の部分７１および第２の部分７２の経路長が一定であるため、第２のリンク部材６２の回転に従動して第１のリンク部材６１も、第２のリンク部材６２の第３の屈曲軸Ａ３回りの回転角度θ３に対応する回転角度θ２で、第２の屈曲軸Ａ２回りに回転する。これにより、第２の関節１２と第３の関節１３とが連動して屈曲するようになっている。このときに、特に、一対のガイドプーリ２１，２２間の隙間の幅寸法が拘束ワイヤ７の直径寸法と等しい場合には、第３の関節１３の屈曲角度θ３と第２の関節１２の屈曲角度θ２との関係が一意に決まる。
第１の関節１１には、図５（ａ）に示されるように、第１の屈曲軸Ａ１回りに回転可能な一対の駆動プーリ１４が設けられている。一対の駆動プーリ１４は、長手軸Ｂを間に挟んで両側に設けられ、各駆動プーリ１４には、第１の関節１１を駆動するための駆動ワイヤ９が架け回されている。なお、図５（ａ），（ｂ）においては、図を簡略にするために、第２のリンク部材６２、拘束ワイヤ７および張力調整手段８を省略している。
駆動ワイヤ９は、長手方向の途中位置において駆動プーリ１４に固定され、両端が胴部２を通って駆動部５まで延びている。駆動部５によって、駆動ワイヤ９の両端のうち一方が押し出され、他方が牽引されることにより、駆動プーリ１４が回転し、第１の関節１１の屈曲角度が変化するようになっている。
ここで、第２の関節１２および第３の関節１３には、駆動ワイヤ９の引き回し経路を規定するためのもう一対のガイドプーリ（プーリ）３１，３２が設けられている。先端側の一方のガイドプーリ３１は第２の屈曲軸Ａ２回りに回転可能であり、基端側の他方のガイドプーリ３２は第３の屈曲軸Ａ３回りに回転可能である。一対のガイドプーリ３１，３２は、駆動ワイヤ９の直径寸法と等しい幅寸法の隙間を長手軸Ｂ方向に空けて配列されている。
２本の駆動ワイヤ９は、駆動プーリ１４から一方のガイドプーリ３１へ長手軸Ｂ方向に延び、一対のガイドプーリ３１，３２の隙間を通り、他方のガイドプーリ３２から駆動部５まで長手軸Ｂ方向に延びている。これにより、２本の駆動ワイヤ９は、一対のガイドプーリ３１，３２の隙間で互いに１回だけ交差してたすき掛け状に一対のプーリ３１，３２の外周面に架け回されている。
このように駆動ワイヤ９を引き回すことによって、第１の関節１１と、第２および第３の関節１２，１３とが、互いに独立に駆動するようになっている。すなわち、図５（ａ），（ｂ）に示されるように、第２および第３の関節１２，１３の屈曲角度θ２，θ３が変化したときに、各駆動ワイヤ９の、一対のガイドプーリ３１，３２の外周面に接触している部分の長さ寸法の和、つまり駆動ワイヤ９の経路長は変化しない。すなわち、駆動ワイヤ９の長手方向の移動が発生しないので、第１の関節１１の屈曲角度が変化しない。
次に、このように構成された本実施形態に係るマニピュレータ１の作用について説明する。
本実施形態に係るマニピュレータ１によれば、駆動部５によって駆動ワイヤ９の一端が押し出され、他端が牽引されることによって、第１の関節１１が屈曲し、エンドエフェクタ３が第１の屈曲軸Ａ１に交差する方向に揺動する。また、駆動部５によって駆動ロッド１０が押し出され、または牽引されることによって、ダブルジョイント１２，１３が屈曲し、エンドエフェクタ３が第２および第３の屈曲軸Ａ２，Ａ３に交差する方向に揺動する。
この場合に、本実施形態によれば、第１のリンク部材６１と胴部２との間に、第２の屈曲軸Ａ２と第３の屈曲軸Ａ３とを挟んでたすき掛け状に引き回された拘束ワイヤ７によって、ダブルジョイント１２，１３の一方の屈曲角度θ２に対して他方の屈曲角度θ３が拘束される。これにより、ダブルジョイント１２，１３の屈曲角度θ２，θ３を正確に制御し、エンドエフェクタ３を所望の角度だけ揺動させることができるという利点がある。また、ダブルジョイント１２，１３の２つの屈曲角度θ２，θ３同士の関係は、拘束ワイヤ７の幾何学的な配置によって決まり、拘束ワイヤ７の配置が一定である限り屈曲角度θ２，θ３同士の関係も一定となる。したがって、ダブルジョイント１２，１３の安定した動作性能を得ることができるという利点がある。
また、ガイドプーリ２１，２２間にスリップが生じないので、ダブルジョイント１２，１３の屈曲動作に際して駆動ワイヤ９が長さ方向に変位してしまうことがなく、第１の関節１１とダブルジョイント１２，１３との屈曲動作の独立性を確保することができるという利点がある。また、ダブルジョイント１２，１３の屈曲動作の繰り返し等によって拘束ワイヤ７に弛みが生じた場合には、可動板８ａの係止を解除し、可動板８ａの回転軸Ｃ回りの回転角度を調整して拘束ワイヤ７の張力を増大させることによって、再び拘束ワイヤ７を高張力の状態に回復し、第１の関節１１とダブルジョイント１２，１３との屈曲動作の独立性も回復することができるという利点がある。さらに、関節機構４は微細な加工や組み立てを必要としないので、小型のマニピュレータ１にも好適に利用することができるという利点がある。
なお、本実施形態においては、１本の拘束ワイヤ７を使用し、ループ部７３を張力調整手段８の可動板８ａに架け回すことによって拘束ワイヤ７を胴部２に対して固定することとしたが、これに代えて、一対の２本の拘束ワイヤ７を使用し、各拘束ワイヤ７の基端を、拘束ワイヤ７が高張力状態となるように、胴部２に固定してもよい。固定方法としては、上述したカシメ部材や結び付け、半田付等の任意の手段を利用することができる。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係るマニピュレータについて図６を参照して説明する。
本実施形態に係るマニピュレータは、関節機構４’が、拘束ワイヤ７に代えて、駆動ワイヤ９を挿入可能なシース（拘束部材）１５を備えている点において第１の実施形態と異なっている。したがって、本実施形態においては、シース１５について主に説明し、その他の第１の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
シース１５は、図６（ａ），（ｂ）に示されるように、可撓性を有しつつ長手方向に伸縮しない円筒状の部材である。シース１５は、例えば、金属の素線をコイル状に密に巻いてなるコイルシースである。シース１５は、２本の駆動ワイヤ９の各々の２箇所に設けられ、駆動ワイヤ９の長さ寸法の一部分を長手方向に移動可能に収容している。
本実施形態において、２本の駆動ワイヤ９と、各駆動ワイヤ９に設けられた２個のシース１５とは、第１の実施形態の駆動ワイヤ９および拘束ワイヤ７と同様にして、共通の一対のガイドプーリ２１，２２にたすき掛け状に架け回されている。ただし、一対のガイドプーリ２１，２２間の隙間の幅寸法は、シース１５の直径寸法と等しいか、またはそれ以上である。すなわち、シース１５用のガイドプーリ２１，２２が、上述した駆動ワイヤ９用のガイドプーリ３１，３２を兼ねている。
各シース１５は、弛みが無いように、先端が第１のリンク部材６１に固定され、基端が胴部２に固定されている。シース１５の第１のリンク部材６１および胴部２への固定方法は、例えば、半田付け等、任意の方法を採用することができる。
本実施形態によれば、拘束部材としてのシース１５を駆動ワイヤ９と一体的に設けることによって、関節機構４’の組み立てが容易になるとともに、ガイドプーリ２１，２２から駆動ワイヤ９が外れることを防止することができるという利点がある。また、シース１５は駆動ワイヤ９と同軸に配置されるので、シース１５を設けることによる寸法の増加はごくわずかであり、小型のマニピュレータにも好適に利用することができるという利点がある。本実施形態のその他の効果については、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
なお、本実施形態においては、シース１５の両端が第１のリンク部材６１および胴部２にそれぞれ固定されていることとしたが、これに代えて、固定されていなくてもよい。シース１５の両端が固定されていなくても、第３の関節１３の屈曲角度θ３に対する第２の関節１２の屈曲角度θ２は、一定の長さ寸法を有するシース１５によって拘束されるので、これら２つの関節１２，１３を連動させることができる。
また、第１および第２の実施形態においては、一対のガイドプーリ２１，２２によって拘束ワイヤ７の引き回し経路を規定することとしたが、これに代えて、他のガイド部材を使用してもよい。
例えば、ガイド部材２１’，２２’は、図７（ａ），（ｂ）に示されるように、胴部２の先端および第１のリンク部材６１の基端のそれぞれに一体的に設けられ、第２の屈曲軸Ａ２および第３の屈曲軸Ａ３をそれぞれ中心とする略円弧状の外周面を有する半円状の部材であってもよい。図７（ａ）は、駆動ワイヤ９およびシース１５を省略した状態、図７（ｂ）は、ガイド部材２１’，２２’に駆動ワイヤ９およびシース１５を取り付けた状態をそれぞれ示している。このように、先端側のガイド部材２１’と第１のリンク部材６１とを一体に設け、基端側のガイド部材２２’と胴部２とを一体に設けることによって、部品点数および組立工数を削減し、コストを削減することができる。なお、図７（ａ），（ｂ）には、第２の実施形態のシース１５を備える構成を例示しているが、第１の実施形態の拘束ワイヤ７を備える構成にもガイド部材２１’，２２’を適用することができる。
また、第１および第２の実施形態においては、駆動ロッド１０によってダブルジョイント１２，１３を駆動する構成について説明したが、図８に示されるように、駆動ロッド１０に代えて、第２のリンク部材６２に接続された駆動ワイヤ１０’を用いてもよい。駆動ワイヤ１０’は、長手方向の途中位置において第２のリンク部材６２’に固定され、上述した駆動ワイヤ９と同様に駆動部５によって両端が押し引きされることによって、第２のリンク部材６２’を第３の屈曲軸Ａ３回りに回転させることができるようになっている。駆動ロッド１０よりも駆動ワイヤ１０’の方が高い可撓性を有する。したがって、胴部２に高い可撓性が要求される場合には、駆動ロッド１０よりも駆動ワイヤ１０’を採用する方が好ましい。
１ マニピュレータ
２ 胴部
３ エンドエフェクタ
３ａ 把持片
４，４’ 関節機構
５ 駆動部
６１ 第１のリンク部材
６２ 第２のリンク部材
７ 拘束ワイヤ（拘束部材）
８ 張力調整手段
８ａ 可動板
９ 駆動ワイヤ
１０ 駆動ロッド
１０’ 駆動ワイヤ
１１ 第１の関節
１２ 第２の関節
１３ 第３の関節
１４ 駆動プーリ
１５ シース（拘束部材）
２１，２２ ガイドプーリ（ガイド部材）
２１’，２２’ ガイド部材
３１，３２ ガイドプーリ（プーリ）
Ａ１ 第１の屈曲軸
Ａ２ 第２の屈曲軸
Ａ３ 第３の屈曲軸
Ｂ 胴部の長手軸

Claims (10)

  1. 細長い胴部と、該胴部の先端側に位置するエンドエフェクタと、前記胴部と前記エンドエフェクタとを前記胴部の長手軸に交差する屈曲軸回りに揺動可能に連結する関節機構とを備え、
    該関節機構が、
    先端側から順番に第１のリンク部材および第２のリンク部材と、
    前記エンドエフェクタと前記第１のリンク部材とを前記長手軸に交差する第１の屈曲軸回りに揺動可能に連結する第１の関節と、
    前記第１のリンク部材と前記第２のリンク部材とを前記長手軸に交差する第２の屈曲軸回りに揺動可能に連結する第２の関節と、
    前記第２のリンク部材と前記胴部とを前記第２の屈曲軸に平行な第３の屈曲軸回りに揺動可能に連結する第３の関節と、
    前記第１の関節から前記胴部へ延び、前記胴部の長手軸に沿って押し引きされることによって前記第１の関節を駆動する駆動ワイヤと、
    前記駆動ワイヤが挿入され、前記第２の関節および第３の関節を跨いで前記第１のリンク部材から前記胴部まで延び、一定の長さ寸法を有する筒状の一対のシースからなる拘束部材とを備え、
    前記一対のシースが、前記第２の屈曲軸および前記第３の屈曲軸をそれぞれ径方向に挟み、かつ、前記第２の関節と前記第３の関節との間で互いに１回だけ交差することによってたすき掛け状に配置されているマニピュレータ。
  2. 細長い胴部と、該胴部の先端側に位置するエンドエフェクタと、前記胴部と前記エンドエフェクタとを前記胴部の長手軸に交差する屈曲軸回りに揺動可能に連結する関節機構とを備え、
    該関節機構が、
    先端側から順番に第１のリンク部材および第２のリンク部材と、
    前記エンドエフェクタと前記第１のリンク部材とを前記長手軸に交差する第１の屈曲軸回りに揺動可能に連結する第１の関節と、
    前記第１のリンク部材と前記第２のリンク部材とを前記長手軸に交差する第２の屈曲軸回りに揺動可能に連結する第２の関節と、
    前記第２のリンク部材と前記胴部とを前記第２の屈曲軸に平行な第３の屈曲軸回りに揺動可能に連結する第３の関節と、
    前記第２の関節および第３の関節を跨いで前記第１のリンク部材から前記胴部まで延び、一定の長さ寸法を有し、前記胴部において互いに接続された一対の拘束部材と、
    前記胴部に設けられ、前記拘束部材に張力を付与するとともに該張力の大きさを調整可能である張力調整手段とを備え、
    前記一対の拘束部材が、前記第２の屈曲軸および前記第３の屈曲軸をそれぞれ径方向に挟み、かつ、前記第２の関節と前記第３の関節との間で互いに１回だけ交差することによってたすき掛け状に配置されているマニピュレータ。
  3. 前記第２の関節および前記第３の関節に、前記第２の屈曲軸および前記第３の屈曲軸回りにそれぞれ回転可能に設けられ、前記駆動ワイヤの直径寸法以上の隙間を径方向に空けて配列された一対のプーリを備え、
    前記駆動ワイヤが、前記一対のシースに挿入されることで、前記一対のプーリ間の隙間を通ってたすき掛け状に延びており、該一対のプーリの外周面に架け回されている請求項１に記載のマニピュレータ。
  4. 前記第１の関節から前記胴部へ延び、その長手方向に押し引きされることによって前記第１の関節を駆動する駆動ワイヤと、
    前記第２の関節および前記第３の関節に、前記第２の屈曲軸および前記第３の屈曲軸回りにそれぞれ回転可能に設けられ、前記駆動ワイヤの直径寸法以上の隙間を径方向に空けて配列された一対のプーリとを備え、
    前記駆動ワイヤが、前記一対のプーリ間の隙間を通り該一対のプーリの外周面にたすき掛け状に架け回されている請求項２に記載のマニピュレータ。
  5. 前記一対の拘束部材は、先端が前記第１のリンク部材に固定され、基端が前記胴部に固定されている請求項１または請求項３に記載のマニピュレータ。
  6. 前記一対の拘束部材は、互いに同一の前記長さ方向の寸法を有する請求項１、請求項３および請求項５のいずれかに記載のマニピュレータ。
  7. 前記第２の屈曲軸および前記第３の屈曲軸をそれぞれ中心とし、互いに前記長手軸方向に対向する略円弧状の外周面を有する一対のガイド部材を備え、
    該一対のガイド部材の前記外周面同士の間に、前記拘束部材の直径寸法以上の幅寸法の隙間が設けられ、
    前記拘束部材が、前記隙間を通り前記一対のガイド部材の前記略円弧状の外周面にたすき掛け状に架け回されている請求項１から請求項６のいずれかに記載のマニピュレータ。
  8. 前記隙間の幅寸法が、前記拘束部材の直径寸法と等しい請求項７に記載のマニピュレータ。
  9. 前記一対のガイド部材のうち、先端側の一方が、前記第１のリンク部材の基端に該第１のリンク部材と一体的に設けられ、基端側の他方が、前記胴部の先端に該胴部と一体的に設けられている請求項７または請求項８に記載のマニピュレータ。
  10. 前記張力調整手段が、前記第３の屈曲軸に平行な回転軸回りに回転可能に前記胴部に設けられ、相互に接続された前記一対の拘束部材が外周面に架け回された可動板を備え、
    前記回転軸は、該回転軸から前記可動板の周までの距離が一定ではないような位置に設けられている請求項２または請求項４に記載のマニピュレータ。
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