JP6482079B2 - 多関節マニピュレータ - Google Patents

Description

本発明は、多関節を備えたマニピュレータに関する。

従来から、医療機器、ロボット等としてマニピュレータが存在している。例えば、経皮的内視鏡下外科手術で用いられるマニピュレータには、下記の特許文献１に示すように、複数の関節部を個別に屈曲動作させて、先端部の把持鉗子を任意の方向に屈曲可能としたものがある。このマニピュレータでは、スライダ・リンク機構の動作で関節部を屈曲動作させている。

また、下記の特許文献２に示すマニピュレータでは、関節部を屈曲させるワイヤを関節部毎に設け、各ワイヤの牽引，弛緩を個別のモータで行っている。

特許４５２４０９６号公報 岡本 淳著「低侵襲手術用空間確保マニピュレータに関する研究」早稲田大学大学院理工学研究科 博士論文 ２００６年３月

しかしながら、特許文献１のマニピュレータは、スライダ・リンク機構の構造が複雑で、ディスポーザブル化への適用も困難であった。また、特許文献２に示すマニピュレータでは、例えば、５つの関節部を設ける場合には２０本のワイヤと２０個のモータが必要となり、ディスポーザブル化への適用も困難であった。

本発明は斯かる課題に鑑みてなされたもので、上記課題を解決できるマニピュレータを提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明の多関節マニピュレータは、複数の関節部を有する支持部材と、該支持部材を通して配設されて前記支持部材を湾曲させる操作ワイヤとを備えた多関節マニピュレータにおいて、前記関節部に配置され、粘弾性材料に対して磁性粒子が混合されて構成され、磁界が印加されない状態では剛性が低く、磁界が印加された状態では剛性が高くなる磁性粒子混合体と、該磁性粒子混合体の前後に配置されて、前記磁性粒子混合体の剛性を可変する磁界発生用コイルとを備えることを特徴とする。
また、本発明は、前記支持部材は、軟性チューブ内で中空のハウジング同士が前記操作ワイヤで複数接続されて構成されており、前記磁界発生用コイルは、該ハウジングに配置され、前記磁性粒子混合体は、該ハウジングの周縁部に環状に配置されていることを特徴とする。
また、本発明は、前記ハウジングは、両端に開口部を備えた円筒状に形成されており、長さ方向の両端部の外縁部には前記操作ワイヤが挿通される４つの穴が設けられていることを特徴とする。
また、本発明は、前記支持部材は、軟性チューブ内で複数のハウジング同士がフレキシブル継手で接続されて構成されており、前記磁界発生用コイルは、該ハウジングに配置され、前記磁性粒子混合体は、該フレキシブル継手の周囲に環状に配置されていることを特徴とする。
また、本発明は、前記ハウジングは、両端が閉塞された円筒状に形成されており、長さ方向の両端部の外縁部には前記操作ワイヤが挿通される４つの穴が設けられていることを特徴とする。
また、本発明は、前記ハウジングは、磁性体で形成されており、前記磁性粒子混合体は、前記ハウジングと接触状態になっていることを特徴とする。
また、本発明は、前記ハウジングの両端の外周面には、前記ハウジングよりも外径の大きなフランジが備えられており、前記磁性粒子混合体の外径は、前記ハウジングと等しい外径に形成されていることを特徴とする。
また、本発明は、前記フランジは、非磁性体で形成されたことことを特徴とする。

本発明によれば、磁性粒子混合体が硬化されていない関節部がワイヤの牽引で動くので、各関節部の屈曲方向を個別に自由に変えられる。このため、マニピュレータの構成を簡略化できる。

本発明の第１の実施形態の多関節マニピュレータを示す概略断面図である。 図１の多関節マニピュレータの部分拡大断面図である。 図２の多関節マニピュレータに処置具が挿通された状態での部分拡大断面図である。 図２の多関節マニピュレータの関節部が屈曲した状態での部分拡大断面図である。 図１の多関節マニピュレータが屈曲した状態を示す概略断面図である。 図１の多関節マニピュレータを体腔内に挿入した状態を示す図である。 本発明の第２の実施形態の多関節マニピュレータを示す概略断面図である。 図７の多関節マニピュレータの部分拡大断面図である。 図８の多関節マニピュレータの関節部が屈曲した状態での部分拡大断面図である。 図７の多関節マニピュレータが屈曲した状態を示す概略断面図である。 図１の多関節マニピュレータのハウジングの変形例を示す概略断面図である。 本発明の多関節マニピュレータの第１の磁場印可状態を示す概略断面図である。 本発明の多関節マニピュレータの第２の磁場印可状態を示す概略断面図である。 本発明の多関節マニピュレータの第３の磁場印可状態を示す概略断面図である。 本発明の多関節マニピュレータの第４の磁場印可状態を示す概略断面図である。

図面を参照して、本発明の第１の実施の形態を説明する。
本実施形態の多関節マニピュレータ１は、医療用の中空トロッカーであり、軟性内視鏡や操作鉗子等の処置具９を内部に通して用いられる。図１，図２に示すように、多関節マニピュレータ１は、３つの関節部を有する支持部材２と、支持部材２を通して配設されて支持部材２を湾曲させる操作ワイヤ４とを備えている。

支持部材２は、４つの中空のハウジング２１，２２，２３，２４同士が軟性チューブ２５内で操作ワイヤ４により複数接続されて構成されており、ハウジング２１，２２，２３，２４間に設けられた関節部で屈曲可能となっている。

支持部材２の関節部には、磁性粒子混合体８１，８２，８３が配置されている。磁性粒子混合体８１，８２，８３は、リング状に形成された磁性粒子複合粘弾性体で構成されており、貫通孔２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａの周囲に配置されている。

磁性粒子複合粘弾性体は、粘弾性材料に対して磁性粒子が２０〜７０重量％になるように分散されて形成されている。

粘弾性材料は、ゴム弾性を有するものであればよく、熱硬化性エラストマー及び熱可塑性エラストマーの何れも用いることができる。また、磁性粒子の分散成形のし易さから、粘弾性材料を成形するための原料組成物が液状であり、磁性粒子を混合後に硬化成形できるものがよく、硬化後はゴム弾性を有するエラストマーがよい。

粘弾性材料としては、電気特性，耐熱性，耐塞性，耐候性等に優れているシリコーンゴムを用いるのが好ましいが、粘弾性材料はこれに限られない。シリコーンゴムとしては、硬化反応が成形体の厚みや形状に関係なく表面及び内部と共に一様に硬化が進むことから、一液型よりも二液型シリコーンゴムの方が好ましい。また、シリコーンゴムとして、室温で硬化するＲＴＶゴムを用いることもできる。粘弾性材料としては、ゲル化したものもチューブに入れる等して用いることができる。

磁性粒子としては、鉄，窒化鉄，炭化鉄，カルボニル鉄，磁性酸化鉄類，フェライト類，ニッケル，コバルト、又はコバルト鉄の合金類，マグネタイト，ゲーサイト等の磁性を有する物質を用いることが出来る。磁性粒子は、粘弾性材料中に分散し易くするために平均粒子径５０μｍ未満とするのが好ましく、略球形とするのが好ましい。

磁性粒子複合粘弾性体は、磁性粒子を粘弾性材料に混合した後で硬化させて形成されるが、複合粘弾性体で磁性粒子が鎖状にクラスタを形成するようにするためには、磁性粒子を粘弾性材料に混合した後で磁束密度５０ｍＴ以上の強さの磁場を印加した状態で硬化させるのが好ましい。

ハウジング２１，２２，２３，２４は、両端が閉塞された円筒状に形成されている。ハウジング２１，２２，２３，２４内には、磁界発生用コイル７が配置されている。磁界発生用コイル７は、磁性粒子混合体８１，８２，８３の剛性を可変するためのものであり、図示しない剛性可変手段と配線で接続されている。

磁界発生用コイル７は、図示しない剛性可変手段により電流を流されて磁性粒子混合体８１，８２，８３に磁場を印加し、磁性粒子混合体８１，８２，８３を硬化させる。剛性可変手段は、多関節マニピュレータ１の手元側に設けられた操作部の操作で何れかの磁界発生用コイル７に電流を流し、磁性粒子混合体８１，８２，８３に磁場を印加する。

ハウジング２１，２２，２３，２４の長さ方向の両端部には、貫通孔２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａが設けられている。貫通孔２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａは、図３に示すように、軟性内視鏡や操作鉗子等の処置具９をハウジング２１，２２，２３，２４の内部に挿通させるためのものである。

支持部材２の先端に位置するハウジング２１は、長さ方向の基端部の外縁部に、操作ワイヤ４が挿通される４つの穴２１ｂが設けられている。他のハウジング２２，２３，２４は、長さ方向の両端部の外縁部に、操作ワイヤ４が挿通される４つの穴２２ｂ，２３ｂ，２４ｂが設けられている。

操作ワイヤ４は、多関節マニピュレータ１の手元側に設けられた図示しない駆動手段によって牽引又は弛緩されるようになっている。駆動手段は、多関節マニピュレータ１の手元側に設けられた操作部の操作で駆動し、操作ワイヤ４を牽引又は弛緩する。

次に、多関節マニピュレータ１の動作を説明する。
多関節マニピュレータ１は、図１に示すように、ハウジング２１，２２，２３，２４に軟性内視鏡や操作鉗子等の処置具９を通して用いられる。ハウジング２１，２２，２３，２４を通された処置具９は、関節部では磁性粒子混合体８１，８２，８３内を挿通される。

多関節マニピュレータ１は、剛性可変手段により磁界発生用コイル７で磁性粒子混合体８１，８２，８３の何れかに磁場を印加することでその磁性粒子混合体８１，８２，８３を硬化させた後、駆動手段により操作ワイヤ４を牽引することで、図４に示すように、磁場で磁性粒子混合体８１，８２，８３が硬化されていない関節部を操作ワイヤ４で牽引された側に屈曲させることができる。

例えば、図５に示すように、ハウジング２１とハウジング２２との間の関節部及びハウジング２３とハウジング２４との間の関節部を同方向に屈曲させ、これら２つの関節部と反対側にハウジング２２とハウジング２３との間の関節部を屈曲させる場合には、まず、ハウジング２２とハウジング２３との間の関節部に配置された磁性粒子混合体８２に磁界発生用コイル７で磁場を印加して磁性粒子混合体８２を硬化させる。

この状態で、ハウジング２１とハウジング２２との間の関節部及びハウジング２３とハウジング２４との間の関節部を屈曲させようとする側に配置された操作ワイヤ４を牽引する。これにより、ハウジング２１とハウジング２２との間の関節部及びハウジング２３とハウジング２４との間の関節部が操作ワイヤ４が牽引された側に屈曲する。

続いて、ハウジング２１とハウジング２２との間の関節部及びハウジング２３とハウジング２４との間の関節部に配置された磁性粒子混合体８１，８３に磁界発生用コイル７で磁場を印加して磁性粒子混合体８１，８３を硬化させる。また、ハウジング２２とハウジング２３との間の関節部に配置された磁性粒子混合体８２を軟化させる。この状態で、ハウジング２２とハウジング２３との間の関節部を屈曲させようとする側に配置された操作ワイヤ４を牽引する。

これにより、ハウジング２２とハウジング２３との間の関節部が操作ワイヤ４が牽引された側に屈曲する。このようにして、多関節マニピュレータ１がハウジング２１とハウジング２２との間の関節部及びハウジング２３とハウジング２４との間の関節部を同方向に屈曲させ、その反対側にハウジング２２とハウジング２３との間の関節部を屈曲させた状態となる。

多関節マニピュレータ１は、経皮的内視鏡下外科手術等でトラカールとして用いる場合には、図６に示すように、患者の腹壁から腹腔の内部に挿入される。多関節マニピュレータ１は、体腔内に挿入された状態で上述の様にして関節部を屈曲させることで、先端を任意の方向に向けて用いられる。なお、多関節マニピュレータ１は、体表皮から腹壁に至る深さ分までをメス等で切開し、この切開部分から直接挿入することも、腹腔内に挿入された管状のガイド部材を介して挿入することも可能である。

このようにして多関節マニピュレータ１の先端部分の方向を制御できるので、貫通孔２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａに内視鏡を通すことで多関節マニピュレータ１の先端から内視鏡を臓器と臓器との間等の狭い空間に挿入し、所要の検査を行うことができる。また、多関節マニピュレータ１は、体腔内で所要の処置を施すための鉗子，電気メス，薬液注入装置等の処置具９を臓器と臓器との間等の狭い空間に挿入して用いることもできる。

本実施形態によれば、磁性粒子混合体８１，８２，８３の何れかに磁場を印加することでその磁性粒子混合体８１，８２，８３を硬化させた後、操作ワイヤ４を牽引することで磁性粒子混合体８１，８２，８３が硬化されていない関節部を操作ワイヤ４で牽引された側に屈曲させることができるので、各関節部の屈曲方向を個別に自由に変えられる。このため、多関節マニピュレータ１の構成を簡略化できる。

次に、図面を参照して、本発明の第２の実施の形態を説明する。
本実施形態の多関節マニピュレータ１１は、第１の実施形態の多関節マニピュレータ１と同様に医療用のトロッカーであるが、図７に示すように中実のトロッカーであり、先端にカプセル内視鏡等の処置具１９を装着して用いられる。多関節マニピュレータ１１は、第１の実施形態の多関節マニピュレータ１と同様、図７，図８に示すように、３つの関節部を有する支持部材１２と、支持部材１２を通して配設された操作ワイヤ１４とを備えている。

支持部材１２は、４つのハウジング１２１，１２２，１２３，１２４同士が軟性チューブ１２５内でフレキシブル継手１２８により接続されており、図９に示すようにハウジング１２１，１２２，１２３，１２４間に設けられた関節部で屈曲可能となっている。ハウジング１２１，１２２，１２３，１２４は、両端が閉塞された円筒状に形成されている。

支持部材１２の先端に位置するハウジング１２１の先端には、カプセル内視鏡等の処置具１９を装着するための装着部が設けられている。関節部に配置された磁性粒子混合体１８１，１８２，１８３は、第１の実施形態の磁性粒子混合体８１，８２，８３と同様にリング状の磁性粒子複合粘弾性体で構成されているが、フレキシブル継手１２８の周囲に配置されている。

多関節マニピュレータ１１は、図示しない剛性可変手段により磁界発生用コイル１７で磁性粒子混合体１８１，１８２，１８３の何れかに磁場を印加することでその磁性粒子混合体１８１，１８２，１８３を硬化させた後、図示しない駆動手段により操作ワイヤ１４を牽引することで、図９に示すように、磁場で磁性粒子混合体１８１，１８２，１８３が硬化されていない関節部を操作ワイヤ１４で牽引された側に屈曲させることができる。

例えば、図１０に示すように、ハウジング１２１とハウジング１２２との間の関節部及びハウジング１２３とハウジング１２４との間の関節部を同方向に屈曲させ、これら２つの関節部と反対側にハウジング１２２とハウジング１２３との間の関節部を屈曲させる場合には、まず、ハウジング１２２とハウジング１２３との間の関節部に配置された磁性粒子混合体１８２を硬化させる。

この状態で、ハウジング１２１とハウジング１２２との間の関節部及びハウジング１２３とハウジング１２４との間の関節部を屈曲させようとする側に配置された操作ワイヤ１４を牽引することで、ハウジング１２１とハウジング１２２との間の関節部及びハウジング１２３とハウジング１２４との間の関節部が操作ワイヤ１４が牽引された側に屈曲する。

続いて、ハウジング１２１とハウジング１２２との間の関節部及びハウジング１２３とハウジング１２４との間の関節部に配置された磁性粒子混合体１８１，１８３を硬化させ、ハウジング１２２とハウジング１２３との間の関節部に配置された磁性粒子混合体１８２を軟化させる。この状態でハウジング１２２とハウジング１２３との間の関節部を屈曲させようとする側に配置された操作ワイヤ１４を牽引する。

これにより、ハウジング１２２とハウジング１２３との間の関節部が操作ワイヤ１４が牽引された側に屈曲し、多関節マニピュレータ１１がハウジング１２１とハウジング１２２との間の関節部及びハウジング１２３とハウジング１２４との間の関節部を同方向に屈曲させ、その反対側にハウジング１２２とハウジング１２３との間の関節部を屈曲させた状態となる。

多関節マニピュレータ１１は、第１の実施形態の多関節マニピュレータ１と同様にして腹腔の内部に挿入され、体腔内で関節部を屈曲させることで先端を任意の方向に向けて用いられる。このようにして多関節マニピュレータ１１の先端部分の方向を制御できるので、多関節マニピュレータ１１の先端に装着されたカプセル内視鏡等の処置具１９を臓器と臓器との間等の狭い空間に挿入し、所要の検査を行うことができる。

本実施形態によれば、磁性粒子混合体１８１，１８２，１８３の何れかに磁場を印加することでその磁性粒子混合体１８１，１８２，１８３を硬化させた後、操作ワイヤ１４を牽引することで磁性粒子混合体１８１，１８２，１８３が硬化されていない関節部を操作ワイヤ１４で牽引された側に屈曲させることができるので、第１の実施形態と同様の効果を得ることが出来る。

上記各実施形態では、支持部材２，１２が３つの関節部を有する場合について説明したが、支持部材２，１２が備える関節部の数は任意であり、３つには限定されない。また、上記各実施形態では、４本の操作ワイヤ４，１４を用いて支持部材２，１２を湾曲させた場合について説明したが、操作ワイヤ４，１４の本数は任意であり、４本には限定されない。

また、上記各実施形態では、各ハウジング２１，２２，２３，２４，１２１，１２２，１２３，１２４に１つの磁界発生用コイル７，１７が備えられている場合について説明したが、各磁性粒子混合体８１，８２，８３，１８１，１８２，１８３の前後に配置されているのであれば磁界発生用コイル７，１７の数量は任意である。

第１実施形態では、ハウジング２１，２２，２３，２４同士が操作ワイヤ４のみで接続されている場合について説明したが、ハウジング２１，２２，２３，２４同士の接続方法は任意であり、他に接続手段を備えていてもよい。第２実施形態では、ハウジング１２１，１２２，１２３，１２４同士がフレキシブル継手１２８で接続されている場合について説明したが、ハウジング１２１，１２２，１２３，１２４同士の接続方法は任意である。

また、上記各実施形態では、ハウジング２１，２２，２３，２４，１２１，１２２，１２３，１２４が円筒状に形成されている場合について説明したが、ハウジング２１，２２，２３，２４，１２１，１２２，１２３，１２４の形状は任意であり、円筒状には限定されない。

また、上記実施形態では、磁性粒子混合体８１，８２，８３，１８１，１８２，１８３として磁性粒子複合粘弾性体を用いた場合について説明したが、磁性粒子混合体８１，８２，８３，１８１，１８２，１８３の構成はこれには限定されず、例えば、磁性粒子を流体に分散したものをチューブ等に入れて構成することもできる。上記各実施形態では、多関節マニピュレータ１，１１を医療用のトロッカーとして用いた場合について説明したが、医療機器、ロボット等のマニピュレータとして用いることも出来る。

また、上記各実施形態では、ハウジング２１，１２１とハウジング２２，１２２との間の関節部及びハウジング２３，１２３とハウジング２４，１２４との間の関節部を屈曲させた後、ハウジング２２，１２２とハウジング２３，１２３との間の関節部を屈曲させた場合について説明したが、関節部を屈曲させる順序は任意である。また、上記各実施形態では、支持部材２，１２が図中の左右方向に関節部を屈曲させた場合について説明したが、図中の手前方向及び奥行き方向にも関節部を屈曲させることができる。

また、ハウジング２１，２２，２３，２４，１２１，１２２，１２３，１２４の材質は任意であるが、図１１に示すように、鉄等の磁性体で形成されたハウジング２１，２２，２３，２４を両端が開放された円筒状とし、ハウジング２１，２２，２３，２４の端部同士の間に磁性粒子混合体８１，８２，８３を配置することで、磁性粒子混合体８１，８２，８３に磁場を集中させてもよい。なお、磁界発生用コイル７は、ハウジング２１，２２，２３，２４の内側でなく外側に配置してもよい。また、上記実施形態では、磁性粒子混合体８１，８２，８３，１８１，１８２，１８３がリング状に形成されている場合について説明したが、ハウジング２１，２２，２３，２４の周縁部又はフレキシブル継手１２８の周囲に環状に配置されているのであれば、磁性粒子混合体８１，８２，８３，１８１，１８２，１８３の形状は任意である。

また、本発明の多関節マニピュレータでは、ハウジングが磁性体で形成されており、磁性粒子混合体がハウジングと接触状態になっていることが好ましい。

図１２（ａ）は、磁性体で形成されたハウジング２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａと磁性粒子混合体８１Ａ，８２Ａ，８３Ａ（８２Ａは不図示）とが接触状態となっている多関節マニピュレータ１Ａの部分拡大断面図である。

図１２（ａ）の多関節マニピュレータ１Ａの支持部材２Ａでは、磁性体で形成されたハウジング２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａの両端の外周面に、非磁性体で形成されたフランジ２１１Ａ，２２１Ａ，２３１Ａ，２４１Ａが設けられている。磁性粒子混合体８１Ａ，８２Ａ，８３Ａは、ハウジング２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａ同士の間に配置され、前後のハウジング２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａの端面と接触している。

磁性粒子混合体８１Ａ，８２Ａ，８３Ａの外径Ｒ１は、ハウジング２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａと等しい外径（１５ｍｍ）に形成されている。多関節マニピュレータ１Ａでは、磁界発生用コイル（不図示）によって、図１２（ｂ）に示す磁束で磁性粒子混合体８１Ａ，８２Ａ，８３Ａに磁場が印加される。

図１２（ｂ）は、多関節マニピュレータ１Ａで生じる磁束を線で表しており、線の向きによって磁束の方向が表され、線の密度によって磁束密度が表されている。

図１２（ｂ）に示すように、磁束を表す線は、磁性粒子混合体８１Ａ，８２Ａ，８３Ａの周辺（破線の丸で囲まれた箇所）において、ハウジング２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａの長さ方向に沿って直線状に平行に延びており、ハウジング２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａの長さ方向に沿った磁束の方向が均一であることが分かる。また、磁束を表す線同士の間隔が狭く、磁束密度が高いことが分かる。

図１３（ａ）は、磁性体で形成されたハウジング２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ，２４Ｂと磁性粒子混合体８１Ｂ，８２Ｂ，８３Ｂ（８２Ｂは不図示）とが非接触状態となっている多関節マニピュレータ１Ｂの部分拡大断面図である。

図１３（ａ）の多関節マニピュレータ１Ｂの支持部材２Ｂでは、磁性体で形成されたハウジング２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ，２４Ｂの両端面に、非磁性体で形成されたフランジ２１１Ｂ，２２１Ｂ，２３１Ｂ，２４１Ｂが設けられている。磁性粒子混合体８１Ｂ，８２Ｂ，８３Ｂは、前後のハウジング２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ，２４Ｂが備えるフランジ２１１Ｂ，２２１Ｂ，２３１Ｂ，２４１Ｂ同士の間に配置され、ハウジング２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ，２４Ｂとは接触していない。

磁性粒子混合体８１Ｂ，８２Ｂ，８３Ｂの外径Ｒ２は、ハウジング２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ，２４Ｂと等しい外径（１５ｍｍ）に形成されている。多関節マニピュレータ１Ｂでは、磁界発生用コイル（不図示）によって、図１３（ｂ）に示す磁束で磁性粒子混合体８１Ｂ，８２Ｂ，８３Ｂに磁場が印加される。

図１３（ｂ）は、多関節マニピュレータ１Ｂで生じる磁束を線で表しており、線の向きによって磁束の方向が表され、線の密度によって磁束密度が表される。図１３（ｂ）に示すように、磁束を表す線は、磁性粒子混合体８１Ｂ，８２Ｂ，８３Ｂの周辺（破線の丸で囲まれた箇所）において、ハウジング２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ，２４Ｂの長さ方向に沿って波打つように延びており、ハウジング２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ，２４Ｂの長さ方向に沿った磁束の方向が不均一であることが分かる。また、磁束を表す線同士の間隔が図１２（ｂ）に示す線同士に比べて広く、磁束密度が低いことが分かる。

図１２（ａ）に示す多関節マニピュレータ１Ｂと図１３（ａ）に示す多関節マニピュレータ１Ｂとを比較することで、ハウジング２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ，２４Ｂが磁性体で形成され、磁性粒子混合体８１Ｂ，８２Ｂ，８３Ｂとハウジング２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ，２４Ｂとが接触していることで、磁性粒子混合体８１Ｂ，８２Ｂ，８３Ｂの周辺において、ハウジング２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ，２４Ｂの長さ方向に沿った磁束の向きが均一になり、磁束密度が高まることが明らかになった。ハウジング２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ，２４Ｂの長さ方向に沿った磁束の向きを均一にし、磁束密度を高めることで、ハウジング２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ，２４Ｂの長さ方向に沿った磁性粒子混合体８１Ｂ，８２Ｂ，８３Ｂの弾性率を増加させ、ハウジング２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ，２４Ｂ同士による圧縮方向に磁性粒子混合体８１Ｂ，８２Ｂ，８３Ｂをより硬化させることが可能となる。

また、ハウジングの両端にフランジが備えられている場合には、磁性粒子混合体の外径は、フランジではなくハウジングと等しい外径に形成されていることが好ましい。

図１４（ａ）及び図１５（ａ）は、ハウジング２１Ｃ，２２Ｃ，２３Ｃ，２４Ｃ，２１Ｄ，２２Ｄ，２３Ｄ，２４Ｄの両端にフランジ２１１Ｃ，２２１Ｃ，２３１Ｃ，２４１Ｃ，２１１Ｄ，２２１Ｄ，２３１Ｄ，２４１Ｄが備えられている多関節マニピュレータ１Ｃ，１Ｄの部分拡大断面図である。図１４（ａ）及び図１５（ａ）の多関節マニピュレータ１Ｃ，１Ｄの支持部材２Ｃ，２Ｄでは、磁性体で形成されたフランジ２１１Ｃ，２２１Ｃ，２３１Ｃ，２４１Ｃ，２１１Ｄ，２２１Ｄ，２３１Ｄ，２４１Ｄがハウジング２１Ｃ，２２Ｃ，２３Ｃ，２４Ｃ，２１Ｄ，２２Ｄ，２３Ｄ，２４Ｄの両端に一体に形成されている。

図１４（ａ）の多関節マニピュレータ１Ｃは、磁性粒子混合体８１Ｃ，８２Ｃ，８３Ｃ（８２Ｃは不図示）の外径Ｒ３がハウジング２１Ｃ，２２Ｃ，２３Ｃ，２４Ｃと等しい外径（１５ｍｍ）に形成されている。図１５（ａ）の多関節マニピュレータ１Ｄは、磁性粒子混合体８１Ｄ，８２Ｄ，８３Ｄの外径Ｒ４がフランジ２１１Ｄ，２２１Ｄ，２３１Ｄ，２４１Ｄと等しい外径（２５ｍｍ）に形成されている。多関節マニピュレータ１Ｃ，１Ｄでは、磁界発生用コイル（不図示）によって、図１４（ｂ）に示す磁束で磁性粒子混合体８１Ｃ，８２Ｃ，８３Ｃ（８２Ｄは不図示）に磁場が印加される。

図１４（ｂ）は、多関節マニピュレータ１Ｃで生じる磁束を線で表しており、線の向きによって磁束の方向が表され、線の密度によって磁束密度が表されている。

図１４（ｂ）の破線の丸で囲まれた箇所に示すように、磁束を表す線は、フランジ２１１Ｃ，２２１Ｃ，２３１Ｃ，２４１Ｃ部分では波打っているものの、磁性粒子混合体８１Ｃ，８２Ｃ，８３Ｃに沿った部分ではハウジング２１Ｃ，２２Ｃ，２３Ｃ，２４Ｃの長さ方向に沿って直線状に平行に延びており、ハウジング２１Ｃ，２２Ｃ，２３Ｃ，２４Ｃの長さ方向に沿った磁束の方向が均一であることが分かる。また、磁束を表す線同士の間隔は、図１２（ｂ）に示す多関節マニピュレータ１Ａのものと同様に狭く、磁束密度が高いことが分かる。

図１５（ｂ）は、多関節マニピュレータ１Ｄで生じる磁束を線で表しており、線の向きによって磁束の方向が表され、線の密度によって磁束密度が表されている。

図１５（ｂ）の破線の丸で囲まれた箇所に示すように、磁束を表す線は、磁性粒子混合体８１Ｄ，８２Ｄ，８３Ｄの前後のフランジ２１１Ｄ，２２１Ｄ，２３１Ｄ，２４１Ｄ部分から磁性粒子混合体８１Ｄ，８２Ｄ，８３Ｄの中央部分にかけて外側に膨らむように曲がっており、ハウジング２１Ｄ，２２Ｄ，２３Ｄ，２４Ｄの長さ方向に沿った磁束の方向が均一でないことが分かる。また、磁束を表す線同士の間隔は、図１５（ｂ）に示す多関節マニピュレータ１Ｃのものに比べて広く、磁束密度が低いことが分かる。

図１４（ａ）に示す多関節マニピュレータ１Ｃと図１５（ａ）に示す多関節マニピュレータ１Ｄとを比較することで、磁性粒子混合体の外径をフランジではなくハウジングと等しい外径に形成することで、磁性粒子混合体の周辺において、ハウジングの長さ方向に沿った磁束の向きが均一になり、磁束密度が高まることが分かる。このため、ハウジング同士による圧縮方向に磁性粒子混合体をより硬化させられることが明らかになった。

また、図１２（ａ）に示す多関節マニピュレータ１Ａと図１４（ａ）に示す多関節マニピュレータ１Ｃとを比較すると、磁性粒子混合体の外径をハウジングと等しい外径に形成する場合でも、フランジを非磁性体で形成することで、磁性粒子混合体の周辺においてハウジングの長さ方向に沿った磁束の向きをより均一にし、磁束密度を高められ、ハウジング同士による圧縮方向に磁性粒子混合体をより硬化させられることが明らかになった。

１，１１ 多関節マニピュレータ
２，１２ 支持部材
４，１４ 操作ワイヤ
２１，２２，２３，２４ ハウジング
１２１，１２２，１２３，１２４ ハウジング
２５，１２５ 軟性チューブ
７，１７ 磁界発生用コイル
８１，８２，８３ 磁性粒子混合体
１８１，１８２，１８３ 磁性粒子混合体
２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ 貫通孔
２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ 穴
１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂ，１２４ｂ 穴
１２８ フレキシブル継手
９，１９処置具
１Ａ〜Ｄ 多関節マニピュレータ
２Ａ〜Ｄ 支持部材
２１Ａ〜Ｄ，２２Ａ〜Ｄ，２３Ａ〜Ｄ，２４Ａ〜Ｄ ハウジング
８１Ａ〜Ｄ，８２Ａ〜Ｄ，８３Ａ〜Ｄ 磁性粒子混合体
２１１Ａ〜Ｄ，２２１Ａ〜Ｄ，２３１Ａ〜Ｄ，２４１Ａ〜Ｄ フランジ

Claims (8)

1. 複数の関節部を有する支持部材と、
   該支持部材を通して配設されて前記支持部材を湾曲させる操作ワイヤとを備えた多関節マニピュレータにおいて、
   前記関節部に配置され、粘弾性材料に対して磁性粒子が混合されて構成され、磁界が印加されない状態では剛性が低く、磁界が印加された状態では剛性が高くなる磁性粒子混合体と、
   該磁性粒子混合体の前後に配置されて、前記磁性粒子混合体の剛性を可変する磁界発生用コイルとを備えることを特徴とする多関節マニピュレータ。
2. 前記支持部材は、軟性チューブ内で中空のハウジング同士が前記操作ワイヤで複数接続されて構成されており、
   前記磁界発生用コイルは、該ハウジングに配置され、
   前記磁性粒子混合体は、該ハウジングの周縁部に環状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の多関節マニピュレータ。
3. 前記ハウジングは、両端に開口部を備えた円筒状に形成されており、長さ方向の両端部の外縁部には前記操作ワイヤが挿通される４つの穴が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の多関節マニピュレータ。
4. 前記支持部材は、軟性チューブ内で複数のハウジング同士がフレキシブル継手で接続されて構成されており、
   前記磁界発生用コイルは、該ハウジングに配置され、
   前記磁性粒子混合体は、該フレキシブル継手の周囲に環状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の多関節マニピュレータ。
5. 前記ハウジングは、両端が閉塞された円筒状に形成されており、長さ方向の両端部の外縁部には前記操作ワイヤが挿通される４つの穴が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の多関節マニピュレータ。
6. 前記ハウジングは、磁性体で形成されており、
   前記磁性粒子混合体は、前記ハウジングと接触状態になっていることを特徴とする請求項２〜５に記載の多関節マニピュレータ。
7. 前記ハウジングの両端の外周面には、前記ハウジングよりも外径の大きなフランジが備えられており、
   前記磁性粒子混合体の外径は、前記ハウジングと等しい外径に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の多関節マニピュレータ。
8. 前記フランジは、非磁性体で形成されたことを特徴とする請求項７に記載の多関節マニピュレータ。

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