JP6634800B2 - 関節機構及び該関節機構を用いたマニピュレーター - Google Patents

Description

本発明は、例えば、鉗子装置や挟み装置、ＤＣＡ（directional coronary atherectomy：方向性冠動脈粥腫切除術）カーテル、ＯＣＴ（Optical Coherence Tomography：光干渉断層撮影）カーテル、その他の医療機器、理化学機器、産業機器や、ロボット等に用いられる関節機構及び該関節機構を用いたマニピュレーターに関するものである。

従来、この種の発明には、例えば特許文献１に記載されるもののように、回動支点部を支点にし回動することで開閉する作業ツール部（把持部材１，２）と、前記作業ツール部（把持部材１，２）の前端側を前方へ突出させるようにして支持した筒状のリンク（固定管１０）と、前記リンク（固定管１０）に挿通された複数本のワイヤ（Ｗ）とを備え、前記ワイヤ（Ｗ）を一方又は他方へ引くことにより作業ツール部（把持部材１，２）を作動させるようにした医療用の鉗子がある。

特許第３０７５４０４号公報

近年、低侵襲手術では、ＭＰＳ（Multi-Port Surgery）からＳＰＳ(Single-Port Surgery)へ急速に移行しつつある。
ＳＰＳ(Single-Port Surgery)では、患者の身体に形成された一つのポートに対し複数の作業ツール部（鉗子等）を挿入するが、患者の身体への悪影響を極力減らすために、前記一つのポートの径をなるべく小さくすることが求められている。そのため、ポートに挿入する鉗子のサイズは、少なくとも外径８ｍｍ以下、好ましくは外径５ｍｍ以下にすることが要求される。
さらに、前記一つのポートに挿入した鉗子を身体内で複雑に移動させる必要があるため、前記作業ツール部を支持するリンク部分は、少なくとも３以上の関節で屈曲することが望ましい。
また、低侵襲手術の中でも、縫合（運針）は最も技量を要し、前端側の前記作業ツール部を回転させる操作（リンク延設方向を軸にした回転操作）が要求される。

しかしながら、前記ポートを通過可能な極細長な構成において、屈曲動作及び回転動作を実現するには工夫を要する。

このような課題に鑑みて、本発明は、以下の構成を具備するものである。
第１のリンクと、第１のリンクの一端側に、該リンクの延設方向に対し交差するように支持された支持軸と、前記支持軸に対し回転するように支持された回動基部と、同支持軸に対しそれぞれ回転するように支持された二つの中間歯車と、前記二つの中間歯車に対しそれぞれ軸方向を交差させて噛み合うとともに第１のリンクによって回転可能に支持された二つの入力歯車と、前記二つの中間歯車に対しそれぞれ軸方向を交差させて噛み合うとともに前記回動基部によって回転可能に支持された二つの出力歯車と、前記二つの出力歯車を内歯に噛み合わせて回転するように前記回動基部によって回転可能に支持された内歯車と、前記内歯車に対し一体回転可能に接続された第２のリンクと、を備えた関節機構。

本発明は、以上説明したように構成されているので、比較的細身な構成とした場合でも、屈曲動作及び回転動作を実現することができる。

本発明に係るマニピュレーターの一例を示す側面図である。 同マニピュレーターにおける第１の関節機構の構造を示す斜視図である。 第１の関節機構の縦断面図である。 図３における（IV）−（IV）線に沿う断面図である。 回動基部及び出力歯車の一例を示す斜視図である。 回動基部の一例を示す斜視図である。 内歯車１８の一例を示す斜視図である。 同マニピュレーターにおける第２の関節機構の構造を示し、（ａ）は側方から視た図であり、（ｂ）は（ａ）を９０度回転させて視た図である。 同マニピュレーターにおける作業ツール部の構造を示す斜視図である。 同マニピュレーターにおける第１の関節機構を示し、（ａ）は支持軸に対し直交する方向から視た側面図、（ｂ）は（ａ）を９０度回転させて視た図、（ｃ）は（ｂ）について第２のリンクを回転させた状態の側面図である。した位置から視ており、 第１の関節機構の屈曲動作を（ａ）〜（ｃ）に順次に示す模式図である。 第１の関節機構の回転動作を（ａ）〜（ｃ）に順次に示す模式図である。

本実施の形態における関節機構の特徴の一つは、第１のリンクと、第１のリンクの一端側に、該リンクの延設方向に対し交差するように支持された支持軸と、前記支持軸に対し回転するように支持された回動基部と、同支持軸に対しそれぞれ回転するように支持された二つの中間歯車と、前記二つの中間歯車に対しそれぞれ軸方向を交差させて噛み合うとともに第１のリンクによって回転可能に支持された二つの入力歯車と、前記二つの中間歯車に対しそれぞれ軸方向を交差させて噛み合うとともに前記回動基部によって回転可能に支持された二つの出力歯車と、前記二つの出力歯車を内歯に噛み合わせて回転するように前記回動基部によって回転可能に支持された内歯車と、前記内歯車に対し一体回転可能に接続された第２のリンクと、を備えた。
この構成によれば、二つの入力歯車を逆方向へ回転させることで、二つの中間歯車を同方向へ回転させれば、第１のリンクに対し第２のリンクが屈曲運動する（図１１参照）。また、二つの入力歯車を同方向へ回転させることで、二つの中間歯車を逆方向へ回転させれば、第１のリンクに対し第２のリンクが回転運動する（図１２参照）。

他の特徴としては、効率よく力を伝達するとともに、より細身で小型化できるように、前記入力歯車及び前記中間歯車を、かさ歯車とした（図２及び図３参照）。

他の特徴としては、細身な構成とする上で、より好ましい具体的態様とするために、前記出力歯車が、前記中間歯車に噛み合うかさ歯車部と、前記内歯車に噛み合う平歯車部とを一体に有するようにした（図５参照）。

他の特徴としては、細身な構成とする上で、より好ましい具体的態様とするために、前記二つの入力歯車及び／又は前記二つの出力歯車が、前記中間歯車の軸方向の両側に配置した（図３参照）。

他の特徴としては、前記二つの入力歯車をそれぞれ電動モータにより回転させるとともに、これら電動モータをそれぞれ個別に制御するようにした。
この構成によれば、各電動モータによって、二つの入力歯車の回転をきめ細かく制御することができる。したがって、二つの入力歯車を、互いに逆方向へ同速度で同角度回転させることで行う関節屈曲動作或いは、同方向に同速度で同角度回転させることで行う回転動作といった基本動作はもちろん、二つの入力歯車に速度差を設けることにより、関節屈曲動作と回転動作を混合した多彩な動作を行える。

他の特徴としては、上記関節機構を備えたマニピュレーターであって、前記第１のリンク及び前記第２のリンクを含む複数のリンクが連結され、これらリンクのうち、最先端側のリンクが、作業対象物に対し作業を行う作業ツール部を構成している（図１及び図９参照）。
この構成によれば、細身で小型化可能且つ多彩な動作で複雑な作業を行えるマニピュレーターとなっている。

＜具体的実施態様＞
次に、上記特徴を有する具体的な実施態様について、図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係るマニピュレーターの簡略化して示す側面図である。

このマニピュレーター１は、第１の関節機構１０と、第２の関節機構２０とを備え、これら第１及び第２の関節機構１０，２０の先端側に、作業対象物（例えば、人体の各器官等）に対し作業を行う作業ツール部３０を構成している。

第１の関節機構１０は、図２に示すように、後側のリンク１１（第１のリンク）と、該リンク１１の前端側に、該リンク１１の延設方向に対し直交するように固定基部１２を介して支持された支持軸１３と、支持軸１３に対し回転するように支持された回動基部１４と、支持軸１３に対しそれぞれ回転するように支持された二つの中間歯車１５と、二つの中間歯車１５に対しそれぞれ軸方向を直交させて噛み合うとともにリンク１１に対し回転するように支持された二つの入力歯車１６と、二つの中間歯車１５に対しそれぞれ軸方向を直交させて噛み合うとともに回動基部１４に対し回転するように支持された二つの出力歯車１７と、回動基部１４に対し回転するように支持された内歯車であってその内歯１８ａ（図４参照）に二つの出力歯車１７を噛み合わせるようにした内歯車１８と、内歯車１８に対し一体回転可能に接続された前側のリンク１９（第２のリンク）と、を備えている。
尚、本実施態様の説明に関する記述において、「前側」或いは「前方」の語句に対する「後側」或いは「後方」の語句の記述における位置関係は、基本的に、関節機構１０における出力歯車１７側を「前側」或いは「前方」として捉えたときに、入力歯車１６側が「後側」或いは「後方」となる位置関係である。この位置関係は、例えば、マニピュレーター１の作業ツール部３０側を「前側」として捉えたときに、第１及び第２の関節機構１０，２０側が「後側」となる位置関係でもある。

各リンク１１，１９は、金属等の硬質材料から円筒状に形成される。
後側のリンク１１（第１のリンク）には、二つの入力歯車１６を回転させるための二つの回転駆動源１６ａが設けられる。
各回転駆動源１６ａは、歯車機構及び回転式モータ（例えば、ブラシレスＤＣモータやステッピングモータ等）を内蔵したφ２のサーボモータである。この回転駆動源１６ａは、前方（リンク１９側）へ向けた出力軸に、入力歯車１６を固定している。
入力歯車１６は、前方側を徐々に縮径した形状のかさ歯車である。

固定基部１２は、リンク１１の前端に圧入固定された略環状の基部１２ａと、径方向へ間隔を置いて基部１２ａから前方へ突出する二つの軸受片部１２ｂとから一体に構成される。二つの軸受片部１２ｂには、支持軸１３を挿通し支持するための貫通状の支持孔１２ｂ１（図３参照）が設けられる。

支持軸１３は、前記二つの軸受片部１２ｂの間にわたる円柱状の軸であり、リンク１１，１９に対し直交するように設けられる（図３参照）。
この支持軸１３の長手方向の中央側には、二つの中間歯車１５が環状に装着され、さらに、これら中間歯車１５を間に置くようにして、回動基部１４が環状に装着される。
支持軸１３は、固定基部１２の支持孔１２ｂ１に圧入固定される。なお、他例としては、支持軸１３を支持孔１２ｂ１に対し回転可能且つ軸方向移動不能に挿通した態様とすることも可能である。

中間歯車１５は、略円錐台状のかさ歯車であり、支持軸１３に対し回転自在に装着されている。
二つの中間歯車１５は、それぞれ、その後半部側を二つの入力歯車１６に噛み合わせるとともに、前半部側を二つの出力歯車１７に噛み合わせている。

各出力歯車１７は、中間歯車１５に噛み合うかさ歯車部１７ａと、内歯車１８の内歯車１８に噛み合う平歯車部１７ｂとを一体に有する。
かさ歯車部１７ａは、後方（リンク１１側）へ向かって徐々に縮径されたかさ歯車状に形成され、中間歯車１５に対し直交するように噛み合っている。
平歯車１７ｂは、かさ歯車部１７ａの前方側に同芯状に連結され、内歯車１８の内歯１８ａに噛み合っている（図３参照）。
二つの出力歯車１７は、リンク１９の径方向へ間隔を置いて略平行に配設され、回動基部１４によって回転自在に支持されている（図３及び図５参照）。

回動基部１４は、二つの中間歯車１５の両側で、支持軸１３に対し回転自在且つ環状に嵌り合う二つの軸挿通片部１４ａと、これら二つの軸挿通片部１４ａから前方へ延設された環状部１４ｂとを一体に有する（図５及び図６参照）。
環状部１４ｂは、略円盤状の部材であり、その径方向の両側に、それぞれ、軸受部材１４ｃを介して出力歯車１７を回転自在に支持している（図５参照）。

内歯車１８は、略円筒状の部材であり（図７参照）、その後端側の内周面に全周にわたる内歯１８ａを有するとともに、該内歯１８ａよりも前側の内周面に、凹凸のない円筒面状の支持面１８ｂを有する。
内歯車１８ａには、二つの出力歯車１７（詳細には平歯車部１７ｂ）が噛み合わせられている（図４参照）。
支持面１８ｂの後寄りには、環状部１４ｂの外周面が摺接可能に嵌り合っている（図３参照）。すなわち、内歯車１８は、支持面１８ｂを環状部１４ｂの外周面に摺接させて回転することが可能である。
また、支持面１８ｂにおける前側には、環状のスペーサ１８ｃや、後述する作業ツール部３０の基部３６等が嵌合されている。
そして、内歯車１８の外周面には、円筒状のリンク１９が進退不能且つ回転不能に固定されている。

また、第２の関節機構２０は、図８（ａ）（ｂ）に示すように、前側のリンク１１と、後側のリンク２１との間の関節部分を屈曲させるための機構である。
詳細に説明すれば、この第２の関節機構２０は、リンク２１内で出力軸を後方へ向けた回転駆動源２２と、該回転駆動源２２の回転力を伝達する伝動歯車２３と、伝動歯車２３の回転力を受けて動作する送りねじ機構２４と、前側のリンク１１と一体的に回転するように設けられた二つの第１の滑車部２５と、後側のリンク２１の後端側に設けられた第２の滑車部２６と、送りねじ機構２４、第１の滑車部２５及び第２の滑車部２６に掛け回された二本のワイヤー２７とを具備している。
なお、図示例の第２の関節機構２０は、第１の関節機構１０の後側に、二つ連結されるが、他例としては、第２の関節機構２０を単数とした態様や、第２の関節機構２０を三以上連結した態様とすることも可能である。

リンク２１は、上述したリンク１１，１９と同様に、金属等の硬質材料から円筒状に形成される。

回転駆動源２２は、上述した回転駆動源１６ａと同様に、歯車機構及び回転式モータ（例えば、ブラシレスＤＣモータやステッピングモータ等）を内蔵したφ２のサーボモータである。この回転駆動源２２は、後方へ向けた出力軸に、平歯車状の駆動歯車２２ａを固定している。

伝動歯車２３は、リンク２１に対し基部２８を介して回転自在に支持され、駆動歯車２２ａに対し回転力を受けるように噛み合っている。
基部２８は、リンク２１内の後端側に圧入された円柱状の部材であり、その後部側に、二つの第１の滑車部２５をそれぞれ支持する二つの支持片部２８ａを有する。伝動歯車２３は、軸状部材を介して、基部２８の前端面に支持されている。
なお、図示例によれば、この基部２８は、リンク１１の後端側にも設けられている（図８参照）。

送りねじ機構２４は、一端側を後方へ向けるようにして回転駆動源２２の回転軸に対し平行に設けられたねじ軸２４ａと、ねじ軸２４ａの前記一端側に固定されて伝動歯車２３に噛み合う入力歯車２４ｄと、ねじ軸２４ａの他端側に螺合した直動部材２４ｂとを備え、ねじ軸２４ａの回転により直動部材２４ｂを直進運動させるようにした機構である。なお、図示例では、送りねじ機構２４としてすべりねじ機構を用いているが、このすべりねじ機構に代えてボールねじ機構を用いることも可能である。

ねじ軸２４ａの前端側は、リンク２１内面に固定された軸受部材２４ｃによって回転自在に支持されている。また、同ねじ軸２４ａの後端側は、基部２８の前端部によって回転自在に支持されている。
直動部材２４ｂは、ねじ軸２４ａに螺合したナット状の部材であり、後述するワイヤー２７の一端側と他端側が止着されている。

二つの第１の滑車部２５は、前側のリンク１１の回動支点部に配設され、リンク１１と一体に回転するように設けられる。
詳細に説明すれば、各第１の滑車部２５は、リンク１１の後端側に固定された基部２８の各支持片部２８ａに対し、一体回転可能に連結されている。これら第１の滑車部２５及び支持片部２８ａは、リンク２１前端側の基部２９に支持された軸部材２９ｃにより回転自在に支持されている。

基部２９は、リンク２１の前端側に圧入された環状部２９ａと、該環状部２９ａの前端から前方へ突出する二つの支持片部２９ｂとを一体に有する。
環状部２９ａは、その後端部に、上述した回転駆動源２２や軸受部材２４ｃ等を支持している。
二つの支持片部２９ｂは、リンク２１の中心軸に対し直交するように軸部材２９ｃを圧入している。なお、軸部材２９ｃは、回転不能に固定されているが、軸方向へ移動しないようにすれば回転可能であってもよい。

また、第１の滑車部２５と支持片部２９ｂの間には、所定の閾値以上の回動負荷が加わった場合に、これらの間の連結状態を解除するトルクリミッター（図示せず）が設けられている。このトルクリミッターは、例えば、凹凸を有する入力ディスクと前記凹凸に嵌り合う出力ディスクとを備え、所定の閾値以上の回動負荷が加わった場合に前記凹凸による嵌り合いが外れるようにした態様や、その他の周知のトルクリミッターを用いればよい。

また、第２の滑車部２６は、第１の滑車部２５との間に直動部材２４ｂを配置するようにして、リンク２１内の後端側に固定されている。
この第２の滑車部２６は、図示例によれば、円柱軸状の部材であり、その外周面の後半部側にワイヤー２７を掛け、該ワイヤー２７をその長手方向へ滑らせる。第２の滑車部２６の他例としては、リンク２１に対し回転自在に支持された円柱状部材等とすることも可能である。

ワイヤー２７は、例えば金属製ワイヤー等、適宜な引張強さを有する紐状の部材であり、リンク２１内において径方向に間隔を置いて二本設けられる。
各ワイヤー２７の一端側と他端側は、直動部材２４ｂに止着されている。そして、各ワイヤー２７の一端側と他端側の間の部分は、第１の滑車部２５に一周だけ巻き付けられ、第２の滑車部２６の後半部側に掛けられている。
なお、本実施態様によれば、ワイヤー２７、第１の滑車部２５及び第２の滑車部２６をリンク径方向に並ぶように二組設けているが、単数組や三組以上とすることも可能である。

また、作業ツール部３０は、複数（図示例によれば二つ）の挟み片３１を回動させて開閉させる挟み機構（詳細には、医療用の鉗子）であり、回転駆動源３３および送りねじ機構３４を、複数の挟み片３１の各々に対応するように複数設けることで、挟み片３１の各々が、対応する送りねじ機構３４の直動部材の直進運動により回動するようにしている。

この作業ツール部３０の駆動源側の機構は、上述した第２の関節機構２０の駆動源側機構と基本構造が略同じである。
すなわち、作業ツール部３０の駆動源側機構は、円筒状のリンク１９内で出力軸を後方へ向けた回転駆動源３３と、該回転駆動源３３の回転力を伝達する伝動歯車３５と、伝動歯車３５の回転力を入力歯車３４ｂにより受けて動作する送りねじ機構３４とをリンク径方向に並ぶように線対象に二組備え、各送りねじ機構３４におけるねじ軸３４ａに螺合した直動部材（図示せず）によって前方側の対応する挟み片３１に、動力を伝達するようにしている。

各回転駆動源３３は、上述した回転駆動源１６ａ，２２，と略同様に、歯車機構及び回転式モータ（例えば、ブラシレスＤＣモータやステッピングモータ等）を内蔵したφ２のサーボモータである。この回転駆動源３３は、後方へ向けた出力軸に、平歯車状の駆動歯車３３ａを固定している。

各伝動歯車３５は、リンク１９の後端部に対し基部３６を介して回転自在に支持され、駆動歯車３３ａに対し回転力を受けるように噛み合っている。
基部３６は、リンク１９内の後端側に圧入された円柱状の部材であり、その前端面に支持された軸部材よって、伝動歯車３５及びねじ軸３４ａ等をそれぞれ回転自在に支持している。

各送りねじ機構３４は、上述した送りねじ機構２４と同様に、一端側を後方へ向けたねじ軸３４ａの回転により直動部材（図示せず）を直進運動させるようにした機構である。

二つの挟み片３１は、前端側を開閉するように、その基端側がリンク１９の前端側に枢支されている。
詳細に説明すれば、各挟み片３１の後端側には、リンク１９の前端側に支持された軸部材３２が挿通され、各挟み片３１は軸部材３２を回転中心にして回転する。軸部材３２の外周部には、二つの挟み片３１を開方向へ付勢するように、ねじりバネ状の付勢部材３２ａが環状に装着されている。
また、挟み片３１における軸部材３２よりも後側の部分は、略Ｌ字状に外側へ曲げられ、その後端側が、リンク部材３２ｂ等を介して、送りねじ機構３４の前記直動部材（図示せず）に接続されている。したがって、回転駆動源３３の駆動により前記直動部材を前進させれば、挟み片３１が付勢部材３２ａの付勢力に抗して閉鎖方向へ回動する。

次に上記構成のマニピュレーター１について、その特徴的な作用効果を詳細に説明する。
先ず、第１の関節機構１０の動作について説明する。
図１１〜図１２は、第１の関節機構１０を模式的に示している。
二つの回転駆動源１６ａの回転力により二つの入力歯車１６を同じ回転速度で逆方向（換言すれば時計方向と反時計方向）に回転させれば（図１１（ａ）参照）、これらに噛み合っている二つの中間歯車１５は、同一方向へ回転する（図１１（ｂ）参照）。
すると、二つの中間歯車１５に噛み合っている二つの出力歯車１７（かさ歯車部１７ａ及び平歯車部１７ｂ）には、互いに逆方向の回転力が作用する。
このため、内歯車１８は、図１１（ｃ）に示すように回転できず、支持軸１３を支点にして回動基部１４が回動し、これに伴ってリンク１９も一体的に回動する。すなわち、図１０（ｂ）（ｃ）に示すように、リンク１１に対しリンク１９が屈曲運動することになる。
なお、図示を省略するが、二つの回転駆動源１６ａを、それぞれ前記と逆に回転させれば、リンク１１に対しリンク１９が逆方向へ屈曲することになる。

また、二つの回転駆動源１６ａの回転力により二つの入力歯車１６を、同じ回転速度で同方向へ回転させれば（図１２（ａ）参照）、これらに噛み合っている二つの中間歯車１５は、互いに逆となる方向へ回転する（図１２（ｂ）参照）。
すると、二つの中間歯車１５に噛み合っている二つの出力歯車１７（かさ歯車部１７ａ及び平歯車部１７ｂ）は、同回転方向となるように回転する。
このため、内歯車１８は、二つの出力歯車１７から回転力を受け、回動基部１４における環状部１４ｂの外周面に摺接して、一方向へ回転運動（自転）することになり、この回転に伴って内歯車１８と一体のリンク１９も同方向へ回転運動する。
なお、図示を省略するが、二つの回転駆動源１６ａを、それぞれ前記と逆に回転させれば、回動基部１４及びリンク１９の自転方向が逆になる。

また、二つの回転駆動源１６ａをそれぞれ個別に回転数制御して、二つの入力歯車１６の回転方向及び回転速度を適宜に調整すれば、リンク１９を自転させながら屈曲運動させることも可能である。

次に、第２の関節機構２０の動作について説明する（図８参照）。
回転駆動源２２への電力供給により駆動歯車２２ａが回転すると、その回転力は、伝動歯車２３及び入力歯車２４ｄ等を介して、送りねじ機構２４のねじ軸２４ａに伝達される。そして、ねじ軸２４ａの回転により直動部材２４ｂがリンク２１中心線と平行に直進運動する。すると、直動部材２４ｂに止着されているワイヤー２７が長手方向へ移動するため、該ワイヤー２７が巻かれた第１の滑車部２５が回転し、該第１の滑車部２５と一体的に基部２８及びリンク１１が回動する。すなわち、リンク２１に対しリンク１１が屈曲運動する。リンク１１の屈曲方向を逆にする場合は、回転駆動源２２への供給電力を制御して、回転駆動源２２の回転方向を逆にすればよい。
また、リンク１１が作業ツール部３０側から過剰な力を受けた場合には、支持片部２８ａと第１の滑車部２５の間のトルクリミッター（図示せず）の作用により、基部２８及びリンク１１が、第１の滑車部２５に対し回転するため、マニピュレーター１の各部及びマニピュレーター１が接する周囲の物体の損傷を防ぐことができる。
なお、図示例によれば、マニピュレーター１の後部側に第２の関節機構２０を二つ直列状に設けているため、これら二つの関節部分について、それぞれ上記動作が可能である。

次に、作業ツール部３０の動作について説明する（図９参照）。
各回転駆動源３３に対し電力が供給されて駆動歯車３３ａが回転すると、その回転力は、伝動歯車３５及び入力歯車３４ｂを介してねじ軸３４ａに伝達され、ねじ軸３４ａが一方向へ回転する。したがって、ねじ軸３４ａに螺合した直動部材（図示せず）が、リンク１９中心線と平行に直進運動し、この直進運動が、リンク部材３２ｂ等を介して各挟み片３１に伝達され、各挟み片３１が回動することになる。
尚、駆動歯車３３ａ、伝動歯車３５、入力歯車３４ｂの歯幅寸法は、リンク１９の内部で送りねじ機構３４の軸方向の位置がずれた場合にも、各歯車が互いに噛み合った状態を維持できるように設定されている。
二つの回転駆動源３３は、それぞれ独立して制御することが可能になっている。したがって、二つの回転駆動源３３を適宜に制御すれば、二つの挟み片３１を付勢部材３２ａの付勢力に抗して閉鎖したり、逆に開放したり、あるいは、二つの挟み片３１を閉じた状態まま一方へ傾けるように回動したり等、様々な動作を行うことができる。

よって、上記構成のマニピュレーター１によれば、外径８ｍｍ以下や、外径５ｍｍ以下に構成することが可能な上、複数もしくは３以上の関節により複雑な屈曲動作が可能であり、さらに、作業ツール部３０については、第１の関節機構１０によって回転運動と屈曲運動を組み合わせた複雑な動作が可能である。
したがって、このマニピュレーター１は、ＳＰＳ(Single-Port Surgery)に用いる鉗子として特に有用である。

なお、上記実施態様によれば、二つの中間歯車１５における軸方向の両側に二つの入力歯車１６及び二つの出力歯車１７を配置したが、他例としては、二つの中間歯車１５の間側に、二つの入力歯車１６及び／又は二つの出力歯車１７を配置し噛み合わせる構成とすることも可能である。

また、上記実施態様によれば、入力歯車１６、中間歯車１５、出力歯車１７の後側部分（かさ歯車部１７ａ）をそれぞれかさ歯車により構成したが、これらは軸方向を交差させて噛み合う歯車であればよく、例えば、冠歯車（フェースギヤ）やその他の歯車を用いた構成とすることも可能である。

また、上記第２の関節機構２０では、回転駆動源２２の出力軸等を後方へ向け、その逆側（前方）のリンク１１を屈曲させるようにしたが、他例としては、前後方向の構成を逆にして、すなわち、回転駆動源２２の出力軸等を前方へ向け、その逆側（後方）のリンクを屈曲させる構造とすることも可能である。

また、上記実施態様によれば、屈曲運動及び回転運動する第１の関節機構１０を一つ、屈曲運動のみする第２の関節機構２０を二つ備える構成としたが、他例としては、全ての関節を第１の関節機構１０によって構成した態様や、全ての関節を第２の関節機構２０によって構成した態様、第１の関節機構１０と第２の関節機構２０を図示以外の数や組み合わせにした態様等とすることが可能である。

また、上記実施態様によれば、作業ツール部３０を医療用挟み装置（鉗子）として構成したが、この作業ツール部の他例としては、ＤＣＡカーテルや、ＯＣＴ、その他の医療機器、理化学機器、産業機器、ロボット等の作業部分の装置として構成することが可能である。
より具体的に説明すれば、作業ツール部３０の他例としては、作業対象物を挟み切る装置や、作業対象物にドリルで孔をあける装置、作業対象物に塗装を行う装置等とすることも可能である。

また、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜変更可能である。

１：マニピュレーター
１０：第１の関節機構
１１：リンク（第１のリンク）
１３：支持軸
１４：回動基部
１５：中間歯車
１６：入力歯車
１７：出力歯車
１７ａ：かさ歯車部
１７ｂ：平歯車部
１８：内歯車
１９：リンク（第２のリンク）
２０：第２の関節機構
２１：リンク
１６ａ，２２，３３：回転駆動源（電動モータ）
２４，３４：送りねじ機構
２３，３５：伝動歯車
２４：送りねじ機構
２４ａ：ねじ軸
２４ｂ：直動部材
２５：第１の滑車部
２６：第２の滑車部
２７：ワイヤー
２９：基部
３０：作業ツール部
３１：挟み片

Claims (6)

1. 第１のリンクと、
   第１のリンクの一端側に、該リンクの延設方向に対し交差するように支持された支持軸と、
   前記支持軸に対し回転するように支持された回動基部と、
   同支持軸に対しそれぞれ回転するように支持された二つの中間歯車と、
   前記二つの中間歯車に対しそれぞれ軸方向を交差させて噛み合うとともに第１のリンクによって回転可能に支持された二つの入力歯車と、
   前記二つの中間歯車に対しそれぞれ軸方向を交差させて噛み合うとともに前記回動基部によって回転可能に支持された二つの出力歯車と、
   前記二つの出力歯車を内歯に噛み合わせて回転するように前記回動基部によって回転可能に支持された内歯車と、
   前記内歯車に対し一体回転可能に接続された第２のリンクと、
   を備えた関節機構。
2. 前記入力歯車及び前記中間歯車が、かさ歯車であることを特徴とする請求項１記載の関節機構。
3. 前記出力歯車が、前記中間歯車に噛み合うかさ歯車部と、前記内歯車に噛み合う平歯車部とを一体に有することを特徴とする請求項２記載の関節機構。
4. 前記二つの入力歯車及び／又は前記二つの出力歯車が、前記中間歯車の軸方向の両側に配置されていることを特徴とする請求項１〜３何れか１項記載の関節機構。
5. 前記二つの入力歯車をそれぞれ電動モータにより回転させるとともに、これら電動モータをそれぞれ個別に制御するようにしたことを特徴とする請求項１〜４何れか１項記載の関節機構。
6. 請求項１〜５何れか１項記載の関節機構を備えたマニピュレーターであって、
   前記第１のリンク及び前記第２のリンクを含む複数のリンクが連結され、これらリンクのうち、最先端側のリンクが、作業対象物に対し作業を行う作業ツール部を構成していることを特徴とするマニピュレーター。

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