JP6654884B2 - 外科手術システム - Google Patents

Description

本発明は、マニピュレータを含む外科手術システムに関する。

従来、ロボット支援外科手術や遠隔ロボット外科手術などの、マニピュレータを含む外科手術システムを利用する外科手術が知られている。このシステムは、鉗子やメスなどの手術器具や内視鏡カメラなどのインストゥルメントと、このインストゥルメントを先端部に装着したマニピュレータアームとを備え、術者は患者から離れた場所に設置された操作装置を用いてマニピュレータアーム及びインストゥルメントの動作を遠隔操作して、患者の手術部位に施術する。特許文献１には、この種の外科手術システムが開示されている。

特許文献１に示された外科手術システム（ロボット手術システム）は、プラットホームと、プラットホームに連結されたセットアップアームと、セットアップアームの遠位端部に連結されたマニピュレータベースと、マニピュレータベースに連結されたマニピュレータと、マニピュレータの遠位端部に取り付けられた手術器具とを備えている。プラットホームは、手術室の天井に設けられたプラットホームリンケージを介して、手術室の天井に上下昇降可能に吊設されている。

特開２０１２−１４３５８９号公報

上記特許文献１の外科手術システムでは、プラットホームはプラットホームリンケージを介して手術室の天井に吊設されていることから、プラットホームは上下昇降移動可能であるが、その水平な姿勢は維持される。

ところで、上記のような外科手術システムにおいて、例えば、腹腔鏡下手術が行われる場合には、一般に手術台上の患者は仰臥位であって、患者の腹部体表に留置された１又は複数のカテーテルスリーブを通じて、手術器具の遠位端部が患者の体内に挿入される。患部によっては、体側にカテーテルスリーブが設けられ、カテーテルスリーブの軸心方向に対し大きく傾けた姿勢で手術器具が患者の体内に挿入されることも想定される。このような場合に、システムが備える複数のマニピュレータアームを包括的に傾けるニーズがある。

そこで、本願の発明者らは以上の事情を鑑み、複数のマニピュレータアームを含む外科手術システムにおいて、複数のマニピュレータアームを包括的に傾ける技術を提供することをとした。

本発明の一態様に係る外科手術システムは、
プラットホームと、
前記プラットホームに連結された複数のマニピュレータアームと、
前記複数のマニピュレータアームの各々の先端部に装着されたインストゥルメントと、
垂直に延在する柱部と水平に延在する水平アームとを有し、前記プラットホームを支持するポジショナとを備える。前記水平アームの基端部は、垂直な回転軸を中心に回動する第１回転関節を介して前記柱部と連結されている。前記水平アームの先端部には水平な回転軸を中心に回動する第２回転関節を介して連結された手首リンクが設けられ、当該手首リンクが前記プラットホームと連結されている。そして、前記ポジショナは、前記水平アームの水平を維持しながら前記第２回転関節を動かすことによって、前記プラットホームの水平からの傾きを変化させることを特徴としている。なお、上記インストゥルメントのうち少なくとも１つが内視鏡カメラアセンブリであってもよい。

上記外科手術システムでは、プラットホームを水平姿勢から姿勢変化させることによって、プラットホームに連結された複数のマニピュレータアームを包括的に傾けること、複数のマニピュレータアームの基準軸線（基端部の旋回軸線）の傾きを包括的に変化させることができる。

本発明によれば、複数のマニピュレータアームを含む外科手術システムにおいて、複数のマニピュレータアームを包括的に傾ける技術を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る外科手術システムの全体的な構成を示す概略図である。 ポジショナの全体的な構成を示す側面図である。 ポジショナの制御系統の概略構成を示すブロック図である。 揺動アームを垂直から傾けたポジショナの全体的な構成を示す側面図である。 プラットホームを水平から傾けたポジショナの全体的な構成を示す側面図である。 昇降軸に代えて柱状部材が設けられた場合の、ポジショナの全体的な構成を示す側面図である。 患者側マニピュレータアームの全体的な構成を示す概略図である。 アーム本体の制御系統の概略構成を示すブロック図である。 アーム本体の駆動系統のレイアウトを示すアーム本体の部分断面図である。 プラットホームと患者側マニピュレータアームとの連結構造を示す平面図である。 図１０におけるXI−XI矢視断面図である。 プラットホームに取り付けた患者側マニピュレータアームを管理するための構成を示すブロック図である。 サーボモータがプラットホームに設けられた場合の、プラットホームと患者側マニピュレータアームとの連結構造を示す平面図である。 図１の外科手術システムのアーム本体の先端部及び並進アームの構成例を示す部分破断図である。 図１の外科手術システムの並進アームの動作例を示す図である。 図１の外科手術システムの揺動機構の構成例を示す図である。 図１の外科手術システムの揺動機構の動作例を示す図である。 図１の外科手術システムの並進アームの変形例を示す図である。 図１の外科手術システムの並進アームの変形例を示す図である。 図１の外科手術システムの揺動機構の変形例を示す図である。 図１の外科手術システムの揺動機構の変形例を示す図である。 図１の揺動機構を備えるアームの変形例を示す図である。 図１の揺動機構を備えるアームの変形例を示す図である。

本発明の一態様に係る外科手術システムは、プラットホームと、前記プラットホームに連結された複数のマニピュレータアームと、前記複数のマニピュレータアームの各々の先端部に装着されたインストゥルメントと、前記プラットホームを水平姿勢から姿勢変化可能に支持するポジショナとを備えることを特徴としている。

上記外科手術システムにおいて、前記ポジショナは、手首部に前記プラットホームが連結された水平多関節形のマニピュレータアーム部を有していてよい。

また、上記外科手術システムにおいて、前記ポジショナは、手術室の床に設置されたベースと、前記マニピュレータアーム部の基端部と連結された柱部と、前記ベースに対し前記柱部の基端部を揺動可能に連結する揺動アームとを、更に有していてよい。

また、上記外科手術システムにおいて、前記ポジショナは、前記ベースに対し前記揺動アームの基端部を水平な回転軸回りに回動可能に連結する第１関節と、前記揺動アームの先端部に対し前記柱部の基端部を水平な回転軸回りに回動可能に連結する第２関節とを有し、前記第１関節と前記第２関節が連動することによって前記柱部の垂直な姿勢が維持されるように、前記第１関節及び前記第２関節の動作を制御する、ポジショナ制御装置を更に備えていてよい。
以下、図面を参照しながら、上記外科手術システムについて詳細に説明する。

［外科手術システムの概要］
図１は、本発明の一実施形態に係る外科手術システム１００の全体的な構成を示す概略図である。図１に示すように、外科手術システム１００は、ロボット支援手術やロボット遠隔手術などのように、医師などの術者Ｏが患者側システム１を用いて患者Ｐに内視鏡外科手術を施すシステムである。

外科手術システム１００は、患者側システム１と、この患者側システム１を操る操作装置２とを備えている。操作装置２は患者側システム１から離れて配置され、患者側システム１は操作装置２によって遠隔操作される。術者Ｏは患者側システム１に行わせる動作を操作装置２に入力し、操作装置２はその動作指令を患者側システム１に送信する。そして、患者側システム１は、操作装置２から送信された動作指令を受け取り、この動作指令に基づいて患者側システム１が具備する内視鏡アセンブリ４１やインストゥルメント４２（外科用器具）などを動作させる。以下、外科手術システム１００の各構成要素について詳細に説明する。

［操作装置の構成例］
操作装置２は、外科手術システム１００と術者Ｏのインターフェースを構成し、患者側システム１を操作するための装置である。操作装置２は、手術室内において手術台１１１の傍らに又は手術台１１１から離れて、或いは、手術室外に設置されている。操作装置２は、術者Ｏが動作指令を入力するための操作用マニピュレータアーム５１や操作ペダル５２などの操作入力部５０と、内視鏡アセンブリ４１で撮影された画像を表示するモニタ５３とを含む。術者Ｏは、モニタ５３で患部を視認しながら、操作入力部５０を操作して操作装置２に動作指令を入力する。操作装置２に入力された動作指令は、有線又は無線により患者側システム１の後述するコントローラ６に伝達される。

［患者側システムの構成例］
患者側システム１は、外科手術システム１００と患者Ｐとのインターフェースを構成する。患者側システム１は、手術室内において患者Ｐが横たわる手術台１１１の傍らに配置されている。手術室内は滅菌された滅菌野である。

患者側システム１は、ポジショナ７と、ポジショナ７の先端部に取り付けられたプラットホーム５と、プラットホーム５に着脱可能に取り付けられた複数の患者側マニピュレータアーム（以下、単に「アーム３」という）と、複数のアーム３のうち１本のアーム３Ａの先端部に取り付けられた内視鏡アセンブリ４１と、複数のアーム３のうち余のアーム３Ｂの先端部に着脱可能に取り付けられたインストゥルメント４２と、ポジショナ７及びプラットホーム５を滅菌野から遮蔽する滅菌ドレープ９と、患者側システム１の動作を司るコントローラ６とを備えている。以下、内視鏡アセンブリ４１が取り付けられたアーム３を「カメラアーム３Ａ」ということがあり、インストゥルメント４２が取り付けられたアーム３を「インストゥルメントアーム３Ｂ」ということがある。本実施形態に係る患者側システム１は、１本のカメラアーム３Ａと３本のインストゥルメントアーム３Ｂとの、併せて４本のアーム３を備えている。

上記の患者側システム１において、プラットホーム５は、複数のアーム３の拠点となる「ハブ」としての機能を有している。本実施形態では、ポジショナ７及びプラットホーム５によって、複数のアーム３を移動可能に支持するマニピュレータアーム支持体Ｓが構成されている。但し、マニピュレータアーム支持体Ｓは少なくともプラットホーム５を含んでいればよく、例えば、ポジショナ７に代えて直動レールや昇降装置、或いは、天井や壁に取り付けられたブラケットに支持されたプラットホーム５によってマニピュレータアーム支持体Ｓが構成されてもよい。

上記の患者側システム１では、ポジショナ７から内視鏡アセンブリ４１又は各インストゥルメント４２まで、要素が一連に繋がっている。この明細書では、上記一連の要素において、ポジショナ７（より詳細には、ポジショナ７の手術室の床との接触部）へ向かう側の端部を「基端部」といい、その反対側の端部を「先端部」ということとする。また、基端部を「近位端部」ということがあり、先端部を「遠位端部」ということがある。

インストゥルメント４２は、その基端部に設けられた駆動ユニット４５と、その先端部に設けられたエンドエフェクタ４４（処置具）と、駆動ユニット４５とエンドエフェクタ４４の間を繋ぐ細長いシャフト４３とで構成されている（いずれも、図７参照）。インストゥルメント４２には基準方向Ｄが規定されており、駆動ユニット４５、シャフト４３、及びエンドエフェクタ４４は基準方向Ｄと平行に並ぶ。インストゥルメント４２のエンドエフェクタ４４は、動作する関節を有する器具（例えば、鉗子、ハサミ、グラスパー、ニードルホルダ、マイクロジセクター、ステープルアプライヤー、タッカー、吸引洗浄ツール、スネアワイヤ、及び、クリップアプライヤーなど）や、関節を有しない器具（例えば、切断刃、焼灼プローブ、洗浄器、カテーテル、及び、吸引オリフィスなど）からなる群より選択される。

上記構成の患者側システム１では、操作装置２から動作指令を受けたコントローラ６が、先ず、プラットホーム５と手術台１１１又は患者Ｐとが所定の位置関係となるように、ポジショナ７を動作させてプラットホーム５の位置決めを行う。次に、コントローラ６が、患者Ｐの体表に留置されたスリーブ（カニューレスリーブ）１１０と内視鏡アセンブリ４１及び各インストゥルメント４２が所定の初期位置関係となるように、各アーム３を動作させて内視鏡アセンブリ４１及び各インストゥルメント４２の位置決めを行う。なお、ポジショナ７と各アーム３の上記の位置決め動作は同時に行われてもよい。そして、コントローラ６は、原則としてポジショナ７を静止させた状態で、操作装置２からの動作指令に応じて、各アーム３を動作させて内視鏡アセンブリ４１及び各インストゥルメント４２を適宜変位及び姿勢変化させつつ、各インストゥルメント４２を動作させて施術する。

［ポジショナの構成例］
ここで、ポジショナ７の構成について詳細に説明する。図２は、ポジショナ７の全体的な構成を示す側面図である。

図２に示すように、ポジショナ７は、水平多関節形ロボットを基調としており、手術室の床に載置されたベース７０と、昇降軸７２と、ベース７０と昇降軸７２の基端部とを連結する揺動アーム７１と、昇降軸７２の先端部に連結された水平アーム７３とを含む。水平アーム７３の先端部には、プラットホーム５が連結されている。

ベース７０は、例えば、ブレーキ付台車であって、所望の位置へ移動させて、そこで静止させることができる。このベース７０に、揺動アーム７１の基端部が回転関節Ｊ71を介して連結されている。この回転関節Ｊ71の動作により、揺動アーム７１は、ベース７０に規定された水平な回転軸（揺動軸）を中心として回動（揺動）する。また、揺動アーム７１の先端部は、回転関節Ｊ72を介して昇降軸７２の基端部と連結されている。この回転関節Ｊ72の動作により、揺動アーム７１は、昇降軸７２の基端部に規定された水平な回転軸を中心として回動（揺動）する。

昇降軸７２は、垂直に延在し、垂直方向に伸縮可能である。本実施形態の昇降軸７２は、筒部材７２ａ、この筒部材７２ａに垂直方向へ進退可能に挿入された中空の軸部材７２ｂ、及び、筒部材７２ａと軸部材７２ｂとを連結する並進関節Ｊ73を含む。この並進関節Ｊ73の動作により、軸部材７２ｂは筒部材７２ａに対して垂直方向へ進退移動する。

水平アーム７３は、水平に延びる第１リンク７４及び第２リンク７５と、第２リンク７５の先端部に連結された手首リンク７６とを含む。手首リンク７６の先端部には、プラットホーム５が接続されている。

第１リンク７４の基端部は、回転関節Ｊ74を介して昇降軸７２の先端部と連結されている。第１リンク７４と昇降軸７２とは直角を成している。上記回転関節Ｊ74の動作により、第１リンク７４は昇降軸７２の先端部に規定された垂直な回転軸を中心として回動する。第１リンク７４の先端部は、回転関節Ｊ75を介して第２リンク７５の基端部と連結されている。この回転関節Ｊ75の動作により、第２リンク７５は、第１リンク７４の先端部に規定された垂直な回転軸を中心として回動する。

第２リンク７５の先端部は、回転関節Ｊ76を介して手首リンク７６の基端部と連結されている。この回転関節Ｊ76の動作により、手首リンク７６は、第２リンク７５の先端部に規定された水平な回転軸を中心として回動する。定常時の手首リンク７６は垂直に延びており、この手首リンク７６の先端部に接続されたプラットホーム５は水平な姿勢である。

ここで、ポジショナ７の制御系統の構成について説明する。図３は、ポジショナ７の制御系統の概略構成を示すブロック図である。図３に示すように、ポジショナ７は、各関節Ｊ71〜Ｊ76に対応して、駆動用のサーボモータＭ71〜Ｍ76、及び、サーボモータＭ71〜Ｍ76の回転角を検出するエンコーダＥ71〜Ｅ76を備えている。なお、この図では、関節Ｊ71〜Ｊ76のうち、回転関節Ｊ71と回転関節Ｊ76との駆動系統が代表的に示され、余の関節Ｊ73〜Ｊ75の駆動系統は省略されている。

コントローラ６は、ポジショナ７の動作を司るポジショナ制御部６０１を含む。ポジショナ制御部６０１にはサーボ制御部Ｃ71〜Ｃ76が電気的に接続され、サーボ制御部Ｃ71〜Ｃ76には図示されない増幅回路などを介してサーボモータＭ71〜Ｍ76が電気的に接続されている。

上記構成において、操作装置２に入力された動作指令に基づいて、ポジショナ制御部６０１にプラットホーム５の位置姿勢指令が入力される。ポジショナ制御部６０１は、位置姿勢指令とエンコーダＥ71〜Ｅ76で検出された回転角とに基づいて、位置指令値を生成して出力する。この位置指令値を取得したサーボ制御部Ｃ71〜Ｃ76は、エンコーダＥ71〜Ｅ76で検出された回転角及び位置指令値に基づいて駆動指令値（トルク指令値）を生成して出力する。この駆動指令値を取得した増幅回路は、駆動指令値に対応した駆動電流をサーボモータＭ71〜Ｍ76へ供給する。このようにして、プラットホーム５が、位置姿勢指令と対応する位置及び姿勢に到達するように、各サーボモータＭ71〜Ｍ76がサーボ制御される。

上記の通り、ポジショナ７は、プラットホーム５の位置姿勢指令に応じて態様を変化させることができる。ここで、図２に示すように、ポジショナ７の基本姿勢を、揺動アーム７１及び昇降軸７２が垂直に延在し、水平アーム７３が水平に延在し、且つ、手首リンク７６に接続されたプラットホーム５が水平な状態とする。

図４に示すように、上記基本姿勢から揺動アーム７１を垂直から傾ける場合に、ポジショナ制御部６０１は、回転関節Ｊ71を動作させて揺動アーム７１を垂直から傾けるとともに、回転関節Ｊ72を動作させて昇降軸７２の垂直な姿勢を維持する。このようにして、揺動アーム７１の垂直からの傾きにかかわらず、昇降軸７２の垂直及び水平アーム７３の水平が維持される。

上記のように揺動アーム７１が垂直から傾くと、ポジショナ７は全体としてＣ字形状を呈する。これにより、ポジショナ７は、ベース７０が手術台１１１の下方に位置し、昇降軸７２が手術台１１１の側方に位置し、且つ、水平アーム７３が手術台１１１の上方に位置する態様を取ることができる。このように、ベース７０が手術台１１１の下方に収められることにより、手術中に手術台１１１の周囲で手術を補助する補助者の動線を確保することができる。

更に、図５に示すように、手首リンク７６を垂直から傾けるように回転関節Ｊ76を駆動すると、プラットホーム５が水平から傾く。プラットホーム５が水平から傾くと、プラットホーム５に取り付けられたアーム３の基本軸線（旋回軸線）Ｌｐが一斉に垂直から傾くこととなる。その結果、インストゥルメント４２に規定された基準方向Ｄの角度範囲が拡張され、インストゥルメント４２を垂直からより大きく傾けて患者Ｐへ挿入することが可能となる。このようにして、患者Ｐの臥位や手術位置に応じて、患者Ｐに対するインストゥルメント４２の挿入方向を適切に調整することができる。

以上にポジショナ７の好適な実施形態を説明したが、上記のポジショナ７の構成は例えば以下のように変更することができる。

例えば、上記実施形態のポジショナ７において、昇降軸７２は垂直方向に伸縮するが、図６に示すように、昇降軸７２に代えて伸縮しない柱状部材７２’を用いてもよい。この変形例では、並進関節Ｊ73は省略される。なお、上記実施形態のポジショナ７では、主に昇降軸７２の伸縮によってプラットホーム５の高さ位置を調整するが、上記変形例では、主に揺動アーム７１の垂直からの傾きによってプラットホーム５の高さ位置を調整する。

［アームの構成例］
ここで、アーム３の構成について詳細に説明する。図７では、患者側システム１が備える複数のアーム３のうちの１本の概略構成が示されている。図７に示すように、アーム３は、アーム本体３０と、アーム本体３０の先端部に連結された並進アーム３５とを備え、基端部に対し先端部を３次元空間内で移動させることができるように構成されている。なお、本実施形態では、患者側システム１が具備する複数のアーム３はいずれも同様又は類似の構成を有するが、複数のアーム３のうち少なくとも１本が余と異なる構成を有してもよい。

アーム３がインストゥルメントアーム３Ｂの場合には、並進アーム３５の先端にインストゥルメント４２を保持するホルダ（器具保持部）３６が設けられる。ホルダ３６には、インストゥルメント４２が着脱可能に保持されている。ホルダ３６に保持されたインストゥルメント４２のシャフト４３は、基準方向Ｄと平行に延在する。

また、アーム３がカメラアーム３Ａの場合には、上記インストゥルメントアーム３Ｂと同様に、並進アーム３５の先端部にホルダ３６が設けられ、このホルダ３６に内視鏡アセンブリ４１が着脱可能に保持される。ここで、カメラアーム３Ａに設けるホルダ３６は、インストゥルメントアーム３Ｂに設けるホルダ３６から態様が異なっていてもよい。或いは、手術中に内視鏡アセンブリ４１を交換することは稀であるので、カメラアーム３Ａに内視鏡アセンブリ４１が固定されていてもよい。

アーム３は、プラットホーム５に対し着脱自在（すなわち、取り付けたり取り外したりが容易）であって、洗浄処理及び滅菌処理のための耐水性、耐熱性、及び耐薬品性を備えている。アーム３の滅菌処理には様々な方法があるが、例えば、高圧蒸気滅菌法、ＥＯＧ滅菌法、消毒薬による化学滅菌法などが選択的に用いられてよい。高圧蒸気滅菌法では、オートクレーブなどの高圧容器にアーム３を封入し、所定圧力の飽和水蒸気に所定時間（例えば、１１５℃で３０分間、１２１℃で２０分間、又は、１２６℃で15分間）晒す。ＥＯＧ滅菌法では、容器にアーム３を封入し、この容器に４５０〜１０００ｍｇ／Ｌの酸化エチレンガスを流通させる。化学滅菌法では、例えば、グルタラールなどの消毒薬にアーム３を浸漬する。

［アーム本体の構成例］
アーム本体３０は、プラットホーム５に着脱可能に取り付けられるベース８０と、ベース８０から先端部に向けて順次連結された第１リンク８１〜第６リンク８６とを含む。より詳細には、ベース８０の先端部に、捩り関節Ｊ31を介して第１リンク８１の基端部が連結されている。第１リンク８１の先端部に、捩り関節Ｊ32を介して第２リンク８２の基端部が連結されている。第２リンク８２の先端部に、曲げ関節Ｊ33を介して第３リンク８３の基端部が連結されている。第３リンク８３の先端部に、捩り関節Ｊ34を介して第４リンク８４の基端部が連結されている。第４リンク８４の先端部に、曲げ関節Ｊ35を介して第５リンク８５の基端部が連結されている。第５リンク８５の先端部に、捩り関節Ｊ36を介して第６リンク８６の基端部が連結されている。第６リンク８６の先端部に、並進アーム３５の基端部が連結されている。

アーム本体３０の外殻は、主にステンレスなどの耐熱性及び耐薬品性を有する部材で形成されている。また、リンク同士の連結部には、耐水性を備えるためのシール（図示せず）が設けられている。このシールは、高圧蒸気滅菌法に対応する耐熱性や、消毒薬に対する耐薬品性を備えている。なお、リンク同士の連結部において、連結される一方のリンクの端部の内側に他方のリンクの端部が挿入されており、これらのリンクの端部同士の間を埋めるようにシールが配置されることによって、シールが外観から隠蔽されている。これにより、シールとリンクとの間から水、薬液、蒸気の浸入が抑制されている。

ここで、図８及び図９を用いて、アーム本体３０の駆動系統及び制御系統の構成について説明する。図８は、アーム本体３０の制御系統の概略構成を示すブロック図であり、図９は、アーム本体３０の駆動系統のレイアウトを示すアーム本体３０の概略断面図である。

上記構成のアーム本体３０には、各関節Ｊ31〜Ｊ36に対応して、駆動用のサーボモータＭ31〜Ｍ36、サーボモータＭ31〜Ｍ36の回転角を検出するエンコーダＥ31〜Ｅ36、及び、サーボモータＭ31〜Ｍ36の出力を減速させてトルクを増大させる減速機Ｒ31〜Ｒ36が設けられる。なお、図８では、関節Ｊ31〜Ｊ36のうち、捩り関節Ｊ31と捩り関節Ｊ36との制御系統が代表的に示され、余の関節Ｊ33〜Ｊ35の制御系統は省略されている。なお、エンコーダＥ31〜Ｅ36は、サーボモータＭ31〜Ｍ3の回転位置（回転角）を検出する回転位置検出手段の一例として設けられており、エンコーダＥ31〜Ｅ36に代えてレゾルバなどの回転位置検出手段が用いられてもよい。また、アーム本体３０の駆動系統の上記の各要素及びこれらのための配線並びに制御部は耐高温材料で構成されて、滅菌処理のための耐熱性が備えられている。

ベース８０と第１リンク８１とを連結する捩り関節Ｊ31において、第１リンク８１の基端部にサーボモータＭ31が設けられ、ベース８０の先端部に減速機Ｒ31が設けられる。本実施形態に係る減速機Ｒ31は、入力された動力の回転速度を減じるギア及びその出力を受ける出力ギアを含むユニットタイプのものである。サーボモータＭ31は、その出力軸が捩り関節Ｊ31の回転軸と平行となるように配置されている。エンコーダＥ31はサーボモータＭ31に付設されている。サーボモータＭ31の出力は、減速機Ｒ31に入力される。減速機Ｒ31の出力ギアは第１リンク８１に固定されているので、減速機Ｒ31からの出力によって第１リンク８１がベース８０に対して回転する。

また、第１リンク８１と第２リンク８２とを連結する捩り関節Ｊ32において、第１リンク８１の先端部にサーボモータＭ32が設けられ、第２リンク８２の基端部に減速機Ｒ32が設けられている。サーボモータＭ32は、その出力軸が捩り関節Ｊ32の回転軸と平行となるように配置されている。エンコーダＥ32はサーボモータＭ32に付設されている。

また、第２リンク８２と第３リンク８３とを連結する曲げ関節Ｊ33において、第２リンク８２の先端部に減速機Ｒ33が設けられ、第３リンク８３の基端部にサーボモータＭ33が設けられている。サーボモータＭ33は、その出力軸が曲げ関節Ｊ33の回転軸と平行となるように配置されている。エンコーダＥ33はサーボモータＭ33に付設されている。

上記に倣って、余の関節Ｊ34〜Ｊ36にもサーボモータＭ34〜Ｍ36、エンコーダＥ34〜Ｅ36、及び、減速機Ｒ34〜Ｒ36が配置されている。

サーボモータＭ31〜Ｍ36は、出力が小さく（例えば、８０Ｗ程度）、軽量且つ小型のものが採用されている。また、減速機Ｒ31〜Ｒ36は、軸心方向の寸法の小さい扁平な形状であって、高減速比（例えば、１００以上）で高トルクを得られるものが採用されている。患者側システム１のアーム３には、一般的な産業用マニピュレータのような高速動作が求められないことから、出力の大きなサーボモータは必要とされない。そこで、比較的出力の小さいサーボモータＭ31〜Ｍ36と比較的高減速比の減速機Ｒ31〜Ｒ36とを組み合わせて用いることによって、必要なトルクを確保しつつアーム３の軽量化及び小型化を実現している。

加えて、一般的な産業用マニピュレータではサーボモータの出力は出力ギア、減速機、負荷の順に伝達されるところ、本実施形態に係るアーム３ではサーボモータの出力は減速機、出力ギア、負荷の順に伝達される。このように、出力ギアに対し入力側に減速機をレイアウトすることによっても、アーム３の軽量化及び小型化を実現している。

コントローラ６は、アーム本体３０の動作を司るアーム本体制御部６０２を含む。アーム本体制御部６０２にはサーボ制御部Ｃ31〜Ｃ36が電気的に接続され、サーボ制御部７９には図示されない増幅回路などを介してサーボモータＭ31〜Ｍ36が電気的に接続されている。

上記構成において、操作装置２に入力された動作指令に基づいて、アーム本体制御部６０２にアーム本体３０の先端部の位置姿勢指令が入力される。アーム本体制御部６０２は、位置姿勢指令とエンコーダＥ31〜Ｅ36で検出された回転角とに基づいて、位置指令値を生成して出力する。この位置指令値を取得したサーボ制御部Ｃ31〜Ｃ36は、エンコーダＥ31〜Ｅ36で検出された回転角及び位置指令値に基づいて駆動指令値（トルク指令値）を生成して出力する。この駆動指令値を取得した増幅回路は、駆動指令値に対応した駆動電流をサーボモータＭ31〜Ｍ36へ供給する。このようにして、アーム本体３０の先端部が、位置姿勢指令と対応する位置及び姿勢に到達するように、各サーボモータＭ31〜Ｍ36がサーボ制御される。

［アームとプラットホームとの連結構造］
ここで、プラットホーム５とアーム３との連結構造について説明する。

アーム３のベース８０は、プラットホーム５に対し着脱自在である。換言すれば、患者側システム１から、アーム３を丸ごと取り外したり、取り付けたりすることが容易である。本実施形態では、４本のアーム３がプラットホーム５に対し着脱可能であるが、患者側システム１が具備するアーム３のうち少なくとも１本がプラットホーム５に対し着脱可能であればよい。

患者側システム１から取り外されたアーム３は、洗浄処理及び滅菌処理が施されたのち、制限された回数内で再利用される。このようにして、アーム３を手術の度に滅菌された清浄なものに取り換えられる。したがって、アーム３は従来のように滅菌ドレープで覆われず、滅菌野に曝されてもよい。

図１０は、プラットホーム５とアーム３との連結構造を示す平面図であり、図１１は図１０におけるXI−XI矢視断面図である。図１０及び図１１に示すように、アーム３のベース８０の基端部は円筒形状を呈し、その周囲又は基端面に少なくとも１つのインターフェース部（以下、「Ｉ／Ｆ部８０１」と示すことがある）を有する。本実施形態に係るＩ／Ｆ部８０１は、ベース８０の外周面に形成された突起であるが、Ｉ／Ｆ部８０１の態様はこれに限定されない。

Ｉ／Ｆ部８０１には、アーム３に識別情報などを付帯させるためのＩＣタグ９１が埋め込まれている。ＩＣタグ９１は、ＩＣチップやアンテナを含み、ＩＣチップはマイクロコンピュータやＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭなどを含む（いずれも図示略）。ＩＣタグ９１には、アーム３の個体識別情報、型番、使用回数などが記憶される。

また、Ｉ／Ｆ部８０１には、１以上のコネクタ９２が設けられる。１以上のコネクタ９２は、アーム３へ電気を供給する電線のコネクタ、アーム３と信号を送受信する通信配線のコネクタなどを含む。

一方、プラットホーム５には、ベース８０のＩ／Ｆ部８０１が接続される取付ポート５５が設けられる。本実施形態に係る取付ポート５５（マニピュレータアーム取付部の一例）は、突起状のＩ／Ｆ部８０１が嵌合可能な凹部であるが、取付ポート５５の態様はこれに限定されない。

本実施形態では、プラットホーム５に４本のアーム３が着脱可能に取り付けられるので、プラットホーム５には少なくとも４つの取付ポート５５が設けられている。プラットホーム５は、平面視において四角形の隣接する２つの角を面取りしたような６角形を呈し、そのうち連続する３つの側面は同一の方向に向かう成分を有する。この３つの側面の各々に１つずつの取付ポート５５が設けられている。また、プラットホーム５の下部が一部切り欠かれることによって側方を向いた壁５９が形成されており、この壁５９にも上記の上段の３つの取付ポート５５と同様に、下段の３つの取付ポート５５が設けられている。本実施形態では、下段の３つの取付ポート５５のうちの１つが使用され、余の２つは空いている。このようにプラットホーム５に複数の取付ポート５５が設けられており、手術ごとに使用する取付ポート５５を選択することができる。

上記のようにアーム３のベース８０に設けられたＩ／Ｆ部８０１と、プラットホーム５に設けられた取付ポート５５とにより、アーム３とプラットホーム５とを連結するカップリング機構が構成されている。そして、プラットホーム５の取付ポート５５にベース８０のＩ／Ｆ部８０１が嵌め込まれることによって、プラットホーム５にベース８０（即ち、アーム３）が取り付けられる。

プラットホーム５の取付ポート５５には、Ｉ／Ｆ部８０１に設けられたコネクタ９２と対応する位置にソケット５６が設けられる。Ｉ／Ｆ部８０１と取付ポート５５との連結に伴い、コネクタ９２とソケット５６とが自動的に接続される。ソケット５６には、プラットホーム５及びポジショナ７を構成している中空状の要素（軸やリンクなど）の内部空間を通じて電線及び／又は通信配線が接続されている。なお、コネクタ９２はアーム３の表面に露出しておりソケット５６と接触可能であるが、コネクタ９２がアーム３の表面近傍に埋め込まれて、電磁誘導などによってソケット５６とコネクタ９２とが非接触で電気的に接続される構成が採用されてもよい。また、Ｉ／Ｆ部８０１にソケット５６が設けられ、取付ポート５５にコネクタ９２が設けられてもよい。

また、プラットホーム５には、アーム３に埋め込まれたＩＣタグ９１の情報の読み出しと書き込み（記憶）を行うリーダーライター９３が設けられている。このリーダーライター９３は、プラットホーム５の各取付ポート５５に対応して設けられており、後述するコントローラ６へ、ＩＣタグ９１から読み出した情報を出力する。このリーダーライター９３は、プラットホーム５に取り付けられた各アーム３のＩＣタグ９１を個別に読み取るものであってもよいし、プラットホーム５に取り付けられた全部のアーム３のＩＣタグ９１を一度に読み取るものであってもよい。

更に、プラットホーム５とベース８０には、プラットホーム５からベース８０が落脱しないように、プラットホーム５に取り付けられたアーム３の取付ロック（保持）及び取付ロック解除（保持解除）が可能な１組以上の取付ロック機構９４が設けられている。なお、取付ロックとは、プラットホーム５の取付ポート５５に取り付けられたアーム３のＩ／Ｆ部８０１を当該取付ポート５５に固定することをいい、取付ロック解除とは、その固定を解除することをいう。

取付ロック機構９４は、プラットホーム５の取付ポート５５又はその近傍に設けられた支持体側係合部９４ａと、アーム３のＩ／Ｆ部８０１又はその近傍に設けられたアーム側係合部９４ｂとの協働により構成されている。支持体側係合部９４ａとアーム側係合部９４ｂとのうち、一方が他方と係合し、他方が一方に係合される。そして、取付ロック機構９４において、支持体側係合部９４ａとアーム側係合部９４ｂの係合によってＩ／Ｆ部８０１が取付ポート５５に取り付けられた状態でロックされ、支持体側係合部９４ａとアーム側係合部９４ｂの係合解除によってＩ／Ｆ部８０１が取付ポート５５から離脱できるようにロックが解除される。

上記のような取付ロック機構９４は、例えば、プラットホーム５とベース８０の両者のうち一方に設けられた突起と他方に設けられた掛金付レバー、両者のうち一方に設けられた凹部と他方に設けられた係合爪、両者のうち一方に設けられた凹部と他方に設けられたボールプランジャ、からなる群より選択される。或いは、取付ロック機構９４は、他の公知の取付ロック機構であってもよい。但し、取付ロック機構９４は、ボルト・ナットなど取付ロック／取付ロック解除に工具を使用するものではなく、ワンタッチ操作で取付ロック／取付ロック解除できるものが望ましい。

図１２は、プラットホーム５に取り付けたアーム３を管理するための構成を示すブロック図である。図１２に示すように、コントローラ６は、プラットホーム５に取り付けたアーム３を管理するためのアーム管理部（管理装置）６０３を含む。アーム管理部６０３には、リーダーライター９３が電気的に接続されている。

アーム管理部６０３は、プラットホーム５からアーム３への給電に基づいて、コネクタ９２とソケット５６とが接続されたことを検出する。プラットホーム５からアーム３への給電は、例えば、ソケット５６までの電線又は通信配線に設けた電流検出センサ（検出センサ５７）からの検出信号に基づいて検出することができる。コネクタ９２とソケット５６との接続は、即ち、取付ポート５５にＩ／Ｆ部８０１が正常に取り付けられていることを意味する。つまり、プラットホーム５からアーム３への給電の有無に基づいて、取付ポート５５に取り付けられたアーム３の有無を検出することができる。このようにして、アーム管理部６０３は、プラットホーム５が具備する各取付ポート５５についてアーム３が取り付けられたことを検知することができる。

但し、取付ポート５５に取り付けられたアーム３の有無を検出するために、接触式又は非接触式の物体検出センサ（図示せず）をプラットホーム５に設けてもよい。この場合、アーム管理部６０３は、この検出センサからの検出信号に基づいて取付ポート５５にアーム３が取り付けられたことを検出する。

アーム管理部６０３は、取付ポート５５にアーム３が取り付けられたことを検出すると、リーダーライター９３に読み出し動作をさせ、リーダーライター９３がＩＣタグ９１から読み取った情報に基づいて、プラットホーム５に接続されている各アーム３の、個体識別情報、型番情報（種類）、使用回数情報などを取得する。アーム管理部６０３は、取得した各情報を、そのアーム３が取り付けられたプラットホーム５上の取付位置情報（即ち、取付ポート５５）に関連づけて一時的に記憶する。なお、複数の取付ポート５５は各々識別されている。

また、操作装置２を介して、コントローラ６には予め手術情報が入力されて設定（記憶）されている。この手術情報には、手術で使用される複数のアーム３の組合せが含まれている。

アーム管理部６０３は、リーダーライター９３から取得した情報に含まれる個体識別情報の組合せが、上記手術情報として設定されたものと対応しているか否かを判断する。アーム管理部６０３は、組合せが手術情報として設定されたものと対応していなければ、コントローラ６に接続された警告器６０５を通じて警告を出力する。なお、警告器６０５は、光、音、及び画像のうち１つ以上によって術者Ｏに対し警告するものである。このようにして、アーム管理部６０３は、適切なアーム３が取り付けられるように、プラットホーム５に取り付けられるアーム３を管理している。

上記手術情報には、手術で使用されるアーム３の個体識別情報と当該アーム３が取り付けられるべきプラットホーム５の取付位置（即ち、取付ポート５５）との組合せに係る情報が含まれていてもよい。

この場合、アーム管理部６０３は、リーダーライター９３から取得した情報に含まれる個体識別情報と、それに関連付けられて記憶されたプラットホーム５上の取付位置情報（即ち、取付ポート５５）との組合せが、上記手術情報として設定されたものと対応しているか否かを判断する。アーム管理部６０３は、組合せが手術情報として設定されたものと対応していなければ、コントローラ６に接続された警告器６０５を通じて警告を出力する。このようにして、アーム管理部６０３は、アーム３がプラットホーム５上の適切な位置に取り付けられるように、且つ、各取付ポート５５に適切なアーム３が取り付けられるように、プラットホーム５に取り付けられるアーム３を管理している。

また、手術情報には、手術で使用されるアーム３の型番情報と、そのアーム３が取り付けられるべきプラットホーム５上の取付位置（即ち、取付ポート５５）との組合せに係る情報が含まれていてもよい。

この場合、アーム管理部６０３は、リーダーライター９３から取得した情報に含まれる型番情報と、それに関連付けられた取付位置（取付ポート５５）との組合せが、上記手術情報として設定されたものと対応しているか否かを判断し、組合せが手術情報として設定されたものと対応していなければ、コントローラ６に接続された警告器６０５を通じて警告を出力するように構成されていてよい。

なお、アーム３は型番により種類（カメラアーム３Ａ、インストゥルメントアーム３Ｂ）や構造（リンクの長さ、自由度など）などが異なる。上記ではＩＣタグ９１に型番情報が記憶されているが、記憶装置６０４が個体識別情報に関連付けられて型番情報が記憶された型番記憶部を含み、アーム管理部６０３が個体識別情報に基づいて型番記憶部から対応する型番情報を読み出し、この型番情報が上記処理においてＩＣタグ９１から読み出した型番情報に代えて使用されてもよい。

コントローラ６の記憶装置６０４は、個体識別情報に関連付けられた使用制限回数が記憶された使用制限回数記憶部を含んでいる。アーム管理部６０３は、ＩＣタグ９１から取得した個体識別情報に基づいて、これに対応する使用制限回数を記憶装置６０４から読み出し、使用制限回数と取得した使用回数情報と比較する。アーム管理部６０３は、使用回数情報が使用制限回数を超えていれば、コントローラ６に接続された警告器６０５を通じて警告を出力する。このようにして、アーム管理部６０３は、アーム３がその使用制限回数を超えて使用されることのないようにアームの使用回数を管理する。なお、アーム３は消耗品であり、使用制限回数の使用を終えたアーム３は廃棄される。

また、アーム管理部６０３は、ＩＣタグ９１から取得した使用回数情報に１を加えた新たな使用回数情報をＩＣタグ９１に書き込むように、リーダーライター９３を動作させる。この結果、アーム３のＩＣタグ９１は自身の使用回数に係る情報を保持する。よって、アーム３を、他の患者側システム１との間で共用することが可能である。

なお、上記では、アーム３の使用回数情報をアーム３自身が保持しているが、アーム３の使用回数情報が、コントローラ６の記憶装置６０４に記憶されていてもよい。この場合、リーダーライター９３に代えて、読み出しの機能のみを有するリーダーが用いられてよい。そして、アーム管理部６０３は、リーダーがＩＣタグ９１から読み出した個体識別情報に基づいて記憶装置６０４から対応する使用回数情報を読み出して、上記の処理に利用してよい。

以上に、プラットホーム５とアーム３の連結構造の好適な実施形態を説明したが、上記のプラットホーム５とアーム３の連結構造は例えば以下のように変更することができる。

例えば、上記実施形態ではプラットホーム５には６つの取付ポート５５が設けられ、これらの取付ポート５５のうち４つにアーム３が連結されている。このように、複数の取付ポート５５のうち空きの取付ポート５５があってもよい。また、プラットホーム５には、５つ以上の取付ポート５５が設けられ、手術の内容に対応した適切な位置の取付ポート５５が選択的に使用されてもよい。

また、例えば、上記実施形態ではアーム３自身に情報を保有させるために、アーム３にＩＣタグ９１を設けている。但し、ＩＣタグ９１は、アーム３に設けられた情報保持手段の一例であって、ＩＣタグ９１に代えて又は加えて他の情報保持手段を用いてもよい。例えば、アーム３にバーコードを設け、プラットホーム５にバーコードリーダーを設けてもよい。また、例えば、アーム３に凹凸などの形状記号を設け、プラットホーム５に形状記号を読み取るリーダーを設けてもよい。

また、例えば、上記実施形態では、アーム３のベース８０のＩ／Ｆ部８０１にコネクタ９２が設けられ、プラットホーム５の取付ポート５５にソケット５６が設けられるが、コネクタ９２及びソケット５６が省かれてもよい。この場合、アーム３には、Ｉ／Ｆ部８０１以外の場所に電力供給のための電線及び／又は通信のための配線が接続される。

また、例えば、上記実施形態では、アーム３（特に、アーム本体３０）の駆動系統は全て自身に搭載されているが、アーム本体３０の駆動系統のうち一部がプラットホーム５に設けられてもよい。例えば、図１３に示すように、ベース８０と第１リンク８１とを連結する捩り関節Ｊ31において、この捩り関節Ｊ31を駆動するサーボモータＭ31がプラットホーム５に設けられてもよい。

図１３に示す例では、プラットホーム５にサーボモータＭ31が内装され、サーボモータＭ31の出力軸９６の周囲には雌カプラ形状の取付ポート５５が設けられている。一方、アーム３の第１リンク８１の基端部に減速機Ｒ31の出力部が固定され、ベース８０の基端部が取付ポート５５と対応する雄カプラ形状のＩ／Ｆ部８０１とされ、このベース８０内に減速機Ｒ31へ動力を入力する入力軸９５が設けられている。入力軸９５は、アーム３の動力系統へ動力を伝達する入力軸である。そして、サーボモータＭ31の出力軸９６と、減速機Ｒ31への入力軸９５との間には、オルダム継手などの軸継手９７が設けられている。上記構成において、プラットホーム５の取付ポート５５にアーム３のＩ／Ｆ部８０１が挿入されると、プラットホーム５とアーム３とが連結されるとともに、サーボモータＭ31の出力軸９６と減速機Ｒ31への入力軸９５とが動力伝達可能に連結される。

［並進アームの構成例］
図７に示すように、並進アーム３５は、並進アーム３５の先端部に取り付けられたホルダ３６を基準方向Ｄに並進移動させることにより、ホルダ３６に取り付けられたインストゥルメント４２をシャフト４３の延在方向に並進移動させる機構である。

図１４は、アーム本体３０の先端部及び並進アーム３５の構成例を示す部分破断図である。図７及び図１４に示すように、並進アーム３５は、基端側リンク６１と、先端側リンク６２と、基端側リンク６１と先端側リンク６２を連結する第１連結軸６３及び第２連結軸６６と、連動機構６４とを有する。また、並進アーム３５の先端部、すなわち先端側リンク６２の先端部には、回動軸６８が設けられている。

図１４に示すように、並進アーム３５の駆動源は、アーム本体３０の先端のリンクすなわち第６リンク８６に設けられている。具体的には、第６リンク８６の先端部に、第１並進アーム駆動軸３７と、第２並進アーム駆動軸３８と、第１並進アーム駆動軸３７を回動させる並進アーム駆動部４７と、第２並進アーム駆動軸３８を回動させる並進アーム回転駆動部４８とが設けられている。

第１並進アーム駆動軸３７及び第２並進アーム駆動軸３８は、基端部がアーム本体３０の先端部に基準方向Ｄと直交する第１軸線Ｌ１周りに回動可能に取り付けられている。そして、第２並進アーム駆動軸３８は、基端部がアーム本体３０の内外環境を遮断するシールを備えるシールベアリング３０ｂを介してアーム本体３０に保持されている。そして、第２並進アーム駆動軸３８は、中空の筒状に形成され、第１並進アーム駆動軸３７は、第２並進アーム駆動軸３８の内部に入れ子状に配置されている。したがって、第１並進アーム駆動軸３７及び第２並進アーム駆動軸３８は、同一の軸線周りに回動するように構成されている。本実施の形態において、第１軸線Ｌ１は、アーム本体３０の旋回軸線Ｌｐ（図７参照）を中心とする円の接線方向に延在するように構成されている。すなわち、第１軸線Ｌ１は、図７において、奥行き方向に延在している。そして、第１並進アーム駆動軸３７及び第２並進アーム駆動軸３８は、アーム本体３０の先端部から突出し、並進アーム３５の基端側リンク６１に連結されている。すなわち、アーム本体３０及び並進アーム３５は、第１並進アーム駆動軸３７及び第２並進アーム駆動軸３８を介して連結されている。第１並進アーム駆動軸３７は、第２並進アーム駆動軸３８との差動により並進アーム３５を動作させる駆動軸であり、第２並進アーム駆動軸３８は、第１並進アーム駆動軸３７との差動により並進アーム３５を第１軸線Ｌ１周りに回動させる駆動軸である。

そして、第１並進アーム駆動軸３７及び第２並進アーム駆動軸３８は、別個の駆動部によってそれぞれ独立して回動するように構成されている。すなわち、第１並進アーム駆動軸３７は、並進アーム駆動部４７の出力軸４７ａに連結され、並進アーム駆動部４７の出力軸４７ａの回転により回転する。また、第２並進アーム駆動軸３８は、並進アーム回転駆動部４８の出力軸４８ａに連結され、並進アーム回転駆動部４８の出力軸４８ａの回転により回転する。これらの駆動部は例えばサーボモータである。したがって、第１並進アーム駆動軸３７及び第２並進アーム駆動軸３８の第１軸線Ｌ１周りの角度位置を互いに独立して制御可能に構成されている。

基端側リンク６１は、第１軸線Ｌ１周りに回動可能に基端部がアーム本体３０の先端部３０ａに連なっている。なお、「連なる」とは、２つのものが直接接続されている場合のみならず、２つのものの間に他のものが介在し、間接的に接続されている場合も含む場合も意味するものとする。そして、基端側リンク６１は、退避角度位置Ｐ１（図１５参照）と、退避角度位置Ｐ１よりも基準方向Ｄにおいて第１軸線Ｌ１から離れる側に基端側リンク６１の先端部が位置する進出角度位置Ｐ２（図１５参照）とを含む範囲で回動するよう構成されている。基端側リンク６１は、中空である。そして、基端側リンク６１の基端部に第１並進アーム駆動軸３７及び第２並進アーム駆動軸３８の先端部が挿通され、外側に位置する第２並進アーム駆動軸３８は、内外空間を遮断するシールを備えるシールベアリング６１ａを介して基端側リンク６１に保持されている。そして、基端側リンク６１に第１並進アーム駆動軸３７の先端部が固定されている。したがって、並進アーム駆動部４７の出力軸４７ａの回転により第１並進アーム駆動軸３７が回転し、更に第１並進アーム駆動軸３７の回転によって、基端側リンク６１が第１軸線Ｌ１周りに回動するように構成されている。このように、基端側リンク６１は、アーム本体３０の先端部３０ａに取り付けられている。

先端側リンク６２は、軸線Ｌ１と平行に延在する第２軸線Ｌ２周りに回動可能に基端部が基端側リンク６１の先端部に連なっている。そして、先端側リンク６２は、縮閉角度位置Ｐ３（図１５参照）と、縮閉角度位置Ｐ３よりも基端側リンク６１と成す角の角度が大きい拡開角度位置Ｐ４とを含む範囲で回動するよう構成されている。このように、基端側リンク６１及び先端側リンク６２は、Ｌ字状に屈折した姿勢をとるように構成されている。先端側リンク６２は、中空である。第１連結軸６３は、基端部が基端側リンク６１の先端部に固定され、先端部が第２軸線Ｌ２周りに回動可能に先端側リンク６２の基端部に取り付けられている。そして、第２連結軸６６は、基端部が基端側リンク６１の内外空間を遮断するシールを備えるシールベアリング６１ｂを介して基端側リンク６１に第２軸線Ｌ２周りに回動可能に取り付けられ、先端部が先端側リンク６２の基端部に固定されている。そして、第２連結軸６６は、中空の筒状に形成され、第１連結軸６３は、第２連結軸６６の内部に入れ子状に配置されている。したがって、第１連結軸６３及び第２連結軸６６は、同一の軸線周りに回動するように構成されている。そして、並進アーム３５は、基端側リンク６１の基端部と先端側リンク６２の先端部とを結ぶ仮想の直線Ｌ（図１５参照）が基準方向Ｄに向くように構成されている。このように、先端側リンク６２の基端部は、基端側リンク６１の先端部に取り付けられている。

回動軸６８は、基端部が、第１軸線Ｌ１及び第２軸線Ｌ２と平行に延在する第３軸線Ｌ３周りに回動可能に先端側リンク６２の先端部に取り付けられ、先端部がホルダ３６に固定されている。回動軸６８は、先端側リンク６２の内外空間を遮断するシールを備えるシールベアリング６２ａを介して先端側リンク６２の先端部に保持されている。本実施の形態において、並進アーム３５は、アーム本体３０の先端部３０ａから基準方向Ｄにおいてホルダ３６に保持されたインストゥルメント４２のシャフト４３の基端部から先端部に向かう側に位置するように配設されている。回動軸６８の軸線（第３軸線Ｌ３）と第１連結軸６３及び第２連結軸６６の軸線（第２軸線Ｌ２）との距離は、第１並進アーム駆動軸３７及び第２並進アーム駆動軸３８の軸線（第２軸線Ｌ２）と第１連結軸６３及び第２連結軸６６の軸線（第１軸線Ｌ１）との距離と同一に構成される。

連動機構６４は、基端側リンク６１の退避角度位置Ｐ１（図１５参照）から進出角度位置Ｐ２（図１５参照）に向かう回動動作に連動して先端側リンク６２を縮閉角度位置Ｐ３（図１５参照）から拡開角度位置Ｐ４（図１５参照）に向かって回動させ、且つ基端側リンク６１の進出角度位置Ｐ２（図１５参照）から退避角度位置Ｐ１（図１５参照）に向かう回動動作に連動して先端側リンク６２を拡開角度位置Ｐ４（図１５参照）から縮閉角度位置Ｐ３（図１５参照）に向かって回動させる機構である。すなわち、先端側リンク６２は、並進アーム駆動部４７の駆動力が連動機構６４によって伝達されることにより回動するよう構成されている。また、連動機構６４は、先端側リンク６２の先端部を基準方向Ｄに直進動作させるよう構成されている。以下に、連動機構６４の一例としてタイミングベルトを用いた機構を例示する。

本実施の形態において、連動機構６４は、２対のプーリ（第１プーリ６５ａ・第２プーリ６５ｂ、第３プーリ６５ｃ・第４プーリ６５ｄ）と、各対のプーリに掛け渡された２本の環状のタイミングベルト（第１ベルト６７ａ，第２ベルト６７ｂ）とを含む。

第１プーリ６５ａは、第２並進アーム駆動軸３８の先端部に固定され、基端側リンク６１の内部空間のうち基端側の部分に位置している。したがって、第１プーリ６５ａは、第１軸線Ｌ１周りに回動可能に構成されている。

第２プーリ６５ｂは、第１プーリ６５ａと対をなし、第２連結軸６６の基端部に固定され、基端側リンク６１の内部空間のうち先端側の部分に位置している。したがって、第２プーリ６５ｂは、第２軸線Ｌ２周りに回動可能に構成されている。そして、第１プーリ６５ａ及び第２プーリ６５ｂに、第１ベルト６７ａが架け渡されている。したがって、第２プーリ６５ｂは、第１プーリ６５ａの周りを公転することによって回動（自転）するように構成されている。第１プーリ６５ａの直径と第２プーリ６５ｂの直径との比率であるプーリ比は２：１である。

第３プーリ６５ｃは、第１連結軸６３の先端部に固定され、先端側リンク６２の内部空間のうち基端側の部分に位置している。したがって、第３プーリ６５ｃは、第２軸線Ｌ２周りに回動可能に構成されている。

第４プーリ６５ｄは、第３プーリ６５ｃと対をなし、回動軸６８の基端部に固定され、先端側リンク６２の内部空間のうち先端側の部分に位置している。したがって、第４プーリ６５ｄは、第３軸線Ｌ３周りに回動可能に構成されている。そして、第３プーリ６５ｃ及び第４プーリ６５ｄに、第２ベルト６７ｂが架け渡されている。したがって、第４プーリ６５ｄは、第３プーリ６５ｃの周りを公転することによって回動（自転）するように構成されている。第３プーリ６５ｃの直径と第４プーリ６５ｄの直径との比率であるプーリ比は１：２である。並進アーム３５の駆動は、操作装置２に入力された動作指令に基づき、コントローラ６が第１並進アーム駆動軸３７及び第２並進アーム駆動軸３８を制御することにより行われる。

図１５は、並進アーム３５の動作例を示す図である。

以下に、図１５を参照しながら並進アーム３５の動作例を説明する。

第１並進アーム駆動軸３７を第２並進アーム駆動軸３８に対して差動させ、第２並進アーム駆動軸３８に対してＲ１方向にα度回転させると、基端側リンク６１は、退避角度位置Ｐ１から進出角度位置Ｐ２に向かってα度回動する。これによって、第２プーリ６５ｂは、第１軸線Ｌ１周りに公転する。そして、第１プーリ６５ａ及び第２プーリ６５ｂは、第１ベルト６７ａによって連結されているので、第２プーリ６５ｂは、第１プーリ６５ａに対して基端側リンク６１の回転方向と反対方向に自転し、第１プーリ６５ａと第２プーリ６５ｂとの位相が変化する。そして、その角度変位は、そのプーリ比に基づき−２α度となる。そして、第２プーリ６５ｂが回転すると、第２プーリ６５ｂが固定されている第２連結軸６６が回転し、第２連結軸６６に固定されている先端側リンク６２が縮閉角度位置Ｐ３から拡開角度位置Ｐ４に向かって−２α度回転する。これによって、先端側リンク６２の先端部は、基端側リンク６１の基端部と先端側リンク６２の先端部とを結ぶ仮想の直線Ｌ上を移動する。そして、上述の通り、この仮想の直線は基準方向Ｄに向くように構成されているので、先端側リンク６２の先端部は、基準方向Ｄにおいて、第１軸線Ｌ１から離れる側に移動する。また、上記プーリ比の構成から、先端側リンク６２の先端部は、基準方向Ｄに直進動作する。これによって、スリーブ１１０に挿入したインストゥルメント４２を円滑に基準方向Ｄに動かすことができる。

なお、第１並進アーム駆動軸３７と第２並進アーム駆動軸３８とを同期させて回動することによって、アーム本体３０に対して並進アーム３５全体を第１軸線Ｌ１周りに旋回させることができる。これによって、基準方向Ｄの向きを変更することができ、先端側リンク６２の先端部が直進動作する方向を第１軸線Ｌ１周りに変更することができる。また、第２並進アーム駆動軸３８及び並進アーム回転駆動部４８を設けずに、第１プーリ６５ａをアーム本体３０の先端部３０ａに固定し、アーム本体３０の先端部を移動させることにより並進アーム３５全体を第１軸線Ｌ１周りに旋回させてもよい。

そして、先端側リンク６２の回転によって、第４プーリ６５ｄは、第２軸線Ｌ２周りに公転する。第１連結軸６３によって基端側リンク６１の先端部に固定されている第３プーリ６５ｃの角度位置は先端側リンク６２の回動によって変化せず、更に第３プーリ６５ｃ及び第４プーリ６５ｄは、第２ベルト６７ｂによって連結されているので、第４プーリ６５ｄは、第３プーリ６５ｃに対して先端側リンク６２の回転方向と反対方向に自転し、第３プーリ６５ｃと第４プーリ６５ｄとの位相が変化する。そして、その角度変位は、そのプーリ比に基づきα度となる。そして、第４プーリ６５ｄが回転すると、第４プーリ６５ｄに固定されている回動軸６８が回転し、回動軸６８に固定されているホルダ３６が第３軸線Ｌ３周りにα度回転する。これによって、ホルダ３６は、アーム本体３０に対する姿勢を維持しながら、基準方向Ｄにおいて第１軸線Ｌ１から離れる側に移動する。

同様に、第１並進アーム駆動軸３７を第２並進アーム駆動軸３８に対して差動させ、Ｒ２（Ｒ１と反対方向）方向に回転させると、基端側リンク６１が進出角度位置Ｐ２から退避角度位置Ｐ１に向かって回動し、先端側リンク６２が拡開角度位置Ｐ４から縮閉角度位置Ｐ３に向かって回動する。これによって、ホルダ３６は、アーム本体３０に対する姿勢を維持しながら、基準方向Ｄにおいて、第１軸線Ｌ１に近づく側に移動する。

このように、並進アーム３５は、基端側リンク６１が退避角度位置Ｐ１に位置すると共に、先端側リンク６２が縮閉角度位置Ｐ３に位置する折畳状態と、基端側リンク６１が進出角度位置Ｐ２に位置すると共に、先端側リンク６２が拡開角度位置Ｐ４に位置する伸長状態との間で遷移することによって、インストゥルメント４２を基準方向Ｄに移動（進退動、往復動）させることができる。したがって、直動関節によってホルダ３６を基準方向Ｄに移動させる構成と比較して、基準方向Ｄにおけるアーム３の寸法をコンパクトに構成することができる。

また、並進アーム３５は、アーム本体３０及びホルダ３６と回動関節によって接続され、また、並進アーム３５を構成するリンク、すなわち基端側リンク６１及び先端側リンク６２も回転関節によって接続されている。したがって、アームの内部空間の外部空間への露出部分を少なくすることができるので、アームの内部空間で発生した塵、雑菌等が外部空間へ飛散することを効果的に抑制することができる。また、上述の通り、回転関節にシールベアリングを用いることにより、アームの内部空間で発生した塵、雑菌等が外部空間へ飛散することを防止することができる。よって、手術室の汚染を効果的に防止することができる。

更に、連動機構６４が基端側リンク６１の回動動作に連動して先端側リンク６２を回動させるように構成されているので、先端側リンク６２のみを回動させる駆動部を省くことができ、並進アーム３５の構成を簡素化することができる。

なお、連動機構６４の一例としてタイミングベルトを用いた機構を例示したが、この機構に限定されるものではなく、これに代えて、例えば、ギアトレインを含む機構を用いてもよく、公知のリンク機構を用いてもよい。また、基端側リンク６１及び先端側リンク６２が別個に設けられた駆動部の駆動力によってそれぞれ回動するように構成されていてもよい。

［並進アームの変形例１］
図１８は、並進アームの変形例１を示す図である。上記実施の形態において、並進アーム３５は、アーム本体３０の先端部３０ａから基準方向Ｄにおいてホルダ３６に保持されたインストゥルメント４２のシャフト４３の基端部から先端部に向かう側に位置するように配設されているがこれに限られるものではない。これに代えて、並進アーム３３５は、並進アーム３５は、アーム本体３０の先端部３０ａから基準方向Ｄにおいてホルダ３６に保持されたインストゥルメント４２のシャフト４３の先端部から基端部に向かう側に位置するように配設されていてもよい。

［並進アームの変形例２］
図１９は、並進アームの変形例２を示す図である。上記実施の形態において、並進アーム３５は、基端側リンク６１の先端部に先端側リンク６２の基端部が取り付けられている構成を例示したがこれに限られるものではない。これに代えて、以下の通り構成されていてもよい。

すなわち、並進アーム４３５は、基端側リンク６１と先端側リンク６２との間に第１中間リンク４６１及び第２中間リンク４６２を有する中間リンクユニット４６０が介在するように構成されている。また、並進アーム４３５は、基端側リンク６１と第１中間リンク４６１を連結する第１連結軸４６３ａと、第１中間リンク４６１と第２中間リンク４６２とを連結する第２連結軸４６３ｂと、第２中間リンク４６２と先端側リンク６２を連結する第３連結軸４６３ｃとを有する。

そして、図示しない並進アーム４３５の連動機構は、基端側リンク６１の退避角度位置Ｐ１から進出角度位置Ｐ２に向かう回動動作に連動して、基端側リンク６１と第１中間リンク４６１とが成す関節の角度が大きくなるように第１中間リンク４６１を第１連結軸４６３ａの軸線周りに回動させ、且つ第１中間リンク４６１と第２中間リンク４６２とが成す関節の角度が大きくなるように第２中間リンク４６２を第２連結軸４６３ｂの軸線周りに回動させ、且つ第２中間リンク４６２と先端側リンク６２とが成す関節の角度が大きくなるように先端側リンク６２を第３連結軸４６３ｃの軸線周りに回動させるように構成されている。

これによって、インストゥルメント４２の移動距離を大きくすることができる。また、並進アーム３５の幅寸法Ｗ、すなわち基準方向Ｄ及び第１軸線Ｌ１と直交する方向における並進アーム３５の寸法を小さくすることができる。

［揺動機構の構成例］
図７に示すように、アーム３は、揺動機構４６を備えている。揺動機構４６は、アーム３とエンドエフェクタ４４との間に介在し、基準方向Ｄを中心とする径方向にシャフト４３の先端部、及びエンドエフェクタ４４を揺動させる機構である。

揺動機構４６は、例えばシャフト４３の中間部に設けられている。すなわち、シャフト４３は、基端側部材４３ａと、先端側部材４３ｂとに分割されており、その間に揺動機構４６が介在するように設けられている。以下に、揺動機構４６の一例として回転２自由度を有する自在継手を用いた機構を例示する。

図１６は、揺動機構４６の構成例を示す図である。

揺動機構４６は、第１部材４６ａ、第２部材４６ｂ、及び第３部材４６ｃを有する。第１部材４６ａは、基端側部材４３ａに固定されている。第２部材４６ｂは、第１部材４６ａと基準方向Ｄと直交する第１方向Ｄ１に延在する第１回動軸４６ｄによって連結され、第１回動軸４６ｄの軸線周りに回動可能に第１部材４６ａに取り付けられている。第３部材４６ｃは、第２部材４６ｂと第１方向Ｄ１と直交する第２方向Ｄ２に延在する第２回動軸４６ｅによって連結され、第２回動軸４６ｅの軸線周りに回動可能に第２部材４６ｂに取り付けられている。

図１７は、揺動機構４６の動作例を示す図である。

以下に、図１７を参照しながら、揺動機構４６の動作例を説明する。

インストゥルメント４２のエンドエフェクタ４４が患者Ｐの体表の切開部に留置したスリーブ１１０を介して患者Ｐの体内に導入され、図１７において破線で示す初期状態においては、基準方向Ｄにスリーブ１１０が位置している。

次に、アーム３がホルダ３６を基準方向Ｄと交差する方向に移動させると、シャフト４３の先端側部材４３ｂはスリーブ１１０を中心に揺動し、シャフト４３の先端部及びエンドエフェクタ４４は、ホルダ３６の移動方向と反対方向に移動する。また、シャフト４３の先端側部材４３ｂが揺動すると、シャフト４３が挿通されているスリーブ１１０は、先端側部材４３ｂの延在方向に向くように先端側部材４３ｂと共に揺動する。

このとき、基端側部材４３ａの軸線上からスリーブ１１０が外れると、シャフト４３の先端側部材４３ｂの延在方向とスリーブ１１０の挿通孔の向きが一致するようにシャフト４３の先端側部材４３ｂが基端側部材４３ａの軸線を中心とする径方向、すなわち基準方向Ｄを中心とする径方向に揺動する。これによって、患者Ｐの留置したスリーブ１１０がホルダ３６の移動方向に牽引されることを防止することができ、患者Ｐの切開部に与えるダメージを緩和することができる。

［揺動機構の変形例１］
図２０は、揺動機構の変形例１を示す図である。揺動機構は、ボール継手を用いた機構であってもよい。

すなわち、揺動機構２４６は、球面状の自由端を有し、シャフト４３の先端側部材４３ｂの基端部に取り付けられたボール部２４６ａと、腕状に形成され、シャフト４３の基端側部材４３ａの先端部に取り付けられたソケット２４６ｂとを有する。ソケット２４６ｂの内周面は略半球面を形成している。このソケット２４６ｂの内周面の形状は、ボール部２４６ａの外周面の形状と略同一に形成されている。これにより、ボール部２４６ａの外周面とソケット２４６ｂの内周面とが球面対偶を成し、シャフト４３の基端側部材４３ａと先端側部材４３ｂとが少なくとも回転２自由度をもって揺動可能に連結されている。

［揺動機構の変形例２］
図２１は、揺動機構の変形例２を示す図である。揺動機構は、弾性を有する部材を用いた機構であってもよい。

すなわち、揺動機構３４６は、基端側部材４３ａと先端側部材４３ｂとを接続する弾性部３４６ａを有する。弾性部３４６ａが弾性変形することにより、シャフト４３の基端側部材４３ａと先端側部材４３ｂとが少なくとも回転２自由度を持って揺動可能に連結されている。

［揺動機構を備えるアームの変形例１］
図２２は、揺動機構を備えるアームの変形例を示す図である。上記実施の形態において、揺動機構４６がシャフト４３の中間部に設けられている構成例を例示したがこれに限られるものではない。これに代えて、揺動機構４６は、並進アーム３５の先端部とインストゥルメント４２との間に介在するように設けられていてもよい。

すなわち、揺動機構４６の第１部材４６ａが先端側リンク６２の先端部に直接取り付けられ、第３部材４６ｃがインストゥルメント４２に直接取り付けられている。

［揺動機構を備えるアームの変形例２］
図２３は、揺動機構を備えるアームの変形例を示す図である。上記実施の形態１において、揺動機構４６は、並進アーム３５を有するアーム３を備える外科手術システム１００に適用したがこれに限られるものではない。これに代えて、揺動機構４６は、直動関節２３５を有するアームに適用してもよい。

［総括］
以上に説明したように、本実施形態に係る外科手術システム１００（特に、そのうち患者側システム１）は、プラットホーム５と、プラットホーム５に連結された複数のアーム３（マニピュレータアーム）と、複数のアーム３の各々の先端部に装着されたインストゥルメント４２及び／又は内視鏡アセンブリ４１と、プラットホーム５を水平姿勢から姿勢変化可能に支持するポジショナ７とを備えている。

上記外科手術システム１００では、プラットホーム５を水平姿勢から姿勢変化させることによって、プラットホーム５に連結された複数のアーム３を包括的に傾けることができる。つまり、プラットホーム５に連結された複数のアーム３の旋回軸線Ｌｐ（基準軸線）を一斉に垂直に対し同じ角度だけ傾けることができる。これにより、各アーム３の先端部に装着されたインストゥルメント４２又は内視鏡アセンブリ４１の基準方向Ｄも一斉に同じ角度だけ変化させることができる。

また、本実施形態に係る外科手術システム１００では、ポジショナ７が、手首リンク７６（手首部）にプラットホーム５が連結された水平多関節型の水平アーム７３（マニピュレータアーム部）を有している。

このように、プラットホーム５が水平アーム７３の手首リンク７６に連結されているので、水平アーム７３の動作によってプラットホーム５の水平姿勢からの傾きを変化させることができる。

また、本実施形態に係る外科手術システム１００では、ポジショナ７が、手術室の床に設置されたベース７０と、水平アーム７３の基端部と連結された柱部（例えば、昇降軸７２又は柱状部材７２’）と、ベース７０に対し柱部の基端部を揺動可能に連結する揺動アーム７１とを、更に有している。

これにより、ポジショナ７の揺動アーム７１の傾きを変化させることによって、ベース７０に対するポジショナ７の柱部の基端部の水平方向の位置を変化させることができる。よって、ポジショナ７は、例えば、ベース７０が手術台１１１の下方に配置され、柱部を手術台１１１の側方に配置された態様を取ることが可能となる。このようにして、手術中に手術台１１１の周囲で動作する補助者の動線を阻害しないように、ポジショナ７を変態させることができる。

また、本実施形態に係る外科手術システム１００では、ポジショナ７が、ベース７０に対し揺動アーム７１の基端部を水平な回転軸回りに回動可能に連結する回転関節Ｊ71（第１関節）と、揺動アーム７１の先端部に対し昇降軸７２又は柱状部材７２’の基端部を水平な回転軸回りに回動可能に連結する回転関節Ｊ72（第２関節）とを有する。更に、外科手術システム１００は、回転関節Ｊ71と回転関節Ｊ72が連動することによって昇降軸７２又は柱状部材７２’の垂直な姿勢が維持されるように、回転関節Ｊ71及び回転関節Ｊ72の動作を制御する、ポジショナ制御部６０１（ポジショナ制御装置）を備えている。

このように、ポジショナ７の柱部の垂直な姿勢が維持されることにより、水平アーム７３の水平姿勢が維持される。よって、ポジショナ７は、水平アーム７３の手首リンク７６（先端部）に連結されたプラットホーム５を安定的に支持することができる。

以上に本発明の好適な実施の形態（及び変形例）を説明した。上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

１００ ：外科手術システム
１ ：患者側システム
２ ：操作装置
１ ：患者側システム
２ ：操作装置
３ ：マニピュレータアーム（アーム）
３Ａ ：カメラアーム
３Ｂ ：インストゥルメントアーム
５ ：プラットホーム
６ ：コントローラ
６０１ ：ポジショナ制御部（ポジショナ制御装置）
７ ：ポジショナ
３０ ：アーム本体
４１ ：内視鏡アセンブリ
４２ ：インストゥルメント
７０ ：ベース
７１ ：揺動アーム
７２ ：昇降軸（柱部の一例）
７２' ：柱状部材（柱部の一例）
７３ ：水平アーム（マニピュレータアーム部）
７４ ：第１リンク
７５ ：第２リンク
７６ ：手首リンク
Ｊ71〜Ｊ76 ：回転関節
Ｏ ：術者
Ｐ ：患者
Ｓ ：マニピュレータアーム支持体

Claims (5)

1. プラットホームと、
   前記プラットホームに連結された複数のマニピュレータアームと、
   前記複数のマニピュレータアームの各々の先端部に装着されたインストゥルメントと、
   垂直に延在する柱部と水平に延在する水平アームとを有し、前記プラットホームを支持するポジショナとを備え、
   前記水平アームの基端部は、垂直な回転軸を中心に回動する第１回転関節を介して前記柱部と連結されており、
   前記水平アームの先端部には水平な回転軸を中心に回動する第２回転関節を介して連結された手首リンクが設けられ、当該手首リンクが前記プラットホームと連結されており、
   前記ポジショナは、前記水平アームの水平を維持しながら前記第２回転関節を動かすことによって、前記プラットホームの水平からの傾きを変化させる、
   外科手術システム。
2. 前記柱部は、筒部材と、前記筒部材に移動可能に挿入された軸部材と、前記筒部材と前記軸部材とを連結する並進関節と、を有する、
   請求項１に記載の外科手術システム。
3. 前記ポジショナは、手術室の床に設置されたベースと、前記ベースに対し前記柱部の基端部を揺動可能に連結する揺動アームとを、更に有する、
   請求項１又は２に記載の外科手術システム。
4. 前記ポジショナは、前記ベースに対し前記揺動アームの基端部を水平な回転軸回りに回動可能に連結する第１関節と、前記揺動アームの先端部に対し前記柱部の基端部を水平な回転軸回りに回動可能に連結する第２関節とを有し、
   前記第１関節と前記第２関節が連動することによって前記柱部の垂直な姿勢が維持されるように、前記第１関節及び前記第２関節の動作を制御する、ポジショナ制御装置を更に備える、
   請求項３に記載の外科手術システム。
5. 前記水平アームは、垂直な回転軸を中心に回動する第３回転関節を介して連結された第１リンク及び第２リンクを有し、前記第１リンクが前記柱部と連結され、前記第２リンクが前記手首リンクと連結されている、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の外科手術システム。
   

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