JPH06262549A

JPH06262549A - 外科用マニピュレータ

Info

Publication number: JPH06262549A
Application number: JP6041783A
Authority: JP
Inventors: Joerg Schmiedeke; イエルグ・シュミデク; Daum Wolfgang; ヴォルフガング・ダウム
Original assignee: Daum GmbH
Current assignee: Daum GmbH
Priority date: 1993-03-04
Filing date: 1994-02-17
Publication date: 1994-09-20
Also published as: EP0613762A1; DE4326618C2; DE4326618A1

Abstract

(57)【要約】【目的】純機械的な構造で達成でき、構造の簡素化、
小型化が図れる外科用マニピュレータを提供する。【構成】人間の手にピッタリと嵌められ人間の手の動
作で一体に作動するゴム手袋１と、人間の手と同様の動
き、機能を果たすロボットハンド９とを備え、ゴム手袋
１に固定導管１７₁，連結管２１および第２の固定導管
１７₂を介してロボットハンド９を取り付ける。そし
て、ゴム手袋１の各部分に止着したボーデンケーブル１
８₁と、ロボットハンド９の各部分に止着したボーデン
ケーブル１８₂とをそれぞれ導管１７₁，１７₂を挿通
させて連結管２１内に収容されたレバー３４₃に連結
し、各ボーデンケーブル１８₁，１８₂をレバー３４₃
を介して連結し、人間の手の動作に伴うゴム手袋１の各
部分の動きをそれぞれボーデンケーブル１８₁，１８₂
およびレバー３４₃を介してロボットハンド９の対応す
る各部分に独立的に伝達して人間の手の動きでロボット
ハンド９が動作するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、外科医療手術等に用
いられる外科用マニピュレータにかかり、詳しくは、人
間の手が到達不可能な部位や空洞での外科手術的処置を
行うためのマニピュレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】新内視鏡を使っての最小限の侵入性外科
では、多くの技術領域でも又到達不可能な領域でも手近
に仕事をすることは往々にして難しいものである。だか
ら特殊なグリッパー作業やハンター作業（多くの手を使
ってする）を行うために多くの一式の器具が開発され
た。この特殊ツールの欠点は、手術が進むにつれ何度も
交換しなければならないことで、上記の理由により、到
達不可能な領域でも作業が行える縮小した人工手（ロボ
ットハンド）が望まれていた。

【０００３】従来、この種のロボットハンド、すなわ
ち、ロボットを使ってグリッパー装置の遠隔作業への人
間の手の動きを受け入れる器具としては、ＵＳＰ，第
４，３０１，１３８号及びＦＲＰ，第７８０２７１４
号に、人間の手の動作を直接か又は手にあるか又は手か
ら機械的に作動する棒を通じてさらに遠位にあるセンサ
ーで検出し、このセンサでグリッパーの制御に電気信号
を与えるものが記載されている。

【０００４】また、形と機能から見て人間の手同様に動
作する器具は既に知られている。しかし、その全てが直
接純機械的に人間の肢節で制御されているわけではな
い。これに加えて、ＵＳＰ，第４，８３４，７６１号で
は油圧システムで駆動するピストンとピストンの運動が
その帯環（腱）を用いたテークル構造によって指に伝送
される器具が示されている。ＵＳＰ，第５，０９２，６
４６号ではサーボモータで動かされる器具が示され、そ
の都度手の指が伸張性ある帯環により重巻構造の上で曲
げられ渦巻きばねの上で伸展される。同じく、ＵＳＰ，
第４，９２１，２９３号も同様にテークル構造で、どの
ように指が動くのかを示している。

【０００５】グリッパー器具への操作パネルの制御信号
は既述の器具で電気的に伝達される。機械的伝動はＤＥ
−ＡＳ−２０４８５６３で周知のことである。ここで
は、テークルの上に固定設置されたワークアームが動か
される。器具の腕で実施された動きはその際オペレータ
の腕で制御され伝動されるのでなく、この人が動かす制
御腕によってなのである。その際には、オペレータは絶
えずワークアームを目的の位置にもっていくために、ど
のように制御腕を運転すべきか考えなければならない。

【０００６】同様のことが、ＤＥ−ＰＳ−２９３９４５
２で詳述したアイデアでも発生している。ここでも、ポ
ータブルなものではなく、据え付け器具のことを言う。
両腕は直接回転可能で、軸を通して互いに結ばれ、制御
腕が回転すると、それに引き続く腕が旋回する。この構
造方式のため器具は狭い導管を通っての運動制御用では
なく、套管針のように用いられる。これはここで紹介し
た発明の特許クレーム１の目的なのである。ＤＥ−ＰＳ
−２９３９４５２で示した二つの平行四辺形は直接の腕
の構成部分であり、平行四辺形と結ばれた特許クレーム
１の動作の伝動は押したり引っ張ったりすることでワイ
ヤあるいは糸に伝達されるのである。

【０００７】また、ＤＥ−ＰＳ−２９３９４５２におけ
る特許クレーム２のレバーあるいはパントグラフ器具は
単にこのワイヤあるいは糸の導管を修正するためのもの
であり、直接の指節の一部分ではない。器具の指節の動
きはこの装置なしでも可能であり、単にボーデンケーブ
ルが適合するだけでできるのである。この適合は、例え
ば、もし一つの手が中枢近くにあって別な手が少し離れ
た所に置かれた場合重要なのである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の外科用
マニピュレータは全て小規模で到達不可能な領域に使用
するためのものであるが、モータ等の電気的構造あるい
はシリンダ等の油圧機器との組合せであるため、構造の
複雑化や大型化が避けられず、例えば人間の腹腔の手術
には不向きであるという問題がある。

【０００９】この発明は、上記問題に鑑みてなされたも
ので、人間の腕の動きを手と指で直接に受け、そしてこ
れを手と同じ形と機能を備えたロボットハンドに直接に
伝達し、今日の最小限の侵襲外科套管針のように狭い導
管を通って手術範囲に押させ、そこで手とするのと同様
の手術が可能な外科用マニピュレータを、純機械的な構
造、かつ、小型で簡単な構造で達成することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、到達不可能な部位と空洞での外
科的医療処置に用いる外科用マニピュレータであって、
少なくとも手が含まれる人間の所定部位に該所定部位と
一体動作可能に取り付けられた止め具と、該止め具に連
結部材を介して取り付けられ、複数の可動部分を関節部
で前記人間の取付部位と相似あるいは近似する動作を可
能に連結して構成されたロボットハンドと、前記連結部
材内を配索されて前記人間の取付部位の各部分に対応し
た前記止め具の各部分と前記ロボットハンドの対応する
可動部分とをそれぞれ別個に連結し、前記止め具の各部
分の動作を前記ロボットハンドの対応する各可動部分に
独立して伝動するボーデンケーブルとを備え、前記ロボ
ットハンドを套管針開口に押し込むことで前記可動部分
が前記関節部で屈曲して套管針内部に入り込むように構
成したことを特徴とする。

【００１１】そして、この外科用マニピュレータは、前
記ボーデンケーブルに前記止め具の各部分の動作を前記
ロボットハンドの各可動部分に縮小して伝動する縮小器
を介設する態様（請求項２）に構成でき、この態様では
前記縮小器を前記止め具の部分の動作の大きさで伝動比
が変化するリンク機構から構成することができる（請求
項３）。

【００１２】また、この外科用マニピュレータは、前
記ロボットハンドを着脱自在なゴム製のカバーで被覆し
た態様（請求項４）に構成でき、この態様ではさらに、
前記カバーを、前記ロボットハンドの相対変位自在に連
結した隣接する可動部分間にわたって設け、関節部とし
て機能するように構成できる（請求項５）。

【００１３】さらに、この外科用マニピュレータにおい
ては、前記ボーデンケーブルを、前記止め具の一部分に
端部が係止されたアウタケーブルと、該アウタケーブル
内に挿通され、該アウタケーブル端部から延出して前記
止め具の他の一部分に止着されたインナケーブルとから
構成し、前記アウタケーブルの端部にコイルばねを設
け、該コイルばね内に前記インナケーブルを挿通した態
様（請求項６）に構成できる。

【００１４】またさらに、この外科用マニピュレータ
は、前記ロボットハンドが、手本体と、該手本体に基端
が固定された渦巻きばねと、該渦巻きばねの先端に固定
されたピン状部材とを備え、該ピン状部材に前記ボーデ
ンケーブルのインナケーブルを止着させた態様（請求項
７）、さらに、前記渦巻きばねに沿って弾性を有する薄
い金属板を設け、該金属板が前記渦巻きばねの曲がりを
所定方向に付勢する態様（請求項８）、またさらに、前
記渦巻きばねにゴムを充填して全体をゴムにより被覆す
る態様（請求項９）に構成することができる。

【００１５】

【作用】請求項１の外科用マニピュレータによれば、人
間の手等の取付部位と一体に作動する止め具と、人間の
手と同様に機能するロボットハンドとをボーデンケーブ
ルで連結するのみで、すなわち、モータや油圧シリンダ
を用いることなく純機械的な構造で達成でき、その小型
化、構造の簡素化が図れるようになる。また、この外科
用マニピュレータは、手術に際して、ロボットハンドを
套管針の開口に押し付けることでその可動部分が関節部
で屈曲して套管針内に入り込むため、患者に施す傷も極
めて小さくできる。

【００１６】そして、請求項２および請求項３の外科用
マニピュレータによれば、ボーデンケーブルに縮小器を
介設するため人間の手等の動きを適正な大きさでロボッ
トハンドに伝達でき、手術が容易に行える。特に、請求
項３の態様では、ロボットハンドの過大な動きも防止で
き、より高い信頼性を得られ、また、手術に適した動作
特性をロボットハンドに付与することもできるようにな
る。

【００１７】また、請求項４および請求項５の外科用マ
ニピュレータによれば、ロボットハンドを着脱自在なゴ
ム製のカバーで被覆するため人間の手に模した形状とで
き、オペレータに安心感を与えることができ、また、手
術後の処置も容易である。特に、請求項５の態様では、
カバーが関節部としても機能するため、より小型化、ま
た、構造のより簡素化が図れる。

【００１８】さらに、請求項６の外科用マニピュレータ
によれば、ボーデンケーブルにアウタケーブル端部から
延出したインナケーブルが挿通するコイルばねを設けた
ため、止め具の各部分の動作を確実にロボットハンドへ
伝達でき、高い信頼性が得られる。

【００１９】またさらに、請求項７、請求項８および請
求項９の外科用マニピュレータによれば、先端にピン状
部材が固定された渦巻きばねの基端を手本体に固定し、
ピン状部材にボーデンケーブルを連結、すなわち、ピン
状部材と渦巻きばねとでロボットハンドの指部を構成す
るため、より簡単な構造が達成される。特に、請求項８
の態様では金属板により指部が所定の曲げ方向に付勢さ
れるためロボットハンドの操作が容易となり、また、請
求項９の態様では人間の手に模してオペレータに安心感
を与えることができ、さらに、手術後の消毒等も容易で
ある。

【００２０】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。図１はこの発明の一実施例に係る外科用マニピ
ュレータを示す全体図であり、図中、１は止め具、２₀
は人間の前腕、３₀は手本体、４₀，５₀，６₀，
７₀，８₀は指（以下、必要に応じて番号４₀で代表、
総称する）を表す。止め具１には第１の固定導管１７₁
が前腕（手首）２に締着されたバンド５１により取り付
けられ、この第１の固定導管１７₁に連結管２１を介し
て第２の固定導管１７₂が連結され、この第２の固定導
管１７₂の先端にロボットハンド９が設けられる。この
ロボットハンド９は、人間の手より小さく、小型に製作
される。上述した第１の固定導管１７₁、第２の固定導
管１７₂および連結管２１が連結部材に相当する。

【００２１】なお、２４は套管針であり、この套管針２
４には第２の固定導管１７₂が摺動自在に挿通される。
そして、手術に際しては、ロボットハンド９を套管針２
４の開口から押し込むと、ロボットハンド９は後述す指
節部分等が関節部で屈曲して小さくなり、すなわち、折
り畳まれた状態となり、套管針２４内を経て手術範囲に
到達する。

【００２２】止め具１は、一種のゴム手袋として造形さ
れ、人間の手にぴったり合い、人間の手の動きを妨げる
ことなく人間の手指３₀，４₀等の動きに追従して一体
的に動作する。この止め具（以下、ゴム手袋と称する）
１には、上述した固定導管１７₁とともに複数のボーデ
ンケーブル１８₁が人間の手本体３₀および各指４₀の
指節と対応した止め具１の手本体部３₁および各指部４
₁の各指節部分等の動きをロボットハンド９に伝達する
ために設けられる。なお、固定導管１７₁等はゴム手袋
１に取り付けることなく、ゴム手袋１と別個に前腕２₀
等にバンド等を用いて取り付けることも可能である。

【００２３】ボーデンケーブル１８₁は、可撓性を有す
る中空のアウタケーブル３５₁内に相当の曲げ剛性を有
するインナケーブル３１₁を摺動自在に挿通して構成さ
れ、ゴム手袋１の手本体部３₁と各指部４₁の各指節部
分に対応して設けられる。手本体部３₁に対応したボー
デンケーブル１８₁は、アウタケーブル３５₁の一端が
バンド５１に止着され、このアウタケーブル３５₁の一
端からインナケーブル３１₁が延出して一端部をゴム手
袋１の甲部分に止着され、また、アウタケーブル３５₁
の他端が第１の固定導管１７₁内に導入されて係止さ
れ、このアウタケーブル３５₁の他端からインナケーブ
ル３１₁が延出し、インナケーブル３１₁の他端部が後
述するレバー３４₃と連結する。

【００２４】また、指部４₁の指節部分に対応して設け
られたボーデンケーブル１８₁は、一端側が第１の固定
導管１７₁から引き出されたチューブ３１により第１の
固定導管１７₁内に導入され、このチューブ３１の開口
近傍でアウタケーブル３５₁が束ねた状態で止着され、
このアウタケーブル３５₁の開口から延出したインナケ
ーブル３１₁の端部がゴム手袋１に指部４₁の関節部間
の指節部分中央位置で止着される。すなわち、指部４₁
の指尖指節部分２５₁で代表して説明すれば、インナケ
ーブル３１は端部がゴム手袋１に指部４₁の指尖指節部
分２５₁の中間位置で止着する。

【００２５】なお、このゴム手袋１は、図２に示す態様
に構成することも可能である。この態様のゴム手袋１
は、人間の手の指（便宜上、指４₀で代表して説明す
る）の指尖指節２５₀、中指節２６₀、中間指節２７₀
および基底指節２８₀にそれぞれ嵌められる指節部分２
５₁，２６₁，２７₁，２８₁を人間の関節３３₀（図
２中の符号は省略する）と対応する関節部分３３₁で互
いに回動自在に結合したものである。なお、本明細書で
は、人間にかかるものには０の下付き添字を、ゴム手袋
１にかかるものについては１の下付き添字を、ロボット
ハンド９にかかるものについては２の下付き添字を付し
て、一部の説明を割愛する。

【００２６】そして、ボーデンケーブル１８は、指尖指
節２５₁に対応する１つで代表して説明すれば、図３ｂ
に示すように、アウタケーブル３５がゴム手袋１に一体
的に固定され、中指節２６₁の中間部に関節部分３３₁
の回動中心から距離ａ₁の位置でアウタケーブル３５の
一端部（図中１０₁で示す）が止着する。インナケーブ
ル３１は、一端が指尖指節２５₁の中間部に関節部分３
３₁の回動中心から距離ｂ₁の位置でアウタケーブル３
５₁の端部１０₁から延出したインナケーブル３１₁の
一端部が止着され、他端が後述するレバー３４₃と連結
されている。なお、この図２，３に示す態様のゴム手袋
１はその伝動の原理が上述した図１のゴム手袋よりも理
解が容易であるため、以下の説明ではこのゴム手袋１を
基に説明する。

【００２７】上述したボーデンケーブル１８は、オペレ
ータが指４₀の指尖指節２５₀の角度γ₁だけ曲げる
と、この指４₀の指尖指節２５₀の曲げに追従するゴム
手袋１の曲げでインナケーブル３１₁がアウタケーブル
３５₁に対して下記のコサイン公式で示される距離を摺
動する。Ｃ₁ ²＝ａ₁ ²＋ｂ₁ ²−２ａ₁ｂ₁・cos γ₁ （式１）

【００２８】なお、述べるまでもないが、上述したボー
デンケーブル１８₁および後述するボーデンケーブル１
８₂は伝達する動作の大きさ等に応じて太さ等の寸法を
適宜選択することができる。すなわち、人間の指節の大
きな動きには太いもの、小さな伝動には細いものが用い
られる。また、その材料も種々の材料、例えば、金属や
プラスチックを選択することができるが、滑りを最適に
するためにはフッ素樹脂等の摩擦係数が小さい材料を用
いることが望ましい。

【００２９】ロボットハンド９は、人間の手と同等の
形、機能を有し、可動部分として、前腕部２₂、手本体
部３₂および５つの指部４₂，５₂，６₂，７₂，８₂
（以下、必要に応じて番号４₂で代表、総称する）を備
える。そして、図２に示すように、各指部４₂，５₂，
６₂，７₂，８₂も、人間の手と同様に、関節部分３３
₂で折曲可能な指尖指節部分２５₂、中指節部分２
６₂、中間指節部分２７₂および基底指節部分２８₂を
備える。

【００３０】そして、このロボットハンド９にも、上述
した人間の手と同様に、手のボーデンケーブル１８₁と
同数のボーデンケーブル１８₂が手本体部３₂と５つの
指部４₂，５₂，６₂，７₂，８₂の各指節部分、すな
わち、指尖指節部分２５₂、中指節部分２６₂、中間指
節部分２７₂および基底指節部分２８₂に対応して設け
られる。上述した説明と対応させて指部４₂の指尖指節
部分２５₂で代表して説明すれば、ボーデンケーブル１
８₂は、図３ａに示すように、アウタケーブル３５₂の
一端部１０₂が関節部分３３₂の回動中心から距離ａ₂
の位置で中指節部分２６₂に係止し、インナケーブル３
１₂がアウタケーブル３５₂の端部から延出して指尖指
節部分２５₂に関節部分３３₂の回動中心から距離ａ₂
の位置で一端部を止着される。

【００３１】このアウタケーブル３５は他端部が第２の
固定導管１７₂内に導入されて第２の固定導管１７₂に
係止され、また、インナケーブル３１₂もアウタケーブ
ル３５₂と一体に第２の固定導管１７₂内に導入されア
ウタケーブル３５₂から延出した他端部がレバー３４₃
に連結する。なお、ロボットハンド９の指部４₂におい
ては各指節部分２６₂等をアウタケーブル３５₂として
用いることができるため、アウタケーブル３５₂を省略
することができ、図ではアウタケーブル３５₂を省略し
た態様を示している。

【００３２】このボーデンケーブル１８₂は、指尖指節
部分２５₂を角度γ₂曲げる場合に、インナケーブル３
１₂がアウタケーブル３５₂に対して下記のコサイン公
式で示される距離を摺動する。Ｃ₂ ²＝ａ₂ ²＋ｂ₂ ²−２ａ₂ｂ₂・cos γ₂ …式２なお、このボーデンケーブル１８₂はアウタケーブル３
５₂に第２の固定導管１７₂内で波状に屈曲する屈曲部
１１₂が形成され、曲がりやすくなっている（図２参
照）。

【００３３】なお、ロボットハンド９は、可動部分、す
なわち指部４₂の指節部分２５₂等がボーデンケーブル
１８₂に拘束されない状態、例えば、ボーデンケーブル
１８₂が自由状態であれば、各指節部分等は外力により
関節部３３₂廻りに容易に屈曲する。したがって、上述
したように、ロボットハンド９を套管針２４を経て人体
内部に差し込む際には套管針２４の開口にロボットハン
ド９を押し付けるとロボットハンド９は各指節部分等が
屈曲、すなわち、全体として折り畳まれた状態となり、
套管針２４内に入り込む。

【００３４】図中明示しないが、レバー３４₃は各ボー
デンケーブル１８₁，１８₂に対応してボーデンケーブ
ル１８₁，１８₂と同数が設けられ、これらレバー３４
₃が連結管２１内に揺動自在に収容される。これらレバ
ー３４₃はそれぞれが対応するボーデンケーブル１８₁
のインナケーブル３１₁とボーデンケーブル１８₂のイ
ンナケーブル３１₂とを連結する。すなわち、上述した
人間の手の指４₀に対応するゴム手袋１の指部４₁の指
尖指節部分２５₁に止着したボーデンケーブル１８₁の
インナケーブル３１₁およびロボットハンド９の指部４
₂の指尖指節部分２５₂に止着したボーデンケーブル１
８₂のインナケーブル３１₂の説明と対応する１つで代
表して説明すれば、図２に模式的に示すように、レバー
３４₃は中間部が回動自在に連結管２１に支持され、レ
バー３４₃の一端にボーデンケーブル１８₁のインナケ
ーブル３１₁が、レバー３４₃の他端にボーデンケーブ
ル１８₂のインナケーブル３１₂が連結する。

【００３５】上述したレバー３４₃は、周知のように、
揺動支点から各端部までの寸法等に対応して各ボーデン
ケーブル１８₁，１８₂の運動方向と大きさを上述した
式（１）（２）における角度γ₁，γ₂の比（角度伝動
比Ｒ）（Ｒ＝γ₂／γ₁）が所定の値となるように変換
する。そして、このレバー３４₃の角度伝動比Ｒはロボ
ットハンド９の寸法、人間の手の大きさとの比較等によ
り手術に最適な値になるように設定される。ただし、通
常の用途では、この角度伝動比Ｒは概ね１に設定され
る。

【００３６】この実施例にあっては、オペレータが手本
体３₀や指４₀等を動かすことで、ゴム手袋１が一体に
作動し、ロボットハンド９の対応する手本体部３₂や指
４₂等が作動する。例えば、オペレータが手本体３₀を
前腕２₀に対してバックハンド方向に曲げると、ゴム手
袋１の手本体部３₁が前腕部２₁に対してバックハンド
方向に同様にして作動し、このゴム手袋１の手本体部３
₁の動きがボーデンケーブル１８₁、レバー３４₃およ
びボーデンケーブル１８₂を介してロボットハンド９の
手本体部３₂に伝達され、ロボットハンド９の手本体部
３₂も前腕部２₀に対してバックハンド方向に曲がる。

【００３７】また同様に、オペレータが指４₀の指尖指
節２５₀を関節３３₀により曲げると、ゴム手袋１の指
尖指節部分２５₁が作動し、この指尖指節部分２５₁の
動きがボーデンケーブル１８₁，１８₂とレバー３４₃
を経てロボットハンド９の指尖指節部分２５₂に伝達さ
れ、この指尖指節部分２５₂がオペレータの指４₀の動
きに対応して曲がる。したがって、侵入性外科手術にお
いて到達不可能な部位での処置も容易であり、グリッパ
ー作業やハンター作業も容易に行える。

【００３８】図４はこの発明の第２実施例を示し、ゴム
手袋１の要部を拡大した模式図である。なお、この第２
実施例および後述する各実施例では、上述した実施例と
同一の部分には同一の番号を付して説明を省略する。

【００３９】この第２実施例は、ゴム手袋１にボーデン
ケーブル１８₁を一体に組み付けたものであり、ボーデ
ンケーブル１８₁のアウタケーブル３５₁はゴム手袋１
の表皮に包含される。このボーデンケーブル１８₁は、
指４₁の指尖指節部２５₁で代表して説明すれば、アウ
タケーブル３５₁の端部１０₁が中指節２６₁に位置し
て開口し、このアウタケーブル３５₁の端部から延出し
たインナケーブル３１₁の端部が外面に樹脂等の止め部
７３₁によって指尖指節２５₁と対応した位置で止着さ
れる。

【００４０】この第２実施例にあっては、ゴム手袋１に
よりオペレータの手を完全に被覆でき、また、ゴム手袋
１をオペレータの手に適合させることができ、さらに、
薄肉化して手の動きに対する追従性を改善することがで
きる。

【００４１】図５はこの発明の第３実施例を示し、ロボ
ットハンド９の指部の拡大模式図である。この第３実施
例は、ロボットハンド９の指部４₂の中指節部分２６₁
で代表して説明すれば、中間指節部分２７₂にアウタケ
ーブル３５₂，３５₂の端部１０₂をそれぞれ位置させ
るとともに、これらアウタケーブル３５₂，３５₂の端
部１０₂，１０₂から延出する２本のインナケーブル３
１₂，３１₂の端部を中指節部分２６₁に作動方向両側
位置で止着させる。そして、これらインナケーブル３１
₂，３１₂はそれぞれが同様にしてゴム手袋１の指部４
₁に止着されたボーデンケーブル１８₁，１８₁と連結
し、中指節部分２６₁はインナケーブル３１₂，３１₂
により双方向の回動動作が可能とされる。

【００４２】なお、図示しないが、ゴム手袋１における
ボーデンケーブル１８₁，１８₁の接続は上述したロボ
ットハンド９における止着の位置関係と同様であり、ボ
ーデンケーブル１８₁，１８₁の説明は省略する。

【００４３】図６はこの発明の第４実施例を示し、人間
の腕周りの図である。この第４実施例では、ロボットハ
ンド９の全体を第２の固定導管１７₂に回動自在に取り
付け（図示は省略する）、この回動自在に取り付けられ
たロボットハンド９を人間の手の回動に応じて回動させ
るための構造を示す。同図に示すように、人間の前腕１
０₀には肘近傍に締着バンド４８によって該締着バンド
４８上に端部を位置させてボーデンケーブル１８₁，１
８₁のアウタケーブル３５₁，３５₁が止着され、これ
らアウタケーブル３５₁，３５₁の端部からインナケー
ブル３１₁，３１₁が前腕１０₀上を交差して延出し、
これらインナケーブル３１₁，３１₁の端部が締着バン
ド４９に止着される。

【００４４】この第４実施例にあっては、手本体３₀を
回転させると、例えば、手本体３₀を図中矢印Ａ方向に
回転させると、一方のインナケーブル３１₁がアウタケ
ーブル３５₁内に押し込まれ（矢印Ｂ）、また、他方の
インナケーブル３１₁がアウタケーブル３５₁から引き
出される。したがって、これらインナケーブル３１₁，
３１₁と連結したボーデンケーブル１８₂，１８₂を第
２の固定導管１７₂に回動自在に取り付けられたロボッ
トハンド９の前腕２₂に止着することで（図示せず）、
オペレータの手本体３₀（前腕２₀）の回転に合わせて
ロボットハンド９の全体を回動させることができる。な
お、この第４実施例においてはロボットハンド９の廻り
の図示と説明を省略するが、その構造は上述した各実施
例から明瞭に理解される。

【００４５】図７はこの発明の第５実施例を示し、ボー
デンケーブルの接続部分を模式的に示す。同図に示すよ
うに、ボーデンケーブル１８₁のインナケーブル３１₁
とボーデンケーブル１８₂のインナケーブル３１₂とは
レバー３４₃により連結される。このレバー３４₃は、
前述した連絡管２１等に一端が回動自在に支持され、他
端にボーデンケーブル１８₁のインナケーブル３１₁が
連結し、中間に長さが所定の比率位置（ｎ：ｍ）でボー
デンケーブル１８₂のインナケーブル３１₂が連結す
る。

【００４６】この実施例では、手の大きさが異なるオペ
レータの使用に対しては１よりも小さな伝動比Ｒを設定
することで、また、手の指の動きが指によって異なる場
合（例えば、中指と親指）の使用等に対して大きく動作
する指の伝動系に選択的に介装して伝動比Ｒを小さくす
ることで、ロボットハンド９の指部４₂等の過大な屈折
が防止される。

【００４７】図８には第５実施例の他の態様を示し、
ａ，ｂ，ｃ，ｄの順で作動を時系列的に模式的に表す。
この第５実施例は、各ボーデンケーブル１８₁，１８₁
のインナケーブル３１₁，３１₁間に不定角伝動（伝動
比Ｒが変化する伝動）リンク機構５６からなる縮小器
（パンタグラフ）を設けたものである。リンク機構５６
は、固定導管１７₁等に一端が揺動自在に支持された可
動リンク５６ａ，５６ｂの他端に可動リンク５６ｃを回
動自在に連結して構成され、リンク５６ａ，５６ｃの連
結部にボーデンケーブル１８₁のインナケーブル３１₁
が、リンク５６ｂの中間部にボーデンケーブル１８₂の
インナケーブル３１₂が連結する。

【００４８】この態様においては、同図ａ，ｂに示す段
階Ｓ１，Ｓ２においてはインナケーブル３１₁が図中左
方へ移動している状態でインナケーブル３１₁，３１₂
の移動方向が一致するが、状態Ｓ２を超える図ｃ，ｄの
状態Ｓ３，Ｓ４においてはケーブル３１₁が図中左方へ
移動しているにもかかわらずケーブル３１₂が右方へ移
動し、インナケーブル３１₁，３１₂の移動方向が異な
るようになる。したがって、このリンク機構５６をロボ
ットハンド９の手本体部１１₂の伝動系に適用すること
で、図９に示すように、手本体１１の過大な屈折を防止
することができる。なお、述べるまでもないが、この第
５実施例の各態様は前述した各実施例、例えば図２に態
様に組み込むことが可能であり、また、図９に関する詳
細な説明は上述した各実施例から明らかであるため割愛
する。

【００４９】図１０はこの発明の第６実施例を示し、ａ
がロボットハンド９の指部４₂の真直状態の模式断面
図、ｂが同指部４₂を曲げた状態の模式断面図である。
同図に示すように、ロボットハンド９は使い捨て可能な
ゴムの手袋６５で覆われる。そして、指部４₂の指尖指
節部分２５₂と中指節部分２６₂とは屈曲可能な継目の
一面側に弾性を有するゴム部材６４が関節部として機能
するように設けられ、ワイヤ６６が指節部分６３の内面
に止着している。

【００５０】この第６実施例にあっては、手術後におい
てはゴムの手袋６５を捨てることができるため、消毒を
するのみで足り、その取扱が容易である。すなわち、医
療用機器は手術後において殺菌することが不可欠であ
り、殺菌に際しては過熱蒸気炉（蒸気消毒器）等におい
て高温や高湿度にさらされるため、高温度に耐えうる材
料、構造、また、曲がった空洞等も確実に消毒されうる
ように構成しなければならない。しかし、この第６実施
例では、使い捨て可能な手袋６５によりロボットハンド
９が覆われるため、消毒等が簡単に行える。

【００５１】また、この第６実施例では、ワイヤ６６の
図中左方への移動で指尖指節部分２５₂が押されて曲が
るが（図１０ｂ参照）、ゴム部材６４が指尖指節部分２
５₂を中指節部分２６₂に対して真直状態となるように
付勢するため、ワイヤ６６が弛められると自動的に真直
状態に復帰する（図１０ａ参照）。

【００５２】なお、上述した第６実施例ではゴム部材６
４を指部４₂に設けるが、このゴム部材６４は手袋６４
の内面に一体成形することもでき、さらに、別個に形成
したゴム部材６４を手袋６４の内面に接着等で設けるこ
とも可能である。また、この第６実施例では、相当の曲
げ剛性を有するワイヤ６６を用いるが、上述した各実施
例と同様のボーデンケーブル１８₂を用いることも可能
である。

【００５３】図１１はこの発明の第７実施例を示し、ゴ
ム手袋１の指部４₁を拡大して表す図である。この第７
実施例は、ゴム手袋１の指部４₁の各指節部分２５₁，
２６₁，２７ ₁を帯状として関節部３３₁で連結して構
成する。そして、ボーデンケーブル１８₁のアウタケー
ブル３５₁の端部１０₁に伸縮かつ屈曲可能なコイルス
プリング７４を取り付け、このコイルスプリング７４の
先端をゴム手袋１の指尖指節部分２５₁に係止させ、こ
のコイルスプリング７４内にインナケーブル３１₁を遊
挿させたものである。

【００５４】この第７実施例によれば、ボーデンケーブ
ル１８₁のアウタケーブル３５₁の端部１０₁から延出
したインナケーブル３１₁が曲がることを防止でき、人
間の指４₀の動きを確実にロボットハンド９の指部４₂
に伝動でき、高い信頼性が得られる。

【００５５】図１２はこの発明の第８実施例を示し、ａ
がロボットハンド９の指部４₂の真直状態の模式図、ｂ
が同指部４₂の屈曲状態の模式断面図である。同図に示
すように、ロボットハンド９の手本体３₂には凹部８９
が形成され、この穴８９にコイルスプリング８１の端部
が固定され、このコイルスプリング８１の先端にピン部
材８２が固着される。また、コイルスプリング８１に
は、手本体３₂に形成された孔８９ａから延出するワイ
ヤ６６が遊挿し、このワイヤ６６の端部がピン部材８２
に止着される。これらコイルスプリング８１とピン部材
８２とにより指部４₂が構成される。

【００５６】この第８実施例にあっても、ワイヤ６６の
押し込み（図ａ中矢印）、引出し操作（図ｂ中矢印）で
コイルスプリング８１が曲がり、指部４₂が同図ａ，ｂ
に示すように真直、屈曲する。なお、この第８実施例
は、図１３ａ，ｂに示す態様、図１４ａ，ｂに示す態
様、また、図１５に示す態様に構成することが可能であ
る。

【００５７】すなわち、図１３ａ，ｂに示す態様では、
コイルスプリング８１内に対向して長手方向に延在する
溝８４ａ，８４ａが形成されたゴム棒８４を設けるとと
もに、このゴム棒８４の溝８４ａ，８４ａ内にワイヤ６
６，６６を配置し、これらケーブル６６，６６の端部を
ピン部材８２に径方向に離間して止着したものである。
この態様では、ゴム棒８４は一端を凹部８９に、他端を
ピン部材８２に固定することが望ましい。

【００５８】また、図１４ａ，ｂに示す態様は、上記図
１３の態様におけるゴム棒８４に替えて弾性を有する薄
い金属板８５をスプリング８１内に設け、この金属板８
５の両側にワイヤ６６，６６を配置したものである。こ
の金属板８５は、一端がピン部材８２に係止し、他端が
手本体３2 に係止する。これら図１３、図１４の態様で
は、小型化が図れ、指部１４の撓み特性を安定化でき、
また、高い信頼性が得られる。

【００５９】さらに、図１５に示す態様では、図１２の
態様を基礎として、スプリング８１とピン部材８２とを
含む全体をゴム８６に埋入させたものである。この態様
では、小型化が図れるのみならず、ロボットハンド９の
外観を人間の手に似せることができるためオペレータが
手術に対して安心感を覚え、また、手術後におけるロボ
ットハンド９の清掃等も容易である。

【００６０】図１６および図１７にはこの発明の第９実
施例を示し、図１６が一部を破断断面した正面図、図１
７が平面図である。同図に示すように、ゴム手袋１に
は、親指部８₁、人指し指部４₁および中指部５₁の各
指節部分にそれぞれボーデンケーブル１８₁が配索さ
れ、また、甲部にケース９１が設けられる。上述した各
実施例と同様に、各ボーデンケーブル１８₁はアウタケ
ーブル３５₁の端部がケース９１に係止され、また、イ
ンナケーブル３１₁がケース９１内に導入される。

【００６１】ケース９１には内部に略扇形状の３つの伝
動部材９２が付け根部分を取り付けられて揺動自在に収
容され、これら伝動部材９２にそれぞれ揺動中心から大
きく離間して上述した各インナケーブル３１₁の端部が
止着される。また、ケース９１には一側に導管９３が延
設され、この導管９３の先端に人間の手３₀の親指
８ ₀、人指し指４₀および中指５₀に対応した指片９
８，９４，９５が揺動自在に設けられる。これら指片９
４，９５，９８にはそれぞれワイヤ６６，６６，６６の
一端が別個に止着し、これらワイヤ６６の他端がそれぞ
れ対応する伝動部材９２に揺動中心に近い位置で止着さ
れている。なお、６６ａはワイヤ６６に介設されたスプ
リングである。

【００６２】この第９実施例にあっても、オペレータが
指４₀，５₀，８₀を動かすことで指４₀，５₀，８₀
の動きがそれぞれケーブル３１，伝動部材９２およびケ
ーブル９５を介し指片９４，９５，９８に別個独立して
伝動され、指片９４，９５，９８がオペレータの指
４₀，５₀，８₀の動きに対応して作動する。

【００６３】なお、上述した各実施例では、インナケー
ブル３１₁，３１₂をアウタケーブル３５₁，３５₂内
に挿通したボーデンケーブル１８₁，１８₂を例示する
が、アウタケーブル３５₁，３５₂はゴム手袋１やロボ
ットハンド９の本体等で代替することも可能であり、ま
た、インナケーブル３１₁，３１₂が上述したワイヤ６
６等のように相当の剛性を有するものであればアウタケ
ーブル３５₁，３５₂は必ずしも必要ではなく、請求の
範囲の「ボーデンケーブル」には上記態様を含む。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明にかかる外科用マニピュレータによれば、人間の手に
装着される止め具と、人間の手と同等の形と機能とを備
えたロボットハンドとの対応する各部分をそれぞれボー
デンケーブルで一体的に連結し、ロボットハンドに人間
の手の動きを伝達してロボットハンドを作動させるよう
にしたため、シリンダ等の油空圧機器やモータ等の電気
機器を用いることなく純機械的な構造が達成され、構造
の簡素化、また、小型化が図れるという効果が得られ
る。さらに、ロボットハンドは、手術に際して、套管針
の開口に押し付けられると、その可動部分が関節部で屈
曲して折り畳まれた状態で套管針内に入り込むため、患
者に施す傷も極めて小さくできる。

【００６５】そして、請求項２および請求項３の発明の
外科用マニピュレータによれば、ボーデンケーブルに人
間の手の動きを縮小して伝達する縮小器を介設するため
人間の手等の動きを適正な大きさでロボットハンドに伝
達でき、手術が容易に行える。特に、請求項３の態様で
は、ロボットハンドの過大な動きも防止でき、より高い
信頼性を得られ、また、手術に適した動作特性をロボッ
トハンドに付与することもできるようになる。

【００６６】また、請求項４および請求項５の外科用マ
ニピュレータによれば、ロボットハンドを着脱自在なゴ
ム製のカバーで被覆するため人間の手に近似した形状と
でき、オペレータに安心感を与えることができ、また、
手術後の処置も容易である。特に、請求項５の態様で
は、カバーが関節部としても機能するため、より小型
化、また、構造のより簡素化が図れる。

【００６７】さらに、請求項６の外科用マニピュレータ
によれば、ボーデンケーブルにアウタケーブル端部から
延出したインナケーブルが挿通するコイルばねを設けた
ため、止め具の各部分の動作を確実にロボットハンドへ
伝達でき、高い信頼性が得られる。

【００６８】またさらに、請求項７、請求項８および請
求項９の外科用マニピュレータによれば、先端にピン状
部材が固定された渦巻きばねの基端を手本体に固定し、
ピン状部材にボーデンケーブルを連結、すなわち、ピン
状部材と渦巻きばねとでロボットハンドの指部を構成す
るため、より簡単な構造が達成される。特に、請求項８
の態様では金属板により指部が所定の曲げ方向に付勢さ
れるためロボットハンドの操作が容易となり、また、請
求項９の態様では人間の手に模してオペレータに安心感
を与えることができ、さらに、手術後の消毒等も容易で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る外科用マニピュレー
タを示す全体図である。

【図２】同外科用マニピュレータの他の態様の止め具の
一部を拡大した図である。

【図３】同態様の外科用マニピュレータの作用を説明す
るための図であり、ａがロボットハンド廻りを、ｂが止
め具の廻りを表す。

【図４】この発明の第２実施例にかかる外科用マニピュ
レータの止め具の一部を拡大した図である。

【図５】この発明の第３実施例にかかる外科用マニピュ
レータのロボットハンドの一部を拡大した図である。

【図６】この発明の第４実施例にかかる外科用マニピュ
レータの人間の前腕廻りを示す図である。

【図７】この発明の第５実施例にかかる外科用マニピュ
レータの一部を模式的に示す図である。

【図８】同第５実施例にかかる外科用マニピュレータの
他の態様を模式的に示す図であり、ａ，ｂ，ｃ，ｄが動
きを時系列的に表す。

【図９】同態様におけるロボットハンドの全体斜視図で
ある。

【図１０】この発明の第６実施例にかかる外科用マニピ
ュレータのロボットハンドの指部を模式的に示す断面図
であり、ａが真直状態を、ｂが曲がった状態を表す。

【図１１】この発明の第７実施例にかかる外科用マニピ
ュレータの止め具の指部を拡大した図である。

【図１２】この発明の第８実施例にかかる外科用マニピ
ュレータのロボットハンドの指部を模式的に示す断面図
であり、ａが真直状態を、ｂが曲がった状態を表す。

【図１３】同第８実施例の外科用マニピュレータのロボ
ットハンドの指部の他の態様を表し、ａが一部の縦断面
図、ｂが横断面図である。

【図１４】同第８実施例の外科用マニピュレータのロボ
ットハンドの指部のまた他の態様を表し、ａが一部の縦
断面図、ｂが横断面図である。

【図１５】同第８実施例の外科用マニピュレータのロボ
ットハンドの指部のさらに他の態様を表す断面図であ
る。

【図１６】この発明の第９実施例にかかる外科用マニピ
ュレータの一部を断面した全体正面図である。

【図１７】同第９実施例の外科用マニピュレータの全体
平面図である。

【符号の説明】

１ゴム手袋（止め具）２₀ 人間の前腕２₁ 止め具の前腕部２₂ ロボットハンドの前腕部３₀ 人間の手本体３₁ 止め具の手本体部３₂ ロボットハンドの手本体部４₀，５₀，６₀，７₀，８₀ 人間の指４₁，５₁，６₁，７₁，８₁ 止め具の手本体部４₂，５₂，６₂，７₂，８₂ ロボットハンドの
手本体部９ロボットハンド１０アウタケーブル端部１１屈曲部１７₁ 第１の固定導管（連結部材）１７₂ 第２の固定導管（連結部材）１８₁，１８₂ ボーデンケーブル２１連結管２４套管針２５₀，２６₀，２７₀，２８₀ 人間の指節２５₁，２６₁，２７₁，２８₁ 止め具の指節２５₂，２６₂，２７₂，２８₂ ロボットハン
ドの指節３１₁，３１₂ インナケーブル３２チューブ３３₀ 人間の指の関節３３₁ 止め具の指部の関節部３３₂ ロボットハンドの指部の関節部３４₃ レバー３１₁，３１₂ アウタケーブル４８，４９締着バンド５１バンド５６リンク機構６４ゴム部材６５ゴム手袋６６ワイヤ（ボーデンケーブル）７４コイルスプリング８２ピン部材８４ゴム棒８５金属板９１ケース９２伝動部材Ｒ角度伝動比

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ１６Ｃ 1/12 9242−3Ｊ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】到達不可能な部位と空洞での外科的医療
処置に用いる外科用マニピュレータであって、少なくとも手が含まれる人間の所定部位に該所定部位と
一体動作可能に取り付けられた止め具と、該止め具に連結部材を介して取り付けられ、複数の可動
部分を関節部で前記人間の取付部位と相似あるいは近似
する動作を可能に連結して構成されたロボットハンド
と、前記連結部材内を配索されて前記人間の取付部位の各部
分に対応した前記止め具の各部分と前記ロボットハンド
の対応する可動部分とをそれぞれ別個に連結し、前記止
め具の各部分の動作を前記ロボットハンドの対応する各
可動部分に独立して伝動するボーデンケーブルとを備
え、前記ロボットハンドを套管針開口に押し込むことで前記
可動部分が前記関節部で屈曲して套管針内部に入り込む
ように構成したことを特徴とする外科用マニピュレー
タ。
【請求項２】前記ボーデンケーブルに、前記止め具の
各部分の動作を前記ロボットハンドの各可動部分に縮小
して伝動する縮小器を介設した請求項１記載の外科用マ
ニピュレータ。
【請求項３】前記縮小器は前記止め具の部分の動作の
大きさで伝動比が変化するリンク機構からなる請求項２
記載の外科用マニピュレータ。
【請求項４】前記ロボットハンドを着脱自在なゴム製
のカバーで被覆した請求項１記載の外科用マニピュレー
タ。
【請求項５】前記ロボットハンドの相対変位自在に連
結した隣接する可動部分間にわたってゴム様弾性材から
なる関節部材を設け、該関節部材を関節部として機能す
るようにした請求項１記載の外科用マニピュレータ。
【請求項６】前記ボーデンケーブルは、前記止め具の
一部分に端部が係止されたアウタケーブルと、該アウタ
ケーブル内に挿通され、該アウタケーブル端部から延出
して前記止め具の他の一部分に止着されたインナケーブ
ルとを備え、前記アウタケーブルの端部にコイルばねを
設け、該コイルばね内に前記インナケーブルを挿通した
ことを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記
載の外科用マニピュレータ。
【請求項７】前記ロボットハンドは、手本体と、該手
本体に基端が固定された渦巻きばねと、該渦巻きばねの
先端に固定されたピン状部材とを備え、該ピン状部材に
前記ボーデンケーブルのインナケーブルが止着した請求
項１記載の外科用マニピュレータ。
【請求項８】前記渦巻きばねに沿って弾性を有する薄
い金属板を設け、該金属板が前記渦巻きばねの曲がりを
所定方向に付勢するようにした請求項７記載の外科用マ
ニピュレータ。
【請求項９】前記渦巻きばねにゴムを充填して全体を
ゴムにより被覆した請求項７または請求項８記載の外科
用マニピュレータ。