WO2010126128A1 - 医療用マニピュレータ - Google Patents

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WO2010126128A1
WO2010126128A1 PCT/JP2010/057672 JP2010057672W WO2010126128A1 WO 2010126128 A1 WO2010126128 A1 WO 2010126128A1 JP 2010057672 W JP2010057672 W JP 2010057672W WO 2010126128 A1 WO2010126128 A1 WO 2010126128A1
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WO
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engagement
unit
engaging
origin
shaft
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/057672
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English (en)
French (fr)
Inventor
神野誠
勝木亮平
須永耕平
阪田哲次
Original Assignee
テルモ株式会社
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Filing date
Publication date
Application filed by テルモ株式会社 filed Critical テルモ株式会社
Priority to JP2011511467A priority Critical patent/JP5623391B2/ja
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70Manipulators specially adapted for use in surgery
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00367Details of actuation of instruments, e.g. relations between pushing buttons, or the like, and activation of the tool, working tip, or the like
    • A61B2017/00398Details of actuation of instruments, e.g. relations between pushing buttons, or the like, and activation of the tool, working tip, or the like using powered actuators, e.g. stepper motors, solenoids
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/0046Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets with a releasable handle; with handle and operating part separable
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28Surgical forceps
    • A61B17/29Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A61B17/2909Handles
    • A61B2017/2911Handles rings
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    • A61B17/28Surgical forceps
    • A61B17/29Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A61B17/2909Handles
    • A61B2017/2925Pistol grips

Definitions

  • the present invention relates to a medical manipulator that includes a drive unit and a working unit having a distal end working unit that is operated by the drive unit, and the drive unit and the working unit are configured to be detachable.
  • manipulators used in laparoscopic surgery are desired to be capable of quick and appropriate procedures depending on the position and size of the affected area, and various techniques such as excision of the affected area, suturing and ligation are required. Done.
  • a manipulator that has a high degree of freedom in operation and can be easily operated (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-104854).
  • a manipulator described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-104854 is configured such that a working unit having a tip operating unit and a driving unit having a motor and a handle are detachable. This makes it possible to easily configure a manipulator having various tip operating parts according to the procedure by replacing a predetermined working part provided with various tip operating parts such as scissors and grippers with respect to the drive part. it can.
  • this manipulator when the drive unit and the working unit are mounted, the cruciform projections and recesses formed at the tips of the drive shaft and the driven shaft are engaged with each other, whereby the rotational driving force of the motor is transmitted to the drive unit. Can be transmitted to the working unit to operate the tip working unit.
  • this manipulator is provided with a lock member that can fix the rotational position of the motor.
  • the motor is returned to the original position in advance so that the motor is always kept at the predetermined original position. Therefore, the control can be easily started from the origin position at the next mounting.
  • the present invention has been made in connection with such a conventional technique, and a drive unit having a drive shaft and a working unit having a driven shaft and a tip operation unit can be more quickly and easily attached and detached.
  • An object is to provide a medical manipulator.
  • a medical manipulator includes a drive unit having a drive shaft rotated by an actuator, a driven shaft driven to rotate by the drive shaft, a tip operating unit operated by rotation of the driven shaft, and the tip And a working portion detachably attached to the driving portion.
  • the driving shaft and the driven shaft are provided with an engaging convex portion at one tip, and the other.
  • An engagement recess that can be engaged with the engagement projection is provided at the tip of the engagement projection, and the engagement projection and the engagement recess engage with each other in a state in which the drive unit and the working unit are mounted.
  • the rotation of the drive shaft can be transmitted to the driven shaft, and the engagement convex portion and the engagement concave portion are engaged with each other at one or more phases set based on an allowable rotation range of the driven shaft. It is possible.
  • the engagement phase (engagement location) between the engagement convex portion and the engagement concave portion in accordance with the allowable rotation range that is the operation region of the driven shaft that drives the tip operation portion.
  • the engagement convex portion and the engagement concave portion can be configured to be engageable with the maximum number of engagement phases in consideration of the operation region of the distal end operation portion. Accordingly, it is possible to reduce the time required for the origin search operation required when the driving unit and the working unit are mounted and the engaging convex portion and the engaging concave portion are engaged, as much as possible. As a result, the drive unit and the working unit can be mounted quickly and easily.
  • the engagement convex portion and the engagement If the recesses are configured to be able to engage with each other only at a phase of n or less, a rapid origin search can be performed while reliably preventing the origin from being erroneously detected after engagement.
  • the engagement convex portion or the engagement concave portion provided on the drive shaft is elastically supported so as to be movable back and forth in the axial direction, and the elastically supported engagement convex portion or the engagement concave portion includes the
  • the coupling sensor capable of detecting whether or not the engagement convex portion and the engagement concave portion can be engaged by moving back and forth in the axial direction is provided, the detection of the engagement state is ensured. It can be carried out.
  • the drive unit is preferably provided with an origin detection sensor capable of detecting the origin of the actuator or the drive shaft.
  • the drive shaft is rotated based on the detection information of the origin detection sensor to perform the origin detection operation, and the engagement convex portion and the An origin search unit for performing an origin search operation for setting the origin after performing an engagement operation of an engagement recess and detecting the origin and the engagement state of the engagement projection and the engagement recess; This makes it possible to detect the origin quickly and accurately.
  • the allowable rotation range of the driven shaft is such that when the contact member provided along the radial direction of the driven shaft and the corresponding contact member rotate together with the driven shaft, the corresponding contact member comes into contact. It is also possible to define the rotation range of the driven shaft by using a restricting portion that restricts the rotation range from the origin in a normal rotation direction and a reverse rotation direction within a range of less than 180 degrees.
  • an attachment / detachment sensor for detecting the attachment / detachment state of the drive unit and the working unit because the attachment / detachment state can be reliably detected.
  • FIG. 6 is a partially omitted perspective view of an operation unit. It is a partially-omission perspective view of a working part.
  • FIG. 5 is a partially omitted perspective view of a composite input unit and its peripheral part. It is a front view of a composite input part. It is a partially omitted exploded side view of the operation unit and the working unit.
  • FIG. 5 is a partially omitted perspective view of the drive unit and its peripheral part in a state where the operation unit and the working unit are mounted.
  • FIG. 6 is a partially omitted plan view of the drive unit and its peripheral part in a state where the operation unit and the working unit are mounted.
  • FIG. 3 is a partially omitted cross-sectional side view of a drive unit and its peripheral part.
  • FIG. 4 is a partially omitted cross-sectional front view of a drive unit and its peripheral part. It is a partially omitted plan view of a working unit.
  • FIG. 12 is a partially omitted cross-sectional side view taken along line XII-XII in FIG. 11. It is a cross-sectional perspective view of a pulley box.
  • 14A is a partially omitted bottom view for explaining the allowable rotation range of the pulley
  • FIG. 14B is a partially omitted bottom view showing a state in which the pulley is rotated from the state shown in FIG. 14A.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line XV-XV in FIG. It is a partially omitted cross-sectional perspective view of the trigger lever.
  • 17A is a partially omitted cross-sectional side view of the trigger lever
  • FIG. 17B is a partially omitted cross-sectional side view in a state where the lever is operated from the state shown in FIG. 17A.
  • It is a partial omission cross-sectional side view of a trigger lever attaching part and its peripheral part.
  • It is a partially omitted side view for explaining the imaging direction of the barcode by the camera.
  • 20A is a partially omitted bottom view of the operation unit
  • FIG. 20B is a partially omitted plan view of the working unit.
  • FIG. 10 is a partially omitted plan view showing a modified example of a structure for restricting an allowable rotation range of a pulley.
  • FIG. 22A is an explanatory view showing a state in which the engaging convex portion and the engaging concave portion are in a phase where they cannot be engaged
  • FIG. 22B is an explanatory view showing a state in which the engaging convex portion and the engaging concave portion are engaged. is there.
  • FIG. 23A is a partially omitted cross-sectional side view showing a state in which the operating portion and the working portion are mounted and the engaging convex portion and the engaging concave portion are not engaged
  • FIG. 24A is an explanatory diagram illustrating a first example of the initial phase of the engaging convex portion and the engaging concave portion
  • FIG. 24B is an explanatory diagram illustrating a second example of the initial phase of the engaging convex portion and the engaging concave portion
  • FIG. 24C is an explanatory diagram illustrating a third example of the initial phase of the engaging convex portion and the engaging concave portion
  • FIG. 24D is an explanatory diagram illustrating a fourth example of the initial phase of the engaging convex portion and the engaging concave portion.
  • FIG. 24A is an explanatory diagram illustrating a first example of the initial phase of the engaging convex portion and the engaging concave portion
  • FIG. 24B is an explanatory diagram illustrating a second example of the initial phase of the engaging convex portion and the engaging concave portion
  • FIG. 24C is an explanatory diagram illustrating a third example of the initial phase of the engaging convex portion and the engaging concave portion
  • FIG. 25A is an explanatory diagram illustrating a state in an initial phase in the operation pattern of the first example illustrated in FIG. 24A
  • FIG. 25B is an explanatory diagram illustrating a state in which the engaging convex portion is rotated from the state illustrated in FIG. 25A
  • FIG. 25C is an explanatory view showing a state in which the engaging convex portion and the engaging concave portion are engaged from the state shown in FIG. 25B
  • FIG. 25D is a diagram in which the engaging convex portion and the engaging concave portion are engaged. It is explanatory drawing which shows the state by which the motor was set to the origin.
  • 26A is an explanatory diagram illustrating a state in an initial phase in the operation pattern of the second example illustrated in FIG. 24B
  • 26B is an explanatory diagram illustrating a state in which the motor is rotated from the state illustrated in FIG. 26A.
  • 26C is an explanatory diagram showing a state where the motor has overrun the origin from the state shown in FIG. 26B
  • FIG. 26D is an explanatory diagram showing a state where the motor is set to the origin.
  • FIG. 27A is an explanatory diagram showing a state in an initial phase in the operation pattern of the third example shown in FIG. 24C
  • FIG. 27B shows that the engaging convex part is rotated from the state shown in FIG.
  • FIG. 27C is an explanatory view showing a state where the motor is overrun from the state shown in FIG. 27B and then set to the origin.
  • FIG. 28A is an explanatory diagram showing a state in an initial phase in the operation pattern of the fourth example shown in FIG. 24D
  • FIG. 28B is an explanatory diagram showing a state in which the engaging convex portion is rotated from the state shown in FIG. 28A
  • FIG. 28C is an explanatory diagram showing a state in which the motor is set to the origin after the engagement convex portion and the engagement concave portion are engaged from the state shown in FIG. 28B.
  • FIG. 29A is an explanatory view showing a configuration example when the engaging phase of the engaging convex portion and the engaging concave portion is configured in a 180 ° phase shape
  • FIG. 29B is an engaging convex portion from the state shown in FIG. 29A.
  • FIG. 30A is an explanatory view showing another configuration example when the engaging phase of the engaging convex portion and the engaging concave portion is configured in a 180 ° phase shape
  • FIG. 30B is an engaging state from the state shown in FIG. 30A.
  • FIG. 31A is an explanatory view showing a configuration example when the engaging phase of the engaging convex portion and the engaging concave portion is configured in a 120 ° phase shape
  • FIG. 31B shows the engaging convex portion from the state shown in FIG. 31A.
  • FIG. 31B shows the engaging convex portion from the state shown in FIG. 31A.
  • FIG. 32A is an explanatory view showing another configuration example when the engaging phase of the engaging convex portion and the engaging concave portion is configured in a 120 ° phase shape
  • FIG. 32B is engaged from the state shown in FIG. 32A.
  • It is explanatory drawing which shows the state which made the convex part and the engagement recessed part engage.
  • It is a top view which shows the modification of the detection piece which is a sensor dog of an origin detection sensor.
  • FIG. 35A is an explanatory diagram illustrating a configuration example in which the engagement phase of the engagement convex portion and the engagement concave portion is configured in a 180 ° phase shape, and the allowable rotation range of the pulley is set to 180 ° or more.
  • FIG. 35C is an explanatory diagram showing a state in which the engaging convex portion and the engaging concave portion are engaged with each other in a normal phase from the state shown in FIG. 35A, and FIG. 35C shows that the engaging convex portion and the engaging concave portion are from the state shown in FIG. It is explanatory drawing which shows the state engaged by the reverse phase.
  • FIG. 41 is a partially omitted cross-sectional side view showing a state in which the trigger lever shown in FIG. 40 is latched. It is a partially-omitted cross-sectional side view which shows the 2nd example of the modification of a trigger lever.
  • FIG. 44 is a partially omitted cross-sectional side view showing a state in which the trigger lever shown in FIG. 43 is latched.
  • FIG. 45A is an explanatory view showing a state in which the engaging convex portion and the engaging concave portion are in the initial phase in another method of the origin search operation
  • FIG. 45B is a state in which the motor is rotated forward from the state shown in FIG. FIG.
  • FIG. 45C is a diagram illustrating a state in which the contact portion is in contact with one stopper
  • FIG. 45C illustrates a state in which the motor is reversely rotated from the state illustrated in FIG. 45B and the contact portion is in contact with the other stopper.
  • FIG. 45D is an explanatory diagram illustrating a state in which the motor is set as the origin from the state illustrated in FIG. 45C. It is a model side view of a front-end
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of a surgical robot system in which a base part to which a working part can be attached and detached is connected to a tip of a robot arm.
  • the manipulator (medical manipulator) 10 grips a predetermined part of a living body or a curved needle or the like on a distal end working unit 12 provided at the distal end of a connecting shaft 18. It is a medical instrument for performing treatment, and is usually called a grasping forceps or a needle driver (needle holder).
  • the width direction in FIG. 1 is defined as the X direction
  • the height direction is defined as the Y direction
  • the extending direction of the connecting shaft 18 is defined as the Z direction.
  • the right side is defined as the X1 direction, the left side as the X2 direction, the upward direction as the Y1 direction, the downward direction as the Y2 direction, the forward direction as the Z1 direction, and the backward direction as the Z2 direction.
  • the description of these directions is based on the case where the manipulator 10 is in a neutral posture. These directions are for convenience of explanation, and it is needless to say that the manipulator 10 can be used in any direction (for example, upside down).
  • the manipulator 10 includes an operation unit (base unit) 14 that is manually held and operated, and a work unit 16 that is detachable from the operation unit 14, and a controller 514 that is detachable from the operation unit 14 via a connector 520. It is comprised as a manipulator system which has.
  • the operation unit 14 is provided with a drive unit (actuator unit) 30 that electrically drives the working unit 16 side.
  • the separated operation unit 14 is shown in FIG. 2, and the separated operation unit 16 is shown in FIG.
  • the controller 514 is a control unit that comprehensively controls the manipulator 10, and is connected to the cable 61 extending from the lower end of the grip handle (handle) 26 via the connector 520. A part or all of the functions of the controller 514 can be integrally mounted on the operation unit 14, for example.
  • the controller 514 includes, for example, a first port 515a, a second port 515b, and a third port 515c, and can control three manipulators 10 independently at the same time.
  • Reference numeral 516 in FIG. 1 is a power switch of the controller 514.
  • the controller 514 can be connected to a host computer 502 which is a usage history management unit via a communication unit such as a LAN.
  • the host computer 502 records a usage history table in an internal recording means (not shown), and transmits / receives usage history data corresponding to the requested individual number to the controller 514 or a plurality of controllers connected by the LAN. And manage.
  • the host computer 502 is not limited to a configuration independent of the controller 514, and the function may be provided in the controller 514.
  • Such a manipulator 10 and a system including the manipulator 10 can selectively adopt various configurations.
  • the working unit 16 applies various end effectors such as a gripper and scissors as the distal end working unit 12 to obtain a desired configuration. The action can be performed.
  • the operation unit 14 is configured in a substantially L shape extending in the Z1 direction and the Y2 direction, and a pair of upper covers 25a and 25b (substantially divided in the Z direction).
  • the drive unit 30 and the camera 224 (see FIG. 6) and the like are housed in the housing, and the portion extending in the Y2 direction on the base end side is also referred to as the “upper cover 25”.
  • the grip handle 26 is configured to be gripped by a hand.
  • the upper cover 25 may be formed of a resinous material, for example, and may have an integral configuration that cannot be divided.
  • the grip handle 26 has a length suitable for being manually gripped, and has the composite input portion 24 on the upper inclined surface 26a.
  • the grip handle 26 extends in an approximately Y2 direction from an inclined surface 26a formed in a bent portion of the upper cover 25.
  • the grip handle 26 has an angle of about 75 ° (degrees) with respect to the axis of the connecting shaft 18. It extends to. By making such an angle, it has been confirmed that the operability when moving the entire manipulator 10 is enhanced and the operability of the composite input unit 24 is enhanced.
  • a master switch (main switch) 34 is provided in the vicinity of the top of the operation unit 14 in the Y1 direction so as to be exposed from the upper cover 25. Is provided.
  • the working unit 16 includes a distal end working unit 12 for performing work, a long and hollow connecting shaft (shaft) 18 provided with the distal end working unit 12 at the tip, and a lower bracket to which the proximal end side of the connecting shaft 18 is fixed. 32 and a trigger lever 36 pivotally supported at the end of the lower bracket 32 in the Z2 direction.
  • the working unit 16 has a pair of lower covers 37a and 37b (hereinafter, collectively referred to as “lower cover 37”) divided substantially symmetrically in the Z direction as a housing, and houses the lower bracket 32 therein. .
  • the lower cover 37 may be formed of a resinous material, for example, and may have an integral configuration that cannot be divided.
  • Such a working unit 16 is fixed to the operation unit 14 by a pair of left and right attachment / detachment levers 400 and 400 provided in the operation unit 14 (drive unit 30), and from the operation unit 14 by an opening operation of the attachment / detachment lever 400. It is separable and can be easily replaced at the surgical site without using a special instrument.
  • the upper surface (Y1 surface) of the lower bracket 32 is provided with a cleaning liquid injection port 39 used for cleaning the internal space in order to reuse the lower bracket 32.
  • the distal end working unit 12 and the connecting shaft 18 are configured to have a small diameter, and can be inserted into a body cavity 22 from a cylindrical trocar 20 provided in a patient's abdomen or the like.
  • a body cavity 22 By operating the (base part side input part) 24 and the trigger lever (working part side input part) 36, various procedures such as excision of the affected part, grasping, suturing and ligation can be performed in the body cavity 22.
  • the tip operation unit 12 that operates based on the operation of the composite input unit 24 and the trigger lever 36 can be operated in three axes. That is, a yaw axis operation that tilts with respect to the Y axis, a roll axis operation that rotates with respect to an axis pointing at the tip (Z axis in the neutral posture), and a gripper axis operation that can be opened and closed.
  • the yaw axis and the roll axis are electrically driven based on the operation of the composite input unit 24, and the gripper axis is mechanically driven based on the operation of the trigger lever 36.
  • mechanical is a method of driving through wires, chains, timing belts, links, rods, gears, etc., and is mainly a method of driving through solid mechanical parts that are inelastic in the power transmission direction. is there.
  • Wires, chains, and the like may have some inevitable elongation due to tension, but these are inelastic solid mechanical parts.
  • a load limiter 212 (see FIG. 18), which will be described later, has almost no elastic deformation during normal operation and is substantially an inelastic part.
  • the driving unit 30 converts two motors (actuators) 100 and 102, an upper bracket 104 that supports the motors 100 and 102, and a rotation direction of the motors 100 and 102. And a gear mechanism unit 106 that transmits to the working unit 16 side.
  • the motors 100 and 102 and the gear mechanism 106 are supported by the upper bracket 104 fixed to the inner surface of one upper cover 25b with two screws 103 and 103 (see FIG. 6).
  • the motors 100 and 102 have a cylindrical shape with a diameter: length of about 1: 4, and are decelerated by the speed reducers 100a and 102a provided on the Z1 direction side, and the speed reducers 100a and 102a.
  • the motors 100 and 102 are, for example, DC motors.
  • the reduction gears 100a and 102a are, for example, planetary gear types, and the reduction ratio is about 1: 100 to 1: 300.
  • a rotary encoder is used as the angle sensors 100 c and 102 c, and the detected angle signal is supplied to the controller 514.
  • the motor 100 and the motor 102 or the speed reducer 100a and the speed reducer 102a are not necessarily the same, and may be selected as appropriate.
  • the motor 100 and the motor 102 are arranged symmetrically in the X direction with almost no gap.
  • the Z2 direction ends of the motors 100 and 102 are substantially equal to the Z1 direction end of the grip handle 26 (see FIG. 6).
  • the cables 100 d and 102 d (including the connection lines of the angle sensors 100 c and 102 c) of the motors 100 and 102 respectively extend from the Z2 direction end side and are pulled into the grip handle 26. Yes.
  • the upper bracket 104 includes a first plate 108 that is an XY plane to which the motors 100 and 102 are fixed, a second plate 110 and a third plate 112 that extend in the Z1 direction from the upper and lower ends of the first plate 108, and a first plate. 108, and a fourth plate 114 that partitions the space surrounded by the second plate 110 and the third plate 112 into the X1 side and the X2 side, and is formed by cutting or welding molding.
  • a block-shaped sensor support portion 109 protruding in the Y1 direction is formed.
  • an O-ring 105 is fitted in a groove that makes a round (see FIG. 7). ).
  • the first plate 108 has a height of about 1.5 times the outer diameter of the motors 100 and 102.
  • the motors 100 and 102 are supported on the first plate 108 in parallel with the X direction by a plurality of screws 111 in directions extending in the Z2 direction, and the output shafts 100b and 102b pass through the holes 113 and are Z1. Projects to the direction side.
  • the second plate 110 protrudes from the upper end of the first plate 108 in the Z1 direction.
  • the third plate 112 slightly protrudes in parallel with the second plate 110 and at the end in the Z1 direction, and the sensor support 109 is provided on the protruding portion.
  • Three sides of the fourth plate 114 are connected to the first plate 108, the second plate 110, and the third plate 112, and form a YZ plane at the central portion in the X direction.
  • the fourth plate 114 acts as a reinforcing plate, and the first plate 108, the second plate 110, and the third plate 112 are stabilized.
  • the corners of the fourth plate 114 in the Z1 direction and the Y1 direction are formed to project to the Z1 side, and one of the screws 103 for fixing the upper bracket 104 to the inner surface of the upper cover 25b is disposed here (FIG. 6). And FIG. 9).
  • the sensor support 109 includes a pair of holes 300 and 302 on the extension line (Z direction) of the motors 100 and 102, and a hole 304 located therebetween. A total of three through holes in the Y direction are arranged in the X direction.
  • Detection shafts (detection shafts) 310 and 312 that function as sensor dogs (detected members) of the coupling sensors 306 and 308 are inserted into the holes 300 and 302, respectively.
  • a detection shaft (detection shaft) 316 that functions as a sensor dog of the attachment / detachment sensor 314 is inserted through the hole 304.
  • the coupling sensors 306 and 308 and the attachment / detachment sensor 314 are substantially U-shaped in a plan view (see FIG. 8) opened in the Y direction, and can detect the detection shafts 310, 312, and 316 inside the U-shape.
  • the coupling sensors 306 and 308 and the attachment / detachment sensor 314 are provided on a sensor substrate 317 fixed to the Z1 surface of the sensor support portion 109 along the XY plane (see FIGS. 6, 8, and 9).
  • the detection shaft 316 of the attachment / detachment sensor 314 is a stepped rod-like member that extends in the Y direction and has a narrow Y1 side.
  • the detection shaft 316 is urged toward the Y2 direction (downward) by a coil spring 318 externally fitted to the small diameter portion at the center in the height direction, and the E ring 320 is fitted near the end in the Y1 direction. Therefore, the hole 304 is prevented from coming off.
  • the upper part of the coil spring 318 is seated on a flange 304a having a reduced diameter formed at the end of the hole 304 in the Y1 direction, and the lower part is seated and held on a flange 316a formed substantially at the center of the detection shaft 316.
  • the flange 316a constitutes one side wall of an annular groove into which the O-ring 320 is fitted.
  • the detection shafts 310 and 312 of the coupling sensors 306 and 308 are also rod-shaped members with a step extending in the Y direction and having a narrow Y1 side.
  • the detection shafts 310 and 312 are urged toward the Y2 direction (downward) by coil springs 322 and 324 that are externally fitted to the narrow diameter portion on the Y1 side.
  • Flange 310b, 312b is diameter-expanded at the Y2 direction end (lower end) of detection shafts 310, 312.
  • the flanges 310b and 312b are engaged with annular groove portions 139 and 140 formed on engagement convex portions 137 and 138 that are externally fitted in the vicinity of the Y2 direction ends of the drive shafts 115 and 116 that receive the outputs of the motors 100 and 102, respectively. Accordingly, the detection shafts 310 and 312 are prevented from coming off.
  • the upper portions of the coil springs 322 and 324 are seated on flanges 300a and 302a formed with reduced diameters at the ends of the holes 300 and 302 in the Y1 direction, and the flanges 310a and 312a formed slightly below the center of the detection shafts 310 and 312.
  • the lower part is seated and held.
  • the flanges 310a and 312a constitute one side wall of an annular groove into which the O-rings 326 and 328 are fitted.
  • Detection heads 310c and 312c corresponding to the coupling sensors 306 and 308 are provided at the ends (upper ends) of the detection shafts 310 and 312 in the Y1 direction.
  • the gear mechanism unit 106 is a space surrounded by the first plate 108, the second plate 110, and the third plate 112, and the X direction with respect to the fourth plate 114.
  • the gear mechanism unit 106 includes two drive shafts (drive shafts) 115 and 116, two drive bevel gears 117 and 118, and two driven bevel gears 119 and 120.
  • the second plate 110 and the third plate 112 constituting the upper bracket 104 have shaft holes 126 and 128 corresponding to the drive shafts 115 and 116, respectively, in which bearings 122 and 124 are arranged.
  • a pair is provided.
  • the bearings 122 and 124 are positioned by a part of the outer ring abutting against the end surfaces of the second plate 110 and the third plate 112.
  • a stop plate 130 for stopping the outer ring of the bearing 122 is fixed to the upper surface of the second plate 110 by a plurality of screws 129 (see FIGS. 7 and 8).
  • the stop plate 130 is provided with a pair of holes 130a and 130a (see FIGS. 8 and 9) through which the Y1 direction ends (upper ends) of the drive shafts 115 and 116 are inserted.
  • the output shaft 100b (102b) of the motor 100 (102) extends through the hole 113 to the vicinity of the drive shaft 115 (116) in the Z direction, and the drive bevel gear 117 (118). Is fixed by a push screw 134.
  • a driven bevel gear 119 (120) is fixed to the drive shaft 115 (116) by a push screw 136 (see FIG. 9).
  • the drive bevel gear 117 (118) and the driven bevel gear 119 (120) mesh with each other, and the rotation of the output shaft 100b (102b) can be converted by 90 ° and transmitted to the drive shaft 115 (116).
  • a detection piece 333 (334) having a substantially semicircular disk portion in plan view (see FIG. 8) is fixed to the tip of the drive shaft 115 (116) protruding from the stop plate 130.
  • the detection piece 333 (334) rotates together with the drive shaft 115 (116), and functions as a sensor dog of the substantially U-shaped origin detection sensor 331 (332) in a side view (see FIG. 9).
  • the origin detection sensors 331 and 332 are provided on the Z1 side surface of the sensor substrate 335 erected on the upper surface of the second plate 110 constituting the upper bracket 104.
  • the lower end side (Y2 side) of the drive shaft 115 (116) has a stepped shape below the portion pivotally supported by the bearing 124, and the O-ring 131 is sequentially fitted on the lower side.
  • a flange 115a (116a), a short cylindrical flange seat 115b (116b) having a diameter larger than that of the flange 115a (116a) on which the upper portion of the coil spring 121 is seated, and the coil spring 121 are externally fitted and the engaging projection 137
  • a corrugated portion 115c (116c) (see FIG. 20A) having a hexagonal cross-sectional shape through which (138) is inserted so as to be able to advance and retreat.
  • the engagement convex portion 137 (138) is fitted in the vicinity of the Y2 direction end of the drive shaft 115 (116) passing through the engagement convex portion 137 (138) while being urged in the Y2 direction by the coil spring 121.
  • the E-ring 123 prevents it from coming off. That is, the engaging convex portion 137 (138) is elastically supported so as not to rotate and to advance and retreat in the Y direction (axial direction) with respect to the corrugated portion 115c (116c) of the drive shaft 115 (116).
  • the lower end portion of the coil spring 121 may be disposed so as to form an annular recess (not shown) on the upper surface side of the engaging projection 137 (138) and to be inserted into the annular recess.
  • the upper end of the central portion 115d (116d) is in contact with the inner ring of the bearing 122, and the upper end of the flange 115a (116b) continuous to the lower portion of the central portion 115d (116d) is the inner ring of the bearing 124. It is positioned by abutting.
  • the drive shafts 115 and 116 are disposed on an extension line (Z direction) of the motors 100 and 102 in a plan view (see FIG. 8).
  • the motors 100 and 102 have a larger diameter than the connection shaft 18.
  • parallel arrangement becomes possible and the degree of freedom of motor arrangement increases.
  • the motor 100 and the motor 102 and the drive shaft 115 and the drive shaft 116 are provided at symmetrical positions with respect to the Y direction with respect to the connecting shaft 18, and thus have a good balance.
  • the second plate 110 and the third plate 112 act as pivot support members that pivotally support the drive shafts 115 and 116 with the driven bevel gears 119 and 120 interposed therebetween, and the first plate 108 serves as the motors 100 and 102.
  • the second plate 110 and the third plate 112 are connected to each other, and high rigidity is obtained while being simple, and the motors 100 and 102 and the drive shafts 115 and 116 can be stably provided. Can be held. Further, by providing the fourth plate 114 connecting the first plate 108, the second plate 110, and the third plate 112 between the drive shafts 115, 116, higher rigidity can be obtained.
  • the lower bracket 32 is formed in a substantially rectangular shape (see FIG. 6) in side view extending in the Z direction, and the Z1 side constitutes a pulley box 32a having a box structure.
  • the trigger lever attaching part 32b which consists of a pair of plate structure with which Z2 side of the box 32a was parallel is comprised.
  • the pulley box 32a is detachably connected to the gear mechanism unit 106 of the drive unit 30 so that the rotation of the drive shafts 115 and 116 is transferred from the coupling shaft 18 to the distal end working unit 12.
  • the trigger lever 36 is pivotally supported by the trigger lever mounting portion 32b, and the operation of the trigger lever 36 is relayed from the connecting shaft 18 to the distal end working portion 12.
  • 3 has a function of maintaining an airtight state in the connecting shaft 18.
  • the pulley box 32a includes a hollow portion 152 that is open on both sides in the X direction, a shaft support portion 154 on the Z1 side of the hollow portion 152, a rod hole 156a on the Z2 side of the hollow portion 152, 156b, pulleys (driven shafts) 158a and 158b and wire guide portions 160a and 160b housed in the cavity 152.
  • a pair of pin holes 161 and 161 symmetrical with respect to the Z direction are formed in the vicinity of the connecting portion between the pulley box 32a and the trigger lever mounting portion 32b.
  • a pair of guide pins 163 and 163 projecting from the upper bracket 104 in the Y1 direction are inserted into the pin holes 161 and 161 when the working unit 16 and the operation unit 14 are attached and detached (see FIGS. 2 and 6).
  • the hollow portion 152 is a hole that communicates both sides of the pulley box 32a in the X direction, and is provided slightly closer to the Z2 direction of the pulley box 32a in a side view (see FIG. 12), and both ends in the Z direction are semicircular. ing.
  • O-rings 164 and 164 surrounding the cavity 152 are provided on both sides in the X direction of the pulley box 32a (see FIGS. 6 and 13), and the O-ring 164 is formed by lower covers 37a and 37b attached from the outer surface. It is compressed moderately.
  • the shaft support portion 154 is a hole that communicates from the cavity portion 152 to the end surface in the Z1 direction of the pulley box 32a, and supports the proximal end side of the connecting shaft 18 that extends in the Z direction.
  • a cylindrical coupler 165 is provided at the end of the connecting shaft 18 in the Z2 direction (see FIGS. 12 and 13), and the shaft support portion 154 supports the connecting shaft 18 via the coupler 165.
  • Two O-rings 166 and 166 are provided between the coupler 165 and the connecting shaft 18, and an O-ring 168 is provided between the coupler 165 and the shaft support portion 154.
  • the connecting shaft 18 is fixed by fastening a clamp member 170 from the Y1 side to a notch formed at the upper end of the pulley box 32a in the Z1 direction (see FIGS. 11 and 12).
  • the pulleys 158a and 158b are coaxial with the drive shafts 115 and 116 (see FIGS. 6 and 7). Engagement projections 137 and 138 (see FIGS. 9 and 10) provided at the Y2 direction ends of the drive shafts 115 and 116 are engaged with the Y1 direction ends of the pulleys 158a and 158b protruding upward from the coaxial hole 172a. Engaging recesses 176a and 176b are provided (see FIGS. 11 and 12).
  • Such engagement convex portions 137 and 138 and engagement concave portions 176a and 176b have a predetermined phase described later (in this case, one location, but a plurality of n locations depending on the allowable rotation range ⁇ of the pulleys 158a and 158b). (See FIGS. 20A and 20B, etc.). By engaging these, the rotational driving force from the drive shafts 115 and 116 that are drive shafts is transmitted to the pulleys 158a and 158b that are driven shafts.
  • the inter-axis distance between the pulley 158a and the pulley 158b is equal to the inter-axis distance between the drive shaft 115 and the drive shaft 116 (see FIG. 10), and the clearance between the pulley 158a and the pulley 158b is larger than the diameter of the connecting shaft 18 ( (See FIG. 13).
  • the pulleys 158a and 158b are hermetically sealed with an O-ring 178a so as to be rotatable with respect to the coaxial hole 172a, and are sealed with an O-ring 178b so as to be rotatable with respect to the coaxial hole 172b.
  • the pulleys 158a and 158b are prevented from coming off by E-rings 180 at the ends in the Y2 direction.
  • a diameter adjusting member 182 is interposed at the center of the pulleys 158a and 158b, and by appropriately selecting the diameter adjusting member 182, the winding diameter of the wires 1052 and 1054 described later can be adjusted. (See FIGS. 12 and 13).
  • the pulleys 158a and 158b may be integrated with the diameter adjusting member.
  • the engagement recesses 176a and 176b provided at the upper ends of the pulleys 158a and 158b have a larger diameter than the portion located in the cavity 152, and the lower surface facing the upper surface (Y1 direction surface) of the pulley box 32a is Arc-shaped notches 177 and 177 are formed by notching a predetermined angle (for example, 270 °) of the outer periphery in the diameter reducing direction (center direction) (see FIG. 12). Stoppers (regulators) 179a and 179a are inserted and arranged in the circular arc notches 177 and 177 of the engaging recesses 176a and 176b, respectively (see FIGS. 11 and 12).
  • the stopper 179a is a plate-like protrusion formed on the Z2 side of the stopper plate 179 that prevents the wire guide portions 160a and 160b from coming off at the ends in the Y1 direction.
  • the rotation range of the pulleys 158a and 158b is set so that the Z1 direction in the state shown in FIG. 177a and 177b are restricted to the range of normal rotation and reverse rotation until they contact the both side surfaces of the stopper 179a. That is, as shown in FIG. 14A, the rotation range of one pulley 158a is clockwise (less than 180 °) in the clockwise direction (below FIG. 14A is a bottom view). As indicated by an arrow + ⁇ (for example, 90 °) and a counterclockwise rotation (in FIG. 14A, because it is a bottom view, clockwise) (less than 180 °) range (indicated by an arrow ⁇ in FIG.
  • the rotation range of the other pulley 158b also includes a clockwise forward rotation range (indicated by arrow + ⁇ in FIG. 14A, for example, 135 °) and a counterclockwise reverse rotation range (arrow ⁇ in FIG. 14A). For example, 135 °).
  • the wire guide portion 160 a (160 b) includes an insertion shaft 184, two layers of cylindrical idlers 186 and 188 that are supported adjacent to the insertion shaft 184, and these cylindrical idlers 186. And positioning cylinders 190a and 190b for positioning 188.
  • the insertion shaft 184 extends in the Y direction, passes through the Y1 side through hole 194a with respect to the pulley box 32a, and is inserted into the bottomed hole 194b on the Y2 side, and the end of the through hole 194a in the Y1 direction is stopped. It is blocked by a plate 179.
  • the insertion shaft 184 is sealed in the vicinity of the stop plate 179 by an O-ring 193.
  • the insertion shaft 184 is provided with a positioning cylinder 190a, a cylindrical idler 186, a cylindrical idler 188, and a positioning cylinder 190b in this order from the Y1 side to the Y2 side. Cylindrical idlers 186 and 188 are independently rotatable pulleys.
  • the gap S1 between the two cylindrical idlers 186 and 186 constituting the wire guide portions 160a and 160b is narrower than the inner diameter of the connecting shaft 18. , About 1/2 of the inner diameter.
  • the cylindrical idlers 186 and 188 are rotatable, and grooves 186a and 188a in which the wires 1054 (1052) are disposed are provided on the peripheral surfaces thereof.
  • the cylindrical idlers 186 and 188 do not necessarily have to be rotatable as long as appropriate lubricity is ensured.
  • the connecting shaft 18 is sufficiently thin without depending on the diameters of the motors 100 and 102 and the distance S2 between the pulleys 158a and 158b (see FIG. 13). For example, it can be set to about 5 mm to 10 mm suitable for insertion into the trocar 20. Moreover, the freedom degree of arrangement
  • two rods (transmission members) 192a and 192b are further arranged in the Y direction and penetrated in the Z direction in the hollow portion 152 constituting the pulley box 32a.
  • the rods 192a and 192b are, for example, sufficiently strong and thin stainless steel pipes or solid rods, and the Z1 direction extends through the hollow portion 152 into the connecting shaft 18, and the Z2 direction passes through the rod holes 156a and 156b. Then, it extends to the trigger lever mounting portion 32b.
  • a rectangular plate-shaped rubber sheet 194 surrounding the periphery of the rod holes 156a and 156b, and a support plate 196 for closely supporting the rubber sheet 191 are provided on the opening side (Z2 side) of the rod holes 156a and 156b.
  • the rods 192a and 192b are inserted through a pair of through holes provided in the rubber sheet 194 and the support plate 196, respectively, and the sliding contact surfaces penetrating the rubber sheet 194 are sealed. That is, the rubber sheet 194 comes into contact with the rods 192a and 192b without a gap, and hermetically seals the cavity 152 and the connecting shaft 18 so as to be movable back and forth in the Z direction.
  • the hollow portion 152 constituting the pulley box 32a is sealed with the rubber sheet 194 with respect to the rods 192a and 192b (see FIG. 12), and with the O-rings 178a and 178b with respect to the pulleys 158a and 158b.
  • the wire guide portions 160a and 160b (insertion shaft 184) are sealed with an O-ring 193 (see FIG. 12)
  • the connecting shaft 18 is sealed with O-rings 166 and 168 (see FIG. 12).
  • the lower covers 37a and 37b are sealed by an O-ring 164 (see FIGS. 6 and 13), thereby being kept airtight.
  • the outer peripheral surface of the connecting shaft 18 is airtightly supported by a trocar 20 (see FIG. 1).
  • the gas supplied to the body cavity 22 does not leak out from the connection shaft 18 via the pulley box 32a. Furthermore, it is possible to suppress, as much as possible, a situation in which liquid such as blood enters the connecting shaft 18 and the pulley box 32a from the gap of the distal end working unit 12 due to the sealed air.
  • the pulley box 32a and the operation unit 14 can be easily cleaned. In addition, it is good also as a structure which provides a partition part etc. in the inside of the connection shaft 18, and maintains an airtight state.
  • the clamp member 170 at the upper end in the Z1 direction of the pulley box 32a is provided with an electrode rod 197 standing in the Y1 direction.
  • the electrode rod 197 is inserted into a Y-direction through hole 198 formed in the upper cover 25b, and an electrode plug 199 (see FIG. 1) is attached, so that a high voltage when using the manipulator 10 as an electric knife is increased. Applied.
  • the electrode rod 197 is electrically connected to the one wire guide portion 160b by the conductive plate 195 (see FIG. 11), and thus, the wire rod 1052 that contacts the wire guide portion 160b moves toward the distal end working portion 12 side. High voltage can be transmitted.
  • the rods 192a and 192b are arranged in parallel in the Y direction inside the coupler 165 and the connecting shaft 18, and the reciprocating lines of the wires 1052 and 1054 are arranged close to each other in the Y direction.
  • the wire 1052 and the wire 1054 are arranged in parallel in the X direction and are arranged in a well-balanced manner.
  • the trigger lever mounting portion 32 b has a trigger shaft 35 extending between a pair of support plates 201, 201 extending in parallel with the Z2 direction from the end surface of the pulley box 32 a in the Z2 direction.
  • the trigger lever 36 is pivotally supported.
  • the trigger lever 36 includes an arm part 200 that is pivotally supported by the trigger shaft 35, a ring part 202 provided on the Y ⁇ b> 2 side of the arm part 200, and Y ⁇ b> 2 of the ring part 202.
  • the ring part 202 is mainly suitable for inserting an index finger (or middle finger), and the finger hooking protrusions 204a and 204b are mainly suitable for hanging the middle finger (or ring finger).
  • the ratchet claw 206 is supported by the swing shaft 207 on the Z1 side, and a claw portion 206a formed by a recess 206b and directed upward is provided on the Z2 side. Is biased in the Y2 direction by the coil spring 209. As a result, the claw portion 206a is urged upward, and the recess 206b abuts against the stopper pin (stopper member) 211 across the internal space 203 in the X direction, thereby further swinging upward. It is regulated.
  • the claw portion 206a of the ratchet claw 206 is engaged in a substantially U shape in plan view protruding from the grip handle 26 in the Z1 direction. It contacts the mating ring (engagement portion) 27 (see FIGS. 2, 6, and 16).
  • the engaging ring 27 is slidably contacted with the Z2 side inclined surface of the claw 206a, and the claw 206a is slightly swung downward against the urging force of the coil spring 209.
  • the ratchet claw 206 is returned to a position where it comes into contact with the stopper pin 211 by the urging force of the coil spring 209, and at the same time, the engagement ring 27 is moved to the claw 206a ( Engages with the recess 206b) (see FIG. 17A).
  • the position of the trigger lever 36 can be held, and the end effector 1300 (see FIG. 1) can be locked in the closed state.
  • the engagement ring 27 may be provided in multiple stages, for example, and in this case, the lock position or gripping force of the trigger lever 36 can be adjusted according to the gripping target.
  • the lever 208 is a substantially L-shaped member partially exposed from the internal space 203 in the Z1 direction (see FIG. 16).
  • the lever 208 is supported at one end in the internal space 203 by the swing shaft 213 and is normally pressed by the Z1 direction end of the ratchet pawl 206 urged in the Y2 direction by the coil spring 209, as shown in FIG. 17A. It is held in such an initial posture.
  • an inclined surface 203a that is inclined upward is formed in the upper portion of the internal space 203 of the trigger lever 36, and a concave portion 203b that is dug deeper than other portions is formed. ing. Thereby, the engagement ring 27 on the grip handle 26 side can be smoothly engaged with the ratchet pawl 206 from the recess 203b.
  • the ratchet pawl 206 is swung upward by the stopper pin 211. Since the inclined surface 203a and the recessed portion 203b act as escape portions for the engagement ring 27, the engagement ring 27 can be easily moved along the inclined surface 203a as shown by the broken arrow in FIG. 17A. Can be removed. For this reason, the engagement state between the engagement ring 27 and the ratchet pawl 206 is firmly maintained, and it is possible to effectively avoid the generation of an excessive force on the engagement ring 27 and the trigger lever 36.
  • an engagement ring having a structure corresponding to the engagement ring 27 is provided on the ratchet claw 206 side instead of the claw portion 206a and the concave portion 206b, while a structure corresponding to the claw portion 206a (and the concave portion 206b).
  • the trigger lever mounting portion 32b extends from the Z2 direction end surface of the pulley box 32a and supports a pair of support plates 201 and 201 that pivotally support the trigger lever 36 near the end of the Z2 direction.
  • a load limiter 212 and a trigger wire 214 provided between the plates 201 and 201 are provided.
  • the center between the support plates 201 and 201 is substantially coaxial with the connecting shaft 18.
  • the support plate 201 may be, for example, a cylindrical shape other than a pair of parallel plate members, and may be any shape that can support the trigger shaft 35, the load limiter 212, and the like.
  • the load limiter 212 has a cylindrical shape and includes an outer cylinder 212a, an inner rod 212b, and a coil spring 212c.
  • the inner rod 212b at the end in the Z1 direction is pivotally supported by the end of the rod 192a, and the end at the end in the Z2 direction.
  • An outer cylinder 212 a is pivotally supported on a shaft 200 a in the arm portion 200.
  • a shaft 205 that pivotally connects the inner rod 212b and the rod 192a is supported in a slidable manner in an elongated hole 215 provided in the support plate 201 (see FIG. 19). Thereby, irrespective of the angle of the rod 192a and the inner rod 212b, the rod 192a can be moved straight in the Z direction.
  • the coil spring 212c is moderately hard and is interposed between the outer cylinder 212a and the inner rod 212b in a preloaded state. Therefore, the load limiter 212 normally connects the rod 192a and the trigger lever 36 as a substantial rigid body. However, when an excessively large load is applied, that is, the end effector 1300 pinches something or the like. When a load greater than the preload is applied, the coil spring 212c is further compressed and the inner rod 212b extends. Thus, even if the trigger lever 36 is pulled too strongly, the force is limited by the load limiter 212, and the end effector 1300 (see FIG. 1) and its drive mechanism or gripping object can be protected. .
  • the maximum load of the load limiter 212 is set so that the driving mechanism such as the trigger wire 214 is less than the allowable strength even when the trigger lever 36 is pulled most forward when the end effector 1300 is fully opened. It is desirable that
  • the trigger wire 214 is connected (for example, crimped) to the end of the rod 192b at the end in the Z1 direction, and the end in the Z2 direction is pivotally supported by the shaft 200b in the arm unit 200 via the pin 214a.
  • the trigger wire 214 is guided by a pulley 216, and a portion closer to the Z1 side than the pulley 216 is substantially coaxial with the rod 192b.
  • the shaft 200a is disposed on the Y2 side of the trigger shaft 35
  • the shaft 200b is disposed on the Y1 side of the trigger shaft 35
  • the shafts 200a and 200b are substantially equidistant from the trigger shaft 35. Therefore, by operating the trigger lever 36, the shaft 200a and the shaft 200b are displaced in the opposite directions by substantially the same distance, and accordingly, the rod 192a and the rod 192b are moved in the opposite directions (Z1 direction and Z2 direction). Displace.
  • the trigger shaft 35, the rods 192a and 192b, the shafts 200a and 200b, the load limiter 212, the trigger wire 214, and the like serve as an operation transmission unit that mechanically transmits the input operation to the trigger lever 36 to the distal end operation unit 12. It is composed.
  • the operation transmission unit may include other components or any of the components may be omitted. In short, a configuration in which the transmission member such as the rods 192a and 192b can be advanced and retracted by an input operation to the trigger lever 36. If it is.
  • both the support plates 201 are located near the pulley box 32 a.
  • a barcode plate 220 is fixed, and a barcode 222 is provided on the surface thereof.
  • the barcode 222 is, for example, a substantially square matrix shape, and is a two-dimensional barcode printed with white and black according to the grid, and the camera 224 provided on the operation unit 14 side passes through the mirror 226 and the photographing window 227. (See FIGS. 6 and 19).
  • the barcode 222 is attached to the upper surface (Y1 direction surface) of the barcode plate 220 constituting the XZ plane, and is formed on the mating surface of the lower covers 37a and 37b. It is exposed to the upper part by the notch 230.
  • the barcode 222 includes individual information, specifications, time stamp (manufacturing date, etc.), serial number, usage amount (usage count) upper limit, etc. of the working unit 16. The individual information held by the barcode 222 is given a different value so that it can be identified for each working unit. Further, since the barcode 222 is photographed through the mirror 226, it is a mirror image.
  • the barcode 222 is not limited to a single sheet, and may be composed of a plurality of sheets. When the barcode 222 is composed of two pieces, one piece shows individual information such as individual information, production date, serial number, etc., and the other piece shows common information for each type such as specifications and upper limit of usage amount. You may do it.
  • the barcode 222 is not limited to two-dimensional data, and may be a one-dimensional shape.
  • the color of the grid in the barcode 222 is not limited to white and black, but may be an infrared absorption color and an infrared reflection color, or information may be indicated by distinguishing three or more colors.
  • the camera 224 is disposed below the motors 100 and 102 constituting the operation unit 14, and is fixed to the inner surface of one upper cover 25b.
  • a pair of LEDs 224a and 224a are provided on both sides in the X direction of the camera 224 (see also FIG. 7).
  • the camera 224 is a camera for imaging the barcode 222, for example, having a CCD format or a CMOS format.
  • the camera 224 is set in a direction (substantially Z1 direction) in which the imaging direction is bent by the mirror 226 that is a reflecting mirror and the barcode 222 can be imaged, that is, the bending direction (orthogonal direction).
  • the bar code 222 that is the subject located at () can be imaged via the mirror 226.
  • the LED 224a is set in a direction (approximately Z1 direction) in which the optical axis is bent by the mirror 226 and the barcode 222 is illuminated.
  • the LED 224a allows the camera 224 to recognize the barcode 222 more reliably.
  • the LEDs 224a are provided at symmetrical positions with the camera 224 in between, and can illuminate the barcode 222 with good balance.
  • the LEDs 224a may be provided above and below the camera 224, or three or more LEDs may be provided at equal intervals. If the LED 224a has a sufficient amount of light, it may be one.
  • a photographing window 227 that allows the upper cover 25 to pass through is provided in the Y2 direction of the mirror 226 (see FIG. 19). That is, in the operation unit 14, the camera 224, the LED 224a, and the mirror 226 are stored in the upper cover 25. (See FIGS. 2 and 6). Further, in a state where the working unit 16 is mounted on the operation unit 14, the barcode 222 is also disposed in the substantially closed space by the upper cover 25 and the lower cover 37, so that the barcode 222 and the camera are used when the manipulator 10 is used.
  • the 224 can be prevented from being contaminated with blood or the like, and unnecessary disturbance light can be shielded to enable stable imaging with the LED 224a.
  • the relative position and orientation of the barcode 222 and the camera 224 are fixed, it is not necessary to specify the position and orientation of the barcode 222 on the camera 224 side, and a code for specifying them. Therefore, the amount of information that can be recorded on the barcode 222 is increased, or a space-saving arrangement is possible.
  • the operation unit 14 and the controller 514 can recognize individual information of the working unit 16 using the camera 224, and the motor 100 constituting the manipulator 10, 102 and the like can be appropriately and accurately driven and controlled so as to correspond to the type of the working unit 16 (for example, gripper, scissors, electric knife).
  • the type of the working unit 16 for example, gripper, scissors, electric knife.
  • the attachment of the working unit 16 to the operation unit 14 can be quickly detected by the detachable sensor 314 and the detection shaft 316 (see FIG. 7 and the like). Therefore, in the controller 514, the detection of the attachment of the working unit 16 by the attachment / detachment sensor 314 can be used as a trigger signal for acquiring the individual signal from the barcode 222 by controlling the activation of the camera 224 and the LED 224a.
  • the controller 514 obtains an individual signal from the barcode 222 by drivingly controlling the camera 224 and the LED 224a substantially simultaneously with the operation unit 16 being mounted on the operation unit 14.
  • the controller 514 it is only necessary to acquire the individual signal at least when the working unit 16 is attached to the operation unit 14, and the operation of the camera 224 and the LED 224a can be stopped at other times, thereby reducing the processing load.
  • power saving can be achieved.
  • the bar code 222 does not need to be directly energized, the operation unit 14 and the work unit 16 have no electrical contacts, and there is no power storage unit such as a battery, so that the power consumption is further reduced. It is possible to more easily perform cleaning, sterilization, and the like of the working unit 16 removed from the apparatus.
  • the master switch 34 (see FIGS. 1 and 6) is an input means for setting whether the operation state of the manipulator 10 is valid or invalid, and its operation is detected by an input detection unit (such as a toggle switch or a tact switch) 350. The detected signal is supplied to the controller 514.
  • the LED 29 is an indicator that indicates the control state of the manipulator 10, has a size that can be easily recognized by the operator, and is sufficiently small and light enough that there is no hindrance to the operation.
  • the LED 29 is provided at a position with good visibility at a substantially central portion on the top surface (Y1 direction surface) of the upper cover 25, and is arranged side by side with the master switch 34.
  • the LED 29 is turned on in synchronization with the ON operation by the master switch 34, the operator can surely recognize the input state by the LED 29 while operating the master switch 34.
  • the LED 29 can emit, for example, green and red, and can be turned on and off for each color.
  • the master switch 34 is disposed on a substrate 354 fixed to the inner surface of one upper cover 25 b via a support member 352, and a portion in the upper cover 25 is formed by the switch cover 356. Sealed from the outside.
  • the controller 514 (see FIG. 1) reads the input state of the master switch 34, and when it is turned on, performs an origin search operation described later to drive-control the manipulator 10 to a predetermined usable state. Thereby, the operation command of the operation unit 14 becomes valid, and a desired operation can be given to the distal end operation unit 12.
  • the composite input unit 24 has a symmetrical structure in the X1 direction and the X2 direction around the Z axis (Y axis), and is in the roll direction (axial rotation direction) with respect to the distal end working unit 12. ) And a yaw direction (left-right direction) rotation command.
  • the upper surface of the grip handle 26 is an inclined surface 26a that rises in the Y1 direction toward the Z1 direction, and the composite input unit 24 is provided on the inclined surface 26a.
  • the inclination angle of the inclined surface 26a is an angle at which the composite input unit 24 can be easily operated with the thumb or index finger when the grip handle 26 is gripped by hand, and is preferably about 20 ° to 35 ° with respect to the Z direction.
  • the composite input unit 24 is supported by the sensor holder 52 disposed on the inclined surface 26a, and is provided on the Z1 side (Y1 side) of the inclined surface 26a and on the Z2 side (Y2 side) thereof.
  • the tilt operation unit 56 includes three switch operators 58a, 58b, and 58c disposed on the lower side surface of the tilt operation unit 56, respectively.
  • a switch substrate 62 is provided in the sensor holder 52, and the switch substrate 62 is tilted with an input detection unit (tact switch) 66 a that detects an input operation to the rotation operation unit 54.
  • An input detection unit (tact switch) 66b for detecting an input operation to the operation unit 56 and input detection units (tact switches) 66c to 66e for detecting an input operation to the switch operators 58a to 58c are provided.
  • the composite input unit 24 drives the motors 100 and 102, the drive shafts 115 and 116, and the pulleys 158a and 158b, and moves the tip operation unit 12 in the roll direction and yaw through the wires 1052 and 1054 which are flexible members. Can be operated in the direction.
  • the switch operator 58b switches between valid / invalid of the rotation operation unit 54 and the tilt operation unit 56 and returns the yaw axis mechanism (pivot axis mechanism) to a predetermined initial position (once it is pressed once, it automatically moves to the initial position). , Stop) or move in the initial posture direction (moves in the initial posture direction only when pressed, and automatically stops when the initial posture is reached).
  • the switch operators 58a and 58c are preferably used as switches for returning the roll rotation mechanism to a predetermined initial posture or moving it in the initial posture direction.
  • the switch operators 58a and 58c are arranged on the left and right as switches having exactly the same function, so that the operator can perform the same operation without any problem regardless of whether the operator grips the operation unit 14 with the right hand or the left hand. be able to. Specifically, the same operation with the thumb, for example, is possible in both the right-hand operation and the left-hand operation.
  • the roll rotation mechanism can be returned to a predetermined initial posture or moved in the initial posture direction without being aware of the current position of the roll rotation mechanism (positive region or negative region).
  • the rotation operation unit 54 is configured to be rotatable about an axis (not shown) along the YZ direction, and a lever 72a extending in the X1 direction and the X2 direction, and both levers 72a. , 72a, and a manipulator 72c provided with notches 72b in three directions that swell appropriately in the X, Y, and Z directions.
  • the left and right ends of the lever 72a have a semicircular shape with a number of anti-slip lines on the surface.
  • the operation element 72c forms a continuous surface (a flat surface or a curved surface) with the upper covers 25a and 25b in the initial position (see FIG. 4), and has no useless protrusions or steps, which is preferable in appearance. In addition, the shape is easy to operate.
  • the rotation operation unit 54 has a function of rotating the notch 72b of the operation element 72c in the circumferential direction with a finger and operating the roll rotation mechanism. As described above, according to the rotation operation unit 54 having the finger rest on the outer peripheral surface, the rotation operation is performed around the axis along the YZ direction, and an intuitive operability of the roll rotation mechanism is obtained. It is done. In addition, since the finger-hanging portion is provided on the outer diameter side of the end portion of the tilt operation portion 56, it is easy to use the finger hook portion with the tilt operation portion 56.
  • the tilting operation unit 56 is provided with a tilting plate 76 that can tilt around an axis 74 along the YZ direction.
  • the shaft 74 is the center of the composite input unit 24 in the X direction.
  • the tilt operation unit 56 has a function of operating a yaw shaft mechanism (pivot shaft mechanism) by performing a tilt operation by pushing the tilt plate 76 with a finger.
  • the rotation operation unit 54 is rotated in the circumferential direction, and the tilt operation unit 56 is tilted by being pushed.
  • the correspondence between the mechanism and the yaw (pivot) shaft mechanism is easily understood, and a more intuitive operation is possible.
  • the sensor holder 52 also has a function of tightly contacting the upper cover 25 and sealing the periphery of the composite input unit 24, and prevents liquid or the like from entering the upper cover 25 from the periphery of the composite input unit 24. ing.
  • a seal member separate from the sensor holder 52 may be provided.
  • the periphery of the composite input unit 24 is sealed by the sensor holder 52 (see FIGS. 4 and 6), and the periphery of the master switch 34 is sealed by the switch cover 356 (FIG. 6).
  • the camera 224 and mirror 226 and the barcode 222 is sealed by the photographing window 227 (see FIGS. 6 and 19), and the bottom surface of the upper bracket 104 is surrounded by O-rings 105, 131, 320, 326, and 328. Sealed (see FIGS. 6, 9 and 10) and sealed by this. Accordingly, it is possible to prevent blood, a cleaning solution, and the like from entering the upper cover 25, and the operation unit 14 can be easily cleaned and sterilized even when separated from the working unit 16.
  • the drive unit 30 is housed in the upper cover 25, and the gear from the lower surface side (Y2 direction) of the upper cover 25 in a state where the operation unit 14 and the working unit 16 are separated.
  • the bottom surface of the upper bracket 104 that supports the mechanism unit 106 and the like is exposed.
  • the two guide pins 163 and 163 are provided at both ends in the X direction of the bottom Z2 direction end of the upper bracket 104 at positions opposed to the two pin holes 161 and 161 of the lower bracket 32 (FIG. 6, FIG. 20A and FIG. 20B).
  • the two attachment / detachment levers 400 and 400 are provided symmetrically on the left and right side surfaces (X1 and X2 side surfaces) of the upper cover 25 that covers the driving unit 30, and are rotated along the Z direction.
  • the claw portion 400c formed on the inner side of the Y2 direction end is elastically biased in the direction toward the inner side of the upper cover 25.
  • the upper surface (Y1 side) of the detachable lever 400 is slightly depressed, and constitutes an operation surface 400d that is pressed by a finger to open the detachable lever 400 against the urging force of the elastic member 400b.
  • two guide pins 163 provided in parallel are fitted into the two pin holes 161 on the working unit 16 side, so that the drive unit 30 (the operating unit 14) is the working unit. 16 is reliably positioned and stably held.
  • the guide pin 163 can receive a moment acting in the XZ plane, and can reduce the force applied to the engaging portion, the pulley, the drive shaft, and the like.
  • the lower cover when mounting, the lower cover is positioned against the positioning recess 406 formed near the base of the grip handle 26 on the bottom surface side (Y2 side) of the upper cover 25.
  • the positioning convex part 408 formed at the Z2 direction end of 37 is engaged.
  • the engaging protrusions 137 (138) provided at the tip (end in the Y2 direction) of the drive shaft 115 (116) have a plurality of arc-shaped ( As five (5) convex portions, one large convex portion 402a and four small convex portions 402b are provided.
  • the large convex portion 402a has a shape in which two of the six small convex portions arranged uniformly are connected.
  • the engagement concave portion 176a (176b) provided at the tip (Y1 direction end) of the pulley 158a (158b) has the shape of the engagement convex portion 137 (138).
  • one large concave portion 404a and four small concave portions 404b are provided as a plurality (five) of circular arc-shaped concave portions extending radially from the axial center.
  • the large concave portion 404a has a shape in which two of the six small concave portions arranged uniformly are connected.
  • a central recess 404c that is deeper in the Y2 direction is provided at the center of the groove provided with the large recess 404a and the small recess 404b.
  • the central concave portion 404c is a relief portion at the tip of the drive shafts 115 and 116 protruding in the Y2 direction from the centers of the engaging convex portions 137 and 138 (see FIG. 23B), and also has a function of a guide for positioning so as to be coaxial. Have.
  • the engaging convex portions 137 and 138 and the engaging concave portions 176a and 176b can be engaged with each other in a state where they are in a predetermined engaging phase. That is, the large convex portion 402a and the large concave portion 404a are engaged, and all the small convex portions 402b and the small concave portions 404b are engaged, whereby the operation portion 14 and the working portion 16 are mounted.
  • the rotational driving force of the motors 100 and 102 can be reliably transmitted from the drive shafts 115 and 116 to the pulleys 158a and 158b.
  • the engaging convex portion 137 (138) is inserted into the corrugated portion 115c (116c) of the driving shaft 115 (116), it rotates together with the driving shaft 115 (116). Further, the engaging convex portion 137 (138) and the engaging concave portion 176a (176b) are configured such that a plurality of large convex portions 402a and small convex portions 402b and large concave portions 404a and small concave portions 404b arranged in the circumferential direction mesh with each other. Therefore, the rotational driving force of the drive shaft 115 (116) can be transmitted to the pulley 158a (158b) more reliably.
  • An engagement recess may be provided on the drive shaft 115 (116) side, and an engagement protrusion may be provided on the pulley 158a (158b) side.
  • the engaging projections 137 and 138 on the drive unit 30 side can rotate about the drive shafts 115 and 116 as rotation axes (see FIG. 20A).
  • the engaging recesses 176a and 176b on the working unit 16 side can rotate with the pulleys 158a and 158b as rotation axes (see FIG. 20B), but the rotation range thereof is the stopper 179a and the contact portions 177a and 177b.
  • the rotation range of the pulleys 158a and 158b may be restricted by other structures.
  • the pulleys 158a and 158b engaging recesses 176a and 176b protrude in the outer diameter direction.
  • the abutting portion (abutting member) 177c is provided, and abuts on the upper surface (Y1-direction surface) of the lower bracket 32 when the abutting portion 177c performs predetermined forward rotation and reverse rotation, and further rotates.
  • a stopper 179b for regulating may be provided.
  • These contact portions 177c and stoppers 179b are arc-shaped notches 177 (see FIGS. 12 and 14A) formed in the lower portions of the engagement recesses 176a and 176b as in the structure of the contact portions 177a and 177b and the stopper 179a. ).
  • the engaging convex portions 137 and 138 and the engaging concave portions 176a and 176b have one large convex portion 402a and a large concave portion 404a larger than the other among the convex portions and concave portions extending radially from the center, respectively. (See FIGS. 20A and 20B).
  • the one engaging convex portion 137 and the engaging concave portion 176a, and the other engaging convex portion 138 and the engaging concave portion 176b are respectively a large convex portion 402a and a large concave portion 404a.
  • the engagement is structurally impossible at other rotation angles (phases). That is, when the operating portion 14 and the working portion 16 are mounted, if the engaging convex portion 137 (138) and the engaging concave portion 176a (176b) are in a rotational phase in which they cannot be engaged with each other, the engaging rotation is possible.
  • An engagement operation that drives and controls the phase is required.
  • the controller 514 controls the distal end working unit 12 accurately and accurately, so that the distal end working unit 12 has a predetermined origin posture (see FIGS. 1, 49, and 51).
  • the pulleys 158a and 158b for driving the wires 1052 and 1054 to reciprocate and the drive shafts 115 and 116, and an origin search operation for returning the rotation phases of the motors 100 and 102 to the origin are performed. There is a need to.
  • the engaging convex portions 137 and 138 and the engaging concave portions 176a and 176b are configured to be engageable in a plurality of phases in addition to being configured to engage with each other only in a single phase as described above. It is possible to do this, but details will be described later.
  • various structures such as an engagement structure in which the small convex portion 402b and the small concave portion 404b are matched may be used. As long as the engaging convex portion and the engaging concave portion are engaged with each other, the rotational force can be transmitted.
  • the shape of the engaging convex portion 137, the engaging concave portion 176a, etc. may be other shapes.
  • the rotational driving force from the drive shafts 115, 116 is applied to the pulleys 158a, 158b which are driven shafts. Any shape that can be reliably transmitted and detachable may be used.
  • 22A and 23A show a case where the rotation phases of the engaging convex portion 137 (138) and the engaging concave portion 176a (176b) are shifted by approximately 90 ° when the operating portion 14 and the working portion 16 are mounted, that is, The large convex portion 402a and the large concave portion 404a are displaced by approximately 90 °, the small convex portion 402b and the small concave portion 404b are also displaced, and the engaging convex portion 137 and the engaging concave portion 176a cannot be engaged with each other. It is an example.
  • the operation unit 14 and the working unit 16 can be mounted on the appearance even in such a state.
  • the detection shaft 310 for the coupling sensor 306 is engaged with the annular groove 139 of the engagement protrusion 137 because the flange 310 b at the lower end thereof is engaged with the engagement protrusion 137.
  • the coupling sensor 306 cannot detect the completion of the engaging operation between the engaging convex portion 137 and the engaging concave portion 176a. That is, the controller 514 indicates that the operation unit 14 and the working unit 16 have been mounted. Simultaneously with the recognition, it is recognized that the engagement between the engagement convex portion 137 and the engagement concave portion 176a is not completed.
  • the motor 100 is driven in a state where the lower surface of the front end of the engaging convex portion 137 is seated in contact with the upper surface of the front end of the engaging concave portion 176a.
  • the drive shaft 115 is rotated via the gear mechanism portion 106, while the pulley 158a is not rotated, and the engagement convex portion 137 slides on the engagement concave portion 176a as indicated by the broken line arrow in FIG. 22A. Rotates while touching.
  • the engaging convex portion 137 and the engaging concave portion 176a are engaged with each other.
  • the convex portion 137 is advanced in the Y2 direction by the biasing force of the coil spring 121, and the engaging convex portion 137 and the engaging concave portion 176a are engaged with each other.
  • the detection shaft 310 also moves in the Y2 direction together with the engaging convex portion 137, so that the coupling sensor 306 can detect the completion of the engaging operation between the engaging convex portion 137 and the engaging concave portion 176a.
  • the rotational phase of the engaging recess 176a that is, the operating posture of the distal end operating unit 12 with the pulley 158a and the wire 1054 interposed therebetween is also considered. It becomes a controllable state with 100 rotational driving force.
  • the origin search operation is driven and controlled under the control of the controller 514, that is, the controller 514 functions as an origin search unit.
  • 24A to 24D show the initial phases of the engaging convex portion 137 (shown by a broken line) and the engaging concave portion 176a (shown by a solid line) in a state in which the operation unit 14 and the working unit 16 are mounted in appearance. It is explanatory drawing which illustrated each pattern of the coupling position).
  • a straight line M0 indicated by an alternate long and short dash line indicates the motor origin M0, that is, the origin phase of the motor 100, the drive shaft 115, and the pulley 158a, and the phase at which the distal end working unit 12 assumes the origin posture.
  • the motor origin M0 two end portions 333a, 333a (334a, 334a) of the semicircular disk portion of the detection piece 333 (334) shown in FIGS. 7 and 8 pass through the origin detection sensor 331 (332).
  • the controller 514 detects that the output of the origin detection sensor 331 (332) is switched.
  • the detection piece 333 has a detected end portion 333a having a 180 ° phase.
  • the rotation range of the pulley 158a is less than 180 ° in both the forward rotation and the reverse rotation (see FIG. 14A, etc.), by setting the detection piece 333 to a 180 ° phase, Thus, it can be determined whether the region is a positive region or a negative region.
  • the engaging convex portion 137 on the drive shaft 115 side is shown in a broken-line large circle shape
  • the large convex portion 402a is shown in a broken-line small circle shape
  • the pulley 158a side is shown.
  • the engagement concave portion 176a is shown in a solid large circle shape
  • the large concave portion 404a is shown in a solid line small circle shape.
  • the contact portion 177a (177b) on the engagement recess 176a side is illustrated as a contact member protruding in the outer diameter direction, and the rotation is performed.
  • the stopper (pulley operation limit) 179a to be controlled is illustrated by a hatched straight line, in other words, similar to the restriction of the rotation range by the contact between the contact portion 177c and the stopper 179b shown in the modified example of FIG. The same applies to FIG. 25A and subsequent drawings.
  • the cases of engagement of the engagement convex portion 137 and the engagement concave portion 176a there can be eight types of cases depending on the initial phase of the pulley 158a, and eight operations are performed for each case for the origin search.
  • FIG. 24A shows a state in which the phase of the engagement recess 176a (large recess 404a) is in the opposite direction (reverse direction) to the motor origin M0 when the phase of the engagement protrusion 137 (large protrusion 402a) is used as a reference.
  • the engagement operation and the origin search operation from the coupling position are illustrated below as an operation pattern (1).
  • FIG. 24B shows that the phases of the engaging convex portion 137 (large convex portion 402a) and the engaging concave portion 176a (large concave portion 404a) coincide with each other from the beginning (that is, from the moment when the driving unit 30 and the working unit 16 are mounted).
  • FIG. 24C shows an engagement recess 176a (between the engagement projection 137 (large projection 402a) and the motor origin M0 when the phase of the engagement projection 137 (large projection 402a) is used as a reference.
  • the state in which the phase of the large concave portion 404a) is illustrated is illustrated, and is hereinafter referred to as an operation pattern (3).
  • FIG. 24D shows a state in which there is a phase of the engagement recess 176a (large recess 404a) in the positive direction (forward rotation direction) of the motor origin M0 when the phase of the engagement protrusion 137 (large protrusion 402a) is used as a reference. And is hereinafter referred to as an operation pattern (4).
  • the basic program sequence consists of the detection operation and engagement operation of the motor origin M0.
  • the motor origin M0 is detected.
  • the origin detection sensor 331 determines the positive / negative area at the start, and the drive shaft 115 is moved in the direction of the motor origin M0.
  • the motor is continuously operated from either the positive or negative operation limit to one of the operation limits.
  • the timing and position of engagement between the engaging convex portion 137 and the engaging concave portion 176a differ depending on the phase relationship between the engaging convex portion 137 and the engaging concave portion 176a. As a result, a plurality of operation patterns can be considered. 4 cases are considered. The operation pattern in each case will be described.
  • Operation pattern (1) will be described with reference to FIGS. 25A to 25D.
  • the phase of the engagement concave portion 176a (large concave portion 404a) is opposite to the motor origin M0 (reverse direction) with respect to the phase of the engagement convex portion 137 (large convex portion 402a). (See FIGS. 24A and 25A).
  • the motor 100 is driven and controlled to rotate the drive shaft 115 in the positive direction (clockwise in FIG. 25A).
  • the engaging convex portion 137 (large convex portion 402a) is rotated in the motor origin M0 direction.
  • the engagement convex portion 137 (large convex portion 402a) has a phase that coincides with the motor origin M0 (see FIG. 25B), and the origin detection sensor 331 detects the end 333a of the detection piece 333 (see FIG. 8).
  • the controller 514 recognizes the phase as the origin of the motor 100.
  • the phase of the engaging convex portion 137 (large convex portion 402a) is further increased by further rotating the engaging convex portion 137 (large convex portion 402a) in the normal rotation direction.
  • the engaging recesses 176a (large recesses 404a) are in phase with each other (see FIG. 25C).
  • the engaging operation of the engaging convex portion 137 and the engaging concave portion 176a is as described above with reference to FIGS. 22A to 23B, and this engagement is detected by the controller 514 via the coupling sensor 306. .
  • Operation pattern (2) will be described with reference to FIGS. 26A to 26D.
  • the phases of the engaging convex portion 137 (large convex portion 402a) and the engaging concave portion 176a (large concave portion 404a) coincide from the beginning (see FIGS. 24B and 26A). Engagement is detected by the controller 514 via the coupling sensor 306.
  • the engaging concave portion 176a is also rotated to the motor origin M0 together. Then, the engaging convex portion 137 and the engaging concave portion 176a have a phase that matches the motor origin M0 (see FIG. 26B), and the origin detecting sensor 331 detects the end portion 333a of the detecting piece 333 (see FIG. 8). Is recognized as the origin of the motor 100. For this reason, the rotation of the motor 100 is stopped. However, when the origin is detected as shown in FIGS. 26A to 26B, the motor 100 remains at the origin position even if the motor 100 is stopped almost simultaneously with the detection. Some overruns have occurred (see FIG. 26C).
  • the operation pattern (3) will be described with reference to FIGS. 27A to 27C.
  • the phase of the engaging convex portion 137 (large convex portion 402a) is used as a reference in the initial state, between the engaging convex portion 137 (large convex portion 402a) and the motor origin M0.
  • the drive control of the motor 100 is performed, and the engagement convex portion 137 (large convex portion 402a) is rotated in the motor origin M0 direction as shown by the broken line arrow in FIG. 27A.
  • the phase of the engaging convex portion 137 matches the phase of the engaging concave portion 176a (large concave portion 404a) and is engaged with each other. It is detected by the controller 514 via the sensor 306.
  • the engagement recess 176a is also rotated to the motor origin M0 together.
  • the engaging convex portion 137 and the engaging concave portion 176a have a phase that coincides with the motor origin M0 (see FIG. 27C), and the origin detecting sensor 331 detects the end 333a of the detecting piece 333 (see FIG. 8).
  • the controller 514 recognizes the origin of the motor 100. Subsequently, as shown by the reciprocating arrow in FIG.
  • the motor 100 is stopped by slightly overrunning the motor origin M0 and then rotated in the reverse direction, as shown by the reciprocating arrow in FIG. 27C.
  • the engaging convex portion 137 and the engaging concave portion 176a are returned to the motor origin M0 and stopped, whereby the drive shaft 115 and the pulley 158a are set to a predetermined origin phase, and the distal end operating portion 12 is also set to a predetermined origin posture.
  • the operation pattern (4) will be described with reference to FIGS. 28A to 28C.
  • the engaging concave portion 176a (large concave portion 404a) extends in the positive direction (forward rotation direction) of the motor origin M0. ) (See FIGS. 24D and 28A).
  • the phase of the engaging convex portion 137 (large convex portion 402a) is changed by further rotating the engaging convex portion 137 (large convex portion 402a) in the normal rotation direction.
  • the engagement recesses 176a (large recesses 404a) are in phase with each other (see FIG. 28C), and this engagement is detected by the controller 514 via the coupling sensor 306.
  • the pulley 158a is moved together with the drive shaft 115 even if the engagement convex portion 137 and the engagement concave portion 176a are not engaged (fitted) due to friction or catching. It is also possible to rotate and rotate. In such a case, the operation pattern (1) does not engage at the position of FIG. 25C, and in the worst case, engages at the position of the stopper 179a (+ operation limit). Similarly, in the case of the operation patterns (3) and (4), the engagement is performed at the position of the stopper 179a (+ operation limit).
  • the pulley 158a rotates with the drive shaft 115, it can be engaged in the vicinity of the operation limit if at least a sequence of continuous operation from the positive / negative operation limit to the operation limit is included. Even when engaged in the vicinity of the operation limit when operating in the direction of the operation limit, since the detection of the motor origin M0 has already been completed in sequence, the position of the operation limit is known. In the vicinity of the operation limit, measures such as deceleration and stop are possible, and the origin search operation is performed at high speed without causing mechanical damage, breakage or destruction to the drive system by colliding with the stopper 179a in a mechanically high speed state. Is possible.
  • the origin search operation starts when the operation button (master switch 34) is pressed and automatically completes.
  • the search operation is performed only when the switch (master switch 34) is pressed, stops when released, and restarts when pressed again. You may do it like a start. In the latter case, the operation is a manual operation, and the origin search operation can be immediately stopped when an abnormality is felt or when it is desired to stop halfway.
  • the engagement (coupling) between the drive shaft 115 (116) and the pulley 158a (158b) is not limited to the above-described single phase, but may be two or more. It can also be configured to be engageable at the phase.
  • the engagement phase between the engagement convex portion 137 (138) and the engagement concave portion 176a (176b) in the coupling of the drive shaft 115 (116) and the pulley 158a (158b) is, for example, the difference in the configuration of the distal end working portion 12. It may be set according to the operation region (allowable rotation range) set in the pulley 158a (158b) by, for example, and it may be configured to allow engagement in two or more phases in addition to a single phase. it can.
  • ⁇ (°) be an allowable rotation range that is an operation region of the pulley 158a (158b) that is a driven shaft that directly operates the distal end working unit 12, and an integer part of a quotient of 360 (°) / ⁇ (°) is n. Then, in consideration of the above-described origin search operation and the like, it is possible to engage at a maximum of n places, that is, to be engageable only at a phase of n places or less.
  • the relationship between the allowable rotation range ⁇ and the engagement location (n location) can be set as exemplified in the following (1) to (5).
  • the allowable rotation range ⁇ is 90 °, for example, the arrow + ⁇ is 90 °, and the arrow ⁇ is 90 °, for example, the allowable rotation range ⁇ is 180 °, and the pulley 158b
  • the allowable rotation range ⁇ is 270 °.
  • is not less than 72 ° and less than 90 °, there are four locations or less, and the engaging convex portion and the engaging concave portion can be configured to be engageable in a 90 ° phase shape.
  • is 60 ° or more and less than 72 °, the number is 5 or less, and the engagement convex portion and the engagement concave portion can be configured to be engageable in a 72 ° phase shape, and the subsequent operation The same applies to the area.
  • the permissible rotation ranges ⁇ of pulleys 158a and 158b are set to 180 ° and 270 °, respectively. For this reason, as shown in the above (1), it is necessary to have one place where engagement is possible, and the engagement phases of the engagement convex portions 137 and 138 and the engagement concave portions 176a and 176b are also only a single phase. It is configured to engage.
  • the allowable rotation range ⁇ of pulley 158a (158b) (the sum of the ranges indicated by arrows + ⁇ and ⁇ ) is set to be 120 ° or more and less than 180 °. (120 ° ⁇ ⁇ ⁇ 180 °), the engaging convex portion 137 (138) and the engaging concave portion 176a (176b) have a 180 ° phase shape having two large convex portions 402a and large concave portions 404a. It can comprise, and it can comprise so that engagement is possible at two places (it is natural even if it is one place).
  • 30A and 30B show the case where the engagement convex portion 137 (138) and the engagement concave portion 176a (176b) are configured in a 180 ° phase shape, that is, other cases where 120 ° ⁇ ⁇ ⁇ 180 °. It is a shape example, and of course, other shapes may be used.
  • the engagement convex portion 137 (138) and the engagement recess 176a (176b) are formed in a 120 ° phase shape having three large protrusions 402a and a large recess 404a, and are engaged at three positions (which may be one or two positions as a matter of course). Can be configured.
  • 32A and 32B show the case where the engaging convex portion 137 (138) and the engaging concave portion 176a (176b) are configured in a 120 ° phase shape, that is, other cases where 90 ° ⁇ ⁇ ⁇ 120 °. It is a shape example, and of course, other shapes may be used.
  • the engagement convex portion 137 (138) and the engagement concave portion 176a (176b) that couple with each other and transmit the rotational driving force are n places according to the rotation allowable range ⁇ of the pulley 158a (158b). It can comprise so that engagement is possible below.
  • each of the maximum engagement locations for example, 2 locations in (2) above and 3 in (3) above. If it is configured in a shape that can be engaged at a location, the coupling shape can be symmetrized, and the time required for the origin search operation can be shortened as much as possible.
  • the origin search operation is performed in a single manner as shown in FIGS. 24A to 28C.
  • the operation can be performed in substantially the same manner as in the case of the phase shape.
  • the shape of the detection piece 333 (334), which is a sensor dog of the origin detection sensor 331 (332), can be changed in accordance with the coupling engagement position (n position), and the n engagement phases can be changed. If it is set to n, it may be configured to be detected by the origin detection sensor 331 (332) by switching at n ⁇ 2 places. For example, as described above, in the case of a single engagement phase, since the forward rotation and the reverse rotation are each less than 180 °, the detection piece 333 (334) is configured in a 180 ° phase shape (biaxial). This makes it possible to detect the motor origin more quickly.
  • the shape of the detection piece 333 for example, when 180 ° ⁇ allowable rotation range ⁇ ⁇ 360 °, the shape of the semicircular 180 ° phase may be used as shown in FIGS. In the case of 120 ° ⁇ ⁇ ⁇ 180 °, the shape of the 90 ° phase having two quarter circles may be formed as shown in FIG. 33, and in the case of 90 ° ⁇ ⁇ ⁇ 120 °, As shown in FIG. 34, it is preferable to have a 60 ° phase shape in which there are three 1/6 circles.
  • the motor origin is configured by optimally configuring the phase shape of the detection piece 333, which is the sensor dog of the origin detection sensor 331, according to the allowable rotation range ⁇ and the coupling engagement shape (n-point coupling shape). It becomes possible to detect M0 more rapidly.
  • the engaging phases of the engaging convex portion 137 (138) and the engaging concave portion 176a (176b) are, for example, 180 ° phase shapes that can be engaged at two locations (see FIGS. 29A to 30B).
  • the coupling shape is symmetrized. For this reason, the time required for the origin search operation can be shortened as much as possible, and the part shape can be simplified and the cost can be reduced accordingly. Furthermore, due to the balance effect due to the symmetrization of the coupling shape, the symmetric position always comes into contact in the uncoupled state, and it is possible to prevent backlash and the like, and the origin search operation can be performed more stably. Become.
  • the allowable rotation range ⁇ which is the operation region of the pulley 158a (158b)
  • the operation region of the pulley 158a (158b) may have a sufficient operation region of 180 ° or more, even in the case of a 180 ° phase symmetrical shape, depending on the product specifications, the structure of the tip operation unit 12, and the like. Is preferred.
  • the engaging convex portion 137 (138) on the operation portion 14 side and the engaging concave portion 176a (176b) on the working portion 16 side have two large convex portions 402a and large concave portions 404a.
  • a point P indicated by a circle in FIGS. 35A to 35C is a reference orientation with respect to the motor origin M0 of the engagement convex portion 137 (138) on the drive shaft 115 (116) side. That is, the origin search operation in this configuration example is an operation for making the point P coincide with the motor origin M0. Therefore, the engagement recess 176a (176b) on the pulley 158a (158b) side has the contact portion 177a at the point P. Must be coupled in a direction consistent with
  • the motor origin M0 is detected. That is, the direction in which the origin search is performed first, that is, the direction in which the point P of the engagement convex portion 137 is rotated is determined by the detection phase (positive region, negative region) by the origin detection sensor 331. If the initial phase of the engaging convex portion 137 and the engaging concave portion 176a is the positive region, the motor starting point M0 is detected by rotating the engaging convex portion 137 in the reverse direction, and if it is the negative region, the positive direction.
  • the determination of the positive region and the negative region in the initial phase may be the same as in the case of FIGS. 25A to 28C, and a shape that can be detected at two locations (for example, FIG. 8) as the sensor dog of the origin detection sensor 331 (332).
  • the rising or falling position of the detection signal may be detected by the detection piece 333 (334) having a half-moon shape shown in FIG.
  • the rotation allowable range ⁇ of the pulley 158a (158b) in this configuration example is an angle from + A to ⁇ A (90 ° ⁇ A ⁇ 180 °) indicated by a solid line arrow in FIG. Set the range.
  • the drive shaft 115 is rotated by controlling the drive of the motor 100.
  • the motor origin M0 is detected before the engagement convex portion 137 and the engagement concave portion 176a are engaged will be described.
  • the origin search operation may be performed with the same algorithm as in the operation patterns (1) and (4).
  • the engaging phase of the engaging convex portion 137 and the engaging concave portion 176a is the normal phase where the point P and the abutting portion 177a coincide as shown in FIG. 35B, and the point P and the abutting portion as shown in FIG. 35C.
  • the inverted inversion phase where 177a does not match.
  • the coupling sensor 306 couples the engagement convex portion 137 and the engagement concave portion 176a in the range indicated by the region R0, that is, in the range of ( ⁇ 180 + A) ° to (180 ⁇ A) °.
  • the region R0 is a region opposite to the region where the pulley 158a does not operate (between the stoppers 179a and 179a, which is the operation limit).
  • the engaging recess 176a faces the region R0, the region R0 is always in contact with the region R0. This is because the portion 177a is arranged. Therefore, in this case, the origin search operation may be performed as it is after the coupling.
  • the engagement convex portion 137 and the engagement concave portion 176a are in the range indicated by the region R1, as shown in FIG. 37A, that is, in the range of ⁇ A ° to ( ⁇ 180 + A) °, or in the region R2 as shown in FIG.
  • the coupling is detected in the range shown, that is, in the range of (180-A) ° to A °, there is a possibility of either the normal phase or the inverted phase.
  • the coupling phase is + B ° in the positive region (region R1) (the broken line arrow + B in FIG. 37A indicates the phase of the engaging convex portion 137, and the solid line arrow + B indicates the engagement).
  • the origin search operation is completed by rotating the motor 100 in the direction of the motor origin M0, as indicated by the broken and solid arrows in FIG. 37B.
  • the engaging convex portion 137 and the engaging concave portion 176a are coupled in the reverse phase (180 ° phase) will be described.
  • the point P of the engaging convex portion 137 is at + B ° of the positive region (region R1), and the contact portion 177a of the engaging concave portion 176a is in the negative region ( It is assumed that it is at (B-180) ° in the region R2).
  • the motor 100 is rotated in the direction of the motor origin M0 as indicated by the broken line arrow in FIG. 38B.
  • the origin search operation is completed by rotating the motor 100 in the direction of the motor origin M0, as indicated by the broken and solid arrows in FIG. 38BC.
  • the contact portion 177a can be predicted to collide with the stopper 179a. Accordingly, in the vicinity of this region, it is possible to take measures such as reducing the rotational speed of the motor 100 in order to reduce the impact of the collision and minimize the damage to the mechanical system. Further, by limiting the collision determination area, erroneous determination and the like can be prevented.
  • the engagement protrusion 137 is engaged in the initial state.
  • the concave portion 176a is engaged, or when the drive shaft 115 is rotated by controlling the drive of the motor 100, the engaging convex portion 137 and the engaging concave portion 176a are engaged before the motor origin M0 is detected. The case where they match will be described.
  • the origin search operation may be performed with the same algorithm as in the operation patterns (2) and (3).
  • the operation range cannot be predicted. It is impossible to predict a region where the contact portion 177a collides with the stopper 179a. Therefore, when the contact portion 177a collides with the stopper 179a, for example, by applying a collision detection algorithm using a speed threshold and a current threshold described in FIGS. 45A to 45D as described later, the collision is detected. It detects and recognizes that the angle is the operation limit, and estimates the current angle.
  • the origin position (motor origin M0) of the origin detection sensor 331 can be detected by rotating in the direction opposite to the collision direction.
  • the origin position (motor origin M0) of the origin detection sensor 331 can be easily detected.
  • the controller 514 corrects the angle (phase) of the engaging convex portion 137 by 180 °, It is possible to correct the coupling at 180 ° phase.
  • step S1 of FIG. 39 in order to start the system including the manipulator 10, first, the operator turns on the power switch 516 (see FIG. 1) of the controller 514 to start the controller 514 and the peripheral system (step S2). ).
  • step S3 the operation unit 14 is attached to the controller 514.
  • the connector 520 at the tip of the cable 61 extending from the lower end of the grip handle 26 of the operation unit 14 is connected to the first port 515a of the controller 514 (see FIG. 1).
  • step S4 the working unit 16 including the predetermined tip operating unit 12 is attached to the operation unit 14 connected to the controller 514.
  • the mounting operation is performed so that the two guide pins 163 and 163 protruding from the operation unit 14 are fitted in the pin holes 161 and 161 of the working unit 16 and the operation unit 14 is positioned.
  • the operation portion 14 and the working portion 16 are pressed and brought into close contact with each other (see FIGS. 6, 20A, and 20B).
  • the claw portion 400c of the detachable lever 400 is engaged with the locking portion 401a (see FIGS.
  • step S5 the controller 514 captures an image of the barcode 222 by controlling the driving of the camera 224 and the LED 224a based on the detection of the attachment / detachment sensor 314 in step S4 or based on other switch input (not shown) ( As shown in FIG. 19, the specification (the type of the distal end working unit 12), the number of times of use, the usage limit (upper limit), and the like are acquired from the barcode 222 as the individual information of the working unit 16. Further, the controller 514 can acquire individual information of the working unit 16 and appropriately control the motors 100 and 102 and the like according to the type of the working unit 16 according to the individual information.
  • step S6 by turning on the master switch 34 (see FIG. 1) of the manipulator 10 to which the operation unit 14 and the working unit 16 are attached, in step S7, under the control of the controller 514 or the operation unit 14
  • the above-described origin search operation illustrated in FIGS. 24A to 28C is performed under the control of a control unit (not shown) incorporated in the system.
  • the engaging convex portion 137 (138) and the engaging concave portion 176a (176b) are engaged (see FIGS. 23B and 25C, etc.), and the drive shaft 115 and the pulley 158a are set to a predetermined origin phase ( As shown in FIG.
  • the distal end working unit 12 is also set to a predetermined origin posture, and preparation for use of the manipulator 10 is completed (step S8).
  • the origin position can be easily detected, and the operation start after the operation unit 14 and the working unit 16 are mounted can be more smoothly performed.
  • the LED 29 (see FIG. 1) arranged in parallel with the master switch 34 is controlled to blink in green, for example. Then, the operator can easily recognize that the origin search operation is being performed. Further, after the preparation for use is completed in step S8, the LED 29 is controlled so as to be lit in green, for example, to clearly indicate to the operator that the manipulator 10 is normally activated and is in a predetermined usable state. be able to. The LED 29 is not lit until the above steps S1 to S6. Of course, the LED 29 may be controlled to be turned on or blinking according to the processing state.
  • step S8 After the preparation for use is completed in step S8, that is, after the manipulator 10 is ready for use, the operator holds the grip handle 26 and operates the composite input unit 24 and the trigger lever 36 to operate the manipulator 10. Can be operated in accordance with a predetermined procedure.
  • step S9 when the master switch 34 is turned off, for example, due to a temporary interruption of the procedure (step S9), the LED 29 is turned off and the usable state of the manipulator 10 is stopped.
  • step S10 when performing the procedure without removing the working unit 16 or the like, by turning on the master switch 34 again (step S10), the process returns to step S8, and the manipulator 10 becomes usable again.
  • An operator can initiate or continue a predetermined procedure.
  • step S7 is performed.
  • the origin positions of the motors 100 and 102 and the distal end working unit 12 set in step S5 are not shifted, and after step S10, the process can quickly move to step S8.
  • step S8 for example, when the work unit 16 and the operation unit 14 are removed in order to change the work unit 16 in response to another procedure (step S11 and step S12), step S4 and step S4, respectively.
  • step S3 the control flow described above is performed thereafter.
  • Error E1 (abnormal barcode reading) occurs when the barcode 222 reading abnormality occurs in step S5, for example, when the barcode 222 cannot be accurately captured by the camera 224 or when the barcode 222 is This is the case other than the work unit 16 or the like to be controlled by the controller 514.
  • a work unit removal request for controlling the LED 29 to blink in red for example, is performed.
  • the work unit removal request displays an error E1 on the display unit (display) 517 (see FIG. 1) of the controller 514 and generates a warning sound or the like through a speaker (not shown). May be.
  • Error E2 (use amount limit over) is a case where the attached working unit 16 is over the use amount limit due to the reading operation of the barcode 222 in step S5. This is because, for example, when the number of uses of the predetermined work unit 16 is 10 times, when the work unit 16 is mounted even though the use of the predetermined work unit 16 has already been performed, or the cumulative use time limit is 300. In terms of time, when the working unit 16 is mounted even though it has already been used for more than 300 hours, or the bending or rotating operation of the manipulator tip is used beyond the cumulative use angle limit.
  • a work unit removal request for controlling the LED 29 to blink in red for example, is performed in step S13.
  • an error E2 may be displayed on the display unit 517 of the controller 514, and the warning sound or the like may be generated.
  • Error E3 imaging module system abnormality
  • step S14 an operation unit removal request for controlling the LED 29 to blink in red, for example, is performed.
  • the error E3 may be displayed on the display unit 517 of the controller 514, and the warning sound or the like may be generated.
  • an error as indicated by E4 in FIG. 39 may occur, for example.
  • Error E4 operation system abnormality
  • Error E4 occurs when an abnormality occurs during the origin search operation in step S7, for example, when an abnormality of the motors 100 and 102 is detected by the controller 514, or when the origin search is not completed within a predetermined time. (When the coupling sensor 306 cannot be detected).
  • an operation unit removal request for controlling the LED 29 to blink in red for example, is performed.
  • the error E3 may be displayed on the display unit 517 of the controller 514, and the warning sound or the like may be generated.
  • each state including steps S1 to S14 for example, when the power switch 516 of the controller 514 or another main power switch (not shown) is turned off, or from a power plug (not shown) connected to the controller 514 or the like.
  • the manipulator 10 operates after a predetermined termination process (the LED 29 is controlled to flash, for example, red). End.
  • the operation unit 14 including the drive unit 30 and the working unit 16 can be attached to and detached from each other, and the allowable rotation range ⁇ of the pulleys 158a and 158b that are driven shafts is achieved.
  • the engagement convex portions 137 and 138 on the drive shafts 115 and 116 side and the engagement concave portions 176a and 176b on the pulleys 158a and 158b side can be engaged with each other at one or more (n places) phases set based on the phase. ing.
  • the engagement convex portions 137 and 138 and the engagement concave portions 176a and 176b are engaged with the maximum number (n places) of engagement phases in consideration of the operation region of the tip operation portion 12 operated by the rotation of the pulleys 158a and 158b.
  • the engagement can be configured, the coupling shape can be symmetrized, and the time required for the origin search operation can be shortened as much as possible.
  • the engagement convex portion 137 (138) and the engagement concave portion 176a (176b) are configured to be engageable only at the phase of n or less, thereby making it possible to detect an origin error in the origin search operation. The occurrence of defects can be effectively suppressed.
  • attachment / detachment sensor 314 and the coupling sensor 306 (308) are provided, so that the operation unit 14 (drive unit 30) and the working unit 16 are mounted, and the engagement projection 137 (138) and the engagement recess 176a ( 176b) can be reliably detected, and mounting failure and engagement failure can be prevented.
  • a trigger lever 36 that is a mechanism that mechanically drives the distal end working unit 12, a trigger lever mounting portion 32 b, and rods 192 a and 192 b that are rod-shaped or linear transmission members are all provided on the working unit 16 side.
  • the drive unit 30 which is a mechanism unit for electrically driving the distal end working unit 12, the pulleys 158a, 158b, the wires 1052, 1054, etc. are provided so as to be separated from each other on the operation unit 14 side and the working unit 16 side. It has been.
  • the rotational driving force of the motors 100 and 102 constituting the electric drive unit can be separated relatively easily by the coupling structure between the engagement convex part 137 (138) and the engagement concave part 176a (176b).
  • the mechanical drive unit that directly transmits the operation of the trigger lever 36 by the rod 192a or the like constitutes a separation structure, the structure tends to be somewhat complicated. Therefore, in the manipulator 10, the trigger lever 36, the rod 192a, and the like constituting the mechanical drive unit are collectively arranged on the working unit 16 side, so that the detachable structure between the operation unit 14 and the working unit 16 is further simplified. Has been.
  • the rods 192a and 192b are configured to transmit the input to the trigger lever 36 by advancing and retreating operations in the Z direction, that is, as rod-shaped or linear transmission members, so that they are not separated.
  • the attachment / detachment structure is further simplified.
  • the claw portion 206a and the engagement ring 27 constituting the latch mechanism of the trigger lever 36 may be on the working portion 16 side (or the operating portion 14 side) and the operating portion 14 side (or the working portion 16 side), respectively. ).
  • the latch mechanism which fixes the position to the trigger lever 36 it can be set as the structure which can attach or detach the operation part 14 and the operation
  • Such a trigger lever 36 and its latch structure can be structured as shown in FIGS. 40 and 43, for example. That is, as described above, the trigger lever 36 includes the ratchet pawl 206 on the working unit 16 side and the engagement ring 27 on the operation unit 14 side, which is a latch mechanism that maintains the pulled state in the direction of the grip handle 26. In the state where the working unit 16 is detached from the operation unit 14, it is not latched. However, depending on the type of procedure, it may be convenient to latch the trigger lever 36 as a single unit with the working unit 16 removed from the operation unit 14.
  • the connecting shaft 18 is taken in and out of the trocar 20, and in such a case, a trigger is used to keep the end effector (gripper) 1300 of the distal end working unit 12 closed. It is preferable to keep the lever 36 in a fully pulled state.
  • the self-latching mechanisms 900a and 900b that keep the trigger lever 36 pulled even when the working unit 16 is a single unit will be described.
  • the self-latching mechanism 900a includes a long hole 902 provided in the lower surface of the trigger lever mounting portion 32b and extending in the Z direction, and a shaft 904 obliquely above the ring portion 202. And a latch arm 906 supported on the shaft. A peripheral portion of the shaft 904 in the latch arm 906 is in the internal space 203.
  • a short latch groove 902a bent obliquely upward is provided at the end of the long hole 902 in the Z2 direction.
  • the latch arm 906 includes a guide bar 910 that is guided by a front end roller 908 inserted into the long hole 902 in front of the shaft 904 (Z1 side), and an arc-shaped balance behind the shaft 904 (Z2 side).
  • the balance bar 912 has the same shape as the arc of the ring portion 202, and includes a finger pressing projection 912a that faces downward at the center portion, and a weight 912b at the end portion.
  • the balance bar 912 has an arc shape, an appropriate length is secured and a weight 912b is provided at the end, so that the balance bar 912 is slightly heavier than the guide bar 910, and the latch arm 906 has a clockwise rotational force in FIG. is recieving. This rotational force is small and does not hinder the operation of the trigger lever 36.
  • the balance bar 912 has an appropriate length, but since it has an arc shape, it does not protrude excessively in the Z2 direction and does not interfere with the grip handle 26. As is apparent from FIG. 40, when the trigger lever 36 is pushed in the distal direction (Z1 direction), almost all of the balance bar 912 protrudes outside the internal space 203.
  • a spring force may be used as the clockwise rotational force.
  • the roller 908 reaches the end of the elongated hole 902 at the straight portion in the Z direction, and at this time, the end effector 1300 that is a gripper is closed. Since the latch arm 906 receives rotational force from the balance bar 912, when the finger is released from the trigger lever 36, the latch arm 906 rotates slightly clockwise, and the roller 908 fits into the latch groove 902a as shown in FIG. . As a result, the trigger lever 36 is held in that position and latched.
  • the balance bar 912 enters the internal space 203 along the periphery of the ring portion 202, it is easy to handle without a wasteful protrusion on the outside.
  • the finger pressing projection 912a slightly protrudes into the ring portion 202, and the latched state is easily released by pushing the finger pressing projection 912a.
  • the self-latching mechanism 900b includes a guide arm 922 pivotally supported by the shaft 920 of the trigger lever mounting portion 32b, and a long hole 924 provided in the trigger lever 36. And a latch arm 928 that is pivotally supported by a shaft 926 at an oblique lower portion of the ring portion 202, and a spring 930 that biases the end of the latch arm 928 upward. Almost all of the lower end of the guide arm 922 and the latch arm 928 are in the internal space 203.
  • the long hole 924 extends substantially in parallel with the arm part 200 in front of the ring part 202 (Z1 side), and a roller 932 provided at the lower end of the guide arm 922 is inserted therein. On the Z2 side of the long hole 924, a low guide wall 924a is provided.
  • the latch arm 928 has a wide V-shape bent at a portion of the shaft 926, and includes a front arm 934 in front of the shaft 926 (Z1 side) and a rear arm 936 in rear of the shaft 926 (Z2 side). Have.
  • the front arm 934 has a notch 934a at the tip and a stopper 934b that protrudes to the side slightly on the root side from the notch 934a.
  • the stopper 934b is in contact with the guide wall 924a and restricts the rotation of the latch arm 928 in the counterclockwise direction in FIG.
  • the rear arm 936 has a finger pressing part 936a provided on the upper surface of the central part.
  • the Z2 direction end of the rear arm 936 is urged upward by a spring 930, and the latch arm 928 receives a counterclockwise rotational force in FIG. 43, and is opposite to the stopper 934b and the spring 930.
  • the roller 932 When the trigger lever 36 is pulled in the Z2 direction, the roller 932 is guided upward by the long hole 924, and the guide arm 922 rotates counterclockwise about the shaft 920. Eventually, the roller 932 comes into contact with the triangular portion 934c formed on the front side of the notch 934a and climbs over the triangular portion 934c against the urging force of the spring 930.
  • the spring 930 is moderately light, and there is no hindrance to the climbing operation.
  • the roller 932 fits into the notch 934a. Since the rear arm 936 is continuously urged counterclockwise by the spring 930, the stopper 934b is returned to a position where it abuts (or substantially abuts) on the guide wall 924a, and at the same time, the rear arm 936 is moved from the stopper pin 937. After a momentary separation, the rollers 932 are held in a gap formed by the notch 934a and the upper end of the elongated hole 924. As a result, the trigger lever 36 is held in that position and is latched. The finger pressing part 936a slightly protrudes into the ring part 202, and the latched state is easily released by pushing the finger pressing part 936a.
  • 45A to 45D are explanatory diagrams of another method of the origin search operation.
  • the phases of the engaging convex portion 137 (large convex portion 402a) and the engaging concave portion 176a (large concave portion 404a) are from the beginning.
  • This is a case where the origin search operation is performed from the state of matching, which is a modification of the operation pattern (2) shown in FIGS. 26A to 26D.
  • a substantially similar modification can be applied to other operation patterns.
  • the origin search operation is started by rotating the engagement convex portion 137 engaged with the engagement concave portion 176a in the normal rotation direction.
  • the motor rotation speed is greater than a predetermined set speed (speed threshold), and the motor current value is smaller than the predetermined current value (current threshold).
  • the engagement convex portion 137 and the engagement concave portion 176a pass through the motor origin M0 and are further rotated in the forward rotation direction to come into contact with one stopper 179a serving as the forward rotation side operation end.
  • the part 177a comes into contact (see FIG. 45B), the motor rotation speed becomes smaller than the speed threshold value, and the motor current value becomes larger than the current threshold value. That is, by detecting the current value and the rotation speed of the motor 100 by the controller 514, first, the operation limit in the forward rotation side region (forward region) of the engaging convex portion 137 and the engaging concave portion 176a is detected.
  • the current phase can also be detected.
  • the mechanism is a symmetric system, it is possible to calculate the reverse side region (negative region), and the motor 100 can be returned to the origin position. However, in this example, more accurately and more reliably. Since the origin search is performed, detection in the reverse direction is also performed.
  • the motor 100 is rotated in the reverse direction (at this rotation, the motor rotation speed is larger than the speed threshold value and the motor current value is smaller than the current threshold value), and finally The contact portion 177a comes into contact with the other stopper (operation limit) 179a serving as the reverse operation end (see FIG. 45C), the motor rotation speed becomes smaller than the speed threshold value, and the motor current value becomes larger than the current threshold value.
  • the controller 514 can detect the operation limit in the reverse rotation side region (negative region) of the motor 100, and obtain the average value of the detected operation limit in the positive region and the operation limit in the negative region.
  • the origin search is completed, and as shown in FIG. 45D, the engagement convex portion 137 and the engagement concave portion 176a are returned to the motor origin M0 and stopped, whereby the drive shaft 115 and the pulley 158a are set to a predetermined origin phase.
  • the distal end working unit 12 also has a predetermined origin posture.
  • the origin search operation from the engaged state is shown, but the origin search operation from the unengaged state is also possible.
  • the origin search operation is started by rotating in the forward direction, and the engaged state can be established by rotating in the forward direction until the engagement is recognized.
  • the operation pattern is basically the same as that of the origin search described above.
  • the motor rotation speed becomes smaller than the speed threshold value
  • the motor current value becomes larger than the current threshold value
  • the operation limit in the forward rotation side region of the engagement convex portion 137 and the engagement concave portion 176a can be detected.
  • the operation pattern is basically the same as that of the above-described origin search.
  • the origin detection sensor 331 (332), the detection piece 333 (334), and the like can be omitted, so that the configuration of the manipulator 10 can be further simplified.
  • distal end working unit 12 applied to the manipulator 10 configured as described above will be described by exemplifying a structure that employs an end effector 1300 that is a gripper.
  • a structure other than a gripper such as scissors or an electric knife, can be applied as the distal end working unit 12, and it can be easily attached to and detached from the operation unit 14 by configuring as the working unit 16 including the distal end working unit 12. Can be exchanged.
  • the distal end working unit 12 includes a rod 192a, a passive wire 1252a, an idle pulley 1140a, a guide pulley 1142a, a passive pulley 1156a, a first end effector drive mechanism 1320a, and a second end corresponding thereto.
  • An effector driving mechanism 1320b is provided.
  • the first end effector drive mechanism 1320a and the second end effector drive mechanism 1320b have a basic configuration for opening and closing the end effector (gripper) 1300.
  • the components in the first end effector drive mechanism 1320a are identified by a and the components in the second end effector drive mechanism 1320b are identified by b.
  • the components of the first end effector drive mechanism 1320a and the components of the second end effector drive mechanism 1320b that have the same function may be described typically only with respect to the first end effector drive mechanism 1320a so as not to become complicated. is there.
  • the first end effector drive mechanism 1320a and the second end effector drive mechanism 1320b are shown side by side on the paper for easy understanding, but when applied to an actual manipulator 10.
  • the pulleys are arranged in parallel in the axial direction (ie, Y direction) of each pulley, and idle pulleys (columnar members, transmission members) 1140a and 1140b and guide pulleys (columnar members, transmission members) 1142a and 1142b
  • the rotation axes may be arranged on the same axis. That is, the idle pulleys 1140a and 1140b can be pivotally supported on the shaft 1110 (see FIG. 48), and the guide pulleys 1142a and 1142b can be pivotally supported on the shaft 1112.
  • the distal end working unit 12 includes a wire passive unit 1100, a composite mechanism unit 1102, and an end effector 1300, which are centered on the first rotation axis Oy in the Y direction.
  • the mechanism has a total of three degrees of freedom having a third degree of freedom for opening and closing 1300.
  • the first rotation axis Oy which is a mechanism with a first degree of freedom, may be set so as to be rotatable in a non-parallel manner with an axis extending from the proximal end side to the distal end side of the connecting shaft 18.
  • the second rotation axis Or which is a mechanism with a second degree of freedom, is a mechanism that can rotate around the axis in the extending direction of the distal end portion (that is, the end effector 1300) in the distal end working unit 12, and the distal end portion is set to be rotatable. Good.
  • the mechanism with the first degree of freedom is, for example, a tilting mechanism (or bending mechanism) having an operating range of ⁇ 90 ° or more.
  • the mechanism of the second degree of freedom is a rotating mechanism having an operating range of ⁇ 180 ° or more, for example.
  • the mechanism of the third degree of freedom is an opening / closing mechanism that can be opened, for example, 40 ° or more.
  • the end effector 1300 is a part that performs an actual work in the operation, and the first rotation axis Oy and the second rotation axis Or constitute a posture changing mechanism for changing the posture of the end effector 1300 so that the work can be easily performed. It is a posture axis.
  • a mechanism unit related to the third degree of freedom for opening and closing the end effector 1300 is also called a gripper (or a gripper shaft), and a mechanism unit related to the first degree of freedom rotating in the yaw direction is also called a yaw axis.
  • the mechanism part according to the second degree of freedom that rotates in the direction is also called a roll shaft.
  • the wire passive portion 1100 is provided between the pair of tongue pieces 1058, and is a portion that converts the reciprocating motions of the wires 1052 and 1054 into rotational motions and transmits them to the composite mechanism portion 1102.
  • the wire passive portion 1100 includes a shaft 1110 inserted into the shaft holes 1060a and 1060a and a shaft 1112 inserted into the shaft holes 1060b and 1060b.
  • the shafts 1110 and 1112 are fixed to the shaft holes 1060a and 1060b by, for example, press fitting or welding.
  • shaft 1112 is arrange
  • the gear body 1126 includes a cylindrical body 1132 and a gear 1134 provided concentrically on the top of the cylindrical body 1132.
  • the pulley 1130 has substantially the same diameter and the same shape as the cylindrical body 1132.
  • the gear 1134 meshes with a face gear 1165 of a gear body 1146 described later.
  • a part of the wires 1052 and 1054 is fixed and wound around the cylindrical body 1132 and the pulley 1130 by a predetermined fixing means.
  • the angle at which the wires 1052 and 1054 are wound is, for example, 1.5 rotations (540 °).
  • the pulley 1130 is integrally provided on the base end side of the main shaft member 1144.
  • the main shaft member 1144 is supported by the shaft 1112 so as to be rotatable (tilted) about the first rotation axis Oy (yaw axis). Has been.
  • the mechanism of the distal end working unit 12 is not limited to the type in which the wire 1052 drives the face gear 1165 via the gear 1134 while the wire 1054 directly drives the main shaft member 1144 to rotate.
  • a differential mechanism corresponding to the configuration shown in FIG. 23 in Japanese Patent Laid-Open No. 2008-253463 may be used.
  • An idle pulley (cylindrical member, transmission member) 1140a is rotatably supported at a substantially central portion of the shaft 1110, and a guide pulley (cylindrical member, transmission member) 1142a is rotatable at a substantially central portion of the shaft 1112. It is pivotally supported.
  • the idle pulley 1140a is provided to keep the winding angle of the passive wire (flexible member, transmission member) 1252a wound around the guide pulley 1142a constant at all times (approximately 180 ° on both sides).
  • the guide pulley 1142a may have one or more turns of the passive wire 1252a.
  • the idle pulley 1140a and the guide pulley 1142a may be made of a material with a smooth surface or less friction in order to reduce slippage with respect to the passive wire 1252a (see FIG. 54) and wear due to friction.
  • the guide pulley 1142a is provided on the yaw axis Oy in the posture changing mechanism.
  • a main shaft member 1144 having a pulley 1130 is rotatably supported between the gear body 1126 and the guide pulley 1142a in the shaft 1112.
  • the main shaft member 1144 has a cylindrical portion that protrudes toward the composite mechanism portion 1102.
  • a square hole 1144 a is provided in the axial center portion of the main shaft member 1144.
  • two auxiliary plates 1144b that hold the upper surface in the Y direction of the guide pulley 1142a and the lower surface in the Y direction of the guide pulley 1142b and have a hole through which the shaft 1112 passes are provided.
  • the auxiliary plate 1144b has a mountain shape that becomes wider in the Z1 direction and prevents intrusion of foreign matter such as yarn.
  • the composite mechanism unit 1102 is a composite mechanism unit including an opening / closing operation mechanism of the end effector 1300 and a posture changing mechanism that changes the posture of the end effector 1300.
  • the compound mechanism portion 1102 includes a gear body 1146 that is rotatably inserted into the circumferential surface of the cylindrical portion of the main shaft member 1144, a nut body 1148 provided at the tip of the main shaft member 1144, and an end portion in the Z2 direction in the hole 1144a.
  • a square-shaped transmission member 1152 to be inserted a passive pulley (cylindrical member, transmission member) 1156a rotatably supported by a pin 1154 with respect to the Z2 direction end of the transmission member 1152, and a passive plate (transmission member) ) 1158 and a cylindrical cover 1160.
  • a resin-made thrust bearing member 1144c is provided at a portion of the main shaft member 1144 that comes into contact with the gear body 1146.
  • a thrust bearing member 1148a made of resin is provided on a portion of the nut body 1148 that contacts the gear body 1146.
  • the thrust bearing members 1144c and 1148a are low-friction materials, and reduce the friction and torque of the contact portion and prevent the load from being directly applied to the face gear 1165.
  • the thrust bearing members 1144c and 1148a are so-called sliding bearings, but may be provided with rolling bearings. Thereby, even when the end effector 1300 is strongly closed or opened, that is, even when the gear body 1146 strongly contacts the main shaft member 1144, the roll shaft operation can be performed smoothly.
  • the gear body 1146 has a stepped cylindrical shape, and includes a large diameter portion 1162 in the Z2 direction, a small diameter portion 1164 in the Z1 direction, and a face gear 1165 provided on the end surface of the large diameter portion 1162 in the Z2 direction. Face gear 1165 meshes with gear 1134.
  • the gear body 1146 prevents the nut body 1148 from coming off from the main shaft member 1144.
  • a screw is provided on the outer periphery of the large diameter portion 1162.
  • the passive plate 1158 has a concave portion 1166 in the Z2 direction, an engaging portion 1168 provided on the bottom surface of the concave portion 1166, axial ribs 1170 provided on both sides in the Y direction, and link holes 1172, respectively.
  • the engaging portion 1168 has a shape that engages with a mushroom-like protrusion 1174 provided at the tip of the transmission member 1152. By this engagement, the passive plate 1158 and the transmission member 1152 can rotate relative to each other.
  • the width of the passive plate 1158 is substantially equal to the inner diameter of the cover 1160.
  • the cover 1160 is sized to cover substantially the entire composite mechanism section 1102 and prevents foreign matter (biological tissue, medicine, thread, etc.) from entering the composite mechanism section 1102 and the end effector 1300.
  • Two axial grooves 1175 in which the two ribs 1170 of the passive plate 1158 are fitted are provided on the inner surface of the cover 1160 so as to face each other.
  • the passive plate 1158 is guided in the axial direction by fitting the rib 1170 into the groove 1175. Since the protrusion 1174 engages with the engaging portion 1168 of the passive plate 1158, the passive pulley 1156 a can advance and retreat in the axial direction together with the passive plate 1158 and the transmission member 1152 in the hole 1144 a, and the transmission member 1152 can be used as a reference. As a result, roll rotation is possible.
  • the cover 1160 is fixed to the large diameter portion 1162 of the gear body 1146 by means such as screwing or press fitting.
  • the cover 1160 is coupled to the gear body 1146 on the base side (screwing, press-fitting, welding, etc.), and the cover 1160 and the end effector 1300 perform a roll axis operation as the gear body 1146 rotates.
  • the lever portion 1310 and the passive plate 1158 are connected by a gripper link 1220. That is, the pin 1222 is inserted into the hole 1220 a at one end of each gripper link 1220 together with the hole 1218, and the pin 1224 is inserted into the hole 1220 b at the other end together with the link hole 1172 of the passive plate 1158.
  • the idle pulley 1140a includes two coaxially arranged first layer idle pulley (first layer idle cylinder) 1232 and second layer idle pulley (second layer idle cylinder) 1234 in parallel.
  • the guide pulley 1142a is composed of a coaxial first layer guide pulley (first layer guide column) 1236 and a second layer guide pulley (second layer guide column) 1238 arranged in parallel. It is configured.
  • the end portion in the Z1 direction of the rod 192a is connected to both ends of a passive wire (flexible member) 1252a by a wire engaging portion 1250a.
  • a roller 1416 is provided at a tip portion 1414 of a rod 192a, and a passive wire 1252a is wound around the roller 1416.
  • the roller 1416 is supported by a pin 1418 and is rotatable.
  • the passive wire 1252a is appropriately advanced and retracted while being wound around the roller 1416, and when the rod 192a is pulled in the Z2 direction, the passive wire 1252a is pulled with a good balance in the X direction even when the yaw axis is not bent. be able to.
  • the tip portion 1414 is screwed to the rod 192a.
  • the pair of tensions in the Y direction of the passive wire 1252a are uniform, and it is possible to extend the life of the passive wire 1252a, and it is possible to achieve a parallel pair of both the upper and lower Y directions.
  • the passive wire 1252a is an annular flexible member partially connected to the wire engaging portion 1250a, and a rope, a resin wire, a piano wire, a chain, or the like is used in addition to the wire. be able to.
  • the term “annular” is used in a broad sense, and the flexible member does not necessarily have to be applied over the entire length.
  • the flexible member may be at least a portion that is wound around each pulley, and the straight portion is connected by a rigid body. Of course, it may be done.
  • the passive wire 1252a passes from the rod 192a of the driving member through the X1 direction (first side) of the idle pulley 1140a, toward the X2 direction (second side), and through the surface of the guide pulley 1142a in the X2 direction. It reaches the X2 direction surface of the passive pulley 1156a.
  • the passive wire 1252a is further wound halfway around the Z1 direction surface of the passive pulley 1156a to reach the X1 direction surface, passes through the X1 direction surface of the guide pulley 1142a, passes through the X2 direction, and passes through the X2 direction of the idle pulley 1140a. It is arrange
  • the passive wire 1252a constitutes a circuit that has the wire engaging portion 1250a as a base point and an end point, passes through both sides of the idle pulley 1140a, is wound around the passive pulley 1156a, and the idle pulley 1140a and the guide pulley 1142a It intersects between the two to form an approximately 8-character shape.
  • the wire engaging portion 1250a and the passive wire 1252a are mechanically connected to the trigger lever 36 via the rod 192a.
  • the idle pulley 1140a, the guide pulley 1142a, and the passive pulley 1156a have substantially the same diameter, and have an appropriately large diameter within a possible range in the layout so that the passive wire 1252a is not bent so much.
  • the wire engaging portion 1250a is provided at a position moderately separated from the idle pulley 1140a so that the passive wire 1252a does not bend excessively, and both ends of the passive wire 1252a have an acute angle with the wire engaging portion 1250a as the top. Is forming.
  • the gap between the idle pulley 1140a and the guide pulley 1142a is narrow, and for example, a gap substantially equal to the width of the passive wire 1252a is formed.
  • the idle pulley 1140a, the guide pulley 1142a, and the passive pulley 1156a may be provided with small flanges on the upper surface and the lower surface to prevent the passive wire 1252a from coming off, or the side surfaces may be concave.
  • the passive wire 1252a, the idle pulley 1140a, the guide pulley 1142a, and the passive pulley 1156a are arranged along the center line from the proximal end side to the distal end side. ing.
  • the end effector 1300 is coupled to the passive pulley 1156a via the transmission member 1152 and the like.
  • the first layer idle pulley 1232 and the second layer guide pulley 1238 are counterclockwise in plan view.
  • the second layer idle pulley 1234 and the first layer guide pulley 1236 rotate clockwise.
  • the idle pulley 1140a and the guide pulley 1142a are configured such that two pulleys are coaxially arranged in parallel, and thus can rotate in the reverse direction according to the movement of the passive wire 1252a that comes into contact, and the operation is smooth. is there.
  • the end effector 1300 is a so-called double-open type in which a pair of grippers 1302 operate.
  • the end effector 1300 includes a gripper base 1304 that is integrally formed with the cover 1160, a pair of end effector members 1308 that operate based on pins 1196 provided on the gripper base 1304, and a pair of gripper links 1220. .
  • Each end effector member 1308 is L-shaped and has a gripper 1302 extending in the Z1 direction and a lever portion 1310 extending at approximately 35 ° with respect to the gripper 1302.
  • a hole 1216 is provided in the L-shaped bent portion, and a hole 1218 is provided in the vicinity of the end of the lever portion 1310.
  • Each end effector member 1308 is connected to the pin 1224 of the passive plate 1158 by one side gripper link 1220.
  • two link holes 1172 are provided at symmetrical positions in the Y direction in FIG. 50, and the pair of gripper links 1220 are arranged so as to intersect in a side view.
  • the second end effector driving mechanism 1320b basically has a folding pulley (cylindrical member, transmission member) 1350 with respect to the first end effector driving mechanism 1320a (see FIG. 54). Is added.
  • the passive pulley 1156a and the passive pulley 1156b have a coaxial configuration.
  • the main shaft member 1144 is provided with a radial shaft hole 1354 into which the pin 1352 is inserted and fixed.
  • the shaft hole 1354 passes through the cylindrical portion of the main shaft member 1144 via the hole 1144a.
  • the transmission member 1152 is provided with a long hole 1356 extending in the axial direction with a width through which the pin 1352 can be inserted.
  • the transmission member 1152 is provided at a position slightly offset in the Y1 direction from the axis of the working unit 16, but only the protrusion 1174 at the tip may be disposed on the axis (see FIG. 54). Of course, the transmission member 1152 may be arranged at the center.
  • the pin 1154 passes through the transmission member 1152 and protrudes in the Y2 direction to pivotally support the passive pulley 1156b.
  • the passive pulley 1156b has a width that allows the passive wire 1252b to be wound twice.
  • the hole 1144a of the main shaft member 1144 has a height into which the passive pulleys 1156a and 1156b and the transmission member 1152 can be inserted (see FIGS. 49 and 52). Passive pulleys 1156a and 1156b are axially supported by pins 1154 in the hole 1144a and are independently rotatable.
  • the pin 1352 is inserted into the center hole of the long hole 1356 and the folding pulley 1350 from the Y1 direction toward the Y2 direction in the hole 1144a, and the transmission member 1152 and the passive pulley 1156a and 1156b can advance and retract in the axial direction.
  • the folding pulley 1350 is pivotally supported by a pin 1352 and is rotatable, and its position is fixed.
  • the folding pulley 1350 has a width that allows the passive wire 1252b to be wound twice.
  • the folding pulley 1350 can be rotated in the opposite direction during the opening / closing operation, and friction between the passive wire 1252b and the pulley can be reduced.
  • a folding pulley 1350 is provided on the tip side of the passive pulley 1156b, and the passive wire 1252b includes the passive pulley 1156b and the folding pulley 1350. It is wrapped around. That is, the passive wire 1252b passes through the X1 direction of the idle pulley 1140b, the X2 direction, and the X2 direction of the guide pulley 1142b from the wire engaging portion 1250b (see FIGS. 46 to 48) of the rod 192b of the driving member. It reaches the X2 direction surface of the passive pulley 1156b.
  • the passive wire 1252b extends in the Z1 direction as it is, reaches the surface in the X2 direction of the folding pulley 1350, is wound around the Z1 direction surface of the folding pulley 1350, and is folded in the Z2 direction.
  • the passive wire 1252b is wound around the Z2 direction surface of the passive pulley 1156b by half rotation, passes through the X2 side, reaches the folding pulley 1350 again, and is again wound around the Z1 direction surface of the folding pulley 1350 by half rotation and is folded back in the Z2 direction. . Thereafter, the passive wire 1252b extends from the X1 direction of the guide pulley 1142b to the X2 direction of the idle pulley 1140b and is connected to the wire engaging portion 1250b of the rod 192b.
  • the wire engaging portion 1250a and the passive wire 1252b are mechanically connected to the trigger lever 36 via the rod 192b.
  • FIG. 48 In order to facilitate understanding of the structure of the distal end working unit 12, a schematic diagram thereof is shown in FIG.
  • the rod 192a pulls the passive wire 1252a, and the passive pulley 1156a and the transmission member 1152 are moved in the Z2 direction.
  • the end effector 1300 can be closed from the movement. That is, the end effector 1300 is closed by pulling transmission members such as the rod 192a, the passive wire 1252a, and the passive pulley 1156a.
  • the rod 192b is disposed so as to be pushed out, and therefore does not hinder the operation of the transmission member 1152.
  • the transmission member 1152 and the passive pulley 1156a can move in the Z1 direction toward the tip side to open the end effector 1300.
  • the end effector 1300 is mechanically directly transmitted by the second end effector drive mechanism 1320b to push the trigger lever 36 manually, so that the end effector 1300 can be opened with an arbitrary strong force instead of a predetermined force such as an elastic body. it can. Therefore, it can be suitably used for a procedure in which the biological tissue is peeled off using the outer side surface of the end effector 1300 or the hole is expanded.
  • the passive wire 1252b, the rod 192b, and the trigger lever 36 do not move further in the Z1 direction, and the operator can move the outer surface of the end effector 1300 to the object.
  • the contact and the hardness of the object can be perceived with the fingertip.
  • the tip motion unit 12 is capable of yaw axis operation and roll axis operation.
  • the composite mechanism unit 1102 and the end at the distal end are centered on the shaft 1112 (see FIG. 48) of the guide pulley 1142a and the guide pulley 1142b.
  • the effector 1300 swings in the yaw direction. Since the distal end working unit 12 is a non-interference mechanism, the opening degree of the end effector 1300 does not change even if the yaw axis operation is performed. Conversely, even if the opening degree of the end effector 1300 is changed, the yaw axis does not change. It will not work. The same applies to the relationship between the end effector 1300 and the roll shaft.
  • the distal end working unit 12a is common to the distal end working unit 12 (see FIG. 47) in that it has a first end effector drive mechanism 1320a.
  • the drive mechanism 1320b is omitted.
  • the same components as those of the distal end working unit 12 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the tip operating portion 12a is provided with a single-open type end effector 1300a instead of the double-open type end effector 1300.
  • the end effector 1300a includes a fixed gripper 1202, a gripper 1212 that opens and closes around a pin 1196, and a spring 1305 that elastically biases the transmission member 1152 in the Z1 direction.
  • the gripper 1212 is driven to open and close via the gripper link 1220 as the transmission member 1152 advances and retreats. That is, when the trigger lever 36 is pulled in the Z2 direction, the transmission member 1152 is also displaced in the Z2 direction by the first end effector driving mechanism 1320a, and the gripper 1212 rotates in the counterclockwise direction in FIG. To do.
  • the trigger lever 36 is opened, the transmission member 1152 is displaced in the Z1 direction by the bias of the spring 1305, and the end effector 1300 returns to the open state.
  • the trigger lever 36 returns in the Z1 direction.
  • the present invention may be applied to a surgical robot system 700 as shown in FIG. 61, for example.
  • the surgical robot system 700 includes an articulated robot arm 702 and a console 704, and the same mechanism as the manipulator 10 is provided at the tip of the robot arm 702.
  • a base 14 a that houses the drive unit 30 is fixed to the distal end 708 of the robot arm 702, and the working unit 16 is detachably attached to the base 14 a.
  • the robot arm 702 may be any means that moves the working unit 16, and is not limited to a stationary type, but may be an autonomous moving type, for example.
  • the console 704 may take a configuration such as a table type or a control panel type.
  • the position and orientation of the working unit 16 can be arbitrarily set.
  • a base portion 14 a constituting the manipulator 10 at the distal end is integrated with the distal end portion 708 of the robot arm 702.
  • the manipulator 10 has an electric operation mechanism by a motor (actuator interlocked with an input unit operated manually) instead of the mechanical operation mechanism by the trigger lever 36, and the motor has two rods. 192a and 192b are driven.
  • the robot arm 702 may operate under the action of the console 704, and may be configured to perform automatic operation according to a program, operation following a joystick 706 provided on the console 704, and a combination of these operations.
  • the console 704 includes the functions of the controller.
  • the working unit 16 is provided with the distal end working unit 12.
  • the console 704 is provided with two joysticks 706 as operation command units and a monitor 710. Although not shown, two robot arms 702 can be individually operated by two joysticks 706.
  • the two joysticks 706 are provided at positions that can be easily operated with both hands.
  • On the monitor 710 information such as an image by a flexible endoscope is displayed.
  • the joystick 706 can move up and down, move left and right, twist, and tilt, and can move the robot arm 702 according to these operations.
  • the joystick 706 may be a master arm.
  • the communication means between the robot arm 702 and the console 704 may be wired, wireless, network, or a combination thereof.
  • the joystick 706 is provided with a trigger lever 36, and the motor can be driven by operating the trigger lever 36.

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Abstract

 医療用マニピュレータとして用いられるマニピュレータ(10)は、駆動シャフト(115、116)を有する駆動部(30)と、駆動シャフト(115、116)によって従動回転されるプーリ(158a、158b)及び先端動作部(12)を先端に設けた連結シャフト(18)を有し、前記駆動部(30)に対して着脱可能な作業部(16)とを備える。駆動シャフト(115、116)及びプーリ(158a、158b)には、一方の先端に係合凸部(137、138)が設けられ、他方の先端に係合凹部(176a、176b)が設けられると共に、係合凸部(137、138)及び係合凹部(176a、176b)は、プーリ(158a、158b)の許容回転範囲に基づいて設定された1以上の位相で互いに係合可能に構成される。

Description

医療用マニピュレータ
 本発明は、駆動部と、該駆動部によって動作される先端動作部を有する作業部とを備え、これら駆動部と作業部とを着脱可能に構成した医療用マニピュレータに関する。
 腹腔鏡下手術においては、患者の腹部等に小さな孔をいくつかあけて内視鏡、マニピュレータ(又は鉗子)等を挿入し、術者が内視鏡の映像をモニタで見ながら手術を行っている。このような腹腔鏡下手術は、開腹を必要としないため患者への負担が少なく、術後の回復や退院までの日数が大幅に低減されることから、適用分野の拡大が期待されている。
 一方、腹腔鏡下手術で用いるマニピュレータには、患部の位置及び大きさに応じて迅速且つ適切な手技が可能であることが望まれており、しかも患部切除、縫合及び結紮等の様々な手技が行われる。これに関連して、操作の自由度が高くしかも簡便に操作することのできるマニピュレータの提案がなされている(例えば、日本国特開2008-104854号公報参照)。
 日本国特開2008-104854号公報記載のマニピュレータは、先端動作部を有する作業部と、モータやハンドルを有する駆動部とを着脱可能に構成している。これにより、はさみやグリッパ等の各種の先端動作部を設けた所定の作業部を駆動部に対して交換することにより、手技に応じた各種の先端動作部を持つマニピュレータを容易に構成することができる。このマニピュレータでは、駆動部と作業部との装着時、駆動軸と従動軸の先端にそれぞれ形成された十字状の凸部と凹部とが係合し、これにより、モータの回転駆動力を駆動部から作業部へと伝達し、先端動作部を動作させることができる。さらに、このマニピュレータでは、モータの回転位置を固定可能なロック部材を設けており、駆動部と作業部との着脱時、予め原点位置にモータを戻しておくことで、常に所定の原点位置に保持しておくことができ、次回の装着時に容易に原点位置から制御を開始することができる。
 上記従来構成に係るマニピュレータでは、着脱に際しては常にモータを原点位置に戻す必要があり、そうしないと駆動部と作業部とを着脱できない構造となっている。ところが、例えば、手術中に作業部を交換する場合等には、作業部と駆動部の現在位相に係わらず、一層迅速に且つ一層簡単に駆動部と作業部とを着脱できる構成も望まれている。
 本発明はこのような従来技術に関連してなされたものであり、駆動軸を有する駆動部と、従動軸や先端動作部を有する作業部とを、一層迅速に且つ簡単に着脱することができる医療用マニピュレータを提供することを目的とする。
 本発明に係る医療用マニピュレータは、アクチュエータによって回転される駆動軸を有する駆動部と、前記駆動軸によって従動回転される従動軸、該従動軸の回転によって動作される先端動作部、及び、該先端動作部を先端に設けたシャフトを有し、前記駆動部に対して着脱可能な作業部とを備え、前記駆動軸及び前記従動軸には、一方の先端に係合凸部が設けられ、他方の先端に前記係合凸部に係合可能な係合凹部が設けられ、前記係合凸部及び前記係合凹部は、前記駆動部及び前記作業部が装着された状態で互いに係合して、前記駆動軸の回転を前記従動軸に伝達可能であると共に、前記係合凸部及び前記係合凹部は、前記従動軸の許容回転範囲に基づいて設定された1以上の位相で互いに係合可能であることを特徴とする。
 このような構成によれば、先端動作部を駆動する従動軸の動作領域である許容回転範囲に応じて係合凸部と係合凹部との係合位相(係合箇所)を設定することにより、例えば、先端動作部の動作領域を考慮した最大数の係合位相で係合凸部と係合凹部とを係合可能に構成することが可能となる。従って、駆動部と作業部とを装着して係合凸部と係合凹部とを係合させた際に必要となる原点サーチ動作に要する時間を可及的に短縮することが可能となり、これにより駆動部と作業部との迅速且つ簡単な装着が可能となる。
 この場合、前記係合凸部及び前記係合凹部のいずれか一方が前記駆動軸及び前記従動軸の軸線方向に対して進退可能に弾性支持されていると、係合凸部と係合凹部の位相が一致していない状態で駆動部と作業部とが装着された場合であっても、弾性支持された一方の係合凸部(又は係合凹部)が他方の係合凹部(又は係合凸部)に当接した際に退動するため、その破損や不具合の発生を防止することができる。
 また、前記従動軸の前記許容回転範囲をθ(°)と称し、360(°)を前記θ(°)で除した商の整数部分をnと称すると、前記係合凸部及び前記係合凹部は、n箇所以下の位相でのみ互いに係合可能に構成されていると、係合後の原点誤検出等を確実に防止しながら、迅速な原点サーチが可能となる。
 前記駆動軸に設けられる前記係合凸部又は前記係合凹部が軸線方向に対して進退可能に弾性支持されると共に、該弾性支持された前記係合凸部又は前記係合凹部には、前記軸線方向への進退動作に伴って進退することによって前記係合凸部及び前記係合凹部の係合の可否を検出可能なカップリングセンサが設けられていると、係合状態の検出を確実に行うことができる。
 前記駆動部には、前記アクチュエータ又は前記駆動軸の原点を検出可能な原点検出センサを設けることが好ましい。
 この場合、前記駆動部及び前記作業部が装着された後に、前記原点検出センサの検出情報に基づき、前記駆動軸を回転させて、前記原点の検出動作を行うと共に、前記係合凸部と前記係合凹部の係合動作を行い、前記原点及び、前記係合凸部と前記係合凹部の係合状態を検出した後に、前記原点を設定する原点サーチ動作を実行する原点サーチ部を備えておくと、迅速且つ正確な原点検出が可能となる。
 また、前記従動軸の前記許容回転範囲は、前記従動軸の径方向に沿って設けられた当接部材と、該当接部材が前記従動軸と共に回転した際に、該当接部材と当接することで前記従動軸の回転範囲を原点から正転方向及び逆転方向にそれぞれ180度未満の範囲で規制する規制部とを用いて規定することも可能である。
 さらに、前記駆動部及び前記作業部の着脱状態を検出する着脱センサを備えると、当該着脱状態を確実に検出することが可能となるため好ましい。
本実施形態に係るマニピュレータの斜視図である。 操作部の一部省略斜視図である。 作業部の一部省略斜視図である。 複合入力部及びその周辺部の一部省略斜視図である。 複合入力部の正面図である。 操作部及び作業部の一部省略分解側面図である。 操作部及び作業部が装着された状態での駆動部及びその周辺部の一部省略斜視図である。 操作部及び作業部が装着された状態での駆動部及びその周辺部の一部省略平面図である。 駆動部及びその周辺部の一部省略断面側面図である。 駆動部及びその周辺部の一部省略断面正面図である。 作業部の一部省略平面図である。 図11中のXII-XII線に沿う一部省略断面側面図である。 プーリボックスの断面斜視図である。 図14Aは、プーリの許容回転範囲を説明するための一部省略底面図であり、図14Bは、図14Aに示す状態からプーリを回転させた状態を示す一部省略底面図である。 図12中のXV-XV線に沿う断面図である。 トリガレバーの一部省略断面斜視図である。 図17Aは、トリガレバーの一部省略断面側面図であり、図17Bは、図17Aに示す状態からレバーを操作した状態での一部省略断面側面図である。 トリガレバー取付部及びその周辺部の一部省略断面側面図である。 カメラによるバーコードの撮像方向を説明するための一部省略側面図である。 図20Aは、操作部の一部省略底面図であり、図20Bは、作業部の一部省略平面図である。 プーリの許容回転範囲を規制する構造の変形例を示す一部省略平面図である。 図22Aは、係合凸部及び係合凹部が係合不能な位相にある状態を示す説明図であり、図22Bは、係合凸部及び係合凹部が係合した状態を示す説明図である。 図23Aは、操作部及び作業部が装着され、係合凸部及び係合凹部が係合していない状態を示す一部省略断面側面図であり、図23Bは、図23Aに示す状態から係合凸部及び係合凹部が係合した状態を示す一部省略断面側面図である。 図24Aは、係合凸部及び係合凹部の初期位相の第1例を示す説明図であり、図24Bは、係合凸部及び係合凹部の初期位相の第2例を示す説明図であり、図24Cは、係合凸部及び係合凹部の初期位相の第3例を示す説明図であり、図24Dは、係合凸部及び係合凹部の初期位相の第4例を示す説明図である。 図25Aは、図24Aに示す第1例の動作パターンでの初期位相での状態を示す説明図であり、図25Bは、図25Aに示す状態から係合凸部が回転された状態を示す説明図であり、図25Cは、図25Bに示す状態から係合凸部と係合凹部とが係合した状態を示す説明図であり、図25Dは、係合凸部及び係合凹部が係合してモータが原点に設定された状態を示す説明図である。 図26Aは、図24Bに示す第2例の動作パターンでの初期位相での状態を示す説明図であり、図26Bは、図26Aに示す状態からモータが回転された状態を示す説明図であり、図26Cは、図26Bに示す状態からモータが原点をオーバーランした状態を示す説明図であり、図26Dは、モータが原点に設定された状態を示す説明図である。 図27Aは、図24Cに示す第3例の動作パターンでの初期位相での状態を示す説明図であり、図27Bは、図27Aに示す状態から係合凸部が回転されて係合凹部と係合した状態を示す説明図であり、図27Cは、図27Bに示す状態からモータが原点をオーバーランした後、原点に設定された状態を示す説明図である。 図28Aは、図24Dに示す第4例の動作パターンでの初期位相での状態を示す説明図であり、図28Bは、図28Aに示す状態から係合凸部を回転させた状態を示す説明図であり、図28Cは、図28Bに示す状態から係合凸部及び係合凹部が係合した後、モータを原点に設定する状態を示す説明図である。 図29Aは、係合凸部及び係合凹部の係合位相を180°位相の形状に構成した場合の構成例を示す説明図であり、図29Bは、図29Aに示す状態から係合凸部と係合凹部を係合させた状態を示す説明図である。 図30Aは、係合凸部及び係合凹部の係合位相を180°位相の形状に構成した場合の他の構成例を示す説明図であり、図30Bは、図30Aに示す状態から係合凸部と係合凹部を係合させた状態を示す説明図である。 図31Aは、係合凸部及び係合凹部の係合位相を120°位相の形状に構成した場合の構成例を示す説明図であり、図31Bは、図31Aに示す状態から係合凸部と係合凹部を係合させた状態を示す説明図である。 図32Aは、係合凸部及び係合凹部の係合位相を120°位相の形状に構成した場合の他の構成例を示す説明図であり、図32Bは、図32Aに示す状態から係合凸部と係合凹部を係合させた状態を示す説明図である。 原点検出センサのセンサドグである検出片の変形例を示す平面図である。 原点検出センサのセンサドグである検出片の他の変形例を示す平面図である。 図35Aは、係合凸部及び係合凹部の係合位相を180°位相の形状に構成すると共に、プーリの許容回転範囲を180°以上に設定した構成例を示す説明図であり、図35Bは、図35Aに示す状態から係合凸部と係合凹部が正常位相で係合した状態を示す説明図であり、図35Cは、図35Aに示す状態から係合凸部と係合凹部が反転位相で係合した状態を示す説明図である。 係合凸部及び係合凹部の係合位相を180°位相の形状に構成すると共に、プーリの許容回転範囲を180°以上に設定した構成例の回転領域を示す説明図である。 図37A及び図37Bは、正常位相の状態からの原点サーチ動作を示す説明図である。 図38A乃至図38Cは、反転位相の状態からの原点サーチ動作を示す説明図である。 本実施形態に係るマニピュレータの動作の一例を示すフローチャートである。 トリガレバーの変形例の第1例を示す一部省略断面側面図である。 図40に示すトリガレバーを引ききった状態を示す一部省略断面側面図である。 図40に示すトリガレバーがラッチされた状態を示す一部省略断面側面図である。 トリガレバーの変形例の第2例を示す一部省略断面側面図である。 図43に示すトリガレバーがラッチされた状態を示す一部省略断面側面図である。 図45Aは、原点サーチ動作の他の方法における係合凸部と係合凹部が初期位相での状態を示す説明図であり、図45Bは、図45Aに示す状態からモータを正回転させて当接部を一方のストッパに当接させた状態を示す説明図であり、図45Cは、図45Bに示す状態からモータを逆回転させて当接部を他方のストッパに当接させた状態を示す説明図であり、図45Dは、図45Cに示す状態からモータを原点に設定した状態を示す説明図である。 トリガレバーを十分に引いたときの、先端動作部の模式側面図である。 トリガレバーを押し出したときの、先端動作部の模式側面図である。 先端動作部の模式構造図である。 先端動作部の断面側面図である。 先端動作部の断面平面図である。 先端動作部で、グリッパを閉じた状態の断面側面図である。 先端動作部の分解斜視図である。 エンドエフェクタ駆動機構の一部を示す模式構造図である。 トリガレバーを操作しないときの、エンドエフェクタ駆動機構の模式側面図である。 受動ワイヤの端部の接続箇所の模式断面平面図である。 受動ワイヤの端部の接続箇所の模式断面側面図である。 トリガレバーを押し出したときの、第2エンドエフェクタ駆動機構の一部断面平面図である。 トリガレバーを十分に引いたときの、第2エンドエフェクタ駆動機構の一部断面平面図である。 トリガレバーを押し出したときの、第2エンドエフェクタ駆動機構の一部断面側面図である。 変形例に係る先端動作部の模式構造図である。 作業部が着脱可能な基部をロボットアームの先端に接続した手術用ロボットシステムの概略斜視図である。
 以下、本発明に係る医療用マニピュレータについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
 図1に示すように、本実施の形態に係るマニピュレータ(医療用マニピュレータ)10は、連結シャフト18の先端に設けられた先端動作部12に生体の一部又は湾曲針等を把持して所定の処置を行うための医療用の器具であり、通常、把持鉗子やニードルドライバ(持針器)等とも呼ばれる。
 以下の説明では、図1における幅方向をX方向、高さ方向をY方向、連結シャフト18の延在方向をZ方向と規定する。また、先端側から見て右方をX1方向、左方をX2方向、上方向をY1方向、下方向をY2方向、前方をZ1方向、後方をZ2方向と規定する。さらに、特に断りのない限り、これらの方向の記載はマニピュレータ10が中立姿勢である場合を基準として表すものとする。これらの方向は説明の便宜上のものであり、マニピュレータ10は任意の向きで(例えば、上下を反転させて)使用可能であることはもちろんである。
 マニピュレータ10は、人手によって把持及び操作される操作部(基部)14と、該操作部14に対して着脱自在な作業部16とを備え、コネクタ520を介して操作部14に着脱自在なコントローラ514を有するマニピュレータシステムとして構成されている。操作部14には、作業部16側を電動的に駆動する駆動部(アクチュエータ部)30が設けられている。なお、分離した状態の操作部14は図2に、分離した状態の作業部16は図3に示されている。
 コントローラ514は、マニピュレータ10を総合的に制御する制御部であって、グリップハンドル(ハンドル)26の下端部から延在するケーブル61と前記コネクタ520を介して接続される。コントローラ514の機能の一部又は全部は、例えば操作部14に一体的に搭載することもできる。
 コントローラ514は、例えば、第1ポート515a、第2ポート515b及び第3ポート515cを備えており、マニピュレータ10を独立的に3台同時に制御することができる。図1中の参照符号516は、コントローラ514の電源スイッチである。
 コントローラ514には、LAN等の通信手段を介して使用履歴管理手段であるホストコンピュータ502を接続することができる。ホストコンピュータ502は、内部の図示しない記録手段に使用履歴テーブルを記録しており、コントローラ514又は前記LANにより接続された複数台のコントローラに対して要求された個体番号に応じた使用履歴データを送受信し、管理する。ホストコンピュータ502は、コントローラ514から独立的な構成に限らず、コントローラ514内にその機能を設けてもよい。
 このようなマニピュレータ10及びこれを含むシステムは、選択的に種々の構成を採用可能であり、例えば、作業部16は先端動作部12としてグリッパやはさみ等、各種のエンドエフェクタを適用し、所望の動作を行うことができる。
 図1及び図2に示すように、操作部14は、Z1方向及びY2方向に延びた略L字状に構成されると共に、Z方向に略対称に分割された一対の上部カバー25a、25b(以下、まとめて「上部カバー25」ともいう)を筐体として、その内部に、駆動部30やカメラ224(図6参照)等が収納されると共に、基端側でY2方向に延びた部分が人手によって把持されるグリップハンドル26として構成されている。上部カバー25は、例えば樹脂性材料によって形成され、分割できない一体構成としてもよい。
 グリップハンドル26は、人手によって把持されるのに適した長さであり、上部の傾斜面26aに複合入力部24を有する。グリップハンドル26は、上部カバー25の屈曲部に形成された傾斜面26aから略Y2方向に向かって延在しており、詳細には連結シャフト18の軸を基準として75°(度)程度の角度に延在している。このような角度にすることにより、マニピュレータ10の全体を動かす際の操作性が高まるとともに、複合入力部24の操作性が高まることが確かめられている。
 図1に示すように、操作部14のY1方向頂部近傍には、上部カバー25から露出してマスタスイッチ(メインスイッチ)34が設けられ、マスタスイッチ34のZ1方向で視認し易い箇所にLED29が設けられている。
 作業部16は、作業を行う先端動作部12と、該先端動作部12を先端に設けた長尺で中空の連結シャフト(シャフト)18と、該連結シャフト18の基端側が固定される下部ブラケット32と、下部ブラケット32のZ2方向端に軸支されたトリガレバー36とを有する。作業部16は、Z方向で略対称に分割された一対の下部カバー37a、37b(以下、まとめて「下部カバー37」ともいう)を筐体として、その内部に下部ブラケット32を収納している。下部カバー37は、例えば樹脂性材料によって形成され、分割できない一体構成としてもよい。
 このような作業部16は、操作部14(駆動部30)に設けられた左右一対の着脱レバー400、400によって当該操作部14に固定されると共に、着脱レバー400の開放操作によって操作部14から分離可能であり、特別な器具を用いることなく、手術現場で容易に交換作業等を行うことができる。下部ブラケット32の上面(Y1面)には、該下部ブラケット32を再使用するために、その内部空間を洗浄する際に使用する洗浄液注入ポート39が設けられている。
 図1に示すように、先端動作部12及び連結シャフト18は細径に構成されており、患者の腹部等に設けられた円筒形状のトラカール20から体腔22内に挿入可能であり、複合入力部(基部部側入力部)24及びトリガレバー(作業部側入力部)36の操作により体腔22内において患部切除、把持、縫合及び結紮等の様々な手技を行うことができる。
 複合入力部24及びトリガレバー36の操作に基づいて動作する先端動作部12は、3軸の動作が可能である。すなわち、Y軸を基準に傾動するヨー軸動作、先端を指向する軸(中立姿勢時にはZ軸)を基準に回転するロール軸動作、及び、開閉可能なグリッパ軸動作である。本実施形態の場合、ヨー軸及びロール軸は、複合入力部24の操作に基づいて電気的に駆動され、グリッパ軸はトリガレバー36の操作に基づいて機械的に駆動される。ここで機械的とは、ワイヤ、チェーン、タイミングベルト、リンク、ロッド、ギア等を介して駆動する方式であり、主に、動力伝達方向に非弾性な固体の機械部品を介して駆動する方式である。ワイヤやチェーン等は、張力により不可避的な多少の伸びが発生する場合があるが、これらは非弾性な固体の機械部品とする。後述する荷重リミッタ212(図18参照)は、通常操作時にはほとんど弾性変形がなく、実質的に非弾性部品である。
 以下、上記のような基本構成からなるマニピュレータ10の各部分について、順に説明する。
 先ず、操作部14を構成する駆動部30について、上部カバー25等を外した(もしくは透視した)状態の図6~図10を用いて説明する。
 図6~図10に示すように、駆動部30は、2つのモータ(アクチュエータ)100、102と、該モータ100、102を支持する上部ブラケット104と、モータ100、102の回転方向を変換して作業部16側に伝達するギア機構部106とを有する。モータ100、102及びギア機構部106は、一方の上部カバー25bの内面に2本のビス103、103(図6参照)で固定された前記上部ブラケット104によって支持されている。
 図8に示すように、モータ100、102は、径:長さが1:4程度の円柱形状であり、Z1方向側に設けられた減速機100a、102aと、該減速機100a、102aによって減速される出力軸100b、102b(図9参照)と、Z2方向側に設けられた角度センサ100c、102cとを含む。モータ100、102は、例えばDCモータである。減速機100a、102aは、例えば遊星歯車式であり、減速比は1:100~1:300程度である。角度センサ100c、102cとしては、例えばロータリエンコーダが用いられ、検出した角度信号はコントローラ514に供給される。モータ100とモータ102や、減速機100aと減速機102aは、同一である必要はなく、適宜選定すればよい。
 図8に示すように、モータ100とモータ102は、X方向に対称位置で且つほとんど隙間なく配置されている。モータ100、102のZ2方向端は、グリップハンドル26のZ1方向端と略等しい位置である(図6参照)。図6に示すように、モータ100、102のケーブル100d、102d(角度センサ100c、102cの接続線を含む)は、それぞれZ2方向端側から延在し、グリップハンドル26の中へと引き込まれている。
 上部ブラケット104は、モータ100、102が固定されるXY平面である第1プレート108と、第1プレート108の上下端からZ1方向に延びた第2プレート110及び第3プレート112と、第1プレート108、第2プレート110及び第3プレート112で囲まれた空間内をX1側及びX2側に仕切る第4プレート114とを有し、切削加工又は溶接加工成型等によって形成されている。第3プレート112のZ1側端には、Y1方向に突出したブロック状のセンサ支持部109が形成されている。平面視(図8参照)で上部ブラケット104の外形を構成する第1プレート108及び第3プレート112の外周面には、これを一周する溝部にOリング105が嵌合されている(図7参照)。
 図9に示すように、第1プレート108は、モータ100、102の外径の1.5倍程度の高さとなっている。第1プレート108には、モータ100、102がそれぞれZ2方向に延在する向きで複数のビス111でX方向に平行して支持されており、その出力軸100b、102bが孔113を通ってZ1方向側へと突出している。
 図7及び図9に示すように、第2プレート110は、第1プレート108の上端からZ1方向に向かって突出している。第3プレート112は、第2プレート110と平行且つZ1方向端の位置が多少突出しており、その突出部分に前記センサ支持部109が設けられている。第4プレート114は、三方が第1プレート108、第2プレート110及び第3プレート112に接続され、X方向に関する中央部分でYZ平面を形成している。この第4プレート114は補強板として作用し、第1プレート108、第2プレート110及び第3プレート112が安定する。第4プレート114のZ1方向且つY1方向の角部はZ1側に突出形成されており、ここに上部ブラケット104を上部カバー25bの内面に固定する前記ビス103の1つが配設される(図6及び図9参照)。
 図10に示すように、センサ支持部109には、各モータ100、102の軸線の延長線上(Z方向)にある一対の孔部300、302と、これらの間にある孔部304とからなる合計3つのY方向の貫通孔がX方向に並んでいる。
 孔部300、302には、それぞれカップリングセンサ306、308のセンサドグ(被検出部材)として機能する検出シャフト(検出軸)310、312が挿通配置されている。孔部304には、着脱センサ314のセンサドグとして機能する検出シャフト(検出軸)316が挿通配置されている。カップリングセンサ306、308及び着脱センサ314は、Y方向が開口した平面視(図8参照)で略U字状であり、U字の内側で検出シャフト310、312、316を検出可能である。カップリングセンサ306、308及び着脱センサ314は、センサ支持部109のZ1面にXY平面に沿って固定されたセンサ基板317に設けられている(図6、図8及び図9参照)。
 図10に示すように、着脱センサ314の検出シャフト316は、Y方向に延びてY1側が細い段付きの棒状部材である。検出シャフト316は、高さ方向で略中央の細径部に外嵌されたコイルばね318によってY2方向(下方)に向かって付勢されると共に、Y1方向端近傍に嵌合されたEリング320によって孔部304に対して抜け止めされている。
 コイルばね318は、孔部304のY1方向端に縮径形成されたフランジ304aに上部が着座し、検出シャフト316の略中央に形成されたフランジ316aに下部が着座して保持されている。フランジ316aは、Oリング320が嵌められる環状溝の一側壁を構成している。
 同様に、カップリングセンサ306、308の検出シャフト310、312もY方向に延びてY1側が細い段付きの棒状部材である。検出シャフト310、312は、Y1側の細径部に外嵌されたコイルばね322、324によってY2方向(下方)に向かって付勢されている。検出シャフト310、312のY2方向端(下端)には、フランジ310b、312bが拡径形成されている。フランジ310b、312bは、モータ100、102の出力を受ける駆動シャフト115、116のY2方向端近傍に外嵌された係合凸部137、138に形成された環状溝部139、140に係合しており、これにより検出シャフト310、312が抜け止めされている。
 コイルばね322、324は、孔部300、302のY1方向端に縮径形成されたフランジ300a、302aに上部が着座し、検出シャフト310、312の中央やや下方に形成されたフランジ310a、312aに下部が着座して保持されている。フランジ310a、312aは、Oリング326、328が嵌められる環状溝の一側壁を構成している。検出シャフト310、312のY1方向端(上端)には、カップリングセンサ306、308に対応する検出頭部310c、312cが設けられている。
 図7、図9及び図10に示すように、ギア機構部106は、第1プレート108、第2プレート110及び第3プレート112で囲まれた空間で、第4プレート114を基準にしてX方向に対称構成として設けられている。ギア機構部106は、2本の駆動シャフト(駆動軸)115、116と、2つの駆動傘歯車117、118と、2つの従動傘歯車119、120とを有する。
 図9に示すように、上部ブラケット104を構成する第2プレート110及び第3プレート112には、各駆動シャフト115、116にそれぞれ対応し、ベアリング122、124が配置される軸孔126、128が一対ずつ設けられている。ベアリング122、124は、外輪の一部が第2プレート110及び第3プレート112の端面に当接することにより位置決めされている。第2プレート110の上面には、ベアリング122の外輪を止める止板130が複数のビス129(図7及び図8参照)によって固定されている。止板130には、駆動シャフト115、116のY1方向端(上端)が挿通する一対の孔130a、130a(図8及び図9参照)が設けられている。
 図9に示すように、モータ100(102)の出力軸100b(102b)は、孔113を貫通して駆動シャフト115(116)の近傍までZ方向に延在し、駆動傘歯車117(118)が押しねじ134によって固定されている。一方、駆動シャフト115(116)には、従動傘歯車119(120)が押しねじ136によって固定されている(図9参照)。駆動傘歯車117(118)と従動傘歯車119(120)とは互いに噛合し、出力軸100b(102b)の回転を90°変換して駆動シャフト115(116)に伝達することができる。
 図7~図10に示すように、駆動シャフト115(116)の上端側(Y1側)はベアリング122を貫通し、止板130の孔130aから所定量突出している。止板130から突出した駆動シャフト115(116)の先端には、平面視(図8参照)で略半円状の円板部を有する検出片333(334)が固定されている。検出片333(334)は、駆動シャフト115(116)と共に回転し、側面視(図9参照)で略U字状の原点検出センサ331(332)のセンサドグとして機能する。原点検出センサ331、332は、上部ブラケット104を構成する第2プレート110の上面に立設されたセンサ基板335のZ1側面に設けられている。
 図9に示すように、駆動シャフト115(116)の下端側(Y2側)はベアリング124に軸支された部分より下部が段付き形状となっており、順に、Oリング131が外嵌されるフランジ115a(116a)と、該フランジ115a(116a)より大径でコイルばね121の上部が着座する短尺円筒状のフランジ座115b(116b)と、コイルばね121が外嵌され且つ係合凸部137(138)が進退可能に挿通される断面波形六角形状の波形部115c(116c)(図20A参照)とが設けられている。係合凸部137(138)は、コイルばね121によってY2方向に付勢されつつ、該係合凸部137(138)を貫通した駆動シャフト115(116)のY2方向端近傍に嵌合されたEリング123によって抜け止めされている。すなわち、係合凸部137(138)は、駆動シャフト115(116)の波形部115c(116c)に対し、回転不能に且つY方向(軸方向)に進退可能に弾性支持されている。コイルばね121の下端部は、係合凸部137(138)の上面側に図示しない環状凹部を形成し、該環状凹部内に挿入されるように配置されてもよい。
 駆動シャフト115(116)は、中央部115d(116d)の上端がベアリング122の内輪に当接し、該中央部115d(116d)の下部に連続するフランジ115a(116b)の上端がベアリング124の内輪に当接することで位置決めされている。駆動シャフト115、116は、平面視(図8参照)で、モータ100、102の軸方向の延長線上(Z方向)に配置されている。
 このような駆動傘歯車117、118、従動傘歯車119、120、及び、駆動シャフト115、116を含むギア機構部106によれば、モータ100、102が連結シャフト18と比較して大径であっても並列配置が可能になると共に、モータ配置の自由度が高まる。また、モータ100及びモータ102と、駆動シャフト115及び駆動シャフト116とは、連結シャフト18を基準としてY方向を基準とした対称位置に設けられており、バランスがよい。
 ギア機構部106では、第2プレート110及び第3プレート112が従動傘歯車119、120を挟んで駆動シャフト115、116を軸支する軸支部材として作用し、第1プレート108がモータ100、102を固定するモータ板として作用すると共に、第2プレート110と第3プレート112とを接続しており、簡便でありながら高い剛性が得られ、モータ100、102及び駆動シャフト115、116を安定して保持することができる。また、駆動シャフト115、116間に、第1プレート108、第2プレート110及び第3プレート112を接続する第4プレート114を設けたことにより、一層高い剛性を得ることができる。
 次に、作業部16を構成する下部ブラケット32について説明する。
 図6及び図11に示すように、下部ブラケット32は、Z方向に延びた側面視略矩形(図6参照)に形成されており、Z1側がボックス構造からなるプーリボックス32aを構成し、該プーリボックス32aのZ2側が平行した一対のプレート構造からなるトリガレバー取付部32bを構成している。この下部ブラケット32は、第1に、プーリボックス32aが駆動部30のギア機構部106に着脱可能に接続されることで、駆動シャフト115、116の回転を連結シャフト18から先端動作部12へと中継する機能を有し、第2に、トリガレバー取付部32bでトリガレバー36を軸支すると共に、トリガレバー36の操作を連結シャフト18から先端動作部12へと中継する機能を有し、第3に、連結シャフト18内の気密状態を維持する機能を有する。
 先ず、プーリボックス32aについて説明する。
 図11~図13に示すように、プーリボックス32aは、X方向両側が開口した空洞部152と、空洞部152のZ1側のシャフト支持部154と、空洞部152のZ2側のロッド孔156a、156bと、空洞部152に収納されたプーリ(従動軸)158a、158b及びワイヤガイド部160a、160bとを有する。プーリボックス32aとトリガレバー取付部32bとの接続部近傍には、Z方向を基準として対称な一対のピン穴161、161が形成されている。各ピン穴161、161には、作業部16と操作部14との着脱時、上部ブラケット104からY1方向に突出した一対のガイドピン163、163が挿入される(図2及び図6参照)。
 空洞部152は、プーリボックス32aのX方向両面を連通する孔であって、側面視(図12参照)で、プーリボックス32aのややZ2方向寄りに設けられ、Z方向両端が半円形状となっている。プーリボックス32aのX方向両面には、空洞部152を囲うOリング164、164が設けられており(図6及び図13参照)、その外面から装着される下部カバー37a、37bによってOリング164が適度に圧縮される。
 シャフト支持部154は、空洞部152からプーリボックス32aのZ1方向端面に連通する孔であり、Z方向に延びる連結シャフト18の基端側を支持している。連結シャフト18のZ2方向端には、筒状のカプラ165が設けられており(図12及び図13参照)、シャフト支持部154はカプラ165を介して連結シャフト18を支持している。カプラ165と連結シャフト18との間には2つのOリング166、166が設けられ、カプラ165とシャフト支持部154との間にはOリング168が設けられている。連結シャフト18は、プーリボックス32aのZ1方向上端に形成された切欠部にクランプ部材170がY1側から締結されることによって固定されている(図11及び図12参照)。
 図12及び図13に示すように、空洞部152には、Y方向に並んだ2対の同軸孔172a、172a(Y1側)及び172b、172b(Y2側)に、それぞれベアリング174a、174a及び174b、174bが設けられており、該ベアリング174a、174bによってプーリ158a、158bが軸支されている。
 プーリ158a、158bは、駆動シャフト115、116に対して同軸である(図6及び図7参照)。前記同軸孔172aから上方に突出したプーリ158a、158bのY1方向端には、駆動シャフト115、116のY2方向端に設けられた係合凸部137、138(図9及び図10参照)と係合可能な係合凹部176a、176bが設けられている(図11及び図12参照)。このような係合凸部137、138と係合凹部176a、176bとは、後述する所定の位相(この場合には1箇所。但しプーリ158a、158bの許容回転範囲θによっては複数のn箇所)でのみ係合可能である(図20A及び図20B等参照)。これらが係合することにより、駆動軸である駆動シャフト115、116からの回転駆動力が、従動軸であるプーリ158a、158bへと伝達される。
 プーリ158aとプーリ158bとの軸間距離は、駆動シャフト115と駆動シャフト116との軸間距離と等しく(図10参照)、プーリ158aとプーリ158bとの隙間は連結シャフト18の径よりも大きい(図13参照)。
 図12に示すように、プーリ158a、158bは、同軸孔172aに対してOリング178aで回転可能に気密シールされ、同軸孔172bに対してOリング178bで回転可能にシールされている。プーリ158a、158bは、Y2方向端がEリング180によって抜け止めされている。また、プーリ158a、158bの中央部には、径調整部材182が介装されており、該径調整部材182を適宜選定することにより、後述するワイヤ1052、1054の巻き付け径を調整可能となっている(図12及び図13参照)。なお、プーリ158a、158bはそれぞれ径調整部材と一体のものとしてもよい。
 プーリ158a、158bの上端に設けられた係合凹部176a、176bは、空洞部152に位置した部位よりも大径であって、プーリボックス32aの上面(Y1方向面)に面する下面には、その外周の所定角度分(例えば、270°)を縮径方向(中心方向)に切欠いた円弧切欠部177、177がそれぞれ形成されている(図12参照)。係合凹部176a、176bの各円弧切欠部177、177には、それぞれストッパ(規制部)179a、179aが挿入配置されている(図11及び12参照)。ストッパ179aは、ワイヤガイド部160a、160bのY1方向端の抜け止めをする止板179のZ2側に突出形成されたプレート状の突起である。
 従って、図14A及び図14Bに示すように、プーリ158a、158bの回転範囲は、図14Aに示す状態でのZ1方向を原点として、円弧切欠部177の両終端の当接部(当接部材)177a、177bが、前記ストッパ179aの両側面に当接するまでの正転及び逆転の範囲に規制されている。すなわち、図14Aに示すように、一方のプーリ158aの回転範囲は、前記原点から時計回り(図14Aは下面図のため、反時計回り)の正転(180°未満)の範囲(図14Aに矢印+θで示し、例えば90°)と、反時計回り(図14Aは下面図のため、時計回り)の逆転(180°未満)の範囲(図14Aに矢印-θで示し、例えば90°)とに規制されている。同様に、他方のプーリ158bの回転範囲も、原点から時計回りの正転の範囲(図14Aに矢印+θで示し、例えば135°)と、反時計回りの逆転の範囲(図14Aに矢印-θで示し、例えば135°)とに規制されている。これにより、プーリ158a等が過剰に回転し、ワイヤ1052等によって駆動される先端動作部12が過度な動作を生じたり、ワイヤ1052等に過度の引張等の負荷が生じたりすることを確実に回避することができる。
 図12及び図13に示すように、ワイヤガイド部160a(160b)は、挿入軸184と、該挿入軸184に隣接して軸支された2層の円筒アイドラ186、188と、これら円筒アイドラ186、188の位置決めをする位置決め筒190a、190bとを有する。
 挿入軸184はY方向に延在し、プーリボックス32aに対してY1側の貫通孔194aを通り、Y2側の有底の穴194bに挿入されており、貫通孔194aのY1方向端が前記止板179によって閉塞されている。挿入軸184は、止板179の近傍がOリング193によってシールされている。挿入軸184は、空洞部152において、Y1側からY2側に向かって順に位置決め筒190a、円筒アイドラ186、円筒アイドラ188及び位置決め筒190bが設けられている。円筒アイドラ186、188は、独立に回転可能なプーリである。
 図13に示すように、各ワイヤガイド部160a、160bを構成する2つの円筒アイドラ186、186間の隙間S1(円筒アイドラ188、188間の隙間も同様)は、連結シャフト18の内径よりも狭く、該内径の1/2程度に設定されている。円筒アイドラ186、188は、回転自在であって、その周面にはワイヤ1054(1052)が配置される溝186a、188aが設けられている。円筒アイドラ186、188は、適度な潤滑性が確保されていれば必ずしも回転可能な構成でなくてもよい。
 このようなワイヤガイド部160a、160bを用いることにより、連結シャフト18は、モータ100、102の径やプーリ158aとプーリ158bとの軸間距離S2(図13参照)に依存することなく十分に細くでき、例えば、トラカール20に挿入するのに適した5mm~10mm程度に設定することができる。また、ギア機構部106を介したモータ100、102の配置の自由度が高まる。ワイヤ1054(1052)の往路線及び復路線は逆方向に動くが、2層の円筒アイドラ186、188は、これに対応しており、各線が摩擦のない動作が可能である。
 図12に示すように、プーリボックス32aを構成する空洞部152には、さらに、2本のロッド(伝達部材)192a、192bがY方向に並んで、Z方向に貫通している。ロッド192a、192bは、例えば、十分に強く且つ細いステンレスパイプ又は中実ロッドであり、Z1方向は空洞部152を貫通して連結シャフト18内へと延び、Z2方向はロッド孔156a、156bを貫通してトリガレバー取付部32bへと延びている。
 ロッド孔156a、156bの開口側(Z2側)には、これらロッド孔156a、156bの周囲を囲繞する矩形プレート状のゴムシート194と、該ゴムシート191を密着支持する支持プレート196とが設けられている(図12参照)。ロッド192a、192bは、ゴムシート194及び支持プレート196に設けられた一対の貫通孔にそれぞれ挿通されると共に、ゴムシート194によりその貫通した摺接面がシールされている。すなわち、ゴムシート194は、ロッド192a、192bに対して隙間なく接触し、空洞部152及び連結シャフト18をZ方向に進退自在に気密シールする。
 このように、プーリボックス32aを構成する空洞部152は、ロッド192a、192bに対してはゴムシート194でシールされ(図12参照)、プーリ158a、158bに対してはOリング178a、178bでシールされ(図12参照)、ワイヤガイド部160a、160b(挿入軸184)に対してはOリング193でシールされ(図12参照)、連結シャフト18に対してはOリング166、168でシールされ(図12参照)、下部カバー37a、37bに対してはOリング164によってシールされ(図6及び図13参照)、これにより気密に維持されている。一方、連結シャフト18の外周面はトラカール20(図1参照)によって気密に支持される。
 従って、体腔22に供給された気体が連結シャフト18からプーリボックス32aを介して外部に漏出することがない。さらに、密封状態となった空気により、血液等の液体が先端動作部12の隙間から連結シャフト18及びプーリボックス32aへと浸入すること事態を可及的に抑制することができ、連結シャフト18やプーリボックス32a、さらには操作部14等の洗浄が容易となる。なお、連結シャフト18の内部に仕切り部等を設けて、気密状態を保つ構成としてもよい。
 図11及び図12に示すように、プーリボックス32aのZ1方向上端のクランプ部材170には、Y1方向に立設された電極棒197が設けられている。電極棒197は、上部カバー25bに形成されたY方向の貫通孔198に挿通され、電極プラグ199(図1参照)が取り付けられることにより、当該マニピュレータ10を電気メスとして使用する際の高電圧が印加される。電極棒197は導電板195によって一方のワイヤガイド部160bに電気的に接続されており(図11参照)、これにより、ワイヤガイド部160bに接触するワイヤ1052を介して先端動作部12側へと高電圧を伝えることができる。
 図15に示すように、シャフト支持部154では、カプラ165及び連結シャフト18の内側で、Y方向にロッド192a及び192bが並列し、ワイヤ1052及び1054の各往復線はY方向に近接して並び、ワイヤ1052とワイヤ1054はX方向に並列しており、バランスよく配列されている。
 次に、下部ブラケット32を構成するトリガレバー取付部32bと、該トリガレバー取付部32bに軸支されるトリガレバー36とについて説明する。
 図1、図6及び図18に示すように、トリガレバー取付部32bは、プーリボックス32aのZ2方向端面からZ2方向に平行に延びた一対の支持プレート201、201の間に渡ったトリガ軸35により、トリガレバー36を回動可能に軸支している。
 先ず、トリガレバー36について説明する。
 図16及び図18に示すように、トリガレバー36は、トリガ軸35に軸支されるアーム部200と、該アーム部200のY2側に設けられた指輪部202と、該指輪部202のY2側に設けられた略円弧状の指掛け突起204a、204bと、指輪部202から指掛け突起204a、204bに渡って形成された内部空間203に収納されたラチェット爪206と、該ラチェット爪206を揺動させるレバー208とを有する。指輪部202は、主に人差し指(又は中指)を挿入し、指掛け突起204a、204bは、主に中指(又は薬指)を掛けるのに適している。
 ラチェット爪206は、Z1側が揺動軸207に軸支されると共に、Z2側には、凹部206bによって形成されて上方を指向した爪部206aが設けられ、揺動軸207よりZ1側の端部がコイルばね209によってY2方向へと付勢されている。これにより、爪部206aが上方に向けて付勢されると共に、凹部206bが内部空間203をX方向に渡るストッパピン(ストッパ部材)211に当接することで、それ以上の上方への揺動が規制されている。
 そこで、トリガ軸35を支点としてトリガレバー36をZ2方向に大きく変位(回動)させると、ラチェット爪206の爪部206aは、グリップハンドル26からZ1方向に突出した平面視略U字状の係合リング(係合部)27に当接する(図2、図6及び図16参照)。次いで、爪部206aのZ2側傾斜面に係合リング27が摺接しつつ、爪部206aがコイルばね209の付勢力に抗して多少下方に揺動される。そして、係合リング27が爪部206aを完全に乗り越えると、ラチェット爪206は、コイルばね209の付勢力によってストッパピン211に当接する位置まで戻され、同時に、係合リング27が爪部206a(凹部206b)に係合する(図17A参照)。その結果、トリガレバー36の位置を保持することができ、エンドエフェクタ1300(図1参照)を閉状態にロックすることができる。係合リング27は、例えば多段に設けてもよく、そうするとトリガレバー36のロック位置又は把持力を把持対象に合わせて調整可能にすることもできる。
 レバー208は、一部が内部空間203からZ1方向に露出した略L字状の部材である(図16参照)。レバー208は、内部空間203内の一端側が揺動軸213に軸支されており、通常、コイルばね209によってY2方向に付勢されたラチェット爪206のZ1方向端によって押圧され、図17Aに示すような初期姿勢で保持されている。
 そこで、図17Bに示すように、レバー208の外部に露出した操作端208bをY2方向に押し下げると、該レバー208が揺動軸213を支点として揺動し、内部空間203内の一端側に形成された押圧面208aがラチェット爪206をコイルばね209の弾性力に抗して揺動させ、図17Bに示すように該ラチェット爪206を固定することができる。これにより、図17Bに示すように爪部206a(凹部206b)と係合リング27との係合が発生しない状態で使用することができる。また、爪部206aと係合リング27との係合を発生させながら使用した際に該係合を解除する場合、指輪部202の下部に部分的に突出しているラチェット爪206の中央凹部(解除部)206cを指で下側に押し下げることによって解除することができる(図17Aの一点鎖線で示すラチェット爪206参照)。
 図16に示すように、トリガレバー36の内部空間203のZ2側上部には、上方に向けて傾斜した傾斜面203aが形成されると共に、他の部分よりも深く掘り下げられた凹部203bが形成されている。これにより、グリップハンドル26側の係合リング27を凹部203bから円滑にラチェット爪206に対して係合させることができる。
 さらに、ラチェット爪206が係合リング27に係合した状態のまま、仮に操作部14と作業部16とを分離させた場合であっても、ストッパピン211によってラチェット爪206の上方への揺動が規制されており、しかも傾斜面203a及び凹部203bが係合リング27の逃げ部として作用するため、図17A中の破線矢印で示すように、係合リング27を傾斜面203aに沿って容易に抜くことができる。このため、係合リング27とラチェット爪206との係合状態が強固に維持されて、係合リング27やトリガレバー36に無理な力が生じることを有効に回避することができる。
 なお、図示はしないが、係合リング27に相当する構造の係合リングを爪部206a及び凹部206bに代えてラチェット爪206側に設ける一方、爪部206a(及び凹部206b)に相当する構造の爪部をグリップハンドル26側に設けてもよい。この場合にも、ラチェット爪206側の前記係合リングに対し、グリップハンドル26側の前記爪部をY1側からY2側に向かって係合する構成とすることにより、上記と略同様な作用効果を得ることができる。
 次に、トリガレバー取付部32bについて説明する。
 図11及び図18に示すように、トリガレバー取付部32bは、プーリボックス32aのZ2方向端面から延び、そのZ2方向端近傍でトリガレバー36を軸支する一対の支持プレート201、201と、支持プレート201、201間に設けられた荷重リミッタ212及びトリガワイヤ214とを有する。支持プレート201、201間の中心は連結シャフト18と略同軸構成となっている。支持プレート201は平行な一対のプレート部材以外、例えば円筒形状等でもよく、トリガ軸35や荷重リミッタ212等を支持できる形状であればよい。
 荷重リミッタ212は円筒形状であって、外筒212aと、内ロッド212bと、コイルばね212cとを有し、Z1方向端の内ロッド212bがロッド192aの端部に軸支され、Z2方向端の外筒212aがアーム部200における軸200aに軸支されている。内ロッド212bとロッド192aを枢動可能に接続する軸205は、支持プレート201に設けられた長丸穴215にスライド自在な状態で支持されている(図19参照)。これにより、ロッド192aと内ロッド212bの角度に係わらず、ロッド192aをZ方向へ真っ直ぐに動かすことができる。コイルばね212cは適度に硬く、プリロードをかけた状態で外筒212aと内ロッド212bとの間に介在している。従って、荷重リミッタ212は、通常は、実質的な剛体としてロッド192aとトリガレバー36とを接続しているが、過度に大きい荷重がかかったとき、すなわち、エンドエフェクタ1300が何かを挟持する等してプリロード以上の荷重がかかったときには、コイルばね212cがさらに圧縮されて内ロッド212bが延出する。これにより、トリガレバー36を過度に強く引いても、その力は荷重リミッタ212によって制限されることになり、エンドエフェクタ1300(図1参照)及びその駆動機構あるいは把持対象物を保護することができる。
 なお、荷重リミッタ212の最大荷重は、エンドエフェクタ1300が最大に開いたときにトリガレバー36を最も手前に引いた場合であっても、トリガワイヤ214等の駆動機構が許容強度以下となるように設定されることが望ましい。
 図18に示すように、トリガワイヤ214は、Z1方向端がロッド192bの端部に接続(例えば、圧着)され、Z2方向端がピン214aを介してアーム部200における軸200bに軸支されている。トリガワイヤ214は、プーリ216に案内されており、該プーリ216よりもZ1側の部分は、ロッド192bと略同軸状となっている。
 軸200aはトリガ軸35よりもY2側、軸200bはトリガ軸35よりもY1側に配置されており、軸200a、200bは、トリガ軸35から略等距離にある。従って、トリガレバー36を操作することにより、軸200aと軸200bは反対方向に略等距離変位し、これに伴って、ロッド192aとロッド192bが反対方向(Z1方向とZ2方向)に略等距離変位する。このように、トリガ軸35、ロッド192a、192b、軸200a、200b、荷重リミッタ212及びトリガワイヤ214等は、トリガレバー36への入力操作を先端動作部12へと機械的に伝達する操作伝達部を構成している。勿論、該操作伝達部は、他の構成要素を含み又はいずれかの構成要素を省略してもよく、要は、トリガレバー36への入力操作によってロッド192a、192b等の伝達部材を進退できる構成であればよい。
 図3、図11及び図20Bに示すように、トリガレバー取付部32bを構成する一対の支持プレート201、201の上面(Y1方向面)において、プーリボックス32a寄りの位置には、両支持プレート201、201に渡ってバーコードプレート220が固定され、その表面にバーコード222が設けられている。
 バーコード222は、例えば略正方形のマトリックス形状であり、桝目に従って白及び黒が印刷された二次元バーコードであり、操作部14側に設けられたカメラ224により、ミラー226及び撮影窓227を介して撮像される(図6及び図19参照)。
 そこで、次に、バーコード222及びそれを撮像するカメラ224について説明する。
 図3、図11及び図20Bに示すように、バーコード222は、XZ平面を構成するバーコードプレート220の上面(Y1方向面)に貼り付けられ、下部カバー37a、37bの合わせ面に形成される切欠230によって上部に露出している。バーコード222には、作業部16の個体情報、仕様、タイムスタンプ(製造日等)やシリアルナンバー、使用量(使用回数)上限等の情報が含まれている。バーコード222が保持している個体情報は、作業部毎に識別が可能なように異なる値が付与されている。また、バーコード222はミラー226を介して撮影されるため、鏡像となっている。
 バーコード222は1枚に限らず、複数枚からなる構成であってもよい。バーコード222が2枚からなる場合、一枚は個体情報、製造日、シリアルナンバー等の個体特有の情報を示し、もう一枚は仕様、使用量上限等の型式毎に共通的な情報を示すようにしてもよい。バーコード222は二次元データに限らず、一次元形状であってもよい。バーコード222における枡目の色は白及び黒に限らず、赤外線吸収色及び赤外線反射色であってもよく、又は3色以上の色の区別により情報を示すようにしてもよい。
 図6及び図19に示すように、カメラ224は、操作部14を構成するモータ100、102の下部に配置され、一方の上部カバー25bの内面に固定されている。カメラ224のX方向両側部には、一対のLED224a、224aが設けられている(図7も参照)。カメラ224は、例えばCCD形式又はCMOS形式からなり、バーコード222を撮像するためのカメラである。
 図19に示すように、カメラ224は、撮像方向が反射鏡であるミラー226で屈曲されてバーコード222を撮像可能な向き(略Z1方向)に設定されており、つまり、屈曲方向(直交方向)に位置した被写体であるバーコード222をミラー226を介して撮像可能である。同様に、LED224aは、光軸がミラー226で屈曲されてバーコード222を照明する向き(略Z1方向)に設定されている。LED224aにより、カメラ224はバーコード222を一層確実に認識することができる。LED224aは、カメラ224を挟んで左右対称位置に設けられており、バーコード222をバランスよく照明することができる。LED224aは、カメラ224を挟んで上下に設けられていてもよく、等間隔に3以上設けられていてもよい。LED224aが十分な光量を有する場合には1つでもよい。
 ミラー226のY2方向には、上部カバー25を透過させる撮影窓227が設けられており(図19参照)、すなわち、操作部14において、カメラ224、LED224a及びミラー226は、上部カバー25内に収納されている(図2及び図6参照)。さらに、操作部14に作業部16が装着された状態では、上部カバー25及び下部カバー37によってバーコード222も略閉空間内に配置されるため、当該マニピュレータ10の使用時に、バーコード222及びカメラ224が血液等で汚れることを防止可能であると共に、不要な外乱光を遮蔽してLED224aによる安定した撮像が可能となる。また、バーコード222とカメラ224との相対的な位置及び向きが固定的であることから、カメラ224側では、バーコード222の位置及び向きを特定する必要がなく、これらを特定するためのコードが不要か又は少量で足り、その分、バーコード222における記録可能な情報量が多くなる、あるいは省スペースでの配置が可能となる。
 このようなバーコード222を作業部16に設けたことにより、操作部14及びコントローラ514では、カメラ224を用いて作業部16の個体情報を認識することができ、マニピュレータ10を構成するモータ100、102等を当該作業部16の種類(例えば、グリッパやはさみ、電気メス)に対応するように適切に且つ正確に駆動制御することができる。
 ここで、作業部16が操作部14に装着されたことは、着脱センサ314及び検出シャフト316(図7等参照)によって迅速に検出することができる。そこで、コントローラ514では、着脱センサ314による作業部16の装着の検出を、カメラ224及びLED224aを起動制御してバーコード222から個体信号を取得するためのトリガ信号とすることもできる。
 すなわち、コントローラ514は、作業部16が操作部14に装着されたと略同時に、カメラ224及びLED224aを駆動制御してバーコード222から個体信号を取得する。コントローラ514では、少なくとも作業部16が操作部14に装着されたときに個体信号を取得すれば足り、それ以外のときにはカメラ224及びLED224aの動作を停止しておくことができ、処理負荷が低減すると共に省電力化を図ることができる。さらに、バーコード222は直接的な通電の必要がなく操作部14及び作業部16には電気的接点が存在せず、しかもバッテリ等の蓄電体もないため一層省電力であると共に、操作部14から取り外した作業部16の洗浄や滅菌等を一層容易に行うことができる。
 次に、操作部14側のマスタスイッチ34及び複合入力部24について説明する。
 マスタスイッチ34(図1及び図6参照)は、マニピュレータ10の動作状態の有効又は無効を設定するための入力手段であり、その操作は入力検出部(トグルスイッチ又はタクトスイッチ等)350によって検出され、検出された信号がコントローラ514に供給される。LED29は、マニピュレータ10の制御状態を示すインジケータであり、操作者が容易に認識可能な大きさであり、且つ操作に支障がない程度に十分に小型軽量である。LED29は、上部カバー25の頂面(Y1方向面)における略中央部で、視認性のよい位置に設けられており、マスタスイッチ34と並んで配置されている。LED29は、例えば、マスタスイッチ34によるON操作に同期して点灯等をするため、操作者はマスタスイッチ34の操作をしながらその入力状態をLED29により確実に認識することができる。LED29は、例えば、緑色及び赤色をそれぞれ発光可能であり、さらに各色につき点灯及び点滅が可能である。
 図6及び図7に示すように、マスタスイッチ34は、一方の上部カバー25bの内面に支持部材352を介して固定された基板354上に配置され、上部カバー25内の部分がスイッチカバー356によって外部から密封されている。
 コントローラ514(図1参照)では、マスタスイッチ34の入力状態を読み込み、オンされた際に後述する原点サーチ動作を行ってマニピュレータ10を所定の使用可能状態に駆動制御する。これにより、操作部14の操作指令が有効となり、先端動作部12に所望の動作を付与することが可能となる。
 図4及び図5に示すように、複合入力部24は、Z軸(Y軸)を中心としてX1方向及びX2方向に対称な構造であり、先端動作部12に対してロール方向(軸回転方向)及びヨー方向(左右方向)の回転指令を与える複合的な入力部である。グリップハンドル26の上面は、Z1方向に向けてY1方向に上がる傾斜面26aとなっており、複合入力部24はこの傾斜面26aに設けられている。傾斜面26aの傾斜角は、グリップハンドル26を人手で把持したときに複合入力部24が親指又は人差し指で操作し易い角度であり、Z方向を基準として20°~35°程度が好適である。
 複合入力部24は、傾斜面26aに配置されたセンサホルダ52によって支持されており、傾斜面26aのZ1側(Y1側)の回転操作部54と、そのZ2側(Y2側)に設けられた傾動操作部56と、傾動操作部56の下部側面にそれぞれ配設された3つのスイッチ操作子58a、58b、58cとを有する。
 図5に示すように、センサホルダ52内には、スイッチ基板62が設けられ、該スイッチ基板62には、回転操作部54への入力操作を検出する入力検出部(タクトスイッチ)66aと、傾動操作部56への入力操作を検出する入力検出部(タクトスイッチ)66bと、スイッチ操作子58a~58cへの入力操作を検出する入力検出部(タクトスイッチ)66c~66eとが設けられる。このような複合入力部24により、モータ100、102、駆動シャフト115、116及びプーリ158a、158bが駆動され、可撓性部材であるワイヤ1052、1054を介して先端動作部12をロール方向及びヨー方向に動作させることができる。
 スイッチ操作子58bは、回転操作部54及び傾動操作部56の有効及び無効の切換や、ヨー軸機構(ピボット軸機構)を所定の初期姿勢に戻す(一度押すと初期姿勢まで自動的に移動し、停止する)、又は初期姿勢方向に移動させる(押しているときだけ初期姿勢方向に移動し、初期姿勢になったら自動的に停止する)ためのスイッチとして用いるとよい。
 スイッチ操作子58a及び58cは、ロール回転機構を所定の初期姿勢に戻す、又は初期姿勢方向に移動させるためのスイッチとして用いるとよい。スイッチ操作子58a及び58cは、全く同一の機能を有するスイッチとして左右に配置することで、操作者が操作部14を右手で把持した場合でも左手で把持した場合でも問題なく、同様の操作をすることができる。具体的には、右手操作の場合及び左手操作のいずれの場合にも、例えば親指による同様の操作が可能である。また、現在のロール回転機構の位置(正領域か負領域か)を意識せずにロール回転機構を所定の初期姿勢まで戻し、又は初期姿勢方向に移動させることができる。
 図5に示すように、回転操作部54は、YZ方向に沿う軸(図示せず)を中心として回動可能な構成であり、X1方向及びX2方向にそれぞれ伸びたレバー72aと、両レバー72a、72aの間でX、Y、Z方向に適度に膨出して3方に切欠72bを設けた操作子72cとを有する。レバー72aの左右両端は、表面に滑り止め用の多数の筋が設けられた半円形状となっている。操作子72cは、初期位置の状態で上部カバー25a、25bと連続的な面(平面又は曲面)を構成しており(図4参照)、無駄な突起や段差等がなく、外観上で好適であるとともに、操作もし易い形状とされている。
 回転操作部54は、操作子72cの切欠72bを指で周方向に向かう回動操作がなされ、ロール回動機構を動作させる機能を有する。このように外周面に指掛け部が設けられている回転操作部54によれば、前記YZ方向に沿う軸を中心とした回動操作がなされ、ロール回動機構についての直感的な操作性が得られる。また、指掛け部が傾動操作部56の端部よりも外径側に設けられていることにより、該傾動操作部56との使い分けが容易である。
 図5に示すように、傾動操作部56は、YZ方向に沿う軸74を中心として傾動可能な傾動板76を設けた構成である。軸74はX方向に関して複合入力部24の中心となっている。傾動操作部56は、傾動板76を指で押し込むことによる傾動操作がなされ、ヨー軸機構(ピボット軸機構)を動作させる機能を有する。
 このように、複合入力部24において、回転操作部54は周方向に向かう回動操作がなされ、傾動操作部56は押し込むことによる傾動操作がなされ、このような操作方法の違いにより、ロール回動機構とヨー(ピボット)軸機構との対応付けが容易に理解され、より直感的な操作が可能となる。
 また、センサホルダ52は、上部カバー25と密着して当該複合入力部24の周囲をシールする機能も有し、複合入力部24の周辺から液体等が上部カバー25内に浸入することを防止している。勿論、センサホルダ52と別体のシール部材を配設してもよい。
 以上より、操作部14において上部カバー25内は、複合入力部24の周辺がセンサホルダ52によりシールされ(図4及び図6参照)、マスタスイッチ34の周辺がスイッチカバー356によりシールされ(図6参照)、カメラ224及びミラー226とバーコード222との間が撮影窓227によりシールされ(図6及び図19参照)、上部ブラケット104の底面周辺がOリング105、131、320、326、328によりシールされ(図6、図9及び図10参照)、これにより密封されている。従って、血液や洗浄液等が上部カバー25内に浸入することを防止でき、作業部16と分離した状態であっても操作部14の洗浄や滅菌等が容易となる。
 次に、操作部14(駆動部30)と作業部16との着脱の構成について説明する。
 図2及び図6に示すように、駆動部30は上部カバー25内に収納されており、操作部14及び作業部16が分離された状態において、上部カバー25の下面側(Y2方向)からギア機構部106等を支持する上部ブラケット104の底面が露呈する。
 図2及び図20Aに示すように、上部カバー25から露出している上部ブラケット104の底面からは、駆動シャフト115、116と、各駆動シャフト115、116に対応する係合凸部137、138と、各係合凸部137、138に対応するカップリングセンサ306、308の検出シャフト310、312と、着脱センサ314の検出シャフト316とがY2方向に突出している。さらに、上部ブラケット104の底面からは、一対のガイドピン163、163がY2方向に突出している。各ガイドピン163近傍の上部カバー25aのX1方向面及び上部カバー25bのX2方向面に形成された凹部399、399内には、下端側が上部カバー25からY2方向に突出した着脱レバー400、400がそれぞれ設けられている。
 2本のガイドピン163、163は、下部ブラケット32の2つのピン穴161、161に対向する位置で、上部ブラケット104の底面Z2方向端のX方向両端にそれぞれ設けられている(図6、図20A及び図20B参照)。
 図1及び図2に示すように、2つの着脱レバー400、400は、駆動部30を覆う上部カバー25の左右側面(X1及びX2側面)に対称に設けられており、Z方向に沿った回動軸400aの上部(Y1側)に設けられた一対の弾性部材400b、400bにより、Y2方向端の内側に形成された爪部400cが上部カバー25の内側に向かう方向で弾性的に付勢されている。着脱レバー400の上部表面(Y1側)はやや窪んでおり、弾性部材400bの付勢力に抗して当該着脱レバー400を開放させるために指で押圧する操作面400dを構成している。
 このような着脱レバー400によれば、操作部14が作業部16に装着される際には、爪部400cが、下部カバー37のX方向両側面に形成された凹部401内に固定された係止部401aに係合する。これにより、操作部14と作業部16とを確実に連結し固定することができる。一方、操作部14及び作業部16が装着された状態で、2つの操作面400d、400dを略同時に内側へと押圧することにより、爪部400cと係止部401aとの係合状態が解除され、操作部14と作業部16とを分離させることができる。
 操作部14及び作業部16の装着時には、2本並列して設けられたガイドピン163が作業部16側の2つのピン穴161に嵌挿されるため、駆動部30(操作部14)は作業部16に対して確実に位置決めされ、安定して保持される。勿論、ガイドピンは3本以上としてもよい。ガイドピン163は、X-Z平面内に作用するモーメントを受けることができ、係合部やプーリ、駆動シャフト等に加わる力を低減することができる。
 さらに、図2、図3及び図6に示すように、このような装着時には、上部カバー25の底面側(Y2側)でグリップハンドル26の根元近傍に形成された位置決め凹部406に対し、下部カバー37のZ2方向端に形成された位置決め凸部408が係合する。これにより、操作部14と作業部16とを一層確実に位置決めすることができ、しかも装着後における操作部14と作業部16との間でのねじり方向等での剛性を高めることができる。
 図2及び図20Aに示すように、駆動シャフト115(116)の先端(Y2方向端)に設けられた係合凸部137(138)には、軸中心から放射状に延びた円弧状の複数(5つ)の凸部として、1つの大凸部402aと、4つの小凸部402bとが設けられている。図20Aから諒解されるように、大凸部402aは、均等に配置された6つの小凸部のうちの2つを連結した形状となっている。
 一方、図3及び図20Bに示すように、プーリ158a(158b)の先端(Y1方向端)に設けられた係合凹部176a(176b)には、前記係合凸部137(138)の形状に対応し、軸中心から放射状に延びた円弧状の複数(5つ)の凹部として、1つの大凹部404aと、4つの小凹部404bとが設けられている。図20Bから諒解されるように、大凹部404aは、均等に配置された6つの小凹部のうちの2つを連結した形状となっている。さらに、これら大凹部404a及び小凹部404bを設けた溝部の中心には、Y2方向にさらに深い中央凹部404cが設けられている。中央凹部404cは、係合凸部137、138の中心からY2方向に突出した駆動シャフト115、116先端の逃げ部であり(図23B参照)、同軸となるように位置決めするためのガイドの機能も有する。
 図20A及び図20Bから諒解されるように、係合凸部137、138と係合凹部176a、176bとは、互いに所定の係合位相にある状態で係合可能である。すなわち、大凸部402aと大凹部404aとが係合し、且つ、全ての小凸部402bと小凹部404bとが係合し、これにより、操作部14と作業部16とが装着された状態で、モータ100、102の回転駆動力を、駆動シャフト115、116からプーリ158a、158bへと確実に伝達することができる。
 この際、係合凸部137(138)は、駆動シャフト115(116)の波形部115c(116c)に対して挿通されているため、該駆動シャフト115(116)と共に回転する。さらに、係合凸部137(138)と係合凹部176a(176b)とは、周方向に複数配置された大凸部402a及び小凸部402bと大凹部404a及び小凹部404bとが互いに噛合っているため、駆動シャフト115(116)の回転駆動力を一層確実にプーリ158a(158b)へと伝達することができる。なお、駆動シャフト115(116)側に係合凹部を設け、プーリ158a(158b)側に係合凸部を設けるようにしてもよい。
 以上のように、駆動部30側の係合凸部137、138は、駆動シャフト115、116を回転軸として回転可能である(図20A参照)。同様に、作業部16側の係合凹部176a、176bは、プーリ158a、158bを回転軸として回転可能であるが(図20B参照)、その回転範囲は、ストッパ179aと当接部177a、177bとの当接による規制作用により、所定の正転範囲(図14A中の矢印+θ参照)及び逆転範囲(図14A中の矢印-θ参照)に規制されている。
 なお、プーリ158a、158bの回転範囲は、他の構造によって規制してもよく、例えば、図21に示すように、プーリ158a、158b(係合凹部176a、176b)に、その外径方向に突出した当接部(当接部材)177cを設け、下部ブラケット32の上面(Y1方向面)に、前記当接部177cが所定の正転及び逆転を行った際に当接し、それ以上の回転を規制するストッパ179bを設けてもよい。これらの当接部177c及びストッパ179bは、上記の当接部177a、177b及びストッパ179aの構造のように、係合凹部176a、176bの下部に形成した円弧切欠部177(図12及び図14A参照)内に配置されるように構成してもよい。
 また、係合凸部137、138及び係合凹部176a、176bは、それぞれ中心から放射状に延びた凸部及び凹部のうち、他より大きな1つの大凸部402a及び大凹部404aを持ち、回転中心に対して非対称な形状とされている(図20A及び図20B参照)。
 従って、一方の係合凸部137及び係合凹部176aと、他方の係合凸部138及び係合凹部176bとは、それぞれ図22Bに示すように、互いの大凸部402aと大凹部404aとが一致した場合、つまり単一の回転角度(位相)でのみ係合可能であり、図22Aに示すように、それ以外の回転角度(位相)では構造的に係合不能となっている。すなわち、操作部14と作業部16との装着時、係合凸部137(138)と係合凹部176a(176b)とが互いに係合不能な回転位相である場合には、係合可能な回転位相に駆動制御する係合動作(カップリング動作)が必要である。さらに、係合動作の終了後には、コントローラ514が先端動作部12を正確に且つ精度よく駆動制御するため、先端動作部12を所定の原点姿勢(図1、図49及び図51参照)とし、モータ100、102を所定の原点位相とすべく、ワイヤ1052、1054を往復駆動するプーリ158a、158b及び駆動シャフト115、116と、モータ100、102の回転位相を原点に復帰させる原点サーチ動作を実施する必要がある。
 なお、係合凸部137、138と係合凹部176a、176bとは、上記のように、単一の位相でのみ互いに係合可能に構成する以外にも、複数の位相で係合可能に構成することも可能であるが、詳細は後述する。また、大凸部402aと大凹部404aとを一致させる係合構造以外にも、小凸部402bと小凹部404bとを一致させる係合構造等、各種の構造でもよく、要は、所定の位相で係合凸部と係合凹部とが互いに係合し、回転力を伝達可能なものであればよい。また、係合凸部137や係合凹部176a等の形状は、他の形状であっても当然よく、要は、駆動シャフト115、116からの回転駆動力を従動軸であるプーリ158a、158bに確実に伝達可能且つ着脱可能な形状であればよい。
 次に、係合凸部137(138)と係合凹部176a(176b)との係合動作(カップリング動作)及びこの係合動作と共に実施される原点サーチ動作について説明する。なお、一方の係合凸部137及び係合凹部176aの係合動作及び原点サーチ動作と、他方の係合凸部138及び係合凹部176bの係合動作及び原点サーチ動作とは略同様である。このため、以下では一方の係合凸部137及び係合凹部176aの係合動作及び原点サーチ動作について代表的に説明する。
 先ず、係合凸部137(138)と係合凹部176a(176b)との間での係合動作について説明する。
 図22A及び図23Aは、操作部14と作業部16とが装着される際、係合凸部137(138)及び係合凹部176a(176b)の回転位相が略90°ずれている場合、すなわち、大凸部402a及び大凹部404aが略90°ずれており、小凸部402b及び小凹部404bもずれており、係合凸部137と係合凹部176aとが互いに係合不能である状態の一例である。本実施形態に係るマニピュレータ10では、このような状態であっても、操作部14と作業部16とを外観上では装着可能である。
 すなわち、図23A及び図23Bから諒解されるように、操作部14及び作業部16の装着時において、係合凸部137が係合凹部176aと係合できない場合(図23A参照)、操作部14が作業部16へと押し下げられるのに伴い、係合凸部137の先端下面(Y2方向端面)は係合凹部176aの先端上面(Y1方向端面)に当接し、コイルばね121の付勢力に抗して駆動シャフト115の波形部115cに沿ってY1方向に退動する。
 その結果、係合凸部137及び係合凹部176aが係合しないままであっても(図23A参照)、着脱レバー400の爪部400cが係止部401aに係合し(図1~図3参照)、操作部14と作業部16との装着が完了する。この装着完了は、検出シャフト316が止板179に着座したことが着脱センサ314に検出されることによりコントローラ514でも認識される。
 この際、図23Aに示すように、カップリングセンサ306用の検出シャフト310は、その下端のフランジ310bが係合凸部137の環状溝部139に係合していることから、係合凸部137のY1方向への退動に伴ってY1方向に退動する。従って、カップリングセンサ306は、係合凸部137と係合凹部176aとの係合動作の完了を検出できず、つまり、コントローラ514は、操作部14と作業部16の装着が完了したことを認識すると同時に、係合凸部137と係合凹部176aの係合が完了していないことを認識する。
 そこで、コントローラ514では、例えばマスタスイッチ34(図1参照)がオン操作されることにより、前記原点サーチ動作の一動作として、係合凸部137と係合凹部176aとを係合させる係合動作(カップリング動作)を実施する。
 図22A及び図23Aに示すように、先ず、係合凸部137の先端下面が係合凹部176aの先端上面に当接して着座している状態でモータ100が駆動される。これにより、ギア機構部106を介して駆動シャフト115が回転される一方、プーリ158aは回転されず、図22A中の破線矢印に示すように、係合凸部137が係合凹部176a上を摺接しながら回転する。
 図22Bに示すように、回転する大凸部402aが大凹部404aに一致すると、係合凸部137及び係合凹部176aが係合可能な位相となるため、図23Bに示すように、係合凸部137はコイルばね121の付勢力によってY2方向に進動され、係合凸部137及び係合凹部176aが互いに係合する。これにより、検出シャフト310も係合凸部137と共にY2方向に進動するため、カップリングセンサ306は、係合凸部137と係合凹部176aとの係合動作の完了を検出することができる。そして、駆動シャフト115とプーリ158aとが回転駆動力を伝達可能に連結されるため、係合凹部176aの回転位相、つまりプーリ158a及びワイヤ1054を介在した先端動作部12の動作姿勢についても、モータ100の回転駆動力によって制御可能な状態となる。
 なお、コイルばね121によって弾性支持する対象を係合凹部176a(176b)側としても略同様の作用を得ることができるが、カップリングセンサ306は操作部14側に設けた方がコントローラ514との接続等にとって都合がよく、このため、検出シャフト310が連結される係合凸部137(138)側がコイルばね121によって弾性支持されて進退可能に構成されている方が望ましい。
 次に、上記の係合動作と共に実施される原点サーチ動作について説明する。本実施形態では、コントローラ514の制御下に該原点サーチ動作が駆動制御され、つまりコントローラ514が原点サーチ部としての機能を有する。
 図24A~図24Dは、操作部14及び作業部16が外観上装着された状態での、係合凸部137(破線で示す)と係合凹部176a(実線で示す)の互いの初期位相(カップリングポジション)の各パターンを例示した説明図である。
 図24A~図24Dにおいて、一点鎖線で示す直線M0はモータ原点M0、つまりモータ100、駆動シャフト115及びプーリ158aの原点位相を示すと共に、先端動作部12が原点姿勢となる位相を示している。モータ原点M0は、図7及び図8に示す検出片333(334)の半円状の円板部の2つの端部333a、333a(334a、334a)が原点検出センサ331(332)を通過することにより、該原点検出センサ331(332)の出力が切り替わる点として、コントローラ514により検出される。検出片333には検出される端部333aが180°位相となっている。上記したように、プーリ158aの回転範囲は、正転及び逆転の範囲が共に180°未満となっているため(図14A等参照)、検出片333を180°位相とすることにより、原点に対して正領域であるか、あるいは負領域であるかを判断できる。
 なお、図24A~図24Dでは、理解の容易のため、駆動シャフト115側の係合凸部137を破線大円形状に示すと共に、大凸部402aを破線小円形状に示す一方、プーリ158a側の係合凹部176aを実線大円形状に示すと共に、大凹部404aを実線小円形状に示している。また、係合凹部176a(プーリ158a)の回転範囲を明確にするため、係合凹部176a側の当接部177a(177b)を外径方向に突出した当接部材として図示すると共に、その回転を規制するストッパ(プーリ動作限)179aをハッチングを付与した直線で図示しており、換言すれば、図21の変形例に示す当接部177cとストッパ179bとの当接による回転範囲の規制に類似した構造として図示しており、図25A以降についても同様である。さらに、このような係合凸部137及び係合凹部176aの係合のケースとしては、プーリ158aの初期位相によって8種類のケースが存在し得、原点サーチのために各ケース毎に8つの動作パターンで動作するようにプログラムされている。なお、基本的には、8つの動作パターンであるが、この動作パターンはモータ原点M0を中心とした対称系であることから、本実施形態では、コントローラ514の制御下に実施される図24A~図24Dに示す4つの代表的な動作パターンについて説明する。
 図24Aは、係合凸部137(大凸部402a)の位相を基準とした場合に、モータ原点M0と逆方向(逆転方向)に係合凹部176a(大凹部404a)の位相がある状態を例示したものであり、このカップリングポジションからの係合動作及び原点サーチ動作を、以下、動作パターン(1)と呼ぶ。図24Bは、係合凸部137(大凸部402a)及び係合凹部176a(大凹部404a)の位相が最初から(つまり、駆動部30及び作業部16が装着された瞬間から)一致している状態を例示したものであり、以下、動作パターン(2)と呼ぶ。図24Cは、係合凸部137(大凸部402a)の位相を基準とした場合に、該係合凸部137(大凸部402a)とモータ原点M0との間に、係合凹部176a(大凹部404a)の位相がある状態を例示したものであり、以下、動作パターン(3)と呼ぶ。図24Dは、係合凸部137(大凸部402a)の位相を基準とした場合に、モータ原点M0の正方向(正転方向)に係合凹部176a(大凹部404a)の位相がある状態を例示したものであり、以下、動作パターン(4)と呼ぶ。
 基本的なプログラム・シーケンスは、モータ原点M0の検出動作と係合動作から構成される。先ず、モータ原点M0の検出を行う。モータ原点M0の検出動作では、原点検出センサ331からスタート時の正負領域を判断し、駆動シャフト115をモータ原点M0方向へ動作させる。モータ原点M0の検出後、正負いずれかの動作限からいずれかの動作限へ連続的に動作させる。
 モータ原点M0検出時以降に、係合凸部137と係合凹部176aの係合が係合センサであるカップリングセンサ306により確認されれば、動作限から動作限へ連続的に動作させるシーケンスを終了し、モータ原点M0へ移動させ、原点サーチ動作は完了する。
 上記の係合凸部137と係合凹部176aのそれぞれの位相関係により、係合凸部137と係合凹部176aの係合のタイミングや位置は異なるため、結果として動作パターンは複数考えられ、基本的には4ケースが考えられる。それぞれのケースにおける動作パターンを説明する。
 動作パターン(1)について、図25A~図25Dを参照して説明する。動作パターン(1)では初期状態において、係合凸部137(大凸部402a)の位相に対し、モータ原点M0と逆方向(逆転方向)に係合凹部176a(大凹部404a)の位相がある(図24A及び図25A参照)。
 先ず、駆動シャフト115は原点検出センサ331により負領域であることが分かるため、モータ100を駆動制御して駆動シャフト115を正方向(図25Aで時計回り)に回転させ、図25A中の破線矢印で示すように、係合凸部137(大凸部402a)をモータ原点M0方向に回転させる。そうすると、係合凸部137(大凸部402a)はモータ原点M0に一致した位相となり(図25B参照)、原点検出センサ331により検出片333の端部333aが検出され(図8参照)、この位相をコントローラ514はモータ100の原点として認識する。
 続けて、図25C中の破線矢印で示すように、係合凸部137(大凸部402a)をさらに正転方向に回転させることにより、係合凸部137(大凸部402a)の位相が係合凹部176a(大凹部404a)の位相に一致して、互いに係合する(図25C参照)。係合凸部137と係合凹部176aとの係合動作は、図22A~図23Bを参照して上記した通りであり、この係合は、カップリングセンサ306を介してコントローラ514によって検出される。
 そこで、図28C中の実線矢印に示すように、係合凹部176aと係合した係合凸部137をモータ原点M0へと回転させることにより、係合凹部176aも一緒にモータ原点M0に回転し、図25D等に示す場合と同様に、駆動シャフト115及びプーリ158aが所定の原点位相に設定され、先端動作部12も所定の原点姿勢となる。
 動作パターン(2)について、図26A~図26Dを参照して説明する。動作パターン(2)では初期状態において、係合凸部137(大凸部402a)及び係合凹部176a(大凹部404a)の位相が最初から一致しており(図24B及び図26A参照)、この係合は、カップリングセンサ306を介してコントローラ514によって検出されている。
 先ず、図26A中の矢印に示すように、係合凹部176aに係合した係合凸部137をモータ原点M0へと回転させることにより、係合凹部176aも一緒にモータ原点M0に回転する。そうすると、係合凸部137及び係合凹部176aはモータ原点M0に一致した位相となり(図26B参照)、原点検出センサ331により検出片333の端部333aが検出され(図8参照)、この位相をコントローラ514はモータ100の原点として認識する。このため、モータ100の回転が停止されるが、図26Aから図26Bに示すようにして原点が検出された際には、検出と略同時にモータ100を停止させたとしても、モータ100は原点位置から多少のオーバーランをしている(図26C参照)。
 そこで、図26Dに示すように、モータ原点M0まで逆転方向にモータ100を回転させることにより、係合凸部137及び係合凹部176aがモータ原点M0に戻されて停止され、これにより、駆動シャフト115及びプーリ158aが所定の原点位相に設定され、先端動作部12も所定の原点姿勢となる。
 動作パターン(3)について、図27A~図27Cを参照して説明する。動作パターン(3)では初期状態において、係合凸部137(大凸部402a)の位相を基準とした場合に、該係合凸部137(大凸部402a)とモータ原点M0との間に、係合凹部176a(大凹部404a)の位相がある(図24C及び図27A参照)。
 先ず、モータ100を駆動制御して、図27A中の破線矢印で示すように、係合凸部137(大凸部402a)をモータ原点M0方向に回転させる。そうすると、図27Bに示すように、係合凸部137(大凸部402a)の位相が係合凹部176a(大凹部404a)の位相に一致して互いに係合し、この係合は、カップリングセンサ306を介してコントローラ514によって検出される。
 そこで、図27B中の矢印に示すように、係合凹部176aに係合した係合凸部137をモータ原点M0へと回転させることにより、係合凹部176aも一緒にモータ原点M0に回転されて、係合凸部137及び係合凹部176aはモータ原点M0に一致した位相となり(図27C参照)、原点検出センサ331により検出片333の端部333aが検出され(図8参照)、この位相をコントローラ514はモータ100の原点として認識する。続いて、図26B~図26Dに示す動作と略同様、図27Cの往復矢印で示すように、モータ100はモータ原点M0を多少オーバーランして停止された後、逆転方向に回転されることにより、係合凸部137及び係合凹部176aがモータ原点M0に戻されて停止され、これにより、駆動シャフト115及びプーリ158aが所定の原点位相に設定され、先端動作部12も所定の原点姿勢となる。
 動作パターン(4)について、図28A~図28Cを参照して説明する。動作パターン(4)では初期状態において、係合凸部137(大凸部402a)の位相を基準とした場合に、モータ原点M0の正方向(正転方向)に係合凹部176a(大凹部404a)の位相がある(図24D及び図28A参照)。
 先ず、モータ100を駆動制御して、図28A中の破線矢印で示すように、係合凸部137(大凸部402a)をモータ原点M0方向に回転させる。そうすると、図28Bに示すように、係合凸部137(大凸部402a)はモータ原点M0に一致した位相となり、原点検出センサ331により検出片333の端部333aが検出され(図8参照)、この位相をコントローラ514はモータ100の原点として認識する。
 続けて、図28B中の破線矢印で示すように、係合凸部137(大凸部402a)をさらに正転方向に回転させることにより、係合凸部137(大凸部402a)の位相が係合凹部176a(大凹部404a)の位相に一致して、互いに係合し(図28C参照)、この係合は、カップリングセンサ306を介してコントローラ514によって検出される。
 そこで、図25Dに示す場合と略同様に、係合凹部176aに係合した係合凸部137をモータ原点M0へと戻すことにより、係合凹部176aも一緒にモータ原点M0に回転し、駆動シャフト115及びプーリ158aが所定の原点位相に設定され、先端動作部12も所定の原点姿勢となる。
 ところで、場合によっては、係合凸部137と係合凹部176aとの摩擦や引っ掛かり等により、両者が係合(嵌合)していない状態であっても、プーリ158aは、駆動シャフト115と共に連れ回りされ回転することも考えられる。そのような場合、動作パターン(1)では、図25Cの位置では係合せず、最悪の場合、ストッパ179a(+動作限)の位置で係合することになる。動作パターン(3)、(4)の場合も同様に、ストッパ179a(+動作限)の位置で係合することになる。つまり、プーリ158aが駆動シャフト115と連れ回った場合でも、少なくとも正負の動作限から動作限へ連続的に動作するシーケンスが含まれていたら、動作限近傍で係合させることは可能である。なお、動作限方向へ動作しているときに、動作限近傍で係合した場合でも、シーケンス的には、既にモータ原点M0の検出は完了しているため、動作限の位置はわかっており、動作限近傍では、減速、停止等の処置は可能であり、ストッパ179aに機械的に高速状態で衝突して、駆動系に機械的ダメージや破損・破壊を与えることなく、高速に原点サーチ動作を行うことが可能である。
 また、動作パターン(1)の場合、図25Bから図25Cの状態へ動作する方法として、同一方向へ回転させた場合について説明したが、図25Bの動作後、動作限であるストッパ179aの位置で一旦停止し、逆方向回転させてもよい。この場合も、シーケンス的には、既にモータ原点M0の検出は完了しているため、一旦停止し反転させることは容易である。θの角度が小さい場合には、一旦停止させた方が、移動距離が短くなり、原点サーチ動作を短縮させることが可能である。
 同一方向へ回転させるか、反転させるか、どちらのシーケンス・プラグラムをコントローラ514に組み込むかは、動作範囲である許容回転範囲θ、原点サーチ最大許容時間、係合部の位相状態の頻度等を考慮して決定すればよい。
 原点サーチ動作は、操作ボタン(マスタスイッチ34)を押したらスタートし自動的に完了する、もしくは、スイッチ(マスタスイッチ34)を押しているときだけ、サーチ動作を行い、離したら停止、再度押すと再スタート等のようにしてもよい。後者の場合、マニュアル的な操作となり、異常を感じたときや、途中停止したいときに、原点サーチ動作をすぐに停止させることができる。
 ところで、上記したように、駆動シャフト115(116)とプーリ158a(158b)との係合(カップリング)は、上記例示した単一の位相でのみ係合可能に構成する以外にも、2以上の位相で係合可能に構成することもできる。
 次に、駆動シャフト115(116)及びプーリ158a(158b)の係合凸部137(138)及び係合凹部176a(176b)の係合位相の構成例について説明する。
 駆動シャフト115(116)とプーリ158a(158b)とのカップリングにおける係合凸部137(138)と係合凹部176a(176b)との係合位相は、例えば、先端動作部12の構成の違い等によりプーリ158a(158b)に設定される動作領域(許容回転範囲)に応じて設定されるとよく、単一の位相以外にも、2以上の位相での係合を可能に構成することができる。
 先端動作部12を直接的に動作させる従動軸であるプーリ158a(158b)の動作領域である許容回転範囲をθ(°)とし、360(°)/θ(°)の商の整数部分をnとすると、上記した原点サーチ動作等を考慮して、最大n箇所での係合が可能、つまりn箇所以下の位相でのみ係合可能に構成される。
 そこで、許容回転範囲θと係合箇所(n箇所)との関係は、次の(1)~(5)に例示するように設定できる。なお、前記許容回転範囲θは、図14Aに示すプーリ158aの場合、矢印+θが例えば90°であり、矢印-θが例えば90°であるとすると許容回転範囲θが180°となり、プーリ158bの場合、矢印+θが例えば135°であり、矢印-θが例えば135°であるとすると許容回転範囲θが270°となる。
 (1)θが180°(度)以上360°(度)未満の場合には1箇所であり、係合凸部及び係合凹部は単一位相の形状で係合可能に構成する必要がある。(2)θが120°以上180°未満の場合には2箇所以下であり、係合凸部及び係合凹部は180°位相形状で係合可能に構成することができる。(3)θが90°以上120°未満の場合には3箇所以下であり、係合凸部及び係合凹部は120°位相の形状で係合可能に構成することができる。(4)θが72°以上90°未満の場合には4箇所以下であり、係合凸部及び係合凹部は90°位相の形状で係合可能に構成することができる。(5)θが60°以上72°未満の場合には5箇所以下であり、係合凸部及び係合凹部は72°位相の形状で係合可能に構成することができ、それ以降の動作領域についても同様である。
 例えば、図14Aでは、プーリ158a、158bの許容回転範囲θ(矢印+θと矢印-θとが示す範囲の合計)が、それぞれ180°、270°に設定されている。このため、上記(1)に示すように、係合可能箇所は1箇所とする必要があり、係合凸部137、138と係合凹部176a、176bの係合位相も単一の位相でのみ係合するように構成している。
 一方、図29A及び図29Bに示すように、プーリ158a(158b)の許容回転範囲θ(矢印+θと矢印-θとが示す範囲の合計)が、120°以上180°未満に設定されている場合(120°≦θ<180°)には、係合凸部137(138)と係合凹部176a(176b)とは、互いに2つの大凸部402a及び大凹部404aを有する180°位相の形状に構成し、2箇所(1箇所でも当然よい)で係合可能に構成することができる。なお、図30A及び図30Bは、係合凸部137(138)と係合凹部176a(176b)とを180°位相の形状に構成した場合、つまり、120°≦θ<180°での他の形状例であり、勿論これ以外の形状としてもよい。
 図31A及び図31Bに示すように、プーリ158a(158b)の許容回転範囲θが、90°以上120°未満に設定されている場合(90°≦θ<120°)には、係合凸部137(138)と係合凹部176a(176b)とは、互いに3つの大凸部402a及び大凹部404aを有する120°位相の形状に構成し、3箇所(1又は2箇所でも当然よい)で係合可能に構成することができる。なお、図32A及び図32Bは、係合凸部137(138)と係合凹部176a(176b)とを120°位相の形状に構成した場合、つまり、90°≦θ<120°での他の形状例であり、勿論これ以外の形状としてもよい。
 このように、互いにカップリングして回転駆動力を伝達する係合凸部137(138)と係合凹部176a(176b)とは、プーリ158a(158b)の回転許容範囲θに応じて、n箇所以下で係合可能に構成することができる。特に、上記(2)や(3)等に示すように複数箇所での係合が可能な場合には、それぞれ最大の係合箇所、例えば上記(2)では2箇所、上記(3)では3箇所で係合可能な形状に構成すれば、カップリング形状の対称化を図ることができ、原点サーチ動作に要する時間を可及的に短縮することが可能となる。なお、上記(2)~(5)等に示す2箇所以上での係合を可能にした形状とした場合であっても、原点サーチ動作は、図24A~図28Cに示されるような単一位相形状の場合の動作と略同様に実施可能である。
 同様に、原点検出センサ331(332)のセンサドグである検出片333(334)についても上記カップリングの係合箇所(n箇所)に伴って形状を変更することができ、n箇所の係合位相に設定された場合にはn・2箇所で切り替えて原点検出センサ331(332)で検出可能に構成すればよい。例えば、上記したように、単一の係合位相の場合には、正転及び逆転がそれぞれ180°未満となるため、検出片333(334)が180°位相の形状(2軸)で構成されており、これによりモータ原点を一層迅速に検出可能となっている。
 より具体的には、検出片333の形状について、例えば、180°≦許容回転範囲θ<360°の場合には、図7及び図8に示すように半円の180°位相の形状とするとよく、120°≦θ<180°の場合には、図33に示すように1/4円が2箇所にある90°位相の形状とするとよく、90°≦θ<120°の場合には、図34に示すように1/6円が3箇所にある60°位相の形状とするとよい。このように、許容回転範囲θやカップリングの係合形状(n箇所カップリング形状)に応じて、原点検出センサ331のセンサドグである検出片333の位相形状を最適に構成することにより、モータ原点M0を一層迅速に検出することが可能となる。
 なお、係合凸部137(138)及び係合凹部176a(176b)の係合位相について、例えば、2箇所で係合可能な180°位相形状の場合には(図29A~図30B参照)、カップリング形状が対称化される。このため、原点サーチ動作に要する時間を可及的に短縮することができ、また、部品形状の簡素化及びこれによる低コスト化も可能となる。さらに、カップリング形状の対称化によるバランス効果により、未カップリング状態では常に対称の位置が接触することになり、ガタによる傾き等を防止でき、原点サーチ動作を一層安定して行うことも可能となる。
 ところが、2箇所で係合可能な180°位相の対称形状の場合には、係合可能な2箇所のうち、どちらの向きで係合したかをコントローラ514側で認識可能とするためには、図29A~図30Bに示すように、プーリ158a(158b)の動作領域である許容回転範囲θを180°未満に構成し、動作領域外では作動不能にすることで反対側に係合されたことを認識させる方法がある。しかしながら、プーリ158a(158b)の動作領域は、製品仕様や先端動作部12の構造等によっては、180°位相の対称形状の場合であっても、180°以上の十分な動作領域が得られることが好ましい。
 例えば、図35A~図35Cは、操作部14側の係合凸部137(138)と作業部16側の係合凹部176a(176b)とが、互いに2つの大凸部402a及び大凹部404aを有する180°位相の形状(図30A及び図30Bの構成と同様)において、プーリ158a(158b)の許容回転範囲θを180°以上に設定した構成例である。
 図35A~図35C中に丸印で示す点Pは、駆動シャフト115(116)側の係合凸部137(138)のモータ原点M0に対する基準となる向きである。すなわち、この構成例での原点サーチ動作は、点Pをモータ原点M0に一致させる動作であり、従って、プーリ158a(158b)側の係合凹部176a(176b)は、当接部177aが点Pに一致した向きでカップリングされる必要がある。
 例えば、操作部14及び作業部16が外観上装着された状態で、係合凸部137と係合凹部176aの互いの初期位相が図35Aに示す状態にある場合において、係合動作及び原点サーチ動作を行う場合について説明する。
 この場合、図35B中の破線矢印で示す方向に係合凸部137を回転させてカップリングした場合には、係合凸部137の点Pと、係合凹部176aの当接部177aの位相が一致するため、その後、問題なく原点サーチ動作を行うことができる。一方、図35C中の破線矢印で示す方向に係合凸部137を回転させてカップリングした場合には、係合凸部137の点Pと、係合凹部176aの当接部177aの位相が反対位相となる。このため、続けて原点サーチ動作を行ってしまうと、当接部177aが動作限であるストッパ179aに当接するため、正常な原点サーチを行うことが困難となる。
 そこで、次に、180°位相の対称形状の場合であっても、180°以上の動作領域を確保することができる係合動作及び原点サーチ動作の動作パターンを説明する。この場合にも、基本的な制御アルゴリズムは、上記した図25A~図28Cに示す360°位相形状のカップリングでの動作パターン(1)~(4)と同様である。
 先ず、モータ原点M0の検出を行う。すなわち、原点検出センサ331による検出位相(正領域、負領域)によって、最初に原点サーチする方向、つまり係合凸部137の点Pを回転させる方向を決定する。係合凸部137と係合凹部176aの初期位相が正領域なら逆方向に、負領域なら正方向に係合凸部137を回転させてモータ原点M0を検出する。なお、初期位相での正領域及び負領域の判定は、図25A~図28Cの場合と同様でよく、原点検出センサ331(332)のセンサドグとして、2箇所で検出可能な形状(例えば、図8に示す半月形状)の検出片333(334)により、その検出信号の立ち上がり又は立下り位置を検出すればよい。
 この際、図36に示すように、この構成例におけるプーリ158a(158b)の回転許容範囲θとして、図36中に実線矢印で示す+Aから-A(90°≦A<180°)までの角度範囲を設定する。
 先ず、図24A(図25A~図25D)及び図24D(図28A~図28C)に示す動作パターン(1)、(4)の場合と同様に、モータ100を駆動制御して駆動シャフト115を回転させることにより、係合凸部137と係合凹部176aとが係合する前にモータ原点M0が検出された場合について説明する。
 この場合には、モータ原点M0を検出した後、引き続き、動作パターン(1)、(4)の場合と同様のアルゴリズムで、原点サーチ動作を行えばよい。但し、係合凸部137と係合凹部176aの係合位相は、図35Bに示すように点Pと当接部177aが一致した正常位相と、図35Cに示すように点Pと当接部177aが一致しない反転した反転位相の2通りの可能性がある。
 そこで、図36中に一点鎖線の矢印で示す各領域R0、R1、R2のいずれの領域で係合凸部137と係合凹部176aが係合したかを判定することで、前記の正常位相及び反転位相でのカップリング状態を判別する。
 先ず、図36に示すように、カップリングセンサ306により、係合凸部137と係合凹部176aが領域R0で示す範囲、つまり(-180+A)°~(180-A)°の範囲でカップリングしたことが検出された場合には、前記正常位相(点Pと当接部177aが一致した0°位相)でカップリングが完了したと判断することができる。領域R0は、プーリ158aが動作しない領域(動作限であるストッパ179a、179a間)の反対領域であり、この領域R0に係合凹部176aが向いている場合には、該領域R0に必ず当接部177aが配置されているためである。そこで、この場合には、カップリング後にそのまま原点サーチ動作を行えばよい。
 一方、係合凸部137と係合凹部176aが、図37Aに示すように領域R1で示す範囲、つまり-A°~(-180+A)°の範囲、又は、図38Aに示すように領域R2で示す範囲、つまり(180-A)°~A°の範囲でカップリングしたことが検出された場合には、前記の正常位相及び反転位相のいずれかの可能性がある。
 先ず、係合凸部137と係合凹部176aが正常位相(0°位相)でカップリングした場合について説明する。例えば、図37Aに示すように、カップリング時の位相が、正領域(領域R1)にある+B°(図37A中の破線矢印+Bは係合凸部137の位相を示し、実線矢印+Bは係合凹部176aの位相を示す)の場合には、図37B中の破線及び実線の矢印で示すように、モータ原点M0方向にモータ100を回転させることで原点サーチ動作が完了する。
 次に、係合凸部137と係合凹部176aが反転位相(180°位相)でカップリングした場合について説明する。例えば、図38Aに示すように、カップリング時の位相について、係合凸部137の点Pが正領域(領域R1)の+B°にあり、係合凹部176aの当接部177aが負領域(領域R2)の(B-180)°にあるとする。
 この場合、図38B中の破線矢印で示すようにモータ100をモータ原点M0方向に回転させるが、そうすると、係合凹部176aは図38中の実線矢印で示す方向に回転するため、当接部177aがストッパ179aに衝突する。そこで、この衝突を検出した場合には、コントローラ514では、係合凸部137の角度(位相)を180°補正、つまり、B°=(180-A)°を 180°補正してB=-A°、とすることで、実質的に正常位相でのカップリングとして制御することが可能となる。従って、図38BCの破線及び実線の矢印で示すように、モータ原点M0方向にモータ100を回転させることで原点サーチ動作が完了する。
 なお、モータ100側、つまり係合凸部137の角度が、B°=(180-A)°の場合、プーリ158a側、つまり係合凹部176aの角度は、(180-A-180)°=A°となるため、当接部177aがストッパ179aに衝突することが予測できる。従って、この領域近傍では、衝突の衝撃を緩和して機構系のダメージを最小限にするために、モータ100の回転速度を低下させる等の対応を行なうことができる。また、衝突の判定領域を限定することで、誤判定等を防止することができる。
 次に、図24B(図26A~図26D)及び図24C(図27A~図27C)に示す動作パターン(2)、(3)の場合と同様に、初期状態において係合凸部137と係合凹部176aとが係合している場合や、モータ100を駆動制御して駆動シャフト115を回転させることにより、モータ原点M0が検出される前に係合凸部137と係合凹部176aとが係合した場合について説明する。
 この場合には、動作パターン(2)、(3)の場合と同様のアルゴリズムで、原点サーチ動作を行えばよいが、カップリング時の動作角度が不明なため、動作範囲の予測ができず、当接部177aがストッパ179aに衝突する領域の予測を行なうことができない。そこで、当接部177aがストッパ179aに衝突した場合、例えば、後述するような図45A~図45Dに記載された、速度閾値、電流閾値を用いた衝突検知のアルゴリズムを適用することで、衝突を検出し、その角度が動作限であることを認識し、現在の角度を推測する。次に、衝突方向とは反対方向に回転させることで、原点検出センサ331の原点位置(モータ原点M0)を検出することができる。
 係合凸部137と係合凹部176aが、正常位相(0°位相)でカップリングしている場合は、容易に原点検出センサ331の原点位置(モータ原点M0)を検出することができる。一方、反転位相(180°位相)でカップリングしている場合は、180°位相で検出することができるが、コントローラ514で係合凸部137の角度(位相)を180°補正することで、 180°位相でカップリングしていることを修正することが可能である。
 次に、基本的には以上のように構成されるマニピュレータ10における起動動作(使用準備動作)及び該起動動作に関連した操作部14及び作業部16の装着動作について、図39のフローチャートを参照して説明する。以下では、単一位相で係合する係合凸部137(138)及び係合凹部176a(176b)を用いた構成を例示して説明するが、上記した2以上の位相で係合する構成のもの(図29A等参照)であっても略同様に制御及び動作可能である。
 図39のステップS1において、マニピュレータ10を含むシステムを起動するために、先ず、操作者はコントローラ514の電源スイッチ516(図1参照)をオンし、コントローラ514及び周辺システム等を起動する(ステップS2)。
 次に、ステップS3において、操作部14をコントローラ514に対して装着する。例えば、操作部14のグリップハンドル26下端から延びたケーブル61先端のコネクタ520をコントローラ514の第1ポート515aに接続する(図1参照)。
 ステップS4では、コントローラ514に接続された操作部14に対し、所定の先端動作部12を備えた作業部16を装着する。この装着動作は、上記したように、操作部14から突出している2本のガイドピン163、163がそれぞれ作業部16のピン穴161、161に嵌合するように、且つ、操作部14の位置決め凹部406が作業部16の位置決め凸部408に係合するように位置合わせを行いつつ、操作部14と作業部16とを互いに押圧して密着させる(図6、図20A及び図20B参照)。これにより、着脱レバー400の爪部400cが係止部401aに係合し(図1~図3参照)、操作部14と作業部16との装着が完了する。操作部14と作業部16との装着が完了したことは、検出シャフト316が止板179に着座したことが着脱センサ314に検出されることにより(図7、図23A及び図23B参照)、コントローラ514に認識される。
 そこで、ステップS5において、コントローラ514は、ステップS4での着脱センサ314の検出をトリガとして、又は他の図示しないスイッチ入力等に基づき、カメラ224及びLED224aを駆動制御してバーコード222を撮像し(図19参照)、バーコード222から作業部16の個体情報として、仕様(先端動作部12の種類)、使用回数及び使用量制限(上限)等を取得する。また、コントローラ514では、作業部16の個体情報を取得し、該個体情報に応じて作業部16の種類に応じてモータ100、102等を適切に制御することができる。
 上記したように、操作部14と作業部16とが外見上装着完了した状態であっても、実質的な装着として駆動シャフト115(116)とプーリ158a(158b)とを係合させる係合動作と、この係合動作と共に実施して、モータ100(102)や先端動作部12を所定の原点位置や原点姿勢に設定する原点サーチ動作を行う必要がある。
 そこで、ステップS6において、操作部14と作業部16とが装着されたマニピュレータ10のマスタスイッチ34(図1参照)をオンすることにより、ステップS7において、コントローラ514の制御下に、又は操作部14に内蔵される図示しない制御部の制御下に、図24A~図28Cに例示される上記した原点サーチ動作が実施される。これにより、係合凸部137(138)と係合凹部176a(176b)が係合されると共に(図23B及び図25C等参照)、駆動シャフト115及びプーリ158aが所定の原点位相に設定され(図25D等参照)、先端動作部12も所定の原点姿勢に設定されて、マニピュレータ10の使用準備が完了する(ステップS8)。このように、原点サーチ動作が実行されることにより、原点位置の検出を容易に行うことができる共に、操作部14と作業部16の装着後の動作開始を一層円滑に実行することができる。
 上記ステップS7による原点サーチ動作中には、マスタスイッチ34と並設されたLED29(図1参照)を、例えば緑色で点滅させるように制御する。そうすると、操作者は原点サーチ動作が実施されていることを容易に認識することができる。また、ステップS8により使用準備が完了した後は、LED29を、例えば緑色で点灯させるように制御することにより、マニピュレータ10が正常に起動されて所定の使用可能状態にあることを操作者に明示することができる。なお、LED29は、上記ステップS1~S6までは消灯されているが、その処理状態に応じた点灯や点滅等をするように制御してもよいことは勿論である。
 ステップS8により使用準備が完了された後、つまりマニピュレータ10が使用可能状態となった後、操作者は、グリップハンドル26を把持すると共に、複合入力部24及びトリガレバー36を操作して、マニピュレータ10を所定の手技に対応して動作させることができる。
 この状態で、例えば手技の一時中断等により、マスタスイッチ34がオフされた場合には(ステップS9)、LED29が消灯されてマニピュレータ10の使用可能状態が停止される。その後、作業部16を取り外す等することなく、続けて手技を行う場合には、再びマスタスイッチ34をオンすることにより(ステップS10)、ステップS8へと戻り、マニピュレータ10は再び使用可能状態となり、操作者は所定の手技を開始し又は継続することができる。この際、ステップS9からステップS10までの間、つまりマスタスイッチ34がオフされた後、オンされるまでの間に、作業部16の操作部14からの取り外し等が行われない限りは、ステップS7で設定されたモータ100、102や先端動作部12の原点位置がずれることはなく、ステップS10の後は迅速にステップS8に移行することができる。
 一方、ステップS8の後、例えば他の手技に対応して作業部16を変更するために、作業部16と操作部14とを取り外した場合には(ステップS11及びステップS12)、それぞれステップS4及びステップS3へと戻り、その後は上記した制御フローが実施される。
 ところで、上記ステップS5に示すバーコード222の読取動作では、例えば、図39中にE1~E3で示すようなエラーを生じることがある。マニピュレータ10で発生するエラーは、次のエラーE1~E3及びエラーE4以外の状態に係るものも当然発生する可能性があるが、以下ではエラーE1~E4を例示して説明する。
 エラーE1(バーコード読取異常)は、ステップS5におけるバーコード222の読取動作によって、バーコード222の読取異常が生じた場合、例えばカメラ224でバーコード222を正確に撮像できない場合やバーコード222がコントローラ514の制御対象の作業部16等以外のものの場合等である。この場合には、ステップS13において、LED29を、例えば赤色で点滅させるように制御する作業部取り外し要請が実施される。該作業部取り外し要請は、LED29の表示以外にも、コントローラ514の表示部(ディスプレイ)517(図1参照)にエラーE1の表示を行い、また図示しないスピーカ等により警告音等を発生するようにしてもよい。この作業部取り外し要請に応じて、操作者が作業部16を操作部14から取り外した場合には、LED29による前記赤色の点滅が消灯され、上記ステップS4に戻る。そこで、操作者は作業部16の再確認やバーコード222の汚れ等の確認等を行うことになる。
 エラーE2(使用量制限オーバー)は、ステップS5におけるバーコード222の読取動作によって、装着された作業部16が使用量制限オーバーとなっている場合である。これは、例えば所定の作業部16の使用回数制限が10回であるところ、既に10回の使用がなされているにもかかわらず当該作業部16が装着された場合や、累積使用時間制限が300時間であるところ、既に300時間を越える使用がなされているにもかかわらず当該作業部16が装着された場合や、又はマニピュレータ先端部の屈曲動作や回転動作が累積使用角度制限を越えて使用された場合等に報知されるエラーである。この場合には、上記エラーE1の場合と略同様に、ステップS13において、LED29を、例えば赤色で点滅させるように制御する作業部取り外し要請が実施される。勿論、この場合の作業部取り外し要請についても、コントローラ514の表示部517にエラーE2の表示を行い、また前記警告音等を発生するようにしてもよい。この作業部取り外し要請に応じて、操作者が作業部16を操作部14から取り外した場合には、LED29による前記赤色の点滅が消灯され、上記ステップS4に戻る。そこで、操作者は作業部16を新たな作業部16に交換する等の作業を行うことになる。
 エラーE3(撮影モジュール系異常)は、ステップS5におけるバーコード222の読取動作において、カメラ224が正常に機能しなかった場合等である。この場合には、ステップS14において、LED29を、例えば赤色で点滅させるように制御する操作部取り外し要請が実施される。この場合にも、コントローラ514の表示部517にエラーE3の表示を行い、また前記警告音等を発生するようにしてもよい。この操作部取り外し要請に応じて、操作者が操作部14を作業部16から取り外した場合には、LED29による前記赤色の点滅が消灯され、上記ステップS3に戻る。そこで、操作者は操作部14の確認や交換等の作業を行うことになる。
 同様に、上記ステップS7に示す原点サーチ動作では、例えば、図39中にE4で示すようなエラーを生じることがある。エラーE4(操作部系異常)は、ステップS7における原点サーチ動作中に異常が生じた場合、例えばコントローラ514によりモータ100、102の異常が検知された場合や原点サーチが所定時間内に完了しない場合(カップリングセンサ306等の検出ができない場合)等である。この場合には、上記エラーE3の場合と略同様に、ステップS14において、LED29を、例えば赤色で点滅させるように制御する操作部取り外し要請が実施される。この場合にも、コントローラ514の表示部517にエラーE3の表示を行い、また前記警告音等を発生するようにしてもよい。この操作部取り外し要請に応じて、操作者が操作部14を作業部16から取り外した場合には、LED29による前記赤色の点滅が消灯され、上記ステップS3に戻る。そこで、操作者は操作部14の確認や交換等の作業を行うことになる。
 なお、各ステップS1~S14を含む各状態において、例えば、コントローラ514の電源スイッチ516や図示しない別の主電源スイッチ等がオフされた場合や、コントローラ514に接続された図示しない電源プラグ等からの電源コードが抜ける等した場合、さらにはコントローラ514で各種の故障や異常等が発生した場合には、マニピュレータ10では所定の終了処理(LED29は、例えば赤色の点滅に制御される)の後、操作終了となる。
 以上のように、本実施形態に係るマニピュレータ10によれば、駆動部30を含む操作部14と作業部16とが互いに着脱可能であり、従動軸であるプーリ158a、158bの許容回転範囲θに基づいて設定された1以上(n箇所)の位相で駆動シャフト115、116側の係合凸部137、138とプーリ158a、158b側の係合凹部176a、176bとが互いに係合可能に構成されている。このため、プーリ158a、158bの回転によって動作される先端動作部12の動作領域を考慮した最大数(n箇所)の係合位相で係合凸部137、138と係合凹部176a、176bとの係合を可能に構成することができ、カップリング形状の対称化を図ることができ、原点サーチ動作に要する時間を可及的に短縮することが可能となる。
 この場合、係合凸部137(138)がコイルばね121によって弾性支持されているため、操作部14と作業部16とを装着した際、係合凸部137(138)と係合凹部176a(176b)の係合位相が一致していない状態であっても、これら係合凸部137等が破損することがない。さらに、弾性支持された係合凸部137(138)にカップリングセンサ306(308)の検出部である検出シャフト310、312が連結されていることにより、カップリングの検出が容易且つ確実であり、しかもカップリングセンサ306(308)は操作部14側にあるため、コントローラ514等への接続も容易である。しかも、上記したように、n箇所以下の位相でのみ係合凸部137(138)と係合凹部176a(176b)が係合可能に構成することにより、原点サーチ動作での原点誤検出等の不良の発生を有効に抑えることができる。
 また、着脱センサ314及びカップリングセンサ306(308)を設けたことにより、操作部14(駆動部30)と作業部16との装着、及び係合凸部137(138)と係合凹部176a(176b)との係合を確実に検出することができ、装着不良や係合不良を防止することができる。
 マニピュレータ10では、先端動作部12を機械的に駆動する機構部であるトリガレバー36、トリガレバー取付部32b及び棒状又は線状の伝達部材であるロッド192a、192b等が全て作業部16側に設けられている。一方、先端動作部12を電気的に駆動する機構部である駆動部30等と、プーリ158a、158b及びワイヤ1052、1054等とは互いに操作部14側と作業部16側に分離するように設けられている。つまり、電気的な駆動部を構成するモータ100、102の回転駆動力は、係合凸部137(138)と係合凹部176a(176b)との間のカップリング構造によって比較的容易に分離可能な構造に構成することができるが、トリガレバー36の操作をロッド192a等によって直接的に伝達する機械的な駆動部は分離構造を構成すると、その構造がやや複雑になり易い。そこで、マニピュレータ10では、機械的な駆動部を構成するトリガレバー36やロッド192a等を作業部16側にまとめて配置したことにより、操作部14と作業部16との着脱構造が一層簡便に構成されている。特に、ロッド192a、192bはZ方向での進退動作によってトリガレバー36への入力を伝達する構造、つまり棒状又は線状の伝達部材として構成されていることから、これらを分離しない構造としたことにより、前記着脱構造が一層簡素化されている。
 この場合、トリガレバー36のラッチ機構を構成する爪部206aと係合リング27とが、それぞれ作業部16側(又は操作部14側でもよい)と操作部14側(又は作業部16側でもよい)に設けられている。これにより、トリガレバー36にその位置を固定するラッチ機構を搭載した場合であっても、操作部14と作業部16とを容易に着脱可能な構成にすることができる。
 このようなトリガレバー36及びそのラッチ構造は、例えば、図40及び図43にそれぞれ示すような構造とすることもできる。すなわち、上記の通り、前記のトリガレバー36は、グリップハンドル26の方向に引ききった状態を維持させるラッチ機構が作業部16側のラチェット爪206と操作部14側の係合リング27によって構成されており、作業部16を操作部14から取り外した状態ではラッチされない。ところが、手技の種類によっては、作業部16を操作部14から取り外した単体でトリガレバー36をラッチさせておくと便利な場合もある。例えば、作業部16が単体の状態でその連結シャフト18をトラカール20から出し入れする場合であり、このような場合には先端動作部12のエンドエフェクタ(グリッパ)1300を閉状態に維持させるためにトリガレバー36を引ききった状態に維持させておくことが好ましい。以下、作業部16が単体の状態でもトリガレバー36を引いた状態に維持する自己ラッチ機構900a、900bについて説明する。
 図40に示すように、第1例に係る自己ラッチ機構900aは、トリガレバー取付部32bの下面に設けられたZ方向に延在する長孔902と、指輪部202の斜め上方部の軸904に軸支されたラッチアーム906とを有する。ラッチアーム906における軸904の周辺部は内部空間203内にある。
 長孔902のZ2方向端部には、斜め上方に折れ曲がった短いラッチ溝902aが設けられている。ラッチアーム906は、軸904よりも前方(Z1側)で先端のローラ908が長孔902に挿入されてガイドされるガイドバー910と、軸904よりも後方(Z2側)で円弧形状をなすバランスバー912とを有する。バランスバー912は、指輪部202の円弧と同形状であり、中央部で下向きの指押突起912aと、端部の錘912bとを有する。
 バランスバー912は、円弧形状であることから適度な長さが確保されるとともに端部に錘912bを有することからガイドバー910よりもやや重く、ラッチアーム906は図40における時計方向の回転力を受けている。この回転力は小さく、トリガレバー36の操作に支障はない。バランスバー912は適度な長さが確保されているが、円弧形状であることからZ2方向に過度に突出することはなくグリップハンドル26に干渉することはない。図40から明らかなように、トリガレバー36を先端方向(Z1方向)に押し出しているときにはバランスバー912のほぼ全部は内部空間203よりも外に出ている。ここで、時計方向への回転力は、ばねの力を用いてもよい。
 図41に示すように、トリガレバー36をZ2方向に引ききると、ローラ908は、長孔902におけるZ方向直線部における端部に達し、このときグリッパであるエンドエフェクタ1300は閉状態となる。ラッチアーム906は、バランスバー912による回転力を受けていることから、ここでトリガレバー36から指を離すと時計方向にやや回転し、図42に示すようにローラ908はラッチ溝902aに嵌り込む。これによって、トリガレバー36はその位置に保持され、ラッチされることになる。
 図42に示すように、バランスバー912は指輪部202の周辺部に沿って内部空間203に入り込むことから、外方に無駄な突起がなく扱い易い。指押突起912aは指輪部202内にやや突出しており、該指押突起912aを押し込むことによってラッチ状態は簡便に解除される。
 次に、図43に示すように、第2例に係る自己ラッチ機構900bは、トリガレバー取付部32bの軸920に軸支されたガイドアーム922と、トリガレバー36に設けられた長孔924と、指輪部202の斜め下方部の軸926に軸支されたラッチアーム928と、該ラッチアーム928の端部を上方に向かって付勢するばね930とを有する。ガイドアーム922の下端部とラッチアーム928のほぼ全部は内部空間203内にある。
 長孔924は、指輪部202の前方(Z1側)において、アーム部200と略平行に延在しており、ガイドアーム922の下端に設けられたローラ932が挿入されている。長孔924のZ2側には低いガイド壁924aが設けられている。
 ラッチアーム928は、軸926の部分で屈曲した幅広V字形状であって、軸926よりも前方(Z1側)の前方アーム934と、軸926よりも後方(Z2側)の後方アーム936とを有する。
 前方アーム934は、先端の切欠部934aと、該切欠部934aよりもやや根元側で側方に突出したストッパ934bとを有する。ストッパ934bはガイド壁924aに当接しており、ラッチアーム928の図43における反時計方向への回転を制限している。
 後方アーム936は、中央部上面に設けられた指押部936aを有する。後方アーム936のZ2方向端部は、ばね930によって上方に向かって付勢されており、ラッチアーム928は図43における反時計方向の回転力を受けており、前記のストッパ934b及びばね930の反対側に突設されたストッパピン937によって所定角度で止まり、切欠部934aは長孔924の上端部近傍に配置されている。
 トリガレバー36をZ2方向に引くと、ローラ932は長孔924によって上方へ案内され、ガイドアーム922は軸920を中心として反時計方向に回転する。やがてローラ932は切欠部934aの手前側に形成された三角形状部934cに当接して、ばね930の付勢力に抗して該三角形状部934cを乗り越える。ばね930は適度に軽く、乗り越え操作に支障はない。ローラ932が三角形状部934cを乗り越えるときに適度なクリック感が得られ、操作者はラッチ状態を確認できる。
 図44に示すように、ローラ932は切欠部934aに嵌り込む。後方アーム936はばね930によって反時計方向に付勢され続けていることから、ストッパ934bがガイド壁924aに当接(又は略当接)する位置まで戻され、同時にストッパピン937から後方アーム936が一瞬離れた後当接し、結局ローラ932は切欠部934aと長孔924の上端部で形成される隙間に保持されることになる。これにより、トリガレバー36はその位置に保持され、ラッチされることになる。指押部936aは指輪部202内にやや突出しており、該指押部936aを押し込むことによってラッチ状態は簡便に解除される。
 これらの自己ラッチ機構900a、900bは、操作部14とは独立的に構成されていることから、該操作部14が無くてもラッチ状態が維持される。従って、トリガレバー36がラッチ状態に固定されたままの状態であっても、容易に操作部14と作業部16とを着脱することができる。しかも、作業部16を操作部14との装着状態に係わらず常にラッチ状態に維持しておくことができるため、先端動作部12のエンドエフェクタ1300を常に閉状態に維持しておくことができ、作業部16の取り扱い性が向上する。
 次に、上記した原点サーチ動作の他の方法について説明する。上記では、原点サーチ動作として、原点検出センサ331(332)による検出片333(334)の検出に基づき、原点サーチを行う場合を例示したが、他の方法で原点サーチを行うことも勿論可能である。
 図45A~図45Dは、原点サーチ動作の他の方法の説明図であり、初期状態において、係合凸部137(大凸部402a)及び係合凹部176a(大凹部404a)の位相が最初から一致している状態から、原点サーチ動作を行う場合であり、図26A~図26Dに示した動作パターン(2)の変形例である。勿論、他の動作パターンについても、略同様な変形例を適用可能である。
 先ず、図45A中の矢印に示すように、係合凹部176aに係合した係合凸部137を正転方向へと回転させることにより、原点サーチ動作が開始される。この際、モータ100(102)について、モータ回転速度は所定の設定速度(速度閾値)より大きく、モータ電流値は所定の電流値(電流閾値)より小さいものとする。
 当該原点サーチ動作が開始されると、係合凸部137及び係合凹部176aはモータ原点M0を通過すると共にさらに正転方向に回転され、正転側動作端となる一方のストッパ179aに当接部177aが当接し(図45B参照)、前記モータ回転速度が速度閾値より小さくなり、モータ電流値が電流閾値より大きくなる。すなわち、コントローラ514により、モータ100の電流値と回転速度とを検知しておくことで、先ず、係合凸部137及び係合凹部176aの正転側領域(正領域)での動作限を検出することができ、現在位相も検出することができる。
 従って、当該機構は対称系であることから、逆転側領域(負領域)についても演算可能であり、モータ100を原点位置へと戻すことができるが、本例では、より正確に且つより確実に原点サーチを行うため、逆転方向での検出も行うものとする。
 すなわち、図45C中の矢印に示すように、今度は逆転方向にモータ100を回転させ(この回転時には、前記モータ回転速度が速度閾値より大きく、モータ電流値が電流閾値より小さくなる)、最終的に逆転側動作端となる他方のストッパ(動作限)179aに当接部177aが当接し(図45C参照)、前記モータ回転速度が速度閾値より小さくなり、モータ電流値が電流閾値より大きくなる。
 従って、コントローラ514では、モータ100の逆転側領域(負領域)での動作限を検出することができ、検出した正領域での動作限と負領域での動作限との平均値を得ることにより原点サーチが完了し、図45Dに示すように、係合凸部137及び係合凹部176aをモータ原点M0に戻して停止させ、これにより、駆動シャフト115及びプーリ158aが所定の原点位相に設定され、先端動作部12も所定の原点姿勢となる。
 上記では、係合状態からの原点サーチ動作について示したが、係合していない状態からの原点サーチ動作も可能である。例えば、正方向へ回転させることにより、原点サーチ動作が開始され、係合を認識するまで、正方向へ回転させることにより、係合状態とすることができる。係合状態となれば、その後は、基本的には、上記の原点サーチと同様の動作パターンとなる。プーリ158aが連れ回り回転する場合でも、正方向へ回転させた場合には、少なくともプーリ158aは、+動作限であるストッパ179aにて動作が規制され、この+動作限にて係合する。係合すると共に、モータ回転速度は速度閾値より小さくなり、モータ電流値は電流閾値より大きくなり、係合凸部137及び係合凹部176aの正転側領域での動作限を検出することができる。その後は、基本的には、上記の原点サーチと同様の動作パターンとなる。
 このような原点サーチ動作によれば、原点検出センサ331(332)や検出片333(334)等を省略することが可能となるため、マニピュレータ10の構成を一層簡素化することができる。
 次に、以上のように構成されるマニピュレータ10に適用される先端動作部12の具体的な構成について、グリッパであるエンドエフェクタ1300を採用した構造を例示して説明する。先端動作部12としては、グリッパ以外の構造、例えばはさみや電気メス等も勿論適用可能であり、該先端動作部12を含む作業部16として構成することにより、操作部14に対して容易に着脱し交換することができる。
 図46に示すように、先端動作部12には、ロッド192a、受動ワイヤ1252a、アイドルプーリ1140a、ガイドプーリ1142a、受動プーリ1156aを含む第1エンドエフェクタ駆動機構1320aと、これに対応した第2エンドエフェクタ駆動機構1320bが設けられている。第1エンドエフェクタ駆動機構1320a及び第2エンドエフェクタ駆動機構1320bは、エンドエフェクタ(グリッパ)1300を開閉させる基本的な構成である。
 第1エンドエフェクタ駆動機構1320aにおける構成要素には符号にaを付し、第2エンドエフェクタ駆動機構1320bにおける構成要素には符号にbを付して区別する。第1エンドエフェクタ駆動機構1320aにおける構成要素と第2エンドエフェクタ駆動機構1320bにおける構成要素で同じ機能のものについては、煩雑とならないよう、代表的に第1エンドエフェクタ駆動機構1320aについてのみ説明する場合がある。
 図46、図47においては、理解が容易となるように、第1エンドエフェクタ駆動機構1320aと第2エンドエフェクタ駆動機構1320bを紙面上で並列して示すが、実際のマニピュレータ10に適用する場合には、図48に示すように、各プーリの軸方向(つまりY方向)に並列させ、アイドルプーリ(円柱部材、伝達部材)1140a及び1140bと、ガイドプーリ(円柱部材、伝達部材)1142a及び1142bの回転軸は、それぞれ同軸上に配置するとよい。つまり、アイドルプーリ1140a及び1140bは軸1110(図48参照)に共通的に軸支することができ、ガイドプーリ1142aと1142bは軸1112に共通的に軸支することができる。ガイドプーリ1142aとガイドプーリ1142bを同軸構成とすることにより、ヨー軸動作機構が簡便になる。
 図49~図52に示すように、先端動作部12は、ワイヤ受動部1100と、複合機構部1102と、エンドエフェクタ1300とを有し、Y方向の第1回転軸Oyを中心にして、それよりも先の部分がヨー方向に回動する第1自由度と、第2回転軸Orを中心にしてロール方向に回転する第2自由度と、第3回転軸Ogを中心として先端のエンドエフェクタ1300を開閉させる第3自由度とを有する合計3自由度の機構となっている。
 第1自由度の機構である第1回転軸Oyは、連結シャフト18の基端側から先端側に延在する軸線と非平行に回動可能に設定するとよい。第2自由度の機構である第2回転軸Orは先端動作部12における先端部(つまりエンドエフェクタ1300)の延在方向の軸線を中心として回転可能な機構とし、先端部をロール回転可能に設定するとよい。
 第1自由度の機構(ヨー方向)は、例えば±90°又はそれ以上の稼動範囲を有する傾動機構(又は屈曲機構)である。第2自由度の機構(ロール方向)は、例えば±180°又はそれ以上の稼動範囲を有する回転機構である。第3自由度の機構(エンドエフェクタ1300)は、例えば40°又はそれ以上開くことのできる開閉機構である。
 エンドエフェクタ1300は、手術において実際の作業を行う部分であり、第1回転軸Oy及び第2回転軸Orは、作業を行い易いようにエンドエフェクタ1300の姿勢を変えるための姿勢変更機構を構成する姿勢軸である。一般に、エンドエフェクタ1300を開閉させる第3自由度に係る機構部はグリッパ(又はグリッパ軸)とも呼ばれ、ヨー方向に回動する第1自由度に係る機構部はヨー軸とも呼ばれ、ロール方向に回転する第2自由度に係る機構部はロール軸とも呼ばれる。
 ワイヤ受動部1100は、一対の舌片部1058の間に設けられており、ワイヤ1052、ワイヤ1054のそれぞれの往復動作を回転動作に変換して複合機構部1102に伝達する部分である。ワイヤ受動部1100は、軸孔1060a、1060aに挿入される軸1110と、軸孔1060b、1060bに挿入される軸1112とを有する。軸1110、1112は、軸孔1060a、1060bに対して、例えば圧入もしくは溶接により固定される。軸1112は第1回転軸Oyの軸上に配置される(図49及び図52参照)。
 軸1112のY方向両端には、Y方向に対称形状の歯車体1126及びプーリ1130が設けられている。歯車体1126は、筒体1132と、該筒体1132の上部に同心状に設けられた歯車1134とを有する。プーリ1130は、筒体1132と略同径且つ略同形状である。歯車1134は、後述するギア体1146のフェイスギア1165に噛合する。
 筒体1132及びプーリ1130には、ワイヤ1052及び1054が所定の固定手段によって一部が固定されて巻き掛けられている。ワイヤ1052及び1054の巻き掛けられる角度は、例えば1.5回転(540°)である。プーリ1130は、主軸部材1144の基端部側に一体的に設けられており、この主軸部材1144は、軸1112により第1回転軸Oy(ヨー軸)を中心に回動(傾動)自在に支持されている。
 ワイヤ1054を回転動作させることにより、プーリ1130と一体的に設けられた主軸部材1144が第1回転軸Oyを中心に回動し、ヨー方向動作が行われる。ワイヤ1052(図49参照)を回転動作させることにより、歯車体1126が軸1112に対して回転し、ギア体1146が第2回転軸Orを基準として回転し、ロール回転動作が行われる。歯車体1126とプーリ1130をそれぞれ回転させると、ヨー方向動作とロール回転動作の複合動作が行われる。先端動作部12の機構は、このように、ワイヤ1052が歯車1134を介してフェイスギア1165を駆動するのに対してワイヤ1054は主軸部材1144を直接的に回転駆動する形式に限らず、例えば、特開2008-253463号公報における図23に示される構成に相当するような差動機構であってもよい。
 軸1110の略中央部にはアイドルプーリ(円柱部材、伝達部材)1140aが回転自在に軸支されており、軸1112の略中央部にはガイドプーリ(円柱部材、伝達部材)1142aが回転自在に軸支されている。アイドルプーリ1140aは、ガイドプーリ1142aに巻きかける受動ワイヤ(可撓性部材、伝達部材)1252aの巻き掛け角度を常に一定(両側あわせて約180°)に保つためにある。アイドルプーリ1140aの代わりに、ガイドプーリ1142aに受動ワイヤ1252aを1巻き以上してもよい。アイドルプーリ1140a及びガイドプーリ1142aは、受動ワイヤ1252a(図54参照)に対する滑り、及び摩擦による摩耗を低減するために、表面を滑らかにし、又は摩擦の少ない材質を用いるとよい。ガイドプーリ1142aは、姿勢変更機構におけるヨー軸Oyに設けられている。
 軸1112における、歯車体1126とガイドプーリ1142aとの間にはプーリ1130を有する主軸部材1144が回転自在に軸支されている。主軸部材1144は、複合機構部1102に向けて突出する筒部を有する。主軸部材1144の軸心部には方形の孔1144aが設けられている。主軸部材1144のZ2方向端部には、ガイドプーリ1142aのY方向上面及びガイドプーリ1142bのY方向下面を保持するとともに、軸1112が挿通する孔を有する2枚の補助板1144bが設けられている。補助板1144bはZ1方向に向かって幅広となる山形であって、糸等の異物の侵入を防止する。
 複合機構部1102は、エンドエフェクタ1300の開閉動作機構と、該エンドエフェクタ1300の姿勢を変化させる姿勢変更機構とを含む複合的な機構部である。
 複合機構部1102は、主軸部材1144の筒部周面に対して回転自在に嵌挿されたギア体1146と主軸部材1144の先端に設けられたナット体1148と、Z2方向端部が孔1144aに挿入される断面四角の伝達部材1152と、該伝達部材1152のZ2方向端部に対してピン1154により回転自在に軸支される受動プーリ(円柱部材、伝達部材)1156aと、受動板(伝達部材)1158と、円筒状のカバー1160とを有する。
 主軸部材1144におけるギア体1146と当接する部分には、樹脂製のスラスト軸受部材1144cが設けられている。ナット体1148におけるギア体1146と当接する部分には、樹脂製のスラスト軸受部材1148aが設けられている。スラスト軸受部材1144c及び1148aは低摩擦材であって、当接部分の摩擦及びトルクを低減するとともに、フェイスギア1165に負荷が直接的にかかることを防止する。スラスト軸受部材1144c及び1148aは、いわゆる滑り軸受であるが、転がり軸受を設けてもよい。これにより、エンドエフェクタ1300を強く閉じた場合や開いた場合、すなわちギア体1146が主軸部材1144に強く当接する場合でも、ロール軸動作をスムーズに行うことができる。
 ギア体1146は、段付き筒形状であって、Z2方向の大径部1162と、Z1方向の小径部1164と、大径部1162のZ2方向端面に設けられたフェイスギア1165とを有する。フェイスギア1165は、歯車1134に噛合する。ギア体1146は、ナット体1148が主軸部材1144に対して抜けることを防止する。大径部1162の外周には、ねじが設けてある。
 受動板1158は、Z2方向の凹部1166と、該凹部1166の底面に設けられた係合部1168と、Y方向両面にそれぞれ設けられた軸方向のリブ1170と、リンク孔1172とを有する。係合部1168は、伝達部材1152の先端に設けられたきのこ状の突起1174に係合する形状である。この係合により、受動板1158と伝達部材1152は、相対的なロール軸の回転が可能になる。受動板1158の幅はカバー1160の内径に略等しい。
 カバー1160は、複合機構部1102の略全体を覆う大きさであり、複合機構部1102及びエンドエフェクタ1300に異物(生体組織、薬剤、糸等)が入り込むことが防止される。カバー1160の内面には、受動板1158の2つのリブ1170が嵌る軸方向の2本の溝1175が対向する向きに設けられている。溝1175にリブ1170が嵌ることにより受動板1158が軸方向にガイドされる。受動板1158の係合部1168には突起1174が係合することから、受動プーリ1156aは孔1144a内において、受動板1158及び伝達部材1152とともに軸方向に進退可能であるとともに、伝達部材1152を基準としてロール回転が可能である。カバー1160は、ギア体1146の大径部1162に対して螺入、圧入等の手段により固定されている。
 カバー1160は、ギア体1146と基部側で結合(螺合、圧入、溶接等)されており、ギア体1146の回転とともにカバー1160及びエンドエフェクタ1300はロール軸動作を行う。
 レバー部1310と受動板1158は、グリッパリンク1220により連接されている。つまり、各グリッパリンク1220の一端の孔1220aは、孔1218とともにピン1222が挿入され、他端の孔1220bは、受動板1158のリンク孔1172とともにピン1224が挿入されて連接されている。
 図53に示すように、アイドルプーリ1140aは、同軸上の第1層アイドルプーリ(第1層アイドル円柱体)1232と第2層アイドルプーリ(第2層アイドル円柱体)1234の2枚が並列して構成されており、ガイドプーリ1142aは、同軸上の第1層ガイドプーリ(第1層ガイド円柱体)1236と第2層ガイドプーリ(第2層ガイド円柱体)1238の2枚が並列して構成されている。
 図54に示すように、ロッド192aのZ1方向端部は、ワイヤ係合部1250aによって受動ワイヤ(可撓性部材)1252aの両端部に接続されている。
 図55及び図56に示すように、ワイヤ係合部1250aは、ロッド192aの先端部1414にローラ1416が設けられ、該ローラ1416に受動ワイヤ1252aが巻き掛けられている。ローラ1416はピン1418に軸支されており回転自在である。これにより、受動ワイヤ1252aはローラ1416に巻きかけられながら適度に進退し、ロッド192aをZ2方向に引くときに、特にヨー軸が屈曲しないような状態でも、受動ワイヤ1252aをX方向のバランスよく引くことができる。先端部1414は、ロッド192aに螺設されている。この実施例では、受動ワイヤ1252aのY方向一対の張力が均一となり、長寿命化を図ることができるとともに、上下両方のY方向一対の平行化を図ることができる。
 図53及び図54に戻り、受動ワイヤ1252aは、一部がワイヤ係合部1250aに接続された環状の可撓性部材であり、ワイヤ以外にもロープ、樹脂線、ピアノ線及びチェーン等を用いることができる。ここで、環状とは広義であり、必ずしも全長にわたって可撓性部材が適用されている必要はなく、少なくとも各プーリに巻き掛けられる箇所が可撓性部材であればよく、直線部は剛体で接続されていてもよいことはもちろんである。
 受動ワイヤ1252aは、駆動部材のロッド192aから、アイドルプーリ1140aのX1方向(第1の側方)を通り、X2方向(第2の側方)に向かい、ガイドプーリ1142aのX2方向の面を通り受動プーリ1156aのX2方向面に至る。受動ワイヤ1252aは、さらに、受動プーリ1156aのZ1方向面に半周巻き掛けられてX1方向面に至り、ガイドプーリ1142aのX1方向の面を通り、X2方向に向かいアイドルプーリ1140aのX2方向を通りワイヤ係合部1250aに至る経路で配設されている。
 つまり、受動ワイヤ1252aは、ワイヤ係合部1250aを基点及び終点とする一巡の経路を構成し、アイドルプーリ1140aの両側方を通り、受動プーリ1156aに巻き掛けられ、アイドルプーリ1140aとガイドプーリ1142aとの間で交差して、略8字形状をなす。これにより、ワイヤ係合部1250a及び受動ワイヤ1252aは、ロッド192aを介してトリガレバー36に対して機械的に接続されていることになる。
 アイドルプーリ1140a、ガイドプーリ1142a及び受動プーリ1156aは略同径であり、受動ワイヤ1252aがあまり屈曲しないように、レイアウト上の可能な範囲で適度に大径にしている。ワイヤ係合部1250aは、受動ワイヤ1252aが過度に屈曲しないように、アイドルプーリ1140aよりも適度に離れた位置に設けられており、受動ワイヤ1252aの両端部はワイヤ係合部1250aを頂部として鋭角を形成している。アイドルプーリ1140aとガイドプーリ1142aとの間は狭く、例えば、受動ワイヤ1252aの幅と略等しい隙間が形成されている。
 アイドルプーリ1140a、ガイドプーリ1142a及び受動プーリ1156aには、受動ワイヤ1252aの抜け止めのために、上面及び下面に小さいフランジを設け、又は側面を凹形状にしてもよい。
 図54から明らかなように、第1エンドエフェクタ駆動機構1320aでは、基端側から先端側に向かって、受動ワイヤ1252a、アイドルプーリ1140a、ガイドプーリ1142a及び受動プーリ1156aが中心線に沿って配置されている。エンドエフェクタ1300は、伝達部材1152等を介して受動プーリ1156aに連結されている。
 このように構成される第1エンドエフェクタ駆動機構1320aでは、ロッド192a(図54参照)をZ2方向に引き寄せると、平面視で、第1層アイドルプーリ1232及び第2層ガイドプーリ1238は反時計方向に回転し、第2層アイドルプーリ1234及び第1層ガイドプーリ1236は時計方向に回転する。このように、アイドルプーリ1140a及びガイドプーリ1142aは、それぞれ同軸上で2枚のプーリが並列する構成であることから、当接する受動ワイヤ1252aの動きに従って逆方向に回転可能であり、動作がスムーズである。
 図49~図52に示すように、エンドエフェクタ1300は、一対のグリッパ1302が動作をするいわゆる両開き型である。エンドエフェクタ1300は、カバー1160に対して一体構成のグリッパベース1304と、該グリッパベース1304に設けられたピン1196を基準にして動作する一対のエンドエフェクタ部材1308と、一対のグリッパリンク1220とを有する。
 各エンドエフェクタ部材1308は、L字形状であって、Z1方向に延在するグリッパ1302と、該グリッパ1302に対して略35°に曲がって延在するレバー部1310とを有する。L字形状の屈曲部には、孔1216が設けられ、レバー部1310の端部近傍には孔1218が設けられている。孔1216にピン1196が挿入されることにより一対のエンドエフェクタ部材1308は第3回転軸Ogを中心として揺動自在となる。
 各エンドエフェクタ部材1308は側方の1つのグリッパリンク1220によって、受動板1158のピン1224に連接されている。エンドエフェクタ1300の受動板1158ではリンク孔1172が図50のY方向に対称位置に2つ設けられており、一対のグリッパリンク1220は側面視で交差する配置である。
 図48~図52に示すように、第2エンドエフェクタ駆動機構1320bは、第1エンドエフェクタ駆動機構1320a(図54参照)に対して、基本的には、折り返しプーリ(円柱部材、伝達部材)1350が付加された構成である。受動プーリ1156a及び受動プーリ1156bは同軸構成となっている。
 主軸部材1144には、ピン1352が挿入及び固定される径方向の軸孔1354が設けられている。軸孔1354は、孔1144aを経由して主軸部材1144の筒部を貫通している。
 伝達部材1152には、ピン1352が挿通可能な幅で軸方向に延在する長孔1356が設けられている。伝達部材1152は、作業部16の軸心よりY1方向にややオフセットした位置に設けられるが、先端の突起1174だけは軸心に配置させるとよい(図54参照)。もちろん、伝達部材1152は中心に配置してもよい。
 ピン1154は、伝達部材1152を通り抜けてY2方向に突出し受動プーリ1156bを軸支する。受動プーリ1156bは、受動ワイヤ1252bが2巻き可能な幅を有する。主軸部材1144の孔1144aは、受動プーリ1156a、1156b及び伝達部材1152が挿入可能な高さを有する(図49及び図52参照)。受動プーリ1156a及び1156bは、孔1144a内でピン1154によって同軸に軸支されており、独立的に回転自在である。
 図48及び図49に示すように、ピン1352は、孔1144a内でY1方向からY2方向に向かって、長孔1356及び折り返しプーリ1350の中心孔に挿入されて、伝達部材1152と受動プーリ1156a及び1156bが軸方向に進退可能である。折り返しプーリ1350はピン1352に軸支されて回転自在であり、位置は固定である。折り返しプーリ1350は受動ワイヤ1252bが2巻き可能な幅を有する。また、折り返しプーリ1350を2層化することにより、開閉動作のときに反対方向に回転できる構成となり、受動ワイヤ1252bとプーリの摩擦を低減させることができる。
 図57、図58及び図59に示すように、第2エンドエフェクタ駆動機構1320bにおいては、受動プーリ1156bよりも先端側に折り返しプーリ1350が設けられ、受動ワイヤ1252bは、受動プーリ1156bと折り返しプーリ1350とにわたって巻き掛けられている。つまり、受動ワイヤ1252bは、駆動部材のロッド192bのワイヤ係合部1250b(図46~図48参照)から、アイドルプーリ1140bのX1方向を通り、X2方向に向かい、ガイドプーリ1142bのX2方向を通り受動プーリ1156bのX2方向面に至る。受動ワイヤ1252bはそのままZ1方向に向かって延在し、折り返しプーリ1350のX2方向の面に達し、該折り返しプーリ1350のZ1方向の面に半回転巻き付けられてZ2方向に折り返す。
 受動ワイヤ1252bは受動プーリ1156bのZ2方向の面に半回転巻き付けられてX2側を通って再度折り返しプーリ1350に至り、再び該折り返しプーリ1350のZ1方向の面に半回転巻き付けられてZ2方向に折り返す。この後、受動ワイヤ1252bはガイドプーリ1142bのX1方向からアイドルプーリ1140bのX2方向に至り、ロッド192bのワイヤ係合部1250bに接続される。ワイヤ係合部1250a及び受動ワイヤ1252bは、ロッド192bを介してトリガレバー36に対して機械的に接続されていることになる。
 先端動作部12の構造について理解を容易にするために、その模式図を図48に示す。
 このように構成される先端動作部12では、図46に示すように、人手によりトリガレバー36を十分に引くと、ロッド192aは受動ワイヤ1252aを引き寄せ、受動プーリ1156a、伝達部材1152をZ2方向に移動させることからエンドエフェクタ1300を閉じさせることができる。つまり、ロッド192aや受動ワイヤ1252a、受動プーリ1156a等の伝達部材が牽引されることによりエンドエフェクタ1300が閉じられる。
 この場合、第2エンドエフェクタ駆動機構1320bについては、ロッド192bは、押し出されるように配置されているため、伝達部材1152の動作を阻害しない。
 また、図47に示すように、人手によりトリガレバー36を十分に押し出すと、伝達部材1152及び受動プーリ1156aは先端側にZ1方向に移動してエンドエフェクタ1300を開くことができる。
 エンドエフェクタ1300には、トリガレバー36を人手によって押し出す力が第2エンドエフェクタ駆動機構1320bによって機械的に直接伝えられることから、弾性体のような所定の力ではなく任意の強い力で開くことができる。したがって、エンドエフェクタ1300の外側面を用いて生体組織を剥離させ、又は孔部を拡開させるような手技に対して好適に用いることができる。
 また、エンドエフェクタ1300の外側面に対象物が接触した場合には、受動ワイヤ1252b、ロッド192b及びトリガレバー36もそれ以上Z1方向に動かなくなり、操作者はエンドエフェクタ1300の外側面が対象物に接触したこと、及び該対象物の硬さ等を指先で知覚することができる。
 先端動作部12は、ヨー軸動作及びロール軸動作が可能である。図示を省略するが、先端動作部12では、ヨー軸動作をする場合、ガイドプーリ1142a及びガイドプーリ1142bの軸1112(図48参照)を中心にして、それよりも先端の複合機構部1102及びエンドエフェクタ1300がヨー方向に揺動する。先端動作部12は、非干渉機構であることから、ヨー軸動作をしてもエンドエフェクタ1300の開度が変化することはなく、逆にエンドエフェクタ1300の開度を変化させてもヨー軸が動作することはない。エンドエフェクタ1300とロール軸の関係についても同様である。
 次に、先端動作部12の変形例としての先端動作部12aを図60に示す。
 図60に示すように、先端動作部12aは、前記の先端動作部12(図47参照)と比較して第1エンドエフェクタ駆動機構1320aを有している点で共通するが、第2エンドエフェクタ駆動機構1320bが省略された構成となっている。先端動作部12aについて、先端動作部12と同一の構成要素については同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。
 先端動作部12aは、前記の両開き型のエンドエフェクタ1300に代えて片開き式のエンドエフェクタ1300aが設けられている。エンドエフェクタ1300aは、固定のグリッパ1202とピン1196を中心として軸開閉動作をするグリッパ1212と、伝達部材1152をZ1方向に弾性付勢するスプリング1305とを有している。グリッパ1212は、伝達部材1152が進退することにともなってグリッパリンク1220を介して開閉駆動される。すなわち、トリガレバー36をZ2方向に引くと第1エンドエフェクタ駆動機構1320aによって伝達部材1152もZ2方向に変位し、グリッパ1212は図60における反時計方向に回動してエンドエフェクタ1300が閉動作をする。一方、トリガレバー36を開放すると、伝達部材1152はスプリング1305の付勢によってZ1方向に変位し、エンドエフェクタ1300は開状態に復帰する。また、トリガレバー36はZ1方向に復帰する。
 本発明は、例えば図61に示すような手術用ロボットシステム700に適用してもよい。
 手術用ロボットシステム700は、多関節型のロボットアーム702と、コンソール704とを有し、ロボットアーム702の先端には前記のマニピュレータ10と同じ機構が設けられている。ロボットアーム702の先端部708には、操作部14に代えて、内部に駆動部30を収納した基部14aが固定され、該基部14aに対して作業部16が着脱可能に取り付けられる。ロボットアーム702は、作業部16を移動させる手段であればよく、据置型に限らず、例えば自律移動型でもよい。コンソール704は、テーブル型、制御盤型等の構成を採り得る。
 ロボットアーム702は、独立的な6以上の関節(回転軸やスライド軸等)を有すると、作業部16の位置及び向きを任意に設定できて好適である。先端のマニピュレータ10を構成する基部14aは、ロボットアーム702の先端部708と一体化している。マニピュレータ10は、前記のトリガレバー36による機械的な動作機構の代わりに図示しないモータ(人手によって操作する入力部に連動するアクチュエータ)による電気的な動作機構を有し、該モータが2本のロッド192a及び192bを駆動する。
 ロボットアーム702は、コンソール704の作用下に動作し、プログラムによる自動動作や、コンソール704に設けられたジョイスティック706に倣った操作、及びこれらの複合的な動作をする構成にしてもよい。コンソール704は、前記のコントローラの機能を含んでいる。作業部16には、前記の先端動作部12が設けられている。
 コンソール704には、操作指令部としての2つのジョイスティック706と、モニタ710が設けられている。図示を省略するが、2つのジョイスティック706により、2台のロボットアーム702を個別に操作が可能である。2つのジョイスティック706は、両手で操作し易い位置に設けられている。モニタ710には、軟性鏡による画像等の情報が表示される。
 ジョイスティック706は、上下動作、左右動作、捻り動作、及び傾動動作が可能であり、これらの動作に応じてロボットアーム702を動かすことができる。ジョイスティック706はマスターアームであってもよい。ロボットアーム702とコンソール704との間の通信手段は、有線、無線、ネットワーク又はこれらの組合せでよい。
 ジョイスティック706には、トリガレバー36が設けられており、該トリガレバー36を操作することにより前記モータを駆動可能である。
 本発明は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成乃至工程を採り得ることは勿論である。

Claims (8)

  1.  アクチュエータ(100、102)によって回転される駆動軸(115、116)を有する駆動部(30)と、
     前記駆動軸(115、116)によって従動回転される従動軸(158a、158b)、該従動軸(158a、158b)の回転によって動作される先端動作部(12)、及び、該先端動作部(12)を先端に設けたシャフト(18)を有し、前記駆動部(30)に対して着脱可能な作業部(16)と、
     を備え、
     前記駆動軸(115、116)及び前記従動軸(158a、158b)には、一方の先端に係合凸部(137、138)が設けられ、他方の先端に前記係合凸部(137、138)に係合可能な係合凹部(176a、176b)が設けられ、
     前記係合凸部(137、138)及び前記係合凹部(176a、176b)は、前記駆動部(30)及び前記作業部(16)が装着された状態で互いに係合して、前記駆動軸(115、116)の回転を前記従動軸(158a、158b)に伝達可能であると共に、前記係合凸部(137、138)及び前記係合凹部(176a、176b)は、前記従動軸(158a、158b)の許容回転範囲に基づいて設定された1以上の位相で互いに係合可能であることを特徴とする医療用マニピュレータ。
  2.  請求項1記載の医療用マニピュレータにおいて、
     前記係合凸部(137、138)及び前記係合凹部(176a、176b)のいずれか一方が前記駆動軸(115、116)及び前記従動軸(158a、158b)の軸線方向に対して進退可能に弾性支持されていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
  3.  請求項1又は2記載の医療用マニピュレータにおいて、
     前記従動軸(158a、158b)の前記許容回転範囲をθ(°)と称し、360(°)を前記θ(°)で除した商の整数部分をnと称すると、
     前記係合凸部(137、138)及び前記係合凹部(176a、176b)は、n箇所以下の位相でのみ互いに係合可能に構成されていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
  4.  請求項2又は3記載の医療用マニピュレータにおいて、
     前記駆動軸(115、116)に設けられる前記係合凸部(137、138)又は前記係合凹部(176a、176b)が軸線方向に対して進退可能に弾性支持されると共に、該弾性支持された前記係合凸部(137、138)又は前記係合凹部(176a、176b)には、前記軸線方向への進退動作に伴って進退することによって前記係合凸部(137、138)及び前記係合凹部(176a、176b)の係合の可否を検出可能なカップリングセンサ(306、308)が設けられていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
  5.  請求項1~4のいずれか1項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
     前記駆動部(30)には、前記アクチュエータ(100、102)又は前記駆動軸(115、116)の原点を検出可能な原点検出センサ(331、332)が設けられることを特徴とする医療用マニピュレータ。
  6.  請求項5記載の医療用マニピュレータにおいて、
     前記駆動部(30)及び前記作業部(16)が装着された後に、
     前記原点検出センサ(331、332)の検出情報に基づき、前記駆動軸(115、116)を回転させて、前記原点の検出動作を行うと共に、前記係合凸部(137、138)と前記係合凹部(176a、176b)の係合動作を行い、
     前記原点及び、前記係合凸部(137、138)と前記係合凹部(176a、176b)の係合状態を検出した後に、前記原点を設定する原点サーチ動作を実行する原点サーチ部を備えることを特徴とする医療用マニピュレータ。
  7.  請求項1~3のいずれか1項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
     前記従動軸(158a、158b)の前記許容回転範囲は、前記従動軸(158a、158b)の径方向に沿って設けられた当接部材(177a、177b)と、該当接部材(177a、177b)が前記従動軸(158a、158b)と共に回転した際に、該当接部材(177a、177b)と当接することで前記従動軸(158a、158b)の回転範囲を原点から正転方向及び逆転方向にそれぞれ180度未満の範囲で規制する規制部(179a)とを用いて規定されることを特徴とする医療用マニピュレータ。
  8.  請求項1~7のいずれか1項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
     前記駆動部(30)及び前記作業部(16)の着脱状態を検出する着脱センサ(314)を備えたことを特徴とする医療用マニピュレータ。
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