WO2011078110A1 - 遠隔操作型アクチュエータ - Google Patents

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WO2011078110A1
WO2011078110A1 PCT/JP2010/072874 JP2010072874W WO2011078110A1 WO 2011078110 A1 WO2011078110 A1 WO 2011078110A1 JP 2010072874 W JP2010072874 W JP 2010072874W WO 2011078110 A1 WO2011078110 A1 WO 2011078110A1
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WO
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posture
output
drive source
rotation
motion
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PCT/JP2010/072874
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English (en)
French (fr)
Inventor
磯部浩
尾崎孝美
Original Assignee
Ntn株式会社
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
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    • A61B17/16—Bone cutting, breaking or removal means other than saws, e.g. Osteoclasts; Drills or chisels for bones; Trepans
    • A61B17/1613—Component parts
    • A61B17/1631—Special drive shafts, e.g. flexible shafts
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
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    • A61B17/16—Bone cutting, breaking or removal means other than saws, e.g. Osteoclasts; Drills or chisels for bones; Trepans
    • A61B17/1613—Component parts
    • A61B17/1633—Sleeves, i.e. non-rotating parts surrounding the bit shaft, e.g. the sleeve forming a single unit with the bit shaft
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61B17/16—Bone cutting, breaking or removal means other than saws, e.g. Osteoclasts; Drills or chisels for bones; Trepans
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    • A61B17/00234—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets for minimally invasive surgery
    • A61B2017/00292—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets for minimally invasive surgery mounted on or guided by flexible, e.g. catheter-like, means
    • A61B2017/003—Steerable
    • A61B2017/00318—Steering mechanisms
    • A61B2017/00323—Cables or rods
    • A61B2017/00327—Cables or rods with actuating members moving in opposite directions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B39/00—General-purpose boring or drilling machines or devices; Sets of boring and/or drilling machines
    • B23B39/14—General-purpose boring or drilling machines or devices; Sets of boring and/or drilling machines with special provision to enable the machine or the drilling or boring head to be moved into any desired position, e.g. with respect to immovable work

Definitions

  • the present invention relates to a remote operation type actuator that can change the posture of a tool by remote operation and is used for medical use, machining, and the like.
  • the remote operation type actuator remotely controls a tool provided at the end of a long and narrow pipe portion having a linear shape or a curved shape.
  • the conventional remote operation actuator only remotely controls the rotation of the tool, in the case of medical use, it has been difficult to process complicated shapes and parts that are difficult to see from the outside.
  • drilling it is required that not only a straight line but also a curved shape can be processed.
  • cutting process it is required that a deep part inside the groove can be processed.
  • an artificial joint insertion hole is formed in the medullary cavity at the center of the femur bone.
  • a medical actuator used for such a bone cutting process a tool is rotatably provided at the distal end of an elongated pipe portion, and by driving a rotational drive source such as a motor provided on the proximal end side of the pipe portion,
  • a rotational drive source such as a motor provided on the proximal end side of the pipe portion
  • the adhesion time after the operation becomes longer, so the gap is as narrow as possible. desirable. It is also important that the contact surface between the living bone and the artificial joint is smooth, and high accuracy is required for processing the hole for inserting the artificial joint.
  • the operating range of the tool is limited by the shape of the pipe part. It is difficult to process the artificial joint insertion hole so that the gap is narrow and the contact surface of both is smooth.
  • the bones of patients undergoing artificial joint replacement are often weakened due to aging or the like, and the bones themselves may be deformed. Therefore, it is more difficult to process the artificial joint insertion hole than is normally conceivable.
  • the present applicant tried to make it possible to remotely change the posture of the tool provided at the tip for the purpose of relatively easily and accurately processing the hole for inserting the artificial joint. .
  • the tool is provided at the tip of the elongated pipe portion, there are many restrictions in providing a mechanism for changing the posture of the tool, and a device for overcoming it is necessary. Further, it is expected that the pipe portion has a curved portion, and it is desired that the posture changing operation can be surely performed even in that case.
  • the object of the present invention is to change the posture of the tool provided at the tip of the elongated pipe portion reliably and accurately by remote control and to change the posture even when the spindle guide portion as a pipe portion is curved. It is to provide a remote control type actuator having a compact overall configuration.
  • a remote operation type actuator includes an elongated spindle guide part, a tip member attached to the tip of the spindle guide part via a tip member connecting part so that the posture can be freely changed, and the tip member being rotatable.
  • a tool rotation drive source for rotating the tool; and a posture change drive source for operating the posture of the tip member.
  • the tip member rotatably supports a spindle that holds the tool.
  • the spindle guide portion has a rotation shaft for transmitting the rotation of the tool rotation drive source to the spindle and guide holes penetrating both ends, and the tip is in contact with the tip member and moves forward and backward.
  • the posture changing drive source is a rotary actuator.
  • a speed reduction mechanism that inputs the rotation of the posture changing drive source, decelerates and outputs it
  • a motion conversion mechanism that converts the output of the speed reduction mechanism from a rotary motion to a forward / backward motion, and this motion conversion.
  • An output member is provided that causes the posture operation member to move forward and backward when a contact portion in contact with the proximal end of the posture operation member moves forward and backward by the output of the mechanism.
  • the “advance / retreat” referred to here includes not only a linear reciprocating motion but also a rocking motion.
  • a bone or the like is cut by the rotation of the tool provided on the tip member.
  • the tip of the posture operation member acts on the tip member, so that the posture can be changed to the tip of the spindle guide portion via the tip member connecting portion.
  • the position of the tip member attached to is changed.
  • the posture changing drive source is provided at a position away from the tip member, and the posture change of the tip member is performed by remote control. Since the posture operation member is inserted into the guide hole, the posture operation member does not shift in the direction intersecting the longitudinal direction, and can always act properly on the tip member, and the posture change operation of the tip member Is done accurately. Further, since the posture operation member is flexible, the posture changing operation is reliably performed even when the spindle guide portion has a curved portion.
  • Rotation of the posture changing drive source is decelerated by the deceleration mechanism, and further converted from rotational motion to forward / backward motion by the motion conversion mechanism and transmitted to the output member.
  • the output member moves forward and backward.
  • the forward / backward movement of the output member is transmitted from the contact portion to the base end of the posture operation member, and the posture operation member moves forward / backward. Since the speed reduction mechanism is provided, a large torque can be generated and a large acting force can be applied to the output member even when the torque output from the attitude changing drive source is small. Therefore, the posture operation member can be reliably moved forward and backward, and the positioning accuracy of the tool provided on the tip member is good.
  • the posture changing drive source can be downsized, and the entire remote operation type actuator can be made compact.
  • a rotary actuator is used as a posture change drive source, and a deceleration mechanism and a motion conversion mechanism that converts the output into a forward / backward motion are combined, and the posture operation member is moved forward and backward through the output member by the motion conversion mechanism. Therefore, the entire remote operation type actuator can be made even more compact.
  • the motion conversion mechanism is a linear motion mechanism that converts the output of the speed reduction mechanism from a rotary motion to a linear reciprocating motion
  • the final output portion of the motion conversion mechanism that is the linear motion mechanism is used as the output member.
  • the linear motion mechanism a mechanism using a screw mechanism or a mechanism by meshing a rack and a pinion can be adopted.
  • the posture operation member can be advanced and retracted by the rotation of the posture change drive source, which is a rotary actuator.
  • the final output portion of the linear motion mechanism is an output member, the number of parts can be reduced and the configuration can be simplified.
  • the motion conversion mechanism has a linear motion mechanism portion that converts the output of the speed reduction mechanism from a rotary motion to a linear reciprocating motion, and a lever mechanism portion that increases and outputs the output of the linear motion mechanism portion,
  • the final output portion of the lever mechanism portion may be the output member.
  • the posture operation member can be moved back and forth by converting the rotation of the posture changing drive source, which is a rotary actuator, into a linear reciprocating motion by the linear motion mechanism.
  • the output of the linear motion mechanism portion is increased by the lever mechanism portion, so that the posture operation member can be advanced and retracted with a larger acting force. .
  • lever mechanism portion By providing the lever mechanism portion, it is possible to use a reduction mechanism with a low reduction ratio, and it is possible to realize a reduction in size and weight of the reduction mechanism.
  • the final output part of the lever mechanism part By using the final output part of the lever mechanism part as an output member, the number of parts can be reduced.
  • both the input shaft and the output shaft are on the same axis. May be located at each other, or may be orthogonal to each other.
  • a harmonic drive, a planetary gear mechanism, or the like can be employed as the speed reduction mechanism.
  • the speed reduction mechanism is configured by combining a worm that rotates by rotation of the posture changing drive source and a worm wheel that meshes with the worm, and the contact portion that is a part of the worm wheel includes the worm wheel.
  • the output member that slides and contacts the posture operation member and moves the posture operation member back and forth may be used. Since the speed reduction mechanism is configured by combining a worm and a worm wheel, an operation conversion function can be added to the speed reduction mechanism. In other words, the speed reduction mechanism and the motion conversion mechanism are integrated, and the functional portions for speed reduction and motion conversion can be made small and compact.
  • a reduction mechanism comprising a worm and a worm wheel can take a large reduction ratio. Moreover, the number of parts can be reduced by using the worm wheel as the output member.
  • the speed reduction mechanism is provided in the drive unit housing to which the base end of the spindle guide unit is coupled, the posture changing drive source is provided outside the drive unit housing, and the posture changing drive source is rotated.
  • the posture changing drive source outside the drive unit housing, it is not necessary to provide an electronic component such as a motor in the drive housing. For this reason, when the remote control type actuator is used as a medical device, the drive housing can be easily sterilized and cleaned.
  • the rotation of the posture changing drive source provided outside the drive unit housing is transmitted to the speed reduction mechanism in the drive unit housing via the flexible wire, thereby the posture change drive provided outside the drive unit housing.
  • the positional relationship between the power source and the drive unit housing is highly flexible, and it is easy to operate the remote operation type actuator. Since the speed reduction mechanism is provided on the downstream side of the rotation transmission with respect to the flexible wire, even if the flexible wire is twisted, the rotational phase difference due to the twist is reduced on the output side of the speed reduction mechanism. Therefore, the influence of the twist of the flexible wire does not appear greatly on the output member, and the posture operation member can be advanced and retracted with high accuracy.
  • a position detection means for detecting the operating position of the power transmission member in the power transmission member between the speed reduction mechanism and the posture operation member.
  • the advance / retreat position of the posture operation member can be estimated from the operation position of the power transmission member detected by the position detection means.
  • the posture change drive source can be controlled using the information related to the estimated advance / retreat position of the posture operation member. Since the position detection means is provided on the power transmission member between the speed reduction mechanism and the attitude control member, even if there is a deviation in rotation between the input side and the output side due to, for example, backlash in the speed reduction mechanism, this is detected. Does not affect the detection accuracy of the means.
  • the advance / retreat position of the posture operation member can always be estimated with high accuracy, and the positioning accuracy of the tip member can be improved.
  • the spindle guide portion may have a curved portion. Since the posture operation member is flexible, even if there is a curved portion in the spindle guide portion, it can be advanced and retracted in the guide hole.
  • (B) is a sectional view taken along IIIB-IIIB
  • (C) shows a connection structure between the tip member and a rotating shaft. It is a longitudinal cross-sectional view.
  • (A) is a longitudinal sectional view of a tool rotation drive mechanism and a posture change drive mechanism of the remote operation type actuator
  • (B) is a view showing the IVB-IVB sectional view combined with a control system.
  • (A) is a longitudinal cross-sectional view of a tool rotation drive mechanism and a posture change drive mechanism of a remote operation type actuator according to a second embodiment of the present invention, and is a diagram showing a combination of control systems,
  • (B) is its VB- It is VB sectional drawing.
  • FIG. 6 A
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  • (A) is a longitudinal sectional view showing a distal end member and a spindle guide portion of a remote control type actuator of a first modified example having a different mechanism for changing the posture of the distal end member
  • (B) is an XVB-XVB sectional view thereof.
  • (A) is a longitudinal sectional view showing a distal end member and a spindle guide portion of a remote operation type actuator of a second modified example in which the mechanism for changing the posture of the distal end member is further different
  • (B) is an XVIB-XVIB sectional view thereof.
  • (A) is a longitudinal sectional view showing a distal end member and a spindle guide portion of a remote operation type actuator of a third modified example in which the mechanism for changing the posture of the distal end member is further different
  • (B) is a sectional view taken along line XVIIB-XVIIB.
  • (A) is a longitudinal sectional view showing the configuration of the tool rotation drive mechanism and the attitude change drive mechanism of the remote control type actuator shown in FIG. 16, and (B) is an XVIIIB-XVIIIB sectional view thereof.
  • (A) is a longitudinal sectional view showing another configuration example of the tool rotation drive mechanism and the posture change drive mechanism, and (B) is an XIXB-XIXB sectional view thereof.
  • FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of a remote control type actuator according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a side view showing another example of a spindle guide portion in the same embodiment.
  • the shape of the spindle guide portion 3 is linear in FIG. 1 but is curved in FIG. 2, and the other configurations are the same.
  • a schematic configuration of a remote control type actuator will be described with reference to FIG. 1 showing an embodiment.
  • the remote control type actuator includes a tip member 2 that holds a rotary tool 1, an elongated spindle guide 3 that is attached to the tip of the tip member 2 so that its posture can be freely changed, and a base of the spindle guide 3.
  • a drive unit housing 4a having ends coupled thereto, and a controller 5 that controls the tool rotation drive mechanism 4b and the posture change drive mechanism 4c in the drive unit housing 4a are provided.
  • the drive unit housing 4a constitutes the drive unit 4 together with the built-in tool rotation drive mechanism 4b and posture changing drive mechanism 4c.
  • 3 (A) to 3 (C) show the remote control type actuator of FIG. 1. Even when the spindle guide portion 3 has a straight shape as shown in FIG. 1, the spindle guide portion 3 is curved as shown in FIG. Even when the shape is the same, the internal structures of the tip member 2 and the spindle guide portion 3 are basically the same.
  • the tip member 2 has a spindle 13 rotatably supported inside a substantially cylindrical housing 11 by a pair of bearings 12.
  • the spindle 13 has a cylindrical shape with an open end, and the shank 1a of the tool 1 is inserted into the hollow portion in a fitted state, and the shank 1a is non-rotatably coupled by the rotation prevention pin 14.
  • the tip member 2 is attached to the tip of the spindle guide portion 3 via the tip member connecting portion 15.
  • the tip member connecting portion 15 is a means for supporting the tip member 2 so that the posture thereof can be freely changed, and includes a spherical bearing.
  • the distal end member connecting portion 15 includes a guided portion 11 a that is a reduced inner diameter portion of the proximal end of the housing 11 and a hook-shaped portion of a retaining member 21 that is fixed to the distal end of the spindle guide portion 3. It is comprised with the guide part 21a.
  • the guide surfaces F1 and F2 that are in contact with each other 11a and 21a are spherical surfaces having a center of curvature O located on the center line CL of the spindle 13 and having a smaller diameter toward the proximal end side.
  • the guide surfaces F1 and F2 may be cylindrical surfaces having the X axis passing through the point O as an axis. .
  • the spindle guide unit 3 has a rotating shaft 22 that transmits the rotation of the tool rotation drive source 41 (FIG. 4A) in the drive unit housing 4a to the spindle 13.
  • the rotating shaft 22 is a wire and can be elastically deformed to some extent.
  • the material of the wire for example, metal, resin, glass fiber or the like is used.
  • the wire may be a single wire or a stranded wire.
  • the spindle 13 and the rotary shaft 22 are connected so as to be able to transmit rotation via a joint 23 such as a universal joint.
  • the joint 23 includes a groove 13 a provided at the closed base end of the spindle 13 and a protrusion 22 a provided at the distal end of the rotating shaft 22 and engaged with the groove 13 a.
  • the center of the connecting portion between the groove 13a and the protrusion 22a is at the same position as the center of curvature O of the guide surfaces F1 and F2.
  • the spindle guide part 3 has an outer pipe 25 that is an outer part of the spindle guide part 3, and the rotating shaft 22 is located at the center of the outer pipe 25.
  • the rotating shaft 22 is rotatably supported by a plurality of rolling bearings 26 that are disposed apart from each other in the axial direction.
  • spring elements 27A and 27B for generating a preload on the rolling bearing 26 are provided.
  • the spring elements 27A and 27B are, for example, compression coil springs.
  • the retaining member 21 is fixed to the pipe end portion 25a of the outer pipe 25 by a fixing pin 28, and rotatably supports the distal end portion of the rotary shaft 22 via a rolling bearing 29 at the distal end inner peripheral portion thereof.
  • the pipe end portion 25a may be a separate member from the outer pipe 25 and may be joined by welding or the like.
  • the posture operation member 31 includes a wire 31a and columnar pins 31b provided at both ends thereof.
  • the distal end of the columnar pin 31b on the distal end member 2 side is spherical and is in contact with the proximal end surface of the housing 11 of the distal end member 2.
  • the tip of the columnar pin 31b on the drive unit housing 4a side is also spherical, and is in contact with the front surface of a linear motion member 51 (FIG. 4A) described in detail later.
  • compression is provided between the proximal end surface of the housing 11 of the distal end member 2 and the distal end surface of the outer pipe 25 of the spindle guide portion 3 at a position 180 degrees relative to the circumferential position where the posture operation member 31 is located.
  • a restoring elastic member 32 made of a coil spring is provided. The restoring elastic member 32 acts to urge the tip member 2 toward a predetermined posture.
  • a plurality of lines are provided on the same pitch circle C as the guide pipe 30 separately from the guide pipe 30.
  • a reinforcing shaft 34 is arranged. These reinforcing shafts 34 are for ensuring the rigidity of the spindle guide portion 3. The intervals between the guide pipe 30 and the reinforcing shaft 34 are equal.
  • the guide pipe 30 and the reinforcing shaft 34 are in contact with the inner diameter surface of the outer pipe 25 and the outer diameter surface of the rolling bearing 26. Thereby, the outer diameter surface of the rolling bearing 26 is supported.
  • FIGS. 4A and 4B show the tool rotation drive mechanism 4b and the attitude change drive mechanism 4c in the drive unit housing 4a.
  • the tool rotation drive mechanism 4b includes a tool rotation drive source 41 controlled by the controller 5 (FIGS. 1 and 2).
  • the tool rotation drive source 41 is, for example, an electric motor, and its output shaft 41 a is coupled to the proximal end of the rotation shaft 22.
  • the posture changing drive mechanism 4c includes a posture changing drive source 42 controlled by the controller 5 (FIGS. 1 and 2).
  • the posture changing drive source 42 is a rotary actuator, and a speed reduction mechanism 43 is integrally provided.
  • the rotary actuator may be an electric type or a fluid pressure type, but in this embodiment, an electric actuator is used.
  • the deceleration mechanism 43 decelerates and outputs the rotation of the posture changing drive source 42, and the operation conversion mechanism 44A is directly connected to the output shaft 43a.
  • the motion conversion mechanism 44A is a mechanism that converts the output of the speed reduction mechanism 43 from a rotational motion to a forward / backward motion.
  • the motion conversion mechanism 44A in FIG. 4 is a linear motion mechanism that converts the output of the speed reduction mechanism 43 from a rotary motion to a linear reciprocating motion and outputs the linear motion.
  • the motion conversion mechanism 44A which is a linear motion mechanism, includes a ball screw 47 having both ends supported by bearings 45 and one end coupled to the output shaft 43a of the speed reduction mechanism 43 via a coupling 46, A ball screw mechanism 49 including a nut 48 screwed to the screw 47 is provided, and a linear motion member 51 guided to the nut 48 movably in the axial direction of the ball screw 47 by a linear guide 50 in FIG. Is fixed.
  • the linear motion member 51 is an output member of the motion conversion mechanism 44 ⁇ / b> A, and the proximal end of the posture operation member 31 is in contact with a contact portion 51 a formed of the distal end surface of the linear motion member 51.
  • the rotation of the output shaft 43a of the speed reduction mechanism 43 is converted into a linear motion by the ball screw mechanism 49, and the linear motion member 51 linearly moves along the linear guide 50 in FIG.
  • the posture operation member 31 pushed by the linear motion member 51 advances, and when the linear motion member 51 moves to the right side, the restoring elasticity
  • the posture operation member 31 is retracted by being pushed back by the elastic repulsive force of the member 32.
  • a linear scale 52 is installed on the linear motion member 51, and the scale of the linear scale 52 is read by a linear encoder 53 fixed to the drive unit housing 4a.
  • the linear scale 52 and the linear encoder 53 constitute position detecting means 54 for detecting the advancing / retreating position of the posture operation member 31. More precisely, the output of the linear encoder 53 is transmitted to the advance / retreat position estimation means 55, and the advance / retreat position estimation means 55 estimates the advance / retreat position of the posture operation member 31. That is, the position detection unit 54 detects the operating position of the linear motion member 51 that is a power transmission unit between the speed reduction mechanism 43 and the posture operation member 31, and estimates the advance / retreat position of the posture operation member 31 from the detection result.
  • the forward / backward position estimating means 55 in FIG. 4B has a relation setting means (not shown) in which the relation between the forward / backward position of the posture operation member 31 and the output signal of the linear equalizer 53 is set by an arithmetic expression or a table. Then, the forward / backward position of the posture operation member 31 is estimated from the input output signal using the relationship setting means.
  • the advance / retreat position estimation means 55 may be provided in the controller 5 of FIGS. 1 and 2, or may be provided in an external control device. The controller 5 controls the attitude changing drive source 42 shown in FIG. 4A based on the detection value of the advance / retreat position estimating means 55.
  • this remote control type actuator When the tool rotation drive source 41 in FIG. 4A is driven, the rotation is transmitted to the spindle 13 in FIG. 3A through the rotation shaft 22, and the tool 1 rotates with the spindle 13. A bone or the like is cut by the rotating tool 1.
  • the posture changing drive source 42 is driven to change the posture of the tip member 2 by remote control. For example, when the posture operating member 31 is advanced to the distal end side by the posture changing drive source 42, the housing 11 of the distal end member 2 is pushed by the posture operating member 31, and the distal end member 2 is directed downward in FIG. The posture is changed along the guide surfaces F1 and F2 toward the side.
  • the posture operation member 31 when the posture operation member 31 is retracted by the posture changing drive source 42, the housing 11 of the tip member 2 is pushed back by the elastic repulsive force of the restoring elastic member 32, and the tip member 2 is shown in FIG.
  • the posture is changed along the guide surfaces F1 and F2 to the side facing upward.
  • the pressure of the posture operation member 31, the elastic repulsive force of the restoring elastic member 32, and the reaction force from the retaining member 21 are acting on the tip member connecting portion 15, and the balance of these acting forces
  • the posture of the tip member 2 is determined.
  • the advance / retreat of the posture operation member 31 is performed as follows in detail. That is, as shown in FIG. 4A, the rotation of the posture changing drive source 42 is decelerated by the speed reduction mechanism 43, and further converted from a rotational motion to a linear advance / retreat motion by the motion conversion mechanism 44A. It is transmitted to a certain linear motion member 51. This forward / backward movement of the linear motion member 51 is transmitted from the contact portion 51a to the columnar pin 31b on the proximal end side of the posture operation member 31, and the posture operation member 31 moves forward / backward. Since the speed reduction mechanism 43 is provided, a large acting force can be applied to the linear motion member 51 by generating a large torque even if the torque output from the attitude changing drive source 42 is small.
  • the posture operation member 31 can be reliably advanced and retracted, and the tool 1 provided on the tip member 2 can be accurately positioned.
  • the posture changing drive source 42 can be downsized, and the entire remote operation type actuator can be made compact.
  • a rotary actuator is used as the posture changing drive source 42, and the speed reduction mechanism 43 and a motion conversion mechanism 44A that converts the output thereof into a forward / backward motion are combined, and the posture operation is performed via the linear motion member 51 by the motion conversion mechanism 44A. Since the member 31 is moved back and forth, the entire remote operation type actuator can be made more compact.
  • the posture of the tip member 2 is obtained from the advance / retreat position of the posture operation member 31 detected by the position detection means 54 in FIG. Positioning accuracy of the tool 1 can be improved by performing feedback control that feeds back the detected value of the position detecting means 54, more precisely the detected value of the linear encoder 53, to the controller 5 to control the output amount of the attitude changing drive source 42. Can be made.
  • the posture operation member 31 Since the posture operation member 31 is inserted through the guide hole 30a, the posture operation member 31 does not shift in the direction intersecting the longitudinal direction, and can always act properly on the tip member 2, and the tip member 2 posture change operation is performed accurately. Further, since the posture operation member 31 is flexible, the posture changing operation of the tip member 2 is reliably performed even when the spindle guide portion 3 has a curved portion. Furthermore, since the center of the connecting portion between the spindle 13 and the rotating shaft 22 is at the same position as the center of curvature O of the guide surfaces F1 and F2, a force for pushing and pulling against the rotating shaft 22 by changing the posture of the tip member 2 is increased. Accordingly, the posture of the tip member 2 can be changed smoothly.
  • This remote control type actuator is used, for example, for cutting the medullary cavity of bone in artificial joint replacement surgery.
  • all or part of the distal end member 2 is inserted into the patient's body. The For this reason, if the posture of the tip member 2 can be changed by remote control as described above, the bone can be processed while the tool 1 is always held in an appropriate posture, and the artificial joint insertion hole is finished with high accuracy. Can do.
  • the elongated spindle guide portion 3 needs to be provided with the rotating shaft 22 and the posture operation member 31 in a protected state.
  • the rotating shaft 22 is provided at the center of the outer pipe 25, and the outer pipe 25, the rotating shaft 22, Since the guide pipe 30 accommodating the posture operation member 31 and the reinforcing shaft 34 are arranged side by side in the circumferential direction, the rotary shaft 22 and the posture operation member 31 are protected and the interior is hollow. It is possible to secure rigidity while reducing the weight. Also, the overall balance is good.
  • the outer diameter surface of the rolling bearing 26 that supports the rotating shaft 22 is supported by the guide pipe 30 and the reinforcing shaft 34, the outer diameter surface of the rolling bearing 26 can be supported without using extra members. Moreover, since the preload is applied to the rolling bearing 26 by the spring elements 27A and 27B, the rotating shaft 22 made of a wire can be rotated at a high speed. Therefore, machining can be performed by rotating the spindle 13 at a high speed, the machining finish is good, and the cutting resistance acting on the tool 1 can be reduced. Since the spring elements 27A and 27B are provided between the adjacent rolling bearings 26, the spring elements 27A and 27B can be provided without increasing the diameter of the spindle guide portion 3.
  • a tool rotation drive source 41 and a posture change drive source 42 are provided in a common drive unit housing 4a. Therefore, the configuration of the entire remote operation type actuator can be simplified. Only one of the tool rotation drive source 41 and the posture change drive source 42 may be provided in the drive unit housing 4a. As will be described later, the tool rotation drive source 41 and the posture change drive source 42 may be provided outside the drive unit housing 4a.
  • FIG. 5 (A) and 5 (B) show a second embodiment having a different operation conversion mechanism.
  • This motion conversion mechanism 44B has both a function of converting a rotational motion into a forward / backward motion and a deceleration function. Therefore, the speed reduction mechanism 43 (FIG. 4A) is not attached to the posture changing drive source 42.
  • the motion conversion mechanism 44B has a worm 57 supported at both ends by bearings 45 and one end connected to the output shaft 42a of the attitude changing drive source 42 via a coupling 46, and the worm 57 supported by a support shaft 59. Engaging worm wheel 58.
  • the worm wheel 58 is an output member of the motion conversion mechanism 44 ⁇ / b> B, and the base end of the posture operation member 31 is in contact with a contact portion 58 a formed of the distal end surface of the worm wheel 58.
  • the worm wheel 58 has a shape in which teeth are provided only at a part of the circumference, and has an opening 58b through which the rotary shaft 22 is inserted.
  • Rotation of the output shaft 42a of the attitude changing drive source 42 is decelerated by a reduction mechanism composed of a worm 57 and a worm wheel 58, and is transmitted to the worm wheel 58 as an output member.
  • the contact portion 58a of the worm wheel 58 is in sliding contact with the posture operation member 31, the worm wheel 58 swings, thereby causing the posture operation member 31 to move forward and backward. That is, when the contact portion 58a rotates to the left side of FIG. 5A, the posture operation member 31 pushed by the contact portion 58a moves forward, and when the contact portion 58a rotates to the right side, The posture operation member 31 is retracted by being pushed back by the elastic repulsive force of the elastic member 32.
  • the advance / retreat position of the posture operation member 31 is detected by the position detection means 54.
  • the position detecting means 54 includes a detected portion 59 provided on the back surface of the worm wheel 58, and a detecting portion 60 that is fixed to the drive portion housing 4a and detects the displacement of the detected portion 59. It becomes.
  • the position detection means 54 may be optical or magnetic. Precisely, the output of the detection unit 60 is transmitted to the advance / retreat position estimation means 55, and the advance / retreat position estimation means 55 estimates the advance / retreat position of the posture operation member 31. That is, the position detection means 54 detects the operating position of the worm wheel 58 that is a power transmission means between the speed reduction mechanism 43 and the posture operation member 31, and estimates the advance / retreat position of the posture operation member 31 from this detection result.
  • this motion conversion mechanism 44B also serves as a speed reduction mechanism.
  • the mechanism in which the worm 57 and the worm wheel 58 are combined is a speed reduction mechanism to which an operation conversion function is added.
  • the functional portions for speed reduction and motion conversion can be made compact and compact.
  • the worm wheel 58 as an output member, the number of parts can be reduced.
  • the speed reduction mechanism composed of the worm 57 and the worm wheel 58 can take a large reduction ratio.
  • FIGS. 6A and 6B and FIGS. 7A and 7B show still another third embodiment of the motion conversion mechanism.
  • the motion conversion mechanism 44C includes a linear motion mechanism unit 62 that converts the rotation of the output shaft 43a of the speed reduction mechanism 43 attached to the posture change drive source 42 into a linear reciprocating motion, and an output of the linear motion mechanism unit 62 that is subjected to a posture operation. It consists of a lever mechanism 63 that transmits the increased force to the member 31.
  • the linear motion mechanism 62 includes an advancing / retracting member 65 movably provided in the drive unit housing 4a, and a female screw member that is screwed into the male screw portion 65a of the advancing / retracting member 65 66, and a connecting member 68 connected to the outer periphery of the female screw member 66 by a connecting pin 67. As shown in FIG. 7A, the linear motion mechanism 62 includes an advancing / retracting member 65 movably provided in the drive unit housing 4a, and a female screw member that is screwed into the male screw portion 65a of the advancing / retracting member 65 66, and a connecting member 68 connected to the outer periphery of the female screw member 66 by a connecting pin 67. As shown in FIG.
  • the advancing / retracting member 65 has a cross-sectional shape with both side surfaces cut off in a flat shape, and is fitted into the through-hole 69 of the drive unit housing 4a having the same cross-sectional shape, so that the central axis Although it can move forward and backward in the direction, it cannot rotate around the central axis.
  • the female screw member 66 is rotatably supported by the drive unit housing 4 a via a bearing 70
  • the connecting member 68 is rotatably supported by a support member 72 fixed to the drive unit housing 4 a via a bearing 71.
  • the connecting member 68 is coupled to the output shaft 43 a of the speed reduction mechanism 43 through the coupling 46.
  • the lever mechanism 63 has a lever 75 that is rotatable around the support shaft 74, and the force of the advancing / retracting member 65 acts on the action point P ⁇ b> 1 having a long distance from the support shaft 74 in the lever 75.
  • the force is applied to the posture operation member 31 at the force point P ⁇ b> 2 having a short distance, and the output of the advance / retreat member 65 is increased and transmitted to the posture operation member 31.
  • the lever 75 is an output member of the motion conversion mechanism 44C.
  • the lever 75 is provided with an opening 75a through which the rotary shaft 22 is inserted.
  • the position detecting means 54 for detecting the advancing / retreating position of the posture operating member 31 is provided on the back surface of the lever 75 and fixedly provided on the drive unit housing 4a. And a detection unit 60 for detecting the displacement of.
  • the position detection means 54 may be optical or magnetic.
  • the output of the detection unit 60 is transmitted to the advance / retreat position estimation means 55, and the advance / retreat position estimation means 55 estimates the advance / retreat position of the posture operation member 31. That is, the position detection unit 54 detects the operating position of the lever 75 that is a power transmission unit between the speed reduction mechanism 43 and the posture operation member 31, and estimates the advance / retreat position of the posture operation member 31 from the detection result.
  • the motion change mechanism 44C can also move the posture operation member 31 forward and backward by converting the rotation of the speed reduction mechanism 43 into a linear reciprocating motion by the linear motion mechanism unit 62.
  • the output of the linear motion mechanism portion 62 is increased by the lever mechanism portion 63, so that the posture operation member 31 is moved forward and backward with a larger acting force. be able to.
  • the lever mechanism 63 it is possible to use the speed reduction mechanism 43 with a low speed reduction ratio, and the speed reduction mechanism 43 can be reduced in size and weight. By using the final output part of the lever mechanism part 63 as an output member, the number of parts can be reduced.
  • FIG. 8 and FIGS. 9A and 9B show a fourth embodiment in which the configurations of the tool rotation drive mechanism and the posture change drive mechanism are different.
  • the tool rotation drive source 41 of the tool rotation drive mechanism 4b and the attitude change drive source 42 of the attitude change drive mechanism 4c are provided in the drive unit housing 4a.
  • 9A and 9B the tool rotation drive source 41 and the posture change drive source 42 are provided in a drive source housing 80 different from the drive unit housing 4a.
  • the tool rotation drive mechanism 81 of this embodiment uses the inner wire of the tool rotation flexible wire 82 to rotate the output shaft 41a of the tool rotation drive source 41 provided in the drive source housing 80 shown in FIG. By 84 (FIG. 10), it transmits to the base end of the rotating shaft 22 in the drive part housing 4a.
  • the tool rotating flexible wire 82 has a structure shown in FIG. 10, for example. That is, the flexible inner wire 84 is rotatably supported by the plurality of rolling bearings 86 at the center of the flexible outer tube 83. Both ends of the inner wire 84 are connected to the output shaft 41 a of the tool rotation drive source 41 and the base end of the rotation shaft 22, respectively.
  • spring elements 87A and 87B for generating a preload in the rolling bearings 86 are provided.
  • the spring elements 87A and 87B are, for example, compression coil springs.
  • the inner wire 84 can be rotated at a high speed by applying a preload to the rolling bearing 86 by the spring elements 87A and 87B.
  • a commercially available flexible shaft may be used.
  • the posture changing drive mechanism 91 of this embodiment is configured such that the rotation of the posture changing drive source 42 provided in the drive source housing 80 is driven by the inner wire 94 (FIG. 11) of the posture changing flexible wire 92. It transmits to the speed reduction mechanism 43 installed in the housing 4a, and further transmits from the speed reduction mechanism 43 to the motion conversion mechanism 44 of the drive unit housing 4a.
  • the motion conversion mechanism 44 of this embodiment has the same configuration as the motion conversion mechanism 44A of FIGS. 4A and 4B, and is a linear motion mechanism that converts the rotation of the inner wire 94 into a linear reciprocating motion and outputs it. ing. Parts having the same configurations as those in FIGS. 4A and 4B are shown with the same reference numerals attached to a part thereof.
  • As the operation conversion mechanism 44 another operation conversion mechanism, that is, the operation conversion mechanisms 44B and 44C or a later-described operation conversion mechanism 44D may be employed.
  • the posture changing flexible wire 92 has the same structure as the tool rotating flexible wire 82, for example, the structure shown in FIG. That is, the flexible inner wire 94 is rotatably supported by the plurality of rolling bearings 96 at the center of the flexible outer tube 93. Both ends of the inner wire 94 are connected to the output shaft 42 a of the attitude changing drive source 42 and the input shaft 43 b of the speed reduction mechanism 43, respectively. Between the rolling bearings 96, spring elements 97A and 97B for generating a preload on the rolling bearings 96 are provided.
  • the spring elements 97A and 97B are, for example, compression coil springs.
  • the inner wire 94 can be rotated at a high speed by pre-loading the rolling bearing 96 with the spring elements 97A and 97B.
  • a commercially available flexible shaft may be used.
  • the inner wire 94 of the posture changing flexible wire 92 is twisted during rotation transmission, and a rotation phase difference is generated between the rotation transmission upstream side and the downstream side.
  • the speed reduction mechanism 43 is provided on the downstream side of the flexible wire 92, the rotational phase difference becomes smaller on the output side of the speed reduction mechanism 43. Therefore, the influence of the twist of the flexible wire 92 does not appear greatly in the linear motion member 51 as the output member, and the posture operation member 31 can be advanced and retracted with high accuracy.
  • the input shaft 43b and the output shaft 43a of the speed reduction mechanism 43 are located on the same axis, but FIGS.
  • the input shaft 43b and the output shaft 43a may be provided so as to be orthogonal to each other as in the modification of the embodiment shown in FIG.
  • a harmonic drive or a planetary gear mechanism can be adopted as the speed reduction mechanism 43.
  • the posture changing drive source 42 need not be arranged on the extension line of the output shaft 43a of the speed reduction mechanism 43. Design freedom is improved.
  • FIG. 13 and 14A and 14B show a fifth embodiment, in which a tool rotation drive source 41 and a posture change drive source 42 are provided in a drive source housing 80 different from the drive unit housing 4a.
  • the motion conversion mechanism 44D is a linear motion mechanism using a rack and a pinion, and the pinion 100 is coupled to the output shaft 43a of the speed reduction mechanism 43 installed in the drive unit housing 4a via a coupling 46.
  • the pinion 100 is rotatably supported by a bearing 101.
  • a rack 102 is engaged with the pinion 100.
  • the rack 102 is formed integrally with the output member 103, and the output member 103 is supported by a linear guide 104 so as to be movable in the length direction of the posture operation member 31. Then, the proximal end of the posture operation member 31 is in contact with the contact portion 103 a formed of the distal end surface of the output member 103.
  • the rotation of the output shaft 43 a of the speed reduction mechanism 43 is converted into a linear reciprocating motion by the rack 102 and the pinion 100 and transmitted to the output member 103.
  • the posture operation member 31 pushed by the output member 103 moves forward, and when the output member 103 moves to the right side, the elastic member 32 for restoration is moved.
  • the posture operation member 31 is retracted by being pushed back by the elastic repulsive force.
  • a linear scale 105 is installed on the output member 103, and the scale of the linear scale 105 is read by the linear encoder 106 fixed to the drive unit housing 4a.
  • the linear scale 105 and the linear encoder 106 constitute a position detection means 54 that detects the advance / retreat position of the posture operation member 31.
  • the output of the linear encoder 106 is transmitted to the advance / retreat position estimation means 55, and the advance / retreat position estimation means 55 estimates the advance / retreat position of the posture operation member 31. That is, the position detection unit 54 detects the operating position of the output member 103 that is a power transmission unit between the speed reduction mechanism 43 and the posture operation member 31, and estimates the advance / retreat position of the posture operation member 31 from this detection result.
  • the configuration of the motion conversion mechanism 44D including the rack 102 and the pinion 100 may be applied to a remote operation type actuator in which the attitude changing drive source 42 is provided in the drive unit housing 4a.
  • the input shaft 43b and the output shaft 43a of the speed reduction mechanism 43 are provided on the same axis.
  • the input shaft 43b and the output shaft 43a may be provided orthogonal to each other.
  • FIGS. 15A and 15B show a first modification of the fifth embodiment in which the configuration for changing the posture of the tip member 2 is different.
  • This remote operation type actuator is provided with two guide pipes 30 at circumferential positions that are 180 degrees in phase with each other in the outer pipe 25, and in the guide hole 30 a that is the inner diameter hole of the guide pipe 30, the same as described above.
  • a posture operation member 31 including a posture operation wire 31a and a columnar pin 31b is inserted so as to freely advance and retract.
  • a plurality of reinforcing shafts 34 are arranged on the same pitch circle C as the guide pipe 30.
  • the restoring elastic member 32 is not provided.
  • the guide surfaces F1 and F2 are spherical surfaces whose center of curvature is the point O, or cylindrical surfaces whose axis is the X axis passing through the point O.
  • the drive unit 4 (not shown) is provided with two posture change drive sources 42 (not shown) for individually moving the two posture operation members 31 forward and backward, and these two posture change drives.
  • the posture of the tip member 2 is changed by driving the sources 42 in opposite directions. For example, when the upper posture operation member 31 in FIG. 15A is advanced to the distal end side and the lower posture operation member 31 is moved backward, the housing 11 of the distal end member 2 is pushed by the upper posture operation member 31. Thus, the posture of the tip member 2 is changed along the guide surfaces F1 and F2 to the side in which the tip side faces downward in FIG.
  • both posture operation members 31 are moved back and forth, the housing 11 of the distal end member 2 is pushed by the lower posture operation member 31, and the distal end member 2 is directed upward in FIG. 15A.
  • the posture is changed along the guide surfaces F1 and F2 to the side.
  • the pressure of the two upper and lower posture operating members 31 and the reaction force from the retaining member 21 are acting on the tip member connecting portion 15, and the posture of the tip member 2 is determined by the balance of these acting forces. Is done.
  • the housing 11 of the tip member 2 is pressurized by the two posture operation members 31, so that the posture stability of the tip member 2 is improved as compared with the embodiment in which the pressure is applied by only one posture operation member 31. Can be increased.
  • FIG. 16A and 16B show a second modification of the fifth embodiment in which the configuration for changing the posture of the tip member 2 is further different.
  • This remote control type actuator is provided with three guide pipes 30 at circumferential positions at a phase of 120 degrees in the outer pipe 25, and the same posture as described above in a guide hole 30 a which is an inner diameter hole of the guide pipe 30.
  • the operating member 31 is inserted so as to freely advance and retract.
  • a plurality of reinforcing shafts 34 are arranged on the same pitch circle C as the guide pipes 30.
  • the restoring elastic member 32 is not provided.
  • the guide surfaces F1 and F2 are spherical surfaces whose center of curvature is a point O, and the tip member 2 can tilt in any direction.
  • the drive unit 4 includes three posture change drive sources 42 (42U, 42L, 42R) that individually move the three posture operation members 31 (31U, 31L, 31R) forward and backward (FIGS. 18A and 18B). 19A and 19B are provided, and the posture of the tip member 2 is changed by driving these three posture changing drive sources 42 in conjunction with each other.
  • each posture changing drive source 42 is controlled so that the amount of advance / retreat of each posture operation member 31 is appropriate.
  • each posture operation member 31 is moved back and forth, the housing 11 of the tip member 2 is pushed by the left and right posture operation members 31L and 31R, so that the tip member 2 moves to the side where the tip side is upward in FIG. The posture is changed along the guide surfaces F1 and F2.
  • the distal end member 2 is moved by the left posture operation member 31L.
  • the tip member 2 changes its posture along the guide surfaces F1 and F2 to the right, that is, the side facing the back side of the paper surface in FIG.
  • the housing 11 of the tip member 2 is pushed by the right posture operation member 31R, so that the tip member 2 moves along the guide surfaces F1 and F2 toward the left side. Change the posture.
  • the posture operation member 31 at three positions in the circumferential direction, the posture of the tip member 2 can be changed in the directions of the upper, lower, left and right axes (X axis, Y axis).
  • the pressure of the three posture operating members 31 and the reaction force from the retaining member 21 are acting on the tip member connecting portion 15, and the posture of the tip member 2 is determined by the balance of these acting forces.
  • the posture stability of the tip member 2 can be further improved. If the number of posture operation members 31 is further increased, the posture stability of the tip member 2 can be further enhanced.
  • FIGS. 17A and 17B show a third modification example in which the internal structure of the spindle guide portion 3 is different from that of the second modification example shown in FIGS. 16A and 16B.
  • the spindle guide portion 3 of the remote control type actuator is configured so that the hollow hole 24 of the outer pipe 25 is out of the circumferential position where the central circular hole portion 24a and the outer periphery of the circular hole portion 24a form a phase of 120 degrees with each other. It consists of three groove-like parts 24b recessed to the radial side.
  • the peripheral wall at the tip of the groove-like portion 24b has a semicircular cross section.
  • the rotating shaft 22 and the rolling bearing 26 are accommodated in the circular hole 24a, and the attitude
  • the outer pipe 25 has the above-described cross-sectional shape, the thickness t of the outer pipe 25 other than the groove-like portion 24b is increased, and the secondary moment of the outer pipe 25 is increased. That is, the rigidity of the spindle guide portion 3 is increased. Thereby, the positioning accuracy of the tip member 2 can be improved and the machinability can be improved. Further, since the guide pipe 30 is disposed in the groove-like portion 24b, the guide pipe 30 can be easily positioned in the circumferential direction, and the assemblability is good.
  • the posture changing drive mechanism 4c can be configured as shown in FIGS. 18A and 18B or FIGS. 19A and 19B, for example. That is, three posture changing drive sources 42 (42U, 42L, 42R) for individually moving the posture operating members 31 (31U, 31L, 31R) forward and backward are installed and correspond to each posture changing drive source 42.
  • the three motion conversion mechanisms 44AU, 44AL, 44AR (FIG. 18B) or 44CU, 44CL, 44CR (FIG. 19B) are provided. Each of the motion conversion mechanisms 44AU, 44AL, and 44AR in FIGS.
  • FIGS. 18A and 18B is the same as the linear motion mechanism type motion conversion mechanism 44A shown in FIGS. 4A and 4B.
  • the motion conversion mechanisms 44AU, 44AL, and 44AR are arranged radially about the rotation shaft 22.
  • Each of the motion conversion mechanisms 44CU, 44CL, and 44CR in FIGS. 19A and 19B includes a linear motion mechanism 62 shown in FIGS. 6A and 6B, and FIGS. 7A and 7B. This is the same as the motion conversion mechanism 44 ⁇ / b> C composed of the lever mechanism 63.
  • the motion conversion mechanisms 42U, 42L, and 42R are arranged in parallel on the left and right.
  • the spindle guide portion 3 has a linear shape.
  • the tip member 2 is provided even when the posture operation member 31 is flexible and the spindle guide portion 3 has a curved portion. Therefore, the spindle guide portion 3 may have a curved shape as shown in FIG. Alternatively, only a part of the spindle guide portion 3 may be curved. If the spindle guide portion 3 is curved, it may be possible to insert the distal end member 2 to the back of the bone, which is difficult to reach in the straight shape, so that the hole for artificial joint insertion can be accurately processed in artificial joint replacement surgery. It becomes possible to finish.
  • the outer pipe 25, the guide pipe 30, and the reinforcing shaft 34 need to be curved.
  • the rotating shaft 22 is preferably made of a material that is easily deformed, and for example, a shape memory alloy is suitable.

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Abstract

　細長いパイプ部の先端に設けられた工具の姿勢を遠隔操作で確実かつ精度良く変更することができ、しかもパイプ部としてのスピンドルガイド部が湾曲した状態でも姿勢変更させられて、全体構成がコンパクトな遠隔操作型アクチュエータを提供する。スピンドルガイド部(3)の先端に先端部材を姿勢変更自在に取付け、先端部材に工具を回転自在に設ける。スピンドルガイド部(3)の内部に、工具回転用駆動源(41)の回転をスピンドルに伝達する回転軸(22)と、姿勢変更用駆動源(42)で進退動作させられて先端部材を姿勢変更させる姿勢操作部材(31)とを設ける。姿勢変更用駆動源(42)の回転を減速する減速機構(43)と、減速された出力を回転運動から進退運動に変換する動作変換機構(44A)と、この動作変換機構(44A)の出力により姿勢操作部材(31)を進退動作させる出力部材(51)とを設ける。

Description

遠隔操作型アクチュエータ 関連出願
　本出願は、２００９年１２月２４日出願の特願２００９－２９１８６２の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
　この発明は、工具の姿勢を遠隔操作で変更可能で、医療用、機械加工等の用途で用いられる遠隔操作型アクチュエータに関する。
　医療用として骨の加工に用いられたり、機械加工用としてドリル加工や切削加工に用いられたりする遠隔操作型アクチュエータがある。遠隔操作型アクチュエータは、直線形状や湾曲形状をした細長いパイプ部の先端に設けた工具を遠隔操作で制御する。ただし、従来の遠隔操作用アクチュエータは、工具の回転のみを遠隔操作で制御するだけであったため、医療用の場合、複雑な形状の加工や外からは見えにくい箇所の加工が難しかった。また、ドリル加工では、直線だけではなく、湾曲状の加工が可能なことが求められる。さらに、切削加工では、溝内部の奥まった箇所の加工が可能なことが求められる。以下、医療用を例にとって、遠隔操作型アクチュエータの従来技術と課題について説明する。
　整形外科分野において、骨の老化等によって擦り減って使えなくなった関節を新しく人工のものに取り替える人工関節置換手術がある。この手術では、患者の生体骨を人工関節が挿入できるように加工する必要があるが、その加工には、術後の生体骨と人工関節との接着強度を高めるために、人工関節の形状に合わせて精度良く加工することが要求される。
　例えば、股関節の人工関節置換手術では、大腿骨の骨の中心にある髄腔部に人工関節挿入用の穴を形成する。人工関節と骨との接触強度を保つには両者の接触面積を大きくとる必要があり、人工関節挿入用の穴は、骨の奥まで延びた細長い形状に加工される。このような骨の切削加工に用いられる医療用アクチュエータとして、細長いパイプ部の先端に工具を回転自在に設け、パイプ部の基端側に設けたモータ等の回転駆動源の駆動により、パイプ部の内部に配した回転軸を介して工具を回転させる構成のものがある（例えば特許文献１）。この種の医療用アクチュエータは、外部に露出した回転部分は先端の工具のみであるため、工具を骨の奥まで挿入することができる。
　人工関節置換手術では、皮膚切開や筋肉の切断を伴う。すなわち、人体に傷を付けなければならない。その傷を最小限に抑えるためには、前記パイプ部は真っ直ぐでなく、適度に湾曲している方が良い場合がある。このような状況に対応するためのものとして、次のような従来技術がある。例えば、特許文献２は、パイプ部の中間部を２重に湾曲させて、パイプ部の先端側の軸心位置と基端側の軸心位置とをずらせたものである。このようにパイプ部の軸心位置が先端側と軸心側とでずれているものは、他にも知られている。また、特許文献３は、パイプ部を１８０度回転させたものである。
特開２００７－３０１１４９号公報 米国特許第４，４６６，４２９号明細書 米国特許第４，２６５，２３１号明細書 特開２００１－１７４４６号公報
　生体骨の人工関節挿入用穴に人工関節を嵌め込んだ状態で、生体骨と人工関節との間に広い隙間があると、術後の接着時間が長くなるため、前記隙間はなるべく狭いのが望ましい。また、生体骨と人工関節の接触面が平滑であることも重要であり、人工関節挿入用穴の加工には高い精度が要求される。しかし、パイプ部がどのような形状であろうとも、工具の動作範囲はパイプ部の形状の制約を受けるため、皮膚切開や筋肉の切断をできるだけ小さくしながら、生体骨と人工関節との間の隙間を狭くかつ両者の接触面が平滑になるように人工関節挿入用穴を加工するのは難しい。
　一般に、人工関節置換手術が行われる患者の骨は、老化等により強度が弱くなっていることが多く、骨そのものが変形している場合もある。したがって、通常考えられる以上に、人工関節挿入用穴の加工は難しい。
　そこで、本出願人は、人工関節挿入用穴の加工を比較的容易にかつ精度良く行えるようにすることを目的として、先端に設けた工具の姿勢を遠隔操作で変更可能とすることを試みた。工具の姿勢が変更可能であれば、パイプ部の形状に関係なく、工具を適正な姿勢に保持することができるからである。しかし、工具は細長いパイプ部の先端に設けられているため、工具の姿勢を変更させる機構を設ける上で制約が多く、それを克服するための工夫が必要である。また、パイプ部が湾曲部を有することも予想され、その場合でも確実に姿勢変更動作をさせられることが望まれる。
　なお、細長いパイプ部を有しない医療用アクチュエータでは、手で握る部分に対して工具が設けられた部分が姿勢変更可能なものがある（例えば特許文献４）が、遠隔操作で工具の姿勢を変更させるものは提案されていない。
　この発明の目的は、細長いパイプ部の先端に設けられた工具の姿勢を遠隔操作で確実かつ精度良く変更することができ、しかもパイプ部としてのスピンドルガイド部が湾曲した状態でも姿勢変更させられて、全体構成がコンパクトな遠隔操作型アクチュエータを提供することである。
　この発明にかかる遠隔操作型アクチュエータは、細長形状のスピンドルガイド部と、このスピンドルガイド部の先端に先端部材連結部を介して姿勢変更自在に取付けられた先端部材と、この先端部材に回転自在に設けた工具と、この工具を回転させる工具回転用駆動源と、前記先端部材の姿勢を操作する姿勢変更用駆動源とを備え、前記先端部材は、前記工具を保持するスピンドルを回転自在に支持し、前記スピンドルガイド部は、前記工具回転用駆動源の回転を前記スピンドルに伝達する回転軸と、両端に貫通したガイド孔とを内部に有し、先端が前記先端部材に接して進退動作することにより前記先端部材を姿勢変更させる可撓性の姿勢操作部材を前記ガイド孔内に進退自在に挿通し、前記姿勢変更用駆動源はロータリアクチュエータであって、この姿勢変更用駆動源の回転を入力しそれを減速して出力する減速機構と、この減速機構の出力を回転運動から進退運動に変換して出力する動作変換機構と、この動作変換機構の出力により前記姿勢操作部材の基端に接する接触部が進退動作することで前記姿勢操作部材を進退動作させる出力部材とを設けたものである。ここで言う「進退運動」は、直線往復運動の他に、揺動運動も含むものとする。
　この構成によれば、先端部材に設けた工具の回転により、骨等の切削加工が行われる。その場合に、姿勢変更用駆動源により姿勢操作部材を進退させると、この姿勢操作部材の先端が先端部材に対し作用することにより、スピンドルガイド部の先端に先端部材連結部を介して姿勢変更自在に取付けられた先端部材が姿勢変更する。姿勢変更用駆動源は、先端部材から離れた位置に設けられており、上記先端部材の姿勢変更は遠隔操作で行われる。姿勢操作部材はガイド孔に挿通されているため、姿勢操作部材が長手方向と交差する方向に位置ずれすることがなく、常に先端部材に対し適正に作用することができ、先端部材の姿勢変更動作が正確に行われる。また、姿勢操作部材は可撓性であるため、スピンドルガイド部が湾曲部を有する場合でも姿勢変更動作が確実に行われる。
　姿勢変更用駆動源の回転は、減速機構により減速され、さらに動作変換機構により回転運動から進退運動に変換されて、出力部材に伝達される。それにより、出力部材が進退動作する。この出力部材の進退動作が接触部より姿勢操作部材の基端へ伝達されて、姿勢操作部材が進退動作する。減速機構を設けたため、姿勢変更用駆動源の出力するトルクが小さくても、大きなトルクを発生させて、出力部材に大きな作用力を与えることができる。そのため、姿勢操作部材を確実に進退動作させることができ、先端部材に設けた工具の位置決め精度が良い。また、姿勢変更用駆動源の小型化が可能となり、遠隔操作型アクチュエータ全体をコンパクトにできる。特に、姿勢変更用駆動源にロータリアクチュエータを用い、減速機構と、その出力を進退運動に変換する動作変換機構とを組み合わせ、この動作変換機構により出力部材を介して姿勢操作部材を進退動作させるようにしたため、遠隔操作型アクチュエータ全体をより一層コンパクトにできる。
　この発明において、前記動作変換機構は、前記減速機構の出力を回転運動から直線往復運動に変換する直動機構であって、この直動機構である動作変換機構の最終出力部を前記出力部材としてもよい。例えば、前記直動機構は、ねじ機構を用いた機構や、ラックとピニオンの噛み合いによる機構を採用することができる。動作変更機構を直動機構とすることで、ロータリアクチュエータである姿勢変更用駆動源の回転で姿勢操作部材を進退させることができる。また、直動機構の最終出力部を出力部材としたことで、部品点数を削減して構成を簡略にできる。
　また、前記動作変換機構は、前記減速機構の出力を回転運動から直線往復運動に変換する直動機構部と、この直動機構部の出力を増力して出力するレバー機構部とを有し、このレバー機構部の最終出力部を前記出力部材としてもよい。この場合も、ロータリアクチュエータである姿勢変更用駆動源の回転を直動機構部で直線往復運動に変換することで、姿勢操作部材を進退させることができる。また、減速機構により姿勢変更用駆動源のトルクを増大させることに加え、レバー機構部により直動機構部の出力が増力されるので、姿勢操作部材をより大きな作用力で進退動作させることができる。レバー機構部を設けたことで、減速比の低い減速機構を用いることが可能となり、減速機構の小型・軽量化を実現できる。レバー機構部の最終出力部を出力部材としたことで、部品点数を削減できる。
　この発明において、前記減速機構は、前記姿勢変更用駆動源からの回転を入力する入力軸と、減速後の回転を出力する出力軸とを有する場合、これら入力軸および出力軸は共に同一軸上に位置していてもよく、あるいは互いに直交していてもよい。入力軸と出力軸が同一軸上に位置する場合、減速機構として例えばハーモニックドライブや遊星歯車機構等を採用することができる。これらの機構は、小型でコンパクトな構造でありながら、大きな減速比をとることができる。また、入力軸と出力軸が互いに直交する場合は、減速機構の出力軸の延長線上に姿勢変更用駆動源を配置しなくてよいので、設計上の自由度が向上する。
　この発明において、前記減速機構は、前記姿勢変更用駆動源の回転により回転するウォームと、このウォームと噛み合うウォームホイールとを組み合わせた構成であり、前記ウォームホイールを、その一部分である接触部が前記姿勢操作部材と滑り接触して姿勢操作部材を進退動作させる前記出力部材としてもよい。減速機構を、ウォームとウォームホイールとを組み合わせた構成としたことで、減速機構に動作変換機能を付加することができる。すなわち、減速機構と動作変換機構を一体化した機構となり、減速および動作変換の機能部分を小型でコンパクトにできる。ウォームとウォームホイールとでなる減速機構は、大きな減速比をとれる。また、ウォームホイールを出力部材としたことで、部品点数を削減できる。
　この発明において、前記スピンドルガイド部の基端が結合された駆動部ハウジング内に前記減速機構を設け、前記駆動部ハウジング外に前記姿勢変更用駆動源を設け、前記姿勢変更用駆動源の回転を前記減速機構へ伝達する可撓性ワイヤを設けてもよい。駆動部ハウジング外に姿勢変更用駆動源を設けることで、駆動ハウジング内にモータのような電子部品を設けずに済む。そのため、遠隔操作型アクチュエータを医療機器として使用する場合に、駆動ハウジングの滅菌処理や洗浄が容易になる。また、駆動部ハウジング外に設けた姿勢変更用駆動源の回転を、可撓性ワイヤを介して、駆動部ハウジング内の減速機構へ伝達することにより、駆動部ハウジング外に設けた姿勢変更用駆動源と駆動部ハウジングとの位置関係についての融通性が高く、遠隔操作型アクチュエータを操作しやすい。可撓性ワイヤよりも回転伝達下流側に減速機構を設けたため、可撓性ワイヤに捩れが生じても、その捩れによる回転位相差は減速機構の出力側で小さくなる。そのため、可撓性ワイヤの捩れの影響が出力部材に大きく現れることがなく、姿勢操作部材を精度良く進退動作させられる。
　この発明において、前記減速機構と前記姿勢操作部材間の動力伝達部材に、この動力伝達部材の動作位置を検出する位置検出手段を設けるのが良い。位置検出手段によって検出される動力伝達部材の動作位置から、姿勢操作部材の進退位置を推定できる。このように推定された姿勢操作部材の進退位置に関する情報を用いて、姿勢変更用駆動源を制御することができる。位置検出手段を減速機構と前記姿勢操作部材間の動力伝達部材に設けたため、減速機構において、例えばバックラッシュ等を原因とする入力側と出力側の回転のずれが生じても、それが位置検出手段の検出精度に影響を与えない。そのため、姿勢操作部材の進退位置を常に精度良く推定することができ、先端部材の位置決め精度を向上させられる。また、上記理由から、減速機構として比較的安価なものを使用することが可能となり、遠隔操作型アクチュエータのコスト低減を図れる。姿勢変更用駆動源と減速機構間の動力伝達部材に捩れが生じる部材が用いられている場合であっても、その動力伝達部材の捩れの影響が減速機構の作用で小さくなるため、位置検出手段の分解能を小さくなり、精度の良い先端部材の位置決めが可能である。
　この発明において、前記スピンドルガイド部は湾曲した箇所を有していてもよい。姿勢操作部材は可撓性であるため、スピンドルガイド部に湾曲した箇所があっても、ガイド孔内で進退させることができる。
　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
この発明の第１実施形態にかかる遠隔操作型アクチュエータの概略構成を示す側面図である。 同実施形態におけるスピンドルガイド部の他の例を示す側面図である。 （Ａ）は図１に示す遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびスピンドルガイド部の縦断面図、（Ｂ）はそのIIIＢ－IIIＢ断面図、（Ｃ）は先端部材と回転軸との連結構造を示す縦断面図である。 （Ａ）は同遠隔操作型アクチュエータの工具回転用駆動機構および姿勢変更用駆動機構の縦断面図、（Ｂ）はそのIVＢ－IVＢ断面図に制御系を組み合わせて表示した図である。 （Ａ）はこの発明の第２実施形態にかかる遠隔操作型アクチュエータの工具回転用駆動機構および姿勢変更用駆動機構の縦断面図に制御系を組み合わせて表示した図、（Ｂ）はそのＶＢ－ＶＢ断面図である。 （Ａ）はこの発明の第３実施形態にかかる遠隔操作型アクチュエータの工具回転用駆動機構および姿勢変更用駆動機構の縦断面図に制御系を組み合わせて表示した図、（Ｂ）はそのVIＢ－VIＢ断面図である。 （Ａ）は図６（Ａ）の部分拡大図、（Ｂ）はそのVIIＢ－VIIＢ断面図である。 この発明の第４実施形態にかかる遠隔操作型アクチュエータの概略構成を示す側面図である。 （Ａ）は同遠隔操作型アクチュエータの工具回転用駆動機構および姿勢変更用駆動機構の縦断面図、（Ｂ）はそのIXＢ－IXＢ断面図である。 同工具回転用駆動機構の工具回転用可撓性ワイヤの縦断面図である。 同姿勢変更用駆動機構の姿勢変更用可撓性ワイヤの縦断面図である。 （Ａ）は同第４実施形態の変形例を示す縦断面図、（Ｂ）はそのXIIＢ－XIIＢ断面図である。 この発明の第５実施形態にかかる遠隔操作型アクチュエータの工具回転用駆動機構および姿勢変更用駆動機構の縦断面図である。 （Ａ）は図１３の部分拡大図、（Ｂ）はそのXIVＢ－XIVＢ断面図に制御系を組み合わせて表示した図である。 （Ａ）は先端部材の姿勢を変更する機構が異なる第１変形例の遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびスピンドルガイド部を示す縦断面図、（Ｂ）はそのXVＢ－XVＢ断面図である。 （Ａ）は先端部材の姿勢を変更する機構がさらに異なる第２変形例の遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびスピンドルガイド部を示す縦断面図、（Ｂ）はそのXVIＢ－XVIＢ断面図である。 （Ａ）は先端部材の姿勢を変更する機構がさらに異なる第３変形例の遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびスピンドルガイド部を示す縦断面図、（Ｂ）はそのXVIIＢ－XVIIＢ断面図である。 （Ａ）は図１６に示す遠隔操作型アクチュエータの工具回転用駆動機構および姿勢変更用駆動機構の構成を示す縦断面図、（Ｂ）はそのXVIIIＢ－XVIIIＢ断面図である。 （Ａ）は工具回転用駆動機構および姿勢変更用駆動機構の他の構成例を示す縦断面図、（Ｂ）はそのXIXＢ－XIXＢ断面図である。
　図１はこの発明の第１実施形態にかかる遠隔操作型アクチュエータの概略構成を示す側面図、図２は同実施形態におけるスピンドルガイド部の他の例を示す側面図である。図１と図２とでは、スピンドルガイド部３の形状が図１では直線状であるのに対し、図２では湾曲状である点で異なり、その他の構成は同様であるので、以下、第１実施形態を示す図１により遠隔操作型アクチュエータの概略構成を説明する。この遠隔操作型アクチュエータは、回転式の工具１を保持する先端部材２と、この先端部材２が先端に姿勢変更自在に取付けられた細長形状のスピンドルガイド部３と、このスピンドルガイド部３の基端が結合された駆動部ハウジング４ａと、この駆動部ハウジング４ａ内の工具回転用駆動機構４ｂおよび姿勢変更用駆動機構４ｃを制御するコントローラ５とを備える。駆動部ハウジング４ａは、内蔵の工具回転用駆動機構４ｂおよび姿勢変更用駆動機構４ｃと共に駆動部４を構成する。
　図３（Ａ）～（Ｃ）と共に、先端部材２およびスピンドルガイド部３の内部構造について説明する。図３（Ａ）～（Ｃ）は図１の遠隔操作型アクチュエータについて示すが、図１のようにスピンドルガイド部３が真っ直ぐな形状である場合も、図２のようにスピンドルガイド部３が湾曲した形状である場合も、先端部材２およびスピンドルガイド部３の内部構造は基本的に同じである。
　先端部材２は、略円筒状のハウジング１１の内部に、一対の軸受１２によりスピンドル１３が回転自在に支持されている。スピンドル１３は、先端側が開口した筒状で、中空部に工具１のシャンク１ａが嵌合状態に挿入され、回り止めピン１４によりシャンク１ａが回転不能に結合される。この先端部材２は、先端部材連結部１５を介してスピンドルガイド部３の先端に取付けられる。先端部材連結部１５は、先端部材２を姿勢変更自在に支持する手段であり、球面軸受からなる。具体的には、先端部材連結部１５は、ハウジング１１の基端の内径縮径部からなる被案内部１１ａと、スピンドルガイド部３の先端に固定された抜け止め部材２１の鍔状部からなる案内部２１ａとで構成される。両者１１ａ，２１ａの互いに接する各案内面Ｆ１，Ｆ２は、スピンドル１３の中心線ＣＬ上に曲率中心Ｏが位置し、基端側ほど径が小さい球面とされている。これにより、スピンドルガイド部３に対して先端部材２が抜け止めされるとともに、姿勢変更自在に支持される。この例は、曲率中心Ｏを通るＸ軸回りに先端部材２が姿勢変更する構成であるため、案内面Ｆ１，Ｆ２が、点Ｏを通るＸ軸を軸心とする円筒面であってもよい。
　スピンドルガイド部３は、駆動部ハウジング４ａ内の工具回転用駆動源４１（図４（Ａ））の回転を前記スピンドル１３へ伝達する回転軸２２を有する。この例では、回転軸２２はワイヤとされ、ある程度の弾性変形が可能である。ワイヤの材質としては、例えば金属、樹脂、グラスファイバー等が用いられる。ワイヤは単線であっても、撚り線であってもよい。図３（Ｃ）に示すように、スピンドル１３と回転軸２２とは、自在継手等の継手２３を介して回転伝達可能に接続されている。継手２３は、スピンドル１３の閉塞した基端に設けられた溝１３ａと、回転軸２２の先端に設けられ前記溝１３ａに係合する突起２２ａとで構成される。上記溝１３ａと突起２２ａとの連結箇所の中心は、前記案内面Ｆ１，Ｆ２の曲率中心Ｏと同位置である。
　スピンドルガイド部３は、このスピンドルガイド部３の外郭となる外郭パイプ２５を有し、この外郭パイプ２５の中心に前記回転軸２２が位置する。回転軸２２は、それぞれ軸方向に離れて配置された複数の転がり軸受２６によって回転自在に支持されている。各転がり軸受２６間には、これら転がり軸受２６に予圧を発生させるためのばね要素２７Ａ，２７Ｂが設けられている。ばね要素２７Ａ，２７Ｂは、例えば圧縮コイルばねである。転がり軸受２６の内輪に予圧を発生させる内輪用ばね要素２７Ａと、外輪に予圧を発生させる外輪用ばね要素２７Ｂとがあり、これらが交互に配置されている。前記抜け止め部材２１は、固定ピン２８により外郭パイプ２５のパイプエンド部２５ａに固定され、その先端内周部で転がり軸受２９を介して回転軸２２の先端部を回転自在に支持している。パイプエンド部２５ａは、外郭パイプ２５と別部材とし、溶接等により結合してもよい。
　外郭パイプ２５の内径面と回転軸２２の間には、両端に貫通する１本のガイドパイプ３０が設けられ、このガイドパイプ３０の内径孔であるガイド孔３０ａ内に、姿勢操作部材３１が進退自在に挿通されている。この例では、姿勢操作部材３１は、ワイヤ３１ａと、その両端に設けた柱状ピン３１ｂとでなる。先端部材２側の柱状ピン３１ｂの先端は球面状で、先端部材２のハウジング１１の基端面に当接している。駆動部ハウジング４ａ側の柱状ピン３１ｂの先端も球面状で、後で詳しく説明する直動部材５１（図４（Ａ））の前面に当接している。
　上記姿勢操作部材３１が位置する周方向位置に対し１８０度の位相の位置には、先端部材２のハウジング１１の基端面とスピンドルガイド部３の外郭パイプ２５の先端面との間に、例えば圧縮コイルばねからなる復元用弾性部材３２が設けられている。この復元用弾性部材３２は、先端部材２を所定姿勢側へ付勢する作用をする。
　また、外郭パイプ２５の内径面と回転軸２２の間には、図３（Ｂ）に示すように、前記ガイドパイプ３０とは別に、このガイドパイプ３０と同一ピッチ円Ｃ上に、複数本の補強シャフト３４が配置されている。これらの補強シャフト３４は、スピンドルガイド部３の剛性を確保するためのものである。ガイドパイプ３０と補強シャフト３４の配列間隔は等間隔とされている。ガイドパイプ３０および補強シャフト３４は、外郭パイプ２５の内径面におよび前記転がり軸受２６の外径面に接している。これにより、転がり軸受２６の外径面を支持している。
　図４（Ａ），（Ｂ）は、駆動部ハウジング４ａ内の工具回転用駆動機構４ｂおよび姿勢変更用駆動機構４ｃを示す。工具回転用駆動機構４ｂは、コントローラ５（図１、図２）により制御される工具回転用駆動源４１を備える。工具回転用駆動源４１は、例えば電動モータであり、その出力軸４１ａが前記回転軸２２の基端に結合させてある。姿勢変更用駆動機構４ｃは、コントローラ５（図１、図２）により制御される姿勢変更用駆動源４２を備える。姿勢変更用駆動源４２はロータリアクチュエータであって、減速機構４３が一体に設けられている。なお、ロータリアクチュエータは、電動式であっても、流体圧式であってもよいが、この実施形態では電動式のアクチュエータを用いている。減速機構４３は、姿勢変更用駆動源４２の回転を減速して出力するものであり、その出力軸４３ａに動作変換機構４４Ａが直結されている。動作変換機構４４Ａは、減速機構４３の出力を回転運動から進退運動に変換する機構である。同図の動作変換機構４４Ａは、減速機構４３の出力を回転運動から直線往復運動に変換して出力する直動機構とされている。
　直動機構である動作変換機構４４Ａは、具体的には、両端部が軸受４５で支持され一端が減速機構４３の出力軸４３ａにカップリング４６を介して連結されたボールねじ４７と、このボールねじ４７に螺合するナット４８とでなるボールねじ機構４９を備え、前記ナット４８に、図４（Ｂ）のリニアガイド５０によりボールねじ４７の軸方向に移動自在に案内された直動部材５１が固定されている。直動部材５１は、動作変換機構４４Ａの出力部材であって、この直動部材５１の先端面からなる接触部５１ａに姿勢操作部材３１の基端が当接している。
　減速機構４３の出力軸４３ａの回転が、ボールねじ機構４９により直線運動に変換されて、直動部材５１が図４（Ｂ）のリニアガイド５０に沿って直線移動する。直動部材５１が図４（Ａ）の左側へ移動するときは、直動部材５１に押された姿勢操作部材３１が前進し、直動部材５１が右側へ移動するときは、前記復元用弾性部材３２の弾性反発力により押し戻されて姿勢操作部材３１が後退する。
　図４（Ｂ）に示すように、直動部材５１にはリニアスケール５２が設置され、このリニアスケール５２の目盛を、駆動部ハウジング４ａに固定されたリニアエンコーダ５３が読み取る。これらリニアスケール５２とリニアエンコーダ５３とで、姿勢操作部材３１の進退位置を検出する位置検出手段５４を構成する。正確には、リニアエンコーダ５３の出力は進退位置推定手段５５に送信され、この進退位置推定手段５５により姿勢操作部材３１の進退位置を推定する。つまり、位置検出手段５４は、減速機構４３と姿勢操作部材３１間の動力伝達手段である直動部材５１の動作位置を検出し、この検出結果から姿勢操作部材３１の進退位置を推定する。
　図４（Ｂ）の進退位置推定手段５５は、姿勢操作部材３１の進退位置とリニアエコンコーダ５３の出力信号との関係を演算式またはテーブル等により設定した関係設定手段（図示せず）を有し、入力された出力信号から前記関係設定手段を用いて姿勢操作部材３１の進退位置を推定する。この進退位置推定手段５５は、図１および図２のコントローラ５に設けられたものであっても、あるいは外部の制御装置に設けられたものであってもよい。前記コントローラ５は、進退位置推定手段５５の検出値に基づき、図４（Ａ）の姿勢変更用駆動源４２を制御する。
　この遠隔操作型アクチュエータの動作を説明する。
　図４（Ａ）の工具回転用駆動源４１を駆動すると、その回転が回転軸２２を介して図３（Ａ）のスピンドル１３に伝達されて、スピンドル１３と共に工具１が回転する。この回転する工具１により、骨等を切削加工する。その際、姿勢変更用駆動源４２を駆動させて、遠隔操作で先端部材２の姿勢変更を行う。例えば、姿勢変更用駆動源４２により姿勢操作部材３１を先端側へ進出させると、姿勢操作部材３１によって先端部材２のハウジング１１が押されて、先端部材２は図３（Ａ）において先端側が下向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。逆に、姿勢変更用駆動源４２により姿勢操作部材３１を後退させると、復元用弾性部材３２の弾性反発力によって先端部材２のハウジング１１が押し戻され、先端部材２は図３（Ａ）において先端側が上向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。このとき、先端部材連結部１５には、姿勢操作部材３１の圧力、復元用弾性部材３２の弾性反発力、および抜け止め部材２１からの反力が作用しており、これらの作用力の釣り合いにより先端部材２の姿勢が決定される。
　姿勢操作部材３１の進退は、詳しくは次のようにして行われる。すなわち、図４（Ａ）に示すように、前記姿勢変更用駆動源４２の回転が、減速機構４３により減速され、さらに動作変換機構４４Ａにより回転運動から直線進退運動に変換されて、出力部材である直動部材５１に伝達される。この直動部材５１の進退動作が接触部５１ａより姿勢操作部材３１の基端側の柱状ピン３１ｂへ伝達されて、姿勢操作部材３１が進退動作する。減速機構４３が設けられているため、姿勢変更用駆動源４２の出力するトルクが小さくても、大きなトルクを発生させて、直動部材５１に大きな作用力を与えることができる。そのため、姿勢操作部材３１を確実に進退動作させることができ、先端部材２に設けた工具１を正確に位置決めできる。また、姿勢変更用駆動源４２の小型化が可能となり、遠隔操作型アクチュエータ全体をコンパクトにできる。特に、姿勢変更用駆動源４２にロータリアクチュエータを用い、減速機構４３と、その出力を進退運動に変換する動作変換機構４４Ａとを組み合わせ、この動作変換機構４４Ａにより直動部材５１を介して姿勢操作部材３１を進退動作させるようにしたため、遠隔操作型アクチュエータ全体をより一層コンパクトにできる。
　先端部材２の姿勢は、図４（Ｂ）の位置検出手段５４により検出される姿勢操作部材３１の進退位置から求められる。位置検出手段５４の検出値、正確にはリニアエンコーダ５３の検出値をコントローラ５にフィードバックさせて、姿勢変更用駆動源４２の出力量を制御するフィードバック制御を行えば、工具１の位置決め精度を向上させることができる。
　姿勢操作部材３１はガイド孔３０ａに挿通されているため、姿勢操作部材３１が長手方向と交差する方向に位置ずれすることがなく、常に先端部材２に対し適正に作用することができ、先端部材２の姿勢変更動作が正確に行われる。また、姿勢操作部材３１は可撓性であるため、スピンドルガイド部３が湾曲部を有する場合でも先端部材２の姿勢変更動作が確実に行われる。さらに、スピンドル１３と回転軸２２との連結箇所の中心が案内面Ｆ１，Ｆ２の曲率中心Ｏと同位置であるため、先端部材２の姿勢変更によって回転軸２２に対して押し引きする力がかからず、先端部材２が円滑に姿勢変更できる。
　この遠隔操作型アクチュエータは、例えば人工関節置換手術において骨の髄腔部を削るのに使用されるものであり、施術時には、先端部材２の全部または一部が患者の体内に挿入して使用される。このため、上記のように先端部材２の姿勢を遠隔操作で変更できれば、常に工具１を適正な姿勢に保持した状態で骨の加工をすることができ、人工関節挿入用穴を精度良く仕上げることができる。
　細長形状であるスピンドルガイド部３には、回転軸２２および姿勢操作部材３１を保護状態で設ける必要があるが、外郭パイプ２５の中心部に回転軸２２を設け、外郭パイプ２５と回転軸２２との間に、姿勢操作部材３１を収容したガイドパイプ３０と補強シャフト３４とを円周方向に並べて配置した構成としたことにより、回転軸２２および姿勢操作部材３１を保護し、かつ内部を中空して軽量化を図りつつ剛性を確保できる。また、全体のバランスも良い。
　回転軸２２を支持する転がり軸受２６の外径面を、ガイドパイプ３０と補強シャフト３４とで支持させたため、余分な部材を用いずに転がり軸受２６の外径面を支持できる。また、ばね要素２７Ａ，２７Ｂにより転がり軸受２６に予圧がかけられているため、ワイヤからなる回転軸２２を高速回転させることができる。そのため、スピンドル１３を高速回転させて加工することができ、加工の仕上がりが良く、工具１に作用する切削抵抗を低減させられる。ばね要素２７Ａ，２７Ｂは隣合う転がり軸受２６間に設けられているので、スピンドルガイド部３の径を大きくせずにばね要素２７Ａ，２７Ｂを設けることができる。
　この実施形態では、図４（Ａ）に示すように、工具回転用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２が共通の駆動部ハウジング４ａ内に設けられている。そのため、遠隔操作型アクチュエータ全体の構成を簡略にできる。工具回転用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２のいずれか一方だけを駆動部ハウジング４ａ内に設けてもよい。後で説明するように、工具回転用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２を駆動部ハウジング４ａの外に設けてもよい。
　図５（Ａ），（Ｂ）は、動作変換機構の異なる第２実施形態を示す。この動作変換機構４４Ｂは、回転運動を進退運動に変換する機能と、減速機能とを兼ね備えたものである。よって、姿勢変更用駆動源４２に、前記減速機構４３（図４（Ａ））が付設されていない。動作変換機構４４Ｂは、両端部が軸受４５で支持され一端が姿勢変更用駆動源４２の出力軸４２ａにカップリング４６を介して連結されたウォーム５７と、支持軸５９に支持され前記ウォーム５７と噛み合うウォームホイール５８とを備える。ウォームホイール５８は動作変換機構４４Ｂの出力部材であって、このウォームホイール５８の先端面からなる接触部５８ａに姿勢操作部材３１の基端が当接している。なお、ウォームホイール５８は、円周の一部にだけ歯が設けられ形状をしており、回転軸２２が挿通される開口５８ｂを有している。
　姿勢変更用駆動源４２の出力軸４２ａの回転が、ウォーム５７とウォームホイール５８とでなる減速機構により減速されて、出力部材であるウォームホイール５８へ伝達される。ウォームホイール５８の接触部５８ａが姿勢操作部材３１に対して滑り接触しながら、ウォームホイール５８が揺動することにより、姿勢操作部材３１に進退動作を与える。すなわち、接触部５８ａが図５（Ａ）の左側へ回動するときは、接触部５８ａに押された姿勢操作部材３１が前進し、接触部５８ａが右側へ回動するときは、前記復元用弾性部材３２の弾性反発力により押し戻されて姿勢操作部材３１が後退する。
　姿勢操作部材３１の進退位置は、位置検出手段５４により検出される。この実施形態の場合、位置検出手段５４は、ウォームホイール５８の背面に設けた被検出部５９と、駆動部ハウジング４ａに固定して設けられ前記被検出部５９の変位を検出する検出部６０とでなる。位置検出手段５４は、光学式であっても磁気式であってもよい。正確には、検出部６０の出力は進退位置推定手段５５に送信され、この進退位置推定手段５５により姿勢操作部材３１の進退位置を推定する。つまり、位置検出手段５４は、減速機構４３と姿勢操作部材３１間の動力伝達手段であるウォームホイール５８の動作位置を検出し、この検出結果から姿勢操作部材３１の進退位置を推定する。
　この動作変換機構４４Ｂは前述したように、減速機構を兼ねる。換言すれば、ウォーム５７とウォームホイール５８とを組み合わせた機構は、動作変換機能を付加した減速機構であると言える。このように、減速機構と動作変換機構を一体化とすることで、減速および動作変換の機能部分を小型でコンパクトにできる。ウォームホイール５８を出力部材としたことで、部品点数を削減にできる。また、ウォーム５７とウォームホイール５８とでなる減速機構は、大きな減速比をとれる。
　図６（Ａ），（Ｂ）および図７（Ａ），（Ｂ）は、動作変換機構のさらに異なる第３実施形態を示す。この動作変換機構４４Ｃは、姿勢変更用駆動源４２に付設した減速機構４３の出力軸４３ａの回転を直線往復運動に変換する直動機構部６２と、この直動機構部６２の出力を姿勢操作部材３１に増力伝達するレバー機構部６３とでなる。
　直動機構部６２は、図７（Ａ）に拡大して示すように、駆動部ハウジング４ａに進退自在に設けられた進退部材６５と、この進退部材６５の雄ねじ部６５ａに螺合する雌ねじ部材６６と、この雌ねじ部材６６の外周に結合ピン６７により結合された連結部材６８とを備える。図７（Ｂ）に示すように、進退部材６５は両側面が平面状に切り落とされた断面形状であり、同じ断面形状をした駆動部ハウジング４ａの貫通孔６９に嵌合することで、中心軸方向に進退自在ではあるが、中心軸回りに回転不能となっている。図６において、雌ねじ部材６６は軸受７０を介して駆動部ハウジング４ａに、連結部材６８は軸受７１を介して駆動部ハウジング４ａに固定の支持部材７２にそれぞれ回転自在に支持されている。連結部材６８は、カップリング４６を介して減速機構４３の出力軸４３ａに結合されている。
　レバー機構部６３は、支軸７４回りに回動自在なレバー７５を有し、このレバー７５における支軸７４からの距離が長い作用点Ｐ１に進退部材６５の力が作用し、支軸７４からの距離が短い力点Ｐ２で姿勢操作部材３１に力を与える構成であり、進退部材６５の出力を増力して姿勢操作部材３１に伝達する。レバー７５は、この動作変換機構４４Ｃの出力部材である。レバー７５には、回転軸２２が挿通される開口７５ａが設けられている。
　姿勢操作部材３１の進退位置を検出する位置検出手段５４は、この実施形態の場合、レバー７５の背面に設けた被検出部５９と、駆動部ハウジング４ａに固定して設けられ前記被検出部５９の変位を検出する検出部６０とでなる。位置検出手段５４は、光学式であっても磁気式であってもよい。前記同様、検出部６０の出力は進退位置推定手段５５に送信され、この進退位置推定手段５５により姿勢操作部材３１の進退位置を推定する。つまり、位置検出手段５４は、減速機構４３と姿勢操作部材３１間の動力伝達手段であるレバー７５の動作位置を検出し、この検出結果から姿勢操作部材３１の進退位置を推定する。
　この動作変更機構４４Ｃも、減速機構４３の回転を直動機構部６２で直線往復運動に変換することで、姿勢操作部材３１を進退させることができる。減速機構４３により姿勢変更用駆動源４２のトルクを増大させることに加え、レバー機構部６３により直動機構部６２の出力が増力されるので、姿勢操作部材３１をより大きな作用力で進退動作させることができる。また、レバー機構部６３を設けたことで、減速比の低い減速機構４３を用いることが可能となり、減速機構４３の小型・軽量化を実現できる。レバー機構部６３の最終出力部を出力部材としたことで、部品点数を削減できる。
　図８および図９（Ａ），（Ｂ）は、工具回転用駆動機構および姿勢変更用駆動機構の構成が異なる第４実施形態を示す。前記各実施形態は、工具回転用駆動機構４ｂの工具回転用駆動源４１および姿勢変更用駆動機構４ｃの姿勢変更用駆動源４２が駆動部ハウジング４ａ内に設けられているのに対し、図８、図９（Ａ），（Ｂ）の第４実施形態は、工具回転用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２が駆動部ハウジング４ａとは別の駆動源ハウジング８０に設けられている。
　この実施形態の工具回転用駆動機構８１は、図９（Ａ）に示す駆動源ハウジング８０に設けた工具回転用駆動源４１の出力軸４１ａの回転を、工具回転用可撓性ワイヤ８２のインナワイヤ８４（図１０）により、駆動部ハウジング４ａ内の回転軸２２の基端へ伝達する。工具回転用可撓性ワイヤ８２は、例えば図１０に示す構造をしている。すなわち、可撓性のアウタチューブ８３の中心に、可撓性のインナワイヤ８４が、複数の転がり軸受８６によって回転自在に支持されている。そして、インナワイヤ８４の両端が、工具回転用駆動源４１の出力軸４１ａおよび回転軸２２の基端にそれぞれ繋がれている。各転がり軸受８６間には、これら転がり軸受８６に予圧を発生させるためのばね要素８７Ａ，８７Ｂが設けられている。ばね要素８７Ａ，８７Ｂは、例えば圧縮コイルばねである。転がり軸受８６の内輪に予圧を発生させる内輪用ばね要素８７Ａと、外輪に予圧を発生させる外輪用ばね要素８７Ｂとがあり、これらが交互に配置されている。このように、ばね要素８７Ａ，８７Ｂにより転がり軸受８６に予圧をかけることにより、インナワイヤ８４を高速回転させることができる。市販されているフレキシブルシャフトを使用してもよい。
　また、この実施形態の姿勢変更用駆動機構９１は、駆動源ハウジング８０に設けた姿勢変更用駆動源４２の回転を、姿勢変更用可撓性ワイヤ９２のインナワイヤ９４（図１１）により、駆動部ハウジング４ａに設置した減速機構４３へ伝達し、さらに減速機構４３から駆動部ハウジング４ａの動作変換機構４４へ伝達する。この実施形態の動作変換機構４４は、図４（Ａ），（Ｂ）の動作変換機構４４Ａと同じ構成であって、インナワイヤ９４の回転を直線往復運動に変換して出力する直動機構とされている。図４（Ａ），（Ｂ）と同じ構成の箇所を、その一部に付き同一符号を付して示してある。動作変換機構４４として、他の動作変換機構すなわち前記動作変換機構４４Ｂ，４４Ｃや後記動作変換機構４４Ｄを採用してもよい。
　姿勢変更用可撓性ワイヤ９２は、前記工具回転用可撓性ワイヤ８２と同じ構造であり、例えば図１１に示す構造をしている。すなわち、可撓性のアウタチューブ９３の中心に、可撓性のインナワイヤ９４が、複数の転がり軸受９６によって回転自在に支持されている。そして、インナワイヤ９４の両端が、姿勢変更用駆動源４２の出力軸４２ａおよび減速機構４３の入力軸４３ｂにそれぞれ繋がれている。各転がり軸受９６間には、これら転がり軸受９６に予圧を発生させるためのばね要素９７Ａ，９７Ｂが設けられている。ばね要素９７Ａ，９７Ｂは、例えば圧縮コイルばねである。転がり軸受９６の内輪に予圧を発生させる内輪用ばね要素９７Ａと、外輪に予圧を発生させる外輪用ばね要素９７Ｂとがあり、これらが交互に配置されている。このように、ばね要素９７Ａ，９７Ｂにより転がり軸受９６に予圧をかけることにより、インナワイヤ９４を高速回転させることができる。市販されているフレキシブルシャフトを使用しても良い。
　姿勢変更用可撓性ワイヤ９２のインナワイヤ９４は回転伝達時に捩れて、その回転伝達上流側と下流側とで回転位相差が生じる。しかし、可撓性ワイヤ９２よりも下流側に減速機構４３が設けられているため、上記回転位相差は減速機構４３の出力側で小さくなる。そのため、可撓性ワイヤ９２の捩れの影響が出力部材である直動部材５１に大きく現れることがなく、姿勢操作部材３１を精度良く進退動作させられる。
　図８および図９（Ａ），（Ｂ）の第４実施形態は、減速機構４３の入力軸４３ｂと出力軸４３ａとが同一軸上に位置しているが、図１２（Ａ），（Ｂ）に示す同実施形態の変形例のように入力軸４３ｂと出力軸４３ａとを互いに直交させて設けてもよい。前記第４実施形態のように入力軸４３ｂと出力軸４３ａが同一軸上に位置する場合、減速機構と４３して例えばハーモニックドライブや遊星歯車機構等を採用することができる。これらの機構は、小型でコンパクトな構造でありながら、大きな減速比をとることができる。一方、同実施形態の変形例のように入力軸４３ｂと出力軸４３ａが互いに直交する場合は、減速機構４３の出力軸４３ａの延長線上に姿勢変更用駆動源４２を配置しなくてよいので、設計上の自由度が向上する。
　図１３および図１４（Ａ），（Ｂ）は第５実施形態を示し、工具回転用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２が駆動部ハウジング４ａとは別の駆動源ハウジング８０に設けられた工具回転用駆動部４ｂおよび姿勢変更用駆動部４ｃにおいて、動作変換機構の構成が上記各実施形態と異なる。この動作変換機構４４Ｄは、ラックとピニオンを用いてなる直動機構であり、駆動部ハウジング４ａに設置した減速機構４３の出力軸４３ａに、カップリング４６を介してピニオン１００が連結されている。ピニオン１００は、軸受１０１により回転自在に支持されている。このピニオン１００に、ラック１０２が噛み合っている。ラック１０２は出力部材１０３に一体に形成されたものであり、その出力部材１０３は、リニアガイド１０４により姿勢操作部材３１の長さ方向に移動自在に支持されている。そして、出力部材１０３の先端面からなる接触部１０３ａに姿勢操作部材３１の基端が当接している。
　減速機構４３の出力軸４３ａの回転が、ラック１０２とピニオン１００とにより直線往復運動に変換されて、出力部材１０３へ伝達される。出力部材１０３が図１４（Ａ）の左側へ移動するときは、出力部材１０３に押された姿勢操作部材３１が前進し、出力部材１０３が右側へ移動するときは、前記復元用弾性部材３２の弾性反発力により押し戻されて姿勢操作部材３１が後退する。
　図１４（Ｂ）に示すように、出力部材１０３にはリニアスケール１０５が設置され、このリニアスケール１０５の目盛を、駆動部ハウジング４ａに固定されたリニアエンコーダ１０６が読み取る。これらリニアスケール１０５とリニアエンコーダ１０６とで、姿勢操作部材３１の進退位置を検出する位置検出手段５４を構成する。前記同様、リニアエンコーダ１０６の出力は進退位置推定手段５５に送信され、この進退位置推定手段５５により姿勢操作部材３１の進退位置を推定する。つまり、位置検出手段５４は、減速機構４３と姿勢操作部材３１間の動力伝達手段である出力部材１０３の動作位置を検出し、この検出結果から姿勢操作部材３１の進退位置を推定する。
　このラック１０２とピニオン１００とでなる動作変換機構４４Ｄの構成は、姿勢変更用駆動源４２を駆動部ハウジング４ａに設けた遠隔操作型アクチュエータに適用してもよい。また、図１４（Ａ）では、減速機構４３の入力軸４３ｂと出力軸４３ａとが同一軸上に設けられているが、入力軸４３ｂと出力軸４３ａを互いに直交させて設けてもよい。
　図１５（Ａ），（Ｂ）は、先端部材２の姿勢を変更させる構成が異なる第５実施形態の第１変形例を示す。この遠隔操作型アクチュエータは、外郭パイプ２５内の互いに１８０度の位相にある周方向位置に２本のガイドパイプ３０を設け、そのガイドパイプ３０の内径孔であるガイド孔３０ａ内に、前記同様の姿勢操作ワイヤ３１ａおよび柱状ピン３１ｂからなる姿勢操作部材３１が進退自在に挿通してある。２本のガイドパイプ３０間には、ガイドパイプ３０と同一ピッチ円Ｃ上に複数本の補強シャフト３４が配置されている。復元用弾性部材３２は設けられていない。案内面Ｆ１，Ｆ２は、曲率中心が点Ｏである球面、または点Ｏを通るＸ軸を軸心とする円筒面である。
　駆動部４（図示せず）には、２つの姿勢操作部材３１をそれぞれ個別に進退操作させる２つの姿勢変更用駆動源４２（図示せず）が設けられており、これら２つの姿勢変更用駆動源４２を互いに逆向きに駆動することで先端部材２の姿勢変更を行う。例えば、図１５（Ａ）における上側の姿勢操作部材３１を先端側へ進出させ、かつ下側の姿勢操作部材３１を後退させると、上側の姿勢操作部材３１によって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は図１５（Ａ）において先端側が下向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。逆に、両姿勢操作部材３１を逆に進退させると、下側の姿勢操作部材３１によって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は図１５（Ａ）において先端側が上向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。その際、先端部材連結部１５には、上下２つの姿勢操作部材３１の圧力、および抜け止め部材２１からの反力が作用しており、これらの作用力の釣り合いにより先端部材２の姿勢が決定される。この構成では、２つの姿勢操作部材３１で先端部材２のハウジング１１に加圧されるため、１つ姿勢操作部材３１だけで加圧される前記実施形態に比べ、先端部材２の姿勢安定性を高めることができる。
　図１６（Ａ），（Ｂ）は、先端部材２の姿勢を変更させる構成がさらに異なる第５実施形態の第２変形例を示す。この遠隔操作型アクチュエータは、外郭パイプ２５内の互いに１２０度の位相にある周方向位置に３本のガイドパイプ３０を設け、そのガイドパイプ３０の内径孔であるガイド孔３０ａ内に前記同様の姿勢操作部材３１が進退自在に挿通してある。３本のガイドパイプ３０間には、ガイドパイプ３０と同一ピッチ円Ｃ上に複数本の補強シャフト３４が配置されている。復元用弾性部材３２は設けられていない。案内面Ｆ１，Ｆ２は曲率中心が点Ｏである球面であり、先端部材２は任意方向に傾動可能である。
　駆動部４には、３つの姿勢操作部材３１（３１Ｕ，３１Ｌ，３１Ｒ）をそれぞれ個別に進退操作させる３つの姿勢変更用駆動源４２（４２Ｕ，４２Ｌ，４２Ｒ）（図１８（Ａ），（Ｂ）、図１９（Ａ），（Ｂ））が設けられており、これら３つの姿勢変更用駆動源４２を互いに連係させて駆動することで先端部材２の姿勢変更を行う。
　例えば、図１６（Ｂ）における上側の１つの姿勢操作部材３１Ｕを先端側へ進出させ、かつ他の２つの姿勢操作部材３１Ｌ，３１Ｒを後退させると、上側の姿勢操作部材３１Ｕによって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は図１６（Ａ）において先端側が下向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。このとき、各姿勢操作部材３１の進退量が適正になるよう、各姿勢変更用駆動源４２が制御される。各姿勢操作部材３１を逆に進退させると、左右の姿勢操作部材３１Ｌ，３１Ｒによって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は図１６（Ａ）において先端側が上向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。
　また、上側の姿勢操作部材３１Ｕは静止させた状態で、左側の姿勢操作部材３１Ｌを先端側へ進出させ、かつ右側の姿勢操作部材３１Ｒを後退させると、左側の姿勢操作部材３１Ｌによって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は右向き、すなわち図１６（Ａ）において紙面の裏側向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。左右の姿勢操作部材３１Ｌ，３１Ｒを逆に進退させると、右の姿勢操作部材３１Ｒによって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は左向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。
　このように姿勢操作部材３１を円周方向の３箇所に設けることにより、先端部材２を上下左右の２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）の方向に姿勢変更することができる。その際、先端部材連結部１５には、３つの姿勢操作部材３１の圧力、および抜け止め部材２１からの反力が作用しており、これらの作用力の釣り合いにより先端部材２の姿勢が決定される。この構成では、３つの姿勢操作部材３１で先端部材２のハウジング１１に加圧されるため、さらに先端部材２の姿勢安定性を高めることができる。姿勢操作部材３１の数をさらに増やせば、先端部材２の姿勢安定性をより一層高めることができる。
　図１７（Ａ），（Ｂ）は図１６（Ａ），（Ｂ）の第２変形例と比べてスピンドルガイド部３の内部構造が異なる第３変形例を示す。この遠隔操作型アクチュエータのスピンドルガイド部３は、外郭パイプ２５の中空孔２４が、中心部の円形孔部２４ａと、この円形孔部２４ａの外周における互いに１２０度の位相をなす周方向位置から外径側へ凹んだ３つの溝状部２４ｂとでなる。溝状部２４ｂの先端の周壁は、断面半円形である。そして、円形孔部２４ａに回転軸２２と転がり軸受２６とが収容され、各溝状部２４ｂに姿勢操作部材３１（３１Ｕ，３１Ｌ，３１Ｒ）が収容されている。
　外郭パイプ２５を上記断面形状としたことにより、外郭パイプ２５の溝状部２４ｂ以外の箇所の肉厚ｔを厚くなり、外郭パイプ２５の断面２次モーメントが大きくなる。すなわち、スピンドルガイド部３の剛性が高まる。それにより、先端部材２の位置決め精度を向上させられるとともに、切削性を向上させられる。また、溝状部２４ｂにガイドパイプ３０を配置したことにより、ガイドパイプ３０の円周方向の位置決めを容易に行え、組立性が良好である。
　図１６（Ａ），（Ｂ）に示す第２変形例や図１７（Ａ），（Ｂ）に示す第３変形例のように姿勢操作部材３１が周方向の３箇所に設けられている場合、姿勢変更用駆動機構４ｃを例えば図１８（Ａ），（Ｂ）または図１９（Ａ），（Ｂ）のように構成することができる。すなわち、各姿勢操作部材３１（３１Ｕ，３１Ｌ，３１Ｒ）をそれぞれ個別に進退操作させる３つの姿勢変更用駆動源４２（４２Ｕ，４２Ｌ，４２Ｒ）を設置すると共に、各姿勢変更用駆動源４２に対応する３つの動作変換機構４４ＡＵ，４４ＡＬ，４４ＡＲ（図１８（Ｂ））または４４ＣＵ，４４ＣＬ，４４ＣＲ（図１９（Ｂ））を設ける。図１８（Ａ），（Ｂ）の各動作変換機構４４ＡＵ，４４ＡＬ，４４ＡＲは、図４（Ａ），（Ｂ）に示す直動機構型の動作変換機構４４Ａと同一である。各動作変換機構４４ＡＵ，４４ＡＬ，４４ＡＲは、回転軸２２を中心にして放射状に配置してある。また、図１９（Ａ），（Ｂ）の各動作変換機構４４ＣＵ，４４ＣＬ，４４ＣＲは、図６（Ａ），（Ｂ）および図７（Ａ），（Ｂ）に示す直動機構部６２とレバー機構部６３とでなる動作変換機構４４Ｃと同一である。各動作変換機構４２Ｕ，４２Ｌ，４２Ｒは左右並列に配置してある。
　上記各実施形態はスピンドルガイド部３が直線形状であるが、この発明の遠隔操作型アクチュエータは、姿勢操作部材３１が可撓性であり、スピンドルガイド部３が湾曲部を有する場合でも先端部材２の姿勢変更動作が確実に行われるので、図２のようにスピンドルガイド部３を湾曲形状としてもよい。あるいは、スピンドルガイド部３の一部分のみを湾曲形状としてもよい。スピンドルガイド部３が湾曲形状であれば、直線形状では届きにくい骨の奥まで先端部材２を挿入することが可能となる場合があり、人工関節置換手術における人工関節挿入用穴の加工を精度良く仕上げることが可能になる。
　スピンドルガイド部３を湾曲形状とする場合、外郭パイプ２５、ガイドパイプ３０、および補強シャフト３４を湾曲形状とする必要がある。また、回転軸２２は変形しやすい材質を用いるのが良く、例えば形状記憶合金が適する。
　以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、本件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる発明の範囲内のものと解釈される。
１…工具
２…先端部材
３…スピンドルガイド部
４ａ…駆動部ハウジング
５…コントローラ
１３…スピンドル
１５…先端部材連結部
２２…回転軸
３０…ガイドパイプ
３０ａ…ガイド孔
３１…姿勢操作部材
４１…工具回転用駆動源
４２…姿勢変更用駆動源
４３…減速機構
４３ａ…出力軸
４３ｂ…入力軸
４４，４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄ…動作変換機構
４９…ボールねじ機構
５１…直動部材（出力部材）
５１ａ…接触部
５４…位置検出手段
５７…ウォーム
５８…ウォームホイール（出力部材）
５８ａ…接触部
６２…直動機構部
６３…レバー機構部
７５…レバー（出力部材）
７５ａ…開口
９２…姿勢変更用可撓性ワイヤ
１００…ピニオン
１０２…ラック
１０３…出力部材

Claims (11)

  1. 　細長形状のスピンドルガイド部と、このスピンドルガイド部の先端に先端部材連結部を介して姿勢変更自在に取付けられた先端部材と、この先端部材に回転自在に設けた工具と、この工具を回転させる工具回転用駆動源と、前記先端部材の姿勢を操作する姿勢変更用駆動源とを備え、
    　前記先端部材は、前記工具を保持するスピンドルを回転自在に支持し、前記スピンドルガイド部は、前記工具回転用駆動源の回転を前記スピンドルに伝達する回転軸と、両端に貫通したガイド孔とを内部に有し、先端が前記先端部材に接して進退動作することにより前記先端部材を姿勢変更させる可撓性の姿勢操作部材を前記ガイド孔内に進退自在に挿通し、
    　前記姿勢変更用駆動源はロータリアクチュエータであって、この姿勢変更用駆動源の回転を入力しそれを減速して出力する減速機構と、この減速機構の出力を回転運動から進退運動に変換して出力する動作変換機構と、この動作変換機構の出力により前記姿勢操作部材の基端に接する接触部が進退動作することで前記姿勢操作部材を進退動作させる出力部材とを設けた遠隔操作型アクチュエータ。
  2. 　請求項１において、前記動作変換機構は、前記減速機構の出力を回転運動から直線往復運動に変換する直動機構であって、この直動機構である動作変換機構の最終出力部を前記出力部材とした遠隔操作型アクチュエータ。
  3. 　請求項２において、前記直動機構は、ねじ機構を用いた機構である遠隔操作型アクチュエータ。
  4. 　請求項２において、前記直動機構は、ラックとピニオンの噛み合いによる機構である遠隔操作型アクチュエータ。
  5. 　請求項１において、前記動作変換機構は、前記減速機構の出力を回転運動から直線往復運動に変換する直動機構部と、この直動機構部の出力を増力して出力するレバー機構部とを有し、このレバー機構部の最終出力部を前記出力部材とした遠隔操作型アクチュエータ。
  6. 　請求項１において、前記減速機構は、前記姿勢変更用駆動源からの回転を入力する入力軸と、減速後の回転を出力する出力軸とを有し、これら入力軸および出力軸は共に同一軸上に位置する遠隔操作型アクチュエータ。
  7. 　請求項１において、前記減速機構は、前記姿勢変更用駆動源からの回転を入力する入力軸と、減速後の回転を出力する出力軸とを有し、これら入力軸および出力軸は互いに直交している遠隔操作型アクチュエータ。
  8. 　請求項１において、前記減速機構は、前記姿勢変更用駆動源の回転により回転するウォームと、このウォームと噛み合うウォームホイールとを組み合わせた構成であり、前記ウォームホイールを、その一部分である接触部が前記姿勢操作部材と滑り接触して姿勢操作部材を進退動作させる前記出力部材とした遠隔操作型アクチュエータ。
  9. 　請求項１において、前記スピンドルガイド部の基端が結合された駆動部ハウジング内に前記減速機構を設け、前記駆動部ハウジング外に前記姿勢変更用駆動源を設け、前記姿勢変更用駆動源の回転を前記減速機構へ伝達する可撓性ワイヤを設けた遠隔操作型アクチュエータ。
  10. 　請求項１において、前記減速機構と前記姿勢操作部材間の動力伝達部材に、この動力伝達部材の動作位置を検出する位置検出手段を設けた遠隔操作型アクチュエータ。
  11. 　請求項１において、前記スピンドルガイド部は湾曲した箇所を有する遠隔操作型アクチュエータ。
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