WO2016174916A1 - マニピュレータ - Google Patents

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WO2016174916A1
WO2016174916A1 PCT/JP2016/056197 JP2016056197W WO2016174916A1 WO 2016174916 A1 WO2016174916 A1 WO 2016174916A1 JP 2016056197 W JP2016056197 W JP 2016056197W WO 2016174916 A1 WO2016174916 A1 WO 2016174916A1
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cylindrical
housing
shaft
fixed
end side
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PCT/JP2016/056197
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French (fr)
Inventor
徳和 佐藤
中村　一也
全弘 斎藤
Original Assignee
並木精密宝石株式会社
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators

Definitions

  • the present invention relates to a forceps device and a pinching device used to pinch and pinch organs and the like, and other manipulators used in other medical equipment, physics and chemistry equipment, industrial equipment, robots, and the like.
  • Patent Document 1 a work tool part (gripping members 1 and 2) that opens and closes by turning around a turning fulcrum part, and this work A cylindrical housing (fixed tube 10) supported so that the front end side of the tool part protrudes forward, and a plurality of wires (W) inserted through the housing, with one or the wires (W) being There are medical forceps adapted to operate the work tool part by pulling to the other side.
  • the wire when the forceps operated by such a wire is formed into an elongated shape having a small outer diameter so as to be applied to, for example, a medical device or a precision processing device for laparoscopic surgery, the wire should also be selected to be extremely thin. Therefore, there is a possibility that the durability of the wire is lowered, and the operability is lowered by the expansion and contraction of the wire. Moreover, when it is set as the structure which rotates only a work tool part with respect to a housing, it is also considered that a wire twists or rubs and a problem arises.
  • a work tool portion that operates electrically is provided on the front end side of the housing, and this work tool portion is controlled on the rear end side of the housing.
  • the outer diameter may increase due to the power supply wiring of the work tool part, the mechanism for rotating the work tool part, etc., and the connection part between the work tool part and the housing.
  • the present invention has been made in view of the above-described conventional circumstances, and a problem to be solved by the present invention is to provide a manipulator that is thin, high-strength, and has good operability.
  • a manipulator includes a long cylindrical housing extending in the front-rear direction, a fixed hollow shaft fixed to the center of the housing so as not to rotate, and a periphery of the fixed hollow shaft. And a cylindrical rotating shaft that is rotatably supported on the inner peripheral surface of the housing. A rotation drive mechanism for rotating the cylindrical rotation shaft is provided around the fixed hollow shaft in the housing.
  • a cylindrical connecting member connected to the front end side of the cylindrical rotary shaft so as to be integrally rotatable, rotatably supported on the inner peripheral surface of the front end side of the housing, and protruding forward from the front end of the housing; And a work tool unit that is connected to the front end side of the connection member so as to be integrally rotatable, and that operates by electric power supplied from a power supply wiring. And the electric power feeding wiring of the work tool part was penetrated inside the cylindrical connection member and the fixed hollow shaft.
  • the present invention is configured as described above, it is possible to provide a manipulator that is thin, has high strength, and has good operability.
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows an example of the manipulator which concerns on this invention. It is a principal part disassembled perspective view of the manipulator. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the latter half part of the same manipulator. It is a principal part structure figure which shows an example of a work tool part.
  • the first feature of the present embodiment is that a long cylindrical housing extending in the front-rear direction, a fixed hollow shaft fixed to the central portion of the housing so as not to rotate, and an annular shape around the fixed hollow shaft And a cylindrical rotary shaft that is rotatably supported on the inner peripheral surface of the housing.
  • a rotation drive mechanism for rotating the cylindrical rotation shaft is provided around the fixed hollow shaft in the housing.
  • a cylindrical connecting member that is connected to the front end side of the cylindrical rotating shaft so as to be integrally rotatable, is rotatably supported on the inner peripheral surface of the front end side of the housing, and projects forward from the front end of the housing;
  • a work tool unit that is connected to the front end side of the connection member so as to be integrally rotatable, and that is operated by electric power supplied from a power supply wiring. Then, the power supply wiring of the work tool portion is inserted through the cylindrical connection member and the fixed hollow shaft to configure the manipulator.
  • the second feature is that, in order to prevent the cylindrical connecting member from coming out of the housing, a flange portion protruding radially outward in the housing is provided on the rear end side of the cylindrical connection member, and the front side of the flange portion is provided.
  • the bearing member that rotatably supports the outer peripheral surface of the cylindrical connecting member is fixed to the housing.
  • the third feature is that an annular member projecting radially outward is fixed to the outer peripheral portion of the cylindrical connection member on the front side of the housing in order to maintain the strength when the work tool portion is attached and detached.
  • the work tool portion is screwed and tightened to the outer peripheral portion of the member in front of the annular member.
  • the fourth feature is that an electric motor is provided as a drive source of the rotation mechanism in order to obtain a specific mode for rotationally driving the work tool portion, and this electric motor is located behind the cylindrical rotary shaft.
  • An annular shape is provided around the fixed hollow shaft.
  • a cylindrical motor shaft rotatably supported on the inner peripheral surface of the housing, a rotor fixed to the outer peripheral portion of the cylindrical motor shaft, and a coil disposed around the rotor and fixed to the housing And the rotational force of the cylindrical motor shaft is transmitted to the cylindrical rotary shaft.
  • the fifth feature is that, as a specific mode for rotationally driving the work tool portion, the rotational force of the cylindrical motor shaft is changed between the cylindrical rotary shaft and the cylindrical motor shaft to change the cylinder.
  • the planetary gear mechanism is provided so as to transmit to the cylindrical rotating shaft.
  • the sixth feature is that the outer diameter of the housing is set to 5 mm or less as a specific mode in which the strength of the connecting portion can be effectively secured.
  • inward radial direction means a direction toward the center of the housing 10 along the radial direction of the housing 10.
  • outer diameter direction means a direction away from the center of the housing 10 along the radial direction of the housing 10.
  • Front means a direction having the work tool portion 60 in the longitudinal direction of the housing 10
  • rear means a direction opposite to “front”.
  • front-rear direction means a bidirectional direction from “front to back” or “back to front”.
  • the manipulator A is provided in an annular shape around the fixed hollow shaft 20, a long cylindrical housing 10 extending in the front-rear direction, a fixed hollow shaft 20 fixed to the center of the housing 10 so as not to rotate.
  • a cylindrical rotary shaft 30 that is rotatably supported on the inner peripheral surface of the housing 10, and a rotation drive mechanism 40 that is provided around the fixed hollow shaft 20 in the housing 10 and rotationally drives the cylindrical rotary shaft 30.
  • the cylindrical rotary shaft 30 is connected to the front end side so as to be integrally rotatable.
  • a cylindrical connecting member 50 that is rotatably supported on the inner peripheral surface on the front end side of the housing 10 and protrudes forward from the front end of the housing 10 is connected to the front end side of the cylindrical connecting member 50 so as to be integrally rotatable.
  • the housing 10 is formed in a long cylindrical shape by connecting the front housing 11 and the rear housing 12.
  • the front housing 11 is formed in a cylindrical shape by a hard material such as metal.
  • An inner gear portion 11a constituting a plurality of planetary gear mechanisms 42 to be described later is formed on the inner peripheral surface on the rear half side of the front housing 11 over the entire circumference.
  • the rear end portion side of the front housing 11 is connected and fixed to the front end side of the rear housing 12 by connection means such as screwing, fitting, and adhesion.
  • the rear housing 12 is a cylindrical member having substantially the same outer diameter as the front housing 11.
  • the rear housing 12 functions as a stator core of an electric motor 41 described later by being formed from a magnetic material.
  • the fixed hollow shaft 20 is formed from a hard material such as metal into a long cylindrical shape longer than the entire length of the housing 10.
  • the fixed hollow shaft 20 has its front end protruding forward from the front end of the housing 10, and its rear end is not rotatable with respect to the inner peripheral surface of the fixed hollow shaft 20 via the fixed substrate 2 and is advanced and retracted. Fixed to impossible.
  • the fixed substrate 2 is an annular member, and its outer peripheral surface is fixed to the inner peripheral surface of the housing 10 and its inner peripheral surface is fixed to the outer peripheral surface of the fixed hollow shaft 20.
  • the fixed substrate 2 leads the power supply wiring of the coil 41c of the electric motor 41 to the outside.
  • the cylindrical rotating shaft 30 is formed in a cylindrical shape from a hard material such as metal and is provided so as to surround the outer peripheral portion of the fixed hollow shaft 20 in the housing 10.
  • the cylindrical rotary shaft 30 has an inner diameter dimension set so as to be close to or in sliding contact with the outer peripheral surface of the fixed hollow shaft 20.
  • the cylindrical rotating shaft 30 is rotatably supported with respect to the inner peripheral surface of the front housing 11 via a plurality of (two in the illustrated example) bearing members 3.
  • the bearing member 3 uses a ball bearing.
  • an urging member for example, a spring or an elastic body for providing a preload between the inner and outer rings is provided as necessary.
  • a roller bearing, a sliding bearing, etc. can also be used as another example of the bearing member 3.
  • the rear end side of the cylindrical rotary shaft 30 is connected to a rotation drive mechanism 40 described later.
  • a cylindrical connecting member 50 is connected to the front end side of the cylindrical rotating shaft 30 via the sleeve 4 so as to be integrally rotatable.
  • the sleeve 4 is a substantially rectangular tube-shaped member, and integrally connects the cylindrical rotating shaft 30 and the cylindrical connecting member 50 via a joining means such as press-fitting or adhesion.
  • the rotational drive mechanism 40 includes an electric motor 41 disposed on the rear half side of the housing 10 and a plurality of planetary gear mechanisms 42 disposed on the front side of the electric motor 41.
  • a plurality of planetary gear mechanisms 42 shift the gears in a multistage manner and transmit them to the cylindrical rotary shaft 30.
  • the electric motor 41 is provided annularly around the fixed hollow shaft 20 on the rear side of the planetary gear mechanism 42 and is rotatably supported on the inner peripheral surface of the rear housing 12, and the cylinder motor shaft 41a.
  • the cylindrical motor shaft 41 a is formed in a cylindrical shape from a hard material such as metal, and is provided so as to surround the outer peripheral portion of the fixed hollow shaft 20 in the rear housing 12 in the same manner as the cylindrical rotating shaft 30 described above. .
  • the cylindrical motor shaft 41 a has an inner diameter dimension so as to be close to or slidably contact the outer peripheral surface of the fixed hollow shaft 20.
  • the cylindrical motor shaft 41a is rotatably supported with respect to the inner peripheral surface of the rear housing 12 via the bearing members 3 positioned before and after the rotor 41b.
  • a substantially annular sun gear 7 constituting the first stage planetary gear mechanism 42 is fixed to the outer peripheral surface on the front end side of the cylindrical motor shaft 41a so as to be integrally rotatable.
  • the rotor 41b is composed of a long cylindrical magnet (permanent magnet) having one half side in the radial direction as an N pole and the other half side as an S pole.
  • the coil 41c is formed of a conductive fiber in a substantially cylindrical coil shape.
  • the coil 41c is fixed to the inner peripheral surface of the rear housing 12 serving as a stator core in a state where a predetermined clearance is secured with respect to the outer peripheral surface of the rotor 41b.
  • the power supply wiring (not shown) of the coil 41c is led to the outside by a flat cable 6 (see FIGS. 1 to 3) connected to the fixed substrate 2.
  • reference numeral 5 denotes a coil spring for applying a preload between the inner and outer rings of the bearing member 3.
  • the plurality of planetary gear mechanisms 42 are arranged in a multistage manner in which the sun gear 7, the plurality of planetary gears 42a, the support rotating bodies 42b and 42b ′, and the like are arranged in a multistage manner in the internal gear portion 11a of the front housing 11. It constitutes a planetary gear mechanism. With this configuration, the rotational force on the cylindrical motor shaft 41 a side is decelerated stepwise and transmitted to the cylindrical rotary shaft 30.
  • convex portions and concave portions constituting a tooth tip, a tooth bottom, and the like are alternately arranged in the circumferential direction, and these concave and convex portions are formed to be continuous in the front-rear direction.
  • the internal gear portion 11a meshes with a plurality of planetary gears 42a arranged in the front-rear direction.
  • the planetary gear 42a is a spur gear, and a plurality of planetary gears 42a are arranged in the circumferential direction and a plurality of planetary gears 42a are also arranged in the front-rear direction.
  • Each of the plurality of planetary gears 42a arranged in the circumferential direction is rotatably supported by a support rotating body 42b (or 42b ′).
  • the planetary gear 42a ′ closest to the electric motor 41 meshes with the sun gear 7 on the front end side of the cylindrical motor shaft 41a and receives rotational force from the sun gear 7.
  • the foremost support rotating body 42b ′ is formed in a substantially disk shape that rotatably supports a plurality of planetary gears 42a arranged in the circumferential direction, and is connected to the rear end side of the cylindrical rotating shaft 30 so as to be integrally rotatable. ing.
  • a plurality (three in the illustrated example) of support rotating bodies 42b are provided on the rear side of the support rotating body 42b ′.
  • Each support rotating body 42b is formed in a substantially disk shape that rotatably supports a plurality of planetary gears 42a arranged in the circumferential direction, and rotates around the fixed hollow shaft 20 so as to freely rotate around the fixed hollow shaft 20. It is attached to the ring.
  • the cylindrical connecting member 50 is formed in a substantially cylindrical shape from a hard material such as metal. On the rear end side of the cylindrical connecting member 50, a flange portion 51 that protrudes in the radially outward direction is provided. The outer peripheral surface of the flange portion 51 is close to or in sliding contact with the inner peripheral surface of the front housing 11. The flange 51 is disposed so as to fit in the space between the front bearing member 8 and the rear bearing member 3.
  • the bearing member 8 is formed in a substantially cylindrical shape having an annular flange 8 a on the front end side, and is fixed to the inner peripheral surface of the front housing 11 so as not to rotate so that the flange 8 a is brought into contact with the front end of the front housing 11. Has been.
  • An annular member 9 is provided on the outer peripheral portion of the cylindrical connecting member 50 on the front side of the bearing member 8 so as to protrude radially outward from the outer peripheral surface of the cylindrical connecting member 50.
  • the annular member 9 is fixed to the cylindrical connecting member 50 so as not to rotate and to advance and retract.
  • the cylindrical connecting member 50 has a plurality of flat surface portions parallel to the outer peripheral portion so as to be fixed by being sandwiched by a jig or the like (see FIGS. 1 and 2).
  • a male screw portion 52 is formed at a portion of the outer peripheral portion of the cylindrical connecting member 50 on the front side of the annular member 9 so that the work tool portion 60 is screwed and tightened.
  • 2 and 3 is a washer-like member for reducing the frictional resistance between the annular member 9 rear end surface and the bearing member 8 front end surface.
  • the work tool unit 60 includes a plurality of (two in the illustrated example) sandwiching pieces 61 that are opened and closed by turning around the pivoting fulcrum portion x, and the sandwiching pieces 61.
  • a cylindrical housing 62 that supports the rotation fulcrum portion x so that the front end side protrudes forward, and an advancing / retracting mechanism 63 that advances and retracts the linear motion member 63a in the cylindrical housing 62 are provided.
  • the pinching device is configured to rotate the pinching piece 61 by engaging the linearly moving member 63 a that is advanced and retracted by the advance and retreat mechanism 63 with the pinching piece 61.
  • the work tool portion 60 includes a plurality of advance / retreat mechanisms 63 so as to correspond to the plurality of sandwiching pieces 61, respectively, and each advancement / retreat mechanism 63 is linearly arranged on the rear side of the sandwiching piece 61.
  • the advance / retreat mechanisms 63 are controlled independently of each other.
  • the cylindrical housing 62 is a long cylindrical member, and has support piece portions 62a projecting forward on both sides in the radial direction on the front end side, and sandwiching pieces between the support piece portions 62a on both sides.
  • the base end side of 61 is pivotally supported.
  • the cylindrical housing 62 accommodates the advance / retreat mechanism 63, the power supply wiring of the advance / retreat mechanism 63, the control board, and the like.
  • the cylindrical housing 62 in the illustrated example improves the maintainability of the internal advance / retreat mechanism 63 and the like by providing a notch in a part of the peripheral wall. However, as another example, this notch is omitted. Also good.
  • a cylindrical connected member 64 connected to the cylindrical connecting member 50 is provided on the rear end side of the cylindrical housing 62.
  • the cylindrical connected member 64 is formed in a substantially cylindrical shape by a hard material such as metal, and has an annular flange 64a projecting radially outward on the rear end side (see FIG. 2).
  • a female screw portion (not shown) for screwing into the male screw portion 52 of the cylindrical connecting member 50 is formed on the inner peripheral surface of the cylindrical connected member 64.
  • the cylindrical connected member 64 has a front cylindrical portion inserted into the rear end of the cylindrical housing 62 and is fixed to the cylindrical housing 62 so as not to advance and retreat and to rotate by connecting means such as press fitting or adhesion. The outer peripheral surface of the part 64a is exposed to the outside.
  • each sandwich piece 61 is formed in a substantially L shape so that the rear end side protrudes in the radial inner direction of the cylindrical housing 62.
  • the sandwiching piece 61 is pivotally supported by a support piece portion 62a of the cylindrical housing 62 at the substantially L-shaped portion, and the tubular housing 62 extends radially outward with respect to the pivotal support portion (rotating fulcrum portion x).
  • the separated part is pivotally supported by the linear motion member 63a.
  • Each advancing / retracting mechanism 63 is a mechanism for advancing and retracting the linear motion member 63a by the rotation of the rotating shaft 63b1 of the gear motor 63b.
  • the gear motor 63b may be configured to adjust and output the rotational force of the electric motor to an appropriate rotational speed by the planetary gear.
  • a feed screw 63b1 is provided on the front end side of the output shaft of the gear motor 63b, and a linear motion member 63a is screwed to the feed screw 63b1 (see FIG. 4).
  • the power supply wiring 1 of the plurality of gear motors 63 b extends rearward through the cylindrical connected member 64 on the rear end side of the cylindrical housing 62. Is inserted.
  • the manipulator A having the above-described configuration, when the two gear motors 63b of the work tool unit 60 are controlled independently, operations such as opening and closing the plurality of clip pieces 61 and moving them to one side can be performed. Moreover, if the electric motor 41 of the rotation drive mechanism 40 is controlled, the work tool part 60 can be rotated in both directions.
  • the cylindrical connecting member 50 is firmly connected to the housing 10 by the cylindrical connecting member 50 and the bearing member 8 described above, the connecting portion between the rotation drive mechanism 40 and the work tool portion 60 is bent or the work is performed. It is possible to prevent the tool unit 60 from being detached from the rotation drive mechanism 40. In particular, as the manipulator becomes smaller and thinner, it becomes more difficult to ensure the strength of the connection portion between the rotation drive mechanism and the work tool portion.
  • the outer diameter of the housing 10 is 5 mm or less. The strength of the connecting portion can be secured even with a small diameter size. Even if the outer diameter of the housing 10 is, for example, about 1 mm, the strength of the housing 10 can be secured by applying the configuration of the above embodiment.
  • the annular member 9 on the front end side of the rotation drive mechanism 40 and the flange portion 64a of the cylindrical connected member 64 on the rear end side of the work tool portion 60 are connected.
  • the work tool part 60 was set as the mechanism which carries out an electric scissors operation, as another example of the work tool part 60, the mechanism which carries out an electric bending movement, the mechanism which carries out an electric expansion-contraction movement, other A mechanism that operates electrically can be used.
  • an electromagnetic motor having a two-pole magnet rotor with different polarities in one half of the cylindrical radial direction is used as the electric motor 41 as a drive source of the rotational drive mechanism 40.
  • the electric motor 41 any type of electric drive motor can be used.
  • various types of electric motors such as a motor that obtains rotational output using ultrasonic vibration of a piezoelectric element can be applied, as well as an electromagnetic motor having a multi-pole such as a four-pole magnet.
  • an actuator that is driven by air pressure is also applicable.
  • the manipulator of the present invention can be effectively applied as a forceps device for surgical operation, a surgical operation support robot, various industrial robots for handling electronic components, and various other medical devices, physics and chemistry devices, and working devices of industrial devices. .

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Abstract

【課題】 細身且つ高強度で動作性も良好なマニピュレータを提供する。【解決手段】 前後方向へわたる長尺筒状のハウジング(１０)と、ハウジング(１０)の中心部に回転不能に固定された固定中空シャフト(２０)と、固定中空シャフト(２０)の周囲に環状に設けられるとともに、ハウジング(１０)の内周面に回転自在に支持された筒状回転シャフト(３０)と、ハウジング(１０)内における固定中空シャフト(２０)の周囲に設けられて筒状回転シャフト(３０)を回転駆動する回転駆動機構(４０)と、筒状回転シャフト(３０)の前端側に一体回転可能に接続されるとともにハウジング(１０)の前端側の内周面に回転自在に支持され、且つハウジング(１０)の前端から前方へ突出した筒状接続部材(５０)と、筒状接続部材(５０)の前端側に一体回転可能に接続され、給電配線(１)から供給される電力によって動作する作業ツール部(６０)とを備える。

Description

マニピュレータ
　本発明は、例えば、器官等を挟持したり挟み切ったりするのに用いる鉗子装置や挟み装置、その他の医療機器、理化学機器、産業機器や、ロボット等に用いられるマニピュレータに関するものである。 
　従来、この種の発明には、例えば特許文献１に記載されるもののように、回動支点部を支点にして回動することで開閉する作業ツール部（把持部材１，２）と、この作業ツール部の前端側を前方へ突出させるようにして支持した筒状のハウジング（固定管１０）と、このハウジングに挿通された複数本のワイヤ（Ｗ）とを備え、ワイヤ（Ｗ）を一方又は他方へ引くことにより作業ツール部を作動させるようにした医療用の鉗子がある。 
　ところで、このようなワイヤによって動作させる鉗子を、例えば腹腔鏡手術の医療用機器や精密加工装置等に適用するために外径の小さい細長形状に構成する場合、ワイヤも極細いものを選択することになるため、ワイヤの耐久性が低下したり、ワイヤの伸縮により動作性が低下する等のおそれがある。また、ハウジングに対し作業ツール部のみを回転させる構成とする場合には、ワイヤが撚れたり擦れたりして問題を生じることも考えられる。 
　そこで、ハウジングの前端側に、電動で動作する作業ツール部を設け、この作業ツール部をハウジングの後端側で制御する装置が提案される。しかし、このような構成においては、作業ツール部の給電配線や、作業ツール部を回転させるための機構等により外径が太くなってしまう可能性がある上、作業ツール部とハウジングとの接続部分の強度にも不安があり、工夫を要する。 
特許第３０７５４０４号公報
　本発明は上記従来事情に鑑みてなされたものであり、その課題とする処は、細身且つ高強度で動作性も良好なマニピュレータを提供することにある。 
　上記課題を解決するために、本発明のマニピュレータは、前後方向へわたる長尺筒状のハウジングと、このハウジングの中心部側に回転不能に固定された固定中空シャフトと、この固定中空シャフトの周囲に環状に設けられるとともに、ハウジングの内周面に回転自在に支持された筒状回転シャフトとを備える。そして、筒状回転シャフトを回転駆動する回転駆動機構が、ハウジング内の固定中空シャフトの周囲に設けられている。また、筒状回転シャフトの前端側に一体回転可能に接続されるとともに、ハウジングの前端側の内周面に回転自在に支持され、且つハウジングの前端から前方へ突出した筒状接続部材と、筒状接続部材の前端側に一体回転可能に接続され、給電配線から供給される電力によって動作する作業ツール部とを備える。そして、作業ツール部の給電配線を、筒状接続部材及び固定中空シャフトの内部に挿通した。 
　本発明は、以上説明したように構成されているので、細身且つ高強度で動作性も良好なマニピュレータを提供することができる。 
本発明に係るマニピュレータの一例を示す斜視図である。 同マニピュレータの要部分解斜視図である。 同マニピュレータの後半部を示す縦断面図である。 作業ツール部の一例を示す要部構造図である。
　本実施の形態の第一の特徴は、前後方向へわたる長尺筒状のハウジングと、このハウジングの中心部側に回転不能に固定された固定中空シャフトと、この固定中空シャフトの周囲に環状に設けられるとともに、ハウジングの内周面に回転自在に支持された筒状回転シャフトとを備える。そして、筒状回転シャフトを回転駆動する回転駆動機構が、ハウジング内の固定中空シャフトの周囲に設けられている。そして、筒状回転シャフトの前端側に一体回転可能に接続されるとともにハウジングの前端側の内周面に回転自在に支持され、且つハウジングの前端から前方へ突出した筒状接続部材と、筒状接続部材の前端側に一体回転可能に接続され、給電配線から供給される電力によって動作する作業ツール部とを備える。そして、作業ツール部の給電配線を、筒状接続部材及び固定中空シャフトの内部に挿通して、マニピュレータを構成したことにある。 
　この構成によれば、ハウジングの全体構造を比較的細身にすることができる上、接続部分等を高強度に維持でき、動作性も良好である。 
　第二の特徴は、筒状接続部材がハウジングから抜けるようなことを防ぐために、筒状接続部材の後端側にハウジング内で径外方向へ突出する鍔部を設け、この鍔部よりも前側で前記筒状接続部材の外周面を回転自在に支持する軸受部材をハウジングに固定したことにある。 
　第三の特徴は、作業ツール部を着脱する際の強度を保持するために、筒状接続部材におけるハウジングよりも前側の外周部に、径外方向へ突出する環状部材を固定し、筒状接続部材における環状部材よりも前側の外周部に、作業ツール部を螺合して締め付けるようにしたことにある。 
　第四の特徴は、作業ツール部を回転駆動するための具体的態様を得るために、回転機構の駆動源として電動モータを備えており、この電動モータは、筒状回転シャフトよりも後側で固定中空シャフトの周囲に環状に設けられている。そして、ハウジングの内周面に回転自在に支持された筒状モータシャフトと、この筒状モータシャフトの外周部に固定されたロータと、該ロータの周囲に配置されるとともにハウジングに固定されたコイルとを備え、筒状モータシャフトの回転力を筒状回転シャフトに伝達するようにしたことにある。 
　第五の特徴は、作業ツール部を回転駆動するための具体的態様として、前記筒状回転シャフトと前記筒状モータシャフトとの間に、前記筒状モータシャフトの回転力を変速して前記筒状回転シャフトに伝達するように、遊星歯車機構を設けたことにある。 
　第六の特徴は、接続部分の強度を効果的に確保できる具体的態様として、ハウジングの外径を５ｍｍ以下に設定したことにある。 
　次に、上記特徴を有する好ましい実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。 
　なお、以下の説明中、「径内方向」とは、ハウジング１０の径方向に沿って該ハウジング１０の中心へ向かう方向を意味する。「径外方向」とは、ハウジング１０の径方向に沿って該ハウジング１０の中心から離れる方向を意味する。また、「前方」とは、ハウジング１０の長手方向において作業ツール部６０を有する方向を意味し、「後方」とは「前方」に対する逆方向を意味する。「前後方向」とは「前方から後方」あるいは「後方から前方」に向かう双方向を意味する。 
　このマニピュレータＡは、前後方向へわたる長尺筒状のハウジング１０と、ハウジング１０の中心部に回転不能に固定された固定中空シャフト２０と、固定中空シャフト２０の周囲に環状に設けられる。そして、ハウジング１０の内周面に回転自在に支持された筒状回転シャフト３０と、ハウジング１０内における固定中空シャフト２０の周囲に設けられて筒状回転シャフト３０を回転駆動する回転駆動機構４０と、筒状回転シャフト３０の前端側に一体回転可能に接続される。そして、ハウジング１０の前端側の内周面に回転自在に支持され、且つハウジング１０の前端から前方へ突出した筒状接続部材５０と、筒状接続部材５０の前端側に一体回転可能に接続され、給電配線１から供給される電力によって動作する作業ツール部６０とを備える。そして、作業ツール部６０の給電配線１を、筒状被接続部材６４、筒状接続部材５０、及び固定中空シャフト２０の内部に挿通してハウジング１０の後方へ導いている。 
　ハウジング１０は、前側ハウジング１１と後側ハウジング１２とが接続されて長尺円筒状に形成される。 
　前側ハウジング１１は、金属等の硬質材料によって円筒状に形成される。この前側ハウジング１１の後半部側の内周面には、全周にわたって、後述する複数の遊星歯車機構４２を構成する内歯車部１１ａが形成される。 
　そして、前側ハウジング１１の後端部側は、後側ハウジング１２の前端側に対し螺合や嵌合、接着等の接続手段により接続固定されている。 
　後側ハウジング１２は、前側ハウジング１１と略同外径の円筒状部材である。この後側ハウジング１２は、磁性材料から形成されることで、後述する電動モータ４１のステータコアとして機能する。 
　固定中空シャフト２０は、金属等の硬質材料から、ハウジング１０の全長よりも長い長尺筒状に形成される。この固定中空シャフト２０は、その前端側をハウジング１０の前端から前方へ突出させた状態で、その後端側を、固定中空シャフト２０の内周面に対し、固定基板２を介して回転不能且つ進退不能に固定される。 
　固定基板２は、環状の部材であり、その外周面を、ハウジング１０の内周面に固定するとともに、内周面を固定中空シャフト２０の外周面に固定している。 
　この固定基板２は、電動モータ４１のコイル４１ｃの給電配線を外部に導いている。 
　筒状回転シャフト３０は、金属等の硬質材料から円筒状に形成され、ハウジング１０内において固定中空シャフト２０の外周部を囲むように設けられる。この筒状回転シャフト３０は、固定中空シャフト２０の外周面に対し近接又は摺接するように、その内径寸法が設定されている。 
　この筒状回転シャフト３０は、複数（図示例によれば２つ）の軸受部材３を介して、前側ハウジング１１の内周面に対し回転自在に支持される。軸受部材３は、図示例によればボールベアリングを用いている。この軸受部材３の前後には、必要に応じて内外輪間に予圧を付与するための付勢部材（例えば、スプリングや弾性体等）が設けられる。なお、軸受部材３の他例としては、ころ軸受や、すべり軸受け等を用いることも可能である。 
　この筒状回転シャフト３０の後端側は、後述する回転駆動機構４０に接続されている。また、筒状回転シャフト３０の前端側には、スリーブ４を介して筒状接続部材５０が一体回転可能に接続される。スリーブ４は、略角筒状の部材であり、圧入や接着等の接合手段を介して、筒状回転シャフト３０と筒状接続部材５０とを一体的に連結している。 
　回転駆動機構４０は、ハウジング１０の後半部側に配置された電動モータ４１、及び該電動モータ４１よりも前側に配置された複数の遊星歯車機構４２等によって構成され、電動モータ４１の回転力を複数の遊星歯車機構４２によって多段的に変速して筒状回転シャフト３０に伝達する。 
　電動モータ４１は、遊星歯車機構４２よりも後側で固定中空シャフト２０の周囲に環状に設けられるとともに後側ハウジング１２の内周面に回転自在に支持された筒状モータシャフト４１ａと、この筒状モータシャフト４１ａの外周部に固定されたロータ４１ｂと、該ロータ４１ｂの周囲に配置されたコイル４１ｃと、このコイル４１ｃを内周面に固定したステータコアとして後側ハウジング１２とを備える。この構成によって、筒状モータシャフト４１ａの回転力を、複数の遊星歯車機構４２を介して、筒状回転シャフト３０に伝達する。 
　筒状モータシャフト４１ａは、上述した筒状回転シャフト３０と略同様に、金属等の硬質材料から円筒状に形成され、後側ハウジング１２内において固定中空シャフト２０の外周部を囲むように設けられる。この筒状モータシャフト４１ａは、固定中空シャフト２０の外周面に対し近接又は摺接するように、その内径寸法が設定されている。 
　この筒状モータシャフト４１ａは、ロータ４１ｂ前後に位置する軸受部材３を介して、後側ハウジング１２の内周面に対し回転自在に支持される。 
　この筒状モータシャフト４１ａの前端側の外周面には、一段目の遊星歯車機構４２を構成する略環状の太陽歯車７が、一体回転可能に固定される。 
　ロータ４１ｂは、径方向の片半部側をＮ極とするとともに他半部側をＳ極とした長尺円筒状のマグネット（永久磁石）により構成される。 
　コイル４１ｃは、導電性繊維を略円筒コイル状に構成されている。このコイル４１ｃは、ロータ４１ｂ外周面に対し所定のクリアランスを確保した状態で、ステータコアとなる後側ハウジング１２の内周面に固定されている。 
　このコイル４１ｃの給電配線（図示せず）は、固定基板２に接続されたフラットケーブル６（図１～図３参照）により、外部に導かれている。 
　なお、図３中、符号５は、軸受部材３の内外輪間に予圧を付与するためのコイルスプリングである。 
　また、複数の遊星歯車機構４２は、前側ハウジング１１の内歯車部１１ａ内に、太陽歯車７、複数の遊星歯車４２ａ、及び支持回転体４２ｂ，４２ｂ'等を多段状に配置して、多段式遊星歯車機構を構成している。この構成によって、筒状モータシャフト４１ａ側の回転力を段階的に減速して、筒状回転シャフト３０へ伝達するようにしている。 
　内歯車部１１ａは、歯先及び歯底等を構成する凸部と凹部を周方向へ交互に配置しており、これら凹凸部を前後方向へ連続するように形成している。そして、この内歯車部１１ａは、前後方向へ並ぶ複数の遊星歯車４２ａに対し噛み合う。 
　遊星歯車４２ａは、平歯車状の歯車であり、周方向に複数配設されるとともに、前後方向にも複数配設される。周方向に配設される複数の遊星歯車４２ａは、それぞれ、支持回転体４２ｂ（又は４２ｂ'）によって回転自在に支持される。 
　これら複数の遊星歯車４２ａのうち、最も電動モータ４１側の遊星歯車４２ａ'は、筒状モータシャフト４１ａ前端側の太陽歯車７に噛み合って、該太陽歯車７から回転力を受ける。 
　最も前側の支持回転体４２ｂ'は、周方向に並ぶ複数の遊星歯車４２ａをそれぞれ回転自在に支持する略円板状に形成され、筒状回転シャフト３０の後端側に一体回転可能に接続されている。 
　支持回転体４２ｂ'よりも後側に複数（図示例によれば三つ）の支持回転体４２ｂが設けられる。各支持回転体４２ｂは、周方向に並ぶ複数の遊星歯車４２ａをそれぞれ回転自在に支持する略円板状に形成され、固定中空シャフト２０の周囲で自在に回転するように、固定中空シャフト２０周りに環状に装着されている。 
　また、筒状接続部材５０は、金属等の硬質材料から略円筒状に形成される。 
　この筒状接続部材５０の後端側には、径外方向へ突出する鍔部５１が設けられる。この鍔部５１の外周面は、前側ハウジング１１内周面に対し近接又は摺接する。この鍔部５１は、前側の軸受部材８と後側の軸受部材３との間の空間に嵌るようにして配置される。 
　そして、筒状接続部材５０外周面において、鍔部５１よりも前側の部分は、軸受部材８によって回転自在に支持される。軸受部材８は、前端側に環状の鍔部８ａを有する略円筒状に形成され、鍔部８ａを前側ハウジング１１前端に当接させるようにして、前側ハウジング１１内周面に対し回転不能に固定されている。 
　筒状接続部材５０の外周部における軸受部材８よりも前側の部分には、筒状接続部材５０の外周面から径外方向へ突出するように環状部材９が設けられている。この環状部材９は、筒状接続部材５０に対し、回転不能且つ進退不能に固定される。 
　この筒状接続部材５０は、治具等により挟んで固定されるように、外周部に平行な複数の平坦面部を有する（図１及び図２参照）。 
　また、筒状接続部材５０の外周部における環状部材９よりも前側の部分には、作業ツール部６０が螺合され締め付けられるように雄ネジ部５２が形成される。 
　なお、図２及び図３中の符号９ａは、環状部材９後端面と、軸受部材８前端面との摩擦抵抗を軽減するためのワッシャ―状部材である。 
　また、作業ツール部６０は、図４に示すように、回動支点部ｘを支点にし回動することで開閉する複数（図示例によれば二つ）の挟み片６１と、挟み片６１の前端側を前方へ突出させるようにして回動支点部ｘを支持した筒状ハウジング６２と、該筒状ハウジング６２内で直動部材６３ａを進退させる進退機構６３とを備える。この構成によって、進退機構６３により進退する直動部材６３ａを挟み片６１に係合させて、挟み片６１を回動するようにした挟み装置である。 
　この作業ツール部６０は、進退機構６３を、複数の挟み片６１にそれぞれ対応するように複数具備するとともに、各進退機構６３を挟み片６１の後方側に直線的に配置しており、これら複数の進退機構６３がそれぞれ独立して制御されるようにしている。 
　筒状ハウジング６２は、長尺円筒状の部材であり、その前端側における径方向の両側に、前方へ突出する支持片部６２ａを有し、これら両側の支持片部６２ａの間に、挟み片６１の基端側を軸支している。 
　この筒状ハウジング６２内には、進退機構６３、および進退機構６３の給電配線や制御基板等が収納される。 
　なお、図示例の筒状ハウジング６２は、周壁の一部に切欠部を設けることで、内部の進退機構６３等に対するメンテナンス性を向上しているが、他例としては、この切欠部を省いてもよい。 
　また、筒状ハウジング６２後端側には、筒状接続部材５０に接続される筒状被接続部材６４が設けられる。 
　この筒状被接続部材６４は、金属等の硬質材料により略円筒状に形成され、その後端側に径外方向へ突出する環状の鍔部６４ａを有する（図２参照）。 
　この筒状被接続部材６４の内周面には、筒状接続部材５０の雄ネジ部５２に螺合するための雌ネジ部（図示せず）が形成される。 
　この筒状被接続部材６４は、前側の筒状部分を筒状ハウジング６２後端に挿入し、圧入や接着等の接続手段により、筒状ハウジング６２に対し進退不能且つ回転不能に固定され、鍔部６４ａの外周面を外部に露出している。 
　各挟み片６１は、図４に示すように、その後端側が、筒状ハウジング６２の径内方向へ突出するように略Ｌ字状に形成される。この挟み片６１は、この略Ｌ字状部分が筒状ハウジング６２の支持片部６２ａにより軸支され、この軸支部分（回動支点部ｘ）に対し、筒状ハウジング６２の径外方向へ離れた部分が、直動部材６３ａに軸支されている。 
　また、各進退機構６３は、ギヤモータ６３ｂの回転軸６３ｂ１の回転により、直動部材６３ａを進退させる機構である。 
　ギヤモータ６３ｂは、電動モータの回転力を遊星歯車により適宜な回転速度に調整して出力する構成とすればよい。このギヤモータ６３ｂにおける出力軸の前端側には、送りネジ６３ｂ１が設けられ、この送りネジ６３ｂ１には直動部材６３ａが螺合している（図４参照）。 
　複数のギヤモータ６３ｂの給電配線１は、図２に示すように、筒状ハウジング６２後端側の筒状被接続部材６４内を通って後方へ延設されており、上述した固定中空シャフト２０内に挿通される。 
　上記構成のマニピュレータＡによれば、作業ツール部６０の二つのギヤモータ６３ｂをそれぞれ独立して制御すれば、複数の挟み片６１を開閉したり、片側へ寄せたり等の動作を行うことができる。また、回転駆動機構４０の電動モータ４１を制御すれば、作業ツール部６０を双方向へ回転させることができる。 
　また、筒状接続部材５０を上述した筒状接続部材５０及び軸受部材８等によってハウジング１０に対し頑強に接続しているため、回転駆動機構４０と作業ツール部６０の接続部分が曲がったり、作業ツール部６０が回転駆動機構４０から外れたりするようなことを防ぐことができる。 
　特に、マニピュレータが小型で細身になるほど、回転駆動機構と作業ツール部の接続部分等の強度を確保することが困難となるが、上記実施例の構成によればハウジング１０の外径で５ｍｍ以下といった小径サイズでも接続部分の強度を確保することができる。ハウジング１０の外径は、例えば、１ｍｍ程度であっても、上記実施例の構成を適用して、その強度を確保することができる。 
　また、回転駆動機構４０から作業ツール部６０を着脱する際には、回転駆動機構４０前端側の環状部材９と、作業ツール部６０後端側の筒状被接続部材６４の鍔部６４ａとを、それぞれ治具等によって掴み回転させればよいので、当該着脱作業によって回転駆動機構４０及び作業ツール部６０の本体部分を損傷するようなことを防ぐことができる。 
　なお、上記実施例によれば、作業ツール部６０を電動でハサミ動作する機構としたが、作業ツール部６０の他例としては、電動で曲げ運動する機構、電動で伸縮運動する機構、その他の電動で動作する機構とすることが可能である。 
　なお、上記実施例によれば、回転駆動機構４０の駆動源として、円筒状径方向の片半分で互いに極性の異なる２極のマグネットロータを有する電磁式のモータを電動モータ４１として用いたが、この電動モータ４１には、あらゆる形式の電動駆動のモータを使用できる。例えば、ロータを４極のマグネットにするなど更に多極にした電磁式のモータはもちろん、圧電素子の超音波振動を用いて回転出力を得るモータなど様々な形式の電動モータを適用できる。また、空圧で駆動するアクチュエータ等も適用可能である。 
　本発明のマニピュレータは、外科手術用の鉗子装置や手術支援ロボット、電子部品のハンドリング等を行う各種産業用ロボット、その他、各種医療機器、理化学機器、産業機器の作業部分の装置として有効に適用できる。 
　１：給電配線 
　３，８：軸受部材 
　４：スリーブ 
　９：環状部材 
　１０：ハウジング 
　２０：固定中空シャフト 
　３０：筒状回転シャフト 
　４０：回転駆動機構 
　４１：電動モータ 
　４１ａ：筒状モータシャフト 
　４１ｂ：ロータ 
　４１ｃ：コイル 
　４２：遊星歯車機構 
　５０：筒状接続部材 
　５１：鍔部 
　６０：作業ツール部 
　Ａ：マニピュレータ 

Claims (6)

  1. 　前後方向へわたる長尺筒状のハウジングと、 
    　前記ハウジングの中心部側に回転不能に固定された固定中空シャフトと、 
    　前記固定中空シャフトの周囲に環状に設けられるとともに、前記ハウジングの内周面に回転自在に支持された筒状回転シャフトと、 
    　前記ハウジング内における前記固定中空シャフトの周囲に設けられて前記筒状回転シャフトを回転駆動する回転駆動機構と、 
    　前記筒状回転シャフトの前端側に一体回転可能に接続されるとともに前記ハウジングの前端側の内周面に回転自在に支持され、且つ前記ハウジングの前端から前方へ突出した筒状接続部材と、 
    　前記筒状接続部材の前端側に一体回転可能に接続され、給電配線から供給される電力によって動作する作業ツール部とを備え、 
    　前記作業ツール部の給電配線を、前記筒状接続部材及び前記固定中空シャフトの内部に挿通したことを特徴とするマニピュレータ。 
  2. 　前記筒状接続部材の後端側に、前記ハウジング内で径外方向へ突出する鍔部を設け、 
    　前記鍔部よりも前側で前記筒状接続部材の外周面を回転自在に支持する軸受部材を、前記ハウジングに固定したことを特徴とする請求項１記載のマニピュレータ。 
  3. 　前記筒状接続部材における前記ハウジングよりも前側の外周部に、径外方向へ突出する環状部材を固定し、 
    　前記筒状接続部材における前記環状部材よりも前側の外周部に、前記作業ツール部を螺合して締め付けるようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載のマニピュレータ。 
  4. 　前記回転駆動機構の駆動源として電動モータを備え、 
    　前記電動モータは、前記筒状回転シャフトよりも後側で前記固定中空シャフトの周囲に環状に設けられるとともに、前記ハウジングの内周面に回転自在に支持された筒状モータシャフトと、前記筒状モータシャフトの外周部に固定されたロータと、前記ロータの周囲に配置されるとともに前記ハウジングに固定されたコイルとを備え、前記筒状モータシャフトの回転力を前記筒状回転シャフトに伝達するようにしたことを特徴とする請求項１～３何れか１項記載のマニピュレータ。 
  5. 　前記筒状回転シャフトと前記筒状モータシャフトとの間に、前記筒状モータシャフトの回転力を変速して前記筒状回転シャフトに伝達するように、遊星歯車機構を設けたことを特徴とする請求項４記載のマニピュレータ。 
  6. 　前記ハウジングの外径を５ｍｍ以下に設定したことを特徴とする請求項１～５何れか１項記載のマニピュレータ。 
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