WO2017078022A1 - 微細作業支援システム及び微細作業用マニピュレータ - Google Patents

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coil
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晋 小栗
誠 橋爪
村田　正治
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国立大学法人九州大学
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Definitions

  • the present invention relates to a fine work support system that supports operations by performing operations for handling fine objects by remote operation, and particularly for microsurgery, precise handling of living bodies such as small animals, and handling of fine objects such as cells. It relates to the ones that can perform the corresponding precise operation.
  • a so-called operation is performed under a microscope on a fine surgical object such as anastomosis of thin blood vessels, nerves, and lymph vessels with a diameter of about 0.5 to 2 mm.
  • microsurgery Since microsurgery has a small surgical target, it requires extremely precise and accurate work, and surgery requires skill. In addition, the surgery tends to be a long time due to the difficulty thereof, and in the case of such a long time operation, the burden on the operator also increases. For these reasons, microsurgery has limited the number of surgeons that can be operated compared to its necessity, and has not been able to perform surgery frequently.
  • the master-slave manipulator is not only capable of reproducing human movements as they are, but also capable of operating with reduced human movements. If a manipulator that operates in a steadily manner is used to perform operations related to the operation, it is possible to reduce the burden on the operator and improve the efficiency of the operation while eliminating the effects of camera shake and ensuring accuracy.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-525095 discloses a conventional endoscopic surgery system that enables a remote operation related to surgery using a master-slave manipulator.
  • the conventional surgical system has a configuration shown in the above-mentioned patent document.
  • the movable system is movable due to the nature of endoscopic surgery as a movable mechanism that realizes multiple degrees of freedom.
  • a serial link mechanism that can increase the range (work area) is adopted.
  • manipulators that have achieved precise movements that can be applied to microsurgery have not been put to practical use until now, and in the field of microsurgery, surgical systems including manipulators have been used on behalf of surgeons. It has a problem that it cannot be adopted for use in performing surgery, and the burden on the operator cannot be reduced.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and adopts a multi-degree-of-freedom parallel link mechanism for a slave manipulator that is operated by the operation of a master to enable fine operations corresponding to micro work such as microsurgery. It is an object of the present invention to provide a fine work support system capable of efficiently performing work support by appropriately performing operations related to work by remote control and reducing the burden on the worker, and a fine work manipulator used therefor. To do.
  • the fine work system has a master-slave manipulator, and the slave unit performs a predetermined operation related to the fine work on the work target in response to a user operation input to the master unit of the manipulator.
  • the fine work support system includes: an imaging unit that images the work target; and a display unit that enlarges and displays the image of the work target acquired by the imaging unit so as to be visible to a user.
  • a base supported at a predetermined location in the space where the work object exists, an end effector that handles the work object or the work tool, and a plurality of links arranged in parallel between the base and the end effector, A parallel link mechanism with 3 or more degrees of freedom that makes the position and orientation of the end effector variable within a predetermined range with respect to the base.
  • the parallel link mechanism moves the end effector connected to the other end of each link by linearly moving one end of each link with a plurality of linear actuators supported by the base.
  • a tip actuating unit that performs handling of a work target or a work implement with a movement of one or more degrees of freedom other than the movement of the entire end effector by the parallel link mechanism, and the work target or work of the tip actuating part
  • a hydraulic drive mechanism that generates a movement for handling appliances, and the master unit supports an operation input unit that receives a user's operation, and the operation input unit can be moved with the same degree of freedom as the parallel link mechanism.
  • the operation input unit includes a support mechanism unit that can acquire information on the position and orientation of the operation input unit with a plurality of sensors.
  • An input mechanism that causes a change in hydraulic fluid pressure in response to a predetermined operation by a user independent of the operation of moving the input fluid, and a fluid pressure drive mechanism in the end effector of the slave unit.
  • the hydraulic pressure drive mechanism is operated so as to receive the change in the hydraulic pressure of the hydraulic fluid accompanying the operation of the input mechanism of the user in the operation input unit, and to operate the tip operating unit. is there.
  • a multi-degree-of-freedom parallel link mechanism is used as the link mechanism that moves the end effector relative to the fixed base in the slave portion of the master-slave manipulator, and is supported by the base.
  • Move the end effector by moving one end of each link with multiple linear actuators, and actuate the linear actuator of the slave unit according to the user's operation to change the position and orientation of the operation input unit of the master unit,
  • By changing the position and orientation of the end effector it is possible to achieve precise movement of the end effector with a simple and rigid link mechanism that is less likely to accumulate errors, and even with remote operation by the user while viewing the displayed captured image .
  • Various operations related to micro work such as microsurgery It is possible to I, while enabling reproduction of skilled operators of the procedure and the same operation, it is possible to reduce the burden on the user to improve the workability.
  • the end effector that actually performs the handling of minute work objects or work tools among the end effectors shall be operated by hydraulic pressure drive, and the user's operation to the input mechanism in the operation input unit, By transmitting the fluid pressure change to the end effector side and moving the tip working part, the tip working part is driven with a driving force approximately proportional to the user's operating force via the working fluid flowing between the operation input part and the end effector.
  • the reaction force applied to the tip actuating part can be fed back to the input mechanism via the hydraulic pressure transmission system, and the user feels that the tip actuating part is in contact with any object.
  • the tip working unit is hydraulically driven, it is not necessary to provide a force detection sensor in the tip working unit as in the case of a motor drive, eliminating the need for troublesome work such as sensor calibration.
  • the end effector can be miniaturized, and for example, the sterilization operation for the end effector at the time of operation can be facilitated.
  • the linear actuator of the slave unit is a coil movable type linear actuator in which the coil is a part of the mover and the permanent magnet is a part of the stator.
  • a linear motion slider arranged to be linearly movable with respect to the base, and a cylindrically arranged coil attached integrally to the linear motion slider, the coil being a motor;
  • the coil axis direction is arranged in a direction parallel to the slider moving direction, the stator has a cylindrical permanent magnet shorter than the coil, the permanent magnet matches the coil and the cylinder axis direction, and the coil Is fixed to the base as an arrangement state that movably penetrates the in-cylinder space portion of the permanent magnet.
  • the linear actuator of the slave unit is a linear motor, and the coil of these linear motors is arranged as a part of the mover so as to be linearly movable integrally with the linear slider, and the permanent magnet is fixed.
  • a linear motor with few parts and mechanically movable parts is used as an actuator, and the contact part with sliding and rolling is reduced as a part of the child is fixedly placed so that the coil penetrates inside.
  • the permanent magnet which has a larger magnetic field effect on the surroundings than the coil, is used as the stator and the minimum necessary arrangement, while the relatively small influence on the magnetic field is moved as the mover to move the linear motor.
  • the micro work system according to the present invention is configured so that the linear motors as the linear actuators have predetermined virtual centerlines that are parallel to the mover moving direction while the mover moving directions are parallel to each other as necessary.
  • the coils of the mover are arranged in an arrangement that is closest to the virtual center line and arranged on the base, and each linear motor is arranged around the coil and over the coil movable range.
  • the magnetic shield members each having a predetermined cross-sectional shape are provided, and at least each coil is shielded from the other coils by the magnetic shield member.
  • the linear motors constituting the linear actuators of the slave units are arranged around the predetermined virtual center line so that the moving directions of the movable elements are parallel,
  • the coils closer to the center of the linear motor group the coils of the movers in the plurality of linear motors are gathered closer to the virtual center line, while the linear slider integrated with the coils is arranged on the outer side,
  • the overall structure can be made compact, and multiple slave units can be placed near the work target, making it possible to improve the efficiency of fine work by linking multiple slave units.
  • the parallel link mechanism of the slave unit is a mechanism having six degrees of freedom or more in which six or more linear actuators and links are arranged in parallel as necessary.
  • the parallel link mechanism of the slave unit is a link mechanism having 6 degrees of freedom or more, so that almost the same movement as that of the hand can be reproduced by the end effector, and the movement related to the fine work on the end effector. Can be performed appropriately, and fine work can be efficiently advanced.
  • the micro work system according to the present invention may include at least the distal end working unit with respect to a connecting portion in which the end effector of the slave unit is connected to the other link ends of the parallel link mechanism as necessary.
  • the predetermined range portion including it can be separated and exchanged.
  • the predetermined range portion excluding the connecting portion with the link in the end effector of the slave portion can be separated and replaced, and the end effector is provided with another function by replacing the portion as necessary.
  • the predetermined range portion of the end effector can be exchanged one or more times according to the work process and application during work, and the operation according to the situation can be performed. Increases efficiency.
  • the micro work system according to the present invention is provided with a sheet-like cover that covers the entire slave portion excluding the predetermined range portion that is separable and replaceable with respect to the connection portion of the end effector, if necessary,
  • the range portion can be attached to and detached from the joint portion even when the cover is provided.
  • a cover that covers a portion of the slave unit other than the predetermined range portion of the end effector that is actually close to the work target is provided, and with this cover, the predetermined range portion and the work of the end effector are provided.
  • the end effector has a relatively simple structure and can be sterilized Without being affected by the movable mechanism of the other part of the slave part, it is possible to reliably perform sterilization and the like as a part to actually handle the surgical object and surgical instrument, It can be ensured cleanliness of an area.
  • the volume of the hydraulic fluid chamber inside the cylinder corresponds to the movement of the built-in piston that reciprocates with the operation of the user.
  • a hydraulic cylinder mechanism that changes, and the hydraulic cylinder mechanism deforms in accordance with the movement of the built-in piston, and divides the inside of the cylinder into a region with the built-in piston and a working fluid chamber. It has a rolling diaphragm that maintains a liquid-tight state between the chambers.
  • the hydraulic cylinder mechanism including the rolling diaphragm is disposed as the input mechanism of the operation input unit, and the built-in piston of the hydraulic cylinder mechanism is moved in accordance with the user's operation. While the rolling diaphragm is deformed, the fluid tightness between the built-in piston and the hydraulic fluid chamber inside the cylinder is maintained, and the pressure is transmitted between the built-in piston and the hydraulic fluid without loss. Friction resistance when moving the built-in piston while maintaining a liquid-tight state is suppressed, and the fluid pressure can be changed by smoothly moving the built-in piston by operating the input mechanism, and the user can easily operate the input mechanism with light force And operability can be improved.
  • the support mechanism of the master unit can generate a braking force as a reaction force with respect to an operation force that attempts to move the operation input unit of the user as necessary. And when the end effector of the slave unit that is moved in response to the user's operation to the operation input unit reaches the movable limit position, the operation input unit of the master unit is slaved. It operates so as to apply a predetermined braking force to a further operation to move to a corresponding region outside the movable limit on the part side.
  • the support mechanism portion of the master portion is provided with the braking portion that generates the braking force with respect to the operation force for moving the operation input portion, and the end effector of the slave portion is at the movable limit position.
  • the braking unit is activated and the operation input unit tries to move.
  • the fine work manipulator according to the present invention is a fine work manipulator that performs a predetermined operation related to a fine work on a work object on behalf of a person, and a base supported at a predetermined place in a space where the work object exists. And an end effector for handling a work object or work implement, and a plurality of links arranged in parallel between the base and the end effector, and the position and orientation of the end effector can be varied within a predetermined range with respect to the base.
  • a parallel link mechanism having three or more degrees of freedom, wherein the parallel link mechanism linearly moves one end of each link for each link by a plurality of linear actuators supported by the base, and the other end of each link. And the end effector is connected to the parallel link mechanism.
  • the tip actuating unit that executes the handling of the work target or the work implement with a motion of one or more degrees of freedom, and the liquid that generates the movement of the tip actuating unit for handling the work target or the work implement And a hydraulic pressure change of the hydraulic fluid from the outside to the hydraulic pressure driving mechanism to cause a movement of the tip operating unit to handle the work target or the work implement.
  • a parallel link mechanism having a plurality of degrees of freedom is used as the link mechanism for moving the end effector relative to the base on the fixed side of the manipulator, and each of the plurality of linear actuators supported by the base is used.
  • the end effector is moved by moving one end of the link, and the linear actuator is operated and the position and orientation of the end effector are changed in response to a predetermined instruction setting related to the position and orientation of the end effector. It is possible to realize a precise movement of the end effector with a simple and highly rigid link mechanism that is difficult to accumulate, and it is possible to cause the end effector to perform various fine and accurate operations required for fine work.
  • FIGS. 1-10 a micro work support system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • an example of a surgery support system corresponding to microsurgery as a fine work will be described.
  • the fine work support system 1 is acquired by the master unit 10 and the slave unit 20, which are master-slave manipulators, an imaging unit 30 that images a surgical target, and the imaging unit 30.
  • the display unit 40 displays an enlarged image of a surgical target so as to be visible to the user, and a control unit 50 performs control to move the slave unit 20 in correspondence with the master unit 10 moved by the user. .
  • the master unit 10 receives an operation input unit 11 that receives a user's operation, and a support mechanism unit 12 that can acquire information on the position and orientation of the operation input unit 11 while movably supporting the operation input unit 11. It is the structure provided with.
  • the operation input unit 11 is formed of a substantially rod-like body that can be held by a finger, and is connected to the end of the support mechanism unit 12 so as to be supported with variable position and orientation (see FIG. 2).
  • the operation input unit 11 is an input mechanism that causes a change in hydraulic fluid pressure in response to a predetermined operation of moving a part of the user's operation input unit 11 independent of an operation of moving the entire operation input unit 11. 13.
  • the operation input unit 11 may be provided with other input means (for example, a switch) other than the input mechanism 13, and during an operation of moving the entire operation input unit 11, for example, an imaging unit or a display unit Operation, switching of the ratio of movement of the slave unit to the amount of movement of the master unit, switching of the viewpoint for the operation target, switching of the slave unit as the operation target, start and end of use of the energy device as the tip working unit, washing water from the end effector It is also possible to give an operation instruction such as discharging.
  • input means for example, a switch
  • the input mechanism 13 is attached so as to be partially exposed at two opposing positions on the outer periphery of the operation input unit 11, and can be swung by an operation of pushing inward of the operation input unit so as to be sandwiched between two fingers of the user.
  • a change in hydraulic pressure of the hydraulic fluid occurs with the movement of the rod 13c and the piston 13d that are built in the operation input unit 11 and interlocked with the movement of the lever unit 13a.
  • the lever portion 13a is configured to have a spring 13e built in the operation input portion 11 so that the lever portion 13a can be biased to return to the initial position.
  • the hydraulic cylinder part 13b changes the volume of the hydraulic fluid chamber 13f inside the cylinder in response to the movement of the piston 13d that reciprocates as the user operates the lever part 13a (see FIGS. 3 and 4). ), And changes the hydraulic pressure of the hydraulic fluid.
  • the inside of the cylinder is partitioned into a region where the piston 13d is located and the hydraulic fluid chamber 13f while being deformed in accordance with the movement of the piston 13d.
  • a rolling diaphragm 13g is provided to maintain a liquid tight state between the hydraulic fluid chambers 13f.
  • a rolling diaphragm 13g is built in the hydraulic cylinder portion 13b, and the user can move the piston 13d smoothly without resistance in the cylinder while ensuring the fluid tightness of the hydraulic fluid chamber 13f, so that the user can move the lever portion 13a of the input mechanism 13. Can be easily operated with a light force and has excellent operability.
  • the support mechanism unit 12 is a serial link mechanism having 6 degrees of freedom by connecting a plurality of links 12a to each other by joints with 1 degree of freedom allowing rotation with respect to other adjacent links. Is supported while allowing at least a free position and orientation change in a predetermined range wider than the end effector movable range of the slave unit 20.
  • an encoder unit 12 b that detects the relative rotation amount of each link as the sensor, and a braking force as a reaction force as necessary with respect to the operation force of the user is generated.
  • a braking portion 12c is provided.
  • the support mechanism unit 12 supports the operation input unit 11 movably with the same six degrees of freedom as the parallel link mechanism of the slave unit 20 described later, and the position and orientation of the operation input unit 11 corresponding to the degrees of freedom are supported.
  • Information can be acquired as an output signal of each encoder unit 12b.
  • the control unit 50 causes each end effector 22 of the slave unit 20 to have the target position and orientation based on the output signal of each encoder unit 12b. Execute operation control. Then, the end effector 22 can be moved to a desired position and orientation corresponding to the change of the position and orientation of the operation input unit 11 by the operation of each actuator.
  • each braking unit 12c generates a relative force in a direction to suppress the relative rotation of the link 12a in each joint that causes the operation input unit 11 to move due to an operation.
  • the braking portion 12c is composed of, for example, a known combination of an electromagnetic clutch and a damper, and a damper, which is normally disconnected from the joint, is connected to the joint by energizing the clutch, and braking by the damper is used for relative rotation between the links. It works.
  • the end effector 22 While the end effector 22 is operating in response to an operation of moving the operation input unit 11 by the user, the end effector 22 of the slave unit 20 that has moved according to the operation of the user is linked to the link 23 or the linear actuator 24.
  • the control unit 50 that has detected and determined the position moves the operation input unit 11 further to a region corresponding to outside the movable limit on the slave unit side.
  • the brake unit 12c is operated so that braking by the damper is applied as a load resistance. Attention is given to the user who is operating the operation input unit 11 by braking, the point that the end effector 22 cannot be moved further, and the operation input unit 11 is moved further forward. It is possible to prevent the user from performing unnecessary operations, and the operation efficiency can be improved.
  • the slave unit 20 includes a base 21 supported via a stand or the like at a predetermined location in a space where a surgical object exists, an end effector 22 that handles a surgical object or a surgical instrument, and between the base 21 and the end effector 22.
  • the structure includes six links 23 arranged in parallel and six linear actuators 24 supported by the base 21 to move the links 23 (see FIG. 5).
  • the base effector 22, end effector 22, link 23, and linear actuator 24 constituting the slave unit 20 are linearly moved at one end of each link 23 by the linear actuator 24 and connected to the other end of each link.
  • the parallel link mechanism of 6 degrees of freedom of the structure which moves 22 is comprised.
  • This parallel link mechanism makes the position and orientation of the end effector 22 that handles a surgical object or surgical instrument variable within a predetermined range with respect to the base 21, but has six degrees of freedom, so that the end effector at the tip end The movement equivalent to the case of supporting by hand 22 is given.
  • the base 21 is a substantially triangular frame body as viewed from the front having two attachment portions for attaching two linear actuators 24 as a set symmetrically on the outer periphery (see FIG. 7). And it is the structure formed with a highly rigid material which can be supported without receiving the influence of the deformation
  • the base 21 itself is fixedly supported at a predetermined location in the space where the surgical object exists.
  • the linear actuator 24 is configured as a coil movable type linear motor in which the coil 25b is a part of the mover 25 and the permanent magnet 26b is a part of the stator 26.
  • the mover 25 is a substantially rail-like linearly moving slider 25a that is arranged so as to be linearly movable with respect to the base 21, and a thin cylinder that is integrally attached to the linearly moving slider 25a in a direction parallel to the slider moving direction. And a linear scale 25c that is integrally attached to a predetermined portion of the linear slider 25a that is opposite to the side to which the coil 25b is attached in a direction parallel to the slider moving direction ( (See FIG. 10).
  • One end of the link 23 is connected and fixed to the tip of the linear slider 25a in the movable element 25, and the one end of the link 23 moves linearly together with the movable element 25 including the linear slider 25a.
  • the stator 26 has a guide portion 26a attached to the outer periphery of the base 21 and a cylinder that is thicker and shorter than the coil 25b while holding the linearly moving slider 25a of the mover 25 so as to be linearly movable via a guide roller or the like. And a permanent magnet 26b attached in the base 21 and a sensor part 26c attached to the guide part 26a so as to face the linear scale 25c and detecting the moving amount of the mover as a linear scale displacement. It is a configuration.
  • a cylindrical permanent magnet 26b (see FIG. 8) mounted in the base 21 is aligned with the coil 25b of the mover 25 in the cylinder axis direction, and the coil 25b is in the cylinder space of the permanent magnet 26b. It is set as the arrangement state which penetrates a part so that movement is possible.
  • linear actuator 24 as a linear motor in this way, mechanically movable parts can be reduced and contact parts accompanied by sliding and rolling can be reduced as compared with other linear motion mechanisms such as a ball screw. Thus, backlash does not occur, the reliability of the mechanism is improved, and the frictional resistance is reduced to reduce the power consumption required for driving.
  • the permanent magnet 26b of the stator 26 and the coil 25b of the mover 25 are closest to the virtual center line, and each permanent magnet 26b and each coil 25b are around the virtual center line. They are arranged side by side at an equal interval.
  • a magnetic shield member 26d is fixedly disposed at a predetermined portion around the moving path of the coil 25b and over the coil moving range on both sides in the axial direction of the permanent magnet 26b forming the stator.
  • the magnetic shield member 26d magnetically shields the coil 25b of the mover 25 from other nearby coils.
  • Each magnetic shield member 26d is formed of a magnetic metal material such as steel, and a part of the cylindrical body is notched in a slit shape, and an edge parallel to the cylindrical axis direction in the periphery of the notched part is provided. It has a structure in which long and narrow plate members are connected and integrated in a standing state outside the cylinder.
  • the magnetic shield member 26d is arranged to be longer than the coil along the movement path of the linearly moving coil 25b, and the open slit portion is located at a position sandwiched between the coil 25b and the linear slider 25a.
  • a part of the shield member is opened in a slit shape, so that the shield bracket 25d at the end of the coil 25b can be easily connected to the linearly moving slider 25a while ensuring the shielding performance to suppress the magnetic influence between the coils.
  • the coil 25b can be moved integrally with the linear motion slider 25a.
  • the permanent magnet 26b that forms the stator 26 is arranged close to other coils other than the coil 25b that forms a set of linear motors through the space in the cylinder. Unlike the coil 25b, the magnetic field 26b does not change the magnetic field, and therefore does not have a magnetic influence on the movement of the other coils 25b.
  • plate-like magnetic shield members 26e and 26f are fixedly arranged outside the linear actuators 24 arranged around the base 21 so as to substantially cover the coil movement range. These magnetic shield members 26e, 26f mainly shield the fixed magnetic field generated by the permanent magnet 26b from the outside. For example, a magnetic instrument such as an injection needle is not attracted to each linear actuator 24. can do.
  • the coil 25b of the mover 25 is positioned near the virtual center line and closer to the center of the arrangement, and the linear slider 25a of the mover 25 is positioned on the outer side.
  • the plate-shaped shield member is provided.
  • each linear motor constituting the linear actuator 24 is arranged around the virtual center line, and a magnetic shield member 26d is provided around each coil 25b, and further, a magnetic shield is provided outside.
  • the link 23 is a joint 23a having a plurality of degrees of freedom for connecting the linear actuator 24 and the end effector 22 to both ends of a rod-like body obtained by connecting and combining two substantially rod-like members having high rigidity and not deforming in the longitudinal direction. 23b is arranged.
  • the substantially rod-like members forming the rod-like body are rotatably connected to each other, and between the portion near one end and the portion near the other end of the link 23, the axes around the axis parallel to the longitudinal direction are mutually connected. It is a structure with a degree of freedom of rotation.
  • the joint 23 a at one end of the link 23 has a structure having degrees of freedom of rotation around two axes orthogonal to each other, and is connected to the end of the linear slider 25 a of the linear actuator 24. Further, the joint 23b at the other end of the link 23 has a structure having degrees of freedom of rotation around two mutually orthogonal axes similar to the above, and is connected to the end effector 22 (see FIG. 13).
  • each link 23 can be freely changed with respect to the linear actuator 24 and the end effector 22 to be connected as in the case where the links 23 are connected using a ball joint.
  • the link mechanism for disposing the link 23 between the linear actuator 24 and the end effector 22 is a parallel link mechanism in which the six links 23 are arranged in parallel, so that the position and orientation of the end effector 22 with respect to the base 21 are changed.
  • the end effector 22 is connected to a joint 23b at the other end of the six links 23 and is supported in a movable state so that it can execute a surgical object or a surgical instrument.
  • the end effector 22 includes a distal end operating unit 27 that performs handling of a surgical object or a surgical instrument with a movement of opening and closing with one degree of freedom, which is different from the entire movement by the parallel link mechanism, and the distal end operation.
  • the tip actuating portion 27 is detachably attached to the hydraulic pressure drive mechanism 28 (see FIGS. 15 and 16), a joint connecting portion 29 that is connected to the other end of the link 23, and a liquid integrated therewith.
  • the pressure drive mechanism 28 can be separated and replaced.
  • the tip actuating portion 27 has a substantially conical shape having two end portions that form a forceps portion that can be opened and closed to hold a surgical object or a surgical instrument, and is attachable to and detachable from the hydraulic drive mechanism 28. It can be attached.
  • the tip actuating portion 27 has a rod portion 27a that can be moved linearly in conjunction with a forceps portion that opens and closes. The forceps portion can be opened and closed by moving the rod portion 27a with a hydraulic drive mechanism 28. Is done.
  • Examples of the replaceable tip operating portion 27 of the end effector 22 include scissors, tweezers, needle holders, bipolar (high-frequency current coagulating instrument), disposable (disposable) forceps, etc. in addition to forceps.
  • the distal end working unit when the operation related to the operation is performed, the movement of the entire end effector by the linear actuator is sufficient, and an original operation by the hydraulic drive mechanism is not required, for example, an electric knife (so-called monopolar) Etc. can also be used interchangeably.
  • the hydraulic pressure drive mechanism 28 includes a hydraulic cylinder portion 28a that reciprocates a rod 28b and a piston 28c supported so as to be linearly movable in response to a change in hydraulic pressure of the hydraulic fluid, and an operation to the hydraulic cylinder portion 28a.
  • the hydraulic pressure drive mechanism 28 can be urged to return the rod 28b and the piston 28c to their original positions by an elastic restoring force when the hydraulic pressure is released while the hydraulic pressure is released while the hydraulic pressure is released. It is the structure which has the spring 28d incorporated in (refer FIG. 17, FIG. 18).
  • the rod 28b of the hydraulic pressure drive mechanism 28 is connected to the rod portion 27a of the tip actuating portion 27, and the hydraulic cylinder is connected to the forceps portion of the tip actuating portion 27 in conjunction therewith.
  • This is a mechanism that can convey the movement of the portion 28a according to the change in hydraulic pressure.
  • the hydraulic cylinder portion 28a moves the piston 28c by changing the volume of the hydraulic fluid chamber 28e inside the cylinder by changing the hydraulic pressure of the hydraulic fluid given from the outside, and moves the piston 28c through the rod 28b. 27 is transmitted to the rod portion 27a of the forceps 27 to cause the forceps portion to open and close (see FIGS. 17 and 18). Between the piston 28c and the hydraulic fluid chamber 28e of the hydraulic cylinder portion 28a, the inside of the cylinder is partitioned into a region where the piston 28c is located and the hydraulic fluid chamber 28e while being deformed in accordance with the movement of the piston 28c. A rolling diaphragm 28f is provided to maintain a liquid tight state between the hydraulic fluid chambers 28e.
  • the hydraulic pressure drive mechanism 28 of the end effector 22 is connected to the hydraulic cylinder portion 28a of the hydraulic pressure cylinder portion 28a and the hydraulic pressure cylinder portion 13b of the input mechanism 13 on the master portion side through a pipe 60 so that hydraulic fluid can flow. Movement of the distal end working unit 27 to handle a surgical object or a surgical instrument is transmitted to the end effector 22 side through the pipe in response to a change in hydraulic fluid pressure corresponding to the user's operation of the input mechanism 13 in the operation input unit 11. It is a mechanism that gives rise to.
  • a sheet-like antibacterial cover is provided to cover the entire slave unit except for the tip operating unit 27 that can be separated and replaced with respect to other parts of the end effector 22, and the tip operating unit 27 of the end effector is, for example, a magnet or the like May be used so that it can be attached to and detached from the hydraulic drive mechanism 28 even when the cover is provided.
  • the distal end working unit 27 that can be sterilized and can ensure cleanliness
  • the region where the operation target is provided, the region where the slave unit other than the distal end working unit 27 is present, that is, various movable mechanisms and energized portions.
  • the region where the operation is to be performed can be ensured by reliably separating the region where the sterilization operation cannot be performed due to the presence of the cover and the region where it is difficult to ensure the cleanness as a space with the cover.
  • the end effector 22 is configured so that the distal end working portion 27 can be attached to and detached from the hydraulic pressure driving mechanism 28, but in addition, the distal end working portion 27 and the hydraulic pressure driving mechanism 28 are handled as a unit, and these are coupled to each other.
  • the joint portion connected to the other end of the six links 23 forming the parallel link mechanism is detachably attached to the portion 29, and the tip side portion including the tip actuating portion and the hydraulic drive mechanism is separated and replaced. It can also be set as the structure which can be performed, and the operation
  • the configuration is not limited to such a configuration in which the tip actuating portion is detachable, and the end effector may be formed as an integral structure that cannot be separated from the joint connecting portion to the tip actuating portion.
  • the imaging unit 30 is for imaging the end effector distal end working unit 27 of the slave unit 20 and the operation target, and is configured to be able to look down on the slave unit and the operation target, for example, above the slave unit 20. is there.
  • the imaging unit 30 is a known video camera capable of obtaining a high-resolution captured image that can ensure reproducibility even when the magnification is the same as that seen with a conventional microsurgery microscope. Omitted.
  • the display unit 40 enlarges the surgical target image acquired by the imaging unit 30 as necessary, and displays the image so as to be visible to the user.
  • the display unit 40 is a known display device such as a liquid crystal display capable of displaying an image obtained by imaging at a high resolution, and detailed description thereof is omitted.
  • the user can select the desired end effector 22 to be displayed while viewing the surgical target and the end effector displayed on the display unit 40.
  • the operation input unit 11 is operated by hand so as to perform the operation.
  • the control unit 50 receives output signals from the plurality of encoder units 12b of the support mechanism unit 12 when the user operates the operation input unit 11 of the master unit 10, and performs operation input based on these signals. Information on the position and orientation of the unit 11 is acquired, and the slave unit 20 moves the end effector 22 of the slave unit 20 until a predetermined target position and orientation corresponding to the position and orientation of the operation input unit 11 are reached. The operation control of the linear actuator 24 is executed.
  • each linear actuator 24 As the operation of each linear actuator 24 is controlled by the control unit 50, the end effector 22 is caused to follow the change in the position and orientation of the operation input unit 11 by the user's operation, and the same movement as the operation input unit 11 is performed. It will be remotely activated to execute.
  • control unit 50 also performs control related to imaging by the imaging unit 30 and control related to display on the display unit 40.
  • the imaging unit 30 captures a predetermined range including a surgical target at an appropriate magnification. Then, the obtained image information can be processed so that an image including the surgical object is displayed on the display unit 40 in a form that is easy for the user to see.
  • control related to imaging by the imaging unit and control related to display on the display unit are performed by other than the control unit 50, and the control unit 50 uses the slave unit based on the operation of the master unit 10 of the user. Only the control related to the operation 20 may be executed.
  • the control unit 50 is arranged as the only control unit independently of the master unit and the slave unit, and may be arranged in parallel in either the master unit or the slave unit. And the slave units may be distributed.
  • the control unit sets the slave unit or other mechanism in a predetermined operating state corresponding to the operation according to the operation. You may make it perform control to.
  • control unit 50 acquires information on the position and orientation of the operation input unit 11 in the form of an output signal from each encoder unit 12b of the support mechanism unit 12 forming the serial link mechanism, and outputs the output of each encoder unit 12b. Based on the signal, the operation of each linear actuator 24 is controlled so that the end effector 22 of the slave unit 20 has a position and orientation corresponding to the operation input unit 11. Relative movement of each link on the master unit side that is a detection target of a sensor such as an encoder, such as the link mechanism of the slave unit 20 is the same, and movement of each link by the operation of the actuator on the slave unit side In the case of one-to-one correspondence, the controller outputs the sensor output without acquiring the position and orientation information of the operation input unit once. Leave to correspondingly perform the operation control of each actuator, the actuator is operated, it is also possible to move the link to vary the end effector at a desired position and orientation of.
  • the slave unit 20 supports the base 21 in advance so that the end effector 22 faces the surgical target in an initial state in which the linear actuator 24 is not operated and the distance from the surgical target is appropriate.
  • the imaging unit 30 is installed so as to be capable of imaging the surgical target, and the display unit 40 and the master unit 10 operate the master unit 10 while watching the display unit 40. It is assumed that each is placed in a work space such as a desk in a ready state.
  • Coarse adjustment of the position of the slave unit 20 with respect to the surgical target is performed in a state where the end effector 22 faces the surgical target and is appropriate for the surgical target with the base 21 of the slave unit 20 attached to and supported by a support stand or arm.
  • the slave unit 20 can be moved as a configuration in which the adjustment is performed by moving the stand or arm with human hands so as to make an interval, and finally the adjustment is completed by finally fixing the arm etc.
  • a microsurgery that does not employ a complicated configuration that operates a predetermined mechanism at the master unit, and that is simple and easy to ensure accuracy, is intended only for the movement of the end effector 22 relative to the base 21. I try to make it suitable.
  • the user first activates the system so that the slave unit 20 operates according to changes in the direction and position of the operation input unit 11 in the master unit 10. Thereafter, the user operates the operation input unit 11 so as to cause the end effector 22 of the slave unit 20 corresponding to the operation input unit 11 to perform a desired movement in the vicinity of the operation target while looking at the display unit 40.
  • control unit 50 When the user moves the operation input unit 11, output signals from the plurality of encoder units 12 b of the support mechanism unit 12 are input to the control unit 50, and the control unit 50 acquires the position and orientation of the operation input unit 11. Then, the control unit 50 controls the operation of each linear actuator 24 of the slave unit 20 so that the end effector 22 of the slave unit 20 performs a movement corresponding to the change in the position and orientation of the operation input unit 11. The control signal is output.
  • the linear actuator 24 operates based on the control signal output from the control unit 50, and moves one end of the link 23.
  • the position and orientation of the end effector 22 change according to the movement of each of the six links 23 as a result of linear movement of one end of each link (see FIGS. 19 and 20).
  • control unit 50 controlling the operation of each linear actuator 24 that moves one end of the link 23, the position and orientation of the end effector 22 follow changes in the position and orientation due to the operation of the operation input unit 11.
  • the distal end working unit 27 holds a predetermined portion of the surgical target, or an anastomosis or suture needle
  • a surgical instrument such as the user
  • the hydraulic pressure is applied from the input mechanism 13 side through the tube 60.
  • the hydraulic pressure driving mechanism 28 operates the tip operating portion 27 by the hydraulic pressure change transmitted to the driving mechanism 28.
  • the user can thus operate the input mechanism 13 and move the distal end working portion 27 of the end effector 22 to clamp or release a blood vessel or the like to be operated, or to grasp or release a surgical instrument such as a needle.
  • a precise operation such as passing the anastomosis needle grasped by the distal end working unit 27 through the blood vessel joint portion is performed with the end effector 22 and the distal end operation.
  • Each unit 27 can be moved and executed appropriately.
  • the input part of the input mechanism 13 that is directly operated by fingers is different from this operation in a state where the user operates the entire operation input unit 11 by hand at two opposite positions on the outer periphery of the operation input unit 11.
  • a pair of lever portions 13a are provided so as to be sandwiched between two or more fingers and to receive an input operation for changing the sandwiching force.
  • the input operation to be performed by sandwiching the pair of lever portions 13a with two fingers is to move the forceps portion of the distal end working portion 27 that opens and closes so as to actually sandwich the surgical object or surgical instrument with fingers.
  • the user can easily understand the correspondence between the operation of the lever portion 13a and the movement of the forceps portion of the tip actuating portion 27, and the user can actually grasp the forceps of the tip actuating portion 27 by hand.
  • the operation can be performed with the consciousness of manipulating and moving the two end portions constituting the portion, and an appropriate operation can be promoted to make the tip actuating portion 27 execute the desired movement with certainty.
  • the micro work support system uses a parallel link mechanism having a plurality of degrees of freedom as a link mechanism that moves the end effector 22 relative to the base 21 on the fixed side in the slave unit 20 of the master-slave manipulator.
  • the end effector 22 is moved by moving one end of each link by a plurality of linear actuators 24 supported by the base 21, and the position and orientation of the operation input unit 11 of the master unit 10 are changed.
  • the linear actuator 24 of the slave unit 20 is operated to change the position and orientation of the end effector 22, so that the end effector 22 can be precisely moved with a simple and highly rigid link mechanism that is less likely to accumulate errors. Even with remote operation of the user while viewing the displayed captured image It is possible to perform various operations related to microsurgery in the end effector 22, while enabling reproduce the skilled physician procedure the same operation was, can reduce the burden of the user to improve the workability.
  • the tip operating unit 27 that actually performs the operation of the surgical object and the surgical instrument is operated by hydraulic drive, and the operation input unit 11 on the master side is operated.
  • the operation of the user to the input mechanism 13 is transmitted to the end effector 22 side as a change in hydraulic pressure, and the distal end working unit 27 is moved, so that it is used via the working fluid flowing between the operation input unit and the end effector.
  • the tip actuating portion 27 can be moved with a driving force substantially proportional to the user's operating force, and the reaction force applied to the tip actuating portion 27 can be fed back to the input mechanism side via the hydraulic pressure transmission system.
  • the tip actuating unit 27 has excessive force on the surgical object or surgical instrument. Can treat these without adding, excellent operability is safely proceed according to the surgery. Furthermore, since the tip working unit 27 is hydraulically driven, it is not necessary to provide a force detection sensor in the tip working unit 27 as in the case of motor driving, and troublesome work such as sensor calibration is unnecessary. In addition, the end effector 22 can be reduced in size, and the sterilization work for the end effector 22 during use of surgery can be facilitated.
  • the distal end operating unit 27 of the end effector 22 operates so as to sandwich the surgical object or the surgical instrument. Just in correspondence with the forceps-like shape having two end portions, this operation is performed in a state where the user manually operates the entire operation input unit 11 at two opposite positions on the outer periphery of the operation input unit 11.
  • Is configured to provide a pair of lever portions 13a that receive an input operation to change the force to be sandwiched between two or more fingers, in addition to the movement of the tip effector of the end effector, If the operation is to be pinched with fingers, the input part of the operation input unit is set as one place, and the other part is placed at a predetermined position on the outer periphery of the opposing operation input part with respect to one finger applied to the input part. Finger is in contact, while the state sandwiching the operation input unit with a finger, in fact relative to the other of the finger to be the fixed state, it may be configured to request only operation with one finger moves the input portion.
  • the rough adjustment of the position of the slave unit 20 with respect to the surgical target is performed with the base 21 of the slave unit 20 once attached to and supported by a support stand, arm, or the like.
  • the adjustment is performed by moving the stand or arm with a human hand so that the end effector 22 is suitable for the operation target and at an appropriate distance from the operation target.
  • a coarse adjustment may be automatically performed by operating the master unit instead of manually.
  • the operation on the master unit when the operation input unit reaches an area corresponding to the outside of the movable range of the end effector due to the linear actuator operation, the entire slave unit is replaced with or along with the braking by the braking unit operation of the master unit.
  • the moving mechanism is actuated so that the end effector can be moved together with the slave portion in the direction corresponding to the operation direction of the user who wants to move the end effector.

Abstract

マスタ操作で作動するスレーブマニピュレータに複数自由度のパラレルリンク機構を用いて、遠隔操作でマイクロサージャリ一等に対応する精細動作を行わせて、術者の負担を軽減可能な微細作業支援システムである。マスタスレーブマニピュレータのスレーブ部（２０）における、ベース（２１）に対しエンドエフェクタ（２２）を可動とするリンク機構として、複数自由度のパラレルリンク機構を用い、且つ、ベース（２１）に支持される複数のリニアアクチュエータ（２４）で各リンク一端部を移動させてエンドエフェクタ（２２）を動かすように、液圧駆動機構で先端作動部を駆動するようにして、使用者のマスタ部の操作に応じてスレーブ部（２０）を作動させることから、エンドエフェクタ（２２）の精密な動きを実現可能とし、使用者の遠隔操作でも、エンドエフェクタ（２２）に微細作業に係る動作を行わることができ、作業性を向上させて使用者の負担を軽減できる。

Description

微細作業支援システム及び微細作業用マニピュレータ
　本発明は、遠隔操作により微細な対象を取り扱う動作を実行して作業を支援する微細作業支援システムに関し、特に、マイクロサージャリーや、小動物等の生体の精密な取り扱い、細胞等微細物の取り扱いなどに対応した精密動作が可能なものに関する。
　整形外科や形成外科に係る手術や欠損部再建手術等における、直径０．５ないし２ｍｍ程度の細い血管や神経、リンパ管の吻合など、微細な手術対象に対して顕微鏡下で手術を行う、いわゆるマイクロサージャリーは、手術対象が小さいため、極めて精密で正確な作業が要求され、手術は熟練を要するものとなっている。また、手術はその困難性から長時間に及ぶものとなりやすく、そうした長時間にわたる手術の場合、術者の負担も大きくなる。こういった点から、マイクロサージャリーは、その必要性に比較して手術可能な術者が限られ、頻繁に手術を実施することはできなかった。
　ここで、近年技術的に大幅に進歩したマニピュレータ（ロボット）の活用を検討すると、マスタスレーブマニピュレータは人の動きをそのまま再現するだけに留まらず、人の動きを縮小した動作が可能であり、精密に動作するマニピュレータで手術に係る動作を肩代わりすれば、手ぶれ等の影響を排除して精度を確保した上で、術者の負担を減らし、手術の能率向上が期待できる。
　マイクロサージャリー以外の手術、例えば、内視鏡手術では、既にマニピュレータを介した遠隔手術が実用化されており、人より可動域が大きいことによる作業性向上の点や、術者は常に作業しやすい姿勢で且つ視野が確保された状態で操作が行えるなどのメリットにより、術者の負担を減らすことに成功している。
　一例として、マスタスレーブ方式のマニピュレータを用いて遠隔で手術に係る動作を行えるようにする従来の内視鏡手術用システムが、特表２０１５－５２５０９５号公報に開示されている。
特表２０１５－５２５０９５号公報
　従来の手術用システムは前記特許文献に示される構成となっており、手術に係る動作を実行するスレーブ側のマニピュレータでは、多自由度を実現する可動機構として、内視鏡手術の特質上、可動範囲（作業領域）を大きくできるシリアルリンク機構が採用されている。
　こうした従来の内視鏡手術用のマニピュレータを、マイクロサージャリーに応用することは容易に考えられる。しかしながら、精密な作業を要求されるマイクロサージャリーでは、リンクの移動誤差が累積する分大きくなるなどの、シリアルリンク機構特有の欠点が手術の実行に大きく影響するため、従来のマニピュレータのマイクロサージャリーへの応用は極めて難しかった。
　このような事情もあり、マイクロサージャリーに適用できるような精密な動きを実現したマニピュレータはこれまで実用化されておらず、マイクロサージャリーの分野では、マニピュレータを含む手術用システムは、術者に代わって手術を実行する用途では採用できず、術者の負担軽減を図ることができない、という課題を有していた。
　本発明は前記課題を解消するためになされたもので、マスタの操作で作動するスレーブマニピュレータに複数自由度のパラレルリンク機構を採用して、マイクロサージャリー等の微細作業に対応した精細な動作を可能とし、遠隔操作で作業に係る動作を適切に行わせて効率よく作業支援が行え、作業者の負担を軽減可能な微細作業支援システム、及びこれに用いる微細作業用マニピュレータを提供することを目的とする。
　本発明に係る微細作業システムは、マスタスレーブ方式のマニピュレータを有し、当該マニピュレータのマスタ部に対する使用者の操作入力に対応して、スレーブ部が作業対象に対し微細作業に係る所定動作を実行する、微細作業支援システムにおいて、前記作業対象を撮像する撮像部と、当該撮像部で取得された作業対象の画像を拡大して使用者に視認可能に表示する表示部とを備え、前記スレーブ部が、作業対象の存在する空間における所定箇所に支持されるベースと、作業対象又は作業用器具を取り扱うエンドエフェクタと、前記ベースとエンドエフェクタ間に並列に配置される複数のリンクとを有して、エンドエフェクタの位置及び向きをベースに対し所定範囲内で可変とする、３以上の複数自由度のパラレルリンク機構を備えてなり、当該パラレルリンク機構が、ベースに支持された複数のリニアアクチュエータで各リンクごとにリンク一端部を直線移動させて、各リンク他端部と連結したエンドエフェクタを動かすものとされ、前記エンドエフェクタが、パラレルリンク機構によるエンドエフェクタ全体の動きとは別の、１又は複数自由度の動きで作業対象又は作業用器具の取り扱いを実行する先端作動部と、当該先端作動部の前記作業対象又は作業用器具を取り扱う動きを発生させる液圧駆動機構とを有し、前記マスタ部が、使用者の操作を受ける操作入力部と、前記パラレルリンク機構と同じ自由度で操作入力部を移動可能に支持しつつ、操作入力部の位置及び向きの情報を複数のセンサで取得可能とする支持機構部とを有し、前記操作入力部が、操作入力部全体を動かす操作とは独立した使用者の所定の操作に対応して作動液の液圧変化を生じさせる入力機構を有すると共に、当該入力機構とスレーブ部のエンドエフェクタにおける液圧駆動機構とを、管を通じて作動液を流通可能として接続され、前記液圧駆動機構が、操作入力部における使用者の前記入力機構の操作に伴う作動液の液圧変化を受けて、前記先端作動部を作動させるものである。
　このように本発明によれば、マスタスレーブマニピュレータのスレーブ部における、固定側のベースに対しエンドエフェクタを可動とするリンク機構として、複数自由度のパラレルリンク機構を用い、且つ、ベースに支持される複数のリニアアクチュエータで各リンク一端部を移動させてエンドエフェクタを動かすようにし、マスタ部の操作入力部の位置や向きを変化させる使用者の操作に応じて、スレーブ部のリニアアクチュエータを作動させ、エンドエフェクタの位置及び向きを変えることにより、誤差が累積しにくい簡略で剛性の高いリンク機構でエンドエフェクタの精密な動きを実現可能とし、表示された撮像画像を見ながらの使用者の遠隔操作でも、エンドエフェクタに例えばマイクロサージャリー等の微細作業に係る諸動作を行わせることができ、熟練した作業者の手技と同等の動作を再現可能としつつ、作業性を向上させて使用者の負担を軽減できる。
　また、エンドエフェクタのうち、実際に微細な作業対象又は作業用器具の取り扱いを実行する先端作動部を、液圧駆動で作動するものとし、操作入力部における入力機構への使用者の操作を、液圧変化としてエンドエフェクタ側に伝えて、先端作動部を動かすことにより、操作入力部とエンドエフェクタ間に流通する作動液を介して、使用者の操作力にほぼ比例した駆動力で先端作動部を動かすことができると共に、先端作動部に加わる反力を液圧伝達系統を介して入力機構側にフィードバックでき、先端作動部が任意の物体に接している状態を使用者が入力機構の操作感から適度に感じ取りながら、先端作動部で微細な作業対象や作業用器具に対し過大な力を加えることなくこれらを取り扱うことができ、操作性に優れ、微細作業を安全に進められる。さらに、先端作動部を液圧駆動とすることで、先端作動部にはモータ駆動の場合のような力検出用のセンサを設けずに済むこととなり、センサの較正等の煩わしい作業を不要にする他、エンドエフェクタの小型化が可能となり、例えば手術使用時のエンドエフェクタに対する滅菌作業も容易となる。
　また、本発明に係る微細作業システムは必要に応じて、前記スレーブ部のリニアアクチュエータが、コイルを可動子の一部とすると共に、永久磁石を固定子の一部とする、コイル可動型のリニアモータとされ、前記可動子が、前記ベースに対して直線移動可能として配設される直動スライダと、当該直動スライダに一体に取り付けられる円筒状配置のコイルとを有し、当該コイルが、コイル軸方向をスライダ移動方向と平行とする向きで配置され、前記固定子が、前記コイルより短い円筒状の永久磁石を有し、当該永久磁石が、コイルと筒軸方向を一致させ、且つコイルが永久磁石の筒内空間部分を移動可能に貫通する配置状態として、前記ベースに固定されるものである。
　このように本発明によれば、スレーブ部のリニアアクチュエータをリニアモータとし、これらリニアモータのコイルを可動子の一部として直動スライダと一体に直線移動可能に配設すると共に、永久磁石を固定子の一部としてその内部をコイルが貫通するようにして固定配置することにより、アクチュエータとして部品点数及び機械的な可動部分が少ないリニアモータを採用し、摺動や転動を伴う接触部分を減らして摩擦抵抗が抑えられる分、このリニアモータからなるアクチュエータを作動させて各リンク一端部を移動させ、エンドエフェクタを動かす際の応答性に優れる上、駆動に要する電力消費を抑えられることとなる。また、周囲に及ぼす磁場の影響がコイルより大きい永久磁石を固定子として、必要最小限の配置とする一方、磁場の周囲への影響が比較的少ないコイルを可動子として動かすことで、リニアモータを作動させてリンクを動かす際に、複数のリニアモータ同士の磁気的干渉によるリニアモータの作動異常を抑制でき、より精度よくリニアモータを作動させて、エンドエフェクタを所望の位置及び向きとした状態が得られる。
　また、本発明に係る微細作業システムは必要に応じて、前記リニアアクチュエータとしての各リニアモータが、それぞれ可動子移動方向を互いに平行としつつ、当該可動子移動方向と平行となる所定の仮想中心線の周りに、可動子のうちコイルが最も前記仮想中心線に近い側となる配置で並べられて、ベースに配設されてなり、各リニアモータが、コイルの周囲で且つコイル可動範囲にわたって配置される所定断面形状の磁気シールド部材をそれぞれ有して、少なくとも各コイルを他のコイルに対し磁気シールド部材で遮蔽するものである。
　このように本発明によれば、スレーブ部のリニアアクチュエータをなす各リニアモータを、各可動子の移動方向が平行となるようにして所定の仮想中心線の周りに並べて配置し、且つ可動子のコイルをリニアモータ群の中央寄りに集めた状態とすることにより、複数のリニアモータにおける可動子のコイルを仮想中心線寄りにまとめる一方、コイルと一体の直動スライダをその外側に配置して、全体としてコンパクトな構造とすることができ、作業対象近傍にスレーブ部を複数配置可能として、複数のスレーブ部の連係作業による微細作業の効率化が図れるほか、コンパクト化に伴ってスレーブ部の周囲に作業者の作業可能な空間を設けることができ、スレーブ部と作業者との共同作業による微細作業の安全性、信頼性の向上も期待できる。さらに、各リニアモータのコイル周囲に磁気シールド部材を配設することで、複数のリニアモータのコイル同士を近接配置しても、リニアモータ作動時にコイルに生じる磁場による他のリニアモータへの影響を確実に防止でき、スレーブ部のコンパクト化と、リニアモータの高精度の作動によるエンドエフェクタの正確な動作を両立できる。
　また、本発明に係る微細作業システムは必要に応じて、前記スレーブ部のパラレルリンク機構が、リニアアクチュエータ及びリンクを６つ以上並列配置した、６自由度以上の機構とされるものである。
　このように本発明によれば、スレーブ部のパラレルリンク機構を６自由度以上のリンク機構とすることにより、手の動作とほぼ同じ動作をエンドエフェクタで再現でき、エンドエフェクタに微細作業に係る動作を適切に行わせることができ、効率よく微細作業を進められる。
　また、本発明に係る微細作業システムは必要に応じて、前記スレーブ部のエンドエフェクタが、パラレルリンク機構における複数のリンク他端部と連結している連結部分に対して、少なくとも前記先端作動部を含む所定範囲部分を分離交換可能とされるものである。
　このように本発明によれば、スレーブ部のエンドエフェクタにおけるリンクとの連結部分を除く前記所定範囲部分を分離交換可能として、必要に応じて前記部分を交換してエンドエフェクタに別の機能を付与できることにより、作業中に作業過程や用途に応じてエンドエフェクタの前記所定範囲部分を一又は複数回交換して、状況に応じた動作を行わせることができ、微細作業として一連に行う各種作業の能率を高められる。
　また、本発明に係る微細作業システムは必要に応じて、前記エンドエフェクタの連結部分に対し分離交換可能な前記所定範囲部分を除くスレーブ部全体を覆うシート状のカバーを設け、エンドエフェクタの前記所定範囲部分を、カバー配設状態でも前記継手部分に着脱可能とするものである。
　このように本発明によれば、スレーブ部における、実際に作業対象に近接するエンドエフェクタの前記所定範囲部分以外の部位を覆うカバーを設けて、このカバーで、エンドエフェクタの前記所定範囲部分及び作業対象のある領域から、スレーブ部他部のある領域を隔離することにより、例えば手術等への適用の際に、可動機構の存在により滅菌作業ができず清浄性を確保しにくいスレーブ部他部を菌等を通過させないカバーで覆って、これらの部位からの菌等の侵入を確実に防ぐ一方、比較的簡略な構造とされて滅菌処理が可能であるエンドエフェクタの前記所定範囲部分に対しては、スレーブ部他部の可動機構に影響を与えることなく、手術対象や手術用器具を実際に取り扱う部分として確実に滅菌等処理を施すことができ、手術対象のある領域の清浄性を確保できる。
　また、本発明に係る微細作業システムは必要に応じて、前記操作入力部の入力機構が、使用者の操作に伴って往復動する内蔵ピストンの動きに対応してシリンダ内部の作動液室の容積が変化する液圧シリンダ機構を備え、当該液圧シリンダ機構が、内蔵ピストンの動きに合わせて変形しつつ、シリンダ内部を内蔵ピストンのある領域と作動液室とに区画し、内蔵ピストンと作動液室間の液密状態を維持するローリングダイアフラムを有するものである。
　このように本発明によれば、操作入力部の入力機構としてローリングダイアフラムを内蔵する液圧シリンダ機構を配設し、使用者の操作に伴って液圧シリンダ機構の内蔵ピストンが動くのに対応してローリングダイアフラムが変形しながら、シリンダ内部における内蔵ピストンと作動液室との間の液密状態を保持して、内蔵ピストンと作動液との間で圧力を損失なく伝達させることにより、シリンダ内部の液密状態を確保しつつ内蔵ピストンを動かす際の摩擦抵抗を抑えて、入力機構の操作で内蔵ピストンをスムーズに動かして液圧を変化させられ、使用者は入力機構を軽い力で容易に操作でき、操作性向上が図れる。
　また、本発明に係る微細作業システムは必要に応じて、前記マスタ部の支持機構部が、使用者の操作入力部を移動させようとする操作力に対し反力としての制動力を発生可能とする制動部を有し、当該制動部が、使用者の操作入力部への操作に対応して動かされるスレーブ部のエンドエフェクタが可動限界位置に達した場合に、マスタ部の操作入力部をスレーブ部側の可動限界の外に対応する領域に動かそうとするさらなる操作に対し、所定の制動力を付与するように作動するものである。
　このように本発明によれば、マスタ部の支持機構部に、操作入力部を移動させようとする操作力に対し制動力を発生させる制動部を設け、スレーブ部のエンドエフェクタが可動限界位置に至ると、マスタ部の操作入力部をエンドエフェクタの可動限界の外に対応する領域にさらに動かそうと操作した場合に、制動部を作動させて、操作入力部の動かそうとする操作力に対し抵抗となる制動力を付加し、操作入力部を操作する使用者に対し抵抗力を感じ取らせて注意を喚起することにより、マスタ部を操作中の使用者に、エンドエフェクタが可動限界まで移動してそれ以上先に動かせないことを確実に認識させられ、操作入力部を過剰に移動させずに済むこととなり、使用者は操作入力部を効率よく操作でき、操作入力部を介して行う微細作業の能率を高められる。
　また、本発明に係る微細作業用マニピュレータは、人に代わって作業対象に対し微細作業に係る所定動作を実行する微細作業用のマニピュレータにおいて、作業対象の存在する空間における所定箇所に支持されるベースと、作業対象又は作業用器具を取り扱うエンドエフェクタと、前記ベースとエンドエフェクタ間に並列に配置される複数のリンクとを有して、エンドエフェクタの位置及び向きをベースに対し所定範囲内で可変とする、３以上の複数自由度のパラレルリンク機構を備え、当該パラレルリンク機構が、ベースに支持された複数のリニアアクチュエータで各リンクごとにリンク一端部を直線移動させて、各リンク他端部と連結したエンドエフェクタを動かすものとされ、前記エンドエフェクタが、パラレルリンク機構による全体の動きとは別の、１又は複数自由度の動きで作業対象又は作業用器具の取り扱いを実行する先端作動部と、当該先端作動部の前記作業対象又は作業用器具を取り扱う動きを発生させる液圧駆動機構とを有し、前記液圧駆動機構に対し外部から作動液の液圧変化を与えて、前記先端作動部の前記作業対象又は作業用器具を取り扱う動きを生じさせるものである。
　このように本発明によれば、マニピュレータにおける固定側のベースに対しエンドエフェクタを可動とするリンク機構として、複数自由度のパラレルリンク機構を用い、且つ、ベースに支持される複数のリニアアクチュエータで各リンク一端部を移動させてエンドエフェクタを動かすようにし、エンドエフェクタの位置や向きに係る所定の指示設定に対応して、リニアアクチュエータを作動させ、エンドエフェクタの位置及び向きを変えることにより、誤差が累積しにくい簡略で剛性の高いリンク機構でエンドエフェクタの精密な動きを実現可能とし、エンドエフェクタに微細作業で要求されるような微細で正確な諸動作を行わせることができる。
本発明の一実施形態に係る微細作業支援システムのブロック図である。 本発明の一実施形態に係る微細作業支援システムにおけるマスタ部の概略斜視図である。 本発明の一実施形態に係る微細作業支援システムのマスタ部における操作入力部のレバー部解放状態説明図である。 本発明の一実施形態に係る微細作業支援システムのマスタ部における操作入力部のレバー部挟持状態説明図である。 本発明の一実施形態に係る微細作業支援システムにおけるスレーブ部の概略斜視図である。 本発明の一実施形態に係る微細作業支援システムのスレーブ部におけるリニアアクチュエータ部分の概略斜視図である。 本発明の一実施形態に係る微細作業支援システムのスレーブ部におけるリニアアクチュエータ部分の一部切欠正面図である。 本発明の一実施形態に係る微細作業支援システムのスレーブ部におけるベースの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る微細作業支援システムのスレーブ部におけるリニアアクチュエータのうちリニアモータ固定子及び磁気シールド部材の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る微細作業支援システムのスレーブ部におけるリニアアクチュエータのうちリニアモータ可動子の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る微細作業支援システムのスレーブ部におけるリニアアクチュエータの可動子最大進出状態説明図である。 本発明の一実施形態に係る微細作業支援システムのスレーブ部におけるリニアアクチュエータの可動子後退状態説明図である。 本発明の一実施形態に係る微細作業支援システムのスレーブ部におけるエンドエフェクタ及びリンクの概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る微細作業支援システムのスレーブ部におけるリンクの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る微細作業支援システムのスレーブ部におけるエンドエフェクタの先端作動部取付け状態説明図である。 本発明の一実施形態に係る微細作業支援システムのスレーブ部におけるエンドエフェクタの先端作動部取外し状態説明図である。 本発明の一実施形態に係る微細作業支援システムのスレーブ部におけるエンドエフェクタ先端作動部の鉗子部分開状態説明図である。 本発明の一実施形態に係る微細作業支援システムのスレーブ部におけるエンドエフェクタ先端作動部の鉗子部分閉状態説明図である。 本発明の一実施形態に係る微細作業支援システムのスレーブ部におけるエンドエフェクタの第一の向き調整動作状態説明図である。 本発明の一実施形態に係る微細作業支援システムのスレーブ部におけるエンドエフェクタの第二の向き調整動作状態説明図である。
　以下、本発明の一実施形態に係る微細作業支援システムを前記図１ないし図２０に基づいて説明する。本実施形態では、微細作業としてのマイクロサージャリーに対応した手術支援用のシステム例について説明する。
　前記各図において本実施形態に係る微細作業支援システム１は、マスタスレーブ方式のマニピュレータであるマスタ部１０及びスレーブ部２０と、手術対象を撮像する撮像部３０と、この撮像部３０で取得された手術対象の画像を拡大して使用者に視認可能に表示する表示部４０と、使用者により動かされるマスタ部１０に対応させてスレーブ部２０を動かす制御を行う制御部５０とを備える構成である。
　前記マスタ部１０は、使用者の操作を受ける操作入力部１１と、この操作入力部１１を移動可能に支持しつつ、操作入力部１１の位置及び向きの情報を取得可能とする支持機構部１２とを備える構成である。
　前記操作入力部１１は、手指で持てる大きさの略棒状体で形成され、支持機構部１２の端部に連結されて位置及び向きを可変として支持される構成である（図２参照）。この操作入力部１１は、操作入力部１１全体を動かす操作とは独立した、使用者の操作入力部１１の一部を動かす所定の操作に対応して作動液の液圧変化を生じさせる入力機構１３を備える構成である。
　この操作入力部１１には、入力機構１３以外の他の入力手段（例えば、スイッチなど）を設けるようにしてもよく、操作入力部１１全体を動かす操作中に、例えば、撮像部や表示部の操作、マスタ部移動量に対するスレーブ部移動量の比率の切替え、手術対象に対する視点の切替え、操作対象とするスレーブ部の切替え、先端作動部としてのエネルギーデバイスの使用開始と終了、エンドエフェクタから洗浄水を吐出する、などの操作指示も可能となる。
　入力機構１３は、操作入力部１１外周部の対向する二箇所にそれぞれ一部露出する配置として取り付けられ、使用者の二つの指で挟むようにして操作入力部内方へ押す操作により各々揺動可能とされる一対のレバー部１３ａと、操作入力部１１に内蔵され、レバー部１３ａの動きに連動するロッド１３ｃ及びピストン１３ｄの移動に伴って作動液（例えば、水や油など）の液圧変化を生じさせる液圧シリンダ部１３ｂと、使用者のレバー部１３ａを押さえる操作によるロッド１３ｃ移動に伴って押し縮められる一方、使用者がレバー部１３ａを解放した場合には、弾性復元力によりロッド１３ｃを動かしてレバー部１３ａを当初位置に復帰させるように付勢可能として、操作入力部１１に内蔵されるばね１３ｅとを有する構成である。
　液圧シリンダ部１３ｂは、使用者のレバー部１３ａ操作に伴って往復動するピストン１３ｄの動きに対応して、シリンダ内部の作動液室１３ｆの容積が変化することで（図３、図４参照）、作動液の液圧変化を与えるものである。この液圧シリンダ部１３ｂのピストン１３ｄと作動液室１３ｆ間には、ピストン１３ｄの動きに合わせて変形しつつ、シリンダ内部をピストン１３ｄのある領域と作動液室１３ｆとに区画し、ピストン１３ｄと作動液室１３ｆ間の液密状態を維持するローリングダイアフラム１３ｇが設けられる。
　そして、この入力機構１３の液圧シリンダ部１３ｂと、スレーブ部２０側に設けられる所定の液圧駆動機構２８とが、管６０を通じて作動液を流通可能として接続されることとなる。
　液圧シリンダ部１３ｂにローリングダイアフラム１３ｇが内蔵され、作動液室１３ｆの液密状態を確保しつつ、ピストン１３ｄをシリンダ内で抵抗なくスムーズに動かせることで、使用者は入力機構１３のレバー部１３ａを軽い力で容易に操作でき、操作性に優れる。
　前記支持機構部１２は、複数のリンク１２ａを、各々隣接する他リンクに対する回転を許容する１自由度の継手で相互に連結して、６自由度を有するシリアルリンク機構とされ、操作入力部１１を、少なくともスレーブ部２０のエンドエフェクタ可動範囲より広い所定範囲での自由な位置及び向きの変化を許容しつつ支持するものである。支持機構部１２におけるリンク間の各継手ごとに、前記センサとしてリンクごとの相対回転量を検出するエンコーダ部１２ｂ、及び、使用者の操作力に対し必要に応じて反力としての制動力を発生させる制動部１２ｃが設けられる。
　こうして、支持機構部１２は、後述するスレーブ部２０のパラレルリンク機構と同じ６自由度で操作入力部１１を移動可能に支持しつつ、その自由度に対応した操作入力部１１の位置及び向きの情報を各エンコーダ部１２ｂの出力信号として取得可能としている。これにより、使用者が操作入力部１１を操作すると、制御部５０が、各エンコーダ部１２ｂの出力信号に基づき、スレーブ部２０のエンドエフェクタ２２が目標の位置及び向きとなるようにする各アクチュエータの作動制御を実行する。そして、各アクチュエータの作動により、エンドエフェクタ２２を操作入力部１１の位置及び向きの変化に対応した所望の位置及び向きとなるように動かせる仕組みである。
　また、支持機構部１２は、各リンク１２ａを連結する継手ごとに、エンコーダ部１２ｂと共に、使用者の操作入力部１１を移動させようとする操作力に対し制動力を発生可能とする制動部１２ｃを有する（図２参照）。各制動部１２ｃは、詳細には、操作による操作入力部１１の移動を生じさせるような各継手におけるリンク１２ａの相対回転、を抑制する向きの相対的な力をそれぞれ発生させることとなる。この制動部１２ｃは、例えば公知の電磁クラッチとダンパの組合せからなり、通常は継手から切り離されているダンパを、クラッチへの通電により継手と接続して、ダンパによる制動をリンク間の相対回転に作用させるものである。
　使用者の操作入力部１１を動かす操作に対応してエンドエフェクタ２２が動作を行っている中で、使用者の操作に応じて動いたスレーブ部２０のエンドエフェクタ２２が、リンク２３又はリニアアクチュエータ２４の機構的な制約に基づく可動限界位置に達すると、それを検出、判定した制御部５０が、操作入力部１１をスレーブ部側の可動限界の外に対応する領域にさらに動かそうとする使用者の継続的な操作に対し、制動部１２ｃを作動させ、ダンパによる制動が負荷抵抗として加わるようにする仕組みである。制動により操作入力部１１を操作中の使用者に注意を喚起して、あらためてエンドエフェクタ２２をそれ以上先に動かせない点を認識させ、操作入力部１１をさらに先へ移動させようとするなどの使用者の無駄な操作を行わせないようにすることができ、操作の効率化を図れる。
　前記スレーブ部２０は、手術対象の存在する空間における所定箇所にスタンド等を介して支持されるベース２１と、手術対象又は手術用器具を取り扱うエンドエフェクタ２２と、前記ベース２１とエンドエフェクタ２２間に並列に配置される六つのリンク２３と、ベース２１に支持されて各リンク２３を動かす六つのリニアアクチュエータ２４とを備える構成である（図５参照）。
　これらスレーブ部２０をなすベース２１、エンドエフェクタ２２、リンク２３、及びリニアアクチュエータ２４が、各リンク２３ごとにリニアアクチュエータ２４でリンク一端部を直線移動させて、各リンク他端部と連結したエンドエフェクタ２２を動かす仕組みの、６自由度のパラレルリンク機構を構成している。
　このパラレルリンク機構は、手術対象又は手術用器具を取り扱うエンドエフェクタ２２の位置及び向きをベース２１に対し所定範囲内で可変とするものであるが、６自由度を有することで、先端のエンドエフェクタ２２に手で支持する場合と同等の動きを与えられる。
　前記ベース２１は、リニアアクチュエータ２４の二つを一組として取り付ける取付部分を外周に対称に三箇所有する正面視略三角形状の枠体であり（図７参照）、リニアアクチュエータ等を可動状態で、且つそれらの作動の反動による変形等の影響を受けることなく支持可能な、剛性の高い材質で形成される構成である。このベース２１自体は手術対象の存在する空間の所定箇所に固定支持される。
　前記リニアアクチュエータ２４は、コイル２５ｂを可動子２５の一部とすると共に、永久磁石２６ｂを固定子２６の一部とする、コイル可動型のリニアモータとされる構成である。
　前記可動子２５は、ベース２１に対し直線移動可能に配設される略レール状の直動スライダ２５ａと、この直動スライダ２５ａに対しスライダ移動方向と平行となる向きで一体に取り付けられる細い円筒状配置のコイル２５ｂと、このコイル２５ｂの取り付けられる側と反対側となる直動スライダ２５ａの所定部位にスライダ移動方向と平行となる向きで一体に取り付けられるリニアスケール２５ｃとを備える構成である（図１０参照）。この可動子２５における直動スライダ２５ａの先端に、リンク２３の一端部が連結固定され、このリンク２３の一端部が直動スライダ２５ａをはじめとする可動子２５と共に直線移動することとなる。
　前記固定子２６は、可動子２５の直動スライダ２５ａを案内用ローラ等を介して直線移動可能に挟持しつつ、ベース２１の外周に取り付けられるガイド部２６ａと、前記コイル２５ｂより太く且つ短い円筒状に形成され、ベース２１内に取り付けられる永久磁石２６ｂと、前記リニアスケール２５ｃに対向するようにガイド部２６ａに取り付けられ、リニアスケール変位として可動子の移動量を検出するセンサ部２６ｃとを備える構成である。
　この固定子２６では、ベース２１内に取り付けられる円筒状の永久磁石２６ｂ（図８参照）が、可動子２５のコイル２５ｂと筒軸方向を一致させ、且つコイル２５ｂが永久磁石２６ｂの筒内空間部分を移動可能に貫通する配置状態とされる。
　このようにリニアアクチュエータ２４をリニアモータとしていることで、ボールねじなどの他の直動機構と比べて、機械的な可動部分を削減できる上、摺動や転動を伴う接触部分を減らすことができ、バックラッシも生じさせず、機構としての信頼性を高めると共に、摩擦抵抗を減らして駆動に要する電力消費を抑えられることとなる。
　可動子２５及び固定子２６からなるリニアモータである各アクチュエータ２４は、ベース２１に対し、それぞれ可動子移動方向を互いに平行としつつ、この可動子移動方向と平行となり、且つベース２１の中心を通る所定の仮想中心線の周りに、固定子２６の永久磁石２６ｂ及び可動子２５のコイル２５ｂが最も前記仮想中心線に近い側となり、且つ仮想中心線の周りで各永久磁石２６ｂ同士及び各コイル２５ｂ同士が等間隔となる配置で、並べて配設された状態となっている。
　この他、各リニアアクチュエータ２４においては、固定子をなす永久磁石２６ｂの軸方向両側の、コイル２５ｂの移動経路の周囲で且つコイル移動範囲にわたる所定部位に、それぞれ磁気シールド部材２６ｄが固定配設される。これら磁気シールド部材２６ｄで、可動子２５のコイル２５ｂを、近くに位置する他のコイルに対し磁気遮蔽する仕組みである。
　各磁気シールド部材２６ｄは、鋼等の磁性のある金属材で形成され、円筒体の一部をスリット状に切欠くと共に、この切欠き部分の周縁のうち円筒軸方向に平行な縁部に、細長い板材を円筒外方へ起立状態として連結一体化した構造を有するものである。磁気シールド部材２６ｄは、直線移動するコイル２５ｂの移動経路に沿ってコイルより長くして配設され、コイル２５ｂと直動スライダ２５ａ間に挟まれる箇所に開放したスリット部分を位置させており、こうしてシールド部材の一部をスリット状に開放していることで、コイル相互間の磁気的影響を抑えるシールド性能を確保しつつ、コイル２５ｂ端部の直動スライダ２５ａとの連結用ブラケット２５ｄを無理なく通して、コイル２５ｂを直動スライダ２５ａと一体に移動可能とする構成である。
　なお、固定子２６をなす永久磁石２６ｂは、その筒内空間部分を貫通して一組のリニアモータをなすコイル２５ｂ以外の他コイルにも近付いた配置となっているが、固定される永久磁石２６ｂは、コイル２５ｂとは異なり磁場の変動がないことから、前記他の各コイル２５ｂの移動に対し磁気的影響を与えるものとはならない。
　この他、ベース２１周囲に複数配設した各リニアアクチュエータ２４の外側には、板状の磁気シールド部材２６ｅ、２６ｆが、ほぼコイル移動範囲にわたる配置として固定配設される。これら磁気シールド部材２６ｅ、２６ｆは、永久磁石２６ｂにより発生している固定磁場を主に外部に対し遮蔽するものであり、例えば注射針などの磁性体製器具が各リニアアクチュエータ２４に吸着されないようにすることができる。
　リニアアクチュエータ２４をなすリニアモータについては、可動子２５のコイル２５ｂを、前記仮想中心線に近い、配置の中心寄りとすると共に、可動子２５の直動スライダ２５ａをその外側に位置させ、さらに外側にリニアスケール２５ｃが位置するようにして、可動子２５の移動量を検出するセンサ部２６ｃをアクチュエータ２４群の最外周部分に位置させ、各コイル２５ｂから離隔させることに加え、板状のシールド部材２６ｅより外側に配置することで、コイル２５ｂ及び永久磁石２６ｂからセンサ部２６ｃへの磁気的影響も抑えられる。
　また、リニアアクチュエータ２４をなす各リニアモータの可動子２５及び固定子２６を前記仮想中心線周りに並べた配置とすると共に、各コイル２５ｂ周囲に磁気シールド部材２６ｄを配設し、さらに外側に磁気シールド部材２６ｅ、２６ｆを配設していることで、スレーブ部２０のリニアアクチュエータ部分をコンパクトな構造にまとめつつ、このリニアアクチュエータ部分全体で漏洩磁束低減を実現できる。
　前記リンク２３は、剛性が高く変形しない略棒状の二つの部材を長手方向に連結して組み合わせた棒状体の両端に、リニアアクチュエータ２４やエンドエフェクタ２２と連結するための複数自由度の継手２３ａ、２３ｂをそれぞれ配設した構成である。このリンク２３では、前記棒状体をなす略棒状部材同士は互いに回転可能に連結しており、リンク２３の一端寄り部分と他端寄り部分との間には、互いに長手方向と平行な軸回りの回転の自由度を付与した構造である。
　リンク２３の一端部の継手２３ａは、互いに直交する二つの軸回りの各回転の自由度を有する構造を有して、リニアアクチュエータ２４の直動スライダ２５ａ端部に連結される。また、リンク２３の他端部の継手２３ｂは、前記同様の互いに直交する二つの軸回りの各回転の自由度を有する構造を有して、エンドエフェクタ２２と連結される（図１３参照）。
　リンク２３の一端寄り部分と他端寄り部分との間に回転の自由度を付与していることと、リンク２３両端部における二つの回転の自由度を有する各継手２３ａ、２３ｂによる連結とにより、各リンク２３は、連結されるリニアアクチュエータ２４やエンドエフェクタ２２に対し、球継手を用いて連結した場合と同様に自由に向きを変化させることができる。そして、こうしたリンク２３をリニアアクチュエータ２４とエンドエフェクタ２２間に配置するリンク機構を、六つのリンク２３を並列させたパラレルリンク機構としていることで、ベース２１に対し、エンドエフェクタ２２の位置及び向きの変化に係る様々な動きを、人の手でエンドエフェクタ２２を支持した場合と同様の、互いに直交する三つの軸方向への移動の３自由度と、前記三つの軸回りの各回転の３自由度とを合わせた６自由度で許容できる仕組みである。
　前記エンドエフェクタ２２は、六つのリンク２３における他端部の継手２３ｂと連結されて可動状態で支持され、手術対象又は手術用器具の取り扱いを実行可能とされるものである。詳細には、このエンドエフェクタ２２は、パラレルリンク機構による全体の動きとは別の、１自由度の開閉する動きで手術対象又は手術用器具の取り扱いを実行する先端作動部２７と、この先端作動部２７の前記手術対象又は手術用器具を取り扱う動きを発生させる液圧駆動機構２８と、パラレルリンク機構をなす六つのリンク２３他端部と連結している継手連結部２９とを有する構成である（図１３参照）。
　このうち、先端作動部２７は、液圧駆動機構２８に対し着脱可能に取り付けられており（図１５、図１６参照）、リンク２３他端部と連結する継手連結部２９及びこれと一体の液圧駆動機構２８に対して分離交換可能とされる。
　こうして、エンドエフェクタ２２において、実際に手術対象又は手術用器具の取り扱いを実行する先端作動部２７のみを、手術対象や状況に対応したものに容易に交換可能とすることで、手術に係る作業を効率よく進められる仕組みである。
　前記先端作動部２７は、具体的には、開閉して手術対象又は手術用器具を挟持可能な鉗子部分をなす二つの末端部分を有する略円錐形状とされ、液圧駆動機構２８に着脱可能として取り付けられるものである。この先端作動部２７は、開閉する鉗子部分と連動して直線移動可能とされるロッド部２７ａを有しており、このロッド部２７ａを液圧駆動機構２８で動かすことで鉗子部分を開閉可能とされる。
　エンドエフェクタ２２の交換可能な先端作動部２７としては、鉗子の他、剪刀（はさみ）、ピンセット、持針器、バイポーラ（高周波通電凝固器具）、ディスポーザブル（使い捨て）鉗子等が挙げられる。この他、先端作動部としては、手術に係る作業の実行にあたり、リニアアクチュエータによるエンドエフェクタ全体としての動きで足り、液圧駆動機構による独自の作動を要しないもの、例えば、電気メス（いわゆるモノポーラ）なども交換使用できる。
　前記液圧駆動機構２８は、直線移動可能に支持されるロッド２８ｂ及びピストン２８ｃを作動液の液圧変化に対応させて往復動させる液圧シリンダ部２８ａと、この液圧シリンダ部２８ａへの作動液供給による液圧増加に伴って押し縮められる一方、液圧が解放された場合には、弾性復元力によりロッド２８ｂ及びピストン２８ｃを当初位置に復帰させるよう付勢可能として、液圧駆動機構２８に内蔵されるばね２８ｄとを有する構成である（図１７、図１８参照）。この液圧駆動機構２８に先端作動部２７を取り付けると、先端作動部２７のロッド部２７ａに液圧駆動機構２８のロッド２８ｂが連結し、連動して先端作動部２７の鉗子部分に液圧シリンダ部２８ａの液圧変化に応じた動きを伝えられる仕組みである。
　液圧シリンダ部２８ａは、外部から与えられる作動液の液圧変化によりシリンダ内部の作動液室２８ｅの容積を変化させてピストン２８ｃを動かし、このピストン２８ｃの動きをロッド２８ｂを介して先端作動部２７のロッド部２７ａに伝えて、鉗子部分の開閉動作を生じさせるものである（図１７、図１８参照）。この液圧シリンダ部２８ａのピストン２８ｃと作動液室２８ｅ間には、ピストン２８ｃの動きに合わせて変形しつつ、シリンダ内部をピストン２８ｃのある領域と作動液室２８ｅとに区画し、ピストン２８ｃと作動液室２８ｅ間の液密状態を維持するローリングダイアフラム２８ｆが設けられる。
　このエンドエフェクタ２２の液圧駆動機構２８が、その液圧シリンダ部２８ａとマスタ部側の入力機構１３における液圧シリンダ部１３ｂとを管６０で接続され、作動液を流通可能とされており、操作入力部１１における使用者の前記入力機構１３の操作に対応した作動液の液圧変化が管を通じてエンドエフェクタ２２側に伝えられることによって、先端作動部２７の手術対象又は手術用器具を取り扱う動きを生じさせる仕組みである。
　この他、エンドエフェクタ２２の他部分に対し分離交換可能な先端作動部２７を除く、スレーブ部全体を覆うシート状の抗菌性のカバーを設けると共に、エンドエフェクタの先端作動部２７を、例えば磁石等を用いて、カバー配設状態でも液圧駆動機構２８に着脱可能とするようにしてもよい。
　このようなカバーを設ける場合、滅菌が可能で清浄性を確保できる先端作動部２７、及び手術対象のある領域から、先端作動部２７以外のスレーブ部のある領域、すなわち、各種可動機構や通電部分の存在により滅菌作業ができず清浄性を確保しにくい領域、をカバーで空間として確実に分離することで、手術対象のある領域の清浄性を確保できる。
　なお、エンドエフェクタ２２は、先端作動部２７を液圧駆動機構２８に対し着脱可能とする構成としているが、この他、先端作動部２７と液圧駆動機構２８を一体に取り扱い、これらを継手連結部２９に対して着脱可能として、パラレルリンク機構をなす六つのリンク２３他端部と連結している継手連結部に対して、前記先端作動部及び液圧駆動機構を含む先端側部分を分離交換できるようにする構成とすることもでき、前記同様に先端作動部を液圧駆動機構ごと、手術対象や状況に対応したものに交換することで、手術に係る作業を効率よく進められる。
　また、こうした先端作動部を着脱可能とする構成に限られるものではなく、エンドエフェクタを継手連結部から先端作動部に至るまで分離できない一体構造として形成する構成としてもかまわない。
　前記撮像部３０は、スレーブ部２０のエンドエフェクタの先端作動部２７及び手術対象を撮像するものであり、例えばスレーブ部２０の上方等でスレーブ部及び手術対象を俯瞰可能として配設される構成である。この撮像部３０は、従来のマイクロサージャリー用顕微鏡で見るのと同様の倍率まで拡大しても再現性を確保できる、高解像度の撮像画像を取得可能な公知のビデオカメラであり、詳細な説明を省略する。
　前記表示部４０は、撮像部３０で取得された手術対象の画像を必要に応じ拡大して使用者に視認可能に表示するものである。この表示部４０は撮像により得られた画像を高解像度で表示可能な液晶ディスプレイなどの公知の表示装置であり、詳細な説明を省略する。
　マスタ部１０の操作入力部１１の操作に応じて動くスレーブ部２０のエンドエフェクタ２２について、使用者は、表示部４０に映る手術対象及びエンドエフェクタを見ながら、表示されるエンドエフェクタ２２が所望の動作を行うように、手で操作入力部１１を操作することとなる。
　前記制御部５０は、使用者がマスタ部１０の操作入力部１１を操作した際の、支持機構部１２の複数のエンコーダ部１２ｂからの出力信号を入力されて、これらの信号に基づいて操作入力部１１の位置及び向きの情報を取得し、スレーブ部２０において、前記操作入力部１１の位置及び向きに対応した所定の目標位置及び向きとなるまでスレーブ部２０のエンドエフェクタ２２を動かすように各リニアアクチュエータ２４の作動制御を実行するものである。
　こうした制御部５０による各リニアアクチュエータ２４の作動制御に伴って、エンドエフェクタ２２を、使用者の操作による操作入力部１１の位置及び向きの変化に追随させて、操作入力部１１と同様の動きを実行するように遠隔で作動させられることとなる。
　制御部５０は、この他、撮像部３０による撮像に係る制御や、表示部４０での表示に係る制御も行っており、例えば、撮像部３０で手術対象を含む所定範囲を適切な倍率で撮像し、得られた画像情報を処理して、手術対象を含む画像を使用者の見やすい形で表示部４０に表示する制御を行う構成とすることもできる。
　ただし、こうした撮像部による撮像に係る制御や、表示部での表示に係る制御については、制御部５０以外で行うようにして、制御部５０では、使用者のマスタ部１０操作に基づいたスレーブ部２０の作動に係る制御のみを実行するようにしてもかまわない。
　そして、制御部５０は、唯一の制御部としてマスタ部やスレーブ部とは独立させて配設される他、マスタ部とスレーブ部のいずれかに並設するようにしてもよく、また、マスタ部とスレーブ部のそれぞれに分散配置されていてもかまわない。
　なお、マスタ部１０の操作入力部に入力機構以外の電気的なスイッチ等操作手段がある場合、制御部はその操作に応じて、スレーブ部又は他の機構を、操作に対応した所定の作動状態とする制御を行うようにしてもかまわない。
　また、前記制御部５０は、シリアルリンク機構をなす支持機構部１２の各エンコーダ部１２ｂからの出力信号の形で操作入力部１１の位置及び向きの情報を取得し、こうした各エンコーダ部１２ｂの出力信号に基づいて、スレーブ部２０のエンドエフェクタ２２が操作入力部１１に対応した位置及び向きとなるように各リニアアクチュエータ２４の作動を制御する構成としているが、これに限らず、マスタ部１０とスレーブ部２０のリンク機構が、同じパラレルリンク機構であるなど、エンコーダ等のセンサの検出対象となるマスタ部側各リンクの相対移動と、スレーブ部側でのアクチュエータの作動による各リンクの移動とが一対一に対応する場合には、制御部で一旦操作入力部の位置及び向きの情報を取得することなく、センサ出力にそのまま対応して各アクチュエータの作動制御を実行して、アクチュエータを作動させ、リンクを動かしてエンドエフェクタを所望の位置や向きに変化させるようにすることもできる。
　次に、本実施形態に係る微細作業支援システムの作動状態について説明する。
　前提として、あらかじめ、スレーブ部２０が、そのエンドエフェクタ２２がリニアアクチュエータ２４を作動させない初期状態で手術対象に向き合うと共に手術対象との間隔が適切なものとなるようにして、そのベース２１を支持用のスタンドやアーム等に支持固定されると共に、撮像部３０が手術対象を撮像可能として設置され、また、表示部４０及びマスタ部１０が、使用者が表示部４０を見ながらマスタ部１０を操作できる状態でそれぞれ机上等の作業スペースに配置されているものとする。
　スレーブ部２０の手術対象に対する位置等の粗調整は、スレーブ部２０のベース２１を支持用のスタンドやアーム等に取り付けて支持した状態で、エンドエフェクタ２２が手術対象に向くと共に手術対象と適切な間隔をなすように人の手でスタンドやアーム等を動かして調整を行い、最後にアーム等を固定状態とすることで最終的に位置決めして調整を完了する構成として、スレーブ部２０全体を動かせる所定の機構をマスタ部で操作するような複雑な構成は採用せず、マスタ部１０による操作をエンドエフェクタ２２のベース２１に対する動きのみを対象とした、簡略で精度を確保しやすい、マイクロサージャリーに適したものとするようにしている。
　使用者は、まず、システムを起動させて、マスタ部１０における操作入力部１１の向きや位置の変化に応じてスレーブ部２０が作動する状態とする。
　この後、使用者は、表示部４０を見ながら、手術対象近傍で操作入力部１１に対応するスレーブ部２０のエンドエフェクタ２２に所望の動きを行わせるように、操作入力部１１を操作する。
　使用者が操作入力部１１を動かすと、支持機構部１２の複数のエンコーダ部１２ｂからの出力信号が制御部５０に入力され、制御部５０で操作入力部１１の位置及び向きが取得される。そして、制御部５０で、この操作入力部１１の位置及び向きの変化に対応するような動きをスレーブ部２０のエンドエフェクタ２２に行わせるための、スレーブ部２０の各リニアアクチュエータ２４の作動制御に係る制御信号を出力する。
　スレーブ部２０では、制御部５０から出力された制御信号に基づいてリニアアクチュエータ２４が作動し、リンク２３一端部を動かす。各リンク一端部が直線移動した結果としての、六つのリンク２３のそれぞれの動きに応じて、エンドエフェクタ２２の位置や向きが変化することとなる（図１９、図２０参照）。
　制御部５０が、リンク２３一端部を動かす各リニアアクチュエータ２４の作動を制御する結果、エンドエフェクタ２２の位置及び向きは、操作入力部１１の操作による位置や向きの変化に追随したものとなる。
　使用者が操作入力部１１を操作してエンドエフェクタ２２を手術対象に対し所望の位置及び向きとする他に、先端作動部２７で手術対象の所定箇所を挟持したり、吻合や縫合用の針などの手術用器具を把持する必要がある場合には、使用者が操作入力部１１における入力機構１３の一対のレバー部１３ａを指で挟むようにして操作すると、管６０を通じて入力機構１３側から液圧駆動機構２８に伝えられる液圧変化により、液圧駆動機構２８が先端作動部２７を作動させる。
　これにより、操作入力部１１全体を移動させる操作に応じたエンドエフェクタ２２の位置や向きを変える作動とは別に、先端作動部２７の鉗子部分が動いて、手術対象の所定箇所を挟持したり、手術用器具を把持する動作が実行される。この先端作動部２７の作動に係る操作に関しては、作動量に応じた所定の反力の変化が、操作入力部１１側へ液圧変化としてフィードバックされ、レバー部１３ａを介して使用者の手指に力覚の変化を与えることで、先端作動部２７の鉗子部分が手術対象の所定箇所を挟持したり、手術用器具を把持する具合を、使用者は入力機構１３への操作を行う手指で大まかに感じ取ることができる。
　使用者は、こうして入力機構１３を操作し、エンドエフェクタ２２の先端作動部２７を動かして、手術対象の血管等を挟持又は解放したり、針等の手術用器具を把持又は解放することができ、表示部４０を見ながら操作入力部１１全体を動かす操作と合わせて、例えば、先端作動部２７で把持した吻合用針を血管接合部分に通すなどの精密な作業を、エンドエフェクタ２２と先端作動部２７をそれぞれ適切に動かして実行させることができる。
　入力機構１３における、手指で直接操作する入力部分としては、操作入力部１１の外周の対向する二箇所に、使用者が操作入力部１１全体を手で操作する状態で、この操作とは別の、二つ以上の指で挟むと共にその挟む力を変化させる入力操作を受けるような、一対のレバー部１３ａを配設している。この一対のレバー部１３ａに対する、二本の指で挟むようにして行う入力操作は、先端作動部２７の実際に手術対象又は手術用器具を挟むように開閉動作する鉗子部分を、直接手指で動かそうとする場合に相当する操作でもあることから、使用者はレバー部１３ａの操作と先端作動部２７の鉗子部分の動きとの対応を理解しやすく、使用者に実際に手で先端作動部２７の鉗子部分をなす二つの末端部を操作し動かすような意識を持たせて操作を行わせることができ、適切な操作を促して先端作動部２７に所望の動きを確実に実行させられる。
　このように、本実施形態に係る微細作業支援システムは、マスタスレーブマニピュレータのスレーブ部２０における、固定側のベース２１に対しエンドエフェクタ２２を可動とするリンク機構として、複数自由度のパラレルリンク機構を用い、且つ、ベース２１に支持される複数のリニアアクチュエータ２４で各リンク一端部を移動させてエンドエフェクタ２２を動かすようにし、マスタ部１０の操作入力部１１の位置や向きを変化させる使用者の操作に応じて、スレーブ部２０のリニアアクチュエータ２４を作動させ、エンドエフェクタ２２の位置及び向きを変えることから、誤差が累積しにくい簡略で剛性の高いリンク機構でエンドエフェクタ２２の精密な動きを実現可能とし、表示された撮像画像を見ながらの使用者の遠隔操作でも、エンドエフェクタ２２にマイクロサージャリーに係る諸動作を行わせることができ、熟練した医師の手技と同等の動作を再現可能としつつ、作業性を向上させて使用者の負担を軽減できる。
　また、スレーブ部２０をなすマニピュレータのエンドエフェクタ２２のうち、実際に手術対象や手術用器具の取り扱いを実行する先端作動部２７を、液圧駆動で作動するものとし、マスタ側の操作入力部１１における入力機構１３への使用者の操作を、液圧変化としてエンドエフェクタ２２側に伝えて、先端作動部２７を動かすことから、操作入力部とエンドエフェクタ間に流通する作動液を介して、使用者の操作力にほぼ比例した駆動力で先端作動部２７を動かすことができると共に、先端作動部２７に加わる反力を液圧伝達系を介して入力機構側にフィードバックでき、先端作動部２７が任意の物体に接している状態を使用者が入力機構１３の操作感から適度に感じ取りながら、先端作動部２７で手術対象や手術用器具に対し過大な力を加えることなくこれらを取り扱うことができ、操作性に優れ、手術に係る作業を安全に進められる。さらに、先端作動部２７を液圧駆動とすることで、先端作動部２７にはモータ駆動の場合のような力検出用のセンサを設けずに済むこととなり、センサの較正等の煩わしい作業を不要にする他、エンドエフェクタ２２の小型化が可能となり、手術使用時のエンドエフェクタ２２に対する滅菌作業も容易となる。
　なお、前記実施形態に係る微細作業支援システムにおいては、マスタ部１０の操作入力部１１における入力部分として、エンドエフェクタ２２の先端作動部２７が、手術対象又は手術用器具を挟むように作動する二つの末端部を有する鉗子状のものであるのにちょうど対応して、操作入力部１１の外周の対向する二箇所に、使用者が操作入力部１１全体を手で操作する状態で、この操作とは別の、二つ以上の指で挟むと共に挟む力を変化させる入力操作を受ける、一対のレバー部１３ａを設ける構成としているが、この他、エンドエフェクタの先端作動部の動きに対応して、手指で挟むような操作になるものであれば、操作入力部の入力部分を一箇所とし、この入力部分に当てた一方の指に対し、対向する操作入力部の外周所定箇所に他方の指を当接させ、指で操作入力部を挟む状態ながら、実際は固定状態となる他方の指に対し、一方の指で入力部分を動かす操作のみ要求する構成とするようにしてもかまわない。
　また、前記実施形態に係る微細作業支援システムにおいて、スレーブ部２０の手術対象に対する位置等の粗調整は、スレーブ部２０のベース２１を支持用のスタンドやアーム等にいったん取り付けて支持した状態で、エンドエフェクタ２２が手術対象に向くと共に手術対象と適切な間隔をなすように、人の手でスタンドやアーム等を動かして調整を行う構成としているが、これに限られるものではなく、位置粗調整のための移動用機構を備えて、粗調整を人手ではなくマスタ部の操作で自動的に実行するようにしてもよい。例えば、マスタ部に対する操作において、操作入力部がリニアアクチュエータ作動によるエンドエフェクタの可動範囲外に相当する領域に達すると、マスタ部の制動部作動による制動に代えて、又は制動と共に、スレーブ部全体の移動用機構を作動させて、エンドエフェクタを動かそうとする使用者の操作方向に対応する向きに、エンドエフェクタをスレーブ部ごと動かす構成とすることもできる。
　１　　　　　　　微細作業支援システム
　１０　　　　　　マスタ部
　１１　　　　　　操作入力部
　１２　　　　　　支持機構部
　１２ａ　　　　　リンク
　１２ｂ　　　　　エンコーダ部
　１２ｃ　　　　　制動部
　１３　　　　　　入力機構
　１３ａ　　　　　レバー部
　１３ｂ　　　　　液圧シリンダ部
　１３ｃ　　　　　ロッド
　１３ｄ　　　　　ピストン
　１３ｅ　　　　　ばね
　１３ｆ　　　　　作動液室
　１３ｇ　　　　　ローリングダイアフラム
　２０　　　　　　スレーブ部
　２１　　　　　　ベース
　２２　　　　　　エンドエフェクタ
　２３　　　　　　リンク
　２３ａ、２３ｂ　継手
　２４　　　　　　リニアアクチュエータ
　２５　　　　　　可動子
　２５ａ　　　　　直動スライダ
　２５ｂ　　　　　コイル
　２５ｃ　　　　　リニアスケール
　２５ｄ　　　　　連結ブラケット
　２６　　　　　　固定子
　２６ａ　　　　　ガイド部
　２６ｂ　　　　　永久磁石
　２６ｃ　　　　　センサ部
　２６ｄ　　　　　磁気シールド部材
　２６ｅ、２６ｆ　磁気シールド部材
　２７　　　　　　先端作動部
　２７ａ　　　　　ロッド部
　２８　　　　　　液圧駆動機構
　２８ａ　　　　　液圧シリンダ部
　２８ｂ　　　　　ロッド
　２８ｃ　　　　　ピストン
　２８ｄ　　　　　ばね
　２８ｅ　　　　　作動液室
　２８ｆ　　　　　ローリングダイアフラム
　２９　　　　　　継手連結部
　３０　　　　　　撮像部
　４０　　　　　　表示部
　５０　　　　　　制御部
　６０　　　　　　管

Claims (9)

  1. 　マスタスレーブ方式のマニピュレータを有し、当該マニピュレータのマスタ部に対する使用者の操作入力に対応して、スレーブ部が作業対象に対し微細作業に係る所定動作を実行する、微細作業支援システムにおいて、
    　前記作業対象を撮像する撮像部と、
    　当該撮像部で取得された作業対象の画像を拡大して使用者に視認可能に表示する表示部とを備え、
    　前記スレーブ部が、作業対象の存在する空間における所定箇所に支持されるベースと、作業対象又は作業用器具を取り扱うエンドエフェクタと、前記ベースとエンドエフェクタ間に並列に配置される複数のリンクとを有して、エンドエフェクタの位置及び向きをベースに対し所定範囲内で可変とする、３以上の複数自由度のパラレルリンク機構を備えてなり、
    　当該パラレルリンク機構が、ベースに支持された複数のリニアアクチュエータで各リンクごとにリンク一端部を直線移動させて、各リンク他端部と連結したエンドエフェクタを動かすものとされ、
    　前記エンドエフェクタが、パラレルリンク機構によるエンドエフェクタ全体の動きとは別の、１又は複数自由度の動きで作業対象又は作業用器具の取り扱いを実行する先端作動部と、当該先端作動部の前記作業対象又は作業用器具を取り扱う動きを発生させる液圧駆動機構とを有し、
    　前記マスタ部が、使用者の操作を受ける操作入力部と、前記パラレルリンク機構と同じ自由度で操作入力部を移動可能に支持しつつ、操作入力部の位置及び向きの情報を複数のセンサで取得可能とする支持機構部とを有し、
    　前記操作入力部が、操作入力部全体を動かす操作とは独立した使用者の所定の操作に対応して作動液の液圧変化を生じさせる入力機構を有すると共に、当該入力機構とスレーブ部のエンドエフェクタにおける液圧駆動機構とを、管を通じて作動液を流通可能として接続され、
    　前記液圧駆動機構が、操作入力部における使用者の前記入力機構の操作に伴う作動液の液圧変化を受けて、前記先端作動部を作動させることを
    　特徴とする微細作業支援システム。
  2. 　前記請求項１に記載の微細作業支援システムにおいて、
    　前記スレーブ部のリニアアクチュエータが、コイルを可動子の一部とすると共に、永久磁石を固定子の一部とする、コイル可動型のリニアモータとされ、
    　前記可動子が、前記ベースに対して直線移動可能として配設される直動スライダと、当該直動スライダに一体に取り付けられる円筒状配置のコイルとを有し、当該コイルが、コイル軸方向をスライダ移動方向と平行とする向きで配置され、
    　前記固定子が、前記コイルより短い円筒状の永久磁石を有し、当該永久磁石が、コイルと筒軸方向を一致させ、且つコイルが永久磁石の筒内空間部分を移動可能に貫通する配置状態として、前記ベースに固定されることを
    　特徴とする微細作業支援システム。
  3. 　前記請求項２に記載の微細作業支援システムにおいて、
    　前記リニアアクチュエータとしての各リニアモータが、それぞれ可動子移動方向を互いに平行としつつ、当該可動子移動方向と平行となる所定の仮想中心線の周りに、可動子のうちコイルが最も前記仮想中心線に近い側となる配置で並べられて、ベースに配設されてなり、
    　各リニアモータが、コイルの周囲で且つコイル可動範囲にわたって配置される所定断面形状の磁気シールド部材をそれぞれ有して、少なくとも各コイルを他のコイルに対し磁気シールド部材で遮蔽することを
    　特徴とする微細作業支援システム。
  4. 　前記請求項１ないし３のいずれかに記載の微細作業支援システムにおいて、
    　前記スレーブ部のパラレルリンク機構が、リニアアクチュエータ及びリンクを６つ以上並列配置した、６自由度以上の機構とされることを
    　特徴とする微細作業支援システム。
  5. 　前記請求項１ないし４のいずれかに記載の微細作業支援システムにおいて、
    　前記スレーブ部のエンドエフェクタが、パラレルリンク機構における複数のリンク他端部と連結している連結部分に対して、少なくとも前記先端作動部を含む所定範囲部分を分離交換可能とされることを
    　特徴とする微細作業支援システム。
  6. 　前記請求項５に記載の微細作業支援システムにおいて、
    　前記エンドエフェクタの連結部分に対し分離交換可能な前記所定範囲部分を除くスレーブ部全体を覆うシート状のカバーを設け、
    　エンドエフェクタの前記所定範囲部分を、カバー配設状態でも前記継手部分に着脱可能とすることを
    　特徴とする微細作業支援システム。
  7. 　前記請求項１ないし６のいずれかに記載の微細作業支援システムにおいて、
    　前記操作入力部の入力機構が、使用者の操作に伴って往復動する内蔵ピストンの動きに対応してシリンダ内部の作動液室の容積が変化する液圧シリンダ機構を備え、
    　当該液圧シリンダ機構が、内蔵ピストンの動きに合わせて変形しつつ、シリンダ内部を内蔵ピストンのある領域と作動液室とに区画し、内蔵ピストンと作動液室間の液密状態を維持するローリングダイアフラムを有することを
    　特徴とする微細作業支援システム。
  8. 　前記請求項１ないし７のいずれかに記載の微細作業支援システムにおいて、
    　前記マスタ部の支持機構部が、使用者の操作入力部を移動させようとする操作力に対し反力としての制動力を発生可能とする制動部を有し、
    　当該制動部が、使用者の操作入力部への操作に対応して動かされるスレーブ部のエンドエフェクタが可動限界位置に達した場合に、マスタ部の操作入力部をスレーブ部側の可動限界の外に対応する領域に動かそうとするさらなる操作に対し、所定の制動力を付与するように作動することを
    　特徴とする微細作業支援システム。
  9. 　人に代わって作業対象に対し微細作業に係る所定動作を実行する微細作業用のマニピュレータにおいて、
    　作業対象の存在する空間における所定箇所に支持されるベースと、作業対象又は作業用器具を取り扱うエンドエフェクタと、前記ベースとエンドエフェクタ間に並列に配置される複数のリンクとを有して、エンドエフェクタの位置及び向きをベースに対し所定範囲内で可変とする、３以上の複数自由度のパラレルリンク機構を備え、
    　当該パラレルリンク機構が、ベースに支持された複数のリニアアクチュエータで各リンクごとにリンク一端部を直線移動させて、各リンク他端部と連結したエンドエフェクタを動かすものとされ、
    　前記エンドエフェクタが、パラレルリンク機構による全体の動きとは別の、１又は複数自由度の動きで作業対象又は作業用器具の取り扱いを実行する先端作動部と、当該先端作動部の前記作業対象又は作業用器具を取り扱う動きを発生させる液圧駆動機構とを有し、
    　前記液圧駆動機構に対し外部から作動液の液圧変化を与えて、前記先端作動部の前記作業対象又は作業用器具を取り扱う動きを生じさせることを
    　特徴とする微細作業用マニピュレータ。
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