WO2019244799A1 - 手術具 - Google Patents

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WO2019244799A1
WO2019244799A1 PCT/JP2019/023726 JP2019023726W WO2019244799A1 WO 2019244799 A1 WO2019244799 A1 WO 2019244799A1 JP 2019023726 W JP2019023726 W JP 2019023726W WO 2019244799 A1 WO2019244799 A1 WO 2019244799A1
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WO
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main body
shaft
pulley
cord
movable
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PCT/JP2019/023726
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English (en)
French (fr)
Inventor
広樹 新藤
Original Assignee
リバーフィールド株式会社
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B34/37—Master-slave robots

Definitions

  • the present disclosure relates to a surgical instrument.
  • an external force acting on a surgical tool for example, a robot forceps
  • a surgical tool for example, a robot forceps
  • the external force transmitted to the operator is estimated based on, for example, information such as the position of the actuator or the driving force.
  • JP 2016-013496 A Japanese Patent No. 6177364
  • a mechanism for rotating a surgical tool about a shaft is disclosed. Specifically, a helical drive gear or a rotary pulley is arranged on one end side of the shaft. There is disclosed a configuration in which the shaft and the shaft are connected to each other by using a wire or the like to perform rotation about the shaft.
  • Patent Literatures 1 and 2 when a torque for rotating around the shaft increases, a large load acts on the shaft in the radial direction. Due to this load, a frictional force that hinders rotation of the shaft increases, and a driving load is generated. Therefore, it may be difficult to estimate the external force with high accuracy or to reduce the size of the system.
  • the surgical tool of the present disclosure is a main body, a rod-shaped member extending from the main body, a shaft supported rotatably around an axis with respect to the main body, and an end of the shaft on the main body side, A shaft pulley provided rotatably with respect to the main body together with the shaft and configured to wind a first cord-like body for controlling rotation of the shaft, and a pair of the pulleys sandwiching the shaft side pulley in the main body And a pair of main body side pulleys rotatably arranged with respect to the main body and configured to wind the first cord-like body at each of the positions.
  • the pair of main body-side pulleys is disposed with the shaft-side pulley disposed on the shaft interposed therebetween, and the first cord-like body is wound around the shaft-side pulley and the pair of main body-side pulleys. ing. By transmitting the driving force through the first cord-like body, the shaft-side pulley and the shaft are rotated.
  • a shaft-side pulley is arranged between the pair of body-side pulleys, a first cord-like body extending from one body-side pulley is wound around the shaft-side pulley, and the first cord-like body is wound around the other body-side pulley.
  • Can be Therefore it is easy to suppress a force acting on the shaft-side pulley and the shaft in a direction perpendicular to the axial direction of the shaft (in other words, a radial direction). For this reason, it becomes easy to reduce the driving load for rotating the shaft.
  • the area of the shaft-side pulley around which the first cable-like body is wound can be easily reduced.
  • the length of the shaft side pulley in the axial direction can be easily reduced.
  • the pair of main body side pulleys may be configured to be relatively movable with respect to the main body so that the distance between the pair of main body side pulleys can be adjusted.
  • the main body may further include a plurality of movable portions configured to be relatively movable in a linear direction with respect to the main body. Then, at least one of the plurality of movable parts may be configured to be attached with a second cord-like body that is movable with the relative movement of the movable parts. Further, the second cord-like body may be wound around at least one main body side pulley.
  • the plurality of movable parts may be arranged in a direction intersecting the axis. Further, the second cord-like body may be attached to the movable part arranged at an end of the plurality of movable parts arranged side by side.
  • the main body side pulley may be provided with a large diameter pulley portion having a relatively large diameter and a small diameter pulley portion having a relatively small diameter.
  • the large-diameter pulley portion is configured so that one of the first cable-like body and the second cable-like body is wound therearound. The other of the second cords may be wound.
  • One of the first and second cords is wound around the large-diameter pulley portion, and the other of the first and second working states is wound around the small-diameter pulley portion, so that the movable portion to which the second cord-like member is attached is linearly moved. It is easy to adjust the ratio between the amount of movement of the shaft and the amount of rotation of the shaft.
  • the pair of main body-side pulleys is disposed with the shaft-side pulley disposed on the shaft interposed therebetween, and the first cord-like body is wound around the shaft-side pulley and the pair of main body-side pulleys. ing. As a result, highly accurate external force estimation and system miniaturization are possible.
  • FIG. 2 is a partial perspective view illustrating an internal configuration of the surgical instrument according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a partial top view showing the internal configuration of the surgical instrument in FIG. 1.
  • FIG. 10 is a partial top view showing the internal configuration of the surgical instrument according to the second embodiment.
  • FIG. 4 is a partial perspective view showing an internal configuration of the surgical instrument in FIG. 3.
  • the surgical instrument 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
  • the surgical instrument 1 according to the first embodiment is used for a master-slave type surgical robot.
  • a forceps is provided at a distal end of the surgical instrument 1.
  • the surgical instrument 1 includes a main body 10, a shaft 20, a shaft-side pulley 21, a pair of main body-side pulleys 31, a driving pulley 32, a forceps pulley 41, , And a plurality of movable parts 51 are mainly provided.
  • the direction of the axis L of the shaft 20 is defined as the front-rear direction, and the direction perpendicular to the front-rear direction and in which the pair of main body side pulleys 31L and 31R are arranged side by side is referred to as left and right.
  • the direction perpendicular to the front-rear direction and the left-right direction is defined as the up-down direction.
  • the main body 10 forms the outer shape of the surgical instrument 1 together with the shaft 20. Further, the main body 10 accommodates the shaft side pulley 21, the pair of main body side pulleys 31L and 31R, the driving pulley 32, the forceps pulley 41, the plurality of guide pulleys 42, the plurality of movable portions 51, and the like. , Are formed in a rectangular parallelepiped shape.
  • 1 and 2 show a shaft-side pulley 21, a pair of body-side pulleys 31L and 31R, a driving pulley 32, a forceps pulley 41, a plurality of guide pulleys 42, and a plurality of
  • a driving pulley 32 a driving pulley 32
  • a forceps pulley 41 a forceps pulley 41
  • a plurality of guide pulleys 42 and a plurality of
  • the substrate 11 of the main body 10 supports the shaft 20 and the shaft-side pulley 21 at the center of the front end so as to be rotatable about the axis L.
  • a pair of body-side pulleys 31, a drive pulley 32, a forceps pulley 41, and a plurality of guide pulleys 42 are rotatably arranged on the upper surface of the substrate 11.
  • the substrate 11 is provided with four elongated slits 12 extending in the front-rear direction, spaced apart in the left-right direction.
  • one movable portion 51 is disposed so as to be relatively movable in the front-rear direction with respect to the substrate 11.
  • the four slits 12 are respectively assigned the codes 12A to 12D in order from the rightmost slit to the left.
  • the slit 12A is longer in the front-rear direction than the other slits 12B to 12D.
  • the slits 12B to 12D have the same length in the front-rear direction.
  • the top plate 15 is a plate-like member attached to the column 13 extending upward from the substrate 11.
  • the main plate pulleys 31L and 31R, the drive pulley 32, the forceps pulley 41, and the plurality of guide pulleys 42 are sandwiched between the top plate 15 and the substrate 11, and these are rotatably supported.
  • the shaft 20 is a cylindrical member extending from the main body 10 toward the front side, and is rotatably supported on the main body 10 about an axis L.
  • a shaft-side pulley 21 rotatable about the axis L with respect to the main body 10 is provided.
  • forceps are provided at the front end of the shaft 20.
  • the shaft-side pulley 21 is a cylindrical member provided at the rear end (the main body 10 side) of the shaft 20 so as to be rotatable with respect to the main body 10 together with the shaft 20.
  • a spiral groove around which a rotation wire (first cord-like body) 22 for controlling the rotation of the shaft 20 is formed on the outer peripheral surface of the shaft-side pulley 21.
  • the pair of main body pulleys 31 ⁇ / b> L and 31 ⁇ / b> R are arranged in the left-right direction with the shaft side pulley 21 of the substrate 11 of the main body 10 interposed therebetween, and are rotatably disposed with respect to the main body 10.
  • the main body side pulleys 31L and 31R are formed in a disk shape or a column shape, and an annular groove around which the rotating wire 22 is wound is formed on an outer peripheral surface thereof.
  • the main body side pulley 31L is disposed on the left side
  • the main body side pulley 31R is disposed on the right side.
  • Rotating wire 22 is cord-shaped, and transmits rotation of main body side pulley 31R to shaft side pulley 21 and shaft 20.
  • the rotation wire 22 is arranged between the pair of main body pulleys 31 ⁇ / b> L and 31 ⁇ / b> R in a loop shape and wound around the outer peripheral surface of the shaft side pulley 21.
  • the drive pulley 32 is disposed on the substrate 11 of the main body 10 behind the main body pulley 31R.
  • the drive pulley 32 is formed in a disk shape or a column shape, and an annular groove around which a transmission wire (second cord-like body) 33 is wound is formed on an outer peripheral surface thereof.
  • a slit 12A used for driving the shaft 20 to rotate is provided between the driving pulley 32 and the main body pulley 31R, and a movable portion 51A used for driving the shaft 20 to rotate is provided in the slit 12A. .
  • the transmission wire 33 has a cord shape, and transmits the relative movement of the movable portion 51A in the front-rear direction with respect to the substrate 11 of the main body 10 to the main body side pulley 31R.
  • the transmission wire 33 is arranged in a loop between the drive pulley 32 and the main body side pulley 31R, and a part thereof is fixed to the movable portion 51A.
  • the forceps pulley 41 is disposed in the vicinity of the axis L of the substrate 11 of the main body 10 and at a rear portion of the substrate 11.
  • the forceps pulley 41 is formed in a disk shape or a column shape, and an annular groove around which the forceps wire 43 is wound is formed on an outer peripheral surface thereof.
  • a plurality of guide pulleys 42 and slits 12B and 12C are arranged between the forceps pulley 41 and the shaft-side pulley 21.
  • a movable portion 51C used for driving the forceps is arranged in the slit 12C.
  • the plurality of guide pulleys 42 guide the forceps wire 43 into the inside of the shaft side pulley 21 and the shaft 20.
  • four guide pulleys 42 are arranged between the slits 12B and 12C in the substrate 11 of the main body 10 and the shaft-side pulley 21.
  • Each guide pulley 42 is formed in a disk shape or a column shape, and an annular groove on which the forceps wire 43 is hooked is formed on an outer peripheral surface thereof.
  • the number of guide pulleys 42 may be four, and may be more or less than four.
  • the relative positions of the guide pulleys 42 are not particularly limited as long as the forceps wires 43 can be guided to the inside of the shaft side pulley 21 and the shaft 20.
  • the forceps wire 43 has a cord shape, and transmits the relative movement of the movable portion 51C in the front-rear direction with respect to the substrate 11 of the main body 10 to the forceps arranged at the front end of the shaft 20.
  • the forceps wire 43 is arranged in a loop between the forceps pulley 41 and the forceps, and a part thereof is fixed to the movable portion 51C.
  • the forceps wire 43 is fixed to the movable portion 51C, but, for example, the forceps wire 43 may be fixed to the movable portion 51B.
  • the movable part to which the forceps wire 43 is fixed is not particularly limited.
  • Each movable portion 51 is disposed in each of the four slits 12 provided in the substrate 11 of the main body 10, and is configured to be relatively movable in the front-rear direction along the slit 12 with respect to the substrate 11 of the main body 10. Each movable portion 51 is moved by a driving force transmitted from a master-slave type surgical robot to which the surgical tool 1 is attached.
  • the movable portions 51A to 51D are arranged in the four slits 12A to 12D, respectively.
  • a driving force for moving the movable portion 51A forward or rearward along the slit 12A is applied to the movable portion 51A from outside.
  • the portion of the transmission wire 33 attached to the movable portion 51A also moves to the front side.
  • the loop-shaped transmission wire 33 moves counterclockwise when viewed from above. This movement of the transmission wire 33 rotates the main body side pulley 31R counterclockwise. The counterclockwise rotation of the main body side pulley 31R is transmitted to the rotation wire 22 wound around the main body side pulley 31R.
  • the rotation wire 22 moves counterclockwise, the movement of the rotation wire 22 is transmitted to the shaft side pulley 21, and the shaft side pulley 21 is rotated about the axis L.
  • the rotation direction of the shaft-side pulley 21 is determined based on the winding direction of the rotation wire 22 around the shaft-side pulley 21.
  • a driving force for moving the movable portion 51C forward or rearward along the slit 12C is applied to the movable portion 51C from outside.
  • the portion of the forceps wire 43 attached to the movable portion 51C also moves forward.
  • the loop-shaped forceps wire 43 moves clockwise as viewed from above.
  • the movement of the forceps wire 43 is transmitted to the forceps, and the forceps are driven.
  • the forceps are driven in an opening direction.
  • the movable portion 51C moves rearward, the forceps wire 43 and the forceps are driven in the opposite direction to that described above.
  • the pair of body-side pulleys 31L and 31R are arranged with the shaft-side pulley 21 arranged on the shaft 20 therebetween, and the shaft-side pulley 21 and the pair of body-side pulleys 31L and 31L are arranged.
  • a rotation wire 22 is wound around 31R. By transmitting the driving force via the rotation wire 22, the shaft-side pulley 21 and the shaft 20 are rotated.
  • the shaft-side pulley 21 is disposed between the pair of body-side pulleys 31L and 31R, a rotation wire 22 extending from one body-side pulley 31R is wound around the shaft-side pulley 21, and the rotation wire 22 is connected to the other body. Wound around the side pulley 31L. Therefore, it is easy to suppress the force acting on the shaft-side pulley 21 and the shaft 20 in the direction perpendicular to the axial direction of the shaft 20 (in other words, in the radial direction). Therefore, the driving load for rotating the shaft 20 can be easily reduced.
  • the area of the shaft side pulley 21 around which the rotation wire 22 is wound can be easily reduced. In other words, the axial length of the shaft-side pulley 21 can be easily reduced.
  • the transmission wire 33 By attaching the transmission wire 33 to the movable portion 51A arranged at the end of the plurality of movable portions 51A to 51D arranged side by side, the transmission wire 33 is attached to the movable portions 51B and 51C arranged inside.
  • the surgical instrument 1 can be reduced in size as compared with the case where it is mounted.
  • FIGS. 3 and 4 The basic configuration of the surgical instrument according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment, but differs from the first embodiment in the configuration relating to a pair of body-side pulleys. Therefore, in the second embodiment, the configuration relating to the pair of main body-side pulleys will be described with reference to FIGS. 3 and 4, and description of other configurations and the like will be omitted.
  • an adjustment unit 114 is provided on the substrate 111 of the main body 110 of the surgical instrument 101 according to the second embodiment.
  • the adjustment unit 114 rotatably supports the main body side pulley 31L, and supports the main body side pulley 31L relative to the substrate 111 so as to be relatively movable in the left-right direction.
  • the adjusting unit 114 supports the main body pulley 31L so as to be able to approach and separate from the main body pulley 131R.
  • the adjusting unit 114 is provided with at least one (for example, two) long holes 115 extending in the left-right direction.
  • the adjustment section 114 is attached to the substrate 111 by a fixing member 116 such as a screw inserted into each of the two long holes 115.
  • a large-diameter pulley portion 132 having a relatively large diameter and a small-diameter pulley portion 133 having a relatively small diameter are provided on the main body-side pulley 131R of the surgical instrument 101 according to the second embodiment.
  • the large-diameter pulley portion 132 is provided in an upper portion of the main body pulley 131R, and the small-diameter pulley portion 133 is provided in a lower portion of the main body pulley 131R.
  • An annular groove around which the rotating wire 22 is wound is formed in the large-diameter pulley 132, and an annular groove around which the transmission wire 33 is wound is formed in the small-diameter pulley 133.
  • the diameter of the portion of the main body side pulley 131R around which the rotation wire 22 is wound is relatively large, and the diameter of the portion around which the transmission wire 33 is wound is relatively small.
  • the diameter of the portion where the rotation wire 22 is wound may be relatively small, and the diameter of the portion where the transmission wire 33 is wound may be relatively large.
  • the adjustment unit 114 can be moved in the left-right direction with respect to the substrate 111.
  • the distance between the main body side pulley 31L and the main body side pulley 131R is adjusted.
  • the tension of the rotation wire 22 is adjusted to a desired tension.
  • the moving amount of the transmission wire 33 is amplified and amplified according to the ratio of the diameter of the small diameter pulley 133 around which the transmission wire 33 is wound and the diameter of the large diameter pulley 132 around which the rotation wire 22 is wound.
  • the moved amount is transmitted to the rotation wire 22.
  • the amplified movement amount of the transmission wire 33 is transmitted to the rotation wire 22.
  • the reduced amount of movement of the transmission wire 33 can be reduced. 22 may be transmitted.
  • the interval between the pair of main body pulleys 31L and 131R is adjustable, it is easy to adjust the tension acting on the rotating wire 22 wound around the pair of main body pulleys 31L and 131R. become. Further, since the adjustment of the tension becomes easy, it is possible to suppress the variation in quality that occurs when the surgical instrument 101 is assembled. Further, the accuracy of external force estimation can be easily increased.
  • the rotation wire 22 is wound around the large-diameter pulley portion 132 and the transmission wire 33 is wound around the small-diameter pulley portion 133, so that the movement amount of the movable portion 51A in the linear direction and the rotation amount of the shaft 20 are different.
  • the ratio can be easily adjusted to a desired value.

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Abstract

手術具は、本体と、本体に対して軸線を中心に回転可能に支持されたシャフトと、シャフトにおける本体側の端部に、シャフトとともに本体に対して回転可能に設けられ、第１索状体が巻き付けられるよう構成されたシャフト側プーリと、本体におけるシャフト側プーリを間に挟む一対の位置のそれぞれに、本体に対して回転可能に配置され、第１索状体が巻き付けられるよう構成された一対の本体側プーリと、を備える。

Description

手術具 関連出願の相互参照
　本国際出願は、２０１８年６月２０日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１８－１１６９３９号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１８－１１６９３９号の全内容を本国際出願に参照により援用する。
　本開示は、手術具に関する。
　マスタースレーブ型の手術ロボットにおいて、例えば、安全性向上、又は、医師の操作習得時間の短縮のために、隔離された場所でロボットを操作する術者に手術具（例えば、ロボット鉗子）に働く外力を伝えることが要望されている。術者に伝えられる外力は、例えば、アクチュエータの位置又は駆動力等の情報に基づいて推定される。
　上述の外力は高い精度で推定されることが望ましく、そのためには、手術ロボットの機構における駆動負荷を小さくすることが求められる。また、駆動負荷を小さくすることにより、駆動力を発生させる駆動部の最大出力を小さくすることが可能となる。それにより、駆動部における出力アクチュエータを小型化することが可能となり、システム全体を小型化することが可能となる。このような駆動部の構成として、種々のものが提案されている（例えば、特許文献１および２参照。）。
特開２０１６－０１３４９６号公報 特許第６１７７３６４号公報
　上述の特許文献１および２では、シャフトを中心に手術具を回転させる機構が開示されている。具体的には、シャフトの一端側に、らせん状の駆動歯車、又は回転プーリが配置されている。これらとシャフトとをワイヤ等を用いて連結することにより、シャフトを中心とした回転を行う構成が開示されている。
　しかしながら、特許文献１および２の構成を用いた場合、シャフトを中心とした回転を行うためのトルクが大きくなると、シャフトに対し、ラジアル方向へ大きな荷重が働く。この荷重によって、シャフトの回転を阻害する摩擦力が大きくなり、駆動負荷が発生する。そのため、精度の高い外力推定、又は、システムの小型化が困難になる恐れがある。
　本開示の一局面では、精度の高い外力推定およびシステムの小型化が可能な手術具を提供することが望ましい。
　本開示の手術具は、本体と、前記本体から延びる棒状の部材であって、前記本体に対して軸線を中心に回転可能に支持されたシャフトと、前記シャフトにおける前記本体側の端部に、前記シャフトとともに前記本体に対して回転可能に設けられ、前記シャフトの回転を制御する第１索状体が巻き付けられるよう構成されたシャフト側プーリと、前記本体における前記シャフト側プーリを間に挟む一対の位置のそれぞれに、前記本体に対して回転可能に配置され、前記第１索状体が巻き付けられるよう構成された一対の本体側プーリと、を備える。
　本開示の手術具によれば、シャフトに配置されたシャフト側プーリを挟んで一対の本体側プーリが配置され、シャフト側プーリ、および、一対の本体側プーリに、第１索状体が巻き付けられている。この第１索状体を介して駆動力を伝達することにより、シャフト側プーリおよびシャフトが回転される。
　一対の本体側プーリの間にシャフト側プーリが配置され、一方の本体側プーリから延びる第１索状体がシャフト側プーリに巻き付けられ、さらに、第１索状体が他方の本体側プーリに巻き付けられる。そのため、シャフト側プーリおよびシャフトに対して、シャフトの軸線方向に対する垂直方向（言い換えるとラジアル方向）に力が働くことを抑制しやすくなる。このため、シャフトを回転させる駆動負荷を小さくしやすくなる。
　また、シャフト側プーリにおける第１索状体が巻き付けられる部分の面積を、小さくしやすくなる。言い換えると、シャフト側プーリにおける軸線方向の長さを、短くしやすくなる。
　なお、前記一対の本体側プーリのうちの少なくとも一部は、前記一対の本体側プーリの間隔が調整可能となるよう、前記本体に対して相対移動可能に構成されていても良い。
　一対の本体側プーリの間隔が調整可能であると、一対の本体側プーリの間に掛け回された索状体に働く張力の調整が容易になる。さらに、張力の調整が容易になることから、手術具を組み立てる際に生じる品質のバラツキを抑制できる。また、外力推定の精度を高めやすくなる。
　また、前記本体は、前記本体に対して直線方向に相対移動可能に構成された複数の可動部をさらに備えても良い。そして、前記複数の可動部のうちの少なくとも１つの可動部は、当該可動部の相対移動とともに移動可能な第２索状体が取り付けられるよう構成されていても良い。また、前記第２索状体は、少なくとも１つの前記本体側プーリに巻き付けられていても良い。
　可動部の直線方向の動きを、第２索状体を介して本体側プーリに伝えることにより、可動部の直動移動をシャフトの回転に変換する際に発生する損失を、抑制しやすくなる。
　また、前記複数の可動部は、前記軸線に対して交差する方向に並んで配置されていても良い。また、前記第２索状体は、並んで配置された前記複数の可動部のうち、端に配置された前記可動部に取り付けられていても良い。
　並んで配置された複数の可動部のうち、端部に配置された可動部に第２索状体を取りつけることにより、他の可動部に第２索状体を取りつける場合と比較して、手術具の小型化が可能となる。
　また、前記本体側プーリには、相対的に径が大きな大径プーリ部、および、相対的に径が小さな小径プーリ部が設けられていても良い。また、前記大径プーリ部は、前記第１索状体および前記第２索状体のうちの一方が巻きつけられるよう構成されていると共に、前記小径プーリ部は、前記第１索状体および前記第２索状体のうちの他方が巻き付けられるよう構成されていても良い。
　大径プーリ部に第１及び第２索状体の一方を巻き付け、小径プーリ部に第１及び第２作状態の他方を巻き付けることにより、第２索状体が取り付けられた可動部の直線方向への移動量と、シャフトの回転量との比率を調整しやすくなる。
　本開示の手術具によれば、シャフトに配置されたシャフト側プーリを挟んで一対の本体側プーリが配置され、シャフト側プーリ、および、一対の本体側プーリに、第１索状体が巻き付けられている。これにより、精度の高い外力推定およびシステムの小型化が可能となる。
第１の実施形態に係る手術具の内部構成を示す部分斜視図である。 図１の手術具の内部構成を示す部分上面図である。 第２の実施形態に係る手術具の内部構成を示す部分上面図である。 図３の手術具の内部構成を示す部分斜視図である。
　１，１０１…手術具、１０，１１０…本体、２０…シャフト、２１…シャフト側プーリ、２２…回転用ワイヤ（第１索状体）、３１，３１Ｌ，３１Ｒ，１３１Ｒ…本体側プーリ、５１，５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ…可動部、３３…伝達用ワイヤ（第２索状体）
　〔第１の実施形態〕
　第１の実施形態に係る手術具１ついて図１および図２を参照しながら説明する。第１の実施形態の手術具１は、マスタースレーブ型の手術ロボットに用いられ、一例として、手術具１の先端には鉗子が設けられている。
　手術具１には、図１および図２に示すように、本体１０と、シャフト２０と、シャフト側プーリ２１と、一対の本体側プーリ３１と、駆動プーリ３２と、鉗子用プーリ４１と、複数のガイドプーリ４２と、複数の可動部５１と、が主に設けられている。
　なお、第１の実施形態では、一例として、シャフト２０における軸線Ｌの方向を前後方向とし、前後方向と直交する方向であって一対の本体側プーリ３１Ｌ，３１Ｒが並んで配置される方向を左右方向とし、前後方向および左右方向に直交する方向を上下方向とする。
　本体１０は、シャフト２０とともに手術具１の外形を形成する。また、本体１０は、内部にシャフト側プーリ２１、一対の本体側プーリ３１Ｌ，３１Ｒ、駆動プーリ３２、鉗子用プーリ４１、複数のガイドプーリ４２、及び、複数の可動部５１等を収納するように、直方体状に形成されている。なお、図１および図２は、本体１０の内部に配置されたシャフト側プーリ２１、一対の本体側プーリ３１Ｌ，３１Ｒ、駆動プーリ３２、鉗子用プーリ４１、複数のガイドプーリ４２、及び、複数の可動部５１等を説明するために、本体１０の基板１１および天板１５のみを図示し、周囲を覆う部材の図示は省略されている。
　本体１０の基板１１は、前側の端部の中央において、シャフト２０およびシャフト側プーリ２１を、軸線Ｌを中心に回転可能に支持する。また、基板１１の上側の面には、一対の本体側プーリ３１、駆動プーリ３２、鉗子用プーリ４１、および、複数のガイドプーリ４２が、回転可能に配置されている。
　さらに、基板１１には、前後方向に延びる長孔状の４つのスリット１２が、左右方向に間隔を開けて並んで設けられている。当該４つのスリット１２には、それぞれ、１つの可動部５１が、基板１１に対して前後方向に相対移動可能に配置されている。
　４つのスリット１２には、それぞれ、最も右側に位置するスリットから、左側に向かって、順番に、１２Ａ～１２Ｄの符号が設定される。スリット１２Ａは、他のスリット１２Ｂ～１２Ｄよりも前後方向に長い。また、スリット１２Ｂ～１２Ｄは、前後方向の長さが等しい。
　天板１５は、基板１１から上側に延びる支柱１３に取り付けられる板状部材である。天板１５と基板１１とは、これらの間にて、本体側プーリ３１Ｌ，３１Ｒ、駆動プーリ３２、鉗子用プーリ４１、および、複数のガイドプーリ４２を挟み、これらを回転可能に支持する。
　シャフト２０は、本体１０から前側に向かって延びる円筒状の部材であって、本体１０に対して軸線Ｌを中心に回転可能に支持される。シャフト２０の後側の端部には、シャフト２０と同様、本体１０に対して軸線Ｌを中心に回転可能なシャフト側プーリ２１が設けられている。第１の実施形態では、一例として、シャフト２０の前側の端部に鉗子（図示せず）が設けられている。
　シャフト側プーリ２１は、シャフト２０における後側（本体１０側）の端部に、シャフト２０とともに本体１０に対して回転可能に設けられる円筒状の部材である。また、シャフト側プーリ２１の外周面には、シャフト２０の回転を制御する回転用ワイヤ（第１索状体）２２が巻き付けられるらせん状の溝が形成されている。
　一対の本体側プーリ３１Ｌ，３１Ｒは、本体１０の基板１１におけるシャフト側プーリ２１を間に挟みつつ左右方向に並んで、本体１０に対して回転可能に配置される。本体側プーリ３１Ｌ，３１Ｒは、円板状または円柱状に形成され、その外周面には、回転用ワイヤ２２が巻き付けられる円環状の溝が形成されている。なお、本体側プーリ３１Ｌは左側に配置され、本体側プーリ３１Ｒは右側に配置される。
　回転用ワイヤ２２は、索状であり、本体側プーリ３１Ｒの回転をシャフト側プーリ２１およびシャフト２０に伝達する。また、回転用ワイヤ２２は、一対の本体側プーリ３１Ｌ，３１Ｒの間にループ状に配置されるとともに、シャフト側プーリ２１の外周面に巻き付けられて配置される。
　駆動プーリ３２は、本体１０の基板１１における本体側プーリ３１Ｒの後側に配置される。駆動プーリ３２は、円板状または円柱状に形成され、その外周面には、伝達用ワイヤ（第２索状体）３３が巻き付けられる円環状の溝が形成されている。
　駆動プーリ３２と本体側プーリ３１Ｒとの間には、シャフト２０の回転駆動に用いられるスリット１２Ａが設けられ、当該スリット１２Ａには、シャフト２０の回転駆動に用いられる可動部５１Ａが配置されている。
　伝達用ワイヤ３３は、索状であり、本体１０の基板１１に対する可動部５１Ａの前後方向の相対移動を、本体側プーリ３１Ｒに伝達する。また、伝達用ワイヤ３３は、駆動プーリ３２と本体側プーリ３１Ｒとの間にループ状に配置されるとともに、その一部が可動部５１Ａに固定されている。
　鉗子用プーリ４１は、本体１０の基板１１における軸線Ｌの近傍であって、基板１１の後側の部分に配置されている。鉗子用プーリ４１は、円板状または円柱状に形成され、その外周面には、鉗子用ワイヤ４３が巻き付けられる円環状の溝が形成されている。
　鉗子用プーリ４１とシャフト側プーリ２１との間には、複数のガイドプーリ４２と、スリット１２Ｂおよび１２Ｃとが配置されている。スリット１２Ｃには、鉗子の駆動に用いられる可動部５１Ｃが配置されている。
　複数のガイドプーリ４２は、鉗子用ワイヤ４３をシャフト側プーリ２１およびシャフト２０の内部へ導く。第１の実施形態では、一例として、４つのガイドプーリ４２が、本体１０の基板１１におけるスリット１２Ｂおよび１２Ｃと、シャフト側プーリ２１との間に配置される。各ガイドプーリ４２は、円板状または円柱状に形成され、その外周面には、鉗子用ワイヤ４３がかけられる円環状の溝が形成されている。
　ガイドプーリ４２の数は４つであってもよいし、４つよりも多くても少なくてもよい。また、各ガイドプーリ４２同士の相対的な位置は、鉗子用ワイヤ４３をシャフト側プーリ２１およびシャフト２０の内部へ導くことが可能であれば良く、特に限定されない。
　鉗子用ワイヤ４３は、索状であり、本体１０の基板１１に対する可動部５１Ｃの前後方向の相対移動を、シャフト２０における前側の端部に配置された鉗子に伝達する。また、鉗子用ワイヤ４３は、鉗子用プーリ４１と鉗子との間にループ状に配置されるとともに、その一部が可動部５１Ｃに固定される。
　なお、第１の実施形態では、一例として、鉗子用ワイヤ４３が可動部５１Ｃに固定されているが、例えば、鉗子用ワイヤ４３は可動部５１Ｂに固定されていても良い。鉗子用ワイヤ４３がどの可動部に固定されるかは、特に限定されない。
　各可動部５１は、本体１０の基板１１に設けられた４つのスリット１２のそれぞれに配置され、本体１０の基板１１に対してスリット１２に沿って前後方向に相対移動可能に構成される。各可動部５１は、手術具１が取り付けられるマスタースレーブ型の手術ロボットから伝達される駆動力によって、移動される。
　４つのスリット１２Ａ～１２Ｄには、それぞれ、可動部５１Ａ～５１Ｄが配置される。
　次に、上記の構成を有する手術具１における動作について説明する。まず、シャフト２０を回転させる動作について説明し、次いで鉗子を駆動する動作について説明する。
　シャフト２０を回転させる場合には、可動部５１Ａをスリット１２Ａに沿って前側または後側へ移動させる駆動力が、外部から可動部５１Ａに加えられる。例えば、可動部５１Ａが前側へ移動すると、伝達用ワイヤ３３における可動部５１Ａに取り付けられた部分も前側へ移動する。
　この時、ループ状の伝達用ワイヤ３３は、上側から見て左回りの方向に移動する。この伝達用ワイヤ３３の動きにより、本体側プーリ３１Ｒは左回りに回転される。本体側プーリ３１Ｒの左回りの回転は、本体側プーリ３１Ｒに巻き付けられた回転用ワイヤ２２に伝達される。
　回転用ワイヤ２２は左回りの方向に移動し、回転用ワイヤ２２の動きがシャフト側プーリ２１に伝達され、シャフト側プーリ２１は軸線Ｌを中心に回転される。シャフト側プーリ２１の回転方向は、シャフト側プーリ２１への回転用ワイヤ２２の巻き付け方向に基づいて決まる。可動部５１Ａが後側へ移動した場合には、各ワイヤ及び各プーリは、上述したものとは逆方向に動く。
　次に、鉗子を駆動する場合には、可動部５１Ｃをスリット１２Ｃに沿って前側または後側へ移動させる駆動力が、外部から可動部５１Ｃに加えられる。例えば、可動部５１Ｃが前側へ移動すると、鉗子用ワイヤ４３における可動部５１Ｃに取り付けられた部分も前側へ移動する。
　この時、ループ状の鉗子用ワイヤ４３は、上側から見て右回りの方向に移動する。この鉗子用ワイヤ４３の動きが鉗子に伝達され、鉗子が駆動される。例えば鉗子が開く方向へ駆動される。可動部５１Ｃが後側へ移動した場合には、鉗子用ワイヤ４３及び鉗子は、上述したものとは逆方向に駆動される。
　上記の構成の手術具１によれば、シャフト２０に配置されたシャフト側プーリ２１を挟んで一対の本体側プーリ３１Ｌ，３１Ｒが配置され、シャフト側プーリ２１、および、一対の本体側プーリ３１Ｌ，３１Ｒに、回転用ワイヤ２２が巻き付けられている。この回転用ワイヤ２２を介して駆動力を伝達することにより、シャフト側プーリ２１およびシャフト２０が回転される。
　一対の本体側プーリ３１Ｌ，３１Ｒの間にシャフト側プーリ２１が配置され、一方の本体側プーリ３１Ｒから延びる回転用ワイヤ２２がシャフト側プーリ２１に巻き付けられ、さらに、回転用ワイヤ２２が他方の本体側プーリ３１Ｌに巻き付けられる。そのため、シャフト側プーリ２１およびシャフト２０に対して、シャフト２０の軸線方向に対する垂直方向（言い換えるとラジアル方向）に力が働くことを抑制しやすくなる。このため、シャフト２０を回転させる駆動負荷を小さくしやすくなる。
　また、シャフト側プーリ２１における回転用ワイヤ２２が巻き付けられる部分の面積を、小さくしやすくなる。言い換えると、シャフト側プーリ２１における軸線方向の長さを、短くしやすくなる。
　可動部５１Ａの直線方向の動きを、伝達用ワイヤ３３を介して一対の本体側プーリ３１に伝えることにより、可動部５１Ａの直動移動をシャフト２０の回転に変換する際に発生する損失を抑制しやすくなる。
　並んで配置された複数の可動部５１Ａ～５１Ｄのうち、端部に配置された可動部５１Ａに伝達用ワイヤ３３を取りつけることにより、内側に配置された可動部５１Ｂ，５１Ｃに伝達用ワイヤ３３を取りつける場合と比較して、手術具１の小型化が可能となる。
　〔第２の実施形態〕
　次に、第２の実施形態に係る手術具ついて図３および図４を参照しながら説明する。第２の実施形態の手術具の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、一対の本体側プーリに関する構成が異なっている。よって、第２の実施形態については、図３および図４を用いて一対の本体側プーリに関する構成について説明し、その他の構成等の説明を省略する。
　第２の実施形態の手術具１０１における本体１１０の基板１１１には、図３および図４に示すように、調整部１１４が設けられている。調整部１１４は、本体側プーリ３１Ｌを回転可能に支持すると共に、基板１１１に対して本体側プーリ３１Ｌを左右方向へ相対移動可能に支持する。
　言い換えると、調整部１１４は、本体側プーリ１３１Ｒに対して、本体側プーリ３１Ｌを接近離間可能に支持する。調整部１１４には、左右方向に延びる少なくとも１つの（一例として、２つの）長孔１１５が設けられている。調整部１１４は、２つの長孔１１５にそれぞれ挿通されるネジ等の固定部材１１６によって、基板１１１に取り付けられている。
　また、第２の実施形態の手術具１０１の本体側プーリ１３１Ｒには、相対的に径が大きな大径プーリ部１３２、および、相対的に径が小さな小径プーリ部１３３が設けられている。大径プーリ部１３２は、本体側プーリ１３１Ｒの上側の部分に設けられ、小径プーリ部１３３は、本体側プーリ１３１Ｒの下側の部分に設けられている。
　大径プーリ部１３２には、回転用ワイヤ２２が巻き付けられる円環状の溝が形成され、小径プーリ部１３３には、伝達用ワイヤ３３が巻き付けられる円環状の溝が形成されている。
　第２の実施形態では、一例として、本体側プーリ１３１Ｒにおける回転用ワイヤ２２が巻き付けられる部分の径が相対的に大きく、伝達用ワイヤ３３が巻き付けられる部分の径が相対的に小さい。しかし、反対に、回転用ワイヤ２２が巻き付けられる部分の径が相対的に小さく、伝達用ワイヤ３３が巻き付けられる部分の径が相対的に大きくてもよい。
　上記の構成を有する手術具１０１においては、図３および図４に示すように、固定部材１１６を緩めることにより、基板１１１に対して調整部１１４を左右方向に移動させることができ、これにより、本体側プーリ３１Ｌと本体側プーリ１３１Ｒとの間隔が調整される。言い換えると、回転用ワイヤ２２の張力が所望の張力となるように調整される。調整後に固定部材１１６を締めることにより、基板１１１に対して調整部１１４が固定され、本体側プーリ３１Ｌと本体側プーリ１３１Ｒとの間隔が固定される。
　また、可動部５１Ａをスリット１２Ａに沿って前側または後側へ移動させる駆動力が外部から可動部５１Ａに加えられると、伝達用ワイヤ３３は回るように移動する。この伝達用ワイヤ３３の動きにより、本体側プーリ１３１Ｒも回転して、駆動力が回転用ワイヤ２２に伝達される。
　この時、伝達用ワイヤ３３が巻き付けられる小径プーリ部１３３の径と、回転用ワイヤ２２が巻き付けられる大径プーリ部１３２の径との比率に従って、伝達用ワイヤ３３の移動量が増幅され、増幅された移動量が回転用ワイヤ２２に伝達される。
　なお、第２の実施形態では、一例として、増幅された伝達用ワイヤ３３の移動量が回転用ワイヤ２２に伝達される。しかし、伝達用ワイヤ３３が巻き付けられるプーリ部の径と、回転用ワイヤ２２が巻き付けられるプーリ部の径との比率を変えることにより、例えば、減少された伝達用ワイヤ３３の移動量が回転用ワイヤ２２に伝達されるようにしても良い。
　上記の構成によれば、一対の本体側プーリ３１Ｌ，１３１Ｒの間隔が調整可能であるため、一対の本体側プーリ３１Ｌ，１３１Ｒの間に掛け回される回転用ワイヤ２２に働く張力の調整が容易になる。さらに、張力の調整が容易になることから、手術具１０１を組み立てる際に生じる品質のバラツキを抑制できる。また、外力推定の精度を高めやすくなる。
　このように、大径プーリ部１３２に回転用ワイヤ２２を巻き付け、小径プーリ部１３３に伝達用ワイヤ３３を巻き付けることにより、可動部５１Ａの直線方向への移動量と、シャフト２０の回転量との比率を所望の値に調整しやすくなる。
　なお、本開示の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、本開示を上記の実施形態に適用したものに限られることなく、これらの実施形態を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定するものではない。

Claims (5)

  1. 　手術具であって、
    　本体と、
    　前記本体から延びる棒状の部材であって、前記本体に対して軸線を中心に回転可能に支持されたシャフトと、
    　前記シャフトにおける前記本体側の端部に、前記シャフトとともに前記本体に対して回転可能に設けられ、前記シャフトの回転を制御する第１索状体が巻き付けられるよう構成されたシャフト側プーリと、
    　前記本体における前記シャフト側プーリを間に挟む一対の位置のそれぞれに、前記本体に対して回転可能に配置され、前記第１索状体が巻き付けられるよう構成された一対の本体側プーリと、
    　を備える手術具。
  2. 　前記一対の本体側プーリのうちの少なくとも一部は、前記一対の本体側プーリの間隔が調整可能となるよう、前記本体に対して相対移動可能に構成されている
    　請求項１記載の手術具。
  3. 　前記本体は、前記本体に対して直線方向に相対移動可能に構成された複数の可動部をさらに備え、
    　前記複数の可動部のうちの少なくとも１つの可動部は、当該可動部の相対移動とともに移動可能な第２索状体が取り付けられるよう構成されており、
    　前記第２索状体は、少なくとも１つの前記本体側プーリに巻き付けられる
    　請求項１または２に記載の手術具。
  4. 　前記複数の可動部は、前記軸線に対して交差する方向に並んで配置され、
    　前記第２索状体は、並んで配置された前記複数の可動部のうち、端に配置された前記可動部に取り付けられる
    　請求項３記載の手術具。
  5. 　前記本体側プーリには、相対的に径が大きな大径プーリ部、および、相対的に径が小さな小径プーリ部が設けられ、
    　前記大径プーリ部は、前記第１索状体および前記第２索状体のうちの一方が巻きつけられるよう構成されており、
    　前記小径プーリ部は、前記第１索状体および前記第２索状体のうちの他方が巻き付けられるよう構成されている
    　請求項３または４に記載の手術具。
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