WO2020036081A1 - 手術支援ロボット用インスツルメント - Google Patents

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WO2020036081A1
WO2020036081A1 PCT/JP2019/030573 JP2019030573W WO2020036081A1 WO 2020036081 A1 WO2020036081 A1 WO 2020036081A1 JP 2019030573 W JP2019030573 W JP 2019030573W WO 2020036081 A1 WO2020036081 A1 WO 2020036081A1
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WO
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coil portion
instrument
outer coil
surgery support
bending
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PCT/JP2019/030573
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English (en)
French (fr)
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貴史 平田
真平 黒川
裕樹 保戸田
大輔 原口
広樹 新藤
恭平 滝川
Original Assignee
日本発條株式会社
リバーフィールド株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an instrument for a surgery support robot.
  • the flexible member disclosed in Patent Document 1 is configured by mutually engaging a plurality of disk elements so as to be swingable, and performs a bending operation as a whole by swinging each disk element.
  • the flexible member having such a configuration can smoothly perform the bending operation, secure rigidity against compression in the axial direction, and stabilize the bending operation.
  • Patent Document 1 has a problem that the structure is complicated because a plurality of disk elements are engaged with each other.
  • the problem to be solved is that the structure becomes complicated when the bending operation is stabilized.
  • the present invention provides a main body, a shaft that is a rod-shaped member extending from the main body, a surgical end effector provided at an axial end of the shaft, and an axial direction of the shaft provided at the end.
  • a joint function part that can change the direction of the end effector by bending the joint function part
  • the joint function part has a bending structure that enables the bending
  • the bending structure includes a coil.
  • a coil portion wherein the outer coil portion has a plurality of gaps in which the winding portions adjacent in the axial direction are separated from each other, and the inner coil portion has the winding portion formed in the gap of the outer coil portion.
  • the bent structure is configured by positioning the inner coil portion in the outer coil portion, the structure can be simplified.
  • the winding portion of the inner coil portion is fitted to the adjacent winding portion of the outer coil portion while being in contact with the adjacent winding portion, rigidity in the axial direction can be secured.
  • the inner coil portion is displaced outside the bend while reducing the gap between the outer coil portions inside the bend, and the gap between the outer coil portions is increased outside the bend to allow displacement of the inner coil portion.
  • the gap between the outer coil portions becomes smaller inside the bend and the gap between the outer coil portions becomes larger outside the bend, so that the length of the outer coil portion at the axial center is shorter than when the straight portion is straight.
  • FIG. 4 is an enlarged view showing a part of the bent structure of FIG. 3 (Reference Example 1). It is a schematic sectional drawing which shows the fall of the inner coil part from the outer coil part, (A) is the state before falling off, (B) is the state after falling off (Reference example 1).
  • (A) is a cross-sectional view showing a bent structure according to a comparative example
  • (B) is a cross-sectional view showing a bent state of the bent structure according to a comparative example
  • It is an expanded sectional view which shows a part of bending structure (Reference Example 2).
  • It is an expanded sectional view which shows a part of bending structure (Reference Example 3).
  • It is sectional drawing which shows a bending structure (Reference Example 4).
  • It is sectional drawing of the robot forceps of FIG. 11 (Reference Example 6).
  • FIG. 12 is a perspective view showing a bent portion of the robot forceps of FIG. 11 (Reference Example 6). It is sectional drawing of the bending part of FIG. 13 (Reference Example 6).
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing an instrument for a surgery support robot to which a bending structure is applied (Example 1).
  • FIG. 16 is a perspective view illustrating an internal configuration of a main body of the instrument for a surgery support robot in FIG. 15 (Example 1).
  • FIG. 17 is a plan view illustrating an internal configuration of a main body of the instrument for a surgery support robot in FIG. 16 (Example 1).
  • FIG. 8 is a plan view showing the internal configuration of the main body of the instrument for a surgery support robot (Example 2).
  • FIG. 19 is a partial perspective view illustrating an internal configuration of a main body of the instrument for a surgery support robot in FIG. 18 (Example 2).
  • An instrument for a surgery support robot includes a main body, a shaft that is a rod-shaped member extending from the main body, an end effector for a surgical operation provided at a distal end in the axial direction of the shaft, and a shaft of the shaft provided at the distal end.
  • a joint function unit that can change the direction of the end effector by bending with respect to the direction may be provided.
  • the joint function unit has a bending structure that enables the bending, the bending structure is wound in a coil shape, an outer coil portion made of a wire having a plurality of winding portions in an axial direction, and a coil shape.
  • an inner coil portion which is formed of a wire having a plurality of winding portions in the axial direction and is located in the outer coil portion, and the outer coil portion has a plurality of gaps separating adjacent winding portions in the axial direction.
  • the inner coil portion has a winding portion provided corresponding to a gap between the outer coil portions, and is fitted between adjacent winding portions of the outer coil portion while being in contact with the winding portion.
  • FIG. 1 is a sectional view showing a bent structure of a flexible member according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an enlarged view showing the same part.
  • the bending structure 1 is applied to a joint function unit such as a robot, a manipulator, or an actuator in various fields.
  • the bent structure 1 is provided between the base and the movable part of the joint function part, and supports the movable part displaceably with respect to the base by bending.
  • the bent structure 1 of the present reference example has a double coil shape, and includes an outer coil portion 5 and an inner coil portion 7. With this double coil shape, the bent structure 1 of the present reference example can be bent in the axial direction, and when bent by an external force, the inner diameter side of the bend contracts and the outer diameter side of the bend expands.
  • the axial length of the central axis or the axis O is substantially constant before and after bending and during bending, and is configured to restrict axial compression during non-bending and the like.
  • the bent structure 1 of the present reference example also includes a flexible member 3 as a regulating member.
  • the flexible member 3 penetrates the bent structure 1 so as to be movable in the axial direction, and regulates the radial displacement of the inner and outer coil portions 5 and 7 as will be described in detail later.
  • the flexible member 3 of the present reference example is configured using, for example, a push-pull cable or the like. Accordingly, the bending structure 1 also has a function of guiding the flexible member 3 in the axial direction, and can bend together with the flexible member 3 in accordance with the bending operation of the joint function unit.
  • bending means that the axis O of the joint function part or the bending structure 1 is bent or bent. Further, the flexible member 3 can be omitted.
  • the outer coil portion 5 is a coil spring, and is made of a wire 5a wound in a coil shape. Therefore, the outer coil part 5 has a plurality of winding parts 5b in the axial direction. In addition, the winding part 5b means one turn which comprises a coil shape (the same below).
  • the material of the wire 5a can be metal, resin, or the like.
  • the cross section of the wire 5a is formed in a circular shape, but may be an ellipse or the like.
  • the center diameter D1 of the outer coil portion 5 is constant from one axial end to the other end. However, the center diameter D1 of the outer coil portion 5 can be changed in the axial direction.
  • the outer coil portion 5 has a plurality of gaps 5c in which the winding portions 5b adjacent in the axial direction are separated in the axial direction.
  • the gap 5c of the present reference example is formed between each of the winding portions 5b adjacent in the axial direction, and all the gaps 5c have the same axial dimension.
  • the gap 5c may be provided only between some of the winding portions 5b in the axial direction. It is also possible to change the dimension of the gap 5c in the axial direction.
  • the inner coil portion 7 is a coil spring, and is formed of a wire 7a wound in a coil shape having a plurality of winding portions 7b in the axial direction.
  • the inner coil part 7 can be made of metal or resin as the material of the wire 7a, and the wire 7a has a circular cross section, but can have an ellipse or the like.
  • the inner coil portion 7 is located inside the outer coil portion 5, and an insertion portion 9 for inserting the flexible member 3 is defined on the inner periphery.
  • the inner coil part 7 of the present reference example is screwed into the outer coil part 5. By this screwing, the winding portion 7b of the inner coil portion 7 is positioned between the adjacent winding portions 5b of the outer coil portion 5. Therefore, the inner coil portion 7 has a configuration in which the winding portion 7b is provided corresponding to the gap 5c of the outer coil portion 5.
  • the winding portion 7b of the inner coil portion 7 fits between the winding portions 5b while being in contact with the adjacent winding portion 5b of the outer coil portion 5 by setting the center diameter D2 and the wire diameter d2 of the wire 7a. I have.
  • the center diameter D2 of the inner coil portion 7 is constant from one axial end to the other end. However, the center diameter D2 of the inner coil part 7 can be changed in the axial direction according to the center diameter D1 of the outer coil part 5.
  • the wire diameter d2 of the wire 7a is the same as the wire diameter d1 of the wire 5a of the outer coil portion 5. However, the wire diameter d2 of the wire 7a may be formed larger or smaller than the wire diameter d1 of the wire 5a of the outer coil part 5.
  • the inner coil part 7 has a plurality of gaps 7c which separate the adjacent winding parts 7b in the axial direction.
  • the gaps 7c are formed between the adjacent winding portions 7b in accordance with the screw engagement with the outer coil portion 5, and all the gaps 7c have the same axial dimension.
  • the outer coil portion 5 and the inner coil portion 7 have gaps 5c, 7c between the adjacent winding portions 5b, 7b in a free state in which the inner coil portion 7 is not located in the outer coil portion 5.
  • only one of the outer coil part 5 and the inner coil part 7 may be a contact spring.
  • the inner coil portion 7 and the outer coil portion 5 are screwed together to separate the winding portions 5b and 7b from each other.
  • the gap 5c of the part 5 and the gap 7c of the inner coil part 7 are formed. In this case, the initial tension can be applied to the double coil-shaped bent structure 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a bent state of the bent structure of FIG. 1, and FIG. 4 is an enlarged view showing the same part.
  • the winding portion 7b of the inner coil portion 7 is connected to the outer coil portion. 5 and is fitted between the adjacent winding portions 5b while being in contact with the adjacent winding portions 5b.
  • the winding structure 7b of the inner coil part 7 restricts the gap 5c of the outer coil part 5 from being compressed. Is suppressed.
  • the winding portion 5b of the outer coil portion 5 regulates the compression of the gap 7c of the inner coil portion 7.
  • the bending structure 1 can suppress the compression of the bending structure 1 itself and the compression of the joint function unit to which the bending structure 1 is applied.
  • the length of the axis O and the amount of movement of the flexible member 3 passing on the axis O can be kept constant.
  • the operation stability of No. 3 can also be ensured.
  • the bent structure 1 can smoothly bend by displacing the inner coil portion 7 to the outside in the radial direction.
  • each winding part 7b of the inner coil part 7 is pushed inward in the radial direction by reducing the gap 5c of the outer coil part 5 inside the bend of the bent structure 1. Accordingly, the inner coil portion 7 is displaced radially outward as a whole, but this displacement is allowed such that each winding portion 7b of the inner coil portion 7 enters the enlarged gap 5c of the outer coil portion 5. Is done.
  • the bending structure 1 has a configuration in which the compression in the axial direction can be restricted, but the flexibility is not hindered. As a result, in the bending structure 1, the bending operation is stabilized.
  • the gap 5c between the outer coil portions 5 becomes smaller inside the bent portion, and the gap between the outer coil portions 5 becomes larger outside the bent portion.
  • the size of the gap 5c does not change as compared with the case where the gap 5c is straight.
  • the bent structure 1 can keep the length of the axis O and the moving amount of the flexible member 3 passing on the axis O of the bent structure 1 constant not only at the time of being straight but also at the time of bending. In addition, the stability of the operation of the flexible member 3 can be ensured.
  • the length on the axis O starts to increase after the winding portion 5b comes into contact. For this reason, it is possible to notify the operator of the joint function section that the flexible member 3 has been bent to a predetermined angle or more by a change in the movement amount of the flexible member 3.
  • the flexible member 3 prevents the inner coil portion 7 from falling off the outer coil portion 5.
  • each winding portion 7b of the inner coil portion 7 is inserted into the enlarged gap 5c of the outer coil portion 5, so that the inner coil portion 7 as a whole is in the radial direction. Displace outward.
  • This displacement (movable length in which the inner coil portion 7 can move in the radial direction with respect to the axis O of the outer coil portion 5) is less than half of (diameter of the outer coil portion ⁇ diameter of the inner coil portion).
  • the diameter here means the center diameters D1 and D2 of the outer coil part 7 and the inner coil part 5. However, the diameter may be the outer diameter or the inner diameter of the outer coil part 7 and the inner coil part 5.
  • FIGS. 5A and 5B are schematic cross-sectional views showing the inner coil portion 7 falling off from the outer coil portion 5, wherein FIG. 5A shows a state before falling off and FIG. 5B shows a state after falling off.
  • the moving amount L of the inner coil portion 7 in the radial direction in the straight state exceeds half (D1 ⁇ D2) / 2 of (diameter of the outer coil portion 5 ⁇ diameter of the inner coil portion 7),
  • the inner coil part 7 gets over the outer coil part 5 and falls off.
  • the movement amount L is shown as a deviation amount between the axis of the inner coil portion 7 and the axis of the outer coil portion 5.
  • the inner coil 7 is movable in the radial direction with respect to the axis O of the outer coil 5 because the inner coil 7 may fall off as shown in FIG.
  • the movable length is equal to or less than half (D1 ⁇ D2) / 2 of (diameter of outer coil portion 5 ⁇ diameter of inner coil portion 7).
  • the movable length is set by inserting the flexible member 3 through the bent structure 1 in this embodiment.
  • the flexible member 3 prevents the inner coil portion 7 from falling off the outer coil portion 5.
  • the movable length of the outer coil 5 and the inner coil 7 It is also possible to set by setting one or both of the wire diameters d1 and d2.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view showing a bent structure according to a comparative example
  • FIG. 6B is a cross-sectional view showing the same at the time of bending.
  • the bending structure 1A according to the comparative example is formed of only a close contact spring, and is capable of bending and restricting compression.
  • a gap 1Ab is formed between the winding portions 1Aa even at the central portion inside and outside the bending of the bending structure 1.
  • the length of the axis O of the bent structure 1 and the amount of movement of the flexible member 3 passing on the axis O are increased by the gap 1Ab.
  • the bent structure 1 of the present embodiment is a bent structure that can be bent with the flexible member 3 by inserting the flexible member 3 movably in the axial direction, and is wound in a coil shape.
  • An outer coil portion 5 made of a wire 5a having a plurality of winding portions 5b in the axial direction and a wire material 7a wound in a coil shape and having a plurality of winding portions 7b in the axial direction.
  • the outer coil portion 5 has a plurality of gaps 5c separating adjacent winding portions 5b.
  • the inner coil portion 7 has winding portions 7b provided corresponding to the gaps 5c of the outer coil portion 5. While being in contact with the adjacent winding portions 5b of the portion 5, it is fitted between the adjacent winding portions 5b.
  • bent structure 1 is configured with the inner coil portion 7 positioned inside the outer coil portion 5, the structure can be simplified.
  • the winding portion 7b of the inner coil portion 7 regulates the compression of the gap 5c of the outer coil portion 5, and the compression is suppressed as a whole. Is done. For this reason, the bending structure 1 can secure rigidity in the axial direction that does not compress the joint function unit.
  • the gap 5c of the outer coil portion 5 is reduced inside the bend, and the inner coil portion 7 is displaced outside the bend. Is allowed, sufficient flexibility for bending together with the joint function part can be ensured even if the rigidity in the axial direction is ensured.
  • the bending structure 1 can simplify the structure while stabilizing the bending operation, the operation stability of a device having a joint function unit such as a robot, a manipulator, or an actuator is improved. It is possible to secure.
  • the gap 5c of the outer coil portion 5 becomes smaller inside the bend and the gap 5c of the outer coil portion 5 becomes larger outside the bend.
  • the length at O does not change as compared with the straight state, and the moving amount of the flexible member 3 can be reliably kept constant.
  • the stability of the operation of the flexible member 3 can be ensured, and further, the stability of the operation of the device having the joint function unit can be further ensured.
  • the movable length (displacement amount) in which the inner coil section 7 can move in the radial direction with respect to the axis O of the outer coil section 5 is (diameter of the outer coil section ⁇ diameter of the inner coil section). Of the inner coil portion 7 can be prevented from falling off from the outer coil portion 5.
  • the movement of the inner coil 7 is restricted by the flexible member 3 as a restricting member so that the movable length is equal to or less than half of (diameter of the outer coil-diameter of the inner coil). Therefore, it is possible to easily prevent the inner coil portion 7 from falling off without changing the shapes of the inner coil portion 7 and the outer coil portion 5.
  • the bending structure 1 is inserted through the flexible member 3 so as to be movable in the axial direction and can be bent together with the flexible member 3, the flexible member 3 is used in a mode of guiding the flexible member 3. The falling off of the inner coil part 7 can be prevented.
  • the bent structure 1 can be bent smoothly.
  • the inner coil portion 7 and the outer coil portion 5 are formed separately, and the inner coil portion 7 is screwed into the outer coil portion 5, so that assembly is easy. Further, by changing the characteristics of one or both of the inner coil portion 7 and the outer coil portion 5, the characteristics of the bent structure 1 can be easily changed.
  • the adjacent winding portion 5b of the outer coil portion 5 comes into contact with the inside of the bending, so that the amount of movement of the flexible member 3 causes a change.
  • the operator of the joint function can be notified that the joint is bent at a predetermined angle or more.
  • FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the bent structure according to Reference Example 2.
  • reference example 2 the same components as those in reference example 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the bent structure 1 of Reference Example 2 has a wire diameter d1 of the wire 5a of the outer coil portion 5 and a wire diameter d2 of the wire 7a of the inner coil portion 7 different from each other.
  • the wire diameter d1 of the outer coil portion 5 is larger than the wire diameter d2 of the inner coil portion 7.
  • the wire diameter d1 of the outer coil part 5 can be smaller than the wire diameter d2 of the inner coil part 7.
  • the bent structure 1 can achieve the same operation and effect as those of the first embodiment. Further, by making the wire diameter d2 different from the wire diameter d1, the free length and characteristics of the bent structure 1 can be adjusted.
  • FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the bent structure according to Reference Example 3.
  • components corresponding to reference example 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the winding 7b of the inner coil 7 contacts the winding 5b adjacent to the outer coil 5 in a part of the outer coil 5 in the axial direction. Fit between 5b.
  • the inner coil portion 7 is formed so that the center diameter D2 (see FIG. 1) gradually decreases in the axial direction. Accordingly, as described above, the inner coil portion 7 is fitted between the adjacent winding portions 5b of the outer coil portion 5 only at a part in the axial direction.
  • the inner coil portion 7 and the outer coil portion 5 are each a close contact coil, and the gap 5c between the outer coil portions 5 decreases as the center diameter D2 of the inner coil portion 7 decreases.
  • the winding structure 7b of the inner coil portion 7 is fitted between the adjacent winding portions 5b of the outer coil portion 5 only at a part of the outer coil portion 5 in the axial direction, so that the bent structure 1, the free length and characteristics can be adjusted.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a bent structure according to Reference Example 4.
  • reference example 4 the same components as those in reference example 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the bent structure 1 of Reference Example 4 is provided with an enlarged diameter portion 11 that gradually increases in diameter in a part of the axial direction.
  • an enlarged diameter portion 11 is provided at one end in the axial direction of the bent structure 1.
  • the enlarged diameter portion 11 can be provided at an intermediate portion or the other end of the bent structure 1 in the axial direction.
  • both the center diameters D1 and D2 of the outer coil portion 5 and the inner coil portion 7 gradually increase, and the winding portion 7b of the inner coil portion 7 comes into contact with the adjacent winding portion 5b of the outer coil portion 5. The state of fitting between the winding portions 5b is maintained.
  • FIG. 10 is an enlarged sectional view showing a part of the bent structure according to Reference Example 5.
  • reference example 5 the same components as those in reference example 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the bent structure 1 of Reference Example 5 has the outer coil portion 5 and the inner coil portion 7 each composed of two coil portions. Specifically, the outer coil portion 5 is configured by the first outer coil portion 13 and the second outer coil portion 15, and the inner coil portion 7 is configured by the first inner coil portion 17 and the second inner coil portion 19. .
  • the first outer coil portion 13 and the second outer coil portion 15 are alternately wound in the axial direction with winding portions 13a and 15a, and the first inner coil portion 17 and the second inner coil portion 19 are also alternately wound in the axial direction. Parts 17a and 19a are located.
  • the winding portions 13a, 15a of the first outer coil portion 13 and the second outer coil portion 15 are adjacent in the axial direction, and a gap 5c is formed between the adjacent winding portions 13a, 15a. I have.
  • the winding part 17a of the first inner coil part 17 and the winding part 19a of the second inner coil part 19 of the inner coil part 7 contact the winding parts 13a and 15a of the first outer coil part 13 and the second outer coil part 15, respectively. While being fitted between the winding portions 13a and 15a.
  • the number of the coil portions constituting the outer coil portion 5 and the inner coil portion 7 can be changed. Further, only one of the outer coil part 5 and the inner coil part 7 may be constituted by a plurality of coil parts.
  • FIG. 11 is a perspective view showing a part of a robot forceps to which a bending structure is applied according to a sixth embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is a sectional view of the same
  • FIG. 13 is a joint function part of the robot forceps of FIG.
  • FIG. 14 is a sectional view of the same.
  • the same components as those in reference example 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the robot forceps 21 of the present reference example constitutes the distal end of a robot arm of a surgical robot that is a medical manipulator.
  • the robot forceps 21 is an example of a device having a joint function unit.
  • the device having the joint function unit is not limited to the medical manipulator as described above. That is, as a device having a joint function unit, a robot having a joint function unit that performs a bending operation and performing an operation by moving the flexible member 3 in the axial direction can be used in various fields.
  • the manipulator or the actuator is not particularly limited. In the case of a medical manipulator, an endoscope camera, a manual forceps, and the like that are not attached to the surgical robot are also included.
  • the robot forceps 21 of the present reference example includes a shaft 23, a joint function unit 25, and a grip unit 27 as an end effector for a surgical operation.
  • the shaft 23 is formed, for example, in a cylindrical shape.
  • a flexible member 3 composed of a drive wire 29 for driving the joint function unit 25 and a push-pull cable for driving the grip unit 27 passes through the shaft 23.
  • a grip unit 27 is provided on the distal end side of the shaft 23 via a joint function unit 25.
  • the joint function unit 25 includes a base 31, a movable unit 33, a flexible tube 35, and the bent structure 1.
  • the base 31 is a cylindrical body formed of resin, metal, or the like, and is attached to the tip of the shaft 23.
  • the drive wire 29 is inserted through the base 31 in the axial direction through the through hole 31a, and the flexible member 3 is inserted through the insertion hole 31b in the axial center.
  • the movable portion 33 is a columnar body formed of resin, metal, or the like, and is attached to the grip unit 27 described later.
  • the distal end of the drive wire 29 is fixed to the movable portion 33.
  • the movable portion 33 is displaced with respect to the base 31 by operating the drive wire 29, and directs the grip unit 27 in a desired direction.
  • An insertion hole 33 b is provided in the axis of the movable portion 33, and the flexible member 3 is inserted through the insertion hole 33 b.
  • the flexible tube 35 is interposed between the base 31 and the movable part 33, and bends according to the displacement of the movable part 33 with respect to the base 31.
  • the flexible tube 35 passes the drive wire 29 and the flexible member 3 in the axial direction.
  • the flexible tube 35 of the present reference example is constituted by a bellows having a tubular body having a corrugated cross section.
  • the flexible tube 35 may be a coil spring, a cylindrical body, or the like, and is not particularly limited as long as it has a flexible tube shape.
  • the bent structure 1 has the same configuration as that of the first embodiment.
  • the bent structure 1 is arranged along the axis of the flexible tube 35, and is provided between the base 31 and the movable part 33. Note that any of the bent structures 1 of Reference Examples 2 to 5 can be applied to the joint function unit 25.
  • Both ends of the bent structure 1 are attached to the insertion holes 31 b and 33 b of the base 31 and the movable portion 33, respectively, with the flexible member 3 inserted through the insertion portion 9.
  • the bending structure 1 supports the movable portion 33 so as to be unable to move in the axial direction with respect to the base 31, and bends together with the flexible member 3 according to the displacement of the movable portion 33 with respect to the base 31.
  • the grip unit 27 has a pair of grip portions 37 pivotally supported on the movable portion 33 of the joint function portion 25 so as to be openable and closable.
  • the grip unit 27 is configured such that the flexible member 3 penetrating the joint function unit 25 is connected, and the grip unit 37 is opened and closed by the axial movement (advance / retreat operation) of the flexible member 3.
  • the end effector is not limited to the grip unit 27, and may be, for example, scissors, a grip retractor, a needle driver, or the like.
  • an operator such as a doctor can cause the grip portion 37 of the grip unit 27 to open and close by moving the flexible member 3 forward and backward.
  • the joint function unit 25 is bent, and the grip unit 27 can be directed in a desired direction with respect to the shaft 23. In this state, if the flexible member 3 is moved forward and backward, the gripper 37 of the gripper unit 27 can be opened and closed.
  • the opening / closing operation can be performed stably and accurately because the moving amount of the flexible member 3 is constant.
  • FIG. 15 is a schematic perspective view showing an instrument for a surgery assistance robot to which a bending structure is applied according to the first embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals are given to the configurations corresponding to the reference examples 1 and 6, and the duplicate description will be omitted.
  • the present embodiment is an instrument 100 for a surgery support robot to which the bending structure 1 of the first embodiment is applied.
  • the surgical assist robot instrument 100 is mounted as a replaceable master-slave type surgical robot, and is driven by a driving force from the surgical robot.
  • the instrument 100 for a surgery support robot according to the present embodiment corresponds to a device in which the robot forceps 21 according to the reference example 6 is a replaceable unit.
  • the instrument 100 for a surgery support robot includes a main body 110, a shaft 23, a grip unit 27 for a surgical operation, and a joint function unit 25.
  • the direction of the axis L (axial direction) of the shaft 23 is defined as the front-rear direction, and a pair of main body side pulleys 131L and 131R described later are orthogonal to the front-rear direction.
  • the direction arranged side by side is referred to as a left-right direction, and the direction perpendicular to the front-rear direction and the left-right direction is referred to as a vertical direction (see FIG. 16).
  • the main body 110 constitutes a base of the instrument 100 for a surgery support robot.
  • a rod-shaped member particularly a shaft 23 which is a cylindrical member, extends in the main body 110 in the front-rear direction.
  • a gripping unit 27 is provided at the front end of the shaft 23 in the front-rear direction (axial direction) as an end effector for a surgical operation.
  • the end effector is not limited to the grip unit 27 as in the sixth embodiment, but may be, for example, scissors, a grip retractor, a needle driver, or the like.
  • a joint function section 25 is provided at the distal end of the shaft 23.
  • the joint function unit 25 has the bending structure 1 and can change the direction of the grip unit 27 by bending in the front-back direction.
  • main body 110 is not limited to the forms shown in FIGS. 16 and 17, and other forms can be adopted. Further, since the shaft 23, the grip unit 27, and the joint function unit 25 have the same configuration as in the sixth embodiment, the details will be omitted by referring to the sixth embodiment.
  • FIG. 16 is a perspective view showing an example of the internal configuration of the main body 110 of the instrument 100 for a surgical assistance robot
  • FIG. 17 is a plan view of the same.
  • the main body 110 is formed in a rectangular parallelepiped shape in which the shaft side pulley 121, the pair of main body side pulleys 131L and 131R, the driving pulley 132, the forceps pulley 141, the guide pulley 142, the movable portion 151 and the like are housed.
  • the substrate 111 of the main body 110 supports the shaft 23 and the shaft-side pulley 121 rotatably around the axis L at the center of the front end.
  • a body-side pulley 131, a driving pulley 132, a forceps pulley 141, and a guide pulley 142 are rotatably arranged on the upper surface of the substrate 111.
  • the substrate 111 is provided with four slits 112 formed in a long hole shape extending in the front-rear direction and arranged at intervals in the left-right direction.
  • one movable portion 151 is disposed so as to be relatively movable in the front-rear direction with respect to the substrate 111.
  • the four slits 112 are a slit 112A, a slit 112B, a slit 112C, and a slit 112D from right to left.
  • the slit 112A is formed longer in the front-rear direction than the other slits 112B, 112C, and 112D.
  • the slits 112B, 112C, and 112D have the same length in the front-rear direction.
  • the top plate 115 is a plate-like member attached to the column 113 extending upward from the substrate 111.
  • the top plate 115 supports the body-side pulleys 131L, 131R, the drive pulley 132, the forceps pulley 141, and the guide pulley 142 between the board 111 and the body-side pulleys 131L, 131R, the drive pulley 132, and the forceps.
  • the pulley 141 and the guide pulley 142 are rotatably supported.
  • the shaft 23 is a cylindrical member extending forward from the main body 110, and is rotatably supported on the main body 110 about the axis L.
  • a shaft-side pulley 121 sharing the axis L with the shaft 23 is provided at a rear end portion of the shaft 23 in the rear direction.
  • a forceps is provided at a forward end portion of a shaft 23.
  • the shaft-side pulley 121 is a cylindrical member provided at the base end of the shaft 23 in the rearward direction (the main body 110 side) so as to be rotatable with respect to the main body 110 together with the shaft 23. Further, a spiral groove around which a rotation wire (cord-like body) 122 for controlling rotation of the shaft 23 is wound is formed on the outer peripheral surface of the shaft side pulley 121.
  • the pair of main body-side pulleys 131L and 131R are rotatably disposed with respect to the main body 110 at positions on the board 111 of the main body 110 in the left-right direction with the shaft-side pulley 121 interposed therebetween.
  • the main body side pulleys 131L and 131R are formed in a disk shape or a column shape, and an annular groove around which the rotation wire 122 is wound is formed on an outer peripheral surface thereof.
  • the main body pulley 131L is arranged on the left side, and the main body pulley 131R is arranged on the right side.
  • Rotating wire 122 is formed in a cord shape that transmits the rotation of main body side pulley 131R to shaft side pulley 121 and shaft 23.
  • the rotation wire 122 is arranged annularly between the pair of body-side pulleys 131L and 131R, and is wound around the outer peripheral surface of the shaft-side pulley 121.
  • the drive pulley 132 is a pulley disposed behind the main body side pulley 131 ⁇ / b> R on the substrate 111 of the main body 110.
  • the drive pulley 132 is formed in a disk shape or a column shape, and an annular groove around which a transmission wire (another cord-like body) 133 is wound is formed on an outer peripheral surface thereof.
  • a slit 112A used for driving the shaft 23 is provided between the driving pulley 132 and the main body pulley 131R, and a movable portion 151A used for driving the shaft 23 is disposed in the slit 112A.
  • the transmission wire 133 is formed in a cord shape for transmitting the relative movement of the movable portion 151A in the front-rear direction with respect to the substrate 111 of the main body 110 to the main body side pulley 131R.
  • the transmission wire 133 is annularly disposed between the driving pulley 132 and the main body side pulley 131R, and a part of the transmission wire 133 is fixedly attached to the movable portion 151A.
  • the forceps pulley 141 is a pulley disposed in the vicinity of the axis L on the substrate 111 of the main body 110 and arranged rearward.
  • the forceps pulley 141 is formed in a disk shape or a column shape, and an annular groove around which the forceps wire 143 is wound is formed on an outer peripheral surface thereof.
  • a guide pulley 142, a slit 112B, and a slit 112C are arranged between the forceps pulley 141 and the shaft-side pulley 121.
  • a movable portion 151C used for driving the forceps is arranged in the slit 112C.
  • the guide pulley 142 is a pulley that guides the forceps wire 143 from the main body 110 to the inside of the shaft side pulley 121 and the shaft 123.
  • a description will be given by applying to an example in which four guide pulleys 142 are arranged between the slits 112B and 112C in the substrate 111 of the main body 110 and the shaft-side pulley 121.
  • the guide pulley 142 is formed in a disk shape or a column shape, and has an annular groove formed on an outer peripheral surface thereof.
  • the number of guide pulleys 142 may be four, and may be more or less than four. Further, the relative positional relationship between the plurality of guide pulleys 142 is not particularly limited as long as the positional relationship leads the forceps wire 143 to the inside of the shaft-side pulley 121 and the shaft 23.
  • the forceps wire 143 is formed in a cord shape for transmitting the relative movement of the movable portion 151C in the front-rear direction with respect to the substrate 111 of the main body 110 to the forceps arranged at the front end of the shaft 23.
  • the forceps wire 143 is annularly disposed between the forceps pulley 141 and the forceps (gripping unit 27), and a part thereof is fixedly attached to the movable portion 151C.
  • the forceps wire 143 corresponds to the drive wire 29 of Reference Example 6, the distal end portion is fixed to the movable portion 33 of the joint function portion 25, the flexible tube 35 and the base portion 31 are inserted, and the forceps wire 143 passes through the shaft 23.
  • the proximal end of the forceps wire 143 is coupled to the forceps pulley 141 via the guide pulley 142 to be integrally formed.
  • the forceps wire 143 is formed in an annular shape via the movable portion 33 of the joint function section 25 and the forceps pulley 141.
  • the forceps wire 143 is fixedly attached to the movable portion 151C.
  • the forceps wire 143 is fixedly attached to the movable portion 151B or 151D. It is not particularly limited.
  • one of the movable part 151B and the movable part 151D is connected to, for example, a forceps wire for bending the joint function part 25 in a different direction, and the other is, for example, a forceps wire or a push-pull cable for opening and closing the grip unit 27. And the like.
  • the movable portion 151 is disposed in each of the four slits 112 provided on the substrate 111 of the main body 110, and is disposed so as to be relatively movable in the front-rear direction along the slit 112 with respect to the substrate 111 of the main body 110. Is what is done.
  • the movable part 151 is moved by a driving force transmitted from a master-slave type surgical robot to which the instrument 100 for a surgical assistance robot is attached.
  • the movable part 151A is arranged in the slit 112A
  • the movable part 151B is arranged in the slit 112B
  • the movable part 151C is arranged in the slit 112C
  • the movable part 151D is arranged in the slit 112D.
  • a driving force for moving the movable portion 151A forward or backward along the slit 112A is applied from the outside.
  • the part of the transmission wire 133 attached to the movable part 151A also moves forward.
  • the annular transmission wire 133 moves in a direction to rotate counterclockwise when viewed from above.
  • the movement of the transmission wire 133 causes the main body side pulley 131R to rotate counterclockwise.
  • the counterclockwise rotation of the main body side pulley 131R is transmitted to the rotation wire 122 wound around the main body side pulley 131R.
  • the rotation wire 122 is rotated counterclockwise, the movement of the rotation wire 122 is transmitted to the shaft side pulley 121, and the shaft side pulley 121 is rotated around the axis L.
  • the rotation direction of the shaft-side pulley 121 is determined based on the winding direction of the rotation wire 122 around the shaft-side pulley 121.
  • the movable section 151A moves backward, the movement is in the opposite direction to the above.
  • a driving force for moving the movable section 151C forward or backward along the slit 112C is applied from the outside.
  • the part of the forceps wire 143 attached to the movable part 151C also moves forward.
  • a pair of main body pulleys 131L and 131R are disposed with the shaft side pulley 121 disposed on the shaft 23 interposed therebetween, and a rotation wire 122 is wound around the shaft side pulley 121 and the pair of main body pulleys 131L and 131R. Have been. By transmitting the driving force to the rotation wire 122, the shaft-side pulley 121 and the shaft 23 are rotated.
  • the shaft side pulley 121 is disposed between the pair of main body side pulleys 131L and 131R, and a rotation wire 122 extending from one main body side pulley 131R is wound around the shaft side pulley 121. Thereafter, the rotation wire 122 is connected to the other main body side pulley 131R. It is wound around the pulley 131L. Therefore, it is easy to suppress the force acting on the shaft-side pulley 121 and the shaft 123 in the direction perpendicular to the axial direction of the shaft 123 (in other words, in the radial direction). As a result, the driving load for rotating the shaft 23 can be easily reduced.
  • the area of the shaft side pulley 121 around which the rotation wire 122 is wound is easily reduced, in other words, the axial length of the shaft side pulley 121 is easily reduced.
  • the instrument 100 for a surgery support robot can be more easily reduced in size as compared with the case where the wire 133 is attached.
  • FIG. 18 is a plan view showing the internal configuration of the instrument for a surgical assistance robot according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 19 is an internal configuration of the instrument for a surgical assistance robot shown in FIG. It is a partial perspective view explaining.
  • the basic configuration of the instrument 100 for a surgery support robot of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, but differs from the first embodiment in the configuration of a pair of main body side pulleys. Therefore, in the present embodiment, the configuration relating to the pair of main body side pulleys will be described with reference to FIGS. 18 and 19, 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 instrument 100 for a surgery support robot according to the present embodiment.
  • the adjusting section 114 supports the main body side pulley 131L so as to be rotatable, and supports the main body side pulley 131L so as to be relatively movable in the left-right direction with respect to the substrate 111.
  • the main body side pulley 131L is supported so as to be able to approach and separate from the main body side pulley 131R.
  • the adjusting section 114 is provided with a long hole 117 extending in the left-right direction.
  • the adjustment unit 114 is attached to the substrate 111 by a fixing member 116 such as a screw inserted into the long hole 117.
  • the main body side pulley 131R of the instrument 100 for a surgery support robot is provided with a large diameter pulley portion 134a having a relatively large diameter and a small diameter pulley portion 134b having a relatively small diameter. I have.
  • the large diameter pulley portion 134a is provided on the upper side of the main body pulley 131R, and the small diameter pulley portion 134b is provided on the lower side of the main body pulley 131R.
  • An annular groove around which the rotating wire 122 is wound is formed in the large diameter pulley portion 134a, and an annular groove around which the transmission wire 133 is wound is formed in the small diameter pulley portion 134b.
  • the diameter of the portion where the rotation wire 122 is wound may be relatively small, and the diameter of the portion where the transmission wire 133 is wound may be relatively large.
  • the same operation and effect as those of the first embodiment can be obtained.
  • the distance between the main body pulley 131 ⁇ / b> L and the main body pulley 131 ⁇ / b> R is increased. Is adjusted. In other words, the tension of the rotation wire 122 is adjusted to a desired tension.
  • the adjustment unit 114 is fixed to the substrate 111, and the distance between the main body pulley 131L and the main body pulley 131R is fixed.
  • the amount of movement of the transmission wire 133 is amplified according to the ratio of the diameter of the small-diameter pulley portion 134b around which the transmission wire 133 is wound and the large-diameter pulley portion 134a around which the rotation wire 122 is wound, and the rotation wire 122 is amplified. Is transmitted to
  • the present embodiment has been described by applying to the example in which the moving amount of the transmission wire 133 is amplified and transmitted to the rotation wire 122, the diameter of the pulley around which the transmission wire 133 is wound and the rotation wire By changing the ratio of the diameter of the pulley portion around which the wire 122 is wound, in this embodiment, the amount of movement of the transmission wire 133 may be reduced and transmitted to the rotation wire 122 in some cases.
  • the tension (tension) acting on the rotation wire 122 wound around the pair of main body side pulleys 131L and 131R can be adjusted.
  • the adjustment of the tension is facilitated, it is easy to suppress the occurrence of variation when assembling the instrument 100 for a surgery support robot.
  • the accuracy of external force estimation can be easily increased.

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Abstract

十分な可撓性と軸方向の剛性とを確保することが可能な手術支援ロボット用インスツルメントを提供する。　手術支援ロボット用インスツルメント１００は、本体１０１から延びる棒状の部材であるシャフト１０３の軸方向の先端部にシャフト１０３の軸方向に対して屈曲することでエンドエフェクタ１０５の向きを変更可能とする関節機能部１０９を備え、関節機能部１０９の屈曲を可能とする屈曲構造体１０７は、コイル状に巻かれた線材５ａからなる外コイル部５と、コイル状に巻かれた線材７ａからなり、外コイル部５内に位置する内コイル部７とを備え、外コイル部５は、隣接する巻部５ｂ間を離間させた複数の隙間５ｃを有し、内コイル部７は、巻部７ｂが外コイル部５の隙間５ｃに対応して設けられ、外コイル部５の隣接する巻部５ｂに接触しつつ当該巻部５ｂ間に嵌合する。

Description

手術支援ロボット用インスツルメント
　本発明は、手術支援ロボット用インスツルメントに関する。
　各種分野のロボット、マニピュレーター、或はアクチュエータ等には、関節機能部を有するものがある。このような関節機能部に適用される屈曲構造体としては、例えば、特許文献１に記載の可撓性部材がある。
　この特許文献１の可撓性部材は、複数のディスク要素を相互に揺動自在に係合して構成され、各ディスク要素の揺動により全体として屈曲動作を行うようになっている。
　かかる構成の可撓性部材は、屈曲動作を円滑に行うことができると共に軸方向の圧縮に対する剛性を確保でき、屈曲動作の安定化を図ることができる。
　しかし、特許文献１の可撓性部材は、複数のディスク要素を相互に係合するため、構造が煩雑であるという問題があった。
特表２００９－５３８１８６号公報
　解決しようとする問題点は、屈曲動作の安定化を図ると、構造が煩雑になる点である。
　本発明は、本体と、前記本体から延びる棒状の部材であるシャフトと、前記シャフトの軸方向の先端部に設けられた外科手術用のエンドエフェクタと、前記先端部に設けられ前記シャフトの軸方向に対して屈曲することで前記エンドエフェクタの向きを変更可能とする関節機能部とを備え、前記関節機能部は、前記屈曲を可能とする屈曲構造体を有し、前記屈曲構造体は、コイル状に巻かれて前記軸方向に複数の巻部を有する線材からなる外コイル部と、コイル状に巻かれて前記軸方向に複数の巻部を有する線材からなり前記外コイル部内に位置する内コイル部とを備え、前記外コイル部は、前記軸方向で隣接する巻部間を離間させた複数の隙間を有し、前記内コイル部は、前記巻部が前記外コイル部の前記隙間に対応して設けられ前記外コイル部の前記隣接する巻部に接触しつつ当該巻部間に嵌合する、ことを手術支援ロボット用インスツルメントの最も主な特徴とする。
　本発明によれば、屈曲構造体が内コイル部を外コイル部内に位置させて構成されているため、構造を簡素化することができる。
　また、内コイル部の巻部が外コイル部の隣接する巻部に接触しつつそれら隣接する巻部間に嵌合しているので、軸方向の剛性を確保することができる。
　また、屈曲時には、屈曲の内側で外コイル部の隙間を小さくしつつ屈曲の外側に内コイル部を変位させ、屈曲の外側で外コイル部の隙間を大きくして内コイル部の変位を許容することで、軸方向の剛性を確保しても十分な可撓性を確保することができる。
　結果として、本発明では、屈曲動作の安定化を図りつつ構造を簡素化することが可能となる。
　しかも、本発明では、屈曲の内側で外コイル部の隙間が小さくなり、屈曲の外側で外コイル部の隙間が大きくなるので、外コイル部の軸心における長さが直状時と比較して変化せず、内周側に可撓部材を軸方向で移動可能にガイドするように用いる場合、可撓部材の移動量を確実に一定に保つことができる。
屈曲構造体を示す断面図である（参考例１）。 図１の屈曲構造体の一部を示す拡大図である（参考例１）。 図１の屈曲構造体の屈曲状態を示す断面図である（参考例１）。 図３の屈曲構造体の一部を示す拡大図である（参考例１）。 内コイル部の外コイル部からの脱落を示す概略断面図であり、（Ａ）は脱落前、（Ｂ）は脱落後の状態である（参考例１）。 （Ａ）は比較例に係る屈曲構造体を示す断面図、（Ｂ）は比較例に係る屈曲構造体の屈曲状態を示す断面図である（参考例１）。 屈曲構造体の一部を示す拡大断面図である（参考例２）。 屈曲構造体の一部を示す拡大断面図である（参考例３）。 屈曲構造体を示す断面図である（参考例４）。 屈曲構造体の一部を示す拡大断面図である（参考例５）。 ロボット鉗子の一部を示す斜視図である（参考例６）。 図１１のロボット鉗子の断面図である（参考例６）。 図１１のロボット鉗子の屈曲部を示す斜視図である（参考例６）。 図１３の屈曲部の断面図である（参考例６）。 屈曲構造体を適用した手術支援ロボット用インスツルメントを示す概略斜視図である（実施例１）。 図１５の手術支援ロボット用インスツルメントの本体の内部構成を示す斜視図である（実施例１）。 図１６の手術支援ロボット用インスツルメントの本体の内部構成を示す平面図である（実施例１）。 手術支援ロボット用インスツルメントの本体の内部構成を示す平面図である(実施例２)。 図１８の手術支援ロボット用インスツルメントの本体の内部構成を説明する部分斜視図である（実施例２）。
　屈曲動作の安定化を図りつつ構造を簡素化するという目的を、外コイル部内に内コイル部を位置させた二重コイル形状の屈曲構造体により実現した。
　手術支援ロボット用インスツルメントは、本体と、本体から延びる棒状の部材であるシャフトと、シャフトの軸方向の先端部に設けられた外科手術用のエンドエフェクタと、先端部に設けられシャフトの軸方向に対して屈曲することでエンドエフェクタの向きを変更可能とする関節機能部とを備えたものとしてもよい。関節機能部は、前記屈曲を可能とする屈曲構造体を有し、屈曲構造体は、コイル状に巻かれて軸方向に複数の巻部を有する線材からなる外コイル部と、コイル状に巻かれて軸方向に複数の巻部を有する線材からなり外コイル部内に位置する内コイル部とを備え、外コイル部は、軸方向で隣接する巻部間を離間させた複数の隙間を有し、内コイル部は、巻部が外コイル部の隙間に対応して設けられ外コイル部の隣接する巻部に接触しつつ当該巻部間に嵌合する。
参考例１
　　［屈曲構造体の構造］
　図１は、本発明の参考例１に係る可撓部材の屈曲構造体を示す断面図、図２は、同一部を示す拡大図である。
　屈曲構造体１は、例えば各種分野のロボット、マニピュレーター、或はアクチュエータ等の関節機能部に適用されるものである。この屈曲構造体１は、関節機能部の基部及び可動部間に設けられ、屈曲により基部に対して可動部を変位可能に支持する。
　本参考例の屈曲構造体１は、二重コイル形状であり、外コイル部５と、内コイル部７とを備えている。この二重コイル形状により、本参考例の屈曲構造体１は、軸方向に対して屈曲可能であって、外力により屈曲する際に屈曲の内径側が収縮しかつ屈曲の外径側が伸長することにより、中心軸又は軸心Ｏの軸方向長さが屈曲前後及び屈曲中においてほぼ一定であり、非屈曲等の際に軸方向への圧縮を規制する構成となっている。かかる本参考例の屈曲構造体１は、規制部材としての可撓部材３も備えている。
　可撓部材３は、屈曲構造体１を軸方向に移動可能に挿通し、詳細は後述するが、内外コイル部５，７の径方向へのずれを規制するものである。本参考例の可撓部材３は、例えば、プッシュプルケーブル等を利用して構成されている。これに応じて、屈曲構造体１は、可撓部材３を軸方向へガイドする機能も有し、関節機能部の屈曲動作に応じて可撓部材３と共に屈曲可能となっている。
　なお、屈曲とは、関節機能部又は屈曲構造体１の軸心Ｏを湾曲又は屈曲させることを意味する。また、可撓部材３は、省略することも可能である。
　外コイル部５は、コイルばねであり、コイル状に巻かれた線材５ａからなる。従って、外コイル部５は、軸方向に複数の巻部５ｂを有する。なお、巻部５ｂは、コイル形状を構成する一巻きを意味する（以下、同じ。）。
　線材５ａの材質は、金属や樹脂等とすることが可能である。線材５ａの断面は、円形に形成されているが、楕円等としてもよい。
　外コイル部５の中心径Ｄ１は、軸方向の一端から他端に至るまで一定となっている。ただし、外コイル部５の中心径Ｄ１は、軸方向で変化させることも可能である。
　外コイル部５は、軸方向で隣接する巻部５ｂ間を軸方向で離間させた複数の隙間５ｃを有している。本参考例の隙間５ｃは、軸方向で隣接する巻部５ｂの各間に形成され、全ての隙間５ｃは、同一の軸方向の寸法を有している。ただし、隙間５ｃは、軸方向で一部の巻部５ｂ間にのみ設けることも可能である。また、隙間５ｃの軸方向の寸法を変化させることも可能である。
　内コイル部７は、コイルばねであり、軸方向に複数の巻部７ｂを有するコイル状に巻かれた線材７ａからなる。内コイル部７は、外コイル部と同様、線材７ａの材質を金属や樹脂とすることが可能であり、線材７ａの断面が円形であるが、楕円等とすることも可能である。
　この内コイル部７は、外コイル部５の内側に位置し、内周に可撓部材３を挿通するための挿通部９が区画されている。本参考例の内コイル部７は、外コイル部５内に螺合されている。この螺合により、内コイル部７の巻部７ｂが外コイル部５の隣接する巻部５ｂの各間に位置している。従って、内コイル部７は、巻部７ｂが外コイル部５の隙間５ｃに対応して設けられた構成となっている。
　また、内コイル部７の巻部７ｂは、中心径Ｄ２及び線材７ａの線径ｄ２の設定により、外コイル部５の隣接する巻部５ｂに接触しつつ当該巻部５ｂ間に嵌合している。
　なお、内コイル部７の中心径Ｄ２は、軸方向の一端から他端に至るまで一定となっている。ただし、内コイル部７の中心径Ｄ２は、外コイル部５の中心径Ｄ１に応じて、軸方向で変化させること等も可能である。
　また、線材７ａの線径ｄ２は、外コイル部５の線材５ａの線径ｄ１と同一になっている。ただし、線材７ａの線径ｄ２は、外コイル部５の線材５ａの線径ｄ１よりも大きく又は小さく形成してもよい。
　内コイル部７は、隣接する巻部７ｂ間を軸方向で離間させた複数の隙間７ｃを有している。隙間７ｃは、外コイル部５との螺合に応じ、隣接する巻部７ｂの各間に形成され、全ての隙間７ｃは、同一の軸方向の寸法を有している。
　なお、外コイル部５及び内コイル部７は、外コイル部５内に内コイル部７が位置していない自由状態で、隣接する巻部５ｂ，７ｂの各間に隙間５ｃ，７ｃを有する構成の他、自由状態で隣接する巻部５ｂ，７ｂが密着した構成（密着ばね）とすることも可能である。さらに、外コイル部５及び内コイル部７の一方のみを密着ばねとすることも可能である。
　外コイル部５及び内コイル部７が自由状態で密着ばねである場合は、内コイル部７と外コイル部５とを螺合することにより相互に巻部５ｂ，７ｂ間を離間させ、外コイル部５の隙間５ｃ及び内コイル部７の隙間７ｃが形成される。この場合、二重コイル形状の屈曲構造体１に初張力を付与することが可能である。
　　［屈曲構造体の動作］
　図３は、図１の屈曲構造体の屈曲状態を示す断面図、図４は、同一部を示す拡大図である。
　屈曲構造体１は、図１及び図２のように、軸心Ｏ（外コイル部５の軸心でもある）が屈曲していない直状時に、内コイル部７の巻部７ｂが外コイル部５の隣接する巻部５ｂに接触しつつそれら隣接する巻部５ｂ間に嵌合している。
　このため、屈曲構造体１は、軸方向での圧縮力が作用しても、外コイル部５の隙間５ｃが圧縮されることを内コイル部７の巻部７ｂが規制し、全体としての圧縮が抑制される。なお、内コイル部７を基準にすると、内コイル部７の隙間７ｃが圧縮されるのを外コイル部５の巻部５ｂが規制することになる。
　従って、屈曲構造体１は、自身の圧縮ひいては適用される関節機能部の圧縮を抑制することができる。この結果、可撓部材３の軸方向への移動をガイドする際に、軸心Ｏの長さ並びに軸心Ｏ上を通る可撓部材３の移動量を一定に保つことができ、可撓部材３の動作の安定性を確保することもできる。
　図３及び図４のように、屈曲構造体１の軸心Ｏが屈曲すると、屈曲の内側で外コイル部５の隙間５ｃが小さくなり、屈曲の外側で外コイル部５の隙間５ｃが大きくなる。
　このとき、屈曲構造体１は、内コイル部７が径方向の外側に変位することにより屈曲を円滑に行うことができる。
　すなわち、内コイル部７の各巻部７ｂは、屈曲構造体１の屈曲の内側で、外コイル部５の隙間５ｃが小さくなることにより径方向の内側に押し込められる。これに応じ、内コイル部７は、全体として径方向の外側に変位するが、この変位は、内コイル部７の各巻部７ｂが外コイル部５の大きくなった隙間５ｃに入り込むようにして許容される。
　従って、屈曲構造体１は、軸方向の圧縮を規制することができる構成でありながら、可撓性が阻害されることはない。結果として、屈曲構造体１は、屈曲動作の安定化が図られる。
　また、屈曲構造体１が屈曲する際は、上記のように、屈曲の内側で外コイル部５の隙間５ｃが小さくなり、屈曲の外側で外コイル部５の隙間が大きくなるので、軸心Ｏ上で隙間５ｃの大きさが直状時と比較して変化しないことになる。
　従って、屈曲構造体１は、直状時だけでなく屈曲時にも、軸心Ｏの長さ及び屈曲構造体１の軸心Ｏ上を通る可撓部材３の移動量を一定に保つことができ、可撓部材３の動作の安定性を確保することができる。
　また、本参考例の屈曲構造体１は、所定角度に屈曲した際に、屈曲の内側で外コイル部５の隣接する巻部５ｂが接触する（図４参照）。
　従って、屈曲構造体１では、巻部５ｂが接触したときから、軸心Ｏ上の長さが大きくなり始める。このため、可撓部材３の移動量の変化により、関節機能部の操作者に所定角度以上に屈曲したことを通知することができる。
　かかる屈曲構造体１の屈曲動作時には、可撓部材３により内コイル部７の外コイル部５からの脱落が防止される。
　すなわち、上記のように、屈曲構造体１の屈曲時には、内コイル部７の各巻部７ｂが外コイル部５の大きくなった隙間５ｃに入り込むようにして、内コイル部７が全体として径方向の外側に変位する。
　この変位（内コイル部７が外コイル部５の軸心Ｏに対して径方向に移動可能な可動長さ）は、（外コイル部の直径－内コイル部の直径）の半分以下となっている。なお、ここでの直径は、外コイル部７及び内コイル部５の中心径Ｄ１及びＤ２を意味する。ただし、直径は、外コイル部７及び内コイル部５の外径又は内径であってもよい。
　図５は、内コイル部７の外コイル部５からの脱落を示す概略断面図であり、（Ａ）は脱落前、（Ｂ）は脱落後の状態である。
　図５のように、直状時に内コイル部７の径方向への移動量Ｌが（外コイル部５の直径－内コイル部７の直径）の半分（Ｄ１－Ｄ２）／２を超えると、内コイル部７が外コイル部５を乗り越えて脱落する状態となる。なお、図５において、移動量Ｌは、内コイル部７の軸心と外コイル部５の軸心とのズレ量として示している。
　屈曲構造体１の屈曲時においても、内コイル部７の径方向への移動量Ｌが（外コイル部５の直径－内コイル部７の直径）の半分（Ｄ１－Ｄ２）／２を超えると、直状に戻った際に図５のように脱落が生じてしまう結果になるため、本参考例では、内コイル部７が外コイル部５の軸心Ｏに対して径方向に移動可能な可動長さが、（外コイル部５の直径－内コイル部７の直径）の半分（Ｄ１－Ｄ２）／２以下となっている。
　この可動長さは、本参考例において、可撓部材３が屈曲構造体１を挿通することで設定されている。こうして、本参考例では、可撓部材３により内コイル部７の外コイル部５からの脱落が防止される。ただし、可動長さは、屈曲構造体１が可撓部材３を挿通しない場合や可撓部材３の径が上記可動長さを設定できない程度に細い場合、外コイル部５及び内コイル部７の線径ｄ１及びｄ２の何れか一方又は双方の設定により設定することも可能である。
　　［比較例の移動量］
　図６（Ａ）は、比較例に係る屈曲構造体を示す断面図、図６（Ｂ）は、同屈曲時を示す断面図である。
　比較例に係る屈曲構造体１Ａは、密着ばねのみからなっており、屈曲が可能であると共に圧縮が規制されるようになっている。
　この屈曲構造体１Ａでは、屈曲時に、屈曲の内側で巻部１Ａａが接触した状態を維持し、屈曲の外側で巻部１Ａａ間に隙間が形成される。
　この結果、屈曲時には、屈曲構造体１の屈曲内外の中央部でも巻部１Ａａ間に隙間１Ａｂが形成される。その隙間１Ａｂの分だけ、屈曲構造体１の軸心Ｏの長さ及び軸心Ｏ上を通る可撓部材３の移動量が大きくなる。
　このため、比較例では、可撓部材３をガイドする際に、参考例１のように、可撓部材３の動作の安定性を確保することはできないものとなっている。
 　　［参考例１の効果］
　以上説明したように、本参考例の屈曲構造体１は、可撓部材３を軸方向に移動可能に挿通して、可撓部材３と共に屈曲可能な屈曲構造体であって、コイル状に巻かれて軸方向に複数の巻部５ｂを有する線材５ａからなる外コイル部５と、コイル状に巻かれて軸方向に複数の巻部７ｂを有する線材７ａからなり、外コイル部５内に位置する内コイル部７とを備える。
　外コイル部５は、隣接する巻部５ｂ間を離間させた複数の隙間５ｃを有し、内コイル部７は、巻部７ｂが外コイル部５の隙間５ｃに対応して設けられ、外コイル部５の隣接する巻部５ｂに接触しつつ、それら隣接する巻部５ｂ間に嵌合する。
　従って、屈曲構造体１は、内コイル部７を外コイル部５内に位置させて構成されているため、構造を簡素化することができる。
　また、屈曲構造体１は、軸方向での圧縮力が作用しても、外コイル部５の隙間５ｃが圧縮されることを内コイル部７の巻部７ｂが規制し、全体として圧縮が抑制される。このため、屈曲構造体１は、関節機能部を圧縮させない程度の軸方向の剛性を確保することができる。
　また、屈曲時には、屈曲の内側で外コイル部５の隙間５ｃを小さくしつつ屈曲の外側に内コイル部７を変位させ、屈曲の外側で外コイル部５の隙間を大きくして内コイル部７の変位を許容することで、軸方向の剛性を確保しても関節機能部と共に屈曲するための十分な可撓性を確保することができる。
　結果として、屈曲構造体１は、屈曲動作の安定化を図りつつ構造を簡素化することが可能となるため、ロボット、マニピュレーター、或はアクチュエータ等の関節機能部を有する機器の動作の安定性を確保することが可能となる。
　しかも、本参考例の屈曲構造体１は、屈曲の内側で外コイル部５の隙間５ｃが小さくなり、屈曲の外側で外コイル部５の隙間５ｃが大きくなるので、外コイル部５の軸心Ｏにおける長さが直状時と比較して変化せず、可撓部材３の移動量を確実に一定に保つことができる。
　このため、可撓部材３の動作の安定性を確保することができ、ひいては関節機能部を有する機器の動作の安定性を、より確保することが可能となる。
　また、本参考例では、内コイル部７が外コイル部５の軸心Ｏに対して径方向に移動可能な可動長さ（変位量）が（外コイル部の直径－内コイル部の直径）の半分以下となっているので、内コイル部７が外コイル部５から脱落することを防止できる。
　また、本参考例では、規制部材としての可撓部材３により、可動長さが（外コイル部の直径－内コイル部の直径）の半分以下となるように、内コイル部７の移動を規制するため、内コイル部７及び外コイル部５の形状を変更することなく、容易に内コイル部７の脱落を防止できる。
　屈曲構造体１は、可撓部材３を軸方向に移動可能に挿通して、可撓部材３と共に屈曲可能であるため、可撓部材３をガイドする態様において、可撓部材３を利用して内コイル部７の脱落を防止できる。
　本参考例では、外コイル部５が軸方向で隣接する巻部５ｂの各間に隙間５ｃを有したため、屈曲構造体１を円滑に屈曲させることができる。
　本参考例では、内コイル部７と外コイル部５とが別体に形成され、内コイル部７が外コイル部５内に螺合されたため、組み付けが容易である。また、内コイル部７及び外コイル部５の何れか一方又は双方の特性を変更することにより、屈曲構造体１の特性を容易に変更することができる。
　また、本参考例の屈曲構造体１は、所定角度に屈曲した際に、屈曲の内側で外コイル部５の隣接する巻部５ｂが接触するので、可撓部材３の移動量の変化により、関節機能の操作者に所定角度以上に屈曲したことを通知することができる。
参考例２
　図７は、参考例２に係る屈曲構造体の一部を示す拡大断面図である。なお、参考例２では、参考例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。
　参考例２の屈曲構造体１は、外コイル部５の線材５ａの線径ｄ１と内コイル部７の線材７ａの線径ｄ２とを異ならせたものである。参考例２では、外コイル部５の線径ｄ１を内コイル部７の線径ｄ２よりも大きくしている。なお、外コイル部５の線径ｄ１を内コイル部７の線径ｄ２よりも小さくすることも可能である。
　このように、屈曲構造体１は、外コイル部５の線径ｄ１と内コイル部７の線径ｄ２とを異ならせても、参考例１と同様の作用効果を奏することができる。また、線径ｄ２と線径ｄ１とを異ならせることにより、屈曲構造体１の自由長や特性を調整することができる。
参考例３
　図８は、参考例３に係る屈曲構造体の一部を示す拡大断面図である。なお、参考例３では、参考例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。
　参考例３の屈曲構造体１は、外コイル部５の軸方向の一部において、内コイル部７の巻部７ｂが外コイル部５の隣接する巻部５ｂに接触しつつそれら隣接する巻部５ｂ間に嵌合する。
　すなわち、内コイル部７は、軸方向で漸次中心径Ｄ２（図１参照）が小さくなるように形成されている。これに応じて、内コイル部７は、上記のように、軸方向の一部でのみ外コイル部５の隣接する巻部５ｂ間に嵌合している。
　なお、本参考例では、内コイル部７及び外コイル部５がそれぞれ密着コイルであり、内コイル部７の中心径Ｄ２が小さくなるにつれて、外コイル部５の隙間５ｃが小さくなっている。
　このように構成しても、参考例１と同様の作用効果を奏することができる。加えて、本参考例では、外コイル部５の軸方向の一部でのみ内コイル部７の巻部７ｂを外コイル部５の隣接する巻部５ｂ間に嵌合させることにより、屈曲構造体１の自由長や特性を調整することができる。
参考例４
　図９は、参考例４に係る屈曲構造体を示す断面図である。なお、参考例４では、参考例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。
　参考例４の屈曲構造体１は、軸方向の一部に漸次拡径する拡径部１１を設けたものである。本参考例では、屈曲構造体１の軸方向の一端に拡径部１１を設けている。ただし、拡径部１１は、屈曲構造体１の軸方向の中間部や他端に設けることも可能である。
　拡径部１１では、外コイル部５及び内コイル部７の中心径Ｄ１及びＤ２が共に漸次拡大し、且つ内コイル部７の巻部７ｂが外コイル部５の隣接する巻部５ｂに接触しつつ巻部５ｂ間に嵌合する状態を維持している。
　このように構成しても、参考例１と同様の作用効果を奏することができる。また、拡径部１１により屈曲構造体１の特性を調整することができる。
参考例５
　図１０は、参考例５に係る屈曲構造体の一部を示す拡大断面図である。なお、参考例５では、参考例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。
　参考例５の屈曲構造体１は、外コイル部５及び内コイル部７をそれぞれ二つのコイル部で構成したものである。具体的には、外コイル部５が第一外コイル部１３及び第二外コイル部１５で構成され、内コイル部７が第一内コイル部１７及び第二内コイル部１９で構成されている。
　第一外コイル部１３及び第二外コイル部１５は、軸方向で交互に巻部１３ａ，１５ａが位置し、第一内コイル部１７及び第二内コイル部１９も、軸方向で交互に巻部１７ａ，１９ａが位置する。
　すなわち、外コイル部５は、第一外コイル部１３及び第二外コイル部１５の巻部１３ａ，１５ａが軸方向で隣接し、それら隣接する巻部１３ａ，１５ａ間に隙間５ｃが形成されている。
　内コイル部７の第一内コイル部１７の巻部１７ａ及び第二内コイル部１９の巻部１９ａは、それぞれ第一外コイル部１３及び第二外コイル部１５の巻部１３ａ，１５ａに接触しつつそれら巻部１３ａ，１５ａ間に嵌合している。
　このように構成しても、参考例１と同様の作用効果を奏することができ、且つ屈曲構造体１の特性や自由長を調整することができる。
　なお、外コイル部５及び内コイル部７を構成するコイル部の数は変更することが可能である。また、外コイル部５及び内コイル部７の一方のみを複数のコイル部で構成することも可能である。
参考例６
　図１１は、本発明の参考例６に係り、屈曲構造体を適用したロボット鉗子の一部を示す斜視図、図１２は、同断面図、図１３は、図１１のロボット鉗子の関節機能部を示す斜視図、図１４は、同断面図である。なお、参考例６では、参考例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。
　本参考例のロボット鉗子２１は、医療用マニピュレーターである手術ロボットのロボットアーム先端を構成するものである。
　なお、ロボット鉗子２１は、関節機能部を有する機器の一例である。関節機能部を有する機器は、上記のとおり医療用マニピュレーターに限られるものではない。すなわち、関節機能部を有する機器としては、屈曲動作を行う関節機能部を有し、且つ可撓部材３を軸方向に移動させて動作等を行うものであれば、他の分野のロボット、各種のマニピュレーター、或はアクチュエータ等、特に限定されるものではない。また、医療用マニピュレーターの場合は、手術ロボットに取り付けない内視鏡カメラや手動鉗子等も含まれる。
　本参考例のロボット鉗子２１は、シャフト２３、関節機能部２５、外科手術用のエンドエフェクタとしての把持ユニット２７によって構成されている。
　シャフト２３は、例えば円筒形状に形成されている。シャフト２３内には、関節機能部２５を駆動するための駆動ワイヤ２９や把持ユニット２７を駆動するためのプッシュプルケーブルからなる可撓部材３が通っている。シャフト２３の先端側には、関節機能部２５を介して把持ユニット２７が設けられている。
　関節機能部２５は、基部３１と、可動部３３と、可撓チューブ３５と、屈曲構造体１とを備えている。
　基部３１は、樹脂や金属等によって形成された円柱体であり、シャフト２３の先端に取り付けられている。基部３１には、貫通孔３１ａにより駆動ワイヤ２９が軸方向に挿通し、軸心部の挿通孔３１ｂにより可撓部材３を挿通している。
　可動部３３は、樹脂や金属等によって形成された円柱体であり、後述する把持ユニット２７に取り付けられている。可動部３３には、駆動ワイヤ２９の先端部が固定されている。このため、可動部３３は、駆動ワイヤ２９の操作により、基部３１に対して変位し、把持ユニット２７を所望の方向に指向させる。可動部３３の軸心部には、挿通孔３３ｂが設けられ、可撓部材３を挿通している。
　可撓チューブ３５は、基部３１と可動部３３との間に介設され、基部３１に対する可動部３３の変位に応じて屈曲する。可撓チューブ３５は、駆動ワイヤ２９及び可撓部材３を軸方向に通している。
　本参考例の可撓チューブ３５は、断面波形状の管体からなるベローズによって構成されている。ただし、可撓チューブ３５は、コイルばね、筒体等を用いることも可能であり、可撓性を有するチューブ状を呈していれば、特に限定されるものではない。
　屈曲構造体１は、参考例１と同一構成である。この屈曲構造体１は、可撓チューブ３５の軸心部に沿って配置され、基部３１と可動部３３との間に設けられている。なお、関節機能部２５には、参考例２～５の何れかの屈曲構造体１を適用することも可能である。
　屈曲構造体１は、挿通部９に可撓部材３を挿通した状態で、両端が基部３１及び可動部３３の挿通孔３１ｂ及び３３ｂにそれぞれ取り付けられている。これにより、屈曲構造体１は、基部３１に対して可動部３３を軸方向移動不能に支持し、基部３１に対する可動部３３の変位に応じて可撓部材３と共に屈曲するようになっている。
　把持ユニット２７は、関節機能部２５の可動部３３に対し、一対の把持部３７が開閉可能に軸支されている。この把持ユニット２７は、関節機能部２５を貫通した可撓部材３が接続され、可撓部材３の軸方向移動（進退動作）により、把持部３７が開閉するように構成されている。なお、エンドエフェクタとしては、把持ユニット２７に限られず、例えば、鋏、把持レトラクタ、及び針ドライバ等とすることも可能である。
　かかる構成のロボット鉗子２１では、医師等の操作者が可撓部材３を進退させることにより把持ユニット２７の把持部３７に開閉動作を行わせることができる。
　また、操作者が何れか一つ或は複数の駆動ワイヤ２９を引くことにより、関節機能部２５が屈曲してシャフト２３に対して把持ユニット２７を所望の方向に指向させることができる。この状態で、可撓部材３を進退させれば、把持ユニット２７の把持部３７に開閉動作を行わせることができる。
　かかる開閉動作は、参考例１で説明したように、可撓部材３の移動量が一定であるため、安定して正確に行わせることができる。
　その他、本参考例では、参考例１と同様の作用効果を奏することができる。
　図１５は、本発明の実施例１に係り、屈曲構造体を適用した手術支援ロボット用インスツルメントを示す概略斜視図である。なお、実施例１では、参考例１及び６と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。
　本実施例は、参考例１の屈曲構造体１を適用した手術支援ロボット用インスツルメント１００である。ただし、手術支援ロボット用インスツルメント１００は、参考例２～５の何れかの屈曲構造体１を適用することも可能である。この手術支援ロボット用インスツルメント１００は、マスタースレーブ型の手術ロボットに交換可能なものとして取り付けられ、手術ロボットからの駆動力によって駆動される。なお、本実施例の手術支援ロボット用インスツルメント１００は、参考例６のロボット鉗子２１を交換可能なユニットとしたものに相当する。
　この手術支援ロボット用インスツルメント１００は、図１５のように、本体１１０と、シャフト２３と、外科手術用の把持ユニット２７と、関節機能部２５とを備えている。
　なお、本実施例では説明を容易にするために、シャフト２３における軸線Ｌの方向（軸方向）を前後方向とし、前後方向と直交する方向であって後述する一対の本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒが並んで配置される方向を左右方向とし、前後方向及び左右方向に直交する方向を上下方向として説明する（図１６参照）。
　本体１１０は、手術支援ロボット用インスツルメント１００の基部を構成するものである。本体１１０には、棒状の部材、特に円筒状の部材であるシャフト２３が前後方向に沿って延びている。
　シャフト２３の前後方向（軸方向）の先端部には、外科手術用のエンドエフェクタとして把持ユニット２７が設けられている。なお、エンドエフェクタとしては、参考例６と同様、把持ユニット２７に限られず、例えば、鋏、把持レトラクタ、及び針ドライバ等とすることも可能である。また、シャフト２３の先端部には、関節機能部２５が設けられている。関節機能部２５は、屈曲構造体１を有し、前後方向に対して屈曲することにより、把持ユニット２７の向きを変更可能とする。
　以下、本体１１０の一例について図１６及び図１７をも参照して詳細に説明する。なお、本体１１０は、図１６及び図１７に示す形態に限定されるものではなく、他の形態を採用することも可能である。また、シャフト２３、把持ユニット２７、及び関節機能部２５は、参考例６と同一構成であるため、詳細については参考例６を参照することにより説明を省略する。
　図１６は、手術支援ロボット用インスツルメント１００の本体１１０の内部構成の一例を示す斜視図、図１７は、同平面図である。
　本体１１０は、内部にシャフト側プーリ１２１、一対の本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒ、駆動プーリ１３２、鉗子用プーリ１４１、ガイドプーリ１４２、可動部１５１等を収納する直方体状に形成されたものである。
　なお、図１５では、本体１１０の内部に配置されたシャフト側プーリ１２１、一対の本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒ、駆動プーリ１３２、鉗子用プーリ１４１、ガイドプーリ１４２、可動部１５１等を説明するために、本体１１０の基板１１１及び天板１１５のみを図示し、周囲を覆う部材等は図示を省略している。図１６では、さらに天板１１５の図示も省略している。
　本体１１０の基板１１１は、前方向の端辺の中央においてシャフト２３及びシャフト側プーリ１２１を軸線Ｌまわりに回転可能に支持するものである。また、基板１１１の上方向の面に、本体側プーリ１３１、駆動プーリ１３２、鉗子用プーリ１４１及びガイドプーリ１４２が回転可能に配置されるものである。
　さらに、基板１１１には前後方向に延びる長孔状に形成された４つのスリット１１２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１１２には、それぞれ１つの可動部１５１が基板１１１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１１２は、右側から左側に向かってスリット１１２Ａ、スリット１１２Ｂ、スリット１１２Ｃ、スリット１１２Ｄである。スリット１１２Ａは、他のスリット１１２Ｂ、スリット１１２Ｃ及びスリット１１２Ｄよりも前後方向に長く形成されている。また、スリット１１２Ｂ、スリット１１２Ｃ及びスリット１１２Ｄは、前後方向の長さが等しく形成されている。
　天板１１５は、基板１１１から上方向に延びる支柱１１３に取り付けられる板状部材である。天板１１５は、基板１１１との間に本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒ、駆動プーリ１３２、鉗子用プーリ１４１及びガイドプーリ１４２を挟んで支持すると共に、本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒ、駆動プーリ１３２、鉗子用プーリ１４１及びガイドプーリ１４２を回転可能に支持するものである。
　シャフト２３は、本体１１０から前方向に向かって延びる円筒状の部材であって、本体１１０に対して軸線Ｌまわりに回転可能に支持されたものである。シャフト２３の後方向の基端部には、シャフト２３と軸線Ｌを共有するシャフト側プーリ１２１が設けられている。本実施例では、シャフト２３の前方向の先端部に鉗子（把持ユニット２７）が設けられている例に適用して説明する。
　シャフト側プーリ１２１は、シャフト２３における後方向（本体１１０側）の基端部に、シャフト２３と共に本体１１０に対して回転可能に設けられる円筒状に形成された部材である。また、シャフト側プーリ１２１の外周面には、シャフト２３の回転を制御する回転用ワイヤ（索状体）１２２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１３１Ｌ，１３１Ｒは、本体１１０の基板１１１におけるシャフト側プーリ１２１を間に挟む左右方向の位置に、本体１１０に対して回転可能に配置されるものである。本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒ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１２２が巻き付けられる円環状の溝が形成されているものである。なお、本体側プーリ１３１Ｌは左側に配置されるものであり、本体側プーリ１３１Ｒは右側に配置されるものである。
　回転用ワイヤ１２２は、本体側プーリ１３１Ｒの回転をシャフト側プーリ１２１及びシャフト２３に伝達する索状に形成されたものである。また、回転用ワイヤ１２２は、一対の本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒの間に環状に配置されると共に、シャフト側プーリ１２１の外周面に巻き付けられて配置されるものである。
　駆動プーリ１３２は、本体１１０の基板１１１における本体側プーリ１３１Ｒの後方向に配置されたプーリである。駆動プーリ１３２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（他の索状体）１３３が巻き付けられる円環状の溝が形成されているものである。
　駆動プーリ１３２と本体側プーリ１３１Ｒとの間には、シャフト２３の回転駆動に用いられるスリット１１２Ａが設けられ、当該スリット１１２Ａにはシャフト２３の回転駆動に用いられる可動部１５１Ａが配置されている。
　伝達用ワイヤ１３３は、本体１１０の基板１１１に対する可動部１５１Ａの前後方向への相対移動を、本体側プーリ１３１Ｒに伝達する索状に形成されたものである。また、伝達用ワイヤ１３３は、駆動プーリ１３２と本体側プーリ１３１Ｒとの間に環状に配置されると共に、その一部が可動部１５１Ａに固定して取り付けられているものである。
　鉗子用プーリ１４１は、本体１１０の基板１１１における軸線Ｌの近傍であって、後方向に配置されたプーリである。鉗子用プーリ１４１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１４３が巻き付けられる円環状の溝が形成されているものである。
　鉗子用プーリ１４１とシャフト側プーリ１２１との間には、ガイドプーリ１４２及びスリット１１２Ｂ及びスリット１１２Ｃが配置されている。スリット１１２Ｃには鉗子の駆動に用いられる可動部１５１Ｃが配置されている。
　ガイドプーリ１４２は、鉗子用ワイヤ１４３を本体１１０側からシャフト側プーリ１２１及びシャフト１２３の内部へ導くプーリである。本実施例では、４つのガイドプーリ１４２が、本体１１０の基板１１１におけるスリット１１２Ｂ及びスリット１１２Ｃと、シャフト側プーリ１２１との間に配置される例に適用して説明する。ガイドプーリ１４２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１４３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１４２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、複数のガイドプーリ１４２の相対的な配置関係も、鉗子用ワイヤ１４３をシャフト側プーリ１２１及びシャフト２３の内部へ導く配置関係であればよく、特に限定するものではない。
　鉗子用ワイヤ１４３は、本体１１０の基板１１１に対する可動部１５１Ｃの前後方向への相対移動を、シャフト２３における前方向の端部に配置された鉗子に伝達する索状に形成されたものである。また、鉗子用ワイヤ１４３は、鉗子用プーリ１４１と鉗子（把持ユニット２７）との間に環状に配置されると共に、その一部が可動部１５１Ｃに固定して取り付けられているものである。
　すなわち、鉗子用ワイヤ１４３は、参考例６の駆動ワイヤ２９に相当し、関節機能部２５の可動部３３に先端部が固定され、可撓チューブ３５及び基部３１を挿通し、シャフト２３内を通って本体１１０へと引き出されている。そして、鉗子用ワイヤ１４３の基端部は、ガイドプーリ１４２を経由して鉗子用プーリ１４１に結合されて一体に構成されている。このように、鉗子用ワイヤ１４３は、関節機能部２５の可動部３３及び鉗子用プーリ１４１を介して環状に構成されている。
　なお、本実施例では、鉗子用ワイヤ１４３が可動部１５１Ｃに固定して取り付けられている例に適用して説明するが、鉗子用ワイヤ１４３が可動部１５１Ｂや１５１Ｄに固定して取り付けられていてもよく、特に限定するものではない。本実施例において、可動部１５１Ｂや可動部１５１Ｄの一方は、例えば関節機能部２５を異なる方向に屈曲させる鉗子用ワイヤに結合し、他方は、例えば把持ユニット２７を開閉する鉗子ワイヤやプッシュプルケーブル等の可撓部材に結合してもよい。
　可動部１５１は、本体１１０の基板１１１に設けられた４つのスリット１１２のそれぞれに配置されるものであって、本体１１０の基板１１１に対してスリット１１２に沿って前後方向に相対移動可能に配置されるものである。可動部１５１は、手術支援ロボット用インスツルメント１００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、移動されるものである。
　４つのスリット１１２のうち、スリット１１２Ａに可動部１５１Ａが配置され、スリット１１２Ｂに可動部１５１Ｂが配置され、スリット１１２Ｃに可動部１５１Ｃが配置され、スリット１１２Ｄに可動部１５１Ｄが配置されている。
　次に、上記の構成からなる手術支援ロボット用インスツルメント１００における動作について説明する。まず、シャフト２３を回転させる動作について説明し、次いで関節機能部２５を屈曲させる動作について説明する。
　シャフト２３を回転させる場合には、可動部１５１Ａをスリット１１２Ａに沿って前方向または後方向へ移動させる駆動力が外部から加えられる。例えば、可動部１５１Ａが前方向へ移動すると、伝達用ワイヤ１３３における可動部１５１Ａに取り付けられた部分も前方向へ移動する。
　環状の伝達用ワイヤ１３３は上方向から見て左回りに回転する方向に移動する。この伝達用ワイヤ１３３の動きにより、本体側プーリ１３１Ｒは左回りに回転される。本体側プーリ１３１Ｒの左回りの回転は、本体側プーリ１３１Ｒに巻き付けられた回転用ワイヤ１２２に伝達される。
　回転用ワイヤ１２２は左回りに回転され、回転用ワイヤ１２２の動きがシャフト側プーリ１２１に伝達され、シャフト側プーリ１２１は軸線Ｌまわりに回転される。シャフト側プーリ１２１の回転方向は、シャフト側プーリ１２１への回転用ワイヤ１２２の巻き付け方向に基づいて決まる。可動部１５１Ａが後方向へ移動した場合には、上述とは逆方向への動きとなる。
　次に、関節機能部２５を屈曲させるように駆動する場合には、可動部１５１Ｃをスリット１１２Ｃに沿って前方向または後方向へ移動させる駆動力が外部から加えられる。例えば、可動部１５１Ｃが前方向へ移動すると、鉗子用ワイヤ１４３における可動部１５１Ｃに取り付けられた部分も前方向へ移動する。
　環状の鉗子用ワイヤ１４３は上方向から見て右回りに回転する方向に移動する。この鉗子用ワイヤ１４３の動きが把持ユニット２７の可動部３３に伝達され、関節機能部２５が屈曲するように駆動される。
　上記の構成の手術支援ロボット用インスツルメント１００によれば、参考例１及び６と同様の作用効果を奏することができる。加えて、シャフト２３に配置されたシャフト側プーリ１２１を挟んで一対の本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒが配置され、シャフト側プーリ１２１、及び、一対の本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒに回転用ワイヤ１２２が巻き付けられている。この回転用ワイヤ１２２に駆動力を伝達することによりシャフト側プーリ１２１及びシャフト２３が回転される。
　一対の本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒの間にシャフト側プーリ１２１を配置し、一方の本体側プーリ１３１Ｒから延びる回転用ワイヤ１２２をシャフト側プーリ１２１に巻き付け、その後、回転用ワイヤ１２２を他方の本体側プーリ１３１Ｌに巻き付けている。そのため、シャフト側プーリ１２１及びシャフト１２３に対して、シャフト１２３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。その結果としてシャフト２３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１２１における回転用ワイヤ１２２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１２１における軸線方向の長さを短くしやすくなる。
　直線方向への可動部１５１Ａの動きを、伝達用ワイヤ１３３を介して本体側プーリ１３１に伝えることにより、可動部１５１Ａの直動移動を、シャフト１２３の回転移動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１５１Ａ，１５１Ｂ，１５１Ｃ，１５１Ｄのうち、端部に配置された可動部１５１Ａに伝達用ワイヤ１３３を取りつけることにより、内側に配置された可動部１５１Ｂ，１５１Ｃに伝達用ワイヤ１３３を取りつける場合と比較して、手術支援ロボット用インスツルメント１００のコンパクト化を図りやすくなる。
　図１８は、本発明の実施例２に係り、手術支援ロボット用インスツルメントの本体の内部構成を示す平面図、図１９は、図１８の手術支援ロボット用インスツルメントの本体の内部構成を説明する部分斜視図である。本実施例の手術支援ロボット用インスツルメント１００の基本構成は、実施例１と同様であるが、実施例１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、本実施例においては、図１８及び図１９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。
　本実施例の手術支援ロボット用インスツルメント１００における本体１１０の基板１１１には、図１８及び図１９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１３１Ｌを回転可能に支持するものであり、かつ、基板１１１に対して本体側プーリ１３１Ｌを左右方向へ相対移動可能に支持するものである。
　言い換えると、本体側プーリ１３１Ｒに対して本体側プーリ１３１Ｌを接近離間可能に支持するものである。調整部１１４には、左右方向に延びる長孔１１７が設けられている。調整部１１４は、長孔１１７に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、本実施例の手術支援ロボット用インスツルメント１００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１３４ａ、および、相対的に径が小さな小径プーリ部１３４ｂが設けられている。大径プーリ部１３４ａは、本体側プーリ１３１Ｒの上方向側に設けられ、小径プーリ部１３４ｂは、本体側プーリ１３１Ｒの下方向側に設けられている。
　大径プーリ部１３４ａには、回転用ワイヤ１２２が巻き付けられる円環状の溝が形成され、小径プーリ部１３４ｂには、伝達用ワイヤ１３３が巻き付けられる円環状の溝が形成されている。
　本実施例では、本体側プーリ１３１Ｒにおける回転用ワイヤ１２２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１３３が巻き付けられる部分の径が相対的に小さい例に適用して説明したが、回転用ワイヤ１２２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１３３が巻き付けられる部分の径が相対的に大きくてもよい。
　上記の構成からなる手術支援ロボット用インスツルメント１００においては、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。加えて、図１８及び図１９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により、本体側プーリ１３１Ｌと本体側プーリ１３１Ｒとの間の間隔が調整される。言い換えると、回転用ワイヤ１２２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を締め直すことにより、基板１１１に対して調整部１１４が固定され、本体側プーリ１３１Ｌと本体側プーリ１３１Ｒとの間の間隔が固定される。
　また、可動部１５１Ａをスリット１１２Ａに沿って前方向または後方向へ移動させる駆動力が外部から加えられると、伝達用ワイヤ１３３は回転移動する。この伝達用ワイヤ１３３の動きにより、本体側プーリ１３１Ｒも回転して回転用ワイヤ１２２に伝達される。
　この時、伝達用ワイヤ１３３が巻き付けられる小径プーリ部１３４ｂと、回転用ワイヤ１２２が巻き付けられる大径プーリ部１３４ａおよびの径の比率に従って、伝達用ワイヤ１３３の移動量が増幅されて回転用ワイヤ１２２に伝達される。
　なお、本実施例では伝達用ワイヤ１３３の移動量が増幅されて回転用ワイヤ１２２に伝達される例に適用して説明したが、伝達用ワイヤ１３３が巻き付けられるプーリ部の径と、回転用ワイヤ１２２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、本実施例では伝達用ワイヤ１３３の移動量が減少されて回転用ワイヤ１２２に伝達される場合もある。
　上記の構成によれば、一対の本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒの間隔が調整可能とされることにより、一対の本体側プーリ１３１Ｌ，１３１Ｒの間に掛け回される回転用ワイヤ１２２に働く張力（テンション）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、手術支援ロボット用インスツルメント１００を組み立てる際のバラツキの発生を抑えやすくなる。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１３４ａに回転用ワイヤ１２２を巻き付け、小径プーリ部１３４ｂに伝達用ワイヤ１３３を巻き付けることにより、可動部１５１Ａの直線方向への移動量と、シャフト２３の回転量との比率を所望の値に調整しやすくなる。
　なお、本発明の技術範囲は上記実施例に限定されるものではなく、本発明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、本発明を上記の実施例に適用したものに限られることなく、これらの実施例を適宜組み合わせた実施例に適用してもよく、特に限定するものではない。
１屈曲構造体　３可撓部材　５外コイル部　５ａ，７ａ線材　５ｂ，７ｂ巻部　５ｃ隙間　７内コイル部　２５関節機能部　２７把持ユニット（エンドエフェクタ）　３１基部　３３可動部　３５可撓チューブ　１００　手術支援ロボット用インスツルメント
 

Claims (11)

  1. 　本体と、
    　前記本体から延びる棒状の部材であるシャフトと、
    　前記シャフトの軸方向の先端部に設けられた外科手術用のエンドエフェクタと、
    　前記先端部に設けられ前記シャフトの軸方向に対して屈曲することで前記エンドエフェクタの向きを変更可能とする関節機能部とを備え、
    　前記関節機能部は、前記屈曲を可能とする屈曲構造体を有し、
    　前記屈曲構造体は、
    　コイル状に巻かれて前記軸方向に複数の巻部を有する線材からなる外コイル部と、
    　コイル状に巻かれて前記軸方向に複数の巻部を有する線材からなり前記外コイル部内に位置する内コイル部とを備え、
    　前記外コイル部は、前記軸方向で隣接する巻部間を離間させた複数の隙間を有し、
    　前記内コイル部は、前記巻部が前記外コイル部の前記隙間に対応して設けられ前記外コイル部の前記隣接する巻部に接触しつつ当該巻部間に嵌合する、
    　ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
  2. 　請求項１記載の手術支援ロボット用インスツルメントであって、
    　前記外コイル部は、前記軸方向で隣接する巻部の各間に前記隙間を有した、
    　ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
  3. 　請求項１又は２記載の手術支援ロボット用インスツルメントであって、
    　前記内コイル部が前記外コイル部の軸心に対して径方向に移動可能な可動長さは、（外コイル部の直径－内コイル部の直径）の半分以下である、　　
    　ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
  4. 　請求項１～３の何れか一項に記載の手術支援ロボット用インスツルメントであって、
    　前記可動長さが（外コイル部の直径－内コイル部の直径）の半分以下となるように、前記内コイル部の移動を規制する規制部材を有する、
    　ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
  5. 　請求項４に記載の手術支援ロボット用インスツルメントであって、
    　前記規制部材は可撓部材である、
    　ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
  6. 　請求項５に記載の手術支援ロボット用インスツルメントであって、
    　前記可撓部材を前記軸方向に移動可能に挿通して前記可撓部材と共に屈曲可能である、
    　ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
  7. 　請求項１～６の何れか一項に記載の手術支援ロボット用インスツルメントであって、
    　前記内コイル部と前記外コイル部とが別体に形成され、前記内コイル部が前記外コイル部内に螺合された、
    　ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
  8. 　請求項１～７の何れか一項に記載の手術支援ロボット用インスツルメントであって、
    　前記外コイル部は、所定角度に屈曲した際に、屈曲の内側で隣接する巻部が接触する、
    　ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
  9. 　請求項１～８の何れか一項に記載の手術支援ロボット用インスツルメントであって、
    　前記関節機能部は、前記シャフト側の基部及び前記エンドエフェクタを支持し前記基部に対して変位する可動部を備え、
    　前記屈曲構造体は、前記基部と前記可動部との間に設けられ、前記基部に対する前記可動部の変位に応じて屈曲する、
    　ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
  10. 　請求項９記載の手術支援ロボット用インスツルメントであって、
    　前記基部及び先端部間に介設された前記軸方向に伸縮可能な可撓チューブを備え、
    　前記屈曲構造体は、前記可撓チューブの軸心部に沿って前記軸方向に配置された、
    　ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
  11. 　本体と、
    　前記本体から延びる棒状の部材であるシャフトと、
    　前記シャフトの軸方向の先端部に設けられた外科手術用のエンドエフェクタと、
    　前記先端部に設けられ前記シャフトの軸方向に対して屈曲することで前記エンドエフェクタの向きを変更可能とする関節機能部とを備え、
    　前記関節機能部は、前記屈曲を可能とする屈曲構造体を有し、
    　前記屈曲構造体は、軸方向に対して屈曲可能であって、外力により屈曲する際に該屈曲の内径側が収縮しかつ前記屈曲の外径側が伸長することにより、前記軸方向中心軸の長さが屈曲前後及び屈曲中においてほぼ一定であり、非屈曲の際に前記軸方向への圧縮を規制する、
    　ことを特徴とする手術支援ロボット用インスツルメント。
     
     
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