WO2020100277A1

WO2020100277A1 - 遠隔操作装置

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Publication number: WO2020100277A1
Application number: PCT/JP2018/042439
Authority: WO
Inventors: 紀明山中
Original assignee: オリンパス株式会社
Priority date: 2018-11-16
Filing date: 2018-11-16
Publication date: 2020-05-22

Abstract

遠隔操作装置（１）は、処置具（３）と、操作部（４）と、軸線（Ａ）回りに回転可能に支持される回転シャフト（２）と、処置具（３）を長手方向に移動可能に支持する処置具側平行リンク（５）と、操作部（４）を処置具（３）の長手方向と平行な方向に移動可能に支持し、処置具側平行リンク（５）と平行に動作する操作部側平行リンク（６）と、操作部（４）の移動方向と同一方向に向かう力を処置具（３）に伝達する力伝達部材（７）とを備え、処置具側平行リンク（５）に支持された処置具（３）が、処置具側平行リンク（５）の揺動によって軸線（Ａ）と処置具（３）との交点であるピボット点（Ｐ）回りに揺動可能である。

Description

遠隔操作装置

　本発明は、遠隔操作装置に関するものである。

　腹腔鏡手術等、体内の器具を体外の操作部によって機械的に遠隔操作する外科手術において、器具の先端の動きが術者の手の動きと反対になる。このような術者の手と器具の先端との間のミラーモーションを解決した機械式の遠隔操作装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

米国特許第９６９６７００号明細書

　しかしながら、特許文献１の遠隔操作装置には以下の不都合がある。すなわち、この遠隔操作装置は、操作部周辺が操作者側に大きく突き出した構造を有している。また、操作部の揺動を処置具に伝達するためにワイヤを用いているため、ワイヤの伸びによって、操作部側のピボット点に対して処置具側のピボット点が移動してしまい、処置具の揺動操作の安定性に欠ける。

　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、操作部周辺の構造を小型化することができるとともに、操作部によって処置具を安定的に操作することができる遠隔操作装置を提供することを目的とする。

　本発明の一態様は、長尺の処置具と、該処置具を操作するための操作部と、所定の軸線と同軸に配置され、前記所定の軸線回りに回転可能に支持される長尺の回転シャフトと、該回転シャフトの一端側に配置され、前記処置具を支持する処置具側平行リンクと、前記回転シャフトの他端側に配置され、前記回転シャフトおよび前記処置具側平行リンクと接続され、前記操作部を支持する操作部側平行リンクと、前記処置具と前記操作部とを接続し、前記操作部に加えられた力を前記処置具に伝達する力伝達部材とを備え、前記処置具側平行リンクは、前記処置具が前記所定の軸線と交差する姿勢で前記処置具を支持するとともに、前記処置具を該処置具の長手方向に移動可能に支持し、前記操作部側平行リンクが、前記操作部を前記処置具の長手方向と平行な方向に移動可能に支持するとともに、前記処置具側平行リンクと平行に動作し、前記処置具側平行リンクに支持された処置具が、前記処置具側平行リンクの揺動によって前記所定の軸線と前記処置具との交点であるピボット点回りに揺動可能であり、前記力伝達部材が、前記操作部の移動方向と同一方向に向かう力を前記処置具に伝達する遠隔操作装置である。

　本発明によれば、操作部周辺の構造を小型化することができるとともに、操作部によって処置具を安定的に操作することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る遠隔操作装置の全体構成図である。図１の遠隔操作装置による処置具の進退操作を説明する図である。図１の遠隔操作装置による処置具の進退操作を説明する図である。図１の遠隔操作装置による処置具の回転操作および揺動操作を説明する図である。図１の遠隔操作装置による処置具の回転操作および揺動操作を説明する図である。図１の遠隔操作装置の変形例の全体構成図である。図１の遠隔操作装置の他の変形例の全体構成図であり、ワイヤの好ましい配線経路を説明する図である。図１の遠隔操作装置の他の変形例の全体構成図であり、ワイヤの配線経路の一例を示す図である。スライドカウンタウェイトを備える図１の遠隔操作装置の他の変形例の全体構成図である。スライドカウンタウェイトを備える図１の遠隔操作装置の他の変形例の全体構成図である。スライドカウンタウェイトを備える図１の遠隔操作装置の他の変形例の全体構成図である。図８Ａの遠隔操作装置の変形例の全体構成図である。図８Ａの遠隔操作装置の他の変形例の全体構成図である。図８Ａの遠隔操作装置の他の変形例の全体構成図である。図８Ａの遠隔操作装置の他の変形例の全体構成図である。図８Ａの遠隔操作装置の他の変形例の全体構成図である。図８Ａの遠隔操作装置の他の変形例の全体構成図である。図１の遠隔操作装置の他の変形例の全体構成図である。延長平行リンクを備える図１の遠隔操作装置の他の変形例の全体構成図である。図１の遠隔操作装置の他の変形例の全体構成図である。図１１Ａの遠隔操作装置の変形例の全体構成図である。図１１Ａの遠隔操作装置の他の変形例の全体構成図である。図１の遠隔操作装置の他の変形例の全体構成図である。図１３Ａの遠隔操作装置における操作部の構成図である。

　以下に、本発明の一実施形態に係る遠隔操作装置１について図面を参照して説明する。
　本実施形態に係る遠隔操作装置１は、図１に示されるように、長尺の直線状の回転シャフト２と、長尺の処置具３と、処置具３を操作するための操作部４と、回転シャフト２の先端側（一端側）に配置され処置具３を支持する処置具側平行リンク５と、回転シャフト２の基端側（他端側）に配置され操作部４を支持する操作部側平行リンク６と、処置具３と操作部４とを接続するワイヤ（力伝達部材）７とを備えている。

　回転シャフト２、処置具側平行リンク５および操作部側平行リンク６は、同一平面上に配置されている。また、遠隔操作装置１は、所定の軸線Ａを有し、軸線Ａに直交し前記平面に沿う上下方向を有している。図１に示されるように、処置具側平行リンク５は、回転シャフト２から上方に突出し、操作部側平行リンク６は、回転シャフト２から下方に突出している。

　回転シャフト２は、軸線Ａと同軸に配置される。回転シャフト２は、遠隔操作装置１の使用時に、図示しないホルダによって軸線Ａ回りに回転可能に支持される。
　処置具３は、長尺の挿入部３ａと、挿入部３ａの基端に接続された駆動部３ｂとを備えている。挿入部３ａの先端には、生体組織を処置するエンドエフェクタが設けられている。駆動部３ｂには、エンドエフェクタを駆動するモータが内蔵されている。符号３ｃは、駆動部３ｂと処置具３用の制御装置とを接続するケーブルである。処置具３は、駆動部３ｂに代えて操作者によって手動操作される操作部を有する手動式であってもよい。

　処置具側平行リンク５は、軸線Ａに交差する方向に配列し相互に平行な複数の第１リンク部材５ａと、軸線Ａに沿う方向に配列し相互に平行な複数の第２リンク部材５ｂとを有する。第１リンク部材５ａは、軸線Ａと平行に延び、第２リンク部材５ｂは、軸線Ａに交差する方向に延びている。第１リンク部材５ａと第２リンク部材５ｂは、平行四辺形を形成し、関節５ｃによって相互に揺動可能に接続されている。

　処置具３は、第２リンク部材５ｂの長手方向と平行な方向に直線移動可能に処置具側平行リンク５に支持されている。例えば、最も先端側の第２リンク部材５ｂには、処置具３を支持するためのスライダ８ａが設けられている。スライダ８ａは、第２リンク部材５ｂの長手方向に沿って移動可能である。

　軸線Ａよりも上方において処置具側平行リンク５に支持された処置具３は、軸線Ａと交差し、挿入部３ａの先端は、軸線Ａよりも下方に配置される。処置具３と軸線Ａとの交点は、処置具３のピボット点Ｐである。すなわち、処置具側平行リンク５が揺動したときに、処置具３は、ピボット点Ｐ回りに揺動する。

　操作部側平行リンク６は、軸線Ａに交差する方向に配列し相互に平行な複数の第１リンク部材６ａと、軸線Ａに沿う方向に配列し相互に平行な複数の第２リンク部材６ｂとを有する。第１リンク部材６ａは、軸線Ａと平行に延び、第２リンク部材６ｂは、軸線Ａに交差する方向に延びている。第１リンク部材６ａと第２リンク部材６ｂは、平行四辺形を形成し、関節６ｃによって相互に揺動可能に接続されている。

　操作部側平行リンク６の２つの第１リンク部材６ａは、処置具側平行リンク５の２つの第１リンク部材５ａと同一直線上に配置され、該２つの第１リンク部材５ａと接続されている。これにより、処置具側平行リンク５と操作部側平行リンク６は、相互に平行に動作する。すなわち、処置具側平行リンク５は、操作部側平行リンク６と同一方向に同一角度だけ揺動する。
　また、一の第１リンク部材５ａおよび一の第１リンク部材６ａは、軸線Ａ上に配置され、回転シャフト２とそれぞれ接続されている。これにより、回転シャフト２、処置具側平行リンク５および操作部側平行リンク６は、軸線Ａ回りに一体的に回転する。

　操作部４は、一の第２リンク部材６ｂに取り付けられたスライダ４ａと、スライダ４ａに固定され操作者の片手Ｈに把持されるグリップ４ｂとを有する。スライダ４ａは、軸線Ａよりも下方に配置され、第２リンク部材６ｂの長手方向に沿って直線移動可能である。
　操作部側平行リンク６の軸線Ａ上の位置には、処置具３のピボット点Ｐに対応する操作部４の仮想ピボット点Ｐ’が形成される。仮想ピボット点Ｐ’は、操作部４を支持している第２リンク部材６ｂと軸線Ａとの交点であり、一の関節６ｃに相当する。操作部４は、仮想ピボット点Ｐ’である関節６ｃ回りに揺動可能である。

　ワイヤ７は、リンク部材５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂに沿って操作部４から処置具３まで配線されている。ワイヤ７の配線経路上に位置する関節５ｃ，６ｃには、関節５ｃ，６ｃの回転軸と同軸のプーリ９が取り付けられている。ワイヤ７は、プーリ９に掛け回されている。ワイヤ７は、操作部４の移動方向と同一方向に向かう力を処置具３に伝達する。これにより、操作部４の移動方向と同一方向に、操作部４の移動量と同一の移動量だけ、処置具３が移動するようになっている。

　図１の例では、処置具３と操作部４は、２本のワイヤ７１，７２によって接続されている。一方のワイヤ７１の両端は、スライダ４ａの下端およびスライダ８ａの上端に固定されている。他方のワイヤ７２の両端は、スライダ４ａの上端およびスライダ８ａの下端に固定されている。操作部４が上方に移動したときに、スライダ８ａは、ワイヤ７１によって上方に牽引され、操作部４の移動量と同一の移動量だけ移動する。一方、操作部４が下方に移動したときに、スライダ８ａは、ワイヤ７２によって下方に牽引され、操作部４の移動量と同一の移動量だけ移動する。
　なお、力伝達部材は、ワイヤ７に限定されるものではなく、可撓性を有する長尺の他の部材であってもよい。

　次に、このように構成された遠隔操作装置１の作用について説明する。
　遠隔操作装置１は、例えば、腹腔鏡手術において、腹腔内に挿入された処置具３の先端部を操作者が体外で遠隔操作するために使用される。回転シャフト２は、図示しないホルダによって、処置具３の先端が下方を向く姿勢で、略水平な軸線Ａ回りに回転可能に支持され、処置具３の先端部が体腔内に挿入される。処置具側平行リンク５に支持された処置具３は、長手方向の直線移動（すなわち、先端側への前進および基端側への後退）、軸線Ａ回りの回転、およびピボット点Ｐ回りの揺動が可能である。操作者は、グリップ４ｂを片手Ｈで把持し操作部４を操作することによって、処置具３を遠隔操作して体腔内の処置具３の先端部を進退、回転、および揺動させることができる。

　具体的には、処置具３を進退させるためには、図２Ａおよび図２Ｂに示されるように、操作者は、操作部４を下方向または上方向に直線移動させる。操作部４に加えられた直線力は、ワイヤ７１，７２によって処置具３に伝達され、処置具３が、操作部４の移動方向と同一方向に向かって、操作部４の移動量と等しい移動量だけ、直線移動する。

　処置具３を回転させるためには、図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、操作者は、操作部４を軸線Ａ回りに回転させる。操作部側平行リンク６は、回転シャフト２および処置具側平行リンク５と接続されている。したがって、操作部４に加えられた回転力は、操作部側平行リンク６から回転シャフト２および処置具側平行リンク５に伝達され、回転シャフト２、処置具側平行リンク５および処置具３が軸線Ａ回りに操作部４の回転方向と同一方向に、操作部４の回転角度と等しい回転角度だけ、回転する。

　処置具３を揺動させるためには、図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、操作者は、操作部４を仮想ピボット点Ｐ’回りに揺動させる。操作部４に加えられた仮想ピボット点Ｐ’回りの揺動力は、操作部側平行リンク６から処置具側平行リンク５に伝達され、処置具側平行リンク５が操作部側平行リンク６と平行に動作する。その結果、処置具３がピボット点Ｐ回りに操作部４と同一方向に、操作部４の揺動角度と等しい揺動角度だけ、揺動する。
　図２Ａから図３Ｂにおいて、ワイヤ７の図示は省略されている。

　このように、本実施形態によれば、処置具３の直線移動、回転および揺動の方向は、操作部４の直線移動、回転および揺動の方向とそれぞれ同一であり、処置具３と操作部４との間のミラーモーションは発生しない。したがって、操作者は、操作部４によって処置具３を直感的に遠隔操作することができる。
　また、ピボット点Ｐと仮想ピボット点Ｐ’との間の位置関係は、平行リンク５，６の幾何学的構造によって一意に決まり、この位置関係が変化することはない。したがって、操作部４によって処置具３を安定的に操作することができる。
　また、相互に平行に動作する２つの平行リンク５，６を用いることによって、回転シャフト２からの基端側への突出量が小さい構造で、操作部４の揺動を処置具３へ伝達することができる。すなわち、操作部４周辺の構造を小型化することができる。

　本実施形態において、図１に示されるように、上下方向において、操作部４のグリップ４ｂが処置具３の先端と同一位置に配置されることが好ましい。この構成によれば、操作者は、グリップ４ｂの操作によって、処置具３の先端をより直感的に操作することができる。

　本実施形態において、力伝達部材がワイヤ７（７１，７２）であることとしたが、これに代えて、図４に示されるように、リンク７３，７４であってもよい。
　リンク７３は、軸線Ａと平行であり、リンク７３の一端は、処置具３の基端部に固定されている。リンク７４は、第２リンク部材６ｂと平行であり、リンク７４の一端は、操作部４に固定されている。リンク７３の他端とリンク７４の他端は、関節によって相互に揺動可能に接続されている。

　本実施形態において、関節５ｃ，６ｃの角度に関わらずワイヤ７（７１，７２）の配線経路の長さが一定になるように、ワイヤ７の配線経路が設計されていることが好ましい。具体的には、図５Ａに示されるように、ワイヤ７，７２が形成するループの数が少なくとも１つ増え、関節５ｃ，６ｃの角度が９０°以外である状態において、ワイヤ７１，７２がプーリ９に鈍角で掛け回される回数と、ワイヤ７１，７２がプーリ９に鋭角で掛け回される回数とが、相互に等しくなっている。
　ワイヤ７がプーリ９に鋭角で掛け回されるとは、ワイヤ７１，７２とプーリ９の外周面とが接触する接触長さが、０よりも大きくプーリ９の外周面の周長の１／４よりも小さいことを意味する。ワイヤ７１，７２がプーリ９に鈍角で掛け回されるとは、ワイヤ７１，７２とプーリ９の外周面とが接触する接触長さが、プーリ９の外周面の周長の１／４よりも大きく１／２よりも小さいことを意味する。

　図５Ａの例の場合、ワイヤ７１，７２がプーリ９に鈍角および鋭角で掛け回される回数は、それぞれ５回である。例えば、図５Ａの状態から平行リンク５，６が先端側に揺動した場合、鈍角で掛け回されているワイヤ７１，７２のプーリ９との接触長さは増大する一方、鋭角で掛け回されているワイヤ７１，７２のプーリ９との接触長さは減少する。したがって、ワイヤ７１，７２がプーリ９に鈍角および鋭角で掛け回される回数を等しくすることによって、平行リンク５，６の揺動に関わらず、ワイヤ７１，７２がプーリ９の外周面と接する長さの合計が一定となり、ワイヤ７１，７２の配線経路の長さが一定になる。これにより、操作部４の直線移動量と処置具３の直線移動量との関係を一定に維持することができる。

　また、ワイヤ７のループの数を増やすことなくワイヤ７の配線経路の長さを一定にしようとした場合、特許文献１のように、遠隔操作装置１は基端側に大きく突き出した構造となる。ワイヤ７のループの数を増やすことによって、操作部側平行リンク６の基端側への突出量を増大させることなく、ワイヤ７の配線経路の長さを一定にすることができる。

　図５Ｂは、ワイヤ７１，７２の配線経路の他の例であり、ワイヤ７１，７２が最短経路を通る場合を示している。図５Ｂの配線経路の場合、平行リンク５，６の角度に応じて、ワイヤ７１，７２のプーリ９との接触長さの合計が変化する。その結果、操作部４の直線移動量と処置具３の直線移動量との関係が一定にならない。

　本実施形態において、図６から図８Ａに示されるように、処置具３の長手方向と平行な方向に移動可能に平行リンク５，６の一方に支持されたスライドカウンタウェイト１１と、操作部４とスライドカウンタウェイト１１とを接続し、操作部４に加えられた力をスライドカウンタウェイト１１に伝達する第２力伝達部材１２とを備えていてもよい。
　スライドカウンタウェイト１１は、例えば、スライダ１１ａによってリンク部材５ｂまたは６ｂに直線移動可能に支持されている。
　第２力伝達部材１２は、例えば、ワイヤである。ワイヤ１２は、操作部４の移動方向とは逆方向に向かう力をスライドカウンタウェイト１１に伝達する。したがって、スライドカウンタウェイト１１は、処置具３の移動方向とは逆方向に移動する。

　処置具３には、処置具３の重さに因るピボット点Ｐ回りのモーメントが作用する。処置具３のモーメントは、グリップ４ｂを把持する操作者の手Ｈに作用する。処置具３のモーメントの大きさは、処置具３の直線移動に伴う処置具３の重心の変化によって変化する。図６から図８Ａの変形例によれば、処置具３の直線移動に応答して、処置具３の移動方向とは逆方向にスライドカウンタウェイト１１が直線移動することによって、操作部４に作用するモーメントの大きさの変化が低減され、好ましくは、操作部４に作用するモーメントの大きさが一定になる。その結果、操作者は、操作部４を略一定の大きさの力で操作することができる。

　図６から図８Ａは、スライドカウンタウェイト１１の具体的な構成例を示している。
　図６の第１の構成例において、スライドカウンタウェイト１１の質量は、処置具３の質量と略等しい。スライドカウンタウェイト１１は、操作部側平行リンク６に支持され、軸線Ａに対して処置具３の重心とは反対側に配置されている。軸線Ａからスライドカウンタウェイト１１の重心までの距離Ｄｗは、軸線Ａから処置具３の重心までの距離Ｄｉと略等しい。ワイヤ１２は、距離Ｄｗと距離Ｄｉとが常に等しくなるように、処置具３の移動方向とは逆方向に向かって処置具３の移動量と略等しい移動量だけ、スライドカウンタウェイト１１を直線移動させる。

　第１の構成例によれば、ピボット点Ｐ回りの処置具３およびスライドカウンタウェイト１１のモーメントが常に相互に釣り合う。さらに、軸線Ａ回りの処置具３およびスライドカウンタウェイト１１のモーメントが常に相互に釣り合う。したがって、操作部４に作用するモーメントを最小化することができ、操作者は、処置具３の重さを感じることなく、小さな力で操作部４を操作することができる。

　図７の第２の構成例において、スライドカウンタウェイト１１の質量は、処置具３の質量と略等しい。スライドカウンタウェイト１１は、処置具側平行リンク５に支持され、軸線Ａに対して処置具３の重心と同一側に配置されている。スライドカウンタウェイト１１は、第２力伝達部材１２でもあるワイヤ７１に固定されている。ワイヤ７１は、処置具３の移動量と等しい移動量だけ、処置具３の移動方向とは逆方向にスライドカウンタウェイト１１を直線移動させる。したがって、処置具３およびスライドカウンタウェイト１１の合成重心の位置は、処置具３およびスライドカウンタウェイト１１の直線移動に関わらず、略一定である。

　操作部側平行リンク６には、固定カウンタウェイト１３が固定されている。固定カウンタウェイト１３は、処置具３およびスライドカウンタウェイト１１の合計質量と略等しい質量を有し、軸線Ａに対して、処置具３およびスライドカウンタウェイト１１の合成重心とは反対側に配置されている。軸線Ａから固定カウンタウェイト１３の重心までの距離は、軸線Ａから処置具３およびスライドカウンタウェイト１１の合成重心までの距離と略等しい。

　第２の構成例によれば、ピボット点Ｐ回りの処置具３およびスライドカウンタウェイト１１の合成モーメントが、仮想ピボット点Ｐ’回りの固定カウンタウェイト１３のモーメントと常に釣り合う。さらに、軸線Ａ回りの処置具３およびスライドカウンタウェイト１１の合成モーメントが、軸線Ａ回りの固定カウンタウェイト１３のモーメントと常に釣り合う。したがって、操作者は、処置具３の重さを感じることなく、小さな力で操作部４を操作することができる。さらに、固定カウンタウェイト１３は、操作部側平行リンク６に対して移動しないので、図６の第１の構成例と比較して、操作部側平行リンク６を小型化することができる。

　第２の構成例において、処置具３およびスライドカウンタウェイト１１のモーメントが固定カウンタウェイト１３のモーメントと釣り合う限りにおいて、固定カウンタウェイト１３の位置および質量を変更してもよい。具体的には、固定カウンタウェイト１３の位置および質量は、固定カウンタウェイト１３の質量と軸線Ａから固定カウンタウェイト１３までの距離との積が、処置具３およびスライドカウンタウェイト１１の合成質量と軸線Ａから合成重心までの距離との積と等しくなる、という条件を満たしていればよい。

　図８Ａの第３の構成例において、スライドカウンタウェイト１１の質量は、処置具３の質量の略２倍である。スライドカウンタウェイト１１は、操作部側平行リンク６に支持され、軸線Ａに対して処置具３の重心とは反対側に配置されている。軸線Ａからスライドカウンタウェイト１１までの距離Ｄｗは、軸線Ａから処置具３の重心までの距離Ｄｉの半分と略等しい。図８Ａから図８Ｃにおいて、ワイヤ７（７１，７２）の図示は省略されている。

　スライドカウンタウェイト１１には、プーリ１１ｂが設けられている。ワイヤ１２は、プーリ１１ｂに掛け回され、ワイヤ１２の両端は、操作部４とリンク部材６ａまたは６ｂとに固定されている。すなわち、プーリ１１ｂおよびワイヤ１２は、動滑車を構成している。ワイヤ１２は、距離Ｄｗを距離Ｄｉの略半分に維持するように、スライドカウンタウェイト１１を直線移動させる。

　第３の構成例によれば、第１の構成例と同様に、ピボット点Ｐ回りの処置具３およびスライドカウンタウェイト１１のモーメントが常に相互に釣り合う。さらに、軸線Ａ回りの処置具３およびスライドカウンタウェイト１１のモーメントが常に相互に釣り合う。したがって、操作部４に作用するモーメントを最小化することができ、操作者は、処置具３の重さを感じることなく、小さな力で操作部４を操作することができる。

　さらに、スライドカウンタウェイト１１の直線移動に動滑車を利用することによって、操作部４の移動量と同一の移動量だけスライドカウンタウェイト１１が移動する場合と比較して、スライドカウンタウェイト１１の移動範囲が半分になる。したがって、操作部側平行リンク６を上下方向に小型化することができる。
　特に、基端部に重いモータが設けられた電動の処置具３の場合、処置具３の重心は、軸線Ａから上側に離間した位置になる。したがって、第１および第２の構成例の場合、カウンタウェイト１１または１３を軸線Ａから下側に離間した位置に配置する必要があり、軸線Ａからの操作部側平行リンク６の下方への突出量が大きくなる傾向にある。第３の構成例によれば、第１および第２の構成例と比較して、軸線Ａからの操作部側平行リンク６の下方への突出量を約半分に低減することができる。したがって、第３の構成例は、電動の処置具３との組み合わせにおいて、特に有利である。

　第３の構成例において、図８Ｂおよび図８Ｃに示されるように、スライドカウンタウェイト１１の質量が、処置具３の質量の３倍以上であってもよい。図８Ｂにおいて、スライドカウンタウェイト１１の質量は、処置具３の質量の略３倍である。図８Ｃにおいて、スライドカウンタウェイト１１の質量は、処置具３の質量の略４倍である。スライドカウンタウェイト１１の質量の増大に応じて、プーリ９，１１ｂにワイヤ１２が巻かれる回数も増大する。
　スライドカウンタウェイト１１の質量が、処置具３の質量のｎ倍である場合、ピボット点Ｐ回りおよび軸線Ａ回りの処置具３のモーメントを相殺するために、スライドカウンタウェイト１１は、処置具３の移動量の１／ｎだけ移動する。したがって、スライドカウンタウェイト１１の質量を増大することによって、操作部側平行リンク６をさらに小型化することができる。

　図８Ａから図８Ｃの例では、操作部４からスライドカウンタウェイト１１に伝達される力を増幅する減速機構として、動滑車を用いているが、動滑車以外の手段を用いてもよい。
　図９Ａは、減速機構の変形例を示している。操作部側平行リンク６の関節６ｃに、関節６ｃと同軸回りに回転する２段プーリが取り付けられている。２段プーリは、相互に固定された同軸の２つのプーリ１４ａ，１４ｂから構成される。一方のプーリ１４ａは、第１半径ｒ１を有する大プーリであり、他方のプーリ１４ｂは、第１半径ｒ１よりも小さい第２半径ｒ２を有する小プーリである。

　スライドカウンタウェイト１１と小プーリ１４ｂは、ワイヤ１２によって接続され、ワイヤ１２は小プーリ１４ｂに巻かれている。スライダ４ａと大プーリ１４ａは、他のワイヤ１２によって接続され、ワイヤ１２は大プーリ１４ａに巻かれている。スライドカウンタウェイト１１の質量は、処置具３の質量にプーリ１４ａ，１４ｂの半径比ｎ（ｎ＝ｒ２／ｒ１）を乗じた積に等しい。
　この構成によれば、ピボット点Ｐ回りおよび軸線Ａ回りの処置具３のモーメントを相殺するために、スライドカウンタウェイト１１は、処置具３の移動量の１／ｎ（ｎ＝ｒ２／ｒ１）だけ移動する。したがって、図８Ａの第３の構成例と同様に、操作部側平行リンク６をさらに小型化することができる。

　図９Ｂは、減速機構の他の変形例を示している。操作部側平行リンク６の２つの関節６ｃに、関節６ｃと同軸回りに回転し相互に噛み合う第１歯車１５ａおよび第２歯車１５ｂが取り付けられている。第１歯車１５ａは、第１歯数ｔ１を有し、第２歯車１５ｂは、第１歯数よりも少ない第２歯数ｔ２を有する。ワイヤ１２は、歯車１５ａ，１５ｂを経由してスライドカウンタウェイト１１と操作部４とを接続している。
　この構成によれば、ピボット点Ｐ回りおよび軸線Ａ回りの処置具３のモーメントを相殺するために、スライドカウンタウェイト１１は、処置具３の移動量の１／ｎ（ｎは、歯数比ｔ１／ｔ２）だけ移動する。したがって、図８Ａの第３の構成例と同様に、操作部側平行リンク６をさらに小型化することができる。

　図９Ｃに示されるように、操作部４と第１歯車１５ａとを接続する第２力伝達部材として、ワイヤ１２に代えて、ベルト１６ａを用いてもよい。同様に、スライドカウンタウェイト１１と第２歯車１５ｂとを接続する第２力伝達部材として、ワイヤ１２に代えて、ベルト１６ｂを用いてもよい。さらに、図９Ｄに示されるように、歯車１５ａ，１５ｂ間の回転の伝達にベルト（例えば、タイミングベルト）１７を用いてもよい。

　本実施形態において、処置具３のモーメントを相殺する手段として、図１０に示されるように、スライドカウンタウェイト１１に代えて、エンコーダ１８ａ，１９ａ，２０およびモータ１８ｂ，１９ｂを使用してもよい。
　回転シャフト２には、１組の回転エンコーダ１８ａおよびモータ１８ｂが固定されている。回転エンコーダ１８ａは、軸線Ａ回りの回転シャフト２の回転角度を検出する。操作部側平行リンク６の関節６ｃには、１組の回転エンコーダ１９ａおよびモータ１９ｂが固定されている。回転エンコーダ１９ａは、関節６ｃの回転軸回りの回転角度を検出する。操作部４には、操作部４の直線移動量を検出するリニアエンコーダ２０が固定されている。

　モータ１８ｂは、エンコーダ１８ａ，２０によって検出された回転角度および直線移動量に基づいて回転シャフト２を駆動し、モータ１９ｂは、エンコーダ１９ａ，２０によって検出された回転角度および直線移動量に基づいて関節６ｃを駆動する。これにより、処置具３のモーメントを相殺するモーメントがモータ１８ｂ，１９ｂから平行リンク５，６に加えられる。
　この構成によれば、スライドカウンタウェイト１１の慣性質量が無くなるので、操作者は、操作部４をより小さな力で操作することができる。

　本実施形態において、操作部４が、図１１Ａに示されるように、処置具３の長手方向と平行な方向に移動可能に操作部側平行リンク６に支持され、操作部側平行リンク６と平行に動作する延長平行リンク２１を有していてもよい。
　延長平行リンク２１は、操作部側平行リンク６から処置具側平行リンク５とは反対側に突出している。グリップ４ｂは、操作部側平行リンク６から処置具側平行リンク５とは反対側に離間した位置において、処置具３の長手方向と平行なリンク部材の長手軸上に配置されている。

　図１から図１０に示される操作部４のグリップ４ｂは、操作部側平行リンク６のリンク部材６ｂから離間した位置に配置される。処置具３の直感的な進退操作のためには、グリップ４ｂおよびグリップ４ｂを把持する手Ｈが、リンク部材６ｂの長手軸上を移動することが好ましい。ただし、図１１Ｂに示されるように、リンク部材６ｂ上にグリップ４ｂを設置した場合、手Ｈを挿入するための空間をリンク部材６ｂ間に確保する必要があり、その結果、操作部側平行リンク６が大きくなる。
　延長平行リンク２１にグリップ４ｂを設けることによって、操作部側平行リンク６の小型化と、処置具３の直感的な進退操作との両方を達成することができる。

　操作部側平行リンク６に延長平行リンク２１が支持されている場合、グリップ４ｂには、延長平行リンク２１の重さによるモーメントも作用する。したがって、図１２Ａに示されるように、スライドカウンタウェイト１１の位置は、処置具３の長さおよび質量と、操作部４の質量に応じた距離だけ、図６に比べて軸線Ａに近い側にオフセットしている。

　軸線Ａからスライドカウンタウェイト１１までのリンク部材５ｂ，６ｂと平行な方向の距離Ｌｗは、以下にように求められる。
　スライドカウンタウェイト１１の質量Ｍｗは、処置具３の質量Ｍｉおよび操作部４の質量Ｍｈの和と釣り合う。
　Ｍｗ＝Ｍｉ＋Ｍｈ　　　…（ａ）
　また、処置具３のモーメントＭｉ×Ｌｉは、スライドカウンタウェイト１１のモーメントＭｗ×Ｌｗおよび操作部４のモーメントＭｈ×Ｌｈの和と釣り合う。Ｌｉは、ピボット点Ｐから処置具３の重心までの長さである。Ｌｈは、軸線Ａから操作部４の重心までの長さである。Ｌａは、処置具３の先端から重心までの長さである。
　ＭｉＬｉ＝ＭｗＬｗ＋ＭｈＬｈ　　　…（ｂ）
　式（ａ）および（ｂ）から、距離Ｌｗが得られる。
　Ｌｗ＝（ＭｉＬｉ－ＭｈＬｈ）／（Ｍｉ＋Ｍｈ）　　　…（ｃ）
　ここで、処置具３の直線移動量と操作部４の直線移動量は相互に等しく、処置具３の重心と操作部４の重心は、処置具３の長さＬａだけ相互に上下方向にオフセットしている。
　Ｌｈ＝Ｌａ－Ｌｉ　　　…（ｄ）
　式（ｄ）から、式（ｃ）は式（ｅ）に書き替えられる。
　Ｌｗ＝Ｌｉ－ＭｈＬａ／（Ｍｉ＋Ｍｈ）　　　…（ｅ）

　図１２Ｂは、図８Ａの操作部４に延長平行リンク２１を追加した例を示している。図１２Ｂにおいて、ワイヤ７，１２の図示は省略されている。スライドカウンタウェイト１１の質量が処置具３の質量の２倍である場合、距離Ｌｗは、以下のように求められる。
　質量の釣り合いおよびモーメントの釣り合いから、式（ａ’），（ｂ）が成り立つ。
　Ｍｗ＝２（Ｍｉ＋Ｍｈ）　　　…（ａ’）
　ＭｉＬｉ＝ＭｗＬｗ＋ＭｈＬｈ　　　…（ｂ）
　式（ａ’）および（ｂ）から、距離Ｌｗが得られる。
　Ｌｗ＝（ＭｉＬｉ－ＭｈＬｈ）／２（Ｍｉ＋Ｍｈ）　　　…（ｃ’）
　式（ｄ）から、式（ｃ’）は式（ｅ’）に書き替えられる。
　Ｌｗ＝Ｌｉ／２　－　ＭｈＬａ／２（Ｍｉ＋Ｍｈ）　　　…（ｅ’）

　本実施形態において、処置具３が屈曲関節３ｅを有する場合、図１３Ａに示されるように、操作部４は、グリップ４ｂの揺動によって屈曲関節３ｅを屈曲させることができるように構成されていてもよい。
　例えば、処置具３は、挿入部３ａの先端とエンドエフェクタ３ｄとの間に１つまたは２つの屈曲関節３ｅを有する。各屈曲関節３ｅは、挿入部３ａの長手軸に直交する屈曲軸回りに屈曲可能である。図１３Ｂに示されるように、操作部４は、処置具３の屈曲関節３ｅの数と等しい数の揺動軸Ｂ，Ｃを有するフレーム４ｃを備え、グリップ４ｂは、フレーム４ｃによって操作部側平行リンク６に接続されている。揺動軸Ｂ，Ｃは、グリップ４ｂを把持する片手Ｈの手首と略一致する位置に配置される。図１３Ｂは、相互に垂直な方向に屈曲する２つの屈曲関節３ｅ用に、相互に垂直な２つの揺動軸Ｂ，Ｃが設けられている場合を示している。揺動軸Ｂ，Ｃの向きは、手首の屈曲軸の向きと略一致することが好ましい。

　このような操作部４によれば、揺動軸Ｂ，Ｃ回りのグリップ４ｂの揺動が、処置具３の屈曲関節３ｅを屈曲させるための操作指示として入力される。グリップ４ｂの揺動軸Ｂ，Ｃ回りの揺動は、機械的または電気的に屈曲関節３ｅに伝達され、グリップ４ｂの揺動方向と対応する方向に屈曲関節３ｅが揺動する。この場合に、屈曲関節３ｅの関節軸に対応するグリップ４ｂの揺動軸Ｂ，Ｃが操作者の手首に略一致する位置に配置されているので、操作者は、手首の屈曲を利用して、処置具３の屈曲関節３ｅを直感的に操作することができる。

１　遠隔操作装置
２　回転シャフト
３　処置具
３ａ　挿入部
３ｂ　駆動部
３ｃ　ケーブル
３ｄ　エンドエフェクタ
３ｅ　屈曲関節
４　操作部
４ａ　スライダ
４ｂ　グリップ
４ｃ　フレーム
５　処置具側平行リンク
５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ　リンク部材
５ｃ，６ｃ　関節
６　操作部側平行リンク
７　ワイヤ（力伝達部材）
８ａ　スライダ
９　プーリ
１１　スライドカウンタウェイト
１２　第２力伝達部材、ワイヤ
１３　固定カウンタウェイト
１４ａ，１４ｂ　プーリ
１５ａ，１５ｂ　歯車
１６ａ，１６ｂ，１７　ベルト
１８ａ，１９ａ，２０　エンコーダ
１８ｂ，１９ｂ　モータ
２１　延長平行リンク
Ａ　所定の軸線
Ｂ，Ｃ　揺動軸
Ｐ　ピボット点
Ｐ’　仮想ピボット点

Claims

　長尺の処置具と、
　該処置具を操作するための操作部と、
　所定の軸線と同軸に配置され、前記所定の軸線回りに回転可能に支持される長尺の回転シャフトと、
　該回転シャフトの一端側に配置され、前記処置具を支持する処置具側平行リンクと、
　前記回転シャフトの他端側に配置され、前記回転シャフトおよび前記処置具側平行リンクと接続され、前記操作部を支持する操作部側平行リンクと、
　前記処置具と前記操作部とを接続し、前記操作部に加えられた力を前記処置具に伝達する力伝達部材とを備え、
　前記処置具側平行リンクは、前記処置具が前記所定の軸線と交差する姿勢で前記処置具を支持するとともに、前記処置具を該処置具の長手方向に移動可能に支持し、
　前記操作部側平行リンクが、前記操作部を前記処置具の長手方向と平行な方向に移動可能に支持するとともに、前記処置具側平行リンクと平行に動作し、
　前記処置具側平行リンクに支持された処置具が、前記処置具側平行リンクの揺動によって前記所定の軸線と前記処置具との交点であるピボット点回りに揺動可能であり、
　前記力伝達部材が、前記操作部の移動方向と同一方向に向かう力を前記処置具に伝達する遠隔操作装置。
　前記力伝達部材が、可撓性を有する長尺の部材であり、前記処置具側平行リンクおよび前記操作部側平行リンクのリンク部材に沿って前記処置具と前記操作部との間で配線され、
　前記力伝達部材の配線経路上の前記処置具側平行リンクおよび前記操作部側平行リンクの関節に設けられ、各前記関節の回転軸回りに回転可能であるプーリを備え、
　前記力伝達部材が前記プーリに鈍角で掛け回される回数と、前記力伝達部材が前記プーリに鋭角で掛け回される回数とが、相互に等しい請求項１に記載の遠隔操作装置。
　前記処置具の長手方向と平行な方向に移動可能に前記操作部側平行リンクまたは前記処置具側平行リンクに支持されたスライドカウンタウェイトと、
　前記操作部と前記スライドカウンタウェイトとを接続し、前記操作部に加えられた力を前記スライドカウンタウェイトに伝達する第２力伝達部材とを備え、
　該第２力伝達部材が、前記操作部の移動方向とは逆方向に向かう力を前記スライドカウンタウェイトに伝達する請求項１または請求項２に記載の遠隔操作装置。
　前記スライドカウンタウェイトが、前記処置具の質量と略等しい質量を有し、前記操作部側平行リンクに支持され、
　前記スライドカウンタウェイトが、前記所定の軸線に対して前記処置具の重心とは反対側に配置され、前記所定の軸線から前記スライドカウンタウェイトまでの距離が、前記所定の軸線から前記処置具の重心までの距離と略等しく、
　前記第２力伝達部材が、前記処置具の移動方向とは逆方向に向かって前記処置具の移動量と略等しい移動量だけ、前記スライドカウンタウェイトを直線移動させる請求項３に記載の遠隔操作装置。
　前記操作部側平行リンクに固定された固定カウンタウェイトを備え、
　前記スライドカウンタウェイトが、前記処置具と略等しい質量を有し、前記処置具側平行リンクに支持され、
　前記第２力伝達部材が、前記処置具の移動方向とは逆方向に向かって前記処置具の移動量と略等しい移動量だけ、前記スライドカウンタウェイトを直線移動させ、
　前記固定カウンタウェイトが、前記所定の軸線に対して前記処置具および前記スライドカウンタウェイトの合成重心とは反対側に配置され、
　前記固定カウンタウェイトの質量と前記所定の軸線から前記固定カウンタウェイトまでの距離との積が、前記所定の軸線から前記合成重心までの距離と前記処置具および前記スライドカウンタウェイトの合成質量との積と略等しい請求項３に記載の遠隔操作装置。
　前記スライドカウンタウェイトが、前記処置具の略２倍の質量を有し、前記所定の軸線に対して前記処置具の重心とは反対側において、前記操作部側平行リンクに支持され、
　前記スライドカウンタウェイトが、プーリを有し、
　前記第２力伝達部材が、
　前記スライドカウンタウェイトの前記プーリを経由して前記操作部と前記操作部側平行リンクとを接続し、
　前記所定の軸線から前記スライドカウンタウェイトまでの距離を、前記所定の軸線から前記処置具の重心までの距離の略１／２倍に維持するように、前記スライドカウンタウェイトを直線移動させる請求項３に記載の遠隔操作装置。
　前記操作部が、
　前記処置具の長手方向と平行な方向に移動可能に前記操作部側平行リンクに支持され、前記操作部側平行リンクと平行に動作する延長平行リンクと、
　該延長平行リンクに接続されたグリップとを備える請求項１から請求項６のいずれかに記載の遠隔操作装置。
　前記処置具が、少なくとも１つの屈曲関節を有し、
　前記操作部が、操作者の片手に把持され、前記少なくとも１つの屈曲関節を屈曲させるための操作指示が入力されるグリップを有し、
　該グリップが、該グリップを把持する前記片手の手首と略一致する位置に配置される揺動軸回りに揺動可能である請求項１から請求項７のいずれかに記載の遠隔操作装置。