WO2021049286A1 - 術具、手術支援システム、並びに手術用操作ユニット - Google Patents

術具、手術支援システム、並びに手術用操作ユニット Download PDF

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WO2021049286A1
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axis
around
cable set
shaft
slide base
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和仁 若菜
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ソニー株式会社
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    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/71—Manipulators operated by drive cable mechanisms
    • A61B2034/715—Cable tensioning mechanisms for removing slack

Definitions

  • the techniques disclosed in this specification relate to, for example, surgical tools applied to surgical robots, surgical support systems, and surgical operation units.
  • the surgical tool attached to the slave device is equipped with an end effector that has an opening / closing mechanism such as forceps at the tip.
  • an opening / closing mechanism such as forceps at the tip.
  • the tip has a large number of degrees of freedom, a small diameter, a small size, and a light weight.
  • the tip of the surgical instrument has a total of 3 degrees of freedom, 2 degrees of freedom for rotation and 2 degrees of freedom for opening and closing.
  • a drive method using a cable is often applied to operate the tip of the surgical instrument (see, for example, Patent Documents 2 to 4).
  • JP-A-2019-34002 Japanese Unexamined Patent Publication No. 09-542671 Special Table 2018-534100 Special Table 2019-501699
  • An object of the technique according to the present disclosure is to provide a surgical tool, a surgical robot, and a surgical operation unit, which have an openable and closable end effector such as forceps, and are compact and lightweight, and are applied to a surgical support system. To do.
  • the first aspect of the technology according to the present disclosure is With the shaft A list rotatably connected to the tip of the shaft around the first axis, A first jaw member and a second jaw member rotatably supported around the second axis with respect to the list, respectively.
  • a swivel motion unit that generates a swivel motion around the first axis in the list so that the pretension of the first reciprocating cable set and the second reciprocating cable set does not change. It is a surgical tool equipped with.
  • the swivel operation unit retracts one of the first reciprocating cable set and the second reciprocating cable set in the longitudinal axis direction of the shaft and advances the other, and the first reciprocating cable set in the list. Generates a swivel motion around the axis.
  • the swivel operation unit is provided on the list so that the first axis serves as a rotation axis, and rotates a wrist capstan around which a third reciprocating cable set is wound and a third drive capstan.
  • a third actuator for pulling the third cable set is provided, and the pretension of the first reciprocating cable set and the second reciprocating cable set is adjusted around the first axis of the list. Perform a turning operation.
  • the first actuator, the first drive capstan, the second actuator, and the second drive capstan are fixed to the shaft.
  • the second aspect of the technology according to the present disclosure is It is equipped with a surgical tool and an arm to which the surgical tool is attached.
  • the surgical tool With the shaft A list rotatably connected to the tip of the shaft around the first axis, A first jaw member and a second jaw member rotatably supported around the second axis with respect to the list, respectively.
  • a first reciprocating cable set that transmits a force for turning the first jaw member around the second axis
  • a second reciprocating cable set that transmits a force for turning the second jaw member around the second axis
  • a swivel motion unit that generates a swivel motion around the first axis in the list so that the pretension of the first reciprocating cable set and the second reciprocating cable set does not change. It is a surgical support system equipped with.
  • the third aspect of the technology according to the present disclosure is It is provided with a surgical tool and a handle portion to which the surgical tool is attached.
  • the surgical tool With the shaft A list rotatably connected to the tip of the shaft around the first axis, A first jaw member and a second jaw member rotatably supported around the second axis with respect to the list, respectively.
  • a surgical tool applied to a surgical robot, a surgical support system, and surgery which have an openable and closable end effector such as forceps and realizes a reduction in the number of parts and a diameter. Operational units can be provided.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of the surgical instrument unit 100.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the tip portion 101 of the surgical instrument unit.
  • FIG. 3 is an enlarged view of the tip portion 101 of the surgical instrument unit.
  • FIG. 4 is an enlarged view of the surgical instrument unit drive unit 103.
  • FIG. 5 is an enlarged view of the surgical instrument unit drive unit 103.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the degree of freedom configuration of the surgical instrument unit 100.
  • FIG. 7 is a view showing a six-view view of the surgical instrument unit 100.
  • FIG. 8 is a simplified view showing an example of the degree of freedom configuration of the surgical instrument unit 100.
  • FIG. 9 is a simplified view showing an example of the degree of freedom configuration of the surgical instrument unit 100.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of the surgical instrument unit 100.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the tip portion 101 of the surgical instrument unit.
  • FIG. 3 is an enlarged view of
  • FIG. 10 is a diagram showing how the wrist element WE is swiveled around the first axis.
  • FIG. 11 is a diagram showing how the wrist element WE is swiveled around the first axis.
  • FIG. 12 is a diagram showing how the wrist element WE is swiveled around the first axis.
  • FIG. 13 is a diagram showing an operation example around the first axis of the wrist element WE.
  • FIG. 14 is a diagram showing an operation example around the second axis of the end effector.
  • FIG. 15 is a diagram showing an operation example of the tip portion 101 of the surgical instrument unit.
  • FIG. 16 is a diagram showing an operation example of the tip portion 101 of the surgical instrument unit.
  • FIG. 17 is a diagram showing an operation example of the tip portion 101 of the surgical instrument unit.
  • FIG. 18 is a diagram showing an operation example of the tip portion 101 of the surgical instrument unit.
  • FIG. 19 is a diagram showing an operation example of the tip portion 101 of the surgical instrument unit.
  • FIG. 20 is a diagram showing an operation example of the tip portion 101 of the surgical instrument unit.
  • FIG. 21 is a diagram showing an operation example of the tip portion 101 of the surgical instrument unit.
  • FIG. 22 is a diagram showing an operation example of the tip portion 101 of the surgical instrument unit.
  • FIG. 23 is a diagram showing a configuration example of the surgical instrument unit 2300.
  • FIG. 24 is an enlarged view of the surgical instrument unit drive unit 2303.
  • FIG. 25 is an enlarged view of the surgical instrument unit drive unit 2303.
  • FIG. 26 is a diagram showing an example of the degree of freedom configuration of the surgical instrument unit 2300.
  • FIG. 27 is a view showing a six-view view of the surgical instrument unit 2300.
  • FIG. 28 is a diagram showing how the wrist element WE is swiveled around the first axis.
  • FIG. 29 is a diagram showing how the wrist element WE is swiveled around the first axis.
  • FIG. 30 is a diagram showing how the wrist element WE is swiveled around the first axis.
  • FIG. 31 is a diagram showing a configuration example of the surgical instrument unit 3100.
  • FIG. 32 is an enlarged view of the tip portion 3101 of the surgical instrument unit.
  • FIG. 33 is an enlarged view of the tip portion 3101 of the surgical instrument unit.
  • FIG. 34 is an enlarged view of the surgical instrument unit drive unit 3103.
  • FIG. 35 is an enlarged view of the surgical instrument unit drive unit 3103.
  • FIG. 36 is a diagram showing an example of the degree of freedom configuration of the surgical instrument unit 3100.
  • FIG. 37 is a view showing a six-view view of the surgical instrument unit 3100.
  • FIG. 38 is a diagram showing how the wrist element WE is swiveled around the first axis.
  • FIG. 39 is a diagram showing how the wrist element WE is swiveled around the first axis.
  • FIG. 40 is a diagram showing how the wrist element WE is swiveled around the first axis.
  • FIG. 41 is a diagram showing an example of an external configuration of the surgical support system 4100.
  • FIG. 42 is a diagram showing an example of an external configuration of the surgical operation unit 4200.
  • the surgical tool applied to the surgical robot has a total of 3 degrees of freedom, 2 degrees of freedom for rotation and 2 degrees of freedom for opening and closing at the tip.
  • a type of surgical tool having an open / close type end effector composed of a pair of opposing jaw members, a wrist supporting the end effector, and a shaft having a longitudinal axis and connecting the wrist to the tip. be able to.
  • This type of surgical tool includes a first axis that swivels the wrist with respect to the tip of the shaft, for example, around the yaw axis, a second axis that swivels the end effector with respect to the wrist, for example, around the pitch axis, and a jaw member. It has a degree of freedom configuration of a third axis (opening and closing axis) for opening and closing.
  • a third axis opening and closing axis
  • the tip (distal end) side after the shaft is used by inserting it into the body cavity via a trocar, and it is necessary to configure it with a small diameter.
  • the driving force generated by the actuator for example, an electromagnetic rotary motor
  • the actuator for example, an electromagnetic rotary motor
  • the base side (proximal end) of the shaft is transmitted via the cable to operate the surgical instrument. It is composed of.
  • the power for turning the wrist around the first axis with respect to the tip of the shaft the power for turning the monitoring direction with respect to the wrist around the second axis, and the power for opening and closing the open / close type end effector.
  • Three cables are required to transmit the above, and these cables are inserted into the shaft.
  • a capstan for applying power to the cable or converting the force from the cable into an axial force, adjusting the layout of the cable in the shaft, and applying a certain tension to the cable.
  • Multiple pulleys are used, such as idler pulleys used for purposes.
  • the slidability is high, so that the durability and reliability are excellent, and the torque control of the end effector can be realized with high accuracy.
  • the surgical tool for example, the outer diameter of the shaft
  • the idler pulley can be omitted to reduce the number of parts and reduce the size, but the cable deteriorates due to wear. It becomes easier and the reliability decreases.
  • a cable loop type and an individual cable traction type can be mentioned.
  • the cable is laid out by looping the capstan on the output side and the capstan on the drive side that rotates by driving the actuator.
  • the cable loop type since the outbound and inbound cables can be competitively controlled by a single actuator, it is easy to reduce the size and weight of the drive unit. Further, since it is not necessary to compensate the cable pretension with the output of the actuator, the actuator can be easily miniaturized.
  • the pretension applied to the cable fluctuates, so it is difficult to apply the cable loop type. .. For example, when the wrist is driven around the first axis, the length of each cable that drives each jaw member changes.
  • the outward path and the return path of the cable attached to the output side capstan are towed by individual actuators, and the outward path and the return path cables can be controlled independently.
  • the degree of freedom in designing the components is increased.
  • both the cable loop type and the individual cable traction type one traction motor is required for each cable. If as many heavy and large motors as the number of cables are mounted to compensate for the cable pretension, the accommodation space and the weight of the device will increase.
  • a total of two cables, one for the outward path and the other for the return path, are used to rotate one output side capstan in both directions, so that the cable layout can be adjusted. Two idler pulleys are also required, which increases the number of parts.
  • the layout of the cable is adjusted with a smaller number of idler pulleys, and the cable is towed in a manner that makes it easy to apply the desired pretension.
  • the surgical system and the surgical operation unit are disclosed below.
  • FIG. 1 shows a configuration example of a surgical instrument unit to which the technique according to the present disclosure is applied.
  • the illustrated surgical tool unit 100 includes a hollow shaft 102 having a longitudinal axis, a surgical tool unit tip 101 at one end of the shaft 102, and a surgical tool unit driving unit 103 at the other end of the shaft 102.
  • the surgical tool unit tip 101 has a wrist element that can swivel around the first axis parallel to the yaw axis with respect to the shaft 102, and an end that opens and closes at the tip of the wrist element with the second axis parallel to the pitch axis as an opening / closing axis. Contains effectors.
  • the end effector is composed of a pair of opposing jaw members that rotate around a second axis to open and close.
  • the second axis is arranged at a position offset from the first axis.
  • the surgical instrument unit driving unit 103 includes two actuators for driving each jaw member in the surgical instrument unit tip 101, and one actuator for driving the wrist.
  • FIGS. 2 and 3 show the tip 101 of the surgical instrument unit in an enlarged manner (however, the viewing direction is switched between FIGS. 2 and 3).
  • FIGS. 4 and 5 show an enlarged view of the surgical instrument unit drive unit 103 (however, the viewing direction is switched between FIGS. 4 and 5).
  • FIG. 6 shows an example of the degree of freedom configuration of the surgical instrument unit 100.
  • FIG. 7 shows a six-view view of the surgical instrument unit 100.
  • FIGS. 8 and 9 the degree of freedom configuration of the surgical instrument unit 100 is simplified and drawn.
  • the surgical instrument unit tip 101 includes a wrist element WE and an openable / closable end effector, and the end effector is composed of a pair of opposing jaw members, a first jaw member J1 and a second jaw member J2 (for example,). See FIGS. 2 and 3).
  • the wrist element WE is rotatably supported near the root at the tip (distal end) of the shaft 102 around a first axis parallel to the yaw axis.
  • the first jaw member J1 and the second jaw member J2 constituting the end effector are rotatably supported around the second axis parallel to the pitch axis at the tip of the wrist element WE.
  • the first jaw member J1 and the second jaw member J2 open and close by changing the opening angle with the second axis as the opening / closing axis.
  • the surgical instrument unit driving unit 103 includes a first motor M1 used for driving the first jaw member J1, a second motor M2 used for driving the second jaw member J2, and a wrist element. It includes a third motor M3 used to drive the WE (see, for example, FIGS. 4, 5, and 6). Further, the first to third motor capstans MC1, MC2, and MC3 as drive capstans are attached to the output shafts of the first to third motors M1 to M3, respectively (for example, FIG. 6). checking). Although it is assumed that a rotary motor is used for each of the first to third motors M1 to M3, a motor with a speed reducer may be used.
  • the first reciprocating cable sets C1a and C1b are wound around the first motor capstan MC1, and the first motor capstan MC1 is rotated by the first motor M1 to be the first by the cable loop method. Drives the jaw member J1. Further, the second reciprocating cable sets C2a and C2b are wound around the second motor capstan MC2, and the second motor capstan MC2 is rotated by the second motor M2 by the cable loop method. Drives the second jaw member J2.
  • the first motor M1 is supported on the first slide base SB1 that slides in the longitudinal axis direction of the shaft 102, and the second motor M2 is in the longitudinal axis direction of the shaft 102. It is supported on a second slide base SB2 that slides in. Further, a third reciprocating cable set C3a and C3b are wound around the third motor capstan MC3 via the third idler pulleys P3a and P3b. The other end of the third outward cable C3a is fixed to the first slide base SB1, and the other end of the third return cable C3b is fixed to the second slide base SB2.
  • the third motor M3 pulls the third reciprocating cable sets C3a and C3b by the cable loop method to move the first slide base SB1 and the second slide base SB2 in the longitudinal axis direction of the shaft 102. It can be moved forward and backward in opposite directions (see, for example, FIG. 6).
  • the first jaw member J1 is supported by the wrist element WE near the root so that it can turn around the second axis.
  • the second jaw member J2 is supported by the wrist element WE near the root so that it can turn around the second axis. Therefore, the opening angle of the first jaw member J1 and the second jaw member J2 is increased or decreased (in other words, the angle between the first jaw member J1 and the second jaw member J2 around the second axis. By turning each around the second axis (so that the difference changes), the opening and closing operation of the end effector is realized.
  • the opening angles of the first jaw member J1 and the second jaw member J2 constant (in other words, the sum of the angles around the second axis of the first jaw member J1 and the second jaw member J2).
  • a first jaw capstan JC1 having the above second axis as a rotation axis is formed near the root of the first jaw member J1.
  • the first reciprocating cable sets C1a and C1b are wound around the first jaw capstan JC1.
  • the first reciprocating cable sets C1a and C1b are wound around the first motor capstan MC1 on the surgical instrument unit drive unit 103 side. Therefore, a traction force acts on either one of the cables C1a and C1b according to the rotation direction of the first motor M1, and the turning operation of the first jaw member J1 around the second axis is realized. Since the first jaw member J1 is driven by the cable loop method using the first reciprocating cable sets C1a and C1b, it is possible to realize a wide range of motion of the first jaw member J1.
  • a second jaw capstan JC2 having the above-mentioned second axis as a rotation axis is formed near the root of the second jaw member J2.
  • the second reciprocating cable sets C2a and C2b are wound around the second jaw capstan JC2.
  • the second reciprocating cable sets C2a and C2b are wound around the second motor capstan MC2 on the surgical instrument unit drive unit 103 side. Therefore, a traction force acts on either one of the cables C2a and C2b according to the rotation direction of the second motor M2, and the turning operation of the second jaw member J2 around the second axis is realized. Since the second jaw member J2 is driven by the cable loop method using the second reciprocating cable sets C2a and C2b, it is possible to realize a wide range of motion of the second jaw member J2.
  • the first reciprocating cable sets C1a and C1b and the second reciprocating cable sets C2a and C2b are reoriented near the first shaft so as to be inserted into the shaft 102, respectively, and further, the direction of each cable in the shaft 102 is changed. Idler pulleys are used to adjust the layout.
  • the first outward cable C1a is towed in a direction orthogonal to the second axis, but is pulled by the first idler pulley P11a having the first axis as the rotation axis.
  • the layout is adjusted so that the direction is changed in the direction orthogonal to the first axis and the inside of the shaft 102 is inserted by the first adjacent idler pulley P12a which is adjacent to the first idler pulley P11a and has a rotation axis parallel to the first axis. Will be done.
  • the first outbound cable C1a is inserted into the shaft 102 and then wound around the first motor capstan MC1 via the idler pulley P13a as shown in FIG.
  • the cable C1b on the first return path is towed in the direction orthogonal to the second axis, but is changed in the direction orthogonal to the first axis by the first idler pulley P11b having the first axis as the rotation axis. Further, the layout is adjusted so as to be inserted into the shaft 102 by the first adjacent idler pulley P12b which is adjacent to the first idler pulley P11b and has a rotation axis parallel to the first axis. Then, after the first return cable C1b is inserted into the shaft 102, the first outward cable C1a is connected to the first motor capstan MC1 via the idler pulley P13b as shown in FIG. It is wound from the opposite direction.
  • the first reciprocating cable sets C1a and C1b are laid out so as to transmit power between the first jaw capstan JC1 and the first motor capstan MC1 by a cable loop method. Therefore, as can be seen from FIG. 8, by rotating the first motor capstan MC1 with the first motor M1, the first jaw capstan JC1 is rotated, and the second jaw member J1 is second. The turning angle around the axis can be adjusted.
  • the second outward cable C2a is pulled in a direction orthogonal to the second axis, but the second idler pulley having the first axis as the rotation axis is pulled.
  • the direction is changed by P21a in the direction orthogonal to the first axis, and the inside of the shaft 102 is inserted by the second adjacent idler pulley P22a which is adjacent to the second idler pulley P21a and has a rotation axis parallel to the first axis.
  • the layout is adjusted.
  • the second outbound cable C2a is inserted into the shaft 102 and then wound around the second motor capstan MC2 via the idler pulley P23a as shown in FIG.
  • the cable C2b on the second return path is towed in the direction orthogonal to the second axis, but is changed in the direction orthogonal to the first axis by the second idler pulley P21b having the first axis as the rotation axis.
  • the layout is adjusted so as to be inserted into the shaft 102 by the second adjacent idler pulley P22b which is adjacent to the second idler pulley P21b and has a rotation axis parallel to the first axis.
  • the first return cable C1b is inserted into the shaft 102, and then is connected to the second motor capstan MC2 via the idler pulley P23b as shown in FIG. 5, and the second outward cable C2a. It is wound from the opposite direction.
  • the second reciprocating cable sets C2a and C2b are laid out so as to transmit power between the second jaw capstan JC2 and the second motor capstan MC2 by a cable loop method. Therefore, as can be seen from FIG. 8, by rotating the second motor capstan MC2 with the second motor M2, the second jaw capstan JC2 is rotated, and the second jaw member J2 is second. The turning angle around the axis can be adjusted.
  • the end effector including the pair of jaw members J1 and J2 can be opened and closed.
  • the opening / closing angle is determined by the difference between the angles around the second axis of the first jaw member J1 and the second jaw member J2.
  • first reciprocating cable set C1a and the first reciprocating cable set C1a are performed by the first motor M1 and the second motor M2 so that the sum of the angles around the second axis of the first jaw member J1 and the second jaw member J2 changes.
  • the end effector can be swiveled around the second axis.
  • the average value of the angles around the second axis of the first jaw member J1 and the second jaw member J2 is the turning angle around the second axis of the end effector.
  • the first motor M1 is fixed to the first slide base SB1 together with the first motor capstan MC1 and the idler pulleys P13a and P13b.
  • the second motor M2 is fixed to the first slide base SB1 together with the second motor capstan MC2 and the idler pulleys P23a and P23b.
  • a third outbound cable C3a is connected to the first slide base SB1 via the idler pool P3a.
  • a third return cable C3b is connected to the second slide base SB2 via a third idler pulley P3b.
  • the third reciprocating cable sets C3a and C3b are laid out so as to transmit power between the third motor capstan MC3 and the first slide base SB1 and the second slide base SB2. Therefore, as can be seen from FIG. 9, by rotating the third motor capstan MC3 with the third motor M3, the first slide base SB1 and the second slide base SB2 are moved in the longitudinal axis direction of the shaft 102. It can be moved forward and backward in opposite directions.
  • the second reciprocating cable sets C2a and C2b are in the direction opposite to the direction in which the first reciprocating cable sets C1a and C1a are wound around the first idler pulleys P11a and P11b. Is wound around the second idler pulleys P21a and P21b. Therefore, when the first reciprocating cable sets C1a and C1a are retracted and when the second reciprocating cable sets C2a and C2a are retracted, the wrist element WE is oriented in the opposite direction around the first axis. Rotational force will be applied.
  • FIGS. 10 to 12 show how the wrist element WE is swiveled around the first axis by driving the third motor M3.
  • the first slide base SB1 on which the first motor M1 is mounted and the second slide base SB2 on which the second motor M2 is mounted are driven by the drive of the third motor M3. It moves forward and backward in the longitudinal axis direction of the shaft 102.
  • the second slide base SB2 is towed by the return cable C3b and retracted toward the proximal end side in the longitudinal axis direction of the shaft 102. Then, the wrist element WE is towed by the second reciprocating cable sets C2a and C2b, and rotates about 80 degrees around the first axis as shown in FIG.
  • the first slide base SB1 is towed by the outbound cable C3a and retracted toward the proximal end side in the longitudinal axis direction of the shaft 102. Then, the wrist element WE is towed by the first reciprocating cable sets C1a and C1b and rotates about -80 degrees around the first axis as shown in FIG.
  • the third reciprocating cable set C3a and C3b are towed by the third motor M3, and the first reciprocating cable set is pulled through the sliding operation of the first slide base SB1 and the second slide base SB2.
  • the wrist element WE can be swiveled around the first axis. Further, when the wrist element WE is swiveled around the first axis, the pretension of the first reciprocating cable sets C1a and C1b and the second reciprocating cable sets C2a and C2b does not change.
  • the operation method of the tip 101 of the surgical tool unit is summarized.
  • the end effector is composed of a pair of opposing jaw members, a first jaw member J1 and a second jaw member J2 (see, for example, FIG. 2).
  • the opening angle of the first jaw member J1 and the second jaw member J2 is defined as the opening / closing angle of the end effector.
  • FIG. 13 shows an operation example of the wrist element WE around the first axis.
  • the figure is a view of the tip portion 101 of the surgical instrument unit viewed from a direction parallel to the first axis.
  • the radius of each idler pulley pulley P11a, P11b, P21a, P21b having the first axis as the rotation axis is R ⁇
  • the turning angle around the first axis of the wrist element WE is ⁇ .
  • FIG. 14 shows an operation example around the second axis of the end effector.
  • the figure is a view of the tip portion 101 of the surgical instrument unit viewed from a direction parallel to the second axis.
  • the pulley radius of the first jaw capstan JC1 and R JC1 the pulley radius of the second jaw capstan JC2 and R JC2
  • second axis of pivoting of the first jaw member J1 The angle is ⁇ j1
  • the turning angle of the second jaw member J2 around the second axis is ⁇ j2
  • the opening angle of the end effector is ⁇
  • the turning angle of the end effector around the second axis is ⁇ .
  • the turning angle ⁇ around the first axis of the wrist element WE, the turning angle ⁇ around the second axis of the end effector, and the opening angle ⁇ of the end effector are as shown in the following equations (1) to (3), respectively. expressed.
  • the turning angle ⁇ j1 around the second axis of the first jaw member J1 and the turning angle ⁇ j2 around the second axis of the second jaw member J2 are as shown in the following equations (4) and (5), respectively. It is represented by.
  • the turning angle ⁇ around the first axis of the wrist element WE, the turning angle ⁇ around the second axis of the end effector, and the opening angle ⁇ of the end effector are mutually exclusive. It can be driven independently without any influence. Therefore, the surgical instrument unit 100 has a structure that does not cause interference with other axes.
  • 15 to 22 illustrate examples of the swivel operation of the wrist element WE around the first axis, the swivel operation of the end effector around the second axis, and the opening / closing operation of the end effector.
  • FIG. 15 shows a state in which the turning angle ⁇ around the first axis of the wrist element WE is 0 degrees, the turning angle ⁇ around the second axis of the end effector is 0 degrees, and the opening angle ⁇ of the end effector is 15 degrees.
  • FIG. 16 shows a state in which ⁇ is 0 degrees, ⁇ is 80 degrees, and ⁇ is 15 degrees.
  • FIG. 17 shows a state in which ⁇ is 0 degrees, ⁇ is 80 degrees, and ⁇ is 0 degrees.
  • FIG. 18 shows a state in which ⁇ is 0 degrees, ⁇ is ⁇ 80 degrees, and ⁇ is 15 degrees.
  • FIG. 16 shows a state in which ⁇ is 0 degrees, ⁇ is 80 degrees, and ⁇ is 15 degrees.
  • FIG. 17 shows a state in which ⁇ is 0 degrees, ⁇ is 80 degrees, and ⁇ is 0 degrees.
  • FIG. 18 shows a state in which ⁇ is 0 degrees, ⁇ is ⁇ 80 degrees, and ⁇
  • FIG. 19 shows a state in which ⁇ is ⁇ 80 degrees, ⁇ is 80 degrees, and ⁇ is 15 degrees.
  • FIG. 20 shows a state in which ⁇ is 80 degrees, ⁇ is 80 degrees, and ⁇ is 15 degrees.
  • FIG. 21 shows a state in which ⁇ is ⁇ 45 degrees, ⁇ is ⁇ 45 degrees, and ⁇ is 0 degrees.
  • FIG. 22 shows a state in which ⁇ is 80 degrees, ⁇ is ⁇ 80 degrees, and ⁇ is 0 degrees.
  • the surgical instrument unit tip 101 has a degree of freedom of ⁇ 80 degrees around the first axis of the wrist element WE and ⁇ 80 degrees around the second axis of the end effector.
  • FIG. 23 shows another configuration example of the surgical instrument unit to which the technique according to the present disclosure is applied.
  • the illustrated surgical tool unit 2300 includes a hollow shaft 2302 having a longitudinal axis, a surgical tool unit tip 2301 at one end of the shaft 2302, and a surgical tool unit driving unit 2303 at the other end of the shaft 2302.
  • the surgical tool unit tip 2301 has a wrist element that can swivel around the first axis parallel to the yaw axis with respect to the shaft 2302, and an end that opens and closes at the tip of the wrist element with the second axis parallel to the pitch axis as the opening / closing axis. Contains effectors.
  • the end effector is composed of a pair of opposing jaw members that rotate around a second axis to open and close.
  • the second axis is arranged at a position offset from the first axis.
  • the surgical instrument unit driving unit 2303 includes two actuators for driving each jaw member in the surgical instrument unit tip portion 2301 and one actuator for driving the wrist.
  • FIGS. 24 and 25 show an enlarged view of the surgical instrument unit drive unit 2303 (however, the viewing direction is switched between FIGS. 24 and 25).
  • FIG. 26 shows an example of the degree of freedom configuration of the surgical instrument unit 2300.
  • FIG. 27 shows a six-view view of the surgical instrument unit 2300. Since the configuration of the surgical tool unit tip 2301 is the same as that of the surgical tool unit tip 2301 shown in FIGS. 2 and 3, the illustration is omitted here.
  • the surgical instrument unit tip 2301 includes a wrist element WE and an openable and closable end effector, which is a pair of opposing jaws, a first jaw member J1 and a second jaw member J2. It consists of members.
  • the first jaw member J1 is supported by the wrist element WE near the root so that it can turn around the second axis.
  • the second jaw member J2 is supported by the wrist element WE near the root so that it can turn around the second axis.
  • a first jaw capstan JC1 having the above second axis as a rotation axis is formed near the root of the first jaw member J1.
  • the first reciprocating cable sets C1a and C1b are wound around the first jaw capstan JC1.
  • a second jaw capstan JC2 having the above-mentioned second axis as a rotation axis is formed near the root of the second jaw member J2.
  • the second reciprocating cable sets C2a and C2b are wound around the second jaw capstan JC2.
  • the cable C1a on the first outbound route is towed in a direction orthogonal to the second axis, but is changed in a direction orthogonal to the first axis by the first idler pulley P11a having the first axis as a rotation axis, and further.
  • the layout is adjusted so as to pass through the shaft 2302 by the first adjacent idler pulley P12a having a rotation axis adjacent to the first idler pulley P11a and parallel to the first axis.
  • the cable C1b on the first return path is changed in direction by the first idler pulley P11b from the direction orthogonal to the second axis to the direction orthogonal to the first axis, and is further adjacent to the first idler pulley P11b and is adjacent to the first idler pulley P11b.
  • the layout is adjusted so as to pass through the shaft 2302 by the first adjacent idler pulley P12b having a rotation axis parallel to the shaft.
  • the second outward cable C2a is towed in the direction orthogonal to the second axis, but is changed in the direction orthogonal to the first axis by the second idler pulley P21a having the first axis as the rotation axis. Further, the layout is adjusted so as to be inserted into the shaft 2302 by the second adjacent idler pulley P22a which is adjacent to the second idler pulley P21a and has a rotation axis parallel to the first axis.
  • the cable C2b on the second return path is changed in direction by the first idler pulley P11b from the direction orthogonal to the second axis to the direction orthogonal to the first axis, and is further adjacent to the second idler pulley P21b and is adjacent to the first idler pulley P21b.
  • the layout is adjusted so as to pass through the shaft 2302 by the second adjacent idler pulley P22b having a rotation axis parallel to the shaft.
  • the surgical tool unit drive unit 2303 includes a first motor M1 used to drive the first jaw member J1, a second motor M2 used to drive the second jaw member J2, and a wrist element WE. It includes a third motor M3 used for driving (see, for example, FIGS. 24, 25, 26). Further, the first to third motor capstans MC1, MC2, and MC3 as drive capstans are attached to the output shafts of the first to third motors M1 to M3 (for example, FIG. 26). See). Although it is assumed that a rotary motor is used for each of the first to third motors M1 to M3, a motor with a speed reducer may be used.
  • the first reciprocating cable sets C1a and C1b are wound around the first motor capstan MC1. That is, the layout is such that power is transmitted between the first jaw capstan JC1 and the first motor capstan MC1 by the cable loop method. Therefore, by rotating the first motor capstan MC1 with the first motor M1, the first jaw capstan JC1 is rotated to adjust the turning angle of the first jaw member J1 around the second axis. be able to.
  • the second reciprocating cable sets C2a and C2b are wound around the second motor capstan MC2. That is, the layout is such that power is transmitted between the second jaw capstan JC2 and the second motor capstan MC2 by the cable loop method. Therefore, by rotating the second motor capstan MC2 with the first motor M2, the second jaw capstan JC2 is rotated to adjust the turning angle of the second jaw member J2 around the second axis. be able to.
  • each of the first jaw member J1 and the second jaw member J2 is swiveled around the second axis so that the difference in angle around the second axis changes.
  • the end effector opens and closes.
  • the first jaw member J1 and the first jaw member J1 and the first jaw member J1 and the first jaw member J1 The end effector composed of the jaw member J2 of 2 swivels around the second axis.
  • the first to third motors M1 to M3 are fixed on the base B integrally with the end (proximal end) of the shaft 2302, respectively. Further, a third reciprocating cable set C3a and C3b are wound around the third motor capstan MC3 via the third idler pulleys P3a and P3b. The other end of the third outbound cable C3a is fixed to the first slide base SB1 that slides in the longitudinal axis direction of the shaft 102. Further, the other end of the third return cable C3b is fixed to the second slide base SB2 that slides in the longitudinal axis direction of the shaft 102.
  • the third reciprocating cable sets C3a and C3b are laid out so as to transmit power between the third motor capstan MC3 and the first slide base SB1 and the second slide base SB2. Therefore, by rotating the third motor capstan MC3 with the third motor M3, the first slide base SB1 and the second slide base SB2 are moved forward and backward in the longitudinal direction of the shaft 102 in opposite directions. Can be done.
  • the first outbound cable C1a is wound around the first motor capstan MC1 via the idler pulley P14a on the first slide base SB1.
  • the first return cable C1b is wound around the first motor capstan MC1 from the direction opposite to that of the first outward cable C1a via the idler pulley P14b on the first slide base SB1. Therefore, when the first slide base SB1 is retracted to the root side (that is, the proximal end) of the shaft 2302, the idler pulleys P14a and P14b are also retracted, so that the first reciprocating cable sets C1a and C1b are at the proximal end. It is pulled to the side and a rotational torque acts on the first jaw member J1.
  • the second outbound cable C2a is wound around the second motor capstan MC2 via the idler pulley P24a on the second slide base SB2.
  • the second return cable C2b is wound around the second motor capstan MC2 from the direction opposite to that of the second outward cable C2a via the idler pulley P24b on the second slide base SB2. Therefore, when the second slide base SB2 is retracted, the idler pulleys P24a and P24b are also retracted, so that the second reciprocating cable sets C2a and C2b are pulled toward the proximal end side and rotate to the second jaw member J2. Torque acts.
  • FIGS. 28 to 30 show how the wrist element WE is swiveled around the first axis by driving the third motor M3.
  • the first slide base SB1 and the second slide base SB2 move forward and backward in the longitudinal axis direction of the shaft 2302 by driving the third motor M3, and each reciprocates first.
  • the first motor M1 and the second motor M2 are fixed on the base B, they do not slide.
  • the second slide base SB2 is towed by the cable C3b on the third return path and retracted toward the proximal end side in the longitudinal axis direction of the shaft 2302. Then, the wrist element WE is towed by the second reciprocating cable sets C2a and C2b and rotates about 80 degrees around the first axis as shown in FIG. 28.
  • the first slide base SB1 is towed by the cable C3a on the third outbound route and retracted toward the proximal end side in the longitudinal axis direction of the shaft 2302. Then, the wrist element WE is towed by the first reciprocating cable sets C1a and C1b and rotates about -80 degrees around the first axis as shown in FIG.
  • the third reciprocating cable set C3a and C3b are towed by the third motor M3, and the first reciprocating cable set is pulled through the sliding operation of the first slide base SB1 and the second slide base SB2.
  • the wrist element WE can be swiveled around the first axis. Further, when the wrist element WE is swiveled around the first axis, the pretension of the first reciprocating cable sets C1a and C1b and the second reciprocating cable sets C2a and C2b does not change.
  • the surgical instrument unit 2300 is different from the surgical instrument unit 100 shown in FIGS. 1 to 22, and the first motor M1 and the second motor M2 are both fixed to the base and around the first axis of the wrist element WE. Since the sliding operation does not occur during turning, the inertia of the structure during the sliding operation can be reduced.
  • the end effector is composed of a pair of opposing jaw members, a first jaw member J1 and a second jaw member J2 (see, for example, FIG. 2).
  • the opening angle of the first jaw member J1 and the second jaw member J2 is defined as the opening / closing angle of the end effector.
  • the wrist element WE swivels around the first axis.
  • the radii of the idler pulley pulleys P11a, P11b, P21a, and P21b having the first axis as the rotation axis are R ⁇
  • the turning angle of the wrist element WE around the first axis is ⁇ .
  • the first jaw member J1 and the second jaw member J2 are rotated around the second axis, respectively, and the end effector is rotated and opened / closed.
  • the turning angle ⁇ around the first axis of the wrist element WE, the turning angle ⁇ around the second axis of the end effector, and the opening angle ⁇ of the end effector are as shown in the following equations (6) to (8), respectively. expressed.
  • the turning angle ⁇ j1 around the second axis of the first jaw member J1 and the turning angle ⁇ j2 around the second axis of the second jaw member J2 are as shown in the following equations (9) and (10), respectively. It is represented by.
  • the turning angle ⁇ around the first axis of the wrist element WE, the turning angle ⁇ around the second axis of the end effector, and the opening angle ⁇ of the end effector are mutually exclusive. It can be driven independently without any influence. Therefore, it can be said that the surgical instrument unit 2300 has a structure that does not cause interference with other axes.
  • the wrist element WE swivels around the first axis
  • the end effector swivels around the second axis and the end effector Opening and closing operation is realized.
  • FIG. 31 shows still another configuration example of the surgical instrument unit to which the technique according to the present disclosure is applied.
  • the illustrated surgical tool unit 3100 includes a hollow shaft 3102 having a longitudinal axis, a surgical tool unit tip 3101 at one end of the shaft 3102, and a surgical tool unit driving unit 3103 at the other end of the shaft 3102.
  • the surgical tool unit tip 3101 has a wrist element that can swivel around the first axis parallel to the yaw axis with respect to the shaft 3102, and an end that opens and closes at the tip of the wrist element with the second axis parallel to the pitch axis as an opening / closing axis. Contains effectors.
  • the end effector is composed of a pair of opposing jaw members that rotate around a second axis to open and close.
  • the second axis is arranged at a position offset from the first axis.
  • the surgical instrument unit driving unit 3103 includes two actuators for driving each jaw member in the surgical instrument unit tip portion 3101 and one actuator for driving the wrist.
  • FIGS. 32 and 33 show an enlarged view of the tip portion 3101 of the surgical instrument unit (however, the viewing direction is switched between FIGS. 32 and 33).
  • FIGS. 34 and 35 show an enlarged view of the surgical instrument unit drive unit 3103 (however, the viewing direction is switched between FIGS. 34 and 35).
  • FIG. 36 shows an example of the degree of freedom configuration of the surgical instrument unit 3100.
  • FIG. 37 shows a six-view view of the surgical instrument unit 3100.
  • the surgical instrument unit tip 3101 includes a wrist element WE and an openable / closable end effector, and the end effector is composed of a pair of opposing jaw members, a first jaw member J1 and a second jaw member J2 (for example,). See FIGS. 32 and 33).
  • the wrist element WE is rotatably supported near the root at the tip (distal end) of the shaft 3102 around a first axis parallel to the yaw axis.
  • the first jaw member J1 and the second jaw member J2 constituting the end effector are rotatably supported around the second axis parallel to the pitch axis at the tip of the wrist element WE.
  • the first jaw member J1 and the second jaw member J2 open and close by changing the opening angle with the second axis as the opening / closing axis.
  • the surgical instrument unit drive unit 3103 includes a first motor M1 used for driving the first jaw member J1, a second motor M2 used for driving the second jaw member J2, and a wrist element. It includes a third motor M3 used to drive the WE (see, for example, FIGS. 34, 35, 36).
  • the first to third motors M1 to M3 are fixed to the base B1 integrally with the end (proximal end) of the shaft 3102, respectively.
  • the first to third motor capstans MC1, MC2, and MC3 as drive capstans are attached to the output shafts of the first to third motors M1 to M3, respectively.
  • a rotary motor is used for each of the first to third motors M1 to M3, a motor with a speed reducer may be used.
  • a first slide base SB1 and a second slide base SB2 that slide in the longitudinal direction of the shaft 3102 are attached to each side surface of the base B1.
  • a first jaw capstan JC1 having a second axis as a rotation axis is formed near the root of the first jaw member J1.
  • the first reciprocating cable sets C1a and C1b are wound around the first jaw capstan JC1. Further, referring to FIGS. 34 to 36, the first reciprocating cable sets C1a and C1b are wound around the first motor capstan MC1.
  • the first outward cable C1a is towed in a direction orthogonal to the second axis, but is pulled by the first idler pulley P11a having the first axis as the rotation axis.
  • the layout is adjusted so that the direction is changed in the direction orthogonal to the first axis and the inside of the shaft 3102 is inserted by the first adjacent idler pulley P12a which is adjacent to the first idler pulley P11a and has a rotation axis parallel to the first axis. Will be done.
  • the idler pulley P14a fixed to the first slide base SB1 and the idler fixed to the base B1 are used. It is wound around the first motor capstan MC1 via the pulley P13a.
  • the cable C1b on the first return path is towed in the direction orthogonal to the second axis, but is changed in the direction orthogonal to the first axis by the first idler pulley P11b having the first axis as the rotation axis.
  • the layout is adjusted so as to be inserted into the shaft 3102 by the first adjacent idler pulley P12b which is adjacent to the first idler pulley P11b and has a rotation axis parallel to the first axis.
  • the idler pulley P14b fixed to the first slide base SB1 and the idler fixed to the base B1 are used.
  • the first motor capstan MC1 is wound around the first motor capstan MC1 via the pulley P13b from the direction opposite to that of the first outbound cable C1a.
  • the first motor capstan MC1 by rotating the first motor capstan MC1 with the first motor M1, a traction force is generated in the first reciprocating cable sets C1a and C1b to rotate the first jaw capstan JC1.
  • the turning angle of the first jaw member J1 around the second axis can be adjusted. Since the first jaw member J1 is driven by the cable loop method using the first reciprocating cable sets C1a and C1b, it is possible to realize a wide range of motion of the first jaw member J1.
  • a second jaw capstan JC2 having a second axis as a rotation axis is formed near the root of the second jaw member J2.
  • the second reciprocating cable sets C2a and C2b are wound around the second jaw capstan JC2. Further, referring to FIGS. 34 to 36, the second reciprocating cable sets C2a and C2b are wound around the second motor capstan MC2.
  • the second outward cable C2a is towed in a direction orthogonal to the second axis, but is pulled by the second idler pulley P21a having the first axis as the rotation axis.
  • the layout is adjusted so that the direction is changed in the direction orthogonal to the first axis and the inside of the shaft 3102 is inserted by the second adjacent idler pulley P22a which is adjacent to the second idler pulley P21a and has a rotation axis parallel to the first axis. Will be done.
  • the idler pulley P24a fixed to the second slide base SB2 and the idler fixed to the base B1 are used. It is wound around the second motor capstan MC2 via the pulley P23a.
  • the cable C2b on the second return path is towed in the direction orthogonal to the second axis, but is changed in the direction orthogonal to the first axis by the second idler pulley P21b having the first axis as the rotation axis.
  • the layout is adjusted so as to be inserted into the shaft 3102 by the first adjacent idler pulley P22b which is adjacent to the second idler pulley P21b and has a rotation axis parallel to the first axis.
  • the second return cable C2b is inserted into the shaft 3102 and then, as shown in FIGS. 34 and 35, the idler pulley P24b fixed to the second slide base SB2 and the idler fixed to the base B1.
  • the second motor capstan MC2 is wound around the second motor capstan MC2 via the pulley P23b from the direction opposite to that of the second outward cable C2a.
  • a wrist capstan WC having a first axis as a rotation axis is formed near the root of the wrist element WE.
  • a third reciprocating cable set C3a and C3b is wound around the wrist capstan WC. Further, referring to FIGS. 34 to 36, the third reciprocating cable sets C3a and C3b are wound around the third motor capstan MC3.
  • the end effector including the pair of jaw members J1 and J2 can be opened and closed.
  • the opening / closing angle is determined by the difference between the angles around the second axis of the first jaw member J1 and the second jaw member J2.
  • first reciprocating cable set C1a and the first reciprocating cable set C1a are performed by the first motor M1 and the second motor M2 so that the sum of the angles around the second axis of the first jaw member J1 and the second jaw member J2 changes.
  • the end effector can be swiveled around the second axis.
  • the average value of the angles around the second axis of the first jaw member J1 and the second jaw member J2 is the turning angle around the second axis of the end effector.
  • the third outbound cable C3a is wound around the wrist capstan WC and pulled in a direction orthogonal to the first axis and in the longitudinal axis direction of the shaft 3102. , Insert through the shaft 3102. Then, the third outward cable C3a is inserted into the shaft 3102, and then, as shown in FIGS. 34 and 35, the third motor cap is passed through the third idler pulley P3a fixed to the base B1. Wrapped around Stan MC3.
  • the third return cable C3b is wound around the wrist capstan WC from the direction opposite to that of the third outward cable C3a, and is pulled in a direction orthogonal to the first axis and in the longitudinal axis direction of the shaft 3102. Then, the inside of the shaft 3102 is inserted. Then, after inserting the cable C3b on the third return route through the shaft 3102, as shown in FIGS. 34 and 35, the cable C3b on the third return route passes through the third idler pulley P3b fixed to the base B1 and then on the outward route of 3. It is wound around the third motor capstan MC3 from the direction opposite to that of the cable C3a.
  • the fourth reciprocating cable sets C4a and C4b are wound around the fourth idler pulley P4 fixed to the base B1.
  • the end of the fourth outward cable C4a is fixed to the first slide base SB1, and the fourth return cable C4b is fixed to the second slide base SB2.
  • both the first slide base SB1 and the second slide base SB2 slide on the base B1 in the longitudinal axis direction of the shaft 3102. Further, idler pulleys P14a and P14b around which the first reciprocating cable sets C1a and C1b are wound are fixed to the first slide base SB1, and the second reciprocating cable sets C2a and P14b are fixed to the second slide base SB2. C2b is fixed.
  • the first reciprocating cable sets C1a and C1b are towed by the first motor M1 when the first jaw member J1 is swiveled around the second axis. Further, the second reciprocating cable sets C2a and C2b are towed by the second motor M2 when the second jaw member J2 is swiveled around the second axis.
  • the wrist element WE is swiveled around the first axis, it is necessary to prevent a load from being applied to the first reciprocating cable sets C1a and C1b and the second reciprocating cable sets C2a and C2b. ..
  • the idler pulleys P14a and P14b around which the first reciprocating cable sets C1a and C1b are wound are fixed to the first slide base SB1, and the idler pulleys P24a around which the second reciprocating cable sets C2a and C2b are wound are fixed. And P24b are fixed to the second slide base SB2. Then, the fourth reciprocating cable sets C4a and C4b having their ends fixed to the first slide base SB1 and the second slide base SB2 are wound around the fourth idler pulley P4 fixed to the base B1.
  • the first slide base SB1 and the second slide base SB2 move forward and backward in the longitudinal axis direction of the shaft 3102 to appropriately adjust the positions of the idler pulleys P14a and P14b and the idler pulleys P24a and P24b.
  • the wrist element WE is swiveled around the first axis, no load is applied to the first reciprocating cable sets C1a and C1b and the second reciprocating cable sets C2a and C2b. it can.
  • the surgical tool unit 3100 is configured to directly rotate the wrist capstan WC by the third motor M3. Therefore, it is possible to avoid a decrease in the rotational resolution around the first axis in the surgical instrument unit 2300 shown in FIGS. 23 to 30.
  • the surgical tool unit 3100 has a structure in which both the first motor M1 and the second motor M2 are fixed to the base like the surgical tool unit 2300, and slides when the wrist element WE turns around the first axis. Since it does not operate, the inertia of the structure during the sliding operation can be reduced.
  • FIGS. 38 to 40 show how the wrist element WE is swiveled around the first axis by driving the third motor M3.
  • the first slide base SB1 and the second slide base SB2 move forward and backward in the longitudinal axis direction of the shaft 2302 by driving the third motor M3, and each reciprocates first.
  • the first motor M1 and the second motor M2 are fixed on the base B, they do not slide.
  • the surgical tool unit 3100 is configured to directly rotate the wrist capstan WC by the third motor M3.
  • the wrist element WE is towed by the third outward cable C3a along with the rotational drive of the third motor M3, and rotates about 80 degrees around the first axis as shown in FIG. 38.
  • the first slide base SB1 advances in the longitudinal axis direction of the shaft 3102, and the second slide base SB2 retracts.
  • the positions of the idler pulleys P14a and P14b and the idler pulleys P24a and P24b are appropriately adjusted so that the load is not applied to the first reciprocating cable sets C1a and C1b and the second reciprocating cable sets C2a and C2b. Can be.
  • the positions of the first slide base SB1 and the second slide base SB2 in the longitudinal axis direction are the same as shown in FIG. 39. become.
  • the positions of the idler pulleys P14a and P14b and the idler pulleys P24a and P24b are appropriately adjusted so that the load is not applied to the first reciprocating cable sets C1a and C1b and the second reciprocating cable sets C2a and C2b. Can be.
  • the wrist element WE is towed by the cable C3a on the third outward path along with the rotational drive of the third motor M3, and rotates about -80 degrees around the first axis as shown in FIG. 40.
  • the second slide base SB2 advances in the longitudinal axis direction of the shaft 3102, and the first slide base SB1 retracts.
  • the positions of the idler pulleys P14a and P14b and the idler pulleys P24a and P24b are appropriately adjusted so that the load is not applied to the first reciprocating cable sets C1a and C1b and the second reciprocating cable sets C2a and C2b. Can be.
  • the wrist element WE can be directly swiveled around the first axis by towing the third reciprocating cable sets C3a and C3b with the third motor M3. .. Then, when the wrist element WE turns around the first axis, the first reciprocating cable sets C1a and C1b and the second reciprocating cable sets C2a and C2b move forward and backward in the longitudinal axis direction of the shaft 3102. The pretension of the first reciprocating cable sets C1a and C1b and the second reciprocating cable sets C2a and C2b does not change.
  • the end effector is composed of a pair of opposing jaw members, a first jaw member J1 and a second jaw member J2 (see, for example, FIG. 32).
  • the opening angle of the first jaw member J1 and the second jaw member J2 is defined as the opening / closing angle of the end effector.
  • E Deformation example of surgical instrument unit E-1. Modification example of the method of driving the cable It is best to use an electromagnetic rotary motor as the first to third motors M1 to M3. However, it is possible to replace it with another type of actuator that can rotate the drive capstan. Other deformability of the actuator that pulls the cable may further include, for example:
  • Piezo type direct drive type ultrasonic motor ⁇ Piezo type rotary type ultrasonic motor ⁇ Hydraulic type direct action motor ⁇ Hydraulic type rotary motor ⁇ Polymer direct action actuator ⁇ Electromagnetic type direct action motor ⁇ Shape memory alloy
  • the actuator may be equipped with a speed reducer, a position detector, and an emergency brake mechanism.
  • the reducer include a gear type reducer, a wave gear reducer, a postal gear reducer, a mysterious postal gear reducer, a cable reducer, a traction reducer, a ball screw, a slip screw, a worm gear, and the like. it can.
  • the position detector for example, a magnetic encoder, an optical encoder, a potentiometer and the like can be mentioned.
  • the shaft 102 is ideally a rigid body, but may have a flexible configuration. Further, in each drawing, a shaft 102 having a simple hollow cylindrical shape is drawn for simplification, but the shaft 102 does not necessarily have to have a cylindrical shape.
  • the cross section of the shaft 102 may have a polygonal shape or an elliptical shape, or the cross-sectional shape may be switched in the middle of the longitudinal axis direction. The same applies to the shafts 2302 and 3102.
  • the cable may be a bundle of metal wires, a bundle of resins, or a mixture of a plurality of materials such as metal wires and resin.
  • a metal shaft 102 having high rigidity is used for a cable portion that is arranged inside the shaft 102 and does not require bending, and is connected to a flexible cable used for a curved portion to form a single cable. May be configured. Examples of cable alternatives include:
  • the cable may be laid out along the guide groove formed in the mechanism without using the idler pulley.
  • a strain sensor may be mounted on each cable to detect the tension of the sensing cable.
  • Examples of the strain sensor include a resistance change type strain sensor and an FBG (Fiber Bragg Grating) type strain sensor.
  • the torque sensor may be mounted on the actuator that pulls the cable.
  • FIG. 41 shows an external configuration example of a surgery support system 4100 (also referred to as a computer-assisted surgery system or a robot-assisted surgery system) using the surgical instrument unit according to the present embodiment.
  • the illustrated surgical support system 4100 includes an arm 4101 having a multi-link structure, and a surgical instrument unit 4102 is mounted on the tip of the arm 4101.
  • the surgical instrument unit 4102 may be replaceable.
  • the surgical support system 4100 is applied to, for example, laparoscopic surgery, in which the tip portion 101 of the surgical instrument unit is inserted into the abdominal cavity via a trocar (not shown) to perform operations such as grasping and excising the affected portion.
  • the illustrated surgical support system 4100 may be used, for example, as a slave device in a master-slave robot, and the arm 4101 and the surgical instrument unit 4102 are driven according to a command from the master device (not shown). Further, for example, a bilateral control method is applied to this type of master-slave robot. In addition, the surgical support system 4100 can be directly operated and operated by the surgeon as an arm equipped with a surgical tool.
  • the arm 4101 is among polar coordinate type robots, cylindrical coordinate type robots, right angle coordinate type robots, vertical articulated robots, horizontal articulated robots, parallel link type robots, RCM (Remote Center of Motion) type robots, and the like. It may be any mechanical robot.
  • the arm 4101 is a vertical articulated arm 4101 from the viewpoint of compactness of the mechanism and ease of generating a pivot motion at a trocar location. It is preferable to use a mold or an RCM (Remote Center of Movement) type arm that realizes pivot (fixed point) motion by arranging a remote rotation center at a position away from the drive rotation center.
  • RCM Remote Center of Movement
  • FIG. 41 shows a configuration example of a computer-assisted surgery system in which only one surgical instrument unit can be attached
  • FIG. 42 shows an external configuration example of the surgical operation unit 4200 using the surgical instrument unit according to the present embodiment.
  • the surgical operation unit 4200 includes a handle portion 4201 that the user (operator) directly holds and operates, and the surgical instrument unit 4202 is mounted on the tip of the handle portion 4201.
  • the surgical instrument unit 4202 may be replaceable.
  • the handle portion 4201 may include, for example, a thumb-operable joystick 4203 for instructing the posture of the tip portion of the surgical instrument unit of the surgical instrument unit 4202 in an arbitrary direction. Further, the handle portion 4201 may be provided with a button 4204 that can be operated with an index finger to instruct the opening / closing operation of the jaw member.
  • a controller (not shown) is mounted in the handle portion 4201. This controller calculates the turning angle around the first axis of the wrist element WE, the turning angle around the second axis of the end effector, and the opening angle according to the amount of operation of the joystick 4203 and the button 4204, and this is used to rotate each motor. Converted to the amount, the control signal to the surgical instrument unit drive unit 103 is output.
  • the drive unit can be miniaturized.
  • the yaw motion, the pitch motion, and the opening / closing motion of the end effector at the tip of the surgical instrument can be realized by a structure that does not cause interference with other axes, so that each axis can be controlled. It will be very easy.
  • the present specification has mainly described embodiments in which the technique according to the present disclosure is applied to surgical tools used in surgical robots, the gist of the technique according to the present disclosure is not limited to this.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to robots in various fields other than medical treatment, such as precision work robots. Further, the technique according to the present disclosure can be applied to a grip type operation unit and a precision work apparatus that can be operated while being held by a user.
  • the technology according to the present disclosure can also have the following configuration.
  • Shaft and A list rotatably connected to the tip of the shaft around the first axis, A first jaw member and a second jaw member rotatably supported around the second axis with respect to the list, respectively.
  • a first reciprocating cable set that transmits a force for turning the first jaw member around the second axis
  • a second reciprocating cable set that transmits a force for turning the second jaw member around the second axis
  • a swivel motion unit that generates a swivel motion around the first axis in the list so that the pretension of the first reciprocating cable set and the second reciprocating cable set does not change.
  • a surgical tool equipped with A surgical tool equipped with.
  • a first jaw capstan provided on the first jaw member so that the second axis serves as a rotation axis, and around which the first reciprocating cable set is wound.
  • a second jaw capstan provided on the second jaw member so that the second shaft serves as a rotation axis, and around which the second reciprocating cable set is wound.
  • the first idler pulley portion has a first idler pulley that rotates around the first axis, and a first idler pulley that has a rotation axis adjacent to the first idler pulley and parallel to the first axis.
  • Including the adjacent idler pulley of The second idler pulley portion includes a second idler pulley that rotates around the first axis and a second adjacent idler that has a rotation axis adjacent to the second idler pulley and parallel to the first axis.
  • Including pulley The surgical tool described in (3) above.
  • the swivel operation unit retracts one of the first reciprocating cable set and the second reciprocating cable set in the longitudinal axis direction of the shaft and advances the other to move forward in the list. To generate the turning motion around the first axis, The surgical tool according to (5) above.
  • the turning operation unit is A first slide base that fixes the first actuator and the first drive capstan and slides in the longitudinal axis direction of the shaft, and A second slide base that fixes the second actuator and the second drive capstan and slides in the longitudinal axis direction of the shaft, and An advancing / retreating operation unit for advancing / retreating the first slide base and the second slide base in the longitudinal axis direction of the shaft.
  • An advancing / retreating operation unit for advancing / retreating the first slide base and the second slide base in the longitudinal axis direction of the shaft.
  • the swivel motion unit A first slide base that slides in the longitudinal axis direction of the shaft by fixing an idler pulley through which the first reciprocating cable set winds around the first drive capstan.
  • a second slide base that slides in the longitudinal axis direction of the shaft by fixing an idler pulley through which the second reciprocating cable set winds around the second drive capstan, and
  • An advancing / retreating operation unit for advancing / retreating the first slide base and the second slide base in the longitudinal axis direction of the shaft, and To generate a turning motion around the first axis of the list according to the advancing / retreating motion of the first slide base and the second slide base.
  • the pretension of the first reciprocating cable set and the second reciprocating cable set is adjusted according to the third actuator that pulls the third cable set and the turning motion around the first axis in the list. Equipped with an adjustment unit The surgical tool according to (5) above.
  • the adjusting unit is A first slide base that slides in the longitudinal axis direction of the shaft by fixing an idler pulley through which the first reciprocating cable set winds around the first drive capstan.
  • a second slide base that slides in the longitudinal axis direction of the shaft by fixing an idler pulley through which the second reciprocating cable set winds around the second drive capstan, and The first reciprocating cable set and the second reciprocating cable set are moved forward and backward in response to the swirling operation around the first axis of the list.
  • the adjusting unit is A fourth idler pulley fixed to the shaft, A fourth reciprocating cable set in which each end is fixed to the first slide base and the second slide base and wound around the fourth idler pulley.
  • the first slide base and the second slide base are moved forward and backward according to the turning motion around the first axis of the list by the traction force of the fourth reciprocating cable set.
  • the surgical tool according to (11) above. (13) A surgical tool and an arm to which the surgical tool is attached are provided.
  • the surgical tool With the shaft A list rotatably connected to the tip of the shaft around the first axis, A first jaw member and a second jaw member rotatably supported around the second axis with respect to the list, respectively.
  • a first reciprocating cable set that transmits a force for turning the first jaw member around the second axis
  • a second reciprocating cable set that transmits a force for turning the second jaw member around the second axis
  • a swivel motion unit that generates a swivel motion around the first axis in the list so that the pretension of the first reciprocating cable set and the second reciprocating cable set does not change.
  • Surgery support system equipped with. (14) A surgical tool and a handle portion to which the surgical tool is attached are provided.
  • the surgical tool With the shaft A list rotatably connected to the tip of the shaft around the first axis, A first jaw member and a second jaw member rotatably supported around the second axis with respect to the list, respectively.
  • a first reciprocating cable set that transmits a force for turning the first jaw member around the second axis
  • a second reciprocating cable set that transmits a force for turning the second jaw member around the second axis
  • a swivel motion unit that generates a swivel motion around the first axis in the list so that the pretension of the first reciprocating cable set and the second reciprocating cable set does not change.
  • a surgical operation unit equipped with A surgical operation unit equipped with.

Abstract

開閉型のエンドエフェクタを有する術具を提供する。　術具は、シャフトと、前記シャフトの先端に第１軸回りに回動可能に連結されたリストと、前記リストに対してそれぞれ第２軸回りに回動可能に支持された第１のジョー部材及び第２のジョー部材と、前記第１のジョー部材及び前記第２のジョー部材をそれぞれ前記第２軸回りに旋回させるための力を伝達する第１及び第２の往復のケーブルセットと、前記第１の往復のケーブルセットと前記第２の往復のケーブルセットの予張力が変化しないように、前記リストの前記第１軸回りの旋回動作を生成する旋回動作部を具備する。

Description

術具、手術支援システム、並びに手術用操作ユニット
　本明細書で開示（以下、「本開示」とする）する技術は、例えば手術用ロボットに適用される術具、手術支援システム、並びに手術用操作ユニットに関する。
　近年のロボティクス技術の進歩は目覚ましく、さまざまな産業分野の作業現場にロボティクス技術が広く浸透してきている。例えば医療分野では、マスタスレーブ方式の手術用ロボットが普及しつつある。この種の手術用ロボットは、スレーブ装置が備える１又は複数の術具を、術者などのオペレータがマスタ側から操作するように構成されている。また、マスタスレーブシステムの制御方式として、マスタ装置からスレーブ装置を操作すると同時にスレーブ装置の状態をマスタ装置にフィードバックするバイラテラル方式が知られている（例えば、特許文献１を参照のこと）。
　スレーブ装置に装着される術具は、先端に鉗子などの開閉機構を有するエンドエフェクタが搭載されている。また、術具が体腔内や体表などにおける施術で使用されることを想定して、先端は多自由度を備えつつ細径で小型且つ軽量であることが強く望まれている。具体的には、術具先端は、回転２自由度と開閉自由度の合計３自由度を持っていることが望ましい。また、小型化のため、術具先端の操作にはケーブルを用いた駆動方式が適用されることが多い（例えば、特許文献２～４を参照のこと）。
特開２０１９－３４００２号公報 特開平０９－５４２６７１号公報 特表２０１８－５３４１００号公報 特表２０１９－５０１６９９号公報
　本開示に係る技術の目的は、鉗子などの開閉型のエンドエフェクタを有し、小型且つ軽量に構成される、手術支援システムに適用される術具、手術用ロボット、並びに手術用操作ユニットを提供することにある。
　本開示に係る技術の第１の側面は、
　シャフトと、
　前記シャフトの先端に第１軸回りに回動可能に連結されたリストと、
　前記リストに対してそれぞれ第２軸回りに回動可能に支持された第１のジョー部材及び第２のジョー部材と、
　前記第１のジョー部材を前記第２軸回りに旋回させるための力を伝達する第１の往復のケーブルセットと、
　前記第２のジョー部材を前記第２軸回りに旋回させるための力を伝達する第２の往復のケーブルセットと、
　前記第１の往復のケーブルセットと前記第２の往復のケーブルセットの予張力が変化しないように、前記リストの前記第１軸回りの旋回動作を生成する旋回動作部と、
を具備する術具である。
　前記旋回動作部は、前記第１の往復のケーブルセットと前記第２の往復のケーブルセットのいずれか一方を前記シャフトの長手軸方向に後退させるとともに他方を前進させて、前記リストの前記第１軸回りの旋回動作を生成する。
　あるいは、前記旋回動作部は、前記第１軸が回転軸となるように前記リストに設けられ、第３の往復のケーブルセットが巻き付けられたリストキャプスタンと、第３の駆動キャプスタンを回転させて前記第３のケーブルセットを牽引する第３のアクチュエータを備え、前記第１の往復のケーブルセットと前記第２の往復のケーブルセットの予張力を調整しながら前記リストの前記第１軸回りの旋回動作を実施する。但し、前記第１のアクチュエータ及び前記第１の駆動キャプスタンと前記第２のアクチュエータ及び前記第２の駆動キャプスタンは前記シャフトに対して固定されている。
　また、本開示に係る技術の第２の側面は、
　術具と、前記術具を取り付けたアームを具備し、
　前記術具は、
　シャフトと、
　前記シャフトの先端に第１軸回りに回動可能に連結されたリストと、
　前記リストに対してそれぞれ第２軸回りに回動可能に支持された第１のジョー部材及び第２のジョー部材と、
　前記第１のジョー部材を前記第２軸回りに旋回させるための力を伝達する第１の往復のケーブルセットと、
　前記第２のジョー部材を前記第２軸回りに旋回させるための力を伝達する第２の往復のケーブルセットと、
　前記第１の往復のケーブルセットと前記第２の往復のケーブルセットの予張力が変化しないように、前記リストの前記第１軸回りの旋回動作を生成する旋回動作部と、
を備える、手術支援システムである。
　また、本開示に係る技術の第３の側面は、
　術具と、前記術具を取り付けたハンドル部を具備し、
　前記術具は、
　シャフトと、
　前記シャフトの先端に第１軸回りに回動可能に連結されたリストと、
　前記リストに対してそれぞれ第２軸回りに回動可能に支持された第１のジョー部材及び第２のジョー部材と、
　前記第１のジョー部材を前記第２軸回りに旋回させるための力を伝達する第１の往復のケーブルセットと、
　前記第２のジョー部材を前記第２軸回りに旋回させるための力を伝達する第２の往復のケーブルセットと、
　前記第１の往復のケーブルセットと前記第２の往復のケーブルセットの予張力が変化しないように、前記リストの前記第１軸回りの旋回動作を生成する旋回動作部と、
を備える、手術用操作ユニットである。
　本開示に係る技術によれば、鉗子などの開閉型のエンドエフェクタを有し、部品点数を削減して細径化を実現する、手術用ロボットに適用される術具、手術支援システム、並びに手術用操作ユニットを提供することができる。
　なお、本明細書に記載された効果は、あくまでも例示であり、本開示に係る技術によりもたらされる効果はこれに限定されるものではない。また、本開示に係る技術が、上記の効果以外に、さらに付加的な効果を奏する場合もある。
　本開示に係る技術のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
図１は、術具ユニット１００の構成例を示した図である。 図２は、術具ユニット先端部１０１を拡大して示した図である。 図３は、術具ユニット先端部１０１を拡大して示した図である。 図４は、術具ユニット駆動部１０３を拡大して示した図である。 図５は、術具ユニット駆動部１０３を拡大して示した図である。 図６は、術具ユニット１００の自由度構成例を示した図である。 図７は、術具ユニット１００の６面図を示した図である。 図８は、術具ユニット１００の自由度構成例を簡素化して示した図である。 図９は、術具ユニット１００の自由度構成例を簡素化して示した図である。 図１０は、リストエレメントＷＥを第１軸回りに旋回動作させる様子を示した図である。 図１１は、リストエレメントＷＥを第１軸回りに旋回動作させる様子を示した図である。 図１２は、リストエレメントＷＥを第１軸回りに旋回動作させる様子を示した図である。 図１３は、リストエレメントＷＥの第１軸回りの動作例を示した図である。 図１４は、エンドエフェクタの第２軸回りの動作例を示した図である。 図１５は、術具ユニット先端部１０１の動作例を示した図である。 図１６は、術具ユニット先端部１０１の動作例を示した図である。 図１７は、術具ユニット先端部１０１の動作例を示した図である。 図１８は、術具ユニット先端部１０１の動作例を示した図である。 図１９は、術具ユニット先端部１０１の動作例を示した図である。 図２０は、術具ユニット先端部１０１の動作例を示した図である。 図２１は、術具ユニット先端部１０１の動作例を示した図である。 図２２は、術具ユニット先端部１０１の動作例を示した図である。 図２３は、術具ユニット２３００の構成例を示した図である。 図２４は、術具ユニット駆動部２３０３を拡大して示した図である。 図２５は、術具ユニット駆動部２３０３を拡大して示した図である。 図２６は、術具ユニット２３００の自由度構成例を示した図である。 図２７は、術具ユニット２３００の６面図を示した図である。 図２８は、リストエレメントＷＥを第１軸回りに旋回動作させる様子を示した図である。 図２９は、リストエレメントＷＥを第１軸回りに旋回動作させる様子を示した図である。 図３０は、リストエレメントＷＥを第１軸回りに旋回動作させる様子を示した図である。 図３１は、術具ユニット３１００の構成例を示した図である。 図３２は、術具ユニット先端部３１０１を拡大して示した図である。 図３３は、術具ユニット先端部３１０１を拡大して示した図である。 図３４は、術具ユニット駆動部３１０３を拡大して示した図である。 図３５は、術具ユニット駆動部３１０３を拡大して示した図である。 図３６は、術具ユニット３１００の自由度構成例を示した図である。 図３７は、術具ユニット３１００の６面図を示した図である。 図３８は、リストエレメントＷＥを第１軸回りに旋回動作させる様子を示した図である。 図３９は、リストエレメントＷＥを第１軸回りに旋回動作させる様子を示した図である。 図４０は、リストエレメントＷＥを第１軸回りに旋回動作させる様子を示した図である。 図４１は、手術支援システム４１００の外観構成例を示した図である。 図４２は、手術用操作ユニット４２００の外観構成例を示した図である。
　以下、図面を参照しながら本開示に係る技術について、以下の順に従って説明する。
Ａ．術具ユニットの課題
Ｂ．術具ユニットの構成例（１）（図１～図２２を参照）
Ｃ．術具ユニットの構成例（２）（図２３～図３０を参照）
Ｄ．術具ユニットの構成例（３）（図３１～図４０を参照）
Ｅ．術具ユニットの変形例
Ｆ．術具ユニットの応用例（図４１、図４２を参照）
Ｇ．効果
Ａ．術具ユニットの課題
　手術用ロボットに適用される術具は、先端に回転２自由度と開閉自由度の合計３自由度を持っていることが望ましい。具体的には、一対の対向するジョー部材からなる開閉型のエンドエフェクタと、このエンドエフェクタを支持するリストと、長手軸を有し先端部にリストを連結させるシャフトを備えるタイプの術具を挙げることができる。この種の術具は、シャフトの先端に対してリストを例えばヨー軸回りに旋回させる第１軸と、リストに対してエンドエフェクタの向きを例えばピッチ軸回りに旋回させる第２軸と、ジョー部材を開閉操作する第３軸（開閉軸）、という自由度構成を備えている。以下では、第２軸と開閉軸が同軸となる実施形態について説明する。
　例えば腹腔鏡下手術においては、シャフト以降の先端（遠位端）側は、トロッカー経由で体腔内に挿入して使用されることが想定され、細径に構成する必要がある。また、脳外科手術においては、狭い術野に対する処置を施す必要があるため、術具によっては術者の視野をできる限り遮らないようにする必要がある。このため、基本的には、シャフトの根元側（近位端）に配設されたアクチュエータ（例えば、電磁回転モータ）によって生成された駆動力をケーブル経由で伝達して、術具を作動させるように構成される。すなわち、シャフト先端に対してリストを第１軸回りに旋回させる動力、リストに対して監視の向きを第２軸回りに旋回させる動力、及び開閉型のエンドエフェクタを開閉操作するための動力の各々を伝達する、３系統のケーブルが必要であり、これらのケーブルはシャフト内に挿通される。また、ケーブルを使った動力伝達機構では、ケーブルに動力を加え又はケーブルからの力を軸力に変換するためのキャプスタンや、シャフト内でのケーブルのレイアウト調整並びにケーブルに一定の張力を付与する目的で使用されるアイドラプーリなど、複数のプーリが使用される。
　ここで、アイドラプーリを用いてケーブルのレイアウト調整を行う方法によれば、摺動性が高いため耐久性や信頼性に優れ、エンドエフェクタのトルク制御を高精度で実現することができる。その反面、アイドラプーリの分だけ部品点数が増えるため、術具（例えば、シャフトの外径）が大型化し、コストも増大する。アイドラプーリを用いず、周辺部品に形成したＲ面でケーブルを摺動させる方法によれば、アイドラプーリを省略して部品点数を削減して小型化することができるが、摩耗によりケーブルが劣化し易くなり、信頼性が低下する。また、摺動面での摩擦係数が大きいため、外乱となり、トルク制御が難しくなるという問題もある。また、所望のレイアウトに沿うように配設された丸穴の中にケーブルを挿通させる方法も挙げられるが、丸穴に通したケーブルを操作する際にガタが発生するという問題がある。
　また、アクチュエータによるケーブルの牽引力によって出力側のキャプスタンを駆動する方法として、一般に、ケーブルループ型とケーブル個別牽引型を挙げることができる。
　前者のケーブルループ型では、出力側のキャプスタンと、アクチュエータの駆動により回転する駆動側のキャプスタンとをループさせてケーブルをレイアウトする構成となる。ケーブルループ型によれば、単一のアクチュエータで往路と復路のケーブルを拮抗制御することができるので、駆動部の小型化及び軽量化を実現し易い。また、ケーブルのプリテンションをアクチュエータの出力で補償する必要がないので、アクチュエータを小型化し易い。しかしながら、制御対象の軸角度やその他の軸の影響により、ループさせたケーブルの全長が変動するような装置構成の場合には、ケーブルに加わるプリテンションが変動するため、ケーブルループ型を適用し難い。例えば、リストを第１軸回りに駆動させたとき、各ジョー部材を駆動するそれぞれのケーブル長が変化する。
　一方、後者のケーブル個別牽引型では、出力側のキャプスタンに取り付けたケーブルの往路及び復路をそれぞれ個別のアクチュエータで牽引する構成であり、往路及び復路のケーブルをそれぞれ独立して制御できることから、術具の構成上の設計自由度が高くなる。その反面、ケーブルのプリテンションをアクチュエータの出力で補償する必要がある。コイルばねや錘などを使ってプリテンションを補償することも可能であるが、アクチュエータで駆動させる際に、その分のバネ力や慣性力が加わるため、制御が難しくなる。
　ケーブルループ型並びにケーブル個別牽引型のいずれにおいても、ケーブル毎に１つずつ牽引用のモータが必要になる。ケーブルのプリテンションを補償するための重くて大きなモータをケーブルの本数分だけ搭載すると、収容スペースや装置重量が大きくなってしまう。また、ケーブルループ型並びにケーブル個別牽引型のいずれにおいても、１つの出力側のキャプスタンを双方向に回転させるために往路及び復路の合計２本のケーブルを使用するため、ケーブルのレイアウト調整のためのアイドラプーリも２本分必要となり部品点数が多くなる。
　また、術具の先端におけるヨー動作、ピッチ動作、及びエンドエフェクタの開閉動作を、他軸干渉を生じない構造により実現する必要がある。他軸干渉が生じると、例えば以下のような事象が発生する。
（１）ヨー軸角度を変化させた際に、ピッチ軸が受動的に回転してしまう。
（２）ヨー軸角度を変化させた際に、ケーブルの予張力が変動してしまう。
　そこで、本明細書では、より少ないアイドラプーリだけでケーブルのレイアウト調整を行うとともに、所望のプリテンションを付与し易い方法でケーブルを牽引して、小型化及び軽量化を実現する術具、コンピュータ支援手術システム、並びに手術用操作ユニットについて、以下で開示する。
Ｂ．術具ユニットの構成例（１）
　図１には、本開示に係る技術を適用した術具ユニットの一構成例を示している。図示の術具ユニット１００は、長手軸を有する中空のシャフト１０２と、シャフト１０２の一端の術具ユニット先端部１０１と、シャフト１０２の他端の術具ユニット駆動部１０３を備えている。術具ユニット先端部１０１は、シャフト１０２に対しヨー軸と平行な第１軸回りに旋回可能なリストエレメントと、リストエレメントの先端にピッチ軸と平行な第２軸を開閉軸として開閉動作するエンドエフェクタを含んでいる。エンドエフェクタは、第２軸を中心に旋回して開閉動作する一対の対向するジョー部材からなる。但し、第２軸は第１軸からオフセットさせた位置に配置されている。また、術具ユニット駆動部１０３は、術具ユニット先端部１０１における各ジョー部材をそれぞれ駆動する２個のアクチュエータと、リストを駆動する１個のアクチュエータを備えている。
　図２及び図３には、術具ユニット先端部１０１を拡大して示している（但し、図２と図３で、眺める方向を切り替えている）。また、図４及び図５には、術具ユニット駆動部１０３を拡大して示している（但し、図４と図５で、眺める方向を切り替えている）。また、図６には、術具ユニット１００の自由度構成例を示している。また、図７には、術具ユニット１００の６面図を示している。また、図８及び図９には、術具ユニット１００の自由度構成を簡略化して描いている。
　術具ユニット先端部１０１は、リストエレメントＷＥと開閉型のエンドエフェクタを含んでおり、エンドエフェクタは第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２という一対の対向するジョー部材からなる（例えば、図２及び図３を参照のこと）。リストエレメントＷＥは根元付近で、シャフト１０２の先端（遠位端）の、ヨー軸と平行な第１軸回りに旋回可能に支持されている。また、エンドエフェクタを構成する第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２は、リストエレメントＷＥの先端の、ピッチ軸と平行な第２軸回りに旋回可能に支持されている。第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２は、第２軸を開閉軸とする開き角度が変化して開閉動作する。
　また、術具ユニット駆動部１０３は、第１のジョー部材Ｊ１の駆動に使用される第１のモータＭ１と、第２のジョー部材Ｊ２の駆動に使用される第２のモータＭ２と、リストエレメントＷＥの駆動に使用される第３のモータＭ３を備えている（例えば、図４、図５、図６を参照のこと）。また、これら第１乃至第３のモータＭ１～Ｍ３の各出力軸には、駆動キャプスタンとしての第１乃至第３のモータキャプスタンＭＣ１、ＭＣ２、ＭＣ３がそれぞれ取り付けられている（例えば、図６を参照のこと）。第１乃至第３のモータＭ１～Ｍ３の各々に回転モータを使用することを想定しているが、減速機付きのモータであってもよい。
　第１のモータキャプスタンＭＣ１には第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂが巻き付けられており、第１のモータキャプスタンＭＣ１を第１のモータＭ１で回転させることで、ケーブルループ方式により第１のジョー部材Ｊ１を駆動する。また、第２のモータキャプスタンＭＣ２には第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂが巻き付けられており、第２のモータキャプスタンＭＣ２を第２のモータＭ２で回転させることで、ケーブルループ方式により第２のジョー部材Ｊ２を駆動する。
　図４及び図５を参照すると、第１のモータＭ１は、シャフト１０２の長手軸方向にスライド動作する第１のスライドベースＳＢ１上に支持され、第２のモータＭ２は、シャフト１０２の長手軸方向にスライド動作する第２のスライドベースＳＢ２上に支持されている。また、第３のモータキャプスタンＭＣ３には、第３の往復のケーブルセットＣ３ａ及びＣ３ｂが第３のアイドラプーリＰ３ａ及びＰ３ｂを経由して巻き付けられている。第３の往路のケーブルＣ３ａの他端は第１のスライドベースＳＢ１に固定され、第３の復路のケーブルＣ３ｂの他端は第２のスライドベースＳＢ２に固定されている。そして、第３のモータＭ３は、ケーブルループ方式により第３の往復のケーブルセットＣ３ａ及びＣ３ｂを牽引することで、第１のスライドベースＳＢ１と第２のスライドベースＳＢ２をシャフト１０２の長手軸方向に互いに逆方向に進退動作させることができる（例えば、図６を参照のこと）。
　図２及び図３を参照すると、第１のジョー部材Ｊ１は、第２軸回りに旋回可能となるように、根元付近でリストエレメントＷＥに支持されている支持されている。同様に、第２のジョー部材Ｊ２は、第２軸回りに旋回可能となるように、根元付近でリストエレメントＷＥに支持されている支持されている。したがって、第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２の開き角が増大又は減少するように（言い換えれば、第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの角度の差が変化するように）、各々を第２軸回りに旋回させることによって、エンドエフェクタの開閉動作が実現する。また、第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２の開き角を一定に保ったまま（言い換えれば、第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの角度の和が変化するように）、両者を同時に第２軸回りに旋回させることによって、第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２からなるエンドエフェクタの第２軸回りの旋回動作が実現する。
　図２、図３及び図６を参照すると、第１のジョー部材Ｊ１の根元付近には、上記の第２軸を回転軸とする第１のジョーキャプスタンＪＣ１が形設されている。第１のジョーキャプスタンＪＣ１には、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂが巻き付けられている。図４～図６に示したように、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂは、術具ユニット駆動部１０３側で、第１のモータキャプスタンＭＣ１に巻き付けられている。したがって、第１のモータＭ１の回転方向に応じてケーブルＣ１ａ及びＣ１ｂのいずれか一方に牽引力が作用して、第１のジョー部材Ｊ１の第２軸回りの旋回動作が実現する。第１のジョー部材Ｊ１は、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂを使ってケーブルループ方式により駆動されるので、第１のジョー部材Ｊ１の広可動域化を実現することができる。
　また、図２、図３及び図６を参照すると、第２のジョー部材Ｊ２の根元付近には、上記の第２軸を回転軸とする第２のジョーキャプスタンＪＣ２が形設されている。第２のジョーキャプスタンＪＣ２には、第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂが巻き付けられている。図４～図６に示したように、第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂは、術具ユニット駆動部１０３側で、第２のモータキャプスタンＭＣ２に巻き付けられている。したがって、第２のモータＭ２の回転方向に応じてケーブルＣ２ａ及びＣ２ｂのいずれか一方に牽引力が作用して、第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの旋回動作が実現する。第２のジョー部材Ｊ２は、第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂを使ってケーブルループ方式により駆動されるので、第２のジョー部材Ｊ２の広可動域化を実現することができる。
　続いて、術具ユニット１００における各ケーブルのレイアウトと、術具ユニット先端部１０１の具体的な動作方法について説明する。
　第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂと第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂをそれぞれシャフト１０２内に挿通するように第１軸付近で方向変換させ、さらにはシャフト１０２内での各ケーブルのレイアウトを調整するために、アイドラプーリが使用される。
　図２、図３及び図６に示すように、第１の往路のケーブルＣ１ａは、第２軸に直交する方向に牽引されるが、第１軸を回転軸とする第１のアイドラプーリＰ１１ａによって第１軸に直交する方向に方向変換され、さらに第１のアイドラプーリＰ１１ａに隣接し第１軸と平行な回転軸を持つ第１の隣接アイドラプーリＰ１２ａによってシャフト１０２内を挿通するようにレイアウト調整される。そして、第１の往路のケーブルＣ１ａは、シャフト１０２内を挿通した後、図５に示すようにアイドラプーリＰ１３ａを経由して第１のモータキャプスタンＭＣ１に巻き付けられる。
　一方、第１の復路のケーブルＣ１ｂは、第２軸に直交する方向に牽引されるが、第１軸を回転軸とする第１のアイドラプーリＰ１１ｂによって第１軸に直交する方向に方向変換され、さらに第１のアイドラプーリＰ１１ｂに隣接し第１軸と平行な回転軸を持つ第１の隣接アイドラプーリＰ１２ｂによってシャフト１０２内を挿通するようにレイアウト調整される。そして、第１の復路のケーブルＣ１ｂは、シャフト１０２内を挿通した後、図５に示すようにアイドラプーリＰ１３ｂを経由して第１のモータキャプスタンＭＣ１に、第１の往路のケーブルＣ１ａとは逆方向から巻き付けられる。
　要するに、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂは、ケーブルループ方式により第１のジョーキャプスタンＪＣ１と第１のモータキャプスタンＭＣ１間の動力伝達を行うようにレイアウトされている。したがって、図８からも分かるように、第１のモータキャプスタンＭＣ１を第１のモータＭ１で回転させることで、第１のジョーキャプスタンＪＣ１を回転させて、第１のジョー部材Ｊ１の第２軸回りの旋回角度を調整することができる。
　また、図２、図３及び図６に示すように、第２の往路のケーブルＣ２ａは、第２軸に直交する方向に牽引されるが、第１軸を回転軸とする第２のアイドラプーリＰ２１ａによって第１軸に直交する方向に方向変換され、さらに第２のアイドラプーリＰ２１ａに隣接し第１軸と平行な回転軸を持つ第２の隣接アイドラプーリＰ２２ａによってシャフト１０２内を挿通するようにレイアウト調整される。そして、第２の往路のケーブルＣ２ａは、シャフト１０２内を挿通した後、図５に示すようにアイドラプーリＰ２３ａを経由して第２のモータキャプスタンＭＣ２に巻き付けられる。
　一方、第２の復路のケーブルＣ２ｂは、第２軸に直交する方向に牽引されるが、第１軸を回転軸とする第２のアイドラプーリＰ２１ｂによって第１軸に直交する方向に方向変換され、さらに第２のアイドラプーリＰ２１ｂに隣接し第１軸と平行な回転軸を持つ第２の隣接アイドラプーリＰ２２ｂによってシャフト１０２内を挿通するようにレイアウト調整される。そして、第１の復路のケーブルＣ１ｂは、シャフト１０２内を挿通した後、図５に示すようにアイドラプーリＰ２３ｂを経由して第２のモータキャプスタンＭＣ２に、第２の往路のケーブルＣ２ａとは逆方向から巻き付けられる。
　要するに、第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂは、ケーブルループ方式により第２のジョーキャプスタンＪＣ２と第２のモータキャプスタンＭＣ２間の動力伝達を行うようにレイアウトされている。したがって、図８からも分かるように、第２のモータキャプスタンＭＣ２を第２のモータＭ２で回転させることで、第２のジョーキャプスタンＪＣ２を回転させて、第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの旋回角度を調整することができる。
　第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの角度の差が変化するように、第１のモータＭ１及び第２のモータＭ２によって第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂと第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂの牽引力を制御することで、１対のジョー部材Ｊ１及びＪ２からなるエンドエフェクタの開閉動作を行うことができる。開閉角度は、第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの角度の差分で決定される。
　また、第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの角度の和が変化するように第１のモータＭ１及び第２のモータＭ２によって第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂと第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂの牽引力を制御することで、エンドエフェクタを第２軸回りに旋回動作させることができる。第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの角度の平均値がエンドエフェクタの第２軸回りの旋回角度となる。
　他方、第１のモータＭ１は、第１のモータキャプスタンＭＣ１と各アイドラプーリＰ１３ａ及びＰ１３ｂとともに、第１のスライドベースＳＢ１に固定されている。また、第２のモータＭ２は、第２のモータキャプスタンＭＣ２と各アイドラプーリＰ２３ａ及びＰ２３ｂとともに、第１のスライドベースＳＢ１に固定されている。そして、第１のスライドベースＳＢ１には、アイドラプールＰ３ａを経由して第３の往路のケーブルＣ３ａが結合されている。また、第２のスライドベースＳＢ２には、第３のアイドラプーリＰ３ｂを経由して第３の復路のケーブルＣ３ｂが結合されている。
　なお、第１のスライドベースＳＢ１から第３のアイドラプーリＰ３ａの区間での第３の往路のケーブルＣ３ａ、並びに第２のスライドベースＳＢ２から第３のアイドラプーリＰ３ｂの区間での第３の復路のケーブルＣ３ｂは、シャフト１０２の長手軸に対して平行となるようにレイアウトされていることが望ましい。
　要するに、第３の往復のケーブルセットＣ３ａ及びＣ３ｂは、第３のモータキャプスタンＭＣ３と第１のスライドベースＳＢ１及び第２のスライドベースＳＢ２間の動力伝達を行うようにレイアウトされている。したがって、図９からも分かるように、第３のモータキャプスタンＭＣ３を第３のモータＭ３で回転させることで、第１のスライドベースＳＢ１と第２のスライドベースＳＢ２をシャフト１０２の長手軸方向に互いに逆方向に進退動作させることができる。
　図６や図８を参照すると、第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂは、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ａが第１のアイドラプーリＰ１１ａ及びＰ１１ｂに巻き付けられている方向とか逆の方向から、第２のアイドラプーリＰ２１ａ及びＰ２１ｂに巻き付けられている。このため、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ａを後退させたときと、第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ａを後退させたときで、リストエレメントＷＥには第１軸回りに逆向きの回転力が加わることになる。したがって、第１のスライドベースＳＢ１をシャフト１０２の先端（すなわち、遠位端）に前進させ、第２のスライドベースＳＢ２をシャフト１０２の根元側（すなわち、近位端）に後退させると、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ａが前進するとともに第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂが後退することとなり、結果としてリストエレメントＷＥは第１軸回りに正方向に回転する。逆に、第１のスライドベースＳＢ１を後退させ、第２のスライドベースＳＢ２を前進させると、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ａが後退するとともに第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂが前進することとなり、結果としてリストエレメントＷＥは第１軸回りに負方向に回転する。ここで、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂと第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂのいずれも全長が一定であることを前提とする。
　図１０～図１２には、第３のモータＭ３の駆動により、リストエレメントＷＥを第１軸回りに旋回動作させる様子をそれぞれ示している。図１０～図１２から分かるように、第３のモータＭ３の駆動により、第１のモータＭ１を搭載する第１のスライドベースＳＢ１と第２のモータＭ２を搭載する第２のスライドベースＳＢ２が、シャフト１０２の長手軸方向に進退動作する。
　第３のモータＭ３の回転駆動により、復路のケーブルＣ３ｂで第２のスライドベースＳＢ２を牽引して、シャフト１０２の長手軸方向に近位端側に後退させる。すると、リストエレメントＷＥは、第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂによって牽引されて、図１０に示すように第１軸回りに８０度だけ回転する。
　また、第１のスライドベースＳＢ１と第２のスライドベースＳＢ２のシャフト１０２の長手軸方向における位置が同じになる場合には、図１１に示すように、リストエレメントＷＥの第１軸回りの回転位置は０度となる。
　また、第３のモータＭ３の逆方向の回転駆動により、往路のケーブルＣ３ａで第１のスライドベースＳＢ１を牽引して、シャフト１０２の長手軸方向に近位端側に後退させる。すると、リストエレメントＷＥは、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂによって牽引されて、図１２に示すように第１軸回りに－８０度だけ回転する。
　このように、第３のモータＭ３で第３の往復のケーブルセットＣ３ａ及びＣ３ｂを牽引して、第１のスライドベースＳＢ１と第２のスライドベースＳＢ２のスライド動作を通じて、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂと第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂを進退動作させることにより、リストエレメントＷＥを第１軸回りに旋回動作させることができる。また、リストエレメントＷＥを第１軸回りに旋回動作させる際に、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂと第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂの予張力が変化しない。
　術具ユニット先端部１０１の動作方法についてまとめておく。
第１軸における動作：
　第３のモータＭ３で第３のモータキャプスタンＭＣ３を回転させると、第３の往復のケーブルセットＣ３ａ及びＣ３ｂのいずれかに牽引力が発生する。これによって、図１０～図１２に示したように、リストエレメントＷＥ及びリストエレメントＷＥに搭載されたエンドエフェクタを、第１軸回りに正方向又は逆方向に旋回させることができる。
第２軸における動作：
　第１のジョー部材Ｊ１の第２軸回りの角度と第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの角度の平均値をエンドエフェクタの第２軸回りの角度とする。第１のジョーキャプスタンＪＣ１及び第２のジョーキャプスタンＪＣ２を同じ方向に同じ速度で回転させることで、エンドエフェクタの第２軸回りの旋回動作が生成される。
エンドエフェクタの動作：
　エンドエフェクタは、第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２という一対の対向するジョー部材からなる（例えば、図２を参照のこと）。第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２の開き角度をエンドエフェクタの開閉角度とする。第１のモータキャプスタンＭＣ１と第２のモータキャプスタンＭＣ２を反対方向に同じ速度で回転させることで、エンドエフェクタの開閉動作が生成される。
　続いて、第１乃至第３のモータＭ１～Ｍ３の動作と術具ユニット先端部１０１の動作の関係について説明する。
　図１３には、リストエレメントＷＥの第１軸回りの動作例を示している。但し、同図は、術具ユニット先端部１０１を第１軸に平行な方向から眺めた図である。同図に示すように、第１軸を回転軸とする各アイドラプーリプーリＰ１１ａ、Ｐ１１ｂ、Ｐ２１ａ、Ｐ２１ｂの半径をＲψとし、リストエレメントＷＥの第１軸回りの旋回角度をψとする。
　また、図１４には、エンドエフェクタの第２軸回りの動作例を示している。但し、同図は、術具ユニット先端部１０１を第２軸に平行な方向から眺めた図である。同図に示すように、第１のジョーキャプスタンＪＣ１のプーリ半径をＲJC1とし、第２のジョーキャプスタンＪＣ２のプーリ半径をＲJC2とし、第１のジョー部材Ｊ１の第２軸回りの旋回角度をθj1とし、第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの旋回角度をθj2とし、エンドエフェクタの開き角度をαとし、エンドエフェクタの第２軸回りの旋回角度をθとする。
　また、図示を省略するが、第１のモータキャプスタンＭＣ１のプーリ半径をＲMC1とし、第２のモータキャプスタンＭＣ２のプーリ半径をＲMC2とし、第３のモータキャプスタンＭＣ３のプーリ半径をＲMC3とし、第１のモータキャプスタンＭＣ１の回転角度をφMC1とし、第２のモータキャプスタンＭＣ２の回転角度をφMC2とし、第３のモータキャプスタンＭＣ３の回転角度をφMC3とする。
　すると、リストエレメントＷＥの第１軸回りの旋回角度ψ、エンドエフェクタの第２軸回りの旋回角度θ、及び、エンドエフェクタの開き角度αは、それぞれ下式（１）～（３）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　また、第１のジョー部材Ｊ１の第２軸回りの旋回角度θj1と、第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの旋回角度θj2は、それぞれ下式（４）及び（５）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　上式（１）～（５）から分かるように、リストエレメントＷＥの第１軸回りの旋回角度ψ、エンドエフェクタの第２軸回りの旋回角度θ、及び、エンドエフェクタの開き角度αは、互いに影響を及ぼすことなく、独立に駆動させることができる。したがって、術具ユニット１００は他軸干渉を生じない構造になっている。
　続いて、術具ユニット先端部１０１の可動域について説明する。
　図１５～図２２には、リストエレメントＷＥの第１軸回りの旋回動作、エンドエフェクタの第２軸回りの旋回動作、及び、エンドエフェクタの開閉動作の例を図解している。
　図１５には、リストエレメントＷＥの第１軸回りの旋回角度ψが０度、エンドエフェクタの第２軸回りの旋回角度θが０度、エンドエフェクタの開き角度αが１５度の状態を示している。また、図１６には、ψが０度、θが８０度、αが１５度の状態を示している。また、図１７は、ψが０度、θが８０度、αが０度の状態を示している。また、図１８には、ψが０度、θが－８０度、αが１５度の状態を示している。また、図１９には、ψが－８０度、θが８０度、αが１５度の状態を示している。また、図２０には、ψが８０度、θが８０度、αが１５度の状態を示している。また、図２１には、ψが－４５度、θが－４５度、αが０度の状態を示している。また、図２２には、ψが８０度、θが－８０度、αが０度の状態を示している。
　図１５～図２２から、術具ユニット先端部１０１は、リストエレメントＷＥの第１軸回りの±８０度、エンドエフェクタの第２軸回りの±８０度の自由度を持つことが分かる。
Ｃ．術具ユニットの構成例（２）
　図２３には、本開示に係る技術を適用した術具ユニットの他の構成例を示している。図示の術具ユニット２３００は、長手軸を有する中空のシャフト２３０２と、シャフト２３０２の一端の術具ユニット先端部２３０１と、シャフト２３０２の他端の術具ユニット駆動部２３０３を備えている。術具ユニット先端部２３０１は、シャフト２３０２に対しヨー軸と平行な第１軸回りに旋回可能なリストエレメントと、リストエレメントの先端にピッチ軸と平行な第２軸を開閉軸として開閉動作するエンドエフェクタを含んでいる。エンドエフェクタは、第２軸を中心に旋回して開閉動作する一対の対向するジョー部材からなる。但し、第２軸は第１軸からオフセットさせた位置に配置されている。また、術具ユニット駆動部２３０３は、術具ユニット先端部２３０１における各ジョー部材をそれぞれ駆動する２個のアクチュエータと、リストを駆動する１個のアクチュエータを備えている。
　図２４及び図２５には、術具ユニット駆動部２３０３を拡大して示している（但し、図２４と図２５で、眺める方向を切り替えている）。また、図２６には、術具ユニット２３００の自由度構成例を示している。また、図２７には、術具ユニット２３００の６面図を示している。なお、術具ユニット先端部２３０１の構成は、図２及び図３に示した術具ユニット先端部２３０１と同様なので、ここでは図示を省略する。
　図２６を参照すると、術具ユニット先端部２３０１は、リストエレメントＷＥと開閉型のエンドエフェクタを含んでおり、エンドエフェクタは第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２という一対の対向するジョー部材からなる。第１のジョー部材Ｊ１は、第２軸回りに旋回可能となるように、根元付近でリストエレメントＷＥに支持されている支持されている。同様に、第２のジョー部材Ｊ２は、第２軸回りに旋回可能となるように、根元付近でリストエレメントＷＥに支持されている支持されている。
　第１のジョー部材Ｊ１の根元付近には、上記の第２軸を回転軸とする第１のジョーキャプスタンＪＣ１が形設されている。第１のジョーキャプスタンＪＣ１には、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂが巻き付けられている。また、第２のジョー部材Ｊ２の根元付近には、上記の第２軸を回転軸とする第２のジョーキャプスタンＪＣ２が形設されている。第２のジョーキャプスタンＪＣ２には、第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂが巻き付けられている。
　第１の往路のケーブルＣ１ａは、第２軸に直交する方向に牽引されるが、第１軸を回転軸とする第１のアイドラプーリＰ１１ａによって第１軸に直交する方向に方向変換され、さらに第１のアイドラプーリＰ１１ａに隣接し第１軸と平行な回転軸を持つ第１の隣接アイドラプーリＰ１２ａによってシャフト２３０２内を挿通するようにレイアウト調整される。また、第１の復路のケーブルＣ１ｂは、第１のアイドラプーリＰ１１ｂによって第２軸に直交する方向から第１軸に直交する方向に方向変換され、さらに第１のアイドラプーリＰ１１ｂに隣接し第１軸と平行な回転軸を持つ第１の隣接アイドラプーリＰ１２ｂによってシャフト２３０２内を挿通するようにレイアウト調整される。
　一方、第２の往路のケーブルＣ２ａは、第２軸に直交する方向に牽引されるが、第１軸を回転軸とする第２のアイドラプーリＰ２１ａによって第１軸に直交する方向に方向変換され、さらに第２のアイドラプーリＰ２１ａに隣接し第１軸と平行な回転軸を持つ第２の隣接アイドラプーリＰ２２ａによってシャフト２３０２内を挿通するようにレイアウト調整される。また、第２の復路のケーブルＣ２ｂは、第１のアイドラプーリＰ１１ｂによって第２軸に直交する方向から第１軸に直交する方向に方向変換され、さらに第２のアイドラプーリＰ２１ｂに隣接し第１軸と平行な回転軸を持つ第２の隣接アイドラプーリＰ２２ｂによってシャフト２３０２内を挿通するようにレイアウト調整される。
　続いて、術具ユニット駆動部２３０３側について、図２４～図２６を参照しながら説明する。
　術具ユニット駆動部２３０３は、第１のジョー部材Ｊ１の駆動に使用される第１のモータＭ１と、第２のジョー部材Ｊ２の駆動に使用される第２のモータＭ２と、リストエレメントＷＥの駆動に使用される第３のモータＭ３を備えている（例えば、図２４、図２５、図２６を参照のこと）。また、これら第１乃至第３のモータＭ１～Ｍ３の各出力軸には、駆動キャプスタンとしての第１乃至第３のモータキャプスタンＭＣ１、ＭＣ２、ＭＣ３が取り付けられている（例えば、図２６を参照のこと）。第１乃至第３のモータＭ１～Ｍ３の各々に回転モータを使用することを想定しているが、減速機付きのモータであってもよい。
　第１のモータキャプスタンＭＣ１には第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂが巻き付けられている。すなわち、ケーブルループ方式により第１のジョーキャプスタンＪＣ１と第１のモータキャプスタンＭＣ１間の動力伝達を行うようにレイアウトされている。したがって、第１のモータキャプスタンＭＣ１を第１のモータＭ１で回転させることで、第１のジョーキャプスタンＪＣ１を回転させて、第１のジョー部材Ｊ１の第２軸回りの旋回角度を調整することができる。
　また、第２のモータキャプスタンＭＣ２には第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂが巻き付けられている。すなわち、ケーブルループ方式により第２のジョーキャプスタンＪＣ２と第２のモータキャプスタンＭＣ２間の動力伝達を行うようにレイアウトされている。したがって、第２のモータキャプスタンＭＣ２を第１のモータＭ２で回転させることで、第２のジョーキャプスタンＪＣ２を回転させて、第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの旋回角度を調整することができる。
　図２及び図３を参照しながら既に説明したように、第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの角度の差が変化するように各々を第２軸回りに旋回させることによって、エンドエフェクタが開閉動作する。また、第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの角度の和が変化するように両者を同時に第２軸回りに旋回させることによって、第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２からなるエンドエフェクタが第２軸回りに旋回動作する。
　図２４及び図２５を参照すると、第１乃至第３のモータＭ１～Ｍ３は、シャフト２３０２の末端（近位端）と一体をなすベースＢ上にそれぞれ固定されている。また、第３のモータキャプスタンＭＣ３には、第３の往復のケーブルセットＣ３ａ及びＣ３ｂが第３のアイドラプーリＰ３ａ及びＰ３ｂを経由して巻き付けられている。第３の往路のケーブルＣ３ａの他端は、シャフト１０２の長手軸方向にスライド動作する第１のスライドベースＳＢ１に固定されている。また、第３の復路のケーブルＣ３ｂの他端は、シャフト１０２の長手軸方向にスライド動作する第２のスライドベースＳＢ２に固定されている。
　要するに、第３の往復のケーブルセットＣ３ａ及びＣ３ｂは、第３のモータキャプスタンＭＣ３と第１のスライドベースＳＢ１及び第２のスライドベースＳＢ２間の動力伝達を行うようにレイアウトされている。したがって、第３のモータキャプスタンＭＣ３を第３のモータＭ３で回転させることで、第１のスライドベースＳＢ１と第２のスライドベースＳＢ２をシャフト１０２の長手軸方向に互いに逆方向に進退動作させることができる。
　なお、第１のスライドベースＳＢ１から第３のアイドラプーリＰ３ａの区間での第３の往路のケーブルＣ３ａ、並びに第２のスライドベースＳＢ２から第３のアイドラプーリＰ３ｂの区間での第３の復路のケーブルＣ３ｂは、シャフト１０２の長手軸に対して平行となるようにレイアウトされていることが望ましい。
　図２４～図２６から分かるように、第１の往路のケーブルＣ１ａは、第１のスライドベースＳＢ１上のアイドラプーリＰ１４ａを経由して、第１のモータキャプスタンＭＣ１に巻き付けられている。第１の復路のケーブルＣ１ｂは、第１のスライドベースＳＢ１上のアイドラプーリＰ１４ｂを経由して、第１の往路のケーブルＣ１ａとは逆方向から第１のモータキャプスタンＭＣ１に巻き付けられている。したがって、第１のスライドベースＳＢ１をシャフト２３０２の根元側（すなわち、近位端）に後退させると、アイドラプーリＰ１４ａ及びＰ１４ｂも後退するので、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂは近位端側に引っ張られ、第１のジョー部材Ｊ１に回転トルクが作用する。
　また、第２の往路のケーブルＣ２ａは、第２のスライドベースＳＢ２上のアイドラプーリＰ２４ａを経由して、第２のモータキャプスタンＭＣ２に巻き付けられている。第２の復路のケーブルＣ２ｂは、第２のスライドベースＳＢ２上のアイドラプーリＰ２４ｂを経由して、第２の往路のケーブルＣ２ａとは逆方向から第２のモータキャプスタンＭＣ２に巻き付けられている。したがって、第２のスライドベースＳＢ２を後退させると、アイドラプーリＰ２４ａ及びＰ２４ｂも後退するので、第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂは近位端側に引っ張られ、第２のジョー部材Ｊ２に回転トルクが作用する。
　第１のスライドベースＳＢ１を前進させ、第２のスライドベースＳＢ２を後退させると、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ａが前進するとともに第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂが後退することとなり、結果としてリストエレメントＷＥは第１軸回りに正方向に回転する。逆に、第１のスライドベースＳＢ１を後退させ、第２のスライドベースＳＢ２を前進させると、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ａが後退するとともに第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂが前進することとなり、結果としてリストエレメントＷＥは第１軸回りに負方向に回転する。ここで、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂと第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂのいずれも全長が一定であることを前提とする。
　図２８～図３０には、第３のモータＭ３の駆動により、リストエレメントＷＥを第１軸回りに旋回動作させる様子をそれぞれ示している。図２８～図３０から分かるように、第３のモータＭ３の駆動により、第１のスライドベースＳＢ１と第２のスライドベースＳＢ２がシャフト２３０２の長手軸方向に進退動作して、それぞれ第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂと第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂを牽引する。但し、第１のモータＭ１と第２のモータＭ２は、ベースＢ上に固定されているのでスライド動作しない。
　第３のモータＭ３の回転駆動により、第３の復路のケーブルＣ３ｂで第２のスライドベースＳＢ２を牽引して、シャフト２３０２の長手軸方向に近位端側に後退させる。すると、リストエレメントＷＥは、第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂによって牽引されて、図２８に示すように第１軸回りに８０度だけ回転する。
　また、第１のスライドベースＳＢ１と第２のスライドベースＳＢ２のシャフト１０２の長手軸方向における位置が同じになる場合には、図２９に示すように、リストエレメントＷＥの第１軸回りの回転位置は０度となる。
　また、第３のモータＭ３の逆方向の回転駆動により、第３の往路のケーブルＣ３ａで第１のスライドベースＳＢ１を牽引して、シャフト２３０２の長手軸方向に近位端側に後退させる。すると、リストエレメントＷＥは、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂによって牽引されて、図３０に示すように第１軸回りに－８０度だけ回転する。
　このように、第３のモータＭ３で第３の往復のケーブルセットＣ３ａ及びＣ３ｂを牽引して、第１のスライドベースＳＢ１と第２のスライドベースＳＢ２のスライド動作を通じて、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂと第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂを進退動作させることにより、リストエレメントＷＥを第１軸回りに旋回動作させることができる。また、リストエレメントＷＥを第１軸回りに旋回動作させる際に、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂと第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂの予張力が変化しない。
　術具ユニット２３００は、図１～図２２に示した術具ユニット１００とは相違し、第１のモータＭ１及び第２のモータＭ２はともにベースに固定され、リストエレメントＷＥの第１軸回りの旋回時にスライド動作することはないので、スライド動作時における構造の慣性を低減することができる。
　術具ユニット先端部２３０１の動作方法についてまとめておく。
第１軸における動作：
　第３のモータＭ３で第３のモータキャプスタンＭＣ３を回転させると、第３の往復のケーブルセットＣ３ａ及びＣ３ｂのいずれかに牽引力が発生する。これによって、リストエレメントＷＥ及びリストエレメントＷＥに搭載されたエンドエフェクタを、第１軸回りに正方向又は逆方向に旋回させることができる。
第２軸における動作：
　第１のジョー部材Ｊ１の第２軸回りの角度と第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの角度の平均値をエンドエフェクタの第２軸回りの角度とする。第１のジョーキャプスタンＪＣ１及び第２のジョーキャプスタンＪＣ２を同じ方向に同じ速度で回転することで、エンドエフェクタの第２軸回りの旋回動作が生成される。
エンドエフェクタの動作：
　エンドエフェクタは、第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２という一対の対向するジョー部材からなる（例えば、図２を参照のこと）。第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２の開き角度をエンドエフェクタの開閉角度とする。第１のモータキャプスタンＭＣ１と第２のモータキャプスタンＭＣ２を反対方向に同じ速度で回転させることで、エンドエフェクタの開閉動作が生成される。
　続いて、第１乃至第３のモータＭ１～Ｍ３の動作と術具ユニット先端部２３０１の動作の関係について説明する。
　リストエレメントＷＥは、図１３に示したように、第１軸回りに旋回動作する。同図に示すように、第１軸を回転軸とする各アイドラプーリプーリＰ１１ａ、Ｐ１１ｂ、Ｐ２１ａ、Ｐ２１ｂ半径をＲψとし、リストエレメントＷＥの第１軸回りの旋回角度をψとする。
　また、第１のジョー部材Ｊ１及び第２のジョー部材Ｊ２は、図１４に示したように、それぞれ第２軸回りに旋回して、エンドエフェクタの旋回動作並びに開閉動作が実施される。第１のジョーキャプスタンＪＣ１のプーリ半径をＲJC1とし、第２のジョーキャプスタンＪＣ２のプーリ半径をＲJC2とし、第１のジョー部材Ｊ１の第２軸回りの旋回角度をθj1とし、第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの旋回角度をθj2とし、エンドエフェクタの開き角度をαとし、エンドエフェクタの第２軸回りの旋回角度をθとする。
　また、図示を省略するが、第１のモータキャプスタンＭＣ１のプーリ半径をＲMC1とし、第２のモータキャプスタンＭＣ２のプーリ半径をＲMC2とし、第３のモータキャプスタンＭＣ３のプーリ半径をＲMC3とし、第１のモータキャプスタンＭＣ１の回転角度をφMC1とし、第２のモータキャプスタンＭＣ２の回転角度をφMC2とし、第３のモータキャプスタンＭＣ３の回転角度をφMC3とする。
　すると、リストエレメントＷＥの第１軸回りの旋回角度ψ、エンドエフェクタの第２軸回りの旋回角度θ、及び、エンドエフェクタの開き角度αは、それぞれ下式（６）～（８）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　上式（６）を術具ユニット１００における上式（１）と比較すると、術具ユニット２３００の場合、第３のモータＭ３の回転量に対してリストエレメントＷＥの第１軸回りの旋回角度ψが２倍となる。このため、第１軸回りの回転分解能が２分の１に低減する。これは、第１のスライドベースＳＢ１に固定されたアイドラプーリＰ１４ａ及びＰ１４ｂ、並びに第２のスライドベースＳＢ２に固定されたアイドラプーリＰ２４ａ及びＰ２４ｂが動滑車として動作することに起因する。
　また、第１のジョー部材Ｊ１の第２軸回りの旋回角度θj1と、第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの旋回角度θj2は、それぞれ下式（９）及び（１０）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　上式（６）～（１０）から分かるように、リストエレメントＷＥの第１軸回りの旋回角度ψ、エンドエフェクタの第２軸回りの旋回角度θ、及び、エンドエフェクタの開き角度αは、互いに影響を及ぼすことなく、独立に駆動させることができる。したがって、術具ユニット２３００は他軸干渉を生じない構造になっているということができる。
　また、術具ユニット先端部２３０１においても、図１５～図２２に示したように、リストエレメントＷＥの第１軸回りの旋回動作、エンドエフェクタの第２軸回りの旋回動作、及び、エンドエフェクタの開閉動作が実現する。
Ｄ．術具ユニットの構成例（３）
　図３１には、本開示に係る技術を適用した術具ユニットのさらに他の構成例を示している。図示の術具ユニット３１００は、長手軸を有する中空のシャフト３１０２と、シャフト３１０２の一端の術具ユニット先端部３１０１と、シャフト３１０２の他端の術具ユニット駆動部３１０３を備えている。術具ユニット先端部３１０１は、シャフト３１０２に対しヨー軸と平行な第１軸回りに旋回可能なリストエレメントと、リストエレメントの先端にピッチ軸と平行な第２軸を開閉軸として開閉動作するエンドエフェクタを含んでいる。エンドエフェクタは、第２軸を中心に旋回して開閉動作する一対の対向するジョー部材からなる。但し、第２軸は第１軸からオフセットさせた位置に配置されている。また、術具ユニット駆動部３１０３は、術具ユニット先端部３１０１における各ジョー部材をそれぞれ駆動する２個のアクチュエータと、リストを駆動する１個のアクチュエータを備えている。
　図３２及び図３３には、術具ユニット先端部３１０１を拡大して示している（但し、図３２と図３３で、眺める方向を切り替えている）。また、図３４及び図３５には、術具ユニット駆動部３１０３を拡大して示している（但し、図３４と図３５で、眺める方向を切り替えている）。また、図３６には、術具ユニット３１００の自由度構成例を示している。また、図３７には、術具ユニット３１００の６面図を示している。
　術具ユニット先端部３１０１は、リストエレメントＷＥと開閉型のエンドエフェクタを含んでおり、エンドエフェクタは第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２という一対の対向するジョー部材からなる（例えば、図３２及び図３３を参照のこと）。リストエレメントＷＥは根元付近で、シャフト３１０２の先端（遠位端）の、ヨー軸と平行な第１軸回りに旋回可能に支持されている。また、エンドエフェクタを構成する第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２は、リストエレメントＷＥの先端の、ピッチ軸と平行な第２軸回りに旋回可能に支持されている。第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２は、第２軸を開閉軸とする開き角度が変化して開閉動作する。
　また、術具ユニット駆動部３１０３は、第１のジョー部材Ｊ１の駆動に使用される第１のモータＭ１と、第２のジョー部材Ｊ２の駆動に使用される第２のモータＭ２と、リストエレメントＷＥの駆動に使用される第３のモータＭ３を備えている（例えば、図３４、図３５、図３６を参照のこと）。第１乃至第３のモータＭ１～Ｍ３は、シャフト３１０２の末端（近位端）と一体をなすベースＢ１にそれぞれ固定されている。また、これら第１乃至第３のモータＭ１～Ｍ３の各出力軸には、駆動キャプスタンとしての第１乃至第３のモータキャプスタンＭＣ１、ＭＣ２、ＭＣ３がそれぞれ取り付けられている。第１乃至第３のモータＭ１～Ｍ３の各々に回転モータを使用することを想定しているが、減速機付きのモータであってもよい。
　図３４及び図３５を参照すると、ベースＢ１の各側面には、シャフト３１０２の長手軸方向にスライド動作する第１のスライドベースＳＢ１及び第２のスライドベースＳＢ２がそれぞれ取り付けられている。
　図３２、図３３、及び図３６を参照すると、第１のジョー部材Ｊ１の根元付近には、第２軸を回転軸とする第１のジョーキャプスタンＪＣ１が形設されている。第１のジョーキャプスタンＪＣ１には、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂが巻き付けられている。また、図３４～図３６を参照すると、第１のモータキャプスタンＭＣ１には、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂが巻き付けられている。
　図３２、図３３、及び図３６を参照すると、第１の往路のケーブルＣ１ａは、第２軸に直交する方向に牽引されるが、第１軸を回転軸とする第１のアイドラプーリＰ１１ａによって第１軸に直交する方向に方向変換され、さらに第１のアイドラプーリＰ１１ａに隣接し第１軸と平行な回転軸を持つ第１の隣接アイドラプーリＰ１２ａによってシャフト３１０２内を挿通するようにレイアウト調整される。そして、第１の往路のケーブルＣ１ａは、シャフト３１０２内を挿通した後、図３４及び図３５に示すように、第１のスライドベースＳＢ１に固定されたアイドラプーリＰ１４ａ及びベースＢ１に固定されたアイドラプーリＰ１３ａを経由して第１のモータキャプスタンＭＣ１に巻き付けられる。
　一方、第１の復路のケーブルＣ１ｂは、第２軸に直交する方向に牽引されるが、第１軸を回転軸とする第１のアイドラプーリＰ１１ｂによって第１軸に直交する方向に方向変換され、さらに第１のアイドラプーリＰ１１ｂに隣接し第１軸と平行な回転軸を持つ第１の隣接アイドラプーリＰ１２ｂによってシャフト３１０２内を挿通するようにレイアウト調整される。そして、第１の復路のケーブルＣ１ｂは、シャフト３１０２内を挿通した後、図３４及び図３５に示すように、第１のスライドベースＳＢ１に固定されたアイドラプーリＰ１４ｂ及びベースＢ１に固定されたアイドラプーリＰ１３ｂを経由して第１のモータキャプスタンＭＣ１に、第１の往路のケーブルＣ１ａとは逆方向から巻き付けられる。
　したがって、第１のモータキャプスタンＭＣ１を第１のモータＭ１で回転させることで、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂに牽引力を発生させて、第１のジョーキャプスタンＪＣ１を回転させて、第１のジョー部材Ｊ１の第２軸回りの旋回角度を調整することができる。第１のジョー部材Ｊ１は、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂを使ってケーブルループ方式により駆動されるので、第１のジョー部材Ｊ１の広可動域化を実現することができる。
　図３２、図３３、及び図３６を参照すると、第２のジョー部材Ｊ２の根元付近には、第２軸を回転軸とする第２のジョーキャプスタンＪＣ２が形設されている。第２のジョーキャプスタンＪＣ２には、第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂが巻き付けられている。また、図３４～図３６を参照すると、第２のモータキャプスタンＭＣ２には、第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂが巻き付けられている。
　図３２、図３３、及び図３６を参照すると、第２の往路のケーブルＣ２ａは、第２軸に直交する方向に牽引されるが、第１軸を回転軸とする第２のアイドラプーリＰ２１ａによって第１軸に直交する方向に方向変換され、さらに第２のアイドラプーリＰ２１ａに隣接し第１軸と平行な回転軸を持つ第２の隣接アイドラプーリＰ２２ａによってシャフト３１０２内を挿通するようにレイアウト調整される。そして、第２の往路のケーブルＣ２ａは、シャフト３１０２内を挿通した後、図３４及び図３５に示すように、第２のスライドベースＳＢ２に固定されたアイドラプーリＰ２４ａ及びベースＢ１に固定されたアイドラプーリＰ２３ａを経由して第２のモータキャプスタンＭＣ２に巻き付けられる。
　一方、第２の復路のケーブルＣ２ｂは、第２軸に直交する方向に牽引されるが、第１軸を回転軸とする第２のアイドラプーリＰ２１ｂによって第１軸に直交する方向に方向変換され、さらに第２のアイドラプーリＰ２１ｂに隣接し第１軸と平行な回転軸を持つ第１の隣接アイドラプーリＰ２２ｂによってシャフト３１０２内を挿通するようにレイアウト調整される。そして、第２の復路のケーブルＣ２ｂは、シャフト３１０２内を挿通した後、図３４及び図３５に示すように、第２のスライドベースＳＢ２に固定されたアイドラプーリＰ２４ｂ及びベースＢ１に固定されたアイドラプーリＰ２３ｂを経由して第２のモータキャプスタンＭＣ２に、第２の往路のケーブルＣ２ａとは逆方向から巻き付けられる。
　したがって、第２のモータキャプスタンＭＣ２を第２のモータＭ２で回転させることで、第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂに牽引力を発生させて、第２のジョーキャプスタンＪＣ２を回転させて、第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの旋回角度を調整することができる。第２のジョー部材Ｊ２は、第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂを使ってケーブルループ方式により駆動されるので、第２のジョー部材Ｊ２の広可動域化を実現することができる。
　図３２、図３３、及び図３６を参照すると、リストエレメントＷＥの根元付近には、第１軸を回転軸とするリストキャプスタンＷＣが形設されている。リストキャプスタンＷＣには、第３の往復のケーブルセットＣ３ａ及びＣ３ｂが巻き付けられている。また、図３４～図３６を参照すると、第３のモータキャプスタンＭＣ３には、第３の往復のケーブルセットＣ３ａ及びＣ３ｂが巻き付けられている。
　第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの角度の差が変化するように、第１のモータＭ１及び第２のモータＭ２によって第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂと第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂの牽引力を制御することで、１対のジョー部材Ｊ１及びＪ２からなるエンドエフェクタの開閉動作を行うことができる。開閉角度は、第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの角度の差分で決定される。
　また、第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの角度の和が変化するように第１のモータＭ１及び第２のモータＭ２によって第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂと第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂの牽引力を制御することで、エンドエフェクタを第２軸回りに旋回動作させることができる。第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの角度の平均値がエンドエフェクタの第２軸回りの旋回角度となる。
　図３２、図３３、及び図３６を参照すると、第３の往路のケーブルＣ３ａは、リストキャプスタンＷＣに巻き付けられ、第１軸に直交し且つシャフト３１０２の長手軸方向にする方向に牽引されて、シャフト３１０２内を挿通する。そして、第３の往路のケーブルＣ３ａは、シャフト３１０２内を挿通した後、図３４及び図３５に示すように、ベースＢ１に固定された第３のアイドラプーリＰ３ａを経由して第３のモータキャプスタンＭＣ３に巻き付けられる。
　一方、第３の復路のケーブルＣ３ｂは、第３の往路のケーブルＣ３ａとは逆方向からリストキャプスタンＷＣに巻き付けられ、第１軸に直交し且つシャフト３１０２の長手軸方向にする方向に牽引されて、シャフト３１０２内を挿通する。そして、第３の復路のケーブルＣ３ｂは、シャフト３１０２内を挿通した後、図３４及び図３５に示すように、ベースＢ１に固定された第３のアイドラプーリＰ３ｂを経由して、３の往路のケーブルＣ３ａとは逆方向から第３のモータキャプスタンＭＣ３に巻き付けられる。
　したがって、第３のモータキャプスタンＭＣ３を第３のモータＭ３で回転させることで、第３の往復のケーブルセットＣ３ａ及びＣ３ｂに牽引力を発生させて、リストキャプスタンＷＣを回転させて、リストエレメントＷＥの第１軸回りの旋回角度を調整することができる。リストエレメントＷＥは、第３の往復のケーブルセットＣ３ａ及びＣ３ｂを使ってケーブルループ方式により駆動されるので、リストエレメントＷＥの広可動域化を実現することができる。
　図３４～図３６を参照すると、ベースＢ１に固定された第４のアイドラプーリＰ４には、第４の往復のケーブルセットＣ４ａ及びＣ４ｂが巻き付けられている。そして、第４の往路のケーブルＣ４ａの端部は第１のスライドベースＳＢ１に固定され、第４の復路のケーブルＣ４ｂは第２のスライドベースＳＢ２に固定されている。
　既に説明したように、第１のスライドベースＳＢ１と第２のスライドベースＳＢ２はいずれもベースＢ１上でシャフト３１０２の長手軸方向にスライド動作する。また、第１のスライドベースＳＢ１には第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂが巻き付けられたアイドラプーリＰ１４ａ及びＰ１４ｂが固定され、第２のスライドベースＳＢ２には第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂが固定されている。
　第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂは、第１のジョー部材Ｊ１を第２軸回りに旋回させる際に、第１のモータＭ１によって牽引される。また、第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂは、第２のジョー部材Ｊ２を第２軸回りに旋回させる際に、第２のモータＭ２によって牽引される。ここで、リストエレメントＷＥを第１軸回りに旋回動作させる際に、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂと第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂに負荷が加わらないようにする必要がある。
　そこで、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂが巻き付けられたアイドラプーリＰ１４ａ及びＰ１４ｂを第１のスライドベースＳＢ１に固定するとともに、第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂが巻き付けられたアイドラプーリＰ２４ａ及びＰ２４ｂを第２のスライドベースＳＢ２に固定する。そして、各端部を第１のスライドベースＳＢ１と第２のスライドベースＳＢ２に固定した第４の往復のケーブルセットＣ４ａ及びＣ４ｂをベースＢ１に固定された第４のアイドラプーリＰ４に巻き付ける。これによって、第１のスライドベースＳＢ１及び第２のスライドベースＳＢ２がシャフト３１０２の長手軸方向に進退動作することによって、アイドラプーリＰ１４ａ及びＰ１４ｂとアイドラプーリＰ２４ａ及びＰ２４ｂの位置を適切に調整する構成となる。この結果、リストエレメントＷＥを第１軸回りに旋回動作させる際に、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂと第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂに、負荷が加わらないようにすることができる。
　第３のモータＭ３の回転によってリストエレメントＷＥの第１軸回りに旋回動作が能動的に行われると、それに伴い、第１のスライドベースＳＢ１及び第２のスライドベースＳＢ２がシャフト３１０２の長手方向に受動的に進退する。これによって、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂと第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂにそれぞれ加わる張力を一定に保つことができる。
　術具ユニット３１００は、第３のモータＭ３によって直接的にリストキャプスタンＷＣを回転させる構成となっている。したがって、図２３～図３０に示した術具ユニット２３００における第１軸回りの回転分解能の低下を回避することができる。
　また、術具ユニット３１００は、術具ユニット２３００と同様に、第１のモータＭ１及び第２のモータＭ２はともにベースに固定される構造であり、リストエレメントＷＥの第１軸回りの旋回時にスライド動作することはないので、スライド動作時における構造の慣性を低減することができる。
　図３８～図４０には、第３のモータＭ３の駆動により、リストエレメントＷＥを第１軸回りに旋回動作させる様子をそれぞれ示している。図２８～図３０から分かるように、第３のモータＭ３の駆動により、第１のスライドベースＳＢ１と第２のスライドベースＳＢ２がシャフト２３０２の長手軸方向に進退動作して、それぞれ第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂと第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂを牽引する。但し、第１のモータＭ１と第２のモータＭ２は、ベースＢ上に固定されているのでスライド動作しない。
　術具ユニット３１００は、第３のモータＭ３によって直接的にリストキャプスタンＷＣを回転させる構成となっている。リストエレメントＷＥは、第３のモータＭ３の回転駆動に伴い第３の往路のケーブルＣ３ａによって牽引されて、図３８に示すように第１軸回りに８０度だけ回転する。その際、第１のスライドベースＳＢ１がシャフト３１０２の長手軸方向に前進するとともに、第２のスライドベースＳＢ２が後退する。これによって、アイドラプーリＰ１４ａ及びＰ１４ｂとアイドラプーリＰ２４ａ及びＰ２４ｂの位置を適切に調整して、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂと第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂに負荷が加わらないようにすることができる。
　また、リストエレメントＷＥの第１軸回りの回転位置が０度のときには、図３９に示すように、第１のスライドベースＳＢ１と第２のスライドベースＳＢ２のシャフト１０２の長手軸方向における位置が同じになる。これによって、アイドラプーリＰ１４ａ及びＰ１４ｂとアイドラプーリＰ２４ａ及びＰ２４ｂの位置を適切に調整して、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂと第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂに負荷が加わらないようにすることができる。
　また、リストエレメントＷＥは、第３のモータＭ３の回転駆動に伴い第３の往路のケーブルＣ３ａによって牽引されて、図４０に示すように第１軸回りに－８０度だけ回転する。その際、第２のスライドベースＳＢ２がシャフト３１０２の長手軸方向に前進するとともに、第１のスライドベースＳＢ１が後退する。これによって、アイドラプーリＰ１４ａ及びＰ１４ｂとアイドラプーリＰ２４ａ及びＰ２４ｂの位置を適切に調整して、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂと第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂに負荷が加わらないようにすることができる。
　図３８～図４０から分かるように、第３のモータＭ３で第３の往復のケーブルセットＣ３ａ及びＣ３ｂを牽引することによって、直接的にリストエレメントＷＥを第１軸回りに旋回動作させることができる。そして、リストエレメントＷＥが第１軸回りに旋回する際に、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂと第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂがシャフト３１０２の長手軸方向に進退動作するので、第１の往復のケーブルセットＣ１ａ及びＣ１ｂと第２の往復のケーブルセットＣ２ａ及びＣ２ｂの予張力が変化しない。
　術具ユニット先端部３１０１の動作方法についてまとめておく。
第１軸における動作：
　第３のモータＭ３で第３のモータキャプスタンＭＣ３を回転させると、第３の往復のケーブルセットＣ３ａ及びＣ３ｂのいずれかに牽引力が発生する。これによって、リストエレメントＷＥ及びリストエレメントＷＥに搭載されたエンドエフェクタを、第１軸回りに正方向又は逆方向に旋回させることができる。
第２軸における動作：
　第１のジョー部材Ｊ１の第２軸回りの角度と第２のジョー部材Ｊ２の第２軸回りの角度の平均値をエンドエフェクタの第２軸回りの角度とする。第１のジョーキャプスタンＪＣ１及び第２のジョーキャプスタンＪＣ２を同じ方向に同じ速度で回転することで、エンドエフェクタの第２軸回りの旋回動作が生成される。
エンドエフェクタの動作：
　エンドエフェクタは、第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２という一対の対向するジョー部材からなる（例えば、図３２を参照のこと）。第１のジョー部材Ｊ１と第２のジョー部材Ｊ２の開き角度をエンドエフェクタの開閉角度とする。第１のモータキャプスタンＭＣ１と第２のモータキャプスタンＭＣ２を反対方向に同じ速度で回転させることで、エンドエフェクタの開閉動作が生成される。
Ｅ．術具ユニットの変形例
Ｅ－１．ケーブルを駆動する方法の変形例
　第１乃至第３のモータＭ１～Ｍ３として、電磁回転モータを用いることが最良である。但し、駆動キャプスタンを回転させることができる他のタイプのアクチュエータで代替することも可能である。ケーブルを牽引するアクチュエータの他の変形性として、例えば、さらに以下を挙げることができる。
・ピエゾ式直動型超音波モータ
・ピエゾ式回転型超音波モータ
・油圧式直動モータ
・油圧式回転モータ
・高分子直動アクチュエータ
・電磁式式直動モータ
・形状記憶合金
　また、いずれのタイプのアクチュエータを採用するにせよ、アクチュエータに減速機や位置検出器、非常用のブレーキ機構を装備するようにしてもよい。ここで、減速機として、例えば、ギア式減速機、波動歯車減速機、郵政歯車減速機、不思議郵政歯車減速機、ケーブル減速機、トラクション減速機、ボールねじ、滑りねじ、ウォームギアなどを挙げることができる。また、位置検出器として、例えば、磁気式エンコーダ、光学式エンコーダ、ポテンショメータなどを挙げることができる。
Ｅ－２．ジョー部材の形状の変形例
　各図では、第１のジョー部材Ｊ１及び第２のジョー部材Ｊ２を、便宜上、簡単な形状で描いた。現実には、術具ユニットの用途に応じて、ジョー部材の形状を変更してもよい。例えば、以下を挙げることができる。
・鉗子
・バイポーラ式鉗子
・鋏
・ステープラー
Ｅ－３．シャフトの変形例
　シャフト１０２は、理想的には剛体であるが、可撓性のある構成であってもよい。また、各図では、簡素化のため、単純な中空円筒形状をしたシャフト１０２を描いたが、必ずしも円筒形状である必要はない。例えば、シャフト１０２の断面が多角形形状や楕円形状であってもよいし、長手軸方向の途中で断面形状が切り替わってもよい。シャフト２３０２及び３１０２についても同様である。
Ｅ－４．ケーブルの変形例
　ケーブルは、金属線を束ねたもの、樹脂を束ねたもの、あるいは金属線と樹脂など複数の素材を織り交ぜたものでもよい。また、シャフト１０２内部などに配置され、湾曲を必要としないケーブルの箇所には剛性が高い金属製のシャフト１０２を用い、湾曲を有する箇所に用いられる柔軟なケーブルと連結して、１本のケーブルを構成するようにしてもよい。ケーブルの代替品として、例えば、以下を挙げることができる。
・金属製又は樹脂製のワイヤ
・細径の金属製又は樹脂製の細線を編み込んだワイヤ
Ｅ－５．アイドラプーリの変形例
　上記では、ケーブルのレイアウト調整のためにアイドラプーリを使用する例について説明してきた。アイドラプーリを用いれば、ケーブルを牽引する際の摺動摩擦を低減して滑らかな動作を実現することができる。摺動摩擦を低下させたい場合には、回転軸受を備えたアイドラプーリを使用してもよい。
　他方、アイドラプーリを使用すると、機構のサイズが膨らみ、部品点数が増えるという問題がある。そこで、術具ユニット先端部１０１のさらなる小型化のために、アイドラプーリを使用せず、機構に形設した案内溝に沿ってケーブルをレイアウトするようにしてもよい。
Ｅ－６．センシング
　ケーブルの張力を検出するために、各ケーブルに歪みセンサを搭載してもよい。歪みセンサとして、例えば、抵抗変化型の歪みセンサや、ＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ　Ｂｒａｇｇ　Ｇｒａｔｉｎｇ）式の歪みセンサを挙げることができる。また、ケーブルを牽引するアクチュエータにトルクセンサを搭載してもよい。
Ｆ．術具ユニットの応用例
Ｆ－１．コンピュータ支援手術システムへの応用例
　図４１には、本実施形態に係る術具ユニットを利用した手術支援システム４１００（コンピュータ支援手術システムやロボット支援手術システムとも呼ぶ）の外観構成例を示している。図示の手術支援システム４１００は、多リンク構造からなるアーム４１０１を備え、そのアーム４１０１の先端に、術具ユニット４１０２が搭載されている。術具ユニット４１０２は、交換可能であってもよい。手術支援システム４１００は、例えば腹腔鏡下手術に適用され、術具ユニット先端部１０１がトロッカー（図示しない）を経由して腹腔内に挿入して、患部の把持や切除といった施術が実施される。
　図示の手術支援システム４１００は、例えばマスタスレーブロボットにおけるスレーブ装置として利用されてもよく、マスタ装置（図示しない）からの指令に従ってアーム４１０１並びに術具ユニット４１０２が駆動する。また、この種のマスタスレーブロボットには、例えばバイラテラル制御方式が適用される。また、手術支援システム４１００は術具を備えたアームとして術者により直接操作されて動作することも可能である。
　なお、アーム４１０１は、極座標型ロボット、円筒座標型ロボット、直角座標系型ロボット、垂直多関節型ロボット、水平多関節型ロボット、パラレルリンク型ロボット、ＲＣＭ（Ｒｅｍｏｔｅ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｍｏｔｉｏｎ）型ロボットなどのうちいずれの機構型のロボットであってもよい。
　また、手術支援システム４１００が腹腔鏡手術を支援する手術用ロボットである場合には、機構のコンパクト性や、トロッカー箇所でのピボット動作生成の容易性などの観点から、アーム４１０１として、垂直多関節型や、駆動回転中心から離れた位置に遠隔回転中心を配置してピボット（不動点）運動を実現するＲＣＭ（Ｒｅｍｏｔｅ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｍｏｔｉｏｎ）型のアームを用いることが好ましい。
　また、図４１では１本の術具ユニットのみを装着可能なコンピュータ支援手術システムの構成例を示したが、同時に複数本の術具ユニットを装着して腹腔鏡下手術を実施可能なタイプのコンピュータ支援手術システムにも、同様に適用することができる。
Ｆ－２．手術用操作ユニットへの応用例
　図４２には、本実施形態に係る術具ユニットを利用した手術用操作ユニット４２００の外観構成例を示している。手術用操作ユニット４２００は、ユーザ（術者）が直接手に持って操作するハンドル部４２０１を備え、そのハンドル部４２０１の先端に、術具ユニット４２０２が搭載されている。術具ユニット４２０２は、交換可能であってもよい。
　ハンドル部４２０１は、例えば、術具ユニット４２０２の術具ユニット先端部の姿勢を任意の方向に指示するための、親指で操作可能なジョイスティック４２０３を備えてもよい。また、ハンドル部４２０１は、ジョー部材の開閉操作を指示するための、人差し指で操作可能なボタン４２０４を備えてもよい。
　ハンドル部４２０１内には、コントローラ（図示しない）が搭載されている。このコントローラは、ジョイスティック４２０３やボタン４２０４の操作量に応じたリストエレメントＷＥの第１軸回りの旋回角度、エンドエフェクタの第２軸回りの旋回角度及び開き角度を演算し、これを各モータの回転量に換算して、術具ユニット駆動部１０３への制御信号を出力する。
Ｇ．効果
　本開示に係る技術によれば、術具の先端におけるヨー動作、ピッチ動作、及びエンドエフェクタの開閉動作の３自由度動作を、３つのモータを用いて実現することができるので、術具の駆動部を小型化することができる。
　また、本開示に係る技術によれば、術具の先端におけるヨー動作、ピッチ動作、及びエンドエフェクタの開閉動作を、他軸干渉を生じない構造により実現することができるので、各軸の制御が非常に容易になる。
　以上、特定の実施形態を参照しながら、本開示に係る技術について詳細に説明してきた。しかしながら、本開示に係る技術の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。
　本明細書では、本開示に係る技術を手術用ロボットに用いられる術具に適用した実施形態を中心に説明してきたが、本開示に係る技術の要旨はこれに限定されるものではない。本開示に係る技術は、精密作業ロボットなど、医療以外のさまざまな分野のロボットに適用することができる。また、本開示に係る技術は、ユーザが手で握りながら操作可能なグリップ型操作ユニットや精密作業装置にも適用することができる。
　要するに、例示という形態により本開示に係る技術について説明してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本開示に係る技術の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
　なお、本開示に係る技術は、以下のような構成をとることも可能である。
（１）シャフトと、
　前記シャフトの先端に第１軸回りに回動可能に連結されたリストと、
　前記リストに対してそれぞれ第２軸回りに回動可能に支持された第１のジョー部材及び第２のジョー部材と、
　前記第１のジョー部材を前記第２軸回りに旋回させるための力を伝達する第１の往復のケーブルセットと、
　前記第２のジョー部材を前記第２軸回りに旋回させるための力を伝達する第２の往復のケーブルセットと、
　前記第１の往復のケーブルセットと前記第２の往復のケーブルセットの予張力が変化しないように、前記リストの前記第１軸回りの旋回動作を生成する旋回動作部と、
を具備する術具。
（２）前記第２軸が回転軸となるように前記第１のジョー部材に設けられ、前記第１の往復のケーブルセットが巻き付けられた第１のジョーキャプスタンと、
　前記第２軸が回転軸となるように前記第２のジョー部材に設けられ、前記第２の往復のケーブルセットが巻き付けられた第２のジョーキャプスタンと、
をさらに備える、上記（１）に記載の術具。
（３）前記第１の往復のケーブルセットを前記シャフトの長手軸とほぼ平行な方向に変換する第１のアイドラプーリ部と、
　前記第２の往復のケーブルセットを前記シャフトの長手軸とほぼ平行な方向に変換する第２のアイドラプーリ部と、
をさらに備える、上記（２）に記載の術具。
（４）前記第１のアイドラプーリ部は、前記第１軸回りに回転する第１のアイドラプーリと、前記第１のアイドラプーリに隣接して前記第１軸と平行な回転軸を持つ第１の隣接アイドラプーリを含み、
　前記第２のアイドラプーリ部は、前記第１軸回りに回転する第２のアイドラプーリと、前記第２のアイドラプーリに隣接して前記第１軸と平行な回転軸を持つ第２の隣接アイドラプーリを含む、
上記（３）に記載の術具。
（５）第１の駆動キャプスタンを回転させて前記第１の往復のケーブルセットを牽引する第１のアクチュエータと、
　第２の駆動キャプスタンを回転させ前記第２の往復のケーブルセットを牽引する第２のアクチュエータと、
をさらに備える、上記（３）又は（４）のいずれかに記載の術具。
（６）前記旋回動作部は、前記第１の往復のケーブルセットと前記第２の往復のケーブルセットのいずれか一方を前記シャフトの長手軸方向に後退させるとともに他方を前進させて、前記リストの前記第１軸回りの旋回動作を生成する、
上記（５）に記載の術具。
（７）前記旋回動作部は、
　前記第１のアクチュエータ及び前記第１の駆動キャプスタンを固定して、前記シャフトの長手軸方向にスライド動作する第１のスライドベースと、
　前記第２のアクチュエータ及び前記第２の駆動キャプスタンを固定して、前記シャフトの長手軸方向にスライド動作する第２のスライドベースと、
　前記第１のスライドベース及び前記第２のスライドベースを前記シャフトの長手軸方向に進退動作させる進退動作部と、
を備え、前記第１のスライドベース及び前記第２のスライドベースの進退動作に基づいて、前記リストの前記第１軸回りの旋回動作を生成する、
上記（６）に記載の術具。
（８）前記第１のアクチュエータ及び前記第１の駆動キャプスタンと前記第２のアクチュエータ及び前記第２の駆動キャプスタンは前記シャフトに対して固定され、
　前記旋回動作部は、
　前記第１の往復のケーブルセットが前記第１の駆動キャプスタンに巻き付くように経由するアイドラプーリを固定して、前記シャフトの長手軸方向にスライド動作する第１のスライドベースと、
　前記第２の往復のケーブルセットが前記第２の駆動キャプスタンに巻き付くように経由するアイドラプーリを固定して、前記シャフトの長手軸方向にスライド動作する第２のスライドベースと、
　前記第１のスライドベース及び前記第２のスライドベースを前記シャフトの長手軸方向に進退動作させる進退動作部と、
を備え、前記第１のスライドベース及び前記第２のスライドベースの進退動作に応じて前記リストの前記第１軸回りの旋回動作を生成する、
上記（６）に記載の術具。
（９）前記進退動作部は、
　第３の駆動キャプスタンを回転させる第３のアクチュエータと、
　各端部が前記第１のスライドベース及び前記第２のスライドベースにそれぞれ固定され、前記第３の駆動キャプスタンに巻き付けられた第３の往復のケーブルセットと、
を備え、
　前記第３の駆動キャプスタンの回転により、前記第１のスライドベース及び前記第２のスライドベースの進退動作を生成する、
上記（７）又は（８）のいずれかに記載の術具。
（１０）前記第１のアクチュエータ及び前記第１の駆動キャプスタンと前記第２のアクチュエータ及び前記第２の駆動キャプスタンは前記シャフトに対して固定され、
　前記旋回動作部は、前記第１軸が回転軸となるように前記リストに設けられ、第３の往復のケーブルセットが巻き付けられたリストキャプスタンと、第３の駆動キャプスタンを回転させて前記第３のケーブルセットを牽引する第３のアクチュエータと、前記リストの前記第１軸回りの旋回動作に応じて前記第１の往復のケーブルセットと前記第２の往復のケーブルセットの予張力を調整する調整部を備える、
上記（５）に記載の術具。
（１１）前記調整部は、
　前記第１の往復のケーブルセットが前記第１の駆動キャプスタンに巻き付くように経由するアイドラプーリを固定して、前記シャフトの長手軸方向にスライド動作する第１のスライドベースと、
　前記第２の往復のケーブルセットが前記第２の駆動キャプスタンに巻き付くように経由するアイドラプーリを固定して、前記シャフトの長手軸方向にスライド動作する第２のスライドベースと、
を備え、前記リストの前記第１軸回りの旋回動作に応じて前記第１のスライドベース及び前記第２のスライドベースを進退動作させて、前記第１の往復のケーブルセットと前記第２の往復のケーブルセットの予張力を調整する、
上記（１０）に記載の術具。
（１２）前記調整部は、
　前記シャフトに対して固定された第４のアイドラプーリと、
　各端部が第１のスライドベース及び前記第２のスライドベースにそれぞれ固定され、前記第４のアイドラプーリに巻き付けられた第４の往復のケーブルセットと、
をさらに備え、前記第４の往復のケーブルセットによる牽引力で前記リストの前記第１軸回りの旋回動作に応じて前記第１のスライドベース及び前記第２のスライドベースを進退動作させて、前記第１の往復のケーブルセットと前記第２の往復のケーブルセットの予張力を調整する、
上記（１１）に記載の術具。
（１３）術具と、前記術具を取り付けたアームを具備し、
　前記術具は、
　シャフトと、
　前記シャフトの先端に第１軸回りに回動可能に連結されたリストと、
　前記リストに対してそれぞれ第２軸回りに回動可能に支持された第１のジョー部材及び第２のジョー部材と、
　前記第１のジョー部材を前記第２軸回りに旋回させるための力を伝達する第１の往復のケーブルセットと、
　前記第２のジョー部材を前記第２軸回りに旋回させるための力を伝達する第２の往復のケーブルセットと、
　前記第１の往復のケーブルセットと前記第２の往復のケーブルセットの予張力が変化しないように、前記リストの前記第１軸回りの旋回動作を生成する旋回動作部と、
を備える、手術支援システム。
（１４）術具と、前記術具を取り付けたハンドル部を具備し、
　前記術具は、
　シャフトと、
　前記シャフトの先端に第１軸回りに回動可能に連結されたリストと、
　前記リストに対してそれぞれ第２軸回りに回動可能に支持された第１のジョー部材及び第２のジョー部材と、
　前記第１のジョー部材を前記第２軸回りに旋回させるための力を伝達する第１の往復のケーブルセットと、
　前記第２のジョー部材を前記第２軸回りに旋回させるための力を伝達する第２の往復のケーブルセットと、
　前記第１の往復のケーブルセットと前記第２の往復のケーブルセットの予張力が変化しないように、前記リストの前記第１軸回りの旋回動作を生成する旋回動作部と、
を備える、手術用操作ユニット。
　１００…術具ユニット、１０１…術具ユニット先端部
　１０２…シャフト、１０３…術具ユニット駆動部
　２３００…術具ユニット、２３０１…術具ユニット先端部
　２３０２…シャフト、２３０３…術具ユニット駆動部
　３１００…術具ユニット、３１０１…術具ユニット先端部
　３１０２…シャフト、３１０３…術具ユニット駆動部
　４１００…コンピュータ支援手術システム、４１０１…アーム
　４１０２…術具ユニット
　４２００…手術用操作ユニット、４２０１…ハンドル部、
　４２０２…術具ユニット、４２０３…ジョイスティック
　４２０４…ボタン

Claims (14)

  1. 　シャフトと、
    　前記シャフトの先端に第１軸回りに回動可能に連結されたリストと、
    　前記リストに対してそれぞれ第２軸回りに回動可能に支持された第１のジョー部材及び第２のジョー部材と、
    　前記第１のジョー部材を前記第２軸回りに旋回させるための力を伝達する第１の往復のケーブルセットと、
    　前記第２のジョー部材を前記第２軸回りに旋回させるための力を伝達する第２の往復のケーブルセットと、
    　前記第１の往復のケーブルセットと前記第２の往復のケーブルセットの予張力が変化しないように、前記リストの前記第１軸回りの旋回動作を生成する旋回動作部と、
    を具備する術具。
  2. 　前記第２軸が回転軸となるように前記第１のジョー部材に設けられ、前記第１の往復のケーブルセットが巻き付けられた第１のジョーキャプスタンと、
    　前記第２軸が回転軸となるように前記第２のジョー部材に設けられ、前記第２の往復のケーブルセットが巻き付けられた第２のジョーキャプスタンと、
    をさらに備える、請求項１に記載の術具。
  3. 　前記第１の往復のケーブルセットを前記シャフトの長手軸とほぼ平行な方向に変換する第１のアイドラプーリ部と、
    　前記第２の往復のケーブルセットを前記シャフトの長手軸とほぼ平行な方向に変換する第２のアイドラプーリ部と、
    をさらに備える、請求項２に記載の術具。
  4. 　前記第１のアイドラプーリ部は、前記第１軸回りに回転する第１のアイドラプーリと、前記第１のアイドラプーリに隣接して前記第１軸と平行な回転軸を持つ第１の隣接アイドラプーリを含み、
    　前記第２のアイドラプーリ部は、前記第１軸回りに回転する第２のアイドラプーリと、前記第２のアイドラプーリに隣接して前記第１軸と平行な回転軸を持つ第２の隣接アイドラプーリを含む、
    請求項３に記載の術具。
  5. 　第１の駆動キャプスタンを回転させて前記第１の往復のケーブルセットを牽引する第１のアクチュエータと、
    　第２の駆動キャプスタンを回転させ前記第２の往復のケーブルセットを牽引する第２のアクチュエータと、
    をさらに備える、請求項３に記載の術具。
  6. 　前記旋回動作部は、前記第１の往復のケーブルセットと前記第２の往復のケーブルセットのいずれか一方を前記シャフトの長手軸方向に後退させるとともに他方を前進させて、前記リストの前記第１軸回りの旋回動作を生成する、
    請求項５に記載の術具。
  7. 　前記旋回動作部は、
    　前記第１のアクチュエータ及び前記第１の駆動キャプスタンを固定して、前記シャフトの長手軸方向にスライド動作する第１のスライドベースと、
    　前記第２のアクチュエータ及び前記第２の駆動キャプスタンを固定して、前記シャフトの長手軸方向にスライド動作する第２のスライドベースと、
    　前記第１のスライドベース及び前記第２のスライドベースを前記シャフトの長手軸方向に進退動作させる進退動作部と、
    を備え、前記第１のスライドベース及び前記第２のスライドベースの進退動作に基づいて、前記リストの前記第１軸回りの旋回動作を生成する、
    請求項６に記載の術具。
  8. 　前記第１のアクチュエータ及び前記第１の駆動キャプスタンと前記第２のアクチュエータ及び前記第２の駆動キャプスタンは前記シャフトに対して固定され、
    　前記旋回動作部は、
    　前記第１の往復のケーブルセットが前記第１の駆動キャプスタンに巻き付くように経由するアイドラプーリを固定して、前記シャフトの長手軸方向にスライド動作する第１のスライドベースと、
    　前記第２の往復のケーブルセットが前記第２の駆動キャプスタンに巻き付くように経由するアイドラプーリを固定して、前記シャフトの長手軸方向にスライド動作する第２のスライドベースと、
    　前記第１のスライドベース及び前記第２のスライドベースを前記シャフトの長手軸方向に進退動作させる進退動作部と、
    を備え、前記第１のスライドベース及び前記第２のスライドベースの進退動作に応じて前記リストの前記第１軸回りの旋回動作を生成する、
    請求項６に記載の術具。
  9. 　前記進退動作部は、
    　第３の駆動キャプスタンを回転させる第３のアクチュエータと、
    　各端部が前記第１のスライドベース及び前記第２のスライドベースにそれぞれ固定され、前記第３の駆動キャプスタンに巻き付けられた第３の往復のケーブルセットと、
    を備え、
    　前記第３の駆動キャプスタンの回転により、前記第１のスライドベース及び前記第２のスライドベースの進退動作を生成する、
    請求項７に記載の術具。
  10. 　前記第１のアクチュエータ及び前記第１の駆動キャプスタンと前記第２のアクチュエータ及び前記第２の駆動キャプスタンは前記シャフトに対して固定され、
    　前記旋回動作部は、前記第１軸が回転軸となるように前記リストに設けられ、第３の往復のケーブルセットが巻き付けられたリストキャプスタンと、第３の駆動キャプスタンを回転させて前記第３のケーブルセットを牽引する第３のアクチュエータと、前記リストの前記第１軸回りの旋回動作に応じて前記第１の往復のケーブルセットと前記第２の往復のケーブルセットの予張力を調整する調整部を備える、
    請求項５に記載の術具。
  11. 　前記調整部は、
    　前記第１の往復のケーブルセットが前記第１の駆動キャプスタンに巻き付くように経由するアイドラプーリを固定して、前記シャフトの長手軸方向にスライド動作する第１のスライドベースと、
    　前記第２の往復のケーブルセットが前記第２の駆動キャプスタンに巻き付くように経由するアイドラプーリを固定して、前記シャフトの長手軸方向にスライド動作する第２のスライドベースと、
    を備え、前記リストの前記第１軸回りの旋回動作に応じて前記第１のスライドベース及び前記第２のスライドベースを進退動作させて、前記第１の往復のケーブルセットと前記第２の往復のケーブルセットの予張力を調整する、
    請求項１０に記載の術具。
  12. 　前記調整部は、
    　前記シャフトに対して固定された第４のアイドラプーリと、
    　各端部が第１のスライドベース及び前記第２のスライドベースにそれぞれ固定され、前記第４のアイドラプーリに巻き付けられた第４の往復のケーブルセットと、
    をさらに備え、前記第４の往復のケーブルセットによる牽引力で前記リストの前記第１軸回りの旋回動作に応じて前記第１のスライドベース及び前記第２のスライドベースを進退動作させて、前記第１の往復のケーブルセットと前記第２の往復のケーブルセットの予張力を調整する、
    請求項１１に記載の術具。
  13. 　術具と、前記術具を取り付けたアームを具備し、
    　前記術具は、
    　シャフトと、
    　前記シャフトの先端に第１軸回りに回動可能に連結されたリストと、
    　前記リストに対してそれぞれ第２軸回りに回動可能に支持された第１のジョー部材及び第２のジョー部材と、
    　前記第１のジョー部材を前記第２軸回りに旋回させるための力を伝達する第１の往復のケーブルセットと、
    　前記第２のジョー部材を前記第２軸回りに旋回させるための力を伝達する第２の往復のケーブルセットと、
    　前記第１の往復のケーブルセットと前記第２の往復のケーブルセットの予張力が変化しないように、前記リストの前記第１軸回りの旋回動作を生成する旋回動作部と、
    を備える、手術支援システム。
  14. 　術具と、前記術具を取り付けたハンドル部を具備し、
    　前記術具は、
    　シャフトと、
    　前記シャフトの先端に第１軸回りに回動可能に連結されたリストと、
    　前記リストに対してそれぞれ第２軸回りに回動可能に支持された第１のジョー部材及び第２のジョー部材と、
    　前記第１のジョー部材を前記第２軸回りに旋回させるための力を伝達する第１の往復のケーブルセットと、
    　前記第２のジョー部材を前記第２軸回りに旋回させるための力を伝達する第２の往復のケーブルセットと、
    　前記第１の往復のケーブルセットと前記第２の往復のケーブルセットの予張力が変化しないように、前記リストの前記第１軸回りの旋回動作を生成する旋回動作部と、
    を備える、手術用操作ユニット。
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