JP5990024B2 - 医療用マニピュレータ - Google Patents

Description

本発明は、外科手術、特に内視鏡下外科手術を行う際に用いられる医療用マニピュレータであって、エンドエフェクタを有する先端動作部を無制限の回転範囲でロール動作させることができる医療用マニピュレータに関する。

内視鏡下外科手術（又は腹腔鏡下手術とも呼ばれる。）においては、患者の腹部等に複数の孔を開け、これらの孔にトラカール（筒状の器具）を挿入した後、各トラカールを通して、腹腔鏡（カメラ）と複数の鉗子を体腔内に挿入する。鉗子の先端部には、エンドエフェクタとして、生体組織等を把持するためのグリッパや、鋏、電気メスのブレード等が取り付けられている。

腹腔鏡と鉗子を体腔内に挿入したら、腹腔鏡に接続されたモニタに映る腹腔内の様子を見ながら鉗子を操作して手術を行う。このような手術方法は、開腹を必要としないため、患者への負担が少なく、術後の回復や退院までの日数が大幅に低減される。このため、このような手術方法は、適用分野の拡大が期待されている。

トラカールから挿入される鉗子として、先端部に関節を持たない一般的な鉗子の他に、先端部に関節を有してエンドエフェクタのロール動作や傾動動作が可能な鉗子、いわゆる医療用マニピュレータの開発が行われている（例えば、下記特許文献１参照）。このような医療用マニピュレータによれば、体腔内で自由度の高い動作が可能であり、手技が容易となり、適用可能な症例が多くなる。

特許第４３９１７６２号公報

ところで、医療用マニピュレータを操作する際の操作力を軽減することを目的として、傾動動作用のモータとロール動作用のモータを医療用マニピュレータに搭載し、当該モータの駆動により先端動作部の傾動動作とロール動作をさせることが考えられる。しかし、複数のモータを搭載する構成を採用した場合、操作力の軽減は達成できる反面、医療用マニピュレータが大きくなるとともに、重量が増大する。この対策として、傾動動作とロール動作のいずれか一方だけを電動駆動とすることが考えられるが、そのような構成の場合、先端動作部の機構上の干渉によって、電動駆動とした方の動作に伴って、手動駆動とした方の動作が引き起こされる可能性がある。

すなわち、ロール動作と傾動動作の両方を電動駆動とした場合には、大きなギヤ比（ギヤードモータ）又はモータ制御により上述した干渉動作を防止できるが、ロール動作と傾動動作のうち一方を手動駆動とし他方を電動駆動とした構成の場合には、大きなギヤ比（ギヤードモータ）又はモータ制御を利用した干渉動作防止手段は採り得ない。後者の場合、干渉動作の発生を阻止するために、使用者が手動用の操作部を手で固定し動かないようにすることも可能であるが、このような操作は煩雑であり、操作性を著しく低下させるものである。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、ロール動作と傾動動作のいずれか一方だけを電動駆動とした医療用マニピュレータにおいて、電動用操作部に基づいて先端動作部を動作させる際の干渉動作の発生を防止できる医療用マニピュレータを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、ハンドルと、前記ハンドルから延出したシャフトと、開閉動作が可能なエンドエフェクタを有し、前記シャフトに対して関節部を介して傾動動作が可能に連結され、且つロール動作が可能な先端動作部と、を備え、前記ハンドルには、前記先端動作部の前記傾動動作と前記ロール動作のうち一方の動作に対する手動操作を行うための手動用操作部と、前記傾動動作と前記ロール動作のうち他方の動作を指示するための電動用操作部と、前記電動用操作部に対する操作に基づき動作する駆動源とが設けられ、前記手動用操作部は、前記ハンドルに回転可能に支持されており、前記手動用操作部に対する使用者の操作力は、第１動力伝達経路を介して、機械的に前記先端動作部に伝達され、前記駆動源の駆動力は、第２動力伝達経路を介して、前記先端動作部に伝達され、前記第１動力伝達経路の途中には、前記手動用操作部側から前記先端動作部側への動力を伝達するが、その逆方向へは動力を伝達しないように構成された一方向動力伝達機構が設けられており、前記一方向動力伝達機構は、前記手動用操作部に連動するウォームギアと、前記ウォームギアと噛み合うウォームホイールとを有し、前記ウォームギア及び前記ウォームホイールは、前記ハンドル内に配置されており、前記ウォームホイールは、前記第１動力伝達経路において、前記ウォームギアよりも前記先端動作部側に配置されるとともに、前記ハンドルの前後方向に垂直な軸線を中心に回転可能に設けられていることを特徴とする。

この医療用マニピュレータは、傾動動作とロール動作の両方を電動駆動とするのではなく、いずれか一方だけを駆動源により動かす構成であるため、駆動源を一つにする分、両方を電動駆動とする構成と比較して、小型・軽量化を実現することができる。また、電動用操作部に基づいて先端動作部を動作（傾動動作又はロール動作）させる際に、先端動作部は機構上の干渉によって手動用操作部に対応する動作（ロール動作又は傾動動作）の方向にトルクを受けるが、一方向動力伝達機構により先端動作部側から手動用操作部側への動力の伝達が遮断される。このため、電動用操作部に基づいて先端動作部を動作させる際に、使用者が手で手動用操作部を固定しなくても、先端動作部が干渉動作することがなく、操作性に優れる。従って、この医療用マニピュレータによれば、小型・軽量化と、干渉動作防止を同時に実現できる。

上記の医療用マニピュレータにおいて、前記ウォームホイールと一体的に回転する駆動プーリをさらに備え、前記駆動プーリに、前記第１動力伝達経路の一部を構成するワイヤが巻き掛けられているとよい。

上記の医療用マニピュレータにおいて、前記先端動作部は、前記手動用操作部に対する操作によって、前記傾動動作を行い、前記第１動力伝達経路には、前記ワイヤが巻き掛けられ、前記先端動作部の前記シャフトに対する傾動軸線上に配置されるとともに前記傾動軸線を中心に回転可能な従動プーリが設けられ、前記第２動力伝達経路には、前記傾動軸線を中心に回転可能な回転体が設けられているとよい。

上記の医療用マニピュレータにおいて、前記ハンドルは、少なくとも前記電動用操作部と前記手動用操作部とを含むハンドル本体と、前記ハンドル本体に対して着脱可能であり且つ前記駆動源を含む駆動ユニットとを備え、前記駆動源の出力軸には駆動歯車が固定され、前記ハンドル本体には、前記駆動ユニットが前記ハンドル本体に装着された状態で前記駆動歯車に噛み合う従動歯車が設けられ、前記ハンドル本体に前記駆動ユニットが装着された状態で前記駆動源が駆動した際、前記駆動源の駆動力が、前記駆動歯車及び前記従動歯車を介して前記先端動作部に伝達され、前記ハンドル本体に前記駆動ユニットを装着する際の、前記ハンドル本体を基準とした前記駆動ユニットの移動方向に関して、前記駆動歯車の前側外周縁部は、前側に向かって縮径するテーパ形状に形成され、前記従動歯車の後側外周縁部は、後側に向かって縮径するテーパ形状に形成されるとよい。

上記の構成によれば、駆動ユニットをハンドル本体に装着する際に、駆動歯車に形成されたテーパ形状と、従動歯車に形成されたテーパ形状とによるガイド作用によって、駆動歯車と従動歯車との噛み合いがスムーズに行われるため、装着作業を迅速に行うことができる。

本発明の医療用マニピュレータによれば、電動用操作部に基づいて先端動作部を動作させる際の干渉動作の発生を防止できる。

本発明の一実施形態に係る医療用マニピュレータの斜視図である。 ハンドル本体から駆動ユニットを取り外した状態の斜視図である。 医療用マニピュレータにおけるハンドルの一部断面側面図である。 先端動作部の斜視図である。 先端動作部の分解斜視図である。 先端動作部の縦断面図である。 先端動作部がシャフトに対して真直ぐな状態の関節部及びその周辺部位の縦断面図である。 先端動作部がシャフトに対して傾斜した状態（屈曲状態）の関節部及びその周辺部位の縦断面図である。 ガイド部及びその周辺部位の正面側からの斜視図である。 プルワイヤとプルロッドとの連結構造及びその周辺部位を示す縦断面図である。 荷重制御機構の斜視図である。 図１２Ａは、荷重制御機構を示す縦断面図であり、図１２Ｂは、図１２Ａに対してやや後退した荷重制御機構を示す縦断面図であり、図１２Ｃは、図１２Ｂの状態に対して可動部と固定部との距離が短くなった状態の荷重制御機構を示す縦断面図である。 ロック機構の斜視図である。 図１４Ａは、初期状態のロック機構を示す図であり、図１４Ｂは、フック部材とレバーが係合した状態を示す図であり、図１４Ｃは、フック部材と保持部とが係合した状態を示す図であり、図１４Ｄは、解除部がフック部材にちょうど当たった状態を示す図である。 ハンドルの斜視図である。 ハンドル側におけるワイヤの配設構造を示す斜視図である。 ハンドル側におけるワイヤの配設構造を示す模式図である。 図１６におけるＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線に沿った横断面図である。

以下、本発明に係る医療用マニピュレータについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る医療用マニピュレータ１０を示す斜視図である。医療用マニピュレータ１０は、先端に設けられたエンドエフェクタ１２で針や糸あるいは生体の一部を把持し又は生体に触れて、所定の処置を行うための医療機器である。医療用マニピュレータ１０は、先端に設けられるエンドエフェクタ１２の種類に応じて、ニードルドライバ、把持鉗子、モノポーラ電気メス、バイポーラ電気メス等として構成され得る。

以下では、先ず、ニードルドライバの実施形態とした医療用マニピュレータ１０の構成を概略的に説明し、その後、各部の構成を詳細に説明する。

医療用マニピュレータ１０は、エンドエフェクタ１２を含む先端動作部１４と、エンドエフェクタ１２を駆動するハンドル１６と、エンドエフェクタ１２とハンドル１６とを連結するシャフト１８とを備える。エンドエフェクタ１２は、外科的処置を行う部分であり、図示例では、一対のグリッパ部材６０、６１を有し、所定の開閉動作軸を基準に開閉動作するグリッパ機構として構成されている。エンドエフェクタ１２は、グリッパ機構に限らず、鋏や、電気メス用の電極として構成されてもよい。

エンドエフェクタ１２を含む先端動作部１４は、シャフト１８に対して複数の自由度で姿勢変更が可能である。本実施形態では、先端動作部１４は、シャフト１８の軸線に対して左右に傾動する「傾動動作」（首振り動作）と、当該先端動作部１４の長手方向の軸線を中心に回転する「ロール動作」とを行うことができる。傾動動作は、左右方向への首振りに代えて、シャフト１８の軸線に対して上下に傾動する動作であってもよい。

シャフト１８は、長尺で細径の管状部材であり、その中空部には、エンドエフェクタ１２の開閉動作、先端動作部１４のロール動作及び傾動動作をするのに必要な動力を、ハンドル１６側から先端動作部１４に伝達するための動力伝達機構を構成する複数の部材が挿通及び配置されている。

ハンドル１６は、複数の操作部を含むハンドル本体２０と、ハンドル本体２０に着脱可能でありモータ３８を含む駆動ユニット２２とを備え、ハンドル本体２０に駆動ユニット２２が装着された状態でモータ３８が駆動した際、モータ３８の駆動力が先端動作部１４に伝達されるように構成される。このため、この医療用マニピュレータ１０は、ハンドル本体２０、シャフト１８及び先端動作部１４を含むマニピュレータ本体については、所定回数使用した後に廃棄し、一方、駆動ユニット２２については、接続するマニピュレータ本体を変えて何度も使用する、という利用形態を取ることができる。

本実施形態に係る医療用マニピュレータ１０においては、ロール動作をモータ３８による電動駆動とし、傾動動作を手動駆動としたが、これとは逆に、傾動動作をモータ３８による電動駆動とし、ロール動作を手動駆動とする構成を採用してもよい。このように、傾動動作とロール動作の両方を電動駆動とするのではなく、いずれか一方だけを駆動源により動かす構成であるため、駆動源を一つにする分、両方を電動駆動とする構成と比較して、小型・軽量化を実現することができる。

ハンドル本体２０は、シャフト１８の基端が連結された胴体部２３と、胴体部２３に設けられたレバー２４（開閉操作部）、胴体部２３に設けられた傾動用ホイール２６（傾動操作部）と、胴体部２３に設けられたロール用スイッチ２８（ロール操作部）とを備える。

胴体部２３は、医療用マニピュレータ１０の使用時に使用者が握る部分であり、本実施形態では、シャフト１８の軸線方向にやや長く延在するスティック状に構成されている。胴体部２３は、上部カバー２９ａと下部カバー２９ｂとからなる筐体２９を有し、当該筐体２９内に、プーリ、歯車、ワイヤ等の駆動部品が配置される。

胴体部２３の下部には、エンドエフェクタ１２の開閉操作を行うためのレバー２４が、その先端側を支点として上下に揺動自在に設けられる。本実施形態では、レバー２４は、手動用操作部として構成されており、レバー２４に対する操作力が機械的に先端動作部１４のエンドエフェクタ１２に伝達されることで、エンドエフェクタ１２の開閉動作が行われる。具体的には、レバー２４を開いた状態でエンドエフェクタ１２が開き、レバー２４を閉じるとエンドエフェクタ１２が閉じるように構成されている。

先端動作部１４を傾動動作させるための傾動用ホイール２６は、胴体部２３の長手方向の中央付近に設けられる。当該傾動用ホイール２６は、手動用操作部として構成されており、周方向の一部が筐体２９から露出している。傾動用ホイール２６を回転操作すると、その操作力が、ハンドル１６及びシャフト１８内に設けられた傾動動作用の動力伝達系を介して機械的に先端動作部１４に伝達され、先端動作部１４がシャフト１８の軸線に対して非平行な方向（左右方向又は上下方向）に傾動する。

先端動作部１４をロール動作させるためのロール用スイッチ２８は、胴体部２３の先端寄りの上部に設けられる。本実施形態では、ロール用スイッチ２８は、コントローラ４４を介してモータ３８に対して操作指令を与える電動操作部として構成される。図１５に示すように、ロール用スイッチ２８は、スイッチ基盤３０と、スイッチ基盤３０上に設けられたタクトスイッチ３１ａ、３１ｂと、スイッチ基盤３０に対して傾動可能なスイッチプレート３２と、柔軟な材料（例えば樹脂等）により構成されたスイッチカバー３３とを備える。

再び図１を参照する。ロール用スイッチ２８を押圧操作すると、押圧した位置に応じた信号が、コネクタ５４及びケーブル４２を介してコントローラ４４に送信され、当該コントローラ４４の制御作用下にモータ３８が駆動し、モータ３８の駆動力が先端動作部１４に伝達されることで、先端動作部１４が当該先端動作部１４の長手方向の軸線を中心として回転する。本実施形態では、ロール用スイッチ２８の右寄りの部分を押すと先端動作部１４が右回りに回転し、ロール用スイッチ２８の左寄りの部分を押すと先端動作部１４が左回りに回転する。

図２及び図３に示すように、駆動ユニット２２は、ハウジング３６と、ハウジング３６内に配置されたモータ３８（駆動原）と、モータ３８の出力軸に固定された駆動歯車４０（ピニオンギア）とを有し、ハンドル本体２０の後部に着脱可能である。ハウジング３６は、駆動ユニット２２がハンドル本体２０に装着（接続）された状態で、ハンドル本体２０とともにハンドル１６の筐体２９を構成する部分であり、本実施形態では、ハンドル本体２０の長手方向にやや長く延在する形状を有する。モータ３８は、モータホルダによってハウジング３６に固定される。モータ３８の出力軸に固定された駆動歯車４０は、ハウジング３６の先端よりも先端側に突出する。

駆動ユニット２２は、動力線及び信号線を含むケーブル４２を介してコントローラ４４に接続されている。コントローラ４４は、モータ３８への電力供給と駆動制御を行うものであり、外部電源から電力を受ける。ロール用スイッチ２８を操作すると、その操作に応じた信号がコントローラ４４に送信され、コントローラ４４がモータ３８の駆動を制御する。なお、コントローラ４４の機能の一部又は全部は、駆動ユニット２２に一体的に搭載され得る。

ハンドル本体２０の胴体部２３には、モータ３８の出力軸に固定された駆動歯車４０が通過可能な開口部２３ａが設けられ、駆動歯車４０は、当該開口部２３ａを通して、胴体部２３内に進入可能である。駆動ユニット２２をハンドル本体２０の胴体部２３に装着すると、モータ３８の出力軸３８ａに固定された駆動歯車４０と、胴体部２３内に設けられた従動歯車１２８とが噛み合う。この状態で、モータ３８が回転すると、モータ３８の回転駆動力が、駆動歯車４０と従動歯車１２８を介してハンドル本体２０側へと伝達される。

ハンドル本体２０の胴体部２３の後部両側には、当該ハンドル本体２０の長手方向に沿って延在するハンドル側スライドガイド部３４が設けられる。駆動ユニット２２のハウジング３６の前部両側には、当該ハウジング３６の長手方向に沿って延在するユニット側スライドガイド部３７が設けられる。駆動ユニット２２をハンドル本体２０に接続する際には、駆動ユニット２２をハンドル本体２０の胴体部２３の後方から胴体部２３に向かって移動させ、ユニット側スライドガイド部３７とハンドル側スライドガイド部３４とを係合させる。そして、これらのガイド部のガイド作用下に、駆動ユニット２２をハンドル本体２０に対して最大限度まで押し込むと、駆動歯車４０と従動歯車１２８が噛み合う。

図３に示すように、ハンドル本体２０に駆動ユニット２２を装着する際の、ハンドル本体２０を基準とした駆動ユニット２２の移動方向に関して、駆動歯車４０の前側外周縁部は、前側に向かって縮径するテーパ形状に形成され、従動歯車１２８の後側外周縁部は、後側に向かって縮径するテーパ形状に形成される。

本実施形態では、ハンドル本体２０に駆動ユニット２２を装着する際の、ハンドル本体２０を基準とした駆動ユニット２２の移動方向は、ハンドル本体２０の長手方向の前方であり、駆動歯車４０の先端側外周縁部は、先端側に向かって縮径するテーパ形状に形成され、従動歯車１２８の基端側外周縁部は、基端側に向かって縮径するテーパ形状に形成される。この構成により、駆動ユニット２２をハンドル本体２０に装着する際に、駆動歯車４０に形成されたテーパ形状と、従動歯車１２８に形成されたテーパ形状とによるガイド作用によって、駆動歯車４０と従動歯車１２８との噛み合いがスムーズに行われるため、装着作業を迅速に行うことができる。

図３に示すように、ハンドル本体２０の胴体部２３の後部には、ハンドル側コネクタ５０が設けられ、駆動ユニット２２の後部には、ユニット側コネクタ５２が設けられる。ハンドル本体２０に駆動ユニット２２が装着された状態で、ハンドル側コネクタ５０とユニット側コネクタ５２とは相互に電気的に接続される。すなわち、ハンドル側コネクタ５０とユニット側コネクタ５２とにより、コネクタ５４が構成される。ハンドル側コネクタ５０とユニット側コネクタ５２とが接続された状態で、ロール用スイッチ２８を操作すると、当該ロール用スイッチ２８の状態に対応した信号が、コネクタ５４及びケーブル４２の信号線を介してコントローラ４４に伝送され、コントローラ４４の制御作用下に、駆動ユニット２２に搭載されたモータ３８が駆動する。

図４は、シャフト１８の先端に連結された先端動作部１４を示す斜視図である。図５は、先端動作部１４の分解斜視図である。図６は、先端動作部１４の縦断面図である。図４〜図６に示すように、先端動作部１４は、開閉動作可能なエンドエフェクタ１２と、エンドエフェクタ１２が固定された中空円筒状の回転スリーブ５６（先端側回転体）と、回転スリーブ５６を軸線回りに回転可能に支持する先端側支点ブロック５８とを有する。

エンドエフェクタ１２は、第１グリッパ部材６０と、第２グリッパ部材６１とからなる。第１グリッパ部材６０と第２グリッパ部材６１とは、ピン６３により、グリッパ軸線Ｏｇを中心として回転可能に連結される。第１グリッパ部材６０の顎部６０ａには、滑り止め用の多数の凹凸が形成された把持面６０ｂが設けられる。第２グリッパ部材６１の顎部６１ａには、滑り止め用の多数の凹凸が形成された把持面６１ｂが設けられる。第１グリッパ部材６０の基部６０ｃは、略円筒形状であり、当該基部６０ｃに、第２グリッパ６１の基部６１ｃがピン６３により回動可能に連結される。第１グリッパ部材６０の把持面６０ｂと、第２グリッパ部材６１の把持面６１ｂとにより、例えば針等の把持対象物が把持される。

第２グリッパ部材６１の基部６１ｃは、リンク部材６２を介して、伝達部材６４に連結される。当該基部６１ｃとリンク部材６２、及び、リンク部材６２と伝達部材６４は、それぞれピン６５ａ、６５ｂにより回転可能に連結される。伝達部材６４は、ガイド管部６４ａと、ガイド管部６４ａの先端に設けられたフランジ６４ｂと、フランジ６４ｂの縁部から先端方向に互いに平行に延出する支持アーム６４ｃとを有し、回転スリーブ５６内に軸線方向に移動可能に配置される。支持アーム６４ｃに設けられたピン孔６４ｄに、ピン６５ｂが嵌合される。

伝達部材６４と回転スリーブ５６との間には圧縮スプリング６６が配置される。圧縮スプリング６６は、一端が伝達部材６４のフランジ６４ｂに当接し、他端が回転スリーブ５６の内周部に設けられた段差部５６ａ（図６参照）に当接し、伝達部材６４を先端方向に弾性的に常時付勢する。

伝達部材６４には、エンドカラー６８が先端側から挿通される。エンドカラー６８の先端部は、伝達部材６４のガイド管部６４ａの先端面に当接して係合する係合膨出部６８ａとして構成される。エンドカラー６８は、先端動作部１４とシャフト１８との間の関節部１７（図４及び図６参照）に通されたプルワイヤ７０の先端に固定される。

プルワイヤ７０は、ハンドル１６のレバー２４に対する操作に応じてシャフト１８内及び先端動作部１４内を進退移動する部材であり、プルワイヤ７０が基端方向に変位すると、当該プルワイヤ７０に固定されたエンドカラー６８により伝達部材６４が基端方向に押圧され、これにより圧縮スプリング６６の付勢力に抗して、伝達部材６４が基端方向に変位する。この伝達部材６４の基端方向への変位に伴い、リンク部材６２に連結された第２グリッパ部材６１が、第１グリッパ部材６０に対して閉じる方向に回動させられる。図６では、第２グリッパ部材６１の把持面６１ｂと第１グリッパ部材６０の把持面６０ｂとが接触する位置まで閉じた状態の第１グリッパ部材６０を仮想線で示している。

第２グリッパ部材６１の把持面６１ｂと第１グリッパ部材６０の把持面６０ｂとが接触する位置まで閉じた状態から、プルワイヤ７０及びエンドカラー６８が前進すると、圧縮スプリング６６の弾発力により伝達部材６４が前進するため、リンク部材６２を介して第１グリッパ部材６０が第２グリッパ部材６１に対して開く方向に回動し、元の状態に復帰する。この動作が、エンドエフェクタ１２の開閉動作である。

なお、本実施形態において、エンドエフェクタ１２は、第１グリッパ部材６０が固定部として構成され、第２グリッパ部材６１が可動部として構成されているが、両方のグリッパ部材６０、６１が可動部として構成されてもよい。

回転スリーブ５６は、先端の縮径部５６ｂにおいて、第１グリッパ部材６０の基部６０ｃに嵌合し固着されている。回転スリーブ５６において、基端には傘歯車部５６ｃが設けられ、この傘歯車部５６ｃよりも先端側に環状凹部５６ｄが設けられる。エンドエフェクタ１２、回転スリーブ５６、伝達部材６４、エンドカラー６８及び圧縮スプリング６６は、先端動作部１４の長手方向のロール軸線Ｏｒを中心として、先端側支点ブロック５８に対して一体的に回転可能である。

先端側支点ブロック５８は、半円状の上部ブロック７１と、半円状の下部ブロック７２とからなり、上部ブロック７１と下部ブロック７２とが組み合わされることにより中空円筒状となる。先端側支点ブロック５８の外径は、３ｍｍ〜８ｍｍであることが好ましく、本実施形態では、５ｍｍとして説明する。先端側支点ブロック５８の内径は、２ｍｍ〜７ｍｍであることが好ましく、本実施形態では、４ｍｍとして説明する。

上部ブロック７１と下部ブロック７２の内周部には、それぞれ円弧状突起７１ａ、７２ａが設けられ、円弧状突起７１ａ、７２ａと、回転スリーブ５６に設けられた環状凹部５６ｄとが係合することにより、回転スリーブ５６が先端側支点ブロック５８に対して回転可能且つ軸線方向に移動不可能に連結される。円弧状突起７１ａ、７２ａは、長手方向の中心軸に向って所定の突出量（例えば、０．７ｍｍ）を有し、強度が得られるように長手方向に所定の幅（例えば、１ｍｍ）を有する。また、本実施形態では、半円状の上部ブロック７１の内周部に円弧状突起７１ａが、半円状の下部ブロック７２の内周部に円弧状突起７２ａがそれぞれ１つ設けられているが、これに限らず、円弧状突起７１ａは複数の突起から構成されていても良い。例えば、円弧状突起７１ａは上部ブロック７１の内周部上に３０°間隔で配置されていてもよく、この場合、円弧状突起７１ａは３つの円弧状突起から構成される。

先端側支点ブロック５８とシャフト側支点ブロック５９とは、関節ピン７３、７４により、傾動軸線Ｏｙを中心に互いに回動可能に連結される。シャフト側支点ブロック５９は、シャフト１８の胴体部分を構成する中空状のシャフト本体１９の先端に固定される。シャフト側支点ブロック５９とシャフト本体１９とにより、シャフト１８が構成される。

本実施形態において、傾動軸線Ｏｙは、上下方向に設定されているが、シャフト本体１９の軸線に対して交差する他の方向に設定されてもよい。先端側支点ブロック５８は、筒部５８ａと、筒部５８ａの基端の上部及び下部から互いに平行に基端方向に突出する舌片部５８ｂ、５８ｃとを有する。シャフト側支点ブロック５９は、筒部５９ａと、筒部５９ａの先端の上部及び下部から互いに平行に先端方向に突出する舌片部５９ｂ、５９ｃとを有する。先端側支点ブロック５８の舌片部５８ｂ、５８ｃと、シャフト側支点ブロック５９の舌片部５９ｂ、５９ｃとに関節ピン７３、７４が嵌合される。

図５〜図９に示すように、シャフト側支点ブロック５９の筒部５９ａの先端には、支持ブロック７６が装着される。支持ブロック７６は、互いに平行に対向する上下の支持プレート７７、７８と、支持プレート７７、７８の左右両端後部を連結する連結部７９とを有する。上側の支持プレート７７には、上側の関節ピン７３、７４が挿入されるピン孔７７ａと、２つのピン８４の上端がそれぞれ挿入される左右のピン孔７７ｂとが設けられる。下側の支持プレート７８には、従動プーリ９０の縮径上端部９０ａが挿入される孔部７８ａと、２つのピン８４の下端がそれぞれ挿入される左右のピン孔７８ｂが設けられる。

図７〜図９に示すように、先端動作部１４のシャフト１８に対する傾動軸線Ｏｙの近傍であって、プルワイヤ７０（開閉駆動伝達部８０）の、先端動作部１４の傾動方向の両側（本実施形態では左右両側）に、プルワイヤ７０をガイドするガイド部８２が設けられる。このようなガイド部８２が設けられるため、先端動作部１４がシャフト１８に対して屈曲した際に、ガイド部８２によってプルワイヤ７０が支持されることにより、開閉駆動伝達部８０の屈曲部が、先端動作部１４の傾動支点の近傍に保持される。このため、先端動作部１４がシャフト１８に対して屈曲（傾斜）した際（図８参照）に、先端動作部１４内でプルワイヤ７０の先端が前進することを抑制又は防止できる。よって、エンドエフェクタ１２で対象物を把持した状態を好適に維持できる。

本実施形態では、ガイド部８２として２つのガイドローラ８３が、上下の支持プレート７７、７８の間に左右方向に並べて配置される。ガイドローラ８３は、互いに平行に配置された２つのピン８４により左右方向に間隔をおいて回転可能に支持される。２つのガイドローラ８３の間には、上述したプルワイヤ７０が通される。この構成により、先端動作部１４がシャフト１８に対して屈曲した状態で開閉駆動伝達部８０を進退動作させたときでも、プルワイヤ７０（開閉駆動伝達部８０）の進退動作に伴ってガイドローラ８３が回転するため、プルワイヤ７０をスムーズに進退動作させることができる。従って、エンドエフェクタ１２を確実に開閉動作させることができ、操作性に優れる。

図６に示すように、先端動作部１４とシャフト１８との間の関節部１７は、傾動軸線Ｏｙ上に配置された一対の関節ピン７３、７４を有し、開閉駆動伝達部８０の一部であるプルワイヤ７０は、一対の関節ピン７３、７４間に設けられた隙間を、関節ピン７３、７４の軸線方向と交差する方向に進退移動可能である。この構成によれば、関節部１７内におけるプルワイヤ７０の配置スペースを容易に確保することができる。

上側の支持プレート７７と舌片部５８ｂとの間には、傘歯車８６（中間部材）が関節ピン７３によって回転自在に支持される。傘歯車８６は、支持プレート７７及び舌片部５８ｂとは独立に回転可能である。傘歯車８６の歯部８６ａは、回転スリーブ５６の基端に設けられた傘歯車部５６ｃと、歯車部材８８の先端に設けられた傘歯車部８８ａとに噛み合う。傘歯車部８８ａが設けられた歯車部材８８は、中空円筒型の部材であり、その中空部内にプルワイヤ７０が挿通される。

歯車部材８８が回転する際、歯車部材８８の回転力は、傘歯車８６と傘歯車部８６ｃを介して回転スリーブ５６に伝達され、回転スリーブ５６及びこれに固定されたエンドエフェクタ１２が先端側支点ブロック５８に対してロール軸線Ｏｒを中心に回転する。この動作が、先端動作部１４のロール動作である。

下側の支持プレート７８と舌片部５８ｃとの間には、従動プーリ９０が関節ピン７４によって回転自在に支持される。従動プーリ９０は、先端側支点ブロック５８の舌片部５８ｃの内面に固着される。従って、従動プーリ９０と、舌片部５８ｃを含む先端側支点ブロック５８とは、一体的にシャフト側支点ブロック５９に対して揺動可能である。従動プーリ９０には、傾動動作用のワイヤ１５０が巻き掛けられる。このワイヤ１５０は、一部が従動プーリ９０に固定され、シャフト１８内を介してハンドル１６側まで配設される。ワイヤ１５０の配設構造の詳細については後述する。

ワイヤ１５０によって従動プーリ９０が回転駆動されると、当該従動プーリ９０に固定された先端側支点ブロック５８が従動プーリ９０と一体的に回転する。これにより、先端側支点ブロック５８、回転スリーブ５６及びエンドエフェクタ１２を含む先端動作部１４が、シャフト１８に対して傾動軸線Ｏｙを中心として回動する。この動作が、先端動作部１４の傾動動作である。図８に、先端動作部１４がシャフト１８に対して傾斜した（屈曲した）状態を示す。先端動作部１４の傾動動作は、先端動作部１４がシャフト１８に対して真直ぐの状態を中立位置（基準位置）として、プラス側（右側）とマイナス側（左側）にそれぞれ可動範囲を有する。本実施形態では、先端動作部１４は、傾動動作に関して＋７０°〜−７０°の可動範囲を有する。

図１０は、プルワイヤ７０とプルロッド９１との連結構造９２を示す縦断面図である。図１０に示すように、プルワイヤ７０とプルロッド９１とは、歯車部材８８の基端に連結された中空シャフト８９内で相対回転可能であり、且つプルロッド９１の基端方向への引っ張り力がプルワイヤ７０に伝達されるように連結されている。具体的には、プルワイヤ７０の基端にはワイヤカラー９３が固着され、プルロッド９１の先端には中空状の外側カラー９４が固着され、外側カラー９４内にワイヤカラー９３が配置される。ワイヤカラー９３は、外側カラー９４内で軸線回りに回転可能であるが、外側カラー９４の先端に設けられた縮径部９４ａに引っかかることにより、外側カラー９４から抜け出ないようになっている。

このように構成されるため、プルロッド９１が軸線方向に変位した際には、連結構造９２を介してプルロッド９１に連結されたプルワイヤ７０も軸線方向に変位することにより、エンドエフェクタ１２の開閉動作が行われる。また、先端動作部１４がロール動作する際には、プルワイヤ７０がプルロッド９１に対して回転することができるため、先端動作部１４のロール動作に支障がないとともに、プルワイヤ７０に捩じれ等が発生することがなく、プルワイヤ７０の損傷を防止できる。

図３に示すように、プルロッド９１は、中空シャフト８９内に挿通され、且つその基端が中空シャフト８９の基端から突出する。一方、レバー２４は、その先端部において、胴体部２３の先端寄りの箇所で胴体部２３に対して揺動可能に連結される。レバー２４の先端部近傍には、レバーロッド９６の先端が回動可能に連結されており、当該レバーロッド９６は、胴体部２３の下方に、胴体部２３の長手方向と略平行に配置される。胴体部２３の下部には、後述するフック部材１１８を支持するフックホルダ１１６が固定され、当該フックホルダ１１６の先端面と、レバーロッド９６の先端拡径部９６ａとの間に、圧縮スプリング９８が配置される。この圧縮スプリング９８は、レバーロッド９６を先端方向に弾性的に常時付勢する。従って、レバーロッド９６に連結されたレバー２４は、圧縮スプリング９８の弾発力により、常時、胴体部２３に対して開く方向の力を受ける。

図１１は、弾性部材１０５を介してレバー２４からの駆動力を開閉駆動伝達部８０へと伝達する荷重制御機構１００の斜視図である。図１２Ａ〜１２Ｃは、荷重制御機構１００及びその周辺部位の縦断面図である。荷重制御機構１００は、プルワイヤ７０とプルロッド９１とからなる開閉駆動伝達部８０と、操作部としてのレバー２４との間の駆動力伝達経路上に設けられる。

本実施形態では、荷重制御機構１００は、プルロッド９１及びレバーロッド９６の基端に設けられており、プルロッド９１に固定された係止部１０２と、プルロッド９１にガイドされて軸線方向に変位可能な可動部１０４と、レバーロッド９６に固定され且つ可動部１０４に係合した支持連結体１０６と、可動部１０４よりも基端側でプルロッド９１に対して位置決めされた固定部１０８と、可動部１０４と固定部１０８との間に配置された弾性部材１０５と、プルロッド９１に螺合し且つ回転によってプルロッド９１に対する軸線方向の位置が変位する調整ナット１１０（調整用部材）とを有する。

係止部１０２は、プルロッド９１に対して軸線方向に変位不可能に固定され、弾性部材１０５によって先端方向に付勢された可動部１０４が係止部１０２に当接することで、可動部１０４がそれ以上先端側に変位しないように係止するストッパとして機能する。可動部１０４は、中空筒状に形成され、その中空部にプルロッド９１が挿通される。可動部１０４は、弾性部材１０５により先端方向に弾性的に常時付勢される。

支持連結体１０６の下端部は、レバーロッド９６の基端に螺合によって固定される。支持連結体１０６の上部側には左右のアーム１０７が設けられ、当該左右のアーム１０７間に固定部１０８が配置される状態で、支持連結体１０６の上端部がピン１０９を介して固定部１０８に回動可能に連結される。本実施形態において、弾性部材１０５は、可動部１０４と固定部１０８との間でプルロッド９１の外側に配置されたコイル状の圧縮スプリング１０５Ａである。レバーロッド９６とともに可動部１０４が基端方向に変位することに伴って、プルロッド９１が基端方向に変位するように、圧縮スプリング１０５Ａの弾発力は、先端動作部１４内に配置された圧縮スプリング６６（図６参照）の弾発力よりも大きい。

固定部１０８は、中空筒状に形成され、その基端には半径方向外方に膨出するフランジ１０８ａが設けられる。圧縮スプリング１０５Ａの一端は、可動部１０４に設けられた段差部分１０４ａに当接し、圧縮スプリング１０５Ａの他端は、フランジの前面に当接する。これにより、圧縮スプリング１０５Ａは、可動部１０４と固定部１０８との間に保持される。固定部１０８は、調整ナット１１０の端面に当接することで係止され、これによりプルロッド９１に対して位置決めされる。

調整ナット１１０を回転させると調整ナット１１０のプルロッド９１に対する軸方向位置が変位する。従って、調整ナット１１０により固定部１０８のプルロッド９１に対する位置を調整し、且つ位置決めすることができる。

上記のように構成された荷重制御機構１００は、以下のように作用する。ハンドル本体２０において、胴体部２３に対してレバー２４が開いた状態（図３参照）では、レバーロッド９６、支持連結体１０６及び可動部１０４は、図１２Ａに示す位置にある。これを初期位置とする。この初期位置では、エンドエフェクタ１２が全開状態となる位置までプルロッド９１が前進している。使用者がレバー２４を握り、レバー２４を胴体部２３側に引き寄せる（レバー２４を閉じる）と、図１２Ｂに示すように、レバーロッド９６、支持連結体１０６及び可動部１０４が基端方向へ変位する。このとき、圧縮スプリング１０５Ａ、可動部１０４及び調整ナット１１０を介してプルロッド９１が基端方向に引っ張られるため、エンドエフェクタ１２が閉じる方向に動作する。

エンドエフェクタ１２が対象物をちょうど把持した位置から、さらにレバー２４を胴体部２３側に引き寄せると、図１２Ｃに示すように、圧縮スプリング１０５Ａが可動部１０４と固定部１０８との間で圧縮されることで、プルロッド９１、固定部１０８及び調整ナット１１０の位置が保持されたまま、可動部１０４が固定部１０８側すなわち基端側へ変位する。このとき、固定部１０８と可動部１０４との距離は、図１２Ａの状態よりも短くなっている。このような荷重制御機構１００の作用により、エンドエフェクタ１２で対象物を把持した後、エンドエフェクタ１２を閉じる方向にさらにレバー２４を操作しても、圧縮スプリング１０５Ａが圧縮変形することで、開閉駆動伝達部８０へ過大な引っ張り荷重がかかることが防止される（過負荷防止機能）。

また、荷重制御機構１００によれば、エンドエフェクタ１２で対象物を把持した状態で先端動作部１４をシャフト１８に対して屈曲させた際に、開閉駆動伝達部８０とレバー２４との間の駆動力伝達経路上に設けられた弾性部材１０５が伸長することにより、先端動作部１４とシャフト１８との間の関節部１７でのプルワイヤ７０の屈曲方向へのずれを補償する分だけ、プルワイヤ７０が基端方向に変位させられる。このため、先端動作部１４の屈曲に伴ってエンドエフェクタ１２が開くことがない。すなわち、エンドエフェクタ１２が対象物を把持した状態を確実に維持することができる（把持維持機能）。

さらに、本実施形態の場合、コイル状の圧縮スプリング１０５Ａが開閉駆動伝達部８０の一部であるプルロッド９１の外側を囲んで配置されるとともに固定部１０８がプルロッド９１をガイドとして軸線方向に変位することから、固定部１０８の変位がスムーズに行われるため、上述した把持維持機能と過負荷防止機能を確実に発揮することができる。

本実施形態の場合、開閉駆動伝達部８０を構成するプルロッド９１に対する調整ナット１１０の位置を変えることにより、荷重制御機構１００における弾性部材１０５の付勢力の大きさを容易に調整することができる。

図３及び図１３に示すように、本実施形態に係る医療用マニピュレータ１０には、レバー２４を胴体部２３に対して所定位置でロックし、且つレバー２４に対するロックを解除することができるロック機構１１４が設けられる。具体的には、ロック機構１１４は、エンドエフェクタ１２が閉じる位置にレバー２４が来たとき、胴体部２３に対するレバー２４の位置（姿勢）を保持するように構成される。

図１３に示すように、本実施形態において、ロック機構１１４は、ハンドル本体２０の胴体部２３の下部に固定されたフックホルダ１１６と、フックホルダ１１６に回動可能に支持されたフック部材１１８と、フック部材１１８をレバー２４側に付勢する弾性部材１２０と、フック部材１１８が所定位置まで回動したときにフック部材１１８に係合してフック部材１１８を保持する保持部１２２とを有する。フックホルダ１１６には、胴体部２３の長手方向に沿った貫通孔１１６ａが形成され、当該貫通孔１１６ａにレバーロッド９６が前後に変位可能に挿通される。

フック部材１１８は、フックホルダ１１６の基端側で軸部１１９によって回動可能に支持された部材であり、レバー２４が所定位置（以下、「第１の位置」という）に来たときレバー２４に設けられた係合ピン２５に係合可能である。フック部材１１８は、軸部１１９を含む基部１１８ａと、基部１１８ａの基端側から下方に延出するフック１１８ｂと、基部１１８ａの基端側から上方に延出する左右の係合部１１８ｃとを有する。

弾性部材１２０は、本実施形態では、トーションスプリング１２０Ａの形態で構成され、一端がフックホルダ１１６の基端側に設けられた凹部１１６ｂに係合し、他端がフック部材１１８に設けられた横溝部１１８ｅに係合した状態で、フック部材１１８をレバー２４側（下方）に常時弾性的に付勢する。フックホルダ１１６に設けられた凹部１１６ｂの底部と、フック部材１１８の基部１１８ａの下面とが当接することで、フック部材１１８がそれ以上、下向きに回動することが規制されている。

保持部１２２は、胴体部２３に固定されたベースプレート１２２ａと、ベースプレート１２２ａの左右両端から下方に延出する左右のアーム１２２ｂとを有する。各アーム１２２ｂには、内側に凸形状となる係合凸部１２２ｃが設けられる。フック部材１１８が第１の位置よりも胴体部２３に近い第２の位置（フック部材１１８が保持部のアーム部に上下方向に重なる位置）まで回動した際、係合凸部１２２ｃと、フック部材１１８の係合部１１８ｃの外面に設けられた係合凹部１１８ｄとが係合することにより、フック部材１１８が保持部１２２に保持される。フック部材１１８が保持部１２２に保持された状態で、レバー２４はフック部材１１８から離脱可能である。

ロック機構１１４は、さらに、フック部材１１８が保持部１２２に保持された状態でレバー２４が胴体部２３から離間する方向に変位した際、レバー２４の動作に連動して変位し、フック部材１１８に当接することで保持部からフック部材１１８を離脱させる解除部１２４を有する。本実施形態において、解除部１２４は、フック部材１１８よりも後方で、レバーロッド９６に固定され、レバーロッド９６が前後方向に変位した際には、レバーロッド９６と一体的に前後方向に移動する。解除部１２４の先端側には、フック部材１１８が保持部１２２に保持された状態でレバー２４が胴体部２３から離間する方向に変位した際にフック部材１１８に突き当たる突当部１２６が設けられる。

上記のように構成されたロック機構１１４は、以下のように作用する。図１４Ａにおいて、レバー２４は胴体部２３に対して最も下がった（開いた）位置にあり、フック部材１１８は最も下がった位置にあり、解除部１２４は最も後退した位置にある。図１４Ａの状態から、レバー２４を胴体部２３側に引き寄せていくと、レバー２４に設けられた係合ピン２５がフック部材１１８のフック１１８ｂの顎部１１８ｆを押すことで、フック部材１１８がトーションスプリング１２０Ａの弾発力に抗して胴体部２３側（上方）に回動する。そして、図１４Ｂに示すように、係合ピン２５が顎部１１８ｆを乗り越えると、係合ピン２５がフック１１８ｂに係合するに至る。レバー２４は、圧縮スプリング９８によって、胴体部２３に対して開く方向に弾性的に付勢されているが、係合ピン２５がフック１１８ｂに係合した状態では、レバー２４が開く方向に移動することができない。従って、使用者がレバー２４から手を放しても、胴体部２３に対するレバー２４の位置は保持される。すなわち、レバー２４に対するロックがなされる。

このように、エンドエフェクタ１２により対象物を把持した状態でレバー２４の位置をロックすることで、使用者がレバー２４から手を放した状態でもエンドエフェクタ１２による対象物の把持を維持することができる。よって、使用者の操作負荷を軽減することができる。

図１４Ｃに示すように、さらにレバー２４を閉じる方向に引き寄せると、係合ピン２５によってフック部材１１８が押し上げられることで、フック部材１１８の係合部１１８ｃと保持部１２２とが係合する。係合部１１８ｃと保持部１２２との係合力は、トーションスプリング１２０Ａの弾発力よりも大きいため、トーションスプリング１２０Ａによってフック部材１１８が押し下げられることはない。フック部材１１８が保持部１２２に保持された状態で、レバー２４の係合ピン２５はフック部材１１８から離脱可能である。従って、使用者がレバー２４から手を放すと、レバー２４が下がり、レバー２４を再び元の位置（図１４Ａ参照）に戻すことができる。

このように、レバー２４がロックされた状態から、レバー２４を胴体部２３にさらに近づける操作をするだけで、フック部材１１８とレバー２４との係合を解除することができるため、レバー２４に対するロックを迅速且つ簡単に解除することができる。

レバー２４の係合ピン２５とフック部材１１８との係合が解除された後、レバー２４を下げる過程で、レバーロッド９６及び解除部１２４は前進する。そして、図１４Ｄに示すように、解除部１２４の突当部１２６がフック部材１１８に当接し、フック部材１１８を前方に押すと、それによってフック部材１１８が下方に回動させられることで、保持部１２２とフック部材１１８との係合が解除される。その結果、フック部材１１８は、トーションスプリング１２０Ａによる付勢作用下に、図１４Ａに示す初期位置に復帰する。

このように、レバー２４とフック部材１１８との係合が解除された後、レバー２４を胴体部２３から離す方向に動かすだけで、保持部１２２とフック部材１１８との係合が自動的に解除され、フック部材１１８を初期位置に迅速に戻すことができる。よって、フック部材１１８を初期位置に戻す操作を行う必要がなく、操作性に優れる。

次に、主として図３及び図６を参照し、先端動作部１４のロール動作に関連する機構を説明する。本実施形態において、先端動作部１４のロール動作は、モータ３８の駆動力が先端動作部１４に伝達されることにより行われる。先端動作部１４をロール動作させるためのロール動作駆動系は、上述したモータ３８と、モータ３８に固定された駆動歯車４０と、駆動歯車４０に噛み合う従動歯車１２８と、従動歯車１２８が固定されたロール駆動伝達管１３０と、ロール駆動伝達管１３０の先端と噛み合う傘歯車８６と、傘歯車８６と噛み合う回転スリーブ５６とを備える。本実施形態において、歯車部材と中空シャフト８９とにより、ロール駆動伝達管１３０が構成される。また、ロール駆動伝達管１３０（図３及び図７も参照）と、傘歯車８６と、回転スリーブ５６とにより、ハンドル１６側から先端動作部１４側に回転駆動力を伝達する回転駆動伝達部１３２が構成される。

駆動ユニット２２がハンドル本体２０に装着され、且つコントローラ４４が電源に接続された状態で、図３等に示すロール用スイッチ２８を押圧操作すると、モータ３８が回転し、その駆動力が、駆動歯車４０、従動歯車１２８、ロール駆動伝達管１３０、傘歯車８６及び回転スリーブ５６を介して、先端動作部１４に伝達される。これにより、先端動作部１４のロール動作が行われる。

本実施形態に係る医療用マニピュレータ１０によれば、ハンドル１６側から先端動作部１４側への回転力の伝達を、ワイヤとプーリを介して行うのではなく、ロール駆動伝達管１３０等を介して行うため、先端動作部１４を無制限の回転範囲でロール動作させることができる。また、開閉駆動伝達部８０（プルワイヤ７０及びプルロッド９１）は、ロール駆動伝達管１３０の内側に挿通配置されるためロール駆動伝達管１３０の回転の影響を受けることなくエンドエフェクタ１２に開閉駆動力を適切に伝達できる。

さらに、図６に示すように、開閉駆動伝達部８０は、関節部１７に対応する部分（プルワイヤ７０）が可撓性を有するため、簡単な構成で、エンドエフェクタ１２に開閉駆動力を適切に伝達できる。従って、医療用マニピュレータ１０によれば、先端動作部１４の機構を複雑化することなく、先端動作部１４の開閉動作と傾動動作を可能な構造を維持しつつ、回転範囲が無制限のロール動作を実現できる。

次に、先端動作部１４の傾動動作に関連する機構を説明する。図１５は、ハンドル１６の斜視図である。なお、図１５では、構造の理解を容易にするため、上部カバー２９ａ及び傾動用ホイール２６を仮想線で示している。ハンドル本体２０の胴体部２３は、筐体２９内に収容されたハンドル１６フレームを有する。当該ハンドル１６フレームは、第１フレーム１３４、第２フレーム１３６及び第３フレーム１３８を有する。

第１フレーム１３４は、胴体部２３の先端側に設けられ、その上部にはロール用スイッチ２８が取り付けられる。第２フレーム１３６は第１フレーム１３４の後方に隣接して配置される。第３フレーム１３８は、第２フレーム１３６の後方に隣接して配置される。

傾動用ホイール２６には、第１駆動軸１４０が固定されており、傾動用ホイール２６と第１駆動軸１４０とは一体的に回転する。第１駆動軸１４０は、上下方向の軸線を中心に上部カバーに回転可能に支持され、第１歯車１４１を有する。第１歯車１４１は、第２駆動軸１４２に設けられた第２歯車１４３に噛み合う。第２駆動軸１４２は、第２フレーム１３６に、第１駆動軸１４０と平行に配置され、第２歯車１４３とウォームギア１４４とを同軸上に有する。第２歯車１４３とウォームギア１４４とは一体的に回転する。第２フレーム１３６には、ウォームギア１４４と噛み合うウォームホイール１４７を有する回転体１４６が、胴体部２３の左右方向の軸線を中心に回転可能に配置される。

図１６は、ハンドル１６側におけるワイヤの配設構造を示す斜視図（一部断面図）である。図１７は、ハンドル１６側におけるワイヤの配設構造を示す模式図である。

回転体１４６には、ウォームホイール１４７と駆動プーリ１４８とを同軸上に有する。ウォームホイール１４７と駆動プーリ１４８とは一体的に回転する。駆動プーリ１４８には、ワイヤ１５０が巻き掛けられ、当該ワイヤ１５０は、シャフト１８内に挿通され、シャフト１８の先端側で従動プーリ９０（図６等参照）に巻き掛けられる。

ハンドル本体２０において、駆動プーリ１４８の先端側（前方）には、第１中間プーリ１５２と第２中間プーリ１５４とが配置され、当該第１中間プーリ１５２と第２中間プーリ１５４とにワイヤ１５０が巻き掛けられる。第１中間プーリ１５２と第２中間プーリ１５４は、上下方向の軸線を中心として、それぞれピン１５５、１５６によって第１フレーム１３４に回転可能に支持される。第１フレーム１３４には、第１中間プーリ１５２と第２中間プーリ１５４とを配置するための、基端方向に開放した形状の配置溝１３４ａ、１３４ｂが、上下に並んで設けられる。

本実施形態において、ハンドル１６には、駆動プーリ１４８と従動プーリ９０との間のワイヤ１５０の一方側部分に張力を付与する第１テンション機構１５８と、駆動プーリ１４８と従動プーリ９０との間のワイヤ１５０の他方側部分に張力を付与する第２テンション機構１６４とが設けられる。第１テンション機構１５８は、ワイヤ１５０に巻き掛けられた第１テンション用プーリ１５９と、第１テンション用プーリ１５９を支持し且つ変位可能に設けられた第１保持部１６０と、第１保持部１６０の位置を調整し位置決めする第１調節部１６１とを備える。同様に、第２テンション機構１６４は、ワイヤ１５０に巻き掛けられた第２テンション用プーリ１６５と、第２テンション用プーリ１６５を支持し且つ変位可能に設けられた第２保持部１６６と、第２保持部１６６の位置を調整し位置決めする第２調節部１６７とを備える。

ハンドル本体２０において、第１テンション用プーリ１５９と第２テンション用プーリ１６５とは、駆動プーリ１４８の基端側（後方）に配置される。第１テンション用プーリ１５９と第２テンション用プーリ１６５は、左右方向の軸線を中心として回転可能に支持される。具体的には、第１テンション用プーリ１５９が、支持軸１７０によって第１保持部１６０の先端部に回転可能に支持されるとともに、支持軸１７０が、第２フレーム１３６の側壁に設けられた前後方向に延在する長孔１７１に前後方向に摺動可能にガイドされる。同様に、第２テンション用プーリ１６５が、支持軸１７２によって第２保持部１６６の先端部に回転可能に支持されるとともに、支持軸１７２が、第２フレーム１３６の側壁１３６ａに設けられた前後方向に延在する長孔１７３に前後方向に摺動可能にガイドされる。

図１７に示すように、第１保持部１６０には、ネジ孔１６０ａが設けられ、当該ネジ孔１６０ａに、第１調節部１６１のネジ棒１６１ａが螺合する。第１調節部１６１の頭部１６１ｂは、ネジ棒１６１ａよりも大径である。第１調節部１６１のネジ棒１６１ａは、第２フレーム１３６の後部壁１３６ｂに設けられた貫通孔に後方から挿通され、当該後部壁１３６ｂに頭部１６１ｂが当接する。第１調節部１６１を回転させると、螺合作用によって第１保持部１６０が前後方向に移動する。従って、第１保持部１６０に支持された第１テンション用プーリ１５９の位置を調整することで、駆動プーリ１４８と従動プーリ９０との間のワイヤ１５０の一方側部分に付与する張力を調整することができる。

第２保持部１６６には、ネジ孔１６６ａが設けられ、当該ネジ孔１６６ａに、第２調節部１６７のネジ棒１６７ａが螺合する。第２調節部１６７の頭部１６７ｂは、ネジ棒１６７ａよりも大径である。第２調節部１６７のネジ棒１６７ａは、第２フレーム１３６の後部壁１３６ｂに設けられた貫通孔に後方から挿通され、当該後部壁１３６ｂに頭部１６７ｂが当接する。第２調節部１６７を回転させると、螺合作用によって第２保持部１６６が前後方向に移動する。従って、第２保持部１６６に支持された第２テンション用プーリ１６５の位置を調整することで、駆動プーリ１４８と従動プーリ９０との間のワイヤ１５０の他方側部分に付与する張力を調整することができる。

図１８は、図１６におけるＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線に沿った横断面図である。図１８に示すように、シャフト１８とロール駆動伝達管１３０との間には、シャフト１８の軸線に沿って延在する環状空間２１が設けられ、ワイヤ１５０は、当該環状空間２１に挿通される。上述したように、ワイヤ１５０は、シャフト１８の先端に配置された従動プーリ９０（図６参照）に巻き掛けられる。

図５に示すように、シャフト本体１９の先端内周面における周方向の異なる位置に、ワイヤ１５０をガイドする２つのガイド溝１９ａが設けられる。また、シャフト本体１９の先端に固定されるシャフト側支点ブロック５９には、周方向の異なる位置に、ワイヤ１５０が摺動可能に挿通される２つのガイド孔５９ｄが設けられる。各ガイド孔５９ｄは、シャフト側支点ブロック５９の筒部５９ａを軸線方向に貫通する。図９に示すように、ワイヤ１５０は、２つのガイド孔５９ｄから引き出された部分で、従動プーリ９０に巻き掛けられる。

次に、上記のように構成された傾動動作に関連する機構の作用について説明する。図１５に示す傾動用ホイール２６を手動により回転操作すると、その操作力が、第１駆動軸１４０、第２駆動軸１４２、回転体１４６に伝達される。回転体１４６に伝達された回転力は、回転体１４６に設けられた駆動プーリ１４８に巻き掛けられたワイヤ１５０を駆動する。この場合、駆動プーリ１４８との従動プーリ９０との間のワイヤ１５０の一方側部分が、第１中間プーリ１５２と第１テンション用プーリ１５９とに巻き掛けられ、駆動プーリ１４８との従動プーリ９０との間のワイヤ１５０の他方側部分が、第２中間プーリ１５４と第２テンション用プーリ１６５とに巻き掛けられ、張力を付与された状態で、駆動プーリ１４８の回転に応じて駆動される。ワイヤ１５０の駆動は、シャフト１８の先端で、従動プーリ９０の回転となって出力され、これにより、先端動作部１４のシャフト１８に対する傾動動作が行われる。

本実施形態に係る医療用マニピュレータ１０は、第１テンション機構１５８及び第２テンション機構１６４を備えることにより、駆動プーリ１４８と従動プーリ９０間のワイヤ１５０の一方側と他方側について、個別にワイヤ１５０に対して張力を付与し、ワイヤ１５０全体に適切な張力を付与することができる。これにより、使用者の操作に対して、先端動作部１４が正確に応答し、優れた操作性が得られる。

また、第１テンション機構１５８と第２テンション機構１６４の各々が、テンション用プーリ１５９、１６５と、保持部１６０、１６６と、調節部１６１、１６７とを備えるため、駆動プーリ１４８と従動プーリ９０間のワイヤ１５０の一方側と他方側について、個別にワイヤ１５０の張力を調整できる。よって、駆動プーリ１４８から従動プーリ９０へのワイヤ１５０を介した動力伝達をより適切に行うことができる。

さらに、本実施形態に係る医療用マニピュレータ１０では、２つのテンション用プーリ１５９、１６５と２つの中間プーリ１５２、１５４が駆動プーリ１４８を基準としてその前後に配置されるため、ハンドル１６内でワイヤ１５０が効率的に配設され、その結果、ハンドル１６を小さく構成することができる。

医療用マニピュレータ１０では、ハンドル１６には、先端動作部１４の傾動動作とロール動作のうち一方の動作に対する手動操作を行うための手動用操作部と、傾動動作とロール動作のうち他方の動作を指示するための電動用操作部と、電動用操作部に対する操作に基づき動作する駆動源とが設けられ、手動用操作部に対する使用者の操作力は、第１動力伝達経路を介して、機械的に先端動作部１４に伝達され、駆動源の駆動力は、第２動力伝達経路を介して、先端動作部１４に伝達され、第１動力伝達経路の途中には、手動用操作部側から先端動作部１４側への動力を伝達するが、その逆方向へは動力を伝達しないように構成された一方向動力伝達機構１７６が設けられる。

本実施形態では、傾動用ホイール２６が、上記の手動用操作部に相当し、ロール用スイッチ２８が、上記の電動用操作部に相当し、モータ３８が、上記の駆動源に相当し、傾動用ホイール２６と先端動作部１４との間の動力伝達経路（第２駆動軸１４２、回転体１４６、ワイヤ１５０等）が、上記の第１動力伝達経路に相当し、モータ３８と先端動作部１４との間の動力伝達経路（ロール駆動伝達管１３０等）が、上記の第２動力伝達経路に相当する。

なお、本実施形態と異なり、傾動動作が電動駆動により行われ、ロール動作が手動駆動により行われる構成が採用される場合、ロール用の手動用操作部と先端動作部１４との間の動力伝達経路が、上記の第１動力伝達経路に相当し、傾動用の電動操作部に基づいて動作する駆動源と先端動作部１４との間の動力伝達経路が、上記の第２動力伝達経路に相当する。

図１７に示すように、本実施形態では、一方向動力伝達機構１７６は、上述したウォームギア１４４とウォームホイール１４７とにより構成される。第１動力伝達経路において、ウォームホイール１４７は、ウォームギア１４４よりも先端動作部１４側に配置される。

一方向動力伝達機構１７６を備えた医療用マニピュレータ１０では、ロール用スイッチ２８に基づいて先端動作部１４を動作させる際に、先端動作部１４は機構上の干渉によって傾動動作方向の力を受けるが、一方向動力伝達機構１７６により先端動作部１４側から傾動用ホイール２６側への動力の伝達が遮断される。このため、ロール用スイッチ２８に基づいて先端動作部１４を動作させる際に、使用者が手で傾動用ホイール２６を固定しなくても、先端動作部１４が干渉動作することがなく、操作性に優れる。

医療用マニピュレータ１０では、ロール動作だけを電動駆動とし、傾動動作については手動駆動とする構成を採用することにより、小型・軽量化を実現している。仮に、ロール動作と傾動動作の両方を電動駆動とした場合には、大きなギヤ比（ギヤードモータ）又はモータ制御により上述した干渉動作を防止できるが、ロール動作と傾動動作のうち一方を手動駆動とし他方を電動駆動とした構成の場合には、大きなギヤ比（ギヤードモータ）又はモータ制御を利用した干渉動作防止手段は採り得ない。

これに対し、医療用マニピュレータ１０は、モータ３８の搭載個数を１つとしたことによる小型・軽量化に加え、上述した一方向動力伝達機構１７６を備えることにより、上述した干渉動作の防止も実現できる。

上記において、本発明について好適な実施の形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。

１０…医療用マニピュレータ １２…エンドエフェクタ
１４…先端動作部 １６…ハンドル
１８…シャフト １９…シャフト本体
２０…ハンドル本体 ２２…駆動ユニット
２３…胴体部 ２４…レバー
２６…傾動用ホイール ２８…ロール用スイッチ
３８…モータ ４０…駆動歯車
５６…回転スリーブ ７０…プルワイヤ
７３、７４…関節ピン ８０…開閉駆動伝達部
８２…ガイド部 ８３…ガイドローラ
８６…傘歯車 ８８…歯車部材
９０…従動プーリ ９１…プルロッド
９６…レバーロッド ９８…圧縮スプリング
１００…荷重制御機構 １０４…可動部
１０５、１２０…弾性部材 １０８…固定部
１１０…調整ナット １１４…ロック機構
１１８…フック部材 １２２…保持部
１２４…解除部 １２８…従動歯車
１３０…ロール駆動伝達管 １４４…ウォームギア
１４７…ウォームホイール １４８…駆動プーリ
１５０…ワイヤ １５２…第１中間プーリ
１５４…第２中間プーリ １５８…第１テンション機構
１５９…第１テンション用プーリ １６０…第１保持部
１６１…第１調節部 １６４…第２テンション機構
１６５…第２テンション用プーリ １６６…第２保持部
１６７…第２調節部 １７６…一方向動力伝達機構

Claims (4)

1. ハンドルと、
   前記ハンドルから延出したシャフトと、
   開閉動作が可能なエンドエフェクタを有し、前記シャフトに対して関節部を介して傾動動作が可能に連結され、且つロール動作が可能な先端動作部と、を備え、
   前記ハンドルには、前記先端動作部の前記傾動動作と前記ロール動作のうち一方の動作に対する手動操作を行うための手動用操作部と、前記傾動動作と前記ロール動作のうち他方の動作を指示するための電動用操作部と、前記電動用操作部に対する操作に基づき動作する駆動源とが設けられ、
   前記手動用操作部は、前記ハンドルに回転可能に支持されており、
   前記手動用操作部に対する使用者の操作力は、第１動力伝達経路を介して、機械的に前記先端動作部に伝達され、
   前記駆動源の駆動力は、第２動力伝達経路を介して、前記先端動作部に伝達され、
   前記第１動力伝達経路の途中には、前記手動用操作部側から前記先端動作部側への動力を伝達するが、その逆方向へは動力を伝達しないように構成された一方向動力伝達機構が設けられており、
   前記一方向動力伝達機構は、前記手動用操作部に連動するウォームギアと、前記ウォームギアと噛み合うウォームホイールとを有し、
   前記ウォームギア及び前記ウォームホイールは、前記ハンドル内に配置されており、
   前記ウォームホイールは、前記第１動力伝達経路において、前記ウォームギアよりも前記先端動作部側に配置されるとともに、前記ハンドルの前後方向に垂直な軸線を中心に回転可能に設けられている、
   ことを特徴とする医療用マニピュレータ。
2. 請求項１記載の医療用マニピュレータにおいて、
   前記ウォームホイールと一体的に回転する駆動プーリをさらに備え、
   前記駆動プーリに、前記第１動力伝達経路の一部を構成するワイヤが巻き掛けられている、
   ことを特徴とする医療用マニピュレータ。
3. 請求項２記載の医療用マニピュレータにおいて、
   前記先端動作部は、前記手動用操作部に対する操作によって、前記傾動動作を行い、
   前記第１動力伝達経路には、前記ワイヤが巻き掛けられ、前記先端動作部の前記シャフトに対する傾動軸線上に配置されるとともに前記傾動軸線を中心に回転可能な従動プーリが設けられ、
   前記第２動力伝達経路には、前記傾動軸線を中心に回転可能な回転体が設けられている、
   ことを特徴とする医療用マニピュレータ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
   前記ハンドルは、少なくとも前記電動用操作部と前記手動用操作部とを含むハンドル本体と、前記ハンドル本体に対して着脱可能であり且つ前記駆動源を含む駆動ユニットとを備え、
   前記駆動源の出力軸には駆動歯車が固定され、
   前記ハンドル本体には、前記駆動ユニットが前記ハンドル本体に装着された状態で前記駆動歯車に噛み合う従動歯車が設けられ、
   前記ハンドル本体に前記駆動ユニットが装着された状態で前記駆動源が駆動した際、前記駆動源の駆動力が、前記駆動歯車及び前記従動歯車を介して前記先端動作部に伝達され、
   前記ハンドル本体に前記駆動ユニットを装着する際の、前記ハンドル本体を基準とした前記駆動ユニットの移動方向に関して、前記駆動歯車の前側外周縁部は、前側に向かって縮径するテーパ形状に形成され、前記従動歯車の後側外周縁部は、後側に向かって縮径するテーパ形状に形成される、
   ことを特徴とする医療用マニピュレータ。

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