JP2008114339A - マニピュレータ - Google Patents

Abstract

【課題】関節部において、動力伝達部材であるワイヤや歯車等が作業対象に接触することを回避可能なマニピュレータを提供する。
【解決手段】マニピュレータの作業部１２ａは、操作指令部と、操作指令部に設けられた横ローラ及び縦ローラと、横ローラ及び縦ローラの操作に基づいて回転する２つの駆動プーリと、連結部と、連結部の先端側に設けられた第１回転軸Ｏｙと、該第１回転軸Ｏｙと直交する第２回転軸Ｏｐと、第１回転軸Ｏｙを構成するシャフト１１０に軸支された２つの筒体と、後方部が２つの駆動プーリに巻き掛けられ、前方部が２つの筒体に巻き掛けられたワイヤ５２及び５４とを有する。そして、駆動機構部１０２は一方の筒体の回転に連動して第１回転軸Ｏｙを中心として動作し、エンドエフェクタ１０４は他方の筒体の回転に連動して第２回転軸Ｏｐを中心として動作する。
【選択図】図２

Description

本発明は、操作部を操作することで動力伝達部材を介して作業部を作動させるマニピュレータに関する。

従来、先端作業部と手元操作部とを連結部により連結した医療用マニピュレータが用いられており、このような医療用マニピュレータでは、内視鏡観察下に、操作部を把持操作して作業部を体腔内に挿入し、該作業部を作動させて生体組織に各種処置を行う。

特許文献１及び２には、生体組織を把持する一対のグリッパが作業部に配設されたマニピュレータが記載されている。前記一対のグリッパは、グリッパ軸を中心として開閉作動されると共に、ピッチ軸、ロール軸等を中心として一体的に回転作動される。この場合、操作部のモータ出力軸と作業部のプーリとには連結部を介してワイヤが巻回されており、作業部の作動に必要なトルクはモータからワイヤを介して前記プーリへ、さらに、該プーリから歯車等へと順次伝達される。

特開２００３−６１９６９号公報 特開２００２−１０２２４８号公報

ところで、腹腔鏡下手術等に用いる鉗子をモノポーラ電気メスとして利用する場合には、操作部近傍に設けられた端子から、導電性の構造部材や動力伝達部材を利用して先端部のグリッパやブレードやフック等に通電させて所望の処置を行う。この場合、先端のグリッパ等以外の部分が体内の組織に触れても通電しないように、鉗子シャフト部は絶縁部材等で被覆、コーティングされている。

一方、マニピュレータ（多自由度鉗子）をモノポーラ電気メスとして利用する場合においても、上記の鉗子と同様に、操作部近傍に設けられた端子から、導電性の構造部材や動力伝達部材を利用して先端部のグリッパ等に通電させ、所望の処置を行うことが可能である。この場合にも、鉗子シャフト部は、絶縁部材等で被覆、コーティングすることにより、鉗子シャフト部から体内組織への通電を避けることができる。

しかしながら、このようなマニピュレータにおいて、ピッチ軸やヨー軸等の曲げ動作を伴う関節部では、動力伝達部材であるワイヤや歯車等が露出している。このため、これら露出部分が生体組織に接触、通電してしまう可能性があるが、関節部に配置されたワイヤや歯車等は動力伝達部材であるため、絶縁部材を用いたり、絶縁被覆や絶縁コーティング等を施したりすることが困難である。

関節部を絶縁性のあるジャバラやフレキシブルカバー、ハードカバー等で完全に覆う方法も考えられるが、屈曲の動作範囲が比較的大きな関節部にジャバラやフレキシブルカバー等を装着するのは困難であり、また、該ジャバラ等のスペースが必要となってしまう。ハードカバーで覆う場合にも、機構的な工夫が必要となり、さらにその装着には大きなスペースを要し、外径が非常に大きいものとなってしまう。そして、このように関節部を覆う方法では、十分な密閉状態を保持することができなければ体液や血液が関節部に浸入し、前記ジャバラ等が逆に邪魔になり、洗浄性の面で問題が生じることになる。すなわち、マニピュレータの洗浄性や可動範囲等を考慮した場合には、関節部は適度に開口していることが望ましい。

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、関節部において、動力伝達部材であるワイヤや歯車等が作業対象に接触することを防止できるマニピュレータを提供することを目的とする。

本発明に係るマニピュレータは、操作部と、前記操作部に設けられた第１入力部及び第２入力部と、前記第１入力部及び第２入力部の操作に基づいて回転する第１回転源及び第２回転源と、尾端側が前記操作部、又は、前記第１回転源及び第２回転源を回転駆動する駆動部に連結された連結部と、前記連結部の先端側に設けられた第１関節軸と、前記第１関節軸と交差する第２関節軸と、前記第１関節軸に軸支された第１筒体及び第２筒体と、後方部が前記第１回転源に巻き掛けられ、前方部が前記第１筒体に巻き掛けられた第１可撓性動力伝達部材と、後方部が前記第２回転源に巻き掛けられ、前方部が前記第２筒体に巻き掛けられた第２可撓性動力伝達部材と、前記第１筒体の回転に連動し、前記第１関節軸を中心として動作する駆動機構部と、前記駆動機構部の前方に設けられ、前記第２筒体の回転に連動し、前記第２関節軸を中心として動作する作用部と、前記第１関節軸に軸支された第１絶縁部材とを有することを特徴とする。

本発明に係るマニピュレータによれば、関節部において動力伝達部材であるワイヤや歯車等が作業対象に接触することを防止することができる。

以下、本発明に係るマニピュレータ（多自由度鉗子）について第１及び第２の実施形態とその変形例を挙げ、添付の図１〜図２９を参照しながら説明する。第１の実施形態に係るマニピュレータ１０ａ及びその変形例に係るマニピュレータ１０ｂ（図１参照）、第２の実施形態に係るマニピュレータ１０ｃ及びその変形例に係るマニピュレータ１０ｄ（図１７参照）は、医療用であって腹腔鏡下手術等に用いられるものである。また、各実施形態に係る作業部１２ａ〜１２ｄは、マニピュレータ１０ａ〜１０ｄの先端部に設けられた２又は３自由度の機構である。

マニピュレータ１０ａは、先端の作業部１２ａから生体に対して通電し、所定の箇所を熱処理するモノポーラ電気メス機能を有する。マニピュレータ１０ａは、人手によって把持及び操作される基端部の操作指令部（操作部）１４ａと、先端部で作業を行う作業部１２ａと、これら作業部１２ａと操作指令部１４ａを接続する長尺な連結部１６ａとを有する。作業部１２ａ及び連結部１６ａは細径に構成されており、患者の腹部等に設けられた小孔（トラカール）２０から体腔２２内に挿入可能であって、操作指令部１４ａの操作により体腔２２内において所望の処置（熱処理）を施すことができる。

なお、以下の説明では、図１、図１２、図１７及び図２４における幅方向をＸ方向、高さ方向をＹ方向、連結部１６ａ及び連結部１６ｂ（図１７参照）の延在方向をＺ方向と規定する。また、右方をＸ１方向、左方をＸ２方向、上方向をＹ１方向、下方向をＹ２方向、前方をＺ１方向、後方をＺ２方向と規定する。さらに、特に断りのない限り、これらの方向の記載はマニピュレータ１０ａ〜１０ｄが中立姿勢（図２、図１２、図１８及び図２４に示す状態の姿勢）である場合を基準として表すものとする。これらの方向は説明の便宜上のものであり、マニピュレータ１０ａ〜１０ｄは任意の向きで（例えば、上下を反転させて）使用可能であることはもちろんである。

操作指令部１４ａは、人手によって把持されるグリップハンドル２６と、該グリップハンドル２６の上部から延在するアーム２８と、該アーム２８の先端に接続されたアクチュエータブロック（駆動部）３０とを有する。グリップハンドル２６には、指で操作可能なトリガーレバー３２と、縦ローラ３４と、横ローラ３５と、スイッチ３７とが設けられている。トリガーレバー３２は、人差し指による引き寄せ動作が容易な位置に設けられている。縦ローラ３４及び横ローラ３５は、親指による回転動作が容易な位置に設けられている。

アクチュエータブロック３０には作業部１２ａが有する２自由度の機構に対応して、モータ４０及びモータ４２が連結部１６ａの延在方向に沿って並列して設けられている。これらのモータ４０及び４２は小型細径であって、アクチュエータブロック３０はコンパクトな扁平形状に構成されている。アクチュエータブロック３０は、連結部１６ａのＺ２方向端部の下方に設けられている。また、モータ４０及び４２は、操作指令部１４ａ（マスタ）の指令（操作）に基づき、コントローラ４５のマスタ・スレーブ制御により回転駆動される。

連結部１６ａは、アクチュエータブロック３０に対して接続される基端側接続部４６と、該基端側接続部４６からＺ１方向に向かって延在する中空の連結シャフト４８とを有する。基端側接続部４６には、モータ４０及び４２の駆動軸に接続される駆動プーリ（第１回転源）５０ａ及び駆動プーリ（第２回転源）５０ｂが回転自在に設けられている。駆動プーリ５０ａ及び駆動プーリ５０ｂには、ワイヤ（第１可撓性動力伝達部材）５２及びワイヤ（第２可撓性動力伝達部材）５４が巻き掛けられており、連結シャフト４８の中空部分４８ａ（図２参照）を通って作業部１２ａまで延在している。ワイヤ５２及びワイヤ５４はそれぞれ同種、同径のものを用いることができる。

連結部１６ａは、基端側接続部４６における所定の操作によって操作指令部１４ａから離脱可能であって、洗浄、滅菌及びメンテナンス等を行うことができる。また、マニピュレータ１０ａにおいて、連結部１６ａから先の部分は交換可能であって、手技に応じて連結部１６ａ（連結シャフト４８）の長さの異なるもの、又は作業部１２ａの機構が異なるものを装着することができる。なお、前記アクチュエータブロック３０が操作指令部１４ａと一体に構成されている場合等においては、連結部１６ａの基端側接続部４６を操作部である操作指令部１４ａ（アーム２８）に接続するように構成してもよい。

図２に示すように、連結部１６ａの先端部には先端側接続部４７が連結されている。先端側接続部４７は、連結部１６ａと作業部１２ａとを連結すると共に、作業部１２ａの後述する駆動機構部１０２の各部品を保護及び支持するためのものである。先端側接続部４７は、Ｚ２方向の短筒４９と、該短筒４９の上下両端から先端（Ｚ１）方向に突出し、連結シャフト４８の中心軸に対面して配設され平行に延在している一対の舌片部５８、５８とを有する。連結シャフト４８の中空部分４８ａは、一対の舌片部５８、５８の間の空間部に連通している。この一対の舌片部５８、５８には、対向する位置に一組の軸孔６０、６０が設けられている。舌片部５８、５８の先端はそれぞれ円弧形状に形成されている。また、一対の舌片部５８、５８の対向する内側面は平行な平面に形成されており、その間隔はＨとなっている。

２つの軸孔６０、６０は前記中心軸を挟んで対称に近い位置に設けられている。軸孔６０は舌片部５８の先端円弧の略中心に設けられている。

作業部１２ａは、Ｙ方向の第１回転軸Ｏｙを中心にして、それよりも先の部分がヨー方向に回動する第１自由度と、Ｘ方向の第２回転軸Ｏｐを中心にしてピッチ方向に回動する第２自由度とを有する合計２自由度の機構となっている。該作業部１２ａは、ワイヤ受動部１００と、駆動機構部１０２と、エンドエフェクタ（作用部）１０４とを有する。なお、便宜上、駆動機構部１０２とエンドエフェクタ１０４とを分けて説明するが、「エンドエフェクタ」とは、一般的に処置を行う先端部分と解されていることからエンドエフェクタ１０４と駆動機構部１０２とを含むように定義してもよい。

図２〜図５を参照しながら、ワイヤ受動部１００、駆動機構部１０２及びエンドエフェクタ１０４について詳細に説明する。

ワイヤ受動部１００は、一対の舌片部５８、５８の間に設けられており、ワイヤ５２及びワイヤ５４のそれぞれの動作を回転動作に変換して駆動機構部１０２に伝達する部分である。ワイヤ受動部１００は、軸孔６０、６０に挿入・固定されるシャフト（第１関節軸）１１０と、該シャフト１１０に対して回転自在に軸支される主軸部材１２８と、歯車体１３０とを有する。シャフト１１０は、軸孔６０、６０に対して、例えば圧入により固定され、第１回転軸Ｏｙの軸上に配置される。

歯車体１３０は、筒体（第２筒体）１３６と、該筒体１３６の下部に同心状に設けられた第１歯車１３８とを有する。第１歯車１３８は筒体１３６よりも大径の平歯車である。以下、特に断らない限り歯車は平歯車である。第１歯車１３８の厚さＤ１は高さＨと比較して十分に薄い。第１歯車１３８の下面には、シャフト１１０が挿入される孔の周辺に低い環状リブ１３０ａが設けられており、第１歯車１３８の下面が下側の舌片部５８に接触することが防止され摺動抵抗の低減を図っている（図４参照）。

図６に示すように、筒体１３６にはワイヤ固定機構１２０が設けられている。ワイヤ固定機構１２０は、Ｚ２方向の側の略中央部分で横方向（中立時のＸ方向）に延在する溝１２２と、該溝１２２の中央に設けられたテーパ状の固定ピン１２４とを有する。溝１２２の中央部には、固定ピン１２４が挿入・固定される凹部１２２ａが設けられている。溝１２２の向きはワイヤ５４が螺旋状に巻回するのに合わせてやや傾斜していてもよい。

溝１２２の幅及び最大深さは、ワイヤ５４の径と略等しく設定されている。固定ピン１２４には横方向に連通して、ワイヤ５４が貫通可能な孔１２４ａが設けられている。孔１２４ａにワイヤ５４を通しておき、固定ピン１２４を凹部１２２ａに挿入することにより、ワイヤ５４は一部が溝１２２に嵌り、向きが水平に規定されるとともに筒体１３６に対して固定される。

図２〜図５に戻り、主軸部材１２８は、シャフト１１０が挿通する筒体（第１筒体）１４０と、該筒体１４０のＺ１方向に設けられた環状座面１４２と、該環状座面１４２の中心からＺ１方向に延在するピッチベース１４４とを有する。ピッチベース１４４はピッチ動作の基準となる部材であって、ピッチ動作のための平行な左右一対の摺動面１４４ａと、先端に設けられた回転中心となる孔１４４ｂとを有する。環状座面１４２は筒体１４０外周面の中央部よりやや下方からＺ１方向に延在するブリッジ１４２ａを介して、筒体１４０よりもやや離れた位置に設けられている。筒体１４０の上面には、シャフト１１０が挿入される孔の周辺に低い環状リブ１４０ａが設けられており、筒体１４０の上面が上側の舌片部５８に接触することが防止され摺動抵抗の低減を図っている（図４参照）。筒体１４０のＺ２方向の側の面には、筒体１３６と同様のワイヤ固定機構１２０が設けられており、ワイヤ５２を固定している。

このような主軸部材１２８は、ワイヤ５２の動作に伴って第１回転軸Ｏｙを中心としたヨー方向に回転し、ピッチベース１４４をＸＺ平面上で揺動させることができる。

さらに、ワイヤ受動部１００は、筒体１４０と筒体１３６との間のシャフト１１０に回転自在に軸支される絶縁プレート（第１絶縁部材）１３４を有する。

絶縁プレート１３４は樹脂製材料、例えば、ＰＥＥＫ（ポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂）からなる円板状部材の一部をカット面１３４ａによりカットした形状（部分円板状）であって、円弧の略中心にはシャフト１１０が挿通する孔１３４ｂが設けられ、上面には主軸部材１２８の筒体１４０及びブリッジ１４２ａが係合する座繰り１３４ｃが設けられている。座繰り１３４ｃの深さは、前記ブリッジ１４２ａの厚さと略同等である。

筒体１４０、絶縁プレート１３４及び歯車体１３０は、シャフト１１０を軸として積層配置されており、その積層高さはＨと略等しく、一対の舌片部５８、５８の間にほぼ隙間なく設けられている（図４参照）。

次に、駆動機構部１０２は、カバー１５０と、該カバー１５０内に収納される歯車リング１５２及び歯車体１５４と、これらを軸支する固定ピン（第２関節軸）１５６とを有する。

歯車リング１５２は薄い筒体であって、Ｚ２方向の面に設けられたフェイスギア１５８と、Ｚ１方向の面に設けられたフェイスギア１６０とを有する。歯車リング１５２は主軸部材１２８の環状座面１４２に外挿され、該環状座面１４２の外周面に対して摺動回転自在である（図４参照）。フェイスギア１５８は第１歯車１３８に噛合し、歯車リング１５２は歯車体１３０の回転に伴って連結部１６ａの中心軸を中心として回転可能である。

カバー１５０は、駆動機構部１０２における各部品を保護及び支持するためのものであって、Ｚ２方向の短筒１６２と、該短筒１６２のＸ２方向端部からＺ１方向に向かって突出している耳片部１６４ａと、短筒１６２のＸ１方向端部よりもやや内側（Ｘ２方向）からＺ１方向に向かって突出し、前記耳片部１６４ａと対向する耳片部１６４ｂとを有する。耳片部１６４ａよりも耳片部１６４ｂの方が肉厚に構成される。また、各耳片部１６４ａ、１６４ｂには、固定ピン１５６が挿入される孔１６６が設けられている。固定ピン１５６は孔１６６に、例えば、圧入されて固定される。耳片部１６４ａ、１６４ｂの対向する面は平行に形成されており、歯車体１５４、係合片１６８及びピッチベース１４４を摺動自在に保持できる幅に設定されている。短筒１６２の内周面は歯車リング１５２の外周面よりやや大径に設定され、隙間が設けられている（図４参照）。なお、前記係合片１６８は、エンドエフェクタ１０４を構成する部品の一つである。

歯車体１５４は、耳片部１６４ａ、１６４ｂの間のＸ２方向に配置される部品であって、第２歯車１７０と、該第２歯車１７０と同心でＸ１側に設けられたＤカット形状の突起１７２とを有する。第２歯車１７０は、フェイスギア１６０と噛合する。歯車体１５４には、中心部に固定ピン１５６が挿入される孔１５６ａが設けられている。

次に、エンドエフェクタ１０４は、エンドエフェクタ部材１７４を有する。エンドエフェクタ部材１７４は、ブレード（電極部材）１７６と、係合片１６８とを有する。

ブレード１７６は、長尺の薄板状部材であり、その基端部における幅方向（Ｘ方向）のＸ２側には、係合片１６８がＺ２方向に向けて突設されている。

係合片１６８は、第２回転軸Ｏｐを中心軸とする短筒１７８と、該短筒１７８とブレード１７６とを連結するブリッジ１７９とを有する。短筒１７８には突起１７２が係合するＤカット形状の孔１７８ａが設けられている。

歯車体１５４、係合片１６８及びピッチベース１４４は、耳片部１６４ａと耳片部１６４ｂの間にほとんど隙間なく配置され、固定ピン１５６が孔１５６ａ及び孔１４４ｂに挿入され、軸支される（図５参照）。これにより、エンドエフェクタ部材１７４は、歯車リング１５２の回転作用下に、第２回転軸Ｏｐを中心として揺動自在となる。この際、歯車体１５４は歯車リング１５２の回転作用下に従動的に回転する。

すなわち、作業部１２ａでは、歯車体１３０の回転が第１歯車１３８から歯車リング１５２を介して歯車体１５４へと伝達され、これによりブレード１７６が第２回転軸Ｏｐを中心として俯仰可能となる。

なお、主軸部材１２８の筒体１４０にはワイヤ５２が、歯車体１３０の筒体１３６にはワイヤ５４が、それぞれ例えば１．５回以上巻き掛けられている（図４参照）。

次に、このように構成されるマニピュレータ１０ａの作用について説明する。なお、駆動機構は、機構的な干渉が存在するため、各駆動プーリ（各駆動モータ）の動作と各回転軸（姿勢軸）の動作は一対一に対応していないが、以下の説明では、簡単のため、代表的な駆動プーリ（各駆動モータ）の動作と各回転軸（姿勢軸）の動作を一対一に対応させて説明する。

この場合、先ず、操作指令部１４ａのスイッチ３７をＯＮとして、マニピュレータ１０ａを駆動可能な状態とする。次いで、図７に示すように、ヨー方向の動作に関しては横ローラ（第１入力部）３５（図１参照）を指で操作することにより行われる。すなわち、横ローラ３５を指で左右に所定角度回転させるように操作することによりモータ４０の回転作用下に駆動プーリ５０ａが回転してワイヤ５２が駆動され、主軸部材１２８が第１回転軸Ｏｙを中心として回転する。これにより、主軸部材１２８のピッチベース１４４に接続された駆動機構部１０２及びエンドエフェクタ１０４がヨー方向に揺動することになる。この際、主軸部材１２８のブリッジ１４２ａが絶縁プレート１３４の座繰り１３４ｃに係合されているため、主軸部材１２８の回転に連動して、絶縁プレート１３４も回転する。

横ローラ３５の左右（正逆）二方向への回転操作により、ヨー方向の動作は横ローラ３５の回転方向に応じて左右（正逆）方向へ揺動する。また、横ローラ３５を所定角度で停止させるとモータ４０は停止し、ヨー方向の動作もその時点の位置を保持して停止する。

エンドエフェクタ１０４のピッチ方向の動作に関しては縦ローラ（第２入力部）３４（図１参照）を指で操作することにより行われる。すなわち、縦ローラ３４を指で上下に所定角度回転させるように操作することによりモータ４２の回転作用下に駆動プーリ５０ｂが回転してワイヤ５４が駆動される。これにより、歯車体１３０が回転し、第１歯車１３８、フェイスギア１５８、１６０及び第２歯車１７０を介して歯車体１５４に回転が伝達される。歯車体１５４は突起１７２により係合片１６８と一体に第２回転軸Ｏｐを中心として俯仰することになる。つまり、ブレード１７６が第２回転軸Ｏｐを中心として俯仰される。

縦ローラ３４の上下（正逆）ニ方向への回転操作により、エンドエフェクタ１０４はこの縦ローラ３４の操作に連動し、すなわち、縦ローラ３４の回転角度に応じてＹ１方向又はＹ２方向に俯仰される。また、縦ローラ３４を所定角度で停止させるとモータ４２は停止し、エンドエフェクタ１０４の回転位置を保持することができる。

ところで、マニピュレータ１０ａはモノポーラ電気メスとして使用されるが、この場合には、所定の電源１８０から端子１８２（図１参照）を介して、連結部１６ａ、先端側接続部４７、歯車体１３０、１５４、主軸部材１２８、ワイヤ５２、５４、歯車リング１５２、係合片１６８、シャフト１１０及び固定ピン１５６等の各構造部材及び各動力伝達部材を利用して、先端のブレード１７６へと通電することで、患部の処置を行うことが可能である。すなわち、電源１８０からの電流は、電源ケーブルを介して端子１８２からマニピュレータ１０ａ内へと通電された後、エンドエフェクタ１０４から作業対象である人体へと通電され、その後、該人体に当接された電極プレートから電源ケーブルを介して前記電源１８０へと戻ることになる。なお、ブレード１７６は、上記のように、ヨー方向やピッチ方向に揺動自在であることから、所望の位置に容易にブレード１７６を介して通電、処置を行うことができる。

この際、生体組織と接触する外周部を有する連結部１６ａ、先端側接続部４７及びカバー１５０は動力伝達部材ではないため、絶縁材料や絶縁コーティング（被覆）を用いておくことができる。そうすると、仮に、連結部１６ａ等が生体組織と接触した場合でも、該接触部を介して通電されることが回避できる。

一方、歯車体１３０や主軸部材１２８及びワイヤ５２、５４等は動力伝達部材であるため、絶縁材料や絶縁コーティングを用いることが困難である。また、これら動力伝達部材を全て絶縁材料とすると、電源１８０からブレード１７６への通電が不可能となる。

そこで、作業部１２ａでは、絶縁プレート１３４により前記歯車体１３０や主軸部材１２８、ワイヤ５２、５４等が第１回転軸Ｏｙを中心とする関節部から外部へと露出することを効果的に防止している。

すなわち、図５及び図８に示すように、絶縁プレート１３４の円弧の半径が十分に大きく、例えば、短筒４９の半径と同程度であると、前記関節部の第１歯車１３８、筒体１３６、１４０及びワイヤ５２、５４の露出が防止される。これにより、第１歯車１３８等と生体組織との距離が絶縁プレート１３４により保持され、該生体組織と第１歯車１３８等との接触を防止することができる。つまり、絶縁プレート１３４は、第１歯車１３８等と生体組織との接触を妨害する盾となり、該第１歯車１３８等から生体組織への不用意な通電を妨害する妨害部材として機能する。換言すると、絶縁プレート１３４は、生体組織と第１歯車１３８等の距離を保つ離間部材として機能する。

この場合、図９に示すように、絶縁プレート１３４の円弧（円板）の半径の大きさ（ｒ０）は、筒体１４０の半径（ｒ１）とワイヤ５２の直径（ｄ）を加えた幅や、筒体１３６の半径とワイヤ５４の直径を加えた幅よりも大きいものとすると、絶縁プレート１３４の外周を筒体１４０、１３６及びワイヤ５２、５４よりも確実に外側に位置させることができる。このため、前記生体組織と第１歯車１３８等の間の距離を適切に保持することができる。

これに対して、上記従来技術のように絶縁プレート１３４を持たない構成を考えてみると（図１０参照）、関節部の第１歯車１３８、筒体１３６、１４０やワイヤ５２、５４が露出しているため、これらと生体組織とが接触し易い状態にある。つまり、一対の舌片部５８、５８の間から生体組織が関節部へと入り込み、第１歯車１３８等と接触する可能性が高いことになる。

さらに、図１１に示すように、駆動機構部１０２及びエンドエフェクタ１０４をヨー方向に略直角となるまで動作させ、第１回転軸Ｏｙを中心とする関節部からの第１歯車１３８等の露出範囲が大幅に拡大された場合であっても、絶縁プレート１３４により前記関節部の開口部が有効に塞がれる。特に、作業部１２ａでは、上記のように、円弧を有する絶縁プレート１３４が主軸部材１２８と共に回転するように構成しているため、前記関節部を大きく屈曲させたとしても、絶縁プレート１３４が駆動機構部１０２等と共に回動する。従って、絶縁プレート１３４の円弧（円板）により、生体組織と第１歯車１３８等との距離を常に一定に保つことができる。つまり、作業部１２ａでは、エンドエフェクタ１０４の可動範囲や洗浄性を十分に確保しながら、第１回転軸Ｏｙでのヨー方向の揺動動作に応じて、絶縁プレート１３４も揺動動作を行うため、生体組織と第１歯車１３８等との接触を防止し続けることができる。

なお、絶縁プレート１３４は、上記のように第１歯車１３８等と生体組織との不用意な接触（通電）を防止する観点から、その材質は、絶縁（非導電性）材料であることが好ましく、上記のように、ＰＥＥＫ等の樹脂製材料やジルコニア等を含むセラミックス材料が好ましい。ただし、高温による滅菌処理等を考慮した場合には、十分に高い熱変形温度（例えば、１３２℃以上）が必要である。さらに、作業部１２ａは体内で使用されるため、脆性破壊がなく、内視鏡の光で乱反射しない材質であることが好ましい。

次に、第１の実施形態に係るマニピュレータ１０ａの変形例であるマニピュレータ１０ｂについて、図１２〜図１６を参照しながら説明する。

マニピュレータ１０ｂは前記のマニピュレータ１０ａと比較して操作指令部１４ａ及び連結部１６ａは共通であり、作業部１２ａを作業部１２ｂに代えた構成となっている。作業部１２ｂは、ワイヤ受動部２００と、駆動機構部２０２と、エンドエフェクタ（作用部）２０４とを有する。

図１２に示すように、作業部１２ｂは、Ｙ方向の第１回転軸Ｏｙを中心にして、それよりも先の部分がヨー方向に回動する第１自由度と、Ｚ方向の第２回転軸Ｏｒを中心にして、ロール方向に回動する第２自由度とを有する合計２自由度の機構となっている。

ワイヤ受動部２００は、前記のワイヤ受動部１００に相当する部分であり、該ワイヤ受動部１００と比較して、主軸部材１２８の代わりに主軸部材２０６を有している。主軸部材２０６は、主軸部材１２８のピッチベース１４４を主軸（第２関節軸）２０８に代えた構成である。主軸２０８は、環状座面１４２からＺ１方向に突設されている。

ワイヤ受動部２００は、前記のワイヤ受動部１００と同様に、筒体１４０及び筒体１３６に対して、ワイヤ５２及びワイヤ５４が巻き掛けられている。ワイヤ受動部２００では、主軸部材２０６（主軸２０８）を第１回転軸Ｏｙを中心としてヨー方向に揺動させることができる。

次に、駆動機構部２０２は、クラウン２１０と、カバー２１２とを有する。

クラウン２１０は、薄い筒体２１４と、該筒体２１４のＺ２方向の面に設けられたフェイスギア２１６と、筒体２１４のＺ１方向の面を塞ぐ円板２１８と、該円板２１８の中心からＺ１方向に突出するＤカット形状の突起２２０とを有する。円板２１８及び突起２２０には主軸２０８が挿入される孔２１０ａが設けられている。フェイスギア２１６は、第１歯車１３８に噛合する。

カバー２１２は、先端側接続部４７と略同等な外径からなり、前記筒体２１４が内挿される筒体２２２と、突起２２０が挿入される孔２１２ａと、該孔２１２ａからＹ２方向に形成される長孔２１２ｂとを有する。筒体２２２の内周面はクラウン２１０の外周面よりやや大径に設定され、隙間が設けられている（図１４参照）。カバー２１２には、前記カバー１５０等と同様、絶縁材料や絶縁コーティング（被覆）が用いられている。

次に、エンドエフェクタ２０４は、フック（電極部材）２２４と、固定ナット２２６とを有する。

フック２２４は、駆動機構部２０２と連結される接続部２２８と、第２回転軸Ｏｒからややずれた位置において接続部２２８の下方からＺ１方向に延在するアーム２３０と、該アーム２３０の先端がＹ１方向に屈曲した電極２３２とを有する。接続部２２８にはクラウン２１０の突起２２０が挿入されるＤカット形状の孔２２４ａが設けられている。

固定ナット２２６は、主軸２０８がクラウン２１０、カバー２１２及びフック２２４に挿入された状態で、これらを一体に固定するものである。固定ナット２２６には、細い回転工具を挿入するための径方向の複数の細孔２２６ａが設けられている。従って、フック２２４の接続部２２８及びアーム２３０をカバー２１２の孔２１２ａ及び長孔２１２ｂへと挿入し、さらに、孔２２４ａに突起２２０を挿入した上で、クラウン２１０の孔２１０ａに対して主軸２０８を挿入すると、該主軸２０８の先端部が接続部２２８よりもＺ１方向に突出する。この突出した部分に固定ナット２２６を装着、固定することによりエンドエフェクタ２０４は駆動機構部２０２に対して組み立てられ、クラウン２１０、カバー２１２及びフック２２４は主軸２０８を中心として回動自在に軸支される。

このようなエンドエフェクタ２０４では、歯車体１３０及び第１歯車１３８の回転作用下に、クラウン２１０及びフック２２４が第２回転軸Ｏｒを中心として回転可能となる。

次に、このように構成されるマニピュレータ１０ｂの作用について図１６を参照しながら説明する。

この場合、先ず、操作指令部１４ａのスイッチ３７をＯＮとして、マニピュレータ１０ｂを駆動可能な状態とする。次いで、図１６に示すように、ヨー方向の動作に関しては横ローラ３５（図１参照）を指で操作することにより行われる。すなわち、横ローラ３５を指で左右に所定角度回転させるように操作することによりモータ４０の回転作用下に駆動プーリ５０ａが回転してワイヤ５２が駆動され、主軸部材２０６が第１回転軸Ｏｙを中心として回転する。これにより、主軸部材２０６の主軸２０８に接続された駆動機構部２０２及びエンドエフェクタ２０４がヨー方向に揺動することになる。この際、前記の作業部１２ａの場合と同様に、主軸部材２０６のブリッジ１４２ａが絶縁プレート１３４の座繰り１３４ｃに係合されているため、主軸部材２０６の回転に連動して、絶縁プレート１３４も回転する。

エンドエフェクタ２０４のロール方向の動作に関しては縦ローラ３４（図１参照）を指で引き寄せることにより行われる。すなわち、縦ローラ３４を指で上下に所定角度回転させるように操作することによりモータ４２の回転作用下に駆動プーリ５０ｂが回転してワイヤ５４が駆動される。これにより、歯車体１３０が回転し、第１歯車１３８を介して、フェイスギア２１６に回転が伝達されて、エンドエフェクタ２０４のフック２２４はクラウン２１０の突起２２０と共に第２回転軸Ｏｐを中心として回転することになる。

このように構成されるマニピュレータ１０ｂは、マニピュレータ１０ａと同様に、電源１８０から端子１８２（図１参照）を介して、連結部１６ａ、先端側接続部４７、歯車体１３０、主軸部材２０６、ワイヤ５２、５４、クラウン２１０、接続部２２８及びシャフト１１０等の各構造部材及び各動力伝達部材を利用して、先端のフック２２４へと通電することで、患部の処置を行うことが可能である。フック２２４は、上記のように、ヨー方向やロール方向に揺動及び回転自在であることから、所望の位置にフック２２４を介して通電、処置することができる。

また、マニピュレータ１０ｂにおいても、前記のマニピュレータ１０ａと同様に、絶縁プレート１３４を有している。このため、第１回転軸Ｏｙを中心とする関節部での生体組織と歯車体１３０、主軸部材２０６及びワイヤ５２、５４との間の接触を効果的に防止することができる。特に、エンドエフェクタ２０４が第１回転軸Ｏｙを中心としてヨー方向に大きく屈曲、例えば、略直角まで屈曲された場合でも、絶縁プレート１３４が前記関節部での開口部を塞ぐように、主軸部材２０６と共に回動する。これにより、エンドエフェクタ２０４の可動範囲や洗浄性を十分に確保しながら、絶縁プレート１３４により、歯車体１３０等と生体組織との間の接触を防止し続けることができる。

さらに、マニピュレータ１０ｂでは、クラウン２１０の外周面も上記のように絶縁材料や絶縁コーティングが用いられたカバー２１２で保護されている。このため、該クラウン２１０と生体組織との接触も防止することができる。

次に、第２の実施形態に係るマニピュレータ１０ｃについて、図１７〜図２１を参照しながら説明する。

マニピュレータ１０ｃは前記のマニピュレータ１０ａと比較して連結部１６ａ及び操作指令部１４ａを、連結部１６ｂ及び操作指令部（操作部）１４ｂに代え、作業部１２ａを作業部１２ｃに代えた構成となっている。

操作指令部１４ｂにおいて、アクチュエータブロック３０には、作業部１２ｃが有する３自由度の機構に対応して、モータ４２と並列してモータ４４が設けられている。

連結部１６ｂの基端側接続部４６には、モータ４４の駆動軸に接続される駆動プーリ（第３回転源）５０ｃが駆動プーリ５０ｂと並列に設けられている。駆動プーリ５０ｃにはワイヤ（第３可撓性動力伝達部材）５６が巻き掛けられており、ワイヤ５２、５４と同様に、連結シャフト４８の中空部分４８ａを通って、作業部１２ｃまで延在している。ワイヤ５６は、ワイヤ５２、５４と同種、同径のものが用いられている。なお、連結部１６ｂも前記の連結部１６ａと同様に、操作指令部１４ｂから離脱可能である。

作業部１２ｃは、ワイヤ受動部３００と、駆動機構部３０２と、エンドエフェクタ（作用部）３０４とを有する。図１８に示すように、作業部１２ｃは、Ｙ方向の第１回転軸Ｏｙを中心にして、それよりも先の部分がヨー方向に回動する第１自由度と、Ｘ方向の第２回転軸Ｏｐを中心として先端のエンドエフェクタ３０４をピッチ方向に回動する第２自由度と、Ｚ方向の第３回転軸Ｏｒを中心にして、ロール方向に回動する第３自由度とを有する合計３自由度の機構となっている。

ワイヤ受動部３００は、前記のワイヤ受動部１００に相当する部分であり、Ｙ１方向からＹ２方向に向かって順に、シャフト１１０に対して回転自在に軸支される歯車体１３０と、主軸部材３０６と、歯車体３０８とを有する。シャフト１１０の先端には雄ねじが設けてあり、雌ねじが設けてあるＹ１方向の軸孔６０に螺着して固定される。

歯車体１３０は、ワイヤ受動部１００の場合と比較して、連結シャフト４８の中心軸を中心に反転して配置されている。つまり、筒体１３６の上部に第１歯車１３８が設けられていることになる。

歯車体３０８は、筒体（第３筒体）３１０と、該筒体３１０の下部に同心状に設けられた第３歯車３１２とを有する。第３歯車３１２の下面には、シャフト１１０が挿入される孔の周辺に低い環状リブ３１０ａが設けられており、第３歯車３１２の下面が下側の舌片部５８に接触することが防止され摺動抵抗の低減を図っている（図２０参照）。筒体３１０のＺ２方向の側の面には、筒体１３６と同様のワイヤ固定機構１２０が設けられており、ワイヤ５６を固定している。

歯車体１３０及び３０８の間に設けられた主軸部材３０６は、前記の主軸部材１２８に相当し、シャフト１１０が挿通する筒体３１３と、やや厚い環状座面３１４と、該環状座面３１４の中心からＺ１方向に延在するピッチベース３１６とを有する。ピッチベース３１６は、前記のピッチベース１４４と同様、ピッチ動作の基準となる部材であって、ピッチ動作のための平行な左右一対の摺動面３１６ａと、先端に設けられた回転中心となる孔３１６ｂとを有する。

環状座面３１４は上下２つの短いブリッジ３１４ａを介して、筒体３１３の外側面よりもやや離れた位置に設けられており、環状座面３１４と筒体３１３との間にはワイヤ５２が挿通可能で、Ｙ方向にやや長い縦孔３１８が設けられている（図２０参照）。筒体３１３のＺ２方向の側には、筒体１４０と同様のワイヤ固定機構１２０が設けられており、ワイヤ５２を固定している。

ワイヤ受動部３００では、筒体３１３、筒体１３６及び筒体３１０に対して、ワイヤ５２、ワイヤ５４及びワイヤ５６が巻き掛けられている。このようなワイヤ受動部３００は、主軸部材３０６を第１回転軸Ｏｙを中心としてヨー方向に揺動させることができる。

さらに、ワイヤ受動部３００は、筒体１３６と筒体３１３との間、及び筒体３１３と筒体３１０との間のシャフト１１０に対してそれぞれ回転自在に軸支される２枚の絶縁プレート（第１絶縁部材、第２絶縁部材）３１９、３１９を有する。

絶縁プレート３１９は、前記の絶縁プレート１３４に相当し、該絶縁プレート１３４よりも薄い円板部材の一部をカット面３１９ａによりカットした形状からなり、円弧の略中心にはシャフト１１０が挿通する孔３１９ｂが設けられる。筒体３１３のＹ１方向に配置される絶縁プレート３１９の上面には、筒体１３６が当接する座繰り３１９ｃが形成される。同様に、筒体３１３のＹ２側に配置される絶縁プレート３１９の下面には、筒体３１０が当接する座繰り３１９ｃが形成される。これら座繰り３１９ｃの深さは、絶縁プレート３１９の厚さの半分程度である。

絶縁プレート３１９の円弧（円板）の半径は、前記の絶縁プレート１３４の場合と同様に、筒体１３６の半径とワイヤ５４の直径を加えた幅や、筒体３１３の半径とワイヤ５２の直径を加えた幅や、筒体３１０の半径とワイヤ５６の直径を加えた幅以上のものが好ましい。特に、絶縁プレート３１９の円弧（円板）の半径が、筒体１３６、３１３又は３１０のうちの最大の半径と、ワイヤ５２、５４又は５６のうちの最大の直径との和以上であると、絶縁プレート３１９の外周を筒体１３６、３１３、３１０及びワイヤ５２、５４、５６よりも確実に外側に位置させることができる。従って、前記生体組織と第１歯車１３８等の間の距離を適切に保持することができるため一層好ましい。なお、絶縁プレート３１９の材質は、前記の絶縁プレート１３４と同じものとすればよい。

このようにワイヤ受動部３００では、一対の舌片部５８、５８の間の略中央部に筒体３１３が設けられ、その上下に筒体１３６及び３１０が設けられているため、２枚の薄い絶縁プレート３１９を用いることで、主軸部材３０６や第１歯車１３８、第３歯車３１２、ワイヤ５２、５４、５６等の動力伝達部材が関節部の外部に露出することを効果的に防止している。

次に、駆動機構部３０２は、カバー３２２と、該カバー３２２内に収納される歯車リング１５２、歯車リング３２０、歯車体３２４及び歯車体３２６と、エンドエフェクタ主軸部材３２８と、これらを軸支する固定ピン（第２関節軸）３３０とを有する。

歯車リング３２０は薄い筒体であって、Ｚ２方向の面に設けられたフェイスギア３３２と、Ｚ１方向の面に設けられたフェイスギア３３４とを有する。歯車リング３２０は歯車リング１５２に内挿され、該歯車リング１５２の内周面に対して摺動回転自在となる。フェイスギア３３２は第３歯車３１２に噛合し、歯車リング３２０は歯車体３０８の回転に伴って第３回転軸Ｏｒを中心として回転可能である。

カバー３２２は、前記のカバー１５０に相当し、駆動機構部３０２における各部品を保護及び支持するためのものであって、Ｚ２方向の短筒３３６と、該短筒３３６の左右両端からＺ１方向に向かって突出している一対の耳片部３３８とを有する。各耳片部３３８には、固定ピン３３０が挿入され固定するための孔３３８ａが設けられている。孔３３８ａに対して、固定ピン３３０は、例えば圧入され固定される。耳片部３３８の対向する面は平行に形成されており、歯車体３２４、３２６、エンドエフェクタ主軸部材３２８の係合片３４０及びピッチベース３１６を摺動自在に保持する幅に設定されている。短筒３３６の内周面は歯車リング１５２の外周面よりやや大径に設定され、隙間が設けられている（図２０参照）。カバー３２２には、前記カバー１５０等と同様、絶縁材料や絶縁コーティング（被覆）が用いられている。

歯車体３２４は、一対の耳片部３３８の間におけるＸ２方向に配置される部品であって、筒体３４２と、該筒体３４２の一方に同心状に設けられた第４歯車３４４と、筒体３４２の他方に同心状に設けられたＤカット形状の突起３４６と、筒体３４２のＺ１方向に設けられた支持台３４８とを有する。歯車体３２４は、第４歯車３４４がＸ２方向となるように配置され、該第４歯車３４４はフェイスギア１６０と噛合する。歯車体３２４には、中心部に固定ピン３３０が挿入される孔３２４ａが設けられている。

エンドエフェクタ主軸部材３２８は、ベースの円板３５０と、該円板３５０からＺ１方向に突出する主軸（第３関節軸）３５２と、円板３５０のＺ２方向の面においてＸ２方向にややずれた位置からＺ２方向に突出する係合片３４０とを有する。係合片３４０には突起３４６が係合するＤカット形状の孔３４０ａが設けられている。エンドエフェクタ主軸部材３２８は、孔３４０ａに突起３４６が挿入されることによって、円板３５０と支持台３４８が面接触し、一体的且つ安定に組み立てられる。

歯車体３２６は、一対の耳片部３３８の間におけるＸ１方向に配置される部品であって、筒体３５３と、該筒体３５３の一方に同心状に設けられた第５歯車３５４とを有する。歯車体３２６は、第５歯車３５４がＸ１方向となるように配置され、該第５歯車３５４は歯車リング３２０のフェイスギア３３４と噛合する。歯車体３２６には、中心部に固定ピン３３０が挿入される孔３２６ａが設けられている。

歯車体３２６、エンドエフェクタ主軸部材３２８、ピッチベース３１６及び歯車体３２４の組立体は一対の耳片部３３８の間にほとんど隙間なく配置され、固定ピン３３０が孔３２４ａ、孔３１６ｂ及び孔３２６ａに挿入され、軸支される（図２１参照）。これによりエンドエフェクタ主軸部材３２８と歯車体３２４との組立体は、歯車リング１５２の回転作用下に、第２回転軸Ｏｐを中心として揺動自在となる。また、歯車体３２６は歯車リング３２０の回転作用下に従動的に回転する。

このような駆動機構部３０２では、歯車体１３０及び第１歯車１３８の回転が、歯車リング１５２及び第４歯車３４４を介して主軸３５２に伝達され、該主軸３５２が第２回転軸Ｏｐを中心として俯仰可能となる。また、歯車体３０８及び第３歯車３１２の回転が、歯車リング３２０を介して歯車体３２６及び第５歯車３５４に伝達される。

次に、エンドエフェクタ３０４は、クラウン２１０と、フック（電極部材）２２４と、固定ナット２２６とを有する。

このようなエンドエフェクタ３０４では、孔２２４ａに突起２２０を挿入した上で、クラウン２１０の孔２１０ａに対して駆動機構部３０２の主軸３５２を挿入すると、該主軸３５２の先端部はフック２２４の接続部２２８よりもＺ１方向に突出する。この突出した部分に固定ナット２２６を螺着することによりエンドエフェクタ３０４は駆動機構部３０２に対して組み立てられ、クラウン２１０及びフック２２４は主軸３５２を中心として回動自在に軸支される。また、フェイスギア２１６は第５歯車３５４に噛合する。すなわち、エンドエフェクタ３０４では、歯車体３２６及び第５歯車３５４の回転作用下に、クラウン２１０及びフック２２４が第３回転軸Ｏｒを中心として回転可能となる。

次に、このように構成されるマニピュレータ１０ｃの作用について説明する。

この場合、先ず、操作指令部１４ｂのスイッチ３７をＯＮとして、マニピュレータ１０ｃを駆動可能な状態とする。次いで、図２２に示すように、ヨー方向の動作に関しては横ローラ３５（図１参照）を指で操作することにより行われる。すなわち、横ローラ３５を指で左右に所定角度回転させるように操作することによりモータ４０の回転作用下に駆動プーリ５０ａが回転してワイヤ５２が駆動され、主軸部材３０６が第１回転軸Ｏｙを中心として回転する。これにより、主軸部材３０６のピッチベース３１６に接続された駆動機構部３０２及びエンドエフェクタ３０４がヨー方向に揺動することになる。この際、作業部１２ａ等の場合と同様に、主軸部材３０６の回転に連動して、２枚の絶縁プレート３１９も回転する。

ピッチ方向の動作は縦ローラ３４（図１参照）を指で操作することにより行われる。すなわち、縦ローラ３４を指で上下に所定角度回転させるように操作することによりモータ４２の回転作用下に駆動プーリ５０ｂが回転してワイヤ５４が駆動される。これにより、歯車体１３０が回転し、第１歯車１３８、フェイスギア１５８、１６０及び第４歯車３４４を介して歯車体３２４に回転が伝達される。歯車体３２４は突起３４６により係合片３４０と一体的に第２回転軸Ｏｐを中心として俯仰することになる。つまり、係合片３４０から主軸３５２を介してフック２２４が第２回転軸Ｏｐを中心として俯仰される。

エンドエフェクタ３０４のロール方向の動作に関してはトリガーレバー（第３入力部）３２（図１参照）を指で引き寄せることにより行われる。すなわち、トリガーレバー３２を指で引き寄せることによりモータ４４の回転作用下に駆動プーリ５０ｃが回転することによってワイヤ５６が駆動される。これにより、歯車体３０８が回転し、第３歯車３１２、フェイスギア３３２、３３４及び第５歯車３５４を介してフェイスギア２１６に回転が伝達され、エンドエフェクタ２０４のフック２２４はクラウン２１０の突起２２０と共に第３回転軸Ｏｐを中心として回転することになる。

トリガーレバー３２は指による引き寄せが可能であり、指を離すことにより弾性体によって元の位置に復帰する。エンドエフェクタ３０４はこのトリガーレバー３２の操作に連動し、トリガーレバー３２の引き寄せの程度に応じてロール方向に回転される。この場合、トリガーレバー３２を元の位置に戻せば、エンドエフェクタ３０４のロール方向回転位置も中立位置へと戻される。

なお、このような３自由度の機構からなるマニピュレータ１０ｃでは、前記トリガーレバー３２を切換スイッチとして機能させてもよい。この場合、例えば、前記切換スイッチであるトリガーレバー３２を切換操作することにより、例えば、ピッチ方向の動作を操作する縦ローラ３４を、選択的にエンドエフェクタ３０４のロール方向の動作のための操作手段としても用いることができる。さらに、前記エンドエフェクタ３０４のように３自由度の機構において最先端の姿勢軸は、他の操作デバイスを別途用意して操作するようにしてもよい。

このように構成されるマニピュレータ１０ｃは、マニピュレータ１０ａ等と同様に、電源１８０から端子１８２を介して、連結部１６ｂ、先端側接続部４７、歯車体１３０、３０８、３２４、３２６、主軸部材３０６、ワイヤ５２、５４、５６、歯車リング１５２、３２０、エンドエフェクタ主軸部材３２８、クラウン２１０、接続部２２８、シャフト１１０及び固定ピン３３０等の各構造部材及び各動力伝達部材を利用して、先端のフック２２４へと通電することで、患部の処置を行うことが可能である。フック２２４は、上記のように、ヨー方向やピッチ方向やロール方向に揺動及び回転自在であることから、所望の位置にフック２２４を介して通電、処置することができる。

また、マニピュレータ１０ｃにおいても、前記のマニピュレータ１０ａ等の絶縁プレート１３４に相当する２枚の絶縁プレート３１９を有している。このため、図２３に示すように、第１回転軸Ｏｙを中心とする関節部での生体組織と歯車体１３０、３０８、主軸部材３０６及びワイヤ５２、５４、５６との間の接触を防止することができる。特に、エンドエフェクタ３０４が第１回転軸Ｏｙを中心としてヨー方向に大きく屈曲、例えば、略直角まで屈曲された場合でも、２枚の絶縁プレート３１９が前記関節部での開口部を塞ぐように、主軸部材３０６と共に回動する。これにより、エンドエフェクタ３０４の可動範囲や洗浄性を十分に確保しながら、絶縁プレート３１９により、歯車体１３０等と生体組織との間での接触を防止し続けることができる。

なお、マニピュレータ１０ｃのワイヤ受動部３００では、一対の舌片部５８、５８の間の略中央部に筒体３１３が設けられ、その上下に筒体１３６及び３１０が設けられているが、上記のように２枚の薄い絶縁プレート３１９を用いることで、該絶縁プレート３１９を関節部の開口部に均等に配置させ、第１歯車１３８、第３歯車３１２やワイヤ５２、５４、５６等の動力伝達部材が関節部の外部に露出して生体組織と接触することを効果的に防止している。

次に、第２の実施形態に係るマニピュレータ１０ｃの変形例であるマニピュレータ１０ｄについて、図２４及び図２５を参照しながら説明する。

マニピュレータ１０ｄは前記のマニピュレータ１０ｃと比較して操作指令部１４ｂ及び連結部１６ｂは共通であり、作業部１２ｃを作業部１２ｄに代えた構成となっている。作業部１２ｄは、ワイヤ受動部３００と、駆動機構部４０２と、エンドエフェクタ（作用部）４０４とを有する。

図２４に示すように、作業部１２ｄは、Ｙ方向の第１回転軸（第１関節軸）Ｏｙを中心にして、それよりも先の部分がヨー方向に回動する第１自由度と、Ｚ方向の第２回転軸（第２関節軸）Ｏｐを中心にして先端のエンドエフェクタ４０４をピッチ方向に回動する第２自由度と、Ｚ方向の前記第２回転軸Ｏｐと同軸の第３回転軸（第３関節軸、グリッパ軸）Ｏｇを中心として先端のエンドエフェクタ４０４を開閉させる第３自由度とを有する合計３自由度の機構となっている。

駆動機構部４０２は、カバー３２２と、該カバー３２２内に収納される歯車リング１５２、３２０、歯車体４０６及び歯車体４０８と、これらを軸支する固定ピン３３０とを有する。

歯車体４０６は、一対の耳片部３３８の間におけるＸ２方向に配置される部品であって、第６歯車４１０と、該第６歯車４１０と同心にＸ１側に設けられたＤカット形状の突起４１２とを有する。第６歯車４１０は、フェイスギア１６０と噛合する。歯車体４０６には、中心部に固定ピン３３０が挿入される孔４０６ａが設けられている。

歯車体４０８は、一対の耳片部３３８の間におけるＸ１方向に配置される部品であって、第７歯車４１４と、該第７歯車４１４と同心にＸ２側に設けられたＤカット形状の突起４１６とを有する。第７歯車４１４は、フェイスギア３３４と噛合する。歯車体４０８には、中心部に固定ピン３３０が挿入される孔４０８ａが設けられている。

次に、エンドエフェクタ４０４は、第１エンドエフェクタ部材４１８と、第２エンドエフェクタ部材４２０とを有する。

第１エンドエフェクタ部材４１８は、基端筒４２２と、該基端筒４２２から略径方向（Ｚ１方向）に突出するアーム４２４と、該アーム４２４からさらに径方向（Ｚ１方向）に向けて突出するグリッパ４２６とを有する。基端筒４２２の中心には突起４１２が係合するのに適したＤカット形状の孔４２２ａが設けられており、該突起４１２に対する位置決め機能及び回り止め機能を有する。

グリッパ４２６は、基端筒４２２及びアーム４２４よりもやや幅方向（Ｘ１方向）に厚く、グリッパ４２６の幅方向中間部が基端筒４２２及びアーム４２４のＸ１方向端面に略等しい。グリッパ４２６は、両端円弧状で内側面４２６ａにはＸ方向に延在する筋が全面に設けられており（図２４及び図２５の第２エンドエフェクタ４２０におけるグリッパ４２８の内側面４２８ａと同様）、把持するツール等の滑り止めとなる。グリッパ４２６には、軽量化や前記ツール等の把持性向上のための長孔４２６ｂが設けられている。

第２エンドエフェクタ部材４２０は、第１エンドエフェクタ部材４１８と同形状であり、グリッパ４２６と同形状のグリッパ４２８を有する。第２エンドエフェクタ部材４２０は、歯車体４０８の突起４１６に係合し、第１エンドエフェクタ部材４１８に対して上下反転した向きに配置されるものである。なお、第２エンドエフェクタ部材４２０の各部については、第１エンドエフェクタ部材４１８と同符号を付して詳細な説明を省略する。

第１エンドエフェクタ部材４１８のグリッパ４２６はＸ１方向寄りに配置され、第２エンドエフェクタ部材４２０のグリッパ４２８はＸ２方向寄りに配置され、グリッパ４２６及び４２８は、それぞれの内側面４２６ａが対面するように連結シャフト４８の中心軸（図２５の基準軸Ｃ）を中心として対称配置される。

第６歯車４１０及び第７歯車４１４と、２つの基端筒と、ピッチベース３１６とは、一対の耳片部３３８の間にほとんど隙間なく配置され（図２４参照）、固定ピン３３０が孔４０６ａ、孔３１６ｂ及び孔４０８ａに挿入され、軸支される。

このようなエンドエフェクタ４０４において、第１エンドエフェクタ部材４１８は、歯車リング１５２の回転が第６歯車４１０に伝達されることで、第２回転軸Ｏｐ（第３回転軸Ｏｇ）を中心として揺動自在となる。また、第２エンドエフェクタ部材４２０は、歯車リング３２０の回転が第７歯車４１４に伝達されることで、第２回転軸Ｏｐ（第３回転軸Ｏｇ）を中心として揺動自在となる。

つまり、正面から見て（基準軸ＣのＺ１方向からＺ２方向を見て）歯車リング１５２及び３２０が共に時計方向に回転するときには、第６歯車４１０は基準軸Ｃからの側面視で反時計方向に回転し、第７歯車４１４は基準軸Ｃからの側面視で反時計方向に回転する。これにより、一対のアーム４２４、４２４及び一対のグリッパ４２６、４２８は、それぞれが接近する方向（閉じる方向）に動作する。一方、正面から見て歯車リング１５２及び３２０が共に反時計方向に回転するときには、第６歯車４１０は基準軸Ｃからの側面視で時計方向に回転し、第７歯車４１４は基準軸Ｃからの側面視で時計方向に回転する。これにより、一対のアーム４２４、４２４及び一対のグリッパ４２６、４２８は、それぞれが離間する方向（開く方向）に動作する。

このようにエンドエフェクタ４０４では、縦ローラ３４及びトリガーレバー３２を操作することで、歯車体１３０及び３０８が回転し、これらの回転が歯車リング１５２及び３２０を介して、第６歯車４１０及び第７歯車４１４に伝達され、第３回転軸Ｏｇ（グリッパ軸）を中心とした一対のグリッパ４２６、４２８の開閉動作を行うことができる。

さらに、縦ローラ３４及びトリガーレバー３２を操作して、歯車リング１５２及び３２０を互いに逆方向に回転させることで、一対のグリッパ４２６、４２８の揺動方向を同一方向とすることができる。つまり、一対のグリッパ４２６、４２８は、第２回転軸Ｏｐを中心としてピッチ方向に俯仰することになる。なお、縦ローラ３４及びトリガーレバー３２を個別に操作して、各グリッパ４２６、４２８を個別にピッチ方向に俯仰させることが可能であるのは言うまでもない。また、ヨー方向への動作は、前記の作業部１２ｃの場合と同様であるため、詳細な説明は省略する。

このように構成されるマニピュレータ１０ｄは、マニピュレータ１０ｃと同様に、電源１８０から端子１８２（図１参照）を介して、連結部１６ｂ、先端側接続部４７、歯車体１３０、３０８、４０６、４０８、主軸部材３０６、ワイヤ５２、５４、５６、歯車リング１５２、３２０、第１エンドエフェクタ部材４１８、第２エンドエフェクタ部材４２０、シャフト１１０及び固定ピン３３０等の各構造部材及び各動力伝達部材を利用して、先端のグリッパ４２６、４２８へと通電することで、患部の処置を行うことが可能である。グリッパ４２６、４２８は、上記のように、ヨー方向やピッチ方向に揺動及び回転自在且つ開閉自在であることから、所望のツール等を把持して、所望の位置に容易にグリッパ４２６、４２８を介して通電、処置することができる。

また、マニピュレータ１０ｄにおいても、前記のマニピュレータ１０ｃと同様、２枚の絶縁プレート３１９を有している。このため、第１回転軸Ｏｙを中心とする関節部での生体組織と歯車体１３０、３０８、主軸部材３０６及びワイヤ５２、５４、５６との間の接触を防止することができる。特に、エンドエフェクタ４０４が第１回転軸Ｏｙを中心としてヨー方向に大きく屈曲、例えば、略直角まで屈曲された場合でも、２枚の絶縁プレート３１９が前記関節部での開口部を塞ぐように、主軸部材３０６と共に回動する。すなわち、エンドエフェクタ４０４の可動範囲や洗浄性を十分に確保しながら、絶縁プレート３１９により、前記歯車体１３０等と生体組織との間での接触を防止し続けることができる。

なお、マニピュレータ１０ａ〜１０ｄ及び作業部１２ａ〜１２ｄは医療用、すなわち作業対象、作業環境が生体であるものとして説明したが、使用用途はこれに限らず、マニピュレータ１０ａ〜１０ｄと作業対象、作業環境とで絶縁性が要求されるものであれば適用可能である。

また、作業部１２ａ、１２ｂのエンドエフェクタ１０４、２０４を、作業部１２ｄのグリッパ４２６、４２８のようなものに変更可能であることは言うまでもなく、これらグリッパ４２６、４２８の形状、構成を変えることにより鋏、ペンチ、ニッパ、エンドニッパ等を構成可能であることは容易に理解されよう。

各実施形態における平歯車とフェイスギアとの組合わせは、相互に接触して回転の向きを変えて動力を伝達することのできるものであればよく、例えば、傘歯車対であってもよい。

また、絶縁プレート１３４、３１９は、作業対象（例えば、生体組織）と動力伝達部材（歯車体１３８等）との間の接触を防ぐことができればよいものであり、例えば、その形状は、上記のような部分円板状以外にも、円弧が２重に形成されているものや矩形のもの等が挙げられる。すなわち、例えば、前記絶縁プレート１３４と交換可能な絶縁プレートとして、略卵型の絶縁プレート１３５（図２６参照）や、角丸四角型の絶縁プレート１３７（図２７参照）等が挙げられる。例えば、前記絶縁プレート１３５を前記作業部１２ａに適用すると、ヨー方向への揺動角度が増えるに伴って、その外部への突出量（突出径）を増大させることができる（図２８参照）。また、例えば、前記絶縁プレート１３７を前記作業部１２ａに適用すると、ヨー方向への揺動角度が略直角となった場合に、該絶縁プレート１３７がその対角線方向である４５°方向となり、最大の突出量（突出径）とすることができる。

本発明に係る作業機構及びマニピュレータは、上記の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

本発明の第１の実施形態及びその変形例に係るマニピュレータの斜視図である。 第１の実施形態に係るマニピュレータの作業部の拡大斜視図である。 図２に示す作業部の分解斜視図である。 図２に示す作業部の断面側面図である。 図２に示す作業部の一部切欠平面図である。 ワイヤ固定機構の分解斜視図である。 第１の実施形態に係るマニピュレータの駆動系統の基本構成図である。 絶縁プレートにより動力伝達部材と生体組織との接触を防いでいる状態を説明するための図４の線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩでの断面図である。 図８に示す絶縁プレートの好適な大きさを説明するための断面図である。 図８に示す絶縁プレートを有していない状態を説明するための断面図である。 図５に示す作業部を第１回転軸を中心として屈曲させた状態を示す一部切欠平面図である。 第１の実施形態の変形例に係るマニピュレータの作業部を示す斜視図である。 図１２に示す作業部の分解斜視図である。 図１２に示す作業部の断面側面図である。 図１２に示す作業部の一部切欠平面図である。 第１の実施形態の変形例に係るマニピュレータの変駆動系統の基本構成図である。 本発明の第３の実施形態及びその変形例に係るマニピュレータの斜視図である。 第３の実施形態に係るマニピュレータの作業部の拡大斜視図である。 図１８に示す作業部の分解斜視図である。 図１８に示す作業部の断面側面図である。 図１８に示す作業部の一部切欠平面図である。 第３の実施形態に係るマニピュレータの駆動系統の基本構成図である。 ２枚の絶縁プレートにより動力伝達部材と生体組織との接触を防いでいる状態を説明するための図２０の線ＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩでの断面図である。 第３の実施形態の変形例に係るマニピュレータの作業部を示す斜視図である。 図２４に示す作業部の分解斜視図である。 絶縁プレートの変形例を示す斜視図である。 絶縁プレートの他の変形例を示す斜視図である。 図２６に示す絶縁プレートを組み込んだ作業部を第１回転軸を中心として屈曲させた状態を示す一部切欠平面図である。 図２７に示す絶縁プレートを組み込んだ作業部を第１回転軸を中心として屈曲させた状態を示す一部切欠平面図である。

符号の説明

１０ａ〜１０ｄ…マニピュレータ １２ａ〜１２ｄ…作業部
１４ａ、１４ｂ…操作指令部 １６ａ、１６ｂ…連結部
３２…トリガーレバー ３４…縦ローラ
３５…横ローラ ３７…スイッチ
５０ａ〜５０ｃ…駆動プーリ ５２、５４、５６…ワイヤ
１００、２００、３００…ワイヤ受動部
１０２、２０２、３０２、４０２…駆動機構部
１０４、２０４、３０４、４０４…エンドエフェクタ
１１０…シャフト １２８、２０６、３０６…主軸部材
１３０、１５４、３０８、３２４、３２６、４０６、４０８…歯車体
１３４、１３５、１３７、３１９…絶縁プレート
１３６、１４０、２２２、３１０、３１３、３４２、３５３…筒体
１３８、１７０、３１２、３４４、３５４、４１０、４１４…歯車
１５２、３２０…歯車リング １５６、３３０…固定ピン
１５８、１６０、２１６、３３２、３３４…フェイスギア
１７４、４１８、４２０…エンドエフェクタ部材
１７６…ブレード ２２４…フック
３２８…エンドエフェクタ主軸部材 ４２６、４２８…グリッパ

Claims (7)

1. 操作部と、
   前記操作部に設けられた第１入力部及び第２入力部と、
   前記第１入力部及び第２入力部の操作に基づいて回転する第１回転源及び第２回転源と、
   尾端側が前記操作部、又は、前記第１回転源及び第２回転源を回転駆動する駆動部に連結された連結部と、
   前記連結部の先端側に設けられた第１関節軸と、
   前記第１関節軸と交差する第２関節軸と、
   前記第１関節軸に軸支された第１筒体及び第２筒体と、
   後方部が前記第１回転源に巻き掛けられ、前方部が前記第１筒体に巻き掛けられた第１可撓性動力伝達部材と、
   後方部が前記第２回転源に巻き掛けられ、前方部が前記第２筒体に巻き掛けられた第２可撓性動力伝達部材と、
   前記第１筒体の回転に連動し、前記第１関節軸を中心として動作する駆動機構部と、
   前記駆動機構部の前方に設けられ、前記第２筒体の回転に連動し、前記第２関節軸を中心として動作する作用部と、
   前記第１関節軸に軸支された第１絶縁部材と、
   を有することを特徴とするマニピュレータ。
2. 請求項１記載のマニピュレータにおいて、
   前記第１絶縁部材は、前記第１筒体と前記第２筒体との間に配設されていることを特徴とするマニピュレータ。
3. 請求項１又は２記載のマニピュレータにおいて、
   前記第１絶縁部材の少なくとも一部は円板状に形成され、該円板の半径は、前記第１筒体の半径と前記第１可撓性動力伝達部材の直径の和以上であり、且つ、前記第２筒体の半径と前記第２可撓性動力伝達部材の直径の和以上であることを特徴とするマニピュレータ。
4. 請求項１記載のマニピュレータにおいて、
   前記操作部には第３入力部が設けられ、
   さらに、前記第３入力部の操作に基づいて回転する第３回転源と、
   前記第２関節軸と直交又は同軸に設けられた第３関節軸と、
   前記第１関節軸に軸支された第３筒体と、
   後方部が前記第３回転源に巻き掛けられ、前方部が前記第３筒体に巻き掛けられた第３可撓性動力伝達部材と、
   前記第１関節軸に軸支された第２絶縁部材と、
   を有し、
   前記作用部は、前記第３筒体の回転に連動し、前記第３関節軸を中心として動作することを特徴とするマニピュレータ。
5. 請求項４記載のマニピュレータにおいて、
   前記第１筒体は、前記第２筒体と前記第３筒体との間に配設され、
   前記第１絶縁部材は、前記第１筒体と前記第２筒体との間に配設され、
   前記第２絶縁部材は、前記第１筒体と前記第３筒体との間に配設されていることを特徴とするマニピュレータ。
6. 請求項４又は５記載のマニピュレータにおいて、
   前記第１絶縁部材及び前記第２絶縁部材の少なくとも一部は円板状に形成され、該円板の半径は、前記第１筒体、前記第２筒体又は前記第３筒体のうちの最大の半径と、前記第１可撓性動力伝達部材、第２可撓性動力伝達部材又は第３可撓性動力伝達部材のうちの最大の直径との和以上であることを特徴とするマニピュレータ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のマニピュレータにおいて、
   前記第１絶縁部材及び前記第２絶縁部材は、前記第１筒体の回転に連動して回転することを特徴とするマニピュレータ。

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