JP2021041038A - 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

Info

Publication number
JP2021041038A
JP2021041038A JP2019166763A JP2019166763A JP2021041038A JP 2021041038 A JP2021041038 A JP 2021041038A JP 2019166763 A JP2019166763 A JP 2019166763A JP 2019166763 A JP2019166763 A JP 2019166763A JP 2021041038 A JP2021041038 A JP 2021041038A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
axis
around
cable set
shaft
slide base
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2019166763A
Other languages
English (en)
Inventor
和仁 若菜
Kazuhito Wakana
和仁 若菜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2019166763A priority Critical patent/JP2021041038A/ja
Priority to DE112020004329.0T priority patent/DE112020004329T5/de
Priority to US17/753,527 priority patent/US20220331036A1/en
Priority to PCT/JP2020/031905 priority patent/WO2021049286A1/ja
Priority to CN202080062584.9A priority patent/CN114340537A/zh
Publication of JP2021041038A publication Critical patent/JP2021041038A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/50—Supports for surgical instruments, e.g. articulated arms
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28—Surgical forceps
    • A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B34/37—Master-slave robots
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/71—Manipulators operated by drive cable mechanisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28—Surgical forceps
    • A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A61B2017/2926—Details of heads or jaws
    • A61B2017/2932—Transmission of forces to jaw members
    • A61B2017/2938—Independently actuatable jaw members, e.g. two actuating rods
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B2034/305—Details of wrist mechanisms at distal ends of robotic arms
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • 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

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Ophthalmology & Optometry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Surgical Instruments (AREA)

Abstract

【課題】開閉型のエンドエフェクタを有する術具を提供する。【解決手段】術具は、シャフト１０２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ＷＥ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Ｊ１部材及び第２のジョー部材Ｊ２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のケーブルセットＣ１ａ、Ｃ１ｂ及び第２の往復のケーブルセットＣ２ａ、Ｃ２ｂ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。【選択図】図２

Description

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 2021041038
Figure 2021041038
Figure 2021041038
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 2021041038
Figure 2021041038
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も交代するので、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も交代するので、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２１００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 2021041038
Figure 2021041038
Figure 2021041038
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 2021041038
Figure 2021041038
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１の往路のケーブル３ａ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１の往路のケーブル３ａ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支持するための、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。
JP2019166763A 2019-09-13 2019-09-13 術具、手術支援システム、並びに手術用操作ユニット Pending JP2021041038A (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019166763A JP2021041038A (ja) 2019-09-13 2019-09-13 術具、手術支援システム、並びに手術用操作ユニット
DE112020004329.0T DE112020004329T5 (de) 2019-09-13 2020-08-24 Chirurgisches werkzeug, chirurgieunterstützungssystem und chirurgische bedienungseinheit
US17/753,527 US20220331036A1 (en) 2019-09-13 2020-08-24 Surgical tool, surgery support system, and surgical operating unit
PCT/JP2020/031905 WO2021049286A1 (ja) 2019-09-13 2020-08-24 術具、手術支援システム、並びに手術用操作ユニット
CN202080062584.9A CN114340537A (zh) 2019-09-13 2020-08-24 手术器械、手术辅助***以及手术操作单元

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019166763A JP2021041038A (ja) 2019-09-13 2019-09-13 術具、手術支援システム、並びに手術用操作ユニット

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2021041038A true JP2021041038A (ja) 2021-03-18

Family

ID=74861545

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019166763A Pending JP2021041038A (ja) 2019-09-13 2019-09-13 術具、手術支援システム、並びに手術用操作ユニット

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220331036A1 (ja)
JP (1) JP2021041038A (ja)
CN (1) CN114340537A (ja)
DE (1) DE112020004329T5 (ja)
WO (1) WO2021049286A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024085021A1 (ja) * 2022-10-18 2024-04-25 国立大学法人鳥取大学 変位検出装置および力覚検出装置

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022016327A (ja) * 2020-07-09 2022-01-21 ソニーグループ株式会社 医療用アーム装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6398726B1 (en) * 1998-11-20 2002-06-04 Intuitive Surgical, Inc. Stabilizer for robotic beating-heart surgery
EP2037977A2 (en) 2006-06-28 2009-03-25 SurModics, Inc. Active agent eluting matrices with particulates
JP2010220786A (ja) * 2009-03-24 2010-10-07 Waseda Univ 手術用マニピュレータ及び手術用マニピュレータシステム
BR112015022187A2 (pt) * 2013-03-14 2017-07-18 Stanford Res Inst Int ferramentas cirúrgicas minimamente invasivas
CN105813581B (zh) * 2013-12-11 2019-06-04 柯惠Lp公司 用于抓紧和剪切的手术装置
JP6138071B2 (ja) * 2014-02-26 2017-05-31 オリンパス株式会社 弛み補正機構、マニピュレータ及びマニピュレータシステム
ITUB20155057A1 (it) 2015-10-16 2017-04-16 Medical Microinstruments S R L Assieme robotico di chirurgia
GB201521803D0 (en) 2015-12-10 2016-01-27 Cambridge Medical Robotics Ltd Surgical instrument articulation
JP6762280B2 (ja) * 2017-08-21 2020-09-30 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所 鉗子システム

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024085021A1 (ja) * 2022-10-18 2024-04-25 国立大学法人鳥取大学 変位検出装置および力覚検出装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE112020004329T5 (de) 2022-08-11
CN114340537A (zh) 2022-04-12
WO2021049286A1 (ja) 2021-03-18
US20220331036A1 (en) 2022-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20240122587A1 (en) Operating self-antagonistic drives of medical instruments
US9884427B2 (en) Compact robotic wrist
CN108601603B (zh) 手术设备
US8347757B2 (en) Method and apparatus for reducing at least one friction force opposing an axial force exerted through an actuator element
EP2361170B1 (en) Passive preload and capstan drive for surgical instruments
US11717367B2 (en) Surgical instrument driving mechanism
JP4799490B2 (ja) 向上した巧緻性および感度で最低侵襲性外科手術を行うための連結外科手術器具
WO2021049286A1 (ja) 術具、手術支援システム、並びに手術用操作ユニット
US11071600B2 (en) Medical treatment tool and surgical system
WO2021049345A1 (ja) 術具、手術支援システム、並びに手術用操作ユニット
CN108066010B (zh) 一种具有柔性和多自由度的手术机器人
WO2021049350A1 (ja) 術具、手術支援システム、並びに手術用操作ユニット
WO2022249524A1 (ja) アーム装置
US11957427B2 (en) Systems and methods for a compact remote center manipulator