JP5875973B2 - 医療用マニピュレータ - Google Patents

Description

本発明は、人手によって操作される入力部と、入力部の操作に基づいて動作するエンドエフェクタを有する先端動作部とを備えた医療用マニピュレータに関する。

内視鏡下外科手術（また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に加えて、先端部に複数の関節を有して先端部の姿勢を変更できる鉗子、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、特開２００４−１０５４５１号公報参照）。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。特開２００４−１０５４５１号公報にて提案された医療用マニピュレータは、エンドエフェクタ及び関節を有する先端動作部を含む作業部と、先端動作部を動作させるための駆動機構を有する操作部とを備える。この駆動機構は、先端動作部の姿勢を変更するためのアクチュエータと、エンドエフェクタを開閉動作させるためのアクチュエータとを含んでおり、操作部に設けられた操作入力部に対する操作に応じて各アクチュエータが駆動し、先端動作部が動作する。

ところで、先端部に関節を持たない一般的な鉗子では、人手による操作が機械的に伝達されて先端の開閉を行うため、操作者は、先端に作用する把持力を感じ取ることができる。これに対し、特開２００４−１０５４５１号公報の医療用マニピュレータでは、先端動作部の動作は、すべてアクチュエータの駆動によってなされるため、操作者は、先端動作部に作用する把持力を直接的に感じ取ることができない。

このため、先端動作部に作用する把持力を直接的に感じ取ることが可能な医療用マニピュレータが要望されている。このような医療用マニピュレータの構成として、先端動作部の姿勢変更については、アクチュエータの駆動により行う一方、先端動作部に設けられたエンドエフェクタの開閉動作については、人手による入力部（例えばトリガレバー）に対する操作が、例えばワイヤのような伝達部材を介して機械的に伝達されることにより行うようにした構成、すなわち、電動駆動及び手動駆動を組み合わせたハイブリッドタイプの構成が考えられる。

一方、先端動作部の動作（姿勢変更やエンドエフェクタの開閉動作）の回数や使用状態を把握することができれば、これを分析し、作業部を構成する機構や部材の寿命予測に役立てることが可能である。これに関し、上述したハイブリッドタイプの医療用マニピュレータでは、アクチュエータの駆動情報をエンコーダにより電気的に検出することで、先端動作部の姿勢変更を行う機構の使用回数や使用状態を把握することが可能である。しかしながら、エンドエフェクタは、アクチュエータによる駆動ではなく、人手による操作が伝達部材を介して機械的に伝達されることにより動作するものであるため、エンドエフェクタ及びその駆動機構の動作回数や使用状態を検出することができない。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、入力部の操作が機械的に伝達されて動作するエンドエフェクタを有する医療用マニピュレータにおいて、エンドエフェクタ及びその駆動機構の動作回数や使用状態を検出することが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、本発明に係る医療用マニピュレータは、人手によって操作される第１入力部と、前記第１入力部が設けられたボディから延出するシャフトと、前記シャフトの先端に設けられ、前記第１入力部の操作が機械的に伝達されて動作するエンドエフェクタを有する先端動作部と、前記第１入力部の操作状態を検出する検出機構と、を備えることを特徴とする。

上記の本発明の構成によれば、検出機構により第１入力部の操作状態を検出するので、この操作状態に基づいて、例えば、第１入力部の操作回数や使用状態の把握、分析を行うことが可能であり、このような分析を通じて、第１入力部や、第１入力部の操作に基づく力を機械的に伝達する機構の寿命予測等を行うことが可能である。

上記の医療用マニピュレータにおいて、前記検出機構は、前記第１入力部が所定位置に達したことを検出する。

上記の構成によれば、第１入力部が所定位置（例えば、可動範囲の端部またはその近傍）に達したことを検出機構により検出するので、この検出結果に基づいて第１入力部の使用回数を把握することが可能である。

上記の医療用マニピュレータにおいて、前記検出機構は、前記第１入力部の可動範囲における複数の所定位置ごとに、前記第１入力部が前記所定位置に達したことを検出する。

上記の構成によれば、第１入力部の到達を複数の位置で検出することで、より詳細に使用状態を把握することが可能となり、寿命予測等の信頼性が向上する。

上記の医療用マニピュレータにおいて、前記検出機構は、前記第１入力部の動作方向の位置を検出する。

上記の構成によれば、第１入力部の動作方向の位置を検出するので、第１入力部の操作回数を把握できるとともに、使用状態を詳細に把握することが可能となり、寿命予測等の信頼性が向上する。

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、前記シャフトに対する前記エンドエフェクタの姿勢を変化させる姿勢変更機構を有し、人手によって操作される第２入力部と、人手によって把持されるグリップハンドルと、前記第２入力部の操作に基づいて前記姿勢変更機構を駆動する駆動源とを有する操作部と、前記先端動作部と、前記シャフトと、前記第１入力部とを有して前記操作部に対して着脱可能な作業部と、をさらに備え、前記作業部が前記操作部に装着された状態で前記駆動源の駆動力が前記姿勢変更機構に機械的に伝達されることで前記エンドエフェクタの姿勢が変化し、前記検出機構は、前記第１入力部に設けられた検出用突出片と、前記操作部に設けられた検出部とを有し、前記検出部は、前記作業部が前記操作部に装着された状態で前記検出用突出片を検出することにより前記第１入力部が前記所定位置に達したことを検出する。

上記の構成によれば、先端動作部を動作させるための電子機器を作業部に設ける必要がなく、また、第１入力部の操作状態を検出するための電子機器を作業部に設ける必要もないので、作業部を簡便に洗浄及び滅菌することができる。

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、前記シャフトに対する前記エンドエフェクタの姿勢を変化させる姿勢変更機構を有し、人手によって操作される第２入力部と、人手によって把持されるグリップハンドルと、前記第２入力部の操作に基づいて前記姿勢変更機構を駆動する駆動源とを有する操作部と、前記先端動作部と、前記シャフトと、前記第１入力部とを有して前記操作部に対して着脱可能な作業部と、をさらに備え、前記作業部が前記操作部に装着された状態で前記駆動源の駆動力が前記姿勢変更機構に機械的に伝達されることで前記エンドエフェクタの姿勢が変化し、前記検出機構は、前記第１入力部と一体的に動作する駆動要素と、前記操作部に設けられ前記作業部が前記操作部に装着された状態で前記駆動要素に連動する従動要素と、前記従動要素の動作方向の位置を検出する検出部とを有する。

上記の構成によれば、先端動作部を動作させるための電子機器を作業部に設ける必要がなく、また、第１入力部の操作状態を検出するための電子機器を作業部に設ける必要もないので、作業部を簡便に洗浄及び滅菌することができる。

上記の医療用マニピュレータにおいて、前記第１入力部は、回動操作されるトリガレバーであり、前記駆動要素は、前記トリガレバーの回動軸心回りに周方向に延在する歯を有する第１ギア部であり、前記従動要素は、前記操作部に回動自在に設けられ前記作業部が前記操作部に装着された状態で前記第１ギア部と噛み合う第２ギア部であり、前記検出部は、前記第２ギア部の回転角度を検出する回転検出器である。

これにより、簡便な構成で、トリガレバーの動作角度を検出することができる。

上記の医療用マニピュレータにおいて、前記トリガレバーの回動軸心と、前記第２ギア部の回動軸心とは、前記作業部が前記操作部に装着された状態で前記シャフトの延在方向にずれて位置することを特徴とする。

この構成より、作業部を操作部に装着する際に、作業部に設けられた第１ギア部と、操作部に設けられた第２ギア部とが、前後方向（シャフトの軸線方向）にオフセットするので、第１ギア部と第２ギア部との噛み合わせ作業を円滑に行うことができる。このため、作業部の操作部への装着作業をスムーズに行うことができる。

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、前記第１入力部の操作に基づく動作を前記エンドエフェクタの動作に変換する変換機構を有し、前記姿勢変更機構は、前記シャフトに挿通された第１伝達部材を介して第１アクチュエータにより回転駆動される第１回転体が設けられ前記シャフトの軸線と非平行な傾動軸を中心に回動可能な主軸部材と、前記シャフトに挿通された第２伝達部材を介して第２アクチュエータにより回転駆動される第２回転体と、前記第２回転体により駆動され前記エンドエフェクタの延在方向のロール軸を中心に回動可能であるように前記主軸部材に支持された第３回転体と、を有し、前記第１伝達部材により駆動される前記主軸部材が前記傾動軸を中心に回動することで、前記エンドエフェクタの傾動動作が行われ、前記第２伝達部材により駆動される前記第２回転体が前記ロール軸を中心に前記第３回転体を回転させることで、前記エンドエフェクタのロール動作が行われ、前記医療用マニピュレータは、前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータを制御するコントローラをさらに備え、前記コントローラは、前記検出機構からの検出結果に基づく前記第１入力部の操作状態に応じて、前記ロール動作に起因する前記傾動動作の発生を防止または抑制するように、前記第１アクチュエータを制御することを特徴とする。

この構成により、第１入力部の操作状態を加味して第１アクチュエータを制御するので、第１入力部の操作状態に起因して第３回転体の回転抵抗が大きくなっても、ロール動作に起因する傾動動作の発生を防止または抑制することができる。よって、ロール動作をさせる際の先端動作部の軌跡精度や位置決め精度に向上できる。

上記の医療用マニピュレータにおいて、前記エンドエフェクタは、開閉機構として構成されており、前記コントローラは、前記ロール動作を行うための制御をする際に、前記第１入力部がその可動範囲の端部またはその近傍に位置する場合には、前記１アクチュエータに対して、前記傾動動作の発生を防止または抑制するように、前記第３回転体の回転抵抗の増大に対応した補償制御を行うことを特徴とする。

この構成により、第１入力部を操作することに起因して第３回転体の回転抵抗が大きくなっている場合でも、ロール動作をさせる際の先端動作部の軌跡精度や位置決め精度に向上できる。

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。 トリガレバーを押し出したときの、エンドエフェクタ駆動機構の模式構造図である。 トリガレバーを十分に引いたときの、エンドエフェクタ駆動機構の模式構造図である。 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。 先端動作部の断面側面図である。 グリッパを開いた状態での先端動作部の断面平面図である。 グリッパを閉じた状態での先端動作部の断面平面図である。 作業部と操作部とを分離した状態での医療用マニピュレータの一部断面側面図である。 作業部の一部省略断面平面図である。 駆動部の駆動力を姿勢変更機構に伝達するための機構の模式構造図である。 医療用マニピュレータの複合入力部及びその周辺部の一部省略斜視図である。 第１構成例に係る検出機構を備えた医療用マニピュレータの一部省略側面図である。 図１４Ａは、トリガレバーを押し出した状態での第１構成例に係る検出機構の模式構造図であり、図１４Ｂは、トリガレバーを引いた状態での第１構成例に係る検出機構の模式構造図である。 図１５Ａは、トリガレバーを押し出した状態での第２構成例に係る検出機構の模式構造図であり、図１５Ｂは、トリガレバーを引いた状態での第２構成例に係る検出機構の模式構造図である。 第３構成例に係る検出機構を備えた医療用マニピュレータの一部省略側面図である。 図１７Ａは、トリガレバーを押し出した状態での第３構成例に係る検出機構の断面側面図であり、図１７Ｂは、トリガレバーを引いた状態での第３構成例に係る検出機構の断面側面図である。 図１８Ａは、トリガレバーを押し出した状態での第４構成例に係る検出機構の断面側面図であり、図１８Ｂは、トリガレバーを引いた状態での第４構成例に係る検出機構の断面側面図である。 第５構成例に係る検出機構を備えた医療用マニピュレータの一部省略側面図である。 第５構成例に係る検出機構を備えた医療用マニピュレータの一部省略平面図である。 手術用ロボットシステムの概略斜視図である。

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

１． マニピュレータの全体構成
先ず、図１を参照し、本発明の一実施形態に係る医療用マニピュレータ１０の全体構成について説明する。マニピュレータ１０は、先端に設けられた先端動作部１２で生体の一部を把持しまたは生体に触れて、所定の処置を行うための医療用の器具であり、通常、把持鉗子やニードルドライバ（持針器）等とも呼ばれる。

マニピュレータ１０は、医療用器具を構成するマニピュレータ本体１１と、マニピュレータ本体１１にケーブル２８を介して接続されたコントローラ２９とを備える。マニピュレータ本体１１は、ボディ２１と、ボディ２１から延出するシャフト１８と、シャフト１８の先端に設けられた先端動作部１２とを有する。

以下の説明では、シャフト１８の延在方向をＺ方向と規定し、さらに、シャフト１８の前方（先端側）をＺ１方向、後方（根元側）をＺ２方向と規定する。また、Ｚ方向に直角な方向であって、マニピュレータ本体１１を図１の姿勢にしたときのマニピュレータ本体１１を基準とした左右方向をＸ方向とし、特に、マニピュレータ本体１１の左側方向をＸ１方向、右側方向をＸ２方向と規定する。また、Ｚ方向に直角な方向であって、マニピュレータ本体１１を図１の姿勢にしたときのマニピュレータ本体１１の上下方向をＹ方向とし、特に、上方向をＹ１方向、下方向をＹ２方向と規定する。

なお、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本体１１が基準姿勢（中立姿勢）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、マニピュレータ本体１１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勿論である。

マニピュレータ本体１１は、人手によって把持及び操作される操作部１４と、該操作部１４に対して着脱自在な作業部１６とを有する。操作部１４は、上述したボディ２１の一部を構成し、筐体を構成しＺ１方向及びＹ２方向に略Ｌ字状に延在する左右一対の上部カバー２５ａ、２５ｂと、上部カバー２５ａ、２５ｂ内に収容された駆動部３０と、人手によって操作される複合入力部２４（第２入力部）とを有する。

駆動部３０は、先端動作部１２の姿勢を変更させるための駆動源５０として第１モータ（第１アクチュエータ）５０ａ及び第２モータ（第２アクチュエータ）５０ｂを有し、駆動源５０の駆動力が先端動作部１２に機械的に伝達されることで、先端動作部１２の姿勢を変更できるように構成されている。操作部１４のＹ１方向頂部近傍には、上部カバー２５ａ、２５ｂから露出してマスタスイッチ３４が設けられ、マスタスイッチ３４のＺ１方向で視認しやすい箇所にＬＥＤ３５が設けられている。

操作部１４の基端側でＹ２方向に延びた部分は、人手によって把持されるグリップハンドル２６として構成されている。複合入力部２４は、グリップハンドル２６の上部の傾斜面に設けられており、左右方向への回動操作及び傾動操作を単独または複合的に行うことで、その操作に応じた信号がコントローラ２９に送信され、コントローラ２９が駆動部３０の駆動を制御することにより、先端動作部１２の姿勢変更が行われる。

作業部１６は、Ｚ方向で略対称に分割された一対の下部カバー３７ａ、３７ｂを筐体としており、上記の先端動作部１２と、この先端動作部１２を先端に設けた長尺且つ中空のシャフト１８と、このシャフト１８の基端側が固定され、下部カバー３７ａ、３７ｂ内に収容されたプーリボックス３２と、プーリボックス３２の後方に設けられ、トリガ軸３９を支点としてＸ方向の軸心を中心に回動可能に軸支されたトリガレバー（第１入力部）３６とを有する。下部カバー３７ａ、３７ｂ、プーリボックス３２及びトリガレバー３６は、上述したボディ２１の一部を構成する。

先端動作部１２は、トリガレバー３６の操作に基づいて開閉動作するエンドエフェクタ３００と、複合入力部２４の操作に基づいてエンドエフェクタ３００の姿勢を変化させる姿勢変更機構１３とを有する。エンドエフェクタ３００は、例えば、生体の一部や縫合用の針を把持するグリッパ、生体の一部を切断するハサミ等として、所定の開閉動作軸を基準に開閉動作可能に構成される。エンドエフェクタ３００の開閉動作は、人手によるトリガレバー３６の操作（押し引き操作）に基づく力が機械的に伝達されることで行われる。

トリガレバー３６は、下部カバー３７ａ、３７ｂ内のＺ２方向側の端部に設けられたトリガ軸３９に軸支されたアーム部３６ａと、このアーム部３６ａのＹ２側に設けられたトリガ操作子３６ｂとを有する。トリガ操作子３６ｂは、指輪部３６ｃと、この指輪部３６ｃのＹ２側に設けられた略円弧状の指掛け突起３６ｄとを有する。

姿勢変更機構１３は、先端を指向するロール軸（中立姿勢時にはＺ軸）を基準に回転するロール動作と、Ｙ方向のヨー軸を基準に傾動するヨー動作（傾動動作）とが可能であり、ロール動作と傾動動作とを選択的にまたは複合的に行うことが可能である。従って、先端動作部１２は、エンドエフェクタ３００の開閉動作、ロール動作及びヨー動作からなる３軸の動作が可能である。本実施形態の場合、エンドエフェクタ３００の姿勢変更の動作（ロール動作及びヨー動作）は、複合入力部２４の操作に基づいて駆動源５０が駆動し、この駆動源５０の駆動力が先端動作部１２に機械的に伝達されることで行われる。

なお、機械的な伝達とは、ワイヤ、チェーン、タイミングベルト、リンク、ロッド、ギア等を介して力が伝達される方式であり、主に、動力伝達方向に非弾性な固体の機械部品を介して駆動する方式である。ワイヤやチェーン等は、張力により不可避的な多少の伸びが発生する場合があるが、これらは非弾性な固体の機械部品とする。

このような作業部１６は、操作部１４に設けられた左右一対の着脱レバー４０、４０によって当該操作部１４と連結・固定されると共に、着脱レバー４０の開放操作によって操作部１４から分離可能であり、特別な器具を用いることなく、手術現場で容易に交換作業等を行うことができる。

先端動作部１２及びシャフト１８は細径に構成されており、患者の腹部等に装着された円筒形状のトラカール２０を通して体腔２２内に挿入可能であり、複合入力部２４及びトリガレバー３６の操作によって体腔２２内で患部切除、把持、縫合及び結紮等の様々な手技を行うことができる。

コントローラ２９は、マニピュレータ本体１１を総合的に制御する制御部であって、グリップハンドル２６の下端部から延在するケーブル２８と接続される。コントローラ２９の機能の一部または全部は、例えば操作部１４に一体的に搭載することもできる。コントローラ２９は、例えば、第１ポート２７ａ、第２ポート２７ｂ及び第３ポート２７ｃを備えており、３台のマニピュレータ本体１１を独立的に同時に制御することができる。

コントローラ２９には、ＬＡＮ等の通信手段を介して使用履歴管理手段であるホストコンピュータ３１を接続することができる。ホストコンピュータ３１は、内部の図示しない記録手段に使用履歴テーブルを記録しており、コントローラ２９または前記ＬＡＮにより接続された複数台のコントローラ２９に対して要求された個体番号（識別番号）に応じた使用履歴データを送受信し、管理する。ホストコンピュータ３１は、コントローラ２９から独立的な構成に限らず、コントローラ２９内にその機能を設けてもよい。

２． マニピュレータの各構成部分の説明
２．１ エンドエフェクタ駆動機構の説明
次に、主として図２及び図３を参照するとともに、補足的に図４及び図５を参照し、トリガレバー３６の操作（押し引き操作）に基づいて動作するエンドエフェクタ駆動機構３２０について説明する。図２は、トリガレバーを押し出したときの、エンドエフェクタ駆動機構３２０の模式構造図である。図３は、トリガレバーを十分に引いたときの、エンドエフェクタ駆動機構３２０の模式構造図である。図４は、先端動作部１２の斜視図である。図５は、先端動作部１２の分解斜視図である。

エンドエフェクタ駆動機構３２０の動作は、変換機構１５によりエンドエフェクタ３００の動作（開閉動作）に変換される。変換機構１５は、エンドエフェクタ３００の延在方向に進退移動可能な伝達部材１５２を有し、この伝達部材１５２が図２に示すＺ１方向側の進出位置に移動すると、エンドエフェクタ３００が開いた状態となり（図７参照）、伝達部材１５２が図３に示すＺ２方向側の後退位置に移動すると、エンドエフェクタ３００が閉じた状態となる（図８参照）。すなわち、伝達部材１５２の進退動作に伴って、エンドエフェクタ３００が開閉動作するようになっている。なお、変換機構１５は、伝達部材１５２以外にも構成部品を有するが、その詳細については後述する。

エンドエフェクタ駆動機構３２０は、トリガレバー３６をＺ２方向に引いたときに伝達部材１５２を後退位置に向かって移動させる第１機構３２０ａと、トリガレバー３６をＺ１方向に押したときに伝達部材１５２を進出位置に向かって移動させる第２機構３２０ｂとを有する。以下の説明では、第１機構３２０ａにおける構成要素には符号にａを付し、第２機構３２０ｂにおける構成要素には符号にｂを付して区別する。第１機構３２０ａにおける構成要素と第２機構３２０ｂにおける構成要素で同様の機能のものについては、煩雑とならないよう、代表的に第１機構３２０ａについてのみ説明する場合がある。

第１機構３２０ａは、トリガレバー３６のアーム部３６ａのトリガ軸３９よりも基端部側（トリガ操作子３６ｂ側）に接続された連結ロッド８５と、連結ロッド８５のＺ１側に接続されたロッド８２ａと、ロッド８２ａのＺ１側に離間して配置されたアイドルプーリ１４０ａと、このアイドルプーリ１４０ａのＺ１側に離間して配置されたガイドプーリ１４２ａと、このガイドプーリ１４２ａよりもエンドエフェクタ３００側に配置された受動プーリ１５６ａと、アイドルプーリ１４０ａ、ガイドプーリ１４２ａ及び受動プーリ１５６ａに巻き掛けられた受動ワイヤ２５２ａとを有する。

シャフト１８の先端部には、Ｚ方向に離間してシャフト１８内を半径方向に横断する２つの軸１１０、１１２が互いに平行に配置されており、軸１１０にはアイドルプーリ１４０ａが回転可能に軸支され、軸１１２にはガイドプーリ１４２ａが回転可能に軸支されている。アイドルプーリ１４０ａは、互いに独立に回転可能な第１層アイドルプーリ２３２Ａと第２層アイドルプーリ２３２Ｂとが同軸上に配置されて構成されている。ガイドプーリ１４２ａは、互いに独立に回転可能な第１層ガイドプーリ２３６Ａと第２層ガイドプーリ２３６Ｂとが同軸上に配置されて構成されている。

伝達部材１５２には、軸１１２に平行なピン１５４が挿通されており、このピン１５４に受動プーリ１５６ａが回転可能に軸支されている。このため、受動プーリ１５６ａと伝達部材１５２はエンドエフェクタ３００の延在方向（エンドエフェクタ３００が中立姿勢のときにはＺ方向）に一体的に移動可能である。ロッド８２ａ及び受動ワイヤ２５２ａの一部は、シャフト１８内に挿通されている。ロッド８２ａは、例えば、十分に強く且つ細いステンレスパイプまたは中実ロッドあり、ロッド８２ａのＺ１方向寄りの部位はシャフト１８内に位置している。

受動ワイヤ２５２ａは、その一部が、ロッド８２ａのＺ１側の端部に設けられたワイヤ係合部２５０ａに係合した環状（無端状）の可撓性部材である。受動ワイヤ２５２ａは、ワイヤ以外にもロープ、樹脂線、ピアノ線及びチェーン等を用いることができる。ここで、環状とは広義であり、必ずしも全長にわたって可撓性部材が適用されている必要はなく、少なくとも各プーリに巻き掛けられる箇所が可撓性部材であればよく、直線部は剛体で接続されていてもよいことは勿論である。

受動ワイヤ２５２ａは、ロッド８２ａから、第１層アイドルプーリ２３２ＡのＸ１方向（第１の側方）を通り、Ｘ２方向（第２の側方）に向かい、第１層ガイドプーリ２３６ＡのＸ２方向の面を通り受動プーリ１５６ａのＸ２方向の面に至る。受動ワイヤ２５２ａは、さらに、受動プーリ１５６ａのＺ１方向の面に半周巻き掛けられてＸ１方向の面に至り、第２層ガイドプーリ２３６ＢのＸ１方向の面を通り、Ｘ２方向に向かい第２層アイドルプーリ２３２ＢのＸ２方向を通りワイヤ係合部２５０ａに至る経路で配設されている。

アイドルプーリ１４０ａ、ガイドプーリ１４２ａ及び受動プーリ１５６ａは略同径であり、受動ワイヤ２５２ａがあまり屈曲しないように、レイアウト上の可能な範囲で適度に大径にしている。ワイヤ係合部２５０ａは、受動ワイヤ２５２ａが過度に屈曲しないように、アイドルプーリ１４０ａよりも適度に離れた位置に設けられており、受動ワイヤ２５２ａの両端部はワイヤ係合部２５０ａを頂部として鋭角を形成している。アイドルプーリ１４０ａとガイドプーリ１４２ａとの間は狭く、例えば、受動ワイヤ２５２ａの幅と略等しい隙間が形成されている。アイドルプーリ１４０ａ、ガイドプーリ１４２ａ及び受動プーリ１５６ａには、受動ワイヤ２５２ａの抜け止めのために、上面及び下面に小さいフランジを設け、または側面を凹形状にしてもよい。

このように構成される第１機構３２０ａでは、トリガレバー３６を引くと、アーム部３６ａがトリガ軸３９を中心に、図３で反時計回りに回転することで、連結ロッド８５を介してロッド８２ａがＺ２方向に移動する。すると、ロッド８２ａに接続された受動ワイヤ２５２ａがＺ２方向に移動し、この受動ワイヤ２５２ａのＺ２方向への移動に伴って、受動プーリ１５６ａが後退位置に向かって（図３で右方向に）移動する。このとき、伝達部材１５２も受動プーリ１５６ａと一体的に移動する。

また、この受動ワイヤ２５２ａのＺ２方向への移動に伴って、第１層アイドルプーリ２３２Ａと第２層アイドルプーリ２３２Ｂが互いに反対方向に回転するとともに、第１層ガイドプーリ２３６Ａと第２層ガイドプーリ２３６Ｂが互いに反対方向に回転する。このように、アイドルプーリ１４０ａ及びガイドプーリ１４２ａは、それぞれ同軸上で２枚のプーリが並列する構成であることから、当接する受動ワイヤ２５２ａの動きに従って逆方向に回転可能であり、動作がスムーズである。

図２及び図３に示すように、第２機構３２０ｂは、第１機構３２０ａに対して、基本的には、折り返しプーリ３５０が付加された構成である。受動プーリ１５６ａ及び受動プーリ１５６ｂは同軸構成となっている。すなわち、第２機構３２０ｂは、トリガレバー３６のアーム部３６ａのトリガ軸３９よりも先端部側（トリガ軸３９を基準として指輪部３６ｃの反対側）に接続されたワイヤ８７と、ワイヤ８７のＺ１側に接続されたロッド８２ｂと、ロッド８２ｂのＺ１側に離間して配置されたアイドルプーリ１４０ｂと、このアイドルプーリ１４０ｂのＺ１側に離間して配置されたガイドプーリ１４２ｂと、このガイドプーリ１４２ｂよりもエンドエフェクタ３００側に配置された受動プーリ１５６ｂと、この受動プーリ１５６ｂよりもエンドエフェクタ３００側に離間して配置された折り返しプーリ３５０と、アイドルプーリ１４０ｂ、ガイドプーリ１４２ｂ、受動プーリ１５６ｂ及び折り返しプーリ３５０に巻き掛けられた受動ワイヤ２５２ｂとを有する。

アイドルプーリ１４０ｂは、軸１１０により回転可能に軸支されている。アイドルプーリ１４０ｂは、互いに独立に回転可能な第１層アイドルプーリ２３４Ａと第２層アイドルプーリ２３４Ｂとが同軸上に配置されて構成されている。ガイドプーリ１４２ｂは、軸１１２により回転可能に軸支されている。ガイドプーリ１４２ｂは、互いに独立に回転可能な第１層ガイドプーリ２３８Ａと第２層ガイドプーリ２３８Ｂとが同軸上に配置されて構成されている。

受動プーリ１５６ｂは、後述する主軸部材１４４に設けられた孔１４４ａ（図５参照）内で、ピン１５４によって、受動プーリ１５６ａとともに互いに独立的に同軸状に回転可能に軸支されている。このため、２つの受動プーリ１５６ａ、１５６ｂ及び伝達部材１５２は、エンドエフェクタ３００の延在方向に一体的に移動可能である。受動プーリ１５６ｂは、受動ワイヤ２５２ｂが２巻き可能な幅を有する。

折り返しプーリ３５０は、中空円筒状の先端カバー１６１（図４及び図５も参照）の内部に配置されたピン３５２により回転可能に軸支されおり、先端カバー１６１内での位置は固定である。折り返しプーリ３５０は受動ワイヤ２５２ｂが２巻き可能な幅を有する。また、折り返しプーリ３５０を２層化することにより、開閉動作のときに反対方向に回転できる構成となり、受動ワイヤ２５２ｂとプーリの摩擦を低減させることができる。

ロッド８２ｂ及び受動ワイヤ２５２ｂの一部は、シャフト１８内に挿通されている。受動ワイヤ２５２ｂは、その一部が、ロッドのＺ１側の端部に設けられたワイヤ係合部２５０ｂに係合した環状の可撓性部材である。

受動ワイヤ２５２ｂは、ロッド８２ｂのワイヤ係合部２５０ｂから、第１層アイドルプーリ２３４ＡのＸ１方向を通り、Ｘ２方向に向かい、第１層ガイドプーリ２３８ＡのＸ２方向を通り受動プーリ１５６ｂのＸ２方向の面に至る。受動ワイヤ２５２ｂはそのままＺ１方向に向かって延在し、折り返しプーリ３５０のＸ２方向の面に達し、該折り返しプーリ３５０のＺ１方向の面に半回転巻き付けられてＺ２方向に折り返す。

さらに、受動ワイヤ２５２ｂは、受動プーリ１５６ｂのＺ２方向の面に半回転巻き付けられてＸ２側を通って再度折り返しプーリ３５０に至り、再び該折り返しプーリ３５０のＺ１方向の面に半回転巻き付けられてＺ２方向に折り返す。この後、受動ワイヤ２５２ｂは第２層ガイドプーリ２３８ＢのＸ１方向から第２層アイドルプーリ２３４ＢのＸ２方向に至り、ロッド８２ｂのワイヤ係合部２５０ｂに至る。

このように構成される第２機構３２０ｂでは、トリガレバー３６を押し出すと、アーム部３６ａがトリガ軸３９を中心に、図２で時計回りに回転することで、ワイヤ８７を介してロッド８２ｂがＺ２方向に移動し、これに伴い、ロッド８２ｂに接続された受動ワイヤ２５２ｂがワイヤ係合部２５０ｂの箇所でＺ２方向に引っ張られて移動する。この場合、受動ワイヤ２５２ｂは、折り返しプーリ３５０を経由して受動ワイヤ２５２ｂに巻き掛けられているため、受動プーリ１５６ｂが図２で左方向に移動する。このとき、伝達部材１５２も受動プーリ１５６ｂと一体的に移動する。また、受動ワイヤ２５２ｂの移動に伴って、第１層アイドルプーリ２３４Ａと第２層アイドルプーリ２３４Ｂが互いに反対方向に回転するとともに、第１層ガイドプーリ２３８Ａと第２層ガイドプーリ２３８Ｂが互いに反対方向に回転する。

このように、エンドエフェクタ駆動機構３２０により、トリガレバー３６の押し引き操作が伝達部材１５２の進退動作に変換される。上述したように、伝達部材１５２が進退動作することにより、エンドエフェクタ３００の開閉動作が行われる。

２．２ 変換機構の説明
次に、主として図４〜図８を参照し、上述したエンドエフェクタ駆動機構３２０の動作をエンドエフェクタ３００の動作（開閉動作）に変換する変換機構１５について説明する。変換機構１５により開閉動作が行われるエンドエフェクタ３００は、図示例ではグリッパ３００Ａとして構成されている。グリッパ３００Ａは、一対のグリッパ部材３０８を有し、開閉動作可能な開閉機構として構成されている。各グリッパ部材３０８の基端側には、レバー部３１０が設けられている。各レバー部３１０には軸孔２１６が形成されている。

シャフト１８のＺ１方向側には全体として中空円筒形の先端カバー１６１が配置され、この先端カバー１６１の先端部には一対の突出片３０４が設けられている。この一対の突出片３０４の間に、一対のグリッパ部材３０８のレバー部３１０が重なって配置されている。レバー部３１０の軸孔２１６に、先端カバー１６１の一対の突出片３０４間に固定されたピン１９６が挿通されることにより、各レバー部３１０が先端カバー１６１に開閉軸Ｏｇを中心に回転可能に軸支されている。これにより、グリッパ３００Ａの開閉動作が可能となっている。開閉軸Ｏｇを中心としたグリッパ部材３０８の可動範囲は、グリッパ３００Ａが例えば４０°またはそれ以上開くことができるように設定されるとよい。

変換機構１５は、一対のグリッパ部材３０８のレバー部３１０にピン２２２を介して連結された一対のリンク部材２２０と、リンク部材２２０にピン２２４を介して連結された受動板１５８と、受動板１５８に対して相対回転可能に係合する上述した伝達部材１５２とを有する。

レバー部３１０の基端には、ピン孔２１８が形成され、リンク部材２２０の一端には、ピン孔２２０ａが形成され、ピン２２２が、ピン孔２１８、２２０ａに挿通されている。これにより、リンク部材２２０は、グリッパ部材３０８のレバー部３１０にピン２２２を介して回転可能に連結されている。

リンク部材２２０の他端には、ピン孔２２０ｂが形成され、ピン孔２２０ｂにピン２２４が挿通されている。これにより、リンク部材２２０は、受動板１５８にピン２２４を介して回転可能に連結されている。各リンク部材２２０は、平面視で、途中部分で他方のリンク部材２２０と交差するように、先端カバー１６１の軸線に対して傾斜して配設されている。

図５に示すように、受動板１５８は、Ｚ２方向の凹部１６６と、該凹部１６６の底面に設けられた係合部１６８と、Ｘ方向両面にそれぞれ設けられた軸方向のリブ１７０と、２つのリンク孔１７２とを有する。係合部１６８は、伝達部材１５２の先端に設けられたきのこ状の突起１７４に係合する形状である。この係合により、受動板１５８と伝達部材１５２は、相対的なロール軸の回転が可能になる。

受動板１５８のリブ１７０が、先端カバー１６１の内面に形成された２本の溝１７５に嵌ることにより、受動板１５８が先端カバー１６１の軸線方向（ロール軸Ｏｒ方向）にガイドされる。受動板１５８の係合部１６８には、伝達部材１５２の先端に設けられた突起１７４が係合しているため、受動板１５８と伝達部材１５２とは、先端カバー１６１の内部において先端カバー１６１の軸線方向に一体的に移動可能となっている。

上述したように、トリガレバー３６の押出し操作により、伝達部材１５２が進出方向（図７で左方方向）に移動すると、受動板１５８が同一方向に移動し、この受動板１５８の移動に伴ってリンクがレバー部３１０に作用し、これにより、図７に示すようにグリッパ３００Ａが開く。一方、トリガレバー３６の引き操作により、伝達部材１５２が後退方向（図８で右方向）に移動すると、受動板１５８が同一方向に移動し、この受動板１５８の移動に伴ってリンク部材２２０がレバー部３１０に作用し、これにより、図８に示すようにグリッパ３００Ａが閉じる。

グリッパ３００Ａには、トリガレバー３６を人手によって押し出す力が、上述した第２機構３２０ｂ（図３参照）によって機械的に直接伝えられることから、弾性体のような所定の力ではなく任意の強い力で開くことができる。したがって、グリッパ３００Ａの外側面を用いて生体組織を剥離させ、または孔部を拡開させるような手技に対して好適に用いることができる。また、グリッパ３００Ａの外側面に対象物が接触した場合には、受動ワイヤ２５２ｂ、ロッド８２ｂ及びトリガレバー３６もそれ以上Ｚ１方向に動かなくなり、操作者はグリッパ３００Ａの外側面が対象物に接触したこと、及び該対象物の硬さ等を指先で知覚することができる。

また、図６に示すように、受動板１５８の係合部１６８には、伝達部材１５２の先端に設けられた突起１７４がロール軸Ｏｒを中心に回転可能に係合している。ここで、後述するように、先端カバー１６１は、シャフト１８の先端部に傾動可能に軸支された主軸部材１４４に対してロール軸を中心に回転可能である。従って、グリッパ３００Ａ、リンク部材２２０、受動板１５８及び先端カバー１６１は、ロール軸Ｏｒを中心に一体的に回転可能である。

２．３ 駆動部から先端動作部までの動力伝達機構の説明
次に、駆動部３０の駆動力を先端動作部１２に機械的に伝達する機構について説明する。ここで、図９は、作業部１６と操作部１４とを分離した状態でのマニピュレータ本体１１の一部断面側面図であり、図１０は、作業部１６の一部省略断面平面図である。プーリボックス３２を構成する空洞部６６には、上述したエンドエフェクタ駆動機構３２０の構成要素である２本のロッド８２ａ、８２ｂがＹ方向に並んで、Ｚ方向に貫通している。

図９及び図１０に示すように、プーリボックス３２のＺ２側には、Ｚ方向を基準として対称な一対のピン穴８４、８４が形成されている。各ピン穴８４、８４には、作業部１６と操作部１４との装着時、ブラケット５２の底面からＹ１方向に突出した一対のガイドピン８６、８６が挿入され、これにより、操作部１４と作業部１６とが位置決めされ且つ高い剛性で装着される。

駆動部３０は、上述した第１及び第２モータ５０ａ、５０ｂと、第１及び第２モータ５０ａ、５０ｂを支持するブラケット５２と、第１及び第２モータ５０ａ、５０ｂの回転方向を変換して作業部１６側に伝達するギア機構部５４とを有する。第１及び第２モータ５０ａ、５０ｂは円柱形状であり、図示しない減速機によって減速される出力軸５６ａ、５６ｂがブラケット５２の一面を貫通し、該出力軸５６ａ、５６ｂに対してギア機構部５４を構成する駆動傘歯車５８ａ、５８ｂが固定されている。第１及び第２モータ５０ａ、５０ｂは、例えばＤＣモータであり、図示しない角度センサとしてロータリエンコーダ等が設けられる。

ギア機構部５４は、ブラケット５２内の空間に設けられ、Ｘ方向に並んだ２本の駆動軸６０ａ、６０ｂと、各駆動軸６０ａ、６０ｂに固定され、駆動傘歯車５８ａ、５８ｂと噛み合う２つの従動傘歯車６２ａ、６２ｂとを有する。第１及び第２モータ５０ａ、５０ｂの出力軸５６ａ、５６ｂ、駆動軸６０ａ、６０ｂ等は図示しないベアリングによってブラケット５２に軸支されている。駆動軸６０ａ（６０ｂ）の下端側はブラケット５２の下面から突出しており、その先端には、例えば断面波形六角形状で先細りのテーパ形状からなる係合凸部６４ａ（６４ｂ）が設けられている。

プーリボックス３２は、Ｘ方向両側が開口した空洞部６６と、該空洞部６６に収納されたプーリ（従動軸）７０ａ、７０ｂ及びワイヤガイド部７２ａ、７２ｂとを有し、空洞部６６のＺ１側に貫通した孔部でシャフト１８が固定・支持されている。プーリ７０ａ、７０ｂは、駆動軸６０ａ、６０ｂに対して同軸であり、その上端側には、駆動軸６０ａ、６０ｂ側の係合凸部６４ａ、６４ｂと係合可能な係合凹部７４ａ、７４ｂが設けられている。係合凹部７４ａ、７４ｂは、前記係合凸部６４ａ、６４ｂが係合（嵌合）可能であり、例えば断面波形六角形状で奥細りのテーパ形状の凹部を有する。

従って、操作部１４と作業部１６との装着時、係合凸部６４ａ（６４ｂ）と係合凹部７４ａ（７４ｂ）とが係合し、これにより、駆動軸６０ａ（６０ｂ）からの回転駆動力をプーリ７０ａ（７０ｂ）へと伝達することができる。この際、例えば操作部１４には、操作部１４と作業部１６の着脱を検出する着脱検出センサ（図示せず）や、駆動軸６０ａの位相を検出する位相検出センサ（図示せず）等を設けてもよく、さらに、係合凸部６４ａや係合凹部７４ａの係合構造は他の構造であってもよい。

図１０に示すように、ワイヤガイド部７２ａ、７２ｂは、プーリ７０ａ、７０ｂのＺ１側に配設されると共に、互いの外周面の間隔が、プーリ７０ａ、７０ｂの外周面間の間隔よりも狭く設定されている。ワイヤ（動力伝達部材）８０ａ、８０ｂは、プーリ７０ａ、７０ｂに巻き掛けられるとともに、ワイヤガイド部７２ａ、７２ｂによりガイドされて、シャフト１８内に挿通されている。このようなワイヤガイド部７２ａ、７２ｂを用いることにより、シャフト１８は、第１及び第２モータ５０ａ、５０ｂの径やプーリ７０ａ、７０ｂの軸間距離に依存することなく十分に細くすることができ、例えば、トラカール２０に挿入するのに適した５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の外径に容易に設定することができる。

図１１は、駆動部３０の駆動力を姿勢変更機構１３（図６〜図８参照）に伝達するための機構の模式構造図である。図１１に示すように、シャフト１８の先端部にはガイドプーリ１４２ａ、１４２ｂを軸支する上述した軸１１２（図２及び図６も参照）が設けられており、ワイヤ８０ａ、８０ｂは、それぞれ、軸１１２により回転可能に軸支された歯車体（第２回転体）１２６、プーリ（第１回転体）１３０に巻き掛けられている。歯車体１２６及びプーリ１３０は、姿勢変更機構１３の構成部品である。

このような作業部１６では、ワイヤ８０ａ、８０ｂは、それぞれプーリ７０ａ、７０ｂ側と先端動作部１２側との間で往復していることから、シャフト１８の中空空間内には、延べ４本のワイヤ８０ａ、８０ｂと２本のロッド８２ａ、８２ｂとが挿通される。例えば、ロッドに代えてワイヤのみで全ての動力伝達機構を構成してもよい。ワイヤ８０ａ、８０ｂは、それぞれ同種または異種、同径または異径のものを用いることができ、可撓性を有する湾曲可能な線材で構成される。ワイヤ８０ａ、８０ｂにおいて、シャフト１８内を通過する部分であって可撓性を要しない直線部分には、図示しない高剛性の補強ロッドを囲繞して、補強することもできる。

２．４ 先端動作部の説明
次に、先端動作部１２の構成について、更に詳細に説明する。図５〜図８に示すように、先端動作部１２は、上述したエンドエフェクタ３００、変換機構１５及び姿勢変更機構１３を有する。姿勢変更機構１３は、上述したように、エンドエフェクタ３００の延在方向を指向するロール軸Ｏｒ（中立姿勢時にはＺ軸と一致する。）を中心に回転するロール動作と、Ｙ方向のヨー軸Ｏｙを中心に傾動するヨー動作（傾動動作）とが可能であり、ロール動作と傾動動作とを選択的にまたは複合的に行うことが可能である。

姿勢変更機構１３によるロール動作は、エンドエフェクタ３００の延在方向のロール軸Ｏｒを中心として該エンドエフェクタ３００を回転可能に設定され、例えば±１８０°またはそれ以上の稼動範囲を有する。また、姿勢変更機構１３による傾動動作は、シャフト１８の延在方向に沿う軸線に対して交差する方向に揺動するように設定され、例えば±９０°またはそれ以上の可動範囲を有する。

姿勢変更機構１３は、一方のワイヤ（第１伝達部材）８０ａを介して第１モータ５０ａにより回転駆動されるプーリ１３０が設けられシャフト１８の軸線と非平行なヨー軸（傾動軸）Ｏｙを中心に回動可能な主軸部材１４４と、他方のワイヤ（第２伝達部材）８０ｂを介して第２モータ５０ｂにより回転駆動される歯車体１２６と、歯車体１２６により駆動されエンドエフェクタ３００の延在方向のロール軸Ｏｒを中心に回動可能であるように主軸部材１４４に支持されたギア体１４６（第３回転体）とを有する。

歯車体１２６及び主軸部材１４４は、シャフト１８の先端に設けられた軸１１２により回転可能に支持されている。シャフト１８の先端部のＹ方向両側には、Ｚ１方向に突出する一対の突出片５８（図５参照）が設けられており、前記の軸１１２は、一対の突出片５８の間にＹ方向に沿って固定されている。歯車体１２６は、筒体１３２と、該筒体１３２の上部に同心状に設けられた歯車１３４とを有する。プーリ１３０は、歯車体１２６の筒体１３２と略同径で略同形状である。

プーリ１３０及び筒体１３２には、ワイヤ８０ａ及び８０ｂが所定の固定手段によって一部が固定されて巻き掛けられている。ワイヤ８０ａ及び８０ｂの巻き掛けられる角度は、例えば１．５回転（５４０°）である。プーリ１３０は、主軸部材１４４の基端部側に一体的に設けられており、この主軸部材１４４は、軸１２２によりヨー軸を中心に回動（傾動）自在に支持されている。従って、プーリ１３０がワイヤ８０ａにより回転駆動されることで、プーリ１３０が一体的に設けられた主軸部材１４４がヨー軸Ｏｙを中心に回動する。

主軸部材１４４におけるＺ２方向端部には、プーリ１３０と歯車体１２６との間で、軸により回転可能に支持された２枚の補助板１４４ｂ、１４４ｂ（図５参照）が設けられている。補助板１４４ｂ、１４４ｂは、ガイドプーリ１４２ａのＹ方向上面及びガイドプーリ１４２ｂのＹ方向下面を保持している。また、主軸部材１４４におけるＺ１方向端部には、補助板１４４ｂ、１４４ｂからエンドエフェクタ３００に向けて突出する筒部１４４ｄとを有する。主軸部材１４４の軸心部にはロール軸Ｏｒ方向に延在する方形の孔１４４ａが設けられており、この孔１４４ａに、上述した変換機構１５の構成部品である伝達部材１５２が挿入されることで、伝達部材１５２がロール軸方向に進退移動可能にガイドされている。

図５に示すように、主軸部材１４４には、ピン３５２が挿入及び固定される径方向の軸孔３５４が設けられている。軸孔３５４は、孔１４４ａを経由して主軸部材１４４の筒部１４４ｄを貫通している。また、伝達部材１５２には、ピン３５２が挿通可能な幅で軸方向に延在する長孔３５６が設けられている。図６に示すように、伝達部材１５２は、ロール軸よりＹ１方向にややオフセットした位置に設けられるが、先端の突起１７４だけは軸心に配置させるとよい。もちろん、伝達部材１５２はロール軸上に配置してもよい。

ギア体１４６は、主軸部材１４４の筒部１４４ｄの外周に回転可能に支持されている。ギア体１４６は、ナット体１４８により主軸部材１４４に対する抜け止めがなされている。主軸部材１４４におけるギア体１４６と当接する部分には、樹脂製のスラスト軸受部材１４４ｃが設けられている。ナット体１４８におけるギア体１４６と当接する部分には、樹脂製のスラスト軸受部材１４８ａが設けられている。スラスト軸受部材１４４ｃ、１４８ａは低摩擦材であって、当接部分の摩擦及びトルクを低減すると共に、フェイスギア１６５に負荷が直接的にかかることを防止する。

スラスト軸受部材１４４ｃ、１４８ａは、いわゆる滑り軸受であるが、転がり軸受を設けてもよい。これにより、グリッパ３００Ａを強く閉じた場合や開いた場合、すなわちギア体１４６が主軸部材１４４に強く当接する場合でも、ロール動作を円滑に行うことができる。

ギア体１４６は、段付き筒形状であって、Ｚ２方向の大径部１６２と、Ｚ１方向の小径部１６４と、大径部１６２のＺ２方向端面に設けられたフェイスギア１６５とを有する。フェイスギア１６５は、歯車１３４と噛み合っている。大径部１６２の外周には、先端カバー１６１のＺ２方向側の端部に設けられたネジ部に螺合するネジ部が設けられている。

先端カバー１６１は、その基端部がギア体１４６に外嵌されて結合（螺合、圧入等）されており、先端カバー１６１及びエンドエフェクタ３００は、ギア体１４６の回転によりロール動作を行う。

なお、上述した変換機構１５、姿勢変更機構１３及び先端カバー１６１により、エンドエフェクタ３００の開閉動作と、エンドエフェクタ３００の姿勢変更とを行う複合機構部１０２が構成されている。

上記のように構成された姿勢変更機構１３では、ワイヤ８０ｂ及び８０ａを操作することにより、プーリ１３０及び歯車体１２６を軸１１２に対して回転させることができる。プーリ１３０を回転させるとエンドエフェクタ３００の傾動動作が行われる。すなわち、プーリ１３０が一体的に設けられた主軸部材１４４がヨー軸Ｏｙを中心に回動するとともに、ギア体１４６、先端カバー１６１及びエンドエフェクタ３００が主軸部材１４４と一体的にヨー軸Ｏｙを中心として傾動する。

一方、歯車体１２６を回転させると、エンドエフェクタ３００のロール動作が行われる。すなわち、歯車体１２６によりギア体１４６がロール軸Ｏｒを中心に回転するとともに、先端カバー１６１及びエンドエフェクタ３００がギア体１４６と一体的にロール軸Ｏｒを中心として回転する。

２．５ 複合入力部の説明
図１２に示すように、先端動作部１２を電気的に駆動する複合入力部２４は、Ｚ軸（Ｙ軸）を中心としてＸ１及びＸ２方向に対称な構造であり、先端動作部１２に対してロール方向（軸回転方向）及びヨー方向（左右方向）の回転指令を与える複合的な入力部である。

複合入力部２４は、傾斜面２６ａに配置されたセンサホルダ８８によって支持されており、傾斜面２６ａのＺ１側（Ｙ１側）の回転操作部９０と、そのＺ２側（Ｙ２側）に設けられた傾動操作部９２と、傾動操作部９２の下部側面にそれぞれ配設された３つのスイッチ操作子９４ａ〜９４ｃとを有する。これら回転操作部９０等への入力は、センサホルダ８８内に設けられたスイッチ基板（図示せず）等によってその操作量が検出され、第１及び第２モータ５０ａ、５０ｂがコントローラ２９の制御下に適宜駆動制御される。

２．６ 検出機構の説明
２．６．１ 第１構成例に係る検出機構の説明
次に、図１３、図１４Ａ及び図１４Ｂを参照し、第１構成例に係る検出機構４００について説明する。なお、以下の説明において、トリガレバー３６の押出し位置とは、トリガレバー３６を十分に押し出した位置（トリガレバー３６の可動範囲のうち最もＺ１方向側に回動した位置）またはその近傍位置を意味し、トリガレバー３６の引き位置とは、トリガレバー３６を十分に引いた位置（トリガレバー３６の可動範囲のうち最もＺ２方向側に回動した位置）またはその近傍位置を意味するものとする。図１３では、押出し位置にあるときのトリガレバー３６を実線で描いており、引き位置にあるときのトリガレバー３６を二点鎖線で描いている。

図１３に示すように、本実施の形態に係るマニピュレータ１０は、第１入力部であるトリガレバー３６の操作状態を検出する検出機構４００をさらに備える。第１構成例に係る検出機構４００は、トリガレバー３６が引き位置に達したことを検出するように構成されている。すなわち、検出機構４００は、エンドエフェクタ３００であるグリッパ３００Ａが閉じた状態または殆ど閉じた状態に対応する動作位置にトリガレバー３６が達したことを検出するものである。

検出機構４００は、トリガレバー３６に設けられた突出部（検出用突出片）４０２と、操作部１４に設けられた検出部４０４とを有する。突出部４０２は、トリガレバー３６のアーム部３６ａに固定され（設けられ）、図示例では、Ｚ２方向に突出するように設けられおり、トリガレバー３６と一体的に動作する。すなわち、トリガレバー３６が前後方向（Ｚ方向）に揺動すると、突出部４０２も、トリガ軸３９を回転支点として揺動する。

検出部４０４は、操作部１４の、下部カバー３７ａ、３７ｂのＺ２方向側の端部に対向する位置に設けられており、作業部１６が操作部１４に装着された状態で突出部４０２を検出することによりトリガレバー３６が上記の引き位置に達したことを検出する。ここで、図１４Ａは、図１３においてトリガレバー３６が押出し位置にあるときの突出部４０２及び検出部４０４をＺ２方向側から見た模式構成図である。図１４Ｂは、図１３においてトリガレバー３６が引き位置にあるときの突出部４０２及び検出部４０４をＺ２方向側から見た模式構成図である。

図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、左右の上部カバー２５ａ、２５ｂの間には、突出部４０２が進入可能なＹ１方向に凹んだスペース４０５が設けられている。このスペース４０５と、上部カバー２５ａ、２５ｂの内部１９とは、上部カバー２５ａ、２５ｂの壁により空間的に隔離されている。検出部４０４は、突出部４０２により押圧されてＸ方向に移動する作動体４０６と、作動体４０６により押圧されるタクトスイッチ４０８と、タクトスイッチ４０８が設けられるスイッチ基板４０９と、タクトスイッチ４０８を覆い弾性変形可能な柔軟材料（例えば、シリコーンゴム）からなるスイッチカバー４１０とを有する。

作動体４０６は、上部カバー２５ｂに設けられた孔４１２に挿通され、孔４１２によりＸ方向に移動可能にガイドされている。作動体４０６の内部側の外周には、係止部材４１１が固定されており、係止部材４１１により上部カバー２５ａ、２５ｂから作動体４０６がスペース４０５側に抜け出ることを防止している。孔４１２の内周面と作動体４０６の外周面との間には、シール部材（図示例では、Ｏリング）４１３が配置されており、シール部材４１３により、スペース４０５側から上部カバー２５ａ、２５ｂの内部１９への液体や塵埃の侵入が防止される。スイッチ基板４０９は、ケーブル２８を介してコントローラ２９に電気的に接続されており（図１３参照）、スイッチ基板４０９から出力される信号は、コントローラ２９に送信されるようになっている。

一方、突出部４０２にはＸ方向に対して傾斜したテーパ面４０３が設けられており、突出部４０２がＹ１方向に移動して、テーパ面４０３と作動体４０６の一端部（Ｘ１方向の端部）が当接すると、テーパ面４０３により作動体４０６がＸ２方向に押圧されて移動するようになっている。なお、Ｘ方向に対して傾斜したテーパ面を作動体４０６の前記一端部に設けてもよく、あるいは、そのようなテーパ面を、突出部４０２と作動体４０６の両方に設けてもよい。

上記のように構成された検出機構４００では、トリガレバー３６が押出し位置にあるときには、図１４Ａに示すように、突出部４０２が検出部４０４から退避しているため、検出部４０４が突出部４０２を検出しない。一方、トリガレバー３６がＺ２方向に回動操作され、引き位置まで達すると、図１４Ｂに示すように、突出部４０２が作動体４０６を押圧し、Ｘ２方向に移動させるので、タクトスイッチ４０８がスイッチカバー４１０を介して押圧され、トリガレバー３６が引き位置に達したことが検出される。すなわち、押圧されたことに対応する信号がタクトスイッチ４０８から出力され、この信号がコントローラ２９に送信されることで、コントローラ２９において、トリガレバー３６が引き位置に達したことが認識される。

検出機構４００を搭載したマニピュレータ１０では、トリガレバー３６が引き位置に達する毎に、検出部４０４からの信号がコントローラ２９に送信され、その回数がカウントされ、作業部１６の識別番号毎の使用履歴データとして記憶される。すなわち、マニピュレータ１０では、トリガレバー３６の操作回数を検出・記憶でき、この操作回数を利用して、トリガレバー３６自体や、トリガレバー３６の操作に基づく力を機械的に伝達する機構（エンドエフェクタ駆動機構３２０等）の寿命予測等を行うことが可能である。

なお、コントローラ２９がホストコンピュータ３１に接続可能である場合は、コントローラ２９が、検出部４０４からの信号をホストコンピュータ３１に転送し、ホストコンピュータ３１において、トリガレバー３６の操作回数を、作業部１６の識別番号毎の使用履歴データとして記憶してもよい。

図１３に示した検出機構４００は、トリガレバー３６が引き位置に達したことを検出するように構成されているが、これに代えて、トリガレバー３６が押出し位置に達したことを検出するように構成されてもよい。このように構成しても、上記と同様にトリガレバー３６の操作回数を検出し、寿命予測等を行うことが可能である。

このようにマニピュレータ１０では、検出機構４００により、トリガレバー３６の操作状態として、引き位置または押出し位置に達したことを検出するので、トリガレバー３６の操作回数や使用状態の把握、分析を行うことが可能であり、このような分析を通じて、トリガレバー３６自体や、トリガレバー３６の操作に基づく力を機械的に伝達する機構（エンドエフェクタ駆動機構３２０等）の寿命予測等を行うことが可能である。

また、検出機構４００は、トリガレバー３６が、引き位置に達したときと押出し位置に達したときの両方を検出するように構成されていてもよい。この場合、トリガレバー３６が押出し位置に達したときに突出部４０２を検出できる位置に、上述した検出部４０４と同様の構成の第２の検出部を設ければよい。このような構成によれば、トリガレバー３６の到達を複数の位置で検出することで、より詳細に使用状態を把握することが可能となり、寿命予測等の信頼性が向上する。

検出機構４００によれば、トリガレバー３６の動作を、突出部４０２を介して、操作部１４に設けた検出部４０４に伝達するので、トリガレバー３６の動作角度を検出するための電子機器を作業部１６に設ける必要がない。このため、作業部１６を簡便に洗浄及び滅菌することができる。

上記の検出機構４００において、突出部４０２をトリガ操作子３６ｂに設け、上記の検出部４０４をグリップハンドル２６に設けてもよい。

ところで、上述したように、先端動作部１２は、トリガレバー３６の操作に基づくエンドエフェクタ駆動機構３２０の動作をエンドエフェクタ３００の開閉動作に変換する変換機構１５と、複合入力部２４の操作に基づく駆動部の駆動によりエンドエフェクタ３００の姿勢を変化させる姿勢変更機構１３とを有する。例えば、トリガレバー３６を引き位置まで引いた状態では、図８に示すように、エンドエフェクタ駆動機構３２０が変換機構１５をＺ２方向に引っ張り、変換機構１５を介して、第３回転体であるギア体１４６が主軸部材１４４に軸方向（図８で右方向）に押し付けられる。この結果、ギア体１４６の回転抵抗が大きくなる。また、トリガレバー３６を押出し位置まで押し出した状態では、図７に示すように、エンドエフェクタ駆動機構３２０が変換機構１５をＺ１方向に押圧し、変換機構１５を介して、第３回転体であるギア体１４６が主軸部材１４４に軸方向（図７で左方向）に押し付けられる。この結果、ギア体１４６の回転抵抗が大きくなる。

ここで、ワイヤ８０ｂにより歯車体１２６（図６参照）を回転させ、歯車体１２６と噛み合うギア体１４６を回転させることでエンドエフェクタ３００をロール動作させるとき、その第２モータ５０ｂの駆動トルク（ワイヤ８０ｂの張力）は、ロール軸Ｏｒを中心にギア体１４６を回転させようとするトルクだけでなく、干渉トルクとして、第１モータ５０ａの駆動トルク（ワイヤ８０ａ）にも作用することになる。すなわち、ヨー軸Ｏｙを中心に主軸部材１４４を回動させようとするトルクとしても作用する。そして、ヨー軸Ｏｙを中心に主軸部材１４４を回動させようとするトルクは、モータ５０ａの駆動トルク（ワイヤ８０ａの張力）が受けることになる。第１モータ５０ａの駆動トルク（ワイヤ８０ａの張力）に関連する駆動系にガタがあったり、駆動系の剛性が十分でなかったりする場合（例えば、ワイヤの伸び）は、機構干渉トルクにより、先端動作部１２の軌跡精度や位置決め精度の低下が懸念される。より精密な姿勢制御を行うためには、フィードフォワード制御などにより、干渉トルクを補償する制御を行うことがよい。

主軸部材１４４に対するギア体１４６の回転抵抗が小さいとき、すなわち、エンドエフェクタ３００が何も把持していない状態では、ロール動作に起因する干渉トルクが小さいため、傾動動作の影響は少ない。ところが、主軸部材１４４に対するギア体１４６の回転抵抗が大きくなった状態、すなわち、エンドエフェクタ３００が縫合用の湾曲針などを強く把持した状態で、ロール動作のためにギア体１４６をロール軸Ｏｒを中心に回転させると、干渉トルクが大きくなるため、傾動動作の影響が大きくなる。

従って、把持している状態と把持していない状態を検出することで、主軸部材１４４に対するギア体１４６の回転抵抗、すなわち干渉トルクに応じた制御が可能となる。さらに、エンドエフェクタ３００が大きく、強く開いた状態で、ロール動作のためにギア体１４６をロール軸Ｏｒを中心に回転させても、干渉トルクが大きくなるため、傾動動作の影響が大きくなる。

そこで、上述のようなロール動作に起因して傾動動作が発生する問題に対処するため、図１３に示した検出機構４００を搭載したマニピュレータ１０では、コントローラ２９は、検出機構４００からの検出結果に基づくトリガレバー３６の操作状態に応じて、ロール動作に起因する傾動動作の発生を防止または抑制するように、プーリ１３０を駆動するための第１モータ５０ａを制御する。

具体的には、コントローラ２９は、ロール動作を行うための制御をする際に、トリガレバー３６がその可動範囲の端部またはその近傍に位置する場合（トリガレバー３６が引き位置または押し出し位置にある場合）には、プーリ１３０を駆動するための第１モータ５０ａに対して、傾動動作の発生を防止または抑制するように、ギア体１４６の回転抵抗の増大に対応した補償制御を行う。なお、トリガレバー３６が押し出し位置に位置する場合にコントローラ２９が行う上記の制御は、トリガレバー３６が押出し位置に達したことを検出できるように検出機構４００が構成されていることが前提となる。

トリガレバー３６が引き位置または押出し位置以外の位置にあるときには、コントローラ２９は、モータ５０ａに対してロール動作に対応した通常の制御指令を与える。これに対し、トリガレバー３６が引き位置または押出し位置にあるときには、コントローラ２９は、ギア体１４６の回転抵抗の増大に対応した補正値を通常の制御指令値に加えて第１モータ５０ａを制御し、傾動動作の影響を小さくし、ロール動作のみを行うようにする。もちろん、引き位置または押し位置以外の位置にあるときにも、干渉トルクはゼロではないので、対応した補正値を制御指令に加えて第１モータ５０ａを制御してもよい。これにより、トリガレバー３６を操作することに起因してギア体１４６の回転抵抗が大きくなっている場合でも、ロール動作をさせる際の先端動作部１２の軌跡精度や位置決め精度を効果的に向上できる。

２．６．２ 第２構成例に係る検出機構の説明
次に、図１５Ａ及び図１５Ｂを参照し、第２構成例に係る検出機構４２０について説明する。検出機構４２０は、トリガレバー３６に設けられた突出部４２２（検出用突出片）と、操作部１４に設けられた検出部４２４とを有し、突出部４２２がトリガレバー３６のアーム部（図１３参照）に固定され（設けられ）、トリガレバー３６が引き位置に達したことを検出するように構成されている点で、第１構成例に係る検出機構４００と同じである。一方、検出機構４２０は、検出部４２４の構成において検出機構４００と異なる。すなわち、検出機構４２０の検出部４２４は、投光器４２４ａと受光器４２４ｂとを有するフォトセンサとして構成されている。

上記のように構成された検出部４２４では、トリガレバー３６が押出し位置にあるときには、図１５Ａに示すように、突出部４２２が検出部４２４から退避しているため、検出部４２４が突出部４２２を検出しない。一方、トリガレバー３６が図１３でＺ２方向に回動操作され、引き位置まで達すると、図１５Ｂに示すように、突出部４２２が投光器４２４ａと受光器４２４ｂとの間に入り、投光器４２４ａからの光を遮断するので、トリガレバー３６が引き位置に達したことが検出される。すなわち、光が遮断されたことをコントローラ２９が認識し、これにより、トリガレバー３６が引き位置に達したことが検出される。

なお、検出機構４２０は、トリガレバー３６が引き位置に達したことを検出するように構成されているが、これに代えて、トリガレバー３６が押出し位置に達したことを検出するように構成されてもよい。また、検出機構４２０は、トリガレバー３６が、引き位置に達しときと押出し位置に達したときの両方を検出するように構成されてもよい。検出機構４２０において、突出部４２２をトリガ操作子３６ｂ（図１３参照）に設け、検出部４２４をグリップハンドル２６に設けてもよい。

第１構成例に係る検出機構４００を搭載したマニピュレータ１０と同様に、第２構成例に係る検出機構４２０を搭載したマニピュレータ１０において、コントローラ２９（図１３参照）は、検出機構４２０からの検出結果に基づくトリガレバー３６の操作状態に応じて、ロール動作に起因する傾動動作の発生を防止または抑制するように、モータ５０ａを制御する。これにより、第１構成例に係る検出機構４００を搭載したマニピュレータ１０と同様に、トリガレバー３６を操作することに起因してギア体１４６の回転抵抗が大きくなっている場合でも、ロール動作をさせる際の先端動作部１２の軌跡精度や位置決め精度を効果的に向上できる。

２．６．３ 第３構成例に係る検出機構の説明
次に、図１６、図１７Ａ及び図１７Ｂを参照し、第３構成例に係る検出機構４３０について説明する。図１６では、押出し位置にあるときのトリガレバー３６を実線で描いており、引き位置にあるときのトリガレバー３６を二点鎖線で描いている。図１６に示すように、第３構成例に係る検出機構４３０は、トリガレバー３６が引き位置に達したことを検出するように構成されている。

検出機構４３０は、トリガレバー３６に設けられたカム体（検出用突出片）４３２と、操作部１４に設けられた検出部４３４とを有する。カム体４３２は、トリガレバー３６のアーム部に固定され（設けられ）、図示例では、Ｚ２方向に突出するように設けられおり、トリガレバー３６と一体的に動作する。すなわち、トリガレバー３６が前後方向（Ｚ方向）に揺動すると、カム体４３２も、トリガ軸３９を回転支点として揺動する。検出部４３４は、作業部１６を操作部１４に装着した状態での操作部１４における、カム体４３２に対向する位置に設けられており、作業部１６が操作部１４に装着された状態でカム体４３２を検出することによりトリガレバー３６が上記の引き位置に達したことを検出する。

図１７Ａは、図１６においてトリガレバー３６が押出し位置にあるときの検出機構４３０及びその周辺の一部省略拡大構成図である。図１７Ｂは、図１６においてトリガレバー３６が引き位置にあるときの検出機構４３０及びその周辺の一部省略拡大構成図である。図１７Ａ及び図１７Ｂに示すように、検出部４３４は、カム体４３２により押圧されてＺ方向に移動する作動ロッド４３６と、作動ロッド４３６が挿通されて作動体の移動をガイドする筒状ガイド部材４４２と、作動ロッド４３６により押圧されるタクトスイッチ４３８と、タクトスイッチ４３８が設けられたスイッチ基板４３９と、タクトスイッチ４３８を覆い弾性変形可能な柔軟材料（例えば、シリコーンゴム）からなるスイッチカバー４４０とを有する。

作動ロッド４３６は、筒状ガイド部材４４２に挿通され一部がタクトスイッチ４３８側に突出する軸部４３６ａと、この軸部４３６ａよりもカム体４３２側に設けられ上部カバー２５ａ、２５ｂの一部である隔壁１７からカム体４３２側に露出する頭部４３６ｂとを有する。軸部４３６ａの外周には、フランジ部４３６ｃが設けられ、このフランジ部４３６ｃと頭部４３６ｂとの間にはシール部材（図示例では、Ｏリング）４５０が配設さている。このシール部材４５０により、作動ロッド４３６の外周と筒状ガイド部材４４２の内周との間が液密にシールされている。

筒状ガイド部材４４２の内部には、作動ロッド４３６をカム体４３２側に向けて弾性的に付勢するコイルバネ４４６が設けられている。コイルバネ４４６は、一端が作動ロッド４３６のフランジ部４３６ｃに当接し、他端が筒状ガイド部材４４２の内部に形成された肩部に当接している。作動ロッド４３６の軸部４３６ａには、係止部材４３７が固定されており、係止部材４３７により筒状ガイド部材４４２から作動ロッド４３６がカム体４３２側に抜け出ることを防止している。

筒状ガイド部材４４２は、中空円筒形であり、隔壁１７に設けられた孔部４４９に挿通され、上部カバー２５ａ、２５ｂの内部において、筒状ガイド部材４４２の外周に設けられたネジ部にナット４４４が螺合している。これにより、筒状ガイド部材４４２が隔壁１７に固定されている。隔壁１７と筒状ガイド部材４４２との間には、シール部材（図示例では、Ｏリング）４４８が配設されており、シール部材４４８により、孔部４４９の内周面と筒状ガイド部材４４２の外周面とが液密にシールされている。

スイッチ基板４３９は、ケーブルを介してコントローラ２９に電気的に接続されており、スイッチ基板４３９から出力される信号がコントローラ２９に送信される。一方、カム体４３２には、作動ロッド４３６の頭部４３６ｂと当接するカム面４３２ａが設けられている。また、カム体４３２には、Ｚ２方向に向かうに従ってＹ２方向に寄るように傾斜するとともに上記のカム面４３２ａに連なる傾斜部４３２ｂが設けられている。図１７Ａで、カム体４３２がトリガ軸３９を中心に反時計回りの方向に回動すると、カム面４３２ａにより作動ロッド４３６がＺ２方向に押圧され、コイルバネ４４６の弾発力に抗して移動するようになっている。

上記のように構成された検出部４３４では、トリガレバー３６が押出し位置にあるときには、図１７Ａに示すように、カム体４３２が作動ロッド４３６をＺ２方向に押し込まないので、タクトスイッチ４３８は作動ロッド４３６に押圧されない。一方、トリガレバー３６がＺ２方向に回動操作され、引き位置まで達すると、図１７Ｂに示すように、カム体４３２が作動ロッド４３６を押圧し、Ｚ２方向に移動させるので、タクトスイッチ４３８がスイッチカバー４４０を介して押圧され、トリガレバー３６が引き位置に達したことが検出される。すなわち、押圧されたことに対応する信号がタクトスイッチ４３８から出力され、この信号がコントローラ２９に送信されることで、コントローラ２９において、トリガレバー３６が引き位置に達したことが認識される。

第３構成例に係る検出機構４３０では、カム体４３２に適度な傾斜部４３２ｂを設けているので、トリガレバー３６がどのような角度にあっても、作業部１６を操作部１４に装着することができる。トリガレバー３６が引き位置にある場合でも、作業部１６を操作部１４に装着するとともに、作動ロッド４３６の先端部が、カム体４３２の傾斜部４３２ｂに接触し、Ｚ２方向に押し込まれ、装着完了時には、トリガレバー３６が引き位置にあることを検出することができる。

なお、図示例の検出機構４３０は、トリガレバー３６が引き位置に達したことを検出するように構成されているが、これに代えて、トリガレバー３６が押出し位置に達したことを検出するように構成されてもよい。また、検出機構４３０は、トリガレバー３６が、引き位置に達しときと押出し位置に達したときの両方を検出するように構成されてもよい。検出機構４３０において、カム体４３２をトリガ操作子３６ｂに設け、上記の検出部４３４をグリップハンドル２６に設けてもよい。

検出機構４３０を搭載したマニピュレータ１０では、トリガレバー３６が引き位置（または押出し位置）に達する毎に、検出部４３４からの信号がコントローラ２９に送信され、その回数がカウントされ、作業部１６の識別番号毎の使用履歴データとして記憶される。なお、コントローラ２９がホストコンピュータ３１に接続可能である場合は、コントローラ２９が、検出部４３４からの信号をホストコンピュータ３１に転送し、ホストコンピュータ３１において、トリガレバー３６の操作回数を、作業部１６の識別番号毎の使用履歴データとして記憶してもよい。

このように検出機構４３０により、トリガレバー３６の操作状態として、引き位置または押出し位置に達したことを検出する。従って、第１構成例に係る検出機構４００を備えたマニピュレータ１０と同様に、トリガレバー３６の操作回数等の把握、分析が可能であり、エンドエフェクタ駆動機構３２０等の寿命予測等を行うことが可能である。

検出機構４３０によれば、トリガレバー３６の動作を、カム体４３２を介して、操作部１４に設けた検出部４３４に伝達するので、トリガレバー３６の動作角度を検出するための電子機器を作業部１６に設ける必要がない。このため、作業部１６を簡便に洗浄及び滅菌することができる。

検出機構４３０において、隔壁１７と筒状ガイド部材４４２との間、及び筒状ガイド部材４４２と作動ロッド４３６との間は、それぞれシール部材４４８、４５０でシールされているので、トリガレバー３６側から上部カバー２５ａ、２５ｂの内部１９への液体や塵埃の侵入を防止できる。

第１構成例に係る検出機構４００を搭載したマニピュレータ１０と同様に、第３構成例に係る検出機構４３０を搭載したマニピュレータ１０において、コントローラ２９（図１６参照）は、検出機構４３０からの検出結果に基づくトリガレバー３６の操作状態に応じて、ロール動作に起因する傾動動作の発生を防止または抑制するように第１モータ５０ａを制御する。これにより、第１構成例に係る検出機構４００を搭載したマニピュレータ１０と同様に、トリガレバー３６を操作することに起因してギア体１４６の回転抵抗が大きくなっている場合でも、ロール動作をさせる際の先端動作部１２の軌跡精度や位置決め精度を効果的に向上できる。

２．６．４ 第４構成例に係る検出機構の説明
次に、図１８Ａ及び図１８Ｂを参照し、第４構成例に係る検出機構４３０ａについて説明する。検出機構４３０ａは、トリガレバー３６に設けられたカム体４３２（検出用突出片）と、操作部１４に設けられた検出部４３４ａとを有し、カム体４３２がトリガレバー３６のアーム部３６ａ（図１６参照）に固定され（設けられ）、トリガレバー３６が引き位置に達したことを検出するように構成されている点で、第３構成例に係る検出機構４３０と同じである。一方、検出機構４３０ａの検出部４３４ａは、タクトスイッチではなく、投光器４６０ａと受光器４６０ｂとにより構成されるフォトセンサ４６０を有する。

上記のように構成された検出部４３４ａでは、トリガレバー３６が押出し位置にあるときには、図１８Ａに示すように、カム体４３２が作動ロッド４３６をＺ２方向に押し込まないので、作動ロッド４３６は投光器４６０ａからの光を遮断しない。一方、トリガレバー３６がＺ２方向に回動操作され、引き位置まで達すると、図１８Ｂに示すように、突出部が投光器４６０ａと受光器４６０ｂとの間に入り、投光器４６０ａからの光を遮断するので、トリガレバー３６が引き位置に達したことが検出される。すなわち、光が遮断されたことをコントローラ２９が認識し、これにより、トリガレバー３６が引き位置に達したことが検出される。

第４構成例に係る検出機構４３０ａでは、カム体４３２に適度な傾斜部４３２ｂを設けているので、トリガレバー３６がどのような角度にあっても、作業部１６を操作部１４に装着することができる。トリガレバー３６が引き位置にある場合でも、作業部１６を操作部１４に装着するとともに、作動ロッド４３６の先端部が、カム体４３２の傾斜部４３２ｂに接触し、Ｚ２方向に押し込まれ、装着完了時には、トリガレバー３６が引き位置にあることを検出することができる。

なお、図示例の検出機構４３０ａは、トリガレバー３６が引き位置に達したことを検出するように構成されているが、これに代えて、トリガレバー３６が押出し位置に達したことを検出するように構成されてもよい。また、検出機構４３０ａは、トリガレバー３６が、引き位置に達しときと押出し位置に達したときの両方を検出するように構成されてもよい。検出機構４３０ａにおいて、カム体４３２をトリガ操作子３６ｂに設け、上記の検出部４３４ａをグリップハンドル２６に設けてもよい。

このように検出機構４３０ａにより、トリガレバー３６の操作状態として、引き位置または押出し位置に達したことを検出する。従って、第１構成例に係る検出機構４００を備えたマニピュレータ１０と同様に、トリガレバー３６の操作回数等の把握、分析が可能であり、エンドエフェクタ駆動機構３２０等の寿命予測等を行うことが可能である。

検出機構４３０ａによれば、トリガレバー３６の動作を、カム体４３２を介して、操作部１４に設けた検出部４３４ａに伝達するので、トリガレバー３６の動作角度を検出するための電子機器を作業部１６に設ける必要がない。このため、作業部１６を簡便に洗浄及び滅菌することができる。

第１構成例に係る検出機構４００を搭載したマニピュレータ１０と同様に、第４構成例に係る検出機構４３０ａを搭載したマニピュレータ１０において、コントローラ２９（図１６参照）は、検出機構４３０ａからの検出結果に基づくトリガレバー３６の操作状態に応じて、ロール動作に起因して傾動動作の発生を防止または抑制するようにモータ５０ａを制御する。これにより、第１構成例に係る検出機構４００を搭載したマニピュレータ１０と同様に、トリガレバー３６を操作することに起因してギア体１４６の回転抵抗が大きくなっている場合でも、ロール動作をさせる際の先端動作部１２の軌跡精度や位置決め精度を効果的に向上できる。

上述した第１〜第４構成例に係る検出機構４００、４２０、４３０、４３０ａでは、検出部の感知手段としてタクトスイッチまたはフォトセンサを用いたが、別の感知手段として、磁気センサ、近接センサ等を用いてもよい。

２．６．５ 第５構成例に係る検出機構の説明
次に、図１９及び図２０を参照し、第５構成例に係る検出機構４７０について説明する。図１９は、検出機構４７０を備えたマニピュレータ１０の側面図であり、図２０は、検出機構４７０を備えたマニピュレータ１０の一部省略平面図である。第５構成例に係る検出機構４７０は、トリガレバー３６の動作方向、つまり回動方向の位置を検出するように構成されている。図１９に示すように、トリガレバー３６は、最もＺ１側に回動した最進出位置Ｐ１から、最もＺ２側に回動した最後退位置Ｐ２までの角度θの可動範囲を有する。

検出機構４７０は、トリガレバー３６と一体的に動作する駆動要素４７２と、操作部１４に設けられ作業部１６が操作部１４に装着された状態で駆動要素４７２に連動する従動要素４７４と、従動要素４７４の動作方向の位置を検出する検出部４７６とを有する。図示例において、駆動要素４７２は、トリガレバー３６の回動軸心回りに周方向に延在する歯を有する第１ギア部４７２Ａであり、従動要素４７４は、操作部１４に回動自在に設けられ作業部１６が操作部１４に装着された状態で第１ギア部４７２Ａと噛み合う第２ギア部４７４Ａであり、検出部４７６は、第２ギア部４７４Ａの回転角度を検出する回転検出器４７６Ａである。

図２０に示すように、第１ギア部４７２Ａは、トリガレバー３６と一体的に回転するように設けられている。すなわち、第１ギア部４７２Ａは、トリガレバー３６と一体的に回転するトリガ軸３９に固定されており、トリガレバー３６が前後方向（Ｚ方向）に回動すると、第１ギア部４７２Ａも、トリガ軸３９を回転支点として回動する。なお、図示例の第１ギア部４７２Ａでは、全周に歯が形成されているが、トリガレバー３６の可動範囲の全範囲で第２ギア部４７４Ａと噛み合うことができれば、外周の一部のみに歯が形成されてもよい。

第２ギア部４７４Ａは、上部カバー２５ｂの側面に設けられている。回転検出器４７６Ａは、上部カバー２５ａ、２５ｂの内部１９に設けられている。第２ギア部４７４Ａと回転検出器４７６Ａとは、上部カバー２５ａ、２５ｂを貫通する軸４８０を介して連結されている。上部カバー２５ａ、２５ｂと軸との間には、シール部材（図示例では、Ｏリング）４７８が配置され、シール部材４７８により、外部から上部カバー２５ａ、２５ｂの内部１９への液体や塵埃の進入が防止される。

回転検出器４７６Ａとしては、例えば、ロータリエンコーダ、ポテンショメータ、レゾルバ等を用いることができる。ロータリエンコーダとしては、インクリメンタルエンコーダとアブソリュートエンコーダとがあるが、いずれを用いてもよい。回転検出器４７６Ａは、ケーブル２８を介してコントローラ２９に電気的に接続されており、回転検出器４７６Ａから出力される信号は、コントローラ２９に送信されるようになっている。

上記のように構成された検出機構４７０では、トリガレバー３６が回動操作されると、トリガレバー３６に設けられた第１ギア部４７２Ａがトリガレバー３６と一体的にトリガ軸３９を中心に回転する。また、第１ギア部４７２Ａの回転に伴い、第１ギア部４７２Ａと噛み合う第２ギア部４７４Ａが回転し、第２ギア部４７４Ａの回転角度が回転検出器４７６Ａにより検出され、トリガレバー３６の動作角度が検出される。すなわち、回転検出器４７６Ａから回転角度に対応する信号が出力され、この信号がコントローラ２９に送信され、コントローラ２９において、回転検出器４７６Ａからの信号に基づいてトリガレバー３６の動作角度が演算される。

なお、回転検出器４７６Ａがインクリメンタルエンコーダである場合、インクリメンタルエンコーダからは回転角度の変化に応じてパルスが出力されるだけであり、トリガレバー３６の絶対角度を直接検出することはできない。一方、トリガレバー３６の可動範囲（最大回転角度）θは既知であるので、使用時の回転角度範囲からトリガレバー３６の絶対角度を推測することが可能である。そこで、回転検出器４７６Ａがインクリメンタルエンコーダである場合、コントローラ２９は、マニピュレータ１０の使用時において、トリガレバー３６の可動範囲θと回転検出器４７６Ａで検出した回転角度範囲とに基づいて、トリガレバー３６の絶対角度を推定（演算）する。このように、インクリメンタルエンコーダの検出信号からトリガレバー３６の絶対角度を推定することで、簡素な構成で、トリガレバー３６の動作角度の検出を行うことができる。

検出機構４７０を搭載したマニピュレータ１０では、マニピュレータ１０の使用中、所定のサンプリングタイム毎に、トリガレバー３６の動作角度が検出され、作業部１６の識別番号毎の使用履歴データとして記憶される。すなわち、マニピュレータ１０では、トリガレバー３６の操作回数や使用状態を検出・記憶でき、この操作回数や使用状態を利用して、トリガレバー３６自体や、トリガレバー３６の操作に基づく力を機械的に伝達する機構（エンドエフェクタ駆動機構３２０等（図２参照））の寿命予測等を行うことが可能である。特に、第５構成例に係る検出機構４７０によれば、トリガレバー３６の動作角度を検出するので、第１〜第４構成例に係る検出機構４００、４２０、４３０、４３０ａと比較して、トリガレバー３６の使用状態をより詳細に把握することが可能となり、寿命予測等の信頼性が向上する。

なお、コントローラ２９がホストコンピュータ３１に接続可能である場合は、コントローラ２９が、検出部４７６からの信号をホストコンピュータ３１に転送し、ホストコンピュータ３１において、トリガレバー３６の操作回数や使用状態を、作業部１６の識別番号毎の使用履歴データとして記憶してもよい。

検出機構４７０によれば、トリガレバーの動作を、突出部４０２を介して、操作部１４に設けた検出部４０４に伝達するので、トリガレバー３６の動作位置を検出するための電子機器を作業部１６に設ける必要がない。このため、作業部１６を簡便に洗浄及び滅菌することができる。

第１構成例に係る検出機構４００を搭載したマニピュレータ１０と同様に、第５構成例に係る検出機構４７０を搭載したマニピュレータ１０において、コントローラ２９は、検出機構４７０からの検出結果に基づくトリガレバー３６の操作状態に応じて、ロール動作に起因する傾動動作の発生を防止または抑制するように第１モータ５０ａを制御する。

すなわち、コントローラ２９は、検出機構４７０の検出結果に基づいてトリガレバー３６の動作角度を監視し、ロール動作を行うための制御をする際に、トリガレバー３６が押し出し位置（Ｐ１またはその近傍）または引き位置（Ｐ２またはその近傍）にある場合には、第１及び第２モータ５０ａ、５０ｂに対して、傾動動作の発生を防止または抑制するように、ギア体１４６（図６、図７等参照）の回転抵抗の増大に対応した補償制御を行う。

これにより、第５構成例に係る検出機構４７０を搭載したマニピュレータ１０によっても、第１構成例に係る検出機構４００を搭載したマニピュレータ１０と同様に、トリガレバー３６を操作することに起因してギア体１４６の回転抵抗が大きくなっている場合でも、ロール動作をさせる際の先端動作部１２の軌跡精度や位置決め精度を効果的に向上できる。

図１９及び図２０に示すように、トリガレバー３６の回転軸心と、第２ギア部４７４Ａの回転軸心とは、作業部１６が操作部１４に装着された状態でシャフトの延在方向（Ｚ方向）にずれて位置することが好ましい。この構成より、作業部１６を操作部１４に装着する際に、作業部１６に設けられた第１ギア部４７２Ａと、操作部１４に設けられた第２ギア部４７４Ａとが、Ｚ方向にオフセットするので、第１ギア部４７２Ａと第２ギア部４７４Ａとの噛み合わせ作業を円滑に行うことができる。このため、作業部１６の操作部１４への装着作業をスムーズに行うことができる。

なお、トリガレバー３６の回転を回転検出器４７６Ａに伝達する機構として、磁気カップリングを採用してもよい。すなわち、トリガレバー３６に設けられる駆動要素４７２と、操作部１４に設けられる従動要素４７４のうち少なくとも一方を永久磁石が配置された円板として構成し、他方を永久磁石が配置された円板または強磁性体からなる円板として構成し、このように構成した駆動要素４７２と従動要素４７４とにより磁気カップリングを構成してもよい。このような磁気カップリングによっても、トリガレバー３６の動作位置を検出するための電子機器を作業部１６に設ける必要がないので、作業部１６を簡便に洗浄及び滅菌することができる。

３． 手術用ロボットシステムの説明
本発明は、例えば、図２１に示すような手術用ロボットシステム５００に適用することもできる。手術用ロボットシステム５００は、多関節型のロボットアーム５０２と、ロボットアームを制御するコンソール５０４とを有し、ロボットアーム５０２の先端には前記のマニピュレータ本体１１と同じ機構が設けられている。ロボットアーム５０２の先端部５０８には、操作部１４に代えて、内部に駆動部３０を収納した基部１４ａが固定され、該基部１４ａに対して、前記の先端動作部１２が設けられた作業部１６が着脱可能に取り付けられる。

ロボットアーム５０２は、作業部１６を移動させる手段であればよく、据置型に限らず、例えば自律移動型でもよい。ロボットアーム５０２は、独立的な６以上の関節（回転軸やスライド軸等）を有すると、作業部１６の位置及び向きを任意に設定できて好適である。先端のマニピュレータ本体１１を構成する基部１４ａは、ロボットアーム５０２の先端部５０８と一体化している。

コンソール５０４には、操作指令部としての２つのジョイスティック５０６と、モニタ５１０が設けられている。コンソール５０４は、テーブル型、制御盤型等の構成を採り得る。ロボットアーム５０２は、コンソール５０４の作用下によって動作し、プログラムによる自動動作や、コンソール５０４に設けられたジョイスティック５０６に倣った操作、及びこれらの複合的な動作をする構成にしてもよい。コンソール５０４は、前記のコントローラ２９の機能を含んでいる。

２つのジョイスティック５０６により、２台のロボットアーム５０２を個別に操作することが可能である。なお、図２１では、ロボットアーム５０２を１台だけ図示している。２つのジョイスティック５０６は、両手で操作し易い位置に設けられている。ジョイスティック５０６は、上下動作、左右動作、捻り動作、及び傾動動作が可能であり、これらの動作に応じてロボットアーム５０２を動かすことができる。ジョイスティック５０６はマスターアームであってもよい。

ジョイスティック５０６には、グリップハンドル２６Ａと、押し引き操作されるトリガレバー３６Ａと、回動操作及び傾動操作される複合操作部２４Ａとが設けられている。トリガレバー３６Ａは、前記のトリガレバー３６（図１参照）に代わるものであり、該トリガレバー３６Ａを操作することにより、図示しないモータ（人手によって操作する入力部に連動するアクチュエータ）を介して２本のロッド８２ａ、８２ｂ（図２参照。図２１中には図示せず）が進退駆動することができる。複合操作部２４Ａは、前記の複合入力部２４（図１２参照）に代わるものであり、複合操作部２４Ａを操作することにより、その操作内容に応じて、コンソール５０４により駆動部３０が制御され、先端動作部１２のロール動作、傾動動作またはこれらの複合動作が行われる。

ロボットアーム５０２とコンソール５０４との間の通信手段は、有線、無線、ネットワークまたはこれらの組合せでよい。モニタ５１０には、軟性鏡による画像等の情報が表示される。

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。

Claims (10)

1. 人手によって操作される第１入力部（３６）と、
   前記第１入力部（３６）が設けられたボディ（２１）から延出するシャフト（１８）と、
   前記シャフト（１８）の先端に設けられ、前記第１入力部（３６）の操作が機械的に伝達されて動作するエンドエフェクタ（３００）を有する先端動作部（１２）と、
   前記人手による前記第１入力部（３６）に対する操作力を前記エンドエフェクタ（３０）に機械的に伝達する動力伝達機構と、
   前記動力伝達機構を介して前記エンドエフェクタ（３００）に連結された前記第１入力部（３６）の操作状態を検出する検出機構（４００、４２０、４３０、４３０ａ、４７０）と、
   を備えることを特徴とする医療用マニピュレータ（１０）。
2. 請求項１記載の医療用マニピュレータ（１０）において、
   前記検出機構（４００、４２０、４３０、４３０ａ）は、前記第１入力部（３６）が所定位置に達したことを検出することを特徴とする医療用マニピュレータ（１０）。
3. 請求項１記載の医療用マニピュレータ（１０）において、
   前記検出機構（４００、４２０、４３０、４３０ａ）は、前記第１入力部（３６）の可動範囲における複数の所定位置ごとに、前記第１入力部（３６）が前記所定位置に達したことを検出することを特徴とする医療用マニピュレータ（１０）。
4. 請求項１記載の医療用マニピュレータ（１０）において、
   前記検出機構（４７０）は、前記第１入力部（３６）の動作方向の位置を検出することを特徴とする医療用マニピュレータ（１０）。
5. 請求項２記載の医療用マニピュレータ（１０）において、
   前記先端動作部（１２）は、前記シャフト（１８）に対する前記エンドエフェクタ（３００）の姿勢を変化させる姿勢変更機構（１３）を有し、
   人手によって操作される第２入力部（２４）と、人手によって把持されるグリップハンドル（２６）と、前記第２入力部（２４）の操作に基づいて前記姿勢変更機構（１３）を駆動する駆動源（５０）とを有する操作部（１４）と、
   前記先端動作部（１２）と、前記シャフト（１８）と、前記第１入力部（３６）とを有して前記操作部（１４）に対して着脱可能な作業部（１６）と、
   をさらに備え、
   前記作業部（１６）が前記操作部（１４）に装着された状態で前記駆動源（５０）の駆動力が前記姿勢変更機構（１３）に機械的に伝達されることで前記エンドエフェクタ（３００）の姿勢が変化し、
   前記検出機構（４００、４２０、４３０、４３０ａ）は、前記第１入力部（３６）に設けられた検出用突出片（４０２、４２２、４３２）と、前記操作部（１４）に設けられた検出部（４０４、４２４、４３４、４３４ａ）とを有し、
   前記検出部（４０４、４２４、４３４、４３４ａ）は、前記作業部（１６）が前記操作部（１４）に装着された状態で前記検出用突出片（４０２、４２２、４３２）を検出することにより前記第１入力部（３６）が前記所定位置に達したことを検出する、ことを特徴とする医療用マニピュレータ（１０）。
6. 請求項４記載の医療用マニピュレータ（１０）において、
   前記先端動作部（１２）は、前記シャフト（１８）に対する前記エンドエフェクタ（３００）の姿勢を変化させる姿勢変更機構（１３）を有し、
   人手によって操作される第２入力部（２４）と、人手によって把持されるグリップハンドル（２６）と、前記第２入力部（２４）の操作に基づいて前記姿勢変更機構（１３）を駆動する駆動源（５０）とを有する操作部（１４）と、
   前記先端動作部（１２）と、前記シャフト（１８）と、前記第１入力部（３６）とを有して前記操作部（１４）に対して着脱可能な作業部（１６）と、
   をさらに備え、
   前記作業部（１６）が前記操作部（１４）に装着された状態で前記駆動源（５０）の駆動力が前記姿勢変更機構（１３）に機械的に伝達されることで前記エンドエフェクタ（３００）の姿勢が変化し、
   前記検出機構（４７０）は、
   前記第１入力部（３６）と一体的に動作する駆動要素（４７２）と、
   前記操作部（１４）に設けられ前記作業部（１６）が前記操作部（１４）に装着された状態で前記駆動要素（４７２）に連動する従動要素（４７４）と、
   前記従動要素（４７４）の動作方向の位置を検出する検出部（４７６）とを有することを特徴とする医療用マニピュレータ（１０）。
7. 請求項６記載の医療用マニピュレータ（１０）において、
   前記第１入力部（３６）は、回動操作されるトリガレバー（３６）であり、
   前記駆動要素（４７２）は、前記トリガレバー（３６）の回動軸心回りに周方向に延在する歯を有する第１ギア部（４７２Ａ）であり、
   前記従動要素（４７４）は、前記操作部（１４）に回動自在に設けられ前記作業部（１６）が前記操作部（１４）に装着された状態で前記第１ギア部（４７２Ａ）と噛み合う第２ギア部（４７４Ａ）であり、
   前記検出部（４７６）は、前記第２ギア部（４７４Ａ）の回転角度を検出する回転検出器（４７６Ａ）であることを特徴とする医療用マニピュレータ（１０）。
8. 請求項７記載の医療用マニピュレータ（１０）において、
   前記トリガレバー（３６）の回動軸心と、前記第２ギア部（４７４Ａ）の回動軸心とは、前記作業部（１６）が前記操作部（１４）に装着された状態で前記シャフト（１８）の延在方向にずれて位置することを特徴とする医療用マニピュレータ（１０）。
9. 請求項１記載の医療用マニピュレータ（１０）において、
   前記先端動作部（１２）は、前記第１入力部（３６）の操作に基づく動作を前記エンドエフェクタ（３００）の動作に変換する変換機構と、前記シャフト（１８）に対する前記エンドエフェクタ（３００）の姿勢を変化させる姿勢変更機構（１３）とを有し、
   前記姿勢変更機構（１３）は、前記シャフト（１８）に挿通された第１伝達部材（８０ａ）を介して第１アクチュエータ（５０ａ）により回転駆動される第１回転体（１３０）が設けられ前記シャフト（１８）の軸線と非平行な傾動軸を中心に回動可能な主軸部材（１４４）と、前記シャフト（１８）に挿通された第２伝達部材（８０ｂ）を介して第２アクチュエータ（５０ｂ）により回転駆動される第２回転体（１２６）と、前記第２回転体（１２６）により駆動され前記エンドエフェクタ（３００）の延在方向のロール軸を中心に回動可能であるように前記主軸部材（１４４）に支持された第３回転体（１４６）と、を有し、
   前記第１伝達部材（８０ａ）により駆動される前記主軸部材（１４４）が前記傾動軸を中心に回動することで、前記エンドエフェクタ（３００）の傾動動作が行われ、
   前記第２伝達部材（８０ｂ）により駆動される前記第２回転体（１２６）が前記ロール軸を中心に前記第３回転体（１４６）を回転させることで、前記エンドエフェクタ（３００）のロール動作が行われ、
   前記医療用マニピュレータ（１０）は、前記第１アクチュエータ（５０ａ）及び前記第２アクチュエータ（５０ｂ）を制御するコントローラ（２９）をさらに備え、
   前記コントローラ（２９）は、前記検出機構（４００、４２０、４３０、４３０ａ、４７０）からの検出結果に基づく前記第１入力部（３６）の操作状態に応じて、前記ロール動作に起因する前記傾動動作の発生を防止または抑制するように、前記第１アクチュエータ（５０ａ）を制御することを特徴とする医療用マニピュレータ（１０）。
10. 請求項９記載の医療用マニピュレータ（１０）において、
    前記エンドエフェクタ（３００）は、開閉機構として構成されており、
    前記コントローラ（２９）は、前記ロール動作を行うための制御をする際に、前記第１入力部（３６）がその可動範囲の端部またはその近傍に位置する場合には、前記第１アクチュエータ（５０ａ）に対して、前記傾動動作の発生を防止または抑制するように、前記第３回転体（１４６）の回転抵抗の増大に対応した補償制御を行うことを特徴とする医療用マニピュレータ（１０）。

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