JP5198014B2 - 医療用マニピュレータ - Google Patents

Description

本発明は、医療用マニピュレータに関し、特に、先端を指向する軸を中心に回転する機構を含む先端動作部を有する医療用マニピュレータに関する。

従来外科手術が行われる際には、外科医が患者の内部を直接見ながら手術ができるように大きな切開が施された。大きな切開は、感染の原因になったり患者の回復を遅らせたりするものであった。近年、多くの外科医は内視鏡下での低侵襲の外科手術を行い、切開を著しく小さくすることができている。

マニピュレータシステムは、例えば特許文献１に記載されているように、マニピュレータ本体と、該マニピュレータ本体を制御するコントローラとから構成される。マニピュレータ本体は、人手によって操作される操作部と、操作部に対して交換自在に着脱される作業部とから構成される。

作業部（器具）は長い連結シャフトと、該連結シャフトの先端に設けられた先端動作部（エンドエフェクタとも呼ばれる。）とを有し、ワイヤによって先端の動作部を駆動するアクチュエータ（モータ）が操作部に設けられている。ワイヤは基端側でプーリに巻き掛けられている。コントローラは、操作部に設けられたモータを駆動して、プーリを介してワイヤを進退駆動する。

作業部は、手技が終了した後に洗浄等の処理を容易に行うことができるように操作部に対して着脱自在に構成されている。また、腹腔鏡下手術では、手技に応じて多様な作業部が用いられ、例えばグリッパ、はさみ、電気メス、超音波メス、医療用ドリル等が挙げられる。これらの作業部を交換する観点からも、該作業部は操作部に対して着脱自在に構成されていると好適である。

作業部は基端側のプーリが操作部に設けられたモータの回転軸に係合するように構成されている。

特開２００４−１０５４５１公報

ロボット外科器具は低侵襲外科手術をさらに発展させてきている。それらの外科器具は高度に専門的になっている。それらの外科器具は外科医の最小化された動きに追随しなければならない。外科医は臓器に対して切開、剥離そして縫合等の多くの異なったことを行う。

それらの多くの手技は外科医が従来の手技において彼の手首を廻すのと同様に外科器具先端を回転させることを要求する。つまり、先端動作部に、先端を指向する軸を中心に回転するロール回転機構が設けられていると、操作者自身が手首を回したりすることなく、縫合作業等を容易に行うことができて好適である。ロール回転機構は、ある程度の回転角度範囲を有することが望ましく、例えば３６０°又はそれ以上の回転角度範囲を設けておくとよい。

ところで、先端動作部は内視鏡により撮像されてモニタに表示されるが、最先端のグリッパ部は必ずしも明りょうに撮像されるとは限らず、またグリッパ部は上下対象な構造である場合もあり、１８０°回転してしまうと、目視ではその回転量が認識できない。

従って、低侵襲ロボット外科器具先端の回転の程度を簡単に信頼性高く知ることができる器具が要求される。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、ロール回転機構の回転角度を容易に認識することの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。

本発明に係る医療用マニピュレータは、中空のシャフトと、前記シャフトに設けられた動力伝達部材と、前記シャフトの一端に設けられ、前記動力伝達部材によって動作し、先端を指向する軸を中心に回転するロール回転機構を含む先端動作部を備える作業部とを有し、前記ロール回転機構で相対的に回転をする基端側部材と先端側部材の少なくとも一方の部材に、他方の部材の回転の程度を示す回転程度認識手段を有することを特徴とする。

このような回転程度認識手段によれば、最先端のグリッパが明りょうに認識できない場合や、ロール回転機構が１８０°以上回転した場合であっても操作者は該ロール回転機構の回転角度を容易に認識することができる。

外科器具先端動作部の回転の程度を特定する具体的器具を提示することで、外科医は手術中それぞれの時における先端動作部の回転の程度を知ることができる。先端動作部の回転の程度を示す低侵襲外科手術に使用される具体的な作業部が提供される。作業部は本体、マウント機構、先端動作部そして回転の程度認識手段を含む。本体は第１端部、その反対側の第２端部を持つ。マウント機構は本体の第２端部に隣接してマウントされ、外科装置のシャフトへのマウントを可能とする。先端動作部は本体の第１端部に接合されている。回転程度認識手段は本体上にマウントされ、先端動作部の回転の程度を示す。回転は本体の第１端から第２端への軸上である。

低侵襲外科手術に用いられる外科装置はシャフト、作業部コントロール機構と作業部を含む。シャフトは第１端、その反対側の第２端を含む。作業部コントロール機構はシャフトの第１端に隣接してマウントされる。先端動作部はシャフトの第１端に隣接してマウントされる。

本発明に係る医療用マニピュレータによれば、回転程度認識手段を有することにより、最先端のグリッパが内視鏡で明りょうに認識できない場合や、ロール回転機構が１８０°以上回転した場合であっても操作者は該ロール回転機構の回転角度を容易に認識することができる。

以下、本発明に係る医療用マニピュレータについて実施の形態を挙げ、添付の図１〜図１０を参照しながら説明する。

図１には医療用のマニピュレータシステム１１００が示される。マニピュレータシステム１１００はマニピュレータ１１０２とコントロール装置１１０４を含む。マニピュレータ１１０２は作業部（作業機構）１１０６と、中空のシャフト１１０８と作業部コントロール機構１１１０を含む。シャフト１１０８は第１端部１１０７とその反対側の第２端部１１０９を持つ。一般的に、シャフト１１０８はワイヤ（動力伝達部材）が中を通る細長い管である。ワイヤは作業部１１０６と作業部コントロール機構１１１０をつなぐ。作業部１１０６はシャフト１１０８の第１端部に現在そして将来に亘って当業者に知られる様々な機構でマウントされる。作業部コントロール機構１１１０はシャフト１１０８の第２端部１１０９に現在そして将来に亘って当業者に知られる様々な機構でマウントされる。ここの記載においてマウント（ｍｏｕｎｔ）という表現は、一緒にする（ｊｏｉｎ）、係合する（ｅｎｇａｇｅ）、一体化する（ｕｎｉｔｅ）、接続する（ｃｏｎｎｅｃｔ）、関係付ける（ａｓｓｏｃｉａｔｅ）、挿入する（ｉｎｓｅｒｔ）、吊るす（ｈａｎｇ）、保持する（ｈｏｌｄ）、固定する（ａｆｆｉｘ）、添付する（ａｔｔａｃｈ）、締める（ｆａｓｔｅｎ）、束ねる（ｂｉｎｄ）、貼る（ｐａｓｔｅ）、留める（ｓｅｃｕｒｅ）、締める（ｂｏｌｔ）、ねじる（ｓｃｒｅｗ）、留める（ｒｉｖｅｔ）、はんだ付けする（ｓｏｌｄｅｒ）、溶接する（ｗｅｌｄ）、そして他の類似の用語を含む。

作業部コントロール機構１１１０は、現在から将来に亘って当業者に知られる機械的、電気機械的、電気的なものである。作業部コントロール機構１１１０はハンドル１１１２とコントロール本体１１１４を含む。外科医は現在そして将来において知られる低侵襲外科手術を作業部１１０６に接合される先端動作部１１１８を使って行うためハンドル１１１２を操作する。ハンドル１１１２は回転、抑え付け、トグル等、先端動作部１１１８に所望の動作を行わせるための機構を含む。例えば、ハンドル１１１２は先端動作部１１１８を開けたり閉じたりするボタン１１１６を含む。

コントロール装置１１０４はケーブル導線１１２０を通して電気信号を作業部コントロール機構１１１０へ送ったり、作業部コントロール機構から受けたりする。例えば、コントロールソフトウエアがボタン１１１６の動作が示す電気信号を受け、これを先端動作部１１１８を動かすための適切な信号へ変換する。電気信号はアナログでもデジタルでもよい。

図２において、作業部１１０６は先端動作部１１１８、本体１２００、マウント機構１２０２そして回転程度認識手段１２０８を含む。回転程度認識手段１２０８は、ロール回転機構で相対的に回転をする基端側部材と先端側部材の少なくとも一方の部材に設けられるものであって、他方の部材の回転の程度を示す。

本体１２００は第１端部１２０４、その反対側の第２端部１２０６を含む。先端動作部１１１８は本体１２００の第１端部１２０４に位置する。マウント機構１２０２は本体１２００の第２端部１２０６に位置する。作業部１１０６と先端動作部１１１８は現在そして将来に亘って当業者に知られる切開、剥離、縫合、把持等のためにデザインされた様々の異なった仕様を持つ。作業部１１０６とシャフト１１０８の第１端部１１０７とのマウント機構１２０２は現在そして将来に亘って当業者に知られる様々の仕様が用いられる。

マニピュレータ１１０２の使用中にシャフト１１０８は動力によっては回転せず、作業部１１０６が回転する。作業部１１０６は本体１２００の第１端部１２０４と第２端部１２０６に延びる軸Ｂ−Ｂの周りをＲ−Ｒの方向に回転する。一般的に軸Ｂ−Ｂはシャフト１１０８の第１端部１１０７と第２端部１１０９方向へ延びる。回転程度認識手段１２０８は先端動作部１１１８及び／又は作業部１１０６のＲ−Ｒ方向の回転の程度を示す。回転の程度とは、基準の姿勢に対する回転角度である。

回転程度認識手段１２０８は本体１２００の第２端部１２０６の近くに付けられる。例えば、回転程度認識手段１２０８は本体１２００に印刷、埋め込み又は接着される。具体例として、回転程度認識手段１２０８はくさび形状を持ち、外科医が手術中に目視確認できるようになっている。回転程度認識手段１２０８は本体１２００の弧の部分に延びる複数のくさび形状を持つ。くさび形状はそれぞれ同じでも異なっていてもよい。弧部分の曲がり程度は作業部１１０６の大きさによって異なる。くさび形状は作業部１１０６のＲ−Ｒ軸回転に従って、広がったり、狭くなったりする。くさび形状の広がりや狭まりが作業部１１０６の回転の程度を外科医に示す。

シャフト１１０８はアライメントインジケータ１２１０を第１端部１１０７の近くにマウントする。アライメントインジケータ１２１０はシャフト１１０８に対する作業部１１０６の初期アライメント位置を示す。さらに外科医が作業部１１０６の回転の程度を認識することを助け、縫合、切開又は他の外科的手技を行う際の助けとなる。

回転程度認識手段１２０８及びアライメントインジケータ１２１０は、最先端のグリッパ２０２及び２１２よりはある程度基端側であり、グリッパ２０２及び２１２が内視鏡で見えない場合であっても、視認できる可能性が非常に高い。

図２に示す作業部１１０６の構成について、図３及び図４に基づいてさらに詳細に説明する。

図３に示すように、先端動作部１１１８はＹ方向の第１回転軸（ピボット軸）Ｏｙを中心にして、それよりも先の部分がヨー方向に回動する第１自由度と、第２回転軸Ｏｒ（先端を指向する軸）を中心にしてロール方向に回動する第２自由度（ロール回転機構）と、第３回転軸Ｏｇを中心として先端のエンドエフェクタ１０４を開閉させる第３自由度とを有する合計３自由度の機構となっている。第２回転軸Ｏｒはヨー方向の動作の有無に関わらずに先端を指向している軸である。

エンドエフェクタ１０４は、手術において実際の作業を行う部分であり、第１回転軸Ｏｙ及び第２回転軸Ｏｒは、作業を行いやすいようにエンドエフェクタ１０４の姿勢を変えるためのものである。一般に、エンドエフェクタ１０４を開閉させる第３自由度に係る機構部をグリッパ軸とも呼ばれ、ヨー方向に回動する第１自由度に係る機構部をヨー軸とも呼ばれ、ロール方向に回動する第２自由度に係る機構部をロール軸とも呼ばれる。

先端動作部１１１８は、ワイヤ受動部１００と、複合機構部１０２と、エンドエフェクタ１０４とを有する。

図３、図４を参照しながら、ワイヤ受動部１００、複合機構部１０２及びエンドエフェクタ１０４について詳細に説明する。

ワイヤ受動部１００は、一対の舌片部５８の間に設けられており、ワイヤ５２、ワイヤ５４及びワイヤ５６のそれぞれの往復動作を回転動作に変換して複合機構部１０２に伝達する部分である。ワイヤ受動部１００は、軸孔６０ａ、６０ａに挿入される軸１１０と、軸孔６０ｂ、６０ｂに挿入される軸（直交軸）１１２と、軸１１０に対して回転自在に軸支される歯車体１１４とを有する。軸１１０及び１１２は、軸孔６０ａ、６０ｂに対して、例えば圧入若しくは溶接により固定される。軸１１２は第１回転軸Ｏｙの軸上に配置される。

歯車体１１４は、筒体１１６と、該筒体１１６の上部に同心状に設けられた歯車１１８とを有する。歯車１１８は筒体１１６よりも大径の平歯車である。以下、特に断らない限り歯車は平歯車である。歯車体１１４は一対の舌片部５８の間に回転自在に配置される。歯車１１８の上面には、軸１１０が挿入される孔の周辺に低い環状リブ１１８ａが設けられており、歯車１１８の上面が上側の舌片部５８に接触することが防止され摺動抵抗の低減を図っている。

複合機構部１０２は、エンドエフェクタ１０４の開閉動作機構と、該エンドエフェクタ１０４の姿勢を変化させる複合的な機構部である。

複合機構部１０２は、Ｙ１方向からＹ２方向に向かって順に、軸１１２に対して回転自在に軸支される歯車体１２６と、主軸部材１２８と、歯車体１３０とを有する。

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。歯車１３４は歯車１１８と同じ厚さで、該歯車１１８と噛合するように設定されている。歯車１３４は歯車１１８よりも歯数が多く、歯車１１８の回転が減速して（トルクが増大して）伝達することができる。もちろん、設計条件に応じて同速又は増速するように伝達してもよい。歯車１３４の上面には、軸１１２が挿入される孔の周辺に低い環状リブ１３４ａが設けられており、歯車１３４の上面が上側の舌片部５８に接触することが防止され摺動抵抗の低減を図っている。

歯車体１３０は、歯車体１２６とほぼ同形状であって、該歯車体１２６に対して上下反転に配置されている。歯車体１３０は、筒体１３６と、該筒体１３６の下部に同心状に設けられた歯車１３８とを有する。筒体１３６は筒体１３２と略同径、同形状である。歯車１３８は、歯車１３４よりも歯数をやや少なくするこができる。筒体１３６のＺ２方向の側の面には、筒体１１６と同様のワイヤ固定機構１２０が設けられており、ワイヤ５４を固定している。

主軸部材１２８は、軸１１２が挿通する筒体１４０と、Ｚ１方向に設けられた環状座面１４２と、該環状座面１４２の中心からＺ１方向に延在する支持バー１４４とを有する。支持バー１４４は第２回転軸Ｏｒの軸上に配置される。支持バー１４４の先端部には雄ねじが設けられている。

環状座面１４２は保護板１７１を介して、筒体１４０の外側面よりもやや離れた位置に設けられており、環状座面１４２と筒体１４０との間にはワイヤ５２が挿通可能な孔１４６が設けられている。筒体１４０のＺ２方向の側の面には、筒体１１６と同様のワイヤ固定機構１２０が設けられており、ワイヤ５２を固定している。

保護板１７１はＺ２方向が略９０°の円弧形状であり、Ｚ１方向に向かって拡開しており、平面視で略山形となっている。

主軸部材１２８は、ワイヤ５２の往復動作に伴って第１回転軸Ｏｙを中心としたヨー方向に回転し、支持バー１４４をＸＺ平面上で揺動させることができる。

筒体１４０、歯車体１２６及び歯車体１３０は、軸１１２を軸として積層配置されており、一対の舌片部５８の間にほぼ隙間なく設けられている。

複合機構部１０２は、さらに駆動ベース１５０と、歯車リング１５２と、歯車付きピン１５４と、固定ナット１５６及び１５８と、カバー１６０とを有する。固定ナット１５６には、細い回転工具を挿入するための径方向の複数の細孔１５６ａが設けられている。細孔１５６ａの少なくとも１つは、径方向に露呈している（図４参照）。固定ナット１５８には、スパナ等の回転工具を係合可能な平行面１５８ａが設けられている。

駆動ベース１５０は、支持バー１４４の基端部に回動自在に挿入される筒体１６４と、該筒体１６４の左右両端からＺ１方向に向かって突出している一対の支持アーム１６６と、筒体１６４のＺ２方向の面に設けられたフェイスギア１６８とを有する。各支持アーム１６６はエンドエフェクタ１０４を支持する部分であり、Ｘ方向に並んだ孔１６６ａが設けられている。筒体１６４を支持バー１４４の基端部に挿入した後に、固定ナット１５６を支持バー１４４の先端の雄ねじに螺着させることにより、駆動ベース１５０は支持バー１４４を中心とした（つまり、第２回転軸Ｏｒを中心とした）ロール方向に、回動自在に軸支される。

フェイスギア１６８は歯車１３８に噛合し、駆動ベース１５０は筒体１３６の回転にともなって、第２回転軸Ｏｒを中心として回転可能である。

歯車リング１５２は薄い筒体であって、Ｚ２方向の面に設けられたフェイスギア１７０と、Ｚ１方向の面に設けられたフェイスギア１７２とを有する。歯車リング１５２は駆動ベース１５０の筒体１６４に嵌装され、該筒体１６４の周面に対して摺動回転自在となる。歯車リング１５２は、フェイスギア１７０が駆動ベース１５０のフェイスギア１６８よりもややＺ１方向側の位置であって、歯車１３４に噛合する位置まで筒体１６４に嵌装される。フェイスギア１７０は歯車１３４に噛合し、歯車リング１５２は歯車体１２６の回転に伴って第２回転軸Ｏｒを中心として回転可能である。

歯車付きピン１５４は、フェイスギア１７２に噛合する歯車１７４と、該歯車１７４の中心からＸ１方向に延在するピン１７６とを有する。ピン１７６の先端部には雄ねじが設けられている。ピン１７６は２つの孔１６６ａを通って雄ねじが反対側の支持アーム１６６から突出し、固定ナット１５８が螺着される。これにより、歯車付きピン１５４は、歯車１７４がフェイスギア１７２に噛合するとともに、支持アーム１６６に対して回動自在に軸支される。また、ピン１７６はエンドエフェクタ１０４の一部に係合するようにＤカット形状となっている。

カバー１６０は、複合機構部１０２及びエンドエフェクタ１０４の各部品を保護するためのものであって、歯車リング１５２、歯車１７４等を覆う。カバー１６０は、Ｚ２方向の筒１８０と、該筒１８０の左右側方からＺ１方向に向かって突出している一対の片１８２とを有する。片１８２は、筒１８０の周壁の一部が緩やかな円錐状にＺ１方向に延在している形状である。カバー１６０の下部はカバー固定ピン１６２によってエンドエフェクタ１０４の一部に固定されている。カバー１６０は正面視でシャフト１１０８と同径又は小径に設定されている。

図３から明らかなように、複合機構部１０２及びエンドエフェクタ１０４は軸方向に長尺形状となっている。

カバー１６０は、複合機構部１０２、エンドエフェクタ１０４を動作に支障のない範囲でほぼ全域にわたり覆うように円筒や円錐形のカバーで構成してもよい。また、ピン１９６を利用してカバー１６０を固定してもよい。

このようなカバー１６０によれば、作業部としての複合機構部１０２及びエンドエフェクタ１０４に異物（生体組織、薬剤、糸等）が入り込むことが防止される。

次に、エンドエフェクタ１０４は、第１エンドエフェクタ部材１９０と、第２エンドエフェクタ部材１９２と、リンク１９４と、ピン１９６とを有する。ピン１９６は第３回転軸Ｏｇの軸上に配置される。

第１エンドエフェクタ部材１９０は、左右に対向して設けられた一対のサイドウォール２００と、サイドウォール２００の先端部にそれぞれ設けられた孔２００ａと、サイドウォール２００の後端部にそれぞれ設けられた孔２００ｂと、サイドウォール２００の先端下部からＺ１に突出した第１グリッパ２０２と、サイドウォール２００の後端下部に設けられたカバー固定部２０４とを有する。孔２００ａはピン１９６が、例えば圧入されるのに適した径に設定されている。第１グリッパ２０２はＺ１方向に向かってやや幅狭となって、先端部が円弧状となる形状であり、Ｙ１方向の全面には小さい錐上突起がほぼ隙間なく設けられている。

各サイドウォール２００の先端部は円弧状に形成されており、後端部の両外側面には前記の支持アーム１６６が嵌り込む凹部２００ｃが設けられている。第１グリッパ２０２とカバー固定部２０４との間には、第２エンドエフェクタ部材１９２の後端部に対する干渉を防止する孔１９０ａ（図４参照）が設けられている。カバー固定部２０４には、カバー固定ピン１６２が、例えば圧入される孔が設けられている。

第２エンドエフェクタ部材１９２は、ベース部２１０と、ベース部２１０の先端からＺ１方向に延在する第２グリッパ２１２と、ベース部２１０の左右後端からＺ２方向に延在する一対の耳片部２１４と、ベース部２１０の先端下部に設けられた軸支筒２１６とを有する。軸支筒２１６はピン１９６が挿入可能な程度の内径の孔２１６ａを有している。ピン１９６が軸支筒２１６に挿入されて孔２００ａに対して、例えば圧入されることにより、第２エンドエフェクタ部材１９２は第３回転軸Ｏｇを中心として揺動自在となる。第２グリッパ２１２は第１グリッパ２０２と同形状で上下反転に配置されており、第２エンドエフェクタ部材１９２が第３回転軸Ｏｇを中心として回動したときに第１グリッパ２０２に対して当接し、湾曲針等を把持することができる。耳片部２１４にはそれぞれ長孔２１４ａが設けられている。

リンク１９４は、一方の端部に設けられた孔２２０と、他方の端部に設けられて左右に突出する一対の係合部２２２とを有する。各係合部２２２は長孔２１４ａに対して摺動可能に係合している。孔２２０はピン１７６が係合するに適したＤカット形状に形成されており、該ピン１７６に対する位置決め機能及び回り止め機能を有する。ピン１７６が孔１６６ａ、孔２００ｂ及び２２０に挿入されるとともに、先端部に固定ナット１５８が螺着されることにより、リンク１９４はピン１７６を中心として揺動自在となる。

回転程度認識手段１２０８は、例えば、カバー（ロール回転機構の先端側部材）１６０のＺ２方向端部に設けると視認しやすい。カバー１６０は周方向に連続しており、しかも適度な面積があり、回転程度認識手段１２０８を設けるのに好適である。アライメントインジケータ１２１０は、例えば、上方のシャフト１１０８の（ロール回転機構の基端側部材）先端側面１１０８ａに設けると、回転程度認識手段１２０８に近くてよい。先端側面１１０８ａは、ヨー方向の回転が発生しても回転程度認識手段１２０８に対するロール方向の相対位置が変わらず、アライメントインジケータ１２１０を設けるのに好適である。つまり、アライメントインジケータ１２１０は、ヨー方向回転の第２回転軸Ｏｒに沿った側方平行面に設けられるとよい。

図３における符号１２１０ａで示すように、アライメントインジケータは、保護板１７１の側面に設けてもよい。この位置は、カバー１６０とほとんど接する位置であり、しかもヨー軸動作による影響がない位置であり、アライメントインジケータ１２１０ａが回転程度認識手段１２０８を指し示すのに好適である。

回転程度認識手段１２０８は、ロール回転機構で相対的に回転をする基端側部材と先端側部材の少なくとも一方の部材に設ければよい。他方の部材には、アライメントインジケータ１２１０を設けるとよい。

図５に回転程度認識手段１２０８の第１の実施例を符号１３００として示す。軸Ａ−Ａは回転軸Ｒ−Ｒの方向に延びる。ただし、回転程度認識手段１３００の全体を表示するためにここには展開された状態を示す。回転程度認識手段１３００は第１の二等辺三角形１３０２、第２の二等辺三角形１３０４、第３の二等辺三角形１３０６そして第２アライメントインジケータ１３０８を含む。第１の二等辺三角形１３０２、第２の二等辺三角形１３０４、第３の二等辺三角形１３０６の中心は回転方向Ｒ−Ｒに延びる軸Ａ−Ａに沿って揃えられる。軸Ｃ−Ｃと軸Ｄ−Ｄは軸Ｂ−Ｂと平行である。軸Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄは回転程度認識手段１３００の円周方向の位置を示す。第１の二等辺三角形１３０２は軸Ｂ−Ｂと軸Ｃ−Ｃの間に延びる。第２の二等辺三角形１３０４は軸Ｃ−Ｃと軸Ｄ−Ｄの間に延びる。第３の二等辺三角形１３０６は軸Ｄ−Ｄと軸Ｂ−Ｂの間に延びる。図５に示されるように、第１の二等辺三角形１３０２、第２の二等辺三角形１３０４、第３の二等辺三角形１３０６はそれぞれ円周方向に１２０°ずつを占める。

第１の二等辺三角形１３０２は第１の認識手段１３０３を含む。第２の二等辺三角形１３０４は第２の認識手段１３０５を含む。第３の二等辺三角形１３０６は第３の認識手段１３０７を含む。図５に示す例において、第１の認識手段１３０３は「１」、第２の認識手段１３０５は「２」、第３の認識手段１３０７は「３」である。認識手段１３０３、１３０５、１３０７はそれぞれの二等辺三角形１３０２、１３０４、１３０６を区別する。そして、外科医が作業部１１０６の回転の程度を認識するのを助ける。

第２のアライメントインジケータ１３０８は回転程度認識手段１３００について回転表示の最初の位置を示す。そして、外科医が作業部１１０６の回転の程度を認識するのを助ける。

図６は回転程度認識手段１２０８の第２の実施例を符号１４００として示す。軸Ａ−Ａは回転軸Ｒ−Ｒの方向に延びるが、回転程度認識手段１４００の全体像を示すために展開した状態を示す。回転程度認識手段１４００は第１の二等辺三角形１４０２、第２の二等辺三角形１４０４、第３の二等辺三角形１４０６、直角三角形１４０８そして第２のアライメントインジケータ１３０８を含む。第１の二等辺三角形１４０２、第２の二等辺三角形１４０４、第３の二等辺三角形１４０６そして直角三角形１４０８は回転Ｒ−Ｒ方向に沿う軸Ａ−Ａに沿って三角形の中央部で揃えられ並べられる。図６に示される実施例において、第１の二等辺三角形１４０２と直角三角形１４０８はそれぞれ１２０°ずつ回転方向の位置を占める。第２の二等辺三角形１４０４と第３の二等辺三角形１４０６は６０°ずつ回転方向の位置を占める。第２の二等辺三角形１４０４と第３の二等辺三角形１４０６はそれぞれ鏡像関係にある。第３の二等辺三角形１４０６は直角三角形１４０８の底辺と接する。直角三角形１４０８の頂点は第１の二等辺三角形１４０２の底辺と接する。第２のアライメントインジケータ１３０８は第２の二等辺三角形１４０４と第３の二等辺三角形１４０６の間に延びる軸Ｂ−Ｂと一致される。

図７には第３の実施例である回転程度認識手段１５００が示される。軸Ａ−Ａは回転Ｒ−Ｒの方向に延びるが、回転程度認識手段１５００の全体がわかるように、展開した状態で示される。回転程度認識手段１５００は第１直角三角形１５０２、第２直角三角形１５０４、第３直角三角形１５０６、第４直角三角形１５０８そして第２アライメントインジケータ１３０８を含む。第１直角三角形１５０２、第２直角三角形１５０４、第３直角三角形１５０６そして第４直角三角形１５０８は回転Ｒ−Ｒの方向の軸Ａ−Ａに沿ってそれぞれの三角形の長辺１５０２ａ、１５０４ａ、１５０６ａ及び１５０８ａを揃えて整列される。ここで長辺とは、それぞれ直角を構成する２辺のうち長い方の辺であり、斜辺に次ぐ長さの辺を意味する。軸Ａ−Ａに沿わせるのは、最短辺以外の辺であると、方向性を示しやすく、しかもＢ−Ｂ方向に無駄に幅広にならず好適である。図７の実施例では、それぞれの三角形は回転方向に９０°ずつ均等に占める。第２直角三角形１５０４と第３直角三角形１５０６はその頂点を接し、鏡像の関係にある。第１直角三角形１５０２の頂点と第２直角三角形の底辺は接している。第４直角三角形１５０８の頂点と第３直角三角形１５０６の底辺は接している。

第２アライメントインジケータ１３０８は第２直角三角形１５０４と第３直角三角形１５０６との間に延びる軸Ｂ−Ｂ上に合わせられる。

第１直角三角形１５０２は第１認識指標１５０３を含む。第２直角三角形１５０４は第２認識指標１５０５を含む。第３直角三角形１５０６は第３認識指標１５０７を含む。第４直角三角形１５０８は第４認識指標１５０９を含む。図７に示されるように、第１認識指標１５０３は文字「Ａ」であり、第２認識指標１５０５は文字「Ｂ」であり、第３認識指標１５０７は文字「Ｃ」であり、第４認識指標１５０９は文字「Ｄ」である。認識指標１５０３、１５０５、１５０７、１５０９は直角三角形１５０２、１５０４、１５０６、１５０８をそれぞれ区別するものであり、さらに外科医が作業部１１０６の回転の程度を確認することを助ける。

ところで、カバー１６０のような円筒を側面から見れば、理論的には最大１８０°の範囲が見えるが、体腔２２内等で内視鏡で観察する場合には十分な明るさがあるとは言えず、円筒の端の方は陰になってしまい、十分に視認できるのは正面の１２０°程度である。

そこで、カバー１６０に設けられる回転程度認識手段の形状は１２０°の範囲で変化をもたせることが望ましい。

例えば、回転程度認識手段を構成する複数の形状部のうち一つの形状部を最大１２０°にするとそれ一つしか見えない場合で、その形状部だけでは角度が判断できないときには、第２の回転程度認識手段である認識指標を設けるとよい。これらの認識指標は例えば文字、数字等を用いることができる。図７に示す認識指標１５０３、１５０５、１５０７、１５０９はこの第２の回転程度認識手段に相当する。

また、内視鏡による映像ではロール軸の回転が０°を基準とした＋側なのか−側なのかの判断が困難である場合がある。このような、ロール軸角度の極性を判断するために、図６に示す回転程度認識手段１４００及び図７に示す回転程度認識手段１５００では、回転程度認識手段を構成する個々の形状部（三角形）はＡ−Ａ軸で非対称となっている。また、図７に示す回転程度認識手段１５００では、全体として、０°位置（図７のＢ−Ｂ軸）を基準として対称になっている。

これにより、内視鏡の映像を見ながらであってもロール軸を＋側又は−側のいずれか所望の方向に回転させることが容易である。また、その時点のロール軸姿勢の極性が＋側又は−側のいずれであるか容易に判断できる。さらに、ロール軸を０°姿勢に戻す操作が容易である。

図６に示す回転程度認識手段１４００では、Ｂ−Ｂ軸についても非対称としており、識別性を向上させている。

回転程度認識手段１２０８は作業部１１０６の回転の程度を視認できるものであれば様々の形状が採用される。いくつかの三角形を具体例として示してきたが、これらは三角形の辺によって形成される曲線が視認しやすいものである。他の例としては弧状のもの、階段状のもの等がある。さらに、台形、長方形、六角形、円等も採用できる。さらに、周方向の間隔も他の実施例、例えば９個の形状物で４０°ずつということもできる。少なくとも２個以上の形状物で形成されるのがよい。

また、回転程度認識手段は、本体表面上に示されるものに限らず、図８に示す切欠１６００や突起１６０２であってもよい。これらの切欠１６００や突起１６０２は、周面に設けられるものであってもよいし、軸方向端面に設けられるものであってもよい。回転程度認識手段は、三角形等の形状で表すものに限らず、図９に示す色彩や模様１６１０を用いてもよい。色彩を用いる場合、例えばグラデーション状の表示として回転角度を示してもよい。色彩は図面上で表現できないことから図示を省略する。

上述した医療用マニピュレータによれば、回転程度認識手段を有することにより、最先端のグリッパが内視鏡でも明りょうに認識できない場合であっても操作者は該ロール回転機構の回転角度を容易に認識することができる。

また、グリッパ２０２及び２１２は略対称構造であり、ロール回転機構が１８０°回転してしまうと、グリッパ２０２及び２１２を見ても、回転角度が分かりにくいが、回転程度認識手段を見ることによりロール回転機構の回転角度を容易に認識することができる。さらに、ロール回転機構が３６０°以上回転した場合であっても、相当に有効である。例えば、回転程度認識手段が４５°を示している場合、操作者がロール回転機構を３６０°以上回転させたことを認識していれば、現在の角度は４０５°（＝３６０＋４５）であることを容易に認識することができる。

上記実施例は、例えば図１０に示すような手術用ロボットシステム７００に適用してもよい。

手術用ロボットシステム７００は、多関節型のロボットアーム７０２と、コンソール７０４とを有し、作業部１１０６はロボットアーム７０２の先端に接続されている。ロボットアーム７０２の先端には前記のコントロール本体１１１４と同じ機構を設けることにより、作業部１１０６を接続及び駆動可能である。ロボットアーム７０２は、作業部１１０６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。コンソール７０４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７０２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１１０６の位置及び向きを任意に設定できて好適である。先端のコントロール本体１１１４は、ロボットアーム７０２の先端部７０８と一体化している。

ロボットアーム７０２は、コンソール７０４の作用下に動作し、プログラムによる自動動作や、コンソール７０４に設けられたジョイスティック７０６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７０４は、前記のコントロール装置１１０４の機能を含んでいる。

作業部１１０６の先端動作部１１１８には、前記の通り回転程度認識手段１２０８及びアライメントインジケータ１２１０が設けられている。

コンソール７０４には、操作指令部としての２つのジョイスティック７０６と、モニタ７１０が設けられている。図示を省略するが、２つのジョイスティック７０６により、２台のロボットアーム７０２を個別に操作が可能である。２つのジョイスティック７０６は、両手で操作しやすい位置に設けられている。モニタ７１０には、内視鏡による画像等の情報が表示される。

ジョイスティック７０６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７０２を動かすことができる。ジョイスティック７０６はマスターアームであってもよい。ロボットアーム７０２とコンソール７０４との間の通信手段は、有線、無線、ネットワーク又はこれらの組合わせでよい。

本発明に係る医療用マニピュレータは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

マニピュレータ全体の図である。 作業部を示す図である。 マニピュレータにおける作業部の斜視図である。 マニピュレータにおける作業部の分解斜視図である。 回転程度認識手段の第１実施例を示す図である。 回転程度認識手段の第２実施例を示す図である。 回転程度認識手段の第３実施例を示す図である。 回転程度認識手段の第４実施例を示す図である。 回転程度認識手段の第５実施例を示す図である。 作業部をロボットアームの先端に接続した手術用ロボットシステムの概略斜視図である。

符号の説明

１１００…マニピュレータシステム １１０２…マニピュレータ
１１０４…コントロール装置 １１０６…作業部
１１０７、１２０４…第１端部 １１０８…シャフト
１１０９、１２０６…第２端部 １１１８…先端動作部
１２００…本体
１２０８、１３００、１４００、１５００…回転程度認識手段
１２１０、１２１０ａ、１３０８…アライメントインジケータ
１３０２、１３０４、１３０６、１４０２、１４０４、１４０６…二等辺三角形
１３０３、１３０５、１３０７…認識手段
１４０８、１５０２、１５０４、１５０６、１５０８…直角三角形
１５０３、１５０５、１５０７、１５０９…認識指標
１６００…切欠（回転程度認識手段） １６１０…模様（回転程度認識手段）

Claims (4)

1. 中空のシャフトと、
   前記シャフトに設けられたワイヤと、
   前記シャフトの先端に設けられ、前記ワイヤによって動作し、先端を指向する軸を中心に回転するロール回転機構を含む先端動作部を備える作業部と、
   を有し、
   前記先端動作部は、針を把持するためのエンドエフェクタを有し、
   前記ワイヤは、前記ロール回転機構の一部を構成する筒体に固定され、
   前記筒体が前記ワイヤにより回転されることにより、前記ロール回転機構が駆動され、
   前記ロール回転機構で前記シャフトに対して相対的にロール回転をする前記先端動作部に、当該先端動作部の前記シャフトに対するロール回転の程度を示す回転程度認識手段を有することを特徴とする医療用マニピュレータ。
2. 請求項１記載の医療用マニピュレータにおいて、
   前記シャフトの先端部に、前記先端動作部の初期の位置を示すアライメントインジケータを有することを特徴とする医療用マニピュレータ。
3. 請求項１又は２記載の医療用マニピュレータにおいて、
   前記回転程度認識手段は切欠又は突起であることを特徴とする医療用マニピュレータ。
4. 請求項１又は２記載の医療用マニピュレータにおいて、
   前記回転程度認識手段は色彩又は模様であることを特徴とする医療用マニピュレータ。

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