特許 5680925 遠隔操作型アクチュエータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5680925

(24)【登録日】2015年1月16日

(45)【発行日】2015年3月4日

(54)【発明の名称】遠隔操作型アクチュエータ

(51)【国際特許分類】

   A61B 17/16 20060101AFI20150212BHJP

   A61B 17/56 20060101ALI20150212BHJP

   A61B 19/00 20060101ALI20150212BHJP

【ＦＩ】

   A61B17/16

   A61B17/56

   A61B19/00 502

【請求項の数】11

【全頁数】34

(21)【出願番号】特願2010-220972(P2010-220972)

(22)【出願日】2010年9月30日

(65)【公開番号】特開2012-75498(P2012-75498A)

(43)【公開日】2012年4月19日

【審査請求日】2013年6月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100086793

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅士

(74)【代理人】

【識別番号】100087941

【弁理士】

【氏名又は名称】杉本 修司

(72)【発明者】

【氏名】磯部 浩

(72)【発明者】

【氏名】永野 佳孝

【審査官】 井上 哲男

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１０／１０１０８６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０７−１８４９２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０９２８２０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１０／０１８６６５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−３５１３７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３０５５８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 独国特許出願公開第１０２００６０３０６８８（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ １７／１６

Ａ６１Ｂ １７／５６

Ａ６１Ｂ １９／００

Ｂ２５Ｊ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

先端に工具を有するアクチュエータ本体を、任意の自由度を有する操作台に搭載した遠隔操作型アクチュエータであって、
前記アクチュエータ本体は、前記操作台に固定された本体基端ハウジングと、この本体基端ハウジングに基端が結合された細長形状のスピンドルガイド部と、このスピンドルガイド部の先端に先端部材連結部を介して姿勢変更自在に取付けられた先端部材と、この先端部材に回転自在に設けた前記工具とを備え、前記先端部材は、前記工具を保持するスピンドルを回転自在に支持し、前記スピンドルガイド部は、工具回転用駆動源の回転を前記スピンドルに伝達する回転軸と、両端に貫通したガイド孔とを内部に有し、先端が前記先端部材に接して進退動作することにより前記先端部材を姿勢変更させる姿勢操作部材を前記ガイド孔内に進退自在に挿通し、姿勢変更用駆動源により駆動されて前記姿勢操作部材を進退させる姿勢変更用駆動機構を前記本体基端ハウジング内に設け、前記スピンドルガイド部は湾曲部を有し、前記操作台は１つ以上の回転対偶部を有し、そのうちの１つの回転対偶部の回転中心が前記スピンドルガイド部の湾曲部の曲率中心と一致したものとしたことを特徴とする遠隔操作型アクチュエータ。

【請求項2】

先端に工具を有するアクチュエータ本体を、任意の自由度を有する操作台に搭載した遠隔操作型アクチュエータであって、
前記アクチュエータ本体は、前記操作台に固定された本体基端ハウジングと、この本体基端ハウジングに基端が結合された細長形状のスピンドルガイド部と、このスピンドルガイド部の先端に先端部材連結部を介して姿勢変更自在に取付けられた先端部材と、この先端部材に回転自在に設けた前記工具とを備え、前記先端部材は、前記工具を保持するスピンドルを回転自在に支持し、前記スピンドルガイド部は、工具回転用駆動源の回転を前記スピンドルに伝達する回転軸と、両端に貫通したガイド孔とを内部に有し、先端が前記先端部材に接して進退動作することにより前記先端部材を姿勢変更させる姿勢操作部材を前記ガイド孔内に進退自在に挿通し、姿勢変更用駆動源により駆動されて前記姿勢操作部材を進退させる姿勢変更用駆動機構を前記本体基端ハウジング内に設け、
前記操作台は、
固定部材に対し入力部材を、３組以上の入力側リンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各入力側リンク機構は、それぞれ前記固定部材および入力部材に一端が回転可能に連結された固定側および入力側の端部リンク部材と、これら固定側および入力側の端部リンク部材の他端をそれぞれ回転可能に連結した中央リンク部材とでなり、前記各入力側リンク機構は、前記各リンク部材を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する固定側部分と入力側部分とが対称を成す形状である入力側リンク作動装置と、
前記固定部材に対し出力部材を、前記入力側リンク機構と同じ組数の出力側リンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各出力側リンク機構は、それぞれ前記固定部材および出力部材に一端が回転可能に連結された固定側および出力側の端部リンク部材と、これら固定側および出力側の端部リンク部材の他端をそれぞれ回転可能に連結した中央リンク部材とでなり、前記各出力側リンク機構は、前記各リンク部材を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する固定側部分と出力側部分とが対称を成す形状である出力側リンク作動装置とを備え、
前記３組以上の入力側リンク機構および出力側リンク機構のうち互いに対応する２組以上の入力側リンク機構と出力側リンク機構間に、それぞれ入力側リンク機構における固定側の端部リンク部材の回転を出力側リンク機構における固定側の端部リンク部材に伝達する２つ以上の回転伝達機構を設けたものであり、
出力側リンク作動装置の前記出力部材に前記アクチュエータ本体を搭載した遠隔操作型アクチュエータ。

【請求項3】

請求項１または請求項２において、前記操作台は回転対偶部および直動部のいずれか、または両方を有し、これら回転対偶部または直動部のうちの少なくとも１つを任意の位置で静止させる静止機構を設けた遠隔操作型アクチュエータ。

【請求項4】

請求項２において、前記スピンドルガイド部は湾曲部を有する遠隔操作型アクチュエータ。

【請求項5】

請求項２において、前記入力側リンク作動装置と前記出力側リンク作動装置は、前記入力側リンク機構と前記出力側リンク機構が前記固定部材に対し互いに鏡面対称となる配置とした遠隔操作型アクチュエータ。

【請求項6】

請求項２において、前記入力側リンク作動装置と前記出力側リンク作動装置は、前記入力側リンク機構と前記出力側リンク機構が前記固定部材に対し互いに回転対称となる配置とした遠隔操作型アクチュエータ。

【請求項7】

請求項２、５、６のいずれか１項において、２組以上の前記入力側リンク機構または前記出力側リンク機構に、固定側の端部リンク部材の回転角を検出する回転角検出手段を設けた遠隔操作型アクチュエータ。

【請求項8】

請求項７において、前記回転角検出手段の出力信号を順変換して前記出力部材の角度を算出する角度算出手段と、この角度算出手段により算出された出力部材の角度を表示する角度表示手段とを設けた遠隔操作型アクチュエータ。

【請求項9】

請求項２、５ないし請求項８のいずれか１項において、前記固定部材に前記工具回転用駆動源および前記姿勢変更用駆動源のいずれか、または両方を設け、前記工具回転用駆動源の回転を前記回転軸に伝達する工具回転用可撓性ワイヤおよび前記姿勢変更用駆動源の回転を前記姿勢変更用駆動機構に伝達する姿勢変更用可撓性ワイヤのいずれか、または両方を、前記出力側リンク作動装置の前記出力側リンク機構の内側を通して設けた遠隔操作型アクチュエータ。

【請求項10】

請求項２、５ないし請求項８のいずれか１項において、前記固定部材に前記姿勢変更用駆動源を設け、この姿勢変更用駆動源の回転を、姿勢変更用可撓性ワイヤを介して前記姿勢変更用駆動機構の入力軸に伝達し、前記姿勢変更用駆動機構は、前記入力軸の回転を進退動作に変換する動作変換機構を有し、この動作変換機構の回転部分の中心軸を、前記入力軸、および前記スピンドルガイドの基端における前記回転軸と平行に配置した遠隔操作型アクチュエータ。

【請求項11】

請求項９または請求項１０において、前記工具回転用可撓性ワイヤおよび姿勢変更用可撓性ワイヤは、可撓性を有するアウタチューブの内部に、両端がそれぞれ回転の入力端および出力端となる可撓性のインナワイヤを複数の転がり軸受によって回転自在に支持し、隣合う転がり軸受間に、これら転がり軸受に対して予圧を与えるばね要素を設けた構造とした遠隔操作型アクチュエータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、工具の姿勢を遠隔操作で変更可能で、医療機器や産業機器として使用される遠隔操作型アクチュエータに関する。

【背景技術】

【0002】

医療用として骨の加工に用いられたり、機械加工用としてドリル加工や切削加工に用いられたりする遠隔操作型アクチュエータがある。遠隔操作型アクチュエータは、直線形状や湾曲形状をした細長いパイプ部の先端に設けた工具を遠隔操作で制御する。ただし、従来の遠隔操作用アクチュエータは、工具の回転のみを遠隔操作で制御するだけであったため、医療用の場合、複雑な形状の加工や外からは見えにくい箇所の加工が難しかった。また、ドリル加工では、直線だけではなく、湾曲状の加工が可能なことが求められる。さらに、切削加工では、溝内部の奥まった箇所の加工が可能なことが求められる。以下、医療用を例にとって、遠隔操作型アクチュエータの従来技術と課題について説明する。

【0003】

整形外科分野において、骨の老化等によって擦り減って使えなくなった関節を新しく人工のものに取り替える人工関節置換手術がある。この手術では、患者の生体骨を人工関節が挿入できるように加工する必要があるが、その加工には、術後の生体骨と人工関節との接着強度を高めるために、人工関節の形状に合わせて精度良く加工することが要求される。

【0004】

例えば、股関節の人工関節置換手術では、大腿骨の骨の中心にある髄腔部に人工関節挿入用の穴を形成する。人工関節と骨との接触強度を保つには両者の接触面積を大きくとる必要があり、人工関節挿入用の穴は、骨の奥まで延びた細長い形状に加工される。このような骨の切削加工に用いられる医療用アクチュエータとして、細長いパイプ部の先端に工具を回転自在に設け、パイプ部の基端側に設けたモータ等の回転駆動源の駆動により、パイプ部の内部に配した回転軸を介して工具を回転させる構成のものがある（例えば特許文献１）。この種の医療用アクチュエータは、外部に露出した回転部分は先端の工具のみであるため、工具を骨の奥まで挿入することができる。
なお、細長いパイプ部を有しない医療用アクチュエータでは、手で握る部分に対して工具が設けられた部分が姿勢変更可能なものがある（例えば特許文献２）。

【0005】

人工関節置換手術では、皮膚切開や筋肉の切断を伴う。すなわち、人体に傷を付けなければならない。その傷を最小限に抑えるためには、前記パイプ部は真っ直ぐでなく、適度に湾曲している方が良い場合がある。このような状況に対応するためのものとして、次のような従来技術がある。例えば、特許文献３は、パイプ部の中間部を２重に湾曲させて、パイプ部の先端側の軸心位置と基端側の軸心位置とをずらせたものである。このようにパイプ部の軸心位置が先端側と軸心側とでずれているものは、他にも知られている。また、特許文献４は、パイプ部を１８０度回転させたものである。

【0006】

生体骨の人工関節挿入用穴に人工関節を嵌め込んだ状態で、生体骨と人工関節との間に広い隙間があると、術後の接着時間が長くなるため、前記隙間はなるべく狭いのが望ましい。また、生体骨と人工関節の接触面が平滑であることも重要であり、人工関節挿入用穴の加工には高い精度が要求される。しかし、パイプ部がどのような形状であろうとも、工具の動作範囲はパイプ部の形状の制約を受けるため、皮膚切開や筋肉の切断をできるだけ小さくしながら、生体骨と人工関節との間の隙間を狭くかつ両者の接触面が平滑になるように人工関節挿入用穴を加工するのは難しい。

【0007】

一般に、人工関節置換手術が行われる患者の骨は、老化等により強度が弱くなっていることが多く、骨そのものが変形している場合もある。したがって、通常考えられる以上に、人工関節挿入用穴の加工は難しい。

【0008】

そこで、本出願人は、人工関節挿入用穴の加工を比較的容易にかつ精度良く行えるように、先端に設けた工具の姿勢を遠隔操作で変更可能な遠隔操作型アクチュエータを開発した（例えば特許文献５〜７）。工具の姿勢が変更可能であれば、パイプ部の形状に関係なく、工具を適正な姿勢に保持することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００７−３０１１４９号公報

【特許文献2】特開２００１−１７４４６号公報

【特許文献3】米国特許第４，４６６，４２９号明細書

【特許文献4】米国特許第４，２６５，２３１号明細書

【特許文献5】特開２０１０−０６３８７６号公報

【特許文献6】特開２０１０−０６９２８９号公報

【特許文献7】特開２０１０−０６９２９０号公報

【特許文献8】米国特許第５，７６９，０９２号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかし、人が遠隔操作型アクチュエータを直接持って操作すると、手の震え等が被切削物に対する工具の位置決め精度に影響する。精度良く加工するには、多くの経験が必要である。特に、ガイド部が湾曲形状である場合、ガイド部の先端に設けた工具の位置を予測し難く、操作がより一層に複雑で困難になる。それに伴って、切削時間も長くなる。遠隔操作型アクチュエータを人工関節置換手術の手術用として使用する場合、切削時間が長いと、患者の負担が大きい。

【0011】

このため、用途等によっては、上の説明で言うところの遠隔操作型アクチュエータであるアクチュエータ本体を、１自由度または２自由度以上の自由度を持つ操作台に搭載して、手の震え等の悪影響を排除することが必要となる。この種の遠隔操作型アクチュエータとしては、例えば特許文献８に記載のものが知られている。しかし、従来のものは、操作台とアクチュエータ本体とが電気的に結合されていたため、電気系統に故障が生じた場合、アクチュエータ本体が暴走して周囲のものを傷つけるおそれがある。よって、特に安全性が重視される医療用の遠隔操作型アクチュエータでは、アクチュエータ本体を手動で操作する構成であるのが望ましい場合がある。

【0012】

この発明は、アクチュエータ本体の先端に設けられた工具の姿勢を遠隔操作で変更することができ、アクチュエータ本体を確実に支持し、かつアクチュエータ本体が軽量で、その位置および姿勢を手動で正確に変更することができる遠隔操作型アクチュエータを提供することを課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0013】

前提構成の遠隔操作型アクチュエータは、先端に工具を有するアクチュエータ本体を、任意の自由度を有する操作台に搭載した遠隔操作型アクチュエータであって、前記アクチュエータ本体は、前記操作台に固定された本体基端ハウジングと、この本体基端ハウジングに基端が結合された細長形状のスピンドルガイド部と、このスピンドルガイド部の先端に先端部材連結部を介して姿勢変更自在に取付けられた先端部材と、この先端部材に回転自在に設けた前記工具とを備え、前記先端部材は、前記工具を保持するスピンドルを回転自在に支持し、前記スピンドルガイド部は、工具回転用駆動源の回転を前記スピンドルに伝達する回転軸と、両端に貫通したガイド孔とを内部に有し、先端が前記先端部材に接して進退動作することにより前記先端部材を姿勢変更させる姿勢操作部材を前記ガイド孔内に進退自在に挿通し、姿勢変更用駆動源により駆動されて前記姿勢操作部材を進退させる姿勢変更用駆動機構を前記本体基端ハウジング内に設けたものとしたことを特徴とする。

【0014】

この構成によれば、先端部材に設けた工具の回転により、骨等の切削加工が行われる。その際、姿勢変更用駆動機構により姿勢操作部材を進退させると、この姿勢操作部材の先端が先端部材に対し作用することにより、スピンドルガイド部の先端に取付けられた先端部材が姿勢変更する。姿勢変更用駆動機構を駆動する姿勢変更用駆動源は、先端部材から離れた位置に設けられており、上記先端部材の姿勢変更は遠隔操作で行われる。姿勢操作部材はガイド孔に挿通されているため、姿勢操作部材が長手方向と交差する方向に位置ずれすることがなく、常に先端部材に対し適正に作用することができ、先端部材の姿勢変更動作が正確に行われる。

【0015】

アクチュエータ本体は、任意の自由度を有する操作台に搭載されているため、アクチュエータ本体を任意の位置および姿勢に安定状態に支持することができ、工具の位置決め等について正確な操作が実現できる。また、操作台の自由度に応じて、アクチュエータ本体の操作範囲が限定され、複雑な経路においてもアクチュエータ本体の位置および姿勢を操作することができるため、工具の位置決め精度や操作性が向上する。さらに、手動操作でアクチュエータ本体の位置および姿勢を変更するため、操作者の意思に反してアクチュエータ本体が暴走することがなく、安全性が高い。

【0016】

この発明において、前記操作台は回転対偶部および直動部のいずれか、または両方を有し、これら回転対偶部および直動部のうちの少なくとも１つを任意の位置で静止させる静止機構を設けるのが良い。
静止機構を設ければ、操作者が誤って操作台の操作部から手を放してしまっても、アクチュエータ本体の姿勢が一定に保たれ安全である。また、操作者がアクチュエータ本体を一定な姿勢に保とうとする労力が省け、操作性が向上する。

【0017】

この発明において、前記スピンドルガイド部は湾曲部を有していても良い。スピンドルガイド部が湾曲している方が、工具が患部等に届きやすい場合があるからである。

【0018】

この発明における第１の発明の遠隔操作型アクチュエータは、前記前提構成において、前記スピンドルガイド部が湾曲部を有し、前記操作台は１つ以上の回転対偶部を有し、そのうちの１つの回転対偶部の回転中心が前記スピンドルガイド部の湾曲部の曲率中心と一致している。
回転対偶部の回転中心がスピンドルガイド部の湾曲部の曲率中心と一致していれば、スピンドルガイド部は、その回転対偶部の回転中心に対して一定の円周上を動くことになる。そのため、操作者が工具の先端位置の軌道を予測し易く、操作性が良い。

【0019】

この発明における第２の発明の遠隔操作型アクチュエータは、前記前提構成において、前記操作台は、固定部材に対し入力部材を、３組以上の入力側リンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各入力側リンク機構は、それぞれ前記固定部材および入力部材に一端が回転可能に連結された固定側および入力側の端部リンク部材と、これら固定側および入力側の端部リンク部材の他端をそれぞれ回転可能に連結した中央リンク部材とでなり、前記各入力側リンク機構は、前記各リンク部材を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する固定側部分と入力側部分とが対称を成す形状である入力側リンク作動装置と、前記固定部材に対し出力部材を、前記入力側リンク機構と同じ組数の出力側リンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各出力側リンク機構は、それぞれ前記固定部材および出力部材に一端が回転可能に連結された固定側および出力側の端部リンク部材と、これら固定側および出力側の端部リンク部材の他端をそれぞれ回転可能に連結した中央リンク部材とでなり、前記各出力側リンク機構は、前記各リンク部材を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する固定側部分と出力側部分とが対称を成す形状である出力側リンク作動装置とを備え、前記３組以上の入力側リンク機構および出力側リンク機構のうち互いに対応する２組以上の入力側リンク機構と出力側リンク機構間に、それぞれ入力側リンク機構における固定側の端部リンク部材の回転を出力側リンク機構における固定側の端部リンク部材に伝達する２つ以上の回転伝達機構を設けたものであり、出力側リンク作動装置の前記出力部材に前記アクチュエータ本体を搭載したものである。

【0020】

この構成によると、操作台は、それぞれ３組以上のリンク機構を有する入力側と出力側の２つのリンク作動装置を備えたものであり、各リンク作動装置は、固定部材と入力部材、または固定部材と出力部材が互いに直交２軸方向に移動自在な２自由度機構となる。この２自由度機構は、可動範囲が広く、スムーズな動作が可能である。例えば、入力側リンク作動装置の場合、固定部材の中心軸と入力部材の中心軸の最大折れ角は約±９０°であり、固定部材に対する入力部材の旋回角を０°〜３６０°の範囲に設定できる。出力側リンク作動装置についても同様である。

【0021】

入力側リンク作動装置の入力部材を動かすと、２つ以上の回転伝達機構により、入力側リンク機構の固定側の端部リンク部材の回転が、出力側リンク機構の固定側の端部リンク部材に伝達されて、出力側リンク作動装置の出力部材が動作する。入力側リンク作動装置と出力側リンク作動装置は同じ構成であるため、入力部材と出力部材は同じ動きをする。そのため、入力部材に設けた操作部材を操作して出力部材に設けたアクチュエータ本体を動作させる場合、操作部材の操作とアクチュエータ本体の動作が一致し、感覚的に操作しやすい。回転伝達機構の数を２つ以上としたのは、入力側リンク作動装置の動作に対する出力側リンク作動装置の動作を確定するのに必要なためである。

【0022】

前記入力側リンク作動装置と前記出力側リンク作動装置は、前記入力側リンク機構と前記出力側リンク機構が前記固定部材に対し互いに鏡面対称となる配置であって良い。
鏡面対称となる配置であると、入力側リンク作動装置の動作と出力側リンク作動装置の動作が互いに鏡面対称となり、操作者の動かしたい方向に動くことになり、操作性が良い。

【0023】

また、前記入力側リンク作動装置と前記出力側リンク作動装置は、前記入力側リンク機構と前記出力側リンク機構が前記固定部材に対し互いに回転対称となる配置であっても良い。
回転対称となる配置であると、入力側リンク作動装置の動作と出力側リンク作動装置の動作が互いに回転対称となり、操作者の動かしたい方向と反対側に動く。そのため、固定部材を支点にして操作する感覚になり、操作性が良い。

【0024】

２組以上の前記入力側リンク機構または前記出力側リンク機構に、固定側の端部リンク部材の回転角を検出する回転角検出手段を設けるのが良い。
回転角検出手段を設ければ、この回転角検出手段の出力信号より、入力側リンク作動装置または出力側リンク作動装置の姿勢を算出することができる。

【0025】

上記回転角検出手段を設ける場合、この回転角検出手段の出力信号を順変換して前記出力部材の角度を算出する角度算出手段と、この角度算出手段により算出された出力部材の角度を表示する角度表示手段とを設けるのが望ましい。
角度算出手段および角度表示手段を設ければ、角度表示手段に表示される出力側リンク作動装置または出力側リンク作動装置の現在の姿勢を見ながら操作することが可能となり、操作性が向上する。

【0026】

前記固定部材に前記工具回転用駆動源および前記姿勢変更用駆動源のいずれか、または両方を設け、前記工具回転用駆動源の回転を前記回転軸に伝達する工具回転用可撓性ワイヤおよび前記姿勢変更用駆動源の回転を前記姿勢変更用駆動機構に伝達する姿勢変更用可撓性ワイヤのいずれか、または両方を、前記出力側リンク作動装置の前記出力側リンク機構の内側を通して設けるのが良い。
固定部材に工具回転用駆動源や姿勢変更用駆動源を設けることにより、出力側リンク作動装置の出力部材に設置したアクチュエータ本体に回転駆動源を設ける必要がなくなるため、アクチュエータ本体を含む可動部を軽量化でき、操作性が向上する。また、工具回転用可撓性ワイヤや姿勢変更用可撓性ワイヤを、出力側リンク機構の内側を通して設ければ、これら可撓性ワイヤが邪魔にならず、さらに操作性が向上する。

【0027】

前記固定部材に前記姿勢変更用駆動源を設け、この姿勢変更用駆動源の回転を姿勢変更用可撓性ワイヤを、介して前記姿勢変更用駆動機構の入力軸に伝達し、前記姿勢変更用駆動機構は、前記入力軸の回転を進退動作に変換する動作変換機構を有し、この動作変換機構の回転部分の中心軸を、前記入力軸、および前記スピンドルガイドの基端における前記回転軸と平行に配置するのが良い。
この構成であると、姿勢変更用可撓性ワイヤの本体基端ハウジング側端とスピンドルガイドの基端における回転軸とが平行となるため、姿勢変更用可撓性ワイヤと本体基端ハウジングとの連結が容易である。

【0028】

前記工具回転用可撓性ワイヤおよび姿勢変更用可撓性ワイヤは、可撓性を有するアウタチューブの内部に、両端がそれぞれ回転の入力端および出力端となる可撓性のインナワイヤを複数の転がり軸受によって回転自在に支持し、隣合う転がり軸受間に、これら転がり軸受に対して予圧を与えるばね要素を設けた構造とするのが良い。
工具回転用可撓性ワイヤおよび姿勢変更用可撓性ワイヤの回転軸となるインナワイヤをアウタチューブの内部に設けることで、インナワイヤを保護することができる。インナワイヤを複数の転がり軸受によって回転自在に支持し、隣合う転がり軸受間にばね要素を設けることにより、インナワイヤの固有振動数が低くなることを抑えられ、インナワイヤを高速回転させることが可能である。

【発明の効果】

【0029】

この発明における第１の発明の遠隔操作型アクチュエータは、先端に工具を有するアクチュエータ本体を、任意の自由度を有する操作台に搭載した遠隔操作型アクチュエータであって、前記アクチュエータ本体は、前記操作台に固定された本体基端ハウジングと、この本体基端ハウジングに基端が結合された細長形状のスピンドルガイド部と、このスピンドルガイド部の先端に先端部材連結部を介して姿勢変更自在に取付けられた先端部材と、この先端部材に回転自在に設けた前記工具とを備え、前記先端部材は、前記工具を保持するスピンドルを回転自在に支持し、前記スピンドルガイド部は、工具回転用駆動源の回転を前記スピンドルに伝達する回転軸と、両端に貫通したガイド孔とを内部に有し、先端が前記先端部材に接して進退動作することにより前記先端部材を姿勢変更させる姿勢操作部材を前記ガイド孔内に進退自在に挿通し、姿勢変更用駆動源により駆動されて前記姿勢操作部材を進退させる姿勢変更用駆動機構を前記本体基端ハウジング内に設け、前記スピンドルガイド部は湾曲部を有し、前記操作台は１つ以上の回転対偶部を有し、そのうちの１つの回転対偶部の回転中心が前記スピンドルガイド部の湾曲部の曲率中心と一致したものとしたため、アクチュエータ本体の先端に設けられた工具の姿勢を遠隔操作で変更することができ、アクチュエータ本体を確実に支持し、かつアクチュエータ本体が軽量で、その位置および姿勢を手動で正確に変更することができる。
この発明における第２の発明の遠隔操作型アクチュエータは、前記前提構成において、前記操作台は、固定部材に対し入力部材を、３組以上の入力側リンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各入力側リンク機構は、それぞれ前記固定部材および入力部材に一端が回転可能に連結された固定側および入力側の端部リンク部材と、これら固定側および入力側の端部リンク部材の他端をそれぞれ回転可能に連結した中央リンク部材とでなり、前記各入力側リンク機構は、前記各リンク部材を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する固定側部分と入力側部分とが対称を成す形状である入力側リンク作動装置と、前記固定部材に対し出力部材を、前記入力側リンク機構と同じ組数の出力側リンク機構を介して姿勢を変更可能に連結し、前記各出力側リンク機構は、それぞれ前記固定部材および出力部材に一端が回転可能に連結された固定側および出力側の端部リンク部材と、これら固定側および出力側の端部リンク部材の他端をそれぞれ回転可能に連結した中央リンク部材とでなり、前記各出力側リンク機構は、前記各リンク部材を直線で表現した幾何学モデルが、前記中央リンク部材の中央部に対する固定側部分と出力側部分とが対称を成す形状である出力側リンク作動装置とを備え、前記３組以上の入力側リンク機構および出力側リンク機構のうち互いに対応する２組以上の入力側リンク機構と出力側リンク機構間に、それぞれ入力側リンク機構における固定側の端部リンク部材の回転を出力側リンク機構における固定側の端部リンク部材に伝達する２つ以上の回転伝達機構を設けたものであり、出力側リンク作動装置の前記出力部材に前記アクチュエータ本体を搭載したため、アクチュエータ本体の先端に設けられた工具の姿勢を遠隔操作で変更することができ、アクチュエータ本体を確実に支持し、かつアクチュエータ本体が軽量で、その位置および姿勢を手動で正確に変更することができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】（Ａ）はこの発明の一実施形態にかかる遠隔操作型アクチュエータの概略構成を示す正面図、（Ｂ）はその一部の側面図である。

【図2】同遠隔操作型アクチュエータの一部を拡大した側面図である。

【図3】（Ａ）は図１に示す遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびスピンドルガイド部の断面図、（Ｂ）はそのIIIＢ−IIIＢ断面図、（Ｃ）は先端部材と回転軸の連結構造を示す図である。

【図4】（Ａ）は同遠隔操作型アクチュエータの本体基端ハウジングの断面図、（Ｂ）はそのIVＢ−IVＢ断面図である。

【図5】この発明の異なる実施形態にかかる遠隔操作型アクチュエータの概略構成を示す正面図である。

【図6】この発明のさらに異なる実施形態にかかる遠隔操作型アクチュエータの一部を省略した正面図である。

【図7】図６に示す遠隔操作型アクチュエータの異なる状態を示す一部を省略した正面図である。

【図8】（Ａ）は同遠隔操作型アクチュエータの入力側リンク作動装置の一部を省略した正面図、（Ｂ）は同遠隔操作型アクチュエータの出力側リンク作動装置の一部を省略した正面図である。

【図9】同入力側リンク作動装置の斜視図である。

【図10】同出力側リンク作動装置の斜視図である。

【図11】同入力側リンク作動装置の固定部材、固定側の端部リンク部材、および中央リンク部材の断面図である。

【図12】この発明のさらに異なる実施形態にかかる遠隔操作型アクチュエータの一部を省略した正面図である。

【図13】この発明のさらに異なる実施形態にかかる遠隔操作型アクチュエータの一部を省略した正面図である。

【図14】（Ａ）は同遠隔操作型アクチュエータの入力側リンク作動装置の一部を省略した正面図、（Ｂ）は同遠隔操作型アクチュエータの出力側リンク作動装置の一部を省略した正面図である。

【図15】同入力側リンク作動装置の固定部材、固定側の端部リンク部材、および中央リンク部材の断面図である。

【図16】静止機構の一例が設けられた固定部材と固定側の端部リンク部材との連結部の断面図である。

【図17】（Ａ）は静止機構の異なる例が設けられた固定部材と固定側の端部リンク部材との連結部の断面図、（Ｂ）はそのXVIIＢ矢視図である。

【図18】静止機構のさらに異なる例が設けられた固定部材と固定側の端部リンク部材との連結部の外形図である。

【図19】出力側リンク作動装置の固定部材、固定側の端部リンク部材、および中央リンク部材の断面図に姿勢検出機構を加えた概略構成図である。

【図20】出力側リンク作動装置の各部の角度を示す斜視図である。

【図21】この発明のさらに異なる実施形態にかかる遠隔操作型アクチュエータの一部を省略した正面図である。

【図22】（Ａ）は同遠隔操作型アクチュエータの可撓性ワイヤの断面図、（Ｂ）はそのXXIIＢ部拡大図、（Ｃ）はそのXXIIＣ部拡大図である。

【図23】（Ａ）は同遠隔操作型アクチュエータの本体基端ハウジングの断面図、（Ｂ）はそのXXIIIＢ−XXIIIＢ断面図である。

【図24】（Ａ）は内部の構成が異なる本体基端ハウジングの断面図、（Ｂ）はそのXXIVＢ−XXIVＢ断面図である。

【図25】（Ａ）は先端部材の姿勢を変更する機構が異なる遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびスピンドルガイド部の断面図、（Ｂ）はそのXXVＢ−XXVＢ断面図である。

【図26】（Ａ）は先端部材の姿勢を変更する機構がさらに異なる遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびスピンドルガイド部の断面図、（Ｂ）はそのXXVIＢ−XXVIＢ断面図である。

【図27】（Ａ）は先端部材の姿勢を変更する機構がさらに異なる遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびスピンドルガイド部の断面図、（Ｂ）はそのXXVIIＢ−XXVIIＢ断面図である。

【図28】（Ａ）は図２６または図２７に示す遠隔操作型アクチュエータの本体基端ハウジングの一例の断面図、（Ｂ）はそのXXVIIIＢ−XXVIIIＢ断面図である。

【図29】（Ａ）は図２６および図２７に示す遠隔操作型アクチュエータの本体基端ハウジングの異なる例の断面図、（Ｂ）はそのXXIXＢ−XXIXＢ断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

この発明の一実施形態を図１〜図４と共に説明する。図１はこの実施形態の概略構成を示す正面図であり、この遠隔操作型アクチュエータは、先端に回転式の工具１を有するアクチュエータ本体６を、操作台５０に搭載したものである。この実施形態の操作台５０は、１つの直動部５１と２つの回転対偶部５２，５３を持つ。詳しくは、水平な設置面５４に直動部５１を設置し、この直動部５１の可動ステージ５１ａ上に第１の部材５５を固定して設け、この第１の部材５５の先端と第２の部材５６の基端とを第１の回転対偶部５２で連結し、さらに第２の部材５６と取付台５７とを第２の回転対偶部５３で連結してある。直動部５１の動作方向軸と各回転対偶部５２，５３の回転中心軸は、互いに平行である。直動部５１には、例えばボールねじ機構（図示せず）やリニアガイドが用いられる。また、回転対偶部５２，５３には、転がり軸受や滑り軸受が用いられる。

【0032】

前記取付台５７は、第２の回転対偶部５３を除く部分の正面形状がＬ字状で、Ｌ字の片方の辺部分５７ａにアクチュエータ本体６の本体基端ハウジング４が固定状態に搭載され、他方の辺部分５７ｂに操作部材５８が取付けられる。操作部材５８を操作することで、直動部５１および回転対偶部５２，５３を動作させ、アクチュエータ本体６の位置および姿勢を変更する。直動部５１および回転対偶部５２，５３は、操作者の指令に基づき、モータ等の駆動源（図示せず）の動力で動作させても良い。

【0033】

図２に示すように、第１の回転対偶部５２には、この第１の回転対偶部５２を任意の位置で静止させる静止機構５９が設けられている。図示例の第１の回転対偶部５２は、第１の部材５５に回転対偶軸５２ａが固定して設けられ、この回転対偶軸５２ａを中心に第２の部材５６が回転できるように、軸受（図示せず）等で第２の部材５６を支持している。静止機構５９は、第１の部材５５を貫通するねじ孔５５ａにねじ部５９ａａが螺合する静止部材５９ａを有し、この静止部材５９ａの先端を第２の部材５６の側面に接触させることで、第１の部材５５に対して第２の部材５６を回転不能とさせる構造である。

【0034】

このような静止機構５９を設ければ、操作者が誤って操作台５０の操作部材５８から手を放してしまっても、取付台５７に搭載されたアクチュエータ本体６の姿勢が一定に保たれるため安全である。また、操作者がアクチュエータ本体６を一定な姿勢に保とうとする労力が省け、操作性が向上する。静止機構５９を設ける箇所は、第１の回転対偶部５２に限らず、直動部５１であっても良く、あるいは第２の回転対偶部５３であっても良い。

【0035】

図１に示すように、アクチュエータ本体６は、回転式の工具１を保持する先端部材２と、この先端部材２が先端に姿勢変更自在に取付けられた細長形状のスピンドルガイド部３と、このスピンドルガイド部３の基端が結合された本体基端ハウジング４と、この本体基端ハウジング４内の工具回転用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２を制御するコントローラ５とを備える。コントローラ５は、本体基端ハウジング４から離して設けられていても良い。

【0036】

図３と共に、先端部材２およびスピンドルガイド部３の内部構造について説明する。
先端部材２は、略円筒状のハウジング１１の内部に、一対の軸受１２によりスピンドル１３が回転自在に支持されている。スピンドル１３は、先端側が開口した筒状で、中空部に工具１のシャンク１ａが嵌合状態に挿入され、回り止めピン１４によりシャンク１ａが回転不能に結合される。この先端部材２は、先端部材連結部１５を介してスピンドルガイド部３の先端に取付けられる。先端部材連結部１５は、先端部材２を姿勢変更自在に支持する手段であり、球面軸受からなる。具体的には、先端部材連結部１５は、ハウジング１１の基端の内径縮径部からなる被案内部１１ａと、スピンドルガイド部３の先端に固定された抜け止め部材２１の鍔状部からなる案内部２１ａとで構成される。両者１１ａ，２１ａの互いに接する各案内面Ｆ１，Ｆ２は、スピンドル１３の中心線ＣＬ上に曲率中心Ｏが位置し、基端側ほど径が小さい球面とされている。これにより、スピンドルガイド部３に対して先端部材２が抜け止めされるとともに、姿勢変更自在に支持される。この例は、曲率中心Ｏを通るＸ軸回りに先端部材２が姿勢変更する構成であるため、案内面Ｆ１，Ｆ２が、点Ｏを通るＸ軸を軸心とする円筒面であってもよい。

【0037】

スピンドルガイド部３は、工具回転用駆動源４１（図１）の回転を前記スピンドル１３へ伝達する回転軸２２を有する。回転軸２２は、スピンドルガイド部３から本体基端ハウジング４（図１）にわたって設けられており、その基端が本体基端ハウジング４の基端付近に位置している。この例では、回転軸２２はワイヤとされ、ある程度の弾性変形が可能である。ワイヤの材質としては、例えば金属、樹脂、グラスファイバー等が用いられる。ワイヤは単線であっても、撚り線であってもよい。図３（Ｃ）に示すように、スピンドル１３と回転軸２２とは、自在継手等の継手２３を介して回転伝達可能に接続されている。継手２３は、スピンドル１３の閉塞した基端に設けられた溝１３ａと、回転軸２２の先端に設けられ前記溝１３ａに係合する突起２２ａとで構成される。上記溝１３ａと突起２２ａとの連結箇所の中心は、前記案内面Ｆ１，Ｆ２の曲率中心Ｏと同位置である。

【0038】

スピンドルガイド部３は、このスピンドルガイド部３の外郭となる外郭パイプ２５を有し、この外郭パイプ２５の中心に前記回転軸２２が位置する。回転軸２２は、それぞれ軸方向に離れて配置された複数の転がり軸受２６によって回転自在に支持されている。各転がり軸受２６間には、これら転がり軸受２６に予圧を発生させるためのばね要素２７Ａ，２７Ｂが設けられている。ばね要素２７Ａ，２７Ｂは、例えば圧縮コイルばねである。転がり軸受２６の内輪に予圧を発生させる内輪用ばね要素２７Ａと、外輪に予圧を発生させる外輪用ばね要素２７Ｂとがあり、これらが交互に配置されている。前記抜け止め部材２１は、固定ピン２８により外郭パイプ２５のパイプエンド部２５ａに固定され、その先端内周部で転がり軸受２９を介して回転軸２２の先端部を回転自在に支持している。パイプエンド部２５ａは、外郭パイプ２５と別部材とし、溶接等により結合してもよい。

【0039】

外郭パイプ２５の内径面と回転軸２２の間には、両端に貫通する１本のガイドパイプ３０が設けられ、このガイドパイプ３０の内径孔であるガイド孔３０ａ内に、姿勢操作部材３１が進退自在に挿通されている。この例では、姿勢操作部材３１は、ワイヤ３１ａと、その両端に設けた柱状ピン３１ｂとでなる。先端部材２側の柱状ピン３１ｂの先端は球面状で、先端部材２のハウジング１１の基端面に当接している。本体基端ハウジング４側の柱状ピン３１ｂの先端も球面状で、後記レバー４３ｂ（図４）の前面に当接している。

【0040】

上記姿勢操作部材３１が位置する周方向位置に対し１８０度の位相の位置には、先端部材２のハウジング１１の基端面とスピンドルガイド部３の外郭パイプ２５の先端面との間に、例えば圧縮コイルばねからなる復元用弾性部材３２が設けられている。この復元用弾性部材３２は、先端部材２を所定姿勢側へ付勢する作用をする。

【0041】

また、外郭パイプ２５の内径面と回転軸２２の間には、前記ガイドパイプ３０とは別に、このガイドパイプ３０と同一ピッチ円Ｃ上に、複数本の補強シャフト３４が配置されている。これらの補強シャフト３４は、スピンドルガイド部３の剛性を確保するためのものである。ガイドパイプ３０と補強シャフト３４の配列間隔は等間隔とされている。ガイドパイプ３０および補強シャフト３４は、外郭パイプ２５の内径面におよび前記転がり軸受２６の外径面に接している。これにより、転がり軸受２６の外径面を支持している。

【0042】

図４は、本体基端ハウジング４の内部構造を示す。本体基端ハウジング４内には、工具回転用駆動源４１と姿勢変更用駆動源４２とが設けられている。工具回転用駆動源４１は、例えば電動モータであり、その出力軸４１ａが前記回転軸２２の基端に結合されている。回転軸２２は、後記レバー４３ｂに形成された開口４４を貫通させてある。姿勢変更用駆動源４２は、例えば電動リニアアクチュエータであり、図４（Ａ）の左右方向に移動する出力ロッド４２ａの動きが、姿勢変更用駆動機構４３を介して前記姿勢操作部材３１に伝達される。姿勢変更用駆動機構４３は、支軸４３ａ回りに回動自在なレバー４３ｂを有し、このレバー４３ｂにおける支軸４３ａからの距離が長い作用点Ｐ１に出力ロッド４２ａの力が作用し、支軸４３ａからの距離が短い力点Ｐ２で姿勢操作部材３１に力を与える構成であり、姿勢変更用駆動源４２の出力が増力して姿勢操作部材３１に伝達される。すなわち、この実施形態の姿勢変更用駆動機構４３は、増力伝達機構である。なお、電動アクチュエータ等を設ける代わりに、手動により先端部材２の姿勢を遠隔操作してもよい。

【0043】

本体基端ハウジング４内には、姿勢変更用駆動源４２の動作量を検出する動作量検出器４５が設けられている。この動作量検出器４５の検出値は、姿勢検出手段４６に出力される。姿勢検出手段４６は、動作量検出器４５の出力により、先端部材２のＸ軸（図３）回りの傾動姿勢を検出する。姿勢検出手段４６は、上記傾動姿勢と動作量検出器４５の出力信号との関係を演算式またはテーブル等により設定した関係設定手段（図示せず）を有し、入力された出力信号から前記関係設定手段を用いて傾動姿勢を検出する。この姿勢検出手段４６は、コントローラ５に設けられたものであっても、あるいは外部の制御装置（図示せず）に設けられたものであってもよい。

【0044】

また、本体基端ハウジング４内には、電動アクチュエータである姿勢変更用駆動源４２に供給される電力量を検出する供給電力計４７が設けられている。この供給電力計４７の検出値は、荷重検出手段４８に出力される。荷重検出手段４８は、供給電力計４７の出力により、先端部材２に作用する荷重を検出する。荷重検出手段４８は、上記荷重と供給電力計４７の出力信号との関係を演算式またはテーブル等により設定した関係設定手段（図示せず）を有し、入力された出力信号から前記関係設定手段を用いて荷重を検出する。この荷重検出手段４８は、コントローラ５に設けられたものであっても、あるいは外部の制御装置に設けられたものであってもよい。

【0045】

コントローラ５は、コンピュータおよびこれに実行されるプログラムからなる制御装置を備え、前記姿勢検出手段４６および荷重検出手段４８の検出値に基づき、工具回転用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２を制御する。制御内容については、後で説明する。

【0046】

この遠隔操作型アクチュエータの動作を説明する。
アクチュエータ本体６は、操作台５０に搭載されているため、任意の位置および姿勢に安定状態に支持される。操作台５０は１つの直動部５１と２つの回転対偶部５２，５３を有し、操作台５０の操作部材５８を操作することで、アクチュエータ本体６の位置および姿勢を変更させられる。アクチュエータ本体６の操作範囲は限定され、複雑な経路においてもアクチュエータ本体の位置および姿勢を正確に操作することができるため、工具１の位置決め精度や操作性が良い。また、手動操作でアクチュエータ本体６の位置および姿勢を変更するため、操作者の意思に反してアクチュエータ本体６が暴走することがなく、安全性が高い。

【0047】

工具回転用駆動源４１を駆動すると、その回転力が回転軸２２を介してスピンドル１３に伝達されて、スピンドル１３と共に工具１が回転する。工具１を回転させて骨等を切削加工する際に先端部材２に作用する荷重は、供給電力計４７の検出値から、荷重検出手段４８によって検出される。このように検出される荷重の値に応じてアクチュエータ本体６の送り量や先端部材２の姿勢変更を制御することにより、先端部材２に作用する荷重を適正に保った状態で骨の切削加工を行える。

【0048】

使用時には、姿勢変更用駆動源４２を制御して、遠隔操作で先端部材２の姿勢変更を行う。例えば、姿勢変更用駆動源４２により姿勢操作部材３１を先端側へ進出させると、姿勢操作部材３１によって先端部材２のハウジング１１が押されて、先端部材２は図３（Ａ）において先端側が下向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。逆に、姿勢操作部材３１を後退させると、復元用弾性部材３２の弾性反発力によって先端部材２のハウジング１１が押し戻され、先端部材２は図３（Ａ）において先端側が上向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。このとき、先端部材連結部１５には、姿勢操作部材３１の圧力、復元用弾性部材３２の弾性反発力、および抜け止め部材２１からの反力が作用しており、これらの作用力の釣り合いにより先端部材２の姿勢が決定される。先端部材２の姿勢は、動作量検出器４５の検出値から、姿勢検出手段４６によって検出される。そのため、遠隔操作で先端部材２の姿勢を適正に制御できる。

【0049】

姿勢操作部材３１はガイド孔３０ａに挿通されているため、姿勢操作部材３１が長手方向と交差する方向に位置ずれすることがなく、常に先端部材２に対し適正に作用することができ、先端部材２の姿勢変更動作が正確に行われる。また、スピンドル１３と回転軸２２との連結箇所の中心が案内面Ｆ１，Ｆ２の曲率中心Ｏと同位置であるため、先端部材２の姿勢変更によって回転軸２２に対して押し引きする力がかからず、先端部材２が円滑に姿勢変更できる。

【0050】

この遠隔操作型アクチュエータは、例えば人工関節置換手術において骨の髄腔部を削るのに使用されるものであり、施術時には、先端部材２の全部または一部が患者の体内に挿入して使用される。このため、上記のように先端部材２の姿勢を遠隔操作で変更できれば、常に工具１を適正な姿勢に保持した状態で骨の加工をすることができ、人工関節挿入用穴を精度良く仕上げることができる。また、アクチュエータ本体６が安定状態に支持されるので、操作がし易く、加工時間を短縮できる。それにより、手術用として使用する場合に、患者の負担を軽減できる。

【0051】

細長形状であるスピンドルガイド部３には、回転軸２２および姿勢操作部材３１を保護状態で設ける必要があるが、外郭パイプ２５の中心部に回転軸２２を設け、外郭パイプ２５と回転軸２２との間に、姿勢操作部材３１を収容したガイドパイプ３０と補強シャフト３４とを円周方向に並べて配置した構成としたことにより、回転軸２２および姿勢操作部材３１を保護し、かつ内部を中空して軽量化を図りつつ剛性を確保できる。また、全体のバランスも良い。

【0052】

回転軸２２を支持する転がり軸受２６の外径面を、ガイドパイプ３０と補強シャフト３４とで支持させたため、余分な部材を用いずに転がり軸受２６の外径面を支持できる。また、ばね要素２７Ａ，２７Ｂにより転がり軸受２６に予圧がかけられているため、ワイヤからなる回転軸２２を高速回転させることができる。そのため、スピンドル１３を高速回転させて加工することができ、加工の仕上がりが良く、工具１に作用する切削抵抗を低減させられる。ばね要素２７Ａ，２７Ｂは隣合う転がり軸受２６間に設けられているので、スピンドルガイド部３の径を大きくせずにばね要素２７Ａ，２７Ｂを設けることができる。

【0053】

図１のアクチュエータ本体６はスピンドルガイド部３が直線形状であるが、姿勢操作部材３１は可撓性であるため、図５のようにスピンドルガイド部３が湾曲していても、先端部材２の姿勢変更動作を確実に行える。スピンドルガイド部３の一部分のみが湾曲形状であってもよい。スピンドルガイド部３が湾曲形状であれば、直線形状では届きにくい骨の奥まで先端部材２を挿入することが可能となる場合があり、人工関節置換手術における人工関節挿入用穴の加工を精度良く仕上げることが可能になる。

【0054】

スピンドルガイド部３を湾曲形状とする場合、外郭パイプ２５、ガイドパイプ３０、および補強シャフト３４を湾曲形状とする必要がある。また、回転軸２２は変形しやすい材質を用いるのが良く、例えば形状記憶合金が適する。

【0055】

図５の遠隔操作型アクチュエータは、図１のものと比べて、アクチュエータ本体６が異なるだけではなく、操作台５０も異なる。すなわち、この操作台５０は、１つの直動部６１と１つの回転対偶部６２を持つ。詳しくは、水平な設置面６４に直動部６１を設置し、この直動部６１の可動ステージ６１ａ上に第１の部材６５を固定して設け、この第１の部材６５の先端と第２の部材６６の基端とを回転対偶部６２で連結し、第２の部材６６の先端に取付台５７を固定してある。直動部６１の動作方向軸と回転対偶部６２の回転中心軸は、互いに直交している。

【0056】

また、この図示例では、アクチュエータ本体６のスピンドルガイド部３の曲率中心Ｑと回転対偶部６２の回転中心とを一致させてある。それにより、スピンドルガイド部３は回転対偶部６２の回転中心から曲率半径Ｒの距離にある一定の円周上を動くことになり、操作者が工具１の先端位置の軌道を予測し易く、操作性が良い。

【0057】

図６〜図１１は、この発明の異なる実施形態を示す。この遠隔操作型アクチュエータの操作台５０は、入力側と出力側の２つのリンク作動装置１０２Ａ，１０２Ｂを備える。両リンク作動装置１０２Ａ，１０２Ｂの固定部材１１４Ａ，１１４Ｂが、それぞれ共通の固定台１０３に固定されている。広義では、２つの固定部材１１４Ａ，１１４Ｂと固定台１０３とを合わせたものも「固定部材」である。以下、この広義の固定部材を「広義固定部材１０４」とする。請求の範囲で言うところの「固定部材」は「広義固定部材１０４」のことである。

【0058】

図８（Ａ）に示すように、入力側リンク作動装置１０２Ａは、固定部材１１４Ａに対し入力部材１１５Ａを３組の入力側リンク機構１１１Ａ〜１１３Ａを介して姿勢変更可能に連結したものであり、図８（Ｂ）に示すように、出力側リンク作動装置１０２Ｂは、固定部材１１４Ｂに対し出力部材１１５Ｂを３組の出力側リンク機構１１１Ｂ〜１１３Ｂを介して姿勢変更可能に連結したものである。両リンク作動装置１０２Ａ，１０２Ｂは、入力側リンク機構１１１Ａと出力側リンク機構１１１Ｂとが広義固定部材１０４に対し互いに鏡面対称となるように配置されている。この点を除けば、両リンク作動装置１０２Ａ，１０２Ｂは基本的に同じ構造である。なお、図６〜図８では、入力側および出力側の各３組のリンク機構のうち、それぞれ１組のリンク機構１１１Ａ，１１１Ｂのみが表示されている。

【0059】

図９は入力側リンク作動装置１０２Ａの斜視図、図１０は出力側リンク作動装置１０２Ｂの斜視図である。先に説明したように、両リンク作動装置１０２Ａ，１０２Ｂはリンク機構１１１Ａ，１１１Ｂが鏡面対称の配置であることを除けば同じ構造であるため、重複を避けるために、以下の説明では入力側リンク作動装置１０２Ａについて記し、入力側リンク作動装置１０２Ａと出力側リンク作動装置１０２Ｂとで名称や符号が異なる箇所についてのみ、出力側リンク作動装置１０２Ｂの名称や符号を括弧内に記すことにする。

【0060】

入力側リンク作動装置１０２Ａ（出力側リンク作動装置１０２Ｂ）は、３組の入力側リンク機構１１１Ａ，１１２Ａ，１１３Ａ（出力側リンク機構１１１Ｂ，１１２Ｂ，１１３Ｂ）を具備する。以下、各リンク機構１１１Ａ，１１２Ａ，１１３Ａ（１１１Ｂ，１１２Ｂ，１１３Ｂ）を、「１１１Ａ〜１１３Ａ（１１１Ｂ〜１１３Ｂ）」と表記する。これら３組のリンク機構１１１Ａ〜１１３Ａ（１１１Ｂ〜１１３Ｂ）は、それぞれ幾何学的に同一形状をなす。すなわち、各リンク機構１１１Ａ〜１１３Ａ（１１１Ｂ〜１１３Ｂ）は、後述の各リンク部材１１１ａ〜１１３ａ，１１１ｂ〜１１３ｂ，１１１ｃ〜１１３ｃを直線で表現した幾何学モデルが、中央リンク部材１１１ｂ〜１１３ｂの中央部に対する入力側部分と出力側部分が対称を成す形状である。

【0061】

各リンク機構１１１Ａ，１１２Ａ，１１３Ａ（１１１Ｂ，１１２Ｂ，１１３Ｂ）は、固定側の端部リンク部材１１１ａ，１１２ａ，１１３ａ、中央リンク部材１１１ｂ，１１２ｂ，１１３ｂ、および入力側（出力側）の端部リンク部材１１１ｃ，１１２ｃ，１１３ｃで構成され、４つの回転対偶からなる３節連鎖のリンク機構をなす。以下、上記各リンク部材をそれぞれ「１１１ａ〜１１３ａ」、「１１１ｂ〜１１３ｂ」、「１１１ｃ〜１１３ｃ」と表記する。端部リンク部材１１１ａ〜１１３ａ，１１１ｃ〜１１３ｃは球面リンク構造で、３組のリンク機構１１１Ａ〜１１３Ａ（１１１Ｂ〜１１３Ｂ）における球面リンク中心ＰＡ，ＰＣ（図８）は一致しており、また、その中心ＰＡ，ＰＣからの距離も同じである。端部リンク部材１１１ａ〜１１３ａ，１１１ｃ〜１１３ｃと中央リンク部材１１１ｂ〜１１３ｂとの連結部となる回転対偶軸は、ある交差角をもっていてもよいし、平行であってもよい。但し、３組のリンク機構１１１Ａ〜１１３Ａ（１１１Ｂ〜１１３Ｂ）における中央リンク部材１１１ｂ〜１１３ｂの形状は幾何学的に同一である。

【0062】

１組のリンク機構１１１Ａ〜１１３Ａ（１１１Ｂ〜１１３Ｂ）は、前記固定部材１１４Ａ（１１４Ｂ）と、前記入力部材１１５Ａ（出力部材１１５Ｂ）と、これら固定部材１１４Ａ（１１４Ｂ）および入力部材１１５Ａ（出力部材１１５Ｂ）のそれぞれに回転可能に連結させた２つの端部リンク部材１１１ａ〜１１３ａ，１１１ｃ〜１１３ｃと、両端部リンク部材１１１ａ〜１１３ａ，１１１ｃ〜１１３ｃのそれぞれに回転可能に連結されて両端部リンク部材１１１ａ〜１１３ａ，１１１ｃ〜１１３ｃを互いに連結する１つの中央リンク部材１１１ｂ〜１１３ｂとを具備する。

【0063】

この実施形態のリンク機構１１１Ａ〜１１３Ａ（１１１Ｂ〜１１３Ｂ）は回転対称タイプで、固定部材１１４Ａ（１１４Ｂ）および端部リンク部材１１１ａ〜１１３ａと、入力部材１１５Ａ(出力部材１１５Ｂ)および端部リンク部材１１１ｃ〜１１３ｃとの位置関係が、中央リンク部材１１１ｂ〜１１３ｂの中心線Ａに対して回転対称となる位置構成になっている。図６は、固定部材１１４Ａ（１１４Ｂ）の中心軸Ｂと入力部材１１５Ａ(出力部材１１５Ｂ)の中心軸Ｃとが同一線上にある状態を示し、図７は、固定部材１１４Ａ（１１４Ｂ）の中心軸Ｂに対して入力部材１１５Ａ(出力部材１１５Ｂ)の中心軸Ｃが所定の作動角をとった状態を示す。各リンク機構１１１Ａ〜１１３Ａ（１１１Ｂ〜１１３Ｂ）の姿勢が変化しても、固定側と入力側（出力側）の球面リンク中心ＰＡ，ＰＣ間の距離Ｌ（図８）は変化しない。

【0064】

図１１に示すように、固定部材１１４Ａ（１１４Ｂ）は、その中心部に貫通孔１１６が軸方向に沿って形成され、また、大きな角度がとれるように外形を球面状としたドーナツ形状をなしている。固定部材１１４Ａ（１１４Ｂ）には、半径方向に延びる軸部材嵌挿用の貫通孔１１８が円周方向等間隔で３個形成され、各貫通孔１１８に複列の軸受１１９を介して軸部材１２０が嵌挿されている。入力部材１１５Ａ（出力部材１１５Ｂ）も同じ構造で、その中心部に貫通孔１１６（図９、図１０）が軸方向に沿って形成されている。

【0065】

前記軸受１１９は、例えば深溝玉軸受であって、固定部材１１４Ａ（１１４Ｂ）の貫通孔１１８に内嵌された外輪１１９ａと、軸部材１２０に外嵌された内輪１１９ｂと、これら外輪１１９ａと内輪１１９ｂ間に回転自在に介挿されたボール等の転動体１１９ｃとからなる。つまり、外輪１１９ａは固定部材１１４Ａ（１１４Ｂ）に固定され、内輪１１９ｂは軸部材１２０と共に回転する構造である。軸部材１２０の外側端部は、固定部材１１４Ａ（１１４Ｂ）から突出し、その突出ねじ部１２０ａに端部リンク部材１１１ａ，１１２ａ，１１３ａが結合され、ナット１２３による締付けでもって軸受１１９に所定の予圧量を付与して固定されている。固定部材１１４Ａ（１１４Ｂ）に対して軸部材１２０を回転自在に支承する軸受１１９は、止め輪１２２により固定部材１１４Ａ（１１４Ｂ）から抜け止めされている。なお、軸受１１９としては、図１１に図示されているように深溝玉軸受を複列で配設する以外に、アンギュラ玉軸受、ローラ軸受、あるいは滑り軸受を使用することも可能である。

【0066】

また、固定部材１１４Ａ（１１４Ｂ）に設けられた３本の軸部材１２０のうち、端部リンク部材１１１ａ，１１２ａが結合された２本の軸部材１２０には、端部リンク部材１１１ａ，１１２ａとナット１２３との間にギア部材１２１Ａ（１２１Ｂ）が軸部材１２０と一体回転するように取付けられている。このギア部材１２１Ａ（１２１Ｂ）は、図６〜図１０に図示されているように扇形の平歯車である。両ギア部材１２１Ａ，１２１Ｂは、同径同ピッチであり、対応するもの同士が互いに噛み合っている。

【0067】

なお、軸部材１２０と端部リンク部材１１１ａ〜１１３ａとは、加締め等により結合される。キーあるいはセレーションにより結合することが可能である。その場合、結合構造の緩みを防止でき、伝達トルクの増加を図ることができる。また、軸部材１２０とギア部材１２１Ａ（１２１Ｂ）とは、スプライン等により一体に回転するように結合される。

【0068】

入力部材１１５Ａ（出力部材１１５Ｂ）は、軸部材１２０の外側端部にギア部材１２１Ａ（１２１Ｂ）が設けられていない点を除いて、固定部材１１４Ａ（１１４Ｂ）と同一構造である。軸部材１２０の円周方向位置は等間隔でなくてもよいが、固定部材１１４Ａ（１１４Ｂ）および入力部材１１５Ａ(出力部材１１５Ｂ)は同じ円周方向の位置関係とする必要がある。これら固定部材１１４Ａ（１１４Ｂ）および入力部材１１５Ａ（出力部材１１５Ｂ）は、３組のリンク機構１１１Ａ〜１１３Ａ（１１１Ｂ〜１１３Ｂ）で共有され、各軸部材１２０に端部リンク部材１１１ａ〜１１３ａ，１１１ｃ〜１１３ｃが連結される。

【0069】

端部リンク部材１１１ａ〜１１３ａ，１１１ｃ〜１１３ｃはＬ字状をなし、一辺を固定部材１１４Ａ（１１４Ｂ）および入力部材１１５Ａ(出力部材１１５Ｂ)から突出する軸部材１２０に結合し、他辺を中央リンク部材１１１ｂ〜１１３ｂに連結する。端部リンク部材１１１ａ〜１１３ａ，１１１ｃ〜１１３ｃは、大きな角度がとれるようにリンク中心側に位置する軸部１２５の屈曲基端内側が大きくカットされた形状を有する。

【0070】

中央リンク部材１１１ｂ〜１１３ｂはほぼＬ字状をなし、両辺に貫通孔１２４を有する。この中央リンク部材１１１ｂ〜１１３ｂは、大きな角度がとれるようにその周方向側面がカットされた形状を有する。端部リンク部材１１１ａ〜１１３ａ，１１１ｃ〜１１３ｃの他辺から一体的に屈曲成形された軸部１２５を、複列の軸受１２６を介して中央リンク部材１１１ｂ〜１１３ｂの両辺の貫通孔１２４に挿通する。

【0071】

軸受１２６も、例えば深溝玉軸受であって、中央リンク部材１１１ｂ〜１１３ｂの貫通孔１２４に内嵌された外輪１２６ａと、端部リンク部材１１１ａ〜１１３ａ，１１１ｃ〜１１３ｃの軸部１２５に外嵌された内輪１２６ｂと、これら外輪１２６ａと内輪１２６ｂ間に回転自在に介挿されたボール等の転動体１２６ｃとからなる。端部リンク部材１１１ａ〜１１３ａ，１１１ｃ〜１１３ｃに対して中央リンク部材１１１ｂ〜１１３ｂを回転自在に支承する軸受１２６は、止め輪１２７により中央リンク部材１１１ｂ〜１１３ｂから抜け止めされている。

【0072】

図９（図１０）に図示された前記リンク機構１１１Ａ〜１１３Ａ（１１１Ｂ〜１１３Ｂ）において、固定部材１１４Ａ（１１４Ｂ）および入力部材１１５Ａ(出力部材１１５Ｂ)の軸部材１２０の角度、長さ、および端部リンク部材１１１ａ〜１１３ａ，１１１ｃ〜１１３ｃの幾何学的形状が固定側と入力側（出力側）で等しく、また、中央リンク部材１１１ｂ〜１１３ｂについても固定側と入力側（出力側）で形状が等しいとき、中央リンク部材１１１ｂ〜１１３ｂの対称面に対して中央リンク部材１１１ｂ〜１１３ｂと、固定部材１１４Ａ(１１４Ｂ)および入力部材１１５Ａ（出力部材１１５Ｂ）と連結される端部リンク部材１１１ａ〜１１３ａ，１１１ｃ〜１１３ｃとの角度位置関係を固定側と入力側（出力側）で同じにすれば、幾何学的対称性から入力部材１１４Ａ（１１４Ｂ）および端部リンク部材１１１ａ〜１１３ａと、入力部材１１５Ａ(出力部材１１５Ｂ)および端部リンク部材１１１ｃ〜１１３ｃとは同じに動き、固定側と入力側（出力側）は同じ回転角になって等速で回転することになる。この等速回転するときの中央リンク部材１１１ｂ〜１１３ｂの対称面を等速二等分面という。

【0073】

このため、固定部材１１４Ａ(１１４Ｂ)および入力部材１１５Ａ（出力部材１１５Ｂ）を共有する同じ幾何学形状のリンク機構１１１Ａ〜１１３Ａ（１１１Ｂ〜１１３Ｂ）を円周上に複数配置させることにより、複数のリンク機構１１１Ａ〜１１３Ａ（１１１Ｂ〜１１３Ｂ）が矛盾なく動ける位置として中央リンク部材１１１ｂ〜１１３ｂが等速二等分面上のみの動きに限定され、これにより固定側と入力側（出力側）は任意の作動角をとっても等速回転が得られる。

【0074】

各リンク機構１１１Ａ〜１１３Ａ（１１１Ｂ〜１１３Ｂ）における４つの回転対偶の回転部、つまり、端部リンク部材１１１ａ〜１１３ａ，１１１ｃ〜１１３ｃと固定部材１１４Ａ(１１４Ｂ)および入力部材１１５Ａ（出力部材１１５Ｂ）との２つの連結部、および端部リンク部材１１１ａ〜１１３ａ，１１１ｃ〜１１３ｃと中央リンク部材１１１ｂ〜１１３ｂの２つの連結部に軸受１１９，１２６を介在させた構造とすることにより、その連結部での摩擦抵抗を抑えて回転抵抗の軽減を図ることができ、滑らかな動力伝達を確保できると共に耐久性を向上できる。

【0075】

この軸受１１９，１２６を介在させた構造では、軸受１１９，１２６に予圧を付与することにより、ラジアル隙間とスラスト隙間をなくし、連結部でのがたつきを抑えることができ、固定側と入力側（出力側）間の回転位相差がなくなり等速性を維持できると共に振動や異音の発生を抑制できる。特に、前記軸受１１９，１２６の軸受隙間を負すきまとすることにより、入出力間に生じるバックラッシュを少なくすることができる。

【0076】

この入力側リンク作動装置１０２Ａ（出力側リンク作動装置１０２Ｂ）の構成によれば、固定部材１１４Ａ（１１４Ｂ）に対する入力部材１１５Ａ(出力部材１１５Ｂ)の可動範囲を広くとれる。例えば、固定部材１１４Ａ（１１４Ｂ）の中心軸Ｂと入力部材１１５Ａ(出力部材１１５Ｂ)の中心軸Ｃの最大折れ角を約±９０°とすることができる。また、固定部材１１４Ａ（１１４Ｂ）に対する入力部材１１５Ａ（出力部材１１５Ｂ）の旋回角を０°〜３６０°の範囲で設定できる。

【0077】

また、この構成の入力側リンク作動装置１０２Ａ（出力側リンク作動装置１０２Ｂ）は、固定部材１１４Ａ（１１４Ｂ）および入力部材１１５Ａ（出力部材１１５Ｂ）に軸受１１９の外輪１１９ａを内包すると共に内輪１１９ｂを端部リンク部材１１１ａ〜１１３ａ，１１１ｃ〜１１３ｃと結合させて、固定部材１１４Ａ（１１４Ｂ）および入力部材１１５Ａ（出力部材１１５Ｂ）内に軸受１１９を埋設したので、全体の外形を大きくすることなく、固定部材１１４Ａ（１１４Ｂ）および入力部材１１５Ａ（出力部材１１５Ｂ）の外形を拡大することができる。そのため、固定部材１１４Ａ（１１４Ｂ）を固定台１０３に取付けるための取付スペース、入力部材１１５Ａに後述する操作部材１０６（図６、図７）を取付けるための取付スペース、および出力部材１１５Ｂに駆動装置（図示せず）を取付けるための取付スペースの確保が容易である。

【0078】

図６および図７に示すように、入力側リンク作動装置１０２Ａに設けた前記２個の入力側ギア部材１２１Ａと出力側リンク作動装置１０２Ｂに設けた前記２個の出力側ギア部材１２１Ｂとは、互いに対応するもの同士が噛み合っている。両ギア部材１２１Ａ，１２１Ｂは、同じ歯数である。これら互いに噛み合う一対のギア部材１２１Ａ，１２１Ｂで、回転伝達機構１０５を構成する。すなわち、１つの操作台５０に付き、２組の回転伝達機構１０５が設けられている。この２組の回転伝達機構１０５により、入力側リンク機構１１１Ａ，１１２Ａにおける固定側の端部リンク部材１１１ａ，１１２ａの回転を出力側リンク機構１１１Ｂ，１１２Ｂにおける固定側の端部リンク部材１１１ａ，１１２ａに伝達する。３組の入力側リンク機構１１１Ａ〜１１３Ａおよび出力側リンク機構１１１Ｂ〜１１３Ｂのうち２組に回転伝達機構１０５を設けたのは、入力側リンク作動装置１０２Ａの動作に対する出力側リンク作動装置１０２Ｂの動作を確定するのに必要なためである。３組の入力側リンク機構１１１Ａ〜１１３Ａおよび出力側リンク機構１１１Ｂ〜１１３Ｂの全て回転伝達機構１０５を設けても良い。

【0079】

入力側リンク作動装置１０２Ａの入力部材１１５Ａには、手動操作用の操作部材１０６が取付けられる。また、出力側リンク作動装置１０２Ｂの出力部材１１５Ｂには、取付台５７を介してアクチュエータ本体６が搭載される。アクチュエータ本体６は、前記実施形態のものと同じ構成である。固定台１０３は、直動部１０７の可動ステージ１０７ａ上に固定して設けられる。

【0080】

操作部材１０６を操作して入力側リンク作動装置１０２Ａの入力部材１１５Ａを動かすと、２組の回転伝達機構１０５により、入力側リンク機構１１１Ａ，１１２Ａの固定側の端部リンク部材１１１ａ，１１２ａの回転が、出力側リンク機構１１１Ｂ，１１２Ｂの固定側の端部リンク部材１１１ａ，１１２ａに伝達されて、出力側リンク作動装置１０２Ｂの出力部材１１５Ｂが動作する。入力側リンク機構１１１Ａ〜１１３Ａと出力側リンク機構１１１Ｂ〜１１３Ｂは鏡面対称の配置であるため、入力部材１１５Ａと出力部材１１５Ｂは鏡面対称の動きをする。そのため、操作部材１０６の操作と出力部材１１５Ｂに搭載したアクチュエータ本体６の動作が一致し、感覚的に操作しやすい。

【0081】

回転伝達機構１０５は、入力側ギア部材１２１Ａと出力側ギア部材１２１Ｂとの噛み合いにより、入力側リンク機構１１１Ａ，１１２Ａにおける固定側の端部リンク部材１１１ａ，１１２ａから出力側リンク機構１１１Ｂ，１１２Ｂにおける固定側の端部リンク部材１１１ａ，１１２ａへ回転を伝達する構成であるため、回転伝達機構１０５内での滑りが発生せず、確実に回転を伝達できる。入力側ギア部材１２１Ａと出力側ギア部材１２１Ｂは同じ歯数であるため、入力側リンク機構１１１Ａ，１１２Ａにおける固定側の端部リンク部材１１１ａ，１１２ａと出力側リンク機構１１１Ｂ，１１２Ｂにおける固定側の端部リンク部材１１１ａ，１１２ａの回転数が等しくなり、入力側リンク作動装置１０２Ａから出力側リンク作動装置１０２Ｂへ同じ運動を伝達することができる。

【0082】

図１２は異なる実施形態を示す。この実施形態の操作台５０は、回転伝達機構１０５をベルト伝動機構としたものである。入力側リンク作動装置１０２Ａと出力側リンク作動装置１０２Ｂは同形同寸であって、固定台１０３に対して互いに回転対称となる配置で固定されている。そして、各固定部材１１４Ａ，１１４Ｂに設けられた各３本の軸部材１２０のうち、端部リンク部材１１１ａが結合された軸部材１２０を含む２本の軸部材１２０に、前記実施形態におけるギア部材１２１Ａ，１２１Ｂの代わりに同一径のプーリ１３０Ａ，１３０Ｂを設け、これらプーリ１３０Ａ，１３０Ｂに伝動ベルト１３１をけさ掛けで掛けてある。上記プーリ１３０Ａ，１３１Ｂと伝動ベルト１３１とで、回転伝達機構１０５を構成する。伝動ベルト１３１は、歯付きのタイミングベルトとするのが好ましい。この実施形態の場合、例えば、固定台１０３は固定構造物に固定して設置される。

【0083】

この構成によると、入力側リンク機構１１１Ａにおける固定側の端部リンク部材１１１ａと出力側リンク機構１１１Ｂにおける固定側の端部リンク部材１１１ａの回転数が等しく、入力側リンク作動装置１０２Ａから出力側リンク作動装置１０２Ｂへ同じ運動が伝達される。入力側リンク機構１１１Ａ〜１１３Ａと出力側リンク機構１１１Ｂ〜１１３Ｂは回転対称の配置としてあるため、入力側リンク作動装置１０２Ａの動作と出力側リンク作動装置１０２Ｂの動作の関係も互いに回転対称となる。つまり、操作部材１０６の操作方向と反対の方向にアクチュエータ本体６が動き、固定台１０３を支点にしてアクチュエータ本体６を操作する感覚が得られる。アクチュエータ本体６の種類や使用状況によっては、上記のように操作部材１０６の操作とアクチュエータ本体６の動作が逆である方が、操作部材１０６の操作とアクチュエータ本体６の動作が同じであるよりも操作性が良いことがあり、その場合にこの実施形態の構成を採用すると良い。

【0084】

図１３〜図１５はさらに異なる実施形態を示す。この実施形態の操作台５０は、固定部材１１４Ａ，１１４Ｂ、入力部材１１５Ａ，および出力部材１１５Ｂに対し端部リンク部材１１１ａ〜１１３ａ，１１１ｃ〜１１３ｃを支持する軸受１１９（図１５）を外輪回転タイプとしたものである。入力側リンク作動装置１０２Ａの固定部材１１４Ａと固定側の端部リンク部材１１１ａ〜１１３ａの連結部を例にとって説明すると、図１５に示すように、固定部材１１４Ａの円周方向の３箇所に軸部１３３が形成され、この軸部１３３に複列で設けた軸受１１９の内輪１１９ｂが外嵌され、端部リンク部材１１１ａ〜１１３ａに形成された軸受支持部１３４に軸受１１９の外輪１１９ａが内嵌している。つまり、内輪１１９ｂは固定部材１１４Ａに固定され、外輪１１９ａが端部リンク部材１１１ａ〜１１３ａと共に回転する構造である。軸部１３３の先端ねじ部１３３ａに螺着したナット１２３による締付けでもって、軸受１１９に所定の予圧量を付与している。固定部材１１４Ｂと固定側の端部リンク部材１１１ａ〜１１３ａの連結部、入力部材１１５Ａと入力側の端部リンク部材１１１ｃ〜１１３ｃの連結部、および出力部材１１５Ｂと出力側の端部リンク部材１１１ｃ〜１１３ｃの連結部も、上記同様の構造である。

【0085】

３本の固定側の端部リンク部材１１１ａ〜１１３ａのうちの、端部リンク部材１１１ａを含む２本の端部リンク部材に、入力側ギア部材１２１Ａ（図１３、図１４（Ａ））が一体に形成されている。また、出力側リンク作動装置１０２Ｂの固定部材１１４Ｂと固定側の端部リンク部材１１１ａ〜１１３ａの連結部には、出力側ギア部材１２１Ｂ（図１３、図１４（Ｂ））が一体に形成されている。これら一対のギア部材１２１Ａ，１２１Ｂで、回転伝達機構１０５を構成する。ギア部材１２１Ａ，１２１Ｂは、端部リンク部材１１１ａと別体とし、固定具（図示せず）により端部リンク部材１１１ａに固定してもよい。

【0086】

また、図例では、固定側の端部リンク部材１１１ａに対し中央リンク部材１１１ｂを支持する軸受１２６は、端部リンク部材１１１ａの軸受支持部１３５に外輪１２６ａが内嵌し、中央リンク部材１１１ｂの軸部１３６に内輪１２６ｂが外嵌している。入力側および出力側の端部リンク部材１１１ｃと中央リンク部材１１１ｂの連結部も、上記同様の構造である。
なお、固定部材１１４Ａ，１１４Ｂ、入力部材１１５Ａ、および出力部材１１５Ｂには、前記実施形態と同様に、中心部に軸方向に沿う貫通孔１１６が形成されている。

【0087】

図１６〜図１８に示すように、操作台５０に、入力側および出力側のリンク作動装置１０２Ａ，１０２Ｂを任意の姿勢で位置決めするための静止機構を設けても良い。
図１６の静止機構１４３は、固定部材１１４Ａに対し固定側の端部リンク部材１１１ａを支持する軸受１１９が外輪回転タイプである入力側リンク作動装置１０２Ａ（図１３〜図１５）に設けた例であり、固定部材１１４Ａの軸部１３３に、端部リンク部材１１１ａの側面に接触するように静止部材１３７を螺着させてある。これにより、端部リンク部材１１１ａと静止部材１３７との摩擦力により、端部リンク部材１１１ａの回転自由度が抑制される。このような静止部材１３７を、３つの端部リンク部材１１１ａ〜１１３ａのうち２つ以上に設ければ、リンク作動装置１０２Ａ，１０２Ｂの動きが抑制され、リンク作動装置１０２Ａ，１０２Ｂを任意の姿勢で固定することが可能になる。静止部材１３７は、出力側リンク作動装置１０２Ｂに設けても良い。また、入力側または出力側の端部リンク部材（図示せず）の回転対偶部に設けても良い。いずれの場合も、上記と同様の作用・効果が得られる。

【0088】

図１７の静止機構１４３も、前記軸受１１９が外輪回転タイプである入力側リンク作動装置１０２Ａ（図１５）に設けた例であり、固定部材１１４Ａの軸部１３３に取付けられたギア１３８と、このギア１３８に係合可能なストッパ１３９とで回転拘束手段１４０を構成している。ストッパ１３９は、端部リンク部材１１１ａに固定した取付部材１４１のストッパ保持孔１４１ａ内に保持され、ばね１４２により軸部１３３の中心側に付勢されており、球状の先端部がギア１３８の外周面に当接している。ストッパ１３９の先端部がギア１３８の溝に係合することで、端部リンク部材１１１ａの回転自由度が抑制される。このような回転拘束手段１４０を、３つの端部リンク部材１１１ａ〜１１３ａのうち２つ以上に設ければ、リンク作動装置１０２Ａ，１０２Ｂの動きが抑制され、リンク作動装置１０２Ａ，１０２Ｂを任意の姿勢で固定することが可能になる。この回転拘束手段１４０は、出力側リンク作動装置１０２Ｂに設けても良い。また、入力側または出力側の端部リンク部材（図示せず）の回転対偶部に設けても良い。いずれの場合も、上記と同様の作用・効果が得られる。

【0089】

図１８に示す静止機構１４３は、固定部材１１４Ｂに対し固定側の端部リンク部材１１１ａを支持する軸受１１９が内輪回転タイプである出力側リンク作動装置１０２Ｂ（図１１）に設けた例であり、固定側の端部リンク部材１１１ａの回転対偶部と回転伝達機構１０５を構成するギア部材１２１Ｂとの間に、ワンウェイクラッチ１４４を介在させてある。ワンウェイクラッチ１４４は、回転伝達機構１０５からの入力時は回転を許容するが、端部リンク部材１１１ａからの入力に対してはロックする機能を有する。これにより、出力側リンク作動装置１０２Ｂに力が作用した場合でも、入力側リンク作動装置１０２Ａに回転力が伝達されないため、リンク作動装置１０２Ａ，１０２Ｂはそのままの姿勢で保持される。つまり、出力部材１１５Ｂおよびこの出力部材１１５Ｂに搭載されているアクチュエータ本体６に外力が作用しても、操作が乱されることが無くて、安全である。

【0090】

図１９は、リンク作動装置１０２Ａ，１０２Ｂの姿勢を検出する姿勢検出機構の概略構成図である。この姿勢検出機構１５０は、出力側リンク作動装置１０２Ｂの３つの固定側の端部リンク部材１１１ａ〜１１３ａのうち２つ以上に設けられた回転角検出手段１５１を有する。図例では、２つの回転角検出手段１５１により、固定側の端部リンク部材１１１ａ，１１３ａの回転角を検出する。例えば、回転角検出手段１５１はロータリエンコーダであり、固定部材１１４Ｂにボルト１５２で固定された取付部材１５３に設置されている。そして、ロータリエンコーダである回転角検出手段１５１の回転軸１５１ａが、固定部材１１４Ｂの軸部１３３に設けた孔１５４に固定状態で挿入されている。

【0091】

上記２つの回転角検出手段１５１の出力信号は、角度算出手段１５５に送られる。角度算出手段１５５は、上記出力信号より、リンク作動装置１０２Ａ，１０２Ｂの姿勢を表す折れ角θ（図２０）および旋回角φ（図２０）を算出する。折れ角θは、固定部材１１４Ａ（１１４Ｂ）の中心軸Ｂに対して入力部材１１５Ａ（出力部材１１５Ｂ）が傾斜した垂直角度のことであり、旋回角φは、固定部材１１４Ａ（１１４Ｂ）の中心軸Ｂに対して入力部材１１５Ａ（出力部材１１５Ｂ）が傾斜した水平角度のことである。そして、算出された折れ角θおよび旋回角φを角度表示手段１５６に表示する。このような姿勢検出機構１５０を設ければ、角度表示手段１５６に表示されるリンク作動装置１０２Ａ，１０２Ｂの姿勢を見ながら操作台５０を操作することができ、操作性が向上する。

【0092】

なお、上記角度算出手段１５５による折れ角θおよび旋回角φの算出は、下記の関係式を順変換することで行われる。順変換とは、端部リンク部材１１１ａ〜１１３ａの回転角度から折れ角θおよび旋回角φを算出する変換のことである。
cos（θ／２）sinβｎ−sin（θ／２）sin（φ＋δｎ）cosβｎ＋sin（γ／２）＝０
ここで、βｎ（図２０におけるβ１，β２）は、固定部材１１４Ｂに回転自在に連結された固定側の端部リンク部材１１１ａ〜１１３ａの連結端における回転角である。γ（図２０）は、固定側の端部リンク部材１１１ａに回転自在に連結された中央リンク部材１１１ｂ〜１１３ｂの連結端軸と、出力側の端部リンク部材１１１ｃ〜１１３ｃに回転自在に連結された中央リンク部材１１１ｂ〜１１３ｂの連結端軸とが成す角度である。δｎ（図２０におけるδ１，δ２，δ３）は、基準となる固定側の端部リンク部材１１１ａに対する各固定側の端部リンク部材１１１ａ〜１１３ａの円周方向の離間角である。

【0093】

図２１は、さらに異なる実施形態を示す。この遠隔操作型アクチュエータは、操作台５０の固定台１０３に、共に回転駆動源である工具回転用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２を設置し、両駆動源４１，４２の回転力を、工具回転用可撓性ワイヤ６０Ａおよび姿勢変更用可撓性ワイヤ６０Ｂによりアクチュエータ本体６側へ伝達するようにしたものである。各可撓性ワイヤ６０Ａ，６０Ｂは、出力側リンク作動装置１０２Ｂの固定部材１１４Ｂおよび出力部材１１５Ｂの各貫通孔１１６に挿通させて設けられている。可撓性ワイヤ６０Ａ，６０Ｂについては、後で詳しく説明する。

【0094】

このように工具回転用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２を操作台５０の固定台１０３に設置すると、アクチュエータ本体６を軽量化でき、操作性が向上する。工具回転用駆動源４１や姿勢変更用駆動源４２の回転をアクチュエータ本体６側に伝達する可撓性ワイヤ６０Ａ，６０Ｂは可撓性を有するため、出力側リンク作動装置１０２Ｂの姿勢を変化させても、工具回転用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２の回転力を確実にアクチュエータ本体６側へ伝達することができる。各リンク機構１１１Ｂ〜１１３Ｂの姿勢が変化しても、固定側と出力側の球面リンク中心間の距離Ｌが変化しないため、可撓性ワイヤ６０Ａ，６０Ｂに大きなアキシアル力（引張り力）が作用することがない。また、可撓性ワイヤ６０Ａ，６０Ｂは、固定部材１１４Ｂおよび出力部材１１５Ｂの各貫通孔１１６に挿通して設けられているため、取り回しが容易であり、操作時の邪魔にならない。

【0095】

工具回転用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２のうちいずれか一方だけを固定台１０３に設置しても良い。その場合、工具回転用可撓性ワイヤ６０Ａおよび姿勢変更用可撓性ワイヤ６０Ｂのうちいずれか一方だけを、出力側リンク作動装置１０２Ｂの固定部材１１４Ｂおよび出力部材１１５Ｂの各貫通孔１１６に挿通させて設けることとなる。

【0096】

図２２に、可撓性ワイヤ６０Ａ，６０Ｂの一例の構造を示す。可撓性ワイヤ６０Ａ（６０Ｂ）は、可撓性のアウタチューブ６１と、このアウタチューブ６１の内部の中心位置に設けられた可撓性のインナワイヤ６２と、このインナワイヤ６２を前記アウタチューブ６１に対して回転自在に支持する複数の転がり軸受６３とを備える。インナワイヤ６２の両端は、それぞれ回転の入力端６２ａおよび出力端６２ｂとなる。アウタチューブ６１は、例えば樹脂製である。インナワイヤ６２としては、例えば金属、樹脂、グラスファイバー等のワイヤが用いられる。ワイヤは単線であっても、撚り線であってもよい。

【0097】

各転がり軸受６３はアウタチューブ６１の中心線に沿って一定の間隔を開けて配置されており、隣合う転がり軸受６３間に、これら転がり軸受６３に対して予圧を与えるばね要素６４Ｉ，６４Ｏが設けられている。ばね要素６４Ｉ，６４Ｏは、例えば圧縮コイルばねであり、インナワイヤ６２の外周を巻線が囲むように設けられる。ばね要素は、転がり軸受６３の内輪に予圧を発生させる内輪用ばね要素６４Ｉと、外輪に予圧を発生させる外輪用ばね要素６４Ｏとがあり、これらが交互に配置されている。

【0098】

前記アウタチューブ６１の両端には、このアウタチューブ６１を結合対象部材に結合する継手６５が設けられている。継手６５は、雄ねじ部材６６と雌ねじ部材７３とで構成される。
雄ねじ部材６６は、内周に貫通孔６７が形成された筒状の部材であって、軸方向中央部の外周に雄ねじ部６８が形成されている。雄ねじ部材６６の軸方向の一方端には、内径および外径が同一径で軸方向に延びる円筒部６９が設けられている。この円筒部６９の外径は、アウタチューブ６１の内径部に嵌合する寸法とされている。また、軸方向の他方端には、外径側に拡がるフランジ部７０が設けられている。このフランジ部７０は結合対象部材に結合する結合手段であって、円周方向複数箇所に、ボルト等の固定具を挿入するための通孔７１が形成されている。前記貫通孔６７は、円筒部６９側からフランジ部７０側に向かって、小径部６７ａ、中径部６７ｂ、大径部６７ｃの順に段階的に内径が大きくなっている。中径部６７ｂには、インナワイヤ６２を回転自在に支持する転がり軸受７２が嵌め込まれる。

【0099】

雌ねじ部材７３は、円筒状部７４と、この円筒状部７４の一端から内径側へ延びるつば状部７５とを有する筒状の部材であって、円筒状部７４の内周先端側に、前記雄ねじ部材６６の雄ねじ部６８に螺合する雌ねじ部７６が形成されている。つば状部７５の内径は、アウタチューブ６１が外周に嵌合する寸法とされている。

【0100】

アウタチューブ６１を結合対象部材に結合する際には、まず、雄ねじ部材６６の円筒部６９をアウタチューブ６１の内径部に嵌合させ、かつ雌ねじ部材７３のつば状部７５をアウタチューブ６１の同一端の外径部に嵌合させた状態で、雄ねじ部材６６の雄ねじ部６８と雌ねじ部材７３の雌ねじ部７６とを螺合させる。これにより、雄ねじ部材６６の円筒部６９と雌ねじ部材７３のつば状部７５とで、アウタチューブ６１の一端を内外から挟み込んで固定する。インナワイヤ６２は、雄ねじ部材６６の貫通孔６７に挿通し、貫通孔６７の中径部６７ｂに嵌め込んだ転がり軸受７２によって支持させる。次いで、雄ねじ部材６６のフランジ部７０を結合対象部材に結合する。この結合は、通孔７１に挿通したボルト等の固定具(図示せず)によって行う。以上で、アウタチューブ６１と他の部材との結合が完了し、図２２の状態となる。

【0101】

この状態から、雄ねじ部６８と雌ねじ部７６の螺合を外すことで、雄ねじ部材６６の円筒部６９および雌ねじ部材７３のつば状部７５による拘束からアウタチューブ６１が解放され、アウタチューブ６１と結合対象の部材との結合が解除される。これらアウタチューブ６１と結合対象部材との結合操作およびその解除操作は容易である。

【0102】

また、アウタチューブ６１と継手６５を結合した状態で、雄ねじ部材６６の結合手段（フランジ部７０）により可撓性ワイヤ６０Ａ（６０Ｂ）と結合対象部材との結合操作および解除操作を行っても良い。これら可撓性ワイヤ６０Ａ（６０Ｂ）と結合対象部材との結合操作およびその解除操作はさらに容易となる。

【0103】

前記インナワイヤ６２の入力端６２ａおよび出力端６２ｂには、回転軸と連結するカップリング７９が設けられている。工具回転用可撓性ワイヤ６０Ａの場合、インナワイヤ６２の入力端６２ａに連結される回転軸は工具回転用駆動源４１の出力軸であり、インナワイヤ６２の出力端６２ｂに連結される回転軸はアクチュエータ本体６に設けた回転軸２２の基端である。また、姿勢変更用可撓性ワイヤ６０Ｂの場合、インナワイヤ６２の入力端６２ａに連結される回転軸は姿勢変更用駆動源４２の出力軸であり、インナワイヤ６２の出力端６２ｂに連結される回転軸は後記減速機８１の入力軸８１ａである。以下の説明では、上記工具回転用駆動源４１の出力軸、回転軸２２、姿勢変更用駆動源４２の出力軸、および減速機８１の入力軸８１ａを、まとめて回転軸７８とする。

【0104】

図示例のカップリング７９は、軸方向に貫通する貫通孔７９ａを有し、この貫通孔７９ａと外周との間に軸方向に離れて２つのねじ孔７９ｂを設けてある。前記貫通孔７９ａにインナワイヤ６２および回転軸７８を両側から挿入し、ねじ孔７９ｂに螺着したボルト等のねじ部材（図示せず）の先端をインナワイヤ６２および回転軸７８に押し付けることで、これらインナワイヤ６２および回転軸７８をカップリング７９に固定して、インナワイヤ６２と回転軸７８とを連結する。

【0105】

この構成の可撓性ワイヤ６０Ａ（６０Ｂ）は、隣合う転がり軸受６３間に、これら転がり軸受６３に対して予圧を与えるばね要素６４Ｉ，６４Ｏを設けたことにより、インナワイヤ６２の固有振動数が低くなることを抑えられ、インナワイヤ６２を高速回転させることが可能である。内輪用ばね要素６４Ｉおよび外輪用ばね要素６４Ｏは、インナワイヤ６２の長さ方向にわたり交互に配置されているため、アウタチューブ６１の径を大きくせずに、ばね要素６４Ｉ，６４Ｏを設けることができる。

【0106】

図２３は、図２１に示す遠隔操作型アクチュエータの本体基端ハウジング４の内部構造を示す。本体基端ハウジング４内には、前記回転軸２２が左右方向に沿って設けられ、その基端が工具回転用可撓性ワイヤ６０Ａのインナワイヤ６２と前記カップリング７９を介して結合されている。それにより、工具回転用駆動源４１（図２１）の回転が、回転軸２２へ伝達される。また、本体基端ハウジング４には、姿勢変更用駆動機構４３が設けられている。姿勢変更用駆動機構４３は、姿勢変更用可撓性ワイヤ６０Ｂにより伝達される姿勢変更用駆動源４２（図２１）の回転を減速して出力する減速機８１と、この減速機８１の出力を回転運動から直線往復運動に変換する動作変換機構４３ｃとを有する。

【0107】

動作変換機構４３ｃは、両端部が軸受８２で支持され一端が減速機８１の出力軸８１ｂａにカップリング８３を介して連結されたねじ軸８４ａと、このねじ軸８４ａに図示しないボールを介して螺合するナット８４ｂとでなるボールねじ機構８４を備え、前記ナット８４ｂに、リニアガイド８５によりねじ軸８４ａの軸方向に移動自在に案内された直動部材８６が固定されている。そして、直動部材８６の先端面からなる接触部８６ａに姿勢操作部材３１の基端が当接している。

【0108】

減速機８１の出力軸８１ｂの回転が、ボールねじ機構８４により直線運動に変換されて、直動部材８６がリニアガイド８５に沿って直線移動する。直動部材８６が図２３（Ａ）の左側へ移動するときは、直動部材８６に押された姿勢操作部材３１が前進し、直動部材８６が右側へ移動するときは、前記復元用弾性部材３２の弾性反発力により押し戻されて姿勢操作部材３１が後退する。

【0109】

直動部材８６にはリニアスケール８７ａが設置され、このリニアスケール８７ａの目盛を、本体基端ハウジング４に固定されたリニアエンコーダ８７ｂが読み取る。これらリニアスケール８７ａとリニアエンコーダ８７ｂとで、姿勢操作部材３１の進退位置を検出する位置検出手段８７を構成する。正確には、リニアエンコーダ８７ｂの出力は進退位置推定手段８８に送信され、この進退位置推定手段８８により姿勢操作部材３１の進退位置を推定する。つまり、位置検出手段８７は、減速機８１と姿勢操作部材３１間の動力伝達手段である直動部材８６の動作位置を検出し、この検出結果から姿勢操作部材３１の進退位置を推定する。

【0110】

進退位置推定手段８８は、姿勢操作部材３１の進退位置とリニアエコンコーダ８７ｂの出力信号との関係を演算式またはテーブル等により設定した関係設定手段（図示せず）を有し、入力された出力信号から前記関係設定手段を用いて姿勢操作部材３１の進退位置を推定する。この進退位置推定手段８８は、コントローラ５（図２１）に設けられたものであっても、あるいは外部の制御装置に設けられたものであってもよい。コントローラ５は、進退位置推定手段８８の検出値に基づき、姿勢変更用駆動源４２を制御する。

【0111】

姿勢変更用駆動源４２の回転が、姿勢変更用可撓性ワイヤ６０Ｂのインナワイヤ６２を介して減速機８１に伝達され、減速機８１により減速される。さらに、減速機８１の出力軸８１ｂの回転運動が動作変換機構４３ｃにより直線往復運動に変換されて、最終出力部材である直動部材８６に伝達される。この直動部材８６の進退動作が接触部８６ａより姿勢操作部材３１の基端へ伝達されて、姿勢操作部材３１が進退動作する。減速機８１が設けられているため、姿勢変更用駆動源４２の出力するトルクが小さくても、大きなトルクを発生させて、直動部材８６に大きな作用力を与えることができる。そのため、姿勢操作部材３１を確実に進退動作させることができ、先端部材２に設けた工具１を正確に位置決めできる。

【0112】

先端部材２の姿勢は、位置検出手段８７により検出される姿勢操作部材３１の進退位置から求められる。位置検出手段８７の検出値、正確にはリニアエンコーダ８７ｂの検出値をコントローラ５にフィードバックさせて、姿勢変更用駆動源４２の出力量を制御するフィードバック制御を行えば、工具１の位置決め精度を向上させることができる。

【0113】

図２４は、姿勢変更用駆動機構４３の動作変換機構４３ｃの異なる例を示す。この動作変換機構４３ｃは、ウォーム９１とウォームホイール９２とを組み合わせた構成である。具体的には、動作変換機構４３ｃは、両端部が軸受９４で支持され一端が減速機８１の出力軸８１ｂにカップリング８３を介して連結されたウォーム９１と、支持軸９５に支持され前記ウォーム９１と噛み合うウォームホイール９２とを備える。ウォームホイール９２は動作変換機構の最終出力部材であって、このウォームホイール９２の先端面からなる接触部９２ａに姿勢操作部材３１の基端が当接している。なお、ウォームホイール９２は、円周の一部にだけ歯が設けられ形状をしており、回転軸２２が挿通される開口９２ｂを有している。

【0114】

姿勢変更用駆動源４２の回転が、姿勢変更用可撓性ワイヤ６０Ｂのインナワイヤ６２を介して減速機８１に伝達され、減速機８１により減速される。さらに、ウォーム９１とウォームホイール９２とでなる減速機構により減速されて、ウォームホイール９２へ伝達される。ウォームホイール９２の接触部９２ａが姿勢操作部材３１に対して滑り接触しながら、ウォームホイール９２が揺動することにより、姿勢操作部材３１に進退動作を与える。すなわち、接触部９２ａが図２４（Ａ）の左側へ回動するときは、接触部９２ａに押された姿勢操作部材３１が前進し、接触部９２ａが右側へ回動するときは、前記復元用弾性部材３２の弾性反発力により押し戻されて姿勢操作部材３１が後退する。

【0115】

姿勢操作部材３１の進退位置は、位置検出手段９６により検出される。この図例の場合、位置検出手段９６は、ウォームホイール９２の背面に設けた被検出部９６ａと、本体基端ハウジング４に固定して設けられ前記被検出部９６ａの変位を検出する検出部９６ｂとでなる。位置検出手段９６は、光学式であっても磁気式であってもよい。正確には、検出部９６ｂの出力は進退位置推定手段９７に送信され、この進退位置推定手段９７により姿勢操作部材３１の進退位置を推定する。つまり、位置検出手段９６は、減速機８１と姿勢操作部材３１間の動力伝達手段であるウォームホイール９２の動作位置を検出し、この検出結果から姿勢操作部材３１の進退位置を推定する。

【0116】

以下、アクチュエータ本体６における先端部材２の姿勢を変更させる構成が異なる実施形態を示す。
図２５に示すアクチュエータ本体６は、外郭パイプ２５内の互いに１８０度の位相にある周方向位置に２本のガイドパイプ３０を設け、そのガイドパイプ３０の内径孔であるガイド孔３０ａ内に、前記同様の姿勢操作ワイヤ３１ａおよび柱状ピン３１ｂからなる姿勢操作部材３１が進退自在に挿通してある。２本のガイドパイプ３０間には、ガイドパイプ３０と同一ピッチ円Ｃ上に複数本の補強シャフト３４が配置されている。復元用弾性部材３２は設けられていない。案内面Ｆ１，Ｆ２は、曲率中心が点Ｏである球面、または点Ｏを通るＸ軸を軸心とする円筒面である。

【0117】

本体基端ハウジング４（図示せず）または操作台（図示せず）には、２つの姿勢操作部材３１をそれぞれ個別に進退操作させる２つの姿勢変更用駆動源４２（図示せず）が設けられており、これら２つの姿勢変更用駆動源４２を互いに逆向きに駆動することで先端部材２の姿勢変更を行う。例えば、図２５における上側の姿勢操作部材３１を先端側へ進出させ、かつ下側の姿勢操作部材３１を後退させると、上側の姿勢操作部材３１によって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は図２５（Ａ）において先端側が下向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。逆に、両姿勢操作部材３１を逆に進退させると、下側の姿勢操作部材３１によって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は図２５（Ａ）において先端側が上向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。その際、先端部材連結部１５には、上下２つの姿勢操作部材３１の圧力、および抜け止め部材２１からの反力が作用しており、これらの作用力の釣り合いにより先端部材２の姿勢が決定される。この構成では、２つの姿勢操作部材３１で先端部材２のハウジング１１に加圧されるため、１つ姿勢操作部材３１だけで加圧される前記実施形態に比べ、先端部材２の姿勢安定性を高めることができる。

【0118】

図２６に示すアクチュエータ本体６は、外郭パイプ２５内の互いに１２０度の位相にある周方向位置に３本のガイドパイプ３０を設け、そのガイドパイプ３０の内径孔であるガイド孔３０ａ内に前記同様の姿勢操作部材３１が進退自在に挿通してある。３本のガイドパイプ３０間には、ガイドパイプ３０と同一ピッチ円Ｃ上に複数本の補強シャフト３４が配置されている。復元用弾性部材３２は設けられていない。案内面Ｆ１，Ｆ２は曲率中心が点Ｏである球面であり、先端部材２は任意方向に傾動可能である。

【0119】

本体基端ハウジング４内（図２８）または操作台（図示せず）には、３つの姿勢操作部材３１（３１Ｕ，３１Ｌ，３１Ｒ）をそれぞれ個別に進退操作させる３つの姿勢変更用駆動源４２（４２Ｕ，４２Ｌ，４２Ｒ）が設けられており、これら３つの姿勢変更用駆動源４２（４２Ｕ，４２Ｌ，４２Ｒ）を互いに連係させて駆動することで先端部材２の姿勢変更を行う。

【0120】

例えば、図２６における上側の１つの姿勢操作部材３１Ｕを先端側へ進出させ、かつ他の２つの姿勢操作部材３１Ｌ，３１Ｒを後退させると、上側の姿勢操作部材３１Ｕによって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は図２６（Ａ）において先端側が下向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。このとき、各姿勢操作部材３１の進退量が適正になるよう、各姿勢変更用駆動源が制御される。各姿勢操作部材３１を逆に進退させると、左右の姿勢操作部材３１Ｌ，３１Ｒによって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は図２６（Ａ）において先端側が上向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。

【0121】

また、上側の姿勢操作部材３１Ｕは静止させた状態で、左側の姿勢操作部材３１Ｌを先端側へ進出させ、かつ右側の姿勢操作部材３１Ｒを後退させると、左側の姿勢操作部材３１Ｌによって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は右向き、すなわち図２６（Ａ）において紙面の裏側向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。左右の姿勢操作部材３１Ｌ，３１Ｒを逆に進退させると、右の姿勢操作部材３１Ｒによって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は左向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。

【0122】

このように姿勢操作部材３１を円周方向の３箇所に設けることにより、先端部材２を上下左右の２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）の方向に姿勢変更することができる。その際、先端部材連結部１５には、３つの姿勢操作部材３１の圧力、および抜け止め部材２１からの反力が作用しており、これらの作用力の釣り合いにより先端部材２の姿勢が決定される。この構成では、３つの姿勢操作部材３１で先端部材２のハウジング１１に加圧されるため、さらに先端部材２の姿勢安定性を高めることができる。姿勢操作部材３１の数をさらに増やせば、先端部材２の姿勢安定性をより一層高めることができる。

【0123】

図２７は図２６に示すものと比べてスピンドルガイド部３の内部構造が異なる実施形態を示す。このアクチュエータ本体６のスピンドルガイド部３は、外郭パイプ２５の中空孔２４が、中心部の円形孔部２４ａと、この円形孔部２４ａの外周における互いに１２０度の位相をなす周方向位置から外径側へ凹んだ３つの溝状部２４ｂとでなる。溝状部２４ｂの先端の周壁は、断面半円形である。そして、円形孔部２４ａに回転軸２２と転がり軸受２６とが収容され、各溝状部２４ｂにガイドパイプ３０が収容されている。

【0124】

外郭パイプ２５を上記断面形状としたことにより、外郭パイプ２５の溝状部２４ｂ以外の箇所の肉厚ｔが厚くなり、外郭パイプ２５の断面２次モーメントが大きくなる。すなわち、スピンドルガイド部３の剛性が高まる。それにより、先端部材２の位置決め精度を向上させられるとともに、切削性を向上させられる。また、溝状部２４ｂにガイドパイプ３０を配置したことにより、ガイドパイプ３０の円周方向の位置決めを容易に行え、組立性が良好である。

【0125】

図２６や図２７のように姿勢操作部材３１が周方向の３箇所に設けられているアクチュエータ本体６では、本体基端ハウジング４内を以下のように構成する。
工具回転用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２を本体基端ハウジング４の内部に設ける場合、例えば図２８に示すように、各姿勢操作部材３１（３１Ｕ，３１Ｌ，３１Ｒ）をそれぞれ個別に進退操作させる３つの姿勢変更用駆動源４２（４２Ｕ，４２Ｌ，４２Ｒ）を左右並列に配置すると共に、各姿勢変更用駆動源４２に対応するレバー４３ｂ（４３ｂＵ，４３ｂＬ，４３ｂＲ）を共通の支軸４３ａ回りに回動自在に設け、各レバー４３ｂにおける支軸４３ａからの距離が長い作用点Ｐ１（Ｐ１Ｕ，Ｐ１Ｌ，Ｐ１Ｒ）に各姿勢変更用駆動源４２の出力ロッド４２ａの力が作用し、支軸４３ａからの距離が短い力点Ｐ２（Ｐ２Ｕ，Ｐ２Ｌ，Ｐ２Ｒ）で姿勢操作部材３１に力を与える構成としてある。これにより、各姿勢変更用駆動源４２の出力が増力して対応する姿勢操作部材３１に伝達させることができる。なお、回転軸２２は、上側の姿勢操作部材３１Ｕ用のレバー４３ｂＵに形成された開口４４を貫通させてある。

【0126】

また、工具回転用駆動源（図示せず）および姿勢変更用駆動源（図示せず）を本体基端ハウジング４の外部に設ける場合、例えば図２９に示すように、各姿勢変更用駆動源から姿勢変更用可撓性ワイヤ６０Ｂを介して回転が伝達される減速機８１（８１Ｕ，８１Ｌ，８１Ｒ）を設置すると共に、各減速機８１の出力軸８１ｂの回転運動を直線往復運動に変換する３つの姿勢変更用駆動機構４３（４３Ｕ，４３Ｌ，４３Ｒ）を、それぞれ姿勢操作部材３１（３１Ｕ，３１Ｌ，３１Ｒ）に対応させて配置する。図２９は、姿勢変更用駆動機構４３を、図２３に示す直動機構型の動作変換機構とした例である。各減速機８１および各姿勢変更用駆動機構４３は、回転軸２２を中心にして放射状に配置してある。

【0127】

以上、医療用の遠隔操作型アクチュエータについて説明したが、この発明はそれ以外の用途の遠隔操作型アクチュエータにも適用できる。例えば、機械加工用とした場合、湾曲状をした孔のドリル加工や、溝内部の奥まった箇所の切削加工が可能になる。

【符号の説明】

【0128】

１…工具
２…先端部材
３…スピンドルガイド部
４…本体基端ハウジング
６…アクチュエータ本体
１３…スピンドル
１５…先端部材連結部
２２…回転軸
３０ａ…ガイド孔
３１…姿勢操作部材
４１…工具回転用駆動源
４２…姿勢変更用駆動源
４３…姿勢変更用駆動機構
４３ｃ…動作変換機構
５０…操作台
５１…直動部
５２，５３…回転対偶部
５９，１４３…静止機構
６０Ａ…工具回転用可撓性ワイヤ
６０Ｂ…姿勢変更用可撓性ワイヤ
６１…アウタチューブ
６２…インナワイヤ
６３…転がり軸受
６４Ｉ，６４Ｏ…ばね要素
１０２Ａ…入力側リンク作動装置
１０２Ｂ…出力側リンク作動装置
１０３…固定台
１０４…広義固定部材
１０５…回転伝達機構
１１１Ａ，１１２Ａ，１１３Ａ…入力側リンク機構
１１１Ｂ，１１２Ｂ，１１３Ｂ…出力側リンク機構
１１１ａ，１１２ａ，１１３ａ…固定側の端部リンク部材
１１１ｂ，１１２ｂ，１１３ｂ…中央リンク部材
１１１ｃ，１１２ｃ，１１３ｃ…入力側または出力側の端部リンク部材
１１４Ａ，１１４Ｂ…固定部材
１１５Ａ…入力部材
１１５Ｂ…出力部材
１５１…回転角検出手段
１５５…角度算出手段
１５６…角度表示手段
Ｑ…曲率中心

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】