特許 6694625 受動関節装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6694625

(24)【登録日】2020年4月22日

(45)【発行日】2020年5月20日

(54)【発明の名称】受動関節装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 19/00 20060101AFI20200511BHJP

   B25J 17/00 20060101ALI20200511BHJP

【ＦＩ】

   B25J19/00 D

   B25J17/00 F

【請求項の数】10

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2019-220499(P2019-220499)

(22)【出願日】2019年12月5日

【審査請求日】2019年12月5日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】515276808

【氏名又は名称】株式会社Ａ−Ｔｒａｃｔｉｏｎ

(74)【代理人】

【識別番号】100076428

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 康徳

(74)【代理人】

【識別番号】100115071

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 康弘

(74)【代理人】

【識別番号】100112508

【弁理士】

【氏名又は名称】高柳 司郎

(74)【代理人】

【識別番号】100116894

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 秀二

(74)【代理人】

【識別番号】100130409

【弁理士】

【氏名又は名称】下山 治

(74)【代理人】

【識別番号】100134175

【弁理士】

【氏名又は名称】永川 行光

(74)【代理人】

【識別番号】100177390

【弁理士】

【氏名又は名称】大出 純哉

(72)【発明者】

【氏名】安藤 岳洋

(72)【発明者】

【氏名】粟野 啓太

【審査官】 貞光 大樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１１５９０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００４−５２０５５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５１０１３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２５Ｊ １／００ − ２１／０２

Ａ６１Ｂ ９０／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

固定側部材に対して、回転側部材を水平軸を中心として上下方向に回動可能に支持する受動関節装置であって、
前記水平軸を中心とする円筒面を有し、前記固定側部材に固定された円筒状のカム部材であって、前記円筒面に前記水平軸を中心として対称に配置され、前記水平軸に沿って斜めに形成された一対のカム面を有するカム部材と、
前記回転側部材に固定された前記水平軸の内部に前記水平軸に沿ってスライド可能に配置され、前記一対のカム面にそれぞれ接触する一対のカムフォロワを有する台座と、
前記回転側部材に固定された前記水平軸の内部に配置され、前記台座を前記水平軸に沿って前記固定側部材に向けて付勢するスプリングと、を備え、
前記スプリングの力により、前記一対のカムフォロワを前記一対のカム面に接触させるとともに、前記一対のカム面を押して、前記回転側部材に加わる重量による前記回転側部材の下方向への回動力を軽減するように、前記回転側部材に上方向への回動力を与えることを特徴とする受動関節装置。

【請求項2】

前記カムフォロワは、前記台座の両端に、前記台座に対して回転可能に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の受動関節装置。

【請求項3】

前記台座は、前記台座に回転可能に配置されたスライド用軸受けにより、前記水平軸に対してスライド可能に支持されていることを特徴とする請求項１または２に記載の受動関節装置。

【請求項4】

前記カム面は、前記スプリングの変位と荷重の特性に応じた曲面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の受動関節装置。

【請求項5】

前記固定側部材に一端が固定され、前記回転側部材に他端が固定された一対のケーブルをガイドするガイド部材をさらに備え、
前記ガイド部材は、前記水平軸に対して回転可能に配置されたパイプ状の部材と、該パイプ状の部材の外周面に互いに対向して形成され、前記一対のケーブルをそれぞれスライドさせてガイドする一対の、包絡線が円弧状に近い形状の部分とを有し、前記固定側部材と前記回転側部材との相対的な回動により前記一対のケーブルが互いに同じ方向に変位するにつれて、前記一対のケーブルをガイドしつつ、前記水平軸の回りに回転することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の受動関節装置。

【請求項6】

前記固定側部材から前記回転側部材に動力を伝達する動力伝達機構をさらに備え、
前記動力伝達機構は、前記固定側部材に配置された回転駆動源と、該回転駆動源から回転力を伝達される、前記水平軸と同軸の回転軸と、該回転軸に配置されたウォームギヤと、該ウォームギヤに噛み合うウォームホイールと、該ウォームホイールに固定され、前記水平軸と垂直な軸の回りに回転する回転動作部材とを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の受動関節装置。

【請求項7】

前記回転側部材は、前記回転動作部材の回転をガイドする円弧状の摺動面を有することを特徴とする請求項６に記載の受動関節装置。

【請求項8】

前記固定側部材から前記回転側部材に動力を伝達する動力伝達機構をさらに備え、
前記動力伝達機構は、前記固定側部材に配置された回転駆動源と、該回転駆動源から回転力を伝達される、前記水平軸と同軸の第１の回転軸と、該第１の回転軸から回転力を伝達される第２の回転軸と、該第２の回転軸に配置されたウォームギヤと、該ウォームギヤに噛み合うウォームホイールと、該ウォームホイールに固定され、前記水平軸と垂直な軸の回りに回転する回転動作部材とを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の受動関節装置。

【請求項9】

前記第２の回転軸は、前記回転動作部材の回転軸が前記水平軸と直交するように、前記水平軸からオフセットされていることを特徴とする請求項８に記載の受動関節装置。

【請求項10】

前記回転側部材は、前記回転動作部材の回転をガイドする円弧状の摺動面を有することを特徴とする請求項８または９に記載の受動関節装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、医療用ロボットなどにおけるアーム間を連結する受動関節装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

腹腔鏡手術は、一般に、臓器の切開、切除、縫合を行う医師（以下、「術者」という）と、内視鏡を保持する医師（以下、「スコピスト」という）と、術者の視野展開のため臓器の牽引や切開時の張力保持などを行う医師（以下、「助手」という）とによって行われる。腹腔鏡手術に用いられる手術支援装置（手術支援ロボットなどともいわれる）には、鉗子や内視鏡、電気メス等の術具の姿勢を１以上のロボットアームで制御することで、手術に必要な医師数を緩和しようとするものがある。

【0003】

従来の腹腔鏡手術に使用される手術支援装置は、術者、スコピスト、助手の３名分の動作を行うものと、内視鏡を１つのアームで保持するものとに大別できる。術者、スコピスト、助手の役割を果たすものはコンソール型の手術支援ロボットで、複数のロボットアームを患者の周辺や患者上部に配置するものが知られている。

【0004】

ロボットアームの機構として、大きく分けて、腹壁での回転中心を機構的に決めてしまうものと、特許文献１に開示されているような、ロボット自体に受動関節を持たせ、腹壁を支点として自由度を持って支えるものとの２つに分類できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１８−１７５８６３号公報

【特許文献2】特開２０１１−１１５９０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

受動関節を持つ機構では、その関節より先端側の自重が腹壁にかかるという問題があった。この腹壁にかかる重量を、カウンターウェイトによって補償するという方法もあるが、コンパクトにするためには非常に大きな質量が必要となり現実的ではない。このため、特許文献２に開示されているように、ばねによって自重補償を行う機構も提案されているが、このような機構では関節部の大きさが問題となる。

【0007】

また、受動関節を持つ場合、その関節より先端側に動力を伝達できない。そのため、特許文献１に開示されるように、受動関節より先端側にアクチュエータを取り付ける必要があった。

【0008】

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、医療用のロボットなどに用いられる受動関節において、先端側の重量によりアームに加わる下方向への回動力を、関節の大型化を抑制しつつ軽減できるようにすることである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係わる受動関節装置は、固定側部材に対して、回転側部材を水平軸を中心として上下方向に回動可能に支持する受動関節装置であって、前記水平軸を中心とする円筒面を有し、前記固定側部材に固定された円筒状のカム部材であって、前記円筒面に前記水平軸を中心として対称に配置され、前記水平軸に沿って斜めに形成された一対のカム面を有するカム部材と、前記回転側部材に固定された前記水平軸の内部に前記水平軸に沿ってスライド可能に配置され、前記一対のカム面にそれぞれ接触する一対のカムフォロワを有する台座と、前記回転側部材に固定された前記水平軸の内部に配置され、前記台座を前記水平軸に沿って前記固定側部材に向けて付勢するスプリングと、を備え、前記スプリングの力により、前記一対のカムフォロワを前記一対のカム面に接触させるとともに、前記一対のカム面を押して、前記回転側部材に加わる重量による前記回転側部材の下方向への回動力を軽減するように、前記回転側部材に上方向への回動力を与えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、医療用のロボットなどに用いられる受動関節において、先端側の重量によりアームに加わる下方向への回動力を、関節の大型化を抑制しつつ軽減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態に係わる手術支援装置の構成を示す図である。

【図2】一実施形態における自重補償機構の構成を示す図である。

【図3】第２の受動関節を正面から見た図である。

【図4】第２の受動関節にケーブルガイド部材を取り付けた状態を示す図である。

【図5】ケーブルの取り回し方法の一例を示す図である。

【図6】ケーブルのガイド部の変形例を示した図である。

【図7】受動関節より先の部分に動力を伝達する機構の一例を示す図である。

【図8】回転側部材の移動を案内する構造を示す図である。

【図9】軸をオフセットさせた動力伝達機構を示す図である。

【図10】術具の着脱機構の例を示す図である。

【図11】ドレープの配置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明を医療用の手術支援装置に適用した一実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

【0016】

図１は、本発明の一実施形態に係わる手術支援装置の構成を示す図である。

【0017】

本実施形態に係わる手術支援装置１０は、患者の体腔１１内に外套管１３を通して挿入された術具やエンドエフェクタの姿勢を制御するロボットアーム１２を有する。手術支援装置１０は、術者が体腔１１内に挿入して実際に手術に用いる術具１４（以下、手持ち医療器具ともいう）の挿入角度及び挿入深度を計測する。そして、計測結果に応じて、術具１４やエンドエフェクタ（以下、合わせてロボット医療器具ともいう）の姿勢を制御するためのロボットアーム１２を制御するように構成されている。

【0018】

より具体的には、ロボットアーム１２は、鉛直方向の回転軸１６の回りに回動する第１アーム１８と、第１アーム１８を水平面内で矢印Ａ方向に能動的に回動させる能動関節２０と、第１アーム１８の先端の鉛直方向の回転軸２２の回りに回動する第２アーム２４と、第２アーム２４を水平面内で矢印Ｂ方向に能動的に回動させる能動関節２６とを有する。さらにロボットアーム１２は、第２アーム２４の先端の鉛直方向の回転軸２８の回りに回動する第３アーム３０と、第３アーム３０を水平面内で矢印Ｃ方向に能動的に回動させる能動関節３２とを有する。

【0019】

第３アーム３０の先端には、固定側部材３４を鉛直方向の回転軸３６の回りに矢印Ｄ方向に受動的に回動させる第１の受動関節３７が配置されている。また、固定部材３４の下端には、回転側部材３８を水平方向の回転軸である水平軸（回動軸）４０の回りに矢印Ｅ方向（上下方向）に受動的に回動させる（回動可能な）第２の受動関節４２が配置されている。

【0020】

つまり、ロボットアーム３０は、アクチュエータを持つ最低３軸の能動関節２０，２６，３２と、最低２軸の第１及び第２の受動関節３７，４２を備え、第２の受動関節４２よりも先端側に棒状の術具１４を保持する。一般的には第１及び第２の受動関節３７，４２の軸は直交して１点で交わるが、直交していなくても、また１点で交わらなくても本実施形態の機構は実現可能である。

【0021】

なお、３軸の能動関節は、受動関節の位置と姿勢を一意に決められる機構であればどのような機構でもよく、図１に示される構成に限定されるものではない。各能動関節２０，２６，３２および第１及び第２の受動関節３７，４２には、関節角を計測するエンコーダが配置されており、位置情報をフィードバックすることによりエンドエフェクタの位置姿勢を一意に決定することができる。

【0022】

ここで、一般的に、図１に示されるような構成においては、第２の受動関節４２の水平軸４０より遠位側には術具１４等の質量があり、この質量により、腹壁１５には下方向の力が加わってしまう。これは、患者への負担となる。これを防ぐために、本実施形態では、第２の受動関節４２に自重補償機構１００を設けている。

【0023】

以下、この自重補償機構１００について説明する。図２は、本実施形態における自重補償機構１００の構成を示す図である。

【0024】

受動関節４２に配置される自重補償機構１００は図２に示すように、主として固定側部材１０２、水平軸軸受１０４、円筒カム部材１０６、水平軸４０、水平軸固定部材１０８、一対のカムフォロワ１１０、一対のスライド用軸受け１１２、スプリング台座１１４、スプリング１１６、そして回転側部材１１８を備えて構成されている。円筒状の円筒カム部材１０６の円筒面には、水平軸４０を中心として対称となるように、一対の円筒カム面１０６ａが形成されている。一対のカムフォロワが接触する円筒カム面１０６ａは、水平軸４０の方向に沿って斜めとなるように形成されている。水平軸４０は、回転側部材１１８に対しては固定され、固定側部材１０２に対しては水平軸軸受１０４と水平軸固定部材１０８とにより、相対的に回転可能に支持されている。なお、後に示すケーブルガイドはこの図には含まれていない。

【0025】

図２に示したように、一対のカムフォロワ１１０、一対のスライド用軸受１１２は水平軸４０を中心に対称に取り付けられており、これらが両端に取り付けられているスプリング台座１１４には、固定側部材１０２に向けてスプリング１１６の付勢力が加わる。スライド用軸受け１１２は、スプリング台座１１４及びカムフォロワ１１０とは独立して回転可能な軸受けであり、水平軸４０のスライド面４０ａを転動する。すなわち、カムフォロワ１１０、スプリング台座１１４、スライド用軸受け１１２は水平軸４０の回転に追従して、スプリング１１６の付勢力に抗する円筒カム面１０６ａからの拘束力を受け、水平軸４０に沿って移動する（スライド可能）とともに、回転側部材１１８は、水平軸４０を中心に上方向に回動させる力を受けることとなる。言い換えると、回転側部材１１８は、その先端部の自重により矢印Ｇ方向の回転モーメントを受けるが、スプリング１１６の付勢力により、円筒カム面１０６ａに接触したカムフォロワ１１０は、円筒カム面１０６ａから矢印Ｆ方向の反力を受ける。そのため、回転側部材１１８には、矢印Ｈ方向の回転モーメントが生じ、回転側部材１１８の自重による回転モーメントが軽減される、あるいは相殺される。

【0026】

ここで、本実施形態では、円筒カム面１０６ａは、水平軸４０を中心に対称となるように配置されているため、カムフォロワ１１０に加わる力も軸に対して対称となり、スプリング台座１１４を精密にスライドさせるための直動ガイドは必要ない。

【0027】

図３は、第２の受動関節４２を正面から見た図である。カムフォロワ１１０は、スプリング１１６の力によって円筒カム面１０６ａに押し付けられている。そのため、円筒カム面１０６ａの傾きによってスプリング１１６の力が水平軸４０回りの上方向に回転させるモーメントに変換される。これにより、すでに説明したように、水平軸４０より遠位側の重量による回転側部材１１８の下方向への回動力を軽減することが可能となる。そのため、手術中の患者への負担が軽減される。

【0028】

なお、一般的にはスプリング１１６には変位と荷重が比例関係にある特性の線形スプリングを用いるが、カム面１０６ａのカム曲線を適切に設計すれば、定荷重、非線形等の特性のスプリングでも同様の効果を得ることが可能となる。

【0029】

次に、本実施形態におけるケーブルの通し方について説明する。

【0030】

ロボット等の駆動装置では、その関節内にケーブルを通すことが多いが、本実施形態では、第２の受動関節４２内に自重補償機構１００を有するため、水平軸４０の内部が機構部品で占められ、ケーブル等を通すことができない。そこで、本実施形態の構成における、ケーブルに対する負荷をなるべく小さくするような取り回し方法について以下説明する。

【0031】

図４は、本実施形態における第２の受動関節４２にケーブルガイド部材２０２を取り付けた状態を示す図である。

【0032】

ケーブルガイド部材２０２は、図２における水平軸４０、固定側部材１０２、回転側部材１１８のいずれにも影響を受けず、水平軸４０と同軸で自由に回転可能なパイプ状の部材である。また、ケーブルガイド部材２０２の外周面には、図４に示すように、円弧状部分を有するガイド部Ａ２０４およびガイド部Ｂ２０６が配置されている。ケーブルはこれらガイド部Ａ２０４、ガイド部Ｂ２０６の円弧状の表面２０４ａ，２０６ａを滑るように移動する。ここで、図４においては、ガイド部Ａ２０４、ガイド部Ｂ２０６は形状が異なるが、他の部品をよけるための工夫であり、ケーブルをガイドする面さえあればどのような形でも同様の機能を果たすことができる。

【0033】

図５は、ケーブルの取り回し方法の一例を示す図である。なお、ここで示す手法は電気的なケーブルだけでなく、流体チューブや光ファイバ等のケーブル状のものであれば同様に扱うことが可能である。ケーブルＡ２１０、ケーブルＢ２１２は、ケーブルガイド部材２０２の周囲を３次元的に屈曲しながら配置され、ケーブルガイド部材２０２との間で相対的な移動が起きる。

【0034】

図５（ａ）、５（ｂ）は、水平軸４０がある角度のときのケーブルＡ２１０、ケーブルＢ２１２およびケーブルガイド２０２の状態を示す図である。ケーブルＡ２１０とケーブルＢ２１２の２種類が存在するが、一方だけを遠位側に配線されるケーブルとし、もう一方を機械的なワイヤとしてもよい。

【0035】

各ケーブルの一端及び他端は、固定側部材１０２および回転側部材１１８にケーブル固定部材２１４によって固定されており、軸に巻き付けられるようにしてケーブルガイド部材２０２の領域に入る。なお、図示の関係上、ケーブルＡ２１０について固定側部材１０２のケーブル固定部材２１４が描かれていないが、ケーブルＢ２１２と同様に固定側部材１０２に固定されている。

【0036】

ここで、図５（ａ）、（ｂ）の状態から図５（ｃ）、（ｄ）の状態になるように水平軸４０の回転角度が変化した場合を考える。固定側部材１０２、回転側部材１１８の両方の領域ではケーブルとの相対的な摺動はなく、単純な巻き付き動作だけである。一方、ケーブルガイド部材２０２の領域では、いずれのケーブルもケーブルガイド部材２０２に対して相対的に摺動する。マーク２１０ａ，２１０ｂの位置で示したように、ケーブルＡ２１０とケーブルＢ２１２はそれぞれ反対方向に移動する。また、このとき、ケーブルガイド部材２０２は、ケーブルＢ２１２によって引っ張られるため、水平軸４０の回りに回転し、固定側部材１０２から見たときの位置は変化している。

【0037】

次に、図５（ｃ）、（ｄ）の状態から図５（ａ）、（ｂ）の状態になるように水平軸４０の回転角度が変化した場合を考える。このときには、ケーブルＡ２１０がケーブルガイド部材２０２を引っ張るような動作をするため、ケーブルガイド部材２０２は反対方向に回転し、図５の（ａ）、（ｂ）の状態に戻る。このように、配線するためのケーブルを、ケーブルガイド部材２０２を駆動することにも使うことにより、ケーブルに対して無理のない曲率半径を保ちながらケーブル長を変えることなく関節部を通過させることが可能となる。

【0038】

ここで示した例では、ケーブルＡ２１０およびケーブルＢ２１２を対向させるように配置することにより、ケーブルガイド部材２０２を反対方向に駆動させているが、同様の効果をもたらすのであればこの方法に限定されるものではない。例えば、ケーブルガイド部材に常に一定方向にモーメントがかかるようなねじりばねを設ける方法や、水平軸の角度に連動するギアなどによってケーブルガイド部材を駆動する方法等も考えられる。このような方法をとれば、ケーブルＡ２１０またはケーブルＢ２１２のどちらかの経路だけでも同様の挙動をさせることが可能である。

【0039】

なお、上記の説明では、ガイド部Ａ２０４及びガイド部Ｂ２０６のガイド面を円弧状と記載したが、本発明は円弧状の形状に限定されるものではない。例えば、円弧状といっても真円である必要はないし、また、図６（ａ）に示すように、円弧状に近い形状の多角形状や、図６（ｂ）に示すようにピンやボールなどを円弧状に近い形状に並べた形状など、包絡線が円弧状に近い形状となるようにガイド部を構成してもよい。

【0040】

次に、受動関節４２よりも先の部分に動力を伝達する方法について説明する。背景技術の欄では、受動関節を持つ場合、その関節より先端側に動力を伝達できないため、受動関節より先端側にアクチュエータを取り付ける必要があることについて記載した。しかし、単純な動作であれば、受動関節より先にアクチュエータを設けずに、機械的に動力を伝達した方が簡便である場合がある。ここではその機構について説明する。

【0041】

図７は、受動関節より先の部分に動力を伝達する機構の一例を示す図である。第１の受動関節３７と第２の受動関節４２は、アクチュエータを持たない受動的な関節であるため、固定側部材３４は、鉛直方向の回転軸（垂直軸）３６の回りに自由に回転でき、回転側部材３８は、水平軸４０の回りに自由に回転できる。一般的には、水平軸４０と垂直軸３６は直交して１点で交わるが、必ずしもその必要はない。

【0042】

図７において、モータなどからなる回転駆動源３０２の回転力はプーリ３０４とベルト３０６を通してウォーム軸３０８に伝達される。ここで、ウォーム軸３０８と水平軸４０は同軸となっており、且つそれぞれの軸は独立に回転が可能である。ウォーム軸３０８がウォーム軸受３０９により支持されて回転すると、ウォームギヤ３１０を介してウォームホイール３１２に動力が伝達される。これにより、被駆動体である回転動作部材３１４が、紙面に垂直な回転軸３１６の回りに回転される。回転動作部材３１４には、術具１４が搭載されている。

【0043】

なお、図７では、ウォームホイール３１２は１周分ではなく、一部分のみに歯がある状態である。回転駆動部材３１４を１回転させたければ、ウォームホイール３１２を全周に設け、回転角に制限があってよければ、図７のように一部分に設けるだけでもよい。

【0044】

ここで、回転動作部材３１４は、曲面状に拘束されて移動しなければならない。これを可能にする構造の例を図８に示す。

【0045】

図８では、回転側部材３８に形成された溝３２２の中をベアリング等の転がり軸受３２４が移動することにより、回転動作部材３１４が曲面状に拘束されながら移動することが可能である。ただし、転がり軸受３２４だけでは全ての方向を受けることができないため、回転側部材３８の側面３２６とＲガイド面（摺動面）３２８では摺動によって回転動作部材３１４を移動可能に支持する。

【0046】

図７に戻り、回転駆動源３０２で発生した動力はプーリ３０４、ベルト３０６、ウォームギヤ３１０を介してウォームホイール３１２に伝達され、回転動作部材３１４が回転駆動される。この時にウォームホイール３１２がロックした状態、または負荷が非常に大きい状態では、ウォーム軸３０８を回転させるトルクは水平軸４０を回転させるトルクとなってしまう。しかし、ウォームギアによる減速比は一般的に非常に大きいので、水平軸を回転させるトルクが発生したとしても軽微である。

【0047】

また、一般的には、回転動作部材３１４には鉗子や内視鏡といった長いシャフト形状の術具１４が搭載されており、外套管１３によって支えられている。このため水平軸４０に軽微なトルクが発生しても回転動作部材３１４が水平軸４０のまわりに回転することはない。水平軸４０の受動回転に影響を与えない程度の摩擦力発生機構(ブレーキやダンパ)を付加することでも解決可能である。

【0048】

なお、図７に示した機構では、水平軸４０と回転動作部材３１４の回転軸３１６が交わっていないが、図９に示したように、第２のベルト３３２によって軸をオフセットさせれば、垂直軸３６と、水平軸４０と、回転軸３１６を１点で交わらせることが可能である。

【0049】

また、上記の例では、回転駆動源３０２からベルト３０６により動力を伝達するように説明したが、ギアや類似の伝達機構を介してもよい。

【0050】

次に、回転動作部材３１４に、術具１４を着脱する機構について説明する。

【0051】

一般的に受動関節より遠位側には術具（手術器具）が取り付けられ、その器具は交換のために頻繁に取り外しされることが多い。ここでは、上記で説明した回転動作部材３１４に対して術具１４の着脱を可能とする機構について説明する。

【0052】

図１０は、術具１４の着脱機構の例を示す図である。図９に示すように、回転動作部材３１４には固定用突起３４２が設けられ、その固定用突起３４２と勘合するように、固定用アダプタ３４４が取り付けられる。取り付けは固定ネジ３４５などを用いるが、固定方法はこれに限るものではない。

【0053】

固定用アダプタ３４４には、医療器具アダプタ３４６が着脱自在に装着される。医療器具アダプタ３４６は、固定用アダプタ３４４に術具１４を取り付けるためのアダプタであり、取り付けたい術具１４の形状に合わせていくつかの種類を持つことができる。固定用アダプタ３４４には、不図示のバネで付勢された固定爪３４８が配置されており、医療器具アダプタ３４６は、この固定爪３４８に係止されて、固定用アダプタ３４４に装着される。また、解除レバー３５０を押すことにより、医療器具アダプタ３４６を、固定用アダプタ３４４から取り外すことができる。

【0054】

次に、図１１は、ドレープの配置を示す図である。一般的に、ロボットは洗浄や滅菌が不可能であるため、ドレープと呼ばれる袋状の覆い３５２を被せて清潔部と非清潔部を分離する。本実施形態では、図１１に示すように、覆い３５２の一部に穴を設けて固定用突起３４２を露出させ、固定用アダプタ３４４を取り付ける。

【0055】

固定用突起３４２は非清潔部のため、可能な限り露出しないようにしなければならない。本実施形態の構造では、固定用アダプタ３４４を取り外さなくとも医療器具アダプタを取り外すことができるため、露出している非清潔部に触ることなく、機器の着脱が可能となる。

【0056】

以上説明したように、上記の実施形態によれば、受動関節にばねによる自重補償機構を設けることにより、先端側の重量により回転側部材に加わる下方向への回動力を、関節の大型化を抑制しつつ軽減することが可能となる。

【0057】

また、第２の受動関節に、水平軸の回りに回転自在で円弧状のケーブルガイド面を有するパイプ状のケーブルガイド部材を配置することにより、受動関節に自重補償機構を設けた場合でも、ケーブルに負担をかけることなくケーブルの引き回しを行うことができる。

【0058】

さらに、受動関節に、上記で説明したような動力伝達機構を設けることにより、簡単な構成で、受動関節よりも先の部分に動力を伝達することが可能となる。

【符号の説明】

【0059】

１０：手術支援装置、１４：術具、２０,２６,３２：能動関節、３７：第１の受動関節、４０：水平軸、４２：第２の受動関節、１００：自重補償機構、２０２：ケーブルガイド部材、３０２：回転駆動源、３１４：回転動作部材

【要約】      （修正有）

【課題】先端側の重量によりアームに加わる下方向への回動力を、関節の大型化を抑制しつつ軽減できる医療用のロボットなどに用いられる受動関節を提供する。
【解決手段】固定側部材１０２に対して、回転側部材１１８を水平軸４０を中心として上下方向に回動可能に支持する受動関節４２であって、水平軸を中心とする円筒面を有し、固定側部材に固定された円筒状のカム部材１０６であって、円筒面に水平軸を中心として対称に配置され、水平軸に沿って斜めに形成された一対のカム面を有するカム部材と、回転側部材に固定された水平軸の内部に水平軸に沿ってスライド可能に配置され、一対のカム面にそれぞれ接触する一対のカムフォロワ１１０を有する台座と、回転側部材に固定された水平軸の内部に配置され、台座を水平軸に沿って固定側部材に向けて付勢するスプリング１１６と、を備える。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】