特許 7345008 外科手術システムに使用されるマニピュレータアーム、ロボットシステムおよび外科用器具の並進方法

(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】

(24)【登録日】2023-09-06

(45)【発行日】2023-09-14

(54)【発明の名称】外科手術システムに使用されるマニピュレータアーム、ロボットシステムおよび外科用器具の並進方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 34/30 20160101AFI20230907BHJP

   B25J 17/02 20060101ALI20230907BHJP

【ＦＩ】

A61B34/30

B25J17/02 Z

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2022070226

(22)【出願日】2022-04-21

(62)【分割の表示】P 2020182563の分割

【原出願日】2019-12-17

(65)【公開番号】P2022097546

(43)【公開日】2022-06-30

【審査請求日】2022-04-21

(31)【優先権主張番号】P 2018243446

(32)【優先日】2018-12-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】514063179

【氏名又は名称】株式会社メディカロイド

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】橋本 康彦

(72)【発明者】

【氏名】吉田 俊明

(72)【発明者】

【氏名】須賀 和則

【審査官】菊地 康彦

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２５３１６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０４５５００（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０２０９２９２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０８－１４１９６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１２３６７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０２－０３１９４２（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ３４／３０－３４／３７

Ｂ２５Ｊ １７／００－１８／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外科手術システムに使用されるマニピュレータアームであって、
複数のリンク部と複数の関節を備えたアーム本体部と、
前記アーム本体部の先端部に設けられる並進機構と、を備え、
前記並進機構は、
前記アーム本体部の先端部に連結される基端側ユニットと、
外科用器具が取り付けられる器具保持部を備えた先端側ユニットと、
前記基端側ユニットと前記先端側ユニットとを連結する連結ユニットと、を備え、
前記器具保持部は、第１モータおよび前記第１モータの出力を減速させて増大したトルクで前記外科用器具を駆動する減速機を備え、
前記連結ユニットは、前記連結ユニットの長手方向における記基端側ユニットと前記先端側ユニットの位置が相対的に変化するように前記基端側ユニットと前記先端側ユニットとを移動させるように構成されている連動機構と、前記連動機構を駆動するための第２モータと、を備える、マニピュレータアーム。

【請求項2】

前記基端側ユニットは、第１摺動機構を介して前記連結ユニットの長手方向に相対移動可能に前記連結ユニットに接続され、
前記先端側ユニットは、第２摺動機構を介して前記長手方向に相対移動可能に前記連結ユニットに接続され、
前記基端側ユニットが前記連結ユニットに対して前記長手方向の第１方向に移動するとき、前記先端側ユニットは、前記連結ユニットに対して前記第１方向とは反対の第２方向に移動するように構成されている、請求項１に記載のマニピュレータアーム。

【請求項3】

前記器具保持部は、前記第１モータの回転角を検出するエンコーダを備える、請求項１または２に記載のマニピュレータアーム。

【請求項4】

前記器具保持部は、複数の前記第１モータと、複数の前記減速機と、複数の前記エンコーダと、を備える、請求項３に記載のマニピュレータアーム。

【請求項5】

前記基端側ユニットは、前記アーム本体部の先端部に曲げ関節を介して接続されている、請求項１から４の何れか１項に記載のマニピュレータアーム。

【請求項6】

前記連結ユニットは、連動機構を備え、
前記連動機構は、前記基端側ユニットと前記先端側ユニットの前記長手方向における位置が相対的に変化するように前記基端側ユニットと前記先端側ユニットとを移動させるように構成されている、請求項１から５の何れか１項に記載のマニピュレータアーム。

【請求項7】

前記基端側ユニットに対する前記先端側ユニットの相対位置変化速度は、前記基端側ユニットに対する前記連結ユニットの相対位置変化速度の２倍である、請求項６に記載のマニピュレータアーム。

【請求項8】

前記マニピュレータアームは、７以上の自由度を有する、請求項１から７の何れか１項に記載のマニピュレータアーム。

【請求項9】

前記アーム本体部は、７自由度を有する、請求項１から８の何れか１項に記載のマニピュレータアーム。

【請求項10】

請求項１から９の何れか１項に記載のマニピュレータアームと、
前記マニピュレータアームの移動の指示の入力を受け付ける操作装置と、
前記指示に応じて前記マニピュレータアームを移動させる制御装置と、を備える、ロボットシステム。

【請求項11】

外科手術システムに使用されるマニピュレータアームにおける外科用器具の並進方法であって、
前記マニピュレータアームは、
複数のリンク部と複数の関節を備えたアーム本体部と、
前記アーム本体部の先端部に設けられる並進機構と、を備え、
前記並進機構は、
前記アーム本体部の先端部に連結される基端側ユニットと、
外科用器具が取り付けられる器具保持部を備えた先端側ユニットと、
前記基端側ユニットと前記先端側ユニットとを連結する連結ユニットと、を備え、
前記器具保持部は、第１モータおよび前記第１モータの出力を減速させて増大したトルクで前記外科用器具を駆動する減速機を備え、
前記連結ユニットは、前記連結ユニットの長手方向における記基端側ユニットと前記先端側ユニットの位置が相対的に変化するように前記基端側ユニットと前記先端側ユニットとを移動させるように構成されている連動機構と、前記連動機構を駆動するための第２モータと、を備え、
前記並進方法は、
前記基端側ユニットを、前記連結ユニットの長手方向の第１方向に移動させることに連動して、前記先端側ユニットを、前記第１方向とは反対の第２方向に移動させる、外科用器具の並進方法。

【請求項12】

前記基端側ユニットに対する前記先端側ユニットの相対位置変化速度は、前記基端側ユニットに対する前記連結ユニットの相対位置変化速度の２倍である、請求項１１に記載の並進方法。

【請求項13】

前記マニピュレータアームは、７以上の自由度を有する、請求項１１または１２に記載の並進方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、外科手術システムに使用されるマニピュレータアーム、ロボットシステムおよび外科用器具の並進方法に関する。

【背景技術】

【0002】

複数のマニピュレータアームを備え、施術者の操作に基づいて当該複数のマニピュレータアームを動かして外科手術を行うマスタ－スレーブ型のシステムが知られている（例えば特許文献１，２等参照）。このようなシステムにおいては、各マニピュレータアームの先端部に外科用器具が取り付けられ、取り付けられた外科用器具を直線移動させる並進機構を備えている。

【0003】

マニピュレータアームの先端部に取り付けた外科用器具を直線移動させる並進機構として、ベースリンク、アイドラーリンクおよびキャリッジリンクを伸縮するように設けたマニピュレータが知られている（下記特許文献３参照）。特許文献３に記載された並進機構は、３つのリンクにおいて１つ目のリンクに対する２つ目のリンクの移動方向および２つ目のリンクに対する３つ目のリンクの移動方向とすることで３つのリンクの伸縮を可能としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特表２０１７－５１５５２４号公報

【文献】特表２０１７－５１３５５０号公報

【文献】米国特許第８１８２４７０号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、従来の並進機構では、外科用器具の直線移動速度について改善の余地がある。

【0006】

本発明は、以上のような課題を解決すべくなされたものであり、簡単な構成で外科用器具の直線移動を迅速に行うことができる外科手術システムに使用されるマニピュレータアーム、ロボットシステムおよび外科用器具の並進方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様に係る外科手術システム用のマニピュレータアームは、複数のリンク部と複数の関節を備えたアーム本体部と、前記アーム本体部の先端部に設けられる並進機構と、を備え、前記並進機構は、前記アーム本体部の先端部に連結される基端側ユニットと、外科用器具が取り付けられる器具保持部を備えた先端側ユニットと、前記基端側ユニットと前記先端側ユニットとを連結する連結ユニットと、を備え、前記器具保持部は、第１モータおよび前記第１モータの出力を減速させて増大したトルクで前記外科用器具を駆動する減速機を備え、前記連結ユニットは、前記連結ユニットの長手方向における記基端側ユニットと前記先端側ユニットの位置が相対的に変化するように前記基端側ユニットと前記先端側ユニットとを移動させるように構成されている連動機構と、前記連動機構を駆動するための第２モータと、を備える。前記基端側ユニットは、第１摺動機構を介して前記連結ユニットの長手方向に相対移動可能に前記連結ユニットに接続され、前記先端側ユニットは、第２摺動機構を介して前記長手方向に相対移動可能に前記連結ユニットに接続され、前記基端側ユニットが前記連結ユニットに対して前記長手方向の第１方向に移動するとき、前記先端側ユニットは、前記連結ユニットに対して前記第１方向とは反対の第２方向に移動するように構成されていてもよい。

【0008】

前記器具保持部は、前記第１モータの回転角を検出するエンコーダを備えてもよい。

【0009】

前記器具保持部は、複数の前記第１モータと、複数の前記減速機と、複数の前記エンコーダと、を備えてもよい。

【0010】

前記基端側ユニットは、前記アーム本体部の先端部に曲げ関節を介して接続されていてもよい。

【0011】

前記連結ユニットは、連動機構を備え、前記連動機構は、前記基端側ユニットと前記先端側ユニットの前記長手方向における位置が相対的に変化するように前記基端側ユニットと前記先端側ユニットとを移動させるように構成されていてもよい。

【0012】

前記基端側ユニットに対する前記先端側ユニットの相対位置変化速度は、前記基端側ユニットに対する前記連結ユニットの相対位置変化速度の２倍であってもよい。

【0013】

前記連結ユニットは、前記連動機構を駆動するための第２モータを備えてもよい。

【0014】

前記マニピュレータアームは、７以上の自由度を有してもよい。前記アーム本体部は、７自由度を有してもよい。

【0015】

本発明の他の態様に係るロボットシステムは、上記構成のマニピュレータアームと、前記マニピュレータアームの移動の指示の入力を受け付ける操作装置と、前記指示に応じて前記マニピュレータアームを移動させる制御装置と、を備える。

【0016】

本発明の他の態様に係る外科用器具の並進方法は、外科手術システムに使用されるマニピュレータアームにおける外科用器具の並進方法であって、前記マニピュレータアームは、複数のリンク部と複数の関節を備えたアーム本体部と、前記アーム本体部の先端部に設けられる並進機構と、を備え、前記並進機構は、前記アーム本体部の先端部に連結される基端側ユニットと、外科用器具が取り付けられる器具保持部を備えた先端側ユニットと、前記基端側ユニットと前記先端側ユニットとを連結する連結ユニットと、を備え、前記器具保持部は、第１モータおよび前記第１モータの出力を減速させて増大したトルクで前記外科用器具を駆動する減速機を備え、前記連結ユニットは、前記連結ユニットの長手方向における記基端側ユニットと前記先端側ユニットの位置が相対的に変化するように前記基端側ユニットと前記先端側ユニットとを移動させるように構成されている連動機構と、前記連動機構を駆動するための第２モータと、を備え、前記並進方法は、前記基端側ユニットを、前記連結ユニットの長手方向の第１方向に移動させることに連動して、前記先端側ユニットを、前記第１方向とは反対の第２方向に移動させる。

【0017】

前記基端側ユニットに対する前記先端側ユニットの相対位置変化速度は、前記基端側ユニットに対する前記連結ユニットの相対位置変化速度の２倍であってもよい。

【0018】

前記マニピュレータアームは、７以上の自由度を有してもよい。

【0019】

本発明の上記目的、他の目的、特徴、および利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。

【発明の効果】

【0020】

本発明は、簡単な構成で外科用器具の直線移動を迅速に行うことができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、本発明の一実施の形態に係る外科手術システムの全体的な構成を示す概略図である。

【図2】図２は、図１に示す外科手術システムにおけるマニピュレータアームの全体的な構成を示す概略図である。

【図3】図３は、図２に示す第４リンクを模式的に例示する側面図である。

【図4】図４は、図１に示す外科手術システムのマニピュレータアームの制御系統の概略構成を示すブロック図である。

【図5】図５は、本実施の形態における並進機構の連結ユニットにおける内部構造を示す概略図である。

【図6】図６は、本実施の形態における並進機構の連結ユニットにおける内部構造を示す概略図である。

【図7】図７は、図６に示す伸長状態における電気配線回路を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下では、全ての図を通じて、同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

【0023】

図１は、本発明の一実施の形態に係る並進機構が適用される外科手術システムの全体的な構成を示す概略図である。外科手術システム１００は、ロボット支援手術またはロボット遠隔手術等のように、医師等の施術者が患者側システム１を用いて患者Ｐに内視鏡外科手術を施すシステムである。なお、図１は、ポジショナ７と、複数のマニピュレータアーム３との大きさの比率を実際とは異なる比率で記載している。

【0024】

外科手術システム１００は、患者側システム１と、この患者側システム１を操る操作装置２（後述する図４参照）とを備えている。操作装置２は、患者側システム１から離れて配置され、施術時において患者側システム１は操作装置２によって遠隔操作される。施術者は患者側システム１に行わせる動作を操作装置２に入力し、操作装置２はその動作指令を患者側システム１に送信する。そして、患者側システム１は、操作装置２から送信された動作指令を受け取り、この動作指令に基づいて患者側システム１が具備する長軸状のシャフトを有する外科用器具４０等を動作させる。

【0025】

操作装置２は、外科手術システム１００と施術者との間のインターフェースを構成し、患者側システム１を操作するための装置である。操作装置２は、手術室内において手術台１１１の傍らにまたは手術台１１１から離れて、あるいは、手術室外に設置されている。操作装置２は、図示しないが、施術者が動作指令を入力するための操作用マニピュレータアームおよび操作ペダル等の操作入力部と、外科用器具４０として患者側システム１に取り付けられる内視鏡アセンブリ（図示せず）で撮影された画像を表示するモニタとを含む。施術者は、モニタで患部（施術部位１１０）を視認しながら、操作入力部を操作して操作装置２に動作指令を入力する。操作装置２に入力された動作指令は、有線または無線により患者側システム１の後述する制御部６００に伝達される。

【0026】

患者側システム１は、外科手術システム１００と患者Ｐとのインターフェースを構成する。患者側システム１は、手術室内において患者Ｐが横たわる手術台１１１の傍らに配置されている。手術室内は滅菌された滅菌野である。

【0027】

患者側システム１は、ポジショナ７と、ポジショナ７の先端部に取り付けられたアームベース（プラットフォーム）５と、アームベース５に着脱可能に取り付けられた複数の患者側マニピュレータアーム（以下、単に「アーム３」という）とを備えている。ポジショナ７は、所定の基台から延び、所定の基台とアームベース５との間を連結するものである。本実施の形態において、ポジショナ７は、多軸ロボットとして構成されており、所定の基台である移動可能な台車７０に対してアームベース５の位置を３次元的に移動させることができる。アーム３およびアームベース５は、滅菌ドレープ（図示せず）で覆われ、アーム３およびアームベース５が手術室内の滅菌野から遮蔽される。

【0028】

複数のアーム３の先端部は、それぞれ外科用器具４０を保持可能で駆動可能な器具保持部３６として構成されている。複数のアーム３のうち１本のアームの先端部には、内視鏡アセンブリ（図示せず）が保持される。複数のアーム３のうち余のアームの先端部には、インストゥルメント４２が着脱可能に保持される。以下、内視鏡アセンブリが取り付けられたアーム３を「カメラアーム」ということがあり、インストゥルメント４２が取り付けられたアーム３を「インストゥルメントアーム」ということがある。本実施の形態における患者側システム１は、１本のカメラアームと３本のインストゥルメントアームとの、合わせて４本のアーム３を備えている。

【0029】

上記の患者側システム１において、アームベース５は、複数のアーム３の拠点となる「ハブ」としての機能を有している。本実施の形態では、ポジショナ７およびアームベース５によって、複数のアーム３を移動可能に支持するマニピュレータアーム支持体１０が構成されている。ただし、ポジショナ７は多軸ロボットでなくてもよい。例えば、ポジショナ７は、アームベース５を支持するための直動レール、昇降装置、あるいは、天井または壁に取り付けられたブラケットであってもよい。ポジショナ７が接続される所定の基台は、台車７０のように移動可能な構成に限られない。例えば、所定の基台は、手術室の壁、床またはこれらに固定された固定物でもよい。

【0030】

上記の患者側システム１では、ポジショナ７から内視鏡アセンブリまたは各インストゥルメント４２まで、要素が一連に繋がっている。本明細書では、上記一連の要素において、ポジショナ７（より詳細には、ポジショナ７の台車７０との接続部であるベース９０）へ向かう側の端部を「基端部」といい、その反対側の端部を「先端部」ということとする。

【0031】

以下、台車７０、ポジショナ７、アームベース５、および複数のマニピュレータアーム３について詳細に説明する。

【0032】

図１に示すように、台車７０は、台車本体７１と、前輪７２および後輪７３と、ハンドル７４とを備えている。前輪７２および後輪７３は、台車本体７１に回転可能に取り付けられ、これにより、台車本体７１は、移動可能に構成されている。後輪７３は、ハンドル７４の回動軸回りに回動可能に構成されており、施術者または施術補助者Ｏがハンドル７４を把持して回動軸回りに回動させることにより台車本体７１の進行方向を変更することが可能である。

【0033】

患者側システム１は、制御部６００により動作制御される。制御部６００は、例えばマイクロコントローラ等のコンピュータにより構成される。台車本体７１の内部には、制御部６００および動作制御に用いられる制御プログラムおよび各種データが記憶される記憶部６０２が格納されている。また、台車本体７１には、主に施術前におけるポジショナ７、アームベース５および複数のアーム３の位置および姿勢（後述する準備姿勢）を設定入力するための操作部６０４が設けられる。６０４は、例えばタッチパネル等により構成される。

【0034】

ポジショナ７は、台車本体７１に取り付けられるベース９０と、ベース９０から先端部に向けて順次連結された複数のポジショナリンク部を備えている。ポジショナ７は、一のポジショナリンク部が他の一のポジショナリンク部に対して回動するように順に連結されることにより複数の関節部を構成する。複数のポジショナリンク部は、第１リンク９１～第６リンク９６を含む。複数の関節部は、第１関節Ｊ７１～第７関節Ｊ７７を含む。なお、本実施の形態における複数の関節部は、回転軸を備えた回転関節により構成されているが、少なくとも一部の関節部が直動関節により構成されてもよい。

【0035】

より詳細には、ベース９０の先端部に、捩り（ロール）関節である第１関節Ｊ７１を介して第１リンク９１の基端部が連結されている。第１リンク９１の先端部に、曲げ（ピッチ）関節である第２関節Ｊ７２を介して第２リンク９２の基端部が連結されている。第２リンク９２の先端部に、曲げ関節である第３関節Ｊ７３を介して第３リンク９３の基端部が連結されている。第３リンク９３の先端部に、捩り関節である第４関節Ｊ７４を介して第４リンク９４の基端部が連結されている。第４リンク９４の先端部に、曲げ関節である第５関節Ｊ７５を介して第５リンク９５の基端部が連結されている。第５リンク９５の先端部に、捩り関節である第６関節Ｊ７６を介して第６リンク９６の基端部が連結されている。第６リンク９６の先端部に、捩り関節である第７関節Ｊ７７を介してアームベース５のポジショナ取り付け部５１が連結されている。これにより、ポジショナ７は、複数の自由度（７自由度）を有する多軸関節（７軸関節）アームとして構成される。

【0036】

上述した通り、アームベース５のポジショナ取り付け部５１に取り付けられるポジショナリンク部である第６リンク９６は、基端側の関節部である第６関節Ｊ７６および先端側の関節部である第７関節Ｊ７７の双方が捩り関節として構成されている。さらに、本実施の形態において、第６関節Ｊ７６の回転軸は、第７関節Ｊ７７の回転軸に対して相対的に傾斜している。より具体的には、第６関節Ｊ７６の回転軸は、第６リンク９６の長手方向に対して傾斜しており、第７関節Ｊ７７の回転軸は、第６リンク９６の長手方向に直交している。第６関節Ｊ７６の回転軸と第７関節Ｊ７７の回転軸は、それぞれの延長線で交差する。すなわち、第６関節Ｊ７６の回転面は、第７関節Ｊ７７の回転面に対して傾斜している。

【0037】

アームベース５は、アームベース本体５０と、アームベース本体５０の上部（基端側）に取り付けられ、ポジショナ７の先端部が取り付けられるポジショナ取り付け部５１と、アームベース本体５０の下部（先端側）に取り付けられ、複数のアーム３の基端部が取り付けられる少なくとも１つのアーム取り付け部５２と、を備えている。アームベース５は、ポジショナ７の先端部（第６リンク９６）に対して第７関節Ｊ７７の回転軸であるアームベース回転軸Ｖ７７回りに相対回転可能に構成される。本実施の形態において、複数（４つ）のアーム３に応じて複数（４つ）のアーム取り付け部５２が設けられている。複数のアーム３のベース８０が複数のアーム取り付け部５２に固定されることにより、複数のアーム３の基端部（後述する第１リンク８１）は、後述する第１関節Ｊ３１の回転軸であるアーム基端部回転軸Ｖ３１回りに相対回転可能に構成される。

【0038】

図２は、図１に示す外科手術システムにおけるマニピュレータアームの全体的な構成を示す概略図である。図２には、患者側システム１が備える複数のアーム３のうちのインストゥルメント４２が取り付けられた１本のアーム３の概略構成が示されている。なお、本実施の形態では、患者側システム１が具備する複数のアーム３はいずれも同様または類似の構成を有するが、複数のアーム３のうち少なくとも１本が他のアームと異なる構成（例えば異なる自由度を有する等）を有してもよい。図２に示すように、アーム３は、アーム本体部３０と、アーム本体部３０の先端部に連結された並進機構３５とを備えている。複数のアーム３は、それぞれの先端部が基端部に対して３次元的に移動可能なように構成されている。アーム３の先端部には、外科用器具４０（インストゥルメント４２または内視鏡アセンブリ）を保持可能な器具保持部３６が設けられる。器具保持部３６には外科用器具４０の駆動ユニット４５に設けられた４つの回転体と係合する４つの回転駆動部が設けられており、各回転駆動部はモータＭ３９を内蔵している。本実施の形態において、器具保持部３６は、並進機構３５に設けられる。

【0039】

インストゥルメント４２は、基端部に設けられた駆動ユニット４５と、先端部に設けられたエンドエフェクタ（処置具）４４と、駆動ユニット４５とエンドエフェクタ４４との間を繋ぐ細長いシャフト４３とを有している。インストゥルメント４２には長軸方向Ｄｔが規定されており、駆動ユニット４５、シャフト４３、およびエンドエフェクタ４４は長軸方向Ｄｔに沿って配置される。駆動ユニット４５は、器具保持部３６の４つの回転駆動部と係合する４つの回転体を有しており、各回転体の回転をケーブルやロッド等の細長要素を介してエンドエフェクタ４４に伝えるように構成されている。インストゥルメント４２のエンドエフェクタ４４は、動作する関節を有する外科用器具（例えば、鉗子、ハサミ、グラスパー、ニードルホルダ、マイクロジセクター、ステープルアプライヤー、タッカー、吸引洗浄ツール、スネアワイヤ、および、クリップアプライヤー等）、ならびに、関節を有しない外科用器具（例えば、切断刃、焼灼プローブ、洗浄器、カテーテル、および、吸引オリフィス等）を含む群より選択される。本明細書および特許請求の範囲における「外科用器具」には、内視鏡アセンブリを構成するカメラならびに照明および各インストゥルメントの双方が含まれる。

【0040】

アーム３がインストゥルメントアームの場合、器具保持部３６には、インストゥルメント４２が着脱可能に保持される。器具保持部３６に保持されたインストゥルメント４２のシャフト４３は、長軸方向Ｄｔに沿って延在する。また、アーム３がカメラアームの場合、器具保持部３６には、内視鏡アセンブリが着脱可能に保持される。ここで、カメラアームに設ける器具保持部３６は、インストゥルメントアームに設ける器具保持部３６と同じ形状および構造を有しているが、異なる形状または構造を有していてもよい。

【0041】

アーム３は、アームベース５に対し着脱可能に構成されている。アーム３は、洗浄処理および滅菌処理のための耐水性、耐熱性、および耐薬品性を備えている。アーム３の滅菌処理には様々な方法があるが、例えば、高圧蒸気滅菌法、ＥＯＧ滅菌法、消毒薬による化学滅菌法等が選択的に用いられ得る。

【0042】

アーム本体部３０は、アームベース５に着脱可能に取り付けられるベース８０と、ベース８０から先端部に向けて順次連結された複数のアームリンク部を備えている。アーム３は、一のアームリンク部が他の一のアームリンク部に対して回動するように順に連結されることにより複数の関節部を構成する。複数のアームリンク部は、第１リンク８１～第７リンク８７を含む。複数の関節部は、第１関節Ｊ３１～第７関節Ｊ３７を含む。なお、本実施の形態における複数の関節部は、回転軸を備えた回転関節により構成されているが、少なくとも一部の関節部が直動関節により構成されてもよい。

【0043】

より詳細には、ベース８０の先端部に、捩り（ロール）関節である第１関節Ｊ３１を介して第１リンク８１の基端部が連結されている。第１リンク８１の先端部に、曲げ（ピッチ）関節である第２関節Ｊ３２を介して第２リンク８２の基端部が連結されている。第２リンク８２の先端部に、捩り関節である第３関節Ｊ３３を介して第３リンク８３の基端部が連結されている。第３リンク８３の先端部に、曲げ関節である第４関節Ｊ３４を介して第４リンク８４の基端部が連結されている。第４リンク８４の先端部に、捩り関節である第５関節Ｊ３５を介して第５リンク８５の基端部が連結されている。第５リンク８５の先端部に、曲げ関節である第６関節Ｊ３６を介して第６リンク８６の基端部が連結されている。第６リンク８６の先端部に、曲げ関節である第７関節Ｊ３７を介して並進機構３５の基端部が連結されている。これにより、アーム３は、複数の自由度（７自由度）を有する多軸関節（７軸関節）アームとして構成される。したがって、アーム３は、当該アーム３の先端部の位置姿勢を変化させることなくアーム３の全体的な姿勢を変えることができる。

【0044】

本実施の形態において、第１リンク８１は、隣接する関節Ｊ３１，Ｊ３２間において折り曲げられた形状を有している。言い換えると、第１リンク８１は、第１関節Ｊ３１の回転軸と第２関節Ｊ３２の回転軸とが交差しないように構成されている。すなわち、第１リンク８１は、基端側の第１関節Ｊ３１から所定の第１方向（第１関節Ｊ３１の回転軸方向）に延びる第１部分８１ａと、第１部分８１ａの先端部から第１部分８１ａの延出方向に交差する第２方向（かつ第２関節Ｊ３２に直交する方向）に延びて先端側の第２関節Ｊ３２に接続される第２部分８１ｂとを有する。第１リンク８１における第１方向と第２方向とのなす角は、例えば１２０度以上かつ１６０度以下（例えば１４０度）である。なお、第１部分８１ａと第２部分８１ｂとは滑らかに繋がっている。これにより、一部のアームリンク部が折り曲げられた形状を有していても、複数のアームリンク部内に電気配線等のワイヤ（図示せず）を通し易くすることができる。

【0045】

さらに、第４リンク８４は、隣接する関節Ｊ３４，Ｊ３５間において折り曲げられた形状を有している。言い換えると、第４リンク８４は、第４関節Ｊ３４の回転軸と第５関節Ｊ３５の回転軸とが交差しないように構成されている。すなわち、第４リンク８４は、基端側の第４関節Ｊ３４から所定の第１方向（第４関節Ｊ３４の回転軸および第５関節Ｊ３５の回転軸の双方に直交する方向）に延びる第１部分８４ａと、第１部分８４ａの先端部から第１部分８４ａの延出方向に交差する第２方向（第５関節Ｊ３５の回転軸方向）に延びて先端側の第５関節Ｊ３５に接続される第２部分８４ｂとを有する。第４リンク８４における第１方向と第２方向とのなす角は、例えば７０度以上かつ１１０度以下（例えば９０度）である。なお、第１部分８４ａと第２部分８４ｂとは滑らかに繋がっている。

【0046】

特に、第４リンク８４は、リンク長が他の関節部より短いように構成されている。図３は、図２に示す第４リンク８４を模式的に例示する側面図である。図３に示すように、例えば、第４リンク８４は、第４関節Ｊ３４の回転軸と第５関節Ｊ３５の回転軸との間の第１方向に関する長さＬ１が、第４関節Ｊ３４の半径Ｒ４または第５関節Ｊ３５の半径Ｒ５の４倍以下、より好ましくは３倍以下となるように構成されている。なお、第４関節Ｊ３４の半径Ｒ４は、第４関節Ｊ３４の回転軸と、第４リンク８４の第１方向における基端部位置との間の距離として定義される。また、第５関節Ｊ３５の半径Ｒ５は、第５関節Ｊ３５の回転軸と、第４リンク８４の第１方向における先端部位置との間の距離として定義される。また、第４リンク８４は、上記長さＬ１が、第４関節Ｊ３４の半径Ｒ４と第５関節Ｊ３５の半径Ｒ５との和の２倍以下となるように構成されている。より好ましくは、上記長さＬ１は、第４関節Ｊ３４の半径Ｒ４と第５関節Ｊ３５の半径Ｒ５との和に、第４関節Ｊ３４の半径Ｒ４および第５関節Ｊ３５の半径Ｒ５のうちの短い方の半径Ｒ５を加えた長さより短い長さとなっている。

【0047】

その他のリンク８２，８３，８５，８６は、隣接する関節部間において直線状に形成されている。言い換えると、その他のリンク８２，８３，８５，８６は、隣接する関節部の回転軸同士が交差するように構成されている。

【0048】

各アームリンク部は、そのアームリンク部より基端部側に接続されるアームリンク部（またはベース８０）より長手方向に直交する断面の面積が小さくなるように構成される。これにより、アーム３は、基端部から先端部に向かうに従って段々細くなるように構成される。さらに、曲げ関節である各関節Ｊ３２，Ｊ３４，Ｊ３６は、基端部側のアームリンク部８１，８３，８５の先端部が関節部における回転軸方向中央部を基準として回転軸方向一方側に位置し、先端部側のアームリンク部８２，８４，８６の基端部が関節部における回転軸方向中央部を基準として回転軸方向他方側において基端部側のアームリンク部８１，８３，８５の先端部に対面するように位置するように構成される。すなわち、これらの関節Ｊ３２，Ｊ３４，Ｊ３６は、相欠き接合により構成される。

【0049】

その上で、当該関節部における回転軸方向の幅、すなわち、基端部側のアームリンク部８１，８３，８５の先端部の回転軸方向外端部と、先端部側のアームリンク部８２，８４，８６の基端部の回転軸方向外端部との間の距離が、基端部側のアームリンク部８１，８３，８５の先端部より基端部側に位置する部分の長手方向に直交する断面の直径（最大寸法）より短い。

【0050】

このように、各関節部およびそれの先端部側のアームリンク部が基端部側のアームリンク部に比べて幅狭に構成されることにより、患者Ｐの施術部位１１０に近接するほど狭くなるワークスペースにおいて、各アーム３の移動範囲（他のアーム３と干渉しない範囲）を増大させることができる。

【0051】

アーム本体部３０の外殻は、主にステンレス等の耐熱性および耐薬品性を有する部材で形成されている。また、アーム本体部３０の点検穴等の開口部は、樹脂製のカバーで覆われている。当該カバーを樹脂等の部材で形成することにより、アーム３の強度に寄与しない部分の軽量化を図ることができる。これにより、カバーが万が一にも落下したり、アーム３が他のアーム３または施術補助者Ｏ等にぶつかっても、その衝撃を軽減することができる。なお、アーム本体部３０の外殻自体が樹脂部材で構成される部分を含んでもよい。また、リンク同士の連結部には、耐水性を備えるためのシール（図示せず）が設けられている。このシールは、高圧蒸気滅菌法に対応する耐熱性や、消毒薬に対する耐薬品性を備えている。なお、リンク同士の連結部において、連結される一方のリンクの端部の内側に他方のリンクの端部が挿入されており、これらのリンクの端部同士の間を埋めるようにシールが配置されることによって、シールが外観から隠蔽されている。これにより、シールとリンクとの間から水、薬液、蒸気の浸入が抑制されている。

【0052】

並進機構３５は、アーム本体部３０の先端部に設けられる。並進機構３５は、並進機構３５の先端部に取り付けられた器具保持部３６を長軸方向Ｄｔに並進移動させることにより、器具保持部３６に取り付けられたインストゥルメント４２をシャフト４３の延在方向に並進移動させる機構である。

【0053】

並進機構３５は、アーム本体部３０の先端部（第６リンク８６の先端部）に、曲げ関節である第７関節Ｊ３７を介して連結される基端側ユニット６１と、先端側ユニット６２と、基端側ユニット６１と先端側ユニット６２とを連動させる連結ユニット６３と、連結ユニット６３内に設けられた連動機構６０（後述する図６参照）とを有する。第７関節Ｊ３７は、長軸方向Ｄｔに直交する方向に延びている。連結ユニット６３は、長軸方向Ｄｔに沿って延びている。

【0054】

並進機構３５は、連動機構６０により、基端側ユニット６１と連結ユニット６３との長軸方向Ｄｔにおける相対位置が変化するとともに、連結ユニット６３と先端側ユニット６２との長軸方向Ｄｔにおける相対位置が変化することにより、基端側ユニット６１に対して先端側ユニット６２に設けられた器具保持部３６に取り付けられたインストゥルメント４２の長軸方向Ｄｔに関する位置を変化させることができる。並進機構３５のより詳しい構成については後述する。

【0055】

図４は、図１に示す外科手術システムのマニピュレータアームの制御系統の概略構成を示すブロック図である。上記構成のアーム本体部３０には、アーム３の各関節Ｊ３１～Ｊ３７に対応して、駆動用のサーボモータ（図４ではＳＭと表記）Ｍ３１～Ｍ３７、サーボモータＭ３１～Ｍ３７の回転角を検出するエンコーダ（図４ではＥＮと表記）Ｅ３１～Ｅ３７、および、サーボモータＭ３１～Ｍ３７の出力を減速させてトルクを増大させる減速機（図示せず）が設けられる。同様に、ポジショナ７には、ポジショナ７の各関節Ｊ７１～Ｊ７７に対応して、駆動用のサーボモータＭ７１～Ｍ７７、サーボモータＭ７１～Ｍ７７の回転角を検出するエンコーダＥ７１～Ｅ７７、および、サーボモータＭ７１～Ｍ７７の出力を減速させてトルクを増大させる減速機（図示せず）が設けられる。

【0056】

なお、図４では、関節Ｊ３１～Ｊ３７，Ｊ７１～Ｊ７７のうち、アーム３の第１関節Ｊ３１および第７関節Ｊ３７と、ポジショナ７の第１関節Ｊ７１および第７関節Ｊ７７との制御系統が代表的に示され、その他の関節Ｊ３３～Ｊ３６，Ｊ７２～Ｊ７６の制御系統は省略されている。さらに、並進機構３５には、並進動作のために後述する第１プーリ６５を回転させるためのサーボモータＭ３８と、外科用器具４０の駆動ユニット４５に設けられた４つの回転体を回転させるための複数（例えば４つ）のサーボモータＭ３９と、サーボモータＭ３８，Ｍ３９の回転角を検出するエンコーダＥ３８，Ｅ３９と、サーボモータＭ３８，Ｍ３９の出力を減速させてトルクを増大させる減速機（図示せず）とが設けられる。

【0057】

なお、エンコーダＥ３１～Ｅ３９，Ｅ７１～Ｅ７７は、サーボモータＭ３１～Ｍ３９，Ｍ７１～Ｍ７７の回転位置（回転角）を検出する回転位置検出手段の一例として設けられており、エンコーダＥ３１～Ｅ３９，Ｅ７１～Ｅ７７に代えてレゾルバ等の回転位置検出手段が用いられてもよい。また、アーム３の駆動系統の上記の各要素およびこれらのための配線ならびに制御部は、耐高温材料で構成され、滅菌処理のための耐熱性が備えられている。

【0058】

制御部６００は、動作指令に基づいて複数のアーム３の移動を制御するアーム制御部６０１および動作指令に基づいてポジショナ７の移動を制御するポジショナ制御部６０３を含む。アーム制御部６０１にはサーボ制御部Ｃ３１～Ｃ３９が電気的に接続され、図示されない増幅回路等を介してサーボモータＭ３１～Ｍ３９が電気的に接続されている。同様に、ポジショナ制御部６０３にはサーボ制御部Ｃ７１～Ｃ７７が電気的に接続され、図示されない増幅回路等を介してサーボモータＭ３１～Ｍ３９が電気的に接続されている。

【0059】

上記構成において、施術時に操作装置２に入力された動作指令に基づいて、アーム制御部６０１にアーム３の先端部の位置姿勢指令が入力される。アーム制御部６０１は、位置姿勢指令に基づいて各サーボモータＭ３１～Ｍ３９の位置指令値を生成し、対応するサーボ制御部Ｃ３１～Ｃ３９に出力する。この位置指令値を取得したサーボ制御部Ｃ３１～Ｃ３９は、エンコーダＥ３１～Ｅ３９で検出された回転角および位置指令値に基づいて駆動指令値（トルク指令値）を生成して出力する。この駆動指令値を取得した増幅回路は、駆動指令値に対応した駆動電流をサーボモータＭ３１～Ｍ３９へ供給する。このようにして、アーム３の先端部が、位置姿勢指令と対応する位置および姿勢に到達するように、各サーボモータＭ３１～Ｍ３９がサーボ制御される。また、施術前に操作部６０４に入力された動作指令に基づいて、ポジショナ制御部６０３にポジショナ７の先端部の位置姿勢指令が入力される。ポジショナ制御部６０３は、アーム制御部６０１と同様に、位置姿勢指令に基づいてポジショナ７の位置および姿勢の制御を行う。

【0060】

また、制御部６００には、アーム制御部６０１にデータを読み出し可能な記憶部６０２が設けられ、手術情報が予め記憶されている。この手術情報には、手術で使用される複数のアーム３の組み合わせが含まれている。

【0061】

また、記憶部６０２には、アーム３の先端部に保持される外科用器具（内視鏡アセンブリまたは各インストゥルメント）の長軸方向Ｄｔに沿った長さ等の情報が記憶されている。これにより、アーム制御部６０１は、アーム３の先端部の位置姿勢指令に基づいて、当該アーム３の先端部に保持された外科用器具の先端部の位置を把握可能となっている。

【0062】

以下、本実施の形態における並進機構３５についてより詳細に説明する。図５および図６は、本実施の形態における並進機構の連結ユニットにおける内部構造を示す概略図である。図５は収縮状態を示し、図６は伸長状態を示す。

【0063】

連結ユニット６３は、基端側ユニット６１が長軸方向Ｄｔに摺動可能に取り付けられる第１壁部６３１と、先端側ユニット６２が長軸方向Ｄｔに摺動可能に取り付けられる第２壁部６３２と、を有している。基端側ユニット６１と第１壁部６３１とは、第１摺動機構１４１により長軸方向Ｄｔに相対移動可能に接続される。同様に、第２壁部６３２と先端側ユニット６２とは、第２摺動機構１４２により長軸方向Ｄｔに相対移動可能に接続される。

【0064】

連動機構６０は、連結ユニット６３に軸支される駆動プーリである第１プーリ６５および従動プーリである第２プーリ６６と、第１プーリ６５および第２プーリ６６に掛け回された無端状ベルトであるベルト部材６７と、を備えている。本実施の形態において、第１プーリ６５は、長軸方向Ｄｔに関して、インストゥルメント４２の基端側に位置し、第２プーリ６６はその先端側に位置する。

【0065】

基端側ユニット６１は、第１プーリ６５の回転軸６５ｓと第２プーリ６６の回転軸６６ｓとを含む平面ＳＰを基準として平面ＳＰの第１面ＳＰ１側におけるベルト部材６７の所定位置である第１取り付け位置６７ａに取り付けられる。また、先端側ユニット６２は、連結ユニット６３に対して基端側ユニット６１の移動方向とは反対方向に移動するように、ベルト部材６７の第２取り付け位置６７ｂに取り付けられる。第２取り付け位置６７ｂは、ベルト部材６７における平面ＳＰの第１面ＳＰ１とは反対側の第２面ＳＰ２側に位置する。

【0066】

このとき、第１取り付け位置６７ａと第２取り付け位置６７ｂとは、第１取り付け位置６７ａが第１プーリ６５および第２プーリ６６のうちの一方に近い位置に位置するほど第２取り付け位置６７ｂが第１プーリ６５および第２プーリ６６のうちの他方に近い位置に位置するように構成される。すなわち、先端側ユニット６２が第１プーリ６５および第２プーリ６６のうちの一方に最も近い位置に位置するとき、基端側ユニット６１は、第１プーリ６５および第２プーリ６６のうちの他方に最も近い位置に位置する。例えば、図５に示す収縮状態においては、第１取り付け位置６７ａが第２プーリ６６に近接し、第２取り付け位置６７ｂが第１プーリ６５に近接する位置に位置する。図６に示す伸長状態においては、第１取り付け位置６７ａが第１プーリ６５に近接し、第２取り付け位置６７ｂが第２プーリ６６に近接する位置に位置する。

【0067】

第１プーリ６５から第２プーリ６６に向かう方向を第１方向とすると、第１プーリ６５が時計回りに回転することにより、ベルト部材６７の第１取り付け位置６７ａが第1方向に移動して第２プーリ６６に近接し、第２取り付け位置６７ｂが第1方向とは逆の第２方向に移動して第１プーリ６５に近接し（図６の状態から図５の状態へ向かう場合）、第１プーリ６５が反時計回りに回転することにより、ベルト部材６７の第１取り付け位置６７ａが第２方向に移動して第１プーリ６５に近接し、第２取り付け位置６７ｂが第１方向に移動して第２プーリ６６に近接する（図５の状態から図６の状態へ向かう場合）。この結果、基端側ユニット６１が第２プーリ６６に近接する位置から第１プーリ６５に近接する位置まで移動することにより、先端側ユニット６２が第１プーリ６５に近接する位置から第２プーリ６６に近接する位置まで移動する。

【0068】

すなわち、基端側ユニット６１または先端側ユニット６２が連結ユニット６３に対して第１プーリ６５と第２プーリ６６との間の距離を移動することにより、基端側ユニット６１に対する先端側ユニット６２の位置が第１プーリ６５と第２プーリ６６との間の距離の約２倍移動することになる。このように、本実施の形態における連動機構６０は、基端側ユニット６１に対する連結ユニット６３の相対位置変化による基端側ユニット６１に対する先端側ユニット６２の相対位置変化を２倍速とする倍速機構として構成される。

【0069】

上記構成によれば、第１プーリ６５および第２プーリ６６に掛け回されたベルト部材６７を備えた連結ユニット６３によって、先端側ユニット６２の連結ユニット６３に対する移動方向が基端側ユニット６１の連結ユニット６３に対する移動方向とは反対方向となるように、連結される。これにより簡単な構成で外科用器具４０の直線移動を迅速に行うことができる。

【0070】

本実施の形態における並進機構３５は、さらに、連結ユニット６３内に設けられ、基端側ユニット６１と先端側ユニット６２との間の電気的接続を可能とする電気配線回路１２１を備えている。

【0071】

電気配線回路１２１は、第１フレキシブルプリント配線部１２２と、第２フレキシブルプリント配線部１２３と、連結配線部１２４と、を備えている。第６リンク８６と並進機構３５の基端側ユニット６１との間の第７関節Ｊ３７には、中央に図示しないケーブル配線を通すための貫通孔６１ａが設けられている。アーム３内に配線される電気配線（ケーブル配線等）が貫通孔６１ａを通じて基端側ユニット６１内に導入される。第１フレキシブルプリント配線部１２２の基端部は、貫通孔６１ａを通じて基端側ユニット６１内に導入されたケーブル配線に接続される。これにより、台車７０、ポジショナ７、アームベース５、アーム３を通じて配線された電気配線からの電力および制御信号が並進機構３５の電気配線回路１２１に供給される。

【0072】

先端側ユニット６２は、外科用器具４０を駆動するためのモータを備える。より具体的には、先端側ユニット６２は、上述した外科用器具４０の駆動ユニット４５に設けられた４つの回転体を回転させるための４つのサーボモータＭ３９を内蔵している。これにより、外科用器具４０を駆動するための先端側ユニット６２における軸をケーブル等で駆動する必要がなくなり、並進機構３５の構造を簡略化することができる。

【0073】

第２フレキシブルプリント配線部１２３は、上述した各サーボモータＭ３９を駆動するために先端側ユニット６２に電気的に接続される。これにより、アーム３等を通じて配線された電気配線からの電力および制御信号が並進機構３５の電気配線回路１２１を介して先端側ユニット６２に供給される。

【0074】

第１フレキシブルプリント配線部１２２は、基端側ユニット６１の第１取り付け位置６７ａとベルト部材６７の移動方向において同じ位置である第１固定位置１２２ａで基端側ユニット６１に固定される。第１プーリ６５から第２プーリ６６に向かう方向を第１方向とすると、第１フレキシブルプリント配線部１２２は、第１固定位置１２２ａから第１方向に延び、途中で復元力を保持しつつ円弧状に曲げ返され（第１曲げ返し部Ｃ１）、第１方向とは反対の第２方向に反転し、第１プーリ６５と第２プーリ６６との間の第２固定位置１２２ｂにおいて連結ユニット６３に固定される。

【0075】

第２フレキシブルプリント配線部１２３は、先端側ユニット６２の第２取り付け位置６７ｂとベルト部材６７の移動方向において同じ位置である第３固定位置１２３ａで先端側ユニット６２に固定される。第２フレキシブルプリント配線部１２３は、第３固定位置１２３ａから第１方向に延び、途中で復元力を保持しつつ円弧状に曲げ返され（第２曲げ返し部Ｃ２）、第２方向に反転し、第１プーリ６５と第２プーリ６６との間の第４固定位置１２３ｂにおいて連結ユニット６３に固定される。

【0076】

より具体的には、第１フレキシブルプリント配線部１２２は、第１固定位置１２２ａから第２プーリ６６に近接する方向に伸び、第１曲げ返し部Ｃ１は第２プーリ６６側（インストゥルメント４２の先端側、すなわち並進機構３５が延びる側）に凸となっている。同様に、第２フレキシブルプリント配線部１２３は、第３固定位置１２３ａから第２プーリ６６に近接する方向に伸び、第２曲げ返し部Ｃ２は第２プーリ６６側（インストゥルメント４２の先端側、すなわち並進機構３５が延びる側）に凸となっている。第２固定位置１２２ｂは、平面ＳＰの第１面ＳＰ１側において第１フレキシブルプリント配線部１２２が連結ユニット６３に取り付けられる位置である。また、第４固定位置１２３ｂは、平面ＳＰの第１面ＳＰ１とは反対側の第２面ＳＰ２側において第２フレキシブルプリント配線部１２３が連結ユニット６３に取り付けられる位置である。すなわち、第２固定位置１２２ｂは、平面ＳＰに対して第４固定位置１２３ｂと反対側の位置である。

【0077】

連結配線部１２４は、第１フレキシブルプリント配線部１２２の第２固定位置１２２ｂと第２フレキシブルプリント配線部１２３の第４固定位置１２３ｂとの間を電気的に接続する。連結配線部１２４は、第１プーリ６５と第２プーリ６６との間に設けられる。図５および図６の例では、第１プーリ６５と第２プーリ６６との間の中央部に位置する。第１プーリ６５を駆動するモータ（サーボモータ）Ｍ３８（図４参照）は、連結ユニット６３に内蔵されている。図示しないが、連結配線部１２４は、サーボモータＭ３８（図４参照）と電気的に接続されており、サーボモータＭ３８は、電気配線回路１２１により供給される電力を電源として動作し、電気配線回路１２１を通じて送信される制御信号によって制御される。

【0078】

第１フレキシブルプリント配線部１２２および第２フレキシブルプリント配線部１２３は、ベルト部材６７の延在方向（長軸方向Ｄｔ）に関して復元力を有して曲げ返される曲げ返し部Ｃ１，Ｃ２が第１取り付け位置６７ａと第２取り付け位置６７ｂとの位置関係に応じて変化するように構成されている。すなわち、第１曲げ返し部Ｃ１および第２曲げ返し部Ｃ２は、ベルト部材６７による先端側ユニット６２と基端側ユニット６１との位置関係の変化に応じてそれぞれの位置が変化するように構成される。

【0079】

第１フレキシブルプリント配線部１２２および第２フレキシブルプリント配線部１２３において、復元力を有して曲げ返される曲げ返し部Ｃ１，Ｃ２は、何れも、第２プーリ６６に近接する位置と、連結配線部１２４に近接する位置（連結配線部１２４の第２プーリ６６側）との間で変化する。

【0080】

例えば、図５に示す収縮状態において、第１取り付け位置６７ａが第２プーリ６６に近接する位置に位置し、第２取り付け位置６７ｂが第１プーリ６５に近接する位置に位置した際、第１曲げ返し部Ｃ１が第２プーリ６６に近接する位置となり、第２曲げ返し部Ｃ２が連結配線部１２４に近接する位置となる。また、図６に示す伸長状態において、第１取り付け位置６７ａが第１プーリ６５に近接する位置に位置し、第２取り付け位置６７ｂが第２プーリ６６に近接する位置に位置した際、第１曲げ返し部Ｃ１が連結配線部１２４に近接する位置となり、第２曲げ返し部Ｃ２が第２プーリ６６に近接する位置となる。

【0081】

上記構成によれば、連結ユニット６３を介して基端側ユニット６１と先端側ユニット６２が相対移動したときに、第１フレキシブルプリント配線部１１２における第１曲げ返し部Ｃ１および第２フレキシブルプリント配線部１２３における第２曲げ返し部Ｃ２が第１方向または第２方向に移動する。したがって、基端側ユニット６１に対する先端側ユニット６２の並進動作を妨げることなく電気配線に必要な連結ユニット６３内の容積を最小限にすることができる。これにより、並進機構３５の内部に電気配線を配設しつつ大型化を抑制することができる。

【0082】

連結ユニット６３は、第１壁部６３１とベルト部材６７との間において、第１フレキシブルプリント配線部１２２が収容される第１空隙Ａ１を有している。また、連結ユニット６３は、第２壁部６３２とベルト部材６７との間において、第２フレキシブルプリント配線部１２３が収容される第２空隙Ａ２を有している。

【0083】

第１空隙Ａ１は、第１壁部６３１の内壁と、第１壁部６３１の内壁に対向するように配置された第１ガイド部材１３１とで区画されている。また、第２空隙Ａ２は、第２壁部６３２の内壁と、第２壁部６３２の内壁に対向するように配置された第２ガイド部材１３２とで区画されている。第１ガイド部材１３１および第２ガイド部材１３２は、それぞれベルト部材６７の延在方向に延びている。第１空隙Ａ１および第２空隙Ａ２は、プーリ６５，６６の回転軸６５ｓ，６６ｓ方向に関して、第１壁部６３１および第２壁部６３２に直交する一対の側壁（図示せず）によって区画されている。

【0084】

本実施の形態においては、さらに、第１壁部６３１の内壁に沿ってベルト部材６７の延在方向に延びる第３ガイド部材１３３と、第２壁部６３２の内壁に沿ってベルト部材６７の延在方向に延びる第４ガイド部材１３４と、を有している。第３ガイド部材１３３は、第１壁部６３１の内壁に固定されている。第４ガイド部材１３４は、第２壁部６３２の内壁に固定されている。このため、第１空隙Ａ１は、第１ガイド部材１３１と第３ガイド部材１３３とで区画される。第２空隙Ａ２は、第２ガイド部材１３２と第４ガイド部材１３４とで区画される。

【0085】

このような構成により、第１フレキシブルプリント配線部１２２が第１ガイド部材１３１と第３ガイド部材１３３とで区画される第１空隙Ａ１内に配設され、第１ガイド部材１３１および第３ガイド部材１３３で第１フレキシブルプリント配線部１２２の動作がガイドされる。また、第２フレキシブルプリント配線部１２３が第２ガイド部材１３２と第４ガイド部材１３４とで区画される第２空隙Ａ２内に配設され、第２ガイド部材１３２および第４ガイド部材１３４で第２フレキシブルプリント配線部１２３の動作がガイドされる。これにより、各フレキシブルプリント配線部１２２，１２３における配線空間の容積を小さくしつつ各フレキシブルプリント配線部１２２，１２３のスムーズな動作を確保することができる。

【0086】

第１ガイド部材１３１は、第１取り付け位置６７ａでベルト部材６７に取り付けられる。このため、第１ガイド部材１３１は、基端側ユニット６１の移動に伴ってベルト部材６７の延在方向に移動する。また、第２ガイド部材１３２は、第２取り付け位置６７ｂでベルト部材６７に取り付けられる。このため、第２ガイド部材１３２は、先端側ユニット６２の移動に伴ってベルト部材６７の延在方向に移動する。

【0087】

第１フレキシブルプリント配線部１２２における第１固定位置１２２ａと第１曲げ返し部Ｃ１との間の部分は、第１ガイド部材１３１に接触または近接する位置に位置される。したがって、この部分が第１ガイド部材１３１によってガイドされる部分となる。基端側ユニット６１が第２プーリ６６に近接する位置から第１プーリ６５に近接する位置に移動するに従って（図５から図６に変化すると）、第１フレキシブルプリント配線部１２２が第１ガイド部材１３１に接触し得る領域は増加する。しかし、このような移動の際に、第１ガイド部材１３１は、基端側ユニット６１と一緒に移動するため、第１フレキシブルプリント配線部１２２が第１ガイド部材１３１に擦れることがない。言い換えると、基端側ユニット６１が移動することによって第１フレキシブルプリント配線部１２２と第１ガイド部材１３１とがベルト部材６７の延在方向に位置ずれを生じることがない。

【0088】

同様に、第２フレキシブルプリント配線部１２３における第３固定位置１２３ａと第２曲げ返し部Ｃ２との間の部分は、第２ガイド部材１３２に接触または近接する位置に位置される。したがって、この部分が第２ガイド部材１３２によってガイドされる部分となる。先端側ユニット６２が第２プーリ６６に近接する位置から第１プーリ６５に近接する位置に移動するに従って（図６から図５に変化すると）、第２フレキシブルプリント配線部１２３が第２ガイド部材１３２に接触し得る領域は増加する。しかし、このような移動の際に、第２ガイド部材１３２は、先端側ユニット６２と一緒に移動するため、第２フレキシブルプリント配線部１２３が第２ガイド部材１３２に擦れることがない。言い換えると、先端側ユニット６２が移動することによって第２フレキシブルプリント配線部１２３と第２ガイド部材１３２とがベルト部材６７の延在方向に位置ずれを生じることがない。

【0089】

また、第１フレキシブルプリント配線部１２２における第１曲げ返し部Ｃ１と第２固定位置１２２ｂとの間の部分は、第３ガイド部材１３３に接触または近接する位置に位置される。したがって、この部分が第３ガイド部材１３３によってガイドされる部分となる。基端側ユニット６１が第１プーリ６５に近接する位置から第２プーリ６６に近接する位置に移動するに従って（図６から図５に変化すると）、第１フレキシブルプリント配線部１２２が第３ガイド部材１３３に接触し得る領域は増加する。しかし、このような移動において連結ユニット６３に固定される第２固定位置１２２ｂは移動しない（基端側ユニット６１から見ると連結ユニット６３と一緒に相対移動する）ため、第１フレキシブルプリント配線部１２２が第３ガイド部材１３３に擦れることがない。言い換えると、基端側ユニット６１が移動することによって第１フレキシブルプリント配線部１２２と第３ガイド部材１３３とがベルト部材６７の延在方向に位置ずれを生じることがない。

【0090】

同様に、第２フレキシブルプリント配線部１２３における第２曲げ返し部Ｃ２と第４固定位置１２３ｂとの間の部分は、第４ガイド部材１３４に接触または近接する位置に位置される。したがって、この部分が第４ガイド部材１３４によってガイドされる部分となる。先端側ユニット６２が第１プーリ６５に近接する位置から第２プーリ６６に近接する位置に移動するに従って（図５から図６に変化すると）、第２フレキシブルプリント配線部１２３が第４ガイド部材１３４に接触し得る領域は増加する。しかし、このような移動において連結ユニット６３に固定される第４固定位置１２３ｂは移動しない（先端側ユニット６２から見ると連結ユニット６３と一緒に相対移動する）ため、第２フレキシブルプリント配線部１２３が第４ガイド部材１３４に擦れることがない。言い換えると、先端側ユニット６２が移動することによって第２フレキシブルプリント配線部１２３と第４ガイド部材１３４とがベルト部材６７の延在方向に位置ずれを生じることがない。

【0091】

このように、これらのガイド部材１３１～１３４は、基端側ユニット６１および先端側ユニット６２の連結ユニット６３に対する相対移動に際して、対応するフレキシブルプリント配線部１２２，１２３と擦れることがない。したがって、これらのガイド部材１３１～１３４により、フレキシブルプリント配線部１２２，１２３を適切にガイドしつつ、フレキシブルプリント配線部１２２，１２３がガイド部材１３１～１３４に擦れることにより摩耗することを防止することができる。

【0092】

第１ガイド部材１３１の長さは、基端側ユニット６１（第１取り付け位置６７ａ）が第１プーリ６５に最も近接した位置（図６）における、第１フレキシブルプリント配線部１２２の基端部（第１固定位置１２２ａ）から第１曲げ返し部Ｃ１の頂点までの距離に基づいて定められる。同様に、第２ガイド部材１３２の長さは、先端側ユニット６２（第２取り付け位置６７ｂ）が第１プーリ６５に最も近接した位置（図５）における、第２フレキシブルプリント配線部１２３の第２曲げ返し部Ｃ２の頂点から先端部（第３固定位置１２３ａ）までの距離に基づいて定められる。

【0093】

また、第３ガイド部材１３３の長さは、基端側ユニット６１（第１取り付け位置６７ａ）が第２プーリ６６に最も近接した位置（図５）における、第１フレキシブルプリント配線部１２２の第１曲げ返し部Ｃ１の頂点から先端部（第２固定位置１２２ｂ）までの距離に基づいて定められる。同様に、第４ガイド部材１３４の長さは、先端側ユニット６２（第２取り付け位置６７ｂ）が第２プーリ６６に最も近接した位置（図６）における、第２フレキシブルプリント配線部１２３の基端部（第４固定位置１２３ｂ）から第２曲げ返し部Ｃ２の頂点までの距離に基づいて定められる。

【0094】

図７は、図６に示す伸長状態における電気配線回路を示す斜視図である。並進機構３５における電気配線回路１２１（第１フレキシブルプリント配線部１２２、第２フレキシブルプリント配線部１２３および連結配線部１２４）以外の構成は図示を省略している。第１フレキシブルプリント配線部１２２、第２フレキシブルプリント配線部１２３および連結配線部１２４は、１枚のフレキシブルプリント配線基板が第２固定位置１２２ｂと第４固定位置１２３ｂとで折り曲げられて構成されている。

【0095】

このため、連結配線部１２４は、連結ユニット６３の側壁に沿って延出される。１枚のフレキシブルプリント配線基板で構成される電気配線回路１２１は、連結配線部１２４が連結ユニット６３に係止されることにより連結ユニット６３に固定される。

【0096】

また、第１フレキシブルプリント配線部１２２の基端側ユニット６１への接続箇所１２２ｃは、第１フレキシブルプリント配線部１２２の長手方向基端部において、第１フレキシブルプリント配線部１２２の幅方向に関し、第１固定位置１２２ａから側方へ延出された箇所が折り曲げられて構成されている。同様に、第２フレキシブルプリント配線部１２３の先端側ユニット６２への接続箇所１２３ｃは、第２フレキシブルプリント配線部１２３の長手方向先端部において、第２フレキシブルプリント配線部１２３の幅方向に関し、第３固定位置１２３ａから側方へ延出された箇所が折り曲げられて構成されている。

【0097】

フレキシブルプリント配線基板は、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）とも呼ばれ、ポリイミド等の絶縁性を有する薄い基材（ベースフィルム）上に銅等の導電性金属による配線または回路を貼り付けて構成されている。このため、フレキシブルプリント配線基板は、薄く、かつ基材の柔軟性により、平面状のフレキシブルプリント配線基板を円弧状に曲げ返した場合に、平面に戻ろうとする復元力を有している。このため、第１フレキシブルプリント配線部１２２および第２フレキシブルプリント配線部１２３のそれぞれは、固定位置１２２ｂ，１２３ｂと取り付け位置６７ａ，６７ｂとの位置関係に基づいてその形状が一意に決定される。

【0098】

上記構成によれば、第１プーリ６５および第２プーリ６６に掛け回されたベルト部材６７が収容される連結ユニット６３の内部に基端側ユニット６１と先端側ユニット６２とを電気的に接続する電気配線として第１フレキシブルプリント配線部１２２、連結配線部１２４および第２フレキシブルプリント配線部１２３が配設される。

【0099】

基端側ユニット６１と連結ユニット６３との間に配設される第１フレキシブルプリント配線部１２２が、第１曲げ返し部Ｃ１において、復元力を保持しつつ円弧状に曲げ返される。また、先端側ユニット６２と連結ユニット６３との間に配設される第２フレキシブルプリント配線部１２３が、第２曲げ返し部Ｃ２において、復元力を保持しつつ円弧状に曲げ返される。

【0100】

これにより、連結ユニット６３が基端側ユニット６１に対して相対移動し、先端側ユニット６２が連結ユニット６３に対して相対移動したときに、第１フレキシブルプリント配線部１２２および第２フレキシブルプリント配線部１２３における円弧状位置（曲げ返し部Ｃ１，Ｃ２）がベルト部材６７の延在方向（長軸方向Ｄｔ）に沿って移動する。したがって、基端側ユニット６１および先端側ユニット６２による並進動作を妨げることなく電気配線に必要な連結ユニット６３内の容積を最小限にすることができる。これにより、並進機構３５の内部に電気配線を配設しつつ大型化を抑制することができる。

【0101】

さらに、上記構成によれば、１枚のフレキシブルプリント配線基板により並進機構３５の内部の電気配線が構成されるため、簡単な構成かつ電気配線に必要な容積をより小さくすることができる。

【0102】

本実施の形態において、第１フレキシブルプリント配線部１２２および第２フレキシブルプリント配線部１２３は、基端部から曲げ返し部Ｃ１，Ｃ２を経て先端部へと至る長さが互いに等しいように構成されている。さらに、第１フレキシブルプリント配線部１２２および第２フレキシブルプリント配線部１２３は、ベルト部材６７の延在方向（長軸方向Ｄｔ）に伸びた長さが第１取り付け位置６７ａと第２取り付け位置６７ｂとの位置関係によらず互いに等しい。

【0103】

より詳しくは、第１フレキシブルプリント配線部１２２の第１曲げ返し部Ｃ１の頂点と、第１曲げ返し部Ｃ１から遠い側の端部（第１固定位置１２２ａまたは第２固定位置１２２ｂ）との間の距離ＬＰ１、および、第２フレキシブルプリント配線部１２３の第２曲げ返し部Ｃ２の頂点と、第２曲げ返し部Ｃ１から遠い側の端部（第３固定位置１２３ａまたは第４固定位置１２３ｂ）との間の距離ＬＰ２は、図５に示す収縮状態、図６に示す伸長状態およびその間の状態に関わらず一定であり、互いに等しい。

【0104】

このとき、第１フレキシブルプリント配線部１２２の第１固定位置１２２ａから第１曲げ返し部Ｃ１に至る第１長さは、第２フレキシブルプリント配線部１２３の第４固定位置１２３ｂから第２曲げ返し部Ｃ２に至る第２長さに等しい。さらに、ベルト部材６７によって第１取り付け位置６７ａと第２取り付け位置６７ｂとの位置関係が変化した場合、第１長さおよび第２長さは、互いに等しい関係を保った状態でそれぞれ変化する。

【0105】

これによれば、第１フレキシブルプリント配線部１２２の設計と第２フレキシブルプリント配線部１２３の設計とを同様の設計とすることができる。また、第１フレキシブルプリント配線部１２２の動作と、第２フレキシブルプリント配線部１２３の動作とが同じになるため、両者の寿命がほぼ同じになり、並進機構３５における電気配線の維持管理が容易になる。

【0106】

以上より、本実施の形態における並進機構３５は、外科手術システム１００に適用されるアーム３に設けられる並進機構として好適な構成とすることができる。

【0107】

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造および／または機能の詳細を実質的に変更できる。

【0108】

また、上記実施の形態において、電気配線回路１２１の第１フレキシブルプリント配線部１２２および第２フレキシブルプリント配線部１２３は、それぞれの曲げ返し部Ｃ１，Ｃ２がインストゥルメント４２の先端側（第２プーリ６６側）に凸となるように形成されているが、インストゥルメント４２の基端側（第１プーリ６５側）に凸となるように形成されてもよい。

【0109】

また、上記実施の形態において、電気配線回路１２１を構成する第１フレキシブルプリント配線部１２２、連結配線部１２４および第２フレキシブルプリント配線部１２３が１枚のフレキシブルプリント配線基板で構成される例を示したが、これに限られない。例えば、第１フレキシブルプリント配線部１２２と第２フレキシブルプリント配線部１２３とが別体に構成されてもよい。このとき、連結配線部１２４は、フレキシブルプリント配線基板で構成されてもよいし、それ以外の配線構造（ケーブル配線等）で構成されてもよい。

【0110】

また、上記実施の形態において、連結ユニット６３内にフレキシブルプリント配線部１２２，１２３をガイドするガイド部材１３１～１３４が設けられる構成について説明したが、これに限られない。例えば、第１ガイド部材１３１および第２ガイド部材１３２が設けられ、第３ガイド部材１３３および第４ガイド部材１３４は設けられていなくてもよい。あるいは、ガイド部材１３１～１３４は設けられていなくてもよい。

【0111】

また、上記実施の形態において、並進機構３５が１つの連結ユニット６３を備えた構成について説明したが、複数の連結ユニット６３を備えていてもよい。例えば、基端側ユニット６１と先端側ユニット６２との間に２つの連結ユニットが設けられていてもよい。この場合、２つの連結ユニットは、それぞれ連動機構６０を備えている。第１の連結ユニットのベルト部材６７には、基端側ユニット６１と、第２の連結ユニットとが取り付けられ、第２の連結ユニットのベルト部材６７には、第１の連結ユニットと、先端側ユニット６２とが取り付けられる。電気配線回路１２１の構成は、第１の連結ユニットおよび第２の連結ユニットのいずれについても、上記実施の形態における連結ユニット６３の電気配線回路１２１と同様に構成することができる。

【0112】

また、複数のアーム３および／またはポジショナ７における複数の関節部（複数のリンク部）の数（自由度の数）、形状は上記実施の形態に限られず、種々の態様を採用し得る。

【産業上の利用可能性】

【0113】

本発明は、簡単な構成で外科用器具の直線移動を迅速に行うために有用である。

【符号の説明】

【0114】

１ 患者側システム
３ アーム（マニピュレータアーム）
５ アームベース
７ ポジショナ
３０ アーム本体部
３５ 並進機構
４０ 外科用器具
４２ インストゥルメント（外科用器具）
６０ 連動機構
６１ 基端側ユニット
６２ 先端側ユニット
６３ 連結ユニット
６５ 第１プーリ
６６ 第２プーリ
６７ ベルト部材
６７ａ 第１取り付け位置
６７ｂ 第２取り付け位置
７０ 台車
１００ 外科手術システム
１２１ 電気配線回路
１２２ 第１フレキシブルプリント配線部
１２２ａ 第１固定位置
１２２ｂ 第２固定位置
１２３ 第２フレキシブルプリント配線部
１２３ａ 第３固定位置
１２３ｂ 第４固定位置
１２４ 連結配線部
１３１ 第１ガイド部材
１３２ 第２ガイド部材
６３１ 第１壁部
６３２ 第２壁部
Ａ１ 第１空隙
Ａ２ 第２空隙
Ｃ１ 第１曲げ返し部
Ｃ２ 第２曲げ返し部
Ｍ３８，Ｍ３９ モータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】