特許 7498611 関節機能部

(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】2024-06-04

(45)【発行日】2024-06-12

(54)【発明の名称】関節機能部

(51)【国際特許分類】

   A61B 17/29 20060101AFI20240605BHJP

   B25J 18/06 20060101ALI20240605BHJP

【ＦＩ】

A61B17/29

B25J18/06

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020122343

(22)【出願日】2020-07-16

(65)【公開番号】P2022018904

(43)【公開日】2022-01-27

【審査請求日】2023-04-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000004640

【氏名又は名称】日本発條株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110629

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 雄一

(74)【代理人】

【識別番号】100166615

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 大輔

(72)【発明者】

【氏名】平田 貴史

(72)【発明者】

【氏名】保戸田 裕樹

(72)【発明者】

【氏名】稲葉 正紘

【審査官】近藤 裕之

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－１０６６０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１５６９０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０９５４５７２７（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ １７／２９

Ｂ２５Ｊ １８／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

可動側部材が固定側部材に対して屈曲位置及び伸展位置間で変位可能に支持された関節機能部であって、
前記軸方向の一側が前記可動側部材に固定された固定部であり、前記軸方向の他側が前記固定側部材に支持された被支持部である複数の索状部材と、
前記複数の索状部材の前記被支持部を前記固定側部材に支持し前記被支持部を前記固定部に対する前記軸方向の反対側に付勢し前記索状部材に張力を付加する弾性体と、
を備え、
前記複数の索状部材は、それぞれ前記固定部と前記被支持部との間で前記固定側部材を挿通し、
前記弾性体は、前記複数の索状部材の前記被支持部と前記固定側部材との間に介設された、
関節機能部。

【請求項2】

請求項１記載の関節機能部であって、
前記弾性体は、前記複数の索状部材と並列に配置された、
関節機能部。

【請求項3】

請求項１記載の関節機能部であって、
前記弾性体は、前記複数の索状部材をそれぞれ挿通して同軸上に設けられた、
関節機能部。

【請求項4】

請求項１記載の関節機能部であって、
前記複数の索状部材の前記被支持部間にわたる支持部材を備え、
前記弾性体は、前記支持部材と前記固定側部材との間に介設された、
関節機能部。

【請求項5】

可動側部材が固定側部材に対して屈曲位置及び伸展位置間で変位可能に支持された関節機能部であって、
前記軸方向の一側が前記可動側部材に固定された固定部であり、前記軸方向の他側が前記固定側部材に支持された被支持部である複数の索状部材と、
前記複数の索状部材の前記被支持部を前記固定側部材に支持し前記被支持部を前記固定部に対する前記軸方向の反対側に付勢し前記索状部材に張力を付加する弾性体と、
前記複数の索状部材の一方をガイドして前記複数の索状部材の前記被支持部を同軸上に位置させるガイド部とを備え、
前記弾性体は、前記複数の索状部材の前記被支持部間を接続する、
関節機能部。

【請求項6】

可動側部材が固定側部材に対して屈曲位置及び伸展位置間で変位可能に支持された関節機能部であって、
前記軸方向の一側が前記可動側部材に固定された固定部であり、前記軸方向の他側が前記固定側部材に支持された被支持部である複数の索状部材と、
前記複数の索状部材の前記被支持部を前記固定側部材に支持し前記被支持部を前記固定部に対する前記軸方向の反対側に付勢し前記索状部材に張力を付加する弾性体と、を備え、
前記固定側部材は、前記軸方向において前記複数の索状部材の前記被支持部を挟んで前記固定部とは反対側に位置する支持部を備え、
前記弾性体は、前記支持部と前記複数の索状部材の前記被支持部との間に介設された、
関節機能部。

【請求項7】

請求項５又は６記載の関節機能部であって、
前記弾性体は、前記複数の索状部材と並列に配置された、
関節機能部。

【請求項8】

請求項１～７の何れか一項に記載の関節機能部であって、
前記弾性体は、コイルばねである、
関節機能部。

【請求項9】

請求項１～８の何れか一項に記載の関節機能部であって、
前記索状部材は、前記可動側部材を前記固定側部材に対して変位させるために前記被支持部が前記軸方向に操作される駆動ワイヤーである、
関節機能部。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボットやマニピュレーター等に供される関節機能部に関する。

【背景技術】

【0002】

ロボット、マニピュレーター、或はアクチュエータ等には、屈曲・伸展を可能とする関節機能部を備えたものがある。このような関節機能部としては、例えば、特許文献１に記載の外科用器具に適用されたものがある。

【0003】

この関節機能部は、可動側部材であるエンドエフェクタが固定側部材である管に対して曲げ可能な部材によって結合されている。

【0004】

エンドエフェクタには、索状部材である起動ケーブルの一側が固定されている。この起動ケーブルの他側を引張操作することにより、曲げ可能な部材を屈曲させて、エンドエフェクタを軸に対して変位させることが可能となっている。

【0005】

しかし、上記従来の関節機能部は、エンドエフェクタ等に外力が加わると、曲げ可能な部材が強制的に曲げられ、エンドエフェクタの意図しない変位を発生させてしまうことがあった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特表２００９－５３８１８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

解決しようとする問題点は、外力によって可動側部材に意図しない変位が生じていた点である。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、可動側部材が固定側部材に対して屈曲位置及び伸展位置間で変位可能に支持された関節機能部であって、前記軸方向の一側が前記可動側部材に固定された固定部であり、前記軸方向の他側が前記固定側部材に支持された被支持部である複数の索状部材と、前記複数の索状部材の前記被支持部を前記固定側部材に支持し、前記被支持部を前記固定部に対する前記軸方向の反対側に付勢し前記索状部材に張力を付加する弾性体と、を備え、前記複数の索状部材は、それぞれ前記固定部と前記被支持部との間で前記固定側部材を挿通し、前記弾性体は、前記複数の索状部材の前記被支持部と前記固定側部材との間に介設された、ことを関節機能部の最も主な特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、弾性体によって付加された張力により索状部材に緩みがなくなり、関節機能部の曲げ剛性が向上するため、可動側部材に外力が作用しても、可動側部材の意図しない変位を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本発明の実施例１に係る関節機能部を適用したマニピュレーターの要部を示す斜視図である。

【図2】図２は、図１のマニピュレーターの断面図である。

【図3】図３は、図２の要部を示す概略図である。

【図4】図４（Ａ）及び（Ｂ）は、図１のマニピュレーターの概念図であり、図４（Ａ）は、平常時、図４（Ｂ）は屈曲時を示す。

【図5】図５は、外力に対する変位量と弾性体の荷重との関係を示すグラフである。

【図6】図６は、関節機能部の荷重と屈曲角度との関係を示すグラフである。

【図7】図７は、本発明の実施例２に係る関節機能部を適用したマニピュレーターを示す概念図である。

【図8】図８は、本発明の実施例３に係る関節機能部を適用したマニピュレーターを示す概念図である。

【図9】図９は、本発明の実施例４に係る関節機能部を適用したマニピュレーターを示す概念図である。

【図10】図１０（Ａ）は、本発明の実施例４の変形例に係る関節機能部を適用したマニピュレーターを示す概念図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）を９０度異なる方向から見た概念図である。

【図11】図１１は、本発明の実施例５に係る関節機能部を適用したマニピュレーターを示す概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

可動側部材の意図しない変位を抑制するという目的を、可動側部材を変位させるための索状部材に弾性体によって張力を付与することで実現した。

【0012】

すなわち、関節機能部（１）は、可動側部材（１３）が固定側部材（１１）に対して屈曲位置及び伸展位置間で変位可能に支持され、複数の索状部材（１９）と、弾性体（２１）とを備える。索状部材（１９）は、軸方向の一側が可動側部材（１３）に固定された固定部２７であり、軸方向の他側が固定側部材（１１）に支持された被支持部（２９）である。弾性体（２１）は、複数の索状部材（１９）の被支持部（２９）を前記固定側部材（１１）に支持し、被支持部（２９）を固定部（２７）に対して軸方向に付勢し、索状部材に張力を付加する。

【0013】

弾性体（２１）は、複数の索状部材（１９）と並列に配置された構成としても良い。

【0014】

複数の索状部材（１９）は、それぞれ固定部（２７）と被支持部（２９）との間で固定側部材（１１）を挿通し、弾性体（２１）は、複数の索状部材（１９）の被支持部（２９）と固定側部材（１１）との間に介設された構成としても良い。

【0015】

弾性体（２１）は、複数の索状部材（１９）をそれぞれ挿通して同軸上に設けられた構成としても良い。

【0016】

関節機能部（１）は、複数の索状部材（１９）の被支持部（２９）間にわたる支持部材（３５）を備え、弾性体（２１）は、支持部材（３５）と固定側部材（１１）との間に介設された構成としても良い。

【0017】

関節機能部（１）は、複数の索状部材（１９）の一方をガイドして複数の索状部材（１９）の被支持部（２９）を同軸上に位置させるガイド部（３３）を備え、弾性体（２１）は、複数の索状部材（１９）の被支持部（２９）間を接続する構成としても良い。

【0018】

固定側部材（１１）は、軸方向において複数の索状部材（１９）の被支持部（２９）を挟んで固定部（２７）とは反対側に位置する支持部（４１）を備え、弾性体（２１）は、支持部（４１）と複数の索状部材（１９）の被支持部（２９）との間に介設された構成としても良い。

【0019】

弾性体（２１）は、コイルばねとしても良い。

【0020】

索状部材（１９）は、可動側部材（１３）を固定側部材（１１）に対して変位させるために被支持部（２９）が軸方向に操作される駆動ワイヤーとしてもよい。ただし、索状部材は、駆動ワイヤーとは別に設けてもよい。

【実施例1】

【0021】

［マニピュレーター］
図１は、本発明の実施例１に係る関節機能部を適用したマニピュレーターの要部を示す斜視図、図２は、同断面図、図３は、図２の要部を示す概略図である。

【0022】

本実施例では、関節機能部１を有する機器として、マニピュレーター３を例に説明する。マニピュレーター３は、医療用の鉗子であり、手術ロボットに取り付ける鉗子の他、手術ロボットに取り付けない内視鏡カメラや手動鉗子等として用いられるものである。

【0023】

なお、関節機能部１を有する機器としては、関節機能を要する機器であればよく、各種分野のロボット、マニピュレーター、或はアクチュエータ等とすることが可能である。

【0024】

マニピュレーター３は、シャフト５、関節機能部１、エンドエフェクタ７によって構成されている。

【0025】

シャフト５は、例えば円筒形状に形成されている。シャフト５の先端側には、関節機能部１を介してエンドエフェクタ７が可動支持されている。関節機能部１については後述する。

【0026】

エンドエフェクタ７は、医療用の鉗子であり、後述する関節機能部１の可動部１３に対して一対の把持部７ａが開閉可能に軸支されている。このエンドエフェクタ７は、シャフト５及び関節機能部１を挿通したプッシュプルケーブル９が接続されている。このプッシュプルケーブル９の軸方向移動（進退動作）により、把持部７ａが開閉するように構成されている。

【0027】

なお、把持部７aの駆動は、エアー等によって行っても良い。また、エンドエフェクタ７は、例えば、鋏、把持レトラクタ、及び針ドライバ等のように、鉗子以外のものとすることも可能である。

【0028】

［関節機能部］
関節機能部１は、基部１１と、可動部１３と、可撓部材１５と、可撓チューブ１７と、駆動ワイヤー１９と、弾性体２１とを備えている。

【0029】

基部１１は、樹脂や金属等によって形成された柱状体、特に円柱体である。この基部１１は、シャフト５の先端に取り付けられ、固定側部材を構成する。なお、シャフト５も固定側部材の一部を構成している。

【0030】

基部１１は、柱状体に限られず、板状体等としてもよく、後述する駆動ワイヤー１９を挿通する壁状であれば良い。また、基部１１は、関節機能部１が適用される機器に応じて適宜の形態とすることが可能である。

【0031】

可動部１３は、樹脂や金属等によって形成された柱状体、特に円柱体である。可動部１３は、エンドエフェクタ７に取り付けられ、可動側部材を構成する。なお、エンドエフェクタ７も可動部側部材の一部を構成している。

【0032】

可動部１３も、柱状体に限られず、板状体等としてもよく、エンドエフェクタ７を取付け可能な部材であればよい。また、可動部１３も、関節機能部１が適用される機器に応じて適宜の形態とすることが可能である。

【0033】

かかる可動部１３は、可撓部材１５によって軸方向に対して屈曲位置及び伸展位置間で変位可能に基部１１に支持されている。なお、単に軸方向というときは、関節機能部１の軸心に沿った方向を意味し、厳密に軸心に平行な方向の他、僅かに傾斜した方向も含まれる。屈曲位置とは、可動部１３の軸が軸方向と交差し、関節機能部１の屈曲が最大となる位置である。伸展位置とは、可動部１３の軸が軸方向に沿った位置である。進展位置において、可動部１３の軸が軸方向に厳密に沿っている必要はなく、僅かにずれた場合も含まれる。

【0034】

可撓部材１５は、関節機能部１の軸心部に配置され、基部１１に可動部１３を変位可能に支持するものである。本実施例の可撓部材１５は、内可撓チューブ１６と外可撓チューブ１７とで構成されている。

【0035】

内可撓チューブ１６は、軸方向に対して屈曲自在な二重コイルであり、外コイル部２３と、内コイル部２５とを備えている。なお、内可撓チューブ１６は、基部１１に可動部１３を変位可能に支持することができれば、二重コイルを用いたものに限られるものではない。

【0036】

外コイル部２３及び内コイル部２５は、コイルばねである。外コイル部２３及び内コイル部２５の材質は、いずれも金属や樹脂等とすることが可能である。また、外コイル部２３及び内コイル部２５の素線の断面形状は、円形となっている。ただし、この断面形状は、円形に限られるものではない。

【0037】

内コイル部２５は、外コイル部２３よりも径の小さく、外コイル部２３内に螺合されている。外コイル部２３及び内コイル部２５の径は、軸方向の一端から他端に至るまで一定となっている。ただし、この外コイル部２３の径は、軸方向で変化させることも可能である。

【0038】

外コイル部２３は、軸方向で隣接する巻部間を軸方向で離間させた複数の隙間（ピッチ）を有している。この複数の隙間には、内コイル部２５の巻部が内側から嵌合している。

【0039】

かかる可撓部材１５は、外コイル部２３及び内コイル部２５がコイル状の軸方向に対して湾曲及び復元が可能な弾性を有しており、全体として軸方向に対して湾曲及び復元が可能な弾性を有している。

【0040】

可撓部材１５の周囲は、基部１１と可動部１３との間に介設された外可撓チューブ１７によって覆われている。

【0041】

外可撓チューブ１７は、断面波形状の管体からなるベローズによって構成されている。可撓チューブ１７は、金属や樹脂等によって構成されている。なお、外可撓チューブ１７は、コイルばねや他の筒体等を用いることも可能であり、弾性を有するチューブ状を呈していれば、特に限定されるものではない。

【0042】

この外可撓チューブ１７は、基部１１に対する可動部１３の変位に応じて弾性的に屈曲及び復元する。これにより、外可撓チューブ１７は、屈曲角度の増加に応じて荷重が増加する線形の荷重特性を関節機能部１に対して付与する。荷重特性については後述する。

【0043】

従って、可撓部材１５は、自身の湾曲及び復元により可動部１３及びエンドエフェクタ７を基部１１及びシャフト５に対して変位させるようになっている。かかる変位は、駆動ワイヤー１９によって行われる。

【0044】

駆動ワイヤー１９は、金属等からなる索状部材であり、本実施例において関節機能部１の周方向の４か所に９０度毎に設けられている。関節機能部１の径方向に対向する駆動ワイヤー１９は対をなしている。従って、本実施例では、二対の駆動ワイヤー１９を備えている。

【0045】

ただし、一方の対の駆動ワイヤー１９を省略することも可能であり、関節機能部１は、複数の駆動ワイヤー１９を備えていればよい。例えば、駆動ワイヤー１９は、三本設けてもよい。この場合、駆動ワイヤー１９は、周方向に１２０度毎に配置するのが好ましい。また、駆動ワイヤー１９は、索状部材であれば、撚り線、NiTi（ニッケルチタン）単線、ピアノ線、多関節ロッド、鎖、紐、糸、縄等とすることが可能である。

【0046】

これら駆動ワイヤー１９は、軸方向に引かれることによって関節機能部１を屈曲させるものであり、直接又は間接的に図示しない操作機構に接続され、軸方向に操作されるようになっている。なお、軸方向に操作とは、軸方向で駆動ワイヤー１９を進退させることを意味する。

【0047】

各駆動ワイヤー１９の一側は、可動部１３に固定された固定部２７となっている。なお、固定部２７に適用する固定手段は問わない。

【0048】

各駆動ワイヤー１９は、固定部２７から軸方向に沿って伸び、可撓チューブ１７及び基部１１を挿通し、他側がシャフト５の内部を通っている。この各駆動ワイヤー１９の他側は、被支持部２９となっている。

【0049】

被支持部２９は、駆動ワイヤー１９の他側に設けられ、基部１１に支持される部分である。本実施例の被支持部２９は、駆動ワイヤー１９の他端のカシメ部であり、接続ワイヤー３１の端部にカシメにより結合されている。この接続ワイヤー３１を介し、対となる駆動ワイヤー１９の被支持部２９間が接続される。なお、対をなす駆動ワイヤー１９は、ループ状に一体的に設けることも可能である。

【0050】

接続ワイヤー３１は、ガイド部３３を介して両端部がそれぞれ対となる駆動ワイヤー１９の他端に同軸上に配置されて被支持部２９に至る。本実施例のガイド部３３は、プーリーであり、シャフト５内や操作機構等に支持されている。なお、接続ワイヤー３１及びガイド部３３を省略して被支持部２９を操作機構に結合することも可能である。

【0051】

弾性体２１は、駆動ワイヤー１９の被支持部２９を基部１１に支持し、被支持部２９を同一駆動ワイヤー１９の固定部２７に対して軸方向の反対側へ付勢する。これにより、弾性体２１は、各駆動ワイヤー１９に張力を付与し、各駆動ワイヤー１９の曲げ剛性を向上する。

【0052】

本実施例の弾性体２１は、コイルばね、特にピッチを有する圧縮ばねによって構成されている。なお、弾性体２１は、金属や樹脂等によって構成することができ、弾性係数等に応じて適宜の形状を採用することが可能である。例えば、ゴム等の場合は、弾性体を柱状や筒状等としても良い。

【0053】

この弾性体２１は、駆動ワイヤー１９の被支持部２９と基部１１との間に介設されている。具体的には、弾性体２１は、駆動ワイヤー１９毎に設けられ、それぞれ駆動ワイヤー１９を挿通して同軸上に配置されている。弾性体２１の両端は、それぞれ基部１１と被支持部２９とに当接する。

【0054】

従って、弾性体２１は、軸方向に弾性力を働かせるように、駆動ワイヤー１９に対し並列に配置された構成となっている。ここでの並列とは、軸方向と弾性力が作用する方向とを平行になるように弾性体２１を配置することをいう。ただし、両方向の厳密な平行は必要なく、両方向の一方が他方に対してわずかに傾斜する場合も並列に含まれる。なお、被支持部２９と基部１１との間の弾性体２１を省略し、ガイド部３３を弾性体２１により引っ張る構成としてもよい。

【0055】

各弾性体２１は、自由状態の軸方向寸法が被支持部２９と基部１１との間の軸方向寸法よりも小さく設定されている。このため、各弾性体２１は、被支持部２９と基部１１との間で、寸法差に応じて圧縮されている。この圧縮により、各弾性体２１には荷重が付加され、駆動ワイヤー１９には荷重に応じた張力が付与される。

【0056】

かかる弾性体２１は、可撓部材１５と共に、屈曲角度の増加に応じて荷重が増加する線形の荷重特性を関節機能部１に対して付与することができる。荷重特性については後述する。

【0057】

［動作］
図４（Ａ）及び（Ｂ）は、図１のマニピュレーターの概念図であり、図４（Ａ）は、平常時、図４（Ｂ）は屈曲時を示す。

【0058】

本本実施例では、駆動ワイヤー１９が操作されていない平常時において、駆動ワイヤー１９が弾性体２１により張力が付加されて緩みがなくなり曲げ剛性が向上している。

【0059】

このため、可動側部材であるエンドエフェクタ７や関節機能部１の可動部１３に軸方向に対する交差方向（図４（Ａ）の左右方向）に外力Ｆが加わっても、可動部１３及びエンドエフェクタ７の意図しない変位を抑制することができる。

【0060】

医師等の操作者がマニピュレーター３を操作する際は、何れか一つの駆動ワイヤー１９が引かれることにより関節機能部１が屈曲する。そして、関節機能部１は、異なる対の駆動ワイヤー１９を組み合わせて引かれることにより、３６０度全方位に屈曲することが可能となる。これにより、エンドエフェクタ７を所望の方向に指向させることができる。

【0061】

何れか一つの駆動ワイヤー１９を引いて関節機能部１を屈曲させる際、図４（Ｂ）のように、屈曲内側部分では、駆動ワイヤー１９（内ワイヤー１９と称する）の被支持部２９が軸方向で基部１１との間を広げるように変位する。これに応じ、内ワイヤー１９の固定部２７が基部１１側に引かれる。

【0062】

このとき、内ワイヤー１９には、関節機能部１を屈曲させこれを維持する関係上、平常時よりも大きい張力がかかる。この結果、内ワイヤー１９は、曲げ剛性が向上した状態となっている。

【0063】

一方、屈曲外側部分では、内ワイヤー１９と対をなす駆動ワイヤー１９（外ワイヤー１９と称する）が屈曲に伴って固定部２７に引かれると共に、被支持部２９が軸方向で基部１１との間を狭くするように変位して押される。

【0064】

このとき、外ワイヤー１９と同軸の弾性体２１は、自身の弾性力に抗して圧縮され、弾性体２１が自身の弾性力により被支持部２９と基部１１との間で伸びようとする。このため、外ワイヤー１９は、被支持部２９が張力を失わせる方向の基部１１側に変位しても、緩まずに張力が付与される。結果として、外ワイヤー１９も、内ワイヤー１９と共に曲げ剛性が向上している状態となっている。

【0065】

このように、本実施例のマニピュレーター３では、駆動ワイヤー１９が操作された屈曲時においても、屈曲の内外において駆動ワイヤー１９の曲げ剛性が向上している。

【0066】

このため、エンドエフェクタ７や関節機能部１の可動部１３に軸方向に対する交差方向（図４（Ｂ）の上下方向）に外力Ｆが加わっても、エンドエフェクタ７の意図しない変位を抑制することができる。

【0067】

なお、外ワイヤー１９と同軸の弾性体２１を圧縮する操作力は、内ワイヤー１９と同軸の弾性体２１が伸びる弾性力によって補助できる。このため、関節機能部１を屈曲させるための全体としての操作力の増加を抑制し、関節機能部１の屈曲を容易に行わせることができる。

【0068】

［変位特性］
図５は、外力に対する変位量と弾性体の荷重との関係を示すグラフである。

【0069】

図５は、平常時において、エンドエフェクタ７に軸方向に対する交差方向に２Ｎの外力Ｆを加え、そのときのエンドエフェクタ７の変位量を測定したものである。図５の荷重は、平常時において、弾性体２１に付加されている荷重を示している。

【0070】

図５のように、弾性体２１に荷重が付加されていない状態から弾性体２１の荷重の大きさが外力Ｆと等しくなるまでは、エンドエフェクタ７の変位量の低減の割合が大きい。一方、外力Ｆよりも弾性体２１の荷重が上回っても、変位量の低減の割合が小さくなる。また、弾性体２１の荷重を大きくするほど、駆動ワイヤー１９の曲げ剛性が向上して関節機能部１を曲げにくくなる。従って、各弾性体２１の荷重を、想定される外力Ｆと同等に設定するのが好ましい。

【0071】

［荷重特性］
図６は、関節機能部の荷重と屈曲角度との関係を示すグラフである。図６では、対となる駆動ワイヤー１９を操作し、関節機能部１を屈曲角度が０度から９０度となるまで屈曲させた後に０度まで戻すときの関節機能部１、可撓部材１５、及び駆動ワイヤー１９の荷重を示す。

【0072】

本実施例では、弾性体２１及び可撓部材１５が屈曲角度の増加と共に荷重が増加する線形の荷重特性を有し、関節機能部１が弾性体２１及び可撓部材１５を合わせた線形の荷重特性を有する。

【0073】

従って、関節機能部１は、耐荷重性及び曲げ性が優れたものとなっている。また、弾性体２１及び可撓部材１５の荷重特性を調整することにより、関節機能部１の荷重特性を調整・設定することができる。

【0074】

［実施例１の効果］
以上説明したように、本実施例では、可動部１３が基部１１に対して屈曲位置及び伸展位置間で変位可能に支持された関節機能部１であって、軸方向の一側が可動部１３に固定された固定部２７であり、軸方向の他側が基部１１に支持される被支持部２９である複数の駆動ワイヤー１９と、複数の駆動ワイヤー１９の被支持部２９を基部１１に支持し、被支持部２９を固定部２７に対する軸方向の反対側に付勢し駆動ワイヤー１９に張力を付加する弾性体２１とを備える。

【0075】

従って、本実施例では、弾性体２１によって付加された張力に応じ、駆動ワイヤー１９の緩みがなくなり曲げ剛性が向上するため、可動部１３やエンドエフェクタ７に外力Ｆが作用しても、可動部１３やエンドエフェクタ７の意図しない変位を抑制することができる。

【0076】

弾性体２１は、複数の駆動ワイヤー１９と並列に配置されたため、容易且つ確実に駆動ワイヤー１９に張力を付加することができる。

【0077】

複数の駆動ワイヤー１９は、それぞれ固定部２７と被支持部２９との間で基部１１を挿通し、弾性体２１は、複数の駆動ワイヤー１９の被支持部２９と基部１１との間に介設された。

【0078】

従って、本実施例では、簡単な構成で駆動ワイヤー１９に張力を付加することができる。

【0079】

また、弾性体２１は、複数の駆動ワイヤー１９をそれぞれ挿通して同軸上に設けられたため、簡単な構成で被支持部２９と基部１１との間に保持できる。

【実施例2】

【0080】

図７は、本発明の実施例２に係る関節機能部を適用したマニピュレーターを示す概念図である。なお、実施例２では、実施例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。

【0081】

実施例２では、関節機能部１の対となる駆動ワイヤー１９に対して単一の弾性体２１が用いられている。具体的には、対となる駆動ワイヤー１９の被支持部２９間にわたる支持部材３５を備え、弾性体２１が支持部材３５と基部１１との間に介設されている。その他は実施例１と同一である。

【0082】

支持部材３５は、対となる駆動ワイヤー１９の被支持部２９間にわたって設けられた板状体である。支持部材３５には、駆動ワイヤー１９が挿通している。この支持部材３５は、弾性体２１によって被支持部２９に押し付けられている。

【0083】

実施例２においても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

【実施例3】

【0084】

図８は、本発明の実施例３に係る関節機能部を適用したマニピュレーターを示す概念図である。なお、実施例３では、実施例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。

【0085】

実施例３では、関節機能部１の対となる駆動ワイヤー１９を弾性体２１によって接続されている。具体的には、対となる駆動ワイヤー１９の一方をガイドして対となる駆動ワイヤー１９の被支持部２９を同軸上に位置させるガイド部３３を備え、弾性体２１が対となる駆動ワイヤー１９の被支持部２９間を接続する。その他は実施例１と同一である。

【0086】

ガイド部３３は、実施例１と同様に構成されている。対となる駆動ワイヤー１９の一方は、対となる駆動ワイヤー１９の他方よりも長く形成され、両駆動ワイヤー１９の被支持部２９が同軸上に位置するようにガイド部に巻き回されている。

【0087】

本実施例の弾性体２１は、一対設けられ、それぞれ被支持部２９に結合されている。弾性体２１間は、一対の連結部材３７によって連結されている。連結部材３７は、弾性体２１が一体的に結合された部材である。これら連結部材３７は、狭持部３７ａが駆動軸３９を狭持することによって係合している。

【0088】

弾性体２１は、連結部材３７を狭持部３７ａによる駆動軸３９を狭持する方向に付勢し、狭持部３７ａによる駆動軸３９の狭持状態を保持している。駆動軸３９は、操作機構に連結され、操作機構の操作に応じて軸方向に変位する。

【0089】

従って、実施例３でも、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

【実施例4】

【0090】

図９は、本発明の実施例４に係る関節機能部を適用したマニピュレーターを示す概念図、図１０（Ａ）は、同変形例を示す概念図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）を９０度異なる方向から見た概念図である。なお、実施例４では、実施例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。

【0091】

実施例４では、関節機能部１の可撓部材１５がユニバーサルジョイントによって構成されている。その他は、実施例１と同一である。なお、可撓部材１５は、相互に揺動自在な部材を複数連結したものであれば、ユニバーサルジョイントに限られるものではない。例えば、図１０（Ａ）及び（Ｂ）のように、基部１１に対して揺動自在に第１揺動部材４０ａを連結し、この第１揺動部材４０ａに対して直行方向に揺動自在に揺動部材４０ｂを連結し、揺動部材４０ｂに可動部１３を結合することも可能である。

【0092】

実施例４でも、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。また、実施例４では、線形の荷重特性を有さない関節機能部１に対し、弾性体２１によって線形の荷重特性を付与することができる。

【実施例5】

【0093】

図１１は、本発明の実施例５に係る関節機能部を適用したマニピュレーターを示す概念図である。なお、実施例５では、実施例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。

【0094】

実施例５では、弾性体２１が固定側部材としてのシャフト５の支持部４１と駆動ワイヤー１９の被支持部２９との間に設けられている。具体的には、シャフト５が軸方向において各駆動ワイヤー１９の被支持部２９を挟んで固定部２７とは反対側に位置する支持部４１を備え、弾性体２１が支持部４１と被支持部２９との間に介設されている。なお、実施例５では、接続ワイヤー３１及びガイド部３３が省略され、被支持部２９が操作機構に結合されている。この結合により、本実施例では駆動ワイヤー１９に張力Ｔが付与される。ただし、実施例１と同様に接続ワイヤー３１及びガイド部３３を備えてもよい。その他は、実施例１と同一である。

【0095】

支持部４１は、シャフト５の端部やシャフト５内に設けることができる。支持部４１の形状は、弾性体２１を支持可能なものであれば良い。本実施例の弾性体２１は、引張ばねとなっている。

【0096】

かかる実施例５でも、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

【符号の説明】

【0097】

１ 関節機能部
３ マニピュレーター
５ シャフト
７ エンドエフェクタ（可動側部材）
１１ 基部（固定側部材）
１３ 可動部（可動側部材）
１９ 駆動ワイヤー（索状部材）
２１ 弾性体
２７ 固定部
２９ 被支持部
３３ ガイド部
３５ 支持部材
４１ 支持部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】