JP2010221329A - 駆動機構 - Google Patents

Abstract

【課題】線状動力伝達部材の張力を調整できるとともに、構成の単純化及び小型化を実現する駆動機構を提供することにある。
【解決手段】駆動機構１０では、駆動部であるアクチュエータ部３１と一体に形成される流体給排部であるパイプ３２の雄ねじ部３３の一部と基端側壁部６０の雌ねじ部６４とが螺合することにより、アクチュエータ部３１及びパイプ３２が基端側壁部６０に固定される状態で支持される。すなわち、流体給排部であるパイプ３２が駆動部被支持部となっている。また、駆動部被支持部であるパイプ３２の雄ねじ部３３の雌ねじ部６４との螺合位置が調整可能となっている。雄ねじ部３３の雌ねじ部６４との螺合位置を調整することにより、ワイヤ２０のプーリ２３に対する張力が調整される。すなわち、駆動部被支持部であるパイプ３２に設けられる雄ねじ部３３が線状張力伝達部材であるワイヤ２０の張力を調整する張力調整部となっている。
【選択図】図１１

Description

本発明は、ワイヤ等の線状動力伝達部材の張力によって関節部を駆動する駆動機構に関する。

特許文献１では、ワイヤの張力によって関節部を駆動する駆動機構が内視鏡に用いられた構成が示されている。図１８は、駆動手段であるアクチュエータ１０１を示す。アクチュエータ１０１は駆動部であるアクチュエータ部１０２を備える。アクチュエータ部１０２は流体圧人工筋であり、アクチュエータ部１０２の内部の圧力に応じて伸縮可能となっている。アクチュエータ部１０２は、駆動部支持部材であるアクチュエータ保持部材１０３によって支持されている。アクチュエータ保持部材１０３の先端部及び基端部には、それぞれ先端側環状端部１０３Ａ及び基端側環状端部１０３Ｂが設けられている。アクチュエータ部１０２の先端部及び基端部は、それぞれ先端側口金部材１０４Ａ及び基端側口金部材１０４Ｂに連結されている。先端側口金部材１０４Ａは、先端側環状端部１０３Ａの内部に長手方向にスライド自在に挿入されている。基端側口金部材１０４Ｂは、基端側環状端部１０３Ｂに嵌合され、止めねじ１０５によって固定されている。すなわち、基端側環状端部１０３Ｂが駆動部であるアクチュエータ部１０２を支持するアクチュエータ支持部となり、基端側口金部材１０４Ｂが基端側環状端部１０３Ｂに固定される駆動部被支持部となっている。先端側口金部材１０４Ａの先端には、ワイヤ１０７の一端が接続されている。ワイヤ１０７の他端は、可撓管部の先端側に配設される湾曲部に形成されるワイヤガイドに挿通案内され、湾曲部の先端側に配設される先端硬性部の関節部に接続されている。

駆動機構１００では、加圧空気がアクチュエータ部１０２に供給されると、アクチュエータ部１０２は径方向については膨張し、長手方向については基端面が固定された状態で基端側に収縮する。これにより、ワイヤ１０７が基端方向に引張り動作され、先端硬性部が牽引される。この牽引力、すなわちワイヤ１０７の張力が湾曲部に伝達され、湾曲部が湾曲するようになっている。

特開平４−１７０９３１号公報

関節部を線状動力伝達部材の張力によって駆動する駆動機構では、関節部を所望の駆動範囲で適切に駆動できるように初期時に線状動力伝達部材の張力を調整する要望があるまた、使用に伴い動力伝達部材の伸び、弛み等により変化した張力を調整する場合がある。

しかし、上記特許文献１の駆動機構１００では、駆動部であるアクチュエータ部１０２の基端側がアクチュエータ保持部材１０３の基端側環状端部１０３Ｂに固定されていることから、関節部を駆動するワイヤ１０７の張力を調整することができない。また、張力を調整するための張力調整部を駆動手段とは別に設けると、駆動機構の構成が複雑になるとともに大型化してしまう。

本発明は上記課題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、線状動力伝達部材の張力を調整できるとともに、構成の単純化及び小型化を実現する駆動機構を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、駆動部を備える駆動手段と、前記駆動手段を支持する駆動部支持部と、前記駆動部に一端部が接続される線状動力伝達部材と、前記線状動力伝達部材の他端部が接続されるとともに、前記線状動力伝達部材の張力によって駆動される関節部と、を備える駆動機構において、前記駆動手段は、前記駆動部に連結されるとともに、前記駆動手段支持部材に固定される駆動部被支持部を備え、前記駆動部被支持部には、前記線状動力伝達部材の張力を調整する張力調整部が設けられていることを特徴とする駆動機構である。

そして請求項１の発明の駆動機構では、駆動部支持部に固定される駆動部被支持部に、線状張力伝達部材の張力を調整する張力調整部が設けられている。これにより、関節部を駆動する線状張力伝達部材の張力の張力調整部を備えるとともに、構成の単純化及び小型化を実現する駆動機構を提供することができる。

請求項２の発明は、前記張力調整部又は前記駆動部支持部のいずれか一方は、前記駆動部被支持部に長手方向に沿って形成される雄ねじ部であり、他方は、前記雄ねじ部と螺合する雌ねじ部であることを特徴とする請求項１に記載の駆動機構である。

そして請求項２の発明の駆動機構では、雄ねじ部の雌ねじ部との螺合位置を調整することで線状動力伝達部材の張力の調整が可能であるため、簡単な構成の張力調整部を提供することができる。

請求項３の発明は、前記張力調整部は、さらに前記駆動部被支持部の駆動部と反対側に連結された状態で設けられる少なくとも１つの継足し部材を備え、前記継足し部には、前記雌ねじ部と螺合するとともに、前記雄ねじ部とともに長手方向に沿って前記線状動力伝達部材の前記張力調整部を構成する継足し雄ねじ部を備えることを特徴とする請求項２に記載の駆動機構である。

そして請求項３の発明の駆動機構では、雄ねじ部及び継足し雄ねじ部が、線状張力伝達部材の張力を調整する張力調整部となっている。これにより、駆動部被支持部の雄ねじ部だけでは調整量が足らない場合でも、線状動力伝達部材の張力の調整することができ、調整量を大きく取ることができる。また、継ぎ足す継足し部材の数によって調整量を変えることが可能となり、汎用性を高めることができる。

請求項４の発明は、さらに前記駆動部被支持部の前記駆動部支持部での固定位置を保持する保持ユニットを備えることを特徴とする請求項１に記載の駆動機構である。

そして請求項４の発明の駆動機構では、保持ユニットによって、駆動部被支持部の駆動部支持部の固定位置が保持されている。これにより、線状動力伝達部材の張力が調整された状態を保持することができる。

請求項５の発明は、前記駆動部被支持部には、前記線状動力伝達部材の張力を調整する際に用いられる調整治具と係合する被係合部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の駆動機構である。

そして請求項５の発明の駆動機構では、調整治具が駆動部被支持部に設けられる被係合部と係合した状態で駆動被支持部を回転することにより、駆動部被支持部の駆動部支持部での固定位置を調整することが可能となっている。このため、調整治具を用いて容易に駆動被支持部を回転させることが可能である。これにより、容易に線状動力伝達部材の張力を調整することができる。

請求項６の発明は、前記駆動部は、内部に流体を給排することで長手方向に伸縮する流体圧人工筋であり、前記駆動部被支持部は、前記流体圧人工筋への流体給排部であることを特徴とする請求項１に記載の駆動機構である。

そして請求項６の発明の駆動機構では、駆動部が流体圧人工筋であり、張力調整部を備える駆動部被支持部が流体圧人工筋への流体給排部となっている。これにより、駆動機構が小型化され、細径の管内に駆動手段を収納することができる。

本発明によれば、線状動力伝達部材の張力を調整できるとともに、構成の単純化及び小型化を実現する駆動機構を提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る駆動機構を備えるマニピュレータの構成を示す斜視図。 図２は、第１の実施形態に係る把持駆動機構の構成を示す説明図。 図３は、第１の実施形態に係る把持関節部及び把持動作部の構成を示す斜視図。 図４は、第１の実施形態に係る把持関節部及び把持動作部の構成を示す縦断面図。 図５は、第１の実施形態に係る把持関節部及び把持動作部の構成を示す横断面図。 図６は、第１の実施形態に係る張力検出手段の構成を示す斜視図。 図７は、第１の実施形態に係る張力検出手段の構成を示す断面図。 図８は、第１の実施形態に係るアクチュエータの構成を示す断面図。 図９は、第１の実施形態に係る先端側壁部の構成を示す断面図。 図１０は、図９の１０−１０線断面図。 図１１は、第１の実施形態に係る基端側壁部の構成を示す断面図。 図１２は、図１１の１２−１２線断面図。 図１３は、第１の実施形態の第１の変形例に係るパイプの構成を示す斜視図。 図１４は、第１の実施形態の第２の変形例に係るパイプの構成を示す斜視図。 図１５は、第１の実施形態の第３の変形例に係るパイプの構成を示す斜視図。 図１６は、第１の実施形態の第３の変形例に係る処置具の、（Ａ）は一例を示す斜視図、（Ｂ）は（Ａ）とは別の例を示す斜視図。 図１７は、第１の実施形態の第４の変形例に係るパイプ及び継足しパイプの構成を示す断面図。 図１８は、従来例のアクチュエータの構成を示す断面図。

本発明の第１の実施形態について、図１乃至図１２を参照して説明する。図１は、本実施形態の駆動機構１０を備えるマニピュレータ１を示す図である。ここで、マニピュレータ１は、軟性又は半軟性のものである。図１に示すように、マニピュレータ１は、細長い管状部２と、管状部２の先端側に設けられる作業部３と、を有する。

管状部２の径は、１５ｍｍ以下（１０ｍｍ程度であることが好ましい。）に形成されている。管状部２は、作業部３の基端側に設けられる硬性部４と、硬性部４の基端側に設けられるとともに可撓性を有する可撓部５と、を有する。可撓部５は、例えば金属細線が埋設された樹脂体等の可撓性を有する部材で形成されている。可撓部５の長手方向についての長さは、硬性部４の長手方向の長さに比べ極端に長く、その長さは３００ｍｍ程度となっている。

マニピュレータ１の作業部３は３自由度であり、それぞれ把持、回転、屈曲動作を行うための把持関節部７Ａ、回転関節部７Ｂ、屈曲関節部７Ｃの３つの関節部が先端側から順次に設けられている。関節部７Ａ、７Ｂ、７Ｃの先端側の部位が、それぞれ把持、回転、屈曲動作を行う把持動作部８Ａ、回転動作部８Ｂ、屈曲動作部８Ｃとなっている。マニピュレータ１は、それぞれ把持動作部８Ａ、回転動作部８Ｂ、屈曲動作部８Ｃで動作を行うために、把持駆動機構１０Ａ、回転駆動機構、屈曲駆動機構の３つの独立した駆動機構１０を備える。

図２は、把持動作部８Ａで把持動作を行うための把持駆動機構１０Ａを示す図である。図２に示すように、把持駆動機構１０Ａは、把持動作を行う把持動作部８Ａと、把持動作部８Ａに接続される把持関節部７Ａと、を備える。把持関節部７Ａには、硬性部４の内部に設けられる線状動力伝達部材である２本のワイヤ２０が接続されている。それぞれのワイヤ２０の基端部は、可撓部５の内部に設けられる駆動手段であるアクチュエータ３０に接続されている。アクチュエータ３０は、駆動部であるアクチュエータ部３１を備える。アクチュエータ部３１の基端部は、ウレタンチューブ等の可撓性を有するチューブ１１を介してマニピュレータ１の外部に設けられる空気圧力源である電空レギュレータ１２に接続されている。

電空レギュレータ１２からアクチュエータ部３１に加圧空気を供給、又は、アクチュエータ部３１から加圧空気を排出することにより、アクチュエータ部３１の内部の圧力は調整される。それぞれのアクチュエータ部３１の圧力が調整されることにより、アクチュエータ３０に接続されるワイヤ２０は先端側に押出し動作、又は、基端側に引張り動作され、長手方向へ移動する。ワイヤ２０の長手方向への移動により、後述するように把持関節部７Ａが駆動され、把持動作部８Ａが把持動作を行うようになっている。

それぞれのワイヤ２０が関節部７Ａ、７Ｂ、７Ｃに接続される接続部の近傍には、ワイヤ２０の張力を検出するための張力検出手段１３と、ワイヤ２０の長手方向への移動量を検出するための位置センサ等の位置検出手段１４と、が設けられている。張力検出手段１３は信号線１５によりストレインアンプ等のセンサ用アンプ１６に接続され、センサ用アンプ１６からそれぞれのワイヤ２０の張力情報が制御手段であるコントローラ１７に入力される。また、位置検出手段１４からコントローラ１７へ、それぞれのワイヤ２０の位置情報が入力される。コントローラ１７に入力される張力情報及び位置情報に基づいて操作手段であるマスタコントローラ１８で操作を行うことにより、アクチュエータ部３１の圧力調整指令がコントローラ１７から電空レギュレータ１２に送られる。空圧調整指令に基づいて電空レギュレータ１２がアクチュエータ部３１の圧力を調整することにより、それぞれのワイヤ２０の張力及び長手方向への移動量が調整されるようになっている。

なお、回転動作部８Ｂ、屈曲動作部８Ｃでそれぞれ回転、屈曲動作を行うための回転駆動機構、屈曲駆動機構は把持駆動機構１０Ａと同一の構成をしている。したがって、それぞれの関節部７Ａ、７Ｂ、７Ｃに２本ずつワイヤ２０が接続されるため、管状部２の硬性部４の内部には６本のワイヤ２０が設けられている。また、それぞれのワイヤ２０の基端部にアクチュエータ３０が接続されるため、管状部２の可撓部５の内部には６本のアクチュエータ３０が設けられている。

図３乃至図５は把持関節部７Ａ及び把持動作部８Ａの構成を示す図である。図３乃至図５に示すように、把持動作部８Ａは、一対の把持部２１と、この一対の把持部２１のうちの一方である第１の把持部２１Ａが固定される筐体２２と、を備える。筐体２２の先端部では、他方の把持部２１である第２の把持部２１Ｂが第１の把持部２１Ａに対して開閉可能に保持されている。第２の把持部２１Ｂの基端部には、把持関節部７Ａであるプーリ２３が第２の把持部２１Ｂと一体に設けられている。プーリ２３は回転軸２３Ａを中心に有し、回転軸２３Ａでプーリ２３が筐体２２に回転可能に取り付けられている。また、プーリ２３の外周面には、プーリ２３の周方向に沿って形成される２つの溝２３Ｂがプーリ２３の軸方向に並んで設けられている。それぞれの溝２３Ｂには、１本のワイヤ２０が接続されている。

プーリ２３の基端側には、管状部２にワイヤ２０を案内する２つの案内用プーリ２５が上下方向に並んで設けられている。案内用プーリ２５は、プーリ２３と同様に、回転軸２５Ａを中心に有し、回転軸２５Ａで案内用プーリ２５が筐体２２に回転可能に取り付けられている。また、案内用プーリ２５の外周面には、プーリ２３と同様に、案内用プーリ２５の周方向に沿って形成される２つの溝２５Ｂが案内用プーリ２５の軸方向に並んで設けられている。それぞれの溝２５Ｂで、１本のワイヤ２０が案内されるようになっている。

プーリ２３に接続される２本のワイヤ２０のうち一方である第１のワイヤ２０Ａは、管状部２から案内用プーリ２５によって２つの案内用プーリ２５の間に位置する筐体２２の略中心を案内されて、プーリ２３の一方の溝２３Ｂに上側から掛け渡される。そして、第１の把持部２１Ａの基端部の図４中で下部外壁に設けられる第１の留め部２６Ａで固定される。これにより、第１のワイヤ２０Ａがプーリ２３に接続される。同様に、他方のワイヤ２０である第２のワイヤ２０Ｂは、管状部２から案内用プーリ２５によって２つの案内用プーリ２５の間に位置する筐体２２の略中心を案内されて、プーリ２３の他方の溝２３Ｂに下側から掛け渡される。そして、第２の把持部２１Ｂの基端部の図４中で上部外壁に設けられる第２の留め部２６Ｂで固定される。これにより、第２のワイヤ２０Ｂがプーリ２３に接続される。

このような構成にすることにより、拮抗型に配置された２本のワイヤ２０のうちの一方である第１のワイヤ２０Ａを基端側に引張り、他方の第２のワイヤ２０Ｂが先端側を押出すことにより、プーリ２３は一方向に回転する。すなわち、プーリ２３に接続される２本のワイヤ２０が長手方向について逆平行に移動することにより、プーリ２３はワイヤ２０の張力により駆動される。プーリ２３が一方向に回転することにより、第２の把持部２１Ｂが第１の把持部２１Ａに対して開閉動作を行い、把持動作部８Ａが把持動作を行うようになっている。

また、案内用プーリ２５によってワイヤ２０が筐体２２の略中心を案内されることにより、ワイヤ２０が回転、屈曲動作の影響を受けないようになっている。

なお、回転動作部８Ｂ、屈曲動作部８Ｃは把持動作部８Ａと略同一の構成をしていて、拮抗型に配置された２本のワイヤ２０が長手方向について逆平行に移動することにより、回転関節部７Ｂ、屈曲関節部７Ｃであるプーリ２３が駆動する。これにより、回転動作部８Ｂ、屈曲動作部８Ｃが回転、屈曲動作を行うようになっている。

図８はワイヤ２０の基端部が接続されるアクチュエータ３０の構成を示す図である。図８に示すように、アクチュエータ３０は、細径で管状の駆動部であるアクチュエータ部３１を備える。アクチュエータ部３１は、伸縮しにくい細径部材３６を網状に編んだ網状体を樹脂体等に埋設した可撓性を有する部材で形成されている。アクチュエータ部３１は、径が１０ｍｍ程度で長さが３００ｍｍ程度の可撓部５に合わせて、径が１．５ｍｍ程度で長さが３００ｍｍ程度に作成されている。これにより、６本のアクチュエータ３０が可撓部５に収納されるようになっている。アクチュエータ部３１の先端面３１Ｂは閉塞されていて、先端面３１Ｂにワイヤ２０の基端部が接続されている。

アクチュエータ部３１の基端側には、アクチュエータ部３１の内部に加圧空気を供給及び排出する流体給排部であるパイプ３２がアクチュエータ部３１と一体に設けられている。パイプ３２の基端部は、前述したチューブ１１を介して電空レギュレータ１２に接続されている。パイプ３２の基端部の外周面には、雄ねじ部３３が長手方向に所望の長さを有して設けられている。それぞれのアクチュエータ部３１は、長手方向について略全長にわたって肉薄のＳＵＳパイプ又はコイルパイプ等の可撓性を有する金属製の筒状体３４に収納されている。

図２に示すように、管状部２の可撓部５の先端側及び基端側には、それぞれ管状部２の内部を長手方向に垂直な方向に閉塞するとともに所望の厚さを有する先端側支持部材である先端側壁部５０及び基端側支持部材である基端側壁部６０が、設けられている。筒状体３４は、先端側壁部５０及び基端側壁部６０により支持されている。アクチュエータ部３１及びパイプ３２は、基端側壁部６０により支持されている。

図９及び図１０は、先端側壁部５０の構成を示す図である。図９及び図１０に示すように、先端側壁部５０には、長手方向に貫通する６つの先端側筒状体支持部である先端側貫通孔５１が設けられている。６つの先端側貫通孔５１の径は、筒状体３４の径と略同一であり、上下方向に所定間隔を有して左右対称に３つずつ形成されている。それぞれの先端側貫通孔５１には、１本の筒状体３４の先端部を挿入され、圧着、半田付け、接着剤等で固定されている。これにより、筒状体３４の先端部は先端側壁部５０に固定される状態で支持され、筒状体３４の先端方向への移動が規制される。

図１１及び図１２は、基端側壁部６０の構成を示す図である。図１１及び図１２に示すように、基端側壁部６０には、先端側壁部５０と同様に、上下方向に所定間隔を有して左右対称に３つずつ長手方向に貫通する６つの基端側貫通孔６１が設けられている。基端側貫通孔６１は、先端側の部位に設けられる基端側筒状体支持部である筒状体用孔６２と、基端側の部位に設けられる駆動部用孔６３と、を備える。

基端側筒状体支持部である筒状体用孔６２の径は、筒状体３４の径と略同一である。それぞれの筒状体用孔６２には、１本の筒状体３４の基端部を挿入され、圧着、半田付け、接着剤等で固定されている。これにより、筒状体３４の基端部は基端側壁部６０に固定される状態で支持され、筒状体３４の基端方向への移動が規制される。

基端側壁部６０の駆動部用孔６３と接する面には、雌ねじ部６４が長手方向に所望の長さを有して設けられている。雌ねじ部６４の長手方向の長さは、パイプ３２の雄ねじ部３３の長手方向の長さより短くなっている。アクチュエータ部３１と一体的に連結されて形成されるパイプ３２の雄ねじ部３３の一部と基端側壁部６０の雌ねじ部６４とが螺合することにより、アクチュエータ部３１及びパイプ３２が基端側壁部６０に固定される状態で支持される。つまり、基端側壁部６０の雌ねじ部６４は、駆動部被支持部であるパイプ３２の雄ねじ部３３の一部と螺合する駆動部支持部となっている。これにより、アクチュエータ部３１及びパイプ３２の基端方向への移動が規制される。

このような構成にすることにより、アクチュエータ部３１は基端側への移動が規制され、筒状体３４は先端側及び基端側への移動が規制される。このため、アクチュエータ部３１は、内部の圧力の変化に応じて基端面３１Ａを固定端、先端面３１Ｂを自由端として固定される筒状体３４の内部で長手方向に伸縮可能ないわゆる流体圧人工筋となっている。すなわち、電空レギュレータ１２から加圧空気がアクチュエータ部３１に供給されると、アクチュエータ部３１は径方向については膨張し、長手方向については基端面３１Ａが固定された状態で基端側に収縮する。これにより、アクチュエータ部３１の先端面３１Ｂに接続されるワイヤ２０が基端方向に引張り動作される（図８の矢印Ａ）。逆に、アクチュエータ部３１から加圧空気が排出されると、アクチュエータ部３１は径方向については圧縮され、長手方向については先端側に膨張する。これにより、アクチュエータ部３１の先端面３１Ｂに接続されるワイヤ２０が先端方向に押出し動作される（図８の矢印Ｂ）。アクチュエータ部３１の内部の圧力を調整して、拮抗型に配置された２本のワイヤ２０を長手方向について逆平行に移動動作させることにより、前述したようにプーリ２３はワイヤ２０の張力により駆動される。すなわち、関節部７Ａ、７Ｂ、７Ｃであるプーリ２３は、ワイヤ２０の基端部に接続されるアクチュエータ３０のアクチュエータ部３１により駆動制御されている。

また、先端部及び基端部が固定された可撓性を有する筒状体３４の内部にアクチュエータ部３１が収容されている。このため、可撓部５が湾曲した際に、アクチュエータ部３１が可撓部５内で筒状体３４と一体に撓むことが可能となっている。

さらに、アクチュエータ部３１が基端側壁部６０に確実に支持されているため、マニピュレータ１として必要な１０〜２０Ｎ程度の力量及び１０〜２０ｍｍ程度の変位を、０．１〜０．６ＭＰａ程度のアクチュエータ部３１の内部圧力で実現可能となっている。ここで、マニピュレータ１の力量及び変位は、細径部材３６の網角、アクチュエータ部３１の径等のパラメータを調整することにより変化する。

なお、先端側筒状体支持部、基端側筒状体支持部及び駆動部支持部の構成は前述した構成に限られない。例えば、先端側壁部５０の外周面から先端側貫通孔５１まで貫通するねじ孔を形成し、ねじ孔にねじを挿通して筒状体３４を先端側壁部５０に固定する構成でもよく、基端側筒状体支持部及び駆動部支持部についても同様である。また、基端側筒状体支持部である筒状体用孔６２と駆動部支持部である雌ねじ部６４は同一の部材である基端側壁部６０に一体に形成されているが、別体に形成してもよい。

図６及び図７は、関節部７Ａ、７Ｂ、７Ｃに２本ずつ接続される６本のワイヤ２０に設けられる張力検出手段１３の構成を示す図である。図６及び図７に示すように、張力検出手段１３は、ワイヤ２０を拘束する直方体形状の拘束部材４０と、拘束部材４０に取り付けられる検出部材である歪ゲージ４１と、を備える。拘束部材４０はジュラコン、金属、樹脂等の部材から形成されている。ここで、拘束部材４０の長手方向に対して平行な４つの側面のうちのいずれか１つの面を第１の面４０Ａとし、第１の面４０Ａに平行な面を第２の面４０Ｂとする。拘束部材４０の長手方向に対して垂直な２つの面を、それぞれ第３の面４０Ｃ、第４の面４０Ｄとする。また、拘束部材４０の長手方向に対して平行で、かつ、第１の面４０Ａ及び第２の面４０Ｂに対して垂直な２つ側面のうちいずれか１つの面を第５の面４０Ｅとする。

拘束部材４０の第１の面４０Ａには、拘束部である円弧状の溝４２が長手方向に第１の面４０Ａの全長にわたって（第３の面４０Ｃから第４の面４０Ｄまで）形成されている。ワイヤ２０は溝４２に挿通されるとともに、溝４２でワイヤ２０の長手方向の移動が拘束されている。図６に示すように、拘束部材４０の溝４２の幅ｔ０は、ワイヤ２０の拘束部材４０で拘束されていない部分の径ｄ０より小さく形成されている。これにより、ワイヤ２０を溝４２内に挿入することにより、拘束部である溝４２でワイヤ２０を拘束可能なとなっている。溝４２の深さｄ１は、拘束部材４０の第１の面４０Ａから第１の面４０Ａに平行な第２の面４０Ｂまでの距離ｄ２の略半分となっている。

また、第１の面４０Ａに平行に切断した断面において、拘束部である溝４２は、第３の面４０Ｃと第４の面４０Ｄとの間（長手方向について拘束部材４０の両端間）を結ぶ直線から外れた非直線形状である円弧状に形成されている。このため、図７に示すように、拘束部材４０の第３の面４０Ｃと第４の面４０Ｄとの間の距離Ｓ０より、拘束部である溝４２に拘束されているワイヤ２０の長さＬ０の方が長くなっている。すなわち、長手方向について拘束部材４０の両端の間の距離Ｓ０より、拘束部である溝４２に拘束されているワイヤ２０の長さＬ０の方が長くなっている。

長手方向に対して平行で、かつ、第１の面４０Ａに垂直な拘束部材４０の第５の面４０Ｅには歪ゲージ４１が取り付けられている。歪ゲージ４１は、信号線１５を介してセンサ用アンプ１６に接続されている（図２参照）。

このような構成にすることにより、第３の面４０Ｃと第４の面４０Ｄとの間の距離Ｓ０より、拘束部である溝４２に拘束されているワイヤ２０の長さＬ０が長くなるため、ワイヤ２０に生じる張力が拘束部材４０に作用する。これにより、拘束部材４０は変形し、拘束部材４０の歪ゲージ４１が取り付けられる第５の面４０Ｅに垂直な方向に歪むことになる。この歪量を歪ゲージ４１で検出することで、ワイヤ２０の張力、すなわちプーリ２３の力量を検出するようになっている。

なお、拘束部材４０は円柱形状に形成してもよい。この場合、ワイヤ２０の軸方向に平行な円柱の側面に拘束部である溝４２を形成し、拘束部材４０の外周面の溝４２から拘束部材４０の周方向に略９０°離れた位置に歪ゲージ４１が取り付けられる。

また、駆動機構１０には、ワイヤ２０の張力を調整するための張力調整機構が設けられている。張力調整機構は、パイプ３２の雄ねじ部３３と、基端側壁部６０の雌ねじ部６４と、から構成されている。前述のようにパイプ３２の雄ねじ部３３の長手方向の長さは、基端側壁部６０の雌ねじ部６４の長手方向の長さより長くなっている。このため、パイプ３２の雄ねじ部３３の雌ねじ部６４との螺合位置が調整可能となっている。雄ねじ部３３の雌ねじ部６４との螺合位置を調整することにより、アクチュエータ部３１を含めたワイヤ２０のプーリ２３に対する張力が調整される。すなわち、駆動部被支持部であるパイプ３２に設けられる雄ねじ部３３がワイヤ２０の張力を調整する張力調整部となっている。ここで、アクチュエータ部３１の張力も考慮したのは、アクチュエータ部３１は、アクチュエータ部３１の長手方向の長さの１０％に相当する長さだけ長手方向に伸縮するため、伸縮量を考慮する必要があるからである。

なお、本実施形態ではワイヤ２０の張力調整機構は、パイプ３２に設けられる雄ねじ部３３と、基端側壁部６０に設けられる雌ねじ部６４と、から構成されるが、パイプ３２に雌ねじ部を設け、基端側壁部６０に雄ねじ部を設け、雄ねじ部と雌ねじ部との螺合位置を調整することにより、ワイヤ２０の張力を調整してもよい。また、張力調整機構は雄ねじ部と雌ねじ部との螺合位置を調整する構成に限られず、駆動部を支持するための駆動部支持部に固定される駆動部被支持部が、張力調整部を備える構成であればよい。

図１１に示すように、パイプ３２の雄ねじ部３３の基端側壁部６０の雌ねじ部６４との螺合位置の基端側には、ナット９０が設けられている。ナット９０の内周面には、パイプ３２の雄ねじ部２３と螺合する雌ねじ部９１が設けられている。雌ねじ部９１がパイプ３２の雄ねじ部３２と螺合することにより、ナット９０は基端側壁部６０の基端面に突き当たった状態でパイプ３２に締め付けられる。

このような構成にすることにより、ナット９０によって基端側壁部６０のパイプ３２に対する長手方向の移動が規制される。このため、駆動部被支持部であるパイプ３２の駆動部支持部である雌ねじ部６４での固定位置が保持されている。すなわち、ナット９０は、パイプ３２の雄ねじ部３３と基端側壁部６０の雌ねじ部６４との螺合位置を保持する保持ユニットとなっている。これにより、ワイヤ２０の張力が調整された状態が保持される。

なお、パイプ３２の雄ねじ部３３と基端側壁部６０の雌ねじ部６４との螺合位置を保持する保持ユニットは１つのナット９０に限られるものではない。例えば、前述したように基端側筒状体支持部である筒状体用孔６２と駆動部支持部である雌ねじ部６４とを別体に形成し、駆動部支持部の先端側及び基端側からナット９０でパイプ８２を締め付けることにより、螺合位置を保持してもよい。また、保持ユニットの個数は複数であってもよい。また、保持ユニットとしては、ナット９０に限るものではなく螺合位置を保持できる構造であればよい。さらに、例えばアクチュエータの力量が小さい場合で螺合のみで螺合位置を保持可能であれば、保持ユニットを設けなくてもよい。

次に、本実施形態に係る駆動機構１０の作用について説明する。本実施形態に係るマニピュレータ１では、駆動部であるアクチュエータ部３１と一体に形成される流体給排部であるパイプ３２の雄ねじ部３３の一部と基端側壁部６０の雌ねじ部６４とが螺合することにより、アクチュエータ部３１及びパイプ３２が基端側壁部６０に固定される状態で支持される。すなわち、流体給排部であるパイプ３２が駆動部被支持部となっている。これにより、アクチュエータ部３１及びパイプ３２の基端方向への移動が規制されている。

そして、アクチュエータ部３１は、内部の圧力の変化に応じて基端面３１Ａを固定端、先端面３１Ｂを自由端として固定される筒状体３４の内部で長手方向に伸縮可能ないわゆる流体圧人工筋となっている。すなわち、電空レギュレータ１２から加圧空気がパイプ３２を通ってアクチュエータ部３１に供給されると、アクチュエータ部３１は径方向については膨張し、長手方向については基端面３１Ａが固定された状態で基端側に収縮する。これにより、アクチュエータ部３１の先端面３１Ｂに接続されるワイヤ２０が基端方向に引張り動作される（図８の矢印Ａ）。逆に、アクチュエータ部３１から加圧空気が排出されると、アクチュエータ部３１は径方向については圧縮され、長手方向については先端側に膨張する。これにより、アクチュエータ部３１の先端面３１Ｂに接続されるワイヤ２０が先端方向に押出し動作される（図８の矢印Ｂ）。アクチュエータ部３１の内部の圧力を調整して、拮抗型に配置された２本のワイヤ２０を長手方向について逆平行に移動動作させることにより、プーリ２３はワイヤ２０の張力により駆動される。すなわち、関節部７Ａ、７Ｂ、７Ｃであるプーリ２３は、ワイヤ２０の基端部に接続されるアクチュエータ３０のアクチュエータ部３１により駆動制御されている。

また、駆動機構１０にはワイヤ２０の張力調整機構が設けられている。駆動部被支持部であるパイプ３２の雄ねじ部３３の駆動部支持部である雌ねじ部６４との螺合位置が調整可能となっている。雄ねじ部３３の雌ねじ部６４との螺合位置を調整することにより、アクチュエータ部３１を含めたワイヤ２０のプーリ２３に対する張力が調整される。すなわち、駆動部被支持部であるパイプ３２に設けられる雄ねじ部３３が線状動力伝達部材であるワイヤ２０の張力を調整する張力調整部となっている。

例えば把持駆動機構１０Ａにおいて、第２の把持部２１Ｂの所望の回動範囲、すなわち把持関節部７Ａであるプーリ２３の所望の駆動範囲で、第１の把持部２１Ａと第２の把持部２１Ｂとで適切に把持動作を行うために、初期時に以下の調整を行う。

まず、２本のワイヤ２０が接続されるアクチュエータ部３１の駆動部被支持部であるパイプ３２の雄ねじ部３３を基端側壁部６０の対応する雌ねじ部６４と螺合する。螺合の際、プーリ２３の所望の駆動範囲において、例えば第２の把持部２１Ｂの第１の把持部２１Ａに対する位置が０°と９０°の際にそれぞれのワイヤ２０が弛まないように、すなわちアクチュエータ部３１を含めたワイヤ２０のプーリ２３に対する張力が生じるように、それぞれの螺合位置を長手方向について調整する。さらに、螺合位置を長手方向について調整することにより、アクチュエータ部３１を含めたワイヤ２０のプーリ２３に対する張力も変化する。これにより、第１の把持部２１Ａと第２の把持部２１Ｂとで適切に把持動作を行うようになっている。ここで、アクチュエータ部３１の張力も考慮したのは、アクチュエータ部３１は、アクチュエータ部３１の長手方向の長さの１０％に相当する長さだけ長手方向に伸縮するため、伸縮量を考慮する必要があるからである。

なお、マニピュレータ１は張力検出手段１３を備えていることから、張力検出手段１３によってそれぞれのワイヤ２０の張力を検出しながら張力を調整することが可能である。これにより、適切な張力の調整が可能となっている。

また、マニピュレータ１を使用していくと、ワイヤ２０が伸びること等が原因でプーリ２３の駆動範囲が変化し、第１の把持部２１Ａと第２の把持部２１Ｂとでの把持動作が適切にできなくなることがある。この場合も、パイプ３２の雄ねじ部３３の基端側壁部６０の雌ねじ部６４との螺合位置を調整することにより、第１の把持部２１Ａと第２の把持部２１Ｂで適切に把持動作を行うように張力を調整する。この際も、張力検出手段１３によってそれぞれのワイヤ２０の張力を検出しながら張力を調整することが可能である。これにより、適切な張力の調整が可能となっている。ここで、アクチュエータ部３１の張力も考慮したのは、アクチュエータ部３１は、アクチュエータ部３１の長手方向の長さの１０％に相当する長さだけ長手方向に伸縮するため、伸縮量を考慮する必要があるからである。

さらに、ナット９０によって基端側壁部６０のパイプ３２に対する長手方向の移動が規制される。このため、駆動部被支持部であるパイプ３２の駆動部支持部である雌ねじ部６４での固定位置が保持されている。すなわち、ナット９０は、パイプ３２の雄ねじ部３３と基端側壁部６０の雌ねじ部６４との螺合位置を保持する保持ユニットとなっている。これにより、ワイヤ２０の張力が調整された状態が保持される。

そこで、上記構成の駆動機構１０では以下の効果を奏する。すなわち、本実施形態の駆動機構１０では、駆動部被支持部であるパイプ３２の雄ねじ部３３の駆動部支持部である雌ねじ部６４との螺合位置が調整可能となっている。雄ねじ部３３の雌ねじ部６４との螺合位置を調整することにより、アクチュエータ部３１を含めたワイヤ２０のプーリ２３に対する張力が調整される。駆動部被支持部であるパイプ３２に設けられる雄ねじ部３３が線状動力伝達部材であるワイヤ２０の張力を調整する張力調整部となっていることにより、関節部であるプーリ２３を駆動するワイヤ２０の張力の張力調整部を備えるとともに、構成の単純化及び小型化を実現する駆動機構１０を提供することができる。また、雄ねじ部３３の雌ねじ部６４との螺合位置を調整することでワイヤ２０の張力の調整が可能であるため、簡単な構成の張力調整部を提供することができる。

また、駆動機構１０では、ナット９０によって基端側壁部６０のパイプ３２に対する長手方向の移動が規制される。このため、駆動部被支持部であるパイプ３２の駆動部支持部である雌ねじ部６４での固定位置、すなわちパイプ３２の雄ねじ部３３と基端側壁部６０の雌ねじ部６４との螺合位置が保持されている。これにより、ワイヤ２０の張力が調整された状態を保持することができる。

さらに、駆動機構１０では、駆動部であるアクチュエータ部３１が流体圧人工筋であり、駆動部被支持部であるとともに張力調整部を備えるパイプ３２がアクチュエータ部３１への流体給排部となっている。これにより、駆動機構１０が小型化され、駆動手段であるアクチュエータ３０を細径の管内に収納することができる。

次に、本発明の第１の実施形態の第１乃至第３の変形例について図１３乃至図１６（Ａ）（Ｂ）を参照して説明する。第１乃至第３の変形例では第１の実施形態の構成を次の通り変形したものである。なお、第１の実施形態と同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。

図１３は、第１の変形例の駆動部被支持部であるパイプ３２の構成を示す図である。図１３に示すように、本変形例のパイプ３２の円殻状の基端面３２Ａには、パイプ３２の周方向に略１８０°離れた位置に２つの切込み７０が設けられている。切込み７０には、調整治具であるマイナスドライバー７１のマイナス形状の先端が係合する。すなわち、切込み７０はマイナスドライバー７１と係合する被係合部となっている。このような構成にすることにより、マイナスドライバー７１と切込み７０とが係合した状態でパイプ３２を回転することによって、パイプ３２の雄ねじ部３３の基端側壁部６０の雌ねじ部６４との螺合位置を調整することが可能となっている。

図１４は、第２の変形例の駆動部被支持部であるパイプ３２の構成を示す図である。図１４に示すように、本変形例のパイプ３２では、基端の開口部７３の長手方向に垂直な断面形状が六角形形状に形成されている。開口部７３には、調整治具である六角レンチ７４の六角形形状の先端が係合する。すなわち、開口部７３は六角レンチ７４と係合する被係合部となっている。このような構成にすることにより、六角レンチ７４と開口部７３とが係合した状態でパイプ３２を回転することによって、パイプ３２の雄ねじ部３３の基端側壁部６０の雌ねじ部６４との螺合位置を調整することが可能となっている。

図１５は、第３の変形例の駆動部被支持部であるパイプ３２の構成を示す図である。図１５に示すように、本変形例のパイプ３２の基端部には、パイプ３２の外周面より外側に向けて突出する突出部７５が設けられている。図１６（Ａ）（Ｂ）は、本変形例の調整治具７６を示す図である。図１６（Ａ）（Ｂ）に示すように、調整治具７６には、パイプ３２の突出部７５に引っ掛けられる引掛り部７７が設けられている。すなわち、突出部７５が調整治具７６と係合する被係合部となっている。このような構成にすることにより、調整治具７６の引掛り部７７が突出部７５に引っ掛けられた状態でパイプ３２を回転することによって、パイプ３２の雄ねじ部３３の基端側壁部６０の雌ねじ部６４との螺合位置を調整することが可能となっている。

以上の第１乃至第３の変形例では、調整治具が駆動部被支持部であるパイプ３２に設けられる被係合部と係合した状態でパイプ３２を回転することにより、駆動部被支持部であるパイプ３２の駆動部支持部である雌ねじ部６４での固定位置、すなわちパイプ３２の雄ねじ部３３の基端側壁部６０の雌ねじ部６４との螺合位置を調整することが可能となっている。このため、調整治具を用いて容易にパイプ３２を回転させることが可能である。これにより、容易にワイヤ２０の張力を調整することができる。

次に、本発明の第１の実施形態の第４の変形例について図１７を参照して説明する。第４の変形例では第１の実施形態の構成を次の通り変形したものである。なお、第１の実施形態と同一の部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。

図１７は、第４の変形例の駆動被支持部であるパイプ３２及び継足しパイプ８０の構成を示す図である。図１７に示すように、パイプ３２の外周面には、雄ねじ部３３がパイプ３２の基端から長手方向に沿って設けられている。パイプ３２の内周面には、雌ねじ部８１がパイプ３２の基端から長手方向に沿って設けられている。

パイプ３２の基端側には、継足し部材である継足しパイプ８０がパイプ３２に連結された状態で設けられている。継足しパイプ８０は、先端側に設けられる第１の円筒部８３と、基端側に設けられる第２の円筒部８４と、から構成されている。第１の円筒部８３の径はパイプ３２の径より小径であり、第２の円筒部８４の径はパイプ３２の径と同一となっている。第１の円筒部８３の外周面には、パイプ３２の雌ねじ部８１と螺合する連結雄ねじ部８５が長手方向に沿って設けられている。パイプ３２の雌ねじ部８１と継足しパイプ８０の連結雄ねじ部８５とが螺合することにより、パイプ３２に継足しパイプ８０が連結される。第２の円筒部８４の外周面には、継足し雄ねじ部８７が第２の円筒部の先端から長手方向に沿って設けられている。継足し雄ねじ部８７は、基端側壁部６０の雌ねじ部６４と螺合するようになっている。

このような構成にすることにより、パイプ３２に継足しパイプ８０を連結した際、基端側壁部６０の雌ねじ部６４と螺合するパイプ３２の雄ねじ部３３及び継足しパイプ８０の継足し雄ねじ部８７が長手方向について連続的に形成される。このため、パイプ３２の雄ねじ部３３及び継足しパイプ８０の継足し雄ねじ部８７の範囲内で、基端側壁部６０の雌ねじ部６４との螺合位置が調整可能となる。すなわち、雄ねじ部３３及び継足し雄ねじ部８７が、ワイヤ２０の張力を調整する張力調整部となる。これにより、パイプ３２の雄ねじ部３３だけでは調整量が足らない場合でも、ワイヤ２０の張力の調整することができる。また、継足し雄ねじ部８７が張力調整部となることにより、調整量を大きく取ることができる。

また、継足しパイプ８０の内周面に、パイプ３２と同様の雌ねじ部８１を設け、基端側にさらに別の継足しパイプ８０を連結してもよい。これにより、継ぎ足す継足しパイプ８０の数によって調整量を変えることが可能となり、汎用性を高めることができる。

なお、本実施形態の駆動機構１０はワイヤ２０の張力及び長手方向への移動量をそれぞれ検出する張力検出手段１３及び位置検出手段１４を備えるが、必ずしも備える必要はない。

また、駆動機構１０の駆動部であるアクチュエータ部３１は流体圧人工筋となっているが、例えば長手方向に伸縮する線状又は棒状の形状記憶合金部材等の長手方向に伸縮する部材であればよい。この場合、形状記憶合金部材の径を流体圧人工筋の膨張範囲より小さくすることにより、アクチュエータ部３１を収納する管状部２の径を小さくすることが可能となる。

また、駆動機構１０では、先端部で関節部であるプーリ２３に接続され、基端部がアクチュエータ部３１に接続される線状動力伝達部材としてワイヤ２０が用いられたが、アクチュエータ部３１を前述した形状記憶合金部材から形成されるワイヤ（ＳＭＡワイヤ）として、ＳＭＡワイヤの先端部を関節部に接続してもよい。

さらに、本実施形態では駆動機構１０を軟性又は半軟性のマニピュレータ１に用いた場合について説明したが、管状部２が剛性を有する硬性マニピュレータに用いられてもよい。また、例えば内視鏡の湾曲駆動機構等のように、関節部を線状動力伝達部材の張力により駆動する駆動する駆動機構を備える装置であれば、駆動機構１０を用いることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形ができることは勿論である。

７Ａ，７Ｂ，７Ｃ…関節部、 ８Ａ，８Ｂ，８Ｃ…動作部、 １０…駆動機構、 １１…チューブ、 １２…電空レギュレータ、 ２０…ワイヤ、 ２３…プーリ、 ３０…アクチュエータ、 ３１…アクチュエータ部、 ３１Ａ…先端面、 ３１Ｂ…基端面、 ３２…パイプ、 ３３…雄ねじ部、 ３４…筒状体、 ６０…基端側壁部、 ６３…駆動部用孔、 ６４…雌ねじ部、 ９０…ナット。

Claims (6)

1. 駆動部を備える駆動手段と、
   前記駆動手段を支持する駆動部支持部と、
   前記駆動部に一端部が接続される線状動力伝達部材と、
   前記線状動力伝達部材の他端部が接続されるとともに、前記線状動力伝達部材の張力によって駆動される関節部と、
   を備える駆動機構において、
   前記駆動手段は、前記駆動部に連結されるとともに、前記駆動部支持部に固定される駆動部被支持部を備え、
   前記駆動部被支持部には、前記線状動力伝達部材の張力を調整する張力調整部が設けられていることを特徴とする駆動機構。
2. 前記張力調整部又は前記駆動部支持部のいずれか一方は、前記駆動部被支持部に長手方向に沿って形成される雄ねじ部であり、
   他方は、前記雄ねじ部と螺合する雌ねじ部であることを特徴とする請求項１に記載の駆動機構。
3. 前記張力調整部は、さらに前記駆動部被支持部の駆動部と反対側に連結された状態で設けられる少なくとも１つの継足し部材を備え、
   前記継足し部材には、前記雌ねじ部と螺合するとともに、前記雄ねじ部とともに長手方向に沿って前記線状動力伝達部材の前記張力調整部を構成する継足し雄ねじ部を備えることを特徴とする請求項２に記載の駆動機構。
4. さらに前記駆動部被支持部の前記駆動部支持部での固定位置を保持する保持ユニットを備えることを特徴とする請求項１に記載の駆動機構。
5. 前記駆動部被支持部には、前記線状動力伝達部材の張力を調整する際に用いられる調整治具と係合する被係合部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の駆動機構。
6. 前記駆動部は、内部に流体を給排することで長手方向に伸縮する流体圧人工筋であり、
   前記駆動部被支持部は、前記流体圧人工筋への流体給排部であることを特徴とする請求項１に記載の駆動機構。

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