多自由度钳子的制作方法

1.本发明涉及使用具有直列地排列的多个连杆部件和在远离中心的一对位置贯通连杆部件的一对金属丝的波纹机构，利用通过操作部的手动操作来使工作部进行摇头动作的多自由度钳子。


背景技术：

2.多自由度钳子是在作为低侵袭手术的一例的镜视下手术中使用的医疗用器具。多自由度钳子在患者的体内进行预定动作的工作部经由波纹机构而与转动轴的前端侧连结。并且，用于对工作部的预定动作以及波纹机构的弯曲进行远程操作的操作部与转动轴的后端侧连结。
3.操作者(手术者)将搭载有高精细摄像机的内窥镜摄像机和多个多自由度钳子插入患者的体内开始镜视下手术。操作者一边使高精细摄像机拍摄到的患者的体内的实时图像显示在手术室内的监视画面，一边在患者的体外对多个多自由度钳子的操作部进行操作，对各个工作部的预定动作进行远程操作，执行利用了多自由度钳子的镜视下手术。
4.专利文献1的图3、图4所记载的多自由度钳子是使用具有直列地排列的多个连杆部件和在远离中心的一对位置贯通连杆部件的一对金属丝的波纹机构，来使工作部进行摇头动作的构件。波纹机构被马达驱动，具有设于张架一对金属丝的链轮的旋转轴的蜗轮和与蜗轮啮合而被驱动马达驱动的蜗杆。
5.专利文献2的图4所记载的多自由度钳子通过所谓的操纵杆型的操作部来对具有直列地排列的多个连杆部件和在远离中心的一对位置贯通连杆部件的一对金属丝的波纹机构进行手动操作。
6.现有技术文献
7.专利文献
8.专利文献1：国际公开第2013/129494号
9.专利文献2：美国专利第8105350号


技术实现要素：

10.发明所要解决的课题
11.开发出在一对手指勾挂部插入拇指和食指并像钳子、夹子那样进行操作，来直观地对工作部进行远程操作的手动操作方式的多自由度钳子，且在各种各样的镜视下手术的用途中广泛应用。
12.像钳子、夹子那样进行操作的多自由度钳子在进行使波纹机构弯曲的操作时，没有操作所使用的手指，需要使用未将手指插入到手指勾挂部的相反侧的手、或者从手指勾挂部拔出手指将操作部倒手。因此，难以用左右的手各一台地对多自由度钳子进行手动操作来进行手术。
13.另外，专利文献2所记载的多自由度钳子中，若在使工作部进行摇头动作的状态下
将手离开，则有时被体内组织按压、或者因操作部的自重而使工作部的摇头状态返回原状。因此，在这种多自由度钳子中，需要装入棘轮机构、锁定机构，来机械地保持工作部的摇头状态。
14.在多自由度钳子的操作中，若追加棘轮机构的解除、锁定机构的接通/断开操作，则伴随棘轮机构的解除、锁定机构的接通/断开操作，手术作业稍微被中断就会使手术时间变长。
15.另外，装入了棘轮机构、锁定机构的多自由度钳子中，操作变得复杂，有损操作的直观性。若对多自由度钳子的每一个操作都需要是否进行锁定的判断，则直观地对多自由度钳子进行操作变得困难，还会出现误操作的可能性。
16.本发明的目的在于提供解决这样的课题的使用便利性良好的手动操作方式的多自由度钳子。
17.用于解决课题的方案
18.本发明是解决上述的课题的发明，如下所述。
19.[1]一种多自由度钳子，具备：波纹机构，其具有使相对旋转的支点抵接而直列地排列的多个连杆部件、和在隔着上述支点而远离中心的一对位置贯通上述多个连杆部件来使相邻的上述连杆部件相对旋转的一对金属丝；工作部，其设于上述波纹机构的前端侧，进行预定动作；设于上述波纹机构的后端侧且上述一对金属丝贯通的转动轴；以及操作部，其设于上述转动轴的后端侧，用单手操作来使上述工作部进行上述预定动作，上述操作部具有：一对手指勾挂部，其能够执行使单手的手指插入来相对移动的操作；波纹机构驱动拨盘，其设为能够通过上述单手的手指来旋转；蜗杆，其与上述波纹机构驱动拨盘连动；以及蜗轮，其与该蜗杆啮合来驱动连结有上述一对金属丝的滑轮。
[0020]
[2]根据[1]的多自由度钳子，上述一对手指勾挂部能够执行使单手的拇指和中指插入来相对移动的操作，上述波纹机构驱动拨盘设为能够通过该单手的食指来旋转。
[0021]
[3]根据[1]或[2]的多自由度钳子，上述蜗杆与上述波纹机构驱动拨盘的旋转轴连结，上述蜗轮与上述滑轮的旋转轴连结。
[0022]
[4]根据[1]～[3]任一项中所述的多自由度钳子，靠近上述波纹机构驱动拨盘的一侧的手指勾挂部固定于上述操作部的操作部主体，远离上述波纹机构驱动拨盘的一侧的手指勾挂部能够相对于上述操作部主体转动。
[0023]
[5]根据[1]～[4]任一项中所述的多自由度钳子，上述波纹机构驱动拨盘设为能够相对于上述操作部的操作部主体移动来变更操作位置。
[0024]
[6]根据[2]～[5]任一项中所述的多自由度钳子，上述工作部设为能够相对于上述波纹机构的前端侧的连杆部件绕该连杆部件的中心轴线旋转，上述多自由度钳子具有：驱动传递部件，其贯通上述转动轴，设为能够与上述工作部一体地旋转；工作部旋转驱动拨盘，其设于上述操作部，能够利用从上述波纹机构驱动拨盘移动后的上述食指进行旋转；以及旋转传递装置，其设于上述操作部，将上述工作部旋转驱动拨盘的旋转传递至上述驱动传递部件。
[0025]
[7]根据[6]的多自由度钳子，上述波纹机构驱动拨盘的旋转轴线与上述工作部旋转驱动拨盘的旋转轴线处于扭转的位置关系。
[0026]
发明效果
[0027]
根据[1]的多自由度钳子，能够提供解决了上述的课题的使用便利性良好的多自由度钳子。
[0028]
根据[2]的多自由度钳子，在用单手的拇指和中指保持一对手指勾挂部的相对位置的状态下，能够利用该单手的食指使波纹机构驱动拨盘旋转来使工作部进行摇头动作。
[0029]
根据[3]的多自由度钳子，能够实现齿轮、齿形带等机构部件的总数较少的紧凑的操作部。
[0030]
根据[4]的多自由度钳子，手指勾挂部的开闭操作时的多自由度钳子的姿势稳定，因此难以发生操作错误引起的工作部的位置偏移、误动作。
[0031]
根据[5]的多自由度钳子，根据需要来变更波纹机构驱动拨盘的位置，从而能够实现使用便利性良好的多自由度钳子。
[0032]
根据[6]的多自由度钳子，组合波纹机构驱动拨盘和工作部旋转驱动拨盘的操作，能够执行利用旋转对工作部的工作方向的极细微的调整、组合了旋转的新的动作。
[0033]
根据[7]的多自由度钳子，能够以比较近的轴间距离配置比较大的直径的波纹机构驱动拨盘和工作部旋转驱动拨盘。因此，能够实现波纹机构驱动拨盘和工作部旋转驱动拨盘的单手操作容易的操作部。
附图说明
[0034]
图1是表示本发明的实施方式的一例的实施方式一的多自由度钳子的整体的外观构造的立体图。
[0035]
图2是示意性地记载了多自由度钳子中的各部的构造的各部分的功能的说明图。
[0036]
图3是多自由度钳子中的操作部的操作内容与工作部的动作内容的关系的说明图。(a)是操作部的操作内容，(b)是工作部的动作内容。
[0037]
图4是多自由度钳子中的整体构造的分解立体图。
[0038]
图5是多自由度钳子中的工作部以及波纹机构的结构的说明图。(a)是工作部以及波纹机构的分解立体图，(b)是连杆部件的示意性的侧剖视图。
[0039]
图6是多自由度钳子中的摇头驱动机构的分解立体图。
[0040]
图7是多自由度钳子中的工作部旋转驱动机构的分解立体图。
[0041]
图8是多自由度钳子中的操作部主体的安装的说明图。(a)是滑轮侧，(b)是蜗轮侧。
[0042]
图9是实施方式二的多自由度钳子中的波纹机构驱动拨盘的安装构造的示意性的说明图。
[0043]
图10是实施方式三的多自由度钳子中的波纹机构驱动拨盘的安装构造的示意性的说明图。
具体实施方式
[0044]
以下，参照添加的附图，对本发明的多自由度钳子的实施方式进行详细说明。
[0045]
(实施方式一)
[0046]
参照图1～图3，对本发明的实施方式一的多自由度钳子1的结构和动作进行说明。为了避免附图的复杂化，容易理解构造，图2简略地表现多自由度钳子1的构成部件，并标注
与具体地表现出的图1、图3的构成部件共同的符号。因此，图2中的构成部件的大小比率、重复、详细的构造与图1、图3所示的构成部件不同。图3表示使用了单手的操作部5的具体的操作、与响应操作而执行的波纹机构3以及工作部2的具体的动作的关系。
[0047]
如图1所示，多自由度钳子1是具有波纹机构3、工作部2、转动轴4、以及操作部5的手动操作方式的多自由度钳子。多自由度钳子1是将转动轴4、波纹机构3、以及工作部2插入到患者的体内，操作放置在患者的体外的操作部5来执行镜视下手术的设备。
[0048]
如图2所示，波纹机构3具有：使相对旋转的支点p抵接而直列地排列的多个连杆部件31、32、33；以及在隔着支点p而远离中心的一对位置贯通连杆部件31、32、33而使相邻的连杆部件31、32、33相对旋转的一对金属丝10a、10b。工作部2设于波纹机构3的前端侧，进行预定动作。转动轴4设于波纹机构3的后端侧，供一对金属丝10a、10b贯通。操作部5设于转动轴4的后端侧，用单手操作使工作部2进行预定动作。
[0049]
操作部5具有：能够执行使单手的手指插入来相对移动的操作的一对手指勾挂部5b、5c；设为能够通过该单手的手指来旋转的波纹机构驱动拨盘11；与波纹机构驱动拨盘11连动的蜗杆12；以及与蜗杆12啮合来驱动连结有一对金属丝10a、10b的滑轮14的蜗轮13。
[0050]
工作部2设为能够相对于波纹机构3的前端侧的连杆部件31绕其中心轴线旋转。驱动传递部件6贯通转动轴4，设为能够与工作部2一体地旋转。操作部5具有：能够利用从波纹机构驱动拨盘11移动后的食指进行旋转的工作部旋转驱动拨盘21；以及将工作部旋转驱动拨盘21的旋转传递至驱动传递部件6的旋转传递装置22。
[0051]
操作者将多自由度钳子1的转动轴4插入到患者的体内，使工作部2到达手术位置。多自由度钳子1在转动轴4的前端侧经由波纹机构3设有工作部2。工作部2设有在患者的体内沿箭头r6方向开闭的第一钳子片2b以及第二钳子片2c。并且，工作部2通过使波纹机构3向箭头r4方向弯曲/弯曲解除，从而能够在患者的体内进行摇头动作。
[0052]
在转动轴4的后端侧设有操作者在患者的体外对工作部2进行远程操作的操作部5。如图3(a)、(b)所示，在操作部5设有能够执行使单手h的拇指f和中指m插入来相对移动的操作的一对手指勾挂部5b、5c。操作者通过在患者的体外沿箭头r3方向对手指勾挂部5b、5c进行开闭操作，从而使工作部2的第一钳子片2b以及第二钳子片2c连动地沿箭头r6方向进行开闭动作。
[0053]
操作部5设有对波纹机构3的弯曲/弯曲解除进行驱动的波纹机构驱动拨盘11。操作者通过利用单手h的食指p使波纹机构驱动拨盘11沿箭头r1方向进行旋转操作，从而使波纹机构3弯曲/弯曲解除，并使工作部2沿箭头r4方向进行摇头动作。
[0054]
工作部2设为能够相对于波纹机构3的前端的连杆部件31向箭头r5方向旋转。在操作部5设有驱动工作部2的旋转的工作部旋转驱动拨盘21。如图4所示，工作部旋转驱动拨盘21设于食指到达的范围，在外周形成有用于由食指勾挂而旋转的凹凸图案21c。因此，多自由度钳子1通过使第一钳子片2b以及第二钳子片2c向箭头r5方向旋转，来细致调整掌握体内组织的方向、或者能够实现在由第一钳子片2b以及第二钳子片2c夹入体内组织的状态下向箭头r5方向旋转而扭捻的新的动作和用途。操作者通过利用从波纹机构3移动后的单手h的食指p将工作部旋转驱动拨盘21向箭头r2方向旋转操作，从而使工作部2向箭头r5方向进行旋转动作。
[0055]
如图2所示，驱动传递部件6以贯通转动轴4以及波纹机构3的中心的方式设置，将
箭头r9、r10方向的滑动移动和绕中心轴线的旋转从操作部5传递至工作部2。驱动传递部件6设置在操作部5的滑动部件23与工作部2的凸轮部件2e之间。
[0056]
多自由度钳子1通过驱动传递部件6的箭头r9、r10方向的滑动移动使操作部5中的手指勾挂部5b、5c的相对的转动、工作部2中的第一钳子片2b以及第二钳子片2c的开闭动作连动。
[0057]
若操作者进行打开手指勾挂部5b、5c的操作，则操作部5的滑动部件23经由连杆24向箭头r9方向的前端侧滑动。滑动部件23向前端侧推入驱动传递部件6，在工作部2的内部使凸轮部件2e向箭头r10方向的前端侧滑动。伴随凸轮部件2e向前端侧的滑动，第一钳子片2b和第二钳子片2c向解除夹入的方向相对旋转。
[0058]
与此相对，若操作者进行关闭手指勾挂部6b、6c的操作，则操作部5的滑动部件23经由连杆24向箭头r9方向的后端侧滑动。滑动部件23向后端侧拉拽驱动传递部件6，在工作部2的内部使凸轮部件2e向箭头r10方向的后端侧滑动。伴随凸轮部件2e向后端侧的滑动，第一钳子片2b和第二钳子片2c向夹入的方向相对旋转。
[0059]
工作部旋转驱动拨盘21设为相对于操作部5向箭头r2方向旋转自如，限制使用旋转传递装置22直接向驱动传递部件6旋转。限制工作部2经由凸轮部件2e在驱动传递部件6旋转。
[0060]
因此，若使工作部旋转驱动拨盘21向箭头r2方向旋转，则经由驱动传递部件6传递扭转转矩，在波纹机构3的前端，工作部2与驱动传递部件6一体地向箭头r5方向旋转。如图3(a)所示，波纹机构3在固定于转动轴4的连杆部件32和与工作部2一体地转动的连杆部件31之间直列地连结多个连杆部件33。如单点划线所示，累积相邻的连杆部件31、32、33的转动，能够在波纹机构3的整体实现90度以上的弯曲。
[0061]
金属丝10a、10b设为隔着驱动传递部件6贯通从转动轴4以及波纹机构3的中心轴线偏移的一对位置。金属丝10a、10b将利用了操作部5的滑轮14的金属丝10a、10b的推出/拉入传递至波纹机构3的前端的连杆部件31。
[0062]
若操作部5的滑轮14向箭头r7方向旋转，则金属丝10a向前端侧被推出，金属丝10b被拉回至后端侧。其结果，波纹机构3的前端侧向下方被按压，工作部2以水平状态进行摇头动作。
[0063]
与此相对，若操作部5的滑轮14向箭头r8方向旋转，则金属丝10b向前端侧被推出，金属丝10a被拉回至后端侧。其结果，波纹机构3的前端侧向上方弯曲，工作部2向上进行摇头动作。
[0064]
如以上说明的那样，多自由度钳子1具有：设为能够以正操作的单手的手指旋转的波纹机构驱动拨盘11；与波纹机构驱动拨盘11连动的蜗杆12；以及与蜗杆12啮合来驱动连结有一对金属丝10a、10b的滑轮14的蜗轮13。因此，利用如进给丝杠那样的感觉对波纹机构驱动拨盘11进行手动操作，能够使工作部2的摇头动作缓急自如地进行。与马达驱动的情况相比，能够获得通过监视画面的工作部2的摇头动作更高的响应，因此能够提供直观地操作且使用便利性良好的多自由度钳子1。
[0065]
多自由度钳子1由于确保在用单手操作的状态下使波纹机构3弯曲/弯曲解除的操作所使用的手指，因此不需要使用未将手指插入到手指勾挂部5b、5c的相反侧的手、或者将手指从手指勾挂部5a、5b拔出将操作部5倒手。因此，即使用左右的手各一台地对多自由度
钳子进行手动操作来进行手术，也比较容易。
[0066]
多自由度钳子1由于使蜗杆12与蜗轮13啮合来传递旋转，因此能够使波纹机构驱动拨盘11旋转来使滑轮14旋转，但无法使滑轮14旋转来使波纹机构驱动拨盘11旋转。因此，多自由度钳子1在使工作部2进行摇头动作的状态下去掉插入到手指勾挂部5b、5c的手指的力时，不会被体内组织按压或者因操作部5的自重而滑轮14旋转，使工作部2的摇头状态返回原状。总是对工作部2的摇头动作施加所谓的自锁。因此，不需要装入用于保持使工作部2的摇头动作的状态的棘轮机构、锁定机构，来机械地保持工作部2的摇头状态。因此，伴随这样的棘轮机构的解除、锁定机构的接通/断开操作，手术作业不会丝毫中断，因此手术时间变短。由于不需要对多自由度钳子1的每次操作都进行是否锁定的判断，因此直观地操作多自由度钳子1变得容易，误操作的可能性也变低。
[0067]
多自由度钳子1具有：贯通转动轴4并能够与工作部2一体地旋转的驱动传递部件6；能够利用从波纹机构驱动拨盘11移动后的食指进行旋转的工作部旋转驱动拨盘21；以及将工作部旋转驱动拨盘21的旋转传递至驱动传递部件6的旋转传递装置22。因此，组合波纹机构驱动拨盘11和工作部旋转驱动拨盘21的操作，能够执行利用旋转对工作部2的开闭方向的极细微的调整、组合开闭和旋转后的操作部5的新的动作。
[0068]
多自由度钳子1中，一对手指勾挂部5b、5c能够执行使单手的拇指和中指插入来相对移动的操作，波纹机构驱动拨盘11设为能够利用该单手的食指进行旋转。具体而言，手指勾挂部5b、5c的供手指插入的孔面与波纹机构驱动拨盘11的旋转面正交。另外，将手指勾挂部5b固定于操作部主体5d作为夹紧件，在将手腕保留在夹紧件上的状态下，食指的第一关节的腹部能够在波纹机构驱动拨盘11与旋转驱动拨盘21之间往复。因此，在利用单手的拇指和中指保持一对手指勾挂部5b、5c的相对位置的状态下，能够利用该单手的食指使波纹机构驱动拨盘11旋转来使工作部2进行摇头动作。
[0069]
多自由度钳子1中，蜗杆12与波纹机构驱动拨盘11的旋转轴12a连结，蜗轮13与滑轮14连结。因此，齿轮、齿形带、连杆比率等驱动传递部件的总数较少，能够实现紧凑的操作部5。
[0070]
多自由度钳子1中，靠近波纹机构驱动拨盘11的一侧的手指勾挂部5b固定于操作部5的操作部主体5d，远离波纹机构驱动拨盘11的一侧的手指勾挂部5c能够相对于操作部主体5d转动。因此，手指勾挂部5b、5c的开闭操作时的多自由度钳子1的姿势稳定，难以发生操作错误引起的工作部2的位置偏移、误动作。
[0071]
多自由度钳子1中，波纹机构驱动拨盘11的旋转轴线与工作部旋转驱动拨盘21的旋转轴线处于扭转的位置关系。因此，能够以比较近的轴间距离配置比较大的直径的波纹机构驱动拨盘11和工作部旋转驱动拨盘21。因此，能够实现容易进行波纹机构驱动拨盘11以及工作部旋转驱动拨盘21的单手操作的操作部5。
[0072]
(具体的组装构造)
[0073]
以下，参照图4～图8，对多自由度钳子1的机构以及箱体的具体的组装构造进行说明。如图4所示，在转动轴4的前端侧，经由波纹机构3连结有工作部2。在转动轴4，以将其贯通的方式设有金属丝10a、10b、以及驱动传递部件6。转动轴4由不锈钢管材料形成，直径为6mm。金属丝10a、10b通过绞合不锈钢的线材而形成，直径为0.5mm。驱动传递部件6在直径1mm的不锈钢杆6a的两端连结直径1mm的金属丝6b、6c而形成。若驱动传递部件6的整体由直
径1mm的连续的金属丝形成，则传递旋转转矩时的驱动传递部件6的扭转变形较大，旋转的响应性下降，并且不会将需要的转矩传递至工作部2。另外，在位于波纹机构3的驱动传递部件6，需要与波纹机构3一体地弯曲的柔软性、以及使用卡合部件安装于其它部件时的两端部的柔软性。
[0074]
如图8(a)所示，在操作部5的操作部主体5d的滑轮14侧的面形成有：用于安装表盖5e的内螺纹5h；将波纹机构驱动拨盘11保持为旋转自如的贯通孔11g；以及将工作部旋转驱动拨盘21保持为旋转自如的贯通孔21d及凹处21f。如图8(b)所示，在操作部主体5d的蜗轮13侧的面，形成有用于安装里盖5f的内螺纹5h；以及将蜗杆12保持为旋转自如的贯通孔13g及凹处12d。
[0075]
如图4所示，在操作部主体5d重叠表盖5e，通过表盖5e的孔5j将螺钉5i紧固于操作部主体5d的内螺纹(5h：图8(a))。在这样固定的操作部主体5d与表盖5e之间组装手指勾挂部5b、工作部旋转驱动拨盘21、滑轮14、连杆24、滑动部件23等。另外，在操作部主体5d重叠里盖5f，通过里盖5f的孔5j将螺钉5i紧固于操作部主体5d的内螺纹(5h：图8(b))。在这样固定的操作部主体5d与里盖5f之间组装蜗杆12以及蜗轮13。在此，通过在操作部主体5d设置每个部件的凹处以及贯通孔，并使表盖5e、以及里盖5f重叠，从而以能够动作的方式对各部件进行定位。但是，多自由度钳子1也可以采用将一般的轴承部件、托架安装于箱体、基板来组装机构部件的组装构造。
[0076]
蜗杆12通过设于操作部主体5d的凹处(12d、12d：图8(b))将旋转轴12a、12a保持为旋转自如。蜗轮13在两面设置突起部13e、13e。蜗轮13的表侧的突起部13e插入到固定于蜗轮13的滑轮14所设的未图示的凹处13j。蜗轮13的位于里面侧的突起部13e旋转自如地保持在设于里盖5f的轴承孔13f。蜗杆12与蜗轮的齿轮比为20倍，但也可以为10～30倍。
[0077]
如图5(a)所示，在转动轴4的前端侧，经由波纹机构3连结有工作部2。在转动轴4的内周面4a保持有连杆部件32的圆柱面4c，连杆部件32的限制凸部4d与转动轴4的限制凹处4b卡合。与此相对，如图7所示，转动轴4的后端侧通过插入到操作部主体5d的转动轴安装部4h并紧固螺钉4i而固定。因此，转动轴4以及波纹机构3相对于操作部主体5d不旋转。但是，通过松开螺钉5i使转动轴4、波纹机构3、以及工作部2一体地旋转，从而能够变更工作部2相对于操作部5的开闭方向以及弯曲方向。
[0078]
如图5(a)所示，在金属丝10a、10b的前端侧连结有在内侧确保嵌入时的金属丝的弯曲余地的箱型的卡合部件10c、10e。卡合部件10c、10e通过与前端侧的连杆部件31的凹处10d、10f卡合，从而将金属丝10a、10b连结于前端侧的连杆部件31。
[0079]
工作部2将端部2q保持于波纹机构3的前端侧的连杆部件31的内周面31a，并相对于波纹机构3旋转自如地连结。工作部2通过将螺钉2p、2p、2p、2p紧固于连杆部件31的内螺纹31n并使螺钉2p、2p、2p、2p的前端位于工作部2的旋转槽2j，从而防止工作部2脱落的同时，将其把持为相对于连杆部件31旋转自如。
[0080]
在驱动传递部件6的前端侧还连结有箱型的卡合部件6d。卡合部件6d与凸轮部件2e的卡合凹处2n卡合来组装。因此，伴随驱动传递部件6向前端侧或者后端侧的移动，凸轮部件2e一体地移动而使第一钳子片2b以及第二钳子片2c开闭。
[0081]
通过贯通第一钳子片2b的孔2g、第二钳子片2c的孔2g、以及工作部主体2d的孔2h、2h来压入销2a，从而第一钳子片2b以及第二钳子片2c开闭自如地连结。第一钳子片2b以及
第二钳子片2c的突起2f、2f与凸轮部件2e的滑动槽2k、2l卡合。
[0082]
凸轮部件2e将圆柱部2m插入到工作部主体2d的内周面2r，并且将上下的凸条部2o保持于工作部主体2d的滑动槽2i，从而能够向前端侧以及后端侧滑动。凸轮部件2e设为表面侧的滑动槽2l与里面侧的滑动槽2k呈x字型地交叉。
[0083]
因此，若凸轮部件2e相对于工作部主体2d向前端侧滑动，则突起2f、2f的间隔扩大而第一钳子片2b以及第二钳子片2c打开。反之，若凸轮部件2e相对于工作部主体2d向后端侧滑动，则突起2f、2f的间隔变窄而第一钳子片2b以及第二钳子片2c关闭。
[0084]
如图5(b)所示，连杆部件33、33使设有一对的辊凹部33e分别抵接于在与纸面呈直角的方向上隔着驱动传递部件6通过的中心孔33c而同样设有一对的辊凸部33d，形成与纸面平行的面内的相对转动的支点p。辊凸部33d和辊凹部33e形成将辊固定于连杆部件33的辊接头。金属丝10a、10b在直列地连结的多个连杆部件33的每个，贯通在上下隔着中心孔33c而形成的孔33a、33b。
[0085]
以相对于连杆部件33、33同样地形成辊接头的方式，在前端侧的连杆部件31，设有在上下隔着辊凸部31d以及中心孔31c的孔31a、31b，在后端侧的连杆部件32，设有在上下隔着辊凹部32e以及中心孔32c的孔32a、32b。
[0086]
连杆部件33、33将孔33a侧作为倾斜面来确保波纹机构3的弯曲余地，另一方面，在孔33b侧未形成倾斜面，因此，如图3(b)所示，波纹机构3的整体成为箭头r4所示的一侧的弯曲。因此，波纹机构3在解除了弯曲后的直线状态下工作部2的支撑刚性显著提高，在直线状态下难以引起在患者的体内突进时的意外的弯曲。
[0087]
如图6所示，摇头机构10具有：波纹机构驱动拨盘11；与波纹机构驱动拨盘11连动的蜗杆12；以及固定于滑轮14并与蜗杆12啮合的蜗轮13。
[0088]
蜗杆12中，齿轮部12c与旋转轴12a、12a一体地形成，在旋转轴12a的下端形成有所谓的d形切割的扁平轴12b。并且，波纹机构驱动拨盘11能够在中心的扁平孔11a插入蜗杆12的扁平轴12b，并与蜗杆12一体地旋转。在波纹机构驱动拨盘11的操作面11c形成有摩擦槽。
[0089]
蜗轮13使齿轮部13c与蜗杆12的齿轮部12c啮合。蜗轮13通过在孔13h插入螺钉13k并紧固于滑轮14的内螺纹13i，从而与滑轮14一体地固定。蜗轮13的表侧的突起部13e保持在形成于滑轮14的里面的未图示的凹处。旋转轴16贯通蜗轮13的旋转轴孔13a和滑轮14的旋转轴孔14a，并使滑轮14的旋转中心与蜗轮13一致。旋转轴16的端部支撑在设于表盖52的未图示的轴承部。
[0090]
滑轮14的引导面14b在与形成于操作部主体5d的未图示的导向构造之间形成圆弧状的引导路径，将金属丝10a、10b引导至转动轴(4：图7)的入口。金属丝10a、10b的后端部经由卷扬机构15a、15b安装于滑轮14。卷扬机构15a、15b使用所谓的跑面棘轮机构，通过手动操作来卷扬金属丝10a、10b而去除松开。
[0091]
在滑轮14形成有倾斜方向不同的棘轮面15m、15n。与棘轮面15m、15n重叠地设有具有倾斜方向(能够相对旋转的方向)不同的棘轮面15e、15f的棘轮齿轮15c、15d。将金属丝10a、10b的后端部插入形成于棘轮齿轮15c、15d的未图示的贯通孔而分别固定。
[0092]
棘轮齿轮15c、15d分别使用旋转轴15j、15j、弹簧15g、15g、弹簧座15h、15h、e形环15i、15i组装在滑轮14上。旋转轴15j、15j将根部压入棘轮面15m、15n的销孔15o、15p，旋转自如地贯通棘轮齿轮15c、15d的轴孔15k，在顶端的环槽15l装配e形环15i、15i。
[0093]
卷扬机构15a、15b通过棘轮面15m、15n与棘轮面15e、15f的卡合来保持手动旋转棘轮齿轮15c、15d而不松弛地卷扬金属丝10a、10b的卷扬的状态。
[0094]
如图7所示，手指勾挂部5b与操作部主体5d一体地形成。手指勾挂部5c以与手指勾挂部5b一体地树脂成形的旋转轴5a、5a为中心，相对于手指勾挂部5b相对地转动。旋转轴5a、5a通过图4所示的设于操作部主体5d以及表盖5e的孔5g、5g而保持为旋转自如。
[0095]
滑动部件23被夹入于操作部主体5d的滑动槽23f与表盖5e的同样的滑动槽(未图示)且被引导，能够向前端侧以及后端侧滑动。
[0096]
保持于滑动部件23的槽23e的连杆24的一端的孔24c使用销24e安装于滑动部件23的孔24d。连杆24的另一端的孔24a使用销24g安装于手指勾挂部5c的孔24f。
[0097]
伴随手指勾挂部5b以旋转轴5a、5a为中心的转动，连杆24将滑动部件23推出/拉回，使驱动传递部件6向前端侧或者后端侧滑动。并且，如图5(a)所示，操作部5中的滑动部件23的推出/拉回经由驱动传递部件6而传递至工作部2的凸轮部件2e，将凸轮部件2e推出/拉回。
[0098]
在驱动传递部件6的后端部连结有圆柱形的卡合部件23c。卡合部件23c使驱动传递部件6定位于u字槽23a的同时，与滑动部件23的卡合凹处23b卡合来组装。由于卡合部件23c相对于滑动部件23旋转自如，因此操作部主体5d以及手指勾挂部5c不妨碍被工作部旋转驱动拨盘21驱动的驱动传递部件6的旋转。
[0099]
旋转传递装置22通过插入驱动传递部件6并在其狭缝部22c安装压缩环22d来使其缩径，从而压缩环22d经由狭缝部22c紧固驱动传递部件6，对驱动传递部件6与旋转传递装置22的相对移动进行锁定。在该状态下，旋转传递装置22将工作部旋转驱动拨盘21的旋转传递至驱动传递部件6，另一方面，使驱动传递部件6相对于工作部旋转驱动拨盘21向前端侧以及后端侧滑动自如。
[0100]
由此，在使手指勾挂部5c转动而使驱动传递部件6向前端侧或后端侧滑动来使第一钳子片2b以及第二钳子片2c开闭时，工作部旋转驱动拨盘21的长度方向的移动被吸收，工作部旋转驱动拨盘21在长度方向上保持为停止的状态。
[0101]
旋转传递装置22使凸条部22b从圆柱面22a突出。旋转传递装置22将圆柱面22a插入保持于工作部旋转驱动拨盘21的形成于套筒21e的缸筒状的内周面21a的同时，由引导槽21b引导凸条部22b，从而能够向前端侧或后端侧滑动。旋转传递装置22使凸状部22b与引导槽21b卡合来传递转矩。
[0102]
棘轮机构25使棘轮爪25b与棘轮齿轮25a啮合，允许手指勾挂部5c的关闭方向的转动，另一方面限制打开方向的转动。因此，即使去掉插入到手指勾挂部5c的指的力，棘轮机构25也保持由第一钳子片2b以及第二钳子片2c夹入体内组织的状态。另外，通过用食指按压棘轮爪25b，从而强制解除棘轮机构25，能够解除由第一钳子片2b和第二钳子片2c对体内组织的夹入。
[0103]
棘轮齿轮25a将设于手指勾挂部5c的销25d插入到孔25c来安装于手指勾挂部5c。棘轮爪25b通过在设于操作部主体5d的孔25f重叠孔25i并插入销25e来安装于操作部主体5d。弹簧25g放置于设置在操作部主体5d的凹处25h并向上方按压棘轮爪25b，从而使棘轮爪25b与棘轮齿轮25a啮合。被弹簧25g按压的棘轮爪25b使手指勾挂部5c靠近手指勾挂部5b时的棘轮齿轮25a的旋转空转，阻止手指勾挂部5c远离手指勾挂部5b的方向的棘轮齿轮25a的
旋转。
[0104]
(实施方式二)
[0105]
另外，手的大小、手指的长度、手指的可动范围根据操作者(手术者)而为各种各样的，另一方面，按照每个操作者(手术者)制作使各部的尺寸不同的类别的多自由度钳子1是困难的。因此，在实施方式二中，在图2所示的实施方式一的多自由度钳子中，共有构成部件的大多数部件的同时，能够对照操作者(手术者)的手来变更波纹机构驱动拨盘的安装位置。图9表示实施方式二的多自由度钳子1a中的波纹机构驱动拨盘的安装构造。
[0106]
如图9(a)所示，多自由度钳子1a中，与波纹机构驱动拨盘11a的配置相关的以外的结构与实施方式一的多自由度钳子1相同。因此，图9中，对于与实施方式一相同的结构，省略符号或者标注与图2共同的符号，并省略重复的说明。
[0107]
在多自由度钳子1a的摇头机构10a中，通过使蜗杆12a的整体沿蜗轮13旋转并倾斜，从而使波纹机构驱动拨盘11a的安装位置比实施方式一更靠近手指勾挂部5b。
[0108]
多自由度钳子1a形成为使图8(b)所示的凹处12d相对于操作部主体5d倾斜相当于使蜗杆12a相对于操作部主体5d旋转倾斜的角度。通过这样倾斜的凹处12d，如图9(a)所示那样保持蜗杆12a。
[0109]
也能够任意变更使蜗杆12a相对于操作部主体5d倾斜的角度并固定。例如，设为使设置有图8(b)所示的凹处12d的底板与操作部主体5d重合，且能够相对于操作部主体5d绕蜗轮13进行转动。也可以使该底板绕蜗轮13进行转动，并在任意的角度位置固定。
[0110]
或者，设为使用进给丝杠机构来使将蜗杆12a的轴端支撑为能够旋转的未图示的轴承托架能够相对于操作部主体5d向前端侧以及后端侧移动，也可以操作进给丝杠机构来使轴承托架向蜗杆12a的与所希望的倾斜角度一致的位置移动。
[0111]
如图2所示，也可以不使蜗杆12相对于操作部主体5d倾斜，而是仅使波纹机构驱动拨盘11倾斜就能够向前端侧以及后端侧变更位置并固定。例如，预先使蜗杆12的旋转轴与波纹机构驱动拨盘11的旋转轴独立，预先用弹簧接头等万向接头将两者连结。由此，能够在将蜗杆12保持为与实施方式一相同的位置以及倾斜的状态下，仅使波纹机构驱动拨盘11向前端侧以及后端侧移动，并固定于使用便利性良好的位置。即，预先将蜗杆12保持在与实施方式一相同位置，另一方面，将波纹机构驱动拨盘11的旋转轴的下端支撑为旋转自如的未图示的托架安装成能够相对于操作部主体5d倾斜地向前端侧以及后端侧移动并固定。由此，即使波纹机构驱动拨盘11的位置以及倾斜变更，也会通过万向接头从波纹机构驱动拨盘11向蜗杆传递转矩。
[0112]
在多自由度钳子1a中，波纹机构驱动拨盘11a设为能够相对于操作部5的操作部主体5d移动来变更操作位置。因此，根据男女不同、手的大小、右手/左手的不同等需要来变更波纹机构驱动拨盘11b的位置，能够实现使用便利性良好的多自由度钳子1a。根据右手操作用、左手操作用、手大的男性用、手小的女性用等手指的可动范围的不同等操作者(手术者)的需要来定制多自由度钳子1a，从而能够提高镜视下手术的效率和精度。
[0113]
另外，在实施方式二中，对在蜗轮13的旋转面内使波纹机构驱动拨盘11倾斜并向前端侧以及后端侧移动的实施方式进行了说明。但是，波纹机构驱动拨盘11也可以在与蜗轮13的旋转面垂直的面内倾斜。图9(b)是从后端侧观察操作部5时的、与蜗轮13的旋转面垂直的面内的蜗杆12的倾斜的说明图。
[0114]
如图9(b)所示，在多自由度钳子1b的摇头机构10b中，通过变更蜗轮13的厚度方向的歯面的角度，从而使蜗杆12c的齿轮部12c相对于蜗轮13倾斜地啮合，在蜗杆12c的旋转轴12a、12a与蜗轮13的旋转面之间具有倾斜角度。此外，为了容易理解与蜗轮13的厚度方向的歯面的啮合状态，图9(b)中单点划线所示的蜗杆12的歯面表现出与蜗轮13啮合的一侧的歯面。由此，波纹机构驱动拨盘11c的位置能够设定在包含与纸面垂直的面内和与纸面平行的面内的更大的范围。
[0115]
(其它实施方式)
[0116]
在实施方式一、二中，对利用操作操作部5的单手的食指来操作波纹机构驱动拨盘11的实施方式进行了说明。但是，也可以利用操作操作部5的相反的单手、操作者的助手来辅助性地操作波纹机构驱动拨盘11(实施方式三)。图10表示实施方式三的多自由度钳子中的波纹机构驱动拨盘的安装构造。在多自由度钳子1c的摇头机构10c中，使蜗杆12的旋转轴12a的上端部向操作部主体12d的外侧突出来安装補助拨盘17。在此，補助拨盘17使外径比波纹机构驱动拨盘11小，从而能够使蜗杆12比实施方式一更高速地旋转。
[0117]
在实施方式一、二中，对在镜视下手术中使用了用于把持体内组织的把持钳子作为工作部二的实施方式进行了说明。但是，本发明并不是与工作部二的功能相关的技术，因此多自由度钳子的工作部(末端执行器)能够任意地选择并变更。利用本发明的多自由度钳子根据经由波纹机构安装于转动轴的前端侧的工作部的种类而有很多变动。工作部并非必须进行机械的动作，例如也可以是照明装置、拍摄装置。
[0118]
另外，插入到患者的体内的工作部的钳子形状能够根据工作部的用途来多种多样地选择。工作部除了设计成用于把持体内组织的把持钳子以外，还可设计成用于剥离组织的剥离钳子、用于切断组织的剪刀钳子、用于缝合组织的缝合钳子、针驱动器、电手术刀、加热器、电极、装订器、扩张器、药品注入器、照明装置、拍摄摄像机等多样性。另外，波纹机构3的配置在中心轴线上的中心孔33c除了各种机械的动力传递机构以外，也可以配置用于使马达、照明工作的电线，也可以配置用于进行通信的光缆、用于传递映像的光缆、挠性的内窥镜导光缆。
[0119]
在实施方式一中，对使用了使用辊接头来连结连杆部件31、32、33的波纹机构3的实施方式进行了说明。但是，本发明并不是与波纹机构的具体的结构相关的技术，在波纹机构3中，连结连杆部件31、32、33的方法能够任意地选择并变更。也可以是使用球形接头来连结连杆部件的技术、或者使用轴(销)在外周连结相邻的圆筒型的单位壳的技术等。
[0120]
波纹机构3中的连杆部件31、32、33的连结个数优选为三以上，但能够任意地设定。
[0121]
连杆部件31、32、33可由任意的生物体相容性物质(不锈钢；钛、钽、任意的合金、聚乙烯或其共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯或其共聚物、尼龙、硅酮、聚氨酯、含氟聚合物、聚氯乙烯等制造。金属丝10a、10b的材料可列举镍和钛的合金、不锈钢、其它任意的合金、碳素纤维、聚氯乙烯、聚氧乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酯、聚烯烃、聚丙烯、它们共聚物、尼龙、丝线等。金属丝10a、10b也可以通过粘接剂、硬钎焊、软钎焊、焊接等固定于前端侧的连杆部件31。
[0122]
在实施方式一中，对镜视下手术所使用的多自由度钳子的本发明的实施方式进行说明。但是，本发明也能够通过化学实验室、洁净台、工厂等、医疗以外的用途的手动操作机械手来实施。
[0123]
在实施方式一中，对在多自由度钳子的轴垂直剖面中对置地配置有两根金属丝的实施方式进行说明。但是，在多自由度钳子的轴垂直剖面中配置的金属丝也可以是三根以上。
[0124]
符号说明
[0125]
1—多自由度钳子，2—工作部，2a—旋转轴，2b—第一钳子片，2c—第二钳子片，2d—工作部主体，2e—凸轮部件，2f—卡合销，2i—滑动槽，2k—斜行槽，2l—斜行槽，2m—圆柱面，2n—卡合部，2o—引导部，2p—螺钉，3—波纹机构，4—转动轴，4a—内周面，4b—限制凹处，4c—圆柱面，5—操作部，5a—旋转轴，5b—手指勾挂部(固定)，5c—手指勾挂部(转动)，5d—操作部主体，5e—表盖，5f—里盖，6—驱动传递部件，6a—不锈钢杆，6b、6c—金属丝，10、10a、10b、10c—摇头机构，10a—金属丝，10b—金属丝，11—波纹机构驱动拨盘，12—蜗杆，13—蜗轮，14—滑轮，20—旋转驱动机构，21—工作部旋转驱动拨盘，21a—内周面，21b—引导槽，22—旋转传递装置，22a—圆柱面，22b—突条部，22c—狭缝部，22d—压缩环，23—滑动部件，23a—u字槽，23b—卡合凹处，24—连杆，25—棘轮机构，25a—棘轮齿轮，25b—棘轮爪，31—连杆部件(工作部侧)，32—连杆部件(转动轴侧)，33—连杆部件(中间)。