(57)【要約】【課題】駆動結合部が、入力係合部と成功裏に係合したことを確認するためのシステム及び方法を提供すること。【解決手段】  この方法は、駆動入力部に隣接する入力係合部を受け取るステップを含み、駆動入力部は、作動要素によって駆動され、入力係合部は、関節出力部に結合され、関節出力部は、移動体に接続される。この方法は、作動要素が抵抗トルクを受けるまで、作動要素を回転させるステップと、抵抗トルクに基づいて、駆動入力部が、入力係合部と係合したか否かを判定するステップと、をさらに含む。【選択図】図２Ａ
2020006236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムであって、当該システムは、
器具を支持するように構成された器具キャリッジであって、前記器具は、関節出力部と、該関節出力部を動かすように構成された入力係合部とを含み、前記器具キャリッジは作動要素を含み、該作動要素は、駆動入力部と、該駆動入力部を駆動するように結合されたアクチュエータとを含み、前記駆動入力部は前記入力係合部と係合するように構成される、器具キャリッジと、
制御システムと、を有しており、
該制御システムは、
前記アクチュエータを用いて前記駆動入力部を駆動させることと、
前記アクチュエータが抵抗閾値より大きい抵抗を受けているかどうかを判定することであって、前記抵抗閾値は、少なくとも、前記アクチュエータと前記関節出力部との間の部品の駆動トレインの固有の抵抗と同じ大きさである、判定することと、
前記アクチュエータが前記抵抗閾値よりも大きい抵抗を受けているかどうかの判定に基づいて、前記駆動入力部が入力係合部に係合したかどうかを判定することと、を行うように構成される、
システム。
【請求項２】
前記抵抗はトルクを含み、前記抵抗閾値はトルク閾値を含み、該トルク閾値は前記駆動入力部における最大トルクよりも小さい、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記制御システムは、前記駆動入力部が前記入力係合部と係合する位置を決定するようにさらに構成される、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記駆動入力部は、前記入力係合部のポケットに対応するボスを有するディスクを含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記関節出力部を動かすことにより前記器具のチップが動き、前記駆動入力部が前記入力係合部に係合している間に前記駆動入力部を動かすことにより前記チップが動き、前記制御システムは、前記チップが物理的な制限に遭遇するように前記アクチュエータを駆動させることにより、前記アクチュエータを用いて前記駆動入力部を駆動させるように構成される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記関節出力部を動かすことにより、前記チップがピッチ運動又はヨー運動し、前記物理的な制限は、前記チップに隣接する壁である、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記物理的な制限は、前記入力係合部を停止させるように構成された停止機構である、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記関節出力部を動かすことにより、前記器具がロール運動する、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
当該システムは医療システムであり、前記器具は医療器具であり、前記物理的な制限は、前記器具が挿入されるカニューレによって提供される、請求項５乃至８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記器具は、第１のフィンガと第２のフィンガとを含み、前記関節出力部を動かすことにより、少なくとも前記第１のフィンガが動き、前記抵抗閾値は、前記第１及び第２のフィンガが互いに閉じている状態に関連した抵抗に基づく、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
器具を支持する器具キャリッジを含むシステムを作動させる作動方法であって、前記器具は、関節出力部と、該関節出力部を動かすように構成された入力係合部とを含み、前記器具キャリッジは作動要素を含み、該作動要素は、駆動入力部と、該駆動入力部を駆動させるように結合されたアクチュエータとを含み、前記駆動入力部は前記入力係合部と係合するように構成され、当該作動方法は、
前記アクチュエータを用いて前記駆動入力部を駆動させるステップと、
前記アクチュエータが抵抗閾値よりも大きい抵抗を受けているかどうかを判定するステップであって、前記抵抗閾値は、少なくとも、前記アクチュエータと前記関節出力部との間の部品の駆動トレインの固有の抵抗と同じ大きさである、判定するステップと、
前記アクチュエータが前記抵抗閾値よりも大きい抵抗を受けているかどうかの判定に基づいて、前記駆動入力部が前記入力係合部に係合したかどうかを判定するステップと、を含む、
作動方法。
【請求項１２】
前記関節出力部を動かすことにより前記器具のチップが動き、前記駆動入力部が前記入力係合部に係合している間に前記駆動入力部を動かすことにより前記チップが動き、前記アクチュエータを用いて前記駆動入力部を駆動させるステップは、前記チップが物理的な制限に遭遇するように前記アクチュエータを駆動させるステップを含む、請求項１１に記載の作動方法。
【請求項１３】
前記関節出力部を動かすことにより、前記チップがピッチ運動又はヨー運動し、前記物理的な制限は、前記チップに隣接する壁である、又は
前記物理的制限は、前記入力係合部を停止させるように構成された停止機構である、又は
前記関節出力部を動かすことにより、前記器具の第１のフィンガが動き、前記物理的な制限は、前記器具の第２のフィンガに対して前記第１のフィンガを閉じることである、請求項１２に記載の作動方法。
【請求項１４】
システムであって、当該システムは、
器具を支持するように構成された器具キャリッジであって、前記器具は、該器具の少なくとも一部をある自由度で動かすように構成された入力係合部を含み、前記器具キャリッジは作動要素を含み、該作動要素は、前記入力係合部と係合するように構成された駆動入力部を含む、器具キャリッジと、
制御システムと、を有しており、
該制御システムは、
前記自由度の動きが停止するように前記駆動入力部を駆動することと、
前記自由度の動きが停止した後に前記駆動入力部が受ける抵抗を決定することと、
前記抵抗に基づいて、前記駆動入力部が前記入力係合部に係合したかどうかを判定することと、を行うように構成される、
システム。
【請求項１５】
当該システムは、前記駆動入力部を駆動させるように結合されたアクチュエータをさらに有しており、前記制御システムは、前記駆動入力部が前記入力係合部と係合したという判定に応じて、前記アクチュエータの位置を器具チップの位置にマッピングするようにさらに構成される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記制御システムは、前記抵抗が、前記物理的な制限に遭遇している前記器具に対応していると判定することによって、前記抵抗に基づいて、前記駆動入力部が前記入力係合部に係合したかどうかを判定するように構成される、請求項１４又は１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記制御システムは、前記抵抗が閾値抵抗を超えると判定することにより、前記抵抗に基づいて、前記駆動入力部が前記入力係合部と係合したかどうかを判定するように構成される、請求項１４又は１５に記載のシステム。
【請求項１８】
器具を支持するように構成された器具キャリッジを含むシステムを作動させる作動方法であって、前記器具は、前記器具の少なくとも一部をある自由度で動かすように構成された入力係合部を含み、前記器具キャリッジは作動要素を含み、該作動要素は、前記入力係合部と係合するように構成された駆動入力部を含み、当該作動方法は、
前記自由度の動きが停止するように前記駆動入力部を駆動するステップと、
前記自由度の動きが停止した後に前記駆動入力部が受ける抵抗を決定するステップと、
前記抵抗に基づいて、前記駆動入力部が前記入力係合部に係合したかどうかを判定するステップと、を含む、
作動方法。
【請求項１９】
前記抵抗に基づいて、前記駆動入力部が前記入力係合部に係合したかどうかを判定するステップは、前記抵抗が、物理的な制限に遭遇している前記器具に対応していると判定するステップを含む、請求項１８に記載の作動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権について
この特許出願は、２０１４年３月１７日に出願された”Systems  and  Methods  for  Confirming  Disc  Engagement”という標題の米国仮特許出願第６１／９５４，４０８号、２０１５年１月１５日に出願された”Coupler  to  Transfer  Motion  to  Surgical  Instrument  From  Teleoperated  Actuator”という標題の米国仮特許出願第６２／１０３，９９１号、及び２０１４年３月１７日に出願された”Coupler  to  Transfer  Motion  to  Surgical  Instrument  From  Servo  Actuator”という標題の米国仮特許出願第６１／９５４，５７１号をについて優先権及びこれら出願の出願日の利益を主張するものであり、これら文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、機械的な係合のためのシステム及び方法を対象としており、より具体的には、駆動結合部が、入力係合部と成功裏に係合したことを確認するためのシステム及び方法を対象とする。
【背景技術】
【０００３】
多くの機械システムは、対象物を異なる位置に移動させるモータを利用している。一般的には、モータ等の作動要素は、作動されるツールの入力係合部と嵌合する駆動入力部を有する。種々の機械的構造を使用して、駆動入力部を入力係合部と係合させることができる。一例は、ボス及びポケット構造である。具体的には、駆動入力部は、ディスクを含むことができ、ディスクは、このディスクの表面から延びるボスを有する。ボスは、入力係合部に接続されるディスク上の対応するポケット内に収まるように設計することができる。ボスがポケット内に成功裏に位置付けされると、駆動入力部の回転によって、入力係合部の回転を生じさせ、次に、ツールの移動を生じさせる。
【０００４】
駆動入力部を入力係合部と係合させることを含む機械システムは、遠隔操作可能な医療システムであってもよい。遠隔操作可能な医療システムは、交換可能な医療器具に結合され且つこの医療器具を操作する駆動入力部を有するモータを含むことができる。いくつかの実施形態では、モータの駆動入力部は、医療器具上の対応する器具ディスクと係合する駆動ディスクを含む。器具ディスクのそれぞれは、医療器具で異なるタイプの動きを作動させることができる。例えば、１つのディスクによって、器具のロール位置を変更するような作動部材を制御してもよい。他のディスクは、医療器具のヨー、ピッチ、又は把持を変更するような作動部材を制御してもよい。交換可能な器具を遠隔操作可能な医療システムに接続したときに、アーム上の駆動ディスクのそれぞれは、作動要素によって、医療器具の運動を所望するように駆動させるように、器具ディスクと適切に係合しなければならない。
【０００５】
器具ディスクをモータの駆動ディスクに対して最初に配置したときに、器具ディスクは、駆動ディスクと正確に位置合せされていない場合がある。駆動ディスクは、それら駆動ディスクが器具ディスクの対応するポケット内に嵌るまで、回転させることができる。いくつかのケースでは、ボスは、最初の回転通路上でポケットと適切に係合することができない可能性があるが、後続の回転通路で適切に係合することができる。医療処置を行う前に、駆動ディスクが器具ディスクと適切に係合したかの確認が、必要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態は、以下の特許請求の範囲によって要約される。
一実施形態では、この方法は、駆動入力部に隣接する入力係合部を受け取るステップを含み、駆動入力部は、作動要素によって駆動され、入力係合部は、関節出力部に結合され、関節出力部は、移動体に接続される。この方法は、作動要素による抵抗トルクを受けるまで、作動要素を回転させるステップと、抵抗トルクに基づいて、駆動入力部が入力係合部と係合したか否かを判定するステップとをさらに含む。
【０００７】
別の実施形態では、システムは、入力係合部及び作動可能な器具チップを含む医療器具を含み、入力係合部は、作動可能な器具チップを移動させるように構成される。システムは、入力係合部と係合するように構成された駆動結合部、及び駆動結合部を回転させるように結合されたモータを含む器具キャリッジと；制御システムと；をさらに含み、制御システムは、命令された運動軌道を完了する又はモータにより抵抗トルクを受けるまで、モータを回転させ、且つ抵抗トルクの大きさに基づいて、駆動結合部が入力係合部と係合したか否かを判定するように構成される。
【０００８】
別の実施形態では、器具の係合を確認するための方法は、複数の駆動ディスクに対して複数の器具ディスクを受け取るステップであって、複数の器具ディスクのうちの少なくとも２つは、器具チップをある自由度に沿って移動させるように協働する、受け取るステップと；駆動ディスクに接続された作動要素を用いて、ディスクの動作が停止するまで、ディスクを駆動するステップと；駆動ディスクのそれぞれが受けるトルク抵抗を決定するステップと；トルク抵抗に基づいて、駆動ディスクの係合が成功したか否かを判定するステップと；を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】多くの実施形態による手術を行うために使用される遠隔操作可能な最小侵襲性医療システムの平面図である。
【図１Ｂ】多くの実施形態による遠隔操作可能な医療システムのための外科医制御コンソールの斜視図である。
【図１Ｃ】多くの実施形態による遠隔操作可能な医療システムの電子機器カートの斜視図である。
【図１Ｄ】本明細書で説明する原理の一実施例による患者側カートの斜視図である。
【図１Ｅ】器具に結合されたマニピュレータアームの一部を示す図である。
【図１Ｆ】図１Ｅの器具をより詳細に示す図である。
【図２Ａ】本明細書で説明する原理の一実施例による関節出力部に結合される器具ディスクに駆動ディスクを係合するための例示的なシステムを示す図である。
【図２Ｂ】本明細書で説明する原理の一実施例による関節出力部に結合される複数の器具ディスクに複数の駆動ディスクを係合するための例示的なシステムを示す図である。
【図２Ｃ】本明細書で説明する原理の一実施例による器具ディスクを駆動ディスクと係合する例を示す図である。
【図３】本明細書で説明する原理の一実施例による遠隔操作可能な医療システムのマニピュレータアームに器具を接続するための例示的なキャリッジを示す図である。
【図４Ａ】本明細書で説明する原理の一実施例によるディスク係合の例示的な上面図である。
【図４Ｂ】本明細書で説明する原理の一実施例によるディスク係合の例示的な上面図である。
【図４Ｃ】本明細書で説明する原理の一実施例によるディスク係合の例示的な上面図である。
【図４Ｄ】本明細書で説明する原理の一実施例によるディスク係合の例示的な上面図である。
【図４Ｅ】本明細書で説明する原理の一実施例によるディスク係合の例示的な上面図である。
【図４Ｆ】本明細書で説明する原理の一実施例によるディスク係合の例示的な上面図である。
【図４Ｇ】本明細書で説明する原理の一実施例によるディスク係合の例示的な上面図である。
【図４Ｈ】本明細書で説明する原理の一実施例によるディスク係合の例示的な上面図である。
【図５】本明細書で説明する原理の一実施例によるディスクの位置の初期変動を示す図である。
【図６】本明細書で説明する原理の一実施例によるカニューレ内の例示的な把持ツールを示す図である。
【図７】本明細書で説明する原理の一実施例による係合を確認するための例示的な方法を示すフローチャートである。
【図８Ａ】ランプ入口部を含まない器具の係合機構に接近するキャリッジの係合機構の例示的な実施形態の図である。
【図８Ｂ】結合部において失敗した試行を示す図８Ａの例示的な実施形態の図である。
【図９Ａ】ランプ入口部を含む器具の係合機構に接近するキャリッジの係合機構の例示的な実施形態の図である。
【図９Ｂ】係合機構の嵌合を示す図９Ａの例示的な実施形態の図である。
【図１０Ａ】器具の係合機構に接近するランプ入口部を含むキャリッジの係合機構の例示的な実施形態の図である。
【図１０Ｂ】嵌合機構の係合を示す図１０Ａの例示的な実施形態の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示の態様は、添付の図面と併せて確認するときに、以下の詳細な説明から最も良く理解される。この業界での一般的な慣例に従って、様々な特徴を一定の縮尺で描いていないことを強調しておく。実際には、議論を明確にするために、様々な特徴の寸法を適宜拡大又は縮小することがあり得る。また、本開示は、様々な実施例において参照符号及び／又は記号を繰り返して使用し得る。この繰返しは、簡略化と明瞭化を目的として行われており、議論される様々な実施形態及び／又は構成の間の関係をそれ自体で規定するものではない。
【００１１】
本開示の原理の理解を促す目的のために、ここで図面に示される実施形態について参照を行う。特定の用語が、図面に示される実施形態を説明するために使用される。それにもかかわらず、本開示の範囲の限定を意図するものではないことが理解されるであろう。本発明の態様の以下の詳細な説明において、多数の特定の詳細は、開示される実施形態の完全な理解を提供するために記載されている。しかしながら、本開示の実施形態は、これらの特定の詳細無しに実施し得ることは当業者には明らかであろう。他の例では、周知の方法、手順、構成要素、及び回路は、本発明の実施形態の態様を不必要に曖昧にしないように詳細に説明していない。
【００１２】
記載される装置、器具、方法に対するあらゆる変更及び更なる修正、並びに本開示の原理の更なる応用は、本開示に関係する当業者に通常想起されるように、完全に企図される。特に、ある実施形態に関して説明した特徴、構成要素、及び／又はステップは、本開示の他の実施形態に関して説明した特徴、構成要素、及び／又はステップと組み合わせてもよいことが完全に企図される。また、本明細書に提供される寸法は、特定の実施例のためのものであり、異なるサイズ、寸法、及び／又は比率を利用して、本開示の概念を実現してもよいことが企図される。説明の繰返しを避けるために、ある例示的な実施形態に関して説明した１つ又は複数の構成要素又は動作は、他の例示的な実施形態に適用可能として使用される又は省略される。簡潔にするために、これらの組合せの多数の繰返しについて、別に説明しない。簡素にするために、いくつかの例では、同じ参照符号が、図面全体を通して同じ又は同様の部品を指すために使用される。
【００１３】
以下の実施形態は、３次元空間内の状態の観点から、様々な器具及び器具の部分について説明する。本明細書で使用される場合に、用語「位置」は、３次元空間（例えば、デカルト座標Ｘ，Ｙ，Ｚに沿った並進３自由度）における対象物又は対象物の一部の位置を指す。本明細書で使用される場合に、用語「向き」は、対象物又は対象物の一部の回転配置（例えば、ロール、ピッチ、及びヨーの回転３自由度）を指す。本明細書で使用される場合に、用語「姿勢」は、少なくとも１つの並進自由度における対象物又は対象物の一部の位置、及び少なくとも１つの回転自由度における対象物又は対象物の一部の向き（合計６つの自由度まで）を指す。本明細書で使用される場合に、用語「形状」は、対象物に沿って測定された姿勢、位置、又は向きのセットを指す。
【００１４】
図１Ａの図面を参照すると、例えば診断、治療、又は外科的処置を含む医療処置において使用するための遠隔操作可能な医療システムが、概して参照符号１０として示されている。説明するように、本開示の遠隔操作可能な医療システムは、外科医の遠隔操作制御下にある。代替実施形態では、遠隔操作可能な医療システムは、処置又はサブ処置を行うようにプログラムされたコンピュータの部分的な制御下にあってもよい。さらに他の代替実施形態では、処置又はサブ処置を行うようにプログラムされたコンピュータの完全な制御下で完全に自動化された医療システムを使用して、処置又はサブ処置を行うことができる。図１Ａに示されるように、遠隔操作可能な医療システム１０は、一般的に、患者Ｐが位置付けされる手術台Ｏに又はこの近くに取り付けられた遠隔操作可能なアセンブリ１２を含む。遠隔操作可能なアセンブリ１２は、患者側カートと呼称されることがある。医療器具システム１４及び内視鏡撮像システム１５が、遠隔操作可能なアセンブリ１２に動作可能に結合される。オペレータ入力システム１６によって、外科医又は他のタイプの臨床医Ｓが、手術部位を表す画像を確認して、医療器具システム１４及び／又は内視鏡撮像システム１５の動作を制御することを可能にする。
【００１５】
オペレータ入力システム１６は、通常、手術台Ｏと同じ部屋に位置する外科医コンソールに配置することができる。もっとも、外科医Ｓは、患者Ｐとは異なる部屋に又は完全に異なる建物に位置し得ることを理解すべきである。オペレータ入力システム１６は、一般的に、医療器具システム１４を制御するための１つ又は複数の制御装置（複数可）を含む。制御装置（複数可）は、ハンドグリップ、ジョイスティック、トラックボール、データグローブ、トリガーガン、手動操作制御装置、音声認識装置、タッチスクリーン、身体動き又は存在センサ等の多数の様々な入力装置のうちの１つ又は複数を含んでもよい。いくつかの実施形態では、制御装置（複数可）は、遠隔操作可能なアセンブリの医療器具と同じ自由度で提供され、外科医が手術部位に存在しているかの様に器具を直接的に制御する強い感覚を有するよう制御装置（複数可）が器具と一体化されるような知覚や、テレプレゼンスを外科医に提供する。他の実施形態では、制御装置（複数可）は、関連する医療器具より多い又は少ない自由度を有しており、依然としてテレプレゼンスを外科医に提供することができる。いくつかの実施形態では、制御装置（複数可）は、６つの自由度で動く手動入力装置であり、（例えば、顎部を把持して閉じる、電位を電極に印加する、薬物療法を送達する等をするために）器具を作動するための作動可能なハンドルも含み得る。
【００１６】
遠隔操作可能なアセンブリ１２は、外科医Ｓがコンソール１６を介して手術部位を確認する間に、医療器具システム１４を支持し且つ操作する。手術部位の画像は、立体内視鏡等の内視鏡撮像システム１５によって取得することができ、手術部位の画像は、遠隔操作可能なアセンブリ１２によって操作され、内視鏡１５と向き合わせされる。電子機器カート１８を使用して、手術部位の画像を処理して、外科医コンソール１６を介して外科医Ｓに後続の表示を与えることができる。一回につき使用される医療器具システム１４の数は、通常、診断又は外科的処置、及び他の要因の中でも手術室内の空間的制約に依存する。遠隔操作可能なアセンブリ１２は、１つ又は複数の非サーボ制御リンク（例えば、所定の位置に手動で位置付けされ且つロックされる１つ又は複数のリンク、一般的にセットアップ構造と呼ばれる）及び遠隔操作可能なマニピュレータの運動学的構造を含むことができる。遠隔操作可能なアセンブリ１２は、医療器具システム１４の入力部を駆動させる複数のモータを含む。これらのモータは、制御システム（例えば、制御システム２０）からのコマンドに応答して動く。モータは、医療器具システム１４に結合された場合に、自然に又は手術によって形成された解剖学的オリフィス内に医療器具を前進させることができる駆動システムを含む。他の電動駆動システムは、医療器具の先端部を複数の自由度で動かすことができ、その複数の自由度は、３つの自由度の直線運動（例えば、Ｘ，Ｙ，Ｚ座標軸に沿った直線運動）及び３つの自由度の回転運動（例えば、Ｘ，Ｙ，Ｚ座標軸回りの回転）を含むことができる。また、モータを使用して、生検装置等の顎部で組織を把持するための、器具の関節接合可能なエンドエフェクタを作動させることができる。
【００１７】
遠隔操作可能な医療システム１０は、制御システム２０も含む。制御システム２０は、少なくとも１つのメモリ、及び少なくとも１つのプロセッサ（図示せず）を含み、典型的には医療器具システム１４と、オペレータ入力システム１６と、電子機器システム１８との間で制御を行うための複数のプロセッサを含む。制御システム２０は、本明細書に開示される態様に従って説明される方法の一部又は全てを実施するようにプログラムされた命令（例えば、命令を記憶するコンピュータ可読媒体）を含む。制御システム２０が、図１Ａの簡略化した図に単一のブロックとして示されているが、このシステムは、遠隔操作可能なアセンブリ１２で又はこのアセンブリに隣接してオプションで実行される処理の一部を含む２つ以上のデータ処理回路を含むことができ、処理の別の部分は、オペレータ入力装置１６等で実行される。多種多様の集中型又は分散型データ処理アーキテクチャのいずれかを使用してもよい。同様に、プログラムされた命令は、多数の別個のプログラムやサブルーチンとして実装してもよく、又はそれら命令は、本明細書で説明する遠隔操作可能なシステムの多数の他の態様に組み込んでもよい。一実施形態では、制御システム２０は、ブルートゥース（登録商標）、ＩｒＤＡ、ホームＲＦ、ＩＥＥＥ８０２．１１、ＤＥＣＴ、及び無線テレメトリ等の無線通信プロトコルをサポートする。
【００１８】
いくつかの実施形態では、制御システム２０は、医療器具システム１４から力及び／又はトルクフィードバックを受信する１つ又は複数のサーボコントローラを含むことができる。フィードバックに応答して、サーボコントローラは、オペレータ入力装置１６に信号を送信する。サーボコントローラ（複数可）は、遠隔操作可能なアセンブリ１２に指示する信号も送信して、医療器具システム（複数可）１４及び／又は内視鏡撮像システム１５を移動させ、これらのシステム１４及び／又は１５が、患者の身体の開口部を介してこの身体の内部手術部位に延ばすことができる。任意の適切な従来の又は専用のサーボコントローラを使用してもよい。サーボコントローラは、遠隔操作可能なアセンブリ１２とは別にしてもよく、又は一体化してもよい。いくつかの実施形態では、サーボコントローラ及び遠隔操作可能なアセンブリは、患者の身体に隣接して位置付けされた遠隔操作可能なアームカートの一部として提供される。
【００１９】
遠隔操作可能な医療システム１０は、照明システム、操縦制御システム、洗浄システム、及び／又は吸引システム等のオプションのオペレーション及びサポートシステム（図示せず）をさらに含んでもよい。代替実施形態では、遠隔操作可能なシステムは、複数の遠隔操作可能なアセンブリ及び／又は複数のオペレータ入力システムを含んでもよい。マニピュレータアセンブリの正確な数は、他の要因の中でもとりわけ、外科手術及び手術室内の空間的制約に依存するだろう。オペレータ入力システムを併置してもよく、又はそれらを別々の位置に位置付けしてもよい。複数のオペレータ入力システムによって、複数のオペレータが１つ又は複数のマニピュレータアセンブリを種々の組合せで制御することを可能にする。
【００２０】
図１Ｂは、外科医コンソール１６の斜視図である。外科医コンソール１６は、深さの知覚を可能にするような手術部位の調整された立体視を外科医Ｓに提示するための左眼用ディスプレイ３２と右眼用ディスプレイ３４とを含む。コンソール１６は、１つ又は複数の入力制御装置３６をさらに含んでおり、この入力制御装置によって、次に、遠隔操作可能なアセンブリ１２に１つ又は複数の器具又は内視鏡撮像システムを操作させる。入力制御装置３６は、それら関連する器具１４と同じ自由度を提供して、外科医にテレプレゼンス、又は入力制御装置３６が器具１４と一体化されるという知覚を提供することができ、それによって外科医が器具１４を直接的に制御するような強い感覚を有するようになる。この目的を達成するために、位置、力、及び触覚フィードバックセンサ（図示せず）を用いて、位置、力、及び触覚感覚を、器具１４から入力制御装置３６を介して外科医の手に戻す様に送信することができる。
【００２１】
図１Ｃは、電子機器カート１８の斜視図である。電子機器カート１８は、内視鏡１５と結合することができ、後続の表示のために取り込んだ画像を処理するためのプロセッサを含むことができ、処理した画像をローカルに及び／又はリモートに位置する外科医コンソール上で又は別の適切なディスプレイ上で外科医に表示する。例えば、立体内視鏡が使用される場合に、電子機器カート１８は、取り込まれた画像を処理して、手術部位の調整された立体画像を外科医に提示することができる。このような調整は、対向する画像同士間の位置合せを含むことができ、且つ立体内視鏡の立体作業距離の調節も含むことができる。別の例として、画像処理は、光学収差等の画像取込装置の結像誤差を補償するように、以前に決定されたカメラ較正パラメータの使用を含むことができる。電子機器カート１８は、表示モニタ及び制御システム２０の構成要素も含むことができる。
【００２２】
図１Ｄは、患者側カートと呼称され得る遠隔操作可能なアセンブリ１２の一実施形態の斜視図である。示される患者側カート１２は、３つの手術用ツール２６（例えば、器具システム１４）及び手術部位の画像を取り込むために使用される立体内視鏡等の撮像装置２８（例えば、内視鏡撮像システム１５）の操作を提供する。撮像装置は、ケーブル５６を介して電子機器カート１８に信号を送信することができる。操作が、多数の関節を有する遠隔操作可能な機構によって提供される。撮像装置２８及び手術用ツール２６は、運動学的な遠隔中心が切開部に維持され、この切開部のサイズを最小にするように、患者の切開部を通して位置付け及び操作することができる。手術部位の画像は、手術用ツールが撮像装置２８の視野内に位置付けされたときに、手術用ツール２６の先端部の画像を含むことができる。
【００２３】
患者側カート２２は、駆動可能なベース５８を含む。駆動可能なベース５８は、アーム５４の高さの調整を可能にする伸縮式カラム５７に接続される。アーム５４は、回転するとともに上下方向に移動する回転式関節５５を含むことができる。アーム５４のそれぞれは、向合せプラットフォーム５３に接続することができる。向合せプラットフォーム５３は、３６０度の回転が可能であり得る。患者側カート２２は、向合せプラットフォーム５３を水平方向に移動させるための伸縮式水平方向カンチレバー５２も含むことができる。
【００２４】
本実施例では、アーム５４のそれぞれは、マニピュレータアーム５１に接続される。マニピュレータアーム５１は、医療器具２６に直接的に接続することができる。マニピュレータアーム５１は、遠隔操作可能であってもよい。いくつかの例では、向合せプラットフォームに接続されるアーム５４は、遠隔操作可能ではない。むしろ、そのようなアーム５４は、外科医１８が、遠隔操作可能な構成要素を使用して手術を開始する前に、所望されるように位置付けされている。
【００２５】
図１Ｅは、器具５９（例えば、器具１４）に結合されたマニピュレータアーム５１の一部を示す。器具キャリッジ６０が、器具スパー(spar)６２に沿って直線的に移動する。図１Ｆにも示されるように、器具５９は、器具シャフト６４、器具チップ６６、手首関節６８、及び器具本体７０を含む。器具本体７０は、作動部材に結合する器具ディスク７２を含み、作動部材は、手首関節６８及びチップ６６を作動させるために、シャフト６４を通って延びる。カニューレ６５が、器具スパー６２の先端部に結合され、且つシャフト６４を受容するようにサイズ決めされる。器具キャリッジ６０は、それぞれの駆動ディスクの運動を駆動するためのモータを収容する。一実施形態では、例えば、キャリッジは、結合されたときに器具ディスク７２に運動を伝達するために５つの駆動ディスクを起動させる５つのモータを収容することができる。しかしながら、キャリッジは、任意数のモータ及び対応する駆動ディスクを含んでもよい。滅菌アダプタ７４が、滅菌ドレープ７６に結合される。滅菌アダプタ７４は、キャリッジの駆動ディスクの片側で及び器具ディスク７２の反対側で結合する受動的なアダプタディスクを含む。器具ディスク７２がアダプタディスクを介して駆動ディスクに結合されるときに、キャリッジ６０のモータを作動させて、器具５９の動きをもたらすことができる。例えば、シャフト６４、手関節６８、及びチップ６６は、シャフトの長手方向軸線Ａを中心にして回転させることができる。また、例えば、手関節６８を作動させて、Ｘ方向の軸線回りのピッチ運動又はＺ方向の軸線回りのヨー運動でチップ６６を移動させることができる。種々の代替形態では、滅菌アダプタを省略してもよく、駆動ディスクを器具ディスクと直接的に係合することができる。
【００２６】
図２Ａは、関節出力部１０４（例えば、手首関節６８）に結合された器具ディスク１０２（例えば、器具ディスク７２）に駆動ディスク１１０（例えば、キャリッジ６０の駆動ディスク）を係合するための例示的なシステム１００を示す図である。本実施例によれば、作動要素１０３は、アクチュエータ１０６、変速機１０８、及び駆動ディスク１１０を含む。アクチュエータ１０６は、変速機１０８に接続される。変速機１０８は、駆動ディスク１１０に結合される。駆動ディスク１１０は、器具ディスク１０２と係合するように構成される。器具ディスク１０２は、作動システム１１２を介して関節出力部１０４に結合される。システム１１２がプーリとして示されているが、システム１１２は、器具ディスク１０２を関節出力部１０４に結合するギア、ケーブル、駆動ロッド、又は他の作動部材のセットとしてもよい。関節出力部１０４は、操作可能な対象物１１４（例えば、チップ６６）を移動させるように構成される。様々な代替実施形態では、アダプタディスクは、駆動ディスク１１０と器具ディスク１０２との間に結合してもよい。従って、本明細書に開示される種々の係合手順及び実施形態において、器具ディスクは、代替的に、駆動ディスクとの直接的な係合の代わりに、アダプタディスクと係合してもよい。こうして、駆動ディスクに対する全ての参照は、駆動ディスクに係合されるアダプタディスクにも適用されるものと理解される。キャリッジディスクは、アダプタディスク又は駆動ディスクのいずれかを参照することができる。
【００２７】
アクチュエータ１０６は、変速機１０８を作動させる機構とすることができる。例えば、アクチュエータ１０６は、モータであってもよい。より具体的な例では、アクチュエータ１０６は、ブラシレスモータ等の電動モータであってもよい。アクチュエータ１０６は、アクチュエータ１０６の現在の角度位置を検出することが可能な位置センサ１２０（例えば、エンコーダ）を含むことができる。このように、位置センサ１２０は、変速機１０８及び駆動入力部１１０の角度位置を検出することができる。そして、係合が成功したした後に、位置センサ１２０は、入力係合部１０２及び関節出力部１０４の相対的な位置変化を感知することができる。係合が成功した後に、位置センサ１２０に対する入力係合部１０２と接合出力１０４との両方の角度位置の間の関係を、以下でさらに詳細に説明する。
【００２８】
図２Ａに示されるシステム１００内で、既知のパラメータのセットが存在する。既知のパラメータは、
・変速機１０８の変速比（GR）（アクチュエータ１０６の位置の変化で除算した駆動ディスク１１０の位置の変化）；
・器具ディスク１０２と関節出力部１０４との間の変速比（DR）（器具ディスク１０２の位置の変化で除算した関節出力部１０４の位置の変化）；
・関節出力部１０４の位置がノミナル位置にあり、操作可能な対象物１１４が中立位置にあるときの、器具ディスク１０２の位置であるディスクオフセット（Doff）：例えば、関節出力部１０４によって、操作可能な対象物１１４のピッチを操作している場合に、中立位置は、図２Ａに示した水平位置である；
・結合位置を繰り返す間の期間（Pdrive-coup）：例えば、一回転当たり一度だけ（例えば、駆動ディスクと）係合する回転式結合部（例えば、器具ディスク）は、２πラジアンのPdrive-coupを有する：回転式結合部は、入力された回転当たり２回係合する場合に、Pdrive-coup＝πラジアンである；
・位置を含む上側の物理的制約部１１６（qout_ul）と下側の物理的制約部１１８（qout_ll）とによって拘束される関節出力部の位置（qout）；を含む。
【００２９】
位置センサ１２０によって決定されるようなアクチュエータ１０６の位置を使用して、他の構成要素の位置も同様に決定することができる。駆動ディスク１１０と器具ディスク１０２との間の係合を支配する方程式は、
・駆動ディスク１１０の位置：ｄｓｅｎｓ＝ＧＲ×ｍｓｅｎｓ、ここで、ｍｓｅｎｓは、アクチュエータ１０６の感知された位置である；
・駆動ディスク１１０と関節出力部ｑｏｕｔにおける操作可能な対象物１１４との間の正確なマッピングを形成するために駆動ディスク１１０の位置に適用されるオフセット：ｄｃｏｕｐ＿ｏｆｆｓｅｔ＝Ｄｏｆｆ＋ｎ×Ｐｄｒｉｖｅ−ｃｏｕｐ、ここで、ｎは、正又は負の整数である；
・器具ディスク１０２の位置：ｄｃｏｕｐ＝ｄｓｅｎｓ＋ｄｃｏｕｐ＿ｏｆｆｓｅｔ；
・関節出力部１０４の位置：ｑｏｕｔ＝ＤＲ×ｄｃｏｕｐ；を含む。
【００３０】
この実施形態では、ピッチを変えることによって、上側の物理的制約部１１６又は下側の物理的制約部１１８に向けて操作可能な対象物１１４を移動させる。しかしながら、他のタイプの運動について、物理的制約部は、異なる構成を有してもよい（ロール運動を含む物理的制約部について図５Ａ及び図５Ｂ参照）。
【００３１】
駆動ディスク１１０を器具ディスク１０２に係合するときに、駆動ディスク１１０が器具ディスク１０２と成功裏に何時係合するか又は係合するか否かは、必ずしも既知ではない。本明細書で説明する原理によれば、作動要素１０３は、器具ディスク１０２の全ての位置の不確定性をカバーするとともに、標的となる出力関節部の制約部１１６，１１８に到達するのに十分となるように回転する。アクチュエータ１０６により抵抗トルクを受け、及びその抵抗トルクが事前に規定されたトルク閾値よりも大きい場合に、操作可能な対象物１１４が、上側の物理的制約部１１６又は下側の物理的制約部１１８のいずれかに到達したことが既知となり、こうして、駆動ディスク１１０が、操作可能な対象物１１４を移動させるために成功裏に係合したことを示す。駆動入力部の命令された係合動作が完了した後に、そのような抵抗トルクを受けていない（すなわち、トルク閾値を満たしていない）場合に、駆動ディスク１１０が成功裏に係合していないと判定することができる。より具体的には、運動が物理的制約部によって停止されるときに、関節出力部１０４におけるトルクの絶対値（|τjoint|）が閾値トルク（τthresh）以上である場合に、係合は成功しており、それ以外の場合は、係合が失敗している。
【００３２】
トルク閾値は、駆動トレインの全ての構成要素の予想される最大固有抵抗トルクよりも大きくなるように選択される。駆動トレインのトルク抵抗は、図２Ａに記載される様々な構成要素によって影響を受け得る。例えば、位置センサ１２０、モータアクチュエータ１０６、変速機１０８、駆動入力部１１０から入力係合部１０２のインターフェイス、入力係合部１０２から駆動ベルト１１２のインターフェイス、及び駆動ベルト１１２から関節出力部１０４のインターフェイスは、全て、駆動トレインのトルク抵抗に関与し得る。また、トルク閾値は、駆動入力部１１０における最大トルク未満となるように選択される。
【００３３】
成功した係合の判定が静的な停止位置で行われた場合に、関節出力部トルクは、｜τjoint｜＝Ｋｐ×｜ｅjoint｜として位置誤差に関係し、ここで、Ｋｐは、関節出力部のねじり係数である。従って、係合運動の最終的に命令された位置は、標的とされた関節出力部の制約部を越えて、入力係合部１０２の位置の不確定性をカバーするために必要とされる駆動入力部１１０において必要な追加的な運動、及び駆動トレイン内のコンプライアンスを加えて、少なくとも｜ｅjoint｜＝τthresh／Ｋｐとなるように選択することができる。
【００３４】
τthreshについての一例は、駆動トレインの固有の抵抗トルクと駆動入力部における最大トルクとの平均値である。例えば、駆動トレインの最大固有抵抗トルクが０．１Ｎｍであり、且つ駆動入力部で構成される最大トルクが０．３Ｎｍである場合に、τthreshは、０．２Ｎｍとすることができる。これは次に、駆動入力部の命令された動きが、少なくとも０．２Ｎｍ／Ｋｐだけ駆動トレインのコンプライアンス、関節出力部の制約、及び位置の不確定性を超えて行く必要があることを意味する。例えば、Ｋｐ＝５．０Ｎｍ／ラジアンである場合に、命令された動きは、係合のために必要な最大可能運動よりも少なくとも０．２Ｎｍ／５．０Nm／ラジアン＝０．０４ラジアン大きくすることが必要である。
【００３５】
係合が成功したと判定された後に、アクチュエータ１０６の位置は、位置センサ１２０によって決定される際に、関節出力部１０４の位置にマッピングすることができる。それは、駆動ディスク１１０が、係合する前に、何回転かの回転を行ったケースとなり得るので、これは重要である。つまり、駆動ディスク１１０が一回転内で複数の位置において器具ディスク１０２と係合することができる場合に、係合が生じた位置は既知でないかもしれない。従って、駆動ディスク１１０と関節出力部ｑｏｕｔにおける操作可能な対象物１１４との間の正確なマッピングを形成するために駆動ディスク１１０の位置に適用されるオフセットであるｄｃｏｕｐ＿ｏｆｆｓｅｔは、方程式ｄｃｏｕｐ＿ｏｆｆｓｅｔ＝Ｄｏｆｆ＋ｎ×Ｐｄｒｉｖｅ−ｃｏｕｐの整数ｎを特定することにより決定することができる。関節出力範囲の上側の制約部１１６まで駆動するとき又はｎ＝Ｒｏｕｎｄ（（（ｑｏｕｔ＿ｌｌ／ＤＲ）−ｄｓｅｎｓ−Ｄｏｆｆ）／（Ｐｄｒｉｖｅ−ｃｏｕｐ）となるとき、関節出力範囲の下側の制約部１１８まで駆動するときに、整数ｎは、ｎ＝Ｒｏｕｎｄ（（（ｑｏｕｔ＿ｕｌ／ＤＲ）−ｄｓｅｎｓ−Ｄｏｆｆ）／（Ｐｄｒｉｖｅ−ｃｏｕｐ）として規定される。
【００３６】
アクチュエータの位置を関節出力部の位置とマッピングすることによって、操作可能な対象物を移動させる制御システムは、アクチュエータ１０６の位置に基づいて、操作可能な対象物の位置を正確に決定することができる。こうして、操作可能な対象物が、遠隔操作可能なマニピュレータアームに取り付けられた医療器具である場合の例において、制御システムは、外科手術中に医療器具を正確に制御することができる。
【００３７】
図２Ｂは、複数の関節出力部１７２，１７４（例えば、手首関節６８）に結合された複数の器具ディスクに複数の駆動ディスク１５４，１６２（例えば、キャリッジ６０の駆動ディスク）を係合するための例示的なシステムを示す図である。いくつかのケースでは、複数の駆動ディスクを使用して、特定の方法で器具を駆動してもよい。例えば、２つのフィンガ状器具において、第１の駆動ディスクが、一方のフィンガを駆動する一方、第２の駆動ディスクが、他方のフィンガを駆動してもよい。こうして、器具チップのピッチを変更するために、両方の駆動ディスクは、互いに協調して作動し、器具チップをそれに応じて移動させなければならない。
【００３８】
本実施例によれば、第１の作動要素１５５は、第１のアクチュエータ１５８、第１の変速機１５６、及び第１の駆動ディスク１５４を含む。第１のアクチュエータ１５８は、第１の変速機１５６に接続される。第１の変速機１５６は、第１の駆動ディスク１５４に結合される。第１の駆動ディスク１５４は、第１の器具ディスク１５２と係合するように構成される。第１の器具ディスク１５２は、第１の作動システム１７５を介して第１の関節出力部１７２に結合される。関節出力部は、第１のフィンガ等の操作可能な対象物１８０に接続することができる。システム１７５が、プーリとして示されているが、システム１７５は、器具ディスク１５２を関節出力部１７２に結合するギア、ケーブル、駆動ロッド、又は他の作動部材のセットであってもよい。
【００３９】
また、第２の作動要素１６５は、第２のアクチュエータ１６６、第２の変速機１６４、及び第２の駆動ディスク１６２を含む。第２のアクチュエータ１６６は、第２の変速機１６４に接続される。第２の変速機１６４は、第２の駆動ディスク１６２に結合される。第２の駆動ディスク１６２は、第２の器具ディスク１７０と係合するように構成される。第２の器具ディスク１７０は、第２の作動システム１８５を介して第２の関節出力部１７４に結合される。第２の関節出力部１７４は、第２のフィンガ等の第２の操作可能な対象物１８２に接続される。システム１８５が、プーリとして示されているが、システム１８５は、器具ディスク１７０を関節出力部１７４に結合するギア、ケーブル、駆動ロッド、又は他の作動部材のセットであってもよい。
【００４０】
関節出力部１７２，１７４は、操作可能な対象物１８０，１８２（例えば、チップ６６）を移動させるように構成される。例えば、両方の関節出力部１７２，１７４が、同じ方向に移動する場合に、操作可能な対象物１８０，１８２のピッチ（又はヨー）は、変更される。しかしながら、関節出力部１７２，１７４が、反対方向に移動する場合に、フィンガ１８０，１８２は、開く又は閉じ、こうして、器具の把持を調整する。
【００４１】
２つのみの入力ディスクが、図２Ｂに示されているが、様々な実施形態は、器具を様々な自由度で移動させるために複数の駆動ディスクを含んでもよい。一般に、１つ又は複数の駆動ディスクは、１つ又は複数の関節出力部に結合された１つ又は複数の器具ディスクと係合することができる。器具の動作の前に、これらのディスクのそれぞれの係合を確認することが望ましい。制御される全ての関節出力部について、駆動ディスクから関節出力部への適切なマッピングを決定することも望ましい。
【００４２】
図２Ｂに示されるシステム１５０内で、既知のパラメータのセットがある。既知のパラメータは、
・ｊ番目の変速機の変速比（GRj）（アクチュエータ位置の変化で除算した駆動ディスク位置の変化）；
・ｊ番目の器具ディスクとｉ番目の関節出力部と間の変速比（DRij）（器具ディスク位置の変化で除算した関節出力位置の変化）；
・全ての関節出力部が複数の自由度内の中立位置にあるときの、ｊ番目器具ディスクの位置であるディスクオフセット（Doffj）；
・ｊ番目のインターフェイスの結合位置を繰り返す間の期間（Pdrive-coupj）；
・位置を含む上側の物理的制約部１７６（qout_ulj）及び下側の物理的制約部１７８（qout_llj）によって制約されるｉ番目の関節出力部の位置（qouti）；を含む。
【００４３】
さらに、結合行列（CDR）を使用して、全ての駆動ディスクと全ての関節出力部との間の関係を表すことができる。例えば：
【数１】
2020006236.tif 000003
である。
【００４４】
それぞれの位置センサ１６０，１６８によって決定されるアクチュエータ１５８，１６６の位置を使用して、他の構成要素の位置も同様に決定することができる。駆動ディスクと器具ディスクとの間の係合を支配する方程式は、
・ｊ番目の駆動ディスクの位置：ｄｓｅｎｓｊ＝ＧＲｊ×ｍｓｅｎｓｊ、ここで、ｍｓｅｎｓｊは、ｊ番目のアクチュエータの感知された位置である；
・ｊ番目の駆動ディスクと関節出力部ｑｏｕｔとの間の正確なマッピングを形成するために、ｊ番目の駆動ディスクの位置に適用されるオフセット：ｄｃｏｕｐ＿ｏｆｆｓｅｔｊ＝Ｄｏｆｆｊ＋ｋｊ×Ｐｄｒｉｖｅ−ｃｏｕｐｊ、ここで、ｋｊ＝正又は負の整数である；
・ｊ番目の器具ディスクの位置：ｄｃｏｕｐｊ＝ｄｓｅｎｓｊ＋ｄｃｏｕｐ＿ｏｆｆｓｅｔｊ；
・ｉ番目の関節出力部の位置：［ｑｏｕｔ］（ｉ番目の関節出力部のｍ×１行列）＝ＣＤＲ×［ｄｃｏｕｐｊ］（ｊ番目の器具ディスクのｎ×１行列）；を含む。
【００４５】
駆動ディスクのセットについて、各駆動ディスクは、全てのディスクの動きが停止するまで、関節出力部の制約部１７６，１７８に到達することを意図した設定可能な距離で駆動される。動きが停止したときに、各ディスクについて、そのディスクが受けたトルク抵抗に基づいて、係合が成功裏に生じているか否かを判定することができる。複数の自由度を使用する場合に、トルク抵抗は、駆動ディスク１５４，１６２が受けるトルク抵抗から測定することができる。
【００４６】
例えば、動きが停止した後に、駆動ディスクにおけるトルクの絶対値（｜τdiive_jnputj｜）がトルク閾値（τengage_threshj）よりも大きい場合に、係合が成功裏に生じていることが既知である。それ以外の場合は、係合は、確認されておらず、器具を設置し直す必要がある。
【００４７】
係合が、駆動ディスク１５４，１６２のそれぞれについて成功したと判定された後に、アクチュエータ１５８，１６６の位置は、位置センサ１６０，１６８によって決定され、関節出力部１７２，１７４の位置にマッピングすることができる。それは、係合する前に駆動ディスク１５４，１６２が、何回転かの回転を行ったケースとなり得るので、これは重要である。つまり、駆動ディスクは１５４，１６２が、一回転内で複数の位置において器具ディスク１５２，１７０と係合することができる場合に、係合が生じた位置は既知ではないかもしれない。従って、ｊ番目の駆動ディスクと対応する関節出力部との間の正確なマッピングを形成するために、ｊ番目の駆動ディスクの位置に適用されるオフセットは、次式を解くことによって決定することができる：［Ｄｎｅｇ＿ｅｘｔ］＝［ＣＤＲ−１］［ｑｏｕｔ−ｌｉｍ］−［ｄｓｅｎｓ]−［Ｄｏｆｆ］。
【００４８】
［Ｄｎｅｇ＿ｅｘｔ］は、関節出力部の制約部に到達するための、駆動ディスクにおける余分な動きの負の［ｍ×１］ベクトルである。［ＣＤＲ−１］は、結合行列ＣＤＲの逆行列である（適切な擬似逆行列を使用してもよい）。［ｑｏｕｔ−ｌｉｍ］は、標的とされる関節出力部の制約部の［ｍ×１］ベクトルである。このベクトルは、上限、下限の設定可能な組合せを有しており、駆動ディスクの係合と一致する制限を有していない。換言すると、制限が設定される関節のセットは、（ＣＤＲ行列に示されるように）係合される駆動入力部に及ぶことができる。［ｄｓｅｎｓ]は、駆動ディスクの感知した位置の［ｍ×１］ベクトルである。［Ｄｏｆｆ］は、ディスクオフセットの［ｍ×１］ベクトルである。こうして、それぞれの係合についての余分な期間（Ｒｊ）は、Ｒｊ＝ＲＯＵＮＤ（Ｄｎｅｇ＿ｅｘｔｊ−Ｐｄｒｉｖｅ−ｃｏｕｐｊ）として規定することができる。
【００４９】
図２Ｃは、器具５９と実質的に同じであり得る器具２００と、器具キャリッジ６０と実質的に同じであり得る器具キャリッジ２０２との間の係合を示している。これらの構成要素は、図２Ａに付随するテキストの上述した原理を利用して係合させることができる。器具２００の器具本体２０４は、器具ディスク２０６ａ，２０６ｂを含む。各器具ディスク２０６ａ，２０６ｂは、それぞれ、ポケット２０７ａ，２０７Ｂを含む。いくつかの例では、駆動ディスクに複数のポケットが存在してもよい。例えば、互いに１８０度の箇所に２つのボスが存在してもよい。器具２００は、器具本体２０４から延びる器具シャフト２０８、手首関節２１０、及び作動可能なチップ２１２を含む。作動部材（図示せず）は、シャフト２０８を通って延び、器具ディスク２０６ａ，２０６ｂを手首関節２１０及びチップ２１２に結合する。カニューレ２１４が、器具スパー２１５の先端部に結合され、且つシャフト２０８、手首関節２１０、及びチップ２１２を受容するようにサイズ決めされる。器具キャリッジ２０２は、それぞれの駆動ディスク２１６ａ，２１６ｂの動きを駆動するためのモータ２１４ａ，２１４ｂを収容する。この実施形態では、モータ２１４ａ及び２１４ｂを協働させて使用して、ピッチ運動又はヨー運動のいずれか、或いは作動可能なチップ２１２のピッチ及びヨー運動の組合せを発生させることができる。
【００５０】
駆動ディスク２１６ａ，２１６ｂのそれぞれは、ボス２１８ａ，２１８ｂを含む。ボス２１８ａ，２１８ｂは、ディスク２１６ａ，２１６ｂの外周付近に位置付けすることができる。いくつかの例では、駆動ディスク上に複数のボスが存在してもよい。例えば、互いに１８０度の箇所に２つのボスが存在してもよい。簡素にするために、滅菌アダプタ（例えば、アダプタ７４）は、この実施形態では省略される。様々な他の実施形態では、上記図１Ｅに示されるように、アダプタディスクを含む滅菌アダプタは、駆動ディスクと対応する器具ディスクとの間で結合可能である。これらの代替実施形態では、器具ディスクは、駆動ディスクに直接的に嵌合され、且つ駆動ディスクと同期して回転されるアダプタディスクと係合する。様々な他の実施形態では、ボス及びポケット構成は、器具ディスクから突起するボス及び駆動ディスクのポケットを用いてスイッチ切替えを行うようにしてもよい。
【００５１】
駆動ディスク２１６ａ上のボス２１８ａは、器具ディスク２０６ａ上の対応するポケット２０７ａと係合するように設計される。駆動ディスク２１６ｂ上のボス２１８ｂは、器具ディスク２０６ｂ上の対応するポケット２０７Ｂと係合するように設計される。駆動ディスクが複数のボスを含む場合に、器具ディスクは、対応する複数のポケットを含む。駆動ディスク２１６ａ，２１６ｂが、器具ディスク２０６ａ，２０６ｂに隣接して最初に配置される場合に、ディスク２１６ａ，２０６ａ及び２１６ｂ，２０６ｂの各セットは、ボスがポケット内にスライドするように、適切な回転位置に位置合せされる可能性は低い。むしろ、各駆動ディスクに結合されるモータによって、ボスがポケット内にスライドするまで、器具ディスクを回転させる。ボスがポケットと係合する前に、駆動ディスク２０６の回転は、必ずしも器具ディスクの回転を生じさせるわけではない。
【００５２】
一例では、駆動ディスク２１６ａ，２１６ｂは、図２Ｂの駆動ディスク１５４，１６２に対応する。こうして、駆動ディスク２１６ａ，２１６ｂを協調させて使用して、器具チップ２１２を複数の自由度で駆動させることができる。ドライブディスク及び器具ディスクの複数のセットが存在する場合に、恐らく、１つ又は複数のディスクのセットは、係合するのに失敗する可能性がある。
【００５３】
ボス２１８ａがポケット２０７ａと成功裏に係合した後に、駆動ディスク２１６ａの回転によって、器具ディスク２０６ａの回転が生じる。各器具ディスクは、器具２００の特定の動きに結合される。例えば、１つ又は複数の器具ディスクの回転によって、チップ２１２のピッチ、ヨー、ロール、又はこれらのいくつかの組合せを変化させることができる。チップ２１２が把持部材を含む場合に、器具ディスクのセットの回転によって、把持力の変化を制御することができる。
【００５４】
一実施例では、駆動ディスク２１６ａのボス２１８ａが器具ディスク２０６ａのポケット２０７ａと成功裏に係合したか否かを判定するために、器具は、手関節２１０のピッチ運動によって、作動可能なチップ２１２がカニューレ２１４の内壁の物理的制限部に接触させるような位置に挿入される。器具２００がカニューレ２１４内の作動可能なチップ２１２に関して説明されるように位置付けされた後に、駆動ディスク２１６ａに結合されたモータは、抵抗トルクを受けるまで、回転力を加える。抵抗トルクを受ける場合に、作動可能なチップ２１２のピッチ運動を担当する駆動ディスク２１６ａは、器具ディスク２０６ａと適切に係合していることが既知である。特に、両方のディスク２０６ａ，２１６ａが成功裏に係合した場合に、駆動ディスク２１６ａの回転によって、器具ディスク２０６ａの回転を生じさせ、次に、作動可能なチップ２１２のピッチ運動を生じさせる。このような運動は、カニューレ２１４の壁の物理的制約部に到達するように、作動可能なチップ２１２に最終的にもたらされる。同様に、駆動ディスク２１６ｂのボス２１８ｂと器具ディスク２０６ｂのポケット２０７Ｂとの係合は、モータ２１４ｂから駆動ディスク２１６ｂに回転力を加えることにより、確認することができる。作動可能なチップ２１２がヨー運動でカニューレ２１４の壁に接触する場合に、モータ２１４ｂは、抵抗トルクを受け、駆動ディスク２１６ｂと器具ディスク２０６ｂとの適切な係合が、確認される。複数の駆動ディスクが、１つ又は複数の関節出力部にマッピングされる場合等のいくつかのケースでは、適切な係合及びマッピングは、図２Ｂに対応するテキストで上述したように調整される。
【００５５】
ディスク係合の確認プロセスは、器具キャリッジ２０２の各モータについて継続して適用することができる。いくつかのディスク係合確認手順は、物理的制限部を提供するカニューレ２１４を必要としないことがある。例えば、図４Ａ及び図４Ｂに詳細に説明されるように、器具のロールを制御するモータの係合確認手順は、ディスク上の停止機構を利用する。ツーピースの把持器具について、各ピースは、他方の物理的制約部として機能し得る。例えば、一方のピースを他方のピースとは反対側のヨー方向に移動するように作動させることによって、ツーピースが衝突する原因となり、こうして、物理的制約部及びディスク係合の確認を、各ヨー運動を駆動するモータに提供する。駆動ディスクを駆動するモータのそれぞれが抵抗トルクを受けた後に、遠隔操作可能な医療システムの制御システムは、係合が成功したことを知ることができる。医療処置は、それに応じて進めることができる。しかし、器具の関節出力部を駆動するために必要なモータのそれぞれが抵抗トルクを受けていない場合に、係合が成功していないと判定することができる。次に、オペレータは、器具を取り外してこの器具を器具キャリッジに再接続するように通知を受け且つ指示を受けることができる。このシステムは、器具への更なる動作も防止することができる。例えば、作動可能なチップのカニューレを超えた軸線方向の挿入を防止することができる。
【００５６】
図３は、複数の駆動ディスク４０４，４０６，４０８，４１０を有する例示的なキャリッジ４０２を示す図４００である。この例では、アダプタキャリッジ４０２は、５つのディスクを含む。器具は、任意数のディスクを使用するように設計してもよい。例えば、１つの器具は、３つのディスクのみを使用することができる。別の器具は、５つ全てのディスクを使用することができる。
【００５７】
本実施例では、ディスクのそれぞれは、互いに１８０度の箇所に位置付けされた２つのボスを含む。また、同じディスク上の２つのボスは、ディスクが１つの角度位置において対応する器具ディスクのみと係合するように、互いに十分に異なっている。例えば、最初の３つのディスク４０４，４０６，４０８は、一方のボス４１４が、他のボス４１６よりディスクの外周により近くなるように位置付けされたボスを有する（例えば、ボス４１４は、ボス４１６よりもディスク４０４の縁部に近い）。こうして、ボス４１４，４１６は、３６０度の回転内の１つの角度位置においてのみ対応する器具ディスクの対応するポケットと係合する。第４及び第５のディスク４１０，４１２は、一方のボス４１８が、他方のボス４２０よりも大きくなるように構成されたボスを有する。こうして、ボス４１８，４２０は、３６０度の回転内の１つの角度位置においてのみ器具ディスクの対応するポケットと係合する。
【００５８】
様々なディスクを異なるタイプの運動のために使用することができる。例えば、第１のディスク４０４を使用して、器具の軸線回りの器具のロールを制御してもよい。第３のディスク４０８を使用して、器具のピッチを制御してもよい。第３、第４、及び第５のディスク（４０８，４１０，４１２）の協調した運動を使用して、器具のヨーを制御してもよい。第４のディスク４１０及び第５のディスク４１２の異なる協調した運動を使用して、器具の把持を制御してもよい。これらのディスクのそれぞれは、上述した原理を使用して、適切な係合をチェックすることができる。具体的には、ディスクを駆動するモータが抵抗トルクを受けるまで、各ディスクを回転させる。
【００５９】
図４Ａ〜図４Ｄは、ロールアクチュエータについてのディスク係合の例示的な上面図である。本実施例によれば、駆動ディスク５０４（又は、滅菌アダプタを使用する場合には、嵌合したアダプタディスク）が、ボス５０８を含む。器具ディスク５０２が、駆動ディスク５０４に隣接して配置される。器具ディスク５０２は、ポケット５１０を含む。この例では、ディスク５０２，５０４を使用して、器具のロールを駆動させる。器具が、物理的制限を受けることなく継続的にロールし得るため、外付けハードストップが、その制限を提供する。具体的には、器具ディスク５０２は、突起部５１６を含む。突起部５１６の回転移動経路に沿った突起停止機構５１４は、突起部を停止機構と当接するように回転させたときに、物理的制限又はハードストップを提供する。図４Ａに示されるように、器具ディスク５０２を駆動ディスク５０４に対して最初に配置したときに、ボス５０８は、必ずしもポケット５１０と位置合わせされていない。いくつかの例では、ポケット５１０の可能な初期位置は、特定の変動範囲５０６内にあり得る。図４Ａの初期設定では、駆動ディスク５０４は、ボス５０８が静止したポケット５１０に向けて移動するように、反時計回り５１２に回転し始めることができる。図４Ｂに示されるように、駆動ディスク５０４の回転によって、ポケット５１０の上にボス５０８がもたらされたときに、ボスをポケット内に受容することができる。いくつかの実施形態では、ボス又はポケットは、ボスをポケットと係合させるために、例えばばねによって、付勢してもよい。図４Ｃに示されるように、ボス５０８がポケット５１０と係合した後に、駆動ディスク５０４の継続的な回転によって、器具ディスク５０２を駆動ディスク５０４と一緒に回転させる。器具ディスク５０２が回転すると、突起部５１６も回転する。図４Ｄに示されるように、器具ディスク５０２及び駆動ディスク５０４の継続的な回転によって、突起部５１６と停止機構５１４との当接がもたらされる。この位置では、駆動ディスク５０４を駆動するモータが、抵抗トルクを受ける。これは、ボス５０８がポケット５１０と成功裏に係合したことを示す。図４Ａに示されるようなボス５０８及びポケット５１０の初期配置では、駆動ディスク５０４は、突起部５１６及び係止機構が駆動ディスクの更なる回転を防止する前に、３６０°未満回転する。
【００６０】
図４Ｅに示されるようなボス５０８及びポケット５１０の初期設定では、駆動ディスク５０４は、突起部５１６及び停止機構が駆動ディスクの更なる回転を防止する前に、３６０°以上回転する。図４Ｅに示されるように、器具ディスク５０２を駆動ディスク５０４に対して最初に配置するときに、ボス５０８は、必ずしもポケット５１０と位置合わせされていない。図４Ｆに示されるように、ボス５０８は、ボス５１０と係合する前に、略一回転を移動しなければならない。図４Ｇに示されるように、駆動ディスク５０４の回転によって、ポケット５１０の上にボス５０８がもたらされたときに、ボスをポケット内に受容することができる。いくつかの実施形態では、ボス又はポケットは、ボスをポケットと係合させるために、例えばばねによって、付勢してもよい。図４Ｈに示されるように、器具ディスク５０２及び駆動ディスク５０４の継続した回転によって、突起部５１６と停止機構５１４との当接がもたらされる。この位置では、駆動ディスク５０４を駆動するモータは抵抗トルクを受ける。これは、ボス５０８がポケット５１０と成功裏に係合したことを示す。図４Ｅに示されるようなボス５０８及びポケット５１０の初期配置では、駆動ディスク５０４は、突起部５１６及び停止機構が駆動ディスクの更なる回転を防止する前に、３６０°以上回転する。いくつかのケースでは、駆動ディスク５０４は、ポケット５１０と成功裏に係合する前に、何回転かの完全な回転を行い得る。係合する前の回転数は記録され、モータの位置を器具ディスク５０２に結合された器具の位置とマッピングするために使用される。
【００６１】
図５は、ディスクの位置の初期変動を示す図６００である。本実施例によれば、器具キャリッジ６０２は、５つの異なるディスク６０４を含む。ディスク位置の初期範囲は、姿勢変動域６０６及びオフセット変動域６０６により規定することができる。
【００６２】
姿勢変動域６０６は、ディスク６０４に結合された器具が、ディスク６０４に関連する自由度で位置付けされる姿勢の可能な範囲を示す。特に、器具キャリッジ６０２をアダプタと最初に係合するときに、器具は、各自由度に対して中立位置でない可能性がある。むしろ、器具を配置することが可能な所定範囲の位置があってもよく、こうして、ディスク位置の初期範囲を生じさせる。ディスクオフセット変動域は、器具の駆動トレインにおける部分的な公差による変動によって生じ得る。
【００６３】
さらに、器具ディスク６０４の初期位置は、ディスクオフセット６０８を含み得る。上述したように、ディスクオフセット６０８は、器具が関連する自由度で中立位置にある場合の、ディスクの位置である。例えば、ピッチが中立位置にある場合に、ディスクの角度位置は、器具ディスク６０４を器具に結合する駆動システムの種々の特性によって、ゼロのノミナル角度位置からオフセットしてもよい。例えば、いくつかのケースでは、駆動ケーブルの関節出力部での使用と同様に、ディスクオフセットに、約１２０度の範囲を与えてもよい。
【００６４】
図６は、カニューレ７０２内の例示的な把持具７０４を示す図である。本実施例によれば、キャリッジ内の２つのディスクを使用して、把持ツール７０４等の２つのフィンガ器具上で把持部を駆動させることができる。把持ツール７０４は、２つの物理的制限を受ける可能性がある。１つの物理的制限は、両方のフィンガ７０８が互いに閉じているような閉じた状態の把持ツールに対応する。２つのフィンガ７０８が互いに閉じているときに、把持部に関連したディスクを駆動するモータは、抵抗トルクを受けることがあり、こうして、成功した係合を示す。別の物理的制限は、２つのフィンガ７０８が、カニューレ７０２の内壁等の障害物に対して開いた状態になるときである。こうして、フィンガ器具７０８がカニューレ７０２内で可能な限り大きく開かれるときに、把持部に関連したディスクを駆動するモータは、抵抗トルクをうけ、こうして成功した係合を示す。
【００６５】
いくつかのケースでは、係合させるための複数のディスクを同時に試験することができる。例えば、把持ツール７０２等の２つのフィンガ器具について、様々なディスクを第１段階で回転させることができる。具体的には、ハードストップに到達するまで、ロールディスクを回転してもよい。同時に、器具が閉じられるまで、把持ディスクを回転させることができる。また、ピッチ及びヨーディスクを中立位置に回転させてもよい。第２段階の間に、ピッチディスク及びヨーディスクを回転して、器具をカニューレの側に移動させる。複数の自由度の動きがあるため、制御システムは、これを考慮して、適切なモータが抵抗トルクを受けるべき適切な閾値を決定することができる。
【００６６】
器具の係合を確認するために必要な係合段階は、器具に基づいて変化する。第１の例は、単一のフィンガ、単一の駆動ツールの係合の確認である。第１の係合段階では、ハードストップに到達するまで、ロールディスクを回転させることができる。同時に、ピッチ及びヨーディスクを中立位置に回転させることができる。第２段階の間に、ピッチディスク及びヨーディスクを回転して、器具をカニューレの側に移動させる。複数の自由度の動きがあるため、制御システムは、これを考慮して、各モータについての適切なトルク閾値を決定することができる。係合チェック段階において、係合手順の成功状態が評価される。具体的には、駆動入力部のそれぞれが受ける抵抗トルクが、対応するトルク閾値と比較される。係合チェックにより、係合が成功した（抵抗トルクの絶対値がトルク閾値より大きい）と判定した場合に、器具は、医療処置を開始する導入位置に移動させることができる。係合チェックにより、係合が失敗した（位置誤差が位置誤差閾値未満である）と判定した場合に、器具を設置し直す必要があり、器具が、手術作業領域に入ることが制限される。単一のフィンガ、単一の駆動ツールは、例えば、単極焼灼フック／スパッツ(spats)を含む。
【００６７】
第２の例は、２つのフィンガツールや繊細な１つのフィンガのダブル駆動ツールの係合の確認である。第１の係合段階では、ハードストップに到達するまで、ロールディスクを回転させることができる。同時に、（把持を制御する）ヨーディスクをヨー中立位置及び把持閉鎖位置に回転させることができる。ピッチディスクをピッチ中立位置に回転してもよい。第２段階の間に、ピッチディスクを回転して、器具チップをカニューレの側に移動させる。係合チェック段階において、係合手順の成功状態が評価される。具体的には、駆動ディスクのそれぞれが受ける抵抗トルクが、対応するトルク閾値と比較される。係合チェックにより、係合が成功した（抵抗トルクの絶対値がトルク閾値よりも大きい）と判定した場合に、器具は、医療処置を開始する導入位置に移動させることができる。係合チェックにより、係合が失敗した（位置誤差が位置誤差閾値未満である）と判定した場合に、器具を設置し直すことができる。器具は、係合が確認されるまで、手術作業領域に入ることを制限することができる。２つのフィンガツール及び繊細な１つのフィンガのダブル駆動ツールの例として、針ドライバ、はさみ、スナップ式メスが挙げられる。
【００６８】
第３の例は、クリップアプライヤの係合の確認である。第１の係合段階では、ハードストップに到達するまで、ロールディスクを回転させることができる。同時に、ピッチ及びヨーディスクを中立位置に回転させることができる。第２段階の間に、ピッチディスクを回転して、器具チップをカニューレの側に移動させる。また、ヨーディスクは、カニューレに対する把持開放位置に駆動される。係合チェック段階において、係合手順の成功状態が評価される。具体的には、駆動ディスクのそれぞれが受ける抵抗トルクが、対応するトルク閾値と比較される。係合チェックにより、係合が成功した（抵抗トルクの絶対値がトルク閾値よりも大きい）と判定した場合に、器具は、医療処置を開始する導入位置に移動させることができる。しかしながら、係合チェックにより、係合が失敗した（位置誤差が位置誤差閾値未満である）と判定した場合に、器具を設置し直すことができる。
【００６９】
第４の例は、ロールしない(no-roll)ハードストップ及びダブルロール駆動を含む器具の確認である。第１の係合段階では、ハードストップに到達するまで、両方のロール駆動ディスクを反対方向に回転させることができる。同時に、把持部が存在する場合に、把持ディスクを把持閉鎖位置に駆動させることができる。係合チェック段階において、係合手順の成功状態が評価される。具体的には、駆動ディスクのそれぞれが受ける抵抗トルクが、対応するトルク閾値と比較される。係合チェックにより、係合が成功した（抵抗トルクの絶対値がトルク閾値よりも大きい）と判定した場合に、器具は、医療処置を開始する導入位置に移動させることができる。しかしながら、係合チェックにより、係合が失敗した（位置誤差が位置誤差閾値未満である）と判定した場合に、器具を設置し直すことができる。ロールしないハードストップ及びダブルロール駆動を含む器具の例として、カメラ器具や、ニュージャージー州、サマービルのEthicon  Endo-surgery,  Inc.から入手可能なHARMONIC  ACE（登録商標）はさみ等の湾曲したはさみが挙げられる。
【００７０】
図７は、係合を確認するための例示的な方法を示すフローチャートである。本実施例によれば、方法８００は、駆動入力部（例えば、駆動ディスクや滅菌アダプタディスク）を入力係合部（例えば、器具ディスク）に隣接して配置するためのプロセス８０２を含む。駆動入力部は、モータ等の駆動要素に結合することができる。入力係合部は、ギア、プーリ、及び他の作動部材から構成されるシステム等の機械的なシステムを介して関節出力部に接続することができる。関節出力部は、医療器具の作動可能なチップ等の移動体に固定してもよい。
【００７１】
方法８００は、駆動入力部を駆動するモータを回転させるためのプロセス８０４をさらに含む。そのプロセス８０４が完了する又はモータがトルク閾値よりも大きい抵抗トルクを受けるまで、動きが継続するプロセス８０６において、抵抗トルクは、関節出力部に固定された対象物の物理的制限に対応する。抵抗トルクが特定のトルク閾値よりも大きくない場合に、プロセス８１２において、器具の係合が失敗したという判定を行う。オペレータは、通知を受けることができ、駆動入力部を取り外し、入力係合部に再接続することができる。あるいはまた、システムは、第２の試行を係合部で自律的に行うことができる。トルク閾値を超えた場合に、プロセス８１０において、係合が成功したという判定を行うことができる。係合が生じた場合に、（上述したように）計算を行って、係合が生じた角度位置を決定することができる。
【００７２】
様々な実施形態では、係合機構は、キャリッジ駆動ディスク及び器具ディスク、又は滅菌アダプタディスク及び器具ディスクを嵌合する容易性を増大させるように構成することができる。説明を容易にするために、キャリッジ９００（例えば、キャリッジ２０２）及び器具９０２を結合する係合機構について、説明する。しかしながら、これらの機構を使用して、器具９０２及び滅菌アダプタを結合してもよいことを理解すべきである。以下に説明する実施形態では、キャリッジ９００の係合機構は、ボスとして構成されており、器具９０２の係合機構は、ポケットとして構成されるものとする。しかしながら、別の実施形態では、キャリッジ９００の係合機構は、ポケットとして構成してもよく、器具９０２の係合機構は、ボスとして構成してもよい。
【００７３】
図８Ａを参照すると、ランプ入口部を含まない器具ポケット９０６に接近するキャリッジボス９０４の例示的な図が、示されている。なお、図８Ａには、器具のポケット壁１６００が、機器９０２の面１２１０に関して９０度の角度１６２１であることが、示されている。ボス９０４は、２つの係合機構が直接的に位置合せされる場合にのみ、ポケット９０６内に挿入される。ボス９０４の突起部のサイズは、ポケット９０６の開口部のサイズに略正確に対応しており、成功した適切な係合後の回転中に発生し得るバックラッシュを減少させる。従って、特にキャリッジ駆動部が高速で回転している場合に、ボス９０４をポケット９０６内に挿入するのは困難である。
【００７４】
図８Ｂを参照すると、ボス９０４をポケット９０６に結合する試行が失敗した例示的な図が、示されている。図８Ｂに示されるように、ボス９０４は、ポケット９０６をバイパスする可能性がある、２つの係合機構を結合するのに失敗した試行となる。
【００７５】
図９Ａを参照すると、ランプ入口部１７２０を含むポケット９０６’に接近するボス９０４の例示的な図が、示されている。なお、図９Ａには、ポケット９０６’の壁が、ランプ入口部１７２０及び直線状部分１７００を含むことが、示されている。ランプ入口部１７２０は、ボス９０４がポケット９０６’と係合する前に、ボス９０４を支持する面１２１０に関して９０度以上の鈍角を形成するように確認される。ボス９０４がポケット９０６’に接近するときに、ボス壁の先縁１７７０がポケット壁の後縁１７５０に到達する前に、ランプ入口部１７２０によって、ボス９０４が、キャリッジポケット９０６内への挿入を開始することができる。
【００７６】
図９Ｂを参照すると、キャリッジポケット９０６’に接近するとともにポケット９０６内への挿入を開始するためにランプ入口部１７２０を使用するボス９０４の例示的な図が、示されている。ボス９０４がランプ入口部１７２０を滑り落ち始めると、ボス９０４は、キャリッジポケット９０６’に入るのを開始する。キャリッジ結合部９００が回転し続けると、ボス壁の先縁１７７０は、ポケット壁の後縁１７５０と接触し、ボス９０４がキャリッジポケット１２２１をバイパスすることが防止される。次に、キャリッジドライバのばね式機構９００によって、ボス９０４をポケット９０６’内に挿入するのを推進することが可能になる。図９Ｂに示唆されるように、キャリッジドライバ９００がばね式機構を含む場合に、キャリッジドライバ９００は、ボス９０４をポケット９０６’に入れるために、キャリッジから上昇する。
【００７７】
面１２１０に関するランプ入口部１７２０の角度１７２１は、単なる一実施形態である。ランプ入口部の角度は、示される角度１７２１以上又は未満であってもよい。しかしながら、ランプ入口部１７２０は、面１２１０に対して常に鈍角を形成する。ランプ入口部１７２０は、壁の直線状部分に対して駆動させる場合に、ポケット９０６’の壁の直線部１７００が、ボス９０４を支持するための十分な軸受面を提供するように構成すべきであることが理解されるであろう。最低でも、壁の直線部分１７００は、係合する方向と逆方向に駆動される場合に、係合が外れるのを防止するために、十分に高くする必要がある。
【００７８】
図１０Ａを参照すると、ランプ入口部１８２０含むボス９０４’がポケット９０６に接近する例示的な図が、示されている。なお、図１０Ａには、ボス壁の後縁１８４０が、ボス９０４の下面１８３０に対して９０度以上の鈍角をなすランプ入口部１８２０を含み、下面１８３０は、そのボスがポケット９０６と係合する前に、器具９０２の面１２１０上のキャリッジ９００を支持することが、示されている。
【００７９】
図１０Ｂを参照すると、ポケット９０６に接近するとともにポケット９０６内への挿入を開始するためにランプ入口部１８２０を使用するボス９０４’の例示的な図が、示されている。ボス９０４’が、ポケット９０６に接近するときに、ボス壁の先縁１８７０がポケット壁の後縁１８５０に到達する前に、ランプ入口部１８２０によって、ボス９０４’がポケット９０６内に挿入を開始するのを可能にする。キャリッジ９００が回転し続けると、ボス壁の先縁１８７０は、ポケット壁の後縁１８５０と接触し、ボス９０４’が、ポケット９０６をバイパスすることが防止される。キャリッジドライバ９００のばね式機構によって、ボス９０４’のキャリッジポケット９０６内への挿入を推進することが可能になる。図１０Ｂに示唆されるように、キャリッジドライバ９００が、ばね式機構を含む場合に、キャリッジドライバ９００は、ボス９０４’をポケット９０６に入れるように、キャリッジから上昇する。
【００８０】
図示されるボス９０４’の下面１８３０に対するランプ入口部１８２０の角度は、単なる例示的な一実施形態である。ランプ入口部の角度は、示される角度以上又は未満であってもよい。しかしながら、ランプ入口部１８２０は、ボス９０４’の下面１８３０に対して常に鈍角をなすことになる。ランプ入口部１８２０は、壁の直線状部分に対して駆動される場合に、ボス壁の後縁１８４０の直線状部分が、ボス９０４’を支持するために適切な軸受面を提供するように構成すべきであることが理解されるであろう。最低でも、ボス壁の後縁１８４０の直線状部分は、係合する方向と逆方向に駆動される場合に、係合が外れるのを防止するために、十分に高くする必要がある。
【００８１】
本発明の実施形態の１つ又は複数の要素は、制御処理システム等のコンピュータシステムのプロセッサ上で実行するために、ソフトウェアで実現してもよい。ソフトウェアで実現された場合に、本発明の実施形態の要素は、本質的に、必要なタスクを実行するためのコードセグメントである。伝送媒体又は通信リンクを介した搬送波で具現化されるコンピュータデータ信号によってダウンロードしてもよいプログラム又はコードセグメントは、プロセッサ可読記憶媒体又は装置に記憶することができる。プロセッサ可読記憶装置は、情報を格納することができる光学媒体、半導体媒体、及び磁気媒体を含む任意の媒体を含むことができる。プロセッサ可読記憶装置の例としては、電子回路；半導体装置、半導体メモリ装置、読み出し専用メモリ（ROM）、フラッシュメモリ、消去可能なプログラマブル読み出し専用メモリ（EPROM）；フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、光ディスク、ハードディスク、又は他の記憶装置が挙げられる。コードセグメントは、インターネット、イントラネット等のコンピュータネットワークを介してダウンロードしてもよい。
【００８２】
提示されるプロセス及びディスプレイは、本質的に、特定のコンピュータ又は他の装置に関連しなくてもよいことに注意されたい。様々な汎用システムは、本明細書の教示に従ったプログラムと共に使用することができ、或いは、説明された動作を実行するために、より特化した装置を構築するほうが好都合であり得る。これらの様々なシステムに必要な構造は、特許請求の範囲の要素として表される。また、本発明の実施形態は、特定のプログラミング言語を参照して説明していない。様々なプログラミング言語を使用して、本明細書に説明される本発明の教示を実現し得ることが理解されるであろう。
【００８３】
本発明の特定の例示的な実施形態が、説明され且つ添付の図面に示されているが、そのような実施形態は、単に例示であり、広範な本発明に対する限定ではなく、本発明の実施形態は、様々な他の修正が当業者に想起することができるので、図示及び説明された特定の構成及び配置に限定されるものではないことを理解すべきである。
【図１Ａ】
2020006236.tif 000004
【図１Ｂ】
2020006236.tif 000005
【図１Ｃ】
2020006236.tif 000006
【図１Ｄ】
2020006236.tif 000007
【図１Ｅ】
2020006236.tif 000008
【図１Ｆ】
2020006236.tif 000009
【図２Ａ】
2020006236.tif 000010
【図２Ｂ】
2020006236.tif 000011
【図２Ｃ】
2020006236.tif 000012
【図３】
2020006236.tif 000013
【図４Ａ】
2020006236.tif 000014
【図４Ｂ】
2020006236.tif 000015
【図４Ｃ】
2020006236.tif 000016
【図４Ｄ】
2020006236.tif 000017
【図４Ｅ】
2020006236.tif 000018
【図４Ｆ】
2020006236.tif 000019
【図４Ｇ】
2020006236.tif 000020
【図４Ｈ】
2020006236.tif 000021
【図５】
2020006236.tif 000022
【図６】
2020006236.tif 000023
【図７】
2020006236.tif 000024
【図８Ａ】
2020006236.tif 000025
【図８Ｂ】
2020006236.tif 000026
【図９Ａ】
2020006236.tif 000027
【図９Ｂ】
2020006236.tif 000028
【図１０Ａ】
2020006236.tif 000029
【図１０Ｂ】
2020006236.tif 000030
【外国語明細書】
2020006236000001.pdf