(57)【要約】      （修正有）【課題】アクセスが制限される領域で作業するための向上された能力を備えた、改良されたロボットツールおよびエンドエフェクタを提供する。【解決手段】手術ツール６００は、ツールシャフト６０５と、エンドエフェクタと、エンドエフェクタをツールシャフトに連結する手首部とを含む。ツールは、駆動メカニズムと手首部との間に延びる２つ以上の独立したケーブルの４つの独立したケーブル端への別々の作動を介して、手首部およびエンドエフェクタの１つまたは両方のヨーおよびピッチの動作をもたらすように構成された駆動メカニズムを含む。【選択図】図５Ａ
2020072976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最小侵襲性の手術ツールであって、
ツールシャフトと、
エンドエフェクタと、
前記ツールシャフトと前記エンドエフェクタとの間に配された多軸型手首部であって、前記手首部は、２つの直交方向に配列されたプーリの３つ以上のセットを含む、手首部、および、
前記手首部および前記エンドエフェクタの１つまたは両方の動作をもたらすように構成された４つの電気モータを含む駆動メカニズムであって、前記４つの電気モータの各々は、プーリの前記３つ以上のセットのうちの１つ以上の周りに少なくとも部分的に巻き付く４つの独立したケーブルのうちの１つを別々に制御するように構成され、前記モータは、ヨーまたはピッチ運動をもたらすために前記４つの独立したケーブルの間の相対的な張力を変化させるように構成される、駆動メカニズム、
を含む、手術ツール。
【請求項２】
プーリの前記３つ以上のセットは、２つの直交する方向に位置付けられたプーリの２つのセット、およびプーリの前記２つのセットの間に角度付けされたプーリの第３セットを含み、これにより前記４つの独立したケーブルの間の交差および摩擦を減少させる、請求項１に記載の手術ツール。
【請求項３】
前記４つの独立したケーブルの前記別々の制御は、前記エンドエフェクタの顎のペアの動作を制御する、請求項１に記載の手術ツール。
【請求項４】
プーリの前記３つ以上のセットは、前記エンドエフェクタに取り付けられたプーリの第１セット、および、前記４つの独立したケーブルの１つ以上がプーリの第２セットからプーリの前記第１セットに真っすぐな経路に沿って延びるように、プーリの前記第１セットに整列されたプーリの前記第２セット、を含む、請求項１に記載の手術ツール。
【請求項５】
プーリの前記第１セットは、前記ツールシャフトの中心軸に近接して配置され、プーリの前記第１セットは、前記ツールシャフトの直径にほぼ等しい直径を有する、請求項４に記載の手術ツール。
【請求項６】
前記４つのモータは、前記ツールシャフトの近位端部に取り付けられた結合ユニットに着脱可能に連結可能なモータパックの中に在る、請求項１に記載の手術ツール。
【請求項７】
前記結合ユニットは、無菌バリヤを提供する、請求項６に記載の手術ツール。
【請求項８】
前記駆動メカニズムは、前記４つの独立したケーブルの各々の長さを変化させるように構成された撚り紐の伝動媒体を含む、請求項１に記載の手術ツール。
【請求項９】
最小侵襲性の手術ツールであって、
ツールシャフトと、
エンドエフェクタと、
前記ツールシャフトと前記エンドエフェクタとの間に配された多軸型手首部であって、前記手首部は、２つの直交方向に配列されたプーリの３つ以上のセットを含む、手首部、および、
前記手首部および前記エンドエフェクタの１つまたは両方の動作をもたらすように構成された駆動メカニズムであって、前記駆動メカニズムは、ヨーまたはピッチ運動をもたらすために４つの独立したケーブルの間の相対的な張力を変化させるように、プーリの前記３つ以上のセットのうちの１つ以上の周りに少なくとも部分的に巻き付く前記４つの独立したケーブルを別々に制御するように構成される、駆動メカニズム、
を含む、手術ツール。
【請求項１０】
前記駆動メカニズムは、４つの電気モータを含み、前記４つのモータの各々は、前記４つの独立したケーブルのうちの１つを別々に制御するように構成される、請求項９に記載の手術ツール。
【請求項１１】
前記４つのモータは、前記ツールシャフトの近位端部に取り付けられた結合ユニットに着脱可能に連結可能なモータパックの中に在る、請求項１０に記載の手術ツール。
【請求項１２】
前記結合ユニットは、無菌バリヤを提供する、請求項１１に記載の手術ツール。
【請求項１３】
プーリの前記３つ以上のセットは、２つの直交する方向に位置付けられたプーリの２つのセット、およびプーリの前記２つのセットの間に角度付けされたプーリの第３セットを含み、これにより前記４つの独立したケーブルの間の交差および摩擦を減少させる、請求項９に記載の手術ツール。
【請求項１４】
前記４つの独立したケーブルの前記別々の制御は、前記エンドエフェクタの顎のペアの動作を制御する、請求項９に記載の手術ツール。
【請求項１５】
プーリの前記３つ以上のセットは、前記エンドエフェクタに取り付けられたプーリの第１セット、および、前記４つの独立したケーブルの１つ以上がプーリの第２セットからプーリの前記第１セットに真っすぐな経路に沿って延びるように、プーリの前記第１セットに整列されたプーリの前記第２セット、を含む、請求項９に記載の手術ツール。
【請求項１６】
プーリの前記第１セットは、前記ツールシャフトの中心軸に近接して配置され、プーリの前記第１セットは前記ツールシャフトの直径にほぼ等しい直径を有する、請求項１５に記載の手術ツール。
【請求項１７】
前記駆動メカニズムは、前記４つの独立したケーブルの各々の長さを変化させるように構成された撚り紐の伝動媒体を含む、請求項９に記載の手術ツール。
【請求項１８】
最小侵襲性の手術ツールであって、
ツールシャフトと、
エンドエフェクタと、
前記ツールシャフトと前記エンドエフェクタとの間に配された多軸型手首部であって、前記手首部は、２つの直交方向に配列されたプーリの３つ以上のセットを含む、手首部、および、
前記手首部および前記エンドエフェクタの１つまたは両方の動作をもたらすように構成された３つの電気モータを含む駆動メカニズムであって、前記駆動メカニズムは、ヨーまたはピッチ運動をもたらすために２つのケーブルループの間および各ケーブルループの両端の間の相対的な張力を変化させるように、プーリの前記３つ以上のセットのうちの１つ以上の周りに少なくとも部分的に巻き付く前記２つのケーブルループを別々に制御するように構成され、前記３つのモータのうちの１つは、ピッチ運動をもたらすために同一のケーブルループの２つの側に張力をかけるように構成されたメカニズムに連結される、駆動メカニズム、
を含む、手術ツール。
【請求項１９】
前記メカニズムは、ロッカーメカニズムの第１端が近位に動き、これにより前記第１端に連結されたケーブルの側の張力が増大し、そして、前記ロッカー部材の第２反対端が遠位に動き、これにより前記第２端に連結された前記ケーブルの反対側の張力が緩み、その結果、前記エンドエフェクタの前記ピッチ運動がもたらされるように行き来揺動するように構成された、前記ロッカーメカニズムである、請求項１８に記載の手術ツール。
【請求項２０】
前記メカニズムは、前記ツールシャフト内を軸方向に動くように構成されたシャトルメカニズムであって、前記シャトルメカニズムは、前記２つのケーブルループの一方の張力を緩め、前記２つのケーブルループの他方の張力を増大し、これにより前記エンドエフェクタの前記ピッチ運動をもたらすように構成される、請求項１８に記載の手術ツール。
【請求項２１】
最小侵襲性の手術ツールであって、
ツールシャフトと、
エンドエフェクタと、
前記ツールシャフトと前記エンドエフェクタとの間に配された多軸型手首部であって、前記手首部は、２つの直交方向に配列されたプーリの３つ以上のセットを含む、手首部、および、
ヨーおよびピッチ運動をもたらすために４つの独立したケーブルの間の相対的な張力を変化させるように、プーリの前記３つ以上のセットのうちの１つ以上の周りに少なくとも部分的に巻き付く前記４つの独立したケーブルの別々の制御を介して、前記手首部および前記エンドエフェクタの１つまたは両方の動作をもたらすための手段、
を含む、手術ツール。
【請求項２２】
プーリの前記３つ以上のセットは、２つの直交する方向に位置付けられたプーリの２つのセット、およびプーリの前記２つのセットの間に角度付けされたプーリの第３セットを含み、これにより前記４つの独立したケーブルの間の交差および摩擦を減少させる、請求項２１に記載の手術ツール。
【請求項２３】
前記４つの独立したケーブルの前記別々の制御は、前記エンドエフェクタの顎のペアの動作を制御する、請求項２１に記載の手術ツール。
【請求項２４】
プーリの前記３つ以上のセットは、前記エンドエフェクタに取り付けられたプーリの第１セット、および、前記４つの独立したケーブルの１つ以上がプーリの第２セットからプーリの前記第１セットに真っすぐな経路に沿って延びるように、プーリの前記第１セットに整列されたプーリの前記第２セット、を含む、請求項２１に記載の手術ツール。
【請求項２５】
プーリの前記第１セットは、前記ツールシャフトの中心軸に近接して配置され、プーリの前記第１セットは、前記ツールシャフトの直径にほぼ等しい直径を有する、請求項２４に記載の手術ツール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、合衆国法典第３５巻第１１９条（ｅ）項の下で、２０１３年３月１４日に出願された米国仮特許出願第６１／７８１０９２号、および２０１３年３月１５日に出願された米国仮特許出願第６１／７９１２４８号の優先権利益を主張し、これらの仮出願は、参照することによりその全体が本出願に組み込まれ、本明細書の一部と見なすものとする。
【０００２】
［背景］
［分野］
ロボットのエンドエフェクタは、ロボットが対象体を操作することを可能にする。本出願は、ロボットツール、該ツールのエンドエフェクタ、およびそれらを動作させる方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
［関連出願の説明］
ロボットは、工業、研究、医療、および医療外用途を含め、様々な用途に使われる。それぞれの異なる種類のロボットは、ほとんどのロボットの間に共通な特徴および特性に加え、それ自体の独自の特徴および特性のセットを有し得る。ほとんどのロボットに共通な１つの特性は、ツールの使用である。ロボットに制御されるツールは、様々なタスクを実施するために使われる。ロボットに制御される各ツールは、実施対象のタスクのために特別に設計され得る。通常、ロボットのツールは、細長い形状で、エンドエフェクタ（例えば、捕捉具（ｇｒａｓｐｅｒ））を有する。
【０００４】
手術システムに関しては、典型的な市販のロボットシステムは、ケーブルまたは他のメカニズムで制御される真っすぐな剛体のツールまたは柔軟性のツール（例えば、湾曲ツール）を用いている。真っすぐな剛体ツールは、一部の手術状況では、例えば、切開点または進入口（例えば、ツールが身体に入る箇所）と手術対象の組織との間に臓器または解剖構造体がある場合には、真っすぐなシャフトが当該組織にアクセスするためにその臓器または解剖構造体に迂回して到達することができないので、不適当である。真っすぐな剛性ツールの別の欠点は、患者に対する外傷を制限するため場合によって望まれる、単一の手術切開部または進入口を通して複数のツールが導入される単孔式手術と言われる手術への使用には適さないことである。かかる単孔式手術において、縫合などのタスクのためには、複数のツールの間での協働的相互作用が必要となる。協働的に相互作用するには、これらのツールは、相異なる角度から手術野に集中する必要があり、真っすぐな剛性ツールは、これにうまく適さない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
湾曲性または屈曲性ツールなどの柔軟性ツールについては、これらのツールは、前述の真っすぐな剛性ツールのアクセス性および操作性上の問題の一部は克服するが、これらにも欠点がある。柔軟性ツールの短所の１つは、通常、これらには外科手術の間における曲げ負荷に耐えるのに十分な剛性がないことである。一般に、剛性を向上するため、これらツールの湾曲または屈曲プロフィールは、製造者もしくは屈曲ツールを使用するユーザによって人体の外部で事前形成され、したがって体内の現位置で手術体形状に合わせて曲げられることができない。セグメント分けされたまたは柔軟なシャフトを有する他の柔軟性ツールが利用可能であり、これらは、例えばケーブルによって制御されることができる。これらの柔軟性ツールも、外科手術の間にいったん曲げられると、曲げ負荷に耐えるのに十分な剛性を達成することができないなどといった短所を有する。
【０００６】
また、真っすぐな剛性ツールおよび湾曲性または屈曲性ツールは、非医療応用にも使われており、前記非医療応用に使われるとき前述したのと同様な欠点を有する。
【０００７】
上記から、市販のツールについて前述した欠点に対処した改良ロボットツールおよびエンドエフェクタが必要とされている。現在市販されているものに比べ、作業箇所のよりわずかな閉塞、複雑な手術を遂行するための向上された能力、およびアクセスが制限される領域で作業するための向上された能力を備えた、改良されたロボットツールおよびエンドエフェクタが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、エンドエフェクタに連結された手首部（ｗｒｉｓｔ）を備えたツールが提供される。この手首部は、４つの独立したケーブル端を含むことができる。これら４つの独立したケーブル端は、各々の独立したケーブル端が別々に駆動されてもよいように配置（ａｒｒａｎｇｅ）されることができる。一実施形態において、これら４つの独立したケーブル端は、４本の独立したケーブルによって定義される。別の実施形態において、この４つの独立したケーブル端は、２つのケーブルによって定義され、各ケーブルの各端は、独立したケーブル端を定義する。
【０００９】
一実施形態において、本ツールは、各ケーブル端を別々に制御するための４つのモータを含むようにアレンジされることができる。
【００１０】
本発明の一態様によれば、エンドエフェクタに連結された手首部を有するツールは、ケーブルの代わりに１本以上の撚り紐を有することができる。単一の紐は、撚り紐のように機能するようアレンジされてもよい。本ツールは、エンドエフェクタを駆動する１本以上の撚り紐を有することができる。
【００１１】
手首部およびエンドエフェクタを備える本ツールは、プーリの３つ以上のセットを有するようにアレンジされることができる。各ケーブルは、各ケーブルが２つの直交する方向でプーリの３つ以上のセットに巻き付くように配置されることができる。各ケーブルは、各ケーブルの２つの側の間の相対的な張力がヨー運動をもたらすことができるように配置されることができる。各ケーブルは、２つのケーブルの間の相対的な張力がピッチ運動をもたらすことができるように配置されることができる。
【００１２】
手首部およびエンドエフェクタを備える本ツールは、プーリの３つのセットとプーリの２つの追加セットとを有するようにアレンジされることができる。各ケーブルは、各ケーブルが２つの直交する方向で該プーリの３つのセットに巻き付くように配置されることができる。プーリの２つの追加セットは、プーリの３つのセットに対して角度を付けることができる。プーリの２つの追加セットは、プーリの３つのセットの間に配置されることができる。
【００１３】
本発明の一態様によれば、プーリの３つのセットが設けられ、プーリの３つの追加セットが設けられる。各ケーブルは、各ケーブルが２つの直交する方向でプーリの３つのセットに巻き付くように配置されることができる。プーリの該３つの追加セットは、プーリの３つのセットの間に配置されることができる。プーリの２つのセットおよびプーリの２つの追加セットは、第１の方向に配置することができ、プーリの１つのセットおよびプーリの１つの追加セットは、第１の方向と直行する方向に配置されることができる。
【００１４】
本発明の一態様によれば、プーリの３つのセットが設けられ、プーリの２つの追加セットが設けられる。各ケーブルは、各ケーブルが２つの直交する方向でプーリの３つ以上のセットに巻き付くように配置されることができる。プーリの２つの追加セットは、プーリの３つのセットの間に配置されることができる。プーリの２つのセットおよびプーリの２つの追加セットは、第１の方向に配置されることができ、プーリの１つのセットは、第１の方向に直交する方向に配置されることができる。
【００１５】
本ツールは、２つのケーブルループが３つのモータで制御されるように配置されることができる。第３モータは、メカニズムを制御するように配置されることができる。このメカニズムは、該メカニズムが同じケーブルの両側に張力を加えるように配置されることができる。このメカニズムは、該メカニズムがピッチ運動を可能にするように配置されることができる。
【００１６】
本ツールは、該メカニズムが１つのケーブルへの張力を別のケーブルへの張力に比べて増大するロッカー部材であるようにアレンジされることができる。このロッカーメカニズムは、該ロッカーメカニズムが、軸の周りを回転（例えば、行き来揺動）して１つのプーリを遠位に１つのプーリを近位に動かし、これにより２つのケーブルの１つへの張力を増大し、該２つのケーブルの他方への張力を緩めるように配置されることができる。
【００１７】
本ツールは、該メカニズムが１つのケーブルへの張力を別のケーブルへの張力に比べ増大するシャトルメカニズムであるようにアレンジされることができる。このシャトルメカニズムは、ツールのシャフトの軸沿いに直線的に平行移動してシャトルプーリの定位（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）を移動し、これにより１つのケーブルが進まねばならない距離を他のケーブルが進まねばならない距離に比べて増加するように配置されることができる。このシャトルメカニズムは、該シャトルメカニズムの運動が２つのケーブルの１つに張力を加え、該２つのケーブルの他方の張力を緩めるように配置されることができる。
【００１８】
本発明の別の態様によれば、或るツールは、エンドエフェクタに連結された手首部を有する。この手首部は、１つ以上の椎骨部（ｖｅｒｔｅｂｒａ）を含み、各椎骨部は、１つ以上の独立したケーブルを使って制御可能である。この１つ以上のケーブルは、ヨーおよびピッチへの屈曲に作用するよう配置されることができる。本ツールは、各椎骨部が２つ以上のケーブルを使って制御可能であるように配置されることができ、該２つ以上のケーブルは、ヨーおよびピッチにおける屈曲に作用するよう配置されることができる。
【００１９】
本発明の別の態様によれば、或るツールは、１つ以上の剛性セクションおよび１つ以上の柔軟性セクションを含むように設けられる。１つ以上の柔軟性セクションは、制御可能であり、例えば或る屈曲形態で選択的にロック（一時固定）しまたはロック解除することができる。
【００２０】
１つ以上の剛性セクションおよび１つ以上の柔軟性セクションを有する本ツールは、該１つ以上の柔軟性セクションが受動的に制御されるように配置されることができる。この１つ以上の柔軟性セクションは、１つ以上の椎骨部によって受動的に制御することができる。一実施形態において、１つ以上の椎骨部によって１つ以上の柔軟性セクションを制御して本ツールのシースを固くし、例えば、本ツールの手首部の近位側にジョイントを設けることができる。このジョイントと手首部とによって、本ツールの遠位端部（例えば、ツールのエンドエフェクタ）の運動をもたらす冗長メカニズムを設けることが可能である。一実施形態において、このジョイントの設定（例えば、位置、角度）は、該ジョイントの遠位側の手首部の作動を制御するのと同一のメカニズムによって制御することができる。一実施形態において、このメカニズムは、低融点固体を用いるメカニズムなどのロックメカニズムとすることができる。別の実施形態において、このメカニズムは、手首部および手首部の近位側のジョイントの動作をもたらすために作動されるケーブルのセットとすることが可能である。
【００２１】
１つ以上の剛性セクションおよび１つ以上の柔軟性セクションを備えるツールは、１つ以上の柔軟性セクションが能動的に制御されるように配置されることができる。この１つ以上の柔軟性セクションは、１つ以上のケーブルによって能動的に制御することができる。一実施形態において、該１つ以上の柔軟性セクションは、２つ以上のケーブルによって能動的に制御することができる。
【００２２】
１つ以上の剛性セクションおよび１つ以上の柔軟性セクションを備えるツールは、１つ以上の柔軟性セクションがロックメカニズムによって選択的にロックされるように配置されることができる。このロックシステムは、低融点固体を含むようにアレンジされることができる。一実施形態では、この融点固体は、ポリマーとすればよい。該１つ以上の柔軟性セクションは、シースを含むようにアレンジされることができる。このシースは、固体から液体に状態を変化できる前記低融点固体の母材で含浸された繊維を有する導電材料の組み紐を含むことができる。このロックメカニズムには、低融点固体がしなやかになって、これにより１つ以上の柔軟性セクションの屈曲が可能になるように作動可能な、活性化素子を含めることができる。該ロックメカニズムは、活性化素子がヒーターおよび／またはヒーター線を含むようにアレンジされることができる。他の実施形態において、低融点固体の使用の代わりにまたはこれに加えて、静電気効果または磁気効果に基づく固化メカニズムを用いることもできる。
【００２３】
１つ以上の剛性セクションおよび１つ以上の柔軟性セクションを備えるツールは、該１つ以上の柔軟性セクションが１つ以上のセンサを含むことができるようにアレンジされることができる。この１つ以上のセンサは、１つ以上の歪みセンサ、１つ以上の位置センサおよび／または１つ以上の圧力センサであってよい。
【００２４】
１つ以上の剛性セクションおよび１つ以上の柔軟性セクションを備えるツールは、該１つ以上の柔軟性セクションをモニタすることが可能なようにアレンジされることができる。一実施形態において、１つ以上の柔軟性セクションは、定期的ベースでモニタすることができる。別の実施形態において、１つ以上の柔軟性セクションは、連続ベースでモニタすることができる。該１つ以上の柔軟性セクションは、１つ以上のカメラによってモニタすることができる。これらのカメラは、内視鏡カメラとすればよい。これら１つ以上のカメラは、画像を生成することができ、これらの画像を処理してツールおよび／または手首部の屈曲パラメータを得ることができる。これらの屈曲パラメータは、システムのユーザおよび／または制御システムに対し、ツールの制御に関する情報を追加して提供することができ、そして屈曲の配置が判明したならば、その情報を制御システムの制御ループ中に供給してツールを制御することができる。
【００２５】
本発明の別の態様によれば、ツールは、エンドエフェクタに連結された手首部を有し、１つ以上のケーブルが該手首とエンドエフェクタとを制御する。エンドエフェクタは、エンドエフェクタを制御する１つ以上のケーブルが手首部を制御する１つ以上のケーブルから独立しているように配置される。
【００２６】
手首部はプーリの３つのセットを含むことができる。プーリの第１セットは、４つのプーリを含むことができる。この４つのプーリは、２つのプーリの２つのセット中に配置されることができる。一実施形態において、この４つのプーリは、２つのプーリの第１セットが、２つのプーリの第２セットに平行になるように配置されることができる。プーリの第２セットは、プーリの該第２セットがプーリの第１セットに対し角度が付くように配置される。プーリの第３セットは、プーリの該第３セットがプーリの第１セットに対し直交するように配置される。プーリの第３セットはエンドエフェクタに連結することができる。
【００２７】
手首部はプーリの３つのセットを含むことができる。プーリの第１セットは４つのプーリを含むことができる。この４つのプーリは、２つのプーリの２つのセット中に配置されることができる。この４つのプーリは、２つのプーリの２つのセット中に平行に配置されることができる。プーリの第２セットは、プーリの該第２セットがプーリの第１セットに対し角度が付かないように配置される。プーリの第３セットは、プーリの該第３セットがプーリの第１セットに対し直交しないように配置される。プーリの第３セットは、プーリの該第３セットがプーリの第２セットに対し直交しないように配置される。プーリの第３セットは、プーリの第２セットからのケーブルがプーリの第３セットへ真っすぐな経路をたどり、これによりケーブルとプーリとの間の摩擦を最小にするように配置される。
【００２８】
手首部およびエンドエフェクタを備えるツールは、プーリの３つのセットとプーリの２つの追加セットとを有するようにアレンジされることができる。プーリの２つのセットおよびプーリの２つの追加セットは、第１の方向に配置されることができ、プーリのその１つのセットは、第１の方向と角度を付けた別の方向に配置されることができる。プーリの２つの追加セットは、プーリの３つのセットの間に配置されることができる。プーリの第３セットは、プーリの２つの追加セットからのケーブルがプーリの第３セットへ真っすぐな経路をたどり、これによりケーブルとプーリとの間の摩擦を最小にするように配置される。
【００２９】
手首部およびエンドエフェクタを備えるツールは、プーリの３つのセットとプーリの３つの追加セットとを有するようにアレンジされることができる。プーリのその２つのセットおよびプーリのその２つの追加セットは、第１の方向に配置されることができ、プーリのその１つのセットおよびプーリのその１つの追加セットは、第１の方向と直交する方向に配置されることができる。プーリの３つの追加セットは、プーリの３つのセットの間に配置されることができる。第１の方向に配置されたプーリの２つの追加セットは、オフセットされた回転中心を持つプーリを有することができる。該第１の方向に配置されたプーリの２つの追加セットは、相異なる直径のプーリを有することができる。
【００３０】
手首部およびエンドエフェクタを備えるツールは、プーリの３つのセットとプーリの４つの追加セットとを有するようにアレンジされることができる。プーリのその２つのセットおよびプーリの４つの追加セットは、第１の方向に配置されることができ、プーリのその１つのセットは、第１の方向と直交する方向に配置されることができる。プーリの４つの追加セットは、プーリの３つのセットの間に配置されることができる。プーリの第１追加セットの回転中心は、プーリの第２追加セットの回転中心からオフセットされる。プーリの第３追加セットの回転中心は、プーリの第４追加セットの回転中心に整列される。
【００３１】
一態様によれば、或る最小侵襲性の手術ツールが提供される。本ツールは、ツールシャフト、エンドエフェクタ、およびツールシャフトとエンドエフェクタとの間に配された多軸型の手首部を含み、手首部は、２つの相直交する方向に配置された、プーリの３つ以上のセットを含む。本ツールは、手首部およびエンドエフェクタの１つまたはその両方の動作をもたらすように構成された４つの電気モータを含む駆動メカニズムをさらに含む。４つの電気モータの各々は、プーリの３つ以上のセットの１つ以上に少なくとも部分的に巻き付いている４つの独立したケーブルの１つを個別に制御するように構成される。これらのモータは、ヨーまたはピッチ運動をもたらすため、該４つの独立したケーブルの間の相対的な張力を変化させるように構成される。
【００３２】
別の態様によれば、或る最小侵襲性の手術ツールが提供される。本ツールは、ツールシャフト、エンドエフェクタ、およびツールシャフトとエンドエフェクタとの間に配置された多軸型の手首部を含み、手首部は、２つの相直交する方向に配された、プーリの３つ以上のセットを含む。本ツールは、手首部およびエンドエフェクタの１つまたはその両方の動作をもたらすように構成された駆動メカニズムをさらに含む。この駆動メカニズムは、ヨーまたはピッチ運動をもたらすように４つの独立したケーブルの間の相対的な張力を変化させるため、プーリの３つ以上のセットの１つ以上に少なくとも部分的に巻き付く４つの独立したケーブルを個別に制御するように構成される。
【００３３】
別の態様によれば、或る侵襲性が最小限の手術ツールが提供される。本ツールは、ツールシャフト、エンドエフェクタ、およびツールシャフトとエンドエフェクタとの間に配された多軸型の手首部を含み、手首部は、２つの相直交する方向に配置された、プーリの３つ以上のセットを含む。本ツールは、手首部およびエンドエフェクタの１つまたはその両方の動作をもたらすように構成された３つの電気モータを含む駆動メカニズムをさらに含む。この駆動メカニズムは、ヨーまたはピッチ運動をもたらすように２つのケーブルループの間および各ケーブルループの両端の間の相対的な張力を変化させるため、プーリの３つ以上のセットの１つ以上に少なくとも部分的に巻き付いている２つのケーブルループを個別に制御するように構成される。３つの電気モータの１つは、ピッチ運動をもたらすため同じケーブルループの両側に張力をかけるように構成されたメカニズムに連結される。
【００３４】
別の態様によれば、或る侵襲性が最小限の手術ツールが提供される。本ツールは、ツールシャフト、エンドエフェクタ、およびツールシャフトとエンドエフェクタとの間に配された多軸型の手首部を含み、手首部は、２つの相直交する方向に配された、プーリの３つ以上のセットを含む。本ツールは、ヨーまたはピッチ運動をもたらすように４つの独立したケーブルの間の相対的な張力を変化させるため、プーリの３つ以上のセットの１つ以上に少なくとも部分的に巻き付いている４つの独立したケーブルの個別の制御を介して、手首部およびエンドエフェクタの１つまたはその両方の動作を生じさせるための手段、をさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１Ａ】手首部およびエンドエフェクタを含むツールの一実施形態の遠位端部を示す。
【図１Ｂ】図１Ａのツールを示す。
【図２】図１Ａのヨークを示す。
【図３Ａ】図１Ａのツールの第１ケーブルのルーティングを示す。
【図３Ｂ】図１Ａのツールの第２ケーブルのルーティングを示す。
【図４Ａ】ツールのための撚り紐ベースの駆動メカニズムの或る実施形態を概略的に示す。
【図４Ｂ】撚り紐ベースの駆動メカニズムの移行ブロックの或る実施形態を概略的に示す。
【図４Ｃ】撚り紐ベースの駆動メカニズムの或る実施形態を概略的に示す。
【図４Ｄ】ケーブルベースの駆動メカニズムの或る実施形態を概略的に示す。
【図５Ａ】手首部およびエンドエフェクタを含むツールの或る実施形態を示す。
【図５Ｂ】図５Ａのツールのロッカーメカニズムを示す。
【図５Ｃ】図５Ａのツールに対する第１ケーブルのケーブルルーティングを概略的に示す。
【図５Ｄ】図５Ａのツールに対する第２ケーブルのケーブルルーティングを概略的に示す。
【図５Ｅ】ロッカーメカニズムを概略的に示す。
【図６Ａ】シャトルメカニズムを有するツールの遠位部分を示す。
【図６Ｂ】図６Ａのツールに対する第１ケーブルのケーブルルーティングを概略的に示す。
【図６Ｃ】図６Ａのツールに対する第２ケーブルのケーブルルーティングを概略的に示す。
【図６Ｄ】シャトルメカニズムを概略的に示す。
【図７Ａ】手首部の或る実施形態を示す。
【図７Ｂ】図７Ａの手首部の正面図を示す。
【図８Ａ】柔軟性セクションを備えたツールの実施形態を示す。
【図８Ｂ】図８Ａの柔軟性セクションを示す。
【図８Ｃ】柔軟性セクションの或る実施形態を示す。
【図８Ｄ】柔軟性セクションの或る実施形態を示す。
【図９Ａ】柔軟性セクションの或る実施形態を示す。
【図９Ｂ】図９Ａの柔軟性セクションを示す。
【図９Ｃ】柔軟性セクションの椎骨部を示す。
【図１０】或る高操作性手術システムを示す。
【図１１】高操作性手術ツールに連結された高操作性手術アームを示す。
【図１２Ａ】手首部およびエンドエフェクタを含むツールの或る実施形態の遠位端部を示す。
【図１２Ｂ】図１２Ａのツールを示す。
【図１２Ｃ】図１２Ａのツールの角度付きプーリを支持する角度付きくさび具を示す。
【図１３Ａ】図１２Ａのツールの第１ケーブルのルーティングを示す。
【図１３Ｂ】図１２Ａのツールの第２ケーブルのルーティングを示す。
【図１４Ａ】ツールの近位端部の或る実施形態を示す。
【図１４Ｂ】図１４Ａの近位端部に連結される結合ユニットを示す。
【図１４Ｃ】図１４Ｂの結合ユニットの遠位（先側）端部を示す。
【図１４Ｄ】図１４Ｂの結合ユニットを示す。
【図１４Ｅ】図１４Ｂの結合ユニットの部分図を示す。
【図１５】手首部およびエンドエフェクタを含むツールの或る実施形態を概略的に示す。
【図１６】手首部およびエンドエフェクタを含むツールの或る実施形態を概略的に示す。
【図１７Ａ】手首部およびエンドエフェクタを含むツールの或る実施形態の遠位部分を示す。
【図１７Ｂ】図１７Ａのツールを示す。
【図１７Ｃ】図１７Ａのツールを示す。
【図１７Ｄ】図１７Ａのツールに対する第１ケーブルのケーブルルーティングを示す。
【図１７Ｅ】図１７Ａのツールに対する第２ケーブルのケーブルルーティングを示す。
【図１８Ａ】手首部およびエンドエフェクタを含むツールの或る実施形態の遠位端部を示す。
【図１８Ｂ】図１８Ａのツールを示す。
【図１８Ｃ】図１８Ａのツールを示す。
【図１８Ｄ】図１８Ａのツールに対する第１ケーブルのケーブルルーティングを示す。
【図１８Ｅ】図１８Ａのツールに対する第２ケーブルのケーブルルーティングを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下に説明するのは、手術用ツールなどのツールの諸実施形態であり、これらは、市販のツールに勝る様々な利点を有する。本明細書で説明するツールの諸実施形態の少なくとも一部は、作業箇所のよりわずかな閉塞を有利に提供し、これにより操作者に対する作業箇所の可視性の改良を可能にする。本明細書で説明するツールの諸実施形態の少なくとも一部は、（例えば、本ツールの操作者、ツールを操作する手術医に）例えば本ツールの手首部の直径を低減することによって、複雑な手術を遂行するための向上された能力を提供する。本明細書で説明するツールの少なくとも一部の諸実施形態は、アクセスが制限された領域（例えばより小さな作業箇所）中で作業するための向上された能力を提供し、これは、少なくとも部分的には、本ツールの手首部の直径の低減によって得ることができる。
【００３７】
後述するいくつかの実施形態において、ツールは、手首部を介してツールシャフトに連結されたエンドエフェクタを含むことができ、この手首部は、多軸型の運動（例えばピッチおよびヨー方向の動作）が可能である。該手首部のサイズは、ツールのエンドエフェクタの制御に作用させるための低減された数のケーブルを使って有利に最適化することができる。このように最適化されたツールは、該手首部のかかる特徴によって、例えば、最小侵襲性の外科手術に用いることが可能である。但し、当然のことながら、以下に説明する一般的な手首部は、多数の手術外、および非医療応用にも使用可能である。
【００３８】
以降に説明する諸実施形態のいくつかにおいて、本ツールの手首部および／またはエンドエフェクタの運動は、４つのケーブル端を制御することによって制御され、これは、いくつかの利点を提供する。１つの利点は、ツールの手首部に張られたケーブルの数の低減であり、これは、手首部の機械的組み立てのサイズおよび複雑さを最小にすることを可能にする。別の利点は、この４つのケーブルの配置が、これらケーブルに事前張力をかける必要性およびそれによるツール手首部のジョイントへの摩擦なしに、手首部の各ケーブルの張力の個別の制御を可能にすることである。また、各ケーブルの張力の個別の制御は、手首部のジョイントにおける可変な適合性および外部負荷への感受性の増加も可能にする。これらケーブルの張力の個別の制御は、張力が再調整可能なので、本ツールの摩耗に対する強度の増大をさらに可能にする。さらに、各ケーブルの張力の個別の制御は、各ケーブルが相異なる長さ量を変更できるので、撚り紐などの非リニアな伝動媒体の使用が可能になる。各ケーブルの個別の制御は、固定されたケーブルループを用いる場合に必要なように、手首部の運動の範囲に亘って全てのケーブルの長さの和が一定であることを必要としない手首部設計をさらに可能にする。以下に提示する詳細な説明に基づき、本明細書で説明するツールの他の利点が当業者にとって明らかになろう。
【００３９】
図１Ａ〜図１Ｂは、近位端部（図示せず）および遠位端部３１を有するツール３０の一実施形態を示し、以降で説明するように、本ツールの手首部および本ツール３０のケーブルルーティングの構成は、本ツールの手首部のサイズの低減を有利に可能にする。いくつかの実施形態において、この手首部のサイズの低減は、より単純なケーブルのルーティングによって可能になり、このルーティングは、本ツールの手首部アセンブリの複雑さの低減を可能にし、手首部の短縮された曲率半径を可能にする。いくつかの実施形態において、ツール３０の手首部のサイズの低減には、手首部の直径の低減を含めることができる。
【００４０】
図１Ａに示されるように、ツール３０の遠位端部３１は、ツール３０のシャフト３０Ａに連結されたヨーク３６０を有することができる。ヨーク３６０は、（図２に示されるように）軸３８０に沿って延びる延長軸棒３３２を介して第２ヨーク３３０に動き可能に連結されている。一実施形態において、延長軸棒３３２は、第２ヨーク３３０に対して着脱可能にでき、または一体化して形成することもできる。他の実施形態において、延長軸棒３３２は、軸棒３３２の部分がヨーク３６０のアームに取り付けられて、ヨーク３３０が軸棒３３２の前記部分の間にはめ込めるように、ヨーク３６０に対して着脱可能にまたは一体化して形成することが可能である。一実施形態において、ツール３０は、手術用ツールとすることができる。別の実施形態において、ツール３０は、非手術用ツールとすることができる。
【００４１】
図１Ｂに示されるように、第２ヨーク３３０の延長軸棒３３２は、プーリ３４０Ａ、３４０Ｂ、３５０Ａ、３５０Ｂが延長軸棒３３２の軸３８０に沿って配置されるように、プーリ３４０Ａ、３４０Ｂ、３５０Ａ、３５０Ｂに連結される。プーリ３４０Ａ、３４０Ｂ、３５０Ａ、３５０Ｂは、プーリ３４０Ｂ、３５０Ｂの第１セット、およびプーリ３４０Ａ、３５０Ａの第２セットの中に配置される。プーリ３４０Ｂ、３５０Ｂの第１セットは、ヨーク３３０の一方側にあり、プーリ３４０Ａ、３５０Ａの第２セットは、ヨーク３３０の他方側にある。プーリ３４０Ａ、３４０Ｂは、外側のプーリであり、３５０Ａ、３５０Ｂは、内側のプーリである。
【００４２】
この用語「内側」および「外側」は、これらの図に示されたプーリの方位を示す。本明細書で用いる、プーリの「セット」は、任意の数のプーリを含み得る。或るプーリのセットは、１つのプーリを含んでよい。或るプーリのセットは、複数のプーリ（例えば、２つ、３つ、４つ、５つ、６つのプーリなど）を含んでよい。
【００４３】
引き続き図１Ａ〜図１Ｂを参照すると、第２ヨーク３３０は、プーリ３２０Ａ、３２０Ｂの第３セットに連結される。プーリ３２０Ａ、３２０Ｂの第３セットは、軸３８０から（例えば、遠位に）或る距離だけ離される。プーリ３２０Ａ、３２０Ｂの第３セットは、第２ヨーク３３０のアーム３３０Ａ、３３０Ｂに連結されて、アーム３３０Ａ，３３０Ｂを貫いて定義される軸３７０に沿って配置されている。一実施形態において、第２ヨーク３３０には、軸３７０に沿って延びる延長軸棒を含めることができる。一実施形態において、延長軸棒は、第２ヨーク３３０に着脱可能に連結することが可能である。別の実施形態において、延長軸棒は、軸棒の部分が第２ヨーク３３０のアームに取り付けられ、プーリ３２０Ａ、３２０Ｂが軸棒の前記部分の間にはめ込めるように、第２ヨーク３３０に一体化して形成することが可能である。一実施形態において、軸３７０は、軸３８０に対して角度を付けることができる。別の実施形態において、軸３７０は、軸３８０と直交させることが可能である。プーリ３４０Ｂ、３５０Ｂの第１セットは、プーリ３２０Ａ、３２０Ｂの第３セットに対して直交させることができる。また、プーリ３４０Ａ、３５０Ａの第２セットも、プーリ３２０Ａ、３２０Ｂの第３セットに対して直交させることが可能である。
【００４４】
補捉具３１０の顎３１０Ａ、３１０Ｂのペアは、顎３１０Ａ、３１０Ｂが軸３７０の周りを回転可能なように、プーリ３２０Ａ、３２０Ｂの第３セットを介して第２ヨーク３３０に連結することができる。一実施形態において、顎３１０Ａは、プーリ３２０Ａに連結される。別の実施形態では、顎３１０Ａは、プーリ３２０Ａに一体化して形成することが可能である。同様に、一実施形態において、顎３１０Ｂは、プーリ３２０Ｂに連結される。別の実施形態では、顎３１０Ｂは、プーリ３２０Ｂに一体化して形成することが可能である。顎３１０Ａおよびプーリ３２０Ａは、軸３７０の周りを回転することができる。同様に、顎３１０Ｂおよびプーリ３２０Ｂも、軸３７０の周りを回転することができる。この図示の実施形態において、捕捉具３１０は、ツール３０のエンドエフェクタである。但し、他の実施形態では、エンドエフェクタは、外科手術（例えば、経皮外科手術）において用いられる諸メカニズムなど、他の適切なメカニズムとすることも可能である。
【００４５】
ツール３０は、顎３１０Ａ、３１０Ｂの一方または両方が軸３７０の周りを様々な仕方で動くように、作動させることができる。例えば、顎３１０Ａ、３１０Ｂは、相互に対して開いたり閉じたりすることが可能である。また、顎３１０Ａ、３１０Ｂは、捕捉具３１０にヨー運動を与えるために、ペアとして一緒に回転するように作動させることもできる。さらに、ツール３０は、軸３８０の周りに顎３１０Ａ、３１０Ｂの様々な種類の運動を生じさせるように作動させることができる。例えば、第２ヨーク３３０、プーリ３２０Ａ、３２０Ｂ、および顎３１０Ａ、３１０Ｂは、捕捉具３１０にピッチ運動を与えるために軸３８０の周りを回転することが可能である。
【００４６】
図３Ａ〜図３Ｂは、ツール３０のケーブルの定位の実施形態を示す。有利には、以降に説明するように、ケーブルのこのルーティングによって、捕捉具３１０の運動を、４つの独立したケーブル端または２つのケーブルループの作動を介して制御することが可能になり、これは、捕捉具３１０を制御するために使われるケーブルの数を、市販のツール（これらは、通常、６つのケーブル端を有する３つのケーブルループを使用する）に比べて減らすことを可能にし、これにより、前述のように、ツール３０の手首部のサイズおよび複雑さを有利に低減できる。本開示の実施形態で説明されるツールには、有益な特徴（例えば、４つの独立したケーブル端または２つのケーブルループだけの作動を介してエンドエフェクタの動作を制御する能力）が存在する。
【００４７】
図３Ａ〜図３Ｂを参照すると、プーリ３２０Ａ、３２０Ｂの第３セットは、各々ポケットまたは凹部を含むことができる。一実施形態において、このポケットは、ビード３１５Ａ、３１５Ｂを少なくとも部分的に保持するサイズである。図３Ａ〜図３Ｂには、ビード３１５Ｂが示されていないが、これらの図に示されたビード３１５Ａと同様にすればよい。ビード３１５Ａは、第１ケーブル３９０Ａに固定することができ、ビード３１５Ｂは、第２ケーブル３９０Ｂに固定することが可能で、ケーブル３９０Ａ、３９０Ｂの各々は、２つの独立したケーブル端を有する。ビード３１５Ａ、３１５Ｂは、ケーブル３９０Ａ、３９０Ｂがプーリ３２０Ａ、３２０Ｂに対してスリップ（滑り）またはスライド（空進）するのを抑止（例えば防止）するようにケーブル３９０Ａ、３９０Ｂに固定される。ケーブル３９０Ａ、３９０Ｂは、ビード３１５Ａ、３１５Ｂに固定的に連結される。一実施形態において、ビード３１５Ａ、３１５Ｂは、ケーブル３９０Ａ、３９０Ｂに一体化して形成することができる。別の実施形態では、ビード３１５Ａ、３１５Ｂは、ケーブル３９０Ａ、３９０Ｂ上に圧着することができる。
【００４８】
図３Ａは、第１ケーブル３９０Ａのケーブルルーティングを示し、このルーティングは、図３中に点線で示される。第１ケーブル３９０Ａは、ツール３０の近位端部に始まりツールシャフト３０Ａを通って延びる。第１ケーブル３９０Ａは、ヨーク３６０中の穴または開口３０Ｃ（図１Ａ参照）を通って延びる。第１ケーブル３９０Ａは、プーリ３４０Ｂ、３５０Ｂの第１セット中の１つのプーリに少なくとも部分的に巻き付いている。第１ケーブル３９０Ａは、プーリ３２０Ａ、３２０Ｂの第３セット中の１つのプーリに少なくとも部分的に巻き付いている。第１ケーブル３９０Ａは、プーリ３４０Ａ、３５０Ｂの第２セット中の１つのプーリに少なくとも部分的に巻き付いている。いくつかの実施形態において、第１ケーブル３９０Ａは、図３Ａに示されるように、少なくとも部分的に、プーリ３４０Ｂ、プーリ３２０Ａ、およびプーリ３４０Ａに巻き付いている。その後、第１ケーブル３９０Ａは、ヨーク３６０中の別の穴または開口３０Ｂ（図１Ａ参照）を通過し、ツールシャフト３０Ａを介してツール３０の近位端部に帰る。
【００４９】
いくつかの実施形態において、第１ケーブル３９０Ａは、２つのケーブル３９０Ａ’および３９０Ａ”（図示せず）によって代替が可能であり、これらは、プーリ３２０Ａに連結することができる（例えば、ケーブル３９０Ａは、２つの別個のケーブル部分３９０Ａ’、３９０Ａ”で置き換えられる）。ケーブル３９０Ａ’は、プーリ３４０Ｂ、３５０Ｂの第１セット中の１つのプーリに少なくとも部分的に巻き付き、ケーブル３９０Ａ”は、プーリ３４０Ａ、３５０Ａの第２セット中の１つのプーリに少なくとも部分的に巻き付く。この実施形態において、ケーブル３９０Ａ’、３９０Ａ”は、プーリ３２０Ａ、３２０Ｂの第３セット中の１つのプーリの一方側だけに進む。一実施形態において、ケーブル３９０Ａ’、３９０Ａ”の各々は、プーリ３２０Ａの一方側だけに進む。いくつかの実施形態において、ケーブル３９０Ａ’、３９０Ａ”は、プーリ３２０Ａに（例えば、ビード３１５Ａを使って）固定的に連結される。例えば、ビード３１５Ａは、ケーブル３９０Ａ’、３９０Ａ”の各々の端部上に圧着することができ、前述したように、ビード３１５Ａをプーリ３２０Ａのポケット中に保持し、これによりケーブル３９０Ａ’、３９０Ａ”をプーリ３２０Ａに固定的に連結することができる。プーリ３２０Ａに固定された２つの独立したケーブル３９０Ａ’、３９０Ａ”を有すること、またはプーリ３２０Ａに固定された１つのケーブル３９０Ａを有すること、の効果は、同じである。
【００５０】
図３Ｂは、点線で第２ケーブル３９０Ｂを示す。第２ケーブル３９０Ｂは、ツール３０の近位端部に始まりツールシャフト３０Ａを通って延びる。第２ケーブル３９０Ｂは、ヨーク３６０中の穴または開口３０Ｃ（図１Ａ参照）を通って延びる。第２ケーブル３９０Ｂは、プーリ３４０Ｂ、３５０Ｂの第１セット中の１つのプーリに少なくとも部分的に巻き付いている。第２ケーブル３９０Ｂは、プーリ３２０Ａ、３２０Ｂの第３セット中の１つのプーリに少なくとも部分的に巻き付いている。第２ケーブル３９０Ｂは、プーリ３４０Ａ、３５０Ａの第２セット中の１つのプーリに少なくとも部分的に巻き付いている。いくつかの実施形態において、第２ケーブル３９０Ｂは、図３Ｂに示されるように、少なくとも部分的に、プーリ３５０Ｂ、プーリ３２０Ｂ、およびプーリ３５０Ａに巻き付いている。その後、第２ケーブル３９０Ｂは、ヨーク３６０中の穴または開口３０Ｂ（図１Ａ参照）を通過し、ツールシャフト３０Ａを介してツール３０の近位端部に帰る。
【００５１】
いくつかの実施形態において、第２ケーブル３９０Ｂは、２つのケーブル３９０Ｂ’および３９０Ｂ”（図示せず）によって代替が可能であり、これらはケーブル３９０Ａ’、３９０Ａ”について前述したのと同様な方法で、プーリ３２０Ｂに連結することができる。上記から、いくつかの実施形態において、４つの独立したケーブル３９０Ａ’、３９０Ａ”、３９０Ｂ’、および３９０Ｂ”を用いることが可能である。例えば、一実施形態において、ケーブル３９０Ｂ’は、プーリ３４０Ｂ、３５０Ｂの第１セット中の１つのプーリに巻き付き、ケーブル３９０Ｂ”は、プーリ３４０Ａ、３５０Ａの第２セット中の１つのプーリに巻き付く。この実施形態において、ケーブル３９０Ｂ’、３９０Ｂ”は、プーリ３２０Ａ、３２０Ｂの第３セット中の１つのプーリの一方側だけに進む。一実施形態において、ケーブル３９０Ａ’、３９０Ａ”は、プーリ３２０Ｂの一方側だけに進む。いくつかの実施形態において、ケーブル３９０Ｂ’、３９０Ｂ”は、プーリ３２０Ｂに（例えば、ビード３１５Ｂを使って、図示せず）固定的に連結される。例えば、ビード３１５Ｂは、ケーブル３９０Ｂ’、３９０Ｂ”の各々の端部上に圧着することができ、前述したように、ビード３１５Ｂをプーリ３２０Ｂのポケット中に保持し、これによりケーブル３９０Ｂ’、３９０Ｂ”をプーリ３２０Ｂに固定的に連結することができる。プーリ３２０Ｂに固定された２つの独立したケーブル３９０Ｂ’、３９０Ｂ”を有すること、またはプーリ３２０Ｂに固定された１つのケーブル３９０Ｂを有すること、の効果は、同じである。
【００５２】
ツール３０は、顎３１０Ａ、３１０Ｂを、プーリ３４０Ａ、３４０Ｂ、３５０Ａ、３５０Ｂ、３２０Ａ、３２０Ｂの１つ以上に運動を伝達し、これによりヨーク３３０、および／または顎３１０Ａ、３１０Ｂの運動を与えることによって、（例えば、両顎を軸３７０周りに別々に回転させて）捕捉させる、（例えば、両顎を軸３７０周りに一緒に回転させて）ヨーイングさせる、および（例えば、両顎を軸３８０周りに回転させて）ピッチさせるなど、様々な仕方で動かすように作動させることができる。一実施形態において、ツール３０が、捕捉具３１０の動作をもたらす２つのケーブル３９０Ａ、３９０Ｂを有する場合、各ケーブル３９０Ａ、３９０Ｂは、別々に制御可能な、またはプーリ３２０Ａ、３２０Ｂの第３セットおよび顎３１０Ａ、３１０Ｂに運動を与えるために張力をかけることが可能な２つの独立したケーブル端を有する。例えば、プーリ３２０Ａと顎３１０Ａとの運動は、ケーブル３９０Ａの２つのケーブル端を使って制御が可能である。同様に、プーリ３２０Ｂと顎３１０Ｂとの運動は、ケーブル３９０Ｂの２つのケーブル端を使って制御することができる。図１Ａ〜図３Ｂのシステムは、４つのケーブル端を有する。この４つのケーブル端は、プーリ３４０Ａ、３４０Ｂ、３５０Ａ、３５０Ｂ、３２０Ａ、３２０Ｂの１つ以上に運動を与えるために制御することができる。この４つのケーブル端（各ケーブル３９０Ａ、３９０Ｂに対するペア）は、以降にさらに説明するように、ツール３０の近位端部３２（図示せず）近くのモータに連結することが可能である。他の実施形態において、４つのケーブル端（各ケーブル３９０Ａ、３９０Ｂに対するペア）は、ツールシャフト３０Ａ沿いの任意の距離に配置されたモータに連結することも可能である。
【００５３】
別の実施形態において、ツール３０が、捕捉具３１０に動作をもたらす４つのケーブル３９０Ａ’、３９０Ａ”、３９０Ｂ’、３９０Ｂ”を有する場合、各々のケーブル３９０Ａ’、３９０Ａ”、３９０Ｂ’、３９０Ｂ”は、１つの独立したケーブル端を有し、これは、ヨーク３３０および／またはプーリ３２０Ａ、３２０Ｂの第３セットの１つまたは両方に運動を与えるために、別々に制御または張力をかけることができる。独立したケーブル端は、自由ケーブル端（例えば、ビード３１５Ａ、３１５Ｂに連結されていない端部）と見なし得る。プーリ３２０Ａの運動は、ケーブル３９０Ａ’、３９０Ａ”の独立したケーブル端によって制御することができる。プーリ３２０Ｂの運動は、ケーブル３９０Ｂ’、３９０Ｂ”の独立したケーブル端によって制御することができる。図１Ａ〜図３Ｂのシステムは、４つの独立したケーブル端を有する。この４つのケーブル端は、プーリ３４０Ａ、３４０Ｂ、３５０Ａ、３５０Ｂ、３２０Ａ、３２０Ｂの１つ以上に運動を与えて、これによりヨーク３３０および／または顎３１０Ａ、３１０Ｂの１つまたは両方に運動を与えるために制御することができる。４つのケーブル端（各ケーブル３９０Ａ’、３９０Ａ”、３９０Ｂ’、３９０Ｂ”の端部）は、ツール３０の近位端部の近く（図示せず）またはツールシャフト３０Ａの任意の距離に配置されることができる。
【００５４】
いくつかの実施形態において、軸３８０周りのヨーク３３０および顎３１０Ａ、３１０Ｂのピッチ運動は、１つのケーブル（例えば３９０Ａ）の両端に張力をかけて、他方のケーブル（例えば３９０Ｂ）の両端を緩めることによって実現される。例えば、図３Ａ〜図３Ｂを参照すると、顎３１０Ａ、３１０Ｂを紙面平面の外側にピッチするためには、ケーブル３９０Ａの両端に張力がかけられて、ケーブル３９０Ｂの両端は緩められる。顎を紙面平面の中にピッチするためには、ケーブル３９０Ａの両端は緩められて、ケーブル３９０Ｂの両端に張力がかけられる。
【００５５】
いくつかの実施形態において、捕捉具３１０の顎３１０Ａ、３１０Ｂの軸３７０周りのヨー運動は、プーリ３２０Ａ、３２０Ｂを同じ方向に動かして実現される。例えば、図３Ａを参照すると、顎３１０Ａ、３１０Ｂを上側にヨーイングするには、両方のプーリ３２０Ａ、３２０Ｂが反時計回り方向に動く必要がある。プーリ３４０Ｂ、３５０Ｂの第１セット中の１つのプーリに連結されたケーブル３９０Ａの端部に張力がかけられて、プーリ３４０Ｂ、３５０Ｂの第１セット中の１つのプーリに連結されたケーブル３９０Ｂの端部に張力がかけられる。図３Ａにおいて、３４０Ｂに連結されたケーブル３９０Ａの端部、および３５０Ｂに連結されたケーブル３９０Ｂの端部に張力がかけられる。ケーブル３９０Ａ、３９０Ｂの他方の端部は、緩められる。これにより、顎３１０Ａ、３１０Ｂは、軸３７０の周りを上方に回転する。顎３１０Ａ、３１０Ｂを下方にヨーイングさせるためには、プーリ３２０Ａ、３２０Ｂの両方が時計回り方向に動かなければならない。プーリ３４０Ａ、３５０Ａの第２セットの１つのプーリに連結されたケーブル３９０Ａの端部、およびプーリ３４０Ａ、３５０Ａの第２セットの１つのプーリに連結されたケーブル３９０Ｂの端部には、張力がかけられる。図３Ａ〜図３Ｂにおいて、３４０Ａに連結されたケーブル３９０Ａの端部、および３５０Ａに連結されたケーブル３９０Ｂの端部に張力がかけられる。３９０Ａ、３９０Ｂの他方の端部は、緩められる。ケーブル３９０Ａ、３９０Ｂの緊張および弛緩のかかる組み合わせが、顎３１０Ａ、３１０Ｂを軸３７０周りに下方へ回転させることになる。
【００５６】
顎３１０Ａ、３１０Ｂは、例えば、捕捉アクション、解放アクション、またははさみ切り運動をもたらすために、相互に対して動かすことが可能である。顎３１０Ａ、３１０Ｂを相互に向けて動かすために、プーリ３２０Ａは、反時計周り方向に動くことができて、プーリ３２０Ｂは、時計周り方向に動くことができる。かかる運動を実現するために、プーリ３４０Ｂ、３５０Ｂの第１セットの１つのプーリに連結されたケーブル３９０Ａの端部、およびプーリ３４０Ａ、３５０Ａの第２セットの１つのプーリに連結されたケーブル３９０Ｂの端部に張力がかけられる。図３Ａ〜３Ｂにおいて、３４０Ｂに連結されたケーブル３９０Ａの端部、および３５０Ａに連結されたケーブル３９０Ｂの端部に張力がかけられる。３９０Ａ、３９０Ｂの他方の端部は、緩められる。ケーブル３９０Ａ、３９０Ｂの緊張および弛緩のかかる組み合わせが、顎３１０Ａ、３１０Ｂを相互に向けて軸３７０周りに回転させることになる。
【００５７】
顎３１０Ａ、３１０Ｂを離すために、プーリ３２０Ａは、時計回り方向に動き、プーリ３２０Ｂは、反時計回り方向に動くことができる。プーリ３４０Ａ、３５０Ａの第２セット中の１つのプーリに連結されたケーブル３９０Ａの端部、およびプーリ３４０Ｂ、３５０Ｂの第１セット中の１つのプーリに連結されたケーブル３９０Ｂの端部に張力がかけられる。図３Ａ〜３Ｂにおいて、３４０Ａに連結されたケーブル３９０Ａの端部、および３５０Ｂに連結されたケーブル３９０Ｂの端部に張力がかけられる。３９０Ａ、３９０Ｂの他方の端部は、緩められる。ケーブル３９０Ａ、３９０Ｂの緊張および弛緩のかかる組み合わせが、顎３１０Ａ、３１０Ｂを相互から離れるように軸３７０周りに回転させることになる。
【００５８】
顎３１０Ａ、３１０Ｂは、各ケーブルの端部に相異なる張力の量をかけることによって、相互に向かいまたは離れるように動かすことができる。変化する張力量をかけることによって、顎３１０Ａ、３１０Ｂは、いろいろなヨーイングをして、捕捉または開放アクションを効果的に模擬することになる。全３つの動作モード（ピッチ、ヨー、および捕捉アクション）は、張力をかけたり緩めたりするケーブル端を変えることによって、および／または各ケーブル端に適用する張力および緩和の量を変えることによって得ることができる。図１Ａ〜図３Ｂには、特定のルーティング構成が描かれているが、他のルーティング構成も可能である。例えば、ケーブル３９０Ａは、前述の外側プーリ３４０Ｂに巻き付ける代わりに、内側のプーリ３５０Ｂに巻き付けてもよい。
【００５９】
いくつかの実施形態において、ツールの手首部および／またはエンドエフェクタの運動は、１本以上の撚り紐を使ってもたらすことができる。撚り紐のペアは、撚られた紐のペアが短縮され得て、これにより撚られた紐のペアに沿って張力を生成するという、相互周りに２本の構成紐を撚ることの原理によって働く。同様に、撚り紐ペアの元紐がほどけるにつれて、その撚り紐ペアの長さは、各元紐の自然の長さに近づくことがある。図４Ａ〜図４Ｄは、撚り紐およびケーブルを使って、ツール３０などのツールを制御する駆動メカニズムおよび方法の実施形態を示す。図４Ａは、ツールのケーブルを制御するための駆動メカニズム５００Ａを概略的に示す。このシステムは、２つのケーブル５２１，５２２を含む。各ケーブル５２１，５２２は、プーリ５１０Ａ、５１０Ｂに関連付けられる。プーリ５１０Ａ、５１０Ｂは、駆動される対象である。１つのプーリ５１０Ｂが示されているが、ケーブル５２１は、複数のプーリに関連付けることができる。同様に、１つのプーリ５１０Ａが示されているが、ケーブル５２２は、複数のプーリに関連付けることができる。各ケーブル５２１、５２２は、２つのケーブル端を有する。各ケーブル端は、移行ブロック５３０Ａ、５３０Ｂ、５３０Ｃ、５３０Ｄに連結されている。各移行ブロック５３０Ａ、５３０Ｂ、５３０Ｃ、５３０Ｄは、撚り紐ペア５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄに連結されている。各撚り紐ペア５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄは、モータ５１５Ａ、５１５Ｂ、５１５Ｃ、５１５Ｄに連結されている。
【００６０】
引き続き図４Ａを参照すると、各撚り紐ペア５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄは、軸型モータ５１５Ａ、５１５Ｂ、５１５Ｃ、５１５Ｄによって駆動される。例えば、撚り紐ペア５２０Ａは、軸型モータ５１５Ａによって駆動され、撚り紐ペア５２０Ｂは、軸型モータ５１５Ｂによって駆動される。
【００６１】
移行ブロック５３０Ａ、５３０Ｂ、５３０Ｃ、５３０Ｄは、撚り紐ペア５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄとケーブル５２１，５２２との間での移行を提供する。図４Ａに示されるように、ケーブル５２１は、移行ブロック５３０Ｂと５３０Ｃとの間に延びる。ケーブル５２２は、移行ブロック５３０Ａと５３０Ｄとの間に延びる。撚り紐ペア５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄは、該撚り紐ペアがその上に屈曲する必要のある表面（例えば、プーリ５１０Ａ、５１０Ｂの曲面）に接触するときに、予測不能な挙動を示すことがあるので、このため、ケーブル５２１，５２２だけがプーリ５１０Ａ、５１０Ｂの曲面に接触するように、移行ブロック５３０Ａ、５３０Ｂ、５３０Ｃ、５３０Ｄは、撚り紐ペア５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄとケーブル５２１，５２２との間での移行を提供する。
【００６２】
図４Ｂは、移行ブロック５３０Ａを示す。一実施形態において、全４つの移行ブロック５３０Ａ、５３０Ｂ、５３０Ｃ、および５３０Ｄは、移行ブロック５３０Ａと同様の特徴を有する。撚り紐ペア５２０Ａは、終端ブロック５３１Ａに連結されている。また、ケーブル５２２も、終端ブロック５３１Ａに連結されている。終端ブロック５３１Ａは、ペグ５３２Ａに固定的に連結されている。一実施形態において、終端ブロック５３１Ａは、ペグ５３２Ａと一体化して形成することが可能である。
【００６３】
ペグ５３２Ａは、撚り紐ペア５２０Ａが長さを短縮または延長できるように、矢印線５３４Ａ沿いに、ベースブロック５３３Ａ中のスロット５３５Ａ内でスライドすることができる。この図示の実施形態において、ペグ５３２Ａおよびスロット５３５Ａの両方は、ベースブロック５３３Ａの内部構造体であって、点線の形状で示されている。ペグ５３２Ａおよびスロット５３５Ａは、終端ブロック５３１Ａが、撚り紐ペア５２０Ａの影響によって回転またはスピンするのを有利に防止する。撚り紐ペア５２０Ａの長さが減少したとき、終端ブロック５３１Ａに連結されたペグ５３２Ａは、ベースブロック５３３Ａ中のスロット５３５Ａ内でスライドし、これにより、終端ブロック５３１Ａは、ケーブル５２２を引き寄せる。ケーブル５２２は、この張力をプーリ５１０Ａに伝えて、プーリ５１０Ａを回転させる。
【００６４】
引き続き図４Ａを参照すると、撚り紐ペア５２０Ａは、撚り紐ペア５２０Ｃに対して移動される。モータ５１５Ａは、モータ５１５Ａに固定された撚り紐ペア５２０Ａを巻き取って、これにより撚り紐ペア５２０Ａの長さを短縮することができる。モータ５１５Ｃは、モータ５１５Ｃに固定された撚り紐ペア５２０Ｃの巻きを解き、これにより撚り紐ペア５２０Ｃの長さを延長することができる。これらの２つのアクションは、ケーブル５２２をモータ５１５Ａの方へ引き寄せて、プーリ５１０Ａを反時計回り方向に回転させる。プーリ５１０Ａを時計回りの方向に動かすには、モータ５１５Ａが撚り紐ペア５２０Ａの巻きを解き、モータ５１５Ｃが撚り紐ペア５２０Ｃを巻き取ることになろう。モータ５１５Ｂ、５１５Ｄも、同様の仕方でケーブル５２１とプーリ５１０Ｂとを動かすことが可能である。ケーブル５２１，５２２は、ビード３１５Ａ、３１５Ｂと同じようなビードに連結することができ、そのビードをプーリ５１０Ａ、５１０Ｂに連結する（例えば、前述した方法でプーリ５１０Ａ、５１０Ｂのポケット中に保持する）ことができる。さらに、他の実施形態において、ケーブル５２１、５２２の各々を、各２つの独立したケーブルで代替して、移行ブロック５３０Ａ、５３０Ｂ、５３０Ｃ、５３０Ｄと、プーリ５１０Ａ、５１０Ｂ上のビードとの間に４つのケーブルを延ばすことが可能である。
【００６５】
プーリ５１０Ａ、５１０Ｂを駆動する別のモードにおいて、両方の撚り紐ペアは、等しく巻き取ることができる。例えば、モータ５１５Ａ、５１５Ｃの両方が撚り紐ペア５２０Ａおよび５２０Ｃを巻き取り、この間、モータ５１５Ｂ、５１５Ｄは、作動されない。この場合、プーリ５１０Ａは、回転はされないがモータ５１５Ａ、５１５Ｃの方向への引っ張り力を受けて、矢印５２３沿いにこの面（ｐａｇｅ）の中の方へのヨー運動をもたらすことになる。上記に換えて、モータ５１５Ｂ、５１５Ｄが撚り紐ペア５２０Ｂ、５３０Ｄを巻き取るように作動されて、一方、モータ５１２Ａ、５１５Ｃが作動されない場合、プーリ５１０Ｂは、回転はされないがモータ５１５Ｂ、５１５Ｄの方向への引っ張り力を受けて、矢印５２３と反対の方向にこの面の外の方へのヨー運動をもたらすことになる。前述に加えて、ヨー運動の量は、撚り紐ペアが巻かれる量によって制御することが可能である。
【００６６】
図４Ｃは、ツール３０などのツールを制御するための別の駆動メカニズム５００Ｂを概略的に示す。このシステムは、プーリ５８０に関連付けられたケーブル５７０を含む。この図示の実施形態において、ケーブル５７０は、以降でさらに説明するように、１本以上の撚り紐ペアを定義する。１つだけのプーリ５８０が示されているが、前述のように、該ケーブルは、複数のプーリに関連付けることができる。さらに、本システムは、第２プーリ（図示せず）に関連付けられた第２ケーブル（図示せず）を含むことが可能である。この図示の実施形態において、プーリ５８０は、駆動される対象である。前述の諸実施形態で説明したように、ケーブル５７０は、２つの移行ブロック５６５Ａ、５６５Ｂに連結される。
【００６７】
各移行ブロック５６５Ａ、５６５Ｂは、撚り紐ペア５６０Ａ、５６０Ｂに連結される。各撚り紐ペア５６０Ａ、５６０Ｂは、ループ５５５Ａ、５５５Ｂを形成する。各ループ５５５Ａ、５５５Ｂは、モータ５５０Ａ、５５０Ｂに連結される。撚り紐ペア５６０Ａは、二重重ねのケーブル５７０によって定義される。すなわち、ケーブル５７０は、移行ブロック５６５Ａに連結して（例えば、移行ブロック５３０Ａと同様に、ペグが移行ブロック５６５Ａのベースブロック上を回転せずにスライドでき、移行ブロック５６５Ａのペグに連結する）、移行ブロック５６５Ａを通過して延び、撚り紐ペア５６０Ａおよびループ５５５Ａを定義して、移行ブロック５６５Ａに戻って連結する。同様に、撚り紐ペア５６０Ｂも、二重重ねのケーブル５７０によって定義される。すなわち、ケーブル５７０は、移行ブロック５６５Ｂに連結して、移行ブロック５６５Ｂを通過して延び、撚り紐ペア５６０Ｂおよびループ５５５Ｂを定義して、移行ブロック５６５Ｂに戻って連結する。
【００６８】
モータ５５０Ａおよび５５０Ｂは、ループ５５５Ａ、５５５Ｂを巻き取りまたは巻き解き、その結果として撚り紐ペア５６０Ａ、５６０Ｂを巻き取りまたは巻き解くことができる。したがって、ケーブル５７０は、移行ブロック５６５Ａ、５６５Ｂの終端ブロックの両方の側から延びている。ケーブル５７０は、ビード５７５に取り付けることができ、これは、図３Ａ中のビード３１５Ａへのケーブルの取り付けと同様に行うことができる。駆動メカニズム５００Ｂは、図４Ａ中の駆動メカニズム５００Ａに比べて少ない部品（例えば１つのケーブル）を有利に有する。
【００６９】
図４Ｄは、ツール３０などのツールのケーブルを制御するための別の駆動メカニズム５００Ｃを概略的に示す。このシステムは、２つのケーブル５９５Ａ，５９５Ｂを含む。各ケーブル５９５Ａ，５９５Ｂは、プーリ５９７Ａ、５９７Ｂに関連付けられる。プーリ５９７Ａ、５９７Ｂは、駆動される対象である。各ケーブル５９５Ａ，５９５Ｂは、２つのケーブル端を有する。各ケーブル端は、モータ５９０Ａ、５９０Ｂ、５９０Ｃ、５９０Ｄによって駆動される。これらのモータは、扁平な高トルクモータ（電気モータ）とすることができる。他の実施形態において、他の種類のモータを用いることは、可能である。ケーブル５９５Ａ、５９５Ｂを巻き取り、巻き解くスプールは、図示されていない。
【００７０】
図５Ａ〜図６Ｄは、前述した駆動メカニズムを含めて、本明細書で説明するツールに組み込みが可能なメカニズムの実施形態を示す。図５Ａは、ツールの別の実施形態を示す。このツール６００は、遠位端部６７０および近位端部６８０を含む。遠位端部６７０は、図１Ａ〜図３Ｂ中に示されたツール３０の遠位端部３１と実質的に同様とすればよい。明瞭化のため、図５Ａでは、遠位端部６７０を駆動するケーブルは示されていない。前述した諸実施形態と同様に、ツール６００の手首部および／またはエンドエフェクタの運動をもたらすために、４つのケーブル端を有する２つのケーブルループが制御される。この図示の実施形態において、ツール６００は、４つのモータ６６０Ａ、６６０Ｂ、６６０Ｃ、６６０Ｄを含むことができる。但し、これらのケーブルを駆動して４つのケーブル端を制御するため、必要なモータは、３つだけである。一実施形態において、第４のモータは、ツール６００の遠位端部６７０にツール軸周りの転がりまたは回転を与えることができる。いくつかの実施形態において、ツール６００は、３つだけのモータを含む。
【００７１】
ツール６００は、４つのプーリ６３０Ａ、６３０Ｂ、６４０Ａ、６４０Ｂを含むことができる。プーリ６３０Ａ、６３０Ｂは、プーリ６４０Ａ、６４０Ｂに対して遠位に配置されることができる。プーリ６３０Ａ、６３０Ｂは、前部プーリと見なすことができ、プーリ６４０Ａ、６４０Ｂは、後部プーリと見なすことができる。前部プーリ６３０Ａ、６３０Ｂの各々は、それぞれ、モータ６６０Ａ、６６０Ｂにより駆動される。後部プーリ６４０Ａ、６４０Ｂは、ロッカーメカニズム６５０に連結されている。
【００７２】
図５Ｂは、ロッカーメカニズム６５０を示す。図５Ｂでは、ロッカーメカニズム６５０をより明瞭に表すため、モータ６６０Ａ、６６０Ｂは図示されていない。ロッカーメカニズム６５０は、軸６６８周りを行き来して（時計方向および反時計方向に）揺動することができる。図示のように、プーリ６４０Ａ、６４０Ｂの軸は、ロッカーメカニズム６５０の端部に連結されている。一実施形態において、プーリ６４０Ａ、６４０Ｂの軸で定義される面（例えば、ツールの長手軸と直交する面）は、軸６６８が前記面上に横たわらないように（例えば、ロッカーメカニズム６５０とプーリ６４０Ａ、６４０Ｂとの軸によって定義される面が三角形を区画するように）、軸６６８から軸方向にオフセットすることができる。別の実施形態では、プーリ６４０Ａ、６４０Ｂの軸および軸６６８は、ツール６００の長手軸と直交する同一の面上に置くことも可能である。
【００７３】
ロッカーメカニズム６５０が反時計方向に回転すると、プーリ６４０Ｂは、ツール６００の遠位端部６７０の方へ移動し、プーリ６４０Ａは、ツール６００の近位端部６８０の方へ移動する。ロッカーメカニズム６５０が時計方向に回転すると、プーリ６４０Ｂは、ツール６００の近位端部６８０の方へ移動し、プーリ６４０Ａは、ツール６００の遠位端部６７０の方へ移動する。ロッカーメカニズム６５０の位置は、モータ（例えばモータ６６０Ｄ）によって決められる。モータ６６０Ｄは、リードスクリューに連結してもよい。リードスクリューは、スクリューナットと結び付けてもよく、該ナットは、リードスクリューの長手に沿って平行移動する。このリードスクリューナットは、プッシュロッドに連結してもよい。このプッシュロッドは、ロッカーメカニズム６５０に連結してもよい。モータ６６０Ｄが回ると、プッシュロッドがリードスクリュー上を平行移動し、ロッカーメカニズム１５０の位置を変化させる。前述のように、ロッカーメカニズム１５０は、プーリ６４０Ａ、６４０Ｂの位置を調整し、これにより、これらプーリは、プーリ６４０Ａ、６４０Ｂに連結されたケーブルに加えられる張力を調整する。
【００７４】
図５Ｃは、ツール６００の第１ケーブル６９０Ａのルーティングを示す。遠位セクション６７０中のケーブルのルーティングは、図３Ａ〜図３Ｂ中に示されたケーブルルーティングと実質的に同様とすればよい。プーリ６１５Ａ、６１５Ｂは、プーリ３２０Ａ、３２０Ｂと実質的に同様とすればよい。図５Ａ中に示されるように、プーリ６１５Ａ、６１５Ｂは、顎６１０Ａ、６１０Ｂに連結することが可能である。プーリ６２０は、プーリ３４０Ａ、３４０Ｂ、３５０Ａ、３５０Ｂと類似である。図５Ｃに示されるように、ケーブル６９０Ａの両側は、プーリ６２０に対して近位側から同じ方向でプーリ６２０の周りに巻き付いており、ケーブル６９０Ａの２つの側は、ツールシャフト６０５（図５Ａ参照）を通って進み、プーリ６４０Ａの周りに少なくとも部分的に巻き付いている。ケーブル６９０Ａの両自由端は、プーリ６４０Ａを抜け出た後、スプール６３０Ａの各反対側に固定されている。ケーブル６９０Ａの両自由端は、各反対方向でスプール６３０Ａに少なくとも部分的に巻き付いている。スプール６３０Ａは、モータ（例えばモータ６６０Ａ）によって作動される。スプール６３０Ａが回転する速度は、モータ６６０Ａに連結されたギアボックスを介して制御することができる。モータ６６０Ａが回ると、スプール６３０Ａが回り、ケーブル６９０Ａの一方の端に張力を加え、同一のケーブル６９０Ａの他方の端の張力を緩める。ケーブル６９０Ａは、図３Ａ中のケーブル３９０Ａがビード３１５Ａに連結している仕方と同じ仕方で、プーリ６１５Ａのポケットまたは凹部中に保持されるビードに連結することができる。
【００７５】
スプール６３０Ａが回転すると、第１ケーブル端は、巻き解かれて、第２ケーブル端は、スプール６３０Ａ周りに巻き取られる。この型の運動の効果は、プーリ６２０は回転しないがプーリ６１５Ａは回転することになり、これがプーリ６１５Ａに取り付けられた顎６１０Ａを動かすことになる、ということである。例えば、顎６１０Ａを上方にヨー運動させるには、プーリ６１５Ａは、反時計回り方向に動く必要がある。顎６１０を上方にヨーイングさせるには、上側ケーブル端をスプール６３０Ａの周りに巻き付けることによって、該ケーブル端に張力を加える必要があろう。顎を下方にヨーイングさせるには、下側ケーブル端に張力を加えることが必要であろう。ロッカーメカニズム６５０は、中立位置にすることができる（例えば、プーリ６４０Ａ、６４０Ｂがツール６００の長手軸に直交する面に沿って整列される）。
【００７６】
ツール６００は、顎６１０Ａ、６１０Ｂを、（例えば、プーリ６１５Ａ、６１５Ｂを介して別々に回転させて）捕捉させる、（例えば、プーリ６１５Ａ、６１５Ｂを介して、両顎を一緒に回転させて）ヨーイングさせる、および（例えば、プーリ６２０の周りに両顎を回転させて）ピッチさせるなど、様々な仕方で動くよう作動させることができる。図５Ｄは、ツール６００中の第２ケーブルのルーティングを示す。このルーティングは、図５Ｃで説明したものと類似である。ケーブル６９０Ｂは、プーリ６２０周り、プーリ６４０Ｂの周りに巻き付き、スプール６３０で終端している。スプール６３０Ｂは、モータ（例えばモータ６６０Ｂ）によって駆動される。スプール６３０Ｂが回転すると、ケーブル６９０Ｂの一方の側には張力がかかり、ケーブル６９０Ｂの他方の側の張力は緩められる。この回転の効果は、プーリ６１５Ｂに取り付けられた顎６１０Ｂを動かすことである。
【００７７】
顎６１０Ａ、６１０Ｂの両方を同時に上方に動かすために、スプール６３０Ａ、６３０Ｂは、プーリ６１５Ａ、６１５Ｂを反時計回りに動かすようにモータで駆動される。この運動は、顎６１０Ａ、６１０Ｂをヨーイングさせることになる。両顎６１０Ａ、６１０Ｂを同時に下方に動かすために、スプール６３０Ａ、６３０Ｂは、プーリ６１５Ａ、６１５Ｂを時計回りに動かすようにモータで駆動される。
【００７８】
ピッチをもたらすには、ロッカーメカニズム６５０を操作して、ツール６００の長手軸に対してプーリ６４０Ａ、６４０Ｂの位置を変化させる。図５Ｅは、ロッカーメカニズム６５０が時計方向に回転されて、プーリ６４０Ａをツール６００の遠位端部６７０の方へ移動させ、プーリ６４０Ｂをツール６００の近位端部６８０の方へ移動させるのを示す。この実施形態において、ロッカーメカニズム６５０のこの位置は、ケーブル６９０Ｂの両側の張力を増大する。この張力は、プーリ６２０を時計方向に回転させ、それは、矢印線６９５で示すように、ツール６００の手首部および顎６１０Ａ、６１０Ｂを時計回り方向にピッチさせる。プーリ６２０を反対方向に回転させるために、ロッカーメカニズム６５０は、反時計回り方向に回転されて、プーリ６４０Ａをツール６００の近位端部６８０の方へ移動させ、プーリ６４０Ｂをツール６００の遠位端部６７０の方へ移動させる。これは、ケーブル６９０Ａの張力を増大し、それは、プーリ６２０を反時計回りに回転させ、次にそれは、ツール６００の手首部および顎６１０Ａ、６１０Ｂを反時計回り方向（矢印線６９５で示されたのと反対方向）にピッチさせる。本明細書で説明するリードスクリューおよびプッシュロッドの実装は、＋／−９０°までまたはそれより大きいピッチ（例えば、合計で１８０°以上）を可能にすることができる。ロッカーメカニズム６５０の使用は、一方のケーブルの張力の増大（例えば、１つのケーブルがプーリ６１５Ａ、６１５Ｂに達するために進む必要のある距離を長くする）と、もう一方のケーブルの張力の低減または緩和（例えば、１つのケーブルがプーリ６１５Ａ、６１５Ｂに達するために進む必要のある距離を短くする）とをもたらす。
【００７９】
図６Ａは、ツールの別の実施形態を示す。このツール７００は、遠位端部７７０および近位端部７８０を含む。遠位端部７７０は、図１Ａ〜図３Ｂ中に示されたツール３０の遠位端部３１と実質的に同様とすればよい。ツール７００は、顎７１０Ａ、７１０Ｂを、（例えば、プーリ７１５Ａ、７１５Ｂを介して、両顎を別々に回転させて）捕捉させる、（例えば、プーリ７１５Ａ、７１５Ｂを介して、両顎を一緒に回転させて）ヨーイングさせる、および（例えば、両顎をプーリ７２０の周りに回転させて）ピッチさせるなど、様々な仕方で動くよう作動させることができる。ツール７００は、図５Ｂで説明したロッカーメカニズム６５０に換えて、顎のピッチ運動をもたらすシャトルメカニズム７３０を含む。明瞭化のため、図６Ａではツール７００に対するケーブルルーティングは示されていない。また、一実施形態において、ツール７００は、ツール７００の（プーリ６４０Ａ、６４０Ｂと類似の）後部プーリを保持して、近位端部でケーブルのルーティングを（例えば、プーリ６４０Ａ、６４０Ｂがプーリ６３０Ａ、６３０Ｂに向けてケーブルルーティングを反転させた仕方と同様な仕方で）反転させるための、ロッカーメカニズム６５０も含むことができる。すなわち、一実施形態において、ツール７００の近位端部は、ツール６００の近位端部と同じ構造を有することが可能である。
【００８０】
ここで図６Ｂを参照すると、第１ケーブル７６０Ａに対するケーブルルーティングを備えるシャトルメカニズム７３０の上面図および底面図が示されている。この図示の実施形態において、シャトルメカニズム７３０の中央プーリ７３５の軸棒は、ツールシャフト７０５の胴体に固定的に連結される。シャトルメカニズム７３０は、ツールシャフト７０５の長手軸に沿って前後に直線的にスライドすることが可能である。
【００８１】
図６Ｂの上面図を見ると、ケーブル７６０Ａは、近位端部７８０からツールシャフトの胴体に入っている。ケーブル７６０Ａは、中央プーリ７３５の周りに少なくとも部分的に巻き付いている。ケーブル７６０Ａは、近位端部７８０の方へ戻って延び、シャトルプーリ７５５の周りに少なくとも部分的に巻き付いている。ケーブル７６０Ａは、次いで遠位端部７７０の方へ延び、プーリ７２０の周りに少なくとも部分的に巻き付いている。プーリ７２０は、前述したプーリ６２０と実質的に類似にすることができ、ツール７００の手首部として機能することが可能である。プーリ７２０は、ヨーク７９０に連結されて、図６Ａに示されるように、該ヨークは、顎７１０Ａ、７１０Ｂに連結されている。図６Ｂの底面図を見ると、ケーブル７６０Ａは、プーリ７２０に巻き付いた後、遠位端部７７０側からツールシャフトの胴体に入っている。ケーブル７６０Ａは、近位端部７８０の方へ戻って延び、シャトルプーリ７５５の周りに少なくとも部分的に巻き付いている。ケーブル７６０Ａは、次いで遠位端部７７０の方へ延びて、中央プーリ７３５の周りに少なくとも部分的に巻き付き、その後、ケーブル７６０Ａは、近位端部７８０の方へ延びる。
【００８２】
図６Ｃは、第２ケーブル７６０Ｂに対するケーブルルーティングを含むシャトル７３０の上面図および底面図を示す。図６Ｃの上面図を見ると、ケーブル７６０Ｂは、近位端部７８０からツールシャフトの胴体７０５に入っている。ケーブル７６０Ｂは、シャトルプーリ７５０の周りに少なくとも部分的に巻き付いている。ケーブル７６０Ａは、近位端部７８０の方へ戻って延び、中央プーリ７３５の周りに少なくとも部分的に巻き付いている。ケーブル７６０Ａは、遠位端部７７０の方へ延び、プーリ７２０の周りに少なくとも部分的に巻き付いている。プーリ７２０は、ヨーク７９０に連結されて、図６Ａに示されるように、該ヨークは、顎７１０Ａ、７１０Ｂに連結されている。図６Ｃの底面図を見ると、ケーブル７６０Ｂは、プーリ７２０に巻き付いた後、遠位端部７７０側からツールシャフトの胴体７０５に入っている。ケーブル７６０Ｂは、近位端部７８０の方へ戻って延びて、中央プーリ７３５の周りに少なくとも部分的に巻き付いている。ケーブル７６０Ｂは、次いで遠位端部７７０の方へ延びて、シャトルプーリ７５０の周りに少なくとも部分的に巻き付き、その後、ケーブル７６０Ｂは、近位端部７８０の方へ延びる。
【００８３】
ツール７００の手首部および顎７１０Ａ、７１０Ｂにピッチをもたらすために、シャトルメカニズム７３０は、ツール７００の長手軸沿いにシャトルメカニズム７３０の位置を変えるように調整される。図６Ｄは、ツール７００の遠位端部７７０の方へシフトされるシャトルメカニズム７３０を示す。シャトルメカニズム７３０の位置は、モータ（例えば、図５Ａに示されたモータ６６０Ｄ）に取り付けられたメカニズム（例えば、プッシュロッド、リードスクリュー、ケーブル伝動装置）によって調整される。図６Ｄは、シャトルメカニズム７３０を遠位端部７７０の方へ直線的に平行移動する効果を示す。図６Ｄの上の方の２つの図は、ケーブル７６０Ｂに対するケーブルルーティングを示し、下の方の２つの図は、ケーブル７６０Ａに対するケーブルルーティングを示す。シャトルメカニズム７３０のこの位置は、ケーブル７６０Ｂの両側の張力を増大する。ケーブル７６０Ｂがプーリ７２０に達するために進まねばならない距離は、増加しており（例えば、シャトルプーリ７５０と中央プーリ７３５と間の距離は、増加しており）、一方、ケーブル７６０Ａがプーリ７２０に達するために進まねばならない距離は、減少している（例えば、中央プーリ７３５とシャトルプーリ７５５と間の距離は、減少している）。その結果、ケーブル７６０Ｂによってプーリ７２０上に加えられる張力は、増加し、ケーブル７６０Ａによってプーリ７２０に加えられる張力は、減少する。この張力は、プーリ７２０を矢印線７６５方向の反時計回り方向に回転させる。前述したケーブルルーティングには、他の実施形態ではここに記載されたものとは別のプーリのセットを用いることが可能であるが、そうであっても、シャトルメカニズム７３０の使用は、一方のケーブルの張力の増大（例えば、１つのケーブルがプーリ７１５Ａ、７１５Ｂに達するために進まなければならない距離の伸長）と、もう一方のケーブルの張力の低減または緩和（例えば、１つのケーブルがプーリ７１５Ａ、７１５Ｂに達するために進まなければならない距離の減少）とをもたらす。
【００８４】
プーリ７２０（例えば手首部のプーリ）を反対方向に回転させるために、シャトルメカニズム７３０は、ツール７００の近位端部７８０の方へ平行移動される。この張力は、プーリ７２０を時計回り方向に回転させる。シャトルの位置が近位端部７８０に向かうとともに、ケーブル７６０Ａ上の張力は、増大し、手首部（例えばプーリ７２０）は、矢印線７６５のように反対方向にピッチすることになる。本明細書で説明するシャトルメカニズム７３０の実装は、＋／−９０°までまたはそれより大きいピッチ（例えば、合計で１８０°以上）を可能にすることができる。
【００８５】
前述のように、ロッカーメカニズム６５０およびシャトルメカニズム７３０は、第１ケーブルの張力を増大し、第２ケーブルの張力を緩める。このロッカーメカニズム６５０およびシャトルメカニズム７３０を用いて、プーリ６２０、７２０または任意のプーリの組み合わせ（例えば、図１Ａに示されたプーリ群）の動作をもたらすことができる。
【００８６】
図７Ａは、ツールの別の実施形態を示す。このツール１０００は、１０個のプーリ、１０１０Ａ、１０１０Ｂ、１０２０Ａ、１０２０Ｂ、１０３０Ａ、１０３０Ｂ、１０４０Ａ、１０４０Ｂ、１０５０Ａ、１０５０Ｂを有する。プーリ１０１０Ａ、１０２０Ａは、第１セットに配置される。プーリ１０１０Ｂ、１０２０Ｂは、第２セットに配置される。プーリ１０５０Ａ、１０５０Ｂは、第３セットに配置される。プーリの第３セットは、プーリの第１セットおよび／またはプーリの第２セットに対して角度を付けることができる。
【００８７】
プーリ１０３０Ａ、１０４０Ａは、第４セットに配置される。プーリ１０３０Ｂ、１０４０Ｂは、第５セットに配置される。プーリの第３セットは、プーリの第４セットおよび／またはプーリの第５セットに対して角度を付けることができる。この図示の実施形態において、プーリ１０１０Ａ、１０２０Ａの第１セットは、プーリ１０３０Ａ、１０４０Ａの第４セットと直列にすることが可能である。プーリ１０１０Ｂ、１０２０Ｂの第２セットは、プーリ１０３０Ｂ、１０４０Ｂの第５セットと直列にすることが可能である。プーリ１０１０Ａ、１０２０Ａの第１セットは、プーリ１０１０Ｂ、１０２０Ｂの第２セットとともに或る回転軸に沿って配置されることができる。プーリ１０３０Ａ、１０４０Ａの第４セットは、プーリ１０３０Ｂ、１０４０Ｂの第５セットとともに或る回転軸に沿って配置されることができる。プーリ１０１０Ａ、１０１０Ｂ、１０２０Ａ、１０２０Ｂ、１０３０Ａ、１０３０Ｂ、１０４０Ａ、１０４０Ｂの他の配置も可能である。
【００８８】
図７Ｂを参照すると、プーリ１０５０Ａ、１０５０Ｂの第３セットは、回転軸１０６０に沿って配置されることができる。プーリ１０３０Ａ、１０４０Ａの第４セットおよびプーリ１０３０Ｂ、１０４０Ｂの第５セットは、回転軸１０７０に沿って配置されることができる。プーリ１０５０Ａ、１０５０Ｂの第３セットの回転軸１０６０は、プーリ１０３０Ａ、１０４０Ａの第４セットおよびプーリ１０３０Ｂ、１０４０Ｂの第５セットの回転軸１０７０に対して角度を付けて、プーリ１０３０Ｂおよび１０４０Ａ上の溝は、それぞれ、プーリ１０５０Ａおよび１０５０Ｂ上の溝と整列し、これにより、ケーブルは、プーリ１０３０Ｂおよび１０４０Ａとプーリ１０５０Ａ、１０５０Ｂとの間で真っすぐな経路をたどり、ケーブルの湾曲およびケーブルとプーリとの間の摩擦が低減されるようにすることが可能である。
【００８９】
プーリ１０１０Ａ、１０２０Ａの第１セットおよびプーリ１０１０Ｂ、１０２０Ｂの第２セットは、図７Ａに示されるように、回転軸１０７０’に沿って配置されることができる。プーリ１０５０Ａ、１０５０Ｂの第３セットの回転軸１０６０は、プーリ１０１０Ａ、１０２０Ａの第１セットおよびプーリ１０１０Ｂ、１０２０Ｂの第２セットの回転軸１０７０’に対して角度を付けることができる。
【００９０】
第１ケーブルおよび第２ケーブルのルーティングが図７Ａに示されている。プーリ１０５０Ａ、１０５０Ｂは、ヨーク１０５５に連結される。ヨーク１０５５は、ヨーク１０５５の表面から延びる２つの取り付け具１０５５Ａ、１０５５Ｂを有することができる。一実施形態において、ツール１０００の顎は、取り付け具１０５５Ａ、１０５５Ｂを介してプーリ１０５０Ａ、１０５０Ｂに連結することが可能である。このケーブルルーティングは、図１Ａ〜図３Ｂに関連して説明したルーティングと同様にすればよい。各ケーブルは、プーリ１０３０Ａ、１０４０Ａの第４セット中の１つのプーリおよびプーリ１０３０Ｂ、１０４０Ｂの第５セット中の１つのプーリの周りに少なくとも部分的に巻き付く。いくつかの実施形態において、プーリ１０５０Ａ、１０５０Ｂの第３セットの角度は、プーリ１０３０Ａ、１０４０Ａの第４セットおよびプーリ１０３０Ｂ、１０４０Ｂの第５セットに行き来するケーブルが、プーリ１０５０Ａ、１０５０Ｂの第３セットに真っすぐな経路をたどるように、配置される。ツール１０００は、顎（図示しない）を、（例えば、プーリ１０５０Ａ、１０５０Ｂを介して、両顎を別々に回転させて）捕捉させる、（例えば、プーリ１０５０Ａ、１０５０Ｂを介して、両顎を一緒に回転させて）ヨーイングさせる、および（例えば、両顎を軸１０３０Ａ、１０４０Ａ、１０３０Ｂ、１０４０Ｂの周りに回転させて）ピッチさせるなど、様々な仕方で動かすように作動させることができる。
【００９１】
他の実施形態において、ツールは、剛性部分と柔軟性部分とを含むことができ、柔軟性部分を選択的に硬化しおよび／または所定位置にロックし、これにより該ツールの少なくとも一部に屈曲形状をもたらすことが可能である。いくつかの実施形態において、選択的に硬化可能な前記柔軟性部分は、ツールの手首部の近位側に配することができ、ツールの手首部は、本明細書の実施形態中で開示した任意の構成を有することができる。上記から、いくつかの実施形態において、ツールは、手首部と、ツールのエンドエフェクタをいろいろな幾何的配置に位置付けるよう作動することができる別のジョイントを提供する、手首部から近位の柔軟性部分と、を有し、これによりツールの遠位端部の運動の範囲を有益に拡大することが可能である。
【００９２】
図８Ａ〜図９Ｃは、本明細書に記載のツール中に組み込みが可能な柔軟性セクションの諸実施形態を示す。図８Ａは、ツールの別の実施形態を示す。このツール１３００は、ツールシャフト１３０２の一部に沿った屈曲部または肘部を含むことができる。ツール１３００は、１つ以上の剛性セクション１３１０を含むことが可能である。ツール１３００は、１つ以上の柔軟性セクション１３０５を含むことが可能である。柔軟性セクション１３０５は、シース１３２０を含み、シースは、平行線模様で図示されている。ツール１３００は、エンドエフェクタ１３４０（例えば捕捉具）を含むことができる。ツール１３００は、例えば、障害物を迂回して所望の位置または対象物に到達するため、非直線の形状を実現するように、屈曲するまたは別途に操作することが可能である。さらに、ツール１３００は、柔軟性セクション１３０５を選択的に硬化および／または所定位置にロック（例えば、前記屈曲形状を維持するために）できるようにアレンジされることができる。
【００９３】
いくつかの実施形態において、手術用途に使われる場合、ツール１３００は、トロカールを通して挿入することが可能である。トロカールは、一般に直線形状を有するので、ツール１３００は、トロカールを通して挿入するために長手軸に沿って（例えば、直線的、剛性に）延びるようにアレンジされることができる。ツール１３００は、（例えば、該ツールが経皮的手術に使われる場合）トロカールを抜けて体内に入った後、直線以外の形状をとるために、屈曲または操作することが可能である。所望の形状が得られたならば、ツール１３００は、屈曲形状を堅固に維持するためにその姿勢にロックすることができる。ツール１３００をロックすることによって、ユーザがツール１３００のその姿勢の制御を失うのを防止することができる。
【００９４】
図８Ｂは、柔軟性セクション１３０５をさらに詳細に示す。一実施形態において、柔軟性セクション１３０５は、柔軟性コア（例えば組み紐）１３７０を含むことができる。柔軟性セクション１３０５は、柔軟化できる保持器１３６０を含むことが可能である。保持器１３６０は、固体状態および液体状態の両方を有する、低融点材料（例えば、ワックス、ポリマー）を含有することができる。一実施形態において、この柔軟性コア（例えば組み紐）１３７０には、低融点材料の母材で含浸された繊維の導体材料を含めることが可能である。この固体状態と液体状態との間の転移は、低温（例えば、１５０°Ｆより低い、１４０°Ｆより低い、１３０°Ｆより低い、１２０°Ｆより低い、１１０°Ｆより低い、１００°Ｆより低い、９０°Ｆより低いなど）で生じる。保持器１３６０をシース１３２０で取り囲むとよい。矢印線１３８０は、例えばツール１３００の近位端部の方に向かう、柔軟性シース１３２０を作動するための電気ワイヤなど、エンドエフェクタを作動するケーブルを表す。
【００９５】
引き続き図８Ａ〜図８Ｂを参照すると、低融点材料は、活性化メカニズムによって活性化されたとき流体になることが可能である。この低融点材料は、活性化されないときは固体になることができる。活性化メカニズムには、低融点材料に熱をかける加熱素子１３３０を含めることが可能である。一実施形態において、加熱素子１３３０は、電流が加熱素子を通電しているとき加熱することができる。（例えば、この加熱素子は、抵抗性ヒーターとすることが可能である）。他の実施形態において、低融点固体の代わりにまたはこれに加えて、静電気効果または磁気効果に基づく他の硬化メカニズムを用いることも可能である。
【００９６】
加熱素子１３３０がオンにされると、低融点材料は、流体状態に転移して柔らかくなる。ツール１３００は、屈曲または操作することができる。加熱素子１３３０がオフにされると、低融点材料は、固体状態に転移して硬くなる。ツール１３００は、その屈曲姿勢を維持することができる。
【００９７】
図８Ｃは、ツール１３００’の柔軟性セクション１３０５の或る実施形態を示す。この構成は、能動的肘構成と考えればよい。ツール１３００’は、ケーブル１３８０を含むことができる。ケーブル１３８０は、ハウジング１３８２に封入することが可能である。ハウジング１３８２は、柔軟性セクション１３０５とともに曲がるように柔軟性にすることができる。ツール１３００’は、１つ以上のケーブルを含むことが可能である。ツール１３００’は、２つ以上のケーブルを含むことも可能である。ケーブル１３８０は、１つ以上の剛性セクション１３１０に、１つ以上の柔軟性セクション１３０５に、および／またはエンドエフェクタ１３４０に取り付けることができる。ケーブル１３８０は、柔軟性セクション１３０５の遠位端部（例えば、遠位位置１３８５）に連結することが可能である。いくつかの実施形態において、加熱素子１３３０が活性にされて、柔軟性セクション１３０５は、しなやかになる。ケーブル１３８０が柔軟性セクション１３０５の遠位位置１３８５を引っ張ることによって屈曲を形成するために、ケーブル１３８０に張力がかけられて柔軟性セクション１３０５に張力がかかり、これにより能動性肘がもたらされる。柔軟性セクション１３０５の適切なまたは所望の屈曲が得られたならば、活性化素子を非活性にすればよい。柔軟性セクション１３０５は、硬くなり、屈曲は、その姿勢でロックされることになろう。低融点材料は、硬化し、柔軟性セクション１３０５の姿勢が維持されることになろう。
【００９８】
図８Ｄは、ツール１３００”の柔軟性セクション１３０５の或る実施形態を示す。この構成は、受動的肘構成と考えればよい。柔軟性セクション１３０５は、１つ以上の椎骨部１３９１（例えば、１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、６つの椎骨部など）を含むことができる。椎骨部１３９１は、任意の断面形状（例えば円形、円盤系）とすることが可能である。椎骨部１３９１は、シース１３２０内に保持されるかまたはシースによって覆われている。柔軟性セクション１３０５は、柔軟性コア（例えば、図８Ｂ中の組み紐１３７０などの組み紐）を含むことができる。図８Ｂ中のツール１３００と同様に、柔軟性セクション１３０５は、柔軟であることが可能であり、固体状態および液体状態の両方を有し、前述した温度のような低温において固体状態と液体状態との間の転移が可能な、低融点材料（例えば、ワックス、ポリマー）を含むことが可能な保持器１３６０、を含むことができる。
【００９９】
ツール１３００”は、ケーブル１３９２を含むことができる。ケーブル１３９２は、ハウジング（図示せず）に封入することが可能である。ツール１３００”は、１つ以上のケーブル１３９２を含むことが可能である。ツール１３００”は、２つ以上のケーブル１３９２を含むことも可能である。ケーブル１３９２は、１つ以上の剛性セクション１３１０に、１つ以上の柔軟性セクション１３０５に、１つ以上の椎骨部１３９１に、および／またはエンドエフェクタ１３４０に取り付けることができる。ケーブル１３９２は、図８Ｄに示すように、ツール１３００”内に延びることができる。
【０１００】
いくつかの実施形態において、加熱素子１３３０が活性にされて、柔軟性セクション１３０５は、しなやかになる。ケーブル１３９２に張力がかけられ、これが１つ以上の椎骨部１３９１の方位を変化させて、柔軟性セクション１３０５中に屈曲を形成する。この柔軟性セクション１３０５の屈曲は、柔軟性セクション１３０５の部分を形成する１つ以上の椎骨部１３９１により生じる。柔軟性セクション１３０５および／または柔軟性シース１３２０は、単に、１つ以上の椎骨部１３９１の屈曲に追従してこれにより受動的肘をもたらす。柔軟性セクション１３０５の適切なまたは所望の屈曲が得られたならば、活性化素子１３３０を非活性にすればよい。柔軟性セクション１３０５は、硬くなり、屈曲は、その姿勢でロックされることになろう。低融点材料は硬化し、柔軟性セクション１３０５の姿勢を維持することになろう。
【０１０１】
図９Ａは、ツールの別の実施形態を示す。このツール１６００は、シース１６１０を含む。シース１６１０は、柔軟性材料（例えば、注型シリコンゴム）で形成することができる。ツール１６００は、１つ以上の制御ケーブル１６２０Ａ、１６２０Ｂ、１６２０Ｃを含むことができる。図９Ａには、３つの制御ケーブルが示されているが、任意の数の制御ケーブル（例えば、１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、６つのケーブルなど）を用いることが可能である。制御ケーブル１６２０Ａ、１６２０Ｂ、１６２０Ｃは、柔軟性セクション１６０５の湾曲を操作するためのメカニズム（図示せず）に連結される。３つの制御ケーブル１６２０Ａ、１６２０Ｂ、１６２０Ｃは、柔軟性セクション１６０５を通って延び、該柔軟性セクション１６０５の近位端部から抜け出ることができる。ツール１６００には、器具用チャネル１６３０を含めることができる。器具用チャネル１６３０は、ツール１６００の長手軸沿いに延ばすことができる。器具用チャネル１６３０は、このとき、ツール１６００の全体に沿って、またはツール１６００の長さの一部沿いに延ばすことが可能である。器具用チャネル１６３０には、エンドエフェクタおよび／または他の部品を操作するための制御メカニズム（図示せず）（例えば、電気ワイヤ、安全ワイヤ）を含めることができる。
【０１０２】
一実施形態において、シース１６１０は、ツール１６００の手首部の近位側に配することが可能で、手首部は、本明細書に開示された諸構成（例えば、図１Ａ〜図３Ｂ中のプーリシステム）の１つを有することができる。シース１６１０は、したがって、ツール１６００の遠位端部の運動の範囲を増大するための追加のジョイントを提供することが可能である。また、いくつかの実施形態において、シース１６１０の柔軟性セクション１６０５の湾曲を操作する制御ケーブルは、ツールの手首部（例えば、図１Ａ〜図３Ｂ中のツール３０の遠位端部３１）の動作をもたらすこともできる。
【０１０３】
図９Ｂは、シース１６１０を取り除いたツール１６００を示す。ツール１６００は、１つ以上の椎骨部１６３５（例えば、１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、６つの椎骨部など）を含むことができる。１つ以上の制御ケーブル１６２０Ａ、１６２０Ｂ、１６２０Ｃは、１つ以上の椎骨部１６３５を通って延びることができる。各椎骨部１６３５の方位は、制御ケーブル１６２０Ａ、１６２０Ｂ、１６２０Ｃによって制御が可能である。
【０１０４】
図９Ｃは、椎骨部１６３５の分解部品配列図を示す。椎骨部１６３５は、１つ以上の印刷回路基板１６４０Ａ、１６４０Ｂを含むことができる。椎骨部１６３５は、椎骨部１６３５の両側に配された２つの印刷回路基板１６４０Ａ、１６４０Ｂを含むことができる。２つの印刷回路基板１６４０Ａ、１６４０Ｂは、同じものであってよい。２つの印刷回路基板１６４０Ａ、１６４０Ｂは、印刷回路基板１６４０Ｂ上に示されるように、当該印刷回路基板の一方の側に加熱素子１６４１を含むことができる。２つの印刷回路基板１６４０Ａ、１６４０Ｂは、印刷回路基板１６４０Ａ上に示されるように、当該印刷回路基板の他方の側には諸部品を含むことができる。これらの部品には、スイッチ１６５５（例えば、アドレス可能マイクロスイッチ）を含めることが可能である。スイッチ１６５５は、どの椎骨部をオンするかを選択する。これらの部品は、加熱素子１６４１をオン、オフするためのリレーまたはＦＥＴ１６６０を含み得る。ＦＥＴのリレー１６６０は、加熱素子１６４１に対する電源を提供する。他の諸実施形態において、低融点固体の代わりにまたはこれに加えて、静電気効果または磁気効果に基づく他の硬化メカニズムを用いることも可能である。１つ以上の電気ワイヤ（図示せず）は、この２つの印刷回路基板１６４０Ａ、１６４０Ｂを、様々な他の機能のため（例えば、電力、データ伝送）他の部品に接続する。スイッチ１６５５およびリレー１６６０は、１つの部品に組み合わせることができる。スイッチ１６５５および／またはリレーまたはＦＥＴ１６６０は、既存技術で知られた、素子を活性化／非活性化するための他のメカニズムで代替することが可能である。
【０１０５】
椎骨部１６３５は、球体スペーサボール１６４６を含むことができる。球体スペーサボール１６４６は、ボールシート１６４５Ａ、１６４５Ｂ中に保持することが可能である。ボールシート１６４５Ａ、１６４５Ｂは、印刷回路基板１６４０Ａ、１６４０Ｂに結び付けることができる。ボールシート１６４５Ａ、１６４５Ｂは、各ボールを挟んで所定の距離を維持することが可能である。椎骨部１６３５は、スペーサ１６５０を含むことができる。スペーサ１６５０は、固体状態および液体状態の両方を有する低融点材料（例えば金属）で形成することが可能である。固体状態と液体状態との間の転移は、低温（例えば、１５０°Ｆより低い、１４０°Ｆより低い、１３０°Ｆより低い、１２０°Ｆより低い、１１０°Ｆより低い、１００°Ｆより低い、９０°Ｆより低いなど）で生じる。スペーサ１６５０は、室温で固体とすることができる。この低融点材料は、保持器によってカプセル化することが可能である（例えば、低融点材料の周りに注型されたシリコン）。スペーサ１６５０は、２つの印刷回路基板１６４０Ａ、１６４０Ｂの間に配置されることができる。球体スペーサボール１６４６は、スペーサ１６５０内に保持される。
【０１０６】
ツール１６００を位置付けるために、データ信号は、選択された椎骨部の２つの印刷回路基板１６４０Ａ、１６４０Ｂに送信される。このデータ信号は、１つの選択された椎骨部１６３５または複数の選択された椎骨部１６３５に送信することができる。このデータ信号は、選択された椎骨部１６３５の加熱素子１６４１のペアを活性化させる。選択された椎骨部１６３５中の２つの印刷回路基板１６４０Ａ、１６４０Ｂの間に屈曲を生成するために、および／または任意の角度方位が得られるように、制御ケーブル１６２０Ａ、１６２０Ｂ、１６２０Ｃに張力を加えることができる。
【０１０７】
データ信号によって、選択された椎骨部１６３５の加熱素子１６４１のペアを非活性にすることが可能である。これにより加熱素子１６４１は、オフにされ、低融点材料が制御ケーブル１６２０Ａ、１６２０Ｂ、１６２０Ｃによって設定された方位（例えば、位置および／または角度）で凝固することを可能にする。一実施形態において、制御ケーブル１６２０Ａ、１６２０Ｂ、１６２０Ｃは、低融点材料が凝固するまで選択された椎骨部１６３５の位置および／または角度を維持することができる。いくつかの実施形態において、低融点材料の凝固および／または冷却を加速するために、器具用チャネル１６３０を通して冷却材を送ることも可能である。選択された椎骨部１６３５および選択された椎骨部１６３５のグループの角度を動かして設定することによって、図９Ｂに示されるように、複合湾曲を実現することが可能である。
【０１０８】
ここでは、手術システムのために有益ないくつかの概念を説明しているが、これらの概念は、手術外および非医療応用においても利点を提供することができる。図１０は、外科手術（例えば、経皮的最小侵襲性の外科手術）を実施するのに用いることが可能な高操作性手術システム（ｈｙｐｅｒｄｅｘｔｅｒｏｕｓ  ｓｕｒｇｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍ）５を示す。この高操作性手術システム５は、１つ以上の高操作性手術アーム１０を含むことができる。いくつかの実施形態において、外科手術は、ツール（例えば本明細書に記載されたツールのいずれか）を操作して、例えば、高操作性手術アーム１０に保持されたツールを操作して実施される。
【０１０９】
図１１は、高操作性手術アーム１０の或る実施形態を示す。高操作性手術アーム１０は、高操作性手術ツール３０’に連結することができる。このツールは、「高操作性手術ツール」または代わりに単に「ツール」と呼ぶことにする。高操作性手術ツール３０’は、遠位端部３１’および近位端部３２’を含む。一実施形態において、高操作性手術ツール３０’および遠位端部３１’は、図１Ａ〜図３Ｂ中のツール３０および遠位端部３１と同様であり得る。使用において、遠位端部３１’は、（例えば、経皮的最小侵襲性の外科手術において）切開点を通して患者の体内に配置されることができる。ツール３０’の遠位端部３１’は、エンドエフェクタ（例えば、図１Ａ中の捕捉具３１０などの捕捉具）を含むことが可能である。エンドエフェクタは、実施対象の外科手術またはタスクに基づいて選択することができる。ツール３０’の遠位端部３１’は、手首部を含むことが可能であり、その詳細については本明細書でさらに説明する。図１Ａ中のツール３１０などのツールの手首部の改良された設計についてのいくつかの概念を上記で説明した。ここでは、手術システムのために有益ないくつかの概念を説明するが、これらは、手術システム以外にも同様に適用することができよう。
【０１１０】
高操作性手術システム５および高操作性手術アーム１０は、共同所有、同時係属の、２０１４年３月１３日出願の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／２６１１５号、２０１３年３月１５日出願の米国仮特許出願第６１／７９１２４８号、２０１３年１１月２０日出願の米国仮特許出願第６１／９０６８０２号、２０１３年１１月２６日出願の米国仮特許出願第６１／９０８８８８号、２０１３年１２月１２日出願の米国仮特許出願第６１／９１５４０３号、および２０１４年２月５日出願の米国仮特許出願第６１／９３５９６６号にさらに記載されており、これらの全ては、ここで参照することにより本明細書に組み込まれ、本明細書の一部と見なすものとする。
【０１１１】
図１２Ａは、ツールの別の実施形態を示す。このツール４００は、図１Ａ〜図３Ｂ中に示されたツール３０と実質的に同様とすればよい。ツール４００は、ツール４００の遠位端部３１’の手首部４０２を有することが可能で、手首部４０２は、エンドエフェクタ４１０をツール４００のシャフト３０Ａに連結している。この図示の実施形態において、手首部４０２は、プーリ４４０Ａ、４４０Ｂ、４５０Ａ、４５０Ｂ、４２５Ａ、４２５Ｂ、４２７Ａ、４２７Ｂ、４２０Ａ、および４２０Ｂを含むことができる。プーリ４４０Ａ、４５０Ａは、第１セットに配置される。プーリ４４０Ｂ、４５０Ｂは、第２セットに配置される。プーリ４２０Ａ、４２０Ｂは、第３セットに配置される。プーリ４２５Ａ、４２７Ａは、第４セットに配置される。プーリ４２５Ｂ、４２７Ｂは、第５セットに配置される。プーリ４２０Ａ、４２０Ｂの第３セットは、図３Ａに関連して前述したプーリ３２０Ａ、３２０Ｂの第３セットと実質的に同様であり、それぞれ、エンドエフェクタ４１０の顎４１０Ａ、４１０Ｂに連結する。同じように、プーリ４４０Ａ、４５０Ａの第１セット、およびプーリ４４０Ｂ、４５０Ｂの第２セットは、図３Ａに関連して前述したプーリ３４０Ｂ、３５０Ｂの第１セット、およびプーリ３４０Ａ、３４０Ｂの第２セットと実質的に同様である。ツール４００は、該ツールがプーリの２つの追加セット、プーリ４２５Ａ、４２７Ａの第４セットおよびプーリ４２５Ｂ、４２７Ｂの第５セットを含むという点で、図３Ａのツール３０とは異なる。
【０１１２】
図１２Ｂに示されるように、プーリ４２５Ａ、４２７Ａの第４セット、およびプーリ４２５Ｂ、４２７Ｂの第５セットは、プーリ４４０Ａ、４５０Ａの第１セット、およびプーリ４４０Ｂ、４５０Ｂの第２セットに対し角度が付けられる。プーリ４２５Ａの回転軸は、プーリ４４０Ａの回転軸に対して角度が付けられる。プーリ４２７Ａの回転軸は、プーリ４５０Ａの回転軸に対して角度が付けられる。プーリ４２５Ｂの回転軸は、プーリ４４０Ｂの回転軸に対して角度が付けられる。プーリ４２７Ｂの回転軸は、プーリ４５０Ｂの回転軸に対して角度が付けられる。
【０１１３】
図１２Ｃを参照すると、プーリ４２５Ａ、４２７Ａの第４セットは、角度付きくさび具４２６Ａによって維持されており、該くさび具は、相互に角度付けされた（例えば、１５°、３０°、４５°など）２つの軸棒４５２Ａ、４５２Ｂを含むことができる。角度付き軸棒４５２Ａ、４５２Ｂは、プーリ４２５Ａ、４２７Ａが軸棒４５２Ａ、４５２Ｂの周りを回転できるように、該軸棒上にプーリ４２５Ａ、４２７Ａの第４セットを支えている。図１２Ｂに最良に示されているように、同様な仕方で、角度付きくさび具４２６Ｂによって或る角度でプーリ４２５Ｂ、４２７Ｂの第５セットを維持することができる。角度付きくさび具４２６Ｂは、角度付きくさび具４２６Ａと実質的に同様である。図１２Ａ〜図１２Ｃに示され、そして前に説明したように、手首部４０２のこの設計は、手首部４０２の諸プーリの周りにルートされるケーブル間の交差および摩擦を減少させて、したがって、ケーブルのルーティングをさらに有利にする。手首部４０２のケーブルのルーティングについては、以下でさらに説明する。
【０１１４】
ツール４００は、顎４１０Ａ、４１０Ｂを、（例えば、プーリ４２０Ａ、４２０Ｂを介して、両顎を別々に回転させて）捕捉させる、（例えば、プーリ４２０Ａ、４２０Ｂを介して、両顎を一緒に回転させて）ヨーイングさせる、および（例えば、両顎をプーリ４４０Ａ、４５０Ａ、４４０Ｂ、４５０Ｂの周りに回転させて）ピッチさせるなど、様々な仕方で動くよう作動させることができる。図１３Ａは、ツール４００の手首部４０２中の第１ケーブル４９０Ａのルーティングを示す。第１ケーブル４９０Ａは、ツール４００の近位端部（図示せず）から始まり、図３Ａ中に示されたツール３０に関連して前述したのと同様な仕方で、ツールシャフト３０Ａを通って、（例えば、開口または穴を通るなど、シャフト３０Ａの端部に取り付けられたヨークを通って、）ツールシャフト３０Ａの外に延びる。この図示の実施形態において、第１ケーブル４９０Ａは、プーリ４４０Ａ、４５０Ａの第１セット中の１つのプーリの周りに少なくとも部分的に巻き付く。第１ケーブル４９０Ａは、次いで、プーリ４２５Ａ、４２７Ａの第４セット中の１つのプーリの周りに少なくとも部分的に巻き付く。第１ケーブル４９０Ａは、その後、プーリ４２０Ａ、４２０Ｂの第３セット中の１つのプーリの周りに少なくとも部分的に巻き付く。前の諸実施形態で説明したように、第１ケーブル４９０Ａは、プーリ４２０Ａ、４２０Ｂの第３セット中の１つのプーリ内に保持されたビードに連結することができる（例えば、図３Ａ中のビード３１５Ａのようなビードに固定的に連結される）。第１ケーブル４９０Ａは、次いで、プーリ４２５Ｂ、４２７Ｂの第５セット中の１つのプーリの周りに少なくとも部分的に巻き付き、その後、第１ケーブル４９０Ａは、プーリ４４０Ｂ、４５０Ｂの第２セット中の１つのプーリの周りに少なくとも部分的に巻き付く。第１ケーブル４９０Ａは、その後、ツール４００の近位端部の方へツールシャフトを通って延びる。いくつかの実施形態において、第１ケーブル４９０Ａは、図１３Ａに示されるように、プーリ４５０Ａ、４２７Ａ、４２０Ａ、４２５Ｂ、および４４０Ｂの周りに少なくとも部分的に巻き付く。
【０１１５】
この図示の実施形態において、プーリ４４０Ａ、４４０Ｂ、４２５Ａ、４２５Ｂは、外側プーリと見なされ、プーリ４５０Ａ、４５０Ｂ、４２７Ａ、４２７Ｂは、内側プーリと見なされる。いくつかの実施形態において、第１ケーブル４９０Ａは、２つの外側プーリ（例えば、４４０Ｂ、４２５Ｂ）および２つの内側プーリ（例えば、４５０Ａ、４２７Ａ）の周りに巻き付いている。第１ケーブル４９０Ａのルーティングをより明瞭に表すために、図１３Ａでは、第１ケーブル４９０Ａは、プーリから僅かにずらして示されている。
【０１１６】
図１３Ｂは、ツール４００の手首部４０２中の第２ケーブル４９０Ｂのルーティングを示す。第２ケーブル４９０Ｂは、プーリ４４０Ａ、４５０Ａの第１セット中の１つのプーリの周りに少なくとも部分的に巻き付く。第２ケーブル４９０Ｂは、次いで、プーリ４２５Ａ、４２７Ａの第４セット中の１つのプーリの周りに少なくとも部分的に巻き付く。第２ケーブル４９０Ｂは、その後、プーリ４２０Ａ、４２０Ｂの第３セット中の１つのプーリの周りに少なくとも部分的に巻き付く。前の諸実施形態で説明したように、第２ケーブル４９０Ｂは、プーリ４２０Ａ、４２０Ｂの第３セット中の１つのプーリ内に保持されたビードに連結することができる（例えば、ビード３１５Ａのようなビードに固定的に連結される）。第２ケーブル４９０Ｂは、次いで、プーリ４２５Ｂ、４２７Ｂの第５セット中の１つのプーリの周りに少なくとも部分的に巻き付き、その後、第２ケーブル４９０Ｂは、プーリ４４０Ｂ、４５０Ｂの第２セット中の１つのプーリの周りに少なくとも部分的に巻き付く。第２ケーブル４９０Ｂは、その後、ツール４００の近位端部の方へツールシャフト３０Ａを通って延びる。いくつかの実施形態において、第２ケーブル４９０Ｂは、図１３Ｂに示されるように、プーリ４５０Ｂ、４２７Ｂ、４２０Ｂ、４２５Ａ、および４４０Ａの周りに少なくとも部分的に巻き付く。
【０１１７】
いくつかの実施形態において、第２ケーブル４９０Ｂは、２つの外側プーリ（例えば、４４０Ａ、４２５Ａ）および２つの内側プーリ（例えば、４５０Ｂ、４２７Ｂ）の周りに少なくとも部分的に巻き付く。第２ケーブル４９０Ｂのルーティングをより明瞭に表すために、図１３Ｂでは、第２ケーブル４９０Ｂは、プーリから僅かにずらして示されている。
【０１１８】
図１４Ａは、本明細書で説明した諸ツールに組み込みが可能な、ツールの近位端部の或る実施形態を示す。この近位端部は、モータパック８００を含む。この図示の実施形態において、モータパック８００は、前に説明したような、４つの別個のケーブルを駆動する４つのモータ（例えば電気モータ）を含む。
【０１１９】
いくつかの実施形態において、該４つのケーブルの各々は、モータパック８００の１つのモータによって別々に制御される。有利には、４つのケーブルの各々は、モータパック８００の１つのモータによって別々に制御される、モータパック８００を備えるツールは、モータがケーブル中の一切のたるみを除去するので、事前引張を必要としない。事前引張は、ケーブル−プーリシステムにおいてケーブルがプーリと相互作用をする際にスリップを生じさせ得るケーブルの弾力特性に起因して必要となる。したがって、市販のツールは、当該設計または他のやり方によって事前引張を補っている。図５Ａ〜図６Ｄで説明したケーブル駆動の方法では、ケーブルを駆動するのに必要なモータは３つだけであるが、これらのシステムは、事前引張を必要とし得るケーブルループを用いている。
【０１２０】
引き続き図１４Ａを参照すると、モータパック８００は、モータハウジング８４０を含むことができる。モータパック８００は、モータハウジング８４０内に４つのモータを保持することが可能であり、図１４Ａでは、モータ８１０Ａ、８１０Ｂの２つだけが見えている。これら４つのモータ８１０Ａ、８１０Ｂ、８１０Ｃ（図示せず）、８１０Ｄ（図示せず）は、それぞれ、ギアボックス８１５Ａ、８１５Ｂ、８１５Ｃ（図示せず）、８１５Ｄ（図示せず）に関連付けることができる。各モータ８１０Ａ、８１０Ｂ、８１０Ｃ、８１０Ｄは、スピンドル８２０などのスピンドルと関連付けることができて、各スピンドル８２０は、はめ合いインターフェース８３０（例えば、正方形開口部、六角形開口部、スロット）を持つことが可能である。モータ８１０Ａ、８１０Ｂ、８１０Ｃ、８１０Ｄは、ソフトウェアの制御の下に駆動ユニット（図示せず）によって駆動される。モータパック８４０は、図１１中に示されたツール３０のまたは本明細書で説明した任意の他のツールの近位端部３２などのツールの近位端部に取り付けることができる。
【０１２１】
図１４Ｂは、モータパック８００に着脱可能に連結可能な結合ユニット９００の一実施形態を示す。結合ユニット９００は、近位端部９０６および遠位端部９０５を含み得る。図１４Ａ中に示されたモータパック８００の各スピンドル８２０のはめ合いインターフェース８３０は、スピンドル９１０Ａなど、結合ユニット９００中の対応するスピンドルと、連結しおよび／またははめ合うことができる。図１４Ｂでは、１つのスピンドル９１０だけが見えるが、結合ユニット９００は、モータパック８００のはめ合いインターフェース８３０の各々に対する対応スピンドル（例えば、図１４Ｃに示されるような４つのスピンドル９１０Ａ、９１０Ｂ、９１０Ｃ、９１０Ｄ）を有することができる。一実施形態において、結合ユニット９００は、使い捨てとすることが可能である。別の実施形態において、結合ユニット９００、ツールシャフト、手首部、およびエンドエフェクタを含めて、モータパック８００から遠位の一切の部品を使い捨てにすることができる。したがって、モータパック８００は、通常、ツールの比較的高価な部分であり、これは、再使用可能とすることができる。というのは、結合ユニット９００は、ツールの近位部分に組み込むことが可能で、容易に取り外して、新しい結合ユニット９００および関連するツールシャフト、手首部、およびエンドエフェクタに置き換えることが可能だからである。この設計は、無菌バリヤを有利に提供する。すなわち、結合ユニット９００を含めて、モータハウジング８４０より遠位のあらゆるものを無菌にすることが可能であり、結合ユニット９００は、無菌バリヤを少なくとも部分的に提供することができる。モータハウジング８４０、モータ８１０Ａ、８１０Ｂ、８１０Ｃ、８１０Ｄ、および／またはモータパック８００内に配置された一切の部品は、非殺菌としておくことが可能である。
【０１２２】
図１４Ｂ〜図１４Ｄは、結合ユニット９００をさらに示す。一実施形態において、スピンドル９１０Ａ、９１０Ｂ、９１０Ｃ、９１０Ｄは、近位端部９０６から結合ユニット９００を通ってその遠位端部９０５に延びる。結合ユニット９００は、４つのプーリ９４０Ａ、９４０Ｂ、９４０Ｃ、９４０Ｄを含むことができる。結合ユニット９００は、図１４Ｃに示されるように、スピンドル９１０Ａ、９１０Ｂ、９１０Ｃ、９１０Ｄ上に搭載された４つのスプール９４５Ａ、９４５Ｂ、９４５Ｃ、９４５Ｄを含むことが可能である。プーリ９４０Ａ、９４０Ｂ、９４０Ｃ、９４０Ｄは、スプール９４５Ａ、９４５Ｂ、９４５Ｃ、９４５Ｄにケーブルを供給することができる。スプール９４５Ａ、９４５Ｂ、９４５Ｃ、９４５Ｄは、図１２Ａ中の手首部４０２および顎４１０Ａ、４１０Ｂなど、ツールの手首部および／または顎を駆動する他の部品にケーブルを供給することが可能である。また、スプール９４５Ａ、９４５Ｂ、９４５Ｃ、９４５Ｄは、ケーブル中のたるみを取り去ることができる。プーリ９４０Ａ、９４０Ｂ、９４０Ｃ、９４０Ｄは、図１４Ｄに最良に示されているように、ヨーク９５０Ａ、９５０Ｂ（図示せず）、９５０Ｃ（図示せず）、９５０Ｄ（図示せず）上に搭載することができる。
【０１２３】
ここで図１４Ｄを参照すると、ヨーク９５０Ａだけが示されているが、前述のように、プーリ９４０Ａ、９４０Ｂ、９４０Ｃ、９４０Ｄの各々をヨーク９５０Ａと類似のヨークに搭載することが可能である。ヨーク９５０Ａは、プーリ９４０Ａに連結することができる。ヨーク９５０Ｂ、９５０Ｃ、および９５０Ｄは、プーリ９４０Ｂ、９４０Ｃ、および９４０Ｄに連結することが可能である。ヨーク９４０Ａ、９４０Ｂ、９４０Ｃ、９４０Ｄは、ロードセル９６０Ａ、９６０Ｂ、９６０Ｃ、９６０Ｄに連結することができて、ロードセル９６０Ａ、９６０Ｂ、９６０Ｃ、９６０Ｄは、結合ユニット９００に連結することができる。
【０１２４】
各ケーブル端は、プーリ９４０Ａ、９４０Ｂ、９４０Ｃ、９４０Ｄの１つの周りにルートされ、スプール９４５Ａ、９４５Ｂ、９４５Ｃ、９４５Ｄの周りに少なくとも部分的に巻き付く。スプール９４５Ａ、９４５Ｂ、９４５Ｃ、９４５Ｄの周りに巻き付いた後、ケーブル端は、スプール９４５Ａ、９４５Ｂ、９４５Ｃ、９４５Ｄに固定される。一実施形態において、スプール９４５Ａ、９４５Ｂ、９４５Ｃ、９４５Ｄの各々は、図１４Ｅ中に最良に示されている終端治具９７５Ａなどの終端治具（例えばノッチ）を含むことができる。図１４Ｅには、１つの終端治具９７５Ａだけが示されているが、スプール９４５Ａ、９４５Ｂ、９４５Ｃ、９４５Ｄの各々は、終端治具を有することが可能である（例えば、スプール９４５Ｂ、９４５Ｃ、９４５Ｄは、図示されていないが、終端治具９７５Ａと同様な終端治具９７５Ｂ、９７５Ｃ、９７５Ｄを有することが可能である）。各ケーブル端は、該ケーブル端が対応するスプール９４５Ａ、９４５Ｂ、９４５Ｃ、９４５Ｄから外れるのを防止するために、終端治具９７５Ａ、９７５Ｂ、９７５Ｃ、９７５Ｄ内に保持することができる。一実施形態において、ケーブル端は、終端治具の形状に対応する形状を有することが可能である。
【０１２５】
図１４Ｄを参照すると、ロードセル９６０Ａ、９６０Ｂ、９６０Ｃ、９６０Ｄは、１つ以上のセンサを含むことができる。例えば、一実施形態において、各ロードセル９６０Ａ、９６０Ｂ、９６０Ｃ、９６０Ｄは、力センサ９７０Ａ、９７０Ｂ、９７０Ｃ、９７０Ｄを含むことが可能である。力センサ９７０Ａ、９７０Ｂ、９７０Ｃ、９７０Ｄは、ケーブルの張力を測定することができる。ケーブルに張力がかかると、プーリ９４０Ａ、９４０Ｂ、９４０Ｃ、および９４０Ｄは、力をロードセル９６０Ａ、９６０Ｂ、９６０Ｃ、９６０Ｄに転移する。この力は、ロードセル９６０Ａ、９６０Ｂ、９６０Ｃ、９６０Ｄを曲げることができ、前記曲げを測定して、張力の測定値に変換することが可能である。力センサ９７０Ａ、９７０Ｂ、９７０Ｃ、９７０Ｄによる測定値の出力は、ツールの操作者に触覚供給バックを提供することができる。例えば、力センサによる測定値の出力を手術医に対する触覚供給バックに変換し、ツールの顎（例えば、ツール４００の顎４１０Ａ、４１０Ｂ）の把持力の感覚を与えることが可能である
【０１２６】
図１５は、ツールの別の実施形態を示す。このツール１２００には、プーリの代わりに椎骨部を用いる、手首部１２０２を含めることができる。椎骨部を用いる市販のツールは、ツールの手首部の屈曲を制御するためにケーブルループを利用する。これに対して、ツール１２００は、手首部１２０２の姿勢を制御するために、ケーブルループの代わりに独立したケーブル群を用いることができる。ツール１２００のこの配置の利点には、ケーブルの事前引張、および長さの精密な制御が不要なことが含まれる。
【０１２７】
ツール１２００の手首部１２０２は、１つ以上の椎骨部１２２０Ａ、１２２０Ｂ、１２２０Ｃを含むことができる。３つの椎骨部１２２０Ａ、１２２０Ｂ、１２２０Ｃが図示されているが、ツール１２００は、もっと多くのまたはもっと少ない椎骨部（例えば、１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、６つの椎骨部など）を含むことが可能である。椎骨部１２２０Ａは、ツールシャフト１２１０に連結することができる。椎骨部１２２０Ａ、１２２０Ｂ、１２２０Ｃは、１つ以上のジョイント１２４０（例えば、ボールとソケットとのジョイント）を介して、他の椎骨部および／またはツール１２００の他の部品と連結することが可能である。この図示の実施形態において、図１５中に示されるように、椎骨部１２２０Ａ、１２２０Ｂ、１２２０Ｃは、ツール１２００の遠位端部に連結することができる。但し、他の実施形態において、１つ以上の椎骨部１２２０Ａ、１２２０Ｂ、１２２０Ｃをツール１２００の長手方向長沿いの任意の位置に配置することも可能である。
【０１２８】
引き続き図１５を参照すると、ツール１２００は、１つ以上の独立したケーブル１２３０Ａ、１２３０Ｂ、１２３０Ｃを含むことができ、これらは、ツールシャフト１２１０を通って延びる。３つのケーブル１２３０Ａ、１２３０Ｂ、１２３０Ｃが示されているが、ツール１２００は、もっと多くのまたはもっと少ないケーブル（例えば、１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、６つのケーブルなど）を含むことが可能である。一実施形態において、エンドエフェクタ１２５０を駆動するために追加のケーブルを使用することができる。各ケーブル１２３０Ａ、１２３０Ｂ、１２３０Ｃは、モータ１２６０Ａ、１２６０Ｂ、１２６０Ｃによって別々に駆動される。ツール１２００ではケーブルループは使われないので、この設計は、前述した利点（例えば、ケーブルの事前引張が必要ない）を有する。
【０１２９】
ケーブル１２３０Ａ、１２３０Ｂ、１２３０Ｃは、１つ以上の椎骨部１２２０Ａ、１２２０Ｂ、１２２０Ｃを通って延びることができる。この図示の実施形態において、ケーブル１２３０Ａ、１２３０Ｂ、１２３０Ｃは、１つ以上の係合メカニズム１２７０（例えば、ケーブルに圧着され、椎骨部中のポケットの内部に配置された、図３Ａ中のビード３１５Ａと類似のビード）を介して椎骨部１２２０Ａ、１２２０Ｂ、１２２０Ｃに連結することができる。ケーブル１２３０Ａ、１２３０Ｂ、１２３０Ｃに張力がかかると、その張力は、係合メカニズム１２７０を介して椎骨部１２２０Ａ、１２２０Ｂ、１２２０Ｃ（１２２０Ｃ）に転移される。ツールの部品（例えば、椎骨部１２２０Ａ、１２２０Ｂ、１２２０Ｃ）は、シース（図示せず）で覆うことができる。様々な他の椎骨部とケーブルとの設計が可能である。各ケーブル端の別々の制御を使って、ピッチおよびヨーを任意に組み合わせてエンドエフェクタ１２５０を操作することができる。
【０１３０】
図１６は、ツールの別の実施形態を示す。このツール１７００は、図１Ａ〜図３Ｂ中に示されたツール３０と類似である。いくつかの実施形態において、ツールの手首部から顎の作動を切り離すことは、利点であり得る。例えば、ツールの手首部の作動からエンドエフェクタの作動を切り離すことによって、エンドエフェクタから手首部への（例えば、捕捉具の顎からツールの手首部のプーリへの）負荷の転移を阻止することができる。エンドエフェクタによるかかる手首部への負荷は、手首部の制御を格段に難しくさせ、および／または手首部の思わぬ動作をもたらすことがある。
【０１３１】
ツール１７００は、手首部１７０２を有し、１つ以上のプーリ１７４０および１つ以上のプーリ１７５０を含む。プーリ１７４０は、図３Ａ中に示されたプーリ３４０Ａ、３４０Ｂ、３５０Ａ、３５０Ｂと実質的に同様とすればよい。プーリ１７５０は、図３Ａ中に示されたプーリ３２０Ａ、３２０Ｂと実質的に同様とすればよい。明瞭化のため、プーリ１７４０、１７５０に対するケーブルルーティングは示されていない。
【０１３２】
プーリ１７４０、１７５０の周りに少なくとも部分的に巻き付いているケーブル（図示せず）に加え、ツール１７００は、エンドエフェクタ１７６０（例えば捕捉具）の顎１７６０Ａ、１７６０Ｂを制御するための１つ以上の追加ケーブル１７３０を含むことができる。１つのケーブル１７３０が示されているが、ツール１７００は、任意の数のケーブル（例えば、１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、６つのケーブルなど）を含むことが可能である。ケーブル１７３０は、シース１７２０内に保持することができ、一実施形態において、このシースは、柔軟性のシースとすることができる。この図示の実施形態において、エンドエフェクタ１７６０（例えば、顎、捕捉具）は、プーリ１７５０に連結される。ケーブル１７３０は、プーリ１７５０の周りに少なくとも部分的に巻き付くことができ、プーリ１７５０の運動を介して、エンドエフェクタ１７６０を制御することができる。ケーブル１７３０は、プーリ１７５０を介して、エンドエフェクタ１７６０を制御するための作動メカニズムに連結することが可能である。ケーブル１７３０を作動する作動メカニズムは、１つ以上のプーリ（例えば、エンドエフェクタ１７６０のベース近くに配置されたプーリ）とすればよい。この図示の実施形態において、顎１７６０Ａ、１７６０Ｂを含めて、エンドエフェクタ１７６０は、プーリ１７４０から切り離され、したがって、有利に、エンドエフェクタ１７６０は、負荷をプーリ１７４０に転移しない。すなわち、エンドエフェクタ１７６０の運動は、プーリ１７４０の周りに巻き付いたケーブルによってプーリ１７４０に与えられる運動から独立している。
【０１３３】
本明細書の諸実施形態で説明したように、本ツールは、肘部または屈曲部を有することができる。本ツールの制御を維持するために、ユーザ（例えば操作者、手術医）がツールの形状を知ることは、重要であり得る。本明細書に記載したツールの柔軟性セクション（例えば、柔軟性セクション１３０５）は、１つ以上のセンサ（例えば、複数センサ群）に連結することができ、これらセンサは、ツールの形状に基づいてデータを送信することが可能である。一実施形態において、このデータは、リアルタイムとすることができる。このデータは、有線または無線接続を介して送信することが可能である。
【０１３４】
これら１つ以上のセンサは、様々な種類のセンサ（例えば、歪みセンサ、ポジションセンサ）を含み得る。この１つ以上のセンサは、ツールおよび／または柔軟性セクション上またはその内部の任意の箇所に配置されることができる（例えば、ツールの長さ沿いに連結する、柔軟性コアに連結する、椎骨部に連結するなど）。これらのセンサは、様々な技法（例えば、生体適合性の膠または接着剤）を用いてツールに連結することが可能である。
【０１３５】
いくつかの実施形態において、柔軟性セクションの形状を計算する間接的方法を用いることが可能である。例えば、屈曲をもたらすケーブルの張力をモニタすることができる。屈曲を生じさせる役割をするケーブルの各々の相対的な張力が分かれば、屈曲を推定することができる。柔軟性セクションが屈曲されている間、当該柔軟性セクションを押圧する外部の力が存在しなければ、屈曲を生じさせるケーブル上の張力のこのようなモニタリングによって該屈曲の形状の推定を提供することが可能である。この推定をセンサからのデータと組み合わせて、ツールの形状（例えば屈曲）の推定を向上することができる。
【０１３６】
いくつかの実施形態において、ツールの形状をカメラでモニタすることが可能である。このカメラは、患者の体腔の中に挿入されたカメラとすればよい。このカメラは、ユーザを助力するため任意の場所に位置させることが可能である。カメラは、ツールに関するデータ（例えば画像）を処理ユニット（例えば、高操作性手術システム５の処理ユニット）に送信することができる。該処理ユニットは、画像をさらに処理し、ツールの柔軟性セクションを認識するためパターン認識技法を用いることが可能である。柔軟性セクションが認識されたならば、画像に基づいて屈曲のパラメータを計算することができる。これらのパラメータは、ツールの制御を維持する役割をする主処理ユニットに送信することが可能である。
【０１３７】
図１７Ａは、ツールの別の実施形態を示す。このツール１８００は、手首部１８０２を有することができ、ハウジング１８１１を含むことができる。図１７Ｂ〜図１７Ｃは、ハウジング１８１１を取り除いたツール１８００を示す。ツール１８００は、顎１８１０Ａ、１８１０Ｂのペアを備えたエンドエフェクタ１８１０を含むことができる。エンドエフェクタの他の実施形態を使うことも可能である。ツール１８００は、図１７Ｂ中に示されるように、様々なプーリを含むことができる。
【０１３８】
プーリ１８４５Ａ、１８４５Ｂは、プーリの第１セットとして配置される。プーリ１８５０Ａ、１８５０Ｂは、プーリの第２セットとして配置される。プーリ１８４５Ａ、１８４５Ｂの第１セット、およびプーリ１８５０Ａ、１８５０Ｂの第２セットは、ヨーク１８１２に連結することができ、該ヨークは、ツールシャフト（図示せず）に連結することができる。また、このツールは、プーリの第３セットとして配置されたプーリ１８２０Ａ、１８２０Ｂ、１８１５Ａ、１８１５Ｂを含むことが可能である。顎１８１０Ａ、１８１０Ｂは、プーリ１８１５Ａ、１８１５Ｂ、１８２０Ａ、１８２０Ｂの第３セットに連結することができる。この図示の実施形態において、顎１８１０Ａは、プーリ１８１５Ａ、１８１５Ｂに連結され、顎１８１０Ｂは、プーリ１８２０Ａ、１８２０Ｂに連結される。
【０１３９】
また、ツール１８００は、プーリの第４セットとして配置されたプーリ１８３５Ａ、１８３５Ｂを含むことができる。プーリ１８３５Ａの回転中心を、プーリ１８３５Ｂの回転中心からオフセットすることが可能である。一実施形態において、プーリ１８３５Ａは、プーリ１８３５Ｂよりも小さな直径を有することができる。また、ツール１８００は、プーリの第５セットとして配置されたプーリ１８４０Ａ、１８４０Ｂを含むことができる。プーリ１８４０Ａの回転中心を、プーリ１８４０Ｂの回転中心からオフセットすることが可能である。プーリ１８４０Ａは、プーリ１８４０Ｂよりも小さな直径を有することができる。プーリ１８３５Ａ、１８４０Ｂは、同一の回転軸に配置されることができる。プーリ１８３５Ｂ、１８４０Ａも、同一の回転軸に配置されることができる。プーリ１８３５Ａ、１８４０Ｂの回転中心は、プーリ１８４５Ａ、１８４５Ｂの第１セットおよびプーリ１８５０Ａ、１８５０Ｂの第２セットの回転中心からオフセットすることができる。プーリ１８３５Ｂ、１８４０Ａの回転中心は、プーリ１８４５Ａ、１８４５Ｂの第１セットおよびプーリ１８５０Ａ、１８５０Ｂの第２セットの回転中心からオフセットすることができる。
【０１４０】
図１７Ｃを参照すると、プーリ１８２５Ａ、１８２５Ｂは、プーリの第６セットとして配置される。プーリ１８３０Ａ、１８３０Ｂは、プーリの第７セットとして配置される。この図示の実施形態において、プーリ１８２５Ａ、１８３０Ａは、外側プーリであり、プーリ１８２５Ｂ、１８３０Ｂは、内側プーリである。外側プーリ１８２５Ａ、１８３０Ａの直径は、内側プーリ１８２５Ｂ、１８３０Ｂよりも小さくできる。
【０１４１】
プーリ１８２５Ａ、１８２５Ｂの第６セットおよびプーリ１８３０Ａ、１８３０Ｂの第７セットは、顎１８１０Ａ、１８１０Ｂのペアおよび／またはプーリ１８２０Ａ、１８２０Ｂ、１８１５Ａ、１８１５Ｂの第３セットに整列させることができる。いくつかの実施形態において、プーリ１８２０Ａ、１８２０Ｂ、１８１５Ａ、１８１５Ｂは、それぞれ、プーリ１８２５Ａ、１８２５Ｂ、１８３０Ｂ、１８３０Ａと整列し、これにより、プーリ１８２０Ａ、１８２０Ｂ、１８１５Ａ、１８１５Ｂとプーリ１８２５Ａ、１８２５Ｂ、１８３０Ｂ、１８３０Ａとの間で、それぞれ、ケーブルが真っすぐな経路に沿って延びることを可能にし、したがって、ケーブル中の曲がりおよびケーブルとプーリとの間の摩擦を有利に低減する。この配置の他の利点は、以降で説明する。
【０１４２】
プーリ１８１５Ａ、１８１５Ｂ、１８２０Ａ、１８２０Ｂの第３セットは、（例えば、ツール１８００中の他のプーリに比べて）大きな直径を有することができる。一実施形態において、プーリ１８１５Ａ、１８１５Ｂ、１８２０Ａ、１８２０Ｂの第３セットは、ツールシャフト（図示せず）の直径ほどの大きさの（例えば、ほぼ等しい）直径を有することが可能である。プーリ１８１５Ａ、１８１５Ｂ、１８２０Ａ、１８２０Ｂの第３セットは、相互に近接しておよび／または図１Ａ中に示されたツール３０のプーリ３２０Ａ、３２０Ｂよりもツールシャフトの中心軸に近接して、配置されることができる。プーリ１８１５Ａ、１８１５Ｂ、１８２０Ａ、１８２０Ｂの第３セットのこれらの配列および直径のサイズは、ケーブルの信頼性および耐用寿命（例えば、より少ない摩耗および裂傷）を有利に増大する。より大きなプーリは、より大きな直径を有するので、より大きなプーリを行き来するケーブルは、湾曲が少なく、したがって、ポジティブな方向で信頼性に影響する。プーリ１８１５Ａ、１８１５Ｂ、１８２０Ａ、１８２０Ｂの第３セットのこの配列は、プーリの他のセットの配列とともに、ツール１８００の１つ以上のケーブルがより少ない、より低度の急カーブを通ることを確実にし、同様に、ポジティブな方向で、ケーブルの信頼性および耐用寿命に影響する。プーリ１８１５Ａ、１８１５Ｂ、１８２０Ａ、１８２０Ｂの第３セットのこれらの配列および直径のサイズは、ケーブルがより少なくより低度の急カーブを通り、これによってより大きな力を顎にかけることができるので、図１Ａ中に示されたプーリ３２０Ａ、３２０Ｂよりも大きな力を顎に加えるようにアレンジされる。
【０１４３】
ツール１８００は、顎１８１０Ａ、１８１０Ｂを、（例えば、プーリ１８１５Ａ、１８１５Ｂ、１８２０Ａ、１８２０Ｂを介して、両顎を別々に回転させて）捕捉させる、（例えば、プーリ１８１５Ａ、１８１５Ｂ、１８２０Ａ、１８２０Ｂを介して、両顎を一緒に回転させて）ヨーイングさせる、および（例えば、ヨーク１８１２を介して軸１８１３の周りに回転させて）ピッチさせるなど、様々な仕方で動くよう作動させることができる。図１７Ｄ〜図１７Ｅは、ツール１８００の第１ケーブル１８５５Ａのケーブルルーティングを示す。他の諸実施形態で前に説明したように、ヨーク１８１２および／または顎１８１０Ａ、１８１０Ｂの１つまたは両方の運動をもたらすために、４つのケーブルを別々に制御することができる。各ケーブル端のこの別々の制御によって、手首部１８０２（図１７Ａ参照）およびエンドエフェクタ１８１０のより正確な動作を提供することができる。図１７Ｄ〜図１７Ｅのケーブルルーティングは、顎１８１０Ａを制御する。ツール１８００は、（本明細書に記載した３９０Ａ’、３９０Ａ”、３９０Ｂ’、３９０Ｂ”と同様に）４つのケーブル端を有する４つのケーブルを用いる。
【０１４４】
図１７Ｄを参照すると、第１ケーブル１８５５Ａは、ツールシャフト（図示せず）から始まる。第１ケーブル１８５５Ａは、プーリ１８４５Ａ、１８４５Ｂの第１セット中の１つのプーリの周りに少なくとも部分的に巻き付く。第１ケーブル１８５５Ａは、次いで、プーリ１８３５Ａ、１８３５Ｂの第４セット中の１つのプーリの周りに少なくとも部分的に巻き付く。第１ケーブル１８５５Ａは、その後、プーリ１８２５Ａ、１８２５Ｂの第６セット中の１つのプーリの周りに少なくとも部分的に巻き付く。第１ケーブル１８５５Ａは、次に、プーリ１８１５Ａ、１８１５Ｂ、１８２０Ａ、１８２０Ｂの第３セット中の１つのプーリの周りに少なくとも部分的に巻き付く。いくつかの実施形態において、第１ケーブル１８５５Ａは、図１７Ｄ中に示されるように、プーリ１８４５Ａ、１８３５Ａ、１８２５Ｂ、１８２０Ｂの周りに少なくとも部分的に巻き付く。ケーブル１８５５Ａは、プーリ１８２０Ｂに（図３Ａ中のビード３１５Ａなど、プーリのポケット中に保持されたビードへの圧着によって）固定的に連結することができる。いくつかの実施形態において、第１ケーブル１８５５Ａは、内側プーリ１８２０Ｂ、１８２５Ｂおよび外側プーリ１８３５Ａ、１８４５Ａの周りに少なくとも部分的に巻き付く。
【０１４５】
図１７Ｅを参照すると、第２ケーブル１８５５Ｂは、ツールシャフト（図示せず）から始まる。第２ケーブル１８５５Ｂは、プーリ１８５０Ａ、１８５０Ｂの第２セット中の１つのプーリの周りに少なくとも部分的に巻き付く。第２ケーブル１８５５Ｂは、次いで、プーリ１８４０Ａ、１８４０Ｂの第５セット中の１つのプーリの周りに少なくとも部分的に巻き付く。第２ケーブル１８５５Ｂは、その後、プーリ１８２５Ａ、１８２５Ｂの第６セット中の１つのプーリの周りに少なくとも部分的に巻き付く。第２ケーブル１８５５Ｂは、次に、プーリ１８１５Ａ、１８１５Ｂ、１８２０Ａ、１８２０Ｂの第３セット中の１つのプーリの周りに少なくとも部分的に巻き付く。いくつかの実施形態において、第２ケーブル１８５５Ｂは、図１７Ｅ中に示されるように、プーリ１８５０Ｂ、１８４０Ｂ、１８２５Ａ、１８２０Ａの周りに少なくとも部分的に巻き付く。いくつかの実施形態において、第２ケーブル１８５５Ｂは、外側プーリ１８２０Ａ、１８２５Ａおよび内側プーリ１８４０Ｂ、１８５０Ｂの周りに少なくとも部分的に巻き付く。
【０１４６】
図１７Ｄ〜図１７Ｅを参照すると、１つのケーブルだけが作動または張力付加されると、顎は、一方向に回転し、他方のケーブルが作動または張力付加されると、顎は、反対方向に回転することになる。さらに、ケーブル上に加える張力の量によって、顎１８１０Ａ、１８１０Ｂの位置を制御することができる。例えば、図１７Ｄ中に示されたケーブル１８５５Ａには、矢印線１８６０の方向に張力がかかり、ケーブル１８５５Ｂは、緩められる。顎１８１０Ａは、したがって、矢印線１８６２の方向に動くことになる。上記の代わりに、ケーブル１８５５Ｂに矢印線１８６５の方向に張力がかかると、顎１８１０Ａは、矢印線１８６７の方向に動くことになる。両方のケーブルに同時に張力がかかると、プーリ１８１５Ａ、１８１５Ｂ、１８２０Ａ、１８２０Ｂの第３セットは、回転しない。代わりに、プーリ１８１５Ａ、１８１５Ｂ、１８２０Ａ、１８２０Ｂの第３セットは、矢印線１８７０にように、紙面平面の中側への（すなわち、図１７Ａ中に示されたヨーク１８１２の軸１８１３の周りの）運動で動く。
【０１４７】
ケーブルの別のペアを、ケーブル１８５５Ａ、１８５５Ｂが顎１８１０Ａに連結されているのと同様な仕方で、顎１８１０Ｂに連結することができる。顎１８１０Ｂに取り付けられた前記他のケーブルのセットを引っ張るアクションについては、ケーブル１８５５Ａ、１８５５Ｂについて上記で説明したのと同様なので説明しない。上記の説明から、一実施形態における、顎１８１０Ａ、１８１０Ｂの運動は、４つの独立したケーブルを使ってどのように制御できるかが分かる。
【０１４８】
図１８Ａは、ツールの別の実施形態を示す。このツール１９００は、手首部１９０２、および２つの顎１９０１Ａ、１９０１Ｂを含む、エンドエフェクタ１９０１を有することができる。ツール１９００には、ツールシャフト１９１５に連結されたヨーク１９１０を含めることが可能である。図１８Ｂは、取り外されたヨーク１９１０を示す。ツール１９００は、プーリ１９３０Ａ、１９３０Ｂの第１セットを含むことができる。また、ツール１９００は、プーリ１９３５Ａ、１９３５Ｂの第２セットを含むことができる。プーリ１９３０Ａ、１９３０Ｂの第１セットの回転軸は、プーリ１９３５Ａ、１９３５Ｂの第２セットの回転軸と整列させることが可能である。ツール１９００は、プーリ１９０５Ａ、１９０５Ｂの第３セットを含むことができる。顎１９０１Ａ、１９０１Ｂは、プーリ１９０５Ａ、１９０５Ｂの第３セットに連結することが可能である。
【０１４９】
ツール１９００は、プーリ１９２０Ａ、１９２０Ｂの第４セット、およびプーリ１９２５Ａ、１９２５Ｂの第５セットを含むことができる。プーリ１９２０Ａ、１９２０Ｂの第４セットは、ツール１９００の一方側に配置されることができ、プーリ１９２５Ａ、１９２５Ｂの第５セットは、ツール１９００の他方側に配置されることができる。プーリ１９２０Ａ、１９２０Ｂの第４セットの回転軸は、プーリ１９２５Ａ、１９２５Ｂの第５セットの回転軸と整列させることが可能である。
【０１５０】
ツール１９００は、プーリ１９１０Ａ、１９１０Ｂの第６セット、およびプーリ１９１５Ａ、１９１５Ｂの第７セットをさらに含むことができる。プーリ１９１０Ａ、１９１０Ｂの第６セットは、ツール１９００の一方側に配置されることができ、プーリ１９１５Ａ、１９１５Ｂの第７セットは、ツール１９００の他方側に配置されることができる。プーリの第６セットと第７セットとは、プーリ１９１０Ａ、１９１０Ｂの第６セットの回転中心がプーリ１９１５Ａ、１９１５Ｂの第７セットの回転中心からオフセットされているので、相オフセットされたプーリである。
【０１５１】
ツール１９００は、顎１９０５Ａ、１９０５Ｂを、（例えば、プーリ１９０５Ａ、１９０５Ｂを介して、両顎を別々に回転させて）捕捉させる、（例えば、プーリ１９０５Ａ、１９０５Ｂを介して、両顎を一緒に回転させて）ヨーイングさせる、および（例えば、両顎を図１８Ａ中の紙面平面の中側に示された、ヨーク１９１０の軸１９１３の周りに回転させて）ピッチさせるなど、様々な仕方で動くよう作動させることができる。図１８Ｄは、第１ケーブル１９５０Ａおよび第２ケーブル１９５０Ｂのルーティングを示す。明瞭化のため、第１ケーブル１９５０Ａは、点線で示され、第２ケーブル１９５０Ｂは、実線で示されている。第１ケーブル１９５０Ａは、ツールシャフト１９１５から始まる。第１ケーブル１９５０Ａは、プーリ１９３０Ａ、１９３０Ｂの第１セット中の１つのプーリの周りに少なくとも部分的に巻き付く。第１ケーブル１９５０Ａは、次いで、プーリ１９２０Ａ、１９２０Ｂの第４セット中の１つのプーリの周りに少なくとも部分的に巻き付く。第１ケーブル１９５０Ａは、その後、プーリ１９１０Ａ、１９１０Ｂの第６セット中の１つのプーリの周りに少なくとも部分的に巻き付く。第１ケーブル１９５０Ａは、次に、プーリ１９０５Ａ、１９０５Ｂの第３セット中の１つのプーリの周りに少なくとも部分的に巻き付く。いくつかの実施形態において、第１ケーブル１９５０Ａは、プーリ１９０５Ａ、外側プーリ１９１０Ａ、外側プーリ１９２０Ａ、および外側プーリ１９３０Ａの周りに少なくとも部分的に巻き付く。ケーブル１９５０Ａは、プーリ１９０５Ａに（図３Ａ中のビード３１５Ａなど、プーリのポケット中に保持されたビードへの圧着によって）固定的に連結することができる。
【０１５２】
また、第２ケーブル１９５０Ｂも、ツールシャフト１９１５から始まる。第２ケーブル１９５０Ｂは、プーリ１９３０Ａ、１９３０Ｂの第１セット中の１つのプーリの周りに少なくとも部分的に巻き付く。第２ケーブル１９５０Ｂは、次いで、プーリ１９２０Ａ、１９２０Ｂの第４セット中の１つのプーリの周りに少なくとも部分的に巻き付く。第２ケーブル１９５０Ｂは、その後、プーリ１９０５Ａ、１９０５Ｂの第３セット中の１つのプーリの周りに少なくとも部分的に巻き付く。いくつかの実施形態において、第２ケーブル１９５０Ｂは、プーリ１９０５Ｂ、外側プーリ１９１０Ａ、内側プーリ１９２０Ｂ、および内側プーリ１９３０Ｂの周りに少なくとも部分的に巻き付く。第２ケーブル１９５０Ｂは、プーリ１９１０Ａ、１９１０Ｂの第６セット中の１つのプーリの周りには巻き付かない。ケーブル１９５０Ｂは、プーリ１９０５Ｂに（図３Ａ中のビード３１５Ａなど、プーリのポケット中に保持されたビードへの圧着によって）固定的に連結することができる。ケーブル１９５０Ａ、１９５０Ｂは、ツール１９００の近位端部の方へ延びる。
【０１５３】
顎１９１０Ａは、プーリ１９０５Ａに連結され、顎１９０１Ｂは、プーリ１９０５Ｂに連結される。第１ケーブル１９０５Ａは、プーリ１９０５Ａに連結して、顎１９０１Ａを制御することができる。第２ケーブルは、プーリ１９０５Ｂに連結して、顎１９０１Ｂを制御することができる。ケーブルの別のペア（１９０５Ｃ、１９０５Ｄ）は、プーリ群の反対側に沿って延びて、プーリ１９０５Ａおよび１９０５Ｂに連結することができ、それらのケーブルルーティングは、該ケーブルがプーリ１９１５Ａ、１９１５Ｂの周りに少なくとも部分的に巻き付くようになっていることを除けば、図１８Ｄ〜図１８Ｅ中に示されたのと同じ構成を有することになろう。いくつかの実施形態において、ケーブル１９０５Ａと１９０５Ｃとは一体であり、単一のケーブルを形成する。いくつかの実施形態において、ケーブル１９０５Ｂと１９０５Ｄとは一体であり、単一のケーブルを形成する。ケーブルの前記他方のセット（例えば、１９０５Ｃ、１９０５Ｄ）を引っ張るアクションについては、ケーブル１９５０Ａ、１９５０Ｂについて上記で説明したのと同様なので説明しない。
【０１５４】
上記の説明から、顎１９０１Ａ、１９０１Ｂの運動は、４つの独立したケーブル（例えば、４つの独立したケーブル端）を使ってどのように制御できるかが今や分かる。係合メカニズムを使って（例えば、図３Ａ中のビード３１５Ａなど、プーリのポケット中に保持されたビードへの圧着によって）、ケーブル１９５０Ａ、１９５０Ｂ、１９５０Ｃ、１９５０Ｄをプーリ１９０５Ａ、１９０５Ｂに連結することができる。
【０１５５】
例えば、ケーブル１９５０Ａに張力がかけられ、他のケーブルは緩められる。顎１９０１Ａは、プーリ１９０５Ａ、１９０５Ｂの第３セットによってかけられる張力にしたがって動くことになる。プーリ１９０５Ａの両側に張力がかかると（例えば、２つの独立したケーブルがある場合、両方のケーブルに同時に張力がかかると）、手首部は、図１８Ｅ中に示された矢印線１９６０の方向に動く。プーリ１９０５Ｂの両側に張力がかかると（例えば、２つの独立したケーブルがある場合、両方のケーブルに同時に張力がかかると）、手首部は、図１８Ｄ中に示された矢印線１９６５の方向に動く。上記の説明から、顎１９０１Ａ、１９０１Ｂの運動は、４つのケーブル（例えば、４つの独立したケーブル端を有する４つの独立したケーブル、または４つの独立したケーブル端を有する２つのケーブル）を使ってどのように制御できるかが今や分かる。
【０１５６】
本明細書では特定の実施形態を説明してきたが、これらの実施形態は、例示のためだけに提示されたものであり、本開示の範囲を限定することは意図されていない。実際上は、本明細書で説明した新規な方法およびシステムは、様々な他の形態で具現化することができる。さらに、本明細書に記載したシステムおよび方法に対し、本開示の精神から逸脱することなく、様々な省略、代替、および変更を加えることが可能である。添付の特許請求の範囲およびこれらと同等の事項は、本開示の範囲および精神内に含まれるような前述の形態および修改を網羅するよう意図されている。それ故、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲への参照だけによって定義される。
【０１５７】
特定の態様、実施形態または例に関連させて説明した特徴、材料、特性、または編成は、これらと両立しないものを除き、本セクションまたは本明細書の他の箇所に記載された一切の他の態様、実施形態または例に適用されると理解すべきである。本明細書（一切の添付の請求項、要約、および図面を含む）中に開示された特徴の全て、および／または開示された一切の方法またはプロセスのステップの全ては、かかる特徴および／またはステップの少なくとも一部が相互に排他的である組み合わせを除き、任意の組み合わせに結合することが可能である。前述のどの実施形態の細部に対する保護も制限はされない。この保護は、本明細書（一切の添付の請求項、要約、および図面を含む）に開示された特徴の一切の新規な事項または一切の新規な組み合わせ、もしくは開示された一切の方法またはプロセスの一切の新規な事項または一切の新規な組み合わせに対しても及ぶ。
【０１５８】
さらに、本開示中に別々の実装に関連させて説明された特定の諸特徴は、単一の実装に組み合わせて実装することもできる。逆に、単一の実装の文脈で記載された様々な特徴は、別個に複数の実装でまたは任意の適切なサブ組み合わせで実装することも可能である。さらに、諸特徴が特定の組み合わせで作用するとして上記で説明されていることがあるが、場合によっては、主張された組み合わせからの１つ以上の特徴をその組み合わせから削除し、その組み合わせをサブ組み合わせまたはサブ組み合わせの変形として請求することができる。
【０１５９】
さらに、オペレーションが特定の順序で図面に描かれ、明細書に記載されていることがあるが、かかるオペレーションは、所望の結果を達成するために、示された特定の順序または逐次順序で実施する必要はなく、あるいはそのオペレーションの全てを実施する必要はない。描かれていないまたは記載されていない他のオペレーションを、例示の方法またはプロセスに組み込むことも可能である。例えば、１つ以上の追加のオペレーションを、記載のオペレーションの任意のものの、前、後、それと同時に、あるいはそのオペレーションの間に実施することができる。さらに、他の実装において、これらオペレーションを再配置または再順序付けすることも可能である。当業者は、一部の実施形態において、提示および／または開示されたプロセス中で取られる実際のステップが、図面中に示されたものと異なり得ることをよく理解していよう。実施形態によっては、前述したステップのあるものは削除可能で、他のものを加えることが可能である。さらに、上記で開示した特定の実施形態の特徴および属性を異なる仕方で組み合わせさらなる実施形態を形成することができ、それらの全ては、本開示の範囲内に含まれる。また、上記で説明された実装中の様々なシステム構成部分の区別は、全ての実装においてかかる区別が必要であるとして理解されるべきではなく、記載された構成部分およびシステム群は、一般に単一の製品に一緒に組み込む、あるいは複数の製品にパッケージすることが可能であると理解されるべきである。
【０１６０】
本開示の目的のため、本明細書で特定の態様、利点、および新規な特徴を説明している。必ずしも、かかる利点の全てがいずれか特定の実施形態によって達成できるものではない。しかして、例えば、当業者は、必ずしも本明細書で教示または提案され得る他の利点を達成することなく、本明細書で教示された１つの利点または利点の群を達成するような仕方で、本開示を具現化または遂行できることを認識していよう。
【０１６１】
「できる（ｃａｎ）」、「できるだろう（ｃｏｕｌｄ）」、「かもしれない（ｍｉｇｈｔ）」または「可能である（ｍａｙ）」などの条件付き言語は、別段のことわりがある場合または使用の文脈内で理解される場合を除き、特定の特徴、要素、および／またはステップを特定の実施形態が含み、他の実施形態が含まないことを伝えるように一般に意図されている。したがって、かかる条件付き言語は、１つ以上の実施形態に対して特徴、要素、および／またはステップが何らか求められていること、あるいは、いずれか特定の実施形態中にこれらの特徴、要素、および／またはステップが含まれているかどうかを、もしくは該実施形態中でこれらが遂行されることになるかどうかを、ユーザの入力またはプロンプトの有無にかかわらず、判定するためのロジックを１つ以上の実施形態が必ず含むこと、を示唆するようには一般に意図されていない。
【０１６２】
語句「Ｘ、Ｙ、およびＺの少なくとも１つ」などの接続言語は、別段のことわりがある場合を除き、一般に、或る項目、用語などがＸ、Ｙ、またはＺのいずれかであり得ることを伝えるために使われる文脈によって、個別に理解される。したがって、かかる接続言語は、特定の実施形態がＸの少なくとも１つ、Ｙの少なくとも１つ、かつＺの少なくとも１つの存在を必要とすること、を示唆するようには一般には意図されていない。
【０１６３】
本明細書で使われる用語「おおよそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、「約（ａｂｏｕｔ）」、「一般に（ｇｅｎｅｒａｌｌｙ）」および「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」など、本明細書で使われる、程度の言語は、今後所望の機能を遂行するまたは所望の結果を達成するため定められた値、量または特性に近い、値、量、または特性を表す。例えば、用語「おおよそ」、「約」、「一般に」および「実質的に」は、定められた量から、１０％未満内、５％未満内、１％未満内、０．１％未満内、および０．０１％未満内の量を言うことができる。別の例として、特定の諸実施形態において、用語「一般に平行」および「実質的に平行」は、正確な平行から、１５度、１０度、５度、３度、１度、０．１度または別角度以下だけ離れている値、量、または特性を言う。
【０１６４】
本開示の範囲は、本セクション中または本明細書中の他の箇所の好適な実施形態の特定の開示によって限定されることは意図されておらず、本セクションまたは本明細書の他の箇所に提示された、または今後提示される特許請求の範囲によって定義することができる。特許請求の範囲の言語は、当該請求項の中で用いられている言語に基づいて広義に解釈されるべきであり、本明細書にまたは出願の手続きの過程で記載された例に限定されず、これらの例は包括的な例として理解すべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１４Ｅ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１７Ｄ】
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【図１７Ｅ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１８Ｄ】
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【図１８Ｅ】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年2月20日(2020.2.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最小侵襲性の手術ツールであって、
ツールシャフトと、
エンドエフェクタと、
前記ツールシャフトと前記エンドエフェクタとの間に配された多軸型手首部であって、前記手首部は、プーリの３つ以上のセットを含み、プーリの前記３つ以上のセットは、回転軸に沿って配置されるプーリの第１セットおよびプーリの第２セット、および異なる回転軸に沿って配置されるプーリの第３セットを含み、プーリの前記第３セットは前記エンドエフェクタに連結される、手首部と、
前記多軸型手首部および前記エンドエフェクタの１つまたは両方の動作をもたらすように構成された複数のモータを含む駆動メカニズムであって、前記駆動メカニズムは、複数のケーブルの４つのケーブル端を制御するように構成され、前記複数のケーブルは、プーリの前記第１セットの１つのプーリの周りに少なくとも部分的に、プーリの前記第２セットの１つのプーリの周りに少なくとも部分的に、およびプーリの前記第３セットの１つのプーリの周りに少なくとも部分的に巻き付く第１のケーブルと、プーリの前記第１セットの別のプーリの周りに少なくとも部分的に、プーリの前記第２セットの別のプーリの周りに少なくとも部分的に、およびプーリの前記第３セットの別のプーリの周りに少なくとも部分的に巻き付く第２のケーブルとを含み、ヨーまたはピッチ運動をもたらすために前記４つのケーブル端の間の相対的な張力を変化させるように、プーリの１セットは１つ以上のプーリを含み、前記複数のモータのうちの３つのモータだけが必要とされることを特徴とする、駆動メカニズムと、
を含む、手術ツール。
【請求項２】
プーリの前記第３セットは、プーリの前記第３セットがプーリの前記第１セットに対して角度を付けられる、請求項１に記載の手術ツール。
【請求項３】
プーリの前記第３セットの回転軸は、プーリの前記第１セットおよびプーリの前記第２セットの回転軸に対して角度を付けられる、請求項１に記載の手術ツール。
【請求項４】
プーリの前記第２セットからのケーブルがプーリの前記第３セットまで真っすぐな経路を延びて、これにより前記ケーブルとプーリとの間の摩擦が最小になるように、プーリの前記第３セットは配置される、請求項１に記載の手術ツール。
【請求項５】
プーリの前記第１セットはプーリの第４セットと直列に配置され、プーリの前記第２セットはプーリの第５セットと直列に配置され、プーリの前記第４セットおよびプーリの前記第５セットは回転軸に沿って配置され、プーリの前記第３セットの前記回転軸は、プーリの前記第４セットおよびプーリの前記第５セットの前記回転軸に対して角度を付けられる、請求項１に記載の手術ツール。
【請求項６】
プーリの前記第４セットの１つのプーリ上およびプーリの前記第５セットの１つのプーリ上の溝は、プーリの前記第３セット上の溝と整列される、請求項５に記載の手術ツール。
【請求項７】
プーリの前記第３セット（３２０Ａ、３２０Ｂ）がプーリの前記第１セットに直交するように、プーリの前記第３セットは配置される、請求項１に記載の手術ツール。
【請求項８】
プーリの前記第１セットおよびプーリの前記第２セットに対して角度を付けられるプーリの第４セットおよびプーリの第５セットをさらに含み、プーリの前記第４セットおよびプーリの前記第５セットの各々は、角度付きくさび具（４２６Ａ）によって維持される、請求項１に記載の手術ツール。
【請求項９】
前記角度付きくさび具は相互に角度付けされた２つの軸棒を含む、請求項８に記載の手術ツール。
【請求項１０】
前記駆動メカニズムは４つの電気モータを含み、前記４つのモータの各々は、前記４つのケーブル端のうちの１つを別々に制御するように構成される、請求項１に記載の手術ツール。
【請求項１１】
モータパックに着脱可能に連結可能な結合ユニットをさらに含み、前記モータパックが非殺菌でありえるように、前記結合ユニットは無菌バリヤを提供する、請求項１に記載の手術ツール。
【請求項１２】
前記駆動メカニズムは、前記４つの独立したケーブルの各々の長さを変化させるように構成された撚り紐の伝動媒体を含む、請求項１に記載の手術ツール。
【請求項１３】
前記手術ツールの長手軸に対してプーリの位置を変化させるように構成されたロッカーメカニズムをさらに含む、請求項１に記載の手術ツール。
【請求項１４】
前記手術ツールの長手軸に沿って前後に直線的にスライドするように構成されたシャトルメカニズムをさらに含み、前記シャトルメカニズムは、１つのケーブルの張力を増大し、別のケーブルの張力を減少または緩める、請求項１に記載の手術ツール。
【請求項１５】
プーリの前記第１セットおよびプーリの前記第２セットが延長軸棒の軸に沿って配置されるように、プーリの前記第１セットおよびプーリの前記第２セットと連結されたヨークの前記延長軸棒をさらに含み、プーリの前記第１セットは前記ヨークの一側上にあり、プーリの前記第２セットは前記ヨークの他側上にある、請求項１に記載の手術ツール。
【外国語明細書】
2020072976000001.pdf