(57)【要約】【課題】ロボット外科用システムトルク変換検知の提供。【解決手段】器具駆動ユニットの反応トルクトランスデューサのトルク測定値を検証する方法は、コントローラが、検証信号を受信することと、トルクの許容可能な範囲を生成することと、トルク信号を受信することと、トルク信号をトルクの許容可能な範囲と比較することと、モータによって加えられたトルクがトルクの許容可能な範囲の外側にある場合、モータを停止することと、を含む。検証信号は、モータによって引き込まれた電流を示し、トルク信号は、モータによって加えられたトルクを示す。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット外科用システムの器具駆動ユニットのトルクトランスデューサのトルク測定値を検証するための制御回路を動作させる方法であって、前記制御回路は、第１のセンサと第１の反応トルクトランスデューサと第１のコントローラとを含み、前記方法は、
前記第１のセンサが、前記器具駆動ユニットの第１のモータによって引き込まれた第１の電流を検出することと、
前記第１のセンサが、前記第１のモータによって引き込まれた前記第１の電流を示す第１の検証信号を前記第１のコントローラに送信することと、
前記第１の反応トルクトランスデューサが、前記器具駆動ユニットの前記第１のモータによって送出されたトルクを検出することと、
前記第１のコントローラが、前記第１のコントローラに送信された前記第１の検証信号に基づいてトルク値の許容可能な範囲を特定することと、
前記第１のコントローラが、前記第１のモータによって引き込まれた前記検出された第１の電流と、前記第１のモータによって送出された前記検出されたトルクとを比較することにより、前記第１の検証信号に基づいて、前記第１のモータによって送出された前記検出されたトルクが前記トルク値の許容可能な範囲内にあることを検証することと、
前記第１の検証信号に基づいて、前記器具駆動ユニットの前記第１のモータによって送出された前記検出されたトルクが前記トルク値の許容可能な範囲の外側にある場合、前記第１のコントローラが、前記第１のモータを停止することと
を含む、方法。
【請求項２】
前記第１の反応トルクトランスデューサは、前記第１のモータから電気的に分離されており、前記方法は、
前記第１の反応トルクトランスデューサが、前記第１のモータによって送出された前記トルクを測定することと、
前記第１の反応トルクトランスデューサが、前記第１のモータによって送出された前記トルクを示すトルク信号を前記比較を実行する前記第１のコントローラに伝送することと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記検出されたトルクが前記トルク値の許容可能な範囲の外側にある場合、前記第１のコントローラが、障害信号を生成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のコントローラが、前記障害信号生成することは、前記第１のコントローラが、フィードバックを臨床家に提供することを含み、前記フィードバックは、可聴的なフィードバック、視覚的なフィードバック、触覚的なフィードバック、または、これらの組み合わせである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１のセンサが、前記第１の検証信号を生成することと、
前記第１のセンサが、前記第１の検証信号を前記第１のコントローラに伝送することと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記制御回路は、第２のセンサと第２反応トルクトランスデューサと第２のコントローラとをさらに含み、前記方法は、
前記第２のセンサが、前記器具駆動ユニットの第２のモータによって引き込まれた第２の電流を検出することと、
前記第２のセンサが、前記第２のモータによって引き込まれた前記第２の電流を示す第２の検証信号を前記第２のコントローラに送信することと、
前記第２の反応トルクトランスデューサが、前記器具駆動ユニットの前記第２のモータによって送出されたトルクを検出することと、
前記第２のコントローラが、前記第２のコントローラに送信された前記第２の検証信号に基づいてトルク値の許容可能な範囲を特定することと、
前記第２のコントローラが、前記第２モータによって引き込まれた前記検出された第２の電流と、前記第２のモータによって送出された前記検出されたトルクとを比較することにより、前記第２の検証信号に基づいて、前記第２のモータによって送出された前記検出されたトルクが前記トルク値の許容可能な範囲内にあることを検証することと、
前記第２の検証信号に基づいて、前記器具駆動ユニットの前記第２のモータによって送出された前記検出されたトルクが前記トルク値の許容可能な範囲の外側にある場合、前記第２のコントローラが、前記第２のモータを停止することと
をさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
ロボット外科用システムの器具駆動ユニットの複数のモータのための制御回路であって、
前記器具駆動ユニットの第１のモータによって引き込まれた電流を検出するように構成された第１のセンサと、
前記第１のモータによって加えられたトルクを検出するように構成された第１の反応トルクトランスデューサと、
前記第１のセンサおよび前記第１の反応トルクトランスデューサと通信し、かつ、前記第１のモータを制御するように構成された第１のコントローラと
を備え、
前記第１のコントローラは、
前記第１のモータによって引き込まれた前記電流を示す第１の検証信号を受信することと、
前記第１の検証信号に基づいてトルク値の許容可能な範囲を特定することと、
前記第１のモータによって引き込まれた前記検出された電流と、前記第１のモータによって送出された前記検出されたトルクとを比較することにより、前記第１の検証信号に基づいて、前記第１のモータによって送出された前記検出されたトルクが前記トルク値の許容可能な範囲内にあることを検証することと
を行うように構成されている、制御回路。
【請求項８】
前記器具駆動ユニットの第１のモータによって引き込まれた電流を検出するように構成された第２のセンサと、
前記第２のモータによって加えられたトルクを検出するように構成された第２の反応トルクトランスデューサと、
前記第２のセンサおよび前記第２の反応トルクトランスデューサと通信し、かつ、前記第２のモータを制御するように構成された第２のコントローラと
をさらに備え、
前記第２のコントローラは、
前記第２のモータによって引き込まれた前記電流を示す第２の検証信号を受信することと、
前記第２の検証信号に基づいてトルク値の許容可能な範囲を特定することと、
前記第２モータによって引き込まれた前記検出された電流と、前記第２モータによって送出された前記検出されたトルクとを比較することにより、前記第２の検証信号に基づいて、前記第２のモータによって送出された前記検出されたトルクが前記トルク値の許容可能な範囲内にあることを検証することと
を行うように構成されている、請求項７に記載の制御回路。
【請求項９】
前記複数のモータのそれぞれと電気通信するモータエネルギー源をさらに備え、前記モータエネルギー源は、各反応トルクトランスデューサから電気的に分離されている、請求項８に記載の制御回路。
【請求項１０】
各センサは、前記モータエネルギー源から各モータによって引き込まれたそれぞれの電流を検出するように構成されている、請求項９に記載の制御回路。
【請求項１１】
各反応トルクトランスデューサは、各モータによって加えられたトルクによって誘発された機械的特性を検出するように構成されている、請求項８に記載の制御回路。
【請求項１２】
前記機械的特性は、歪みである、請求項１１に記載の制御回路。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年６月１６日に出願された米国仮特許出願第６２／１８０，１２４号の利益及びそれに対する優先権を主張し、その開示全体が、本明細書に参照によって組み込まれる。
【０００２】
ロボット外科用システムは、最小侵襲医療手技に使用されている。かかる医療手技の間、ロボット外科用システムは、ユーザインターフェースとインターフェースを取る外科医により制御される。ユーザインターフェースは、外科医が、患者に作用するエンドエフェクタを操作することを可能にする。ユーザインターフェースは、ロボット外科用システムを制御するために外科医によって移動可能な入力コントローラまたはハンドルを有する。
【０００３】
ロボット外科用システムのエンドエフェクタは、ロボットアームに接続される外科用器具の端部に位置決めされる。各エンドエフェクタは、器具駆動ユニット（ＩＤＵ）によって操作することができる。ＩＤＵは、エンドエフェクタと関連付けられた駆動モータを有してもよいし、それぞれの軸の周りでエンドエフェクタを移動するように、またはエンドエフェクタの特定の機能を作動する（例えば、エンドエフェクタのあご部を接近させる、旋回させる等）ように構成されてもよい。
【０００４】
ロボット外科用システムにおける安全性システムは、駆動モータ電流を監視していた。測定されたモータ電流が予め設定された安全性閾値を超えた場合、障害が推定され、モータは、オフにされる。これらのシステムは、モータ出力における実際の力を考慮していなかったので、それらは、異なる種類の障害を検出する能力が限られていた。
【０００５】
純粋な高電流引き込みと関連付けられたものを超える異なる種類の障害を特定することができるロバストな器具駆動ユニット障害検出の必要性が存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の態様において、器具駆動ユニットのトルクトランスデューサのトルク測定値を検証することが、器具駆動ユニットのモータによって引き込まれた電流を示す検証信号を受信することを含んでもよい。検証信号に基づいて許容可能なトルク範囲が、特定されてもよい。トルク測定値は、許容可能なトルク範囲と比較されてもよい。トルク測定値が許容可能なトルク範囲の外側にある場合、モータは、停止されてもよい。
【０００７】
態様において、方法は、モータから電気的に分離された反応トルクトランスデューサを用いて、モータによって加えられたトルクを測定することを含んでもよい。反応トルクトランスデューサは、トルク信号をコントローラに伝送してもよい。方法はまた、モータによって加えられたトルクがトルクの許容可能な範囲の外側にあるときに、障害信号を生成することを含んでもよい。障害信号を生成することは、臨床家への可聴的、視覚的、または触覚的フィードバックの形態で、フィードバックを臨床家に提供することを含んでもよい。
【０００８】
一部の態様において、センサは、検証信号をコントローラに伝送してもよい。センサは、モータによって引き込まれた電流を測定して、検証信号を生成してもよい。
【０００９】
本開示の別の態様では、器具駆動ユニットのモータのための制御回路は、センサ、反応トルクトランスデューサ、及びコントローラを含む。センサは、モータによって引き込まれた電流を検出するように構成され、反応トルクトランスデューサは、モータによって加えられたトルクを検出するように構成される。コントローラは、センサ及び反応トルクトランスデューサと通信して、モータを制御するように構成される。コントローラは、モータによって引き込まれた検出された電流を、モータによって加えられた検出されたトルクと比較して、検出されたトルクが、モータによって引き込まれた検出された電流のためのトルク値の許容可能な範囲内にあることを検証するように構成される。
【００１０】
態様において、制御回路は、モータと電気通信するモータエネルギー源を含む。モータエネルギー源は、反応トルクトランスデューサから電気的に分離されてもよい。センサは、モータエネルギー源からモータによって引き込まれた電流を検出するように構成されてもよい。
【００１１】
一部の態様において、反応トルクトランスデューサは、モータによって加えられたトルクによって誘発された機械的特性を検出するように構成される。機械的特性は、歪みであってもよい。
【００１２】
本開示の別の態様では、ロボット外科用システムの器具駆動ユニットは、固定プレート、第１のモータ、第１の反応トルクトランスデューサ、第１のセンサ、及び第１のコントローラを含む。第１のモータは、第１の駆動シャフトを有し、第１の反応トルクトランスデューサは、第１のモータを固定プレートに取り付けるために第１の駆動シャフトの周りに配置される。第１の反応トルクトランスデューサは、第１のモータによって送出されたトルクを検出するように構成される。第１のセンサは、第１のモータによって引き込まれた電流を検出するように構成される。第１のコントローラは、第１のモータを制御するように構成される。第１のコントローラは、第１のセンサ及び第１の反応トルクトランスデューサと通信する。第１のコントローラは、第１のモータによって引き込まれた検出された電流を、第１のモータによって送出された検出されたトルクと比較して、検出されたトルクが、第１のモータによって引き込まれた検出された電流のためのトルク値の許容可能な範囲内にあることを検証するように構成される。
【００１３】
態様において、器具駆動ユニットは、第２のモータ、第２の反応トルクトランスデューサ、及び第２のセンサを含む。第２のモータは、第２の駆動シャフトを有し、第２の反応トルクトランスデューサは、第２のモータを固定プレートに取り付けるために第２の駆動シャフトの周りに配置される。第２の反応トルクトランスデューサは、第２のモータによって送出されたトルクを検出するように構成される。第２のセンサは、第２のモータによって引き込まれた電流を検出するように構成される。第１のコントローラは、第２のモータを制御するように構成される。第１のコントローラは、第２のセンサ及び第２の反応トルクトランスデューサと通信する。第１のコントローラは、第２のモータによって引き込まれた検出された電流を、第２のモータによって送出された検出されたトルクと比較して、検出されたトルクが、第２のモータによって引き込まれた検出された電流のためのトルク値の許容可能な範囲内にあることを検証するように構成される。
【００１４】
一部の態様において、器具駆動ユニットは、第３のモータ、第３の反応トルクトランスデューサ、第３のセンサ、及び第２のコントローラを含む。第３のモータは、第３の駆動シャフトを有し、第３の反応トルクトランスデューサは、第３のモータを固定プレートに取り付けるために第３の駆動シャフトの周りに配置される。第３の反応トルクトランスデューサは、第３のモータによって送出されたトルクを検出するように構成される。第３のセンサは、第３のモータによって引き込まれた電流を検出するように構成される。第２のコントローラは、第３のモータを制御するように構成される。第２のコントローラは、第３のセンサ及び第３の反応トルクトランスデューサと通信する。第２のコントローラは、第３のモータによって引き込まれた検出された電流を、第３のモータによって送出された検出されたトルクと比較して、検出されたトルクが、第３のモータによって引き込まれた検出された電流のためのトルク値の許容可能な範囲内にあることを検証するように構成される。
【００１５】
本開示の例示的な実施形態の更なる詳細及び態様は、添付の図面を参照して以下により詳細に説明される。
例えば、本願は以下の項目を提供する。
（項目１）
器具駆動ユニットのトルクトランスデューサのトルク測定値を検証する方法であって、
前記器具駆動ユニットのモータによって引き込まれた電流を示す検証信号を受信することと、
前記検証信号に基づいて許容可能なトルク範囲を特定することと、
前記トルク測定値を前記許容可能なトルク範囲と比較することと、
前記トルク測定値が前記許容可能なトルク範囲の外側にある場合、前記モータを停止することと、を含む、方法。
（項目２）
前記モータから電気的に分離される反応トルクトランスデューサを用いて、前記モータによって加えられた前記トルクを測定することを更に含み、前記反応トルクトランスデューサが、トルク信号を、前記比較を実行するコントローラに伝送する、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記トルク測定値が前記許容可能なトルク範囲の外側にあるときに、障害信号を生成することを更に含む、項目１に記載の方法。
（項目４）
前記障害信号生成することが、フィードバックを臨床家に提供することを含み、前記フィードバックが、可聴的、視覚的、触覚的、またはそれらの組み合わせである、項目３に記載の方法。
（項目５）
センサを用いて前記検証信号を生成することを更に含み、前記センサが、前記検証信号をコントローラに伝送する、項目１に記載の方法。
（項目６）
前記センサを用いて前記モータによって引き込まれた電流を測定することを更に含む、項目５に記載の方法。
（項目７）
器具駆動ユニットのモータのための制御回路であって、
前記モータによって引き込まれた電流を検出するように構成されたセンサと、
前記モータによって加えられたトルクを検出するように構成された反応トルクトランスデューサと、
前記センサ及び前記反応トルクトランスデューサと通信し、かつ前記モータを制御するように構成されたコントローラであって、前記モータによって引き込まれた前記検出された電流を、前記モータによって加えられた前記検出されたトルクと比較して、前記検出されたトルクが、前記モータによって引き込まれた前記検出された電流のためのトルク値の許容可能な範囲内にあることを検証するように構成された、コントローラと、を備える、制御回路。
（項目８）
前記モータと電気通信するモータエネルギー源を更に備え、前記モータエネルギー源が、前記反応トルクトランスデューサから電気的に分離される、項目７に記載の制御回路。
（項目９）
前記センサが、前記モータエネルギー源から前記モータによって引き込まれた電流を検出するように構成される、項目８に記載の制御回路。
（項目１０）
前記反応トルクトランスデューサが、前記モータによって加えられたトルクによって誘発された機械的特性を検出するように構成される、項目７に記載の制御回路。
（項目１１）
前記機械的特性が歪みである、項目１０に記載の制御回路。
（項目１２）
ロボット外科用システムの器具駆動ユニットであって、
固定プレートと、
第１の駆動シャフトを有する第１のモータと、
前記第１のモータを前記固定プレートに取り付けるために前記第１の駆動シャフトの周りに配置され、かつ前記第１のモータによって送出されたトルクを検出するように構成された第１の反応トルクトランスデューサと、
前記第１のモータによって引き込まれた電流を検出するように構成された第１のセンサと、
前記第１のモータを制御するための第１のコントローラであって、前記第１のコントローラが、前記第１のセンサ及び第１の反応トルクトランスデューサと通信し、前記第１のコントローラが、前記第１のモータによって引き込まれた前記検出された電流を、前記第１のモータによって送出された前記検出されたトルクと比較して、前記検出されたトルクが、前記第１のモータによって引き込まれた前記検出された電流のためのトルク値の許容可能な範囲内にあることを検証するように構成された、前記第１のコントローラと、を備える、器具駆動ユニット。
（項目１３）
第２の駆動シャフトを有する第２のモータと、
前記第２のモータを前記固定プレートに取り付けるために前記第２の駆動シャフトの周りに配置され、前記第２のモータによって送出されたトルクを検出するように構成された第２の反応トルクトランスデューサと、
前記第２のモータによって引き込まれた電流を検出するように構成された第２のセンサであって、前記第１のコントローラが、前記第２のモータを制御するように構成され、前記第１のコントローラが、前記第２のセンサ及び前記第２の反応トルクトランスデューサと通信し、前記第１のコントローラが、前記第２のモータによって引き込まれた前記検出された電流を、前記第２のモータによって送出された前記検出されたトルクと比較して、前記検出されたトルクが、前記第２のモータによって引き込まれた前記検出された電流のためのトルク値の許容可能な範囲内にあることを検証するように構成された、第２のセンサと、を更に備える、項目１２に記載の器具駆動ユニット。
（項目１４）
第３の駆動シャフトを有する第３のモータと、
前記第３のモータを前記固定プレートに取り付けるために前記第３の駆動シャフトの周りに配置され、かつ前記第３のモータによって送出されたトルクを検出するように構成された第３の反応トルクトランスデューサと、
前記第３のモータによって引き込まれた電流を検出するように構成された第３のセンサと、
前記第３のモータを制御するための第２のコントローラであって、前記第２のコントローラが、前記第３のセンサ及び前記第３の反応トルクトランスデューサと通信し、前記第３のコントローラが、前記第３のモータによって引き込まれた前記検出された電流を、前記第３のモータによって送出された前記検出されたトルクと比較して、前記検出されたトルクが、前記第３のモータによって引き込まれた前記検出された電流のためのトルク値の許容可能な範囲内にあることを検証するように構成された、第２のコントローラと、を更に備える、項目１２に記載の器具駆動ユニット。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
本開示の様々な態様は、図面を参照して下記に説明され、それらの図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する。
【００１７】
【図１】ユーザインターフェース及びロボットシステムの概略図である。
【図２】図１のロボットシステムの器具駆動ユニットの側面断面図である。
【図３】図２の３−３断面線に沿って取られた断面図である。
【図４】図２の器具駆動ユニットの制御回路の概略図である。
【図５】図１の器具駆動ユニットを制御する方法を例解するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本開示の実施形態が、図面を参照して詳細に説明され、図面中、同じ参照番号は、いくつかの図のそれぞれにおける同一または対応する要素を示す。本明細書に使用される際、用語「臨床家」は、医師、看護師、または任意の他の看護提供者のことを言い、支援要員を含み得る。この説明全体を通して、用語「近位」は、臨床家に最も近いデバイスまたはそれの構成要素の部分のことを言い、用語「遠位」は、臨床家から最も遠いデバイスまたはそれの構成要素の部分のことを言う。
【００１９】
本開示は、一般に、モータによって加えられたトルクを測定して、トルク信号を、モータを駆動するコントローラに提供するトルクトランスデューサ（例えば、１次センサ）を含むロボット外科用システムのための器具駆動ユニット（ＩＤＵ）に関する。ＩＤＵはまた、モータへの入力を測定して、検証信号をコントローラに提供する２次センサを含む。コントローラは、トルク信号及び検証信号を比較して、トルクトランスデューサが適切に機能していることを確保する。トルク信号が、所与の検証信号のための値の許容可能な範囲の外側にある場合、コントローラは、障害信号を生成し、及び／またはロボット外科用システムを停止する。
【００２０】
本明細書に詳述されるように、ＩＤＵは、１次センサとして反応トルクトランスデューサを含む。しかしながら、１次センサは、インライン式のトルクトランスデューサであってもよいことが考えられる。
【００２１】
図１を参照すると、ロボット外科用システム１が示され、ロボットシステム１０、処理装置３０、及びユーザインターフェース４０を含む。ロボットシステム１０は、一般に、連動機構１２及びロボットベース１８を含む。連動機構１２は、エンドエフェクタまたはツール２０を有する外科用器具を移動可能に支持し、それは、組織に作用するように構成される。連動機構１２は、複数の部材１３をそれぞれ有するアームの形態であってもよい。複数の部材１３のうちのある部材１３ａは、組織に作用するように構成されるエンドエフェクタまたはツール２０を支持する端部１４を有する。加えて、部材１３ａの端部１４は、手術部位「Ｓ」を画像化するための画像化デバイス１６を含んでもよい。連動機構１２の複数の部材１３のそれぞれは、接合部１５の周りに互いに接続されてもよい。ユーザインターフェース４０は、処理ユニット３０を通してロボットベース１８と通信する。
【００２２】
ユーザインターフェース４０は、３次元画像を表示するように構成された表示デバイス４４を含む。表示デバイス４４は、手術部位「Ｓ」の３次元画像を表示し、それは、部材１３ａの端部１４上に位置決めされた画像化デバイス１６によって捕捉されたデータを含み得る及び／または外科手術室の周りに位置決めされた画像化デバイス（例えば、手術部位「Ｓ」内に位置決めされた画像化デバイス、患者「Ｐ」に隣接して位置決めされた画像化デバイス、画像化アーム５２のデータ遠位端において位置決めされた画像化デバイス５６）によって捕捉されたデータを含み得る。画像化デバイス（例えば、画像化デバイス１６、５６）は、手術部位「Ｓ」の視覚画像、赤外画像、超音波画像、Ｘ線画像、熱画像、及び／または任意の他の既知の実時間画像を捕捉してもよい。画像化デバイスは、捕捉された画像化データを処理ユニット３０に伝送し、その処理ユニットは、画像化データから実時間に手術部位「Ｓ」の３次元画像を生成し、３次元画像を表示のために表示デバイス４４に伝送する。
【００２３】
ユーザインターフェース４０はまた、入力ハンドル４２を含み、それは、臨床家が、ロボットシステム１０を操作する（例えば、連動機構１２、連動機構１２の端部１４、及び／またはツール２０を移動させる）ことを可能にする。入力ハンドル４２のそれぞれは、処理装置３０と通信し、制御信号をそれに伝送し、それからフィードバック信号を受信する。入力ハンドル４２のそれぞれは、入力デバイスを含んでもよく、それは、外科医が、部材１３ａの端部１４において支持されたツール２０を操作する（例えば、つかむ、把持する、焼く、開く、閉じる、回転する、突く、薄く切る等）ことを可能にする。
【００２４】
ロボット外科用システム１の構築及び動作の詳細な記述のために、参照が、「医療ワークステーション」と題された米国特許公開第２０１２／０１１６４１６号になされ得る。
【００２５】
また、図２及び３を参照すると、器具駆動ユニット（ＩＤＵ）６０は、端部１４に隣接する部材１３ａ内に配置されるか、またはその部材１３ａ上に支持される。ＩＤＵ６０は、端部１４に連結されたツール２０と動作的に関連付けられ、処理装置３０から伝送されたツール信号に応答してツール２０を操作する。ＩＤＵ６０は、モータ６２を含み、それらは、それぞれのコンバータ６４及びそれぞれの反応トルクトランスデューサ６８にそれぞれ動作可能に連結される。各モータ６２は、モータ６２に供給されたエネルギーに応答して、１次センサまたは反応トルクトランスデューサ６８を通って延在する駆動シャフト６３を回転させる。コンバータ６４は、モータ６２の駆動シャフト６３の回転を駆動ロッド及び／またはケーブル（図示しない）の直線運動に変換する。コンバータ６４は、ＩＤＵ６０の固定プレート６１に取り付けられてもよい。反応トルクトランスデューサ６８は、モータ６２によって加えられたまたはコンバータ６４へと送出されたトルクを測定し、それゆえ、ツール２０に加えられた力を測定する。反応トルクトランスデューサ６８は、モータ６２の駆動シャフト６３の周りに位置決めされ、モータ６２をＩＤＵ６０の固定プレート６１に取り付ける。
【００２６】
反応トルクトランスデューサ６８の構築及び動作の詳細な記述のために、参照が、２０１５年２月５日に出願され、「Ｉｎｐｕｔ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ  ｆｏｒ  Ｒｏｂｏｔｉｃ  Ｓｕｒｇｉｃａｌ  ＳｙｓＴｅｍｓ」と題された国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ１５／１４５４２号になされ得、その内容全体が、参照によって本明細書に組み込まれる。
【００２７】
図２及び３を参照すると、ＩＤＵ６０は、本開示に従って提供されるコントローラ１２６をそれぞれ含む１つ以上の回路基板８０を含む。以下に詳述されるように、コントローラ１２６は、単一のコントローラ１２６の観点で詳述される。しかしながら、ＩＤＵ６０は、１つ以上のコントローラ１２６を有してもよいことを認識されたい。コントローラ１２６は、１つ以上の反応トルクトランスデューサ６８と通信する。図示されるように、コントローラ１２６は、リード１４２によって反応トルクトランスデューサ６８と、及びリード１４４によって別の反応トルクトランスデューサ６８と通信する。各リード１４２、１４４は、トルクが、それぞれのトルクトランスデューサ６８によって検知されるモータ６２によって加えられていることを示すトルク信号をコントローラ１２６に運ぶ。
【００２８】
モータ６２によって加えられたトルクは、反応トルクトランスデューサ６８によって精密に測定されてもよいが、モータ６２によって加えられたトルクはまた、モータ６２によって引き込まれた電流の量からも計算することができる。以下に詳述されるように、この計算されたトルクは、測定されたトルク（すなわち、反応トルクトランスデューサ６８によって検出されたトルク）が、モータ６２によって引き込まれた電流の検出された量のための値の許容可能な範囲内にあることを検証するために使用することができる。検出されたトルクが、引き込まれた電流の検出された量のための値の許容可能な範囲内にあることを検証することによって、障害が生成されてもよいし、及び／またはモータ６２は、検出されたトルクが、引き込まれた電流の検出された量のための値の許容可能な範囲の外側にある場合、停止されてもよい。検出されたトルクが、引き込まれた電流の検出された量のための値の許容可能な範囲の外側にあるときに、反応トルクトランスデューサ６８は、故障した可能性があることが理解される。
【００２９】
図２及び３を引き続き参照すると、ＩＤＵ６０は、検証信号を回路基板８０に提供するセンサ１５２、１５４を含む。センサ１５２、１５４は、それぞれのモータ６２とそれぞれ関連付けられ、それぞれのモータ６２によって引き込まれた電流の量を検出する。各センサ１５２、１５４は、次いで、それぞれのモータ６２によって引き込まれた電流の量を示すそれぞれの検証信号をコントローラ１２６に送信する。コントローラ１２６は、検証信号をトルク信号と比較して、トルク信号が、検証信号に関する値の許容可能な範囲内にあることを検証する。
【００３０】
センサ１５２、１５４は、トルクを検出して、検出された電流から電流を生成してもよいことが考えられる。かかる実施形態では、コントローラは、検証信号の電流をトルク信号と比較して、トルク信号が、検証信号に関する値の許容可能な範囲内にあることを検証する。
【００３１】
図４に関して、制御回路１２０は、トルク信号を検証信号と比較して、検出されたトルクが、モータ６２によって引き込まれた電流量のための値の許容可能な範囲内にあることを検証する。制御回路１２０は、モータ６２の反応トルクを検出して、モータ６２によって引き込まれた電流の量を検出し、検出されたトルクが、モータ６２によって引き込まれた電流の量のための値の許容可能な範囲内にあることを検証する。
【００３２】
制御回路１２０は、モータ６２、反応トルクトランスデューサ６８、電圧源１２１、フィルタ１２２、増幅器１２４、コントローラ１２６、及びセンサ１５２を含む。反応トルクトランスデューサ６８は、リード１３２によってフィルタ１２２に運ばれるトルク信号を生成する。フィルタ１２２は、ローパスフィルタであり、トルク信号から雑音を除去する。フィルタ１２２は、フィルタされたトルク信号を増幅器１２４に伝送し、それは、増幅したフィルタされたトルク信号をコントローラ１２６に伝送する。コントローラ１２６は、トルク信号からモータ６２の反応トルクを決定する。
【００３３】
コントローラ１２６は、制御信号を送信して、モータ６２（例えば、モータ６２の回転速度）を制御する。コントローラ１２６は、信号をモータ６２にまたはエネルギーをモータ６２に供給するモータエネルギー源６９に送信してもよい。モータ６２がモータエネルギー源６９からエネルギーを引き込む際、センサ１５２は、モータエネルギー源６９からモータ６２によって引き込まれた電流の量を検出する。センサ１５２は、モータ６２によって引き込まれた電流の量を示す検証信号を生成し、検証信号をコントローラ１２６に送信する。
【００３４】
コントローラ１２６は、反応トルクトランスデューサ６８からのトルク信号をセンサ１５２からの検証信号と比較する。まず、コントローラ１２６は、検証信号からモータ６２によって加えられたトルクのための値の許容可能な範囲を生成する。例えば、検証信号が、モータ６２が０．８０ａｍｐの電流を引き込んでいることを示すとき、モータ６２によって加えられたトルクのための値の許容可能な範囲は、約０．２０Ｎ−ｍ〜約．０３０Ｎ−ｍである。モータ６２によって引き込まれた電流の量が増大する際、モータによって加えられたトルクのための値の許容可能な範囲の上限及び下限が増大することを理解されたい。加えて、モータ６２によって引き込まれた電流の量が増大する際、値の許容可能な範囲が増大し得る。トルク信号が、値の許容可能な範囲内にある場合、コントローラ１２６は、モータ６２の継続的な回転を示す制御信号を送信し続ける。
【００３５】
トルク信号が、値の許容可能な範囲の外側にあるとき、反応トルクトランスデューサ６８は、誤動作し得、それゆえ、モータ６２によって加えられたトルクの不正確な測定値をもたらすか、またはツール２０は、障害物にぶつかった可能性がある。したがって、トルク信号が、値の許容可能な範囲の外側にある場合、コントローラ１２６は、障害信号を生成してもよいし、及び／または制御信号を送信して、モータ６２の回転を停止してもよい。障害信号は、視覚的、可聴的、または触覚的フィードバックを、ユーザインターフェース４０とインターフェースを取る臨床家に提供してもよい（図１）。
【００３６】
図５に関して、センサ１５２を用いる器具駆動ユニット６０の１次センサまたは反応トルクトランスデューサ６８のトルク測定値を検証する方法２００が、本開示に従って開示される。最初に、コントローラ１２６は、命令信号を受信して、モータ６２を回転させる。命令信号に応答して、コントローラ１２６は、制御信号をモータ６２に送信して、駆動シャフト６３を回転させる。
【００３７】
モータ６２が回転している間、モータ６２は、モータエネルギー源６９から電流を引き込む（図４）。この電流は、センサ１５２によって測定される（ステップ２１０）。センサ１５２は、測定した電流を示す検証信号を生成し（ステップ２１２）、検証信号をコントローラ１２６に伝送する（ステップ２１４）。加えて、モータ６２が回転している間、反応トルクトランスデューサ６８は、モータによって加えられたトルク６２を測定する（ステップ２２０）。反応トルクトランスデューサ６８は、測定されたトルクを示すトルク信号を生成し（ステップ２２２）、トルク信号をコントローラ１２６に伝送する（ステップ２２４）。
【００３８】
コントローラ１２６は、検証信号を受信し（ステップ２３０）、所与の検証信号のためにモータ６２によって加えられ得るトルクの許容可能な範囲を生成する（ステップ２４０）。上述したように、トルクの許容可能な範囲は、モータ６２によって引き込まれた電流に比例する。コントローラ１２６は、次いで、反応トルクトランスデューサ６８からトルク信号を受信し、トルク信号をトルクの許容可能な範囲と比較する（ステップ２５０）。トルク信号が、トルクの許容可能な範囲内にある場合、コントローラ１２６は、制御信号をモータ６２に送信し続けて、駆動シャフト６３を回転させる（ステップ２５５）。対照的に、トルク信号がトルクの許容可能な範囲の外側にある場合、コントローラ１２６は、制御信号を送信することまたは制御信号の送信を止めることによって、モータ６２の回転を停止する（ステップ２６０）。コントローラ１２６は、次いで、モータによって加えられたトルク６２が、トルク値の許容可能な範囲の外側にあることを示す障害信号を生成する。障害信号は、臨床家に障害を警告するために、可聴的、視覚的、触覚的、またはそれらの任意の組み合わせであってもよい。
【００３９】
本開示のいくつかの実施形態が図面に示されているが、本開示は当分野が認めるような広さの範囲にあること及び明細書も同様に読み取られることが意図されるように、本開示がそれに限定されることを意図されない。上記実施形態の任意の組み合わせもまた想定され、添付の特許請求の範囲内にある。したがって、上記説明は、限定するものとして解釈されるべきではなくて、単に、特定の実施形態の例示として解釈されるべきである。当業者は、本明細書に添付された特許請求の範囲内の他の修正を想定するであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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