(57)【要約】【課題】ロボット外科手術システムのコネクタ部材の正常性の測定の提供。【解決手段】ロボット外科手術システムは、コントローラ、エンドエフェクタを支持する外科用器具、及びエンドエフェクタに連結され、かつエンドエフェクタを動作させるように移動可能な１つ以上のコネクタ部材を含む。メモリは、コントローラに動作可能に連結され、また、１つ以上のコネクタ部材の参照データを維持するように構成される。センサが、１つ以上のコネクタ部材に固定され、また、コントローラと電気通信して配設される。センサは、１つ以上のコネクタ部材のリアルタイムデータを登録して、このリアルタイムデータをコントローラに通信するように構成される。コントローラは、リアルタイムデータを参照データと比較して、リアルタイムデータの参照データに対する比較に応答して、出力信号を提供するように構成される。【選択図】図１Ｃ
2020073222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット外科手術システムであって、前記ロボット外科手術システムは、
コントローラと、
エンドエフェクタを支持する外科用器具と、
前記エンドエフェクタに結合されている少なくとも１つの第１のコネクタ部材であって、前記エンドエフェクタを動作させるように移動可能である少なくとも１つの第１のコネクタ部材と、
前記コントローラに動作可能に結合されているメモリであって、前記少なくとも１つの第１のコネクタ部材の参照データを維持するように構成されているメモリと、
前記少なくとも１つの第１のコネクタ部材に動作可能に結合されている少なくとも１つの第１のセンサであって、前記少なくとも１つの第１のセンサは、前記コントローラと電気通信するように設けられており、前記少なくとも１つの第１のセンサは、前記少なくとも１つの第１のコネクタ部材のリアルタイムデータを登録し、前記リアルタイムデータを前記コントローラに通信するように構成されている、少なくとも１つの第１のセンサと
を備え、
前記コントローラは、前記リアルタイムデータと前記参照データとを比較し、前記リアルタイムデータと前記参照データとの比較に応答して、出力信号を提供するように構成されており、
前記コントローラは、少なくとも１つのモータに動作可能に結合されており、前記コントローラは、前記少なくとも１つのモータと通信することにより、前記出力信号に応答して、前記少なくとも１つの第１のコネクタ部材における張力の量を調整するように構成されている、ロボット外科手術システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つの第１のセンサは、力センサ、位置センサ、または、これらの組み合わせを含む、請求項１に記載のロボット外科手術システム。
【請求項３】
前記ロボット外科手術システムは、少なくとも１つの第２のセンサと、少なくとも１つの第２のコネクタ部材とをさらに備え、前記少なくとも１つの第１のコネクタ部材および前記少なくとも１つの第２のコネクタ部材のそれぞれは、前記少なくとも１つの第１のセンサおよび前記少なくとも１つの第２のセンサのうちの少なくとも１つに動作可能に結合されている、請求項１に記載のロボット外科手術システム。
【請求項４】
前記コントローラは、少なくとも１つの事象に応答して、前記出力信号を提供するように構成されている、請求項１に記載のロボット外科手術システム。
【請求項５】
前記少なくとも１つの事象は、
前記外科用器具の最初の使用、
前記外科用器具の前記最初の使用に続く前記外科用器具の使用、
ユーザによって開始されるコマンド、または、
少なくとも１つの期間の満了
のうちの少なくとも１つを含む、請求項４に記載のロボット外科手術システム。
【請求項６】
前記参照データは、
前記少なくとも１つの第１のコネクタ部材および前記少なくとも１つの第２のコネクタ部材の特性、
前記少なくとも１つの第１のコネクタ部材および前記少なくとも１つの第２のコネクタ部材に加えられた力、
前記少なくとも１つの第１のコネクタ部材および前記少なくとも１つの第２のコネクタ部材の使用回数、または、
前記少なくとも１つの第１のコネクタ部材および前記少なくとも１つの第２のコネクタ部材の時間経過
のうちの少なくとも１つを含む、請求項３に記載のロボット外科手術システム。
【請求項７】
前記ロボット外科手術システムは、駆動部材と、前記駆動部材上に支持された駆動タブとを有する駆動アセンブリをさらに含み、前記駆動部材は、前記コントローラと電気通信するように設けられたモータに結合されており、前記少なくとも１つの第１のコネクタ部材および前記少なくとも１つの第２のコネクタ部材は、器具タブに固定されており、前記駆動タブおよび前記器具タブは、前記モータの作動に応答して前記駆動タブが前記駆動部材に沿って移動するときに前記エンドエフェクタを操縦するように係合可能である、請求項３に記載のロボット外科手術システム。
【請求項８】
前記駆動部材および前記駆動タブは、螺合されており、前記駆動部材は、前記駆動部材に沿って軸方向に前記駆動タブを移動させるように回転可能である、請求項７に記載のロボット外科手術システム。
【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２５日に出願された米国仮特許出願第６２／１８４，３０５号及び２０１５年３月１０日に出願された米国仮特許出願第６２／１３０，６７２号のそれぞれに対する利益ならびに優先権を主張するものであり、これら仮特許出願のそれぞれの内容全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
低侵襲的医療処置において、ロボット外科手術システムが使用されている。ロボット外科手術システムは、精度及び便宜性の増大などの多くの利点を提供するが、１つの欠点は、力フィードバックの欠如または制限である。外科的な訓練とは無関係に、力フィードバックは、より低い力を加えるだけでまたわずかな誤差でより精確な切開を可能にする。
【０００３】
いくつかのロボット外科手術システムは、ロボットアームを支持するコンソールと、手首アセンブリを介してロボットアームに取り付けられる鉗子または把持器具などの少なくとも１つのエンドエフェクタとを含む。医療処置中に、エンドエフェクタ及び手首アセンブリは、エンドエフェクタを患者の体内の作業部位に位置付けるために、小切開中に（カニューレを介して）または患者の固有の開口部に挿入される。
【０００４】
ケーブルなどのコネクタ部材が、ロボットコンソールから、ロボットアームを通って延在し、手首アセンブリ及び／またはエンドエフェクタに接続される。場合によっては、コネクタ部材は、外科医または臨床医が、ロボットアーム、手首アセンブリ及び／またはエンドエフェクタを含むロボット外科手術システムを制御することができるようにするためのユーザインターフェースを含む処理システムによって制御されるモータを用いて、作動される。
【０００５】
一般的に、これらのコネクタ部材は、特定の使用回数後に、制限された正常性及び故障の傾向性を有するか、または使用できなくなり、これは、これらコネクタ部材に課せられる使用毎の持続時間及び／またはストレスに応じて変化し得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
したがって、これらのコネクタ部材の正常性を判定するために、また故障予測精度を改善するために、コネクタ部材に関するリアルタイム情報を提供するロボット外科手術システムに対する要求がある。エンドエフェクタからの力フィードバックを確立するために、これらのコネクタ部材を監視することも望ましいであろう。この点に関して、臨床医は、例えば、精度を改善しかつ誤差を制限するためにエンドエフェクタの把持力を好都合に判定することができるであろう。
【０００７】
一態様において、本開示は、コントローラと、エンドエフェクタを支持するシャフトアセンブリを備えた外科用器具とを含むロボット外科手術システムを目的とする。１つ以上のコネクタ部材が、エンドエフェクタに連結され、エンドエフェクタを動作させるよう移動可能である。１つ以上のセンサは、コネクタ部材のうちの１つ以上に動作可能に連結され、コネクタ部材を監視するためにコントローラと電気的導通して配設されている。
【０００８】
一実施形態において、エンドエフェクタは、３種の主な運動出力：ピッチ、ヨー、及び顎運動を駆動させるために、（２つのコネクタ部材の）４つのコネクタ部材端部に対して差動コネクタ部材張力を使用する手首型外科用装置を提供する。コネクタ部材は、ピッチ軸の周りを枢軸旋回するアイドラプーリのセットの周り及びピッチ軸の近位に位置するアイドラプーリの別のセットを迂回させられることができる。いくつかの実施形態において、全てのアイドラプーリは、シャフトアセンブリに沿って位置することができる。顎軸と枢軸とが一致し、エンドエフェクタの顎部材の近位部分を通って延在することで、この配列は、ピッチ軸とヨー軸との間にアイドラプーリを提供する装置と比べて、短い手首長を好都合に提供する。ピッチ、ヨー、及び把持すること／切開すること及びこれらの運動の任意の組み合わせが、コネクタ部材端部の異なる組み合わせを引っ張ること及び／または開くことを通して得られる。
【０００９】
３つの閉ループコネクタ部材を含み、それらの各々が、それぞれ３種の出力（ピッチ、ヨー、及び把持）のうちの１つを引き起こすために位置付けられているものを含むより伝統的なエンドエフェクタと比較すると、差動駆動実施形態は、これが３種の出力（ピッチ、ヨー、及び把持）を駆動させるために２つの開ループ型コネクタ部材（４つの端部）のみを必要とするという点で簡易化されている。更に、差動駆動実施形態の２つのコネクタ部材が、より伝統的な閉ループの３つのコネクタ部材エンドエフェクタと比べて開ループ型コネクタ部材であることを考えれば、差動駆動実施形態は、調整可能なコネクタ部材の張力を提供する。より具体的には、差動駆動実施形態のコネクタ部材に及ぼされる張力は、外科用器具の構成要素（ケーブル、プーリ、タブ等）への連続負荷を防止するために外科用器具が使用されないときに緩めることができ、これによって、外科用器具及びその構成要素の寿命を改善する。加えて、開ループ型コネクタ部材は、例えばセンサを用いて、把持力、ピッチ軸の周りのトルク、及びヨー軸の周りのトルクなどの出力負荷の積極的監視を可能にする。
【００１０】
最小限に抑えられた手首長はまた、より大きなピッチ及び／またはヨー移動を可能にすると同時に、器具のシャフト運動を最小限に抑え、これが今度は、器具が互いに接近して配置されることを可能にし及び／またはエンドエフェクタのより迅速な操縦を可能にする。
【００１１】
ロボット外科手術システムは、コントローラに動作可能に連結され、コネクタ部材のうちの１つ以上の参照データを維持するように構成されたメモリを含んでもよい。参照データは、コネクタ部材の特性、コネクタ部材に加えられる力、コネクタ部材の使用回数、またはコネクタ部材の時間経過のうちの１つ以上を含むことができる。
【００１２】
センサは、コネクタ部材のリアルタイムデータを登録し、リアルタイムデータをコントローラに通信するように構成されてもよい。いくつかの実施形態において、センサは、力センサ、位置センサ、またはこれらの組み合わせを含む。
【００１３】
コントローラは、リアルタイムデータを参照データと比較して、リアルタイムデータの参照データに対する比較に応答して、出力信号を提供するように構成される。コントローラは、１つ以上のモータに動作可能に連結されてもよい。コントローラは、出力信号に応答してコネクタ部材における張力の量を調整するために、モータと通信するように構成することができる。いくつかの実施形態において、コントローラは、１つ以上の事象に応答して出力信号を提供するように構成される。これらの事象（複数可）としては、外科用器具の最初の使用、外科用器具の最初の使用に続く外科用器具の使用、ユーザ作動のコマンド、または少なくとも１つの期間の満了のうちの１つ以上を含むことができる。
【００１４】
いくつかの実施形態において、ロボット外科手術システムは、駆動部材と、駆動部材上に支持された駆動タブとを有する駆動アセンブリを含む。駆動部材は、コントローラと電気通信して配設されたモータに連結される。１つ以上のコネクタ部材は、器具タブに固定される。駆動タブ及び器具タブは、駆動タブがモータの作動に応答して、駆動部材に沿って移動するとき、エンドエフェクタを操作するように係合可能である。駆動部材及び駆動タブは、螺合されてもよい。駆動部材は、駆動タブを駆動部材に沿って軸方向に移動させるように回動可能であってもよい。
【００１５】
別の態様によると、ロボット外科手術システムの１つ以上のコネクタ部材の正常性を判定する方法が提供される。コネクタ部材は、ロボット外科手術システムのエンドエフェクタに動作可能に連結され、エンドエフェクタを動作させるように移動可能である。本方法は、コネクタ部材のうちの１つ以上の最初の使用の前に、コネクタ部材のうちの１つ以上の参照データを記憶することを含む。これらのコネクタ部材は、最初の正常性を有する。本方法は、１つ以上のコネクタ部材のうちの１つ以上の最初の使用に続いてコネクタ部材のリアルタイムデータを測定することと、コネクタ部材の参照データを測定されたコネクタ部材のリアルタイムデータと比較して、コネクタ部材のリアルタイムの正常性を判定することとを含む。
【００１６】
いくつかの実施形態において、本方法は、少なくとも１つのコネクタ部材に加えられた力を測定することを伴う。ある特定の実施形態において、本方法は、コネクタ部材のリアルタイムデータにおける変化に応答して、コネクタ部材における張力を較正することを含む。本方法は、１つ以上の事象に応答して、コネクタ部材のリアルタイムデータを示す出力信号を自動化することを伴ってもよい。本方法は、ユーザ入力を示す入力信号を受信し、コネクタ部材のリアルタイムデータを示す出力信号を開始させることを伴うことができる。本方法は、コネクタ部材の故障を登録し、故障を示す出力信号を提供することを含むことができる。
【００１７】
更に別の態様によると、ロボット外科手術システムは、コントローラ、第１のコネクタ部材、第２のコネクタ部材、エンドエフェクタ、及びコントローラに動作可能に連結された１つ以上のモータを含む。
【００１８】
１つ以上のモータは、第１及び第２のコネクタ部材に動作可能に連結され、第１及び第２のコネクタ部材を移動させるように作動可能である。
【００１９】
エンドエフェクタは、第１の顎部材と第２の顎部材とを含む。第１の顎部材は、第１の顎プーリと、第１の顎プーリから延在する第１の把持部分とを含む。第１の顎プーリは、第１の把部分と一体に形成されてもよく、第２の顎プーリは、第２の把持部分と一体に形成されてもよい。第２の顎部材は、第２の顎プーリと、第２の顎プーリから延在する第２の把持部分とを含む。第１のコネクタ部材は、第１の顎プーリに固定され、第２のコネクタ部材は、第２の顎プーリに固定される。第１及び第２のコネクタ部材は、第１及び第２の顎部材を３種の異なる出力間で移動させるように移動可能である。
【００２０】
いくつかの実施形態において、第１及び第２の顎プーリは、アイドラプーリのセットに取り付けられたクレビスに連結される。第１及び第２のコネクタ部材は、アイドラプーリのセットと第１及び第２の顎プーリとを迂回させられる。
【００２１】
ロボット外科手術システムは、駆動ユニットを支持するロボットアームを含むことができる。駆動ユニットは、１つ以上の駆動部材と、駆動部材上で支持された１つ以上の駆動タブとを有する駆動アセンブリを含む。駆動部材は、モータに連結される。第１及び第２のコネクタ部材のうちの一方または両方は、１つ以上の器具タブに固定される。駆動タブ及び器具タブは、駆動タブがモータの作動に応答して駆動部材に沿って移動するときにエンドエフェクタを操作するように係合可能である。いくつかの実施形態において、駆動部材及び駆動タブは、螺合されている。駆動部材は、駆動タブを駆動部材に沿って軸方向に移動させるように回動可能であってもよい。
【００２２】
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記載される。
例えば、本願は以下の項目を提供する。
（項目１）
ロボット外科手術システムであって、
コントローラと、
エンドエフェクタを支持する外科用器具と、
前記エンドエフェクタに連結され、前記エンドエフェクタを動作させるように移動可能である少なくとも１つのコネクタ部材と、
前記コントローラに動作可能に連結され、前記少なくとも１つのコネクタ部材の参照データを維持するように構成されたメモリと、
前記少なくとも１つのコネクタ部材に動作可能に連結され、前記コントローラと電気通信して配設されたセンサであって、前記少なくとも１つのコネクタ部材のリアルタイムデータを登録して、前記リアルタイムデータを前記コントローラに通信するように構成された、センサと、を備え、
前記コントローラが、前記リアルタイムデータを前記参照データと比較して、前記リアルタイムデータの前記参照データに対する比較に応答して、出力信号を提供するように構成される、ロボット外科手術システム。
（項目２）
前記センサが、力センサ、位置センサ、またはこれらの組み合わせを含む、項目１に記載のロボット外科手術システム。
（項目３）
前記センサが、複数のセンサを含み、前記少なくとも１つのコネクタ部材が、複数のコネクタ部材を含み、前記複数のコネクタ部材のそれぞれが、前記複数のセンサのうちの少なくとも１つに動作可能に連結される、項目１に記載のロボット外科手術システム。
（項目４）
前記コントローラが、少なくとも１つのモータに動作可能に連結され、前記コントローラが、前記少なくとも１つのモータと通信して、前記出力信号に応答して、前記少なくとも１つのコネクタ部材における張力の量を調整するように構成される、項目１に記載のロボット外科手術システム。
（項目５）
前記コントローラが、少なくとも１つの事象に応答して、前記出力信号を提供するように構成される、項目１に記載のロボット外科手術システム。
（項目６）
前記少なくとも１つの事象が、
前記外科用器具の最初の使用、
前記外科用器具の前記最初の使用に続く前記外科用器具の使用、
ユーザによって開始されるコマンド、または
少なくとも１つの期間の満了、のうちの少なくとも１つを含む、項目５に記載のロボット外科手術システム。
（項目７）
前記参照データが、
前記少なくとも１つのコネクタ部材の特性、
前記少なくとも１つのコネクタ部材に加えられた力、
前記少なくとも１つのコネクタ部材の使用回数、または
前記少なくとも１つのコネクタ部材の時間経過、のうちの少なくとも１つを含む、項目１に記載のロボット外科手術システム。
（項目８）
駆動部材と、前記駆動部材上に支持された駆動タブとを有する駆動アセンブリを更に含み、前記駆動部材が、前記コントローラと電気通信して配設されたモータに連結され、前記少なくとも１つのコネクタ部材が、器具タブに固定され、前記駆動タブ及び前記器具タブは、前記駆動タブが前記モータの作動に応答して前記駆動部材に沿って移動するときに前記エンドエフェクタを操縦するように係合可能である、項目１に記載のロボット外科手術システム。
（項目９）
前記駆動部材及び前記駆動タブが螺合され、前記駆動部材が、前記駆動タブを前記駆動部材に沿って軸方向に移動させるように回転可能である、項目８に記載のロボット外科手術システム。
（項目１０）
ロボット外科手術システムの少なくとも１つのコネクタ部材の正常性を判定する方法であって、前記少なくとも１つのコネクタ部材が、前記ロボット外科手術システムのエンドエフェクタに動作可能に連結され、前記エンドエフェクタを動作させるように移動可能であり、前記方法が、
前記少なくとも１つのコネクタ部材の最初の使用の前に、前記少なくとも１つのコネクタ部材の参照データを保存することであって、前記少なくとも１つのコネクタ部材が、最初の正常性を有する、保存することと、
前記少なくとも１つのコネクタ部材の前記最初の使用に続いて、前記少なくとも１つのコネクタ部材のリアルタイムデータを測定することと、
前記少なくとも１つのコネクタ部材の前記参照データを、前記少なくとも１つのコネクタ部材の測定されたリアルタイムデータと比較して、前記少なくとも１つのコネクタ部材の前記最初の正常性と比べた前記少なくとも１つのコネクタ部材のリアルタイム正常性を判定することと、を含む方法。
（項目１１）
前記少なくとも１つのコネクタ部材のリアルタイムデータを測定することが、前記少なくとも１つのコネクタ部材に加えられた力を測定することを含む、項目１０に記載の方法。
（項目１２）
前記少なくとも１つのコネクタ部材の前記リアルタイムデータにおける変化に応答して、前記少なくとも１つのコネクタ部材における張力を較正することを更に含む、項目１０に記載の方法。
（項目１３）
少なくとも１つの事象に応答して、前記少なくとも１つのコネクタ部材のリアルタイムデータを示す出力信号を自動化することを更に含む、項目１０に記載の方法。
（項目１４）
ユーザ入力を示す入力信号を受信して、前記少なくとも１つのコネクタ部材のリアルタイムデータを示す出力信号を開始させることを更に含む、項目１０に記載の方法。
（項目１５）
前記少なくとも１つのコネクタ部材の故障を登録し、前記故障を示す出力信号を提供することを更に含む、項目１０に記載の方法。
（項目１６）
ロボット外科手術システムであって、
コントローラと、
第１のコネクタ部材と、
第２のコネクタ部材と、
第１の部材と第２の顎部材とを含むエンドエフェクタであって、第１の顎部材が、第１の顎プーリと前記第１の顎プーリから延在する第１の把持部分とを含み、前記第２の顎部材が、第２の顎プーリと前記第２の顎プーリから延在する第２の把持部分とを含み、前記第１のコネクタ部材が、前記第１の顎プーリに固定され、前記第２のコネクタ部材が、前記第２の顎プーリに固定され、前記第１及び第２のコネクタ部材が、前記第１及び第２の顎部材を３種の異なる出力間で移動させるように移動可能である、エンドエフェクタと、
前記コントローラに動作可能に連結され、前記第１及び第２のコネクタ部材に動作可能に連結された少なくとも１つのモータであって、前記第１及び第２のコネクタ部材を移動させるように作動可能である、少なくとも１つのモータと、を備える、ロボット外科手術システム。
（項目１７）
前記第１の顎プーリが、前記第１の把持部分と一体に形成され、前記第２の顎プーリが、前記第２の把持部分と一体に形成される、項目１６に記載のロボット外科手術システム。
（項目１８）
前記第１及び第２の顎プーリが、アイドラプーリのセットに取り付けられたクレビスに連結され、前記第１及び第２のコネクタ部材が、アイドラプーリのセットと前記第１及び第２の顎プーリとを迂回させられる、項目１６に記載のロボット外科手術システム。
（項目１９）
駆動ユニットを支持するロボットアームを更に含み、前記駆動ユニットが、少なくとも１つの駆動部材と、前記少なくとも１つの駆動部材上に支持された少なくとも１つの駆動タブとを有する駆動アセンブリを含み、前記少なくとも１つの駆動部材が、前記少なくとも１つのモータに連結され、前記第１及び第２のコネクタ部材のうちの少なくとも１つが、少なくとも１つの器具タブに固定され、前記少なくとも１つの駆動タブ及び前記少なくとも１つの器具タブは、前記少なくとも１つの駆動タブが前記少なくとも１つのモータの作動に応答して前記少なくとも１つの駆動部材に沿って移動するときに前記エンドエフェクタを操縦するように係合可能である、項目１６に記載のロボット外科手術システム。
（項目２０）
前記少なくとも１つの駆動部材及び前記少なくとも１つの駆動タブが螺合され、前記少なくとも１つの駆動部材が、前記少なくとも１つの駆動タブを前記少なくとも１つの駆動部材に沿って軸方向に移動させるように回転可能である、項目１９に記載のロボット外科手術システム。
【００２３】
本開示の実施形態は、添付図面を参照して本明細書に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１Ａ】本開示による医療用ワークステーション及び操作コンソールの概略図である。
【図１Ｂ】図１Ａの医療用ワークステーションの制御装置のモータの概略斜視図である。
【図１Ｃ】図１Ａの医療用ワークステーションのロボットアームに連結された駆動ユニット及び取付け装置の概略斜視図である。
【図２】図１Ａの医療用ワークステーションで使用するための、本開示の実施形態によるエンドエフェクタであって、その顎アセンブリを閉状態で示す、エンドエフェクタの斜視図である。
【図３】図２のエンドエフェクタであって、その顎アセンブリを開放かつ関節運動させられた状態で示し、またその手首アセンブリを関節運動させられた状態で示す、エンドエフェクタの斜視図である。
【図４Ａ】ロボット外科手術システムのコネクタ部材上で所定の張力を維持するための方法を示すフローチャートである。
【図４Ｂ】ロボット外科手術システムのコネクタ部材の正常性を判定するための方法を示すフローチャートである。
【図５】図１Ａの医療用ワークステーションで使用するためのエンドエフェクタの別の実施形態の斜視図である。
【図６Ａ】図５のエンドエフェクタであって、その顎部材が閉配置の状態で直線配置で示されたエンドエフェクタの斜視図である。
【図６Ｂ】図５のエンドエフェクタであって、その顎部材が閉配置の状態でピッチング配置で示されたエンドエフェクタの斜視図である。
【図６Ｃ】図５のエンドエフェクタであって、その顎部材が閉配置の状態でヨーイング配置で示されたエンドエフェクタの斜視図である。
【図６Ｄ】図５のエンドエフェクタであって、その顎部材が開配置の状態で直線配置で示されたエンドエフェクタの斜視図である。
【図７Ａ】図５のエンドエフェクタに関して確立された把持力データのグラフ表現である。
【図７Ｂ】図５のエンドエフェクタに関して確立された把持力データのグラフ表現である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本開示の実施形態は、図面を参照して詳細に記載されるが、図面中の類似の参照番号は、いくつかの図のそれぞれにおける等しいまたは対応する要素を表記する。本明細書で使用される場合、用語「遠位」は、ユーザから更に遠い装置の部分を指し、一方、用語「近位」は、ユーザにより近い装置の部分を指す。
【００２６】
最初に図１Ａを参照すると、医療用ワークステーションが、一般的にワークステーション１と示され、一般に、複数のロボットアーム２、３、コントローラ／制御装置４、及びコントローラ４と連結した操作コンソール５を含む。操作コンソール５は、特に三次元画像を表示する表示装置６と、人（図示せず）、例えば、外科医が、当該技術分野において既知であるように、ロボットアーム２、３を第１の動作モードで遠隔操縦することによる手動入力装置７、８とを含む。
【００２７】
一般に、ロボットアーム２、３のそれぞれは、継手を通して接続されている複数の部材と、例えば、エンドエフェクタ１００を支持する外科用ツールまたは外科用器具２０に取り付けられ得る取付け装置９、１１とを含む。
【００２８】
ロボットアーム２、３は、制御装置４に動作的に連結された１つ以上の電気駆動装置またはモータによって駆動されてもよい。制御装置４（例えば、コンピュータ）は、具体的には、ロボットアーム２、３、それらの取付け装置９、１１及び／または外科用ツール２０（エンドエフェクタ１００を含める）が手動入力装置７、８によって規定された移動に従って、所望の移動を実行するような方法でコンピュータプログラムによってモータを作動させるように設定される。
【００２９】
図１Ｂを参照すると、制御装置４は、複数のモータ「Ｍ」（モータ１・・・ｎ）を制御することができ、これは各々のモータが、各ロボットアーム２、３を通って外科用ツール２０のエンドエフェクタ１００（図１Ａ）まで延在するコネクタ部材「ＣＭ」（例えば、ケーブル、鎖、ベルト、ロッド等、及び／またはこれらの組み合わせ）の長さを巻き上げ及び／または繰り出すように構成された状態で行われる。例えば、１つ以上のコネクタ部材「ＣＭ」は、１つ以上のモータ「Ｍ」に関連付けられた１つ以上のプーリ「ＰＬ」とエンドエフェクタ１００に関連付けられた１つ以上のプーリ（例えば、図２、３及び／または５を参照）との間に直接的及び／または間接的に連結されることができる。使用時に、コネクタ部材「ＣＭ」が巻き上げられ及び／または繰り出されると、コネクタ部材「ＣＭ」は、外科用ツール２０の各エンドエフェクタ１００の動作及び／または移動をもたらす。制御装置４は、対応のエンドエフェクタ１００の動作及び／または移動を調整するために、様々なモータ「Ｍ」の作動を調整し、対応のコネクタ部材「ＣＭ」の長さの巻き上げ及び／または繰り出しを調整する。場合によっては、単一のコネクタ部材「ＣＭ」が、単一のモータによって巻き上げられ及び／または繰り出される。しかしながら、ある特定の例では、２つ以上のコネクタ部材または単一のコネクタ部材の２つの端部が、単一のモータによって巻き上げられ及び／または繰り出されてもよい。例えば、２つのコネクタ部材またはコネクタ部材の端部が、単一のモータに反対方向で連結されてもよく、これにより、モータ「Ｍ」が第１の方向に作動されると、コネクタ部材のうちの１つが巻き上げられ、それと同時に他のコネクタ部材が繰り出される。他のコネクタ部材の配置が、異なる実施形態で使用されてもよい。
【００３０】
ワークステーション１は、エンドエフェクタ１００を用いて低侵襲的方法で処置される検査寝台１２上に横たわる患者１３で使用するように構成される。ワークステーション１はまた、２つを超えるロボットアーム２、３を含んでもよく、追加のロボットアームは、コントローラ４に同様に接続され、操作コンソール５によって遠隔操縦される。１つ以上の外科用器具２０は、追加のロボットアームに取り付けられてもよい。
【００３１】
ワークステーション１の構築及び操作の詳細な説明については、「Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ」と題され、２０１１年１１月３日に出願された米国特許公開第２０１２／０１１６４１６号（その内容が参照により本明細書に組み込まれる）を、参照することができる。
【００３２】
図１Ｃは、例示的な取付け装置９であって、それに連結された駆動ユニット１４を有する装置を示す。駆動ユニット１４及び／または取付け装置９は、ロボットアーム２、３のうちの１つに直接的ならびに／もしくは間接的に取り付けられてもよく、及び／またはそれと一体で形成されてもよい。例えば、場合によっては、駆動ユニット１４は、ロボットアーム２、３のうちの１つに直接取り付けられ、取付け装置９は、駆動ユニット１４に連結されながら、取付け装置９は、ロボットアーム２、３のうちの１つに間接的に取り付けられる。ある特定の例では、取付け装置９は、ロボットアーム２、３のうちの１つに直接取り付けられ、駆動ユニット１４は、取付け装置９に連結されながら、駆動ユニット１４は、ロボットアーム２、３に間接的に取り付けられる。場合によっては、取付け装置９及び駆動ユニット１４の両方が、ロボットアーム２、３のうちの１つに直接取り付けられる。
【００３３】
駆動ユニット１４は、１つ以上のモータ１６と、１つ以上のモータ１６に連結された１つ以上の駆動部材１７とを有する駆動アセンブリ１５を含む。モータ１６は、コントローラ４に電気的に連結され、駆動部材１７に移動（例えば、回転移動）を付与するように動作可能である。いくつかの実施形態において、駆動部材１７は、親ねじである。１つ以上の駆動タブ１８は、各々の駆動部材１７に取り付けられ、それに沿って移動可能である。矢印「Ａ１」で示すように、駆動タブ１８は、駆動部材１７の矢印「Ａ２」に示す時計回り及び／または反時計回りの方向の回転移動に応答して、駆動部材１７に対して軸方向に（例えば、ｚ軸に沿って）移動可能である。いくつかの実施形態において、駆動タブ１８は、スプリットナット駆動タブである。
【００３４】
駆動タブ１８は、駆動部材１７と螺合され、駆動タブ１８の駆動部材１７に対する移動を引き起こすことができる。駆動タブ１８及び／または駆動部材１７は、任意の好適なねじ切り構成を含んでもよい。例えば、駆動タブ１８及び／または駆動部材１７のねじ部のうちの１つ以上は、任意の好適な形状、直径、ピッチ、方向／配向等を有することができる。いくつかの実施形態において、駆動部材１７は、複数のねじ部のセットを含んでもよく、ねじ部の各セットは、隣接するねじ部のセットと比べて反対方向にねじ込まれる。ある特定の実施形態において、各ねじ部のセットは、複数の駆動タブ１８の間の接近移動及び／または非接近移動を付与するために、異なる駆動タブ１８に係合するように構成される。
【００３５】
駆動タブ１８は、コントローラ４に動作的に連結されまた加えられた力を決定するように構成された力センサ１９ａ（例えば、トランスデューサ等）を含む。駆動部材１７は、コントローラ４に動作的に連結され、駆動アセンブリ１５の１つ以上の構成要素（例えば、駆動タブ１８）の１つ以上の位置をそれらの他の構成要素（例えば、駆動部材１７）に対して決定するように構成された位置センサ１９ｂを支持する。例えば、位置センサ１９ｂは、モータ１６、駆動部材１７ならびに／もしくは駆動タブ１８の出力の位置及び／または動きを測定するように構成される。
【００３６】
図１Ｃに示された例示的な実施形態で分かるように、駆動ユニット１４は、外科用ツール２０（図１Ａを参照）または外科用器具２０などの器具に連結される。外科用器具２０は、１つ以上の支持体またはレール２４に移動可能に取り付けられた１つ以上の器具タブ２２を含む。例えば、器具タブ２２は、矢印「Ａ３」によって示すように、ｚ方向にレール２４に沿って軸方向に移動可能であり得る。１つ以上のコネクタ部材２６は、１つ以上のコネクタ部材２６の移動に応答して、エンドエフェクタ１００及び／またはこの一部の移動を引き起こすために、外科用器具２０のシャフトアセンブリ２１に沿ってそのエンドエフェクタ１００まで延びる器具タブ２２に連結される。コネクタ部材２６は、ケーブル、鎖、ロッド、ベルト等、及び／またはこれらの組み合わせを含んでもよい。付加的に、及び／または代替的に、コネクタ部材２６は、エンドエフェクタ１００への、例えば、発射エンドエフェクタ（例えば、ステープル、クリップ等）への力を付与するために移動することができる。
【００３７】
コントローラ４は、外科的処置中に、モータ１６に印加される電流を制御することができる。モータ１６に供給される電流は、駆動部材１７及び駆動タブ１８を移動させるように調整されてもよく、これにより、駆動タブ１８が外科用器具２０の対応する器具タブ２２を押しまたこれを同じｚ方向に移動させて、エンドエフェクタ１００などの外科用器具２０の構成要素をコネクタ部材２６を介して移動させる。図１Ｃに示す例において、外科用器具２０の各コネクタ部材２６は、１つの端部では対応の器具タブ２２に装着され、反対の端部では、エンドエフェクタ１００の対応の部分に装着される。各コネクタ部材２６は、対応の器具タブ２２の駆動ユニット１４の対応する駆動タブ１８及び／またはモータ１６を介しての移動に応答して、エンドエフェクタ１００の異なる移動（例えば、関節運動、回転、その顎部材の開／閉等）を引き起こすために、エンドエフェクタ１００の異なる部分に接続される。
【００３８】
ロボット外科手術システムのコネクタに対して所定の張力を維持するための方法は、一般的に、図４Ａに示されている。図１Ｃを参照すると、コネクタ部材２６の状態が、位置センサ１９ｂ及び／または力センサ１９ａからのデータを用いて測定されてもよい。最初の較正の一部として、モータ１６、駆動部材１７、及び／または駆動タブ１８は、最初の位置に駆動され得る。この最初の位置は、ゼロ位置と称されてもよい。次いで、モータ１６が作動され、モータ１６、駆動部材１７、及び／または駆動タブ１８の出力を、ゼロ位置から離れるように移動させる。位置センサ１９ｂは、モータ１６、駆動部材１７、及び／または駆動タブ１８の出力のゼロ位置から離れる移動の量を測定することができる。位置センサ１９ｂは、少なくとも力センサ１９ａで測定された力が所定の閾値を超えるまで、この移動を測定し続けることができる。力センサ１９ａで測定された力が、所定の閾値を超えるとき、ゼロ位置からの移動の総量が、コネクタ部材２６の基準状態として記録されてもよい。
【００３９】
所定の力閾値は、異なる状況で変化する場合がある。場合によっては、所定の力閾値は、異なる用途に対してカスタマイズされない固定値であってもよい。他の例では、所定の力は、異なる外科用器具について変化してもよい。例えば、所定の力は、コネクタ部材２６に、それに連結された構成要素（エンドエフェクタ１００など）を移動させることなく完全な張力を加えるために器具タブ２２に加えられる必要がある力の量に相当するように選択されてもよい。他の例では、異なる基準が所定の力を選択するために用いられてもよい。
【００４０】
コネクタ部材２６の基準状態が決定されると、以降のコネクタ部材２６の状態の変化が、この基準状態と比較されてもよい。コネクタ部材２６の状態における以降の変化を測定するために、モータ１６、駆動部材１７、及び／または駆動タブ１８の出力がゼロ位置に移動され得る。次いで、モータ１６が作動され、モータ１６、駆動部材１７、及び／または駆動タブ１８の出力を、ゼロ位置から離れるように移動させる。位置センサ１９ｂは、モータ１６、駆動部材１７、及び／または駆動タブ１８の出力のゼロ位置から離れる移動の量を測定することができる。位置センサ１９ｂは、少なくとも力センサ１９ａで測定された力が所定の閾値を超えるまで、移動を測定し続けることができる。力センサ１９ａで測定された力が、所定の閾値を超えるとき、ゼロ位置からの移動の総量が、コネクタ部材２６の更新状態として記録されてもよい。コネクタ部材２６の更新状態が、次いで、コネクタ部材２６の基準状態と比較され、コネクタ部材２６の状態における変化を特定することができる。
【００４１】
コネクタ部材２６が使用されると、コネクタ部材２６は、高張力下で伸長するかないしは別の方法で経時的に変形することができる。コネクタ部材２６が伸長するかないしは別の方法で変形すると、力センサ１９ａで測定された所定の閾値に相当する、駆動タブ１８及び器具タブ２２が、コネクタ部材２６における特定のコネクタ部材２６の張力を設定するために移動される必要があり得る距離もまた、変更されてもよい。コネクタ部材２６における変形が大きくなるにつれて、駆動タブ１８及び器具タブ２２がより大きく移動される必要があり得る。更新状態での位置が基準状態のものと所定の量を超えるまで異なる場合には、そのときは異なるアクションを行うことがある。場合によっては、コネクタ部材２６の状態における特定された変化が閾値を超えるならば、そのときは、最初の異常現象が提示され、コネクタ部材２６が交換する必要があり得ることを人に警告してもよい。場合によっては、状態における変化が第２の閾値を超えるならば、このときは、ワークステーション１が、コネクタ部材の寿命が超過していること及び／またはコネクタ部材２６を収容する外科用器具２０の使用を避けることを表示してもよい。ある特定の例では、更新状態及び／または基準状態が、既知の値のセットと比較され、コネクタ部材２６の推定の残りの有効寿命／正常性を特定してもよい。場合によっては、更新状態及び基準状態が測定された日付が、更新状態及び基準状態の記録された値と共に、既知の値のセットと比較され、コネクタ部材２６を交換するための推定される寿命が終わる日付を特定してもよい。ある特定の例では、異なるアクション及び／または前述したアクションのうちの２つ以上が行われてもよい。
【００４２】
図２及び３で分かるように、エンドエフェクタ１００は、手首アセンブリ１１０に接続した顎アセンブリ１２０と、顎アセンブリ１２０を、長軸「Ｘ１−Ｘ１」ならびに／もしくは「Ｘ２−Ｘ２」などの長手方向軸の周りを／長手方向軸に対して、及び／または枢軸「Ａ−Ａ」ならびに／もしくは「Ｂ−Ｂ」などの枢軸の周りを／枢軸に対して移動させる（旋回する／関節運動させる／回転させる／開く／閉じる）ためのコネクタ部材２６などの１つ以上のコネクタ部材「ＣＭ」とを含むことができる。手首アセンブリ１１０は、顎アセンブリ１２０をロボットアーム２、３などのロボットアームに連結させる。
【００４３】
エフェクタ１００の構築及び操作の詳細な説明については、「Ｗｒｉｓｔ  ａｎｄ  Ｊａｗ  Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ  ｆｏｒ  Ｒｏｂｏｔｉｃ  Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」と題され、２０１４年１０月２０日に出願された国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／６１３２９号（その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる）を、参照することができる。
【００４４】
使用時に、コネクタ部材２６が移動されると、コネクタ部材２６は、外科用器具の各エンドエフェクタ１００の動作及び／または移動をもたらす（例えば、図２及び３を参照）。１つ以上のエンドエフェクタ１００の動作及び／または移動を調整するために、コントローラ４が、タブ２２を介して対応のコネクタ部材２６を移動させるように様々なモータ１６を作動させることが想定される。図１Ｃは、器具タブに連結されるコネクタ部材２６の一方の端部及びエンドエフェクタ１００に連結された別の端部を示しているが、場合によっては、２つ以上のコネクタ部材２６または単一のコネクタ部材の２つの端部が器具タブ２２に連結されてもよい。例えば、場合によっては、２つのコネクタ部材またはコネクタ部材の端部が、単一のモータに反対方向で連結されてもよく、これにより、モータが第１の方向に作動されると、コネクタ部材のうちの１つが巻き上げられ、それと同時に他のコネクタ部材が繰り出される。他のコネクタ部材の配置が、異なる実施形態で使用されてもよい。
【００４５】
更に、図１Ｃは、駆動タブ１８が駆動部材１７の長さの上に前進すると、駆動タブ１８が、器具タブ２２と駆動タブ１８の上面だけで係合することを示すが、他の変更例も可能である。場合によっては、駆動タブ１８は、複数の面で（例えば、上面及び底面）で器具タブ２２と係合してもよく、及び／または器具タブ２２は、複数の面で駆動タブ１８と係合してもよい。複数の面でタブ１８、２２のうちの少なくとも１つに他のタブと係合させることは、タブ１８、２２が、互いに係止され、これにより、駆動タブ１８が上に移動するときに、器具タブ２２も上に移動し、また駆動タブ１８が下に移動するときに、その後器具タブ２２も下に移動することを確実なものとする。
【００４６】
図１Ａを再度参照すると、ロボットアーム２、３は、コントローラ４に接続された電気駆動装置（図示せず）によって駆動することができる。制御装置４（例えば、コンピュータ）は、具体的には、ロボットアーム２、３、それらの取付け装置９、１１、及したがって外科用器具２０（エンドエフェクタ１００を含める）が手動入力装置７、８によって規定された移動に従って、所望の移動を実行するような方法でコンピュータプログラムによって駆動装置を作動させるように設定される。コントローラ４はまた、これがロボットアーム２、３及び／または駆動装置の移動を調節するような方法で設定されてもよい。
【００４７】
コントローラ４は、命令のセットに従って算出を行い及び／または動作するように適合された任意の好適な論理制御回路を含むことができる。コントローラ４は、遠隔システム「ＲＳ」と無線で（例えば、ワイファイ、ブルートゥース（登録商標）、ＬＴＥ等）及び／または有線で通信するように構成することができる。遠隔システム「ＲＳ」は、様々な構成要素、アルゴリズム、及び／またはワークステーション１の動作に関するデータ、命令及び／または情報を含むことができる。遠隔システム「ＲＳ」は、任意の好適な電子装置、データベース、プラットフォーム、クラウド等を含むことができる。コントローラ４は、メモリに動作可能に接続された中央演算処理装置を含んでもよい。メモリは、一過性型メモリ（例えば、ＲＡＭ）及び／または非一過性型メモリ（例えば、フラッシュメディア、ディスクメディア等）を含んでもよい。いくつかの実施形態において、メモリは、遠隔システム「ＲＳ」の一部であるか、及び／または遠隔システムに動作可能に連結される。
【００４８】
コントローラ４は、例えば、医療用ワークステーションの構成要素のうちの１つ以上（例えば、コネクタ部材２６、エンドエフェクタ１００等）の使用の回数を計測するための１つ以上の計数器を含むことができる。コントローラ４は、駆動回路を通して等、ワークステーション１の構成要素とインターフェースするための複数の入力及び出力を含むことができる。コントローラ４は、ワークステーション１の様々な構成要素のうちの１つ以上（例えば、１つ以上のモータ１６）を制御するために、入力信号を受信し及び／または出力信号を発生するように構成することができる。出力信号は、ユーザによって事前プログラム及び／または入力され得るアルゴリズム命令を含むことができるか、及び／またはこれに基づくことができる。コントローラ４は、遠隔システム「ＲＳ」に連結されることができるユーザインターフェース（例えば、操作コンソール５のスイッチ、ボタン、タッチスクリーン等）から複数のユーザ入力を受け取るように構成することができる。
【００４９】
データベース４ａは、直接的及びまたは間接的にコントローラ４に連結されることができる。データベース４ａは、生きている人間（複数可）１３及び／または解剖図解書（複数可）からの術前データを記憶するように構成することができる。データベース４ａは、遠隔システム「ＲＳ」の一部であり得るか、及び／またはこれに動作的に連結され得るメモリを含むことができる。
【００５０】
いくつかの実施形態において、データベース４ａのメモリ（または同種のもの）は、ワークステーション１の構成要素のいずれかにの１つ以上の参照データを含む。いくつかの実施形態において、参照データは予め決定することができる。ある特定の実施形態において、参照データは、リアルタイムで測定され、作成され、または記憶することができる。参照データとしては、ワークステーション１の構成要素のうちの１つ以上の任意の好適な性質、特性及び／または状態を含むことができる。例えば、メモリは、コネクタ部材２６のうちの１つ以上に適用可能なコネクタ部材強度、弾性、ならびに／もしくは劣化データなどの１つ以上のコネクタ部材２６の引張データ、コネクタ部材２６のうちの１つ以上の使用回数、及び／またはコネクタ部材２６のうちの１つ以上の時間経過を含むことができる。いくつかの実施形態において、参照データは、リアルタイムデータが正常性を判定する（例えば、使用済み及び／または余寿命）ために比較かつ対比され得る範囲または範囲のセットを含んでもよい。データベースのメモリ４ａはまた、コネクタ部材基準状態、１つ以上のコネクタ部材の更新状態、及び／または記憶された状態と関連する他のデータ、例えば、状態が測定され、作成され、または記憶されたデータを記憶してもよい。
【００５１】
ワークステーション１は、コントローラ４及び／または遠隔システム「ＲＳ」と電気通信することができる１つ以上の位置センサ１９ｂ及び力センサ１９ａを支持してもよい。センサ１９ａ、１９ｂは、リアルタイムの位置及び力データを示す入力信号をコントローラ４に提供するように構成することができる。力センサ１９ａは、歪みゲージ式ロードセル及び／または圧電式ロードセルを含んでもよい。位置センサ１９ｂは、絶対位置センサまたはインクリメンタル位置センサを含んでもよい。場合によっては、位置センサが、駆動部材１７及び／またはモータ１６のシャフト出力などの回転する対象の位置情報を測定するように構成される場合、位置センサ１９ｂは、ロータリエンコーダまたは回転する出力の角度位置または運動をアナログもしくはデジタルコードに変換する他のセンサを含んでもよい。センサ１９ａ、１９ｂは、位置または力情報を同様な間隔でリアルタイムにて測定し、サンプリングし、及び／または送信するように構成することができ、これにより、センサ１９ａ、１９ｂのそれぞれからのデータは互いに一致する。
【００５２】
コントローラ４は、リアルタイムデータを参照データと比較して、リアルタイムデータの参照データに対する比較に応答して、出力信号を提供するようにプログラムすることができる。実施形態において、コントローラ４は、出力信号に応答して、タブ１８、２２の位置、及び／またはコネクタ部材２６のうちの１つ以上における張力の量を調整するために、モータ１６のうちの１つ以上と通信するように構成することができる。いくつかの実施形態において、コントローラ４は、外科用器具２０内のコネクタ部材２６が、外科用器具２０がロボットアーム２、３のうちの１つに連結される間に、いずれかの以前に記憶された基準状態と関連付けられるかどうかをチェックするように構成されてもよい。コントローラ４は、この場合、このような関連性が存在する限りにおいて、メモリから基準状態を検索するように構成されてもよく、そうでなければ、コントローラ４は、前述した手順のうちの１つ以上を引き起こし、基準状態を生成し、その後記憶するように構成されてもよい。基準状態が生成及び／または検索されると、コントローラ４は、１つ以上の事象に応じて、前述した手順のうちの１つ以上を更に引き起こし、コネクタ部材２６の更新状態を生成及び／または記憶するように構成することができる。これらの事象としては、例えば、外科用器具２０のロボットアーム２、３への最初の及び／またはその後の連結、閾値を超える外科用器具２０の使用回数、ユーザによって開始されるコマンド、及び／または１つ以上の期間の満了が含まれ得る。
【００５３】
一般に、図４Ｂに示すように、ワークステーション１の構成要素（１つ以上のコネクタ部材２６）の参照データ／情報は、メモリ内に、例えば、医療用ワークステーション１に連結されたメモリ装置及び／または上述した遠隔システム「ＲＳ」の一部に記憶することができる。このようなデータ／情報は、ワークステーション１の１つ以上の構成要素のいずれかの使用の前に記憶することができる。上述されたもの（例えば、基準または更新状態を生成しかつ記憶すること、１つ以上のコネクタ部材２６の使用及び／または使用回数）などの１つ以上の最初の事象は、ワークステーション１の構成要素のリアルタイムデータが測定され得るように起こり得る。リアルタイムデータの測定値は、構成要素のうちの１つ以上の使用の前に、力及び位置センサ１９ａ、１９ｂならびに／またはコントローラ４によって判定することができる。
【００５４】
ある特定の実施形態において、１つ以上のコネクタ部材２６の参照データは、１つ以上のコネクタ部材２６の測定されたリアルタイムデータと比較され、１つ以上のコネクタ部材２６のリアルタイムの正常性（例えば、残りの／使用済みの寿命）を１つ以上のコネクタ部材２６の最初の正常性に対して判定することができる。コネクタ部材２６のうちの１つ以上の寿命／正常性が存続するかまたは元のままである場合、出力信号が提供されてもよい。１つ以上の最初の事象と異なっても及び／または同じであってもよい別の事象の発生する場合も、出力信号を提供してもよい。正常性／寿命が存続しないか、ないしは別の方法で元のままでないことが登録される場合、コネクタ部材２６の故障または非有用性が存在する可能性があり、これは、ワークステーション１の構成要素のうちの１つ以上（例えば、コネクタ部材、エンドエフェクタ等）の調整及び／または交換を必要とし得る。出力信号は、任意の好適な信号、例えば、正常性／余寿命を示す（例えば、使用回数、使用期間等を介して）信号、もしあるなら、及び／または故障を示す信号とすることができる。故障を示す出力信号は、コネクタ部材２６のうちの１つ以上の破壊の際に、または１つ以上のコネクタ部材２６の所定の量を超えての延伸の際に、コントローラ４によって発生することができる。理解できるように、記憶された所定のデータは、周期的に、使用前、使用中、及び／または使用後など、事前設定及び／または更新されてもよい。
【００５５】
本開示の方法が、コネクタ部材２６の張力をコネクタ部材２６に連結された構成要素の位置と比較することに基づいて、コネクタ部材における引張の変化を判定することを伴うことが想定される。いくつかの実施形態において、コントローラ４は、コネクタ部材２６の劣化を近似するために、力対位置のプロットを生成／分析するように構成することができる。
【００５６】
場合によっては、本方法は、コネクタ部材２６における基準状態を最初に較正することを含み得るが、他の場合には、この特徴は、前に行われていても、計算されていても、または見積もられていてもよい。本方法は、１つ以上のコネクタ部材のリアルタイムデータを、その１回以上の使用後に測定することを含むことができる。
【００５７】
ある特定の実施形態において、本方法は、１つ以上のコネクタ部材２６のリアルタイムデータを示す出力信号を、１つ以上の事象に応答して自動化することを伴う。１つ以上の事象としては、外科用ツールの最初の使用、外科用ツールの最初の使用に続く外科用ツールの使用、及び／または１つ以上の期間の満了を含むことができる。
【００５８】
本方法は、ユーザ入力を示す入力信号を、１つ以上のコネクタ部材２６のリアルタイムデータを示す出力信号を開始させるための事象として受信することを含むことができる。本方法は、１つ以上のコネクタ部材２６の故障を登録し、故障を示す出力信号を提供することを伴うことができる。
【００５９】
ここで図５を参照すると、医療用ワークステーション１で使用するためのエンドエフェクタ２００の一実施形態が示されている。エンドエフェクタ２００は、３種の主な運動出力：矢印「Ｙ」によって示されるヨーイング運動、矢印「Ｐ」によって示されるピッチング運動、及び矢印「Ｊ」によって示される把持運動を駆動させるために、１対のコネクタ部材２３１ａ、２３１ｂの４つのコネクタ部材の端部２３０ａ〜２３０ｄ上の差動ケーブル張力を用いる手首型外科用装置である。
【００６０】
エンドエフェクタ２００は、医療用ワークステーション１に動作的に連結される取付け部材または手首アセンブリ２１０、顎アセンブリ２２０、コネクタ部材アセンブリ２３０、及びクレビス２４０を含む。
【００６１】
外科用器具２０のシャフトアセンブリ２１の一部を形成し得る手首アセンブリ２１０は、外科用器具２０（図１Ｃ）に連結される近位端を有する取付台本体２１０ａを有する。取付台本体２１０ａは、第１のアーム２１０ｂ及び第２のアーム２１０ｃを含む１対の離間配置したアームまで遠位に延びる。１対の離間配置したアームは、第１及び第２のアーム２１０ｂ、２１０ｃのそれぞれを通って横方向に延びる第１のピンチャネル２１０ｄ及び第２のピンチャネル２１０ｅを画定する。手首アセンブリ２１０は、第１及び第２のピンチャネル２１０ｄ、２１０ｅのそれぞれと整列する第１のアイドラプーリのセット２１２及び第２のアイドラプーリのセット２１４を支持し、これにより、第１のアイドラプーリのセット２１２は、第２のアイドラプーリのセット２１４の近位に位置する。第１及び第２のアイドラプーリのセット２１２、２１４は、それぞれ第１及び第２のプーリピン２５０ａ、２５０ｂを介して手首アセンブリ２１０に固定される。第２のプーリピン２５０ｂ及び第２のアイドラプーリのセット２１４は、ピッチ軸「Ｃ１」を画定し、このピッチ軸の周りで第１及び第２の顎部材２２２、２２４が長手方向軸「Ｌ」に対してピッチングする。
【００６２】
顎部材２２０は、互いに枢軸旋回可能に連結される第１の顎部材２２２及び第２の顎部材２２４を含む。第１の顎部材２２２は、顎プーリ２２２ｂから遠位に延びる把持部材２２２ａを含む。第２の顎部材２２４は、顎プーリ２２４ｂから遠位に延びる把持部材２２４ａを含む。第１及び第２の顎プーリ２２２ｂ、２２４ｂは、それぞれ把持部材２２２ａ、２２４ａと一体に形成されてもよい。把持部材２２２ａ、２２４ａは、組織に係合するように構成された対応の組織係合面２２２ｃ、２２４ｃを含む。第１及び第２の顎プーリ２２２ｂ、２２４ｂは、コネクタ部材アセンブリ２３０を受容するように構成された対応の第１及び第２のコネクタ部材チャネル２２２ｄ、２２４ｄを画定する。
【００６３】
コネクタ部材アセンブリ２３０は、複数のコネクタ部材部分２３０ａ〜２３０ｄまでアイドラプーリのセット２１２、２１４及び顎プーリ２２２ｂ、２２４ｂを迂回させられ／それらに巻き付けられる１対のコネクタ部材２３１ａ、２３１ｂを含む。１対のコネクタ部材２３１ａ、２３１ｂの第１のコネクタ部材２３１ａは、複数のコネクタ部材部分２３０ａ〜２３０ｄの第１のコネクタ部材部分２３０ａをその一方の端部に含み、複数のコネクタ部材部分２３０ａ〜２３０ｄの第２のコネクタ部材部分２３０ｃをその第２の端部に含む。１対のコネクタ部材２３１ａ、２３１ｂの第２のコネクタ部材２３１ｂは、複数のコネクタ部材部分２３０ａ〜２３０ｄの第３のコネクタ部材部分２３０ｂをその一方の端部に含み、複数のコネクタ部材部分２３０ａ〜２３０ｄの第４のコネクタ部材部分２３０ｄをその第２の端部に含む。複数のフェルール２３２（１つのみが図示される）は、１対のコネクタ部材２３１ａ、２３１ｂに連結され、1対のコネクタ部材２３１ａ、２３１ｂ
を、顎アセンブリ２２０のそれぞれ第１及び第２の顎部材２２２、２２４に固定する。第１のコネクタ部材２３１ａの中心部分は、フェルール２３２の対の最初の１つによって第１の顎部材２２２の顎プーリ２２２ｂに固定され、第２のコネクタ部材２３１ｂの中心部分は、フェルール２３２の対の２番目の１つによって第２の顎部材２２４の顎プーリ２２４ｂに固定される。ケーブル部材２３０ａ〜２３０ｄの近位端は、外科用器具２２の１つ以上の器具タブ２２に連結され、これにより、上述したように、コネクタ部材部分２３０ａ〜２３０ｄは、器具タブ２２の移動に応答して移動する。
【００６４】
例えば、図６Ａ〜６Ｄで分かるように、コネクタ部材部分２３０ａ〜２３０ｄのうちの１つ以上は、他のコネクタ部材部分２３０ａ〜２３０ｄのうちの１つ以上とは独立して及びまたは他のコネクタ部材部分２３０ａ〜２３０ｄのうちの１つ以上と同時に、他のコネクタ部材部分２３０ａ〜２３０ｄのうちの１つ以上の同じ及び／または反対方向に移動し、顎アセンブリ２２０のピッチング、ヨーイング、及び／または開／閉を引き起こすことができる。
【００６５】
図５及び６Ａ〜６Ｄを引き続き参照すると、クレビス２４０は、ベース部２４６から延びる１対の指部２４２、２４４を含む。１対の指部２４２、２４４のそれぞれは、互いに離間配置され、１対の指部２４２、２４４は、それらを通って延びるピン通路２４２ａを画定する。ベース部分２４６は、ピボットピン２５０ｂによってアイドラプーリの第２のセット２１４に枢着し、顎アセンブリ２２０が、エンドエフェクタ２００の長手方向軸「Ｌ」に対して、矢印「Ｐ」で示されるようにピッチング／関節運動することを可能にする。顎アセンブリ２２０の顎プーリ２２２ｂ、２２４ｂは、互いに連結され、ピボットピン２５０ｃによってクレビス２４０の１対の指部２４２、２４４の間に取り付けられる。ピボットピン２５０ｃ及び顎アセンブリ２２０の顎プーリ２２２ｂ、２２４ｂは、それぞれヨー軸及び把持軸「Ｃ２」及び「Ｃ３」を画定し、これらは互いに一致する。ピン通路２４２ａは、ピボットピン２５０ｃを受容し、顎アセンブリ２２０が、矢印「Ｙ」によって示されたエンドエフェクタ２００の長手方向軸「Ｌ」に対してヨー軸「Ｃ２」の周りでヨーイングすることを可能にし、及び／または顎アセンブリ２２０を、矢印「Ｊ」によって示された把持軸「Ｃ３」の周りで開く／閉じることを可能にする。この配置によって、手首の長さが最小化され、シャフト運動を最小化しつつより大きなピッチ及び／またはヨー運動を可能にし、その結果、今度は、複数の器具が互いに近接して配置されることを可能にし、及び／またはエンドエフェクタのより迅速な操縦を可能にする。
【００６６】
使用時に、１対のコネクタ部材部分２３１ａ、２３１ｂ、すなわち、複数のコネクタ部材部分２３０ａ〜２３０ｄは、器具タブ２２の移動及び／またはモータ「Ｍ」の回転（時計回りまたは反時計回り）によって引っ張られ及び／または開かれ、ピッチ、ヨー、把持／切開及び／またはこれらの運動の任意の組み合わせを得ることができる。この差動駆動配置は、例えば、外科手術システムの様々な構成要素（例えば、コネクタ部材、プーリ、タブ等）に加えられる負荷を制限するために、１対のコネクタ部材２３１ａ、２３１ｂにおける張力が必要に応じて調整及び／または緩和されることを好都合に可能にする。更には、位置及び／または力センサ１９ａ、１９ｂは、把持力、ピッチ軸の周りのトルク、及びヨー軸の周りのトルクなどの出力負荷を積極的に監視するために利用することができる。
【００６７】
４つのコネクタ部材の差動配置（例えば、コネクタ部材部分２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、及び２３０ｄを参照）を備えたエンドエフェクタ２００の実施形態と関連付けて実施された力フィードバック試験において、個々のコネクタ部材の張力が、各コネクタ部材部分の独立した位置決め制御により試験リグを用いて監視され、１対の顎部材（例えば、第１及び第２の顎部材２２２、２２４を参照）の遠位先端部における力を算出した。試験リグは、完全長タングステンコネクタ部材のコネクタ部材の張力を用いて先端把持力「Ｆ」を推定するための実現可能性を評価するために、１７−４  Ｈ９００ダイレクトメタルレーザ焼結（ＤＭＬＳ）顎とその先端部でロードセルを備えた特注の顎セットを含んだ。顎セットの各々の顎部材は、顎プーリを含んだ。各々の顎プーリは、同じ半径を有した。
【００６８】
次いで、先端部の力を、以下の式を用いて、顎セットの両方の顎部材に作用する力を平均化することによって算出した。
顎セットの第１の顎部材（「Ｊａｗ１」）の力（「Ｊａｗ１Ｆｏｒｃｅ」）＝
［（Ｔ３−Ｔ１）×顎プーリのうちの１つの半径］／顎部材のうちの１つの長さ；
顎セットの第２の顎部材（「Ｊａｗ２」）の力（「Ｊａｗ２Ｆｏｒｃｅ」）＝
［（Ｔ４−Ｔ２）×顎プーリのうちの１つの半径］／顎部材のうちの１つの長さ；及び
算出された力＝
［Ｊａｗ１Ｆｏｒｃｅ＋Ｊａｗ２Ｆｏｒｃｅ］／２であり、
式中、Ｔ１−Ｔ４は、コネクタ部材部分２３０ａ〜２３０ｄのそれぞれに加えられた張力に相当する。
【００６９】
外力の存在をシミュレートするために、Ｊａｗ１及びＪａｗ２を互いに食い込ませて、把持のみ（図７Ａを参照）に対して及び把持ならびに移動の組み合わせに対して（図７Ｂ）力データを展開した。図７Ａ及び７Ｂで分かるように、顎、ピッチ、及びヨー角を変化させながらの運転サイクル試験の後に、結果を算出された力に対してグラフ上にプロットした。負の顎角は、顎の重なりを示し、負の値が大きくなるにつれて、シミュレートされた力が高くなった。図７Ｂを参照すると、このグラフは、算出された把持力は、顎角が減少すると把持力が増加する状態で、測定された顎力に追従することを示している。図７Ａは、Ｊａｗ１及びＪａｗ２が互いに近接するとき、いかなるピッチ及びヨー運動もない、算出された力に対比しての測定された力を示す。このような場合でも、算出された力は測定された力に追従する。Ｊａｗ１及びＪａｗ２が互いに近接して移動すると（閉じると）、正オフセット（算出された力が測定された力を超える）がある。このオフセットは、Ｊａｗ１及びＪａｗ２が互いから離れて移動し始めると（開くと）逆転する。顎角が、ゼロを超えると、ロードセルによって記録される力はない。
【００７０】
図７Ａに示される算出された力のオフセットと比べての図７Ｂに示される算出された力のほぼ完全な追従は、摩擦を考慮することによって説明することができる。試験では、コネクタ部材を２０Ｎまで前負荷し、システムにおける剛性を増加させた。Ｊａｗ１及びＪａｗ２が、互いに食い込んだとき、張力は１２０Ｎまで上昇した。このコネクタ部材の張力は、Ｊａｗ１及びＪａｗ２を、Ｊａｗ１及びＪａｗ２がその上で回転するピボットピンまで引っ張った。ピボットピンとＪａｗ１及びＪａｗ２との間の垂直力は、加えられた力に対向する摩擦力を引き起こした。摩擦力の方向は、運動の方向に応じて変化した。
したがって、摩擦の不在下では、
Ｊａｗ１Ｆｏｒｃｅ＝Ｊａｗ２Ｆｏｒｃｅである。
摩擦の存在下では、
Ｊａｗ１がＪａｗ２  ＢＵＴに食い込むとき、Ｊａｗ１Ｆｏｒｃｅ＝Ｆ＋ｆであるが、Ｊａｗ１がＪａｗ２と接触し、Ｊａｗ２から離れて駆動されるとき、Ｊａｗ１Ｆｏｒｃｅ＝Ｆ−ｆである。
同様に、
Ｊａｗ２がＪａｗ１  ＢＵＴに食い込むとき、Ｊａｗ２Ｆｏｒｃｅ＝Ｆ＋ｆであるが、Ｊａｗ２がＪａｗ１と接触し、Ｊａｗ１から離れて駆動されるとき、Ｊａｗ２Ｆｏｒｃｅ＝Ｆ−ｆである。
ヨー運動の顎の閉鎖との組み合わせは、Ｊａｗ１をＪａｗ２に向かって移動させ、一方Ｊｗａ２をＪａｗ１から離れるように移動させる。
Ｊａｗ１Ｆｏｒｃｅ＝Ｆ＋ｆ及びＪａｗ２Ｆｏｒｃｅ＝Ｆ−ｆである。
算出された力＝（Ｊａｗ１Ｆｏｒｃｅ＋Ｊａｗ２Ｆｏｒｃｅ）／２＝（Ｆ＋ｆ＋Ｆ−ｆ）／２＝Ｆである。
測定値における誤差は、Ｊａｗ１及びＬａｗ２が互いに向かって移動するか、または互いから離れて移動する両方の場合で発生する。誤差は＋／−ｆである。この誤差の２ｆ範囲は、観測値と測定値との間の差（Ｍａｘ  ３Ｎ）としてプロットされたデータで観測することができる。
【００７１】
測定された力の精度は、摩擦を考慮して、システムにおける全体的な摩擦に応じるが、測定された力及び算出された力が、プロットされた試験例の両方でほぼ完全に互いに追従し、これによって、コネクタ部材の張力を監視することによって把持力を推定するための能力を明示している。
【００７２】
当業者であれば、本明細書に具体的に記述され、添付の図面で示される構造及び方法が、非限定的な例示的な実施形態であること、ならびに説明、開示、及び図面が特定の実施形態の単に例示として解釈されるべきであることを理解するであろう。したがって、本開示は、厳密な実施形態に限定されないこと、ならびに様々な他の変更及び修正が、本開示の範囲及び趣旨から逸脱することなく当業者によって実施されてもよいことを理解するべきである。更に、ある特定の実施形態と関連付けて示されまたは記述された要素及び特徴は、本開示の範囲から逸脱することなく、ある特定の他の実施形態の要素及び特徴と組み合わされてもよく、このような修正及び変更例もまた、本開示の範囲内に含まれる。したがって、本開示の主題は、具体的に示されかつ記述されたものによって限定されない。
【図１Ａ】
2020073222.tif 000003
【図１Ｂ】
2020073222.tif 000004
【図１Ｃ】
2020073222.tif 000005
【図２】
2020073222.tif 000006
【図３】
2020073222.tif 000007
【図４Ａ】
2020073222.tif 000008
【図４Ｂ】
2020073222.tif 000009
【図５】
2020073222.tif 000010
【図６Ａ】
2020073222.tif 000011
【図６Ｂ】
2020073222.tif 000012
【図６Ｃ】
2020073222.tif 000013
【図６Ｄ】
2020073222.tif 000014
【図７Ａ】
2020073222.tif 000015
【図７Ｂ】
2020073222.tif 000016
【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】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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２５日に出願された米国仮特許出願第６２／１８４，３０５号及び２０１５年３月１０日に出願された米国仮特許出願第６２／１３０，６７２号のそれぞれに対する利益ならびに優先権を主張するものであり、これら仮特許出願のそれぞれの内容全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
低侵襲的医療処置において、ロボット外科手術システムが使用されている。ロボット外科手術システムは、精度及び便宜性の増大などの多くの利点を提供するが、１つの欠点は、力フィードバックの欠如または制限である。外科的な訓練とは無関係に、力フィードバックは、より低い力を加えるだけでまたわずかな誤差でより精確な切開を可能にする。
【０００３】
いくつかのロボット外科手術システムは、ロボットアームを支持するコンソールと、手首アセンブリを介してロボットアームに取り付けられる鉗子または把持器具などの少なくとも１つのエンドエフェクタとを含む。医療処置中に、エンドエフェクタ及び手首アセンブリは、エンドエフェクタを患者の体内の作業部位に位置付けるために、小切開中に（カニューレを介して）または患者の固有の開口部に挿入される。特許文献１を参照。
【０００４】
ケーブルなどのコネクタ部材が、ロボットコンソールから、ロボットアームを通って延在し、手首アセンブリ及び／またはエンドエフェクタに接続される。場合によっては、コネクタ部材は、外科医または臨床医が、ロボットアーム、手首アセンブリ及び／またはエンドエフェクタを含むロボット外科手術システムを制御することができるようにするためのユーザインターフェースを含む処理システムによって制御されるモータを用いて、作動される。
【０００５】
一般的に、これらのコネクタ部材は、特定の使用回数後に、制限された正常性及び故障の傾向性を有するか、または使用できなくなり、これは、これらコネクタ部材に課せられる使用毎の持続時間及び／またはストレスに応じて変化し得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／０１１６４１６号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
したがって、これらのコネクタ部材の正常性を判定するために、また故障予測精度を改善するために、コネクタ部材に関するリアルタイム情報を提供するロボット外科手術システムに対する要求がある。エンドエフェクタからの力フィードバックを確立するために、これらのコネクタ部材を監視することも望ましいであろう。この点に関して、臨床医は、例えば、精度を改善しかつ誤差を制限するためにエンドエフェクタの把持力を好都合に判定することができるであろう。
【０００８】
一態様において、本開示は、コントローラと、エンドエフェクタを支持するシャフトアセンブリを備えた外科用器具とを含むロボット外科手術システムを目的とする。１つ以上のコネクタ部材が、エンドエフェクタに連結され、エンドエフェクタを動作させるよう移動可能である。１つ以上のセンサは、コネクタ部材のうちの１つ以上に動作可能に連結され、コネクタ部材を監視するためにコントローラと電気的導通して配設されている。
【０００９】
一実施形態において、エンドエフェクタは、３種の主な運動出力：ピッチ、ヨー、及び顎運動を駆動させるために、（２つのコネクタ部材の）４つのコネクタ部材端部に対して差動コネクタ部材張力を使用する手首型外科用装置を提供する。コネクタ部材は、ピッチ軸の周りを枢軸旋回するアイドラプーリのセットの周り及びピッチ軸の近位に位置するアイドラプーリの別のセットを迂回させられることができる。いくつかの実施形態において、全てのアイドラプーリは、シャフトアセンブリに沿って位置することができる。顎軸と枢軸とが一致し、エンドエフェクタの顎部材の近位部分を通って延在することで、この配列は、ピッチ軸とヨー軸との間にアイドラプーリを提供する装置と比べて、短い手首長を好都合に提供する。ピッチ、ヨー、及び把持すること／切開すること及びこれらの運動の任意の組み合わせが、コネクタ部材端部の異なる組み合わせを引っ張ること及び／または開くことを通して得られる。
【００１０】
３つの閉ループコネクタ部材を含み、それらの各々が、それぞれ３種の出力（ピッチ、ヨー、及び把持）のうちの１つを引き起こすために位置付けられているものを含むより伝統的なエンドエフェクタと比較すると、差動駆動実施形態は、これが３種の出力（ピッチ、ヨー、及び把持）を駆動させるために２つの開ループ型コネクタ部材（４つの端部）のみを必要とするという点で簡易化されている。更に、差動駆動実施形態の２つのコネクタ部材が、より伝統的な閉ループの３つのコネクタ部材エンドエフェクタと比べて開ループ型コネクタ部材であることを考えれば、差動駆動実施形態は、調整可能なコネクタ部材の張力を提供する。より具体的には、差動駆動実施形態のコネクタ部材に及ぼされる張力は、外科用器具の構成要素（ケーブル、プーリ、タブ等）への連続負荷を防止するために外科用器具が使用されないときに緩めることができ、これによって、外科用器具及びその構成要素の寿命を改善する。加えて、開ループ型コネクタ部材は、例えばセンサを用いて、把持力、ピッチ軸の周りのトルク、及びヨー軸の周りのトルクなどの出力負荷の積極的監視を可能にする。
【００１１】
最小限に抑えられた手首長はまた、より大きなピッチ及び／またはヨー移動を可能にすると同時に、器具のシャフト運動を最小限に抑え、これが今度は、器具が互いに接近して配置されることを可能にし及び／またはエンドエフェクタのより迅速な操縦を可能にする。
【００１２】
ロボット外科手術システムは、コントローラに動作可能に連結され、コネクタ部材のうちの１つ以上の参照データを維持するように構成されたメモリを含んでもよい。参照データは、コネクタ部材の特性、コネクタ部材に加えられる力、コネクタ部材の使用回数、またはコネクタ部材の時間経過のうちの１つ以上を含むことができる。
【００１３】
センサは、コネクタ部材のリアルタイムデータを登録し、リアルタイムデータをコントローラに通信するように構成されてもよい。いくつかの実施形態において、センサは、力センサ、位置センサ、またはこれらの組み合わせを含む。
【００１４】
コントローラは、リアルタイムデータを参照データと比較して、リアルタイムデータの参照データに対する比較に応答して、出力信号を提供するように構成される。コントローラは、１つ以上のモータに動作可能に連結されてもよい。コントローラは、出力信号に応答してコネクタ部材における張力の量を調整するために、モータと通信するように構成することができる。いくつかの実施形態において、コントローラは、１つ以上の事象に応答して出力信号を提供するように構成される。これらの事象（複数可）としては、外科用器具の最初の使用、外科用器具の最初の使用に続く外科用器具の使用、ユーザ作動のコマンド、または少なくとも１つの期間の満了のうちの１つ以上を含むことができる。
【００１５】
いくつかの実施形態において、ロボット外科手術システムは、駆動部材と、駆動部材上に支持された駆動タブとを有する駆動アセンブリを含む。駆動部材は、コントローラと電気通信して配設されたモータに連結される。１つ以上のコネクタ部材は、器具タブに固定される。駆動タブ及び器具タブは、駆動タブがモータの作動に応答して、駆動部材に沿って移動するとき、エンドエフェクタを操作するように係合可能である。駆動部材及び駆動タブは、螺合されてもよい。駆動部材は、駆動タブを駆動部材に沿って軸方向に移動させるように回動可能であってもよい。
【００１６】
別の態様によると、ロボット外科手術システムの１つ以上のコネクタ部材の正常性を判定する方法が提供される。コネクタ部材は、ロボット外科手術システムのエンドエフェクタに動作可能に連結され、エンドエフェクタを動作させるように移動可能である。本方法は、コネクタ部材のうちの１つ以上の最初の使用の前に、コネクタ部材のうちの１つ以上の参照データを記憶することを含む。これらのコネクタ部材は、最初の正常性を有する。本方法は、１つ以上のコネクタ部材のうちの１つ以上の最初の使用に続いてコネクタ部材のリアルタイムデータを測定することと、コネクタ部材の参照データを測定されたコネクタ部材のリアルタイムデータと比較して、コネクタ部材のリアルタイムの正常性を判定することとを含む。
【００１７】
いくつかの実施形態において、本方法は、少なくとも１つのコネクタ部材に加えられた力を測定することを伴う。ある特定の実施形態において、本方法は、コネクタ部材のリアルタイムデータにおける変化に応答して、コネクタ部材における張力を較正することを含む。本方法は、１つ以上の事象に応答して、コネクタ部材のリアルタイムデータを示す出力信号を自動化することを伴ってもよい。本方法は、ユーザ入力を示す入力信号を受信し、コネクタ部材のリアルタイムデータを示す出力信号を開始させることを伴うことができる。本方法は、コネクタ部材の故障を登録し、故障を示す出力信号を提供することを含むことができる。
【００１８】
更に別の態様によると、ロボット外科手術システムは、コントローラ、第１のコネクタ部材、第２のコネクタ部材、エンドエフェクタ、及びコントローラに動作可能に連結された１つ以上のモータを含む。
【００１９】
１つ以上のモータは、第１及び第２のコネクタ部材に動作可能に連結され、第１及び第２のコネクタ部材を移動させるように作動可能である。
【００２０】
エンドエフェクタは、第１の顎部材と第２の顎部材とを含む。第１の顎部材は、第１の顎プーリと、第１の顎プーリから延在する第１の把持部分とを含む。第１の顎プーリは、第１の把部分と一体に形成されてもよく、第２の顎プーリは、第２の把持部分と一体に形成されてもよい。第２の顎部材は、第２の顎プーリと、第２の顎プーリから延在する第２の把持部分とを含む。第１のコネクタ部材は、第１の顎プーリに固定され、第２のコネクタ部材は、第２の顎プーリに固定される。第１及び第２のコネクタ部材は、第１及び第２の顎部材を３種の異なる出力間で移動させるように移動可能である。
【００２１】
いくつかの実施形態において、第１及び第２の顎プーリは、アイドラプーリのセットに取り付けられたクレビスに連結される。第１及び第２のコネクタ部材は、アイドラプーリのセットと第１及び第２の顎プーリとを迂回させられる。
【００２２】
ロボット外科手術システムは、駆動ユニットを支持するロボットアームを含むことができる。駆動ユニットは、１つ以上の駆動部材と、駆動部材上で支持された１つ以上の駆動タブとを有する駆動アセンブリを含む。駆動部材は、モータに連結される。第１及び第２のコネクタ部材のうちの一方または両方は、１つ以上の器具タブに固定される。駆動タブ及び器具タブは、駆動タブがモータの作動に応答して駆動部材に沿って移動するときにエンドエフェクタを操作するように係合可能である。いくつかの実施形態において、駆動部材及び駆動タブは、螺合されている。駆動部材は、駆動タブを駆動部材に沿って軸方向に移動させるように回動可能であってもよい。
【００２３】
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記載される。
例えば、本願は以下の項目を提供する。
（項目１）
ロボット外科手術システムであって、
コントローラと、
エンドエフェクタを支持する外科用器具と、
前記エンドエフェクタに連結され、前記エンドエフェクタを動作させるように移動可能である少なくとも１つのコネクタ部材と、
前記コントローラに動作可能に連結され、前記少なくとも１つのコネクタ部材の参照データを維持するように構成されたメモリと、
前記少なくとも１つのコネクタ部材に動作可能に連結され、前記コントローラと電気通信して配設されたセンサであって、前記少なくとも１つのコネクタ部材のリアルタイムデータを登録して、前記リアルタイムデータを前記コントローラに通信するように構成された、センサと、を備え、
前記コントローラが、前記リアルタイムデータを前記参照データと比較して、前記リアルタイムデータの前記参照データに対する比較に応答して、出力信号を提供するように構成される、ロボット外科手術システム。
（項目２）
前記センサが、力センサ、位置センサ、またはこれらの組み合わせを含む、項目１に記載のロボット外科手術システム。
（項目３）
前記センサが、複数のセンサを含み、前記少なくとも１つのコネクタ部材が、複数のコネクタ部材を含み、前記複数のコネクタ部材のそれぞれが、前記複数のセンサのうちの少なくとも１つに動作可能に連結される、項目１に記載のロボット外科手術システム。
（項目４）
前記コントローラが、少なくとも１つのモータに動作可能に連結され、前記コントローラが、前記少なくとも１つのモータと通信して、前記出力信号に応答して、前記少なくとも１つのコネクタ部材における張力の量を調整するように構成される、項目１に記載のロボット外科手術システム。
（項目５）
前記コントローラが、少なくとも１つの事象に応答して、前記出力信号を提供するように構成される、項目１に記載のロボット外科手術システム。
（項目６）
前記少なくとも１つの事象が、
前記外科用器具の最初の使用、
前記外科用器具の前記最初の使用に続く前記外科用器具の使用、
ユーザによって開始されるコマンド、または
少なくとも１つの期間の満了、のうちの少なくとも１つを含む、項目５に記載のロボット外科手術システム。
（項目７）
前記参照データが、
前記少なくとも１つのコネクタ部材の特性、
前記少なくとも１つのコネクタ部材に加えられた力、
前記少なくとも１つのコネクタ部材の使用回数、または
前記少なくとも１つのコネクタ部材の時間経過、のうちの少なくとも１つを含む、項目１に記載のロボット外科手術システム。
（項目８）
駆動部材と、前記駆動部材上に支持された駆動タブとを有する駆動アセンブリを更に含み、前記駆動部材が、前記コントローラと電気通信して配設されたモータに連結され、前記少なくとも１つのコネクタ部材が、器具タブに固定され、前記駆動タブ及び前記器具タブは、前記駆動タブが前記モータの作動に応答して前記駆動部材に沿って移動するときに前記エンドエフェクタを操縦するように係合可能である、項目１に記載のロボット外科手術システム。
（項目９）
前記駆動部材及び前記駆動タブが螺合され、前記駆動部材が、前記駆動タブを前記駆動部材に沿って軸方向に移動させるように回転可能である、項目８に記載のロボット外科手術システム。
（項目１０）
ロボット外科手術システムの少なくとも１つのコネクタ部材の正常性を判定する方法であって、前記少なくとも１つのコネクタ部材が、前記ロボット外科手術システムのエンドエフェクタに動作可能に連結され、前記エンドエフェクタを動作させるように移動可能であり、前記方法が、
前記少なくとも１つのコネクタ部材の最初の使用の前に、前記少なくとも１つのコネクタ部材の参照データを保存することであって、前記少なくとも１つのコネクタ部材が、最初の正常性を有する、保存することと、
前記少なくとも１つのコネクタ部材の前記最初の使用に続いて、前記少なくとも１つのコネクタ部材のリアルタイムデータを測定することと、
前記少なくとも１つのコネクタ部材の前記参照データを、前記少なくとも１つのコネクタ部材の測定されたリアルタイムデータと比較して、前記少なくとも１つのコネクタ部材の前記最初の正常性と比べた前記少なくとも１つのコネクタ部材のリアルタイム正常性を判定することと、を含む方法。
（項目１１）
前記少なくとも１つのコネクタ部材のリアルタイムデータを測定することが、前記少なくとも１つのコネクタ部材に加えられた力を測定することを含む、項目１０に記載の方法。
（項目１２）
前記少なくとも１つのコネクタ部材の前記リアルタイムデータにおける変化に応答して、前記少なくとも１つのコネクタ部材における張力を較正することを更に含む、項目１０に記載の方法。
（項目１３）
少なくとも１つの事象に応答して、前記少なくとも１つのコネクタ部材のリアルタイムデータを示す出力信号を自動化することを更に含む、項目１０に記載の方法。
（項目１４）
ユーザ入力を示す入力信号を受信して、前記少なくとも１つのコネクタ部材のリアルタイムデータを示す出力信号を開始させることを更に含む、項目１０に記載の方法。
（項目１５）
前記少なくとも１つのコネクタ部材の故障を登録し、前記故障を示す出力信号を提供することを更に含む、項目１０に記載の方法。
（項目１６）
ロボット外科手術システムであって、
コントローラと、
第１のコネクタ部材と、
第２のコネクタ部材と、
第１の部材と第２の顎部材とを含むエンドエフェクタであって、第１の顎部材が、第１の顎プーリと前記第１の顎プーリから延在する第１の把持部分とを含み、前記第２の顎部材が、第２の顎プーリと前記第２の顎プーリから延在する第２の把持部分とを含み、前記第１のコネクタ部材が、前記第１の顎プーリに固定され、前記第２のコネクタ部材が、前記第２の顎プーリに固定され、前記第１及び第２のコネクタ部材が、前記第１及び第２の顎部材を３種の異なる出力間で移動させるように移動可能である、エンドエフェクタと、
前記コントローラに動作可能に連結され、前記第１及び第２のコネクタ部材に動作可能に連結された少なくとも１つのモータであって、前記第１及び第２のコネクタ部材を移動させるように作動可能である、少なくとも１つのモータと、を備える、ロボット外科手術システム。
（項目１７）
前記第１の顎プーリが、前記第１の把持部分と一体に形成され、前記第２の顎プーリが、前記第２の把持部分と一体に形成される、項目１６に記載のロボット外科手術システム。
（項目１８）
前記第１及び第２の顎プーリが、アイドラプーリのセットに取り付けられたクレビスに連結され、前記第１及び第２のコネクタ部材が、アイドラプーリのセットと前記第１及び第２の顎プーリとを迂回させられる、項目１６に記載のロボット外科手術システム。
（項目１９）
駆動ユニットを支持するロボットアームを更に含み、前記駆動ユニットが、少なくとも１つの駆動部材と、前記少なくとも１つの駆動部材上に支持された少なくとも１つの駆動タブとを有する駆動アセンブリを含み、前記少なくとも１つの駆動部材が、前記少なくとも１つのモータに連結され、前記第１及び第２のコネクタ部材のうちの少なくとも１つが、少なくとも１つの器具タブに固定され、前記少なくとも１つの駆動タブ及び前記少なくとも１つの器具タブは、前記少なくとも１つの駆動タブが前記少なくとも１つのモータの作動に応答して前記少なくとも１つの駆動部材に沿って移動するときに前記エンドエフェクタを操縦するように係合可能である、項目１６に記載のロボット外科手術システム。
（項目２０）
前記少なくとも１つの駆動部材及び前記少なくとも１つの駆動タブが螺合され、前記少なくとも１つの駆動部材が、前記少なくとも１つの駆動タブを前記少なくとも１つの駆動部材に沿って軸方向に移動させるように回転可能である、項目１９に記載のロボット外科手術システム。
【００２４】
本開示の実施形態は、添付図面を参照して本明細書に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】本開示による医療用ワークステーション及び操作コンソールの概略図である。
【図１Ｂ】図１Ａの医療用ワークステーションの制御装置のモータの概略斜視図である。
【図１Ｃ】図１Ａの医療用ワークステーションのロボットアームに連結された駆動ユニット及び取付け装置の概略斜視図である。
【図２】図１Ａの医療用ワークステーションで使用するための、本開示の実施形態によるエンドエフェクタであって、その顎アセンブリを閉状態で示す、エンドエフェクタの斜視図である。
【図３】図２のエンドエフェクタであって、その顎アセンブリを開放かつ関節運動させられた状態で示し、またその手首アセンブリを関節運動させられた状態で示す、エンドエフェクタの斜視図である。
【図４Ａ】ロボット外科手術システムのコネクタ部材上で所定の張力を維持するための方法を示すフローチャートである。
【図４Ｂ】ロボット外科手術システムのコネクタ部材の正常性を判定するための方法を示すフローチャートである。
【図５】図１Ａの医療用ワークステーションで使用するためのエンドエフェクタの別の実施形態の斜視図である。
【図６Ａ】図５のエンドエフェクタであって、その顎部材が閉配置の状態で直線配置で示されたエンドエフェクタの斜視図である。
【図６Ｂ】図５のエンドエフェクタであって、その顎部材が閉配置の状態でピッチング配置で示されたエンドエフェクタの斜視図である。
【図６Ｃ】図５のエンドエフェクタであって、その顎部材が閉配置の状態でヨーイング配置で示されたエンドエフェクタの斜視図である。
【図６Ｄ】図５のエンドエフェクタであって、その顎部材が開配置の状態で直線配置で示されたエンドエフェクタの斜視図である。
【図７Ａ】図５のエンドエフェクタに関して確立された把持力データのグラフ表現である。
【図７Ｂ】図５のエンドエフェクタに関して確立された把持力データのグラフ表現である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本開示の実施形態は、図面を参照して詳細に記載されるが、図面中の類似の参照番号は、いくつかの図のそれぞれにおける等しいまたは対応する要素を表記する。本明細書で使用される場合、用語「遠位」は、ユーザから更に遠い装置の部分を指し、一方、用語「近位」は、ユーザにより近い装置の部分を指す。
【００２７】
最初に図１Ａを参照すると、医療用ワークステーションが、一般的にワークステーション１と示され、一般に、複数のロボットアーム２、３、コントローラ／制御装置４、及びコントローラ４と連結した操作コンソール５を含む。操作コンソール５は、特に三次元画像を表示する表示装置６と、人（図示せず）、例えば、外科医が、当該技術分野において既知であるように、ロボットアーム２、３を第１の動作モードで遠隔操縦することによる手動入力装置７、８とを含む。
【００２８】
一般に、ロボットアーム２、３のそれぞれは、継手を通して接続されている複数の部材と、例えば、エンドエフェクタ１００を支持する外科用ツールまたは外科用器具２０に取り付けられ得る取付け装置９、１１とを含む。
【００２９】
ロボットアーム２、３は、制御装置４に動作的に連結された１つ以上の電気駆動装置またはモータによって駆動されてもよい。制御装置４（例えば、コンピュータ）は、具体的には、ロボットアーム２、３、それらの取付け装置９、１１及び／または外科用ツール２０（エンドエフェクタ１００を含める）が手動入力装置７、８によって規定された移動に従って、所望の移動を実行するような方法でコンピュータプログラムによってモータを作動させるように設定される。
【００３０】
図１Ｂを参照すると、制御装置４は、複数のモータ「Ｍ」（モータ１・・・ｎ）を制御することができ、これは各々のモータが、各ロボットアーム２、３を通って外科用ツール２０のエンドエフェクタ１００（図１Ａ）まで延在するコネクタ部材「ＣＭ」（例えば、ケーブル、鎖、ベルト、ロッド等、及び／またはこれらの組み合わせ）の長さを巻き上げ及び／または繰り出すように構成された状態で行われる。例えば、１つ以上のコネクタ部材「ＣＭ」は、１つ以上のモータ「Ｍ」に関連付けられた１つ以上のプーリ「ＰＬ」とエンドエフェクタ１００に関連付けられた１つ以上のプーリ（例えば、図２、３及び／または５を参照）との間に直接的及び／または間接的に連結されることができる。使用時に、コネクタ部材「ＣＭ」が巻き上げられ及び／または繰り出されると、コネクタ部材「ＣＭ」は、外科用ツール２０の各エンドエフェクタ１００の動作及び／または移動をもたらす。制御装置４は、対応のエンドエフェクタ１００の動作及び／または移動を調整するために、様々なモータ「Ｍ」の作動を調整し、対応のコネクタ部材「ＣＭ」の長さの巻き上げ及び／または繰り出しを調整する。場合によっては、単一のコネクタ部材「ＣＭ」が、単一のモータによって巻き上げられ及び／または繰り出される。しかしながら、ある特定の例では、２つ以上のコネクタ部材または単一のコネクタ部材の２つの端部が、単一のモータによって巻き上げられ及び／または繰り出されてもよい。例えば、２つのコネクタ部材またはコネクタ部材の端部が、単一のモータに反対方向で連結されてもよく、これにより、モータ「Ｍ」が第１の方向に作動されると、コネクタ部材のうちの１つが巻き上げられ、それと同時に他のコネクタ部材が繰り出される。他のコネクタ部材の配置が、異なる実施形態で使用されてもよい。
【００３１】
ワークステーション１は、エンドエフェクタ１００を用いて低侵襲的方法で処置される検査寝台１２上に横たわる患者１３で使用するように構成される。ワークステーション１はまた、２つを超えるロボットアーム２、３を含んでもよく、追加のロボットアームは、コントローラ４に同様に接続され、操作コンソール５によって遠隔操縦される。１つ以上の外科用器具２０は、追加のロボットアームに取り付けられてもよい。
【００３２】
ワークステーション１の構築及び操作の詳細な説明については、「Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ」と題され、２０１１年１１月３日に出願された米国特許公開第２０１２／０１１６４１６号（その内容が参照により本明細書に組み込まれる）を、参照することができる。
【００３３】
図１Ｃは、例示的な取付け装置９であって、それに連結された駆動ユニット１４を有する装置を示す。駆動ユニット１４及び／または取付け装置９は、ロボットアーム２、３のうちの１つに直接的ならびに／もしくは間接的に取り付けられてもよく、及び／またはそれと一体で形成されてもよい。例えば、場合によっては、駆動ユニット１４は、ロボットアーム２、３のうちの１つに直接取り付けられ、取付け装置９は、駆動ユニット１４に連結されながら、取付け装置９は、ロボットアーム２、３のうちの１つに間接的に取り付けられる。ある特定の例では、取付け装置９は、ロボットアーム２、３のうちの１つに直接取り付けられ、駆動ユニット１４は、取付け装置９に連結されながら、駆動ユニット１４は、ロボットアーム２、３に間接的に取り付けられる。場合によっては、取付け装置９及び駆動ユニット１４の両方が、ロボットアーム２、３のうちの１つに直接取り付けられる。
【００３４】
駆動ユニット１４は、１つ以上のモータ１６と、１つ以上のモータ１６に連結された１つ以上の駆動部材１７とを有する駆動アセンブリ１５を含む。モータ１６は、コントローラ４に電気的に連結され、駆動部材１７に移動（例えば、回転移動）を付与するように動作可能である。いくつかの実施形態において、駆動部材１７は、親ねじである。１つ以上の駆動タブ１８は、各々の駆動部材１７に取り付けられ、それに沿って移動可能である。矢印「Ａ１」で示すように、駆動タブ１８は、駆動部材１７の矢印「Ａ２」に示す時計回り及び／または反時計回りの方向の回転移動に応答して、駆動部材１７に対して軸方向に（例えば、ｚ軸に沿って）移動可能である。いくつかの実施形態において、駆動タブ１８は、スプリットナット駆動タブである。
【００３５】
駆動タブ１８は、駆動部材１７と螺合され、駆動タブ１８の駆動部材１７に対する移動を引き起こすことができる。駆動タブ１８及び／または駆動部材１７は、任意の好適なねじ切り構成を含んでもよい。例えば、駆動タブ１８及び／または駆動部材１７のねじ部のうちの１つ以上は、任意の好適な形状、直径、ピッチ、方向／配向等を有することができる。いくつかの実施形態において、駆動部材１７は、複数のねじ部のセットを含んでもよく、ねじ部の各セットは、隣接するねじ部のセットと比べて反対方向にねじ込まれる。ある特定の実施形態において、各ねじ部のセットは、複数の駆動タブ１８の間の接近移動及び／または非接近移動を付与するために、異なる駆動タブ１８に係合するように構成される。
【００３６】
駆動タブ１８は、コントローラ４に動作的に連結されまた加えられた力を決定するように構成された力センサ１９ａ（例えば、トランスデューサ等）を含む。駆動部材１７は、コントローラ４に動作的に連結され、駆動アセンブリ１５の１つ以上の構成要素（例えば、駆動タブ１８）の１つ以上の位置をそれらの他の構成要素（例えば、駆動部材１７）に対して決定するように構成された位置センサ１９ｂを支持する。例えば、位置センサ１９ｂは、モータ１６、駆動部材１７ならびに／もしくは駆動タブ１８の出力の位置及び／または動きを測定するように構成される。
【００３７】
図１Ｃに示された例示的な実施形態で分かるように、駆動ユニット１４は、外科用ツール２０（図１Ａを参照）または外科用器具２０などの器具に連結される。外科用器具２０は、１つ以上の支持体またはレール２４に移動可能に取り付けられた１つ以上の器具タブ２２を含む。例えば、器具タブ２２は、矢印「Ａ３」によって示すように、ｚ方向にレール２４に沿って軸方向に移動可能であり得る。１つ以上のコネクタ部材２６は、１つ以上のコネクタ部材２６の移動に応答して、エンドエフェクタ１００及び／またはこの一部の移動を引き起こすために、外科用器具２０のシャフトアセンブリ２１に沿ってそのエンドエフェクタ１００まで延びる器具タブ２２に連結される。コネクタ部材２６は、ケーブル、鎖、ロッド、ベルト等、及び／またはこれらの組み合わせを含んでもよい。付加的に、及び／または代替的に、コネクタ部材２６は、エンドエフェクタ１００への、例えば、発射エンドエフェクタ（例えば、ステープル、クリップ等）への力を付与するために移動することができる。
【００３８】
コントローラ４は、外科的処置中に、モータ１６に印加される電流を制御することができる。モータ１６に供給される電流は、駆動部材１７及び駆動タブ１８を移動させるように調整されてもよく、これにより、駆動タブ１８が外科用器具２０の対応する器具タブ２２を押しまたこれを同じｚ方向に移動させて、エンドエフェクタ１００などの外科用器具２０の構成要素をコネクタ部材２６を介して移動させる。図１Ｃに示す例において、外科用器具２０の各コネクタ部材２６は、１つの端部では対応の器具タブ２２に装着され、反対の端部では、エンドエフェクタ１００の対応の部分に装着される。各コネクタ部材２６は、対応の器具タブ２２の駆動ユニット１４の対応する駆動タブ１８及び／またはモータ１６を介しての移動に応答して、エンドエフェクタ１００の異なる移動（例えば、関節運動、回転、その顎部材の開／閉等）を引き起こすために、エンドエフェクタ１００の異なる部分に接続される。
【００３９】
ロボット外科手術システムのコネクタに対して所定の張力を維持するための方法は、一般的に、図４Ａに示されている。図１Ｃを参照すると、コネクタ部材２６の状態が、位置センサ１９ｂ及び／または力センサ１９ａからのデータを用いて測定されてもよい。最初の較正の一部として、モータ１６、駆動部材１７、及び／または駆動タブ１８は、最初の位置に駆動され得る。この最初の位置は、ゼロ位置と称されてもよい。次いで、モータ１６が作動され、モータ１６、駆動部材１７、及び／または駆動タブ１８の出力を、ゼロ位置から離れるように移動させる。位置センサ１９ｂは、モータ１６、駆動部材１７、及び／または駆動タブ１８の出力のゼロ位置から離れる移動の量を測定することができる。位置センサ１９ｂは、少なくとも力センサ１９ａで測定された力が所定の閾値を超えるまで、この移動を測定し続けることができる。力センサ１９ａで測定された力が、所定の閾値を超えるとき、ゼロ位置からの移動の総量が、コネクタ部材２６の基準状態として記録されてもよい。
【００４０】
所定の力閾値は、異なる状況で変化する場合がある。場合によっては、所定の力閾値は、異なる用途に対してカスタマイズされない固定値であってもよい。他の例では、所定の力は、異なる外科用器具について変化してもよい。例えば、所定の力は、コネクタ部材２６に、それに連結された構成要素（エンドエフェクタ１００など）を移動させることなく完全な張力を加えるために器具タブ２２に加えられる必要がある力の量に相当するように選択されてもよい。他の例では、異なる基準が所定の力を選択するために用いられてもよい。
【００４１】
コネクタ部材２６の基準状態が決定されると、以降のコネクタ部材２６の状態の変化が、この基準状態と比較されてもよい。コネクタ部材２６の状態における以降の変化を測定するために、モータ１６、駆動部材１７、及び／または駆動タブ１８の出力がゼロ位置に移動され得る。次いで、モータ１６が作動され、モータ１６、駆動部材１７、及び／または駆動タブ１８の出力を、ゼロ位置から離れるように移動させる。位置センサ１９ｂは、モータ１６、駆動部材１７、及び／または駆動タブ１８の出力のゼロ位置から離れる移動の量を測定することができる。位置センサ１９ｂは、少なくとも力センサ１９ａで測定された力が所定の閾値を超えるまで、移動を測定し続けることができる。力センサ１９ａで測定された力が、所定の閾値を超えるとき、ゼロ位置からの移動の総量が、コネクタ部材２６の更新状態として記録されてもよい。コネクタ部材２６の更新状態が、次いで、コネクタ部材２６の基準状態と比較され、コネクタ部材２６の状態における変化を特定することができる。
【００４２】
コネクタ部材２６が使用されると、コネクタ部材２６は、高張力下で伸長するかないしは別の方法で経時的に変形することができる。コネクタ部材２６が伸長するかないしは別の方法で変形すると、力センサ１９ａで測定された所定の閾値に相当する、駆動タブ１８及び器具タブ２２が、コネクタ部材２６における特定のコネクタ部材２６の張力を設定するために移動される必要があり得る距離もまた、変更されてもよい。コネクタ部材２６における変形が大きくなるにつれて、駆動タブ１８及び器具タブ２２がより大きく移動される必要があり得る。更新状態での位置が基準状態のものと所定の量を超えるまで異なる場合には、そのときは異なるアクションを行うことがある。場合によっては、コネクタ部材２６の状態における特定された変化が閾値を超えるならば、そのときは、最初の異常現象が提示され、コネクタ部材２６が交換する必要があり得ることを人に警告してもよい。場合によっては、状態における変化が第２の閾値を超えるならば、このときは、ワークステーション１が、コネクタ部材の寿命が超過していること及び／またはコネクタ部材２６を収容する外科用器具２０の使用を避けることを表示してもよい。ある特定の例では、更新状態及び／または基準状態が、既知の値のセットと比較され、コネクタ部材２６の推定の残りの有効寿命／正常性を特定してもよい。場合によっては、更新状態及び基準状態が測定された日付が、更新状態及び基準状態の記録された値と共に、既知の値のセットと比較され、コネクタ部材２６を交換するための推定される寿命が終わる日付を特定してもよい。ある特定の例では、異なるアクション及び／または前述したアクションのうちの２つ以上が行われてもよい。
【００４３】
図２及び３で分かるように、エンドエフェクタ１００は、手首アセンブリ１１０に接続した顎アセンブリ１２０と、顎アセンブリ１２０を、長軸「Ｘ１−Ｘ１」ならびに／もしくは「Ｘ２−Ｘ２」などの長手方向軸の周りを／長手方向軸に対して、及び／または枢軸「Ａ−Ａ」ならびに／もしくは「Ｂ−Ｂ」などの枢軸の周りを／枢軸に対して移動させる（旋回する／関節運動させる／回転させる／開く／閉じる）ためのコネクタ部材２６などの１つ以上のコネクタ部材「ＣＭ」とを含むことができる。手首アセンブリ１１０は、顎アセンブリ１２０をロボットアーム２、３などのロボットアームに連結させる。
【００４４】
エフェクタ１００の構築及び操作の詳細な説明については、「Ｗｒｉｓｔ  ａｎｄ  Ｊａｗ  Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ  ｆｏｒ  Ｒｏｂｏｔｉｃ  Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」と題され、２０１４年１０月２０日に出願された国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／６１３２９号（その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる）を、参照することができる。
【００４５】
使用時に、コネクタ部材２６が移動されると、コネクタ部材２６は、外科用器具の各エンドエフェクタ１００の動作及び／または移動をもたらす（例えば、図２及び３を参照）。１つ以上のエンドエフェクタ１００の動作及び／または移動を調整するために、コントローラ４が、タブ２２を介して対応のコネクタ部材２６を移動させるように様々なモータ１６を作動させることが想定される。図１Ｃは、器具タブに連結されるコネクタ部材２６の一方の端部及びエンドエフェクタ１００に連結された別の端部を示しているが、場合によっては、２つ以上のコネクタ部材２６または単一のコネクタ部材の２つの端部が器具タブ２２に連結されてもよい。例えば、場合によっては、２つのコネクタ部材またはコネクタ部材の端部が、単一のモータに反対方向で連結されてもよく、これにより、モータが第１の方向に作動されると、コネクタ部材のうちの１つが巻き上げられ、それと同時に他のコネクタ部材が繰り出される。他のコネクタ部材の配置が、異なる実施形態で使用されてもよい。
【００４６】
更に、図１Ｃは、駆動タブ１８が駆動部材１７の長さの上に前進すると、駆動タブ１８が、器具タブ２２と駆動タブ１８の上面だけで係合することを示すが、他の変更例も可能である。場合によっては、駆動タブ１８は、複数の面で（例えば、上面及び底面）で器具タブ２２と係合してもよく、及び／または器具タブ２２は、複数の面で駆動タブ１８と係合してもよい。複数の面でタブ１８、２２のうちの少なくとも１つに他のタブと係合させることは、タブ１８、２２が、互いに係止され、これにより、駆動タブ１８が上に移動するときに、器具タブ２２も上に移動し、また駆動タブ１８が下に移動するときに、その後器具タブ２２も下に移動することを確実なものとする。
【００４７】
図１Ａを再度参照すると、ロボットアーム２、３は、コントローラ４に接続された電気駆動装置（図示せず）によって駆動することができる。制御装置４（例えば、コンピュータ）は、具体的には、ロボットアーム２、３、それらの取付け装置９、１１、及したがって外科用器具２０（エンドエフェクタ１００を含める）が手動入力装置７、８によって規定された移動に従って、所望の移動を実行するような方法でコンピュータプログラムによって駆動装置を作動させるように設定される。コントローラ４はまた、これがロボットアーム２、３及び／または駆動装置の移動を調節するような方法で設定されてもよい。
【００４８】
コントローラ４は、命令のセットに従って算出を行い及び／または動作するように適合された任意の好適な論理制御回路を含むことができる。コントローラ４は、遠隔システム「ＲＳ」と無線で（例えば、ワイファイ、ブルートゥース（登録商標）、ＬＴＥ等）及び／または有線で通信するように構成することができる。遠隔システム「ＲＳ」は、様々な構成要素、アルゴリズム、及び／またはワークステーション１の動作に関するデータ、命令及び／または情報を含むことができる。遠隔システム「ＲＳ」は、任意の好適な電子装置、データベース、プラットフォーム、クラウド等を含むことができる。コントローラ４は、メモリに動作可能に接続された中央演算処理装置を含んでもよい。メモリは、一過性型メモリ（例えば、ＲＡＭ）及び／または非一過性型メモリ（例えば、フラッシュメディア、ディスクメディア等）を含んでもよい。いくつかの実施形態において、メモリは、遠隔システム「ＲＳ」の一部であるか、及び／または遠隔システムに動作可能に連結される。
【００４９】
コントローラ４は、例えば、医療用ワークステーションの構成要素のうちの１つ以上（例えば、コネクタ部材２６、エンドエフェクタ１００等）の使用の回数を計測するための１つ以上の計数器を含むことができる。コントローラ４は、駆動回路を通して等、ワークステーション１の構成要素とインターフェースするための複数の入力及び出力を含むことができる。コントローラ４は、ワークステーション１の様々な構成要素のうちの１つ以上（例えば、１つ以上のモータ１６）を制御するために、入力信号を受信し及び／または出力信号を発生するように構成することができる。出力信号は、ユーザによって事前プログラム及び／または入力され得るアルゴリズム命令を含むことができるか、及び／またはこれに基づくことができる。コントローラ４は、遠隔システム「ＲＳ」に連結されることができるユーザインターフェース（例えば、操作コンソール５のスイッチ、ボタン、タッチスクリーン等）から複数のユーザ入力を受け取るように構成することができる。
【００５０】
データベース４ａは、直接的及びまたは間接的にコントローラ４に連結されることができる。データベース４ａは、生きている人間（複数可）１３及び／または解剖図解書（複数可）からの術前データを記憶するように構成することができる。データベース４ａは、遠隔システム「ＲＳ」の一部であり得るか、及び／またはこれに動作的に連結され得るメモリを含むことができる。
【００５１】
いくつかの実施形態において、データベース４ａのメモリ（または同種のもの）は、ワークステーション１の構成要素のいずれかにの１つ以上の参照データを含む。いくつかの実施形態において、参照データは予め決定することができる。ある特定の実施形態において、参照データは、リアルタイムで測定され、作成され、または記憶することができる。参照データとしては、ワークステーション１の構成要素のうちの１つ以上の任意の好適な性質、特性及び／または状態を含むことができる。例えば、メモリは、コネクタ部材２６のうちの１つ以上に適用可能なコネクタ部材強度、弾性、ならびに／もしくは劣化データなどの１つ以上のコネクタ部材２６の引張データ、コネクタ部材２６のうちの１つ以上の使用回数、及び／またはコネクタ部材２６のうちの１つ以上の時間経過を含むことができる。いくつかの実施形態において、参照データは、リアルタイムデータが正常性を判定する（例えば、使用済み及び／または余寿命）ために比較かつ対比され得る範囲または範囲のセットを含んでもよい。データベースのメモリ４ａはまた、コネクタ部材基準状態、１つ以上のコネクタ部材の更新状態、及び／または記憶された状態と関連する他のデータ、例えば、状態が測定され、作成され、または記憶されたデータを記憶してもよい。
【００５２】
ワークステーション１は、コントローラ４及び／または遠隔システム「ＲＳ」と電気通信することができる１つ以上の位置センサ１９ｂ及び力センサ１９ａを支持してもよい。センサ１９ａ、１９ｂは、リアルタイムの位置及び力データを示す入力信号をコントローラ４に提供するように構成することができる。力センサ１９ａは、歪みゲージ式ロードセル及び／または圧電式ロードセルを含んでもよい。位置センサ１９ｂは、絶対位置センサまたはインクリメンタル位置センサを含んでもよい。場合によっては、位置センサが、駆動部材１７及び／またはモータ１６のシャフト出力などの回転する対象の位置情報を測定するように構成される場合、位置センサ１９ｂは、ロータリエンコーダまたは回転する出力の角度位置または運動をアナログもしくはデジタルコードに変換する他のセンサを含んでもよい。センサ１９ａ、１９ｂは、位置または力情報を同様な間隔でリアルタイムにて測定し、サンプリングし、及び／または送信するように構成することができ、これにより、センサ１９ａ、１９ｂのそれぞれからのデータは互いに一致する。
【００５３】
コントローラ４は、リアルタイムデータを参照データと比較して、リアルタイムデータの参照データに対する比較に応答して、出力信号を提供するようにプログラムすることができる。実施形態において、コントローラ４は、出力信号に応答して、タブ１８、２２の位置、及び／またはコネクタ部材２６のうちの１つ以上における張力の量を調整するために、モータ１６のうちの１つ以上と通信するように構成することができる。いくつかの実施形態において、コントローラ４は、外科用器具２０内のコネクタ部材２６が、外科用器具２０がロボットアーム２、３のうちの１つに連結される間に、いずれかの以前に記憶された基準状態と関連付けられるかどうかをチェックするように構成されてもよい。コントローラ４は、この場合、このような関連性が存在する限りにおいて、メモリから基準状態を検索するように構成されてもよく、そうでなければ、コントローラ４は、前述した手順のうちの１つ以上を引き起こし、基準状態を生成し、その後記憶するように構成されてもよい。基準状態が生成及び／または検索されると、コントローラ４は、１つ以上の事象に応じて、前述した手順のうちの１つ以上を更に引き起こし、コネクタ部材２６の更新状態を生成及び／または記憶するように構成することができる。これらの事象としては、例えば、外科用器具２０のロボットアーム２、３への最初の及び／またはその後の連結、閾値を超える外科用器具２０の使用回数、ユーザによって開始されるコマンド、及び／または１つ以上の期間の満了が含まれ得る。
【００５４】
一般に、図４Ｂに示すように、ワークステーション１の構成要素（１つ以上のコネクタ部材２６）の参照データ／情報は、メモリ内に、例えば、医療用ワークステーション１に連結されたメモリ装置及び／または上述した遠隔システム「ＲＳ」の一部に記憶することができる。このようなデータ／情報は、ワークステーション１の１つ以上の構成要素のいずれかの使用の前に記憶することができる。上述されたもの（例えば、基準または更新状態を生成しかつ記憶すること、１つ以上のコネクタ部材２６の使用及び／または使用回数）などの１つ以上の最初の事象は、ワークステーション１の構成要素のリアルタイムデータが測定され得るように起こり得る。リアルタイムデータの測定値は、構成要素のうちの１つ以上の使用の前に、力及び位置センサ１９ａ、１９ｂならびに／またはコントローラ４によって判定することができる。
【００５５】
ある特定の実施形態において、１つ以上のコネクタ部材２６の参照データは、１つ以上のコネクタ部材２６の測定されたリアルタイムデータと比較され、１つ以上のコネクタ部材２６のリアルタイムの正常性（例えば、残りの／使用済みの寿命）を１つ以上のコネクタ部材２６の最初の正常性に対して判定することができる。コネクタ部材２６のうちの１つ以上の寿命／正常性が存続するかまたは元のままである場合、出力信号が提供されてもよい。１つ以上の最初の事象と異なっても及び／または同じであってもよい別の事象の発生する場合も、出力信号を提供してもよい。正常性／寿命が存続しないか、ないしは別の方法で元のままでないことが登録される場合、コネクタ部材２６の故障または非有用性が存在する可能性があり、これは、ワークステーション１の構成要素のうちの１つ以上（例えば、コネクタ部材、エンドエフェクタ等）の調整及び／または交換を必要とし得る。出力信号は、任意の好適な信号、例えば、正常性／余寿命を示す（例えば、使用回数、使用期間等を介して）信号、もしあるなら、及び／または故障を示す信号とすることができる。故障を示す出力信号は、コネクタ部材２６のうちの１つ以上の破壊の際に、または１つ以上のコネクタ部材２６の所定の量を超えての延伸の際に、コントローラ４によって発生することができる。理解できるように、記憶された所定のデータは、周期的に、使用前、使用中、及び／または使用後など、事前設定及び／または更新されてもよい。
【００５６】
本開示の方法が、コネクタ部材２６の張力をコネクタ部材２６に連結された構成要素の位置と比較することに基づいて、コネクタ部材における引張の変化を判定することを伴うことが想定される。いくつかの実施形態において、コントローラ４は、コネクタ部材２６の劣化を近似するために、力対位置のプロットを生成／分析するように構成することができる。
【００５７】
場合によっては、本方法は、コネクタ部材２６における基準状態を最初に較正することを含み得るが、他の場合には、この特徴は、前に行われていても、計算されていても、または見積もられていてもよい。本方法は、１つ以上のコネクタ部材のリアルタイムデータを、その１回以上の使用後に測定することを含むことができる。
【００５８】
ある特定の実施形態において、本方法は、１つ以上のコネクタ部材２６のリアルタイムデータを示す出力信号を、１つ以上の事象に応答して自動化することを伴う。１つ以上の事象としては、外科用ツールの最初の使用、外科用ツールの最初の使用に続く外科用ツールの使用、及び／または１つ以上の期間の満了を含むことができる。
【００５９】
本方法は、ユーザ入力を示す入力信号を、１つ以上のコネクタ部材２６のリアルタイムデータを示す出力信号を開始させるための事象として受信することを含むことができる。本方法は、１つ以上のコネクタ部材２６の故障を登録し、故障を示す出力信号を提供することを伴うことができる。
【００６０】
ここで図５を参照すると、医療用ワークステーション１で使用するためのエンドエフェクタ２００の一実施形態が示されている。エンドエフェクタ２００は、３種の主な運動出力：矢印「Ｙ」によって示されるヨーイング運動、矢印「Ｐ」によって示されるピッチング運動、及び矢印「Ｊ」によって示される把持運動を駆動させるために、１対のコネクタ部材２３１ａ、２３１ｂの４つのコネクタ部材の端部２３０ａ〜２３０ｄ上の差動ケーブル張力を用いる手首型外科用装置である。
【００６１】
エンドエフェクタ２００は、医療用ワークステーション１に動作的に連結される取付け部材または手首アセンブリ２１０、顎アセンブリ２２０、コネクタ部材アセンブリ２３０、及びクレビス２４０を含む。
【００６２】
外科用器具２０のシャフトアセンブリ２１の一部を形成し得る手首アセンブリ２１０は、外科用器具２０（図１Ｃ）に連結される近位端を有する取付台本体２１０ａを有する。取付台本体２１０ａは、第１のアーム２１０ｂ及び第２のアーム２１０ｃを含む１対の離間配置したアームまで遠位に延びる。１対の離間配置したアームは、第１及び第２のアーム２１０ｂ、２１０ｃのそれぞれを通って横方向に延びる第１のピンチャネル２１０ｄ及び第２のピンチャネル２１０ｅを画定する。手首アセンブリ２１０は、第１及び第２のピンチャネル２１０ｄ、２１０ｅのそれぞれと整列する第１のアイドラプーリのセット２１２及び第２のアイドラプーリのセット２１４を支持し、これにより、第１のアイドラプーリのセット２１２は、第２のアイドラプーリのセット２１４の近位に位置する。第１及び第２のアイドラプーリのセット２１２、２１４は、それぞれ第１及び第２のプーリピン２５０ａ、２５０ｂを介して手首アセンブリ２１０に固定される。第２のプーリピン２５０ｂ及び第２のアイドラプーリのセット２１４は、ピッチ軸「Ｃ１」を画定し、このピッチ軸の周りで第１及び第２の顎部材２２２、２２４が長手方向軸「Ｌ」に対してピッチングする。
【００６３】
顎部材２２０は、互いに枢軸旋回可能に連結される第１の顎部材２２２及び第２の顎部材２２４を含む。第１の顎部材２２２は、顎プーリ２２２ｂから遠位に延びる把持部材２２２ａを含む。第２の顎部材２２４は、顎プーリ２２４ｂから遠位に延びる把持部材２２４ａを含む。第１及び第２の顎プーリ２２２ｂ、２２４ｂは、それぞれ把持部材２２２ａ、２２４ａと一体に形成されてもよい。把持部材２２２ａ、２２４ａは、組織に係合するように構成された対応の組織係合面２２２ｃ、２２４ｃを含む。第１及び第２の顎プーリ２２２ｂ、２２４ｂは、コネクタ部材アセンブリ２３０を受容するように構成された対応の第１及び第２のコネクタ部材チャネル２２２ｄ、２２４ｄを画定する。
【００６４】
コネクタ部材アセンブリ２３０は、複数のコネクタ部材部分２３０ａ〜２３０ｄまでアイドラプーリのセット２１２、２１４及び顎プーリ２２２ｂ、２２４ｂを迂回させられ／それらに巻き付けられる１対のコネクタ部材２３１ａ、２３１ｂを含む。１対のコネクタ部材２３１ａ、２３１ｂの第１のコネクタ部材２３１ａは、複数のコネクタ部材部分２３０ａ〜２３０ｄの第１のコネクタ部材部分２３０ａをその一方の端部に含み、複数のコネクタ部材部分２３０ａ〜２３０ｄの第２のコネクタ部材部分２３０ｃをその第２の端部に含む。１対のコネクタ部材２３１ａ、２３１ｂの第２のコネクタ部材２３１ｂは、複数のコネクタ部材部分２３０ａ〜２３０ｄの第３のコネクタ部材部分２３０ｂをその一方の端部に含み、複数のコネクタ部材部分２３０ａ〜２３０ｄの第４のコネクタ部材部分２３０ｄをその第２の端部に含む。複数のフェルール２３２（１つのみが図示される）は、１対のコネクタ部材２３１ａ、２３１ｂに連結され、1対のコネクタ部材２３１ａ、２３１ｂ
を、顎アセンブリ２２０のそれぞれ第１及び第２の顎部材２２２、２２４に固定する。第１のコネクタ部材２３１ａの中心部分は、フェルール２３２の対の最初の１つによって第１の顎部材２２２の顎プーリ２２２ｂに固定され、第２のコネクタ部材２３１ｂの中心部分は、フェルール２３２の対の２番目の１つによって第２の顎部材２２４の顎プーリ２２４ｂに固定される。ケーブル部材２３０ａ〜２３０ｄの近位端は、外科用器具２２の１つ以上の器具タブ２２に連結され、これにより、上述したように、コネクタ部材部分２３０ａ〜２３０ｄは、器具タブ２２の移動に応答して移動する。
【００６５】
例えば、図６Ａ〜６Ｄで分かるように、コネクタ部材部分２３０ａ〜２３０ｄのうちの１つ以上は、他のコネクタ部材部分２３０ａ〜２３０ｄのうちの１つ以上とは独立して及びまたは他のコネクタ部材部分２３０ａ〜２３０ｄのうちの１つ以上と同時に、他のコネクタ部材部分２３０ａ〜２３０ｄのうちの１つ以上の同じ及び／または反対方向に移動し、顎アセンブリ２２０のピッチング、ヨーイング、及び／または開／閉を引き起こすことができる。
【００６６】
図５及び６Ａ〜６Ｄを引き続き参照すると、クレビス２４０は、ベース部２４６から延びる１対の指部２４２、２４４を含む。１対の指部２４２、２４４のそれぞれは、互いに離間配置され、１対の指部２４２、２４４は、それらを通って延びるピン通路２４２ａを画定する。ベース部分２４６は、ピボットピン２５０ｂによってアイドラプーリの第２のセット２１４に枢着し、顎アセンブリ２２０が、エンドエフェクタ２００の長手方向軸「Ｌ」に対して、矢印「Ｐ」で示されるようにピッチング／関節運動することを可能にする。顎アセンブリ２２０の顎プーリ２２２ｂ、２２４ｂは、互いに連結され、ピボットピン２５０ｃによってクレビス２４０の１対の指部２４２、２４４の間に取り付けられる。ピボットピン２５０ｃ及び顎アセンブリ２２０の顎プーリ２２２ｂ、２２４ｂは、それぞれヨー軸及び把持軸「Ｃ２」及び「Ｃ３」を画定し、これらは互いに一致する。ピン通路２４２ａは、ピボットピン２５０ｃを受容し、顎アセンブリ２２０が、矢印「Ｙ」によって示されたエンドエフェクタ２００の長手方向軸「Ｌ」に対してヨー軸「Ｃ２」の周りでヨーイングすることを可能にし、及び／または顎アセンブリ２２０を、矢印「Ｊ」によって示された把持軸「Ｃ３」の周りで開く／閉じることを可能にする。この配置によって、手首の長さが最小化され、シャフト運動を最小化しつつより大きなピッチ及び／またはヨー運動を可能にし、その結果、今度は、複数の器具が互いに近接して配置されることを可能にし、及び／またはエンドエフェクタのより迅速な操縦を可能にする。
【００６７】
使用時に、１対のコネクタ部材部分２３１ａ、２３１ｂ、すなわち、複数のコネクタ部材部分２３０ａ〜２３０ｄは、器具タブ２２の移動及び／またはモータ「Ｍ」の回転（時計回りまたは反時計回り）によって引っ張られ及び／または開かれ、ピッチ、ヨー、把持／切開及び／またはこれらの運動の任意の組み合わせを得ることができる。この差動駆動配置は、例えば、外科手術システムの様々な構成要素（例えば、コネクタ部材、プーリ、タブ等）に加えられる負荷を制限するために、１対のコネクタ部材２３１ａ、２３１ｂにおける張力が必要に応じて調整及び／または緩和されることを好都合に可能にする。更には、位置及び／または力センサ１９ａ、１９ｂは、把持力、ピッチ軸の周りのトルク、及びヨー軸の周りのトルクなどの出力負荷を積極的に監視するために利用することができる。
【００６８】
４つのコネクタ部材の差動配置（例えば、コネクタ部材部分２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、及び２３０ｄを参照）を備えたエンドエフェクタ２００の実施形態と関連付けて実施された力フィードバック試験において、個々のコネクタ部材の張力が、各コネクタ部材部分の独立した位置決め制御により試験リグを用いて監視され、１対の顎部材（例えば、第１及び第２の顎部材２２２、２２４を参照）の遠位先端部における力を算出した。試験リグは、完全長タングステンコネクタ部材のコネクタ部材の張力を用いて先端把持力「Ｆ」を推定するための実現可能性を評価するために、１７−４  Ｈ９００ダイレクトメタルレーザ焼結（ＤＭＬＳ）顎とその先端部でロードセルを備えた特注の顎セットを含んだ。顎セットの各々の顎部材は、顎プーリを含んだ。各々の顎プーリは、同じ半径を有した。
【００６９】
次いで、先端部の力を、以下の式を用いて、顎セットの両方の顎部材に作用する力を平均化することによって算出した。
顎セットの第１の顎部材（「Ｊａｗ１」）の力（「Ｊａｗ１Ｆｏｒｃｅ」）＝
［（Ｔ３−Ｔ１）×顎プーリのうちの１つの半径］／顎部材のうちの１つの長さ；
顎セットの第２の顎部材（「Ｊａｗ２」）の力（「Ｊａｗ２Ｆｏｒｃｅ」）＝
［（Ｔ４−Ｔ２）×顎プーリのうちの１つの半径］／顎部材のうちの１つの長さ；及び
算出された力＝
［Ｊａｗ１Ｆｏｒｃｅ＋Ｊａｗ２Ｆｏｒｃｅ］／２であり、
式中、Ｔ１−Ｔ４は、コネクタ部材部分２３０ａ〜２３０ｄのそれぞれに加えられた張力に相当する。
【００７０】
外力の存在をシミュレートするために、Ｊａｗ１及びＪａｗ２を互いに食い込ませて、把持のみ（図７Ａを参照）に対して及び把持ならびに移動の組み合わせに対して（図７Ｂ）力データを展開した。図７Ａ及び７Ｂで分かるように、顎、ピッチ、及びヨー角を変化させながらの運転サイクル試験の後に、結果を算出された力に対してグラフ上にプロットした。負の顎角は、顎の重なりを示し、負の値が大きくなるにつれて、シミュレートされた力が高くなった。図７Ｂを参照すると、このグラフは、算出された把持力は、顎角が減少すると把持力が増加する状態で、測定された顎力に追従することを示している。図７Ａは、Ｊａｗ１及びＪａｗ２が互いに近接するとき、いかなるピッチ及びヨー運動もない、算出された力に対比しての測定された力を示す。このような場合でも、算出された力は測定された力に追従する。Ｊａｗ１及びＪａｗ２が互いに近接して移動すると（閉じると）、正オフセット（算出された力が測定された力を超える）がある。このオフセットは、Ｊａｗ１及びＪａｗ２が互いから離れて移動し始めると（開くと）逆転する。顎角が、ゼロを超えると、ロードセルによって記録される力はない。
【００７１】
図７Ａに示される算出された力のオフセットと比べての図７Ｂに示される算出された力のほぼ完全な追従は、摩擦を考慮することによって説明することができる。試験では、コネクタ部材を２０Ｎまで前負荷し、システムにおける剛性を増加させた。Ｊａｗ１及びＪａｗ２が、互いに食い込んだとき、張力は１２０Ｎまで上昇した。このコネクタ部材の張力は、Ｊａｗ１及びＪａｗ２を、Ｊａｗ１及びＪａｗ２がその上で回転するピボットピンまで引っ張った。ピボットピンとＪａｗ１及びＪａｗ２との間の垂直力は、加えられた力に対向する摩擦力を引き起こした。摩擦力の方向は、運動の方向に応じて変化した。
したがって、摩擦の不在下では、
Ｊａｗ１Ｆｏｒｃｅ＝Ｊａｗ２Ｆｏｒｃｅである。
摩擦の存在下では、
Ｊａｗ１がＪａｗ２  ＢＵＴに食い込むとき、Ｊａｗ１Ｆｏｒｃｅ＝Ｆ＋ｆであるが、Ｊａｗ１がＪａｗ２と接触し、Ｊａｗ２から離れて駆動されるとき、Ｊａｗ１Ｆｏｒｃｅ＝Ｆ−ｆである。
同様に、
Ｊａｗ２がＪａｗ１  ＢＵＴに食い込むとき、Ｊａｗ２Ｆｏｒｃｅ＝Ｆ＋ｆであるが、Ｊａｗ２がＪａｗ１と接触し、Ｊａｗ１から離れて駆動されるとき、Ｊａｗ２Ｆｏｒｃｅ＝Ｆ−ｆである。
ヨー運動の顎の閉鎖との組み合わせは、Ｊａｗ１をＪａｗ２に向かって移動させ、一方Ｊｗａ２をＪａｗ１から離れるように移動させる。
Ｊａｗ１Ｆｏｒｃｅ＝Ｆ＋ｆ及びＪａｗ２Ｆｏｒｃｅ＝Ｆ−ｆである。
算出された力＝（Ｊａｗ１Ｆｏｒｃｅ＋Ｊａｗ２Ｆｏｒｃｅ）／２＝（Ｆ＋ｆ＋Ｆ−ｆ）／２＝Ｆである。
測定値における誤差は、Ｊａｗ１及びＬａｗ２が互いに向かって移動するか、または互いから離れて移動する両方の場合で発生する。誤差は＋／−ｆである。この誤差の２ｆ範囲は、観測値と測定値との間の差（Ｍａｘ  ３Ｎ）としてプロットされたデータで観測することができる。
【００７２】
測定された力の精度は、摩擦を考慮して、システムにおける全体的な摩擦に応じるが、測定された力及び算出された力が、プロットされた試験例の両方でほぼ完全に互いに追従し、これによって、コネクタ部材の張力を監視することによって把持力を推定するための能力を明示している。
【００７３】
当業者であれば、本明細書に具体的に記述され、添付の図面で示される構造及び方法が、非限定的な例示的な実施形態であること、ならびに説明、開示、及び図面が特定の実施形態の単に例示として解釈されるべきであることを理解するであろう。したがって、本開示は、厳密な実施形態に限定されないこと、ならびに様々な他の変更及び修正が、本開示の範囲及び趣旨から逸脱することなく当業者によって実施されてもよいことを理解するべきである。更に、ある特定の実施形態と関連付けて示されまたは記述された要素及び特徴は、本開示の範囲から逸脱することなく、ある特定の他の実施形態の要素及び特徴と組み合わされてもよく、このような修正及び変更例もまた、本開示の範囲内に含まれる。したがって、本開示の主題は、具体的に示されかつ記述されたものによって限定されない。
【外国語明細書】
2020073222000001.pdf