(57)【要約】【課題】  ロボット手術器具の外径を小さくし、かつエンドエフェクタの把持力を高める。【解決手段】  シャフトと、第１エンドエフェクタエレメント（４０１）と、これをシャフト先端部に連結する関節部と、シャフト基端部に駆動機構とを備えるロボット手術器具において、駆動機構は、第１の駆動エレメントの対によって第１エンドエフェクタエレメントに連結された第１アクチュエータを備える。第１アクチュエータが第１の駆動エレメントの対の第１及び第２駆動エレメント（４０９ａ，４０９ｂ）に加える張力が、第１エンドエフェクタエレメントを関節部に対して各々第１及び第２移動方向に移動させる。第１及び第２駆動エレメントは、第１アクチュエータと第１エンドエフェクタエレメントとの間に各々第１及び第２経路を有する。第１移動方向に伝達される張力が、第２移動方向に伝達される張力よりも大きくなるように、第１経路は第２経路よりも張力損失が少ない。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトと、
第１エンドエフェクタエレメントと、
前記第１エンドエフェクタエレメントを前記シャフトの先端部に連結する関節部であって、前記第１エンドエフェクタエレメントは当該関節部に対して移動可能である関節部と、
前記シャフトの基端部において、第１アクチュエータを備える駆動機構であって、前記第１アクチュエータは第１の駆動エレメントの対によって前記第１エンドエフェクタエレメントに連結されており、前記第１の駆動エレメントの対は、前記第１アクチュエータによって前記第１の駆動エレメントの対のうちの第１駆動エレメントに加えられる張力が、前記第１エンドエフェクタエレメントを前記関節部に対して第１移動方向に移動させ、かつ、前記第１の駆動エレメントの対のうちの第２駆動エレメントに加えられる張力が、前記第１エンドエフェクタエレメントを前記関節部に対して第２移動方向に移動させるように構成されている駆動機構と、
を備えるロボット手術器具であって、
前記第１の駆動エレメントの対のうちの前記第１駆動エレメントは、前記第１アクチュエータと前記第１エンドエフェクタエレメントとの間に第１経路を有し、前記第１の駆動エレメントの対のうちの前記第２駆動エレメントは、前記第１アクチュエータと前記第１エンドエフェクタエレメントとの間に第２経路を有し、前記第１エンドエフェクタエレメントに対して前記第１移動方向に伝達される前記張力の大きさが、前記第２移動方向に伝達される前記張力の大きさよりも大きくなるように、前記第１経路は、前記第２経路よりも張力損失が小さいロボット手術器具。
【請求項２】
請求項１に記載のロボット手術器具において、第２エンドエフェクタエレメントをさらに備え、
前記関節部は、前記第２エンドエフェクタエレメントを前記シャフトの前記先端部に連結しており、前記第２エンドエフェクタエレメントは前記関節部に対して移動可能であり、
前記駆動機構は第２アクチュエータを備え、前記第２アクチュエータは、第２の駆動エレメントの対によって前記第２エンドエフェクタエレメントに連結されており、前記第２の駆動エレメントの対は、前記第２アクチュエータによって前記第２の駆動エレメントの対のうちの第１駆動エレメントに加えられる張力が、前記第２エンドエフェクタエレメントを前記関節部に対して前記第２移動方向に移動させ、かつ、前記第２の駆動エレメントの対のうちの第２駆動エレメントに加えられる張力が、前記第２エンドエフェクタエレメントを前記関節部に対して前記第１移動方向に移動させるように構成されており、
前記第２の駆動エレメントの対のうちの前記第１駆動エレメントは、前記第２アクチュエータと前記第２エンドエフェクタエレメントとの間に第３経路を有し、前記第２の駆動エレメントの対のうちの前記第２駆動エレメントは、前記第２アクチュエータと前記第２エンドエフェクタエレメントとの間に第４経路を有し、前記第２エンドエフェクタエレメントに対して前記第２移動方向に伝達される前記張力の大きさが、前記第１移動方向に伝達される前記張力の大きさよりも大きくなるように、前記第３経路は、前記第４経路よりも張力損失が小さいロボット手術器具。
【請求項３】
請求項１または２に記載のロボット手術器具において、前記ロボット手術器具の内部構造体と接触する前記第１経路の接触長さが、前記ロボット手術器具の内部構造体と接触する前記第２経路の接触長さよりも短いロボット手術器具。
【請求項４】
請求項２または請求項２に従属する場合の請求項３に記載のロボット手術器具において、前記ロボット手術器具の内部構造体と接触する前記第３経路の接触長さが、前記ロボット手術器具の内部構造体と接触する前記第４経路の接触長さよりも短いロボット手術器具。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のロボット手術器具において、前記第１経路の全体長さが、前記第２経路の全体長さよりも短いロボット手術器具。
【請求項６】
請求項２または請求項２に従属する場合の請求項３から５のいずれか一項に記載のロボット手術器具において、前記第３経路の全体長さが、前記第４経路の全体長さよりも短いロボット手術器具。
【請求項７】
請求項２または請求項２に従属する場合の請求項３から６のいずれか一項に記載のロボット手術器具において、前記第１経路は、前記第３経路と形状が一致するロボット手術器具。
【請求項８】
請求項２または請求項２に従属する場合の請求項３から７のいずれか一項に記載のロボット手術器具において、前記第２経路は、前記第４経路と形状が一致するロボット手術器具。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載のロボット手術器具において、前記第１の駆動エレメントの対のうちの前記第１駆動エレメントは、Ｍ個のプーリの周りを移動するように拘束されており、前記第１の駆動エレメントの対のうちの前記第２駆動エレメントは、Ｎ個のプーリの周りを移動するように拘束されており、このとき、Ｍ＜Ｎであるロボット手術器具。
【請求項１０】
請求項９に記載のロボット手術器具において、Ｍ＜Ｎ−ｌであるロボット手術器具。
【請求項１１】
請求項１０に記載のロボット手術器具において、Ｍ＝４であり、Ｎ＝６であるロボット手術器具。
【請求項１２】
請求項２または請求項２に従属する場合の請求項３から１１のいずれか一項に記載のロボット手術器具において、前記第２の駆動エレメントの対のうちの前記第１駆動エレメントは、Ｊ個のプーリの周りを移動するように拘束されており、前記第２の駆動エレメントの対のうちの前記第２駆動エレメントはＫ個のプーリの周りを移動するように拘束されており、このとき、Ｊ＜Ｋであるロボット手術器具。
【請求項１３】
請求項１２に記載のロボット手術器具において、Ｊ＜Ｋ−ｌであるロボット手術器具。
【請求項１４】
請求項１１から１３のいずれか一項に従属する場合の請求項１２または１３に記載のロボット手術器具において、Ｍ＝Ｊであり、Ｎ＝Ｋであるロボット手術器具。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか一項に記載のロボット手術器具において、前記第１の駆動エレメントの対のうちの前記第１駆動エレメントの直径は、前記第１の駆動エレメントの対のうちの前記第２駆動エレメントの直径よりも大きいロボット手術器具。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか一項に記載のロボット手術器具において、前記第１の駆動エレメントの対のうちの前記第１駆動エレメントは、前記第１の駆動エレメントの対のうちの前記第２駆動エレメントよりも少ない数の、より太いストランドから構成されているロボット手術器具。
【請求項１７】
請求項２または請求項２に従属する場合の請求項３から１６のいずれか一項に記載のロボット手術器具において、前記第２の駆動エレメントの対のうちの前記第１駆動エレメントの直径は、前記第２の駆動エレメントの対のうちの前記第２駆動エレメントの直径よりも大きいロボット手術器具。
【請求項１８】
請求項２または請求項２に従属する場合の請求項３から１７のいずれか一項に記載のロボット手術器具において、前記第２の駆動エレメントの対のうちの前記第１駆動エレメントは、前記第２の駆動エレメントの対のうちの前記第２駆動エレメントよりも少ない数の、より太いストランドから構成されているロボット手術器具。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれか一項に記載のロボット手術器具において、各前記駆動エレメントは、スポークを備えるロボット手術器具。
【請求項２０】
請求項１から１８のいずれか一項に記載のロボット手術器具において、各前記駆動エレメントは、ケーブルであるロボット手術器具。
【請求項２１】
請求項１から２０のいずれか一項に記載のロボット手術器具において、各前記駆動エレメントは、その経路に沿って圧縮力および張力に抵抗するロボット手術器具。
【請求項２２】
請求項１から２１のいずれか一項に記載のロボット手術器具において、各前記駆動エレメントの対のうちの前記第１および第２駆動エレメントは、一体に形成されているロボット手術器具。
【請求項２３】
請求項１から２２のいずれか一項に記載のロボット手術器具において、前記第１エンドエフェクタエレメントは、第１軸心を中心として前記関節部に対して回動可能であり、前記第１の駆動エレメントの対は、前記第１アクチュエータによって前記第１の駆動エレメントの対のうちの前記第１駆動エレメントに加えられる前記張力が、前記第１エンドエフェクタエレメントを、前記第１軸心を中心として第１回動方向に回動させ、かつ、前記第１の駆動エレメントの対のうちの前記第２駆動エレメントに加えられる前記張力が、前記第１エンドエフェクタエレメントを、前記第１軸心を中心として第２回動方向に回動させるように構成されているロボット手術器具。
【請求項２４】
請求項２に従属する場合の請求項２３に記載のロボット手術器具において、前記第２エンドエフェクタエレメントは、前記第１軸心を中心として前記関節部に対して回動可能であり、前記第２の駆動エレメントの対は、前記第２アクチュエータによって前記第２の駆動エレメントの対のうちの前記第１駆動エレメントに加えられる張力が、前記第２エンドエフェクタエレメントを、前記第１軸心を中心として前記第２回動方向に回動させ、かつ、前記第２の駆動エレメントの対のうちの前記第２駆動エレメントに加えられる前記張力が、前記第２エンドエフェクタエレメントを、前記第１軸心を中心として前記第１回動方向に回動させるように構成されているロボット手術器具。
【請求項２５】
請求項２４に記載のロボット手術器具において、前記第１アクチュエータによって前記第１の駆動エレメントの対のうちの前記第１駆動エレメントに加えられる張力が、前記第１エンドエフェクタエレメントを、前記第２エンドエフェクタエレメントに向かって回動させ、かつ、前記第２アクチュエータによって前記第２の駆動エレメントの対のうちの前記第１駆動エレメントに加えられる張力が、前記第２エンドエフェクタエレメントを、前記第１エンドエフェクタエレメントに向かって回動させるように構成されているロボット手術器具。
【請求項２６】
請求項２４に記載のロボット手術器具において、前記第１アクチュエータによって前記第１の駆動エレメントの対のうちの前記第１駆動エレメントに加えられる張力が、前記第１エンドエフェクタエレメントを、前記第２エンドエフェクタエレメントから離れる方向に回動させ、かつ、前記第２アクチュエータによって前記第２の駆動エレメントの対のうちの前記第１駆動エレメントに加えられる張力が、前記第２エンドエフェクタエレメントを、前記第１エンドエフェクタエレメントから離れる方向に回動させるように構成されているロボット手術器具。
【請求項２７】
請求項２４から２６のいずれか一項に記載のロボット手術器具において、前記第１および第２エンドエフェクタエレメントは、エンドエフェクタの向かい合う第１および第２のジョーであるロボット手術器具。
【請求項２８】
請求項１から２２のいずれか一項に記載のロボット手術器具において、前記第１エンドエフェクタエレメントは、前記関節部に対して直線的に変位可能であり、前記第１の駆動エレメントの対は、前記第１アクチュエータによって前記第１の駆動エレメントの対のうちの前記第１駆動エレメントに加えられる前記張力が、前記第１エンドエフェクタエレメントを、第１直線方向に直線的に変位させ、かつ、前記第１の駆動エレメントの対のうちの前記第２駆動エレメントに加えられる前記張力が、前記第１エンドエフェクタエレメントを、前記第１直線方向とは反対方向である第２直線方向に直線的に変位させるように構成されているロボット手術器具。
【請求項２９】
請求項２に従属する場合の請求項２８に記載のロボット手術器具において、前記第２エンドエフェクタエレメントは、前記関節部に対して直線的に変位可能であり、前記第２の駆動エレメントの対は、前記第２アクチュエータによって前記第２の駆動エレメントの対のうちの前記第１駆動エレメントに加えられる前記張力が、前記第２エンドエフェクタエレメントを、前記第１直線方向に直線的に変位させ、かつ、前記第２の駆動エレメントの対のうちの前記第２駆動エレメントに加えられる前記張力が、前記第２エンドエフェクタエレメントを、前記第２直線方向に直線的に変位させるように構成されているロボット手術器具。
【請求項３０】
請求項２８または２９に記載のロボット手術器具において、前記第１エンドエフェクタエレメントは、ステープラの一部であるロボット手術器具。
【請求項３１】
請求項２９または３０に記載のロボット手術器具において、前記第２エンドエフェクタエレメントは、ステープラの一部であるロボット手術器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
手術を支援および実行するためにロボットを使用することが知られている。
【背景技術】
【０００２】
図１には、基台１０８、アーム１０２および器具１０５で構成される典型的な手術ロボット１００が示されている。上記基台は、当該ロボットを支持し、かつ、それ自体も例えば手術室の床、手術室の天井、トロリー等に強固に取り付けられている。上記アームは、上記基台と上記器具との間を延びている。上記アームは当該アームの長さに沿って、上記手術器具を患者に対して所望の位置に配置するために用いられる複数のフレキシブルジョイント１０３によって関節駆動される。上記手術器具は、このロボットアームの先端部１０４に取り付けられている。上記手術器具は、ポート１０７で、手術部位にアクセスするように患者１０１の体内に進入する。上記器具は当該器具の先端部に、医療処置を行うためのエンドエフェクタ１０６を備えている。
【０００３】
図２には、ロボット腹腔鏡下手術を実行するための典型的な手術器具２００が示されている。この手術器具はベース２０１を備え、当該手術器具はベース２０１を介して上記ロボットアームに接続されている。ベース２０１と関節部２０３との間には、シャフト２０２が延びている。関節部２０３は、エンドエフェクタ２０４で終端する。図２では、エンドエフェクタ２０４として一対の鋸歯状のジョーが図示されている。関節部２０３により、エンドエフェクタ２０４がシャフト２０２に対して移動することが可能である。当該関節部により、エンドエフェクタ２０４の動きに少なくとも２の自由度が付与されることが望ましい。
【０００４】
ロボット手術器具は長さが長く、外径が細い。通常、その長さは約４０ｃｍであり、直径は８ｍｍである。図３には、ピッチジョイント３０１および２つのヨージョイント３０２によって、シャフト２０２に対してエンドエフェクタ２０４を移動させることができる公知の手術器具３００の例が示されている。ジョイント３０１により、エンドエフェクタ２０４を、ピッチ軸心３０３を中心として回動させることが可能である。ジョイント３０２により、エンドエフェクタ２０４の各ジョーを、ヨー軸心３０４を中心として回動させることが可能である。ヨー軸心を中心として反対方向にこれらのジョーを回動させることにより、組織を把持および解除することが可能である。上記のジョイントは、ケーブル３０６，３０７および３０８によって駆動される。
【０００５】
ベース２０１においてケーブル３０７および３０８に加えられる張力により、ヨー軸心３０４を中心としたエンドエフェクタのジョーの回動が生じる。上記の器具の長細い形態の結果として、ベース２０１においてケーブル３０７および３０８に加えられる張力を増幅させるために利用できるモーメントは制限されている。各ケーブルに加えることができる力は、その構造や、ケーブルがその末端でどのように固定されているかによって制限される。よって、エンドエフェクタのジョーがその間で物体を把持することができる力は制限されている。手術医が、組織を操作し、切断作業を行い、また針などの他の道具を掴むことを補助するために、エンドエフェクタの利用可能な把持力を増大させることが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
さらに、患者の皮膚を切開するサイズを最小限とし、患者体内における断裂を最小限に留めるために、器具の外径を小さくすることが望ましい。これにより、器具シャフトおよび関節部に収容できるケーブルのサイズが小さくなるので、エンドエフェクタに加えることができる力がさらに小さくなる。
【０００７】
器具の外径を小さくし、かつエンドエフェクタのジョーの把持力を高めるという競合するニーズを満たすことが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によると、シャフトと、第１エンドエフェクタエレメントと、前記第１エンドエフェクタエレメントを前記シャフトの先端部に連結する関節部であって、前記第１エンドエフェクタエレメントは当該関節部に対して移動可能である関節部と、前記シャフトの基端部において、第１アクチュエータを備える駆動機構であって、前記第１アクチュエータは第１の駆動エレメントの対によって前記第１エンドエフェクタエレメントに連結されており、前記第１の駆動エレメントの対は、前記第１アクチュエータによって前記第１の駆動エレメントの対のうちの第１駆動エレメントに加えられる張力が、前記第１エンドエフェクタエレメントを前記関節部に対して第１移動方向に移動させ、かつ、前記第１の駆動エレメントの対のうちの第２駆動エレメントに加えられる張力が、前記第１エンドエフェクタエレメントを前記関節部に対して第２移動方向に移動させるように構成されている駆動機構と、を備えるロボット手術器具であって、前記第１の駆動エレメントの対のうちの前記第１駆動エレメントは、前記第１アクチュエータと前記第１エンドエフェクタエレメントとの間に第１経路を有し、前記第１の駆動エレメントの対のうちの前記第２駆動エレメントは、前記第１アクチュエータと前記第１エンドエフェクタエレメントとの間に第２経路を有し、前記第１エンドエフェクタエレメントに対して前記第１移動方向に伝達される前記張力の大きさが、前記第２移動方向に伝達される前記張力の大きさよりも大きくなるように、前記第１経路は、前記第２経路よりも張力損失が小さいロボット手術器具が提供される。
【０００９】
前記ロボット手術器具は、第２エンドエフェクタエレメントをさらに備え、前記関節部は、前記第２エンドエフェクタエレメントを前記シャフトの前記先端部に連結しており、前記第２エンドエフェクタエレメントは前記関節部に対して移動可能であり、前記駆動機構は第２アクチュエータを備え、前記第２アクチュエータは、第２の駆動エレメントの対によって前記第２エンドエフェクタエレメントに連結されており、前記第２の駆動エレメントの対は、前記第２アクチュエータによって前記第２の駆動エレメントの対のうちの第１駆動エレメントに加えられる張力が、前記第２エンドエフェクタエレメントを前記関節部に対して前記第２移動方向に移動させ、かつ、前記第２の駆動エレメントの対のうちの第２駆動エレメントに加えられる張力が、前記第２エンドエフェクタエレメントを前記関節部に対して前記第１移動方向に移動させるように構成されており、前記第２の駆動エレメントの対のうちの前記第１駆動エレメントは、前記第２アクチュエータと前記第２エンドエフェクタエレメントとの間に第３経路を有し、前記第２の駆動エレメントの対のうちの前記第２駆動エレメントは、前記第２アクチュエータと前記第２エンドエフェクタエレメントとの間に第４経路を有し、前記第２エンドエフェクタエレメントに対して前記第２移動方向に伝達される前記張力の大きさが、前記第１移動方向に伝達される前記張力の大きさよりも大きくなるように、前記第３経路は、前記第４経路よりも張力損失が小さい構成としてもよい。
【００１０】
前記ロボット手術器具の内部構造体と接触する前記第１経路の接触長さが、前記ロボット手術器具の内部構造体と接触する前記第２経路の接触長さよりも短くてもよい。前記ロボット手術器具の内部構造体と接触する前記第３経路の接触長さが、前記ロボット手術器具の内部構造体と接触する前記第４経路の接触長さよりも短くてもよい。
【００１１】
前記第１経路の全体長さが、前記第２経路の全体長さよりも短くてもよい。前記第３経路の全体長さが、前記第４経路の全体長さよりも短くてもよい。
【００１２】
前記第１経路は、前記第３経路と形状が一致してもよい。前記第２経路は、前記第４経路と形状が一致してもよい。
【００１３】
前記第１の駆動エレメントの対のうちの前記第１駆動エレメントは、Ｍ個のプーリの周りを移動するように拘束されていてもよく、前記第１の駆動エレメントの対のうちの前記第２駆動エレメントは、Ｎ個のプーリの周りを移動するように拘束されていてもよい。このとき、Ｍ＜Ｎである。一実施例では、Ｍ＜Ｎ−ｌである。例えば、Ｍ＝４であり、Ｎ＝６である。
【００１４】
前記第２の駆動エレメントの対のうちの前記第１駆動エレメントは、Ｊ個のプーリの周りを移動するように拘束されていてもよく、前記第２の駆動エレメントの対のうちの前記第２駆動エレメントはＫ個のプーリの周りを移動するように拘束されていてもよい。このとき、Ｊ＜Ｋである。一実施例では、Ｊ＜Ｋ−ｌである。例えば、Ｍ＝Ｊであり、Ｎ＝Ｋである。
【００１５】
前記第１の駆動エレメントの対のうちの前記第１駆動エレメントの直径は、前記第１の駆動エレメントの対のうちの前記第２駆動エレメントの直径よりも大きくてもよい。前記第１の駆動エレメントの対のうちの前記第１駆動エレメントは、前記第１の駆動エレメントの対のうちの前記第２駆動エレメントよりも少ない数の、より太いストランドから構成されていてもよい。
【００１６】
前記第２の駆動エレメントの対のうちの前記第１駆動エレメントの直径は、前記第２の駆動エレメントの対のうちの前記第２駆動エレメントの直径よりも大きくてもよい。前記第２の駆動エレメントの対のうちの前記第１駆動エレメントは、前記第２の駆動エレメントの対のうちの前記第２駆動エレメントよりも少ない数の、より太いストランドから構成されていてもよい。
【００１７】
各前記駆動エレメントは、スポークを備えていてもよい。
【００１８】
各前記駆動エレメントは、ケーブルであってもよい。
【００１９】
各前記駆動エレメントは、その経路に沿って圧縮力および張力に抵抗してもよい。
【００２０】
各前記駆動エレメントの対のうちの前記第１および第２駆動エレメントは、一体に形成されていてもよい。
【００２１】
前記第１エンドエフェクタエレメントは、第１軸心を中心として前記関節部に対して回動可能であってもよく、前記第１の駆動エレメントの対は、前記第１アクチュエータによって前記第１の駆動エレメントの対のうちの前記第１駆動エレメントに加えられる前記張力が、前記第１エンドエフェクタエレメントを、前記第１軸心を中心として第１回動方向に回動させ、かつ、前記第１の駆動エレメントの対のうちの前記第２駆動エレメントに加えられる前記張力が、前記第１エンドエフェクタエレメントを、前記第１軸心を中心として第２回動方向に回動させるように構成されていてもよい。
【００２２】
前記第２エンドエフェクタエレメントは、前記第１軸心を中心として前記関節部に対して回動可能であってもよく、前記第２の駆動エレメントの対は、前記第２アクチュエータによって前記第２の駆動エレメントの対のうちの前記第１駆動エレメントに加えられる張力が、前記第２エンドエフェクタエレメントを、前記第１軸心を中心として前記第２回動方向に回動させ、かつ、前記第２の駆動エレメントの対のうちの前記第２駆動エレメントに加えられる前記張力が、前記第２エンドエフェクタエレメントを、前記第１軸心を中心として前記第１回動方向に回動させるように構成されていてもよい。
【００２３】
前記ロボット手術器具は、前記第１アクチュエータによって前記第１の駆動エレメントの対のうちの前記第１駆動エレメントに加えられる張力が、前記第１エンドエフェクタエレメントを、前記第２エンドエフェクタエレメントに向かって回動させ、かつ、前記第２アクチュエータによって前記第２の駆動エレメントの対のうちの前記第１駆動エレメントに加えられる張力が、前記第２エンドエフェクタエレメントを、前記第１エンドエフェクタエレメントに向かって回動させるように構成されていてもよい。
【００２４】
前記ロボット手術器具は、前記第１アクチュエータによって前記第１の駆動エレメントの対のうちの前記第１駆動エレメントに加えられる張力が、前記第１エンドエフェクタエレメントを、前記第２エンドエフェクタエレメントから離れる方向に回動させ、かつ、前記第２アクチュエータによって前記第２の駆動エレメントの対のうちの前記第１駆動エレメントに加えられる張力が、前記第２エンドエフェクタエレメントを、前記第１エンドエフェクタエレメントから離れる方向に回動させるように構成されていてもよい。
【００２５】
前記第１および第２エンドエフェクタエレメントは、エンドエフェクタの向かい合う第１および第２のジョーであってもよい。
【００２６】
前記第１エンドエフェクタエレメントは、前記関節部に対して直線的に変位可能であってもよく、前記第１の駆動エレメントの対は、前記第１アクチュエータによって前記第１の駆動エレメントの対のうちの前記第１駆動エレメントに加えられる前記張力が、前記第１エンドエフェクタエレメントを、第１直線方向に直線的に変位させ、かつ、前記第１の駆動エレメントの対のうちの前記第２駆動エレメントに加えられる前記張力が、前記第１エンドエフェクタエレメントを、前記第１直線方向とは反対方向である第２直線方向に直線的に変位させるように構成されていてもよい。
【００２７】
前記第２エンドエフェクタエレメントは、前記関節部に対して直線的に変位可能であってもよく、前記第２の駆動エレメントの対は、前記第２アクチュエータによって前記第２の駆動エレメントの対のうちの前記第１駆動エレメントに加えられる前記張力が、前記第２エンドエフェクタエレメントを、前記第１直線方向に直線的に変位させ、かつ、前記第２の駆動エレメントの対のうちの前記第２駆動エレメントに加えられる前記張力が、前記第２エンドエフェクタエレメントを、前記第２直線方向に直線的に変位させるように構成されていてもよい。
【００２８】
前記第１エンドエフェクタエレメントは、ステープラの一部であってもよい。前記第２エンドエフェクタエレメントは、ステープラの一部であってもよい。
【００２９】
以下において、あくまでも例示的に、本発明について添付の図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】医療処置を実行する手術用ロボットの図である。
【図２】公知の手術器具の図である。
【図３】手術器具の関節駆動型エンドエフェクタの公知の構成である。
【図４】手術器具の先端部の構成を示す図である。
【図５】図４の関節駆動型エンドエフェクタの一方のジョーを駆動するためのケーブル経路の図である。
【図６】図４の関節駆動型エンドエフェクタの他方のジョーを駆動するためのケーブル経路の図である。
【図７】ステープラアプリケータの直線変位を駆動するためのケーブル経路の図である。
【図８】ステープラブレードの直線変位を駆動するためのケーブル経路の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図４には、例示的なロボット手術器具の先端部の模式図が示されている。この手術器具は全体として、図２に示された一般的な形態を有する。換言すれば、この手術器具は、当該手術器具を手術用ロボットアームに連結するベース２０１を備える。この器具ベースは、当該器具ベースがロボットアームの末端に着脱可能に取り付けられるように、手術用ロボットアームの末端と協働的に設計されている。ベース２０１と関節部２０３との間に、シャフト２０２が延びている。関節部２０３は、その基端部においてシャフト２０２に連結されており、その先端部において、エンドエフェクタ２０４に取り付けるために適したアタッチメントに連結されている。前記シャフト２０２および関節部２０３はすべて中空状である。これにより、これらの部分に駆動エレメントを通して、エンドエフェクタ２０４を作動させることが可能である。また、手術器具の重量も低減される。関節部２０３の本体は、図をわかりやすくするために、図４から省略されている。
【００３２】
前記器具の直径は８ｍｍ未満である。好適には、前記器具の直径は５ｍｍである。前記器具の直径は５ｍｍ未満であってもよい。前記器具の直径は、前記シャフトの直径であってもよい。前記器具の直径は、前記関節部のプロフィールの直径であってもよい。好適には、前記関節部のプロフィールの直径は、前記シャフトの直径以下である。
【００３３】
図４のエンドエフェクタは、２つの向かい合うエンドエフェクタエレメント４０１および４０２を有し、これらは、その間で物体を操作するために協働することができる。エンドエフェクタは、このように機能することができる任意の適切な形状であってもよい。例えば、前記エンドエフェクタは、平らなジョー、鋸歯状のジョー、グリッパー、ピンセット、鋏、一対のブレード、ステープラ、クランプ、焼灼器のいずれであってもよい。図４に示されたエンドエフェクタエレメントは、対向する第１のジョー４０１および第２のジョー４０２である。
【００３４】
関節部２０３は、エンドエフェクタ２０４に前記器具のシャフト２０２に対して様々な姿勢を取らせることができる複数のジョイントを備える。第１ジョイント４０３（全体は図示せず）により、エンドエフェクタ２０４を全体として第１軸心４０４を中心として回動させることができる。この回動は、駆動エレメント（図示せず）によって駆動される。例えば、この回動は、ケーブルによって駆動されてもよい。第１軸心４０４は、シャフト４０５の長手方向軸心に対して横方向である。
【００３５】
第２ジョイント４０６により、第１エンドエフェクタエレメント４０１を、第２軸心４０７を中心として回動させることができる。第２軸心４０７は、第１軸心４０４に対して横方向である。第１の駆動エレメントの対４０９ａ，４０９ｂは、第２軸心４０７を中心とした第１エンドエフェクタエレメント４０１の回動を駆動する。前記第１の駆動エレメントの対は、第１駆動エレメント４０９ａおよび第２駆動エレメント４０９ｂを備える。第１駆動エレメント４０９ａに加えられる張力は、第１エンドエフェクタエレメント４０１を第２エンドエフェクタエレメント４０２に向かって回動させる。第２駆動エレメント４０９ｂに加えられる張力は、第１エンドエフェクタエレメント４０１を第２エンドエフェクタエレメント４０２から離れる方向に回動させる。
【００３６】
第３ジョイント４０８により、第２エンドエフェクタエレメント４０２を、第２軸心４０７を中心として回動させることができる。第２の駆動エレメントの対４１０ａ，４１０ｂは、第２軸心４０７を中心とした第２エンドエフェクタエレメント４０２の回動を駆動する。第２の駆動エレメントの対は、第１駆動エレメント４１０ａおよび第２駆動エレメント４１０ｂを備える。第１駆動エレメント４１０ａに加えられる張力は、第２エンドエフェクタエレメント４０２を第１エンドエフェクタエレメント４０１に向かって回動させる。第２駆動エレメント４１０ｂに加えられる張力は、第２エンドエフェクタエレメント４０２を第１エンドエフェクタエレメント４０１から離れる方向に回動させる。
【００３７】
図４に示された構成において、各ジョイントは、それぞれの駆動エレメントの対によって駆動される。換言すれば、各ジョイントは、専用の駆動エレメントの対によって駆動される。前記ジョイントは独立に駆動される。第１エンドエフェクタエレメント４０１および第２エンドエフェクタエレメント４０２は、第２および第３ジョイントによって、第２軸心４０７を中心として独立に回動可能である。このように、これらのエンドエフェクタエレメントは、第２および第３ジョイントによって、同一方向または反対方向に回動させてもよい。第１エンドエフェクタエレメント４０１は、第２軸心を中心として回動させてもよいが、第２エンドエフェクタエレメント４０２は、第２軸心を中心として回動させない。第２エンドエフェクタエレメント４０２は、第２軸心を中心として回動させてもよいが、第１エンドエフェクタエレメント４０１は、第２軸心を中心として回動させない。
【００３８】
図４には、第２ジョイント４０６および第３ジョイント４０８により、同じ軸心４０７を中心とした回動が可能であるとして示されている。しかしながら、第２および第３ジョイントにより、代替的に、異なる軸心を中心としてエンドエフェクタエレメントを回動させることができるようにしてもよい。一方のエンドエフェクタエレメントの回動軸心は、他方のエンドエフェクタエレメントの回動軸心から、シャフト２０２の長手方向にずれていてもよい。一方のエンドエフェクタエレメントの回動軸心は、他方のエンドエフェクタエレメントの回動軸心から、シャフト２０２の長手方向に対して横方向にずれていてもよい。一方のエンドエフェクタエレメントの回動軸心は、他方のエンドエフェクタエレメントの回動軸心と平行でなくてもよい。エンドエフェクタエレメント４０１，４０２の回動軸心は、シャフトの長手方向に互いにずれていてもよく、かつ／またはシャフトの長手方向に対して垂直な方向に互いにずれていてもよく、かつ／または互いに角度を有していてもよい。これは、エンドエフェクタエレメントが互いに非対称な関係にある場合に望ましいといえる。例えば、電気手術エレメントにおいて、第１エンドエフェクタエレメントには電力を供給し、第２エンドエフェクタエレメントには電力を供給せずに第１エンドエフェクタエレメントから絶縁してもよい。これを補助するために、２つのエンドエフェクタエレメントの回動軸心は、シャフトの長手方向に対して垂直な方向にずれていてもよい。別の例において、第１エンドエフェクタエレメントはブレードであってもよく、第２エンドエフェクタエレメントは平坦な切断表面であってもよい。ブレードの使用を補助するために、前記２つのエンドエフェクタエレメントの回動軸心は、互いに角度を有していてもよい。
【００３９】
図４の手術器具は、プーリ機構をさらに備え、第１の駆動エレメントの対４０９ａ，４０９ｂおよび第２の対の駆動エレメン４１０ａ，４１０ｂは、このプーリ機構の周りで移動するように拘束されている。前記プーリ機構は３組のプーリを備える。第１の組のプーリ４１１は、第１軸心４０４を中心に回動可能である。これにより、第１の組のプーリ４１１は、第１ジョイント４０３と同一の軸心回りに回転する。第１の組のプーリ４１１は、第１ジョイント４０３のいずれかの側に配置された一対のプーリ４１１ａおよび４１１ｂを備える。第１および第２の駆動エレメントの対は、第１ジョイント４０３を超えて延びて、それぞれ第２および第３ジョイント４０６，４０８に到達するように拘束されている。第１の駆動エレメントの対のうちの第１駆動エレメント４０９ａがプーリ４１１ａの一方の側を通り、第１の駆動エレメントの対のうちの第２駆動エレメント４０９ｂがプーリ４１１ｂの反対側を通っていることにより、第１軸心４０４を中心としてエンドエフェクタがどれだけ回動しても、第１の駆動エレメントの対の各駆動エレメント４０９ａ，４０９ｂの長さがそれぞれ同一に維持される。同様に、第２の駆動エレメントの対のうちの第１駆動エレメント４１０ａがプーリ４１１ｂの一方の側を通り、第２の駆動エレメントの対のうちの第２駆動エレメント４１０ｂがプーリ４１１ａの反対側を通っていることにより、第１軸心４０４を中心としたエンドエフェクタの回動にかかわらず、第２の駆動エレメントの対の各駆動エレメント４１０ａ，４１０ｂの長さが同一に維持される。
【００４０】
前記プーリ機構は、第２の組のプーリ４１２をさらに備える。前記第１の組のプーリ４１１は、第２の組のプーリ４１２とエンドエフェクタ２０４との間に位置している。第２の組のプーリ４１２は、第１ジョイント４０３のいずれかの側に配置された一対のプーリ４１２ａおよび４１２ｂを備える。第１プーリ４１２ａは、第１軸心４０４と平行な第３軸心４１４を中心に回動可能である。第３軸心４１４は、シャフトの長手方向およびシャフトの長手方向に対して横方向の両方向において、第１軸心４０４からずれていてもよい。第２プーリ４１２ｂは、第１軸心４０４と平行な第４軸心４１５を中心に回動可能である。第４軸心４１５は、シャフトの長手方向およびシャフトの長手方向に対して横方向の両方向において、第１軸心４０４からずれている。第３および第４軸心は、互いに平行かつ互いにずれている。第３軸心４１４および第４軸心４１５は、シャフトの長手方向に対して垂直な同一平面にある。第１プーリ４１２ａおよび第２プーリ４１２ｂをずらすことにより、各プーリの周りに巻かれた前記駆動エレメントは、このプーリの周りに巻かれた後に前記シャフトの下方に延びることが可能である。第１および第２の駆動エレメントの対はそれぞれ、プーリ４１１ａおよび４１２ａの反対側の周りに巻き付くように拘束されている。第１および第２の駆動エレメントの対はそれぞれ、プーリ４１２ａおよび４１２ｂの反対側の周りに巻き付くように拘束されている。これにより、第１軸心４０４を中心としたエンドエフェクタの回動にかかわらず、第１および第２の駆動エレメントの対が張られた状態で保たれる。
【００４１】
前記プーリ機構は、一対の方向転換プーリ４１３ａおよび４１３ｂをさらに備える。方向転換プーリ４１３ａおよび４１３ｂは、第１の組のプーリ４１１とエンドエフェクタ２０４との間に位置している。前記方向転換プーリは、駆動エレメント４０９ａ，４０９ｂの方向を第１の組のプーリ４１１から第２ジョイント４０６に変え、駆動エレメント４１０ａ，４１０ｂの方向を第１の組のプーリ４１１から第３ジョイント４０８に変えるように配置されている。これらの方向転換プーリにより、第１軸心４０４を中心としたエンドエフェクタの回動にかかわらず、第１および第２の駆動エレメントの対と第２および第３ジョイントとの接触量が同一に保たれる。換言すれば、前記第１および第２の駆動エレメントの対は、器具の構成にかかわらず、第２および第３ジョイントの周りに巻き付く量が同一に保たれる。また、これにより、エンドエフェクタの姿勢位置にかかわらず、第１および第２の駆動エレメントの対によって第２および第３ジョイント与えることができる回動範囲が同一に保たれる。
【００４２】
前記プーリ機構により、前記手術器具の全ての形態において、前記第１および第２の駆動エレメントの対が張られた状態に保たれ、前記関節部にまたは互いに引っかかることなく、かつ、前記第２および第３ジョイントの周りで十分な巻き付きを維持することができる。前記駆動エレメントの緩みを回避することによって、前記手術器具のジョイントを関節駆動する際に反動が生じない。これにより、前記手術器具の全ての形態において、前記手術器具の動きを完全に制御することができる。図４に示されたプーリ機構の代替的な配置を使用してもよい。使用するプーリの数をより少なく、またはより多くしてもよい。
【００４３】
図５には、前記手術器具における第１の駆動エレメントの対４０９ａ，４０９ｂの経路が示されている。第１の駆動エレメントの対と、この第１の駆動エレメントの対が接触する部品のみが図示されている。関節部２０３およびエンドエフェクタエレメント４０１を備える前記器具の先端部は、図４に図示されているとおりである。シャフト２０２の下方にある前記駆動エレメントの範囲の全体は図示されておらず、符号５０１で示す部分において省略されている。前記器具構造において前記第１の駆動エレメントの対が接触する残りの部分は、器具２０１の基端部における器具インターフェースである。
【００４４】
器具インターフェースは、前記ロボットアームから前記駆動エレメントに駆動力を伝達する駆動機構を備える。前記駆動機構は、複数のアクチュエータを備える。各アクチュエータは一対の駆動エレメントに固定されている。図５において、第１アクチュエータ５０７は、第１の駆動エレメントの対４０９ａ，４０９ｂに固定されている。各アクチュエータは、器具インターフェースエレメント（図５では図示せず）に固定されている。各器具インターフェースは、前記ロボットアームの対応する駆動アセンブリインターフェースエレメントと係合する。各アクチュエータは、直線状に変位可能である。これにより、前記ロボットアームは、以下のようにして前記エンドエフェクタエレメントに駆動力を伝達する。駆動アセンブリインターフェースエレメントの動作により、器具インターフェースエレメントが動作し、この器具インターフェースエレメントがアクチュエータを動作させ、このアクチュエータが駆動エレメントを動作させ、この駆動エレメントが前記関節部のジョイントを動作させ、このジョイントがエンドエフェクタエレメントを動作させる。第１の駆動エレメントの対のうちの第１駆動エレメント４０９ａは、器具インターフェースにおいてプーリ５０２および５０３の周りを移動するように拘束されている。第１の駆動エレメントの対のうちの第２駆動エレメント４０９ｂは、器具インターフェースにおいてプーリ５０４，５０５および５０６の周りを移動するように拘束されている。これらのプーリは、前記第１の駆動エレメントの対を、シャフト２０２から第１アクチュエータ５０７へと案内するように作用する。
【００４５】
図６には、前記手術器具における第２の駆動エレメントの対４１０ａ，４１０ｂの経路が示されている。第２の駆動エレメントの対と、この第２の駆動エレメントの対が接触する部品のみが図示されている。関節部２０３およびエンドエフェクタエレメント４０２を備える前記器具の先端部は、図４に図示されているとおりである。シャフト２０２の下方にある前記駆動エレメントの範囲の全体は図示されておらず、符号５０１で示す部分において省略されている。前記器具構造において前記第２の駆動エレメントの対が接触する残りの部分は、器具２０１の基端部における器具インターフェースである。
【００４６】
器具２０１の基端部における駆動機構の第２アクチュエータ６０７は、第２の駆動エレメントの対４１０ａ，４１０ｂに固定されている。第２の駆動エレメントの対のうちの第１駆動エレメント４１０ａは、器具インターフェースにおいてプーリ６０２および６０３の周りを移動するように拘束されている。第２の駆動エレメントの対のうちの第２駆動エレメント４１０ｂは、器具インターフェースにおいてプーリ６０４，６０５および６０６の周りを移動するように拘束されている。これらのプーリは、前記第２の駆動エレメントの対を、シャフト２０２から第２アクチュエータ６０７へと案内するように作用する。
【００４７】
図７および図８には、ステープラエンドエフェクタの動作を駆動するために用いられる駆動エレメントの対７１０ａ，７１０ｂおよび８０９ａ，８０９ｂの経路が示されている。このステープラエンドエフェクタは、第１エンドエフェクタ部分７０１と、第２エンドエフェクタ部分８０２とを備える。第１エンドエフェクタ部分７０１は、ステープルの束７１４を収容するステープラブロック７１６を備える。また、第１エンドエフェクタ部分７０１は、ステープラアプリケータ７１５も備える。駆動エレメント７１０ａおよび７１０ｂは、前記関節部からステープラブロック７１６へと通過し、ステープラアプリケータ７１５のいずれかの端部において終端している。駆動エレメント７１０ａおよび７１０ｂはステープラアプリケータ７１５に堅固に取り付けられている。前記駆動エレメントは、ステープラブロック７１６の先端部においてプーリ７１３の周りに巻き付いている。ステープラアプリケータ７１５は、ステープラブロック７１６内で直線状に変位可能である。例えば、ステープラアプリケータ７１５は、ステープラブロック７１６のチャネル内またはレールに沿って摺動させてもよい。ステープラアプリケータ７１５は、前記関節部に対して直線状に変位可能である。ステープラアプリケータ７１５は、矢印Ａで示される方向と、Ａとは反対方向とに移動可能である。ステープラアプリケータ７１５は、移動するときにステープル７１４と係合する。これにより、ステープル７１４がステープラブロック７１６の外部に露出する。前記ステープルは、前記ステープラブロックが他の物体に押し付けられることにより閉じられる。
【００４８】
第２エンドエフェクタ部分８０２は、ステープラブレード８１５を収容するステープラブロック８１４を備える。駆動エレメント８０９ａおよび８０９ｂは、前記関節部からステープラブロック８１４へと通過し、ステープラブレード８１５のいずれかの端部において終端している。駆動エレメント８０９ａおよび８０９ｂは、ステープラブレード８１５に堅固に取り付けられている。前記駆動エレメントは、ステープラブロック８１４の先端部においてプーリ８１６の周りに巻き付いている。ステープラブレード８１５は、ステープラブロック８１４内で直線状に変位可能である。例えば、ステープラブレード８１５は、ステープラブロック８１４のチャネル内またはレールに沿って摺動させてもよい。ステープラブレード８１５は、前記関節部に対して直線状に変位可能である。ステープラブレード８１５は、矢印Ａで示される方向と、Ａとは反対方向とに移動可能である。ステープラブレード８１５は、ステープラブロック８１４の外部に露出している。
【００４９】
動作時において、ステープラブロック８１４とステープラブロック７１６との間で組織が挟持される。ステープラアプリケータ７１５は、駆動エレメント７１０ａを引張することによって、ステープラエンドエフェクタ部分７０１の先端部からステープラエンドエフェクタ部分７０１の基端部へと引っ張られる。ステープラアプリケータ７１５は、ステープル７１４と係合し、これらのステープルをステープラブロック７１６の外部に露出させ、前記エンドエフェクタ部分の間に挟持された組織に露出させる。前記ステープルは前記組織を貫通して、他方のステープラブロック８１４に押し付けられたときに閉じられる。ステープラブレード８１５は、駆動エレメント８０９ａを引張することによって、ステープラエンドエフェクタ部分８０２の先端部からステープラエンドエフェクタ部分８０２の基端部へと引っ張られる。これにより、ステープラブレード８１５は、前記２つのエンドエフェクタ部分の間に挟持された組織を切断する。
【００５０】
図７および図８において、各駆動エレメントは、前記関節部における２つのプーリの周りに巻き付けられた状態で示されている。駆動エレメント８０９ａ用のプーリは、プーリ８１０および８１１である。駆動エレメント８０９ｂ用のプーリは、プーリ８１２および８１３である。駆動エレメント７１０ａ用のプーリは、プーリ７１１および７１２である。駆動エレメント７１０ｂ用のプーリは、プーリ７０８および７０９である。これらのプーリにより、図４から図６のプーリ４１１ａ，４１１ｂ，４１２ａおよび４１２ｂについて図示されているように、前記エンドエフェクタを前記器具のシャフトに対して回動させることが可能である。前記器具シャフトに対する前記ステープラエンドエフェクタの動作の自由度をさらに大きくすることができるように、追加のプーリを使用してもよい。エンドエフェクタ部分７０１および８０２の一方または両方は、他方のエンドエフェクタ部分に対して回動可能であってもよい。これは、一方または各エンドエフェクタ部分にジョイント４０６と同等のジョイントと、そのジョイントの周りに巻き付けられる追加の駆動エレメントの対とを導入して、このジョイントを中心として前記関節部に対して前記エンドエフェクタ部分が回動できるようにすることによって実現してもよい。これにより、前記エンドエフェクタ部分を互いに開閉することができるので、その間に材料を挟持することが可能である。
【００５１】
図５および図６，図７および図８では、前記駆動エレメントが接触する前記器具の部品のみが図示されている。前記シャフトの下方にある前記駆動エレメントの範囲は、地点５０１で示されているとおり省略されている。図７および図８において前記器具の基端部における前記器具の内部構造体は、図５および図６に示されているとおりである。前記駆動機構、および前記ロボットアームの駆動アセンブリインターフェースに対するその接続部は、図５および図６に示されているように動作する。
【００５２】
図７および図８において、ステープル動作および切断動作は、ステープラアプリケータ７１５およびステープラブレード８１５を、図７および図８でＡとして示された方向にエンドエフェクタの先端部からエンドエフェクタの基端部へと引っ張ることによって実施される。代替的な実施方法としては、ステープル動作および切断動作は、ステープラアプリケータ７１５およびステープラブレード８１５を、図７および図８でＡとして示された方向とは反対方向にエンドエフェクタの基端部からエンドエフェクタの先端部へと引っ張ることによって実施される。代替的に、ステープラアプリケータ７１５およびステープラブレード８１５の一方を、エンドエフェクタの先端部から基端部へと引っ張ることによって作動させ、ステープラアプリケータ７１５およびステープラブレード８１５の他方を、エンドエフェクタの基端部から先端部へと引っ張ることによって作動させてもよい。
【００５３】
図４から図８の駆動エレメントは、関節部２０３のジョイントからシャフトを介して器具インターフェース２０１へと延びる細長い要素である。好適には、各駆動エレメントは、少なくとも、前記関節部の内部部品と器具インターフェースとに係合する領域において、その主要な延びに対して横方向に撓ませることが可能である。換言すれば、各駆動エレメントは、特定の領域においてその長手方向軸心に対して横方向に撓ませることができる。この可撓性により、前記駆動エレメントは、前記ジョイントおよびプーリなどの前記器具の内部構造体の周りに巻き付けることが可能である。前記駆動エレメントは全体として、その長手方向軸心に対して横方向に可撓性を有していてもよい。前記駆動エレメントは、その主要な延びに沿って撓ませることができない。前記駆動エレメントは、その長さに沿って加えられる圧縮力および張力に対抗する。換言すれば、前記駆動エレメントは、それらの長手方向軸心の方向に作用する圧縮力および張力に対抗する。これにより、前記駆動エレメントは、前記器具インターフェースから前記関節部のジョイントへと駆動力を伝達することが可能である。前記駆動エレメントはケーブルであってもよい。
【００５４】
各駆動エレメントの対は、その長さに沿って同一の形状およびサイズを有し、その長さに沿って同一の材料から構成されている均一な部品であってもよい。代替的に、各駆動エレメントの対は、異なる部分から構成されていてもよい。一実施例では、前記駆動エレメントにおいて、前記器具インターフェースの部品（プーリおよびインターフェースエレメントなど）と係合する部分は可撓性を有する。例えば、この部分はケーブルであってもよい。同様に、前記駆動エレメントにおいて、前記手術器具の先端部の部品（プーリおよび関節部のジョイントなど）と係合する部分は可撓性を有する。例えば、この部分はケーブルであってもよい。これら２つの可撓性部分の間には、スポークが設けられている。これにより、この例において、各駆動エレメントの対は、２本のスポークと、２つの可撓性部分とを備える。各駆動エレメントの対は、ループを形成している。このループは、スポークと可撓性部分とを交互に備える。前記２本のスポークは、大部分または全体が前記器具シャフトに囲まれている。先端側の可撓性部分は、一端部において一方のスポークの先端部で終端しており、他端部において他方のスポークの先端部で終端している。前記先端側の可撓性部分は、前記関節部の部品と係合する。基端側の可撓性部分は、一端部において一方のスポークの基端部で終端しており、他端部において他方のスポークの基端部で終端している。前記基端側の可撓性部分は、前記器具インターフェースの部品と係合する。前記スポークは、前記可撓性部分よりも固い。好適には、前記スポークは剛体である。前記スポークは、中空のチューブであってもよい。通常、前記スポークの直径は、可撓性部分の直径よりも大きい。前記可撓性部分は、前記スポークと連結される箇所で終端してもよい。代替的に、前記スポークは、前記可撓性部分の材料を包囲していてもよい。例えば、前記スポークは、可撓性のケーブルを覆う剛性の鞘であってもよい。
【００５５】
図４から図６において、第１の駆動エレメントの対４０９ａ，４０９ｂは、第２ジョイント４０６に固定されている。例えば、図４において、前記第１の駆動エレメントの対は、ボールおよびクリンプ終端によって、前記第２ジョイントに固定されている。また、前記第１の駆動エレメントの対は、第１アクチュエータ５０７にも固定されている。前記第１の駆動エレメントの対は一体に形成されていてもよい。例えば、これらは連続ケーブルであってもよい。代替的に、前記第１の駆動エレメントの対は、前記第２ジョイントに固定される箇所および／または前記第１アクチュエータに固定される箇所で途切れていてもよい。
【００５６】
第２の駆動エレメントの対４１０ａ，４１０ｂは、第３ジョイント４０８に固定されている。例えば、前記第２の駆動エレメントの対は、ボールおよびクリンプ終端によって、前記第２ジョイントに固定されていてもよい。また、前記第２の駆動エレメントの対は、第２アクチュエータ６０７にも固定されている。
【００５７】
前記第２の駆動エレメントの対は一体に形成されていてもよい。例えば、これらは連続ケーブルであってもよい。代替的に、前記第２の駆動エレメントの対は、前記第３ジョイントに固定される箇所および／または前記第２アクチュエータに固定される箇所で途切れていてもよい。
【００５８】
図８において、駆動エレメント８０９ａおよび８０９ｂは第１アクチュエータ５０７に固定されており、また、ステープラブレード８１５にも固定されている。この駆動エレメントの対は一体に形成されていてもよい。例えば、これらは連続ケーブルであってもよい。代替的に、この駆動エレメントの対は、ステープラブレード８１５に固定される箇所および／または第１アクチュエータ５０７に固定される箇所で途切れていてもよい。
【００５９】
図７において、駆動エレメント７１０ａおよび７１０ｂは第２アクチュエータ６０７に固定されており、また、ステープラアプリケータ７１５にも固定されている。この駆動エレメントの対は一体に形成されていてもよい。例えば、これらは連続ケーブルであってもよい。代替的に、この駆動エレメントの対は、ステープラアプリケータ７１５に固定される箇所および／または第２アクチュエータ６０７に固定される箇所で途切れていてもよい。
【００６０】
前記駆動エレメントは、その長さに沿って作用する張力に対抗する。これにより、前記駆動アセンブリによってアクチュエータが駆動されたとき、このアクチュエータは前記駆動エレメントに張力を加える。図５および図６の場合、これにより、前記関節部においてこの駆動エレメントが終端する前記ジョイントに加えられる回転力が生じる。これにより、この回転力によって前記エンドエフェクタエレメントを回動させる。図７および図８の場合、これにより、前記エンドエフェクタエレメント（ステープラブレード８１５／ステープラアプリケータ７１５）に加えられる直線力が生じる。前記エンドエフェクタエレメントのこの回転力／直線力は、前記駆動エレメントの張力の損失により、前記器具インターフェースにおいて駆動エレメントに加えられる張力ほど大きくない。この張力の損失は、主に、前記駆動エレメントと、この駆動エレメントが、前記アクチュエータとこのアクチュエータが駆動する前記ジョイントとの間でその周りを移動するように拘束されている前記プーリとの間の摩擦によって引き起こされる。
【００６１】
駆動エレメントの対の両エレメントが同一に構成されており、プーリの数およびサイズが同一の経路を有し、前記プーリの周りに巻きつけられた量が同一で、前記プーリ周りの方向における変化量が同一である場合、前記対の両駆動エレメントにおける張力損失は同一である。これにより、前記エンドエフェクタエレメントに加えられる最大移動（回動または直線）力は、前記エンドエフェクタエレメントの両移動方向について同一である。
【００６２】
本明細書に記載した例において、前記アクチュエータとこのアクチュエータが駆動する前記ジョイントとの間における、駆動エレメントの対の各駆動エレメントの経路は非対称である。この結果、前記エンドエフェクタエレメントに加えられる最大移動力は、前記エンドエフェクタエレメントの２つの移動方向について異なっている。各エンドエフェクタに対して、各エンドエフェクタエレメントに対する優先移動方向が存在する。この優先移動方向は、最も重要なことには、前記器具の駆動機構によって最大張力が伝達される方向である。
【００６３】
図４の例において、前記エンドエフェクタは一対のジョーである。これらのジョーは、その間で物体を把持するために用いられるので、各ジョーの優先回動方向は、これらのジョーを共に閉じる場合に影響する方向である。前記ジョーを開くことができる力はあまり重要ではない。よって、第１ジョー４０１の優先回動方向は第２ジョー４０２に向かう方向であり、第２ジョー４０２の優先回動方向は、第１ジョー４０１に向かう方向である。
【００６４】
他のエンドエフェクタについて、各エンドエフェクタエレメントに対する優先回動方向は、エンドエフェクタエレメントを互いから離すように開く場合に影響する方向であってもよい。例えば、クランプであるエンドエフェクタは、組織の２つの部分を離して保持することで開口を維持する２つの挟持エンドエフェクタエレメントを備えていてもよい。そして、このクランプによって維持された開口内の部位を、別の器具で操作してもよい。この場合、各挟持エンドエフェクタエレメントの優先回動方向は、他方の挟持エンドエフェクタエレメントから離れる方向である。別の例において、エンドエフェクタは、手術部位にクリップまたは結紮を適用してもよい。このクリップまたは結紮は付勢によって閉じられている。前記エンドエフェクタは、前記クリップまたは結紮を開き、または開いた状態に保持して手術部位に配置するための力を加える。この場合、各エンドエフェクタエレメントの優先回動方向は、他方のエンドエフェクタエレメントから離れる方向である。
【００６５】
図７および図８の例において、前記エンドエフェクタはステープラである。前記２つのエンドエフェクタ部分は、その間に挟持された組織をステープルし、その後、ブレードを用いてこの組織を切断するために使用される。各エンドエフェクタ部分の優先直線方向は、ステープル動作およびブレード動作を実行させる方向である。換言すれば、図７および図８に示された配置におけるステープラブレード８１５およびステープラアプリケータ７１５の両方に対する優先直線方向は、前記エンドエフェクタの先端部から前記関節部へと方向Ａに向かう方向である。前記ステープラブレードおよびステープラアプリケータをその初期位置にリセットする力はあまり重要ではない。前記ブレードおよびステープラが図７および図８に示された方向とは反対方向に切断およびステープルするように作動された場合、優先直線方向は、方向Ａとは反対方向となる。
【００６６】
前記優先移動方向に前記第１エンドエフェクタエレメントの動作を行わせるために張力が加えられる前記第１の駆動エレメントの対の駆動エレメントは、前記優先移動方向に前記第２エンドエフェクタエレメントの動作を行わせるために張力が加えられる前記第２の駆動エレメントの対の駆動エレメントと対称な経路を有していてもよい。非優先移動方向に前記第１エンドエフェクタエレメントの動作を行わせるために張力が加えられる前記第１の駆動エレメントの対の駆動エレメントは、非優先移動方向に前記第２エンドエフェクタエレメントの動作を行わせるために張力が加えられる前記第２の駆動エレメントの対の駆動エレメントと対称な経路を有していてもよい。図５および図６の例において、駆動エレメント４０９ａおよび駆動エレメント４１０ａの経路は対称である。また、駆動エレメント４０９ｂおよび駆動エレメント４１０ｂの経路も対称である。これにより、２つのジョー４０１および４０２のそれぞれの閉鎖力は同一であり、２つのジョー４０１および４０２のそれぞれの開放力は同一である。
【００６７】
前記ロボットアームの端部リンクに対する前記エンドエフェクタの位置は、アクチュエータ５０７，６０７の変位量を測定することによって、または前記アクチュエータに固定された前記器具インターフェースエレメントの変位量を測定することによって、または前記器具インターフェースエレメントと係合した前記駆動アセンブリインターフェースエレメントの変位量を測定することによって決定してもよい。各変位量は、前記ロボットアームの端部リンクに対して一定位置にある位置センサを用いて測定される。各検出位置を、他の検出位置、前記駆動エレメントが移動するように拘束された前記器具の内部構造体（プーリなど）の公知の形態、前記駆動エレメントの長さ、ならびに前記エンドエフェクタエレメントの形状およびサイズと組み合わせて用いることで、前記ロボットアームの端部リンクに対する前記エンドエフェクタの位置を決定することが可能である。
【００６８】
本明細書に記載した例において、前記アクチュエータとこのアクチュエータが駆動する前記エレメントとの間における、駆動エレメントの対の各駆動エレメントの経路は非対称である。上記の機構を用いた前記エンドエフェクタの位置の決定は、前記駆動エレメントの長さが一定であると推定している。前記器具の内部構造体（プーリなど）との相互作用により、または伸長された結果、駆動エレメントの長さに変化があれば、決定されたエンドエフェクタエレメントの位置の精度が低下する。前記駆動エレメントが長いほど、この方法で決定される前記エンドエフェクタエレメントの位置が不正確となる。前記駆動エレメントが移動するように拘束された内部構造体の数が多いほど、この方法で決定される前記エンドエフェクタエレメントの位置が不正確となる。優先移動方向は、最も重要なことには、前記エンドエフェクタエレメントの検出位置が最も正確となる方向となるように選択してもよい。
【００６９】
各駆動エレメントの対について、前記優先移動方向に前記エンドエフェクタエレメントの動作を行わせるために引張される前記駆動エレメントの経路の張力損失は、反対方向である前記非優先移動方向に前記エンドエフェクタエレメントの動作を行わせるために引張される前記駆動エレメントの経路の張力損失よりも低い。これは、以下のうちのいずれかまたはその組み合わせを用いて達成してもよい。
【００７０】
１．  前記優先移動方向に前記エンドエフェクタエレメントの動作を行わせるために引張される前記駆動エレメントの経路は、Ｍ個のプーリを越えて移動するように拘束されており、反対方向である前記非優先移動方向に前記エンドエフェクタエレメントの動作を行わせるために引張される前記駆動エレメントの経路は、Ｎ個のプーリを越えて移動するように拘束されている。このとき、Ｍ＜Ｎである。好適には、Ｍ＜Ｎ−ｌである。好適には、エンドエフェクタ２０４について、前記第１エンドエフェクタエレメントに対するＭの値は、前記第２エンドエフェクタエレメントに対するＭの値と同一である。
【００７１】
図５および図６の例において、ジョー４０１の閉鎖を行う第１の駆動エレメントの対のうちの第１駆動エレメントは、第１アクチュエータ５０７と第２ジョイント４０６との間で４個プーリを越えて移動するように拘束されており、一方で、ジョー４０１の開放を行う第１の駆動エレメントの対のうちの第２駆動エレメントは、第１アクチュエータ５０７と第２ジョイント４０６との間で６個のプーリを越えて移動するように拘束されている。同様に、ジョー４０２の閉鎖を行う第２の駆動エレメントの対のうちの第１駆動エレメントは、第２アクチュエータ６０７と第３ジョイント４０８との間で４個プーリを越えて移動するように拘束されており、一方で、ジョー４０２の開放を行う第２の駆動エレメントの対のうちの第２駆動エレメントは、第２アクチュエータ５０７と第３ジョイント４０８との間で６個のプーリを越えて移動するように拘束されている。
【００７２】
図７の例において、引張されたときステープル動作を行う前記駆動エレメントの対のうちの第１駆動エレメント７１０ａは、第２アクチュエータ６０７とステープラアプリケータ７１５との間で４個プーリを越えて移動するように拘束されており、一方で、前記駆動エレメントの対のうちの第２駆動エレメント７１０ｂは、第２アクチュエータ６０７とステープラアプリケータとの間で６個のプーリを越えて移動するように拘束されている。同様に、引張されたとき切断動作を行う前記駆動エレメントの対のうちの第１駆動エレメント８０９ａは、第１アクチュエータ５０７とステープラブレード８１５との間で４個プーリを越えて移動するように拘束されており、一方で、前記駆動エレメントの対のうちの第２駆動エレメント８０９ｂは、第１アクチュエータ５０７とステープラブレード８１５との間で６個のプーリを越えて移動するように拘束されている。
【００７３】
２．  前記優先移動方向に前記エンドエフェクタエレメントの動作を行わせるために引張される前記駆動エレメントの経路は、反対方向の前記非優先移動方向に前記エンドエフェクタエレメントの動作を行わせるために引張される前記駆動エレメントの経路と比較すると、プーリの周りの巻き長さが短くなるように拘束されている。換言すれば、前記プーリと接触している駆動エレメントの合計長さは、前記優先移動方向に前記エンドエフェクタエレメントの動作を行わせるために引張される前記駆動エレメントの経路について、他方の駆動エレメントよりも短い。よって、前記優先移動方向に前記エンドエフェクタエレメントの動作を行わせるために引張される駆動エレメントが受ける摩擦は、他方の駆動エレメントが受ける摩擦よりも小さい。好適には、エンドエフェクタ２０４について、前記優先回動方向にエンドエフェクタエレメント４０１，４０２の回動を生じさせるように引張される両駆動エレメント４０９ａ，４１０ａの前記プーリ周りの巻き長さは同一であり、かつ、反対方向の非優先回動方向にエンドエフェクタエレメント４０１，４０２の回動を生じさせるように引張される両駆動エレメント４０９ｂ，４１０ｂの前記プーリ周りの巻き長さは同一である。
【００７４】
図５および図６ならびに図７および図８の例において、各駆動エレメントの対は、前記器具の基端部において１８０°方向を変える。前記第１および第２の駆動エレメントの対は、この方向変更を行うために、それぞれプーリ５０６および６０６の周りを移動するように拘束されている。前記駆動エレメントがこれらのプーリ周りで巻き付く量は、方向変更により、他のいずれのプーリ周りよりも大きくなる。この１８０°の方向変更は、全体として、前記非優先移動方向に前記エンドエフェクタエレメントの動作を行わせるために引張される前記駆動エレメントの経路において生じる。図７および図８においても、各駆動エレメントの対は、前記エンドエフェクタにおいて、前記器具の先端部で１８０°方向を変える。駆動エレメント８０９ｂおよび７１０ｂは、この方向変更を行うために、それぞれプーリ８１６および７１３の周りを移動するように拘束されている。前記駆動エレメントがこれらのプーリ周りで巻き付く量は、全体として、前記非優先直線方向に前記エンドエフェクタエレメントの直線変位を行わせるために引張される前記駆動エレメントの経路において生じる。
【００７５】
３．  前記優先移動方向に前記エンドエフェクタエレメントの動作を行わせるために引張される前記駆動エレメントの経路の全体長さは、前記非優先移動方向に前記エンドエフェクタエレメントの動作を行わせるために引張される前記駆動エレメントの経路の全体長さよりも短い。これにより、前記駆動エレメントの伸長により生じる張力の損失は、非優先経路よりも優先経路において小さくなる。
【００７６】
４．  前記優先移動方向に前記エンドエフェクタエレメントの動作を行わせるために引張される前記駆動エレメントの構造は、前記非優先移動方向前記エンドエフェクタエレメントの動作を行わせるために引張される前記駆動エレメントの構造とは異なっていてもよい。前記非優先移動方向前記エンドエフェクタエレメントの動作を行わせる前記駆動エレメントに用いられる駆動エレメントは、他方の駆動エレメントに用いるものよりも、直径が小さくてもよい。より薄い駆動エレメントを用いることにより、前記器具の内部で占める空間が小さくなる。前記器具の内部、特に関節部２０３の空間は、極めて限られている。よって、これにより、他方の駆動エレメントにより厚い駆動エレメントを使用するための空間が得られる。より厚い駆動エレメントは、より薄い駆動エレメントよりも、伸長または破断するまでに大きな力に耐えることができる。すなわち、より厚い駆動エレメントは、より薄い駆動エレメントと比べると、付加に耐えるためにより適している。より薄い駆動エレメントは、摩耗し得る、より厚い駆動エレメントと比べると、より小さな曲げ半径で方向変更するためにより適している。よって、より薄い駆動エレメントは、より多くのプーリの周りを移動するように拘束された駆動エレメントの経路により適している。
【００７７】
５．  前記優先移動方向に前記エンドエフェクタエレメントの動作を生じさせる前記駆動エレメントに用いる駆動エレメントは、他方の駆動エレメントに用いるものと比べると、より少ない数のより太いストランドから構成されていてもよい。他方の駆動エレメントは、より多くの数のより薄いストランドから構成されている。両駆動エレメントは同一の断面積を有していてもよい。両駆動エレメントの長手方向の剛性および強度は同程度であってもよい。
【００７８】
より少ない数のより太いストランドを有する駆動エレメントは、降伏応力がより高い。これにより、この駆動エレメントはより大きな力に耐えることができるので、付加に耐えるためにより適している。したがって、この駆動エレメントは、非優先経路と比べると、エンドエフェクタエレメントに大きな力を伝達する優先経路に用いられる。好適には、この駆動エレメントは、上記の項目１および２で述べたものよりも、より少ない数のプーリを越えて移動するように拘束され、かつ／またはプーリ周りの巻き長さがより短い。当該駆動エレメントは、より多くのより薄いストランドを有する駆動エレメントと比べると、可撓性が低く摩耗が生じやすいので、方向変更が少なく前記器具の内部構造体との接触が少ない駆動エレメントの経路により適している。
【００７９】
より多くのより薄いストランドを有する駆動エレメントは、降伏応力がより低い。これにより、この駆動エレメントは、より少ない数のより太いストランドを有する駆動エレメントと同じだけの力に耐えることができない。したがって、この駆動エレメントは、非優先経路に用いられる。好適には、この駆動エレメントは、上記の項目１および２で述べたものよりも、より多くの数のプーリを越えて移動するように拘束され、かつ／またはプーリ周りの巻き長さがより長い。当該駆動エレメントは、より少ない数のより太いストランドを有する駆動エレメントと比べると、可撓性が高く摩耗が生じづらい。これらの特性により、より多くのより薄いストランドを有する駆動エレメントは、より多くのプーリの周りを移動するように拘束され、かつ／またはより多くの方向変更が行われる駆動エレメントの経路により適している。その可撓性により、こうした方向変更は、より小さな半径で行うことが可能である。したがって、当該駆動エレメントは、非優先経路により適している。
【００８０】
上記のアプローチのいずれか１つまたはその組み合わせを用いて、所与の数のジョイント、駆動エレメントおよびプーリに対して、優先作動（閉鎖または開放、一方向または他方向への直線変位など）を実施するためにエンドエフェクタに伝達される力が、非優先作動を実施するためのエンドエフェクタに伝達される力を低減することで最大化されるように、前記器具用の非対称の駆動機構を構成してもよい。
【００８１】
前記器具は、非手術目的に使用することが可能である。例えば、美容処置に用いることが可能である。
【００８２】
本明細書において、出願人は、本明細書に記載した各構成、およびそれらの構成の２つ以上の任意の組み合わせを、そうした構成または組み合わせが当業者の技術常識に照らして全体として本明細書に基づいて実施可能である範囲において、個別に開示している。そうした構成または構成の組み合わせは、本明細書に開示されたいずれの課題を解決するかどうかによるものではなく、また、本願の請求の範囲を限定するものでもない。本発明の態様は、そうした個別の構成または構成の組み合わせのうちのいずれから構成されてもよいということを出願人は表明する。上述の説明を考慮すると、当業者にとって、本発明の範囲内で様々な変更を施してもよいということが明白であろう。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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