(57)【要約】      （修正有）【課題】手術能力を制約せずに、並びに既存の遠隔手術システムに対する変更を必要とせずに、新しい手術デバイスを既存の遠隔手術システムに適合させる、遠隔手術システム及びデバイスを提供する。【解決手段】遠隔手術器具は、複数のエフェクタ構成部品を有する手術エンドエフェクタを含む。ドライブトレーンは、少なくとも第１、第２のエフェクタドライブトレーンとを含む。コントローラは、第２のエフェクタドライブトレーンの出力歯車を係止すること、第１のエフェクタドライブトレーンから第２のエフェクタドライブトレーンにモータの連結をシフトさせるようカムシャフトを回転させること、第１のトルクを用いて出力歯車が整列させられていることを決定すること、第２のトルクを用いて出力歯車が適切に制動させられていることを決定すること、出力歯車からの係止を係合解除すること、並びにモータを用いて第２のエフェクタドライブトレーンを駆動する。【選択図】図７Ａ
2019166331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者側カートと、
モータと、
遠隔手術操作される器具とを含み、該遠隔手術操作される器具は、前記患者側カートに連結され、伝動装置と、複数のエンドエフェクタ構成要素を有する手術エンドエフェクタとを含み、
前記伝動装置は、前記モータによって駆動され、第１のエフェクタドライブトレーンと、長手軸を定めるカムシャフトとを含み、
前記第１のエフェクタドライブトレーンは、
第１の歯車と、
第１の入力歯車と、
第１のロッカーアームとを含み、
前記カムシャフトは、
第１の動力カムと、
第１のロッカーカムとを含み、
前記モータは、前記カムシャフトを複数の回転状態に駆動するように構成され、前記カムシャフトは、前記カムシャフトの前記長手軸について回転するように構成され、
前記複数の回転状態のうちの第１の回転状態において、前記第１の動力カムは、前記第１の入力歯車を前記第１の歯車と係合させるように構成され、前記第１のロッカーカムは、前記第１のロッカーアームを前記第１の歯車から係合解除するように構成される、
手術システム。
【請求項２】
前記伝動装置は、
前記第１のエフェクタドライブトレーンと係合するように構成される主入力歯車と、
該主入力歯車及び前記第１の入力歯車と係合するように構成される、遊び歯車とを更に含む、
請求項１に記載の手術システム。
【請求項３】
前記第１の回転状態において、前記第１の動力カム及び前記第１のロッカーカムは、前記カムシャフトの前記長手軸について１２０度回転する、請求項１に記載の手術システム。
【請求項４】
前記伝動装置は、第２のエフェクタドライブトレーンを更に含み、該第２のエフェクタドライブトレーンは、
第２の歯車と、
第２の入力歯車と、
第２のロッカーアームとを含み、
前記カムシャフトは、
第２の動力カムと、
第２のロッカーカムとを更に含み、
前記第１の回転状態において、前記第２の動力カムは、前記第２の入力歯車を前記第２の歯車と係合させるように構成され、前記第２のロッカーカムは、前記第２のロッカーアームを前記第２の歯車から係合解除するように構成される、
請求項１に記載の手術システム。
【請求項５】
前記伝動装置は、第３のエフェクタドライブトレーンを更に含み、該第３のエフェクタドライブトレーンは、
第３の歯車と、
第３の入力歯車と、
第３のロッカーアームとを含み、
前記カムシャフトは、
第３の動力カムと、
第３のロッカーカムとを更に含み、
前記第１の回転状態において、前記第３の動力カムは、前記第３の入力歯車を前記第３の歯車と係合させるように構成され、前記第３のロッカーカムは、前記第３のロッカーアームを前記第３の歯車から係合解除するように構成される、
請求項４に記載の手術システム。
【請求項６】
前記複数の回転状態のうちの第２の回転状態において、
前記第１の動力カムは、前記第１の入力歯車を前記第１の歯車から係合解除するように構成され、
前記第１のロッカーカムは、前記第１のロッカーアームを前記第１の歯車と係合させるように構成され、
前記第２の動力カムは、前記第２の入力歯車を前記第２の歯車と係合させるように構成され、
前記第２のロッカーカムは、前記第２のロッカーアームを前記第２の歯車から係合解除するように構成され、
前記第３の動力カムは、前記第３の入力歯車を前記第３の歯車から係合解除するように構成され、
前記第３のロッカーカムは、前記第３のロッカーアームを前記第３の歯車と係合させるように構成される、
請求項５に記載の手術システム。
【請求項７】
前記複数の回転状態のうちの第３の回転状態において、
前記第１の動力カムは、前記第１の入力歯車を前記第１の歯車から係合解除するように構成され、
前記第１のロッカーカムは、前記第１のロッカーアームを前記第１の歯車と係合させるように構成され、
前記第２の動力カムは、前記第２の入力歯車を前記第２の歯車から係合解除するように構成され、
前記第２のロッカーカムは、前記第２のロッカーアームを前記第２の歯車と係合させるように構成され、
前記第３の動力カムは、前記第３の入力歯車を前記第３の歯車と係合させるように構成され、
前記第３のロッカーカムは、前記第３のロッカーアームを前記第３の歯車から係合解除するように構成される、
請求項６に記載の手術システム。
【請求項８】
患者側カートと、
モータと、
遠隔手術操作される器具であって、前記患者側カートに連結され、伝動装置と、複数のエンドエフェクタ構成要素を有する手術エンドエフェクタとを含み、前記伝動装置は、前記モータによって駆動される、遠隔手術操作される器具と、
前記伝動装置を制御する少なくとも１つのプロセッサを含むコントローラとを含み、
前記伝動装置は、
第１の歯車と、第１の入力歯車と、第１のロッカーアームとを含む、第１のエフェクタドライブトレーンと、
長手軸を定めるカムシャフトであって、第１の動力カムと、第１のロッカーカムとを含む、カムシャフトとを含み、
前記コントローラは、前記カムシャフトを複数の回転状態のうちの第１の回転状態に駆動するように構成され、前記カムシャフトは、前記カムシャフトの前記長手軸について回転し、
前記コントローラは、前記第１の回転状態において、前記第１の動力カムを介して前記第１の入力歯車を前記第１の歯車と係合させるように構成され、
前記コントローラは、前記第１の回転状態において、前記第１のロッカーカムを介して前記第１のロッカーアームを前記第１の歯車から係合解除するように構成される、
手術システム。
【請求項９】
前記伝動装置は、第２の歯車と、第２の入力歯車と、第２のロッカーアームとを含む、第２のエフェクタドライブトレーンを更に含み、
前記カムシャフトは、第２の動力カムと、第２のロッカーカムとを更に含み、
前記コントローラは、
前記第１の回転状態において、前記第２の動力カムを介して前記第２の入力歯車を前記第２の歯車と係合させ、
前記第１の回転状態において、前記第２のロッカーカムを介して前記第２のロッカーアームを前記第２の歯車から係合解除する
ように更に構成される、
請求項８に記載の手術システム。
【請求項１０】
前記伝動装置は、第３の歯車と、第３の入力歯車と、第３のロッカーアームとを含む、第３のエフェクタドライブトレーンを更に含み、
前記カムシャフトは、第３の動力カムと、第３のロッカーカムとを更に含み、
前記コントローラは、
前記第１の回転状態において、前記第３の動力カムを介して前記第３の入力歯車を前記第３の歯車と係合させ
前記第１の回転状態において、前記第３のロッカーカムを介して前記第３のロッカーアームを前記第３の歯車から係合解除する、
ように更に構成される、
請求項９に記載の手術システム。
【請求項１１】
前記第１の回転状態において、前記モータは、前記第１の歯車、前記第２の歯車、及び前記第３の歯車を駆動させ、
前記第１のエフェクタドライブトレーンは、長手軸を定める第１のシャフトを更に含み、
前記第１の歯車、前記第２の歯車、前記第３の歯車は、前記第１のシャフトの前記長手軸について同期して回転する、
請求項１０に記載の手術システム。
【請求項１２】
前記コントローラは、
前記カムシャフトを前記複数の回転状態のうちの第２の回転状態に駆動させ、
該第２の回転状態において、前記第１の動力カムを介して前記第１の入力歯車を前記第１の歯車から係合解除し、
前記第２の回転状態において、前記第１のロッカーカムを介して前記第１のロッカーアームを前記第１の歯車と係合させ、
前記第２の回転状態において、前記第２の動力カムを介して前記第２の入力歯車を前記第２の歯車と係合させ、
前記第２の回転状態において、前記第２のロッカーカムを介して前記第２のロッカーアームを前記第２の歯車から係合解除し、
前記第２の回転状態において、前記第３の動力カムを介して前記第３の入力歯車を前記第３の歯車から係合解除し、
前記第２の回転状態において、前記第３のロッカーカムを介して前記第３のロッカーアームを前記第３の歯車と係合させる、
ように更に構成される、
請求項１０に記載の手術システム。
【請求項１３】
前記第２の回転状態において、前記モータは、前記第２の歯車のみを駆動し、
前記第２のエフェクタドライブトレーンは、長手軸を定める第２のシャフトを更に含み、
前記第２の歯車は、前記第２のシャフトの前記長手軸について回転する、
請求項１２に記載の手術システム。
【請求項１４】
前記コントローラは、
前記カムシャフトを前記複数の回転状態のうちの第３の回転状態に駆動し、
該第３の回転状態において、前記第１の動力カムを介して前記第１の入力歯車を前記第１の歯車から係合解除し、
前記第３の回転状態において、前記第１のロッカーカムを介して前記第１のロッカーアームを前記第１の歯車と係合させ、
前記第３の回転状態において、前記第２の動力カムを介して前記第２の入力歯車を前記第２の歯車から係合解除し、
前記第３の回転状態において、前記第２のロッカーカムを介して前記第２のロッカーアームを前記第２の歯車と係合させ、
前記第３の回転状態において、前記第３の動力カムを介して前記第３の入力歯車を前記第３の歯車と係合させ、
前記第３の回転状態において、前記第３のロッカーカムを介して前記第３のロッカーアームを前記第３の歯車から係合解除する、
ように更に構成される、
請求項１２に記載の手術システム。
【請求項１５】
前記第３の回転状態において、前記モータは、前記第３の歯車のみを駆動し、
前記第３のエフェクタドライブトレーンは、長手軸を定める第３のシャフトを更に含み、
前記第３の歯車は、前記第３のシャフトの前記長手軸について回転する、
請求項１４に記載の手術システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の参照）
この出願は、Brisson,  et  al.によって２０１４年４月１日に出願された「CONTROL  INPUT  ACCURACY  FOR  TELEOPERATED  SURGICAL  INSTRUMENT」という名称の米国仮出願第６１／９７３，８２２号に関し且つその利益を主張し、その全文を全ての目的のためにここに参照として援用する。
【背景技術】
【０００２】
最小侵襲的な医療技法は、診断処置又は外科処置の間に損傷させられる無関係組織(extraneous  tissue)の量を減少させ、それにより、患者の回復時間、不快感、及び有害な副作用を減少させることを意図する。最小侵襲的な手術の１つの効果は、例えば、術後病院回復時間の減少である。標準的な手術についての平均的な病院滞在は、典型的には、類似の最小侵襲的な手術についての平均的な病院滞在よりも有意に長いので、最小侵襲的な技法の使用の増大は、毎年の病院費用を数百万ドル節約し得る。米国内で毎年執り行われる手術の多くは、潜在的には、最小侵襲的な方法において執り行われ得るが、最小侵襲的な手術器具における制約及びそれらを習得することに含まれる追加的な手術訓練の故に、目下の手術の一部のみがこれらの有利な技法を用いる。
【０００３】
外科医の器用さを増大させ、従来的な最小侵襲的な技法に関する制約の一部を回避するために、最小侵襲的な遠隔手術システムが開発されている。遠隔手術において、外科医は、手で器具を直接的に保持して動かすよりもむしろ、何らかの形態の遠隔制御装置（例えば、サーボ機構又は類似物）を用いて、手術器具の動きを操縦(manipulate)する。遠隔手術システムにおいて、外科医は、手術ワークステーションで、手術部位の画像を提供され得る。外科医は、手術部位の二次元又は三次元画像をディスプレイ上で見ながら、マスタ制御デバイスを操縦することによって、患者に対して外科処置を執り行い、次に、マスタ制御デバイスは、サーボ機械的に操作される器具の動きを制御する。
【０００４】
遠隔手術のために用いられるサーボ機構は、しばしば、２つのマスタコントローラ（外科医の両手の各々について１つ）からの入力を受信し、２つ又はそれよりも多くのロボットアームを含むことがあり、それらの各々には手術器具が取り付けられる。マスタコントローラと関連するロボットアーム及び器具アセンブリとの間の動作的な通信は、典型的には、制御システムを通じて達成される。制御システムは、典型的には、例えば、力フィードバック又は同等のことの場合において、マスタコントローラからの入力命令を、関連するロボットアーム及び器具アセンブリに中継し、器具及びアームアセンブリから関連するマスタコントローラに戻す、少なくとも１つのプロセッサを含む。ロボット手術システムの一例は、Sunnyvale,  California,  USAのIntuitive  Surgical,  Inc.から入手可能なDA  VINCI（登録商標）システムである。
【０００５】
ロボット手術中に手術部位で手術器具を支持するために、様々な器具構成を用い得る。被駆動リンケージ（リンク装置）又は「スレーブ」(“slave”)は、しばしば、ロボット手術マニピュレータと呼ばれ、最小侵襲的なロボット手術中のロボット手術マニピュレータとしての使用のための例示的なリンケージ構成は、米国特許第７，５９４，９１２号、第６，７５８，８４３号、第６，２４６，２００号、及び第５，８００，４２３号に記載されており、それらをここに参照として援用する。これらのリンケージは、しばしば、平行四辺形構成を利用して、シャフトを有する器具を保持する。そのようなマニピュレータ構造は、器具が剛性シャフトの長さに沿う空間内に位置付けられる操縦(manipulation)の遠隔中心について旋回するよう、器具の動きを拘束し得る。操縦の遠隔中心を内部手術部位への切開地点と（例えば、腹腔鏡手術中に腹壁にあるトロカール又はカニューレと）整列させることによって、腹壁に対して潜在的に危険な力を加えずに、マニピュレータリンケージを用いてシャフトの近位端を動かすことにより、手術器具のエンドエフェクタを安全に位置付け得る。代替的なマニピュレータ構造は、例えば、米国特許第７，７６３，０１５号、第６，７０２，８０５号、第６，６７６，６６９号、第５，８５５，５８３号、第５，８０８，６６５号、第５，４４５，１６６号、及び第５，１８４，６０１号に記載されており、それらをここに参照として援用する。
【０００６】
ロボット手術中に手術部位でロボット手術マニピュレータ及び手術器具を支持し且つ位置付けるために、様々な器具構成を用い得る。各マニピュレータを患者の体内のそれぞれの切開地点と位置付け且つ整列させるために、セットアップ関節(set-up  joint)又はセットアップ関節アームと呼ぶことがある、支持リンケージ機構がしばしば用いられる。支持リンケージ機構は、所望の手術切開地点及び標的解剖学的構造との手術マニピュレータの整列を容易化する。例示的な支持リンケージ機構は、米国特許第６，２４６，２００号及び６，７８８，０１８号に記載されており、それらをここに参照として援用する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
新しい遠隔手術システム及びデバイスは、極めて効果的であり且つ有利であることが証明されているが、一層更なる改良が望ましい。一般的には、改良された最小侵襲的なロボット手術システムが望ましい。しばしば、新しい手術器具は、既存の遠隔手術プラットフォームでの使用のために開発される。よって、器具は、遠隔手術システムに適合することが求められる。何故ならば、特定の手術用途のための新しい遠隔手術システムの開発は、法外な費用がかかるからである。しかしながら、既存の遠隔手術プラットフォームが特定の手術器具の機構の全てのために所要量のモータ出力を有さないときに、問題が生じる。よって、手術能力を制約せずに、並びに既存の遠隔手術システムに対する変更を必要とせずに、新しい手術デバイスを既存の遠隔手術システムに適合させる、必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
多くの実施態様が、近位端と遠位端とを有する細長いシャフトを含む手術ツールに向けられる。手術エフェクタが遠位端付近に配置される。手術エフェクタは、複数のエフェクタ機構を含んでよく、各エフェクタ機構は、１つ又は複数の自由度（ＤＯＦｓ）を有する。エフェクタ本体が近位端に配置されてもよい。エフェクタ本体は、複数のエフェクタ機構を駆動させる複数のモータインターフェースを含んでよい。例えば、複数のモータインターフェースは、第１のモータインターフェースを含んでよい。伝動装置がエフェクタ本体と手術エフェクタとの間に連結されてよい。伝動装置は、複数のエフェクタ機構の一部のみと関連付けられるＤＯＦｓとの間で第１のモータインターフェースの連結をシフトさせるように構成されてよい。
【０００９】
多くの実施態様が、少なくとも１つの遠隔手術式に操作される器具を有する患者側カートに向けられる。少なくとも１つの遠隔手術式に操作される器具は、複数のエフェクタ機構を有する手術エフェクタを含む。複数のエフェクタ機構をモータに連結するために伝動装置が提供される。ドライブトレーン(駆動列)(drive  train)は、少なくとも第１のエフェクタドライブトレーンと、第２のエフェクタドライブトレーンとを含む。コントローラが提供され、コントローラは伝動装置を制御する少なくとも１つのプロセッサを含む。コントローラは、第２のエフェクタドライブトレーンの出力歯車を係止することによって、方法を遂行するように構成される。次に、カムシャフトが回転させられて、モータの連結を第１のエフェクタドライブトレーンから第２のエフェクタドライブトレーンにシフトさせる。第１のトルクを用いて、係止させられた出力歯車を駆動させることによって、出力歯車が整列させられていることが決定される。次に、第２のトルクを用いて、係止させられた出力歯車を駆動させることによって、出力歯車が適切に制動させられていることが決定される。次に、出力歯車を係止解除することができ、モータを用いて第２のエフェクタドライブトレーンを駆動させることができる。
【００１０】
多くの実施態様において、第１のトルクは、第２のトルクよりも比較的低い。
【００１１】
多くの実施態様において、出力歯車が整列させられていることを決定するステップは、出力歯車の動きが第１のトルクの下で停止しているか否かを決定するステップを含む。
【００１２】
多くの実施態様において、出力歯車が第１のトルクの下で停止しているならば、出力歯車は整列させられていると決定される。
【００１３】
多くの実施態様において、出力歯車が第１のトルクの下で停止していないならば、出力歯車は整列させられていないと決定され、伝動装置をシフトさせることは中止される。
【００１４】
多くの実施態様において、出力歯車が適切に制動させられていることを決定するステップは、モータによって加えられる第２のトルクが飽和値にあるか否かを決定するステップを含む。
【００１５】
多くの実施態様において、第２のトルクが飽和値に達しているならば、出力歯車は適切に制動させられている。
【００１６】
多くの実施態様において、比較的高いトルクが飽和値に達していないならば、出力歯車は適切に制動させられておらず、伝動装置をシフトさせることは中止される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】多くの実施態様に従った、手術を執り行うために用いられる最小侵襲的な遠隔手術式に制御される手術システムの平面図である。
【００１８】
【図２】多くの実施態様に従った、遠隔手術式に制御される手術システムのための外科医コンソールの斜視図である。
【００１９】
【図３】多くの実施態様に従った、遠隔手術式に制御される手術システムのための電子機器カートの斜視図である。
【００２０】
【図４】多くの実施態様に従った、遠隔手術式に制御される手術システムを示す概略図である。
【００２１】
【図５Ａ】多くの実施態様に従った、遠隔手術式に制御される手術システムの患者側カートの部分図である。
【００２２】
【図５Ｂ】多くの実施態様に従った、遠隔手術式に操作される手術ツールの正面図である。
【００２３】
【図６】多くの実施態様に従った、遠隔手術式に制御される手術システムの簡略化された概略図である。
【００２４】
【図７Ａ】多くの実施態様に従った、遠隔手術式に操作される手術ツールの伝動装置アセンブリの長手方向断面図である。
【図７Ｂ】多くの実施態様に従った、遠隔手術式に操作される手術ツールの伝動装置アセンブリの軸方向断面図である。
【図７Ｃ】多くの実施態様に従った、遠隔手術式に操作される手術ツールの伝動装置アセンブリの軸方向断面図である。
【００２５】
【図８】多くの実施態様に従った、遠隔手術式に操作される手術ツールの伝動装置アセンブリの動作についてのカム状態表である。
【００２６】
【図９】多くの実施態様に従った、遠隔手術式に操作される手術ツールの伝動装置アセンブリのシフト動作モード(shifting  operational  mode)についての高レベルのフローチャートを示している。
【００２７】
【図１０】多くの実施態様に従った、第１の動作モードと第２の動作モードとの間の遠隔手術式に操作される手術ツールの伝動装置アセンブリのシフト動作モードについてのフローチャートを示している。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下の記述では、本発明の様々な実施態様を記載する。説明の目的のために、具体的な構成及び詳細が実施態様の網羅的な理解をもたらすために示される。しかしながら、特定の詳細がなくて本発明が実施されてよいことも当業者に明らかであろう。更に、記載する実施態様を曖昧にしないよう、周知の構成は省略され或いは簡略化されることがある。
【００２９】
Ｉ．最小侵襲的な遠隔支援手術システム
【００３０】
幾つかの図を通じて同等の参照番号が同等の部品を示す、図面を今や参照すると、図１は、典型的には、手術台１４上に横たわる患者１２に対して最小侵襲的な診断処置又は外科処置を執り行うために用いられる、最小侵襲ロボット手術（ＭＩＲＳ）システム１０の平面図である。システムは、処置中に外科医１８が使用するための、外科医コンソール１６を含み得る。１人又はそれよりも多くの助手２０が処置に参加してもよい。ＭＩＲＳシステム１０は、患者側カート２２（手術ロボット）及び電子機器カート２４を更に含み得る。患者側カート２２は、外科医１８がコンソール１６を通じて手術部位を見る間に、患者１２の体にある最小侵襲的な切開部を通じて少なくとも１つの取り外し可能に連結されるツールアセンブリ２６（以下単に「ツール」と呼ぶ）を操縦(manipulate)し得る。患者側カート２２によって操縦して内視鏡２８を方向付け得る、立体視内視鏡のような内視鏡２８によって、手術部位の画像を得ることができる。外科医コンソール１６を通じた外科医１８への引き続きの表示のために、電子機器カート２４を用いて手術部位の画像を処理し得る。一度に用いられる手術ツール２６の数は、その他の要因の中でもとりわけ、診断処置又は外科処置及び手術室内の空間制約に概ね依存する。処置中に用いられるツール２６のうちの１つ又はそれよりも多くを交換することが必要であるならば、助手２０が患者側カート２２からツール２６を取り外し、それを手術室内のトレイ３０からの他のツール２６と交換してよい。
【００３１】
図２は、外科医コンソール１６の斜視図である。外科医コンソール１６は、深さ知覚を可能にする手術部位の調整された(coordinated)立体像(stereo  view)を外科医１８に提示するための左目ディスプレイ３２及び右眼ディスプレイ３４を含む。コンソール１６は、１つ又はそれよりも多くの入力制御デバイス３６を更に含み、入力制御デバイス３６は（図１に示す）患者側カート２２に１つ又はそれよりも多くのツールを操縦させる。外科医がツール２６を直接的に制御しているという強い感覚を有するよう、外科医にテレプレゼンス又は入力デバイス３６がツール２６と一体的であるという知覚をもたらすために、入力制御デバイス３６は、（図１に示す）それらの関連付けられるツール２６と同じ自由度を提供し得る。この目的を達成するために、位置センサ、力センサ、及び触覚フィードバックセンサ（図示せず）を利用して、ツール２６からの位置、力、及び触覚的感覚(tactile  sensations)を、入力制御デバイス３６を通じて外科医の両手に戻してよい。
【００３２】
外科医が処置を直接的にモニタリング（監視）し、必要であれば物理的に存在し、且つ電話又は他の通信媒体を通じてよりもむしろ直接的に助手と話すことがあるように、外科医コンソール１６は、患者と同じ部屋内に配置されるのが普通である。しかしながら、外科医は、遠隔手術処置を可能にするよう、異なる部屋、完全に異なる建物、又は患者から離れた他の場所に配置され得る。
【００３３】
図３は、電子機器カート２４の斜視図である。電子機器カート２４は、内視鏡２８に連結され得るし、例えば、外科医コンソールでの或いは局部的に及び／又は遠隔に配置される他の適切なディスプレイ上での外科医への、引き続きの表示のために、キャプチャ画像（捕捉画像）を処理するプロセッサを含み得る。例えば、立体視内視鏡が用いられるとき、電子機器カート２４は、手術部位の調整された立体画像を外科医に提示するよう、キャプチャ画像を処理し得る。そのような調整(coordination)は、対向する画像の間の整列を含み得るし、立体視内視鏡の立体作業距離(stereo  working  distance)を調節することを含み得る。他の例として、画像処理は、光学収差のような、画像キャプチャデバイスの撮像誤差を補償するための、従前に決定されたカメラ較正パラメータの使用を含み得る。
【００３４】
図４は、（図１のＭＩＲＳシステム１０のような）ロボット手術システム５０を図式的に例示している。上で議論したように、（図１の外科医コンソール１６のような）外科医コンソール５２は、最小侵襲的な処置中に（図１の患者側カート２２のような）患者側カート（手術ロボット）５４を制御するために、外科医によって用いられ得る。患者側カート５４は、処置部位の画像をキャプチャし且つキャプチャ画像を（図１の電子機器カート２４のような）電子機器カート５６に出力するために、立体視内視鏡のような撮像デバイスを用い得る。上で議論したように、電子機器カート５６は、あらゆる後続の表示に先立ち、キャプチャ画像を様々な方法において処理し得る。例えば、電子機器カート５６は、外科医コンソール５２を介して組み合わせ画像を外科医に表示するに先立ち、キャプチャ画像を仮想の制御インターフェースでオーバーレイし得る。患者側カート５４は、電子機器カート５６の外側での処理のために、キャプチャ画像を出力し得る。例えば、患者側カート５４は、キャプチャ画像をプロセッサ５８に出力することができ、キャプチャ画像を処理するためにプロセッサ５８を用いることができる。画像を電子機器カート５６及びプロセッサ５８の組み合わせによっても処理することができ、電子機器カート５６及びプロセッサ５８を連結して、キャプチャ画像を合同で、順次的に、及び／又はそれらの組み合わせで処理することができる。処置部位の画像又は他の関連画像のような画像の局部的な及び／又は遠隔の表示のために、１つ又はそれよりも多くの別個のディスプレイ６０もプロセッサ５８及び／又は電子機器カート５６に連結し得る。
【００３５】
図５Ａ及び５Ｂは、それぞれ、患者側カート５４及び手術ツール６２を示している。手術ツール６２は、手術ツール２６の一例である。図示の患者側カート２２は、３つの手術ツール２６及び処置部位の画像のキャプチャのために用いられる立体視内視鏡のような撮像デバイス２８の操縦(manipulation)をもたらす。操縦は多数のロボット関節を有するロボット機構によってもたらされる。切開部の大きさを最小にするために、遠隔運動中心が切開部に維持されるように、撮像デバイス２８及び手術ツール２６を患者にある切開部を通じて位置付け且つ操縦し得る。手術ツール２６が撮像デバイス２８の視野内に位置付けられるとき、手術部位の画像は手術ツール２６の遠位端の場像を含み得る。各ツール２６は、それぞれの器具ホルダ３１から取り外し可能であり且つそれぞれの器具ホルダ３１によって支持され、それぞれのマニピュレータは、ロボット関節のうちの１つ又はそれよりも多くのロボット関節の遠位端に配置される。器具ホルダ３１は、ロボット関節の動きを介して、患者側カート２２に対してツール２６の全体を動かすための、可動プラットフォームを提供する。手術マニピュレータ３１は、１つ又はそれよりも多くの機械的及び／又は電気的インターフェースを用いてツール２６を作動させる電力も提供する。そのようなキャリッジアセンブリの一例は、米国特許出願公開第２０１３／０３２５０３４号（代理人整理番号ＩＳＲＧ０４３３０／ＵＳ）に見出され、それを参照として援用する。
【００３６】
図６は、遠隔手術的に制御される手術システム１００の簡略化された概略図である。手術システム１００は、例えば、外科医コンソール５２であり得る、外科医コンソール１０２を含む。外科医コンソール１０２は、例えば、患者側カート２２であり得る、患者側カート１０４を駆動させる。患者側カート１０４は、例えば、器具ホルダ３１であり得る、器具ホルダ１０６を含む。
【００３７】
器具ホルダ１０６は、２つの取り外し可能なプラットフォームを含み、第１のものはモータユニット１０８であり、第２のものはツール１１０である。モータユニット１０８は、５つのモータを保持するキャリッジアセンブリである。幾つかの実施態様では、５つだけのモータが用いられるのに対し、他の実施態様では、５つよりも多い又は少ないモータを用い得る。ここにおいて、モータユニット１０８は、異なる機構／構成部品に割り当てられ得る、複数のモータを含む。ここにおいて、モータユニット１０８は、伝動装置モータ１１２(transmission  motor)と、シフターモータ１１４(shifter  motor)と、ピッチモータ１１６と、ヨーモータ１１８と、低力把持モータ１２０とを含むが、これらのモータを、取り付けられる器具に依存する異なる目的のために用い得る。一般的に、各モータは、器具ホルダの対応する入力と機械的及び電気的に連結する電気モータである。
【００３８】
ツール１１０は、例えば、上述のツール２６であり得る。ツール１１０として使用可能なツールの一例は、国際公開ＷＯ２０１１／０６０３１８（代理人整理番号：ＩＳＲＧ０２３６０／ＰＣＴ）にあり、それを参照として援用する。ここにおいて、ツール１１０は、３つの別個の入力を含む細長いエフェクタユニット１２２であり、各入力は、器具ホルダ１０６を経由して、ピッチモータ１１６、ヨーモータ１１８、及び低力把持モータ１２０と機械的に連結する。ツール１１０は、伝動装置モータ１１２及びシフターモータ１１４と機械的に連結する、伝動装置１２４(transmission)も含む。
【００３９】
手術エンドエフェクタ１２６が、エフェクタユニット１２２の遠位端に配置される。手術エンドエフェクタ１２６及びエフェクタユニット１２２は、可動リスト（手首関節）を経由して接続される。そのようなリストの一例は、米国特許出願公開第ＵＳ２０１１／０１１８７０９（代理人整理番号ＩＳＲＧ０２３５０／ＵＳ）に示されており、それをここに参照として援用する。平易な言い方をすれば、複数の別個の、しかしながら、相関する、構成部品によって、手術エンドエフェクタを特徴付けることができ、各構成部品は、手術エンドエフェクタ１２６のための自由度（ＤＯＦ）をもたらす。ここにおいて用いるとき、ＤＯＦは、対応する動きをもたらすための、１つ又はそれよりも多くの相関する構成部品である。ＤＯＦｓは、手術エンドエフェクタ１２６に、同時に又は別個に作動し得る異なる動作モードを与える。例えば、リストは、手術エンドエフェクタ１２６が、器具ホルダ１０６に対して縦揺れ（ピッチ）し且つ偏揺れ（ヨー）するのを可能にし、従って、ピッチＤＯＦ１２８及びヨーＤＯＦ１３０を含む。手術エンドエフェクタ１２６は、エンドエフェクタを細長い軸について回転させるロールＤＯＦ１３２も含む。
【００４０】
手術エンドエフェクタ１２６は、手術ステープラ(stapler)のように、締付け及び切断機構を含んでよい。そのような締付け機構の一例は、２０１０年１１月１２日に出願された米国特許出願第１２／９４５，５４１号（代理人整理番号ＩＳＲＧ０２３３０／ＵＳ）に示されており、それを参照として援用する。締付け機構は、２つのモードに従って把持することができ、従って、２つのＤＯＦｓを含む。組織を優しく操るために、低力ＤＯＦ１３２（例えば、ケーブルで作動させられる機構）が、クランプを低力で動かす(toggle)ように動作する。低力ＤＯＦ１３２は、切断又はステープル留め(stapling)作業のために手術エンドエフェクタを段階付ける(staging)のに有用である。例えば、切断又はステープル留め作業に備えて組織を止血するために、高力ＤＯＦ１３４（例えば、親ネジで作動される機構）が、クランプを更に開き或いはクランプを比較的高い力で組織の上で閉じるように動作する。ひとたび締め付けられると、手術エンドエフェクタ１２６は、ツール作動ＤＯＦ１３８を利用して、組織に更に影響を与える、例えば、ステープル留め、切断、及び／又は焼灼デバイス。
【００４１】
図示のように、ピッチモータ１１６、ヨーモータ１１８、及び低力把持モータ１２０は、それぞれ、ピッチＤＯＦ１２８、ヨーＤＯＦ１３０、及び低力把持ＤＯＦ１３９を駆動させる。従って、ピッチＤＯＦ１２８、ヨーＤＯＦ１３０、及び低力把持ＤＯＦ１３９の各々は、モータと別個に対にされ、他のＤＯＦｓに対して独立的に且つ同時に作動し得る。
【００４２】
しかしながら、高力ＤＯＦ１２６、ロールＤＯＦ１３２、及びツール作動ＤＯＦ１３８は、伝動装置を介して、伝動装置モータ１１２と単一の入力を共用する。従って、高力ＤＯＦ１２６、ロールＤＯＦ１３２、及びツール作動ＤＯＦ１３８のうちの１つのみが、一度に作動し得る。何故ならば、伝動装置モータ１１２との連結は別個に起こるからである。シフターモータ１１４は、高力ＤＯＦ１２６、ロールＤＯＦ１３２、及びツール作動ＤＯＦ１３８の間で伝動装置モータ１１２の出力をシフトさせるように作動させられる。従って、伝動装置１２４は、各モータが単一のＤＯＦに充てられる構成よりも大きな量のＤＯＦｓを有利に可能にする。
【００４３】
ＩＩ．例示的な伝動装置
【００４４】
本発明の実施態様は、モータキャリッジから許容される５つの入力を備えるステープラ機器の６つの自由度（６ＤＯＦｓ）を制御するシステム及び方法に関する。シフター(shifter)を用いるには５つの入力のうちの１つを要し、それは他の入力が３つの異なるステープラＤＯＦｓに選択的に係合させられるのを可能にする。ステープラ器具の６つのＤＯＦは、リストロール、リストピッチ、リストヨー、低力把持（トグル(toggle)）、高力把持（クランプ）、及びツール作動（ステープル発射(fire)）を含み得る。リストピッチ、ヨー、及び低力把持は、ケーブルで作動させられてよいのに対し、ロール、クランプ、及び発射は、独立的なセットの同軸歯車によって駆動させられる。使用中、伝動装置は、３つの主要モード、即ち、ロール、クランプ／クランプ解除(unclamp)、及び発射を含み得る。リスト回転、ピッチ、ヨー、及び低力把持は、全て、サーボ制御の下にあり、高力把持及び発射ＤＯＦｓは、ロール軸に連結される。
【００４５】
多くの実施態様において、被駆動入力は、リストロール、クランプ、及び／又は発射に選択的に連結される。これは適切なステープラＤＯＦと係合し且つ係合が外れて回転させられ得る遊び歯車(idler  gears)の使用を通じて行われる。加えて、レバーアームの使用を通じて各ＤＯＦを所定の位置に係止する方法がある。これらのレバーアームは、適切な数及び形状のローブ(lobes)を備えるカムシャフトであり得る、入力をシフトすることによって制御される。リストのロール移動中、クランプ及び発射リングがロール歯車と共に回転することが必要である。この制約の故に、器具入力と入力リングとロール歯車との間の歯車比は同じである。そのようにして、以下の状態の間、全てのリング／歯車は係合させられ、従って、一緒に回転するので、発射及び高力把持ドライブシャフトは、リストに対して回転しない。全ての移行は１つの機能ずつ動くに過ぎないようにシステムを構成し得る。このようにして、全ての移行は安全性のために検査可能である。追従（係合）することから移行するとき、ロール歯車は係止させられる。ロール歯車が係止アーム(locker  arm)の歯と整列させられるように位置付けられることを必要とするリストの必要を回避するために、このＤＯＦに二次的な摩擦係止がある。
【００４６】
図７Ａ及び７Ｂは、それぞれ、伝動装置アセンブリ１４０の長手方向断面図及び軸方向断面図を示している。伝動装置は、高力ＤＯＦ１２６、ロールＤＯＦ１３２、及びツール作動ＤＯＦ１３８の各々のために歯車列(ギアトレーン)(gear  train)を含む。
【００４７】
Ａ．第１の歯車列
【００４８】
図７Ａに注目すると、第１の歯車列１４２が、伝動装置アセンブリ１４０の近位端に配置されている。第１の歯車裂１４２は、主シャフト１４４を軸方向に回転させることによって、ロールＤＯＦ１３２を駆動させる。主シャフト１４４は、制御ケーブルを手術エンドエフェクタ１２６まで経路制御するための軸方向通路１４６を含む。主シャフト１４４は、近位歯車１４８の外歯１４７を駆動させることによって、直接的に回転させられる。
【００４９】
Ｂ．第２の歯車列
【００５０】
第２の歯車列１５０が、伝動装置アセンブリ１４０の中間部分で、第１の歯車列１４２に直ぐ隣接して配置されている。第２の歯車列１５０は、主シャフト１４４に対する中間シャフト１５２の回転によって、高力把持ＤＯＦ１２６を駆動させる。中間シャフト１５２は、主シャフト１４４によって保持され、従って、主シャフト１４４と回転させられる。別の言い方をすれば、中間シャフト１５２の回転軸は、主シャフト１４４の回転軸について軌道を描いて回る。
【００５１】
中間シャフト１５２は、中間内歯車１５４に直接的に接続され、次に、中間内歯車５４は、中間歯車１５６の内歯（この図には示されていない）によって駆動される。中間歯車１５６は、究極的には伝動装置モータ１１２によって、中間歯車１５６を直接的に駆動させる、外歯１５８も含む。中間歯車１５６の外歯１５８は、近位歯車１４８の外歯１４７と同一に構成される。従って、同時に駆動されるならば、同一の入力歯車であると想定すると、中間歯車１５６と近位歯車１４８との間の相対的な動きはなく、従って、中間シャフト１５２は、駆動されない。
【００５２】
主シャフト１４４の外側部分が、軸受によって中間歯車１５６を保持する。第２の歯車列１５０の第１の係合解除状態(切離し状態)(disengaged  state)において、中間歯車１５６及び近位歯車１４８の両方が伝動装置モータ１１２と同期的に係合させられるとき、中間歯車１５６は、（以下に記載する遠位歯車１６６と共に）主シャフト１４４と同期的に回転するよう構成され得る。第１の係合解除状態において、中間歯車１５６の回転は、中間内歯車１５４の回転をもたらさない。何故ならば、中間歯車１５６は、主シャフト１４４に対して回転することが可能にされないからである。別の言い方をすれば、第１の係合解除状態において、中間歯車１５６は、主シャフトと係合し、よって、中間シャフト１５２を動かすために、主シャフトに対して非同期的に動き得ない。以下に更に議論するように、第２の歯車列１５０は、第２の係合解除状態を含み、第２係合解除状態において、中間歯車１５６は、伝動装置モータ１１２から物理的に係合解除され（切り離され）且つ物理的に係止され、それにより、中間内歯車１５４を回転し得ず、駆動させ得ない。
【００５３】
（伝動装置モータ１１２との）第２の歯車列１５０の係合状態において、近位歯車１４８及び主シャフト１４４は係止され、従って、回転し得ない。よって、中間内歯車１５４の回転軸は、主シャフト１４４の回転軸について軌道を描いて回り得ない。しかしながら、中間内歯車１５４は、その独自の回転軸について回転し得ない。従って、係合状態において、中間歯車１４４は、主シャフト１４４に対して回転し、それにより、究極的には伝動装置モータ１１２によって、中間内歯車１５４を駆動させる。
【００５４】
Ｃ．第３の歯車列
【００５５】
第３の歯車列１６０が、伝動装置アセンブリ１４０の遠位部分に配置され、大部分は第２の歯車列１５０と同様に構成される。第３の歯車列１６０は、主シャフト１４４に対する遠位シャフト１６２の回転によってツール作動ＤＯＦ１３８を駆動させる。遠位シャフト１６２は、主シャフト１４４によって保持され、従って、主シャフト１４４と共に回転する。第２の歯車列のような一般的な方法において、遠位シャフト１６２の回転軸は、主シャフト１４４の回転軸について軌道を描いて回り得る。
【００５６】
遠位シャフト１６２は、遠位内歯車１６４に直接的に接続され、次に、遠位内歯車１６４は、遠位歯車１６６の内歯１６８（この図面には示されていない）によって駆動される。遠位歯車１６６は、究極的には伝動装置モータ１１２によって、遠位歯車１６６を直接的に駆動させる、外歯１６８も含む。遠位歯車１６２の外歯１６８は、近位歯車１４８の外歯１４７並びに中間歯車１５６の外歯１５８と同じ方法において構成される。従って、同期的に駆動されるとき、遠位歯車１６６、中間歯車１５６、及び近位歯車１４８の間には、相対的な動きがない。
【００５７】
主シャフト１４４の外側部分は、軸受によって遠位歯車１６６を保持する。第３の歯車列１６０の第１の係合解除状態において、遠位歯車１６６及び近位歯車１４８の両方が伝動装置モータ１１２と同期的に係合させられるとき、遠位歯車１６６は、（中間歯車１５６と共に）主シャフト１４４と共に同期的に回転するように構成され得る。第１の係合解除状態において、遠位歯車１６６の回転は、遠位内歯車１６４の回転をもたらさない。何故ならば、遠位歯車１６６は、主シャフト１４４に対して横揺れ（ロール）することが許容されないからである。別の言い方をすれば、第１の係合解除状態において、遠位歯車１６６は、主歯車１４４と係合し、よって、遠位シャフトを動かすために、主シャフト１４４に対して非同期的に動き得ない。以下に更に議論するように、第３の歯車列１６０は、第２の係合解除状態を含み、第２の係合解除状態において、遠位歯車１６６は、伝動装置モータ１１２から物理的に係合解除され且つ物理的に係止され、それにより、遠位内歯車１６４を回転させ得ず、駆動させ得ない、
【００５８】
（伝動装置モータ１１２との）第３の歯車列１６０の係合状態において、近位歯車１４８及び主シャフト１４４は係止され、従って、回転し得ない。このようにして、遠位内歯車１６４の回転軸は、主シャフト１４４の回転軸について軌道を描いて周り得ない。しかしながら、遠位内歯車１６４は、その独自の回転軸について回転し得る。従って、係合状態において、遠位歯車１６６は、主シャフト１４４に対して回転し、それにより、究極的には伝動装置モータ１１２によって、遠位内歯車１６４を駆動させる。
【００５９】
Ｄ．歯車列構造
【００６０】
図７Ｂに注目すると、第２の歯車列１５０の代表的な断面が示されている。第１の歯車列１４２及び第３の歯車列１６０は同様に構成され、従って、以下の記述は同様に当て嵌まる。しかしながら、第１の歯車列１４２の近位歯車１４８は、図示のように、内歯及び内歯車を含まない。何故ならば、近位歯車１４８が主シャフト１４４を回転させるからである。
【００６１】
手術ツール１１０のより大きなハウジング１７０が、伝動装置アセンブリ１４０を保持する。伝動装置モータ１１２は、各々の歯車列のために共用される、第１の入力歯車１７２を駆動させる。第１の入力歯車１７２は、遊び歯車１７４と噛み合わせられ、次に、遊び歯車１７４は、中間歯車１５６と噛み合う第２の入力歯車１７６と噛み合う。第２の入力歯車１７６は、第１の入力歯車１７２について回転するアーム（図示せず）の上にある。図示するように、第２の入力歯車１７６は、トラック（軌道）の上向き部分に位置付けられ、それにより、中間歯車１５６と噛み合わせられる。第２の入力歯車１７６を中間歯車１５６から係合解除させるために、第２の入力歯車１７６を動かし得る。入力バネ１７６が第２の入力歯車１７６とハウジング１７０との間に装填されて、第２の入力歯車１７６を中間歯車１５６に対して付勢する。
【００６２】
カムシャフト１８０が、歯車列に沿って配置される。カムシャフト１８０は、一般的に、ドライブチェーン毎に２つのカムローブを含む。ローブは回転して、ＤＯＦ機構を歯車列と係合させ且つ係合解除させる。
【００６３】
第１のカムローブ１８２は回転して、ロッカーアーム１８４(rocker  arm)の表面１８３と係合する。ロッカーアーム１８４は、ロッカーピボット１８６について移動可能である。ロッカーアーム１８４は拡張して、ロッカーアームのフック付き部分１８５で、第２の入力歯車１７６と係合する。第１のカムローブ１８２の低い部分がロッカーアーム１８４と係合させられるとき、第２の入力歯車１７６は、図示のように、中間歯車１５６と係合させられる。
【００６４】
第１のカムローブ１８２の高い部分がロッカーアーム１８４の表面１８３と係合するとき、ロッカーアーム１８４は、ロッカーピボット１８６について下向きに動かされる。ロッカーアーム１８４及び第２の入力歯車シャフト１７６の係合の故に、この下向きの動きは、第２の入力歯車１７６を中間歯車１５６から係合解除させる。従って、第１のカムローブ１８２のこの位置において、第１の入力歯車に適用される動力は、中間歯車１５６に移転されない。
【００６５】
第２のカムローブ１８６が回転して、係止アーム１８８の表面１８７と係合し、係止アーム１８８は、係止アームピボット１９０について旋回する。係止アーム１８８は、歯付き部分１９２を含み、歯付き部分１９２は、歯付き部分１９２を中間歯車１５６と噛合させるよう動かされ得る。係止バネ１９４が、係止アーム１８８とハウジング１７０との間に装着されて、歯付き部分１９２を中間歯車１５６から離れる方向に付勢する。
【００６６】
第２のカムローブ１８６の低い部分が係止アーム１８８の表面１８７と係合するとき、歯付き部分１９２は、図示のように、中間歯車１５６から離れる方向に動かされる。従って、この位置において、中間歯車１５６は係止解除され(unlock)、回転することが可能にされる。
【００６７】
ステープラが組織に対して締め付けられる間のシステム故障の場合には、手動のクランプ解除構成が提供される。幾つかの実施態様において、これは、以下に記載するように、使用者が手動でカムシャフト１８０を高力把持ＤＯＦ状態まで回転させることによって、達成され得る。図７Ｃに示すように、回転可能であり、且つ究極的には中間シャフト１５２とインターフェース接続する一方向クラッチ１９４に接続される、連動フラッグ１９２(interlock  flag)を動かすよう、連動カム１９０(interlock  cam)が高い状態に移動可能である。クランプ状態で、連動フラッグ１９２は、ジョーがクランプ解除されるのを可能にするに過ぎない方向において一方向クラッチ１９４を介して中間シャフト１５２を駆動させるよう、使用者アクセスをもたらす。
【００６８】
ＩＩＩ．伝動装置シフト方法(Transmission  Shifting  Method)
【００６９】
第２のカムローブ１８６の高い部分が係止アーム１８８の表面１８７と係合するとき、歯付き部分１９２が動かされて、中間歯車１５６と係合する。この位置は、中間歯車１５６を係止アーム１８８と係止させ、従って、中間歯車１５６は動き得ない。中間歯車１５６を係止する１つの目的は、高力把持ＤＯＦの最後の位置を係止状態に係止することである。一般的に、各歯車列は同様の方法において係止され、よって、望まれていない動きを防止する。
【００７０】
カムシャフト１８０は、歯車列を調和して作動させるように構成され、それは、カムシャフトタイミングを通じて達成される。図８は、伝動装置１４０の動作についてのカム状態表を示している。前に議論したように、歯車列は、共通のカムシャフトを共用し、それは、例えば、図７Ｂに示すカムシャフト１８０である。カムシャフト１８０は、各歯車列に少なくとも２つのローブを提供し、例えば、第１のカムローブ１８２及び第２のカムローブ１８６は、第２の歯車列と共に作動する。しかしながら、幾つかの歯車列は、より多くのローブを含み得る。例えば、幾つかの実施態様において、第１の歯車列は、摩擦係止を作動させる第３のローブを含む。そして、図７Ｃに示すように、システム故障の場合にＤＯＦｓをバックドライブ(back  drive)させる安全機構として追加的なローブを含め得る。
【００７１】
一般的に、各歯車列のために、１つのカムローブが動力係合を制御するように動作可能であり、他のカムローブは歯車列を係止するように動作可能である。従って、各歯車列は、動力カム(power  cam)及び係止カム(locker  cam)によって作動させられる。平易な言い方をすれば、各カムは、低い状態と、高い状態とを有し、移行部が中間で傾斜する。各低い及び高い状態の持続時間は、持ち上げられる物体（例えば、係止アーム１８８及びロッカーアーム１８４）の動作の所望の持続時間に基づく。
【００７２】
Ａ．第１の伝動装置モードについてのカム状態
【００７３】
カム状態表は、３６０度の回転に亘る、各カムについての低い状態及び高い状態を示している。０度及び３６０度の回転で、伝動装置１４０は、ロールＤＯＦ１３２の動作のための動力を供給するように構成される。図示するように、動力カムは、各歯車列について、高い状態にあり、係止カムは、各歯車列について、低い状態にある。従って、第１の歯車列１４２は、伝動装置モータ１１２と係止解除させられ且つ係合させられる。このようにして、第１の歯車列１４２の係止アームは、近位歯車１４８から係合解除され、第２の入力歯車は、近位歯車１４８と係合させられる。第２の歯車列１５０及び第３の歯車列１６０も係止解除され、中間歯車１５６及び遠位歯車１６６は伝動装置モータと接触したままである。
【００７４】
上述のように、ロールＤＯＦ１３２の係合中、中間歯車１５６及び遠位歯車１６６は、近位歯車１４８と同期して回転することが求められる。何故ならば、中間内歯車１５４及び遠位内歯車１６４は、主シャフト１４４内に保持され、主シャフト１４４と共に回転するからである。このようにして、中間歯車１５６／中間内歯車１５４と遠位歯車１６６／遠位内歯車１６４との間の相対的な動きが回避され、それにより、中間シャフト１５２及び遠位シャフト１６２の動作を防止する。従って、中間歯車１５６及び遠位歯車１６６は、伝動装置モータ１１２と係合させられたままであり、よって、ロール動作の間に回転させられるが、第２の歯車列１５０及び第３の歯車列１６０は、それぞれのＤＯＦｓを作動させない。
【００７５】
Ｂ．第２の伝動装置モードについてのカム状態
【００７６】
カムシャフト１８０の約１２０度の回転で、伝動装置は、高力把持ＤＯＦ１３６に動力を提供するように構成される。ここで、第１の歯車列１４２及び第３の歯車列１６０の動力カムは低い状態にあり、第２の歯車列１５０の動力カムは高い状態にある。このようにして、第１の歯車列１４２及び第３の歯車列１６０の第２の入力歯車は、それぞれ、近位歯車１４８及び遠位歯車１６６から係合解除させられるのに対し、第２の歯車列１５０の第２の入力歯車は、中間歯車１５６と係合させられる。よって、中間歯車１５６のみが伝動装置モータ１１２から動力を受ける。第１の歯車列１４２及び第３の歯車列１６０の係止カムは高い状態にあり、第２の歯車列１５０の動力カムは低い状態にある。このようにして、第１の歯車列１４２及び第３の歯車列１６０の係止アームは、それぞれ、近位歯車１４８及び遠位歯車１６６と係合させられるのに対し、第２の歯車列１５０の係止アームは、中間歯車１５６から係合解除させられる。加えて、図７Ｃを参照して上述したように、連動カムが高い状態に駆動させられる。これは、システム故障の場合に第２の歯車列を手動でバックドライブさせるよう、連動フラッグへの使用者アクセスを可能にする。
【００７７】
Ｃ．第３の伝動装置モードについてのカム状態
【００７８】
カムシャフト１８０の約２４０度の回転で、伝動装置は、ツール作動ＤＯＦ１３８に動力を提供するようシフトされる。ここで、第１の歯車列１４２及び第２の歯車列１５０の動力カムは低い状態にあり、第３の歯車列１６０の動力カムは高い状態にある。このようにして、第１の歯車列１４２及び第２の歯車列１５０の第２の入力歯車は、それぞれ、近位歯車１４８及び中間歯車１５６から係合解除させられるのに対し、第３の歯車列１６０の第２の入力歯車は、遠位歯車１６６と係合させられる。よって、遠位歯車１６６のみが、伝動装置モータ１１２から動力を受ける。第１の歯車列１４２及び第２の歯車列１５０の係止カムは高い状態にあり、第３の歯車列１６０の係止カムは低い状態にある。このようにして、第１の歯車列１４２及び第２の歯車列１５０の係止アームは、それぞれ、近位歯車１４８及び中間歯車１５６と係合させられるのに対し、第３の歯車列１６０の係止アームは、遠位歯車１６６から係合解除させられる。よって、遠位歯車１６６のみが自由に回転する。
【００７９】
図９は、伝動装置１４０の異なる動作モード、即ち、第１の歯車列１４２（ロールモード）、第２の歯車列１５０（把持モード）、及び第３の歯車列１６０（ツール作動モード）の間で出力をシフトすることの高レベル図を示している。各モードの間で、各特定のモード間シフトのために、シフトアルゴリズム(shifting  algorithm)が特定される。幾つかの手術器具のために、モード間の移行は、器具の細長いシャフトのロール位置に関して重要であり得る。何故ならば、ロール位置は、手術器具全体の位置に影響を及ぼすからである。時折、ステープル器具伝動装置内の歯車にバックラッシュがある。時間の経過と共に、小さなバックラッシュに起因する動きは、ロール／クランプ／発射向き／位置をその基準地点からドリフト（漂流）させる。僅かなバックラッシュ運動を補償するために、初期ロール位置が歯車の１つの側面に対するように定められる。シフトアルゴリズムの部分として、歯車はこの位置に付勢される（動かされる）ので、ロール位置は歯車内のバックラッシュと一致する。これはシフト精度位置を向上させるのを助け、他の出力のためにも行われ得る。カムシャフト１８０は、これらの構成をアクティブ化する前に、ロール機能、把持機能、及びツール作動機能のための制動を管理しなければならない。幾つかの実施態様では、ソフトウェアがカム位置をモニタリングするのを可能にする、カムシャフト１８０と係合させられるロールエンコーダがあり、ロールモード、把持モード、及びツール作動モードは、カムがその正しい向きにあるものとして感知されるときに可能にされるだけである。グリップモードからロールモードへのシフトの一例が図１０に示されている。しかしながら、この方法は比較的包括的(generic)であり、伝動装置１４０の他のモードの間のシフトにも適用可能である。
【００８０】
動作１００２で、コントローラ（例えば、患者側カート１０４のプロセッサ）が、（例えば、外科医コンソール１０２から）命令を受信して、把持モード（伝動装置モータ１１２に対する第２の歯車列１５０の係合）からロールモード（伝動装置モータ１１２に対する第２の歯車列１５０の係合）にシフトさせる。故に、動作１００４で、コントローラは、シフターモータ１１４にカムシャフト１８０を移動させ、それにより、近位歯車１４８を伝動装置モータ１１２と係合させる。この動作中、コントローラは、カムシャフト１８０が動くのを待ち、動きが完了したか、或いは、例えば歯車の歯の不整列の故に、停止したかを決定するために、周期的に確認する。動作が停止したことが決定されるならば、シフトは中止される。
【００８１】
コントローラが、近位歯車１４８が係止されたことを決定した後に、コントローラは、動作１００６で、整列試験を行う。整列試験のために、近位歯車１４８は伝動装置モータ１１２を用いて係止アームに対して駆動させられて、近位歯車１４８及びカムシャフト１８０が適切に整列されたこと、即ち、所定の停止位置(park  position)にあることを決定する。この動作において、伝動装置モータ１１２は、比較的低いトルクの下で近位歯車１４８の動きを停止させる試みにおいて、比較的低いトルクを用いて駆動させられる。動きが停止させられているならば、コントローラは、近位歯車１４８が適切に整列させられていることを決定する。動きが停止させられていない、即ち、停止せずに過剰に動くならば、コントローラは、近位歯車１４８が適切に整列させられていないことを決定し、シフトは中止される。
【００８２】
コントローラが、近位歯車１４８が整列させられたことを決定した後に、コントローラは、動作１００８で制動試験を行い、近位歯車１４８が、使用を許容する前に、適切に制動されているか否かを確認する。制動試験のために、近位歯車１４８は、比較的高いトルクを用いて係止アームに対して駆動させられて、伝動装置モータ１１２が、適用される荷重の下で、磁気的に飽和されるようになっているか否かを決定する。もしそうであるならば、これは近位歯車が適切に制動させられていることを示す。伝動装置モータ１１２がそのトルクの下で飽和させられていないならば、制動試験は停止され、シフトは中止される。
【００８３】
動作１０１０で、コントローラは、シフターモータ１１４にカムシャフト１８０を移動させ、それにより、近位歯車１４８を係止解除する。この動作中、コントローラは、カムシャフト１８０が動くのを待ち、その動きが完了したか或いは停止したかを決定するために、周期的に確認する。動作が停止したことが決定されるならば、シフトは中止される。動作が停止していないならば、近位歯車１４８は係止解除され、動作１０１２で、使用可能にされる。幾つかの場合には、ロールモードが許可されても、シャフトをロールさせるのは望ましくない。故に、モータ１１２の出力を異なる歯車列にシフトすることができ、それは本質的に方法１０００を繰り返す。
【００８４】
他の変形が本発明の精神内にある。よって、本発明は様々な変形及び代替的な構造の余地があるが、それらの特定の例示される実施態様が図面に示され、上で詳細に記載された。しかしながら、本発明を開示の特定の形態又は複数の形態に限定する意図はなく、逆に、本発明は、付属の請求項に定められるような、本発明の精神及び範囲内に入る、全ての変形、代替的な構造、及び均等物をカバーすることを意図することが理解されなければならない。
【００８５】
不定冠詞及び定冠詞の使用並びに本発明を記載する文脈における（特に後続の請求項の文脈における）類似の言及は、ここにおいてその他のことが示されない限り或いは文脈が明らかに矛盾しない限り、単数及び複数の両方をカバーすることを意図する。「含む」(“comprising”)、「有する」(“having”)、「含む」(“including”)及び「包含する」(“containing”)という用語は、特段の断りのない限り、開放端の用語（即ち、「〜を含むが、〜に限定されない」を意味するもの）と解釈されるべきである。「接続され」(“connected”)という用語は、何か介在するものがあるとしても、部分的に又は全体的に、〜に収容され、〜に取り付けられ、或いは結合されるものと解釈されるべきである。ここにおける値の範囲の引用は、ここにおいてその他のことが示されない限り、その範囲内に入る各別個の値を個別に言及する略記的な方法としての機能を果たすことを意図するに過ぎず、各別個の値は、恰もそれがここで個別に引用されているかのように、本明細書中に組み込まれる。ここにおいてその他のことがしめされない限り或いは文脈が明らかに矛盾しない限り、ここに記載する全ての方法を任意の適切な順序で行い得る。ここにおいて提供される、ありとあらゆる実施例又は例示的な言葉（例えば、「のような」）の使用は、本発明の実施態様をより良好に例示することを意図するに過ぎず、その他のことが請求されない限り、本発明の範囲に対する限定を提示しない。本明細書中の如何なる言葉も、いずれかの請求されない要素が本発明の実施にとって本質的であることを示すように解釈されてならない。
【００８６】
本発明者が知る本発明を実施するための最良態様（ベストモード）を含む本発明の好適実施態様をここに記載する。前述の記述を判読した後に、それらの好適実施態様の変形が当業者に明らかになることがある。本発明者は当業者がそのような変形を適宜利用することを期待し、本発明者は本発明がここに具体的に記載する以外に実施されることを意図する。従って、この発明は、準拠法によって許容されるような、ここに添付する請求項中に引用される主題の全ての変形及び均等物を含む。その上、ここにおいてその他のことが示されない限り或いは文脈が明らかに矛盾しない限り、本発明は上述の要素のあらゆる組み合わせをその全ての可能な変形において包含する。
【００８７】
ここに引用する刊行物、特許出願、及び特許を含む、全ての参考文献は、あたかも各参考文献が参照として援用されることが個別に且つ具体的に示され且つその全文がここに示されているのかのように同じ程度に、ここに参照として援用される。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
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