(57)【要約】【課題】  操作モードの使用者による選択を容易にする、システム及びそのシステムにおいて実行される方法を提供する。【解決手段】  使用者によって選択可能な複数の操作モードを有するロボットシステム。複数の選択モードの一つを選択するために、使用者は、使用者が選択可能な複数の操作モードの中から一つの所望の操作モードを一意的に特定する、区別する動作を行う。ロボットシステム内のプロセッサによって実行される方法は、その区別する動作を特定し、使用者が選択した操作モードにロボットシステムを置く。【選択図】  図９
2019072594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットシステムであって、当該ロボットシステムは、
少なくとも１つの入力装置と、
エントリーガイドに結合可能なエントリーガイド操縦部と、
多関節カメラ器具に結合可能なカメラ操縦部であって、前記多関節カメラ器具の近位部分が前記エントリーガイド内に配置されるときに、前記多関節カメラ器具の画像取得端部が前記エントリーガイドの遠位端部から外側に延びることができる、カメラ操縦部と、
第１の多関節ツール器具に結合可能な第１のツール操縦部であって、前記第１の多関節ツール器具の近位部分が前記エントリーガイド内に配置されるときに、前記第１の多関節ツール器具の作業端部が前記エントリーガイドの前記遠位端部から外側に延びることができる、第１のツール操縦部と、
前記第１の多関節ツール器具の接合部を自動的に調整することにより前記第１の多関節ツール器具の前記作業端部の姿勢を固定された基準座標系に対して維持しながら、前記エントリーガイドの前記遠位端部と前記多関節カメラ器具の前記画像取得端部とを再方向付けするように、前記少なくとも１つの入力装置の動きに応答して前記エントリーガイド操縦部に命令して前記エントリーガイドを回動中心点の周りに回動させるための制御手段と、を有する、
ロボットシステム。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記少なくとも１つの入力装置の動きに応答して前記エントリーガイド操縦部に命令して前記エントリーガイドを移動させるために、前記少なくとも１つの入力装置及び前記エントリーガイド操縦部に動作可能に結合可能であるエントリーガイド制御部と、
第１のツール制御部であって、該第１のツール制御部への入力に応答して、前記第１のツール操縦部に命令して前記第１の多関節ツール器具の関節を動かすための第１のツール制御部と、
前記エントリーガイド操縦部が前記少なくとも１つの入力装置の動きに応答して前記エントリーガイドを前記回動中心点の周りに回動させるように命令されている間に、前記第１の多関節ツール器具の前記関節を動かして前記第１の多関節ツール器具の接合部を調整することによって、前記第１の多関節ツール器具の前記作業端部の姿勢を固定された基準座標系に対して自動的に維持するように前記入力を前記第１のツール制御部に提供する第１の手段と、を含む、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項３】
第２の多関節ツール器具に結合可能な第２のツール操縦部をさらに有しており、前記第２の多関節ツール器具の近位部分が前記エントリーガイド内に配置されるときに、前記第２の多関節ツール器具の作業端部が前記エントリーガイドの前記遠位端部から外側へ延びることができ、
前記制御手段は、
第２のツール制御部であって、該第２のツール制御部への入力に応答して、前記第２のツール操縦部に命令して前記第２の多関節ツール器具の関節を動かすための第２のツール制御部と、
前記エントリーガイド操縦部が前記少なくとも１つの入力装置の動きに応答して前記エントリーガイドを前記回動中心点の周りに回動させるように命令されている間に、前記第２の多関節ツール器具の関節を動かして前記第２の多関節ツール器具の接合部を調整することによって、前記第２の多関節ツール器具の前記作業端部の姿勢を前記固定された基準座標系に対して自動的に維持するように前記入力を前記第２のツール制御部に提供する第２の手段と、を含む、請求項２に記載のロボットシステム。
【請求項４】
前記制御手段は、
カメラ器具制御部であって、該カメラ器具制御部への入力に応答して、前記カメラ操縦部に命令して前記多関節カメラ器具の関節を動かすためのカメラ器具制御部と、
前記エントリーガイドの前記遠位端部及び前記多関節カメラ器具の画像取得端部を再方向付けするために、前記エントリーガイド操縦部が前記少なくとも１つの入力装置の動きに応答して前記エントリーガイドを前記回動中心点の周りに回動させるように命令されている間に、前記多関節カメラ器具の関節を所定の位置に自動的にロックするように前記入力を前記カメラ器具制御部に提供する第３の手段と、を含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項５】
前記少なくとも１つの入力装置は、一対の入力装置を含み、
前記エントリーガイドは、該エントリーガイドの長さに亘って延びる中心軸と、該中心軸に直交する第１の軸と、前記中心軸に直交し且つ前記第１の軸に直交する第２の軸とを有しており、
前記第１の軸、前記第２の軸、及び前記中心軸は、前記回動中心点で交差し、
前記制御手段は、前記エントリーガイド操縦部に命令して、
操作者が前記一対の入力装置のうちの一方を前方向に動かしながら前記一対の入力装置のうちの他方を後方向に動かすことに応答して、前記エントリーガイドを前記回動中心点において前記第１の軸の周りに回動させ、
前記操作者が前記一対の入力装置のうちの一方を右方向に動かしながら前記一対の入力装置のうちの他方を左方向に動かすことに応答して、前記エントリーガイドを前記回動中心点において前記第２の軸の周りに回動させ、
前記操作者が前記一対の入力装置のうちの一方を上方向に動かしながら前記一対の入力装置のうちの他方を下方向に動かすことに応答して、前記エントリーガイドを前記回動中心点において前記中心軸の周りに回動させる、ように前記エントリーガイド操縦部に命令することによって、前記エントリーガイドを前記回動中心点の周りに回動させる、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項６】
前記操作者が前記一対の入力装置のうちの一方を所定の方法で操縦するが、前記一対の入力装置のうちの他方を前記所定の方法で操作しないことに応答して、当該ロボットシステムの動作モードを現在のモードから別のモードに切り替えるためのモード切替え手段をさらに有する、請求項５に記載のロボットシステム。
【請求項７】
ディスプレイと、
グラフィカルな指示を前記ディスプレイ上に表示するためのグラフィカルな指示手段であって、前記グラフィカルな指示は、当該ロボットシステムの前記動作モードを切り替えるために、前記操作者が前記一対の入力装置のうちの一方を所定の方法でどの様に操縦すべきかを示すが、前記一対の入力装置のうちの他方を前記所定の方法で操縦すべきではないことを前記操作者に示す、グラフィカルな指示手段と、をさらに有する、請求項６に記載のロボットシステム。
【請求項８】
前記少なくとも１つの入力装置は、第１の入力装置及び第２の入力装置のうちの少なくとも１つを含み、
前記第１の入力装置は操作者の第１の手によって移動可能であり、前記第２の入力装置は前記操作者の第２の手によって移動可能であり、それにより、前記第１及び第２の入力装置は組み合わされた複数の自由度で前記操作者によって移動可能であり、
前記エントリーガイドは、前記エントリーガイド操縦部によって第１の複数の自由度で移動可能であり、前記エントリーガイド操縦部は、前記組み合わされた複数の自由度の第１のサブセットを使用することにより、前記エントリーガイド操縦部による前記エントリーガイドの前記第１の複数の自由度での移動を命令する第１の動作モードで前記少なくとも１つの入力装置に動作可能に結合され、前記第１及び第２の入力装置の前記組み合わされた複数の自由度のうちの第１の使用されていない自由度は前記第１のサブセットに含まれず、
前記第１の多関節ツール器具は、前記第１のツール操縦部によって第２の複数の自由度で移動可能であり、前記第１のツール操縦部は、前記組み合わされた複数の自由度の第２のサブセットを使用することにより、前記第１のツール操縦部による前記第１の多関節ツール器具の前記第２の複数の自由度での移動を命令する第２の動作モードで前記第１の入力装置のみに動作可能に結合可能にされ、前記組み合わされた複数の自由度のうちの第１の使用されていない自由度は前記第２のサブセットに含まれ、
当該ロボットシステムは、前記少なくとも１つの入力装置が前記第１の使用されていない自由度を使用して前記操作者によって動かされたと判定されると、前記少なくとも１つの入力装置を前記エントリーガイド操縦部から動作可能に結合解除し、且つ前記第１の入力装置を第１のツール操縦部に動作可能に結合することによって、当該ロボットシステムの動作モードを前記第１の動作モードから前記第２の動作モードに切り替えるためのモード切替え手段をさらに有する、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項９】
ディスプレイと、
前記エントリーガイドが前記少なくとも１つの入力装置の動きに応答して前記制御手段によって前記回動中心点の周りに回動されている間に、前記多関節カメラ器具の前記画像取得端部によって取得された画像を前記ディスプレイに表示する画像表示手段と、をさらに有する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項１０】
ロボットシステムにおいて実施される方法であって、当該方法には、
エントリーガイド制御部と、
第１のツール制御部と、が含まれ、
前記エントリーガイド制御部は、エントリーガイドの遠位端部及び多関節カメラ器具の画像取得端部を再方向付けするために、前記多関節カメラ器具の前記画像取得端部及び第１の多関節ツール器具の作業端部が前記エントリーガイドの前記遠位端部から外側に延びる間に、少なくとも１つの入力装置の動きに応答してエントリーガイド操縦部に命令して前記エントリーガイドを回動中心点の周りに回動させ、
前記第１のツール制御部は、前記エントリーガイド制御部が前記エントリーガイド操縦部に命令して前記エントリーガイドを前記回動中心点の周りに回動させる間に、第１ツール操縦部に命令して、前記第１の多関節ツール器具の接合部を自動的に調整することによって前記第１の多関節ツール器具の前記作業端部の姿勢を固定された基準座標系に対して維持する、
方法。
【請求項１１】
当該方法には、第２のツール制御部がさらに含まれ、該第２のツール制御部は、第２の多関節ツール器具の前記作業端部が前記エントリーガイドの前記遠位端部の外側に延びており且つ前記エントリーガイド制御部が前記エントリーガイド操縦部に命令して前記エントリーガイドを前記回動中心点の周りに回動させている間に、第２のツール操縦部に命令して、前記第２の多関節ツール器具の接合部を自動的に調整することによって前記第２の多関節ツール器具の作業端部の姿勢を前記固定された基準座標系に対して維持する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
当該方法には、カメラ器具制御部がさらに含まれ、該カメラ器具制御部は、前記エントリーガイドが前記少なくとも１つの入力装置の動きに応答して前記回動中心点の周りに回動されている間に、カメラ器具操縦部に命令して、前記多関節カメラ器具の前記画像取得端部が前記エントリーガイドの前記遠位端部と共に再方向付けされるように前記多関節カメラ器具の関節を所定の位置にロックさせる、請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの入力装置は一対の入力装置を含み、
前記エントリーガイドは、該エントリーガイドの長さに亘って延びる中心軸と、該中心軸に直交する第１の軸と、前記中心軸に直交し且つ前記第１の軸に直交する第２の軸とを有しており、
前記第１の軸、前記第２の軸、及び前記中心軸は、前記回動中心点で交差し、
前記エントリーガイド制御部は、前記エントリーガイド操縦部に命令して、
操作者が前記一対の入力装置のうちの一方を前方向に動かしながら前記一対の入力装置のうちの他方を後方向に動かすことに応答して、前記エントリーガイドを前記回動中心点において前記第１の軸の周りに回動させ、
前記操作者が前記一対の入力装置のうちの一方を右方向に動かしながら前記一対の入力装置のうちの他方を左方向に動かすことに応答して、前記エントリーガイドを前記回動中心点において前記第２の軸の周りに回動させ、
前記操作者が前記一対の入力装置のうちの一方を上方に移動させながら前記一対の入力装置のうちの他方を下方に動かすことに応答して、前記エントリーガイドを前記回動中心点において前記中心軸の周りに回動させる、請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
当該方法には、プロセッサがさらに含まれ、該プロセッサは、前記操作者が前記一対の入力装置のうちの一方を所定の方法で操縦するが、前記一対の入力装置のうちの他方を前記所定の方法で操縦しないことに応答して、ロボットシステムの動作モードを現在のモードから別のモードに切り替え、前記ロボットシステムは、少なくとも前記エントリーガイド制御部、前記エントリーガイド操縦部、前記第１のツール制御部、及び第１のツール操縦部を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ロボットシステムは、少なくとも前記エントリーガイド制御部、前記エントリーガイド操縦部、前記第１のツール制御部、及び第１のツール操縦部を含み、
前記少なくとも１つの入力装置は、第１の入力装置及び第２の入力装置のうちの少なくとも１つを含み、
前記第１の入力装置は操作者の第１の手によって移動可能であり、前記第２の入力装置は前記操作者の第２の手によって移動可能であり、それにより、前記第１及び第２の入力装置は組み合わされた複数の自由度で前記操作者によって移動可能であり、
前記エントリーガイドは、前記エントリーガイド操縦部によって第１の複数の自由度で移動可能であり、前記エントリーガイド操縦部は、前記組み合わされた複数の自由度の第１のサブセットを使用することにより、前記エントリーガイド操縦部による前記エントリーガイドの前記第１の複数の自由度での移動を命令する前記ロボットシステムの第１の動作モードで前記少なくとも１つの入力装置に動作可能に結合され、前記第１及び第２の入力装置の前記組み合わされた複数の自由度のうちの第１の使用されていない自由度は前記第１のサブセットに含まれず、
前記第１の多関節ツール器具は、前記第１のツール操縦部によって第２の複数の自由度で移動可能であり、前記第１のツール操縦部は、前記組み合わされた複数の自由度の第２のサブセットを使用することにより、前記第１のツール操縦部による前記第１の多関節ツール器具の前記第２の複数の自由度での移動を命令する前記ロボットシステムの第２の動作モードで前記第１の入力装置のみに動作可能に結合可能にされ、前記組み合わされた複数の自由度のうちの第１の使用されていない自由度は前記第２のサブセットに含まれ、
当該方法にはプロセッサがさらに含まれ、該プロセッサは、前記少なくとも１つの入力装置が前記第１の使用されていない自由度を使用して前記操作者によって動かされたと判定されると、前記少なくとも１つの入力装置を前記エントリーガイド操縦部から動作可能に結合解除し、且つ前記第１の入力装置を前記第１のツール操縦部に動作可能に結合することによって、前記ロボットシステムの動作モードを前記第１の動作モードから前記第２の動作モードに切り替える、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、米国仮出願第６１／５９９，２３７号（２０１２年２月１５日出願）の優先権を主張する。当該仮出願の内容は参照により本明細書に取り込まれる。
【０００２】
本発明は、概してロボットシステムに関し、具体的にはモードを区別する操作動作を用いたロボットシステム操作モードの使用者による選択に関する。
【背景技術】
【０００３】
ロボットシステムは、いくつかの使用者が選択可能な操作モードを有することができる。使用者が操作モードを選択し得る一つの方法は、メニュー形式のグラフィカルユーザインターフェイス（ＧＵＩ）を介したものである。この種のモード選択は非常に柔軟性が高く、多数の使用者選択可能な操作モードに対応することができるが、使用者にとってＧＵＩとやり取りをするために時間を消費するものであり得る。例えば、使用者の手がその時点で入力装置の操縦で塞がっている場合は、ＧＵＩとやり取りをするために入力装置の一つから手を離して、コンピュータのマウス又はタッチパッドなどの他の入力装置上に置くことは不便であるかも知れない。
【０００４】
いくつかの使用者が選択可能な操作モードの中から、使用者が一つの操作モードを選択し得る他の方法は、音声認識システムによって認識可能な音声命令を発することによる。この取り組み方は、比較的迅速であり、使用者の手をその時点で使用している入力装置から離す必要がないという利点を有する。しかしながら、この取り組み方は、音声認識システムの追加的な費用、及び音声認識システムが使用者の口頭での指示を不正確に認識することから結果として生じる誤りの可能性、という難点がある。
【０００５】
いくつかの使用者が選択可能な操作モードの中から、使用者が一つの操作モードを選択し得る更に他の方法は、フットペダルを起動することによる。この方法は、使用者がその時点で使用している入力装置から手を外すことを要求されないという利点を有する。しかしながら、使用者が選択可能な操作モードがほんの数個よりも多い場合に、一つの操作モードを選択するために要求されるフットペダルの数は、実装及び使い勝手の視点から禁止的に（やめさせるほど多く）なってしまうかも知れない。例えば、４つの使用者が選択可能な操作モードが存在し、各フットペダルが、使用者が選択可能な操作モードのうちの一つのみと関連している場合は、４つのフットペダルが要求される。そのような複数のフットペダルが容易に到達可能であるが、偶発的な押圧を避けるために十分に離間しているという要求は、実際には２つ又は３つのペダルだけしか使用され得ないために、この取り組み方を禁止的にする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の一つ又はそれ以上の態様の一つの目的は、使用者がその時点で使用している入力装置から手を外す必要なく操作モードの使用者による選択を容易にする、ロボットシステム及びそのシステムにおいて実行される方法である。
【０００７】
本発明の一つ又はそれ以上の態様の他の目的は、信頼できる方法でロボットシステムの操作モードの使用者による選択を容易にする、ロボットシステム及びそのシステムにおいて実行される方法である。
【０００８】
本発明の一つ又はそれ以上の態様の他の目的は、時宜を得た方法でロボットシステムの操作モードの使用者による選択を容易にする、ロボットシステム及びそのシステムにおいて実行される方法である。
【０００９】
本発明の一つ又はそれ以上の態様の他の目的は、費用効率が高い方法でロボットシステムの操作モードの使用者による選択を容易にする、ロボットシステム及びそのシステムにおいて実行される方法である。
【００１０】
本発明の一つ又はそれ以上の態様の更に他の目的は、操作モードの選択のために使用される装置の数と、利用できる使用者が選択可能なロボットシステムの操作モードの数との間に、一対一の対応を要求しない、ロボットシステム及びそのシステムにおいて実行される方法である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
これらの及び追加的な目的は本発明の様々な態様によって達成される。簡潔に述べれば、一つの態様は、複数の操作モードで操作可能なロボットシステムである。そのロボットシステムは、複数の操作モードのそれぞれにおいて使用される一つ又はそれ以上の入力装置；及び選択された操作モードを区別する方法で一つ又はそれ以上の入力装置が操縦されたことを確認又は決定することによって、複数の操作モードの中から一つの操作モードを選択するように構成されたプロセッサ、を有する。
【００１２】
他の態様は、ロボットシステムの複数の操作モードの一つを選択するための方法である。その方法は、複数の操作モードのそれぞれにおいて使用される一つ以上の入力装置が、選択された操作モードを区別する方法で操縦されたことを確認することによって、複数の操作モードの中から一つの操作モードを選択するステップを含む。
【００１３】
本発明の様々な態様の追加的な目的、特徴及び利点は、後述のその好ましい実施形態の説明から明らかになるであろう。その説明は添付の図面と共に理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の複数の態様を利用する医療ロボットシステムを用いた手術室の平面図を示す。
【図２】図２は、本発明の複数の態様を利用する医療ロボットシステムにおける、エントリーガイドの遠位端部及び遠位端部から外側に延びる複数の多関節器具の斜視図を示す。
【図３】図３は、本発明の複数の態様を利用する医療ロボットシステムにおいて有用なエントリーガイドの断面図を示す。
【図４】図４は、本発明の複数の態様を利用する医療ロボットシステムにおける、ロボットアームに結合されたプラットフォームの上に取り付けられた、多関節器具アセンブリの斜視図を示す。
【図５】図５は、本発明の複数の態様を利用する医療ロボットシステムにおいて使用可能なコンソールの正面図を示す。
【図６】図６は、本発明の複数の態様を利用する医療ロボットシステムにおいて、装置操縦部を制御及び一対の入力装置との選択的な関連付けをするための構成要素のブロック図を示す。
【図７】図７は、本発明の複数の態様を利用する医療ロボットシステムにおいて使用されるような、左側入力装置及び右側入力装置のための基準座標系及び複数の入力装置の間に規定される設定点を示す。
【図８】図８は、本発明の複数の態様を利用する医療ロボットシステムにおいて使用されるような、遠隔中心基準座標系及び自由度４の動きと共に、エントリーガイドの斜視図を示す。
【図９】図９は、本発明の複数の態様を利用する、ロボットシステムの複数の操作モードの一つを選択するための方法の流れ図を示す。
【図１０】図１０は、本発明の複数の態様を利用する、ロボットシステムの複数の操作モードの一つを選択するための代替的な方法の流れ図を示す。
【図１１】図１１は、本発明の複数の態様を利用する医療ロボットシステムにおいて、カメラ操作モードのための、モードを区別する動作を示すためにディスプレイ画面上に表示される、グラフィカルな指示を示す。
【図１２】図１２は、本発明の複数の態様を利用する医療ロボットシステムにおいて、コンボ制御操作モードのための、モードを区別する動作を示すためにディスプレイ画面上に表示される、グラフィカルな指示を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本明細書において、医療ロボットシステムがロボットシステムの例として記述されるが、本出願において特許請求される本発明の様々な態様はそのような種類のロボットシステムに限定されないことが明確に理解されるべきである。
【００１６】
図１は、患者（“Ｐ”）へ医療処置を施すために外科医（“Ｓ”）によって医療ロボットシステム１００が使用されている手術室の平面図を示す。この場合の医療ロボットシステムは、最小侵襲ロボット手術（ＭＩＲＳ）システムであり、患者が手術台５２上にいる間に一人又はそれ以上の助手（“Ａ”）からの支援を受けて、患者に最小侵襲診断処置又は外科的処置を施す間に、外科医によって利用されるコンソール５１を含む。
【００１７】
複数の多関節器具が、エントリーガイド（ＥＧ）２００を通って単一の入口開口６１を通して患者体内の手術部位へ導入される。開口６１は、最小限侵襲的な切開又は自然な身体の開口部であり得る。エントリーガイド２００は筒状の構造であり、ロボットアームアセンブリ２５１４（本明細書において単に“ロボットアーム”とも呼ばれる）によって保持及び操縦される。ロボットアーム２５１４は、セットアップアーム及びエントリーガイド操縦部を有する。セットアップアームは、回動の中心点が開口に生じるように、エントリーガイド２００を開口６１に配置させるために使用される。ロボットアーム２５１４の遠位端部には、プラットフォーム２５１２が取り付けられている。プラットフォーム２５１２上には、器具アセンブリ２５１６が取り付けられ、それらの各自の器具がエントリーガイド２００を通って延びることができる。各器具アセンブリは、多関節器具及びその器具操縦部を有する。
【００１８】
図２は、一つの実施例として、エントリーガイド２００及びエントリーガイド２００から外側に延びる複数の多関節手術ツール器具２３１，２４１（本明細書において単に“ツール”とも呼ばれる）のような多関節器具及び多関節立体カメラ器具２１１（本明細書において単に“カメラ”とも呼ばれる）の斜視図を示す。カメラ器具２１１は、その先端部に収容された一対の立体画像取得装置３１１，３１２及び（その近位側端部で光源に結合された）光ファイバーケーブル３１３を有する。複数の手術ツール２３１，２４１は、複数のエンドエフェクタ３３１，３４１を有する。二つのツール２３１，２４１のみが図示されているが、エントリーガイド２００は、患者体内の手術部位で医療処置を施すために要求されるように、追加的な複数のツールを案内することができる。例えば、図３においてエントリーガイド２００の断面図に示されるように、エントリーガイド２００を通してその遠位側端部から外側に、他の多関節手術ツールを延ばすために、通路３５１が利用可能である。通路４３１，４４１は、それぞれ多関節手術ツール器具２３１，２４１によって使用され、通路３２１は、多関節カメラ器具２１１によって使用される。
【００１９】
各多関節手術ツールは、複数の作動可能な関節及び関節に結合された複数のリンクを有する。一つの実施例として、第二の多関節器具２４１は、第一のリンク、第二のリンク及び第三のリンク３２２，３２４，３２６、第一の関節及び第二の関節３２３，３２５及び手首関節３２７を有する。第一の関節３２３は第一のリンク及び第二のリンク３２２，３２４に結合し、第二の関節３２５は第二のリンク及び第三のリンク３２４，３２６に結合しており、第一のリンク及び第三のリンク３２２，３２６が互いに平行なままで、第二のリンク３２４は第一の関節３２３の周りでピッチ２９２及びヨー２９３に回動することができる。他のツール器具及びカメラ器具２３１，２５１，２１１は、同様に構築及び操作されることができる。
【００２０】
図４は、一つの実施例として、ロボットアーム２５１４の遠位端部でプラットフォーム２５１２上に取り付けられた多関節器具アセンブリ２５１６を示す。エントリーガイド２００は、エントリーガイド操縦部によって（プラットフォーム２５１２と共に）エントリーガイド２００が操縦されることができるように、プラットフォーム２５１２に取り付けられている。各多関節器具アセンブリは、多関節器具及びその器具操縦部を有する。例えば、一つの例示的な多関節器具２５０２ａは、多関節器具の複数の関節を作動させるための複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリ２５０４上に取り付けられる。器具２５０２ａは、そのアクチュエータアセンブリ２５０４を過ぎて延長し、エントリーガイド２００に入る本体管２５０６を有する。アクチュエータアセンブリ２５０４は、本体管２５０６のエントリーガイド２００内への挿入及び引き戻しを制御するリニアアクチュエータ２５１０（例えばサーボ制御される送りネジ及びナット、又はボールネジ及びナットアセンブリ）に取り付けられている。器具操縦部２５２０は、この場合、アクチュエータアセンブリ２５０４及びリニアアクチュエータ２５１０を有する。器具２５０２ａが多関節器具２４１である場合において、本体管２５０６の遠位端部は図２に示される第一のリンク３２２である。第二の器具２５０２ｂは、図示されるように同様の機構で取り付けられる。加えて、多関節カメラ器具も付様に取り付けられることができる。
【００２１】
図５は、一つの実施例として、コンソール５１の正面図を示す。コンソール５１は、使用者がそれぞれ彼／彼女の左手及び右手で握り、エントリーガイド及び多関節器具のような関連する装置を多数の自由度（“ＤＯＦ”）で操縦するための左側入力装置４１及び右側入力装置４２を有する。爪先及び踵制御を備えたフットペダル４４，４８がコンソール５１上に設けられる。本明細書において記述されるような制御及び他の目的のため、プロセッサ４３はコンソール５１内に設けられる。左側アイピース及び右側アイピース４６及び４７を有する立体像ディスプレイ４５もまた、立体カメラ器具２１１によって取得され、プロセッサ４３によって処理された複数の画像から結果として生じる立体画像を表示するために、設けられる。立体像ディスプレイ４５上に表示されている立体像は、カメラ器具２１１によって取得された画像に対応してもよく、又は、それは、外科医の好みに合わせるため及び／又は外科医にテレプレゼンスを提供するためにデジタル処理で修正された像であってもよい。
【００２２】
プロセッサ４３は、医療ロボットシステムにおける様々な機能を実行する。プロセッサ４３が実行する一つの重要な機能は、入力装置４１，４２の機械的な運動を、バス１１０を通る制御信号を手段として変換及び伝達し、それらの関連する操縦部内のアクチュエータに命令してそれらの各々の関節を作動させることである。それにより、外科医は、例えばツール器具２３１，２４１、カメラ器具２１１、エントリーガイド２００などの、複数の装置を有効に操縦することができる。他の機能は、本明細書において記述される様々な方法を実行すること及び様々な制御部及び相互連動の制御ロジックの実装である。
【００２３】
プロセッサとして記述されているが、プロセッサ４３は、ハードウェア、ソフトウェア及びファームウェアの如何なる組み合わせによって実行されてもよいことが明確に理解されるべきである。また、本明細書において記述されたその複数の機能は、一つのユニットによって実行されてもよく、又は複数の異なる構成要素の間で分割されてもよく、その各構成要素は同様にハードウェア、ソフトウェア及びファームウェアの如何なる組み合わせによって実行されてもよい。さらに、コンソール５１の一部分として示されているが、プロセッサ４３はまた、システム全体に分配された、いくつかのサブユニットを有してもよい。
【００２４】
“最小侵襲手術システム（Minimally  Invasive  Surgical  System）”と表題が付けられた米国特許公開ＵＳ２００８／００６５１０８Ａｌは、医療ロボットシステム１００のような医療ロボットシステムの追加的な詳細を提供する。当該特許公開の内容は参照により本明細書に取り込まれる。
【００２５】
医療ロボットシステム１００のようなロボットシステムは、複数の操作モードで操作されることができる。医療ロボットシステム１００のための、いくつかのそのような操作モードは、以下のように図６乃至８を参照して説明される。ロボットシステムの複数の操作モードの中から一つの操作モードを選択するための方法の複数の実施例は、以下のように図９乃至１２を参照して説明される。
【００２６】
図６は、一つの実施例として、様々な操作モードにおいて、装置操縦部（及びそれらの各々の装置）を、制御及び入力装置４１，４２との選択的な関連付けをするための複数の構成要素のブロック図を示す。複数の手術ツール、例えば捕捉器具、切断器具及び針は、患者体内の手術部位で医療処置を実行するために使用され得る。本実施例において、二つの手術ツール２３１，２４１は処置をロボット制御で実行するために使用され、カメラ２１１は処置を見るために使用される。ツール２３１，２４１及びカメラ２１１は、エントリーガイド２００内の通路を通って挿入される。図１を参照して記述されたように、エントリーガイド２００は、ロボットアームアセンブリ２５１４のセットアップ部を使用して、入口開口６１を通って患者体内に挿入される。そして、エントリーガイド２００は、ロボットアームアセンブリ２５１４のエントリーガイド操縦部（ＥＧＭ）２０２によって、医療処置が実行される手術部位に向かって誘導されることができる。各装置２３１，２４１，２１１，２００は、それ自体の操縦部によって操縦される。具体的には、カメラ２１１はカメラ操縦部（ＥＣＭ）２１２によって操縦され、第一の手術ツール２３１は第一の器具操縦部（ＰＳＭ１）２３２によって操縦され、第二の手術ツール２４１は第二の器具操縦部（ＰＳＭ２）２４２によって操縦され、エントリーガイド２００はエントリーガイド操縦部（ＥＧＭ）２０２によって操縦される。
【００２７】
各器具操縦部２３２，２４２，２１２は、アクチュエータを備え、それぞれの多関節器具へ動きを伝達する機械的、無菌のインターフェイスを提供する機械的アセンブリである。各器具２３１，２４１，２１１は、その操縦部からの動きを受け、ケーブルによる伝達を用いて、遠位側の分節部又は接合部（例えば関節）へそれを伝搬する機械的アセンブリである。そのような関節は、直動式（例えば、平行移動）又は回転式（例えば、それらはある機械的な軸を中心に回転）であってもよい。その上に、器具は、複数の関節をあらかじめ決められた様式で一緒に動かす、内部の機械的な拘束（constraints）（例えば、ケーブル、ギア、カム、ベルト等）を有してもよい。機械的に拘束された複数の関節のそれぞれのセットは、特有の動きの軸を実行し、拘束は、複数の回転関節（例えばジョグル関節）を一組にするように考案されてもよい。このようにして、器具は利用可能なアクチュエータよりも多くの関節を有し得ることにも留意されたい。
【００２８】
各入力装置４１，４２は、装置２１１，２３１，２４１，２００の一つに選択的に関連付けられてもよく、関連付けられた装置は、その制御部及び操縦部を経由して入力装置によって制御され得る。操作者は、本明細書において記述されるようなフットペダル４４，４８に一方又は両方及び他の構成要素、並びに本明細書において記述されるような方法を用いて、そのような選択を実行することができる。各々のそのような選択のために、選択入力が生成され、マルチプレクサ（ＭＵＸ）２８０へ提供される。マルチプレクサ（ＭＵＸ）２８０もまた、好ましくはプロセッサ４３によって実装される。選択入力によって提供される値（すなわち、１と０との組み合わせ）に応じて、切り替え（クロススイッチング）の複数の異なる組み合わせが選択可能である。
【００２９】
第一の実施例として、ＭＵＸ２８０への選択入力の第一の値は、左側入力装置及び右側入力装置４１，４２を“ツール追従”操作モードに置く。“ツール追従”操作モードにおいて、入力装置４１，４２は、第一の手術ツール及び第二の手術ツール２４１，２３１にそれぞれ関連付けられる。したがって、この操作モードにおいてツール２３１，２４１は、それらの各々の制御部２４３，２３３及び操縦部２４２，２３２を通じて、入力装置４１，４２を操縦している外科医によって、遠隔ロボット制御で制御される。外科医は、患者体内の手術部位で解剖学的構造体に医療処置を施すように操縦を行い、その間、エントリーガイド２００は、その制御部２０３によって所定の位置に柔軟に位置固定（ソフトロック）されている。カメラ２１１もまた、その制御部２１３によって所定の位置にソフトロックされてもよく、又は代替的に、カメラ２１１は、ツール２３１，２４１のエンドエフェクタ３３１，３４１の動きを自動的に追跡するように動き、エンドエフェクタがカメラの視野に留まるようにしてもよい。この構成において、ＭＵＸ２８０は切り替え（クロススイッチング）を行い、入力装置４１の出力及び入力２５１，２５２をツール制御部２４３の入力及び出力２６０，２６１へそれぞれ接続し、入力装置４２の出力及び入力２５３，２５４をツール制御部２３３の入力及び出力２６８，２６９へそれぞれ接続する。このようにして、入力装置４１，４２は、ツール２４１，２３１の動きを命令し、それらの各々の制御部２４３，２３３から触覚フィードバックを受信することができる。
【００３０】
カメラ２１１又はエントリーガイド２００が外科医によって再配置されるべき場合は、左側入力装置及び右側入力装置４１，４２の一方又は両方は、カメラ２１１又はエントリーガイド２００に関連付けられることができる。それにより、外科医は、その各々の制御部（２１３又は２０３）及び操縦部（２１２又は２０２）を通じてカメラ２１１又はエントリーガイド２００を動かすことができる。この場合に、複数の手術ツール２３１，２４１のうち関連付けを解除された一つ（又は複数）は、その制御部により、エントリーガイド２００に対する所定の位置にロックされる。
【００３１】
第二の実施例として、ＭＵＸ２８０への選択入力の第二の値は、左側入力装置及び右側入力装置４１，４２の一方を、片手用のカメラ制御モード（本明細書において単に“カメラ”操作モードと呼ばれる）に置く。“カメラ”操作モードにおいて、入力装置はカメラ２１１に関連付けられる。したがって、この操作モードにおいてカメラ器具２１１は、その制御部２１３及び操縦部２１２を通じて、その関連付けられた入力装置を操縦している外科医によって、遠隔ロボット制御で制御される。外科医は、カメラ２１１を適当な姿勢に配するように操縦を行い、その間、手術ツール２３１，２４１及びエントリーガイド２００は、それらの各々の制御部２３３，２４３，２０３によって所定の位置にソフトロックされている。この構成において、入力装置４１がカメラ２１１に関連付けられたと仮定すると、ＭＵＸ２８０は切り替え（クロススイッチング）を行い、入力装置４１の出力及び入力２５１，２５２をカメラ制御部２１３の入力及び出力２６２，２６３へそれぞれ接続する。このようにして、入力装置４１は、多関節カメラ器具２１１の動きを命令し、その制御部２１３から触覚フィードバックを受信することができる。他方の入力装置４２は、その時に他の装置に関連付けられてもよく、又はその時に如何なる装置にも関連付けられていなくてもよい。後者の場合に、入力装置４２は使用されず、好ましくは所定の位置にロックされるか、又は代替的に、入力装置４２はコンピュータのマウスのような特別な機能を実行するために使用されてもよい。
【００３２】
第三の実施例として、ＭＵＸ２８０への選択入力の第三の値は、左側入力装置及び右側入力装置４１，４２を、“両手用、エントリーガイド配置モード”（本明細書において単に“エントリーガイド”操作モードと呼ばれる）に置く。“エントリーガイド”操作モードにおいて、入力装置４１，４２は、一対の入力装置としてエントリーガイド２００に関連付けられる。したがって、このモードにおいてエントリーガイド２００は、その制御部２０３及び操縦部２０２を通じて、入力装置４１，４２を操縦している外科医によって、遠隔ロボット制御で制御される。外科医は、エントリーガイド２００を適当な姿勢（すなわち、位置及び方向）に配するように操縦を行い、その間、手術ツール２３１，２４１及びカメラ２１１は、それらの各々の制御部２３３，２４３，２１３によってエントリーガイド２００に対して所定の位置にソフトロックされている。この場合に入力装置４１，４２は、例えば、入力装置４１，４２の回動中心の中間の点が、カメラ器具２１１の動きを制御するために使用される“仮想ハンドルバー”像を参照する制御技術の使用のように、エントリーガイド２００を制御するために連携して（in  tandem）使用されることができる。この構成において、ＭＵＸ２８０は切り替え（クロススイッチング）を行い、入力装置４１の出力及び入力２５１，２５２をエントリーガイド制御部２０３の入力及び出力２６５，２６６へそれぞれ接続し、また、入力装置４２の出力及び入力２５３，２５４もエントリーガイド制御部２０３の入力及び出力２６５，２６６へそれぞれ接続する。エントリーガイド制御部２０３は、それぞれ入力装置４１，４２からの入力２５１，２５３を組合せ、以下のように図７、図８を参照して本明細書において記述されるような“エントリーガイド”操作モードを実行するための論理回路を含む。
【００３３】
図７は、一つの実施例として、入力装置４１，４２のための可動な基準座標系を示す。具体的には、左側入力装置４１の先端に原点７０２を有するデカルト座標系ＸＬＭ，ＹＬＭ，ＺＬＭは、左側入力装置４１に関連付けられる第一の可動な基準座標系を規定し、右側入力装置４２の先端に原点７１２を有するデカルト座標系ＸＲＭ，ＹＲＭ，ＺＲＭは、右側入力装置４２に関連付けられる第二の可動な基準座標系を規定する。またこの場合において、各入力装置は使用者によって手で保持される把持部を有する。具体的には、入力装置４１は把持部７０１を有し、入力装置４２は把持部７１０を有する。上述した“ツール追従”操作モード及び“カメラ”操作モード内のような単一の装置操作において、把持部の動きは、固定された基準座標系に対する入力装置の先端の基準座標系の動きに結果し、そして、エントリーガイド２００の回動中心点に対する、関連付けられた装置の対応する動きに結果する。この場合の固定された基準座標系は、コンソール５１の立体像ディスプレイ４５にあり、立体像の平面内のＸ軸及びＹ軸並びに像の奥行きに対応するＺ軸を持つように規定される。
【００３４】
図８は、簡略化された（正確な縮尺ではない）エントリーガイド２００の斜視図を示す。エントリーガイド２００は、概して筒状の形状であり、その長さに沿って中心に伸びる長手軸Ｘ’を有する。遠隔中心（ＲＣ）とも呼ばれる、エントリーガイド２００の回動中心点は、図示されるようにＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸を有する固定された基準座標系及び図示されるようにＸ’軸，Ｙ’軸及びＺ’軸を有するエントリーガイドの基準座標系の両方に関する原点として働く。前述したように、ロボットアーム２５１４のセットアップアームは、エントリーガイド２００の遠隔中心が患者の入口開口６１にあるように、エントリーガイド２００を保持及び配置する。
【００３５】
システム１００が“エントリーガイド”操作モードにある場合に、入力装置４１，４２は、エントリーガイド２００の動きを命令するために、外科医によって特定の方法で動かされる。具体的には、エントリーガイド２００（及びその時にその内部に配置されている多関節器具）が（空間に固定されたままである）Ｚ軸の回りを、遠隔中心“ＲＣ”でヨー方向Ψに回動させられることが望まれる場合、外科医は、どちらの方向にエントリーガイド２００が回動させられるべきであるか応じて（例えば、左であれば時計回りに、反時計回りであれば右に）、両方の入力装置４１，４２の両方の把持部を同じ方向に右又は左の方向に動かす。エントリーガイド２００（及びその時にその内部に配置されている多関節器具）が（エントリーガイド２００の長手軸Ｘ’に対して直角な）Ｙ’軸の回りを、ピッチ方向Θに回動させられることが望まれる場合、外科医は、両方の入力装置４１，４２の両方の把持部を同じ方向に上又は下に動かす。それにより、エントリーガイド２００の遠位端部は両方の把持部７０１，７１０が上方に動かされた時に下がり（下方にピッチ）、そして、エントリーガイド２００の遠位端部は両方の把持部７０１，７１０が下方に動かされた場合に上がる（上方にピッチ）。エントリーガイド２００（及びその時にその内部に配置されている多関節器具）がその長手軸Ｘ’の回りを、ロール方向Θに回動させられることが望まれる場合、外科医は、一方の入力装置の把持部を上方に動かし、同時に他方の入力装置の把持部を下方に動かす。それにより、把持部は、入力装置４１，４２の可動な基準座標系の原点７０２，７１２の中間の点である回動中心点７２０の回りを回動する。最後に、エントリーガイド２００がその長手軸Ｘ’に沿って、挿入／引き戻し方向又は内／外“Ｉ／Ｏ”方向に直線的に動かされることが望まれる場合は、外科医は、両方の入力装置４１，４２の把持部を同じ方向に前方又は後方に動かす。それにより、両方の把持部が前方に動かされた場合に、エントリーガイド２００は挿入方向に前進し、両方の把持部が後方に動かされた場合に、エントリーガイド２００は引き戻し方向に後進する。
【００３６】
上述の３つの操作モードに加えて、ＭＵＸ２８０への選択入力の第四の値は、左側入力装置及び右側入力装置４１，４２を、第四の操作モード（本明細書において“コンボ制御”操作モードと呼ばれる）に置く。“コンボ制御”操作モードにおいて、エントリーガイド２００は、“エントリーガイド”操作モードを参照して前述したように連携して動く入力装置４１，４２によって動かされる。しかしながら、このモードにおいて、器具２３１，２４１のエンドエフェクタ３３１，３４１は、それらの各々の制御部２３３，２４３によって所定の位置に安定化（アンカー）される（すなわち、ワールド基準座標系において同じ位置及び方向に維持される）。これを行うために、器具制御部２３３，２４３は、それらの各々の器具操縦部２３２，２４２に命令して、エントリーガイド２００の動きに従って、上記の所定の位置へのそれらのエンドエフェクタ３３１，３４１の安定化を調整するように、それらの各々の接合部関節（例えば、器具２４１の接合部関節３２３，３２５，３２７）を適切な方法で作動させる。“エントリーガイド”操作モードのように、カメラ制御部２１３は、カメラ操縦部２１２に命令してカメラ２１１の作動可能な関節を所定の位置にソフトロックさせる。それにより、エントリーガイド２００が再方向付けされる際に、カメラ２１１の画像取得端部が再方向付けされる。この構成において、ＭＵＸ２８０は切り替え（クロススイッチング）を行い、入力装置４１の出力及び入力２５１，２５２をエントリーガイド制御部２０３の入力及び出力２６５，２６６へそれぞれ接続し、また、入力装置４２の出力及び入力２５３，２５４もエントリーガイド制御部２０３の入力及び出力２６５，２６６へそれぞれ接続する。エントリーガイド制御部２０３は、それぞれ入力装置４１，４２からの入力２５１，２５３を組合せ、“エントリーガイド”操作モードを実行するための論理回路を含む。エントリーガイド制御部２０３と器具制御部２４３，２３３との間の連動制御ロジックは、器具制御部２４３，２３３に命令して、それらの各々の接合部関節を、適切な方法で作動させるように、それらの各々の器具操縦部２３２，２４２に命令させる。器具操縦部２３２，２４２は、エントリーガイド２００の動きに従って所定の位置へのそれらのエンドエフェクタ３３１，３４１の安定化を調整する。
【００３７】
“連動制御モードを持つ医療ロボットシステム（Medical  Robotic  System  with  Coupled  Control  Modes）”と表題が付けられた米国特許公報第２０１０／０２７４０８７Ａｌは、参照により本明細書に取り込まれ、医療ロボットシステム１００のような医療ロボットシステムにおける連動制御モードの追加的な詳細を提供する。
【００３８】
図９は、ロボットシステムのプロセッサによって実行される、ロボットシステムの操作モード選択のための方法の流れ図を示す。ブロック８０１において、ロボットシステムは現在又は最新の（current）操作モード状態にある。例えば、現在の操作モードは、例えば患者体内の解剖学的構造に医療処置を施すために使用される“ツール追従”操作モードのような、ロボットシステムの通常の操作モードであってもよい。
【００３９】
ブロック８０２において、方法は、例えばコンソール５１の右側フットペダル４４のような、モードスイッチが起動（activated）されたかどうかを確認又は決定（determines）する。この場合において、モードスイッチは、外科医がフットペダルを足で押圧した場合に起動される。モードスイッチの他の実施例は、入力装置４１，４２上の押圧可能なボタン及び音声認識システムへの音声命令を含む。ブロック８０２における確認結果又は決定がＮＯ（いいえ）である場合、次いで方法はループしてブロック８０１に戻り、ロボットシステムを現在の操作モードに保つ。他方では、ブロック８０２における確認結果又は決定がＹＥＳ（はい）である場合、次いでブロック８０３において、方法はロボットシステムを、例えば“コンボ制御”操作モードのような第一の操作モード（本明細書において既定操作モードとも呼ばれる）に置く。既定操作モードは、好ましくはその時点で選択のために利用可能な複数の使用者選択可能な操作モードの中で最も一般的に（よく）選択される操作モードである。この操作モードを既定操作モードにすることによって、大半の場合に、システムは更なる工程の遅延なく所望の操作モードで稼働していることができる。
【００４０】
ブロック８０４において、方法は、例えばコンソール５１の手で操縦可能な入力装置４１，４２のような一つ又はそれ以上の入力装置を操縦しているシステム使用者によって取られる、いくらかの動作を検出するまで待機する。ある動作が取られたことの検出に基づいて、方法は、その動作が、例えば“カメラ”操作モードのような第二の操作モードを区別又は識別する動作であるかどうかを、確認又は決定する。用語“区別する動作（distinguishing  action）”とは、その時点で考慮されている他の操作モード（ロボットシステムが現在稼働している操作モードを含む）に対立するものとして、その操作モードを一意的に特定する動作を意味する。具体的には、それは、システム使用者によって、選択されている操作モードにおいて使用されるがその時点で選択のために利用可能な如何なる他の操作モードにおいても使用されない、入力装置４１，４２の一方又は両方に対して実行される操作的な動作である。“カメラ”操作モード及び“コンボ制御”操作モードについて、これら二つの操作モードだけがその時点で選択のために利用可能である場合の区別する動作の実施例が、それぞれ図１１及び図１２に示される。ブロック８０４における確認結果又は決定がＹＥＳ（はい）である場合は、次いでブロック８０５において、方法は、ロボットシステムを第二の操作モードに置く。他方では、ブロック８０４がＮＯ（いいえ）である場合は、その後方法はブロック８０２に戻る。
【００４１】
第二の操作モードで稼働している間に、ブロック８０６において、方法は、モードスイッチがアクティブなままであるかどうかを確認する。ブロック８０６における確認結果又は決定がＮＯ（いいえ）である場合は、次いで方法はループしてブロック８０２に戻る。他方では、ブロック８０６における確認結果又は決定がＹＥＳ（はい）である場合は、その後ブロック８０７において、方法は、例えばコンソール５１の手で操縦可能な入力装置４１，４２のような一つ又はそれ以上の入力装置を操縦しているシステム使用者によって取られる、いくらかの動作を検出するまで待機する。ある動作が取られたことの検出に基づいて、方法は、その動作が第三の操作モードを区別する動作であるかどうかを、確認又は決定する。ブロック８０７における確認結果又は決定がＹＥＳ（はい）である場合は、次いで方法は、ロボットシステムを第三の操作モードに置く。他方では、ブロック８０７における確認結果又は決定がＮＯ（いいえ）である場合は、次いで方法はループしてブロック８０５に戻り、ロボットシステムを第二の操作モードに保つ。第三の操作モードで稼働している間に、ブロック８０９において、方法は、モードスイッチがアクティブなままであるかどうかを確認する。ブロック８０９における確認結果又は決定がＮＯ（いいえ）である場合は、次いで方法はループしてブロック８０２に戻る。他方では、ブロック８０９における確認結果又は決定がＹＥＳ（はい）である場合は、次いで方法はループしてブロック８０８に戻り、ロボットシステムを第三の操作モードに保つ。
【００４２】
上述の方法において、前の操作モードに戻るためには、所望の操作モードに進む前に方法がループしてブロック８０２までずっと戻ることができるように、モードスイッチが開放又は起動解除されねばならないことに留意されたい。例えば、ロボットシステムがその時点で第三の操作モードで稼働しており、システム使用者が第二の操作モードに戻ることを望む場合は、システム使用者はモードスイッチを解放せねばならず、それにより、方法は一気にブロック８０２まで戻る。システム使用者は、次いでモードスイッチを再び起動して、ブロック８０４を参照して記述したように第二の操作モードを区別する動作を実行せねばならない。
【００４３】
図１０は、一つの実施例として、ロボットシステムのプロセッサによって実行される、ロボットシステムの操作モード選択のための代替的な方法の流れ図を示す。この代替的な方法は、ループしてブロック８０２までずっと戻る必要なく、前の操作モードに戻ることを容易にするように、図９の方法を変更したものである。この方法において、ブロック８０１−８０９は図９を参照して記述したように概して同じ方法で実行されるが、以下の例外がある。
【００４４】
第一の例外として、ブロック８０７における確認結果又は決定がＮＯ（いいえ）である場合は、次いでループして直接にブロック８０５に戻る代わりに、ブロック９１１において、方法は、コンソール５１の手で操縦可能な入力装置４１，４２のような、一つ又はそれ以上の入力装置を操縦しているシステム使用者によって取られる、いくらかの動作を検出するまで待機する。ある動作が取られたことの検出に基づいて、方法は、その動作が第一の操作モードを区別する動作であるかどうかを、確認又は決定する。ブロック９１１における確認結果又は決定がＹＥＳ（はい）である場合は、次いで方法は一気にブロック８０３まで戻り、ロボットシステムを第一の操作モードに置く。他方では、ブロック９１１における確認結果又は決定がＮＯ（いいえ）である場合は、その後方法はループしてブロック８０５に戻り、ロボットシステムを第二の操作モードに保つ。
【００４５】
第二の例外として、ブロック８０９における確認結果又は決定がＹＥＳ（はい）である場合は、次いでループして直接にブロック８０８に戻る代わりに、ブロック９１２において、方法は、コンソール５１の手で操縦可能な入力装置４１，４２のような、一つ又はそれ以上の入力装置を操縦しているシステム使用者によって取られる、いくらかの動作を検出するまで待機する。ある動作が取られたことの検出に基づいて、方法は、その動作が第二の操作モードを区別する動作であるかどうかを、確認又は決定する。ブロック９１２における確認結果又は決定がＹＥＳ（はい）である場合は、次いで方法は一気にブロック８０５まで戻り、ロボットシステムを第二の操作モードに置く。他方では、ブロック９１２における確認結果又は決定がＮＯ（いいえ）である場合は、次いで方法はブロック９１４へ進む。ブロック９１４において、その動作が第一の操作モードを区別する動作であるかどうかを、確認又は決定する。ブロック９１４における確認結果又は決定がＹＥＳ（はい）である場合は、次いで方法は一気にブロック８０３まで戻り、ロボットシステムを第一の操作モードに置く。他方では、ブロック９１４における確認結果又は決定がＮＯ（いいえ）である場合は、その後方法はループしてブロック８０８に戻り、ロボットシステムを第三の操作モードに保つ。
【００４６】
図９を参照して記述された方法の場合のように、モードスイッチが起動解除された（すなわち、もはやアクティブでない）という確認又は決定がなされた時はいつでも、方法はブロック８０２に戻る。ブロック８０２，８０６及び８０９においてなされる確認又は決定の代替として、モードスイッチの解放又は起動解除は、方法の処理を図９及び１０におけるブロック８０１に対応する処理点に自動的に戻す、システム割り込みの機能を果たしてもよい。
【００４７】
上述の方法において“コンボ制御”操作モード又は“カメラ”操作モードのいずれかが既定の操作モードである場合に、これらの操作モードの両方においてエンドエフェクタはそれらの各々の制御部によって所定の位置に保持されているため、システム使用者による一つ又はそれ以上の入力装置の故意でない動きが、結果として意図せずにツール２３１，２４１のエンドエフェクタ３３１，３４１の動きを生じることがないことは注目に値し、指摘すべきものである。このように、エンドエフェクタ３３１，３４１の故意でない動きが手術部位の物に突き当たることは、これら二つの操作モードにおいては懸念事項ではない。
【００４８】
これまで本発明の様々な実施形態の記述において、システム使用者は、いずれの使用者選択可能な操作モードがその時点で選択のために利用可能であるか、及び、利用可能な使用者選択可能な操作モードのそれぞれについて少なくとも一つの区別する動作を知っていると仮定されてきた。実際には、しかしながら、全てのシステム使用者がこの知識を有してはいないかもしれない。経験豊かな使用者でさえ、彼／彼女らの集中力がロボットシステムを使用して処置を施すことに焦点が合わされている間に、すぐに上記のような情報を思い出すことはできないかも知れない。それ故に、プロセッサ４３は、好ましくは上記のような情報の図式的又は視覚的（グラフィカル）な指示（graphical  indications）をディスプレイ４５上に提供するように構成され、図９及び図１０を参照して記述された方法と併せて、システム使用者がロボットシステムのための操作モードを選択することを支援する。
【００４９】
図９及び図１０を参照して記述された方法は、好ましくは、ブロック８０４，８０７，９１１，９１２及び９１４において実行される、それらの各々の確認又は決定において、標準的な閾値及び／又はローパスフィルターを用いて、システム使用者による一つ又はそれ以上の入力装置の故意でない動きが、結果として意図しない操作モードの選択を生じることを防止する。閾値がこれらのブロックにおいてなされる確認又は決定に組み込まれている場合は、方法はまた、好ましくは、これらのブロックで取られる活動の一部として、使用者が区別する動作を実行するように一つ又はそれ以上の入力装置を動かすときに、感覚フィードバックを使用者に提供する。このようにして、使用者は、その時点で彼又は彼女がどれだけ閾値に近づいているかに気付いている。そのような感覚フィードバックは、コンソール５１の立体ディスプレイ４５上の視覚フィードバック、コンソール５１のステレオスピーカー４１１，４１２による音声フィードバック及びコンソール５１の入力装置４１，４２上の触覚フィードバックのいずれでも、又はいずれの組合せの形を取ってもよい。一つの実施例として、コンソール５１の入力装置４１，４２上の触覚フィードバックが提供される場合、そのようなフィードバックは、一つ又はそれ以上の入力装置４１，４２の操縦が閾値に近づくにつれて、強度を増してもよい。他の実施例として、ステレオスピーカー４１１，４１２による音声フィードバックが提供される場合、一つ又はそれ以上の入力装置４１，４２の操縦が閾値に近づくにつれて、使用者に近づくかのようなステレオ音声又は単純に音量が大きくなるステレオ音声が提供されてもよい。
【００５０】
図１１及び図１２は、本明細書において記述される方法と併せて、システム使用者が操作モードを選択することを支援するために、例えば医療ロボットシステム１００の立体像ディスプレイ４５のような、ロボットシステムのディスプレイ画面上に提供されることができる、グラフィカルな情報の複数の実施例を示す。分離した複数の図面として示されているが、好ましくは、使用者がいずれの操作モードがその時点で使用者選択可能であるかを知ることができるように、その時点で使用者による選択のために利用可能な全ての操作モードが、立体像ディスプレイ４５上に一緒に表示される。
【００５１】
具体的には、図１１は、右側入力装置４２の右側把持部７１０のグラフィカルな表現７１０’及びグラフィカルな指示１３００を示す。グラフィカルな指示１３００は、使用者によって選択可能な複数の操作モードが“カメラ”操作モード及び“コンボ制御”操作モードからなる場合に、“カメラ”操作モードについての区別する動作を実行するために、どのように右側把持部７１０が動かされ得るかを示す。この実施例においては、“カメラ”操作モードについての区別する動作は、右側把持部７１０のその軸ＸＲＭの回りでの回動である。この動作は、“コンボ制御”操作モードにおいては実行されないであろう動作であり、従ってそれを“コンボ制御”操作モードから区別する。
【００５２】
図１１に右側把持部が参照されるが、システム使用者は、実質的には左側把持部又は右側把持部のいずれによって区別する動作を実行してもよい。一つの実施形態において、右側把持部７１０の回動は、結果として右側入力装置４２をカメラの動きの制御と関連付けることをもたらし、そして、左側把持部７０１の回動は、結果として左側入力装置４１をカメラの動きの制御と関連付けることをもたらす。他の実施形態において、右側把持部又は左側把持部のいずれかの回動は、結果として、事前選択された入力装置がカメラの動きの制御と関連付けられることをもたらす。この場合の事前選択は、グラフィカルユーザーインターフェイス、又は、本明細書に記載されるか又はロボットシステムにおいて従来から用いられる如何なる他の使用者／システム相互作用手段とやり取りをしている、システム使用者によって実行されてもよい。
【００５３】
図１２は、左側入力装置及び右側入力装置４１，４２の複数の把持部７０１，７１０のグラフィカルな表現７０１’７１０’及びグラフィカルな指示１４００，１５００を示す。グラフィカルな指示１４００，１５００は、使用者によって選択可能な複数の操作モードが“カメラ”操作モード及び“コンボ制御”操作モードからなる場合に、“コンボ制御”操作モードについての区別する動作を実行するために、どのように入力装置４１，４２の複数の把持部７０１，７１０が動かされ得るかを示す。この実施例においては、“コンボ制御”操作モードについての区別する動作は、両方の把持部７０１，７１０の上方向への動きである。この動作は、例えば、“カメラ”操作モードにおいては実行されないであろう動作であり、従ってそれを“カメラ”操作モードから区別する。
【００５４】
図１１のグラフィカルな指示１３００は、閾値を示す目標１３０２及び一つ又はそれ以上の入力装置の使用者の操縦が閾値にどれほど近接しているか、又は近いかを示す矢印１３０１を含む。同じように、図１２のグラフィカルな指示１４００，１５００は、閾値を示す目標１４０２，１５０２及び一つ又はそれ以上の入力装置の使用者の操縦が閾値にどれほど近接しているか、又は近いかを示す矢印１４０１，１５０１を含む。図内に示される矢印は閾値が到達されたことを示すが、矢印は、特徴的な動作を示す動きが最初に確認又は決定される時点、及び、図９及び図１０のブロック８０４，８０７，９１１，９１２，及び９１４においてそれらの各々の操作モードについて確認又は決定されたように、上記の動きが閾値に到達する時点から、漸進的に長くなることが明確に理解されるべきである。
【００５５】
図１１及び図１２に表された区別する動作は、システム使用者が示される操作モードに入るためにとり得る一つの推奨されている動作のいずれかを代表してもよく、又は、それは、システム使用者が示される操作モードに入るためにとり得るただ一つの動作を代表してもよい。前者の場合において、システムは、示される操作モードに入るために、（その時点で選択のために利用可能な全ての使用者選択可能な操作モードに対して）区別する如何なる動作にも反応するようにプログラムされる。この選択肢は、その時点での複使用者選択のために利用可能な複数の操作モードについての適切な区別する動作に関して知識が豊富な、経験豊富なシステム使用者のために適切であり得る。後者の場合において、システムは、示される操作モードに入るために、その時点で立体像ディスプレイ４５上に示される区別する動作のみに反応するようにプログラムされる。この選択肢は、いずれの動作が利用可能な操作モードについての考えられる区別する動作であるのかの知識に欠け、それ故に、故意ではなく意図しない操作モードに入ることによって驚かされ得る、経験豊富でないシステム使用者のために適切であり得る。
【００５６】
操作モードを選択するための区別する動作は、利用可能な複数の操作モードの異なる組み合わせについて、相違してもよいことに留意されたい。図１１及び図１２の実施例において、利用可能な動作モードは、“カメラ”操作モード及び“コンボ制御”操作モードである。しかしながら、利用可能な動作モードが“ツール追従”操作モード及び“カメラ”操作モードのみを含んでいた場合には、“カメラ”操作モードについての示された動作は、それを“ツール追従”操作モードにおいて取られ得る動作から区別できない。この場合は、“ツール追従”操作モードは、図９及び図１０のブロック８０１に表される現在の操作モードとして初期的に設定され、“カメラ”操作モードへの切り換えは、図９及び図１０を参照して記述されたモードスイッチを要求する。代替的に、“カメラ”操作モードが図９及び図１０のブロック８０３における既定の操作モードとして選択された場合には、“ツール追従”操作モードについての区別する動作は、入力装置４１，４２の把持部７０１，７１０を絞ること又は握ることとなる。この動作は、“カメラ”操作モード及び“コンボ制御”操作モード又は“エントリーガイド”操作モードのいずれにおいても取られることがない動作である。
【００５７】
本発明の様々な態様が、好ましい実施形態に関して記述されてきたが、本発明は、添付の特許請求の範囲の全範囲内の、完全な保護の資格を有することが理解されるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【外国語明細書】
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