(57)【要約】【課題】ロボットアセンブリは、ロボットアセンブリに取り付けられた手術器具を支持、挿入、引き戻し及び作動させるように構成される。【解決手段】ロボットアセンブリは、器具保持ベース部材、器具保持ベース部材に移動可能に取り付けられたモータハウジング、モータハウジングを手術器具の挿入軸に沿って器具保持ベース部材に対して選択的に移動させることができる運搬部駆動機構、複数の駆動モータ、及び複数の駆動モータによって駆動される複数の出力駆動結合器を有する。駆動モータの一つ以上は、隣接する駆動モータ及び／又は隣接するモータ位置センサとの磁気的な干渉を抑止するための、一つ以上の磁束シールドを有する。【選択図】図１
2019162504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
医療用ロボットアセンブリであって：
駆動モータ、遊星ギヤボックス、及び駆動結合器を有し；
前記駆動モータは、駆動モータ出力ギヤを有し；
前記遊星ギヤボックスは、外側ハウジング、第一段階遊星ギヤ、第一段階キャリア、及び第一段階出力ギヤを有し、
前記外側ハウジングは内部リングギヤを有し、
前記第一段階遊星ギヤは、前記駆動モータ出力ギヤと相互作用し、前記駆動モータ出力ギヤによって駆動され、
前記第一段階遊星ギヤは、前記内部リングギヤと相互作用し、
前記第一段階遊星ギヤのそれぞれは、前記第一段階キャリアに回転可能に取り付けられ、
前記第一段階出力ギヤは、前記第一段階キャリアに固定して取り付けられ、
前記駆動結合器は、前記第一段階出力ギヤと駆動結合され、
前記駆動結合器は、前記医療用ロボットアセンブリに取り付けられた手術器具の相手側結合器と駆動結合するように構成される、
医療用ロボットアセンブリ。
【請求項２】
前記遊星ギヤボックスは、第二段階遊星ギヤ及び第二段階キャリアを有し；
前記第二段階遊星ギヤは、前記第一段階出力ギヤと相互作用し、前記第一段階出力ギヤによって駆動され、
前記第二段階遊星ギヤは、前記内部リングギヤと相互作用し、
前記第二段階遊星ギヤのそれぞれは、前記第二段階キャリアに回転可能に取り付けられ、
前記駆動結合器は、前記第二段階キャリアと駆動結合される、
請求項１に記載の医療用ロボットアセンブリ。
【請求項３】
センサアセンブリピニオンギヤを有するセンサアセンブリをさらに有し、
前記外側ハウジングは開口部を有し、
前記センサアセンブリピニオンギヤの一部は、前記開口部を通って延び、
前記第二段階キャリアは、前記センサアセンブリピニオンギヤと相互作用する外部ギヤ歯を有する、
請求項２に記載の医療用ロボットアセンブリ。
【請求項４】
前記外側ハウジングの前記開口部及び前記第二段階キャリアの前記外部ギヤ歯のそれぞれは、前記遊星ギヤボックスの軸方向に幅を有し、
前記幅は、前記遊星ギヤボックスの前記軸方向に前記センサアセンブリピニオンギヤの位置を収容するようにサイズ決めされる、
請求項３に記載の医療用ロボットアセンブリ。
【請求項５】
前記駆動結合器は、対向して配置された駆動レセプタクルを有し；
前記の対向して配置された駆動レセプタクルのそれぞれは、前記医療用ロボットアセンブリに取り付けられた前記手術器具の前記相手側結合器の対応する駆動延長部機構を受容し、駆動延長部機構と駆動結合するように構成される、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の医療用ロボットアセンブリ。
【請求項６】
前記駆動レセプタクルは、前記駆動結合器と前記手術器具の前記相手側結合器との間の係合のただ一つの可能な角度位置を確実にするように、異なる半径方向の位置に配置される、
請求項５に記載の医療用ロボットアセンブリ。
【請求項７】
内側中空シャフト；及び
内輪を有する二重列軸受；をさらに有し、
前記第二段階キャリアは、前記内側中空シャフトに固定して結合され、
前記内側中空シャフトは、前記二重列軸受の前記内輪と相互作用し、前記内輪によって支持される、
請求項２乃至４のいずれか１項、又は、請求項２を引用する請求項５又は６に記載の医療用ロボットアセンブリ。
【請求項８】
保持リングをさらに有し；
前記内側中空シャフトはスロットを有し、
前記保持リングは、前記内側中空シャフトの前記スロットと相互作用し、
前記保持リングは、前記二重列軸受の前記内輪に対して、前記第二段階キャリア及び前記内側中空シャフトを保持する、
請求項７に記載の医療用ロボットアセンブリ。
【請求項９】
前記駆動結合器を伸長した位置に付勢する圧縮バネをさらに有する、
請求項２乃至６のいずれか１項に記載の医療用ロボットアセンブリ。
【請求項１０】
前記第二段階キャリアは、前記駆動結合器の内部スプラインと駆動結合する外部スプラインを有する、
請求項２乃至４のいずれか１項、又は、請求項２を引用する請求項５、６又は９に記載の医療用ロボットアセンブリ。
【請求項１１】
器具保持ベース部材、モータハウジング、及び運搬部駆動機構をさらに有し、
前記医療用ロボットアセンブリは、前記医療用ロボットアセンブリに取り付けられた前記手術器具を支持、挿入、引き戻し、及び作動させるように構成され、
前記駆動モータは、前記モータハウジングに取り付けられ、
前記モータハウジングは、前記器具保持ベース部材に移動可能に取り付けられ、
前記運搬部駆動機構は、前記手術器具の挿入軸に沿って前記器具保持ベース部材に対して前記モータハウジングを選択的に並進移動させるように動作可能である、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の医療用ロボットアセンブリ。
【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、２０１２年６月１日に出願された、米国仮出願第６１／６５４，３９１号の利益を主張する。当該米国仮出願の全部は、参照により本明細書に取り込まれる。
【背景技術】
【０００２】
低侵襲医療技術は、診断又は手術の手順中に損傷を受ける無関係な組織の量を低減し、それにより患者の回復期間、不快感及び有害な副作用を低減することを意図している。低侵襲手術の一つの効果は、例えば、手術後の院内回復期間の低減である。普通の手術のための平均入院期間は、類似した低侵襲手術のための平均入院期間よりも典型的に優位に長いため、低侵襲技術の使用の増加は、毎年数百万ドルの入院費用を節約することができるかも知れない。毎年米国内で行われる手術の多くが潜在的に低侵襲な方法で実行され得るが、低侵襲手術器具における制約及びそれらを習得することに伴う追加的な外科訓練の理由から、現在の手術のほんの一部分のみが、これらの有利な技術を使用する。
【０００３】
低侵襲なロボット手術システム又は遠隔手術システムは、外科医の器用さを向上させ、従来の低侵襲技術のおける制約のいくつかを避けるように開発されてきた。遠隔手術において、外科医は、手術器具の動きを操作するために、手で直接的に保持して動かす器具ではなく、いくつかの形式の遠隔制御（例えばサーボ機構又は同種のもの）を使用する。遠隔手術システムにおいて、外科医は、手術用ワークステーションに手術部位の画像を提供されることができる。ディスプレイ上の手術部位の二次元画像又は三次元画像を見ながら、外科医は、マスター制御装置を操作し、マスター制御装置が同じくサーボ機構的に操作される器具の動きを制御することによって患者に外科的処置を施す。
【０００４】
遠隔手術のために使用されるサーボ機構は、しばしは二つのマスター制御部（外科医の手のそれぞれについて一つ）からの入力を受け入れることができ、それぞれに手術器具が取り付けられる二つ以上のロボットアームを含み得る。マスター制御部と、関連するロボットアームアセンブリ及び器具アセンブリとの間の手術に関する通信は、典型的には制御システムを通して達成される。制御システムは、典型的には少なくとも一つのプロセッサを含み、そのプロセッサは、マスター制御部から関連するロボットアームアセンブリ及び器具アセンブリへの入力コマンドを中継して伝えると共に、例えば力のフィードバック又は同種のものについては、器具アセンブリ及びロボットアームアセンブリから関連するマスター制御部への返信を中継して伝える。ロボット手術システムの一つの例は、カリフォルニア州サニーベールのIntuitive  Surgical（登録商標）,  Inc.から入手可能なDA  VINCI（登録商標）システムである。
【０００５】
様々な構造的な配列が、ロボット手術の間手術部位で手術器具を支持するために使用されることができる。駆動されるリンク機構又は“スレーブ”は、しばしばロボット手術操縦部（マニピュレーター）と呼ばれる。低侵襲ロボット手術の間にロボット手術操縦部として使用されるための例示的なリンク機構配列は、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号において記述されている。これらの米国特許の全ての開始は、参照により本出願に取り込まれる。これらのリンク機構は、シャフトを有する器具を保持するためにしばしば平行四辺形の配列を利用する。そのような操縦部の構造は、硬質のシャフトの長さに沿う空間に配置された操縦の遠隔中心（remote  center）の回りを器具が回動することができるように、器具の動きを拘束し得る。操縦の遠隔中心を体内の手術部位への切開点と合わせる（例えば、腹腔鏡手術中に腹壁でトロカール又はカニューレと合わせる）ことによって、手術器具のエンドエフェクタは、腹壁に対して潜在的に危険な力をかけることなく、操縦部リンク機構を使用してシャフトの近位側端部を動かすことにより安全に配置されることができる。代替的な操縦部構造は、例えば、米国特許第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号において記述されている。これらの米国特許の全ての開示は、参照により本出願に取り込まれる。
【０００６】
様々な構造的な配列が、ロボット手術の間ロボット手術操縦部及び手術器具を手術部位で支持及び配置するためにも使用されることができる。たまにセットアップ関節又はセットアップ関節アームと呼ばれる、支持リンク機構のメカニズムは、しばしば各操縦部をそれぞれの患者の身体の開口点に配置及び整列させるために使用される。支持リンク機構のメカニズムは、手術操縦部と所望の手術切開点及び目標の解剖学的構造を整列させることを助ける。例示的な支持リンク機構のメカニズムは、米国特許第６，２４６，２００及び第６，７８８，０１８号に記載されている。これらの米国特許の全ての開示は、参照により本出願に取り込まれる。
【０００７】
新たな遠隔手術システム及び装置は、高度に効果的かつ有利であると判明しているが、更なる改良が望ましい。概して、改良された低侵襲ロボット手術システムが望ましい。これらの改良された技術がロボット手術システムの有効性及び使いやすさを高める場合は、特に有益である。例えば、これらの新たな手術システムの操縦性を高めること、手術室における空間利用を改善すること、より早くかつより容易なセットアップを提供すること、使用中に複数のロボット装置間の衝突を防止すること及び／又は機械的な複雑さ及び寸法を低減することは、特に有益である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第７，５９４，９１２号公報
【特許文献２】米国特許第６，７５８，８４３号公報
【特許文献３】米国特許第６，２４６，２００号公報
【特許文献４】米国特許第５，８００，４２３号公報
【特許文献５】米国特許第６，７０２，８０５号公報
【特許文献６】米国特許第６，６７６，６６９号公報
【特許文献７】米国特許第５，８５５，５８３号公報
【特許文献８】米国特許第５，８０８，６６５号公報
【特許文献９】米国特許第５，４４５，１６６号公報
【特許文献１０】米国特許第５，１８４，６０１号公報
【特許文献１１】米国特許第６，２４６，２００号公報
【特許文献１２】米国特許第６，７８８，０１８号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の基本的な理解を提供するために、本発明のいくつかの実施形態の簡略化した概要を以下に提示する。この概要は、本発明の広範囲に及ぶ概観ではない。本発明の主要な／決定的に重要な意味を持つ要素を特定すること又は本発明の範囲を詳細に叙述することは意図されていない。その唯一の目的は、後に提示される、より詳細な記述の前置きとして、本発明のいくつかの実施形態を単純な形で提示することである。
【００１０】
ロボットアセンブリに取り付けられた手術器具を支持、挿入、引き戻し及び作動させるロボットアセンブリが開示される。ロボットアセンブリは、コンパクトなパターンで共通のモータハウジング内に組み込まれる複数の駆動モータを含む。多くの実施形態において、駆動モータは、隣接する複数の駆動モータの間の干渉を抑止する（inhibit）磁束シールドを有する。結果として、駆動モータは、独立して駆動されて、手術器具の他の部分の意図しない関節の動き（articulation）を生じさせることなく、手術器具の対応する部分の関節を動かすことができる。多くの実施形態において、手術器具の関節を動かすことを可能にするために使用される出力結合器の方向を直接的にモニタ（又は監視若しくは測定）する、センサアセンブリが含まれる。結果として、出力結合器の絶対的な方向が容易に決定又は測定されることができる。これは、例えば、電源異常の後のような特定の状況において要求され得るように、手術システムを再設定する場合に有用な能力である。加えて、多くの実施形態において、開示されるロボットアセンブリは、高い作動電力及びコンパクトなアセンブリからの動きの無制限の作動範囲を提供し、それにより、例えば手術用ステープラ及び血管シーラーのような進歩した手術器具と共に使用することを可能にする。
【００１１】
従って、一つの態様において、ロボットアセンブリに取り付けられた、組み込まれた又は搭載された（mounted）手術器具を支持、挿入、引き戻し及び作動させるように構成されたロボットアセンブリが開示される。ロボットアセンブリは、器具保持ベース部材、モータハウジング、運搬部駆動機構、複数の駆動モータ及び複数の出力駆動結合器を有する。モータハウジングは、器具保持ベース部材に移動可能に取り付けられている。運搬部駆動機構は、モータハウジングを、手術器具の挿入軸に沿って器具保持ベース部材に対して選択的に移動させるように機能することができる。複数の駆動モータのそれぞれは、モータハウジングに組み込まれている。複数の駆動モータのうちの一つ又はそれ以上は、磁束シールド（又は遮蔽体）を有する。複数の出力駆動結合器のそれぞれは、複数の駆動モータのうちの対応する一つに駆動力を伝達可能に結合（駆動結合）されている。複数の出力駆動結合器のそれぞれは、手術器具の対応する入力駆動結合器に駆動力を伝達可能に結合するように構成されている。
【００１２】
多くの実施形態において、駆動モータは、高い出力密度を有するように構成される。例えば、多くの実施形態において、複数の駆動モータの少なくとも一つは、１．２５オンス−インチ／ワット＾１／２（ｏｚ．−ｉｎ／Ｗａｔｔｓ＾１／２）（約０．００８８３ニュートンメートル／平方根（ワット））よりも大きいか又は等しい、台形整流モータ定数（Ｋｍ）を有するブラシレス構成要素モータを含む。ただし、Ｋｍ＝（オンス−インチ／アンペア／（オームでの相間巻き線抵抗の平方根）での台形整流トルク定数）
【００１３】
多くの実施形態において、一つ以上の磁束シールドは、複数のモータの間及び／又はモータとセンサアセンブリとの間の磁気的な干渉を抑止又は阻止するために、磁束を有効に包む又は封じ込めるように構成及び配置されている。多くの実施形態において、鉄のリングが磁束シールドとして使用される。多くの実施形態において、複数の駆動モータのうちの一つ以上は、その駆動モータの向かい合う端部に配置された二つの磁束シールドを有する。複数の磁束シールドのそれぞれは、鉄、コバルト又はニッケルの少なくとも一つを含む軟磁性材料で作られたリングを有してもよい。いくつかの実施形態において、磁束シールドは、一つよりも多いモータの磁束遮蔽機能を提供するモノリシックな鉄の構成要素であってもよい。いくつかの実施形態において、二つのそのようなモノリシックなシールドが提供され、一つのシールドは二つ以上のモータ（例えば２つ、３つ、４つ、５つ等）の一方の端部のための遮蔽機能を提供し、一方で第二のシールド構成要素は同一の二つ以上のモータの向かい合う端部のための遮蔽機能を提供する。
【００１４】
多くの実施形態において、駆動モータは、一つ以上の隣接する駆動モータにごく接近して配置される。例えば、多くの実施形態において、複数の駆動モータのうちの二つ以上は、５ｍｍよりも小さな距離の差で離されている。そして多くの実施形態において、複数の駆動モータのうちの二つ以上は、２ｍｍよりも小さな距離の差で離されている。
【００１５】
多くの実施形態において、少なくとも５つ以上の駆動モータが存在し、５つの駆動モータのそれぞれは、他の駆動モータの少なくとも二つから５ｍｍ未満の差で離されている。そして多くの実施形態において、５つの駆動モータのそれぞれは、他の駆動モータの少なくとも二つから２ｍｍ未満の差で離されている。
【００１６】
他の態様において、ロボットアセンブリに取り付けられた手術器具を支持、挿入、引き戻し及び作動させるように構成されたロボットアセンブリが開示される。ロボットアセンブリは、器具保持ベース部材、モータハウジング、運搬部駆動機構、複数の駆動モータ、複数のギヤボックス、複数の出力駆動結合器及びセンサアセンブリを有する。モータハウジングは、器具保持ベース部材に移動可能に取り付けられている。運搬部駆動機構は、モータハウジングを、手術器具の挿入軸に沿って器具保持ベース部材に対して選択的に移動させるように機能することができる。複数の駆動モータのそれぞれは、モータハウジングに組み込まれる。複数のギヤボックスのそれぞれは、複数の駆動モータの一つと駆動結合している。複数の出力駆動結合器のそれぞれは、複数のギヤボックスの対応する一つに駆動結合している。複数の出力駆動結合器のそれぞれは、対応する手術器具の入力駆動結合器に駆動結合するように構成されている。センサアセンブリは、位置（orientation）センサ、センサ目標及びセンサシャフトを有する。センサシャフトは、対応するギヤボックスの外側ハウジングの開口部を通して、センサ目標を複数の出力駆動結合器のうちの対応する一つと駆動結合させる。センサシャフトは、対応する出力駆動結合器と同調して回転する、対応するギヤボックスの出力リンクによって駆動される。多くの実施形態において、位置センサは、センサ目標を光学的に読み取り、制御システムへ絶対的な回転位置を報じる。
【００１７】
多くの実施形態において、ロボットアセンブリは、複数のセンサアセンブリを含む。複数のセンサアセンブリのそれぞれは、位置センサ、センサ目標及びセンサシャフトを有する。各センサシャフトは、対応するギヤボックスの外側ハウジングの開口部を通して、対応するセンサ目標を複数の出力駆動結合器のうちの対応する一つと駆動結合させる。各センサシャフトは、対応する出力駆動結合器と同調して回転する、対応するギヤボックスの出力リンクによって駆動される。一つの好ましい実施形態において、位置センサシャフトは、出力駆動結合器と正確に１：１のギヤ比で結合する。
【００１８】
多くの実施形態において、ギヤボックスはコンパクトかつ／或いは効率的である。例えば、複数のモータのうちの少なくとも一つと対応する出力駆動結合器との間のギヤ比は、４０対１よりも小さくてもよい。そして複数の出力ギヤボックスのそれぞれは、二つ以下のギヤ減速段階を有してもよい。
【００１９】
多くの実施形態において、複数の駆動モータは、位置センサと出力駆動結合器との間に配置されている。そのような実施形態において、複数のセンサシャフトのそれぞれは、センサシャフトのそれぞれは、対応する外側ハウジングの開口部を通って延びるセンサシャフトギヤを介して、対応する出力駆動結合器に駆動結合され、対応する出力駆動結合器と同調又は一致して回転する出力ギヤに係合してもよい。多くの実施形態において、複数のセンサシャフトギヤのうちの二つは、複数のセンサシャフトの回転軸に平行なシャフト方向に沿って重なり合う。複数の対応する開口部及び複数の出力ギヤのうちの一つ以上は、シャフト方向に沿ったセンサシャフトギヤの重なり合いを収容可能であるように構成されてもよい。
【００２０】
多くの実施形態において、複数のギヤボックスは遊星ギヤボックスを含む。遊星ギヤボックスは軸受を有し、その軸受は、軸受の内輪の回転軸が、軸受の外輪の回転軸と不正確に配列されることを防ぐように、モーメントに反作用するように構成されていてもよい。多くの実施形態において、軸受は、二つの転動体の列を有する。多くの実施形態において、遊星ギヤボックスは運搬ギヤを有し、その運搬ギヤは、開口部を通って延びるセンサシャフトギヤによって係合される外部ギヤ歯を有する。センサシャフトギヤは、センサシャフトに駆動結合されている。
【００２１】
他の態様において、ロボットアセンブリに取り付けられた手術器具を支持、挿入、引き戻し及び作動させるように構成されたロボットアセンブリが開示される。ロボットアセンブリは、器具保持ベース部材、モータハウジング、運搬部駆動機構、５つの駆動モータ、５つのギヤボックス、５つの出力駆動結合器及び５つのセンサアセンブリを有する。モータハウジングは、器具保持ベース部材に移動可能に取り付けられている。運搬部駆動機構は、モータハウジングを、手術器具の挿入軸に沿って器具保持ベース部材に対して選択的に移動させるように機能することができる。複数の駆動モータのそれぞれは、モータハウジングに組み込まれている。複数のギヤボックスのそれぞれは、複数の駆動モータのうちの一つと駆動結合されている。複数の出力駆動結合器のそれぞれは、複数のギヤボックスのうちの対応する一つに駆動結合されている。複数の出力駆動結合器のそれぞれは、対応する手術器具の入力駆動結合器に駆動結合するように構成されている。いくつかの実施形態において、この駆動機能は、無菌の手術器具からの非無菌の駆動結合器の分離を提供する、中間の機械的無菌アダプタ結合デバイスを通して提供される。各センサアセンブリは、位置センサ及びセンサシャフトを含む。各センサシャフトは、位置センサを、対応するギヤボックスの外側ハウジングの開口部を通して、複数の出力結合器のうちの対応する一つに駆動結合させる。各センサシャフトは、対応する出力駆動結合器と同調して回転する対応するギヤボックスの出力リンクによって駆動される。
【００２２】
多くの実施形態において、複数の出力駆動結合器の複数の軸のうちの一つ以上は、平行である。例えば、複数の出力駆動結合器の複数の軸のうちの一つ以上は、挿入軸と実質的に平行であってもよい。
【００２３】
多くの実施形態において、複数の出力駆動結合器は、ある特定の方法で配列されている。例えば、多くの実施形態において、複数の出力駆動結合器は、４つの角部出力駆動結合器及びその４つの角部出力駆動結合器の間に配置された一つの中央出力駆動結合器を含むパターンで配列されている。多くの実施形態において、最大で二つの出力駆動結合器が、モータハウジングの幅方向に重ねられている。
【００２４】
多くの実施形態において、ロボットアセンブリは、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）アンテナモジュールを有する。ＲＦＩＤアンテナモジュールは、器具ＲＦＩＤタグを如何なる適切な範囲、例えば０ｍｍからおよそ２０ｍｍの分離距離であっても読み取るように構成されることができる。
【００２５】
多くの実施形態において、ロボットアセンブリは、５つのセンサアセンブリの５つの位置センサを含む回路基板を有する。多くの実施形態において、回路基板は、５つの回転子位置センサを更に有し、複数の回転子位置センサのそれぞれは、５つの駆動モータのうちの対応する一つの回転子の絶対角度位置をモニタ（又は監視若しくは測定）するように構成されている。
【００２６】
ロボットアセンブリは、二本指の手術器具を駆動するように構成されてもよい。例えば、挿入軸から最も離れた二つの出力駆動結合器のそれぞれは、二本指の手術器具の対応する指部を作動させるために使用されてもよい。二本の指部の相対的な動きは、協力して、二本指の手術器具の手術用エンドエフェクタの握る動作及びヨー運動の両方を提供する。
【００２７】
本発明の本質及び利点のより完全な理解のために、次の詳細な説明及び添付の図面を参照すべきである。本発明の複数の他の実施態様、目的及び利点が、図面及び続く詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、多くの実施形態において手術を実施するために使用される低侵襲ロボット手術システムの平面図である。
【００２９】
【図２】図２は、多くの実施形態によるロボット手術システムのための外科医の制御コンソールの斜視図である。
【００３０】
【図３】図３は、多くの実施形態によるロボット手術システム電子カートの斜視図である。
【００３１】
【図４】図４は、多くの実施形態によるロボット手術システムを概略的に示す。
【００３２】
【図５Ａ】図５Ａは、多くの実施形態によるロボット手術システムの患者側カート（手術ロボット）の正面図である。
【００３３】
【図５Ｂ】図５Ｂは、多くの実施形態によるロボット手術ツールの正面図である。
【００３４】
【図６】図６は、運搬アセンブリを含む、多くの実施形態によるロボットアセンブリを示す。運搬アセンブリは、運搬アセンブリに取り付けられた手術器具の挿入軸に沿った選択的な移動のために、器具保持ベース部材にスライド可能に取り付けられている。
【００３５】
【図７】図７は、運搬アセンブリが器具保持ベース部材から切り離された状態で示される、図６のロボットアセンブリを示す。
【００３６】
【図８】図８乃至図１８は、図６の運搬アセンブリの複数の構成要素を示す一連の図面である。図８は、図６の運搬アセンブリの複数の駆動モータの組み込まれた配列を示す。
【００３７】
【図９】図９は、図８の複数の駆動モータに取り付けられた複数の遊星ギヤボックスを示す。
【００３８】
【図１０】図１０は、図９の複数の遊星ギヤボックスの出力ギヤに結合された、複数のセンサシャフトを示す。
【００３９】
【図１１】図１１は、図１０の複数の構成要素を支持するモータハウジングを示す。
【００４０】
【図１２】図１２は、図６の運搬アセンブリの駆動モータの回転方向をモニタするレゾルバアセンブリを示す分解図である。
【００４１】
【図１３】図１３は、組み込まれた図１２のレゾルバアセンブリを示す。
【００４２】
【図１４】図１４は、図１０のセンサシャフトの回転位置をモニタする位置センサアセンブリを示す分解図である。
【００４３】
【図１５】図１５は、組み込まれた図１４の位置センサアセンブリを示す。
【００４４】
【図１６】図１６は、図６の運搬アセンブリのための、電子制御アセンブリ、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）アンテナモジュール及び接触アセンブリを示す。
【００４５】
【図１７】図１７及び図１８は、図６の運搬アセンブリの外側ハウジング構成要素を示す。
【００４６】
【図１８】図１７及び図１８は、図６の運搬アセンブリの外側ハウジング構成要素を示す。
【００４７】
【図１９】図１９は、図９の複数の遊星ギヤボックスのうちの一つを示す。
【００４８】
【図２０】図２０は、図１９の遊星ギヤボックスの断面図を示す。
【００４９】
【図２１】図２１は、図８の複数の駆動モータのうちの一つを示す。
【００５０】
【図２２】図２２は、図２１の駆動モータの分解図であり、磁束シールドとして働く鉄の末端リングを示す。
【００５１】
【図２３】図２３は、図２１の駆動モータの断面図を示す。
【００５２】
【図２４】図２４は、運搬アセンブリを含む、多くの実施形態によるロボットアセンブリを示す。運搬アセンブリは、運搬アセンブリに取り付けられた手術器具の挿入軸に沿った選択的な移動のために、器具保持ベース部材にスライド可能に取り付けられている。
【００５３】
【図２５】図２５は、図２４の運搬アセンブリの駆動アセンブリを示す。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
以下の説明において、本発明の様々な実施形態が説明される。説明の目的のため、複数の実施形態の完全な理解を提供するために特有の形状及び詳細が説明される。しかしながら、本発明は本明細書に記述される特有の詳細通りでなくとも実践し得ることも当業者には明らかであろう。さらに、周知な特徴は、本明細書に記述される実施形態を不明瞭にしない目的で省略又は単純化されている。
【００５５】
低侵襲ロボット手術
【００５６】
ここから、同様な参照数字はいくつかの図面を通じて同様な部品を代表する、複数の図面を参照すると、図１は低侵襲ロボット手術システム（ＭＩＲＳ）１０の平面図である。低侵襲ロボット手術システム１０は、手術台１４上に横になった患者１２への低侵襲診断又は外科的処置のために典型的に使用される。システムは、処置の間外科医１８によって使用されるための外科医用コンソール１６を含んでもよい。一人又はそれ以上の助手２０も処置に参加することができる。ＭＩＲＳシステム１０は、患者側カート（手術ロボット）２２及び電子カート２４を更に有してもよい。患者側カート２２は、外科医１８がコンソール１６を通して手術部位を観察している間、患者１２の体の低侵襲な切開を通じて、少なくとも一つの取り外し可能に連結されたツールアセンブリ２６（以下、単に“ツール”と呼ぶ）を操作することができる。手術部位の画像は、内視鏡２８によって取得される。内視鏡２８は、例えば内視鏡２８の向きを変えるように患者側カート２２によって操作され得る、立体視内視鏡である。電子カート２４は、処理に続く外科医用コンソール１６を通じた外科医１８への画像表示のために、手術部位の画像を処理するために使用されることができる。一度に使用される手術ツール２６の数は一般的に、その他の要素の中でもとりわけ、その診断又は外科的処置及び手術室内の空間の制約に依存する。ある処置の間に、使用中の複数のツール２６のうちの一つ以上を交換することが必要な場合は、助手２０は患者側カート２２からツール２６を取り外し、手術室内のトレイ３０からの他のツール２６に交換することができる。
【００５７】
図２は、外科医用コンソール１６の斜視図である。外科医用コンソール１６は、奥行き知覚を可能にする手術部位の協調された立体像（coordinated  stereo  view）を外科医１８に提示するための左目用表示部３２及び右目用表示部３４を有する。コンソール１６は、一つ又はそれ以上の入力制御装置３６を更に有する。振り返って入力制御装置３６は、患者側カート２２（図１参照）に一つ又はそれ以上のツールを操作させる。入力制御装置３６は、それらに関連するツール２６（図１参照）と同じ自由度を提供し、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持つように、外科医にテレプレゼンス、又は入力制御装置３６がツール２６と一体化しているかのような知覚を提供することができる。この目的を達成するために、位置、力、及び触覚のフィードバックセンサ（図示せず）を採用して、入力制御装置３６を通じて位置、力、及び触覚の知覚をツール２６から外科医の手に返してもよい。
【００５８】
外科医用コンソール１６は、電話又は他の通信媒体を通すよりもむしろ、必要であれば物理的に居合わせ、助手に直接話すなどして外科医が直接処置を監視できるように、通常患者と同じ部屋内に位置している。しかしながら、外科医は異なる部屋、完全に異なる建物又はその他の患者から離れた場所に位置することが可能であり、遠隔外科的処置が可能である。
【００５９】
図３は、電子カート２４の斜視図である。電子カート２４は、内視鏡２８に結合されることができ、キャプチャーした画像を処理し、例えば現地に及び／又は遠隔地に位置する外科医用コンソール上又は他の適切な表示部上の外科医へ、続いて表示するためのプロセッサを有していてもよい。例えば、立体視内視鏡が使用される場合に、電子カート２４は、キャプチャーされた画像を処理して、手術部位の協調立体像を外科医に提示することができる。そのような協調は、対向する複数の画像の間の位置合わせを含むことができ、また、立体視内視鏡のステレオ作動距離を調整することを含むことができる。その他の例として、画像処理は、以前に決定されたカメラ校正パラメータを使用して、例えば光学収差のような、画像キャプチャー装置の結像誤差を補償することを含んでもよい。
【００６０】
図４は、（例えば図１のＭＩＲＳシステム１０のような）ロボット手術システム５０を概略的に示す。前述のように、（例えば図１における外科医用コンソール１６のような）外科医用コンソール５２は、低侵襲処置の間に、（例えば図１における患者側カート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、外科医によって使用され得る。患者側カート５４は、例えば立体視内視鏡のような画像装置を使用して、処置部位の画像をキャプチャーし、キャプチャーした画像を（例えば図１における電子カート２４のような）電子カート５６に出力することができる。前述のように、電子カート５６は、如何なる後続の表示にも先立って、キャプチャーされた画像を様々な方法で処理することができる。例えば、電子カート５６は、キャプチャーされた画像を仮想制御インターフェイスに重ねてから、外科医用コンソール５２を介して組み合わされた画像を外科医に表示することができる。患者側カート５４は、電子カート５６の外部での処理のために、キャプチャーされた画像を出力することができる。例えば、患者側カート５４は、キャプチャーされた画像を処理するために使用され得るプロセッサ５８に、キャプチャーされた画像を出力することができる。画像はまた、電子カート５６及びプロセッサ５８の組み合わせによって処理され得る。これらは一体に結合されて、キャプチャーされた画像を合同で、順番に及び／又はこれらの組合せで処理することができる。一つ又はそれ以上の独立した表紙部６０もまた、例えば処置部位の画像又はその他の関係する画像の、現地での及び／又は遠隔での画像の表示のために、プロセッサ５８及び／又は電子カート５６に結合され得る。
【００６１】
図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ、患者側カート２２及び手術ツール６２を示す。手術ツール６２は、手術ツール２６の一つの例である。図示される患者側カート２２は、３つの手術ツール２６、及び例えば処置部位の画像キャプチャーに使用される立体視内視鏡のような、一つの画像装置２８の操作を提供する。操作は、多数のロボット関節を有するロボット機構によって提供される。画像装置２８及び手術ツール２６は、運動学的な遠隔の中心が患者の切開の位置に維持されて切開の寸法を最小化するように、患者の切開を通じて配置及び操作されることができる。手術ツール２６が画像装置２８の視野内に位置する場合に、手術部位の画像は、手術ツール２６の遠位端部の画像を含むことができる。
【００６２】
器具運搬アセンブリ
【００６３】
図６及び図７は、運搬アセンブリ７２及び器具保持アセンブリ７４を含む、多くの実施形態によるロボットアセンブリ７０を示す。器具保持アセンブリ７４は、器具保持ベース部材７６及びスパーフィッティング７８を含み、スパーフィッティング７８は、器具保持ベース部材７６にスライド可能に取り付けられている。運搬アセンブリ７２は、スパーフィッティング７８に取り付けることができる。器具保持アセンブリ７４は、運搬部駆動機構（図示なし）を含む。運搬部駆動機構は、器具保持ベース部材７６に沿ってスパーフィッティング７８を選択的に移動させるように機能することができる。それにより、運搬部駆動機構は、運搬アセンブリ７２を器具保持ベース部材７６に沿って、運搬アセンブリ７２に取り付けられる手術器具（図示なし）の挿入軸に沿って移動させることができる。
【００６４】
運搬アセンブリ７２は、５つの出力駆動結合器８０を含む。複数の出力駆動結合器８０のそれぞれは、手術器具が運搬アセンブリ７２に取り付けられた場合に、対応する手術器具の入力駆動結合器に駆動力を伝達可能な形式で結合する（駆動結合する）ように構成されている。５つの出力駆動結合器８０のそれぞれは独立して作動させられることができ、取り付けられた手術器具の対応する機構を作動させる。例えば、複数の出力駆動結合器８０のうちの一つは手術器具の延長したシャフトを回動させるために使用されることができ、一つは取り付けられた手術器具のエンドエフェクタを第一の軸（例えばピッチ軸）の回りで関節のように動かすために使用されることができ、一つはエンドエフェクタを第一の軸に対して垂直な第二の軸（例えばヨー軸）の回りで関節のように動かすために使用されることができ、一つはエンドエフェクタの締め付け顎部を関節のように動かすために使用されることができ、そして一つはエンドエフェクタのステープリング及び切断カートリッジを関節のように動かすために使用されることができる。一つの好ましい実施形態において、５つの出力駆動結合器のそれぞれの回転軸は、手術器具の細長いシャフトに対して実質的に平行である。運搬アセンブリ７２は５つの出力駆動結合器８０を含むが、運搬アセンブリは如何なる適切な数の出力駆動結合器をもって構成されてもよい。
【００６５】
多くの実施形態において、複数の出力駆動結合器のうちの二つは、二本指の手術器具の単一の指部をそれぞれ駆動するように構成されてもよい。二本の指部の相対的な動きは協力して、二本指の手術器具の手術用エンドエフェクタの握る動作及びヨー動作の両方を提供する。多くの実施形態において、手術器具シャフトから最も遠い二つの出力駆動結合器が、これらの把握／ヨー動作を駆動するために使用される。
【００６６】
また、一つの好ましい実施形態において、複数の出力駆動結合器は、運搬部（キャリッジ）の幅を最小化するために、整列して（in  an  array）配置される。例えば、最大で二つの出力駆動結合器が、運搬部の幅方向で互いに隣接するように配置されてもよい（例えば、図６における複数の駆動結合器８０の配列を参照されたい。そこでは、５つの駆動結合器８０のアレイの図６の位置に対して右側の二つの駆動結合器が互いに運搬部の幅方向で隣接しており、同様に５つの駆動結合器８０のアレイの図６の位置に対して左側の二つの駆動結合器が互いに運搬部の幅方向で隣接している）。
【００６７】
運搬アセンブリ７２はまた、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）アンテナモジュール８２及び接触アセンブリ８４を含む。ＲＦＩＤアンテナモジュール８２は、手術器具上又は無菌アダプタ構成要素上のＲＦＩＤタグに問合せをし、例えば取り付けられた手術器具を特定するため及び／又は取り付けられた手術器具の存在を検出するために使用されることができる。接触アセンブリ８４は、取り付けられた手術器具の識別チップに接続して、例えば取り付けられた手術器具を特定する及び／又は取り付けられた手術器具又は無菌アダプタの存在を検出することができる。一つの好ましい実施形態において、ＲＦＩＤアンテナモジュール８２は、近距離、例えば０ｍｍからおよそ２０ｍｍの分離距離で器具ＲＦＩＤタグを読み取るように設計される。ＲＦＩＤタグ信号は、その後運搬部からの器具の接近、存在及び／又は取り外しの決定を助けるための情報の一つの（重複した）一片として使用されることができる。
【００６８】
図８は、複数の出力駆動結合器８０を作動させるために使用される、複数の駆動モータ８６の組み込まれた配列を示す。多くの実施形態において、複数の駆動モータ８６は電子的に整流されるモータ（ＥＣＭｓ）であり、ＥＣＭｓは関連する電子整流システムによって制御される。ＥＣＭは、回転する永久磁石及びそれに固定されたアマチュアを有し、アマチュアを動かすために電流を接続させる必要を無くしている。電子制御部は、ブラシを有する直流電流（ＤＣ）モータのブラシ／コンミテーターアセンブリの換わりとなる。複数の駆動モータ８６のそれぞれについての回転子の方向は、センサアセンブリによってモニタ（又は監視若しくは測定）され、その駆動モータについての電子制御部に提供される。駆動モータ方向は、駆動モータの巻き線の位相を制御して駆動モータの回転を制御するために、電子制御部によって使用される。複数の駆動モータ８６は、４つの角部駆動モータ及びその４つの角部駆動モータの間に配置された一つの中央駆動モータを含むパターンで配列されている。組み込まれた配列において、４つの角部駆動モータのそれぞれは、（例えば、５ｍｍよりも小さな距離だけ離されて、２ｍｍよりも小さな距離だけ離されて）隣接する角部駆動モータ及び中央駆動モータに直接に隣接して配置されている。そして中央駆動モータは、４つの角部駆動モータのそれぞれに直接に隣接して配置されている。この配列は、二つの角部駆動モータの間に、中央駆動モータの向かい合う（反対側の）複数の部分に接して、オープンスペースを提供する。一つの好ましい実施形態において、複数の駆動モータは、固定子及び回転子が個別の構成要素である一つの“構成要素の組”であり、運搬ハウジング内に組み込まれた後にのみ完全かつ機能的なモータを形成している。
【００６９】
図９は、複数の駆動モータ８６に結合された複数の出力アセンブリ８８，９０を示す。４つの出力アセンブリのそれぞれ（出力アセンブリ８８）は、バネ付勢された出力駆動結合器８０及び二段階の遊星ギヤボックス９２を含む。出力アセンブリ９０は、バネ付勢された出力駆動結合器８０及び一段階の遊星ギヤボックス９４を含む。複数の遊星ギヤボックス９２，９４のそれぞれは、複数のバネ付勢された出力駆動結合器８０のうちの一つを、複数の駆動モータ８６のうちの対応する一つに駆動力を伝達可能に結合（駆動結合）させる。多くの実施形態において、高効率の後方駆動可能性を提供するために、出力アセンブリギヤボックスのギヤ比は、好ましくは４０：１よりも小さい。高効率の後方駆動可能性は、高性能の手術動作を可能にするために重要な特徴である。一つの好ましい実施形態において、複数の二段階の遊星ギヤボックス９２のそれぞれは、およそ２８から１へのギヤ減速を提供する。一段階の遊星ギヤボックス９４は、およそ５．３から１へのギヤ減速を提供する。複数の遊星ギヤボックス９２，９４のそれぞれは、外側ハウジングを含む。外側ハウジングは、スロット状に作られた開口部９６（その大部分は図９の見る方向に治して隠されている）を有する。開口部９６は、運搬ギヤと整列させられる。運搬ギヤは外部ギヤ歯を有し、外部ギヤ歯はスロット状に作られた開口部９６を通って延びるピニオンギヤを駆動するように構成されている。複数の外部にギヤ歯を有する運搬ギヤのそれぞれは、複数の遊星ギヤボックス９２，９４についての複数の出力リンクであり、したがって、対応する出力駆動結合器８０と同調して（又は一致して）回転する。
【００７０】
図１０は、複数の遊星ギヤボックス９２，９４の外部にギヤ歯を設けられた複数の運搬ギヤに駆動結合させられた、５つのセンサアセンブリ９８を示す。複数のセンサアセンブリ９８のそれぞれは、ピニオンギヤ１００、ピニオンギヤ１００に結合させられたシャフトアセンブリ１０２、及びセンサ目標１０４を含み、その位置は、絶対位置センサアセンブリ（図示なし）によってモニタされる。各ピニオンギヤ１００は、スロット状に作られた開口部９６のうちの一つを通って延び、対応する遊星ギヤボックスの、外部にギヤ歯を設けられた運搬ギヤに係合し、運搬ギヤによって駆動される。５つの駆動モータ８６及び関連する遊星ギヤボックス９２，９４は二つの空き体積１０６，１０８を提供するパターンで配列され、二つの空き体積１０６，１０８は中央駆動モータの複数の向かい合う（反対の）側に位置する。複数の遊星ギヤボックス９２，９４のそれぞれは、そのスロット状に作られた開口部９６が空き体積１０６，１０８のうちの一つに面するように方向付けられる。複数のセンサアセンブリ９８のうちの二つは、近い側の空き体積１０６に配置される。そして複数のセンサアセンブリ９８のうちの三つは、遠い側の空き体積１０８に配置される。複数の角部遊星ギヤボックスに係合するセンサアセンブリ９８のためのピニオンギヤ１００は、近い側の空き体積１０６内の二つのピニオンギヤ１００について示される面と同一の幾何学的平面上に位置する。中央遊星ギヤボックスに係合するセンサアセンブリ９８のためのピニオンギヤ１００は、遠い側の空き体積１０８内に配置される他の二つのピニオンギヤからずらして配置され、かつ、重なり合う。多くの実施形態において、スロット状に作られた開口部９６は、増大した幅を有し、遠い側の空き体積１０８内に配置された複数のピニオンギヤ１００の間の重なり合いに関連する、ピニオンギヤ１００の起こり得る複数の位置を収容することができる。同様に、多くの実施形態において、外部にギヤ歯を設けられた運搬ギヤのギヤ歯は、増大した幅を有し、遠い側の空き体積１０８内に配置された複数のピニオンギヤ１００の間の重なり合いに関連する、ピニオンギヤ１００の起こり得る複数の位置に適合することができる。
【００７１】
各シャフトアセンブリは、駆動シャフト１１０、下端軸受１１２、上端軸受１１４及び圧縮バネ１１６を含む。上端軸受１１４は、駆動シャフト１１０に沿って平行移動させられることができる。それにより、圧縮バネ１１６を圧縮して、（図１１に示される）モータハウジング内へのセンサアセンブリ９８の横からの組み込みに適するように、上端軸受１１４を配置することができる。ひとたびモータハウジング内に組み込まれると、圧縮バネ１１６の伸展は、上端軸受１１４を再配置して、モータハウジング内の対応する軸受受容部と係合させる。
【００７２】
図１１は、モータハウジング１１８を示す。モータハウジング１１８は、複数の駆動モータ８６、複数の遊星ギヤボックス９２，９４及び複数のセンサアセンブリ９８を備えており、これらはモータハウジング１１８に取り付けられ又は組み込まれている。多くの実施形態において、モータハウジング１１８は、モノリシックに機械加工された構成要素であり、複数の駆動モータ８６、複数のセンサアセンブリ９８及び運搬アセンブリ７２のその他の構成要素を収容及び／又は支持するように構成されている。一つの好ましい実施形態において、モノリシックに機械加工されたモータハウジング１１８は、７０Ｗ／ｍ−Ｋよりも大きな熱伝導性を有する材料（例えば、マグネシウム又はアルミニウム）で作られている。
【００７３】
図１２は、ホール効果センサアセンブリ１２０を示す分解図である。ホール効果センサアセンブリ１２０は、取り付けフレーム１２２及び取り付けフレーム１２２に取り付けられた５つのホール効果センサ１２４を含む。複数のホール効果センサ１２４のそれぞれは、モータの回転子の交互に変わる磁北極及び南磁極がセンサの傍を通過するときに変化する出力信号を提供することによって、対応する駆動モータ８６の回転子の位置をモニタする。複数のホール効果センサ１２４のそれぞれからの出力信号は、対応する駆動モータのための電子制御部への入力である。複数の電子制御部のそれぞれは、対応する駆動モータの巻き線の位相を制御して駆動モータの回転を制御するために、位置信号を使用する。取り付けフレーム１２２はまた、５つのセンサアセンブリ９８の下端軸受１１２を受容及び支持する複数のレセプタクル１２６を有する。図１３は、モータハウジング１１８に取り付けられたホール効果アセンブリ１２０を示す。
【００７４】
図１４は、絶対位置センサアセンブリ１２８を示す拡大図である。絶対位置センサアセンブリ１２８は、取り付けフレーム１３０及び取り付けフレームに取り付けられた１０個の位置センサ１３２を含む。複数の位置センサ１３２のうちの５つは、複数のセンサアセンブリ９８のうちの対応する一つの位置をモニタし、それによって対応する出力駆動結合器８０の位置をモニタする。加えて、複数の位置センサ１３２のうちの５つは、５つのモータ構成要素の位置をモニタする。これらの５つの位置センサは、ホール効果センサアセンブリに加えて、モータ回転検知の第二の手段を提供する。多くの実施形態において、複数の位置センサ１３２は、対応するセンサアセンブリ９８のセンサ目標１０４上の光学的に読み取り可能なパターンの角度位置を検知することにより、センサ目標１０４の位置を検知する、光学センサを含む。図１５は、その組込み位置に取り付けられた位置センサアセンブリ１２８を示す。
【００７５】
図１６乃至図１８は、運搬アセンブリ７２の複数の追加的な構成要素を示す。図１６は、電子制御アセンブリ１３４、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）アンテナモジュール８２及び接触アセンブリ８４の取り付けられた位置を示す。図１７は、下方ハウジング１３６及び側方カバー１３８の取り付けられた位置を示す。そして図１８は、外側ハウジング４０の取り付けられた位置を示す。
【００７６】
図１９は、複数の二段階の遊星ギヤボックス９２のうちの一つ及び複数の出力駆動結合器８０のうちの関連する一つを示す。出力駆動結合器８０は反対側に配置された駆動レセプタクル１４２，１４４を含み、駆動レセプタクル１４２，１４４は対応する駆動延長部機構をはめ合い結合で受容し、駆動結合する。駆動レセプタクル１４２，１４４は、異なる半径方向の位置に配置されており、それによって、出力駆動結合器８０と対応するはめ合い結合との間でただ一つの係合の角度位置が可能であることを確かにしている。
【００７７】
図２０は、複数の二段階の遊星ギヤボックス９２のうちの一つの断面図を示す。遊星ギヤボックス９２は、外側ハウジング１４６、第一の遊星段階１４８、第二の遊星段階１５０及び二重列軸受１５２を含む。第一の遊星段階１４８は複数の第一段階遊星ギヤ１５４を含み、複数の第一段階遊星ギヤ１５４は対応する駆動モータ８６の回転子に取り付けられた太陽ギヤ（図示なし）と相互作用し、その太陽ギヤによって駆動される。複数の第一段階遊星ギヤ１５４は、第一段階出力太陽ギヤ１５８に固定的に取り付けられた第一段階キャリア１５６に回転可能にはめ込まれている。複数の第一段階遊星ギヤ１５４は、外側ハウジング１４６と一体の内部リングギヤ１６０と相互作用する。第二の遊星段階１５０は第二段階遊星ギヤ１６１を含み、第二段階遊星ギヤ１６１は第一段階出力太陽ギヤ１５８と相互作用し、太陽ギヤ１５８によって駆動される。第二段階遊星ギヤ１６１は、第二段階キャリア１６２に回転可能にはめ込まれている。第二段階遊星ギヤ１６１は、外側ハウジング１４６と一体の内部リングギヤ１６０と相互作用する。第二段階キャリア１６２は外部ギヤ歯１６４を有し、外部ギヤ歯１６４は対応するセンサアセンブリ９８のピニオンギヤ１００と相互作用し、ピニオンギヤ１００を駆動する。前述したように、第二段階キャリア外部ギヤ歯１６４及び外側ハウジング１４６の開口部９６は、遊星ギヤボックス９２の軸方向における幅を有する。その幅は、複数のピニオンギヤ１００の間の重なり合いに関連する、対応するピニオンギヤ１００の、起こり得る異なる複数の位置を収容することができる寸法を有している。
【００７８】
第二段階キャリア１６２は、内側中空シャフト１６６に固定的に結合されている。内側中空シャフト１６６は、二重列軸受１５２の内輪と相互作用し、内輪によって支持される。保持リング１６８は、内側中空シャフト１６６に設けられたスロットと相互作用し、第二段階キャリア１６２及び内側中空シャフト１６６のアセンブリを、二重列軸受１５２の内輪に対して保持する。二重列軸受１５２は、第二段階キャリア１６２を外側ハウジング１４６と同心的に回転するように拘束する働きをする、二つの転動体の列を含む。二重列軸受１５２によってもたらされる追加的な回転の拘束によって、二重列軸受１５２は、二つ以上の分離した軸受の代わりに使用される。それにより、遊星ギヤボックス９２が、従来の二つ以上の分離した軸受を有する遊星ギヤボックスと比較して、遊星ギヤボックス９２の軸方向に沿って、より小さな長さを有することが可能にされている。
【００７９】
第二段階キャリア１６２は、外部のスプラインを介して出力駆動結合器８０に駆動結合されている。圧縮バネ１７０は、出力駆動結合器８０を伸長した位置に向けて付勢する。第二段階キャリア１６２、出力駆動結合器８０及び圧縮バネ１７０は、係合過程の間に出力駆動結合器８０が遊星ギヤボックス９２に向かって動かされることができるように構成される。係合過程において、出力駆動結合器８０は、駆動レセプタクル１４２，１４４が対応する駆動延長部機構とはめ合い結合で正しく整列させられるように方向付けられるまで回転させられる。一段階の遊星ギヤボックス９４は、二段階の遊星ギヤボックス９２と同様に構成されるが、第一の遊星段階１４８を有しない。
【００８０】
図２１は、複数の駆動モータ８６のうちの一つの側面図を示す。複数の駆動モータ８６のそれぞれは、その駆動モータの向かい合う複数の端部に（反対側に）配置された複数の磁束シールド１７２を有する。図２２は、駆動モータ８６の残りの部分から外された、磁束シールド１７２を示す分解図である。多くの実施形態において、複数の駆動モータ８６のそれぞれは、適当に高い透磁率を有した、適切な軟磁性材料（例えば、鉄、コバルト及び／又はニッケル）で作られている。図示された実施形態において、各磁束シールド１７２は、駆動モータ８６の軸長さに対する図示された軸方向長さを有する、薄い中空の筒として構成されている。複数の磁束シールド１７２は駆動モータ８６の末端に配置されて、磁化されたモータの回転子から発する磁束線を内に閉じ込め、それらの磁束線が駆動モータ８６に隣接して延びて、隣接する駆動モータと相互作用及び／又は隣接するモータセンサと相互作用しないようにする。
【００８１】
図２３は、複数の駆動モータ８６のうちの一つの断面図を示す。駆動モータ８６は、複数の永久磁石１７６を有する回転子１７４、上端軸受１７８、下端軸受１８０、出力ギヤ１８２、位置センサ目標１８４（これは図１４に示される光学エンコーダのための目標であり、図１２に示されるホール効果センサの目標ではないことに留意されたい）、内部にモータ巻き線１８８が配置された外側モータハウジング１８６、複数の磁束シールド１７２及びエンドキャップ１９０を含む。複数の磁束シールド１７２のそれぞれは、モータ巻き線１８８の対応する端部と重なり合うように、駆動モータ８６の向かい合う複数の端部（反対側）に配置されている。磁束シールド１７２の位置及び形状は、磁化されたモータの回転子から発する磁束線が隣接する（複数の）駆動モータ及び／又は一つ以上の隣接するモータ位置センサと相互作用することを抑止及び／又は阻止するように選択される。シールドは、永久磁石に由来する回転子上の磁界が隣接する複数のモータ及び／又は複数のセンサと相互作用することを阻止する。固定子巻き線に由来する磁界は、回転子の回転する永久磁石の磁界よりも通常はるかに弱く、通常有害な干渉の主な原因にならない。シールドは、しかしながら、両方の効果を緩和する働きをする。
【００８２】
図２４は、多くの実施形態によるロボットアセンブリ２００を示す。ロボットアセンブリ２００は、挿入軸ベース２０２、挿入軸アセンブリ２０４、運搬アセンブリ２０６及び無菌アダプタ２０８を含む。挿入軸アセンブリ２０４は伸縮可能であり、上流のリンク機構（図示なし）を介して選択的に配置及び方向付けされることができる、挿入軸ベース２０２に取り付けられている。運搬アセンブリ２０６は、挿入軸アセンブリ２０４に取り付けられ、挿入軸アセンブリ２０４に沿って選択的に平行移動可能である。運搬アセンブリ２０６は８つの回転駆動アセンブリを含み、回転駆動アセンブリは運搬アセンブリ２０６に取り付けられる手術器具（図示なし）の対応する８つの入力部に結合し、最大で８つの入力部を作動させるように構成される。無菌アダプタ２０８は、無菌アダプタ２０８の迅速な解放を提供する、スナップイン方式の接合部分設計によって運搬アセンブリ２０６に取り付けられるように構成される。無菌アダプタ２０８は８つの回転結合器を含み、８つの回転結合器は運搬アセンブリの８つの回転駆動アセンブリの出力部を、運搬アセンブリ２０６に取り付けられる手術器具（図示なし）の複数の回転駆動入力部に駆動結合させる。多くの実施形態において、８つの回転駆動アセンブリは、手術器具の最大で６つの回転駆動入力部を作動させるために使用される６つの駆動アセンブリ、及び、高度な手術器具（例えば、ステープラ、血管シーラー）の追加的な回転駆動入力部を駆動するために使用される二つの追加的な回転駆動アセンブリを含む。
【００８３】
図２５は、運搬アセンブリ２０６の駆動アセンブリ２１２を示す。駆動アセンブリ２１２は、８つの駆動アセンブリ２１４を含む。複数の駆動アセンブリ２１４のそれぞれは、駆動モータ８６、第一の角度位置センサ２１６、第二の角度位置センサ２１８及び遊星ギヤボックス２２０を含む。駆動アセンブリ２１２の８つの駆動モータ８６は、幅２、奥行き４のアレイで配置されている。駆動アセンブリ２１２はモータハウジング２２２を含み、モータハウジング２２２は、駆動モータ８６、第一の角度位置センサ２１６、第二の角度位置センサ２１８及び遊星ギヤボックス２２０を収容及び／又は支持するように構成されている。
【００８４】
駆動モータ８６は、本明細書において記述された運搬アセンブリ７２の駆動モータ８６と同様に構成されている。そのため、運搬アセンブリ７２の駆動モータ８６の記述は、駆動アセンブリ２１２の駆動モータ８６に当てはまり、したがって、ここでは繰り返されない。
【００８５】
如何なる適切な角度位置センサであっても、第一及び第二の角度位置センサ２１６，２１８のために使用されることができる。例えば、多くの実施形態において、複数の第一の角度位置センサ２１６のそれぞれは、対応する駆動モータ８６の回転子に取り付けられた磁石２２４の絶対的な位置を追跡する磁気センサを含む絶対磁気エンコーダであってもよい。多くの実施形態において、第二の角度位置センサ２１８は、小型ホール効果センサである。複数の駆動アセンブリ２１４のそれぞれにおける駆動モータ８６の角度位置は、第一及び第二の角度位置センサ２１６，２１８によって重複して追跡される。それにより、駆動モータ８６の角度位置の追跡のさらに高い信頼水準がもたらされる。
【００８６】
８つの遊星ギヤボックス２２０は、本明細書において記述された運搬アセンブリ７２の出力アセンブリ８８，９０と同様に構成されている。留意すべき差異は、遊星ギヤボックス２２０はギヤボックスの中心線に沿って分配された複数の追加的な軸受アセンブリを含むこと及びそれ故に出力アセンブリ８８，９０よりも幾分長いことを含む。８つの遊星ギヤボックス２２０は、比較的頑丈であり、高度に後退駆動が可能であり、効率的であり、隙間が小さい（例えば、０．０５度）。二つの遊星段階は、標準的な低速駆動アセンブリ２１４（例えば、複数の駆動アセンブリ２１４のうちの７つ）に関して２８から１へのギヤ減速を生み出すために使用される。そして一つの遊星段階は、低速駆動アセンブリ２１４（例えば、８つの駆動アセンブリ２１４のうちの１つ）に関して５．３から１へのギヤ減速を生み出すために使用される。
【００８７】
本明細書において記述されたように、複数の駆動モータ８６のうちのそれぞれは、駆動モータ８６の末端に配置された複数の磁束シールド１７２を含む。複数の磁束シールド１７２は、磁化されたモータの回転子から発する磁束線を内に閉じ込めるように働き、それらの磁束線が駆動モータ８６に隣接して延びて、隣接する駆動モータと相互作用及び／又は隣接する第一及び／又は第二の角度位置センサ２１６，２１８と相互作用させない。
【００８８】
複数の他の変形が、本発明の精神の範囲に含まれる。それ故に、本発明は、様々な変更および代替の構成を受け入れることができるが、本発明のある例示された実施形態が図面に示され、詳細に上述されている。しかしながら、本発明を開示された特定の形態又は複数の形態に限定する意図はなく、反対に、全ての修正、代替構成、及び添付の特許請求の範囲で定義されるような本発明の精神および範囲内に入る等価物を包含することを意図することが理解されるべきである。
【００８９】
本発明を記述する文脈（特に特許請求の範囲の文脈）における用語“一つ（a，an，the）”及び類似の参照の使用は、明細書等にこれに反する示唆がなされるか又は文脈上明確に矛盾しない限り、単数及び複数の両方を包含すると解釈されるべきである。用語“有する”、“持つ”及び“含む”は、これに反する注記がなされない限り、オープン・エンドの用語である（すなわち、“含むが、これに限定されない”ことを意味する）と解釈されるべきである。用語“接続される”は、間に何らかのものが存在するとしても、部分的又は全体的に、中に含まれる、取り付けられる、又は一体に接合されると解釈されるべきである。本明細書における値の範囲の列挙は、明細書等にこれに反する示唆がなされない限り、単に、範囲内に含まれる個々の別個の値を個々に言及する簡便な方法として機能することを意図している。そして、個々の別個の値は、明細書等において独立に列挙された場合と同様に詳細な説明に取り込まれる。本明細書において記述された全ての方法は、明細書等にこれに反する示唆がなされるか又は文脈上明確に矛盾しない限り、如何なる適切な順序でも実施され得る。本明細書においてなされる如何なる及び全ての例又は例示的な言葉（例えば、“のような”）の使用は、これに反する請求がなされない限り、単に本発明の実施形態をより分かりやすく例示することを意図しており、本発明の範囲に限定を提示するものではない。詳細な説明における如何なる言葉も、如何なる請求項に記載のない要素が本発明の実施に本質的であると示唆するものとして解釈されるべきではない。
【００９０】
複数の本発明の好ましい実施形態が、発明者らが知る本発明を実施するための最良の形態を含め、本明細書に記載されている。これらの好ましい実施形態の様々な変形が、先の記述を読むことによって当業者に明らかとなるであろう。発明者らは、当業者が適宜このような変形を用いることを予期し、そして発明者らは、本発明が本明細書において具体的に記載した以外の方法で実施されることを意図する。したがって、本発明は、適用可能な法によって許容されるように、本明細書に添付の特許請求の範囲に記載された主題の全ての変更及び等価物を含む。その上に、明細書等にこれに反する示唆がなされるか又は文脈上明確に矛盾しない限り、そのすべての可能な変形における上記要素の任意の組合せが本発明に包含される。
【００９１】
本明細書において引用した刊行物、特許出願、及び特許を含む全ての参考文献は、各参考文献が個別にかつ具体的に参照により組み込まれることが示され、その全体が本明細書に記載されている場合と同程度に、参照により本明細書に組み入れられる。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【外国語明細書】
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