(57)【要約】一つの例示的な実施形態によれば、マニピュレータ装置は、基部、第一リニアスライド、第二リニアスライド、駆動リンク、駆動部材、従動部材、及びエンドエフェクタを備える。マニピュレータ装置の構成要素は、駆動リンクが第二リニアスライドのキャリッジをアーチ状経路に沿って移動させるときに、近位動心からずらした遠隔動心の周りにおけるエンドエフェクタの回転を制限するように協働する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
マニピュレータ装置において、
基部と、
前記基部に取り付けられ、第一軸線に沿って移動可能な第一キャリッジを有する第一リニアスライドと、
前記第一キャリッジに取り付けられ、前記第一軸線に直交する第二軸線に沿って移動可能な第二キャリッジを有する第二リニアスライドと、
前記基部及び前記第二キャリッジの間に連結されており、前記基部に対して固定される近位動心の周りを回転可能であり、前記基部へのアーチ状経路を前記第二キャリッジが移動するように構成される駆動リンクであって、前記アーチ状経路は、一定の半径を有し、前記第一及び前記第二リニアスライドは、前記第二キャリッジが前記アーチ状経路に沿って移動するときに、前記第二キャリッジが前記基部に対する非回転配向を有することを制限する前記駆動リンクと、
前記第二キャリッジにより支持され、前記第二キャリッジが前記駆動リンクと同じ回転配向を維持しつつも前記アーチ状経路に沿って移動するときに、前記第二キャリッジに対して回転するように、前記駆動リンクに連結される駆動部材と、
前記第二キャリッジにより支持され、前記第二キャリッジが前記駆動部材及び前記駆動リンクと同じ回転配向を維持しつつも前記アーチ状経路に沿って移動するときに、前記第二キャリッジに対して回転するように、水平方向に離れた間隔を空けて前記駆動部材に回転連結される従動部材と、
前記第二キャリッジにより支持され、前記従動部材、前記駆動部材、及び前記駆動リンクと同じ回転配向を維持するように、前記従動部材に回転連結されるエンドエフェクタと
を備え、前記マニピュレータ装置の前記の構成要素によって、前記駆動リンクが前記第二キャリッジを前記アーチ状経路に沿って移動させるときに、前記近位動心からずらした遠隔動心の周りにおける前記エンドエフェクタの回転を制限するように協働するマニピュレータ装置。
【請求項２】
前記エンドエフェクタが前記遠隔動心の周りを２自由度で球状に回転可能であるように、前記基部は、前記近位動心及び前記遠隔動心に交差する軸線の周りを回転可能である請求項１に記載のマニピュレータ装置。
【請求項３】
前記駆動リンクに連結されて前記第二キャリッジを前記アーチ状経路に沿って移動させるように構成された原動機をさらに備える請求項１に記載のマニピュレータ装置。
【請求項４】
少なくとも１自由度がコンピュータによって制御されるアクチュエータにより駆動される自動モードを備える請求項３に記載のマニピュレータ装置。
【請求項５】
前記エンドエフェクタは、手動で移動させられるように構成され、前記駆動リンクは、前記第二キャリッジの前記動作に追従して前記第二キャリッジが前記アーチ状経路に沿って移動することを制限するように構成される請求項１に記載のマニピュレータ装置。
【請求項６】
前記エンドエフェクタの手動動作を感知して、こうした動作を支援するための力が原動機から供給される動力支援モードを備える請求項５に記載のマニピュレータ装置。
【請求項７】
前記手動モード、前記動力支援モード、及び少なくとも１自由度がコンピュータによって制御されるアクチュエータにより駆動される自動モードを備える請求項６に記載のマニピュレータ装置。
【請求項８】
前記エンドエフェクタは、静脈ライン刺入器を備える請求項１に記載のマニピュレータ装置。
【請求項９】
前記遠隔動心の周りを前記２自由度で回転する回転位置のフィードバックを供給するシャフトエンコーダをさらに備える請求項２に記載のマニピュレータ装置。
【請求項１０】
基部に対して固定される近位動心からずらした遠隔動心の周りにおけるエンドエフェクタの回転を制限する方法において、
前記基部及び前記基部に取り付けられて第一キャリッジを有する第一リニアスライドを提供することと、
前記第一キャリッジを第一軸線に沿って移動させることと、
前記第一キャリッジに取り付けられて第二キャリッジを有する第二リニアスライドを提供することと、
前記第二キャリッジを前記第一軸線に直交する第二軸線に沿って移動させることと、
前記基部及び前記第二キャリッジの間に連結される駆動リンクを提供することと、
前記駆動リンクが前記第二キャリッジを前記基部へのアーチ状経路を通じて移動させ、前記アーチ状経路は、一定の半径を有し、前記第一及び前記第二リニアスライドは、前記第二キャリッジが前記アーチ状経路に沿って移動するときに、前記第二キャリッジが前記基部に対する非回転配向を有することを制限するように、前記駆動リンクを前記近位動心の周りで回転させることと、
前記第二キャリッジにより支持され、前記駆動リンクに連結される駆動部材を提供することと、
前記第二キャリッジが前記アーチ状経路に沿って移動するときに、前記駆動部材を前記第二キャリッジに対して回転させ、前記駆動リンクと同じ回転配向を維持することと、
前記第二キャリッジにより支持され、水平方向に離れた間隔を空けて前記駆動部材に回転連結される従動部材を提供することと、
前記第二キャリッジが前記アーチ状経路に沿って移動するときに、前記従動部材を前記第二キャリッジに対して回転させ、前記従動部材を前記駆動部材及び前記駆動リンクと同じ回転配向に維持することと、
前記第二キャリッジにより支持され、前記従動部材、前記駆動部材、及び前記駆動リンクと同じ回転配向を維持するように、前記従動部材に回転連結されるエンドエフェクタを提供することと
を備える方法。
【請求項１１】
前記エンドエフェクタを前記遠隔動心の周りに２自由度で球状に回転させるように、前記基部を前記近位動心及び前記遠隔動心に交差する軸線の周りで回転させることをさらに備える請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第二キャリッジを前記駆動リンクに連結される原動機で前記アーチ状経路に沿って移動させることをさらに備える請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも１自由度がコンピュータによって制御されるアクチュエータにより駆動される当該装置の自動モードを選択することをさらに備える請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記エンドエフェクタを手動で移動させることと、前記駆動リンクが前記第二キャリッジの前記動作に追従して前記第二キャリッジが前記アーチ状経路に沿って移動することを制限することを許容することとをさらに備える請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記エンドエフェクタの手動動作を感知して、こうした動作を支援するための力が原動機から供給される当該装置の動力支援モードを選択することをさらに備える請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
当該装置の前記手動モード、前記動力支援モード、及び少なくとも１自由度がコンピュータによって制御されるアクチュエータにより駆動される自動モードから交互に選択することをさらに備える請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記エンドエフェクタに静脈ライン刺入器を提供することをさらに備える請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記遠隔動心の周りを前記２自由度で回転する回転位置のシャフトエンコーダでフィードバックを提供することをさらに備える請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に医療機器に関し、より詳細には医療用具を案内するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療用具を案内するための装置は、たとえば手術器具の操作やカメラ又はセンサーの操作や生検等の様々な医療処置に有益な補助を提供することが明らかである。また、医療用具を案内するための装置は通常、たとえば外科的処置又は生検処置のようなフリーハンドの医療処置に比べて再現性を向上させる。
【０００３】
こうした装置は、通常１以上の自由度を有し、この１以上の自由度に医者から与えられる動力によるブレーキを装着することで、手動で駆動されてもよく、もしくは、少なくとも１自由度がコンピュータによって制御されるアクチュエータにより駆動されることで自動化されてもよい。
【０００４】
医療用具は、患者の身体の内部の部位、外部の部位、又は極めて接近する部位の周りに向けられる必要があることが多い。しかし、こうした支持装置が、たとえば医者による患者の観察又は接近を妨げる可能性があるため、患者の身体にあまりに接近した位置にある用具を支持する装置が本体を備えることは不都合である。遠隔支点又は遠隔動心の周りに用具を向けることができる装置は、このような不都合を回避することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５，３９７，３２３号
【特許文献２】米国特許第５，５１５，４７８号
【特許文献３】米国特許第５，６３０，４３１号
【特許文献４】米国特許第５，８１７，０８４号
【特許文献５】米国特許第５，９０７，６６４号
【特許文献６】米国特許第６，０４７，６１０号
【特許文献７】米国特許第６，２４６，２００号
【特許文献８】米国特許第７，０２１，１７３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ロボット工学では、たとえば特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、及び特許文献８に記載されているように、遠隔動心の周りに用具を向ける装置の利用が知られている。
【０００７】
Ｔａｙｌｏｒらの特許文献１には、遠隔動心を指向する回転の第一軸線と、二組の剛体棒及び円筒ジョイントの並列リンク機構により実施される平行四辺形リンク機構によって実現される第二軸線とを備えた手術用ロボットにおける遠隔動心の原理が開示されている。遠隔動心の二つの軸は、直交しており、直立状態で開始方向であるゼロ方向の周りで操作される機構である。
【０００８】
残念ながら、Ｔａｙｌｏｒらの平行四辺形の構造及び他の従来の平行四辺形リンク機構は、かさばるために、患者の身体に注意を払いつつ適切に位置決めすることを困難にし、場合によっては患者に居心地の悪い位置や異例の位置をとることを強制する。そのため、医療用具を案内するための別の装置が必要である。
【０００９】
特許文献４には、遠隔動心を実現する他の代表的なリンク機構が開示されている。開示されたリンク機構の配列は、挿入軸の位置決め用のモータに動心から距離を置くことを許容する。しかし、第一モータは、開示されたリンク機構の配列における第二モータの質量全体を移動させる必要がある。これには、大型の第一モータが必要とされる。第二モータは、移動に応じて容量を掃き出す。これらの欠点のいずれも、開示されたリンク機構の配列の質量及び容積を増加させる。
【００１０】
特定の適用例では、壁にある小さい開口を通過することができるエンドエフェクタを有するロボットマニピュレータ装置を提供することが望ましい。この一つの方法では、実質的に挿入軸が壁を交差する点、すなわち、挿入軸にちなんでいわゆる動心と呼ばれる点の周りにおける回転を制限する挿入軸に沿うエンドエフェクタを紹介することができる。
【００１１】
エンドエフェクタの位置を、動心を基点として球面座標系に表すことができることが認識され得る。エンドエフェクタの位置は、動心からエンドエフェクタまでの距離の角変位及び半径の二つで表すことができる。このように、壁にある小さい開口を通過する間は、ロボットマニピュレータの動作範囲内のいずれの位置であっても、エンドエフェクタを位置決めすることができる。
【００１２】
このようなロボットマニピュレータの一つの適用例は、外科的処置を行うためのエンドエフェクタの位置決めである。最小侵襲手術（ｍｉｎｉｍａｌｌｙ  ｉｎｖａｓｉｖｅ  ｓｕｒｇｅｒｙ：ＭＩＳ）は、よくトロカールスリーブ又はカニューレを介して内部の手術部位に導入されるカメラ及び細長い外科的器具を利用し、小切開を通じて患者を手術するための外科的技術を実現する。手術部位には、患者の腹部のような体腔がよく含まれる。注入ガスのような透明な流体を利用して体腔を任意に膨張させてもよい。ロボット最小侵襲手術では、外科医が映像モニター上の手術部位を見ながら器具を遠隔操作することによって、エンドエフェクタの細長い外科的器具を利用して組織を操作する。上述したように、挿入軸を動心に接近して位置決めするためのモータを設置することは実現困難である。ロボットマニピュレータは、動心から距離を置いて挿入軸を位置決めするためのモータを連結するリンク機構を備えることができる。
【００１３】
本明細書に開示するマニピュレータ装置及び方法は、従来技術を越える利点を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
一つの例示的な実施形態によれば、マニピュレータ装置は、基部、第一リニアスライド、第二リニアスライド、駆動リンク、駆動部材、従動部材、及びエンドエフェクタを備える。前記第一リニアスライドは、前記基部に取り付けられ、第一軸線に沿って移動可能な第一キャリッジを有する。前記第二リニアスライドは、前記第一キャリッジに取り付けられ、前記第一軸線に直交する第二軸線に沿って移動可能な第二キャリッジを有する。前記駆動リンクは、前記基部及び前記第二キャリッジの間に連結されており、前記基部に対して固定される近位動心の周りを回転可能である。前記駆動リンクは、前記基部への一定の半径のアーチ状経路を前記第二キャリッジが移動するように構成される。前記第一及び第二リニアスライドは、前記第二キャリッジが前記アーチ状経路に沿って移動するときに、前記第二キャリッジが前記基部に対する非回転配向を有することを制限する。前記駆動部材は、前記第二キャリッジにより支持され、前記第二キャリッジが前記駆動リンクと同じ回転配向を維持しつつも前記アーチ状経路に沿って移動するときに、前記駆動部材は前記第二キャリッジに対して回転するように、前記駆動リンクに連結される。前記従動部材も、前記第二キャリッジにより支持される。前記従動部材は、前記第二キャリッジが前記駆動部材及び前記駆動リンクと同じ回転配向を維持しつつも前記アーチ状経路に沿って移動するときに、前記従動部材は前記第二キャリッジに対して回転するように、水平方向に離れた間隔を空けて前記駆動部材に回転連結される。前記エンドエフェクタは、前記第二キャリッジにより支持され、前記エンドエフェクタは前記従動部材、前記駆動部材、及び前記駆動リンクと同じ回転配向を維持するように、前記従動部材に回転連結される。前記マニピュレータ装置の前記の構成要素は、前記駆動リンクが前記第二キャリッジを前記アーチ状経路に沿って移動させるときに、前記近位動心からずらした遠隔動心の周りにおける前記エンドエフェクタの回転を制限するように協働する。
【００１５】
いくつかの実施形態では、前記エンドエフェクタが前記遠隔動心の周りを２自由度で球状に回転可能であるように、前記基部は、前記近位動心及び前記遠隔動心に交差する軸線の周りを回転可能である。
【００１６】
いくつかの実施形態では、前記マニピュレータ装置は、前記駆動リンクに連結されて前記第二キャリッジを前記アーチ状経路に沿って移動させるように構成された原動機を備える。前記装置は、少なくとも１自由度がコンピュータによって制御されるアクチュエータにより駆動される自動モードを備えてもよい。いくつかの実施形態では、前記エンドエフェクタは、手動で移動させられるように構成され、前記駆動リンクは、前記第二キャリッジの前記動作に追従して前記第二キャリッジが前記アーチ状経路に沿って移動することを制限するように構成される。前記マニピュレータ装置は、前記エンドエフェクタの手動動作を感知して、こうした動作を支援するための力が原動機から供給される動力支援モードを備えてもよい。前記装置は、手動モード、上述の動力支援モード、及び少なくとも１自由度がコンピュータによって制御されるアクチュエータにより駆動される自動モードを備えてもよい。
【００１７】
前記マニピュレータ装置のいくつかの実施形態では、前記エンドエフェクタは静脈ライン刺入器を備える。いくつかの実施形態では、前記装置は、前記遠隔動心の周りを前記２自由度で回転する回転位置のフィードバックを供給するシャフトエンコーダを備える。
【００１８】
上述のマニピュレータ装置の使用方法もまた、開示する。
本明細書に開示する本方法及び装置の使用領域は、それぞれロボットによる補助の有無に拘わらず、たとえば腹腔鏡手術、静脈ライン刺入、及びアブミ骨摘出術（耳の手術）を備える。
【００１９】
本発明における他の特徴及び利点は、添付の図面及び以下に記載されている詳細な説明から明確になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本開示の態様に従って構成される例示的な遠隔動心装置の模式図である。
【図２】図１の装置の詳細を示す斜視図である。
【図３】図１の装置の詳細を示す斜視図である。
【図４】図１の装置における位置の経過を示す一連の正面図である。
【図５】図１の装置における位置の経過を示す一連の正面図である。
【図６】図１の装置における位置の経過を示す一連の正面図である。
【図７】図１の装置の下部を示す側面図である。
【図８】図１の装置の上部を示す斜視図である。
【図９】図１の装置の後方部を示す斜めの側面図である。
【図１０】図１の装置の前方部を示す斜めの側面図である。
【図１１】図１０の一部を示す拡大図である。
【図１２】図１１の一部を示す更なる拡大図である。
【図１３】図１の例示的な装置で使用される校正用具を示す拡大正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の特徴及び利点についてのよりよい理解は、例示的な実施形態について述べる以下の詳細な説明の参照によって得られる。
図１を参照すると、本開示の態様に従って構成される例示的なマニピュレータシステムが模式的に示されている。この例示的な実施形態では、マニピュレータ装置１００は、基部１１０、第一リニアスライド１１２、第二リニアスライド１１４、駆動リンク１１６、駆動部材１１８，従動部材１２０、及びエンドエフェクタ１２２を備える。第一リニアスライド１１２は、基部１１０に取り付けられ、第一軸線１２６に沿って移動可能な第一キャリッジ１２４を有する。第二リニアスライド１１４は、第一キャリッジ１２４に取り付けられ、第一軸線１２６に直交する第二軸線１３０に沿って移動可能な第二キャリッジ１２８を有する。駆動リンク１１６は、基部１１０及び第二キャリッジ１２８の間に連結され、基部１１０に対して固定される近位動心１３２の周りを回転可能である。駆動リンク１１６は、基部１１０への一定の半径のアーチ状経路１３４を第二キャリッジ１２８が移動するように構成される。第一及び第二リニアスライド１１２、１１４は、第二キャリッジ１２８がアーチ状経路１３４に沿って移動するときに、第二キャリッジ１２８が基部１１０に対する非回転配向を有することを制限する。駆動部材１１８は、第二キャリッジ１２８により支持され、第二キャリッジ１２８が駆動リンク１１６と同じ回転配向を維持しつつもアーチ状経路１３４に沿って移動するときに、駆動部材１１８は第二キャリッジに対して回転するように、駆動リンク１１６に連結される。従動部材１２０も、第二キャリッジ１２８により支持される。従動部材１２０は、第二キャリッジ１２８が駆動部材１１８及び駆動リンク１１６と同じ回転配向を維持しつつもアーチ状経路１３４に沿って移動するときに、従動部材１２０は第二キャリッジ１２８に対して回転するように、回転連結装置１３６により水平方向に離れた間隔を空けて駆動部材１１８に回転連結される。エンドエフェクタ１２２は、第二キャリッジ１２８により支持され、エンドエフェクタ１２２は従動部材１２０、駆動部材１１８、及び駆動リンク１１６と同じ回転配向を維持するように、従動部材１２０に回転連結される。マニピュレータ装置１００の構成要素は、駆動リンク１１６が第二キャリッジ１２８をアーチ状経路１３４に沿って移動させるときに、近位動心１３２からずらした、ピッチ軸と呼ばれることもある遠隔動心１３８の周りにおけるエンドエフェクタの回転を制限するように協働する。そして、いくつかの実施形態では、マニピュレータ装置１００によって実現される最終的な所望の動作は、エンドエフェクタ１２２の先端が常に円の中心であり、エンドエフェクタ１２２の本体が常に円の半径に沿って向きを合わせられる状態で、エンドエフェクタ１２２が円をなして回転する動作である。
【００２２】
いくつかの実施形態では、上述した構成要素のすべてを支持する基部１１０は、近位動心軸線１３２及び遠隔動心軸線１３８に交差するヨー軸１４０の周りを回転可能である。こうして追加された自由度で、エンドエフェクタ１２２が遠隔動心１３８の周りを２自由度で球状に回転可能になる。そして、いくつかの実施形態では、マニピュレータ装置１００によって実現される最終的な所望の動作は、エンドエフェクタ１２２の先端が常に球の中心であり、エンドエフェクタ１２２の本体が常に球の半径に沿って向きを合わせられる状態で、エンドエフェクタ１２２が球内部で回転する動作である。
【００２３】
いくつかの実施形態では、マニピュレータ装置１００は、駆動リンク１１６に連結されて第二キャリッジ１２８をアーチ状経路１３４に沿って移動させるように構成された図１に図示しない原動機をさらに備える。いくつかの実施形態では、マニピュレータ装置１００のエンドエフェクタ１２２は、手動で移動させられるように構成され、駆動リンク１１６は、第二キャリッジ１２８の動作に追従するように構成される。換言すると、駆動リンク１１６及び駆動部材１１８は、実際には第二キャリッジ１２８及び従動部材１２０を駆動しないが、単に第二キャリッジ１２８がアーチ状経路１３４に沿って移動することを制限し、エンドエフェクタ１２２の所望の配向を維持するのに役立つ。いくつかの実施形態では、マニピュレータ装置は、自動操縦モード及び手動操作モードをいずれも備える。いくつかの実施形態では、マニピュレータ装置は、加速、減速、及び検知した速度や位置の維持の少なくともいずれか一方を支援するように、エンドエフェクタ１２２の手動動作を感知して、こうした動作を支援するための力が原動機から供給される動力支援モードを備える。ピッチ軸及びヨー軸の回転位置のフィードバックを供給するために、図示のようなシャフトエンコーダが設けられてもよい。
【００２４】
図３及び図４を参照すると、例示的なマニピュレータ装置１００の詳細が示されている。この例示的な実施形態では、基部１１０は、Ｌ字型の配列でともに取り付けられる垂直板２１０及び水平板２１２を備える。基部１１０は、垂直なヨー軸１４０の周りで支持構造体２１４に対して基部１１０を回転させてもよいように、支持面２１６とともに支持構造体２１４に回転可能に取り付けられる。モータ２１８は、図示のように、タイミングベルトプーリ及びベルトシステムを介して基部１１０を回転させるために、支持構造体２１４に取り付けられてもよい。支持構造体２１４は、地面に対して固定されてもよく、又はたとえば垂直に調節可能であることによって、移動可能に取り付けられることにより更なる自由度を追加されてもよい。定張力ケーブルスプール２２０は、垂直なヨー軸１４０に沿って支持面２１６の中央開口部を通じて、スプール２２０から、回動するエンドエフェクタ１２２まで通すことができる図示しないワイヤーやケーブルや細管等のたるみを取るために、支持構造体２１４の頂上に設けられてもよい。
【００２５】
この例示的な実施形態では、駆動リンク１１６は、近位動心軸線１３２の周りを回転するようにベアリングとともに取り付けられるホイールにより形成される。図２に示すモータ２２２は、台板２１０の背面に設けられる図３及び図７に示すキャプスタン２２４により駆動リンク１１６を回転可能に駆動するために、台板２１０の正面に設けられてもよい。キャプスタン２２４は、たとえばキャプスタン２２４及び駆動リンクホイール１１６の周りに巻き付くケーブルを有するケーブル伝送により駆動リンクホイール１１６の外周を回転させるために、駆動リンクホイール１１６の外周を駆動する。
【００２６】
図３に最もよく示すように、駆動部材１１８は、駆動リンクホイール１１６に強固に取り付けられるシャフトを備えてもよい。図２に最もよく示すように、駆動部材１１８は、アーチ状経路１３４を形成する台板２１０の溝を通過する。本実施形態では、駆動部材１１８は、アーチ状経路１３４に沿って約１９０度動いてもよい。他の実施形態では、約４５度、約９０度、約１８０度、約２７０度、約３５０度、約３６０度、約４５０度、又は無限の移動量のいずれかのように、異なる範囲の動作が実現されてもよい。約３５０度より大きい移動量を有する実施形態では、駆動部材及びホイール１１６又はこれらの一部は、駆動部材１１８が板２１０の溝１３４を通過する必要がないように、スライド１１２、１１４と同じ側の垂直な台板２１０に取り付けられてもよい。駆動部材１１８の遠心端は、図示のように第二キャリッジ１２８を通過してもよく、以降に詳細に説明するように、駆動部材１１８の遠心端に取り付けられるケーブルプーリを備えてもよい。図３を再度参照すると、駆動リンクホイール１１６には、第二スライド１１４及びエンドエフェクタ１２２の重量と釣り合わせるために、駆動部材１１８の向かい側におもり２２６が備えられてもよい。
【００２７】
図２を再度参照すると、第一スライド１１２は、第一キャリッジ１２４が台板２１０に対して水平に前後に移動することを許容するように、台板２１０に強固に取り付けられている点を理解することができる。第二スライド１１４は、第二キャリッジ１２８が第一キャリッジ１２４に対して垂直に前後に移動することを許容するように、第一キャリッジ１２４に強固に取り付けられている。こうした配列によって、駆動リンクホイール１１６をモータで駆動すると、第二キャリッジ１２８がアーチ状経路１３４に沿って移動する。この移動の間、第二キャリッジ１２８の垂直配向は、第一リニアスライド１１２及び第二リニアスライド１１４を介した台板２１０への第二キャリッジ１２８の連結により維持される。
【００２８】
図４〜図６を参照して、エンドエフェクタ１２２が遠隔動心１３８の周りを回転する点を以下に説明する。図４〜図６における経過から、第二キャリッジ１２８及びエンドエフェクタ１２２は、およそ９時の位置（図４）から１２時の位置（図５）を通っておよそ３時の位置（図６）にまで、アーチ状経路１３４に沿ってともに移動する。このときに、エンドエフェクタ１２２は、右に約９０度の向き（図４）から、真下の向き（図５）に、左に約９０度の向き（図６）に、配向を変化させる点を理解することができる。この例示的な実施形態では、エンドエフェクタ１２２は、静脈ライン刺入器であってもよい。仮に、エンドエフェクタ１２２の針４１０の遠位端が、駆動部材１１８の回転軸線及び近位動心１３２の間に等しい距離だけ従動部材１２０の回転軸線から離れた距離を空けて配列される場合には、針４１０の遠位端は、回動の配向に拘わらず、常に遠隔動心１３８にあることになる。また、この場合、針４１０の配向は、常に中心に遠隔動心１３８を有する円の半径に沿っていることになる。
【００２９】
上述の遠隔動心１３８の周りを針４１０が回動することは、駆動部材１１８の遠心端に強固に取り付けられる第一プーリ４１２、従動部材１２０の遠心端に強固に取り付けられる第二プーリ４１４、及び第一プーリと第二プーリとを相互に接続する駆動ケーブル４１６を備えてもよい回転連結装置１３６によって達成される。駆動部材１１８及び従動部材１２０はそれぞれ、図１２に最もよく示すように、たとえばブッシュ又はボールベアリング１２０２で第二キャリッジ１２８により回転可能に支持されるシャフト１２００を備えてもよい。こうした配列では、第一プーリ４１２及び第二プーリ４１４は、第二キャリッジ１２８に対して同時に回転する。駆動部材１１８は、駆動リンクホイール１１６に強固に連結されるために、第一プーリ４１２の配向は、図４に示す９時の位置から図６に示す３時の位置までアーチ状経路１３４に沿って移動するにつれて、時計回りに１８０度回転することが理解できる。こうした動作の間、第二プーリ４１４も、ケーブル４１６により第一プーリ４１２に回転連結されることから、時計回りに１８０度回転することになる。同様に第二プーリ４１４もエンドエフェクタ１２２を等しい量だけ回転させる。
【００３０】
例示的なマニピュレータ装置１００の詳細を図７〜図１３に示す。本開示の態様によれば、図４〜図６に表されるように、マニピュレータ装置１００は、垂直な変曲点を通過するように構成されている。装置１００は、従来技術の遠隔動心マニピュレータよりも校正が容易であり、より小型であり、より少ない可動部、ケーブル、及びピンチポイント位置を備える。
【００３１】
遠隔動心を用いてエンドエフェクタを支持及び位置決めする多くのロボットマニピュレータと同様に、マニピュレータ１００は、片持ち式の構造を備える。上述したように、マニピュレータ１００は、エンドエフェクタを支持する端部とは反対側の構造端から支持される。いくつかの実施形態では、エンドエフェクタの位置を極めて正確に制御することができるために、マニピュレータは剛性が高いことが望ましい。剛性は、一般に高い共振周波数及び低い慣性モーメントを有する構造を付与することにより獲得される。そのため、多くの場合、マニピュレータの質量及び片持ち式の構造の支持端からの質量の距離を最小化することが望ましい。マニピュレータ１００の配列により、比較的重い構成要素におけるマニピュレータの慣性モーメントへの寄与を最小化する小型の構造に、大きな質量を有するモータ及び他の構成要素を設置するという利点が得られる。
【００３２】
本実施形態又は他の実施形態では、いずれか一方の側のリニアスライドを「キャリッジ」とみなすことができる。いくつかの実施形態では、駆動部材及び従動部材は、一つ又はそれ以上のケーブル、チェーン、ベルト、歯車列、タイロッド、又は導体のいずれかで連結される一組のプーリ、スプロケット、キャプスタン、歯車、レバーアーム、又はサーボモータのいずれかとすることができる。また、駆動部材及び従動部材の間に回転配向を移動させるための他の適切な機構を利用してもよい。いくつかの実施形態では、駆動リンクは、ホイール、レバーアーム、カム溝、又は他の適切な機構のいずれかであってもよい。駆動リンク及び基部の少なくともいずれか一方は、手動、又は電動モータのような一つもしくはそれ以上の原動機で回転させることができる。このような電動モータは、たとえば手や足でのスイッチ操作で運転者が直接制御することができ、又はソフトウェアを用いてコンピュータ制御してもよい。
【００３３】
本発明の態様に従って構成される例示的な実施形態を本明細書において図示及び説明したが、こうした実施形態が一例として提供されるに過ぎないことは当業者にとって明確である。当業者は、本発明から逸脱することなく、多数の変形、変更、及び置換を想到し得る。本発明を実施する際に、本明細書に記載した本発明の実施形態における種々の代替の形態を利用してもよい点が理解されるべきである。
【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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【図１３】
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【国際調査報告】
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