(57)【要約】  ロボットシステムは、入力力を増幅する高力機器を含むことができ、それにより出力力は入力力よりも大きくなる。高力器具は、エンドエフェクタを含むことができる。高力器具は、プーリ軸を中心にして回転するように構成された第１のプーリと、第１の駆動ピンによって第１のプーリに接続された第１のジョー部材とを更に含むことができる。高力器具は、プーリ軸を中心にして回転するように構成された第２のプーリと、第２の駆動ピンによって第２のプーリに接続された第２のジョー部材とも含むことができる。リンクは、それを中心にして第１のジョー部材が枢動可能な第１の枢動点と、それを中心にして第２のジョー部材が枢動可能な第２の枢動点とを提供することができる。
2021526875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンドエフェクタを有する器具を備えるロボットシステムであって、
前記器具は、
プーリ軸を中心にして回転するように構成された第１のプーリと、
第１の駆動ピンによって前記第１のプーリに接続された第１のジョー部材と、
前記プーリ軸を中心にして回転するように構成された第２のプーリと、
第２の駆動ピンによって前記第２のプーリに接続された第２のジョー部材と、
前記第１のジョー部材が枢動することができる第１の枢動点及び前記第２のジョー部材が枢動することができる第２の枢動点を提供するリンクと、
を備える、
ロボットシステム。
【請求項２】
前記器具に連結されたロボットアームを更に備える、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項３】
前記第１のプーリの回転が、前記プーリ軸を中心にした前記第１の駆動ピンの回転を引き起こし、更に前記第１のジョー部材を前記第１の枢動点を中心にして枢動させ、
前記第２のプーリの回転が、前記プーリ軸を中心にした前記第２の駆動ピンの回転を引き起こし、更に前記第２のジョー部材を前記第２の枢動点を中心にして枢動させる、
請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項４】
前記第１のジョー部材及び前記第２のジョー部材の運動を拘束するように構成されたギア付き拘束部を更に備え、それにより前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材のうちの一方の運動が、前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材のうちの他方の、実質的に対応する運動を引き起こす、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項５】
前記ギア付き拘束部はサイクロイド拘束部を備え、前記サイクロイド拘束部は、
前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材のうちの一方に形成された歯と、
前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材のうちの他方に形成されたノッチと、
を備える、請求項４に記載のロボットシステム。
【請求項６】
前記ギア付き拘束部は、前記第１のジョー部材及び前記第２のジョー部材を通る軸に沿って延びるピンを備え、前記ピンは、前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材の少なくとも一方に形成されたスロット内に乗るように構成されている、請求項４に記載のロボットシステム。
【請求項７】
前記第１の駆動ピンと前記第２の駆動ピンとが位置合わせされたときに、前記エンドエフェクタが前記第１の駆動ピン及び前記第２の駆動ピンを中心にして回転する危険性を防止又は低減するように構成されたスロット拘束部を更に備える、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項８】
前記スロット拘束部は、
第１の耳部と、
第２の耳部であって、前記第１の耳部から離間して、前記第１の耳部と前記第２の耳部との間にスロットを形成する、第２の耳部と、
前記スロット内に位置付けられた前記プーリ軸に沿って延びるピンと、
を備える、請求項７に記載のロボットシステム。
【請求項９】
前記第１の耳部と前記第２の耳部は各々、前記リンクに連結されている、請求項８に記載のロボットシステム。
【請求項１０】
前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材のうちの一方の運動が、前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材のうちの他方の、実質的に対応する運動を引き起こすように、前記第１のジョー部材及び前記第２のジョー部材の運動を拘束するように構成されたギア付き拘束部と、
前記第１の駆動ピン及び前記第２の駆動ピンが位置合わせされるとき、前記第１の駆動ピン及び前記第２の駆動ピンを中心にした前記エンドエフェクタの回転のリスクを防止又は低減するように構成されたスロット拘束部と、
を更に備える、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項１１】
前記第１のプーリと前記第２のプーリは、前記第１の駆動ピンと第２の駆動ピンが位置合わせされる位置まで回転することができる、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項１２】
前記第１のプーリと前記第２のプーリの回転中に、前記第１の駆動ピンは、前記第２の駆動ピンを越えて回転することができる、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項１３】
前記リンクは、第２の軸受面から離間された第１の軸受面を備えるハウジングを備え、
前記第１のジョー部材は、前記第１の軸受面上で枢動するように構成されており、かつ前記第１の枢動点を形成する第１の溝を備え、
前記第２のジョー部材は、前記第２の軸受面上で枢動するように構成されており、かつ前記第２の枢動点を形成する第２の溝を備える、
請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項１４】
前記エンドエフェクタは、把持器、カッタ、又はクリッパとして構成されている、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項１５】
第１のリンクは、前記プーリ軸と、前記第１のプーリに巻回されたケーブルによって入力力が印加される点との間に第１の距離を有し、
第２のリンクは、前記プーリ軸と前記第１の駆動ピンの軸との間に第２の距離を有し、
第３のリンクは、前記第１の駆動ピンの前記軸と前記第１の枢動点の軸との間に第３の距離を有し、
第４のリンクは、前記第１の枢動点の前記軸と前記第１のジョー部材の遠位端部との間に第４の距離を有する、
請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項１６】
前記第１のリンクの前記第１の距離は３〜４ｍｍであり、
前記第２のリンクの前記第２の距離は２〜３ｍｍであり、
前記第３のリンクの前記第３の距離は７〜８ｍｍであり、
前記第４のリンクの前記第４の距離は１７〜２３ｍｍである、
請求項１５に記載のロボットシステム。
【請求項１７】
前記第１のリンクの前記第１の距離は約３．３５ｍｍであり、
前記第２のリンクの前記第２の距離は約２．５ｍｍであり、
前記第３のリンクの前記第３の距離は約７．３ｍｍであり、
前記第４のリンクの前記第４の距離は約２０ｍｍである、
請求項１５に記載のロボットシステム。
【請求項１８】
前記第２のリンクの前記第２の距離と前記第１のリンクの前記第１の距離との第１の比は、０．５〜１．２５であり、
前記第３のリンクの前記第３の距離と前記第１のリンクの前記第１の距離との第２の比は、１．５〜３．５であり、
前記第４のリンクの前記第４の距離と前記第１のリンクの前記第１の距離との第３の比は、１．５〜２０である、
請求項１５に記載のロボットシステム。
【請求項１９】
前記第２のリンクの前記第２の距離と前記第１のリンクの前記第１の距離との第１の比は、約０．７５であり、
前記第３のリンクの前記第３の距離と前記第１のリンクの前記第１の距離との第２の比は、約２．１８であり、
前記第４のリンクの前記第４の距離と前記第１のリンクの前記第１の距離との第３の比は、約６である、
請求項１５に記載のロボットシステム。
【請求項２０】
医療処置中に患者に挿入されるように構成されたエンドエフェクタを含む医療器具を備えるロボットシステムであって、前記医療器具は、
第１のプーリと、
前記第１のプーリに接続された第１のジョー部材と、
第２のプーリと、
前記第２のプーリに接続された第２のジョー部材と、
前記第１のジョー部材が枢動することができる第１の枢動点及び前記第２のジョー部材が枢動することができる第２の枢動点を提供するリンクと、
ギア付き拘束部とスロット拘束部のうちの少なくとも１つと、
を備える、
ロボットシステム。
【請求項２１】
前記エンドエフェクタはロボットアームに接続されており、前記システムのプロセッサによって制御される、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記エンドエフェクタ、及び前記医療器具の少なくとも一部分は、１４ｍｍ未満の患者開口部を通って嵌合するように構成されている、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２３】
前記エンドエフェクタ、及び前記医療器具の少なくとも一部分は、１０ｍｍ未満の患者開口部を通って嵌合するように構成されている、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２４】
前記エンドエフェクタ、及び前記医療器具の少なくとも一部分は、１０ｍｍ未満の患者開口部を通って嵌合するように構成されている、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２５】
前記エンドエフェクタは、少なくとも２の自由度を有するリストによって前記医療器具の遠位端部に接続されている、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２６】
前記第１のプーリに接続された１つ以上のケーブルであって、前記第１のプーリに接続された前記ケーブルのうちの１つ以上を引くことにより前記第１のプーリの回転を引き起こす、１つ以上のケーブルと、
前記第２のプーリに接続された１つ以上のケーブルであって、前記第２のプーリに接続された１つ以上のケーブルを引くことにより前記第２のプーリの回転を引き起こす、１つ以上のケーブルと、
を更に備える、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２７】
（ｉ）前記第１のプーリに接続された前記ケーブルのうちの前記１つ以上と、（ｉｉ）前記第２のプーリに接続された前記ケーブルのうちの前記１つ以上とは、前記医療器具を通って延び、
前記医療器具は器具駆動機構に取り付けられており、
前記器具駆動機構は、（ｉ）前記第１のプーリに接続された前記ケーブルのうちの前記１つ以上、及び（ｉｉ）前記第２のプーリに接続された前記ケーブルのうちの前記１つ以上を引いて前記エンドエフェクタを作動させるように構成されている、
請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記エンドエフェクタは、前記ギア付き拘束部を備え、前記ギア付き拘束部は、前記第１のジョー部材及び前記第２のジョー部材の運動を拘束するように構成されたサイクロイド拘束部を備え、それにより、前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材のうちの一方の運動が、前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材のうちの他方の、実質的に対応する運動を引き起こす、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２９】
前記ギア付き拘束部は、前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材のうちの一方に形成された歯と、前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材のうちの他方に形成されたノッチと、を備える、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記エンドエフェクタは、前記スロット拘束部を備え、前記スロット拘束部は、前記第１の駆動ピンと前記第２の駆動ピンが位置合わせされるとき、前記第１の駆動ピン及び前記第２の駆動ピンを中心にした前記エンドエフェクタの回転を防止するように構成されている、請求項２０に記載のシステム。
【請求項３１】
前記エンドエフェクタは、前記スロット拘束部及び前記ギア付き拘束部を備える、請求項２０に記載のシステム。
【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、２０１８年６月７日に出願された米国仮特許出願第６２／６８２，０４９号に対する優先権を主張する。
【０００２】
（発明の分野）
本出願は、ロボット医療システムに関し、具体的には、高力器具を有するロボット医療システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
腹腔鏡検査などの医療処置は、患者の内部領域にアクセスし、可視化することを伴なうことができる。腹腔鏡手術では、腹腔鏡アクセスポートを通して医療用器具を内部領域に挿入することができる。
【０００４】
特定の処置では、ロボット制御された医療システムを使用して、器具及びそのエンドエフェクタの挿入及び／又は操作を制御することができる。ロボット制御された医療システムは、ロボットアーム、又は他の器具位置付けデバイスを含んでもよい。ロボット制御された医療システムは、処置中に器具を制御するために使用されるコントローラも含んでもよい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の態様では、医療システムは、エンドエフェクタを有する器具を含む。器具は、プーリ軸を中心にして回転するように構成された第１のプーリと、第１の駆動ピンによって第１のプーリに接続された第１のジョー部材と、プーリ軸を中心にして回転するように構成された第２のプーリと、第２の駆動ピンによって第２のプーリに接続された第２のジョー部材と、第１のジョー部材が枢動することができる第１の枢動点及び第２のジョー部材が枢動することができる第２の枢動点を提供するリンクと、を備える。
【０００６】
ロボットシステムは、以下の特徴のうちの１つ以上を任意の組み合わせで含んでもよい：（ａ）器具に連結されたロボットアーム、（ｂ）第１のプーリの回転は、プーリ軸を中心にした第１の駆動ピンの回転を引き起こし、第１のジョー部材を第１の枢動点を中心にして更に枢動させ、第２のプーリの回転は、プーリ軸を中心にした第２の駆動ピンの回転を引き起こし、第２のジョー部材を第２の枢動点を中心にして更に枢動させること、（ｃ）ギア付き拘束部は、第１のジョー部材及び第２のジョー部材の運動を拘束するように構成され、それにより第１のジョー部材と第２のジョー部材のうちの一方の運動が、第１のジョー部材と第２のジョー部材のうちの他方の、運動に実質的に対応する運動を引き起こすこと、（ｄ）ギア付き拘束部がサイクロイド拘束部を備え、サイクロイド拘束部は、第１のジョー部材と第２のジョー部材のうちの一方に形成された歯と、第１のジョー部材と第２のジョー部材のうちの他方に形成されたノッチと、を備えること、（ｅ）ギア付き拘束部は、第１のジョー部材及び第２のジョー部材を通る軸に沿って延びるピンを備え、ピンは、第１のジョー部材と第２のジョー部材の少なくとも一方に形成されたスロット内に乗るように構成されていること、（ｆ）第１の駆動ピンと第２の駆動ピンとが位置合わせされたときに、エンドエフェクタは第１の駆動ピン及び第２の駆動ピンを中心にして回転する危険性を防止又は低減するように構成されたスロット拘束部を更に備えること、（ｇ）スロット拘束部は、第１の耳部と、第２の耳部であって、第１の耳部から離間して、第１の耳部と第２の耳部との間にスロットを形成する、第２の耳部と、スロット内に位置付けられたプーリ軸に沿って延びるピンと、を備えること、（ｈ）第１の耳部と第２の耳部は各々、リンクに連結されていること、（ｉ）ギア付き拘束部は、第１のジョー部材及び第２のジョー部材の運動を拘束するように構成され、それにより第１のジョー部材及び第２のジョー部材のうちの一方の運動は、第１のジョー部材及び第２のジョー部材のうちの他方の、実質的に対応する運動を引き起こし、第１の駆動ピンと第２の駆動ピンが位置合わせされるとき、スロット拘束部は、第１の駆動ピン及び第２の駆動ピンを中心にしたエンドエフェクタの回転のリスクを防止又は低減するように構成されること、（ｊ）第１のプーリと第２のプーリは、第１の駆動ピンと第２の駆動ピンが位置合わせされる位置まで回転することができること、（ｋ）第１のプーリと第２のプーリの回転中に、第１の駆動ピンは第２の駆動ピンを越えて回転することができること、（ｌ）リンクは、第２の軸受面から離間された第１の軸受面を備えるハウジングを備え、第１のジョー部材は、第１の軸受面上で枢動するように構成されており、かつ第１の枢動点を形成する第１の溝を備え、第２のジョー部材は、第２の軸受面上で枢動するように構成されており、かつ第２の枢動点を形成する第２の溝を備えること、（ｍ）エンドエフェクタは、把持器、カッタ、又はクリッパとして構成されること、（ｎ）第１のリンクは、プーリ軸と、第１のプーリに巻回されたケーブルによって入力力が印加される点との間に第１の距離を有し、第２のリンクは、プーリ軸と第１の駆動ピンの軸との間に第２の距離を有し、第３のリンクは、第１の駆動ピンの軸と第１の枢動点の軸との間に第３の距離を有し、第４のリンクは、第１の枢動点の軸と第１のジョー部材の遠位端部との間に第４の距離を有すること、（ｏ）第１のリンクの第１の距離は３〜４ｍｍであり、第２のリンクの第２の距離は２〜３ｍｍであり、第３のリンクの第３の距離は７〜８ｍｍであり、第４のリンクの第４の距離が１７〜２３ｍｍであること、（ｐ）第１のリンクの第１の距離は約３．３５ｍｍであり、第２のリンクの第２の距離は約２．５ｍｍであり、第３のリンクの第３の距離は約７．３ｍｍであり、第４のリンクの第４の距離は約２０ｍｍであること、（ｑ）第２のリンクの第２の距離と第１のリンクの第１の距離との第１の比は、０．５〜１．２５であり、第３のリンクの第３の距離と第１のリンクの第１の距離との第２の比は、１．５〜３．５であり、第４のリンクの第４の距離と第１のリンクの第１の距離との第３の比は、１．５〜２０であること、及び／又は（ｒ）第２のリンクの第２の距離と第１のリンクの第１の距離との第１の比は、約０．７５であり、第３のリンクの第３の距離と第１のリンクの第１の距離との第２の比は、約２．１８であり、第４のリンクの第４の距離と第１のリンクの第１の距離との第３の比は、約６であること。
【０００７】
別の態様では、ロボットシステムは、医療処置中に患者に挿入されるように構成されたエンドエフェクタを備える医療器具を含む。医療器具は、第１のプーリと、第１のプーリに接続された第１のジョー部材と、第２のプーリと、第２のプーリに接続された第２のジョー部材と、それを中心にして第１のジョー部材が枢動することができる第１の枢動点と、それを中心にして第２のジョー部材が枢動することができる第２の枢動点と、ギア付き拘束部及びスロット拘束部のうちの少なくとも１つとを提供するリンクを備える。
【０００８】
ロボットシステムは、以下の特徴のうちの１つ以上を任意の組み合わせで更に含んでもよい：（ａ）エンドエフェクタはロボットアームに接続されており、システムのプロセッサによって制御されること、（ｂ）エンドエフェクタ及び医療器具の少なくとも一部分は、１４ｍｍ未満の患者開口部を通って嵌合するように構成されていること、（ｃ）エンドエフェクタ及び医療器具の少なくとも一部分は、１０ｍｍ未満の患者開口部を通って嵌合するように構成されていること、（ｄ）エンドエフェクタ及び医療器具の少なくとも一部分は、１０ｍｍ未満の患者開口部を通って嵌合するように構成されていること、（ｅ）エンドエフェクタは、少なくとも２自由度を有するリストによって医療器具の遠位端部に接続されること、（ｆ）第１のプーリに接続されたケーブルのうちの１つ以上を引くことにより第１のプーリの回転を引き起こす、第１のプーリに接続された１つ以上のケーブル、及び第２のプーリに接続された１つ以上のケーブルを引くことにより第２のプーリの回転を引き起こす、第２のプーリに接続された１つ以上のケーブル、（ｇ）第１のプーリに接続された１ケーブルのうちの１つ以上と、第２のプーリに接続されたケーブルのうちの１つ以上とは、医療器具を通って延び、医療器具が器具駆動機構に取り付けられており、器具駆動機構は、第１のプーリに接続されたケーブルのうちの１つ以上、及び第２のプーリに接続されたケーブルのうちの１つ以上を引いてエンドエフェクタを作動させるように構成されていること、（ｈ）エンドエフェクタは、ギア付き拘束部を備え、ギア付き拘束部は、第１のジョー部材及び第２のジョー部材の運動を拘束するように構成されたサイクロイド拘束部を備え、それにより、第１のジョー部材と第２のジョー部材のうちの一方の運動が、第１のジョー部材と第２のジョー部材のうち他方の、実質的に対応する運動を引き起こすこと、（ｉ）ギア付き拘束部は、第１のジョー部材と第２のジョー部材のうちの一方に形成された歯と、第１のジョー部材と第２のジョー部材のうちの他方に形成されたノッチと、を備えること、（ｊ）エンドエフェクタは、スロット拘束部を備え、スロット拘束部は、第１の駆動ピンとび第２の駆動ピンが位置合わせされるとき、第１の駆動ピン及び第２の駆動ピンを中心にしたエンドエフェクタの回転を防止するように構成されていること、及び／又は（ｋ）エンドエフェクタは、スロット拘束部及びギア付き拘束部を備えること。
【０００９】
別の態様では、方法は、ロボット制御された医療器具を患者に挿入することを含む。器具は、エンドエフェクタを含む。エンドエフェクタは、（ｉ）第１のプーリに連結された第１のジョー部材と、（ｉｉ）第２のプーリに連結された第２のジョー部材、（ｉｉｉ）第１のジョー部材と第２の部材とを接続するリンク、及び（ｉｖ）ギア付き拘束部及びスロット拘束部のうちの少なくとも１つ、を備え、第１のプーリ又は第２のプーリに接続された少なくとも１つのケーブルを引いて第１のプーリ又は第２のプーリを回転させることによりエンドエフェクタを作動させ、第１のプーリ又は第２のプーリの回転が、エンドエフェクタの第１のジョー部材及び第２のジョー部材を開閉する。
【００１０】
方法は、以下の特徴のうちの１つ以上を任意の組み合わせで更に含んでもよい：（ａ）エンドエフェクタを作動させることは、第１のプーリ及び第２のプーリの回転を引き起こすことを含み、それにより第１のプーリを第１のジョー部材に接続する第１の駆動ピンは、第２のプーリを第２の駆動部材に接続する第２の駆動ピンと重なること、（ｂ）第１の駆動ピンと第２の駆動ピンの重なりは、エンドエフェクタにおける力の増幅を増加させること、（ｃ）エンドエフェクタは、ギア付き拘束部を備え、ギア付き拘束部は、第１のジョー部材及び第２のジョー部材の運動を拘束するように構成されており、それにより第１のジョー部材と第２のジョー部材のうちの一方の運動は、第１のジョー部材と第２のジョー部材のうちの他方の、実質的に対応する運動を引き起こすこと、（ｄ）ギア付き拘束部は、第１のジョー部材と第２のジョー部材のうちの一方に形成された歯と、第１のジョー部材と第２のジョー部材のうちの他方に形成されたノッチと、を備えたサイクロイド拘束部を備えること、（ｅ）エンドエフェクタは、スロット拘束部を備え、スロット拘束部は、第１の駆動ピンと第２の駆動ピンが位置合わせされるとき、第１の駆動ピン及び第２の駆動ピンを中心にしたエンドエフェクタの回転を防止するように構成されていること、及び／又は（ｆ）エンドエフェクタは、スロット拘束部及びギア付き拘束部を備えること。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
開示される態様は、以下、添付の図面と併せて説明され、開示された態様を例示するが、限定するものではなく、同様の指定は同様の要素を示す。
【図１】診断及び／又は治療用気管支鏡検査のために配置されたカートベースのロボットシステムの実施形態を示す。
【図２】図１のロボットシステムの更なる態様を描写する。
【図３】尿管鏡検査のために配置された図１のロボットシステムの実施形態を示す。
【図４】血管処置のために配置された図１のロボットシステムの実施形態を示す。
【図５】気管支鏡検査のために配置されたテーブルベースのロボットシステムの実施形態を示す。
【図６】図５のロボットシステムの代替的な図である。
【図７】ロボットアーム（複数可）を収容するように構成された例示的なシステムを示す。
【図８】尿管鏡検査のために構成されたテーブルベースのロボットシステムの実施形態を示す。
【図９】腹腔鏡処置のために構成されたテーブルベースのロボットシステムの実施形態を示す。
【図１０】ピッチ又は傾斜調整を備えた図５〜図９のテーブルベースのロボットシステムの実施形態を示す。
【図１１】図５〜図１０のテーブルベースのロボットシステムのテーブルとカラムとの間のインターフェースの詳細な図示を提供する。
【図１２】例示的な器具ドライバを示す。
【図１３】ペアの器具ドライバを備えた例示的な医療器具を示す。
【図１４】駆動ユニットの軸が器具の細長いシャフトの軸に対して平行である、器具ドライバ及び器具の代替的な設計を示す。
【図１５】例示的な実施形態に係る、図１３及び図１４の器具の位置などの、図１〜図１０のロボットシステムの１つ以上の要素の位置を推定する位置特定システムを示すブロック図を描く。
【図１６Ａ】高力器具の側面図を示す。
【図１６Ｂ】手首及び高力器具のエンドエフェクタの更なる詳細を示す、図１６Ａの高力器具の遠位部分の詳細図を示す。
【図１７Ａ】開放位置にある高力器具の実施形態を示す。
【図１７Ｂ】閉鎖位置にある図１７Ａの高力器具を示す。
【図１８Ａ】開放位置にある高力器具の別の実施形態を示す。
【図１８Ｂ】閉鎖位置にある図１８Ａの高力器具を示す。
【図１９Ａ】開放位置にある高力器具の別の実施形態を示す。
【図１９Ｂ】閉鎖位置にある図１９Ａの高力器具を示す。
【図２０Ａ】高力器具の様々な実施形態の構成要素の図を示し、高力器具の機械的利点を調整するために幾何学形状をどのように変化させることができるかを更に示す。
【図２０Ｂ】高力器具の様々な実施形態の構成要素の図を示し、高力器具の機械的利点を調整するために幾何学形状をどのように変化させることができるかを更に示す。
【図２０Ｃ】高力器具の様々な実施形態の構成要素の図を示し、高力器具の機械的利点を調整するために幾何学形状をどのように変化させることができるかを更に示す。
【図２０Ｄ】高力器具の様々な実施形態の構成要素の図を示し、高力器具の機械的利点を調整するために幾何学形状をどのように変化させることができるかを更に示す。
【図２１】プルワイヤで巻き付けられたプーリの実施形態の斜視図を示す。
【図２２Ａ】ピンベースのサイクロイド拘束部として構成されたギア付き拘束部を含む、高力器具の実施形態の図を示す。
【図２２Ｂ】ピンベースのサイクロイド拘束部として構成されたギア付き拘束部を含む、高力器具の実施形態の図を示す。
【図２２Ｃ】ピンベースのサイクロイド拘束部として構成されたギア付き拘束部を含む、高力器具の実施形態の図を示す。
【図２３】ピンベースのサイクロイド拘束部として構成されたギア付き拘束部を含む、高力器具の別の実施形態の図を示す。
【図２４Ａ】２つの拘束部を含む高力器具の実施形態の図を示す。開放位置にある器具の正面図である。
【図２４Ｂ】２つの拘束部を含む高力器具の実施形態の図を示す。器具の分解図である。
【図２４Ｃ】２つの拘束部を含む高力器具の実施形態の図を示す。器具の側面図である。
【図２４Ｄ】２つの拘束部を含む高力器具の実施形態の図を示す。開放位置にある器具の背面図である。
【図２４Ｅ】２つの拘束部を含む高力器具の実施形態の図を示す。器具の底部断面図である。
【図２４Ｆ】２つの拘束部を含む高力器具の実施形態の図を示す。器具が開放位置から閉鎖位置へと移動する際に交差する駆動ピンを示す。
【図２４Ｇ】２つの拘束部を含む高力器具の実施形態の図を示す。器具が開放位置から閉鎖位置へと移動する際に交差する駆動ピンを示す。
【図２４Ｈ】２つの拘束部を含む高力器具の実施形態の図を示す。器具が開放位置から閉鎖位置へと移動する際に交差する駆動ピンを示す。
【図２５Ａ】２つの拘束部及び単一部品リンクを含む、高力器具の実施形態の図を示す。それぞれ、開放構成及び閉鎖構成にある器具の図を示す。
【図２５Ｂ】２つの拘束部及び単一部品リンクを含む、高力器具の実施形態の図を示す。それぞれ、開放構成及び閉鎖構成にある器具の図を示す。
【図２５Ｃ】２つの拘束部及び単一部品リンクを含む、高力器具の実施形態の図を示す。器具のリンクとして機能するハウジングの実施形態を示す。
【図２５Ｄ】２つの拘束部及び単一部品リンクを含む、高力器具の実施形態の図を示す。器具のための第１又は第２のジョー部材の図を示す。
【図２５Ｅ】２つの拘束部及び単一部品リンクを含む、高力器具の実施形態の図を示す。器具の例示的なアセンブリプロセス中の段階を示す。
【図２５Ｆ】２つの拘束部及び単一部品リンクを含む、高力器具の実施形態の図を示す。器具の例示的なアセンブリプロセス中の段階を示す。
【図２５Ｇ】２つの拘束部及び単一部品リンクを含む、高力器具の実施形態の図を示す。器具の例示的なアセンブリプロセス中の段階を示す。
【図２５Ｈ】２つの拘束部及び単一部品リンクを含む、高力器具の実施形態の図を示す。器具の例示的なアセンブリプロセス中の段階を示す。
【図２６Ａ】高力器具について機械的利点をどのように決定することができるかを示す図である。
【図２６Ｂ】高力器具について機械的利点をどのように決定することができるかを示す図である。
【図２７】高力器具の一実施形態の力プロファイルを描くグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
１．概論。
本開示の態様は、腹腔鏡などの低侵襲性、及び内視鏡などの非侵襲性の両方の処置を含む、様々な医療処置を行うことができるロボット制御された医療システムに統合され得る。内視鏡処置のうち、システムは、気管支鏡検査、尿管鏡検査、胃鏡検査などを行うことができる。
【００１３】
幅広い処置を実行することに加えて、システムは、医師を支援するための強調された撮像及び誘導などの追加の利益を提供することができる。加えて、システムは、厄介なアーム運動及び位置を必要とせずに、人間工学的位置から処置を行う能力を医師に提供することができる。また更に、システムは、システムの器具のうちの１つ以上が単一のユーザによって制御され得るように、改善された使いやすさで処置を行う能力を医師に提供することができる。
【００１４】
以下、説明を目的として、図面と併せて、様々な実施形態が説明される。開示された概念の多くの他の実施態様が可能であり、開示された実施態様で様々な利点が達成され得ることを理解されたい。見出しが、参照のために本明細書に含まれ、様々なセクションの位置を特定する支援となる。これらの見出しは、それに関して説明される概念の範囲を限定することを意図するものではない。そのような概念は、本明細書全体にわたって適用可能性を有し得る。
【００１５】
Ａ．ロボットシステム−カート。
ロボット制御された医療システムは、特定の処置に応じて様々な方法で構成され得る。図１は、診断及び／又は治療用気管支鏡検査処置のために配置されたカートベースのロボット制御されたシステム１０の実施形態を示す。気管支鏡検査の間、システム１０は、気管支鏡検査のための処置特有の気管支鏡であり得る操縦可能な内視鏡１３などの医療器具を、診断及び／又は治療用具を送達するための自然オリフィスアクセスポイント（すなわち、本実施例ではテーブル上に位置付けられた患者の口）に送達するための１つ以上のロボットアーム１２を有するカート１１を備えることができる。図示のように、カート１１は、アクセスポイントへのアクセスを提供するために、患者の上部胴体に近接して位置付けすることができる。同様に、ロボットアーム１２は、アクセスポイントに対して気管支鏡を位置付けするために作動させることができる。図１の配置はまた、胃腸管（gastro-intestinal、ＧＩ）処置を、ＧＩ処置のための特殊な内視鏡である胃鏡を用いて実行するときに利用することができる。図２は、カートの例示的な実施形態をより詳細に描画する。
【００１６】
図１を引き続き参照すると、一旦カート１１が適切に位置付けられると、ロボットアーム１２は、操縦可能な内視鏡１３をロボットで、手動で、又はそれらの組み合わせで患者内に挿入することができる。図示のように、操縦可能な内視鏡１３は、内側リーダ部分及び外側シース部分などの少なくとも２つの入れ子式部品を備えてもよく、各部分は、器具ドライバのセット２８から別個の器具ドライバに結合され、各器具ドライバは、個々のロボットアームの遠位端部に結合されている。リーダ部分をシース部分と同軸上に整合させるのを容易にする器具ドライバ２８のこの直線配置は、１つ以上のロボットアーム１２を異なる角度及び／又は位置に操作することによって空間内に再位置付けされ得る「仮想レール」２９を作成する。本明細書に記載される仮想レールは、破線を使用して図に示されており、したがって破線は、システムの物理的構造を示さない。仮想レール２９に沿った器具ドライバ２８の並進は、外側シース部分に対して内側リーダ部分を入れ子にするか、又は内視鏡１３を患者から前進又は後退させる。仮想レール２９の角度は、臨床用途又は医師の好みに基づいて調整、並進、及び枢動させられてもよい。例えば、気管支鏡検査では、示されるような仮想レール２９の角度及び位置は、内視鏡１３を患者の口内に曲げ入れることによる摩擦を最小限に抑えながら内視鏡１３への医師のアクセスを提供する妥協を表す。
【００１７】
内視鏡１３は、対象の目的地又は手術部位に到達するまで、ロボットシステムからの正確なコマンドを使用して挿入後に患者の気管及び肺の下方に指向されてもよい。患者の肺網を通したナビゲーションを高め、及び／又は所望の標的に到達するために、内視鏡１３を操縦して、内側リーダ部分を外側シース部分から入れ子状に延ばし、高められた関節運動及びより大きな曲げ半径を得てもよい。別個の器具ドライバ２８の使用により、リーダ部分及びシース部分が互いに独立して駆動されることも可能にする。
【００１８】
例えば、内視鏡１３は、例えば、患者の肺内の病変又は小結節などの標的に生検針を送達するように指向されてもよい。針は、内視鏡の長さにわたる作業チャネルの下方に展開されて、病理医によって分析される組織試料を得てもよい。病理の結果に応じて、追加の生検のために追加のツールが内視鏡の作業チャネルの下方に展開されてもよい。小結節を悪性と識別した後、内視鏡１３は、潜在的な癌組織を切除するために器具を内視鏡的に送達してもよい。場合によっては、診断及び治療的処置は、別個の処置で送達される必要があってもよい。これらの状況において、内視鏡１３はまた、標的小結節の場所を「マーク」するために基準を送達するために使用されてもよい。他の例では、診断及び治療的処置は、同じ処置中に送達されてもよい。
【００１９】
システム１０はまた、カート１１に支持ケーブルを介して接続されて、カート１１への制御、電子機器、流体工学、光学系、センサ、及び／又は電力のためのサポートを提供し得る移動可能なタワー３０を含んでもよい。タワー３０内にこのような機能を置くことにより、動作を行う医師及びそのスタッフがより容易に調整及び／又は再位置付けすることができるより小さいフォームファクタのカート１１が可能となる。追加的に、カート／テーブルと支持タワー３０との間の機能の分割は、手術室の乱雑さを低減し、臨床ワークフローの改善を促進する。カート１１は患者に近接して配置されてもよいが、タワー３０は、処置中に邪魔にならないように遠隔位置に格納されてもよい。
【００２０】
上述のロボットシステムのサポートにおいて、タワー３０は、例えば、永続的な磁気記憶ドライブ、ソリッドステートドライブなどの非一時的コンピュータ可読記憶媒体内にコンピュータプログラム命令を記憶するコンピュータベースの制御システムの構成要素（複数可）を含んでもよい。これらの命令の実行は、実行がタワー３０内で行われるのか又はカート１１で行われるのかにかかわらず、そのシステム又はサブシステム（複数可）全体を制御してもよい。例えば、コンピュータシステムのプロセッサによって実行されるときに、命令は、ロボットシステムの構成要素に、関連するキャリッジ及びアームマウントを作動させ、ロボットアームを作動させ、医療器具を制御させてもよい。例えば、制御信号を受信したことに応答して、ロボットアームの関節内のモータは、アームをある特定の姿勢に位置付けしてもよい。
【００２１】
タワー３０は、内視鏡１３を通して展開され得るシステムに制御された灌注及び吸引能力を提供するために、ポンプ、流量計、弁制御、及び／又は流体アクセスも含んでもよい。これらの構成要素は、タワー３０のコンピュータシステムも使用して制御されてもよい。いくつかの実施形態では、灌注及び吸引能力は、別個のケーブル（複数可）を通して内視鏡１３に直接送達されてもよい。
【００２２】
タワー３０は、フィルタリングされ、保護された電力をカート１１に提供するように設計された電圧及びサージ保護具を含んでもよく、それによって、カート１１内に電力変圧器及び他の補助電力構成要素を配置することが回避され、カート１１はより小さく、より移動可能になる。
【００２３】
タワー３０は、ロボットシステム１０全体に配置されたセンサのための支持機器も含んでもよい。例えば、タワー３０は、ロボットシステム１０を通して光センサ又はカメラから受信したデータを検出、受信、及び処理するためのオプトエレクトロニクス機器を含んでもよい。制御システムと組み合わせて、このようなオプトエレクトロニクス機器は、タワー３０内を含むシステム全体に展開された任意の数のコンソール内に表示するためのリアルタイム画像を生成するために使用されてもよい。同様に、タワー３０は、展開された電磁（ＥＭ）センサから受信した信号を受信及び処理するための電子サブシステムも含んでもよい。タワー３０は、医療器具内又は医療器具上のＥＭセンサによる検出のためにＥＭ場発生器を収容し、位置付けするためにも使用されてもよい。
【００２４】
タワー３０は、システムの残りの部分で利用可能な他のコンソール、例えば、カートの上部上に装着されたコンソールに追加して、コンソール３１も含んでもよい。コンソール３１は、医師操作者のためのユーザインターフェース及びタッチスクリーンなどの表示画面を含んでもよい。システム１０内のコンソールは、一般に、ロボット制御、並びに内視鏡１３のナビゲーション情報及び位置特定情報などの処置の術前及びリアルタイム情報の両方を提供するように設計される。コンソール３１が医師に利用可能な唯一のコンソールではない場合、コンソール３１は、看護師などの第２の操作者によって使用されて、患者の健康又は生命及びシステム１０の動作を監視し、並びにナビゲーション及び位置特定情報などの処置固有のデータを提供してもよい。その他の実施形態では、コンソール３０は、タワー３０とは別個の本体内に収容される。
【００２５】
タワー３０は、１つ以上のケーブル又は接続（図示せず）を介してカート１１及び内視鏡１３に結合されてもよい。いくつかの実施形態では、タワー３０からの支持機能は、単一ケーブルを通してカート１１に提供されることにより、手術室を簡略化し、整理整頓することができる。他の実施形態では、特定の機能は、別個の配線及び接続で結合されてもよい。例えば、単一の電力ケーブルを通してカートに電力が供給されてもよい一方、制御、光学、流体工学、及び／又はナビゲーションのためのサポートは、別個のケーブルを通して提供されてもよい。
【００２６】
図２は、図１に示されるカートベースのロボット制御されたシステムからのカートの実施形態の詳細な図を提供する。カート１１は、概して、細長い支持構造１４（「カラム」と呼ばれることが多い）、カート基部１５、及びカラム１４の頂部にあるコンソール１６を含む。カラム１４は、１つ以上のロボットアーム１２（図２には３つ示されている）の展開を支持するためのキャリッジ１７（代替的に「アーム支持体」）などの１つ以上のキャリッジを含んでもよい。キャリッジ１７は、患者に対してより良好に位置付けするために垂直軸に沿って回転してロボットアーム１２の基部を調整する、個別に構成可能なアームマウントを含んでもよい。キャリッジ１７はまた、キャリッジ１７がカラム１４に沿って垂直方向に並進することを可能にするキャリッジインターフェース１９を含む。
【００２７】
キャリッジインターフェース１９は、キャリッジ１７の垂直方向の並進を案内するためにカラム１４の両側に位置付けられたスロット２０などのスロットを通してカラム１４に接続されている。スロット２０は、カート基部１５に対して様々な垂直方向の高さでキャリッジ１７を位置付けし及び保持するための垂直方向の並進インターフェースを含む。キャリッジ１７の垂直方向の並進により、カート１１は、様々なテーブルの高さ、患者のサイズ、及び医師の好みを満たすようにロボットアーム１２のリーチを調整することが可能となる。同様に、キャリッジ１７上の個別に構成可能なアームマウントにより、ロボットアーム１２のロボットアーム基部２１を様々な構成で角度付けすることが可能となる。
【００２８】
いくつかの実施形態では、キャリッジ１７が垂直方向に並進する際にカラム１４の内部チャンバ及び垂直方向の並進インターフェース内に汚れ及び流体が侵入するのを防止するために、スロット２０には、スロット表面と同一平面及び平行であるスロットカバーが追加されてもよい。スロットカバーは、スロット２０の垂直方向の頂部及び底部付近に位置付けられたばねスプールの対を通じて展開されてもよい。カバーは、キャリッジ１７が上下方向に垂直に並進するのにつれてコイル状から伸縮するように展開されるまで、スプール内でコイル巻きされている。スプールのバネ荷重は、キャリッジ１７がスプールに向かって並進するときにカバーをスプールに引き込む力を提供し、一方、キャリッジ１７がスプールから離れて並進するときにはタイトなシールも維持する。カバーは、キャリッジ１７が並進する際にカバーが適切に伸縮するのを確実にするために、例えば、キャリッジインターフェース１９内のブラケットを使用してキャリッジ１７に接続されてもよい。
【００２９】
カラム１４は、例えば、コンソール１６からの入力などのユーザ入力に応答して生成された制御信号に応答してキャリッジ１７を機械的に並進させるために垂直方向に位置合わせされた主ネジを使用するように設計された、歯車及びモータなどの機構を内部に備えてもよい。
【００３０】
ロボットアーム１２は、一般に、一連の関節２４によって接続されている一連のリンク２３によって分離されたロボットアーム基部２１及びエンドエフェクタ２２を備えてもよく、各関節は独立したアクチュエータを備え、各アクチュエータは、独立して制御可能なモータを備える。それぞれ独立して制御可能な関節は、ロボットアーム１２が利用可能な独立した自由度を表す。ロボットアーム１２の各々は、７つの関節を有してもよく、したがって、７つの自由度を提供することが可能である。多数の関節は、多数の自由度をもたらし、「冗長」自由度を可能にする。冗長自由度を有することにより、ロボットアーム１２は、異なるリンク位置及び関節角度を使用して空間内の特定の位置、向き、及び軌道で、それらのそれぞれのエンドエフェクタ２２を位置付けすることが可能となる。これにより、システムが空間内の所望のポイントから医療器具を位置付けし及び指向させることが可能になると同時に、医師がアーム関節を患者から離れる臨床的に有利な位置へと移動させて、アームの衝突を回避しながらよりよいアクセスを生み出すことを可能にする。
【００３１】
カート基部１５は、床の上のカラム１４、キャリッジ１７、及びロボットアーム１２の重量の釣り合いをとる。したがって、カート基部１５は、電子機器、モータ、電源、並びにカート１１の移動及び／又は固定化のいずれかを可能にする構成要素などの、より重い部品を収容する。例えば、カート基部１５は、処置前にカート１１が部屋中をあちこちに容易に移動することを可能にする、転動可能なホイール形状のキャスタ２５を含む。適切な位置に到達した後、キャスタ２５は、処置中にカート１１を所定の場所に保持するためのホイールロックを使用して静止させられてもよい。
【００３２】
カラム１４の垂直方向の端部に配置されたコンソール１６は、ユーザ入力を受信するためのユーザインターフェース及び表示画面（又は、例えば、タッチスクリーン２６などの二重目的デバイス）の両方を可能にして、術前データ及び術中データの両方を医師であるユーザに提供する。タッチスクリーン２６上の潜在的な術前データは、術前計画、術前コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンから導出されたナビゲーション及びマッピングデータ、及び／又は術前患者問診からのメモを含んでもよい。ディスプレイ上の術中データは、ツールから提供される光学情報、センサからのセンサ及び座標情報、及び呼吸、心拍数、及び／又はパルスなどの不可欠な患者統計を含んでもよい。コンソール１６は、医師が、キャリッジ１７に対向するカラム１４側からコンソール１６にアクセスすることを可能にするように位置付けされ、傾斜が付けられてもよい。この位置から、医師は、コンソール１６をカート１１の背後から操作しながら、コンソール１６、ロボットアーム１２、及び患者を見ることができる。図示のように、コンソール１６はまた、カート１１の操作及び安定化を支援するハンドル２７を含む。
【００３３】
図３は、尿管鏡検査のために配置されたロボット制御されたシステム１０の実施形態を示す。尿管鏡検査処置では、カート１１は、患者の尿道及び尿管を横断するように設計された処置専用内視鏡である尿管鏡３２を患者の下腹部領域に送達するように位置付けされてもよい。尿管鏡検査では、尿管鏡３２が患者の尿道と直接整合して、領域内の敏感な解剖学的構造に対する摩擦及び力を低減することが望ましいことがある。図示のように、カート１１は、ロボットアーム１２が尿管鏡３２を、患者の尿道に直接直線状にアクセスするために位置付けすることを可能にするように、テーブルの脚部に位置合わせされてもよい。テーブルの脚部から、ロボットアーム１２は、尿道を通して患者の下腹部に直接、仮想レール３３に沿って尿管鏡３２を挿入してもよい。
【００３４】
気管支鏡検査におけるのと同様の制御技法を使用して尿道に挿入した後、尿管鏡３２は、診断及び／又は治療用途のために、膀胱、尿管、及び／又は腎臓にナビゲートされてもよい。例えば、尿管鏡３２は、尿管及び腎臓に指向され、尿管鏡３２の作業チャネルの下方に展開されたレーザ又は超音波砕石デバイスを使用して、形成された腎臓結石を破壊することができる。砕石術が完了した後、得られた結石片は、尿管鏡３２の下方に展開されたバスケットを使用して除去されてもよい。
【００３５】
図４は、血管処置のために同様に配されたロボット制御されたシステムの実施形態を示す。血管処置において、システム１０は、カート１１が、操縦可能なカテーテルなどの医療器具３４を、患者の脚内の大腿動脈内のアクセスポイントに送達することができるように構成することができる。大腿動脈は、ナビゲーションのためのより大きな直径と、患者の心臓への比較的迂回性及び蛇行性でない経路との両方を呈し、これによりナビゲーションが単純化する。尿管鏡処置のように、カート１１は、患者の脚及び下腹部に向かって位置付けされて、ロボットアーム１２が患者の大腿／腰領域内の大腿動脈アクセスポイントへの直接的な線形アクセスで仮想レール３５を提供することを可能にしてもよい。動脈内への挿入後、器具ドライバ２８を並進させることによって医療器具３４が指向され、挿入されてもよい。代替的には、カートは、例えば、肩及び手首付近の頸動脈及び腕動脈などの代替的な血管アクセスポイントに到達するために、患者の上腹部の周囲に位置付けされてもよい。
【００３６】
Ｂ．ロボットシステム−テーブル。
ロボット制御された医療システムの実施形態は、患者テーブルも組み込んでもよい。テーブルの組み込みは、カートを除去することによって手術室内の資本設備の量を低減し、患者へのより大きなアクセスを可能にする。図５は、気管支鏡検査処置のために配置されたそのようなロボット制御されたシステムの実施形態を示す。システム３６は、床の上にプラットフォーム３８（「テーブル」又は「ベッド」として図示）を支持するための支持構造体又はカラム３７を含む。カートベースのシステムと同様に、システム３６のロボットアーム３９のエンドエフェクタは、器具ドライバ４２の線形整列から形成された仮想レール４１を通して、又はそれに沿って、図５の気管支鏡４０などの細長い医療用器具を操作するように設計された器具ドライバ４２を備える。実際には、蛍光透視撮像を提供するためのＣアームは、放射器及び検出器をテーブル３８の周囲に置くことによって、患者の上部腹部領域の上方に位置付けされてもよい。
【００３７】
図６は、説明を目的として、患者及び医療器具なしのシステム３６の代替的な図を提供する。図示のように、カラム３７は、１つ以上のロボットアーム３９のベースとなり得る、システム３６内でリング形状として図示される１つ以上のキャリッジ４３を含んでもよい。キャリッジ４３は、カラム３７の長さにわたる垂直方向のカラムインターフェース４４に沿って並進して、ロボットアーム３９が患者に到達するように位置付けされ得る異なるバンテージポイントを提供してもよい。キャリッジ（複数可）４３は、カラム３７内に位置付けられた機械的モータを使用してカラム３７の周りを回転して、ロボットアーム３９が、例えば、患者の両側などのテーブル３８の多数の側面へのアクセスを有することを可能にしてもよい。複数のキャリッジを有する実施形態では、キャリッジはカラム上に個別に位置付けされてもよく、他のキャリッジとは独立して並進及び／又は回転してもよい。キャリッジ４３はカラム３７を取り囲む必要はなく、又は更には円形である必要はないが、図示されるようなリング形状は、構造的バランスを維持しながらカラム３７の周りでキャリッジ４３が回転するのを容易にする。キャリッジ４３の回転及び並進により、システム３６は、内視鏡及び腹腔鏡などの医療器具を患者の異なるアクセスポイントに整列させることができる。その他の実施形態（図示せず）では、システム３６は、並行して延びるバー又はレールの形態の調節可能なアーム支持体を有する患者テーブル又はベッドを含むことができる。１つ以上のロボットアーム３９を、（例えば、肘関節を有する肩部を介して）垂直方向に調整することができる調節可能なアーム支持体に取り付けることができる。垂直方向の調節を提供することによって、ロボットアーム３９は、有利には、患者テーブル又はベッドの下にコンパクトに収容されることが可能であり、その後、処置中に引き上げられることが可能である。
【００３８】
ロボットアーム３９は、ロボットアーム３９に追加の構成可能性を提供するために個別に回転してもよく、及び／又は伸縮自在に延びてもよい一連の関節を備えるアームマウント４５を介してキャリッジに取り付けられてもよい。更に、アームマウント４５は、キャリッジ４３上に位置付けされてもよく、それにより、キャリッジ４３が適切に回転させられると、アームマウント４５は、テーブル３８の同じ側（図６に示すように）、テーブル３８の反対側（図９に示すように）、又はテーブル３８の隣接する側（図示せず）のいずれかに位置付けされてもよい。
【００３９】
カラム３７は、テーブル３８の支持及びキャリッジ４３の垂直方向の並進のための経路を構造的に提供する。内部的には、コラム３７は、キャリッジの垂直方向の並進を案内するための主ネジと、主ネジに基づいてキャリッジの並進を機械化するためのモータとを装備していてもよい。カラム３７はまた、キャリッジ４３及びその上に装着されたロボットアーム３９に電力及び制御信号を伝達してもよい。
【００４０】
テーブル基部４６は、図２に示すカート１１のカート基部１５と同様の機能を果たし、テーブル／ベッド３８、カラム３７、キャリッジ４３し及びロボットアーム３９の釣り合いをとるためにより重い構成要素を収容する。テーブル基部４６はまた、処置中に安定性を提供するために剛性キャスタを組み込んでもよい。テーブル基部４６の底部から展開されるキャスタは、基部４６の両側で反対方向に延ばし、システム３６を移動させる必要があるときに引き込んでもよい。
【００４１】
引き続き図６を参照すると、システム３６はまた、テーブルとタワーとの間でシステム３６の機能を分割して、テーブルのフォームファクタ及びバルクを低減するタワー（図示せず）を含んでもよい。先に開示された実施形態と同様に、タワーは、処理、計算、及び制御能力、電力、流体工学、並びに／又は光学及びセンサ処理などの様々な支持機能をテーブルに提供してもよい。タワーは、医師のアクセスを改善し、手術室を整理整頓するために、患者から離れて位置付けされるように移動可能でもあってもよい。加えて、タワー内に構成要素を配置することにより、ロボットアーム３９の潜在的な収容のために、テーブル基部４６内により多くの保管空間を可能にする。タワーは、キーボード及び／又はペンダントなどのユーザ入力のためのユーザインターフェース、並びにリアルタイム撮像、ナビゲーション、及び追跡情報などの術前及び術中情報のための表示画面（又はタッチスクリーン）の両方を提供するマスターコントローラ又はコンソールも含んでもよい。いくつかの実施形態では、タワーはまた、送気のために使用されるガスタンク用のホルダを含んでもよい。
【００４２】
いくつかの実施形態では、テーブル基部は、使用されていないときにロボットアームを収容して格納してもよい。図７は、テーブルベースのシステムの実施形態におけるロボットアームを収容するシステム４７を示す。システム４７では、キャリッジ４８は、ロボットアーム５０、アームマウント５１、及びキャリッジ４８を基部４９内に収容するために、基部４９内へと垂直方向に並進させられてもよい。基部カバー５２は、並進及び後退して、キャリッジ４８、アームマウント５１、及びロボットアーム５０をカラム５３の周りに展開させるように開き、使用されていないときにそれらを収容して保護するように閉じられてもよい。基部カバー５２は、閉じたときに汚れ及び流体の侵入を防止するために、その開口部の縁部に沿って膜５４で封止されてもよい。
【００４３】
図８は、尿管鏡処置のために構成されたロボット制御されたテーブルベースシステムの実施形態を示す。尿管鏡検査では、テーブル３８は、患者をカラム３７及びテーブル基部４６からオフアングルに位置付けするためのスイベル部分５５を含んでもよい。スイベル部分５５は、スイベル部分５５の底部をカラム３７から離すように位置付けするために、枢動点（例えば、患者の頭部の下方に配置）を中心に回転又は枢動してもよい。例えば、スイベル部分５５の旋回により、Ｃアーム（図示せず）が、テーブル３８の下のカラム（図示せず）と空間を奪い合うことなく、患者の下部腹部の上方に位置付けされることを可能にする。カラム３７の周りにキャリッジ３５（図示せず）を回転させることにより、ロボットアーム３９は、尿道に到達するように、仮想レール５７に沿って、患者の鼠径部領域に直接尿管鏡５６を挿入してもよい。尿管鏡検査では、処置中に患者の脚の位置を支持し、患者の鼠径部領域への明確なアクセスを可能にするために、テーブル３８のスイベル部分５５にあぶみ５８が固定されてもよい。
【００４４】
腹腔鏡処置では、患者の腹壁内の小さな切開部（複数可）を通して、低侵襲性器具を患者の解剖学的構造に挿入してもよい。いくつかの実施形態では、低侵襲性器具は、患者内の解剖学的構造にアクセスするために使用されるシャフトなどの細長い剛性部材を含む。患者の腹腔の膨張後、器具は、把持、切断、アブレーション、縫合などの外科的又は医療的タスクを実施するように方向付けられてもよい。いくつかの実施形態では、器具は、腹腔鏡などのスコープを備えることができる。図９は、腹腔鏡検査処置のために構成されたロボット制御されたテーブルベースのシステムの実施形態を示す。図９に図示されるように、システム３６のキャリッジ４３は回転し、垂直方向に調整されて、器具５９が患者の両側の最小切開部を通過して患者の腹腔に到達するようにアームマウント４５を使用して位置付けされ得るように、ロボットアーム３９の対をテーブル３８の両側に位置付けしてもよい。
【００４５】
腹腔鏡処置に対応するために、ロボット制御されたテーブルシステムは、プラットフォームを所望の角度に傾斜もさせてもよい。図１０は、ピッチ又は傾斜調整を有するロボット制御された医療システムの実施形態を示す。図１０に示すように、システム３６は、テーブル３８の傾斜に適応して、テーブルの一方の部分を他方の部分より床から離れた距離に位置付けすることができる。加えて、アームマウント４５は、ロボットアーム３９がテーブル３８と同じ平面関係を維持するように、傾斜に一致するように回転してもよい。急角度に適応するために、カラム３７はまた、テーブル３８が床に接触するか又はテーブル基部４６と衝突するのを防ぐためにカラム３７が垂直方向に延びるのを可能にする入れ子部分６０を含んでもよい。
【００４６】
図１１は、テーブル３８とカラム３７との間のインターフェースの詳細な図示を提供する。ピッチ回転機構６１は、カラム３７に対するテーブル３８のピッチ角を多数の自由度で変更するように構成されてもよい。ピッチ回転機構６１は、カラム−テーブルインターフェースでの直交軸１、２の位置付けによって可能にされてもよく、各軸は、電気ピッチ角コマンドに応答して別個のモータ３、４によって作動させられる。一方のネジ５に沿った回転は、一方の軸１における傾斜調整を可能にし、他方のネジ６に沿った回転は、他方の軸２に沿った傾斜調整を可能にする。いくつかの実施形態では、カラム３７に対するテーブル３８のピッチ角を複数の自由度で変更するために、玉継ぎ手が用いられてもよい。
【００４７】
例えば、ピッチ調整は、テーブルをトレンデレンブルグ位置に位置付けしようとするときに、すなわち下腹部手術のために患者の上腹部よりも床からより高い位置に患者の下腹部を位置付けしようとするときに、特に有用である。トレンデレンブルグ位置は、重力によって患者の内臓を患者の上腹部に向かってスライドさせ、低侵襲性ツールが入って腹腔鏡前立腺切除術などの下腹部の外科又は医療処置を実施するために、腹腔を空にする。
【００４８】
Ｃ．器具ドライバ及びインターフェース。
システムのロボットアームのエンドエフェクタは、（ｉ）医療器具を作動させるための電気機械的手段を組み込んだ器具ドライバ（代替的には、「器具駆動機構」又は「器具デバイスマニピュレータ」と呼ばれる）と、（ｉｉ）取り外し可能又は着脱可能な医療器具を備え、モータなどの電気機械的構成要素を含まないものであってもよい。この二分法は、医療処置に使用される医療器具を滅菌する必要性、それらの複雑な機械的アセンブリ及び敏感な電子機器により、高価な資本設備を十分に滅菌することができないことに駆動される可能性がある。したがって、医療器具は、医師又は医師のスタッフによる個々の滅菌又は廃棄のために、器具ドライバ（したがってそのシステム）から取り外し、除去、及び交換されるように設計することができる。対照的に、器具ドライバは交換又は滅菌される必要がなく、保護のために掛け布をすることができる。
【００４９】
図１２は、例示的な器具ドライバを示す。ロボットアームの遠位端部に配置される器具ドライバ６２は、駆動シャフト６４を介して医療器具に制御トルクを提供するために平行軸を伴って配された１つ以上の駆動ユニット６３を備える。各駆動ユニット６３は、器具と相互作用するための個々の駆動シャフト６４と、モータシャフトの回転を所望のトルクに変換するためのギヤヘッド６５と、駆動トルクを生成するためのモータ６６と、モータシャフトの速度を測定し、制御回路にフィードバックを提供するエンコーダ６７と、制御信号を受信し、駆動ユニットを作動させるための制御回路６８と、を備える。各駆動ユニット６３は独立して制御及びモータ駆動され、器具ドライバ６２は、複数（図１２に図示されるように４つ）の独立した駆動出力を医療用器具に提供してもよい。動作中、制御回路６８は、制御信号を受信し、モータ６６にモータ信号を送信し、エンコーダ６７によって測定された得られたモータ速度を所望の速度と比較し、モータ信号を変調して所望のトルクを生成する。
【００５０】
無菌環境を必要とする処置のために、ロボットシステムは、器具ドライバと医療器具との間に位置する、無菌ドレープに接続された無菌アダプタなどの駆動インターフェースを組み込んでもよい。無菌アダプタの主な目的は、器具ドライバの駆動シャフトから器具の駆動入力に角度運動を伝達する一方で、駆動シャフトと駆動入力との間の物理的分離、したがって無菌性を維持することである。したがって、例示的な無菌アダプタは、器具ドライバの駆動シャフトと嵌合されることが意図された一連の回転入力部及び出力部と、器具に対する駆動入力部とで構成することができる。無菌アダプタに接続される無菌ドレープは、透明又は半透明プラスチックなどの薄い可撓性材料で構成され、器具ドライバ、ロボットアーム、及び（カートベースのシステムにおける）カート又は（テーブルベースのシステムにおける）テーブルなどの資本設備を覆うように設計される。ドレープの使用により、滅菌を必要としない領域（すなわち、非滅菌野）に依然として位置付けされている間に、資本設備を患者に近接して配置することが可能となる。滅菌ドレープの反対側では、医療器具は、滅菌（すなわち、滅菌野）を必要とする領域において患者とインターフェースしてもよい。
【００５１】
Ｄ．医療器具。
図１３は、ペアの器具ドライバを備えた例示的な医療器具を示す。ロボットシステムと共に使用するために設計された他の器具と同様に、医療器具７０は、細長いシャフト７１（又は細長い本体）及び器具基部７２を備える。医師による手動相互作用が意図されているその設計により「器具ハンドル」とも呼ばれる器具基部７２は、概して、ロボットアーム７６の遠位端部において器具ドライバ７５上の駆動インターフェースを通って延びる駆動出力部７４と嵌合するように設計された、回転可能な駆動入力部７３、例えば、レセプタクル、プーリ、又はスプールを備えてもよい。物理的に接続、ラッチ、及び／又は結合されるときに、器具基部７２の嵌合された駆動入力部７３は、器具ドライバ７５における駆動出力部７４と回転軸線を共有して、駆動出力部７４から駆動入力部７３へのトルクの伝達を可能とすることができる。いくつかの実施形態では、駆動出力部７４は、駆動入力部７３上のレセプタクルと嵌合するように設計されたスプラインを備えてもよい。
【００５２】
細長いシャフト７１は、例えば、内視鏡におけるような解剖学的開口部若しくは管腔、又は腹腔鏡検査におけるような低侵襲性切開部のいずれかを通して送達されるように設計される。細長いシャフト７１は、可撓性（例えば、内視鏡と同様の特性を有する）若しくは剛性（例えば、腹腔鏡と同様の特性を有する）のいずれかであってもよく、又は可撓性部分及び剛性部分の両方のカスタマイズされた組み合わせを含んでもよい。腹腔鏡ために設計される場合、剛性の細長いシャフトの遠位端部は、少なくとも１つの自由度を有するクレビスから形成された接合された手首から延びるエンドエフェクタ、及び駆動入力部が器具ドライバ７５の駆動出力部７４から受け取ったトルクに応答して回転する際に、腱からの力に基づいて作動され得る、例えば、把持具又ははさみである、手術用ツール又は医療用器具に接続することができる。内視鏡検査のために設計されると場合、可撓性の細長いシャフトの遠位端部は、器具ドライバ７５の駆動出力部７４から受信したトルクに基づいて関節運動及び屈曲され得る操縦可能又は制御可能な屈曲部を含んでもよい。
【００５３】
器具ドライバ７５からのトルクは、細長いシャフト７１に沿った腱を使用して細長いシャフト７１の下流に伝達される。プルワイヤなどのこれらの個々の腱は、器具ハンドル７２内の個々の駆動入力部７３に個別に固定されてもよい。ハンドル７２から、腱は、細長いシャフト７１に沿って１つ以上のプルルーメン（pull lumen）に向けられ、細長いシャフト７１の遠位部分、又は細長いシャフトの遠位部分の手首に固定される。腹腔鏡、内視鏡、又はハイブリッド処置などの外科処置中、これらの腱は、手首、把持具、又ははさみなどの遠位に取り付けられたエンドエフェクタに連結されてもよい。このような構成の下で、駆動入力部７３に及ぼされるトルクは、腱に張力を伝達し、それによってエンドエフェクタを何らかの方法で作動させる。いくつかの実施形態では、外科処置中に、腱は、関節を軸の周りで回転させることができ、それによってエンドエフェクタを一方向又は別の方向に移動させる。代替的には、腱は、細長いシャフト７１の遠位端部で把持具の１つ以上のジョーに接続されてもよく、腱からの張力によって把持具は閉鎖される。
【００５４】
内視鏡検査では、腱は、接着剤、制御リング、又は他の機械的固定を介して、細長いシャフト７１に沿って（例えば、遠位端部に）位置付けられた屈曲部又は関節運動部に結合されてもよい。屈曲部の遠位端部に固定的に取り付けられる場合、駆動入力部７３に及ぼされるトルクは、腱の下流に伝達され、より軟質の屈曲部（関節運動可能部又は領域と呼ばれることがある）を屈曲又は関節運動させる。非屈曲部分に沿って、個々の腱を内視鏡シャフトの壁に沿って（又は内側に）指向する個々のプルルーメンを螺旋状又は渦巻状にして、プルワイヤにおける張力からもたらされる半径方向の力の釣り合いをとることが有利であり得る。螺旋の角度及び／又はそれらの間の間隔は、特定の目的のために変更又は設計することができ、よりきつい螺旋は負荷力の下でより少ないシャフト圧縮を示し、一方、より少ない量のらせんは負荷力の下でより大きなシャフト圧縮をもたらすが、屈曲を制限する。スペクトルのもう一方の端部では、プルルーメンは、細長いシャフト７１の長手方向軸に平行に指向されて、所望の屈曲部又は関節運動可能部における制御された関節運動を可能にしてもよい。
【００５５】
内視鏡検査では、細長いシャフト７１は、ロボット処置を支援するいくつかの構成要素を収容する。シャフト７１は、シャフト７１の遠位端部における手術領域に対して手術ツール（又は医療器具）、灌注、及び／又は吸引を展開するための作業チャネルを備えることができる。シャフト７１は、遠位先端部の光学アセンブリに信号を伝送するためのワイヤ及び／又は光ファイバも収容してもよく、これは光学カメラを含んでもよい。シャフト７１はまた、発光ダイオードなどの近位に位置する光源からシャフト７１の遠位端部に光を搬送するための光ファイバを収容してもよい。
【００５６】
器具７０の遠位端部では、遠位先端部は、診断及び／又は治療、灌注、及び吸引のためにツールを手術部位に送達するための作業チャネルの開口部を備えてもよい。遠位先端部はまた、内部解剖学的空間の画像を捕捉するために、繊維スコープ又はデジタルカメラなどのカメラのためのポートを含んでもよい。関連して、遠位先端部はまた、カメラを使用するときに解剖学的空間を照明するための光源用のポートを含んでもよい。
【００５７】
図１３の例では、駆動シャフト軸、したがって駆動入力軸は、細長いシャフト７１の軸に直交する。しかしながら、この配置は、細長いシャフト７１のロール能力を複雑にする。駆動入力部７３を静止させながら、細長いシャフト７１をその軸に沿ってロールさせることにより、腱が駆動入力部７３から延び、細長いシャフト７１内のプルルーメンに入る際に、腱の望ましくない絡まりをもたらす。そのような腱の結果としての絡まりは、内視鏡処置中の可撓性の細長いシャフト７１の動きを予測することを意図した制御アルゴリズムを混乱させる可能性がある。
【００５８】
図１４は、駆動ユニットの軸が器具の細長いシャフトの軸に対して平行である、器具ドライバ及び器具の代替的な設計を示す。図示のように、円形の器具ドライバ８０は、ロボットアーム８２の端部において平行に整合された駆動出力部８１を備える４つの駆動ユニットを含む。駆動ユニット及びそれらのそれぞれの駆動出力部８１は、アセンブリ８３内の駆動ユニットのうちの１つによって駆動される器具ドライバ８０の回転アセンブリ８３内に収容される。回転駆動ユニットによって提供されるトルクに応答して、回転アセンブリ８３は、回転アセンブリ８３を器具ドライバの非回転部分８４に接続する円形ベアリングに沿って回転する。電力及び制御信号は、電気接点を通して器具ドライバ８０の非回転部分８４から回転アセンブリ８３に伝達されてもよく、ブラシ付きスリップリング接続（図示せず）による回転を通して維持されてもよい。他の実施形態では、回転アセンブリ８３は、非回転可能部分８４に一体化され、したがって他の駆動ユニットと平行ではない別個の駆動ユニットに応答してもよい。回転機構８３は、器具ドライバ８０が、器具ドライバ軸８５周りの単一ユニットとして、駆動ユニット及びそれらのそれぞれの駆動出力部８１を回転させることを可能にする。
【００５９】
先に開示した実施形態と同様に、器具８６は、細長いシャフト部分８８と、器具ドライバ８０内の駆動出力部８１を受容するように構成された複数の駆動入力部８９（レセプタクル、プーリ、及びスプールなど）を備えた器具基部８７（説明目的のために透明な外部スキンで示される）と、を備えてもよい。先の開示した実施形態とは異なり、器具シャフト８８は、器具基部８７の中心から延び、軸は、図１３の設計にあるように直交するのではなく、駆動入力部８９の軸に実質的に平行である。
【００６０】
器具ドライバ８０の回転アセンブリ８３に結合されると、器具基部８７及び器具シャフト８８を備える医療器具８６は、器具ドライバ軸８５を中心にして回転アセンブリ８３と一緒に回転する。器具シャフト８８は器具基部８７の中心に位置付けされているため、器具シャフト８８は、取り付けられたときに器具ドライバ軸８５と同軸である。したがって、回転アセンブリ８３の回転により、器具シャフト８８は、それ自体の長手方向軸を中心に回転する。更に、器具基部８７が器具シャフト８８と共に回転すると、器具基部８７内の駆動入力部８９に接続された任意の腱は、回転中に絡まらない。したがって、駆動出力部８１、駆動入力部８９、及び器具シャフト８８の軸の平行性は、制御腱を絡めることなくシャフト回転を可能にする。
【００６１】
Ｅ．ナビゲーション及び制御。
従来の内視鏡検査は、操作者である医師に腔内誘導を提供するために、蛍光透視法（例えば、Ｃアームを通して送達され得るような）、及び他の形態の放射線ベースの撮像モダリティの使用を伴うことがある。対照的に、本開示によって企図されるロボットシステムは、放射線への医師の暴露を低減し、手術室内の機器の量を低減するために、非放射線ベースのナビゲーション及び位置特定手段を提供することができる。本明細書で使用するとき、用語「位置特定」は、基準座標系内のオブジェクトの位置を判定及び／又は監視することを指すことがある。術前マッピング、コンピュータビジョン、リアルタイムＥＭ追跡、及びロボットコマンドデータなどの技術は、放射線を含まない動作環境を達成するために個別に又は組み合わせて使用されてもよい。放射線ベースの撮像モダリティが依然として使用されるその他の場合、術前マッピング、コンピュータビジョン、リアルタイムＥＭ追跡、及びロボットコマンドデータは、放射線ベースの撮像モダリティによってのみ取得される情報を改善するために、個別に又は組み合わせて使用されてもよい。
【００６２】
図１５は、例示的な実施形態による、器具の位置など、ロボットシステムの１つ以上の要素の位置を推定する位置特定システム９０を示すブロック図である。位置特定システム９０は、１つ以上の命令を実行するように構成されている１つ以上のコンピュータデバイスのセットであってもよい。コンピュータデバイスは、上で考察された１つ以上の構成要素内のプロセッサ（又は複数のプロセッサ）及びコンピュータ可読メモリによって具現化されてもよい。例として、限定するものではないが、コンピュータデバイスは、図１に示されるタワー３０内にあってもよく、図１〜図４に示されるカート内にあってもよく、図５〜図１０に示されるベッド内にあってもよい。
【００６３】
図１５に示すように、位置特定システム９０は、入力データ９１〜９４を処理して医療器具の遠位先端部の位置データ９６を生成する位置特定モジュール９５を含んでもよい。位置データ９６は、基準系に対する器具の遠位端部の場所及び／又は配向を表すデータ又は論理であってもよい。基準系は、患者の解剖学的構造、又はＥＭ場発生器（ＥＭ場発生器についての以下の考察を参照）などの既知の物体に対する基準系とすることができる。
【００６４】
ここで、様々な入力データ９１〜９４についてより詳細に説明する。術前マッピングは、低用量ＣＴスキャンの収集を利用して達成することができる。術前ＣＴスキャンは、例えば、患者の内部解剖学的構造のノッチ図の「スライス」として可視化される３次元画像に再構成される。全体として分析される場合、患者の肺網などの患者の解剖学的構造の解剖学的空腔、空間、及び構造のための画像ベースのモデルが生成され得る。中心線形状（center-line geometry）などの手法をＣＴ画像から決定及び近似して、モデルデータ９１（術前ＣＴスキャンのみを使用して生成された場合は「術前モデルデータ」とも称される）と称される患者の解剖学的構造の３次元ボリュームを作成することができる。中心線幾何学形状の使用は、米国特許出願第１４／５２３，７６０号で考察されており、その内容は、その全体が本明細書に組み込まれる。ネットワーク位相モデルもまた、ＣＴ画像から導出されてもよく、気管支鏡検査に特に適している。
【００６５】
いくつかの実施形態では、器具はカメラを装備して、視覚データ（又は画像データ）９２を提供してもよい。位置特定モジュール９５は、視覚データを処理して、１つ以上の視覚ベースの（又は画像ベースの）位置追跡モジュール又は機能を有効にすることができる。例えば、術前モデルデータは、医療器具（例えば、内視鏡、又は内視鏡の作業チャネルを通って前進する器具）のコンピュータビジョンベースの追跡を可能にするために、視覚データ９２と共に使用されてもよい。例えば、術前モデルデータ９１を使用して、ロボットシステムは、内視鏡の予想される移動経路に基づいて、モデルから、予測される内視鏡画像のライブラリを生成することができ、各画像はモデル内の位置にリンクされる。手術中に、このライブラリは、カメラ（例えば、内視鏡の遠位端部でのカメラ）で捕捉されたリアルタイム画像を画像ライブラリ内のものと比較して、位置特定を支援するために、ロボットシステムによって参照することができる。
【００６６】
他のコンピュータビジョンベースの追跡技法は、カメラの動き、したがって内視鏡を判定するための特徴追跡を使用する。位置特定モジュール９５のいくつかの特徴は、解剖学的管腔に対応する術前モデルデータ９１内の円形幾何学形状を特定し、どの解剖学的管腔が選択されたか、並びにカメラの相対的な回転及び／又は並進運動を判定するために、それらの幾何学的形状の変化を追跡してもよい。位相マップの使用は、視覚ベースのアルゴリズム又は技法を更に向上させることがある。
【００６７】
光学フロー、別のコンピュータビジョンベースの技法は、カメラの動きを推測するために、視覚データ９２内のビデオシーケンス内の画像ピクセルの変位及び並進を分析してもよい。光学フロー技術の例としては、動き検出、オブジェクトセグメンテーション計算、輝度、動き補償符号化、立体視差測定などを挙げることができる。複数の反復にわたり複数のフレームを比較することにより、カメラ（及びしたがって内視鏡）の移動及び位置を決定することができる。
【００６８】
位置特定モジュール９５は、リアルタイムＥＭ追跡を使用して、術前モデルによって表される患者の解剖学的構造に位置合わせされ得るグローバル座標系内に、内視鏡のリアルタイム位置を生成することができる。ＥＭ追跡では、医療器具（例えば、内視鏡器具）内に１つ以上の位置及び配向で埋め込まれた１つ以上のセンサコイルを備えるＥＭセンサ（又はトラッカ）は、既知の場所に位置付けられた１つ以上の静的ＥＭ場発生器によって生成されるＥＭ場の変動を測定する。ＥＭセンサによって検出された位置情報は、ＥＭデータ９３として記憶される。ＥＭ場発生器（又は送信機）は、埋め込まれたセンサが検出し得る低強度磁場を生成するために、患者に近接して配置することができる。磁場はＥＭセンサのセンサコイル内に小さな電流を誘導し、ＥＭセンサとＥＭ場発生器との間の距離及び角度を判定するためにこの電流が分析され得る。これらの距離及び配向は、患者の解剖学的構造の術前モデル内の位置と座標系内の単一の位置を整合させる幾何学的変換を決定するために、患者の解剖学的構造（例えば、術前モデル）に術中「位置合わせ」することができる。一旦位置合わせされると、医療器具の１つ以上の位置（例えば、内視鏡の遠位先端部）に埋め込まれたＥＭトラッカは、患者の解剖学的構造を通る医療器具の進行のリアルタイム表示を提供することができる。
【００６９】
ロボットコマンド及び運動学データ９４はまた、ロボットシステムのための位置特定データ９６を提供するために、位置特定モジュール９５によって使用されてもよい。関節運動コマンドから生じるデバイスピッチ及びヨーは、術前較正中に判定することができる。術中、これらの較正測定値は、既知の挿入深度情報と組み合わせて使用されて、器具の位置を推定することができる。あるいは、これらの計算は、ネットワーク内の医療器具の位置を推定するために、ＥＭ、視覚、及び／又は位相モデリングと組み合わせて分析することができる。
【００７０】
図１５が示すように、いくつかの他の入力データは、位置特定モジュール９５によって使用することができる。例えば、図１５には示されていないが、形状検知繊維を利用する器具は、位置特定モジュール９５が器具の位置及び形状を判定するために使用することができる形状データを提供することができる。
【００７１】
位置特定モジュール９５は、入力データ９１〜９４を組み合わせて（複数可）使用することができる。場合によっては、このような組み合わせは、位置特定モジュール９５が入力データ９１〜９４の各々から判定された位置に信頼重みを割り当てる確率的アプローチを使用することができる。したがって、ＥＭデータが信頼でき得ない場合（ＥＭ干渉が存在する場合など）、ＥＭデータ９３によって判定された位置の信頼性を低下させることができ、位置特定モジュール９５は、視覚データ９２並びに／又はロボットコマンド及び運動学データ９４により重く依存してもよい。
【００７２】
上で考察されるように、本明細書で考察されるロボットシステムは、上記の技術のうちの１つ以上の組み合わせを組み込むように設計することができる。タワー、ベッド、及び／又はカートに基づいているロボットシステムのコンピュータベースの制御システムは、例えば、永続的な磁気記憶ドライブ、ソリッドステートドライブなどの非一時的コンピュータ可読記憶媒体内に、コンピュータプログラム命令を記憶してもよく、コンピュータプログラム命令は、実行されると、システムに、センサデータ及びユーザコマンドを受信及び分析させ、システム全体の制御信号を生成させ、グローバル座標系内の器具の位置、解剖学的マップなどのナビゲーション及び位置特定データを表示させる。
【００７３】
２．高力器具を備えたロボット制御された医療システム
上述のシステムなどのロボット制御された医療システムは、このセクションに記載されるような高力器具を含むことができる。本明細書で使用するとき、高力器具は、増幅された出力を生成するために器具の構造によって入力が増幅される機械的利点を生成するように構成されたエンドエフェクタ（把持器、グリッパ、カッタなど）を含む器具を指すことができる。いくつかの実施形態では、力入力は、力入力よりも大きな力出力を生成するために増幅される。例えば、いくつかの実施形態では、高力器具は、把持具として構成されたエンドエフェクタを含み、高力器具は、入力力（例えば、器具のプルワイヤに加えられる力）が入力力よりも大きいように、入力力（例えば、器具のプルワイヤに加えられる力）が増幅されるように構成される。いくつかの実施形態では、高力器具は、機械的利点を伴わずに更に大きな出力を達成することができる機械的利点を提供する新規な構造を含む。いくつかの実施形態では、高力器具は、上述のようにロボット制御された器具である。
【００７４】
本明細書に記載の実施例の多くでは、高力器具のエンドエフェクタは、プルワイヤで作動される。プルワイヤは、器具内のプーリの周りに巻き付けることができる。いくつかの実施形態では、高力器具は、手首構成における単純なプーリ駆動よりも高い力を出力することができる。例えば、高力器具は、２／１、３／１、４／１、５／１、又は１０／１の機械的利点を提供することができる。他の機械的利点も可能である。
【００７５】
以下に記載され、図に示される実施形態の多くでは、高力器具は、高力把持具である。しかしながら、高い力を得るように構成された本明細書に記載される機構は、とりわけ、クリッピング及び切断器具を含む他のタイプの器具にも適用することができる。
【００７６】
Ａ．高力エンドエフェクタを有する例示的な器具
図１６Ａは、高力器具１００の実施形態の外部側面図を示す。以下で説明するように、器具１００は、例えば、増加した出力力を生成するために入力力を増幅することができる機械的利点を提供するように構成することができる。例示の実施形態では、器具１００は、細長いシャフト１０２及びハンドル１０４を含む。細長いシャフト１０２は、遠位端部と近位端部との間に延びる。図示した実施形態では把持具として構成されるエンドエフェクタ１０８は、細長いシャフト１０２の遠位端部に位置付けすることができる。いくつかの実施形態では、例えば、図示の、エンドエフェクタ１０８は、手首１０６によって細長いシャフト１０２の遠位端部に接続される。手首１０６は、器具１００の１つ以上の自由度を可能にするように構成することができる。例えば、手首１０６は、２つの自由度の手首であってもよい。例として、２つの自由度の手首は、エンドエフェクタ１０８がピッチ軸及びヨー軸の周りを枢動又は回転することを可能にすることができる。いくつかの実施形態では、手首１０６は、自由度をゼロにするように固定することができる。いくつかの実施形態では、手首１０６は、１、２、３、又はそれを超える自由度を可能にすることができる。手首１０６及びエンドエフェクタ１０８の例示的な実施形態は、図１６Ｂにより詳細に示されており、以下に更に説明される。
【００７７】
図１６Ａに示すように、いくつかの実施形態では、器具１００はハンドル１０４を含む。ハンドル１０４は、例えば、図１３及び図１４に示すように、器具駆動機構に接続するように構成することができ、これは上術した。前述のように、器具１００は、エンドエフェクタ１０８とハンドル１０４との間の細長いシャフト１０２に沿って（例えば、それを通って又は上に）延びる１つ以上の腱、ケーブル、又はプルワイヤを含むことができる。ハンドル１０４は、器具駆動機構（図１４参照）上の１つ以上の駆動出力と係合するように構成された１つ以上の駆動入力を含んでもよく、これにより、器具駆動機構がプルワイヤを作動させる（例えば、引っ張る又は引く）ことができる。プルワイヤを作動させることは、エンドエフェクタ１０８の運動を引き起こして、エンドエフェクタ１０８の遠隔操作及び制御を可能にすることができる。例えば、いくつかの実施形態では、プルワイヤの作動は、エンドエフェクタ１０８のジョー部の開閉を引き起こすように、及び／又はエンドエフェクタ１０８がピッチ軸又はヨー軸を中心にして回転することを可能にするように構成することができる。上述したように、器具駆動機構は、ロボットアーム上に位置付けすることができる。いくつかの実施形態では、ロボットアームは、器具１００を制御して、位置付け、転がし、前進及び／又は後退させるようにすることができる。
【００７８】
図１６Ａに示すように、いくつかの実施形態では、細長いシャフト１０２は、ハンドル１０４を通って延びる。そのような実施形態では、細長いシャフト１０２は、ハンドル１０４に対して相対的に前進又は後退するように構成することができる。いくつかの実施形態では、器具駆動機構は、細長いシャフト１０２をハンドル１０４に対して相対的に前進又は後退させるように構成される。これは、例えば、細長いシャフト１０２及びエンドエフェクタ１０８が処置中に患者内に進入する間、ハンドル１０４を静止させたままにすることを可能にする。いくつかの実施形態では、細長いシャフト１０２の近位端部は、ハンドル１０４に取り付けられ、それにより細長いシャフト１０２はエンドエフェクタ１０８とハンドル１０４との間にのみ延びる。
【００７９】
図１６Ｂは、器具１００の遠位端部の詳細図であり、手首１０６及びエンドエフェクタ１０８の実施形態を示す。図示した実施形態では、エンドエフェクタ１０８は把持器又はグリッパとして構成されているが、他のタイプのエンドエフェクタ（例えば、カッタ又はスニッパ）が可能である。エンドエフェクタ１０８は、第１のグリップ部材又はジョー部材１１８と、第２のグリップ部材又はジョー部材１２０とを含む。ジョー部材１１８、１２０の間の角度は、エンドエフェクタ１０８を作動させるために制御することができる。例えば、ジョー部材１１８、１２０は、開閉可能である。
【００８０】
図示の実施形態では、手首１０６は２自由度の手首であるが、上述のように、手首１０６は他の実施形態では他の数の自由度を提供することができる。図示の２自由度手首１０６は、エンドエフェクタ１０８が第１の軸１１０及び第２の軸１１２を中心にして枢動するように構成されている。図示の構成では、第２の軸１１２は、ページの平面の内側及び外側に延びる。第１の軸１１０及び第２の軸１１２は、直交することができる。いくつかの実施形態では、第１の軸１１０はピッチ軸であってもよく、第２の軸１１２は器具１００のヨー軸であってもよい。
【００８１】
いくつかの実施形態では、器具１００は、プーリ１１４及びプーリ１１６を含む。いくつかの実施形態では、プーリ１１４及び／又はプーリ１１６は、器具１００の一部、手首１０６の一部、及び／又はエンドエフェクタ１０８の一部とみなすことができる。図示のように、プーリ１１４は、第１の軸１１０を中心にして回転するように構成され、プーリ１１６は、第２の軸１１２を中心にして回転するように構成されている。図示していないが、細長い軸１０２に沿って延びるプルワイヤは、プーリ１１４及びプーリ１１６と係合するように位置付けすることができる。エンドエフェクタ１０８は、プルワイヤのいずれが作動されるかに応じて、制御することができる（例えば、開放され、閉鎖され、第１の軸１１０を中心にして回転させられ、及び／又は第２の軸１１２を中心にして回転させられ得る）。
【００８２】
いくつかの実施形態では、細長い軸１０２、手首１０６、及びエンドエフェクタ１０８は、腹腔鏡又は内視鏡処置などの低侵襲処置中に患者に挿入されるように構成することができる。例えば、いくつかの実施形態では、細長いシャフト１０２、手首１０６、及びエンドエフェクタ１０８は、約１４ｍｍ以下、約１２ｍｍ以下、又は約１０ｍｍ以下の直径又は長さを有する小切開又は他の外科用ポートを介して挿入するように構成される。したがって、いくつかの実施形態では、細長いシャフト１０２、手首１０６、及びエンドエフェクタ１０８の最大直径又は厚さは、約１４ｍｍ以下、約１２ｍｍ以下、又は約１０ｍｍ以下であり得る。他のサイズも可能である。本明細書に記載の高力器具は、開腹手術などの非最小侵襲処置にも使用することができる。
【００８３】
細長いシャフト１０２、手首１０６、及びエンドエフェクタ１０８の狭さのために（例えば、低侵襲的処置に使用可能であるように）、器具１００を構成して機械的利点を提供する構造を提供することは困難であり得る。例えば、小さな直径又は厚さは、力が遠位のグリップ、クリップ、及び切断デバイスに伝達され得るモーメントアームを制限することができる。限定されたモーメントアームでは、増幅された出力及び機械的利点を得ることは困難であり得る。しかしながら、以下に詳細に記載するように（例えば、図１７Ａ〜図２０Ｄを参照して）、本明細書に記載の器具１００は、最小限の低侵襲処置に適したままで、機械的優位性を有利に提供するように構成することができる。例えば、器具１００は、器具１００のための小さな全体直径を維持しながら、より低い作動力でより高いグリップ力及び切断力を可能にし得る遠位力増幅機構を含むことができる。機械的優位性を提供するように器具１００を構成する器具１００の様々な特徴が、ここで、図１７Ａ〜図２０Ｄを参照して説明される。
【００８４】
図１７Ａ及び１７Ｂは、機械的利点を提供するように構成された高力機器１００の実施形態の構成要素を示す。図１７Ａは、開放位置にある器具１００を示し、図１７Ｂは、閉鎖位置にある器具１００を示す。この実施形態では、器具１００は、第１のジョー部材１１８、第２のジョー部材１２０、第１のプーリ１２２、第２のプーリ１２４（第１のプーリ１２２の後方）、及び機械的優位性を提供するように配置されたリンク１２６を含む。第１のプーリ１２２及び第２のプーリ１２４は、上述のプーリ１１６であってもよい。
【００８５】
図示のように、第１のジョー部材１１８の近位端部は、第１のプーリ１２２に連結されている。第１のジョー部材１１８の近位端部は、第１の駆動ピン１２８によって第１のプーリ１２２に接続することができる。第１の駆動ピン１２８は、第１のジョー部材１１８又は第１のプーリ１２２と一体的に形成されてもよく、又は別個の構成要素（例えば、第１のジョー部材１１８及び第１のプーリ１２２の両方の開口部を通って延びるロッド）であってもよい。図１７Ａ及び図１７Ｂには見えないが、第２のジョー部材１２０の近位端部は、第２のプーリ１２４に連結されている。第２のジョー部材１２０の近位端部は、第２の駆動ピン１３０（図１７Ａ及び１７Ｂには見えないが、例えば図２４Ｆ〜図２４Ｈを参照）によって第２のプーリ１２４に接続することができる。第１の駆動ピン１２８と同様に、第２の駆動ピン１３０は、第２のジョー部材１２０又は第２のプーリ１２４と一体的に形成されていてもよく、別個の構成要素（例えば、第２のジョー部材１２０及び第２のプーリ１２４の両方の開口部を通って延びるロッド）であってもよい。第１及び第２の駆動ピン１２８、１３０は、第１及び第２のジョー部材１１８、１２０がそれぞれ第１及び第２のプーリ１２２、１２４に対して相対的に回転することを可能にすることができる。
【００８６】
近位端部の反対側で、第１のジョー部材１１８及び第２のジョー部材１２０の遠位端部は、それぞれ、エンドエフェクタ１０８の構成要素として構成することができる。例えば、第１のジョー部材１１８及び第２のジョー部材１２０の遠位端部は各々、握りジョー部材、把持ジョー部材、切断ジョー部材、クリップジョー部材などとして構成することができる。いくつかの実施形態では、エンドエフェクタ１０８は、把持及び切断などの複数の機能を果たす組み合わせエンドエフェクタを備えることができる。いくつかの実施形態では、器具１００のエンドエフェクタ１０８が作動するとき、第１のジョー部材１１８及び第２のジョー部材１２０の遠位端部は、エンドエフェクタ機能（例えば、グリップ又は切断）を提供するためにエンドエフェクタ１０８が閉じられているときに、互いに相互作用（例えば、接触）することができる。
【００８７】
器具１００は、リンク１２６を含むことができる。いくつかの実施形態では、リンク１２６は、拘束部（例えば、リンク拘束部又はバー拘束部）とみなすことができる。リンク１２６は、それを中心にして第１のジョー部材１１８が枢動可能な第１の枢動点（例えば、第１のリンクピン１３２における）と、それを中心にして第２のジョー部材１２０が枢動してエンドエフェクタ１０８の開閉を可能にすることができる第２の枢動点（例えば、第２のリンクピン１３４における）とを提供するように構成することができる。いくつかの実施形態では、第１及び第２の枢動点は、二重枢動部又は二重枢動点と呼ぶことができる。図示の実施形態では、リンク１２６は、第１のジョー部材１１８と第２のジョー部材１２０との間に延びるバーを備えるが、他の実施形態では、リンク１２６は、異なる構成を有してもよい（例えば、図２５Ａ〜図２５Ｈに示す実施形態では、リンク１２６は、枢動点を提供する軸受面１９２、１９４を含むハウジング１９０を備える）。
【００８８】
図示の実施形態では、リンク１２６は、第１のリンクピン１３２によって第１のジョー部材１１８に第１の端部で接続されている。第１のリンクピン１３２は、第１のジョー部材１１８又はリンク１２６と一体的に形成されてもよく、又は別個の構成要素（例えば、第１のジョー部材１１８及びリンク１２６の両方の開口部を通って延びるロッド）であってもよい。第１のリンクピン１３２は、第１のジョー部材１２６がリンク１２６に対して相対的に回転することを可能にするように構成されてよい。同様に、リンク１２６は、第２のリンクピン１３４によって第２のジョー部材１２０に第２の端部で接続されている。第２のリンクピン１３４は、第２のジョー部材１２０又はリンク１２６と一体的に形成されてもよく、別個の構成要素（例えば、第２のジョー部材１２０及びリンク１２６の両方の開口部を通って延びるロッド）であってもよい。第２のリンクピン１３４は、第２のジョー部材１２６がリンク１２６に対して回転することを可能にするように構成することができる。したがって、例示の実施形態では、リンク１２６は、第１のリンクピン１３２に第１の枢動点、及び第２のリンクピン１３４に第２の枢動点を提供する。
【００８９】
リンク１２６は、第１及び第２のジョー部材１１８、１２０の近位端部及び遠位端部の間で、第１及び第２のジョー部材１１８、１２０に（例えば、第１及び第２のリンクピン１３２、１３４によって）連結することができる。後述するように、リンク１２６の位置、及び第１及び第２の枢動点間の距離は、器具１００によって提供される機械的優位性を変化させるように調整することができる（例えば、以下に説明する図２０Ａ〜図２０Ｄ参照）。
【００９０】
図１７Ａ、及び図１７Ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、第１のプーリ１２２は、プーリ軸１１２（これは、図１６Ｂの第２の軸１１２であってもよい）を中心にして回転するように構成されている。いくつかの実施形態では、プーリ軸１１２は中心軸である。図示の実施形態では、プーリ軸１１２は、ページの平面内及び平面外に延びている。同様に、第２のプーリ１２４は、プーリ軸１１２を中心にして回転するように構成されている。いくつかの実施形態では、第１のプーリ１２２と第２のプーリ１２４の軸は、実質的に位置合わせすることができる。第１のプーリ１２２及び第２のプーリ１２４は、各々が自由に回転できるように構成することができる。すなわち、第１のプーリ１２２の回転は、第２のプーリ１２４の回転とは独立していてもよい。例えば、第１のプーリ１２２は、第２のプーリ１２４が静止している間（又はその逆）、回転する（例えば、時計回り又は反時計回り）ことができ、又は第１のプーリ１２２は、第２のプーリ１２４が第２の方向（例えば、時計回り又は反時計回りの他方）に回転している間、第１の方向（例えば、時計回り又は反時計回りのいずれか）に回転することができる。
【００９１】
第１の駆動ピン１２８は、プーリ軸１１２から半径又は距離１３６（図１７Ａでは破線として図示）で第１のプーリ１２２に接続するか、又は第１のプーリ１２２上に位置付けすることができる。図１７Ａ及び図１７Ｂには見えないが、第２の駆動ピン１３０は、プーリ軸１１２から半径又は距離１３６で第２のプーリ１２４に接続するか、又は第２のプーリ１２４上に位置付けすることができる。いくつかの実施形態では、第１のプーリ１２２の距離１３６は、第２のプーリ１２４の距離１３６と等しくすることができるが、これはすべての実施形態においてそうである必要はない。以下に説明するように、距離１３６は、器具１００によって提供される機械的優位性を変化させるように調整することができる（例えば、以下で説明する図２０Ａ〜図２０Ｄ参照）。
【００９２】
１つ以上のプルワイヤは、プーリ軸１１２の周りで時計回り又は反時計回りのいずれかの方向に第１のプーリ１２２の回転を引き起こすように作動させる（例えば、引く）ことができる第１のプーリ１２２と係合することができる。同様に、１つ以上のプルワイヤは、プーリ軸１１２の周りの時計回り方向又は反時計回り方向のいずれかの第２のプーリ１２４の回転を引き起こすように作動させる（例えば、引く）第２のプーリ１２４と係合することができる。いくつかの実施形態では、第１及び第２のプーリ１２２、１２４は、例えば図２１（後述）に示すように、α−ラップ構成でプルワイヤで巻かれている。
【００９３】
上述のように、プルワイヤは、器具１００のエンドエフェクタ１０８を作動させるために引いてもよいし、張力を与えてもよい。例えば、最初に第１のプーリ１２２及び第１のジョー部材１１８を考慮すると、第１のプーリ１２２と係合するプルワイヤは、第１のプーリ１２２がプーリ軸１１２を中心にして回転するように作動させることができる。第１のプーリ１２２の回転は、第１の駆動ピン１２８を介して第１のジョー部材１１８に伝達される。例えば、図１７Ａを考慮すると、第１のプーリ１２２が時計回り方向に回転すると、第１の駆動ピン１２８は、第１のジョー部材１１８の近位端部を左方向（例えば、図１７Ｂに示す位置に向かって）に移動させる。第１のジョー部材１１８の近位端部が第１のプーリ１２２の回転によって移動すると、第１のジョー部材１１８は、図示された実施形態では、第１のリンクピン１３２である、リンク１２６によって提供される第１の枢動点を中心にして枢動する。第１のプーリ１２２が時計回り方向に回転させられる例に続けて、第１のジョー部材１１８のこの運動は、第１のジョー部材１１８の遠位端部を第２のジョー部材の遠位端部に向かって移動させる（例えば、器具１００の閉鎖端部エフェクタ１０８を図１７Ｂに示す位置に移動させる）。逆に、第１のプーリ１２２を反時計回り方向に回転させると、第１のジョー部材１１８の近位端部が右に移動し、これにより第１のジョー部材１１８が第１の枢動点を中心にして反対方向に回転し、第１のジョー部材１１８の遠位端部が第２のジョー部材１２０の遠位端部から遠ざかるように移動する（器具１００のエンドエフェクタ１０８を開く）。
【００９４】
第２のプーリ１２４及び第２のジョー部材１２０は、第２のプーリ１２４の回転の際同様の運動を提供することができる。多くの実施形態では、これは必ずしもそうである必要はないが、第２のプーリ１２４は、第１のプーリ１２２とは反対方向に回転させられる。例えば、第２のプーリ１２４と係合するプルワイヤを作動させて、第２のプーリ１２４をプーリ軸１１２を中心にして回転させることができる。第２のプーリ１２４の回転は、第２の駆動ピン１３０を介して第２のジョー部材１２０に伝達される。例えば、第２のプーリ１２４が反時計回り方向に回転させられると、第２の駆動ピン１３０は、第２のジョー部材１２０の近位端部を右方向に移動させる。第２のジョー部材１２０の近位端部が第２のプーリ１２４の回転によって移動すると、第２のジョー部材１２０は、図示された実施形態では、第２のリンクピン１３４である、リンク１２６によって提供される第２の枢動点を中心にして枢動する。第２のプーリ１２４が反時計回り方向に回転する例に続けて、第２のジョー部材１２０のこの運動は、第２のジョー部材１２０の遠位端部を第１のジョー部材１１８の遠位端部に向かって移動させる（例えば、器具１００の閉鎖端エフェクタ１０８を図１７Ｂに示す位置に移動させる）。逆に、第２のプーリ１２４を時計回り方向に回転させると、第２のジョー部材１２０の近位端部が右方向に移動し、これにより、第２のジョー部材１２０が第２の枢動点を中心にして反対方向に回転し、第２のジョー部材１２０の遠位端部は第１のジョー部材１１８の遠位端部から離れて移動する（器具１００のエンドエフェクタ１０８を開く）。
【００９５】
第１のジョー部材１１８、第２のジョー部材１２０、第１のプーリ１２２、第２のプーリ１２４、及びリンク１２６の配置は、器具１００に機械的な利点を与えることができる。例えば、第１のジョー部材１１８及び第１のプーリ１２２を考慮すると、第１のプーリ１２２と係合しているプルワイヤを引くことによって、図１７Ａに示すように入力力Ｆｉｎを適用することができる。第１のプーリ１２２及び第１のジョー部材１１８の配置は、図示のいるように、出力力Ｆｏｕｔを生成するために力を増幅することができる。出力力Ｆｏｕｔは、出力力Ｆｏｕｔが入力力Ｆｉｎよりも大きくなるように増幅することができる。有利には、本明細書のシステムは、単純なプーリ駆動のグリップによって達成され得るものよりも大きな機械的優位性を提供する。
【００９６】
モーメントアームＬ１、Ｌ２、Ｌ３、及びＬ４は、図１７Ａに示されている。モーメントアームＬ１は、プーリ軸１１２と、ケーブルの張力から力Ｆｉｎが印加される点との間の距離に等しくすることができる。いくつかの実施形態では、モーメントアームＬ１は、第１のプーリ１２２の半径に等しいか、又は第１のプーリ１２２の半径よりもわずかに小さい。モーメントアームＬ２は、距離１３６に等しくすることができ、これは、上述のように、プーリ軸１１２と第１の駆動ピン１２８との間の距離である。一般に、モーメントアームＬ２は、モーメントアームＬ１よりも小さい。モーメントアームＬ３は、第１の駆動ピン１２８と第１のリンクピン１３２との間の距離に等しい。一般に、モーメントアームＬ３は、モーメントアームＬ２よりも長い。モーメントアームＬ４は、第１のリンクピン１３２と第１のジョー部材１１８の遠位端部との間の距離に等しい。入力力ＦｉｎがモーメントアームＬ１で第１のプーリ１２２上のプルワイヤに印加されて、第１のプーリ１２２をプーリ軸１１２を中心にして回転させると、これが、第１の枢動点（例えば、第１のリンクピン１３２）を中心にして長いモーメントアームＬ３を駆動する短いモーメントアームＬ２を移動させるため、機械的利点が達成され得る。モーメントアームの長さを変更すること（具体的には、モーメントアームＬ１をモーメントアームＬ２に対して増加させること、及び／又はモーメントアームＬ３をモーメントＬ４に対して増加させること）により、機械的利点を増加させることができる。
【００９７】
いくつかの実施形態では、グリップ強度（例えば、出力力Ｆｏｕｔ）を増加させるために、以下の変数は、モーメントアームＬ１を増加させる、モーメントアームＬ２を減少させる、モーメントアームＬ３を増加させる、モーメントアームＬ４を減少させる、及び／又は枢動点間の距離（例えば、リンク１２６の長さ）を増加させる、という方向に変化することができる。いくつかの実施形態では、前述の変数を２次形状変更と組み合わせて変更することにより、グリップ強度を増加させることができる。当業者であれば、モーメントアームＬ１、Ｌ２、Ｌ３、及びＬ４のための多種多様な配置が可能であることを理解するであろう。機械的利点の判定に関する更なる詳細は、図２６Ａ〜図２７を参照して以下に記載される。有利には、この配置（例えば、本明細書に記載されるような）は、上述のように、低侵襲手術に適した形状因子を維持しながら、機械的利点を提供することができる。
【００９８】
図１７Ａ及び図１７Ｂを参照すると、第１及び第２のプーリ１２２、１２４は、第１及び第２のジョー部材１１８、１２０の近位端部の間に位置付けすることができる。しかし、これは、すべての実施形態においてそうである必要はない。例えば、図１８Ａ及び図１８Ｂは、第１及び第２のジョー部材１１８、１２０が第１及び第２のプーリ１２２、１２４の間に位置付けされる実施形態を例示している。図１８Ａは、開放位置にある器具１００のこの実施形態を図示し、図１８Ｂは、閉鎖位置にある器具１００のこの実施形態を例示している。
【００９９】
いくつかの実施形態では、第１及び第２のプーリ１２２、１２４を第１及び第２のジョー部材１１８、１２０の間に配置することにより（例えば、図１７Ａ及び図１７Ｂに示すように）、第１及び第２のプーリ１２２、１２４は、より大きな直径を有するようにすることができ、これにより、いくつかの場合に、より大きな機械的利点をもたらすことができる。これは、プーリの直径は、プーリの平面に沿った円のコード長によって画定され得るため、少なくとも部分的には可能である。プーリを円の中心に近づけると、コード長は円の直径まで増加する。
【０１００】
図１７Ａ及び図１７Ｂ並びに図１８Ａ及び図１８Ｂに示す器具１００の実施形態では、リンク１２６は、第１及び第２のプーリ１２２、１２４の上方に（図示された方向に対して）位置付けされている。これは、すべての実施形態でそうである必要はない。例えば、図１９Ａ及び図１９Ｂは、第１及び第２のプーリ１２２、１２４の下方に位置付けられたリンク１２６を含む器具１００の実施形態を示す。図１９Ａは、開放位置にある器具１００のこの実施形態を示し、図１９Ｂは、ほぼ閉鎖位置にある器具１００のこの実施形態を示す。そのような配置は、第１及び第２のプーリ１２２、１２４の上方よりも、第１及び第２のプーリ１２２、１２４の下方に機構のためのより多くの余地がある場合に有利であり得る。いくつかの実施形態では、器具１００は、シャフトと、リンク１２６のような構成要素を適合するための余地を提供する十分に大きな直径を有する手首と、を備える。なお、図１９Ａ及び図１９Ｂの実施形態の利点は、グリップ又はジョー部材１１８、１２０が、先端の同じ開放距離に対してより小さな角度で開くことが可能であり、それによって、より平行な閉鎖をもたらすことができ、これは、容器封止器などのいくつかの器具に有利であり得ることである。
【０１０１】
図１９Ａ及び図１９Ｂに示す器具１００の実施形態では、図示のように配置された、器具１００は、第１のジョー部材１１８、第２のジョー部材１２０、第１のプーリ１２２、第２のプーリ１２４（第１のプーリ１２２の後方）、及びリンク１２６を含むことができる。この実施形態では、第１のジョー部材１１８は、第１のジョー部材１１８の近位端部と第１のジョー部材１１８の遠位端部との間に位置付けされる位置で、第１の駆動ピン１２８によって第１のプーリ１２２に連結されている。第１のジョー部材１１８の近位端部は、第１のリンクピン１３２によってリンク１２６に接続され、それにより、リンク１２６は、第１のプーリ１２２の下方（例えば、第１のジョー部材１１８の遠位端部に対向する第１のプーリ１２２の側）に位置付けされる。同様に、第２のジョー部材１２０は、第２のジョー部材１２０の近位端部と第２のジョー部材１２０の遠位端部との間に位置付けされる位置で、第２の駆動ピン１３０（図示せず）によって第２のプーリ１２４に連結される。第２のジョー部材１２０の近位端部は、第２のリンクピン１３４によってリンク１２６に接続され、それにより、リンク１２６は、第２のプーリ１２４の下方（例えば、第２のジョー部材１２０の遠位端部に対向する第２のプーリ１２４の側）に位置付けされる。図１７Ａ〜図１８Ｂに示す器具１００と同様に、図１９Ａ及び図１９Ｂの器具１００も、機械的な利点を提供することができる。
【０１０２】
上述のように、高力器具１００の様々な構成要素の寸法は、異なる機械的利点を提供するために変化させることができる。更に、図２０Ａ〜図２０Ｄに示すように、Ｌ２／Ｌ３の枢動の開始点は、グリップが開閉する際の直線運動を増加又は減少させるように調整することができる。図２０Ａ及び図２０Ｂは、高い直線運動及び低い後方駆動のために構成された器具１００の実施形態を示し、図２０Ｃ及び図２０Ｄは、低い直線運動のために構成された器具１００の実施形態を示す。Ｌ２／Ｌ３枢動点を端部で高めると、円運動での駆動による機械的な梃子を得ることができる。図２０Ａ及び図２０Ｂは、２つのＬ２／Ｌ３枢動点が直径を直接横切っている、この極端な点で示されている。この場合、グリップを後方駆動しようとする力は、プーリの半径を介して解決され、この点を維持するためのケーブルからの張力を必要としない。同様に、閉鎖中にこの点に近づくにつれて、機械的な梃子は無限に増加する。したがって、器具１００の構成要素の寸法は、低い直線運動と高い機械的利点との最適なトレードオフを提供するように設計することができる。
【０１０３】
いくつかの実施形態では、第１のリンクＬ１は３ｍｍ〜４ｍｍであることができ、第２のリンクＬ２の第２の距離は２〜３ｍｍであることができ、第３のリンクＬ３の第３の距離は７〜８ｍｍであることができ、第４のリンクＬ４の第４の距離は１７〜２３ｍｍであることができる。例えば、一実施形態では、第１のリンクＬ１の第１の距離は約３．３５ｍｍであり、第２のリンクＬ２の第２の距離は約２．５ｍｍであり、第３のリンクＬ３の第３の距離は約７．３ｍｍであり、第４のリンクＬ４の第４の距離は約２０ｍｍである。いくつかの実施形態では、第２のリンクＬ２の第２の距離と第１のリンクＬ１の第１の距離との第１の比は約０．５〜約１．２５であり、第３のリンクＬ３の第３の距離と第１のリンクＬ１の第１の距離との第２の比は約１．５〜約３．５であり、第４のリンクＬ４の第４の距離と第１のリンクＬ１の第１の距離との第３の比は約１．５〜約２０である。例えば、一実施形態では、第２のリンクＬ２の第２の距離と第１のリンクＬ１の第１の距離との第１の比は約０．７５であり、第３のリンクＬ３の第３の距離と第１のリンクＬ１の第１の距離との第２の比は約２．１８であり、第４のリンクＬ４の第４の距離と第１のリンクＬ１の第１の距離との第３の比は約６である。リンクＬ１、Ｌ２、Ｌ３、及びＬ４の他のサイズ、並びにリンク他の比も可能である。
【０１０４】
図２１は、α−ラップ構成でプーリに係合した２本のケーブル又はプルワイヤ１３８、１４０と係合したプーリ（例えば、第１のプーリ１２２又は第２のプーリ１２４）の例を示している。いくつかの実施形態では、プルワイヤ１３８、１４０は、実際には、内側クリンプによって分離された単一のケーブル又はワイヤの一部であるケーブル又はプルワイヤセグメント１３８、１４０である。図示のように、α−ラップ構成では、第１のプルワイヤ１３８は、プーリの第１の側（例えば、図中右側）にわたって、プーリの上面にわたって延び、クリンプポケット１４６で終端する前に、プーリの第２の側（例えば、図中左側）に下方に延びる。クリンプポケット１４６内では、第１のプルワイヤ１３８の端部は、内側クリンプを介してプーリに接続されるか、又は他の方法で固定される。第１のプルワイヤ１３８は、クリンプポケット１４６で終端する前にプーリの周りをほぼ全周巻いているので、これは、プルワイヤ１３８を引くことによって大量の回転を達成することができることを提供する。例えば、プルワイヤ１３８は、圧着ポケット１４６がプーリの第１の側に位置付けされるところまで、図示された位置からずっと時計回り方向にプーリを回転させることができる。いくつかの実施形態では、これにより、例えば、約２７０度又はそれを超える回転を可能にすることができる。
【０１０５】
第２のプルワイヤ１４０は、同様にプーリの周りに巻かれているが、反対方向に巻かれている。図示のように、図示のように、第２のプルワイヤ１４０は、プーリの第２の側（例えば、図中左右側）にわたって、プーリの上面にわたって延び、クリンプポケット１４６で終端する前に、プーリの第１の側（例えば、図中右側）に下方に延びる。したがって、第２のプルワイヤ１４０は、同様に、プーリの反時計回り方向への大きな回転（例えば、約２７０度又はそれを超える）を許容することができる。
【０１０６】
いくつかの実施形態では、第１のプルワイヤ１３８及び第２のプルワイヤ１４０は、プーリの周りに連続的に巻かれた単一のプルワイヤであり、クリンプポケット１４６内でプーリに固定されている。
【０１０７】
図２１に示すα−ラップ構成は、これらの器具１００の機械的利点がより大きなプーリ回転をより大きな力に変換するので、本明細書に記載の高力器具１００において有利であり得る。したがって、プーリは、より大きな回転を可能にするように構成することができ、これは、いくつかの実施形態では、器具のより大きな運動範囲に適応することができる。
【０１０８】
図２１は、プーリ１２２、１２４が、それを中心にしてプーリが回転するピンを受けるように構成されたボア１４２と、駆動ピン１２８、１３０を受容するように構成された駆動ピンボア１４４とを含むことができることも示している。
【０１０９】
いくつかの実施形態では、高力機器１００は、１つ以上の拘束部を含むことができる。以下に記載されるように、拘束部は、高力器具１００の動作（例えば、第１及び第２のジョー部材１１８、１２０の開閉）が一貫して正確であることを確実にし、及び／又は器具１００を安定化させるのに役立つことができる。特定の例では、高力器具１００のいくつかの実施形態では、追加の拘束部が設計に組み込まれていない限り、望ましくない平行四辺形運動を示すことがある。例えば、いくつかの実施形態では、拘束部なしに、第１及び第２のジョー部材１１８、１２０は、所望のように開閉するのではなく、互いに相対的にシフトする（例えば、第１のジョー部材１１８は上向きにシフトし、第２のジョー部材１２０は下向きにシフトする）ことができる。いくつかの実施形態では、この望ましくない運動は、２つの枢動点を有するマルチリンクシステム（例えば、４つのリンク）を有することによって引き起こされる。１つ以上の拘束部を含むことは、この望ましくない運動を排除し、防止し、又は軽減し、それによって高力装置１００を安定化させることができる。例えば、第１及び第２のジョー部材１１８、１２０が互いに相対的に摺動しないようにする追加の拘束部を組み込むことができる。様々なタイプの拘束部が可能であり、以下に更に詳細に説明する。
【０１１０】
図２２Ａ〜図２２Ｃは、拘束ピン１４８及び拘束スロット１５０によって形成された拘束部を含む高力器具１００の実施形態の図を示す。図２２Ａは、高力器具１００のこの実施形態の正面図を示し、図２２Ｂは、高力器具１００のこの実施形態の背面図を示し、図２２Ｃは、高力機器１００のこの実施形態の側面斜視図を示す。図２２Ａでは、プーリ１２４及び拘束バー又はリンク１２６の一部が視界から隠されていることに留意されたい。図２２Ａ〜図２２Ｃの器具１００は、図示のように配置された第１のジョー部材１１８、第２のジョー部材１２０、第１のプーリ１２２、第２のプーリ１２４、及びリンク１２６を含む。図示の実施形態では、リンク１２６は、第１及び第２のプーリ１２２、１２４の下方に位置付けされている。第１のジョー部材１１８は、第１の駆動ピン１２８によって第１のプーリ１２２に連結されている。第２のジョー部材１２０は、第２の駆動ピン１３０によって第２のプーリ１２４に接続されている。第１及び第２のプーリ１２２、１２４は、プーリ軸１１２の周りに回転する。
【０１１１】
図示のように、器具１００は、拘束ピン１４８及び拘束スロット１５０を更に含む。拘束ピン１４８は、グリップ又はジョー部材（例えば、１２０）の一方に形成され（又は接続され）、他方のグリップ又はジョー部材（例えば、１１８）に形成された拘束スロット１５０を通って延び、それによってジョー部材１１８、１２０の間に歯車運動を提供する。図示のように、第１のジョー部材１１８は、第１のリンクピン１３２によってリンク１２６に連結されている。拘束スロット１５０は、曲線又はサイクロイドとして形成することができる（例えば、一定の半径で形成する）。いくつかの実施形態では、サイクロイド曲線は、ジョー部材１１８、１２０が可動範囲を通して開閉される際に、グリップ又はジョー部材１１８内で拘束ピン１４８によってトレースされた経路によって形成され、それによってジョー部材と中間面との間の対称的な角度が維持される。そのようなサイクロイド曲線が形成されると、有利には、ジョー部材１１８、１２０の運動を拘束する。換言すれば、サイクロイド曲線は、第１及び第２のジョー部材１１８、１２０が対称的に移動して開閉するとき、拘束ピン１４８の経路と一致することができる。拘束ピン１４８及び拘束スロット１５０は、第１及び第２のジョー部材１１８、１２０を平行移動させないようにすることができ、それによって、中間面について対称的な角度を維持することができる。例えば、これは、第１のジョー部材１１８が第１のリンクピン１３２を中心にして枢動するときに、拘束ピン１４８が拘束スロット１５０を通って移動することを可能にすることができる。すなわち、拘束スロット１５０は、第１のジョー部材１１８と第２のジョー部材１２０との間の追加的な接続を提供することができ、一方第１のジョー部材１１８は第１のリンクピン１３２を中心にしてリンク１２６に対して相対的に枢動することを依然として可能にする。いくつかの実施形態では、これは、上述の望ましくないシフトを防止するのに役立ち、器具１００の動きを安定化させることができる。
【０１１２】
本実施形態では、拘束ピン１４８は、ジョー部材１２０から延び、ジョー部材１１８に形成された拘束スロット１５０内に入るが、他の実施形態では、拘束ピン１４８は、ジョー部材１１８から延び、ジョー部材１２０に形成された拘束スロット１５０内に入る。
【０１１３】
更に、いくつかの実施形態では、拘束ピン１４８及び拘束スロット１５０は、第１のジョー部材１１８の運動を第２のジョー部材１２０の運動に拘束することができる。すなわち、これらの拘束部は、第１のジョー部材１１８の運動を引き起こして、第２のジョー部材１２０の対応する動きを生じさせることができる（又はその逆）。例えば、第１のジョー部材１１８が５度開く場合、これらの拘束部は、第２のジョー部材１２０を５度開かせる。いくつかの実施形態では、第２のジョー部材１２０の対応する運動は不完全であり、それにより第１のジョー部材１１８の運動に正確に対応しないようになっている（例えば、第１のジョー部材１１８が５度開く場合、これらの拘束部は、第２のジョー部材１２０を５．５度に開かせることができる）。
【０１１４】
いくつかの実施形態では、これらの高速部（例えば、拘束ピン１４８及び高速スロット１５０）は、ピンベースのサイクロイド拘束部とみなすことができる。いくつかの実施形態では、これらの拘束部は、第１のジョー部材１１８の運動を第２のジョー部材１２０の運動にギアをかけるので、ギア付き拘束部とみなすことができる。
【０１１５】
図２２Ａは、いくつかの実施形態では、器具１００がプーリ軸クリアランススロット１５２を含むことができることも示している。プーリ軸クリアランススロット１５２は、第１のジョー部材１１８が開いて、その可動範囲が制限されないように、プーリ駆動ピン上の第１のジョー部材１１８の運動に対してクリアランスを提供するのに役立つことができる。図示されていないが、第２のジョー部材１２０は、同様のプーリ軸クリアランススロットも含むことができる。
【０１１６】
図２３は、拘束ピン１４８及び拘束スロット１５０（上記に述べたものと同様の）を含む、高力器具１００の別の実施形態の正面図であり、駆動ピン１２８、１３０が、それらが重なり合う位置に決して移動しないように位置付けされるように更に構成されている。いくつかの実施形態では、駆動ピン１２８、１３０が重なる位置に移動すると、第１及び第２のジョー部材１１８、１２０は、位置合わせされた駆動ピン１２８、１３０の周りで一緒に回転するか、又は枢動することができることが観察されている。駆動ピン１２８、１３０を半径方向の距離、角度方向の距離、又はその両方のいずれかで離間させておくことは、この運動を防止するのに役立つことができる。
【０１１７】
図２３の器具１００は、第１のジョー部材１１８、第２のジョー部材１２０、第１のプーリ１２２、第２のプーリ１２４、及び図示のように配置されたリンク１２６を含む。図示の実施形態では、リンク１２６は、第１及び第２のプーリ１２２、１２４の上方に位置付けされている。第１のジョー部材１１８は、第１の駆動ピン１２８によって第１のプーリ１２２に連結され、第２のジョー部材１２０は、第２の駆動ピン１３０によって第２のプーリ１２４に連結されている。第１及び第２のプーリ１２２、１２４は、上述のようにプーリ軸１１２を中心にして回転する。更に、器具１００は、上述のように、拘束ピン１４８及び拘束スロット１５０を含む。しかし、本実施形態では、リンク１２６はプーリ１２２、１２４の上方に位置付けされている。
【０１１８】
更に、この実施形態では、駆動ピン１２８、１３０の各々は、決して重なる位置に移動しないように位置付けされている。例えば、器具１００は、閉鎖位置（第１のジョー部材１１８が第２のジョー部材１２０に接触している状態）で図示されており、この位置では、駆動ピン１２８、１３０は、図示のように位置付けされている。第１のジョー部材１１８が第２のジョー部材１２０に接触しているので、第１の駆動ピン１２８は時計回り方向への更なる回転が阻止され、第２の駆動ピン１３０は反時計回り方向への更なる回転が阻止される。この位置から、第１及び第２の駆動ピン１２８、１３０は、図中に矢印で示された方向にのみ回転することができる。すなわち、器具１００が開くと、第１の駆動ピン１２８は反時計回り方向にのみ回転することができず、第２の駆動ピン１３０は時計回り方向にのみ回転することができる。したがって、第１及び第２の駆動ピン１２８、１３０は、どの部分の運動中にも重ならないように位置付けされ、これにより、器具１００の安定性を向上させることができる。
【０１１９】
いくつかの実施形態では、駆動ピン１２８、１３０を離間させておく（例えば、重なりを防止する）ことによって、第１及び第２のジョー部材１１８、１２０の可動範囲を制限することができる。これは、駆動ピン１２８、１３０が重なり合うことを防止することにより、第１及び第２のプーリ１２２、１２４の各々について利用可能な回転の総量が低減されるからである。これは、入力から出力に伝達され得る仕事（したがって力）の総量を低減することができる。したがって、非重複駆動ピン１２８、１３０を含むいくつかの実施形態（図２３の器具１００のように）は、安定性のためにジョーの動き又は力の増幅をトレードする。当業者であれば、本開示を考慮すると、このトレードオフは、所与の状況のために器具１００の性能を最大化するように選択され得ることを理解するであろう。
【０１２０】
いくつかの実施形態では、ピンベースのサイクロイド拘束部（図２２Ａ及び図２３の拘束ピン１４８及び拘束スロット１５０によって形成される拘束などの拘束部）があっても、計器１００は、製造公差の積み重なりのために望ましくない不安定性を示す可能性がある。いくつかの実施形態では、この不安定性は、ピンベースのサイクロイド拘束部をギアベースのサイクロイド拘束部に置き換えることによって、除去又は低減することができる。ピンベースのサイクロイド拘束部と同様に、ギアベースのサイクロイド拘束部はギア付き拘束部のタイプと考えることができる。ギアベースのサイクロイド拘束部では、一方のジョー部材は、他方のジョー部材のノッチ内に延びる歯で形成されており、それによって、使用中にジョー部材の望ましくない移動を防止するのに役立つ。以下に記載する図２４Ａ〜図２４Ｈ及び図２５Ａ〜図２５Ｈに示す器具１００の実施形態は、歯ベースのサイクロイド拘束部の例を含む。
【０１２１】
いくつかの実施形態では、駆動ピン１２８、１３０が重なり合って交差する能力を制限するのではなく、駆動ピン１２８、１３０が重なり合うことを防止することに関連する欠点に対処するために、器具１００は、スロット拘束部を含むことができる。スロット拘束部は、駆動ピン１２８、１３０が重なり合っている間であっても、計器１００の不安定性を防止又は低減することができる。以下でより詳細に説明するように、スロット拘束部は、２つの耳部の間の谷又はスロットとして形成することができる。駆動ピン１２８、１３０が位置合わせ及び交差するように重なり合うと、スロット拘束部の耳部は、プーリ１２２、１２４の中央ピンに当接し接触することができ、それによって、第１及び第２のジョー部材１１８、１２０の望ましくない回転を防止することができる。駆動ピンは交差することが可能であるので、これらの設計は、駆動ピン１２８、１３０の交差を制限又は防止する設計よりも、より多くの力の優位性を得ることが可能であるという、独特の特徴を含むことができる。更に、これらの設計は、グリップが閉じているときにグリップ力が最も高いという独特の力プロファイルを提供することができる（以下の図２７及び対応する記載参照）。図２４Ａ〜２４Ｈは、スロット拘束部を含む実施形態を示す。
【０１２２】
図２４Ａ〜２４Ｈは、ギア付き拘束部（歯ベースのサイクロイド拘束部として構成される）及びスロット拘束部を含む高力器具１００の実施形態を示す図である。図２４Ａは開放位置にある器具１００の正面図であり、図２４Ｂは器具１００の分解図であり、図２４Ｃは器具１００の側面図であり、図２４Ｄは開放位置にある器具１００の背面図であり、図２４Ｅは中央ピンを通る器具１００の底部断面図である。図２４Ｆ〜２４Ｈは、計器１００が開放位置から閉鎖位置に移動する際に駆動ピン１２８、１３０が交差することを示している。
【０１２３】
図２４Ｂの分解図に最もよく示されているように、器具１００は、第１のジョー部材１１８を含み、これは、図示のように構成することができる。例えば、第１のジョー部材１１８は、第１のジョー部材１１８の近位端部に位置付けられた第１の駆動ピン１２８を含むことができる。代替的に、第１の駆動ピン１２８は、第１のプーリ１２２の一部として形成されてもよく、上述したように別個の部品として形成されてもよい。第１のジョー部材１１８は、第１のリンクピン１３２と開口部１６２（後述）との接合部への部位アクセスラインを提供する穴又は開口部１６６も含んでもよく、その結果、アセンブリは、所望であれば、一緒にレーザ溶接することができる。追加の穴、開口部、凹部又はディボット（図示せず）は、第１のジョー部材１１８の内面に形成されて、ピン１３２と係合することができる。第１のジョー部材１１８は、上面１７２及び下面１７０によって形成されるノッチ１７１も含んでもよい。以下に説明するように、第１のノッチを形成する上面及び下面１７２、１７０は、第２のジョー部材１２０上の対応する特徴と係合して、ギア付き拘束部又は歯ベースのサイクロイド拘束部を形成する（例えば、図２４Ａ参照）。第１のジョー部材１１８は、スロット１８６も含んでもよい。スロット１８６は、リンク１２６の第１の部品１５３の端部を受容するように構成されてもよい。
【０１２４】
第２のカム部材１２０は、第２のカム部材１２０の近位端部に位置付けされる第２のカム突出部１３０を含むことができる。代替的に、第２の駆動ピン１３０は、第２のプーリ１２４の一部として、又は上述のように別個の部品として形成されてもよい。第２のジョー部材１２０は、第２のリンクピン１３４を受容するように構成された開口部１６８も含んでもよい。第２のジョー部材１２０は、上面１７４及び下面１７６を有する歯１７５も含んでもよい。以下で説明するように、歯１７４の上面及び下面１７４、１７６は、第１のジョー部材１１８上の対応する特徴と係合して、ギア付き拘束部又は歯ベースのサイクロイド拘束部を形成する（例えば、図２４Ａ参照）。第２のジョー部材１２０は、スロット１８８も含んでもよい。スロット１８８は、リンク１２６の第２の部品１５４の端部を受容するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、歯１７５は、三角形のフィンとして現れ得る延長部又は突出部を備える。他の実施形態では、歯１７５は、ペグ形状などの別の形状の延長部又は突出部を備える。歯１７５を受容する凹部又はノッチ１７１は、ジョー部材１１８、１２０が開閉する際に歯１７５のクリアランスを提供するのに十分大きい。いくつかの実施形態では、サイクロイド拘束部が形成され、それによりノッチ１７１の下面１７０は歯１７５の下面１７４と接触した状態に維持され、一方、ノッチ１７２の上面はジョー部材の開閉中に歯１７５の上面１７６と接触した状態に維持される。
【０１２５】
第１のプーリ１２２は、プーリ軸開口部１７８を含んでもよい。プーリ軸開口部は、プーリピン１６０に取り付けられるように構成されている。プーリピン１６０は、プーリ軸１１２（上述）と位置合わせされてもよい。第１のプーリ１２２は、プーリピン１６０を中心にして回転する。第１のプーリ１２２は、第１の駆動ピン１２８を受容するための穴１８０も含んでもよい。同様に、第２のプーリ１２４は、プーリピン１６０に取り付けられるように構成されたプーリ軸開口部１８２を含んで、第２のプーリ１２４がプーリピン１６０を中心にして回転することを可能にすることができる。第２のプーリ１２４は、第２の駆動ピン１３０を受容するための穴１８４も含んでもよい。
【０１２６】
図２４Ａ〜図２４Ｈの実施形態では、リンク１２６は、第１の部品１５３及び第２の部品１５４によって形成される。第１の部品１５３は、そこを貫通して第１のリンクピン１３２を受容するための開口部１６２を含む。開口部１６２を含む第１の部品１５３の部分は、第１のジョー部材１１８のスロット１８６内で受容されるように構成されてもよく、それにより第１のリンクピン１３２は、第１の部品の開口部１６２を通り、第１のジョー部材１１８の開口部１６６の中に又はそれを通って、延びることができる。図２４Ｂに示すように、リンク１２６の第１の部品１５３は、第２のリンクピン１３４も含んでもよい。いくつかの実施形態では、第２のリンクピン１３４は、第１の部品１５３と一体的に形成される。他の実施形態では、第２のリンクピン１３４は、別個の部品であってもよく、又は第２のジョー部材１２０と一体的に形成されてもよい。リンク１２６の第１の部品１５３は、図示のように耳部１５６を含む。耳部１５６は、下向きの突起部又は突出部として形成することができる。後述するように、耳部１５６の内面は、駆動ピン１２８、１３０が位置合わせされたときに器具１００の不安定性を防止又は低減するために組み立てられたときに、プーリピン１６０と接触することができる。
【０１２７】
上述のように、リンク１２６は、第１の部品１５３及び第２の部品１５４によって形成することができる。第２の部品１５４は、第２のリンクピン１３４を受容するための開口部１６４を含むことができる。開口部１６４を含む第２の部品１５４の部分は、第２のジョー部材１２０のスロット１８８内で受容されるように構成されてもよく、それにより第２のリンクピン１３４は、第２の部品１５４の開口部１６４を通り、第２のジョー部材１２０の開口部１６８の中に又はそれを通って、延びることができる。図２４Ｂに示すように、リンク１２６の第２の部品１５４は、第１のリンクピン１３２を含んでもよい。いくつかの実施形態では、第１のリンクピン１３２は、第２の部品１５４と一体的に形成されている。他の実施形態では、第１のリンクピン１３２は、別個の部品であってもよく、第１のジョー部材１１８と一体的に形成されてもよい。リンク１２６の第２の部品１５４は、図示のように、耳部１５８も含む。耳部１５８は、下向きの突起部又は突出部として形成することができる。後述するように、耳部１５８の内面は、駆動ピン１２８、１３０が位置合わせされているときに器具１００の不安定性を防止又は低減するために、組み立てられたときにプーリピン１６０に接触することができる。
【０１２８】
例えば図２４Ａに示すように、組み立てられたとき、第２のジョー部材１２０の歯１７５は、第１のジョー部材１１８の溝又はノッチ１７１内に受容される。第１及び第２のジョー部材１１８、１２０の間のこの相互作用は、器具１００のためのギア付き拘束部又は歯ベースのサイクロイド拘束部を提供する。この拘束部は、図２２Ａ及び図２３を参照して上述したピンベースのサイクロイド拘束部と同様に、第１のジョー部材１１８の第２のジョー１２０に対する運動を拘束することができる。この拘束は、例えば、第１のジョー部材１１８と第２のジョー部材１２０との間の平行運動を防止又は低減することによって、器具１００の安定性も向上させることができる。いくつかの実施形態では、この拘束部の利点は、ピンベースのサイクロイド拘束部などの他のタイプの拘束部よりも製造公差誤差の影響を受けにくくなり得ることである。他の実施形態では、第１のジョー部材と第２のジョー部材との間に１つ以上の歯（例えば、第１の歯及び第２の歯）を設けて、歯ベースのサイクロイド拘束部を提供することができる。
【０１２９】
更に、組み立てられたときに、器具１００は、駆動ピン１２８、１３０が位置合わせされたときに不安定性を防止するように構成されたスロット拘束部を含むことができる。これは、図２４Ａ〜図２４Ｈの実施形態は、有利には、駆動ピン１２８、１３０が重なり合うか、又は交差することを可能にする設計において使用され得ることを意味することができる。駆動ピン１２８、１３０が重なり合うか又は交差することによって、より多くの作業をプーリによって実行することができ、それによって望ましいより大きな力の出力が得られる。図２４Ａ、図２４Ｄ、及び図２４Ｅに示すように、プーリピン１６０は、第１のジョー部材１１８とリンク１２６の第１の部品１５３の耳部１５６との間で受容される。同様に、プーリピン１６０は、第２のジョー部材１２０とリンク１２６の第２の部品１５４の耳部１５８との間でも受容される。いくつかの実施形態では、リンク１２６の第１及び第２の部品１５３、１５４の耳部１５６、１５８は、スロット又はチャネルを形成する。プーリピン１６０は、器具１００の運動中にこのチャネル内に乗り、接触する。この接触は、駆動ピン１２８、１３０が重なり合っている間に器具１００を安定させることができる、追加の安定点を提供する。
【０１３０】
図２４Ｆ〜図２４Ｈは、器具１００の運動中に駆動ピン１２８、１３０が重なり合って交差する間に器具１００を安定化させるためのスロット拘束部（耳部１５６、１５８及びプーリピン１６０によって形成される）の機能を例示している。図２４Ｆ〜２４Ｈは、器具１００の閉鎖動作中の様々な段階を示している。図２４Ｆに示すように、第１及び第２のジョー部材１１８、１２０は開放位置にあり、第１の駆動ピン１２８は、第２の駆動ピン１３０の右側（図示の向きに対して）に配置されている。駆動ピン１２８、１３０は離間しているため、器具１００は比較的安定した位置にある。この位置は、プーリピン１６０が耳部１５６、１５８の間に形成されたスロットに更に接触することによって、更に安定化される。
【０１３１】
器具１００が更に閉じると、図２４Ｇに図示された位置まで、駆動ピン１２８、１３０は重なり合い、交差し始める。具体的には、第１の駆動ピン１２８は、図２４Ｆの位置から図２４Ｇに示す位置まで時計回りに回転しており、第２の駆動ピン１３０は、図２４Ｆの位置から図２４Ｇに示す位置まで反時計回りに回転している。この位置（図２４Ｇ）では、駆動ピン１２８、１３０が図示のように重なっている状態では、プーリピン１６０及び耳部１５８、１５６によって形成されたスロット拘束部がないと、器具１００は比較的不安定な位置にあるであろう。すなわち、スロット拘束部がないと、器具１００は、位置合わせされた駆動ピン１２８、１３０の軸を中心にして回転する傾向があり得る。しかしながら、スロット拘束部は、有利には、この運動に対して器具１００を安定化させる。例えば、プーリピン１６０と耳部１５６との間の接触は、器具が時計回り方向に回転することを防ぎ、プーリピン１６０と耳部１５８との間の接触は、器具が反時計回り方向に回転することを防ぐ。
【０１３２】
図２４Ｈに示すように、器具１００が更に閉じると、駆動ピン１２８、１３０が互いに通過するように回転する。例えば、第１の駆動ピン１２８は、ここで、第２の駆動ピン１３０の左に位置付けされている。ここでも、この位置は、駆動ピン１２８、１３０が分離されており、スロット拘束部が追加の安定性を提供するので、比較的安定している。
【０１３３】
図２４Ｆ〜図２４Ｈの耳部１５６、１５８の間に形成されたスロットを有するプーリピン１６０の位置を考慮すると、いくつかの実施形態では、器具１００の運動中にプーリピン１６０がスロットに沿って移動することを見ることができる。
【０１３４】
図２４Ａ〜２４Ｈに示す器具１００の実施形態は、ギア付き拘束部（例えば、歯ベースのサイクロイド拘束部）とスロット拘束部の両方を含むことにより、前術の実施形態を参照して上述した力増幅及び拘束部の概念を拡張している。いくつかの状況では、両方の拘束部は、プーリの可動範囲に制限を有することができるが、有利には、そのような制限は、異なる角度で発生し得る。２つの拘束部を一緒に実施することができ、したがって、両方の拘束部を含む器具を有することが可能である（図２４Ａ〜図２４Ｈに示すように）。両方の拘束部を使用することにより、プーリ１２２、１２４の運動範囲を拡張して、駆動ピンの交差を制限する実施形態の運動範囲のほぼ２倍にすることが可能である。これにより、順に、所与の運動範囲に対して伝達され得る力の量が増加する。両方の後続部を有することにより、不安定性を低減して、いずれかの角度におけるいずれかの拘束部をほぼ最小にすることができる。
【０１３５】
図２５Ａ〜図２５Ｈは、上述のように２つの拘束部を含むが、器具１００の全体的な構成要素の数を減少させる器具１００の実施形態を示している。そのような実施形態は、有利には、器具１００の製造及びアセンブリを簡素化することができる。図２５Ａ及び図２５Ｂは、それぞれ、開放構成及び閉鎖構成における器具１００の外観を示す。図２５Ｃは、器具１００のリンク１２６として機能するハウジング１９０の実施形態を示す。図２５Ｄは、第１又は第２のジョー部材１１８、１２０の実施形態を示す図である。図２５Ｅ〜２５Ｈは、器具１００の例示的なアセンブリプロセス中の段階を示す。
【０１３６】
図２５Ａ及び２５Ｂに示し、図２５Ｃに単独で示すように、器具１００は、単一のハウジング１９０として形成されたリンク１２６を含む。図２５Ｃに最もよく示されているように、ハウジング１９０は、第１の軸受面１９２及び第２の軸受面１９４を含むことができる。第１及び第２の軸受面１９２、１９４の各々は、ハウジング１９０を横切って延びるロッド又はシリンダとして形成することができる。以下に説明するように、軸受面１９２、１９４は、第１及び第２のジョー部材１１８、１２０が枢動可能な枢動点を提供する。いくつかの点で、第１及び第２の軸受面は、先に説明した実施形態では、第１及び第２のリンクピン１３２、１３４を置き換える。
【０１３７】
ハウジング１９０は、図示のように、スロット１９５も含むことができる。スロット１９５は、プーリピン１６０と係合するように構成して、上述のスロット拘束部を形成することができる。スロット拘束部は、駆動ピン１２８、１３０が位置合わせされたときに、器具１００に安定性を提供することができる。
【０１３８】
いくつかの実施形態では、ハウジング１９０は、有利には、図２４Ａ〜図２４Ｈの実施形態のリンク１２６の第１及び第２の部品１５３、１５４と同じ機能を、単一の部品のみで提供する。これは、有利には、設計の複雑さを低減することができる。
【０１３９】
図２５Ｄは、実施形態のジョー部材（第１のジョー部材１１８又は第２のジョー部材１２０のいずれか）を示す。図２５Ｄでは、記載された特徴は、第１のジョー部材１１８及び第２のジョー部材１２０の両方を説明するために２回付番されている。図示のように、ジョー部材１１８、１２０は、対向するジョー部材の対応する凹部１７１と係合するように構成された歯１７５を含む。歯１７５と凹部１７１との間の相互作用は、上述したようなギア付き拘束部（又は歯ベースのサイクロイド拘束部）を提供する。
【０１４０】
ジョー部材１１８、１２０は、溝１９６、１９８も含む。溝１９６、１９８は、ハウジング１９０の軸受面１９２、１９４を受容するように構成されている。例えば、組み立てられたとき（図２５Ａ及び図２５Ｂ）、第１のジョー部材１１８の溝１９６は、第１のジョー部材１１８が第１の軸受面１９２を中心にして枢動することを可能にするように、第１の軸受面１９２を受容する。同様に、第２のジョー部材１２０の溝１９８は、第２のジョー部材１２０が第２の軸受面１９４を中心にして枢動することを可能にするように、第２の軸受面１９４を受容する。
【０１４１】
図２５Ａ及び図２５Ｂに示すように、歯１７５及び凹部１７１は、ギア付き拘束部（又は歯ベースのサイクロイド拘束部）を提供し、スロット１９５及びプーリピン１６０は、スロット拘束部を提供する。したがって、図２５Ａ〜図２５Ｈの器具１００の実施形態では、上述した図２４Ａ〜図２４Ｈの器具１００の実施形態と同じ利点を提供することができる。更に、図２５Ａ〜図２５Ｈの器具１００の実施形態の部品の総数が低減される。
【０１４２】
図２５Ｅ〜図２５Ｆは、器具１００の例示的なアセンブリプロセスを示す。図示のように、第１及び第２のジョー部材１１８、１２０は、ハウジング１９０（図２４Ｅ）の上方に位置付けすることができる。第１及び第２のジョー部材１１８、１２０は、図２５Ｆに示すように、ハウジング１９０内に降下させて回転させることができる。図２５Ｇに示すように、第１及び第２のジョー部材１１８、１２０は、次いで、第１及び第２のジョー部材１１８、１２０の背面に形成された溝１９６、１９８がハウジングの軸受面１９２、１９４と同心になるように、更に降下させることができる。この位置から、第１及び第２のジョー部材１１８、１２０は、ハウジング１９０によって所定の場所に保持されるように、図２５Ｈの位置まで更に回転させられる。図示していないが、アセンブリは、プーリ１２２、１２４を取り付けること、及びとりわけ、手首１０６に取り付けることなどの追加のステップを更に含むことができる。
【０１４３】
図２５Ａ及び２５Ｂに戻ると、いくつかの実施形態では、第１のジョー部材１１８は、運動の全範囲にわたって、第２のジョー部材１２０及びハウジング１９０の軸受面１９２、１９４によって拘束される。アセンブリが手首１０６の遠位クレビスに設置されると、運動範囲は、分解に必要な角度よりも小さくすることができる作業運動範囲に制限され得る。
【０１４４】
図２５Ａ〜２５Ｂに示された器具１００は、他の実施形態に比べて部品点数が少ないという利点と、より小型化される可能性を有する。いくつかの場合には、本実施形態の別の利点は、スロット１９５がジョーの各側部でピン１６０のいずれかの側部と係合するとき、スロット１９５は公差の問題を介してより安定性を提供することができ、これにより手首がねじれ勾配を有することを防止することである。一般に、他のアセンブリ方法は、グリップが正しい枢動に保持されることを確実にするために、追加の部品又は追加の機械加工操作のいずれかを必要とし、続いて、それらを互いに接合するためのスエージング又はレーザ溶接プロセスを必要とする。この器具１００は、機構によって使用される運動範囲内でジョー部材を正しい位置に拘束するが、ジョー部材が過剰に回転したときに部品を組み立てることを可能にする。これは、リンク１２６は単一部品ハウジング１９０であるため、他の実施形態よりも小さくすることができるので、外科用器具の先端部に利利点を有する。したがって、いくつかの実施形態では、リンク１２６は単一構造であるため、より強く、より高い許容差を有することができる。部品数の低減及びアセンブリ時間の低減は、コストを低減することができる。これらの利点のいくつかは、リンク１２６が複数の部品から作られていても、依然として実現することができる。
【０１４５】
上述のいずれかの実施形態における歯は、サイクロイドである必要はない。いくつかの実施形態では、歯は、インボリュートを含むいくつかの他のプロファイルを備え得る。
【０１４６】
Ｂ．高力器具の機械的利点／増幅の判定
このセクションは、上記の高力器具１００の機械的利点をどのように決定することができるかについて説明する。高レベルでは、増幅比は、運動の入力範囲と運動の出力範囲との比である。上述の器具１００では、運動の入力範囲は、プーリの幾何学的形状及び寸法に関連することができ、運動の出力範囲は、ジョー部材の幾何学的形状及び寸法に関連することができる。
【０１４７】
これらのロボット制御された高力器具１００の機械的利点及び増幅を判定するとき、考慮すべき１つの基準は、有効プーリ直径である。高力器具１００は、プルワイヤ又はケーブルを介して適用される張力から一対のジョー部材に出力トルクを生成する機構として要約することができる。一対のジョー部材に出力トルクを発生させる最も単純な方法は、ジョー部材をプーリに直接かつ剛性的に取り付けることである。しかし、このアーキテクチャは、それが通過するシャフト／チューブの直径に収まることができるプーリの直径によって、どれだけのトルクを提供することができるかに制限される。したがって、単純なプーリよりも機械的利点を提供することができる機構を有することが望ましい。
【０１４８】
機械的利点は、等価なグリップ（出力）トルクを生み出すために使用する必要があるプーリの直径を計算することによって判定することができる。これは有効直径ｄｅｆｆと呼ばれ、式１によって決定することができる。
【０１４９】
【数１】
2021526875.tif 000003
式中、ｄｅｆｆは有効直径であり、τｇｒｉｐはグリップ（出力）トルクであり、Ｆは入力トルクである。図２６Ａを参照するとグリップトルクは、式２によるジョー部材の幾何学的形状に関連する。
【０１５０】
【数２】
2021526875.tif 000004
【０１５１】
したがって、有効直径は、式３によって決定することができる。
【０１５２】
【数３】
2021526875.tif 000005
式中、Ｆｃａｂｌｅは、図２６Ｂに示すようにプーリのケーブルに作用する引張力である。
【０１５３】
図２７は、交差駆動ピン（例えば、図２４Ａ〜図２４Ｈ及び図２５Ａ〜図２５Ｈの実施形態と同様）を有することができる、高力器具１００の一実施形態の代表的な力プロファイルを示す。図示の力プロファイルは、８ｍｍの手首及び６．７ｍｍの駆動プーリを有する器具１００に対するものである。
【０１５４】
力プロファイルは、グリップ開放角度の関数としての器具１００の有効なプーリ直径を示す。図示のように、グリップ（ジョー部材）をほぼ閉じた状態（０度の開放角度）では、有効プーリ直径は約２６ｍｍである。駆動プーリの直径は６．７ｍｍなので、単純なレバー及びプーリシステムで実現できる力の３．８８倍（２６ｍｍ／６．７ｍｍ）の機械的利点が得られる。グリップの角度が大きくなると（例えば４０度になると）有効プーリ直径が小さくなり、それにより４０度では単純なレバー及びプーリシステムで実現できる力の約３．２８倍（２２ｍｍ／６．７ｍｍ）の機械的利点が得られる。したがって、単純なレバー及びプーリシステムで達成できる力の少なくとも３倍以上の機械的利点性を達成することができる。更に、力プロファイルは、発明者らの二重ドライブピン設計は、ドライブピンを交差させることで独特であり、それによりグリップは、閉角度（ゼロ度のグリップ開放角度）で最も強くグリップすることができること、を示している。
【０１５５】
３．実施システム及び用語。
本明細書に開示される実装形態は、ロボット制御された医療システムのためのシステム、方法、及び装置を提供する。本明細書に記載される様々な実施形態は、高力器具を有するロボット制御された医療システムを含む。
【０１５６】
本明細書で使用するとき、用語「連結する」、「連結している」、「連結された」、又は単語結合の他の変形は、間接的接続又は直接的接続のいずれかを示し得ることに留意されたい。例えば、第１の構成要素が第２の構成要素に「連結される」場合、第１の構成要素は、別の構成要素を介して第２の構成要素に間接的に接続される、又は第２の構成要素に直接的に接続される、のいずれかであってもよい。
【０１５７】
本明細書に記載の位置推定機能及びロボット動作作動機能は、プロセッサ可読媒体又はコンピュータ可読媒体上の１つ以上の命令として記憶されてもよい。用語「コンピュータ可読媒体」は、コンピュータ又はプロセッサによってアクセスすることができる任意の利用可能な媒体を指す。一例として、限定するものではないが、このような媒体は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的消去可能プログラム可能読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、又は他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置、若しくは他の磁気記憶デバイス、又は命令若しくはデータ構造の形態で所望のプログラムコードを記憶するために使用することができ、コンピュータによってアクセスされることができる任意の他の媒体を含んでもよい。コンピュータ可読媒体は、有形であり、非一時的であってもよいことに留意されたい。本明細書で使用するとき、用語「コード」は、コンピューティング装置又はプロセッサによって実行可能であるソフトウェア、命令、コード、又はデータを指してもよい。
【０１５８】
本明細書に開示される方法は、記載される方法を達成するための１つ以上のステップ又は行為を含む。方法ステップ及び／又は行為は、特許請求の範囲から逸脱することなく互いに交換されてもよい。換言すれば、記載されている方法の適切な動作のために特定の順序のステップ又は行為が必要とされない限り、特許請求の範囲から逸脱することなく、特定のステップ及び／又は行為の順序及び／又は使用を修正してもよい。
【０１５９】
本明細書で使用するとき、用語「複数」は、２つ以上を示す。例えば、複数の構成要素は、２つ以上の構成要素を示す。用語「判定する」は、多種多様な行為を包含し、したがって、「判定する」は、計算する、演算する、処理する、算出する、調査する、ルックアップする（例えば、テーブル、データベース又は別のデータ構造を見ること）、確認することなどを含むことができる。また、「判定する」は、受け取る（例えば、情報を受信すること）、アクセスする（例えば、メモリ内のデータにアクセスすること）などを含むことができる。また、「判定する」は、解決する、選択する、選出する、確立するなどを含むことができる。
【０１６０】
語句「基づく」は、別途明示的に指定されない限り、「のみに基づく」ことを意味しない。換言すれば、語句「基づく」は、「のみに基づく」及び「少なくとも基づく」の両方を記載する。
【０１６１】
本明細書で使用するとき、「およそ」又は「約」という用語は、長さ、厚さ、量、期間、又は他の測定可能な値の測定範囲を指す。このような測定範囲は、開示される装置、システム、及び技術において機能するために係る変形が適切である限り、指定された値の＋／−１０％以下、好ましくは＋／−５％以下、より好ましくは＋／−１％以下、更により好ましくは＋／−０．１％以下の変動を包含する。
【０１６２】
開示される実装形態の前述の説明は、任意の当業者が本発明を製造すること、又は使用することを可能にするために提供される。これらの実装形態に対する種々の修正は、当業者には容易に明らかになり、かつ、本明細書で規定される一般的な原理は、本発明の範囲から逸脱することなく、他の実装形様に適用され得る。例えば、当業者であれば、締結、装着、連結、又は係合ツール構成要素の均等の方法、特定の作動運動を生み出すための均等の機構、及び電気エネルギーを送達するための均等の機構など、多くの対応する代替的かつ均等の構造的詳細を使用することができると理解されるであろう。したがって、本発明は、本明細書に示される実装形態に限定されることを意図するものではなく、本明細書に開示される原則及び新規な特徴と一致する最も広い範囲が与えられるものである。
【０１６３】
〔実施の態様〕
（１）  エンドエフェクタを有する器具を備えるロボットシステムであって、
前記器具は、
プーリ軸を中心にして回転するように構成された第１のプーリと、
第１の駆動ピンによって前記第１のプーリに接続された第１のジョー部材と、
前記プーリ軸を中心にして回転するように構成された第２のプーリと、
第２の駆動ピンによって前記第２のプーリに接続された第２のジョー部材と、
前記第１のジョー部材が枢動することができる第１の枢動点及び前記第２のジョー部材が枢動することができる第２の枢動点を提供するリンクと、
を備える、
ロボットシステム。
（２）  前記器具に連結されたロボットアームを更に備える、実施態様１に記載のロボットシステム。
（３）  前記第１のプーリの回転が、前記プーリ軸を中心にした前記第１の駆動ピンの回転を引き起こし、更に前記第１のジョー部材を前記第１の枢動点を中心にして枢動させ、
前記第２のプーリの回転が、前記プーリ軸を中心にした前記第２の駆動ピンの回転を引き起こし、更に前記第２のジョー部材を前記第２の枢動点を中心にして枢動させる、
実施態様１に記載のロボットシステム。
（４）  前記第１のジョー部材及び前記第２のジョー部材の運動を拘束するように構成されたギア付き拘束部を更に備え、それにより前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材のうちの一方の運動が、前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材のうちの他方の、実質的に対応する運動を引き起こす、実施態様１に記載のロボットシステム。
（５）  前記ギア付き拘束部はサイクロイド拘束部を備え、前記サイクロイド拘束部は、
前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材のうちの一方に形成された歯と、
前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材のうちの他方に形成されたノッチと、
を備える、実施態様４に記載のロボットシステム。
【０１６４】
（６）  前記ギア付き拘束部は、前記第１のジョー部材及び前記第２のジョー部材を通る軸に沿って延びるピンを備え、前記ピンは、前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材の少なくとも一方に形成されたスロット内に乗るように構成されている、実施態様４に記載のロボットシステム。
（７）  前記第１の駆動ピンと前記第２の駆動ピンとが位置合わせされたときに、前記エンドエフェクタが前記第１の駆動ピン及び前記第２の駆動ピンを中心にして回転する危険性を防止又は低減するように構成されたスロット拘束部を更に備える、実施態様１に記載のロボットシステム。
（８）  前記スロット拘束部は、
第１の耳部と、
第２の耳部であって、前記第１の耳部から離間して、前記第１の耳部と前記第２の耳部との間にスロットを形成する、第２の耳部と、
前記スロット内に位置付けられた前記プーリ軸に沿って延びるピンと、
を備える、実施態様７に記載のロボットシステム。
（９）  前記第１の耳部と前記第２の耳部は各々、前記リンクに連結されている、実施態様８に記載のロボットシステム。
（１０）  前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材のうちの一方の運動が、前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材のうちの他方の、実質的に対応する運動を引き起こすように、前記第１のジョー部材及び前記第２のジョー部材の運動を拘束するように構成されたギア付き拘束部と、
前記第１の駆動ピン及び前記第２の駆動ピンが位置合わせされるとき、前記第１の駆動ピン及び前記第２の駆動ピンを中心にした前記エンドエフェクタの回転のリスクを防止又は低減するように構成されたスロット拘束部と、
を更に備える、実施態様１に記載のロボットシステム。
【０１６５】
（１１）  前記第１のプーリと前記第２のプーリは、前記第１の駆動ピンと第２の駆動ピンが位置合わせされる位置まで回転することができる、実施態様１に記載のロボットシステム。
（１２）  前記第１のプーリと前記第２のプーリの回転中に、前記第１の駆動ピンは、前記第２の駆動ピンを越えて回転することができる、実施態様１に記載のロボットシステム。
（１３）  前記リンクは、第２の軸受面から離間された第１の軸受面を備えるハウジングを備え、
前記第１のジョー部材は、前記第１の軸受面上で枢動するように構成されており、かつ前記第１の枢動点を形成する第１の溝を備え、
前記第２のジョー部材は、前記第２の軸受面上で枢動するように構成されており、かつ前記第２の枢動点を形成する第２の溝を備える、
実施態様１に記載のロボットシステム。
（１４）  前記エンドエフェクタは、把持器、カッタ、又はクリッパとして構成されている、実施態様１に記載のロボットシステム。
（１５）  第１のリンクは、前記プーリ軸と、前記第１のプーリに巻回されたケーブルによって入力力が印加される点との間に第１の距離を有し、
第２のリンクは、前記プーリ軸と前記第１の駆動ピンの軸との間に第２の距離を有し、
第３のリンクは、前記第１の駆動ピンの前記軸と前記第１の枢動点の軸との間に第３の距離を有し、
第４のリンクは、前記第１の枢動点の前記軸と前記第１のジョー部材の遠位端部との間に第４の距離を有する、
実施態様１に記載のロボットシステム。
【０１６６】
（１６）  前記第１のリンクの前記第１の距離は３〜４ｍｍであり、
前記第２のリンクの前記第２の距離は２〜３ｍｍであり、
前記第３のリンクの前記第３の距離は７〜８ｍｍであり、
前記第４のリンクの前記第４の距離は１７〜２３ｍｍである、
実施態様１５に記載のロボットシステム。
（１７）  前記第１のリンクの前記第１の距離は約３．３５ｍｍであり、
前記第２のリンクの前記第２の距離は約２．５ｍｍであり、
前記第３のリンクの前記第３の距離は約７．３ｍｍであり、
前記第４のリンクの前記第４の距離は約２０ｍｍである、
実施態様１５に記載のロボットシステム。
（１８）  前記第２のリンクの前記第２の距離と前記第１のリンクの前記第１の距離との第１の比は、０．５〜１．２５であり、
前記第３のリンクの前記第３の距離と前記第１のリンクの前記第１の距離との第２の比は、１．５〜３．５であり、
前記第４のリンクの前記第４の距離と前記第１のリンクの前記第１の距離との第３の比は、１．５〜２０である、
実施態様１５に記載のロボットシステム。
（１９）  前記第２のリンクの前記第２の距離と前記第１のリンクの前記第１の距離との第１の比は、約０．７５であり、
前記第３のリンクの前記第３の距離と前記第１のリンクの前記第１の距離との第２の比は、約２．１８であり、
前記第４のリンクの前記第４の距離と前記第１のリンクの前記第１の距離との第３の比は、約６である、
実施態様１５に記載のロボットシステム。
（２０）  医療処置中に患者に挿入されるように構成されたエンドエフェクタを含む医療器具を備えるロボットシステムであって、前記医療器具は、
第１のプーリと、
前記第１のプーリに接続された第１のジョー部材と、
第２のプーリと、
前記第２のプーリに接続された第２のジョー部材と、
前記第１のジョー部材が枢動することができる第１の枢動点及び前記第２のジョー部材が枢動することができる第２の枢動点を提供するリンクと、
ギア付き拘束部とスロット拘束部のうちの少なくとも１つと、
を備える、
ロボットシステム。
【０１６７】
（２１）  前記エンドエフェクタはロボットアームに接続されており、前記システムのプロセッサによって制御される、実施態様２０に記載のシステム。
（２２）  前記エンドエフェクタ、及び前記医療器具の少なくとも一部分は、１４ｍｍ未満の患者開口部を通って嵌合するように構成されている、実施態様２０に記載のシステム。
（２３）  前記エンドエフェクタ、及び前記医療器具の少なくとも一部分は、１０ｍｍ未満の患者開口部を通って嵌合するように構成されている、実施態様２０に記載のシステム。
（２４）  前記エンドエフェクタ、及び前記医療器具の少なくとも一部分は、１０ｍｍ未満の患者開口部を通って嵌合するように構成されている、実施態様２０に記載のシステム。
（２５）  前記エンドエフェクタは、少なくとも２の自由度を有するリストによって前記医療器具の遠位端部に接続されている、実施態様２０に記載のシステム。
【０１６８】
（２６）  前記第１のプーリに接続された１つ以上のケーブルであって、前記第１のプーリに接続された前記ケーブルのうちの１つ以上を引くことにより前記第１のプーリの回転を引き起こす、１つ以上のケーブルと、
前記第２のプーリに接続された１つ以上のケーブルであって、前記第２のプーリに接続された１つ以上のケーブルを引くことにより前記第２のプーリの回転を引き起こす、１つ以上のケーブルと、
を更に備える、実施態様２０に記載のシステム。
（２７）  （ｉ）前記第１のプーリに接続された前記ケーブルのうちの前記１つ以上と、（ｉｉ）前記第２のプーリに接続された前記ケーブルのうちの前記１つ以上とは、前記医療器具を通って延び、
前記医療器具は器具駆動機構に取り付けられており、
前記器具駆動機構は、（ｉ）前記第１のプーリに接続された前記ケーブルのうちの前記１つ以上、及び（ｉｉ）前記第２のプーリに接続された前記ケーブルのうちの前記１つ以上を引いて前記エンドエフェクタを作動させるように構成されている、
実施態様２６に記載のシステム。
（２８）  前記エンドエフェクタは、前記ギア付き拘束部を備え、前記ギア付き拘束部は、前記第１のジョー部材及び前記第２のジョー部材の運動を拘束するように構成されたサイクロイド拘束部を備え、それにより、前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材のうちの一方の運動が、前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材のうちの他方の、実質的に対応する運動を引き起こす、実施態様２０に記載のシステム。
（２９）  前記ギア付き拘束部は、前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材のうちの一方に形成された歯と、前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材のうちの他方に形成されたノッチと、を備える、実施態様２８に記載のシステム。
（３０）  前記エンドエフェクタは、前記スロット拘束部を備え、前記スロット拘束部は、前記第１の駆動ピンと前記第２の駆動ピンが位置合わせされるとき、前記第１の駆動ピン及び前記第２の駆動ピンを中心にした前記エンドエフェクタの回転を防止するように構成されている、実施態様２０に記載のシステム。
【０１６９】
（３１）  前記エンドエフェクタは、前記スロット拘束部及び前記ギア付き拘束部を備える、実施態様２０に記載のシステム。
（３２）  方法であって、
ロボット制御された医療器具を患者に挿入することであって、前記器具はエンドエフェクタを含み、前記エンドエフェクタは、（ｉ）第１のプーリに連結された第１のジョー部材と、（ｉｉ）第２のプーリに連結された第２のジョー部材と、（ｉｉｉ）前記第１のジョー部材と前記第２の部材とを接続するリンクと、（ｉｖ）ギア付き拘束部及びスロット拘束部のうちの少なくとも１つと、を備える、挿入することと、
前記第１のプーリ又は前記第２のプーリに接続された少なくとも１つのケーブルを引いて前記第１のプーリ又は前記第２のプーリを回転させることにより前記エンドエフェクタを作動させることと、を含み、前記第１のプーリ又は前記第２のプーリの回転が、前記エンドエフェクタの前記第１のジョー部材及び前記第２のジョー部材を開閉する、
方法。
（３３）  前記エンドエフェクタを作動させることは、前記第１のプーリ及び前記第２のプーリの回転を引き起こすことを含み、それにより前記第１のプーリを前記第１のジョー部材に接続する第１の駆動ピンが、前記第２のプーリを前記第２の駆動部材に接続する第２の駆動ピンと重なる、実施態様３２に記載の方法。
（３４）  前記第１の駆動ピンと前記第２の駆動ピンの前記重なりは、前記エンドエフェクタにおける力の増幅を増大させる、実施態様３３に記載の方法。
（３５）  前記エンドエフェクタは、前記ギア付き拘束部を備え、前記ギア付き拘束部は、前記第１のジョー部材及び前記第２のジョー部材の運動を拘束するように構成されており、それにより前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材のうちの一方の運動が、前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材のうちの他方の、実質的に対応する運動を引き起こす、実施態様３２に記載の方法。
【０１７０】
（３６）  前記ギア付き拘束部は、前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材のうちの一方に形成された歯と、前記第１のジョー部材と前記第２のジョー部材のうちの他方に形成されたノッチと、を備えるサイクロイド拘束部を備える、実施態様３５に記載の方法。
（３７）  前記エンドエフェクタは、前記スロット拘束部を備え、前記スロット拘束部は、前記第１の駆動ピンと前記第２の駆動ピンが位置合わせされるとき、前記第１の駆動ピン及び前記第２の駆動ピンを中心にした前記エンドエフェクタの回転を防止するように構成されている、実施態様３２に記載の方法。
（３８）  前記エンドエフェクタは、前記スロット拘束部及び前記ギア付き拘束部を備える、実施態様３２に記載の方法。
【図１】
2021526875.tif 000006
【図２】
2021526875.tif 000007
【図３】
2021526875.tif 000008
【図４】
2021526875.tif 000009
【図５】
2021526875.tif 000010
【図６】
2021526875.tif 000011
【図７】
2021526875.tif 000012
【図８】
2021526875.tif 000013
【図９】
2021526875.tif 000014
【図１０】
2021526875.tif 000015
【図１１】
2021526875.tif 000016
【図１２】
2021526875.tif 000017
【図１３】
2021526875.tif 000018
【図１４】
2021526875.tif 000019
【図１５】
2021526875.tif 000020
【図１６Ａ】
2021526875.tif 000021
【図１６Ｂ】
2021526875.tif 000022
【図１７Ａ】
2021526875.tif 000023
【図１７Ｂ】
2021526875.tif 000024
【図１８Ａ】
2021526875.tif 000025
【図１８Ｂ】
2021526875.tif 000026
【図１９Ａ】
2021526875.tif 000027
【図１９Ｂ】
2021526875.tif 000028
【図２０Ａ】
2021526875.tif 000029
【図２０Ｂ】
2021526875.tif 000030
【図２０Ｃ】
2021526875.tif 000031
【図２０Ｄ】
2021526875.tif 000032
【図２１】
2021526875.tif 000033
【図２２Ａ】
2021526875.tif 000034
【図２２Ｂ】
2021526875.tif 000035
【図２２Ｃ】
2021526875.tif 000036
【図２３】
2021526875.tif 000037
【図２４Ａ】
2021526875.tif 000038
【図２４Ｂ】
2021526875.tif 000039
【図２４Ｃ】
2021526875.tif 000040
【図２４Ｄ】
2021526875.tif 000041
【図２４Ｅ】
2021526875.tif 000042
【図２４Ｆ】
2021526875.tif 000043
【図２４Ｇ】
2021526875.tif 000044
【図２４Ｈ】
2021526875.tif 000045
【図２５Ａ】
2021526875.tif 000046
【図２５Ｂ】
2021526875.tif 000047
【図２５Ｃ】
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【図２５Ｄ】
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【図２５Ｅ】
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【図２５Ｆ】
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【図２５Ｇ】
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【図２５Ｈ】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２７】
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【国際調査報告】
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