(57)【要約】  外科用ロボットシステム内のロボット外科用ツールを操作するためのユーザインターフェースデバイスが説明される。ユーザインターフェースデバイスは、中心軸の周りに対称的に配設された把持面を有するデバイス筐体を含むことができる。把持面は、中心軸の周りの回転面を含むことができる。追跡センサは、デバイス筐体内に装着されて、デバイス筐体の移動に応答して空間的状態信号を生成することができる。空間的状態信号は、ロボットシステムアクチュエータの運動を制御するために使用することができる。指掴持部は、デバイス筐体の端部に配設することができ、ユーザによるタッチに応答して掴持信号を生成することができる。掴持信号は、ロボットシステムアクチュエータの運動を休止するために使用することができる。他の実施形態も記載及び特許請求される。【選択図】図２
2021529020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外科用ロボットシステム内のロボット外科用ツールを操作するためのユーザインターフェースデバイスであって、
デバイス筐体と、
前記デバイス筐体の移動を６自由度で追跡する複数の空間的状態信号を生成するように構成された、前記デバイス筐体内の追跡センサであって、前記複数の空間的状態信号が、前記ロボット外科用ツールの運動を制御するための前記外科用ロボットシステムに入力される、追跡センサと、
押されたときに、前記空間的状態信号にかかわらず、前記ロボット外科用ツールの運動を休止するための掴持信号を生成するように構成された指掴持部と、を備える、ユーザインターフェースデバイス。
【請求項２】
握持されたときに、前記ロボット外科用ツールの把持運動を引き起こすための把持信号を生成するように構成された、前記デバイス筐体内の把持センサを更に備え、前記指掴持部が、起動されたときに、前記把持信号にかかわらず前記掴持信号を生成する、請求項１に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項３】
前記デバイス筐体が把持面を有し、前記把持面が、中心軸の周りの回転面を含み、前記デバイス筐体が、筐体端部を有し、前記指掴持部が、前記筐体端部上に装着され、前記指掴持部が、前記中心軸の周りに延長する導電性パッドを含む、請求項１に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項４】
前記回転面が、前記中心軸の周りを回転する把持面輪郭を含む、請求項３に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項５】
前記指掴持部が、前記筐体端部に固定されたパッド装着部を含み、前記導電性パッドが、前記パッド装着部上に装着される、請求項３に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項６】
前記指掴持部が、前記導電性パッド上に掴持部カバーを含み、前記掴持部カバーが、前記中心軸の周りの第２の回転面を有する外側タッチ面を含む、請求項５に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項７】
前記第２の回転面が円錐台形である、請求項６に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項８】
前記パッド装着部がパッド表面を含み、前記導電性パッドが、前記パッド表面と前記掴持部カバーとの間の導電性テープである、請求項６に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項９】
前記パッド装着部がパッド表面を含み、前記導電性パッドが、前記パッド表面と前記掴持部カバーとの間のフレックス回路である、請求項６に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項１０】
前記パッド装着部を通って延長する第１の電気ワイヤであって、前記デバイス筐体内に装着されたユーザインターフェースデバイスプロセッサに電気的に連結されている、第１の電気ワイヤと、
第１の端部において前記ユーザインターフェースデバイスプロセッサに接合され、第２の端部において前記導電性パッドに接合された第２の電気ワイヤと、を更に備える、請求項６に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項１１】
前記ユーザインターフェースデバイスプロセッサが、
前記導電性パッドの静電容量を測定し、
前記静電容量の変化を検出したことに応答して、前記掴持信号を生成するように構成されている、請求項１０に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項１２】
前記ユーザインターフェースデバイスからの前記空間的状態信号が、複数のアクチュエータの比例運動を制御するために、前記外科用ロボットシステムの１つ以上のプロセッサによって使用され、前記ロボット外科用ツールが、外科用ロボットアーム上に装着され、前記複数のアクチュエータが、前記外科用ロボットアーム及び前記ロボット外科用ツールに連結されている、請求項１１に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項１３】
前記ユーザインターフェースデバイスプロセッサは、前記静電容量の前記変化が所定の時間期間であるときに前記掴持信号を生成するように構成されている、請求項１１に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項１４】
前記パッド装着部上に装着された第２の導電性パッドを更に備え、前記ユーザインターフェースデバイスプロセッサが、前記導電性パッド及び前記第２の導電性パッドのそれぞれの静電容量の変化シーケンスを検出するように構成されている、請求項１１に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項１５】
前記中心軸が対称軸あり、前記把持面が、前記対称軸の周りで半径方向に対称であり、前記指掴持部が、前記導電性パッドの上に掴持部カバーを含む、請求項３に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項１６】
ユーザインターフェースデバイスプロセッサを更に備え、前記ユーザインターフェースデバイスプロセッサが、
前記導電性パッドの静電容量を測定し、
前記静電容量の変化を検出したことに応答して、掴持信号を生成するように構成されている、請求項１５に記載のユーザインターフェースデバイス。
【請求項１７】
外科用ロボットシステムであって、
ロボットアーム上に各々装着された１つ以上のロボット外科用ツールと、
１つ以上のユーザインターフェースデバイスであって、各ユーザインターフェースデバイスが、
デバイス筐体と、
前記デバイス筐体の移動を６自由度で追跡し、対応するロボット外科用ツールの空間運動を操作するための複数の入力姿勢信号を生成するように構成された追跡センサと、
握持されたときに、前記対応するロボット外科用ツールの把持運動を操作するための把持信号を生成するように構成された把持センサと、
押されたときに、前記対応するロボット外科用ツールの前記空間運動及び前記把持運動を休止するための掴持信号を生成するように構成された指掴持部と、を含む、１つ以上のユーザインターフェースデバイスと、
前記１つ以上のユーザインターフェースデバイス及び前記１つ以上のロボット外科用ツールに通信可能に連結された１つ以上のプロセッサであって、前記プロセッサが、前記入力姿勢信号、前記把持信号、又は前記掴持信号のうちの少なくとも１つに基づいて前記ロボット外科用ツールを制御するように構成されている、１つ以上のプロセッサと、を備える、外科用ロボットシステム。
【請求項１８】
前記指掴持部が、前記デバイス筐体の一方の端部に装着され、前記指掴持部が、中心軸の周りに延長する導電性パッドを含む、請求項１７に記載の外科用ロボットシステム。
【請求項１９】
前記デバイス筐体内に装着されたユーザインターフェースデバイスプロセッサを更に備え、前記ユーザインターフェースデバイスプロセッサが、
前記導電性パッドの静電容量を測定し、
前記静電容量の変化を検出したことに応答して、前記掴持信号を生成するように構成されている、請求項１８に記載の外科用ロボットシステム。
【請求項２０】
前記指掴持部が複数の導電性パッドを含み、ユーザインターフェースプロセッサが、
前記複数の導電性パッドのそれぞれの静電容量の変化シーケンスを検出し、
前記それぞれの静電容量の変化シーケンスに基づいて、ユーザによるスワイプジェスチャを判定するように更に構成されている、請求項１８に記載の外科用ロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ロボットシステムに関する実施形態が開示される。より具体的には、外科用ロボットシステム及び対応するユーザインターフェースデバイスに関する実施形態が開示される。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡手術は、内視鏡及び他の外科用ツールを使用して患者の体内を見て、体内で手術を実施する。例えば、腹腔鏡手術は腹腔鏡を使用して腹腔にアクセスし、腹腔を見ることができる。内視鏡手術は、手動ツール及び／又はロボット支援型ツールを有する外科用ロボットシステムを使用して実施することができる。
【０００３】
外科用ロボットシステムは、手術台に位置付けられているロボット支援型ツールに指令するために外科医によって遠隔で動作させられてもよい。外科医は、手術室に位置付けられているコンピュータコンソールを使用してもよく、又は異なる都市に位置付けられて、ロボットに指令して手術台に装着された外科用ツールを操作してもよい。ロボットで制御される外科用ツールは、ロボットアーム上に装着された内視鏡であり得る。したがって、外科用ロボットシステムは、内視鏡手術を実施するために遠隔の外科医によって使用されてもよい。
【０００４】
外科医は、外科用ロボットシステムに入力命令を提供してもよく、外科用ロボットシステムの１つ以上のプロセッサは、入力指令に応答してシステム構成要素を制御してもよい。例えば、外科医は、ジョイスティック又はコンピュータマウスなどのユーザ入力デバイスを手に保持して、外科用ロボットシステム構成要素、例えば、アクチュエータ、ロボットアーム、及び／又はロボットシステムの外科用ツールの運動を引き起こすための制御信号を生成するように操作してもよい。
【発明の概要】
【０００５】
外科用ロボットシステムのための従来のユーザインターフェースデバイスは、把持部を含み、把持部は、外科医が手を使用して操作して、ロボット外科用ツール及び／又はエンドエフェクタが外科用ロボットシステムに連結されたアクチュエータを移動させるための入力指令を生成する。外科医は、把持部に接続されたリンク機構システムの運動範囲などの作業空間内で把持部を移動させて、アクチュエータの対応する移動を遠隔で引き起こすことができる。作業空間の限度に到達したときに、例えば、リンク機構システムが完全に延長されたときに、外科医は、掴持ボタンを押して、外科用ロボットシステムからの入力を切断することができる。つまり、掴持ボタンが押されたときに、アクチュエータの移動を引き起こすことなく、把持部を作業空間内に再位置決めすることができる。しかしながら、掴持ボタンを作動させるためには、外科医は、掴持ボタンの戻しばね力に対抗するのに十分な大きさの力を印加する必要がある。例えば、外科医は、掴持ボタンを下方に押す必要がある。下向きの圧力は、把持部が同時に下向きに押されることがあるので、エンドエフェクタの意図しない移動を引き起こす場合もある。把持部の意図しない移動は、エンドエフェクタにおいて不正確な外科操作をもたらす可能性がある。したがって、対応する遠隔アクチュエータの意図しない移動の可能性を低減する、ロボット手術で使用するためのユーザインターフェースデバイスが必要とされる。
【０００６】
作動力を必要とせず、対応するアクチュエータの意図しない移動の可能性を低減する外科用ロボットシステムを制御するためのユーザインターフェースデバイスが提供される。一実施形態では、ユーザインターフェースデバイスは、半径方向に対称な把持面を有するデバイス筐体を含み、ユーザが、任意の配向でデバイス筐体を手で快適に保持することを可能にする。例えば、把持面は、中心軸の周りを回転する表面輪郭を有する回転面を含んでもよい。一例では、筐体の表面は楕円体を画定し、この場合、中心軸は楕円体の長手方向軸又は長軸であってもよい。追跡センサ及び／又は把持センサは、デバイス筐体内に装着されてもよい。追跡センサは、デバイス筐体の移動に応答して空間的状態信号を生成してもよく、把持センサは、握持されたことに応答して把持信号を生成してもよい。空間的状態信号は、デバイス筐体の移動を６自由度で追跡され得る。次いで、空間的状態信号及び把持信号は、遠隔ロボットアーム（及びアーム上に装着された外科用ツール）の移動を制御するためにシステムによって使用されてもよい。例えば、空間的状態信号は、ロボット外科用ツールの運動を制御するために外科用ロボットシステムに入力され得る。ユーザインターフェースデバイスは、その中に容量性センサを有する指掴持部を含んでもよく、これは、掴持信号を生成するために使用される。掴持信号は、検出に応答して、指掴持部のユーザタッチの容量性センサを使用して生成され得る。次いで、掴持信号は、空間的状態信号又は把持信号の変化にかかわらず、外科用ツールの全ての移動を休止するためにシステムによって使用される。指掴持部は、押されたときに空間的状態信号にかかわらず、運動を休止するための掴持信号を生成するように構成することができる。
【０００７】
指掴持部は、デバイス筐体の端部上に装着されて、ユーザの延長された指によって容易に到達され得る。容量性センサは、中心軸の周りに延長する導電性パッドを含んでもよい。導電性パッドは、筐体の端部に装着された電極構造の一部であり、その静電容量は、ユーザタッチに応答して変化する。この静電容量の変化は、静電容量の変化を検出したことに基づいて掴持信号を生成する電子センサ回路（例えば、筐体内に含まれる）を使用して検出することができ、電子センサ回路は、例えば、静電容量の変化が検出されたときには「掴持起動」、又は静電容量の変化が検出されていないときには「掴持解除」という２つの状態を有する双安定信号を生成する。
【０００８】
一実施形態では、指掴持部はまた、中心軸の周りで半径方向に対称である。指掴持部は、ユーザが容量性検知領域（指掴持部上に形成された導電性パッドを有する）に容易にタッチすることを可能にするような形状にすることができる。例えば、指掴持部は円錐台形形状を有してもよい。指掴持部の容量性センサは、円錐台形形状の周りの電気的絶縁掴持部カバーによって覆われた１つ以上の導電性パッドを含むことができる。したがって、ユーザの指が導電性パッド上で掴持部カバーにタッチしたときに、導電性パッドの静電容量が変化する。
【０００９】
一実施形態では、ユーザインターフェースデバイスは、掴持信号を生成するための電子プロセッサを含む。ユーザインターフェースデバイスプロセッサは、例えば、容量性検知増幅回路（ＵＩＤプロセッサの一部とみなされてもよい）によって生成され得る容量センサ信号のデジタル化されたバージョンの処理を通じて、静電容量の変化を検出するように構成することができる。静電容量の変化が所定の閾値静電容量を上回る場合、又は静電容量の変化が所定の時間期間持続するとき、ユーザインターフェースデバイスプロセッサは、ユーザが掴持部カバーにタッチして掴持信号をアサートしたと判定してもよい。これは、所定のタッチジェスチャが発生したか否かを判定することともいわれる。次いで、掴持信号は、遠隔ロボットアーム（及びアームに装着された外科用ツール）の全ての運動を休止するためにシステムによって使用されてもよい。
【００１０】
上記の概要は、本発明の全ての態様の網羅的なリストを含まない。本発明は、上記に要約された様々な態様の全ての好適な組み合わせから実施することができる全てのシステム及び方法、並びに以下の詳細な説明に開示されているもの、特に出願と共に提出された特許請求の範囲において特に指摘されているものを含むことが企図されている。このような組み合わせは、上記の概要に具体的に記載されていない特定の利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明の実施形態は、添付図面の図に例として図示されているのであって、限定として図示されているのではなく、また添付図面では同様の参照符号が類似の要素を示す。なお、本開示における本発明の「一（ａｎ）」又は「一（ｏｎｅ）」実施形態への言及は、必ずしも同じ実施形態ではなく、それらは少なくとも１つの実施形態を意味するものとする。また、簡潔さ及び図面の総数を減らす目的で、所与の図を使用して本発明の１つを超える実施形態の特徴を例示することができ、図中の全ての要素が所与の実施形態に必要とされない場合がある。
【００１２】
【図１】一実施形態による、手術場内の例示的な外科用ロボットシステムの絵画図である。
【００１３】
【図２】一実施形態による、指掴持部を有するユーザインターフェースデバイスの絵画図である。
【００１４】
【図３】一実施形態による、ユーザインターフェースデバイスの斜視図である。
【００１５】
【図４】一実施形態による、ユーザインターフェースデバイスの側面図である。
【００１６】
【図５】一実施形態による、ユーザインターフェースデバイスの図４の線５−５で取った断面図である。
【００１７】
【図６】一実施形態による、ユーザインターフェースデバイスの分解図である。
【００１８】
【図７Ａ】いくつかの実施形態による、ユーザインターフェースデバイスの指掴持部の導電性パッドの斜視図である。
【図７Ｂ】いくつかの実施形態による、ユーザインターフェースデバイスの指掴持部の導電性パッドの斜視図である。
【図７Ｃ】いくつかの実施形態による、ユーザインターフェースデバイスの指掴持部の導電性パッドの斜視図である。
【００１９】
【図８Ａ】いくつかの実施形態による、様々な指掴持部形状を有するユーザインターフェースデバイスの側面図である。
【図８Ｂ】いくつかの実施形態による、様々な指掴持部形状を有するユーザインターフェースデバイスの側面図である。
【図８Ｃ】いくつかの実施形態による、様々な指掴持部形状を有するユーザインターフェースデバイスの側面図である。
【図８Ｄ】いくつかの実施形態による、様々な指掴持部形状を有するユーザインターフェースデバイスの側面図である。
【図８Ｅ】いくつかの実施形態による、様々な指掴持部形状を有するユーザインターフェースデバイスの側面図である。
【００２０】
【図９】一実施形態による、外科用ロボットシステムのコンピュータ部分のブロック図である。
【００２１】
【図１０】一実施形態による、把持リンク機構を有するユーザインターフェースデバイスの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
実施形態は、ロボットアーム又はツールを移動させるアクチュエータを制御するためにロボットシステムによって使用可能なユーザインターフェースデバイス（ｕｓｅｒ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ｄｅｖｉｃｅ、ＵＩＤ）を説明する。ロボットシステムは、外科用ロボットシステムであり得、ロボットアームは外科用ロボットアームであり得、ツールは外科用ツールであり得る。しかしながら、ＵＩＤは、他の出力構成要素を制御するために、インターベンショナル心臓システム、ビジョンシステム、又は航空機システムなどの他のシステムによって使用されてもよい。これらの他のシステムは、少数の可能な用途のみを挙げるに過ぎない。
【００２３】
様々な実施形態では、説明は図面を参照して行われる。しかしながら、特定の実施形態は、これらの具体的な詳細のうちの１つ以上を伴わずに、又は他の既知の方法及び構成と組み合わせて実施されてもよい。以下の説明では、実施形態の完全な理解を提供するために、特定の構成、寸法、及びプロセスなど、多数の具体的な詳細が記載される。他の例では、不必要に説明を不明瞭にしないために、周知のプロセス及び製造技術は、特に詳細に記載されていない。本明細書全体を通して、「一（ｏｎｅ）実施形態」、又は「一（ａｎ）実施形態」などへの言及は、記載される特定の特徴、構造、構成、又は特性が少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体にわたる様々な箇所における語句「一（ｏｎｅ）実施形態」、又は「一（ａｎ）実施形態」などの出現は、必ずしも同じ実施形態を指すものではない。更に、特定の特徴、構造、構成、又は特性は、１つ以上の実施形態において任意の好適な方法で組み合わされてもよい。
【００２４】
本明細書全体にわたる相対用語の使用は、相対位置又は方向を表し得る。例えば、「遠位」は、基準点から離れた、例えば、ユーザから離れた第１の方向を示し得る。同様に、「近位」は、第１の方向とは反対側の第２の方向、例えば、ユーザに向かう位置を示し得る。しかしながら、このような用語は、相対的な基準フレームを確立するために提供され、ＵＩＤの使用又は配向を、以下の様々な実施形態に記載される特定の構成に限定することを意図したものではない。
【００２５】
一態様では、アクチュエータを制御するために外科用ロボットシステムによって使用可能なＵＩＤは、ユーザが容易に到達して作動させることができる指掴持部を含む。指掴持部は、ユーザがＵＩＤを保持しているときに、ユーザの指が到達する範囲にあるように、デバイス筐体の端部に装着され得る。指掴持部は、容量性センサの一部分を形成する導電性パッドを含んでもよい。容量性センサは、ユーザが導電性パッド上で指掴持部にタッチしたときに、静電容量の変化を検知することができる。タッチは、実質的にゼロの力の印加を含んでもよいため、タッチは、ここでは押すこととは対照的である。すなわち、指掴持部にタッチすることは、ボタンを作動させるよりも少ない圧力を必要とする。したがって、指掴持部は、ロボットエンドエフェクタの意図しない移動を回避するために、ゼロの力で作動され得る。
【００２６】
図１を参照すると、これは、手術場内の例示的な外科用ロボットシステム１００の絵画図である。外科用ロボットシステム１００は、ユーザコンソール１２０、制御塔１３０、及び外科用ロボットプラットフォーム１１１（例えば、台、ベッドなど）にある、１つ以上の外科用ロボットアーム１１２を含む。システム１００は、患者１０２に対して手術を実施するために使用される任意の数のデバイス、ツール、又は付属品を組み込むことができる。例えば、システム１００は、手術を実施するために使用される１つ以上の外科用ツール１０４を含んでもよい。外科用ツール１０４は、外科処置を実行するために外科用ロボットアーム１１２の遠位端に取り付けられてもよい。
【００２７】
各外科用ツール１０４は、手術中に手動、ロボット、又はその両方によって操作されてもよい。例えば、外科用ツール１０４は、患者１０２の内部解剖学的構造に入る、それを見る、又はそれを操作するために使用されるツールであってもよい。一実施形態では、外科用ツール１０４は、エンドエフェクタ、例えば、患者１０２の組織を捕捉することができる捕捉具を含む。外科用ツール１０４は、ベッド側オペレータ１０６によって手動で取り扱われてもよい。又は、それが取り付けられる外科用ロボットアーム１１２の作動された移動によってロボットにより移動されてもよい。外科用ロボットアーム１１２は台装着システムとして示されるが、その他の構成では、外科用ロボットアーム１１２は、カート、天井、若しくは側壁、又はその他の好適な構造支持体に装着されてもよい。
【００２８】
一般に、外科医又は他のオペレータなどの遠隔オペレータ１０７は、ユーザコンソール１２０を使用して、例えば遠隔操作によって、外科用ロボットアーム１１２及び／又は外科用ツール１０４を遠隔で操作してもよい。ユーザコンソール１２０は、図１に示されるように、システム１００の残りの部分として、同じ手術室内に位置付けられてもよい。しかしながら、他の環境では、ユーザコンソール１２０は、隣接した部屋又は付近の部屋に位置付けられてもよく、又は遠隔地、例えば、異なる建物、都市、又は国に位置付けられてもよい。ユーザコンソール１２０は、座席１２２と、足で動作される制御部１２４と、１つ以上の手持ち式ユーザインターフェースデバイス、ＵＩＤ１２６と、例えば患者１０２内の手術部位の像を表示するように構成された少なくとも１つのユーザディスプレイ１２８と、を備えてもよい。例示的なユーザコンソール１２０では、遠隔オペレータ１０７は、外科用ロボットアーム１１２及び外科用ツール１０４（外科用ロボットアーム１１２の遠位端に装着されている）の移動を遠隔で指令するために、足で動作される制御部１２４及び手持ち式ＵＩＤ１２６を操作しながら、座席１２２に座ってユーザディスプレイ１２８を見ている。足動作式制御部（複数可）１２４は、作動されたときに運動指令信号を生成する７つのペダルなどの足ペダルであってもよい。ユーザコンソール１２０は、ユーザコンソール１２０又は外科用ロボットシステム１００の他の構成要素の動作を指令するための手動入力を受信するための、キーボード又はジョイスティックなどの１つ以上の追加の入力デバイス（図９）を含んでもよい。
【００２９】
いくつかの変形例では、ベッド側オペレータ１０６はまた、「ベッドの上」モードでシステム１００を動作させることもでき、このモードでは、ベッド側オペレータ１０６（ユーザ）は、患者１０２の側にいて、ロボットで駆動されるツール１０４（外科用ロボットアーム１１２に取り付けられている）を、例えば片手で保持された手持ち式ＵＩＤ１２６を用いて手動腹腔鏡ツールを同時に操作している。例えば、ベッド側オペレータの左手が手持ち式ＵＩＤ１２６を操作してロボット構成要素を指令し、一方、ベッド側オペレータの右手が手動腹腔鏡ツールを操作してもよい。したがって、これらの変形例では、ベッド側オペレータ１０６は、ロボット支援型低侵襲手術及び患者１０２上の手動腹腔鏡手術の両方を実施してもよい。
【００３０】
例示的な処置（手術）の間、患者１０２は、滅菌態様で準備され、布がかけられ、麻酔を達成する。手術部位への初期アクセスは、外科用ロボットシステム１００の外科用ロボットアーム１１２が収納構成又は（手術部位へのアクセスを容易にするために）引き込み構成にある間に、手動で実施してもよい。アクセスが完了すると、その外科用ロボットアーム１１２を含むロボットシステムの初期位置決め又は準備を実施してもよい。次に、手術は、ユーザコンソール１２０における遠隔オペレータ１０７が、足で動作される制御部１２４及びＵＩＤ１２６を利用して、様々な外科用ツール、及びおそらくは画像化システムを操作して手術を実施するために進行する。処置ベッド又は台において、無菌状態のベッド側職員、例えばベッド側オペレータ１０６が、組織の引き込み、手動での再位置決めの実施、及び外科用ロボットアーム１１２のうちの１つ以上の上でのツール交換などのタスクを実施することができるように、手動での支援も提供されてもよい。滅菌されていない職員もまた、ユーザコンソール１２０において遠隔のオペレータ１０７を支援するために存在していてもよい。処置又は手術が完了したときに、システム１００及び／又はユーザコンソール１２０は、洗浄又は滅菌などの術後処置、及びユーザコンソール１２０を介した健康管理記録の登録又は印刷などの術後の処置を促進するように構成されてもよいか、又は促進する状態に設定されてもよい。
【００３１】
一実施形態では、遠隔オペレータ１０７は、ＵＩＤ１２６を保持して移動させて、外科用ロボットシステム１００内の１つ以上のアクチュエータ１１４を移動させるための入力指令を提供する。システムの異なるロボットで駆動される部分に対応するアクチュエータのいくつかの組が存在してもよい。例えば、１つ以上のアクチュエータ１１４の第１の組は、外科用ロボットアーム１１２の関節を移動させることができ、１つ以上のアクチュエータ１１４の第２の組は、外科用ツール１０４のエンドエフェクタなどの外科用ツール１０４の構成要素を移動させることができる。ＵＩＤ１２６は、例えばコンピュータシステム１１０を介して、外科用ロボットシステム１００の残りの部分に通信可能に連結されてもよい。ＵＩＤ１２６は、ＵＩＤ１２６の移動、例えば、ＵＩＤの手持ち式筐体の位置及び配向に対応する空間的状態信号を生成することができる。空間的状態信号は、少なくとも１つの姿勢信号及び少なくとも１つの位置信号を含むことができ、ＵＩＤ１２６の姿勢及び位置を６自由度で画定することができる。空間的状態信号は、アクチュエータ１１４の移動を制御するために外科用ロボットシステム１００の１つ以上のプロセッサによって使用される入力信号であってもよい。外科用ロボットシステム１００の１つ以上のプロセッサは、空間的状態信号、又は空間的状態信号から導出される制御信号を使用して、アクチュエータ１１４の比例運動を制御してもよい。一実施形態では、コンピュータシステム１１０のコンソールプロセッサは、空間的状態信号を受信し、対応する制御信号を生成する。制御信号は、外科用ロボットアーム１１２及び／又は外科用ツール１０４のアクチュエータ１１４に連結された外科用システムプロセッサによって更に処理することができる。外科用ロボットアーム１１２のセグメント又はリンクを移動させるためにアクチュエータ１１４がどのように通電されるかを制御するこれらの制御信号に基づいて、外科用ロボットアーム１１２に取り付けられている対応する外科用ツール１０４の移動は、ＵＩＤ１２６の移動を模倣してもよい。同様に、遠隔オペレータ１０７とＵＩＤ１２６との間のやり取りは、例えば、エンドエフェクタの把持運動又は捕捉運動、例えば、外科用ツール１０４の捕捉具による捕捉移動の顎部による把持移動を引き起こす把持制御信号を生成して、患者１０２の組織を閉じて把持することができる。
【００３２】
あるいは、ＵＩＤ１２６の運動は、外科用ロボットシステム１００による他の動作を指令するために提供されてもよい。例えば、以下に説明するように、指掴持部によって検出されたジェスチャは、外科用ロボットアーム１１２及び外科用ツール１０４に対応するアクチュエータ１１４の運動を休止するための掴持信号を生成することができる。例えば、ユーザが指でＵＩＤ１２６の指掴持部にタッチしたときに、指掴持部は掴持信号を生成してもよく、掴持信号は、アクチュエータ１１４の全ての運動と、それに応じて外科用ロボットアーム１１２及び外科用ツール１０４の全ての運動を休止するための入力信号であってもよい。外科用ロボットアーム１１２及び外科用ツール１０４の全ての運動が休止されたときに、外科用ロボットアーム１１２及び外科用ツール１０４のいずれの方向における移動もなく、それらの配向の変化もない。掴持信号は、信号のアサーションがアクチュエータ１１４の運動を休止するときに、「掴持起動信号」と呼ばれてもよい。同様に、入力信号は、ユーザ１０７によるタッチが検出されず、アクチュエータ１１４の運動が休止されないとき、「掴持解除信号」であってもよい。掴持信号、例えば、掴持起動信号は、アサートされたときに空間的状態信号にかかわらず、ロボットアーム及び外科用ツールの運動を休止することができる。したがって、掴持信号は、空間的状態信号から導出される作動指令を効果的に上書きする。一実施形態では、１つ以上の容量性検知パッドは、ＵＩＤ１２６上に位置付けられてもよく、ユーザは、診断、外科、腹腔鏡、若しくは低侵襲外科処置、又は別のロボット処置を実施している間に、容量性検知パッドをタッチして、内視鏡のカメラ像、ユーザコンソール１２０のディスプレイ上のカーソルなどを指令することができる。
【００３３】
外科用ロボットシステム１００は、いくつかのＵＩＤ１２６を含んでもよく、ここで外科用ロボットシステム１００の１つ以上のプロセッサによって使用されるそれぞれの制御信号が各ＵＩＤに対して生成されて、それぞれの外科用ロボットアーム１１２及び／又は外科用ツール１０４のアクチュエータ１１４を制御する。例えば、遠隔オペレータ１０７は、第１のＵＩＤ１２６を移動させて、左外科用ロボットアーム内にあるアクチュエータ１１４の運動を指令してもよく、ここでアクチュエータは、外科用ロボットアーム１１２内のリンク機構、ギアなどを移動させることによって応答する。同様に、遠隔オペレータ１０７による第２のＵＩＤ１２６の移動は、他のアクチュエータ１１４の運動を指令し、これは次に、外科用ロボットシステム１００の他のリンク機構、ギアなどを移動させる。外科用ロボットシステム１００は、ベッド又は台に患者の右側に固設された右外科用ロボットアーム１１２と、患者の左側にある左外科用ロボットアーム１１２と、を含んでもよい。各外科用ロボットアーム１１２は、いくつかの関節を有することができ、関節の移動は、１つ以上の対応するアクチュエータ１１４によって作動され得る。例えば、各アクチュエータ１１４は、外科用ロボットシステム１００の１つ以上のプロセッサによって制御される１つ以上のモータを含んでもよく、これにより外科用ロボットアーム１１２又は外科用ツール１０４の関節の回転を駆動する。関節の移動は、アーム又はツールのリンク又はセグメントの移動を引き起こし、それは、例えば、患者に対して、その外科用ロボットアーム１１２に取り付けられている外科用ツール１０４の内視鏡又は捕捉具の配向を変化させることができる。特定のＵＩＤ１２６から生成された空間的状態信号は、外科用ロボットシステム１００の１つ以上のプロセッサによって使用されて、同じ外科用ロボットアーム１１２内のいくつかのアクチュエータ１１４の運動を制御することができる。ＵＩＤ１２６によって生成された入力信号を使用して、それぞれの外科用ツール捕捉具の運動を制御することができる。例えば、各ＵＩＤ１２６は、１つ以上のプロセッサがアクチュエータの運動、例えば、患者１０２内の組織を把持するために外科用ツールの遠位端で捕捉具の顎部を開閉するアクチュエータ、例えば、線形アクチュエータの運動を制御するために使用してもよい、それぞれの把持信号を生成することができる。
【００３４】
いくつかの態様では、プラットフォーム１１１とユーザコンソール１２０との間の通信は、制御塔１３０を通じるものであってもよく、制御塔１３０は、ユーザコンソール１２０から（及びより具体的にはコンピュータシステム１１０から）受信した入力信号を、ロボットプラットフォーム１１１上の外科用ロボットアーム１１２及び外科用ツール１０４に送信される出力信号に変換することができる。制御塔１３０はまた、プラットフォーム１１１からユーザコンソール１２０へと、状態及びフィードバックを送信して戻してもよい。ロボットプラットフォーム１１１、ユーザコンソール１２０、及び制御塔１３０との間の通信接続は、様々なデータ通信プロトコルのうちの任意の適切なものを使用して、有線及び／又は無線リンクを介するものであってもよい。任意の有線接続は、任意選択的に手術室の床及び／若しくは壁、又は天井に組み込んでよい。外科用ロボットシステム１００は、手術室内の表示並びにインターネット又はその他のネットワークを介してアクセス可能な遠隔表示を含む、１つ以上の表示へと、映像出力を提供してよい。ビデオ出力又はビデオフィードは、プライバシーを確保するために暗号化されてもよく、ビデオ出力の全て又は一部が、サーバ又は電子健康管理記録システムに保存されてもよい。
【００３５】
図１の手術室のシーンは例示的なものであり、特定の医療行為を正確に表していない場合があることが理解されるであろう。
【００３６】
図２を参照すると、一実施形態による、指掴持部を有するＵＩＤの絵画図が示されている。ＵＩＤ１２６は、ユーザ１０７によって保持されるデバイス筐体２０２を含むことができる。例えば、ユーザ１０７は、いくつかの指の間にデバイス筐体２０２を保持し、作業空間内でＵＩＤ１２６を移動させることができる。作業空間は、ユーザ１０７の到達する範囲であってもよい。以下に説明するように、ＵＩＤ１２６は、ユーザ１０７がＵＩＤ１２６を移動させ、検出された位置及び／又は配向が外科用ロボットシステムの別の構成要素に相関し得るとき、デバイス筐体２０２の位置及び／又は配向を検出する追跡センサを含んでもよい。例えば、追跡センサは、作業空間内のデバイス筐体２０２の並進、回転、又は傾きを検出してもよい。追跡センサは、加速度計及び／若しくはジャイロスコープ又は他の慣性センサを含んでもよい。作業空間内のＵＩＤ１２６の移動は、外科用ロボットシステムの外科用ロボットアーム、外科用ツール、又は外科用ツールのエンドエフェクタ、例えば、捕捉具又は顎部の対応する移動を引き起こすことができる。
【００３７】
ＵＩＤ１２６は、外科用ロボットアーム１１２及び／又は外科用ツール１０４の移動から、ＵＩＤ１２６の移動を切り離すための掴持機構を含んでもよい。例えば、ＵＩＤ１２６は、外科用ロボットシステムを掴持するために、デバイス筐体２０２上に装着された指掴持部２０６を含み得る。指掴持部２０６は、ユーザ１０７の指からのタッチによって作動され得るため、このように命名されてもよい。つまり、ユーザ１０７が指で指掴持部２０６にタッチしたときに、タッチは掴持入力として検出されてもよい。掴持入力に応答して、追跡センサによって検出されるＵＩＤ１２６の移動は、外科用ロボットシステムの動きを制御するために、１つ以上のプロセッサによって使用されなくてもよい。掴持入力が取り除かれたとき（タッチが終了したとき）に、ＵＩＤ１２６の移動は、外科用ロボットシステムの対応する移動を再び引き起こし得る。すなわち、指掴持部２０６が掴持解除されたとき、例えば、指掴持部２０６から指を取り除くことによって、ＵＩＤ１２６の移動が再び検出され、外科用ロボットシステム１００によって運動制御入力として使用されてもよい。
【００３８】
ＵＩＤ１２６の掴持機構は、作業空間の限度に到達したときに、ユーザ１０７が作業空間内にＵＩＤ１２６を再位置決めすることを可能にすることができる。例えば、ＵＩＤ１２６を保持している間にアームを開始位置からある方向に完全に延長させることにより、ユーザ１０７は、作業空間、例えば、作業空間の縁部の限界に到達することができる。作業空間内のＵＩＤ１２６を再位置決めし、作業空間縁部の方向への追加の移動を可能にするために、ユーザ１０７は、指掴持部２０６を人差し指でタッチして、ロボットシステムをＵＩＤ１２６の移動から切り離すことができる。次いで、ユーザ１０７は、作業空間内の開始位置に戻るようにＵＩＤ１２６を移動させ、人差し指を指掴持部２０６から持ち上げることによって外科用ロボットシステム１００を掴持解除してもよい。次いで、第１の方向への追加の移動は、外科用ロボットアーム１１２の移動を指令するために、ＵＩＤ１２６を移動させることによって実施されてもよい。
【００３９】
図３を参照すると、一実施形態による、ＵＩＤの斜視図が示されている。外科用ツール１０４及び／又は外科用ロボットアーム１１２の移動を指令するために遠隔オペレータ１０７によって取り扱われるＵＩＤ１２６は、外科用ロボットシステム１００の指令された部分の遠隔動作を可能するか、又は休止することができる半径方向に対象のデバイスであり得る。より具体的には、ＵＩＤ１２６のデバイス筐体２０２は、ユーザ１０７のいくつかの指の間に保持される把持面３０２を含むことができる。デバイス筐体２０２は、１つ以上の丸みを帯びた又は球状の表面輪郭を有することができる。例えば、デバイス筐体２０２は、略卵形（ｏｖｏｉｄ）又は卵形（ｅｇｇ−ｓｈａｐｅｄ）であってもよく、又は楕円体であってもよい。一実施形態では、デバイス筐体２０２の周辺隆起３１０の前方のデバイス筐体２０２の一部分は、より短くてもよく、隆起部３１０の後方のデバイス筐体２０２の一部分よりも緩やかな輪郭又は先細り部を有してもよい。したがって、デバイス筐体２０２の遠位部分及び近位部分は、ＵＩＤ１２６の長手方向軸が隆起部３１０が位置付けられる横断面と交差する点から測定される異なる曲率半径を有していてもよい。
【００４０】
一実施形態では、指掴持部２０６は、筐体端部３０４上に装着される。例えば、筐体端部３０４は、デバイス筐体２０２の遠位端であってもよい。筐体端部３０４は、筐体２０２の先端部における第１の長手方向の位置又は表面であってもよい。例えば、位置は、筐体の反対側の端部、例えば近位端３０６から最も遠い筐体２０２の縁部であり得る。
【００４１】
指掴持部２０６は、筐体端部３０４から遠位に延長してもよい。指掴持部２０６を、ＵＩＤ１２６の前側部分に位置付けることは、ユーザ１０７が、親指と別の指との間で把持面３０２を保持しながら、容易に前方に到達して人差し指で指掴持部２０６にタッチすることを可能にしてもよい。したがって、ＵＩＤ１２６は、ユーザ１０７の手内に快適に保持されるようなサイズ及び形状であってもよい。一実施形態では、デバイス筐体２０２の近位端３０６と、ＵＩＤ１２６の遠位先端部３０８との間の長手方向距離は、３インチ未満、例えば、１〜２インチの範囲であってもよい。同様に、最大直径、例えば、近位端３０６と遠位先端部３０８との間の長手方向距離に横切る方向におけるデバイス筐体２０２の隆起部３１０の直径は、３インチ未満、例えば、１〜２インチの範囲であってもよい。一実施形態では、ＵＩＤ１２６の長手方向距離は、デバイス筐体２０２の最大直径よりも大きくてもよい。
【００４２】
ＵＩＤ１２６を介して入力される指令信号は、有線又は無線接続を通じてコンピュータシステム１１０に通信されてもよい。一実施形態では、電気ワイヤ３１２は、ＵＩＤ１２６の遠位先端３０８から延長して、ＵＩＤ１２６をコンピュータシステム１１０に接続する。電気ワイヤ３１２は、ＵＩＤ１２６に電力を供給してもよく、センサ信号、例えば、追跡センサ信号又は掴持信号をコンピュータシステム１１０に運んでもよい。したがって、ＵＩＤ１２６は、コンピュータシステム１１０に指令を入力するために使用される周辺デバイスであってもよい。ＵＩＤ１２６は、他の周辺入力デバイスと組み合わせて使用することができる。例えば、足ペダルスイッチは、外科用ロボットシステム１００に掴持入力を提供するために、コンピュータシステム１１０に接続されてもよい。各ＵＩＤ１２６は、それぞれの外科用ロボットアーム又は外科用ツールの遠隔操作を休止するために個々に掴持されてもよいが、それぞれの外科用ロボットアーム又はツールは、足ペダルスイッチを押すことによって同時に掴持されてもよい。したがって、アクチュエータ１１４の移動は、ＵＩＤ１２６及びコンピュータシステム１１０の他の周辺入力デバイスによって指令されてもよい。
【００４３】
図４を参照すると、一実施形態による、ＵＩＤの側面図が示されている。ＵＩＤ１２６の把持面３０２は、中心軸４０４の周りの回転面４０２を含むことができる。中心軸４０４は、近位端３０６から遠位先端部３０８まで、ＵＩＤ１２６を通って長手方向に延長することができる。したがって、把持面３０２は、筐体端部３０４と近位端３０６との間のＵＩＤ１２６の外面であってもよい。
【００４４】
中心軸４０４は、対称軸であってもよい。すなわち、回転面４０２は、中心軸４０４の周りで回転する把持面輪郭４０６を含んでもよく、これにより回転された表面は中心軸４０４の周りで半径方向に対称になる。把持面３０２は、隆起部３１０に近位の点線領域として示されているが、把持面３０２は、筐体端部３０４と近位端３０６との間の距離全体にわたって延長してもよい。すなわち、把持面輪郭４０６は、デバイス筐体２０２の一部分の上に延長する曲線状の線分として示されているが、把持面輪郭４０６は、把持面３０２を越えて近位端３０６から筐体端部３０４まで延長してもよい。把持面の輪郭４０６が中心軸４０４の周りで回転するとき、回転面４０２は、半径方向に対称な特徴部を有するように形成される。例えば、隆起部３１０は、筐体端部３０４と近位端３０６との間の長手方向位置において、デバイス筐体２０２の周りに周方向に延長する隆起リングであってもよい。
【００４５】
デバイス筐体２０２の半径方向の対称性により、ユーザ１０７は、中心軸４０４の周りでＵＩＤ１２６を快適に回転させることができる。例えば、ユーザ１０７は、指の間でデバイス筐体２０２を回転させて、外科用ロボットアーム上に装着された外科用ツールの捻れ運動を制御するように処理される入力指令信号を生成してもよい。更に、ＵＩＤ１２６の半径方向の対称性により、ユーザ１０７が中心軸４０４の周りの任意の位置においてデバイス筐体２０２を捕捉することを可能にする。したがって、ユーザ１０７は、快適にＵＩＤ１２６にアクセスして操作することができる。
【００４６】
指掴持部２０６はまた、中心軸４０４の周りで半径方向に対称であってもよい。一実施形態では、指掴持部２０６は、中心軸４０４の周りの第２の回転面４１２を有する掴持部カバー４１０を含む。例えば、第２の回転面４１２は、筐体端部３０４においてより大きい直径から遠位先端３０８に近いより小さい直径まで先細になる円錐台形表面であってもよい。円錐台形表面は、円錐形状の先端が除去された円錐形状を有し得る。直径は、掴持部カバー４１０の長さにわたって連続的に変化してもよい。先細り表面は、デバイス筐体２０２がどのように把持されるかにかかわらず、ユーザ１０７にアクセス可能であり得る。すなわち、第２の回転面４１２の輪郭は、ユーザ１０７が掴持部カバー４１０にタッチする場所にかかわらず、掴持部カバー４１０がユーザ１０７に対する一貫した感覚を有するように、中心軸４０４の周りの全ての半径方向位置において同一であってもよい。
【００４７】
掴持部カバー４１０の円錐台形表面は、例として提供され、限定されるものではない。掴持部カバー４１０は、異なる形状を組み込んでもよい。例えば、掴持部カバー４１０は、図８Ａ〜図８Ｅの実施形態のいずれかに示されるように形成されてもよい。
【００４８】
指掴持部２０６は、掴持部カバー４１０から遠位先端部３０８まで延長する張力緩和部４１４を含んでもよい。張力緩和部４１４は、円錐形状、及び電気ワイヤ３１２がＵＩＤ１２６に入ることができる中心ボアを有するエラストマー性構成要素であり得る。より具体的には、張力緩和部４１４は、ＵＩＤ１２６の遠位先端部３０８から遠位に延長する電気ワイヤ３１２を支持してもよい。したがって、張力緩和部４１４は、電気ワイヤ３１２上に配置された横方向負荷を緩和することができる。一実施形態では、張力緩和部４１４は必要とされなくてもよい。例えば、ＵＩＤ１２６が電気ワイヤ３１２を含まない場合、例えば、ＵＩＤ１２６がコンピュータシステム１１０と無線通信するとき、張力緩和部４１４を省略することができる。そのような場合、指掴持部２０６は、円錐台形の外側形状ではなく、円錐状の外側形状を有してもよい。
【００４９】
図５を参照すると、一実施形態による、ＵＩＤの図４の線５−５に沿って取られた断面図が示されている。指掴持部２０６の掴持部カバー４１０は、導電性パッド５０２の上に装着されてもよい。導電性パッド５０２は、中心軸４０４の周りに延長してもよい。例えば、中心軸４０４は長手方向に延長してもよく、導電性パッド５０２の外面は、長手方向軸４０４に直交する横断面に沿った経路にたどってもよい。経路は、中心軸４０４の周りに完全に延長してもよく、例えば、横断面上のプロファイルは円形であってもよい。あるいは、経路は、中心軸４０４の周りに部分的に延長してもよく、例えば、プロファイルはＣ字形状であってもよい。一実施形態では、プロファイルは、少なくとも２７０度の角度を超えて掃引し、角度は中心軸４０４の周りで測定される。上述のプロファイルは、導電性パッド５０２の単一の横断面であってもよく、一実施形態では、プロファイルの形状は、導電性パッド５０２の長さにわたって同じであってもよい。すなわち、導電性パッド５０２の長さに沿って取られた導電性パッド５０２の各横断面は、同じ形状、例えば円形であってもよい。
【００５０】
導電性パッド５０２は、掴持部カバー４１０の内面に適合する導電性材料の帯であってもよい。導電性パッド５０２は、円錐台形形状を有する導電性フィルムのリングを含んでもよい。導電性パッド５０２は、中心軸４０４の周りで連続的又は不連続的であってもよい。例えば、導電性パッド５０２が中心軸４０４の周りに部分的にのみ延長するように、長手方向スリットを導電性パッド５０２を通して形成することができる。したがって、導電性パッド５０２は、Ｃ字形状の横断面を有してもよい。あるいは、導電性パッド５０２は、中心軸４０４の周りに完全に延長してもよい。したがって、導電性パッド５０２は、環状の横断面を有してもよい。図示されていないが、一実施形態では、ワイヤは、一方の端部において導電性パッド５０２を、他方の端部において検知増幅器回路（デバイス筐体２０２内のＵＩＤプロセッサの一部として見られる）の入力に接合することができ、検知増幅器回路は、導電性パッド５０２に対するユーザの指の近接に基づいて、又は導電性パッド５０２上のユーザの指のタッチに基づいて、導電性パッド５０２の静電容量が変化する結果として変化する、ワイヤ上の信号に従って変化する検知信号を生成してもよい。筐体２０２内のデバイスプロセッサ（ＵＩＤプロセッサ６０６−図６を参照）は、検知信号のデジタル化されたバージョンを処理して、導電性パッド５０２で静電容量の変化が生じたか否かを判定してもよい。
【００５１】
指掴持部２０６は、筐体端部３０４に固定されたパッド装着部５０４を含んでもよい。例えば、デバイス筐体２０２は、中心軸４０４に沿って長手方向に延長するＵＩＤ本体５０６上に装着されてもよい。ＵＩＤ本体５０６は、筐体端部３０４の遠位に延長する遠位端を有してもよい。一実施形態では、パッド装着部５０４は、ＵＩＤ本体５０６の遠位端に取り付けられ、したがってパッド装着部５０４は筐体端部３０４に対して固定される。
【００５２】
一実施形態では、パッド装着部５０４は、中心軸４０４の周りで半径方向に対称である。例えば、パッド装着部５０４は、中心軸４０４の周りに延長する外面、例えばパッド表面（図６）を含んでもよい。パッド表面は、円錐形又は円錐台形形状を有する回転面であり得る。パッド表面の形状は、掴持部カバー４１０の外側タッチ面５０８と同じであってもよい。したがって、外側タッチ面５０８とパッド表面との間の半径方向距離は、パッド装着部５０４の長さにわたって同じであってもよい。あるいは、半径方向距離は、長さにわたって変化してもよい。例えば、外側タッチ面５０８は円錐台形であってもよく、パッド表面は円筒形であってもよく、したがって表面間の距離は、パッド装着部５０４の近位端においてよりもパッド装着部５０４の遠位端において小さくなってもよい。
【００５３】
導電性パッド５０２は、パッド装着部５０４上に取り付けられ得る。例えば、導電性パッド５０２はパッド装着部５０４に接合されてもよい。より具体的には、導電性パッド５０２は、パッド装着部５０４の外面と掴持部カバー４１０の内面との間に位置付けられてもよい。対照的に、掴持部カバー４１０は、周囲環境に向かって外側に面する外側タッチ面５０８を含んでもよい。ユーザ１０７の指が掴持部カバー４１０の外側タッチ面５０８にタッチしたときに、指は、掴持部カバー４１０の壁厚によって導電性パッド５０２から離される。掴持部カバー４１０は、例えば、プラスチックなどの誘電材料から形成することができ、したがって、ユーザ１０７の導電された指が外側タッチ面５０８にタッチしたときに、掴持部カバー４１０の壁部にわたる静電容量は変化する。壁の厚さは、静電容量の変化が検出可能であることを確実にするように制限されてもよい。例えば、内面と外側タッチ面５０８との間の掴持部カバー４１０の壁厚は、１ｍｍ未満であってもよい。したがって、掴持部カバー４１０及び導電性パッド５０２は、筐体端部３０４において中心軸４０４上に容量性センサを提供する。容量性センサは、中心軸４０４の周りに延長する。
【００５４】
ＵＩＤ１２６は、他のセンサを含んでもよい。例えば、ＵＩＤ１２６は、デバイス筐体２０２内に装着された追跡センサ５１０を含んでもよい。より具体的には、追跡センサ５１０はＵＩＤ本体５０６内に装着されてもよい。ＵＩＤ本体５０６は、内部に追跡センサ５１０が摺動式又は圧入式に適合するようにサイズ決めされている円筒形ボアを含むことができる。
【００５５】
追跡センサ５１０は、デバイス筐体２０２の移動に応答して１つ以上の空間的状態信号を生成するように構成することができる。空間的状態信号は、自由空間におけるＵＩＤ１２６の位置及び／又は配向に対応し得る。空間的状態信号は、外科用ロボットアーム１１２の運動を制御するように処理され得る。例えば、ユーザ１０７が作業空間内でＵＩＤ１２６を右方向に移動させたときに、外科用ロボットアーム上に装着された外科用ツールは、システムの１つ以上のプロセッサによって、右方向に移動するようにも制御されてもよい。同様に、中心軸４０４の周りでＵＩＤ１２６を回転させることにより、外科用ツール又は外科用ツールのエンドエフェクタを、対応する長手方向軸の周りの空間で同様に回転させることができる。
【００５６】
追跡センサ５１０は、加速度計、ジャイロスコープ、磁力計、又は物理的移動を対応する電気信号に変換することができる１つ以上の他のトランスデューサを含んでもよい。例えば、追跡センサ５１０は、ＵＩＤ１２６の１つ以上の方向（例えば、ＸＹＺ空間又は別の好適な座標系内）、ロール、ピッチ、及びヨー（例えば、１つ以上の軸の周りの回転又は１つ以上の軸に対する傾き）における物理的な変位又は並進を含む６自由度を測定することができる磁気追跡プローブを含んでもよい。一実施形態では、いくつかの追跡センサ５１０が使用されて、ＵＩＤ１２６の位置及び／又は配向の検出における冗長性を提供する。追跡センサ（複数可）５１０は、電気信号（複数可）を出力することができ、電気信号（複数可）は、空間的状態信号に連結され、例えば平均化されてもよい。空間的状態信号は、外科用ロボットアーム１１２及び／又は外科用ツール１０４の運動を引き起こすためにシステム１００のプロセッサ（複数可）によって使用されてもよい。
【００５７】
追跡センサ５１０は、ＵＩＤ１２６の位置及び／又は配向を追跡するための他のタイプのセンサを追加的に又は代替的に含んでもよい。例えば、追跡センサ５１０は、１つ以上のジャイロスコピ、加速度計、及び／又は磁力計を含んでもよく、そのいくつかは、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）の一部であってもよい。これら及び他の好適なセンサは、ＵＩＤ１２６のデバイス筐体２０２内又はデバイス筐体２０２上のプリント回路基板上に配設されてもよい。
【００５８】
ＵＩＤ１２６は、中心軸４０４の周りの回転面及び／又は半径方向に対称な特徴部を有するものとして説明されているが、これは、ＵＩＤ１２６の構成要素が回転プロセスによって形成されることを意味するものではないことに留意されたい。例えば、外向きの表面を有するＵＩＤ１２６の構成要素は、射出成形プロセスを使用して製造されてもよい。成形プロセスは、上述のように表面を形成するために、半径方向に対称な輪郭を有する金型を利用することができる。
【００５９】
図６を参照すると、一実施形態による、ＵＩＤの分解図が示されている。ＵＩＤ１２６の構成要素は、ＵＩＤ１２６の近位端３０６のキャップ６０２と、ＵＩＤ１２６の遠位先端３０８における張力緩和部４１４との間に、中心軸４０４に沿って広げることができる。より具体的には、ＵＩＤ１２６の近位端３０６は、キャップ６０２上にあってもよく、また、ＵＩＤ１２６の遠位先端部３０８は、張力緩和部４１４上にあってもよい。ＵＩＤ本体５０６、デバイス筐体２０２、追跡センサ５１０、導電性パッド５０２、パッド装着部５０４、及び掴持部カバー４１０は、分解図において中心軸４０４に沿って同様に分布している。一実施形態では、導電性パッド５０２はパッド装着部５０４の一部分の周りを巻く。より具体的には、パッド装着部５０４は、導電性パッド５０２の周方向端部の間に形成された長手方向スロットを通して視認可能なパッド表面６０４を含む。導電性パッド５０２は、パッド表面６０４と掴持部カバー４１０の内面との間のパッド装着部５０４上に装着されてもよい。
【００６０】
デバイス筐体２０２は、シリコーン、ラテックス、若しくは別の好適なポリマーなどの可撓性材料又は合金から少なくとも部分的に形成されてもよい。筐体材料は、医療グレードの材料であってもよく、例えば、オートクレーブ、溶媒拭き取りなどによって滅菌可能であってもよい。デバイス筐体２０２は、処分のために、他のＵＩＤ１２６から取り外し可能であってもよい。
【００６１】
ＵＩＤ本体５０６は、円筒形形状を有してもよい。ＵＩＤ本体５０６は、デバイス筐体２０２内の中心軸４０４に沿って配設されてもよい。したがって、追跡センサ５１０は、例えば、ＵＩＤ本体５０６内に装着されたデバイス筐体２０２内に配設されてもよく、中心軸４０４上に位置決めすることができる。追跡センサ５１０は、中心軸４０４に対するデバイス筐体２０２の並進、回転、又は傾きを検出してもよい。
【００６２】
ＵＩＤ１２６は、様々な電子部品及び／又は他の構成要素を受容するための内部容積を含み得る。例えば、ＵＩＤ１２６は、デバイス筐体２０２内に装着されたＵＩＤプロセッサ６０６を含んでもよい。ＵＩＤプロセッサ６０６は、容量性センサとインターフェースするために使用される検知増幅器回路、及びアナログからデジタルへの変換回路を含むアナログ及びデジタル信号処理のための回路、並びにプログラム可能な論理プロセッサ又はプログラム可能なデジタルプロセッサを含む論理回路を包含してもよい。ＵＩＤプロセッサ６０６は、様々なセンサ端子を有するプリント回路基板６１０上に装着されて、ＵＩＤプロセッサ６０６を、例えば指掴持部２０６又は追跡センサ５１０などのデバイスセンサに接続してもよい。電池６１２は、プリント回路基板６１０上に装着されて、ＵＩＤ１２６の電子構成要素に電力を供給してもよい。ＵＩＤプロセッサ６０６は、プロセッサ、及びプリント回路基板６１０上の電気的接続が物理的衝撃に対して保護されるように、ＵＩＤ本体５０６の壁内に受容されてもよい。
【００６３】
電気ワイヤ３１２（図示せず）は、ＵＩＤ１２６の各構成要素の中心ボアを通って中心軸４０４に沿って延長して、ＵＩＤプロセッサ６０６に接続してもよい。例えば、電気ワイヤ３１２は、中心軸４０４に沿って、張力緩和部４１４、パッド装着部５０４、追跡センサ５１０、及びＵＩＤ本体５０６を通って延長して、ＵＩＤプロセッサ６０６又はプリント回路基板６１０上の端子に取り付けてもよい。ＵＩＤプロセッサ６０６はまた、導電性パッド５０２に電気的に接続されてもよい。例えば、ワイヤは、一方の端部においてＵＩＤプロセッサ６０６に接合され、別の端部において導電性パッド５０２に接合されてもよい。したがって、電気ワイヤ３１２とは異なる電気コネクタであってもよいワイヤは、ＵＩＤプロセッサ６０６又はプリント回路基板６１０と導電性パッド５０２との間に延長してもよい。ワイヤの第１の端部は、ＵＩＤプロセッサ６０６又はプリント回路基板６１０上の端子に装着されてもよく、ワイヤの第２の端部は導電性パッド５０２に取り付けられてもよい。ワイヤは、接地端子と比較することができる、静電容量信号をＵＩＤプロセッサ６０６に伝導してもよい。接地端子は、ＵＩＤプロセッサ６０６又はプリント回路基板６１０上にあってもよい。したがって、ＵＩＤプロセッサ６０６は、導電性パッド５０２からワイヤを通して受信した静電容量信号に基づいて、導電性パッド５０２の静電容量の大きさ及び／又は変化を検出及び／又は測定するように構成することができる。
【００６４】
ＵＩＤ１２６は、他の回路を含んでもよい。例として、ＵＩＤ１２６は、デバイス筐体２０２内に落下検出センサを含むことができる。安全上の理由のために、インターロックを使用して、ＵＩＤ１２６が落下したときに意図しない器具の移動を防止することができる。例えば、落下検出センサは、落下したときに自由落下状態に入ったことに応答して、落下信号を生成することができる。一実施形態では、落下検出センサは、ＵＩＤ１２６の移動を監視する追跡センサ（図５）である。追跡センサが落下状態に対応する移動を検出したときに、センサは、外科用ロボットシステム１００の全ての運動を休止するための掴持信号を生成する。
【００６５】
一実施形態では、ＵＩＤ１２６は、デバイス筐体２０２内の把持センサ６０８を含む。一実施形態では、把持センサ６０８は、握持されたときに把持信号を生成する。より具体的には、把持センサ６０８は、デバイス筐体２０２上の握持に応答して把持信号を生成するように構成されている。したがって、把持センサ６０８は、ユーザ１０７がデバイス筐体２０２を握持するときを検出することができる。検出される握持は、追跡センサ５１０によって検出された６自由度に加えて、ＵＩＤ１２６による第７の自由度の感覚であってもよい。より具体的には、外科用ツール１０４の捕捉具などのエンドエフェクタは、追跡センサからの配向信号に応答して変化する空間内の姿勢及び位置と、把持センサ６０８からの把持信号に応答して変化する把持構成とを有することができる。把持信号は、外科用ロボットシステム１００のアクチュエータの運動を引き起こして、把持構成を変更することができる。例えば、外科用ツール１０４のエンドエフェクタは、オペレータ１０７の指の移動をシミュレートする指を含んでもよい。オペレータ１０７がデバイス筐体２０２を握持したときに、把持センサ６０８は、捕捉具を閉じるための把持信号を生成することができる。オペレータ１０７がデバイス筐体を解放する（又は、握持しなくなる）とき、把持信号は変化して捕捉具を開くことができる。したがって、外科用ロボットシステム１００は、把持信号に基づいて、外科用ツール１０４のエンドエフェクタ、例えば捕捉具を移動させるアクチュエータ１１４を含むことができる。
【００６６】
把持センサ６０８は、オペレータ１０７の指を開くこと及び／又は閉じることを測定することができる。把持センサ６０８は、把持フレックス回路であり得る。把持フレックス回路は、ＵＩＤ本体５０６の外面の周りに巻かれたプリント回路であってもよい。把持フレックス回路は、ユーザ１０７がデバイス筐体２０２を握持するときを検出することができる。デバイス筐体２０２は、ユーザ１０７の握持を受けて弾力性を有するように、シリコーンなどの適合材料から形成されてもよい。ユーザ１０７は、デバイス筐体２０２を入力指令として握持して、外科用ロボットアーム１１２又は外科用ツール１０４の移動を引き起こすことができる。ユーザ１０７がデバイス筐体２０２を握持したときに、デバイス筐体２０２は、把持フレックス回路６０８を変形させることができ、物理的変形は、電気信号、例えば、静電容量信号に変換され得る。電気信号は、電気信号を処理して握持を検出し、ＵＩＤプロセッサ６０６に送信されてもよく、ＵＩＤプロセッサ６０６は、ユーザ入力に対応する制御信号、例えば把持信号を出力するために、内蔵アナログ及びデジタル電子機器を有してもよい。システム１００の１つ以上のプロセッサは、把持信号を受信して処理し、外科用ツール１０４の移動を制御することができる。したがって、ユーザ１０７による握持は、外科用ロボットアームのエンドエフェクタ、例えば捕捉具にピンチさせることができる。
【００６７】
把持センサ６０８は、握持を表す静電容量の変化を検出することができ、又は近接センサを含んで、他の手段によってデバイス筐体２０２の内壁に対する近接度（又は距離の変化）を検出することができる。把持センサ６０８は、近接度の変化を検出するための任意の好適な種類の近接センサを含んでもよい。例えば、把持６０８は、戻り電磁放射線（例えば、赤外放射線）を放射及び／又は検出する光学センサを含むことができる。別の実施例では、把持センサ６０８は、静電容量性センサ、超音波センサ、磁気センサ、誘導センサ、又は他の好適な種類の近接センサを含むことができる。
【００６８】
変形例では、ＵＩＤ１２６は、デバイス筐体２０２と筐体を保持するユーザの手との間のタッチを検出するように構成された容量性センサの形態の少なくとも１つの握持センサを含んでもよい。例えば、容量性センサパッドは、ＵＩＤ本体５０６の外面上に配設され、筐体２０２を保持しているユーザの手とＵＩＤ本体５０６との間の近接（又は距離の変化）を測定することによって、筐体の手による握持を検出するように構成することができる。あるいは、容量性センサは、ＵＩＤ１２６の筐体２０２の内壁又は別の好適な固定基準点上に配設されてもよい。
【００６９】
図６に示す構成要素は、他の同様の構成要素によって置き換えられてもよい。例えば、一実施形態では、指掴持部２０６の容量性センサは、図７Ａ〜図７Ｃに関して以下に説明する構造のいずれかを有してもよい。同様に、図６の他の構成要素は、他の図に示される別の実施形態と置き換えられてもよい。
【００７０】
図７Ａを参照すると、一実施形態による、ＵＩＤ１２６の導電性パッドの斜視図が示されている。指掴持部２０６の容量性センサは、いくつかの容量性パッドを含んでもよい。例えば、指掴持部２０６は、パッド装着部５０４上に装着された導電性パッド５０２及び第２の導電性パッド７０２を含んでもよい。各導電性パッド５０２は、パッド装着部５０４の一部分の周りに巻かれた導電性テープであってもよい。導電性テープは、銅テープであってもよい。第１の導電性パッド５０２は、パッド表面６０４の一部分、例えば半分の周りに巻かれた導電性テープであってもよく、第２の導電性パッド７０２は、別の部分、例えば、パッド表面６０４の第２の半分の周りに巻かれた導電性テープであってもよい。したがって、各導電性パッドは、円錐台形形状のセグメントの形状を有し得る。セグメントは、中心軸４０４に沿って交差する２つの長手方向平面間の周方向の一部分であってもよい。導電性パッド５０２、７０２は、導電性テープセグメントの隣接する周方向縁部の間に延長する長手方向間隙７０３によって互いに分離されてもよい。
【００７１】
図７Ｂを参照すると、一実施形態による、ＵＩＤ１２６の導電性パッド５０２の斜視図が示されている。導電性パッド５０２は、導電性フィルム７０４であってもよい。例えば、導電性フィルム７０４は、アルミニウムの薄いシートであってもよい。導電性フィルム７０４は、パッド表面６０４の周りに巻かれていてもよい。フィルムは、フィルムの一方の周方向端部がフィルムの別の周方向端部と重なり合うように、パッド表面６０４の周りに全体的に巻くことができる。あるいは、周方向端部は、図７Ｂに示すように、長手方向間隙７０３によって分離されてもよい。
【００７２】
図７Ｃを参照すると、一実施形態による、ＵＩＤ１２６の導電性パッド５０２の斜視図が示されている。導電性パッド５０２は、パッド装着部５０４上に装着されたフレックス回路７０６であってもよい。フレックス回路７０６は、非導電性ポリマー基材７０８を含むことができ、いくつかのプリントパッド７１０（導電性）は、ポリマー基材７０８上に配設されてもよい。プリントパッド７１０は、導電性材料（例えば、銅）をポリマー基材７０８の外面上にパターニングすることによって形成された領域であってもよい。したがって、いくつかのプリントパッド７１０は、フレックス回路７０６の外面に沿って別個の導電性領域を提供することができる。各プリントパッド７１０は、ＵＩＤプロセッサ６０６によって個別に検知されてもよい。例えば、それぞれのワイヤ又は電気トレースは、各パッドと、それぞれのＵＩＤプロセッサ６０６の検知増幅器回路（図示せず）の端子との間に延長してもよい。図７Ｃに示すように、導電性パッド５０２をいくつかの電気的に絶縁された領域に分割することにより、ＵＩＤ１２６は、スワイプ、例えば、スワイプジェスチャなどの入力ジェスチャを検出することができるようになる。より具体的には、ユーザ１０７が指掴持部２０６の外側タッチ面５０８上でスワイプしたときに、静電容量の変化は、第１のプリントパッド７１０ａにおいて、次いで第１のプリントパッド７１０ａに隣接する第２のプリントパッド７１０ｂにおいて連続的に検知されてもよい。例えば、ＵＩＤプロセッサ６０６は、第１の導電性パッド７１０ａ及び第２の導電性パッド７１０ｂのそれぞれの静電容量の変化シーケンスを検出するように構成されてもよい。静電容量の連続的な変化は、パッドのアレイ上のスワイプジェスチャとして検出することができる。スワイプジェスチャは、外科用ロボットアームに所定の動作を実施させる指令であってもよい。
【００７３】
指掴持部２０６は、容量性センサが、ＵＩＤ１２６の通常の使用に干渉しないように位置付けられてもよい。例えば、容量性センサは、ユーザ１０７が通常、ＵＩＤ１２６を保持する把持面３０２を越えて、ＵＩＤ１２６の遠位端に装着されてもよい。あるいは、指掴持部２０６は、例えば、キャップ６０２上の近位端３０６において、デバイス筐体２０２の近位端上に装着されてもよい。いずれの場合でも、指掴持部２０６は、ユーザ１０７の延長する指の到達範囲内にあってもよい。指掴持部２０６の外面は、ユーザ１０７の指と指掴持部２０６の外側タッチ面５０８との間の偶発的な接触の可能性を低減するような形状であってもよい。いくつかの指掴持部２０６の形状及び構成が以下に記載される。
【００７４】
図８Ａを参照すると、代替的な指掴持部形状を有するＵＩＤ１２６の側面図が示されている。一実施形態では、ＵＩＤ１２６は、上述のように、半径方向に対称なプロファイルを有するデバイス筐体２０２を含む。ＵＩＤ１２６の指掴持部２０６もまた、半径方向に対称なプロファイルを有してもよい。一実施形態では、指掴持部２０６は、容量性検知領域８０２及び非検知領域８０４を含む。容量性検知領域８０２は、下にある導電性パッド５０２を有する指掴持部の一部分であってもよい。図８Ａ〜図８Ｅでは、容量性検知領域８０２は、網目状の塗りつぶしマークによって示されており、非検知領域８０４は、塗りつぶしマークを有しないことによって示されている。
【００７５】
指掴持部２０６の第２の回転面４１２は、曲線状の経路に沿って筐体端部３０４から遠位先端部３０８まで延長する長手方向輪郭を有してもよい。中心軸４０４を中心とした第２の回転面４１２の半径は、遠位方向に連続的に減少してもよく、これにより指掴持部２０６の直径は筐体端部３０４において最大であり、遠位先端３０８において最小である。第２の回転面４１２の上に延長する曲線状の経路は、筐体端部３０４の近くで外向きに凸状であり、遠位先端部３０８の近くで内向きに凹状であってもよい。一実施形態では、容量性検知領域８０２は、筐体端部３０４に隣接する指掴持部２０６の一部分を覆う。例えば、容量性検知領域８０２は、掴持部カバー４１０の外面の凸状の外向き部分の上に延長してもよい。凸状の外向き部分は、筐体端部３０４と遠位先端部３０８との間の指掴持部２０６の長さの半分以下の長さに延長してもよい。対照的に、指掴持部２０６の非検知領域８０４は、指掴持部２０６の凹状の内向き部分の上に延長してもよい。図８Ａに示される指掴持部２０６の形状により、ユーザ１０７は、外科用ロボットアーム１１２を移動させながら、遠位先端部３０８に延長した指を静置し、次いで、延長した指を後退させて容量性検知領域８０２にタッチして、外科用ロボットアーム１１２の運動を休止させることができる。
【００７６】
図８Ｂを参照すると、一実施形態では、代替的な指掴持部形状を有するＵＩＤ１２６の側面図が示されており、容量性検知領域８０２は、指掴持部２０６の外面全体を覆う。一実施形態では、指掴持部２０６は、筐体端部３０４と遠位先端部３０８との間に円錐台形のプロファイルを有する。円錐台形の第２の回転面４１２は、筐体端部３０４から遠位先端部３０８まで直線的に減少する半径を有してもよい。図８Ｂに示される指掴持部２０６の形状は、ユーザ１０７が指掴持部２０６上の任意の位置にタッチして、外科用ロボットアーム１１２の運動を休止することができる。
【００７７】
図８Ｃを参照すると、代替的な指掴持部形状を有するＵＩＤ１２６の側面図が示されている。一実施形態では、指掴持部２０６は、筐体端部３０４付近の円筒形ハブ８０６と、遠位先端部３０８における円板部分８０８とを含む。円筒形ハブ８０６は、筐体端部３０４と円板部分８０８との間の長さにわたって中心軸４０４の周りに一定の半径を有してもよい。同様に、円板部分８０８は、円筒形ハブ８０６と遠位先端部３０８との間の長さにわたって中心軸４０４の周りに一定の半径を有してもよい。図示のように、遷移特徴部は、円筒形ハブ８０６と円板部分８０８との間のフィレット、又は円板部分８０８の外縁に沿った面取りされた縁部若しくは湾曲した縁部などの、指掴持部２０６に沿った遷移位置において組み込まれてもよい。一実施形態では、遠位部分は、デバイス筐体２０２の最大直径、例えば隆起部３１０の直径よりも大きい中心軸４０４の周りの円板直径８１０を有する。容量性検知領域８０２は、円板部分８０８の外縁に沿って延長し、円板部分８０８又は円筒形ハブ８０６の近位壁の上に延長していなくてもよい。したがって、ユーザ１０７は、指掴持部２０６をトリガすることなく、円筒形ハブ８０６、又は円板部分８０８の近位壁に対して、延長した指を静置してもよい。図８Ｃに示される指掴持部２０６の形状は、ユーザ１０７が、指掴持部２０６をトリガするために、デバイス筐体２０２の最大直径よりも大きい距離で、円板部分８０８の縁部に向かって到達することを可能にすることができる。そのような指の延長は、ユーザ１０７によるより大きな意志の力を必要とすることがあり、したがって、指掴持部２０６の誤ったトリガの可能性を低減することができる。
【００７８】
図８Ｄを参照すると、代替的な指掴持部形状を有するＵＩＤ１２６の側面図が示されている。一実施形態では、指掴持部２０６の第２の回転面４１２は、筐体端部３０４と遠位先端部３０８との間に凸状の外向きの形状を有してもよい。凸状の外向き形状は、筐体端部３０４と遠位先端部３０８との間で減少する中心軸４０４の周りの半径を有してもよい。指掴持部２０６の容量性検知領域８０２は、指掴持部２０６の遠位部分の上に延長していてもよい。
【００７９】
図８Ｅを参照すると、代替的な指掴持部形状を有するＵＩＤ１２６の側面図が示されている。一実施形態では、指掴持部２０６は、筐体端部３０４付近の円筒形ハブ８０６と、遠位先端部３０８にある円板部分８０８とを含む。円筒形ハブ８０６は、筐体端部３０４と円板部分８０８との間の長さにわたって中心軸４０４の周りに一定の半径を有してもよい。同様に、円板部分８０８は、円筒形ハブ８０６と遠位先端部３０８との間の長さにわたって中心軸４０４の周りに一定の半径を有してもよい。図８Ｃとは対照的に、図８Ｅの円板部分８０８は、遷移特徴部を含まなくてもよい。例えば、円板部分８０８の外縁は、湾曲した壁ではなく、真っ直ぐな円筒形の壁を有してもよい。一実施形態では、遠位部分は、デバイス筐体２０２の最大直径よりも小さい中心軸４０４の周りの円板直径８１０を有する。容量性検知領域８０２は、円板部分８０８の外縁に沿って延長していてもよく、円板部分８０８の近位壁の上に、又は円筒形ハブ８０６の上に延長していなくてもよい。したがって、ユーザ１０７は、指掴持部２０６をトリガすることなく、円筒形ハブ８０６又は円板部分８０８の近位壁に対して、延長した指を静置してもよい。図８Ｅに示される指掴持部２０６の形状は、ユーザ１０７が円板部分８０８の縁部に向かって到達して、指掴持部２０６をトリガすることができる。そのような指の延長は、ユーザ１０７によるより大きな意志の力を必要とすることがあり、したがって、指掴持部２０６の誤ったトリガの可能性を低減することができる。
【００８０】
指掴持部２０６は、有利には作動する力の印加を必要としない容量性センサを含む。上述のように、作動力又は圧力を必要とするスイッチを作動させることにより、外科用ロボットアーム１１２の意図しない移動を引き起こす可能性がある。対照的に、指掴持部２０６の容量性センサは、ユーザ１０７が掴持部カバー４１０上に指を軽く配置したときに作動され得る。しかしながら、このような作動は有利であり得るが、容量性センサの誤ったトリガは回避されるべきである。上述のように、指掴持部２０６は、掴持機構の誤ったトリガの可能性を低減するような形状であってもよく、またそのように構成されてもよい。例えば、導電性パッド（複数可）５０２は、ＵＩＤ１２６の使用中にユーザ１０７によって偶発的にタッチする可能性が低い位置において容量性検知領域８０２を形成するように位置付けることができる。誤ったトリガの可能性はまた、ユーザの意志の力を示すユーザジェスチャを必要とすることによって低減され得る。
【００８１】
ＵＩＤプロセッサ６０６は、導電性パッド５０２の静電容量の変化に応答して、所定のタッチジェスチャがユーザ１０７によって実施されたことを判定するように構成されてもよい。より具体的には、ユーザ１０７による掴持部カバー４１０の所定のタッチジェスチャは、ＵＩＤプロセッサ６０６によって判定されてもよい。一実施形態では、ＵＩＤプロセッサ６０６は、静電容量の変化が所定の時間期間であるときに、所定のタッチが発生したと判定するように構成されている。例えば、ＵＩＤプロセッサ６０６は、ユーザ１０７による指掴持部２０６上の長いタップを検出してもよい。長いタップは、所定の時間期間、例えば、少なくとも０．５秒間、容量性検知領域８０２上で延長した指を静置することを含む、ユーザ１０７によるジェスチャであってもよい。ＵＩＤプロセッサ６０６によって検出された静電容量の変化が所定の期間の所定の閾値よりも大きいときに、ＵＩＤプロセッサ６０６は、ユーザ１０７が掴持部カバー４１０にタッチしたことを判定することができる。したがって、ＵＩＤプロセッサ６０６は、コンピュータシステム１１０に送信される掴持信号を生成することができる。掴持信号は、上述のように、外科用ロボットアーム１１２の運動を休止するための掴持起動信号であり得る。
【００８２】
指掴持部２０６は、ユーザ１０７によるタッチを検出するための１つ以上のセンサタイプを含んでもよいことが理解されよう。より具体的には、指掴持部２０６は、主に容量性センサを含むものとして説明されているが、指掴持部２０６は、ユーザ１０７が外側タッチ面５０８にタッチしたことを判定するために、異なるタイプのセンサを組み込んでもよい。一実施形態では、指掴持部２０６は、ユーザ１０７の指の存在を検出する近接センサを含む。したがって、指掴持部２０６は、電磁場又は電磁放射線のビームを放射するエミッタと、放射から戻り信号を検出する受信器と、を含むことができる。例として、指掴持部２０６は、ユーザ１０７によるタッチを検出するための光エミッタ及び光受信機を含んでもよい。したがって、上述の実施形態は、指掴持部２０６上の物体によって印加される閾値力の検出を必要とせずに、物体の存在又は近接に基づいてタッチを検出する異なるタイプのセンサを有する指掴持部２０６を包含する。
【００８３】
図９を参照すると、一実施形態による、外科用ロボットシステムのコンピュータ部分のブロック図が示されている。外科用ロボットシステム１００は、ＵＩＤ（複数可）１２６と、コンピュータシステム１１０を有するユーザコンソール１２０と、ロボット構成要素１０４、１１２とを含むことができる。コンピュータシステム１１０及びＵＩＤ１２６は、特定の機能に適した回路を有し、したがって、図示された回路は、例として提供され、限定されるものではない。
【００８４】
ユーザコンソール１２０の１つ以上のプロセッサは、外科用ロボットシステム１００、例えば外科用ロボットアーム１１２及び／又は外科用ツール１０４の部分を制御することができる。ＵＩＤ１２６は、コンピュータシステム１１０及び／又は外科用ロボットシステム１００に通信可能に結合されて、アーム上に装着された外科用ロボットアーム１１２及び／又は外科用ツール１０４の移動を制御するためにシステム１００の１つ以上のプロセッサによって処理される入力指令を提供してもよい。例えば、ＵＩＤ１２６は、コンピュータシステム１１０に、電気指令信号９０２、例えば、追跡センサ５１０からの信号に応答してＵＩＤプロセッサ６０６によって生成された空間的状態信号、又は指掴持部２０６の導電性パッド５０２の検出された静電容量の変化に応答してＵＩＤプロセッサ６０６によって生成された掴持信号を通信してもよい。電気信号は、外科用ロボットシステム１００の運動を引き起こすか、又は外科用ロボットシステム１００の休止運動を引き起こすための入力指令であってもよい。
【００８５】
入力電気信号は、有線又は無線接続を介して、ＵＩＤプロセッサ６０６によってコンピュータシステム１１０のコンソールプロセッサ９０６に送信されてもよい。例えば、ＵＩＤ１２６は、指令信号９０２を電気ワイヤを介してコンソールプロセッサ９０６に送信してもよい。あるいは、ＵＩＤ１２６は、無線通信リンクを介して指令信号９０２をコンソールプロセッサ９０６に送信してもよい。無線通信リンクは、コンピュータシステム１１０及びＵＩＤ１２６のそれぞれのＲＦ回路によって確立されてもよい。無線通信は、無線周波数信号、例えば、ＢｌｕｅｔｏｏｔｈなどのＷｉ−Ｆｉ若しくは短距離信号及び／又は好適な無線通信プロトコルを介して行うことができる。
【００８６】
コンピュータシステム１１０のコンソールプロセッサ９０６は、上述の異なる機能及び能力を実行するための命令を実行してもよい。ユーザコンソール１２０のコンソールプロセッサ（複数可）９０６によって実行される命令は、非一時的機械可読媒体を含み得るローカルメモリ（図示せず）から取得されてもよい。命令は、外科用ロボットシステム１００の構成要素、例えば、外科用ロボットアーム（複数可）１１２又は外科用ツール（複数可）１０４に動作可能に連結されたアクチュエータ１１４を制御するデバイスドライバを有するオペレーティングシステムプログラムの形態であってもよい。
【００８７】
一実施形態では、コンソールプロセッサ９０６は、ユーザコンソール１２０の構成要素を制御する。例えば、１つ以上の座部アクチュエータ９０９は、コンソールプロセッサ９０６からの指令を受信して、座部１２２の移動を制御することができる。座部アクチュエータ（複数可）９０９は、前方／後方、背もたれの傾き、ヘッドレスト位置などの１つ以上の自由度で座部１２２を移動させることができる。コンソールプロセッサ９０６はまた、ディスプレイ１２８上に提示するためのビデオデータを送信することができる。したがって、コンソールプロセッサ９０６は、ユーザコンソール１２０の動作を制御することができる。アクチュエータ（複数可）９０９又はコンソールプロセッサ９０６を着座させるための入力指令は、足ペダル１２４又はキーボード若しくはジョイスティックなどの別の入力デバイス９１１を介してユーザによって入力することができる。
【００８８】
コンソールプロセッサ９０６は、リンク９１０を介して外科用ロボットシステム１００の他の構成要素に制御信号９０３を出力することができる。制御信号９０３は、外科用ロボットシステム１００の移動を制御するために送信されてもよい。一実施形態では、コンピュータシステム１１０は、有線又は無線リンクを介して、外科用ロボットシステム１００の下流の構成要素、例えば制御塔１３０に通信可能に連結される。リンクは、制御信号９０３を１つ以上の外科用システムプロセッサ９１２に送信することができる。例えば、少なくとも１つのプロセッサ９１２は、制御塔１３０内に位置付けることができ、外科用ロボットプラットフォーム１１１又は１つ以上のディスプレイ９２０などのシステム構成要素に通信可能に連結されてもよい。外科用ロボットシステム１００のアクチュエータ１１４は、外科用システムプロセッサ９１２から、ＵＩＤ１２６の移動に対応するアーム１１２及び／又はツール１０４の移動を引き起こすための制御信号を受信してもよい。制御信号はまた、ユーザ１０７が指掴持部２０６にタッチするか又はＵＩＤ１２６を落下させたときに、外科用ロボットシステム１００のインターロックを掴持及び／又は接続解除することによって、ロボット構成要素の運動を休止することもできる。
【００８９】
外科用ロボットシステム１００の運動を引き起こすために、指掴持部２０６を有するＵＩＤ１２６を使用する方法が、以下に提供される。この方法は、前述された動作を要約したものであり、記載された全ての動作を含むものではないことが理解されるであろう。したがって、以下に記載される方法は、例示として提供され、限定されるものではない。
【００９０】
動作時に、ＵＩＤプロセッサ６０６は、追跡センサ５１０からの空間的状態信号及び／又は把持センサ６０８からの把持信号を受信する。信号は、ＵＩＤプロセッサ６０６によって、ユーザコンソール１２０及び／又は制御塔１３０の１つ以上のプロセッサに送信され得る。１つ以上のプロセッサは、入力信号を処理して出力制御信号を生成することができる。出力制御信号は、アーム１１２及び／又はツール１０４を移動させることができるアクチュエータ１１４の移動を引き起こすことができる。移動は、空間的状態信号９０４及び／又は把持信号に基づいてもよい。例えば、アクチュエータ１１４は、空間的状態信号９０４の生成に応答して外科用ロボットアーム１１２を移動させることができる。同様に、アクチュエータ１１４は、把持信号に応答して外科用ツール１０４を移動させることができる。例えば、外科用ツール１０４の捕捉具は、把持信号についてオペレータ１０７がデバイス筐体２０２を握持していることを表すときに閉じてもよい。外科用ツール１０４はアーム１１２に連結されてもよく、したがって、アクチュエータ１１４の移動は、外科用ロボットアーム１１２及び外科用ツール１０４の両方を移動させることができる。
【００９１】
動作において、ＵＩＤプロセッサ６０６は、導電性パッド５０２の静電容量を検出することができる。動作時に、ＵＩＤプロセッサ６０６は、導電性パッドの静電容量の変化に応答して、ユーザによるタッチを判定することができる。ＵＩＤプロセッサ６０６は、タッチを判定することに応答して、掴持信号９０２、例えば掴持起動信号を生成してもよい。
【００９２】
外科用ロボットシステム１００の１つ以上のプロセッサは、例えばコンピュータシステム１１０を介して、ＵＩＤ１２６からの掴持信号９０２を受信及び処理することができる。外科用ロボットシステム１００は、掴持信号９０２に応答してアクチュエータ１１４の１つ以上の移動を休止することができる。移動は、空間的状態信号９０４及び／又は把持信号にかかわらず停止され得る。例えば、ユーザ１０７は、外科用ロボットアーム１１２又は外科用ツール１０４の対応する動きを引き起こすことなく、新しい位置にＵＩＤ１２６を移動させてもよい。同様に、ユーザによって加えられる握持は、指掴持部２０６がタッチしたときに変化し得るが、外科用ツール１０４の捕捉具の開位置又は閉位置における対応する変化は存在しなくてもよい。したがって、タッチセンサであってもよい指掴持部２０６は、ＵＩＤ１２６によって検出された７度の自由度全てで、外科用ロボットアーム１１２及び外科用ツール１０４の遠隔操作を休止することができる。
【００９３】
ＵＩＤプロセッサ６０６は、検出された静電容量に基づいて、他のユーザジェスチャを判定することができる。例えば、ＵＩＤプロセッサ６０６は、第１の導電性パッド５０２及び第２の導電性パッド７０２のそれぞれの静電容量の変化シーケンスを検出してもよい。例えば、第１の導電性パッド５０２の静電容量は、第１の時間に変化してもよく、第２の導電性パッド７０２の容量は、第１の時間の後の第２の時間に変化してもよい。それぞれの静電容量の変化シーケンスを検出することに応答して、ＵＩＤプロセッサ６０６は、ユーザ１０７がスワイプジェスチャを行ったことを判定してもよい。入力信号、例えば、掴持信号９０２は、ユーザ１０７によるスワイプジェスチャの判定に応答して、ＵＩＤプロセッサ６０６によって生成されてもよく、入力信号は、外科用ロボットシステム１００のプロセッサ（複数可）によって使用されて、外科用ロボットシステム１００の運動又は別の動作を制御することができる。
【００９４】
図１０を参照すると、一実施形態による、把持リンク機構を有するユーザインターフェースデバイスの側面図が示されている。指掴持部２０６は、外科用ロボットシステムの外科用ツールの高度に器用で正確な移動を提供するために、指で保持されて操作され得る把持リンク機構を有する、ＵＩＤ１２６に組み込むことができる。例えば、ＵＩＤ１２６の代替的な実施形態は、「ＵＳＥＲ  ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ  ＤＥＶＩＣＥ  ＨＡＶＩＮＧ  ＧＲＩＰ  ＬＩＮＫＡＧＥＳ」と題する米国特許出願第１６／０１０，０５４号に記載されており、これは、２０１８年６月１５日に出願された。このようなＵＩＤ１２６の実施形態は、その用途に記載される外科用ロボットシステム１００の動作を指令するために使用されるいくつかの把持クランク１００２を含むことができる。一実施形態では、指掴持部２０６は、上述した機能性、例えばシステム動作を休止する機能性を提供するために、ＵＩＤ１２６の代替的な実施形態に組み込むことができる。したがって、指掴持部２０６は、任意の設計のＵＩＤ１２６に組み込むことができ、上述のＵＩＤ１２６の様々な実施形態は、例示的なものであり、制限的な意味ではないとみなされるべきであることが理解されるであろう。
【００９５】
前述の明細書において、本発明は、その特定の例示的な実施形態を参照して説明されている。以下の特許請求の範囲に記載されるように、本発明のより広範な趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な修正がなされ得ることが明らかであろう。したがって、本明細書及び図面は、制限的な意味ではなく、例示的な意味でみなされるべきである。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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