(57)【要約】  たるみ補償プーリ、たるみ補償プーリを含む伝動システム、及びこれらを動作させる方法。概して、たるみ補償プーリは、ケーブルが巻き付くことが可能なプーリボディと、プーリボディとともに回転し、ケーブル経路長及び巻き角度を増やすことによって、出ていくケーブル部分のたるみを除去するように構成された１つ以上（例えば、２つ）のたるみ取り面と、を含む。特に本明細書では、たるみ補償伝動装置を有する最小アクセス器具について説明する。【選択図】図１Ａ
2018515299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
たるみ補償伝動装置を有する最小アクセス器具であって、
ハンドルと、
エンドエフェクタと、
近位端及び遠位端を有する器具シャフトであって、前記器具シャフトの前記近位端は入力ジョイントを介して前記ハンドルと連結されており、前記器具シャフトの前記遠位端は出力ジョイントを介して前記エンドエフェクタと連結されている、前記器具シャフトと、
前記器具シャフトと前記ハンドルとの間にあって、ユーザの手から回転入力を受け取る前記入力ジョイントと、
前記器具シャフトと前記エンドエフェクタとの間にあって前記エンドエフェクタに回転出力を与える前記出力ジョイントと、
前記入力ジョイントから前記器具シャフトに沿って前記出力ジョイントまで延びる伝動装置であって、前記伝動装置はケーブルを含み、前記伝動装置はたるみ補償プーリを含み、前記たるみ補償プーリは、
プーリボディと、
前記プーリボディの表面に沿うケーブルトラックであって、前記ケーブルがある巻き角度で巻き付く前記ケーブルトラックと、
前記プーリボディから延びる支持物と、
前記支持物上のたるみ取り面であって、前記たるみ取り面は、前記ケーブルが前記プーリボディと前記たるみ取り面との間を通るように、前記プーリボディの表面の最寄り領域より半径方向外側に配置され、前記プーリボディが前記プーリボディ上の前記ケーブルの巻き角度を増やすことにより第１の方向に回転すると、前記支持物及び前記たるみ取り面が前記プーリボディとともに回転して前記ケーブルのたるみを低減する、前記たるみ取り面と、を含む、前記伝動装置と、
を含む最小アクセス器具。
【請求項２】
前記たるみ補償プーリは更に、第２のたるみ取り面を含み、前記第２のたるみ取り面は、前記ケーブルが前記プーリボディと前記たるみ取り面との間を通るように、前記プーリボディの表面の最寄り領域より半径方向外側に配置され、前記プーリボディが第２の方向に回転すると、前記第２のたるみ取り面が前記プーリボディとともに回転して、第２のケーブル部分のたるみを低減する、請求項１に記載の最小アクセス器具。
【請求項３】
前記たるみ補償プーリは更に、前記支持物上に第２のたるみ取り面を含み、前記ケーブルの第２の部分が前記プーリボディと前記第２のたるみ取り面との間を延び、前記プーリボディが第２の方向に回転すると、前記支持物及び第２のたるみ取り面が前記プーリボディとともに回転して、第２のケーブル部分のたるみを低減する、請求項１に記載の最小アクセス器具。
【請求項４】
更に、前記ケーブルは、前記プーリボディの第１の側において前記プーリボディの前記表面と接する第１のケーブル経路に延びる第１のケーブル部分を有し、前記たるみ取り面が前記プーリボディとともに回転軸の周りを前記第１の方向に回転すると、前記たるみ取り面は、前記プーリボディの前記第１の側において前記第１のケーブル部分に当たっていくように駆動され、前記第１のケーブル部分を前記第１のケーブル経路からより長いケーブル経路へと偏向させ、前記プーリボディが前記回転軸において第２の方向に回転すると、前記たるみ取り面は、前記プーリボディの前記第１の側において前記第１のケーブル部分から引き離されて、前記ケーブル経路を短くする、請求項１に記載の最小アクセス器具。
【請求項５】
前記支持物は、アーム又はウイングとして前記プーリボディから延びる、請求項１に記載の最小アクセス器具。
【請求項６】
前記ケーブルトラックは、前記プーリボディの周りに部分的に延びる、請求項１に記載の最小アクセス器具。
【請求項７】
前記支持物は、前記ケーブルトラックを通る平面に平行に、且つ前記平面からオフセットして前記プーリボディから延びるプレートを含み、更に、前記たるみ取り面は、前記プレートから、前記ケーブルトラックを通る前記平面内に突き出ている突起の上に配置される、請求項１に記載の最小アクセス器具。
【請求項８】
前記支持物は、前記プーリボディとともに剛体的に動くように構成されている、請求項１に記載の最小アクセス器具。
【請求項９】
前記エンドエフェクタのところにある前記出力ジョイントはマルチリンクジョイントを含む、請求項１に記載の最小アクセス器具。
【請求項１０】
たるみ補償伝動装置を有する最小アクセス器具であって、
ハンドルと、
エンドエフェクタと、
近位端及び遠位端を有する器具シャフトであって、前記器具シャフトの前記近位端は入力ジョイントを介して前記ハンドルと連結されており、前記器具シャフトの前記遠位端は出力ジョイントを介して前記エンドエフェクタと連結されている、前記器具シャフトと、
前記器具シャフトと前記ハンドルとの間にあって、ユーザの手から回転入力を受け取る前記入力ジョイントと、
前記器具シャフトと前記エンドエフェクタとの間にあって前記エンドエフェクタに回転出力を与える前記出力ジョイントと、
前記入力ジョイントから前記器具シャフトに沿って前記出力ジョイントまで延びる伝動装置であって、前記伝動装置はケーブルを含み、前記伝動装置はたるみ補償プーリを含み、前記たるみ補償プーリは、
回転軸を有するプーリボディであって、第１のケーブル部分が、前記プーリボディの第１の側において前記プーリボディの外側表面と接する第１のケーブル経路に延びるように、前記ケーブルが前記プーリボディの前記外側表面に巻き付く、前記プーリボディと、
前記プーリボディから延びる支持物と、
前記支持物上のたるみ取り面であって、前記プーリボディが前記回転軸の周りを第１の方向に回転すると、前記たるみ取り面は、前記プーリボディの前記第１の側において前記第１のケーブル部分に当たっていくように駆動され、前記第１のケーブル部分を前記第１のケーブル経路から偏向させてたるみを低減するように、前記プーリボディとともに回転する前記たるみ取り面と、を含む、前記伝動装置と、
を含む最小アクセス器具。
【請求項１１】
前記たるみ補償プーリは更に、第２のたるみ取り面を含み、前記プーリボディが前記回転軸の周りを第２の方向に回転すると、前記第２のたるみ取り面は、前記プーリボディの第２の側において、前記プーリボディの前記第２の側において前記プーリボディの前記外側表面と接する第２のケーブル経路に延びている第２のケーブル部分に当たっていくように駆動されるように、前記第２のたるみ取り面は前記プーリボディとともに回転し、前記第２のたるみ取り面は、前記第２のケーブル部分を前記第２のケーブル経路から偏向させてたるみを除去する、請求項１０に記載の最小アクセス器具。
【請求項１２】
前記支持物は、アーム又はウイングとして前記プーリボディから延びる、請求項１０に記載の最小アクセス器具。
【請求項１３】
前記ケーブルトラックは、前記プーリボディの周りに部分的に延びる、請求項１０に記載の最小アクセス器具。
【請求項１４】
前記支持物は、前記ケーブルトラックを通る平面に平行に、且つ前記平面からオフセットして前記プーリボディから延びるプレートを含み、更に、前記たるみ取り面は、前記プレートから、前記ケーブルトラックを通る前記平面内に突き出ている突起の上に配置される、請求項１０に記載の最小アクセス器具。
【請求項１５】
前記支持物は、前記プーリボディとともに剛体的に動くように構成されている、請求項１０に記載の最小アクセス器具。
【請求項１６】
前記エンドエフェクタはマルチリンクエンドエフェクタを含む、請求項１０に記載の最小アクセス器具。
【請求項１７】
ハンドルと、
近位端及び遠位端を有する器具シャフトであって、前記器具シャフトの前記近位端は前記ハンドルと連結されている、前記器具シャフトと、
前記器具シャフトに沿って延び、ケーブルを含む伝動装置と、
前記ハンドルに接続されて、ユーザの手から回転入力を受け取る入力ジョイントと、
前記入力ジョイントと結合されたたるみ補償プーリであって、前記たるみ補償プーリは、プーリボディと、前記プーリボディとともに回転するたるみ取り面と、を含み、前記ケーブルは、ある巻き角度で前記プーリボディの少なくとも一部分に巻き付き、前記ケーブルは前記プーリボディと前記たるみ取り面との間を延び、これによって、前記プーリボディが第１の方向に回転すると、前記たるみ取り面は前記ケーブルに当たっていくように駆動されて、前記プーリボディから出ていく前記ケーブルが取るケーブル経路を長くして、前記巻き角度を増やすことによって、前記ケーブルのたるみを除去する、前記たるみ補償プーリと、
前記器具シャフトの前記遠位端にあるエンドエフェクタであって、前記ケーブルは前記エンドエフェクタと結合されている、前記エンドエフェクタと、
を含む最小アクセス器具。
【請求項１８】
ケーブル伝動システムの為のたるみ補償プーリ装置であって、
プーリボディと、
ケーブルがある巻き角度で巻き付くことが可能な、前記プーリボディの表面に沿うケーブルトラックと、
前記プーリボディから延びる支持物と、
前記支持物上のたるみ取り面であって、一ケーブル部分が前記プーリボディと前記たるみ取り面との間を延びることが可能なように、前記たるみ取り面は、前記プーリボディの前記表面の半径方向外側に配置され、前記プーリボディが第１の方向に回転すると、前記支持物及び前記たるみ取り面は、前記プーリボディとともに回転して、前記プーリボディ上の前記ケーブルの前記巻き角度を増やすことによって、前記ケーブルのたるみを除去する、前記たるみ取り面と、
を含むたるみ補償プーリ装置。
【請求項１９】
第２のたるみ取り面を更に含み、前記第２のたるみ取り面は、第２のケーブル部分が前記プーリボディと前記第２のたるみ取り面との間を延びることが可能なように、前記プーリボディの前記表面の半径方向外側に配置され、前記プーリボディが第２の方向に回転すると、前記第２のたるみ取り面が前記プーリボディとともに回転して前記ケーブルのたるみを除去する、請求項１８に記載のたるみ補償プーリ装置。
【請求項２０】
第２のたるみ取り面を前記支持物上に更に含み、前記第２のたるみ取り面は、第２のケーブル部分が前記プーリボディと前記第２のたるみ取り面との間を延びることが可能なように、前記プーリボディの前記表面の半径方向外側に配置され、前記プーリボディが第２の方向に回転すると、前記支持物及び第２のたるみ取り面が前記プーリボディとともに回転して前記ケーブルのたるみを除去する、請求項１８に記載のたるみ補償プーリ装置。
【請求項２１】
前記プーリボディの前記表面上にケーブルを更に含み、前記ケーブルは、前記プーリボディの第１の側において前記プーリボディの前記表面と接する第１のケーブル経路に延びる第１のケーブル部分を有し、前記たるみ取り面が前記プーリボディとともに回転軸の周りを前記第１の方向に回転すると、前記たるみ取り面は、前記プーリボディの前記第１の側において前記第１のケーブル部分に当たっていくように駆動され、前記第１のケーブル部分を前記第１のケーブル経路からより長い経路へ偏向させ、前記プーリボディが前記回転軸において第２の方向に回転すると、前記たるみ取り面は、前記プーリボディの前記第１の側において前記第１のケーブル部分から引き離されて、前記ケーブル経路を短くする、請求項１８に記載のたるみ補償プーリ装置。
【請求項２２】
前記支持物は、前記プーリボディから延びるアーム又はウイングを含む、請求項１８に記載のたるみ補償プーリ装置。
【請求項２３】
前記プーリボディは円形である、請求項１８に記載のたるみ補償プーリ装置。
【請求項２４】
前記ケーブルトラックは、前記プーリボディの周りに部分的に延びる、請求項１８に記載のたるみ補償プーリ装置。
【請求項２５】
前記たるみ取り面は、前記支持物によって形成されるループの内側表面である、請求項１８に記載のたるみ補償プーリ装置。
【請求項２６】
前記支持物は、前記ケーブルトラックを通る平面に平行に、且つ前記平面からオフセットして前記プーリボディから延びるプレートを含む、請求項１８に記載のたるみ補償プーリ装置。
【請求項２７】
前記支持物は、前記プーリボディとともに剛体的に動くように構成されている、請求項１８に記載のたるみ補償プーリ装置。
【請求項２８】
前記支持物は、前記ケーブルから前記たるみ取り面に力がかかった場合に、前記たるみ取り面が前記プーリボディに対して偏向することを可能にするように構成された付勢要素を含む、請求項１８に記載のたるみ補償プーリ装置。
【請求項２９】
伝動システムの為のたるみ補償プーリ装置であって、
プーリボディと、
ケーブルが巻き付くことが可能な、前記プーリボディの表面に沿うケーブルトラックと、
前記ケーブルトラックを通る平面に平行に、且つ前記平面からオフセットして前記プーリボディから延びるプレートを含む支持物と、
たるみ取り面を含む突起であって、前記突起は前記支持物から延びており、一ケーブル部分が前記プーリボディと前記たるみ取り面との間を延びることが可能なように、前記たるみ取り面は、前記プーリボディの前記表面の半径方向外側に配置され、前記プーリボディが第１の方向に回転すると、前記支持物及び前記たるみ取り面は、前記プーリボディとともに回転して、前記ケーブルが取る経路を長くすることによって、前記ケーブルのたるみを除去する、前記突起と、
を含むたるみ補償プーリ装置。
【請求項３０】
第２のたるみ取り面を更に含み、前記第２のたるみ取り面は、第２のケーブル部分が前記プーリボディと前記第２のたるみ取り面との間を延びることが可能なように、前記プーリボディの前記表面の半径方向外側に配置され、前記プーリボディが第２の方向に回転すると、前記第２のたるみ取り面が前記プーリボディとともに回転して、前記ケーブルが取る経路を長くすることによって、前記ケーブルのたるみを除去する、請求項２９に記載のたるみ補償プーリ装置。
【請求項３１】
前記プーリボディの前記表面の前記ケーブルトラック上にケーブルを更に含み、前記ケーブルは、前記プーリボディの第１の側において前記プーリボディの前記表面と接する第１のケーブル経路に延びる第１のケーブル部分を有し、前記たるみ取り面が前記プーリボディとともに回転軸の周りを前記第１の方向に回転すると、前記たるみ取り面は、前記第１のケーブル部分を前記第１のケーブル経路からより長い経路へ偏向させてたるみを除去し、前記プーリボディが前記回転軸において第２の方向に回転すると、前記たるみ取り面は、前記第１のケーブル部分がより短いケーブル経路に延びるように、前記第１のケーブル部分から引き離される、請求項２９に記載のたるみ補償プーリ装置。
【請求項３２】
前記プーリボディは円形である、請求項２９に記載のたるみ補償プーリ装置。
【請求項３３】
前記ケーブルトラックは、前記プーリボディの周りに部分的に延びる、請求項２９に記載のたるみ補償プーリ装置。
【請求項３４】
前記支持物は、前記プーリボディとともに剛体的に動くように構成されている、請求項２９に記載のたるみ補償プーリ装置。
【請求項３５】
前記支持物は、前記ケーブルから前記たるみ取り面に力がかかった場合に、前記たるみ取り面が前記プーリボディに対して偏向することを可能にするように構成された付勢要素を含む、請求項２９に記載のたるみ補償プーリ装置。
【請求項３６】
伝動システムの為のたるみ補償プーリ装置であって、
回転軸を有するプーリボディと、
ある巻き角度で前記プーリボディの外側表面に巻き付けられたケーブルであって、前記プーリボディの第１の側において前記プーリボディの前記外側表面に接する第１のケーブル経路に延びる第１のケーブル部分を有する前記ケーブルと、
前記プーリボディから延びる支持物と、
前記支持物上のたるみ取り面であって、前記たるみ取り面が前記プーリボディとともに回転することにより、前記プーリボディが前記回転軸の周りを第１の方向に回転すると、前記たるみ取り面は、前記第１のケーブル部分に押し当てられるようにように駆動され、前記第１のケーブル部分を前記第１のケーブル経路からより長い経路へ偏向させ、前記プーリボディの前記巻き角度を増やしてたるみを除去し、前記プーリボディが前記回転軸において第２の方向に回転すると、前記たるみ取り面は、前記第１のケーブル部分がより短いケーブル経路を通って移動して前記プーリボディの前記巻き角度を減らすように、前記第１のケーブル部分から引き離される、前記たるみ取り面と、
を含むたるみ補償プーリ装置。
【請求項３７】
第２のたるみ取り面を更に含み、前記第２のたるみ取り面が前記プーリボディとともに回転することにより、前記プーリボディが前記回転軸の周りを前記第２の方向に回転すると、前記第２のたるみ取り面は、前記プーリボディの第２の側において、前記プーリボディの前記第２の側において前記プーリボディの前記外側表面に接する第２のケーブル経路に延びる第２のケーブル部分に押し当てられるようにように駆動され、これによって、前記第２のたるみ取り面は、前記第２のケーブル部分を前記第２のケーブル経路からより長い経路へ偏向させ、前記プーリボディが前記回転軸において前記第１の方向に回転すると、前記第２のたるみ取り面は、前記第２のケーブル部分がより短いケーブル経路を通って移動するように、前記第２のケーブル部分から引き離される、請求項３６に記載のたるみ補償プーリ装置。
【請求項３８】
前記支持物は、前記プーリボディから延びるアーム又はウイングを含む、請求項３６に記載のたるみ補償プーリ装置。
【請求項３９】
前記プーリボディは円形である、請求項３６に記載のたるみ補償プーリ装置。
【請求項４０】
前記ケーブルトラックは、前記プーリボディの周りに部分的に延びる、請求項３６に記載のたるみ補償プーリ装置。
【請求項４１】
前記たるみ取り面は、前記支持物によって形成されるループの内側表面である、請求項３６に記載のたるみ補償プーリ装置。
【請求項４２】
前記支持物は、前記ケーブルトラックを通る平面に平行に、且つ前記平面からオフセットして前記プーリボディから延びるプレートを含む、請求項３６に記載のたるみ補償プーリ装置。
【請求項４３】
前記支持物は、前記プーリボディとともに剛体的に動くように構成されている、請求項３６に記載のたるみ補償プーリ装置。
【請求項４４】
前記支持物は、前記ケーブルから前記たるみ取り面に力がかかった場合に、前記たるみ取り面が前記プーリボディに対して偏向することを可能にするように構成された付勢要素を含む、請求項３６に記載のたるみ補償プーリ装置。
【請求項４５】
プーリボディと、前記プーリボディから延びる支持物と、前記支持物上のたるみ取り面とを有し、前記プーリボディの外側表面に沿ってケーブルが移動するたるみ補償プーリを使用して、伝動システムのケーブルのたるみを除去する方法であって、
前記たるみ補償プーリを回転軸の周りに第１の方向に回転させることによって、前記たるみ取り面が、前記プーリボディとともに、前記回転軸の周りを前記第１の方向に回転し、前記たるみ取り面を、前記プーリボディから出て延びる前記ケーブルの第１の部分に押し当てるようにように駆動して、前記ケーブルの前記第１の部分が取る経路が、前記プーリボディから出て延びるにつれて、より長くなるように、前記ケーブルの前記第１の部分を偏向させるようにするステップと、
前記たるみ補償プーリを前記回転軸の周りに第２の方向に回転させることによって、前記たるみ取り面が、前記プーリボディとともに前記回転軸の周りを前記第２の方向に回転し、前記たるみ取り面を前記ケーブルの前記第１の部分から引き離して、前記第１のケーブル部分が取る経路が、前記プーリボディから出て延びるにつれて、より短くなるようにするステップと、
を含む方法。
【請求項４６】
前記たるみ補償プーリを前記第２の方向に回転させる前記ステップは、第２のたるみ取り面を前記プーリボディとともに回転させ、前記第２のたるみ取り面を、前記プーリボディの第２の側において第２のケーブル部分に押し当てるようにように駆動し、前記第２のケーブル部分を第２のケーブル経路から偏向させて、前記第２のケーブル部分が取る前記経路を長くし、前記第２のケーブル部分のたるみを低減することを含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記たるみ補償プーリの回転に応じてマルチリンクエンドエフェクタジョイントを曲げるステップを更に含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４８】
前記たるみ補償プーリを前記第１の方向に回転させて、前記たるみ取り面を前記第１のケーブル部分に当たっていくように駆動し、前記第１のケーブル部分を前記第１のケーブル経路から偏向させる前記ステップは、前記ケーブルの前記第１の部分を、前記プーリボディから延びる第１のアームによって形成されたループに押し当てるようにように駆動することを含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４９】
前記たるみ補償プーリを前記第１の方向に回転させて、前記たるみ取り面を前記第１のケーブル部分に当たっていくように駆動し、前記第１のケーブル部分を前記第１のケーブル経路から偏向させる前記ステップは、前記ケーブルの前記第１の部分を、前記プーリボディに隣接するプレートから延びている突起に押し当てるようにように駆動することを含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項５０】
プーリボディと、前記プーリボディから延びる支持物と、前記支持物上の第１のたるみ取り面と、前記支持物上の第２のたるみ取り面とを有し、前記プーリボディの外側表面に沿ってケーブルが移動するたるみ補償プーリを使用して、伝動システムのケーブルのたるみを除去する方法であって、
前記たるみ補償プーリを回転軸の周りに時計回り方向に回転させることによって、前記第１のたるみ取り面が前記プーリボディとともに前記回転軸の周りを前記時計回り方向に回転し、前記第１のたるみ取り面を前記ケーブルの第１の部分に押し当てるようにように駆動し、前記第１のケーブル部分を偏向させて、前記プーリボディから出ていく前記第１のケーブル部分が取るケーブル経路を長くしてたるみを低減するようにするステップと、
前記たるみ補償プーリを前記回転軸の周りに反時計回り方向に回転させることによって、前記第２のたるみ取り面が前記プーリボディとともに前記回転軸の周りを前記反時計回り方向に回転し、前記第２のたるみ取り面を第２のケーブル部分に押し当てるようにように駆動し、前記第２のケーブル部分を偏向させて、前記プーリボディから出ていく前記第２ケーブル部分が取るケーブル経路を長くしてたるみを低減するようにするステップと、
を含む方法。
【請求項５１】
前記たるみ補償プーリを、前記第１のたるみ取り面も前記第２のたるみ取り面も前記第１又は第２のケーブル部分を偏向させないニュートラル位置に位置付けるステップを更に含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
更に、前記たるみ補償プーリを前記回転軸の周りに前記反時計回り方向に回転させる前記ステップは、前記第１のたるみ取り面を前記プーリボディとともに反時計回りに回転させて、前記第１のケーブル部分が取る前記経路が短くなるように、前記第１のたるみ取り面を前記第１のケーブル部分から引き離すことを含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項５３】
前記たるみ補償プーリの回転に応じてマルチリンクエンドエフェクタジョイントを曲げるステップを更に含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項５４】
前記たるみ補償プーリを前記時計回り方向に回転させて、前記第１のたるみ取り面を前記第１のケーブル部分に押し当てるように駆動する前記ステップは、前記第１のケーブル部分を、前記プーリボディから延びる第１のアームによって形成されたループに押し当てるように駆動することを含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項５５】
前記たるみ補償プーリを前記時計回り方向に回転させて、前記第１のたるみ取り面を前記第１のケーブル部分に押し当てるように駆動する前記ステップは、前記第１のケーブル部分を、前記プーリボディに隣接するプレートから延びる突起に押し当てるように駆動することを含む、請求項５０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、参照によってその全内容が本明細書に組み込まれている、２０１５年４月３日に出願された米国特許仮出願第６２／１４２，９８０号、件名「ケーブル駆動伝動の為の張力管理装置（ＴＥＮＳＩＯＮ  ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＣＡＢＬＥ−ＤＲＩＶＥＮ  ＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮ）」の優先権を主張するものである。
【０００２】
本出願は、２００９年４月１３日に出願された米国特許出願第１２／９３７，５２３号、件名「最小アクセス器具（ＭＩＮＩＭＡＬ  ＡＣＣＥＳＳ  ＴＯＯＬ）」（現在は米国特許第８，６６８，７０２号）の継続出願である、２０１４年１月２８日に出願された米国特許出願第１４／１６６，５０３号、件名「最小アクセス器具（ＭＩＮＩＭＡＬ  ＡＣＣＥＳＳ  ＴＯＯＬ）」（出願番号はＵＳ−２０１４−０１４２５９５−Ａ１）に関連していてよく、これらのそれぞれは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。
文献の引用
【０００３】
本明細書中において言及される全ての刊行物及び特許出願は、それぞれ個々の刊行物又は特許出願が参照により具体的且つ個別に示されて組み込まれる場合と同程度に、参照により全内容が本明細書に組み込まれる。
【０００４】
本明細書では、ケーブル駆動伝動システムにおけるケーブルの張力及びたるみを管理する装置、及びそれらを動作させる方法について説明する。特に、本明細書では、ケーブル駆動伝動システムの１つ以上のプーリと組み合わされるか、且つ／又はそれらのプーリに組み込まれてよい、たるみを取る構造又は機能について説明する。特に、本明細書に記載の装置及び方法は、マルチリンク関節運動をするエンドエフェクタシステムの一部として使用されてよい。
【背景技術】
【０００５】
機械、ロボット、メカトロニクスなどの用途をはじめとする様々な用途において、動き（典型的には回転）をある場所から別の場所に伝動する為にケーブル駆動伝動装置が使用されることがある。ケーブルは、その断面直径が小さいことにより、場所を取り過ぎることなく、任意の大まかな遠回り経路を通して引き回すことが可能である。ケーブルベースの伝動システムの幾つかの一般的な用途として、プリンタやコピー機などの民生用製品や、ガントリやマテリアルハンドラなどの産業用機器などがある。更なる用途として、ロボットシステム、医療機器などの遠隔アクセス機器がある。
【０００６】
ケーブルは、ワイヤ、ロープ、ストランド、フィラメント、糸、テンドン、プルワイヤなどであってよい。ケーブル駆動伝動システムは、典型的には、ケーブルにおいて発生させることが可能であって、ケーブルを介して伝動することが可能な張力を頼りにしてよい。ケーブルベースの伝動装置の一例を、図１Ａに示す。従動プーリと駆動プーリは、２方向（即ち、時計回り及び反時計回り）の制御の為に２本のケーブル３０７、３０９で接続されている。これら２本のケーブルは、実際の構造に応じて、別々の２本のケーブルであってよく、或いは、両方のプーリに連続的に巻かれた１本のケーブル（例えば、ケーブルの両端が相互に接続されている１本のケーブル）であってよい。プーリの回転が部分的な回転にとどまるように伝動が行われる場合には、ケーブルは、すべりを防ぐ為に、フェルールやクリンプなどの係合結合により、プーリにロックされてよい。
【０００７】
図１Ｂに示されるように、駆動プーリが反時計回り（ＣＣＷ）に回転すると、左側のケーブル３０７（伝動ケーブルと呼ばれてよい）の張力が増大することが可能である。この張力により、従動プーリもＣＣＷ方向に追従させることが可能である。ケーブルに伸びがないとすると、左側３０７において駆動プーリによって引き込まれるケーブルの量と、右側３０９において駆動プーリから解放されるケーブルの量は厳密に等しいであろう。これは、運動学的に確定的な伝動であると見なされ、駆動プーリの所与の回転に対する従動プーリの回転が、システム全体の幾何学的形状によって完全に決定されることを示している。
【０００８】
実際のところ、これは、一般に真実ではない。なぜなら、左側３０７ののケーブルの領域には、張力がかかっていることと、ケーブルに弾性があること（即ち、長さ方向に幾らかの有限のコンプライアンスがあること）とに起因する幾らかの伸びが必ず存在するからである。従って、左側において駆動プーリによって引き込まれるケーブルの量は、右側において駆動プーリから解放されるケーブルの量と厳密には等しくない可能性がある。この結果、図１Ｂに示されるように、左側のケーブル部分３０７はぴんと張られており、右側のケーブル部分３０９にはたるみがある。この例では、右側のケーブル部分３０９に張力は存在せず、この伝動はもはや純粋に運動学的ではない。なぜなら、駆動プーリの所与の回転に対する従動プーリの回転が、システム全体の幾何学的形状によってだけでなく、ケーブルの弾性特性によっても決定されるからである。結果として、従動プーリは、もはや完全には駆動プーリと係合していない。例えば、図１Ｂを参照すると、駆動プーリが固定保持されている間に、従動プーリが時計回り方向３５５に摂動した場合には剛体的であると感じられるであろう。言い換えると、従動プーリの回転は確定又は保証される。これに対し、従動プーリがＣＣＷ方向に３５７に摂動した場合には、コンプライアントであると感じられるであろう。従って、従動プーリの回転は、完全には確定又は保証されない。このように、従動プーリの回転位置が完全には決定論的でないこと（これは、バックラッシュ、遊び、又はスロップと呼ばれることもある）は、ケーブル駆動伝動システムの大きな欠点である。そこで、ケーブル駆動伝動システムにおいてケーブルのたるみ又は張力を管理することが必要とされる。
【０００９】
従動プーリの回転方向と、駆動プーリの回転方向は、いつも同じでなければならないわけではない。ケーブルは少し違う様式で配置されてよく、図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、駆動プーリがＣＣＷ回転をすると従動プーリがＣＷ回転をするように配置されてよい。しかしながら、上述のケーブルのたるみの問題は、この場合にも同様に当てはまる。
【００１０】
用途によっては、このたるみの発生は、ケーブルの弾性伸びだけが原因ではなく、伝動システムの幾何学的形状又は運動学も原因である。例えば、用途によっては、機械器具やロボット器具において、制御可能に曲げ可能な細長部材が使用されることが多い。そのような細長部材は、ケーブル、テンドン、又はプルワイヤによって曲げられたり、関節運動をしたりしてよく、複数の方向に曲がることが可能であってよい。残念なことに、複数のケーブル（これらは、ワイヤ、ロープ、ストランド、フィラメント、糸、アクチュエートケーブル、テンドン、プルワイヤなどであることが同等に可能である）が使用される場合、（例えば、それらのケーブルのうちの１本以上を引っ張ることにより）一方向に曲げると、結果として、他のケーブルにたるみが発生する可能性がある。このたるみは、機器の動作に悪影響を及ぼす可能性があり、特に、ケーブルを引いたり押したりして部材の曲がりを制御する場合にその可能性があり、結果として、コンプライアンス又はバックラッシュで特徴づけられる非決定論的又は予測不可能な動きになる可能性がある。
【００１１】
制御可能に曲げ可能な細長部材の一例として、エンドエフェクタに関節運動（即ち、手首状の巧みな動き、つまり２軸回転）を与えることが可能なマルチリンク蛇状ジョイント（エンドエフェクタジョイントとも呼ばれる）がある。それらのリンクの幾つか又は全てと結合された２本以上のケーブル（ケーブルのペアを含む）によって、曲がる動きを制御することが可能である。エンドエフェクタとしては、医療器具及び非医療器具の把持器、プローブ、プライヤ、小型のはさみ、光源、カテーテルなどのうちの１つ以上があってよい。そのような器具は、リーチ及び作業空間を与える、エンドエフェクタ領域における広い角度範囲の回転の恩恵が得られる。エンドエフェクタは、用途に応じて、１方向（例えば、ピッチ又はヨー）にのみ、或いは直交する２方向（例えば、ピッチ及びヨー）に関節運動をしてよい。
【００１２】
直交する２つの回転を可能にするエンドエフェクタジョイント設計の一例としてマルチリンクエンドエフェクタジョイントがあり、これは、２つの所望の手首状回転（例えば、ピッチ及びヨー）を与えるピボットの交互配列を有するリンク、又はディスク、又は要素、又はリンク要素を含み、これを図７に示す。この例では、エンドエフェクタの各回転方向ごとにケーブルのペア（７１９、７１９’及び７２１、７２１’）が使用されており、これらのケーブルがリンクの周辺部の穴７２９、７３１などを通り抜けることにより、２つの回転（例えば、ピッチ及びヨー）を有するエンドエフェクタジョイントが実現される。連続的に連結された複数の要素を含む、このようなエンドエフェクタジョイントは、蛇のように巧妙に動くことが可能であってよい為、「蛇状ジョイント」と呼ばれることがある。同様に、複数のリンク要素が単軸ピボットでのみ連続的に接続されている場合（全てが１方向にのみ並んでいる場合）、結果として得られる機器は、図８Ａに示されるように、単一平面内でエンドエフェクタ回転機能を有する。この例では、「基部リンク」２０３が器具（例えば、医療機器又はロボットアーム）の先端又は端部に取り付けられる。「端部リンク」２０５がエンドエフェクタ（例えば、把持器、照明など）に接続されることによって、エンドエフェクタに所望の関節運動機能が与えられてよい。７１９、７１９’、７２１、及び７２１’などの駆動ケーブルは、端部リンクにおいて取り付け／終端されるが、それ以外のリンクでは穴を通り抜ける。
【００１３】
図８Ａ及び図８Ｂは、上述したケーブルのたるみの問題を示している。エンドエフェクタ機器を形成する要素又はリンクが、全て１方向にのみ並んでいる単軸ピボットで連続的に連結されている場合、エンドエフェクタの回転は単一方向（ピッチ又はヨー）に限定される。或いは、関節運動をする機器を形成する要素が、互いに垂直な交互の回転軸を有するピボットで連続的に連結されている場合、エンドエフェクタ回転機能は、図７に示したように、２つの回転方向（ピッチ及びヨー）において可能であってよい。或いは、エンドエフェクタジョイントを形成する要素が、（例えば、ボールソケットジョイントで）連続的に連結されてよく、これによって、エンドエフェクタの３つの回転（ピッチ、ヨー、及びロール）が実現される。これら全ての場合において、エンドエフェクタジョイントは、幾つかの設計上の難題を投げかける。一例として、（例えば、図８Ａ及び図８Ｂに示されるような）任意の平面内での回転の為には、関連付けられた作業範囲内で端部リンクの広範囲の回転運動が可能になるように、複数のリンク及びピボットを使用することが望ましいであろう。更に、複数のリンク及びピボットジョイントを使用することにより、リンク／ジョイントごとの回転が小さくなり、結果として、製造及び組み立てがより現実的であって、より小さなサイズ規模で動作可能な設計になる可能性がある。しかしながら、この設計は、本質的に、上述の、エンドエフェクタの回転を駆動する為に使用されるケーブルにたるみが発生することに関連する問題が起きやすい。図８Ａ及び図８Ｂに示されるように、関節の幾何学的形状又は運動学によれば、プーリを回転させて、第１のケーブル２０７が機器を左に曲げるように作用させると、左側において解放されるケーブル２０７の量は、右側において引き込まれるケーブル２０９の量より大きい可能性があり、ケーブルの弾性伸びが無視される場合でもその可能性がある。
【００１４】
そのようなマルチリンクエンドエフェクタジョイントが、関連付けられた伝動ケーブルの入力端部（即ち、マスタ端部、ユーザ端部、又は操縦端部）において、駆動プーリによって（手動、機械、又はモータなどによって）作動する場合、これによって典型的に発生する状況では、図９Ａ及び図９Ｂに示されるように、左側のケーブル３０７がぴんと張られたままである一方で、右側のケーブル３０９にはたるみが発生する。この状況は、図９Ｂに示されるように、駆動プーリが反時計回り（ＣＣＷ）に回転して、エンドエフェクタが左に回転する場合に起こる可能性がある。エンドエフェクタが右方向に作動すると（即ち、プーリを時計回りに回転させると）、この状況は反転する可能性があり、右側のケーブル３０９がぴんと張られ、左側のケーブル３０７がたるむことになる。
【００１５】
概して、この問題に対してはシンプルな解決策を与えることが望ましいであろうし、特に、追加センサ、又は動力アクチュエータ（例えば、電動モータ、空気圧モータ、又は油圧モータ）、又は電子／コンピュータ制御の使用を必要としない機械式の解決策を与えることが望ましい。そこで、本明細書では、たるみ取り要素を組み込むか、且つ／又はこれと一体化される張力調整プーリであって、幾何学的／運動学的理由（例えば、マルチリンクエンドエフェクタジョイントを駆動する場合）、或いは弾性的理由（例えば、ケーブル及び／又は他の伝動要素のコンプライアンス）に起因するたるみが発生しうるケーブルベースの伝動システムにおける上掲の問題に対処しうる張力調整プーリを含む装置について説明する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本明細書では、少なくとも１つのプーリを有する伝動システムのケーブルのたるみを補償する装置及び方法について説明する。具体的には、これらの装置及び方法は、ケーブルに作用しているプーリの回転に関係している、そのケーブルに張力をかける（言い換えると、そのケーブルからたるみを除去する）ことによって伝動システムのたるみを補償することが可能である。本明細書に記載のたるみ補償プーリ、及びこれらを含む装置は、これがない場合にはたるむであろうケーブル部分が取る経路を、プーリボディ上のケーブルの巻き角度を増やすことによって長くすることが可能である。本明細書に記載のたるみ補償プーリ装置は、概して、表面にケーブルがある巻き角度で巻き付くことが可能なプーリボディと、プーリボディとともに回転して、プーリボディが回転したときにケーブルに張力をかけるたるみ取り面と、を含んでよい。たるみ取り面は、プーリボディから延びて、プーリボディとともに回転する支持物の一部であってよく、或いはこの支持物に取り付けられてよい。プーリボディが回転したときに、たるみ取り面を、プーリボディから出て延びるケーブル部分に押し当てるように駆動することにより、プーリボディに巻き付くケーブルの巻き角度が増え、このケーブル部分のたるみを低減又は除去することが可能である。本明細書に記載のたるみ補償プーリは、１つ以上（例えば、２つ、３つなどであるが、好ましくは２つ）のたるみ取り面を含んでよい。従って、たるみ補償プーリは、１つ以上のたるみ取り面を含んでよく、これらのたるみ取り面は、たるみ補償プーリのプーリボディとともに回転し、ケーブルの一部分を偏向させてケーブル経路を長くし、これによって、プーリボディに巻き付くケーブルの巻き角度を増やす。これは、たるみ補償プーリがたるみ補償プーリの回転軸の周りを第１の方向に回転する場合に行われ、その逆の方向に回転する場合には行われない。たるみ補償プーリが逆方向に回転すると、たるみ取り面はケーブルから引き離されることになり、これによって、プーリボディに巻き付くケーブルの巻き角度が減り、プーリボディから出ていくケーブルが取る経路長が減る。
【００１８】
本明細書に記載の装置は、たるみ補償伝動装置などのたるみ補償プーリ装置、即ち、たるみ補償伝動装置を含む装置を含む機器及び／又はシステムとして構成されてよい。特に、本明細書では、たるみ補償伝動装置を有する最小侵襲器具（例えば、最小アクセス器具）について説明する。
【００１９】
本明細書に記載の装置はいずれも、ケーブルを含んでよい。ケーブルは、たるみ補償プーリに巻き付けられてよく、具体的には、たるみ補償プーリのプーリボディ部分に、ある巻き角度で巻き付けられてよい。ケーブルは、プーリ上で感知できるほど滑ることがないように、摩擦又は固定具によりプーリボディに保持されてよい。本明細書では、ケーブルは、任意の細長可撓部材であってよく、例えば、ワイヤ、ロープ、ストランド、フィラメント、ストリップ、リボン、糸、アクチュエートケーブル、テンドン、プルワイヤなどであってよい。プーリボディ上のケーブルの巻き角度は、一般に、３６０度未満である（例えば、ケーブルは、プーリボディの全周に巻き付くわけではない）。例えば、プーリが作動していないときのケーブルボディの巻き角度は、３６０°未満（例えば、３５９°未満、３４０°未満、３２０°未満、３００°未満、２８０°未満、２６０°未満、２４０°未満、２２０°未満、２００°未満、１８０°未満、１６０°未満、１４０°未満、１２０°未満、１００°など、或いは１°から３５９°の間など）であってよい。たるみ取り面をプーリボディと同じ方向に回転させると巻き角度が増える様子を、図１９Ａ及び図１９Ｂに示す。これについては後で詳しく説明する。この例では、駆動プーリ１９３１を回転させる前のプーリボディ上のケーブルの巻き角度１９５６は、図１９Ａにおいて約１８０度として示されている。図１９Ｂに示されるように、たるみ補償プーリを時計回りに回転させると、第１のたるみ取り面がケーブルに押し当てられるように駆動され、巻き角度１９５６’が、ここでは約２１０度まで増えるように示されている。
【００２０】
例えば、本明細書では、伝動システムの為のたるみ補償プーリ装置について説明する。たるみ補償プーリ装置は、プーリボディと、プーリボディの表面に沿うケーブルトラックであって、ケーブルがある巻き角度で巻き付くことが可能なケーブルトラックと、プーリボディから延びる支持物と、支持物上のたるみ取り面であって、一ケーブル部分がプーリボディとたるみ取り面との間を延びることが可能なように、たるみ取り面は、プーリボディの表面の半径方向外側に配置され、プーリボディが第１の方向に回転すると、支持物及びたるみ取り面は、プーリボディとともに回転して、プーリボディ上のケーブルの巻き角度を増やすことによって、ケーブルのたるみを除去する、たるみ取り面と、を含んでよい。
【００２１】
従って、本明細書に記載のたるみ補償プーリはいずれも、１本以上のケーブルを介して動き（例えば、回転運動）を伝動する伝動装置とともに（又はその伝動装置の一部として）使用されてよく、プーリの動作時にその１本以上のケーブルのたるみを除去又は低減することが可能である。例えば、たるみ補償伝動装置は、たるみ補償プーリがケーブルに作用する際にケーブルのたるみを除去する為に、たるみ補償プーリと結合されたケーブルを含んでよい。たるみ補償プーリは、概して、１つ以上のたるみ取り面を含み、これらのたるみ取り面は、たるみ補償プーリのプーリボディとともに回転し、ケーブルを偏向させてケーブル経路を長くし、プーリボディに巻き付く巻き角度を増やす。これは、たるみ補償プーリがプーリの回転軸の周りを第１の方向に回転する場合に行われ、その逆の方向に回転する場合には行われない。たるみ補償プーリが逆方向に回転すると、たるみ取り面はケーブルから引き離され、これによって、プーリボディから出ていくケーブルが取る経路長が元に戻るか減り、巻き角度が減る。なお、プーリボディが回転して、たるみ取り面をケーブルから引き離す場合、たるみ取り面は、（後述されるように）ケーブルから完全に引き離されなくてもよく、或いは、公称経路に戻らなくてもよく、ケーブルに押し当てられたままでよい。しかしながら、変形形態によっては、たるみ取り面は、ケーブルから完全に引き離される。
【００２２】
プーリボディは、任意の適切な形状であってよく、例えば、円形、楕円形、オウムガイ形、三日月形、半円形などであってよい。例えば、プーリボディは、（例えば、断面が円形である）円筒状であってよく、或いは、断面が非円形（例えば、オウムガイ形、楕円形、涙滴形、Ｃ字形など）であってよい。プーリボディは、ケーブルの為のチャネル又は経路、及び／又はケーブルの端部との接続を含んでよい。概して、プーリボディの、ケーブルトラックを形成する部分は、連続的であり、湾曲していてよい。この部分は、プーリボディの外側表面上にあってよく、例えば、プーリボディの外周部の一部分の周りにあってよい。ケーブルトラック部分は、プーリボディの全周にわたって延びてよく、或いは、より典型的には、プーリボディの外周の一部分のみにわたって延びてよい。
【００２３】
ケーブルトラックは、たるみ補償プーリの動作中にケーブルを保持することが可能な経路、チャネル、又は領域をプーリボディ上に含んでよい。ケーブルは、プーリボディの回転によって引っ張られることが可能なように、ケーブルトラック上に保持されてよい。ケーブルトラックは、プーリボディの外側表面上にあってよい。例えば、ケーブルトラックは、プーリボディの外側表面上にあってよい。例えば、プーリボディの形状が円形又は半円形である場合、ケーブルトラックは、その円形又は半円形の形状の外側表面にわたって延びてよい。変形形態によっては、その表面は内側であるか、部分的に覆われてよい。
【００２４】
上述のように、典型的には、支持物が、プーリボディと一緒に回転するように、プーリボディと結合される。支持物は、取り付けられたたるみ取り面以外のプーリボディに対してケーブルが取る経路を横切ったり、これにぶつかったりせずに、プーリボディから延びるアーム又はプレートであってよい。たるみ補償プーリは１つ以上（例えば、２つ）のたるみ取り面を含んでよく、複数のたるみ取り面がある場合には、各たるみ取り面は、同じ支持物に取り付けられてよく、或いは別々の支持物に取り付けられてよい。支持物は、剛体的であっても可撓であってもよい。具体的には、支持物は、ばねや弾性体のような付勢要素を含んでよく、或いはこの付勢要素であってよい。支持物が付勢要素を含む場合（又は全体として付勢要素である場合）、たるみ取り部分は、ケーブルの偏向、及び回転位置に基づいて適応又は適合されてよい。支持物（例えば、延長部、アームなど）は、プーリボディとともに剛体的に動いてよく、或いはプーリボディに対して相対的に屈曲又は湾曲してよい。例えば、アームは、プーリボディとともに回転したときにケーブル部分（区間）に変化する力をかけるように、ばね式であってよい。
【００２５】
たるみ取り面は、支持物と一体化された一部分であってよく、或いは支持物とは別個であって支持物に接続されてよい。例えば、たるみ取り面は、低摩擦面であってよい。低摩擦面は、被膜、被覆などを含んでよい。低摩擦面は、滑らかであってよく、且つ／又は、ケーブルが当たって自由に滑ったり動いたりすることが可能なホイールなどの可動部材を含んでよい。たるみ取り面は、支持物から突き出てよく、或いは支持物の一領域であってよい。後で説明及び図示するように、たるみ取り面は、支持物の一部分（例えば、内側表面又は外側表面）であってよく（例えば、後で詳述する図１３Ａ〜１３Ｂ及び図１４Ａ〜１４Ｂを参照されたい）、例えば、第１のアームによって形成されるループの中にあってよい。
【００２６】
たるみ取り面は、概して、プーリボディの外側表面（ケーブルトラック面）から離れて配置されてよく、例えば、プーリボディのケーブルトラックの半径より大きい半径で配置されてよい。たるみ取り面は、プーリがニュートラル位置にあるときにケーブルと接触しないように（且つ／又はケーブルを変位させないように）支持物によって保持されてよい。プーリボディが回転軸の周りを適切な方向（例えば、時計回り又は反時計回り）に回転すると、ケーブルがプーリボディの表面（例えば、ケーブルトラック）を離れる際に、たるみ取り面がケーブルの経路に入っていって、ケーブルを公称経路から偏向させてよく、これにより、より長いケーブル経路が形成され、プーリボディに巻かれているケーブルの巻き角度が増え、ケーブルのたるみが取られるように、たるみ取り面が配置されてよい。
【００２７】
概して、たるみ取り面は、たるみ取り面と回転軸との間の、プーリボディの外周部の一領域より、回転軸から半径方向のより外側に配置される。プーリボディから離れるケーブル部分は、プーリボディの外周部のその領域とたるみ取り面との間を通ってよい。たるみ取り面とプーリボディの外側表面（ケーブルトラックの一部であってよい）との間には最小限の空間があればよい。ケーブルはプーリボディの外径とたるみ取り面との間に位置しうるので、この最小限の空間は、ケーブルの直径より大きくなければならない。
【００２８】
動作時には、たるみ取り面は、プーリが第１の方向に回転したときに、プーリボディを離れてくる（例えば、プーリボディ上のケーブルトラックを離れてくる）ケーブル部分の経路を偏向させることにより、プーリの一方の側のケーブル部分のたるみを除去することが可能であり、この偏向により、プーリボディに巻き付くケーブルの巻き角度が増え、更に、プーリ経路から出るケーブルが取る経路が長くなる。プーリを逆方向に回転させると、プーリボディから出ていくケーブルが取る経路の長さを減らすことが可能である。ケーブル経路は、プーリボディとターゲットとの間の公称経路長より長くなるとされてよく、ターゲットとして、例えば、従動（例えば、被動）プーリ又はギヤ、アクチュエータ、機械式スライダなど、或いはアイドラなどのような中間構造物がある。従って、ケーブルが別の構造物と接触せずに移動する経路は、たるみ取り面がケーブルを偏向させているときのほうがそうでないときより長くなることになり、これによって、ケーブル、即ち、偏向されているケーブル部分のたるみが低減される。
【００２９】
これらの変形形態のいずれにおいても、たるみ補償プーリ装置は、第２のたるみ取り面を含んでよい。第２のたるみ取り面も、第２のケーブル部分がプーリボディと第２のたるみ取り面との間を延びることが可能なように、プーリボディの表面の半径方向外側に配置されてよい。概して、プーリボディが第２の方向に回転すると、第２のたるみ取り面もプーリボディとともに回転して、ケーブルのたるみを除去及び／又は低減する。例えば、たるみ補償プーリ装置は、第２のたるみ取り面を支持物（第１のたるみ取り面と同じ支持物、又は別個の支持物）上に含んでよく、第２のたるみ取り面は、第２のケーブル部分がプーリボディと第２のたるみ取り面との間を延びることが可能なように、プーリボディの表面の半径方向外側に配置されてよく、プーリボディが第２の方向に回転すると、支持物と第２のたるみ取り面がプーリボディとともに回転して、ケーブルのたるみを除去及び／又は低減する。
【００３０】
本明細書に記載のたるみ補償プーリ装置はいずれも、プーリボディの表面にケーブルを含んでよい。ケーブルは、プーリボディの第１の側においてプーリボディの表面と接する第１のケーブル経路に延びる第１のケーブル部分を有してよく、たるみ取り面がプーリボディとともに回転軸の周りを第１の方向に回転すると、たるみ取り面は、プーリボディの第１の側において第１のケーブル部分に当たっていくように駆動されてよく、第１のケーブル部分を第１のケーブル経路からより長いケーブル経路へと偏向させ、プーリボディがその回転軸において第２の方向に回転すると、たるみ取り面は、プーリボディの第１の側において第１のケーブル部分から引き離されてよく、これによってケーブル経路が短くなる。
【００３１】
概して、たるみ取り面は、支持物の一部分であってよく、或いは支持物に取り付けられてよい。例えば、支持物は、ケーブルトラックを通る平面に平行に、且つこの平面からオフセットしてプーリボディから延びるプレートを含んでよい。支持物は、プーリボディの周りのケーブルトラックの平面内に延びる突起を含んでよく、たるみ取り面は、この突起の一部分であってよく、或いはこの突起と結合されてよい。変形形態によっては、この突起は、プーリボディから延びるアーム又はウイングであり、たるみ取り面は、ケーブルに面するアーム又はウイングの一部分であるか、このアーム又はウイングと結合されている。変形形態によっては、たるみ取り面は、支持物によって形成されるループの内側表面である。
【００３２】
概して、支持物は、プーリボディとともに剛体的に動くように構成されてよいが、変形形態によっては、支持物は、ケーブルからたるみ取り面に力がかかった場合に、たるみ取り面がプーリボディに対して偏向することを可能にするように構成された付勢要素を含む。
【００３３】
たるみ補償プーリ装置は、プーリボディと、ケーブルが巻き付くことが可能な、プーリボディの表面に沿うケーブルトラックと、ケーブルトラックを通る平面に平行に、且つこの平面からオフセットしてプーリボディから延びるプレートを含む支持物と、たるみ取り面を含む突起であって、この突起は支持物から延びており、一ケーブル部分がプーリボディとたるみ取り面との間を延びることが可能なように、たるみ取り面は、プーリボディの表面の半径方向外側に配置され、プーリボディが第１の方向に回転すると、支持物及びたるみ取り面は、プーリボディとともに回転して、ケーブルが取る経路を長くすることによって、ケーブルのたるみを除去及び／又は低減する、突起と、を含んでよい。
【００３４】
たるみ補償プーリ装置は第２のたるみ取り面を含んでよく、第２のたるみ取り面は、第２のケーブル部分がプーリボディと第２のたるみ取り面との間を延びることが可能なように、プーリボディの表面の半径方向外側に配置され、プーリボディが第２の方向に回転すると、第２のたるみ取り面がプーリボディとともに回転して、ケーブルトラックから出るケーブルが取る経路を長くして、プーリボディ上のケーブルの巻き角度を増やすことによって、ケーブルのたるみを除去及び／又は低減する。
【００３５】
伝動システムの為のたるみ補償プーリ装置は、回転軸を有するプーリボディと、ある巻き角度でプーリボディの外側表面に巻き付けられたケーブルであって、プーリボディの第１の側においてプーリボディの外側表面に接する第１のケーブル経路に延びる第１のケーブル部分を有するケーブルと、プーリボディから延びる支持物と、支持物上のたるみ取り面であって、たるみ取り面がプーリボディとともに回転することにより、プーリボディが回転軸の周りを第１の方向に回転すると、たるみ取り面は、第１のケーブル部分に押し当てられるようにように駆動され、第１のケーブル部分を第１のケーブル経路からより長い経路へ偏向させ、プーリボディの巻き角度を増やしてたるみを除去し、プーリボディが回転軸において第２の方向に回転すると、たるみ取り面は、第１のケーブル部分がより短いケーブル経路を通って移動してプーリボディの巻き角度を減らすように、第１のケーブル部分から引き離される、たるみ取り面と、を含んでよい。
【００３６】
プーリボディは、駆動プーリボディを意味してよい（ただし、実施例によっては、第２のたるみ補償プーリ装置が、ケーブルによって駆動プーリとつながれた従動プーリに組み込まれてよい）。
【００３７】
本明細書では、プーリボディの最上部は、概して、プーリボディにつながっているケーブルの移動方向にあって、２本のケーブルがプーリボディを包んでいる（又はプーリボディから延びている）場合にそれらのケーブルによって投影される角度を二分する線が通る、プーリボディ上の点を意味する。例えば、図１９Ｃ〜１９Ｅを参照されたい。これらの例では、各プーリボディの最上部は、プーリボディにつながっているケーブルの方向に基づいて決定される。ケーブル間の角度β（例えば、図１９Ｃ及び１９Ｄを参照）は、各ケーブルがプーリボディに近づく際の各ケーブルの方向に線を投影することによって見いだすことが可能である。この角度（β）を二分する線と、プーリの、ケーブルが延びる方向に面する側のプーリボディの外側表面との交点が、プーリボディの「最上部」である。図１９Ｅに示されるように、ケーブルがプーリボディから平行に延びる場合の最上部は、線１９０５及び最上点１９０３で示される、ケーブルの方向に面する方向の外側表面上の、ケーブル間の中間点である。
【００３８】
例えば、図１Ａでは、最上部１５１は、ダイヤル部材によって示されている（これは、全ての実施形態において、実際には存在しなくてよい）。この例では、回転中心１６１から最上部１５１に延びる線が両ケーブル３０７、３０９と平行である。
【００３９】
本明細書に記載のたるみ補償プーリ装置の例の多くは概して対称形であるが（例えば、プーリボディにおいて経路がつながる２本のケーブルの間の二分線に対応してよい対称軸を含む対称形であるが）、これらは対称形である必要はなく、例えば、プーリの最上部と中心（及び／又は回転軸）を通るこの対称軸に関して対称でなくてよい。実施例によっては、装置が２つの支持物を有する場合、これらの支持物は形状及び／又は位置が異なってよく、且つ／又は、たるみ取り面は、互いに対して相対的な形状及び／又は位置が異なってよい。更に、変形形態によっては、装置は、一方の側（例えば、一方のケーブル部分）にのみ作用する為にたるみ補償部材を１つだけ含み、反対側のケーブルは補償されなくてよい。
【００４０】
本明細書に記載のたるみ補償プーリ装置のいずれにおいても、装置は、１つの支持物又は一対の支持物によって保持可能な複数のたるみ取り面を含んでよい。例えば、伝動システムの為のたるみ補償プーリ装置は、プーリボディと、プーリボディの周囲にあって、ケーブルを保持するように構成されたケーブルトラックと、プーリボディから延びる第１の支持物と、プーリボディから延びる第２の支持物と、第１の支持物上にあって、プーリボディのケーブルトラックから半径方向にオフセットされている第１のたるみ取り面であって、ケーブルがケーブルトラック上にあってプーリボディが反時計回りに回転すると、プーリボディとともに回転してケーブルのたるみを除去及び／又は低減する第１のたるみ取り面と、第２の支持物上にあって、プーリボディのケーブルトラックから半径方向にオフセットされている第２のたるみ取り面であって、ケーブルがケーブルトラック上にあってプーリボディが時計回りに回転すると、プーリボディとともに回転してケーブルのたるみを除去及び／又は低減する第２のたるみ取り面と、を含んでよい。
【００４１】
上述のように、第１及び／又は第２のたるみ取り面の為の１つ以上の支持物は、概して（直接又は間接的に）プーリボディに結合されており、これによって、支持物及びたるみ取り面はプーリとともに回転する。従って、支持物は、所定の回転範囲（典型的には±９０度の範囲）にわたってプーリボディとともに回転するように、プーリボディと剛体的に結合されてよい。支持物は、プーリボディのアーム、ウイング、又は延長部であってよく、或いはプーリボディから延びる平面、表面、フランジ、又はボードであってよい。この支持物は、剛体的であっても可撓であってもよい。支持物は、プーリボディの全体又は一部の周りのディスク又はリング（円環）であってよい。例えば、支持物がプーリボディの周りのリング又はディスクを含む場合、支持物は、プーリボディの周りのケーブルトラックにほぼ平行であってケーブルトラックからオフセットされている平面として延びてよい。
【００４２】
支持物は、典型的には、プーリボディとともに回転するが、プーリボディの外側表面上のケーブル経路を変化させないように、プーリボディから延びてよい。例えば、支持物は、プーリボディの最上部から延びてよい。変形形態によっては、プーリボディの外側表面上のケーブルのケーブルトラックは、プーリボディの周りに延びて、支持物（例えば、第１の支持物）の開口部を通り抜ける。支持物は、プーリボディの外側表面に対して半径方向外側に延び、プーリボディとともに回転するように構成された延長部、ウイング、アーム、プレート、リングなどであってよい。
【００４３】
概して、プーリボディによって動作するケーブルにたるみ補償（例えば、張力）を与えるたるみ取り面は、タブ、ローラ、ペッグ、ピンなどであってよい。概して、これらのたるみ取り面は、ケーブルと相互に作用する為に表面が比較的低摩擦であってよい。例えば、たるみ取り面は、平滑であってよく、且つ／又は摩擦を最小化する処理がなされていてよい（例えば、プーリボディの動作によってケーブルがたるみ取り面に押し当てられて動く可能性がある為、ケーブルとたるみ取り面との間の抵抗を最小化する処理がなされてよい）。変形形態によっては、たるみ取り面は、ローラ（例えば、転がり面）であり、これは、たるみ取り面がケーブルの動く方向に転がることを可能にする。たるみ取り面は、剛体的な接続によって、或いは、コンプライアント接続及び／又は付勢接続（例えば、ばねなど）によって、支持物と接続されてよい。変形形態によっては、支持物自体がコンプライアントであり、ばね状特性を有する。従って、たるみ取り面及び／又は支持物を含むたるみ補償要素は、プーリボディが回転して、たるみ取り面をケーブルに向けて駆動する際に、ケーブルにかかる力の大きさを制限することが可能である。
【００４４】
たるみ取り面は、概して、プーリボディより半径方向外側に位置するように（例えば、プーリボディの外側表面から幾らかの所定の距離内に位置するように（例えば、外側表面をわずかに超える距離から、プーリボディの半径の倍数（例えば、０．１倍、０．２倍、０．３倍、０．４倍、０．５倍、１倍、１．５倍、２倍、２．５倍、３倍、４倍、５倍など）の距離の間で位置するように）、支持物によって保持される。たるみ取り面は又、概して、プーリボディの周りの、プーリボディから延びるケーブルの経路内に（又は経路に隣接して）配置され、プーリボディの回転中心及び最上部に対して約０度から約９０度（又は−９０度）の角度で外側表面の周りに配置されてよい。例えば、たるみ取り面は、第１のたるみ取り面及び中心点から延びる線とプーリボディの最上部から延びる線の間の角度の中に配置されてよく、中心点は、約５度から約９０度の間、約１０度から約９０度の間、約１５度から約９０度の間、約２０度から約９０度の間、約２５度から約９０度の間などにあってよい。
【００４５】
ケーブルは、プーリボディの外側表面上のケーブル接触点において最初にプーリボディと接触することが可能である。図１９Ｂは、各ケーブル部分１９２１、１９２２の接触箇所を示す。ケーブルは、一旦プーリボディに載ると、外側表面（例えば、溝、リップ、リム、ストリップなど）にもたれかかることが可能であり、この面からケーブルボディに巻き付いたり離れたりすることが可能である。概して、たるみ補償装置は、支持部材がプーリボディ上のケーブルの動きを妨げないように、従って、プーリボディ上のケーブルのケーブルトラックから離れていることが可能なように（且つ／又は支持物を貫通する開口部又は経路を含むことが可能なように）構成される。
【００４６】
更に本明細書では、伝動システムのたるみを除去する方法についても説明する。方法は、本明細書に記載のいずれの装置を使用してもよい（同様に、装置は、本明細書に記載のいずれの方法を実施するように構成されてもよい）。概して、方法は、プーリによって作用されるケーブル部分のたるみを除去するステップを含んでよく、このステップは、例えば、たるみ取り面を使用してたるみ補償プーリのプーリボディの出ていく側のケーブルを変位させることによって行われ、これによって、そのケーブルの長さ方向に張力を発生させることが可能であり、プーリボディに巻き付くケーブルの巻き角度を増やすことが可能である。たるみ取り面によってケーブルに与えられる変位の量（従って、ケーブルから除去されるたるみの量）は、プーリボディの回転の関数であってよい。具体的には、たるみ取り面によってケーブルに与えられる、たるみを除去する変位は、たるみ取り面、及び／又はたるみ取り面が取り付けられる支持物（例えば、ディスク、リング、アームなど）の回転の関数であってよい。
【００４７】
例えば、本明細書では、伝動システムのケーブルのたるみを除去する方法を説明しており、この方法は、回転方向に引かれるように、たるみ補償プーリを回転軸の周りに第１の回転方向に回転させるステップを含み、たるみ補償プーリをその回転方向に回転させると、たるみ補償プーリのボディに接続された第１のたるみ取り面が回転軸の周りを回転して、第１のたるみ取り面が、第１のケーブル部分に押し当てられるように駆動されて、第１のケーブル部分のたるみが除去される。
【００４８】
上述のように、プーリボディによって作用される様々なケーブル部分のたるみを除去することが可能である。各ケーブル部分は、１本のケーブルの一部分であってよく、或いは別々のケーブルの一部分であってよい。例えば、伝動システムのケーブルのたるみを除去する方法は、たるみ補償プーリのプーリボディの外側表面に沿うケーブルトラックにあるケーブルが時計回りに引かれるように、たるみ補償プーリを、回転点を通る回転軸の周りに時計回りに回転させるステップであって、たるみ補償プーリを時計回りに回転させると、たるみ補償プーリのボディに接続された第１のたるみ取り面が回転軸の周りを回転して、第１のたるみ取り面が第１のケーブル部分に押し当てられるように駆動されて、第１のケーブル部分のたるみが除去される、時計回りに回転させる上記ステップと、たるみ補償プーリのボディに沿うケーブルトラックに保持されているケーブルが反時計回りに引かれるように、たるみ補償プーリを反時計回りに回転させるステップであって、たるみ補償プーリを反時計回りに回転させると、たるみ補償プーリのボディに接続された第２のたるみ取り面が回転軸の周りを回転して、第２のたるみ取り面が第２のケーブル部分に押し当てられるように駆動されて、第２のケーブル部分のたるみが除去される、反時計回りに回転させる上記ステップと、を含んでよい。
【００４９】
本明細書に記載の方法はいずれも、プーリボディ、プーリボディから延びる支持物、及び支持物上のたるみ取り面を有し、プーリボディの外側表面に沿ってケーブルが移動するたるみ補償プーリを使用して、伝動システムのケーブルのたるみを除去する方法であってよい。例えば、方法は、たるみ補償プーリを回転軸の周りに第１の方向に回転させることによって、たるみ取り面がプーリボディとともに回転軸の周りを第１の方向に回転し、たるみ取り面を、プーリボディから出て延びる前記ケーブルの第１の部分に押し当てるようにように駆動して、ケーブルの第１の部分が取る経路が、プーリボディから出て延びるにつれて、より長くなるように、ケーブルの第１の部分を偏向させるようにするステップと、たるみ補償プーリを回転軸の周りに第２の方向に回転させることによって、たるみ取り面がプーリボディとともに回転軸の周りを第２の方向に回転し、たるみ取り面をケーブルの第１の部分から引き離して、前記第１のケーブル部分が取る経路が、前記プーリボディから出て延びるにつれて、より短くなるようにするステップと、を含んでよい。
【００５０】
たるみ補償プーリを第２の方向に回転させる上記ステップは、第２のたるみ取り面をプーリボディとともに回転させ、第２のたるみ取り面を、プーリボディの第２の側において第２のケーブル部分に押し当てるようにように駆動し、第２のケーブル部分を第２のケーブル経路から偏向させて、第２のケーブル部分が取る経路を長くし、第２のケーブル部分のたるみを低減することを含んでよい。
【００５１】
概して、たるみ補償プーリによってケーブルのたるみを除去する、本明細書に記載の方法はいずれも、任意のケーブル駆動器具（例えば、腹腔鏡などの最小アクセス器具、ケーブル駆動又はテンドン駆動の内視鏡など）を作動させる方法の一部として用いられてよい。例えば、本明細書に記載の方法はいずれも、たるみ補償プーリの回転に応じてエンドエフェクタ（例えば、マルチリンクエンドエフェクタジョイント）を作動させることに用いられてよい。
【００５２】
プーリボディと、プーリボディから延びる支持物と、支持物上の第１のたるみ取り面と、支持物上の第２のたるみ取り面とを有し、プーリボディの外側表面に沿ってケーブルが移動するたるみ補償プーリを使用して、伝動システムのケーブルのたるみを除去する方法が、たるみ補償プーリを回転軸の周りに時計回り方向に回転させることにより、第１のたるみ取り面がプーリボディとともに回転軸の周りを時計回り方向に回転し、第１のたるみ取り面をケーブルの第１の部分に押し当てるようにように駆動し、第１のケーブル部分を偏向させて、プーリボディから出ていく第１のケーブル部分が取るケーブル経路を長くしてたるみを低減するようにするステップと、たるみ補償プーリを回転軸の周りに反時計回り方向に回転させることにより、第２のたるみ取り面がプーリボディとともに回転軸の周りを反時計回り方向に回転し、第２のたるみ取り面を第２のケーブル部分に押し当てるようにように駆動し、第２のケーブル部分を偏向させて、プーリボディから出ていく第２ケーブル部分が取るケーブル経路を長くしてたるみを低減するようにするステップと、を含んでよい。
【００５３】
記載された装置及び方法のいずれにおいても、たるみ補償プーリは、装置の動作前、動作中、又は動作後にはニュートラル位置に置かれてよい。変形形態によっては、ニュートラル位置は、第１及び第２のたるみ取り面が、それぞれ第１及び第２のケーブル部分にかすかに触れている（即ち、ほとんど接触していない）ときであってよい。変形形態によっては、ニュートラル位置は、ケーブルがたるみ取り面と接触していないときを含んでよい。例えば、たるみ補償プーリは、第１のたるみ取り面も第２のたるみ取り面も第１のケーブル部分にも第２のケーブル部分にも接触していないニュートラル位置で保持されてよい。これらのたるみ取り面は、たるみ補償プーリの有限の時計回り又は反時計回りの回転の後にのみ、ケーブルと接触する。しかしながら、変形形態によっては、ニュートラル位置で、第１及び第２のたるみ取り面が、それぞれ、第１及び第２のケーブル部分と係合する。言い換えると、ニュートラル位置では、第１のケーブル部分のある部分が第１のたるみ取り面と接触すること、及び／又は第２のケーブル部分のある部分が第２のたるみ取り面と接触することなどがある。
【００５４】
本明細書において与えられた各例における従動プーリ及び駆動プーリは、図面ではほぼ同じ直径であるように示されているが、実際には、これらのプーリは任意の２つの異なるサイズであってよい。更に、本明細書に示された図面は、駆動プーリ上にあるたるみ取り機能、又は駆動プーリの一部として形成されたたるみ取り機能を示しているが、適切なたるみ取り機能を従動プーリ上に含めたり、従動プーリに組み込んだりしてもよい。
【００５５】
又、本明細書に示された各例では完全なプーリが示されているが、実際には、一回りのうちの一部分だけが伝動に関与してよい。そのような場合には、プーリは、完全な円ではなく、パイの一切れのようであってよい。本明細書に記載の方法及び装置は、駆動プーリの回転が１回転に満たない（即ち、３６０度未満、３２０度未満、３００度未満、２８０度未満、２６０度未満、２４０度未満、２２０度未満、２００度未満、そして典型的には１８０度未満である）ケーブル駆動伝動システムに特に適切である。
【００５６】
上述のように、これらの変形形態のいずれにおいても、装置及び方法は、マルチリンクエンドエフェクタジョイントを駆動する伝動システムの一部として用いられてよい。従って、装置はマルチリンクエンドエフェクタジョイントを含んでよく、いずれの方法も、たるみ補償プーリの回転に応じてマルチリンクエンドエフェクタジョイントに関節運動をさせることを含んでよい。
【００５７】
本明細書に記載のたるみ補償プーリ又はたるみ補償伝動装置はいずれも、最小アクセス器具の一部として使用されてよい。最小アクセス器具は、典型的には、動き入力（例えば、入力ジョイント）を有する入力機構又は操縦装置（例えば、ハンドル、ペダルなど）と、動き入力を操縦装置からエンドエフェクタに伝えるケーブル伝動装置とを含む。最小アクセス器具の例として、参照によって全内容が本明細書に組み込まれている米国特許第８，６６８，７０２号に示されているものを挙げることができるが、これらに限定されない。
【００５８】
例えば、本明細書に記載のたるみ補償プーリはいずれも、入力された動きをプーリの作動に変換する入力装置（例えば、入力ジョイント）と結合されてよい。たるみ補償プーリは、入力ジョイントの入力された動きに基づいて回転軸の周りを回転するように、入力ジョイントと結合されてよい。
【００５９】
たるみ補償伝動装置を有する最小アクセス器具は、ハンドルと、近位端及び遠位端を有する器具シャフトであって、器具シャフトの近位端がハンドルと連結されている器具シャフトと、器具シャフトに沿って延び、ケーブルを含む伝動装置と、ハンドルに接続されて、ユーザの手から回転入力を受け取る入力ジョイントと、入力ジョイントと結合されたたるみ補償プーリであって、プーリボディと、プーリボディの表面に沿うケーブルトラックであって、ケーブルがある巻き角度で巻き付くケーブルトラックと、プーリボディから延びる支持物と、支持物上のたるみ取り面であって、たるみ取り面は、ケーブルがプーリボディとたるみ取り面との間を通るように、プーリボディの表面の最寄り領域より半径方向外側に配置され、プーリボディがプーリボディ上のケーブルの巻き角度を増やすことにより第１の方向に回転すると、支持物及びたるみ取り面がプーリボディとともに回転してケーブルのたるみを除去及び／又は低減する、たるみ取り面と、を含むたるみ補償プーリと、器具シャフトの遠位端にあるエンドエフェクタであって、ケーブルはエンドエフェクタと結合されている、エンドエフェクタと、を含んでよい。
【００６０】
たるみ補償プーリは更に、第２のたるみ取り面を含んでよく、第２のたるみ取り面は、ケーブルがプーリボディとたるみ取り面との間を通るように、プーリボディの表面の最寄り領域より半径方向外側に配置され、プーリボディが第２の方向に回転すると、第２のたるみ取り面がプーリボディとともに回転して、第２のケーブル部分のたるみを除去及び／又は低減する。例えば、たるみ補償プーリは又、支持物上に第２のたるみ取り面を含んでよく、ケーブルの第２の部分がプーリボディと第２のたるみ取り面との間を延び、プーリボディが第２の方向に回転すると、支持物及び第２のたるみ取り面がプーリボディとともに回転して、第２のケーブル部分のたるみを除去及び／又は低減する。
【００６１】
ケーブルは、プーリボディの第１の側においてプーリボディの表面と接する第１のケーブル経路に延びる第１のケーブル部分を有してよく、たるみ取り面がプーリボディとともに回転軸の周りを第１の方向に回転すると、たるみ取り面は、プーリボディの第１の側において第１のケーブル部分に当たっていくように駆動され、第１のケーブル部分を第１のケーブル経路からより長いケーブル経路へと偏向させ、プーリボディが回転軸において第２の方向に回転すると、たるみ取り面は、プーリボディの第１の側において第１のケーブル部分から引き離されて、ケーブル経路を短くする。
【００６２】
例えば、最小アクセス器具は、ハンドルと、近位端及び遠位端を有する器具シャフトであって、器具シャフトの近位端がハンドルと連結されている器具シャフトと、器具シャフトに沿って延び、ケーブルを含む伝動装置と、ハンドルに接続されて、ユーザの手から回転入力を受け取る入力ジョイントと、入力ジョイントと結合されたたるみ補償プーリであって、回転軸を有するプーリボディであって、第１のケーブル部分が、プーリボディの第１の側においてプーリボディの外側表面と接する第１のケーブル経路に延びるように、ケーブルがプーリボディの外側表面に巻き付く、プーリボディと、プーリボディから延びる支持物と、支持物上のたるみ取り面であって、プーリボディが回転軸の周りを第１の方向に回転すると、たるみ取り面は、プーリボディの第１の側において第１のケーブル部分に当たっていくように駆動され、第１のケーブル部分を第１のケーブル経路から偏向させてたるみを低減するように、プーリボディとともに回転するたるみ取り面と、を含むたるみ補償プーリと、器具シャフトの遠位端にあるエンドエフェクタであって、ケーブルはエンドエフェクタと結合されている、エンドエフェクタと、を含んでよい。
【００６３】
最小アクセス器具は、ハンドルと、近位端及び遠位端を有する器具シャフトであって、器具シャフトの近位端はハンドルと連結されている、器具シャフトと、器具シャフトに沿って延び、ケーブルを含む伝動装置と、ハンドルに接続されて、ユーザの手から回転入力を受け取る入力ジョイントと、入力ジョイントと結合されたたるみ補償プーリであって、たるみ補償プーリは、プーリボディと、プーリボディとともに回転するたるみ取り面と、を含み、ケーブルは、ある巻き角度でプーリボディの少なくとも一部分に巻き付き、ケーブルはプーリボディとたるみ取り面との間を延び、これによって、プーリボディが第１の方向に回転すると、たるみ取り面はケーブルに当たっていくように駆動されて、プーリボディから出ていくケーブルが取るケーブル経路を長くして、巻き角度を増やすことによって、ケーブルのたるみを除去する、たるみ補償プーリと、器具シャフトの遠位端にあるエンドエフェクタであって、ケーブルはエンドエフェクタと結合されている、エンドエフェクタと、を含んでよい。
【００６４】
概して、ハンドルは、最小アクセス器具を作動させる為の動き入力（例えば、回転入力）を与える為に使用可能な操縦入力装置の一種に過ぎない。上述のように、別の入力装置が使用されてもよく、例えば、ペダルや、体の他の関節（膝、腕、頭部、足など）の動きを追跡する入力装置が使用されてもよい。
【００６５】
本明細書に記載の最小アクセス器具のいずれにおいても、エンドエフェクタはマルチリンクエンドエフェクタを含む。概して、最小アクセス器具のエンドエフェクタは、本明細書では器具シャフトと呼ばれることもあるシャフトによって、操縦入力装置（例えば、ハンドル）と隔てられてよい。シャフトは、典型的には、器具のリーチを延ばす。例えば、シャフトは、ハンドルから遠位方向に延びる細長部材であってよい。器具シャフトは、直接又は間接的にハンドルと連結（例えば、結合）されてよい。例えば、ハンドルは、フレームを介して器具シャフトと間接的に連結されてよく、フレームは、ハンドルがフレームに対して相対的に動くことを可能にする。この相対的な動きが、動き入力として使用されて、入力ジョイントに与えられて、エンドエフェクタに伝えられてよい。
【００６６】
エンドエフェクタは、伝動ケーブルによって作動可能な任意のエフェクタであってよい。例えば、エンドエフェクタは、マルチリンクエンドエフェクタジョイントを含んでよく、これにはマニピュレータ（例えば、クランプ、ペンチなど）が付いても付かなくてもよい。エンドエフェクタは、把持器、はさみ、ねじなどであってよい。
【００６７】
マルチリンク蛇状エンドエフェクタジョイントは、器具又は道具の先端での手首状関節運動が必要とされる様々な用途において使用可能である。手首状関節運動は、器具エンドエフェクタでの巧みな動きを実現する１つ又は２つの手首状回転（例えば、ピッチ及びヨー）を含む。これら全ての場合において、ケーブルを介してシンプルなプーリによって駆動される従来型のマルチリンクエンドエフェクタジョイントによる伝動は、準最適である。駆動プーリは、手動又はモータで回転させてよい。そのような場合の伝動は、エンドエフェクタの回転が駆動プーリの回転によって一意には決定されないという意味で、真に運動学的とは言えない。回転した形態では、エンドエフェクタは、一方向においてのみ剛体的であり、他の方向においては、駆動プーリが固定保持されても、コンプライアント又は軟らかく安定しないままである。これは、マルチリンクエンドエフェクタの構造の幾何学的形状又は運動学に起因するものであり、この場合、駆動プーリが回転すると、クローズドな伝動の一方の側で引っ張られるケーブルの伝動量は、他方の側において解放されるケーブルの伝動量より小さい。本明細書に記載の駆動プーリに付属するたるみ補償機能は、この問題を克服して、マルチリンク蛇状エンドエフェクタをはじめとするあらゆるケーブル伝動システムを格段に効果的なものにすることが可能である。これらのたるみ補償プーリは、本明細書では、たるみ補償プーリ又は張力調整プーリと呼ばれることがある。
【００６８】
本明細書では、（運動学的伝動システムを含むが、これに限定されない）伝動システムのケーブルの張力調整の方法についても説明する。概して、これらの方法は、本明細書に記載のいずれのプーリを使用しても、伝動におけるたるみを補償することが可能であり、特に、１つ以上のケーブルのたるみを低減することにより、可能である。
【００６９】
後述の特許請求の範囲において、本発明の新規な特徴を具体的に説明する。本発明の原理が利用される例示的実施形態を説明する以下の詳細説明と、以下の添付図面とを参照することにより、本発明の特徴及び利点がよりよく理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１Ａ】乃至
【図１Ｂ】駆動プーリ、従動プーリ、及びケーブルを含むケーブル駆動伝動システムの一例を示す図である。図１Ａでは、回転前のニュートラル位置にあるプーリが示されており、図１Ｂでは、反時計回り回転後のプーリが示されている。
【図２Ａ】乃至
【図２Ｂ】別の例のケーブル駆動伝動システムの回転前（図２Ａ）及び回転後（図２Ｂ）の両方を示す図である。図１Ａ及び図１Ｂに示された例と同様に、ケーブルの弾性（例えば、伸び）がたるみの発生につながる可能性がある。
【図３Ａ】乃至
【図３Ｂ】本明細書に記載の装置の一変形形態を示す図であり、これは、駆動プーリから伸びる一対のアーム又はウイングのそれぞれに一対のケーブル接触面を含むたるみ取り面と接続（及び／又は一体化）されたプーリボディを含む。図３Ａは、ニュートラル位置にある装置を示し、図３Ｂは、（例えば、３０度）ＣＣＷ回転した装置を示す。この例では、たるみ取り機能（例えば、各たるみ取り面）はケーブルと接触する摺動面（例えば、低摩擦面）を有する。
【図４Ａ】乃至
【図４Ｂ】ケーブルのたるみをある程度除去する為に、本明細書に記載のたるみ取り面と接続及び／又は一体化されたプーリボディを含む装置の別の変形形態を示す図である。図４Ａでは、装置はニュートラル位置にあり、一方、図４Ｂでは、装置は（回転後の）回転した形態である。この例では、たるみ取り面は、ケーブルとたるみ取り面との間の摩擦を低減することが可能な転がり面を含む。
【図５Ａ】乃至
【図５Ｂ】ケーブルのたるみをある程度除去する為に、本明細書に記載のたるみ取り機能と接続及び／又は一体化されたプーリボディを含む装置の別の変形形態を示す図である。図５Ａでは、装置はニュートラル位置にあり、一方、図５Ｂでは、装置は（回転後の）回転した形態ある。この変形形態のたるみ取り機能（例えば、支持物及びたるみ取り機能）は、ばね要素によって概略的に示されるような荷重付勢を含んでよい。
【図６Ａ】乃至
【図６Ｂ】たるみ取り機能として構成された一対のアームと接続及び／又は一体化されたプーリボディを含む装置の別の変形形態を示す図である。この例では、たるみ取り機能は、（例えば、板ばね状構造を形成する）可撓性材料を含むか、この可撓性材料で一部が形成される。
【図７】蛇状エンドエフェクタジョイントを含む、制御可能に曲げ可能な細長部材の一例を示す図であり、このジョイントは、２つの回転方向（例えば、ピッチ及びヨー）を与えるように、交互のパターンで互いにヒンジ留めされた複数のリンク、又はディスク、又は要素を有する。この例は、「マルチリンクエンドエフェクタジョイント」と呼ばれることもあり、マルチリンクエンドエフェクタの端部リンクに接続されて、他の全てのリンクを通って引き回されているケーブルに張力をかけたり、且つ／又は、そのケーブルから張力を除去したりすることにより、ピッチ方向又はヨー方向（或いはピッチとヨーを組み合わせた方向）に制御可能に曲げることが可能である。３本のケーブルが図示されており（破線）、第４のケーブルは隠れていて見えない。
【図８Ａ】乃至
【図８Ｂ】マルチリンクエンドエフェクタジョイントの端部リンクに接続されて、他の全てのリンクを通って引き回されている一対のケーブルによって関節運動が行われる単一回転方向を有するマルチリンクエンドエフェクタジョイントを含む、例示的な、制御可能に曲げ可能な部材の一変形形態を示す図であり、マルチリンクエンドエフェクタジョイントの曲げられていない形態（図８Ａ）及び曲げられた形態（図８Ｂ）の図である。
【図９Ａ】乃至
【図９Ｂ】一対のケーブルを介して駆動プーリによって関節運動が行われる単一回転方向を有する、例示的な、制御可能に曲げ可能な部材の別の変形形態を示す図である。図９Ａは、曲げられていない形態の曲げ可能な部材を示し、図９Ｂは、曲げられた形態の曲げ可能な部材を示す。
【図１０】ケーブル運動学に関連付けられた、連続する２つのリンクの間の相対的な動きの幾何学的形状を示す図である。
【図１１Ａ】独立したグラウンド（例えば、ケーブルと連係する駆動プーリにも従動プーリにもつながっていないグラウンド）に、ばねによって取り付けられた１つ以上の張力調整プーリ（２つが図示されている）を使用するケーブル張力調整システムの一概略図である。
【図１１Ｂ】図９Ａ及び図９Ｂに示されたようなマルチリンクエンドエフェクタジョイントの為の、図１１Ａに示されたものと同様のケーブル張力調整システムの概略図である。
【図１２Ａ】乃至
【図１２Ｂ】ケーブルを幾つかの方向に変位させてケーブルからたるみを除去することが可能なアーム又はウイングを有する駆動プーリを使用する、マルチリンクエンドエフェクタの為のケーブル張力調整システムの一変形形態を示す図である。図１２Ａは、エンドエフェクタが曲げられておらず、プーリのアームがニュートラル位置にある様子を示し、一方、図１２Ｂは、エンドエフェクタが曲げられていて、一方のプーリアームがケーブルを変位させて一方のケーブルからたるみを除去する様子を示す。
【図１３Ａ】乃至
【図１３Ｂ】ウイングとして構成された張力調整アームを有するたるみ補償駆動プーリの一例を、それぞれ左斜視図、右斜視図で示す図であり、各アームとそれぞれのケーブルとの間のたるみ取り面はカム形状である。
【図１４Ａ】乃至
【図１４Ｂ】張力調整アームがループとして構成された、張力調整アームを有するプーリの別の例の正面斜視図であり、ニュートラル位置にある状態（図１４Ａ）とプーリが回転した状態とを示しており、プーリが回転すると、エンドエフェクタジョイント（図示せず）が作動し、ループにあるたるみ取り面が、エンドエフェクタジョイントが曲がっている方向の反対側のケーブルを変位させて、そのケーブルのたるみを除去する。
【図１５Ａ】乃至
【図１５Ｄ】図１５Ａ及び図１５Ｂは、たるみ取り機能と接続及び／又は一体化されたプーリの一変形形態を示しており、たるみ取り機能は、この変形形態では、プーリの半径を越える距離にある支持物（例えば、プーリボディ上のケーブルの面に平行で、この面からオフセットしているボス又はプレート）から延びる対のピン（突起）として構成されている。図１５Ａ及び図１５Ｂの装置の概略的変形形態を、それぞれ、図１５Ｃ及び図１５Ｄに示す。
【図１６Ａ】乃至
【図１６Ｂ】プーリ伝動システムのたるみを示す図である。
【図１７Ａ】乃至
【図１７Ｂ】本明細書に記載の（運動学的及び非運動学的の両方、又は弾性的な）伝動システムのような、ケーブルベースの伝動システムにたるみが発生する様子を示す図である。
【図１８】補償されない伝動システムでの駆動プーリの回転角度に対するたるみ（破線）と、補償システムによって除去されるたるみ（実線）のマッピングを示すグラフである。たるみは、本明細書に記載の装置又は方法のいずれかにより補償可能である。
【図１９Ａ】乃至
【図１９Ｂ】プーリボディと、プーリと一体化されているか作用的に接続されているたるみ取り面と、を有するたるみ補償駆動プーリを含む装置の別の例を示す図であり、この装置は、所定の許容回転範囲（例えば、−９０度から９０度の間）にわたってたるみを低減するように構成されている。
【図１９Ｃ】乃至
【図１９Ｅ】一対の支持物（一対のアーム）と、各アーム上のたるみ取り面と、を含むたるみ取り要素を有する駆動プーリを含む装置の一例を示す図である。これらの例では、各ケーブル（ケーブル部分）は、別々の方向からプーリボディに近づいており、プーリボディに対して相対的であるケーブル位置に対して相対的な、プーリボディの最上部を示している。
【図２０】駆動プーリの回転角度に対するたるみのマッピングを示す別のグラフである。破線は、保証されない伝動システムを示し、一方、実線は、プーリ及びたるみ取り要素（又はたるみ取り要素と一体化されたプーリ）を含む装置からの補償によって除去されるたるみを示し、システムの既知のたるみに対する補償が不十分である。
【図２１】駆動プーリの回転角度に対するシステムのたるみのマッピングを示すグラフである。この例では、本明細書に記載のたるみ取り要素を含む駆動プーリ装置が、所定の許容回転範囲（例えば、−９０度から９０度の間）にわたってシステムのたるみを正確に補償し、これは、破線（補償がない伝動でのたるみ）と実線（補償によって除去されるたるみ）との間の重なりによって示されるとおりである。
【図２２】駆動プーリの回転角度に対するシステムのたるみのマッピングを示す別のグラフである。この例では、たるみ取り要素を含む装置は、実線及び破線で示されるように、駆動プーリの回転のある部分に対しては過剰な補償を行い、駆動プーリの回転の別の部分に対しては不十分な補償を行う。
【図２３Ａ】乃至
【図２３Ｂ】ケーブルベースの伝動システムのたるみを除去するように構成されたたるみ補償装置の別の例を示す図である。図２３Ａは、支持物（アーム）を有する装置の一例を示しており、各支持物は複数のたるみ取り面を有し、これらのたるみ取り面は、装置と、装置が取り付けられているプーリボディとが一緒に回転すると、一ケーブル部分に対して力をかけて、そのケーブル部分の経路を長くし、そのケーブル部分のたるみを除去する。図２３Ａでは、ニュートラル位置にある装置及び駆動プーリが示されている。図２３Ｂは、プーリボディが反時計回りに回転した後に装置が一ケーブル部分を変位させている様子を示す。
【図２４Ａ】乃至
【図２４Ｂ】ハンドルと、エンドエフェクタと、器具シャフトと、ケーブル及びたるみ補償プーリを含む伝動装置と、を含むたるみ補償伝動装置を有する最小アクセス器具の一例を示す図である。図２４Ａは、関節運動前の最小アクセス器具を示し、図２４Ｂは、関節運動後の最小アクセス器具を示す。
【図２５Ａ】乃至
【図２５Ｃ】図２５Ａは、関節運動が行われていない形態の図２４Ａのハンドル、入力ジョイント、及びたるみ補償プーリの詳細図である。図２５Ｂは、図２５Ａの詳細の斜視図である。図２５Ｃは、関節運動が行われた形態の図２４Ｂのハンドル、入力ジョイント、及びたるみ補償プーリの詳細図である。図２５Ｄは、図２５Ｃの詳細の斜視図である。
【図２６Ａ】乃至
【図２６Ｂ】それぞれ関節運動の前後の、ニュートラル位置及び回転した位置にある、図２４Ａ〜２５Ｄのたるみ補償プーリの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００７１】
概して、本明細書では、ケーブル伝動システム用たるみ補償装置、たるみ補償プーリ、たるみ補償伝動装置を含む器具（具体的には最小アクセス外科器具を含む）、及びこれらを動作させる方法について説明する。概して、たるみ補償プーリは、プーリボディを越えて延びる１つ以上（例えば、２つ）の支持物を有するプーリボディを有してよい。これらの支持物は、その表面に１つ以上のたるみ取り面を含んでよい。プーリボディ、支持物、及びたるみ取り面は、それらが一緒に回転軸の周りを回転するように結合されており、装置が第１の方向に回転すると、たるみ取り面の少なくとも１つが、プーリボディに巻かれているケーブルに押し当てられるように駆動されて、ケーブルの、プーリボディから離れる部分のたるみが低減又は除去される。たるみ取り面をケーブルに押し当てるように駆動すると、プーリボディから離れるケーブル部分が取る経路長が増え、更に、プーリボディ上のケーブルの巻き角度が増えて、ケーブルのたるみが低減される。本明細書に記載のたるみ補償装置はいずれも、幾何学的／運動学的理由（例えば、マルチリンクエンドエフェクタジョイントを駆動する場合）、或いは弾性的理由（例えば、ケーブル及び／又は他の伝動要素のコンプライアンス）に起因するたるみが発生しうるケーブルベースの伝動システムとともに使用されてよく、或いはその伝動システムの一部を成してよい。
【００７２】
伝動システムのたるみは、初期張力調整の不良、不完全な組み立て、及び／又はケーブルの弾性や摩耗の結果として発生しうる。更に、たるみは、伝動システムの幾何学的形状又は運動学に起因する可能性がある。以下の数学的誘導は、たるみがいかにして、設計の幾何学によって決定されうるか、並びに、たるみがいかにして、本明細書において「幾何学的」たるみ又は「運動学的」たるみと呼ばれうるかを示す。
【００７３】
図１Ａ及び図１Ｂは、２つのケーブル部分３０７、３０９（これらは１本のケーブルの別々の領域で形成されてよく、或いは２本の別々のケーブルであってもよい）で接続された従動プーリ及び駆動プーリを含む２プーリ伝動システムにおいてたるみが発生する様子を示す。図１Ａでは、システムはニュートラル位置にあり、関節運動の前の駆動プーリが示されている。どちらのケーブルにも、張力がかかっていないか、幾らかの公称事前張力がかかっている。図１Ｂでは、駆動プーリが反時計回りに（例えば、約３０度）回転しており、一方のケーブル領域３０７が引っ張られてぴんと張っており、他方のケーブル領域３０９ではたるみが発生している。これは、ケーブルの弾性が原因である可能性がある。同様に、図２Ａ及び図２Ｂに示される伝動システムでは、ケーブルは、伝動システムの構成要素間で（この例では駆動プーリと従動プーリとの間で）平行ではなく、別々の経路をたどっている。駆動プーリを反時計回りに回転させると、従動プーリが時計回りに回転するが、結果として、出ていくケーブル３０９にたるみが発生し、入ってくるケーブル３０７が引っ張られてぴんと張っている。これは、ケーブルの弾性が原因である可能性がある。
【００７４】
図１６Ａ及び図１６Ｂに示される簡略化された図解では、ケーブルでつながった一対のプーリを有するシンプルな伝動システムにおいてたるみが発生する様子が示されており、これらのプーリは隣接していて、他に遮るものがない状態でケーブルによってスケーリングされている。図１６Ａでは、図示されているケーブル１６０１は公称ケーブル経路を有しており、これは、２つのプーリの間の接点間の最短距離である。しかしながら、プーリの動作中は、図１６Ｂに示されるように、ケーブルの実際の長さ１６０３は、この公称経路長から逸脱する可能性がある。この例では、プーリ間のケーブルの実際の長さ１６０３は、ケーブルの公称経路長１６０１より大きく、これは、例えば、運動学的理由又は弾性的理由に起因する。実際の長さと、可能な最短の長さ（即ち、公称経路）との差がたるみである。このたるみは測定可能である。このたるみは、伝動システムの多くの因子に依存する可能性があり、ケーブル、プーリ、それらの取り付け、この取り付けのコンプライアンス又は剛性、ケーブルが引き回される経路、及びこれらのプーリが一部を成すシステムの全体構成に依存する可能性がある。従って、たるみの正確な量を予測することは簡単ではないかもしれないが、所与のシステムにおいて、たるみの量を実験的に測定又は算定することは可能である。更に、たるみ取りシステムによって実現されるたるみ補償量も直接又は間接的に決定することが可能であり、たるみの低減又は除去を確実に行うことが可能である。
【００７５】
図１７Ａ及び図１７Ｂは、プーリと、２つのケーブル部分（これらは同じケーブルの別々の領域であってよく、別々のケーブルであってもよい）とを含む伝動システムの一部分においてたるみが発生する様子を示す。図１７Ａ及び図１７Ｂは、入ってくるケーブル１７０５と出ていくケーブル１７０１とを示している。概して、たるみは、典型的には、プーリ１７０３の出ていくケーブルの側１７０１において発生し、一方、入ってくるケーブルは、典型的には、ぴんと張られている。このことを、図１７Ａでは時計回りの回転について示しており、図１７Ｂでは反時計回りの回転について示している。
【００７６】
複数のリンクがつながっている伝動システムでは、エンドエフェクタにおいて広範囲の回転運動を達成する為に多数のリンクを使用する場合に、ケーブルのたるみの量（図９Ａ及び図９Ｂにおいて示される右側のケーブルのたるみの量）が問題になる可能性がある。このたるみは、エンドエフェクタの性能に関して幾つかの問題を引き起こす可能性がある。例えば、理想的には、伝動システムが運動学的であるべき場合には、入力における決まった回転又は変位に対して、出力の変位又は回転が完全に決定されなければならない。より実際的な言い方をするならば、これにより、伝動における高い保持剛性と最小限のバックラッシュが保証され、このことは、エンドエフェクタの関節運動を遠隔制御する為には概して望ましく、多くの場合、必須である。これにより、エンドエフェクタを周囲の物体に押し当てて所望のタスクを実施することが可能になる。更に、伝動が運動学的であれば、エンドエフェクタからそのような物体にかかる力（並びに、物体からエンドエフェクタにかかる力）が伝動されてプーリに戻り、最終的にプーリの駆動元に戻ることが確実に行われうる。この駆動元が人であれば、これらの伝動される力は触覚フィードバックを与える。上述のケーブルのたるみがあると、伝動が非運動学的になる可能性がある。既に述べたように、このたるみは、ケーブルの伸び、摩耗、及び組立公差に起因して発生しうるあらゆるたるみに上乗せされるものである。図９Ａ及び図９Ｂに示されるように、プーリがＣＣＷ回転してエンドエフェクタジョイントが左方向に回転している状況で、上矢印３５６に対応する外力がエンドエフェクタジョイントにかかると、この外力は左側のケーブルから十分な抵抗を受け、このケーブルはぴんと張っている。これにより、その方向では剛性が良好であり、バックラッシュがほとんどないことになる。これに対し、下矢印３５８の方向の外力がエンドエフェクタジョイントにかかると、右側のケーブルのたるみに起因して、エンドエフェクタは保持剛性が弱くなり、有限のバックラッシュが発生する。これらは両方とも、エンドエフェクタの関節運動の性能に対して非常に有害である。これは、マルチリンクエンドエフェクタジョイント内のリンク同士がまだ物理的に互いに接触していないと仮定している。
【００７７】
既に述べたように、発生する運動学的たるみは、マルチリンクエンドエフェクタの幾何学的形状に固有であると考えられ、数学的に記述することが可能である。図１０を参照し、連続する２つのリンクの間の回転角をθとする。この回転が発生すると、図１０に示されるように、この２つのリンクの端部同士が左側で互いに接近する。この動きの限界は、この２つの端部が互いに接触する事象に対応するとしてよい。その条件では次式が成り立つ。
ｒ＝ｒ０
θ＝θ０  （１）
【００７８】
しかしながら、これは、上述の限定的なケースよりはむしろ、一般的な構成として考察されてよい。θ０未満の任意の一般的な回転角θについて次式が成り立つ。
【数１】
2018515299.tif 000003
【００７９】
三角形４０７から次式が成り立つ。
【数２】
2018515299.tif 000004
【００８０】
式（２）及び式（３）から次式が成り立つ。
【数３】
2018515299.tif 000005
【００８１】
次に、恒等式ｃｏｓ２ｘ＋ｓｉｎ２ｘ＝１を適用すると、式（３）及び式（４）から次式が得られる。
【数４】
2018515299.tif 000006
【００８２】
同様の論理に従って次式が得られる。
【数５】
2018515299.tif 000007
【００８３】
図９Ａ及び図９Ｂを再度参照すると、一対のリンクに対して、左側（３０７）において引き込まれるケーブルの量は次式に等しい。
【数６】
2018515299.tif 000008
【００８４】
同様に、一対のリンクに対して、右側（３０９）において解放されるケーブルの量は次式に等しい。
【数７】
2018515299.tif 000009
【００８５】
次に、次式で差を求めることにより、Δ１とΔ２が等しいかどうかを確かめることが可能である。
【数８】
2018515299.tif 000010
【００８６】
従って、明らかに、上式の右辺は、有限値ｇに対してゼロにはならず、実際には常に正である。Δ１とΔ２の差がゼロになるのは、ｇがゼロになるときだけである。実用的な理由から、マルチリンクエンドエフェクタの物理的実施形態においては、ｇは一般にゼロにはなりえない。結果として、Δ１＞Δ２という状況が常に出現し、この差自体は、ｒ、従って角度θの関数である。このことは、エンドエフェクタの関節運動の駆動方式を考案する上でのかなりの難題（別のところで説明する）を提起する。
【００８７】
少し異なる分析手順、即ち、ｇ＜＜ｒと仮定することによって式（７）及び式（８）を簡略化できる分析手順を用いた場合でも、同じ結論が得られるであろう。この場合、これら２つの式は、次のように小さくなる。
【数９】
2018515299.tif 000011
【００８８】
そこで式（９）と式（１０）を比較すると、この場合も、Δ１とΔ２の差がｇ／ｒの項に起因して発生するのは明らかである。この比が回転角θにも依存することを、式（２）から思い起こされたい。従って、Δ１とΔ２の差を最小化することが可能であり、これは、ｇが小さいか、非常に小さい角度θで動作している場合には、伝動システムの難題を最小化することにも対応する。
【００８９】
上述の誘導は、１つのリンク対に起因して発生しうるたるみの量を示している。複数のリンク対が使用されると、たるみは更に大きくなるであろう。更に、リンクが複数の場合、たるみはもはや決定論的ではない。最小値と最大値の範囲内に収まるという推定は可能だが、正確な値は不確定的である。この不確定性の原因は、任意のマルチリンクエンドエフェクタに関連付けられる冗長自由度である。（図９Ａ及び図９Ｂのような）１つの平面内での回転を考える。ここで、駆動されている入力プーリでは１つの回転（即ち、運動学用語では１自由度）が存在するが、出力では複数のピボットジョイントが存在し、従って、複数自由度が存在する。即ち、入力における１自由度が、出力における複数自由度を駆動しなければならず、これが運動学的不確定性の根拠である。即ち、プーリの任意の入力回転に対し、出力（例えば、エンドエフェクタジョイント）は、同様に許容しうる多様な形態をとることが可能である。エンドエフェクタのピボットジョイント又はリンクの数が多いほど、この不確定性は大きくなる。出力ジョイント又はエンドエフェクタジョイントの形態における、この不確定性は、多数の結果を有する。例えば、発生する運動学的ケーブルたるみの量は、やはり非確定的である可能性があり、最小限度と最大限度の範囲内で指定されることが可能なだけである。端部リンクと基部リンクとの間の所与の最終角度「θ」に対し、中間にあるリンクは、どのような値の組み合わせであってもよい。例えば、３つのリンクと２つのジョイントがあったとすると、最終角度θに対して、第１及び第２のジョイントは、０とθ、又はθと０、又はθ／２とθ／２であってよく、或いは、合計がθである限り、任意の組み合わせであってよい。上述の数学計算で示されたように、発生するたるみは、ピボットの回転角度の非線形関数である。従って、全体角度θが２つのピボットに対してどのように分配されるかに応じて、ピボットごと（即ち、リンク対ごと）に発生するたるみが異なり、マルチリンクエンドエフェクタジョイントに発生する全体たるみが異なる。この為、発生するたるみを管理するのが困難である。
【００９０】
概して、伝動システムでは、たるみが問題になる可能性がある。例えば、エンドエフェクタの関節運動を行うような伝動システムをはじめとするケーブル駆動関節運動システムでは、たるみがあると、エンドエフェクタにおいて跳躍挙動やぎくしゃくした動きが発生する可能性がある。マルチリンクエンドエフェクタジョイントは、ねじれる（即ち、曲率が不連続な形状になる）可能性があり、特に、軸方向の圧縮力がエンドエフェクタジョイントにかかる場合には、その可能性がある。このケーブルに大きな張力がかかっていると、マルチリンクジョイントのバックリングが発生する可能性があり、これは、エンドエフェクタの回転がぎくしゃくすることにつながる可能性があり、これは又、上述の運動学的不確定性に起因する。
【００９１】
上述のたるみの問題に対する１つの解決策は、ばね式張力調整プーリ又は他の同様な機能を伝動システムに含めることである。典型的な一実施形態を図１１Ａ及び図１１Ｂに示すが、他の変形形態も可能である。図１１Ａ及び図１１Ｂは、一対の張力調整プーリ２１６、２１８を使用したケーブル張力調整システムの概略図を示しており、張力調整プーリ２１６、２１８は、ばね要素２２０、２２２を介して、（例えば、ケーブルを動かすプーリとつながっていない）独立したグラウンド２１２、２１４に取り付けられる。図１１Ｂは、この実施形態がマルチリンクエンドエフェクタジョイントと結合されている様子を示す。この場合は、エンドエフェクタが左に回転すると（入力プーリがＣＣＷ回転すると）、右側のケーブルに当たっているばね式プーリが伸びて、右側のケーブル５０９に発生したたるみを取る。エンドエフェクタが右に回転する（プーリがＣＷ回転する）場合には、同様の状況が繰り返される。その場合には、左側のプーリ５０７がばねの作用で伸びて、左側のケーブルのたるみを取る。残念なことに、このカテゴリの補償解決策では、完全に運動学的な伝動システムにはならない。例えば、エンドエフェクタにおいて何らかの力が下矢印５５７の方向にかかると、右側のばねがこれに反応するか逆らう。このばねの剛性を高くするほど、エンドエフェクタは、外部負荷を支持すること、又は外部負荷に耐えることに関して剛性が高くなる。このことは非常に望ましいが、この選択に関する裏の側面又はトレードオフとして、（伝動の対称性を維持しなければならない為に）同等の剛性を有するばねが（現形態ではたるみの除去が全く不要である）左側のケーブルにも同様に作用する。そのような剛体的なばねによって左側のケーブルにかなりの張力が加わる為、全ての構成要素の設計がより困難になり、特に、サイズ規模をより小さくする為に伝動装置全体を設計しようとすると困難になり、又、エンドエフェクタを回転させる為に（手動であれ、モータによってであれ）入力プーリを回転させるのに、より大きな動力が必要になる。これらの難題や設計のトレードオフにより、この特定のカテゴリの解決策の望ましさや効果が低下する。概して、この変形形態では、ばねは、伝動経路上の様々な場所に配置されてよく、形状や形式が様々であってよい。ばね式解決策の他の変形形態として、（図１１Ｂに示されたような並列な場合と異なる）伝動ケーブルに直列なたるみ取りシステムがあってよい。たるみ取りシステムは、巻き尺などの装置に使用されている自動巻き取り式のばね式スプールによく似ていてよい。ばねが軟らかすぎると、たるみ取りの利点が損なわれる。一方、ばねの剛性が高すぎると、高いケーブル張力に起因するかなりの負荷が様々な構成要素に加わり、別の設計上の難題につながる。
【００９２】
図１２Ａ及び図１２Ｂの、エンドエフェクタを含む伝動システムの一部として、本明細書に記載され、図３Ａ〜３Ｂ、図４Ａ〜４Ｂ、図５Ａ〜５Ｃ、図６Ａ〜６Ｂ、図１３Ａ〜１３Ｂ、図１４Ａ〜１４Ｂ、図１５Ａ〜１５Ｂ、及び図１９Ａ〜１９Ｂに示されるのは、たるみ補償プーリ（本明細書では張力調整プーリとも呼ばれる）であり、これは、作用されるケーブル部分（例えば、プーリを離れて出ていくケーブル）が取る経路を長くすることによってたるみを除去又は低減することにより、ケーブル部分のたるみを除去する。従って、結果として得られるたるみ補償プーリは、ケーブル伝動構成のたるみ側のみ（例えば、出ていくケーブル部分の側のみ）のケーブルの一部を押し、ぴんと張っている側（入ってくるケーブル部分の側）には影響を及ぼさない支持物（例えば、概して剛体的であるか、且つ／又はコンプライアントな支持物であって、例えば、延長部、アーム、平面、ディスクなど）を含んでよい。この動作は、従来のカム動作の逆であり、従来のカム動作は、本明細書に記載の伝動システムの多くにおいて実際的ではない可能性がある。
【００９３】
例えば、図３Ａ及び図３Ｂは、たるみ補償プーリを含む伝動システム（又は伝動システムの一部）を示す。この例では、たるみ補償プーリは、駆動プーリとして構成されている（ただし、たるみ補償プーリは、従動プーリとして構成されてもよく、或いは、駆動プーリ及び従動プーリの両方がたるみ補償プーリであってもよい）。このたるみ補償プーリは、一対の支持部材３８８、３８９を含み、これらは、プーリボディから突き出た延長部又はアームとして構成されており、且つ、プーリボディ３９１と（例えば、図示されていない、プーリボディの背後で）接続されている。両支持部材３８８、３８９は、ケーブルの領域と接触するように構成されたたるみ取り面を含む。図３Ａでは、たるみ補償プーリは、支持部材及び接触領域が、ケーブル領域３９３、３９６のいずれのケーブル領域に対しても更なる力／張力を全くかけないように、ニュートラル位置にある。図３Ｂでは、たるみ補償プーリが反時計回りに回転し、右側の支持部材がプーリとともに回転することにより、出ていくケーブル３９６に押し当てるようにたるみ取り面３９４を駆動して、出ていくケーブルと入ってくるケーブルの両方がぴんと張るようにする。図４Ａ及び図４Ｂは、同様の変形形態を示しており、これは、たるみ取り面３９４’及び３９５’上にローラを有する。これらのローラは、ケーブルと、たるみ補償プーリのたるみ取り面との間の摩擦及び／又は摩耗を低減することが可能である。
【００９４】
これらの例（図３Ａ〜３Ｂ及び図４Ａ〜４Ｂに示されたものを含む）のほとんどは、プーリボディに関して対称に配置された一対の対称的なたるみ補償機構（支持物（例えばアーム）及びたるみ取り面）を有する例を示しているが、このことは必須ではない。本明細書に記載の装置のいずれにおいても、たるみ補償装置は、プーリとともに回転して、ケーブルの一領域に当たってこれを変位させることにより、たるみを除去するたるみ補償機構（例えば、支持物（例えばアーム）及びたるみ取り面）を１つだけ含んでよい。本明細書に記載の装置のいずれにおいても、たるみ補償装置は、幾何学的形状が異なってよい一対の非対称的なたるみ補償機構（支持物（例えばアーム）及びたるみ取り面）を含んでよい。
【００９５】
本明細書に記載のたるみ補償部材はいずれも、ケーブルに可変の力をかけるように構成されてよい。例えば、変形形態によっては、図５Ａ〜５Ｂ及び図６Ａ〜６Ｂに概略的に示されるように、たるみ補償プーリは、プーリボディとともに回転する為に弾性的に接続された支持部材（及び／又はたるみ取り面）を含んでよい。図５Ａ及び図５Ｂでは、たるみ補償プーリは、上述のようにプーリボディから延びるアームとして構成された一対の支持物を含むが、このアームは、たるみ取り面５９４、５９５の前に付勢要素又はばね要素５５５、５５５’を含む（又は付勢要素又はばね要素５５５、５５５’として動作するように構成されている）。従って、（図５Ｂに示されるように）たるみ補償プーリが回転することにより、支持物が回転し、出ていくケーブル部分に押し当てられるようにたるみ取り面５９４が駆動されるときに、接触支持物５９４によってかかる力（張力調整力）を変化させることが可能であり、例えば、ケーブル領域に当たる補償力／張力を低減又は調節し、これによって、ケーブルとたるみ取り面５９４との間の摩擦を低減又は調節することが可能である。同様に、図６Ａ及び図６Ｂでは、支持物５９８（この例では支持アーム）自体が弾性を有してよく、板ばね要素として動作してよい。
【００９６】
図１２Ａ及び図１２Ｂでは、マルチリンクエンドエフェクタを含む伝動システムにたるみ補償プーリが組み込まれている。図１２Ａ及び図１２Ｂに示されるように、たるみ補償プーリがＣＣＷ回転することにより、エンドエフェクタが左方向に回転すると、プーリ延長部（アーム、ウイング、又はループ）がプーリと一体化されているか、プーリに接続（例えば、剛体的に接続）されている為、左側の延長部がケーブルから離れ、既にぴんと張っている左側のケーブルに影響を及ぼさない。これに対し、右側ではケーブルたるみが発生していて、プーリ延長部は、マルチリンクエンドエフェクタに起因して発生している余計な運動学的たるみを取るのに十分な量だけ、右側のケーブル領域を内側に押すように、（例えば、そのサイズ及び形状によって）構成されている。プーリが反対方向に回転する場合には、同様の動作が繰り返される。この場合には、右側のプーリ延長部（アーム、ウイングなど）がケーブルの右区間の通り道の外側に動き、左側のプーリ延長部が張力をかけて、左側のケーブルに発生したたるみを除去する。
【００９７】
従って、図１２Ａ及び図１２Ｂ、並びに同様の、たるみ補償プーリの実施形態では、結果として得られる伝動は運動学的である。所与の駆動プーリの回転に対して、従動プーリの回転は完全に決定される。言い換えると、たるみは幾何学的形状／運動学によって発生したものであり、このたるみは、今や、プーリから延びるアームの幾何学的形状／運動学によって除去される。エンドエフェクタは、システム内のどのばねにも依存することなく、外部負荷に抗する所望の剛性を与える。ばねに対する信頼がない為、上述の、ばねに関連するトレードオフは不要であり、従って、伝動は運動学的であると見なされてよい。
【００９８】
このシステムは、未回転の（ニュートラルな）形態では、支持物（例えば、延長部（アーム、ウイングなど））が、かろうじて、又は単にケーブルに接触しているだけであるように設計されてよい。実際には、装置は、幾らかの初期干渉を含んでよく、これは、組み立て時のたるみが残っていても確実に除去されるようにする為である。又、これによって確実に、たるみ除去方式の応答性を高めることが可能であり、回転角が小さい場合でも高めることが可能である。
【００９９】
上述のように、本明細書に記載のたるみ補償装置は、（プーリボディを含む）装置が回転するにつれて同じケーブル部分を変位させるように配置された２つ以上のたるみ取り面を含んでよい。例えば、図２３Ａ及び図２３Ｂは、プーリボディ及び（アームとして構成された）一対の支持物２３８８、２３８９を有するたるみ補償装置の一例を示しており、各支持物は２つのたるみ取り面を含む。この例では、異なるたるみ取り面が、それぞれ異なる回転位置でケーブルと係合するように構成（配置）されてよい。例えば、図２３Ｂに示されるように、下部たるみ取り面２３９４’が、出ていくケーブル領域２３９６と最初に係合してよく、ケーブルボディの回転量が増えると、上部たるみ取り面２３９７が係合する（上部たるみ取り面２３９７’）。或いは、複数のたるみ取り面が、同じ回転範囲にわたって同じケーブル領域と係合してよい。従って、概して、駆動プーリ２３９１が回転し続けるにつれて追加的に係合するたるみ取り面が複数あってよい。図２３Ａ及び図２３Ｂでは、出ていくケーブル２３９６の領域に対し、最初に下部たるみ取り面２３９４’（ローラ）が係合し、その後、２つのたるみ取り面２３９４’、２３９７’（ローラ）が係合することにより、装置は、最初に穏やかなたるみ取りを行い、その後、より積極的なたるみ取りを行うことが可能である。この例は、上述の、たるみ取り面が、装置が回転するとケーブルに係合する非円形ピン／ローラ（例えば、カム面）を与えるケースとよく似ている。
【０１００】
支持物（延長部）のサイズ及び形状は、ケーブル引き回し及びプーリボディの幾何学的形状に基づいて、適切な量の張力をケーブルにかけるように制御されることが可能である。例えば、それらは、システムの他の因子も考慮に入れながら伝動性能に関して最適化されてよく、他の因子は、例えば、更なるたるみを発生させる、接合面の隙間（例えば、複数のリンクにおいて、引き回される伝動ケーブルが通り抜ける穴の隙間）、組立公差及び位置合わせ不良、並びにケーブル、又は伝動装置の他の構成要素における弾性（即ち、長さ方向において剛性が不完全であること）である。所与の伝動システムの延長部のサイズ及び形状を決定する数学的モデリングが、図１２Ａ及び図１２Ｂの、エンドエフェクタの紙面内の単一方向回転の例に示されたように、これらの変数を最適化するように実施されてよいが、これは、互いにほぼ直交していてよい２面の動き（例えば、図７のピッチ及びヨー）の場合（例えば、２つの回転が必要なエンドエフェクタの場合）にも同様に妥当である。その状況では、２組の伝動ケーブルに対して、２つの駆動プーリが使用されてよい。各プーリは、図１２Ａ及び図１２Ｂに示された延長部（例えば、剛体アーム）を有してよい。
【０１０１】
提案されている設計の１つの利点は、伝動システムの１つおきの構成要素を不変のままにしておけることである。他の全ての構成要素及びそれらの寸法が与えられれば、概して、伝動設計の残り部分が最終決定された後に、延長部の適正な形状及びサイズを簡単に見つけ出すことが可能である。これは、たるみ取りシステムがプーリの設計に影響を及ぼすだけで、他のものには概ね影響を及ぼさないことが実現される為である。従って、典型的な／従来の駆動プーリを、提案されている延長部を有するプーリに置き換えることが容易に可能である。
【０１０２】
概して、図１２Ａ及び図１２Ｂに示された支持物（アーム）３８８、３８９は、運動学的な伝動を確実にするためにプーリの剛体延長部であってよい。実際には、これらの延長部は、モノリシック設計によって実施されてよく、或いは組み立てられた形体であってよく、或いは埋め込まれた／組み込まれた形体であってよい。
【０１０３】
プーリと支持物（延長部）は、別々の材料で作られてよく、或いは同じ材料で作られてよい。例えば、支持物のたるみ取り面（例えば、支持物の、ケーブルと接触する部分）は、円筒形状であってよく、或いは（カムの場合などには）別の形状であってよく、或いはローラが組み込まれてよく、ローラ自体は、図示及び上述されたようにばね式であってよい。様々な設計の実施形態、及び製造／組立方法が用いられてよい。例えば、図１３Ａ及び図１３Ｂは、伝動システムの一部として使用可能な一体型たるみ補償プーリの別の変形形態を示す。一実施形態では、たるみ補償プーリは、ケーブルが乗るプーリ面のＯＤを越えて延びるフランジ４００、４０１を有し、これらのフランジは穴があけられていてよく、その穴を通ってピン又はだぼが延びてよい。
【０１０４】
図１４Ａ及び図１４Ｂは、本明細書に記載のたるみ補償プーリの別の変形形態を示す。この例では、装置は、一対の支持物３８８、３８９（延長部）を含むように構成され、これらの支持物は、プーリが通り抜けて延びるループを有するアーム又はウイングとして構成されている。両アームは、プーリボディ上の共通箇所から延びているが、これらは、その代わりに別々の領域から延びてもよい（それらの箇所は回転軸に垂直な平面の中にあっても外にあってもよい）。ケーブル区間との接触領域３９４、３９５は、アームによって形成されるループの中にあり、図１２Ａ〜１３Ｂにおいて既に示された変形形態と同様に、図１４Ｂに示されるように、プーリの回転の結果として張力がかかり、たるみが除去される。
【０１０５】
図１２Ａ〜１３Ｂには剛体のアーム（延長部）が示されているが、変形形態によっては、アームは、例えば図５Ａ〜６Ｂに示されるようにコンプライアントであってよい（例えば、比較的コンプライアントな材料で作られてよく、或いは、コンプライアントになるように取り付けられる（例えば、ばね式の）剛体材料を含んでよい）。
【０１０６】
図１５Ａ〜１５Ｄは、たるみ補償プーリの別の変形形態を示しており、ここでは、支持物は、プーリボディ１５０７の一方の側にあるディスク状材料１５０１である。図１５Ｂ及び図１５Ｄの左側のケーブル領域１５１１は、ぴんと張っている。支持物（ディスク又はフランジ）には２つの小突起（例えば、ピンなど）１５０３、１５０５が取り付けられており、これらの小突起は、図１５Ｂに示されるように、プーリが回転すると張力調整力をかけてたるみを補償するたるみ取り面を与え、図１５Ｂでは、出ていくケーブル部分１５１３上のたるみが、このたるみ取り面を形成しているピン１５０５によって補償される。支持物は、（図１５Ａ〜１５Ｄに示されるように）完全なディスクであってよく、或いは（例えば、たるみ取り面を支持するだけの）ディスクの一部であってよい。小突起（例えば、ピン）は、プーリフランジに組み付けられてよく、或いはプーリフランジの組み立て時にプーリフランジと一体化されてよい。
【０１０７】
本明細書に記載の変形形態のいずれにおいても、たるみ取り面の位置は、たるみ補償プーリによるたるみ取りを最適化するように決定されてよい。例えば、たるみ補償プーリによるたるみ補償の量及びタイプは、たるみ取り面の半径方向位置、角度α（例えば、プーリボディの最上部からのオフセット角度、及び／又はたるみ取り面が作用するケーブル部分の標準的な経路に対して相対的な角度）のいずれか又は両方、並びにプーリボディの表面からの軸方向オフセット、図１９Ｂに示されるような距離ｒオフセット、並びにたるみ取り面の半径によって、部分的に決定（且つ設定）されてよい。
【０１０８】
概して、本明細書に記載のたるみ補償プーリはいずれも、正確なたるみ補償、過剰なたるみ補償、不十分なたるみ補償、又はこれらの何らかの組み合わせを行うように構成されてよい。上述のように、たるみは測定可能である。例えば、図１８は、たるみがある伝動システムを示している（破線によって示されている）。補償がない場合、たるみの量は、駆動プーリの回転角度の関数として決定可能である。概して、回転角度が大きいほど、出ていくケーブル領域のたるみが大きくなる。本明細書に記載のシステムはいずれも、このたるみの補償を行うように構成されてよく、この補償は、回転の量に基づく補償を含む。伝動システムのたるみは、予測及び／又は測定が可能である。従って、システムのたるみをアプリオリに知ることが可能である。たるみが存在するのは、プーリの出ていく側であるが、このたるみは、通常、「システム内のたるみ」と呼ばれる。これは、通常、プーリの入ってくる側（入ってくるケーブル部分）にたるみが存在しない為である。駆動プーリが公称位置にある場合（即ち、ゼロ回転の場合）、通常、システムにはたるみが存在しない。駆動プーリが回転し始めると、たるみが増え、図１８の破線で示されるように、回転の増加とともに何らかの大まかなパターンをたどりうる（この破線は、たるみ補償要素が全くない状態でのシステムのたるみを示す）。図１８では、実線は、補償システムによって除去されるたるみである。従って、実線と破線との間の差は、補償されたシステムのたるみを表す。図１８では、結果として発生する「たるみ」は、保証されるシステムにおいては負のたるみになる（即ち、ケーブルは伸ばされる）。例えば、変形形態によっては、１００％を超えるたるみが取られることがあり、これは、装置（例えば、たるみ補償装置）がケーブルを伸ばしていることを意味する。除去されたたるみと発生したたるみが厳密に等しければ、余分な張力は存在しない。しかしながら、概して、取るたるみが発生したたるみより大きくなるように設計されてよく、これにより、望ましい張力がケーブルに蓄積される。
【０１０９】
従って、たるみ補償プーリは、プーリの中心とたるみ取り要素の中心との間の距離ｒ▼オフセット、並びにたるみ取り要素のサイズ及び形状を選択することにより、たるみを補償するように構成されてよく、たるみ取り要素のサイズ及び形状は、ケーブル接触面の角度位置α（例えば、プーリボディ及び／又は作用されるケーブル領域に対して相対的な角度位置）、並びに場合によっては他の設計パラメータを含む。例えば、たるみ取り機能のたるみ取り面が、図１９Ａ〜１９Ｂ又は図１５Ａ〜１５Ｄに示されたような突起（例えば、ピン）である場合、関連する設計パラメータとして、プーリの中心とピンの中心との間の距離、及び円筒状ピンの直径、並びにピンの角度位置があってよい。
【０１１０】
たるみ取り機能（例えば、支持物及びたるみ取り面）は、上述されたような任意の構成を有してよい。例えば、たるみ取り面は、曲率が変化する非円形面（即ち、カム状）であってよい。この場合は、他の設計パラメータが使用されてよく、例えば、プーリの中心と、たるみ取り機能のたるみ取り面上の何らかの基準点との間の距離が使用されてよく、そして、この基準点に対するたるみ取り機能のサイズ及び形状、及び／又はたるみ取り面の角度位置が使用されてよい。
【０１１１】
補償が全くない伝動システムでのたるみの量が（予測／モデリング又は直接測定により）既知である場合、たるみ取り面は、既知の量のたるみを取るように構成されてよく、このたるみの量はプーリの回転量の関数でもある（例えば、図１９Ｂの実線を参照されたい）。図１９Ｂでは、たるみ補償プーリは、システムのたるみを過剰に補償するように構成されており、これによって、所与の回転角度において、より多くのたるみが除去される（これにより、ケーブルの出ていく領域上の経路長が増え、巻き角度１９５６、１９５６’が増える）。例えば、たるみ取り面は、プーリボディの外面から離れて配置されてよく、これによって、プーリボディの回転が小さい場合でも、たるみ取り面の回転が比較的大きくなる。
【０１１２】
或いは、図２０は、たるみ（破線）を有するシステムと、このたるみの不十分な補償（実線）を行うように構成されたたるみ補償機能とを示す。図２１は、たるみ補償機能によって、たるみ（破線）のほぼ正確な補償（実線）が行われるシステムを示す。変形形態によっては、図２２に示されるように、たるみ補償機能（例えば、たるみ補償プーリ）は、駆動プーリ回転の特定の範囲に対しては不十分な補償を行い、駆動プーリ回転の別の範囲に対しては過剰な補償を行うように、或いはそれぞれ逆の補償を行うように構成されてよい。不十分な補償は、概して、伝動システムの摩擦抵抗を低減し、一方、過剰な補償は、概して、伝動システムの剛性を高めて、駆動プーリに対する従動プーリの応答性を高める。
【０１１３】
本明細書に記載の変形形態はいずれも、端部リンクと基部リンクとの間のいかなる最終角度も、確実にリンク対／ピボットジョイント間に均一に分散するような構造をエンドエフェクタジョイントに組み込んでもよい。これは、例えば、エンドエフェクタジョイントの内側又は外側のいずれかに受動ばねを設けることにより、実現可能である。内部ばね又は外部ばねを使用することで、角度変位の分散動作を、弾性平均化により均一にすることが可能である。これは、エンドエフェクタの複数のリンクを、複数の駆動装置を使用して、又は同じ駆動装置（例えば、モータ）で駆動される段プーリを使用して、別々に駆動することによっても実現可能である。これらのアプローチは全て、エンドエフェクタの複数のピボットジョイントに関連する不確定性を最小化又は除去するという共通の目的を達成しうる。複数のジョイント角度をほぼ等しく保つことにより、マルチリンクエンドエフェクタに起因して発生するたるみを最小化することも可能である。ピボット角度を（例えば、受動的又は能動的手段により）ほぼ等しく保つ方式と、マルチリンクエンドエフェクタによって発生したたるみを（例えば、提案されている、駆動プーリのカム状延長部により）取る方式とを組み合わせることは、マルチリンク関節運動エンドエフェクタに伴う設計上の難題及びトレードオフを解決することに役立ちうる。従って、エンドエフェクタは、外部負荷に対して高剛性であること、並びにバックラッシュがないこととともに、円滑でぎくしゃくしない動きを達成することが可能である。
【０１１４】
上述の運動学的且つ剛体的なアームを含む、本明細書に記載の提案されているたるみ取りシステムは、伝動システムに含まれる受動要素（例えば、ばね）との組み合わせで動作するように構成されてよい。例えば、ばねは、他の伝動構成要素と直列又は並列に使用されてよい。
【０１１５】
概して、マルチリンクエンドエフェクタ設計における伝動ケーブルの一方の側でのたるみ発生に伴う（回転自由度又は２自由度のいずれかについての）問題を克服する為に、本明細書では、プーリのボディから延びる１つ以上の延長部材（例えば、アーム、ウイングなど）を有するプーリについて説明する。これらのアームは、対称的に構成されてよく、駆動プーリの延長部（例えば、剛体延長部）を形成することが可能な「外部」カム（「従来型」のカムと異なる）と呼ばれてよく、マルチリンクエンドエフェクタの運動学に起因して発生する量のたるみを正確に除去するようにサイズ決定されてよい。
【０１１６】
上述のように、本明細書に記載のたるみ補償プーリ装置はいずれも、最小アクセス器具などのケーブル伝動装置及び／又はケーブル駆動装置の一部であってよい。最小アクセス器具は、（例えば、ケーブル伝動装置を使用して）器具の近位端から器具の細長い部分に沿って器具の遠位端まで動きを伝動することにより、器具を遠隔作動させることが可能であってよい。ケーブル駆動最小アクセス器具の例として、機械的に作動する内視鏡、腹腔鏡、ロボットマニピュレータなどがある。図２４Ａ〜２５Ｄは、最小アクセス器具の一変形形態を示す。図２４Ａでは、ニュートラル位置にある例示的最小アクセス器具が示されており、ここでは、エンドエフェクタジョイント（蛇状ジョイント又はマルチリンクジョイント）２４０１がその遠位端に把持器又はピンセット２４０５を含む。エンドエフェクタ（出力）ジョイントを作動させる伝動システムの一部として、１つ以上の（例えば、２つの）ケーブル対が含まれてよい。例えば、一対のケーブル２４０７及び２４０９が示されている。このアクセス器具は、細長ボディ２４１１を挟んで、エンドエフェクタと、ハンドル２４２６及びフレーム２４１６とに分かれている。この細長ボディ２４１１は、器具シャフトと呼ばれることもある。器具シャフトは、円筒状であってよく、任意の適切な長さであってよい（例えば、１０インチ超、１２インチ超、１４インチ超、１６インチ超、１８インチ超、２０インチ超、２２インチ超、２４インチ超、３０インチ超、３６インチ超などであってよく、６インチから３６インチの間であってよく、８インチから３０インチの間であってよく、その他であってよい）。概して、器具シャフトは、近位端及び遠位端を含んでよく、器具シャフトの近位端は、入力ジョイントによりハンドルと連結されてよい。図２４Ａでは、たるみ補償プーリ２４２０は、ハンドル２４２６のピッチ回転時に入力を受け取るピッチ軸プーリとして構成され、ヨー軸プーリとして更なるたるみ補償プーリが含められ、構成されてよく（これは図２４Ａ〜２４Ｂでは見えないが、図２５Ｂ及び図２５Ｄの斜視図では２４３０として示されている）、これはハンドル２４２６からヨー回転を受け取る。この例では、並列運動学的コネクタ２４３５、２４３６が入力ジョイントを形成し、これらは互いに直角に配列されてよい。図２５Ｂ及び図２５Ｄでは、ヨー軸プーリは、円形リングとプーリカバーとの隙間にしまい込まれている。各コネクタは、ある方向（例えば、ピッチ又はヨーの方向）にはコンプライアントであり、別の方向（例えば、ヨー又はピッチの方向）には剛体的であり、ハンドル２４２６とたるみ補償プーリ２４２０、２４３０とをつなぐ入力ジョイントの一部として動作する。この配置により、ピッチたるみ補償プーリ２４２０に対するハンドルのピッチ回転と、ヨーたるみ補償プーリ２４３０に対するハンドルのヨー回転とが隔離される。ピッチたるみ補償プーリ２４２０は、フレーム２４１６と結合されたピッチシャフト２４３３の周りを回転する。フレーム２４１６は、ユーザの体（例えば、腕）につながれてよい。従って、器具シャフトとハンドルとの間の入力ジョイントは、ユーザがハンドル２４２６を把持したときに、ユーザの手から回転入力（ピッチ及びヨー）を受け取ることが可能である。
【０１１７】
器具シャフト２４１１の遠位端は、出力ジョイントを介してエンドエフェクタ２４０５と連結されてよく、出力ジョイントは、図７において前述されたように、マルチリンクエンドエフェクタジョイントを含む。器具シャフト２４１１とエンドエフェクタ２４０５との間の出力ジョイントは、エンドエフェクタに回転出力を与えることが可能である。従って、（ピッチたるみ補償プーリ及びヨーたるみ補償プーリを含む）ケーブル伝動により、ユーザの手によるハンドルの回転運動をマルチリンクエンドエフェクタジョイント２４０１に伝動することが可能である。入力ジョイントから出力ジョイントへ延びる伝動装置は、ケーブル２４０９、２４０７及びたるみ補償プーリ２４２０、２４３０を含んでよい。図２４Ａ〜２５Ｄでは、ケーブル２４０９及び２４０７は、ピッチプーリ２４２０に関連付けられている。第２のケーブル対（見えない）が、他方のプーリ（ヨープーリ２４３０）に関連付けられてよい。
【０１１８】
図２５Ａ〜２５Ｄは、図２４Ａ及び２４Ｂに示された最小アクセス器具の近位端を若干拡大した図を示す。図２５Ａでは、フレームは、伝動装置のケーブル２４０９、２４０７のそれぞれの為のチャネルを含む。これらのケーブルは、たるみ補償プーリ２４２０と結合されている。ピッチたるみ補償プーリ２４２０は、ピッチシャフト２４３２によってフレームにピン留めされている。ヨーたるみ補償プーリ２４３０は、フレーム上に直角に配置されている。図２４Ａ及び図２５Ａでは、ハンドル、従って、たるみ補償プーリ２４２０、２４３０はニュートラル位置にあり、エンドエフェクタジョイント２４０１は曲がっていない。図２４Ｂ及び図２５Ｃでは、ハンドルの遠位端が「上方に」引かれており、その結果として、ピッチ構成要素とヨー構成要素とを分離しているピッチたるみ補償プーリ２４２０及びヨーたるみ補償プーリ２４３０が回転している。
【０１１９】
図２４Ａ及び図２４Ｂに示された例示的最小アクセス器具においてハンドルを動かしてエンドエフェクタに関節運動をさせる場合、エンドエフェクタジョイントがケーブルによって関節運動をすると、たるみ補償プーリは、エンドエフェクタにおける遊び、スロップ、又はバックラッシュを防ぐことが可能である。ケーブル駆動システムでは、通常、たるみが存在しうるが、この例では、たるみ補償プーリは、上述のように、たるみを選択的に低減又は除去することが可能である。このことを、図２４Ａ〜２５Ｄの装置に関して、図２６Ａ〜２６Ｂに詳細に示す。
【０１２０】
図２６Ａは、図２４Ａ〜２５Ｄのピッチたるみ補償プーリの拡大図を示す。このたるみ補償プーリは、プーリボディ２６０７の外周面に沿ってケーブルトラック２６０５を含み、ケーブルトラック２６０５に、（第１のケーブル部分２６０９及び第２のケーブル部分２６１７を含む）理論的には単一のケーブルが理論的巻き角度２６１１で巻き付いており、これらのケーブル部分はあたかも単一のケーブルを形成しているかのようである。この例では、第１の部分２６０９がロック２６１３によってプーリボディにつながれており、第２のケーブル部分２６１７がプーリボディの他方の側につながれており、且つ、２６１５によりプーリボディにロックされている。たるみ補償ケーブルは、プーリボディ２６０７から延びる支持物２６２０を含み、支持物２６２０は、プーリボディと一緒に回転するようにプーリボディに剛体的に接続されている。支持物２６２８上に、たるみ取り面２６３１が存在する。この例では、たるみ取り面２６３１は、支持物２６２０上のパドル状突起の表面である。たるみ取り面２６３１は、ケーブル２６１７がプーリボディ２６０７とたるみ取り面２６３１との間を通るように、プーリボディの表面の最寄り領域より半径方向外側に配置される。図２６Ａから図２６Ｂへの変化によって示されるように、プーリボディが第１の方向に回転すると、支持物及びたるみ取り面は、プーリボディとともに回転して、ケーブルのたるみを除去及び／又は低減する。これは、巻き角度２６１１’と、ケーブル２６１７の、プーリボディから出て伸びる部分が取る経路長とを増やすことによって行われる。なお、巻き角度２６１１は、入ってくるケーブル部分２６０９の接点と、出ていくケーブル部分２６１７の接点との間で、プーリ全体に対して測定され、これは、図２６Ａ及び図２６Ｂに示されるように、連続するケーブルが実際にプーリボディに巻かれているかどうか、或いは、ケーブルが別々のつながれた、又は固定された部分を含むかどうか、には関係ない。
【０１２１】
本明細書において、ある特徴又は要素が別の特徴又は要素の「上に（ｏｎ）」あると言及された場合、その特徴又は要素は、直接その別の特徴又は要素に接していてよく、或いは、介在する特徴及び／又は要素が存在してもよい。これに対し、ある特徴又は要素が別の特徴又は要素の「直接上に（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｏｎ）」あると言及された場合、介在する特徴及び／又は要素は存在しない。又、当然のことながら、ある特徴又は要素が別の特徴又は要素に「接続されている（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「取り付けられている（ａｔｔａｃｈｅｄ）」、又は「結合されている（ｃｏｕｐｌｅｄ）」と言及された場合、その特徴又は要素は、直接その別の特徴又は要素に接続されているか、取り付けられているか、結合されていてよく、或いは、介在する特徴又は要素が存在してもよい。これに対し、ある特徴又は要素が別の特徴又は要素に、「直接接続されている（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「直接取り付けられている（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ａｔｔａｃｈｅｄ）」、又は「直接結合されている（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ）」と言及された場合、介在する特徴又は要素は存在しない。そのように記載又は図示された特徴及び要素は、１つの実施形態に関して記載又は図示されているが、他の実施形態にも当てはまってよい。又、当業者であれば理解されるように、ある構造又は特徴が別の特徴に「隣接して（ａｄｊａｃｅｎｔ）」配置されていて、その構造又は特徴が言及された場合、その言及は、隣接する特徴と部分的に重なり合うか、隣接する特徴の下層となる部分を有してよい。
【０１２２】
本明細書において使用された術語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としており、本開示の限定を意図したものではない。例えば、本明細書において使用される単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈上明らかに矛盾する場合を除き、複数形も同様に包含するものとする。更に、当然のことながら、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（含む）」及び／又は「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む）」という語は、本明細書で使用された際には、述べられた特徴、手順、操作、要素、及び／又は構成要素の存在を明記するものであり、１つ以上の他の特徴、手順、操作、要素、構成要素、及び／又はこれらの集まりの存在又は追加を排除するものではない。本明細書では、「及び／又は（ａｎｄ／ｏｒ）」という用語は、関連付けられて列挙された１つ以上のアイテムのあらゆる組み合わせを包含するものであり、「／」と略記されてよい。
【０１２３】
「下に（ｕｎｄｅｒ）」、「下方に（ｂｅｌｏｗ）」、「下方の（ｌｏｗｅｒ）」、「上方の（ｏｖｅｒ）」、「上方の（ｕｐｐｅｒ）」などのような空間的相対的な語句は、本明細書では、図面に示されるような、１つの要素又は特徴と別の要素又は特徴との関係を説明する場合に説明を簡単にする為に使用されてよい。当然のことながら、この空間的相対的な語句は、使用時又は操作時の器具の、図面で描かれる向きに加えて、それ以外の向きも包含するものとする。例えば、図面内の器具が反転された場合、別の要素又は特徴の「下に（ｕｎｄｅｒ）」又は「真下に（ｂｅｎｅａｔｈ）」あると記載された要素は、その別の要素又は特徴の「上に（ｏｖｅｒ）」方向づけられることになる。従って、例えば、「下に（ｕｎｄｅｒ）」という語句は、「上に（ｏｖｅｒ）」及び「下に（ｕｎｄｅｒ）」の両方の向きを包含しうる。本装置は、他の方向づけ（９０度回転又は他の方向づけ）が行われてよく、それに応じて、本明細書で使用された空間的相対的な記述子が解釈されてよい。同様に、「上方に（ｕｐｗａｒｄｌｙ）」、「下方に（ｄｏｗｎｗａｒｄｌｙ）」、「垂直方向の（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」、「水平方向の（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）」などの用語は、本明細書では、特に断らない限り、説明のみを目的として使用される。
【０１２４】
「第１の」及び「第２の」という語句は、本明細書では様々な特徴／要素（ステップを含む）を説明する為に使用されてよいが、これらの特徴／要素は、文脈上矛盾する場合を除き、これらの語句によって限定されるべきではない。これらの語句は、ある特徴／要素を別の特徴／要素と区別する為に使用されてよい。従って、本発明の教示から逸脱しない限り、第１の特徴／要素が後述時に第２の特徴／要素と称されてもよく、同様に、第２の特徴／要素が後述時に第１の特徴／要素と称されてもよい。
【０１２５】
実施例において使用される場合も含め、本明細書及び特許請求の範囲において使用されているように、且つ、特に断らない限り、あらゆる数値は、「約（ａｂｏｕｔ）」又は「およそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」という語句が前置されているものとして読まれてよく、たとえ、その語句が明示的に現れていなくても、そのように読まれてよい。「約（ａｂｏｕｔ）」又は「およそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」という語句は、大きさ及び／又は位置を示す場合に、記載された値及び／又は位置が、妥当な予想範囲の値及び／又は位置に収まっていることを示す為に使用されてよい。例えば、数値は、述べられた値（又は値の範囲）の±０．１％の値であってよく、述べられた値（又は値の範囲）の±１％の値であってよく、述べられた値（又は値の範囲）の±２％の値であってよく、述べられた値（又は値の範囲）の±５％の値であってよく、述べられた値（又は値の範囲）の±１０％の値であってよく、他のそのような値であってよい。本明細書に記載のいかなる数値範囲も、そこに包含される全ての副範囲を包含するものとする。
【０１２６】
ここまで様々な例示的実施形態を説明してきたが、特許請求の範囲によって示される本発明の範囲から逸脱しない限り、様々な実施形態に対して、幾つかある変更のいずれが行われてもよい。例えば、記載された各種方法ステップが実施される順序は、代替実施形態では変更されてよい場合が多く、代替実施形態によっては、１つ以上の方法ステップがまとめてスキップされてもよい。装置及びシステムの様々な実施形態の任意選択の特徴が、実施形態によっては含まれてよく、実施形態によっては含まれなくてよい。従って、上述の説明は、主に例示を目的としたものであり、特許請求の範囲に明記されている本発明の範囲を限定するように解釈されるべきではない。
【０１２７】
本明細書に含まれる実施例及び具体例は、本発明対象が実施されうる具体的な実施形態を、限定ではなく例示として示す。言及されたように、他の実施形態が利用されたり派生したりしてよく、本開示の範囲から逸脱しない限り、構造的な、或いは論理的な置換又は変更が行われてよい。本発明対象のそのような実施形態は、本明細書においては、個別に参照されてよく、或いは、「本発明」という言い方でまとめて参照されてよく、「本発明」という言い方で参照することは、あくまで便宜上であって、本出願の範囲を、実際には２つ以上が開示されていても、いずれか１つの発明又は発明概念に自発的に限定することを意図するものではない。従って、本明細書では特定の実施形態を図示及び説明してきたが、この、示された特定の実施形態を、同じ目的を達成するように作られた任意の構成で置き換えてよい。本開示は、様々な実施形態のあらゆる翻案又は変形を包含するものである。当業者であれば、上述の説明を精査することにより、上述の複数の実施形態の組み合わせ、及び本明細書に具体的な記載がない他の実施形態が明らかになるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９−１】
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【図１９−２】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２５Ｃ】
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【図２５Ｄ】
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【図２６】
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【国際調査報告】
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