(57)【要約】  関節屈曲ジョイントはマルチクラスタジョイントを備え、各連続した対のリンクは、同じ平面内で２つの直角な軸の周りでの回転を提供する。こうして、関節屈曲ジョイントは、リンクとジンバルの交番のシーケンスを備える。更に、１つ以上のリンクに装着された多数のケーブルがあってもよい。これらのケーブルが選択的に牽引され解放されると、関節屈曲ジョイントの如何なる所望の関節屈曲も達成できる。基準の非関節屈曲状態においてジョイントの中心長軸に対して平行な、リンク及びジンバルを通して延在する伝達部材があってもよい。この伝達部材は、牽引されて（例えば、ケーブル又は可撓性プルロット）関節屈曲ジョイントに圧縮負荷をかける張力部材であってもよく、又は、伝達部材は、関節屈曲ジョイントに張力負荷をかける可撓性プッシュロッドであってもよい。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円滑に駆動され得るタイトな最小曲げ半径を備えた関節屈曲マルチクラスタジョイントを有する医療デバイスであって、
細長い器具軸と、
マルチクラスタジョイントの関節屈曲を駆動するように構成された関節屈曲入力と、
前記細長い器具軸の末端のエンドエフェクタを備え、
前記マルチクラスタジョイントは前記器具軸と前記エンドエフェクタの間にあって、
複数のジョイントクラスタを含み、各ジョイントクラスタは、非関節屈曲状態において１本のジョイントクラスタ軸を有し、完全に関節屈曲した場合、いずれの関節屈曲方向にも同じ最小曲げ半径を有し、各ジョイントクラスタは２つの直角な回転自由度を提供し、更に、各ジョイントクラスタは、ジョイントクラスタ軸に沿ってジョイントクラスタを貫通する開口部を含み、
マルチクラスタジョイントの各ジョイントクラスタの開口部を貫通して延在するエンドエフェクタ伝達ケーブルと、
ジョイントクラスタの開口部を通って配線されるケーブル管理ガイドを備え、前記ケーブル管理ガイドは、前記エンドエフェクタ伝達ケーブルがジョイントクラスタ軸に沿って軸方向に移動することを許容しながら、前記ジョイントクラスタを通る各開口部内での前記エンドエフェクタ伝達ケーブルの側方移動を防止するように構成される、医療デバイス。
【請求項２】
円滑に駆動され得るタイトな最小曲げ半径を備えた関節屈曲マルチクラスタジョイントを有する医療デバイスであって、
細長い器具軸と、
前記器具軸の基端の関節屈曲入力と、
前記細長い器具軸の末端のエンドエフェクタを備え、
前記マルチクラスタジョイントは前記器具軸と前記エンドエフェクタの間にあって、
複数のジョイントクラスタを含み、各ジョイントクラスタは、非関節屈曲状態において１本のジョイントクラスタ軸を有し、完全に関節屈曲した場合、いずれの関節屈曲方向にも、マルチクラスタジョイントの直径の１．２×以下の同じ最小曲げ半径を有し、各ジョイントクラスタは２つの直角な回転自由度を提供し、更に、各ジョイントクラスタは、ジョイントクラスタ軸に沿ってジョイントクラスタを貫通する開口部を含み、
マルチクラスタジョイントの各ジョイントクラスタの開口部を貫通して延在するエンドエフェクタ伝達ケーブルと、
ジョイントクラスタの開口部を通って配線されるケーブル管理ガイドを備え、前記ケーブル管理ガイドは、前記エンドエフェクタ伝達ケーブルがジョイントクラスタ軸に沿って軸方向に移動することを許容しながら、前記ジョイントクラスタを通る各開口部内での前記エンドエフェクタ伝達ケーブルの側方移動を防止するように構成される、医療デバイス。
【請求項３】
前記ケーブル管理ガイドは、エンドエフェクタ伝達ケーブルを配置する為の、及び、エンドエフェクタ伝達ケーブルがジョイントクラスタ軸に沿って軸方向に移動することを許容しながら、ジョイントクラスタを介して各開口部内でのエンドエフェクタ伝達ケーブルの側方移動を防止する為のケーブル経路を備える、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記関節屈曲入力は、入力ジョイントによって細長い器具軸に接続されたハンドルを備える、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項５】
各ジョイントクラスタは、第１のハーフジンバルガイドと、第２のハーフジンバルガイドと、第１対の共線ジンバルスピンドル及び第２対の共線ジンバルスピンドルを有するジンバルを含み、前記２つの対は直角であって１つのクラスタ面内にあり、更に、ジンバルは第１のハーフジンバルガイドと第２のハーフジンバルガイドの間に位置決めされている、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項６】
前記複数のジョイントクラスタは、各ジョイントクラスタの第１のハーフジンバルガイド及び第２のハーフジンバルガイドのうち少なくとも一方が、隣接するジョイントクラスタのハーフジンバルガイドに確りと結合されるか一体に形成されてフルジンバルガイドを形成するように、連続して隣接して配置される、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記フルジンバルガイドの各ハーフジンバルは一対の共線ヨークを備え、共線ヨークの各対は共線ジンバルスピンドルの対うち１つを保持するように構成され、更に、フルジンバルガイドの第１の側部上のハーフジンバルガイド上の共線ヨークの対は、フルジンバルガイドの対向する側部上の共線ヨークの対に平行に配置される、請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記フルジンバルガイドの各ハーフジンバルは一対の共線ヨークを備え、共線ヨークの各対は共線ジンバルスピンドルの対うち１つを保持するように構成され、更に、フルジンバルガイドの第１の側部上のハーフジンバルガイド上の共線ヨークの対は、フルジンバルガイドの対向する側部上の共線ヨークの対に直角に配置される、請求項６に記載のデバイス。
【請求項９】
前記ケーブル管理ガイドは、ケーブル管理ガイドの、ジョイントクラスタ軸のいずれの周りでの回転も防止する為に、複数のジョイントクラスタの１つ以上、エンドエフェクタ、及び器具軸のうち少なくとも１つに固定されている、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記ケーブル管理ガイドは、ケーブル管理ガイドの外面と、ジョイントクラスタ、エンドエフェクタ又は器具軸のうち１つ以上との接着又は機械的キー嵌合、又は圧入のうち１つ以上によって固定される、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
各ジョイントクラスタは、クラスタ面内で２つの直角な回転自由度を提供する、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項１２】
更に、前記マルチクラスタジョイントの各ジョイントクラスタの開口部を通して延在する第２のエンドエフェクタ伝達ケーブルを備える、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記エンドエフェクタ伝達ケーブルは湾曲に高度に応従する可撓性ケーブルである、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項１４】
関節屈曲入力から、マルチクラスタジョイントの中立軸に沿って延在し、前記ジョイントクラスタの開口部の側方外側に配置されて前記マルチクラスタジョイントを関節屈曲させるように構成された一組の関節屈曲ケーブルを含む、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項１５】
各ジョイントクラスタは、対応するジョイントクラスタ軸それぞれに対して軸対称な関節屈曲の限界を含み、その結果、各ジョイントクラスタが、均一な関節屈曲掃引及び関節屈曲ロールを提供する、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記マルチクラスタジョイントは、複数のジンバル及びジンバルガイドを積層することによって形成される、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記マルチクラスタジョイントが複数のジンバルガイド及び複数のジンバルを含み、前記マルチクラスタジョイントは、複数のジンバルガイドの一対のジンバルガイドの間に複数のジンバルの１つのジンバルを隣接させて積層することによって組み立てられ、その結果、各ジンバル上の複数のジンバルスピンドルが、隣接するジンバルガイド上の複数の開いたヨーク内に着座する、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項１８】
各ジョイントクラスタの最小曲げ半径は、いずれの関節屈曲方向においてもマルチクラスタジョイントの直径の１×以下である、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項１９】
各ジョイントクラスタの最小曲げ半径は、いずれの関節屈曲方向においてもマルチクラスタジョイントの直径の０．８×以下である、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記ケーブル管理ガイドは０．１ＧＰａを超えるヤング率を有する、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項２１】
円滑に駆動され得るタイトな最小曲げ半径を備えた関節屈曲マルチクラスタジョイントを有する医療デバイスであって、
細長い器具軸と、
前記器具軸の基端の関節屈曲入力と、
前記細長い器具軸の末端のエンドエフェクタを備え、
前記マルチクラスタジョイントは前記器具軸と前記エンドエフェクタの間にあって、
複数のジョイントクラスタを含み、各ジョイントクラスタは、非関節屈曲状態において１本のジョイントクラスタ軸を有し、完全に関節屈曲した場合、いずれの関節屈曲方向にも、マルチクラスタジョイントの直径の１．２×以下の同じ最小曲げ半径を有し、各ジョイントクラスタは２つの直角な回転自由度を提供し、更に、各ジョイントクラスタは、
第１のハーフジンバルガイドと、第２のハーフジンバルガイドと、第１対の共線ジンバルスピンドル及び第２対の共線ジンバルスピンドルを有するジンバルを含み、前記２つの対は直角であって１つのクラスタ面内にあり、更に、ジンバルは第１のハーフジンバルガイドと第２のハーフジンバルガイドの間に位置決めされ、
ジョイントクラスタ軸に沿ってジョイントクラスタタを貫通する中央開口部を含み、
マルチクラスタジョイントの各ジョイントクラスタの開口部を貫通して延在する一対のエンドエフェクタ伝達ケーブルを備え、前記エンドエフェクタ伝達ケーブルは湾曲に応従し、更に、
ジョイントクラスタの開口部を通って配線されるケーブル管理ガイドを備え、前記ケーブル管理ガイドは、前記エンドエフェクタ伝達ケーブルがジョイントクラスタ軸に沿って軸方向に移動することを許容しながら、前記ジョイントクラスタの中央開口部内での前記エンドエフェクタ伝達ケーブルの側方移動を防止するように構成され、
ケーブル管理ガイドは、ケーブル管理ガイドの、ジョイントクラスタ軸のいずれの周りでの回転も防止する為に、複数のジョイントクラスタの１つ以上、エンドエフェクタ、及び器具軸のうち少なくとも１つに固定されている、
医療デバイス。
【請求項２２】
前記ケーブル管理ガイドは、エンドエフェクタ伝達ケーブルを配置する為の、及び、エンドエフェクタ伝達ケーブルがジョイントクラスタ軸に沿って軸方向に移動することを許容しながら、ジョイントクラスタを介して各開口部内でのエンドエフェクタ伝達ケーブルの側方移動を防止する少なくとも１つのケーブル経路を備えている、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記関節屈曲入力は、入力ジョイントによって前記細長い器具軸に接続されたハンドルを備える、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記複数のジョイントクラスタは、各ジョイントクラスタの第１のハーフジンバルガイド及び第２のハーフジンバルガイドのうち少なくとも一方が、隣接するジョイントクラスタのハーフジンバルガイドに確りと結合されるか一体に形成されてフルジンバルガイドを形成するように、連続して隣接して配置される、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記フルジンバルガイドの各ハーフジンバルは一対の共線ヨークを備え、共線ヨークの各対は共線ジンバルスピンドルの対うち１つを保持するように構成され、更に、フルジンバルガイドの第１の側部上のハーフジンバルガイド上の共線ヨークの対は、フルジンバルガイドの対向する側部上の共線ヨークの対に平行に配置される、請求項２４に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記フルジンバルガイドの各ハーフジンバルは一対の共線ヨークを備え、共線ヨークの各対は共線ジンバルスピンドルの対うち１つを保持するように構成され、更に、フルジンバルガイドの第１の側部上のハーフジンバルガイド上の共線ヨークの対は、フルジンバルガイドの対向する側部上の共線ヨークの対に直角に配置される、請求項２４に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記ケーブル管理ガイドは、ケーブル管理ガイドの外面と、ジョイントクラスタ、エンドエフェクタ又は器具軸のうち１つ以上との接着又は機械的キー嵌合、又は圧入のうち１つ以上によって固定される、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２８】
更に、前記関節屈曲入力から、マルチクラスタジョイントの中立軸に対して平行に延在し、ジョイントクラスタの開口部の側方外側に配置されてマルチクラスタジョイントを関節屈曲させるように構成された一組の関節屈曲ケーブルを備えた、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２９】
各ジョイントクラスタは、対応するジョイントクラスタ軸それぞれに対して軸対称な関節屈曲の限界を含み、その結果、各ジョイントクラスタが、均一な関節屈曲掃引及び関節屈曲ロールを提供する、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項３０】
前記マルチクラスタジョイントは積層体として形成され、各ジンバル上の複数のジンバルスピンドルが、隣接するジンバルガイド上の複数の開いたヨーク内に着座する、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項３１】
各ジョイントクラスタの最小曲げ半径は、いずれの関節屈曲方向においてもマルチクラスタジョイントの直径の１×以下である、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項３２】
各ジョイントクラスタの最小曲げ半径は、いずれの関節屈曲方向においてもマルチクラスタジョイントの直径の０．８×以下である、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項３３】
前記ケーブル管理ガイドは０．１ＧＰａを超えるヤング率を有する、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項３４】
細長い器具軸と、入力ジョイントを介して器具軸に結合された基端ハンドルと、医療デバイスの末端のエンドエフェクタを有する、医療デバイスの末端領域でのマルチクラスタジョイントの関節屈曲方法であって、方法が、
前記医療デバイスのハンドルを、器具軸に対してピッチ及びヨーで動かし、
細長い器具軸を介して、ハンドルのピッチ及びヨー運動をマルチクラスタジョイントに伝達してマルチクラスタジョイントを関節屈曲させることを含み、マルチクラスタジョイントは複数のジョイントクラスタを備え、各ジョイントクラスタが、いずれの関節屈曲方向にも、マルチクラスタジョイントの直径の１．２×以下の同じ最小曲げ半径を有し、第１のハーフジンバルガイドと、第２のハーフジンバルガイドと、第１対の共線ジンバルスピンドル及び第２対の共線ジンバルスピンドルを有するジンバルを含み、２つの対は直角であって１つのクラスタ面にあり、ジンバルは、第１のハーフジンバルガイドと第２のハーフジンバルガイドの間に配置され、
ジョイントクラスタそれぞれを通過する、開口部内のケーブル管理ガイドを用いて、各クラスタ面に対して直角な軸方向にエンドエフェクタ伝達ケーブルが動くことを許容しながら、各クラスタ面内でのエンドエフェクタ伝達ケーブルの側方移動を防止することによって、マルチクラスタジョイントのがたつきを防止し、
ケーブル管理ガイドによる各ジョイントクラスタの湾曲に抵抗することによってマルチクラスタジョイントの座屈を防止し、
ハンドル上の制御子又はボタン又はレバーを駆動することによってエンドエフェクタを駆動し、それが、エンドエフェクタ伝達ケーブルを基端側に引き寄せる、
ことを含む方法。
【請求項３５】
座屈を防止することは、０．１ＧＰａを超えるヤング率を有するケーブル管理ガイドの剛性故に座屈を防止することを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
更に、マルチクラスタジョイントが関節屈曲するにつれて任意のジョイントクラスタに対するケーブル管理ガイドの回転を防止することを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
円滑に駆動され得るタイトな最小曲げ半径を備えた関節屈曲マルチクラスタジョイントを有する医療デバイスであって、
細長い器具軸と、
前記器具軸の基端の関節屈曲入力と、
前記細長い器具軸の末端のエンドエフェクタを備え、
前記マルチクラスタジョイントは前記器具軸と前記エンドエフェクタの間にあって、
複数のジョイントクラスタを含み、各ジョイントクラスタは、非関節屈曲状態において１本のジョイントクラスタ軸を有し、完全に関節屈曲した場合、いずれの関節屈曲方向にも同じ最小曲げ半径を有し、各ジョイントクラスタは２つの直角な回転自由度を提供し、更に、各ジョイントクラスタは、ジョイントクラスタ軸に沿ってジョイントクラスタを貫通する開口部を含み、
第１のエンドエフェクタ伝達ケーブル及び第２のエンドエフェクタ伝達ケーブルを備え、第１の及び第２のエンドエフェクタ伝達ケーブルは、マルチクラスタジョイントの各ジョイントクラスタの開口部を通して延出し、第１のエンドエフェクタ伝達ケーブル及び第２のエンドエフェクタ伝達ケーブルは、互いの周りに２７０度を超えて巻き付けられて、マルチクラスタジョイント内で撚り合わせ構成に維持され、更に、
第１のエンドエフェクタ伝達ケーブル及び第２のエンドエフェクタ伝達ケーブルのうち一方又は両方への張力を維持するエンドエフェクタ作動制御入力を備えるデバイス。
【請求項３８】
前記関節屈曲入力は、入力ジョイントによって細長い器具軸に接続されたハンドルを備える、請求項３７に記載のデバイス。
【請求項３９】
各ジョイントクラスタは、第１のハーフジンバルガイドと、第２のハーフジンバルガイドと、第１対の共線ジンバルスピンドル及び第２対の共線ジンバルスピンドルを有するジンバルを含み、前記２つの対は直角であって１つのクラスタ面内にあり、更に、前記ジンバルは、第１のハーフジンバルガイドと第２のハーフジンバルガイドの間に配置されている、請求項３７に記載のデバイス。
【請求項４０】
前記複数のジョイントクラスタは、各ジョイントクラスタの第１のハーフジンバルガイド及び第２のハーフジンバルガイドのうち少なくとも一方が、隣接するジョイントクラスタのハーフジンバルガイドに確りと結合されるか一体に形成されるように、連続して隣接して配置される、請求項３９に記載のデバイス。
【請求項４１】
各ジョイントクラスタは、クラスタ面内で２つの直角な回転自由度を提供する、請求項３７に記載のデバイス。
【請求項４２】
前記第１及び第２のエンドエフェクタ伝達ケーブルは、湾曲に高度に応従する可撓性ケーブルである、請求項３７に記載のデバイス。
【請求項４３】
関節屈曲入力から、マルチクラスタジョイントの中立軸に沿って延在し、前記ジョイントクラスタの開口部の側方外側に配置されて前記マルチクラスタジョイントを関節屈曲させるように構成された一組の関節屈曲ケーブルを含む、請求項３７に記載のデバイス。
【請求項４４】
各ジョイントクラスタは、対応するジョイントクラスタ軸それぞれに対して軸対称な関節屈曲の限界を含み、その結果、各ジョイントクラスタが、均一な関節屈曲掃引及び関節屈曲ロールを提供する、請求項３７に記載のデバイス。
【請求項４５】
前記マルチクラスタジョイントは、複数のジンバル及びジンバルガイドを積層することによって形成される、請求項３７に記載のデバイス。
【請求項４６】
前記マルチクラスタジョイントが複数のジンバルガイド及び複数のジンバルを含み、前記マルチクラスタジョイントは、複数のジンバルガイドの一対のジンバルガイドの間に複数のジンバルの１つのジンバルを隣接させて積層することによって形成され、その結果、各ジンバル上の複数のジンバルスピンドルが、隣接するジンバルガイド上の複数の開いたヨーク内に着座する、請求項３７に記載のデバイス。
【請求項４７】
各ジョイントクラスタの最小曲げ半径は、いずれの関節屈曲方向においても、マルチクラスタジョイントの直径の１．２ｘ未満である、請求項３７に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連特許出願の相互参照
本出願は、２０１５年１０月５日に出願された、「関節接合部及びその支持部材（ARTICULATION JOINT AND SUPPORTING MEMBER THEREOF）」というタイトルの米国仮特許出願第６２／２３７，４８３号、及び、２０１５年１０月５日に出願された、「遠隔アクセスツール用のエンドエフェクタ顎閉鎖伝達システム（END-EFFECTOR JAW CLOSURE TRANSMISSION SYSTEMS FOR REMOTE ACCESS TOOLS）」というタイトルの米国仮特許出願第６２／２３７，４７６号に基づく優先権を主張し、両出願はそれぞれ、参照により全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本出願は、２０１５年４月１５日に出願された（「遠隔アクセスツール用の前腕取り付け装置（FOREARM ATTACHMENT APPARATUS FOR REMOTE ACCESS TOOLS）」というタイトルの）米国仮特許出願第６２／１４７，９９８号、及び、２０１５年１０月２日に出願された（「遠隔アクセスツール用の前腕取り付け装置（FOREARM ATTACHMENT APPARATUS FOR REMOTE ACCESS TOOLS）」というタイトルの）米国仮特許出願第６２／２３６，８０５号に基づく優先権を主張した、２０１６年４月１５日に出願された「遠隔アクセスツール用の取り付け装置（ATTACHMENT APPARATUS FOR REMOTE ACCESS TOOLS）」というタイトルの米国特許出願第１５／１３０，９１５号にも関連し得る。本出願は更に、２００８年４月１１日に出願された米国仮特許出願第６１／０４４，１６８号に基づく優先権を主張した、現在では米国特許第８，６６８，７０２号である、２００９年４月１３日に出願された米国特許出願第１２／９３７，５２３号の継続である、米国特許出願公開第２０１４−０１４２５９５−Ａ１号である、２０１４年１月２８日に出願された、「極小アクセスツール（MINIMAL ACCESS TOOL）」というタイトルの米国特許出願第１４／１６６，５０３号に基づく優先権を一部継続出願として主張する、２０１６年２月２５日に出願された、「分離された回転運動を伴う並列運動学的機構（PARALLEL KINEMATIC MECHANISMS WITH DECOUPLED ROTATIONAL MOTIONS）」というタイトルの米国特許出願第１５／０５４，０６８号にも関連する。これらの特許及び特許出願それぞれは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００３】
参照による引用
本明細書で言及される全ての刊行物及び特許出願は、個々の刊行物及び特許出願が恰も参照により組み込まれると特定的且つ個別に示されたのと同程度に、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００４】
技術分野
本明細書では、遠隔アクセス機器用、例えば低侵襲手術器具用のエンドエフェクタを関節屈曲させることができるマルチクラスタ関節屈曲ジョイントが記載される。
【背景技術】
【０００５】
種々の関節屈曲遠隔アクセス器具（特許文献１、特許文献２、特許文献３）は、１つ以上の引張部材（例えば、関節屈曲ケーブル又は関節屈曲伝達ケーブル）によって制御され得る、リンク、マルチリンク又はクラスタのうち１つ以上を含む出力関節屈曲ジョイントを有する。リンク、クラスタ、構成要素及び引張部材のこれらの特定の組み合わせは、機器、特に腹腔鏡又は内視鏡手術機器の遠隔アクセス及び操作の為のエンドエフェクタ（ＥＥ）の操作の為に役立ち得る。これらのデバイスは一般的に引張部材（例えば関節屈曲ケーブル）によって制御される関節屈曲エンドエフェクタジョイントを用いるため、これらのデバイスは、器具の基端領域に一般的に存在する関節屈曲入力を介して関節屈曲又は操作され得る。例えば、引張部材／関節屈曲伝達ケーブルに結合された関節屈曲入力の関節屈曲又は操作（手動又は電子機械的に実行される）は、出力関節屈曲ジョイント／マルチリンクエンドエフェクタジョイントを介したエンドエフェクタの関節屈曲をもたらし得る（特許文献４）。エンドエフェクタは多くの異なる実施形態を含む可能性があり、一対のジョーに限定され得ない。他の実施形態は、針の保持及び操作、縫合、組織、焼灼、結紮クリップ適用等に有用であり得、又は、操縦可能な腹腔鏡／内視鏡視覚化及び／又は診断用カメラの形式で機能し得る。これらの用途又は他の実施形態のいずれに関しても、関節屈曲機構はこれらのエンドエフェクタの操縦を補助する為に必要な自由度を提供できる。本明細書で用いられる用語「ジョイント」と「機構」は同義に用いられてよい。低侵襲手術器具及び処置において、及び特に腹腔鏡及び内視鏡処置において、関節屈曲ジョイントを有するエンドエフェクタは、外科医自身の手首と類似しているがサイズが小型である、非常に巧妙で手首のような動作を提供する為に必要であり得る。この増強された巧妙さは、複雑な腹腔鏡作業を可能にし、それは、種々の組織面を通して縫合針の曲線に沿って針を進めること、組織解剖及び牽引、糸結び等を含む。一般的に、エンドエフェクタ関節屈曲ジョイントは、遠隔アクセスを提供する機器／器具軸等の細長い部材と、保持、把持、解剖、剪断等の幾つかの機能性を提供するエンドエフェクタとの間に位置決めされてよい。上記に列挙した作業を遂行する為に、エンドエフェクタ関節屈曲ジョイントは、エンドエフェクタに、機器軸に対する特定の回転自由度（ＤｏＦ）を提供しなければならない。図１Ａ及び１Ｂを参照されたい。これらのＤｏＦは、一般的にピッチ回転及びヨー回転と呼ばれる２つの直角な回転を含む。幾つかの事例では、ロール回転は、エンドエフェクタ関節屈曲ジョイントによって制限される。
【０００６】
典型的に、関節屈曲ジョイントは、ワイヤ又はケーブル（例えば可撓性金属又はニチノールワイヤ、スチールケーブル等）等の複数の引張部材によって制御され、引張部材は、マルチリンクエンドエフェクタ関節屈曲ジョイント内の特定のリンクを横切る、又はそれに装着する、又は、エンドエフェクタへの関節屈曲ジョイントの複雑な一連のプーリ及び種々の構成要素を通って配線される。これらの引張部材は、マルチリンク関節屈曲ジョイントの関節屈曲に用いられ、一般的に、エンドエフェクタ関節屈曲伝達ケーブル（複数可）、又はエンドエフェクタ関節屈曲ケーブル（複数可）又は関節屈曲ケーブル等と呼ばれ得る。これらのタイプのシステムが種々の実施形態において実証されてきたが、典型的に、エンドエフェクタ関節屈曲ジョイントの、ケーブルに基づく作動において発生するパフォーマンスのトレードオフを蒙る。低侵襲手術器具の為のケーブル駆動エンドエフェクタ関節屈曲ジョイントは、手術後のより良い回復をもたらす為に手術中の患者の外傷を減らすという要望によって駆られる、一層縮小するアクセスポート径によってこれらの器具タイプに課されるサイズ制約故に最も実用的である。しかしながら、幾つかの実用上のトレードオフがケーブルに基づく関節屈曲機構に影響する。種々の腹腔内手術向けのエンドエフェクタ関節屈曲ジョイントは、適切な届く範囲と作業空間を提供する為に、エンドエフェクタに対する全回転方向（特に、ピッチ及びヨー回転方向）において、大きな角度回転範囲を提供する必要がある。エンドエフェクタが一方向に回転すると、多くの関節屈曲ジョイントにおいて他方向への関節屈曲の伝達経路が変わる可能性がある。これは、マルチリンク関節屈曲ジョイントの関節屈曲を補助する１つ以上のケーブルにおける張力の増加と、反対側ケーブル（複数可）における張力の減少又は緩みの発生にも関連し得る。これは、エンドエフェクタ関節屈曲における不要な緩みの生成及び／又は逆戻りにつながり得る。関節屈曲ジョイントの設計における種々のその他の課題は、以下に論じるエンジニアリング及び設計的見地から発生する、満たさなければならない性能属性及び関連する矛盾するトレードオフから生じる。既存の解決策は典型的に、多数のプーリの複雑な連なり及びその他の構成要素を必要とし、結果として、小型化につながらない設計をもたらした（例えば、特許文献５、特許文献６及び特許文献７参照）。その他の例示的デバイスは、特許文献８、非特許文献１、非特許文献２を含む。
【０００７】
典型的なマルチリンク関節屈曲ジョイントにおいて、マルチリンクは、エンドエフェクタの一回転毎に２つの（又はそれ以上の）「関節屈曲ケーブル」によって一体化され、マルチリンクの周縁上の貫通孔（関節屈曲ケーブル開口部とも呼ばれる）を通る（例えば、図２Ａ及び２Ｂを参照されたい）。所望の大きな回転範囲を達成する為に、この設計は、マルチリングを含まなければならない。例えば、図３を参照されたい。リンクの数が多くなると、ケーブルの緩み及びエンドエフェクタの逆戻りの問題が大きくなる。更に、多数のリンクと大きなジョー閉鎖力（エンドエフェクタ作動伝達ケーブルにおける高張力によってかかる）が相まって、エンドエフェクタにがたつき又は不規則さをもたらし、以下に説明し図示する座屈型の現象によるジョイントの歪み（又はＳ字湾曲）をもたらす。
【０００８】
関節屈曲した配向を保持しながらのエンドエフェクタ関節屈曲ジョイントの大きな保持剛性と最小逆戻りは、使用中の精密な制御の為に典型的に必要である。言い換えると、入力が関節屈曲ケーブルを特定の作動（図２Ａ参照）に「固定状態で」保持すると、エンドエフェクタも対応する「固定状態の」関節屈曲した配向を維持するはずである。これは、エンドエフェクタを周囲に対して押し付ける能力を提供し、更に、器具の末端から戻って基端態様へ、時として入力ジョイントを介してユーザの手に力のフィードバックを伝えることも補助する。しかしながら、マルチリンクエンドエフェクタの設計において、関節屈曲ケーブルの変形のキネマティクスと応従性により、例えば、エンドエフェクタの末端リンクが、１つの関節屈曲ケーブル又は複数のケーブルを引っ張ることによって１つの回転方向においてエンドエフェクタのベースリンクに対して関節屈曲すると、対向するサイドのケーブル２０１又は複数のケーブル（図２Ｂ参照）上に緩みが進行する、又は逆も同様である。付加的な緩みは、ケーブル延伸、磨耗及び組立公差によって生じ得る。この緩みは、例えば、参照により全体を本明細書に組み込む、２０１６年４月４日に出願された「TENSION MANAGEMENT APPARATUS FOR CABLE-DRIVEN TRANSMISSION」というタイトルの特許文献９に記載されたエンドエフェクタの逆戻り及び保持剛性の損失につながり得る。
【０００９】
典型的に、エンドエフェクタ内に対象物を保持し、周囲に対して押し付け／引っ張る、又は周囲に突き刺す（例えば、組織を貫通して針を保持及び駆動する）ことに関する用途（特に低侵襲性手術器具）において、エンドエフェクタジョーによってかかる把持力は、特に、針等の対象物がその場で滑落する又は回転することを防止する為に針を保持する場合に、非常に高くならなければならない。このことは、入力側での入力制御子をエンドエフェクタジョーに接続するエンドエフェクタ作動伝達ケーブル（例えば、ジョー閉鎖ケーブル）における高張力を介して達成され得る。一般的に、エンドエフェクタ作動伝達ケーブルは、エンドエフェクタ作動ケーブル、又は作動ケーブル、又はジョー閉鎖ケーブル、又はエンドエフェクタ伝達ケーブル等とも呼ばれ得る。しかしながら、このケーブルがマルチリンクエンドエフェクタジョイント（小径のデバイスの場合にはこれが望ましい）を通って配線される場合、このケーブルにおける大きな張力は、マルチリンクエンドエフェクタに座屈型の負荷効果をもたらす。これは潜在的に、回転（ピッチ、ヨー及び／又はロール）中にエンドエフェクタにがたつきをもたらす可能性がある。これは、ジョイント歪み（Ｓ字湾曲）にもつながる可能性があり、それは、関節屈曲ジョイントのマルチリンクに関連する余剰な局所的自由度の結果である。この問題に対処する従来の試みは典型的に、エンドエフェクタ回転方向毎に多数の駆動プーリ及びケーブルを用いており、それが、全体的な器具設計の複雑さ、サイズ及びコストをかなり増加させて、単純で、低コストで高機能性の低侵襲手術（ＭＩＳ）器具の目標を打ち砕いていた。このように、多数のエンドエフェクタリンク（大きな範囲の回転運動を提供する為に）を用いることと、より少数のリンクを用いること（器具の操作作業スペース量を縮小し、がたつき、逆戻り及びケーブルの緩みを極減又は減少させて、大きな把持力と保持剛性を可能にする）の間にトレードオフが存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第５，３３０，５０２号
【特許文献２】米国特許第８，０２９，５３１号
【特許文献３】米国特許出願第１３／８６５，７９０号
【特許文献４】米国特許第８，６６８，７０２号
【特許文献５】米国特許第８，５４０，７４８号
【特許文献６】米国特許第７，１０１，３６３号
【特許文献７】米国特許第８，５２８，４４０号
【特許文献８】米国特許出願公開第２０１０／００３００１８号
【特許文献９】国際特許出願公開第２０１６／０２５９２６号
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】ペア他（Peirs, et. al）（Ｊ．ペア（Peirs, J.）、Ｈ．ブリュッセル（Brussel, H.）Ｄ．レイナート（Reynaerts, D.）、Ｇ．ギアセム（Gersem, G.）著、「内視鏡ロボット手術における熟練度増強の為の２つの自由度を備えた可撓性末端（A Flexible Distal Tip with Two Degrees of Freedom for Enhanced Dexterity in Endoscopic Robot Surgery）」、ルーマニア、シナイア、第１３回マイクロメカニクスヨーロッパワークショップ（The 13th Micromechanics Europe Workshop, Sinania, Romania）、ＭＭＥ’０２、２００２年
【非特許文献２】シナーン他（Simaan et al）（Ｎ．シナーン（Simaan, N.）、Ｒ．テイラー（Tayloer, R.）、Ｐ．フリント（Flint, P.）著、「喉頭部手術用熟練システム（Dexterous System for Laryngeal Surgery）」、ＬＡ、ニューオリンズ、２００４年ＩＥＥＥロボット＆オートメーション国際会議予稿集（Proceedings of the 2004 IEEE International Conference on Robotics & Automation, New Orleans, LA.）、２００４年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本明細書に記載される装置（デバイス、器具、システム、機構等）及び方法は、上記の課題に対処する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
一般的に、本明細書では、比較的タイトな曲げ半径を有し小型化され得るマルチクラスタ関節屈曲ジョイントが記載され、これらのデバイスは、マルチクラスタ関節屈曲ジョイント全体を通って配線されたエンドエフェクタ作動伝達ケーブルによってジョー閉鎖作動が適用された場合であっても、関節屈曲における歪み（例えば、Ｓ字湾曲）又はがたつきを回避しながら、比較的高角度を含む種々の関節屈曲を通して円滑に関節屈曲され得る。本明細書に記載されるマルチクラスタジョイントは、限定はしないが、医療デバイス、ロボットデバイス（医療用及び非医療用ロボットデバイスを含む）等を含む任意の適切な装置の一部であってよい。これらの関節屈曲マルチクラスタジョイントは、マルチクラスタジョイントによって関節屈曲され、ケーブル（例えば、ロープ、ブレード等の、圧縮、捩れ及び湾曲に応従するケーブル）によって駆動される、末端に取り付けられたエンドエフェクタと使用するのに特に適し得る。本明細書では、小型であり、曲率半径と、高度の関節屈曲角を有し得るマルチクラスタジョイントについて記載する。
【００１４】
一般的に、関節屈曲ジョイントは、装置の入力（即ち入力ジョイント）又は装置の出力（即ち出力ジョイント）、又は入力と出力の両方にあり得る。本明細書で提供される諸例は主に、低侵襲手術用の遠隔／最小アクセスデバイス／機器／器具、具体的には、上述のように、そのようなデバイスの出力ジョイントとして働くエンドエフェクタマルチリンク関節屈曲ジョイントに集中しているが、それらは小型で円滑に関節屈曲するジョイントが望まれ得る任意の装置の一部として用いられてよい。いずれのジョイントとも同様に、記載された考慮されるマルチクラスタ関節屈曲ジョイント（本明細書において、文脈で別途示さない限り、「マルチクラスタジョイント」、「関節屈曲エンドエフェクタジョイント」、「エンドエフェクタジョイント」、「関節屈曲ジョイント」又は「関節屈曲するジョイント」と呼ばれる）は、器具軸とエンドエフェクタの間に或る程度の相対運動／自由度を許容し、それ以外の運動を制限してもよい。許容される相対運動は、図１Ａ及び１Ｂに示すようにヨー及びピッチ回転を含み得る。両回転とも器具軸の長軸に対して直角である。
【００１５】
記載されるマルチクラスタジョイント及びそれらを含むいずれの装置も多数の利点を提供できる。例えば、これらのマルチクラスタジョイントは、ジョイントの関節屈曲が僅かである、又は関節屈曲していない場合に、小さな円筒形直径又は「ジョイントクラスタ直径」等の小さな総体的横寸法を有する。これらのマルチクラスタジョイントは更に、関節屈曲中にタイトな曲げ半径を有し得る。各ジョイントクラスタは、長手方向ジョイントクラスタ軸に対して２つまでの直角な角度の回転自由度も提供し得る。
【００１６】
一般的に、マルチクラスタジョイントを含むジョイントの曲げ半径は、関節屈曲限界に達するまでジョイントを関節屈曲できる最小半径と理解される。ジョイントの関節屈曲の角度が増加するにつれ、一般に曲率半径は減少する。別途記載しない限り、本明細書で用いられる曲げ半径は、ジョイントの内部湾曲から測定される（例えば、湾曲を形成する内側エッジに沿ったマルチクラスタの外面に沿って）と理解され得る。曲げ半径は代替的に、ジョイントの中線から測定されても、又は、湾曲を形成する外側エッジに沿ってジョイントの外面から測定されてもよいことを理解すべきである。本明細書に記載されるマルチクラスタジョイントは、セグメント化された湾曲を形成し得るが、別途記載しない限り、曲げ半径は、ジョイントの外側エッジ（又はその中線）に最適に適応する円滑なカーブを指し得ることを理解すべきである。幾つかの変形例において、全体的曲げ角は曲がった又は湾曲マルチクラスタジョイントの副領域で平均されてもよい。以下に更に詳しく説明するように、これらの装置（例えば、マルチクラスタジョイント）は、マルチクラスタジョイントの直径、又は、幾つかの変形例では、マルチクラスタジョイントが装着される細長い軸の直径、及び／又はエンドエフェクタの直径に相対して説明される曲げ半径を有してよい。例えば、マルチクラスタジョイントの直径は、関節屈曲していない（「真直ぐ」又は幾つかの変形例において、非関節屈曲）構成におけるマルチクラスタジョイントに対して横断方向のマルチクラスタジョイントの直径であってよい。マルチクラスタジョイントの直径は、ジョイントクラスタの直径とほぼ同じであってよく、例えば、マルチクラスタジョイントを形成するジンバルガイド（複数可）／ハーフジンバルガイド（複数可）の直径とほぼ同じであってよい。本明細書に記載される装置は、幾分均一な直径を有する（例えば、ジンバルガイド又はハーフジンバルガイドによって形成される変形例では、ジンバルガイド／ハーフジンバルガイドは全てほぼ同じ直径である）マルチクラスタジョイントを含むが、幾つかの変形例では、異なるサイズのジンバルガイドが用いられてよい。本明細書に記載されるいずれのマルチクラスタジョイントにおいても、この場合直径に相対した曲げ角は、別途記載されない限り、マルチクラスタジョイントの平均直径（例えば、マルチクラスタジョイントの外周から測定された）に相対するものであり得る。
【００１７】
代替的に、この場合直径に相対した最小曲げ半径は、マルチクラスタジョイントの最大直径、及びマルチクラスタジョイントの中間直径等に相対するものであり得る。
【００１８】
本明細書に記載されるマルチクラスタジョイントは、大きな関節屈曲角を成してもよい。例えば、関節屈曲角は、クラスタ内での単位の構造及びそれらの相互作用（ジンバルガイド及び／又はハーフジンバルガイド及びジンバル）を制御する為に修正され得るクラスタ又は形状変動毎に大きくなってよい。
【００１９】
一般的に、本明細書に記載されるマルチクラスタジョイントは、軸方向又は長手方向における高い圧縮力に耐え得る。この軸方向は制限方向であり得、従って、力はこの方向に伝わり得る。エンドエフェクタジョーを開ける及び／又は閉じる為の作動力はエンドエフェクタジョイントを介して伝わるため、これは、エンドエフェクタジョイントに圧縮方式の負荷をかけ得る。エンドエフェクタジョーを開ける及び／又は閉じる為の大きな作動力は、対象物（針等）又は組織を確りと保持する為に必要であり得る。エンドエフェクタジョイントへのこの大きな圧縮力は、エンドエフェクタジョイントに座屈状の負荷状態をもたらす可能性があり、それがエンドエフェクタジョイント設計を介して対処される望ましくない兆候につながり得る。例えば、マルチクラスタジョイントは、時として「Ｓ字湾曲」又は「ジョイント歪み」とも呼ばれるジグザグ形状を取ることがある。更に、マルチクラスタジョイントは、関節屈曲中に、何らかの位置変更に亘って関節屈曲する場合に「がたつき」を経験することがある（例えば、最小上死点がたつき）。
【００２０】
これらの問題に対処する為に、マルチクラスタジョイントは、エンドエフェクタ作動伝達ケーブルの為の関節屈曲ジョイントを通る簡易通路を提供するように構成されてよく、それは、ジョイントに結合されたエンドエフェクタが大きなジョー開放角を提供することを可能にし、ジョーは全ての関節屈曲条件において自在に開／閉でき、全ての関節屈曲状態においてジョー閉鎖を達成する為に必要な入力強さは同じ（均一又は、略均一）であり得、一般的に低くあってよい（例えば、装置は、ハンドル又は、器具軸及び遠位エンドエフェクタに近接した位置において低い入力関節屈曲力を有し得る。）一事例において、ハンドルは２つの入力を含んでよく、それらは即ち、エンドエフェクタ関節屈曲への入力として働く関節屈曲入力と、エンドエフェクタジョーの作動への入力として働く、入力制御子又は制御入力である。一般的に、関節屈曲入力は、関節屈曲ハンドル入力等と呼ばれてよい。制御入力は、入力制御子、又はハンドル入力制御子、又はジョー閉鎖制御子、又は入力レバー、又はハンドルレバー、又はボタン、又はトリガ等と呼ばれてよい。ハンドル自体は、入力、又はハンドル入力等と呼ばれてよい。ハンドルは、それ自体はユーザの手のみとインターフェースするものとは限定され得ない。エンドエフェクタジョイント関節屈曲を制御する種々の他の一般的な入力方法も想定され得る。
【００２１】
本明細書に記載されるマルチクラスタジョイントの幾つかの変形例において、マルチクラスタジョイントは複数のクラスタ（サブクラスタ）から構成される。各クラスタは典型的に、ジンバルのいずれかの側にハーフジンバルガイドを含む（例えば、ハーフジンバルガイド、ジンバル、ハーフジンバルガイド）。これらの個々の構成要素を以下に説明する。各クラスタは、クラスタが、カルダンジョイントに類似した２つの直角な回転自由度（第１の回転自由度（ＤＯＦ）、ピッチ及び第２の回転ＤＯＦ、ヨー））を提供するため、ユニバーサルジョイントの一形態と見做され得る。本明細書の記載では、これらのクラスタは典型的に、２つの直角な回転軸を同じ面（本明細書では「クラスタ面」と呼ぶ）に配置し、それによって軸方向／長手方向にコンパクトなジョイントを提供し、それが、本明細書に記載される比較的タイトな曲げ半径をもたらし得る。軸方向にコンパクトなジョイントクラスタを備えたマルチクラスタジョイントは、比較的タイトな曲げ半径を表し得る。これらのクラスタは、連続して繰り返し接続されてよく、それによって軸方向の連続積層クラスタ（例えば、ハーフジンバルガイド、ジンバル、ハーフジンバルガイド、ハーフジンバルガイド、ジンバル、ハーフジンバルガイド、ハーフジンバルガイド、ジンバル、ハーフジンバルガイド）を形成する。この種の連続積層体は、マルチクラスタジョイントとも呼ばれる関節屈曲ジョイント（一種のマルチリンクジョイント、蛇行状ジョイント等）にもつながる。積層体全体におけるそれぞれの対応するクラスタによって提供されるヨー及びピッチ回転は全て余剰であり、大きな関節屈曲角に貢献し得る。しかしながら、ジョイントは依然として２つのみのＤｏＦ（全体的ヨー回転及び全体的ピッチ回転）を有すると言われる。隣接するハーフジンバルガイド（ハーフジンバルガイド、ジンバル、ハーフジンバルガイドの隣接するクラスタにおける）は、ジンバルガイド全体の一部であってもよいし（背中合わせのハーフジンバルガイド）、又は、それらは互いに確りと固定されてもよいことに留意されたい。各ハーフジンバルガイドの、ジンバルへの接続（一対の共線ヨーク）は、平行に配向していてもよく、直線状（関節屈曲していない）ジョイントクラスタ軸又はジョイントの長軸に交差する同じ直角面内に属してもよく（例えば、ジンバルガイド全体の一方の側部上の一対のヨークを接続する線は、ジンバルガイド全体の対向する側部上の一対のヨークを接続する線と平行であってよい）、又は、それらは、直角であって、各対を接続する線が、直線状（関節屈曲していない）ジョイントクラスタ軸又はジョイントの長軸に交差してもよい。単一のマルチクラスタジョイントが、全ての平行なジンバルガイド全体を含んでもよいし、又は、全ての直角なジンバルガイド全体を含んでもよいし、又は、両方を混合して含んでもよい（例えば、交互の直角及び平行ジンバルガイド全体）。
【００２２】
一般的に、マルチクラスタジョイントは、ジンバルガイドとジンバルの積層体から形成され得る。積層体は、ジンバル本体から延出するスピンドルが、ジンバルガイド内の開いたヨーク内に存在し得るように、ジンバルガイドとジンバルが文字通り積層体となるように、ピンレス（コンポーネント又はアセンブリの形成中に個別のピンがない）であり得る。延出するスピンドルは、第１の軸を形成する一対の共線スピンドルと、第２の軸を形成する第２の対の共線スピンドルを含んでもよく、第１の軸と第２の軸は直角である。ケーブルは、張力を受けると（例えば、駆動ケーブル及び／又はジョー駆動ケーブル）、圧縮負荷下でマルチクラスタジョイント及びそのサブクラスタ（ハーフジンバルガイド、ジンバル、ハーフジンバルガイドからなる）を一体に保持し得る。
【００２３】
一般的に、マルチクラスタ関節屈曲ジョイントは連続方式で掃引されてよい。例えば、関節屈曲中の連続したジンバルガイド間の、軸対称関節屈曲限界での連続した接触が許容され、それにより、全ての方向での関節屈曲を可能にして、同じ均一な最小曲げ半径及び関節屈曲角をもたらして、３６０度以上（例えば、連続した）の関節屈曲掃引を提供し、関節屈曲ジョイント及び器具軸は、関節屈曲していないジョイントの中心長軸の周りで回転しないように制限される。ジョイントの関節屈曲位置を一方向に維持しながら関節屈曲していないジョイントの中心長軸周りに関節屈曲ジョイント又はジョイント及び器具軸を回転させる為に、掃引の代わりに、ジョイントは関節屈曲ロールを完了する。任意の関節屈曲方向におけるハードストップ（例えば、関節屈曲限界）を規定する形状は、典型的に軸対称である、又は中心長軸（ジョイントが関節屈曲していない場合に画定される）周りに対称であり、連続した関節屈曲掃引及び／又は同様に連続した関節屈曲ロールを介した円滑な関節屈曲の知覚に寄与する。
【００２４】
本明細書に記載されるマルチクラスタジョイントのうちいずれも中央開口部を含んでよく、その中にコンジット（例えば、ケーブル管理ガイド）が、軸方向積層体を介して配線される。この中央開口部は、説明の文脈に基づいて呼称される。例えば、これはジンバル（複数可）の文脈では「ジンバル中央開口部」と呼ばれ、ジンバルガイド（複数可）の文脈では「ジンバルガイド中央開口部」と呼ばれ、マルチリンクジョイントクラスタ又はジョイントクラスタの文脈では「ジョイントクラスタ中央開口部」と呼ばれる。中央開口部と呼ばれても、ジョイントクラスタ、ジンバル又はジンバルガイド軸に対して対称に配置されている場合と、対称に配置されていない場合があり得る。更に、「中央開口部」は、エンドエフェクタ関節屈曲ケーブル用の開口部又は貫通孔とは異なり得る。エンドエフェクタ関節屈曲伝達ケーブル用の開口部は、単に「開口部」、又は「関節屈曲ケーブル開口部」又は「貫通孔（ｔｈｒｏｕｇｈ  ｈｏｌｅ）」、又は「貫通孔（ｔｈｒｕ  ｈｏｌｅ）」、又は「経路」、又は「貫通経路」等と呼ばれてよい。このケーブル管理ガイドは、湾曲剛性を提供して、Ｓ字湾曲エラーを緩和して関節屈曲を円滑にする。ケーブル管理ガイドは更に、上死点のがたつきを防止する為に、軸方向積層体を通って配線されるジョー開／閉作動の為のケーブルを管理する。一般的に、ケーブル管理ガイドはコンジット、又はケーブルガイド、又は円筒形ケーブル管理ガイド本体等と呼ばれてよい。更に、ケーブル管理ガイドの全体的プロファイルは断面が円形でその長さに沿って円筒形であると提示されているが、ケーブル管理ガイドは一般的に任意の断面プロファイル（楕円形、六角形、長方形等）を有してよく、また、その長さに沿って任意のプロファイル（螺旋、テーパ状、円錐形等）を有してよいことが理解される。
【００２５】
図４は、操縦可能なエンドエフェクタジョイントを必要とする遠隔アクセス器具と用いられ得る関節屈曲機構／ジョイント及び組み立て方法の包括的な例を示す。上記で説明したように、関節屈曲機構は種々の目的に有用であり得、その幾つかは、腹腔鏡又は内視鏡向けの低侵襲手術器具を含み得る。図４Ａ及び４Ｂにおいて、ジンバル４０３の各セットと、それが界接する２つのジンバルガイド４０１は２つの回転度の回転自由度（ピッチ及びヨー）を有するユニバーサルジョイントを構成する。このセットは交差し、従って同じ面で起こる２つの直角な回転軸（ピッチ軸とヨー軸、又はＸとＹ）を提供する。付加的に、このユニバーサルジョイント構成は、２つのガイド間の残りの軸（Ｚ）の周りでの１つの回転自由度（ロール回転）を制限する。この回転（Ｚの周り）の回転を幾何学的に制限することによって、トルク伝達をマルチクラスタジョイントを通って伝播して、２つのガイド間にトルクを伝えることが可能となる。
【００２６】
本明細書で用いられる用語「ガイド」、「ジンバルガイド」、「ジンバルガイド」及び「リンク」は互換的に用いられ得ることに留意されたい。
【００２７】
本明細書に記載されるマルチクラスタジョイントは少なくとも１つのジンバル及び２つのジンバルガイド（例えば、２つのハーフジンバルガイド）を含み得るが、一般的に、交互のシーケンスでのガイドとジンバルを含み得る。更に、典型的に、ジンバル以外のもう１つのガイド（ハーフジンバルガイド）があるが、それは、ジョイントが、ジンバルガイドで開始してジンバルガイドで終了し、ジンバルが、２つの連続したガイドの間に交互に来るからである。例えば図４Ａは、ガイド−ジンバル−ガイド−ジンバル−ガイドの構成（即ち、３つのガイドと２つのジンバル）を示す。図４Ｃは、ガイド−ジンバル−ガイド−ジンバル−ガイド−ジンバル−ガイド−ジンバル−ガイドの構成（即ち、５つのガイドと４つのジンバル）を示す。この連続鎖状のジンバルとガイドの数が多いことは、全体的関節屈曲ジョイントの大きな関節屈曲角を確実にし得るが、より少ないクラスタ（その場合各クラスタが一対のハーフジンバルガイドと間のジンバルを含む）が用いられ得る。
【００２８】
使用時、ボトム又はベースガイド／リンクは器具軸に一体化されてよく、他方で、エンドガイド／リンクは、ジョーアセンブリ等のエンドエフェクタに統合されてよい。２つのハーフジンバルガイド、１つのジンバルアセンブリのＤｏＦ特性は、マルチガイドマルチジンバルアセンブリ（例えば図４Ａ−４Ｃ）によって受け継がれることに留意されたい。これらのジョイントアセンブリそれぞれが、ピッチ及び回転ＤｏＦを提供してロール回転ＤｏＦを制限する。後者の属性故に、ロール軸周りの回転及びトルクは、エンドエフェクタ関節屈曲ジョイントを介して器具軸からエンドエフェクタジョーへと伝えられる。
【００２９】
各ジンバルガイド（本明細書ではガイド又はジンバルガイド全体と呼ばれる）は、一対のハーフジンバルガイドを含む可能性があり、２つの軸方向の共線で凹形の経路を備えた、２つの対向する側部上の少なくとも１つのヨーク部品／形状を備える可能性があり、共線で凹形の経路に、中間ジンバル部品からの２つの共線の相手側スピンドルが載る。ジンバルの一方の側部で、これは１つの回転軸を形成する（例えばＸ又はヨー軸）。後続のガイドは、中間ジンバル上の２つの残りの２つのスピンドルを、以前のヨークの配向に対して直角な軸に沿って支持するそのヨーク部品／形状を備える。これが、第２の回転軸を形成する（例えばＹ又はピッチ軸）。ボトム／第１の及びトップ／最終ガイドを除いて、全てのその他の中間ガイドは２つのヨーク形状を有する：その側部でジンバルと界接する為のトップの１つのヨーク形状と、その側部でジンバルと界接する為のボトムの１つのヨーク形状である。
【００３０】
幾つかの実施形態において、各ヨークはスピンドル軸の周りでの幾分の相対回転を割り当てられ、連続したガイド間での物理的接触（例えば関節屈曲限界）前にその折れ曲がりの度合いを制御する為に、種々の設計形状を介して操作され得る。
【００３１】
関節屈曲機構はガイド内で側方に偏位した経路（ジンバルがある中央経路又は開口部から偏位した）を通って、ジョイントの長手方向中心軸から偏位した配向で延在し、ジンバルスピンドルの交差軸に対して対称に配置された一組の引張部材（例えば関節屈曲ケーブル）も含み得る。
【００３２】
幾つかの実施形態において、ガイド内の経路を通って延在する引張部材は、全てエンドエフェクタに概ね固定された同じガイド（トップガイド又はエンドガイド）のところで終端してもよい。この終端は、同じガイド内の同じ空間的面内であっても、又は異なる面であってもよく、又は、マルチリンク（即ちマルチガイド）関節屈曲ジョイント内の異なるガイドのところで終端してもよい。
【００３３】
幾つかの実施形態において、関節屈曲機構は更に、個別のエンドエフェクタ操作構成要素（例えば、ジョー開口又は閉鎖ケーブル又は可撓性プッシュ／プルロッド）、又は、変化した湾曲剛性、長柱座屈抵抗等を提供することを目的とし得る構成要素向けの開きを提供する為の、ジョイントのマルチリンク部材（ジンバル及びガイド）の長軸を通る中心に開けた穴を備える。
【００３４】
上記に説明した実施形態において、関節屈曲機構は、特定の引張部材（関節屈曲ケーブル）が手動又は電子機械的操作のいずれかを介して配置された場合にユーザによって制御される。１つ又は複数の関節屈曲ケーブルが張力を受けると（即ち、引っ張られる又は駆動されると）、ジンバル及びガイドによって形成された一連のユニバーサルジョイントは、中心長軸に対する特定の引張部材の方向への湾曲を可能にする。引張部材はマルチクラスタシステム内で所定の位置で終端し、各ユニバーサルジョイント界面に関して特定の折れ曲がりの度合いがわかっているため、ユーザは予想通りに全体的関節屈曲エンドエフェクタジョイントを関節屈曲／操作できる。
【００３５】
上記のように、図４Ａ−４Ｃに示したマルチクラスタジョイントはピンレスであり、ピンの使用を避けて、マルチリンク／ガイド間の交番するピボットジョイントを実現する。代わりに、４つのスピンドル（全て同じＸＹ面に軸を有する）を備えたジンバルが用いられることができ、それが、同じ軸方向面（即ちＸＹ面）内に２つの軸に直角な枢動（即ちユニバーサルジョイント動作）をもたらし、それにより例えば図３の構造と比べてかなりの軸方向空間を省き、全関節屈曲方向における全体的ジョイントプロファイルの均一性により、関節屈曲の円滑さに寄与する。エンドエフェクタの軸方向長さの減少は、ケーブルの緩み、逆戻り、及びエンドエフェクタ動作のがたつきの問題の低減を補助し得る。この構成の多数の積層状リンク／ガイドは、上記のように、引張部材、即ち関節屈曲ケーブルにおける張力によって一体に保持され得る。
【００３６】
この構成は、１つの面内で各ユニバーサルジョイントの両回転軸（ヨー及びピッチ）を提供でき、その結果、ジョイントの、その長手方向（Ｚ軸又はロール軸）に沿った全体的長さがかなり減少され、結果として、図５Ａ−５Ｂ、６、８及び９に示すように、関節屈曲中の非常にタイトな曲げ半径をもたらす。更に、このデザインは、単純で反復する部品（ジンバル及びハーフジンバルガイド）を含み得る。このデザインは、軸方向組み立て（Ｚ軸に沿った）と決定的な動作／関節屈曲を確実にする為の引張部材（例えば関節屈折ケーブル）を用いてもよく、又、エンドエフェクタジョイント全体を通る中央通路（開口部）があり、それが、ジョー開／閉伝達（例えばケーブル）の一体化を可能にする。
【００３７】
このような（エンドエフェクタ関節屈曲ジョイントとして構成された）マルチクラスタジョイントの性能は、高範囲の関節屈曲とタイトな曲げ半径を有することができ、２つの回転方向の間で分離されることができ、ケーブルの緩みの発生を最小にすることができ、中央部を通ってかかる閉鎖力に感応せず、製造及び組み立てが容易であり、サイズ縮小の可能性を提供し得る。本明細書に記載されるジンバルに基づくマルチクラスタジョイントは、２つの軸の間での固有の分離も提供できる。そのピンレスなジンバルの構造により、この概念は軸方向におけるコンパクトなデザインを提供する。結果として得られるより小型の軸方向寸法は、タイトな曲げ半径をもたらすだけでなく、ケーブルの緩みと座屈への感応も極減する。
【００３８】
このように、本明細書では、円滑に駆動され得るタイトな最小曲げ半径を備えた関節屈曲マルチクラスタジョイントを有する医療デバイスが記載される。例えば、円滑に駆動され得るタイトな最小曲げ半径を備えた関節屈曲マルチクラスタジョイントを有する医療デバイスは、細長い器具軸と、マルチクラスタジョイントの関節屈曲を駆動するように構成された関節屈曲入力と、細長い器具軸の末端のエンドエフェクタを備えてよく、マルチクラスタジョイントは器具軸とエンドエフェクタの間にあって、複数のジョイントクラスタを含み、各ジョイントクラスタは、非関節屈曲状態において１本のジョイントクラスタ軸を有し、完全に関節屈曲した場合、いずれの関節屈曲方向にも同じ最小曲げ半径を有し、各ジョイントクラスタは２つの直角な回転自由度を提供し、更に、各ジョイントクラスタは、ジョイントクラスタ軸に沿ってジョイントクラスタを貫通する開口部を含み、マルチクラスタジョイントはさらに、マルチクラスタジョイントの各ジョイントクラスタの開口部を貫通して延在するエンドエフェクタ作動伝達ケーブルと、ジョイントクラスタの開口部を通って配線されるケーブル管理ガイドを含み、ケーブル管理ガイドは、エンドエフェクタ作動伝達ケーブルがジョイントクラスタ軸に沿って軸方向に移動することを許容しながら、ジョイントクラスタを通る各開口部内でのエンドエフェクタ作動伝達ケーブルの側方の運動を防止するように構成される。ここで、側方は、軸方向に対して直角と定義される。軸方向は、ジョイントクラスタ軸に対して平行と定義される（非関節屈曲又は関節屈曲状態両方で）。
【００３９】
円滑に駆動され得るタイトな最小曲げ半径を備えた関節屈曲マルチクラスタジョイントを有する医療デバイスは、細長い器具軸と、器具軸の基端の関節屈曲入力と、細長い器具軸の末端のエンドエフェクタとを含んでよく、マルチクラスタジョイントは器具軸とエンドエフェクタの間にあって、複数のジョイントクラスタを含み、各ジョイントクラスタが非関節屈曲状態において１本のジョイントクラスタ軸を有し、完全に関節屈曲した場合に、いずれの関節屈曲方向にも、マルチクラスタジョイントの直径の１．５×以下（例えば、１．４×以下、１．３×以下、１．２×以下、１．１×以下、１×以下、．９５×以下、．９×以下、．８５×以下、．８×以下、．７５×以下、．７×以下等）である同じ最小曲げ半径を有し、各ジョイントクラスタは２つの直角な回転自由度を提供し、更に、各ジョイントクラスタは、ジョイントクラスタ軸に沿ってジョイントクラスタを貫通する開口部を含み、マルチクラスタジョイントはさらに、マルチクラスタジョイントの各ジョイントクラスタの開口部を貫通して延在するエンドエフェクタ作動伝達ケーブルと、ジョイントクラスタの開口部を通って配線されるケーブル管理ガイドを含み、ケーブル管理ガイドは、エンドエフェクタ作動伝達ケーブルがジョイントクラスタ軸に沿って軸方向に移動することを許容しながら、ジョイントクラスタを通る各開口部内でのエンドエフェクタ作動伝達ケーブルの側方の運動を防止するように構成される。
【００４０】
上記のように、これらのデバイスがいずれもジョイントクラスタを含んでよく、各ジョイントクラスタは非関節屈曲状態において１本のジョイントクラスタ軸を有し、完全に関節屈曲した場合に、いずれの関節屈曲方向にもマルチクラスタジョイントの直径の１．５×以下（例えば、１．４×以下、１．３×以下、１．２×以下、１．１×以下、１×以下、．９５×以下、．９×以下、．８５×以下、．８×以下、．７５×以下、．７×以下等）及び特に、マルチクラスタジョイントの直径の１．２×以下である同じ最小曲げ半径を有する。このタイトな曲げ半径は、そのような小さな曲げ半径が可能でないその他の構成、特に、装置の直径が比較的小さい（例えば、２ｃｍ未満、１．５ｃｍ未満、１．４ｃｍ未満、１．３ｃｍ未満、１．２ｃｍ未満、１．１ｃｍ未満、１．０ｃｍ未満、．９ｃｍ未満、．８ｃｍ未満、．７５ｃｍ未満、．７ｃｍ未満、．６５ｃｍ未満、．６ｃｍ未満等）場合に驚異的な利点を提供するため、特に重要である。そのような場合、内部ケーブルが通る通路（例えば、マルチクラスタジョイントの中心を通って開口部内に保持される）を制御することは、装置の円滑な作動にとって驚異的に重要である。本明細書に記載されるように、この制御は少なくとも２つの方式で提供され得る。第１に、２本以上のケーブルが存在して張力が中央経路内に存在する場合、それらは以下により詳細に説明するように、互いの周りに２７０度以上（例えば、３００度以上、３３０度以上、３６０度以上等）巻き付けられ得る。代替的に、中央開口部内のエンドエフェクタ作動伝達ケーブル等の、ケーブル上での側方自由度を制限する（僅かな量以外排除する）ケーブル管理ガイドが配設されてよい。例えば、ケーブル管理ガイドは、経路内での軸方向移動を許容しながら、側方移動を禁ずる（ケーブルの周りの約数千分の１インチの空き空間以外は）経路を提供できる。
【００４１】
例えば、ケーブル管理ガイドは、エンドエフェクタ作動伝達ケーブルを配置する為の、及び、エンドエフェクタ作動伝達ケーブルがジョイントクラスタ軸に沿って軸方向に移動することを許容しながら、ジョイントクラスタを介した各開口部内でのエンドエフェクタ作動伝達ケーブルの側方移動を防止するケーブル経路を備えていてもよい。
【００４２】
一般的に、これらの装置はロボット（遠隔ロボット）システム又はハンドヘルド装置で用いられてよい。例えば、関節屈曲入力は、入力ジョイントによって細長い器具軸に接続されるハンドルを備えてよい。
【００４３】
説明したように、各ジョイントクラスタは、第１のハーフジンバルガイドと、第２のハーフジンバルガイドと、クラスタ面に一対の直角なジンバルスピンドルを有するジンバルを備えてよく、ジンバルは、第１のハーフジンバルガイドと第２のハーフジンバルガイドの間に配置されている。
【００４４】
複数のジョイントクラスタは、各ジョイントクラスタの第１のハーフジンバルガイド及び第２のハーフジンバルガイドのうち少なくとも一方が、隣接するジョイントクラスタのハーフジンバルガイドに確りと結合されるか一体に形成されてフルジンバルガイドを形成するように、連続して隣接して配置されてよい。例えば、フルジンバルガイドの各ハーフジンバルは、一対のジンバルスピンドルを保持するように構成された一対のヨークを備えてよく、更に、フルジンバルガイドの第１の側部上のハーフジンバルガイド上のヨークの対は、フルジンバルガイドの対向する側部上のヨークの対に平行に配置される。フルジンバルガイドの各ハーフジンバルは、一対のジンバルスピンドルを保持するように構成された一対のヨークを備えてよく、更に、フルジンバルガイドの第１の側部上のハーフジンバルガイド上のヨークの対は、フルジンバルガイドの対向する側部上のヨークの対に直角に配置される。
【００４５】
これらの装置いずれにおいても、ケーブル管理ガイドは、ケーブル管理ガイドの、ジョイントクラスタ軸のいずれの周りでの回転も防止する為に、複数のジョイントクラスタの１つ以上、エンドエフェクタ、及び器具軸のうち少なくとも１つに固定されてよい。ケーブル管理ガイドは、ケーブル管理ガイドの外面と、ジョイントクラスタ、エンドエフェクタ又は器具軸のうち１つ以上との間の接着又は機械的キー嵌合、又は圧入のうち１つ以上によって固定されてよい。
【００４６】
各ジョイントクラスタはクラスタ面内で２つの直角な回転自由度を提供してよい。これらのデバイスのいずれも、マルチクラスタジョイントの各ジョイントクラスタの開口部を通って延在する第２の（又それ以上の）エンドエフェクタ作動伝達ケーブルを含み得る。エンドエフェクタ作動伝達ケーブルは、湾曲、圧縮、及び捩れに高度に応従する可撓性ケーブルであってよい。
【００４７】
本明細書に記載される装置のうちいずれも更に、関節屈曲入力から、マルチクラスタジョイントの中立軸に対して平行に延在し、ジョイントクラスタの開口部の側方外側に配置されてマルチクラスタジョイントを関節屈曲させるように構成された一組の関節屈曲ケーブルも含んでよい。装置の一部として入力（ピッチ及びヨージョイントコード化入力等の）が含まれてよく、これらの関節屈曲ケーブルを用いて作動を駆動する。マルチクラスタジョイントの中立軸はその非関節屈曲又は基準状態においてジョイントの長軸と合致する。関節屈曲しても、中立軸は関節屈曲ジョイント及び接合部材の中心に通っており、関節屈曲ジョイントの曲がった又は湾曲した形状を取る。ジョイントの曲げ半径はこの曲がった／湾曲した中立軸の平均曲率半径である。
【００４８】
これらの装置のうちいずれも、対応するジョイントクラスタ軸に対して軸対称な関節屈曲の限界を有するジョイントクラスタを含んでよく、その結果、各ジョイントクラスタが均一な関節屈曲掃引及び関節屈曲ロールを提供する。
【００４９】
説明したように、マルチクラスタジョイントは複数のジンバル及びジンバルガイドを積層することによって形成されてよい。例えば、本明細書に記載されるマルチクラスタジョイントは、複数のジンバルガイド及び複数のジンバルを含んでよく、マルチクラスタジョイントは、複数のジンバルガイドの一対のジンバルガイドの間に複数のジンバルの１つのジンバルを隣接させて積層することによって組み立てられ、その結果、各ジンバル上の複数のジンバルスピンドルが、隣接するジンバルガイド上の複数の開いたヨーク内に着座する。
【００５０】
一般的に、これらの装置に関して、マルチクラスタジョイントの中央開口部領域に（非関節屈曲構成において中央に）補強部材を含んでよい。幾つかの変形例において、ケーブル管理ガイドは、ジョイントの剛性を増加させ、それにより、Ｓ字湾曲を減少、回避又は排除するように働く。例えば、ケーブル管理ガイドは圧縮でのＳ字湾曲を低減又は排除するのに十分な剛性を有するものの、ジョイントを実質的に関節屈曲するのに必要な力を増加させるほど剛性ではない（例えば、ケーブル管理ガイドは、０．１ＧＰａを超える、例えば、０．２ＧＰａを超える、０．１ＧＰａと２ＧＰａの間、０．１ＧＰａと１ＧＰａの間、０．２ＧＰａと２ＧＰａの間、０．２ＧＰａと１ＧＰａの間等のヤング率を有してよい。）。
【００５１】
円滑に駆動され得るタイトな最小曲げ半径を備えた関節屈曲マルチクラスタジョイントを有する医療デバイスは、細長い器具軸と、器具軸の基端の関節屈曲入力と、細長い器具軸の末端のエンドエフェクタとを含んでよく、マルチクラスタジョイントは器具軸とエンドエフェクタの間にあって、複数のジョイントクラスタを含み、各ジョイントクラスタが非関節屈曲状態において１本のジョイントクラスタ軸を有し、完全に関節屈曲した場合に、いずれの関節屈曲方向にも、マルチクラスタジョイントの直径の１．２×以下である同じ最小曲げ半径を有し、各ジョイントクラスタは２つの直角な回転自由度を提供し、更に、各ジョイントクラスタは、第１のハーフジンバルガイドと、第２のハーフジンバルガイドと、クラスタ面内に一対の直角なジンバルスピンドルを有するジンバルを含み、ジンバルは、第１のハーフジンバルガイドと第２のハーフジンバルガイドの間に配置され、更に、ジョイントクラスタ軸に沿ってジョイントクラスタを貫通する中央開口部と、マルチクラスタジョイントの各ジョイントクラスタの開口部を貫通して延在する一対のエンドエフェクタ作動伝達ケーブルを含み、エンドエフェクタ作動伝達ケーブルは湾曲に応従し、更に、ジョイントクラスタの中央開口部を通って配線されるケーブル管理ガイドを含み、ケーブル管理ガイドは、エンドエフェクタ作動伝達ケーブルがジョイントクラスタ軸に沿って軸方向に移動することを許容しながら、ジョイントクラスタの中央開口部内でのエンドエフェクタ作動伝達ケーブルの側方の運動を防止するように構成され、ケーブル管理ガイドは、ジョイントクラスタ軸のいずれの周りでのケーブル管理ガイドの回転も防止する為に、複数のジョイントクラスタの１つ以上、エンドエフェクタ、及び器具軸のうち少なくとも１つに固定されている。
【００５２】
本明細書では、細長い器具軸と、入力ジョイントを介して器具軸に結合された基端ハンドルと、医療デバイスの末端でのエンドエフェクタを有する、医療デバイスの末端領域でのマルチクラスタジョイントの関節屈曲方法も記載され、方法は、医療デバイスのハンドルを、器具軸に対してピッチ及びヨーで動かし、細長い器具軸を介して、ハンドルのピッチ及びヨー運動をマルチクラスタジョイントに伝達してマルチクラスタジョイントを関節屈曲させることを含み、マルチクラスタジョイントは複数のジョイントクラスタを備え、各ジョイントクラスタが、いずれの関節屈曲方向にも、マルチクラスタジョイントの直径の１．２×以下の同じ最小曲げ半径を有し、第１のハーフジンバルガイドと、第２のハーフジンバルガイドと、クラスタ面内に一対の直角なジンバルスピンドルを有するジンバルを含み、ジンバルは、第１のハーフジンバルガイドと第２のハーフジンバルガイドの間に配置され、更に、ジョイントクラスタそれぞれを通過する、開口部内のケーブル管理ガイドを用いて、各クラスタ面に対して直角な軸方向にエンドエフェクタ作動伝達ケーブルが動くことを許容しながら、各クラスタ面内でのエンドエフェクタ作動伝達ケーブルの側方移動を防止することによって、クラスタ面に対して直角なジョイントクラスタそれぞれを通過する、開口部内のエンドエフェクタ作動伝達ケーブルのがたつきを防止し、ケーブル管理ガイドによって各ジョイントクラスタの個別の湾曲に抵抗することによってマルチクラスタジョイントのジョイント歪み又はＳ字湾曲を極減し、ハンドル上の制御子又はボタン又はレバーを駆動することによってエンドエフェクタを駆動し、それが、エンドエフェクタ作動伝達ケーブルを基端側に引き寄せることを含む。
【００５３】
ジョイント歪み又はＳ字湾曲を極減することは、０．１ＧＰａを超える（例えば、０．２ＧＰａを超える、０．２ＧＰａと２ＧＰａの間、０．１ＧＰａと１ＧＰａの間、０．１ＧＰａと２ＧＰａの間等）のヤング率を有するケーブル管理ガイドの剛性に寄与し得る。
【００５４】
これらの方法はいずれも、マルチクラスタジョイントが作動したときに任意のジョイントクラスタに対するケーブル管理ガイドの回転を防止することを含んでもよい。
【００５５】
説明したように、本明細書に記載される、装置の関節屈曲の円滑さを改善するもう１つの技法は、ケーブルを撚って（マルチクラスタジョイント内で）、それらがマルチクラスタジョイント内で張力を受けて撚られた状態を保つようにすることを含んでもよい。例えば、円滑に駆動され得るタイトな最小曲げ半径を備えた関節屈曲マルチクラスタジョイントを有する医療デバイスは、細長い器具軸と、器具軸の基端の関節屈曲入力と、細長い器具軸の末端のエンドエフェクタを備えてよく、マルチクラスタジョイントは器具軸とエンドエフェクタの間にあって、複数のジョイントクラスタを含み、各ジョイントクラスタは、非関節屈曲状態において１本のジョイントクラスタ軸を有し、完全に関節屈曲した場合、いずれの関節屈曲方向にも同じ最小曲げ半径を有し、各ジョイントクラスタは２つの直角な回転自由度を提供し、更に、各ジョイントクラスタは、ジョイントクラスタ軸に沿ってジョイントクラスタを貫通する開口部を含み、さらに、第１のエンドエフェクタ作動伝達ケーブルと第２のエンドエフェクタ作動伝達ケーブルを備え、第１と第２のエンドエフェクタ作動伝達ケーブルは、マルチクラスタジョイントの各ジョイントクラスタの開口部を貫通して延在し、第１のエンドエフェクタ作動伝達ケーブルと第２のエンドエフェクタ作動伝達ケーブルは、マルチクラスタジョイント内で２７０度を超えて互いに巻き付けられた撚り合わせ構成に維持され、更に、第１のエンドエフェクタ作動伝達ケーブル及び第２のエンドエフェクタ作動伝達ケーブルのうち一方又は両方への張力を維持するエンドエフェクタ作動制御入力を備える。
【００５６】
幾つかの実施形態において、円滑に駆動され得るタイトな最小曲げ半径を備えた関節屈曲マルチクラスタジョイントを有する医療デバイスが提供される。デバイスは、細長い器具軸と、マルチクラスタジョイントの関節屈曲を駆動するように構成された関節屈曲入力と、細長い器具軸の末端のエンドエフェクタを備えてよい。マルチクラスタジョイントは器具軸とエンドエフェクタの間にあって、複数のジョイントクラスタを含み、各ジョイントクラスタは、非関節屈曲状態において１本のジョイントクラスタ軸を有し、完全に関節屈曲した場合、いずれの関節屈曲方向にも同じ最小曲げ半径を有し、各ジョイントクラスタは２つの直角な回転自由度を提供し、更に、各ジョイントクラスタは、ジョイントクラスタ軸に沿ってジョイントクラスタを貫通する開口部を含む。デバイスは更に、マルチクラスタジョイントの各ジョイントクラスタの開口部を貫通して延在するエンドエフェクタ伝達ケーブルと、ジョイントクラスタの開口部を通って配線されるケーブル管理ガイドも含み、ケーブル管理ガイドは、エンドエフェクタ伝達ケーブルがジョイントクラスタ軸に沿って軸方向に移動することを許容しながら、ジョイントクラスタを通る各開口部内でのエンドエフェクタ伝達ケーブルの側方移動を防止するように構成される。
【００５７】
幾つかの実施形態において、円滑に駆動され得るタイトな最小曲げ半径を備えた関節屈曲マルチクラスタジョイントを有する医療デバイスが提供される。デバイスは、細長い器具軸と、器具軸の基端の関節屈曲入力と、細長い器具軸の末端のエンドエフェクタを備えてよい。マルチクラスタジョイントは器具軸とエンドエフェクタの間にあって、複数のジョイントクラスタを含み、各ジョイントクラスタは、非関節屈曲状態において１本のジョイントクラスタ軸を有し、完全に関節屈曲した場合に、いずれの関節屈曲方向にも、マルチクラスタジョイントの直径の１．２×以下の同じ最小曲げ半径を有し、各ジョイントクラスタは２つの直角な回転自由度を提供し、更に、各ジョイントクラスタは、ジョイントクラスタ軸に沿ってジョイントクラスタを貫通する開口部を含む。デバイスは更に、マルチクラスタジョイントの各ジョイントクラスタの開口部を貫通して延在するエンドエフェクタ伝達ケーブルと、ジョイントクラスタの開口部を通って配線されるケーブル管理ガイドも含み、ケーブル管理ガイドは、エンドエフェクタ伝達ケーブルがジョイントクラスタ軸に沿って軸方向に移動することを許容しながら、ジョイントクラスタを通る各開口部内でのエンドエフェクタ伝達ケーブルの側方移動を防止するように構成される。
【００５８】
幾つかの実施形態において、ケーブル管理ガイドは、エンドエフェクタ伝達ケーブルを配置し、エンドエフェクタ伝達ケーブルがジョイントクラスタ軸に沿って軸方向に移動することを許容しながら、ジョイントクラスタを通る各開口部内でのエンドエフェクタ伝達ケーブルの側方移動を防止する為のケーブル経路を含む。
【００５９】
幾つかの実施形態において、関節屈曲入力は、入力ジョイントによって細長い器具軸に接続されたハンドルを含む。
【００６０】
幾つかの実施形態において、各ジョイントクラスタは、第１のハーフジンバルガイドと、第２のハーフジンバルガイドと、第１対の共線ジンバルスピンドル及び第２対の共線ジンバルスピンドルを有するジンバルを含み、２つの対は直角であって１つのクラスタ面内にあり、更に、ジンバルは、第１のハーフジンバルガイドと第２のハーフジンバルガイドの間に配置されている。
【００６１】
幾つかの実施形態において、複数のジョイントクラスタは、各ジョイントクラスタの第１のハーフジンバルガイド及び第２のハーフジンバルガイドのうち少なくとも一方が隣接するジョイントクラスタのハーフジンバルガイドに確りと結合されるか一体に形成されてフルジンバルガイドを形成するように、連続して隣接して配置される。
【００６２】
幾つかの実施形態において、フルジンバルガイドの各ハーフジンバルは、対の共線ジンバルスピンドルのうち一対を保持するように構成された一対の共線ヨークを備えてよく、更に、フルジンバルガイドの第１の側部上のハーフジンバルガイド上の共線ヨークの対は、フルジンバルガイドの対向する側部上の共線ヨークの対に平行に配置される。
【００６３】
幾つかの実施形態において、フルジンバルガイドの各ハーフジンバルは、対の共線ジンバルスピンドルのうち一対を保持するように構成された一対の共線ヨークを備えてよく、更に、フルジンバルガイドの第１の側部上のハーフジンバルガイド上の共線ヨークの対は、フルジンバルガイドの対向する側部上の共線ヨークの対に直角に配置される。
【００６４】
幾つかの実施形態において、ケーブル管理ガイドは、ケーブル管理ガイドの、ジョイントクラスタ軸のいずれの周りでの回転も防止する為に、複数のジョイントクラスタの１つ以上、エンドエフェクタ、及び器具軸のうち少なくとも１つに固定される。
【００６５】
幾つかの実施形態において、ケーブル管理ガイドは、接着又は機械的キー嵌合、又は、ケーブル管理ガイドの外面と、ジョイントクラスタ、エンドエフェクタ又は器具軸のうち１つ以上との圧入、のうち１つ以上によって固定される。
【００６６】
幾つかの実施形態において、各ジョイントクラスタは、１つのクラスタ面内に２つの直角な回転自由度を提供する。
【００６７】
幾つかの実施形態において、デバイスは更に、マルチクラスタジョイントの各ジョイントクラスタの開口部を通って延在する第２のエンドエフェクタ伝達ケーブルを含む。
【００６８】
幾つかの実施形態において、エンドエフェクタ伝達ケーブルは、湾曲に高度に応従する可撓性ケーブルである。
【００６９】
幾つかの実施形態において、デバイスは更に、関節屈曲入力から、マルチクラスタジョイントの中立軸に沿って延在し、ジョイントクラスタの開口部の側方外側に配置されてマルチクラスタジョイントを関節屈曲させるように構成された一組の関節屈曲ケーブルを含む。
【００７０】
幾つかの実施形態において、各ジョイントクラスタは、対応するジョイントクラスタ軸それぞれに対して軸対称な関節屈曲の限界を含み、その結果、各ジョイントクラスタが、均一な関節屈曲掃引及び関節屈曲ロールを提供する。
【００７１】
幾つかの実施形態において、マルチクラスタジョイントは、複数のジンバル及びジンバルガイドを積層することによって形成される。
【００７２】
幾つかの実施形態において、マルチクラスタジョイントは複数のジンバルガイド及び複数のジンバルを含み、マルチクラスタジョイントは、複数のジンバルガイドの一対のジンバルガイドの間に複数のジンバルの１つのジンバルを隣接させて積層することによって組み立てられ、その結果、各ジンバル上の複数のジンバルスピンドルが、隣接するジンバルガイド上の複数の開いたヨーク内に着座する。
【００７３】
幾つかの実施形態において、各ジョイントクラスタの最小曲げ半径は、いずれの関節屈曲方向においてもマルチクラスタジョイントの直径の１×以下である。
【００７４】
幾つかの実施形態において、各ジョイントクラスタの最小曲げ半径は、いずれの関節屈曲方向においてもマルチクラスタジョイントの直径の０．８×以下である。
【００７５】
幾つかの実施形態において、ケーブル管理ガイドは０．１ＧＰａを超えるヤング率を有する。
【００７６】
幾つかの実施形態において、円滑に駆動され得るタイトな最小曲げ半径を備えた関節屈曲マルチクラスタジョイントを有する医療デバイスが提供される。デバイスは、細長い器具軸と、器具軸の基端の関節屈曲入力と、細長い器具軸の末端のエンドエフェクタを含む。マルチクラスタジョイントは器具軸とエンドエフェクタの間にあって、複数のジョイントクラスタを含み、各ジョイントクラスタは、非関節屈曲状態において１本のジョイントクラスタ軸を有し、完全に関節屈曲した場合、いずれの関節屈曲方向にも、マルチクラスタジョイントの直径の１．２×以下の同じ最小曲げ半径を有する。各ジョイントクラスタは２つの直角な回転自由度を提供する。各ジョイントクラスタは、第１のハーフジンバルガイドと、第２のハーフジンバルガイドと、第１対の共線ジンバルスピンドル及び第２対の共線ジンバルスピンドルを有するジンバルを含み、この２つの対は直角であってクラスタ面内にあり、更に、ジンバルは第１のハーフジンバルガイドと第２のハーフジンバルガイドの間に配置されている。デバイスはさらに、ジョイントクラスタ軸に沿ってジョイントクラスタを貫通する中央開口部と、マルチクラスタジョイントの各ジョイントクラスタの開口部を貫通して延在する一対のエンドエフェクタ伝達ケーブルを含み、エンドエフェクタ伝達ケーブルは湾曲に応従し、ケーブル管理ガイドはジョイントクラスタの中央開口部を通って配線され、ケーブル管理ガイドは、エンドエフェクタ伝達ケーブルがジョイントクラスタ軸に沿って軸方向に移動することを許容しながら、ジョイントクラスタの中央開口部内でのエンドエフェクタ伝達ケーブルの側方移動を防止するように構成され、ケーブル管理ガイドは、ジョイントクラスタ軸のいずれの周りでのケーブル管理ガイドの回転も防止する為に、複数のジョイントクラスタのうち１つ以上、エンドエフェクタ、及び器具軸のうち少なくとも１つに固定されている。
【００７７】
幾つかの実施形態において、ケーブル管理ガイドは、エンドエフェクタ伝達ケーブルがジョイントクラスタ軸に沿って軸方向に移動することを許容しながら、ジョイントクラスタを介して各開口部内でのエンドエフェクタ伝達ケーブルの側方移動を防止するようにエンドエフェクタ伝達ケーブルを配置する為の少なくとも１つのケーブル経路を含む。
【００７８】
幾つかの実施形態において、関節屈曲入力は、入力ジョイントによって細長い器具軸に接続されるハンドルを含む。
【００７９】
幾つかの実施形態において、複数のジョイントクラスタは、各ジョイントクラスタの第１のハーフジンバルガイド及び第２のハーフジンバルガイドのうち少なくとも一方が隣接するジョイントクラスタのハーフジンバルガイドに確りと結合されるか一体に形成されてフルジンバルガイドを形成するように、連続して隣接して配置される。
【００８０】
幾つかの実施形態において、フルジンバルガイドの各ハーフジンバルは、対の共線ジンバルスピンドルのうち一対を保持するように構成された一対の共線ヨークを備え、更に、フルジンバルガイドの第１の側部上のハーフジンバルガイド上の共線ヨークの対は、フルジンバルガイドの対向する側部上の共線ヨークの対に平行に配置される。
【００８１】
幾つかの実施形態において、フルジンバルガイドの各ハーフジンバルは、対の共線ジンバルスピンドルのうち一対を保持するように構成された一対の共線ヨークを備え、更に、フルジンバルガイドの第１の側部上のハーフジンバルガイド上の共線ヨークの対は、フルジンバルガイドの対向する側部上の共線ヨークの対に直角に配置される。
【００８２】
幾つかの実施形態において、ケーブル管理ガイドは、ケーブル管理ガイドの外面と、ジョイントクラスタ、エンドエフェクタ又は器具軸のうち１つ以上との接着、機械的キー嵌合、及び、圧入、のうち１つ以上によって固定される。
【００８３】
幾つかの実施形態において、デバイスは更に、関節屈曲入力から、マルチクラスタジョイントの中立軸に対して平行に延在し、ジョイントクラスタの開口部の側方外側に配置されてマルチクラスタジョイントを関節屈曲させるように構成された一組の関節屈曲ケーブルを含む。
【００８４】
幾つかの実施形態において、各ジョイントクラスタは、対応するそれぞれのジョイントクラスタ軸に対して軸対称である関節屈曲の限界を含み、その結果、各ジョイントクラスタは、均一な関節屈曲掃引及び関節屈曲ロールを提供する。
【００８５】
幾つかの実施形態において、マルチクラスタジョイントは積層体として形成され、各ジンバル上の複数のジンバルスピンドルが、隣接するジンバルガイド上の複数の開いたヨーク内に着座する。
【００８６】
幾つかの実施形態において、各ジョイントクラスタの最小曲げ半径は、いずれの関節屈曲方向においてもマルチクラスタジョイントの直径の１×以下である。
【００８７】
幾つかの実施形態において、各ジョイントクラスタの最小曲げ半径は、いずれの関節屈曲方向においてもマルチクラスタジョイントの直径の０．８×以下である。
【００８８】
幾つかの実施形態において、ケーブル管理ガイドは０．１ＧＰａを超えるヤング率を有する。
【００８９】
幾つかの実施形態において、細長い器具軸と、入力ジョイントを介して器具軸に結合された基端ハンドルと、医療デバイスの末端でのエンドエフェクタを有する、医療デバイスの末端領域でのマルチクラスタジョイントの関節屈曲方法が提供される。方法は、医療デバイスのハンドルを、器具軸に対してピッチ及びヨーで動かし、細長い器具軸を介して、ハンドルのピッチ及びヨー運動をマルチクラスタジョイントに伝達してマルチクラスタジョイントを関節屈曲させることを含む。マルチクラスタジョイントは複数のジョイントクラスタを含み、各ジョイントクラスタが、いずれの関節屈曲方向にも、マルチクラスタジョイントの直径の１．２×以下の同じ最小曲げ半径を有し、第１のハーフジンバルガイドと、第２のハーフジンバルガイドと、第１対の共線ジンバルスピンドル及び第２対の共線ジンバルスピンドルを有するジンバルを含み、この２つの対は直角であって１つのクラスタ面内にあり、ジンバルは、第１のハーフジンバルガイドと第２のハーフジンバルガイドの間に配置されている。方法は更に、ジョイントクラスタそれぞれを通過する、開口部内のケーブル管理ガイドを用いて、各クラスタ面に対して直角な軸方向にエンドエフェクタ作動伝達ケーブルが動くことを許容しながら、各クラスタ面内でのエンドエフェクタ作動伝達ケーブルの側方移動を防止することによって、マルチクラスタジョイントのがたつきを防止し、ケーブル管理ガイドによる各ジョイントクラスタの湾曲に抵抗することによってマルチクラスタジョイントの座屈を防止し、ハンドル上の制御子又はボタン又はレバーを駆動することによってエンドエフェクタを駆動し、それが、エンドエフェクタ作動伝達ケーブルを基端側に引き寄せる、ことを含む。
【００９０】
幾つかの実施形態において、座屈を極減することは、０．１ＧＰａを超えるヤング率を有するケーブル管理ガイドの剛性による座屈を防止することを含む。
【００９１】
幾つかの実施形態において、方法は更に、マルチクラスタジョイントが関節屈曲するときに任意のジョイントクラスタに対するケーブル管理ガイドの回転を防止することを含む。
【００９２】
幾つかの実施形態において、円滑に駆動され得るタイトな最小曲げ半径を備えた関節屈曲マルチクラスタジョイントを有する医療デバイスが提供される。デバイスは、細長い器具軸と、器具軸の基端の関節屈曲入力と、細長い器具軸の末端のエンドエフェクタを含む。マルチクラスタジョイントは器具軸とエンドエフェクタの間にあって、複数のジョイントクラスタを含み、各ジョイントクラスタは、非関節屈曲状態において１本のジョイントクラスタ軸を有し、完全に関節屈曲した場合、いずれの関節屈曲方向にも同じ最小曲げ半径を有し、各ジョイントクラスタは２つの直角な回転自由度を提供し、更に、各ジョイントクラスタは、ジョイントクラスタ軸に沿ってジョイントクラスタを貫通する開口部を含む。デバイスは更に、第１のエンドエフェクタ伝達ケーブル及び第２のエンドエフェクタ伝達ケーブルを含み、第１の及び第２のエンドエフェクタ伝達ケーブルは、マルチクラスタジョイントの各ジョイントクラスタの開口部を通して延在し、第１のエンドエフェクタ伝達ケーブル及び第２のエンドエフェクタ伝達ケーブルは、互いの周りに２７０度を超えて巻き付けられて、マルチクラスタジョイント内で撚り合わせ構成に維持され、更に、第１のエンドエフェクタ伝達ケーブル及び第２のエンドエフェクタ伝達ケーブルのうち一方又は両方への張力を維持するエンドエフェクタ作動制御入力を備える。
【００９３】
幾つかの実施形態において、関節屈曲入力は、入力ジョイントによって細長い器具軸に接続されたハンドルを含む。
【００９４】
幾つかの実施形態において、各ジョイントクラスタは、第１のハーフジンバルガイドと、第２のハーフジンバルガイドと、第１対の共線ジンバルスピンドル及び第２対の共線ジンバルスピンドルを有するジンバルを含み、その２つの対は直角であって１つのクラスタ面内にあり、ジンバルは、第１のハーフジンバルガイドと第２のハーフジンバルガイドの間に配置されている。
【００９５】
幾つかの実施形態において、複数のジョイントクラスタは、各ジョイントクラスタの第１のハーフジンバルガイド及び第２のハーフジンバルガイドのうち少なくとも一方が隣接するジョイントクラスタのハーフジンバルガイドに確りと結合されるか一体に形成されるように、連続して隣接して配置される。
【００９６】
幾つかの実施形態において、各ジョイントクラスタは、１つのクラスタ面内に２つの直角な回転自由度を提供する。
【００９７】
幾つかの実施形態において、第１の及び第２のエンドエフェクタ伝達ケーブルは、湾曲に高度に応従する可撓性ケーブルである。
【００９８】
幾つかの実施形態において、デバイスは更に、関節屈曲入力から、マルチクラスタジョイントの中立軸に沿って延在し、ジョイントクラスタの開口部の側方外側に配置されてマルチクラスタジョイントを関節屈曲させるように構成された一組の関節屈曲ケーブルを含む。
【００９９】
幾つかの実施形態において、各ジョイントクラスタは、ジョイントクラスタ軸に対して軸対称な関節屈曲の限界を含み、その結果、各ジョイントクラスタが均一な関節屈曲掃引及び関節屈曲ロールを提供する。
【０１００】
幾つかの実施形態において、マルチクラスタジョイントは、複数のジンバル及びジンバルガイドを積層することによって形成される。
【０１０１】
幾つかの実施形態において、マルチクラスタジョイントは、複数のジンバルガイド及び複数のジンバルを含み、マルチクラスタジョイントは、複数のジンバルガイドの一対のジンバルガイドの間に複数のジンバルのうち１つのジンバルを隣接させて積層することによって形成され、その結果、各ジンバル上の複数のジンバルスピンドルが、隣接するジンバルガイド上の複数の開いたヨーク内に着座する。
【０１０２】
幾つかの実施形態において、各ジョイントクラスタの最小曲げ半径は、いずれの関節屈曲方向においてもマルチクラスタジョイントの直径の１．２×以下である。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
本発明の新規の特徴は、以下の請求項に特に記載される。本発明の特徴及び利点のより良い理解が、本発明の原理が用いられる例示的実施形を記載する以下の詳細な説明及び添付図面を参照することによって得られよう。
【０１０４】
【図１Ａ】乃至
【図１Ｂ】マルチクラスタジョイントを含む装置の並進及び回転自由度（ＤｏＦ）を示す図であり、図１Ａはロール回転、ピッチ回転及び及びヨー回転、及び３つの並進運動を示す図、図１Ｂはマルチクラスタジョイントのピッチ、ロール及びヨー軸を示す図である。
【図２Ａ】乃至
【図２Ｂ】２つの関節屈曲ケーブルを有する典型的マルチリンクジョイントの関節屈曲（湾曲）を示す図である。
【図３】各リンクの側部を横切る関節屈曲ケーブル３０１を有するマルチリンクジョイントの一例の図であり、３本のケーブルが見えている。
【図４Ａ】乃至
【図４Ｃ】ピンレスジンバル及びジンバルガイドの積層体として構成されたマルチクラスタジョイントの一例の図である。
【図５Ａ】右に９０度関節屈曲したマルチクラスタジョイントの図である。
【図５Ｂ】図５Ａのジョイントの断面図である。
【図６】エンドエフェクタ（ジョーアセンブリ）に結合されたマルチクラスタジョイントを含む装置の末端の一例を示す図である。
【図７】医療デバイスとして用いられ得るエンドエフェクタ（ジョーアセンブリ）を備えたマルチクラスタジョイントを含む装置の別の例を示す模式図である。
【図８】図７の装置を、第１の角度（例えば「北」方向）で完全に関節屈曲した構成で示す図である。
【図９】図７の装置の、第２の角度（例えば「東」方向）で完全に関節屈曲した構成の図であり、この変形例におけるいずれの方向における完全に関節屈曲した構成も、同じ最小曲げ半径（例えば、マルチクラスタジョイントの直径の０．８×未満として図示されている）を有し得る。
【図１０】図７乃至９のデバイスの分解図である。
【図１１Ａ】乃至
【図１１Ｃ】平行ヨーク構成を有するフルジンバルガイドの変形例の、それぞれ、上面図、左側面図及び右側面図である。
【図１２Ａ】乃至
【図１２Ｂ】本明細書に記載されるジンバルガイドのうちいずれと用いられてもよいジンバルの一例の、それぞれ、上面図及び側面図である。
【図１３Ａ】乃至
【図１３Ｃ】マルチクラスタジョイントの部分クラスタの、側面斜視図、上面斜視図及び断面図である。
【図１４Ａ】乃至
【図１４Ｄ】マルチクラスタジョイントの単一のクラスタの一例の、側面斜視図、側面図及び断面図である。
【図１５】本明細書に記載される典型的マルチクラスタジョイントの曲げ角を示す模式図である。
【図１６Ａ】乃至
【図１６Ｂ】任意のマルチリンク関節屈曲エンドエフェクタジョイントの、圧縮された状態の典型的模式図である。
【図１７】ジョイントのＳ字湾曲の一例の図である。
【図１８Ａ】乃至
【図１８Ｃ】マルチリンクジョイントの「がたつき」を示す図である。
【図１９Ａ】乃至
【図１９Ｂ】ケーブル管理ガイドがない（図１９Ａ）、及びケーブル管理ガイドがある（図１９Ｂ）装置を示す図である。
【図２０】ケーブル管理ガイドの１つの変形例の斜視図である。
【図２１Ａ】乃至
【図２１Ｍ】ケーブル管理ガイドの変形例の別の断面図である。
【図２２】一体化されたケーブル管理ガイドを有するジンバルの一例の図である。
【図２３】一体化されたケーブル管理ガイドを有するジンバルの別の例の図である。
【図２４】ケーブル管理ガイド内でケーブルが交差されたケーブル管理の別の例の図である。
【図２５】ケーブル管理ガイドが、マルチクラスタジョイントの開口部内での回転を防止する為に固定されているジンバルを示す図である。
【図２６】ケーブル管理ガイドが、マルチクラスタジョイントの開口部内での回転を防止する為に固定されているジンバルの別の例の図である。
【図２７Ａ】乃至
【図２７Ｂ】ヨークが平行（図２７Ａ）及び直角（図２７Ｂ）なフルジンバルガイドの図である。
【図２８Ａ】乃至
【図２８Ｃ】フルジンバルガイドのそれぞれ、上面図、左側面図及び右側面図である。
【図２９Ａ】ヨーク（フルジンバルガイドのいずれかの側部で）が平行に配向したジンバルガイドを有するマルチクラスタジョイントの一例の図である。
【図２９Ｂ】ヨーク（フルジンバルガイドのいずれかの側部で）が直角に配向したジンバルガイドを有するマルチクラスタジョイントの一例の図である。
【図３０Ａ】マルチクラスタジョイントを含む装置の側面図である。
【図３０Ｂ】中にケーブル管理ガイドを示し、典型的なプロファイルを示す、中央経路領域の拡大図である。
【図３１Ａ】マルチクラスタジョイントを含む装置の別の側面図である。
【図３１Ｂ】中にケーブル管理ガイドを示し、典型的なプロファイルを示す、中央経路領域の拡大図である。
【図３２】本明細書に記載されるマルチクラスタジョイントを含む医療デバイスの一例の図である。
【発明を実施するための形態】
【０１０５】
従来技術において、種々の関節屈曲遠隔アクセス器具が記述されてきた。これらの器具の関節屈曲ジョイントは一般的に、１つ以上の引張部材によって制御され得る一連のリンク又はセグメントを含む。リンク、セグメント、構成要素及び引張部材のこれらの特定の組み合わせは、機器、特に腹腔鏡又は内視鏡手術機器の遠隔アクセス及び操作の為のエンドエフェクタの操作の為に役立ち得る。これらのデバイスは一般的に引張部材（例えば関節屈曲ケーブル）制御式である関節屈曲エンドエフェクタジョイントを用いるため、エンドエフェクタに対して近位の領域での入力を介した操作、及び例えば、類似したジョイント機構を介した引張部材伝達を備えたハンドル操作による操作に適している。一般的に、手動又は電子機械（ロボット）と見做され得る機械のハンドル操作は、関節屈曲機構を操縦する際にエンドエフェクタに或る程度のマッピングを提供する。例えば、米国特許第８６６８７０２号に記載されたデバイスは、エンドエフェクタ動作からハンドル入力への伝達率を提供する。この伝達率制御能力は、大きな折れ曲がりの度合いを提供する関節屈曲エンドエフェクタ機構が、操縦入力中にハンドルのオペレータによってより容易に制御され得るということを意味する。例えば、伝達率は、エンドエフェクタジョイントでの関節屈曲を９０度まで駆動する為にハンドル機構での２０度の入力を可能にする。近位操縦入力での関節屈曲を超えたところでは、関節屈曲ジョイントは、器具の特定の目的によって種々の形態を取り得るエンドエフェクタを操縦することを要求される。エンドエフェクタは、限定はしないが、針の操作、縫合、組織、焼灼、結紮クリップ適用に有用な一対のジョー等の多くの異なる実施形態を含むことができ、又は、操縦可能な腹腔鏡／内視鏡視覚化及び／又は診断用のカメラの形態であってもよい。これらの用途又は他の実施形態のいずれにおいても、この関節屈曲機構が、張力／圧縮可能な部材の付加的なセット、可撓性絶縁ワイヤ、光ファイバー、油圧系等をサポートできなければならず、それは、エンドエフェクタの操作性に寄与しないが、関節屈曲エンドエフェクタジョイント機構に対して遠位の端部での器具の付加的な自由度を提供し得ることを想定できるであろう。本発明の態様は、上述のデバイス並びに関節屈曲機構を必要とする他のデバイスで用いるのに実行可能であると考えられるはずである。
【０１０６】
先ず図７を参照すると、エンドエフェクタ（ジョーアセンブリ）７０１と、ケーブル末端７０３と、ジンバル７０５と、ケーブル７０７と、ジンバルガイドのボトム７０９と、器具軸７１１及びジンバルガイド（複数可）７１３を含む関節屈曲エンドエフェクタ機構の一実施形態が示されている。この特定の実施形態において器具軸は、デバイスの基端に関連するのに対し、エンドエフェクタはデバイスの末端に関連する。上記のような関節屈曲機構は、一連のユニバーサルジョイントを含むマルチリンクジョイント／システムを備える。図７に描写された特定のシステムは３つのユニバーサルジョイントを備え、各ユニバーサルジョイントは、１つの中間構成要素、ジンバル（ジンバル）付近の２つのジンバルガイド（ヨーク構成要素）の間の界面で発生する。各ユニバーサルジョイントは複数のケーブルによって包囲される。図７には１本のケーブルのみが見えるが、各ケーブルは、エンドエフェクタに中間末端を有し、それが、ケーブルの全ての軸方向並進移動を制限して次に各ジンバルガイド内の対向する経路を通って配線して、１本の連続したケーブルを恰も２本であるかのように挙動させる。この実施形態において、中間末端を有する２本のケーブルが存在し、関節屈曲機構を操作する４本の個別の引張部材として働く。別の実施形態において、４本のケーブルは、それぞれ自身の末端を有して全て別個であり得る（例えば図６参照）。図１０の分解図には図示されないケーブルは、マルチリンクシステム内の構成要素間に圧縮負荷をかけて、図１０に示す軸方向アセンブリを軸方向に制限して保持する（即ちＺ軸又はロール軸に沿って）為に、エンドエフェクタジョイントを真直ぐにしながら若干の予備負荷を維持する。
【０１０７】
図７−１０には、共通の符号が付いている。図９において、ケーブル管理ガイド（本明細書ではコンジット又は中央コンジットとも呼ばれる）７１５がマルチクラスタジョイントを通って見える。システムの１つのリンク、ボトムジンバルガイドは、器具軸に凹設又は一体化又は組み付けられて、第１のジンバルスピンドルを支持する為の一対のヨークを提供する。次に、後続のジンバルガイドが、ジンバルガイドヨーク（図１１Ａ、１１Ｂ及び１１Ｃ参照）をボトムジンバルガイドヨークに対して直角な配向にして配置される。
【０１０８】
図１１Ａ−ｌ１Ｃは、典型的なジンバルガイド（背中合わせの２つの一体型ハーフジンバルガイド７１２を含む）の図を示し、ジンバルガイド１１０１、ジンバルガイドの軸対称関節屈曲限界１１０３、ジンバルガイドの上部半体及び下部半体上の一対の共線ジンバルガイドヨーク１１０５（共線ヨーク）、ジンバルガイド中央開口部１１０７、及び４つの関節屈曲ケーブル貫通孔１１０９を図示している。図１２Ａ及び１２Ｂは、４つのジンバルスピンドル１２０３及びジンバルを通る中央開口部を含むジンバル１２０１の図を示す。１２０３’として画定された一対の共線ジンバルスピンドルが、第１のジンバルスピンドル軸１２０４と共線であり、第２のジンバルスピンドル軸１２０５と共線の隣接する対の共線ジンバルスピンドル１２０３″に対して直角な状態で図示されている。
【０１０９】
これらのシリアルリンク（ジンバル、ジンバルガイド）が、関節屈曲機構の主（基端）ユニバーサルジョイントを構成する。次に、もう１つの対のジンバルスピンドルを空の末端ジンバルガイドヨーク内に支持する、主ジョイントから遠位のジンバルガイドを備えた二次グループのリンクが同様な方式で確立される。前と同様に、もう１つのジンバルガイドは次に、残りのジンバルスピンドルに、以前のジンバルガイドに対して直角な配向で配置される。図１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃは、マルチリンクシステムに含まれた各関節屈曲機構の詳細図を示す。図示された実施形態において、エンドエフェクタを、残りのスピンドル上に、最も遠位のジンバルガイドヨークに対して直角な配向で配置する前に、もう１つのジンバルが、空の最も遠位のジンバルガイドヨークに適用される。この実施形態において、エンドエフェクタは、一体化されたセットのヨークを含み、それがジンバルガイド上に存在する他方のヨークとして機能する。この場合エンドエフェクタはハーフジンバルガイドと見做されてよい。リンクの他のシステムが組み上がると、ケーブルは予備負荷を受けて、関節屈曲機構を一体に軸方向に保持する。
【０１１０】
図８を参照すると、関節屈曲機構は、２つの隣接する関節屈曲ケーブルからの負荷（又は張力）を受けて湾曲又は関節屈曲しており、２つの対向するケーブルは緩んだ状態を保つ又はより低い張力を受けている。張力下のこれら２本のケーブルからの負荷が、ケーブルがジンバルガイド内のケーブル用の特定の穴（関節屈曲ケーブル貫通孔１１０９）を通ってスライドするにつれ、１つの回転（例えば、ヨー又はピッチ）軸に沿った関節屈曲ジョイントの湾曲を引き起こす。同様に、図９において関節屈曲機構は負荷を受けて曲がる又は関節屈曲しているが、１本のケーブル部材によってのみ駆動され、他方で、残りの３本は、負荷を受けたケーブルに対して緩んでいる。このシナリオは、２つの直角な軸（ピッチ及びヨー）に沿った合成された湾曲をもたらし、エンドエフェクタジョイントの全体的関節屈曲角及び曲げ半径が図８及び９の両方において同じであるため、これらの２方向がどのように互いから分離されるかを示す。
【０１１１】
この分離の更なる例は、この特定の設計が関節屈曲ロールを提供する能力である。この動作において、関節屈曲ジョイントは上記で説明したように曲がった位置に維持される。次にユーザは器具軸の軸（即ちロール又はＺ軸）に回転トルク／運動をかける。関節屈曲ジョイント内に存在する一連のユニバーサルジョイントにより、器具軸の軸の周りにかかったトルクは湾曲した／関節屈曲したエンドエフェクタ軸に沿って伝達される。任意の関節屈曲方向におけるハードストップ（例えば、関節屈曲の関節屈曲限界）を規定する形状と併せたこの機能は典型的に軸対称であるか、又はジョイントの中心長軸（ジョイントが非関節屈曲状態である場合に画定される）周りに対称であり、それが、連続した関節屈曲掃引及び／又は同様に連続した関節屈曲ロールを介した円滑な関節屈曲の知覚に寄与する。この能力は、図８と図９を比較した場合に視覚化され得るが、両図において、関節屈曲方向は一定に維持され、ジョイントは、器具軸にかかったトルクによって回転され、軸の近位から遠位へと見た場合に、ジョイントの長軸周りに反時計回り（ＣＣＷ）に４５度回転されている。この動作は、曲がった縫合針をその湾曲軸に沿って進め、デバイスの、器具軸に対して直角でない任意の面を通って進める場合に、関節屈曲の円滑さと同様に特に役立つ。
【０１１２】
ジンバルガイドの特定のデザインは、ガイド間で発生が許容される湾曲の範囲を可能にする。後続のジンバルガイドがジンバルスピンドル周りでの回転を許容されると、その縁が先行ジンバルガイド（軸対称関節屈曲限界１１０３）に接したときに停止される（図１１Ａ−１１Ｃ参照）。全ての関節屈曲方向において最大湾曲が同じ状態を保つように、これらの接触縁又は限界が接触面を通して連続しており、個々のジンバルガイドの軸周りに軸対称であることは有益である。ジンバルガイドディスクから偏位したヨークになされた形状的調節、ディスク厚さ及び直径、連続した縁半径、スピンドル直径及び長さ等で提示され得る、ジンバルガイド及びジンバルデザインの数限りない実施形態が存在することを理解すべきである（軸対称関節屈曲限界に達した接触縁１５０３、ジンバルガイドディスク１５０５、及びジンバルスピンドル軸１５０７を示すこれらの形状的変動に関しては図１５を参照）。これらの寸法の変更は全て、ジョイント間の湾曲を変更し、全体的ジョイント長さを制御してそれによって全体的エンドエフェクタジョイント平均最小曲げ半径１５０７並びに全体的湾曲に効果を及ぼす為に実施され得る。これらの変動を操作することによって、ジョイントクラスタの直径の１．２倍未満のタイトな最小曲げ半径を有するエンドエフェクタジョイントを達成できる。
【０１１３】
図１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄは、他のデバイスと関連し得る「ジョイントクラスタ」をより明確に例示する。一般的に、ジョイントクラスタは、ピッチ及びヨー回転の両方を提供するように要求される関節屈曲ジョイント内の複数のリンクとして定義される。するとジョイントクラスタは、関節屈曲ジョイントの長さに沿った反復的な要素となり得、個々の構成要素のデザインの形状的一体化、溶接、圧入又はキー嵌合を介した機械的インターロック等のいずれかを介して隣接するジョイントクラスタに何らかの形で装着される。ジョイントクラスタが組み立てられるとき、ジョイントクラスタは一連の連続要素として組み立てられてもよく、又は、一連の交番する要素として組み立てられてもよく、その場合、隣接するジョイントクラスタは以前のクラスタに対して直角（９０度）に回転されていることが想像され得る。繰り返す又は交番のジョイントクラスタは、「ロボットシステム」の「一定速度」アルゴリズム、全体的ジョイント長さ、ジョイント曲げ半径、「自然な」手首様の動作に必要なジョイントの審美性、及びジョイント内の張力又は伝達部材用の曲がりくねった又は歪んだ経路に対処する為に典型的に用いられる概念である。この場合、ジンバル部品は、図１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃにも示される２つのジンバルガイド構成要素の間に支持される。ここで提示されるジョイントクラスタは、典型的に、直角な配向の一対のヨークが、内部ジンバル（スパイダー又はジャーナル又はクロスメンバ等）からのピボットピンを支持及び受容する、「カルダンジョイント」と呼ばれることもあるユニバーサルジョイントを表す。ジンバル部品の特定の幾何学的形状及びジンバルガイド構成要素内の適切な空き形状により、同じ面内にＰとＹを包含することは、各ジョイントクラスタの、上方への３０度という高度の角変位を可能にするが、ジョイントクラスタに想定され得る形状変形例の場合は、この値よりも大きくも小さくもなり得る（図１５参照）。同じ面でのＰとＹの組み合わせは、各ジョイントクラスタの物理的長さを、従来技術では何度も示された、ジョイントの中心軸に対して依然として直角でありながら、Ｐ軸とＹ軸が、異なる面内で、互いに少しの距離だけ離間して発生するジョイントクラスタから極減する（以前にコンパクトと称した）ことを可能にする。結果として得られる、一度に多数のジョイントクラスタである関節屈曲ジョイントは、この場合３個のジョイントクラスタであるが、積層されてジョイントを形成し、それは、Ｐ及びＹの両方向及び両方向の組み合わせにおいて、器具軸の長軸に対してほぼ９０度の高度の角偏向、及び潜在的にはより大きい角偏向をもたらし、今やジョイントの可撓性の長軸を通して測定されるコンパクトな全体的曲げ半径を伴っている。この特定の組み合わせは、制限された作業スペースに対してより自然な手首様の動作をユーザに利用可能にすることを、これらの特徴に加えて必要とする腹腔鏡処置に理想的である。図１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄは更に、ジョイントクラスタがジョイントクラスタ面１４０１を含むことを規定し、それはこの場合、それぞれジョイントクラスタのＰ回転とＹ回転に対応する、軸と第１の回転ＤｏＦ１４０２との交点及び、軸と第２の回転ＤｏＦ１４０３との交点に対応して成立する。次にジョイントクラスタ面は、クラスタ面に対して一貫して直角なジョイントクラスタ軸１４０４によって交差され、ジョイントクラスタ及び全体的マルチクラスタジョイントの中心長軸に対して共線であると見做され得る。幾つかの実施形態において、ジョイントクラスタ面はこれら２つの軸に交差する必要はなく、それらに対して平行に発生して、ジョイントクラスタ軸に対するそれらの軸方向偏位の中間にある。更に、図１４Ｄは、ジョイントクラスタ軸の変化が一度１４０５で関節屈曲して、関節屈曲ジョイントクラスタ軸１４０６を介して最小曲げ半径が達成されることを示している。
【０１１４】
上記のように、図１５は、折れ曲がりの範囲を、ジョイントの中立軸、ジョイント長さ、直径変化等によって制御する為に種々の形状変動が操作され得ることを示しており、図１５の寸法「ａ」は、マルチクラスタジョイント、ジョイントクラスタ直径１４０７に対応し得る。
【０１１５】
一般的に、提示される関節屈曲の実施形態への幾何学的デザイン変更は、がたつき（又は不規則さ）及び望ましくないエンドエフェクタ関節屈曲ジョイントのＳ字湾曲の課題への修復を何らもたらさない。これらの課題は、エンドエフェクタが、描写したようなジョー、又は付加的な張力部材又は対の引張部材によって駆動される高い力を必要とする任意の機構を含む場合に提示される。ジョー作動（例えば、開／閉、把持、切断、ステープルで固定する等）又はその他の目的に用いられるこれらの付加的な引張部材は典型的に、ジンバル１２０５、ジンバルガイド１１０７及びジョイントクラスタ１４０８内の中央開口部を介して配線される。これらの引張部材における作動力はマルチクラスタエンドエフェクタ関節屈曲ジョイントに圧縮負荷を与え、座屈のような状況を招く。この座屈のような状況は潜在的に、エンドエフェクタ関節屈曲におけるがたつき、及び／又はエンドエフェクタジョイントのＳ字湾曲のいずれかを招き、それらは両方とも潜在的に関節屈曲の円滑さに影響を与える。がたつき及びＳ字湾曲を防止してエンドエフェクタでの関節屈曲の円滑さを確実にする為に、ケーブル管理ガイドが設置され（図１０参照）、ジョイントの全長にわたっており、ボトムガイド（器具軸内の）とエンドエフェクタの間に特定の長さの重複がある。中央コンジットは半剛性（即ち可撓性）本体であって、Ｓ字湾曲抵抗を提供し、エンドエフェクタ関節屈曲ジョイントに圧縮負荷がかかった場合にジョイント歪み又はＳ字湾曲を抑止する。中央コンジットは、内部に配線されたケーブルを制限して、側部から側部へのケーブルの側方移動を防止するようにも働き、それががたつきを軽減する。
【０１１６】
図１６Ａ及び１６Ｂを参照すると、任意のマルチリンク関節屈曲エンドエフェクタジョイントを示しており、ベースリンク１６０１及びエンドリンク１６０３、関節屈曲ケーブル１６０５及び軸力１６０７を図示している。これは、図３の従来技術のデザイン並びに図６、７、８及び９の提案されるデザインを含む。ここで、ジョイントは、一面のみの関節屈曲で示され、従って、一組のみのジンバル／枢軸が見えている。左側は通常の図を示すのに対し、右側は断面図を示し、中央開口部を、エンドエフェクタジョイントの長手方向（即ちＺ又はロール）軸に沿って露出している。ここで、ジョイントは、関節屈曲ジョイントの中心を通って配線されるケーブル等の中心／軸方向／長手方向伝達部材と共に示されている。そのような伝達部材はエンドエフェクタジョーを駆動（例えば開／閉）する為に用いられてよい。この伝達部材（例えばケーブル）への張力は、エンドエフェクタジョイントへの圧縮負荷を招く。するとジョイントは、座屈負荷を受けた柱として挙動する。これは、エンドエフェクタジョイントが、図１７に示すマルチピボット／ユニバーサルジョイントに関連して制限下にある為に、Ｓ字型又はジグザグ形状を帯びる可能性につながる。
【０１１７】
図１７を参照すると、Ｓ字湾曲が起こり、それは、ジョイント倒壊又は歪み１７０８の箇所で発生する柱の側方シフトとして現れる。ジョイントの長軸に対して直角な面に、適切な湾曲剛性及び／又は剪断抵抗を提供する何らかのばね上の形状が用いられない限り、Ｓ字湾曲（パラレログラミング、シフト、倒壊、ジグザグ、座屈）が起こる可能性がある。
【０１１８】
エンドエフェクタ作動伝達ケーブルを配線する為の、内部に配線された螺旋ばねが従来技術で提示されているが、Ｓ字湾曲機構を阻止するばねの機能不全（張力又は圧縮）が、シフトを防止する為に半径方向に適切に支持されていないジョイントの領域にわたり側方にシフトするばねの能力により発生する。図４及び後で図１２に示される実施形態におけるケーブル管理ガイドはこの特定の問題に対処する。
【０１１９】
この座屈挙動の、別の且つ別個の結果が図１８Ａ−１８Ｃに示されている。エンドエフェクタジョイントは関節屈曲面内で左屈曲から右屈曲に関節屈曲するにつれ、エンドエフェクタジョイントの内部円筒形空洞は左屈曲構成（図１８Ａ）から基準の直立構成（図１８Ｂ）、右屈曲構成（図１８Ｃ）へと変形する。これが発生すると、軸方向ケーブルは、エンドエフェクタジョイントの内部円筒形空洞の左壁に載るところから、エンドエフェクタジョイントの内部円筒形空洞の右壁に、側方に移動又はジャンプする。ケーブルは張力を受けており可撓性であるため、中間／基準状態はこのケーブルの最高伸張に対応し、それは、可撓性ケーブルの最高潜在エネルギーに対応する。これは、エンドエフェクタジョイントが左から右に（及び右から左に）、基準状態を通って、並びにトップからボトム（及びボトムからトップに）関節屈曲するにつれ、上死点効果をもたらす。これは、「限界を超えた」効果とも呼ばれ、ユーザによって、エンドエフェクタの不規則さ又はがたつきと認知される。この効果は、上記のＳ字湾曲現象と、物理的源という点では関係がない。
【０１２０】
前に論じたように、１つの特定の手術器具用途において、ジョーによって掛かる把持力は、針が滑落することを防止する為に高くなければならない。とりわけ、これは、器具ハンドルの入力レバーをエンドエフェクタジョーに接続する「ジョー閉鎖ケーブル」における高い張力を介して達成され得る。例えば、図１９Ａ及び１９Ｂを参照されたい。しかしながら、このケーブルは、マルチリンク（又はマルチクラスタ）エンドエフェクタジョイントを介して配線されなければならず、従って、このケーブルにおけるより大きな張力は、マルチリンクエンドエフェクタに座屈効果をもたらす。これは潜在的に、エンドエフェクタの関節屈曲のＳ字湾曲（又は歪み）につながる可能性があり、エンドエフェクタのマルチリンク及びジョイントに関連する余剰な局所的自由度の結果である。この問題は従来は、エンドエフェクタ回転方向毎の多数の駆動プーリ及びケーブルによって対処されてきたが、それは全体的器具デザインの複雑さ、サイズ及びコストをかなり増加させる。これは、単純、低コスト、高機能性ＭＩＳ器具を創り出すという目標を打ち砕く。
【０１２１】
この課題を克服する為の１つの手法は、エンドエフェクタにばね動作を組み込んで、その結果、ばねがマルチリンクジョイントの脊椎又は椎骨を支持して、座屈に対抗する安定性を提供することである。座屈は不安定化の力であるが、ばねはそれに対抗する安定化力を提供する。しかしながら、適正なサイズのばねを見つけること、又は、空間が非常に限られているという条件下では、エンドエフェクタジョイント内に組み込むことは難しい。
【０１２２】
前に論じたようにマルチリンクエンドエフェクタに見られる関節屈曲の不規則さ又はがたつきがあるが、それは、ジョー閉鎖ケーブル１９０５と、エンドエフェクタジョイントを構成するジンバルの中央開口部との間に残ったのエアギャップ１９０３により起こる。この問題に対処する為に、１つの提案される選択肢は、ジョー閉鎖ケーブルと、ジョイント内のジンバルとの間の上記のエアギャップを占めるエンドエフェクタジョイントのコンジット１９０１（ケーブル管理ガイド）を用いることである（図１９Ｂ）。適正な形状のケーブル管理ガイドは運動のがたつきを排除し、適正な材料特性で望ましいばね作用を提供してＳ字湾曲（又はジョイント歪み）を軽減する。ナイロン、テフロン（登録商標）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレン、ペバックス、ペレタン及びポリプロピレンを含む幾つかの材料がコンジット向けに考慮され得る。テフロンは、剛性、降伏強度、疲労寿命及び低摩擦特性の最適な組み合わせ故に良い選択である。図２０は、コンジット自体のより明示的な図を示す。このデザインは、２つの穴又は管腔を備え、１つが閉鎖ケーブル用であり１つが開口部ケーブルである、可撓性であるが中実のケーブル管理ガイドを示している。１本のケーブルのみがある場合、１つの管腔のみが必要である。しかし、管腔は、エンドエフェクタ関節屈曲ジョイントを通って配線されるにつれ横（又は半径方向）方向／面に制限される。これで、ケーブルが、関節屈曲中に壁から壁（関節屈曲ジョイントの中央開口部）にがたつくことを防止する。
【０１２３】
図２１Ａ−Ｍは、エンドエフェクタ関節屈曲ジョイントのがたつき及び／又はＳ字湾曲又は歪みを防止し得る、及び／又は、エンドエフェクタ関節屈曲の関節屈曲抵抗を減少する、及びエンドエフェクタ作動伝達ケーブルの並進移動抵抗を減少することを補助し得る、ケーブル管理ガイド（ガイド又はジンバルガイド及び／又はジンバルの一部分を通る断面として示される）の可能な例を示す。図２１Ａには、エンドエフェクタ作動伝達部材（複数可）を配線する又は収容する、ポリマー（ナイロン、ウレタン、ＰＥＥＫ等）、金属及び／又は金属ブレード（鋼、ニチノール等）等から製造され得る、同じ又は異なる円筒形ガイド部材の半径方向に積層した層を備えたケーブル管理ガイドアセンブリが示されている。このアセンブリは、層１／外層２１０１、層２／中間層２１０３、層３／内層２１０５、１つ以上のエンドエフェクタ作動伝達部材２１０７及びケーブル管腔２１０９を含み得る。ここで、複数のエンドエフェクタジョイントクラスタの中央開口部を通り、その単一の管腔を通るエンドエフェクタ作動伝達部材（複数可）を含むケーブル管理ガイドも、エンドエフェクタアセンブリに沿って関節屈曲する。その結果、ケーブル管理ガイドアセンブリ又は個々の部材は、作動伝達部材を配線する為にこれらの部材内に１つ以上の管腔（即ち円筒形穴／中空空洞）があれば、関節屈曲の面内に半径方向に（又は側方に）倒壊する傾向を有する。張力を受けたエンドエフェクタ作動伝達部材は、関節屈曲したときに、ケーブル管理ガイドの内壁（即ち、より小さい曲げ半径）に載り得る。エンドエフェクタが関節屈曲するときに、ケーブルの内壁から内壁への側方移動を極減することは、上記のがたつきの軽減を補助する。従って、自由な半径方向空間が低減され得るようにコンジット内の管腔サイズを減少させることは、がたつきの低減を補助する。これとは別個に、ケーブル管理ガイドの剛性はマルチリンク関節屈曲ジョイントのＳ字湾曲の重度に影響し得る。ケーブル管理ガイドの剛性が低いほどＳ字湾曲の可能性が大きくなる。Ｓ字湾曲は、アセンブリを構成する異なる積層材料を有して、その結果、ケーブル管理ガイドのＳ字湾曲剛性を維持し、エンドエフェクタ関節屈曲の容易さに関して妥協せずに、全体的に最小のＳ字湾曲又はＳ字湾曲がない状態までにすることによって克服され得る。１つの変形例において、ケーブル管理ガイドは、多数の個別の又は融合された円筒形状ケーブル管理ガイドを半径方向に積層して、半径方向外側に動くにつれ剛性の値が上昇するようにすることで構築され得る。別の変形例は、Ｓ字湾曲しないように半径方向剛性を提供する金属ブレード加工されたワイヤを含み得る。
【０１２４】
図２１Ｂは、１つ以上のスペーサ２１１１を封入する外部円筒形ケーブル管理ガイドを備えたケーブル管理ガイドアセンブリを示す。図２１Ａに示されたケーブル管理ガイドアセンブリにおいて、大きなケーブル管腔はがたつきにつながり得る。図２１Ａに示した構成にスペーサを追加すると図２１Ｂの構成となり、それは、がたつきの軽減を補助し得る。このスペーサの追加は、自由な半径方向空間を満たすことができ、関節屈曲中に、エンドエフェクタ作動伝達ケーブルの側方（又は半径方向）移動を回避し得る。これは、がたつきの問題に対処することを補助し得る。それとは別に、これは、全体的ケーブル管理ガイドアセンブリによって追加の剛性を提供することにより、Ｓ字湾曲の低減にもつながり得る。スペーサが高い剛性を有し、従ってスペーサの材料、寸法及び剛性が慎重に選択されなければならない場合、剛性が増加すると、エンドエフェクタの関節屈曲抵抗に悪影響を与える可能性がある。これらのスペーサは軸方向に配置されてもよく、又は、外部円筒形ケーブル管理ガイド本体の単一の管腔内部で浮動していてもよい。１つの変形例では、エンドエフェクタ作動伝達ケーブル（複数可）２１０７がケーブル管腔２１０９にあって軸方向に自在に動く（Ｚ、ロール又は長軸に沿って）為に丁度十分な空間が存在するように、多数のスペーサが、外部円筒形ケーブル管理ガイド本体の管腔全体を有効に満たしてもよい。従って、エンドエフェクタ作動伝達ケーブルの、がたつき、Ｓ字湾曲、関節屈曲に対する抵抗及び軸方向運動に対する抵抗は、エンドエフェクタアセンブリの全体的な機能性の為に平衡される必要がある相互関連する領域である。
【０１２５】
これらのスペーサは、上記の機能を平衡することを補助する任意の形状及び／又は材料製であってよい。図２１Ｃは、複雑な形状のスペーサ２１１１が、類似したケーブル管理ガイドアセンブリの一部として用いられる変形例を示す。この変形例において、砂時計形状のスペーサが、２つのエンドエフェクタ作動伝達ケーブルを分離することを補助する。この分離は、内部管腔を、図２ＩＢに示した変形例に示すほどタイトに満たさなくても自由な半径方向空間を減少させることを補助する。この、非常にタイトに満たさないことは、エンドエフェクタ作動伝達ケーブルの運動への抵抗を減少することを補助する。
【０１２６】
図２１Ａに提示した変形例において、アセンブリは、同じ又は異なる材料製の円筒形ケーブル管理ガイド本体を用いて構築される。この変形例において、これらの本体は融合されるか又は一体に圧入される。しかしながら、図２１Ｄに示される別の変形例において、これらの本体は個別であってよく、小さい半径方向ギャップを有してよい。この変形例において、内部円筒形ケーブル管理ガイド本体は、外部円筒形ケーブル管理ガイド本体の内部で浮動する。内部ケーブル管理ガイドと外部ケーブル管理ガイドの間に浮動ギャップ２２２２がある。この変形例は、外部円筒形ケーブル管理ガイド本体を低剛性材料製に選択することによって低い関節屈曲抵抗を達成するのに役立ち得る。一方、内部円筒形ケーブル管理ガイド本体は、エンドエフェクタ作動伝達ケーブル２１０７の為により有効な軸方向運動を提供する為に、より高い剛性の、より硬く及び／又はより円滑な材料で作製され得る。この場合、外部円筒形ケーブル管理ガイド本体と内部浮動円筒形ケーブル管理ガイド本体との間の半径方向空間は、より小さいエアギャップであり得るか、又は、グリース又は他の粘性制動物質で充填されてよく、それは、アセンブリが関節屈曲したときに外部ケーブル管理ガイド本体に対する内部ケーブル管理ガイド本体のがたつきを制動することによってがたつきに対処し得る。更に、この構成は、ケーブル管理ガイドアセンブリがエンドエフェクタジョイントジンバルに、又はエンドエフェクタに、又は器具軸に固定されていない場合に適切であり得る。この変形例において、外部ケーブル管理ガイド本体は、エンドエフェクタの連続的な関節屈曲ロール又は関節屈曲掃引中にエンドエフェクタジョイントに相対して回転してもよい。外部ケーブル管理ガイド本体が、内部ケーブル管理ガイド本体なしでエンドエフェクタ作動伝達ケーブル（複数可）２１０７を直接収容することになっている場合、これは、これらのエンドエフェクタ作動伝達ケーブルの不要なねじれにつながる可能性があり、従って、それらの軸方向運動（クラスタ面に対して直角な）を、エンドエフェクタに運動を伝導するように制限する。一方、外部ケーブル管理ガイド本体に確りと接続されていない浮動内部ケーブル管理ガイド本体を有することは、外部ケーブル管理ガイド本体がマルチリンクエンドエフェクタジョイント内で複数のジンバルによって回転される間に、内部ケーブル管理ガイド本体の外部ケーブル管理ガイド本体に伴った回転を回避することを補助し得る。
【０１２７】
図２１Ｅは、ケーブル管理ガイドアセンブリが、互いに沿って軸方向に一緒に積層された多数のケーブル管理ガイドを含む変形例を示す。この場合、エンドエフェクタ作動伝達ケーブルが通過することを可能にする為に、個々のケーブル管理ガイド本体２１２１（例えば管又はコンジット）それぞれに個々の管腔が配設される。これは、エンドエフェクタ作動伝達ケーブルが、管腔のサイズによって提供される自由な半径方向空間を通ってのみ側方に移動できるため、がたつきの回避を補助することができ、管腔のサイズは、エンドエフェクタ作動伝達ケーブルの為に軸方向運動への低い抵抗を提供しながら、自由な半径方向空間を限る為に十分小さくあり得る。これらのケーブル管理ガイド本体は、ジンバルの中央開口部を直接通って配線されてよい。代替的に、これらの多ケーブル管理ガイド本体は、図２１Ｆに示すようにそれらを封止する外部ケーブル管理ガイド本体２１０１を有してよい。図２１Ｇ及び図２１Ｈは、それぞれ図２１Ｅ及び図２１Ｆに示した構成の変形例を示し、１つ以上のスペーサ２１１１が配設されて、より剛性のアセンブリを提供し、それが更にＳ字湾曲を軽減し得る。
【０１２８】
図２１Ｉ乃至図２１Ｋは、カスタム設計されたケーブル管理ガイド２１０１を提示する変形例を示す。このガイドは、ジョー閉鎖ケーブルの軸方向運動への抵抗が減少され得るように、エンドエフェクタ作動伝達ケーブル２１０７を互いに分離する形状を有する。これは、対応するケーブルが関節屈曲中に移動する自由な半径方向空間を減少することによってがたつきを減少することと組み合わされる。図２１Ｊは、ケーブル管理ガイドが水平面内で関節屈曲した変形例の断面を図示している。ケーブル管理ガイドは水平面内で圧縮し、ノッチ形状を互いに引き寄せて、エンドエフェクタ作動伝達ケーブルが互いに接触する可能性、又は自身の対応する領域を出てもう１つのケーブルの領域に移動する可能性を回避する。図２１Ｋは、ケーブル管理ガイドが直角面内で関節屈曲している変形例の断面を図示している。ケーブル管理ガイドは直角面内で圧縮する。ノッチ形状は、依然としてケーブル２１０７が互いに接触できずそれらの対応する領域を出ることが出来ないように設計されてよい。
【０１２９】
ケーブル管理ガイドは、がたつきを回避するため、並びに、エンドエフェクタジョー閉鎖伝達ケーブルが低い抵抗で軸方向に移動／並進移動できるようにエンドエフェクタジョー閉鎖伝達ケーブル同士の接触を回避する為に１を超える管腔を有してよい。図２１Ｌは、２つのエンドエフェクタ作動伝達ケーブル用の２つの管腔を含むケーブル管理ガイドを提示する変形例を図示している。２つのエンドエフェクタ作動伝達ケーブルのうち一方が、他方のケーブルよりもかなり高い張力を受けている、又はより大型であると想定すると、この伝達ケーブルは、ケーブル管理ガイドの中心軸に対して非対象に存在するとすれば、全方向における関節屈曲の均一性に悪影響を与え得る。図２１Ｍにおいて、この変形例は、ケーブル管理ガイドの中心軸に沿ったケーブル管理ガイドの配置を図示している。このケーブルは、より高い張力を伴う伝達ケーブル、又は、より大型のサイズの伝達ケーブルであり得る。
【０１３０】
図２１Ｍは、ケーブル管理ガイド内に多数の管腔が存在する二重管腔ケーブル管理ガイドの変形例を図示している。これらの管腔のうち１つ以上が、エンドエフェクタ作動伝達ケーブル（複数可）を配線する為に用いられてよい。これらの管腔は、ケーブル管理ガイドの中心軸（又はロール軸、Ｚ軸若しくは長軸）から半径方向に少しずれて配置されてよい。ケーブル管理ガイドの中心軸から離れていることで、これらのケーブルはエンドエフェクタの均一且つ円滑な関節屈曲に影響し得る。張力を受けたエンドエフェクタ作動伝達ケーブルの存在による、ケーブル管理ガイドにおけるこの望ましくない剛性の増加を補償する為に、ケーブルを伴うケーブル管理ガイドがより高い剛性を有する１つ以上の面に沿って材料を除去する為の空隙として働く１つ以上の管腔がケーブル管理ガイド内に存在してよい。これらの管腔は、特定の面におけるより高い剛性を克服する為の補償部材として再び働く、スペーサ用の筐体としても働き得る。ケーブル管理ガイドよりも剛性又は柔軟な材料製であるスペーサは、特定の面における剛性の変動を補償することを補助できる。
【０１３１】
ジョー作動伝達ケーブル（ジョー開／閉の為の）の半径方向位置決めを達成する別の方法は、エンドエフェクタ伝達ケーブルを半径方向に（又は側方に）制限する輪郭のはっきりした穴（管腔）以外はその中心部に中実のフィリングを有するジンバルデザインを、図６、７、８、９の関節屈曲ジョイントに用いることであろう。ジンバルスピンドル１２０３を備えたジンバル１２０１’、ケーブル貫通孔２１０９及びジンバル中央開口部２２０１を示す可能な形状に関しては、図２２及び２３を参照されたい。
【０１３２】
ジョー伝達ケーブルの横から横への運動（ジョー開／閉の為の）を制限する（即ち、半径方向に位置決めする）為の更に別の方法は、図２１Ａに示したもののような単一の管腔ケーブル管理ガイドを用いて、両方のケーブルを配線するが、このケーブル管理ガイドを通して両ケーブルを意図的に交差させることである。これは図２４に図示されている。ここでエンドエフェクタジョイントの全ての構成要素は隠されている。ジョー閉／開伝達プーリが左に図示されている。エンドエフェクタ作動伝達ケーブルは、エンドエフェクタ関節屈曲ジョイント（図示せず）の中央開口部内に配置された単一の孔／管腔ケーブル管理ガイド（図示せず）を通って通過する。ケーブルは右手側に器具軸（図示せず）へと出て右手側の器具軸（図示あり）に入る。ケーブルが張力を受けると、ケーブルの撚り合せにより、ケーブルがエンドエフェクタ関節屈曲ジョイントの中央開口部内に半径方向（又は側方）に制限されることを確実にする。
【０１３３】
撓み性のケーブル管理ガイドを、関節屈曲ジョイントの中央開口部を通して配線することに関する課題のうち１つは、ケーブル管理ガイドがその軸（即ち、ロール軸、Ｚ軸、又は長軸）周りでスピンすることである。これは、特に、エンドエフェクタが、関節屈曲掃引又は関節屈曲ロール中に同じ方向（時計回り又は反時計回り）に連続して関節屈曲した場合に当て嵌まる。ジンバル構成要素が長軸に対して偏向するにつれ、ジンバル１２０５の中央開口部の内径は、撓んだケーブル管理ガイドの外径に周方向の剪断力を及ぼす。全体的ジョイントは、一方向から他方向に関節屈曲するにつれ、関節屈曲掃引又はロール動作を実行し、ジンバルは、ピッチ又はヨーを通して枢動するにつれ、コンジットとの接点を絶えず変える。コンジットは、ジンバル中央開口部の内径に対して若干小さい又は撓んだ外経を有してよく、このシナリオは、内部コンジットの被駆動回転（ロール、Ｚ、長軸、ジョイント軸、ジョイントクラスタ軸の周りでの）をもたらす。この問題は、図２１Ａ−Ｊに図示した、引張部材を案内する管腔が中心（長）軸を通らず、代わりに、この軸から半径方向に若干偏位している、ケーブル管理ガイドの特定の実施形態において特に重要である。この場合、コンジット自体が、上記の効果により、その長軸回りで自在に回転する場合、コンジットを介して配線されたジョー閉鎖伝達ケーブルが自らの上で捩れることが想像され得る。この捩れは機能への損失、又は、コンジットを通じて案内／配線されるジョー閉鎖伝達ケーブルの抵抗の増加を及ぼす可能性がある。
【０１３４】
ケーブル管理ガイドの、その軸又はジョイント軸の周りでの捩れを軽減する方法は、この回転が抑止されるように、コンジット（又はケーブル管理ガイド）を、ジンバル、エンドエフェクタ又は器具軸のうち１つ以上に固定することを含む。これは、ケーブル管理ガイドと、ジンバル、又はエンドエフェクタ、又は器具軸のうち１つ以上との、又はそれら全てとの機械的キー嵌合形状によって達成され得る。これらのキー嵌合形状は、内部スプライン又は外部スプライン、及び図２５及び２６に図示されるような、ジンバルとコンジットの間の溝形状に限定されない、数限りない実施形態及びそれらの組み合わせを含み得る。この問題に対処できる別の方法は、コンジットと、ジンバル、又はエンドエフェクタ、又は器具軸のうち１つ以上との、又はそれら全てとの間に適用される接着又は圧入を含む。別の方法は、ジンバル構成要素の周囲のポリマーケーブル管理ガイド構造の二次射出成形による、又は恐らくは、ニチノール等の形状記憶合金（ＳＭＡ）の金属射出成形によるオーバーモールドを含む。図２５及び２６において、ジンバル１２０１″は、ジンバル固定に合致するようにキー固定（２５０５）されるケーブル管理ガイド（「コンジット」）２５０７と、ケーブル貫通孔２５０３を含む。エンドエフェクタへの固定は、エンドエフェクタアセンブリ内に捩れて（ロール軸周りに）制限されたエンドエフェクタアセンブリ内の構成要素への固定を意味し得る。器具軸への固定は、器具軸に対して捩れて（ロール軸周りに）制限された器具軸アセンブリ内の構成要素への固定を意味し得る。
【０１３５】
エンドエフェクタジョイントに用いられるケーブル管理ガイド（又はコンジット）は、エンドエフェクタ関節屈曲中に曲がった／入り組んだ形状を取る。これは、その中を通るケーブル管理ガイド又はエンドエフェクタ作動伝達ケーブルを破損する可能性があると共に、関節屈曲又はジョーの開／閉動作への抵抗を増加させる可能性がある。これは、提案される関節屈曲エンドエフェクタジョイントのジンバルガイドデザインの幾つかの形状変形例によって低減され得る。
【０１３６】
ジンバルガイドデザインに関して、２つの代替的オプションが考えられる。図２７Ａに示される１つのオプションは、ジンバルガイドのトップ及びボトムが平行又は同じ面にあるものであり、ジンバルガイドのトップ及びボトムが直角であるもう１つのオプションが図２７Ｂに示されている。図２８Ａ−２８Ｃは、直角なヨーク軸を備えたジンバルガイドの別の例を図示している。
【０１３７】
外から見るとこれら両方の選択肢は、両方とも、ジンバルガイドの間で均一に分配された同じエンドエフェクタ関節屈曲角をもたらすため、等しいように見える。しかしながら、このガイド形状差異の結果は、ジンバルには非常に顕著である。この構成は、隣接するジョイントクラスタが、以前に論じ図１４Ａ−１４Ｃに示したように以前のクラスタに対して長軸周りに直角に存在することを可能にする。
【０１３８】
以下の２つの事例を考慮されたい。平行ヨークジンバルガイドで、図２９Ａの関節屈曲が得られる。直角なヨークジンバルガイドで、図２９Ｂの関節屈曲が得られる。両方の場合においてジンバルガイドは同じ角度配向にあるが、ジンバルはそうではない。
【０１３９】
図２９Ｂにおいて、エンドエフェクタを、ジンバルガイドジョイント軸と同じ面に関節屈曲させると、共通のガイドを共有するジンバルは、ガイドに対して剛直に平行であり、剛直なグループとして動くことが注目される。エンドエフェクタを湾曲させることは、ジンバルにわたり非均一に分散した湾曲をもたらし、ケーブル管理ガイドにおける湾曲の集中をもたらす。図３０Ａ−３０Ｂは、関節屈曲したエンドエフェクタの一部としての直角なヨーク軸を備えたジンバルガイドを示す。ジンバルガイドジョイントを互いに対して直角に配向させることは、共通のガイドを共有しているジンバルを解除して、湾曲をジンバルにわたり均一に分散させる。
【０１４０】
これは、ジンバル１２０５の中央開口部を通るケーブル管理ガイドの、変形した形状に直接の影響を及ぼす。上記の事例それぞれの予測されるケーブル管理ガイドプロファイルが図３１Ａ及び３１Ｂに示され、平行ヨーク軸でのジンバルガイド形状を示している。
【０１４１】
図３０Ａ−３１Ｂ及び３１Ａ−３１Ｂは、エンドエフェクタアセンブリ内の平行ヨークジンバルガイド及び横構成で、コンジットプロファイルのＣＡＤ推定を示す。図３０Ａ−３０Ｂでわかるように、ケーブル管理ガイドは、ジンバル間の曲げ角の非均一な分散により、固定されたジョー付近で鋭角に湾曲する（図３０Ｂの枠内参照）。
【０１４２】
直角なヨーク軸を備えたジンバルガイドは、異なるジンバル間で非均一に分散された曲げ角を有するエンドエフェクタ関節屈曲をもたらす。これは、ケーブル管理ガイドの幾分波打ったプロファイルをもたらすが、一切の鋭角の湾曲を回避する（図３１Ｂの枠内参照）。
【０１４３】
上記の場合いずれにおいても、ジンバルガイドが４つを超える関節屈曲ケーブルを支持する、又は、ケーブルがエンドガイドで終端するのみでなく、関節屈曲ジョイントに沿って異なるジンバルガイドのところで選択的に終端する別の実施形態があり得る。
【０１４４】
提示された事例を要約すると、マルチクラスタ関節屈曲ジョイントに関して、Ｐ及びＹ回転をジョイントカスター内の同じ面に制限するユニバーサルジョイント構造、軸対称関節屈曲限界、全ての関節屈曲方向にわたり均一且つ小さな曲げ半径、がたつき及びＳ字湾曲の軽減の組み合わせが、特定の形状及び材料特性を備えたケーブル管理ガイドの使用により、円滑に関節屈曲するジョイントを提供できることが理解され得る。
【０１４５】
図３２は、本明細書に記載されるようなマルチクラスタジョイントを含む医療デバイス装置の一例を図示する。図３２において、典型的装置は、器具軸５２６及び、先端５２７に前腕部装着部分を含む器具フレーム５２５を含む。ユーザの手首又は前腕部を保持するように構成された通路を内部に貫通して有するカフ（図示せず）が、前腕部装着部に結合されてよく、幾つかの変形例において、その結合は、器具軸の周りにフレームとカフの間にロール回転自由度があるように、スライド又はロールするように構成された、フレームの前腕部装着部とカフの間のベアリングを介して行われる。基端ハンドルアセンブリは、入力ジョイントによって器具フレームに接続されてよい。入力ジョイントは、図３２に示すように、器具フレームとハンドルアセンブリの間の運動をコード化するように構成されてよい。この例において、入力ジョイントは、ハンドルアセンブリのピッチ回転とヨー回転を別個にコード化する為に、対応するピボットジョイント（図示せず）を平行に接続する一対の伝達ストリップ５３３，５３４を含む。出力ジョイント５８３（エンドエフェクタ関節屈曲ジョイント）は、本明細書に記載されるマルチクラスタジョイントのうちいずれであってもよく、エンドエフェクタを関節屈曲させる為に、出力ジョイント５３３，５３４から伝達入力（例えば、図示されないケーブル）を受容する器具フレーム（例えば、器具軸）とエンドエフェクタの間にある。
【０１４６】
この例において、ハンドルアセンブリは、回転ダイアル５０２に接続する人間工学パームグリップ部５０１（ハンドルシェル）を含む。ハンドルアセンブリは、ハンドルレバーとして構成され内部プッシュロッドの剛性の延長部として働くエンドエフェクタ制御子５４９入力（この例において、ジョー作動の為のエンドエフェクタ作動伝達ケーブル入力５４９を画定している）も含む。伝達ケーブル５６６はシャトルに接続して、シャトルから延出して器具軸を通ってエンドエフェクタにいたるジョー閉鎖作動伝達部材として働く。このエンドエフェクタ作動伝達ケーブルは、その長さの一部又は全体にわたり、保護及び／又は支持シース又はカバー又はコンジットによって密封されてもよい。エンドエフェクタ自体は、第１の（接地）エンドエフェクタ部分を含むジョーアセンブリであり、この例において、固定されたジョー５６９を含み、そこに、枢動する第２のエンドエフェクタ部分（可動ジョー５６８）が装着される。エンドエフェクタ作動伝達ケーブル５６６は、エンドエフェクタ閉鎖出力５７７のところで可動ジョーに結合されてよい。
【０１４７】
図３２において、ユーザの前腕部が近位端に載り、ユーザが親指と他指の間でダイアルを回転できるようにパームグリップ領域がユーザの手によって保持されている場合、ハンドルアセンブリのダイアル部分の回転は、器具フレーム全体を回転させ、従って、エンドエフェクタ出力関節屈曲ジョイントを介して器具フレームの末端に取り付けられているエンドエフェクタを回転させる。こうして、ハンドルは、ハンドル関節屈曲ロール軸（軸１）と呼ばれる第１の軸５１１の周りで回転でき、それによって、器具軸を、器具軸ロール軸（軸３）と呼ばれる第３の軸５１１の周りで回転させ、続いてエンドエフェクタを、エンドエフェクタ関節屈曲ロール軸（軸２）と呼ばれる第２の軸周りにロールさせる。
【０１４８】
図３２に示す回転ダイアル５０２は、軸１  ５１１の周りに回転する。この回転は、伝達ストリップ５３３，５３４を介した（これらが回転ＤｏＦを制限するため）器具フレーム５２５の回転、器具軸５２６（軸３  ５１５周りの）及び従ってエンドエフェクタ（軸２  ５１３周りの）回転をもたらす。入力関節屈曲ジョイントを用いてハンドルが関節屈曲すると、出力ジョイント（マルチクラスタ関節屈曲ジョイント５８３）及びエンドエフェクタは、出力関節屈曲ジョイントを介して関節屈曲する。このとき、エンドエフェクタの中心軸（軸２）は、軸３、シャフト軸とは異なっている。
【０１４９】
本明細書において、形状又は要素が他の形状又は要素の「上（ｏｎ）」にあると言及される場合、他の形状又は要素の上に直接あってもよく、又は、介在する形状及び／又は要素が存在してもよい。対照的に、形状又は要素が他の形状又は要素の「直接上に（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｏｎ）」にあると言及される場合、介在する形状又は要素は存在しない。形状又は要素が他の形状又は要素に「接続される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）、「装着される（ａｔｔａｃｈｅｄ）」又は「結合される（ｃｏｕｐｌｅｄ）」と言及される場合、他の形状又は要素に直接接続、装着又は結合されてもよいし、又は、介在する形状又は要素が存在してもよいことも理解されよう。対照的に、形状又は要素が他の形状又は要素に「直接接続される（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「直接装着される（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ａｔｔａｃｈｅｄ）」又は「直接結合される（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ）」と言及される場合、介在する形状又は要素は存在しない。１つの実施形態に関して説明し図示してきたが、そのように説明し図示された形状及び要素は、他の実施形態にも当て嵌まる。当業者ならば、別の形状に「隣接して」配置された構造又は形状への言及は、隣接する形状の上に重なる又はその下になる部分を有し得ることを理解するであろう。
【０１５０】
本明細書で用いた用語は特定の実施形態を記述する目的のみであって、本発明を限定する意図はない。例えば、本明細書で用いる、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」及び「その（ｔｈｅ）」は、文脈が明白にそうでないと示さない限り複数形も含むことを意図している。更に、本明細書で用いられた場合、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／又は「備えた（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、記述された特徴、ステップ、操作、要素、及び／又は構成要素の存在を明示するが、１つ以上の他の特徴、ステップ、操作、要素、構成要素及び／又はそれらの群を除外するものではないことが理解される。本明細書で用いられる用語「及び／又は」は、関連する列挙されたアイテムのうち１つ以上の、あらゆる全ての組み合わせを含む。
【０１５１】
本明細書において、「下に（ｕｎｄｅｒ）」、「下に（ｂｅｌｏｗ）」、「下部（ｌｏｗｅｒ）」、「上に（ｏｖｅｒ）」、「上部（ｕｐｐｅｒ）」等の相対的用語は、図に示された１つの要素又は形状の、空間的に関連する用語、他の要素（複数可）又は形状（複数可）に対する関係を説明する為の記述を容易にする為に用いられてよい。空間的な相対的用語は、図に描写された配向に加えて、使用中又は作動中のデバイスの異なる配向を包含することを意図していることが理解されよう。例えば図中のデバイスが反転された場合、他の要素又は形状の「下に（ｕｎｄｅｒ）」又は「下に（ｂｅｎｅａｔｈ）」と記載された要素はそのとき、他の要素又は形状の「上に（ｏｖｅｒ）」配向することになる。このように、典型的な用語「下に（ｕｎｄｅｒ）」は、上と下の両方の配向を包含する可能性がある。デバイスは他の方式で配向（９０度回転する、又は他の配向）してもよく、本明細書で用いられる空間的関連の記載は、そのように解釈される。同様に、用語「上向きに（ｕｐｗａｒｄｌｙ）」、「下向きに（ｄｏｗｎｗａｒｄｌｙ）」、「直角（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」、「水平（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）」等は、本明細書では、別途明記しない限り説明の目的のみで用いられる。
【０１５２】
用語「第１の」及び「第２の」は、種々の形状／要素（ステップを含む）を説明する為に用いられ得るが、これらの形状／要素は、文脈がそうでないと示さない限り、これらの用語に限定されるべきではない。これらの用語は、１つの形状／要素を別の形状／要素から区別する為に用いられ得る。従って、本発明の教示から逸脱せずに、以下に説明する第１の形状／要素は第２の形状／要素と呼ばれてもよく、同様に、以下に説明する第２の形状／要素は、第１の形状／要素と呼ばれてもよい。
【０１５３】
本明細書及びそれに続く請求項を通して、文脈が別途要求しない限り、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）及び、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び「備えた（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」等のバリエーションは、方法及び物に併せて用いられ得る種々の構成要素（例えば、デバイス及び方法を含む構成物及び装置）を意味する。例えば、用語「を備えた（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、任意の説明された要素又はステップの包含を意味するが、その他の要素又はステップを除外しないということを意味するものと理解される。
【０１５４】
一般的に、本明細書に記載される装置及び方法はいずれも包含的であると理解されるべきであるが、代替的に構成要素の全て又はサブセットは排他的であってもよく、種々の構成要素、ステップ、サブ構成要素又はサブステップから「構成される（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」又は代替的に「から本質的に構成される（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」と表現されてもよい。
【０１５５】
本明細書及び請求項で用いられる場合、諸例で用いられる場合を含み、別途明示しない限り、全ての数字は、「約（ａｂｏｕｔ）」又は「概ね（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」という用語が明示的に表れていなくても、恰もそれらが前置されているように読み取られ得る。「約」又は「概ね」という語句は、記載された値及び／又は位置がその値及び／又は位置に合理的に期待される範囲内にあるということを示す為に、規模及び／又は位置を説明する場合に用いられ得る。例えば、数値は、記載された値（又は値の範囲）の＋／―０．１％の値、記載された値（又は値の範囲）の＋／―１％の値、記載された値（又は値の範囲）の＋／―２％の値、記載された値（又は値の範囲）の＋／―５％の値、記載された値（又は値の範囲）の＋／―１０％の値を有し得る。本明細書に記載される数値はいずれも、文脈が別途示さない限り、約又は概ねその値を含むと理解されるべきである。例えば、値「１０」が開示された場合、「約１０」も開示されている。本明細書で記述された数値範囲はいずれも、そこに組み込まれる全ての副範囲を含むことを意図している。その値「未満」又は「等しい」値が開示された場合、当業者ならば適切に理解するであろうように、その値より「大きい」又は「等しい」値、及び値の可能な範囲も開示されることも理解される。例えば、値「Ｘ」が開示された場合、「Ｘ未満又はＸに等しい」並びに「Ｘより大きい又はＸに等しい」（Ｘが数値である場合）も開示される。本出願を通して、データは幾つかの異なるフォーマットで提供され、このデータは、終点と始点、及びデータポイントの任意の組み合わせの範囲を表すことも理解される。例えば、特定のデータポイント「１０」及び特定のデータポイント「１５」が開示される場合、１０及び１５を超える、１０及び１５以上、１０及び１５未満、１０及び１５以下、１０及び１５に等しいも、開示されると考えられることが理解される。２つの特定の単位間の各単位も開示されると理解される。例えば、１０と１５が開示された場合、１１、１２、１３及び１４も同様に開示される。
【０１５６】
種々の例示的実施形態を上記で説明したが、請求項によって記載される本発明の範囲から逸脱せずに種々の実施形態に幾つかの変更のうちいずれが施されてもよい。例えば、種々の記載された方法ステップが実行される順序は、別の実施形態では多くの場合変更されてもよく、別の実施形態では、１つ以上の方法ステップは完全に省略されてもよい。種々のデバイス及びシステムの実施形態の最適な特徴は、幾つかの実施形態には含まれるが他の実施形態には含まれなくてもよい。従って、上記の説明は主に例示的な目的の為に提供されたものであり、請求項に記載される本発明の範囲を限定すると解釈されるべきではない。
【０１５７】
本明細書に含まれた事例と例示は、発明の主題が実行される特定の実施形態を、例示として、限定としてではなく示している。言及したように、他の実施形態も用いられてよく、そこから、構造的及び論理的置換及び変更が、本開示の範囲から逸脱せずになされ得ることが導き出される。本発明の主題のそのような実施形態を、本明細書では個々に又は包括的に用語「本発明」と呼んできたが、それは、便宜上のみであって、実際に１つより多い発明が開示されていたとしても、本出願の範囲を、任意の１つの発明又は発明の概念に自発的に限定する意図はない。従って、本明細書において特定の実施形態が図示され説明されてきたが、同じ目的を達成する為に計算された任意の構成が、示された特定の実施形態と置き換えられてもよい。本開示はあらゆる適応又は変形例を網羅することを意図している。当業者には、上記の説明を考察すれば、上記の実施形態と、本明細書に特定的に記載されていないその他の実施形態の組み合わせが明らかとなろう。
【符号の説明】
【０１５８】
４０１  ジンバル
４０３  ガイド
５０１  ジンバル
５０３  ガイド
５０５  エンドエフェクタ
５１０  ボトム／ベースガイド
５２５  器具フレーム
５２６  器具軸
５２７  先端
５３３，５３４  伝達ストリップ
５８３  出力ジョイント
７０１  エンドエフェクタ
７０５  ジンバル
７０７  関節屈曲ケーブル
７０９  ジンバルガイドのボトム
７１１  器具軸
７１３  ジンバルガイド
１１０１  ジンバルガイド
１１０３  軸対称関節屈曲限界
１１０５  ジンバルガイドヨーク
１１０７  ジンバルガイド中央開口部
１１０９  関節屈曲ケーブル貫通孔
１２０１  ジンバル
１２０３  ジンバルスピンドル
１２０４  第１のジンバルスピンドル対共線軸
１２０５  第２のジンバルスピンドル対共線軸
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４ＡＢ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２１Ｄ】
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【図２１Ｅ】
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【図２１Ｆ】
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【図２１Ｇ】
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【図２１Ｈ】
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【図２１Ｉ】
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【図２１Ｊ】
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【図２１Ｋ】
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【図２１Ｌ】
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【図２１Ｍ】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２８Ｃ】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３１Ａ】
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【図３１Ｂ】
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【図３２】
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【国際調査報告】
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