(57)【要約】  ロボットの環境を特徴付ける方法であって、該ロボットは、ベースと、該ベースから延びる可撓性を有するアームであって、該アームの構成を変更可能にする複数のジョイントを有するアームと、該アームによって担持されたデータムと、該ジョイントを駆動して動かすように配置された複数のドライバと、該ジョイントのそれぞれの位置を感知するための複数の位置センサとを有しており、前記方法は、前記アームによって担持された前記データムを、第１のロボットの前記環境における第２のロボット上の第１のデータムに接触させる工程を含んでおり、該第２のロボットは、ベースと、該ベースから延びる可撓性を有するアームであって、該アームの構成を変更可能にする複数のジョイントを有するアームと、該ジョイントを駆動して移動させるように配置された複数のドライバとを有していると共に、前記位置センサの出力に依存して、前記ロボットに局所的な基準座標系内に定義された基準位置と前記第１のデータムの間の距離を計算する工程と、少なくとも前記計算された距離に依存して、前記第１のロボットの前記アームの構成を再設定するように前記ドライバを制御する工程を含んでいる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のロボットの環境を特徴付ける方法であって、該第１のロボットは、ベースと、該ベースから延びる可撓性を有するアームであって、該第１ロボットアームの構成を変更可能にする複数のジョイントを有するアームと、該アームによって担持された第１のデータムと、該ジョイントを駆動して動かすように配置された複数のドライバと、該ジョイントのそれぞれの位置を感知するための複数の位置センサとを有しており、
前記方法は、前記第１のロボットの前記アームによって担持された前記第１のデータムを、該第１のロボットの前記環境における第２のロボット上の第２のデータムに嵌合させる工程を含んでおり、該第２のロボットは、ベースと、該ベースから延びる可撓性を有するアームであって、該アームの構成を変更可能にする複数のジョイントを有するアームと、該ジョイントを駆動して移動させるように配置された複数のドライバとを有していると共に、該第１のロボットの該アームによって担持された前記第１のデータムと該第２のロボット上の該第２のデータムとが、嵌合時に該第１のデータムの向きが該第２のデータムに対して固定されるように相互に構成されており、
前記第１のデータムと前記第２のデータムが嵌合した時の前記位置センサの出力に依存して、前記第１のロボットに局所的な基準座標系内に定義された基準位置に対する前記第２のロボットの位置と、該第１のロボットに対する該第２のロボットの向きとを計算する工程を含んでいると共に、
少なくとも前記計算された位置および向きに依存して、前記第１のロボットの前記アームの構成を再設定するように前記ドライバを制御する工程を含んでいる
ことを特徴とする第１のロボットの環境を特徴付ける方法。
【請求項２】
前記第２のデータムが前記第２のロボット上の物体上にあり、該第２のロボットに対する前記第１のロボットの向きを計算する前記工程が、前記第１のデータムと該第２のデータムが嵌合した時の前記位置センサの出力に依存して、該第１のロボットに局所的な基準座標系内に定義された基準方向に対する前記第２のデータムの向きを計算する工程を含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記または各計算工程が、前記ジョイントによって分離された前記第１のロボットの前記アームの部分の長さを定義する記憶情報に依存して実行される請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記または各制御工程が、前記物体の形状を定義する記憶情報に依存して実行される請求項１〜３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１および第２のロボットが外科用ロボットである請求項１〜４の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記ドライバを制御して前記計算された位置および向きに依存して前記第１のロボットの前記アームの構成を再設定する前記工程が、前記計算された距離および向きに依存して各アーム間の衝突を阻止するように該ドライバを制御する工程を含んでいる請求項１〜５の何れか１項に記載の方法。
【請求項７】
各ロボットが可動カートに取り付けられている請求項１〜６の何れか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のロボットの前記アームを、直接外力を加えることにより操作して、前記第１のデータムを前記第２のデータムに接触するように移動させる工程を含んでいる請求項１〜７の何れか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記移動工程中に、前記第１のロボットの前記アームにかかる重力の作用に対抗するように前記ドライバを自動的に制御する工程を含んでいる請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ロボットシステムであって、
第１および第２のロボットを含んで構成されており、該第１および第２のロボットのそれぞれが、
ベースと、
前記ベースから延びる可撓性を有するアームであって、該アームの構成を変更可能にする複数のジョイントを有するアームと、
前記ジョイントを駆動して動かすように配置された複数のドライバと、
前記ジョイントのそれぞれの位置を感知するための複数の位置センサとを含んで構成されており、
第１のロボットは、該第１のロボットの前記アームによって担持された第１のデータムを更に含んで構成されていると共に前記第２のロボットは第２のデータムを含んで構成されており、該第１および第２のデータムが、嵌合時に該第１のデータムの向きが該第２のデータムに対して固定されるように相互に構成されており、
前記第１のロボットが、制御ユニットを更に含んで構成されており、該制御ユニットが、（ｉ）該第１のロボットの前記アームに担持された前記第１のデータムが前記第２のロボット上の前記第２のデータムと嵌合した時の前記位置センサの出力に依存して、該第１のロボットに局所的な基準座標系内に定義された基準位置に対する該第２のロボットの位置と、該第１のロボットに対する該第２のロボットの向きとを計算すると共に、（ｉｉ）次いで、少なくとも該計算された位置および向きに依存して、該第１のロボットの前記アームの構成を再設定するように前記ドライバを制御するように構成されている
ことを特徴とするロボットシステム。
【請求項１１】
第１および第２のロボットの環境を特徴付ける方法であって、該第１および第２のロボットのそれぞれが、ベースと、該ベースから延びる可撓性を有するアームであって、該アームの構成を変更可能にする複数のジョイントを有するアームと、該ジョイントを駆動して動かすように配置された複数のドライバと、該ジョイントのそれぞれの位置を感知するための複数の位置センサとを有していると共に、該第１のロボットの該アームが第１のデータムを担持するインターフェースを含んで構成されており、
前記方法は、前記第１のロボットの前記インターフェースによって担持された前記第１のデータムを、前記第１および第２のロボットの前記環境における第２のデータムの近位器具または内視鏡の端部の形状のインターフェースと嵌合させる工程を含んでおり、該第１のロボットの該第１のデータムと該第２のデータムとが、該第１のデータムと該第２のデータムの嵌合時に該第１のデータムの向きが該第２のデータムに対して固定されると共に該第２のデータムが該第２のロボットの前記アームに対して既知の関係を有するように相互に構成されており、
前記第１のデータムと前記第２のデータムが嵌合した時の前記第１のロボットの前記アームの前記位置センサの出力に依存して、該第１のロボットに対する前記第２のロボットの向きおよび位置を計算する工程を含んでいると共に、
少なくとも前記計算された向きおよび／または位置に依存して、前記第１および第２のロボットの前記アームのうち少なくとも一方の構成を再設定するように前記ドライバを制御する工程を含んでいる
ことを特徴とする第１および第２のロボットの環境を特徴付ける方法。
【請求項１２】
前記第１のデータムと第２のデータムが嵌合した時の前記第１のロボットの前記アームの前記位置センサの出力と、該第２のデータムの、前記第２のロボットの前記アームに対する既知の関係とに依存して、前記第１のロボットと前記第２のロボットの間の向きおよび位置を計算する請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２のデータムが、前記第２のロボット上に配置される請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２のデータムが、ｉ）前記第２ロボットの前記ベース上、またはｉｉ）該第２ロボットの前記アーム上、の何れかに配置されている請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記位置が、前記第１のロボットの前記ベース上の第１の基準点に対する前記第２のロボットの前記ベース上の第２の基準点の位置である請求項１１〜１４の何れか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２のロボットの前記アームが第３のデータムを担持し、前記第２のデータムが前記第１および第３のデータムに嵌合するための第１および第２のインターフェースを含んで構成されていると共に、該第１のインターフェースが該第２のインターフェースに対して既知の関係を有する請求項１１〜１５の何れか１項に記載の方法であって、
前記方法は、前記第１のデータムを前記第２のデータムの前記第１のインターフェースに嵌合させる工程と、
前記第２のデータムが、前記第１のインターフェースが前記第１のデータムと嵌合した時と同じ位置および向きにある時に、前記第３のデータムを該第２のデータムの前記第２のインターフェースに嵌合させる工程と、
ｉ）前記第１のデータムと前記第１のインターフェースが嵌合した時の前記第１のロボットの前記アームの前記位置センサの出力と、ｉｉ）前記第３のデータムと前記第２のインターフェースとが嵌合した時の前記第２のロボットの前記アームの前記位置センサの出力とに依存して、該第１のロボットに対する該第２のロボットの向きおよび位置を計算する工程を含んでいる方法。
【請求項１７】
前記第２のデータムが、前記環境における固定された位置および向きを有している請求項１１〜１６の何れか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２のデータムが移動可能なブロックであり、前記第１のデータムが前記第１のインターフェースに、前記第３のデータムが前記第２のインターフェースにそれぞれ同時に嵌合する請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１および第２のインターフェースがソケットである請求項１６〜１８の何れか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２のデータムが、前記第２のロボットの前記アームと一体化されている請求項１１〜１７の何れか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記第２のデータムが、前記第１のロボットの前記アームと一体化された相補的な表面と係合するように構成された嵌合面の形態である請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
第３のロボットの環境を特徴付ける工程を更に含んでおり、該第３のロボットは、ベースと、該ベースから延びる可撓性を有するアームであって、該アームの構成を変更可能にする複数のジョイントを有するアームと、該ジョイントを駆動して動かすように配置された複数のドライバと、該ジョイントのそれぞれの位置を感知するための複数の位置センサとを含んで構成されていると共に、該第３のロボットの該アームが第４のデータムを担持している請求項１１〜２１の何れか１項に記載の方法であって、
前記方法は、更に、前記第４のデータムを、前記第１のロボットの前記環境における物体のデータムに嵌合させる工程を含んでおり、該第４のデータムと該第１のロボットの該環境における該物体の該データムとが、該第４のデータムと該第１のロボットの該環境における該物体の該データムの嵌合時に該第４のデータムの向きが該物体の該データムに対して固定されると共に該物体の該データムが該第１のロボットの前記アームに対して既知の関係を有するように相互に構成されており、
前記第４のデータムと前記第１のロボットの前記環境における前記物体の前記データムが嵌合した時の前記第３のロボットの前記アームの前記位置センサの出力に依存して、該第３のロボットに対する該第１のロボットの向きおよび位置を計算する工程を含んでいると共に、
少なくとも前記計算された向きおよび／または位置に依存して、前記第１および第３のロボットの前記アームのうち少なくとも一方の構成を再設定するように前記ドライバを制御する工程を含んでいる方法。
【請求項２３】
前記第１のロボットと前記第２のロボットの間、および前記第３のロボットと該第１のロボットの間の前記計算された向きおよび位置に依存して、該第３のロボットと該第２のロボットの間の向きおよび位置を計算する工程を更に含んでいる請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１のロボットの前記環境における前記物体が、該第１のロボット上に配置されている請求項２２または２３に記載の方法。
【請求項２５】
第３のロボットの環境を特徴付ける工程を更に含んでおり、該第３のロボットは、ベースと、該ベースから延びる可撓性を有するアームであって、該アームの構成を変更可能にする複数のジョイントを有するアームと、該ジョイントを駆動して動かすように配置された複数のドライバと、該ジョイントのそれぞれの位置を感知するための複数の位置センサとを含んで構成されていると共に、該第３のロボットの該アームが第４のデータムを担持しており、前記第２のデータムは該第３のロボットの該アーム上のデータムと嵌合するための第３のインターフェースを更に含んで構成されていると共に、該第３のインターフェースが前記第１および第２のインターフェースと既知の関係を有している請求項１６に記載の方法であって、
前記方法は、更に、前記第２のデータムが、前記第１および第２のインターフェースが前記第１および第３のデータムと嵌合した時と同じ位置および向きにある時に、前記第４のデータムを該第２のデータムの前記第３のインターフェースに嵌合させる工程と、
前記第１，第３および第４のデータムと前記第２のデータムのそれぞれの前記インターフェースが嵌合した時の前記第１，第２および第３のロボットの前記アームの前記位置センサの出力に依存して、該第１，第２および第３のロボットの間の向きおよび位置を計算する工程を含んでいる方法。
【請求項２６】
前記第１，第３および第４のデータムが、前記第２のデータムのそれぞれの前記インターフェースと同時に嵌合する請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
ロボットシステムであって、該ロボットシステムは、
第１および第２のロボットであって、該第１および第２のロボットのそれぞれが、
ベースと、
前記ベースから延びる可撓性を有するアームであって、該アームの構成を変更可能にする複数のジョイントを有するアームと、
前記ジョイントを駆動して動かすように配置された複数のドライバと、
前記ジョイントのそれぞれの位置を感知するための複数の位置センサとを含んで構成されており、
該第１のロボットが、第１のデータムを担持するインターフェースを更に含んで構成されている第１および第２のロボットと、
第２のデータムであって、近位器具または内視鏡の端部の形状のインターフェースを含んで構成されており、前記第１のデータムと該第２のデータムは、該第１のデータムと該第２のデータムの該インターフェースとの嵌合時に、該第１のデータムの向きが該第２のデータムに対して固定されると共に該第２のデータムが前記第２のロボットの前記アームに対して既知の関係を有するように相互に構成されている第２のデータムと、
制御ユニットであって、（ｉ）前記第１のデータムと前記第２のデータムが嵌合した時の前記第１のロボットの前記アームの前記位置センサの出力に依存して、該第１のロボットに対する前記第２のロボットの向きおよび位置を計算すると共に、（ｉｉ）少なくとも前記計算された向きおよび／または位置に依存して、該第１および第２のロボットの前記アームのうち少なくとも一方の構成を再設定するように前記ドライバを制御するように構成されている制御ユニットと
を、含んで構成されていることを特徴とするロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット、例えば外科用ロボットの周囲の物体の空間的関係を特徴付けることに関する。
【背景技術】
【０００２】
外科用ロボットの中にはかなり大型のものがあり、単一の固定された、あるいは移動可能なベースから分岐する複数の外科用アームを含んで構成されている。これらのシステムでは、手術用アームが機械的に共通のベースに取り付けられているという事実は、アーム間の空間的関係が固有であり、アームの構成を認識することによって容易に確立できることを意味する。しかしながら、これらのシステムは大型であり、手術室での所定位置への移動を困難にしている。また、アーム間の可能な空間的関係の範囲は、アームが単一のベースから分岐しているという事実によって限定され、これによって、このようなシステムによって実行され得る外科的処置の範囲が制限される。
【０００３】
図１は、各々がアームを有する３つの別個の外科用ロボット１，２，３を示している。ロボットは、手術台５上の患者４に対して行う手術に備えて配置される。これらのロボット１，２，３は、制御ステーション７に通信可能に連結されており、そこから外科医によって操作可能とされている。この例では、ロボット３は手術室の天井に固定的に取り付けられている。ロボット１および２は、可動カート８，９に取り付けられている。可動カート８，９はロック可能な車輪を備えているため、手術開始前に技術者によって所定位置まで押し動かされ、手術中はその所定位置に固定される。患者が横たわっている手術台５もロック可能な車輪上に載置されている。患者は手術室の外で手術の準備をしてから、手術台５の手術室に移動させることができる。患者４とロボット１，２，３の位置決めのこの柔軟性は、この設備が他のいくつかのロボットシステムに比べて広い範囲の処置を実行できるという利点を有する。しかしながら、手術台５および可動カート８，９が所定の位置に移動された後、アーム１，２，３のベースの相対位置は本質的に未知であり、それは患者が横たわっている手術台５との関係についても同様である。
【０００４】
アーム間の空間的関係は、制御ステーション７にとって有益な情報となる。これは、例えば、アーム間の衝突を避けるために使用することができる。
【０００５】
アーム間の空間的関係を確立する１つの方法は、技術者がロボットの可動カートおよび／または患者の手術台の位置を設定するために使用する一組のジグまたはフロアマーキングを設けることである。それによって、装置間の空間的関係を認識することができる。しかしながら、外科的処置の全範囲を網羅するためには、非常に多くのそのようなジグまたはマークを設けることが必要になるであろう。
【０００６】
空間的関係を確立する別の方法は、技術者がアーム上のデータムポイントと手術台との間の距離を測定し、そのデータを制御システムに入力することである。これには多くの時間を要する。なぜなら、三次元の空間的関係を完全に特徴付けるためには、多くのそのような測定が必要となるからである。また、測定を行ったり入力したりする際に間違いが生じる可能性もある。
【０００７】
ロボット、特に外科用ロボット間の空間的関係を確立する別の方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００８】
本発明によれば、ロボットの環境を特徴付ける方法は、該ロボットが、ベースと、該ベースから延びる可撓性を有するアームであって、該アームの構成を変更可能にする複数のジョイントを有するアームと、該アームによって担持されたデータムと、該ジョイントを駆動して動かすように配置された複数のドライバと、該ジョイントのそれぞれの位置を感知するための複数の位置センサとを有しており、前記方法は、前記アームによって担持された前記データムを、前記ロボットの前記環境における物体上の第１のデータムに接触させる工程を含んでおり、前記位置センサの出力に依存して、前記ロボットに局所的な基準座標系内に定義された基準位置と前記第１の物体データムの間の距離を計算する工程と、少なくとも前記計算された距離に依存して、前記アームの構成を再設定するように前記ドライバを制御する工程を含むことを特徴とする。
【０００９】
前記方法は、前記アームに担持された前記データムを前記物体上の第２のデータムに接触させる工程と、前記アームに担持された前記データムが前記第１の物体データムおよび前記第２の物体データムに接触した時の前記位置センサの出力に依存して、前記ロボットに局所的な基準座標系内に定義された基準方向に対する前記物体の向きを計算する工程と、少なくとも前記計算された向きに依存して、前記アームの構成を再設定するように前記ドライバを制御する工程、を含んでいてもよい。
【００１０】
前記方法は、前記アームに担持された前記データムを前記物体上のデータムに嵌合させる工程を含んでおり、該アームの構成が、該アームのデータムと該物体のデータムが嵌合した時の該物体の向きに依存するように、該アームのデータムと該物体のデータムが相互に構成されていると共に、前記アームのデータムと前記物体のデータムが嵌合した時の前記位置センサの出力に依存して、前記ロボットに局所的な基準座標系内に定義された基準方向に対する前記物体の向きを計算する工程と、少なくとも前記計算された向きに依存して、前記アームの構成を再設定するように前記ドライバを制御する工程、を含んでいてもよい。
【００１１】
前記または各計算工程は、前記ジョイントによって分離された前記アームの部分の長さを定義する記憶情報に依存して実行されてもよい。
【００１２】
前記または各制御工程は、前記物体の形状を定義する記憶情報に依存して実行されてもよい。
【００１３】
前記ロボットは外科用ロボットであってもよい。
【００１４】
前記物体は手術台または別の外科用備品であってもよい。
【００１５】
前記ドライバを制御して前記計算された距離および／または向きに依存して前記アームの構成を再設定する前記工程は、前記計算された距離および／または向きに依存して前記または各アームと前記物体間の衝突を阻止するように該ドライバを制御する工程を含んでいてもよい。
【００１６】
前記物体は第２のロボットであってもよい。
【００１７】
前記第２のロボットは、ベースと、該ベースから延びる可撓性を有するアームであって、該アームの構成を変更可能にする複数のジョイントを有するアームと、該ジョイントを駆動して動かすように配置された複数のドライバとを有していると共に、前記方法は、前記第２のロボットの前記ドライバを制御して、前記計算された距離および／または向きに依存して、該第２のロボットの前記アームの構成を再設定する工程を含んでいてもよい。
【００１８】
前記または各ロボットは可動カートに取り付けられていてもよい。
【００１９】
前記方法は、前記アームを、直接外力を加えることにより操作して、前記アームのデータムを前記または各物体のデータムに接触するように移動させる工程を含んでいてもよい。
【００２０】
前記方法は、前記移動工程中に、前記アームにかかる重力の作用に対抗するように前記ドライバを自動的に制御する工程を含んでいてもよい。
【００２１】
本発明の第２の態様によれば、ロボットは、ベースと、前記ベースから延びる可撓性を有するアームであって、該アームの構成を変更可能にする複数のジョイントを有するアームと、前記アームに担持されたデータムと、前記ジョイントを駆動して動かすように配置された複数のドライバと、前記ジョイントのそれぞれの位置を感知するための複数の位置センサと、制御ユニットであって、（ｉ）前記アームに担持された前記データムが前記ロボットの環境における物体の第１のデータムと接触した時の前記位置センサの出力に依存して、該ロボットに局所的な基準座標系内に定義された基準位置と前記第１の物体データムとの間の距離を計算すると共に、（ｉｉ）次いで、少なくとも該計算された距離に依存して、該アームの構成を再設定するように前記ドライバを制御するように構成されている制御ユニットと、を含んで構成されていることを特徴とする。
【００２２】
前記アームをデータムに接触させる代わりに、該アームを、該データムとの所定の位置関係に移動させてもよい。例えば、アームを、データムから確立された既知の方向に既知の距離だけオフセットされた点に移動させてもよい。それは、例えば、データムの周りに向けられた複数の交差する光学ビームによって確立される。
【００２３】
以下、本発明を、例示として添付図面を参照しつつ説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】外科的処置を行う準備が整った状態で配置されたロボットを示す。
【図２】手術台に隣接して配置された外科用ロボットを示す。
【図３】視覚的ターゲットの例を示す。
【図４】方向性ターゲットの例を示す。
【図５】ロボットの近位に位置するデータムの例を示す。
【図６】２つのインターフェースを有する例示的なデータムを示す。
【図７】２つのインターフェースを有する別の例示的なデータムを示す。
【図８】各々がデータムを有する３つの外科用ロボットを備えたロボットシステムの例を示す。
【図９】ロボットアームの遠位端上のデータムの例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
外科用ロボットは、アームに沿って配置された一連のジョイントによって可撓性を有するアームを備えていてもよく、ジョイントはアームの構成を再設定することができる。ロボットはジョイントの構成を感知できるようになっていてもよい。手術環境における他の備品、例えば別のロボットまたは手術台に対するロボットの相対位置に関するロボットの認識を較正する必要がある場合、アーム上の第１のデータムポイントを移動させて他の備品上の第２のデータムポイントに接触させることができる。アームが第２のデータムポイントに接触している時にアームの構成を感知することにより、アームと他の備品との間の空間的関係を推定することができる。そして、例えば、ロボットアームと備品との間の衝突を防止するために、この空間的関係を、後続の処置中にロボットを制御するためのデータとして使用することができる。
【００２６】
図２は、外科手術環境の実施例を示す。全体を１０および１１で示されたロボットは、患者に対して行う手術に備えて台１２の近くに設置される。
【００２７】
ロボット１０は、アーム２０と、可動カートの形態のベース２１を含んで構成されている。カートは、床に沿って転がすことができる車輪２２と、車輪が回転するのを阻止するように作動可能な図示しないブレーキとを備えており、それによって、カートがいったん適切に配置されると、所定位置にロックされるようになっている。カート自体は、移動が過度に困難ではなく、かつロボットアームの安定したベースを提供するのに十分な重量を有するように設計されている。ロボット１１は、同様のアーム４０と、車輪４２を有する同様のカート４１とを備えている。
【００２８】
台１２は車輪１３に取り付けられており、車輪１３もまた床上を走行し、ブレーキでロックすることができる。
【００２９】
各ロボットアーム２０，４０は、一連の剛性アーム部材２３，４３を備えている。各アームの近位アーム部材は、第１の回転ジョイント２４ａ，４４ａによってそのベースに接続される。一連の後続のアーム部材の各々は、それぞれ対応する回転ジョイント２４，４４によって前のアーム部材に接続される。最終ジョイント２４ｂ、４４ｂは、単純な回転ジョイントであってもよいし、例えば、本出願人の同時係属中出願であるＰＣＴ／ＧＢ２０１４／０５３５２３に記載されているように、より複雑な構成であってもよい。１つ以上のアームジョイントは、直線的に動いてもよいし、単に回転するというよりはむしろ複合的な動作で動いてもよい。各アームのジョイントは、全体で、アームの遠位端が連続した三次元の作業空間における任意の点に移動することを可能にする柔軟性をアームに提供するように構成されている。これを達成する１つの方法は、アームのジョイントが、全体として、例えばＰＣＴ／ＧＢ２０１４／０５３５２３に記載されたような構成を有することである。その構成は、実質的に垂直な回転軸を有する最近位ジョイントと、当該第１のジョイントの軸を横切る回転軸を有する後続ジョイントと、前のジョイントの軸を横切る回転軸を有し、概ね前のジョイントと次の後続ジョイントとの間を延びる後続ジョイントと、前のジョイントの軸を横切る回転軸を有する後続ジョイントと、前のジョイントの軸を横切る回転軸を有し、概ね前のジョイントと次の後続ジョイントとの間を延びる後続ジョイントと、前のジョイントの軸を横切る回転軸を有する後続ジョイントと、２本の相互に横切る回転軸を有し、そのうち一方の軸は前のジョイントの軸を横切る後続ジョイントと、さらに、前のジョイントの他方の軸を横切る回転軸を有する後続ジョイントから成る。例えば産業用および他のロボットの既存の設計から知られているように、多くの他の組合せおよび構成のジョイントを採用することができる。より多くの、またはより少ないジョイントと、それらの間を延びる剛性アーム部材が存在し得る。
【００３０】
各ジョイントは、ジョイント周りのアームの動作を引き起こすことができるように配置された電気モータ２５，４５を備えている。モータは、回転式モータまたはリニアモータであってもよい。電気モータの代わりに、アームは他の手段、例えば油圧または空気圧アクチュエータによって駆動されてもよい。各ジョイントには、センサユニット２６，４６が設けられており、センサユニット２６，４６は、構成や、各ジョイントに加えられる力／トルクを検出することができる位置エンコーダおよび力変換器を備えている。位置センサは、例えば、ポテンショメータ、光学式位置エンコーダ、超音波または無線距離センサとすることができる。力センサは、例えば、抵抗ベースの歪ゲージ、圧電歪ゲージまたは半導体歪ゲージであってもよい。
【００３１】
全体を６０で示された制御ユニットは、プロセッサ６１、不揮発性メモリ６２、ディスプレイ画面６３、およびユーザ入力装置６４を含んで構成されている。メモリ６２は、本明細書で説明する機能を実行するためにプロセッサ６１によって実行可能なコードを非一時的な方法で記憶している。制御ユニット６０は、モータ２５，４５およびセンサユニット２６，４６に、カートに通じる可撓性ケーブル６６，６７を介して通信可能に連結されている。あるいは、制御ユニット６０は、ロボットと無線で通信してもよい。制御ユニット６０は、センサユニット２６，４６の位置エンコーダからデータを受信する。そのデータは、アームの構成を示している。制御ユニット６０は、アームのモータ２５，４５を駆動する信号を送り、アームのジョイント２４，４４の構成を調整する。モータ２５，４５を駆動するための出力は、プロセッサ６１上で動作するコードによって、任意でユーザ入力装置６４から受信した入力に応じて、決定することができる。使用時には、外科医は、ユーザ入力装置６４を操作して、アームに必要とされる三次元動作をプロセッサ６１に信号で送ることができる。プロセッサ６１は、それらの入力に応答してモータを駆動し、アームをそれに応じて動かすことができる。このようにして、外科医は、患者に対して手術を行うために、ロボットアームによって担持された器具を操作するようにロボットを制御することができる。プロセッサ６１は、制御パネル６５からの入力を受信し、それによってアームの作動状態が選択可能とされている。ロボットの１台がカメラを搭載していてもよい。カメラによって取得された画像は、制御ユニット６０に送信され、ディスプレイ画面６３に表示され、外科医を補助することができる。
【００３２】
プロセッサ６１上で動作するコードは、少なくとも１つのアーム（例えば、ロボット１０のアーム２０）の動作を２つのモードで制御することを可能にする。ユーザは、制御パネル６５によって特定の時間にどのモードがアクティブであるかをプロセッサ６１に信号で送ることができる。
【００３３】
第１の駆動モードでは、アームの構成は、コントローラ６４から受信した入力に応じて設定される。このモードでは、オペレータはコントローラ６４を使用してアームの目的とする構成、例えばアームの遠位端の目的とする位置および／または姿勢を信号で送ることができる。プロセッサ６１は、目的とする構成が達成されることになるアームのジョイント２６の構成を決定する。プロセッサ６１が新しい構成を選択すると、モータに信号を送り、アームをその構成にするのに必要な状態をジョイント２４に採用させる。このようにして、駆動モードでは、オペレータは遠隔的にロボットに信号を送って、アームの一部、例えば遠位端、またはアームによって担持されるツールの先端を動かし、目的とする位置に移動させることができる。
【００３４】
第２の準拠モードでは、プロセッサ６１は、アームに直接加えられる力によってアームが配置された位置を維持するようにアームを制御する。これを達成するために、プロセッサ６１はセンサユニット２６の位置センサおよび力センサから入力を受信する。位置センサから、プロセッサ６１はアームの現在の構成を認識する。メモリ６２は、アーム２０の各構成要素について、その質量、アームの前のジョイントからの質量中心までの距離、および質量中心と前のジョイントのジョイントセンサの位置出力との関係とを記憶する。その情報を使用して、プロセッサ６１は、現在のアームの構成についてアームの構成要素にかかる重力の影響をモデル化し、アームの各ジョイントにかかる重力に起因するトルクを推定する。次に、プロセッサは、各ジョイントのモータを駆動して、計算された重力トルクと正反対のトルクを加える。この制御方式により、作業者はアームの任意の部分を目的とする位置まで直接的に押したり引いたりすることができ、当該部分は、それにかかる重力およびそれに従属する任意の部分にかかる重力の影響にかかわらず、その位置に留まる。アームにかかる力は、複数のジョイントの周りにトルクを生じさせる場合がある。コントローラ６４は、トルクを中和するためにジョイントの特定のものに優先順位を付けることを決定するようにプログラムされていてもよい。準拠モードでは、コントローラは、重力の作用とは独立して外力によって強いられる構成を維持するようにアームを自動的に制御してもよく、それによって重力の作用とは独立して外力の下での構成の再設定に対して限られた抵抗を呈する、および／またはアームのモータまたは他のドライバを制御して、ベースに対するアームの相対的な姿勢のニュートラル値からのずれを大きくするようにアームを移動させた際に、外力の下での構成の再設定に対して増大する抵抗を呈する。
【００３５】
準拠モードでは、ジョイントのいくつかに重力トルクは発生しない。そのようなジョイントのモータは、電源を切ってもよい。より典型的には、各モータは、対応するジョイントの周りで測定されたトルクに応答して制御されてもよい。あるジョイントで測定されたトルクが重力に合わせて調整される場合は、残りのトルクはアームまたはアームによって担持されるツールを押すことに起因する力によって加えられるトルクを表す。そのトルクに応答して、コントローラ６４は、各モータを制御して、測定されたトルクを低減するような方向に、測定されたトルクの大きさに応じた速度でジョイントを動かしてもよく、それによって、オペレータがアームの一部を押したり引いたりした時に、アームが、自由に、しかし加えられた力に応答してある程度の抵抗をもって動いている感覚を与える。
【００３６】
本システムでは、ロボットの少なくとも１つが、外科手術環境を特徴付けるために制御ユニット６０に情報を提供することができる。これは、そのロボットのアームを環境内の他の物体との既知の空間的関係に移動させ、そのような関係にある時のアームの構成を決定することによって達成することができる。この処理について、以下により詳細に説明する。
【００３７】
特徴付けがどのように実行され得るかの一例では、ロボット１０のアーム２０は、その外面に可視基準マークまたはデータム７０を備えている。環境内の各要素には、このようなデータムが２つ設けられている。したがって、台１２にはデータム７１，７２が設けられ、ロボット１２のアーム５５にはデータム７３，７４が設けられている。ユーザは、例えば、制御パネル６５を用いてプロセッサ６１に、環境特徴付け操作が実行されようとしていることを示す。その入力に応答して、プロセッサ６１は自動的にアーム３５を準拠モードにすることができる。あるいは、ユーザは、準拠モードを手動で選択することができる。次いでユーザは、データム７０がデータム７１に接触するような構成にアーム３５を押し込み、アーム２０がその状態にあることを示すためにプロセッサ６１に入力を行う。その入力は、制御パネル６５、またはアーム２０自体の入力装置２７を使用して行うことができる。入力装置２７は、ユーザがアーム２０を手動で動かすためにより便利に配置される。プロセッサ６１は、その入力を受信すると、アーム２０のジョイントにおける位置センサから、およびアーム２０のジョイントの間隔および動作範囲を規定するメモリ６２に記憶されたデータから、アーム２０の構成を決定する。また、メモリ６２は、データム７０が配置されているアーム要素に対するデータム７０の位置関係、およびロボット１０のベース２１上の基準点９０に対するアームの近位ジョイントの位置関係を規定するデータも記憶している。この情報により、プロセッサ６１は、データム７０がデータム７１に接触している時のロボット１０のベース２１上の基準点９０から台１２上のデータム７１までの距離および方向を決定することができる。この決定は、メモリ６２に記憶されている、その目的を果たすように構成されたコードを実行するプロセッサ６１によって行われ得る。そして、決定された距離および方向は、メモリ６２に記憶される。同じ処理がデータム７２について繰り返される。すなわち、アーム２０が操作されてデータム７０がデータム７２に接触し、その状態が制御ユニット６０に信号で送られ、プロセッサ６１が基準点９０からデータム７２までの距離および方向を計算して記憶する。メモリ６２は、台１２に関するデータ、具体的にはその形状と大きさ、および台１２上のデータム７１および７２の位置を記憶する。その情報を用いて、基準点７０とテーブル上の離間した両データム７１，７２との間の関係が確立されると、プロセッサ６１は、ロボット１０のベース２１に対する台１２の向きおよび距離を完全に確立することができる。
【００３８】
次に、ロボット１０とロボット１１との間の関係を決定するために同様の処理が実行される。データム７３，７４は、ロボット１１のアーム４０上に配置されている。プロセッサ６１は、その位置センサからロボット１１のアーム４０の構成を認識しており、メモリ６２は、データム７３および７４が配置されているアーム要素に対するデータム７３および７４の位置関係を記憶している。オペレータは、データム７０がデータム７３，７４に接触するようにデータム７０に触れ、その都度、状態がプロセッサ６１に信号で送られる。この情報を用いて、プロセッサ６１は、ロボット１０上の基準点９０からのロボット１１のベースの位置および距離を決定することができる。
【００３９】
手術環境におけるロボットと他の備品アイテムとの間の空間的関係を完全に特徴付けるために、プロセッサ６１は、（ｉ）２つのデータム測定、例えば上述したような、ロボット上のデータムが台上の２つのデータムのそれぞれと接触する時の測定や、（ｉｉ）ロボットアームの構成を決定することができる、位置センサから得るジョイント位置の測定や、（ｉｉｉ）重力の方向、ひいてはロボットアームの向きを決定することができる、トルクセンサから得るトルク測定、を利用することができる。これら全ての測定は、図２に関して上述したように、ロボットアームが準拠モードに置かれて、特徴付けを実行する際に行われる。
【００４０】
あるいは、手術環境におけるロボットと他の備品アイテムとの間の空間的関係を完全に特徴付けるために、プロセッサ６１は、（ｉ）ロボットアームの構成を決定することができる、位置センサから得るジョイント位置の測定や、（ｉｉ）３つのデータム測定、例えば上述したような、ロボット上のデータムが台上の２つのデータムのそれぞれと接触する時の測定であって、ジョイント位置の測定と共にロボットアームの向きを決定することができる測定、を利用することができる。
【００４１】
以下に、この処理を多様化させることができる方法のいくつかの例を示す。
１．  ロボット１１のアーム上のデータム７３，７４を使用する代わりに、ロボット１１のベース上のデータム７５，７６を使用してもよい。
２．  各ロボット上の単一のデータムポイントを、台上の両方のデータムポイントに接触させてもよい。これにより、ロボットと台との間の関係、およびロボット同士の関係を確立するのに十分な情報をプロセッサに提供するであろう。あるいは、（ａ）ロボットがそれぞれテーブル上の異なるデータムポイントに接触し、（ｂ）ロボットが２つの異なる相対位置において互いに接触する場合に、２つのロボットおよび台の位置と向きを完全に特徴づけるための十分な情報を収集することができる。一般に、様々な異なる組み合わせが可能であることが理解されるべきである。
３．  同様の工程を、外科手術環境におけるアームと他の設備との間の空間的関係を特徴付けるために行うことができる。他の設備とは、例えば追加のロボットや、または患者モニターまたは生命維持装置を運ぶ追加のカートなどの障害物である。
４．  データムを一緒に移動させるためにアームを準拠モードで動かす代わりに、コントローラ６４を使用して行うことができる。あるいは、自動的に行うことも可能である。ロボットの１台がカメラを備えていてもよい。カメラの出力のビデオ分析を行って、アームが接触するべきデータムを識別し、アームを自動的に制御して、そのアームの所定の部分をデータムと接触させることができる。この処理を補助するために、データムは、例えば図３に示すような、特有の高コントラストターゲットとすることができる。
５．  物体の向きを確立するために物体に対して複数の測定を行う必要を回避するために、データムは指向性を有するように構成することができ、特徴付けが実行されているロボットは、データムによって定められた向きでデータムと接触することができる。例えば、図４は、台１２内のブラインドソケットの形態のデータム８１を示す。本実施例では、アームは、雄型プローブ８０を備えており、プローブ８０がソケット８１に完全に挿入された時にプローブ８０の向きと位置の両方がソケット８１に対して固定されるように、プローブ８０はソケット８１と嵌合することができる。メモリ６２は、ソケット８１と台１２の残りの部分との関係、およびプローブ８０とプローブを担持するアーム部材２３ｄとの関係を記憶している。これにより、プロセッサ６１は、プロービングロボットアームに対する台の位置および向きを単一工程で決定することができる。感知アームと対象物との間の方向的および位置的関係を課す同様の機械的インターフェースが、外科手術環境における他の備品に実装することができる。プローブは、ロボットアームの器具インターフェース、例えばロボットアームの遠位要素上にあるもの、に対して取り外し可能に取り付けることができる。
６．  ２つのロボットアーム間の位置と方向の両方を確立するために、アーム上の単一のデータムを一緒に接触させ、そして接触させたままで両アームを同時に動かしてもよい。
７．  アームには、対象物上の２つの目視可能なデータムポイントの間に橋渡しするツールを設けることができ、それにより、ツールがポイント間で橋渡しされた時点での対象物の位置および方向の両方をプロセッサに示す。
８．  上記のポイント４および７で論じたような測定ツールは、それが取り付けられているアームが通常手の届かないところにある対象物まで伸びることができるように伸縮式とされていてもよい。ツールは、ツールの長さを測定し、対象物の位置を推定する際に使用するためにその長さを制御ユニット６０に示すセンサを有していてもよい。
【００４２】
アームは、電気コネクタのセットのような通信インターフェース、またはどのタイプのツールがアームに取り付けられているかを感知するための無線トランシーバを含んで構成されていてもよい。そのデータは制御ユニットに信号で送ることができる。アームに取り付けられたツールが特徴付け手順を実行するために設計されたもの（例えば、図４のツール８０、または上記のポイント７および８に記載されたようなツール）である場合、制御ユニットは、アームを自動的に制御して、特徴付け手順の実行に適したモード、例えば準拠モード、に移行することができる。
【００４３】
所定の順序で他の物体上のデータムにアームを接触させるプロトコルが存在してもよい。すると、プロセッサは、データムに接触したことが通知されるたびに、どのデータムが感知されているかを認識することができる。制御ユニットは、ユーザに次の接触先となるデータムを（例えば可聴アナウンスによって）指示してもよい。あるいは、ユーザは、どのデータムに接触しているかを（例えば、制御パネル６５を用いて）信号で送ることができる。
【００４４】
プロセッサが手術環境の要素間の関係を認識すると、その情報は多くの方法で使用可能である。例えば：
―  ツールの先端および／またはアームの遠位端が目的とする位置に配置されることになる、アームの複数の構成が存在し得る。プロセッサ６１は、アームと、アームに近いことがプロセッサに認識されている他の物体との間の衝突を回避しようとするアルゴリズムに基づいて、それらの構成の中から選択することができる。
―  一方のアームを自動的に別のアームに追従させるようにプロセッサを構成してもよい。例えば、一方のアームで他方のアームが作業している部位を画像化したり、照らしたり、または一方のアームで他方のアームが使用している重いツールを支えるのを自動的に補助したり、もしくは一方のアームで縫合糸のような材料を他方のアームに供給することができる。
―  アームの相対位置は、ユーザからの入力を制御するためにアームがどのように反応するか、またはアームからのデータやアームに関するデータがユーザにどのように表示されるか、に影響を与える可能性がある。
【００４５】
別のアプローチでは、複数のロボットのアームを変位させて、その上のデータムを共通の基準データムと接触させることができる。各ロボットのベースから基準データムへの空間オフセットおよび／またはデータムに対する各ベースの相対的な向きは、上述の事項で計算することができる。次に、ロボットのベース間の空間オフセットおよび／またはベースの相対的な向きは、データムに対するベースの空間オフセットおよび／または向きを追加することで計算することができる。適切であれば、ロボットのアームが共通のデータムに嵌合する位置の間のオフセットを追加することができる。例えば、基準データムは、複数のロボットアームの遠位端が嵌合可能な構成（例えば、ソケット）を有する固定ブロックまたは可動ブロックであってもよい。ブロックが可動式である場合、アームがブロックに同時に嵌合すると、それらのベースの相対位置を決定することができる。ブロックが所定の位置に固定されていれば、アームはブロックに１つずつ嵌合することができる。
【００４６】
データムは、本明細書で説明されるような特徴付けを実行する際に使用するのに適した任意の一次元（１Ｄ）、二次元（２Ｄ）または三次元（３Ｄ）構造であってもよい。図２に関して説明したデータムは、１Ｄまたは２Ｄマークである。図４に関して説明したデータムは、ソケットの形状の３Ｄ構成である。データムは、データムと嵌合した時にロボットアームの向きが拘束されたり、固定されたり、もしくはデータムの向きに依存するように、指向性を有していてもよい。
【００４７】
図５に、ロボットシステムが３Ｄ構成であるデータムを使用する実施例を示す。ロボットシステムは、図２に関して上述したように、ロボット１０および１１を含んで構成されている。ロボット１０および１１は、それらのアームに器具が取り付けられていない状態で示されている。第１のロボット１０は、そのアーム上に担持された第１のデータム７０を含んで構成されている。本実施例では、第１のデータム７０は、第１のロボットのアームの、器具と整合する部分（本明細書では器具インターフェースと称する）上に位置する。第２のロボット１１は、そのアーム上に担持された第２のデータム７９を含んで構成されている。さらに、第１および第２のロボット１０および１１の環境内に配置された第３のデータム７７がある。第３のデータム７７は、第１および／または第２のロボットの近位にある。図５においては、第３のデータム７７は、ロボット１１のベースの近位に配置されている。しかし、以下から明らかなように、これはあくまでも一例であり、第３のデータムは、第１および第２のロボットの近傍内の様々な位置を占めることができる。
【００４８】
プロセッサ６１を含んで構成される制御回路は全体を６０で示されている。
【００４９】
第３のデータム７７は、本実施例では、第２のロボット１１のアームのベースから既知の距離にあり、この距離は７８で示されている。したがって、第３のデータム７７は、第２のロボット１１に対して既知の位置にある。第２のロボット１１に対する第３のデータム７７の距離および／または向きを、プロセッサ６１が認識するようになっていてもよい。例えば、第２のロボット１１のベースに対する第３のデータム７７の距離および／または向きを、プロセッサ６１が認識することができる。それに代えてあるいは加えて、第２のロボット１１の別の基準点に対する第３のデータム７７の位置および／または距離が、プロセッサ６１によって認識される。
【００５０】
第１のデータム７０および／または第１のデータム７０が位置する第１のロボットのアームの部分、そして第３のデータム７７は、データム７０および７７が嵌合する時に、第１のロボット１０のアームの構成が第３のデータム７７の位置および向きに依存するように、互いに構成されている。図５に示す実施例では、第１のデータム７０は、第１のロボットのアームの器具インターフェース上の基準マークである。第３のデータム７７は、第１のデータム７０が第３のデータム７７に対して単一の位置および向きでのみ嵌合可能とされていれば、任意の形状を取ることができる３Ｄ構成である。したがって、第１のデータム７０が配置されている第１のロボットのアームの部分には、第３のデータム７７と係合可能な構成が１つだけ存在する。第３のデータム７７は、ロボットと整合する器具の部分と同じ形状を有するインターフェースを備えた３Ｄ構成であってもよい。言い換えれば、第３のデータム７７は、ダミー近位器具の端部の形状であってもよい。第３のデータム７７は、図４に示すように、第１のデータム７０を収容するように構成されたソケットを含んで構成することができる。本実施例では、ソケットは、器具インターフェースまたはその一部によって輪郭を描かれた形状と相補的なスペースを画定する。全ての実施例において、嵌合した時に、第１のデータム７０の位置および向きは、第３のデータム７７に対して固定される。第３のデータム７７は、第２のロボット１１に対して固定された位置および向きを有することから、第１のデータム７０が第３のデータム７７と嵌合した時、第１のデータム７０の向きも第２のロボット１１に対して固定される。
【００５１】
第２のロボット１１に対する第１のロボット１０の位置および／または向きを較正するために、第１のロボット１０のアームが操作され、第１のデータム７０が第３のデータム７７と嵌合する。第１のロボット１０のアームは、上述のいずれかの方法で操作することができる。
【００５２】
上述したように、第１のデータム７０と第３のデータム７７とを嵌合させることにより、第１のデータム７０の第２のロボット１１に対する向きが拘束される。いったん嵌合されると、プロセッサ６１は、第１のロボット１０の各ジョイントの関節角度（関節状態と呼ぶことができる）を測定し、それらの関節状態の知識およびアームの各肢部の長さを使用して第３のデータム７７と第１のロボット１０の基準点（例えばベース）との間の距離を計算する。第１のデータム７０の向きが第３のデータム７７によって拘束されるため、プロセッサ６１は、第１のロボット１０および第２のロボット１１に対する第１のデータム７０の向きも計算することができる。プロセッサ６１は、第３のデータム７７と第２のロボット１１の基準点（例えば、ロボット１１のベース）との間の関係も認識しているので、第２のロボット１１に対する第１のロボット１０の位置および向きを計算することができる。例えば、プロセッサ６１は、第１のロボット１０に対する第３のデータム７７の距離および角度の測定値と、第２のロボット１１に対する第３のデータム７７の距離および角度の測定値を合計することができる。
【００５３】
第１のロボット１０と第２のロボット１１との間の結果的な距離は、プロービングロボット（第１ロボット１０）の基準位置に対して定義することができる。その基準位置は、第１のロボット１０の局所的基準座標系内に定義されてもよい。同様に、第１のロボット１０に対する第２のロボット１１の向きは、第１のロボット１０に局所的な基準座標系内に定義された基準方向に対して定義されてもよい。あるいは、第１のロボット１０と第２のロボット１１との間の結果的な距離は、遠方基準座標系に対して定義されてもよい。遠方基準座標系は、第１のロボット１０の局所的基準座標系と異なり、第２のロボット１１の局所的基準座標系とも異なる。遠方基準座標系は、撮像装置の局所的基準座標系であってもよい。例えば、遠方基準座標系は、内視鏡の局所的基準座標系であってもよい。内視鏡は、別のロボットのアームに取り付けられていてもよい。
【００５４】
嵌合時に第１のデータム７０の向きを第３のデータム７７に対して固定させることによって、第１のデータム７０（ひいては第１のロボット１０）の第２のロボットに対する位置および向きを単一の較正工程で計算することができる。
【００５５】
図５に関して説明した特徴付けは、第１のロボット１０と第２のロボット１１、第３のデータム７７およびプロセッサ６１のみを利用して実行される。手術台は不要である。特徴付けが完了したら、患者は、例えばトロリーに載置され手術のための場所に運び込まれてもよい。
【００５６】
図９に、第１のロボット１０のアーム上の第１のデータム１２５が第２のロボット１１のアーム上の第２のデータム１２１と嵌合する別の実施例を示す。本実施例では、第１のデータム１２５は、第１のロボット１０のアームと一体化した３Ｄ構成である。第２のデータム１２１は、第２のロボット１１のアームと一体化した３Ｄ構成である。図９は、第１のロボット１０および第２のロボット１１のアームの端部のみを示している。ロボットの残りの部分は、明瞭さと説明のし易さのために省略されている。本実施例では、第１のデータム１２５は、第１のロボット１０のアームと一体化された嵌合面を規定する。嵌合面は、第１のロボット１０のアームの筐体の一部を形成してもよいし、あるいはそこに取り付けられてもよい。第２のデータム１２１は、第２のロボット１１のアームと一体化された相補的な嵌合面を規定する。相補的な嵌合面は、第２のロボット１１のアームの筐体の一部を形成してもよいし、あるいはそこに取り付けられてもよい。相補的な嵌合面１２１は、嵌合面１２５と形状が相補的でかつ係合するように構成されている。嵌合面１２１，１２５はさらに、１つの相対的な向きでのみ嵌合可能であるように相互に構成することができる。嵌合面１２５は、第１のロボット１０の器具インターフェースであってもよい。相補的な嵌合面１２１は、第１のロボット１０の器具インターフェースと整合する器具の部分と同じ形状を有してもよい。例えば、相補的な嵌合面１２１は、第２のロボット１１のアームの筐体に取り付けられたダミー近位器具の端部であってもよい。
【００５７】
第１および第２のデータム１２５，１２１はそれぞれ、データムの位置合わせを補助するための基準マーク１２２，１２３をさらに含んで構成されていてもよい。
【００５８】
このようにして、第１および第２のロボットのアームが接合され、嵌合面１２５および１２１が嵌合されると、第１のデータム１２５の向きおよび距離は、上記と同様の方法で計算され得る。例えば、プロセッサ６１は、嵌合面１２１，１２５が嵌合した時の第２のロボット１１の関節状態の知識を利用して、第２のデータム１２１と第２のロボット１１の基準点との間の距離を計算することができる。次いで、第１のロボット１０の関節状態を使用して、第１のロボット１０の基準点に対する第１のデータム１２５の距離および向きを計算することができる。これらの距離および向きは、第１のロボット１０と第２のロボット１１の距離および相対的な向きを計算するために使用することができる。
【００５９】
図９の構成では、特徴付けを実行するためにロボットアームに追加のアイテムは必要ない。また、この構成を使用すると、別のロボットを、第２のロボット１１の相補的な嵌合面１２１にその器具インターフェースを取り付けることによって、より容易に動作中に較正することができる。
【００６０】
上述したように、両方のロボットのアームは共通のデータムと嵌合してもよい。共通データムは、例えば、互いに既知の関係（例えば、位置および／または向きの関係）を有する第１および第２のインターフェースを含んで構成することができる。
【００６１】
この場合、一方のロボットの、他方のロボットに対する位置と向きを決定するために、各ロボットのアーム上のデータムは共通データム上のそれぞれのインターフェースと嵌合する。共通データムの第１および第２のインターフェースは、第１のインターフェースが第１のロボット上の第１のデータムと嵌合され、第２のインターフェースが第２のロボット上の第２のデータムと結合される時、両ロボットの構成が共通データムの向きに依存するようになっていてもよい。すなわち、各ロボットのデータムの向きは、そのロボットが共通データムと嵌合される時に、共通データムの向きに対して固定される。
【００６２】
このようにして、プロセッサ６１は、第１のロボット１０のアームによって担持された第１のデータムが共通データムの第１のインターフェースと嵌合した時の第１のロボット１０の関節状態から、第１のロボット１０に対する共通データムの位置および向きを計算することができるとともに、第２のロボット１１のアームによって担持された第２のデータムが共通データムの第２のインターフェースと嵌合した時の第２のロボット１１の関節状態から、第２のロボット１１に対する共通データムの位置および向きを計算することができる。共通データムは既知のジオメトリである（すなわち、第１および第２のインターフェース間の関係は既知である）ため、プロセッサは、第１および第２のデータムの両方を共通データムに嵌合させることによって、第１および第２のロボットの互いに対する向きを計算することができる。第１のロボットと第２のロボットとの間の距離も、第１のロボットと第２のロボットのそれぞれと共通データムとの間の距離から計算することができる。好適には、共通データムは３Ｄ構成である。この３Ｄ構成は、較正物体と称されることがある。
【００６３】
第１および第２のロボットのアームは、各アームが共通のデータムと嵌合する瞬間に共通のデータムの位置および向きが同じであれば、同時に、または並行して（そうであってもよいが）共通データムと嵌合する必要はない。したがって、第１および第２のロボットのアームは、異なる、重ならない時間帯に共通データムと嵌合することができる。しかしながら、共通データムの位置および向きは、第１のロボットのアームが共通データムと嵌合する時点と第２のロボットのアームが共通データムと嵌合する時点との間の時間において一定のままである。
【００６４】
共通データムの一実施例を図６Ａに示す。共通データム１００は、ブロック形状の３Ｄ構成である。共通データム１００は、第１のインターフェース１０１と第２のインターフェース１０３とを含んで構成されている。第１および第２のインターフェースのそれぞれは、ソケットの形状を有している。ソケットは互いに対して既知の向きにある。この向きは、プロセッサ６１によって認識されてもよい。
【００６５】
ブロック１００は、第１のロボット１０および第２のロボット１１の環境内の位置および向きに固定されてもよい。ブロック１００は、一方のロボットのベース上に配置されてもよいし、両方のロボットから離れていてもよい。第１および第２のロボットの位置および向きを較正するために、第１のロボットのアームによって担持された（例えば、その器具または内視鏡インターフェース上に位置する）第１のデータムがソケット１０３と嵌合することができるとともに、第２のロボットのアームによって担持された（例えば、その器具または内視鏡のインターフェース上の）第２のデータムがソケット１０１と嵌合することができる。プロセッサ６１は、ソケット１０１および１０３の相対的な向きを認識しているので、ブロック１００との嵌合時における両ロボットの関節状態を使用して、両ロボットの相対的な向きを計算することができる。両ロボット間の距離も計算可能である。上述したように、その向きは、一方のロボットに局所的な座標系または基準座標系内に定義された基準方向に対して計算されてもよい。あるいは、基準方向は、内視鏡のような第３の物体に局所的な座標系または基準座標系内に定義されてもよい。ロボット間の距離は、一方のロボット上の基準点と他方のロボットの基準点との間で計算することができる。それらの基準点は、例えば、ロボットのベースであってもよい。距離は、一方のロボット（これは、向きに関して定義されたものと同じロボットであってもよい）に局所的な基準座標系内で計算されてもよい。あるいは、距離は、内視鏡のような第３の物体に局所的な基準座標系内で計算されてもよい。
【００６６】
共通データムの別の実施例を図６Ｂに示す。共通データム１０５は、ブロック形状の３Ｄ構成である。共通データム１０５は、第１のインターフェース１０７および第２のインターフェース１０９を含んで構成されている。両方のインターフェースは共通データム１０５における溝の形状を有している。溝１０７，１０９は、互いに対して既知の向きにある。この向きは、プロセッサ６１によって認識されてもよい。溝１０７および１０９の相対的な向きは、図６Ａのソケット１０３および１０１の相対的な向きとは異なっている。
【００６７】
共通データムは、（図６Ａの実施例のように）空間内に固定されてもよいし、移動可能であってもよい。移動可能な共通データムは、ロボットの環境内に固定位置を有していない。移動可能な共通データムは、第１のロボット１０および第２のロボット１１に対して移動可能である。
【００６８】
移動可能な共通データムの実施例を図７に示す。移動可能な共通データム１１１は、２つのインターフェースを含んで構成されている。これらのインターフェースはソケットとして示されているが、任意の適切な形態を取ることができる。共通データム１１１はブロックとして示されているが、任意の適切な形態を取ることができる。共通データム１１１のジオメトリは既知であり、したがって、両ソケットの相対的な向きおよび位置は既知である。
【００６９】
第１のロボット１０および第２のロボット１１の終端も示されている。第１のロボット１０のアームは第１のデータム７０を担持し、第２のロボット１１のアームは第２のデータム７９を担持する。
【００７０】
本実施例では、第１のロボット１０および第２のロボット１１の相対的な位置および向きを計算するために、第１のデータム７０および第２のデータム７９の両方が同時に、または並行して共通データム１１１のそれぞれのソケットと嵌合するように、第１および第２のロボットのアームの両方を操作する。
【００７１】
共通データム１１１と第１および第２のロボットのアームのデータム７０，７９は、第１のデータム７０が共通データム１１１の一方のインターフェースと嵌合した時に第１のロボット１０のジョイント構成が共通データム１１１の向きに依存するとともに、第２のデータム７９が共通データム１１１の他方のインターフェースと嵌合した時に第２のロボット１１のジョイント構成が共通データム１１１の向きに依存するように、相互に配置されている。すなわち、共通データム１１１のインターフェースは、嵌合時に、共通データム１１１に対する第１および第２のデータム７０，７９の向きを固定する。したがって、第１および第２のデータム７０，７９の両方が共通データム１１１に嵌合する時、共通データム１１１は、第１および第２のロボットのデータム７０，７９の相対的な向きを固定する。
【００７２】
プロセッサ６１は、図６Ａおよび図６Ｂに示す固定の共通データムに関して上述したのと同様の方法で、第１のロボット１０および第２のロボット１１の間の距離および相対的な向きを計算する。要約すると、プロセッサは、ロボット間の距離および向きを、ｉ）第１のロボット１０の基準点から共通データム１１１までの距離、および第１のロボット１０に局所的な座標系における基準方向に対する共通データム１１１の向きと、ｉｉ）第２のロボット１１の基準点から共通データム１１１までの距離と、ｉｉｉ）共通データム１１１の２つのインターフェース間の幾何学的関係、から計算することができる。
【００７３】
上述の原理は、３つ以上のロボットの位置および向きを較正するためにも使用することができる。これにはいくつかの方法がある。
【００７４】
１つのアプローチが図８に示されており、各ロボットが基準ロボットに対して較正されるように、各ロボットを互いに対して順次、較正することを含んでいる。
【００７５】
ロボットシステムは、３つのロボット、すなわち、第１のロボット１０、第２のロボット１１、および第３のロボット１１７を含んで構成されている。第１のロボット１０は、そのアームによって担持された第１のデータム７０を備えている。第２のロボット１１は、そのアームによって担持された第２のデータム７９と、第２のロボット１１と既知の関係を有する第３のデータム７７とを備えている。第３のロボット１１７は、そのアームによって担持された第４のデータム１１９を備えている。第１のロボット１０は、第１のロボット１０の近傍にあって、第１のロボット１０との既知の関係を有する第５のデータム１１３をさらに備えている。例えば、第５のデータム１１３は、第１のロボット１０のベースの近位に配置されてもよい。
【００７６】
本実施例では、第３のデータム７７および第５のデータム１１３は固定ブロックの形態であり、それぞれがソケットの形態の単一のインターフェースを有する。第１のデータム７０および第４のデータム１１９は、それぞれのロボットの器具インターフェースまたは内視鏡インターフェースに取り付けられてもよいし、その一部を形成してもよい。この場合、ブロック７７および１１３は、器具／内視鏡の近位端を模したような形状にすることができる。
【００７７】
プロセッサ６１を備えた制御回路６０も各ロボットに連結された状態で示されている。
【００７８】
ロボットがどのように較正されるかの工程を以下に説明する。
【００７９】
第１工程として、第１のロボット１０のアームに担持された第１のデータム７０が、第２のロボット１１のベースに取り付けられた第３のデータム７７と嵌合する。嵌合すると、第１のデータム７０の向きは、第３のデータム７７に対して固定される。このように、プロセッサ６１は、第１のデータム７０が第３のデータム７７と嵌合した時に測定された第１のロボット１０の関節状態から、基準方向に対する第３のデータム７７の向きと、第１のロボット１０上の基準位置から第３のデータム７７までの距離を決定することができる。第３のデータム７７と第２のロボット１１との関係も既知であることから、第１のロボット１０の第２のロボット１１に対する位置および向きも決定することができる。この場合、第２のロボット１１は、基準ロボットもしくは主ロボットと呼んでもよい。
【００８０】
次に、第３のロボット１１７のアームによって担持された第４のデータム１１９が、第１のロボット１０のベースに取り付けられた第５のデータム１１３と嵌合する。第３のロボット１１７の構成は、第４のデータム１１９が第５のデータム１１３と嵌合した時の第５のデータム１１３の向きに依存することから、第４のデータム１１９が第５のデータム１１３と嵌合した時の第３のロボット１１７の関節状態を使用して、第３のロボット１１７上の基準点の第５のデータム１１３に対する距離および向きを決定することができる。第５のデータム１１３と第１のロボット１０との間の関係は既知であることから、第３のロボット１１７と第１のロボット１０との間の距離および向きを計算することができる。
【００８１】
このようにして、ロボット１１７および１０との間の関係を決定することができ、それによって、ロボット１１７および１１との間の関係も、先に計算されたロボット１０および１１の間の関係に基づいて決定することができる。
【００８２】
あるいは、各ロボットは、（例えば、図７に示すような）移動可能ブロックの形態のデータムを用いて順次、較正されてもよい。この場合、第１および第２のデータム７０，７９が同時に共通の移動可能データム１１１に嵌合するように、第１のロボット１０および第２のロボット１１を操作することができる。これにより、第１のロボット１０と第２のロボット１１との間の関係を、図７に関して上述したような制御システムによって計算することが可能になる。
【００８３】
これが完了すると、第１のロボット１０および第３のロボット１１７は、第１のデータム７０および第４のデータム１１９が共通の移動可能データム１１１に同時に嵌合するように操作される。これにより、第１のロボット１０と第３のロボット１１７との関係を計算することが可能になる。
【００８４】
第１のロボット１０と第２のロボット１１との関係は既知であり、第１のロボット１０と第３のロボット１７との関係は既知であることから、第２のロボット１１と第３のロボット１７との関係を計算することができる。したがって、第２のロボット１１に対する各ロボットの関係は順次、決定されてもよい。この点において、第２のロボット１１は、主ロボットもしくは基準ロボットと呼ぶことができる。
【００８５】
これらの両実施例において、任意の適切な数のロボット（例えば、４つ以上）が同様の方法で較正可能であることが理解されるべきである。
【００８６】
上記の実施例では、較正をデイジーチェーン式に行うことによって、各ロボットを基準ロボットに対して較正することが可能である。別の実施例のセットでは、３つ（またはそれ以上）のロボットを、それらの各データムを共通データムに同時に、または並行して嵌合することによって、単一の較正工程で較正することができる。
【００８７】
例えば、データムは、各ロボットアームによって担持されたデータムと嵌合する３つ（またはそれ以上）のインターフェースを有するユニットまたはブロックの形態であってもよい。ブロックは、図７に示されたものと同様の形態であってもよいが、代わりに、既知のジオメトリまたは関係を有する３つ（またはそれ以上）のインターフェースを含んで構成され得る。ブロックのインターフェースは全て同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、２つのインターフェースがロボットアームの器具インターフェースと相互に係合するように構成されており、もう１つのインターフェースが、（例えば、１つのアームに担持されたデータムが内視鏡インターフェース上に配置されている場合）ロボットアームの内視鏡インターフェースと相互に係合するように構成されていてもよい。
【００８８】
ロボットアームの３つ（またはそれ以上）のデータムが共通データムと同時に嵌合されると、３つ（またはそれ以上）のロボットの相対的な距離（および向き）を計算することができる。これは、嵌合時に、アームのデータムの向きが共通データムに対して、ひいては互いに対して固定されるように、共通データムとアームのデータムとが相互に構成され得るからである。
【００８９】
例示的な構成では、複数のロボット（例えば、３つ以上）が共通のシャシ上のソケットに取り付けられてもよい。シャシはカートであってもよい。
【００９０】
このようなロボットシステムは、ロボットのソケット間の空間的関係が（例えば、制御システム６０によって）既知であるように構成することができる。この構成により、ソケットの空間的配置の知識を利用して、単一の較正工程で全てのロボットの相互関係を確立することが可能になる。
【００９１】
例えば、シャシが、４つのソケットを含んでおり、各ソケット内にそれぞれのロボットが設置されている場合、１つのロボットが別の１つのロボットに対して（例えば、本明細書に記載のいずれかの方法を使用して）較正されると、他の全てのロボット間の関係を、ソケットの空間的関係の知識から認識することができる。
【００９２】
これを行うには、制御システムは、どのロボットがどのソケットに設置されているかを認識する必要がある。そのための１つの方法は、各ソケットにＩＤ（例えば、１，２，３，４等）を関連付けるとともに、各ロボットにＩＤ（例えば、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ等）を関連付けることである。これらのＩＤは、事前に割り当てられていてもよいし、セットアップ手順中にその場で割り当てられてもよい。
【００９３】
このようにして、１つのロボットが別の１つのロボットに対して較正される際に、制御システムは、それら２つのロボットが設置されているソケットのＩＤを利用することができる。制御システムは、残りのロボットのＩＤを対応するソケットのＩＤに関連付けて、それらのソケットの、較正されたロボットのソケットに対する空間的配置に関する知識を利用することによって、残りのロボットの位置を決定することができる。
【００９４】
上述の原理は、図２、図７および図８に示されているものよりも、他のタイプの外科用ロボットに当てはまる。例えば、ロボットのベースは、床や天井に取り付けられていてもよいし、あるいはベッドや台に取り付けられていてもよい。ロボットアームのジョイントおよび部材は、任意の適切な方法で提供可能である。ロボットの終端要素には、ツールを患者に挿入するための摺動レールが設けられていてもよい。ロボットは手術以外の目的のためのものであってもよい。例えば、ロボットは、産業用の製造、試験または組立てに使用することができる。
【００９５】
データムの相対的な位置が検出されている時には、アームのモータは作動していなくてもよく、従って重力にも対抗しない。アームが完全な可撓性を有する場合には、力センサを省略することができる。しかし、これにより、オペレータがアームを操作することがより困難になる可能性がある。
【００９６】
出願人はこれによって、ここに記載の分離した各個別の特徴および２つ以上のそのような特徴の任意の組み合わせを開示しており、そのような特徴または特徴の組み合わせが当業者の共通の一般的な知識に照らして全体として本明細書に基づいて実施されることが可能な程度に開示している。なお、そのような特徴または特徴の組合せが本明細書に開示される任意の問題を解決するかどうかは関係がなく、またかかる具体的記載が特許請求の範囲を限定するものでもない。出願人は、本発明の態様は、このような個々の特徴または特徴の組み合わせから成ってもよいことを示している。以上の説明に鑑みて、種々の改変が本発明の範囲内でなされ得ることは当業者にとって明らかであろう。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年1月30日(2018.1.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のロボットの環境を特徴付ける方法であって、該第１のロボットは、ベースと、該ベースから延びる可撓性を有するアームであって、該第１ロボットアームの構成を変更可能にする複数のジョイントを有するアームと、該アームによって担持された第１のデータムと、該ジョイントを駆動して動かすように配置された複数のドライバと、該ジョイントのそれぞれの位置を感知するための複数の位置センサとを有しており、
前記方法は、前記第１のロボットの前記アームによって担持された前記第１のデータムを、該第１のロボットの前記環境における第２のロボット上の第２のデータムに嵌合させる工程を含んでおり、該第２のロボットは、ベースと、該ベースから延びる可撓性を有するアームであって、該アームの構成を変更可能にする複数のジョイントを有するアームと、該ジョイントを駆動して移動させるように配置された複数のドライバとを有していると共に、該第１のロボットの該アームによって担持された前記第１のデータムと該第２のロボット上の該第２のデータムとが、嵌合時に該第１のデータムの向きが該第２のデータムに対して固定されるように相互に構成されており、
前記第１のデータムと前記第２のデータムが嵌合した時の前記位置センサの出力に依存して、前記第１のロボットに局所的な基準座標系内に定義された基準位置に対する前記第２のロボットの位置と、該第１のロボットに対する該第２のロボットの向きとを計算する工程を含んでいると共に、
少なくとも前記計算された位置および向きに依存して、前記第１のロボットの前記アームの構成を再設定するように前記ドライバを制御する工程を含んでいる
ことを特徴とする第１のロボットの環境を特徴付ける方法。
【請求項２】
前記第２のデータムが前記第２のロボット上の物体上にあり、該第２のロボットに対する前記第１のロボットの向きを計算する前記工程が、前記第１のデータムと該第２のデータムが嵌合した時の前記位置センサの出力に依存して、該第１のロボットに局所的な基準座標系内に定義された基準方向に対する前記第２のデータムの向きを計算する工程を含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ドライバを制御して前記計算された位置および向きに依存して前記第１のロボットの前記アームの構成を再設定する前記工程が、前記計算された距離および向きに依存して各アーム間の衝突を阻止するように該ドライバを制御する工程を含んでいる請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のロボットの前記アームを、直接外力を加えることにより操作して、前記第１のデータムを前記第２のデータムに接触するように移動させる工程を含んでいる請求項１〜３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
ロボットシステムであって、
第１および第２のロボットを含んで構成されており、該第１および第２のロボットのそれぞれが、
ベースと、
前記ベースから延びる可撓性を有するアームであって、該アームの構成を変更可能にする複数のジョイントを有するアームと、
前記ジョイントを駆動して動かすように配置された複数のドライバと、
前記ジョイントのそれぞれの位置を感知するための複数の位置センサとを含んで構成されており、
第１のロボットは、該第１のロボットの前記アームによって担持された第１のデータムを更に含んで構成されていると共に前記第２のロボットは第２のデータムを含んで構成されており、該第１および第２のデータムが、嵌合時に該第１のデータムの向きが該第２のデータムに対して固定されるように相互に構成されており、
前記第１のロボットが、制御ユニットを更に含んで構成されており、該制御ユニットが、（ｉ）該第１のロボットの前記アームに担持された前記第１のデータムが前記第２のロボット上の前記第２のデータムと嵌合した時の前記位置センサの出力に依存して、該第１のロボットに局所的な基準座標系内に定義された基準位置に対する該第２のロボットの位置と、該第１のロボットに対する該第２のロボットの向きとを計算すると共に、（ｉｉ）次いで、少なくとも該計算された位置および向きに依存して、該第１のロボットの前記アームの構成を再設定するように前記ドライバを制御するように構成されている
ことを特徴とするロボットシステム。
【請求項６】
第１および第２のロボットの環境を特徴付ける方法であって、該第１および第２のロボットのそれぞれが、ベースと、該ベースから延びる可撓性を有するアームであって、該アームの構成を変更可能にする複数のジョイントを有するアームと、該ジョイントを駆動して動かすように配置された複数のドライバと、該ジョイントのそれぞれの位置を感知するための複数の位置センサとを有していると共に、該第１のロボットの該アームが第１のデータムを担持するインターフェースを含んで構成されており、
前記方法は、前記第１のロボットの前記インターフェースによって担持された前記第１のデータムを、前記第１および第２のロボットの前記環境における第２のデータムの近位器具または内視鏡の端部の形状のインターフェースと嵌合させる工程を含んでおり、該第１のロボットの該第１のデータムと該第２のデータムとが、該第１のデータムと該第２のデータムの嵌合時に該第１のデータムの向きが該第２のデータムに対して固定されると共に該第２のデータムが該第２のロボットの前記アームに対して既知の関係を有するように相互に構成されており、
前記第１のデータムと前記第２のデータムが嵌合した時の前記第１のロボットの前記アームの前記位置センサの出力に依存して、該第１のロボットに対する前記第２のロボットの向きおよび位置を計算する工程を含んでいると共に、
少なくとも前記計算された向きおよび／または位置に依存して、前記第１および第２のロボットの前記アームのうち少なくとも一方の構成を再設定するように前記ドライバを制御する工程を含んでいる
ことを特徴とする第１および第２のロボットの環境を特徴付ける方法。
【請求項７】
前記第１のデータムと第２のデータムが嵌合した時の前記第１のロボットの前記アームの前記位置センサの出力と、該第２のデータムの、前記第２のロボットの前記アームに対する既知の関係とに依存して、前記第１のロボットと前記第２のロボットの間の向きおよび位置を計算する請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第２のデータムが、前記第２のロボット上に配置される請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
前記第２のロボットの前記アームが第３のデータムを担持し、前記第２のデータムが前記第１および第３のデータムに嵌合するための第１および第２のインターフェースを含んで構成されていると共に、該第１のインターフェースが該第２のインターフェースに対して既知の関係を有する請求項６〜８の何れか１項に記載の方法であって、
前記方法は、前記第１のデータムを前記第２のデータムの前記第１のインターフェースに嵌合させる工程と、
前記第２のデータムが、前記第１のインターフェースが前記第１のデータムと嵌合した時と同じ位置および向きにある時に、前記第３のデータムを該第２のデータムの前記第２のインターフェースに嵌合させる工程と、
ｉ）前記第１のデータムと前記第１のインターフェースが嵌合した時の前記第１のロボットの前記アームの前記位置センサの出力と、ｉｉ）前記第３のデータムと前記第２のインターフェースとが嵌合した時の前記第２のロボットの前記アームの前記位置センサの出力とに依存して、該第１のロボットに対する該第２のロボットの向きおよび位置を計算する工程を含んでいる方法。
【請求項１０】
前記第２のデータムが、前記環境における固定された位置および向きを有している請求項６〜９の何れか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２のデータムが移動可能なブロックであり、前記第１のデータムが前記第１のインターフェースに、前記第３のデータムが前記第２のインターフェースにそれぞれ同時に嵌合する請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
第３のロボットの環境を特徴付ける工程を更に含んでおり、該第３のロボットは、ベースと、該ベースから延びる可撓性を有するアームであって、該アームの構成を変更可能にする複数のジョイントを有するアームと、該ジョイントを駆動して動かすように配置された複数のドライバと、該ジョイントのそれぞれの位置を感知するための複数の位置センサとを含んで構成されていると共に、該第３のロボットの該アームが第４のデータムを担持している請求項６〜１１の何れか１項に記載の方法であって、
前記方法は、更に、前記第４のデータムを、前記第１のロボットの前記環境における物体のデータムに嵌合させる工程を含んでおり、該第４のデータムと該第１のロボットの該環境における該物体の該データムとが、該第４のデータムと該第１のロボットの該環境における該物体の該データムの嵌合時に該第４のデータムの向きが該物体の該データムに対して固定されると共に該物体の該データムが該第１のロボットの前記アームに対して既知の関係を有するように相互に構成されており、
前記第４のデータムと前記第１のロボットの前記環境における前記物体の前記データムが嵌合した時の前記第３のロボットの前記アームの前記位置センサの出力に依存して、該第３のロボットに対する該第１のロボットの向きおよび位置を計算する工程を含んでいると共に、
少なくとも前記計算された向きおよび／または位置に依存して、前記第１および第３のロボットの前記アームのうち少なくとも一方の構成を再設定するように前記ドライバを制御する工程を含んでいる方法。
【請求項１３】
前記第１のロボットと前記第２のロボットの間、および前記第３のロボットと該第１のロボットの間の前記計算された向きおよび位置に依存して、該第３のロボットと該第２のロボットの間の向きおよび位置を計算する工程を更に含んでいる請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
第３のロボットの環境を特徴付ける工程を更に含んでおり、該第３のロボットは、ベースと、該ベースから延びる可撓性を有するアームであって、該アームの構成を変更可能にする複数のジョイントを有するアームと、該ジョイントを駆動して動かすように配置された複数のドライバと、該ジョイントのそれぞれの位置を感知するための複数の位置センサとを含んで構成されていると共に、該第３のロボットの該アームが第４のデータムを担持しており、前記第２のデータムは該第３のロボットの該アーム上のデータムと嵌合するための第３のインターフェースを更に含んで構成されていると共に、該第３のインターフェースが前記第１および第２のインターフェースと既知の関係を有している請求項９に記載の方法であって、
前記方法は、更に、前記第２のデータムが、前記第１および第２のインターフェースが前記第１および第３のデータムと嵌合した時と同じ位置および向きにある時に、前記第４のデータムを該第２のデータムの前記第３のインターフェースに嵌合させる工程と、
前記第１，第３および第４のデータムと前記第２のデータムのそれぞれの前記インターフェースが嵌合した時の前記第１，第２および第３のロボットの前記アームの前記位置センサの出力に依存して、該第１，第２および第３のロボットの間の向きおよび位置を計算する工程を含んでいる方法。
【請求項１５】
ロボットシステムであって、該ロボットシステムは、
第１および第２のロボットであって、該第１および第２のロボットのそれぞれが、
ベースと、
前記ベースから延びる可撓性を有するアームであって、該アームの構成を変更可能にする複数のジョイントを有するアームと、
前記ジョイントを駆動して動かすように配置された複数のドライバと、
前記ジョイントのそれぞれの位置を感知するための複数の位置センサとを含んで構成されており、
該第１のロボットが、第１のデータムを担持するインターフェースを更に含んで構成されている第１および第２のロボットと、
第２のデータムであって、近位器具または内視鏡の端部の形状のインターフェースを含んで構成されており、前記第１のデータムと該第２のデータムは、該第１のデータムと該第２のデータムの該インターフェースとの嵌合時に、該第１のデータムの向きが該第２のデータムに対して固定されると共に該第２のデータムが前記第２のロボットの前記アームに対して既知の関係を有するように相互に構成されている第２のデータムと、
制御ユニットであって、（ｉ）前記第１のデータムと前記第２のデータムが嵌合した時の前記第１のロボットの前記アームの前記位置センサの出力に依存して、該第１のロボットに対する前記第２のロボットの向きおよび位置を計算すると共に、（ｉｉ）少なくとも前記計算された向きおよび／または位置に依存して、該第１および第２のロボットの前記アームのうち少なくとも一方の構成を再設定するように前記ドライバを制御するように構成されている制御ユニットと
を、含んで構成されていることを特徴とするロボットシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
第１の駆動モードでは、アームの構成は、コントローラ６４から受信した入力に応じて設定される。このモードでは、オペレータはコントローラ６４を使用してアームの目的とする構成、例えばアームの遠位端の目的とする位置および／または姿勢を信号で送ることができる。プロセッサ６１は、目的とする構成が達成されることになるアームのジョイント２４の構成を決定する。プロセッサ６１が新しい構成を選択すると、モータに信号を送り、アームをその構成にするのに必要な状態をジョイント２４に採用させる。このようにして、駆動モードでは、オペレータは遠隔的にロボットに信号を送って、アームの一部、例えば遠位端、またはアームによって担持されるツールの先端を動かし、目的とする位置に移動させることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
特徴付けがどのように実行され得るかの一例では、ロボット１０のアーム２０は、その外面に可視基準マークまたはデータム７０を備えている。環境内の各要素には、このようなデータムが２つ設けられている。したがって、台１２にはデータム７１，７２が設けられ、ロボット１１のアーム４０にはデータム７３，７４が設けられている。ユーザは、例えば、制御パネル６５を用いてプロセッサ６１に、環境特徴付け操作が実行されようとしていることを示す。その入力に応答して、プロセッサ６１は自動的にアーム２０を準拠モードにすることができる。あるいは、ユーザは、準拠モードを手動で選択することができる。次いでユーザは、データム７０がデータム７１に接触するような構成にアーム２０を押し込み、アーム２０がその状態にあることを示すためにプロセッサ６１に入力を行う。その入力は、制御パネル６５、またはアーム２０自体の入力装置２７を使用して行うことができる。入力装置２７は、ユーザがアーム２０を手動で動かすためにより便利に配置される。プロセッサ６１は、その入力を受信すると、アーム２０のジョイントにおける位置センサから、およびアーム２０のジョイントの間隔および動作範囲を規定するメモリ６２に記憶されたデータから、アーム２０の構成を決定する。また、メモリ６２は、データム７０が配置されているアーム要素に対するデータム７０の位置関係、およびロボット１０のベース２１上の基準点９０に対するアームの近位ジョイントの位置関係を規定するデータも記憶している。この情報により、プロセッサ６１は、データム７０がデータム７１に接触している時のロボット１０のベース２１上の基準点９０から台１２上のデータム７１までの距離および方向を決定することができる。この決定は、メモリ６２に記憶されている、その目的を果たすように構成されたコードを実行するプロセッサ６１によって行われ得る。そして、決定された距離および方向は、メモリ６２に記憶される。同じ処理がデータム７２について繰り返される。すなわち、アーム２０が操作されてデータム７０がデータム７２に接触し、その状態が制御ユニット６０に信号で送られ、プロセッサ６１が基準点９０からデータム７２までの距離および方向を計算して記憶する。メモリ６２は、台１２に関するデータ、具体的にはその形状と大きさ、および台１２上のデータム７１および７２の位置を記憶する。その情報を用いて、基準点７０とテーブル上の離間した両データム７１，７２との間の関係が確立されると、プロセッサ６１は、ロボット１０のベース２１に対する台１２の向きおよび距離を完全に確立することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
プロセッサ６１を含んで構成される制御ユニットは全体を６０で示されている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
プロセッサ６１を備えた制御ユニット６０も各ロボットに連結された状態で示されている。
【国際調査報告】
2018524186.tif 000013
2018524186.tif 000014
2018524186.tif 000015