(57)【要約】外科用ロボットアームは、第１のリンクと第２のリンクとを含み、第１のリンクまたは第２のリンクのうちの少なくとも一方は、互いに対して可動である。外科用ロボットアームはまた、第１のリンクまたは第２のリンクのうちの少なくとも一方に連結されたセンサアセンブリを含む。センサアセンブリは、力を測定するように構成されている力感知抵抗器アセンブリと、力感知抵抗器アセンブリの上に配設されたインターフェース部材とを含み、インターフェース部材は、インターフェース部材が障害物と接触することにより、少なくとも１つの力感知抵抗器アセンブリと係合するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外科用ロボットアームであって、
第１のリンクと、
第２のリンクであって、前記第１のリンクまたは第２のリンクのうちの少なくとも一方が互いに対して可動である、第２のリンクと、
前記第１のリンクまたは前記第２のリンクのうちの少なくとも一方に連結されたセンサアセンブリと、を備え、前記センサアセンブリは、
力を測定するように構成された少なくとも１つの力感知抵抗器アセンブリと、
前記力感知抵抗器アセンブリの上に配設されインターフェース部材であって、前記インターフェース部材は、前記インターフェース部材が障害物と接触することにより、前記少なくとも１つの力感知抵抗器アセンブリと係合するように構成されている、インターフェース部材と、を含む、外科用ロボットアーム。
【請求項２】
前記少なくとも１つの力感知抵抗器は、上部導電層および下部導電基板を含み、前記上部導電層は、前記インターフェース部材との係合に応答して前記下部導電基板に接触するように構成されている、請求項１に記載の外科用ロボットアーム。
【請求項３】
前記上部導電層と前記下部導電基板との間の接触量は、前記力を表す、請求項２に記載の外科用ロボットアーム。
【請求項４】
前記インターフェース部材は、外側突出部と内側突出部とを含む、請求項１に記載の外科用ロボットアーム。
【請求項５】
前記外側突出部は、前記少なくとも１つの力感知抵抗器アセンブリの中心からオフセットしている、請求項４に記載の外科用ロボットアーム。
【請求項６】
前記センサアセンブリは湾曲しており、前記少なくとも１つの力感知抵抗器アセンブリは、前記センサアセンブリの第１の端部に配設された第１の力感知抵抗器アセンブリと、前記センサアセンブリの第２の端部に配設された第２の力感知抵抗器アセンブリと、を含む、請求項１に記載の外科用ロボットアーム。
【請求項７】
前記インターフェース部材は湾曲しており、前記インターフェース部材が障害物に接触することにより、前記第１の力感知抵抗器アセンブリまたは前記第２の力感知抵抗器アセンブリのうちの少なくとも一方と係合するように構成されている剛性ブリッジを含む、請求項６に記載の外科用ロボットアーム。
【請求項８】
前記センサアセンブリは湾曲しており、前記少なくとも１つの力感知抵抗器は、第１の端部と第２の部分とを含み、それらの間に開口を画定する、請求項１に記載の外科用ロボットアーム。
【請求項９】
前記インターフェース部材は湾曲しており、前記インターフェース部材が障害物に接触することにより、前記力感知抵抗器アセンブリの前記第１の端部および前記第２の部分のうちの少なくとも一方と係合するように構成されている剛性ブリッジを含む、請求項８に記載の外科用ロボットアーム。
【請求項１０】
外科用ロボットシステムであって、
外科用ロボットアームであって、
第１のリンクと、
第２のリンクであって、前記第１のリンクまたは第２のリンクのうちの少なくとも一方が互いに対して可動である、第２のリンクと、
前記第１のリンクまたは前記第２のリンクのうちの少なくとも一方に連結されたセンサアセンブリであって、
力を測定するように構成された力感知抵抗器アセンブリと、
前記力感知抵抗器アセンブリの上に配設されたインターフェース部材であって、前記インターフェース部材は、障害物と接触することに応答して前記力感知抵抗器アセンブリと係合するように構成されている、インターフェース部材と、を含む、センサアセンブリと、を含む、外科用ロボットアームと、
前記外科用ロボットアームと前記センサアセンブリとに連結された制御装置であって、前記制御装置は、前記力感知抵抗器アセンブリによって測定された前記力に基づいて前記外科用ロボットアームの動きを制御するように構成されている、制御装置と、を備える、外科用ロボットシステム。
【請求項１１】
前記力感知抵抗器は、上部導電層および下部導電基板を含み、前記上部導電層は、前記インターフェース部材との係合に応答して前記下部導電基板に接触するように構成されている、請求項１０に記載の外科用ロボットシステム。
【請求項１２】
前記上部導電層と前記下部導電基板との間の接触量は前記力を表す、請求項１１に記載の外科用ロボットシステム。
【請求項１３】
前記制御装置は、前記力感知抵抗器の前記制御装置への接続性を判定するように構成されている、請求項１０に記載の外科用ロボットシステム。
【請求項１４】
前記制御装置は、
一組の命令を記憶するメモリと、
前記一組の命令を実行するように構成されているプロセッサと、を含む、請求項１０に記載の外科用ロボットシステム。
【請求項１５】
前記メモリは力閾値を記憶する、請求項１４に記載の外科用ロボットシステム。
【請求項１６】
前記制御装置は、
前記力感知抵抗器アセンブリによって測定された前記力を前記力閾値と比較し、
前記力感知抵抗器アセンブリによって測定された前記力の前記力閾値との比較に基づいて、前記第１のリンクまたは第２のリンクのうちの少なくとも一方を制御する、ように構成されている、請求項１５に記載の外科用ロボットシステム。
【請求項１７】
前記センサアセンブリは、前記力感知アセンブリに連結された少なくとも１つの抵抗器を含む、請求項１０に記載の外科用ロボットシステム。
【請求項１８】
前記力感知アセンブリに連結されたプリント回路基板と、前記プリント回路基板に連結されたコネクタと、をさらに備える、請求項１７に記載の外科用ロボットシステム。
【請求項１９】
前記コネクタは、前記センサアセンブリの底面上の突起内に可動に配設され、前記突起は、前記第１のリンクまたは第２のリンクのうちの前記少なくとも一方と嵌合するように構成されている、請求項１８に記載の外科用ロボットシステム。
【請求項２０】
外科用ロボットアームを制御するための方法であって、前記方法は、
外科用ロボットアームの第１のリンクまたは第２のリンクのうちの少なくとも一方を動かすことと、
前記外科用ロボットアームの前記第１のリンクまたは前記第２のリンクのうちの少なくとも一方に連結されたセンサアセンブリにかかる力を測定することと、
前記センサアセンブリによって測定された前記力が、障害物との接触に対応する第１の閾値を超えるかどうかを、制御装置において判定することと
前記センサアセンブリによって測定された前記力が、前記第１の閾値を超えることに基づいて、前記外科用ロボットアームの前記第１のリンクまたは前記第２のリンクのうちの少なくとも一方の動きを制御することと、を含む、方法。
【請求項２１】
前記センサアセンブリによって測定された前記力が、前記第１の閾値を超えることに基づいてアラートを出力すること、をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記センサアセンブリによって測定された前記力を、前記第１の閾値より低い第２の閾値と比較することと、
前記センサアセンブリによって測定された前記力が、前記第２の閾値を超えることに基づいてアラートを出力することと、をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記センサアセンブリによって測定された前記力が、前記第１の閾値を超えることに基づいて前記外科用ロボットアームを停止させること、をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記センサアセンブリからの信号を連続的に監視することと、
前記センサアセンブリからの前記信号の中断に基づいて前記センサアセンブリの接続性を検証することと、をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記センサアセンブリにかかる前記力を測定することは、前記障害物と接触することに応答して、前記センサアセンブリの上部導電層と下部導電基板とを接触させることを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
外科用ロボットシステムであって、
外科用ロボットアームであって、
第１のリンクと、
第２のリンクであって、前記第１のリンクまたは第２のリンクのうちの少なくとも一方が互いに対して可動である、第２のリンクと、
前記第１のリンクまたは前記第２のリンクのうちの少なくとも一方に連結されたセンサアセンブリであって、前記センサアセンブリは、物理的接触を感知するように構成されている、センサアセンブリと、を含む、外科用ロボットアームと、
カートであって、
台座と、
前記台座に取り付けられ、前記外科用ロボットアームに連結するように構成されている支持マウントと、
前記台座に連結された複数の車輪と、
前記センサアセンブリが物理的接触を感知することを含めて前記外科用ロボットアームの状態を示すように構成されている少なくとも１つの発光素子と、を含む、カートと、を備える、外科用ロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年２月１５日に出願された米国仮特許出願第６２／４５９，３１８号の利益および優先権を主張し、その開示内容全体は、参照によって本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
外科用ロボットシステムは現在、低侵襲医療処置において使用されている。いくつかの外科用ロボットシステムは、外科用ロボットアームを支持するコンソールと、ロボットアームによって作動されるロボットアームに連結されたエンドエフェクタ（例えば、鉗子または把持具）を有する外科用器具とを含み得る。ロボットアームは複数のリンクを含み得、それらの動きおよび枢動は、使用者の指および手に対して剪断および圧砕の危険を引き起こす可能性がある。ロボットアームと使用者との間の無菌ドレープの存在は、多くの従来のセンサの実際的な応用を妨げる。本開示は、障害物（例えば、手、指、物体など）がロボットアームの危険性の高い区域に接触したときを認識することができ、可聴および／または触覚フィードバックを提供することによって、あるいはなんらかの他の望ましい反応を提供することによって、使用者に警告を発して直ちにロボットの運動を停止することによって、傷害を回避するように先制して反応するセンサシステムを提供する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本開示は、ロボットアームの１つ以上のリンク上に配設された１つ以上のセンサアセンブリを提供して、ロボットアームの動いているリンクと接触したときの使用者への傷害を防ぐ。センサアセンブリは、湾曲または隆起したリブを有するエラストマーインターフェース部材と、インターフェース部材の下に配設された力感知抵抗器（「ＦＳＲ」）とを含む。ＦＳＲは力を検出するように構成されている。ＦＳＲは、所与のレベルの抵抗を力として解釈し、測定された力を、障害物とのロボットアームの物理的接触と相関させるように構成されている制御装置に連結されている。
【０００４】
一実施形態に従って、外科用ロボットアームが開示されている。外科用ロボットアームは、第１のリンクと第２のリンクとを含み、第１のリンクまたは第２のリンクのうちの少なくとも一方が互いに対して可動である。外科用ロボットアームはまた、第１のリンクまたは第２のリンクのうちの少なくとも一方に連結されたセンサアセンブリを含む。センサアセンブリは、力を測定するように構成された力感知抵抗器アセンブリと、力感知抵抗器アセンブリの上に配設されたインターフェース部材とを含み、インターフェース部材は、インターフェース部材が障害物に接触することにより、少なくとも１つの力感知抵抗器アセンブリと係合するように構成されている。
【０００５】
上記実施形態の一態様によれば、インターフェース部材は外側突出部と内側突出部とを含む。外側突出部は、少なくとも１つの力感知抵抗器アセンブリの中心から、具体的には、少なくとも１つの力感知抵抗器アセンブリの長手方向中心線軸からオフセットし得る。
【０００６】
上記実施形態の別の態様によれば、センサアセンブリは湾曲しており、センサアセンブリの第１の端部に配設された第１の力感知抵抗器アセンブリと、センサアセンブリの第２の端部に配設された第２の力感知抵抗器アセンブリとを含む。インターフェース部材もまた湾曲していてもよく、インターフェース部材が障害物に接触することにより、第１の力感知抵抗器アセンブリまたは第２の力感知抵抗器アセンブリのうちの少なくとも一方と係合するように構成された剛性ブリッジを含む。
【０００７】
本開示の別の実施形態によれば、外科用ロボットシステムが開示されている。外科用ロボットシステムは、第１のリンクと第２のリンクとを有する外科用ロボットアームを含み、第１のリンクまたは第２のリンクのうちの少なくとも一方は互いに対して可動である。外科用ロボットアームはまた、第１のリンクまたは第２のリンクのうちの少なくとも一方に連結されたセンサアセンブリを含む。センサアセンブリは、力を測定するように構成された力感知抵抗器アセンブリと、力感知抵抗器アセンブリの上に配設されたインターフェース部材とを含み、インターフェース部材は、障害物と接触することに応答して力感知抵抗器アセンブリと係合するように構成されている。外科用ロボットシステムはまた、外科用ロボットアームおよびセンサアセンブリに連結された制御装置を含む。制御装置は、力感知抵抗器アセンブリによって測定された力に基づいて外科用ロボットアームの動きを制御するように構成されている。
【０００８】
上記実施形態のいずれかの一態様によれば、力感知抵抗器は、上部導電層と下部導電基板とを含み、上部導電層は、インターフェース部材との係合に応答して下部導電基板に接触するように構成されている。上部導電層と下部導電基板との間の接触量は力を表す。
【０００９】
上記実施形態の別の態様によれば、制御装置は、力感知抵抗器の制御装置への接続性を判定するように、および／または破損したケーブルもしくは破損した電気トレースなどの存在を検出するように構成されている。一実施形態では、センサアセンブリは、ゼロ荷重での既知の有限抵抗を含み得、ここで、本方法は、接続不良（例えば、破損したケーブル、緩んだコネクタ、破損したセンサなど）を認識し得る。一実施形態では、既知の抵抗の抵抗器が、センサアセンブリの上部導電層と下部導電層とを橋渡しすることができ、抵抗器はセンサアセンブリのコネクタの反対側に位置付けされる。
【００１０】
上記実施形態のさらなる態様によれば、制御装置は、一組の命令を記憶するメモリと、一組の命令を実行するように構成されたプロセッサとを含む。
【００１１】
メモリは力閾値を記憶し得る。制御装置は、力感知抵抗器アセンブリによって測定された力を力閾値と比較し、力感知抵抗器アセンブリによって測定された力と力閾値との比較に基づいて、第１のリンクまたは第２のリンクのうちの少なくとも一方を制御するように構成され得る。
【００１２】
本開示のさらなる実施形態によれば、外科用ロボットアームを制御するための方法が開示されている。本方法は、外科用ロボットアームの第１のリンクまたは第２のリンクのうちの少なくとも一方を動かすことと、外科用ロボットアームの第１のリンクまたは第２のリンクのうちの少なくとも一方に連結されたセンサアセンブリにかかる力を測定することと、センサアセンブリによって測定された力が障害物との接触に対応する第１の閾値を超えるかどうかを、制御装置において判定することと、センサアセンブリによって測定された力が第１の閾値を超えることに基づいて、外科用ロボットアームの第１のリンクまたは第２のリンクのうちの少なくとも一方の動きを制御することと、を含む。
【００１３】
上記実施形態の一態様によれば、方法は、センサアセンブリによって測定された力が、第１の閾値を超えることに基づいてアラートを出力することをさらに含む。
【００１４】
上記の実施形態の別の態様によれば、方法は、センサアセンブリによって測定された力を、第１の閾値より低い第２の閾値と比較することと、センサアセンブリによって測定された力が、第２の閾値を超えることに基づいてアラートを出力することと、をさらに含む。
【００１５】
上記実施形態のさらなる態様によれば、方法は、センサアセンブリによって測定された力が、第１の閾値を超えることに基づいて外科用ロボットアームを停止させることをさらに含む。
【００１６】
上記実施形態の一態様によれば、方法は、センサアセンブリからの信号を連続的に監視することと、センサアセンブリからの信号の中断に基づいてセンサアセンブリの接続性を検証することと、をさらに含む。一実施形態では、センサアセンブリは、ゼロ荷重での既知の有限抵抗を含み得、ここで、方法は、接続不良（例えば、破損したケーブル、緩んだコネクタ、破損したセンサなど）を認識し得る。一実施形態では、方法は、センサアセンブリの上部導電層と下部導電基板とを橋渡しする既知の抵抗の抵抗器を提供することを含み、抵抗器はセンサアセンブリのコネクタの反対側に位置付けされる。
【００１７】
上記実施形態のさらなる態様によれば、方法は、センサアセンブリにかかる力を測定することが、センサアセンブリの上部導電層および下部導電基板を障害物と接触するインターフェース部材と接触させることを含むこと、をさらに含む。
【００１８】
本開示の別の実施形態によれば、外科用ロボットシステムが開示されている。本システムは、第１のリンクと第２のリンクとを有する外科用ロボットアームを含み、第１のリンクまたは第２のリンクのうちの少なくとも一方は、互いに対して可動であり、センサアセンブリは、第１のリンクまたは第２のリンクのうちの少なくとも一方に連結され、センサアセンブリは、物理的接触を感知するように構成されている。システムはまた、台座と、台座に据え付けられて外科用ロボットアームに連結するように構成されている支持マウントと、台座に連結された複数の車輪と、センサアセンブリが物理的接触を感知することを含めて外科用ロボットアームの状態を示すように構成された少なくとも１つの発光素子と、を有するカートを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
添付の図面を参照しながら本開示の実施形態を本明細書に記載する。
【００２０】
【図１】本開示による外科用ロボットアームを含む外科用ロボットシステムの概略図である。
【図２】本開示による、図１の外科用ロボットシステムの外科用ロボットアームの斜視図である。
【図３】図２の外科用ロボットアームのリンクのハウジング部分の斜視図である。
【図４】本開示の一実施形態による、図１の外科用ロボットアームに配設されるセンサアセンブリの上面斜視図である。
【図５】部品が分離された、図４のセンサアセンブリの斜視図である。
【図６】図４のセンサアセンブリの底面斜視図である。
【図７】図４の線「７−７」に沿って切り取った図４のセンサアセンブリの側面断面図である。
【図８】インターフェース部材のない図４のセンサアセンブリの斜視図である。
【図９Ａ】図４のセンサアセンブリの応答範囲を図示する対数目盛を用いた力の関数としての抵抗のプロットである。
【図９Ｂ】図４のセンサアセンブリの応答範囲を図示する対数目盛を用いた力の関数としての抵抗のさらなるプロットである。
【図１０】本開示の別の実施形態による、インターフェース部材が開いた構成にある、センサアセンブリの斜視図である。
【図１１】インターフェース部材が閉じた構成にある図１０のセンサアセンブリの斜視図である。
【図１２】さらなる実施形態による、センサアセンブリの斜視図である。
【図１３】インターフェース部材のない図１２のセンサアセンブリの斜視図である。
【図１４】図１２のセンサアセンブリのインターフェース部材の底面斜視図である。
【図１５】本開示による、外科用ロボットアームを制御するための方法のフローチャートである。
【図１６Ａ】本開示による、力センサアセンブリの代替実施形態の概略図である。
【図１６Ｂ】本開示による、力センサアセンブリの代替実施形態の概略図である。
【図１６Ｃ】本開示による、力センサアセンブリの代替実施形態の概略図である。
【図１７Ａ】本開示の実施形態による、センサアセンブリの上面斜視図である。
【図１７Ｂ】図１７Ａのセンサアセンブリの底面斜視図である。
【図１７Ｃ】図１７Ａのセンサアセンブリの右側立面図である。
【図１７Ｄ】図１７Ａのセンサアセンブリの左側立面図である。
【図１７Ｅ】図１７Ａのセンサアセンブリの上面平面図である。
【図１７Ｆ】図１７Ａのセンサアセンブリの底面平面図である。
【図１７Ｇ】図１７Ａのセンサアセンブリの正面立面図である。
【図１７Ｈ】図１７Ａのセンサアセンブリの背面立面図である。
【図１８Ａ】仮想線で示した部分を有する、図１７Ａ〜図１７Ｈのセンサアセンブリの上面斜視図である。
【図１８Ｂ】図１８Ａのセンサアセンブリの底面斜視図である。
【図１８Ｃ】図１８Ａのセンサアセンブリの右側立面図である。
【図１８Ｄ】図１８Ａのセンサアセンブリの左側立面図である。
【図１８Ｅ】図１８Ａのセンサアセンブリの上面平面図である。
【図１８Ｆ】図１８Ａのセンサアセンブリの底面平面図である。
【図１８Ｇ】図１８Ａのセンサアセンブリの正面立面図である。
【図１８Ｈ】図１８Ａのセンサアセンブリの背面立面図である。
【図１９Ａ】本開示の代替実施形態による、センサアセンブリの上面斜視図である。
【図１９Ｂ】図１９Ａのセンサアセンブリの底面斜視図である。
【図１９Ｃ】図１９Ａのセンサアセンブリの右側立面図である。
【図１９Ｄ】図１９Ａのセンサアセンブリの左側立面図である。
【図１９Ｅ】図１９Ａのセンサアセンブリの上面平面図である。
【図１９Ｆ】図１９Ａのセンサアセンブリの底面平面図である。
【図１９Ｇ】図１９Ａのセンサアセンブリの正面立面図である。
【図１９Ｈ】図１９Ａのセンサアセンブリの背面立面図である。
【図２０Ａ】仮想線で示した部分を有する、図１９Ａ〜図１９Ｈのセンサアセンブリの上面斜視図である。
【図２０Ｂ】図２０Ａのセンサアセンブリの底面斜視図である。
【図２０Ｃ】図２０Ａのセンサアセンブリの右側立面図である。
【図２０Ｄ】図２０Ａのセンサアセンブリの左側立面図である。
【図２０Ｅ】図２０Ａのセンサアセンブリの上面平面図である。
【図２０Ｆ】図２０Ａのセンサアセンブリの底面平面図である。
【図２０Ｇ】図２０Ａのセンサアセンブリの正面立面図である。
【図２０Ｈ】図２０Ａのセンサアセンブリの背面立面図である。
【図２１】本開示の一実施形態による、図２の外科用ロボットアーム上に配設された直線型センサアセンブリの上面斜視図である。
【図２２】部品が分離された、図２１のセンサアセンブリの斜視図である。
【図２３】部品が分離された、図２１のセンサアセンブリの拡大斜視図である。
【図２４】図２１のセンサアセンブリの拡大底面斜視図である。
【図２５】図２１のセンサアセンブリの長手方向の断面図である。
【図２６】部品が分離された、図２１のセンサアセンブリの力感知抵抗器アセンブリの斜視図である。
【図２７】本開示の一実施形態による、図２の外科用ロボットアーム上に配設された湾曲センサアセンブリの上面斜視図である。
【図２８】本開示の一実施形態による、図２７の湾曲センサアセンブリの底面斜視図である。
【図２９】部品が分離された、図２７の湾曲センサアセンブリの斜視図である。
【図３０】図２７の湾曲センサアセンブリの長手方向の断面図である。
【図３１】図２７の湾曲センサアセンブリのインターフェース部材の斜視図である。
【図３２】外層を取り除いた、図２７の湾曲センサアセンブリの斜視図である。
【図３３】図２７の湾曲センサアセンブリの力感知抵抗器アセンブリの斜視図である。
【図３４】部品が分離された、図２７のセンサアセンブリの力感知抵抗器アセンブリの斜視図である。そして
【図３５】本開示の実施形態による、可動カート上に配設された図２の外科用ロボットアームの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本開示の外科用ロボットシステムの実施形態は、図面を参照して詳細に説明され、図面において、同様の参照番号は、いくつかの図の各々において同一または対応する要素を示す。本明細書で使用されるとき、用語「遠位」は、患者により近い外科用ロボットシステムおよび／またはそれに連結された外科用器具の部分を指し、用語「近位」は、患者からより遠い部分を指す。
【００２２】
以下に詳細に説明するように、本開示は、力を感知するように構成されたセンサアセンブリを有するロボットアームを含む外科用ロボットシステムを対象とする。センサアセンブリは、ロボットアームの湾曲または直線部分に配設され得る。センサアセンブリは、ロボットアームのリンク上の傷害の危険性の高いゾーン、特に、ロボットアームの動いているリンクによって捕らえられて圧砕される可能性がある使用者の付属器官または他の身体部分を挟む、さもなければ傷害を与え得るリンクの部分に配設され得る。センサアセンブリは、力感知抵抗器（「ＦＳＲ」）と、ＦＳＲの上に配設されたエラストマーインターフェース部材とを含む。外科用ロボットシステムはまた、ＦＳＲに連結された制御装置を含む。制御装置は、ＦＳＲの抵抗の所与のレベルを力として解釈し、測定された力を使用者とのロボットアームの物理的接触量と相関させるように構成されている。このため、制御装置は、ロボットアームが何らかの障害物に接触したかどうかを認識するように構成されている。実施形態では、センサの感度は、特定の閾値を超える力のみが使用者または他の障害物との接触を示すように選択されるように調整され得る。使用者との接触を検出したことに応答して、制御装置は、接触が感知されたロボットアームおよび／またはリンクのあらゆる動きを先制して停止し、警告を出力するように構成され得る。
【００２３】
最初に図１を参照して、外科用ロボットシステム１は、そこに各々取り外し可能に取り付けられた外科用器具１０を有する複数の外科用ロボットアーム２、制御装置４、および制御装置４に連結されている操作コンソール５を含む。外科用ロボットシステム１は、外科用器具１０を使用して低侵襲性の様態で治療されるべき外科用テーブル３上に横たわっている患者「Ｐ」上での使用のために構成されている。
【００２４】
操作コンソール５は、手術部位を表示する表示装置６と、臨床医がロボットアーム２を遠隔制御することができる手動入力装置７、８とを含む。ロボットアーム２の各々は、継手を介して接続された複数のリンクから構成され得る。ロボットアーム２は、制御装置４に接続されている電気駆動装置（図示せず）によって駆動され得る。制御装置４（例えば、コンピュータ、論理コントローラなど）は、メモリに記憶された一組のプログラム可能な命令に基づいて、手動入力装置７、８からの入力に応答した動きに従ってロボットアーム２および外科用器具１０が所望の動きを実行するように駆動装置を作動させるように構成されている。
【００２５】
制御装置４は、メモリ（図示せず）に動作可能に接続されたプロセッサ（図示せず）を含み得、メモリは、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、電気的消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）、またはフラッシュメモリなどの、揮発性、不揮発性、磁気的、光学的、または電気的媒体のうちの１つ以上を含み得る。プロセッサは、限定はされないが、ハードウェアプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、マイクロプロセッサ、およびそれらの組み合わせを含む、本開示に記載される動作、計算、および／または命令のセットを行うように適合された任意の適切なプロセッサ（例えば、制御回路）であり得る。当業者は、プロセッサは、本明細書に記載のアルゴリズム、計算、および／または命令のセットを実行するように適合された任意の論理プロセッサ（例えば、制御回路）を使用することによって代用され得ることを理解されよう。
【００２６】
制御装置４は、複数のモータ（例えば、モータ９．．．ｎ）を制御し得、モータの各々は、外科用器具１０を作動させて外科用器具１０の動作および／または動きをもたらすように構成されている。制御装置４は、外科用器具１０の動作および／または動きを調整するために駆動部材（図示せず）の時計回りまたは反時計回りの回転を調整するように様々なモータ（モータ９．．．ｎ）の作動を調整することが企図されている。実施形態では、複数のモータ（モータ９．．．ｎ）のうちの各モータは、各手術器具１０の動作および／または動きをもたらすために駆動ロッド、ケーブル、もしくはレバーアーム（図示せず）を作動させるように構成され得る。
【００２７】
外科用ロボットシステムの構造および動作の詳細な説明については、２０１１年１１月３日に出願された「医療用ワークステーション」と題する米国特許第８，８２８，０２３号を参照することができ、その全内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【００２８】
図２および図３を参照すると、ロボットアーム２は、複数の可動リンク、第１のリンク１０４、第２のリンク１０６、第３のリンク１０８、およびホルダ１１０を含み、これらは、ロボットアーム２の様々な構成への動きを可能にするアクチュエータ（図示せず）によって互いに連結されている。ホルダ１１０は、外科用器具１０の作動機構に連結するように構成されている器具駆動ユニットを受容するように構成されている。器具駆動ユニットは、そのモータから外科用器具１０に作動力を伝達して、外科用器具１０の構成要素（例えば、エンドエフェクタ）を作動させる。
【００２９】
第１のリンク１０４は、ロボットアーム２を、可動カートまたはスタンド（図示せず）などの可動台座に、またはテーブル３などの固定台座に、固定するように構成された湾曲ベース１０５を含む。第２のリンク１０６は、第１のリンク１０４および第２のリンク１０６によって画定される角度αが約０°〜約１４０°となるように、継手１０７において、第１のリンク１０４に対して軸「Ｘ−Ｘ」の周りで回転可能である。第３のリンク１０８は、第２のリンク１０６および第３のリンク１０８によって画定される角度βが約０°〜約１４０°となるように、継手１０９において、第２のリンク１０６に対して軸「Ｙ−Ｙ」の周りで回転可能である。ホルダ１１０は、ホルダ１１０と第３のリンク１０８とによって画定される角度θが約２５°〜約１６０°となるように、第３のリンク１０８に対して回転可能である。ロボットアーム２の可動リンク、すなわち、第１および第２のリンク１０４、１０６、第２および第３のリンク１０６、１０８などの縁部は互いに同じ高さになることが可能であるため、リンク１０４、１０６、および１０８ならびにロボットアーム２のホルダ１１０との間に、使用者の付属器官、指などの、様々な障害物を捕らえて圧砕する可能性がある。
【００３０】
本開示は、ロボットアーム２の可動リンク間の物理的接触を検出し、ロボットアーム２を制御するように構成されたセンサシステムを提供する。ロボットアーム２は、ロボットアーム２の任意のリンク（例えば、リンク１０４、１０６、および１０８、ならびにホルダ１１０）上に配設された１つ以上のセンサアセンブリ１００を含み得る。センサアセンブリ１００は、その運動中にロボットアーム２によって引っかけられる可能性がある身体部分を圧砕し、剪断し、さもなければ傷害を与える危険性が高いことを示す任意の表面上に配設され得る。実施形態では、センサアセンブリ１００は、図４〜図８のセンサアセンブリ３０または図１０および図１１のセンサアセンブリ５３のような、第１、第２、および第３のリンク１０４、１０６、および１０８の内縁（例えば、隣接するリンクに最も近い縁）に近接して配設され得る。加えて、センサアセンブリ１００はまた、第１、第２、および第３のリンク１０４、１０６、および１０８のすべてがホルダ１１０と共に折り畳まれるときに第１のリンク１０４に接触し得るホルダ１１０の外縁上にも配設され得る。さらなる実施形態では、センサアセンブリ１００は、継手１０９が湾曲ベース１０５上に載っている使用者の付属器官を圧砕するのを防ぐために、図１０〜図１１の湾曲センサアセンブリ６０のように、第１のリンク１０４の湾曲ベース１０５の湾曲面上に配設され得る。
【００３１】
図４〜図８を参照すると、センサアセンブリ３０は、ベースハウジング３２内に配設された力感知抵抗器アセンブリ３４（図６および図７）を有するベースハウジング３２と、力感知抵抗器アセンブリ３４の上に配設されたインターフェース部材３６とを含む。図５および図６に示すように、ベースハウジング３２は、内面３２ａ、外面３２ｂ、および内面３２ｂ上に配設された一対の突起３２ｃおよび３２ｄを含む。力感知抵抗器アセンブリ３４は、接着剤または任意の他の適切な方法を使用してベースハウジング３２の内面３２ａに固定され得る。
【００３２】
図３を参照すると、第１、第２、または第３のリンク１０４、１０６、または１０８のうちの１つのハウジング部分２０が示されている。ハウジング部分２０は、スリット２２および開口２４を含み、これらは、それぞれ、外面３２ｂ上に配設された突起３２ｃおよび３２ｄ（図５）を受容して係合するように構成され、それによってベースハウジング３２を第１、第２、または第３のリンク１０４、１０６、または１０８のうちの１つのハウジング部分２０に位置合わせして固定する。
【００３３】
図５および図７を参照すると、インターフェース部材３６は、外側隆起部４０を有する外面３８と、内側隆起部４２を有する内面４１とを含む。実施形態によっては、インターフェース部材３６は、力感知抵抗器アセンブリ３４の一部分だけをオーバーレイしてもよい。外側および内側隆起部４０および４２は、センサアセンブリ３０によって画定される長手方向軸「Ａ−Ａ」（図３）に沿って延在する。実施形態によっては、外側および内側隆起部４０および４２は、インターフェース部材３６の長さの一部分だけに沿って延在してもよい。外側および内側隆起部４０および４２は、限定されないが、湾曲、多角形、またはそれらの組み合わせを含む任意の適切な断面を有し得る。インターフェース部材３６は、ポリウレタン、ポリイソプレン、ポリブタジエン、クロロプレン、ポリイソブチレン、ならびにそれらの組み合わせおよびコポリマーを含む天然または合成ゴムなどの、任意の適切なエラストマー材料から形成され得る。
【００３４】
内側隆起部４２は、インターフェース部材３６の内面４１から延在し、インターフェース部材３６が圧縮されない限り、それを圧縮することなく、力感知抵抗器アセンブリ３４に接触するように構成されている。外側および内側隆起部４０および４２は、力感知抵抗器アセンブリ３４の中心線「Ｂ−Ｂ」（図７）からオフセットし得る。この構成では、外側隆起部４０の側面は、図２に示すように、ロボットアーム２の第１、第２、または第３のリンク１０４、１０６、または１０８の縁部により近く配設される。
【００３５】
実施形態では、力感知抵抗器アセンブリ３４は、接着剤または任意の適切な方法を使用して、第１、第２、または第３のリンク１０４、１０６、または１０８のうちの１つに直接連結され得、それにより、ベースハウジング３２の必要性を除去する。さらなる実施形態では、インターフェース部材３６は、力感知抵抗器アセンブリ３４を囲むためにその中に区画を含み得る。次いで、インターフェース部材３６は、第１、第２、または第３のリンク１０４、１０６、または１０８のうちの１つに固定され得る。
【００３６】
力感知抵抗器アセンブリ３４は、上部導電層４４および下部導電基板４６を含む。上部導電層４４および下部導電基板４６は、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリカーボネートなどのような任意の適切なポリマーを含むフレキシブルポリマーシートから形成され得る。上部導電層４４の内側表面は、カーボン系インクなどの、導電性インクでコーティングされ得る。実施形態において、上部導電層４４はまた、変形可能な金属シートなどの、フレキシブル導電シートから形成されてもよい。
【００３７】
図８に示すように、下部導電基板４６は、第１の電極パターン４８ａと第２の電極パターン４８ｂとを有する互いに噛み合った回路４８を含むプリントフレキシブル回路基板であり得、それにより、電極パターン４８ａおよび４８ｂの各々の複数のフィンガー電極は、互いに連動している。電極パターン４８ａおよび４８ｂは、銀ポリマー厚膜インクまたは任意の他の導電性材料からスクリーン印刷され得る。実施形態において、電極パターン４８ａおよび４８ｂは、金メッキ銅または他の導電性金属から形成されてもよい。
【００３８】
図７を参照すると、上部導電層４４および下部導電基板４６は、その間に配設されたスペーサ５０によって分離されている。スペーサ５０は、上部導電層４４および下部導電基板４６の各々の周囲に配設され、接着剤を使用してそれらの各々に取り付けられ得、こうしてそれらの間にギャップ「Ｇ」を維持する。このため、スペーサ５０は、上部導電層４４と下部導電基板４６とを分離し、それらを一緒に固定する。実施形態では、スペーサ５０は、感圧接着剤を使用してスクリーン印刷されてもよく、あるいは、代わりに、フィルム感圧接着剤から切り取られてもよい。さらなる実施形態では、スペーサ５０は、上部導電層４４および下部導電基板４６を分離し、かつ接着することができる材料の任意の組み合わせを使用して構築（例えば、３Ｄ印刷）され得る。
【００３９】
動作中、力感知抵抗器アセンブリ３４は、上部導電層４４が下部導電基板４６に接触すると力を感知する。このため、力感知抵抗器アセンブリ３４がインターフェース部材３６によって作動されるまで、力感知抵抗器アセンブリ３４は開回路にある。上部導電層４４が下部導電基板４６と接触すると、上部導電層４４は、下部導電基板４６の電極パターン４８ａ、４８ｂの互いに噛み合ったフィンガーを横切って短絡し、開回路から短絡回路に遷移する。インターフェース部材３６が障害物に遭遇するか、または外力（例えば、臨床医の手または付属器官による接触による）によって作動されると、インターフェース部材３６の内側隆起部４２は上部導電層４４を押し下げ、次にそれは、下部導電基板４６に接触する。感知される力の量は、上部導電層４４が下部導電基板４６と接触する表面積の量に基づく。特に、印加された力は、電極パターン４８ａと４８ｂとの間の電気的接触量に基づいて力感知抵抗器アセンブリ３４の抵抗を変化させる。下部導電基板４６は、印加された圧力の量に比例して導電率が増加する（電気抵抗が減少する）黒鉛系の感圧材料から形成され得る。抵抗は、印加された力に反比例し、そして次に力を判定するために制御装置４によって使用される。
【００４０】
図４〜図６を参照すると、力感知抵抗器アセンブリ３４はまた、ベースハウジング３２を通って延在する一対の接点５２ａおよび５２ｂを含む。接点５２ａおよび５２ｂは、それぞれ、電極パターン４８ａおよび４８ｂに連結されており、電極パターン４８ａと４８ｂとの間の抵抗を表す電圧信号を制御装置４に提供し、制御装置４は次に力感知抵抗器アセンブリ３４にかかる力の量を判定する。力感知抵抗器アセンブリ３４は、最小作動閾値、すなわち、力感知抵抗器アセンブリ３４が開回路から短絡回路に遷移する初期力を有する。
【００４１】
図９Ａは、対数目盛を使用して抵抗と力との間の関係を図示するプロット２００である。プロット２００は、力感知抵抗器アセンブリ３４の動作範囲を図示し、例示の目的で、それぞれ、約１００，０００キロオーム（「ｋΩ」）の抵抗から約１，０００ｋΩまでに対応するのは、約１，０００グラムフォース（「ｇｆ」）から約１０，０００ｇｆまでであり得る。測定可能な力の範囲は、基板およびオーバーレイの厚さ、上部導電層４４および下部導電基板４６の可撓性、インターフェース部材３６の大きさおよび形状、ならびにスペーサ５０の厚さなどに依存する。プロット２００に示すように、力感知抵抗器アセンブリ３４、６４、または６５の作動後、抵抗は、やや高くにおいて非常に急速に減少し、次いで中間の力で、抵抗は逆べき乗則に従い、高い力において、力が増加しても抵抗がほとんどまたはまったく減少しない点に応答は最終的に飽和する。
【００４２】
図９に示すように、力がゼロに近づくにつれて抵抗は無限大に近づく。図９Ｂを参照すると、対数目盛を使用して抵抗と力との間の関係を図示するプロット２００ａが提供されており、ここでは力がゼロに近づくにつれて抵抗は有限値に近づいている。
【００４３】
図１０および図１１を参照すると、センサアセンブリ３０と実質的に同様のセンサアセンブリ５３の別の実施形態は、力感知抵抗器アセンブリ５４を有するベースハウジング５５を含む。センサアセンブリ５３はまた、ヒンジ５７を介してベースハウジング５５に連結されているインターフェース部材５６も含む。
【００４４】
インターフェース部材５６は、内側隆起部５８を有する内面５６ａを含む。図１０に示すように、内側隆起部５８は、センサアセンブリ３０によって画定された長手方向軸「Ｃ−Ｃ」に沿って延在する。内側隆起部５８は、限定されないが、湾曲、多角形、またはそれらの組み合わせを含む任意の適切な断面を有し得る。内側隆起部５８はまた、連続的なリブではなく一連の控えめな隆起部であってもよい。図１１に示すように、インターフェース部材５６が、内側突起５８を力感知抵抗器アセンブリ５４上に押し付けるように十分に係合されるまで、インターフェース部材５６は、力感知抵抗器アセンブリ５４の上に載っている。センサアセンブリ５３は、上述したセンサアセンブリ３０と同じ様態で動作する。一実施形態では、インターフェース部材５６は、力感知抵抗器アセンブリ５４への損傷を防止するために、隆起部５８が弾性であるため、剛性であり得る。一実施形態では、剛性インターフェース部材５６は、ただ１つの長い剛性インターフェース部材５６というよりはむしろ、増感領域の長さに及ぶ一連の控えめな剛性シェルから作り上げることができる。一実施形態では、剛性インターフェース部材５６のヒンジ式枢動は、剛性インターフェース部材５６を力感知抵抗器アセンブリ５４に保持するようにばねで付勢されてもよく、それにより、隆起部５８と力感知抵抗器アセンブリ５４との間の緩みが除去される。一実施形態では、剛性インターフェース部材５６は、その縁部領域を「増感させる」ために、ロボットリンク２０のコーナー縁部を超えて延在してもよい（例えば、片持ち梁）。一実施形態では、剛性インターフェース部材５６は、ヒンジではなく、力感知抵抗器アセンブリ５４の少なくとも両側に沿って延びる付勢要素（例えば、弾力のある発泡体）を介して力感知抵抗器アセンブリ５４に対して押さえつけられてもよい。
【００４５】
図１２〜図１４を参照すると、湾曲センサアセンブリ６０は、ベースハウジング６２内に配設された第１および第２の力感知抵抗器アセンブリ６４および６５を有するベースハウジング６２と、力感知抵抗器アセンブリ６４および６５の上に配設されたインターフェース部材６６とを含む。不必要な繰り返しを避けるために、センサアセンブリ３０と湾曲センサアセンブリ６０との間の相違点のみを以下に説明する。
【００４６】
第１の力感知抵抗器アセンブリ６４は、ベースハウジング６２の第１の端部６２ａに配設され、第２の力感知抵抗器アセンブリ６５はベースハウジング６２の第２の端部６２ｂに配設されている。力感知抵抗器アセンブリ６４および６５は、ベースハウジング３２に関して上述したのと同じ様態でベースハウジング６２に連結され得、力感知抵抗器アセンブリ６４および６５を制御装置４に電気的に連結するためにベースハウジング６２を通って延在する接点（図示せず）を含み得る。加えて、ベースハウジング６２は、上述したベースハウジング３２と同様の様態で、第１のリンク１０４の湾曲ベース１０５に連結され得る。
【００４７】
力感知抵抗器アセンブリ６４および６５は、力感知抵抗器アセンブリ３４と実質的に同様である。実施形態では、力感知抵抗器アセンブリ６４および６５は、長方形または円形を含むがこれらに限定されない、任意の適切な形状を有し得る。
【００４８】
インターフェース部材６６は、実質的に湾曲形状を有し、インターフェース部材６６の内面６８上に画定されたチャネル７０を含む。チャネル７０は、その中にブリッジ７２を受容するように構成されている。ブリッジ７２は、金属などの任意の剛性材料、またはポリカーボネートなどから形成されるものなどの剛性熱可塑性材料から形成され得る。ブリッジ７２は、その各端部に隆起部７２ａおよび７２ｂを含み、これらの隆起部は、それぞれ、第１および第２の力感知抵抗器アセンブリ６４および６５に係合するように構成されており、それにより、インターフェース部材６６およびブリッジ７２上のあらゆる力が、力感知抵抗器アセンブリ６４および６５の一方または両方に印加される。隆起部７２ａおよび７２ｂは、ブリッジ７２に固定された別個の部品であってもよく、力感知抵抗器アセンブリ６４および６５に接触する隆起部７２ａおよび７２ｂの自己位置合わせを可能にするためにゴム、ポリマーなどのような弾性材料から作られ得る。隆起部７２ａおよび７２ｂは、ブリッジ７２の下側に固定されたパッド、またはブリッジの周囲の周りに適合されたＯリングなどの任意の適切な形状を有し得る。
【００４９】
図１５を参照して、外科用ロボットシステム１の動作を説明する。制御装置４は、１つ以上のセンサアセンブリ１００からの信号を連続的に監視し、センサアセンブリ１００のうちの１つによって出力された信号に応答してロボットアーム２を制御する。
【００５０】
実施形態において、センサアセンブリ１００は、センサアセンブリ１００の最小抵抗に基づいて信号を連続的に出力し得る。制御装置４は、この信号を利用して、例えばケーブル不良または他の電気的不具合による、センサアセンブリ１００と制御装置４との間の電気的接続性を検証し得る。
【００５１】
制御装置４は、（例えば、伝達関数または任意の他の適切な方法を使用することによって）１つ以上のセンサアセンブリ１００にかかる力を計算するように構成される。制御装置４は、計算された力に基づいてロボットアーム２に対して複数の制御機能を行うようにプログラムされ得る。特に、制御装置４は、１つ以上の力閾値を記憶し得、それにより、測定された力が閾値を超えたときに、制御装置４はプログラムされた機能を行う。実施形態では、測定された力が所定の閾値を超えると、制御装置４は、ロボットアーム２、または障害物に遭遇するロボットアーム２のリンク１０４、１０６、および１０８のうちの少なくとも１つのあらゆる動きを停止させ得る。制御装置４はまた、警告（例えば、音声および／または視覚的アラート）を使用者に出力してもよい。しかしながら、センサアセンブリ１００によって出力された信号がいずれの閾値も超えない場合、制御装置４は、他のルーチンおよび制御機能に従ってロボットアーム２を制御し続ける。
【００５２】
一実施形態では、複数の丸型または直線型の力感知抵抗器アセンブリ（例えば、力感知抵抗器アセンブリ３４、６４または６５）が、例えば、湾曲センサアセンブリ６０などの、単一のインターフェース部材（例えば、インターフェース部材３６または６６）の下に位置付けされてもよい。
【００５３】
続けて図１５を参照すると、例えば障害物との接触によりセンサアセンブリ１００のうちの１つが作動された後、検出された力に対応する信号が制御装置４に送信される。制御装置４は、センサアセンブリ１００のうちの１つにかかる力の量を判定する。次に、制御装置４は、この力を、障害物と１つ以上のセンサアセンブリ１００との間の部分的な接触に関連付けられ得る第１の閾値と比較する。これは、外科用ドレープがロボットアーム２によって束ねられ引っ張られていることに起因し得る。測定された力が第１の閾値を超える場合、制御装置４は警告を出力するなどの警戒アクションを行い得る。センサアセンブリ１００からの信号は制御装置４によって連続的に監視され、計算された力が第１の閾値を上回っている間は警告が連続的に出力され得る。計算された力が、障害物とのより強力な接触に対応し得る第２の閾値を超える場合、制御装置４は、ロボットアーム２またはその可動リンク１０４、１０６、および１０８のうちの１つの動きを停止するなどの第２のアクションを行い得る。上述の閾値およびアルゴリズムは、制御装置４のメモリに記憶されてもよく、制御装置４のプロセッサは、上述のアルゴリズムを具体化する命令またはプログラムを実行するように構成されていることが想定されている。
【００５４】
図１６Ａを参照すると、本開示による、力センサアセンブリの代替の実施形態が図示されており、概して参照番号３０Ａで示されている。力センサアセンブリ３０Ａは、複数の別個の離散した力感知抵抗器アセンブリ３４Ａを含み得、ここで剛性接触要素３３Ａが、インターフェース部材３６Ａの底面に接着されるか、またはインターフェース部材３６Ａに埋め込まれ／固定されており、剛性接触要素３３Ａは、それぞれの力感知抵抗器アセンブリ３４Ａに直接接触している。
【００５５】
別の代替実施形態では、図１６Ｂに示すように、本開示による、力センサアセンブリの代替実施形態が図示されており、概して参照番号３０Ｂで示されている。力センサアセンブリ３０Ｂは、インターフェース部材３６Ｂの底面および上面の両方から突出する剛性要素３３Ｂの端部を有するインターフェース部材３６Ｂに埋め込まれ得る剛性要素３３Ｂを含み得る。
【００５６】
さらに別の代替実施形態では、図１６Ｃに示すように、本開示による、力センサアセンブリの代替実施形態が図示されており、概して参照番号３０Ｃで示されている。力センサアセンブリ３０Ｃは、剛性接触要素３３Ｃ間のインターフェース部材３６Ｃの変形を促進するために、インターフェース部材３６Ｃの長さに沿って選択された場所に配設されたくびれ部分３６Ｃ１（例えば、断面積の縮小）を有するインターフェース部材３６Ｃを含む。
【００５７】
一実施形態では、かつ本開示によれば、それぞれの力感知抵抗器アセンブリと接触する内側隆起部４２または接触要素３３Ａ〜３３Ｃの表面積は、力センサアセンブリの長さに沿って対応する感度の変量を提供するために、力センサアセンブリの長さに沿って変化してもよいことが企図されている。同様に、一実施形態では、力感知抵抗器アセンブリの内側隆起部４２およびスペーサ５０からの距離は、力センサアセンブリの長さに沿って対応する感度の変量を提供するために、力センサアセンブリの長さに沿って変わることができる。
【００５８】
図１７Ａ〜図１７Ｈは、センサアセンブリ３０のいくつかの図を示し、図１８Ａ〜図１８Ｈは、仮想線で示した部分を有する、センサアセンブリ３０のいくつかの図を示し、図１９Ａ〜図１９Ｈは、センサアセンブリ６０のいくつかの図を示し、図２０Ａ〜図２０Ｈは、仮想線で示した部分を有する、センサアセンブリ６０のいくつかの図を示す。
【００５９】
図２１〜図２６は、本開示の別の実施形態による直線型センサアセンブリ１３０を図示する。センサアセンブリ１３０は、図４〜図８のセンサアセンブリ３０と実質的に同様であり、センサアセンブリ３０とセンサアセンブリ１３０との間の相違点のみが以下に説明される。センサアセンブリ１３０は、ベースハウジング１３２と、ベースハウジング１３２内に配設された力感知抵抗器（「ＦＳＲ」）アセンブリ１３４とを含む。インターフェース部材１３６が、ＦＳＲアセンブリ１３４の上に配設されている。センサアセンブリ１３０は、物体に接触すると、インターフェース部材１３６が、接触がなされたことを示す信号を出力するＦＳＲアセンブリ１３４を作動させるという点でセンサアセンブリ３０と同様の様態で動作する。
【００６０】
ベースハウジング１３２は、ＦＳＲアセンブリ１３４の端部１３４ａを囲む蓋１３３を含む（図２３）。ベースハウジング１３２は、一対の開口１３２ｅおよび１３２ｆを含み、それらはベースハウジング１３２の対向する端部に配設され得る。開口１３２ｅおよび１３２ｆは、ベースハウジング１３２を第１、第２、または第３のリンク１０４、１０６、または１０８に取り付けるための留め具（図示せず）を保持するために使用される。加えて、センサアセンブリ１３０は、ベースハウジング１３２の底部に配設された接着層１３９（図２２および図２４）を含み得、センサアセンブリ１３０のための別の取り付け点を提供する。
【００６１】
図２６を参照すると、ＦＳＲアセンブリ１３４は、上部導電層１４４を含み、これは黒鉛または任意の他の適切な導電材料から形成され得る。上部導電層１４４は、上部導電層１４４をインターフェース部材１３６の下側に固定する接着性裏打ち層１４５によってオーバーレイされている。ＦＳＲアセンブリ１３４はまた、一対のスペーサ１５０を含み、それは両面接着テープであってもよい。スペーサ１５０は、上部導電層１４４を下部導電基板１４６から分離し、それにより、上部導電層１４４および下部導電基板１４６は、インターフェース部材１３６が外力によって接触されない限り、互いに偶発的に接触しない。
【００６２】
下部導電基板１４６は、第１の電極パターン１４８ａおよび第２の電極パターン１４８ｂを有する互いに噛み合った回路１４８を含むプリントフレキシブル回路基板であり得る。第１および第２の電極パターン１４８ａ、１４８ｂの各々は、図２２、図２３、および図２５に示すように、プリント回路基板（「ＰＣＢ」）１３５に電気的に連結されたそれぞれの接点部材１５２ａ、１５２ｂで終端する。ＰＣＢ１３５は、抵抗１３７ａ（図２３および図２５）などの他の電気部品の配置を提供する。加えて、ＰＣＢ１３５は、接点部材１５２ａおよび１５２ｂを固定し、その各々は、図２４および図２５に示すように複数のピン１５５を有する電気コネクタ１５３に電気的に連結されている。コネクタ１５３は、ベースハウジング１３２の底面１３２ｂ上に配設された表面突起１３２ｄ内に配設され得、それによってコネクタ１５３を保護している。電気コネクタ１５３は、外科用ロボットアーム２上の対応する電気コネクタ（図示せず）と嵌合するように構成され、センサアセンブリ１３０と外科用ロボットアーム２との間に確実な電気的接続を提供する。
【００６３】
特定の実施形態では、ＰＣＢ１３５は、ベースハウジング１３２内にしっかり固定されていなくてもよく、ＰＣＢ１３５およびそれに連結された電気コネクタ１５３に、ベースハウジング１３２の表面に沿ってある程度の横方向の動きを与える。これは、センサアセンブリ１３０の外科用ロボットアーム２への連結中に、電気コネクタ１５３が外科用ロボットアーム２上の対応するコネクタと位置合わせすることを可能にする。加えて、外科用ロボットアーム２は、表面突起１３２ｄを収容するように構成された対応する開口を含んでもよい。このため、表面突起１３２ｄは、コネクタ１５２に物理的保護を提供すると同時に電気コネクタ１５３を方向付けして位置合わせさせる。
【００６４】
抵抗１３７ａは、接点部材１５２ａと１５２ｂとの間に並列に連結され、第１および第２の電極パターン１４８ａ、１４８ｂによって画定される電気回路に既知の有限抵抗を提供する。抵抗器１３７ａの既知の抵抗値は、ＦＳＲアセンブリ１３４と外科用ロボットアーム２との間の電気的接続が切断されたかどうかを判定するために使用され得る。特に、外科用ロボットアーム２は、外科用ロボットアーム２の動作中にＦＳＲアセンブリ１３４を通してセンサ信号を出力するように構成されている。第１および第２の電極パターン１４８ａ、１４８ｂは、上部導電層１４４と接触しない限り電気信号を出力しないので、外科用ロボットアーム２は、ＦＳＲアセンブリ１３４が切断されていることおよび／または機能していないことを区別することができず、それはＦＳＲアセンブリ１３４が、外部接触によって閉じられる開回路として設計されているからである。抵抗器１３７ａの存在は、ベースライン抵抗を外科用ロボットアーム２に提供することによってこの問題を緩和する。このため、第１および第２の電極パターン１４８ａ、１４８ｂが、外力のために上部導電層１４４によって接触されるときはいつも、抵抗はそれに応じて抵抗１３７ａの抵抗を超えて増加し、外科用ロボットアーム２に外部接触が検出されたことを信号で知らせる。
【００６５】
図２６に示されるように、ＦＳＲアセンブリ１３４はまた、第１および第２の電極パターン１４８ａ、１４８ｂの間に連結され得る第２の抵抗器１３７ｂを含み得る。第２の抵抗器１３７ｂはまた、ＰＣＢ上に配設されてもよく、または代替実施形態では、図２６に示すように下部導電基板１４６のフレキシブル回路上に配設されてもよい。同様に、第２抵抗体１３７ｂはまた、第１および第２の電極パターン１４８ａ、１４８ｂの間に並列に連結されてもよい。
【００６６】
図２７〜図３４は、本開示の別の実施形態による湾曲センサアセンブリ１６０を図示する。センサアセンブリ１６０は、図１２〜図１４のセンサアセンブリ６０および図２１〜図２６のセンサアセンブリ１３０と実質的に同様であり、センサアセンブリ１６０とセンサアセンブリ６０および１３０との間の相違点のみを以下に説明する。湾曲センサアセンブリ１６０は、ベースハウジング１６２を含むが、第１および第２のＦＳＲアセンブリ６４および６５を有するよりもむしろ、湾曲センサアセンブリ１６０は、ベースハウジング６２内に配設された単一のＦＳＲアセンブリ１６４を含む。インターフェース部材１６６がまた、力感知抵抗器アセンブリ１６４の上に配設されている。
【００６７】
センサアセンブリ１３０のベースハウジング１３２と同様に、ベースハウジング１６２は、ＦＳＲアセンブリ１６４の端部１６４ａを囲む蓋１６３を含む。ベースハウジング１６２は、一対の開口１６２ｅおよび１６２ｆならびにベースハウジング１６２の底部上に配設された接着層１６９を含む（図２９）。
【００６８】
図３４を参照すると、ＦＳＲアセンブリ１６４は、センサアセンブリ１３０のＦＳＲアセンブリ１３４と実質的に同様である。このため、ＦＳＲアセンブリ１６４はまた、上部導電層１７４、接着性裏打ち層１７５、一対のスペーサ１８０、および下部導電基板１７６を含む。
【００６９】
下部導電基板１７６は、第１の電極パターン１７８ａと第２の電極パターン１７８ｂとを有する互いに噛み合った回路１７８を含む。第１および第２の電極パターン１７８ａ、１７８ｂは、その間に開口１７９を画定してもよく、そのため、開口１７９にはフィンガー電極が存在しない。図３３および図３４を参照すると、第１および第２の電極パターン１７８ａおよび１７８ｂの各々のフィンガー電極は、開口１７９の両側の端部１７４ａおよび１７４ｂの各々に配設されている。開口１７９は、ベースハウジング１６２の曲率に一致し、これは、第１および第２の電極パターン１７８ａおよび１７８ｂのフィンガー電極の偶発的な接触によるＦＳＲアセンブリ１６４の読み取りに影響を与えることなく、ＦＳＲアセンブリ１６４がベースハウジング１６２の湾曲面の上に置かれること可能にする。端部１７４ａおよび１７４ｂのフィンガー電極は、正常に機能し、ベースハウジング１６２の平坦な区域の上に置かれている。
【００７０】
インターフェース部材１６６は、インターフェース部材６６と実質的に同様であり、湾曲形状も含み、その中にブリッジ１７２を受容するように構成されている。ブリッジ７２と同様に、ブリッジ１７２は、ブリッジ１７２の各端部に一対の隆起部１７２ａおよび１７２ｂを含む。隆起部１７２ａおよび１７２ｂは、それぞれ、下部導電性基板１７６の端部１７４ａおよび１７４ｂと係合するように構成されており、それにより、インターフェース部材１６６およびブリッジ１７２上のあらゆる力がＦＳＲアセンブリ１６４に印加される。
【００７１】
隆起部１７２ａおよび１７２ｂは、任意のエラストマー材料から形成され得、これは、ブリッジ１７２に印加された力に応答して隆起部１７２ａおよび１７２ｂが変形することを可能にし、それによって、第１の電極パターン１７８ａおよび第２の電極パターン１７８ｂに対してより均一な圧力を達成し、隆起部１７２ａおよび１７２ｂの不均一な接触面（例えば、製造公差が低いために存在し得る）を補償する。
【００７２】
図２９および図３２〜図３４に示すように、第１および第２の電極パターン１７８ａおよび１７８ｂの各々は、ＰＣＢ１３５と実質的に同様であるプリント回路基板（「ＰＣＢ」）１８５に電気的に連結されたそれぞれの接点部材１８２ａおよび１８２ｂで終端する。ＰＣＢ１８５はまた、図２８および図３０に示すように突起１６２ｄ内に配設されている電気コネクタ１８３に連結されている。電気コネクタ１８３はまた、突起１６２ｄ内で可動であり、センサアセンブリ１６０の外科用ロボットアーム２への連結中に、外科用ロボットアーム２上の対応するコネクタとの位置合わせを可能にする。
【００７３】
図３５を参照して、ロボットアーム２は、台座３０２と複数の車輪３０４とを有するカート３００に据え付けられ得る。カート３００は、ロボットアーム２を取り付けるための支持マウント３０６を含む。ロボットアーム２の湾曲ベース１０５（図２）は、支持マウント３０６に取り付けられ得、支持マウントは、ロボットアーム２をカート３００に機械的に固定し、制御装置４からロボットアーム２への電気的接続性を提供する（図１）。台座３０２はまた、ロボットアーム２および制御装置４とインターフェースするように構成されたコントローラ３０８を含む。
【００７４】
加えて、カート３００はまた、１つ以上の発光体３１０を含む。発光体３１０は、台座３０２の周囲に配設されてもよく、視認性を高めるために台座３０２の使用中は常時点灯されてもよい。実施形態では、発光体３１０は、コントローラ３０８が発光体３１０の色および／または明るさ／強度を調整し得るように、色の変わる調光可能な発光ダイオードであってもよい。視認性のために発光を制御することに加えて、コントローラ３０８は、正常動作を示すために緑色、ロボットアーム２に関する問題を示すために黄色などのように、ロボットアーム２の状態表示を提供するように発光体３１０の発光パターンを調整してもよい。加えて、発光体３１０はまた、使用者に追加のフィードバックを提供するために点滅パターンで動作されてもよい。
【００７５】
実施形態では、コントローラ３０８は、ロボットアーム２のセンサアセンブリ１００と通信するように構成され、それにより、物理的な障害物に遭遇すると、コントローラ３０８は、制御装置４と共に、図１５に関して上記に開示されるようにイベントを通知される。このイベントに応答して、コントローラ３０８は、ロボットアーム２が障害物に遭遇したことを示すために発光体３１０を制御するように構成されている。実施形態では、発光体３１０は赤色光および／または点滅を出力してもよい。この視聴覚警報は、操作コンソール５に警告を出力したり、ロボットアーム２の動きを停止させたりするなどの、制御装置４によって実行されるアクションと同時に出力されてもよい。
【００７６】
本開示に従って、上記の実施形態のうちのいずれかは、湾曲または平らでない表面に固定されたセンサに適用され得ることが想定され、そして企図されている。本明細書では力感知抵抗器アセンブリを詳細に開示したが、他のタイプのセンサをセンサアセンブリに使用してロボットアームの部材に適用して、上述と同じまたは類似の目的を達成し得ることが企図されている。そのような他のセンサとしては、歪みゲージ、圧電センサ、リミットスイッチなど含むが、これらに限定されない。
【００７７】
本明細書に開示された実施形態に様々な変更が加えられてもよいことが理解されるであろう。実施形態において、センサは、ロボットアームの任意の適切な部分に配設され得る。したがって、上記の説明は、限定するものとして解釈されるべきではなく、単に様々な実施形態の例証として解釈されるべきである。当業者は本明細書に添付される特許請求の範囲および趣旨内での他の修正を想定するであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１７Ｄ】
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【図１７Ｅ】
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【図１７Ｆ】
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【図１７Ｇ】
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【図１７Ｈ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１８Ｄ】
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【図１８Ｅ】
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【図１８Ｆ】
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【図１８Ｇ】
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【図１８Ｈ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図１９Ｄ】
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【図１９Ｅ】
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【図１９Ｆ】
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【図１９Ｇ】
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【図１９Ｈ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２０Ｄ】
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【図２０Ｅ】
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【図２０Ｆ】
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【図２０Ｇ】
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【図２０Ｈ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【国際調査報告】
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