(57)【要約】  動き依存性外科用ロボットシステム１００が、独立ロボットアーム２０と、依存ロボットアーム２１と、動き依存性ロボットコントローラ１０４とを利用する。動作中、動き依存性ロボットコントローラ１０４は、座標空間内の独立ロボットアーム２０の動きを示す入力信号に応答して、座標空間内の独立ロボットアーム２０の独立動きを制御し、更に、座標空間内の独立ロボットアーム２０と依存ロボットアーム２１との間の空間幾何学的関係の関数として、座標空間内の依存ロボットアーム２１の動きを制御する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
独立ロボットアームと、
依存ロボットアームと、
前記独立ロボットアーム及び前記依存ロボットアームと通信している動き依存性ロボットコントローラと
を備える動き依存性外科用ロボットシステムであって、
前記動き依存性ロボットコントローラが、座標空間内の前記独立ロボットアームの動きを示す入力信号に応答して、前記座標空間内の前記独立ロボットアームの前記動きを制御し、
前記動き依存性ロボットコントローラが、更に、前記座標空間内の前記独立ロボットアームと前記依存ロボットアームとの間の空間幾何学的関係の関数として、前記座標空間内の前記依存ロボットアームの動きを制御する、
動き依存性外科用ロボットシステム。
【請求項２】
前記座標空間内の前記依存ロボットアームの配向が、前記座標空間内の前記独立ロボットアームの配向に依存する、請求項１に記載の動き依存性外科用ロボットシステム。
【請求項３】
前記座標空間内の前記依存ロボットアームの配向が、前記座標空間内の前記独立ロボットアームの配向に依存しない、請求項１に記載の動き依存性外科用ロボットシステム。
【請求項４】
線形ベクトルが、前記座標空間内の前記独立ロボットアームと前記依存ロボットアームとの間の前記空間幾何学的関係を定義する、請求項１に記載の動き依存性外科用ロボットシステム。
【請求項５】
前記線形ベクトルの大きさが可変であること、及び
前記線形ベクトルの方向が、前記座標空間の軸に平行であるか、前記座標空間の平面の横断であるか、又は前記座標空間内の球体の中心に対して放射状であるかのうちの１つであること、
のうちの１つである、請求項４に記載の依存性外科用ロボットシステム。
【請求項６】
角速度が、前記独立ロボットアームと前記依存ロボットアームとの間の前記空間幾何学的関係を定義する、請求項１に記載の動き依存性外科用ロボットシステム。
【請求項７】
前記角ベクトルの大きさが可変であること、及び
前記線形ベクトルの方向が前記座標空間の平面の横断であること、
のうちの１つである、請求項４に記載の動き依存性外科用ロボットシステム。
【請求項８】
手順的同期が、前記独立ロボットアームと前記依存ロボットアームとの間の前記空間幾何学的関係を定義する、請求項１に記載の動き依存性外科用ロボットシステム。
【請求項９】
前記動き依存性ロボットコントローラが、更に、前記座標空間内の前記依存ロボットアームによる障害物回避の関数として、前記座標空間内の前記依存ロボットアームの前記動きを制御する、請求項１に記載の動き依存性外科用ロボットシステム。
【請求項１０】
前記動き依存性ロボットコントローラは、
座標空間内の前記独立ロボットアームの前記動きを示す入力信号に応答して、前記座標空間内の前記独立ロボットアームの前記動きを制御するための独立動きベクトル信号を生成する独立動きベクトル生成器と、
前記独立動きベクトル生成器による前記独立動きベクトル信号の生成に応答して、前記座標空間内の前記独立ロボットアームの前記動きに有益である独立作動コマンドを生成する独立ロボットアームアクチュエータと、
前記座標空間内の前記独立ロボットアームと前記依存ロボットアームとの間の前記空間幾何学的関係の前記関数として、前記座標空間内の前記依存ロボットアームの前記動きを制御するための依存動きベクトル信号を生成する依存動きベクトル生成器と、
前記依存動きベクトル生成器による前記依存動きベクトル信号の生成に応答して、前記座標空間内の前記依存ロボットアームの前記動きに有益である作動コマンドを生成する依存ロボットアームアクチュエータと
を備える、請求項１に記載の動き依存性外科用ロボットシステム。
【請求項１１】
前記独立動きベクトルが、前記座標空間内の前記独立ロボットアームの配置を示す大きさ及び方向のうちの少なくとも１つを含み、
前記依存動きベクトルが、前記座標空間内の前記依存ロボットアームの配置を示す大きさ及び方向のうちの少なくとも１つを含む、
請求項１０に記載の動き依存性外科用ロボットシステム。
【請求項１２】
前記独立動きベクトルが、前記座標空間内の前記独立ロボットアームの速度を示す大きさ及び方向のうちの少なくとも１つを含み、
前記依存動きベクトルが、前記座標空間内の前記依存ロボットアームの速度を示す大きさ及び方向のうちの少なくとも１つを含む、
請求項１０に記載の動き依存性外科用ロボットシステム。
【請求項１３】
座標空間内の独立ロボットアームの動きを示す入力信号に応答して、前記座標空間内の前記独立ロボットアームの前記動きを制御するための独立動きベクトル信号を生成する独立動きベクトル生成器と、
前記独立動きベクトル生成器による前記独立動きベクトル信号の生成に応答して、前記座標空間内の前記独立ロボットアームの前記動きに有益である独立作動コマンドを生成する独立ロボットアームアクチュエータと、
前記座標空間内の前記独立ロボットアームと前記依存ロボットアームとの間の空間幾何学的関係の関数として、前記座標空間内の前記依存ロボットアームの動きを制御するための依存動きベクトル信号を生成する依存動きベクトル生成器と、
前記依存動きベクトル生成器による前記依存動きベクトル信号の生成に応答して、前記座標空間内の前記依存ロボットアームの前記動きに有益である作動コマンドを生成する依存ロボットアームアクチュエータと
を備える、動き依存性ロボットコントローラ。
【請求項１４】
前記独立動きベクトルが、前記座標空間内の前記独立ロボットアームの配置を示す大きさ及び方向のうちの少なくとも１つを含み、
前記依存動きベクトルが、前記座標空間内の前記依存ロボットアームの配置を示す大きさ及び方向のうちの少なくとも１つを含む、
請求項１３に記載の動き依存性ロボットコントローラ。
【請求項１５】
前記独立動きベクトルが、前記座標空間内の前記独立ロボットアームの速度を示す大きさ及び方向のうちの少なくとも１つを含み、
前記依存動きベクトルが、前記座標空間内の前記依存ロボットアームの速度を示す大きさ及び方向のうちの少なくとも１つを含む、
請求項１３に記載の動き依存性ロボットコントローラ。
【請求項１６】
独立ロボットアームと、依存ロボットアームと、動き依存性ロボットコントローラとを備える動き依存性外科用ロボットシステムのための動き依存性ロボット制御方法であって、前記動き依存性ロボット制御方法は、
前記動き依存性ロボットコントローラが、座標空間内の前記独立ロボットアームの動きを示す入力信号に応答して、前記座標空間内の前記独立ロボットアームの前記動きを制御するステップと、
前記動き依存性ロボットコントローラが、前記座標空間内の前記独立ロボットアームと前記依存ロボットアームとの間の空間幾何学的関係の関数として、前記座標空間内の前記依存ロボットアームの動きを制御するステップと
を有する、動き依存性ロボット制御方法。
【請求項１７】
線形ベクトルが、前記座標空間内の前記独立ロボットアームと前記依存ロボットアームとの間の前記空間幾何学的関係を定義する、請求項１６に記載の動き依存性ロボット制御方法。
【請求項１８】
角ベクトルが、前記座標空間内の前記独立ロボットアームと前記依存ロボットアームとの間の前記空間幾何学的関係を定義する、請求項１６に記載の動き依存性ロボット制御方法。
【請求項１９】
手順的同期が、前記独立ロボットアームと前記依存ロボットアームとの間の前記空間幾何学的関係を定義する、請求項１６に記載の動き依存性ロボット制御方法。
【請求項２０】
前記動き依存性ロボットコントローラが、更に、前記座標空間内の前記依存ロボットアームによる障害物回避の関数として、前記座標空間内の前記依存ロボットアームの前記動きを制御する、請求項１６に記載の動き依存性ロボット制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の発明は、一般に、２つ又はそれ以上の外科用ロボットアーム（たとえば、ｄａ  Ｖｉｎｃｉ（登録商標）  Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ、Ｒａｖｅｎ  Ｒｏｂｏｔｉｃ  Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ、Ｓｐｏｒｔ（商標）  Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ、Ｆｌｅｘ（商標）  Ｒｏｂｏｔｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍなど）を利用する外科用ロボットシステムに関する。本開示の発明は、より詳細には、別の外科用ロボットアームの独立オペレータ制御に依存するある外科用ロボットアームの自動動き制御を与えることによって、そのような外科用ロボットシステムを改善することに関する。
【背景技術】
【０００２】
今日の外科用ロボットシステムの外科用ロボットアームは、外科医コンソールから制御される。一般に、オペレータは、コンソール上でハンドルを移動し、そこで、ハンドルからの信号が解釈され、外科用ロボットアームの動きに変換される。より詳細には、各外科用ロボットアームは、他の（１つ又は複数の）外科用ロボットアームに依存せずに動作させられ、これには、オペレータが、外科用ロボットアーム間の制御を頻繁に切り替えることが必要である。外科用ロボットアーム間のこの頻繁な制御の切替えは、ワークフロー問題を生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
更に、多くのマルチロボットアーム外科タスクでは、１つの外科用ロボットアームの動きは、外科タスクを実行する目的で別の外科用ロボットアームの動きに依存する。たとえば、腹腔鏡手術では、糸結びの操作は、２つの外科用ロボットアームの同期した作業である。別の例では、ピックアンドプレース外科タスク（たとえば、スーチャースポンジ（ｓｕｔｕｒｅ  ｓｐｏｎｇｅ）又は撮像デバイス）も、外科用ロボットアームの同期した動きを必要とする。更なる例によって、いくつかの外科タスク（たとえば、切断する、及び焼灼する）は、ある外科用ロボットアームがリーディング外科用ロボットアームになるよう指定し、別の外科用ロボットアームをフォロア外科用ロボットアームに指定する（たとえば、フォロア外科用ロボットアームは、ラインに沿って固定距離離れてリーディング外科用ロボットアームに追従する）。更に、たとえば、外科用ロボットアームが内視鏡を保持しており、２つの追加の外科用ロボットアームが、それぞれ器具を保持している場合、ロボットで保持された内視鏡の動きは、ロボットで保持された器具を内視鏡の見える所に保つことを目的として器具の位置に依存する。
【０００４】
明らかに、マルチロボットアーム外科タスクの成功又は失敗は、外科用ロボットアーム間の制御を頻繁に切り替えるための外科医コンソールオペレータの技能に非常に依存する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
マルチロボットアーム外科タスクに関与する外科用ロボットアーム間の依存動きを改善するために、本開示は、（１つ又は複数の）入力デバイス（たとえば、（１つ又は複数の）ハンドル、（１つ又は複数の）ジョイスティック、（１つ又は複数の）ローラーボールなど）からの信号を解釈し、独立外科用ロボットアームの動きに変換し、そこで、１つ又は複数の依存外科用ロボットアームの動きを、独立外科用ロボットアームの動きに対する空間幾何学的関係によって定義することによって、１つ又は複数の入力デバイスを使用して２つ又はそれ以上の外科用ロボットアームを制御するための発明を提供する。本開示の発明による改善は、外科用ロボットアーム間の制御を切り替える必要を低減した、マルチロボットアーム外科タスクの直観的な制御である。
【０００６】
本開示の発明を説明し、主張する目的で、
（１）  「空間幾何学的関係」という用語は、線形ベクトル及び／又は角ベクトルの形態の動きベクトルによって定義される座標空間内の複数の外科用ロボットアーム間の動き依存性を広く包含し、座標空間内の軸又は平面に対する動きベクトルの大きさ及び／又は方向、或いは座標空間内の幾何学的物体に対する動きベクトルの大きさ及び／又は方向によって更に定義され、
（２）  「独立外科用ロボットアーム」という用語は、本開示の技術分野で知られているような入力デバイスによって制御される座標空間内の動きの範囲を有する、本開示の技術分野で知られており、以下で想到されるような外科用ロボットアームのすべての構造上の構成を広く包含し、
（３）  「依存外科用ロボットアーム」という用語は、本開示の発明の原理に従って自動制御される座標空間内の動きの範囲を有する、本開示の技術分野で知られており、以下で想到されるような外科用ロボットアームのすべての構造上の構成を広く包含する。
【０００７】
独立外科用ロボットアームと依存外科用ロボットアームとの間の、本開示の発明の原理による空間幾何学的関係の一例は、座標空間内の外科用ロボットアーム間の定義された線形ベクトルである。依存外科用ロボットアームの自動動き制御は、線形ベクトルの大きさに等しい外科用ロボットアーム間の距離を維持し、その線形ベクトルの方向は、依存外科用ロボットアームが、（１つ又は複数の）入力デバイス（たとえば、（１つ又は複数の）ハンドル、（１つ又は複数の）ジョイスティック、（１つ又は複数の）ローラーボールなど）のオペレータによって制御される、座標空間内の独立外科用ロボットアームの経路に追従するように変動する。
【０００８】
独立外科用ロボットアームと依存外科用ロボットアームとの間の本開示の発明の原理による空間幾何学的関係の第２の例は、座標空間内の外科用ロボットアーム間の定義された線形ベクトルであり、その線形ベクトルは、座標空間の軸に平行な方向、座標空間の平面を横断する方向、又は球体の表面に対して放射状の方向を有する。（１つ又は複数の）入力デバイスのオペレータが、座標空間内の独立外科用ロボットアームの動き制御を用いるとき、依存外科用ロボットアームの自動動き制御は、線形ベクトルの大きさに等しい外科用ロボットアーム間の距離を維持し、更に、軸に平行であるか、平面に対する横断であるか、又は球体に対して放射状であるベクトルの方向に対応する依存外科用ロボットアームの方向を維持する。
【０００９】
独立外科用ロボットアームと依存外科用ロボットアームとの間の、本開示の発明の原理による空間幾何学的関係の第３の例は、座標空間内の外科用ロボットアーム間の定義された角ベクトルである。依存外科用ロボットアームの自動動き制御は、角ベクトルの大きさに等しい外科用ロボットアーム間の角配向を維持し、その角ベクトルの方向は、依存外科用ロボットアームが、（１つ又は複数の）入力デバイス（たとえば、（１つ又は複数の）ハンドル、（１つ又は複数の）ジョイスティック、（１つ又は複数の）ローラーボールなど）のオペレータによって制御される、座標空間内の独立外科用ロボットアームの経路を追跡するように変動する。
【００１０】
独立外科用ロボットアームと依存外科用ロボットアームとの間の、本開示の発明の原理による空間幾何学的関係の第４の例は、座標空間内の外科用ロボットアーム間の定義された角ベクトルであり、角ベクトルは、座標空間の平面を横断する方向を有する。（１つ又は複数の）入力デバイスのオペレータが、座標空間内の独立外科用ロボットアームの動き制御を用いるとき、依存外科用ロボットアームの自動動き制御は、角ベクトルの大きさに等しい外科用ロボットアーム間の角配向を維持し、更に、平面に対して横断する角ベクトル方向に対応する依存外科用ロボットアームの方向を維持する。
【００１１】
独立外科用ロボットアームと依存外科用ロボットアームとの間の、本開示の発明の原理による空間幾何学的関係の第５の例は、外科タスク（たとえば、腹腔鏡手術における糸結び）の実行における外科用ロボットアーム間の定義された手順的同期である。座標空間内の依存外科用ロボットアームの自動動き制御は、（１つ又は複数の）入力デバイスのオペレータが、特定の外科手順に従って座標空間内の独立外科用ロボットアームの動き制御を用いるとき、座標空間内の独立外科用ロボットアームの動きの関数である（たとえば、依存外科用ロボットアームの自動動き制御は、手順的同期によって定義される陽関数を介して算出されるか、又は手順的同期を定義するルックアップテーブルを介して検索される）。
【００１２】
独立外科用ロボットアームのペアと依存外科用ロボットアームとの間の、本開示の発明の原理による空間幾何学的関係の第６の例は、座標空間内の外科用ロボットアーム間の定義された相対配置である。依存外科用ロボットアームの自動動き制御は、入力デバイスのオペレータが、座標空間内の独立外科用ロボットアームの動き制御を用いるとき、外科用ロボットアーム間の相対配置を維持する。
【００１３】
更に、本開示の空間幾何学的関係は、指定された（１つ又は複数の）時間期間又はロボット外科手順の全体中に実施され、ロボット外科手順の固有の（１つ又は複数の）タスク又はすべてのタスクについて実施され、条件付き定義又は固定された定義を有し、時間の関数として定義される。
【００１４】
同じく、本開示の発明を説明し、主張する目的で、
（１）  「動き依存性外科用ロボットシステム」という用語は、（１つ又は複数の）入力デバイスからの入力信号を独立外科用ロボットアームの動きになるように処理し、そこで、１つ又は複数の依存外科用ロボットアームの動きを、独立外科用ロボットアームに対する依存外科用ロボットアームの空間幾何学的関係によって定義することによって、２つ又はそれ以上の外科用ロボットアームを制御するための本開示の発明の原理を組み込んだ、本開示の技術分野で知られており、以下で想到されるようなすべての外科用ロボットシステムを広く包含する。知られている外科用ロボットシステムの例としては、限定はしないが、ｄａ  Ｖｉｎｃｉ（登録商標）  Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ、Ｒａｖｅｎ  Ｒｏｂｏｔｉｃ  Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ、Ｓｐｏｒｔ（商標）  Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ及びＦｌｅｘ（商標）Ｒｏｂｏｔｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍがある。
（２）  「動き依存性ロボット制御方法」という用語は、（１つ又は複数の）入力デバイスからの入力信号を独立外科用ロボットアームの動きになるように処理し、そこで、１つ又は複数の依存外科用ロボットアームの動きを、独立外科用ロボットアームに対する依存外科用ロボットアームの空間幾何学的関係によって定義することによって、２つ又はそれ以上の外科用ロボットアームを制御するための本開示の発明の原理を組み込んだ、本開示の技術分野で知られており、以下で想到されるような、外科用ロボットシステムを制御するすべての方法を広く包含する。
（３）  「動き依存性ロボットコントローラ」という用語は、本明細書で後で説明される本開示の様々な発明の原理の適用例を制御するための、本開示の動き依存性外科用ロボットシステム内で利用される格納される特定用途向けメインボード又は特定用途向け集積回路のすべての構造上の構成を広く包含する。コントローラの構造上の構成は、限定はしないが、（１つ又は複数の）プロセッサ、（１つ又は複数の）コンピュータ使用可能／コンピュータ可読記憶媒体、オペレーティングシステム、（１つ又は複数の）アプリケーションモジュール、（１つ又は複数の）周辺デバイスコントローラ、（１つ又は複数の）インターフェース、（１つ又は複数の）バス、（１つ又は複数の）スロット、及び（１つ又は複数の）ポートを含む。
（４）  「アプリケーションモジュール」という用語は、固有のアプリケーションを実行するための電子回路及び／又は実行可能プログラム（たとえば、（１つ又は複数の）非一時的コンピュータ可読媒体に記憶された実行可能ソフトウェア及び／又はファームウェア）からなる動き依存性ロボットコントローラの構成要素を広く包含し、
（５）  「信号」、「データ」及び「コマンド」という用語は、本明細書で後で説明される本開示の様々な発明の原理を適用することをサポートする情報及び／又は命令を通信するための、本開示の技術分野で理解され、本明細書で例示的に説明されるように、検出可能な物理量又は推進力のすべての形態（たとえば、電圧、電流、又は磁界強度）を広く包含する。本開示の構成要素間の信号／データ／コマンド通信は、限定はしないが、任意のタイプのワイヤード又はワイヤレス媒体／データリンク上のデータ／コマンド送信／受信、及びコンピュータ使用可能／コンピュータ可読記憶媒体にアップロードされた信号／データ／コマンドの読取りを含む、本開示の技術分野で知られており、以下で想到されるような通信方法に関与する。
【００１５】
本開示の発明の一実施形態は、独立外科用ロボットアームと、依存外科用ロボットアームと、独立外科用ロボットアーム及び依存外科用ロボットアームと通信している動き依存性ロボットコントローラとを利用する動き依存性外科用ロボットシステムである。
【００１６】
動作中、動き依存性ロボットコントローラは、座標空間内の独立外科用ロボットアームの動きを示す入力信号に応答して、座標空間内の独立外科用ロボットアームの動きを制御する。動き依存性ロボットは、更に、座標空間内の独立外科用ロボットアームと依存外科用ロボットアームとの間の空間幾何学的関係の関数として、座標空間内の依存外科用ロボットアームの動きを制御する。
【００１７】
本開示の発明の第２の実施形態は、独立動きベクトル生成器と、独立外科用ロボットアームアクチュエータと、依存動きベクトル生成器と、依存外科用ロボットアームアクチュエータとを利用する動き依存性ロボットコントローラアプリケーションモジュールである。
【００１８】
動作中、独立動きベクトル生成器は、座標空間内の独立外科用ロボットアームの動きを示す入力信号に応答して、座標空間内の独立外科用ロボットアームの動きを制御するための独立動きベクトル信号（たとえば、線形ベクトル又は角ベクトル）を生成する。
【００１９】
独立外科用ロボットアームアクチュエータは、独立動きベクトル生成器による独立動きベクトル信号の生成に応答して、座標空間内の独立外科用ロボットアームの動きに有益である独立作動コマンドを生成する。
【００２０】
依存動きベクトル生成器は、座標空間内の独立外科用ロボットアームと依存外科用ロボットアームとの間の空間幾何学的関係の関数として、座標空間内の依存外科用ロボットアームの動きを制御するための依存動きベクトル信号（たとえば、線形ベクトル又は角ベクトル）を生成する。
【００２１】
依存外科用ロボットアームアクチュエータは、依存動きベクトル生成器による依存動きベクトル信号の生成に応答して、座標空間内の依存外科用ロボットアームの動きに有益である作動コマンドを生成する。
【００２２】
本開示の発明の第３の形式実施形態は、動き依存性外科用ロボットシステムの動き依存性ロボット制御方法である。動き依存性ロボット制御方法は、座標空間内の独立外科用ロボットアームの動きを示す入力信号に応答して、座標空間内の独立外科用ロボットアームの動きを制御する動き依存性ロボットコントローラ、及び座標空間内の独立外科用ロボットアームと依存外科用ロボットアームとの間の空間幾何学的関係の関数として、座標空間内の依存外科用ロボットアームの動きを制御する動き依存性ロボットコントローラに関与する。
【００２３】
本開示の発明の上記の実施形態及び他の実施形態、並びに本開示の発明の様々な特徴及び利点は、添付の図面とともに読み取られる本開示の発明の様々な実施形態の以下の詳細な説明から更に明らかになる。詳細な説明及び図面は、限定的ではなく、本開示の発明の例示にすぎず、本開示の発明の範囲は、添付の特許請求の範囲とその均等物とによって定義される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本開示の発明の原理による、独立外科用ロボットアームと依存外科用ロボットアームとの間の空間幾何学的関係の例示的な実施形態を示す図である。
【図２Ａ−２Ｅ】本開示の発明の原理による、独立外科用ロボットアームと依存外科用ロボットアームとの間の空間距離の例示的な実施形態を示す図である。
【図３Ａ−３Ｄ】本開示の発明の原理による、独立外科用ロボットアームと依存外科用ロボットアームとの間の空間距離の更なる例示的な実施形態を示す図である。
【図４Ａ−４Ｃ】本開示の発明の原理による、独立外科用ロボットアームと依存外科用ロボットアームとの角配向の例示的な実施形態を示す図である。
【図５Ａ−５Ｃ】本開示の発明の原理による、独立外科用ロボットアームと依存外科用ロボットアームとの間の角配向の更なる例示的な実施形態を示す図である。
【図６Ａ−６Ｇ】本開示の発明の原理による、独立外科用ロボットアームと依存外科用ロボットアームとの間の手順的同期の例示的な実施形態を示す図である。
【図７】本開示の発明の原理による、独立外科用ロボットアームと依存外科用ロボットアームとのための動き依存性ロボット制御方法の第１の例示的な実施形態を表すフローチャートである。
【図８Ａ−８Ｂ】本開示の発明の原理による、依存外科用ロボットアームによる障害物回避の例示的な実施形態を示す図である。
【図９】本開示の発明の原理による、独立外科用ロボットアームと依存外科用ロボットアームとのための動き依存性ロボット制御方法の第２の例示的な実施形態を表すフローチャートである。
【図１０】本開示の発明の原理による、独立外科用ロボットアームのペアと依存外科用ロボットアームとの間の空間幾何学的関係の例示的な実施形態を示す図である。
【図１１】本開示の発明の原理による、独立外科用ロボットアームのペアと依存外科用ロボットアームとの間の相対配置の例示的な実施形態を示す図である。
【図１２】本開示の発明の原理による、独立外科用ロボットアームのペアと依存外科用ロボットアームとのための動き依存性ロボット制御方法の第１の例示的な実施形態を表すフローチャートである。
【図１３】本開示の発明の原理による、独立外科用ロボットアームのペアと依存外科用ロボットアームとのための動き依存性ロボット制御方法の第２の例示的な実施形態を表すフローチャートである。
【図１４Ａ−１４Ｂ】本開示の発明の原理による、動き依存性外科用ロボットシステムの例示的な実施形態を示す図である。
【図１５Ａ−１５Ｂ】本開示の発明の原理による、独立外科用ロボットアームと依存外科用ロボットアームとのための動き依存性ロボットコントローラの例示的な実施形態を示す図である。
【図１６Ａ−１６Ｂ】本開示の発明の原理による、独立外科用ロボットアームのペアと依存外科用ロボットアームとのための動き依存性ロボットコントローラの例示的な実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本開示の発明の理解を容易にするために、図１〜図５の以下の説明は、本開示の発明の原理による、独立外科用ロボットアームと依存外科用ロボットアームとの間の空間幾何学的関係の基本的な発明の原理を教示する。図１〜図５のこの説明から、当業者は、独立外科用ロボットアームと依存外科用ロボットアームとの間の多数の様々な空間幾何学的関係を実践するために本開示の発明の原理をどのように適用すべきかを了解されよう。
【００２６】
図１を参照すると、明快のために示されるＸ−Ｙ軸によって象徴される３次元（「３Ｄ」）座標空間ＣＳは、外科用ロボット手順（たとえば、一般的な外科手順、心臓外科手順、神経外科手術など）を実施するための動作空間を表す。実際には、座標空間ＣＳは、動作空間内の患者の解剖学的領域の支持（たとえば、患者テーブル）によって確立される。
【００２７】
座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０の動きベクトルＭＶＩＲＡは、外科用ロボットシステム（図示せず）の入力デバイス（たとえば、（１つ又は複数の）ハンドル、（１つ又は複数の）ジョイスティック、（１つ又は複数の）ローラーボールなど）によって、本開示の技術分野で知られているように制御可能である。より詳細には、座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０の動きベクトルＭＶＩＲＡは、座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０の並進、回転及び／又は枢動を指示する入力デバイスによって生成された入力信号ＩＳＩＲＡの関数である。
【００２８】
座標空間ＣＳ内の依存外科用ロボットアーム２１の並進、回転及び／又は枢動は、独立外科用ロボットアーム２０と依存外科用ロボットアーム２１との間の本開示の空間幾何学的関係ＳＧＲによって自動制御される。より詳細には、座標空間ＣＳ内の依存外科用ロボットアーム２１の動きベクトルＭＶＤＲＡは、空間幾何学的関係ＳＧＲのコンテキストにおける座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０の動きベクトルＭＶＩＲＡの関数であり、それにより、座標空間ＣＳ内の依存外科用ロボットアーム２１の並進、回転及び／又は枢動を自動制御する。
【００２９】
実際には、独立外科用ロボットアーム２０の動きベクトルＭＶＩＲＡと依存外科用ロボットアーム２１の動きベクトルＭＶＤＲＡとは、座標系ＣＳ内の外科用ロボットアーム２０及び２１のターゲット位置として導出される。
【００３０】
一実施形態では、独立外科用ロボットアーム２０の動きベクトルＭＶＩＲＡと依存外科用ロボットアーム２１の動きベクトルＭＶＤＲＡとは、［Ｘ  Ｙ  Ｚ］ＩＲＡと［Ｘ  Ｙ  Ｚ］ＤＲＡとによる、座標系ＣＳ内の外科用ロボットアーム２０及び２１の３つのターゲット位置から導出される。
【００３１】
第２の実施形態では、独立外科用ロボットアーム２０の動きベクトルＭＶＩＲＡと依存外科用ロボットアーム２１の動きベクトルＭＶＤＲＡとは、［Ｘ  Ｙ  Ｚ  Φ  Θ  Ψ］ＩＲＡと［Ｘ  Ｙ  Ｚ  Φ  Θ  Ψ］ＤＲＡとによる、座標系ＣＳ内の外科用ロボットアーム２０及び２１の３つのターゲット位置と３つの配向とから導出される。
【００３２】
また、実際には、独立外科用ロボットアーム２０の動きベクトルＭＶＩＲＡと依存外科用ロボットアーム２１の動きベクトルＭＶＤＲＡとは、座標系ＣＳ内の外科用ロボットアーム２０及び２１の現在の配向のターゲット速度として導出される。
【００３３】
一実施形態では、独立外科用ロボットアーム２０の動きベクトルＭＶＩＲＡと依存外科用ロボットアーム２１の動きベクトルＭＶＤＲＡとは、［ｄＸ／ｄｔ  ｄＹ／ｄｔ  ｄＺ／ｄｔ］ＩＲＡと［ｄＸ／ｄｔ  ｄＹ／ｄｔ  ｄＺ／ｄｔ］ＤＲＡとによる座標空間ＣＳ内の外科用ロボットアーム２０及び２１の３つの並進速度として導出される。
【００３４】
第２の実施形態では、独立外科用ロボットアーム２０の動きベクトルＭＶＩＲＡと依存外科用ロボットアーム２１の動きベクトルＭＶＤＲＡとは、［ｄＸ／ｄｔ  ｄＹ／ｄｔ  ｄＺ／ｄｔ  ｄΦ／ｄｔ  ｄΘ／ｄｔ  ｄΨ／ｄｔ］ＩＲＡと［ｄＸ／ｄｔ  ｄＹ／ｄｔ  ｄＺ／ｄｔ  ｄΦ／ｄｔ  ｄΘ／ｄｔ  ｄΨ／ｄｔ］ＤＲＡとによる座標空間ＣＳ内の外科用ロボットアーム２０及び２１の３つの並進速度及び３つの角速度として導出される。
【００３５】
空間幾何学的関係ＳＧＲは、座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０のオペレータ制御動きに対する依存外科用ロボットアーム２１の動き依存性である。より詳細には、空間幾何学的関係ＳＧＲは、線形ベクトル及び／又は角ベクトルの形態の動きベクトルを定義し、座標空間内の軸又は平面に対する動きベクトルの大きさ及び／又は方向、或いは座標空間内の幾何学的物体に対する動きベクトルの大きさ及び／又は方向によって更に定義される。
【００３６】
図２〜図５の以下の説明は、外科用ロボットアーム２０と外科用ロボットアーム２１との間の空間幾何学的関係ＳＧＲの様々な例を示している。
【００３７】
図２Ａを参照すると、外科用ロボットアーム２０と外科用ロボットアーム２１との間の経路追従線形ベクトル（ｐａｔｈ  ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ  ｌｉｎｅａｒ  ｖｅｃｔｏｒ）ＰＦＬＶが空間幾何学的関係ＳＧＲを定義し、そこで、依存外科用ロボットアーム２１の自動動き制御は、経路追従線形ベクトルＰＦＬＶの大きさに等しい、外科用ロボットアーム２０と外科用ロボットアーム２１との間の空間距離を維持し、経路追従線形ベクトルＰＦＬＶの方向は、依存外科用ロボットアーム２１が、（１つ又は複数の）入力デバイス（たとえば、（１つ又は複数の）ハンドル、（１つ又は複数の）ジョイスティック、（１つ又は複数の）ローラーボールなど）のオペレータによって制御される、座標空間ＣＳ（図１）内の独立外科用ロボットアーム２０の線形経路ＬＰ及び／又は曲線経路ＣＬＰに追従するように変動する。
【００３８】
実際には、経路追従線形ベクトルＰＦＬＶの方向は、座標系ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０の動きに依存して可変であるが、経路追従線形ベクトルＰＦＬＶの大きさは、（１つ又は複数の）固有の条件の下で固定又は可変である。たとえば、経路追従線形ベクトルＰＦＬＶの大きさは、外科用ロボットアーム２０及び２１が座標空間ＣＳ内のターゲット位置に接近するにつれて低減されるか、或いは外科用ロボットアーム２０及び２１が座標空間ＣＳ内で並進、回転及び／又は枢動されるにつれて時間とともに減衰する。
【００３９】
また、実際には、経路追従線形ベクトルＰＦＬＶの実装形態の場合、座標空間ＣＳ内の依存外科用ロボットアーム２１の配向は、座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０の配向に依存するか、又は依存しない。
【００４０】
たとえば、図２Ｂは、依存外科用ロボットアーム２１ａが、座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０ａの線形経路ＬＰに追従するように、経路追従線形ベクトルＰＦＬＶの大きさに等しい、外科用ロボットアーム２０ａと外科用ロボットアーム２１ａとの間の、固定又は可変の空間距離を維持する依存外科用ロボットアーム２１ａの自動動き制御を示す。この例では、依存外科用ロボットアーム２１ａの自動動き制御は、座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０ａの配向に依存する、座標空間ＣＳ内の依存外科用ロボットアーム２１ａの配向に関与する（たとえば、ロボットアーム２０ａ及び２１ａは、座標空間ＣＳ内の同等の配向又は座標空間ＣＳ内の固定相対配向を維持する）。
【００４１】
更なる例によって、図２Ｃは、依存外科用ロボットアーム２１ａが、座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０ａの線形経路ＬＰに追従するように、経路追従線形ベクトルＰＦＬＶの大きさに等しい、外科用ロボットアーム２０ａと外科用ロボットアーム２１ａとの間の、固定又は可変の空間距離を維持する依存外科用ロボットアーム２１ａの自動動き制御を示す。この例では、依存外科用ロボットアーム２１ａの自動動き制御は、座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０ａの配向に依存しない、座標空間ＣＳ内の依存外科用ロボットアーム２１ａの配向に関与する（たとえば、ロボットアーム２０ａ及び２１ａは、座標空間ＣＳ内の可変相対配向を有する）。
【００４２】
更なる例によって、図２Ｄは、依存外科用ロボットアーム２１ａが、座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０ａの曲線経路ＣＬＰに追従するように、経路追従線形ベクトルＰＦＬＶの大きさに等しい、外科用ロボットアーム２０ａと外科用ロボットアーム２１ａとの間の、固定又は可変の空間距離を維持する依存外科用ロボットアーム２１ａの自動動き制御を示す。この例では、依存外科用ロボットアーム２１ａの自動動き制御は、座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０ａの配向に依存する、座標空間ＣＳ内の依存外科用ロボットアーム２１ａの配向に関与する。
【００４３】
更なる例によって、図２Ｅは、依存外科用ロボットアーム２１ａが、座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０ａの曲線経路ＣＬＰに追従するように、経路追従線形ベクトルＰＦＬＶの大きさに等しい、外科用ロボットアーム２０ａと外科用ロボットアーム２１ａとの間の、固定又は可変の空間距離を維持する依存外科用ロボットアーム２１ａの自動動き制御を示す。この例では、依存外科用ロボットアーム２１ａの自動動き制御は、座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０ａの配向に依存しない、座標空間ＣＳ内の依存外科用ロボットアーム２１ａの配向に関与する。
【００４４】
図３Ａを参照すると、外科用ロボットアーム２０と外科用ロボットアーム２１との間の幾何学的線形ベクトルＧＬＦが空間幾何学的関係ＳＧＲを定義し、そこで、（１つ又は複数の）入力デバイスのオペレータが座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０の動き制御を用いるとき、依存外科用ロボットアーム２１の自動動き制御は、幾何学的線形ベクトルＧＬＦの大きさに等しい、外科用ロボットアーム２０と外科用ロボットアーム２１との間の空間距離を維持し、更に、座標空間ＣＳの軸に平行であるか、座標空間ＣＳの平面の横断であるか、又は球体の表面に対して放射状である幾何学的線形ベクトルの方向に対応する、依存外科用ロボットアーム２１の方向を維持する。
【００４５】
実際には、幾何学的線形ベクトルＧＬＦの方向は、座標系ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０の動きに依存して可変であるが、幾何学的線形ベクトルＧＬＦの大きさは、（１つ又は複数の）固有の条件の下で固定又は可変である。たとえば、幾何学的線形ベクトルＧＬＦの大きさは、外科用ロボットアーム２０及び２１が座標空間ＣＳ内のターゲット位置に接近するにつれて低減されるか、或いは外科用ロボットアーム２０及び２１が座標空間ＣＳ内で並進、回転及び／又は枢動されるにつれて時間とともに減衰する。
【００４６】
また、実際には、幾何学的線形ベクトルＧＬＦの実装形態の場合、座標空間ＣＳ内の依存外科用ロボットアーム２１の配向は、座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０の配向に依存するか、又は依存しない。
【００４７】
たとえば、図３Ｂは、幾何学的線形ベクトルＧＬＦの大きさに等しい、外科用ロボットアーム２０ａと外科用ロボットアーム２１ａとの間の、固定又は可変の空間距離を維持する依存外科用ロボットアーム２１ａの自動動き制御を示し、幾何学的線形ベクトルＧＬＦの方向は、座標空間ＣＳのＸ軸に平行に固定される。この例では、依存外科用ロボットアーム２１ａの自動動き制御は、座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０ａの配向に依存する、座標空間ＣＳ内の依存外科用ロボットアーム２１ａの配向に関与する。
【００４８】
更なる例によって、図３Ｃは、幾何学的線形ベクトルＧＬＦの大きさに等しい、外科用ロボットアーム２０ａと外科用ロボットアーム２１ａとの間の、固定又は可変の空間距離を維持する依存外科用ロボットアーム２１ａの自動動き制御を示し、幾何学的線形ベクトルＧＬＦの方向は、座標空間ＣＳのＸＹ平面を横断する。この例では、依存外科用ロボットアーム２１ａの自動動き制御は、座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０ａの配向に依存しない、座標空間ＣＳ内の依存外科用ロボットアーム２１ａの配向に関与する。
【００４９】
更なる例によって、図３Ｄは、球体の中心から放射状に延びる幾何学的線形ベクトルＧＬＦの大きさに等しい、外科用ロボットアーム２０ａと外科用ロボットアーム２１ａとの間の、固定又は可変の空間距離を維持する依存外科用ロボットアーム２１ａの自動動き制御を示し、球体の表面に沿った幾何学的線形ベクトルＧＬＦの方向は、独立外科用ロボットアーム２０ａの回転動きに依存する。この例では、依存外科用ロボットアーム２１ａの自動動き制御は、座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０ａの配向に依存しない、座標空間ＣＳ内の依存外科用ロボットアーム２１ａの配向に関与する。
【００５０】
図４Ａを参照すると、外科用ロボットアーム２０と外科用ロボットアーム２１との間の経路追跡角ベクトル（ｐａｔｈ  ｔｒａｉｌｉｎｇ  ａｎｇｕｌａｒ  ｖｅｃｔｏｒ）ＰＴＡＶが空間幾何学的関係ＳＧＲを定義し、そこで、依存外科用ロボットアーム２１の自動動き制御は、依存外科用ロボットアーム２１が、（１つ又は複数の）入力デバイス（たとえば、（１つ又は複数の）ハンドル、（１つ又は複数の）ジョイスティック、（１つ又は複数の）ローラーボールなど）のオペレータによって制御される、座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０を追跡するように、外科用ロボットアーム２０の経路と外科用ロボットアーム２１の経路との角配向を維持する。
【００５１】
実際には、経路追跡角ベクトルＰＴＡＶの方向は、座標系内の独立外科用ロボットアーム２０の動きに依存して可変であるが、経路追跡角ベクトルＰＴＡＶの大きさは、（１つ又は複数の）固有の条件の下で固定又は可変である。たとえば、経路追跡角ベクトルＰＴＡＶの大きさは、外科用ロボットアーム２０及び２１が座標空間ＣＳ内のターゲット位置に接近するにつれて低減されるか、或いは外科用ロボットアーム２０及び２１が座標空間ＣＳ内で並進、回転及び／又は枢動されるにつれて時間とともに減衰する。
【００５２】
また、実際には、経路追跡角ベクトルＰＴＡＶの実装形態の場合、座標空間ＣＳ内の依存外科用ロボットアーム２１の配向は、座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０の配向に依存するか、又は依存しない。
【００５３】
たとえば、図４Ｂ及び図４Ｃは、依存外科用ロボットアーム２１が、（１つ又は複数の）入力デバイス（たとえば、（１つ又は複数の）ハンドル、（１つ又は複数の）ジョイスティック、（１つ又は複数の）ローラーボールなど）のオペレータによって制御される、座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０を追跡するように、外科用ロボットアーム２０の経路と外科用ロボットアーム２１の経路との、固定又は可変の角配向を維持する依存外科用ロボットアーム２１の自動動き制御を示す。図４Ｂの場合、座標空間ＣＳ内の依存外科用ロボットアーム２１ａの配向は、座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０ａの配向に依存する。逆に、図４Ｃの場合、座標空間ＣＳ内の依存外科用ロボットアーム２１ａの配向は、座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０ａの配向に依存しない。
【００５４】
図５Ａを参照すると、外科用ロボットアーム２０と外科用ロボットアーム２１との間の幾何学的角ベクトルＧＡＶが、空間幾何学的関係ＳＧＲを定義し、そこで、依存外科用ロボットアーム２１の自動動き制御は、（１つ又は複数の）入力デバイスのオペレータが、座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０の動き制御を用いるとき、座標系ＣＳの平面に対する、外科用ロボットアーム２０の経路と外科用ロボットアーム２１の経路との角配向を維持する。
【００５５】
実際には、幾何学的角ベクトルＧＡＶの方向は、座標系内の独立外科用ロボットアーム２０の動きに依存して可変であるが、幾何学的角ベクトルＧＡＶの大きさは、（１つ又は複数の）固有の条件の下で固定又は可変である。たとえば、幾何学的角ベクトルＧＡＶの大きさは、外科用ロボットアーム２０及び２１が座標空間ＣＳ内のターゲット位置に接近するにつれて低減されるか、或いは外科用ロボットアーム２０及び２１が座標空間ＣＳ内で並進、回転及び／又は枢動されるにつれて時間とともに減衰する。
【００５６】
また、実際には、幾何学的角ベクトルＧＡＶの実装形態の場合、座標空間ＣＳ内の依存外科用ロボットアーム２１の配向は、座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０の配向に依存するか、又は依存しない。
【００５７】
たとえば、図５Ｂ及び図５Ｃは、依存外科用ロボットアーム２１が、（１つ又は複数の）入力デバイス（たとえば、（１つ又は複数の）ハンドル、（１つ又は複数の）ジョイスティック、（１つ又は複数の）ローラーボールなど）のオペレータによって制御される、座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０を追跡するように、ＸＹ平面に対する、外科用ロボットアーム２０の経路と外科用ロボットアーム２１の経路との、固定又は可変の角配向を維持する依存外科用ロボットアーム２１の自動動き制御を示す。図５Ｂの場合、座標空間ＣＳ内の依存外科用ロボットアーム２１ａの配向は、座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０ａの配向に依存する。逆に、図５Ｃの場合、座標空間ＣＳ内の依存外科用ロボットアーム２１ａの配向は、座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０ａの配向に依存しない。
【００５８】
図６Ａを参照すると、外科用ロボットアーム２０と外科用ロボットアーム２１との間の手順的同期２３が、外科タスク（たとえば、腹腔鏡下の糸結び）の実装形態から導出された本開示の空間幾何学的関係を定義し、そこで、座標空間ＣＳ内の依存外科用ロボットアーム２１の自動動き制御は、（１つ又は複数の）入力デバイスのオペレータが、外科タスクに従って座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０の動き制御を用いるとき、座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０の動きの外科タスクのコンテキスト内の関数である。
【００５９】
実際には、依存外科用ロボットアーム２１の自動動き制御は、外科タスクに従って外科用ロボットアーム２０と外科用ロボットアーム２１との間の手順的関係を定義する陽関数２４を介して算出される。
【００６０】
また、実際には、依存外科用ロボットアーム２１の自動動き制御は、外科タスクに従って外科用ロボットアーム２０と外科用ロボットアーム２１との間の手順的関係を記憶するルックアップテーブル２５を介して検索される。
【００６１】
たとえば、図６Ｂ〜図６Ｇは、外科用ロボットアーム２０ａ及び２１ａによって実施される腹腔鏡下の糸結びの連続的なステップを示す。
【００６２】
一実施形態では、依存外科用ロボットアーム２１ａの自動動き制御は、腹腔鏡下の糸結びタスクのステップに従って外科用ロボットアーム２０ａと外科用ロボットアーム２１ａとの間の手順的関係を定義する陽関数を介して算出される。より詳細には、この例では、陽関数は、図６Ｃに示されているように、独立外科用ロボットアーム２０ａの周りに糸を巻きつける独立外科用ロボットアーム２０ａの回転の完了時の独立外科用ロボットアーム２０ａの配置に対する依存外科用ロボットアーム２１ａの動きを定義し、そこで、依存外科用ロボットアーム２１ａは、独立外科用ロボットアーム２０ａに対する位置において自動的に移動され、それにより図６Ｄに示されているように糸を把持する。更に、更なる陽関数は、図６Ｄ及び図６Ｅに示されているように、輪にされた糸を通る独立外科用ロボットアーム２０ａの動きの完了時の独立外科用ロボットアーム２０ａの配置に対する依存外科用ロボットアーム２１ａの動きを定義し、そこで、依存外科用ロボットアーム２１ａは、独立外科用ロボットアーム２０ａに対する位置において自動的に移動され、それにより図６Ｇに示されているように糸を締める。
【００６３】
代替的に、ルックアップテーブルが、図６Ｃに示されているように、独立外科用ロボットアーム２０ａの周りに糸を巻きつける独立外科用ロボットアーム２０ａの回転の完了時の独立外科用ロボットアーム２０ａの配置に対する依存外科用ロボットアーム２１ａの動きを定義し、そこで、依存外科用ロボットアーム２１ａは、独立外科用ロボットアーム２０ａに対する位置において自動的に移動され、それにより図６Ｄに示されているように糸を把持する。更に、ルックアップテーブルは、図６Ｄ及び図６Ｅに示されているように、輪にされた糸を通る独立外科用ロボットアーム２０ａの動きの完了時の独立外科用ロボットアーム２０ａの配置に対する依存外科用ロボットアーム２１ａの動きを定義し、そこで、依存外科用ロボットアーム２１ａは、独立外科用ロボットアーム２０ａに対する位置において自動的に移動され、それにより図６Ｇに示されているように糸を締める。
【００６４】
本開示の発明の理解を更に容易にするために、図７〜図９の以下の説明は、本開示の発明の原理による、独立外科用ロボットアームと依存外科用ロボットアームとのための動き依存性ロボット制御方法の基本的な発明の原理を教示する。図７〜図９のこの説明から、当業者は、独立外科用ロボットアームと１つ又は複数の依存外科用ロボットアームとのための多数の様々な動き依存性ロボット制御方法を実践するために本開示の発明の原理をどのように適用すべきかを了解されよう。
【００６５】
図７を参照すると、フローチャート３０は、独立外科用ロボットアーム２０（図１）と依存外科用ロボットアーム２１（図１）とのための動き依存性ロボット制御方法を表している。
【００６６】
フローチャート３０の段階Ｓ３２は、
Ａ．  独立外科用ロボットアーム２０の並進動き、回転動き及び／又は枢動動きに関して座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０のロボット動きＲＭＩＲＡを指示する入力信号ＩＳの本開示の技術分野で知られている解釈と、
Ｂ．  座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０のエンドエフェクタのターゲット配置又はターゲット速度を表す動きベクトルＭＶＩＲＡへの、ロボット動きＲＭＩＲＡの本開示の技術分野で知られている変換と、
Ｃ．  独立外科用ロボットアーム２０の（１つ又は複数の）アクチュエータ（たとえば、作動可能なジョイント）のための作動コマンドＡＣＩＲＡの本開示の技術分野で知られている算出であって、それにより独立外科用ロボットアーム２０のエンドエフェクタを座標空間ＣＳ内でターゲット位置に、又はターゲット速度において移動させる、算出と
に関与する、座標空間ＣＳ（図１）内の独立外科用ロボットアーム動きを包含する。
【００６７】
実際には、独立アーム２０を座標空間ＣＳ内で現在の位置からターゲット位置に並進、回転及び／又は枢動させるための、独立外科用ロボットアーム２０の各アクチュエータの作動コマンドＡＣＩＲＡを算出するために、インバースキネマティクス（逆運動学）モデルが使用される。
【００６８】
また、実際には、独立外科用ロボットアーム２０を座標空間ＣＳ内でターゲット速度において並進、回転及び／又は枢動させるための、独立外科用ロボットアーム２０の各アクチュエータの作動コマンドＡＣＩＲＡを算出するために、ヤコビアン関数が使用される。
【００６９】
図７に示されている段階Ｓ３２の例示的な実行は、入力デバイス１０３（たとえば、（１つ又は複数の）ハンドル、（１つ又は複数の）ジョイスティック、（１つ又は複数の）ローラーボールなど）が、入力信号ＩＳＩＲＡを本開示の動き依存性ロボットコントローラ１０４ａに通信することを包含し、動き依存性ロボットコントローラ１０４ａは、段階Ｓ３２について前に説明された作動コマンドＡＣＩＲＡを算出して、それにより独立外科用ロボットアーム２０の独立動きを制御する。
【００７０】
段階Ｓ３２のエンドエフェクタ動き変換が完了すると、フローチャート３０の段階Ｓ３４は、
Ａ．  座標空間ＣＳ内の依存外科用ロボットアーム２１のエンドエフェクタのターゲット配置又はターゲット速度を表す動きベクトルＭＶＤＲＡの算出であって、そこで、動きベクトルＭＶＤＲＡが、独立外科用ロボットアーム２０のための動きベクトルＭＶＩＲＡと任意の適用可能な空間幾何学的関係（たとえば、図２〜図６の空間幾何学的関係のうちの１つ）との関数である、動きベクトルＭＶＤＲＡの算出と、
Ｂ．  依存外科用ロボットアーム２１の（１つ又は複数の）アクチュエータ（たとえば、作動可能なジョイント）のための作動コマンドＡＣＤＲＡの本開示の技術分野で知られている算出であって、それにより依存外科用ロボットアーム２１のエンドエフェクタを座標空間ＣＳ内でターゲット位置に、又はターゲット速度において移動させる、算出と
に関与する、座標空間ＣＳ（図１）内の依存外科用ロボットアーム動きを包含する。
【００７１】
実際には、依存外科用ロボットアーム２１を座標空間ＣＳ内で現在の位置からターゲット位置に並進、回転及び／又は枢動させるための、依存外科用ロボットアーム２１の各アクチュエータの作動コマンドＡＣＤＲＡを算出するために、インバースキネマティクスモデルが使用される。
【００７２】
また、実際には、依存外科用ロボットアーム２１を座標空間ＣＳ内でターゲット速度において並進、回転及び／又は枢動させるための、依存外科用ロボットアーム２１の各アクチュエータの作動コマンドＡＣＤＲＡを算出するために、ヤコビアン関数が使用される。
【００７３】
図７に示されている段階Ｓ３４の例示的な実行は、動き依存性ロボットコントローラ１０４ａが、段階Ｓ３４について前に説明されたように作動コマンドＡＣＤＲＡを算出して、それにより、座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０の動きに依存する、座標空間ＣＳ内の依存外科用ロボットアーム２１の動きを制御することを包含する。
【００７４】
実際には、座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０の動きに依存する、座標空間ＣＳ内の依存外科用ロボットアーム２１の動きを制御しながら、本開示の動き依存性ロボットコントローラは、環境的危険物の障害物回避を実施する。
【００７５】
たとえば、図８Ａは、手術室内の操作室中のスタッフ、デバイス及び／又はセンサーを表す衝突エリアＣＡ１及びＣＡ２を示す。外科用ロボットアーム２０ａ及び２１ａが衝突エリアＣＡ１及びＣＡ２を回避するために、外科用ロボットシステムの入力デバイスは、衝突エリアＣＡ１及びＣＡ２の回避において独立外科用ロボットアーム２１ａの動きを制御するように動作させられるが、本開示の動き依存性ロボットコントローラは、衝突エリアＣＡ１及びＣＡ２のロケーションを示す環境情報を処理し、衝突エリアＣＡ１及びＣＡ２を回避するために必要に応じて依存外科用ロボットアーム２１ａの依存動きを変更する。環境情報は、この場合、外科用ロボットシステムに登録されるトラッキングシステム（たとえば、電磁トラッキングシステム、又は光トラッキングシステム）によって提供される。
【００７６】
更なる例によって、図８Ｂは、独立外科用ロボットアーム２０ａの動きに依存する依存外科用ロボットアーム２１ａの動きを制御するための、球体に対する解剖学的禁止ゾーンＦＺ１〜ＦＺ３を示す。本開示の動き依存性ロボットコントローラは、解剖学的禁止ゾーンＦＺ１〜ＦＺ３のロケーションを示す情報を処理し、解剖学的禁止ゾーンＦＺ１〜ＦＺ３を回避するために必要に応じて依存外科用ロボットアーム２１ａの依存動きを変更する。環境情報は、この場合、（１つ又は複数の）画像（たとえば、手術中及び手術前の画像又は内視鏡画像の融合）内で画成される解剖学的禁止ゾーンＦＺ１〜ＦＺ３を示す、解剖学的領域の（１つ又は複数の）画像から導出される。
【００７７】
より詳細には、図８Ｂに示されているように、球体の表面上で外科用ロボットアーム２０ａと外科用ロボットアーム２１ａとの間で一定の距離が維持されることになる場合、依存外科用ロボットアーム２１ａの位置は、球体上のどこかである。したがって、環境信号が内視鏡ビデオである場合、オペレータは画像上で許容（又は禁止）ゾーンをマークすることができる。したがって、独立外科用ロボットアーム２０ａが移動するにつれて、本開示の動き依存性ロボットコントローラは画像中の（１つ又は複数の）許容ゾーンをトラッキングし、依存外科用ロボットアーム２１ａが許容される球体の表面上のセクションを算出する。
【００７８】
図９を参照すると、フローチャート４０は、障害物回避態様を組み込んだ、独立外科用ロボットアーム２０（図１）と依存外科用ロボットアーム２１（図１）とのための動き依存性ロボット制御方法を表している。特に、フローチャート４０は、本明細書で前に説明された、フローチャート３０（図７）の変更バージョンであり、フローチャート４０の段階Ｓ４２がフローチャート３０の段階Ｓ３２に対応し、フローチャート４０の段階Ｓ４４がフローチャート３０の段階Ｓ３４に対応し、本開示の動き依存性ロボットコントローラ１０４ｂは、
Ａ．  座標空間ＣＳ内の許容ゾーンＡＺＤＲＡをもたらすための、環境信号ＥＳＤＲＡの、本開示の技術分野で知られている解釈と、
Ｂ．  座標空間ＣＳ内の依存外科用ロボットアーム２１のエンドエフェクタのターゲット配置又はターゲット速度を表す動きベクトルＭＶＤＲＡの算出であって、そこで、動きベクトルＭＶＤＲＡが、独立外科用ロボットアーム２０のための動きベクトルＭＶＩＲＡと、任意の適用可能な空間幾何学的関係（たとえば、図２〜図６の空間幾何学的関係のうちの１つ）と、許容ゾーンＡＺＤＲＡとの関数である、動きベクトルＭＶＤＲＡの算出と
の更なる行為を実行する。
【００７９】
本開示の発明の更なる理解を容易にするために、図１０〜図１３の以下の説明は、本開示の発明の原理による、独立外科用ロボットアームのペアと依存外科用ロボットアームとの間の空間幾何学的関係の基本的な発明の原理を教示する。図１０〜図１３のこの説明から、当業者は、独立外科用ロボットアームのペアと依存外科用ロボットアームとの間の多数の様々な空間幾何学的関係を実践するために本開示の発明の原理をどのように適用すべきかを了解されよう。
【００８０】
図１０を参照すると、この場合も、明快のために示されるＸ−Ｙ軸によって象徴される３次元（「３Ｄ」）座標空間ＣＳは、外科用ロボット手順（たとえば、一般的な外科手順、心臓外科手順、神経外科手術など）を実施するための動作空間を表す。実際には、座標空間ＣＳは、動作空間内の患者の解剖学的領域の支持（たとえば、患者テーブル）によって確立される。
【００８１】
座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０及び２２の動きベクトルＭＶＩＲＡは、外科用ロボットシステム（図示せず）の入力デバイス（たとえば、（１つ又は複数の）ハンドル、（１つ又は複数の）ジョイスティック、（１つ又は複数の）ローラーボールなど）によって、本開示の技術分野で知られているように制御可能である。より詳細には、座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０及び２２の動きベクトルＭＶＩＲＡ１及びＭＶＩＲＡ２は、座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０及び２２の並進、回転及び／又は枢動を指示する（１つ又は複数の）入力デバイスによって生成された入力信号ＩＳＩＲＡ１及びＩＳＩＲＡ２の関数である。実際には、入力デバイスは、座標空間ＣＳ内の外科用ロボットアーム２０と外科用ロボットアーム２２との動き制御の間で切替え可能であるか、又は代替的に、座標空間ＣＳ内の外科用ロボットアーム２０と外科用ロボットアーム２２との動きを独立して制御するために２つの別個の入力デバイスが利用される。
【００８２】
座標空間ＣＳ内の依存外科用ロボットアーム２１の並進、回転及び／又は枢動は、独立外科用ロボットアーム２０及び２２と依存外科用ロボットアーム２１との間の本開示の空間幾何学的関係ＳＧＲによって自動制御される。より詳細には、座標空間ＣＳ内の依存外科用ロボットアーム２１の動きベクトルＭＶＤＲＡは、空間幾何学的関係ＳＧＲのコンテキストにおける座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０の動きベクトルＭＶＩＲＡ１と独立外科用ロボットアーム２２の動きベクトルＭＶＩＲＡ２との関数であり、それにより、座標空間ＣＳ内の依存外科用ロボットアーム２１の並進、回転及び／又は枢動を自動制御する。
【００８３】
実際には、独立外科用ロボットアーム２０の動きベクトルＭＶＩＲＡ１と、独立外科用ロボットアーム２２の動きベクトルＭＶＩＲＡ２と、依存外科用ロボットアーム２１の動きベクトルＭＶＤＲＡとは、本明細書で前に説明されたように、座標系ＣＳ内の外科用ロボットアーム２０〜２２のターゲット位置として導出される。
【００８４】
また、実際には、独立外科用ロボットアーム２０の動きベクトルＭＶＩＲＡ１と、独立外科用ロボットアーム２２の動きベクトルＭＶＩＲＡ２と、依存外科用ロボットアーム２１の動きベクトルＭＶＤＲＡとは、座標系ＣＳ内の外科用ロボットアーム２０〜２２の現在の配向のターゲット速度として導出される。
【００８５】
空間幾何学的関係ＳＧＲは、座標空間ＣＳ内の独立外科用ロボットアーム２０及び２２のオペレータ制御動きに対する依存外科用ロボットアーム２１の動き依存性である。より詳細には、空間幾何学的関係ＳＧＲは、線形ベクトル及び／又は角ベクトルの形態の動きベクトルを定義し、座標空間内の軸又は平面に対する動きベクトルの大きさ及び／又は方向、或いは座標空間内の幾何学的物体に対する動きベクトルの大きさ及び／又は方向によって更に定義される。
【００８６】
実際には、外科用ロボットアーム２０と外科用ロボットアーム２１との間の空間幾何学的関係ＳＧＲ、及び外科用ロボットアーム２１と外科用ロボットアーム２２との間の異なる空間幾何学的関係ＳＧＲは、本発明の動き依存性ロボットコントローラ（たとえば、図２〜図６の空間幾何学的関係ＳＧＲ）によってコンカレントに実施される。
【００８７】
代替的に実際には、外科用ロボットアーム２０〜２２間の単一の空間幾何学的関係ＳＧＲが、本発明の動き依存性ロボットコントローラによって実施される。
【００８８】
図１１の以下の説明は、外科用ロボットアーム２０〜２２間の空間幾何学的関係ＳＧＲの例を示している。
【００８９】
図１１を参照すると、空間距離三角形ＳＤＴが、独立外科用ロボットアーム２０ａ及び２２ａが解剖学的物体ＡＯのほうへ、又は解剖学的物体ＡＯから離れるように移動されるとき、内視鏡依存外科用ロボットアーム２１ｂと独立外科用ロボットアーム２０ａと独立外科用ロボットアーム２２ａとの間の空間距離を維持するための外科用ロボットアーム２０〜２２間の空間幾何学的関係を定義する。
【００９０】
図１２を参照すると、フローチャート５０は、独立外科用ロボットアーム２０及び２２（図１０）と依存外科用ロボットアーム２１（図１０）とのための動き依存性ロボット制御方法を表している。特に、フローチャート５０は、本明細書で前に説明された、フローチャート３０（図７）の変更バージョンであり、フローチャート５０の段階Ｓ５２はフローチャート３０の段階Ｓ３２に対応し、フローチャート５０の段階Ｓ５４はフローチャート３０の段階Ｓ３４に対応し、本開示の動き依存性ロボットコントローラ１０４ｃは、座標空間ＣＳ内の依存外科用ロボットアーム２１のエンドエフェクタのターゲット配置又はターゲット速度を表す動きベクトルＭＶＤＲＡを算出し、そこで、動きベクトルＭＶＤＲＡは、独立外科用ロボットアーム２０のための動きベクトルＭＶＩＲＡ１と、独立外科用ロボットアーム２２のための動きベクトルＭＶＩＲＡ２と、任意の適用可能な空間幾何学的関係（たとえば、図２〜図６及び図１１の空間幾何学的関係のうちの１つ）との関数である。
【００９１】
図１３を参照すると、フローチャート５０は、障害物回避態様を組み込んだ、独立外科用ロボットアーム２０及び２２（図１０）と依存外科用ロボットアーム２１（図１０）とのための動き依存性ロボット制御方法を表している。特に、フローチャート６０は、本明細書で前に説明された、フローチャート４０（図９）の変更バージョンであり、フローチャート６０の段階Ｓ６２はフローチャート４０の段階Ｓ４２に対応し、フローチャート６０の段階Ｓ６４はフローチャート４０の段階Ｓ４４に対応し、本開示の動き依存性ロボットコントローラ１０４ｄは、座標空間ＣＳ内の依存外科用ロボットアーム２１のエンドエフェクタのターゲット配置又はターゲット速度を表す動きベクトルＭＶＤＲＡを算出し、そこで、動きベクトルＭＶＤＲＡは、独立外科用ロボットアーム２０のための動きベクトルＭＶＩＲＡ１と、独立外科用ロボットアーム２２のための動きベクトルＭＶＩＲＡ２と、任意の適用可能な空間幾何学的関係（たとえば、図２〜図６及び図１１の空間幾何学的関係のうちの１つ）と、許容ゾーンＡＺとの関数である。
【００９２】
本開示の発明の更なる理解を容易にするために、図１４〜図１６の以下の説明は、本開示の発明の原理による、動き依存性外科用ロボットシステムと動き依存性外科用ロボットコントローラとの基本的な発明の原理を教示する。図１４〜図１６のこの説明から、当業者は、本開示の発明の原理による、動き依存性外科用ロボットシステムと動き依存性外科用ロボットコントローラとの多数の様々な実施形態を実践するために本開示の発明の原理をどのように適用すべきかを了解されよう。
【００９３】
図１４Ａを参照すると、本開示の動き依存性外科用ロボットシステム１００ａは、オペレータコンソール１０１とロボットカート１０５ａとを利用する。
【００９４】
オペレータコンソール１０１ａは、本開示の技術分野で知られているように、手術前画像、手術中画像、及び／又はそのような画像の融合を表示するためのディスプレイ／画像コントローラ１０２を含む。
【００９５】
オペレータコンソール１０１ａは、図１５及び図１６に関して本明細書で更に説明されるように、１つ又は複数の入力デバイス１０３（たとえば、（１つ又は複数の）ハンドル、（１つ又は複数の）ジョイスティック、（１つ又は複数の）ローラーボールなど）と、動き依存性ロボットコントローラ１０４とを更に含む。
【００９６】
ロボットカート１０５ａは、独立外科用ロボットアーム２０と、依存外科用ロボットアーム２１と、患者テーブル１０６とを含む。
【００９７】
実際には、ロボットカート１０５ａは、更なる外科用ロボットアーム２０及び／又は外科用ロボットアーム２１を含む。
【００９８】
また実際には、外科用ロボットアームは、システム１００によって実施されるべき特定の外科タスクに基づいて、独立外科用ロボットアーム又は依存外科用ロボットアームをサービスする。
【００９９】
図１４Ｂを参照すると、動き依存性外科用ロボットシステム１００ｂは、ロボットカート１０５ｂが動き依存性ロボットコントローラ１０４を含む、システム１００ａ（図１４Ａ）の代替バージョンである。
【０１００】
本開示の動き依存性外科用ロボットシステム（たとえば、システム１００ａ及び１００ｂ）は、撮像システム及び／又はトラッキングシステムとともに実践される。
【０１０１】
利用される場合、撮像システムは、解剖学的領域（図示せず）を撮像するための、及びそのような撮像の情報を与える撮像データを動き依存性外科用ロボットシステムに通信するための、本開示の技術分野で知られており、以下で想到される任意の撮像モダリティを実施する。撮像モダリティの例としては、限定はしないが、ＣＴ、ＭＲＩ、Ｘ線及び超音波がある。
【０１０２】
代替的に、撮像システムは、特に、動き依存性外科用ロボットシステムが、解剖学的構造を撮像するための外科用ロボットアームによって保持される撮像器具を利用するとき、省略される。そのような撮像器具の例としては、限定はしないが、内視鏡及び腹腔鏡がある。
【０１０３】
利用される場合、トラッキングシステムは、座標空間内で外科用ロボットアームをトラッキングするための、及びそのようなトラッキングを示すトラッキングデータを動き依存性外科用ロボットシステムに通信するための、本開示の技術分野で知られており、以下で想到される任意のトラッキング技法を実施する。トラッキング技法の例としては、限定はしないが、電磁トラッキング、光トラッキング、及びＦｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ  ＲｅａｌＳｈａｐｅ（「ＦＯＲＳ」）センサートラッキングがある。
【０１０４】
代替的に、トラッキングシステムは、特に、動き依存性外科用ロボットシステムが、座標空間内で（１つ又は複数の）外科用ロボットアームをトラッキングするための符号化外科用ロボットアーム生成トラッキングデータを利用するとき、省略される。
【０１０５】
次に、動き依存性ロボットコントローラ１０４の例示的な実施形態が、本明細書で説明される。
【０１０６】
たとえば、動き依存性ロボットコントローラ１０４は、１つ又は複数のシステムバスを介して相互接続された、プロセッサ、メモリ、ユーザインターフェース、ネットワークインターフェース、及びストレージを含む。
【０１０７】
プロセッサは、メモリ又はストレージに記憶された命令を実行すること、或いは場合によってはデータを処理することが可能な任意のハードウェアデバイスである。したがって、プロセッサは、マイクロプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又は他の同様のデバイスを含む。
【０１０８】
メモリは、たとえば、Ｌ１、Ｌ２、又はＬ３キャッシュ、或いはシステムメモリなど、様々なメモリを含む。したがって、メモリは、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）、フラッシュメモリ、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、又は他の同様のメモリデバイスを含む。
【０１０９】
ユーザインターフェースは、管理者などのユーザとの通信を可能にするための１つ又は複数のデバイスを含む。たとえば、ユーザインターフェースは、ユーザコマンドを受信するためのディスプレイ、マウス、及びキーボードを含む。いくつかの実施形態では、ユーザインターフェースは、ネットワークインターフェースを介してリモート端末に提示される、コマンドラインインターフェース又はグラフィカルユーザインターフェースを含む。
【０１１０】
ネットワークインターフェースは、他のハードウェアデバイスとの通信を可能にするための１つ又は複数のデバイスを含む。たとえば、ネットワークインターフェースは、イーサネット（登録商標）プロトコルに従って通信するように構成されたネットワークインターフェースカード（ＮＩＣ）を含む。更に、ネットワークインターフェースは、ＴＣＰ／ＩＰプロトコルによる通信のためのＴＣＰ／ＩＰスタックを実装する。ネットワークインターフェースのための様々な代替の又は更なるハードウェア又は構成が明らかであろう。
【０１１１】
ストレージは、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスクストレージ媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリデバイス、又は同様の記憶媒体など、１つ又は複数の機械可読記憶媒体を含む。様々な実施形態では、ストレージは、プロセッサが実行するための命令、又はプロセッサがそれに対して動作するデータを記憶する。たとえば、ストレージは、ハードウェアの様々な基本動作を制御するためのベースオペレーティングシステムを記憶する。ストレージは、更に、実行可能ソフトウェア／ファームウェア及び／又は（１つ又は複数の）アプリケーションモジュールの形態の、（１つ又は複数の）アプリケーションモジュールを記憶する。
【０１１２】
図１５Ａを参照すると、動き依存性ロボットコントローラ１０４の実施形態は、フローチャート３０（図７）を実行するためのアプリケーションモジュール１１０〜１１３を利用する。
【０１１３】
特に、フローチャート３０の段階Ｓ３２に従って、独立動きベクトル生成器１１０が、入力信号ＩＳＩＲＡを処理して、動きベクトルＭＶＩＲＡを生成し、独立外科用ロボットアームアクチュエータ１１１が、動きベクトルＭＶＩＲＡを処理して、作動コマンドＡＣＩＲＡを生成する。
【０１１４】
更に、フローチャート３０の段階Ｓ３４に従って、依存動きベクトル生成器１１２ａが、空間幾何学的関係ＳＧＲのコンテキストにおいて動きベクトルＭＶＩＲＡを処理して、動きベクトルＭＶＤＲＡを生成し、独立外科用ロボットアームアクチュエータ１１１が、動きベクトルＭＶＤＲＡを処理して、作動コマンドＡＣＤＲＡを生成する。
【０１１５】
図１５Ｂを参照すると、動き依存性ロボットコントローラ１０４の実施形態は、フローチャート４０（図９）を実行するためのアプリケーションモジュール１１０〜１１３を利用する。
【０１１６】
特に、フローチャート４０の段階Ｓ４２に従って、独立動きベクトル生成器１１０が、入力信号ＩＳＩＲＡを処理して、動きベクトルＭＶＩＲＡを生成し、独立外科用ロボットアームアクチュエータ１１１が、動きベクトルＭＶＩＲＡを処理して、作動コマンドＡＣＩＲＡを生成する。
【０１１７】
更に、フローチャート４０の段階Ｓ４４に従って、依存動きベクトル生成器１１２ｂが、空間幾何学的関係ＳＧＲのコンテキストにおいて動きベクトルＭＶＩＲＡと環境信号ＥＩＤＲＡとを処理して、動きベクトルＭＶＤＲＡを生成し、独立外科用ロボットアームアクチュエータ１１１が、動きベクトルＭＶＤＲＡを処理して、作動コマンドＡＣＤＲＡを生成する。
【０１１８】
図１６Ａを参照すると、動き依存性ロボットコントローラ１０４の実施形態は、フローチャート５０（図１２）を実行するための構成要素１１０〜１１３を利用する。
【０１１９】
特に、フローチャート５０の段階Ｓ５２に従って、独立動きベクトル生成器１１０ａが、入力信号ＩＳＩＲＡ１を処理して、動きベクトルＭＶＩＲＡ１を生成し、独立外科用ロボットアームアクチュエータ１１１ａが、動きベクトルＭＶＩＲＡ１を処理して、作動コマンドＡＣＩＲＡ１を生成し、独立動きベクトル生成器１１０ｂが、入力信号ＩＳＩＲＡ２を処理して、動きベクトルＭＶＩＲＡ２を生成し、独立外科用ロボットアームアクチュエータ１１１ｂが、動きベクトルＭＶＩＲＡ２を処理して、作動コマンドＡＣＩＲＡ２を生成する。
【０１２０】
更に、フローチャート５０の段階Ｓ５４に従って、依存動きベクトル生成器１１２ｃが、空間幾何学的関係ＳＧＲのコンテキストにおいて動きベクトルＭＶＩＲＡ１と動きベクトルＭＶＩＲＡ２とを処理して、動きベクトルＭＶＤＲＡを生成し、独立外科用ロボットアームアクチュエータ１１１が、動きベクトルＭＶＤＲＡを処理して、作動コマンドＡＣＤＲＡを生成する。
【０１２１】
図１６Ｂを参照すると、動き依存性ロボットコントローラ１０４の実施形態は、フローチャート６０（図１３）を実行するための構成要素１１０〜１１３を利用する。
【０１２２】
特に、フローチャート６０の段階Ｓ６２に従って、独立動きベクトル生成器１１０ａが、入力信号ＩＳＩＲＡ１を処理して、動きベクトルＭＶＩＲＡ１を生成し、独立外科用ロボットアームアクチュエータ１１１ａが、動きベクトルＭＶＩＲＡ１を処理して、作動コマンドＡＣＩＲＡ１を生成し、独立動きベクトル生成器１１０ｂが、入力信号ＩＳＩＲＡ２を処理して、動きベクトルＭＶＩＲＡ２を生成し、独立外科用ロボットアームアクチュエータ１１１ｂが、動きベクトルＭＶＩＲＡ２を処理して、作動コマンドＡＣＩＲＡ２を生成する。
【０１２３】
更に、フローチャート６０の段階Ｓ６４に従って、依存動きベクトル生成器１１２ｄが、空間幾何学的関係ＳＧＲのコンテキストにおいて動きベクトルＭＶＩＲＡ１と動きベクトルＭＶＩＲＡ２と環境信号ＥＩＤＲＡとを処理して、動きベクトルＭＶＤＲＡを生成し、独立外科用ロボットアームアクチュエータ１１１が、動きベクトルＭＶＤＲＡを処理して、作動コマンドＡＣＤＲＡを生成する。
【０１２４】
図１〜図１６を参照すると、当業者は、限定はしないが、ロボットアーム間の制御を切り替える必要を低減した、マルチロボットアーム外科タスクの直観的な制御を行う際の、本開示の発明による外科用ロボットシステムの改善を含む、本開示の多数の利益を了解されよう。
【０１２５】
さらに、本明細書において提供される教示に鑑みて当業者が理解するように、本開示／明細書に記載され及び／又は図面に描かれる特徴、要素、部品などは、電子部品／回路、ハードウェア、実行可能ソフトウェア、及び実行可能ファームウェアの様々な組み合わせで実装され得り、単一の要素内又は複数の要素内に組み合わせ可能な機能を提供し得る。例えば、各図に示す／図示する／描写する様々な特徴、要素、部品等の機能は、専用ハードウェアや、適切なソフトウェアと関連してソフトウェアを実行することができるハードウェアを使用して提供することができる。プロセッサによって提供される場合、機能は、単一の専用プロセッサ、単一の共有プロセッサ、又は複数の個別のプロセッサ（その一部が共有及び／又は多重化されてもよい）によって提供され得る。さらに、「プロセッサ」という用語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行可能なハードウェアを排他的に指すものと解釈されるべきではなく、暗示的に、例えばデジタルシグナルプロセッサ（「ＤＳＰ」）ハードウェア、メモリ（例えば、ソフトウェアを保存するためのリードオンリーメモリー（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、不揮発性記憶装置など）、及びプロセスを実行及び／又は制御可能な（及び／又はそのように構成可能な）実質的に任意の手段及び／又は機械（例えば、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、回路、これらの組み合わせ等）を含み得る。
【０１２６】
さらに、本発明の原理、側面、及び実施形態、ならびにそれらの具体例を説明する本明細書におけるすべての記述は、それらの構造的及び機能的均等物の両方を包含するように意図されている。さらに、そのような均等物は、現在知られている均等物、及び将来開発される均等物の両方を含むことが意図される（例えば、構造にかかわらず、同じ又は実質的に同様な機能を果たすことができる任意の開発された要素）。したがって、例えば、本明細書に提示されるブロック図は、本発明の原理を具体化する例示的なシステム構成要素及び／又は回路の概念図を表し得ることが、本明細書において提供される教示に接した当業者には理解されるであろう。同様に、本明細書において提供される教示に接した当業者は、あらゆるフローチャート及びフロー図などが、コンピュータ可読記憶媒体内に実体的に表され得り、コンピュータ又はプロセッサが明示的に示されているか否かに関わらず、コンピュータ、プロセッサ、又は処理機能を有する他のデバイスによって実行され得る様々なプロセスを表し得ることを理解するであろう。
【０１２７】
さらに、本開示の例示的実施形態は、例えばコンピュータ又は任意の命令実行システムによって使用される又はこれらに関連して使用されるプログラムコード及び／又は命令を提供するコンピュータ可用及び／又はコンピュータ可読媒体からアクセス可能なコンピュータプログラム製品又はアプリケーションモジュールの形態を取り得る。本開示によれば、コンピュータ可用又はコンピュータ可読記憶媒体は、例えば、命令実行システム、装置、又はデバイスによって使用される又はこれらに関連して使用されるプログラムを含む、格納する、通信する、伝搬する、又は転送することができる任意の装置であり得る。このような例示的媒体は、例えば電子、磁気、光学、電磁気、赤外線、若しくは半導体システム（又は装置若しくはデバイス）又は伝播媒体であり得る。コンピュータ可読媒体の例には、半導体又は固体メモリ、磁気テープ、取り外し可能コンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュ（ドライブ）、剛性磁気ディスク、及び光ディスクが含まれる。光ディスクの現在の例には、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、及びＤＶＤが含まれる。さらに、今後開発される可能性のあるあらゆる新しいコンピュータ可読媒体もまた、本開示の例示的実施形態に従って使用又は言及され得るコンピュータ可読媒体であると見なされるべきことが理解されよう。
【０１２８】
新規かつ進歩性のある画像誘導モーションスケールの好ましい例示的実施形態（実施形態は例示的であり、限定的ではないと意図される）を説明してきたが、図面を含め本明細書において提供される教示に接した当業者は、改変及び変更をなし得ることに留意されたい。したがって、本明細書に開示される実施形態の範囲内にある、本開示の好ましい例示的実施形態に変更を加えることができることを理解されたい。
【０１２９】
さらに、本開示に係るデバイスを組み込んだ及び／又は実装する、又はデバイスにおいて使用／実装され得る対応する及び／又は関連するシステムもまた、本開示の範囲内であると考えられる。また、本開示に係るデバイス及び／又はシステムを製造及び／又は使用するための対応する及び／又は関連する方法もまた、本開示の範囲内であると考えられる。
【図１】
2020510455.tif 000003
【図２Ａ】
2020510455.tif 000004
【図２Ｂ】
2020510455.tif 000005
【図２Ｃ】
2020510455.tif 000006
【図２Ｄ】
2020510455.tif 000007
【図２Ｅ】
2020510455.tif 000008
【図３Ａ】
2020510455.tif 000009
【図３Ｂ】
2020510455.tif 000010
【図３Ｃ】
2020510455.tif 000011
【図３Ｄ】
2020510455.tif 000012
【図４Ａ】
2020510455.tif 000013
【図４Ｂ】
2020510455.tif 000014
【図４Ｃ】
2020510455.tif 000015
【図５Ａ】
2020510455.tif 000016
【図５Ｂ】
2020510455.tif 000017
【図５Ｃ】
2020510455.tif 000018
【図６Ａ】
2020510455.tif 000019
【図６Ｂ】
2020510455.tif 000020
【図６Ｃ】
2020510455.tif 000021
【図６Ｄ】
2020510455.tif 000022
【図６Ｅ】
2020510455.tif 000023
【図６Ｆ】
2020510455.tif 000024
【図６Ｇ】
2020510455.tif 000025
【図７】
2020510455.tif 000026
【図８Ａ】
2020510455.tif 000027
【図８Ｂ】
2020510455.tif 000028
【図９】
2020510455.tif 000029
【図１０】
2020510455.tif 000030
【図１１】
2020510455.tif 000031
【図１２】
2020510455.tif 000032
【図１３】
2020510455.tif 000033
【図１４Ａ】
2020510455.tif 000034
【図１４Ｂ】
2020510455.tif 000035
【図１５Ａ】
2020510455.tif 000036
【図１５Ｂ】
2020510455.tif 000037
【図１６Ａ】
2020510455.tif 000038
【図１６Ｂ】
2020510455.tif 000039
【国際調査報告】
2020510455.tif 000040
2020510455.tif 000041
2020510455.tif 000042
2020510455.tif 000043