(57)【要約】  関節連結された一連の中間ロボットアームリンクを介して遠位ロボットアームリンクに接続されているロボットアームベースを含む外科用ロボットである。ロボットアームインターフェースは前記遠位ロボットアームリンクに取り付けられている。前記ロボットアームインターフェースは外科用器具の器具インターフェースと係合すると共に、器具係合源と、器具係合検出器を含む。前記器具係合検出器は、前記器具係合源がカプラによって該器具係合検出器に連結されたときにのみ該器具係合源を検出するように構成されている。【選択図】図４
2020505171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
関節連結された一連の中間ロボットアームリンクを介して遠位ロボットアームリンクに接続されているロボットアームベースと、
前記遠位ロボットアームリンクに取り付けられたロボットアームインターフェースであって、外科用器具の器具インターフェースと係合するように構成されており、
器具係合源と、
器具係合検出器であって、前記器具係合源がカプラによって該器具係合検出器に連結されたときにのみ該器具係合源を検出するように構成された器具係合検出器と、を含むロボットアームインターフェースと、
前記器具係合検出器が前記器具係合源を検出したことに応答して、前記外科用器具の前記器具インターフェースが前記ロボットアームインターフェースに係合していると判定するように構成されたコントローラと、
を含む外科用ロボット。
【請求項２】
前記器具係合検出器が、前記器具インターフェースと前記ロボットアームインターフェースが係合しているときにのみ前記カプラを介して前記器具係合源を検出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。
【請求項３】
前記器具係合源と前記器具係合検出器が短距離で配置されており、該器具係合源および該器具係合検出器の両方に近接して配置された前記カプラによってのみ連結可能である請求項１又は２に記載の外科用ロボット。
【請求項４】
前記器具係合検出器が前記器具係合源を検出したことに応答して、前記コントローラが前記外科用ロボットの動作モードを修正するように構成されている請求項１〜３の何れか１項に記載の外科用ロボット。
【請求項５】
前記外科用ロボットが、前記外科用器具との短距離無線通信リンクを介して該外科用器具からデータを受信するように構成された受信機を含んでおり、前記コントローラが、該受信機と該外科用器具の送信機との間の該短距離無線通信リンクを確立可能とすることによって前記器具係合検出器が前記係合源を検出したことに応答するように構成されている請求項１〜３の何れか１項に記載の外科用ロボット。
【請求項６】
前記外科用ロボットが、前記近距離無線通信リンクを介して前記外科用器具にデータを送信するように構成された送信機を含んでおり、前記コントローラが、該送信機から該外科用器具にデータの要求を送信することによって前記器具係合検出器が前記器具係合源を検出したことに応答するように構成されている請求項５に記載の外科用ロボット。
【請求項７】
前記器具係合源が磁石であり、前記器具係合検出器がホールセンサであると共に、必要に応じて、該磁石が、前記ロボットアームインターフェース上で該ホールセンサから離隔していることにより、該磁石は、該磁石および該ホールセンサに近接して配置された透磁性の前記カプラによって該ホールセンサに連結されたときにのみ該ホールセンサによって検出可能である請求項１〜６の何れか１項に記載の外科用ロボット。
【請求項８】
前記器具係合源が光源であり、前記器具係合検出器が光センサである、請求項１〜６の何れか１項に記載の外科用ロボット。
【請求項９】
前記光源からの光が前記光センサから離れる方向に向けられることにより、該光源からの該光は、該光源から該光センサまでの光路を形成する前記カプラによって該光センサに向けられたときにのみ該光センサによって検出可能である請求項８に記載の外科用ロボット。
【請求項１０】
前記器具係合源および前記器具係合検出器がひとまとまりのセンサアレイであり、該センサアレイが、該センサアレイに近接して配置された金属アレイカプラによって作動されるように構成されている請求項１〜６の何れか１項に記載の外科用ロボット。
【請求項１１】
前記センサアレイが複数のセンサを含んでおり、該センサアレイは、該複数のセンサの所定のパターンが作動されたときに作動され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。
【請求項１２】
前記コントローラが、前記複数のセンサの作動された前記所定のパターンから前記外科用器具を識別するように構成されている請求項１１に記載の外科用ロボット。
【請求項１３】
前記センサアレイが静電容量センサアレイと誘導センサアレイの何れか一方である請求項１０〜１２の何れか１項に記載の外科用ロボット。
【請求項１４】
器具インターフェースを含む外科用器具をさらに含んでいる請求項１〜１３の何れか１項に記載の外科用ロボット。
【請求項１５】
前記ロボットアームインターフェースが前記カプラを含んでいる請求項１〜１４の何れか１項に記載の外科用ロボット。
【請求項１６】
前記器具インターフェースが前記カプラを含んでいる請求項１４に記載の外科用ロボット。
【請求項１７】
前記ロボットアームを覆うための外科用ドレープをさらに含んでおり、該外科用ドレープが前記カプラを含んでいる請求項１４に記載の外科用ロボット。
【請求項１８】
前記カプラが、前記器具係合源と前記器具係合検出器との間の回路を接続するように構成されている請求項１５，１６又は１７に記載の外科用ロボット。
【請求項１９】
前記器具インターフェースが、前記短距離無線通信リンクを介してデータを送信するように構成された器具送信機を含んでいる請求項１４に従属する場合の請求項１５〜１８の何れか１項に記載の外科用ロボット。
【請求項２０】
前記器具インターフェースが、前記ロボットアームインターフェースからデータ要求を受信するように構成された器具受信機を含んでおり、前記器具送信機は、要求されたデータを前記外科用ロボットに送信することによって該ロボットアームインターフェースからの該データ要求に応答するように構成されている請求項６に従属する場合の請求項１９に記載の外科用ロボット。
【請求項２１】
前記カプラが、前記ロボットアームインターフェースに対して移動可能である可動装備上に配置されていると共に、前記器具インターフェースが突起を含んでおり、それによって、該器具インターフェースと該ロボットアームインターフェースが係合したときに、該突起が該可動装備を該ロボットアームインターフェースに向かって押すことにより、該カプラが前記器具係合源を前記器具係合検出器に連結する請求項１４に従属する場合の請求項１５又は１７〜２０の何れか１項に記載の外科用ロボット。
【請求項２２】
前記カプラが、前記光源から前記光センサへの光路を形成する請求項８または９に従属する場合の請求項１５〜２１の何れか１項に記載の外科用ロボット。
【請求項２３】
前記カプラが金属アレイであり、必要に応じて、該金属アレイが、前記複数のセンサの前記所定のパターンと一致するパターンを有する請求項１０〜１３の何れか１項に従属する場合の請求項１５〜２１の何れか１項に記載の外科用ロボット。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
手術を補助し実行するためにロボットを使用することが知られている。図１は外科用ロボット１００を示しており、ベース１０８、アーム１０２、および器具１０５で構成されている。ベース１０８はロボット１００を支持し、それ自体は、例えば手術室の床、手術室の天井、またはトロリーに強固に取り付けられている。アーム１０２は、ベース１０８と器具１０５の間に延在している。アーム１０２は、その全長に沿って複数の可撓性ジョイント１０３によって関節連結されており、これらの可撓性ジョイント１０３は、外科用器具１０５を患者に対して所望の位置に配置するために使用される。外科用器具１０５は、ロボットアーム１０２の遠位端１０４に取り付けられている。外科用器具１０５は、手術部位にアクセスするためにポート１０７で患者１０１の身体を貫通する。器具１０５は、その遠位端において、医療処置に従事するエンドエフェクタ１０６を含んでいる。
【０００２】
図２は、ロボット腹腔鏡手術を行うための代表的な外科用器具２００を示している。外科用器具２００は、外科用器具２００がロボットアーム１０２に接続するためのベース２０１を備えている。シャフト２０２は、ベース２０１と関節２０３の間に延在している。関節２０３は、エンドエフェクタ２０４で終端している。図２では、一対の鋸歯状の顎部がエンドエフェクタ２０４として例示されている。関節２０３は、エンドエフェクタ２０４がシャフト２０２に対して動くことを可能にしている。関節２０３によってエンドエフェクタ２０４の動きに少なくとも２つの自由度が与えられていることが望ましい。
【０００３】
外科医は、代表的な腹腔鏡手術の過程で多くの器具を利用する。このため、外科用ロボットは、通常、ロボットアームの端部に対して手術の途中で取り外し可能かつ取り付け可能な器具を有する。器具が手術部位での操作に使用される前に器具がロボットアームに取り付けられたことを検出する機構が設けられることが望ましい。
【０００４】
器具に磁石を一体化し、磁石からの磁界を検出するためにロボットアームにセンサを一体化することが知られている。器具がロボットアームに取り付けられると、センサは磁石を検出する。このアプローチは器具がロボットアームに取り付けられていることは検出するが、器具がロボットアームに適切に係合しているかどうかは検出しない。取り付けられているが位置ずれしている器具もセンサによって検出されるだろう。
【０００５】
したがって、器具がロボットアームに取り付けられて適切に係合していることを検出することができる外科用ロボットが必要とされている。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の一態様によれば、関節連結された一連の中間ロボットアームリンクを介して遠位ロボットアームリンクに接続されているロボットアームベースと、前記遠位ロボットアームリンクに取り付けられたロボットアームインターフェースであって、外科用器具の器具インターフェースと係合するように構成されており、器具係合源と、器具係合検出器であって、前記器具係合源がカプラによって該器具係合検出器に連結されたときにのみ該器具係合源を検出するように構成された器具係合検出器と、を含むロボットアームインターフェースと、を含む外科用ロボットが提供される。
【０００７】
前記器具係合検出器が、前記器具インターフェースと前記ロボットアームインターフェースが係合しているときにのみ前記カプラを介して前記器具係合源を検出するように構成されていてもよい。
【０００８】
前記器具係合源と前記器具係合検出器が短距離で配置されており、該器具係合源および該器具係合検出器の両方に近接して配置された前記カプラによってのみ連結可能であってもよい。
【０００９】
前記外科用ロボットが、前記器具係合検出器が前記器具係合源を検出したことに応答して、前記外科用器具の前記器具インターフェースが前記ロボットアームインターフェースに係合していると判定するように構成されたコントローラをさらに含んでいてもよい。
【００１０】
前記器具係合検出器が前記器具係合源を検出したことに応答して、前記コントローラが前記外科用ロボットの動作モードを修正するように構成されていてもよい。
【００１１】
前記外科用ロボットが、前記外科用器具との短距離無線通信リンクを介して該外科用器具からデータを受信するように構成された受信機を含んでおり、前記コントローラが、該受信機と該外科用器具の送信機との間の該短距離無線通信リンクを確立可能とすることによって前記器具係合検出器が前記係合源を検出したことに応答するように構成されていてもよい。
【００１２】
前記外科用ロボットが、前記短距離無線通信リンクを介して前記外科用器具にデータを送信するように構成された送信機を含んでおり、前記コントローラが、該送信機から該外科用器具にデータの要求を送信することによって前記器具係合検出器が前記器具係合源を検出したことに応答するように構成されていてもよい。
【００１３】
前記器具係合源が磁石であってもよく、前記器具係合検出器がホールセンサであってもよい。
【００１４】
前記磁石が、前記ロボットアームインターフェース上で前記ホールセンサから離隔していることにより、該磁石は、該磁石および該ホールセンサに近接して配置された透磁性の前記カプラによって該ホールセンサに連結されたときにのみ該ホールセンサによって検出可能であってもよい。
【００１５】
前記器具係合源が光源であってもよく、前記器具係合検出器が光センサであってもよい。
【００１６】
前記光源からの光が前記光センサから離れる方向に向けられることにより、該光源からの該光は、該光源から該光センサまでの光路を形成する前記カプラによって該光センサに向けられたときにのみ該光センサによって検出可能であってもよい。
【００１７】
前記器具係合源および前記器具係合検出器がひとまとまりのセンサアレイであり、該センサアレイが、該センサアレイに近接して配置された金属アレイカプラによって作動されるように構成されていてもよい。
【００１８】
前記センサアレイが複数のセンサを含んでおり、該センサアレイは、該複数のセンサの所定のパターンが作動されたときに作動されるように構成されていてもよい。
【００１９】
前記コントローラが、前記複数のセンサの作動された前記所定のパターンから前記外科用器具を識別するように構成されていてもよい。
【００２０】
前記センサアレイが静電容量センサアレイであってもよい。前記センサアレイが誘導センサアレイであってもよい。
【００２１】
前記カプラは前記ロボットアームインターフェースの外側にあってもよい。
【００２２】
前記外科用ロボットが、器具インターフェースを含む外科用器具をさらに含んでいてもよい。
【００２３】
前記ロボットアームインターフェースが前記カプラを含んでいてもよい。
【００２４】
前記器具インターフェースが前記カプラを含んでいてもよい。
【００２５】
前記外科用ロボットが、前記ロボットアームを覆うための外科用ドレープをさらに含んでおり、該外科用ドレープが前記カプラを含んでいてもよい。
【００２６】
前記カプラが、前記器具係合源と前記器具係合検出器との間の回路を接続するように構成されていてもよい。
【００２７】
前記器具インターフェースが、前記短距離無線通信リンクを介してデータを送信するように構成された器具送信機を含んでいてもよい。
【００２８】
前記器具インターフェースが、前記ロボットアームインターフェースからデータ要求を受信するように構成された器具受信機を含んでおり、前記器具送信機は、要求されたデータを前記外科用ロボットに送信することによって該ロボットアームインターフェースからの該データ要求に応答するように構成されていてもよい。
【００２９】
前記カプラが、前記ロボットアームインターフェースに対して移動可能である可動装備上に配置されていてもよい。前記器具インターフェースが突起を含んでおり、それによって、該器具インターフェースと該ロボットアームインターフェースが係合したときに、該突起が該可動装備を該ロボットアームインターフェースに向かって押すことにより、該カプラが前記器具係合源を前記器具係合検出器に連結してもよい。
【００３０】
前記カプラが透磁性であってもよい。
【００３１】
前記カプラが、前記光源から前記光センサへの光路を形成してもよい。
【００３２】
前記器具インターフェースが、係合解除構成と係合構成との間で移行可能な係合機構を含んでおり、該器具インターフェースと前記ロボットアームインターフェースが係合して該係合機構が係合構成にあるときにのみ、前記カプラが、前記光源から前記光センサまでの光路を形成してもよい。
【００３３】
前記カプラが、前記係合機構上に一連の開口部を備えており、該開口部が、該機構が係合構成にあるときにのみ位置合わせされて前記光路を形成するように構成されていてもよい。
【００３４】
前記カプラが金属アレイであってもよい。
【００３５】
前記金属アレイが、前記複数のセンサの前記所定のパターンと一致するパターンを有していてもよい。
【００３６】
以下、本発明を、添付図面を参照しつつ説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】外科的処置を実行している外科用ロボットを示す図。
【図２】既知の外科用器具を示す図。
【図３】外科用ロボットを示す図。
【図４】ロボットアームの回路を概略的に示す図。
【図５】外科用器具の回路を概略的に示す図。
【図６】外科用器具を検出し、器具の検出に応答する制御方法を示すフローチャート。
【図７】図４および図５に示す回路の磁気による実施例を示す図。
【図８ａ】図４および図５に示す回路の光路による実施例を示す図。
【図８ｂ】図４および図５に示す回路の光路による実施例を示す図。
【図８ｃ】図４および図５に示す回路の光路による実施例を示す図。
【図９】図４および図５に示す回路のセンサアレイによる実施例を示す図。
【図１０】図９に示すセンサアレイおよび金属アレイの配置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図３に、ベース３０１に取り付けられた近位端から延びるアーム３００を有する外科用ロボットを示す。アーム３００は、多数の剛性のリンク３０２を含んで構成されている。リンクは、回転ジョイント３０３によって連結されている。最も近位側のリンク３０２ａは、ジョイント３０３ａによってベース３０１に連結されている。リンク３０２ａと他のリンクは、さらに別のジョイント３０３によって直列に連結されている。適切には、リスト３０４は４つの個々の回転ジョイントによって構成される。リスト３０４は、１つのリンク（３０２ｂ）をアームの最遠位リンク（３０２ｃ）に連結する。最遠位リンク３０２ｃはアームの遠位端にあり、外科用器具３０６用のアタッチメント３０５を担持する。アーム３００の各ジョイント３０３は、それぞれのジョイントで回転運動を引き起こすように操作可能な１つ以上のモータ３０７と、当該ジョイントにおける現在の構成および／または荷重に関する情報を提供する１つ以上の位置および／またはトルクセンサ３０８とを有する。適切には、モータ３０７は、運動を駆動するジョイント３０３の近位に配置されて、重量分布を改善する。わかりやすくするために、図３には一部のモータとセンサのみを示す。アームは、一般に、本出願人の同時係属中の特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２０１４／０５３５２３に記載されているものであってもよい。
【００３９】
アーム３００は、器具３０６と整合するためのアタッチメント３０５で終端する。適切には、器具３０６は図２に関して説明した形態をとる。アタッチメント３０５は、器具３０６の関節を駆動するための駆動装置を含んで構成されている。駆動装置インターフェースの可動インターフェースエレメントは、ロボットアームから器具に駆動を伝達するために、器具インターフェースの対応する可動インターフェースエレメントと機械的に係合する。一般的な手術では、１つの器具を他の機器と数回交換する。従って、器具は、手術中にロボットアームに着脱可能とされている。駆動装置インターフェースおよび器具インターフェースの機能によって、互いに係合したときにそれらの位置合わせが促進され、使用者によって位置合わせが必要となる精度が低減される。
【００４０】
器具３０６は、手術を実行するためのエンドエフェクタを含んで構成されている。エンドエフェクタは任意の適切な形態を取り得る。例えば、エンドエフェクタは、滑らかな顎部、鋸歯状の顎部、グリップ部、一対の鋏、縫合用針、カメラ、レーザー、ナイフ、ステープラー、焼灼器、吸引器、であってもよい。図２に関して説明したように、器具は器具シャフトとエンドエフェクタとの間の関節を含んで構成されている。関節は、エンドエフェクタが器具のシャフトに対して動くことを可能にするいくつかのジョイントを備えている。関節のジョイントは、ケーブルなどの駆動エレメントによって駆動される。これらの駆動エレメントは、器具シャフトの他端において器具インターフェースのインターフェースエレメントに固定されている。従って、ロボットアームは次のように駆動をエンドエフェクタに伝達する。即ち、駆動装置インターフェースエレメントの動作が器具インターフェースエレメントを動作させ、それが駆動エレメントを動作させ、それが関節のジョイントを動作させ、それによってエンドエフェクタが動作するのである。
【００４１】
モータ、トルクセンサ、エンコーダ用のコントローラはロボットアームと一緒に配置されている。コントローラは、通信バスを介して制御ユニット３０９に接続されている。制御ユニット３０９は、プロセッサ３１０とメモリ３１１を備えている。メモリ３１１は、モータ３０７の動作を制御してアーム３００をここに記載されているように動作するように、プロセッサ３１０によって実行可能なソフトウェアを非過渡的に記憶している。特に、ソフトウェアは、プロセッサ３１０を制御して、モータ３０７（例えば、配置されたコントローラを介して）をセンサ３０８からの入力および外科医コマンドインターフェース３１２からの入力に応じて駆動することができる。制御ユニット３０９は、ソフトウェアの実行により生成された出力に応じてそれらを駆動するために、モータ３０７に連結されている。制御ユニット３０９は、センサ３０８からの検知された入力を受け取るためにセンサ３０８に連結されていると共に、それからの入力を受け取るためにコマンドインターフェース３１２に連結されている。それぞれの連結は、例えば、それぞれが電気ケーブルまたは光ケーブルであってもよいし、無線接続であってもよい。コマンドインターフェース３１２は、使用者が所望の方法でエンドエフェクタの動きを要請できる１つ以上の入力装置を備えている。入力装置は、例えば、コントロールハンドルやジョイスティック等の手動で操作可能な機械式入力装置や、光学式ジェスチャーセンサ等の非接触入力装置であってもよい。メモリ３１１に記憶されたソフトウェアは、これらの入力に応答し、それに応じて所定の制御手順に従ってアーム３００および器具３０６のジョイントを動作させるように構成されている。制御手順は、コマンド入力に応答してアーム３００および器具３０６の動きを加減する安全機能を含んでいてもよい。従って、要約すると、外科医は、コマンドインターフェース３１２で器具３０６を制御して、所望の外科的処置を実行するように動かすことができる。制御ユニット３０９および／またはコマンドインターフェース３１２は、アーム３００から離れていてもよい。
【００４２】
図４は、器具３０６を検出するためのロボットアーム３００上の例示的な回路４００の概略図を示す。図５は、ロボットアーム３００によって検出されるための器具３０６上の例示的な回路５００の概略図を示す。
【００４３】
例示的な回路４００は、係合源４０１と係合検出器４０２とを備える。係合源４０１および係合検出器４０２は共にロボットアームインターフェースに配置されてもよい。ロボットアームは、器具３０６がロボットアームに係合したときを検出するために係合源４０１および係合検出器４０２を使用する。必要に応じて、ロボットアームは、受信機４０３を介して器具から通信を受信すること、および／または送信機４０４を介して器具に通信を送信することが可能であってもよい。受信機４０３および／または送信機４０４は共にロボットアームインターフェースに配置されてもよい。
【００４４】
回路４００にはコントローラ４０５も図示されている。コントローラ４０５は、プロセッサ４０６、メモリ４０７、およびデータストア４０８を含む。コントローラ４０５は、上述の、ロボットアーム上に配置されたコントローラのうちの１つであってもよく、例えば、ロボットアームインターフェース上またはその近くに配置される。あるいは、コントローラ４０５は、制御ユニット３０９と同様に、ロボットアーム上またはロボットアームから離れて配置されてもよい。コントローラ４０５は、係合検出器４０２からの出力４０９を入力４１０で受信する。コントローラ４０５はまた、受信機４０３の出力４１１を入力４１２で受信する。入力４１０および４１２は共にプロセッサ４０６に入力される。プロセッサ４０６はメモリ４０７に出力し、そこから入力を受信する。プロセッサ４０６はデータストア４０８に出力し、そこから入力を受信する。メモリ４０７は、本明細書に記載の方法でロボットアームの動作モードを制御するために、プロセッサ４０６によって実行可能なソフトウェアを非一時的な方法で格納している。プロセッサ４０６は、送信機４０４および／または受信機４０３に制御信号４１３を出力する。それにより、コントローラ４０５は、係合検出器４０２の出力に応じてアーム送信機４０４および／またはアーム受信機４０３の動作を制御する。データストア４０８は、コントローラ４０５がアーム受信機４０３から受信したデータから得られた器具のパラメータ値を格納してもよい。データストア４０８は、係合検出器４０２の出力から決定されるような、器具がアームにドッキングされているか否かの指標を格納してもよい。データストア４０８は、メモリ４０７内に組み込まれていてもよい。この場合、メモリ４０７は、データストア４０８用のセクションと、プロセッサ４０６上で実行するための命令を格納するセクションとに論理的に区分されている。データストア４０８は、プロセッサ４０６内にレジスタとして組み込まれていてもよい。データストア４０８は１つ以上のバッファであってもよい。
【００４５】
例示的な回路５００はカプラ５０１を備える。カプラ５０１は器具インターフェース上に配置されてもよい。あるいは、以下でさらに述べるように、カプラ５０１は、ロボットアームインターフェースまたは外科用ドレープのいずれかに配置され得る。これらの実施例のすべてにおいて、カプラ５０１は、係合源４０１を係合検出器４０２に連結するために使用され、それによって、ロボットアームは、器具３０６がロボットアームに係合されていることを検出することができる。必要に応じて、器具３０６は、受信機５０２を介してロボットアームから通信を受信すること、および／または送信機５０３を介してロボットアームに通信を送信することが可能であってもよい。受信機５０２および／または送信機５０３は共に器具インターフェース上に配置され得る。回路５００にはデータストア５０４も図示されている。データストア５０４は、器具３０６の１つ以上のパラメータの値を示すデータを格納する。データストア５０４は器具のパラメータ値を格納してもよい。データはデータストア５０４から取り出されて器具送信機５０３によって送信される。受信機５０２はデータストア５０４に出力し、送信機５０３はデータストア５０４から入力を受信する。
【００４６】
係合検出器４０２は、係合源４０１がカプラ５０１によって係合検出器４０２に連結されたときにのみ係合源４０１を検出するようになっている。係合源４０１を係合検出器４０２に連結するようにカプラ５０１が配置されていない場合、係合検出器４０２は係合源４０１を検出しない。カプラ５０１は、器具インターフェース、または外科用ドレープもしくはロボットアームインターフェース上において、器具インターフェースがロボットアームインターフェースと適切に係合したときにのみ係合源４０１を係合検出器４０２に連結するような位置に配置される。器具インターフェースとロボットアームインターフェースは、位置が合っているときに適切に係合する。器具インターフェースエレメントと駆動装置インターフェースエレメントとが係合しており、ロボットアームから器具へと駆動を伝達するように動作可能であるときに、器具インターフェースとロボットアームインターフェースは適切に係合する。したがって、器具インターフェースとロボットアームインターフェースが位置ずれしている場合、カプラ５０１は係合源４０１を係合検出器４０２に連結しない。異なるロボットアームに取り付けられている近くの器具のカプラは、係合源４０１を係合検出器４０２に連結しない。
【００４７】
カプラ５０１がロボットアームインターフェース上またはロボットアームを覆う外科用ドレープ上のいずれかにある実施例では、カプラ５０１は可動装備上に配置されてもよい。カプラ５０１がロボットアームインターフェース上にある場合、可動装備はロボットアームインターフェースに対して移動する。器具インターフェースとロボットアームインターフェースが係合していないとき、可動装備は、カプラ５０１が係合源４０１を係合検出器４０２に連結しないように配置される。カプラ５０１がドレープ上にある場合、可動装備はドレープに対して移動する。ドレープが（非滅菌ロボットアームと滅菌手術環境との間に滅菌バリアを提供するために）ロボットアームに適用されたとき、可動装備はロボットアームインターフェースに近接して配置され、ドレープとロボットアームインターフェースの両方に対して移動する。器具インターフェースとロボットアームインターフェースが（ドレープを介して）係合していないとき、可動装備は、カプラ５０１が係合源４０１を係合検出器４０２に連結しないように配置される。
【００４８】
カプラ５０１がロボットアームインターフェース上またはドレープ上にあるこれらの実施例では、器具インターフェースは突起を含む。突起は器具インターフェース上に配置され、それによって、器具インターフェースとロボットアームインターフェースが適切に係合したときに、突起が可動装備を押して、係合源４０１を係合検出器４０２に連結するようにカプラ５０１が配置されることとなる。
【００４９】
カプラ５０１をドレープ上に組み込むことによって、コントローラ４０５は、ドレープがロボットアームインターフェースに正確に適用されたこと、および器具インターフェースとロボットアームインターフェースが正確に係合されたことを判定することができる。３つの部品すべてが正確に位置合わせされて係合している場合に限り、係合検出器４０２が係合源４０１を検出する。
【００５０】
カプラ５０１は、係合源４０１と係合検出器４０２とに近接することにより、係合源４０１を係合検出器４０２に連結してもよい。例えば、係合源４０１および／または係合検出器４０２は、係合源４０１が係合検出器４０２の範囲外にあり、したがって係合検出器４０２が係合源４０１を直接検出しないように、ロボットアームインターフェース上で短距離で配置されて離隔していてもよい。器具インターフェースがロボットアームインターフェースに係合したとき、カプラ５０１は、係合源４０１を係合検出器４０２に連結して、係合検出器４０２が係合源４０１を検出することができるように、器具係合源４０１および器具係合検出器４０２に対して十分に近接して配置される。これは、例えば、係合源４０１と係合検出器４０２との間の回路を接続することによって実現してもよい。
【００５１】
別の実施例では、カプラ５０１は、係合源４０１の特性を係合検出器４０２が検出することができるレベルまで増幅することによって、係合源４０１を係合検出器４０２に連結してもよい。例えば、係合検出器４０２は、閾値レベルを超えた係合源４０１の特性だけを検出可能としてもよい。カプラ５０１が存在しない場合、係合検出器４０２が晒されるレベルは、閾値レベルを下回っている。器具インターフェースがロボットアームインターフェースと係合したとき、カプラ５０１は、当該特性を十分に増幅し、係合検出器４０２が閾値レベルを超える特性のレベルに晒されるようにする。それにより、係合検出器４０２が係合源４０１を検出する。
【００５２】
別の実施例では、カプラ５０１は、係合源４０１の放出を係合検出器４０２に向け直すことによって、係合源４０１を係合検出器４０２に連結してもよい。係合源の放出は指向性であり、係合検出器４０２が係合源４０１を直接検出しないように係合検出器４０２から離れる方向に向けられてもよい。器具インターフェースがロボットアームインターフェースに係合したとき、係合源の放出はカプラ５０１に向けられる。カプラ５０１は、係合源の放出を向け直し、係合検出器４０２に向けられるように設計されている。それにより、係合検出器４０２が係合源からの放出を検出できるようになる。
【００５３】
適切には、器具送信機５０３、器具受信機５０２、ロボットアーム受信機４０３、およびロボットアーム送信機４０４は、同じ短距離無線通信のプロトコルに従って動作する。例えば、それらは、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）プロトコルに従って動作してもよい。例示的な実施形態では、それらは、４ｃｍ以下の範囲を有するプロトコルに従って通信する。プロトコルは、２ｃｍ以下の範囲を有していてもよい。プロトコルは、ＮＦＣ（Ｎｅａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）を使用してもよい。短距離ではない無線通信のプロトコルとは対照的な短距離無線通信のプロトコルを利用することは、器具・アーム間通信が手術室内の他の通信リンクと干渉する可能性を低減している。また、このことは、他の通信リンクが器具・アーム間通信を妨げる可能性を低減している。
【００５４】
図６は、図４および図５の回路によって実施される方法を示している。係合検出部４０２は、コントローラ４０５に信号を出力する。この信号は、係合検出器４０２が係合源４０１を検出したかどうかを示す。係合検出器４０２は連続的に信号を出力してもよい。この場合、信号は、係合検出器４０２が現在係合源４０１を検出していないことを示す第１状態と、係合検出器４０２が現在係合源４０１を検出していることを示す第２状態との２つの状態を有してもよい。あるいは、係合検出器４０２は、係合源４０１を検出したときにのみ信号を出力してもよい。あるいは、係合検出部４０２は、係合源４０１を検出していないときにのみ信号を出力してもよい。
【００５５】
ステップ６０１において、コントローラ４０５は、係合検出器４０２が係合源４０１を検出したかどうかを判定する。答えがＮＯの場合、コントローラ４０５はステップ６０１に戻る。上記１番目の例では、ＮＯは第１状態の信号によって示される。プロセッサ４０６は、係合検出器４０２からの受信信号をデータストア４０８に格納されたレプリカ信号と比較し、受信信号がレプリカ第１状態信号と一致した場合、係合検出器４０２が係合源４０１を検出しなかったと決定してもよい。上記２番目の例では、ＮＯは信号がないことによって示される。上記３番目の例では、ＮＯは信号が存在することによって示される。答えがＹＥＳの場合、ステップ６０２において、コントローラ４０５は器具インターフェースがロボットアームインターフェースに適切に係合していると判定する。上記１番目の例では、ＹＥＳは第２状態の信号によって示される。プロセッサ４０６は、係合検出器４０２からの受信信号をデータストア４０８に格納されているレプリカ信号と比較し、受信信号がレプリカの第２状態信号と一致した場合、係合検出器４０２が係合源４０１を検出したと判断してもよい。上記２番目の例では、ＹＥＳは信号が存在することによって示される。上記３番目の例では、ＹＥＳは信号がないことによって示される。ステップ６０４において、コントローラ４０５は、器具がロボットアームにドッキングされているという指標をデータストア４０８に格納してもよい。
【００５６】
ステップ６０３において、コントローラ４０５は、ロボットの動作モードを修正することによって、器具インターフェースがロボットアームインターフェースに適切に係合していると判定したことに応答する。例えば、ステップ６０１の前に、ロボットアームは、ロボットアーム３００と器具３０６との間に通信リンクが確立されていない動作モードにあったかもしれない。これは、通信リンクがまだ確立されていなかったから、という可能性がある。あるいは、コントローラ４０５が、アーム送信機４０４および／またはアーム受信機４０３が短距離無線通信のプロトコルに従って通信することを不可としたから、という可能性もある。器具インターフェースがロボットアームインターフェースに適切に係合していると判定したことに応答して、コントローラ４０５は、アーム受信機４０３またはアーム送受信機４１４と器具送信機５０３または器具送受信機５０５との間に短距離無線通信リンクを確立できるようにしてもよい。例えば、制御信号がアーム受信機４０３の受信機能をオンに切り替えることで、器具送信機５０３によって送信されたデータを受信できるようにしてもよい。それに代えて、あるいはそれに加えて、制御信号はアーム送信機４０４に、器具受信機５０２との接続を要求させることができる。これに続いて、アームと器具との間に短距離無線通信リンクが確立される。
【００５７】
ステップ６０６において、コントローラ４０５は、器具にクエリを送信するようにアーム送受信機４１４を制御してもよい。アーム送受信機４１４は、クエリを器具に送信することによって応答する。器具受信機５０２はクエリを受信する。ステップ６０７において、器具は、要求されたデータをデータストア５０４から取り出し、要求されたデータを器具送信機５０３からロボットアームに送信することによってクエリの受信に応答する。アーム受信機４０３は要求されたデータを受信し、コントローラ４０５に出力する。そのクエリは、器具の１つ以上のパラメータの値を示すデータを提供するよう器具に要求するものであってもよい。これらのパラメータには、器具の種類、器具の識別情報、器具の使用データ、および制御データのうちの１つ、複数、またはすべてが含まれる。
【００５８】
器具の使用データには、器具が使用された回数、満了までに残っている器具の使用回数、器具の総動作時間、満了までに残っている器具の総動作時間、寿命のうちの使用期間、寿命のうちの残り期間、のうちの１つ、複数、またはすべてが含まれ得る。
【００５９】
制御データは、器具が採用するロボットアーム駆動装置のパラメータを含んでもよい。制御データは、ロボットアームが採用する器具のパラメータを含んでもよい。例えば、制御データには、以下に列挙するデータのうちの１つ、複数、またはすべてが含まれ得る。すなわち、駆動装置インターフェースエレメントの機能、器具インターフェースエレメントの機能、最大および最小移動量を含む駆動装置インターフェースエレメントの移動範囲、最大および最小移動量を含む器具インターフェースエレメントの移動範囲、駆動装置インターフェースエレメントのニュートラル／レスト位置、器具インターフェースエレメントのニュートラル／レスト位置、最大および最小移動量を含む器具ジョイントの移動範囲、および器具ジョイントのニュートラル／レスト位置、である。
【００６０】
一例では、データはコードである。コードは数字コードであってもよい。器具のパラメータの１つ以上の値は、コード内に埋め込まれている。言い換えれば、器具の１つ以上のパラメータの値は、アルゴリズムを用いてコードを分析することによってコードから導出可能である。別の例では、データ自体が、器具の１つ以上のパラメータの値を含んでいる。いずれの例においても、データは暗号化されていてもよい。
【００６１】
ステップ６０８において、コントローラ４０５は、受信したデータから要求されたパラメータ値を取り出す。得られたパラメータ値は、次にデータストア４０８に格納される。コントローラ４０５は、受信したデータが暗号化されていればそれを復号化する。受信したデータが、パラメータ値が埋め込まれたコードである場合、コントローラ４０５は、パラメータ値を決定するためにコードをアルゴリズムに入力する。アルゴリズムは、コードに対して１つ以上の関数を実行する。各関数が、要求されたパラメータ値のうちの１つ以上を決定してもよい。
【００６２】
必要に応じて、ステップ６０９において、コントローラ４０５は、器具から受信したデータに応答してロボットアームの動作モードを修正してもよい。例えば、コントローラは、以下の要領でロボットアームの動作モードを修正し得る。すなわち、器具の操作モード（ロボットアームが器具のエンドエフェクタの操作を制御するように動作可能であるモード）を設定すること、器具の操作モードを解除すること、器具から受信したデータ内で特定される器具の種類に特有である（すなわち、一対のグリップ部、一対のはさみ、メス等である器具に特有である）操作モードを設定すること、器具との通信リンクを許可すること、器具との通信リンクを不可とすること、ロボットアームの準拠モード（ロボットアームが、ロボットアームの肢／ジョイントに手動で加えられた外力に応答して、その肢／ジョイントが、加えられた外力の方向に動くように制御するモード）を設定すること、ロボットアームの非準拠モードを設定すること、である。
【００６３】
必要に応じて、ステップ６１０において、コントローラ４０５は、器具から受信したデータに応じて警報を生成してもよい。例えば、警報は、以下の状況のうちの１つ以上に応答して生成されてもよい。すなわち、器具の識別情報が予想される器具の識別情報と一致しないこと、器具の種類がロボットアームと互換性がないこと、および、器具が操作を実行するのに十分な寿命が残っていないことを器具の使用データが示していること、である。
【００６４】
図６のフローチャートのステップは、示されたものとは異なる順序で実行されてもよいことが理解されよう。いくつかのステップは省略されてもよい。
【００６５】
図７は、係合源、係合検出器、およびカプラ構成の例示的な実施形態を示す。この実施例では、係合源４０１は磁石または電磁石７０１である。係合検出器４０２は、磁界を感知するセンサ７０２である。例えば、係合検出器はホールセンサであってもよい。カプラ７０３は透磁性である。カプラは高い透磁率を有していてもよい。例えば、カプラは、透磁率μ≧１×１０-5Ｈ／ｍを有していてもよい。カプラは、透磁率μ≧１×１０-3Ｈ／ｍを有していてもよい。言い換えれば、カプラはサセプタ素材である。カプラは、ミューメタルで構成されていてもよい。
【００６６】
磁石７０１およびセンサ７０２は共にロボットアームの遠位端に配置されている。磁石７０１はセンサから十分に離隔しているので、単体状態で、かつセンサの感度のために、センサ７０２は磁石７０１を検出することができない。センサ７０２は、ロボットアームの端部の外側のさらなる磁気的に影響を受けやすい素材によって磁石７０１に連結されたときにのみ磁石７０１を検出することができる。このさらなる磁気的に影響を受けやすい素材は、センサ７０２が磁石７０１を検出できるように、磁石７０１およびセンサ７０２に十分に近接して配置される。カプラ７０３は、器具７０５の近位端に配置されてもよい。あるいは、カプラ７０３は、上述のように外科用ドレープ上またはロボットアームインターフェース上に配置されてもよい。磁石７０１、センサ７０２およびカプラ７０３の配置は、器具インターフェースがロボットアームインターフェースに係合したときにカプラ７０３が磁石７０１およびセンサ７０２に近接するような配置とされる。磁石７０１の磁束はカプラ７０３に捕捉される。すると、カプラ７０３は、磁石７０１とセンサ７０２との間の回路を接続する。これにより、センサ７０２が磁石７０１を検出する。センサ７０２は、図４を参照して説明したように、この検出の指標をコントローラ４０５に出力する。
【００６７】
図８ａ、図８ｂ、および図８ｃは、係合源、係合検出器、およびカプラ構成の別の例示的な実施形態を示す。これらの実施例では、係合源は光源８０１（ＬＥＤなど）であり、係合検出器は光センサ８０２である。カプラは、光源８０１から光センサ８０２への光路を形成する。
【００６８】
光源８０１および光センサ８０２は共にロボットアームの遠位端に配置されている。図８ｂは、光源８０１と光センサ８０２がロボットアーム上の同じ位置にある例を示す。図８ｃは、光源８０１と光センサ８０２がロボットアーム上で離隔している例を示す。両方の実施例において、単体状態では、光センサ８０２が光源８０１からの光を検出することができないように、光源８０１からの光は、光センサ８０２から離れる方向に向けられる。光センサ８０２は、光源８０１からの光がカプラによって光センサ８０２に向け直されるときにのみ、その光を検出することができる。
【００６９】
図８ａ〜８ｃの例では、器具がロボットアームから取り外されると、光源８０１から光センサ８０２への光路は形成されない。しかしながら、器具インターフェースがロボットアームインターフェースと係合すると、光源８０１から光センサ８０２への光路が形成される。両方の実施例において、器具インターフェースは、図８ａに示される係合機構を含み、係合機構は、係合解除構成と係合構成との間を移行可能である。係合解除構成では、光源８０１と光センサ８０２との間に光路は形成されない。しかしながら、係合機構が係合構成にあり、ロボットアームと係合しているとき、光源８０１と光センサ８０２との間に光路が形成される。
【００７０】
図８ａは器具インターフェースの２つの図を示す。上の図は、器具インターフェース８０５のケーシングの上方からの図を示している。下の図は、器具インターフェース８０５の断面図を示している。係合機構は、ボタン８０７に接続されたラッチ８０６を含む。下の図に示されている係合構成では、ラッチ８０６は器具インターフェース８０５をロボットアームインターフェースに留めている。係合機構を解除するには、ボタンを矢印で示す方向に互いに向かって押し込む。ボタン８０７は手動でもよい。ボタン８０７を押し込むと、ラッチ８０６は互いに向かって移動する。ボタンが完全に押し込まれると、係合機構は係合解除構成になる。これにより、器具インターフェース８０５がロボットアームインターフェースから解放される。その後、器具インターフェース８０５をロボットアームインターフェースから取り外すことができる。ボタン８０７が解放されると、係合機構は係合構成に戻る。
【００７１】
器具インターフェース８０５は、上述のようにボタン８０７を押し込んで係合機構を係合解除構成に移行させることで、ロボットアームインターフェースと係合することができる。次いで、ラッチ８０６をロボットアームインターフェースの内部に位置させることができる。そして、ボタン８０７を解放して、係合機構を係合構成に戻すことができる。これにより、器具インターフェース８０５がロボットアームインターフェースに係合する。
【００７２】
最初にロボットアームインターフェースと係合するラッチ８０６の面８０８は、図８ａに示すように、角度を付けられていてもよい。器具インターフェースがロボットアームインターフェースと位置合わせされて接触し、係合機構が係合構成にある状態で、ボタンが押し込まれる方向に直交する方向Ａに力を加えると、ラッチ８０６はロボットアームインターフェースとの係合構成に移行する。この動作だけで、すなわちボタン８０７を押し込むことなしに、係合機構を、ロボットアームインターフェースに係合していない係合構成から図８ａに示すロボットアームインターフェースとの係合構成に移行させるのに十分であり得る。あるいは、ボタン８０７を押し込みながら器具インターフェースを方向Ａに押すことで、係合機構を、ロボットアームインターフェースに係合していない係合構成から図８ａに示すロボットアームインターフェースとの係合構成に移行させてもよい。
【００７３】
図８ｂおよび図８ｃは共に、係合機構が駆動されたときに互いに相対移動する、係合機構の２つの部分が、光を通過可能とする１つの領域を除いて、光に対するバリアをそれぞれ提供する例を示している。係合機構が係合解除構成にあるとき、２つの部分において光を通過可能とする領域は位置合わせされず、したがってこれら２つの部分を介して係合機構を通る光路は存在しない。係合機構が係合構成にあるとき、２つの部分において光を通過可能とする領域が位置合わせされ、したがってこれら２つの部分を介して係合機構を通る光路が存在する。
【００７４】
図８ｂの例では、２つの部分はプレート８０９、８１０であり、それぞれが別のボタン８０７に接続されている。各プレート８０９、８１０は、光を通過可能とする穴８１１、８１２を備えている。図８ｂの下の図は、係合機構が係合構成にあるときのプレート８０９、８１０を示しており、この図は、図８ｂの上の図に対して垂直である。係合構成では、プレート８０９、８１０は、穴８１１、８１２の位置が合うように重なる。したがって、プレート８０９、８１０を通って光路が形成される。器具インターフェースは、光を反射する反射体８１３を備えている。反射体８１３は、位置合わせされた穴８１１、８１２を通過して反射体８１３に向かう光が、次に反射体８１３によって反射され、穴８１１、８１２を通って戻るように、位置決めされて向きが定められている。器具インターフェースがロボットアームインターフェースと適切に係合して係合機構が係合構成にあるとき、光源８０１は、光源８０１から発せられた光が穴８１１、８１２を通って反射体８１３に向けられるように、プレート８０９、８１０に対して配置される。光センサ８０２は、反射体８１３から反射されて穴８１１、８１２を通って導かれる光が光センサ８０２によって感知されるように、プレート８０９、８１０に対して配置される。器具インターフェースとロボットアームインターフェースが適切に係合していないとき、光源８０１、光センサ８０２、穴８１１および８１２、ならびに反射体８１３は全て位置合わせされているわけではない。そのため、光源８０１から発せられた光は、光センサ８０２によって検出されない。図４を参照して説明したように、光センサ８０２は、検出された光の指標、ひいては検出された係合をコントローラ４０５に出力する。
【００７５】
図８ｃの例では、２つの部分はプレート８１４、８１５であり、それぞれが別のボタン８０７に接続されている。各プレート８１４、８１５は、光を通過可能とする２つの穴８１６ａ、８１６ｂ、８１７ａ、８１７ｂを備えている。図８ｃの下の図は、係合機構が係合構成にあるときのプレート８１４、８１５を示しており、この図は、図８ｃの上の図に対して垂直である。図８ｃの右側の図もまた、係合機構が係合構成にあるときのプレート８１４、８１５を示している。この図は、図８ｃの上の図に対して垂直であり、また図８ｃの下の図に対しても垂直である。係合構成では、プレート８１４、８１５は、穴８１６ａ、８１７ａの位置が合うように、かつ、穴８１６ｂ、８１７ｂの位置が合うように重なる。したがって、プレート８１４、８１５を通って２つの光路が形成される。器具インターフェースは、光を向け直すプリズム８１８を備えている。プリズム８１８は、位置合わせされた穴８１７ｂ、８１６ｂを通過してプリズム８１８に向かう光が、プリズムによって向け直されて、位置合わせされた穴８１６ａ、８１７ａを通過するように、位置決めされて向きが定められている。器具インターフェースがロボットアームインターフェースと適切に係合して係合機構が係合構成にあるとき、光源８０１は、光源８０１から発せられた光が穴８１７ｂ、８１６ｂを通ってプリズム８１８に向けられるように、プレート８１４、８１５に対して配置される。光センサ８０２は、プリズム８１８によって向け直されて穴８１６ａ、８１７ａを通って導かれる光が光センサ８０２によって感知されるように、プレート８１４、８１５に対して配置される。器具インターフェースとロボットアームインターフェースが適切に係合していないとき、光源８０１、穴８１７ｂ、８１６ｂ、およびプリズム８１８は全て位置合わせされているわけではなく、および／または光センサ８０２、穴８１６ａ、８１７ａ、およびプリズム８１８は全て位置合わせされているわけではない。そのため、光源８０１から発せられた光は、光センサ８０２によって検出されない。図４を参照して説明したように、光センサ８０２は、検出された光の指標、ひいては検出された係合をコントローラ４０５に出力する。
【００７６】
図８ｂが一対の位置合わせされた穴を示し、図８ｃは二対の位置合わせされた穴を示しているが、ロボットアームインターフェースから器具インターフェースを通ってロボットアームインターフェースに戻る光路を形成するため、任意の数の位置合わせされた穴が、任意の数の反射体、プリズムおよび／または光導波管と組み合わせて使用可能であることが理解されよう。
【００７７】
図９は、係合源、係合検出器、およびカプラ構成の別の例示的な実施形態を示す。この実施例では、係合源４０１および係合検出器４０２はセンサアレイ９０２である。例えば、センサアレイ９０２は、静電容量センサアレイまたは誘導センサアレイであってもよい。カプラ９０３は金属アレイである。
【００７８】
係合源および係合検出器は同じ部品、すなわちロボットアームインターフェース上の同じセンサアレイ９０１である。金属アレイカプラ９０３がセンサアレイ９０１に十分に近接しているとき、センサアレイ９０１は金属アレイカプラ９０３によって作動される。金属アレイカプラ９０３は、器具のインターフェース上にあってもよいし、外科用ドレープ上、またはロボットアームインターフェース上にあってもよい。器具インターフェースとロボットアームインターフェースが係合しているとき、金属アレイカプラ９０３は、センサアレイ９０１に十分に近接し、センサアレイ９０１を作動させる。器具インターフェースとロボットアームインターフェースが適切に係合していないとき、金属アレイカプラ９０３は、ロボットアームインターフェース上のセンサアレイ９０１に対し、センサアレイ９０１を作動させるほど十分に近接していない。
【００７９】
センサアレイ９０１が静電容量センサアレイである例では、金属アレイ９０３によって修正された電界は、静電容量センサアレイによって検出される。センサアレイ９０１が誘導センサアレイである例では、誘導センサアレイはインダクタコイルを含み得る。金属アレイ９０３によって修正された磁界は誘導センサアレイによって検出される。いずれの例においても、センサアレイ９０１は金属アレイ９０３との接触によってのみ作動させることができる。この接触は、器具インターフェースとロボットアームインターフェースが適切に係合している場合にのみ達成される。図４を参照して説明したように、センサアレイ９０１は金属アレイ９０３の検出の指標をコントローラ４０５に出力する。
【００８０】
センサアレイ９０１は、センサアレイ９０１のセンサの所定のパターンが作動された場合にのみ、器具インターフェースとロボットアームインターフェースが係合していることを示す信号を生成するように構成されていてもよい。所定のパターンのセンサに加えて別のセンサが作動されると、器具の係合を示す信号は作動されない。これにより、センサアレイ９０１が金属アレイ９０３以外のものによって作動される可能性を低減させ、器具検出機構の頑強性および信頼性を高める。例えば、操作者の手、あるいは埃や湿気でさえも、センサアレイ９０１のセンサを作動させる場合がある。しかしながら、これらはセンサの所定のパターンのみを作動させる可能性は低い。
【００８１】
カプラ９０３の金属パッドは、センサアレイ９０１の全てではないがいくつかのセンサを作動させるように配置されていてもよい。器具インターフェースがロボットアームインターフェースと係合しているとき、作動したセンサは所定のパターンになる。器具インターフェースがロボットアームと適切に係合していないとき、例えば、部分的にしか取り付けられていなかったり、位置ずれしたりしている場合、作動したセンサは所定のパターンにならない。
【００８２】
図１０は、いくつかの例示的なセンサアレイと、対応する金属アレイを示す。金属アレイは、上述の所定のパターンと一致するパターンを有する。いずれの場合も、器具インターフェースとロボットアームインターフェースが適切に係合している場合にのみ、金属アレイとセンサアレイが位置合わせされて、金属アレイがセンサアレイのセンサの所定のパターンを作動させる。
【００８３】
図１０（ａ）は、４つのセンサを有するセンサアレイ９０１を示し、図１０（ｂ）は、２つの金属パッドを有する、対応する金属アレイ９０３を示す。金属パッドとセンサはそれぞれ同じ形状と大きさである。金属パッドＡおよびＢは、器具インターフェースとロボットアームインターフェースが適切に係合しているときに、それぞれセンサ１および４を作動させるように配置されている。器具インターフェースとロボットアームインターフェースが適切に係合していると、センサ２および３は金属アレイによって作動しない。
【００８４】
図１０（ｃ）は、２つのセンサを有するセンサアレイ９０１を示し、図１０（ｄ）は、１つの金属パッドを有する、対応する金属アレイ９０３を示す。金属パッドＡは、センサ２と同じ大きさおよび形状である。金属パッドＡは、器具インターフェースとロボットアームインターフェースが適切に係合しているときに、センサ２を作動させるように配置されている。器具インターフェースとロボットアームインターフェースが適切に係合していると、センサ１は金属アレイによって作動しない。
【００８５】
図１０（ｅ）は５つのセンサを有するセンサアレイ９０１を示し、図１０（ｆ）は４つの金属パッドを有する、対応する金属アレイ９０３を示す。金属パッドＡはセンサ１の形状と大きさに一致し、金属パッドＢはセンサ２の形状と大きさに一致し、金属パッドＣはセンサ３の形状と大きさに一致し、金属パッドＤはセンサ４の形状と大きさに一致する。金属パッドＡ、Ｂ、ＣおよびＤは、器具インターフェースとロボットアームインターフェースが適切に係合しているときに、それぞれセンサ１、２、３および４を作動させるように配置されている。器具インターフェースとロボットアームインターフェースが適切に係合していると、センサ５は金属アレイによって作動しない。
【００８６】
センサアレイは、作動したセンサの複数の所定パターンを有することができ、それに応じて器具インターフェースとロボットアームインターフェースが係合していることを示す信号を生成するように構成されていてもよい。各所定パターンは、器具の識別情報や器具の種類などの器具のパラメータを示すことができる。係合検出器は、図４を参照して説明した係合の指標に加えて、またはその代わりに、この器具パラメータの指標をコントローラ４０５に出力するように構成されていてもよい。
【００８７】
例えば、図１０（ａ）のセンサアレイは、（ｉ）センサ１のみの作動、（ｉｉ）センサ４のみの作動、（ｉｉｉ）センサ１および４の作動、の３つの所定パターンを有することができる。これに対応して、器具カプラ９０３は、金属パッドＡのみ、金属パッドＢのみ、または金属パッドＡおよびＢ、を有する金属アレイとすることができる。センサアレイには、別の所定パターンを検出するように、図１０に示すもの以外にさらに別個のセンサを設けてもよいことが理解されよう。
【００８８】
ロボットアーム送受信機４１４は、ＲＦＩＤアンテナコイルを含んでいてもよい。器具送受信機５０５は、ＲＦＩＤタグを含んでいてもよい。ＲＦＩＤアンテナコイルは、ＲＦＩＤタグに対して問い合わせを行い、それに応答して、ＲＦＩＤタグは器具の識別情報をロボットアームに提供する。センサアレイが誘導センサアレイである例では、ＲＦＩＤアンテナコイルは誘導センサアレイであり得る。同様に、ＲＦＩＤタグは金属アレイカプラであり得る。
【００８９】
本明細書に記載の器具係合検出機構の主要構成要素は、器具インターフェースではなくロボットアームインターフェースに配置されている。器具は、使用期限まで使用されてから廃棄される消耗品である。器具は一般的に、数回の手術で寿命を迎える。したがって、本明細書に記載の実施例では、器具係合検出機構の大部分の構成要素、ひいてはコストを器具よりもロボットアーム側に置いている。
【００９０】
出願人はこれによって、ここに記載の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別々に開示しており、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されている。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６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年11月18日(2019.11.18)
【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】
関節連結された一連の中間ロボットアームリンクを介して遠位ロボットアームリンクに接続されているロボットアームベースと、
前記遠位ロボットアームリンクに取り付けられたロボットアームインターフェースであって、外科用器具の器具インターフェースと係合するように構成されており、
器具係合源と、
器具係合検出器であって、前記器具係合源がカプラによって該器具係合検出器に連結されたときにのみ該器具係合源を検出するように構成された器具係合検出器と、を含むロボットアームインターフェースと、
前記器具係合検出器が前記器具係合源を検出したことに応答して、前記外科用器具の前記器具インターフェースが前記ロボットアームインターフェースに係合していると判定するように構成されたコントローラと、
を含む外科用ロボット。
【請求項２】
前記器具係合検出器が、前記器具インターフェースと前記ロボットアームインターフェースが係合しているときにのみ前記カプラを介して前記器具係合源を検出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。
【請求項３】
前記器具係合源と前記器具係合検出器が短距離で配置されており、該器具係合源および該器具係合検出器の両方に近接して配置された前記カプラによってのみ連結可能である請求項１又は２に記載の外科用ロボット。
【請求項４】
前記器具係合検出器が前記器具係合源を検出したことに応答して、前記コントローラが前記外科用ロボットの動作モードを修正するように構成されている請求項１〜３の何れか１項に記載の外科用ロボット。
【請求項５】
前記外科用ロボットが、前記外科用器具との短距離無線通信リンクを介して該外科用器具からデータを受信するように構成された受信機を含んでおり、前記コントローラが、該受信機と該外科用器具の送信機との間の該短距離無線通信リンクを確立可能とすることによって前記器具係合検出器が前記係合源を検出したことに応答するように構成されている請求項１〜３の何れか１項に記載の外科用ロボット。
【請求項６】
前記外科用ロボットが、前記近距離無線通信リンクを介して前記外科用器具にデータを送信するように構成された送信機を含んでおり、前記コントローラが、該送信機から該外科用器具にデータの要求を送信することによって前記器具係合検出器が前記器具係合源を検出したことに応答するように構成されている請求項５に記載の外科用ロボット。
【請求項７】
前記器具係合源が磁石であり、前記器具係合検出器がホールセンサであると共に、必要に応じて、該磁石が、前記ロボットアームインターフェース上で該ホールセンサから離隔していることにより、該磁石は、該磁石および該ホールセンサに近接して配置された透磁性の前記カプラによって該ホールセンサに連結されたときにのみ該ホールセンサによって検出可能である請求項１〜６の何れか１項に記載の外科用ロボット。
【請求項８】
前記器具係合源が光源であり、前記器具係合検出器が光センサであると共に、該光源からの光が該光センサから離れる方向に向けられることにより、該光源からの該光は、該光源から該光センサまでの光路を形成する前記カプラによって該光センサに向けられたときにのみ該光センサによって検出可能である請求項１〜６の何れか１項に記載の外科用ロボット。
【請求項９】
前記器具係合源および前記器具係合検出器がひとまとまりのセンサアレイであり、該センサアレイが、該センサアレイに近接して配置された金属アレイカプラによって作動されるように構成されている請求項１〜６の何れか１項に記載の外科用ロボット。
【請求項１０】
前記センサアレイが複数のセンサを含んでおり、該センサアレイは、該複数のセンサの所定のパターンが作動されたときに作動されるように構成されていると共に、前記コントローラが、該複数のセンサの作動された該所定のパターンから前記外科用器具を識別するように構成されている請求項９に記載の外科用ロボット。
【請求項１１】
前記センサアレイが静電容量センサアレイと誘導センサアレイの何れか一方である請求項９又は１０に記載の外科用ロボット。
【請求項１２】
器具インターフェースを含む外科用器具と、前記ロボットアームを覆うための外科用ドレープと、をさらに含んでおり、
前記カプラが、前記ロボットアームインターフェース、前記器具インターフェース、及び前記外科用ドレープの何れか１つに含まれている請求項１〜１１の何れか１項に記載の外科用ロボット。
【請求項１３】
前記カプラが、前記器具係合源と前記器具係合検出器との間の回路を接続するように構成されている請求項１２に記載の外科用ロボット。
【請求項１４】
前記器具インターフェースが、
前記短距離無線通信リンクを介してデータを送信するように構成された器具送信機と、
前記ロボットアームインターフェースからデータ要求を受信するように構成された器具受信機と、を含んでおり、
前記器具送信機は、要求されたデータを前記外科用ロボットに送信することによって前記ロボットアームインターフェースからの前記データ要求に応答するように構成されている請求項１２又は１３に記載の外科用ロボット。
【請求項１５】
前記カプラが、前記ロボットアームインターフェースに対して移動可能である可動装備上に配置されていると共に、前記器具インターフェースが突起を含んでおり、それによって、該器具インターフェースと該ロボットアームインターフェースが係合したときに、該突起が該可動装備を該ロボットアームインターフェースに向かって押すことにより、該カプラが前記器具係合源を前記器具係合検出器に連結する請求項１２〜１４の何れか１項に記載の外科用ロボット。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
ステップ６０３において、コントローラ４０５は、ロボットの動作モードを修正することによって、器具インターフェースがロボットアームインターフェースに適切に係合していると判定したことに応答する。例えば、ステップ６０１の前に、ロボットアームは、ロボットアーム３００と器具３０６との間に通信リンクが確立されていない動作モードにあったかもしれない。これは、通信リンクがまだ確立されていなかったから、という可能性がある。あるいは、コントローラ４０５が、アーム送信機４０４および／またはアーム受信機４０３が短距離無線通信のプロトコルに従って通信することを不可としたから、という可能性もある。器具インターフェースがロボットアームインターフェースに適切に係合していると判定したことに応答して、ステップ６０５において、コントローラ４０５は、アーム受信機４０３またはアーム送受信機４１４と器具送信機５０３または器具送受信機５０５との間に短距離無線通信リンクを確立できるようにしてもよい。例えば、制御信号がアーム受信機４０３の受信機能をオンに切り替えることで、器具送信機５０３によって送信されたデータを受信できるようにしてもよい。それに代えて、あるいはそれに加えて、制御信号はアーム送信機４０４に、器具受信機５０２との接続を要求させることができる。これに続いて、アームと器具との間に短距離無線通信リンクが確立される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
磁石７０１およびセンサ７０２は共にロボットアーム７０４の遠位端に配置されている。磁石７０１はセンサから十分に離隔しているので、単体状態で、かつセンサの感度のために、センサ７０２は磁石７０１を検出することができない。センサ７０２は、ロボットアーム７０４の端部の外側のさらなる磁気的に影響を受けやすい素材によって磁石７０１に連結されたときにのみ磁石７０１を検出することができる。このさらなる磁気的に影響を受けやすい素材は、センサ７０２が磁石７０１を検出できるように、磁石７０１およびセンサ７０２に十分に近接して配置される。カプラ７０３は、器具７０５の近位端に配置されてもよい。あるいは、カプラ７０３は、上述のように外科用ドレープ上またはロボットアームインターフェース上に配置されてもよい。磁石７０１、センサ７０２およびカプラ７０３の配置は、器具インターフェースがロボットアームインターフェースに係合したときにカプラ７０３が磁石７０１およびセンサ７０２に近接するような配置とされる。磁石７０１の磁束はカプラ７０３に捕捉される。すると、カプラ７０３は、磁石７０１とセンサ７０２との間の回路を接続する。これにより、センサ７０２が磁石７０１を検出する。センサ７０２は、図４を参照して説明したように、この検出の指標をコントローラ４０５に出力する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
図８ａは器具インターフェースの２つの図を示す。上の図は、器具インターフェース８０５のケーシングの上方からの図を示している。下の図は、器具インターフェース８０５の断面図を示している。係合機構は、ボタン８０７に接続されたラッチ８０６を含む。下の図に示されている係合構成では、ラッチ８０６は器具インターフェース８０５をロボットアームインターフェース８０４に留めている。係合機構を解除するには、ボタンを矢印で示す方向に互いに向かって押し込む。ボタン８０７は手動でもよい。ボタン８０７を押し込むと、ラッチ８０６は互いに向かって移動する。ボタンが完全に押し込まれると、係合機構は係合解除構成になる。これにより、器具インターフェース８０５がロボットアームインターフェース８０４から解放される。その後、器具インターフェース８０５をロボットアームインターフェース８０４から取り外すことができる。ボタン８０７が解放されると、係合機構は係合構成に戻る。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
器具インターフェース８０５は、上述のようにボタン８０７を押し込んで係合機構を係合解除構成に移行させることで、ロボットアームインターフェース８０４と係合することができる。次いで、ラッチ８０６をロボットアームインターフェース８０４の内部に位置させることができる。そして、ボタン８０７を解放して、係合機構を係合構成に戻すことができる。これにより、器具インターフェース８０５がロボットアームインターフェース８０４に係合する。
【手続補正７】
【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】
図９は、係合源、係合検出器、およびカプラ構成の別の例示的な実施形態を示す。この実施例では、係合源４０１および係合検出器４０２はセンサアレイ９０１である。例えば、センサアレイ９０１は、静電容量センサアレイまたは誘導センサアレイであってもよい。カプラ９０３は金属アレイである。
【国際調査報告】
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