(57)【要約】  外科用システムのためのロボット制御システムは、制御システムと、制御回路と、比例、積分、微分（ＰＩＤ）フィードバック制御システムと、を含む。制御回路は、閉鎖部材の実際の閉鎖力を決定し、実際の閉鎖力を閾値と比較し、比較に基づいて、閉鎖部材を変位させるための設定点速度を決定し、設定点速度に基づいて、閉鎖部材の実際の速度を制御する。力センサは、閉鎖力を測定する。閾値閉鎖力は、上側及び下側閾値を含む。設定点速度は、実際の閉鎖力が下側閾値未満であるときに、閉鎖部材を遠位に前進させるように構成されている。設定点速度は、実際の閉鎖力が下側閾値よりも大きいときに、閉鎖部材を近位に後退させるように構成されている。
2020525229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット外科用システムのための制御システムであって、
制御回路を備え、前記制御回路が、
閉鎖部材の実際の閉鎖力を決定することと、
前記実際の閉鎖力を閾値閉鎖力と比較することと、
前記比較に基づいて、前記閉鎖部材を変位させるための設定点速度を決定することと、
前記設定点速度に基づいて、前記閉鎖部材の前記実際の速度を制御することと、を行うように構成されている、制御システム。
【請求項２】
前記制御回路が、比例、積分、及び微分（ＰＩＤ）フィードバック制御システムを含む、請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記ＰＩＤフィードバック制御システムが、一次ＰＩＤフィードバックループ及び二次ＰＩＤフィードバックループを含み、
前記一次フィードバックループが、前記閉鎖部材の前記実際の閉鎖力と閾値閉鎖力との間の第１の誤差を決定し、前記第１の誤差に基づいて、前記設定点速度を設定するように構成されており、
前記二次フィードバックループが、前記閉鎖部材の前記実際の速度と前記設定点速度との間の第２の誤差を決定し、前記第２の誤差に基づいて、前記閉鎖部材の前記実際の速度を制御するように構成されている、請求項２に記載の制御システム。
【請求項４】
前記閾値閉鎖力が、上側閾値及び下側閾値を含み、前記設定点速度は、前記実際の閉鎖力が前記下側閾値未満であるときに、前記閉鎖部材を遠位に前進させるように構成され、前記設定点速度は、前記実際の閉鎖力が前記下側閾値よりも大きいときに、前記閉鎖部材を近位に後退させるように構成されている、請求項１に記載の制御システム。
【請求項５】
前記設定点速度は、前記実際の閉鎖力が前記上側閾値と前記下側閾値との間にあるときに、前記閉鎖部材を定位置に保持するように構成されている、請求項４に記載の制御システム。
【請求項６】
前記制御回路に連結された力センサを更に備え、前記力センサが、前記閉鎖力を測定するように構成されている、請求項１に記載の制御システム。
【請求項７】
前記力センサが、前記閉鎖部材に連結されたモータの出力シャフトに連結されたトルクセンサを含み、前記トルクセンサが、前記閉鎖力を測定するように構成されている、請求項６に記載の制御システム。
【請求項８】
前記力センサが、前記閉鎖部材に連結された歪みゲージを含み、前記歪みゲージが、前記閉鎖力を測定するように構成されている、請求項６に記載の制御システム。
【請求項９】
前記力センサが、前記閉鎖部材に連結されたロードセルを含み、前記ロードセルが、前記閉鎖力を測定するように構成されている、請求項６に記載の制御システム。
【請求項１０】
前記閉鎖部材に連結された位置センサを更に備え、前記位置センサが、前記閉鎖部材の前記位置を測定するように構成されている、請求項６に記載の制御システム。
【請求項１１】
前記制御回路が、発射ストロークの少なくとも一部分の間に前記閉鎖部材を前進させるように構成されている、請求項１に記載の制御システム。
【請求項１２】
ロボット外科用システムのための制御システムであって、
閉鎖部材に連結するように構成された第１のモータと、
前記閉鎖部材に加えられた閉鎖力を測定するように構成された力センサと、
前記第１のモータ及び前記力センサに連結された制御回路を含む閉ループフィードバック制御システムと、を備え、前記制御回路は、
前記閉鎖部材の実際の閉鎖力を前記力センサから受信することと、
前記実際の閉鎖力を閾値閉鎖力と比較することと、
前記比較に基づいて、前記閉鎖部材を変位させるための前記第１のモータの設定点速度を決定することと、
前記設定点速度に基づいて、前記閉鎖部材の前記実際の速度を制御することと、を行うように構成されている、制御システム。
【請求項１３】
前記閉ループフィードバック制御システムが、比例、積分、及び微分（ＰＩＤ）フィードバック制御システムを含む、請求項１２に記載の制御システム。
【請求項１４】
前記ＰＩＤフィードバック制御システムが、一次ＰＩＤフィードバックループ及び二次ＰＩＤフィードバックループを含み、
前記一次フィードバックループが、前記閉鎖部材の前記実際の閉鎖力と閾値閉鎖力との間の第１の誤差を決定し、前記第１の誤差に基づいて、前記設定点速度を設定するように構成されており、
前記二次フィードバックループが、前記閉鎖部材の前記実際の速度と前記閉鎖部材の前記設定点速度との間の第２の誤差を決定し、前記第２の誤差に基づいて、前記閉鎖部材の前記実際の速度を制御するように構成されている、請求項１３に記載の制御システム。
【請求項１５】
前記閾値閉鎖力が、上側閾値及び下側閾値を含み、前記設定点速度は、前記実際の閉鎖力が前記下側閾値未満であるときに、前記閉鎖部材を遠位に前進させるように構成され、前記設定点速度は、前記実際の閉鎖力が前記下側閾値よりも大きいときに、前記閉鎖部材を近位に後退させるように構成されている、請求項１２に記載の制御システム。
【請求項１６】
前記設定点速度は、前記実際の閉鎖力が前記上側閾値と前記下側閾値との間にあるときに、前記閉鎖部材を定位置に保持するように構成されている、請求項１５に記載の制御システム。
【請求項１７】
前記力センサが、前記第１のモータの出力シャフトに連結されたトルクセンサを含み、前記トルクセンサが、閉鎖力を測定するように構成されている、請求項１２に記載の制御システム。
【請求項１８】
前記力センサが、前記閉鎖部材に連結された歪みゲージを含み、前記歪みゲージが、閉鎖力を測定するように構成されている、請求項１２に記載の制御システム。
【請求項１９】
前記力センサが、前記閉鎖部材に連結されたロードセルを含み、前記ロードセルが、閉鎖力を測定するように構成されている、請求項１２に記載の制御システム。
【請求項２０】
前記閉鎖部材に連結された位置センサを更に備え、前記位置センサが、前記閉鎖部材の前記位置を測定するように構成されている、請求項１２に記載の制御システム。
【請求項２１】
発射部材に連結された第２のモータを更に備え、前記制御回路が、前記発射部材の発射ストロークの少なくとも一部分の間に前記閉鎖部材を前進させるように構成されている、請求項１２に記載の制御システム。
【請求項２２】
ロボット外科用システムのための制御システムであって、
比例、積分、及び微分（ＰＩＤ）フィードバック制御システムを含む制御回路であって、
閉鎖部材の実際の閉鎖力を決定することと、
前記実際の閉鎖力を閾値閉鎖力と比較することと、
前記比較に基づいて、前記閉鎖部材を変位させるための設定点速度を決定することと、
前記設定点速度に基づいて、前記閉鎖部材の前記実際の速度を制御することと、を行うように構成された、制御回路と、
前記制御回路に連結された力センサであって、前記力センサが、前記閉鎖力を測定するように構成されている、力センサと、
前記制御回路及び前記閉鎖部材に連結されたモータと、を備え、前記制御回路が、発射ストロークの少なくとも一部分の間に前記閉鎖部材を前進させるように構成され、
前記閾値閉鎖力が、上側閾値及び下側閾値を含み、前記設定点速度は、前記実際の閉鎖力が前記下側閾値未満であるときに、前記閉鎖部材を遠位に前進させるように構成され、前記設定点速度は、前記実際の閉鎖力が前記下側閾値よりも大きいときに、前記閉鎖部材を近位に後退させるように構成されている、制御システム。
【請求項２３】
前記ＰＩＤフィードバック制御システムが、一次ＰＩＤフィードバックループ及び二次ＰＩＤフィードバックループを含み、
前記一次フィードバックループが、前記閉鎖部材の前記実際の閉鎖力と閾値閉鎖力との間の第１の誤差を決定し、前記第１の誤差に基づいて、前記設定点速度を設定し、
前記二次フィードバックループが、前記閉鎖部材の前記実際の速度と前記設定点速度との間の第２の誤差を決定し、前記第２の誤差に基づいて、前記閉鎖部材の前記実際の速度を制御する、請求項２２に記載の制御システム。
【請求項２４】
前記設定点速度は、前記実際の閉鎖力が前記上側閾値と前記下側閾値との間にあるときに、前記閉鎖部材を定位置に保持するように構成されている、請求項２２に記載の制御システム。
【請求項２５】
前記力センサが、前記閉鎖部材に連結されたモータの出力シャフトに連結されたトルクセンサを含み、前記トルクセンサが、閉鎖力を測定するように構成されている、請求項２２に記載の制御システム。
【請求項２６】
前記力センサが、前記閉鎖部材に連結された歪みゲージを含み、前記歪みゲージが、閉鎖力を測定するように構成されている、請求項２２に記載の制御システム。
【請求項２７】
前記力センサが、前記閉鎖部材に連結されたロードセルを含み、前記ロードセルが、閉鎖力を測定するように構成されている、請求項２２に記載の制御システム。
【請求項２８】
前記閉鎖部材に連結された位置センサを更に備え、前記位置センサが、前記閉鎖部材の前記位置を測定するように構成されている、請求項２２に記載の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ロボット外科用器具に関し、また様々な状況において、組織をステープル留め及び切断するために設計された、ロボット外科用ステープル留め及び切断器具並びにそれらのステープルカートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
電動ロボット外科用ステープル留め及び切断器具では、初期の所定時間又は変位における切断部材の位置及び速度を測定して、速度を制御することが有用であり得る。初期の所定時間又は変位にわたる位置又は速度の測定は、閾値に対するこの比較に基づいて、組織厚さを評価し、残りのストロークの速度を調節するために有用であり得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
一態様では、ロボット外科用システムのための制御システムが提供される。制御システムは、制御回路を備え、制御回路は、閉鎖部材の実際の閉鎖力を決定することと、実際の閉鎖力を閾値閉鎖力と比較することと、比較に基づいて、閉鎖部材を変位させるための設定点速度を決定することと、設定点速度に基づいて、閉鎖部材の実際の速度を制御することと、を行うように構成されている。
【０００４】
別の態様では、制御システムは、閉鎖部材に連結するように構成された第１のモータと、閉鎖部材に加えられた閉鎖力を測定するように構成された力センサと、第１のモータ及び力センサに連結された制御回路を含む閉ループフィードバック制御システムと、を備え、制御回路は、閉鎖部材の実際の閉鎖力を力センサから受信することと、実際の閉鎖力を閾値閉鎖力と比較することと、比較に基づいて、閉鎖部材を変位させるための第１のモータの設定点速度を決定することと、設定点速度に基づいて、閉鎖部材の実際の速度を制御することと、を行うように構成されている。
【０００５】
別の態様では、制御システムは、比例、積分、及び微分（proportional, integral, and derivative、ＰＩＤ）フィードバック制御システムと、制御回路であって、閉鎖部材の実際の閉鎖力を決定することと、実際の閉鎖力を閾値閉鎖力と比較することと、比較に基づいて、閉鎖部材を変位させるための設定点速度を決定することと、設定点速度に基づいて、閉鎖部材の実際の速度を制御することと、を行うように構成された、制御回路と、制御回路に連結され、閉鎖力を測定するように構成された力センサと、制御回路及び閉鎖部材に連結されたモータと、を備え、制御回路が、発射ストロークの少なくとも一部分の間に閉鎖部材を前進させるように構成され、閾値閉鎖力が、上側閾値及び下側閾値を含み、設定点速度は、実際の閉鎖力が下側閾値未満であるときに、閉鎖部材を遠位に前進させるように構成され、設定点速度は、実際の閉鎖力が下側閾値よりも大きいときに、閉鎖部材を近位に後退させるように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本開示の一態様による、１つのロボットコントローラの斜視図である。
【図２】本開示の一態様による、複数の外科用ツールを動作可能に支持するロボット外科用システムの１つのロボット外科用アームカート／マニピュレータの斜視図である。
【図３】本開示の一態様による、図２に図示されたロボット外科用アームカート／マニピュレータの側面図である。
【図４】本開示の一態様による、外科用ツールの斜視図である。
【図５】本開示の一態様による、様々な外科用ツールを取設するためのアダプタ及びツールホルダ構成を示す分解組立図である。
【図６】本開示の一態様による、図４の外科用ツール態様の部分底面斜視図である。
【図７】本開示の一態様による、関節運動式外科用エンドエフェクタの一部分の部分分解図である。
【図８】本開示の一態様による、ツール取り付けハウジングが取り外された図１０５の外科用ツールの背面斜視図である。
【図９】本開示の一態様による、ツール取り付けハウジングが取り外された図６の外科用ツールの前面斜視図である。
【図１０】本開示の一態様による、図６の外科用ツールの部分分解斜視図である。
【図１１Ａ】本開示の一態様による、図６の外科用ツールの部分断面側面図である。
【図１１Ｂ】本開示の一態様による、図１１Ａに図示された外科用ツールの一部分の拡大断面図である。
【図１２】本開示の一態様による、第１のセンサ及び第２を備えるエンドエフェクタの一態様を例示する。
【図１３Ａ】本開示の一態様による、組織コンペンセータがエンドエフェクタのアンビル部分に取り外し可能に取設されている態様を例示する。
【図１３Ｂ】本開示の一態様による、図１３Ａに示される組織コンペンセータの一部分の詳細図を例示する。
【図１３Ｃ】本開示の一態様による、ステープルカートリッジ内の導電性素子の層及び導電性素子を使用して、アンビルとステープルカートリッジの上面との間の距離を検出する、様々な例示的態様を例示する。
【図１４Ａ】本開示の一態様による、内部に埋め込まれた導体を備えるエンドエフェクタを例示する。
【図１４Ｂ】本開示の一態様による、内部に埋め込まれた導体を備えるエンドエフェクタを例示する。
【図１５Ａ】本開示の一態様による、ステープルカートリッジの切欠図を例示する。
【図１５Ｂ】本開示の一態様による、エンドエフェクタ内に埋め込まれた導体を例示する、図１５Ａに示されるステープルカートリッジの切欠図を例示する。
【図１６】本開示の一態様による、エンドエフェクタ用の左から右にセグメント化されたフレキシブル回路の一態様を例示する。
【図１７】本開示の一態様による、エンドエフェクタのジョー部材に固定的に取設されるように構成された、セグメント化フレキシブル回路の一態様を例示する。
【図１８】本開示の一態様による、エンドエフェクタのジョー部材に取り付けられるように構成されたセグメント化フレキシブル回路の一態様を例示する。
【図１９】本開示の一態様による、組織間隙ＧＴを測定するように構成されたエンドエフェクタの一態様を例示する。
【図２０】本開示の一態様による、セグメント化フレキシブル回路を備えるエンドエフェクタの一態様を例示する。
【図２１】本開示の一態様による、ジョー部材がジョー部材とステープルカートリッジとの間に組織を把持している、図２０に示されるエンドエフェクタを例示する。
【図２２】本開示の一態様による、フィードバックシステムの一態様の論理図を例示する。
【図２３】本開示の一態様による、ロボット外科用システムの態様を制御するように構成された制御回路を例示する。
【図２４】本開示の一態様による、ロボット外科用システムの態様を制御するように構成された組み合わせ論理回路を例示する。
【図２５】本開示の一態様による、ロボット外科用システムの態様を制御するように構成された順序論理回路を例示する。
【図２６】本開示の一態様による、ロボット外科用器具の複数のモータと共に使用するための共通制御モジュールの論理図を例示する。
【図２７】図１の外科用器具の絶対位置決めシステムの図であり、絶対位置決めシステムが、本開示の一態様による、センサ構成を備える制御モータ駆動回路構成を備える。
【図２８】本開示の一態様による、磁気回転絶対位置決めシステムを備える位置センサの図である。
【図２９】本開示の一態様による、エンドエフェクタ内に把持された組織に対する発射部材ストロークを示す、図１の外科用器具のエンドエフェクタの断面図である。
【図３０】本開示の一態様による、本明細書で説明される外科用ツールを動作させるように構成されたロボット外科用器具の模式図である。
【図３１】閉鎖フェーズ中の厚い組織及び薄い組織に対して閉鎖するように閉鎖部材に加えられる力を図示する２つの閉鎖力（closure force、ＦＴＣ）プロットの第１のグラフ、並びに発射フェーズ中の厚い組織及び薄い組織を通して発射するように発射部材に加えられる力を図示する２つの発射力（firing force、ＦＴＦ）プロットの第２のグラフである。
【図３２】本開示の一態様による、同時の閉鎖及び発射フェーズ中の、厚い組織及び薄い組織に対して閉鎖するように閉鎖部材に加えられる力を図示する２つの閉鎖力プロットの第１のグラフ、並びに厚い組織及び薄い組織を通して発射するように発射部材に加えられる力を図示する２つの発射力プロットの第２のグラフである。
【図３２Ａ】図３２に示される第１のグラフの一区分の詳細図である。
【図３３】本開示の一態様による、閉鎖部材に対する閉鎖力負荷及び閉鎖部材の実際の速度に基づいて、閉鎖部材速度を制御する、厚い組織に対する制御プロセスのグラフである。
【図３４】本開示の一態様による、発射ストローク中の閉鎖力、変位、及び閉ループフィードバック制御閉鎖管速度の詳細図である。
【図３５】本開示の一態様による、閉鎖部材に対する閉鎖力負荷及び閉鎖部材の実際の速度に基づいて、閉鎖部材速度を制御する、薄い組織に対する制御プロセスのグラフを例示する。
【図３６】本開示の一態様による、発射部材が遠位に前進し、把持アーム内に連結したときに、発射ストローク中の閉鎖部材の漸進的閉鎖を提供して、閉鎖部材に対する閉鎖力負荷を所望の速度で低下させ、発射部材に対する発射力負荷を減少させるように構成された、制御システムのグラフである。
【図３７】本開示の一態様による、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラフィードバック制御システムを例示する。
【図３８】本開示の一態様による、閉鎖部材の速度を決定するための制御プログラム又は論理構成のプロセスを図示する論理フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本出願の出願人は、本出願と同時に出願された以下の特許出願を所有しており、これらの各々は、参照によりそれぞれの全体が本明細書に組み込まれる。
代理人整理番号ＥＮＤ８２８８ＵＳＮＰ／１７０１９７、２０１７年６月２９日出願の発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ  Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶらによる、表題ＣＬＯＳＥＤ  ＬＯＯＰ  ＶＥＬＯＣＩＴＹ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ  ＦＯＲ  ＲＯＢＯＴＩＣ  ＳＵＲＧＩＣＡＬ。
【０００８】
代理人整理番号ＥＮＤ８２８９ＵＳＮＰ／１７０１９９、２０１７年６月２９日出願の発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ  Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶらによる、表題ＲＯＢＯＴＩＣ  ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ  ＷＩＴＨ  ＣＬＯＳＥＤ  ＬＯＯＰ  ＦＥＥＤＢＡＣＫ  ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ  ＦＯＲ  ＡＤＶＡＮＣＥＭＥＮＴ  ＯＦ  ＣＬＯＳＵＲＥ  ＭＥＭＢＥＲ  ＤＵＲＩＮＧ  ＦＩＲＩＮＧ。
【０００９】
代理人整理番号ＥＮＤ８２９５ＵＳＮＰ／１７０２００、２０１７年６月２９日出願の発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ  Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶらによる、表題ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ  ＡＲＴＩＣＵＬＡＴＩＯＮ  ＦＯＲＣＥＳ。
【００１０】
代理人整理番号ＥＮＤ８２９３ＵＳＮＰ／１７０１９６Ｍ、２０１７年６月２９日出願の発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ  Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶらによる、表題ＣＬＯＳＥＤ  ＬＯＯＰ  ＶＥＬＯＣＩＴＹ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ  ＦＯＲ  ＲＯＢＯＴＩＣ  ＳＵＲＧＩＣＡＬ。
【００１１】
図１は、図２に図示されるタイプのロボットアームスレーブカート１００と共に使用され得るマスターロボットコントローラ１１の一態様を図示する。マスターコントローラ１１及びロボットアームスレーブカート１００、並びにそれら個々の構成要素及び制御システムを、本明細書ではまとめてロボット外科用システム１０と呼ぶ。そのようなシステム及びデバイスの例が、参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第７，５２４，３２０号に開示されている。マスターコントローラ１１は、概して、外科医が立体ディスプレイ１２を介して処置を観察する間、外科医によって把持され空間を介して操作される、マスターコントローラ（図１では全体的に１３として表される）を含む。マスターコントローラ１１は、概して、手動入力デバイスを備え、その手動入力デバイスは、好ましくは、多自由度で移動するものであり、また多くの場合、ツールを作動させるための（例えば、握持のこぎりの閉鎖、電極への電位の印加などのための）作動式ハンドルを更に有している。他の構成において、ディスプレイ１２を通じて観察され得るフィードバックメータ１５が外科医に提供されてもよく、また、切断器具又は動的把持部材に加えられている力の大きさの視覚的指示が外科医に提供されてもよい。追加の例が、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第９，２３７，８９１号に開示される。
【００１２】
図２に見られるように、一形態では、ロボットアームカート１００は、概して２００として示される複数の外科用ツールを作動させるように構成されている。マスターコントローラ及びロボットアームカート構成を用いる様々なロボット外科用システム及び方法が、その開示内容の全体が本明細書に参照により組み込まれる、米国特許第６，１３２，３６８号、表題「Ｍｕｌｔｉ−Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ｔｅｌｅｐｒｅｓｅｎｃｅ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ」に開示されている。様々な形態では、ロボットアームカート１００は、ベース１０２を含み、例示された態様では、そこから３つの外科用ツール２００が支持される。様々な形態では、外科用ツール２００は、セットアップ継手１０４及びロボットマニピュレータ１０６と概して呼ばれる、一連の手動関節運動式リンク機構によって各々支持される。
【００１３】
ここで図３を参照すると、少なくとも１つの形態では、ロボットマニピュレータ１０６は、外科用ツール２００の運動を制約するリンク機構１０８を含み得る。様々な態様では、リンク機構１０８は、外科用ツール２００が空間１１０内の点を中心として回転するように、平行四辺形構成で回転継手によって一緒に連結された硬質連結部を含み、これは、その開示内容の全体が本明細書に参照により組み込まれる発行済みの米国特許第５，８１７，０８４号により十分に説明される。平行四辺形構成は、ピッチ軸とも呼ばれる軸１１２ａを中心とした枢動に回転を制約する。平行四辺形のリンク機構を支持する連結部は、セットアップ継手１０４（図２）に枢動可能に取り付けられるため、外科用ツール２００は、ヨー軸とも呼ばれる軸１１２ｂを中心として更に回転する。ピッチ軸１１２ａ及びヨー軸１１２ｂは、外科用ツール２００のシャフト２０８に沿って整合された遠隔中心１１４で交差する。外科用ツール２００は、長手方向ツール軸「ＬＴ−ＬＴ」に沿った外科用ツール２００の摺動運動を含む、マニピュレータ１０６によって支持される更なる被駆動自由度を有し得る。外科用ツール２００は、マニピュレータ１０６に対してツール軸ＬＴ−ＬＴに沿って摺動し（矢印１１２ｃ）、遠隔中心１１４は、マニピュレータ１０６のベース１１６に対して固定されたままである。したがって、マニピュレータ全体は、概して、遠隔中心１１４を再位置決めするように移動される。マニピュレータ１０６のリンク機構１０８は、一連のモータ１２０によって駆動される。これらのモータは、制御システムのプロセッサからのコマンドに応答してリンク機構１０８を能動的に移動させる。以下に更に詳細に論じられるように、モータ１２０は、外科用ツール２００を操作するためにも用いられる。
【００１４】
図４は、図４に図示されるオペレータ（即ち、外科医）からの入力によって動作可能であるマスターコントローラ１１に動作可能に連結されたツール駆動組立体を有するロボットシステム１０との使用のために適合されている外科用ツール２００の斜視図である。その図に見られるように、外科用ツール２００は、エンドカッターを備える外科用エンドエフェクタ１０１２を含む。少なくとも１つの形態において、外科用器具２００は、概して、関節運動継手１０１１によって一緒に連結された近位側閉鎖管１０４０及び遠位側閉鎖管１０４２を有する細長いシャフト組立体１００８を含む。外科用ツール２００は、概して３００として示される、ツール取り付け部分によってマニピュレータに動作可能に連結されている。外科用ツール２００は、ツール取り付け部分３００をマニピュレータに機械的及び電気的に連結するインターフェース２３０を更に含む。様々な態様では、ツール取り付け部分３００は、各々が被駆動要素３０４の表面から延在する１対のピン３０６を含む、複数の（図６には４つが示されている）回転可能な本体部分、被駆動ディスク又は要素３０４を動作可能に支持するツール取り付けプレート３０２を含む。一方のピン３０６は、同じ被駆動要素３０４上の他方のピン３０６よりも各被駆動要素３０４の回転軸に近く、これは、被駆動要素３０４の正の角度整合を確実に行うことを助ける。インターフェース２３０は、以下に更に述べられるように、取り付けプレート３０２と取り付け可能に係合するように構成されているアダプタ部分２４０を含む。アダプタ部分２４０は、ツール取り付け部分３００内の回路基板によってメモリ構造に連結され得る電気接続ピンのアレイを含み得る。インターフェース２３０は、本明細書では、機械的、電気的、及び磁気的連結要素と関連して説明されているが、赤外線、誘導結合などを含む、広範なテレメトリ様式が使用され得ることが理解されるべきである。
【００１５】
図５は、本開示の一態様による、様々な外科用ツールを取設するためのアダプタ及びツールホルダ構成を示す分解組立図である。着脱式ラッチ構成２３９が、アダプタ２４０をツールホルダ２７０に解除可能に固定するために用いられ得る。本明細書で使用されるとき、「ツール駆動組立体」という用語は、ロボットシステム１０との関連で使用されるとき、アダプタ２４０及びツールホルダ２７０の様々な態様を少なくとも包含し、図５に１０１として概して示されている。例えば、図５に見られるように、ツールホルダ２７０は、アダプタ２４０に設けられた対応するクレバススロット２４１内に受容されるようにサイズ決めされる第１のラッチピン構成２７４を含み得る。加えて、ツールホルダ２７０は、アダプタ２４０内の対応するラッチ考案内に保持されるようにサイズ決めされる第２のラッチピン２７６を更に有し得る。少なくとも１つの形態では、ラッチ組立体２４５は、アダプタ２４０上に移動可能に支持され、ラッチピン２７６がそれぞれのラッチクレバス内に保持される第１のラッチ位置と、第２のラッチピン２７６がラッチ考案内に入るか又はそこから取り外され得るラッチ解除位置との間で付勢可能である。ラッチ組立体は、１つ又は複数のばね（図に示されていない）を用いてラッチ位置に付勢される。アダプタ２４０のツール側面２４４上のリップが、ツール取り付けハウジング３０１の横方向に延在するタブを摺動可能に受容し得る。アダプタ部分２４０は、ツール取り付け部分３００内の回路基板によってメモリ構造と連結され得る電気接続ピン２４２のアレイを含み得る。インターフェース２３０は、本明細書では、機械的、電気的、及び磁気的連結要素と関連して説明されているが、赤外線、誘導結合などを含む、広範なテレメトリ様式が使用され得ることが理解されるべきである。
【００１６】
図４〜図６に示されるように、アダプタ部分２４０は、概して、ツール側面２４４及びホルダ側面２４６を含む。様々な形態では、複数の回転可能な本体２５０が、アダプタ２４０の主面に対して垂直な周囲のアダプタ構造に対して制限された運動範囲を有する、浮動プレート２４８に取り付けられる。浮動プレート２４８の軸方向運動は、ツール取り付け部分ハウジング３０１の側面に沿ってレバー３０３が作動されるときに、ツール取り付け部分３００から回転可能な本体２５０を分離することを助ける。ツール取り付け部分３００を解除可能にアダプタ２４０に連結するために他の機構／構成を用いることもできる。少なくとも１つの形態では、各回転可能な本体２５０は、回転可能な本体２５０の周囲の外周陥凹部内に延在する弾性径方向部材によって浮動プレート２４８に弾性的に取り付けられる。各回転可能な本体２５０は、これらの弾性構造の撓みによってプレート２４８に対して軸方向に移動し得る。第１の軸方向位置（ツール側面２４４に向かう）に配設されると、回転可能な本体２５０は、角度の制限なく自由に回転することができる。しかしながら、回転可能な本体２５０がツール側面２４４に向かって軸方向に移動するにつれて、タブ２５２（回転可能な本体２５０から径方向に延在する）が浮動プレート上の戻り止めを横方向に係合することによって、回転可能な本体２５０のそれらの軸を中心とした角度回転を制限する。この制限された回転を使用は、ピン１１２３４が開口部２５６’と整合される（かつその中に摺動する）まで駆動ピン２７２が回転可能な本体２５０を制限された回転位置へと押し込むようになるので、回転可能な本体２５０をロボットシステム１０の対応するツールホルダ部分２７０の駆動ピン２７２と駆動可能に係合することを助けるために使用され得る。回転可能な本体２５０のツール側面２４４上にある開口部２５６及びホルダ側面２４６上にある開口部２５６’は、ツール取り付け部分３００の被駆動要素３０４をツールホルダ２７０の駆動要素２７１と正確に整合するように構成されている。被駆動要素３０４の内側及び外側ピン３０６に関して上述したように、開口部２５６、２５６’は、それら個々の回転可能な本体２５０上の回転軸から異なる距離にあるので、整合がその意図する位置から１８０度にならないことが担保される。更に、開口部２５６のそれぞれは、ピン３０６を外周方向に緊密に受容するようにわずかに円周方向に細長くなっている。これにより、ピン３０６は、開口部２５６、２５６’内で径方向に摺動可能となっており、ツール２００とツールホルダ２７０との間の一定の軸方向の不整合が調整される一方で、駆動要素と被駆動要素との間の角度の不整合及びバックラッシュが最小限に抑えられる。ツール側面２４４上の開口部２５６は、ホルダ側面２４６上の開口部２５６’（破線で示される）から約９０°オフセットされている。
【００１７】
図６は、図４の外科用ツール態様の部分底面斜視図である。図６〜図１０に示されるように、外科用エンドエフェクタ１０１２は、様々な態様による、細長いシャフト組立体１００８によってツール取り付け部分３００に取設される。例示された態様に示されるように、シャフト組立体１００８は、外科用エンドエフェクタ１０１２を、長手方向のツール軸ＬＴ−ＬＴをほぼ横切る関節運動軸ＡＡ−ＡＡを中心として選択的に関節運動させることを可能とする、１０１１として概して示された関節運動継手を含む。図７を参照されたい。他の態様では、関節運動継手は、省略される。様々な態様では、シャフト組立体１００８は、枢動連結部１０４４によって枢動可能に連結されると共に１０４９として概して示される脊柱組立体上に動作可能に支持された近位側閉鎖管１０４０及び遠位側閉鎖管１０４２を備える閉鎖管組立体１００９を含み得る。例示された態様では、脊柱組立体１０４９は、細長い溝１０２２に取設され、かつ近位側脊柱部分１０５２と枢動可能に連結された、遠位側脊柱部分１０５０を備える。閉鎖管組立体１００９は、そこに適用される関節運動に応答して、脊柱組立体１０４９上で軸方向に摺動するように構成されている。遠位側閉鎖管１０４２は、遠位側閉鎖管１０４２が近位方向「ＰＤ」に軸方向に動かされる際に、アンビル１０２４の開放を容易にするために、アンビル１０２４上のタブ１０２７が挿入される開口部１０４５を含む。閉鎖管１０４０、１０４２は、導電性材料（金属など）で形成することによって、上記のように、アンテナの一部として機能し得る。主駆動シャフト組立体の部品（例えば、駆動シャフト１０４８，１０５０）は、非導電性の材料（例えば、プラスチック）で形成することができる。アンビル１０２４は、細長い溝１０２２の近位端に位置する枢動点１０２５において枢動により開閉することができる。
【００１８】
使用時には、外科用エンドエフェクタ１０１２を長手方向ツール軸ＬＴ−ＬＴを中心として回転させることが望ましい場合がある。少なくとも１つの態様では、ツール取り付け部分３００は、ロボット外科用システム１０のツール駆動組立体１０１からの対応する回転出力運動を受けて、この回転出力運動を、長手方向ツール軸ＬＴ−ＬＴを中心として細長いシャフト組立体１００８（及び外科用エンドエフェクタ１０１２）を回転させるための回転制御運動に変換するように構成された回転伝達機構組立体１０６９を含む。様々な態様では、例えば、近位側閉鎖管１０４０の近位端１０６０は、前方支持クレードル３０９によりツール取り付け部分３００のツール取り付けプレート３０２上に回転可能に支持され、閉鎖橇状部材１１００がツール取り付けプレート３０２上にやはり運動可能に支持される。少なくとも１つの形態では、回転伝達機構組立体１０６９は、ツール取り付けプレート３０２上に動作可能に支持された回転ギヤ組立体１０７０により動作可能に係合されるように近位側閉鎖管１０４０の近位端１０６０に形成された（又は取設された）管状ギヤセグメント１０６２を有する。図８に示されるように、少なくとも１つの態様では、回転ギヤ組立体１０７０は、ツール取り付け部分３００がツール駆動組立体１０１と連結される際にツール取り付けプレート３０２のアダプタ側面３０７上の被駆動ディスク又は要素３０４のうちの対応する第１のものと連結される回転駆動ギヤ１０７２を有している。図６を参照されたい。回転ギヤ組立体１０７０は、管状ギヤセグメント１０６２及び回転駆動ギヤ１０７２と噛合係合状態でツール取り付けプレート３０２上に回転可能に支持された回転被駆動ギヤ１０７４を更に含む。ロボット外科用システム１０のツール駆動組立体１０１から、対応する被駆動要素３０４に対して第１の回転出力運動が加えられることにより、回転駆動ギヤ１０７２の回転が引き起こされる。回転駆動ギヤ１０７２の回転は、最終的に、長手方向ツール軸ＬＴ−ＬＴを中心とした細長いシャフト組立体１００８（及び外科用エンドエフェクタ１０１２）の回転につながる（図８に矢印「Ｒ」により示される）。ツール駆動組立体１０１からの回転出力運動が一方向に加えられると、細長いシャフト組立体１００８及び外科用エンドエフェクタ１０１２の第１の方向への回転が生じ、回転出力運動が反対方向に加えられると、細長いシャフト組立体１００８及び外科用エンドエフェクタ１０１２の、第１の方向とは反対の第２の方向への回転が生じる点が認識されるであろう。
【００１９】
少なくとも１つの態様では、ステープルカートリッジ１０３４に対するアンビル１０２４の閉鎖は、閉鎖管組立体１００９を脊柱組立体１０４９上で遠位方向「ＤＤ」に軸方向に移動させることによって行われる。上記に示したように、様々な態様では、近位側閉鎖管１０４０の近位端１０６０は、１０９９として概して示される閉鎖伝達機構の一部を構成する閉鎖橇状部材１１００によって支持される。少なくとも１つの形態では、閉鎖橇状部材１１００は、閉鎖管１００９をツール取り付けプレート３２０上で支持するように構成されており、これにより、近位側閉鎖管１０４０は、閉鎖橇状部材１１００に対して回転することができる一方で閉鎖橇状部材１１００と共に軸方向に運動することができる。詳細には、閉鎖橇状部材１１００は、近位側閉鎖管１０４０の近位端部の径方向溝１０６３内に延在する直立タブ１１０１を有している。更に、図１０に見られるように、閉鎖橇状部材１１００は、ツール取り付けプレート３０２内のスロット３０５を通って延在するタブ部分１１０２を有している。タブ部分１１０２は、ツール取り付けプレート３０２と摺動係合状態に閉鎖橇状部材１１００を保持するように構成されている。様々な態様では、閉鎖橇状部材１１００は、閉鎖ラックギヤ１１０６が形成された直立部分１１０４を有する。閉鎖ラックギヤ１１０６は、閉鎖ギヤ組立体１１１０と駆動係合するように構成されている。ナイフラックギヤ１１０６は、ツール取り付けプレート３０２に取設されたラックハウジング１２１０内に摺動可能に支持されており、それにより、ナイフラックギヤ１１０６は、ナイフギヤ組立体１２２０と噛合係合状態に保持されている。
【００２０】
様々な形態では、閉鎖ギヤ組立体１１１０は、ツール取り付けプレート３０２のアダプタ側面３０７上の被駆動ディスク又は要素３０４のうちの対応する第２のものと連結される閉鎖スパーギヤ１１１２を含む。図６を参照されたい。したがって、ロボットシステム１０のツール駆動組立体１０１からの第２の回転出力運動が、対応する第２の被駆動要素３０４に加えられると、ツール取り付け部分３００がツール駆動組立体１０１と連結される際に閉鎖スパーギヤ１１１２の回転が生じる。閉鎖ギヤ組立体１１１０は、閉鎖スパーギヤ１１１２と噛合係合状態で支持される閉鎖減速ギヤセット１１１４を更に含む。図９及び図１０に見られるように、閉鎖減速ギヤセット１１１４は、閉鎖スパーギヤ１１１２と噛合係合状態で回転可能に支持される被駆動ギヤ１１１６を含む。閉鎖減速ギヤセット１１１４は、閉鎖ラックギヤ１１０６と噛合係合状態でツール取り付けプレート３０２上に回転可能に支持された第２の閉鎖駆動ギヤ１１２０と噛合係合状態にある第１の閉鎖駆動ギヤ１１１８を更に含む。したがって、ロボット外科用システム１０のツール駆動組立体１０１からの第２の回転出力運動が、対応する第２の被駆動要素１１３０４に加えられると、閉鎖スパーギヤ１１１２及び閉鎖伝達機構１１１０の回転が生じ、最終的に閉鎖橇状部材１１００及び閉鎖管組立体１００９が軸方向に駆動される。閉鎖管組立体１００９が動く軸方向は、第２の被駆動要素３０４が回転される方向によって最終的に決まる。例えば、ロボット外科用システム１０のツール駆動組立体１０１から受ける１つの回転出力運動に応じて、閉鎖橇状部材１１００は、遠位方向「ＤＤ」に駆動され、最終的に閉鎖管組立体１０１が遠位方向に駆動される。遠位側閉鎖管１０４２が遠位方向に駆動されると、閉鎖管セグメント１０４２の端部がアンビル１０２４の一部と係合し、アンビル１０２４を閉位置へと枢動させる。ロボット外科用システム１０のツール駆動組立体１０１からの「開放」出力運動が加えられると、閉鎖橇状部材１１００及び細長いシャフト組立体１００８が近位方向「ＰＤ」に駆動されることになる。遠位側閉鎖管１０４２が近位方向に駆動されると、その中の開口部１０４５がアンビル１０２４のタブ１０２７と相互作用してその開放を容易にする。様々な態様では、ばね（図示せず）を用いて、遠位側閉鎖管１０４２がその始点位置に動かされた際にアンビルを開放位置に付勢することができる。様々な態様では、閉鎖ギヤ組立体１１１０の様々なギヤは、外科用エンドエフェクタ１０１２によって切開及びステープル留めされる組織に対してアンビル１０２４を充分に閉じるために必要な閉鎖力を発生するようにサイズ決めされている。例えば、閉鎖伝達機構１１１０の各ギヤは、約７０〜１２０ポンドの力を発生するようにサイズ決めされ得る。
【００２１】
図１１Ａは、図６の外科用ツール２００の部分断面側面図であり、図１１Ｂは、本開示の一態様による、図１１Ａに図示される外科用ツールの一部分の拡大断面図である。図１１Ａ及び図１１Ｂを参照すると、ナイフバー１２００の遠位端１２０２は、切断器具１０３２に取設されている。ナイフバー１２００の近位端１２０４は、ナイフバー１２００がナイフラックギヤ１２０６に対して自由に回転することができるようにナイフラックギヤ１２０６に回転可能に取り付けられている。ナイフラックギヤ１２０６は、ツール取り付けプレート３０２に取設されたラックハウジング１２１０内に摺動可能に支持されており、それにより、ナイフラックギヤ１２０６は、ナイフギヤ組立体１２２０と噛合係合状態に保持されている。より詳細には、図１０を参照すると、少なくとも１つの態様では、ナイフギヤ組立体１２２０は、ツール取り付けプレート３０２のアダプタ側面３０７上の被駆動ディスク又は要素３０４のうちの対応する第３のものと連結されるナイフスパーギヤ１２２２を含む。図６を参照されたい。したがって、ロボットシステム１０からの別の回転出力運動が、ツール駆動組立体１０１を介して、対応する第３の被駆動要素３０４に加えられると、ナイフスパーギヤ１２２２の回転が生じる。ナイフギヤ組立体１２２０は、第１のナイフ駆動ギヤ１２２６及び第２のナイフ駆動ギヤ１２２８を含むナイフギヤ減速セット１２２４を更に含む。ナイフギヤ減速セット１２２４は、第１のナイフ駆動ギヤ１２２６がナイフスパーギヤ１２２２と噛合係合状態にあるようにツール取り付けプレート３０２に回転可能に取り付けられる。同様に、第２のナイフ駆動ギヤ１２２８は、ナイフラックギヤ１２０６と噛合係合状態でツール取り付けプレート３０２上に回転可能に支持された第３のナイフ駆動ギヤ１２３０と噛合係合状態にある。様々な態様では、ナイフギヤ組立体１２２０の各ギヤは、外科用エンドエフェクタ１０１２に把持された組織を貫通して切断要素１０３２を推し進め、ステープルを組織の中に駆動するために必要な力を発生させるようにサイズ決めされている。例えば、ナイフ駆動組立体１２３０のギヤは、約４０〜１００ポンドを発生させるようにサイズ決めされ得る。ツール駆動組立体１０１からの一方向の回転出力運動が加えられることによって切断器具１０３２の遠位方向への軸方向運動が生じ、反対方向の回転出力運動が加えられることによって切断器具１０３２の近位方向への軸方向運動が生じる点は認識されるであろう。
【００２２】
様々な態様では、外科用ツール２００は、外科用エンドエフェクタ１０１２が、長手方向ツール軸ＬＴ−ＬＴに対して実質的に横断する関節運動軸ＡＡ−ＡＡを中心に関節運動されることを可能にする、関節運動継手１２０１１を含む関節運動システムを用いる。少なくとも１つの態様では、外科用ツール２００は、近位脊柱部分１０５２を通して提供される、対応する通路内で摺動可能に支持される第１の関節運動バー１２５０ａ及び第２の関節運動バー１２５０ｂを含む。少なくとも１つの形態では、第１の関節運動バー１２５０ａ及び第２の関節運動バー１２５０ｂは、ツール取り付けプレート３０２上で動作可能に支持される関節運動伝達機構によって作動される。関節運動バー１２５０ａ、１２５０ｂの各々は、近位端から突出するガイドロッドを有する近位端を有し、ガイドロッドは、近位側脊柱部分の近位端部分内の対応するスロットを通って、関節運動伝達機構の一部分を含む関節運動ナット１２６０内の対応する弓状スロット内に、横方向に延在する。関節運動バー１２５０ａは、遠位側脊柱部分１０５０の近位端部分内の対応するスロットを通って、関節運動ナット１２６０の対応する弓状スロット内に、横方向に延在するガイドロッド１２５４を有する。加えて、関節運動バー１２５０ａは、例えば、ピンによって遠位側脊柱部分１０５０に枢動可能に連結される遠位端を有し、関節運動バー１２５０ｂは、ピンによって遠位側脊柱部分１０５０に枢動可能に連結される遠位端を有する。具体的には、関節運動バー１２５０ａは、長手方向ツール軸ＬＴ−ＬＴから第１の横方向に横方向にオフセットされ、関節運動バー１２５０ｂは、長手方向ツール軸ＬＴ−ＬＴから第２の横方向に横方向にオフセットされる。したがって、反対方向の関節運動バー１２５０ａ、１２５０ｂの軸方向運動は、以下に更に詳細に論じられるように、遠位側脊柱部分１０５０、並びにそれに取設された外科用エンドエフェクタ１０１２の関節運動軸ＡＡ−ＡＡを中心とした関節運動を結果的にもたらすことになる。
【００２３】
外科用エンドエフェクタ１０１２の関節運動は、関節運動ナット１２６０を、長手方向ツール軸ＬＴーＬＴを中心に回転させることによって制御される。関節運動ナット１２６０は、遠位側脊柱部分１０５０の近位端部分上で回転可能に軸支され、遠位側脊柱部分の近位端部分上で関節運動ギヤ組立体１２７０によって回転可能に駆動される。より詳細には、図８を参照すると、少なくとも１つの態様では、関節運動ギヤ組立体１２７０は、ツール取り付けプレート３０２のアダプタ側面３０７上の被駆動ディスク又は要素３０４のうちの対応する第４のものと連結される関節運動スパーギヤ１２７２を含む。したがって、ロボットシステム１０からツール駆動組立体１０１を介した対応する第４の駆動要素３０４への別の回転出力運動の適用は、インターフェース２３０がツールホルダ２７０に連結されたときに、関節運動スパーギヤ１２７２の回転を引き起こすことになる。関節運動駆動ギヤ１２７４は、示されるように、関節運動スパーギヤ１２７２及び関節運動ナット１２６０のギヤ部分１２６４と噛合係合状態でツール取り付けプレート３０２上に回転可能に支持される。関節運動ナット１２６０は、その上に形成された肩部１２６６を有し、肩部１２６６は、その中に保持ポスト１２６８を受容するための環状溝１２６７を画定する。保持ポスト１２６８は、ツール取り付けプレート３０２に取設され、関節運動ナット１２６０が近位側脊柱部分１０５２上で軸方向に移動することを防止しつつ、それに対して回転する能力を維持するように機能する。したがって、関節運動ナット１２６０の第１の方向の回転は、関節運動ギヤ１２６０内の螺旋スロットとのガイドロッド１２５４の相互作用により、関節運動バー１２５０ａの遠位方向「ＤＤ」の軸方向運動、及び関節運動バー１２５０ｂの近位方向「ＰＤ」の軸方向運動を結果的にもたらす。同様に、第１の方向とは反対の第２の方向の関節運動ナット１２６０の回転は、関節運動バー１２５０ａの近位方向「ＰＤ」の軸方向運動を結果的にもたらし、関節運動バー１２５０ｂを遠位方向「ＤＤ」に軸方向に移動させる。したがって、外科用エンドエフェクタ１０１２は、関節運動バー１２５０ａを遠位方向「ＤＤ」に、かつ関節運動バー１２５０ｂを近位方向「ＰＤ」に同時に移動させることによって、関節運動軸「ＡＡ−ＡＡ」を中心に第１の方向「ＦＤ」に選択的に関節運動され得る。同様に、外科用エンドエフェクタ１０１２は、関節運動バー１２５０ａを近位方向「ＰＤ」に、かつ関節運動バー１２５０ｂを遠位方向「ＤＤ」に同時に移動させることによって、関節運動軸「ＡＡ−ＡＡ」を中心に第２の方向「ＳＤ」に選択的に関節運動され得る。
【００２４】
上記のツール態様は、ロボット制御可能な医療ツールを、少なくとも４つの異なる回転制御運動を生成するロボットアーム構成の少なくとも１つの形態上に取り付けるために特に好適であるインターフェース構成を用いる。当業者であれば、そのような回転出力運動が、ロボットシステム／コントローラによって用いられるプログラマブル制御システムを介して選択的に制御され得ることを理解するであろう。例えば、上記のツール構成は、Ｉｎｔｕｉｔｉｖｅ  Ｓｕｒｇｉｃａｌ（Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，Ｃａｌｉｆ．，Ｕ．Ｓ．Ａ．）によって製造されたロボットシステムとの使用に好適であり得、その多くは、参照により本明細書に組み込まれる様々な特許に詳細に説明され得る。本発明の様々な態様の固有かつ新規な態様は、ロボットシステムによって供給される回転出力運動を利用して、エンドエフェクタが組織を切断及びステープル留めすることを可能にする十分な大きさを有する特定の制御運動を生成する役割を果たす。したがって、本開示の様々な態様の固有の構成及び原理は、本明細書に開示及び特許請求されるツールシステムの様々な異なる形態が、プログラムされた回転又は他の出力運動を供給する他のタイプ及び形態のロボットシステムと併せて効果的に用いられることを可能にし得る。加えて、この詳細な説明が進むにつれて更に明らかになるように、他の形態の作動運動を必要とする本発明の様々なエンドエフェクタ態様もまた、ロボットシステムによって生成される制御運動のうちの１つ又は２つ以上を利用して効果的に作動され得る。
【００２５】
図１２は、第１のセンサ３００８ａ及び第２のセンサ３００８ｂを備えるエンドエフェクタ３０００の一態様を例示する。第１のセンサ３００８ａ及び第２のセンサ３００８ｂは、セグメント化された電極を使用して組織の位置を決定するためにカートリッジデッキ上に提供される。したがって、第１のセンサ３００８ａ及び第２のセンサ３００８ｂは、閉鎖管上の負荷、閉鎖管の位置、ラックにおける発射部材及びＩビーム３００５に連結された発射部材の位置、組織を収容するカートリッジの部分、関節運動ロッド上の負荷及び位置を感知することを可能にする。エンドエフェクタ３０００は、第２のジョー部材３００４に枢動可能に結合された、第１のジョー部材、即ちアンビル３００２を備える。第２のジョー部材３００４は、その中にステープルカートリッジ３００６を受容するように構成されている。ステープルカートリッジ３００６は、複数のステープルを備える。複数のステープルは、外科的動作の間、ステープルカートリッジ３００６から配備可能である。エンドエフェクタ３０００は、第１のセンサ３００８ａを備える。第１のセンサ３００８ａは、エンドエフェクタ３０００の１つ又は２つ以上のパラメータを測定するように構成されている。例えば、一態様では、第１のセンサ３００８ａは、アンビル３００２と第２のジョー部材３００４との間の間隙３０１０を測定するように構成されている。第１のセンサ３００８ａは、例えば、第２のジョー部材３００４及び／又はステープルカートリッジ３００６に埋め込まれた磁石３０１２によって生成される磁界を検出するように構成された、ホール効果センサを備えてもよい。別の例として、一態様では、第１のセンサ３００８ａは、第２のジョー部材３００４によって、かつ／又はアンビル３００２と第２のジョー部材３００４との間に掴持された組織によって、アンビル３００２に対して及ぼされる１つ又は２つ以上の力を測定するように構成されている。センサ３００８ａ、３００８ｂは、エンドエフェクタ３０００内の組織厚さ、力、変位、圧縮、組織インピーダンス、及び組織の場所を測定するために用いられ得る。
【００２６】
エンドエフェクタ３０００は、第２のセンサ３００８ｂを備える。第２のセンサ３００８ｂは、エンドエフェクタ３０００の１つ又は２つ以上のパラメータを測定するように構成されている。例えば、様々な態様では、第２のセンサ３００８ｂは、掴持された状態の間のアンビル３００２の歪みの大きさを測定するように構成された、歪みゲージを備えてもよい。歪みゲージは、歪みの大きさに伴って振幅が変動する電気信号を提供する。様々な態様では、例えば、第１のセンサ３００８ａ及び／又は第２のセンサ３００８ｂは、例えば、ホール効果センサなどの磁気センサ、歪みゲージ、圧力センサ、力センサ、例えば、渦電流センサなどの誘導センサ、抵抗センサ、容量センサ、光センサ、及び／又はエンドエフェクタ３０００の１つ又は２つ以上のパラメータを測定するための任意の他の好適なセンサを備えてもよい。第１のセンサ３００８ａ及び第２のセンサ３００８ｂは、直列構成及び／又は並列構成で配置されてもよい。直列構成では、第２のセンサ３００８ｂは、第１のセンサ３００８ａの出力に直接影響するように構成されてもよい。並列構成では、第２のセンサ３００８ｂは、第１のセンサ３００８ａの出力に間接的に影響するように構成されてもよい。
【００２７】
一態様では、第１のセンサ３００８ａは、アンビル３００２と第２のジョー部材３００４との間の間隙３０１０を測定するように構成されてもよい。間隙３０１０は、アンビル３００２とステープルカートリッジ３００６との間に掴持された組織部分の厚さ及び／又は圧縮性を表す。第１のセンサ３００８ａは、例えば、第２のジョー部材３００４及び／又はステープルカートリッジ３００６に結合された磁石３０１２によって生成される磁界を検出するように構成された、ホール効果センサを含んでもよい。単一箇所での測定により、組織の較正されたフルビットに対して圧縮された組織厚さが正確に説明されるが、組織の部分食込みがアンビル３００２と第２のジョー部材３００４との間に位置する場合、不正確な結果がもたらされることがある。組織の部分食込みは、近位側部分食込み又は遠位側部分食込みのどちらでも、アンビル３００２の掴持の幾何学形状を変化させる。
【００２８】
いくつかの態様では、第２のセンサ３００８ｂは、組織食込みのタイプ、例えば、完全食込み、部分的な近位側食込み、及び／又は部分的な遠位側食込みを示す、１つ又は２つ以上のパラメータを検出するように構成されてもよい。いくつかの態様では、第１のセンサ３００８ａの厚さ測定値が、エンドエフェクタ３０００に連結された外科用器具１０の出力デバイスに提供されてもよい。例えば、一態様では、エンドエフェクタ３０００は、ディスプレイを備える外科用器具１０に連結されている。第１のセンサ３００８ａの測定値は、プロセッサに提供される。
【００２９】
別の態様では、エンドエフェクタ３０００は、把持処置中にアンビル３００２に対して及ぼされる歪みの大きさを測定するように構成された複数の第２のセンサを備えてもよい。一態様では、複数のセンサは、堅牢な組織厚さ感知プロセスが実装されることを可能にする。アンビル３２０２の長さに沿って様々なパラメータを検出することによって、複数のセンサにより、食込み、例えば部分食込み又は完全食込みに関わらず、例えば、外科用器具１０などの外科用器具が、ジョー内における組織厚さを計算することが可能になる。いくつかの態様では、複数のセンサは、複数の歪みゲージを備える。複数の歪みゲージは、アンビル３００２の様々な地点において歪みを測定するように構成されている。アンビル３００２の様々な地点それぞれにおける歪みの大きさ及び／又は勾配は、アンビル３００２とステープルカートリッジ３００６との間の組織の厚さを判断するために使用することができる。複数の歪みゲージは、組織の厚さ、組織配置、及び／又は物質の特性を判断するため、掴持の力学に基づいて、大きさ及び／又は勾配の最大差を最適化するように構成されてもよい。掴持の間における複数のセンサの時間ベースの監視によって、例えば、一次プロセッサなどのプロセッサが、アルゴリズム及びルックアップテーブルを利用して、組織特徴及び掴持位置を認識し、エンドエフェクタ３０００、及び／又はアンビル３００２とステープルカートリッジ３００６との間に掴持された組織を動的に調節することが可能になる。
【００３０】
図１３Ａは、導電性素子の層５５１２を備えるエンドエフェクタ５５００の態様を例示する。エンドエフェクタ５５００は、上述したエンドエフェクタ３０００に類似している。エンドエフェクタ５５００は、第２のジョー部材５５０４に枢動可能に連結された、第１のジョー部材、即ちアンビル５５０２を備える。第２のジョー部材５５０４は、中にステープルカートリッジ５５０６を受け入れるように構成されている。図１３Ｂは、図１３Ａに示される組織コンペンセータの一部分の詳細図を例示する。導電性素子５５１２は、例えば、ワイヤコイル、ワイヤのメッシュ若しくはグリッド、導電性ストリップ、導電性プレート、電気回路、マイクロプロセッサ、又はそれらの任意の組み合わせなど、任意の数の構成の導電性材料の任意の組み合わせを含むことができる。導電性素子５５１２を含む層は、組織コンペンセータ５５１０のアンビルに面する面５５１４上に配置することができる。代替的に、又はそれに加えて、導電性素子５５１２の層は、組織コンペンセータ５５１０のステープルカートリッジに面する面５５１６上に配置することができる。導電性素子５５１２は、エンドエフェクタ５５００内の組織厚さ、力、変位、圧縮、組織インピーダンス、及び組織の場所を測定するために用いられ得る。追加の例が、参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願第２０１６／００６６９１２号に開示されている。
【００３１】
図１３Ｃは、ステープルカートリッジ５５０６内の導電性素子５５１２の層、並びに導電性素子５５２４、５５２６、及び５５２８を使用して、アンビル５５０２とステープルカートリッジ５５０６の上面との間の距離を検出する、様々な例示的態様を例示する。アンビル５５０２とステープルカートリッジ５５０６との間の距離は、それらの間に圧縮された組織５５１８の量及び／又は密度を示す。この距離は、それに加えて、又は代替的に、エンドエフェクタ５５００のどの領域が組織を含むかを示す。組織５５１８の厚さ、密度、及び／又は位置を、外科用器具１０の操作者に通信することができる。
【００３２】
例示される例示的態様では、導電性素子５５１２の層は、組織コンペンセータ５５１０のアンビルに面する表面５５１４上に位置し、マイクロプロセッサ５５２０と連通している１つ又は２つ以上のワイヤコイル５５２２を備える。マイクロプロセッサ５５００は、エンドエフェクタ５５００若しくはその任意の構成要素内に配置することができ、又は器具のツール取り付けハウジング３０１内に配置することができ、又は上述の任意のマイクロプロセッサ若しくはマイクロコントローラを含むことができる。例示される例示的態様では、ステープルカートリッジ５５０６はまた、導電性素子を含み、それらは、１つ若しくは２つ以上のワイヤコイル５５２４、１つ若しくは２つ以上の導電性プレート５５２６、ワイヤメッシュ５５２８、又は他の任意の便利な構成、又はそれらの任意の組み合わせのいずれか１つであり得る。ステープルカートリッジ５５０６の導電性素子は、ロボット外科用器具内の同じマイクロプロセッサ５５２０又はいくつかの他のマイクロプロセッサと連通してもよい。導電性素子５５１２は、エンドエフェクタ５５００内の組織厚さ、力、変位、圧縮、組織インピーダンス、及び組織の場所を測定するために用いられ得る。
【００３３】
アンビル５５０２が閉位置にあり、したがって組織５５１８をステープルカートリッジ５５０６に対して圧縮しているとき、組織コンペンセータ５５１０の導電性素子５５１２の層は、ステープルカートリッジ５５０６内の導体と容量結合することができる。導電性素子５５１２の層とステープルカートリッジ５５０６の導電性素子との間の容量場の強度を使用して、圧縮されている組織５５１８の量を判断することができる。代替的に、ステープルカートリッジ５５０６は、マイクロプロセッサ５５２０と連通している渦電流センサを備えることができ、渦電流センサは、アンビル５５０２とステープルカートリッジ５５０６の上面との間の距離を、渦電流を使用して感知するように動作可能である。
【００３４】
導電性素子の他の構成が可能であり、図１３Ｃの態様は、単なる例であって、限定ではないことが理解される。例えば、いくつかの態様では、導電性素子５５１２の層を、組織コンペンセータ５５１０のステープルカートリッジに面する表面５５１６上に配置することができる。また、いくつかの態様では、導電性素子５５２４、５５２６、及び／又は５５２８を、アンビル５５０２の上又は中に配置することができる。したがって、いくつかの態様では、導電性素子５５１２の層を、アンビル５５０２内の導電性素子と容量結合し、それによってエンドエフェクタ内に囲まれた組織５５１８の特性を感知することができる。
【００３５】
導電性素子５５１２の層が、アンビルに面する表面５５１４及びカートリッジに面する表面５５１６の両方に配設されてもよいことも認識され得る。アンビル５５０２によってステープルカートリッジ５５０６に対して圧縮された組織５５１８の量、密度、及び／又は位置を検出するシステムは、アンビル５５０２、ステープルカートリッジ５５０６、又は両方に導体若しくはセンサを備えることができる。アンビル５５０２及びステープルカートリッジ５５０６の両方に導体又はセンサを含む態様は、任意に、この構成によって達成することができる信号の微分解析を可能にすることにより、向上された結果を達成することができる。
【００３６】
次に図１４Ａに移ると、アンビル５６０２が閉位置にあるエンドエフェクタ５６００の拡大切欠図が例示されている。図１４Ｂは、本開示の一態様による、内部に埋め込まれた電気導体５６２０を備えるエンドエフェクタ５６００を例示する。閉位置では、アンビル５６０２は、組織コンペンセータ５６１０とステープルカートリッジ５６０６の間で組織５６１８を圧縮することができる。いくつかの例では、エンドエフェクタ５６００の一部のみが組織５６１８を囲んでいてもよい。組織５６１８を閉鎖しているエンドエフェクタ５６００の領域では、より多い圧縮の領域５６２４では、導体アレイ５６２０も圧縮され、圧縮されない領域５６２６では、導体アレイ５６２０は更に離間する。したがって、導体アレイ５６２０間の導電性、抵抗、容量、及び／又は他の何らかの電気的特性は、エンドエフェクタ５６００のどの領域が組織を含んでいるかを示すことができる。導体アレイ５６２０は、エンドエフェクタ５６００内の組織厚さ、力、変位、圧縮、組織インピーダンス、及び組織の場所を測定するために用いられ得る。
【００３７】
図１４Ａ及び図１４Ｂを参照すると、組織コンペンセータ５６１０を備えるエンドエフェクタ５６００は、内部に埋め込まれた導体５６２０を更に備える。エンドエフェクタ５６００は、第２のジョー部材５６０４に枢動可能に連結された、第１のジョー部材、即ちアンビル５６０２を備える。第２のジョー部材５６０４は、中にステープルカートリッジ５６０６を受容するように構成されている。いくつかの態様では、エンドエフェクタ５６００は、アンビル５６０２又はステープルカートリッジ５６０６上に取り外し可能に位置付けられる組織コンペンセータ５６１０を更に備える。
【００３８】
導体アレイ５６２０は、組織コンペンセータ５６１０を備える材料内に埋め込まれている。導体アレイ５６２０は、対向する構成で配置することができ、対向する要素は、絶縁材料によって分離することができる。導体アレイ５６２０はそれぞれ、１つ又は２つ以上の導電ワイヤ５６２２に結合されている。導電ワイヤ５６２２は、導体アレイ５６２０がマイクロプロセッサ又は制御回路９６１（図２２）、８００（図２３）、８１０（図２４）、８２０（図２５）、４４２０（図２６）、２５１０（図３０）と連通することを可能にする。導体アレイ５６２０は、切断部材又はナイフバー２８０の経路内にあるように、組織コンペンセータ５６１０の幅に及んでもよい。ナイフバー２８０が前進するにつれて、導体５６２０を切断、破壊、又は別様に使用不能にし、それによってエンドエフェクタ５６００内におけるその位置を示す。導体アレイ５６１０は、導電性素子、電気回路、マイクロプロセッサ、又はそれらの任意の組み合わせを備えることができる。
【００３９】
図１５Ａ及び図１５Ｂは、中に埋め込まれた導体５６６２を更に備えるエンドエフェクタ５６５０の態様を例示する。エンドエフェクタ５６５０は、第２のジョー部材５６５４に枢動可能に連結された、第１のジョー部材、即ちアンビル５６５２を備える。第２のジョー部材５６５４は、中にステープルカートリッジ５６５６を受容するように構成されている。図１５Ａは、ステープルカートリッジ５６５６の切欠図を例示する。切欠図は、エンドエフェクタ内に埋め込まれた導体５６７０を例示する。導体５６７２は、それぞれ導電ワイヤ５６７２に結合されている。導電ワイヤ５６７２は、導体アレイ５６７２がマイクロプロセッサと連通することを可能にする。導体５６７２は、導電性素子、電気回路、マイクロプロセッサ、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。図１５Ｂは、アンビル５６５２が閉位置にあるエンドエフェクタ５６５０の拡大側面図を例示する。閉位置では、アンビル５６５２は、組織５６５８をステープルカートリッジ５６５６に対して圧縮することができる。組織コンペンセータ５６６０内に埋め込まれた導体５６７２は、電流のパルス５６７４を既定の周波数で組織５６５８に印加するように動作可能であり得る。同じ又は追加の導体５６７２は、組織５６５８の反応を検出し、この反応を、器具内に配置されたマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラに伝達することができる。電気パルス５６７４に対する組織５６５８の反応を使用して、組織５６５８の特性を判断することができる。例えば、組織５６５８のガルバニック反応は、組織５６５８の含水量を示す。別の例として、組織５６５８を通る電気インピーダンスの測定値を使用して、組織タイプの指標である、組織５６４８の導電性を判断することができる。決定され得る他の特性としては、例として、非限定的に、酸素含量、塩分、密度、及び／又は特定の化学物質の存在が挙げられる。いくつかのセンサからのデータを組み合わせることによって、血流、血液型、抗体の存在などの他の特性が決定され得る。導体５６６２は、エンドエフェクタ５６５０内の組織厚さ、力、変位、圧縮、組織インピーダンス、及び組織の場所を測定するために用いられ得る。
【００４０】
図１６は、左から右にセグメント化されたフレキシブル回路４６００の一態様を例示する。左から右にセグメント化されたフレキシブル回路４６００は、左から右にセグメント化されたフレキシブル回路４６００の左側の複数のセグメントＬ１〜Ｌ５及び左から右にセグメント化されたフレキシブル回路４６００の右側の複数のセグメントＲ１〜Ｒ５を含む。セグメントＬ１〜Ｌ５及びＲ１〜Ｒ５は各々、各セグメントＬ１〜Ｌ５及びＲ１〜Ｒ５内の組織パラメータを局所的に感知するために、温度センサ及び／又は力センサを含む。左から右にセグメント化されたフレキシブル回路４６００は、セグメントＬ１〜Ｌ５及びＲ１〜Ｒ５の各々の内部で局所的に組織パラメータを感知するように構成されている。フレキシブル回路４６００は、エンドエフェクタ内の組織厚さ、力、変位、圧縮、組織インピーダンス、及び組織の場所を測定するために用いられ得る。
【００４１】
図１７は、エンドエフェクタのジョー部材６４３４に固定的に取設されるように構成された、セグメント化フレキシブル回路６４３０の一態様を例示する。セグメント化フレキシブル回路６４３０は、局所的な組織存在検出を提供するために、個々のアドレス可能なセンサを含む、遠位セグメント６４３２ａ及び外側セグメント６４３２ｂ、６４３２ｃを備える。セグメント６４３２ａ、６４３２ｂ、６４３２ｃは、セグメント６４３２ａ、６４３２ｂ、６４３２ｃの各々の内部に位置する個々のセンサに基づいて、組織を検出するために、また組織パラメータを測定するために個々にアドレス可能である。セグメント化フレキシブル回路６４３０のセグメント６４３２ａ、６４３２ｂ、６４３２ｃは、ジョー部材６４３４に取り付けられ、また電気回路などのエネルギー源に、導電性素子６４３６を介して電気的に連結される。ホール効果センサ６４３８又は任意の好適な磁気センサが、ジョー部材６４３４の遠位端に位置する。ホール効果センサ６４３８は、別途、図１９に詳細に示される、組織間隙と称され得る、ジョー部材６４３４によって画定された開口の測定値を提供するために、磁石と共に動作する。セグメント化フレキシブル回路６４３０は、エンドエフェクタ内の組織厚さ、力、変位、圧縮、組織インピーダンス、及び組織の場所を測定するために用いられ得る。
【００４２】
図１８は、エンドエフェクタのジョー部材６４４４に取り付けられるように構成されたセグメント化フレキシブル回路６４４０の一態様を例示する。セグメント化フレキシブル回路６５８０は、組織制御のために、個々のアドレス可能なセンサを含む遠位セグメント６４４２ａと、外側セグメント６４４２ｂ、６４４２ｃとを備える。セグメント６４４２ａ、６４４２ｂ、６４４２ｃは、組織を処置するために、またセグメント６４４２ａ、６４４２ｂ、６４４２ｃの各々の内部に位置する個々のセンサを読み取るために、個々にアドレス可能である。セグメント化フレキシブル回路６４４０のセグメント６４４２ａ、６４４２ｂ、６４４２ｃは、ジョー部材６４４４に取り付けられ、またエネルギー源に、導電性素子６４４６を介して電気的に連結される。ホール効果センサ６４４８又は他の好適な磁気センサが、ジョー部材６４４４の遠位端に設けられている。ホール効果センサ６４４８は、図１９に詳細に示されるエンドエフェクタのジョー部材６４４４によって画定された開口又は組織間隙の測定値を提供するために、磁石と共に動作する。加えて、複数の外側非対称型温度センサ６４５０ａ、６４５０ｂが、セグメント化フレキシブル回路６４４０上に取り付けられるか、又は形式上、それと一体化され、組織温度フィードバックを制御回路に提供する。セグメント化フレキシブル回路６４４０は、エンドエフェクタ内の組織厚さ、力、変位、圧縮、組織インピーダンス、及び組織の場所を測定するために用いられ得る。
【００４３】
図１９は、組織間隙ＧＴを測定するように構成されたエンドエフェクタ６４６０の一態様を例示する。エンドエフェクタ６４６０は、ジョー部材６４６２とジョー部材６４４４とを備える。図１８に説明されるフレキシブル回路６４４０は、ジョー部材６４４４に取り付けられている。フレキシブル回路６４４０は、組織間隙ＧＴを測定するために、ジョー部材６４６２に取り付けられた磁石６４６４と動作するホール効果センサ６４４８を備える。この技術は、ジョー部材６４４４とジョー部材６４６２との間に定義された開口を測定するために用いられ得る。ジョー部材６４６２は、ステープルカートリッジであってもよい。
【００４４】
図２０は、図１６に示されるセグメント化フレキシブル回路６４６８を含むエンドエフェクタ６４７０の一態様を例示する。エンドエフェクタ６４７０は、ジョー部材６４７２及びステープルカートリッジ６４７４を備える。セグメント化フレキシブル回路６４６８は、ジョー部材６４７２に取り付けられている。セグメント１〜５の内部に配設されたセンサの各々は、ジョー部材６４７２とステープルカートリッジ６４７４との間に位置決めされた組織の存在を検出し、組織ゾーン１〜５を表すように構成されている。図２０に示された構成では、エンドエフェクタ６４７０は、ジョー部材６４７２とステープルカートリッジ６４７４との間に組織を受容するか、又は把持する準備ができている開放位置で示されている。セグメント化フレキシブル回路６４６８は、エンドエフェクタ６４７０内の組織厚さ、力、変位、圧縮、組織インピーダンス、及び組織の場所を測定するために用いられ得る。
【００４５】
図２１は、ジョー部材６４７２がジョー部材６４７２とステープルカートリッジとの間に組織６４７６を把持している、図２０に示されるエンドエフェクタ６４７０を例示する。図２１に示されるように、組織６４７６は、セグメント１〜３の間に位置決めされ、組織ゾーン１〜３を表す。したがって、組織６４７６は、セグメント１〜３内のセンサによって検出され、組織の不在（空の場合）は、セグメント４〜５によって部分６４７８で検出される。特定のセグメント１〜３及び４〜５内に位置付けられた組織６４７６の存在及び不在に関する情報は、それぞれ、例えば、インターフェース回路を介して本明細書に説明されるような制御回路に伝達される。制御回路は、セグメント１〜３内に位置する組織を検出するように構成されている。セグメント１〜５は、ある特定のセグメント１〜５内に位置する組織の組織パラメータを測定するための任意の好適な温度、力／圧力、及び／又はホール効果磁気センサと、ある特定のセグメント１〜５内に位置する組織にエネルギーを送達するための電極とを収容してもよいことが理解されよう。セグメント化フレキシブル回路６４６８は、エンドエフェクタ６４７０内の組織厚さ、力、変位、圧縮、組織インピーダンス、及び組織の場所を測定するために用いられ得る。
【００４６】
図２２は、本開示の１つ又は２つ以上の態様による、図１のロボット外科用システム１０のフィードバックシステム９７０の論理図を例示する。システム９７０は、回路を備える。制御回路は、プロセッサ９６２及びメモリ９６８を備えるコントローラ９６１を含む。センサ９７２、９７４、９７６のうちの１つ又は２つ以上は、例えば、プロセッサ９６２にリアルタイムフィードバックを提供する。モータドライバ９９２によって駆動されるモータ９８２は、長手方向に移動可能な変位部材を動作可能に連結して、Ｉビームナイフ部材を駆動する。追跡システム９８０は、長手方向に移動可能な変位部材の位置を決定するように構成されている。位置情報は、長手方向に移動可能な駆動部材の位置、並びに発射部材、発射バー、及びＩビームナイフ要素の位置を決定するようにプログラム又は構成され得るプロセッサ９６２に提供される。追加のモータが、Ｉビームの発射、閉鎖管の移動、シャフトの回転、及び関節運動を制御するために、ツールドライバインターフェースに提供されてもよい。
【００４７】
一形態では、歪みゲージを使用して、エンドエフェクタによって組織に加えられる力を測定することができる。治療される組織に対するエンドエフェクタによる力を測定するために、歪みゲージをエンドエフェクタに連結することができる。ここで図２２を参照すると、エンドエフェクタによって把持された組織に加えられる力を測定するためのシステム９７０は、例えば、エンドエフェクタの１つ又は２つ以上のパラメータを測定するように構成される、微小歪みゲージなどの歪みゲージセンサ９７２を備える。一態様では、歪みゲージセンサ９７２は、把持動作中にエンドエフェクタのジョー部材に及ぼされる歪みの振幅又は大きさを測定することができ、これは組織の圧縮を示すことができる。測定された歪みは、デジタル信号に変換され、マイクロコントローラ９６１のプロセッサ９６２に提供される。負荷センサ９７４は、例えば、アンビルとステープルカートリッジとの間に捕捉された組織を切断するために、ナイフ要素を動作させるための力を測定することができる。磁界センサ９７６は、捕捉された組織の厚さを測定するために用いることができる。磁界センサ９７６の測定値もまた、デジタル信号に変換され、プロセッサ９６２に提供される。
【００４８】
センサ９７２、９７４、９７６によってそれぞれ測定される、組織の圧縮、組織厚さ、及び／又はエンドエフェクタを組織上で閉鎖するために必要な力の測定値は、発射部材の選択された位置、及び／又は発射部材の速度の対応する値を特性決定するために、マイクロコントローラ９６１によって使用することができる。一例では、メモリ９６８は、評価においてマイクロコントローラ９６１によって用いることができる技術、等式及び／又はルックアップテーブルを記憶することができる。
【００４９】
図２２に例示された態様では、例えば、歪みゲージ又は微小歪みゲージなどのセンサ９７２は、例えば、アンビル９１４に加えられる閉鎖力を示すことができる、把持動作中にアンビル９１４に及ぼされる歪みの振幅などのエンドエフェクタ９１２の１つ又は２つ以上のパラメータを測定するように構成されている。測定された歪みは、デジタル信号に変換されて、プロセッサ９６２に提供される。センサ９７２の代わりに、又はこれに加えて、例えば、負荷センサなどのセンサ９７４が、閉鎖駆動システムによってアンビル９１４に加えられる閉鎖力を測定することができる。例えば、負荷センサなどのセンサ９７６は、ロボット外科用システム１０（図１）の発射ストローク中にＩビームに加えられる発射力を測定することができる。Ｉビームは、楔形スレッドと係合するように構成されており、楔形スレッドは、ステープルドライバを上向きにカム作用して、ステープルを押し出してアンビルと変形接触させるように構成されている。Ｉビームはまた、Ｉビームを発射バーによって遠位に前進させる際に組織を切断するために使用することができる、鋭利な切刃を含む。あるいは、モータ９８２による電流引き込みを測定するために、電流センサ９７８を用いることができる。発射部材２２０を前進させるために要する力は、例えば、電気モータ９８２によって引き出される電流に対応することができる。測定された力は、デジタル信号に変換されて、プロセッサ９６２に提供される。
【００５０】
図２３は、本開示の一態様による、ロボット外科用システム１０の態様を制御するように構成された制御回路を例示する。図２３は、本開示の一態様による、ロボット外科用システム１０の態様を制御するように構成された制御回路８００を例示する。制御回路８００は、本明細書に説明される様々なプロセスを実装するように構成することができる。制御回路８００は、少なくとも１つのメモリ回路８０４に連結された１つ又は２つ以上のプロセッサ８０２（例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ）を備えるコントローラを備えることができる。メモリ回路８０４は、プロセッサ８０２によって実行されると、本明細書に説明される様々なプロセスを実装するための機械命令をプロセッサ８０２に実行させる、機械実行可能命令を記憶する。プロセッサ８０２は、当該技術分野で既知の多数のシングル又はマルチコアプロセッサのうち任意の１つであってよい。メモリ回路８０４は、揮発性及び不揮発性のストレージ媒体を含むことができる。プロセッサ８０２は、命令処理ユニット８０６及び演算ユニット８０８を含んでもよい。命令処理ユニットは、本開示のメモリ回路８０４から命令を受信するように構成されてもよい。
【００５１】
図２４は、本開示の一態様による、ロボット外科用システム１０の態様を制御するように構成された組み合わせ論理回路８１０を例示する。組み合わせ論理回路８１０は、本明細書に記載される様々なプロセスを実装するように構成することができる。回路８１０は、入力８１４でロボット外科用システム１０と関連付けられたデータを受信し、組み合わせ論理回路８１２によってデータを処理し、出力８１６を提供するように構成された組み合わせ論理８１２を含む有限状態マシンを含み得る。
【００５２】
図２５は、本開示の一態様による、ロボット外科用システム１０の態様を制御するように構成された順序論理回路８２０を例示する。順序論理回路８２０又は組み合わせ論理回路８２２は、本明細書に説明される様々なプロセスを実装するように構成することができる。回路８２０は、有限状態マシンを含んでもよい。順序論理回路８２０は、例えば、組み合わせ論理回路８２２、少なくとも１つのメモリ回路８２４、及びクロック８２９を含んでもよい。少なくとも１つのメモリ回路８２０は、有限状態マシンの現在の状態を記憶することができる。特定の例では、順序論理回路８２０は、同期式又は非同期式であってもよい。組み合わせ論理回路８２２は、ロボット外科用システム１０の入力８２６と関連付けられたデータを受信し、組み合わせ論理回路８２２によってデータを処理し、出力８２８を提供するように構成されている。他の態様では、回路は、プロセッサ８０２と、本明細書の様々なプロセスを実装する有限状態マシンと、の組み合わせを含んでもよい。他の態様では、有限状態マシンは、組み合わせ論理回路８１０及び順序論理回路８２０の組み合わせを含むことができる。
【００５３】
態様は、製造物品として実装されてもよい。製造物品は、１つ又は２つ以上の態様の様々な動作を行うための論理、命令、及び／又はデータを格納するように構成されたコンピュータ可読記憶媒体を含んでもよい。例えば、製造物品は、汎用プロセッサ又は特定用途向けプロセッサによって実行するために好適なコンピュータプログラム命令を含む磁気ディスク、光学ディスク、フラッシュメモリ、又はファームウェアを含んでもよい。
【００５４】
主に図２６を参照すると、ロボット外科用システム１０は、様々な機能を実施するように起動され得る複数のモータを含み得る。特定の例では、第１のモータは、第１の機能を行わせるために起動させることができ、第２のモータは、第２の機能を行わせるために起動させることができ、第３のモータは、第３の機能を行わせるために起動させることができ、第４のモータは、第４の機能を行わせるために起動させることができ、以下同様である。特定の例では、ロボット外科用器具４４００の複数のモータは個々に起動されて、エンドエフェクタ１０１２において発射運動、閉鎖運動、及び／又は関節運動を生じさせることができる。発射、閉鎖、及び／又は関節運動は、例えば、シャフト組立体２００を通して、エンドエフェクタ１０１２に伝達することができる。
【００５５】
特定の例では、ロボット外科用システム１０は、発射モータ４４０２を含んでもよい。発射モータ４４０２は、具体的にはＩビーム要素を変位させるために、モータ４４０２によって生成された発射運動をエンドエフェクタ１０１２に伝達するように構成することができる、発射駆動組立体４４０４に動作可能に連結されてもよい。特定の例では、モータ４４０２によって生成される発射運動によって、例えば、ステープルをステープルカートリッジから、エンドエフェクタによって捕捉された組織内へと配備し、かつ／又はＩビーム要素の切刃を前進させて、捕捉された組織を切断してもよい。Ｉビーム要素は、モータ４４０２の方向を逆転させることによって後退させられ得る。
【００５６】
特定の例では、ロボット外科用システム１０は、閉鎖モータ４４０３を含んでもよい。閉鎖モータ４４０３は、具体的には閉鎖管１０４０、１０４２を変位させてアンビル１０２４を閉鎖し、アンビル１０２４とステープルカートリッジ１０３４との間で組織を圧縮するために、モータ４４０３によって生成された閉鎖運動をエンドエフェクタ１０１２に伝達するように構成され得る、閉鎖駆動組立体４４０５と動作可能に連結されてもよい。閉鎖運動によって、例えば、エンドエフェクタ１０１２が開放構成から接近構成へと遷移して組織を捕捉することができる。エンドエフェクタ１０２は、モータ４４０３の方向を逆転させることによって開放位置に遷移され得る。
【００５７】
特定の例では、ロボット外科用器具１０は、例えば、１つ又は２つ以上の関節運動モータ４４０６ａ、４４０６ｂを含んでもよい。モータ４４０６ａ、４４０６ｂは、モータ４４０６ａ、４４０６ｂによって生成された関節運動をエンドエフェクタ１０１２に伝達するように構成され得る、対応する関節運動駆動組立体４４０８ａ、４４０８ｂに動作可能に連結され得る。特定の例では、関節運動によって、例えば、エンドエフェクタがシャフトに対して関節運動することができる。
【００５８】
上述したように、ロボット外科用器具１０は、様々な独立機能を行うように構成されてもよい、複数のモータを含んでもよい。特定の例では、ロボット外科用器具１０の複数のモータは、他のモータが停止したままで、個々に又は別個に起動して、１つ又は２つ以上の機能を行わせることができる。例えば、関節運動モータ４４０６ａ、４４０６ｂを起動させて、発射モータ４４０２が停止した状態を維持している間に、エンドエフェクタを関節運動させることができる。あるいは、発射モータ４４０２を起動させて、関節運動モータ４４０６が停止している間に、複数のステープルを発射させ、及び／又は刃先を前進させることができる。更に、閉鎖モータ４４０３は、本明細書の以下でより詳細に説明されるように、閉鎖管１０４０、１０４２及びＩビーム要素を遠位に前進させるために、発射モータ４４０２と同時に起動されてもよい。
【００５９】
特定の例では、ロボット外科用システム１０は、外科用器具１０の複数のモータと共に用いることができる、共通制御モジュール４４１０を含んでもよい。特定の例では、共通の制御モジュール４４１０は、一度に複数のモータのうちの１つに対応することができる。例えば、共通制御モジュール４４１０は、個々にロボット外科用器具１０の複数のモータに、別個に結合可能であり得る。特定の例では、ロボット外科用器具１０の複数のモータは、モジュール４４１０など、１つ又は２つ以上の共通制御モジュールを共有してもよい。特定の例では、ロボット外科用器具１０の複数のモータは、共通制御モジュール４４１０に個々にかつ選択的に係合することができる。特定の例では、モジュール４４１０は、ロボット外科用器具１０の複数のモータのうち１つとの連係から、ロボット外科用器具１０の複数のモータのうち別の１つとの連係へと選択的に切り替えることができる。
【００６０】
少なくとも１つの例では、モジュール４４１０は、関節運動モータ４４０６ａ、４４０６ｂとの動作可能な係合と、発射モータ４４０２又は閉鎖モータ４４０３のいずれかとの動作可能な係合と、の間で選択的に切り替えることができる。少なくとも１つの実施例では、図２６に示すように、スイッチ４４１４は、複数の位置及び／又は状態間を移動又は遷移させることができる。例えば、第１の位置４４１６では、スイッチ４４１４は、モジュール４４１０を発射モータ４４０２と電気的に連結してもよく、第２の位置４４１７では、スイッチ４４１４は、モジュール４４１０を閉鎖モータ４４０３と電気的に連結してもよく、第３の位置４４１８ａでは、スイッチ４４１４は、モジュール４４１０を第１の関節運動モータ４４０６ａと電気的に連結してもよく、第４の位置４４１８ｂでは、スイッチ４４１４は、モジュール４４１０を第２の関節運動モータ４４０６ｂと電気的に連結してもよい。特定の例では、例えば、図３０に示されるように、同時に、別個のモジュール４４１０を、発射モータ４４０２、閉鎖モータ４４０３、及び関節運動モータ４４０６ａ、４４０６ｂと電気的に連結してもよい。特定の例では、スイッチ４４１４は、機械スイッチ、電磁スイッチ、固体スイッチ、又は任意の好適な切り替えメカニズムであってもよい。
【００６１】
モータ４４０２、４４０３、４４０６ａ、４４０６ｂのそれぞれは、モータのシャフト上の出力トルクを測定するためのトルクセンサを備えてもよい。エンドエフェクタ上の力は、ジョーの外側の力センサによって、又はジョーを作動させるモータのトルクセンサなどによって、任意の従来の方法で感知されてもよい。
【００６２】
様々な例では、図２６に示されるように、共通制御モジュール４４１０は、１つ又は２つ以上のＨブリッジ電界効果トランジスタ（field-effect transistor、ＦＥＴ）を含み得る、モータドライバ４４２６を備えてもよい。モータドライバ４４２６は、例えば、マイクロコントローラ４４２０（「コントローラ」）からの入力に基づいて、電源４４２８からモジュール４４１０に結合されたモータへと伝達された電力を変調してもよい。特定の例では、コントローラ４４２０を用いて、上述したように、モータがモジュール４４１０に結合された状態で、例えばモータによって引き出される電流を判断することができる。
【００６３】
特定の例では、コントローラ４４２０は、マイクロプロセッサ４４２２（「プロセッサ」）と、１つ又は２つ以上のコンピュータ可読媒体又はメモリユニット４４２４（「メモリ」）と、を含んでもよい。特定の例では、メモリ４４２４は、様々なプログラム命令を記憶することができ、それが実行されると、プロセッサ４４２２に、本明細書に記載される複数の機能及び／又は計算を実施させることができる。特定の例では、メモリユニット４４２４の１つ又は２つ以上が、例えば、プロセッサ４４２２に連結されてもよい。
【００６４】
特定の例では、電源４４２８を用いて、例えばコントローラ４４２０に電力を供給することができる。特定の例では、電源４４２８は、例えば、Ｌｉイオン電池などの電池（又は「電池パック」若しくは「パワーパック」）を含んでもよい。特定の例では、電池パックは、外科用器具４４００に電力を供給するため、ハンドル１４に解除可能に装着されるように構成されてもよい。直列で接続された多数の電池セルを、電源４４２８として使用してもよい。特定の例では、電源４４２８は、例えば、交換可能及び／又は再充電可能であってもよい。
【００６５】
様々な例では、プロセッサ４４２２は、モータドライバ４４２６を制御して、モジュール４４１０に結合されたモータの位置、回転方向、及び／又は速度を制御してもよい。特定の例では、プロセッサ４４２２は、モジュール４４１０に結合されたモータを停止及び／又は使用不能にするように、モータドライバ４４２６に信号伝達することができる。プロセッサという用語は、本明細書で使用されるとき、任意の好適なマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、又は、コンピュータの中央処理装置（ＣＰＵ）の機能を１つの集積回路又は最大で数個の集積回路に組み込んだ、他の基本コンピューティング装置を含むと理解されるべきである。プロセッサは、デジタルデータを入力として受理し、メモリに記憶された命令に従ってそのデータを処理し、結果を出力として提供する、多目的のプログラマブルデバイスである。これは、内部メモリを有するので、逐次的デジタル論理の一例である。プロセッサは、二進数法で表される数字及び記号で動作する。
【００６６】
一例では、プロセッサ４４２２は、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製のＡＲＭ  Ｃｏｒｔｅｘの商品名で知られているものなど、任意のシングルコア又はマルチコアプロセッサであってもよい。特定の例では、マイクロコントローラ４４２０は、例えば、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから入手可能なＬＭ  ４Ｆ２３０Ｈ５ＱＲであってもよい。少なくとも１つの例では、Ｔｅｘａｓ  ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓのＬＭ４Ｆ２３０Ｈ５ＱＲは、製品データシートに関して容易に利用可能な他の特性の中でも特に、最大４０ＭＨｚ、２５６ＫＢの単一サイクルフラッシュメモリ若しくは他の不揮発性メモリのオンチップメモリと、４０ＭＨｚ超の性能を改善するプリフェッチバッファと、３２ＫＢの単一サイクルＳＲＡＭと、ＳｔｅｌｌａｒｉｓＷａｒｅ（登録商標）ソフトウェアを搭載した内部ＲＯＭと、２ＫＢのＥＥＰＲＯＭと、１つ又は２つ以上のＰＷＭモジュールと、１つ又は２つ以上のＱＥＩアナログと、１２のアナログ入力チャネルを備えた１つ又は２つ以上の１２ビットＡＤＣとを備える、ＡＲＭ  Ｃｏｒｔｅｘ−Ｍ４Ｆプロセッサコアである。他のマイクロコントローラが、モジュール４４１０と共に使用するのに容易に代用されてもよい。したがって、本開示は、この文脈に限定されるべきではない。
【００６７】
特定の例では、メモリ４４２４は、モジュール４４１０に結合可能な外科用器具４４００のモータそれぞれを制御する、プログラム命令を含んでもよい。例えば、メモリ４４２４は、発射モータ４４０２、閉鎖モータ４４０３、及び関節運動モータ４４０６ａ、４４０６ｂを制御するためのプログラム命令を含んでもよい。このようなプログラム命令は、プロセッサ４４２２に、ロボット外科用システム１０のアルゴリズム又は制御プログラムからの入力に従って、発射機能、閉鎖機能、及び関節運動機能を制御させることができる。
【００６８】
特定の例では、例えば、センサ４４３０などの１つ又は２つ以上の機構及び／又はセンサを用いて、特定の設定で使用すべきプログラム命令をプロセッサ４４２２に警告することができる。例えば、センサ４４３０は、エンドエフェクタ１０１２の発射、閉鎖、及び関節運動に関連するプログラム命令を使用するようにプロセッサ４４２２に警告することができる。特定の例では、センサ４４３０は、例えば、スイッチ４４１４の位置を感知するために用いることができる位置センサを備えてもよい。したがって、プロセッサ４４２２は、例えば、センサ４４３０を介してスイッチ４４１４が第１の位置４４１６にあることを検出すると、エンドエフェクタ１０１２のＩビームの発射と関連付けられたプログラム命令を使用することができ、プロセッサ４４２２は、例えば、センサ４４３０を介してスイッチ４４１４が第２の位置４４１７にあることを検出すると、アンビルの閉鎖と関連付けられたプログラム命令を使用することができ、プロセッサ４４２２は、例えば、センサ４４３０を介してスイッチ４４１８ａ、４４１８ｂが第３の位置４４１８ａ又は第４の位置４４１８ｂにあることを検出すると、エンドエフェクタ１０１２の関節運動と関連付けられたプログラム命令を使用することができる。
【００６９】
図２７は、ロボット外科用器具１０の絶対位置決めシステム１１１００の図であり、絶対位置決めシステム１１１００が、本開示の一態様による、センサ構成１１１０２を備える制御モータ駆動回路構成を備える。絶対位置決めシステム１１１００用のセンサ構成１１１０２は、変位部材１１１１１の場所に対応する固有の位置信号を提供する。一態様では、変位部材１１１１１は、ナイフスパーギヤ１２２２と噛合係合状態の第１のナイフ駆動ギヤ１２２６、ナイフラックギヤ１２０６と噛合係合状態でツール取り付けプレート３０２上に回転可能に支持される第３のナイフ駆動ギヤ１２３０と噛合係合状態の第２のナイフ駆動ギヤ１２２８を備える、切断器具又はナイフ（例えば、図１１Ａの切断器具１０３２、図１２のＩビーム３００５、並びに／又は図２９及び図３０のＩビーム２５１４）に連結された長手方向可動駆動部材を表す。他の態様では、変位部材１１１１１は、駆動歯のラックを含むように適合及び構成され得る、切断器具又はナイフに連結された発射部材を表す。更に別の態様では、変位部材１１１１１は、発射バー又はＩビーム３００５、２５１４（図１２、図３０）を表し、それらの各々は、駆動歯のラックを含むように適合及び構成され得る。
【００７０】
したがって、本明細書で使用されるとき、変位部材という用語は、概して、駆動部材、発射部材、発射バー、切断器具、ナイフ、及び／若しくはＩビーム、又は変位され得る任意の要素などの、ロボット外科用器具１０の任意の可動部材を指すために使用される。したがって、絶対位置決めシステム１１１００は、実際には、長手方向可動駆動部材の変位を追跡することによって、Ｉビーム３００５、２５１４（図１２、図２９及び図３０）の変位を追跡することができる。様々な他の態様では、変位部材１１１１１は、変位を測定するために好適な任意のセンサに連結されてもよい。したがって、長手方向可動駆動部材、発射部材、発射バー、若しくはＩビーム、又はそれらの組み合わせは、任意の好適な変位センサに連結され得る。変位センサは、接触式又は非接触式変位センサを含んでよい。変位センサは、線形可変差動変圧器（linear variable differential transformers、ＬＶＤＴ）、差動可変磁気抵抗型変換器（differential variable reluctance transducers、ＤＶＲＴ）、スライドポテンショメータ、移動可能な磁石及び一連の直線上に配置されたホール効果センサを備える磁気感知システム、固定された磁石及び一連の移動可能な直線上に配置されたホール効果センサを備える磁気感知システム、移動可能な光源及び一連の直線上に配置された光ダイオード若しくは光検出器を備える光学検出システム、又は固定された光源及び一連の移動可能な直線上に配置された光ダイオード若しくは光検出器を備える光学検出システム、あるいはこれらの任意の組み合わせを含んでもよい。
【００７１】
電気モータ１１１２０は、変位部材１１１１１上の駆動歯のセット又はラックと噛合係合状態で装着されるギヤ組立体１１１１４と動作可能にインターフェースする回転可能なシャフト１１１１６を含んでもよい。センサ素子１１１２６は、センサ１１１２６素子の１回転が、変位部材１１１１１のいくらかの直線長手方向並進に対応するように、ギヤ組立体１１１１４に動作可能に連結されてもよい。ギヤリング及びセンサ１１１１８の構成は、ラックピニオン構成によって直線アクチュエータに、又はスパーギヤ若しくは他の接続によって回転アクチュエータに接続され得る。電源１１１２９は、絶対位置決めシステム１１１００に電力を供給し、出力指示器１１１２８は、絶対位置決めシステム１１１００の出力を表示することができる。モータ１１１２０に適合するためのインターフェースが図４〜図６、図８〜図１０、及び図１１Ａ、図１１Ｂに示されている。
【００７２】
位置センサ１１１１２と関連付けられたセンサ素子１１１２６の１回転は、変位部材１１１１１の長手方向変位ｄ１に相当し、ｄ１は、変位部材１１１１１に連結されたセンサ素子１１１２６の１回転後に、変位部材１１１１１が点「ａ」から点「ｂ」まで移動する長手方向の距離である。センサ構成１１１０２は、位置センサ１１１１２が変位部材１１１１１のフルストロークに対して１回以上の回転を完了する結果をもたらすギヤの減速を介して接続されてもよい。位置センサ１１１１２は、変位部材１１１１１のフルストロークに対して複数回の回転を完了することができる。
【００７３】
位置センサ１１１１２の１回を超える回転に対する固有の位置信号を提供するために、一連のスイッチ１１１２２ａ〜１１１２２ｎは、ｎが１より大きい整数であるが、単独で用いられてもよく、又はギヤの減速と共に用いられてもよい。スイッチ１１１２２ａ〜１１１２２ｎの状態は、論理を適用して、変位部材１１１１１の長手方向変位ｄ１＋ｄ２＋．．．ｄｎに対応する固有の位置信号を決定するコントローラ１１１０４にフィードバックされる。位置センサ１１１１２の出力１１１２４は、コントローラ１１１０４に提供される。センサ構成１１１０２の位置センサ１１１１２は、位置信号又は値の固有の組み合わせを出力する、磁気センサ、電位差計などのアナログ回転センサ、アナログホール効果素子のアレイを備えてもよい。コントローラ１１１０４は、マスターコントローラ１１内に収容されてもよく、又はツール取り付け部分ハウジング３０１内に収容されてもよい。
【００７４】
絶対位置決めシステム１１１００は、モータ１１１２０が単に前方又は後方に経たステップの数をカウントして装置アクチュエータ、駆動バー、ナイフなどの位置を推定する従来の回転エンコーダで必要となり得るような、変位部材１１１１１をリセット（ゼロ又はホーム）位置へ後退又は前進させることなしに、ロボット外科用器具１０の電源投入時に変位部材１１１１１の絶対位置を提供する。
【００７５】
コントローラ１１１０４は、ナイフ及び関節運動システムの速度及び位置に対する精密制御などの、様々な機能を実施するようにプログラムされてもよい。一態様では、コントローラ１１１０４は、プロセッサ１１１０８及びメモリ１１１０６を含む。電気モータ１１１２０は、関節運動又はナイフシステムへのギヤボックス及び機械的連結部を有するブラシ付きＤＣモータであってもよい。一態様では、モータドライバ１１１１０は、Ａｌｌｅｇｒｏ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃから入手可能なＡ３９４１であってもよい。他のモータドライバが、絶対位置決めシステム１１１００における使用のために容易に置き換えられ得る。
【００７６】
コントローラ１１１０４は、変位部材１１１１１及び関節運動システムの速度及び位置に対する精密な制御を提供するようにプログラムされてもよい。コントローラ１１１０４は、コントローラ１１１０４のソフトウェア内での応答を計算するように構成されてもよい。計算された応答は、実際のシステムの測定された応答と比較されて「観測された」応答が得られ、これが実際のフィードバックの判定に用いられる。観測された応答は、シミュレーションによる応答の滑らかで連続的な性質を、測定による応答と釣り合わせる好適な同調された値であり、これはシステムに及ぼす外部の影響を検出することができる。
【００７７】
絶対位置決めシステム１１１００は、ＰＩＤ、状態フィードバック、及び適応コントローラなどのフィードバックコントローラを備えてもよく、かつ／又はこれを実装するようにプログラムされてもよい。電源１１１２９が、フィードバックコントローラからの信号を、システムへの物理的入力、この場合は、電圧へと変換する。他の例としては、電圧、電流、及び力のパルス幅変調（pulse width modulation、ＰＷＭ）が挙げられる。位置センサ１１１１２で測定される位置に加えて、物理的システムの物理パラメータを測定するために、他のセンサ１１１１８が提供されてもよい。デジタル信号処理システムでは、絶対位置決めシステム１１００は、デジタルデータ取得システムに連結され、ここで絶対位置決めシステム１１１００の出力は、有限の解像度及びサンプリング周波数を有することになる。絶対位置決めシステム１１１００は、計算された応答を測定された応答に向けて駆動する加重平均及び理論制御ループなどのアルゴリズムを用いて、計算された応答を測定された応答と組み合わせるために、比較及び組み合わせ回路を備え得る。入力を知ることによって物理的システムの状態及び出力がどうなるかを予測するために、物理的システムの計算された応答は、質量、慣性、粘性摩擦、誘導抵抗などの特性を考慮に入れる。
【００７８】
モータドライバ１１１１０は、Ａｌｌｅｇｒｏ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃから入手可能なＡ３９４１であってもよい。Ａ３９４１ドライバ１１１１０は、ブラシ付きＤＣモータなどの誘導負荷を目的として具体的に設計された外部Ｎチャネルパワー金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（metal oxide semiconductor field effect transistor、ＭＯＳＦＥＴ）と共に使用するためのフルブリッジコントローラである。ドライバ１１１１０は、固有の電荷ポンプレギュレータを備え、これは、全（＞１０Ｖ）ゲート駆動を７Ｖまでの電池電圧に提供し、Ａ３９４１が５．５Ｖまでの低減ゲート駆動で動作することを可能にする。ブートストラップコンデンサは、ＮチャネルのＭＯＳＦＥＴに必要な上記の電池供給電圧を提供するために用いられてもよい。ハイサイド駆動用の内部電荷ポンプにより、ＤＣ（１００％デューティサイクル）動作が可能となる。フルブリッジは、ダイオード又は同期整流を用いて高速又は低速減衰モードで駆動され得る。低速減衰モードにおいて、電流の再循環は、ハイサイドのＦＥＴによっても、ローサイドのＦＥＴによっても可能である。電力ＦＥＴは、抵抗器で調節可能なデッドタイムによって、シュートスルーから保護される。統合診断は、低電圧、温度過昇、及びパワーブリッジの異常を指示するものであり、ほとんどの短絡状態下でパワーＭＯＳＦＥＴを保護するように構成され得る。絶対位置調整システム１１１００で使用するために、他のモータドライバが容易に代用されることができる。
【００７９】
図２８は、本開示の一態様による、磁気回転絶対位置決めシステムを備える、絶対位置決めシステム１１１００用の位置センサ１１２００の図である。位置センサ１１２００は、Ａｕｓｔｒｉａ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ，ＡＧから入手可能なＡＳ５０５５ＥＱＦＴシングルチップ磁気回転位置センサとして実装されてもよい。位置センサ１１２００は、コントローラ１１１０４とインターフェースされて、絶対位置決めシステム１１１００を提供する。位置センサ１１２００は、低電圧及び低出力構成要素であり、例えば、ナイフ駆動ギヤ１２２８、１２３０及び／又は閉鎖駆動ギヤ１１１８、１１２０などの変位部材と関連付けられた回転要素上に位置決めされた磁石１１２０２の上に位置する位置センサ１１２００の領域１１２３０内に４つのホール効果素子１１２２８Ａ、１１２２８Ｂ、１１２２８Ｃ、１１２２８Ｄを含み、それにより、発射部材及び／又は閉鎖部材の変位が精密に追跡され得る。高解像度ＡＤＣ１１２３２及びスマート電力管理コントローラ１１２３８もまた、チップ上に提供されている。加算、減算、ビットシフト、及びテーブル参照演算のみを必要とする、双曲線関数及び三角関数を計算する簡潔かつ効率的なアルゴリズムを実装するために、１桁毎の方法とボルダーアルゴリズム（Volder's algorithm）でも知られる、ＣＯＲＤＩＣ（座標回転デジタルコンピュータの略）プロセッサ１１２３６が提供されている。角度位置、アラームビット、及び磁界情報は、ＳＰＩインターフェース１１２３４などの標準的なシリアル通信インターフェースを介してコントローラ１１１０４に伝送される。位置センサ１１２００は、１２ビット又は１４ビットの解像度を提供する。位置センサ１１２００は、小型のＱＦＮ１６ピン４×４×０．８５ｍｍのパッケージで提供されるＡＳ５０５５チップであってもよい。
【００８０】
ホール効果素子１１２２８Ａ、１１２２８Ｂ、１１２２８Ｃ、１１２２８Ｄは、直接回転磁石１１２０２の上方に設置されている。ホール効果は、周知の効果であり、便宜上、本明細書では詳細に説明されないが、一般に、ホール効果は、導体内の電流を横断する電気導体と、電流に直交する磁場との間の電圧差（ホール電圧）を生成する。ホール係数は、誘導電場と、電流密度に印加磁場を掛けたものとの比として定義される。その値は、電流を構成する電荷キャリアの種類、個数、及び特性に依存するので、ホール係数は、導体を作る材料の特徴を示す。ＡＳ５０５５位置センサ１１２００では、ホール効果素子１１２２８Ａ、１１２２８Ｂ、１１２２８Ｃ、１１２２８Ｄは、磁石１１２０２の絶対位置を磁石１１２０２の１回転にわたって角度で示す電圧信号を発生させることが可能である。この角度値は、固有の位置信号であり、ＣＯＲＤＩＣプロセッサ１１２３６によって算出され、ＡＳ５０５５位置センサ１１２００にオンボードでレジスタ又はメモリ内に格納される。１回転にわたる磁石１１２０２の位置を示す角度値は、様々な技術で、例えば、電源投入時に、又はコントローラ１１１０４によって要求された時に、コントローラ１１１０４に提供される。
【００８１】
ＡＳ５０５５位置センサ１１２００は、コントローラ１１１０４に接続されているとき、動作するために少数の外部構成要素のみを必要とする。単一電源を使用する単純な用途には６本のワイヤが必要とされ、電力用に２本のワイヤ、ホストのコントローラ１１１０４とのＳＰＩインターフェース１１２３４用に４本のワイヤ１１２４０を必要とする。割り込みをコントローラ１１１０４に送信して、新たな有効な角度が読み込まれ得ることを知らせるために、７番目の接続が加えられてもよい。電源投入時に、ＡＳ５０５５位置センサ１１２００は、１回の角度測定を含むすべての電源投入シーケンスを実施する。このサイクルの完了は、ＩＮＴ出力ピン１１２４２として示され、角度値は、内部レジスタに記憶される。この出力が設定されると、ＡＳ５０５５位置センサ１１２００は、一時停止してスリープモードに移る。コントローラ１１１０４は、ＳＰＩインターフェース１１２３４を介してＡＳ５０５５位置センサ１１２００から角度値を読み取ることによって、ＩＮＴ出力１１２４２におけるＩＮＴ要求に応答することができる。角度値がコントローラ１１１０４によって読み取られると、ＩＮＴ出力１１２４２が再びクリアされる。また、コントローラ１１１０４によってＳＰＩインターフェース１１２３４で「角度読取り」コマンドを位置センサ１１２００に送信すると、自動的にチップに給電され、別の角度測定が開始される。コントローラ１１１０４が角度値の読み取りを完了すると、直ちに、ＩＮＴ出力１１２４２がクリアされ、新たな結果が角度レジスタに記憶される。角度測定の完了は、再び、ＩＮＴ出力１１２４２及びステータスレジスタの対応するフラグを設定することによって示される。
【００８２】
ＡＳ５０５５位置センサ１１２００の測定原理に基づいて、単一の角度測定のみが、各電源投入シーケンス後のごく短い時間で（約６００μｓ）実施される。１つの角度の測定が完了すると、直ちに、ＡＳ５０５５位置センサ１１２００は、一時停止して電源オフ状態に移る。デジタル平均化による角度値のオンチップフィルタリングは、複数回の角度測定を必要とし、その結果、電源投入時間がより長くなり、低電力用途には望ましくないので、このオンチップフィルタリングは実施されない。角度のジッターは、コントローラ１１１０４で複数の角度サンプルを平均化することによって低減され得る。例えば、４つのサンプルを平均化すると、ジッターは、６ｄＢ（５０％）低減する。
【００８３】
図２９は、本開示の一態様による、エンドエフェクタ２５０２内に把持された組織２５２６に対するＩビーム２５１４の発射ストロークを示す、ロボット外科用器具１０のエンドエフェクタ２５０２の断面図である。エンドエフェクタ２５０２は、外科用器具１０と共に動作するように構成されている。エンドエフェクタ２５０２は、アンビル２５１６及び細長い溝２５０３を備え、ステープルカートリッジ２５１８が、細長い溝２５０３内に位置決めされている。発射バー２５２０は、エンドエフェクタ２５０２の長手方向軸２５１５に沿って遠位及び近位に並進可能である。エンドエフェクタ２５０２が関節運動していないとき、エンドエフェクタ２５０２は、器具のシャフトと一直線になっている。切刃２５０９を含むＩビーム２５１４は、発射バー２５２０の遠位側部分に例示されている。楔形スレッド２５１３は、ステープルカートリッジ２５１８内に位置決めされている。Ｉビーム２５１４が遠位に並進すると、切刃２５０９は、アンビル２５１６とステープルカートリッジ２５１８との間に位置決めされた組織２５２６に接触し、それを切断し得る。また、Ｉビーム２５１４は、楔形スレッド２５１３に接触し、それを遠位に押し、楔形スレッド２５１３をステープルドライバ２５１１に接触させる。ステープルドライバ２５１１は、ステープル２５０５内に上昇させられて、ステープル２５０５を、組織を通って、ステープル２５０５を形状決めするアンビル２５１６内に画定されたポケット２５０７内へ前進させ得る。
【００８４】
例示的なＩビーム２５１４の発射ストロークは、エンドエフェクタ２５０２と並べられてチャート２５２９によって例示されている。例示的な組織２５２６もまた、エンドエフェクタ２５０２と並べられて示されている。発射部材ストロークは、ストローク開始位置２５２７及びストローク終了位置２５２８を含み得る。Ｉビーム２５１４の発射ストロークの間、Ｉビーム２５１４は、ストローク開始位置２５２７からストローク終了位置２５２８まで遠位に前進し得る。Ｉビーム２５１４は、ストローク開始位置２５２７の１つの例示的な場所で示されている。Ｉビーム２５１４の発射部材ストロークチャート２５２９は、５つの発射部材ストローク領域２５１７、２５１９、２５２１、２５２３、２５２５を例示する。第１の発射ストローク領域２５１７では、Ｉビーム２５１４は、遠位に前進し始め得る。第１の発射ストローク領域２５１７では、Ｉビーム２５１４は、楔形スレッド２５１３に接触し、それを遠位に移動させ始め得る。しかしながら、第１の領域にある間、切刃２５０９は、組織に接触しない場合があり、楔形スレッド２５１３は、ステープルドライバ２５１１に接触しない場合がある。静止摩擦が克服された後、第１の領域２５１７内のＩビーム２５１４を駆動する力は、実質的に一定であり得る。
【００８５】
第２の発射部材ストローク領域２５１９では、切刃２５０９は、組織２５２６に接触して切断し始め得る。また、楔形スレッド２５１３は、ステープル２５０５を駆動するためにステープルドライバ２５１１に接触し始め得る。Ｉビーム２５１４を駆動する力は、上昇し始め得る。図示のように、最初に遭遇する組織は、アンビル２５１６がステープルカートリッジ２５１８に対して枢動する方式のため、圧縮され得る、及び／又はより薄くなり得る。第３の発射部材ストローク領域２５２１では、切刃２５０９は、組織２５２６と連続的に接触及び切断し得、楔形スレッド２５１３は、ステープルドライバ２５１１に繰り返し接触し得る。Ｉビーム２５１４を駆動する力は、第３の領域２５２１内で一定であり得る。第４の発射ストローク領域２５２３によって、Ｉビーム２５１４を駆動する力は、低下し始め得る。例えば、第４の発射領域２５２３に対応するエンドエフェクタ２５０２の部分の組織は、アンビル２５１６の枢動点により近い組織よりも圧縮されない場合があり、切断するために少ない力を必要とする。また、切刃２５０９及び楔形スレッド２５１３は、第４の領域２５２３にある間、組織２５２６の端に到達し得る。Ｉビーム２５１４が第５の領域２５２５に到達すると、組織２５２６は、完全に切断され得る。楔形スレッド２５１３は、組織の端又はその近くで１つ又は２つ以上のステープルドライバ２５１１に接触し得る。Ｉビーム２５１４を第５の領域２５２５を通して前進させる力は、低減され得、いくつかの例では、第１の領域２５１７内のＩビーム２５１４を駆動する力と同様であり得る。発射部材のストロークの終わりに、Ｉビーム２５１４は、ストローク終了位置２５２８に到達し得る。図２９の発射部材のストローク領域２５１７、２５１９、２５２１、２５２３、２５２５の位置決めは、単なる一例である。いくつかの例では、異なる領域は、例えば、アンビル２５１６とステープルカートリッジ２５１８との間の組織の位置決めに基づいて、エンドエフェクタの長手方向軸２５１５に沿った異なる位置で開始してもよい。
【００８６】
上で議論したように、かつここで図２７〜図２９を参照すると、エンドエフェクタ２５０２内に捕捉された組織をステープル留め及び／又は切開するために、外科用器具１０のマスターコントローラ１３内に位置決めされた電気モータ１１１２２を利用することで、Ｉビーム２５１４を含めて、シャフト組立体の発射システムを、シャフト組立体のエンドエフェクタ２５０２に対して前進及び／又は後退させることができる。Ｉビーム２５１４は、所望の速度で、又は所望の速度の範囲内で前進又は後退させられ得る。制御回路１１０４は、Ｉビーム２５１４の速度を制御するように構成され得る。コントローラ１１１０４は、例えば、電圧及び／若しくは電流などの、電気モータ１１１２２に供給される電源の様々なパラメータ、並びに／又は電気モータ１１１２２の他の動作パラメータ若しくは外部影響に基づいて、Ｉビーム２５１４の速度を予測するように構成され得る。コントローラ１１１０４はまた、電気モータ１１１２２に供給される電流及び／若しくは電圧の以前の値、並びに／又は、速度、加速度、及び／若しくは位置など、システムの以前の状態に基づいて、Ｉビーム２５１４の現在の速度を予測するように構成され得る。コントローラ１１１０４は、本明細書に説明される絶対位置決めセンサシステムを利用して、Ｉビーム２５１４の速度を感知するように構成され得る。コントローラは、Ｉビーム２５１４の予測速度と、Ｉビーム２５１４の感知速度とを比較して、電気モータ１１１２２への電力が、Ｉビーム２５１４の速度を増加させるために増加させるべきか否か、かつ／又はＩビーム２５１４の速度を低下させるために減少させるべきか否かを決定するように構成され得る。
【００８７】
Ｉビーム２５１４に作用する力は、様々な技術を使用して決定され得る。Ｉビーム２５１４の力は、モータ２５０４の電流を測定することによって決定され得、モータ２５０４の電流は、遠位に前進するときのＩビーム２５１４が受ける負荷に基づく。Ｉビーム２５１４の力は、駆動部材、発射部材、Ｉビーム２５１４、発射バー上、及び／又は切刃２５０９の近位端上に歪みゲージを位置決めすることによって決定され得る。Ｉビーム２５１４の力は、所定の経過区間Ｔ１の後にモータ１１１２２の現在の設定速度に基づいて予期される速度で移動するＩビーム２５１４の実際の位置を監視し、経過区間Ｔ１の終了時のモータ１１１２２の現在の設定速度に基づいてＩビーム２５１４の予期される位置に対してＩビーム２５１４の実際の位置を比較することによって、決定され得る。したがって、Ｉビーム２５１４の実際の位置が、Ｉビーム２５１４の予期される位置未満である場合、Ｉビーム２５１４上の力は、公称力よりも大きい。逆に、Ｉビーム２５１４の実際の位置が、Ｉビーム２５１４の予期される位置を超過する場合、Ｉビーム２５１４上の力は、公称力よりも小さい。Ｉビーム２５１４の実際の位置と予期される位置との間の差は、公称力からのＩビーム２５１４上の力の偏差に比例する。
【００８８】
図３０は、本開示の一態様による、本明細書で説明される外科用ツールを操作するように構成されたロボット外科用器具２５００の模式図である。ロボット外科用器具２５００は、単一又は複数の関節運動駆動連結部のいずれかを用いて、変位部材の遠位／近位並進、閉鎖管の遠位／近位変位、シャフトの回転、及び関節運動を制御するようにプログラム又は構成されてもよい。一態様では、外科用器具２５００は、発射部材、閉鎖部材、シャフト部材、又は１つ若しくは２つ以上の関節運動部材を個別に制御するようにプログラム又は構成されてもよい。外科用器具２５００は、モータ駆動式の発射部材、閉鎖部材、シャフト部材、又は１つ若しくは２つ以上の関節運動部材を制御するように構成された制御回路２５１０を備える。
【００８９】
一態様では、ロボット外科用器具２５００は、複数のモータ２５０４ａ〜２５０４ｅを介して、エンドエフェクタ２５０２のアンビル２５１６及びＩビーム２５１４（鋭い切刃を含む）部分、取り外し可能なステープルカートリッジ２５１８、シャフト２５４０、並びに１つ又は２つ以上の関節運動部材２５４２ａ、２５４２ｂを制御するように構成された制御回路２５１０を備える。位置センサ２５３４は、Ｉビーム２５１４の位置フィードバックを制御回路２５１０に提供するように構成されてもよい。他のセンサ２５３８は、制御回路２５１０にフィードバックを提供するように構成されてもよい。タイマー／カウンタ２５３１は、制御回路２５１０にタイミング及びカウント情報を提供する。モータ２５０４ａ〜２５０４ｅを動作させるためにエネルギー源２５１２が設けられてもよく、電流センサ２５３６は、モータ電流フィードバックを制御回路２５１０に提供する。モータ２５０４ａ〜２５０４ｅは、開ループ又は閉ループフィードバック制御で制御回路２５１０によって個別に動作され得る。
【００９０】
一態様では、制御回路２５１０は、１つ又は２つ以上のマイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、又はプロセッサ若しくは複数のプロセッサに命令を実行するための他の好適なプロセッサを備えてもよい。制御回路２５１０は、制御回路９６１（図２２）、８００（図２３）、８１０（図２４）、８２０（図２５）、４４２０（図２６）として実装されてもよい。一態様では、タイマー／カウンタ回路２５３１は、経過時間又はデジタルカウントなどの出力信号を制御回路２５１０に提供して位置センサ２５３４によって決定されたＩビーム２５１４の位置をタイマー／カウンタ回路２５３１の出力と相関させ、その結果、制御回路２５１０は、Ｉビーム２５１４が開始位置に対して特定の位置にあるときの、開始位置又は時間（ｔ）に対する特定の時間（ｔ）におけるＩビーム２５１４の位置を決定することができる。タイマー／カウンタ回路２５３１は、経過時間を測定するか、外部イベントを計数するか、又は外部イベントの時間を測定するように構成されてよい。
【００９１】
一態様では、制御回路２５１０は、１つ又は２つ以上の組織状態に基づいてエンドエフェクタ２５０２の機能を制御するようにプログラムされてもよい。制御回路２５１０は、本明細書に説明されるように、直接的又は間接的のいずれかで厚さなどの組織状態を感知するようにプログラムされてもよい。制御回路２５１０は、組織状態に基づいて発射制御プログラム又は閉鎖制御プログラムを選択するようにプログラムされてもよい。発射制御プログラムは、変位部材の遠位運動を記述することができる。様々な組織状態をより良好に処理するために様々な発射制御プログラムを選択することができる。例えば、より厚い組織が存在する場合、制御回路２５１０は、変位部材をより低速で、かつ／又はより低電力で並進させるようにプログラムされてもよい。より薄い組織が存在する場合、制御回路２５１０は、変位部材をより高速で、かつ／又はより高電力で並進させるようにプログラムされてもよい。閉鎖制御プログラムは、アンビル２５１６によって組織に加えられる閉鎖力を制御し得る。その他の制御プログラムは、シャフト２５４０及び関節運動部材２５４２ａ、２５４２ｂの回転を制御する。
【００９２】
一態様では、制御回路２５１０は、モータ設定点信号を生成することができる。モータ設定点信号は、様々なモータコントローラ２５０８ａ〜２５０８ｅに提供されてもよい。モータコントローラ２５０８ａ〜２５０８ｅは、本明細書で説明するように、モータ２５０４ａ〜２５０４ｅにモータ駆動信号を提供してモータ２５０４ａ〜２５０４ｅを駆動するように構成された１つ又は２つ以上の回路を備えてもよい。いくつかの実施例では、モータ２５０４ａ〜２５０４ｅは、ブラシ付きＤＣ電動モータであってもよい。例えば、モータ２５０４ａ〜２５０４ｅの速度は、それぞれのモータ駆動信号に比例してもよい。いくつかの例では、モータ２５０４ａ〜２５４０ｅは、ブラシレス直流（direct current、ＤＣ）電気モータであってもよく、それぞれのモータ駆動信号２５２４ａ〜２５２４ｅは、モータ２５０４ａ〜２５０４ｅの１つ又は２つ以上の固定子巻線に提供されるパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を含んでもよい。また、いくつかの例では、モータコントローラ２５０８ａ〜２５０８ｅは、省略されてもよく、制御回路２５１０がモータ駆動信号２５２４ａ〜２５２４ｅを直接生成してもよい。
【００９３】
一態様では、制御回路２５１０は、最初に、モータ２５０４ａ〜２５０４ｅのそれぞれを、変位部材のストロークの第１の開ループ部分では開ループ構成で動作させてもよい。ストロークの開ループ部分の間の器具２５００の応答に基づいて、制御回路２５１０は、閉ループ構成の発射制御プログラムを選択してもよい。器具の応答としては、開ループ部分の間の変位部材の並進距離、開ループ部分の間に経過する時間、開ループ部分の間にモータ２５０４に提供されるエネルギー、モータ駆動信号のパルス幅の合計などが挙げられ得る。開ループ部分の後、制御回路２５１０は、変位部材ストロークの第２の部分に対して、選択された発射制御プログラムを実施してもよい。例えば、ストロークの閉ループ部分の間、制御回路２５１０は、変位部材の位置を記述する並進データに基づいてモータ２５０４を閉ループ式に変調して、変位部材を一定速度で並進させてもよい。
【００９４】
一態様では、モータ２５０４ａ〜２５０４ｅは、エネルギー源２５１２から電力を受け取ることができる。エネルギー源２５１２は、主ＡＣ電源、電池、超コンデンサ、又は任意の他の好適なエネルギー源２５１２によって駆動されるＤＣ電源であってもよい。モータ２５０４ａ〜２５０４ｅは、それぞれの伝達機構２５０６ａ〜２５０６ｅを介して、Ｉビーム２５１４、アンビル２５１６、シャフト２５４０、関節運動２５４２ａ、及び関節運動２５４２ｂなどの個々の可動機械的要素に機械的に連結されてもよい。伝達機構２５０６ａ〜２５０６ｅは、モータ２５０４ａ〜２５０４ｅを可動機械的要素に連結するための１つ若しくは２つ以上のギヤ又は他のリンク機構構成要素を含んでもよい。位置センサ２５３４は、Ｉビーム２５１４の位置を感知し得る。位置センサ２５３４は、Ｉビーム２５１４の位置を示す位置データを生成することができる任意の種類のセンサであってもよく、又はそれを含んでもよい。いくつかの例では、位置センサ２５３４は、Ｉビーム２５１４が遠位及び近位に並進すると一連のパルスを制御回路２５１０に提供するように構成されたエンコーダを含んでもよい。制御回路２５１０は、パルスを追跡してＩビーム２５１４の位置を決定してもよい。例えば、近接センサを含む他の好適な位置センサが使用されてもよい。他の種類の位置センサは、Ｉビーム２５１４の運動を示す他の信号を提供することができる。また、いくつかの例では、位置センサ２５３４は、省略されてもよい。モータ２５０４ａ〜２５０４ｅのいずれかがステップモータである場合、制御回路２５１０は、モータ２５０４が実行するように指示されたステップの数及び方向を合計することによって、Ｉビーム２５１４の位置を追跡することができる。位置センサ２５３４は、エンドエフェクタ２５０２内、又は器具の任意の他の部分に位置してもよい。モータ２５０４ａ〜２５０４ｅのそれぞれの出力は、力を感知するためのトルクセンサ２５４４ａ〜２５４４ｅを含み、駆動シャフトの回転を感知するエンコーダを有する。
【００９５】
一態様では、制御回路２５１０は、エンドエフェクタ２５０２のＩビーム２５１４部分などの発射部材を駆動するように構成されている。制御回路２５１０は、モータ２５０４ａに駆動信号を提供するモータ制御部２５０８ａにモータ設定点を提供する。モータ２５０４ａの出力シャフトは、トルクセンサ２５４４ａ、及びＩビーム２５１４に連結された伝達機構２５０６ａに連結されている。伝達機構２５０６ａは、エンドエフェクタ２５０２の長手方向軸線に沿って遠位方向及び近位方向へのＩビーム２５１４の移動を制御するための回転要素及び発射部材などの可動機械的要素を備える。一態様では、モータ２５０４ａは、第１のナイフ駆動ギヤ１２２６及び第２のナイフ駆動ギヤ１２２８を含むナイフギヤ減速セット１２２４を含むナイフギヤ組立体１２２０に連結されてもよい。図９及び図１０に見られるように、ナイフギヤ減速セット１２２４は、第１のナイフ被駆動ギヤ１２２６がナイフスパーギヤ１２２２と噛合係合状態となるようにツール取り付けプレート３０２に回転可能に取り付けられる。同様に、第２のナイフ駆動ギヤ１２２８は、ナイフラックギヤ１２０６と噛合係合状態でツール取り付けプレート３０２上に回転可能に支持された第３のナイフ駆動ギヤ１２３０と噛合係合状態にある。トルクセンサ２５４４ａは、制御回路２５１０に発射力フィードバック信号を提供する。発射力信号は、Ｉビーム２５１４を発射又は変位させるために必要な力を表す。位置センサ２５３４は、発射ストロークに沿ったＩビーム２５１４の位置又は発射部材の位置を、フィードバック信号として制御回路２５１０に提供するように構成されてもよい。エンドエフェクタ２５０２は、制御回路２５１０にフィードバック信号を提供するように構成された追加のセンサ２５３８を含んでもよい。使用準備が整うと、制御回路２５１０は、モータ制御部２５０８ａに発射信号を提供することができる。発射信号に応答して、モータ２５０４ａは、発射部材をエンドエフェクタ２５０２の長手方向軸線に沿って、近位のストローク開始位置からストローク開始位置の遠位にあるストローク終了位置まで遠位に駆動することができる。発射部材が遠位に並進すると、遠位端に位置付けられた切断要素を備えるＩビーム２５１４は、遠位に前進して、ステープルカートリッジ２５１８とアンビル２５１６との間に位置する組織を切断する。
【００９６】
一態様では、制御回路２５１０は、エンドエフェクタ２５０２のアンビル２５１６などの閉鎖部材を駆動するように構成されている。制御回路２５１０は、モータ２５０４ｂに駆動信号を提供するモータ制御部２５０８ｂにモータ設定点を提供する。モータ２５０４ｂの出力シャフトは、トルクセンサ２５４４ｂ、及びアンビル２５１６に連結された伝達機構２５０６ｂに連結されている。伝達機構２５０６ｂは、開放位置及び閉位置からのアンビル２５１６の移動を制御するための回転要素及び閉鎖部材などの可動機械的要素を含む。一態様では、モータ２５０４ｂは、閉鎖スパーギヤ１１１２と噛合係合状態で支持される閉鎖減速ギヤセット１１１４を含む閉鎖ギヤ組立体１１１０に連結される。図９及び図１０に見られるように、閉鎖減速ギヤセット１１１４は、閉鎖スパーギヤ１１１２と噛合係合状態で回転可能に支持される被駆動ギヤ１１１６を含む。閉鎖減速ギヤセット１１１４は、閉鎖ラックギヤ１１０６と噛合係合状態でツール取り付けプレート３０２上に回転可能に支持された第２の閉鎖駆動ギヤ１１２０と噛合係合状態にある第１の閉鎖駆動ギヤ１１１８を更に含む。トルクセンサ２５４４ｂは、制御回路２５１０に閉鎖力フィードバック信号を提供する。閉鎖力フィードバック信号は、アンビル２５１６に適用される閉鎖力を表す。位置センサ２５３４は、閉鎖部材の位置をフィードバック信号として制御回路２５１０に提供するように構成されてもよい。エンドエフェクタ２５０２内の追加のセンサ２５３８は、閉鎖力フィードバック信号を制御回路２５１０に提供することができる。枢動可能なアンビル２５１６は、ステープルカートリッジ２５１８の反対側に位置決めされる。使用準備が整うと、制御回路２５１０は、モータ制御部２５０８ｂに閉鎖信号を提供することができる。閉鎖信号に応答して、モータ２５０４ｂは、閉鎖部材を前進させて、クランプアーム２５１６とステープルカートリッジ２５１８との間で組織を把持する。
【００９７】
一態様では、制御回路２５１０は、エンドエフェクタ２５０２を回転させるためにシャフト２５４０などのシャフト部材を回転させるように構成されている。制御回路２５１０は、モータ２５０４ｃに駆動信号を提供するモータ制御部２５０８ｃにモータ設定点を提供する。モータ２５０４ｃの出力シャフトは、トルクセンサ２５４４ｃ及びシャフト２５４０に連結される伝達機構２５０６ｃに連結される。伝達機構２５０６ｃは、シャフト２５４０の時計回り又は反時計回りの回転を３６０度まで及びそれを超えて制御するために回転要素などの可動機械的要素を含む。一態様では、モータ２５０４ｃは、ツール取り付けプレート３０２上に動作可能に支持された回転ギヤ組立体１０７０によって動作可能に係合されるように、近位側閉鎖管１０４０の近位端１０６０上に形成された（又はこれに取設された）管状ギヤセグメント１０６２を含む回転伝達機構組立体１０６９に連結される。図８に示されるように、少なくとも１つの態様では、回転ギヤ組立体１０７０は、ツール取り付け部分３００がツール駆動組立体１０１と連結される際にツール取り付けプレート３０２のアダプタ側面３０７上の被駆動ディスク又は要素３０４のうちの対応する第１のものと連結される回転駆動ギヤ１０７２を有している。図６を参照されたい。回転ギヤ組立体１０７０は、管状ギヤセグメント１０６２及び回転駆動ギヤ１０７２と噛合係合状態でツール取り付けプレート３０２上に回転可能に支持された回転被駆動ギヤ１０７４を更に含む。トルクセンサ２５４４ｃは、制御回路２５１０に回転力フィードバック信号を提供する。回転力フィードバック信号は、シャフト２５４０に加えられる回転力を表す。位置センサ２５３４は、閉鎖部材の位置をフィードバック信号として制御回路２５１０に提供するように構成されてもよい。シャフトエンコーダなどの追加のセンサ２５３８が、シャフト２５４０の回転位置を制御回路２５１０に提供してもよい。
【００９８】
一態様では、制御回路２５１０は、エンドエフェクタ２５０２を関節運動させるように構成されている。制御回路２５１０は、モータ２５０４ｄに駆動信号を提供するモータ制御部２５０８ｄにモータ設定点を提供する。モータ２５０４ｄの出力シャフトは、トルクセンサ２５４４ｄ、及び関節運動部材２５４２ａに連結される伝達機構２５０６ｄに連結される。伝達機構２５０６ｄは、エンドエフェクタ２５０２の±６５°の関節運動を制御するための関節運動要素などの可動機械的要素を含む。一態様では、モータ２５０４ｄは、関節運動ナット１２６０に連結され、関節運動ナットは、遠位側脊柱部分の近位端部分上で回転可能に軸支され、遠位側脊柱部分１０５０の近位端部分上で関節運動ギヤ組立体１２７０によって回転可能に駆動される。より詳細には、図８を参照すると、少なくとも１つの態様では、関節運動ギヤ組立体１２７０は、ツール取り付けプレート３０２のアダプタ側面３０７上の被駆動ディスク又は要素３０４のうちの対応する第４のものと連結される関節運動スパーギヤ１２７２を含む。トルクセンサ２５４４ｄは、制御回路２５１０に関節運動力フィードバック信号を提供する。関節運動力フィードバック信号は、エンドエフェクタ２５０２に適用される関節運動力を表す。関節運動エンコーダなどのセンサ２５３８は、エンドエフェクタ２５０２の関節運動位置を制御回路２５１０に提供してもよい。
【００９９】
別の態様では、ロボット外科用システム１０の関節運動機能は、２つの駆動部材２５４２ａ、２５４２ｂ、又は連結部を含んでもよい。これらの駆動部材２５４２ａ、２５４２ｂは、２つのモータ２５０８ｄ、２５０８ｅによって駆動されるロボットインターフェース（ラック）上の個別のディスクによって駆動される。個別の発射モータ２５０４ａが提供されると、ヘッドが運動していないときにヘッドに抵抗保持運動及び負荷を提供するために、かつヘッドが関節運動しているときに関節運動を提供するために、各関節運動連結部２５４２ａ、２５４２ｂは、他の連結部に対して拮抗的に駆動され得る。駆動部材２５４２ａ、２５４２ｂ又は連結部は、ヘッドが回転するときに固定された半径でヘッドに取設される。したがって、ヘッドが回転すると、プッシュプル連結部の機械効率は変化する。この機械効率の変化は、他の関節運動連結部の駆動システムでより顕著であり得る。
【０１００】
一態様では、エンドエフェクタ２５０２は、図４、図６、図８〜図１２、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１９、図２０、及び図２１に関連して示され説明される外科用エンドエフェクタ１０１２、３０００、５６５０、６４６０、６４７０として実装されてもよい。一態様では、エンドエフェクタ２５０２のＩビーム２５１４部分は、図１１Ａ、図１２、図２９に関連して示され説明されるナイフ部材１０３２、３００５、２５１４として実装されてもよい。Ｉビーム２５１４は、上に組織切断刃２５０９（図２９）を動作可能に支持するナイフ本体を備える。一態様では、エンドエフェクタ２５０２のアンビル２５１６部分は、図４、図６〜図１４、図２０、図２１に関連して示され説明されるアンビル１０２４、３００２、５５０２、５６０２、６４７２として実装されてもよい。
【０１０１】
一態様では、１つ又は２つ以上のモータ２５０４ａ〜２５０４ｅは、ギヤボックス、及び発射部材、閉鎖部材、又は関節運動部材への機械的連結部を備えるブラシ付きＤＣモータを備えてもよい。別の例としては、変位部材、関節運動連結部、閉鎖管、及びシャフトなどの可動機械的要素を動作させる電動モータ２５０４ａ〜２５０４ｅがある。外部影響とは、組織、周囲体、及び物理系上の摩擦などのものの、測定されていない予測不可能な影響である。こうした外部影響は、電気モータ２５０４ａ〜２５０４ｅに反して作用する障害（drag）と呼ばれることがある。障害などの外部影響は、物理系の動作を物理系の所望の動作から逸脱させることがある。
【０１０２】
一態様では、位置センサ２５３４は、図２７及び図２８に関連して示され説明されるような絶対位置決めシステムとして実装されてもよい。一態様では、位置センサ２５３４は、Ａｕｓｔｒｉａ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ，ＡＧから入手可能なＡＳ５０５５ＥＱＦＴシングルチップ磁気回転位置センサとして実装される磁気回転絶対位置決めシステムを備えてもよい。位置センサ２５３４は、制御回路２５１０と連携して絶対位置決めシステムを提供することができる。位置は、磁石の上方に位置し、加算、減算、ビットシフト、及びテーブル参照演算のみを必要とする、双曲線関数及び三角関数を計算する簡潔かつ効率的なアルゴリズムを実装するために設けられた、桁毎法及びボルダーアルゴリズムとしても知られるＣＯＲＤＩＣプロセッサ（Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ  Ｒｏｔａｔｉｏｎ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ用）に連結された、複数のホール効果素子を含み得る。
【０１０３】
一態様では、制御回路２５１０は、１つ又は２つ以上のセンサ２５３８と通信してもよい。センサ２５３８は、エンドエフェクタ２５０２上に位置付けられ、外科用器具２５００と共に動作して、間隙距離対時間、組織圧縮対時間、及びアンビル歪み対時間などの様々な導出パラメータを測定するように適合されてもよい。センサ２５３８は、磁気センサ、磁界センサ、歪みゲージ、ロードセル、圧力センサ、力センサ、トルクセンサ、渦電流センサなどの誘導センサ、抵抗センサ、容量センサ、光学センサ、及び／又はエンドエフェクタ２５０２の１つ又は２つ以上のパラメータを測定するための任意の他の好適なセンサを備えてもよい。センサ２５３８は、１つ又は２つ以上のセンサを含んでもよい。センサ２５３８は、分割された電極を使用して組織の位置を決定するために、ステープルカートリッジ２５１８のデッキ上に配置されてもよい。トルクセンサ２５４４ａ〜２５４４ｅは、とりわけ、発射力、閉鎖力、関節運動力などの力を感知するように構成されてもよい。したがって、制御回路２６５１０は、（１）遠位側閉鎖管及びその位置によって受けた閉鎖負荷と、（２）ラック及びその位置にある発射部材と、（３）ステープルカートリッジ２５１８のどの部分がその上に組織を有しているかと、（４）両方の関節運動ロッド上の負荷及び位置と、を感知し得る。
【０１０４】
一態様では、１つ又は２つ以上のセンサ２５３８は、把持状態の間のアンビル２５１６における歪みの大きさを測定するように構成された、微小歪みゲージなどの歪みゲージを備えてもよい。歪みゲージは、歪みの大きさに伴って振幅が変動する電気信号を提供する。センサ２５３８は、アンビル２５１６とステープルカートリッジ２５１８との間に圧縮された組織の存在によって生成された圧力を検出するように構成された圧力センサを備えてもよい。センサ２５３８は、アンビル２５１６とステープルカートリッジ２５１８との間に位置する組織部分のインピーダンスを検出するように構成されてもよく、このインピーダンスは、それらの間に位置する組織の厚さ及び／又は充満度を示す。
【０１０５】
一態様では、センサ２５３８は、とりわけ、１つ又は２つ以上のリミットスイッチ、電気機械装置、固体スイッチ、ホール効果装置、磁気抵抗（magneto-resistive、ＭＲ）装置、巨大磁気抵抗（giant magneto-resistive、ＧＭＲ）装置、磁力計として実装されてもよい。他の実装形態では、センサ２５３８は、とりわけ光センサ、赤外線センサ、紫外線センサなどの光の影響下で動作する固体スイッチとして実装されてもよい。更に、スイッチは、トランジスタ（例えば、ＦＥＴ、接合ＦＥＴ、金属酸化膜半導体−ＦＥＴ（ＭＯＳＦＥＴ）、双極など）などの固体装置であってもよい。他の実装形態では、センサ２５３８は、とりわけ、導電体非含有スイッチ、超音波スイッチ、加速度計、慣性センサを含んでもよい。
【０１０６】
一態様では、センサ２５３８は、閉鎖駆動システムによってアンビル２５１６に及ぼされる力を測定するように構成され得る。例えば、１つ又は２つ以上のセンサ２５３８は、閉鎖管によってアンビル２５１６に加えられる閉鎖力を検出するために、閉鎖管とアンビル２５１６との間の相互作用点に位置してもよい。アンビル２５１６に対して及ぼされる力は、アンビル２５１６とステープルカートリッジ２５１８との間に捕捉された組織切片によって経験される組織圧縮を表すものであり得る。１つ又は２つ以上のセンサ２５３８は、閉鎖駆動システムに沿った様々な相互作用点に配置されて、閉鎖駆動システムによってアンビル２５１６に加えられる閉鎖力を検出することができる。１つ又は２つ以上のセンサ２５３８は、制御回路２５１０のプロセッサによる把持動作中にリアルタイムでサンプリングされてもよい。制御回路２５１０は、リアルタイムのサンプル測定値を受信して、分析時間ベースの情報を提供し、アンビル２５１６に適用される閉鎖力をリアルタイムで評価する。
【０１０７】
一態様では、電流センサ２５３６を用いて、モータ２５０４ａ〜２５０４ｅのそれぞれによって引き込まれる電流を測定することができる。Ｉビーム２５１４などの可動機械的要素のいずれかを前進させるために必要な力は、モータ２５０４ａ〜２５０４ｅによって引き込まれる電流に対応する。力は、デジタル信号に変換されて、制御回路２５１０に提供される。制御回路２５１０は、器具の実際のシステムの応答をコントローラのソフトウェアでシミュレートするように構成され得る。変位部材を作動させて、エンドエフェクタ２５０２内のＩビーム２５１４を目標速度又はその付近で移動させることができる。ロボット外科用器具２５００は、フィードバックコントローラを含むことができ、フィードバックコントローラは、例えば、ＰＩＤ、状態フィードバック、ＬＱＲ、及び／又は適応コントローラが挙げられるが、これらに限定されない、任意のフィードバックコントローラのうちのいずれか１つであってもよい。ロボット外科用器具２５００は、フィードバックコントローラからの信号を、例えば、ケース電圧、パルス幅変調（ＰＷＭ）電圧、周波数変調電圧、電流、トルク、及び／又は力などの物理的入力に変換するための電源を含むことができる。
【０１０８】
電動ロボット外科用ステープル留めシステムの使用では、閉鎖部材上の力は、発射部材が把持アームに連結し、閉鎖力が閉鎖部材から発射部材に伝達される瞬間から、急激に低下する。それゆえに、本開示は、発射部材が遠位に前進している間の発射ストローク中に閉鎖部材を前進させるように構成された閉ループフィードバック制御システムを提供する。本開示はまた、ロボット外科用器具インターフェースに連結するように構成された、個別に制御可能な閉鎖及び発射部材を提供する。
【０１０９】
一態様では、本開示は、閉鎖部材速度の適応制御のための様々な技術を提供する。一態様では、本開示は、ロボットシャフトの少なくとも２つのパラメータを測定する閉鎖部材速度の適応制御のための技術を提供する。ロボットシャフトと関連付けられたパラメータとしては、限定せずに、とりわけ、発射部材ストローク場所、発射部材負荷、ナイフ前進速度、閉鎖管ストローク場所、閉鎖管負荷が挙げられ、これらは、ロボットインターフェース及びカートリッジ内に配設された回路と共に着脱式ロボットインターフェースユニット及び取り外し可能なカートリッジを介し、ロボットインターフェース及びカートリッジ内に配設された回路は、それら自体及びそれらのステータスを識別するか、又はデバイス若しくはエンドエフェクタを作動させ、その使用を記録するためのパラメータ又は制御プログラムを提供することができる。
【０１１０】
一態様では、閉鎖管力に対する力は、Ｉビームがアンビルに連結して負荷を受け始める瞬間から、急激に低下する。これは、発射部材を遠位に前進させながら閉鎖管を前進させることによって克服され得る。一態様では、ロボットインターフェースは、個々に閉ループ制御可能な閉鎖管及び発射部材を提供する。これらの閉ループ制御技術は、以下に説明される。
【０１１１】
閉鎖管及び発射部材の閉ループ制御技術の説明を参照する前に、説明は、図３１を簡単に参照する。図３１は、閉鎖フェーズ中の厚い組織及び薄い組織に対して閉鎖するように閉鎖部材に加えられる力を図示する２つの閉鎖力（ＦＴＣ）プロット１２５０６、１２５０８のグラフ１２５００、並びに発射フェーズ中の厚い組織及び薄い組織を通して発射するように発射部材に加えられる力を図示する２つの発射力（ＦＴＦ）プロット１２５２２、１２５２４のグラフ１２５０１である。図３０及び図３１を参照すると、グラフ１２５００は、アンビル２５１６とステープルカートリッジ２５１８との間に把持された組織に対してエンドエフェクタ２５０２を閉鎖するために、閉鎖ストローク中に厚い組織及び薄い組織に加えられた力の例を図示し、閉鎖力は、時間の関数としてプロットされている。閉鎖力プロット１２５０６、１２５０８は、２つの軸上にプロットされている。縦軸１２５０２は、ニュートン（Ｎ）単位のエンドエフェクタ２５０２の閉鎖力（ＦＴＣ）を示す。横軸１２５０４は、秒単位で時間を示し、説明を明確にするために、ｔ０〜ｔ１３でラベル付けされている。第１の閉鎖力プロット１２５０６は、アンビル２５１６とステープルカートリッジ２５１８との間に把持された組織に対してエンドエフェクタ２５０２を閉鎖するために、閉鎖ストローク中に厚い組織に加えられる力の例であり、第２のプロット１２５０８は、アンビル２５１６とステープルカートリッジ２５１８との間に把持された組織に対してエンドエフェクタ２５０２を閉鎖するために、閉鎖ストローク中に薄い組織に加えられる力の例である。第１の閉鎖力プロット１２５０６及び第２の閉鎖力プロット１２５０８は、３つのフェーズ、閉鎖ストローク（閉鎖）、待機区間（待機）、及び発射ストローク（発射）に分割される。閉鎖ストローク中、閉鎖管１０４０、１０４２（図４及び図６〜図１０）は、閉鎖モータ２５０４ｂによる閉鎖ストロークの作動に応答して、例えば、ステープルカートリッジ２５１８に対してアンビル２５１６を移動させるために遠位（方向「ＤＤ」）に並進される。他の例では、閉鎖ストロークは、閉鎖モータ２５０４ｂの作動に応答して、アンビル２５１６に対してステープルカートリッジ２５１８を移動させることを伴い、他の例では、閉鎖ストロークは、閉鎖モータ２５０４ｂの作動に応答して、ステープルカートリッジ２５１８及びアンビル２５１６を移動させることを伴う。第１の閉鎖力プロット１２５０６を参照すると、閉鎖ストローク中の閉鎖力１２５１０は、０から最大力Ｆ１まで、時間ｔ０〜ｔ１で増加する。第２の閉鎖力グラフ１２５０８を参照すると、閉鎖ストローク中の閉鎖力１２５１６は、０から最大力Ｆ３まで、時間ｔ０〜ｔ１で増加する。最大力Ｆ１とＦ３との間の相対差は、薄い組織に対する厚い組織に必要な閉鎖力の差に起因するものであり、薄い組織に対して、厚い組織上でアンビルを閉鎖するためにより大きな力が必要とされる。
【０１１２】
第１の閉鎖力プロット１２５０６及び第２の閉鎖力プロット１２５０８は、エンドエフェクタ２５０２内の閉鎖力が、時間（ｔ１）で終了する初期把持期間中に増加することを示す。閉鎖力は、時間（ｔ１）で最大力（Ｆ１、Ｆ３）に到達する。初期把持期間は、例えば、約１秒であり得る。待機区間が、発射ストロークを開始する前に適用され得る。待機区間は、エンドエフェクタ２５０２によって圧縮された組織からの流体排出を可能にし、これは、圧縮された組織の厚さを減少させ、アンビル２５１６とステープルカートリッジ２５１８との間のより小さい間隙をもたらし、待機区間終了時の閉鎖力を低下させる。第１の閉鎖力プロット１２５０６を参照すると、ｔ１〜ｔ４の待機区間中にＦ１からＦ２への閉鎖力１２５１２のわずかな低下が存在する。同様に、第２の閉鎖力プロット１２５０８を参照すると、閉鎖力１２５１８は、ｔ１〜ｔ４の待機区間中にＦ３からＦ４にわずかに低下する。いくつかの実施例では、約１０秒〜約２０秒の範囲から選択される待機区間（ｔ１〜ｔ４）が典型的に用いられる。第１の閉鎖力プロット１２５０６及び第２の閉鎖力プロット１２５０８の例では、約１５秒の期間が用いられる。待機区間の後は、発射ストロークであり、これは、例えば、約３秒から、例えば、約５秒までの範囲から選択される期間で持続する。閉鎖力は、Ｉビーム２５１４が発射ストロークを通してエンドエフェクタに対して前進される際に減少する。第１の閉鎖力プロット１２５０６及び第２の閉鎖力プロット１２５０８の閉鎖力１２５１４、１２５２０によって示されるように、閉鎖管１０４０、１０４２に及ぼされた閉鎖力１２５１４、１２５２０は、およそ時間ｔ４〜およそ時間ｔ５で急激に低下する。時間ｔ４は、Ｉビーム２５１４がアンビル２５１６内に連結し、閉鎖負荷を受け始める瞬間を表す。したがって、閉鎖力は、第１の発射力プロット１２５２２及び第２の発射力プロット１２５２４によって示されるように、発射力が増加する際に減少する。
【０１１３】
図３１はまた、外科用器具２５００の発射ストローク中にＩビーム２５１４を前進させるために加えられた力をプロットする第１の発射力プロット１２５２２及び第２の発射力プロット１２５２４のグラフ１２５０１を図示する。発射力プロット１２５２２、１２５２４は、２つの軸上にプロットされる。縦軸１２５２６は、発射ストローク中にＩビーム２５１４を前進させるために加えられる、ニュートン（Ｎ）単位の発射力を示す。Ｉビーム２５１４は、ナイフ又は切断要素を前進させ、発射ストローク中にステープルを配備するためにドライバを推進するように構成されている。横軸１２５０５は、上のグラフ１２５００の横軸１２５０４と同じ時間スケールでの秒単位の時間を示す。
【０１１４】
上記のように、閉鎖管力は、第１の発射力プロット１２５２２及び第２の発射力プロット１２５２４によって示されるように、Ｉビーム２５１４がアンビル２５１６内に連結し、負荷を受け始め、発射力が増加する際に閉鎖力が減少する瞬間を表す、時間ｔ４〜およそ時間ｔ５で急激に低下する。Ｉビーム２５１４は、時間ｔ４でのストローク開始位置から、薄い組織に対する発射力プロット１２５２４のｔ８〜ｔ９、及び厚い組織に対する発射力プロット１２５２２のｔ１３のストローク終了位置まで前進させられる。Ｉビーム２５１４が発射ストローク中に遠位に前進させられると、閉鎖組立体は、発射組立体へのステープルカートリッジ２５１８及びアンビル２５１６の制御を放棄し、これは、発射力を増加させ、閉鎖力を減少させる。
【０１１５】
発射区間（発射）中の厚い組織の発射力プロット１２５２２では、プロット１２５２２は、３つの別個のセグメントに分割される。第１のセグメント１２５２８は、ｔ４での０からｔ５の直前にピーク力Ｆ’１まで増加するときの発射力を示す。第１のセグメント１２５２８は、Ｉビーム２５１４が組織に接触するまで、Ｉビーム２５１４が閉鎖ランプの頂部から遠位に前進する、発射ストロークの初期フェーズ中の発射力である。第２のセグメント１２５３０は、発射ストロークの第２のフェーズ中の発射力を示し、Ｉビーム２５１４は、遠位に前進し、ステープルを配備し、組織を切断する。発射ストロークの第２のフェーズ中、発射力は、およそｔ１２でＦ’１からＦ’２まで低下する。第３のセグメント１２５３２は、発射ストロークの第３の及び最終フェーズ中の発射力を示し、Ｉビーム２５１４は、組織を離れて、組織が存在しないゾーン内のストローク終了まで前進する。発射ストロークの第３のフェーズ中、発射力は、Ｉビーム２５１４がストローク終了に到達する、およそｔ１３でＦ’２からゼロ（０）まで低下する。要約すると、発射ストローク中、発射力は、Ｉビーム２５１４が組織ゾーンに入るときに劇的に上昇し、ステープル留め及び切断動作中に組織ゾーン内で徐々に減少し、Ｉビーム２５１４が組織ゾーンを出て、ストローク終了時に組織が存在しないゾーンに入るときに劇的に低下する。
【０１１６】
薄い組織の発射力プロット１２５２４は、厚い組織の発射力プロット１２５２２と同様のパターンに従う。したがって、発射ストロークの第１のフェーズ中、発射力１２５３４は、およそｔ５で０からＦ’３まで劇的に増加する。発射ストロークの第２のフェーズ中、発射力１２５３６は、Ｆ’３から、およそｔ８でのＦ’４まで徐々に低下する。発射ストロークの最終フェーズ中、発射力１２５３２は、ｔ８〜ｔ９でＦ’４から０まで劇的に低下する。
【０１１７】
第１の発射力プロット１２５２２及び第２の発射力プロット１２５２４に示される、Ｉビーム２５１４がアンビル２５１６内に連結し、負荷を受け始め、発射力が増加する際に閉鎖力が減少する、時間ｔ４〜およそ時間ｔ５の閉鎖力の急激な低下を克服するために、閉鎖管１０４０、１０４２（図４及び図６〜図１０）は、Ｉビーム２５１４などの発射部材が遠位に前進させられている間に、遠位に前進させられ得る。図３０を参照すると、閉鎖管１０４０、１０４２は、アンビル２５１６に閉鎖力を加える伝達要素２５０６ｂとして表される。本明細書に説明されるように、制御回路２５１０は、モータ設定点をモータ制御部２５０８ｂに適用し、モータ制御信号をモータ２５０４ｂに印加して伝達要素２５０６ｂを駆動し、閉鎖管を遠位に前進させて、アンビル２５１６に閉鎖力を加える。モータ２５０４ｂの出力シャフトに連結されたトルクセンサ２５４４ｂは、閉鎖管１０４０、１０４２に加えられる力を測定するために使用され得る。他の態様では、閉鎖力は、歪みゲージ、ロードセル、又は他の好適な力センサで測定され得る。
【０１１８】
図３０を引き続き参照すると共に、ここで、図３２を参照すると、本開示の一態様による、同時の閉鎖及び発射フェーズ中の、厚い組織及び薄い組織に対して閉鎖するように閉鎖部材に加えられる力を図示する２つの閉鎖力プロット１２６０６、１２６０８のグラフ１２６００、並びに厚い組織及び薄い組織を通して発射するように発射部材に加えられる力を図示する２つの発射力プロット１２６２２、１２６２４のグラフ１２６０１が示されている。図３２を参照すると、グラフ１２６００は、同時の閉鎖及び発射ストローク中に厚い組織及び薄い組織に加えられる力の例を図示する。したがって、アンビル２５１６は、Ｉビーム２５１４が遠位に前進しながら、ステープルカートリッジ２５１８上で閉鎖する。この作用は、図３１の第１の発射力プロット１２５２２及び第２の発射力プロット１２５２４によって示されるように、Ｉビーム２５１４がアンビル２５１６内に連結し、負荷を受け始め、発射力が増加する際に閉鎖力が減少する瞬間を表す、時間ｔ４〜およそ時間ｔ５の閉鎖力の急激な低下を克服する。対照的に、図３２は、閉鎖力がより長い区間にわたって減少し、閉鎖力のより緩やかな低下をもたらすことを示す。
【０１１９】
閉鎖力プロット１２６０６、１２６０８は、２つの軸上にプロットされている。縦軸１２６０２は、ニュートン（Ｎ）単位のエンドエフェクタ２５０２の閉鎖力を示す。横軸１２６０４は、秒単位で時間を示し、説明を明確にするために、ｔ０〜ｔ９でラベル付けされている。第１の閉鎖力プロット１２５０６は、アンビル２５１６とステープルカートリッジ２５１８との間に把持された組織に対してエンドエフェクタ２５０２を閉鎖するために、閉鎖ストローク中に厚い組織に加えられる力の例であり、第２のプロット１２６０８は、アンビル２５１６とステープルカートリッジ２５１８との間に把持された組織に対してエンドエフェクタ２５０２を閉鎖するために、閉鎖ストローク中に薄い組織に加えられる力の例である。第１の閉鎖力プロット１２６０６及び第２の閉鎖力プロット１２６０８は、３つのフェーズ、閉鎖ストローク（閉鎖）、待機区間（待機）、及び発射ストローク（発射）に分割される。閉鎖ストローク中、閉鎖管１０４０、１０４２（図４及び図６〜図１０）は、閉鎖モータ２５０４ｂによる閉鎖ストロークの作動に応答して、例えば、ステープルカートリッジ２５１８に対してアンビル２５１６を移動させるために遠位（方向「ＤＤ」）に並進される。他の例では、閉鎖ストロークは、閉鎖モータ２５０４ｂの作動に応答して、アンビル２５１６に対してステープルカートリッジ２５１８を移動させることを伴い、他の例では、閉鎖ストロークは、閉鎖モータ２５０４ｂの作動に応答して、ステープルカートリッジ２５１８及びアンビル２５１６を移動させることを伴う。第１の閉鎖力プロット１２６０６を参照すると、閉鎖ストローク中、の閉鎖力１２６１０は、０から最大力Ｆ１まで、時間ｔ０〜ｔ１で増加する。同様に第２の閉鎖力プロット１２６０を参照すると、閉鎖ストローク中の閉鎖力１２６１６は、０から最大力Ｆ３まで、時間ｔ０〜ｔ１で増加する。最大力Ｆ１とＦ３との間の相対差は、薄い組織に対する厚い組織の閉鎖力の差に起因するものであり、より大きな力は、薄い組織ではなく、厚い組織上でアンビルを閉鎖するために必要とされる。
【０１２０】
第１の閉鎖力グラフ１２６０６及び第２の閉鎖力グラフ１２６０８は、エンドエフェクタ２５０２内の閉鎖力が、時間（ｔ１）で終了する初期把持期間中に増加することを示す。閉鎖力は、時間（ｔ１）で最大力（Ｆ１、Ｆ３）に到達する。初期把持期間は、例えば、約１秒であり得る。待機区間が、発射ストロークを開始する前に適用され得る。待機区間は、エンドエフェクタ２５０２によって圧縮された組織からの流体排出を可能にし、これは、圧縮された組織の厚さを減少させ、アンビル２５１６とステープルカートリッジ２５１８との間のより小さい間隙をもたらし、待機区間終了時の閉鎖力を低下させる。第１の閉鎖力プロット１２６０６を参照すると、ｔ１〜ｔ４の待機区間中にＦ１からＦ２への閉鎖力１２６１２のわずかな低下が存在する。同様に第２の閉鎖力プロット１２６０８を参照すると、ｔ１〜ｔ４の待機区間中にＦ３からＦ４への閉鎖力１２６１８のわずかな低下が存在する。いくつかの実施例では、約１０秒〜約２０秒の範囲から選択される待機区間（ｔ１〜ｔ４）が典型的に用いられる。第１の閉鎖力プロット１２６０６及び第２の閉鎖力プロット１２６０８の例では、約１５秒の期間が用いられる。待機区間の後は、発射ストロークであり、これは、例えば、約３秒から、例えば、約５秒までの範囲から選択される期間で持続する。しかしながら、時間ｔ４では、閉鎖部材（例えば、閉鎖管１０４０、１０４０２）は、発射部材（例えば、Ｉビーム２５１４）と同時に前進させられる。閉鎖管１０４０、１０４２及びＩビーム２５１４を同時に前進させることによって、閉鎖力１２６１４、１２６２０は、第１の閉鎖力プロット１２６０６及び第２の閉鎖力プロット１２６０８にそれぞれ示されるように、発射ストロークを通して徐々に減少する。
【０１２１】
図３２はまた、外科用器具２５００の発射ストロークの一部分の間に閉鎖部材１０４０、１０４２を前進させながら、発射ストローク中にＩビーム２５１４を前進させるために加えられた力をプロットする第１の発射力プロット１２６２２及び第２の発射力プロット１２６２４のグラフ１２６０１を図示する。発射力プロット１２６２２、１２６２４は、２つの軸上にプロットされる。縦軸１２６２６は、発射ストローク中にＩビーム２５１４を前進させるために加えられる、ニュートン（Ｎ）単位の発射力を示す。Ｉビーム２５１４は、ナイフ又は切断要素を前進させ、発射ストローク中にステープルを配備するためにドライバを推進するように構成されている。横軸１２６０５は、上のグラフ１２６００の横軸１２６０４と同じ時間スケールでの秒単位の時間を示す。上記のように、閉鎖管に及ぼされる力は、閉鎖力１２６１４によって示されるように、厚い組織に対して時間ｔ４〜およそ時間ｔ９で、及び薄い組織に対して閉鎖力１２６２０によって示されるように、時間ｔ４〜およそｔ７で、徐々に低下する。
【０１２２】
厚い組織の発射力プロット１２６２２では、発射区間（発射）中のプロット１２６２２の発射力１２６２８は、ｔ４での０から、図３１に示されるピーク力Ｆ’１よりもわずかに低い、ｔ５の直前のピーク力Ｆ’’１まで増加する。発射力１２６２８は、Ｉビーム２５１４が組織に接触するまで、閉鎖管１０４０、１０４２が遠位に前進を開始しながら、Ｉビーム２５１４が閉鎖ランプの頂部から遠位に前進する、発射ストロークの初期フェーズ中に生じる。発射ストロークの第２のフェーズ中の発射力１２６３０は、Ｉビーム２５１４が遠位に前進し、ステープルを配備し、組織を切断している間に生じる。発射ストロークの第２のフェーズ中、発射力１２６３０は、ｔ５の直前のＦ’’１の力から、およそｔ１２でのＦ’２の力まで低下する。しかしながら、発射力プロット１２６２２は、発射ストロークの一部分の間で、図３１に示される発射力プロット１２５２２よりもわずかに低い。発射ストロークの第３の及び最終フェーズ中の発射力１２６３２は、Ｉビーム２５１４が、組織ゾーンを離れて、組織が存在しないゾーン内のストローク終了まで前進するときに生じる。発射ストロークの第３のフェーズ中、発射力１２６３２は、Ｆ’２から、およそｔ１３でゼロ（０）まで低下し、Ｉビーム２５１４がストローク終了に到達する点を表す。要約すると、発射ストローク中、発射力１２６２８、１２６３４は、Ｉビーム２５１４が組織ゾーンに入るときに劇的に上昇し、発射力１２６３０、１２６３６は、ステープル留め及び切断動作中に組織ゾーン内で徐々に減少し、発射力１２６３２、１２６３８は、Ｉビーム２５１４が組織ゾーンを出て、ストローク終了時に組織が存在しないゾーンに入るときに劇的に低下する。閉鎖管１０４０、１０４２及びＩビーム２５１４が同時に遠位に前進させられるフェーズ中、発射力Ｆ’’１及びＦ’’３は、図３１に示される発射力Ｆ’１及びＦ’３に対してわずかに低い。
【０１２３】
図表１２６００、１２６０１に示される閉鎖力１２６１４、１２６２０及び発射力１２６３０、１２６３６は、閉鎖管が前進させられたときに、発射ラックに対して及ぼされる発射力負荷（下のグラフ１２６０１）及び閉鎖管に対して及ぼされる閉鎖力負荷（上のグラフ１２６００）に対する効果を例示し、厚い組織のプロット１２６０６について、上のグラフ１２６００に関して閾値限界の初期値ａ、ａ’、ａ’’によって示され、図３２Ａに拡大されるように、発射ストロークの少なくとも一部分の間で制御される負荷は、上限閉鎖力閾値１２６４２、下限閉鎖力閾値１２６４４、及び上限閉鎖力閾値１２６４２と下限閉鎖力閾値１２６４４との間の公称閉鎖力１２６４３によって表される。同様の閾値限界は、上限１２６４６、下限１２６４８、及び公称１２６４７によって示されるように薄い組織プロット１２６０８に適用される。入れ子式ＰＩＤフィードバック制御システムは、閉鎖管１０４０、１０４２に対して及ぼされる閉鎖力を監視し、閉鎖管１０４０、１０４２の速度を制御して、厚い組織に対して閾値１２６４２、１２６４４の間、薄い組織に対して閾値１２６４６、１２６４８の間に閉鎖力を維持する。例えば、閉鎖管１０４０、１０４２が時間ｔ４から区間τｏにわたって停止した状態では、閉鎖力１２６１４は、下限閉鎖力閾値１２６４４を下回って低下する。このとき、コントローラ２５１０は、閉鎖管１０４０、１０４２を所定の速度で前進させることを開始する。入れ子式ＰＩＤフィードバック制御下で、制御回路２５１０は、閉鎖管１０４０、１０４２に対して及ぼされた力を測定し、実際の速度及び閉鎖管１０４０、１０４２に対して及ぼされた力に基づいて、閉鎖管１０４０、１０４２の設定点速度を調節する。したがって、閉鎖管１０４０、１０４２が遠位に前進し始めると、閉鎖力は、次の区間τ１にわたって、それが下側閾値１２６４４’をオーバーシュートするまで増加し始め、その時点で制御回路２５１０は、閉鎖管１０４０、１０４２を停止させ、次の区間τ２にわたって、閉鎖力は、それが下限閉鎖力閾値１２６４４を下回って低下してアンダーシュートするまで再び低下し始め、その時点で、制御回路２５１０は、再び、閉鎖管１０４０、１０４２を遠位に前進させ始める。このプロセスは、時間ｔ８〜ｔ９で閉鎖力がゼロに低下するまで繰り返される。同様のプロセスは、薄い組織閉鎖力１２６２０についての閉鎖力に適用される。ＰＩＤ制御フィードバックシステムは、図３３〜図３７に関連してより詳細に本明細書で説明される。図３２に示すように上限閉鎖力閾値１２６４２、１２６４６及び下限閉鎖力閾値１２６４４、１２６４８は、時間の関数として負の傾きでａ’、ａ’’、ａ’’’、ａ’’’’の初期値から約０に直線的に変化する。上限閉鎖力閾値１２６４２、１２６４６及び下限閉鎖力閾値１２６４４、１２６４８は、ルックアップテーブルの形態である場合、メモリ内に記憶された非線形表現又はカスタム設定限界を使用して構成され得ることが理解されるであろう。上限閉鎖力閾値１２６４２、１２６４６及び下限閉鎖力閾値１２６４４、１２６４８の初期値ａ’、ａ’’、ａ’’’、ａ’’’’は、発射ストロークの開始と一致する時点で与えられるが、初期値ａ’、ａ’’、ａ’’’、ａ’’’’は、発射ストロークに沿った任意の場所で与えられてもよい。
【０１２４】
図３２に示される閉鎖力及び発射力の変動を低下させるために、本開示は、着脱式インターフェース及び取り外し可能なカートリッジを介して、例えば、発射部材ストローク場所、発射部材負荷、ナイフ前進速度、閉鎖管ストローク場所、及び／又は閉鎖管負荷などのロボットシャフトの少なくとも２つのパラメータを測定する、適応的閉鎖管速度制御アルゴリズムを提供する。取り外し可能なカートリッジは、それら自体及びそれらのステータスを識別するか、又はデバイス若しくはエンドエフェクタを作動させ、その使用を記録するためのパラメータ若しくは制御プログラムを提供するかのいずれかを行うように構成されている回路を更に含んでもよい。一態様では、閉鎖管１０４０、１０４２の速度は、Ｉビーム２５１４（例えば、発射部材）が遠位に前進し、アンビル２５１６内に連結して、閉鎖管１０４０、１０４２に対する閉鎖力負荷を所望の比率で低下させ、Ｉビーム２５１４に対する発射力負荷を減少させる、時間ｔ４からの閉鎖管１０４０、１０４２（例えば、閉鎖部材）の漸進的閉鎖を提供するように、入れ子式比例−積分−微分コントローラ（ＰＩＤコントローラ）によって制御され得る。
【０１２５】
図３３は、本開示の一態様による、閉鎖管に対する閉鎖力負荷及び閉鎖管の実際の速度に基づいて、閉鎖管速度を制御する、厚い組織に対するＰＩＤ制御プロセスのグラフ１２７００を例示する。入れ子式ＰＩＤ制御アルゴリズムは、図３０に示される制御回路２５１０によって実装され得る。制御回路２５１０は、例えば、発射部材ストローク場所、発射部材負荷、ナイフ前進速度、閉鎖管ストローク場所、及び／又は閉鎖管負荷などの、ロボットシャフトの少なくとも２つのパラメータを測定するように構成されている。上のグラフ１２７０２は、縦軸１２７０６に沿った閉鎖管の変位δＣＴ（ｍｍ）、及び横軸１２７０８に沿った時間「ｔ」（秒）を図示するプロットである。下のグラフ１２７０４は、縦軸１２７１０に沿った閉鎖管の速度ＶＣＴ（ｍｍ／秒）及び横軸１２７１１に沿った時間「ｔ」（秒）を図示するプロットである。上及び下の図１２７０２、１２７０４は、横軸１２７０８、１２７１１、１２６０４、１２６０５、１２５０４、１２５０５に沿って同一時間スケールで図３１及び図３２に示されるように、閉鎖ストローク（閉鎖）、待機区間（待機）、及び発射ストローク（発射）の３つのフェーズに分割される。閉鎖ストローク（閉鎖）中、閉鎖管１０４０、１０４２（図４及び図６〜図１０）は、閉鎖モータ２５０４ｂによる閉鎖ストロークの作動に応答して、例えば、ステープルカートリッジ２５１８に対してアンビル２５１６を移動させるために遠位に並進される。正常動作下では、速度曲線１２７２８は、図３１に示される負荷プロットの閉鎖管１０４０、１０４２の速度に対応する。入れ子式ＰＩＤ制御下では、閉鎖管速度１２７３０は、標準的な閉鎖管速度１２７２８よりもはるかに低い。
【０１２６】
下の図１２７０２、１２７０４を参照すると、ｔ０〜ｔ１の閉鎖フェーズ（閉鎖）中、閉鎖管１０４０、１０４２の速度は、速度曲線１２７３０のプロファイルによって示されるように増加し、閉鎖管１０４０、１０４２を、変位１２７１６によって示されるようにδｏまで遠位に前進させる。一実施例では、ｔ１での変位δｏは、約５．０８ｍｍ（約０．２００インチ）である。閉鎖フェーズの終了は、ｔ１によってマークされ、器具が待機区間（待機）に入ったときであり、閉鎖管１０４０、１０４２の速度は、ｔ１〜ｔ４の区間中にゼロになる。言い換えると、閉鎖管１０４０、１０４２は、遠位に前進することを停止する。待機区間中、閉鎖管１０４０、１０４２の変位は、変位１２７１８によって示されるようにゼロである。入れ子式ＰＩＤ制御下で、閉鎖管１０４０、１０４２の速度は、発射フェーズ（発射）の少なくとも一部分の間に、閉鎖管１０４０、１０４２の漸進的前進を提供するように適応制御される。ＰＩＤコントローラは、閉鎖管１０４０、１０４２の目標速度を設定し、変位区間中に閉鎖管１０４０、１０４２に対して及ぼされる力を監視し、入れ子式制御システム構成で目標速度及び閉鎖管１０４０、１０４２に対して及ぼされる力に基づいて、閉鎖管１０４０、１０４２の速度ＶＣＴを調節する。
【０１２７】
ここで図３０、図３３、及び図３４を参照すると、入れ子式ＰＩＤフィードバックコントローラとして構成された制御回路２５１０は、閉鎖管１０４０、１０４２に作用する閉鎖力１２６１４、及び閉鎖管１０４０、１０４２の実際の速度を監視し、測定された閉鎖力１２６１４及び閉鎖管１０４０、１０４２の実際の速度に基づいて閉鎖管１０４０、１０４２の前進を漸進的に制御する。このプロセスは、閉鎖管１０４０、１０４２の速度がゼロであるｔ４で開始し、閉鎖力１２６１４が、閾値１２６４２、１２６４４の中点である点１２８０１から、区間τｏにわたって点１２８０２まで低下する。区間τｏの間、閉鎖管１０４０、１０４２は、静止しており、変位は、δｏのままである。
【０１２８】
閉鎖力１２６１４が下側閾値１２６４４を下回って低下すると、フィードバック制御システム（例えば、制御回路２５１０）は、閉鎖モータ２５０４ｂ及び発射モータ２５０８ａにコマンド速度を設定して、発射フェーズを開始する。閉鎖管１０４０、１０４２の閉鎖力が、閉鎖モータ２５０４ｂの出力シャフトに連結されたトルクセンサ２５４４ｂから取得され得ることが理解されるであろう。同様に、Ｉビーム２５１４の発射力は、発射モータ２５０４ａの出力シャフトに連結されたトルクセンサ２５４４ａから取得され得る。他の態様では、閉鎖力及び発射力は、例えば、歪みゲージ、ロードセル、又は他の好適な力センサで測定されてもよい。したがって、閉鎖管１０４０、１０４２及びＩビーム２５１４は、前進を開始する。閉鎖管１０４０、１０４２の速度１２７３４は、区間τ１にわたって最大速度１２７３２まで上昇する。閉鎖管１０４０、１０４２が遠位に前進すると、変位１２７２０は、区間τ１にわたってδｏ１２７１９から上昇し始める。また、閉鎖管１０４０、１０４２が遠位に前進すると、閉鎖管１０４０、１０４２が受ける閉鎖力１２６１４は、点１２８０４で下側閾値１２６４４と交差するまで増加し始める。この時点で、制御回路２５１０は、発射モータ２５０４ａがＩビーム２５１４を前進させ続けながら、閉鎖モータ２５０４ｂ設定点をゼロに設定して、閉鎖管１０４０、１０４２の前進を停止させる。区間τ１の間、閉鎖管１０４０、１０４２は、δ１の距離だけ前進した。
【０１２９】
閉鎖管速度がゼロに設定されると、区間τ２にわたって、閉鎖管１０４０、１０４２は、遠位に前進せず、変位１２７２１は、（δ０＋δ１）のままであり、閉鎖力１２６１４は、点１２８０６で下側閾値１２６４４を下回って減少する。制御回路２５１０は、次いで、速度１２７３６を上昇させ、閉鎖管１０４０、１０４２の変位１２７２２は、区間τ３にわたってδ２だけ前進する。閉鎖力１２６１４が点１２８０８下側閾値１２６４４を上回って増加すると、閉鎖管速度は、再びゼロに設定される。発射力が経時的に連続して減少する際、速度がゼロではない区間では、τ３＜τ１となるように減少することに留意されたい。別の言い方をすると、経時的に入れ子式ＰＩＤフィードバックコントローラは、閉鎖力１２６１４を閾値１２６４４に収束させる。次の区間τ４にわたって、変位１２７２３は、閉鎖力が点１２８１０で下側閾値１２６４４を下回って減少するまで、（δ０＋δ１＋δ２）のままであり、制御回路２５１０は、閉鎖モータ２５０４ｂを始動させ、区間τ５にわたって速度１２７３８を増加させて、発射力が点１２８１２で下側閾値１２６４４を上回って綿密に増加して閉鎖モータ２５０４ｂがオフになるまで、閉鎖管１０４０、１０４２をδ３だけ変位させる（１２７２４）。繰り返しになるが、変位区間τ５＜τ３＜τ１は、閉鎖力１２６１４が理想的又は所望の閉鎖力値に収束するにつれて、次第に小さくなる。区間τ６にわたって、変位１２７２５は、閉鎖力１２６１４が点１２８１４で下側閾値１２６４４を下回って減少するまで、（δ０＋δ１＋δ２＋δ３）のままである。制御回路２５１０は、閉鎖モータ２５０４ｂを始動させ、区間τ６にわたって速度１２７４０を増加させて、発射力が点１２８１６で下側閾値１２６４４を上回って綿密に増加するまで、閉鎖管１０４０、１０４２をδ４だけ変位させる（１２７２６）。繰り返しになるが、区間は、τ６＜τ５＜τ３＜τ１であり、制御回路２５１０は、閉鎖モータ２５０４ｂを停止させる。区間τ７にわたって、変位１２７２７は、（δ０＋δ１＋δ２＋δ３＋δ４）のままである。最終的に、プロセスは、閉鎖力１２６１４がゼロに近づくと停止する。
【０１３０】
図３２〜図３４と関連したプロセスは、理想的な閉鎖力が入れ子式ＰＩＤコントローラによって決定されるまで、下側閾値１２６４４の周辺をリンギングする閉鎖力１２６１４との関連で説明されてきたが、閉鎖力１２６１４が１つの例外を伴って上側閾値１２６４２を上回って増加するときにも同様のプロセスが用いられ得る。図３６及び図３７に説明されたプロセスに関して、閉鎖管１０４１０、１０４２は、閉鎖力１２６１４が下側閾値１２６４４を下回って減少したとき、遠位に前進させられた。しかしながら、閉鎖力１２６１４が上側閾値１２６４２を上回って増加すると、閉鎖管１０４０、１０４２は、閉鎖力１２６１４が上側閾値１２６４２を下回って減少するまで、遠位に前進せずに、近位に後退させられる。
【０１３１】
図３５は、本開示の一態様による、閉鎖管に対する閉鎖力負荷及び閉鎖管の実際の速度に基づいて、閉鎖管速度を制御する、薄い組織に対する制御アルゴリズムのグラフ１２９００を例示する。一態様では、制御アルゴリズムは、図３０に示される制御回路２５１０による、入れ子式比例積分微分（ＰＩＤ）制御アルゴリズムとして実装され得る。制御回路２５１０は、例えば、発射部材ストローク場所、発射部材負荷、ナイフ前進速度、閉鎖管ストローク場所、及び／又は閉鎖管負荷などの、ロボットシャフトの少なくとも２つのパラメータを測定するように構成されている。上のグラフ１２９０２は、縦軸１２９０６に沿った閉鎖管の変位δＣＴ（ｍｍ）、及び横軸１２９０８に沿った時間「ｔ」（秒）を図示するプロットである。下のグラフ１２９０４は、縦軸１２９１０に沿った閉鎖管の速度ＶＣＴ（ｍｍ／秒）及び横軸１２９１２に沿った時間「ｔ」（秒）を図示するプロットである。上及び下の図表１２９０２、１２９０４は、横軸１２９０８、１２７０８、１２７１１、１２６０４、１２６０５、１２５０４、１２５０５に沿って同一時間スケールで図３１〜図３３に示されるように、閉鎖ストローク（閉鎖）、待機区間（待機）、及び発射ストローク（発射）の３つのフェーズに分割される。閉鎖ストローク（閉鎖）中、閉鎖管１０４０、１０４２（図４及び図６〜図１０）は、閉鎖モータ２５０４ｂによる閉鎖ストロークの作動に応答して、例えば、ステープルカートリッジ２５１８に対してアンビル２５１６を移動させるために遠位に並進される。正常動作下では、速度曲線１２９１４は、図３１に示される負荷プロットの閉鎖管１０４０、１０４２の速度に対応する。入れ子式ＰＩＤ制御下では、閉鎖管速度１２９１６は、標準的な閉鎖管速度１２９１４よりもはるかに低い。
【０１３２】
図３０、図３３及び図３５を参照すると、ｔ４での発射ストロークの開始時に、閉鎖管１０４０、１０４２の速度は、第１の区間τ０中にゼロである。この区間中、閉鎖力１２６２０（図３３）が減少し、それが下側閾値１２６４８を下回って低下すると、閉鎖モータ２５０４ｂは、オンにされ、閉鎖管速度１２９１８は、制御回路２５１０によって上昇させられて、閉鎖管１０４０、１０４２を駆動する。以下の区間τ１の間、閉鎖管１０４０、１０４２は、閉鎖力１２６２０が下側閾値１２６４８を上回って増加し、制御回路に閉鎖モータ２５０４ｂを停止させるまで、遠位に並進する。区間τ１の間、閉鎖管１０４０、１０４２は、δ０からδ１までの距離だけ前進した。制御回路２５１０は、制御回路２５１０が閉鎖モータ２５０４ｂをオンにし、次の区間τ３の間に速度１２９２０で閉鎖管１０４０、１０４２を駆動する点で、閉鎖力１２６２０が下側閾値１２６４８を下回って低下するまで、区間τ２の間で閉鎖モータ２５０４ｂをオフに維持する。閉鎖管１０４０、１０４２は、δ２だけ並進する。次の区間τ４の間、閉鎖管１０４０、１０４２は、閉鎖力１２６２０が所望のバランスに到達するか、又は下側閾値１２６４８を下回って降下するまで、遠位に移動せず、位置（δ０＋δ１＋δ２．）のままである。薄い組織閉鎖管１０４０、１０４２の速度制御プロセスは、下側閾値１２６４８との関連で論じられたが、同様のプロセスは、１つの例外を伴う上側閾値１２６４６との関連で適用することになる。閉鎖力１２６２０が上側閾値１２６４６を上回って増加すると、閉鎖管１０４０、１０４２は、閉鎖力１２６２０が上側閾値１２６４６を下回って減少するまで、遠位に前進せずに、近位に後退させられる。
【０１３３】
図３６は、本開示の一態様による、発射部材（例えば、Ｉビーム２５１４）が遠位方向に前進し、把持アーム（例えば、アンビル２５１６）と連結したときに、閉鎖部材（例えば、閉鎖管１０４０、１０４２）の漸進的閉鎖を提供して、閉鎖部材上の閉鎖力負荷を所望の速度で低下させ、発射部材上の発射力負荷を減少させるように構成された、制御システム１２９５０の図である。一態様では、制御システム１２９５０は、ネスト化ＰＩＤフィードバックコントローラとして実装されてもよい。ＰＩＤコントローラは、所望の設定点と測定されたプロセス変数との間の差として誤差値を連続的に計算するための制御ループフィードバック機構（コントローラ）であり、比例、積分、及び微分項（それぞれＰ、Ｉ、及びＤで示される場合がある）に基づいて補正を適用する。ネスト化ＰＩＤコントローラフィードバック制御システム１２９５０は、一次（外側）フィードバックループ１２９５４内の一次コントローラ１２９５２と、二次（内側）フィードバックループ１２９５６内の二次コントローラ１２９５５と、を含む。一次コントローラ１２９５２は、図３６に示されるようなＰＩＤコントローラ１２９７２であってもよく、二次コントローラ１２９５５もまた、図３７に示されるようなＰＩＤコントローラ１２９７２であってもよい。一次コントローラ１２９５２は、一次プロセス１２９５８を制御し、二次コントローラ１２９５５は二次プロセス１２９６０を制御する。一次プロセス１２９５８の出力１２９６６（出力）は、第１の加算器１２９６２によって一次設定点ＳＰ１から減算される。第１の加算器１２９６２は、一次コントローラ１２９５２に適用される単一の和出力信号を生成する。一次コントローラ１２９５２の出力は、二次設定点ＳＰ２である。二次プロセス１２９６０の出力１２９６８は、第２の加算器１２９６４によって二次設定点ＳＰ２から減算される。
【０１３４】
閉鎖管１０４０、１０４２の変位を制御する関連では、制御システム１２９５０は、一次設定点ＳＰ１が所望の閉鎖力値であるように構成されてもよく、一次コントローラ１２９５２は、閉鎖モータ２５０４ｂの出力に連結されたトルクセンサ２５４４ｂから閉鎖力１２６１４を受信して閉鎖モータ２５０４ｂの設定点ＳＰ２のモータ速度を決定するように構成されている。他の態様では、閉鎖力１２６１４は、歪みゲージ、ロードセル、又は他の好適な力センサで測定され得る。閉鎖モータ２５０４ｂの速度設定点ＳＰ２は、二次コントローラ１２９５４によって決定される閉鎖管１０４０、１０４２の実際の速度と比較される。閉鎖管１０４０、１０４２の実際の速度は、位置センサ２５３４を用いた閉鎖管１０４０、１０４２の変位の測定と、タイマー／カウンタ２５３１を用いた経過時間の測定とを比較することによって測定され得る。リニアエンコーダ又は回転エンコーダなどの他の技術を用いて、閉鎖管１０４０、１０４２の変位を測定することができる。二次プロセス１２９６０の出力１２９６８は、閉鎖管１０４０、１０４２の実際の速度である。この閉鎖管速度出力１２９６８は、閉鎖管１０４０、１０４２に作用する力を決定する一次プロセス１２９５８に提供され、測定された閉鎖力１２６１４を一次設定点ＳＰ１から減算する加算器１２９６２にフィードバックされる。上記のように、一次設定点ＳＰ１は、上側閾値１２６４２又は下側閾値１２６４４であってもよい。加算器１２９６２の出力に基づいて、一次コントローラ１２９５２は、図３２〜図３４と関連して本明細書に説明されたように閉鎖管モータ２５０４ｂの速度及び方向を制御する。二次コントローラ１２９５４は、二次プロセス１２９６０によって測定された閉鎖管１０４０、１０４２の実際の速度、並びに実際の発射力１２６１４と発射力の上側閾値１２６４２及び下側閾値１２６４４との比較に基づく二次設定点ＳＰ２に基づいて、閉鎖モータ２５０４ｂの速度を制御する。
【０１３５】
図３７は、本開示の一態様による、ＰＩＤフィードバック制御システム１２９７０を例示する。一次コントローラ１２９５２若しくは二次コントローラ１２９５４、又はその両方は、ＰＩＤコントローラ１２９７２として実装されてもよい。一態様では、ＰＩＤコントローラ１２９７２は、比例要素１２９７４（Ｐ）、積分要素１２９７６（Ｉ）、及び微分要素１２９７８（Ｄ）を含んでもよい。Ｐ要素１２９７４、Ｉ要素１２９７６、Ｄ要素１２９７８の出力は、制御変数ｕ（ｔ）をプロセス１２５０に提供する加算器１２９８６によって加算される。プロセス１２９５０の出力は、プロセス変数ｙ（ｔ）である。加算器１２９８４は、所望の設定点ｒ（ｔ）と測定されたプロセス変数ｙ（ｔ）との間の差を計算する。ＰＩＤコントローラ１２９７２は、所望の設定点ｒ（ｔ）（例えば、閉鎖力閾値）と測定されたプロセス変数ｙ（ｔ）（例えば、閉鎖管の速度及び方向）との間の差として誤差値ｅ（ｔ）（例えば、閉鎖力閾値と測定された閉鎖力との差）を連続的に計算し、それぞれ比例要素１２９７４（Ｐ）、積分要素１２９７６（Ｉ）、及び微分要素１２９７８（Ｄ）によって計算された比例、積分、及び微分項に基づいて補正を適用する。ＰＩＤコントローラ１２９７２は、制御変数ｕ（ｔ）（例えば、閉鎖管の速度及び方向）を調節することによって、経時的な誤差ｅ（ｔ）を最小限に抑えることを試みる。
【０１３６】
ＰＩＤアルゴリズムによると、「Ｐ」要素１２９７４は、誤差の現在値の原因となる。例えば、誤差が大きくかつ正である場合、制御出力も大きくかつ正となる。本開示によれば、誤差項ｅ（ｔ）は、閉鎖管の所望の閉鎖力と測定された閉鎖力との間で異なる。「Ｉ」要素１２９７６は、誤差の過去値の原因となる。例えば、電流出力が十分に強くない場合、誤差の積分は経時的に蓄積し、コントローラは、より強い動作を適用することによって応答する。「Ｄ」要素１２９７８は、その現在の変化率に基づいて、可能な誤差の将来動向の原因となる。例えば、上記のＰの例に戻ると、大きい正の制御出力が誤差をゼロに近付けることに成功すると、それはまた、プロセスを近い将来の大きな負の誤差に至る経路上に置く。この場合、微分は負になり、Ｄモジュールは、このオーバーシュートを防止するために動作の強さを低下させる。
【０１３７】
他の変数及び設定点は、フィードバック制御システム１２９５０、１２９７０に従って監視及び制御されてもよいことが理解されよう。例えば、本明細書に記載される適応型閉鎖部材速度制御アルゴリズムは、とりわけ、発射部材ストローク位置、発射部材負荷、切断要素の変位、切断要素の速度、閉鎖管ストローク位置、閉鎖管負荷のパラメータのうちの少なくとも２つを測定することができる。
【０１３８】
図３８は、本開示の一態様による、閉鎖部材の速度を決定するための制御プログラム又は論理構成のプロセス１２９９０を図示する論理フロー図である。また図３０を参照すると、ロボット外科用システムの制御システムは、プロセス１２９９０に従って、制御回路２５１０が閉鎖部材の実際の閉鎖力を決定する（１２９９２）ように構成された制御回路２５１０を備える。制御回路２５１０は、実際の閉鎖力を閾値閉鎖力と比較し（１２９９４）、この比較に基づいて閉鎖部材を変位させるために、設定点速度を決定する（１２９９６）。制御回路２５１０は、設定点速度に基づいて、閉鎖部材の実際の速度を制御する（１２９９８）。
【０１３９】
ここで図３６及び図３７も参照すると、一態様では、制御回路２５１０は、比例、積分、及び微分（ＰＩＤ）フィードバック制御システム１２９５０、１２９７０を備える。ＰＩＤフィードバック制御システム１２９５０、１２９７０は、一次ＰＩＤフィードバックループ１２９５４及び二次ＰＩＤフィードバックループ１２９５６を備える。一次フィードバックループ１２９５４は、閉鎖部材の実際の閉鎖力と閾値閉鎖力ＳＰ１との間の第１の誤差を決定し、第１の誤差に基づいて、閉鎖部材速度設定点ＳＰ２を設定する。二次フィードバックループ１２９５６は、閉鎖部材の実際の速度と設定点速度との間の第２の誤差を決定し、第２の誤差に基づいて、閉鎖部材速度を制御する。
【０１４０】
一態様では、閾値閉鎖力ＳＰ１は、上側閾値及び下側閾値を含む。設定点速度ＳＰ２は、実際の閉鎖力が下側閾値未満であるときに、閉鎖部材を遠位に前進させるように構成され、設定点速度は、実際の閉鎖力が下側閾値よりも大きいときに、閉鎖部材を近位に後退させるように構成されている。一態様では、設定点速度は、実際の閉鎖力が上側閾値と下側閾値との間にあるときに、閉鎖部材を定位置に保持するように構成されている。
【０１４１】
一態様では、制御システムは、制御回路に連結された力センサを更に備え、力センサ２５３８は、閉鎖力を測定するように構成されている。一態様では、力センサは、閉鎖部材に連結されたモータ２５０４ｂの出力シャフトに連結されたトルクセンサ２５４４ｂを含む。一態様では、力センサ２５３８は、閉鎖部材に連結された歪みゲージを含む。一態様では、力センサは、閉鎖部材に連結されたロードセルを含む。一態様では、制御システムは、閉鎖部材に連結された位置センサを含み、位置センサは、閉鎖部材の位置を測定するように構成されている。
【０１４２】
一態様では、制御システムは、閉鎖部材に連結するように構成された第１のモータを備え、制御回路は、発射ストロークの少なくとも一部分の間に閉鎖部材を前進させるように構成されている。
【０１４３】
本明細書に説明される機能又はプロセス１２９９０は、制御回路９６１（図２２）、８００（図２３）、８１０（図２４）、８２０（図２５）、４４２０（図２６）、及び／又は制御回路２５１０（図３０）などの、本明細書に説明される処理回路のいずれかによって実行され得る。電動外科用器具の態様は、本明細書に開示される具体的な詳細を伴わずに実施されてもよい。いくつかの態様は、詳細ではなくブロック図として示されている。
【０１４４】
本開示の一部は、コンピュータメモリに記憶されたデータに対して動作する命令に関して提示され得る。アルゴリズムとは、所望の結果につながる工程の自己無撞着シーケンスを指し、「工程」とは、記憶、伝達、結合、比較及び別様に操作されることが可能な電気又は磁気信号の形態を採ることができる物理量の操作を指す。これらの信号は、ビット、値、要素、記号、文字、用語、数字と称され得る。これらの及び類似の用語は、適切な物理量と関連付けられてもよく、またこれらの量に適用される好都合な標識であるに過ぎない。
【０１４５】
概して、多様なハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はそれらの任意の組み合わせによって、個々にかつ／又は集合的に実装することができる、本明細書で説明される態様を、様々な種類の「電気回路」から構成されるものと見なすことができる。結果として、「電気回路」は、少なくとも１つの個々の電気回路を有する電気回路、少なくとも１つの集積回路を有する電気回路、少なくとも１つの特定用途向け集積回路を有する電気回路、コンピュータプログラムで構成された汎用コンピューティングデバイス（例えば、汎用コンピュータ、又は、本明細書で説明したプロセス及び／若しくはデバイスを少なくとも部分的に実行するコンピュータプログラムで構成されたプロセッサ）を形成する電気回路、メモリデバイスを形成する（例えば、ランダムアクセスメモリの形態）電気回路、及び／又は、通信デバイス（例えばモデム、通信スイッチ、又は光学電気機器）を形成する電気回路を含む。これらの態様は、アナログ若しくはデジタル形態、又はそれらの組み合わせで実装されてもよい。
【０１４６】
上記の説明は、１つ又は２つ以上の機能及び／又は動作を含み得る、ブロック図、フローチャート、及び／又は例の使用を介して、デバイス及び／又はプロセスの態様を明らかにしてきた。そのようなブロック図、フローチャート、又は例内の各機能及び／又は動作は、多様なハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はそれらの実質的に任意の組み合わせによって、個々に及び／又は集合的に実装され得る。一態様では、本明細書に説明される主題のいくつかの部分は、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit、ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array、ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（digital signal processor、ＤＳＰ）、プログラマブル論理デバイス（Programmable Logic Device、ＰＬＤ）、回路、レジスタ及び／若しくはソフトウェア構成要素、例えば、プログラム、サブルーチン、論理並びに／若しくはハードウェア及びソフトウェア構成要素の組み合わせ、論理ゲート、又は他の統合形式を介して実装され得る。本明細書で開示される形態のいくつかの態様は、１台以上のコンピュータ上で稼働する１つ又２つ以上のコンピュータプログラムとして（例えば、１台以上のコンピュータシステム上で稼働する１つ又は２つ以上のプログラムとして）、１つ又は２つ以上のプロセッサ上で稼働する１つ又は２つ以上のプログラムとして（例えば、１つ又は２つ以上のマイクロプロセッサ上で稼働する１つ又は２つ以上のプログラムとして）、ファームウェアとして、あるいは、それらの実質的に任意の組み合わせとして、集積回路において等価に実装することができ、また、回路を設計すること、並びに／又はソフトウェア及び／若しくはファームウェアのコードを記述することは、本開示を鑑みれば当業者の技能の範囲内に含まれる。
【０１４７】
開示される主題の機構は、多様な形式でプログラム製品として配布されることが可能であり、本明細書に説明される主題の例示的な態様は、配布を実際に行うために使用される信号搬送媒体の特定の種類にかかわらず用いられる。信号搬送媒体の例としては、記録可能型の媒体、例えば、フロッピーディスク、ハードディスクドライブ、コンパクトディスク（Compact Disc、ＣＤ）、デジタルビデオディスク（Digital Video Disk、ＤＶＤ）、デジタルテープ、コンピュータメモリなど、並びに伝送型の媒体、例えば、デジタル及び／又はアナログ通信媒体（例えば、光ファイバケーブル、導波管、有線通信リンク、無線通信リンク（例えば、送信機、受信機、送信論理、受信論理など）が挙げられる。
【０１４８】
これらの態様の上述の説明は、例示及び説明を目的として提示されているものである。包括的であることも、開示された厳密な形態に限定することも意図されていない。上記の教示を鑑みて、修正又は変形が可能である。これらの態様は、原理及び実際の応用について例示し、それによって、態様を修正例と共に、想到される特定の用途に適するものとして当業者が利用できるようにするために、選択され説明されるものである。本明細書と共に提示される特許請求の範囲が全体的な範囲を定義することが意図される。
【０１４９】
本明細書に説明される主題の様々な態様は、以下の実施例において説明される。
実施例１．ロボット外科用システムのための制御システムであって、制御回路を備え、制御回路は、閉鎖部材の実際の閉鎖力を決定することと、実際の閉鎖力を閾値閉鎖力と比較することと、比較に基づいて、閉鎖部材を変位させるための設定点速度を決定することと、設定点速度に基づいて、閉鎖部材の実際の速度を制御することと、を行うように構成されている、制御システム。
【０１５０】
実施例２．制御回路が、比例、積分、及び微分（ＰＩＤ）フィードバック制御システムを含む、実施例１に記載の制御システム。
【０１５１】
実施例３．ＰＩＤフィードバック制御システムが、一次ＰＩＤフィードバックループ及び二次ＰＩＤフィードバックループを含み、一次フィードバックループは、閉鎖部材の実際の閉鎖力と閾値閉鎖力との間の第１の誤差を決定し、第１の誤差に基づいて、設定点速度を設定するように構成されており、二次フィードバックループは、閉鎖部材の実際の速度と設定点速度との間の第２の誤差を決定し、第２の誤差に基づいて閉鎖部材の実際の速度を制御するように構成されている、実施例２に記載の制御システム。
【０１５２】
実施例４．閾値閉鎖力が、上側閾値及び下側閾値を含み、設定点速度は、実際の閉鎖力が下側閾値未満であるときに、閉鎖部材を遠位に前進させるように構成され、設定点速度は、実際の閉鎖力が下側閾値よりも大きいときに、閉鎖部材を近位に後退させるように構成されている、実施例１〜実施例３のうちの１つ又は２つ以上に記載の制御システム。
【０１５３】
実施例５．設定点速度は、実際の閉鎖力が上側閾値と下側閾値との間にあるときに、閉鎖部材を定位置に保持するように構成されている、実施例４に記載の制御システム。
【０１５４】
実施例６．制御回路に連結された力センサを更に備え、力センサが、閉鎖力を測定するように構成されている、実施例１〜実施例５のうちの１つ又は２つ以上に記載の制御システム。
【０１５５】
実施例７．力センサが、閉鎖部材に連結されたモータの出力シャフトに連結されたトルクセンサを含み、トルクセンサが、閉鎖力を測定するように構成されている、実施例６に記載の制御システム。
【０１５６】
実施例８．力センサが、閉鎖部材に連結された歪みゲージを含み、歪みゲージが、閉鎖力を測定するように構成されている、実施例６及び実施例７のうちの１つ又は２つ以上に記載の制御システム。
【０１５７】
実施例９．力センサが、閉鎖部材に連結されたロードセルを含み、ロードセルが、閉鎖力を測定するように構成されている、実施例６〜実施例８のうちの１つ又は２つ以上に記載の制御システム。
【０１５８】
実施例１０．閉鎖部材に連結された位置センサを更に備え、位置センサが、閉鎖部材の位置を測定するように構成されている、実施例６〜実施例９のうちの１つ又は２つ以上に記載の制御システム。
【０１５９】
実施例１１．制御回路が、発射ストロークの少なくとも一部分の間に閉鎖部材を前進させるように構成されている、実施例１〜実施例１０のうちの１つ又は２つ以上に記載の制御システム。
【０１６０】
実施例１２．ロボット外科用システムのための制御システムであって、閉鎖部材に連結するように構成された第１のモータと、閉鎖部材に加えられた閉鎖力を測定するように構成された力センサと、第１のモータ及び力センサに連結された制御回路を含む閉ループフィードバック制御システムと、を備え、制御回路は、閉鎖部材の実際の閉鎖力を力センサから受信することと、実際の閉鎖力を閾値閉鎖力と比較することと、比較に基づいて、閉鎖部材を変位させるための第１のモータの設定点速度を決定することと、設定点速度に基づいて、閉鎖部材の実際の速度を制御することと、を行うように構成されている、制御システム。
【０１６１】
実施例１３．閉ループフィードバック制御システムが、比例、積分、及び微分（ＰＩＤ）フィードバック制御システムを含む、実施例１２に記載の制御システム。
【０１６２】
実施例１４．ＰＩＤフィードバック制御システムが、一次ＰＩＤフィードバックループ及び二次ＰＩＤフィードバックループを含み、一次フィードバックループは、閉鎖部材の実際の閉鎖力と閾値閉鎖力との間の第１の誤差を決定し、第１の誤差に基づいて、設定点速度を設定するように構成されており、二次フィードバックループは、閉鎖部材の実際の速度と閉鎖部材の設定点速度との間の第２の誤差を決定し、第２の誤差に基づいて閉鎖部材の実際の速度を制御するように構成されている、実施例１３に記載の制御システム。
【０１６３】
実施例１５．閾値閉鎖力が、上側閾値及び下側閾値を含み、設定点速度は、実際の閉鎖力が下側閾値未満であるときに、閉鎖部材を遠位に前進させるように構成され、設定点速度は、実際の閉鎖力が下側閾値よりも大きいときに、閉鎖部材を近位に後退させるように構成されている、実施例１２〜実施例１４のうちの１つ又は２つ以上に記載の制御システム。
【０１６４】
実施例１６．設定点速度は、実際の閉鎖力が上側閾値と下側閾値との間にあるときに、閉鎖部材を定位置に保持するように構成されている、実施例１５に記載の制御システム。
【０１６５】
実施例１７．力センサが、第１のモータの出力シャフトに連結されたトルクセンサを含み、トルクセンサが、閉鎖力を測定するように構成されている、実施例１２〜実施例１６のうちの１つ又は２つ以上に記載の制御システム。
【０１６６】
実施例１８．力センサが、閉鎖部材に連結された歪みゲージを含み、歪みゲージが、閉鎖力を測定するように構成されている、実施例１２〜実施例１７のうちの１つ又は２つ以上に記載の制御システム。
【０１６７】
実施例１９．力センサが、閉鎖部材に連結されたロードセルを含み、ロードセルが、閉鎖力を測定するように構成されている、実施例１２〜実施例１８のうちの１つ又は２つ以上に記載の制御システム。
【０１６８】
実施例２０．閉鎖部材に連結された位置センサを更に備え、位置センサが、閉鎖部材の位置を測定するように構成されている、実施例１２〜実施例１９のうちの１つ又は２つ以上に記載の制御システム。
【０１６９】
実施例２１．第１の部材に連結された第２のモータを更に備え、制御回路が、発射部材の発射ストロークの少なくとも一部分の間に閉鎖部材を前進させるように構成されている、実施例１２〜実施例２０のうちの１つ又は２つ以上に記載の制御システム。
【０１７０】
実施例２２．ロボット外科用システムのための制御システムであって、比例、積分、及び微分（ＰＩＤ）フィードバック制御システムを含む制御回路であって、制御回路が、閉鎖部材の実際の閉鎖力を決定することと、実際の閉鎖力を閾値閉鎖力と比較することと、比較に基づいて、閉鎖部材を変位させるための設定点速度を決定することと、設定点速度に基づいて、閉鎖部材の実際の速度を制御することと、を行うように構成された、制御回路と、制御回路に連結され、閉鎖力を測定するように構成された力センサと、制御回路及び閉鎖部材に連結されたモータと、を備え、制御回路が、発射ストロークの少なくとも一部分の間に閉鎖部材を前進させるように構成され、閾値閉鎖力が、上側閾値及び下側閾値を含み、設定点速度は、実際の閉鎖力が下側閾値未満であるときに、閉鎖部材を遠位に前進させるように構成され、設定点速度は、実際の閉鎖力が下側閾値よりも大きいときに、閉鎖部材を近位に後退させるように構成されている、制御システム。
【０１７１】
実施例２３．ＰＩＤフィードバック制御システムが、一次ＰＩＤフィードバックループ及び二次ＰＩＤフィードバックループを含み、一次フィードバックループは、閉鎖部材の実際の閉鎖力と閾値閉鎖力との間の第１の誤差を決定し、第１の誤差に基づいて、設定点速度を設定し、二次フィードバックループは、閉鎖部材の実際の速度と設定点速度との間の第２２の誤差を決定し、第２の誤差に基づいて閉鎖部材の実際の速度を制御する、実施例２２に記載の制御システム。
【０１７２】
実施例２４．設定点速度は、実際の閉鎖力が上側閾値と下側閾値との間にあるときに、閉鎖部材を定位置に保持するように構成されている、実施例２２及び実施例２３のうちの１つ又は２つ以上に記載の制御システム。
【０１７３】
実施例２５．力センサが、閉鎖部材に連結されたモータの出力シャフトに連結されたトルクセンサを含み、トルクセンサが、閉鎖力を測定するように構成されている、実施例２２〜実施例２４のうちの１つ又は２つ以上に記載の制御システム。
【０１７４】
実施例２６．力センサが、閉鎖部材に連結された歪みゲージを含み、歪みゲージが、閉鎖力を測定するように構成されている、実施例２２〜実施例２５のうちの１つ又は２つ以上に記載の制御システム。
【０１７５】
実施例２７．力センサが、閉鎖部材に連結されたロードセルを含み、ロードセルが、閉鎖力を測定するように構成されている、実施例２２〜実施例２６のうちの１つ又は２つ以上に記載の制御システム。
【０１７６】
実施例２８．閉鎖部材に連結された位置センサを更に備え、位置センサが、閉鎖部材の位置を測定するように構成されている、実施例２２〜実施例２７のうちの１つ又は２つ以上に記載の制御システム。
【０１７７】
〔実施の態様〕
（１）  ロボット外科用システムのための制御システムであって、
制御回路を備え、前記制御回路が、
閉鎖部材の実際の閉鎖力を決定することと、
前記実際の閉鎖力を閾値閉鎖力と比較することと、
前記比較に基づいて、前記閉鎖部材を変位させるための設定点速度を決定することと、
前記設定点速度に基づいて、前記閉鎖部材の前記実際の速度を制御することと、を行うように構成されている、制御システム。
（２）  前記制御回路が、比例、積分、及び微分（ＰＩＤ）フィードバック制御システムを含む、実施態様１に記載の制御システム。
（３）  前記ＰＩＤフィードバック制御システムが、一次ＰＩＤフィードバックループ及び二次ＰＩＤフィードバックループを含み、
前記一次フィードバックループが、前記閉鎖部材の前記実際の閉鎖力と閾値閉鎖力との間の第１の誤差を決定し、前記第１の誤差に基づいて、前記設定点速度を設定するように構成されており、
前記二次フィードバックループが、前記閉鎖部材の前記実際の速度と前記設定点速度との間の第２の誤差を決定し、前記第２の誤差に基づいて、前記閉鎖部材の前記実際の速度を制御するように構成されている、実施態様２に記載の制御システム。
（４）  前記閾値閉鎖力が、上側閾値及び下側閾値を含み、前記設定点速度は、前記実際の閉鎖力が前記下側閾値未満であるときに、前記閉鎖部材を遠位に前進させるように構成され、前記設定点速度は、前記実際の閉鎖力が前記下側閾値よりも大きいときに、前記閉鎖部材を近位に後退させるように構成されている、実施態様１に記載の制御システム。
（５）  前記設定点速度は、前記実際の閉鎖力が前記上側閾値と前記下側閾値との間にあるときに、前記閉鎖部材を定位置に保持するように構成されている、実施態様４に記載の制御システム。
【０１７８】
（６）  前記制御回路に連結された力センサを更に備え、前記力センサが、前記閉鎖力を測定するように構成されている、実施態様１に記載の制御システム。
（７）  前記力センサが、前記閉鎖部材に連結されたモータの出力シャフトに連結されたトルクセンサを含み、前記トルクセンサが、前記閉鎖力を測定するように構成されている、実施態様６に記載の制御システム。
（８）  前記力センサが、前記閉鎖部材に連結された歪みゲージを含み、前記歪みゲージが、前記閉鎖力を測定するように構成されている、実施態様６に記載の制御システム。
（９）  前記力センサが、前記閉鎖部材に連結されたロードセルを含み、前記ロードセルが、前記閉鎖力を測定するように構成されている、実施態様６に記載の制御システム。
（１０）  前記閉鎖部材に連結された位置センサを更に備え、前記位置センサが、前記閉鎖部材の前記位置を測定するように構成されている、実施態様６に記載の制御システム。
【０１７９】
（１１）  前記制御回路が、発射ストロークの少なくとも一部分の間に前記閉鎖部材を前進させるように構成されている、実施態様１に記載の制御システム。
（１２）  ロボット外科用システムのための制御システムであって、
閉鎖部材に連結するように構成された第１のモータと、
前記閉鎖部材に加えられた閉鎖力を測定するように構成された力センサと、
前記第１のモータ及び前記力センサに連結された制御回路を含む閉ループフィードバック制御システムと、を備え、前記制御回路は、
前記閉鎖部材の実際の閉鎖力を前記力センサから受信することと、
前記実際の閉鎖力を閾値閉鎖力と比較することと、
前記比較に基づいて、前記閉鎖部材を変位させるための前記第１のモータの設定点速度を決定することと、
前記設定点速度に基づいて、前記閉鎖部材の前記実際の速度を制御することと、を行うように構成されている、制御システム。
（１３）  前記閉ループフィードバック制御システムが、比例、積分、及び微分（ＰＩＤ）フィードバック制御システムを含む、実施態様１２に記載の制御システム。
（１４）  前記ＰＩＤフィードバック制御システムが、一次ＰＩＤフィードバックループ及び二次ＰＩＤフィードバックループを含み、
前記一次フィードバックループが、前記閉鎖部材の前記実際の閉鎖力と閾値閉鎖力との間の第１の誤差を決定し、前記第１の誤差に基づいて、前記設定点速度を設定するように構成されており、
前記二次フィードバックループが、前記閉鎖部材の前記実際の速度と前記閉鎖部材の前記設定点速度との間の第２の誤差を決定し、前記第２の誤差に基づいて、前記閉鎖部材の前記実際の速度を制御するように構成されている、実施態様１３に記載の制御システム。
（１５）  前記閾値閉鎖力が、上側閾値及び下側閾値を含み、前記設定点速度は、前記実際の閉鎖力が前記下側閾値未満であるときに、前記閉鎖部材を遠位に前進させるように構成され、前記設定点速度は、前記実際の閉鎖力が前記下側閾値よりも大きいときに、前記閉鎖部材を近位に後退させるように構成されている、実施態様１２に記載の制御システム。
【０１８０】
（１６）  前記設定点速度は、前記実際の閉鎖力が前記上側閾値と前記下側閾値との間にあるときに、前記閉鎖部材を定位置に保持するように構成されている、実施態様１５に記載の制御システム。
（１７）  前記力センサが、前記第１のモータの出力シャフトに連結されたトルクセンサを含み、前記トルクセンサが、閉鎖力を測定するように構成されている、実施態様１２に記載の制御システム。
（１８）  前記力センサが、前記閉鎖部材に連結された歪みゲージを含み、前記歪みゲージが、閉鎖力を測定するように構成されている、実施態様１２に記載の制御システム。
（１９）  前記力センサが、前記閉鎖部材に連結されたロードセルを含み、前記ロードセルが、閉鎖力を測定するように構成されている、実施態様１２に記載の制御システム。
（２０）  前記閉鎖部材に連結された位置センサを更に備え、前記位置センサが、前記閉鎖部材の前記位置を測定するように構成されている、実施態様１２に記載の制御システム。
【０１８１】
（２１）  発射部材に連結された第２のモータを更に備え、前記制御回路が、前記発射部材の発射ストロークの少なくとも一部分の間に前記閉鎖部材を前進させるように構成されている、実施態様１２に記載の制御システム。
（２２）  ロボット外科用システムのための制御システムであって、
比例、積分、及び微分（ＰＩＤ）フィードバック制御システムを含む制御回路であって、
閉鎖部材の実際の閉鎖力を決定することと、
前記実際の閉鎖力を閾値閉鎖力と比較することと、
前記比較に基づいて、前記閉鎖部材を変位させるための設定点速度を決定することと、
前記設定点速度に基づいて、前記閉鎖部材の前記実際の速度を制御することと、を行うように構成された、制御回路と、
前記制御回路に連結された力センサであって、前記力センサが、前記閉鎖力を測定するように構成されている、力センサと、
前記制御回路及び前記閉鎖部材に連結されたモータと、を備え、前記制御回路が、発射ストロークの少なくとも一部分の間に前記閉鎖部材を前進させるように構成され、
前記閾値閉鎖力が、上側閾値及び下側閾値を含み、前記設定点速度は、前記実際の閉鎖力が前記下側閾値未満であるときに、前記閉鎖部材を遠位に前進させるように構成され、前記設定点速度は、前記実際の閉鎖力が前記下側閾値よりも大きいときに、前記閉鎖部材を近位に後退させるように構成されている、制御システム。
（２３）  前記ＰＩＤフィードバック制御システムが、一次ＰＩＤフィードバックループ及び二次ＰＩＤフィードバックループを含み、
前記一次フィードバックループが、前記閉鎖部材の前記実際の閉鎖力と閾値閉鎖力との間の第１の誤差を決定し、前記第１の誤差に基づいて、前記設定点速度を設定し、
前記二次フィードバックループが、前記閉鎖部材の前記実際の速度と前記設定点速度との間の第２の誤差を決定し、前記第２の誤差に基づいて、前記閉鎖部材の前記実際の速度を制御する、実施態様２２に記載の制御システム。
（２４）  前記設定点速度は、前記実際の閉鎖力が前記上側閾値と前記下側閾値との間にあるときに、前記閉鎖部材を定位置に保持するように構成されている、実施態様２２に記載の制御システム。
（２５）  前記力センサが、前記閉鎖部材に連結されたモータの出力シャフトに連結されたトルクセンサを含み、前記トルクセンサが、閉鎖力を測定するように構成されている、実施態様２２に記載の制御システム。
【０１８２】
（２６）  前記力センサが、前記閉鎖部材に連結された歪みゲージを含み、前記歪みゲージが、閉鎖力を測定するように構成されている、実施態様２２に記載の制御システム。
（２７）  前記力センサが、前記閉鎖部材に連結されたロードセルを含み、前記ロードセルが、閉鎖力を測定するように構成されている、実施態様２２に記載の制御システム。
（２８）  前記閉鎖部材に連結された位置センサを更に備え、前記位置センサが、前記閉鎖部材の前記位置を測定するように構成されている、実施態様２２に記載の制御システム。
【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９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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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３２Ａ】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【国際調査報告】
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