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Timestamp: 2019-08-18 01:08:07
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JP6486380B2 - Method of controlling the movement of underactuated joint of the surgical setup structure - Google Patents
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JP6486380B2
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ディー イトコウィッツ，ブランドン
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2019-03-20 Publication of JP6486380B2 publication Critical patent/JP6486380B2/en
本特許出願は、２０１４年３月１７日に出願された米国仮出願第61/954,537号の優先権を主張し、この全内容は全ての目的のために参照により本明細書に援用される。 This patent application claims the priority of filed March 17, 2014 U.S. Provisional Application No. 61 / 954,537, the entire contents of which are incorporated herein by reference for all purposes.
本出願は、概して、”Movable Surgical Mounting Platform Controlled by Manual Motion of Robotic Arms”と題する、２０１３年８月１５日に出願された米国特許出願第13/967,573号及び"User Initialed Break-Away Clutching of a Surgical Mounting Platform"と題する、２０１３年８月１５日に出願された米国特許出願第13/967,574号に関連し、これらの全内容は、その全体が参照により本明細書に援用される。 The present application generally, "Movable Surgical Mounting Platform Controlled by Manual Motion of Robotic Arms" entitled, filed August 15, 2013 U.S. Patent Application Serial No. 13 / 967,573 and "User Initialed Break-Away Clutching of a entitled Surgical Mounting Platform ", in relation to August 15 U.S. Patent application Serial No. 13 / 967,574, filed in 2013, the entire contents of which in its entirety is incorporated herein by reference.
低侵襲医療技術は、診断又は外科手術中に損傷を受ける無関係な組織の量を低減することを目的としており、それによって患者の回復時間、不快感、及び有害な副作用を低減させる。 Minimally invasive medical techniques are intended to reduce the amount of extraneous tissue which damaged during diagnostic or surgical procedures, thereby patient recovery time, discomfort, and reduce the adverse side effects. 低侵襲手術の１つの効果は、例えば、低減した手術後病院回復時間である。 One effect of minimally invasive surgery, for example, a hospital recovery time after reduced surgery. 標準的な手術に対する平均入院期間は、類似の低侵襲手術に対する平均入院期間より長いので、低侵襲技術の利用増加は、毎年の病院費を何百万ドル節約することができるかもしれない。 The average hospital stay for a standard surgery is longer than the average length of hospital stay for the minimally invasive surgery of similar, increased use of minimally invasive techniques, might be the annual hospital costs can save millions of dollars. 米国で毎年行われる手術の多くが潜在的に低侵襲な方法で実行されることができるが、低侵襲手術器具の及びそれらを使いこなすことに関わる追加的な手術トレーニングの制限のために、現在の手術の一部しかこれらの有利な技術を使用していない。 Can be many surgeries performed each year in the United States are performed in a potentially less invasive methods, for additional surgical training involved in mastering of and their minimally invasive surgical instruments limits, the current only a part of the surgery do not use these advantageous technology.
低侵襲ロボット手術又は遠隔手術システムは、外科医の器用さを増大させるように及び従来の低侵襲技術の制限の幾つかを避けるように、開発されている。 Minimally invasive robotic surgical or telesurgical systems, to avoid to increase the dexterity of the surgeon and some conventional minimally invasive technique limits, have been developed. 遠隔手術では、外科医は、手で手術器具を直接握り且つ動かすのではなく、手術器具の動きを操作するために何らかの形の遠隔制御（例えば、サーボ機構、等）を使用する。 In telesurgery, the surgeon, rather than directly grip and move the surgical instrument by hand, using a remote control of some form in order to manipulate the movement of the surgical instrument (e.g., a servo mechanism, etc.). 遠隔手術システムでは、外科医は、手術ワークステーションにおいて手術部位の画像を提供されることができる。 In telesurgery systems, the surgeon can be provided an image of the surgical site at the surgical workstation. ディスプレイで手術部位の２又は３次元画像を見ながら、外科医は、マスタ制御デバイスを操作することによって、患者に外科手術を行い、このマスタ制御デバイスは、サーボ機構的に操作される器具の動きを制御する。 While watching the 2 or 3-dimensional image of the surgical site on a display, the surgeon, by manipulating master control devices, perform surgery on the patient, the master control device, the movement of the servo mechanism-operated instrument Control.
遠隔手術に使用されるサーボ機構はしばしば、２つのマスタコントローラ（外科医の手のそれぞれに対して１つ）からの入力を受け取り、それぞれに手術器具が取付けられている２以上のロボットアームを含む場合がある。 If the servo mechanism used telesurgery will often accept input from two master controllers (one for each of the surgeon's hand), comprising two or more robotic arms that surgical instrument is attached to each there is. マスタコントローラと、関連付けられるロボットアーム及び器具アセンブリとの間の動作通信は、典型的には、制御システムによって達成される。 Operation Communication between the master controller, a robotic arm and instrument assembly is associated is typically achieved by the control system. 制御システムは典型的には、少なくとも１つのプロセッサを含み、このプロセッサは、入力コマンドを、マスタコントローラから関連付けられるロボットアーム及び器具アセンブリに、並びに、例えば、フォースフィードバック等の場合に、器具及びアームアセンブリから関連付けられるマスタコントローラに戻って中継する。 The control system typically includes at least one processor, the processor, the input command, the robot arm and instrument assembly is associated from the master controller, as well as, for example, in the case of a force feedback, instrument and arm assembly relaying back to the master controller associated with the. ロボット手術システムの一例は、California州SunnyvaleのIntuitive Surgical, Inc． An example of a robotic surgical system is, of California State Sunnyvale Intuitive Surgical, Inc. から市販されているDA VINCI（登録商標）システムである。 A DA VINCI (registered trademark) system commercially available from.
種々の構造配置が、ロボット手術中に手術部位に手術器具を支持するために使用されることができる。 Various structural arrangements are, can be used to support the surgical instrument to the surgical site during robotic surgery. 駆動されるリンク機構又は「スレーブ」は、しばしば、ロボット手術マニピュレータと呼ばれ、低侵襲ロボット手術の間にロボット手術マニピュレータとして使用するための例示のリンク機構配置は、特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４に記載され、これらの全体の開示は本出願に参照によって援用される。 Link driven mechanism or "slave" is often referred to as robotic surgical manipulator, the exemplary linkage arrangement for use as a robotic surgical manipulator during minimally invasive robotic surgery, Patent Documents 1 and 2, described in Patent documents 3 and 4, the entire disclosures of these are incorporated by reference into this application. これらのリンク機構はしばしば、シャフトを有する器具を保持するために平行四辺形装置（parallelogram arrangement）を使用する。 These linkage often use parallelogram device (parallelogram arrangement The) for holding an instrument having a shaft. このようなマニピュレータ構造は、器具が剛性軸の長さに沿った空間内に位置決めされる操作のリモートセンタ（remote center）周りに枢動する（pivot）ように、器具の運動を拘束することができる。 Such manipulator structure, instrument pivots remote center (remote center) around the operations that are positioned in space along the length of the rigid shaft (pivot) manner, able to constrain the motion of the instrument it can. 操作のリモートセンタを、（例えば、腹腔鏡手術の間の腹壁におけるトロカール又はカニューレを用いて）内部手術部位への切開点と位置合わせすることにより、手術器具のエンドエフェクタが、腹壁に対して潜在的に危険な力をかけることなしに、マニピュレータリンク機構を用いてシャフトの近位端部を動かすことによって安全に位置決めされることができる。 The remote center of the operation, (e.g., using a trocar or cannula at an abdominal wall during laparoscopic surgery) by aligning the incision point to the internal surgical site, the end effector of a surgical instrument, potential relative to the abdominal wall without applying a dangerous force, it can be securely positioned by moving the proximal end of the shaft using the manipulator linkage. 代替のマニピュレータ構造は、例えば、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０、及び特許文献１１に記載され、これらの全体の開示は本出願に参照によって援用される。 Manipulator alternative construction, for example, Patent Document 5, Patent Document 6, Patent Document 7, Patent Document 8, Patent Document 9, is described in Patent Document 10 and Patent Document 11, see these entire disclosure of this application which is incorporated by.
種々の構造配置もまた、ロボット手術中、手術部位にロボット手術マニピュレータ及び手術器具を支持し且つ位置決めするために使用されることができる。 Various structural arrangements can also be used in robotic surgery, in order to support and position the robotic surgical manipulator and a surgical instrument to the surgical site. セットアップジョイント、又はセットアップジョイントアームと呼ばれることもある、支持リンク機構は、しばしば、各マニピュレータを患者の体のそれぞれの切開点に位置決めするとともに位置合わせするために使用される。 Sometimes referred to as up joint or setup joint arms, the support link mechanism is often the manipulators are used to align with positioning the respective incision point of the patient's body. 支持リンク機構は、所望の手術切開点及び目標とされる解剖学的構造への手術マニピュレータの位置合わせ（alignment）を容易にする。 Support link mechanism facilitates alignment of the surgical manipulator into an anatomical structure that is desired surgical incision point and goal (alignment). 例示的な指示リンク機構は、特許文献３及び特許文献１２に記載され、これらの全体の開示は本出願に参照によって援用される。 Exemplary instructions linkage is described in Patent Documents 3 and 12, the entire disclosures of these are incorporated by reference into this application.
米国特許第７，５９４，９１２号 US Pat. No. 7,594,912 米国特許第６，７５８，８４３号 US Pat. No. 6,758,843 米国特許第６，２４６，２００号 US Pat. No. 6,246,200 米国特許第５，８００，４２３号 US Pat. No. 5,800,423 米国特許第７，７６３，０１５号 US Pat. No. 7,763,015 米国特許第６，７０２，８０５号 US Pat. No. 6,702,805 米国特許第６，６７６，６６９号 US Pat. No. 6,676,669 米国特許第５，８５５，５８３号 US Pat. No. 5,855,583 米国特許第５，８０８，６６５号 US Pat. No. 5,808,665 米国特許第５，４４５，１６６号 US Pat. No. 5,445,166 米国特許第５，１８４，６０１号 US Pat. No. 5,184,601 米国特許第６，７８８，０１８号 US Pat. No. 6,788,018
新しい遠隔手術システム及び装置は非常に効果的且つ有利であることが証明されているが、なお更なる改良が望まれている。 Have proven to be the new telesurgical systems and devices are highly effective and advantageous, but still further improvements are desired. 一般に、改良された低侵襲ロボット手術システムが望まれている。 In general, minimally invasive robotic surgery system is desired that improved. これらの改良された技術がロボット手術システムの効率及び使いやすさを高める場合、特に有益である。 When these improved techniques increased the efficiency and ease of use of the robotic surgical system is particularly beneficial. 例えば、操作性を高めること、手術室のスペース利用を改良すること、配置及びしまい込みにおいてより早く且つ簡単なセットアップを提供すること、使用中のロボット装置間の衝突を防止すること、及び／又はこれらの新しい手術システムの機械的な複雑さ及びサイズを減少させることは特に有益である。 For example, increasing the operability to improve the space utilization of the operating room, to provide a faster and easier set-up in place and sister inclusive, to prevent collisions between the robot apparatus during use, and / or mechanical complexity of these new surgical systems and to reduce the size is particularly advantageous.
以下は、本発明の基本的な理解を提供するために本発明の幾つかの実施形態の簡略化された概要を提供する。 The following provides a simplified summary of some embodiments of the present invention in order to provide a basic understanding of the present invention. この概要は、本発明の広範囲にわたる概要ではない。 This summary is not an extensive overview of the invention. 本発明の鍵となる／重要な要素を識別することを又は本発明の範囲を線引きすることが意図されるものではない。 The invention is not intended to delineate the scope of the invention or to identify key / critical elements of the present invention. その唯一の目的は、本発明の幾つかの実施形態を、後述されるより詳細な説明への前置きとして簡略化された形態で提供することである。 Its sole purpose is to some embodiments of the present invention is to provide a simplified form as a prelude to the more detailed will be described later explained.
本発明は概して、改良されたロボット及び／又は手術装置、システム、及び方法を提供する。 The present invention generally provides improved robotic and / or surgical devices, systems, and methods. 本明細書に記載されている運動学的リンク機構構造及び関連する制御システムは特に、システムユーザが、特定の患者への外科処置に備えて構造を展開すること又は使用後に構造をしまい込む（stow）ことを含む、使用に備えてロボット構造を配置するのを支援するのに有用である。 Control system for kinematic linkage structure and related described herein In particular, the system user, stowed the structure after it expand the structure in preparation for surgery or the use of a particular patient (stow ) includes, useful to assist in positioning the robot structure in preparation for use. 本明細書に記載されている例示的なロボット手術システムは、マニピュレータ構造を手術作業部位と位置合わせすることを支援するように構成されている１又は複数の運動学的リンク機構サブシステム（kinematic linkage sub-system）を含み得る。 Exemplary robotic surgical system described herein, one or more kinematic linkage subsystem is configured to assist in aligning the manipulator structure and the surgical worksite (kinematic linkage sub-system) may include. これらのセットアップシステムのジョイントは、能動的に駆動され得る、受動的（それらが手動で関節運動されることができ、その後、マニピュレータは治療目的で使用される間に、所望の設定（configuration）にロックされることができる）であり得る、又は両方の混合であり得る。 Joint of these setup system can be actively driven, passive (can they be articulated manually, then during manipulators used for therapeutic purposes, the desired set (configuration) it can be a locked can), or a mixture of both. 本明細書に記載されているロボットシステムの実施形態は、１又は複数のジョイントが、ジョイントを基準ジョイント状態に動かすために、運動学的チェーンの１又は複数の他のジョイントの受動運動を生じさせるように且つ受動運動を制御するように１又は複数の他のジョイントを選択的に制動するように能動的に駆動される、セットアップモードを用い得る。 Embodiments of the robotic systems described herein may comprise one or more joints, to move the joint to the reference joint state, causing a passive movement of one or more other joint kinematic chain actively driven to selectively braking one or more other joints to and controlled passive motion as may use a setup mode. 多くの実施形態では、１又は複数の他のジョイントは、受動セットアップジョイントであり、基準ジョイント状態は、セットアップジョイントに関連付けられるマニピュレータアーム又は複数のマニピュレータアームの所望の設定に対応する。 In many embodiments, one or more other joints are passive setup joint, the reference joint state corresponds to the desired setting of the manipulator arm or manipulator arms associated with the setup joint. 多くの実施形態では、能動的に駆動されるジョイントは、多数のマニピュレータを支持するプラットホーム構造を動かし、このプラットホーム構造は、特定の基準ジョイント状態へ制御された受動ジョイント運動によって関連付けられるセットアップジョイントを動かし、それによって、作業空間に対する所望の配向及び／又は位置設定への全システムの配置を容易にし且つ促進する。 In many embodiments, the joint that is actively driven to move the platform structure for supporting a number of manipulators, the platform structure moves the setup joint associated by passive joints controlled movement to a specific reference joint state , thereby facilitate and accelerate the arrangement of the entire system to the desired orientation and / or positioning relative to the working space. 有利には、このアプローチは、ジョイントの手動操作を必要とすることなしに、劣駆動（under-actuated）セットアップジョイントの運動を制御することによってシステムの再設定（reconfiguration）を可能にする。 Advantageously, this approach, without the need for manual operation of the joint, to allow resetting of the system (reconfiguration) by controlling the movement of underactuated (under-actuated) setup joint. 加えて、複数のアームのセットアップジョイントは、同時に制御されることができ、手動関節運動だけによって典型的には可能になるであろうより短い時間で、受動セットアップジョイントを使用する再設定を可能にする。 In addition, the setup joint of the plurality of arms can be simultaneously controlled, manually by simply articulate typically shorter than would be possible, to allow the re-setting to use the passive set-up joints to. 任意選択で、配向プラットホームの運動が、マニピュレータとプラットホームとの間に配置されたセットアップジョイントリンク機構の運動、並びに、プラットホームによって支持されている追加のマニピュレータアセンブリに関連付けられるセットアップジョイントリンク機構の運動を、もたらすことができる。 Optionally, movement of the alignment platform, movement of the deployed up joint linkage between the manipulator and the platform, as well as the movement of the set-up joint link mechanism associated with the additional manipulator assembly supported by the platform, it can bring. １又は複数のセットアップジョイントの受動運動の制御は、それぞれのセットアップジョイントの検知されたジョイント状態に応じて、セットアップジョイントに対応する１又は複数のジョイントブレーキの選択的な制動によって達成され得る。 Control of the passive movement of one or more set-up joint according to the sensed joint status of each setup joints can be achieved by selective braking of one or more joints brake corresponding to the setup joint.
したがって、代替の態様では、ロボット手術の準備をする方法が提供される。 Thus, in an alternative embodiment, a method for the preparation of robotic surgery is provided. 方法は、第１のロボットマニピュレータの１又は複数のセットアップジョイントの初期位置から、マニピュレータ又は複数のマニピュレータの所望の設定に対応する基準位置への変位を検知するステップ、受動ジョイント運動によってそれぞれの基準位置に向かってセットアップジョイントを動かすセットアップジョイントに関連付けられるリンク機構への力及び／又は運動を与えるセットアップ構造リンク機構の運動を計算するステップ、及びセットアップジョイントが基準場所に達するまで選択的に制動することによってセットアップジョイントの受動運動を制御するステップを含む。 Method, from the initial position of one or more setup joint first robot manipulator, each of the reference position step, by passive joints movement for detecting the displacement of the reference position corresponding to a desired setting of the manipulator or more manipulators calculating a motion of the set-up structure linkage empower and / or movement of the link mechanism associated with the setup joint running the setup joint towards and by setting up joint selectively braking to reach the reference location comprising controlling the passive movement of the setup joint. 選択的な制動は、基準位置から離れる受動運動を妨げるとともに基準位置に向かう受動運動を容易にすることによって、セットアップジョイントの受動運動を制御する。 Selective braking, by facilitating passive movement toward the reference position with impede passive movement away from the reference position, and controls the passive movement of the setup joint. いったんセットアップジョイントが基準位置になると、制動がセットアップジョイントを所定の位置にロックするように加えられることができる。 Once the setup joint becomes the reference position, the brake can be applied so as to lock the set-up joint in place.
多くの実施形態では、セットアップ構造リンク機構は、取付ベース、コラム、部材、及び伸縮可能ブームを含み得る。 In many embodiments, up structure link mechanism may include a mounting base, a column, members, and the telescopic boom. コラムは、取付ベースに摺動可能に結合され得る。 Column may be slidably coupled to the mounting base. 加えて、コラムは、垂直に向けられている第１の支持軸に沿って取付ベースに対して選択的に位置決めされ得る。 In addition, the column can be selectively positioned relative to the mounting base along the first support shaft is oriented vertically. 部材は、ショルダージョイントを通じてコラムに回転可能に結合されているブームベース部材であり得る。 Member may be boom base member is rotatably coupled to the column through a shoulder joint. 部材は、垂直に向けられている第２の支持軸周りにコラムに対して選択的に向き合わせされ得る。 Members may be brought selectively opposed relative to the column to the second support shaft around which are oriented vertically. 伸縮可能ブームは、水平に向けられている第３の支持軸に沿って部材に対して伸縮可能ブームを選択的に位置決めするように、部材に摺動可能に結合され得る。 Extendable boom, so as to selectively position the extendable boom relative to member along the third supporting shaft is oriented horizontally, it may be slidably coupled to the member. 配向プラットホームは、伸縮可能ブームに回転可能に結合され得る。 Orientation platform may be rotatably coupled to the telescopic boom. 計算された被駆動ジョイント運動は、１又は複数の劣駆動ジョイントを所望の基準状態又は位置に動かすより遠位のリンク機構に力及び／又は運動を与えるように駆動されるセットアップ構造リンク機構の複数のジョイントのいずれかの運動を含み得る。 More calculated driven joint movements, one or more set-up structures linkage driven to apply a force and / or motion to the distal linkage from the underactuated joint move to a desired reference condition or position It may include any movement of the joint.
１つの態様では、プロセッサは、劣駆動ジョイントの検知されたジョイント状態及びジョイントの初期状態と基準状態との間の誤差に基づいて、１又は複数の劣駆動ジョイントの選択的な制動を決定する命令を具現化する非一時的機械可読コードを含む。 In one embodiment, the processor, on the basis of the error between the sensed joint state and the initial state and the reference state of the joint underactuated joint, to determine the selective braking of one or more underactuated joint command including non-transitory machine readable code embodying. 多くの実施形態では、システムは、劣駆動ジョイントを基準状態に動かすのに必要なトルク制御入力を決定するための比例微分コントローラを利用するとともに、（しばしば、被駆動ジョイントの幾つかの周期運動にわたる）制動とジョイントトルクとの間の関係に基づいて時間にわたるインパルス（impulse）にしたがって検知されたジョイントトルクを消耗させるようにジョイントのジョイントブレーキを選択的にかける制動制御入力を決定するために、劣駆動ジョイントにおいて検知されたトルクに応じて時間にわたるインパルスを決定するためにトルク制御入力を積分するジョイントブレーキコントローラを用い得る。 In many embodiments, the system is configured to utilize a proportional derivative controller for determining a torque control input required to move the underactuated joint reference state (often over a number of periodic motion of the driven joint ) in order to determine the braking and selectively apply braking control inputs joints joint brake so as to drain the joint torque is detected in accordance with impulse (impulse) over time based on the relationship between the joint torque, poor You may use joint brake controller for integrating the torque control input to determine an impulse over time according to the detected torque in the drive joint. 幾つかの態様では、ジョイントコントローラは、トルクが、ジョイントの受動運動中に実質的に一定の速度を提供するために及び／又は受動運動中にジョイントの一定の減速度を提供するために、時間にわたって消耗されるよう、制動制御入力を決定するように構成され、これは、幾つかの実施形態では、基準状態からの劣駆動ジョイントの変位の大きさに基づき得る。 In some embodiments, the joint controller, torque, in order to provide a substantially constant deceleration of the joint during and / or passive exercise to provide a constant speed during the passive motion of the joint, time to be depleted over, it is configured to determine a braking control input, which in some embodiments may be based on the magnitude of the displacement of underactuated joint from the reference state.
本発明の性質及び利点のより完全な理解のために、次の説明及び添付の図面への参照がなされるべきである。 For a fuller understanding of the nature and advantages of the present invention, it should refer to the following description and accompanying drawings is made. 本発明の他の態様、目的及び利点は、以下の図面及び詳細な説明から明らかになるであろう。 Other aspects, objects and advantages of the present invention will become apparent from the following drawings and detailed description.
本発明の幾つかの実施形態による、手術を行うために使用される低侵襲ロボット手術システムの平面図である。 According to some embodiments of the present invention, it is a plan view of a minimally invasive robotic surgical system used to perform the surgery. 幾つかの実施形態による、ロボット手術システム用の外科医の制御コンソールの斜視図である。 According to some embodiments is a perspective view of a control console of the surgeon for robotic surgical system. 幾つかの実施形態による、ロボット手術システム電子装置カートの斜視図である。 According to some embodiments is a perspective view of a robotic surgical system electronics cart. 幾つかの実施形態による、ロボット手術システムを概略的に描く。 According to some embodiments, draw a robotic surgical system schematically. 幾つかの実施形態による、ロボット手術システムの患者側カート（手術ロボット）の部分図である。 According to some embodiments, a partial view of a patient-side cart robotic surgical system (surgical robot). 幾つかの実施形態による、ロボット手術ツールの正面図である。 According to some embodiments is a front view of a robotic surgery tool. 幾つかの実施形態による、ロボット手術システムの斜視概略図である。 According to some embodiments is a perspective schematic view of a robotic surgical system. 幾つかの実施形態による、他のロボット手術システムの斜視概略図である。 According to some embodiments is a perspective schematic view of another robotic surgical system. 図７の概略図に一致する、多くの実施形態による、ロボット手術システムを示す。 Matching the schematic diagram of FIG. 7, according to many embodiments, showing the robotic surgical system. 図８のロボット手術システムの配向プラットホームに対するセットアップリンク機構の回転配向を示す。 Indicating the rotational orientation of the setup link mechanism for orienting platform robotic surgical system of FIG. 図８のロボット手術システムの配向プラットホームに対するセットアップリンク機構の回転配向を示す。 Indicating the rotational orientation of the setup link mechanism for orienting platform robotic surgical system of FIG. 図８のロボット手術システムの配向プラットホームに対するセットアップリンク機構の回転配向を示す。 Indicating the rotational orientation of the setup link mechanism for orienting platform robotic surgical system of FIG. 幾つかの実施形態による、セットアップジョイントリンク機構及び関連付けられる配向プラットホームを示す。 According to some embodiments, showing the set-up joint link mechanism and the orientation platform associated. 幾つかの実施形態による、セットアップジョイントリンク機構及び関連付けられる配向プラットホームを示す。 According to some embodiments, showing the set-up joint link mechanism and the orientation platform associated. 幾つかの実施形態による、１又は複数の受動セットアップジョイントを所望の状態に動かすためにセットアップ構造の配向プラットホームを駆動することによって手術のためにロボット手術システムの準備をする方法を概略的に示すフローチャートである。 According to some embodiments, one or more flow chart that schematically illustrates a method for the preparation of a robotic surgical system for passive setup joint surgery by driving the orientation platform setup structure to move in a desired state it is. 幾つかの実施形態による、選択的な制動を通じてシステムの１又は複数のセットアップジョイントの受動運動を制御することによって、複数のマニピュレータアームの所望の位置合わせを提供する、カート取付セットアップ支持構造によって支持されている配向プラットホームの運動の斜視概略図である。 According to some embodiments, by controlling the passive movement of one or more setup joint system through selective braking, to provide the desired alignment of the plurality of manipulator arms, supported by the cart mounting setup support structure and is a perspective schematic view of movement of the alignment platform has. 幾つかの実施形態による、関連する座標系及び自由度を示す配向プラットホームの概略図である。 According to some embodiments is a schematic diagram of the alignment platform showing the coordinate system and the degree of freedom associated. 幾つかの実施形態による、単一のマニピュレータアームの関連付けられる手術アクセス部位との所望の位置合わせを提供するように天井ガントリセットアップ支持構造によって支持されている配向プラットホームの斜視図である。 According to some embodiments is a perspective view of the alignment platform is supported by a ceiling gantry setup support structure to provide the desired alignment of the surgical access site associated with a single manipulator arm. 幾つかの実施形態による、配向プラットホームのシミー運動を提供するモードによって配向プラットホームによって支持されている受動セットアップジョイントを制御する方法を概略的に示す。 According to some embodiments, schematically illustrates a method of controlling the passive set-up joints, which is supported by the alignment platform by a mode that provides a shimmy movement of the alignment platform. 幾つかの実施形態による、モータ駆動制御入力を用いる受動ジョイントの運動を制御するための制御図を概略的に示す。 According to some embodiments, schematically shows a control diagram for controlling the movement of the passive joints using a motor drive control input. 幾つかの実施形態による、モータ駆動制御入力を用いる受動ジョイントの運動を制御するための制御図を概略的に示す。 According to some embodiments, schematically shows a control diagram for controlling the movement of the passive joints using a motor drive control input. 幾つかの実施形態による、モータ駆動制御入力を用いる受動ジョイントの運動を制御するための制御図を概略的に示す。 According to some embodiments, schematically shows a control diagram for controlling the movement of the passive joints using a motor drive control input. 幾つかの実施形態による、モータ駆動制御入力に対応する計算ジョイントトルクを生じさせるための制動制御メカニズムをグラフで示す。 According to some embodiments, shown in the graph brake control mechanism for causing a computing joint torque corresponding to the motor drive control input.
以下の説明では、本発明の様々な実施形態が説明される。 In the following description, various embodiments of the present invention will be described. 説明の目的で、実施形態の完全な理解を提供するために、特定の構成及び詳細が記載される。 For purposes of explanation, in order to provide a thorough understanding of the embodiments are set forth specific configurations and details. しかし、本発明が特定の詳細なしで実施され得ることは、当業者にもまた明白となるであろう。 However, the present invention may be practiced without the specific details would be also apparent to those skilled in the art. さらに、記載されている実施形態を曖昧にしないために、良く知られた特徴は省略又は簡略化され得る。 Furthermore, in order not to obscure the embodiment being described, well-known features may be omitted or simplified.
本明細書に記載されている運動学的リンク機構構造及び制御システムは特に、システムユーザが、特定の患者への処置にロボット構造を配置するのを支援するのに有用である。 Kinematic linkage structure and the control system described herein is particularly, system users are useful to assist in placing the robot structure in the treatment of a particular patient. 治療中に組織などと相互に作用するために使用される能動被駆動マニピュレータと共に、ロボット手術システムは、マニピュレータ構造を支持するとともにマニピュレータ構造を手術作業部位と位置合わせするのに役立つように構成されている１又は複数の運動学的リンク機構システムを有し得る。 With active driven manipulator is used to interact with the tissue, such as during the treatment, the robotic surgical system, is configured to help align the manipulator structure and the surgical worksite to support the manipulator structure may have one or more kinematic linkage system are. これらのセットアップシステムは、能動的に駆動され得る、又は、それらが手動で関節運動されることができ、その後、マニピュレータは治療目的で使用される間に所望の設定にロックされることができるように、受動的であり得る。 These setup system can be actively driven, or they can manually be articulated, then manipulator so that it can be locked in the desired settings while being used for therapeutic purposes in may be passive. 受動セットアップ運動学的システムは、サイズ、重量、複雑さ、及びコストにおいて利点を有し得る。 Passive setup kinematic system, size, weight, may have advantages complexity, and in the cost. 複数のマニピュレータアームが、各患者の組織を処置するために使用され得るので、手術に備えてロボットシステムを迅速に配置することの挑戦は、重要であり得る。 A plurality of manipulator arms, because it can be used to treat the tissue of the patient, challenge to quickly position the robot system comprises in surgery, it may be important.
１つのオプションは、複数のマニピュレータを単一のプラットホームに取り付けることであり、マニピュレータ支持プラットホームはときに配向プラットホームと称される。 One option is to attach a plurality of manipulators to a single platform, the manipulator support platform is referred to as the orientation platform when. 配向プラットホームは、能動被駆動支持リンク機構（ときに、本明細書において、セットアップ構造と称され、典型的には、セットアップ構造リンク機構等を有する）によって支持されることができる。 Orientation platform, active driven support link mechanism (when, in this specification, referred to as set-up structure, typically having a setup structure link mechanism, etc.) makes it possible to be supported. システムはまた、ユーザ制御で配向プラットホームを支持するロボットセットアップ構造のモータ駆動軸を提供し且つ制御し得る、又は典型的には、検知された設定及び基準状態に関連付けられる所望の設定にしたがって自動である。 System may also provide and controlling the motor drive shaft of the robot up structure supporting the orientation platform with the user control, or typically, automatically according to the desired settings associated with the sensed set and the reference state is there.
ロボットマニピュレータの受動及び能動被駆動ジョイントの両方の利点を維持するために、本明細書に記載されるロボットシステムの実施形態は、１又は複数のジョイントが、従動セットアップジョイントの所望の基準状態を達成するために受動ジョイント運動によって能動被駆動ジョイントの遠位の１又は複数の受動セットアップジョイントにおいて特定の応答を引き出すために能動的に駆動される、モードを用い得る。 To maintain the passive and benefits of both active driven joints of the robot manipulator, the embodiment of the robotic systems described herein may comprise one or more joints, achieve the desired reference state of the driven setup joint actively driven to elicit a specific response in the distal of one or more passive setup joint active driven joints by passive joints motion to may use mode. これらのセットアップジョイントの受動ジョイント運動は、ジョイントブレーキの選択的な適用を通じて制御されることができ、基準状態から離れる受動運動を妨げるとともにセットアップジョイントがそれぞれの基準状態に達するまで基準位置に向かう受動ジョイント運動を容易にする。 Passive joint movement of these setup joints, passive joints toward the reference position can be controlled through selective application of the joint brake, with impede passive movement away from the reference state to the setup joint reaches the respective reference conditions the movement to facilitate. 基準状態は、作業空間内の所望の場所のいずれか又は全て、システムの特定の他のジョイントに対する所望の場所、特定の方向における所望の速度及び加速度を指し得る。 Reference state, any or all of the desired location in the work space, the desired location for a particular other joint systems, can refer to a desired velocity and acceleration in a particular direction.
ある態様では、能動被駆動ジョイントは、手動関節運動を必要とすることなしに１又は複数の受動ジョイントの所望の運動を引き出すように１又は多自由度で反対の方向の間で連続的に動く複数のマニピュレータを支持するプラットホーム支持リンク機構構造を自動的に動かす。 In some embodiments, the active driven joint moves continuously between the opposite directions in one or multiple degrees of freedom so as to elicit a desired movement of one or more passive joints without the need for manual articulation automatically moving the platform load linkage structure that supports a plurality of manipulators. 選択的な制動によって劣駆動ジョイントの受動運動を制御することによって、システムは、マニピュレータを所望の設定、向き及び／又は作業空間との位置合わせ（positional alignment）に動かすために各マニピュレータを支持する１又は複数のセットアップジョイントを同時位動かすことによって全システムの配置を非常に容易にする。 By controlling the passive movement of underactuated joint by selective braking system, manipulator the desired setting, each manipulator to move the alignment of the orientation and / or work space (the Positional alignment) supports 1 or greatly facilitates the placement of the whole system by a plurality of setup joint moving simultaneously position. 所望の設定、向き又は位置合わせは、任意の数の配置を含み得る。 Desired setting, orientation or alignment may include an arrangement of any number. 幾つかの実施形態では、所望の配置は、展開された配置、しまい込まれた配置又は部分的にしまい込まれた配置のいずれかを含む。 In some embodiments, the desired arrangement may include any of the deployed arrangement, stowed positioned or partially incorporated the it away arrangement. 展開された設定では、マニピュレータは、マニピュレータのセットアップのために作業空間の中に延び、これは、１又は複数のマニピュレータ上の手術ツールの交換を含み得る。 The expanded set, the manipulator extends into the working space for the manipulator setup, which may include the exchange of surgical tools on one or more manipulators. しまい込まれた及び部分的にしまい込まれた設定では、マニピュレータは、より少なく作業空間を占めるように、少なくとも部分的に、縮められ得るとともに互いに対して折り畳まれ得る。 The stowed and partially stowed configuration, the manipulator is to occupy less working space, be folded at least partially, with can be shortened with respect to each other. プラットホームによって支持されているマニピュレータの１つ、幾つか又は全ての独立した位置決めが、本明細書に記載される方法の態様を用いることによって、プラットホームに対するマニピュレータの１つ、幾つか、又は全てを支持する受動セットアップジョイントシステムの制御された運動を通じて、任意選択で提供されることができる。 One of the manipulators being supported by the platform, several or all of the independent positioning, by using the embodiments of the methods described herein, one manipulator for the platform, some, or all support through controlled movement of the passive setup joint system it can be optionally provided.
１つの態様では、本発明による方法は、ジョイントの慣性効果（inertial effects）及び制御された制動を通じてセットアップジョイントの制御された運動を達成する。 In one embodiment, the method according to the present invention achieves controlled movement of the setup joint through inertia effect (inertial effects) and controlled braking of a joint. 例えば、手術ロボットアーム（例えば、スレーブマニピュレータ）を支持する本明細書に記載されたセットアップジョイントは、典型的には、手術のためのロボットシステムの設定のために及び手術後にシステムのロボットアームをしまい込むために使用されるので、これらのジョイントはまれに動かされ、このようなジョイントがモータ駆動される必要は少ない。 For example, surgical robot arm (e.g., slave manipulator) setup joint described herein for supporting the typically Minimizes the robotic arm of the system and after surgery for a robot system configuration for surgery because it is used for writing, these joints are moved rare, need less such joint is driven motor. これらのセットアップジョイントは、ジョイントブレーキを持つ受動ジョイントとして構成されるので、ジョイントは、セットアップ又はしまい込み中のロボットアームの手動操作の間のジョイントの受動運動を可能にするように自由に浮動する（float）ことができるとともに、それぞれのジョイントブレーキをかけることによって所定位置にロックされることができる。 These setup joints, since it is configured as a passive joints with joint brake joint is free to float to allow passive movement of the joint between the manual operation of the robot arm during setup or sister inclusive ( float) that it is, it can be locked in place by applying a respective joint brake. あるシナリオでは、手術に備えたロボットアームのドレーピング（draping）、患者カート包み込み、及び外科処置後のロボットアームのしまい込みを支援するために所定の場所にロボットアームを動かすことが望ましい。 In one scenario, draping of the robot arm with the surgery (draping), patient cart wrapping, and in place to support the stowed robotic arm after surgery it is desirable to move the robot arm. 本明細書に記載される例示の方法は、これらの受動セットアップジョイントの制御された運動を、このようなジョイントの手動運動を必要とすることなしに、プラットホームリンク機構（例えば、配向プラットホーム）、ロボットアームのセットアップジョイントがとりつけられている共通ベースを動かすことによって及びセットアップジョイントのジョイントブレーキの適用を選択的に制御することによって、可能にする。 Exemplary methods described herein, the controlled movement of these passive setup joint, without the need for manual movement of such joint, a platform linkage (e.g., orientation platform), the robot by selectively controlling the application of and setup joint joint brake by moving the common base arm setup joint is mounted, to allow.
ある態様では、方法は、セットアップジョイント機構の受動運動状態（passive dynamics）を利用するセットアップジョイントブレーキコントローラを含む。 In some embodiments, the method comprises setting up joint brake controller utilizing passive motion state of the setup joint mechanism (passive dynamics). 例えば、その上にセットアップジョイントが取り付けられる配向プラットホームは、配向プラットホームの運動を制御する１又は複数の被駆動ジョイントの駆動を通じて配向プラットホームを動かすことによって、加速度を誘起する軌道を通るように命じられる（commanded through）ことができる。 For example, the orientation platform setup joint is mounted thereon, by moving the alignment platform through drive of one or more of the driven joint controls the movement of the alignment platform, commanded to pass trajectory induces acceleration ( commanded through) can be. セットアップジョイントのブレーキコントローラは、（例えばジョイント状態センサを通じて等）その関連付けられるセットアップジョイントの状態、セットアップジョイントの基準状態（位置、速度、及び／又は加速度）及び配向プラットホームの加速度を受信する。 The brake controller setup joint receives (e.g. equal through joint state sensors) that the associated setup joint state, the reference state of the setup joint (position, velocity, and / or acceleration) and the acceleration of the alignment platform. セットアップジョイント機構の慣性及び配向プラットホームの加速度が、組み合わせで、セットアップジョイントリンクを基準に向けて加速させるのに十分であるとき、ジョイントブレーキは解放される。 Acceleration of inertia and orientation platform setup joint mechanism, in combination, when it is sufficient to accelerate towards the basis of the setup joint link, the joint brake is released. ある態様では、ジョイントブレーキは、ブレーキが、そのそれぞれのジョイントの検知されたジョイント状態に基づいて、部分的に解放されているかそれとも完全に解放されているかを決定する。 In some embodiments, the joint brake brakes, based on the sensed joint state of the respective joint, determining whether it is either or completely released is partially released. 例えば、ジョイント速度が、ゼロに下がる又はセットアップジョイントの運動の所望の方向と反対である場合、配向プラットホームの加速度が好ましくなるまでブレーキが掛けられ得る。 For example, the joint velocity, if it is opposite to the desired direction of fall or setup joint motion to zero, may brake is multiplied to the acceleration of the alignment platform is preferred. ジョイントブレーキコントローラはまた、基準状態に達するとき、そのそれぞれのジョイントを所望の位置にロックするためにジョイントブレーキが掛けられるように構成され得る。 Joint brake controller also when it reaches the reference state may be configured such joint brakes are applied in order to lock the respective joint in a desired position. 他の態様では、ブレーキコントローラは、基準状態に向かって動くとき、受動ジョイントの受動運動を制御するように構成されることができる。 In another embodiment, the brake controller, when moving toward the reference state, can be configured to control the passive movement of the passive joints. 例えば、受動ジョイントの速度が、基準速度を超える場合、部分的なブレーキ適用が、所望の位置へのセットアップジョイントのより滑らかな、より好ましい運動を提供するために、関連付けられるリンク機構の速度を止めることができる。 For example, the speed of the passive joint, exceed the reference speed, partial brake application is a smoother setup joint to the desired position, in order to provide more favorable motion to stop the speed of associated linkage be able to.
本発明の上述の態様は、本明細書に詳細に記載されるもののいずれかのような、遠隔手術システムにおける複数のロボットアームの展開及びしまい込みを提供する方法において特に有用である。 Above aspect of the invention, such as any of those described in detail herein, it is especially useful in a method of providing a deployment and sister inclusive of a plurality of robotic arms in the remote operation system. 多くのこのようなシステムは、ロボットアームのセットアップ及びしまい込みを支援する１又は複数の受動セットアップジョイントを有するロボットアームを含む。 Many such systems, including a robotic arm having one or more passive setup joint supporting the robotic arm up and sister included. ロボットアームをセットアップすること、操作すること及びしまい込むことのワークフローはしばしば、ロボットアームが、特定のしまい込まれた及び展開された設定（形態）に置かれることを必要とする。 Setting up a robot arm, the workflow that it and stowing operated frequently, the robot arm, which need to be placed in a specific stowed and deployed set (form). これは、劣駆動セットアップジョイントの手動運動によって達成されることができるが、このアプローチは、問題を含むことが有り得る。 This can be achieved by manual movement of underactuated setup joint, this approach is likely to contain the problem. 例えば、このようなシステムでは、ユーザは、一般的に、セットアップジョイントブレーキを手動で開放し且つ各ロボットアームの様々なジョイントを手動で動かさなければならず、これは時間がかかり得るとともに、システムの使いやすさを著しく減らし得る。 For example, in such systems, the user typically must move the setup joint brake manually open and various joints of the robot arm manually, with this may be time consuming, the system ease of use can be reduced significantly. さらに、万一処置中に装置が再設定される又は部分的にしまい込まれる必要があると、ロボットアームが滅菌ドレープでドレープされ得るとき、本明細書に記載されている方法は、非滅菌エリアの外科医又はユーザが、受動セットアップジョイントの運動及びロボットアームの再設定又は部分的なしまい込みを制御することを可能にする。 Furthermore, if there is any chance necessary device during the procedure is stowed or partially is reset, when the robot arm can be draped with sterile drapes, methods described herein, non-sterile area the surgeon or user, making it possible to control the reconfiguration or partial sister inclusive movement and the robot arm of the passive set-up joints. これらの方法は、ジョイントの受動運動を、対象のジョイントのジョイント制動と併せて他のジョイントの駆動によって、それに加えられる慣性力を使用して制御するために使用され得ることが理解される。 These methods, passive movement of the joint, the driving of the other joint together with the joint braking target joint, it is understood that may be used to control using the inertial force applied thereto. このような方法が適用され得るシステムは、以下に詳細に記載される。 System such methods can be applied are described in detail below.
低侵襲ロボット手術 Minimally invasive robotic surgery
ここで図面を参照すると、図１は、典型的には手術台１４に横たわっている患者１２に低侵襲診断又は外科手術を行うために使用される、低侵襲ロボット手術（ＭＩＲＳ）システム１０の平面図である。 Referring now to the drawings, FIG. 1 is typically used to perform a minimally invasive diagnostic or surgical procedures on the patient 12 lying on the operating table 14, minimally invasive robotic surgery (MIRS) plane of the system 10 it is a diagram. 図面において、同様の参照番号は同様の部分を表す。 In the drawings, like reference numerals represent like parts. システムは、手術中に外科医１８による使用のための外科医用コンソール１６を含む。 The system includes a surgeon console 16 for use by the surgeon 18 during surgery. １人又は複数の助手２０も手術に参加し得る。 One or more of the passenger 20 may also participate in the surgery. ＭＩＲＳシステム１０は、患者側カート２２（手術ロボット）及び電子装置カート２４をさらに含み得る。 MIRS system 10 may further include a patient-side cart 22 (surgical robot) and an electronic device cart 24. 患者側カート２２は、外科医１８がコンソール１６を通して手術部位を視認している間、患者１２の身体の低侵襲性切開部を通る少なくとも１つの取り外し可能に結合されたツールアセンブリ２６（以降、単に「ツール」と呼ばれる）を操作することができる。 Patient cart 22, the surgeon 18 while viewing the surgical site through the console 16, at least one removably coupled tool assembly 26 (hereinafter through the minimally invasive incision in the patient 12 body, simply " it is possible to operate the tool called "). 手術部位の画像は、内視鏡２８を位置決めするとともに方向付けするように患者側カート２２によって操作され得る、立体内視鏡等の内視鏡２８によって取得されることができる。 Image of the surgical site can be obtained by the endoscope 28 can be operated by the patient-side cart 22 so as to direct as well as positioning the endoscope 28, such as a stereoscopic endoscope. 電子装置カート２４は、外科医用コンソール１６を通じた外科医１８への続く表示のために手術部位の画像を処理するために、使用され得る。 Electronic device cart 24 in order to process the image of the surgical site for subsequent display to the surgeon 18 through the surgeon console 16 may be used. 一度に使用される手術ツール２６の数は、一般的に、診断又は外科手術及び他の要因の中でも手術室内の空間的制約に依存する。 The number of surgical tools 26 to be used at a time generally depends on the diagnostic or surgical procedures and spatial constraints in the operating room, among other factors. 手術中に使用されているツール２６の１又は複数を交換することが必要な場合、助手２０は、患者側カート２２からツール２６を取外し、それを手術室のトレイ３０からの別のツール２６に交換し得る。 If necessary to replace one or more tools 26 are used during surgery assistant 20 from the patient-side cart 22 Remove the tool 26, it to another tool 26 from the tray 30 in the operating room It may exchange.
図２は、外科医用コンソール１６の斜視図である。 Figure 2 is a perspective view of a surgeon console 16. この外科医用コンソール１６は、奥行き知覚を可能にする手術部位の協調立体視を外科医１８に提示するために左眼用ディスプレイ３２及び右眼用ディスプレイ３４を含む。 The surgeon console 16 includes a left-eye display 32 and the right-eye display 34 to present a coordinated stereoscopic surgical sites that allow depth perception surgeon 18. コンソール１６は、１又は複数の入力制御装置３６をさらに含み、この装置３６は、患者側カート２２（図１に示される）に１又は複数のツールを操作させる。 Console 16 further includes one or more input controls 36, the device 36 is operated one or more tools to a patient side cart 22 (shown in Figure 1). 入力制御装置３６は、テレプレゼンス（tele-presence）を、又は外科医がツール２６を直接制御する強い感覚を有するように入力制御装置３６がツール２６と一体となる知覚を外科医に提供するために、それらの関連付けられるツール２６（図１に示される）と同じ自由度を提供することができる。 Input controller 36, a telepresence (tele-presence), or surgeon input control device 36 to have a strong sense of controlling the tool 26 directly to provide the perception to be integral with the tool 26 the surgeon, their associated tool 26 can provide the same degree of freedom as (shown in Figure 1). この目的のために、位置、力、及び触覚フィードバックセンサ（図示せず）が、ツール２６からの位置、力、及び触感を、入力制御装置３６を通じて外科医の手に返送するために使用され得る。 To this end, position, force, and tactile feedback sensors (not shown), the position of the tool 26, forces, and tactile, may be used to return to the surgeon's hand through the input control device 36.
外科医用コンソール１６は通常、外科医が、手術を直接監視し得るように、必要であれば物理的に存在し得るように、及び電話又は他の通信媒体ではなく直接助手に話し掛け得るように、患者と同じ部屋の中に配置される。 The surgeon console 16 is typically a surgeon, as may monitor operation directly, as may exist physically, if necessary, and as directly be spoken to assistant instead of the telephone or other communications medium, the patient It is placed in the same room with. しかし、外科医は、患者とは異なる部屋、全く異なる建物、又は遠隔手術を可能にする患者から離れた他の場所にいることができる。 However, the surgeon, it is that you are in a different room, a completely different building, or other location remote from the patient to enable remote surgery the patient.
図３は、電子装置カート２４の斜視図である。 Figure 3 is a perspective view of an electronic device the cart 24. 電子装置カート２４は、内視鏡２８と結合されることができ、外科医用コンソールで、或いは近くに及び／又は遠隔に位置する別の適切なディスプレイで、外科医に等、その後の表示のために取り込まれた画像を処理するためのプロセッサを含み得る。 Electronic device cart 24 may be combined with the endoscope 28, at the surgeon console or another in a suitable display located near and / or in a remote, etc. to the surgeon for subsequent display It may include a processor for processing the captured images. 例えば、立体内視鏡が使用される場合、電子装置カート２４は、手術部位の協調立体画像を外科医に提示するために、取り込まれた画像を処理することができる。 For example, if the stereoscopic endoscope is used, an electronic device cart 24, to present a coordinated three-dimensional image of the surgical site to the surgeon can be processed captured images. このような協調は、対向画像間の位置合わせを含み得るとともに、立体内視鏡の立体作動距離を調整することを含み得る。 Such coordination, with may include an alignment between the opposed image may include adjusting the stereo working distance of a stereoscopic endoscope. 別の例として、画像処理は、光学収差等、画像取込装置の結像誤差を補償するために、以前に決定されたカメラ較正パラメータの使用を含み得る。 As another example, image processing, optical aberrations such as, in order to compensate for imaging errors of the image capture device may include the use of a camera calibration parameters determined previously.
図４は、ロボット手術システム５０（図１のＭＩＲＳシステム１０等）を図式的に示す。 Figure 4 shows schematically the robotic surgical system 50 (such as MIRS system 10 of FIG. 1). 上述のように、外科医用コンソール５２（図１の外科医用コンソール１６等）が、低侵襲手術中に患者側カート（手術ロボット）５４（図１の患者側カート２２等）を制御するために外科医によって使用され得る。 As described above, the surgeon console 52 (such as a surgeon console 16 of FIG. 1) is, the surgeon to control the patient-side cart during minimally invasive surgery (surgical robot) 54 (patient side cart 22 like FIG. 1) It may be used by. 患者側カート５４は、手術部位の画像を取込むとともに取込まれた画像を電子装置カート５６（図１の電子装置カート２４等）に出力するために、立体内視鏡等の撮像装置を使用し得る。 Patient cart 54 in order to output an image captured with capture an image of the surgical site to the electronic device the cart 56 (electronic device cart 24 of FIG. 1, etc.), using an imaging device such as a stereoscopic endoscope It can be. 上述のように、電子装置カート５６は、任意の後に続く表示の前に、種々の方法で取込まれた画像を処理し得る。 As described above, the electronic device cart 56, in front of the display that follows any, may process the image captured in a variety of ways. 例えば、電子装置カート５６は、外科医用コンソール５２を介して組み合わされた画像を外科医に表示する前に、取込まれた画像を仮想制御インターフェースと重ね合わせることができる。 For example, the electronic device cart 56, before displaying the image combined via a surgeon console 52 the surgeon, was captured image can be superimposed with the virtual control interface. 患者側カート５４は、電子装置カート５６の外部で処理するために取込まれた画像を出力し得る。 Patient cart 54 may output an image captured for processing by an external electronic device cart 56. 例えば、患者側カート５４は、取込まれた画像を処理するために使用され得る、プロセッサ５８に取込まれた画像を出力することができる。 For example, a patient-side cart 54 may be used to process the captured image, it is possible to output an image captured in the processor 58. 画像はまた、共同して、連続して、及び／又はそれらの組み合わせで、取込まれた画像を処理するために一緒に結合され得る、電子装置カート５６及びプロセッサ５８の組み合わせによって処理されることもできる。 Image also jointly, sequentially, and / or combinations thereof, may be coupled together to process the captured image, to be processed by a combination of electronic devices cart 56 and the processor 58 It can also be. １又は複数の別個のディスプレイ６０も、手術部位の画像、又は他の関連画像等、画像の局所及び／又は遠隔表示のために、プロセッサ５８及び／又は電子装置カート５６と結合され得る。 One or more separate displays 60 also images of the surgical site, or other related images, etc., for local and / or remote display of the image, may be coupled to the processor 58 and / or electronic devices cart 56.
プロセッサ５８は、典型的には、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせを含み、ソフトウェアは、本明細書に機能的に記載される制御の方法ステップを実行するための、コンピュータ可読コード命令を具体化する有形媒体を含む。 Tangible processor 58 typically includes a combination of hardware and software, software, embodying of the computer readable code instructions for performing the method steps of the control that is functionally described herein including the media. ハードウェアは、典型的に、一又は複数のデータ処理ボードを含み、このデータ処理ボードは、同一箇所に位置してもよいが、しばしば、本明細書に記載されるロボット構造の中に分配された複数の構成要素を有する。 Hardware typically includes one or more data processing board, the data processing board, but may be located at the same position, they are often distributed in the robot structure described herein having a plurality of constituent elements. ソフトウェアは、しばしは不揮発性媒体を含み、モノリシックなコードも含み得るが、より典型的には、任意選択で、多種多様な分散データ処理アーキテクチャのいずれかで動作する多数のサブルーチンを含む。 The software often contains a non-volatile media, may also include monolithic code, more typically, optionally, it includes a number of subroutines operate in any of a wide variety of distributed data processing architectures.
図５Ａ及び５Ｂは、患者側カート２２及び手術ツール２６をそれぞれ示す。 5A and 5B show respectively a patient cart 22 and surgical tool 26. 手術ツール２６は、手術ツール２６の例である。 Surgical tool 26 is an example of a surgical tool 26. 図示された患者側カート２２は、３つの手術ツール２６及び、手術野の画像を取り込むために使用される立体内視鏡のような、撮像装置２８の操作を提供する。 Patient cart 22 shown is, three surgical tool 26 and, as a stereoscopic endoscope is used to capture an image of the surgical field, provides operation of the imaging apparatus 28. 操作は、幾つかのロボットジョイントを有するロボット機構によって提供される。 Operation is provided by a robot mechanism with several robotic joints. 撮像装置２８及び手術ツール２６は、運動学的リモートセンタ（遠隔中心）（kinematic remote center）が切開部のサイズを最小化するよう切開部に保持されるように、切開部を通って患者内で位置決めされるとともに操作されることができる。 The imaging device 28 and the surgical tool 26, kinematic remote center (remote center) as (kinematic remote center) is held in the incision to minimize the size of the incision, through an incision in the patient it can be operated while being positioned. 手術野の画像は、手術ツール２６が撮像装置２８の視野内に位置しているとき、手術ツール２６の遠位端部の画像を含むことができる。 Image of the surgical field when the surgical tool 26 is positioned within the field of view of the imaging device 28 may include an image of the distal end of the surgical tool 26.
手術ツール２６は、例えば切開部、自然開口部、経皮的な貫通又は同種のもののような低侵襲アクセス開口を通して管状カニューレ６４を挿入することによって、患者体内に挿入される。 Surgical tool 26, for example incision, a natural orifice, by inserting the tubular cannula 64 through minimally invasive access opening such as that of percutaneous penetration or the like, is inserted into the patient. カニューレ６４は、ロボットマニピュレータアームに取り付けられ、手術ツール２６のシャフトはカニューレの管腔（lumen）を通過する。 The cannula 64 is attached to a robot manipulator arm, the shaft of the surgical tool 26 passes through the lumen (lumen) of the cannula. マニピュレータアームは、カニューレがその上に取り付けられたことを示す信号を送信し得る。 Manipulator arm may transmit a signal indicating that the cannula has mounted thereon.
ロボット手術システム及びモジュール式マニピュレータ支持部 Robotic surgical systems and modular manipulator support portion
図６は、多くの実施形態による、ロボット手術システム７０の斜視概略図である。 6, according to many embodiments is a perspective schematic view of a robotic surgical system 70. 手術システム７０は、取付ベース７２、支持リンク機構７４、配向プラットホーム７６、複数の外側セットアップリンク機構７８（２つが示されている）、複数の内側セットアップリンク機構８０（２つが示されている）、及び複数の手術器具マニピュレータ８２を含む。 Surgical system 70, the mounting base 72, the support linkage 74, oriented platform 76, a plurality of outer Setup link mechanism 78 (two are shown), a plurality of inner Setup link mechanism 80 (two are shown), and a plurality of surgical instruments manipulator 82. マニピュレータ８２のそれぞれは、マニピュレータ８２に取り付けられるとともに挿入軸に沿って患者に挿入可能である手術器具を選択的に関節運動させるように動作可能である。 Each manipulator 82 is operable along the insertion axis with attached to a manipulator 82 so as to selectively articulate the surgical instrument is insertable into a patient. マニピュレータ８２のそれぞれは、セットアップリンク機構７８、８０の１つに取付けられるとともに支持される。 Each manipulator 82, is supported with mounted on one of the up link mechanism 78 and 80. 外側セットアップリンク機構７８のそれぞれは、第１のセットアップリンク機構ジョイント８４によって配向プラットホーム７６に回転結合されるとともに支持される。 Each outer Setup link mechanism 78 is supported while being rotated coupled to the alignment platform 76 by the first up link mechanism joint 84. 内側セットアップリンク機構８０のそれぞれは、配向プラットホーム７６に固定して結合されるとともに支持される。 Each inner Setup link mechanism 80 is supported while being fixedly coupled to the alignment platform 76. 配向プラットホーム７６は、支持リンク機構７４に回転結合されるとともに支持される。 Orientation platform 76 is supported while being rotated coupled to the support linkage 74. そして、支持リンク機構７４は、取付ベース７２に固定して取付けられるとともに支持される。 The support link mechanism 74 is supported with fixedly attached to the mounting base 72.
多くの実施形態では、取付けベース７２は、移動可能であるとともに床に支持され、それによって、例えば手術室内で、手術システム７０全体の選択的な再位置決めを可能にする。 In many embodiments, the mounting base 72 is supported on the floor as well as a movable, whereby, for example in the operating room, to allow selective repositioning of the entire surgical system 70. 取付けベース７２は、操舵可能な車輪アセンブリ及び／又は選択的な再位置決めすること並びに選択された位置からの取付ベース７２の移動を選択的に防ぐことの両方を提供する任意の他の適切な機能を含むことができる。 Mounting base 72, any other suitable features that provide both the movement of the mounting base 72 from the steerable wheel assemblies and / or selective repositioning it to and selected position selectively prevent it it can contain. 取付ベース７２はまた、例えば、天井マウント、固定フロア／台座マウント、壁マウント、又は任意の他の適切な取付面によって支持されるように構成されたインターフェース等、他の適切な構成を有することができる。 Mounting base 72 also includes, for example, a ceiling mount, fixed floor / pedestal mount, wall mount, or interface or the like which is configured to be supported by any other suitable mounting surface, have other suitable configurations it can.
支持リンク機構７４は、取付ベース７２に対して配向プラットホーム７６を選択的に位置決めする及び／又は配向するよう動作可能である。 Load linkage 74 is operable alignment platform 76 selectively positioned and / or to direct the mounting base 72. 支持リンク機構７４は、コラムベース８６、並進移動可能コラム部材８８、ショルダージョイント９０、ブームベース部材９２、ブーム第１段部材９４、ブーム第２段部材９６、及びリストジョイント９８を含む。 Support link mechanism 74 includes a column base 86, translatable column member 88, the shoulder joint 90, the boom base member 92, the boom first stage member 94, the boom second stage member 96, and a wrist joint 98. コラムベース８６は、取付ベース７２に固定して取付けられる。 Column base 86 is fixedly attached to the mounting base 72. 並進移動可能コラム部材８８は、コラムベース８６に対する並進移動のためにコラムベース８６にスライド可能に結合される。 Translatable column member 88 is slidably coupled to the column base 86 for translational movement relative to the column base 86. 多くの実施形態では、並進移動可能コラム部材８８は、コラムベース８６に対して垂直に配向された軸に沿って並進移動する。 In many embodiments, translatable column member 88 translates along an axis oriented perpendicular to the column base 86. ブームベース部材９２は、ショルダージョイント９０によって並進移動可能コラム部材８８に回転結合される。 Boom base member 92 is rotated coupled to translatable column member 88 by a shoulder joint 90. ショルダージョイント９０は、ブームベース部材９２を水平面内で並進移動可能コラム部材８８に対して選択的に配向するように動作可能であり、この並進移動可能コラム部材８８はコラムベース８６及び取付ベース７２に対して固定角度配向を有する。 Shoulder joint 90, the boom base member 92 is operable to selectively oriented relative translatable column member 88 in a horizontal plane, the translatable column member 88 to the column base 86 and the mounting base 72 having a fixed angular orientation for. ブーム第１段部材９４は、ブームベース部材９２に対して水平方向に選択的に並進移動可能であり、この水平方向は、多くの実施形態においてブームベース部材９２及びブーム第１段部材９４の両方と一直線になる。 Boom first stage member 94 is selectively translatable horizontally with respect to the boom base member 92, both of the horizontal direction, the boom base in many embodiments member 92 and the boom first stage member 94 in alignment with. ブーム第２段部材９６は同様に、ブーム第１段部材９４に対して水平方向に選択的に並進移動可能であり、この水平方向は、多くの実施形態においてブーム第１段部材９４及びブーム第２段部材９６の両方と一直線になる。 Similarly boom second stage member 96, a boom capable selectively translation in a horizontal direction with respect to the first stage member 94, the horizontal direction, the first stage member 94 and the boom boom in many embodiments the both of the two-stage member 96 and a straight line. したがって、支持リンク機構７４は、ショルダージョイント９０とブーム第２段部材９６の遠位端部との間の距離を選択的に設定するよう動作可能である。 Therefore, the support linkage 74 is operable to selectively set the distance between the distal end portion of the shoulder joint 90 and the boom second stage member 96. リストジョイント９８は、ブーム第２段部材９６の遠位端部を配向プラットホーム７６に回転結合する。 Wrist joint 98 rotates coupling the distal end of the boom second stage member 96 into alignment platform 76. リストジョイント９８は、取付ベース７２に対する配向プラットホーム７６の角度配向を選択的に設定するよう動作可能である。 Wrist joint 98 is operable to selectively set the angular orientation of the alignment platform 76 relative to the mounting base 72.
セットアップリンク機構７８、８０のそれぞれは、配向プラットホーム７６に対して、関連付けられるマニピュレータ８２を選択的に位置決めする及び／又は配向するよう動作可能である。 Each setup link mechanism 78 and 80, the alignment platform 76 is operable to a manipulator 82 associated selectively to and / or orientation positioning. セットアップリンク機構７８、８０のそれぞれは、セットアップリンク機構ベースリンク１００、セットアップリンク機構延長リンク１０２、セットアップリンク機構平行四辺形リンク機構部分１０４、セットアップリンク機構垂直リンク１０６、第２のセットアップリンク機構ジョイント１０８、及びマニピュレータ支持リンク１１０を含む。 Each setup link mechanism 78 and 80, set up the link mechanism base link 100, up link mechanism extending link 102, up link mechanism parallelogram link mechanism portion 104, the setup link mechanism vertical link 106, the second up link mechanism joint 108 , and a manipulator support link 110. 外側セットアップリンク機構７８のセットアップリンク機構ベースリンク１００のそれぞれは、第１のセットアップリンク機構ジョイント８４の動作を介して配向プラットホーム７６に対して選択的に配向されることができる。 Each setup linkage base link 100 of the outer setup link mechanism 78 can be selectively oriented relative orientation the platform 76 through the operation of the first set-up linkage joint 84. 図示された実施形態では、内側セットアップリンク機構８０のセットアップリンク機構ベースリンク１００のそれぞれは、配向プラットホーム７６に固定して取付けられる。 In the illustrated embodiment, each of the up link mechanism base link 100 of the inner Setup link mechanism 80, fixedly attached to the alignment platform 76. 内側セットアップリンク機構８０のそれぞれはまた、外側セットアップリンク機構と同様に、追加的な第１のセットアップリンク機構ジョイント８４介して配向プラットホーム７６に回転取付けされることもできる。 Each inner Setup link mechanism 80 also, similar to the outer setup link mechanism can also be rotated attached to additional first setup linkage joint 84 oriented platform 76 through. セットアップリンク機構延長リンク１０２のそれぞれは、関連付けられるセットアップリンク機構ベースリンク１００に対して水平方向に並進移動可能であり、この水平方向は、多くの実施形態において、関連付けられるセットアップリンク機構ベースリンク及びセットアップリンク機構延長リンク１０２と一直線になる。 Each setup linkage extension link 102 is translatable in a horizontal direction with respect to the up link mechanism base link 100 associated, the horizontal direction, in many embodiments, associated setup linkage base link and Setup in alignment with the link mechanism extending link 102. セットアップリンク機構部分１０４のそれぞれは、セットアップリンク機構垂直リンク１０６を垂直に配向させたまま、セットアップリンク機構垂直リンク１０６を垂直方向に選択的に並進移動可能に構成されるとともに動作可能である。 Each setup link mechanism portion 104, while to align the setup link mechanism vertical link 106 vertically, is operable while being selectively translatable to configure Setup link mechanism vertical links 106 in the vertical direction. 例示的な実施形態では、セットアップリンク機構部分１０４のそれぞれは、第１のジョイント１１２、結合リンク１１４、及び第２のリンク機構１１６を含む。 In the exemplary embodiment, each of the up link mechanism portion 104 includes a first joint 112, coupling link 114 and second link mechanisms 116,. 第１のジョイント１１２は、結合リンク１１４をセットアップリンク機構延長リンク１０２に回転結合する。 The first joint 112 rotates bind the binding link 114 to set up the link mechanism extending link 102. 第２のジョイント１１６は、セットアップリンク機構垂直リンク１０６を結合リンク１１４に回転結合する。 The second joint 116 rotates coupling setup linkage vertical link 106 to the connecting link 114. セットアップリンク機構延長リンク１０２に対する結合リンク１１４の回転が、セットアップリンク機構垂直リンク１０６が垂直に選択的に並進移動される間にセットアップリンク機構垂直リンク１０６が垂直に配向されて保持されるよう、結合リンク１１４に対するセットアップリンク機構垂直リンク１０６の相殺回転によって整合されるように、第１のジョイント１１２は、第２の平行四辺形ジョイント１１６に回転が結び付けられる。 So that rotation of the coupling link 114 for setting up the linkage extension link 102 is held up link mechanism vertical link 106 during the setup linkage vertical links 106 are selectively translation perpendicularly is oriented vertically, coupled as is aligned to the link 114 by offsetting the rotation of the setup linkage vertical link 106, the first joint 112, the rotation is bound to the second parallelogram joint 116. 第２のセットアップリンク機構ジョイント１０８は、セットアップリンク機構垂直リンク１０６に対してマニピュレータ支持リンク１１０を選択的に配向するように動作可能であり、それによって、セットアップリンク機構垂直リンク１０６に対して関連付けられる取り付けられたマニピュレータ８２を選択的に配向する。 Second up link mechanism joint 108 is operable to selectively orient the manipulator support link 110 with respect to set-up linkage vertical link 106 is thereby associated with respect to setup linkage vertical link 106 the manipulator 82 mounted selectively oriented.
図７は、多くの実施形態による、ロボット手術システム１２０の斜視概略図である。 7, according to many embodiments is a perspective schematic view of a robotic surgical system 120. 手術システム１２０は図６の手術システム７０の構成要素と同様の構成要素を含むので、同じ参照数字が同様の構成要素に関して使用され、上述の同様の構成要素の対応する説明は、手術システム１２０に適用可能であるとともに繰り返しを避けるためにここでは省略される。 Since surgery system 120 includes components similar to those of the surgical system 70 in FIG. 6, it is used the same reference numerals for similar elements, the corresponding description of like components described above, the surgical system 120 it is omitted here to avoid repetition with applicable. 手術システム１２０は、取付ベース７２、支持リンク機構１２２、配向プラットホーム１２４、複数のセットアップリンク機構１２６（４つが示されている）、及び複数の手術器具マニピュレータ８２を含む。 Surgical system 120 includes mounting base 72, the support link mechanism 122, the orientation platform 124, a plurality of setup link mechanism 126 (four are shown), and a plurality of surgical instruments manipulator 82. マニピュレータ８２のそれぞれは、マニピュレータ８２に取付けられるとともに挿入軸に沿って患者に挿入可能である手術器具を選択的に関節運動させるように動作可能である。 Each manipulator 82 is operable along the insertion axis with mounted on a manipulator 82 so as to selectively articulate the surgical instrument is insertable into a patient. マニピュレータ８２のそれぞれは、セットアップリンク機構１２６の１つに取付けられるとともに支持される。 Each manipulator 82, is supported with mounted on one of the up link mechanism 126. セットアップリンク機構１２６のそれぞれは、第１のセットアップリンク機構ジョイント８４によって配向プラットホーム１２４に回転結合されるとともに支持される。 Each setup link mechanism 126 is supported while being rotated coupled to the alignment platform 124 by the first up link mechanism joint 84. 配向プラットホーム１２４は、支持リンク機構１２２に回転結合されるとともに支持される。 Orientation platform 124 is supported while being rotated coupled to support link mechanism 122. そして、支持リンク機構１２２は、取付ベース７２に固定して取付けられるとともに支持される。 The support link mechanism 122 is supported with fixedly attached to the mounting base 72.
支持リンク機構１２２は、取付ベース７２に対して配向プラットホーム１２４を選択的に位置決めする及び／又は配向するよう動作可能である。 Support link mechanism 122 is operable alignment platform 124 selectively positioned and / or to direct the mounting base 72. 支持リンク機構１２２は、コラムベース８６、並進移動可能コラム部材８８、ショルダージョイント９０、ブームベース部材９２、ブーム第１段部材９４、及びリストジョイント９８を含む。 Support link mechanism 122 includes a column base 86, translatable column member 88, the shoulder joint 90, the boom base member 92, the boom first stage member 94, and a wrist joint 98. 支持リンク機構１２２は、ショルダージョイント９０とブーム第１段部材９４の遠位端部との間の距離を選択的に設定するよう動作可能である。 Support link mechanism 122 is operable to selectively set the distance between the shoulder joints 90 and the boom distal end portion of the first stage member 94. リストジョイント９８は、ブーム第１段部材９４の遠位端部を配向プラットホーム１２４に回転結合する。 Wrist joint 98 rotates coupling the distal end of the boom first stage member 94 into alignment platform 124. リストジョイント９８は、取付ベース７２に対する配向プラットホーム１２４の角度配向を選択的に設定するよう動作可能である。 Wrist joint 98 is operable to selectively set the angular orientation of the alignment platform 124 relative to the mounting base 72.
セットアップリンク機構１２６のそれぞれは、配向プラットホーム１２４に対して、関連付けられるマニピュレータ８２を選択的に位置決めする及び／又は配向するよう動作可能である。 Each setup link mechanism 126, the alignment platform 124 is operable to a manipulator 82 associated selectively to and / or orientation positioning. セットアップリンク機構１２６のそれぞれは、セットアップリンク機構ベースリンク１００、セットアップリンク機構延長リンク１０２、セットアップリンク機構垂直リンク１０６、第２のセットアップリンク機構ジョイント１０８、トルネード機構支持リンク１２８、及びトルネード機構１３０を含む。 Each setup link mechanism 126 includes a setup linkage base link 100, up link mechanism extending link 102, up link mechanism vertical link 106, the second up link mechanism joint 108, Tornado mechanism support link 128 and Tornado mechanism 130, . セットアップリンク機構１２６のセットアップリンク機構ベースリンク１００のそれぞれは、関連付けられる第１のセットアップリンク機構ジョイント８４の動作を介して配向プラットホーム１２４に対して選択的に配向されることができる。 Each setup linkage base link 100 of the setup link mechanism 126, may be selectively oriented relative orientation the platform 124 through the operation of the first set-up linkage joint 84 associated. セットアップリンク機構垂直リンク１０６のそれぞれは、関連付けられるセットアップリンク機構延長リンク１０２に対して垂直方向に選択的に並進移動可能である。 Each setup linkage vertical link 106, is translatable selectively in a direction perpendicular to the up link mechanism extending link 102 associated. 第２のセットアップリンク機構ジョイント１０８は、セットアップリンク機構垂直リンク１０６に対してトルネード機構支持リンク１２８を選択的に配向するように動作可能である。 Second up link mechanism joint 108 is operable to selectively orient the tornado mechanism support link 128 with respect to set-up linkage vertical link 106.
トルネード機構１３０のそれぞれは、トルネードジョイント１３２、結合リンク１３４、及びマニピュレータ支持部１３６を含む。 Each Tornado mechanism 130, tornado joint 132, coupling link 134, and a manipulator supporting portion 136. 結合リンク１３４は、マニピュレータ支持部１３６をトルネードジョイント１３２に固定して結合する。 Coupling link 134 fixedly coupled to the manipulator support portion 136 Tornado joint 132. トルネードジョイント１３２は、トルネード機構支持リンク１２８に対してトルネード軸１３８周りにマニピュレータ支持部１３６を回転させるように動作可能である。 Tornado joint 132 is operable to rotate the manipulator support portion 136 around the tornado axis 138 with respect to the tornado mechanism support link 128. トルネード機構１３０は、マニピュレータ８２の操作のリモートセンタ（ＲＣ）がトルネード軸１３６と交差するようマニピュレータ支持部１３８を位置決めするとともに配向するように構成される。 Tornado mechanism 130 is configured such that the remote center of the operation of the manipulator 82 (RC) is oriented with positioning the manipulator support 138 so as to intersect the tornado axis 136. したがって、トルネードジョイント１３２の動作は、患者に対して関連付けられる操作のリモートセンタ（ＲＣ）を動かすことなしに、患者に対して関連付けられるマニピュレータ８２を再配向するために使用されることができる。 Therefore, the operation of the tornado joint 132, without moving the remote center of operation associated to the patient (RC), can be used to re-orient the manipulator 82 associated with the patient.
図８は、図７のロボット手術システム１２０の概略図に一致する、多くの実施形態による、ロボット手術システム１４０の簡略化された図である。 Figure 8 corresponds to the schematic diagram of a robotic surgical system 120 of FIG. 7, according to many embodiments, a simplified diagram of the robotic surgical system 140. 手術システム１４０は、図７のロボット手術システム１２０に一致するので、同じ参照番号が類似の構成要素に関して使用され、上述の類似の構成要素の対応する説明は、手術システム１４０に適用可能であるとともに繰り返しを避けるためにここでは省略される。 Surgical system 140, since the matching robotic surgical system 120 of FIG. 7, the same reference numbers are used with respect to similar components, the corresponding description of the similar components described above, along with applicable to surgical system 140 It is omitted here in order to avoid repetition.
支持リンク機構１２２は、多数のセットアップ構造軸に沿って支持リンク機構１２２のリンク間の相対運動を介して取付ベース７２に対して配向プラットホーム１２４を選択的に位置決め及び配向するように構成される。 Support link mechanism 122 is configured to selectively position and orientation of the oriented platform 124 relative to the mounting base 72 through a relative movement between the links of the support link mechanism 122 along multiple setup structure axis. 並進移動可能コラム部材８８は、第１のセットアップ構造（ＳＵＳ）軸１４２に沿ってコラムベース８６に対して選択的に再位置決め可能であり、この第１のＳＵＳ軸１４２は、多くの実施形態において、垂直に配向される。 Translatable column member 88 is selectively repositioned relative to the column base 86 along the first setup structure (SUS) axis 142, the first SUS shaft 142, in many embodiments , it is oriented vertically. ショルダージョイント９０は、第２のＳＵＳ軸１４４周りに並進移動可能コラム部材８８に対してブームベース部材９２を選択的に配向するよう動作可能であり、この第２のＳＵＳ軸１４４は、多くの実施形態において、垂直に配向される。 Shoulder joint 90 is operable to selectively orient the boom base member 92 relative to the translatable column member 88 about the second SUS shaft 144, the second SUS shaft 144, a number of embodiments in embodiments, it is oriented vertically. ブーム第１段部材９４は、第３のＳＵＳ軸１４６に沿ってブームベース部材９２に対して選択的に再位置決め可能であり、この第３のＳＵＳ軸１４６は、多くの実施形態において、水平に配向される。 Boom first stage member 94 is selectively repositioned relative to the boom base member 92 along the third SUS shaft 146, in the third SUS shaft 146, many embodiments, horizontally It is oriented. そして、リストジョイント９８は、第４のＳＵＳ軸１４８に沿ってブーム第１段部材９４配向プラットホーム１２４を選択的に配向するよう動作可能であり、この第４のＳＵＳ軸１４８は、多くの実施形態において、垂直に配向される。 The wrist joint 98 is operable along a fourth SUS shaft 148 to selectively orient the first stage member 94 oriented platform 124 boom, SUS axis 148 of the fourth, many embodiments in, it is oriented vertically.
セットアップリンク機構１２６のそれぞれは、多数のセットアップジョイント（ＳＵＪ）軸に沿ってセットアップリンク機構１２６のリンク間の相対運動を介して配向プラットホーム１２４に対して、関連付けられるマニピュレータ８２を選択的に位置決め及び配向するように構成される。 Each setup link mechanism 126, selectively positioned and oriented with respect to the alignment platform 124 via a relative movement between the links of the setup link mechanism 126 along multiple setup joint (SUJ) axis, a manipulator 82 associated configured to. 第１のセットアップリンク機構ジョイント８４のそれぞれは、第１のＳＵＪ軸１５０周りに配向プラットホーム１２４に対して、関連付けられるセットアップリンク機構ベースリンク１００を選択的に配向するよう動作可能であり、この第１のＳＵＪ軸１５０は、多くの実施形態において、垂直に配向される。 Each of the first set-up linkage joint 84, the alignment platform 124 to the first SUJ shaft 150 around is operable to selectively orient the setup link mechanism base link 100 associated, the first SUJ shaft 150, in many embodiments, is oriented vertically. セットアップリンク機構延長リンク１０２のそれぞれは、第２のＳＵＪ軸１５２に沿って、関連付けられるセットアップベースリンク１００に対して選択的に再位置決め可能であり、この第２のＳＵＪ軸１５２は、多くの実施形態において、水平に配向される。 Each setup linkage extension link 102, along a second SUJ shaft 152 are selectively repositioned relative to associated setup base link 100, the second SUJ shaft 152, a number of embodiments in embodiments, it is oriented horizontally. セットアップリンク機構垂直リンク１０６のそれぞれは、第３のＳＵＪ軸１５４に沿って、関連付けられるセットアップリンク機構延長リンク１０２に対して選択的に再位置決めされることができ、この第３のＳＵＪ軸１５４は、多くの実施形態において、垂直に配向される。 Each setup linkage vertical link 106, along a third SUJ shaft 154, can be selectively repositioned relative to the setup linkage extension link 102 that is associated, the third SUJ shaft 154 in many embodiments, it is oriented vertically. 第２のセットアップリンク機構ジョイント１０８のそれぞれは、第３のＳＵＪ軸１５４周りにセットアップリンク機構垂直リンク１０６に対してトルネード機構支持リンク１２８を選択的に配向するように動作可能である。 Each of the second set-up linkage joints 108, is operable to selectively orient the tornado mechanism support link 128 for the third SUJ shaft 154 around the set-up linkage vertical link 106. トルネードジョイント１３２のそれぞれは、関連付けられるトルネード軸１３８周りに関連付けられるマニピュレータ８２を回転させるように動作可能である。 Each Tornado joint 132, is operable to rotate the manipulator 82 associated around tornado axis 138 associated.
図９Ａは、多くの実施形態による、配向プラットホーム１２４に対するセットアップリンク機構１２６の回転配向限度を示す。 Figure 9A, according to many embodiments, showing the rotational orientation limits of up link mechanism 126 of the alignment platform 124. セットアップリンク機構１２６のそれぞれは、配向プラットホーム１２４に対する時計回りの限度配向で示されている。 Each setup link mechanism 126 is shown in the limit orientation of clockwise relative orientation platform 124. 対応する反時計回りの限度配向は、垂直に配向された鏡面に対する図９の鏡像によって示される。 Limit the orientation of the corresponding counterclockwise, as indicated by the mirror image of FIG. 9 for mirror surface oriented vertically. 図示されるように、２つの内側セットアップリンク機構１２６のそれぞれは、垂直基準１５６から一方向に５度から垂直基準１５６から反対方向に７５度まで配向されることができる。 As shown, each of the two inner Setup link mechanism 126 can be oriented from the 5 degrees from the vertical reference 156 in one direction to 75 degrees in the opposite direction from the vertical reference 156. また、図示されるように、２つの外側セットアップリンク機構のそれぞれは、垂直基準１５６から対応する方向に１５度から９５度まで配向されることができる。 Further, as shown, each of the two outer setup link mechanism can be oriented in a direction 15 degrees corresponding the vertical reference 156 to 95 degrees. １つの態様では、セットアップリンク機構が、図９Ａに示されるようなそれらに関連付けられる限度の近く又は同限度に位置する配向は、この位置が、１又は複数のマニピュレータにおけるツールの交換を容易にするために又は手術台の患者に対する１又は複数のツールを手動で位置決めするために、患者側助手がアームのそれぞれへの容易なアクセスを可能にするので、初期セットアップのための展開された設定に適し得る。 In one embodiment, the setup link mechanism, the orientation which is located near or the same limits of limit associated with them as shown in Figure 9A, this position facilitates the exchange of tools in one or more manipulators to position one or a plurality of tool manually or for operating table patient for, since patient assistant to allow easy access to each of the arms, suitable expanded set for initial setup obtain.
図９Ｂ−９Ｃは、セットアップリンク機構の配向及び位置が、マニピュレータが縮められ且つ互いの近くに又は互いに隣接して位置するようになっている設定を示す。 Figure 9B-9C show the setting the orientation and position of the set-up linkage, so that the manipulator is positioned and adjacent to or from each other close to each other is contracted. このような配向は、マニピュレータアームがより少ない作業空間を占めるしまい込まれた設定に適し得る。 Such orientation may be suitable for setting the manipulator arm is stowed occupies less workspace. これは、手術台を調整するための又は手術台に患者を位置決めするための患者側助手の追加のクリアランスを可能にし得る。 This may allow additional clearance patient assistant for positioning the patient or the operating table for adjusting the operating table. ある態様では、システムは、図９Ｃに示されるように、部分的にしまい込まれた設定（例えば、滅菌しまい込み（sterile stow））を用いることができ、ここでは、セットアップジョイントは、マニピュレータがより少ない作業空間を占めるが、マニピュレータの１又は複数が配置され得る任意の手術ドレープのためのクリアランスを可能にするように互いから十分離れるように、位置決めされ且つ配向される。 In some embodiments, the system, as shown in FIG. 9C, partially stowed configuration (e.g., stowed sterile (sterile stow)) can be used, here, the setup joint manipulator more It occupies less working space, away enough from each other to allow clearance for any surgical drape which one or more manipulators may be arranged and oriented is positioned and. この滅菌しまい込み設定は、滅菌状態にあるシステムの１又は複数の構成要素の検出に応じて生じることができ、滅菌構成要素状の手術ドレーピングの存在を示し得る。 Setting stowage sterilization can occur in response to the detection of one or more components of the system in a sterile condition, it may indicate the presence of sterile components like surgical draping. 他の態様では、システムは、図９Ｂに示されるように、完全にしまい込まれた設定（例えば、完全しまい込み）を用いることができ、ここでは、セットアップジョイントは、マニピュレータによって占められる作業空間を実質的に最小にするために、互いに対して縮められた又は互いに直接隣接するように、位置決めされ且つ配向される。 In another aspect, the system, as shown in FIG. 9B, fully stowed configuration (e.g., fully stowed) can be used, here, the setup joint, the working space occupied by the manipulator to substantially minimize, to adjacent crimped or directly to each other with respect to each other, it is oriented is positioned and.
セットアップジョイントの受動運動制御 Passive motion control setup joint
１つの態様では、システムのセットアップ構造の所望の設定が、上述のセットアップジョイントの受動運動を制御することによって実現されることができる。 In one embodiment, the desired setting up the structure of the system, it can be realized by controlling the passive movement of the above-described setup joint. ある適用では、これは、セットアップジョイントが自由に浮動し且つ所望の場所にセットアップジョイントを手動で動かすことによって成し遂げられ、このプロセスは、特に、高度に設定可能且つ冗長自由度を有する複数のロボットアームを含むセットアップ構造では、複雑且つ時間がかかるようになり得る。 In some applications, this setup joint is accomplished by moving the setup joint manually freely floating to and desired location, the process, in particular, a plurality of robotic arms with a highly configurable and redundancy freedom the setup structure containing, may cause long complicated and time. 所望の設定を達成するために受動運動を有するセットアップジョイントを使用することの使いやすさ及び効率を向上させるために、本発明の態様による方法は、セットアップ構造の特定の他のジョイントを能動的に駆動することと併せた受動ジョイントの協調制動によって、受動ジョイント運動を制御する。 In order to improve the usability and efficiency of using a set-up joint with a passive exercise to achieve the desired setting, the method according to aspects of the present invention, actively certain other joint setup structure the braking coordination of the passive joints in conjunction with driving, controlling the passive joint movement. ある態様では、セットアップジョイントの基準状態は、セットアップ構造の所望の設定と一致することが決定され、ジョイント状態センサが基準状態からのセットアップジョイントの変位を決定するために使用される。 In some embodiments, the reference state of the set-up joint, it is determined to match the desired set of set-up structure, it is used for the joint state sensor to determine the displacement of the setup joint from the reference state. セットアップ構造の１又は複数の他のジョイントは、セットアップ構造を駆動し、セットアップジョイントに関連付けられるリンク機構に力及び／又はモーメントを与えるように、能動的に駆動される。 One or more other joints setup structure drives the setup structure, to provide a force and / or moment to the link mechanism associated with the setup joint, it is actively driven. セットアップジョイントの受動運動は、リンク機構が剛体ボディとして機能するように、プラットホームリンク機構が加速し始めるとき、ジョイントブレーキによって妨げられる。 Passive motion setup joint, when the link mechanism to function as a rigid body the body, the platform linkage begins to accelerate, hampered by a joint brake. リンク機構への力及び／又はモーメントが、セットアップジョイントの受動運動が基準状態に向かって動くようであるとき、リンク機構への力及び／又はモーメントの慣性によって生じるジョイントの受動運動を容易にするために、ブレーキは、少なくとも部分的に、解放される。 Force and / or moment to the link mechanism, when the passive movement of the setup joint is to move toward the reference state, to facilitate the passive motion of the joint caused by the inertia force and / or moment to the link mechanism the brake is at least partially released. １つの態様では、動いているリンク機構の慣性が、それぞれのリンク機構を推進して又は「投げつけて（fling）」所望の方向のジョイント運動を生じさせるように、関連付けられるリンク機構への力及び／又はモーメントが閾値の大きさを超えるとき、特定のセットアップジョイントのブレーキは解放される In one embodiment, moving the inertia of the link mechanism is found to cause a respective "hurling (fling)" to or promote linkage desired direction of the joint movement, a force to the link associated mechanism and / or when the moment exceeds the magnitude threshold, the brake specific setup joint is released
ある態様では、制御方法は、１又は複数の被駆動ジョイントを通じたセットアップ構造の駆動によって与えられる関連付けられた力及び／又はモーメントからのジョイントへの慣性力に基づいて、受動ジョイントにブレーキを選択的に掛ける。 In some embodiments, the control method may include one or more on the basis of the inertial force to the joint from forces and / or moments associated given by the driving of the setup structure through the driven joints, selectively brakes passive joints hang on. １つの態様では、受動ジョイントは、ジョイントへの慣性力が、受動ジョイントを基準状態から離れて動かす受動運動をもたらすであろうとき、制動され、ジョイントへの慣性力が、基準状態へ向かう受動運動をもたらすであろうとき、浮動することを許容される。 In one embodiment, the passive joint, when the inertial force on the joint would result in a passive movement to move away passive joint from the reference state, is braked, the inertial force of the joint, passive movement towards the reference state when would result in, it is allowed to float. １つの態様では、慣性力によって生じたジョイントの受動運動は、受動ジョイントを所望の基準位置に完全に動かすのに十分でない場合があるので、１又は複数の被駆動ジョイントは、それに応じて提供される受動ジョイントの受動運動が完全な運動を生じさせるまで、周期的に動かされ（cycled）得る。 In one embodiment, the passive exercise of the joint caused by inertia, since the passive joints may not be sufficient to completely move to a desired reference position, one or more of the driven joint is provided accordingly that until the passive movement of the passive joints cause full movement, obtained periodically moved (cycled). それぞれが関連付けられるジョイント限度又はジョイント運動の範囲を有するセットアップ構造の様々な被駆動ジョイントを考えると、１又は複数の被駆動ジョイントは、１方向に所定の変位駆動されることができ、その後逆転されて反対方向に駆動されることができる。 When each believed that various driven joint setup structure having a joint limit or range of joint motion associated with one or more of the driven joint may be predetermined displacement drive in one direction, it is then reversed it can be driven in opposite directions Te. 力及び／又はモーメントの特定の大きさがジョイントの必要な受動運動を生じさせるのに十分な慣性を提供するために必要とされ得るので、ロボットアームへの必要な力及び／又はモーメントは、受動ジョイント運動を生じさせるのに必要な所望の力をもたらすシミー運動（shimmying movement）又は様々な他の運動のような、計算された運動にしたがって１又は複数のモータ駆動ジョイントの制御された駆動によって決定されることができる。 Because certain amount of force and / or moment may be required to provide adequate inertia to generate the necessary passive motion of the joint, the required force and / or moment to the robot arm, passive shimmy motion to produce the desired force required to produce a joint motion (shimmying movement) or as a variety of other movements, determined by controlled drive of the calculated one or more motor-driven joint according to the motion it is the can. 例えば、特定のトルクで運動学的チェーンに沿って直列に配置された平行軸を有する２つの回転ジョイントのそれぞれを駆動することは、そのトルクを同じ方向に２つの被駆動回転ジョイントのいずれか一方だけへ加えることより、チェーンのより遠位のリンク機構においてより大きい慣性力及び／又はモーメントをもたらす。 For example, the driving of each of the two rotary joints having parallel axes which are arranged in series along the kinematic chain at a particular torque, either one of the two driven rotating joints that torque in the same direction than adding to only lead to greater inertia and / or moments in the more distal linkage chain. 被駆動ジョイントの組み合わされた運動を使用することは、より近位のジョイントのジョイント運動のトルク能力又は範囲における限度を克服するのに有用であり得る。 The use of movement combined with the driven joint may be useful to overcome limitations in the torque capacity or range of joint motion of the more proximal joint. 他の態様では、より大きい慣性力及び／又はモーメントが、より大きいジョイント変位にわたってより近位のリンク機構を加速することによって又は増加された加速度によって、達成されることができる。 In other embodiments, larger inertial forces and / or moments, or by increased acceleration by further accelerate the proximal linkage over a larger joint displacement can be achieved.
ある態様では、ブレーキ解放は、受動ジョイントが浮動するとともに特定の範囲内の受動ジョイントへのトルクの検知に応じて受動的に動くことを可能にするように、タイミングを合わせられる（timed）。 In some embodiments, the brake released, the passive joints to allow move passively in response to the detection of the torque to the passive joints within a certain range as well as floating, is timed (timed). 例えば、ブレーキは、より高いジョイント速度又は加速度を達成するジョイントへの増加した慣性を可能にするように検知されるトルクが最小閾値を超えているとき、解放されることができ、受動運動中の過度に高い速度又は加速度を防ぐために検知されるトルクが最大閾値を超えているとき、少なくとも部分的に、掛けられることができる。 For example, brake, when the torque to be detected to allow for increased inertia of the joint to achieve a higher joint velocity or acceleration exceeds a minimum threshold, can be released, in the passive exercise when the torque is detected to prevent an excessively high speed or acceleration exceeds the maximum threshold value, at least in part, it can be exerted. ジョイントブレーキは、受動運動中にジョイントの速度を実質的に一定速度に維持するために反作用トルクを最大値に維持するように掛けられ得る又は可変ブレーキが、ジョイントが所望の基準状態に近づくような受動運動中に、ジョイントの実質的に一定の減速度を提供するように、掛けられ得る。 Joint brakes, or variable brake may be subjected as to maintain the reaction torque to the maximum value in order to maintain during the passive movement speed of the joint substantially constant rate, such as the joint approaches the desired reference state during passive exercise, so as to provide a substantially constant deceleration of the joint may be subjected. ある態様では、ブレーキの適用は、少なくとも部分的に、受動ジョイントの検知トルク及び所望の基準ジョイント状態からの実際のジョイント状態の変位（例えば、誤差）に基づく。 In some embodiments, application of the brakes, at least in part, based on the displacement of the actual joint condition from sensing torque and a desired reference joint state of passive joints (e.g., error). このアプローチは、ジョイントが基準状態からどのくらい離れているかに基づく受動運動中の受動ジョイントの速度及び／又は加速度の制御を可能にする。 This approach joint allows how much the speed of the passive joint passive during exercise based on whether the remote and / or control of the acceleration from the reference state. 例えば、ジョイントが、基準状態から所定の変位上回るとき、ブレーキの適用は、（受動ジョイントが基準に向かって動いているとき）受動ジョイントの実質的に一定のジョイント速度を提供するように制御され、ジョイント変位が十分に基準に近い（例えば、所定変位内の）とき、可変制動が、ジョイントが所望の基準状態に達するまで、実質的に一定の減速度を提供するように適用される。 For example, joint, when exceeding a predetermined displacement from the reference state, the application of the brake is controlled to provide a substantially constant joint velocity of passive joints (when moving toward the reference passive joints) joint displacement sufficiently close to the reference (e.g., within a predetermined displacement) when a variable braking, until the joint reaches the desired reference state, is applied to provide a substantially constant deceleration.
１つの態様では、いったん受動ジョイントが所望の基準状態に達すると、ブレーキは、受動ジョイントを基準状態でロックするために完全に掛けられる。 In one embodiment, once the passive joints reaches the desired reference state, the brake is completely subjected to lock the passive joints at the reference state. 他の態様では、システムは、それぞれのロボットアームに関連付けられる全ての受動ジョイント、又はセットアップ構造に関連付けられる全ての受動ジョイントが、実質的にそれらのそれぞれの基準状態に又はそれらのそれぞれの基準状態の近くになるまで、部分的にブレーキを掛け得る。 In another aspect, the system, all of the passive joints associated with each of the robot arm, or all of the passive joints associated with the setup structure, substantially or to their respective reference state their respective reference state in until the close, it can multiplied by the partial brake. このアプローチは、配向プラットホーム又はセットアップ構造の他のリンク機構の前後の交互運動中に複数ロボットアームが剛体ボディとして揺動することを可能にされたセットアップ構造の近位ジョイントに生じ得る実質的な反作用トルクを防ぎ得る又は減らし得る。 This approach, substantial counteraction before and after multiple robot arms during alternating movement can occur proximal joint-Enabled up structure that swings rigid body other linkage oriented platform or up structure It may obtain or reduce prevents torque.
力及びモーメントの大きさ及び検知は、ジョイント状態センサ、又はトルクセンサを用いて決定されることができる。 Magnitude and sense of the forces and moments can be determined using joint state sensors, or torque sensor. 検知力及び／又はモーメントが最小閾値にある又は最小閾値を上回るときのジョイントブレーキの解放は、より大きい及び／又はより速い受動ジョイント運動を生じさせる関連付けられる増加した慣性をもたらす。 Release of the joint braking when detecting forces and / or moments above a certain or minimum threshold to the minimum threshold, resulting in increased inertia associated produce larger and / or faster the passive joint movement. 代替的には、検知力が最大閾値を上回る場合にジョイントブレーキを掛けることによって、過度に又は不必要に速い受動ジョイント運動が回避されることができる。 Alternatively, by applying a joint brake when detecting force exceeds the maximum threshold, it can be excessively or unnecessarily fast passive joint movements are avoided. 幾つかの態様では、システムは、受動ジョイントへの反作用トルクを検知することによって、力及び／又はモーメントに応じて受動ジョイントの速度及び／又は加速度を決定する。 In some embodiments, the system by sensing the reaction torque to the passive joints, which determine the speed and / or acceleration of the passive joints in response to forces and / or moments.
上記の例示の設定、展開、滅菌しまい込み及び完全しまい込みのそれぞれは、ある基準状態への特定のセットアップジョイントの受動運動を、典型的には、セットアップジョイントの位置及び／又は向きを制御することによって、もたらされ得る。 The above exemplary configuration, deployment, each sterile sister inclusive and complete sister inclusive, passive movement of specific setup joint to a certain reference state, typically, to control the position and / or orientation of the setup joint by, it can be brought about. ある実施形態は、１又は複数のセットアップジョイントを減給しているが、本明細書に記載される態様のいずれも、受動運動を提供できるジョイントを有する任意のリンク機構に適用でき且つ所望の状態（例えば、位置、向き、速度及び／又は加速度）を達成するようこのようなジョイントの受動運動を制御するために使用できることが理解される。 Certain embodiment has been pay cuts one or more setup joints, any of the embodiments described herein, applicable to any link mechanism having a joint which can provide a passive exercise can and desired state ( for example, position, orientation, can be used speed and / or acceleration) to achieve in order to control the passive movement of such joints are understood. 典型的には、本明細書に記載されるように、１又は複数の被駆動ジョイントは、制御されている受動ジョイントにより近位であるが、受動ジョイントのより遠位の１又は複数の駆動ジョイントの運動が、（例えば、揺動ポンピングタイプの機構（swing pumping type mechanism）のような）受動ジョイントの運動を制御するのに十分な受動ジョイントにおける反作用力を誘起し得ることが理解される；しかし、より遠位のジョイントの投げつけるタイプの運動（flinging type motion）を誘起するように受動ジョイントの近位の１又は複数の被駆動ジョイントを用いることが概してより効率的であり、このより遠位のジョイントの慣性は、受動ジョイントを所望の状態に動かすための選択的な制動によって使用される。 Typically, as described herein, one or more of the driven joint is a proximal by passive joints are controlled, the more distal of one or more of the drive joints of the passive joints movement is understood to be able to induce (e.g., such as the swing pumping type mechanism (swing pumping type mechanism)) reaction forces in sufficient passive joints to control the movement of the passive joints; but a more distal joints of hurling type of motion (flinging type motion) efficient than generally be used proximal of one or more of the driven joints of the passive joints to induce, in the more distal inertia of the joint, is used by the selective braking to move the passive joints to a desired state.
上述の概念をさらに説明するために、ある態様が以下の例においてより詳細に記載される。 To further illustrate the above concept, an embodiment is described in more detail in the following examples.
図１０Ａは、配向プラットホームへのセットアップジョイントの簡略化された２−Ｄ図を示し、この配向プラットの位置及び向きは、モータ被駆動ジョイントによって制御される。 10A shows a 2-D view of a simplified setup joint into alignment platform, position and orientation of the orientation Pratt is controlled by a motor driven joints. セットアップジョイントは、受動ジョイント運動を提供できる受動ジョイント及び、部分的に或いは完全に、受動ジョイント運動を選択的に制動できるジョイントブレーキである。 Setup joint, and the passive joints can provide passive joint motion, partly or completely, is a joint brake selectively braking the passive joint movement. ジョイントブレーキがセットアップジョイントに掛けられる間に、配向プラットホームが動くと、セットアップジョイントリンクは、配向プラットホームと共に剛体ボディとして並進し且つ回転する。 While the joint brake is applied to set up the joint, the orientation platform moves, the setup joint link translation to and rotates as a rigid body the body with the alignment platform. ジョイントブレーキが解放されるとき、セットアップジョイントリンクの運動は、セットアップジョイントリンクの慣性パラメータ（ｍ及びＪ）、配向プラットホームの加速度及びセットアップジョイントにおける摩擦によって支配される。 When the joint brake is released, the movement of the setup joint link, the inertia parameter setup joint link (m and J), is governed by the friction in the acceleration and setup joint alignment platform.
図１０Ｂは、ジョイントブレーキが解放された状態の図１０Ａのセットアップジョイントリンクの自由体（free body）図を示す。 10B shows a free body (free body) FIG setup joint link of Figure 10A in a state where the joint brake is released. ジョイントにおける摩擦が簡単化のために省略される場合、座標系の加速は、並進及び回転項、それぞれに比例する、及びある意味では反対の、力及びモーメントを発生させる。 If the friction in the joint is omitted for simplicity, the acceleration of the coordinate system, translation and rotation term, proportional to the respective and opposite in a sense, to generate forces and moments. リンク機構へのモーメントは、ジョイントブレーキが解放された状態の受動加速度を決定するためにジョイント周りに生じ得る。 Moment in the linkage can occur joints around in order to determine the passive acceleration state joint brake is released. 加速度の並進成分は、トルクｍα（ｔ）Ｌｓｉｎ（θ（ｔ））に寄与し、及び回転加速度成分はＪ（α ｂ （ｔ）））に寄与する。 Translational component of the acceleration contributes to the torque mα (t) Lsin (θ ( t)), and the rotational acceleration component contributes to J (α b (t)) ).
１つの態様では、ジョイントブレーキは、電圧信号入力によってのように、電気的に作動される。 In one embodiment, the joint braking, as the voltage signal input is electrically actuated. ジョイントは、電圧入力の大きさに比例して部分的に係合するように構成され得る。 Joint may be configured to partially engage in proportion to the magnitude of the voltage input. この構成は、ブレーキの電圧制御が、電圧に対するブレーキ力をニュートンメートルのトルクに関連付ける既知のカーブを使用することによって決定されることを可能にするので、ブレーキは、１トルク方向にのみ制御されることができるトルクモータと同様の方法で用いられることができる。 This arrangement, the voltage controlled brakes, so to allow it to be determined by using known curve associating a braking force for the voltage of the torque in Newton meters, brake is controlled only in one direction of torque it can be used in a manner similar to the torque motor can. 加えて、内力は、基準状態へのジョイントの所望の運動を生じさせるのに十分なトルクを提供するのに不十分である可能性があるので、より近位のリンク機構（例えば、配向プラットホームリンク機構）は、ジョイントが基準状態になるまで各周期動作（each cycling）において基準状態に向かう受動運動を生じさせるのに誘起されたトルクが適切な大きさ且つ方向にあるとき、ブレーキが選択的に開放され得るように、周期運動にしたがって前後に駆動され得るしたがって、ジョイントの受動運動は、運動学的チェーンに沿う１又は複数の能動的に駆動されるジョイントの被駆動運動と協調させられる選択的な制動によって制御される。 In addition, internal force, because there may be insufficient to provide enough torque to produce the desired motion of the joint to the reference state, the more proximal linkage (e.g., orientation platform link mechanism), when the joint is induced torque to cause passive movement toward the reference state in each period operation until the reference state (the each cycling) is in the appropriate size and direction, the brake is selectively as can be opened, thus can be driven back and forth according to a periodic motion, passive motion of joints, selective for by coordinating with the driven movement of the joint to be driven kinematic chain along one or more actively It is controlled by Do not braking.
図１１は、１又は複数の被駆動ジョイントとともに関連付けられるセットアップ構造を駆動することによってロボットアームのセットアップジョイント（ＳＵＪ）のモーメントを制御する例示の方法を概略的に示す。 Figure 11 schematically illustrates an exemplary method of controlling the moment of the robot arm up joint (SUJ) by driving up structure associated with one or more of the driven joints. 典型的には、ロボットアームの所望の姿勢又は設定（形態）に対応する、所望のセットアップジョイント状態を生じさせるためにユーザからのコマンドを受信することに応じて、システムは、セットアップジョイント制御ノードに入る、システムは、ジョイント状態センサの使用によってのように、セットアップジョイントの現在の状態を決定し、セットアップジョイントが所望の状態にない場合、セットアップジョイントを受動ジョイント運動の制御を通じて所望の状態に動かすために使用され得るセットアップ構造運動が計算される。 Typically, in response to corresponding to the desired orientation or configuration of the robot arm (form), for receiving commands from a user to produce the desired setup joint state, the system is setup joint control node entering the system, as in the use of the joint state sensors, to determine the current state of the set-up joints, if setup joint is not in the desired state, for moving the setup joint to a desired state by controlling a passive joint movement setup structure motion is computed that may be used to. 例えば、セットアップジョイントが１又は複数の自由度に沿って所望の状態から変位されている場合、セットアップ構造の運動は、受動セットアップジョイントを基準状態に動かすために利用されることができるセットアップジョイントに関連付けられるリンク機構への力及び／又はモーメントを誘起するように、対応する自由度に沿って計算され得る。 For example, if the setup joint along one or more degrees of freedom are displaced from a desired state, movement of the set-up structure associated with the setup joint can be utilized to move the passive set-up joints reference state the force and / or moment to the link mechanism so as to induce to be, can be calculated along the corresponding degrees of freedom. セットアップ構造はその後、セットアップ構造を支持する１又は複数のモータ駆動ジョイントを駆動することによって計算された運動にしたがって駆動される。 Setup structure is then driven in accordance with movement calculated by driving one or more motors drive joints for supporting the set-up structure. このような運動中、（動くことが許容される場合）セットアップジョイントのいずれかの受動ジョイント運動が所望の基準状態に向かうとき、ジョイントは、これらの特定のセットアップジョイントに関するジョイントブレーキを部分的に又は完全に解放することによって浮動することを許容される。 During such movement, when directed to any of the passive joint motion desired reference condition setup joint (if allowed to move), the joint is partially or joint brake for these specific setup joint It is allowed to float by fully released. セットアップ構造運動中、（動くことが許容される場合）セットアップジョイントのいずれかの受動運動がゼロ又は所望状態から離れて向けられる場合、ジョイント運動は制動される。 If during setup tectonics, directed away from one of the passive motion is zero or a desired state of the setup joint (if allowed to move), joint motion is braked. セットアップジョイントのジョイント状態は、再び評価され、セットアップジョイントのいずれかが依然として所望の状態にない場合、プロセスは、システムが、全てのセットアップジョイントが所望の状態にあることを決定するまで、任意のこのようなジョイントに対して繰り返され、この所望の状態のポイントにおいて、制御モードは終了される。 Joint state of setup joint is evaluated again, if any of the set-up joint is still not in the desired state, the process system, before deciding that all the setup joint is in a desired state, any of the repeated for joints such as, at this point the desired state, the control mode is terminated. 本明細書に記載されるマニピュレータ構造でのような、多くのこのような実施形態では、この全プロセスは、１分未満、しばしば約１０秒以下で生じる。 Such as in the manipulator structure described herein, in many such embodiments, the entire process is less than 1 minute, often occurs in about 10 seconds or less. しかし、プロセスが生じる時間は、もちろん、特定のシステムの運動学、並びに加速度及び関連付けられるジョイント変位にしたがって、変化する。 However, the time that the process occurs, of course, kinematics of a particular system, and according to the acceleration and the joint displacements associated changes. １つの態様では、図１１の方法は、ＳＵＳについて１つ及びＳＵＪについて他があるように、最後に一致する第２の実行経路を含み得る。 In one embodiment, the method of FIG. 11, as is for one and SUJ other for SUS, may include a second execution path that last match. ２つのＳＵＳとＳＵＪとの間で、トルク要求は、その運動を滑らかにするのに役立つようにＳＵＳに渡され、ＳＵＳ加速度は、ブレーキを解放する又は掛けるかどうか及びいつブレーキを解放する又は掛けるかを決定するためにＳＵＪに戻って伝達される。 Between two SUS and SUJ, the torque request is passed to the SUS to help to smooth the movement, SUS acceleration, multiplied or releasing whether and when a brake applying or releasing the brake It is transmitted back to SUJ to determine.
ある実施形態では、全てのセットアップジョイントが約２０秒のような、記載された方法を実行するある期間内にそれらに関連付けられる基準状態に到達しない場合、方法は終わり得る。 In some embodiments, all of the setup joint such as about 20 seconds, if it does not reach the reference state associated with them within a certain period of time to perform the described method, the method may end. 通知が、全てのジョイントが所望の基準状態にあるわけではないことをユーザに提供され得るとともに、任意選択で、どのジョイントがそれらの関連付けられる基準状態から変位したままであるかを特定し得る。 Notification, together with all joints may be provided to the user that not in the desired reference state, optionally, which joint may identify whether remains displaced from the reference state associated with them. ユーザはその後、セットアップジョイントを関連付けられる基準状態に手動で関節運動し得る又は、マニピュレータの１又は複数又はセットアップ構造を他の設定に駆動し得るとともに、モードに再び入り、再びプロセスを繰り返し得る。 The user then, or can be manually articulated to the reference conditions associated setup joint, with may drive one or more or up structure of the manipulator to another setting, re-enter the mode may repeat the process again. 幾つかのシステムでは、例えば、クリアランスの欠如又はマニピュレータ間の衝突に起因する等、あるセットアップジョイントの受動運動を妨げ得る特定の設定があり得る。 In some systems, for example, like due to collision between the clearance of absence or manipulators, there may be specific settings that may interfere with passive movement of a setup joint. このような設定が特定され得るこのような場合、方法は、本明細書に記載される受動ジョイントの制御された運動を試みる前に、セットアップ構造又は１若しくは複数のマニピュレータをそのような設定から離れるように自動的に駆動することを含み得る。 Such if such setting can be specified, the method, before attempting to controlled movement of the passive joints described herein, leaving the setup structure or one or more manipulators from such settings It can include automatically driven to.
ある態様では、記載される方法は、マニピュレータ又はセットアップ構造の１又は複数の所望の配置に対応する所望の基準状態に１又は複数のロボットアームの１又は複数のジョイントの受動運動を制御するための１又は複数のモードで用いられ得る。 In some embodiments, the methods described are manipulators or setup structure 1 or more desired one or more robotic arms to a desired reference state corresponding to the arrangement of one or more joints for controlling the passive movement of It may be used in one or more modes. 基準状態は典型的には、ロボットアームの所望の設定に対応する。 Reference state typically corresponds to the desired setting of the robot arm. 例えば、特定のロボットアームが所望の設定（例えば、展開された、しまい込まれた、滅菌しまい込み）にあるとき、そのアームの各受動セットアップジョイントは、特定の基準状態（例えば、場所）を有する。 For example, the desired setting a specific robot arm when (e.g., deployed and stowed, stowed sterilization) in each passive setup joint of the arm has a specific reference state (e.g., location) . 加えて、各ジョイントの基準状態は、ジョイントがその所望の状態の場所に動くときの基準速度及び／又は加速度を含み得る。 In addition, the reference state of each joint may include a reference velocity and / or acceleration when the joint is moved to the location of the desired state. 各モードへは、追加の入力又はユーザの手動操作なしに被駆動ジョイントの自動的な運動及び所望の基準状態へのジョイントの受動運動の制御を生じさせるボタンを押すことによって入り得る。 It is to each mode may enter by pressing a button to generate a passive motion control of the joint to the automatic movement and desired reference state of the driven joints without additional input or user manual operation.
図１２Ａは、ツール１７０に関連付けられる第１のマニピュレータの及びツール１７２に関連付けられる第２のマニピュレータ８２のそれぞれのセットアップジョイント７８運動を生じさせるように配向プラットホームを駆動する方法を概略的に示す。 Figure 12A illustrates a method of driving the orientation platform to cause each of the setup joint 78 movement of the second manipulator 82 associated with the first manipulator and the tool 172 associated with the tool 170 schematically. 各セットアップジョイントの基準状態は、ロボットシステムのセットアップジョイントの制御された受動運動によりそれぞれのマニピュレータ間により大きいクリアランスを可能にする位置（破線で示される）に縮められたマニピュレータ及びそれぞれのツールの位置に対応する。 Reference states of the set-up joint, the position of the respective positions that enable greater clearance between the manipulator is shortened (shown in phantom) manipulators and respectively the tool by passive controlled movement of the setup joint of the robotic system corresponding. セットアップジョイントの基準状態は、作業空間に関する又は特定のマニピュレータの様々な他のジョイント又はマニピュレータの間に関する、マニピュレータの設定、並びにセットアップジョイントそれ自体の様々な位置、速度、及び／又は加速度の幾らにでも対応し得ることが理解される。 Reference state setup joint concerns for various other joints or manipulators or particular manipulator on the work space, the manipulator setting, as well as various positions of the setup joint itself, velocity, and / or any time how much of the acceleration it is understood that may correspond. １つの態様では、システムは、本明細書に記載される方法が、所望の運動、設定又はマニピュレータ又は関連付けられるセットアップ構造の姿勢を生じさせるためにセットアップジョイントを任意の数の基準状態に動かすようにセットアップジョイントの受動運動を制御するために使用されることができる、様々なモードを含み得る。 In one embodiment, the system, the method, the desired motion, to move the set-up joint reference state any number to produce the posture setting or manipulator or associated is setup structures described herein can be used to control the passive movement of the setup joint may include various modes. 本明細書で使用されるとき用語「マニピュレータ」は、手術器具を操作するために使用され得る又は、内視鏡で若しくは様々な他のツールのために使用され得るような、様々な他のロボットアームを含み得る、ロボットアームを示す The term "manipulator" as used herein, may be used to operate the surgical instrument or, as may be used for an endoscope or a variety of other tools, a variety of other robots It may include arms, showing the robot arm
配向プラットホーム運動コマンドの計算 Calculation of orientation platform movement command
１つの態様では、セットアップジョイントの受動運動は、１又は複数の被駆動ジョイント、典型的には、セットアップジョイントの上流にあるジョイントの駆動によって達成されるセットアップ構造の運動によってリンク機構に加えられる内力及び／又はモーメントによってもたらされる。 In one embodiment, the passive exercise setup joint, one or more of the driven joints, typically, the force applied to the link mechanism by the movement of the setup structure achieved by a joint drive upstream of the set-up joint and / or provided by the moment. １つの態様では、セットアップ構造の運動は、１自由度の配向プラットホームの計算された運動、典型的には以下の例にさらに詳述されるように、駆動システムを使用する垂直回転軸回りの配向プラットホーム１２４の往復旋回運動（back-and-forth pivoting movement）によって提供される。 In one embodiment, movement of the set-up structures, one degree of freedom of the calculated movement of the alignment platform, as typically described in further detail in the following examples, the orientation of the vertical rotary axis to use a drive system It is provided by a reciprocating pivoting movement of the platform 124 (back-and-forth pivoting movement). 他の態様では、方法は、受動ジョイントの所望の基準状態を達成するために受動ジョイントの好ましいジョイント運動を利用し且つ好ましくない運動を抑制するので、配向プラットホームの運動は、マニピュレータの任意の特定の設定にしたがってカスタマイズされる必要はない。 In another aspect, a method is therefore to suppress utilizing and undesirable movement preferred joint movement of the passive joints to achieve the desired reference state of the passive joint, the orientation platform motion, any specific manipulators It does not need to be customized according to the setting. 有利には、配向プラットホームの完全に自動的な運動（例えば、配向プラットホームを前後に加速する往復回転）が、マニピュレータ又はセットアップ構造設定を幾らでも達成するように所望の基準状態に向かって受動ジョイントの運動を制御することで、本明細書に記載される方法のいずれかで使用されることができる。 Advantageously, fully automatic movement of the alignment platform (eg, a reciprocating rotation to accelerate the orientation platform back and forth) is towards the desired reference state to achieve at much manipulator or setup structure setting of the passive joints by controlling the motion, it can be used in any of the methods described herein.
図１２Ｂ−１２Ｃは、ｘ、ｙ、及びｚ軸に沿ったセットアップ構造の運動を可能にする配向プラットホーム１２４のための駆動システムを描いている。 Figure 12B-12C depict x, y, and a drive system for the orientation platform 124 to allow for movement of the set-up structure along the z-axis. ｘ、ｙ、ｚ及びθ軸に沿った１又は複数の方向に沿った速度及び／又は加速度を発生させるように１又は複数のモータ駆動ジョイントを駆動することによって、セットアップジョイント１９８に関連付けられるリンク機構の対応する運動がもたらされることができ、これはセットアップジョイント１９８の受動運動をもたらす。 x, y, by driving one or more motors drive the joint to generate a velocity and / or acceleration along one or more directions along the z and θ-axis, the link associated with the setup joint 198 mechanism the can corresponding movement is effected, which results in passive motion setup joint 198. 上述のもののようなカート取付セットアップ構造によって支持される配向プラットホームに加えて、天井取付セットアップ構造１９０及び１、２、３、４、又はそれより多い自由度を持つ他の被駆動ロボットリンク機構が用いられ得る。 In addition to the orientation platform that is supported by the cart mounting up structures such as those described above, ceiling mount up structure 190 and 1, 2, 3, 4, or other driven robotic link mechanism having a more degree of freedom it using It can be. そのため、システムは幾つかの例示のロボット運動学的構造を参照して記載されるかもしれないが、制御技法は、冗長自由度及び／又は大きい数のジョイントを持つ他のロボットシステムの範囲に適用されることができ、能動及び受動ジョイントの混合を有するこのようなシステム；セットアップの間に駆動されるジョイントの１セット及び（幾つかの重複する部材有り又は無しの）手術中に駆動されるジョイントの他の異なるセットを持つシステム；個々のマニピュレータコントローラが限られた状態情報のみを交換するシステム；その他同種類のものを考慮するとき、特に興味深い。 Therefore, although the system may be described with reference to several exemplary robot kinematic structure, control techniques applied to the range of another robot system with redundant degrees of freedom and / or large number of joints is the fact it is, such systems have a mixture of active and passive joints; (some overlapping members with or without) a set and the joint to be driven during the setup joint driven during surgery systems with other different sets; system individual manipulator controller to exchange only the state limited information; when considering others same type, of particular interest.
１つの態様では、セットアップの間にシステムのロボット能力を使用するために、ロボットシステムのプロセッサは、ロボット構造が、本明細書に記載される受動ジョイント制御モード中に配向プラットホームとマニピュレータリモートセンタとの間の所望の関係又は姿勢に向かって駆動される及び／又は同所望の関係又は姿勢を維持するモードを実行するソフトウェアを含み得る。 In one embodiment, in order to use the system of the robot capabilities during the setup, the processor of the robotic system, the robot structure, the orientation platform and the manipulator remote center in the passive joint control modes described herein desired relationship or and is driven toward a posture / or may include software to perform the mode to maintain the same desired relationship or orientation between. 実行状態のとき、このアルゴリズムは、配向プラットホームとマニピュレータリモートセンタとの間の実際の及び所望の関係を入力として受け取り、任意選択で、マニピュレータリモートセンタの位置及び向きを乱すことなしに、実際の姿勢を所望のものに駆動する。 When the running state, the algorithm accepts as input the actual and desired relationship between the orientation platform and the manipulator remote center, optionally without disturbing the position and orientation of the manipulator remote center, actual posture the drive to a desired one. 言い換えると、受動ジョイントが動くとき、能動軸は、任意選択で、特定のロボット姿勢を達成又は維持するような方法に従い得る。 In other words, when the passive joint moves, the active axis is optionally may follow such a way as to achieve or maintain a certain robot position.
他の態様では、受動ジョイントの運動が本明細書に記載されるように制御されるモードは、システムの１又は複数の変数又は属性（attribute）に基づいてどのようにこれらの概念が適用されるかの複数のサブモード又は変化を含み得る。 In other embodiments, movement of the passive joint mode is controlled as described herein, how these concepts are applied on the basis of one or more variables or attributes of the system (attribute) It may include Kano plurality of sub-modes, or change. 例えば、受動運動は、受動ジョイントが所望の基準状態から実質的な変位にあるとき（例えば、ＦＡＲモード）特定の方法にしたがって制御され得るとともに、受動ジョイントが所望の基準状態に十分近いとき（例えば、ＮＥＡＲモード）他の方法にしたがって制御され得る。 For example, the passive exercise when the passive joints is in substantial displacement from a desired reference state (e.g., FAR mode) with can be controlled according to a specific method, when the passive joints are sufficiently close to the desired reference state (e.g. It may be controlled in accordance with NEAR mode) other methods. 例えば、より大きい及び／又はより速い受動運動を可能にする、配向プラットホームリンク機構のより大きい運動又はより速い加速度は、ジョイントが所定の変位より大きいそれらのそれぞれの基準状態から変位しているときに使用され得る。 For example, to allow larger and / or faster passive motion, greater exercise or faster acceleration of the alignment platform linkage, when the joint is displaced from each of the reference state of those larger than a predetermined displacement It can be used. 今度は、配向プラットホームリンク機構のより小さい運動又はより遅い速度及び加速度が、より微細に調整された受動ジョイント運動を可能にし且つセットアップ構造を所持するより近位のジョイントへの過度な反作用トルクを避けるために、セットアップジョイントがそれらの所望の状態に十分に近いとき使用され得る。 Now, less movement or slower speed and acceleration of the alignment platform linkage, avoid excessive reaction torque to the proximal joint than carrying the and setup structure enables passive joint movement which is adjusted more finely to setup joint can be used when sufficiently close to their desired state.
１つの態様では、シミーＦＡＲモードにおけるセットアップジョイントのための「基準」又は「目標」位置は、ＳＵＳのシミー運動なしの基準ジョイント位置を指す。 In one embodiment, the "reference" or "target" position for setting up the joint in shimmy FAR mode refers to the reference joint position without shimmy motion of SUS. このアイディアは、動かなくなることなしに最終的な目標位置の近くに移動する（hover）ことである。 The idea is, without jamming to move closer to the final target position (hover) it is. 基準が、生ジョイント位置（raw joint position）である場合、コントローラは、ＳＵＳの各シミー周期の間に前後に位置を効率的に追跡するだろう。 Criteria, if the raw joint position (raw joint position), the controller will effectively track the position back and forth between the shimmy period of SUS. １つのアプローチでは、ＳＵＳシミーによって誘起されるジョイント誤差は、正弦波運動の周波数におけるノッチフィルタリングによって効率的に除去されることができる。 In one approach, the joint error induced by SUS shimmy can be efficiently removed by the notch filtering at the frequency of the sine wave movement. しかし、この効果は、様々な他の方法で達成され得ることが理解される。 However, this effect, it is understood that can be achieved in various other ways. 対照的に、シミーＮＥＡＲモードでは、ジョイント位置は、我々が特定のジョイント設定を正確に標的とすることを望むとき、任意の補償なしに標的にされ得る。 In contrast, in shimmy NEAR mode, joint position, when we wish to accurately target specific joint set, can be targeted without any compensation.
図１３は、基準状態からのセットアップジョイントの変位に基づく異なる２つのこのようなサブモード（ＦＡＲモード及びＮＥＡＲモード）を利用する劣駆動ジョイント制御モードを示す。 Figure 13 shows a underactuated joint control mode using the set-up joints such submode two different based on the displacement of (FAR mode and NEAR mode) from the reference state. 図１３に示されるように、完全しまい込み設定を生じさせるためにユーザがボタンを押した後、ユニバーサル手術マニピュレータ（ＵＳＭ）のそれぞれは、しまい込まれるのに適する設定への被駆動ジョイント運動によって動く。 As shown in FIG. 13, after the user to produce a fully stowed setting presses the button, each of the universal surgical manipulator (USM), moved by the driven joint movements to the configuration suitable for stowed . 垂直軸に沿ったセットアップジョイント（ＳＵＪ−Ｚ）は、その範囲の最上部位置に作動される。 Setup joint along the vertical axis (SUJ-Z) is activated at the top position of the range. システムは次に、セットアップジョイント（ＳＵＪ）のジョイント状態を検知し、システムがＳＵＪジョイントを「シミー（shimmy）」と本明細書で称される、配向プラットホームの交互運動（alternating movement）によってＳＵＪジョイントを動かす必要があるかどうかを決定する。 The system then detects the joint state of the setup joint (SUJ), the system is referred to herein SUJ joint as "shimmy (shimmy)", the SUJ joint by alternate movement of the alignment platform (alternating movement) to determine whether there is a need to move. シミーが必要とされない場合、セットアップ構造（ＳＵＳ）は完全にしまい込まれる（典型的には、水平ブームをベースの垂直支持コラムに向かって引っ込めることによって完了される）。 If shimmy is not required, up structure (SUS) is fully put away is written (typically is completed by retracting toward the horizontal boom to the base of the vertical support column). ＳＵＪジョイントが調整されることを必要としていることをシステムが決定する場合、ＳＵＳはシミー場所に展開する。 If the system determines that SUJ joint is in need to be adjusted, SUS evolves into the shimmy location. ＳＵＳをシミーするために展開するとき、配向プラットホームは、マニピュレータがシステムのベース上のより近位の支持コラムから十分なクリアランスを有するが、シミー運動中により近位のジョイントへの過度な反作用トルクを避けるのに必要であるよりさらには延ばされないように位置決めされるべきである。 When deploying SUS to shimmy, orientation platform manipulator but has sufficient clearance more from proximal support column on the base of the system, the excessive reaction torque to the proximal joint by in shimmy motion further it should be positioned so as not to extend than necessary to avoid. ジョイントが実質的に解放されているとき、内力及び／又はモーメントが効率的な方法でセットアップジョイントを基準状態に投げつける（fling）又は動かすのに十分であるように、配向プラットホームのシミング運動が、剛体ボディとしてのマニピュレータ及びセットアップジョイントリンク機構を通じて力及び／又はモーメントを加えるために、ＳＵＪブレーキが掛けられる。 When a joint is substantially released, as internal forces and / or moments are sufficient to fling up joint reference state in an efficient manner (fling) or moving, shimming movement of the alignment platform, rigid to apply a force and / or moment through manipulators and setup joint linkage as a body, SUJ brake is applied. ＳＵＳは次に、シミングし始め、結果として生じるＳＵＪの受動運動は、全てのＳＵＪがそれらの関連付けられる基準状態からの閾値変位内になるまで、本明細書に記載されるように、各ＳＵＪの選択的な制動を通じて制御される。 SUS then begins to shimming, passive movement of SUJ resulting until all SUJ is within a threshold displacement from their reference state associated, as described herein, each SUJ It is controlled through selective braking. ＳＵＪのより少なく運動が所望の基準状態に達するのに必要とされるので、システムは次に、ＳＵＳシミーがより小さい加速度又はより小さい交互ジョイント変位を有する、ＮＥＡＲモードに切り替わる。 Since less movement of SUJ are needed to reach the desired reference state, the system then, SUS shimmy having a smaller acceleration or less alternately joint displacement, switch to NEAR mode. これは、ＳＵＪがそれらのそれぞれの基準状態に達するにつれて、より微細な調整された運動を可能にし、その後、ＳＵＪブレーキはロックされ、ＳＵＳシミーは終了する。 This, as SUJ reach their respective reference state, to allow finer adjustment exercise, then, SUJ brake is locked, SUS shimmy ends. ＳＵＪジョイントは今やそれらのそれぞれの基準状態でロックされているので、ＳＵＳはブームの水平引っ込みによって完全にしまい込まれることができる。 Since SUJ joint is locked now in their respective reference state, SUS can be completely put away written by the horizontal retraction of the boom.
１つの態様では、受動運動を提供するジョイントのブレーキは、典型的なモータトルクコントローラと同様の方法で受動運動によってジョイントに誘起される検知トルクを加えるように、ジョイントブレーキコントローラによって制御される。 In one embodiment, the brake of the joint to provide a passive exercise, to apply a detection torque induced in the joint in a typical motor torque controller the same way by passive motion is controlled by a joint brake controller. このアプローチは、追加のソフトウェアを通じてのように、ジョイントブレーキの制御機構を修正することによって、比例微分コントローラのような、従来のモータトルクコントローラを有するシステムで利用され得るので有利である。 This approach, as through additional software, by modifying the control mechanism of the joint brake, such as a proportional derivative controller is advantageous because it can be utilized in a system having a conventional motor torque controller. このアプローチは、図１４Ａ、図１４Ｂ（図１４Ａの箱Ａの詳細）及び図１４Ｃ（図１４Ｂに示された箱Ｂの詳細）にさらに詳述される。 This approach, FIG. 14A, further detailed in FIG. 14B (details of the box A of FIG. 14A) and FIG. 14C (details of the box B shown in FIG. 14B).
図１４Ａは、セットアップジョイントの受動運動が、従来のモータ駆動ジョイント制御ループにおけるその使用と同様の、比例微分コントローラ（ＰＤコントローラ）で制御されるフィードバック制御ループを示す。 14A is a passive movement of the set-up joint, showing the same to its use in conventional motor drive joint control loop, the feedback control loop which is controlled by a proportional derivative controller (PD controller). Ｂ ｍは、設定限度に関する最大ブレーキ力及び／又はトルクである一方、εは、それより下でブレーキが解放されたままであるべきである速度閾値である。 B m, while the maximum braking force and / or torque on setting limits, epsilon is a speed threshold should remain the brake is released below which. システムは、基準状態をその実際の位置と比較することによってセットアップジョイントの誤差（ｅ）を決定し、この実際の位置は、ＰＤコントローラへの入力であり、このＰＤコントローラはその後、基準状態を達成するために必要とされるジョイントトルクを生じさせるために制御信号（ｕ）を計算する。 System determines the setup joint error (e) by comparing the reference state and its actual position, the actual position is input to the PD controller, the PD controller then achieve the reference state calculating a control signal (u) to produce a joint torque required to. 従来のモータ駆動ジョイントでは、“ｕ”信号は、関連付けられるジョイントモータを基準状態へ必要なトルクで駆動するために、モータジョイント動特性（motor joint dynamics）制御部に入力される。 In the conventional motor driving the joint, "u" signals in order to drive the joint motor associated with the necessary torque to the reference state, it is input to the motor joint dynamics (motor joint dynamics) controller. しかし、受動ジョイントでは、ジョイントは、駆動されることができない。 However, the passive joints, joints can not be driven. 運動学的チェーンの様々な他のリンク機構の運動に起因して、受動ジョイントに関連付けられるリンク機構に与えられる力及び／又はモーメントが、ジョイントを所望の基準状態に動かす受動運動を生じさせるために使用され得る受動ジョイント内にトルクを生み出す。 Due to the movement of the various other linkage kinematic chains, the forces and / or moments applied to the link mechanism associated with the passive joint, to produce a passive motion to move the joint to the desired reference state producing a torque on the passive joint that may be used.
図１４Ｂは、ジョイントブレーキの選択的な適用によって受動運動を制御するのに使用するための従来のモータ駆動ジョイントにおけるモータ／ジョイント動特性（図１４Ａの箱Ａの詳細）をシミュレートするブレーキ制御ループを示す。 14B is a brake control loop to simulate a motor / joint dynamics (details of the box A of FIG. 14A) in the conventional motor drive joint for use in controlling a passive exercise by selective application of the joint brake It is shown. 図１４Ｂのブレーキ制御ループでは、モータトルク制御信号は、セットアップジョイントで検知された実際のトルクと比較され、次に、時間にわたるインパルスを得るために積分され、速度（ｖ）の方向又は速度（ｖ）の符号（符号（ｕ）＝−符号（ｖ））を評価し、（ｖ）の符号が基準に向かう方向である場合、ジョイントに存在するトルクが、ある期間にわたるジョイントブレーキの解放、又は部分的な解放によって使い果たされる、ロジックが、適用される。 The brake control loop FIG. 14B, the motor torque control signal is compared with the actual torque detected by the set-up joints, then, are integrated in order to obtain an impulse over time, the direction of the velocity (v) or velocity (v code) (code (u) = - evaluates the sign (v)), if a direction toward the sign criterion (v), the torque present in the joint, release of the joint braking over a period of time, or partially used up by the liberation, logic is applied. 受動運動に起因するジョイントに存在するトルクは、ジョイントを基準状態に動かすために必要なものより小さい場合がある（そしてしばしば小さい）ので、このループは、ジョイントの駆動による配向プラットホームの各周期動作（cycling）で複数回繰り返され得る。 Torque existing in the joint caused by the passive exercise, because it may less than that required to move the joint to the reference state (and often small), the loop, each cycle operation of the alignment platform by driving the joints ( It may be repeated a plurality of times in cycling). 配向プラットホームのこの周期動作は、配向プラットホームが正の変位と負の変位との間で前後に加速して動くようにプラットホームリンク機構のジョイントを（例えば、正弦波入力を使用することによって等）反対方向に連続して前後に駆動することによって生じる「シミー」運動と称され得る。 This cycling of the alignment platform, opposite the joint of the platform the link mechanism so oriented platform moves accelerated back and forth between the positive displacement and negative displacement (e.g., such as by using a sine wave input) It may be referred to as "shimmy" movement caused by driving back and forth continuously in direction. 上述のジョイントブレーキ制御ループは、セットアップジョイントが基準状態に達するまで、配向プラットホームの各周期動作又はシミーによる受動運動によってセットアップジョイントに作り出されたトルクを利用し、この基準状態のポイントにおいて、ブレーキがセットアップジョイントを定位置にロックするために掛けられる。 Above the joint brake control loop, until the setup joint reaches the reference state, using the torque produced in the setup joint by passive movement by the cycling or shimmy orientation platform, at the point of the reference state, Setup brake subjected to lock the joint in place. 複数のセットアップジョイントを有するシステムでは、それぞれが上述の受動運動を制御するために使用される関連付けられるジョイントブレーキコントローラを有し、１方向への配向プラットホームの運動中、あるセットアップジョイントは浮動し得る一方ある他のジョイントは制動され得ることが理解される。 In a system with a plurality of setup joint while each having a joint brake controller associated is used to control the passive motion described above, during movement of the alignment platform in one direction, there setup joint can float some other joint it is understood that may be braked.
図１４Ｃは、本発明の態様に従う例における、図１４ＢのブロックＢの詳細を示す。 14C is in the example according to the embodiment of the present invention, showing details of the block B in Figure 14B. ブロックＢは、ジョイント速度が与えられた物理的に達成可能な制動（片側の）を決定するブロック及び利用可能な制動力に対する力又はトルク要求を取り出す他のブロックを含む。 Block B includes other blocks to retrieve the force or torque requirements for block and available braking force determined physically achievable braking joint velocity is given (for one side). 所望のインパルスが、１制御ループにおいて全インパルスを満足する力又はトルクを見つけるための、制御システムのサンプリングレート（例えば、０．７５ｍｓ）、Ｔ ｓによって除算されることに留意されたい。 Desired impulse, to find the force or torque and satisfies the impulse in one control loop of the control system sampling rate (e.g., 0.75ms), it should be noted that is divided by T s. 限度Ｂ ｍは、最大ブレーキ摩擦であり得るが、典型的には、ＳＵＳに与えられる負荷を減らすためにより低い値に下げて調整される。 Limit B m is can be up brake friction is typically adjusted down to a lower value by to reduce the load applied to the SUS. イプシロン閾値は、ジョイント速度が小さいときはいつでも制動力をゼロに強制し、それによって、ジョイントが、シミーＦＡＲモードに固定することを防ぐ。 Epsilon threshold at any time to force the braking force to zero when the joint velocity is small, whereby the joint prevents the fixing to shimmy FAR mode.
ある態様では、ブレーキ力の適用を決定するのに適用されるロジックが、最大ブレーキ値までの連続スペクトルに沿った選択的な制動又は可変制動を適用し得る。 In some embodiments, the logic applied to determine the application of the braking force may apply selective braking or variable damping along the continuous spectrum of up braking value. 可変制動を適用することは、ジョイントブレーキが、受動セットアップジョイントのより制御された運動を達成することを可能にする。 Applying a variable braking, the joint brake makes it possible to achieve a more controlled movement of the passive set-up joints. 例えば、ブレーキ力対セットアップジョイントのジョイント状態を描く図１４Ｄのグラフに示されるように、受動セットアップジョイントに誘起されたトルクが支持配向プラットホームの前後シミーの間に方向を変えるにつれて、可変ブレーキ力は、受動ジョイントが動いているとき、受動ジョイントが、実質的に一定速度で動くことを可能にする。 For example, as shown in the graph of FIG. 14D draw joint state of the brake force versus setup joint, as the passive set-up joints induced torque changes direction between the front and rear shimmy of sustained alignment platform, the variable braking force, when the passive joint is moving, the passive joint, to allow to move at a substantially constant speed. 加えて、ロジックは、例えば、基準状態に向かって動き且つセットアップジョイントが基準状態に十分近い（例えば、閾値変位内にある）ときセットアップジョイントの一定の減速度を提供するように等、様々な他の制御運動を達成するために可変ブレーキ力を適用し得る。 Additionally, the logic, for example, and the setup joint motion toward the reference state sufficiently close to the reference state (for example, within a threshold displacement) etc. so as to provide a constant deceleration of the setup joint case, a variety of other It may apply a variable braking force in order to achieve the control movement. ある実施形態では、図１４Ｄに示されるように、定速制御機能は、セットアップジョイント変位が変位閾値を上回るとき「シミーＦＡＲモード」で使用され、定減速度制御機能は、基準からのセットアップジョイントの変位が閾値内にあるとき、使用される。 In some embodiments, as shown in FIG. 14D, the constant speed control function is used in a "shimmy FAR mode" when the set-up joint displacement exceeds the displacement threshold, the constant deceleration control function, the setup joint from a reference when the displacement is within the threshold value, it is used.
図１４Ｄは、本発明の態様による例におけるシミーＮＥＡＲモードの段階を示す。 Figure 14D shows a step of shimmy NEAR mode in the example according to aspects of the present invention. 破線でプロットされている正弦波誤差は、目標位置に対するブレーキを掛けられていない軌道である。 Sinusoidal error is plotted by a broken line is a trajectory that is not braked with respect to the target position. ポイント１及び２において、接線は、将来にわたっていずれのポイントにおいてもｘ軸と交差しないので、一定の減速度プロフィールがない。 At point 1 and 2, tangent, does not intersect the x-axis at any point in the future, there is no constant deceleration profile. ポイント３において、目標に収束するための一定の減速度が所望のものより小さく、制御可能なブレーキ力レベル未満である、ポイント４において、収束するための一定減速度が、ソフトウェアにおいて調整可能な所望の値に一致し、ブレーキ適用が始まる。 At point 3, a constant deceleration to converge to the target is less than desired, less than controllable braking force level, at point 4, a constant deceleration for convergence, adjustable desired in software of matches the value, brake application begins. ブレーキは、その後、目標で停止するように調節される−これは特に、コントローラがブレーキを調整するとき、ゼロにおけるその頂点及びこの軌道より上及び下の変位を持つ滑らかな放物線軌道を提供する。 Brake is then adjusted to stop at the target - This is especially the controller when adjusting the brakes, to provide a smooth parabolic trajectories with its vertex and the displacement of above and below this trajectory at zero. この図におけるコントローラによるこの決定は、快適な減速度での停止を可能にするポイントにおいて制動すること及び所望の位置で停止するためにブレーキを調整することを提供する。 The determination by the controller in this figure is provided to adjust the brake to stop by and desired position to brake at a point that allows stopping of a comfortable deceleration.
他の変形形態は本発明の精神の中にある。 Other variations are within the spirit of the present invention. したがって、本発明は、様々な変更形態及び代替構造が可能であるが、幾つかの説明された実施形態は図面に示されるとともに詳細に記載されている。 Accordingly, the present invention is susceptible to various modifications and alternative constructions, some of the described embodiments have been described in detail with shown in the drawings. しかし、本発明を開示された特定の形態又は複数の形態に限定する意図はなく、それどころか、全ての修正、代替構造、及び添付の特許請求の範囲に定められるように、本発明の精神及び範囲内に属する均等物をカバーすることを意図していることが理解されるべきである。 However, intended to be limited to the specific form or forms disclosed invention is not, contrary, all modifications, as defined in the appended claims alternative constructions, and appended, the spirit and scope of the present invention it should be understood that intended to cover equivalents falling within.
本発明を記載する文脈における（特に以下の請求項の範囲の文脈における）用語“a”、“an”、“the”（１つの、ある）、及び同様の指示対象の使用は、本願にそうでないことが示されない限り又は文脈によって明らかに否定されない限り、単数形及び複数形の両方を包含するように解釈されるべきである。 In the context of describing the invention (especially following claims ranging context in the) terms "a", "an", "the" (1 single, present), and similar uses referents is so in the present application otherwise clearly contradicted by unless or context is not indicated that not, should be construed to cover both the singular and the plural. 用語「有する、含む、備える（“comprising”、“having”、“including”、及び“containing”）」は、そうでないことが記載されない限りオープンエンドタームとして（すなわち、「含んでいるが限定されない」ことを意味する）解釈されるべきである。 The term "comprising, comprises (" comprising "," having "," including ", and" containing, ")" is as open-ended terms unless stated to the contrary (i.e., "but are not limited to include" meaning) should be construed to be. 用語「接続される」は、たとえ何かが介在していても、部分的に又は完全に中に含まれる、取り付けられる、又は一緒に結合されるとして解釈されるべきである。 The term "connected" even though interposed something, contained in partially or completely attached, or should be construed as being coupled together. 本願における値の範囲の列挙は、本願にそうでないことが明記されない限り、範囲に入るそれぞれの独立した値を個別に参照する省略表現方法として機能することが単に意図され、それぞれの独立した値は、それが本願に個別に参照されるように、明細書に組み込まれる。 Recitation of ranges of values ​​in this application, unless otherwise herein is not specified, is intended merely to function as a shorthand way of referring to each separate value falling within the range individually, each of the independent values , such that it is individually referenced herein are incorporated herein. 本願に記載された全ての方法は、本願に明記されない限り又は文脈によって明らかに否定されない限り、任意の適切な順番で実行され得る。 All methods described herein, unless clearly contradicted by unless or context otherwise specified herein, may be performed in any suitable order. 任意の及び全ての例、又は本願に用いられる例示的な言語（例えば、「等」）の使用は、本発明の実施形態をより良く明らかにすることを単に意図し、特許請求の範囲に記載されない限り、本発明の範囲の限定をもたらさない。 Any and all examples, or exemplary language used herein (e.g., "such as") provided herein, that to better illuminate the embodiment of the present invention merely intended claimed unless not result to limit the scope of the present invention. 明細書の言語は、本発明の実施に必須であるような任意の請求項に記載されていない要素を示すものとして解釈されるべきではない。 Language specification should not be construed as indicating elements not listed in any claim as essential to the practice of the present invention.
本発明を実施するために発明者に知られているベストモードを含む、本発明の好適な実施形態がここに記載されている。 Including the best mode known to the inventors for carrying out the present invention, a preferred embodiment of the present invention are described herein. これらの好適な実施形態の変形形態は、前述の記載を読むことで当業者に明らかになり得る。 Variations of these preferred embodiments may become apparent to those skilled in the art upon reading the foregoing description. 発明者は、熟練した職人がこのような変形形態を適切に用いることを予期し、発明者は発明が、本願に具体的に記載されるものとは違う他の方法で実施されることを意図する。 Inventor has intended to skilled artisans expect to use such variations as appropriate, inventor invention, from those specifically described herein is implemented in a different other ways to. したがって、本発明は、全ての修正形態及び適用される法律によって許されるように添付された特許請求の範囲に記載された主題の均等物を含む。 Accordingly, the present invention includes equivalents of the subject matter recited in the appended claims as permitted by law to be all modifications and applications. さらに、それらの全ての可能な変形形態の上述の構成要素の任意の組み合わせが、本願に明記されない限り又は文脈によって明らかに否定されない限り、本発明によって包含される。 Moreover, any combination of the above structural elements of all of these possible variations are otherwise clearly contradicted by unless or context otherwise specified herein, are encompassed by the present invention.
本願に引用された、出版物、特許出願、特許を含む全ての参考文献は、各参考文献が参照により組み込まれることが個々に且つ明確に示されるような、並びに且つ完全に本願に述べられているような、同じ程度まで、参照により本願に組み込まれる。 Cited herein, publications, patent applications, all references, including patents, such as that each reference is incorporated by reference are shown individually and distinctly, and and completely set forth herein like being, to the same extent, it is incorporated herein by reference.
ロボットシステムを設定する方法であって： A method for setting the robot system:
第１のロボットアームを支持するプラットホームリンク機構を、前記プラットホームリンク機構を支持する１又は複数の被駆動ジョイントを駆動することによって加速するステップであって、それによって前記第１のロボットアームに力又はモーメントを与える、ステップ； The platform link mechanism for supporting the first robot arm, comprising the steps of accelerating by driving one or more of the driven joint for supporting said platform linkage, whereby a force to said first robotic arm or give a moment, step;
前記第１のロボットアームの第１のジョイントの受動運動を、前記第１のロボットアームへの前記力又はモーメントに応じた前記第１のジョイントの前記受動運動が前記第１のジョイントを前記第１のジョイントの基準状態から離れる方に動かすときに、妨げるステップであって、前記基準状態は前記第１のロボットアームの所望の設定に対応する、ステップ；並びに 前記第１のロボットアームへの前記力又はモーメントに応じた前記第１のジョイントの前記受動運動が前記第１のジョイントを前記第１のジョイントの前記基準状態に向かって動かすとき、前記第１のジョイントの前記受動運動を容易にするステップ；を含む、 The passive movement of the first joint of the first robot arm, the first of said force or said first joint in accordance with the moment passive motion the first the first joint to the robot arm when moving away from the reference state of the joint, a step that prevents the reference state corresponding to a desired setting of the first robotic arm, step; and said force to said first robotic arm or when the passive movement of the first joint in accordance with the moment moves toward the first joint to the reference state of the first joint, the step of facilitating the passive motion of said first joint ;including,
前記第１のロボットアームの前記第１のジョイントの前記受動運動を、前記第１のジョイントが前記基準状態にあるとき、停止させるステップ、をさらに含む、 The passive movement of the first joint of the first robot arm, when the first joint is in the reference state, further comprising the step of stopping,
前記所望の設定は：前記第１のロボットアームの伸張して展開された設定、前記第１のロボットアームの縮められてしまい込まれた設定、及び前記第１のロボットアームの部分的にしまい込まれた設定からなるグループから選択される設定を含む、 The desired configuration: the first robot arm stretched are expanded configuration, the first robot arm of contracted and would incorporated a set, and partly it away write of the first robot arm including the settings that are selected from the group consisting of or a set,
前記第１のジョイントの前記受動運動がいつ、前記基準状態から離れる方に向けられるか、前記基準状態に向けられるか、又は前記基準状態に配置されるかを、前記第１のジョイントのジョイントトルクを検知することによって決定するステップ、をさらに含む、 The first joint of the passive exercise when either directed away from the reference state, or directed to the reference state, or whether is disposed in the reference state, the joint torque of the first joint determining by detecting further comprises,
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 3.
前記第１のジョイントの前記受動運動を妨げる前記ステップは、前記第１のジョイントに制動を少なくとも部分的に適用するステップを含み、前記受動運動を容易にする前記ステップは、前記第１のジョイントに適用される制動を、少なくとも部分的に解放するステップを含む、 Wherein the step of interfering with the passive movement of the first joint comprises a step of at least partially applying the brake to the first joint, the step of facilitating the passive motion, the first joint the applied braking, comprising the step of releasing at least partially,
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 4.
前記第１のジョイントの前記受動運動を容易にする前記ステップは： Wherein the step of facilitating the passive movement of the first joint:
前記第１のジョイントを基準速度に加速するために選択的に制動を解放するステップ、及び、 Step releasing the selectively braking to accelerate the first joint to the reference speed and,
前記基準速度を維持するために又は前記第１のジョイントを減速させるために、選択的に前記制動を適用するステップを含む、 To slow or the first joint in order to maintain the reference speed, comprising the steps of applying a selectively the brake,
前記受動運動を容易にする前記ステップは、閾値トルクを超える前記第１のジョイントの検知されるトルクに応じて、前記第１のジョイントのジョイントブレーキを、少なくとも部分的に解放するステップを含む、 Wherein the step of facilitating the passive exercise, according to the torque to be detected of the first joint above the threshold torque, the joint braking of the first joint, comprising the step of releasing at least partially,
前記プラットホームリンク機構を加速する前記ステップは、少なくとも１自由度を有する被駆動ジョイント運動により反対方向の間で前記プラットホームリンク機構を加速するステップを含む、 Wherein the step of accelerating the platform linkage, comprising the step of accelerating the platform linkage between the opposite directions by the driven joint movements having at least one degree of freedom,
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 7.
前記基準状態は、ジョイント位置又はジョイント向きを含む、 The reference state includes a joint position or the joint direction,
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 8.
前記プラットホームリンク機構を加速する前記ステップは、垂直に延びる旋回軸周りに前記プラットホームリンク機構を旋回させるために回転ジョイントを駆動するステップを含む、 Wherein the step of accelerating the platform linkage, comprising the step of driving the rotary joint in order to pivot the platform linkage about pivot axis extending vertically,
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 9.
前記プラットホームリンク機構を加速する前記ステップは： Wherein the step of accelerating the platform linkage:
前記基準状態からの前記第１のジョイントの変位が所定の変位を超えるとき、少なくとも第１の速度に前記プラットホームリンク機構を加速するステップ、及び 前記基準状態からの前記第１のジョイントの前記変位が前記所定の変位内であるとき、前記第１の速度より低い第２の速度に前記プラットホームリンク機構を加速するステップ、 When the displacement of the first joint from the reference state is greater than a predetermined displacement step to accelerate the platform linkage to at least a first speed, and the displacement of the first joint from the reference state the time is in the predetermined displacement, the step of accelerating the platform linkage to lower than said first speed second speed,
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 10.
前記第１のジョイントの検知された状態及び前記プラットホームリンク機構の感知された状態の組み合わせが前記受動運動によって前記第１のジョイントをその基準状態に動かすのに十分な推進力に対応するとき、前記第１のジョイントの解放がもたらされる、 When corresponding to the sufficient driving force to move the first joint combination of the sensed state of the first joint of the sensed state and the platform linkage by the passive motion in its reference state, the release of the first joint is effected,
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 11.
前記第１のジョイントの前記受動運動を容易にしながら、第２のジョイントが第２の基準状態にある間に前記第２のジョイントの第２のジョイントブレーキを部分的に適用するステップをさらに含み、前記第２のジョイントは、前記プラットホームリンク機構によって支持される第２のロボットアームの一部であり、前記第２の基準状態は、前記第２のロボットアームの所望の設定に対応する、 While facilitating the passive movement of the first joint, further comprising second joint the second joint brake of the second joint is partially applied while in the second reference state, said second joint is part of a second robot arm which is supported by the platform linkage, wherein the second reference state, corresponding to the desired setting of the second robot arm,
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 12.
ロボット手術のためのシステムであって： A system for robotic surgery:
第１のジョイントブレーキの選択的な適用によって受動第１ジョイント運動を選択的に可能にするように構成される少なくとも第１のジョイントを有する第１のロボットアーム； First robotic arm having at least a first joint configured to selectively possible to passive first joint motion by selective application of the first joint brake;
前記第１のロボットアームを支持するプラットホーム； Platform supporting said first robot arm;
前記プラットホームを支持する支持構造であって、ベース部及び１又は複数の被駆動ジョイントで前記プラットホームを駆動するために前記支持構造に動作可能に結合される駆動システムを含む、支持構造；並びに 前記支持構造の前記１又は複数の被駆動ジョイント及び前記第１のジョイントブレーキに動作可能に結合されるプロセッサであって、前記プロセッサは： A support structure for supporting said platform includes a drive system operatively coupled to said support structure to drive the platform in the base unit and one or more of the driven joint, the support structure; and said support and a processor operatively coupled to the one or more driven joint and the first joint brake structure, said processor comprising:
前記１又は複数の被駆動ジョイントを駆動することによって前記プラットホームを加速し、それによって、前記第１のロボットアームに力又はモーメントを与える； The platform accelerates by driving the one or more driven joints, thereby providing a force or moment to the first robot arm;
前記第１のジョイントブレーキを適用することによって前記第１のロボットアームの前記第１のジョイントの受動運動を、前記第１のロボットアームへの前記力又はモーメントに応じた前記第１のジョイントの前記受動運動が前記第１のジョイントを前記第１のジョイントの第１の基準状態から離れる方に動かすときに、妨げ、前記第１の基準状態は前記第１のロボットアームの所望の設定に対応する；並びに 前記力又はモーメントからの前記第１のジョイントの前記受動運動が前記第１のジョイントを前記第１のジョイントの前記第１の基準状態に向かって動かすとき、前記第１のジョイントブレーキを少なくとも部分的に解放することによって、前記第１のロボットアームの前記第１のジョイントの前記受動運動を容易にする；１又は複 The passive movement of the first joint of the first robot arm by applying said first joint brake, the said first of said first joint in accordance with the force or moment to the robot arm when the passive exercise move away the first joint from the first reference state of the first joint, hinder, the first reference state corresponding to a desired setting of the first robot arm ; and when the passive movement of the first joint from the force or moment moves toward the first joint to the first reference state of the first joint, at least the first joint brake by partially released to facilitate the passive movement of the first joint of the first robot arm; 1 or double 数のモードを備えて構成されている、 It is configured to include a number mode,
プロセッサ；を有する、 Having; processor
前記プロセッサに動作可能に結合される第２のジョイントブレーキの選択的な適用によって受動第２ジョイント運動を選択的に可能にするように構成される第２のジョイントを有する第２のロボットアームをさらに有し、前記第２のロボットアームは、前記プラットホームを加速することが前記第２のロボットアームに第２の力又はモーメントを与えるように、前記プラットホームによって支持され、 Furthermore a second robotic arm having a second joint configured to passive second joint movable selectively by selective application of the second joint brake operatively coupled to said processor It has the second robot arm, as to accelerate the platform provides a second force or moment to the second robot arm, supported by the platform,
前記１又は複数のモードにおいて、前記プロセッサはさらに： In the one or more modes, wherein the processor further comprises:
前記第２のジョイントブレーキを適用することによって前記第２のロボットアームの前記第２のジョイントの受動運動を、前記第２の力又はモーメントに応じた前記第２のジョイントの前記受動運動が前記第２のジョイントの第２の基準状態から離れる方に前記第２のジョイントを動かすときに、妨げるように；並びに 前記第２の力又はモーメントに応じた前記第２のジョイントの前記受動運動が前記第２のジョイントを前記第２の基準状態に向かって動かすとき、前記第２のジョイントブレーキを少なくとも部分的に解放することによって、前記第２のロボットアームの前記第２のジョイントの前記受動運動を容易にするように；構成される、 The passive movement of the second joint of the second robot arm by applying said second joint brake, the passive movement of the second joint corresponding to the second force or moment the first when away from the second reference state 2 of the joint moving said second joint, interfering manner; and said passive motion of said second joint in accordance with the second force or moment the first when the second joint moves toward the second reference state, by releasing the second joint brake at least partially, facilitating the passive movement of the second joint of the second robot arm so as to; composed,
前記第１のロボットアームは複数のセットアップジョイントを有し、それぞれの前記セットアップジョイントは、前記プロセッサに動作可能に結合される関連付けられるジョイントブレーキの選択的な適用によって受動ジョイント運動を選択的に可能にするように構成され、前記それぞれのセットアップジョイントはそれぞれの基準状態を有し、 Having said first robotic arm includes a plurality of set-up joints, each of the set-up joint, passive joint motion by selective application of the joint brake associated operably coupled selectively enable the said processor configured to, wherein each of the setup joint having a respective reference state,
前記それぞれの基準状態から変位される前記複数のセットアップジョイントのそれぞれのセットアップジョイントに関して、前記それぞれの基準状態から離れる前記受動運動を妨げることと前記それぞれの基準状態に向かう前記受動運動を容易にすることとの間を交互に行うように、並びに 前記複数のセットアップジョイントの変位に対応する１又は複数の自由度に沿った反対方向の間で前記プラットホームを加速するように、構成される、 Said for each of the set-up joints of the plurality of set-up joints are displaced from the respective reference state, to facilitate the passive said movement and preventing toward each reference state the passive movement away from the respective reference conditions during to alternate the with, and to accelerate the platform between the opposite direction along the to one or more degrees of freedom corresponding to the displacement of the plurality of set-up joints, and,
請求項１４又は１５に記載のシステム。 The system of claim 14 or 15.
前記１又は複数のモードは： The one or more modes:
前記第１及び前記第２の基準状態が、前記第１及び前記第２のロボットアームが作業空間の中に延び且つ離間されている設定に対応する、展開モード； The first and the second reference state, corresponding to the setting of the first and second robotic arms are spaced-apart extend into the work space, expansion mode;
前記第１及び前記第２の基準状態が、前記第１及び前記第２のロボットアームが、縮められ且つ、互いに接して又は互いにすぐ隣接して配置されている設定に対応する、しまい込みモード；並びに 前記第１及び前記第２の基準状態が、前記第１及び前記第２のロボットアームが少なくとも部分的に縮められ且つ互いに近くに配置される設定に対応する、部分的しまい込みモード； The first and the second reference state, the first and the second robot arm, contracted and, corresponding to the set being disposed against or in one another immediately adjacent to each other, stowage mode; and the first and the second reference state, corresponding to the setting of said first and said second robot arm is arranged close to one another at least partially contracted and, stowage partial mode;
からなるモードのグループから選択されるモードを含む、 Includes a mode is selected from the group of modes consisting of,
前記第１のジョイントを基準速度に加速するよう選択的に制動を解放するように；並びに 前記基準速度を維持するよう又は前記第１のジョイントを減速するよう選択的に前記制動を適用するように； To selectively apply the brake to decelerate and to maintain the reference speed or the first joint; the first joint of the to release selectively braking to accelerate the reference speed ;
構成される、 Composed,
請求項１４乃至１７のいずれか１項に記載のシステム。 System according to any one of claims 14 to 17.
前記プラットホームは、前記プラットホームの加速運動中、実質的に水平に動く、 The platform during accelerated motion of the platform, substantially moves horizontally,
請求項１４乃至１８のいずれか１項に記載のシステム。 System according to any one of claims 14 to 18.
前記第１のジョイントは第１のジョイント軸周りに回転する回転ジョイントを含み、前記第１のジョイント軸は垂直に延びる、 It said first joint comprises a rotary joint for rotating the first joint axis around the first joint axis extending vertically,
請求項１４乃至１９のいずれか１項に記載のシステム。 System according to any one of claims 14 to 19.
前記第１のジョイントは第１のジョイント軸周りに回転する回転ジョイントを含み、前記第１のジョイント軸は、前記プラットホームを加速する前記１又は複数の被駆動ジョイントの軸と平行である、 It said first joint comprises a rotary joint for rotating the first joint axis around the first joint axis is parallel to the axis of the one or more driven joint to accelerate the platform,
前記第１のジョイントの前記受動運動を容易にする間に、第２の基準状態において前記第２のジョイントに前記第２のジョイントブレーキを部分的に適用するように構成され、前記第２の基準状態は、前記第２のロボットアームの所望の設定に対応する、 While facilitating the passive movement of the first joint, it is configured the second joint brake to the second joint in the second reference state to partially applied, the second reference state corresponds to the desired setting of the second robot arm,
前記１又は複数のモードは、ファーモード及びニアモードを含み、前記プロセッサはさらに： The one or more modes may include a fur mode and Niamodo, the processor further comprises:
前記ファーモードの間に前記プラットホームにファーモード運動又は加速を適用するように；並びに 前記ニアモードの間に前記プラットホームにニアモード運動又は加速を適用するように； To apply the far mode motion or acceleration in the platform during the fur mode; and to apply Niamodo motion or acceleration in the platform during the Niamodo;
構成され、 It is composed,
前記ファーモード運動又は加速は、前記ニアモード運動又は加速より大きい、 The Fur mode motion or acceleration is greater than the Niamodo motion or acceleration,
請求項１４乃至２２のいずれか１項に記載のシステム。 System according to any one of claims 14 to 22.
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