特許 6680862 外科用アーム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6680862

(24)【登録日】2020年3月24日

(45)【発行日】2020年4月15日

(54)【発明の名称】外科用アーム

(51)【国際特許分類】

   A61B 34/30 20160101AFI20200406BHJP

   B25J 17/02 20060101ALI20200406BHJP

【ＦＩ】

   A61B34/30

   B25J17/02 A

【請求項の数】9

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2018-243117(P2018-243117)

(22)【出願日】2018年12月26日

(62)【分割の表示】特願2016-555692(P2016-555692)の分割

【原出願日】2014年11月28日

(65)【公開番号】特開2019-72520(P2019-72520A)

(43)【公開日】2019年5月16日

【審査請求日】2019年1月16日

(31)【優先権主張番号】1404065.3

(32)【優先日】2014年3月7日

(33)【優先権主張国】GB

(73)【特許権者】

【識別番号】516263638

【氏名又は名称】シーエムアール サージカル リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＣＭＲ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＬＩＭＩＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110001966

【氏名又は名称】特許業務法人笠井中根国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100147717

【弁理士】

【氏名又は名称】中根 美枝

(74)【代理人】

【識別番号】100103252

【弁理士】

【氏名又は名称】笠井 美孝

(72)【発明者】

【氏名】ヘアーズ，ルーク デイビッド ロナルド

(72)【発明者】

【氏名】ランドル，スティーブン ジェイムズ

【審査官】 後藤 健志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−１４５６３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５３０３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５２７２７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０５５７４５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／０１６７０６１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 中国実用新案第２０２１４６３６２（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ３４／３０−３４／３７

Ｂ２５Ｊ １／００−２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外科用ロボットは、ベースと、前記ベースから延び出しかつ外科用器具のためのアタッチメントをその上に有するリストの遠位端で終端されているアームと、前記アタッチメントに取り付けられた前記外科用器具と、を備え、
前記アームは、その長さに沿って一連の回転ジョイントによってつながれている一方、アームジョイントは、前記ベースから順番に、（ｉ）第１軸を有する第１ジョイントと、（ｉｉ）前記第１軸を横切るように配置されている第２軸を有する第２ジョイントと、（ｉｉｉ）前記第２軸を横切るように配置されている第３軸を有する第３ジョイントと、（ｉｖ）前記第３軸を横切るように配置されている第４軸を有する第４ジョイントと、を含んで構成されており、
前記リストは、前記アームの前記遠位端が前記外科的器具のための前記アタッチメントと一直線となるような構成において、その長さに沿って第２の一連の回転ジョイントによってつながれている一方、前記リストの前記ジョイントは、前記アタッチメントに向かって順番に、（ｖ）第５軸を有する第５ジョイントと、（ｖｉ）前記第５軸を横切るように配置されている第６軸を有する第６ジョイントと、（ｖｉｉ）前記第６軸と交差し前記第５軸と前記第６軸の双方を横切るように配置されている第７軸を有する第７ジョイントと、（ｖｉｉｉ）前記第５軸に平行な第８軸を有する第８ジョイントと、を含んで構成されており、
前記外科用器具は、実質的に前記第８軸に沿って延びる軸を有している外科用ロボット。

【請求項2】

前記第１ジョイントから前記第８ジョイントが前記アームの関節接合の唯一の手段である請求項１に記載の外科用ロボット。

【請求項3】

前記第１ジョイントと前記ベースの間に第１追加回転ジョイントを備え、前記第１追加回転ジョイントが前記第１軸と直交している第１追加軸を有している請求項１に記載の外科用ロボット。

【請求項4】

前記第１追加回転ジョイントと前記ベースとの間に第２追加回転ジョイントを備え、前記第２追加回転ジョイントが前記第１追加軸と直交している第２追加軸を有している請求項３に記載の外科用ロボット。

【請求項5】

前記第２ジョイントと前記第３ジョイントとの間に第３追加回転ジョイントを備え、前記第３追加回転ジョイントが前記第１軸を横切るように配置されている軸を有している請求項１，３または４に記載の外科用ロボット。

【請求項6】

前記第３追加回転ジョイントが前記第２軸に平行である請求項５に記載の外科用ロボット。

【請求項7】

前記第６ジョイントと前記第７ジョイントが、基部に対しては第１球面ジョイント周りにかつ遠位部に対しては第２球面ジョイント周りに動作可能な中間部材を有するジョイント構造によって構成されており、前記第１球面ジョイントと前記第２球面ジョイントが前記中間部材に対して同一平面内で動作するようにされている請求項１〜６の何れか１項に記載の外科用ロボット。

【請求項8】

前記中間部材内に含まれかつそれぞれ前記第１球面ジョイントと前記第２球面ジョイントによって前記基部と前記遠位部に対して連結されたフォロワーを備え、前記フォロワーが前記中間部材に対して直線的に動作するようにされている請求項７に記載の外科用ロボット。

【請求項9】

前記第６軸と前記第７軸周りに前記遠位部と前記基部の相対的な回転をもたらすために、前記基部と前記中間部材の間に配置された多数のリニアアクチュエータを備えている請求項７または８に記載の外科用ロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、外科的処置を行うためのロボットに関するものである。

【背景技術】

【0002】

外科的処置を実行または支援するための様々なロボットが提案されている。しかしながら、多くのロボットは、広範囲に亘る外科的処置を実行するには適していない。これらに共通する理由は、外科用ロボットが広範囲に亘る外科的状況で良好に動作するためには、ロボットが外科的環境に特有の多くの要求項目とバランスを取らなければならないためである。

【0003】

通常、外科用ロボットは、ロボットアームと、ロボットアームの遠位端に取り付けられた外科用器具を有している。

【0004】

外科用ロボットに対する第１の共通の要求項目は、外科用器具（エンドエフェクタ）の作業を行う先端部が所望の手術部位に到達できるように、位置と方向に関し広い範囲で外科用器具を配置できる十分な機械的柔軟性を有するロボットアームを提供しなければならないことである。この要求項目だけであれば、図１に示すように、６自由度を有する従来の十分に柔軟なロボットアームによって容易に達成することができる。しかしながら、第２の要求項目として、外科用ロボットは、過大あるいは過重になることなく、手術器具のエンドエフェクタを非常に正確に位置されるようにそのアームを配置することができなければならない。かかる要求項目は、他の多くの用途で使用されている大型のロボットとは異なり、（ａ）外科用ロボットが人間に近接して安全に作業する必要があること（ここでいう人間とは患者だけではなく麻酔医や外科助手のような外科のスタッフも含む）、と、（ｂ）多くの腹腔鏡手術を実行するために多数のエンドエフェクタを一緒に非常に接近させて使用する必要があることから、外科用ロボットアームは、それらが接近することができるように十分に小さいことが望ましいこと、に起因している。図１に示すロボットのもう一つの問題は、いくつかの外科的環境においては、手術台のそばの便利な場所にロボットのベースを設置するための十分なスペースがないということである。

【0005】

多くのロボットは、リスト（すなわち、関節でつながれたアームの末端部）を有しており、かかるリストは、通常アームに沿った軸周りの回転を可能にする２つのジョイント（ロールジョイント）と、それらのジョイントの間に設けられ通常アームを横切るように配置されている軸周りの回転を可能にする１つのジョイント（ピッチジョイント）と、を含んで構成されている。このようなリストは図２に示されており、ロールジョイントが１および３として示されている一方、ピッチジョイントが２として示されている。図２に示す構造におけるリストの場合、１〜３のジョイントの軸はそれぞれ４〜６として表わされている。このリストは、器具７に、基端部が軸４を中心とする半球を占めるような運動の自由を与える。しかし、このリストは、外科用ロボットでの使用には適していない。その理由の１つは、ピッチジョイント２が図２に示す直線上の位置からわずかに小さい角度だけオフセットされた場合に、器具の先端部の比較的小さな横方向の動きを生成するためにジョイント１の大きな回転が必要とされるからである。かかる状態において、ピッチジョイントがほぼ真っ直ぐである場合には、妥当な時間内にスムーズにエンドエフェクタを移動させるためには、ジョイント１は非常に高速な動作が可能でなければなりません。この要求項目はアームの小型軽量化と容易には両立しない。なぜならそれは、アームがガタガタ揺れることなくモータが反応できるように、比較的大きな駆動モータと十分な剛性を持つアームを必要とするからである。

【0006】

すなわち、既存のアームよりも広範囲に亘る外科的処置を実行することができるロボットアームが必要とされる。

【発明の概要】

【0007】

本発明の第一の態様によれば、外科用ロボットは、関節でつながれたアームを備え、前記アームは末端部を有する一方、前記末端部は、外科用器具のためのアタッチメントを有する遠位部と、中間部と、前記末端部が前記アームの残り部分に結合される基部と、前記遠位部と前記中間部の間に設けられ、第１軸周りの前記遠位部と前記中間部の相対的な回転を許容する第１関節と、前記中間部と前記基部の間に設けられ、第２軸周りの前記中間部と前記基部の相対的な回転を許容する第２関節と、を備え、前記中間部が、第３軸および第４軸周りの前記遠位部と前記基部の相対的な回転を可能にする第３関節を含み、第１，第２および第３関節が、第３関節の少なくとも1つの形状において前記第１軸と前記第２軸が平行でかつ前記第３軸と前記第４軸が前記第１軸を横切るように配置されていることを特徴とする。

【0008】

前記構成において、前記第３軸と前記第４軸は、前記第１軸と直交していてもよい。

【0009】

前記構成において、前記第１軸と前記第２軸は同一直線上にあってもよい。

【0010】

前記第３軸と前記第４軸は、前記アームのすべての構成またはいくつかの構成において互いに交差している。

【0011】

前記第３軸と前記第４軸は、前記アームのすべての構成またはいくつかの構成において互いに直交していてもよい。

【0012】

前記第１関節が回転ジョイントであってもよい。また、前記第２関節が回転ジョイントであってもよい。前記第３関節は、球面ジョイントであってもよいし、一組の回転ジョイントであってもよい。また、前記第３関節は、例えば、ユニバーサルジョイント（すなわちカルダンジョイント）や等速ジョイントやボールジョイント、あるいはヒンジ軸が互いに横切るように配置されたダブルヒンジジョイントであってもよい。さらに、前記第３関節がユニバーサルジョイントである場合には、前記ユニバーサルジョイントの軸は交差していてもよいし、オフセットされていてもよい。

【0013】

ある配置において、前記基部に対して外科用器具のためのアタッチメントを関節でつなぐ唯一の手段が、第１，第２と第３関節であってもよい。一方、他の実施形態では、回転ジョイントあるいは並進ジョイントが追加されていてもよい。

【0014】

外科用器具のためのアタッチメントは、前記アームのすべての構成またはいくつかの構成において、前記第１軸上に配置されてもよい。また、前記外科用器具のためのアタッチメントは、前記アームの動きとは独立して関節運動できるように、前記外科用器具内に１つ以上のジョイントに起因する動力を伝動できるようになっていてもよい。さらに、前記外科用器具が、腹腔鏡および／または関節鏡器具であってもよいし、前記外科用ロボットが、腹腔鏡および／または関節鏡ロボットであってもよい。

【0015】

前記外科用ロボットが、アタッチメントに取り付けられた外科用器具を含んで構成されていてもよい。また、前記外科用器具は、前記アームのすべての構成またはいくつかの構成において、実質的に前記第１軸に沿った方向に延び出していてもよい。

【0016】

本発明の第二の態様は、前記第一の態様に記載の外科用ロボットにおいて、前記アームは、ベースと、該ベースと前記アームの前記末端部の前記基部との間に延び出す近位部を備え、前記近位部は、その長さ方向に沿って関節でつながれておりかつ前記基部に対して堅固に連結されている。

【0017】

前記近位部は、第１アーム部と、第１アーム関節によって前記第１アーム部に結合されかつ第１アーム軸周りに前記第１アーム部に対して回転できるようにされている第２アーム部と、第２アーム関節によって前記第２アーム部に結合されかつ第２アーム軸周りに前記第２アーム部に対して回転できるようにされている第３アーム部と、第３アーム関節によって前記第３アーム部に結合されかつ第３アーム軸周りに前記第３アーム部に対して回転できるようにされている第４アーム部と、第４アーム関節によって前記第４アーム部に結合されかつ第４アーム軸周りに前記第４アーム部に対して回転できるようにされている第５アーム部と、を備えていてもよく、前記第２アーム軸が前記第１アーム軸を横切るように配置され、また前記第３アーム軸が前記第２アーム軸を横切るように配置され、さらに前記第４アーム軸が前記第３アーム軸を横切るように配置されており、前記第２アーム部と前記第３アーム部が共に前記第３アーム軸に沿った方向に延び出す細長い手足の如き形状を構成していることを特徴とする。

【0018】

前記第２アーム軸は、前記アームのすべての構成またはいくつかの構成において、前記第１アーム軸と直交している。

【0019】

前記第３アーム軸は、前記アームのすべての構成またはいくつかの構成において、前記第２アーム軸と直交していてもよい。

【0020】

前記第４アーム軸は、前記アームのすべての構成またはいくつかの構成において、前記第３アーム軸と直交していてもよい。

【0021】

前記第１アーム部は、前記ベースに対して堅固に取り付けられていてもよい。

【0022】

前記第１，前記第２，前記第３および前記第４アーム関節はそれぞれ、回転ジョイントであってもよい。また、ある配置において、前記ベースに対して第前記５アーム部を関節でつなぐ唯一の手段が、前記第１，前記第２，前記第３と前記第４アーム関節であってもよい。

【0023】

前記外科用ロボットが、前記第１アーム部と前記ベースとの間に第１追加関節を有していてもよい。前記第１追加関節は、前記第１アーム軸を横切るように配置された第１追加軸周りにおける前記第１アーム部と前記ベースの相対回転を許容してもよい。

【0024】

前記外科用ロボットが、前記第１アーム部と前記ベースとの間に第２追加関節を有していてもよい。前記第２追加関節は、前記第１追加軸を横切るように配置された第２追加軸周りにおける前記第１アーム部と前記ベースの相対回転を許容してもよい。

【0025】

前記第２アーム部が第３追加関節を備え、これにより第２アーム部が前記第３アーム軸を横切るように配置された軸周りに屈曲可能とされていてもよい。

【0026】

前記第２アーム軸が、前記アームのすべての構成またはいくつかの構成において、前記第１アーム軸と直交する方向において、前記第１アーム軸からオフセットされていてもよい。

【0027】

前記第２アーム軸が、前記アームのすべての構成またはいくつかの構成において、前記第３アーム軸と直交する方向において、前記第３アーム軸からオフセットされていてもよい。

【0028】

前記第４アーム軸は、前記アームのすべての構成またはいくつかの構成において、前記第３アーム軸と直交する方向において、前記第３アーム軸からオフセットされていてもよい。

【0029】

前記ベースは、前記第１軸が、少なくとも２０°だけ垂直から固定的にオフセットされていてもよい。

【0030】

前記第５アーム部は、前記アームの前記末端部の前記基部に対して堅固に取り付けられていてもよい。

【0031】

前記第５アーム部と前記基部は共に、前記第２軸に沿った方向に延び出す細長い手足の如き形状を提供してもよい。

【0032】

前記第２軸は、前記第４アーム軸を横切るように配置されていてもよい。また、前記第２軸は、前記アームのすべての構成またはいくつかの構成において、前記第４アーム軸と直交していてもよい。

【0033】

前記第４アーム軸は、前記第２軸に直交する方向において、前記第２軸からオフセットされていてもよい。

【0034】

前記アームは、前記アームの前記遠位端が前記アームの前記近位端に対して回転することができるように８つの回転ジョイントを備えていてもよい。かかる８つの回転ジョイントが、前記アームの前記近位端に対する６自由度を前記アームの前記遠位端を提供するようにしてもよい。

【0035】

本発明の第三の態様によれば、外科用ロボットは、ベースと、前記ベースから延び出しかつ外科用器具のためのアタッチメントをその上に有するリストの遠位端で終端されているアームと、を備え、前記アームは、その長さに沿って一連の回転ジョイントによってつながれている一方、前記アームジョイントは、前記ベースから順番に、（ｉ）第１軸を有する第１ジョイントと、（ｉｉ）前記第１軸を横切るように配置されている第２軸を有する第２ジョイントと、（ｉｉｉ）前記第２軸を横切るように配置されている第３軸を有する第３ジョイントと、（ｉｖ）前記第３軸を横切るように配置されている第４軸を有する第４ジョイントと、を含んで構成されており、前記リストは、その長さに沿って第２の一連の回転ジョイントによってつながれている一方、前記リストの前記ジョイントは、前記アタッチメントに向かって順番に、（ｖ）第５軸を有する第５ジョイントと、（ｖｉ）前記第５軸を横切るように配置されている第６軸を有する第６ジョイントと、（ｖｉｉ）前記第５軸と前記第６軸の双方を横切るように配置されている第７軸を有する第７ジョイントと、を含んで構成されていることを特徴とする。

【0036】

前記第５軸と前記第６軸は、前記アームのすべての構成またはいくつかの構成において交差していてもよい。

【0037】

前記第１〜前記第７ジョイントが、前記アームの関節接合の唯一の手段であってもよい。

【0038】

前記リストが、前記第５ジョイントと前記第４ジョイントの間に第８回転ジョイントを含んで構成されていてもよい。前記第８ジョイントの軸が、前記第５軸と前記第６軸の双方を横切るように配置されていてもよい。

【0039】

前記第５ジョイントと前記第６ジョイントの１つの構成において、前記第８軸と前記第７軸が平行であってもよい。

【0040】

前記第５ジョイントと前記第６ジョイントの１つの構成において、前記第８軸と前記第７軸が同一直線上にあってもよい。

【0041】

前記第１〜前記第８ジョイントが、前記アームの関節接合の唯一の手段であってもよい。

【0042】

前記外科用ロボットが、前記第１ジョイントと前記ベースとの間に第１追加回転ジョイントを含んで構成されていてもよい。前記第１追加ジョイントは、前記第１軸に対して直交する第１追加軸を有していてもよい。

【0043】

前記外科用ロボットが、前記第１追加回転ジョイントと前記ベースとの間に第２追加回転ジョイントを含んで構成されていてもよい。前記第２追加ジョイントは、前記第１追加軸に対して直交する第２追加軸を有していてもよい。

【0044】

前記外科用ロボットが、前記第２ジョイントと前記第３ジョイントとの間に第３追加回転ジョイントを含んで構成されていてもよい。前記第３追加ジョイントは、前記第１軸を横切るように配置されている軸を有していてもよい。

【0045】

前記第３追加ジョイントの前記軸が、前記第２軸に対して平行であってもよい。

【0046】

前記第３関節あるいは前記第５および前記第６ジョイントが、前記基部に関して第１球面ジョイント周りにかつ前記遠位部に対しては前記第２球面ジョイント周りに動作可能となる前記中間部材を有するジョイント構造によって構成されていてもよい。前記第１および前記第２球面ジョイントは、前記中間部材に対して同一平面内で動作するようにされている。

【0047】

前記ジョイント構造が、前記中間部材内に含まれかつそれぞれ前記基部と前記遠位部に対して前記第１および前記第２球面ジョイントによって連結されたフォロワーを有して構成されていてもよい。前記フォロワーは、前記中間部材に対して直線的に動作するように構成されている。

【0048】

前記外科用ロボットが、前記第３軸および前記第４軸周りに前記遠位部と前記基部に関連した回転をもたらすように、前記基部と前記中間部材の間に配置された多数のリニアアクチュエータを含んで構成されていてもよい。

【0049】

以下、本発明を、例示としての図面を参照しつつ説明する。

【図面の簡単な説明】

【0050】

【図1】従来技術のロボットアームを示す。

【図2】従来技術のロボットリストを示す。

【図3】本発明の一実施形態に従うロボットアームに外科用器具が取り付けられた状態を示す。

【図4a】図３に示すロボットリストの３つの異なる構成の１つを示す。

【図4b】図３に示すロボットリストの３つの異なる構成の別の１つを示す。

【図4c】図３に示すロボットリストの３つの異なる構成のさらに別の１つを示す。

【図5】外科用器具を示す。

【図6】ロボットアームの他の態様を示す。

【図7】ロボットリストの他の態様を示す。

【発明を実施するための形態】

【0051】

図３および図４に示す外科用ロボットアームはリストを有しており、かかるリスト内では、アームの遠位部を通常横切るように配置されている軸周りの回転を許容する２つのジョイントが、通常アームの遠位部に対して平行となる軸周りの回転を許容する２つのジョイントの間に置かれている。このような配置が、器具に、基端部がアームの遠位部分を中心とする半球状の領域内の運動を許容するが、エンドエフェクタ（外科用器具）をスムーズに動かすためにジョイントの１つを高速で動かす必要がなく、しかもアームの他のいずれの部分の動きも必要としない。

【0052】

より詳細には、図３には、そこに取り付けられた外科用器具１１を有するロボットアーム（通常１０で表示されている）が示されている。ロボットアームは、ベース１２から延び出すように構成されている。ここでベース１２は、手術室の床あるいは固定された台座に備え付けられていてもよいし、可動性のワゴンやカートの一部であってもよいし、ベッドに備え付けられていてもよいし、手術室の天井に備え付けられていてもよい。手術が実行される際には、ベースは、患者のベッドあるいは椅子に対する場所に固定される。ロボットアームは、通常１３で表されるリスト部と、通常１４で表される本体部を含んで構成されている。かかる本体部は、アームの大部分を構成しており、かつ遠位端にリスト部が取り付けられることにより終端されている。本体部の近位端は、ベースに取り付けられている。リスト部は、アームの遠位部分を構成しかつ本体部の遠位端に取り付けられている。

【0053】

アームの本体部は、４つのジョイント１５，１６，１７，１８と３つのシャフト部１９，２０，２１を含んで構成されている。ここで、ジョイントは回転ジョイントである。シャフト部は、シャフト部１９，２０それぞれにセットされるジョイント１５，１７を除いて、堅固とされている。各シャフト部は、実質的な長さを有していてもよく、これによりアームは長さを持ち、リストをベースから横方向および／または垂直方向にオフセットさせることができる。ベースが適切な場所に置かれた場合、特にベースが床から持ち上げられている場合には、第２および第３シャフト部に対して第１シャフト部の先端部を切り縮めてもよい。

【0054】

第１シャフト部１９は、ベース１２に取り付けられている。具体的には第１シャフト部は、好適にはベース１２からほぼ直立方向に延び出しているが、垂直あるいは水平に対して所定の勾配で延び出していてもよい。

【0055】

ジョイント１５は、第１シャフト部に配置されている。かかるジョイント１５は、第１シャフト部の近位部の相対的回転を許容している一方、第１シャフト部は、ベースと、軸２２周りのアームの残りの部分に固定されている。好適には、軸２２は、ベースからジョイント１６に向かって延びるアームを構成する第１シャフト部の主要範囲と平行、または実質的に平行である。したがって、アームを構成する際に第１シャフト部の主要範囲に対する軸２２の角度は、好適には３０°未満または２０°未満もしくは１０°未満となっている。軸２２は、垂直または実質的に垂直であってもよい。また、軸２２は、ベースとジョイント１６の間に延び出していてもよい。

【0056】

ジョイント１６は、第１シャフト部１９の遠位端に配置されている。かかるジョイント１６は、第１シャフト部１９と第２シャフト部２０の相対的回転を許容している一方、かかる第２シャフト部２０は、第１シャフト部１９および／あるいは第２シャフト部２０を横切るように配置されている軸２３に対して、ジョイント１６の遠位端に取り付けられている。好適には、軸２３は、第１シャフト部１９と第２シャフト部２０のどちらか一方または両方と直交または実質的に直交している。したがって、第１シャフト部１９と第２シャフト部２０のどちらか一方または両方の主要範囲に対する軸２３の角度は、好適には、３０°未満または２０°未満、もしくは１０°未満となっている。より好ましくは、軸２３は、軸２２および／または以下で述べる軸２４と直交もしくは実質的に直交している。

【0057】

ジョイント１７は、第２シャフト部に配置されている。かかるジョイント１７は、軸２４周りにおける第２シャフト部の近位部とアームの残りの部分の相対的回転を許容している。好適には、軸２４は、第２シャフト部の主要範囲と平行または実質上平行である。したがって、第２シャフト部の主要範囲に対する軸２４の角度は、好適には、３０°未満または２０°未満、もしくは１０°未満となっている。軸２４は、（例えば５０ｍｍ以内で）以下で述べる軸２３および軸２５と交差もしくは実質的に公差していてもよい。図３に示すように、ジョイント１７は、第２シャフト部の近位端よりも遠位端の近くに配置されている。これによりジョイント１７で回転させる必要がある質量を減らすことができるが、ジョイント１７は、第２シャフト部上の任意のポイントに配置されていてもよい。好適には、第２シャフト部は、第１シャフト部よりも長くなっている。

【0058】

ジョイント１８は、第２シャフト部２０の遠位端に配置されている。かかるジョイント１８は、第２シャフト部２０とジョイント１８の遠位端に設けられた第３シャフト部２１の軸２５周りの相対的回転を許容しており、軸２５は第２シャフト部２０および／あるいは第３シャフト部２１を横切るように配置されている。好適には、軸２５は、第２シャフト部２０と第３シャフト部２１のどちらか一方あるいは両方と直交または実質的に直交している。したがって、第２シャフト部２０と第３シャフト部２１のどちらか一方あるいは両方の主要範囲に対する軸２５の角度は、好適には３０°未満または２０°未満、もしくは１０°未満となっている。好適には、軸２５は、軸２４および／または以下で述べる軸２９と直交もしくは実質的に直交している。

【0059】

要約すると、一例としてアームの本体部は、ベースから本体部の遠位端の順に、以下のものから構成することができる。
１．実質的または非実質的な長さを有し、かつアーム（「ロールジョイント」）を形成する第１シャフト部の長さ（もしあれば）にほぼ沿うような軸周りの回転を許容するジョイント１５を含む第１シャフト部１９。
２．第１シャフト部および／または前述のジョイント（ジョイント１５）の軸および／または次のジョイント（ジョイント１７）（「ピッチジョイント」）の軸を横切るような回転を許容するジョイント１６。
３．実質的な長さを有し、かつ第２シャフト部にほぼ沿った軸周りの回転および／または前述のジョイント（ジョイント１６）の軸に対する回転および／または次のジョイント（ジョイント１８）（「ロールジョイント」）に対する回転を許容するジョイント１７を含む第２シャフト部２０。
４．第２シャフト部および／または前述のジョイント（ジョイント１７）および／または次のジョイント（ジョイント２８）（「ピッチジョイント」）を横切るような回転を許容するジョイント１８。
５．そして、実質的な長さを有する第３シャフト部２１。

【0060】

リスト部１３は、第３シャフト部の遠位端に取り付けられている。リスト部１３の詳細は、図４に示されている。図４において、図４ａは直線形状とされたリストを示す一方、図４ｂはジョイント２６における動きにより折り曲げ形状とされたリストを示し、また図４ｃはジョイント２５における動きにより折り曲げ形状とされたリストを示している。なお、図３および図４における同様の部位については、同じ符号で示されている。直線形状は、リストのトランスバースジョイント２６，２７の動きの中点を表している。

【0061】

第３シャフト部の遠位部が、図４において２１ａで示されている。リストは、ジョイント２８によって第３シャフト部の遠位端に取り付けられている。ジョイント２８は回転ジョイントであって、リストが軸２９周りにアームの遠位端に対して回転することを許容している。好適には、軸２９は、第３シャフト部の主要範囲と平行または実質的に平行である。したがって、第３シャフト部の主要範囲に対する軸２９の角度は、好適には、３０°未満または２０°未満、もしくは１０°未満となっている。軸２９は、（例えば５０ｍｍ以内で）軸２５と交差または実質的に公差していてもよい。好適には、軸２９は、軸２５を横切るように配置されている。

【0062】

リストの近位端は、リストベースブロック３０によって構成されている。かかるリストベースブロック３０は、ジョイント２８に取り付けられている。リストベースブロック３０は、第３シャフト部２１の遠位端に接している。リストベースブロック３０は堅固で、ベース３３を含んで構成されており、かかるベース３３によってジョイント２８に取り付けられている。リストベースブロック３０はまた、隙間を隔てて離隔配置された一対のアームを含んで構成されており、かかる一対のアームは、第３シャフト部２１から離隔する方向に向かってリストベースブロック３０のベース３３から延び出して形成されている。中間部材３４は、軸３５周りでアーム３１，３２に対して回転できるように、アーム３１，３２間に回転可能な状態で懸架されている。これが、リストの回転ジョイント２７を構成している。好適には、中間部材３４は、十字架形状を形成できるように堅固とされている。リストヘッドブロック３６は、中間部材３４に取り付けられている。リストヘッドブロック３６は堅固とされており、以下で述べるジョイント３８に取り付けるために用いられるヘッド３７と、中間部材３４に向かってヘッド３７から延び出し隙間を隔てて離隔配置された一対のアーム３９，４０と、を含んで構成されている。アーム３９，４０は、中間部材３４を取り囲むように設けられていると共に、リストヘッドブロック３６が軸４１周りに中間部材３４に対して回転できるように枢着されている。このことが、リストの回転ジョイント２６を提供するのである。軸３５と４１は、実質的な角度で互いにオフセットされている。好適には、軸３５，４１は、互いに横切るように配置されており、さらに好適には、互いに直交している。また、好適には、軸３５と４１は、（例えば５０ｍｍ以内で）交差しているまたは実質的に交差していてもよい。しかし、中間部材３４は、それらの軸が長手方向にオフセットされるよういくらかの長さを有していてもよい。また、好適には、軸３５と２９は、互いに横切るように配置されていてもよく、さらに好適には、互いに直交していてもよい。また、好適には、軸３５と２９は、（例えば５０ｍｍ以内で）交差しているまたは実質的に交差していてもよい。さらに、好適には、軸３５と４１は、一点で軸４１に交差している、または（例えばすべて半径５０ｍｍ内で交差することにより）３つの軸が実質的に一点で交差していてもよい。

【0063】

このようにして、リストベースブロック、中間部材とリストヘッドブロックが全体としてユニバーサルジョイントを形成している。かかるユニバーサルジョイントは、リストヘッドブロックが半球内のあらゆる方向に向くことを許容しており、半球の基端部がジョイント２８の軸２９と直交している。リストベースブロックとリストヘッドブロック間の結合は、例えばボールジョイントや等速ジョイントのような異なるタイプの機械的結合によって構成されていてもよい。そのような動作がジョイント２８と３８によってなされていることからリストベースブロックとリストヘッドブロックの相対的な軸上の回転が許容されていることは必要ではないが、好ましくは、結合は通常、球面ジョイントとして作動することが望ましい。あるいは、ジョイント２６と２７と２８が、共同で球面ジョイントを形成していると見なしてもよい。かかる球面ジョイントは、ボールジョイントとして提供されていてもよい。図３のリストが運動学的冗長性を有していることは、高く評価される。器具１１は、単にジョイント２８と２７の動きによって軸２９周りの球面内の広範囲の位置に配置されていてもよい。しかし、ジョイント２６の追加が、一対のジョイント２８，２７のみに起因する運動学的特異点を除去し多数のロボットアームがより接近して作業できるように患者の内部でエンドエフェクタを動かす機構を簡素化することにより、外科用途におけるロボットの運転を大いに改善することが見出されている。このことは、以下に詳述する。

【0064】

端末装置４２は、回転ジョイント３８によってリストヘッドブロックのヘッド３７に取り付けられている。ジョイント３８は、端末装置が軸４３周りでヘッドブロックに対して回転することを許容している。好適には、軸４３と軸４１は互いに横切るように配置されており、より好適には、軸４３と軸４１は互いに直交している。さらに、好適には、軸３５と２９は、（例えば５０ｍｍ以内で）交差しているまたは実質的に交差していてもよい。また、好適には、軸３５と２９は、軸４１に一点で交差している、または（例えばすべて半径５０ｍｍ内で交差することにより）３つの軸が実質的に一点で交差していてもよい。

【0065】

端末装置は、外科用器具１１が取り付けられるソケットあるいはクリップのようなコネクタを有している。外科用器具は、図５に詳細が示されている。器具は、器具ベース５０内に、延長器具シャフト５１と、オプションで１つ以上のジョイント５２と、エンドエフェクタ５３を含んで構成されている。エンドエフェクタが、例えば、把持部や一対の剪断機やカメラやレーザやナイフであってもよい。器具ベース５０と、端末装置４２のコネクタは、器具ベースが、器具ベースから離れる方向に延び出すシャフトを有するコネクタに対して離脱可能に取り付けられるように、協調的に設計されている。好適には、シャフトは、ジョイント２６の軸を横切るような方向、および／あるいは平行あるいは実質的に平行な方向、および／あるいはジョイント３８の軸４３と同軸あるいは実質的に同軸の方向、で器具ベースから離れるように延び出している。このことは、エンドエフェクタがリストのジョイントのおかげで十分な範囲の動作が可能となっており、また好適にはリストのジョイントがエンドエフェクタを配置することを可能としている。例えば、軸４３に沿って延びる器具シャフトの延長部を含めて、ジョイント３８は、シャフトが手術部位に到達するように挿入された際に通過する患者の組織の破壊の原因となる横方向の部材を有する器具シャフト５１の一部あるいは全体を動かすことなく、単にエンドエフェクタの向きを正しい位置に合わせることを可能としている。上述のように器具シャフトの延長部がリストから離れる方向に延び出すという事実は、リストが人間の外科医の手首に類似したある程度の関節を有していることを意味している。この結果は、人々によって実行された多くの外科技術は、容易にこのロボットアームの動きに移すことができることを示している。このことは、既知の外科的手法のロボットに特化したバージョンを考案する必要性を減らす。好適には、シャフトは、実質的に線形で堅固なロッドによって構成されている。

【0066】

上述のように、リストベースブロック３０の長さは、ロボットアームの最終シャフト部２１の長さよりも短い。このことは利点である、というのは、ジョイント２８において回転する必要のある質量を減らすことができるからである。しかしながら、ジョイント２８が、ジョイント２６と２７よりもジョイント２６の近くに配置されていてもよい。

【0067】

アームの各ジョイントは、電気モータあるいは油圧ピストンのような１つ以上の駆動装置によって他のジョイントとは独立して動かすことができる。駆動装置は、それぞれのジョイントに対する特定の位置に配置されていてもよいし、あるいはロボットのベースに近接するように配置されてケーブルやリンケージのような継手によってジョイントに連結されていてもよい。駆動装置は、ロボットのユーザによってコントロール可能である。ユーザは、ジョイスティックのような１つ以上の人工の入力装置や、ユーザによって動かされるアームのレプリカ上を動くセンサから得られる入力信号によって、リアルタイムで駆動装置をコントロールしてもよい。あるいは、駆動装置は、外科的処置を行うために前もってプログラムされたコンピュータによって自動的にコントロールしてもよい。コンピュータが、非破壊記憶装置に収容されたコンピュータ読み取り可能なプログラムを読み取り、ロボットアームが１つ以上の外科的処置を実行できるようにかかるプログラムをコンピュータによって実行できるようにしてもよい。

【0068】

図６に、外科的アームの他のデザインを示す。図６に示すアームは、ベース１１２、４つのジョイント１１５，１１６，１１７，１１８、３つのシャフト部１１９，１２０，１２１とリストユニット１１３を含んで構成されている。ジョイントは、回転ジョイントである。シャフト部は、ジョイント１１５と１１７を除いて、堅固とされている。外科用器具１１１は、リストユニットの末端部に取り付けられている。

【0069】

第１シャフト部１１９は、ベース１１２から延び出し、ジョイント１１５を含んで構成されている。第１シャフト部１１９は、ジョイント１１６によって第２シャフト部１２０に取り付けられている。第２シャフト部１２０は、ジョイント１１７を含んで構成されている。第２シャフト部は、ジョイント１１８によって第３シャフト部１２１に取り付けられている。第３シャフト部１２１は、回転ジョイント１２８で終端されており、それによりリストユニット１１３に取り付けられている。リストユニットは、協調してユニバーサルジョイントと終端の回転ジョイント１３８を構成する、回転ジョイント１２６，１２７の中間のペアを含んで構成されている。

【0070】

図３のロボットアームにおける類似のジョイントと同様に、次に述べるジョイントのペアのそれぞれの軸は、互いに横切るように独立して配置されていてもよく、実質的に互いに直交するように配置されていてもよい（例えば、直角に対して３０°，２０°，あるいは１０°以内で）し、あるいは互いに（１１５と１１６，１１６と１１７，１１７と１１８，１１８と１２８，１２８と１２６，１２８と１２７，１２６と１３８，１２７と１３８，１２６と１２７）直交するように配置されていてもよい。図３のロボットアームにおける類似のジョイントと同様に、次に述べるジョイントの軸は、独立して一直線に（例えば３０°，２０°，あるいは１０°以内で）並べられていてもよいし、あるいはそれら（シャフト部１２０を有するジョイント１１７とシャフト部１２１を有するジョイント１２８）がセットされるシャフトの延長部の主要軸と平行であってもよい。図３のロボットアームにおける類似のジョイントと同様に、アームの１つ以上の構成においてジョイント１２８と１３８の軸が一直線に並べられるように、リストが構成されていてもよい。好適には、一直線に並べられるのを、リストがサイド側の動きの中間の段階にある時に起こるようにしてもよい。図３のロボットアームにおける類似のジョイントと同様に、好適には、器具１１１の延長部の軸は、（例えば３０°，２０°，あるいは１０°以内で）一直線に並べられていてもよいし、あるいはジョイント１３８の軸と平行であってもよい。また、器具の延長部の軸は、ジョイント１３８の軸と完全に一致していてもよい。

【0071】

図６におけるロボットアームは図３におけるロボットアームとは異なっており、アーム部１１９，１２０，１２１が、ジョイント１１６の軸がジョイント１１５と１１７の軸から実質的に横方向のオフセットを持つように、かつジョイント１１８の軸がジョイント１１６と１１８の軸から実質的に横方向のオフセットを持つように構成されている。それらのオフセットのおのおのは独立して、例えば５０ｍｍや８０ｍｍや１００ｍｍを超える値を有していてもよい。このような配置は有利である、それは、器具の先端部近傍の動作質量を増加させることなくアームの移動性を高められるからである。

【0072】

図６のロボットアームにおいて、ベースに最も近い回転ジョイント（ジョイント１１５）の軸は、例えば少なくとも３０°だけ、垂直から実質的に一定量オフセットされている。このことは、ベースを適当な方位に固定することによってなされていてもよい。図６に示されているように、ジョイント１１５の軸がエンドエフェクタからほぼ離れる方向に向くようにアームがセットアップされている場合には、このことは、運転中のジョイント１１５と１１７の間に運動学上の特異点が表れる機会を減らす。

【0073】

したがって、図６のアームは、手術用ロボットアームに有利なかなりの数の一般的な特性を有している。
−アームは、長さ方向に沿って配置された一連の回転ジョイントを含んでおり、かかる一連の回転ジョイントは、順番にアームに沿って配置された一連の４つのジョイントを含んでいる。一連の４つのジョイントは、（ａ）シーケンスにおける次のジョイントにほぼ向かって延び出す軸を有するもの（「ロールジョイント」）と、（ｂ）シーケンスにおける次のジョイントの軸をほぼ横切るように延び出す軸を有するもの（「ピッチジョイント」）の間で、交互に配置されている。したがって、図６のアームは、ロールジョイント１１５と１１７およびピッチジョイント１１６と１１８を含んで構成されている。この一連のジョイントが、重いあるいは大きいあるいは高価な多数のジョイントを含む必要のあるアームを用いることなしに高い移動度を有するアームを提供している。上述のように、交互に配置されたジョイントが、互いに横方向にオフセットするのに有効である。
−アームは、ロールジョイント１２８で始まり２つのピッチジョイント１２６，１２７を有するリスト部を含んで構成されている。リストのピッチジョイントは、それらの軸がアームの全ての構成において交差するように同一場所に配置されていてもよい。この一連のジョイントが、アームの端部周りで高い移動性を有するエンドエフェクタを提供し得る。
−外科用器具の延長軸と軸が完全に一致した回転ジョイント（１３８）で終端されたリスト部。最も好適には、器具シャフト５１は直線状に延びて、ジョイントの軸はシャフトと一直線とされている。かかる配置は、エンドエフェクタが、患者の創傷チャンネルを過度に崩壊することなく単一のジョイントにおける動きを介して所望の向きに容易に回転することを可能にしている。このことはまた、器具自体に同等の機能を果たすジョイントを有する必要性を減らすことができる。
−実質的に垂直からオフセットされており、より好適には患者の手術部位から離れる方向に向けられている近位の回転ジョイント（１１５）。このことは、ジョイントがアームのもう１つのジョイントと運動学上の特異点を持つ機会を減らしている。

【0074】

図７は、図３および図６に記載のように、アームにおいてリストジョイントとして使われているジョイントの他のデザインを示している。

【0075】

図７において、アームのシャフト部は、２００で示されている。これは、例えば、図３におけるシャフト部２１や、図３におけるシャフト部２１に対して回転ジョイントによって接続されたシャフト部や、あるいは図６におけるシャフト部１１３であってもよい。多数のリニアアクチュエータが、シャフト部２００の中心部の縦軸周りに配置されている。リニアアクチュエータは、中心軸廻りに周方向にオフセットされた位置に配置されている。それらは、中心軸廻りに規則正しく一定間隔を隔てて配置されていてもよい。２つ、３つ、４つ、あるいはそれ以上のアクチュエータがあってもよい。図７の例では、中心軸廻りに周方向にオフセットされた位置に配置された４つのリニアアクチュエータがある。なお、図７では、２つ（２０１，２０２）のみ図示されており、他は明確になるように図示が省略されている。各リニアアクチュエータは、シャフト部２００の遠位端に対してそこから突出するように球面ジョイントによって連結されている。リニアアクチュエータの代わりに、２つのエンドポイントを一緒にあるいは別々に描くための力を加え得る他の機構が用いられていてもよい。適当な機構の例として、ピストン／シリンダーの取り合わせや、リニアモータや、コンパスのような相互に回転可能なアームが含まれる。各リニアアクチュエータの１つのエンドポイントは、球面ジョイントに取り付けられており、かかる球面ジョイントによって各リニアアクチュエータはシャフト部２００に取り付けられている。各リニアアクチュエータのもう１つのエンドポイントは、別の球面ジョイントに取り付けられており、かかる別の球面ジョイントによってリニアアクチュエータは中間部材２１２に取り付けられている。

【0076】

ガイドロッド２０３は、アーム部２００に対して堅固に取り付けられており、かつアーム部２００の外へ延び出している。ガイドロッドの遠位端において、ガイドロッドはフォロワーエレメント２０８と共に球面ジョイント２０５に終端されている。フォロワー２０８は、中間部材２１２内に含まれている。フォロワーは、中間部材２１２に対する単一の平面内のみに移されている。このことは、中間部材２１２に堅固に取り付けられかつ中間部材２１２内部の空洞の径方向内方に延びて環状の壁２０７上にぴったりとスライド嵌合する円周状の溝部２０６を有するフォロワー２０８によって達成されていてもよい。

【0077】

ガイドロッドのシャフトに沿って、中間部材自体と共にスライド球面ジョイント２０４がある。スライド球面ジョイント２０４は、ガイドロッドのシャフトがスライドできるようなボールによって構成されている。ボールの外面が、中間部材２１２と共に球面ジョイントを構成している。ガイドロッドの遠位端とフォロワーの間に配置された中間部材２１２と球面ジョイント２０５については、フォロワー２０８の平面的に制約された動きと併せて、このジョイント２０４が決まった場所に中間部材を保持している一方、中間部材は、ジョイント２０４がジョイント２０５周りにシャフト部２００に対して回転することを可能としている。かかる回転動作は、例えばリニアアクチュエータ２０１，２０２によって行われていてもよい。

【0078】

フォロアの遠位側には、第２ガイドロッドが球面ジョイント２１３を介してフォロワーに係合されている。ジョイント２０４に類似のスライド球面ジョイント２１３は、中間部材２１２を第２ガイドロッドに対して相対的に回転可能とすると共に、その軸に沿って第２ガイドロッドに対して直線的な動作を可能としている。

【0079】

端末アーム片２１０は、堅固に第２ガイドロッドに対して取り付けられている。

【0080】

図７に示す機構の働きは、端末アーム片が、ジョイント２０５，２０９の間の領域周りの２つの直交軸周りでシャフト部２００に関してほぼ回転運動することを可能にしている。かかる動きは、リニアアクチュエータによって駆動されていてもよい。これらは、上述のモータのように、制御装置の制御下で駆動されていてもよい。あるいは、リニアアクチュエータは、アームのベースから延びる圧力ラインを介して、油圧または空気圧によって駆動されていてもよい。中間部材２１２によって構成されるジョイントの性質は、フォロワー２０８が、端末アーム片のかなりの角度偏差を容易に実現することができるように、端末アーム片の角変位を誇張する傾向があることを意味している。

【0081】

端末アーム片は、単一部材であってもよい。あるいは、図７におけるジョイント１３８と同種の回転ジョイント２１１周りに互いに対して回転可能な２つの個別部分２１０ａと２１０ｂによって構成されていてもよい。２１４で部分的に示した外科用器具は、端末アーム片に取り付けられていてもよい。

【0082】

上述したように、図３および図６に示すアームにおける近位の一連のジョイントは、アームの遠位端に向かって順番に、上記で定義された用語を用いて、ロールジョイント、ピッチジョイント、ロールおよびピッチジョイントとなる。この一連のジョイントはＲＰＲＰと表してもよい、ここで「Ｒ」はロールジョイントを表し、「Ｐ」はピッチジョイントを表し、そしてジョイントはアームの近位端から遠位端に向かって連続して記載されている。同じ用語法を用いると、外科用アームのための他の使いやすいジョイント配列として以下のものが含まれる。
１．ＰＲＰＲＰ：すなわち、図３および図６に示すロボットアームにおけるジョイント配列であるが、ＲＰＲＰジョイント配列とベースの間に追加のピッチジョイントを含むものである。
２． ＲＰＲＰＲ：すなわち、図３および図６に示すロボットアームにおけるジョイント配列であるが、ＲＰＲＰジョイント配列とリストの間に追加のロールジョイントを含むものである。
３． ＲＰＲＰＲＰ：すなわち、連続する一連の３組のＲＰであって、図３および図６に示すロボットアームにおけるジョイント配列に類似しているが、ＲＰＲＰジョイント配列とベースの間に追加のピッチジョイントを含むと共に、ＲＰＲＰジョイント配列とリストの間に追加のロールジョイントを含むものである。
アームに対してさらにジョイントを加えてもよい。これらのアームはそれぞれ、図３または図７に示すタイプのリストを有していてもよい。ジョイント２８，３８の１つが、リストから省かれていてもよい。

【0083】

上記に示したように、外科用器具は、その先端付近に一つ以上のジョイント５２を有していてもよい。ロボットアームが本明細書に記載のタイプのものである場合には、好適には、外科用器具は、２つのジョイントだけを含んでいてもよい。また好適には、それらは、その器具シャフト５１を横切るように延びる軸を有する回転ジョイントであってもよい。これらのジョイントの軸は、ユニバーサルジョイントを形成するように交差していてもよいし、あるいは器具シャフトの延長部の方向に対してオフセットされていてもよい。器具のジョイントは、アーム内の駆動手段や、器具内のケーブルあるいは結合を介してジョイントに伝達された動き、によって駆動されていてもよい。リストユニットの終端部におけるコネクタや器具ベース５０が、そのような動きを器具に伝え得るように構成されていてもよい。好適には、器具上のジョイントは、器具シャフトに対して一直線とされた軸を有する回転ジョイントを含んでいなくてもよい。そのようなジョイントによって提供される動きは、好適には、ロボットアームのリスト上のジョイント３８によって供給され得る。多くの外科的処置において、そのような動きは必要ではない。器具はしばしば使い捨てを意図して形成されている：それゆえ、器具からジョイントのような部分を省くことによってコストが低減されている。ジョイントのような部分を省くことはまた、器具とアーム間に必要とされる機械的な相互作用を簡素化する、というのはジョイント用の動きは器具に伝達する必要がないからである。

【0084】

手術に使用する際には、ロボットアームは、患者から分離または密閉されるようにアームを保持するために、滅菌ドレープによってカバーされていてもよい。これにより、手術の前にアームを滅菌する必要性を回避することができる。対照的に、器具は、ドレープの患者の側に露出されることになる。すなわち、器具がドレープ内の密閉空間を貫いて延び出す状態となるか、またはドレープがリストユニットの終端部分におけるコネクタと器具ベース５０の間に挟まれる状態となるか、である。一旦器具がアームに取り付けられたら、手術を実行できるようになっている。手術を行う際には、アームは最初に、器具シャフト５１の軸が、患者の外面上の所望の開始位置（例えば、患者の皮膚の切開位置）と所望の手術部位の間の軸と一直線になるように操作され得る。次に、ロボットアームは、エンドエフェクタが手術部位に到達するまで器具シャフトの軸に平行な方向に向かって切開部を通して器具を挿入するために操作され得る。他のツールは、他のロボットアームによって、同様の方法で挿入することができる。一旦必要なツールが手術部位に置かれたら手術を行うことができ、手術後にはツールが患者の体から引き抜かれて、切開部（Ｓ）が例えば縫合によって閉じることができる。器具が患者内に配置されている場合で、器具シャフトの軸を横切るような方向にエンドエフェクタを移動させることが望まれる際には、このような運動は、好ましくは、器具が通過する切開部における動作中心周りに器具シャフトを回転させることによって行われることが望ましい。このことは、切開部が大きくなることを回避している。

【0085】

上述したようなタイプのロボットアームは、外科的処置を実行するための広範囲に亘る利点を提供することができる。まず第１に、全体としての器具、特に広範囲に亘る位置と方向を有する器具のエンドエフェクタを配置するために必要な様々な動きを今まで通り提供する間、過剰な数のジョイントを含んでいないことから、ロボットアームは比較的スリムかつ軽量化が可能となっている。このことが、例えば看護師がアームの近くで作業している時や手術室が患者を受け入れるためにセットアップされている時に、アームの望ましくない動きによって人間が負傷する機会を減らすことを可能としている。このことはまた、特に一般的に多数の器具が小さな開口部を通して手術部位にアクセスしなければならないＥＮＴ（耳や鼻やのど）のような部位において、手術部位に対する多数のそのようなアームのアクセスし易さの改善を可能にしている。同様の考察は、例えば、多数の器具が臍付近の領域から患者に入れられて、患者の腹部内の胸郭の内部で拡張することが一般的である腹部の処置でも生じる。そして、骨盤エリアにおける処置の場合には、器具が手術部位に接近することが、骨盤の骨やその他の内部構成を避ける必要性から制限されている。同様に、改善された動作範囲を有するアームは、手術スタッフがロボットのベースが配置された場所の上方でより自由にふるまえることから、手術部位付近に多くのロボットのベースを容易に配置できる。このことは、ロボットを収容するために、既存の手術室のワークフローを再設計する必要性を回避するのに役立つことができる。第２に、アームは、ロボットのベースの患者に対する位置決めを手術スタッフが柔軟に考えられるように、十分に冗長な動作を提供する。このことは、多数のロボットが小さな手術部位で作業する必要がある場合や、手術室に追加の設備がある場合や、あるいは患者が異常な寸法を有している場合に重要である。第３に、リスト部が、図４のように、一対の交差軸ピッチジョイントの近位に位置するロールジョイントを含む場合であって、特にさらにアームと器具が、器具シャフトがそれらピッチジョイントから離れる方向に真っ直ぐに延びるように構成されている場合に、従来の外科的処置をロボットにできるように直すことが容易にできるように、リストの動きは人間の動きに近づく。リストと器具との間のこの関係はまた、主たるアーム構成部材（例えば、２１および１２１）の終端部が、器具シャフトの動きの自由度を損なうことなく、器具シャフトに対して角度をもって曲げられ得ることから、複数のアームが手術部位の近傍で互いに密接に接近することを可能にするのに役立っている。このことは、１つの理由として、患者に挿入される器具シャフトの患者の外面上の開始位置を中心とした回転によってエンドエフェクタが患者内で動く必要がある場合、かかる回転は、本発明のアームの好適な実施形態において、空間的にオフセットされた軸を有する多数のジョイントの間の運動学的特異点あるいは複雑な相互作用によって阻害されることなく、もっぱらリストによって提供され得る。一方、アームの残りの部分は、単にリストを所望の位置に移すだけである。ロボットがコンピュータの制御下にある場合には、コンピュータのプログラムは、ロボットが、器具のシャフトに沿ったポイント周りのエンドエフェクタの回転によってエンドエフェクタの位置を移すように定めてもよい。このポイントは、患者の切開部の遠位側と完全に一致していてもよい。プログラムは、リスト用の駆動ドライバーに対してジョイント２６および／あるいはジョイント２７がかかるポイント周りに器具を回転させるように命じることによって、エンドエフェクタの移動を成し遂げるようにされていてもよいし、アームの残りの部分用の駆動ドライバーに対してリストを移動させるように同時に命じてもよい。

【0086】

出願人はこれによって、ここに記載の分離した各個別の特徴および２つ以上のそのような特徴の任意の組み合わせを開示しており、そのような特徴または特徴の組み合わせが当業者の共通の一般的な知識に照らして全体として本明細書に基づいて実施されることが可能な程度に開示している。なお、そのような特徴または特徴の組合せが本明細書に開示される任意の問題を解決するかどうかは関係がなく、またかかる具体的記載が特許請求の範囲を限定するものでもない。出願人は、本発明の態様は、このような個々の特徴または特徴の組み合わせから成ってもよいことを示している。以上の説明に鑑みて、種々の改変が本発明の範囲内でなされ得ることは当業者にとって明らかであろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図4c】

【図5】

【図6】

【図7】