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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024003800
(43)【公開日】2024-01-15
(54)【発明の名称】ロボット制御医療システムの回転ジョイントアセンブリ
(51)【国際特許分類】
A61B 34/30 20160101AFI20240105BHJP
B25J 17/00 20060101ALI20240105BHJP
【ＦＩ】
A61B34/30
B25J17/00 Z
【審査請求】有
【請求項の数】23
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2023173852
(22)【出願日】2023-10-05
(62)【分割の表示】P 2022117644の分割
【原出願日】2022-07-25
(31)【優先権主張番号】63/203,787
(32)【優先日】2021-07-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/812,508
(32)【優先日】2022-07-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】510292504
【氏名又は名称】コリンダス、インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110003317
【氏名又は名称】弁理士法人山口・竹本知的財産事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100075166
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 巖
(74)【代理人】
【識別番号】100133167
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 浩
(74)【代理人】
【識別番号】100169627
【弁理士】
【氏名又は名称】竹本 美奈
(72)【発明者】
【氏名】エリック クレム
(57)【要約】 （修正有）
【課題】ロボット制御医療システムの回転ジョイントアセンブリを提供する。
【解決手段】回転ジョイントアセンブリは、少なくとも１つのアームセグメント７２、７６と、アームセグメントの一端に提供された回転ジョイント７０、７４、７８とを含む。回転ジョイントは、アームセグメントが回転軸の周りに回動できるようにする。回転ジョイントは、アームセグメントの回動を回転ジョイントにおいて制動するブレーキと、このブレーキを作動させまた解除するアクチュエータとを含む。アクチュエータは、２つの遷移領域によって分離された２つの定常領域を有するカムを備え、該２つの定常領域が、ブレーキの作動に対応する第１の定常領域と、ブレーキの解除に対応する第２の定常領域とからなる。
【選択図】図４
【解決手段】回転ジョイントアセンブリは、少なくとも１つのアームセグメント７２、７６と、アームセグメントの一端に提供された回転ジョイント７０、７４、７８とを含む。回転ジョイントは、アームセグメントが回転軸の周りに回動できるようにする。回転ジョイントは、アームセグメントの回動を回転ジョイントにおいて制動するブレーキと、このブレーキを作動させまた解除するアクチュエータとを含む。アクチュエータは、２つの遷移領域によって分離された２つの定常領域を有するカムを備え、該２つの定常領域が、ブレーキの作動に対応する第１の定常領域と、ブレーキの解除に対応する第２の定常領域とからなる。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ロボット制御医療システムの回転ジョイントアセンブリであって、
少なくとも１つのアームセグメントと、
前記アームセグメントの一端に設けられ、前記アームセグメントが回転軸の周りに回動することを可能にする回転ジョイントとを有し、
前記回転ジョイントは、
当該回転ジョイントにおいて前記アームセグメントの回動を制動するブレーキと、
前記ブレーキの作動と解除を選択的に行うアクチュエータとを備え、
前記アクチュエータが、２つの遷移領域によって分離された２つの定常領域をもつカムを有し、前記２つの定常領域が、前記ブレーキの作動に対応する第１の定常領域と、前記ブレーキの解除に対応する第２の定常領域とを含む、回転ジョイントアセンブリ。
少なくとも１つのアームセグメントと、
前記アームセグメントの一端に設けられ、前記アームセグメントが回転軸の周りに回動することを可能にする回転ジョイントとを有し、
前記回転ジョイントは、
当該回転ジョイントにおいて前記アームセグメントの回動を制動するブレーキと、
前記ブレーキの作動と解除を選択的に行うアクチュエータとを備え、
前記アクチュエータが、２つの遷移領域によって分離された２つの定常領域をもつカムを有し、前記２つの定常領域が、前記ブレーキの作動に対応する第１の定常領域と、前記ブレーキの解除に対応する第２の定常領域とを含む、回転ジョイントアセンブリ。
【請求項2】
前記ブレーキは、
円錐形内周を有するカップと、
前記ブレーキの作動時に前記カップの前記円錐形内周に当接するコーンとを含み、
前記ブレーキの作動が、移動により前記コーンを前記カップの前記円錐形内周に接触させることを含む、請求項１に記載の回転ジョイントアセンブリ。
円錐形内周を有するカップと、
前記ブレーキの作動時に前記カップの前記円錐形内周に当接するコーンとを含み、
前記ブレーキの作動が、移動により前記コーンを前記カップの前記円錐形内周に接触させることを含む、請求項１に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項3】
前記カップの前記円錐形内周は、約１５度から約３０度の間の傾斜角度をもつ、請求項２に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項4】
前記カップの前記円錐形内周は、約１７度の傾斜角度をもつ、請求項３に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項5】
前記ブレーキは、
内側ハウジングに連結された複数の第１のディスクブレーキ部と、
外側ハウジングに連結された複数の第２のディスクブレーキ部とを備え、
前記内側ハウジングが、前記回転ジョイントを軸として前記アームセグメントが回動すると、前記外側ハウジングに対して回転する、請求項１に記載の回転ジョイントアセンブリ。
内側ハウジングに連結された複数の第１のディスクブレーキ部と、
外側ハウジングに連結された複数の第２のディスクブレーキ部とを備え、
前記内側ハウジングが、前記回転ジョイントを軸として前記アームセグメントが回動すると、前記外側ハウジングに対して回転する、請求項１に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項6】
前記第１のディスクブレーキ部の摩擦面と前記第２のディスクブレーキ部の対応する摩擦面とが、前記内側ハウジングと前記外側ハウジングとの間の円周において交互に重ねられる、請求項５に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項7】
前記第１のディスクブレーキ部は、前記内側ハウジングと各前記摩擦面との間にそれぞれの内側非平面部分を有し、
該内側非平面部分が、前記内側ハウジングに固定される一端と、対応する前記摩擦面につながる他端とを含み、
前記内側非平面部分の前記一端と前記内側非平面部分の前記他端とが軸方向においてオフセットされている、請求項６に記載の回転ジョイントアセンブリ。
該内側非平面部分が、前記内側ハウジングに固定される一端と、対応する前記摩擦面につながる他端とを含み、
前記内側非平面部分の前記一端と前記内側非平面部分の前記他端とが軸方向においてオフセットされている、請求項６に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項8】
前記第２のディスクブレーキ部は、前記外側ハウジングと各前記摩擦面との間にそれぞれの外側非平面部分を含み、
該外側非平面部分が、前記外側ハウジングに固定される一端と、対応する前記摩擦面につながる他端とを含み、
前記外側非平面部分の前記一端と前記外側非平面部分の前記他端とが軸方向においてオフセットされている、請求項６に記載の回転ジョイントアセンブリ。
該外側非平面部分が、前記外側ハウジングに固定される一端と、対応する前記摩擦面につながる他端とを含み、
前記外側非平面部分の前記一端と前記外側非平面部分の前記他端とが軸方向においてオフセットされている、請求項６に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項9】
前記アクチュエータは、前記カムに接するように前記ブレーキを解除位置へ付勢するためのバネを含む、請求項１に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項10】
前記カムの前記２つの定常領域において、
前記第１の定常領域が、前記バネを圧縮して前記ブレーキを作動させる力を発動させる制動位置に対応し、
前記第２の定常領域が、前記力が働かず前記ブレーキが解除される非制動位置に対応し、
前記カムの前記２つの遷移領域は、
前記第２の定常領域から前記第１の定常領域への漸進形遷移領域と、
前記第１の定常領域から前記第２の定常領域への急進形遷移領域とを含む、請求項９に記載の回転ジョイントアセンブリ。
前記第１の定常領域が、前記バネを圧縮して前記ブレーキを作動させる力を発動させる制動位置に対応し、
前記第２の定常領域が、前記力が働かず前記ブレーキが解除される非制動位置に対応し、
前記カムの前記２つの遷移領域は、
前記第２の定常領域から前記第１の定常領域への漸進形遷移領域と、
前記第１の定常領域から前記第２の定常領域への急進形遷移領域とを含む、請求項９に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項11】
前記回転ジョイントは、左利き位置と右利き位置とで前記アームセグメントの回動を可能にする、請求項１に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項12】
前記カムは、モータによって駆動されるカムシャフトに配置される、請求項１に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項13】
前記カムシャフトは、前記カムの向きの判定を可能にする少なくとも１つのセンサを含む、請求項１２に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項14】
前記カムシャフトは、手動アクチュエータに連結されており、前記モータを動作させなくとも操作者が前記カムシャフトを回転させることができるようになっている、請求項１２に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項15】
前記カムシャフトは、前記手動アクチュエータの動作中に前記カムシャフトのモータ駆動位置を保持するように構成されたラチェットを含み、
該ラチェットは、さらに、前記モータが動作を再開するときに、前記モータ駆動位置で該モータが前記カムシャフトと係合することを可能とするように構成される、請求項１４に記載の回転ジョイントアセンブリ。
該ラチェットは、さらに、前記モータが動作を再開するときに、前記モータ駆動位置で該モータが前記カムシャフトと係合することを可能とするように構成される、請求項１４に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項16】
前記カムシャフトは、当該カムシャフトがモータ駆動されていないときに前記手動アクチュエータが該カムシャフトと係合することを可能とし、当該カムシャフトがモータ駆動されているときに前記手動アクチュエータが該カムシャフトと係合しないことを可能とするように構成されたラチェットを、含む、請求項１４に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項17】
前記ブレーキのほぼ全体を少なくとも囲むベローズをさらに含み、
該ベローズが、前記ブレーキの作動時にねじり剛性を提供し、作動時又は解除時のバックラッシュを実質的にゼロにする、請求項１に記載の回転ジョイントアセンブリ。
該ベローズが、前記ブレーキの作動時にねじり剛性を提供し、作動時又は解除時のバックラッシュを実質的にゼロにする、請求項１に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項18】
前記ブレーキは、
外側ハウジングに固定された第１のブレーキ要素と、
内側ハウジングに固定された第２のブレーキ要素とを含み、
前記内側ハウジングは、回転軸の周りに前記外側ハウジングに対して回転可能であり、
前記第１のブレーキ要素と前記第２のブレーキ要素とは、選択的に、前記ブレーキの作動にあたり互いに当接する、請求項１に記載の回転ジョイントアセンブリ。
外側ハウジングに固定された第１のブレーキ要素と、
内側ハウジングに固定された第２のブレーキ要素とを含み、
前記内側ハウジングは、回転軸の周りに前記外側ハウジングに対して回転可能であり、
前記第１のブレーキ要素と前記第２のブレーキ要素とは、選択的に、前記ブレーキの作動にあたり互いに当接する、請求項１に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項19】
ロボット制御医療システムであって、
当該ロボット制御医療システムの少なくとも一部分を制動するブレーキと、
該ブレーキの作動と解除を選択的に行うアクチュエータとを含み、
前記アクチュエータは、２つの遷移領域によって分離された２つの定常領域をもつカムを含み、
前記２つの定常領域が、前記ブレーキの作動に対応する第１の定常領域と、前記ブレーキの解除に対応する第２の定常領域とを含む、ロボット制御医療システム。
当該ロボット制御医療システムの少なくとも一部分を制動するブレーキと、
該ブレーキの作動と解除を選択的に行うアクチュエータとを含み、
前記アクチュエータは、２つの遷移領域によって分離された２つの定常領域をもつカムを含み、
前記２つの定常領域が、前記ブレーキの作動に対応する第１の定常領域と、前記ブレーキの解除に対応する第２の定常領域とを含む、ロボット制御医療システム。
【請求項20】
ロボット制御医療システムの回転ジョイントアセンブリであって、
少なくとも１つのアームセグメントと、
該アームセグメントの一端に設けられ、前記アームセグメントが回転軸の周りに回動することを可能にする回転ジョイントとを有し、
前記回転ジョイントは、
当該回転ジョイントにおいて前記アームセグメントの回動を制動するブレーキと、
該ブレーキの作動と解除を選択的に行うアクチュエータとを備え、
前記ブレーキが、円錐形内周を有するカップと、前記ブレーキの作動時に前記カップの前記円錐形内周と当接するコーンとを含み、
前記ブレーキの作動が、移動により前記コーンを前記カップの前記円錐形内周に接触させることを含む、回転ジョイントアセンブリ。
少なくとも１つのアームセグメントと、
該アームセグメントの一端に設けられ、前記アームセグメントが回転軸の周りに回動することを可能にする回転ジョイントとを有し、
前記回転ジョイントは、
当該回転ジョイントにおいて前記アームセグメントの回動を制動するブレーキと、
該ブレーキの作動と解除を選択的に行うアクチュエータとを備え、
前記ブレーキが、円錐形内周を有するカップと、前記ブレーキの作動時に前記カップの前記円錐形内周と当接するコーンとを含み、
前記ブレーキの作動が、移動により前記コーンを前記カップの前記円錐形内周に接触させることを含む、回転ジョイントアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［関連出願の相互参照］
本願は、２０２１年７月３０日出願の米国仮出願６３／２０３，７８７、発明の名称「ROTATIONAL JOINT ASSEMBLY FOR ROBOTIC MEDICAL SYSTEM」、の利益を主張する。当該出願はその全体がここに援用される。
本願は、２０２１年７月３０日出願の米国仮出願６３／２０３，７８７、発明の名称「ROTATIONAL JOINT ASSEMBLY FOR ROBOTIC MEDICAL SYSTEM」、の利益を主張する。当該出願はその全体がここに援用される。
【0002】
本発明は、概してロボット制御医療処置システムの分野に関し、より具体的には当該システムの回転ジョイントに関する。
【背景技術】
【0003】
カテーテルその他の細長い医療デバイス（ＥＭＤ）は、神経介入手術としても知られる神経血管インターベンション（ＮＶＩ）、経皮的冠動脈インターベンション（ＰＣＩ）、及び末梢血管インターベンション（ＰＶＩ）を含む、様々な血管系の疾患の診断及び治療に関する低侵襲医療処置に使用される。これらの処置は、典型的には、血管系を通してガイドワイヤをナビゲートし、ガイドワイヤを介してカテーテルを前進させて治療を行うことを伴う。カテーテル処置は、標準的な経皮的技術を使用し、イントロデューサシースを用いて動脈や静脈などの適切な血管へのアクセスを獲得することによって開始される。次いで、イントロデューサシースを通して、シースやガイドカテーテルが、診断ガイドワイヤを越えて、ＮＶＩであれば内頸動脈、ＰＣＩであれば冠動脈口、ＰＶＩであれば浅大腿動脈といった一次ロケーションへ前進させられる。そして、その脈管構造に適したガイドワイヤを、シースやガイドカテーテルを通して、脈管構造内の標的ロケーションまでナビゲートする。曲がりくねった解剖学的構造などの特定の状況では、ガイドワイヤのナビゲーションを支援するために、支持カテーテルやマイクロカテーテルがガイドワイヤを越えて挿入される。医師（操作者）は、撮像システム（例えば、蛍光透視鏡）を使用して造影剤注入によるシネを取得し、ガイドワイヤ又はカテーテルを標的ロケーション、例えば病変、までナビゲートするためのロードマップとして使用する固定フレームを選択することができる。造影画像は、医師がガイドワイヤ又はカテーテルを送り込む間にも得られ、これにより、医師は、デバイスが標的ロケーションへの正しい経路に沿って移動していることを検証することができる。蛍光透視法を使用して解剖学的構造を観察しながら、医師は、ガイドワイヤ又はカテーテルの近位端を操作して、その遠位先端を病変（標的の解剖学的ロケーション）に向かう適切な血管内へ誘導し、側枝への進行を回避する。
【0004】
ＮＶＩ、ＰＣＩ、及びＰＶＩなどのカテーテル処置を実施する際に医師を補助するために使用されるロボット制御カテーテルベースの処置システムが開発されている。ＮＶＩ処置の例には、動脈瘤のコイル塞栓形成、動静脈奇形の液体塞栓形成、及び急性虚血性脳卒中の状況における大血管閉塞の機械的血栓除去、が含まれる。ＮＶＩ処置において、医師は、ロボット制御システムを使用して、神経血管ガイドワイヤ及びマイクロカテーテルの操作を制御することによって標的病変へのアクセスを獲得し、治療を行って正常な血流を回復させる。標的へのアクセスは、シースやガイドカテーテルによって可能とされるが、より遠位の領域のために、又は、マイクロカテーテル及びガイドワイヤに対する適切な支持を提供するためには、中間カテーテルが必要な場合もある。ガイドワイヤの遠位先端は、病変及び治療のタイプに応じて病変の中へ又は病変の先へナビゲートされる。動脈瘤の治療に関しては、マイクロカテーテルを病変中に前進させ、ガイドワイヤを除去し、いくつかの塞栓コイルをマイクロカテーテルを通し動脈瘤内に配備して動脈瘤への血流を遮断するために使用する。動静脈奇形の治療に関しては、液体塞栓剤が、マイクロカテーテルを使用して奇形に注入される。血管閉塞を治療する機械的血栓除去は、吸引及び／又はステント回収器の使用によって達成することができる。血餅のロケーションに応じて、吸引カテーテルを通し、又は、より小さい動脈のためのマイクロカテーテルを通し、吸引は行われる。吸引カテーテルが病変に配置されれば、陰圧を加えることでカテーテルを通し血餅が除去される。別の例では、血餅は、マイクロカテーテルを通しステント回収器を利用することによって除去することができる。ステント回収器で血餅を絡め取ると、この血餅は、ステント回収器及びマイクロカテーテル（又は中間カテーテル）をガイドカテーテル内に後退させることによって、回収される。
【0005】
ＰＣＩにおいて、医師は、ロボット制御システムを使用し、冠状動脈ガイドワイヤを操作することによって病変アクセスを得て、治療を行い正常な血流を回復させる。そのアクセスは、冠状動脈口にガイドカテーテルを着座させることによって可能になる。ガイドワイヤの遠位先端は病変の先へナビゲートされ、複雑な解剖学的構造に対して、マイクロカテーテルがガイドワイヤの適切な支持を提供するために使用される。血流は、病変にステント又はバルーンを送り込んで展開することによって回復させる。病変は、ステント留置の前に準備が必要な場合があり、病変の事前拡張のためのバルーンを送り込むか、又は、例えばレーザーや回転式アテローム切除カテーテル及びガイドワイヤによるバルーンを使用してアテローム切除術を実施する。撮像カテーテル又はフラクショナルフローリザーブ（Fractional Flow Reserve／心筋血流予備量比：ＦＦＲ）測定を使用することによって、診断撮像及び生理学的測定が実行され、適切な治療が決定される。
【0006】
ＰＶＩにおいて、医師は、ロボット制御システムを用いて治療を行い、ＮＶＩと同様の技術で血流を回復させる。ガイドワイヤの遠位先端は病変の先へナビゲートされ、マイクロカテーテルが使用されて、複雑な解剖学的構造に対するガイドワイヤに適切な支持を提供する。血流は、ステント又はバルーンを病変に届けて展開することによって、回復する。ＰＣＩと同様に、病変の予備処置及び画像診断も使用することができる。
【0007】
例えば、曲がりくねった又は石灰化した血管系をナビゲートするために、又は、遠位の解剖学的ロケーションに到達するために、あるいは、硬い病変を横断するために、カテーテル又はガイドワイヤの遠位端において支持が必要とされる場合、オーバーザワイヤ（Over-The-Wire: ＯＴＷ）カテーテル又は同軸システムが使用される。ＯＴＷカテーテルは、カテーテルの全長にわたって延在する、ガイドワイヤ用の管腔を有する。これは、ガイドワイヤを全長にわたって支持するので、比較的安定したシステムを提供する。しかしながら、このシステムは、ラピッドエクスチェンジ（Rapid Exchange）カテーテル（後述）と比較して、摩擦が大きく、全長が長いといった、いくつかの短所をもつ。留置ガイドワイヤの位置を維持しながらＯＴＷカテーテルを除去又は交換するためには、通常、ガイドワイヤの露出長さ（患者から出ている）は、ＯＴＷカテーテルよりも長くなければならない。長さ３００ｃｍのガイドワイヤが一般的にこの目的のために十分であり、エクスチェンジ長ガイドワイヤと呼ばれることが多い。ガイドワイヤの長さに起因して、ＯＴＷカテーテルを除去又は交換するために、２人の操作者が必要とされる。このことは、三軸システムとして当技術分野で知られている三重同軸カテーテルが使用される場合（四重同軸カテーテルも使用されることが知られている）に、さらに困難を招く。しかしながら、ＯＴＷシステムは、その安定性の故に、ＮＶＩ及びＰＶＩ処置において広く使用される。一方、ＰＣＩ処置では、ラピッドエクスチェンジ（又はモノレール）カテーテルが広く使用される。ラピッドエクスチェンジカテーテルの中のガイドワイヤ管腔は、モノレール又はラピッドエクスチェンジ（ＲＸ）セクションと呼ばれるカテーテルの遠位セクションのみを通って延びる。ＲＸシステムを使用する場合、操作者は、（デバイスが直列構成で操作されるＯＴＷシステムとは対照的に）相互に平行にインターベンションデバイスを操作し、ガイドワイヤの露出長さは、カテーテルのＲＸセクションよりもわずかに長くするだけでよい。ラピッドエクスチェンジ長のガイドワイヤは、通常、１８０～２００ｃｍの長さである。より短いガイドワイヤ及びモノレールであれば、ＲＸカテーテルは、１人の操作者によって交換可能である。しかしながら、ＲＸカテーテルは、もっと遠位の支持が必要なときに不適切なことがある。
【発明の概要】
【0008】
一態様によると、少なくとも１つのアームセグメントと、該アームセグメントの一端に設けられた回転ジョイントとを備える、ロボット制御医療システム用の回転ジョイントアセンブリである。回転ジョイントは、アームセグメントが回転軸の周りに回動することを可能にする。回転ジョイントは、当該回転ジョイントにおいてアームセグメントの回動を制動するブレーキと、該ブレーキの作動と解除を選択的に行うアクチュエータとを備える。アクチュエータは、２つの遷移領域によって分離された２つの定常領域を有するカムを備える。２つの定常領域は、ブレーキの作動に対応する第１の定常領域と、ブレーキの解除に対応する第２の定常領域とを含む。
【0009】
一態様において、ブレーキは、円錐形内周を有するカップと、ブレーキ作動時にカップの円錐形内周に当接するコーン（円錐）とを含む。この場合のブレーキの作動は、移動によりコーンをカップの円錐形内周に接触させることを含む。
【0010】
一態様において、カップの円錐形内周は、約１５度から約３０度の間の傾斜角度（円錐の角度）をもつ。
【0011】
一態様において、カップの円錐形内周は、約１７度の傾斜角度をもつ。
【0012】
一態様において、ブレーキは、内側ハウジングに連結された複数の第１のディスクブレーキ部と、外側ハウジングに連結された複数の第２のディスクブレーキ部とを備える。この場合、内側ハウジングは、回転ジョイントを軸としてアームセグメントが回動すると、外側ハウジングに対して回転する。
【0013】
一態様において、第１のディスクブレーキ部の摩擦面と第２のディスクブレーキ部の対応する摩擦面とは、内側ハウジングと外側ハウジングとの間の円周において交互に重ねられる（インターリーブ）。
【0014】
一態様において、第１のディスクブレーキ部は、内側ハウジングと各摩擦面との間にそれぞれの内側非平面部分を含む。内側非平面部分は、内側ハウジングに固定される一端と、対応する摩擦面につながる他端とを含む。これら内側非平面部分の一端と内側非平面部分の他端とは、軸方向においてオフセットされている。
【0015】
一態様において、第２のディスクブレーキ部は、外側ハウジングと各摩擦面との間にそれぞれの外側非平面部分を含む。外側非平面部分は、外側ハウジングに固定される一端と、対応する摩擦面につながる他端とを含む。これら外側非平面部分の一端と外側非平面部分の他端とは、軸方向においてオフセットされている。
【0016】
一態様において、アクチュエータは、カムに接するようにブレーキを解除位置へ付勢するためのバネを含む。
【0017】
一態様において、カムの２つの定常領域は、バネを圧縮してブレーキを作動させる力を発動させる、制動位置に対応した第１の定常領域と、前記力が働かずブレーキが解除される、非制動位置に対応した第２の定常領域とを含む。カムの２つの遷移領域は、第２の定常領域から第１の定常領域への漸進形遷移領域と、第１の定常領域から第２の定常領域への急進形遷移領域とを含む。
【0018】
一態様において、回転ジョイントは、左利き位置と右利き位置とでアームセグメントの回動を可能にする。
【0019】
一態様において、カムは、モータによって駆動されるカムシャフトに配置される。
【0020】
一態様において、カムシャフトは、カムの向きの判定を可能にする少なくとも１つのセンサを含む。
【0021】
一態様において、カムシャフトは、手動アクチュエータに連結されており、モータを動作させなくとも操作者がカムシャフトを回転させることができるようになっている。
【0022】
一態様において、カムシャフトは、手動アクチュエータの動作中にカムシャフトのモータ駆動位置を保持するように構成されたラチェットを含む。ラチェットは、さらに、モータが動作を再開するときに、モータ駆動位置でモータがカムシャフトと係合することを可能とするように構成される。
【0023】
一態様において、カムシャフトは、カムシャフトがモータ駆動されていないときに手動アクチュエータがカムシャフトと係合することを可能とし、カムシャフトがモータ駆動されているときに手動アクチュエータがカムシャフトと係合しないことを可能とするように構成されたラチェットを、含む。
【0024】
一態様において、回転ジョイントアセンブリは、ブレーキのほぼ全体を少なくとも囲むベローズ（ふいご／蛇腹）をさらに含む。このベローズは、作動時又は解除時のバックラッシュを実質的にゼロにする。一態様において、バネは、バネハウジングをカムに向かう方向に付勢しているベローズバネ力よりも（著しく）大きい予圧力をもつ。一態様において、そのバネの予圧力は、バネが予圧力をもっていない場合に比べて、ブレーキ要素をより迅速に作動（当接）させる。
【0025】
一態様において、ブレーキは、外側ハウジングに固定された第１のブレーキ要素と、内側ハウジングに固定された第２のブレーキ要素とを含む。内側ハウジングは、回転軸の周りに外側ハウジングに対して回転可能である。第１のブレーキ要素と第２のブレーキ要素とは、選択的に、ブレーキの作動にあたり互いに当接する。
【0026】
一態様において、回転ジョイントアセンブリは、ブレーキの周囲に配置されたベローズアセンブリを含む。ベローズアセンブリは、ブレーキ作動時にねじり剛性を提供する。
【0027】
一態様において、ベローズアセンブリは、約９０，０００Ｎｍ／ｒａｄから約１１０，０００ Ｎｍ／ｒａｄまでのねじり剛性を提供する。
【0028】
一態様において、回転ジョイントは関節（回転継手）である。
【0029】
一態様において、ブレーキは、連続制動面を有するギヤレスブレーキである。
【0030】
一態様において、ロボット制御医療システムは、当該ロボット制御医療システムの少なくとも一部分を制動するブレーキと、ブレーキの作動と解除を選択的に行うアクチュエータとを含む。アクチュエータは、２つの遷移領域によって分離された２つの定常領域を有するカムを含む。２つの定常領域は、ブレーキの作動に対応する第１の定常領域と、ブレーキの解除に対応する第２の定常領域とを含む。
【0031】
一態様において、カムの２つの定常領域は、ブレーキを作動させる力を発動させる、制動位置に対応した第１の定常領域と、前記力が働かずブレーキが解除される、非制動位置に対応した第２の定常領域とを含む。カムの２つの遷移領域は、第２の定常領域から第１の定常領域への漸進形遷移領域と、第１の定常領域から第２の定常領域への急進形遷移領域とを含む。
【0032】
一態様において、ブレーキは、円錐形内周を有するカップと、ブレーキ作動時にカップの円錐形内周に当接するコーン（円錐）とを含む。この場合のブレーキの作動は、移動によりコーンをカップの円錐形内周に接触させることを含む。
【0033】
一態様において、ブレーキは、内側ハウジングに連結された複数の第１のディスクブレーキ部と、外側ハウジングに連結された複数の第２のディスクブレーキ部とを備える。内側ハウジングは、回転ジョイントを軸としてアームセグメントが回動すると、外側ハウジングに対して回転する。
【0034】
一態様において、ロボット制御医療システムの回転ジョイントアセンブリは、少なくとも１つのアームセグメントと、アームセグメントの一端に設けられ、アームセグメントが回転軸の周りに回動することを可能にする回転ジョイントとを含む。回転ジョイントは、当該回転ジョイントにおいてアームセグメントの回動を制動するブレーキと、ブレーキの作動と解除を選択的に行うアクチュエータとを含む。ブレーキは、円錐形内周を有するカップと、ブレーキ作動時にカップの円錐形内周と当接するコーン（円錐）とを含む。ブレーキの作動は、移動によりコーンをカップの円錐形内周に接触させることを含む。
【0035】
一態様において、カップの円錐形内周は、約１５度から約３０度の間の傾斜角度（円錐の角度）をもつ。
【0036】
一態様において、カップの円錐形内周は、約１７度の傾斜角度をもつ。
【図面の簡単な説明】
【0037】
本発明は、参照番号が同様の部分を示している次の図面を参照して記述される以下の詳細な説明からより詳細に理解される。
【0038】
【図1】一実施形態に係るカテーテルベース処置システムを例示する斜視図。
【図2】一実施形態に係るカテーテルベース処置システムを例示する概略ブロック図。
【図4】一実施形態に係るロボット制御駆動装置の位置決めシステムを例示する斜視図。
【図5】一実施形態に係る回転ジョイントを例示する断面図。
【図9A】～
【図9D】一実施形態に係るブレーキシステムの一例について、動作サイクルの例を示す行程図。
【図10】一例の手動アクチュエータを備えた回転ジョイントを例示する斜視図。
【図12】センサーシステムを説明する、例示の回転ジョイントにおける一部の斜視図。
【図13】一実施形態に係る回転ジョイントで使用するブレーキシステムの別の例を示す、断面を含む斜視図。
【図14】一実施形態に係る回転ジョイントで使用するブレーキシステムの別の例を示す斜視図。
【図15A】～
【図16A】～
【図16B】４バーリンク機構を例示したシステム６００の動作を説明する図。
【図17】一実施形態に係る回転ジョイントを例示する断面図。
【発明を実施するための形態】
【0039】
図１は、一実施形態に係るカテーテルベース処置システム１０の例を示す斜視図である。カテーテルベース処置システム１０は、カテーテルベースの医療処置、例えば、経皮的冠動脈インターベンション（ＰＣＩ）（例えばＳＴＥＭＩを治療するための）、神経血管インターベンション処置（ＮＶＩ）（例えば緊急大血管閉塞（ＥＬＶＯ）を治療するための）、末梢血管インターベンション処置（ＰＶＩ）（例えば重症肢虚血（ＣＬＩ）のための）といった経皮的インターベンション処置、を実行するために使用される。カテーテルベースの医療処置は、１つ以上のカテーテルや他の細長い医療デバイス（ＥＭＤ）が患者の疾患の診断を補助するべく使用される診断カテーテル処置、を含む場合がある。例えば、カテーテルベースの診断処置の一例において、造影剤がカテーテルを通して１つ以上の動脈に注入され、患者の血管系の画像が撮影される。カテーテルベースの医療処置は、カテーテルベースの治療処置（例えば、血管形成術、ステント留置、末梢血管疾患の治療、血餅除去、動静脈奇形治療、動脈瘤の治療など）を含む場合もあり、このときには、カテーテル（又は他のＥＭＤ）が疾患を治療するために使用される。治療処置は、例えば、血管内超音波（ＩＶＵＳ）、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）、フラクショナルフローリザーブ（ＦＦＲ）などの補助装置５４（図２に示される）を備えることによって強化され得る。なお、実施されるべき処置のタイプに従って、ある種の特殊な経皮的インターベンションデバイス又はコンポーネント（例えばガイドワイヤのタイプ、カテーテルのタイプなど）を選択可能であることは、当業者にとって当然である。カテーテルベース処置システム１０は、わずかな調節で、処置に使用したい特定の経皮的インターベンションデバイスに適応でき、いくつものカテーテルベースの医療処置を実行することができる。
【0040】
カテーテルベース処置システム１０は、多数ある要素の中でも特に、ベッドサイドユニット２０及び制御ステーション（図示せず）を含む。ベッドサイドユニット２０は、患者１２の傍に配置されたロボット制御駆動装置２４及び位置決めシステム２２を含む。患者１２は患者テーブル１８に寝かされている。位置決めシステム２２は、ロボット制御駆動装置２４の位置決め及び支持に使用される。位置決めシステム２２は、例えば、ロボットアーム、多関節アーム、ホルダ等である。位置決めシステム２２は、一端で、例えば、患者テーブル１８（図１に示されるように）、ベース、又はカートに取り付けられる。位置決めシステム２２の他端は、ロボット制御駆動装置２４に取り付けられる。位置決めシステム２２は、患者１２が患者テーブル１８に寝られるように、（ロボット制御駆動装置２４と共に）退避させる（脇に退ける）ことができる。患者１２が患者テーブル１８に寝かされると、位置決めシステム２２を使用して、処置を行う患者１２に対してロボット制御駆動装置２４を位置決めする（据える）ことができる。一実施形態において、患者テーブル１８は、床及び／又は地面に固定された台座１７により動作可能にして支持される。患者テーブル１８は、台座１７に対して多自由度、例えばロール、ピッチ、ヨー、で動くことができる。ベッドサイドユニット２０は、（図２に示される）制御装置及びディスプレイ４６も含み得る。例えば、制御装置及びディスプレイ４６は、ロボット制御駆動装置２４のハウジングに配置することができる。
【0041】
一般に、ロボット制御駆動装置２４は、適切な経皮的インターベンションデバイス及び付属機器４８（図２に示される）（例えば、ガイドワイヤ、バルーンカテーテルを含む各種のカテーテル、ステント配置システム、ステント回収器、塞栓コイル、液体塞栓、吸引ポンプ、造影剤を注入するデバイス、薬剤、止血弁アダプタ、シリンジ、ストップコック、膨張デバイスなど）を装備し、操作者が、制御ステーションにある制御機器及び入力機器などの様々な制御装置を操作してロボット制御システムを介しカテーテルベースの医療処置を行えるようにする。ベッドサイドユニット２０、具体的にはロボット制御駆動装置２４は、いくつかの及び／又は組み合わせたコンポーネントを含み、ここに説明する機能をベッドサイドユニット２０に提供する。ロボット制御駆動装置２４は、レール（又は直線部材）に取り付けられた複数のデバイスモジュール３２ａ～３２ｄを含む。デバイスモジュール３２ａ～３２ｄの各々は、カテーテルやガイドワイヤなどのＥＭＤを駆動するために使用される。例えば、ロボット制御駆動装置２４は、患者１２の動脈内の診断カテーテルの中へ及びガイドカテーテルの中へガイドワイヤを機械的に送り込むために使用される。ＥＭＤなどの１つ以上のデバイスが、例えばイントロデューサシースを介して、挿入点１６から患者１２の体内（例えば血管）に入る。
【0042】
ベッドサイドユニット２０は、制御ステーション（図示せず）と通信しており、制御ステーションで操作者入力により生成される信号がベッドサイドユニット２０へ無線又は有線で送信され、ベッドサイドユニット２０の各機能が制御される。後述するように、制御ステーションは、制御コンピューティングシステム３４（図２に示す）を含むか、又は、制御コンピューティングシステム３４を介してベッドサイドユニット２０と接続される。ベッドサイドユニット２０は、フィードバック信号（例えば、負荷、速度、動作条件、警告信号、エラーコードなど）を制御ステーションか制御コンピューティングシステム３４（図２に示す）又はその両方に提供することもできる。制御コンピューティングシステム３４とカテーテルベース処置システム１０の各コンポーネントとの間の通信は、無線接続、有線接続、又はコンポーネント間の通信を可能にする各種の手段である通信リンクを介して提供される。制御ステーション又は他の同様の制御システムは、ローカルサイト（例えば図２に示されるローカル制御ステーション３８）又はリモートサイト（例えば図２に示されるリモート制御ステーション及びコンピューティングシステム４２）のいずれかに配置される。カテーテルベース処置システム１０は、ローカルサイトの制御ステーションかリモートサイトの制御ステーション、又は同時にローカル制御ステーションとリモート制御ステーションの両方によって、操作される。ローカルサイトにおいて、操作者及び制御ステーションは、患者１２及びベッドサイドユニット２０と同じ部屋又は隣の部屋に配置される。ここで使うローカルサイトは、ベッドサイドユニット２０と患者１２又は対象（動物や死体など）の場所であり、リモートサイトは、ベッドサイドユニット２０を遠隔制御するために使用される制御ステーションと操作者の場所である。リモートサイトの制御ステーション（及び制御コンピューティングシステム）と、ローカルサイトのベッドサイドユニット２０及び／又は制御コンピューティングシステムは、例えばインターネットを通して、通信システム及びサービス３６（図２に示される）の使用により通信することができる。一実施形態において、リモートサイトとローカル（患者）サイトとは互いに離れており、例えば、同じ建物内の別の部屋、同じ都市内の別の建物、別の都市、又は、リモートサイトからローカルサイトのベッドサイドユニット２０及び／又は患者１２に物理的にアクセスできない別々の場所にある。
【0043】
制御ステーションは、一般に、カテーテルベース処置システム１０の様々なコンポーネントやシステムを操作するためのユーザ入力を受信するように構成された１つ以上の入力モジュール２８を含む。図示の実施形態の場合、制御ステーションは、操作者がベッドサイドユニット２０を制御してカテーテルベースの医療処置を実行することを可能にする。例えば、入力モジュール２８は、ロボット制御駆動装置２４と連動する経皮的インターベンションデバイス（例えばＥＭＤ）を使用してベッドサイドユニット２０に各種のタスクを実行させるように構成される（例えば、ガイドワイヤを前進、後退、又は回転させる、カテーテルを前進、後退、又は回転させる、カテーテルに設けたバルーンを膨張又は収縮させる、ステントを位置決めし及び／又は展開する、ステント回収器を位置決めし及び／又は展開する、コイルを位置決めし及び／又は展開する、カテーテルに造影剤を注入する、カテーテルに液体塞栓を注入する、カテーテルに薬剤又は生理食塩水を注入する、カテーテルで吸引する、あるいは、カテーテルベースの医療処置の一部として実行され得る各種の他の機能を実行する）。ロボット制御駆動装置２４は、経皮的インターベンションデバイスを含むベッドサイドユニット２０のコンポーネントを動作させる（例えば軸方向及び回転方向の動作）ための各種駆動機構を含む。
【0044】
一実施形態において、入力モジュール２８は、１つ以上のタッチスクリーン、ジョイスティック、スクロールホイール、及び／又はボタンを含む。入力モジュール２８に加えて、制御ステーション２６には、フットスイッチ及び音声コマンド用マイクロフォンなどのユーザ制御装置４４（図２に示す）を追加で使用してもよい。入力モジュール２８は、例えばガイドワイヤ及び１つ以上のカテーテル又はマイクロカテーテルなどの各種コンポーネント及び経皮的インターベンションデバイスを前進させ、後退させ、又は回転させるように構成される。ボタンには、例えば、緊急停止ボタン、倍率ボタン、機器選択ボタン、及び自動化動作ボタンを用意することができる。緊急停止ボタンが押されると、ベッドサイドユニット２０に対し、動力（例えば電力）が遮断されるか切り離される。速度制御モードにあるとき、倍率ボタンは、入力モジュール２８の操作に応答して関連するコンポーネントが動作する速度を、増減するように機能する。位置制御モードにあるときには、倍率ボタンは、入力距離と出力指令距離との間のマッピングを変更する。機器選択ボタンは、ロボット制御駆動装置２４に装填された経皮的インターベンションデバイスのうちのどれを入力モジュール２８によって制御するかを操作者が選択できるようにする。自動化動作ボタンは、操作者１１から直接コマンドを受けずにカテーテルベース処置システム１０が経皮的インターベンションデバイスで実行することができるアルゴリズム動作を可能にするために使用される。一実施形態において、入力モジュール２８は、タッチスクリーン（ディスプレイの一部であってもよく、そうでなくてもよい）に表示される１つ以上の制御手段又はアイコン（図示せず）を含み、これらが選択されると、カテーテルベース処置システム１０のコンポーネントが操作される。入力モジュール２８は、バルーンを膨張又は収縮させ及び／又はステントを展開するように構成されたバルーン又はステント制御手段も含み得る。入力モジュール２８の各々は、１つ以上のボタン、スクロールホイール、ジョイスティック、タッチスクリーンなどを含み、これらは、専用制御すべき特定の１つ又は複数のコンポーネントを制御するために使用することができる。さらに、１つ以上のタッチスクリーンに、入力モジュール２８の各部分やカテーテルベース処置システム１０の各コンポーネントに関連する１つ以上のアイコン（図示せず）を表示することができる。
【0045】
カテーテルベース処置システム１０は、撮像システム１４も含む。撮像システム１４は、カテーテルベースの医療処置（例えば、非デジタルＸ線、デジタルＸ線、ＣＴ、ＭＲＩ、超音波など）と併せて使用され得る各種の医療撮像システムである。一例をあげると、撮像システム１４は、制御ステーションと通信するデジタルＸ線撮像装置である。一実施形態において、撮像システム１４は、患者１２の周りを撮像システム１４が部分的に又は完全に回転することができるようにＣアーム（図１に示される）を含み、これにより撮像システム１４は、患者１２に対して様々な角度位置（例えば、sagittal view（矢状）、caudal view（尾側）、anterior-posterior view（前後）など）で画像を取得できる。一実施形態において、撮像システム１４は、イメージインテンシファイアとしても知られるＸ線源１３及び検出器１５を有するＣアームを含んだ、透視システムである。
【0046】
撮像システム１４は、処置に際し患者１２の適切な領域のＸ線画像を撮るように構成することができる。例えば、撮像システム１４は、神経血管の状態を診断するために頭部の１つ以上のＸ線画像を取得するように構成され得る。撮像システム１４は、カテーテルベースの医療処置において１つ以上のＸ線画像（例えばリアルタイム画像）を撮ることで制御ステーション２６の操作者１１を支援し、処置においてガイドワイヤ、ガイドカテーテル、マイクロカテーテル、ステント回収器、コイル、ステント、バルーンなどを適切に位置決めできるようにする。画像はディスプレイ３０に表示できる。例えば、画像は、操作者がガイドカテーテル又はガイドワイヤを適切な位置へ正確に移動させられるように、ディスプレイに表示される。
【0047】
方向を明確にするために、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸をもつ直交座標系が導入される。正のＸ軸は、長手方向（軸方向）の遠位方向に、すなわち近位端から遠位端へ向かう方向に、言い換えれば近位から遠位の方向に、配向される。Ｙ軸とＺ軸はＸ軸に対する横断面にあり、正のＺ軸は上向き、つまり重力の反対方向に向いており、Ｙ軸は右手の法則によって必然的に決まる。
【0048】
図２は、一実施形態に係るカテーテルベース処置システム１０のブロック図である。カテーテルベース処置システム１０は、制御コンピューティングシステム３４を含む。制御コンピューティングシステム３４は、物理的に、例えば制御ステーションの一部であってもよい。制御コンピューティングシステム３４は、概して、ここに説明する様々な機能をカテーテルベース処置システム１０に提供するように適合させた電子制御ユニットであってもよい。例えば、制御コンピューティングシステム３４は、組み込みシステム、専用回路、ここに説明する機能をプログラムした汎用システムなどであり得る。制御コンピューティングシステム３４は、ベッドサイドユニット２０、通信システム及びサービス３６（例えばインターネット、ファイアウォール、クラウドサービス、セッションマネージャ、病院ネットワークなど）、ローカル制御ステーション３８、追加の通信システム４０（例えばテレプレゼンスシステム）、リモート制御ステーション及びコンピューティングシステム４２、そして、患者センサ５６（例えば心電図（ＥＣＧ）装置、脳波（ＥＥＧ）装置、血圧モニタ、温度モニタ、心拍数モニタ、呼吸モニタなど）と、通信する。制御コンピューティングシステム３４は、撮像システム１４、患者テーブル１８、追加の医療システム５０、造影剤注入システム５２、及び補助装置５４（例えばＩＶＵＳ、ＯＣＴ、ＦＦＲなど）とも通信する。ベッドサイドユニット２０は、ロボット制御駆動装置２４及び位置決めシステム２２を含み、追加の制御装置及びディスプレイ４６を含んでもよい。上述のように、追加の制御装置及びディスプレイ４６は、ロボット制御駆動装置２４のハウジングに配置することができる。インターベンションデバイス及び付属機器４８（例えばガイドワイヤ、カテーテルなど）は、ベッドサイドユニット２０と連動する。一実施形態において、インターベンションデバイス及び付属機器４８には特殊装置（例えばＩＶＵＳカテーテル、ＯＣＴカテーテル、ＦＦＲワイヤ、造影用診断カテーテルなど）が含まれ、これらはそれぞれの補助装置５４、すなわちＩＶＵＳシステム、ＯＣＴシステム、及びＦＦＲシステムなどと連動する。
【0049】
一実施形態において、制御コンピューティングシステム３４は、（例えばローカル制御ステーション３８やリモート制御ステーション４２といった制御ステーションの）入力モジュール２８と操作者の相互作用に基づいて、及び／又は、カテーテルベース処置システム１０を使用して医療処置を実行できるようにする制御コンピューティングシステム３４の利用可能な情報に基づいて、制御信号を発生するように構成される。ローカル制御ステーション３８は、１つ以上のディスプレイ３０、１つ以上の入力モジュール２８、及び追加のユーザ制御装置４４を含む。リモート制御ステーション及びコンピューティングシステム４２は、ローカル制御ステーション３８と同様のコンポーネントを含むことができる。リモート制御ステーション及びコンピューティングシステム４２とローカル制御ステーション３８とは、それらに必要な機能に従って違う構成で組むことができる。追加のユーザ制御装置４４は、例えば、１つ以上のフット入力制御手段を含む。フット入力制御手段は、Ｘ線のオン／オフ及び各記憶画像のスクロールなどの撮像システム１４の機能を操作者が選択できるようにすべく構成される。一実施形態において、フット入力装置が、入力モジュール２８に含まれるスクロールホイールにどのデバイスをマッピングするか操作者が選択できるようにすべく構成される。追加の通信システム４０（例えばオーディオ会議、ビデオ会議、テレプレゼンスなど）は、患者、医療スタッフ（例えばアンギオスイートスタッフ）、及び／又はベッドサイド近くにある機器と操作者との連携を補助するべく、採用される。
【0050】
カテーテルベース処置システム１０は、明示していない他の各種のシステム及び／又はデバイスを含むように接続又は構成され得る。例えば、カテーテルベース処置システム１０は、画像処理エンジン、データストレージ及びアーカイブシステム、自動バルーン及び／又はステント膨張システム、薬剤注入システム、薬剤追跡及び／又はロギングシステム、ユーザログ、暗号化システム、カテーテルベース処置システム１０のアクセス又は使用を制限するシステムなどを含むことができる。
【0051】
上述のように、制御コンピューティングシステム３４は、ロボット制御駆動装置２４及び位置決めシステム２２を含み且つ追加の制御装置及びディスプレイ４６を含み得るベッドサイドユニット２０と通信し、そして、ベッドサイドユニット２０に制御信号を提供して、経皮的インターベンションデバイス（例えばガイドワイヤ、カテーテルなど）を駆動するために使用されるモータ及び駆動機構の動作を制御する。種々の駆動機構がロボット制御駆動装置２４の一部として設けられる。
【0052】
図３を参照すると、図１に例示するカテーテルベースの処置システム１０の側面図が、明確にするために特定の構成要素（例えば患者、Ｃアーム）を除去して、示されている。図１を参照して上述したように、患者テーブル１８は台座１７に支持され、ロボット制御駆動装置２４は、位置決めシステム２２を用いて患者テーブルに取り付けられる。位置決めシステム２２は、患者テーブル１８と相対的なロボット制御駆動装置２４の操作を可能にする。この点に関して、位置決めシステム２２は、患者テーブル１８に固定され、図４を参照して以下に説明するように、操作を可能にする様々な関節及びリンク／アームセグメントを含む。
【0053】
図４は、一実施形態に係る、ロボット制御駆動装置のための位置決めシステム２２を例示する斜視図である。位置決めシステム２２は、位置決めシステム２２を患者テーブル１８に固定するための固定装置６０を含む。固定装置６０は、第１の係合部材６２を第１の長手方向レールと係合させると共に第２の係合部材６４を患者テーブル１８の第２の長手方向レールと係合させて位置決めシステム２２を患者テーブル１８に取り外し可能に固定する、係合機構を含む。
【0054】
位置決めシステム２２は様々なセグメント及びジョイントを含み、これらが連結して、ロボット制御駆動装置２４の位置（配置／体勢）を、例えば患者に対して、望むとおりに決めることができるようにする。位置決めシステム２２は、固定装置６０に連結された第１の回転ジョイント７０を含む。第１の回転ジョイント７０は、第１のアームセグメント７２（リンク）の回転軸の周りの回動を可能にする。図示の例において、固定装置６０は、実質的に水平な面（例えば患者テーブル１８の平面）内にあり、回転軸は、実質的に垂直であって第１の回転ジョイント７０の中央を通って延びている。第１の回転ジョイント７０は、回転運動をロックしたり解除したりするなど第１の回転ジョイント７０に関連する各種動作を操作者が制御できるようにする構造を、含むことができる。
【0055】
図示の例において、第１のアームセグメント７２は、第１の回転ジョイント７０に連結された第１の端部をもち、実質的に水平である。第１のアームセグメント７２の第２の端部は、第２の回転ジョイント７４に連結されている。さらに、第２の回転ジョイント７４には、第２のアームセグメント７６の第１の端部も連結される。すなわち第２の回転ジョイント７４は、第１のアームセグメント７２に対する第２のアームセグメント７６の回動を可能にする。第１の回転ジョイント７０と同様に、第２の回転ジョイント７４は、第２の回転ジョイント７４の中央を通る実質的に垂直の軸の周りに回転可能である。
【0056】
図示の例において、第２のアームセグメント７６の第２の端部は、第３の回転ジョイント７８に連結されている。第３の回転ジョイント７８は、位置決めシステム２２に対しロボット制御駆動装置２４を取り付けるためのポスト８０を含む。すなわち第３の回転ジョイント７８は、第２のアームセグメント７６に対するロボット制御駆動装置２４の回動を可能にする。第３の回転ジョイント７８は、第３の回転ジョイント７８の中央を通る実質的に垂直の軸の周りに回転可能である。
【0057】
一実施形態において、第２のアームセグメント７６は、第２の回転ジョイント７４に対する第３の回転ジョイント７８の制限された垂直方向の動作を可能にする４バーリンク機構を含む。この４バーリンク機構は、第３の回転ジョイント７８及びポスト８０の実質的に垂直の向きを維持しながら、第３の回転ジョイント７８の垂直方向の移動を可能にする。
【0058】
図４に例示する位置決めシステムは、３つの回転ジョイント７０，７４，７８及び２つのアームセグメント７２，７６を含む。この構造は、ロボット制御駆動装置２４の位置決めにおいて有用な柔軟性を提供する。具体的には、３つの回転ジョイント７０，７４，７８の使用が、ロボット制御駆動装置の位置決めに２つの自由度で柔軟性を提供する。３つの回転ジョイント７０，７４，７８は、患者テーブル１８の上で長手方向（患者の頭からつま先への方向）及び患者テーブル１８を横切る横断方向（患者の左から右への方向）への駆動装置の移動を可能にする。したがって、患者に対し広い領域に配置することが、処置で使用するときに可能になる。加えて、この構造は、患者テーブル１８の長手方向軸に対して様々な角度（すなわち様々なヨー角）でのロボット制御駆動装置２４の配向を可能にする。さらに、図１６Ａ及び図１６Ｂを参照して後述もするが、上述の４バーリンク機構の使用が、垂直方向においてさらなる自由度を提供する。
【0059】
図５は、一実施形態に係る回転ジョイント１００を例示する断面図である。この例の回転ジョイント１００は、上述の図４を参照して説明した位置決めシステム２２の第１の回転ジョイント７０、第２の回転ジョイント７４、又は第３の回転ジョイント７８のいずれか１つ以上において実装される。回転ジョイント１００は、外側ハウジング１１０（及び外側ハウジング１１０に連結されたアームセグメントなどのコンポーネント）が、内側ハウジング１２０（及び内側ハウジング１２０に連結されたアームセグメントなどのコンポーネント）に対し回転軸を軸にして回転することを可能にしている。回転軸は、回転ジョイント１００を通って実質的に垂直に延伸する。回転ジョイント１００は、回転ジョイント１００における回転運動のロックと解除を操作者が選択できるようにするブレーキシステム１３０をさらに含む。
【0060】
ここに開示される実施形態において、回転ジョイント１００は、十分に高い制動トルク又は保持トルク（例えば８０Ｎｍ）を提供して回転ジョイント１００を確実に制動するブレーキシステム１３０を含む。さらに、ここに開示される実施形態に係るブレーキシステム１３０は、無限の分解能を提供する。例えば、内側ハウジング１２０に対して外側ハウジング１１０がどの位置にあっても回転運動を制動できる。すなわち、ブレーキシステム１３０はギヤレスシステムであり、不連続の制動ポイント（例えばギヤの各歯）に依拠しない。加えて、ギヤ式ブレーキシステムのギヤの歯のような不連続ポイントの制動がないことにより、ブレーキ作動（制動）時のバックラッシュを抑えた又はバックラッシュの無いブレーキシステム１３０が提供される。
【0061】
図５に例示する回転ジョイント１００において、ブレーキシステム１３０は、カム１４２を有するカムシャフト１４０によって作動する。カムシャフト１４０は、図７を参照して後で詳細に説明するように、カムシャフト１４０を回転させこれに伴いカム１４２を回転させるモータによって、駆動される。カム１４２は、ブレーキ１５０の作動と解除をカム１４２が生じさせるサイクルをもって回転するように、成形されている。例示したカム１４２は、図８を参照して後で詳細に説明する。
【0062】
ブレーキボルト１４４に予め上向きの負荷をかけるか上向きに付勢するために、バネ１４６のような弾性コンポーネントが設けられている。バネ１４６によるブレーキボルト１４４の予荷重が、ある程度のオーバートラベルを可能にするので、摩擦面における予定されたクランプ荷重は、カム１４２の行程に多少の変動があっても得られる。カム１４２の行程がバネ１４６からの予圧に打ち勝つと、カム１４２からの全力がブレーキ１５０に加えられ、増加するカム行程に従って力が少し増加する。比較的低いバネ定数で、システムの摩耗は、ブレーキ１５０の制動力にほとんど変化をもたらさない。
【0063】
カム１４２が制動位置まで回転すると、カム１４２からカムフォロワへ加えられる下向きの力により、ブレーキボルト１４４が負荷に抗してブレーキ１５０を作動させる。その一例が図９Ａ～９Ｄを参照して後で詳細に説明される。上述のように、ブレーキ１５０の作動は、回転ジョイント１００を確実に制動するための十分に高い制動トルク又は保持トルク（例えば８０Ｎｍ）を提供する。カムがさらに非制動位置まで回転すると、下向きの力が無くなり、バネ１４６からの負荷がブレーキボルト１４４にかかり、ブレーキ１５０が解除される。
【0064】
図５に示す例において、回転ジョイント１００のブレーキ１５０には、外側ハウジング１１０に連結された第１のブレーキコンポーネントと、内側ハウジング１２０に連結された第２のブレーキコンポーネントとが設けられている。ブレーキ作動時、第１のブレーキコンポーネントと第２のブレーキコンポーネントとが互いに当接することによって回転ジョイント１００に制動がかかる。図５に図示した例において、ブレーキ１５０は、外側ハウジング１１０に固定されたカップ１５２と、内側ハウジング１２０に固定されたコーン（円錐）１５４とを含んでいる。カップ１５２は、カップ１５２の横断面図を提供する図６においてより明確に示されるように、円錐形内周を有する。外側ハウジング１１０に固定されたカップ１５２の円錐形内周は、内側ハウジング１２０のコーン１５４に相応する。つまり、ブレーキ１５０の作動時、コーン１５４がカップ１５２の中に入ってカップ１５２の内周と接触する。カップ１５２の内周とコーン１５４とは、制動トルクを発揮する摩擦面を形成する。カップ１５２及びコーン１５４は、様々な材料で形成することができる。一例において、コーン１５４は、Victrex 450FC30 PEEK（"10/10/10" PEEK）で作成され、カップ１５２は、硬質アルマイト処理アルミニウムで作成される。これらの材料は、繰り返し可能な高い摩擦を提供し、良好な摩耗特性を有する。
【0065】
カップ１５２とコーン１５４の摩擦面は、連続した制動面を提供し、つまり制動のために無限の分解能を提供する。さらに、連続する制動により、ブレーキ１５０の摩擦面間のバックラッシュが抑制されるか又は生じない。
【0066】
一実施形態において、カップ１５２の内周は、自発ロックを回避しながら十分に高い制動トルクを提供するように選択された円錐の傾斜角度（円錐角度）を有する円錐形である。円錐角度は、カップ１５２の円錐形内周と垂直との間の角度として測定される。円錐角度が小さすぎると、カムの回転でバネ１４６からの負荷がブレーキボルト１４４に戻ったときにブレーキ１５０が外れないことがあり、自発ロックを起こし易くなる。それ故に円錐角度は、下向きの力が無くなったときにカップを離れさせのるに十分であるべきである。一実施形態において、カップ１５２の円錐形内周は、約１５度から約３０度の間の円錐角度とする。一つの具体例をあげれば、カップ１５２の円錐形内周は、約１７度の円錐角度とする。各ジョイントの商業運転前に実施する例において、各ジョイントを、制動位置に配置し、そしてブレーキを滑らせるのに十分なトルクを有するモータを備えた設備に入れる。ブレーキを滑らせることにより、コーンとカップの表面を互いに擦り（粗研磨）、そうしない場合に表面同士の接触を妨げ得る小さな機械加工公差をほぼ除去する。この結果、表面同士が良くなじんで高接触領域を形成する。
【0067】
図８に示すカム１８０の定常制動領域１８２は、ブレーキの不注意による解除を防止する安全機能を提供する。図８内の拡大図に例示されているように、定常制動領域１８２の一部には、定常制動領域１８２の外縁よりも小さい半径をもつ滞留領域１８２ａが設けられている。滞留領域１８２ａは、定常制動領域１８２を外れるカムの意図しない回転を防止する定常領域を提供する。例えば、ブレーキ作動中に回転ジョイント１００への電力が失われた場合を想定すると、定常制動領域１８２の滞留領域１８２ａから外れるようカムを動かすためには少なくともいくらかのエネルギーが必要になるので、ブレーキが解除されるおそれはない。なお、図示の領域１８２における遷移は縮尺通りではない。滞留領域１８２ａとその隣接領域との間の遷移は、図８の拡大部分に描かれているよりもっと緩やかな傾斜をもつ。図８の拡大部分における遷移は、分かりやすくするため誇張してある。
【0068】
図７を参照すると、図５に例示した回転ジョイント１００の部分斜視図が示されている。図５を参照して上述したように、回転ジョイント１００は、ブレーキ１５０を作動させまた解除するカム１４２を有するカムシャフト１４０を含む。図７に示すように、カム１４２は、モータ１７０によって駆動されるカムシャフトに配置される。モータ１７０は、ブレーキ１５０の作動と解除に関するユーザ入力によって制御される。モータ１７０は、モータ１７０とカムシャフト１４０を連結する駆動ベルトを介してカムシャフト１４０を駆動する。つまり、ユーザ入力に従ってモータ１７０はカムシャフト１４０を駆動し、カム１４２を所望の位置に位置決めすることができる。例えば、カム１４２は、ブレーキ１５０を作動させるように又はブレーキ１５０を解除するように位置決めすることができる。一実施形態において、モータ１７０は、ギアでカムシャフト１４０に連結される。
【0069】
図８を参照すると、図５に例示した回転ジョイント１００に使用するカム１８０の例が側面図で図示されている。例示したカム１８０は、２つの遷移領域によって分離された２つの定常領域を有する双安定カムである。図８の例に示されるように、カム１８０は、カム１８０が総じてカム１８０の他の領域よりも大きい半径となる、（第１の）定常制動（作動）領域１８２を含む。この大きい半径により、カム１８０は、カムフォロワに下向きの力を加え、図５を参照して既述したようにブレーキボルト１４４を負荷に逆らわせる。
【0070】
カム１８０は、カム１８０の他の領域よりも小さい半径となる定常非制動（解除）領域１８４として第２の定常領域を含む。この小さい半径により、カムフォロワにかかる下向きの力が無くなり、バネ１４６からの負荷がブレーキボルト１４４に戻ってくる。
【0071】
２つの定常領域１８２，１８４は、２つの遷移領域１８６，１８８によって分離されている。第１の遷移領域１８６は、カム１８０が定常非制動領域１８４から定常制動領域１８２へ（図８において反時計回りに）回転するときの漸進形遷移領域である。第２の遷移領域１８８は、カム１８０が定常制動領域１８２から定常非制動領域１８４へ回転するときの急進形遷移領域である。すなわち、ブレーキ解除（定常制動領域１８２から急進形遷移領域１８８を経て定常非制動領域１８４へカムを回転させる）に要する時間は、カムシャフトを少し回転させるだけで済むので、短い。一方、ブレーキ作動（定常非制動領域１８４から漸進形遷移領域１８６を経て定常制動領域１８２へカムを回転させる）に要する時間は、カムシャフトをより多く回転させなければならないので、かなり長い。他の例では、漸進形遷移領域１８６と急進形遷移領域１８８の位置を入れ替えることができ、あるいは、カムシャフトの回転方向を逆にすることもできる。
【0072】
図９Ａ～図９Ｄは、一実施形態に係るブレーキシステムを例示し、その作動サイクルの一例を示す。この例のブレーキシステム２００は、外側ハウジング２１２に連結されたカップ２１４と、内側ハウジングに連結されたコーン２１６とを有するブレーキ２１０を、含む。内側ハウジングと外側ハウジングとは、互いに対して回転可能であり、ブレーキシステム２００は、その回転を抑止するか又は許容する。ブレーキシステム２００には、図５～図８を参照して既述したように、ブレーキボルトに予め負荷を与えるバネ２１８が設けられている。図９Ａ～９Ｄを参照して、上述したカム１８０と同様のカム２２０は、ブレーキ２１０の作動と解除を選択的に行う。
【0073】
まず図９Ａを参照すると、カム２２０は定常非制動位置で示されている。この位置においては、カム２２０の他の部分よりも半径の小さいカム２２０の部分が、コーン２１６に対し下向きの力がかからないようにする。したがって、カップ２１４とコーン２１６の各摩擦面の間には接触がない。図９Ｂにおいて、カム２２０は、カム２２０の半径が徐々に増加する漸進形遷移領域を通って反時計回りに回転しており、コーン２１６に加えられる下向きの力が発生する。これによりコーン２１６がカップ２１４に徐々に接触していき、ブレーキ２１０が作動する。
【0074】
図９Ｃにおいて、カム２２０は定常制動位置にある。この位置においては、カム２２０の他の部分よりも半径の大きいカム２２０の部分がコーン２１６に下向きの力を加えていて、ブレーキを作動位置にする。この位置では、カップ２１４とコーン２１６の各摩擦面が接触していて、制動トルクが与えられる。さらに、この位置ではまさに、バネ２１８がより強く圧縮された状態になる。図９Ｄにおいて、カム２２０は、定常制動位置から急進形遷移領域を通って回転する結果、図９Ａの定常非制動位置になる。
【0075】
カム２２０の位置に応じたモータへの電流を示すチャートの例を次に示す。
［チャート１］
［チャート１］
【0076】
上のチャートにおいて、モータ電流はトルクに比例している。上のチャートにおける領域（ａ）は、非制動位置（図８の定常非制動位置１８４）にあるカム２２０に相当する。半径が小さいことからトルクが低く、電流は比例して小さくなる。領域（ｂ）は、漸進形遷移領域の始まり（図８の漸進形遷移領域１８６の始まり）に相当し、この間に回転ジョイント及びブレーキの各コンポーネントの剛性が克服される。領域（ｃ）は、バネ２１８が圧縮されていく所の漸進形遷移領域に相当する。領域（ｄ）は、定常制動領域の滞留領域（例えば図８の滞留領域１８２ａ）に相当する。滞留領域へ遷移する結果、電流が負になる。一実装形態において、領域（ｄ）は３１０度～３１２度といった程度のほんの数度であり、電流はゼロである。領域（ｅ）において、カムは、滞留領域から出るところか出たところであり、ただし、負の電流が生じる領域（ｆ）に相当する急進形遷移領域には入っていない。ブレーキは、２３０度のところで操作者に対し制動がかかるが、完全に制動するのは約３１０度である。別の言い方をすれば、操作者は２１０度のところで抵抗を感じ、そして、２３０度のところで操作者はジョイントを動かせなくなる。なお、システムが全体的に制動を続け、３１０度で最大のブレーキ抵抗をもつ場合である。
【0077】
各コンポーネントが磨耗すれば、上のチャートのそれぞれの領域がシフトすることがあり得る。例えば、制動位置又は制動位置への遷移に相当する領域は、持続時間が減少する可能性があり、一方、非制動位置に相当する領域は、増加する可能性がある。
【0078】
上記の例に示された電流プロファイルは、カムの状態を確認するために使用することができる。上記電流は、システムが使用に伴って摩耗するときでも制動位置を同定するために使用できる。回転は、付勢バネがそのハードストップをやめると直ぐに制動されるとして、測定可能である。摩擦面がどの程度摩耗しているかによって、カムの回転において測定されるこのポイントの位置は大きく変わる。制御（調整）方法には、速度が小電流部分でより高く且つ大電流部分でより低いという一定ではない速度プロファイルを使用することができる。電流プロファイルを使用して、システムが非制動状態にある所を動的に変更することが可能になる。表面が摩耗すると、システムが最初に無負荷状態で駆動する必要がないように、非制動状態が規定される所定のポイントからの度数を増加させ得る。この速度に関する利点に加えて、電流が制動のために急速に増加し始める所の監視は、システムが摩耗を監視できるようにする。これが変化したときに、システムは、必要とされるサービスに関して又は故障に関しても、警告を発することができ、安全でなくなってしまう状況を可能にしない。
【0079】
図１０を参照すると、手動アクチュエータの一例を備えた回転ジョイント３００を例示した斜視図を示してある。この例の回転ジョイント３００は、互いに対して回転可能な第１の部分３０２と第２の部分３０４とを含む。上述した実施形態の場合であれば、第１の部分３０２がブレーキシステムの外側ハウジングに連結され、第２の部分３０４がブレーキシステムの内側ハウジングに連結される。すなわち、ブレーキシステムは、第２の部分３０４と第１の部分３０２との相対的回転を制動しまた解除することができる。図１０の回転ジョイント３００の例は、第２の部分３０４と第１の部分３０２との相対的回転の範囲を制限する回転ストップ３０６をさらに含む。回転停止は、第１の部分３０２及び第２の部分３０４のそれぞれの方向の相対的な回転を制限するために提供される。
【0080】
例示した回転ジョイント３００は、図１１においてより明確に示されているモータ駆動カムシャフト３４０を含む。カムシャフト３４０は、例えばベルトを介してカムシャフト３４０をモータと連結するベルト係合ホイール３４２を含む。該ベルトは、ベルト係合ホイール３４２の対応する歯と係り合う歯を有し、これによりカムシャフト３４０を駆動する。カムシャフト３４０には、図７、図８、及び図９Ａ～図９Ｄを参照して先に説明したカムと同様のカム３４４が設けられている。
【0081】
図１１に例示する回転ジョイント３００は、カムシャフト３４０に連結された手動アクチュエータ３４６をさらに含む。手動アクチュエータ３４６は、図１０に最も明確に例示されているように、回転ジョイント３００の本体の外側で、カムシャフト３４０の延長線上に配置される。これにより、操作者は、カムシャフト３４０及びカム３４４の回転を手動で制御することができる。手動アクチュエータ３４６の使用は、例えば、モータへの電力が失われたり、モータがカムシャフト３４０から外れてしまう、あるいはそれ以外にも、操作者がモータより優先させたい、といった場合に必要なことがある。
【0082】
図１０のカムシャフト３４０は、ラチェット３４８を備える。カムシャフト３４０がモータ駆動されるとき、ラチェット３４８は、手動アクチュエータ３４６に連結されている相手コンポーネントに係合する。したがって、カムシャフト３４０がモータ駆動されるとき、手動アクチュエータ３４６もカムシャフト３４０と共にモータ駆動される。手動アクチュエータ３４６を用いてカムシャフト３４０を回転させるとき、ラチェット３４８は、手動アクチュエータ３４６に連結されている相手コンポーネントから離脱する。そして、カムシャフト３４０がモータ駆動に戻るとき、ラチェット３４８は、手動アクチュエータ３４６の操作前と同じ位置で相手コンポーネントと再び係合する。手動操作中にカムシャフトをモータから外すことは、種々の理由から有益である。例えば、モータが逆駆動可能ではない場合、カムシャフトをモータとの連結から解放することにより、手動操作でモータが逆駆動されないように防護することができる。さらに、手動操作中にカムシャフトが外れることにより、操作者の手動操作がモータにその限度を超える超過速度を加えてしまうことが防止される。
【0083】
一実施形態において、ラチェット３４８は、カムシャフト３４０が手動アクチュエータ３４６で操作される場合にのみ、ラチェット３４８が相手コンポーネントと係合するように、逆にされてもよい。この場合、ラチェット３４８は、カムシャフト３４０がモータ駆動されるときに係合解除される。その結果、カムシャフト３４０がモータ駆動されるときに手動アクチュエータ３４６は回転しない。
【0084】
図１２は、図１０に例示する回転ジョイント３００の部分斜視図である。図１２に図示されるように、カムシャフト３４０は、カム３４４の向きの判定を可能にするために、少なくとも１つのセンサを含むセンサシステムを備えている。図１２の例において、カムシャフト３４０には、フラグ３５２及び光ゲート３５０が設けられている。光ゲート３５０は、カムシャフトのフラグ３５２を読み取る。一例において、フラグ３５２の位置は、カムが制動位置にあることに対応する。
【0085】
他の例として、回転ジョイント３００に追加のセンサを設け、フラグ３５２によって指示される位置と相対的なカムの位置を測定することができる。例えば、相対エンコーダをモータ又はモータのシャフトに接続することができる。相対エンコーダは、光ゲート３５０と連動してカムの向きの判定を可能にする。例えば、フラグ３５２が定常制動位置に対応させて設定されているときに、相対エンコーダは、そのフラグ位置と相対的な位置を測定し、この結果、カムのより正確な向きを判定することができる。
【0086】
上述したように、ここに説明される様々な例の回転ジョイントは、十分に高い制動トルク又は保持トルクを提供し、境目のない、作動（制動）中のバックラッシュを抑制するか又は生じないブレーキシステムを、備える。図１３及び図１４は、実施形態に係るブレーキシステムのさらなる例を示す。
【0087】
図１３を参照すると、回転ジョイントで使用するブレーキ（ブレーキシステム）４００を例示する断面を含む斜視図が示されている。図１３に例示するブレーキシステム４００は、内側ハウジングアタッチメント４１２を有する複数の第１のディスクブレーキ部４１０を含み、第１のディスクブレーキ部４１０は、内側ハウジングアタッチメント４１２により内側ハウジングに固定される。ブレーキシステム４００は、さらに、外側ハウジングアタッチメント４２２を有する複数の第２のディスクブレーキ部４２０を含み、第２のディスクブレーキ部４２０は、外側ハウジングアタッチメント４２２により外側ハウジングに固定される。
【0088】
第１のディスクブレーキ部４１０には第１の摩擦面４１４が設けられ、第２のディスクブレーキ部４２０には第２の摩擦面４２４が設けられている。各摩擦面４１４，４２４は、内側ハウジングアタッチメント４１２と外側ハウジングアタッチメント４２２との間の円周において互い違いに重ねられる（インターリーブ）。ブレーキシステム４００が、例えばカムからの下向きの力の作用によって作動するとき、この力が、相互に重なった摩擦面４１４，４２４を当接させることにより、回転の制動を引き起こす。
【0089】
図１４を参照すると、別の例のブレーキ（ブレーキシステム）４５０の斜視図が示されている。図１４に例示するブレーキシステム４５０は、図１３を参照して上に説明したブレーキシステム４００と同様であり、互い違いに重なる摩擦面４８０を有する第１のディスクブレーキ部及び第２のディスクブレーキ部を含む。図１４の例において、ブレーキシステム４５０は、第１のディスクブレーキ部分を内側ハウジングに固定する内側ハウジングアタッチメント４６０と、第２のディスクブレーキ部を外側ハウジングに固定する外側ハウジングアタッチメント４７０とを含む。
【0090】
内側ハウジングアタッチメント４６０は、互い違いに重ねられた摩擦面４８０と内側ハウジングとの間に内側非平面部分４６２を含む。内側非平面部分４６２は、内側ハウジングに固定される第１の端部と、摩擦面４８０につながる第２の端部とを含み、これら第１の端部と第２の端部とは軸方向においてオフセットされている。同様に、外側ハウジングアタッチメント４７０は、互い違いに重ねられた摩擦面４８０と外側ハウジングとの間に外側非平面部分４７２を含む。外側非平面部分４７２は、外側ハウジングに固定される第１の端部と、摩擦面４８０につながる第２の端部とを含み、これら第１の端部と第２の端部とは軸方向においてオフセットされている。これらのハウジングと摩擦面との間の軸方向オフセットは、ブレーキシステム内の軸方向コンプライアンス（軸方向剛性を減少させる）を提供する。
【0091】
軸方向コンプライアンスに加えて、ここに説明する回転ジョイントのブレーキシステムの一例では、ねじり剛性も提供される。これについて、図５を再度参照すると、ブレーキシステム１３０の少なくとも一部の周りに配置されたベローズの使用が示されている。この例のベローズアセンブリ１６０は、ブレーキ１５０の周囲を取り巻くように配置される。一例において、ベローズアセンブリ１６０はステンレス鋼で形成され、回転ジョイント１００の部分に接合される。上述したように、ベローズアセンブリは、ブレーキの作動時にねじり剛性を提供する。この点に関し、様々な例のベローズアセンブリ１６０は、約９０，０００Ｎｍ／ｒａｄと約１１０，０００ Ｎｍ／ｒａｄとの間のねじり剛性を提供する。ねじり剛性を提供するのと同時に、ベローズアセンブリ１６０は軸方向剛性が低いので、軸方向コンプライアンスを可能にし、ベローズアセンブリ１６０を動かすカムからの作動力がほとんど必要とされない。
【0092】
図５の例を参照すると、回転ジョイント１００の中に示されている各コンポーネントは、ボルト接続を用いて、外側ハウジング１１０、内側ハウジング１２０、及び他の各コンポーネントに取り付けられる。これら接続に使用されるボルトは、ブレーキ１５０の作動時にあらゆるバックラッシュを防止するのに十分な負荷が予め与えられている。さらに、予圧されたクロスローラベアリング１９９が回転ジョイント１００内に設けられている。クロスローラベアリング１９９は、外側ハウジング１１０と内側ハウジング１２０との間の回転運動を止めるブレーキ１５０作動時のバックラッシュをさらに減少させる。予圧されたクロスローラベアリング１９９は、ブレーキ１５０が作動するときに、回転ジョイント１００が他の方向へずれることを防止する。
【0093】
図１７を参照すると、一例として回転ジョイント７００が、第２のハウジング７０ｂに対して第１のハウジング７０ａの回転を可能にする第１の回転ジョイント７０において実施されている。回転ジョイント７００は、第１のハウジング７０ａに対して固定される内側部分７０２と、第２のハウジング７０ｂに対して固定される外側部分７０４とを含む。ブレーキシステム７０６は、外側部分７０４に対して内側部分７０２を解除可能に制動することによって、第１のハウジング７０ａを第２のハウジング７０ｂに対して解除可能に制動する。回転ジョイント７００と関連させてブレーキシステム７０６を説明するが、ブレーキシステム７０６は、回転ジョイント７４及び／又は回転ジョイント７８で使用することもできる。一実施形態において、図１７に図示したブレーキシステム７０６は、回転ジョイント７４において実施する場合、図１７の状態とは「上下逆さま」の向き、すなわち、カム１４２からカップ７４４へ向かう方向が図４に示す正のＺ軸方向になるように、実施してもよい。
【0094】
ブレーキシステム７０６は、第１のブレーキ部材７４２を第２のブレーキ部材７４４と解除可能に当接させるバイアスモジュールを作動させる、図７に示すようなアクチュエータモジュールを含む。回転ジョイントは、第１のブレーキ部材７４２が第２のブレーキ部材７４４から離れて接触していないとき、制動解除された非当接位置にある。一実施形態において、第１のブレーキ部材７４２は、円錐形外面を有し、ここではコーン（円錐）と称され、第２のブレーキ部材７４４は、その円錐形外面と合致する表面を有し、ここではカップと称される。回転ジョイント７００は、コーン７４２がカップ７４４と当接しているとき、制動（当接）位置にある。解除（非当接）位置及び当接位置における回転ジョイントの各コンポーネントの配置についてここに説明する。
【0095】
アクチュエータモジュールは、バネアセンブリと関係して動作するカム１４２を備えたカムシャフト１４０を駆動するモータ１７０を含む。バネアセンブリは、カム１４２と接触するカムフォロワ７０７を含む。カムフォロワ７０７は、バネ７１２を受け入れる内腔を有する上側バネハウジング７１０に接続される。バネ７１２は、上側バネハウジング７１０と下側バネハウジング７１４との間に延在する。一実施形態において、バネ７１２は、所定の力まで予め負荷をかけた圧縮バネである。ボルト７１６は、上側バネハウジング７１０と下側バネハウジング７１４との間のバネアセンブリの縦軸を通って延在する。上側バネハウジング７１０と下側バネハウジング７１４とは、直接接続されておらず、ボルト７１６によって、非制動位置において相対して配置されている。図１７を参照すると、上側バネハウジング７１０は、第１のハウジング７０ａに接続されて動作する外側筒部材７１８によって画定される内腔で動作する。下側バネハウジング７１４は、外側筒部材７１８の半径方向外面７２１に隣接した上方延出部７２０を有する。
【0096】
ブレーキアセンブリが解除位置にあるときの図１７Ａを参照すると、ボルトナット７２２は、下側バネハウジング７１４の下面７２４に隣接し接触して位置決めされている。この解除位置において、ボルト７１６、下側バネハウジング７１４、上側バネハウジング７１０は、互いに固定された関係にある。カムフォロワ７０７は、カム１４２に接触しているだけで押さえられてはいないので、カムフォロワ７０７は、ベローズアセンブリ７２６の縦軸方向付勢力によって、解除位置でカムと接触した状態に維持される。
【0097】
図１７及び図１８を参照すると、ベローズアセンブリ７２６は、第１のハウジング７０ａに接続されて動作する上端（第１の）キャップ７３０と、下側バネハウジング７１４に接続されて動作する下端（第２の）キャップ７３２とを含む。ベローズ７２８は、上側（第１の）ベローズ端７３４で上端キャップ７３０に固定され、下側（第２の）ベローズ端７３６で下端キャップ７３２に保持される。解除位置において、ベローズアセンブリ７２６は、カムフォロワ７０７のカム１４２との接触を維持する、バネアセンブリに対抗する付勢力を提供する。ベローズアセンブリの付勢力は、バネハウジングの縦軸線に沿ってカム１４２に向かってカップ７４４から離れる方向のバネ力を提供するベローズ７２８のバネ性によって提供される。ベローズアセンブリ７２６は、ベローズアセンブリ１６０に関してここに説明したような同様のねじり剛性を提供する。ベローズアセンブリ７２６のねじり剛性は、ブレーキが作動位置へ動いたときのジョイントのキックバックを抑制する。言い換えると、ベローズアセンブリ７２６のねじり剛性は、ブレーキシステムが作動位置になったときに回転ジョイント７０，７４，７８の回転に抵抗する。
【0098】
コーン７４２はベローズの下端キャップ７３２に固定されて動作するので、解除位置においてコーン７４２は、ベローズ７２８の付勢力によってカップ７４４から上昇して離れる。コーン７４２とカップ７４４との当接で、ここに説明するブレーキ７０８をなす。
【0099】
ブレーキシステムの動作について図１７Ａ及び図１７Ｂを参照すると、操作者がモータ１７０に信号を与えてカムシャフト１４０を非制動位置から制動位置へ回転させると、カム１４２のカムプロファイルに従って、カムフォロワ７０７及びバネアセンブリ全体が、バネアセンブリの縦軸に沿ってカップ７４４に向かう方向へ動く。バネアセンブリに接続されて動作するコーン７４２がカップ７４４と当接し、下側バネハウジング７１４はそれ以上カム１４２から遠ざかることができない。一方で上側バネハウジング７１０は、カム１４２から離れる方向へ動作を続け、ボルトナット７２２が下側バネハウジング７１４の下面７２４から離れる。別の言い方をすると、コーン７４２がカップ７４４に当接した後は、カムフォロワ７０７が下方へ動作を続ける結果、下側バネハウジング７１４が第２のハウジング７０ｂと固定された関係になる。ナット７２２は、カム１４２から離れる方向へ下方空間７３８の中に移動し続けることができるので、上側バネハウジング７１０及び下側バネハウジング７１４によって拘束されているバネ７１２の予圧力がコーン７４２とカップ７４４との当接面に伝達され、これによって、第１のハウジング７０ａと第２のハウジング７０ｂとの間の制動が提供される。バネ７１２の予圧力は、カム１４２へ向かう方向にバネハウジングを付勢しているベローズバネ力よりも格段に大きい。一実施形態において、バネ７１２の予圧力は１８００Ｎである。ただし、１６００Ｎから２０００Ｎまでなどの他の予圧力も想定される。他の例では予圧力は１６００Ｎより小さく、また別の例では予圧力は２０００Ｎより大きい。
【0100】
操作者がモータ１７０に信号を出してカムシャフト１４０を制動位置から非制動位置まで回転させると、バネ７１２のバネ力は、再び、上側バネハウジング７１０と下側バネハウジング７１４との間でボルト７１６のナット７２２とボルト７１６のヘッド７４０との間に拘束される。そして、ベローズ７２８のバネ力により、コーン７４２及びバネアセンブリがカップ７４４からカムシャフト１４０へ向かう方向に動作し、カムフォロワ７０７がカムと接触した状態に維持される。ベローズ７２８のバネ力は、当接しているコーン７４２の円錐面とカップ７４４の相応円錐面とを分離するのに十分である。コーン７４２の外面の円錐面は、カップ７４４の円錐面７４６と対面して位置する。カップ７４４及びコーン７４２はカップ１５２及びコーン１５４と同様のものであり、カップ１５２及びコーン１５４に関してここに説明したのと同じ構造をもつ。
【0101】
回転ジョイントの様々な例がここに説明されている。一例において、回転ジョイントは関節である。この例の関節は、１つの自由度をもち、すなわち１つの軸の周りに回転する。
【0102】
図１５Ａ及び図１５Ｂは、位置決めシステムを別々の状態とした図１のカテーテルベース処置システムの例を示す上面図である。図１５Ａ及び図１５Ｂは、患者テーブル５１８、ロボット制御駆動装置５２４、及び位置決めシステム５２２を有するカテーテルベース処置システム５００を例示する。上述のように、位置決めシステム５２２は、患者を患者テーブル５１８に寝かせられるように、（ロボット制御駆動装置５２４と共に）退けてあってよい。そして、ここに説明した回転ジョイントにより、位置決めシステム５２２は、右利き配置（図１５Ａ）又は左利き配置（図１５Ｂ）のいずれかで使用することが可能である。回転ジョイントは、位置決めシステム５２２を様々な体勢のいずれかに操作して患者を患者テーブルへ移動させそして患者テーブルから移動させることを、可能にする。
【0103】
多くの場合、図１５Ａの右利き位置にシステム５００を配置することが望ましい。つまり、図１５Ａの右利き位置において、システムのほとんどが患者を避けてあり、操作者は、システム自体の干渉を受けることなく該システムを操作することができる。例えば、図１５Ｂの左利き位置では、位置決めシステム５２２の大部分がロボット制御駆動装置と患者との間の空間にあり、操作者によるシステム５００の視認及び操作を制限する。右利き位置においては、位置決めシステムのほとんど又は全てが患者及びロボット制御駆動装置の邪魔にならない。
【0104】
図４を参照して既述したように、第２のアームセグメント７６は、第２の回転ジョイント７４に対する第３の回転ジョイント７８の制限された垂直方向の動きを可能にする４バーリンク機構を含む。図１６Ａ及び図１６Ｂは、一例として示した４バーリンク機構を有するシステム６００の動作を説明する。図１６Ａ及び図１６Ｂは、上述の各システムと同様のシステム６００を示す。この例のシステム６００は患者テーブル６１８を含み、ロボット制御駆動装置６２４を支持する位置決めシステム６２２が患者テーブル６１８に取り付けられる。位置決めシステム６２２は、上述した各位置決めシステムと同様であり、各回転ジョイント６７０，６７４，６７８及びこれら回転ジョイントに連結されたアームセグメントを含む。図１６Ａ及び図１６Ｂに図示されているアームセグメントの１つが、カバーを取り外した状態で図示されているリンク機構６７６であり、ロボット制御駆動装置の制限された垂直移動を可能にしている。図１６Ａ及び図１６Ｂに図示されるとおり、リンク機構６７６は、上昇位置（図１６Ａ）と下降位置（図１６Ｂ）との間でロボット制御駆動装置を移動させ、その間の任意の位置で及び停止させることを可能にする。この例において、図１６Ａの上昇位置は、例えば、患者テーブル６１８に患者を載せたり降ろしたりするときに必要となり得る。また、上昇位置は、例えば、位置決めシステムに対しロボット制御駆動装置を取り付けたり取り外したりするときに必要な場合もある。あるいは、上昇位置は、大きな患者を収容するために使用することができる。図１６Ｂの下降位置は、ロボット制御駆動装置をより患者の近くへ移動させるために、医療処置において必要とされ得る。
【0105】
ここに記載した説明では、最良の形態を含みそして当業者が誰でも本発明を実施し使用することができるようにする実施例を使用して、本発明を開示した。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者なら想到可能な他の例を含み得る。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の記載から外れない構成要素を有するのであれば、又は、それらが特許請求の範囲の記載と実質的に相違しない同等の構成要素を含むのであれば、当然ながら特許請求の範囲に含まれる。あらゆるプロセス又は方法ステップの順番と並びは、別の実施形態に合わせて変更又は再配列することが可能である。
【0106】
本発明の思想から逸脱することなく、本発明に多くの他の変更及び修正を加えることができる。これら及び他の変更の範囲は特許請求の範囲から明らかである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図16A】
【図16B】
【図17】
【図17A】
【図17B】
【図18】
【手続補正書】
【提出日】2023-11-02
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ロボット制御医療システムの回転ジョイントアセンブリであって、
少なくとも１つのアームセグメントと、
前記アームセグメントの一端に設けられ、前記アームセグメントが回転軸の周りに回動することを可能にする回転ジョイントとを有し、
前記回転ジョイントは、
当該回転ジョイントにおいて前記アームセグメントの回動を制動するブレーキと、
前記ブレーキの作動と解除を選択的に行うアクチュエータとを備え、
前記アクチュエータが、２つの遷移領域によって分離された２つの定常領域をもつカムを有し、前記２つの定常領域が、前記ブレーキの作動に対応する第１の定常領域と、前記ブレーキの解除に対応する第２の定常領域とを含み、
前記ブレーキが、内側ハウジングに連結された複数の第１のディスクブレーキ部と、外側ハウジングに連結された複数の第２のディスクブレーキ部とを備え、
前記内側ハウジングが、前記アームセグメントが前記回転軸の周りに回動すると、前記外側ハウジングに対して回転する、回転ジョイントアセンブリ。
少なくとも１つのアームセグメントと、
前記アームセグメントの一端に設けられ、前記アームセグメントが回転軸の周りに回動することを可能にする回転ジョイントとを有し、
前記回転ジョイントは、
当該回転ジョイントにおいて前記アームセグメントの回動を制動するブレーキと、
前記ブレーキの作動と解除を選択的に行うアクチュエータとを備え、
前記アクチュエータが、２つの遷移領域によって分離された２つの定常領域をもつカムを有し、前記２つの定常領域が、前記ブレーキの作動に対応する第１の定常領域と、前記ブレーキの解除に対応する第２の定常領域とを含み、
前記ブレーキが、内側ハウジングに連結された複数の第１のディスクブレーキ部と、外側ハウジングに連結された複数の第２のディスクブレーキ部とを備え、
前記内側ハウジングが、前記アームセグメントが前記回転軸の周りに回動すると、前記外側ハウジングに対して回転する、回転ジョイントアセンブリ。
【請求項2】
前記ブレーキは、
截頭円錐形内面を有するカップと、
前記ブレーキの作動時に前記カップの前記截頭円錐形内面に当接するコーンとを含み、
前記ブレーキの作動が、前記コーンを移動させて前記カップの前記截頭円錐形内面に該コーンを接触させることを含む、請求項１に記載の回転ジョイントアセンブリ。
截頭円錐形内面を有するカップと、
前記ブレーキの作動時に前記カップの前記截頭円錐形内面に当接するコーンとを含み、
前記ブレーキの作動が、前記コーンを移動させて前記カップの前記截頭円錐形内面に該コーンを接触させることを含む、請求項１に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項3】
前記カップの前記截頭円錐形内面は、約１５度から約３０度の間の傾斜角度をもつ、請求項２に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項4】
前記カップの前記截頭円錐形内面は、約１７度の傾斜角度をもつ、請求項３に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項5】
前記第１のディスクブレーキ部の摩擦面部と前記第２のディスクブレーキ部の対応する摩擦面部とが、前記内側ハウジングと前記外側ハウジングとの間に存在する円周方向の空間において交互に重ねられる、請求項１に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項6】
前記第１のディスクブレーキ部は、前記内側ハウジングと各前記摩擦面部との間にそれぞれの内側非平面部分を有し、
該内側非平面部分が、前記内側ハウジングに固定される一端と、対応する前記摩擦面部につながる他端とを含み、
前記内側非平面部分の前記一端と前記内側非平面部分の前記他端とが軸方向においてオフセットされている、請求項５に記載の回転ジョイントアセンブリ。
該内側非平面部分が、前記内側ハウジングに固定される一端と、対応する前記摩擦面部につながる他端とを含み、
前記内側非平面部分の前記一端と前記内側非平面部分の前記他端とが軸方向においてオフセットされている、請求項５に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項7】
前記第２のディスクブレーキ部は、前記外側ハウジングと各前記摩擦面部との間にそれぞれの外側非平面部分を含み、
該外側非平面部分が、前記外側ハウジングに固定される一端と、対応する前記摩擦面部につながる他端とを含み、
前記外側非平面部分の前記一端と前記外側非平面部分の前記他端とが軸方向においてオフセットされている、請求項５に記載の回転ジョイントアセンブリ。
該外側非平面部分が、前記外側ハウジングに固定される一端と、対応する前記摩擦面部につながる他端とを含み、
前記外側非平面部分の前記一端と前記外側非平面部分の前記他端とが軸方向においてオフセットされている、請求項５に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項8】
前記アクチュエータは、前記ブレーキが前記カムに接するように前記ブレーキを解除位置へ付勢するためのバネを含む、請求項１に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項9】
前記カムの前記２つの定常領域において、
前記第１の定常領域が、前記バネを圧縮して前記ブレーキを作動させる力を発動させる制動位置に対応し、
前記第２の定常領域が、前記力が働かず前記ブレーキが解除される非制動位置に対応し、
前記カムの前記２つの遷移領域は、
前記第２の定常領域から前記第１の定常領域への漸進形遷移領域と、
前記第１の定常領域から前記第２の定常領域への急進形遷移領域とを含む、請求項８に記載の回転ジョイントアセンブリ。
前記第１の定常領域が、前記バネを圧縮して前記ブレーキを作動させる力を発動させる制動位置に対応し、
前記第２の定常領域が、前記力が働かず前記ブレーキが解除される非制動位置に対応し、
前記カムの前記２つの遷移領域は、
前記第２の定常領域から前記第１の定常領域への漸進形遷移領域と、
前記第１の定常領域から前記第２の定常領域への急進形遷移領域とを含む、請求項８に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項10】
前記回転ジョイントは、前記アームセグメントが患者上に位置する左利き位置と、前記アームセグメントが患者を避けて位置する右利き位置とで前記アームセグメントの回動を可能にする、請求項１に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項11】
前記カムは、モータによって駆動されるカムシャフトに配置される、請求項１に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項12】
前記カムシャフトは、前記カムの向きの判定を可能にする少なくとも１つのセンサを含む、請求項１１に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項13】
前記カムシャフトは、手動アクチュエータに連結されており、前記モータを動作させなくとも操作者が前記カムシャフトを回転させることができるようになっている、請求項１１に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項14】
前記カムシャフトは、前記手動アクチュエータの動作中に前記カムシャフトのモータ駆動位置を保持するように構成されたラチェットを含み、
該ラチェットは、さらに、前記モータが動作を再開するときに、前記モータ駆動位置で該モータが前記カムシャフトと係合することを可能とするように構成される、請求項１３に記載の回転ジョイントアセンブリ。
該ラチェットは、さらに、前記モータが動作を再開するときに、前記モータ駆動位置で該モータが前記カムシャフトと係合することを可能とするように構成される、請求項１３に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項15】
前記カムシャフトは、当該カムシャフトがモータ駆動されていないときに前記手動アクチュエータが該カムシャフトと係合することを可能とし、当該カムシャフトがモータ駆動されているときに前記手動アクチュエータが該カムシャフトと係合しないことを可能とするように構成されたラチェットを、含む、請求項１３に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項16】
前記ブレーキを囲繞するベローズをさらに含み、
該ベローズが、前記ブレーキの作動時にねじり剛性を提供し、作動時又は解除時のバックラッシュを実質的にゼロにする、請求項１に記載の回転ジョイントアセンブリ。
該ベローズが、前記ブレーキの作動時にねじり剛性を提供し、作動時又は解除時のバックラッシュを実質的にゼロにする、請求項１に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項17】
前記ブレーキは、
前記外側ハウジングに固定された第１のブレーキ要素と、
前記内側ハウジングに固定された第２のブレーキ要素とを含み、
前記内側ハウジングは、前記回転軸の周りに前記外側ハウジングに対して回転可能であり、
前記第１のブレーキ要素と前記第２のブレーキ要素とは、選択的に、前記ブレーキの作動にあたり互いに当接する、請求項１に記載の回転ジョイントアセンブリ。
前記外側ハウジングに固定された第１のブレーキ要素と、
前記内側ハウジングに固定された第２のブレーキ要素とを含み、
前記内側ハウジングは、前記回転軸の周りに前記外側ハウジングに対して回転可能であり、
前記第１のブレーキ要素と前記第２のブレーキ要素とは、選択的に、前記ブレーキの作動にあたり互いに当接する、請求項１に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項18】
４バーリンク機構で構成された第２のアームセグメントをさらに含む、請求項１に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項19】
前記センサが、フラグ及び光ゲートから構成される、請求項１２に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項20】
前記カムシャフトは、該カムシャフトを前記モータと連結するベルト係合ホイールを含む、請求項１３に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項21】
前記第１のディスクブレーキ部を前記内側ハウジングに固定する内側ハウジングアタッチメントと、前記第２のディスクブレーキ部を前記外側ハウジングに固定する外側ハウジングアタッチメントとをさらに含む、請求項５に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項22】
前記内側ハウジングアタッチメントは、互いに重ねられた前記摩擦面部と前記内側ハウジングとの間の内側非平面部分を含み、
前記外側ハウジングアタッチメントは、互いに重ねられた前記摩擦面部と前記外側ハウジングとの間の外側非平面部分を含む、請求項２１に記載の回転ジョイントアセンブリ。
前記外側ハウジングアタッチメントは、互いに重ねられた前記摩擦面部と前記外側ハウジングとの間の外側非平面部分を含む、請求項２１に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【請求項23】
前記バネに、前記カムと接触するカムフォロワを含む、請求項８に記載の回転ジョイントアセンブリ。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0009】
一態様において、ブレーキは、截頭円錐（円錐台）形の内面を有するカップと、ブレーキ作動時にカップの截頭円錐形内面に当接するコーン（截頭円錐体）とを含む。この場合のブレーキの作動は、コーンを移動させてカップの截頭円錐形内面に該コーンを接触させることを含む。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0010】
一態様において、カップの截頭円錐形内面は、約１５度から約３０度の間の傾斜角度（円錐の角度）をもつ。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0011】
一態様において、カップの截頭円錐形内面は、約１７度の傾斜角度をもつ。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0013】
一態様において、第１のディスクブレーキ部の摩擦面部と第２のディスクブレーキ部の対応する摩擦面部とは、内側ハウジングと外側ハウジングとの間に存在する円周方向の空間において交互に重ねられる（インターリーブ）。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0014】
一態様において、第１のディスクブレーキ部は、内側ハウジングと各摩擦面部との間にそれぞれの内側非平面部分を含む。内側非平面部分は、内側ハウジングに固定される一端と、対応する摩擦面部につながる他端とを含む。これら内側非平面部分の一端と内側非平面部分の他端とは、軸方向においてオフセットされている。
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0015】
一態様において、第２のディスクブレーキ部は、外側ハウジングと各摩擦面部との間にそれぞれの外側非平面部分を含む。外側非平面部分は、外側ハウジングに固定される一端と、対応する摩擦面部につながる他端とを含む。これら外側非平面部分の一端と外側非平面部分の他端とは、軸方向においてオフセットされている。
【手続補正8】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0016】
一態様において、アクチュエータは、ブレーキがカムに接するようにブレーキを解除位置へ付勢するためのバネを含む。
【手続補正9】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0024】
一態様において、回転ジョイントアセンブリは、ブレーキを囲繞するベローズ（ふいご／蛇腹）をさらに含む。このベローズは、作動時又は解除時のバックラッシュを実質的にゼロにする。一態様において、バネは、バネハウジングをカムに向かう方向に付勢しているベローズバネ力よりも（著しく）大きい予圧力をもつ。一態様において、そのバネの予圧力は、バネが予圧力をもっていない場合に比べて、ブレーキ要素をより迅速に作動（当接）させる。
【手続補正10】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0032】
一態様において、ブレーキは、截頭円錐形内面を有するカップと、ブレーキ作動時にカップの円錐形内周に当接するコーン（截頭円錐体）とを含む。この場合のブレーキの作動は、コーンを移動させてカップの截頭円錐形内面に該コーンを接触させることを含む。
【手続補正11】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0034】
一態様において、ロボット制御医療システムの回転ジョイントアセンブリは、少なくとも１つのアームセグメントと、アームセグメントの一端に設けられ、アームセグメントが回転軸の周りに回動することを可能にする回転ジョイントとを含む。回転ジョイントは、当該回転ジョイントにおいてアームセグメントの回動を制動するブレーキと、ブレーキの作動と解除を選択的に行うアクチュエータとを含む。ブレーキは、截頭円錐形内面を有するカップと、ブレーキ作動時にカップの截頭円錐形内面と当接するコーン（截頭円錐体）とを含む。ブレーキの作動は、コーンを移動させてカップの截頭円錐形内面に該コーンを接触させることを含む。
【手続補正12】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0035】
一態様において、カップの截頭円錐形内面は、約１５度から約３０度の間の傾斜角度（円錐の角度）をもつ。
【手続補正13】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0036】
一態様において、カップの截頭円錐形内面は、約１７度の傾斜角度をもつ。
【手続補正14】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0064】
図５に示す例において、回転ジョイント１００のブレーキ１５０には、外側ハウジング１１０に連結された第１のブレーキコンポーネントと、内側ハウジング１２０に連結された第２のブレーキコンポーネントとが設けられている。ブレーキ作動時、第１のブレーキコンポーネントと第２のブレーキコンポーネントとが互いに当接することによって回転ジョイント１００に制動がかかる。図５に図示した例において、ブレーキ１５０は、外側ハウジング１１０に固定されたカップ１５２と、内側ハウジング１２０に固定されたコーン（截頭円錐体）１５４とを含んでいる。カップ１５２は、カップ１５２の横断面図を提供する図６においてより明確に示されるように、截頭円錐形内面を有する。外側ハウジング１１０に固定されたカップ１５２の截頭円錐形内面は、内側ハウジング１２０のコーン１５４に相応する。つまり、ブレーキ１５０の作動時、コーン１５４がカップ１５２の中に入ってカップ１５２の内面と接触する。カップ１５２の内面とコーン１５４とは、制動トルクを発揮する摩擦面を形成する。カップ１５２及びコーン１５４は、様々な材料で形成することができる。一例において、コーン１５４は、Victrex 450FC30 PEEK（"10/10/10" PEEK）で作成され、カップ１５２は、硬質アルマイト処理アルミニウムで作成される。これらの材料は、繰り返し可能な高い摩擦を提供し、良好な摩耗特性を有する。
【手続補正15】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0066】
一実施形態において、カップ１５２の内面は、自発ロックを回避しながら十分に高い制動トルクを提供するように選択された円錐の傾斜角度（円錐角度）を有する截頭円錐形である。円錐角度は、カップ１５２の截頭円錐形内面の側部と垂直との間の角度として測定される。円錐角度が小さすぎると、カムの回転でバネ１４６からの負荷がブレーキボルト１４４に戻ったときにブレーキ１５０が外れないことがあり、自発ロックを起こし易くなる。それ故に円錐角度は、下向きの力が無くなったときにカップを離れさせのるに十分であるべきである。一実施形態において、カップ１５２の截頭円錐形内面は、約１５度から約３０度の間の円錐角度とする。一つの具体例をあげれば、カップ１５２の截頭円錐形内面は、約１７度の円錐角度とする。各ジョイントの商業運転前に実施する例において、各ジョイントを、制動位置に配置し、そしてブレーキを滑らせるのに十分なトルクを有するモータを備えた設備に入れる。ブレーキを滑らせることにより、コーンとカップの表面を互いに擦り（粗研磨）、そうしない場合に表面同士の接触を妨げ得る小さな機械加工公差をほぼ除去する。この結果、表面同士が良くなじんで高接触領域を形成する。
【手続補正16】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0088】
第１のディスクブレーキ部４１０には第１の摩擦面部４１４が設けられ、第２のディスクブレーキ部４２０には第２の摩擦面部４２４が設けられている。各摩擦面部４１４，４２４は、内側ハウジングアタッチメント４１２と外側ハウジングアタッチメント４２２との間に存在する円周方向の空間において互い違いに重ねられる（インターリーブ）。ブレーキシステム４００が、例えばカムからの下向きの力の作用によって作動するとき、この力が、相互に重なった摩擦面部４１４，４２４の向き合った摩擦面を当接させることにより、回転の制動を引き起こす。
【手続補正17】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0089】
図１４を参照すると、別の例のブレーキ（ブレーキシステム）４５０の斜視図が示されている。図１４に例示するブレーキシステム４５０は、図１３を参照して上に説明したブレーキシステム４００と同様であり、互い違いに重なる摩擦面部４８０を有する第１のディスクブレーキ部及び第２のディスクブレーキ部を含む。図１４の例において、ブレーキシステム４５０は、第１のディスクブレーキ部分を内側ハウジングに固定する内側ハウジングアタッチメント４６０と、第２のディスクブレーキ部を外側ハウジングに固定する外側ハウジングアタッチメント４７０とを含む。
【手続補正18】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0090】
内側ハウジングアタッチメント４６０は、互い違いに重ねられた摩擦面部４８０と内側ハウジングとの間に内側非平面部分４６２を含む。内側非平面部分４６２は、内側ハウジングに固定される第１の端部と、摩擦面部４８０につながる第２の端部とを含み、これら第１の端部と第２の端部とは軸方向においてオフセットされている。同様に、外側ハウジングアタッチメント４７０は、互い違いに重ねられた摩擦面部４８０と外側ハウジングとの間に外側非平面部分４７２を含む。外側非平面部分４７２は、外側ハウジングに固定される第１の端部と、摩擦面部４８０につながる第２の端部とを含み、これら第１の端部と第２の端部とは軸方向においてオフセットされている。これらのハウジングと摩擦面部との間の軸方向オフセットは、ブレーキシステム内の軸方向コンプライアンス（軸方向剛性を減少させる）を提供する。
【手続補正19】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0094】
ブレーキシステム７０６は、第１のブレーキ部材７４２を第２のブレーキ部材７４４と解除可能に当接させるバイアスモジュールを作動させる、図７に示すようなアクチュエータモジュールを含む。回転ジョイントは、第１のブレーキ部材７４２が第２のブレーキ部材７４４から離れて接触していないとき、制動解除された非当接位置にある。一実施形態において、第１のブレーキ部材７４２は、截頭円錐形外面を有し、ここではコーン（截頭円錐体）と称され、第２のブレーキ部材７４４は、その截頭円錐形外面と合致する表面を有し、ここではカップと称される。回転ジョイント７００は、コーン７４２がカップ７４４と当接しているとき、制動（当接）位置にある。解除（非当接）位置及び当接位置における回転ジョイントの各コンポーネントの配置についてここに説明する。
【手続補正20】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１００
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0100】
操作者がモータ１７０に信号を出してカムシャフト１４０を制動位置から非制動位置まで回転させると、バネ７１２のバネ力は、再び、上側バネハウジング７１０と下側バネハウジング７１４との間でボルト７１６のナット７２２とボルト７１６のヘッド７４０との間に拘束される。そして、ベローズ７２８のバネ力により、コーン７４２及びバネアセンブリがカップ７４４からカムシャフト１４０へ向かう方向に動作し、カムフォロワ７０７がカムと接触した状態に維持される。ベローズ７２８のバネ力は、当接しているコーン７４２の截頭円錐面とカップ７４４の相応截頭円錐面とを分離するのに十分である。コーン７４２の外面の截頭円錐面は、カップ７４４の截頭円錐面７４６と対面して位置する。カップ７４４及びコーン７４２はカップ１５２及びコーン１５４と同様のものであり、カップ１５２及びコーン１５４に関してここに説明したのと同じ構造をもつ。
【外国語明細書】