▶ ボード オブ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ ネブラスカの特許一覧
(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】
(24)【登録日】2022-06-16
(45)【発行日】2022-06-24
(54)【発明の名称】ロボットデバイス
(51)【国際特許分類】
A61B 34/30 20160101AFI20220617BHJP
B25J 17/02 20060101ALI20220617BHJP
【ＦＩ】
A61B34/30
B25J17/02 C
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2019531593
(86)(22)【出願日】2017-08-30
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2019-10-10
(86)【国際出願番号】 US2017049390
(87)【国際公開番号】W WO2018045036
(87)【国際公開日】2018-03-08
【審査請求日】2020-08-28
(31)【優先権主張番号】62/381,299
(32)【優先日】2016-08-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】508221224
【氏名又は名称】ボード オブ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ ネブラスカ
(74)【代理人】
【識別番号】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(74)【代理人】
【識別番号】100142907
【弁理士】
【氏名又は名称】本田 淳
(72)【発明者】
【氏名】ファリター、シェーン
(72)【発明者】
【氏名】フレデリック、トーマス
(72)【発明者】
【氏名】カブリッチ、ルー
【審査官】山口 賢一
(56)【参考文献】
【文献】特開２００４－２８３９４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１５／０８８６５５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３０３７４５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許第０４６８４３１３（ＵＳ，Ａ）
【文献】特開平０５－２６１６８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】欧州特許出願公開第００１０５６５６（ＥＰ，Ａ２）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｂ ３４／３０
Ｂ２５Ｊ １７／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ロボットデバイスであって、（ａ）長尺状デバイス本体であって、
（ｉ）長尺状デバイス本体内に回転可能に配置された第１駆動シャフトであって、第１駆動シャフトの長さに沿って画定された第１内腔を備える第１駆動シャフトと、
（ｉｉ）前記第１内腔内に回転可能に配置された第２駆動シャフトであって、第２駆動シャフトの長さに沿って画定された第２内腔を備える第２駆動シャフトと、
（ｉｉｉ）前記第２内腔内に回転可能に配置された第３駆動シャフトと、を備える長尺状デバイス本体と、
（ｂ）前記第１駆動シャフトに動作可能に結合された第１駆動傘歯車と、
（ｃ）前記第２駆動シャフトに動作可能に結合された第２駆動傘歯車と、
（ｄ）第１肩関節であって、
（ｉ）前記第１駆動シャフト、前記第２駆動シャフトまたは前記第３駆動シャフトのうちの少なくとも１つに動作可能に結合された変換体と、
（ｉｉ）前記変換体に対して回転可能な回転体であって、第１開口部および第２開口部を有する回転体と、
（ｉｉｉ）前記回転体と変換体との間に配置されるとともに、前記第２駆動傘歯車に回転可能に結合された第１内側傘歯車と、
（ｉｖ）前記第１開口部を通して前記第１内側傘歯車に動作可能に結合された第１平歯車と、
（ｖ）前記第１平歯車に動作可能に結合された第２平歯車と、
（ｖｉ）前記回転体と変換体との間に配置されるとともに、前記第２開口部を通して前記第２平歯車に動作可能に結合された第２内側傘歯車と、
（ｖｉｉ）前記第２内側傘歯車に回転可能に結合された出力歯車と、を備える第１肩関節と、
（ｅ）前記第１肩関節に動作可能に結合された第１アームと、
を備えるロボットデバイス。
【請求項2】
前記変換体がヨーク体であり、ヨーク体が、（ａ）ヨーク体から延在するヨークシャフトであって、ヨークシャフトの長手方向軸が前記第１駆動シャフトの長手方向軸に対して交差する、ヨークシャフトと、
（ｂ）前記ヨーク体に画定されたヨーク開口部と、
を備える、請求項１に記載のロボットデバイス。
【請求項3】
前記第３駆動シャフトが前記ヨーク開口部を通して回転可能に配置されており、前記第３駆動シャフトが第３駆動傘歯車に動作可能に結合されている、請求項２に記載のロボットデバイス。
【請求項4】
前記第１駆動傘歯車および前記第３駆動傘歯車が前記回転体に回転可能に結合されている、請求項３に記載のロボットデバイス。
【請求項5】
ロボットデバイスであって、
（ａ）長尺状デバイス本体であって、
（ｉ）長尺状デバイス本体内に回転可能に配置された第１駆動シャフトであって、第１駆動シャフトの長さに沿って画定された第１内腔を備える第１駆動シャフトと、
（ｉｉ）前記第１内腔内に回転可能に配置された第２駆動シャフトであって、第２駆動シャフトの長さに沿って画定された第２内腔を備えるとともに、第２駆動シャフト駆動歯車に動作可能に結合された第２駆動シャフトと、
（ｉｉｉ）前記第２内腔内に回転可能に配置された第３駆動シャフトであって、第３駆動シャフト駆動歯車に動作可能に結合された第３駆動シャフトと、を備える長尺状デバイス本体と、
（ｂ）第１肩関節であって、
（ｉ）前記第１駆動シャフト、第２駆動シャフトまたは第３駆動シャフトのうちの少なくとも１つに動作可能に結合された肩ハウジングであって、
（Ａ）前記肩ハウジングに画定された頂部開口部であって、頂部開口部を通して前記第３駆動シャフトが配置されており、前記肩ハウジングには少なくとも１つの結合機構が備わっている、頂部開口部と、
（Ｂ）前記肩ハウジングに画定された側部開口部と、
（Ｃ）前記肩ハウジングに画定された空洞であって、前記第３駆動シャフト駆動歯車が空洞内に配置されている、空洞と、を備える、肩ハウジングと、
（ｉｉ）前記肩ハウジングに対して回転可能な回転体であって、第１開口部および第２開口部を有する回転体と、
（ｉｉｉ）前記回転体の第１の側に配置されるとともに、前記第３駆動シャフト駆動歯車に回転可能に結合された第１従動傘歯車と、
（ｉｖ）前記回転体の第２の側に動作可能に配置されるとともに、前記第１開口部を通して前記第１従動傘歯車に結合された第１平歯車と、
（ｖ）前記回転体の第２の側に配置されるとともに、前記第１平歯車に回転可能に結合された第２平歯車と、
（ｖｉ）前記回転体の第１の側に配置されるとともに、前記第２開口部を通して前記第２平歯車に動作可能に結合された第２従動傘歯車と、
（ｖｉｉ）前記第２従動傘歯車に回転可能に結合された出力歯車と、を備える第１肩関節と、
（ｃ）前記第１肩関節に動作可能に結合された第１アームと、
を備えるロボットデバイス。
【請求項6】
前記第１駆動シャフトが、前記肩ハウジングの少なくとも１つの結合機構に動作可能に結合されており、前記第１駆動シャフトが回転することで前記肩ハウジングが回転する、請求項５に記載のロボットデバイス。
【請求項7】
前記第２駆動シャフトが、前記肩ハウジングの頂部開口部を通して配置されており、前記第２駆動シャフト駆動歯車が前記肩ハウジングの空洞内に配置されている、請求項５に記載のロボットデバイス。
【請求項8】
前記第２駆動シャフト駆動歯車が第３従動傘歯車に回転可能に結合されており、前記第３従動傘歯車が前記回転体に動作可能に結合されている、請求項７に記載のロボットデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書に開示する実施形態は、小型関節設計を有する、ロボットおよび／または生体内医療デバイス、ならびにアームおよびエンドエフェクタ等の関連構成要素を含む、さまざまな医療デバイスおよび関連する構成要素に関する。より具体的には、いくつかの実施形態は、３自由度をもたらすこうした小型関節設計を有する、体腔内に配置されかつ／または体腔の孔もしくは開口部を通して配置されるロボットデバイスを含む、さまざまなロボット医療デバイスを含む。さらなる実施形態は、「エンドエフェクタ」と呼ばれることが多い、さまざまなロボットデバイスアームおよび／または医療デバイスの動作構成要素に関する。本明細書に開示するいくつかのアームおよび／またはエンドエフェクタの実施形態は、把持具および／または焼灼エンドエフェクタを有する前腕に関する。さらなる実施形態は、上記デバイスおよび動作構成要素を動作させる方法に関する。
【背景技術】
【0002】
侵襲性外科手術は、さまざまな医学的状態に対処するために不可欠である。可能な場合は、腹腔鏡手術等の低侵襲処置が好ましい。
しかしながら、腹腔鏡手術等の既知の低侵襲技術には、一部には、１）アクセスポートから挿入される剛性器具を使用することからもたらされる可動性の制限、および２）限られた視覚的フィードバックに起因して、範囲および複雑性に制限がある。ダ・ヴィンチ（ｄａ Ｖｉｎｃｉ）（登録商標）手術システム（カリフォルニア州、サニーベール（Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，ＣＡ）に位置するインテュイティブ・サージカル・インコーポレイテッド（Ｉｎｔｕｉｔｉｖｅ Ｓｕｒｇｉｃａｌ，Ｉｎｃ．）から入手可能）等の既知のロボットシステムもまた、アクセスポートにより制限されるとともに、非常に大型であり、非常に高価であり、大部分の病院で利用不可能であり、感覚および運動の能力が制限されるというさらなる不都合がある。
しかしながら、腹腔鏡手術等の既知の低侵襲技術には、一部には、１）アクセスポートから挿入される剛性器具を使用することからもたらされる可動性の制限、および２）限られた視覚的フィードバックに起因して、範囲および複雑性に制限がある。ダ・ヴィンチ（ｄａ Ｖｉｎｃｉ）（登録商標）手術システム（カリフォルニア州、サニーベール（Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，ＣＡ）に位置するインテュイティブ・サージカル・インコーポレイテッド（Ｉｎｔｕｉｔｉｖｅ Ｓｕｒｇｉｃａｌ，Ｉｎｃ．）から入手可能）等の既知のロボットシステムもまた、アクセスポートにより制限されるとともに、非常に大型であり、非常に高価であり、大部分の病院で利用不可能であり、感覚および運動の能力が制限されるというさらなる不都合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】米国特許第８９６８３３２号明細書
【文献】米国特許第８８３４４８８号明細書
【文献】米国特許第９５７９０８８号明細書
【文献】米国特許第８３４３１７１号明細書
【文献】米国特許第８８２８０２４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本技術分野において、改良された外科手術方法、システムおよびデバイス（デバイスとともに使用される改良されたロボットアームおよびエンドエフェクタを含む）が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本明細書では、内部構成要素の構成からもたらされる小型関節設計を有し、そうした小型関節設計が、小型関節から延在するアームまたは他の構成要素における３自由度を可能にする、さまざまなロボットデバイスについて考察する。本明細書ではまた、本明細書に開示するロボットデバイスまたは他の既知のロボットデバイスで使用することができるさまざまなアームおよび／またはエンドエフェクタについても考察する。
【0006】
例１では、ロボットデバイスは、長尺状デバイス本体と、第１肩関節と、第１肩関節に動作可能に結合された第１アームとを備える。長尺状デバイス本体は、デバイス本体内に回転可能に配置された第１駆動シャフト（第１駆動シャフトは、第１駆動シャフトの長さに沿って画定された第１内腔を有する）と、第１内腔内に回転可能に配置された第２駆動シャフト（第２駆動シャフトは、第２駆動シャフトの長さに沿って画定された第２内腔を有する）と、第２内腔内に回転可能に配置された第３駆動シャフトとを備える。第１肩関節は、第１駆動シャフト、第２駆動シャフトまたは第３駆動シャフトのうちの少なくとも１つに動作可能に結合された変換体と、変換体に対して回転可能な回転体とを備える。
【0007】
例２は、変換体がヨーク体であり、ヨーク体が、ヨーク体から延在するヨークシャフトであって、ヨークシャフトの長手方向軸が第１駆動シャフトの長手方向軸に対して交差する（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｔｏ）、ヨークシャフトと、ヨークシャフトに画定されたヨーク開口部とを備える、例１によるロボットデバイスに関する。
【0008】
例３は、第１駆動シャフトが第１駆動歯車に動作可能に結合されており、第３駆動シャフトがヨーク開口部を通して回転可能に配置されており、第３駆動シャフトが第３駆動歯車に動作可能に結合されている、例２によるロボットデバイスに関する。
【0009】
例４は、第１駆動歯車および第３駆動歯車が回転体に回転可能に結合されている、例３によるロボットデバイスに関する。
例５は、第２駆動シャフトが第２駆動歯車に動作可能に結合されており、第２駆動歯車が第１肩歯車に回転可能に結合されており、第１肩歯車が、回転体の第１開口部を通して第２肩歯車に動作可能に結合されており、第２肩歯車が第３肩歯車に回転可能に結合されており、第３肩歯車が、回転体の第２開口部を通して第４肩歯車に動作可能に結合されており、第４肩歯車が出力歯車に回転可能に結合されている、例１によるロボットデバイスに関する。
例５は、第２駆動シャフトが第２駆動歯車に動作可能に結合されており、第２駆動歯車が第１肩歯車に回転可能に結合されており、第１肩歯車が、回転体の第１開口部を通して第２肩歯車に動作可能に結合されており、第２肩歯車が第３肩歯車に回転可能に結合されており、第３肩歯車が、回転体の第２開口部を通して第４肩歯車に動作可能に結合されており、第４肩歯車が出力歯車に回転可能に結合されている、例１によるロボットデバイスに関する。
【0010】
例６は、変換体が肩ハウジングであり、肩ハウジングが、肩ハウジングに画定された頂部開口部であって、少なくとも１つの結合機構を備える頂部開口部と、肩ハウジングに画定された側部開口部とを備える、例１によるロボットデバイスに関する。
【0011】
例７は、第１駆動シャフトが、肩ハウジングの少なくとも１つの結合機構に動作可能に結合されており、第１駆動シャフトが回転することで肩ハウジングが回転する、例６によるロボットデバイスに関する。
【0012】
例８は、第２駆動シャフトが、肩ハウジングの頂部開口部を通して配置され、かつ第２駆動歯車に動作可能に結合されており、第２駆動歯車が肩ハウジングの空洞内に配置されている、例７によるロボットデバイスに関する。
【0013】
例９は、第２駆動歯車が第１肩歯車に動作可能に結合されており、第１肩歯車が回転体に動作可能に結合されている、例８によるロボットデバイスに関する。
例１０は、第３駆動シャフトが、肩ハウジングの頂部開口部を通して配置され、かつ第３駆動歯車に動作可能に結合されており、第３駆動歯車が肩ハウジングの空洞内に配置されている、例６によるロボットデバイスに関する。
例１０は、第３駆動シャフトが、肩ハウジングの頂部開口部を通して配置され、かつ第３駆動歯車に動作可能に結合されており、第３駆動歯車が肩ハウジングの空洞内に配置されている、例６によるロボットデバイスに関する。
【0014】
例１１は、第３駆動歯車が第２肩歯車に回転可能に結合されており、第２肩歯車が、回転体の第１開口部を通して第３肩歯車に動作可能に結合されており、第３肩歯車が第４肩歯車に動作可能に結合されており、第４肩歯車が、回転体の第２開口部を通して第５肩歯車に動作可能に結合されており、第５肩歯車が出力歯車に回転可能に結合されている、例１０によるロボットデバイスに関する。
【0015】
例１２では、ロボットデバイスは、ポートまたは切開部を通して患者の腔内に配置可能であるように寸法が決められかつ構成されている長尺状デバイス本体と、第１肩関節と、出力歯車に動作可能に結合された第１アームとを備える。長尺状デバイス本体は、デバイス本体内に回転可能に配置された第１駆動シャフトであって、第１駆動シャフトの長さに沿って延在する第１内腔を備える第１駆動シャフトと、第１駆動シャフト内に配置されかつ第１駆動シャフトと同軸であるように、第１内腔内に回転可能に配置された第２駆動シャフトであって、第２駆動シャフトの長さに沿って延在する第２内腔を備える第２駆動シャフトと、第２駆動シャフト内に配置されかつ第２駆動シャフトと同軸であるように、第２内腔内に回転可能に配置された第３駆動シャフトとを備える。第１肩関節は、第１駆動シャフト、第２駆動シャフトまたは第３駆動シャフトのうちの少なくとも１つに動作可能に結合された変換体と、変換体に対して回転可能な回転体と、回転体に動作可能に結合された出力歯車であって、第１駆動シャフトの長手方向軸に対して平行な軸を中心に回転可能である出力歯車とを備える。
【0016】
例１３は、第１駆動シャフトが第１駆動歯車に動作可能に結合されており、第３駆動シャフトが変換体の開口部を通して回転可能に配置されており、第３駆動シャフトが第３駆動歯車に動作可能に結合されている、例１２によるロボットデバイスに関する。
【0017】
例１４は、第１駆動歯車および第３駆動歯車が回転体に回転可能に結合されている、例１３によるロボットデバイスに関する。
例１５は、第２駆動シャフトが第２駆動歯車に動作可能に結合されており、第２駆動歯車が、少なくとも１つの肩歯車を介して出力歯車に動作可能に結合されている、例１２によるロボットデバイスに関する。
例１５は、第２駆動シャフトが第２駆動歯車に動作可能に結合されており、第２駆動歯車が、少なくとも１つの肩歯車を介して出力歯車に動作可能に結合されている、例１２によるロボットデバイスに関する。
【0018】
例１６は、第１駆動シャフトが変換体に動作可能に結合されており、第１駆動シャフトが回転することで変換体が回転する、例１２によるロボットデバイスに関する。
例１７は、第２駆動シャフトが第２駆動歯車に動作可能に結合されており、第２駆動歯車が第１肩歯車に回転可能に結合されており、第１肩歯車が回転体に動作可能に結合されている、例１２によるロボットデバイスに関する。
例１７は、第２駆動シャフトが第２駆動歯車に動作可能に結合されており、第２駆動歯車が第１肩歯車に回転可能に結合されており、第１肩歯車が回転体に動作可能に結合されている、例１２によるロボットデバイスに関する。
【0019】
例１８は、第３駆動シャフトが第３駆動歯車に動作可能に結合されており、第３駆動歯車が少なくとも１つの肩歯車を介して出力歯車に動作可能に結合されている、例１２によるロボットデバイスに関する。
【0020】
例１９では、ロボットデバイスは、ポートまたは切開部を通して患者の腔内に配置可能であるように寸法が決められかつ構成されている長尺状デバイス本体と、第１肩関節と、第１肩関節に動作可能に結合された第１アームとを備える。長尺状デバイス本体は、第１動力伝達機構、第２動力伝達機構および第３動力伝達機構を備える。第１動力伝達機構は、第１モータと、第１モータに動作可能に結合された第１駆動シャフトであって、デバイス本体内に回転可能に配置されており、第１駆動シャフトの長さに沿って延在する第１内腔を備える第１駆動シャフトとを備える。第２動力伝達機構は、第２モータと、第２モータに動作可能に結合された第２駆動シャフトであって、第１駆動シャフト内に配置されかつ第１駆動シャフトと同軸であるように、第１内腔内に回転可能に配置されており、第２駆動シャフトの長さに沿って延在する第２内腔を備える第２駆動シャフトとを備える。第３動力伝達機構は、第３モータと、第３モータに動作可能に結合された第３駆動シャフトであって、第２駆動シャフト内に配置されかつ第２駆動シャフトと同軸であるように、第２内腔内に回転可能に配置されている第３駆動シャフトとを備える。第１肩関節は、第１駆動シャフト、第２駆動シャフトまたは第３駆動シャフトのうちの少なくとも１つに動作可能に結合された変換体と、変換体に対して回転可能な回転体とを備える。
【0021】
複数の実施形態について開示するが、当業者であれば、本発明の例示的な実施形態を示しかつ記載する以下の詳細な説明から、本発明のさらに他の実施形態が明らかとなろう。理解されるように、本発明は、すべて本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、さまざまな明確な態様における変更が可能である。したがって、図面および詳細な説明は、限定的ではなく本質的に例示的であるものとしてみなされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1A】一実施形態によるロボットデバイスの斜視図である。
【図5A】一実施形態による、ロボットデバイスのアームの斜視図である。
【図6A】一実施形態による、ロボットデバイスの上腕の側面図である。
【図7】一実施形態による、ロボットデバイスの前腕の側面図である。
【図8A】一実施形態による、肘関節の斜視図である。
【図9A】一実施形態による、エンドエフェクタの斜視図である。
【図12A】一実施形態による、右肩関節の別の実施形態のさまざまな構成要素の斜視図である。
【図13】さらなる実施形態による、ロボットデバイス用の関節の側断面図である。
【図15A】別の実施形態による、ロボットデバイスの関節の側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
本明細書に開示しまたは本明細書において企図するさまざまな実施形態は、手術ロボットデバイス、システムおよび方法に関する。より具体的には、さまざまな実施形態は、ロボットデバイスならびに関連する方法およびシステムを含む、さまざまな医療デバイスに関する。いくつかの実施態様は、単孔式腹腔鏡（ＬＥＳＳ）外科手術で使用されるこうしたデバイスに関する。さらなる実施形態は、把持具および／または焼灼エンドエフェクタを含む、ロボットデバイスと使用することができるいくつかのロボットアームおよび／またはエンドエフェクタに関する。
【0024】
これらのさまざまな実施態様におけるロボットデバイスは、本明細書に示すような小型関節設計を有し、いくつかの実施形態では、関節から延在するアームまたは他の構成要素は、少なくとも３自由度を有する。より具体的には、本明細書においてさらに詳細に記載するように、これらの実施形態は小型肩関節を有し、各関節は、３つの交差する自由度を提供する３つの入れ子式傘歯車セットを有する。デバイスの小型の性質は、各肩において３つの傘歯車セットに結合されかつそれらを駆動する３つの同軸駆動シャフトからもたらされる。本明細書に記載するように各肩の３つの駆動シャフトを互いの中に入れ子にすることにより、駆動シャフトを駆動する３つのモータ（したがって、各肩の３つの傘歯車セット）を、デバイス本体の長さに沿って軸方向に、すなわち、３つの歯車セットから離れるように配置することができ、それにより、モータおよび駆動シャフトを結合された傘歯車セットと並んで配置する必要がないため、デバイス本体の全体的な周方向または半径方向の寸法（幅および厚さ）が小さくなる。
【0025】
本明細書に開示するロボットデバイスならびに関連する方法およびシステムのさまざまな実施形態は、他の任意の既知の医療デバイス、システムおよび方法に組み込むかまたはそれらとともに使用することができる。たとえば、本明細書に開示する実施形態は、米国特許第８，９６８，３３２号明細書（２０１５年３月３日発行、名称「磁気的に結合可能なロボットデバイスおよび関連方法（Ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｕｐｌｅａｂｌｅ Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」）、米国特許第８，８３４，４８８号明細書（２０１４年９月１６日発行、名称「磁気的に結合可能な手術ロボットデバイスおよび関連方法（Ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｕｐｌｅａｂｌｅ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」）、米国特許出願第１４／６１７，２３２号明細書（２０１５年２月９日出願、名称「ロボット手術デバイスおよび関連方法（Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」）、米国特許第９，５７９，０８８号明細書（２０１７年２月２８日発行、名称「手術可視化およびデバイス操作のための方法、システムおよびデバイス（Ｍｅｔｈｏｄｓ，Ｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｏｒ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅ Ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ」））、米国特許第８，３４３，１７１号明細書（２０１３年１月１日発行、名称「ロボットデバイスにおける作動方法およびシステム（Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｏｆ Ａｃｔｕａｔｉｏｎ ｉｎ Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ）」）、米国特許第８，８２８，０２４号明細書（２０１４年９月９日発行、名称「ロボットデバイスにおける作動方法およびシステム（Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｏｆ Ａｃｔｕａｔｉｏｎ ｉｎ Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ）」）、米国特許出願第１４／４５４，０３５号明細書（２０１４年８月７日出願、名称「ロボットデバイスにおける作動方法およびシステム（Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｏｆ Ａｃｔｕａｔｉｏｎ ｉｎ Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ）」）、米国特許出願第１２／１９２，６６３号明細書（２００８年８月１５日出願、名称「医療用膨張、取付および送達デバイスならびに関連方法（Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｎｆｌａｔｉｏｎ，Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ，ａｎｄ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」）、米国特許出願第１５／０１８，５３０号明細書（２０１６年２月８日出願、名称「医療用膨張、取付および送達デバイスならびに関連方法（Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｎｆｌａｔｉｏｎ，Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ，ａｎｄ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」）、米国特許第８，９７４，４４０号明細書（２０１５年３月１０日発行、名称「モジュール式かつ協調型医療デバイスならびに関連システムおよび方法（Ｍｏｄｕｌａｒ ａｎｄ Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」）、米国特許第８，６７９，０９６号明細書（２０１４年３月２５日発行、名称「ロボットデバイス用多機能動作構成要素（Ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｆｏｒ Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ）」）、米国特許第９，１７９，９８１号明細書（２０１５年１１月１０日発行、名称「ロボットデバイス用多機能動作構成要素（Ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｆｏｒ Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ）」）、米国特許出願第１４／９３６，２３４号明細書（２０１５年１１月９日出願、名称「ロボットデバイス用多機能動作構成要素（Ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｆｏｒ Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ）」）、米国特許第８，８９４，６３３号明細書（２０１４年１１月２５日発行、名称「モジュール式かつ協調型医療デバイスならびに関連システムおよび方法（Ｍｏｄｕｌａｒ ａｎｄ Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」）、米国特許第８，９６８，２６７号明細書（２０１５年３月３日発行、名称「自然孔手術用の材料を取り扱うかまたは送達する方法およびシステム（Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ Ｈａｎｄｌｉｎｇ ｏｒ Ｄｅｌｉｖｅｒｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ Ｎａｔｕｒａｌ Ｏｒｉｆｉｃｅ Ｓｕｒｇｅｒｙ）」）、米国特許第９，０６０，７８１号明細書（２０１５年６月２３日発行、名称「手術用エンドエフェクタに関連する方法、システムおよびデバイス（Ｍｅｔｈｏｄｓ，Ｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｒｅｌａｔｉｎｇ ｔｏ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｅｎｄ Ｅｆｆｅｃｔｏｒｓ）」）、米国特許出願第１４／７４５，４８７号明細書（２０１５年６月２２日出願、名称「手術用エンドエフェクタに関連する方法、システムおよびデバイス（Ｍｅｔｈｏｄｓ，Ｓｙｓｔｅｍｓ、 ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｒｅｌａｔｉｎｇ ｔｏ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｅｎｄ Ｅｆｆｅｃｔｏｒｓ）」）、米国特許第９，０８９，３５３号明細書（２０１５年７月２８日発行、名称「ロボット手術デバイス、システムおよび関連方法（Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）、米国特許出願第１４／８００，４２３号明細書（２０１５年７月１５日出願、名称「ロボット手術デバイス、システムおよび関連方法（Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」）、米国特許出願第１３／５７３，８４９号明細書（２０１２年１０月９日出願、名称「ロボット手術デバイス、システムおよび関連方法（Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」）、米国特許出願第１３／７３８，７０６号明細書（２０１３年１月１０日出願、名称「外科的アクセスおよび挿入のための方法、システムおよびデバイス（Ｍｅｔｈｏｄｓ，Ｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｏｒ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ａｃｃｅｓｓ ａｎｄ Ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ）」）、米国特許出願第１３／８３３，６０５号明細書（２０１３年３月１５日出願、名称「ロボット手術デバイス、システムおよび関連方法（Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」）、米国特許出願第１４／６６１，４６５号明細書（２０１５年３月１８日出願、名称「外科的アクセスおよび挿入のための方法、システムおよびデバイス（Ｍｅｔｈｏｄｓ，Ｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｏｒ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ａｃｃｅｓｓ ａｎｄ Ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ）」）、米国特許第９，４９８，２９２号明細書（２０１６年１１月２２日発行、名称「単孔式ロボットデバイスならびに関連システムおよび方法（Ｓｉｎｇｌｅ Ｓｉｔｅ Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」）、米国特許出願第１５／３５７，６６３号明細書（２０１６年１１月２１日出願、名称「単孔式ロボットデバイスならびに関連システムおよび方法（Ｓｉｎｇｌｅ Ｓｉｔｅ Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」）、米国特許第９，０１０，２１４号明細書（２０１５年４月２１日発行、「局所制御ロボット手術デバイスおよび関連方法（Ｌｏｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」）、米国特許出願第１４／６５６，１０９号明細書（２０１５年３月１２日出願、名称「局所制御ロボット手術デバイスおよび関連方法（Ｌｏｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」）、米国特許出願第１４／２０８，５１５号明細書（２０１４年３月１３日出願、名称「ロボット手術デバイス、エンドエフェクタおよびコントローラに関連する方法、システムおよびデバイス（Ｍｅｔｈｏｄｓ，Ｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｒｅｌａｔｉｎｇ ｔｏ Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｅｎｄ Ｅｆｆｅｃｔｏｒｓ，ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ）」）、米国特許出願第１４／２１０，９３４号明細書（２０１４年３月１４日出願、名称「力制御手術システムに関連する方法、システムおよびデバイス（Ｍｅｔｈｏｄｓ，Ｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｒｅｌａｔｉｎｇ ｔｏ Ｆｏｒｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）」）、米国特許出願第１４／２１２，６８６号明細書（２０１４年３月１４日出願、名称「ロボット手術デバイス、システムおよび関連方法（Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ、 Ｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」）、米国特許出願第１４／３３４，３８３号明細書（２０１４年７月１７日出願、名称「ロボット手術デバイス、システムおよび関連方法（Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」）、米国特許出願第１４／８５３，４７７号明細書（２０１５年９月１４日出願、名称「クイックリリースエンドエフェクタならびに関連システムおよび方法（Ｑｕｉｃｋ－Ｒｅｌｅａｓｅ Ｅｎｄ Ｅｆｆｅｃｔｏｒｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」）、米国特許出願第１４／９３８，６６７号明細書（２０１５年１１月１１日出願、名称「小型関節設計を有するロボットデバイスならびに関連システムおよび方法（Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ ｗｉｔｈ Ｃｏｍｐａｃｔ Ｊｏｉｎｔ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」）、米国特許出願第１５／２２７，８１３号明細書（２０１６年８月３日出願、名称「ロボット手術デバイス、システムおよび関連方法（Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ、 Ｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」）、米国特許出願第１５／５９９，２３１号明細書（２０１７年５月１８日出願、名称「ロボット手術デバイス、システムおよび関連方法（Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」）、米国特許出願第１５／６８７，１１３号明細書（２０１７年８月２５日出願、名称「クイックリリースエンドエフェクタ器具インタフェース（Ｑｕｉｃｋ－Ｒｅｌｅａｓｅ Ｅｎｄ Ｅｆｆｅｃｔｏｒ Ｔｏｏｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）」）、米国特許出願第６２／４２５，１４９号明細書（２０１６年１１月２２日出願、名称「改良された粗位置決めデバイスならびに関連システムおよび方法（Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｇｒｏｓｓ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」）、米国特許出願第６２／４２７，３５７号明細書（２０１６年１１月２９日出願、名称「ユーザ存在検出機能を有するコントローラならびに関連システムおよび方法（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｗｉｔｈ Ｕｓｅｒ Ｐｒｅｓｅｎｃｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」）、米国特許出願第６２／４３３，８３７号明細書（２０１６年１２月１４日出願、名称「医療デバイスに結合するための解除可能な取付デバイスならびに関連システムおよび方法（Ｒｅｌｅａｓａｂｌｅ Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｔｏ
Ｍｅｄｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」）、ならびに、米国特許第７，４９２，１１６号明細書（２００７年１０月３１日出願、名称「手術用途のためのロボット（Ｒｏｂｏｔ ｆｏｒ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」）、同第７，７７２，７９６号明細書（２００７年４月３日出願、名称「手術用途のためのロボット（Ｒｏｂｏｔ ｆｏｒ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」）および同第８，１７９，０７３号明細書（２０１１年５月１５日発行、名称「薬剤送達構成要素を備えたロボットデバイスおよび関連方法（Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｗｉｔｈ Ａｇｅｎｔ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」）に開示されている医療デバイスおよびシステムの任意のものに組み込むかまたはともに使用することができ、上記特許および特許出願のすべては、全体として参照により本明細書に援用される。
Ｍｅｄｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」）、ならびに、米国特許第７，４９２，１１６号明細書（２００７年１０月３１日出願、名称「手術用途のためのロボット（Ｒｏｂｏｔ ｆｏｒ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」）、同第７，７７２，７９６号明細書（２００７年４月３日出願、名称「手術用途のためのロボット（Ｒｏｂｏｔ ｆｏｒ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」）および同第８，１７９，０７３号明細書（２０１１年５月１５日発行、名称「薬剤送達構成要素を備えたロボットデバイスおよび関連方法（Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｗｉｔｈ Ａｇｅｎｔ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ）」）に開示されている医療デバイスおよびシステムの任意のものに組み込むかまたはともに使用することができ、上記特許および特許出願のすべては、全体として参照により本明細書に援用される。
【0026】
上に列挙した出願に開示されているいくつかのデバイスおよびシステムの実施態様は、本明細書に開示するロボットアームおよび／またはエンドエフェクタと組み合わせて、患者の体腔内に位置決めすることができる。本明細書で用いる「生体内デバイス」は、患者の体腔内に位置決めされている間、少なくとも一部には使用者が位置決めし、操作し、または制御することができる任意のデバイスを意味し、それには、体腔の開口部または孔から配置される、ロッドまたは他の構成要素等の支持構成要素に結合される任意のデバイスが含まれ、実質的に患者の体腔の壁に接してまたは隣接して位置決めされる任意のデバイスも含まれ、内部で作動する（外部の原動力源を有していない）任意のこうしたデバイスがさらに含まれ、さらに、外科手術中に腹腔鏡的にまたは内視鏡的に使用することができる任意のデバイスも含まれる。本明細書で用いる「ロボット」および「ロボットデバイス」という用語は、自動的にまたはコマンドに応じてタスクを実施することができる任意のデバイスを指すものとする。
【0027】
いくつかの実施形態は、体腔の十分な送気を維持しながら、体腔内への本発明の挿入を可能にする。さらなる実施形態は、挿入プロセス中に、外科医または外科的使用者が本発明と物理的に接触するのを最小限にする。他の実施態様は、患者および本発明の挿入プロセスの安全性を向上させる。たとえば、いくつかの実施形態は、患者の体腔内に挿入されている際の本発明の視覚化を可能にして、システム／デバイスと患者との間に損傷をもたらす接触が発生しないことを確実にする。さらに、いくつかの実施形態により、切開寸法／長さを最小限にすることができる。さらなる実施態様により、アクセス／挿入手順および／または手順に必要なステップの複雑性が低下する。他の実施形態は、最小限の外形を有するか、最小限の寸法を有するか、または取扱いおよび使用の容易性を向上させるように機能および外観が概して最小限である、デバイスに関する。
【0028】
本明細書に開示するいくつかの実施形態は、種々の構成で組み立てることができる「組合せ」または「モジュール式」医療デバイスに関する。本出願の目的で、「組合せデバイス」および「モジュール式デバイス」はともに、種々の異なる構成で配置することができるモジュール式または交換可能な構成要素を有する任意の医療デバイスを意味するものとする。本明細書に開示するモジュール式構成要素および組合せデバイスはまた、セグメント化された三角形または四角形の形状の組合せデバイスも含む。これらのデバイスは、三角形または四角形の構成をもたらすように接続されるモジュール式構成要素（本明細書では、「セグメント」とも呼ぶ）から構成されており、使用中のてこの作用および／または安定性を提供する一方で、デバイス内に、より大型の構成要素またはより多くの動作構成要素に使用することができる実質的なペイロード空間も提供することができる。上で開示し考察したさまざまな組合せデバイスと同様に、一実施形態によれば、これらの三角形または四角形のデバイスは、上で考察し開示したデバイスと同様の方法で患者の体腔内に位置決めすることができる。
【0029】
図１Ａおよび図１Ｂに、ロボットデバイス１０の例示的な実施形態を示す。図１Ａに最もよく示すように、ロボットデバイス１０は、長尺状デバイス本体１２、右肩関節１４および左肩関節１６を有する。図１Ａにはアームは示さないが、右肩関節１４および左肩関節１６の各々に、ロボットアームまたは他の構成要素を結合することができる。本体１２は、モータ部１２Ａおよびシャフト部１２Ｂを有し、モータ部１２Ａ内にはモータ（後述する）が配置され、シャフト部１２Ｂには長尺状駆動シャフト（後述する）が配置されている。一実施形態では、図１Ａおよび図１Ｂの両方に最もよく示すように、モータ部１２Ａの外面に、制御電子回路１８（回路基板、プロセッサ等）が配置されている。いくつかの実施態様によれば、制御電子回路１８の上部にわたり、カバー（図示せず）が配置される。
【0030】
さらに詳細に後述するように、入れ子式のまたは小型の肩関節１４、１６の各々は、３つの交差する自由度を提供する。例として、左肩関節１６は、図１Ａに示すように３つの交差する自由度を有する。第１自由度は矢印Ａで示し、矢印Ａは、デバイス本体１２の長手方向軸に対して平行な軸２０を中心とする回転を表し、その回転により、肩１６に結合された任意のアーム（図示せず）が、その軸２０を中心に回転し、それにより、デバイス本体１２に対して左右に移動する（「ヨー」）。第２自由度は矢印Ｂで示し、矢印Ｂは、デバイス本体１２の長手方向軸に対して直交する軸２２を中心とする回転を表し、その回転により、肩１６に結合された任意のアーム（図示せず）が、その軸２２を中心に回転し、それにより、デバイス本体１２に対して「上下に」移動する（「ピッチ」）。より具体的には、デバイス本体１２は、その長手方向軸に沿って平坦な平面上に置かれた場合、アーム（図示せず）は、その平坦な平面の内外に移動する。第３自由度は矢印Ｃで示し、矢印Ｃは、軸２４を中心とする回転を表し、その回転により、肩１６に結合された任意のアーム（図示せず）がそれ自体の長手方向軸を中心に回転する（すなわち、「ロール」）。図１Ａに示すように、３つの回転軸のすべてが単一の点２６で交差するため、これらの３つの自由度は交差している。この上記説明は左肩関節１６に関するが、右肩関節１４もまた、実質的に同じ３つの交差する自由度を有する。
【0031】
第３自由度は、アームを、それ自体の長手方向軸上で回転するように作動させることに限定されない。代わりに、作動の形態は、肩に結合されたアームの構成に基づいて決定される。いくつかの実施形態では、肩に結合されたアームは、軸２４を中心とする回転によりアームがローリングする（それ自体の軸上で回転する）ように構成されている。他の実施形態によれば、さらに詳細に後述するように、肩に結合されたアームは、軸２４を中心とする回転が、アームの肘を作動させて回転するように構成されている。さらなる実施形態では、軸２４を中心とする回転の結果として発生する作動のタイプは、肩に結合されたアームの構成のみによって限定される。
【0032】
図２は、１つの例示的な実施形態による本体１２の正面断面図を示しており、本体１２のいくつかの内部構成要素が確認できる。本体１２は、入れ子式駆動シャフト４０の右側セットと入れ子式駆動シャフト４１の左側セットとを有し、両セットは、本体１２内に回転可能に配置されている。本明細書に示す「入れ子式」という用語は、構成要素のうちの少なくとも１つがそれらの構成要素のうちの別のものの内側に配置され、構成要素の各々が共通の回転軸を有するように同心である構成要素について述べている。本体１２およびその構成要素に関する他の記載では、本体１２の右側と、入れ子式駆動シャフト４０の右側セットと、それらに結合された構成要素とに焦点を当てる。本体１２の左側の構成要素、入れ子式駆動シャフト４１の左側セット、それらに結合された構成要素、それら構成要素の互いとの関係、およびそれらの機能は、本体１２の右側の構成要素と実質的に同様である。
【0033】
図２に関して、入れ子式駆動シャフト４０の右側セットは、第１または外側駆動シャフト４０Ａ、第２または中間駆動シャフト４０Ｂ、および第３または内側駆動シャフト４０Ｃから構成されている。入れ子式駆動シャフト４０の右側セットは、図示するように、モータ部１２Ａからシャフト部１２Ｂ内にかつシャフト部１２Ｂを通って延在している。内側駆動シャフト４０Ｃは、図示するように、中間駆動シャフト４０Ｂ内に回転可能に配置され、その基端部に固定してまたは一体的に取り付けられた従動歯車４２Ｃを有する。内側駆動シャフト４０Ｃは、その先端部において、第３または下部駆動傘歯車４４Ｃに結合されている。中間駆動シャフト４０Ｂは、図示するように外側駆動シャフト４０Ａ内に回転可能に配置され、その基端部において固定してまたは一体的に取り付けられた従動歯車４２Ｂを有する。中間駆動シャフト４０Ｂは、その先端部において、第２または中間駆動傘歯車４４Ｂに結合されている。外側駆動シャフト４０Ａは、本体１２の右側に回転可能に配置され、その基端部において固定してまたは一体的に取り付けられた従動歯車４２Ａを有する。外側駆動シャフト４０Ａは、その先端部において、第１または上部駆動傘歯車４４Ａに結合されている。入れ子式駆動シャフト４０の右側セットは、その基端部において第１セット軸受４６により、その先端部において第２セット軸受４８により支持されている。
【0034】
一実施形態によれば、シャフト部１２Ｂは、２つ以上のねじ６０Ａ、６０Ｂ、または他の既知の取付部品もしくは装置を介して、モータ部１２Ａに結合されている。一実施形態では、ねじ６０Ａ、６０Ｂのような５つのねじを用いて、シャフト部１２Ｂとモータ部１２Ａとが結合される。
【0035】
図３Ａ～図３Ｅに、一実施形態による、駆動シャフト４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃの基端部とそれら駆動シャフト４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃを駆動する関連する歯車およびモータとを含む、本体１２の基端部におけるさまざまな内部構成要素の拡大図を示す。図３Ａに最もよく示すように、従動歯車４２Ｃを含む内側駆動シャフト４０Ｃの基端部は、第１シャフト軸受６２および第２シャフト軸受６４を介して本体１２内に回転可能に支持されている。さらに、従動歯車４２Ｂを含む中間駆動シャフト４０Ｂの基端部は、第２シャフト軸受６４および第３シャフト軸受６６を介して本体１２内に回転可能に支持されている。さらに、従動歯車４２Ａを含む外側駆動シャフト４０Ａの基端部は、第３シャフト軸受６６および第１セット軸受４６を介して本体１２内に回転可能に支持されている。
【0036】
図３Ｂ～図３Ｅに最もよく示すように、入れ子式駆動シャフト４０、４１のセットの各々は、それらに動作可能に結合された３つのモータを有する。より具体的には、図３Ｂの側面図に最もよく示すように、モータ８０Ａは、（外側駆動シャフト４０Ａに結合されている）従動歯車４２Ａに結合されているモータ駆動歯車８２Ａを有する。さらに、モータ８０Ｂは、（中間駆動シャフト４０Ｂに結合されている）従動歯車４２Ｂに結合されているモータ駆動歯車８２Ｂを有する。さらに、モータ８０Ｃは、（内側駆動シャフト４０Ｃに結合されている）従動歯車４２Ｃに結合されているモータ駆動歯車８２Ｃを有する。したがって、動作時、従動歯車４２Ａを回転駆動するモータ駆動歯車８２Ａを回転駆動することにより、モータ８０Ａを作動させて外側駆動シャフト４０Ａを回転駆動することができる。同様に、従動歯車４２Ｂを回転駆動するモータ駆動歯車８２Ｂを回転駆動することにより、モータ８０Ｂを作動させて中間駆動シャフト４０Ｂを回転駆動することができる。同様に、従動歯車４２Ｃを回転駆動するモータ駆動歯車８２Ｃを回転駆動することにより、モータ８０Ｃを作動させて内側駆動シャフト４０Ｃを回転駆動することができる。
【0037】
図３Ｃおよび図３Ｄは、一実施形態による、モータおよび駆動シャフトの底面図を提供する。より具体的には、図３Ｃは、モータ部１２Ａの部分切取底面図を示し、この図では、モータ部１２Ａの右半分においてモータ部１２Ａの外側本体が取り除かれているため、この図の切取部分に、左側の入れ子式駆動シャフトセット４１および結合されたモータが示されている。この図に示すように、モータ部１２Ａは、モータ部１２Ａ全体が、この実施形態に示すようにその中心線Ｄを横切って鏡像化されるように、構成されている。すなわち、モータ部１２Ａの左側およびその中の内部構成要素は、モータ部１２Ａの右側およびその構成要素の鏡像である。
【0038】
さらに、図３Ｄは、右側の入れ子式駆動シャフトセット４０および結合されたモータ８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃの底面図を示しており、この図において、駆動シャフトセット４０を中心とするモータ８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃの配置を示している。
【0039】
図３Ｅに示すような実施態様では、駆動シャフト４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃは、ポテンショメータ８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃに結合されており、ポテンショメータ８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃは、各駆動シャフト４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃに関する絶対位置フィードバックを提供する。図示するように、（外側駆動シャフト４０Ａの）従動歯車４２Ａは、ポテンショメータ８６Ａに結合されているポテンショメータ歯車８４Ａに結合されており、（中間駆動シャフト４０Ｂの）従動歯車４２Ｂは、ポテンショメータ８６Ｂに結合されているポテンショメータ歯車８４Ｂに結合されている。同様に、（内側駆動シャフト４０Ｃの）従動歯車４２Ｃは、ポテンショメータ８６Ｃに結合されているポテンショメータ歯車８４Ｃに結合されている。ポテンショメータ歯車８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃおよびポテンショメータ８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃは、ピン８８に結合されている。一実施形態では、ポテンショメータ８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃの各々は、単回転型ポテンショメータである。別法として、これらの構成要素８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃは、位置情報を検出するかまたはモニタリングする任意の既知のセンサまたはメータであり得る。
【0040】
図４Ａおよび図４Ｂは、一実施態様による、右肩関節１４およびそのさまざまな構成要素を示す。より具体的には、図４Ａは、右肩関節１４および左肩関節１６の両方の内部構成要素の正面断面図を示し、図４Ｂは、右肩関節部１４の内部構成要素の組立分解図を示す。上述したように、かつ図４Ａおよび図４Ｂの両方に示すように、外側駆動シャフト４０Ａは、上部駆動傘歯車４４Ａに結合され（または回転可能に拘束され）ており、中間駆動シャフト４０Ｂは、中間駆動傘歯車４４Ｂに結合されており、内側駆動シャフト４０Ｃは、下部駆動傘歯車４４Ｃに結合されている。図４Ａに最もよく示すように、外側駆動シャフト４０Ａおよび上部駆動傘歯車４４Ａは、第２セット軸受４８および第１肩軸受１００によって支持され、第１肩軸受１００は、傘歯車４４Ａの先端部内に位置決めされている。図４Ａに最もよく示すように、中間駆動シャフト４０Ｂおよび中間駆動傘歯車４４Ｂは、第１肩軸受１００および第２肩軸受１０２によって支持され、第２肩軸受１０２は、傘歯車４４Ｂの先端部内に位置決めされている。
【0041】
右肩１４はまた、（左肩１６と同様に）差動ヨーク（「肩ハウジング」または「変換体」とも呼ぶ）１０４も有する。図４Ｂに最もよく示すように、ヨーク１０４は、本体１０４Ａおよびヨークシャフト１０４Ｂを有し、本体１０４Ａはヨーク開口部１０４Ｃを画定している。ヨーク１０４は、図示するように、内側駆動シャフト４０Ｃの上に位置決めされるように構成されており、それにより、駆動シャフト４０Ｃは、ヨーク開口部１０４Ｃを通して位置決めされている。駆動シャフト４０Ｃは、開口部１０４Ｃ内に配置されている第３肩軸受１０６および第４肩軸受１０８によってヨーク開口部１０４Ｃ内に回転可能に支持されている。上述したように、内側駆動シャフト４０Ｃは、下部駆動傘歯車４４Ｃに結合されている。傘歯車４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、駆動シャフト４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃおよび軸受１００、１０２、１０６、１０８は、内側駆動シャフト４０Ｃに結合されているねじ１１０により、互いに結合されかつ「予荷重が与えられ」ている。別法として、任意の既知の取付部品を用いて、これらの構成要素を互いに結合しかつそれらに予荷重を与えることができる。
【0042】
図４Ａおよび図４Ｂを続けて参照すると、ヨークシャフト１０４Ｂは、傘歯車本体（「回転式アーム」、「回転式本体」、「回転アーム」、「回転体」、「ピッチアーム」または「ピッチ体」とも呼ぶ）１２０に回転可能に結合されている。傘歯車本体１２０は、そこに画定された２つの開口部１２０Ａ、１２０Ｂを有し、本体傘歯車１２０Ｃが開口部１２０Ａの一方の側の周囲に配置されており、それにより、本体傘歯車１２０Ｃの回転により傘歯車本体１２０の回転がもたらされる。開口部１２０Ａは、ヨークシャフト１０４Ｂが開口部１２０Ａを通して位置決めされることでヨークシャフト１０４Ｂを受け入れるように構成されている。傘歯車本体１２０がヨークシャフト１０４Ｂに結合されると、第１内側傘歯車１２２もまた、ヨークシャフト１０４Ｂの上に位置決めされ、第５肩軸受１２４および第６肩軸受１２６によって支持される。そこで、第５肩軸受１２４は、傘歯車１２２の先端部内に配置されており、第６肩歯車１２６は、本体傘歯車１２０Ｃ内に配置されている。
【0043】
回転体１２０は、本明細書に記載するような２つの開口部を有する任意の構成要素とすることができ、記載するようなさまざまな構成要素に結合することができる。
第１内側傘歯車１２２は第１平歯車１３０に動作可能に結合されており、それにより、第１内側傘歯車１２２の回転により平歯車１３０の回転がもたらされる。第１平歯車１３０もまた、ヨークシャフト１０４Ｂの上に位置決めされ、２つの歯車１２２、１３０は、傘歯車本体１２０の開口部１２０Ａを通して互いに結合されている。一実施形態では、第１内側傘歯車１２２は、平歯車１３０と嵌合して２つの歯車１２２、１３０を互いに結合する２つの突出部１２８Ａ、１２８Ｂを有する。別法として、任意の結合部品または機構を用いて、２つの歯車１２２、１３０を互いに結合することができる。第１平歯車１３０は、一部には、上述した第６軸受１２６によって支持され、さらに一部には、平歯車１３０の先端部内に配置された第７肩軸受１３２によって支持されている。軸受１２４、１２６、１３２はすべて、第１内側傘歯車１２２、傘歯車本体１２０および第１傘歯車１３０を支持するのに役立ち、それにより、３つのすべて（傘歯車１２２、本体１２０および平歯車１３０）が、ヨークシャフト１０４Ｂを中心に回転可能である。軸受１２４、１２６、１３２は、皿ねじ１３４によって予荷重が与えられており、皿ねじ１３４は、ヨークシャフト１０４Ｂの端部においてねじ切り内腔１３５内にねじ込まれている。
第１内側傘歯車１２２は第１平歯車１３０に動作可能に結合されており、それにより、第１内側傘歯車１２２の回転により平歯車１３０の回転がもたらされる。第１平歯車１３０もまた、ヨークシャフト１０４Ｂの上に位置決めされ、２つの歯車１２２、１３０は、傘歯車本体１２０の開口部１２０Ａを通して互いに結合されている。一実施形態では、第１内側傘歯車１２２は、平歯車１３０と嵌合して２つの歯車１２２、１３０を互いに結合する２つの突出部１２８Ａ、１２８Ｂを有する。別法として、任意の結合部品または機構を用いて、２つの歯車１２２、１３０を互いに結合することができる。第１平歯車１３０は、一部には、上述した第６軸受１２６によって支持され、さらに一部には、平歯車１３０の先端部内に配置された第７肩軸受１３２によって支持されている。軸受１２４、１２６、１３２はすべて、第１内側傘歯車１２２、傘歯車本体１２０および第１傘歯車１３０を支持するのに役立ち、それにより、３つのすべて（傘歯車１２２、本体１２０および平歯車１３０）が、ヨークシャフト１０４Ｂを中心に回転可能である。軸受１２４、１２６、１３２は、皿ねじ１３４によって予荷重が与えられており、皿ねじ１３４は、ヨークシャフト１０４Ｂの端部においてねじ切り内腔１３５内にねじ込まれている。
【0044】
第１平歯車１３０は第２平歯車１３６に回転可能に結合されており、第１平歯車１３０が回転することで第２平歯車１３６が回転する。第２平歯車１３６は、歯車リンク機構１３８（本明細書では「Ｌ字シャフト」１３８とも呼ぶ）の水平シャフト１３８Ａの上に位置決めされ、一部には、第８肩軸受１４０および第９肩軸受１４２によって支持されている。第８肩軸受１４０は、第２平歯車１３６の先端部内に位置決めされている。第２平歯車１３６は第２内側傘歯車１４４に動作可能に結合されており、平歯車１３６が回転することで傘歯車１４４が回転する。第２内側傘歯車１４４もまた、水平シャフト１３８Ａの上に位置決めされ、２つの歯車１３６、１４４は、傘歯車本体１２０の開口部１２０Ｂを通して互いに結合されている。したがって、水平シャフト１３８Ａもまた、歯車本体１２０の開口部１２０Ｂを通して位置決めされている。
【0045】
一実施形態では、第２内側傘歯車１４４は、平歯車１３６と嵌合して２つの歯車１３６、１４４を互いに結合する２つの突出部１４６Ａ、１４６Ｂを有する。別法として、任意の結合部品または機構を用いて、２つの歯車１３６、１４４を互いに結合することができる。第２内側傘歯車１４４は、一部には、上述した第９肩軸受１４２によって支持され、さらに一部には、傘歯車１４４の先端部内に配置された第１０肩軸受１４８によって支持されている。軸受１４０、１４２、１４８はすべて、第２内側傘歯車１４４、傘歯車本体１２０および第２平歯車１３６を支持するのに役立ち、それにより、３つのすべて（傘歯車１４４、本体１２０および平歯車１３６）が、ヨークシャフト１３８Ａを中心に回転可能である。軸受１４０、１４２、１４８は、皿ねじ１５０によって予荷重が与えられており、皿ねじ１５０は、水平シャフト１３８Ａの端部においてねじ切り内腔１５２内にねじ込まれている。
【0046】
一実施形態によれば、Ｌ字シャフト１３８は、上述したような水平シャフト１３８Ａと、垂直シャフト１３８Ｂとを有する。同様に上述したように、水平シャフト１３８Ａは、軸受１４０、１４２、１４８とともに、第２内側傘歯車１４４、傘歯車本体１２０および第２平歯車１３６を受け入れ、それにより、傘歯車１４４、歯車本体１２０および平歯車１３６の３つのすべてはシャフト１８３Ａの上に配置され、より詳細に後述するように、傘歯車１４４および平歯車１３６はシャフト１３８Ａの上に回転可能に配置され、歯車本体１２０は、シャフト１３８Ａの上に非回転可能に配置されている。垂直シャフト１３８Ｂは、傘歯車１５４がシャフト１３８Ｂの周囲に回転可能に配置されるように、第１１軸受１５６および第１２軸受１５８によって支持される出力傘歯車１５４を受け入れる。軸受１５６、１５８は、皿ねじ１６０によって予荷重が与えられており、皿ねじ１６０は、シャフト１３８Ｂの端部においてねじ切り内腔（図示せず）内にねじ込まれている。
【0047】
Ｌ字シャフト１３８は、歯車本体１２０内に画定されたスロット１２０Ｄに結合する２つの翼状部１３８Ｃ、１３８Ｄを介して歯車本体１２０に結合されており、それにより、Ｌ字シャフトは、歯車本体１２０が移動するときに移動する。別法として、Ｌ字シャフト１３８は、任意の既知の部品または機構により本体１２０に結合することができる。
【0048】
使用時、上部駆動傘歯車４４Ａは（傘歯車本体１２０上の）傘歯車１２０Ｃに回転可能に結合され、上部駆動傘歯車４４Ａが回転することで傘歯車１２０Ｃが回転する。さらに、下部駆動傘歯車４４Ｃもまた傘歯車本体１２０上の傘歯車１２０Ｃに結合され、下部駆動傘歯車４４Ｃが回転することで傘歯車１２０Ｃが回転する。したがって、２つの傘歯車４４Ａ、４４Ｃは、駆動シャフト４０Ｃを中心とするヨーク１０４の回転と、ヨークシャフト１０４Ｂを中心とする傘歯車本体１２０の回転とを駆動するように、合せて機能する。言い換えれば、２つの傘歯車４４Ａ、４４Ｃを反対方向に回転するように作動させると、傘歯車本体１２０がヨークシャフト１０４Ｂを中心に回転し、同じ方向に回転するように作動させると、ヨーク１０４が駆動シャフト４０Ｃを中心に回転する。さらに、２つの歯車４４Ａ、４４Ｃは、同時に両方を行うように作動させることができる。
【0049】
さらに、中間駆動傘歯車４４Ｂは第１内側傘歯車１２２に回転可能に結合され、中間駆動傘歯車４４Ｂが回転することで第１内側傘歯車１２２が回転して、第１平歯車１３０が回転する。第１平歯車１３０が回転することで第２平歯車１３６が回転し、それにより、第２内側傘歯車１４４が回転する。第２内側傘歯車１４４は出力傘歯車１５４に回転可能に結合され、第２内側傘歯車１４４が回転することで出力傘歯車１５４が回転する。いくつかの実施態様によれば、出力傘歯車１５４はロボットアーム（図示せず）またはロボットデバイスの他の構成要素に結合することができ、出力傘歯車１５４が回転すると構成要素が回転する。
【0050】
したがって、いくつかの実施形態によれば、図２、図４Ａおよび図４Ｂに最もよく示すような右肩１４（および図１Ａに示すような左肩１６）は、（図２に最もよく示すように、駆動シャフト４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃから構成されている）３つの同軸駆動シャフトおよびそれらの駆動シャフトに結合された（図２および図４Ａに最もよく示すように、傘歯車４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃから構成されている）３つの入れ子式傘歯車セットに基づき、３自由度の小型関節設計を有する。上述したように、かつ図１Ａに最もよく示すように、いくつかの実施形態では、３自由度は交差する自由度である。入れ子式駆動シャフト４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃにより、それらに結合されたモータ（モータ８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ）を、肩１４、１６（したがって、歯車４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃに関連する歯車セット）から間隔を空けて、デバイス本体１２の長さに沿って基端側位置に軸方向に配置することができ、それにより、デバイス本体１２の全体的な周方向または半径方向の寸法（幅および厚さ）が小さくなる。より具体的には、これらの実施形態による構成により、モータおよび駆動シャフトは、軸方向に傘歯車セットと並んで配置される必要はなくなり、それにより、デバイス本体１２は、モータおよび駆動シャフトがデバイスの長さに沿って肩に並んで（肩と同じ長さに）位置決めされる任意のデバイスに関連して、全体的な周方向または半径方向の寸法を小さくする（円周または半径を小さくする）ことができる。
【0051】
図１Ａに関連して上述したように、各肩関節１４、１６は、３自由度を提供する。図４Ａおよび図４Ｂに最もよく示すようなこの実施態様では、自由度のうちの２つ、すなわち、肩１４、１６に結合されたアームのピッチおよびヨーは、上述したように出力傘歯車１２０Ｃに結合されている傘歯車４４Ａ、４４Ｃを介して発生する。さらに、第３自由度は、上述したように最終的に出力傘歯車１５４を駆動する傘歯車１２２を駆動する傘歯車４４Ｂを介して発生する。図１Ａに関連してさらに詳細に上述したように、出力傘歯車１５４の回転からもたらされる作動は、それに結合されたアームの構成によって決まる。いくつかの実施態様では、傘歯車１５４の回転は、ロール、すなわち、アームのその長手方向軸上の回転をもたらす。図５Ａ～図８Ｂに関連して後述する実施形態を含むいくつかの代替実施形態では、傘歯車１５４の回転は、肩を通して伝えられ、アームの肘を回転させる。さらなる実施態様では、出力傘歯車１５４の回転により、アームの構成に応じて、アームを他の方法で作動させることができる。
【0052】
図５Ａおよび図５Ｂに示すような一実施態様によれば、上述したデバイス１０実施形態の肩に結合することができる、ロボットアーム２００（または別法として、２つのこうしたアーム）が設けられる。別法として、任意の既知のロボット手術デバイスにこのアーム２００を結合することができる。この具体的な実施態様では、アーム２００は右腕２００である。図５Ａは、右腕２００および左腕２０２の両方を示すことに留意されたい。この考察の残りでは、説明は右腕２００に焦点を当てる。左腕２０２の構成要素、それら構成要素の互いに対する関係、およびそれらの機能性は、右腕２００の構成要素と実質的に同様である。
【0053】
続けて図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、右腕２００は、肩関節（本明細書では、「肩」または「第１関節」とも呼ぶ）２０４、上腕（「第１アームリンク」または「第１アーム構成要素」とも呼ぶ）２０６、肘関節（本明細書では「肘」または「第２関節」とも呼ぶ）２０８、前腕（本明細書では「第２アームリンク」または「第２アーム構成要素」とも呼ぶ）２１０、手首関節（本明細書では「手首」または「第３関節」とも呼ぶ）２１２およびエンドエフェクタ２１４を有する。
【0054】
一実施態様では、アーム２００（およびアーム２０２）は、上述したデバイス１０等、３自由度（「ＤＯＦ」）を有する肩に結合するように構成されている。別法として、アーム２００は、３ＤＯＦを有する肩を備えた任意の既知のロボットデバイスに結合することができる。さらなる代替態様では、アーム２００は任意の既知のロボットデバイスに結合することができる。
【0055】
図６Ａ～図６Ｄに、一実施形態による上腕２０６をさらに詳細に示す。上腕２０６は、本体（「ケーシング」、「外側構造体」または「シェル」とも呼ぶ）２２０を有する。この特定の実施態様では、本体２２０は、第１本体構成要素２２０Ａおよび第２本体構成要素２２０Ｂから構成され、それらは、（図６Ｂに最もよく示すように）結合シャフト（「円筒状シャフト」とも呼ぶ）２２４の先端部に結合されている皿ねじ２２２を介して、互いに結合されている。より具体的には、２つの本体構成要素２２０Ａ、２２０Ｂは、ねじ２２２とシャフト２２４の先端部との結合を介して合せて拘束されているため、シャフト２２４内にねじ２２２を締め付けることにより、２つの本体構成要素２２０Ａ、２２０Ｂの間にクランプ力が生じる。また、ねじ２２２とシャフト２２４との結合を強めることにより、図６Ｂに最もよく示すように、本体構成要素２２０Ｂに画定された対応する円筒状内腔２２５内にシャフト２２４が引き込まれる。さらに具体的には、シャフト２２４は、円筒状内腔２２５内に位置決めされ、ねじ２２２がシャフト２２４内に締め付けられる際に先端側に付勢される。別法として、本体２２０は、単一の一体構成要素である。さらなる代替形態では、本体２２０は、３つ以上の異なる構成要素から構成することができる。
【0056】
上腕２０６が上述した肩１４に結合される、示したようなこの特定の実施形態では、上腕２０６は、上述した肩１４の構成要素のうちのいくつかを取り除く／置き換えることにより、肩１４に結合される。より具体的には、この特定の例では、図４Ｂに最もよく示すような以下の構成要素は、取り除かれ、上腕２０６の構成要素に置き換えられる。すなわち、第２内側傘歯車１４４、第１０肩軸受１４８、Ｌ字シャフト歯車リンク機構１３８、第１１軸受１５６、出力傘歯車１５４、第１２軸受１５８および皿ねじ１６０である。したがって、上腕２０６の基端部２２６は、（図４Ｂに最もよく示すような）傘歯車本体１２０と結合するように構成されており、それにより、結合シャフト２２４の先端部は、歯車本体１２０の開口部１２０Ｂを通って延在する。より具体的には、基端部２２６は、（図４Ｂに最もよく示すような）歯車本体１２０に画定されたスロット１２０Ｄと幾何学的に一致する、図６Ｄに最もよく示すような突出部２２６Ａを有し、それにより、基端部２２６は歯車本体１２０に結合される。別法として、基端部２２６および歯車本体１２０は、２つの構成要素の幾何学的一致、したがって結合をもたらす任意の特徴または構成を有することができる。一実施形態では、結合シャフト２２４、したがって上腕２０６全体は、シャフト２２４の先端部に螺合される（図４Ｂに最もよく示すような）皿ねじ１５０を介して、歯車本体１２０に取り付けられる。さらに、上腕２０６は、基端部２２６内に配置された第１上腕傘歯車２２８を有し、第１上腕傘歯車２２８は、その基端部において（図４Ｂに最もよく示すような）第２平歯車１３６に回転可能に結合されており、平歯車１３６の回転により傘歯車２２８が回転する。一実施形態では、図６Ｄに最もよく示すように、第１歯車２２８は、その基端部に突出部２２８Ａを有し、それは、平歯車１３６の特徴または構成要素と幾何学的に一致しており、２つの歯車２２８、１３６を結合することができる。別法として、歯車２２８、１３６は、それらを互いに結合することができる任意の構成を有することができる。この具体的な例示的な実施形態は、上述したデバイス１０に結合されている上腕２０６に関連するが、さまざまな代替実施形態によれば、第１傘歯車２２８は、上腕２０６が結合される任意のロボットデバイスの歯車もしくはシャフトまたは他の回転部品に回転結合することができる。
【0057】
図６Ａおよび図６Ｂを続けて参照すると、第１上腕傘歯車２２８は、（歯車２２８がシャフト２２４を中心に回転するように、歯車２２８を通して位置決めされている）結合シャフト２２４により拘束されかつ支持され、第２上腕傘歯車２３０に嵌合可能に結合され（第２上腕傘歯車２３０によってさらに拘束されかつ支持され）るため、第１傘歯車２２８の回転により第２傘歯車２３０が回転する。第２傘歯車２３０は駆動シャフト２３２に回転結合されるため、第２傘歯車２３０の回転により駆動シャフト２３２が回転する。一実施態様では、第２歯車２３０および駆動シャフト２３２は、上述したように、２つの構成要素が、第１歯車２２８および平歯車１３６と同様に嵌合可能に結合するのを可能にする、幾何学的特徴を有する。別法として、歯車２３０および駆動シャフト２３２は、一方の回転により他方の回転がもたらされるように、任意の既知の方法で結合することができる。駆動シャフト２３２は、第１上腕軸受２３４および第２上腕軸受２３６によって支持されている。一実施形態によるこれらの軸受２３４、２３６はまた、第１本体構成要素２２０Ａおよび第２本体構成要素２２０Ｂの位置合せおよび拘束に役立つように、位置合せ特徴としても機能する。すなわち、第１本体構成要素２２０Ａおよび第２本体構成要素２２０Ｂの各々は、構成要素２２０Ａ、２２０Ｂ内に画定された軸受受入開口部２３５、２３７を有し、そのため、図示するように構成要素２２０Ａ、２２０Ｂが互いに結合されるとき、軸受２３４、２３６をその中に位置決めすることができる。したがって、２つの構成要素２２０Ａ、２２０Ｂの組立および結合は、軸受受入開口部２３５、２３７内に軸受２３４、２３６を位置決めすることによって促進されかつ位置合せされる。駆動シャフト２３２は、その先端部において、第３上腕傘歯車２３８に回転結合されているため、駆動シャフト２３２の回転により歯車２３８が回転する。駆動シャフト２３２および歯車２３８は、上述したように、２つの構成要素が、歯車２３０および駆動シャフト２３２と同様に嵌合可能に結合されるのを可能にする幾何学的特徴を有し、または一方の回転により他方の回転がもたらされるように任意の既知の方法で結合されている。
【0058】
上腕２０６は、腕２０６の先端部にまたはその近くに画定された先端開口部２４４を有する。さらに詳細に後述するように、先端開口部２４４は、任意の前腕（たとえば、前腕２１０等）の構成要素、または上腕２０６に結合されている他の構成要素を受け入れるように構成されているため、前腕または他の構成要素は上腕２０６に対して回転することができる。図６Ｄに最もよく示すように、開口部２４４は、後述するように、内部を通して配置された構成要素を支持する、内部に配置された２つの軸受２４６Ａ、２４６Ｂを有する。
【0059】
いくつかの実施態様によれば、上腕２０６は、上腕２０６の先端部を合せて保持するのに役立つように機能する少なくとも１つの保持リングを有する。すなわち、保持リングは、第１本体構成要素２２０Ａおよび第２本体構成要素２２０Ｂの結合を維持するのに役立つ。この具体的な実施態様では、図６Ａに最もよく示すように、上腕２０６は、２つの保持リング２４０Ａ、２４０Ｂを有する。別法として、本明細書に開示するかまたは本明細書で企図する任意の上腕実施形態は、上腕の先端部を合せて保持するのに役立つ、１つ、３つまたは任意の数の保持リングを有することができる。さらに、２つの本体構成要素２２０Ａ、２２０Ｂの結合を維持するのに役立つ任意の既知の機構または部品を使用することができる。さらなる実施形態では、図６Ｃに最もよく示すように、上腕２０６はまた、端部取付保持リング２４２も有することができる。保持リング２４０Ａ、２４０Ｂと同様に、端部取付保持リング２４２は、上腕２０６の先端部を合せて保持するのに役立つ。
【0060】
いくつかの実施形態では、上腕２０６はまた、図６Ｂに最もよく示すように第１本体構成要素２２０Ａに配置されたアンカーポイント２４８も有することができる。アンカーポイント２４８は、肘関節２０８の上に延在しかつそれに取り付けられた前腕（前腕２１０等）に結合する１つまたは複数の長尺状弾性構成要素（本明細書では「弾性腱」または「弾性バンド」とも呼ぶ）（図示せず）に対して、アンカーポイントまたは取付箇所として作用するように構成されており、弾性バンド（図示せず）は、前腕が肘関節２０８で曲がるように作動するときに、上腕２０６および前腕（前腕２１０等）に抑止力を加えることができる。すなわち、弾性バンドは、関節２０８におけるさまざまな構成要素のあらゆる緩い結合または「ルーズさ（ｓｌｏｐｐｉｎｅｓｓ）」を低減させるため、そのような構成要素の結合を強化する。したがって、前腕（前腕２１０等）が肘関節２０８で曲がるように作動する際、弾性バンドは引っ張られ、それにより、図５Ｂに最もよく示すように、肘関節２０８に、前腕を「直線状」位置に戻るように付勢する力が加えられることになる。図示するような実施形態では、アンカーポイント２４８は、第１本体構成要素２２０Ａに螺合されている皿ボルト２４８である。別法として、ボルト２４８の代わりに、アンカーポイント２４８としての役割を果たすことができる任意の部品または機構をアーム２０６に組み込むことができる。
【0061】
一実施形態では、第３上腕傘歯車２３８は、上腕２０６に結合される前腕（たとえば、前腕２１０等）に固定された一致する傘歯車に結合可能であるように構成されている。このため、一実施形態では、上腕２０６における動力伝達機構を用いて、上腕２０６に対して前腕（前腕２１０等）の回転をもたらすことができる。動力伝達機構は、第１上腕傘歯車２２８、第２上腕傘歯車２３０、駆動シャフト２３２および第３上腕傘歯車２３８から構成されている。使用時、第１上腕傘歯車２２８を（いくつかの実施態様によれば、平歯車１３６の回転により）回転するように作動させることができるため、第２上腕傘歯車２３０が回転することで駆動シャフト２３２が回転する。駆動シャフト２３２の回転により、第３上腕傘歯車２３８が回転し、それにより、駆動シャフト２３２に結合された任意の前腕構成要素が、上腕２０６に対して回転する。その結果、傘歯車２３８の回転により、前腕（前腕２１０等）が、肘関節（肘関節２０８等）において上腕２０６に対して移動する。
【0062】
一実施形態によれば、上腕２０６の上述したデバイス１０への結合により、５自由度のあるアームがもたらされる。すなわち、図４Ａおよび図４Ｂに関して上述したように、各肩（図１Ａに関して上述した肩１４、１６等）は、肘のピッチ、ヨーおよび回転の形態で３自由度を提供する。この実施形態では、第４自由度は、前腕の長手方向軸に対して平行な軸を中心とするエンドエフェクタの回転であり、第５自由度は、把持具を開閉させる把持具の各々の回転である。この実施態様では、第３自由度、すなわち、上述したような出力傘歯車１５４の回転は、上腕２０６のロールをもたらすのではなく、肘関節２０８を作動させるために利用される。したがって、この特定の実施形態では、上腕２０６は、それ自体の長手方向軸を中心に回転しない。
【0063】
図７、図８Ａおよび図８Ｂは、一実施形態による、上腕２０６に結合される前腕２１０を示す。前腕２１０は、１つまたは複数のモータ（後述する）を収容しかつ拘束する前腕本体３００（「ケーシング」または「シェル」とも呼ぶ）を有する。本体３００は、いくつかの実施形態では、本体３００内に配置された焼灼接続部（図示せず）と、その中に画定された焼灼ワイヤ開口部３０３とを有することができる。図示するような一実施態様では、本体３００は、３つの構成要素、すなわち、本体３００Ａ、電子回路カバー３００Ｂおよび先端カバー３００Ｃから構成されている。電子回路カバー３００Ｂは、プリント回路基板（「ＰＣＢ」）を含むことができるコントローラ（図示せず）を含み、コントローラは、モータ（後述する）に、モータを制御するように動作することができるように結合されている。さらに、電子回路カバー３００Ｂは、外部環境から本体３００内に収容されているコントローラおよび他の任意の電子回路（図示せず）を封止してかつ流体的に保護することができる。先端カバー３００Ｃは、本体３００の先端部にまたはその上に位置決めされ、そこに画定されたリップ３０２を有する。リップ３０２は、滅菌カバー（図示せず）を前腕２１０に結合しかつ流体的に封止するために使用される、任意の弾性拘束物を受け入れかつ保持するのに役立つように構成されている。そのため、使用中に滅菌カバーをその適切な位置で保持することができる。別法として、先端カバー３００Ｃは、滅菌カバーを受け入れ、保持し、またはそれに結合する任意の既知の部品または機構を有することができる。さらに、先端カバー３００Ｃは、さらに詳細に後述するように、その先端部に、交換可能なエンドエフェクタを受け入れるように構成されている開口部３０４を画定している。
【0064】
前腕２１０はまた、上腕２０６が前腕２１０に結合されている関節２０８の部分を形成する、図８Ａおよび図８Ｂに最もよく示すような２つの突出部２６４Ａ、２６４Ｂも有する。この実施態様では、２つの突出部２６４Ａ、２６４Ｂ（したがって、肘関節２０８）は、前腕２１０の先端部２６０と基端部２６２との間の前腕２１０の長さに沿った箇所に位置決めされている。すなわち、突出部２６４Ａ、２６４Ｂは、前腕２１０の先端部２６０および基端部２６２の両方から間隔を空けて配置されている。この特定の実施形態では、突出部２６４Ａ、２６４Ｂ（したがって関節２０８）は、図示するように、前腕２１０の長さに沿った中間点にまたはその中間点に実質的に隣接して位置決めされている。別法として、突出部２６４Ａ、２６４Ｂ（したがって関節２０８）は、基端部２６２および先端部２６０の両方から間隔を空けて配置されるように、前腕２１０の長さに沿った任意の場所に位置決めされる。したがって、前腕２１０の回転は、前腕２１０の基端部２６２では発生しないが、代わりに、突出部２６４Ａ、２６４Ｂの位置によって決まるような前腕２１０の長さに沿った他の何らかの箇所において発生する。
【0065】
各突出部２６４Ａ、２６４Ｂは、図示するように、それぞれそこに画定された開口部２６６Ａ、２６６Ｂを有する。図８Ｂに最もよく示すように、２つの突出部２６４Ａ、２６４Ｂの間の関節２０８内に関節歯車２６８が配置されており、歯車２６８のシャフト２６８Ａは、開口部２６４Ａ内に回転可能に配置されている。さらに、２つの突出部２６４Ａ、２６４Ｂの間の関節２０８内に関節シャフト２７０もまた配置されており、関節シャフト２７０は、一端において開口部２６４Ｂ内に回転可能に配置され、他端において歯車２６８内に配置されている。
【0066】
図８Ｂに示すように上腕２０６が前腕２１０に結合されると、上腕２０６の先端部は、２つの突出部２６４Ａ、２６４Ｂの間に配置され、（上記、図６Ａ、図６Ｂおよび図６Ｄにおいて最もよく示したような）開口部２４４は、２つの開口部２６６Ａ、２６６Ｂの間に配置されかつそれらと軸方向に位置合せされる。上腕２０６の先端部は、関節シャフト２７０によって前腕２１０に結合され、関節シャフト２７０は、開口部２６４Ｂ、開口部２４４を通して歯車２６８内に配置され（かつ、上述したように、開口部２４４において軸受２４６Ａ、２４６Ｂによって支持され）、それにより、図示するように、上腕２０６の先端部は、関節２１０内で２つの突出部２６４Ａ、２６６Ｂの間に回転可能に保持される。
【0067】
関節歯車２６８は、図８Ｂに示すように上腕２０６の第３上腕傘歯車２３８に回転結合されており、第３上腕傘歯車２３８の回転により関節歯車２６８が回転する。
この具体的な実施態様における関節２０８は、２つの突出部２６４Ａ、２６４Ｂ、関節シャフト２７０および関節傘歯車２６８によって構成されているが、これらのさまざまなアーム実施形態に、任意の既知の関節または回転結合構成もしくは機構を組み込むことができる。
この具体的な実施態様における関節２０８は、２つの突出部２６４Ａ、２６４Ｂ、関節シャフト２７０および関節傘歯車２６８によって構成されているが、これらのさまざまなアーム実施形態に、任意の既知の関節または回転結合構成もしくは機構を組み込むことができる。
【0068】
いくつかの実施形態では、図８Ａおよび図８Ｂに最もよく示すように、前腕２１０もまた、アンカーポイント２７２を有することができる。上述したアンカーポイント２４８のように、アンカーポイント２７２は、肘関節２０８の上に延在する上述したような任意の弾性腱（図示せず）のための他のアンカーポイントまたは取付箇所として（アンカーポイント２４８と組み合わせて）作用するように構成されている。図示するような実施形態では、アンカーポイント２７２は、前腕２１０に螺合された皿ボルト２７２である。別法として、ボルト２７２の代わりに、アンカーポイント２７２としての役割を果たすことができる任意の部品または機構を前腕２１０に組み込むことができる。
【0069】
図９Ａ～図９Ｃに、上述した前腕２１０に結合することができる１つの例示的な交換可能なエンドエフェクタ３２０を示す。別法として、エンドエフェクタ３２０は、任意の既知のロボットアームまたはロボット手術デバイスに結合することができる。任意の交換可能なエンドエフェクタを前腕２１０に結合し、または取り除いて他の任意の既知の交換可能なエンドエフェクタと交換することができる。
【0070】
この例示的な実施形態におけるエンドエフェクタ３２０は、第１把持具アーム３２２Ａおよび第２把持具アーム３２２Ｂを有する把持具構成要素３２２を備える把持具エンドエフェクタ３２０である。エンドエフェクタ３２０は、使用者が、エンドエフェクタ３２０をアーム（前腕２１０等）に結合しかつそこから分離するために把持することができる、ひねることができるつまみ３２４を有する。つまみ３２４は、さらに詳細に後述するように、カバー３００Ｃに画定された４つの切欠き３８２に嵌合可能に結合する係止突出部３２６Ａを有する係止カラー３２６に結合されている。つまみ３２４の回転により係止カラー３２６が回転して、突出部３２６Ａを切欠き３８２内に位置決めすることで、エンドエフェクタ３２０を前腕２１０に結合することができる。いくつかの実施形態では、つまみ３２４の基端部または一部においてエンドエフェクタ３２０の周囲に封止リング（本明細書では「Ｏリング」とも呼ぶ）３２８が配置されており、リング３２８は、上述したように、前腕２１０にエンドエフェクタ３２０が結合されたとき、エンドエフェクタ３２０の前腕２１０への流体封止結合を提供することができる。さらに、いくつかの実施態様によれば、リング３２８は、エンドエフェクタ３２０および前腕２１０の両方に対して外向きの圧力または力も提供することができ、それにより、使用中にエンドエフェクタ３２０を分離させる可能性があるつまみ３２４の逆回転が低減しまたはなくなる。
【0071】
エンドエフェクタ３２０は、回転駆動システムおよび把持具アーム作動駆動システムの両方を有する。回転駆動システムは、把持具３２２に結合されている回転式ヨーク３３０から構成されており、ヨーク３３０の回転により把持具３２２が回転する。すなわち、ヨーク３３０は、図９Ａに最もよく示すように２つのフランジ３３０Ａ、３３０Ｂを有し、把持具３２２は、２つのフランジ３３０Ａ、３３０Ｂの間に配置され、ピン３３１を介してそれらに結合されている。ヨーク３３０は、その基端部において、さらに詳細に後述するように、前腕２１０の先端部において回転駆動構成要素３７０に結合するように構成されている嵌合式結合構成要素３３２を有する。より具体的には、この例示的な実施形態では、図９Ａおよび図９Ｃに最もよく示すように、嵌合式結合構成要素３３２は２つの突出部３３２である。回転式ヨーク３３０は、ヨーク３３０の外面の周囲に画定された溝３３４によって（ヨーク３３０がエンドエフェクタ３２０の長さに対して先端側にまたは基端側に移動しないように）軸方向に制限されているため、（図９Ａに最もよく示すような）つまみ３２４の開口部３３６を通してピン（図示せず）を挿入し、溝３３４内に位置決めすることができ、それにより、ヨーク３３０を回転させることができるが、ヨーク３３０が軸方向に移動するのを阻止する。したがって、前腕の回転駆動構成要素３７０が回転することで回転式ヨーク３３０が回転し、それにより、把持具３２２が回転する。
【0072】
把持具アーム作動駆動システムは、めねじ回転式シリンダ３３８と、シリンダ３３８に螺合されたおねじ駆動ピン３４０と、ピン３４０に結合された２つのリンク機構（リンク機構３４２を含む）とから構成されている。回転式シリンダ３３８は、その基端部に、より詳細に後述するように前腕２１０の先端部において作動駆動構成要素３７２に結合するように構成されている嵌合式結合構成要素３４４を有する。より具体的には、この例示的な実施形態では、嵌合式結合構成要素３４４は、図９Ａおよび図９Ｃに最もよく示すように２つの突出部３４４である。回転式シリンダ３３８は、シリンダ３３８の外面の周囲に画定された溝３４６によって軸方向に拘束されるため、（上述した開口部３３６と同様の）つまみ３２４の開口部（図示せず）を通してピン（図示せず）を挿入して、溝３４６内で位置決めすることができ、それにより、シリンダ３３８を回転させることができるが、シリンダ３３８が軸方向に移動するのを阻止する。
【0073】
回転式シリンダ３３８は、内腔３４７を有し、内腔３４７はねじ切られている内腔内面３４８を有する。駆動ピン３４０は、先端側頭部（「結合構成要素」とも呼ぶ）３５０と、シリンダ３３８の内腔３４７内に配置されるような寸法であるおねじ基端側本体３５２とを有し、基端側本体３５２は、内腔内面３４８に螺合されている。先端側頭部３５０は、そこに画定された２つの開口部３５４Ａ、３５４Ｂを有し、それらは、２つのリンク機構に結合可能である。より具体的には、リンク機構３４２は、ピンまたは同様の結合部品（図示せず）により、開口部３５４Ａにおいて先端側頭部３５０に結合されている。さらに、開口部２５４Ｂにおいて先端側頭部３５０に第２リンク機構（図示せず）が同様に結合されている。リンク機構（３４２および図示しないリンク機構）は、把持具アーム３２２Ａ、３２２Ｂの基端部に結合されている。したがって、前腕２１０の作動駆動構成要素３７２の回転により、回転式シリンダ３３８が回転して、（シリンダ３３８およびピン３４の螺合を通して）駆動ピン３４０が軸方向に移動し、リンク機構（３４２および図示しないリンク機構）が移動することで、把持具アーム３２２Ａ、３２２Ｂが、開放位置と閉鎖位置との間で移動するように、ヨーク３３０のピン３３１において軸を中心に回転する。
【0074】
図１０Ａ～図１０Ｃは、一実施形態による、エンドエフェクタインタフェース３６４とともに本体３００の先端カバー３００Ｃを示す。
図１０Ａに最もよく示すように、一実施態様によれば、上述した先端カバー３００Ｃは、先端カバー３００Ｃおよび電子回路カバー３００Ｂを通して位置決めされた締結具３６０によって、本体３００Ａおよび電子回路カバー３００Ｂに結合することができるため、先端カバー３００Ｃおよび電子回路カバー３００Ｂが本体３００Ａに結合される。一実施形態では、締結具３６０はボルト３６０である。別法として、任意の既知の締結具または取付機構を使用することができる。
図１０Ａに最もよく示すように、一実施態様によれば、上述した先端カバー３００Ｃは、先端カバー３００Ｃおよび電子回路カバー３００Ｂを通して位置決めされた締結具３６０によって、本体３００Ａおよび電子回路カバー３００Ｂに結合することができるため、先端カバー３００Ｃおよび電子回路カバー３００Ｂが本体３００Ａに結合される。一実施形態では、締結具３６０はボルト３６０である。別法として、任意の既知の締結具または取付機構を使用することができる。
【0075】
別の実施形態によれば、先端カバー３００Ｃを本体３００Ａにさらに結合するために、さらなる締結具３６２が設けられる。締結具３６２はピン３６２である。別法として、締結具３６２は、任意の既知の締結具または取付機構であり得る。
【0076】
図１０Ｂおよび図１０Ｃに最もよく示すように、いくつかの実施態様による先端カバー３００Ｃは、エンドエフェクタインタフェース３６４を収容する。エンドエフェクタインタフェース３６４は、エンドエフェクタ（上述したエンドエフェクタ３２０等）の作動構成要素に結合するように構成されている。より具体的には、エンドエフェクタインタフェース３６４がエンドエフェクタ３２０に結合している例示的な実施形態では、インタフェース３６４は、上述したような回転式駆動システムおよび把持具駆動システム両方に結合するように構成されている。インタフェース３６４は、第１封止リング３６６および第２封止リング３６８と、回転式回転駆動構成要素３７０と、回転式把持具作動駆動構成要素３７２と、電気接点ばね３７４とを有する。
【0077】
このインタフェース３６４はさまざまなエンドエフェクタと結合することができる。以下の説明は、特にエンドエフェクタ３２０と、インタフェース３６４の構成要素がそのエンドエフェクタ３２０にいかに関連しかつ結合するかを参照するが、それは、このエンドエフェクタインタフェース３６４の使用をエンドエフェクタ３２０のみに限定するものではない。代わりに、インタフェース３６４は、それに結合すべき適切な構成要素を有する任意のエンドエフェクタに結合することができる。
【0078】
この具体的な実施態様における回転式回転駆動構成要素３７０は、上述したように、エンドエフェクタ３２０の回転式ヨーク３３０の嵌合式結合構成要素３３２と嵌合するように構成されている（図１０Ｂに最もよく示すような）嵌合式結合構成要素３７０Ａ、３７０Ｂを備える回転式駆動シリンダ３７０である。より具体的には、この実施形態における嵌合式結合構成要素３７０Ａ、３７０Ｂは、エンドエフェクタ３２０の回転式ヨーク３３０の嵌合式結合構成要素３３２と嵌合可能または結合可能である突出部３７０Ａ、３７０Ｂである。
【0079】
この具体的な実施態様における回転式回転駆動構成要素３７２は、上述したように、エンドエフェクタ３２０の回転式シリンダ３３８の嵌合式結合構成要素３４４と嵌合するように構成されている（図１０Ｂに最もよく示すような）嵌合式結合構成要素３７２Ａ、３７２Ｂを備える回転式駆動シリンダ３７２である。より具体的には、この実施形態における嵌合式結合構成要素３７２Ａ、３７２Ｂは、エンドエフェクタ３２０の回転式シリンダ３３８の嵌合式結合構成要素３４４と嵌合可能または結合可能である突出部３７２Ａ、３７２Ｂである。
【0080】
一実施態様では、回転式把持具作動駆動構成要素３７２は、焼灼のためにエンドエフェクタの把持具（エンドエフェクタ３２０の把持具３２２等）に電気エネルギーを伝達することができる。すなわち、回転式シリンダ３７２は、電気接点ばね３７４を受け入れるように構成されている、シリンダ３７２の基端部に画定された基端側内腔３７８を有する。ばね３７４は、上述した焼灼ワイヤ開口部３０３に隣接して位置決めされるように、本体３００に画定された内腔３８０内に基端側に延在しており、ばね３７４に、開口部３０３を通して位置決めされた焼灼ワイヤ（または焼灼ケーブル）を結合することができる。別法として、ばね３７４は、任意の電気接点部品であり得る。いくつかの実施形態によれば、本体３００の両側に焼灼ワイヤ開口部３０３が画定され、それにより、デバイスの左腕および右腕の両方において同じ本体３００構成を使用することができる。
【0081】
回転式駆動シリンダ３７２は、図示するように、回転式駆動シリンダ３７０内に位置決めされるかまたはその中で入れ子になっている。第１封止リング３６６は、先端カバー３００Ｃと回転式駆動シリンダ３７０との間に配置されているＯリング３６６である。第２封止リング３６８は、回転式駆動シリンダ３７０と回転式駆動シリンダ３７２との間に配置されているＯリング３６８である。２つの回転式駆動シリンダ３７０、３７２は、第１封止リング３６６とともに、第１軸受３７６によって適所に支持されかつ回転可能に保持されている。
【0082】
図１０Ｂに最もよく示すように、さらなる実施形態による先端カバー３００Ｃは、上述したようにエンドエフェクタ３２０の係止突出部３２６Ａと嵌合可能または結合可能であり得る、先端カバー開口部３０４に画定された少なくとも２つの切欠きを有する。この具体的な実施態様では、カバー３００Ｃは、上述した４つの突出部３２６Ａと嵌合可能である４つの切欠き３８２を有しており、エンドエフェクタ３２０は、エンドエフェクタ３２０のつまみ３２４の１回の回転または「ひねり」により先端カバー３００Ｃに結合することができる。別法として、任意の既知の係止機構または特徴を使用することができる。
【0083】
一実施形態によれば、図１１Ａ～図１１Ｃは、上述した回転式回転駆動構成要素３７０および回転式把持具作動駆動構成要素３７２に動力を供給する、本体３００内のモータを示す。より具体的には、一実施態様では、前腕２１０は、図１１Ｃに最もよく示すように、内部に配置された２つのモータ４００、４０２を有する。一実施形態では、モータ４００、４０２は６ｍｍブラシレスモータである。別法として、モータ４００、４０２は、ロボットアームに使用される任意の既知のタイプのモータであってもよい。
【0084】
図１１Ａに最もよく示すように、モータ４００はシャフト４０４に結合されており、シャフト４０４はブッシュ４０６に結合されており、ブッシュ４０６はさらに駆動歯車（「平歯車」とも呼ぶ）４０８に結合されている。別法として、駆動歯車４０８にシャフト４０４を直接結合することができる。駆動歯車４０８は、歯車の歯４１０に回転可能に結合されており、歯車の歯４１０は、回転式把持具作動駆動構成要素３７２に取り付けられているかまたは他の方法で結合されている。したがって、モータ４００の作動によりシャフト４０４が回転して、駆動歯車４０８が回転することで、回転式把持具作動駆動構成要素３７２が回転し、それにより、最終的に、上述したように、把持具アーム３２２Ａ、３２２Ｂが開放位置と閉鎖位置との間で移動する。
【0085】
同様に図１１Ａに示すように、モータ４０２はシャフト４２０に結合されており、シャフト４２０はブッシュ４２２に結合されており、ブッシュ４２２はさらに駆動歯車（「平歯車」とも呼ぶ）４２４に結合されている。別法として、駆動歯車４２４にシャフト４２０を直接結合することができる。駆動歯車４２４は、歯車の歯４２６に回転可能に結合されており、歯車の歯４２６は、回転式回転駆動構成要素３７０に取り付けられているかまたは他の方法で結合されている。したがって、モータ４０２の作動によりシャフト４２０が回転して、駆動歯車４２４が回転することで、回転式回転駆動構成要素３７０が回転して、最終的に、上述したように、把持具エンドエフェクタが回転する。
【0086】
一実施態様によれば、モータ４００、４０２は、係止くさび４３０により前腕２１０の適所に保持または維持される。使用時、一実施形態によれば、２つのモータ４００、４０２に沿って前腕２１０の先端部に向かって、係止くさび４３０を付勢することができるため、角度付きまたはくさび部分４３４が、本体３００に画定されたくさび状開口部４３２内に位置決めされ、２つのモータ４００、４０２を適所で保持しまたは「係止する」のに役立つ。このようにくさび部分４３４をくさび状開口部４３２内に位置決めすることにより、モータ４００、４０２に対してくさび部分４３４が付勢されるため、くさび部分４３４とモータ４００、４０２との間に摩擦に基づく接触がもたらされて、摩擦力を介してモータ４００、４０２を適所に保持するのに役立つ。一実施形態によれば、係止くさび４３０は、モータ４００、４０２を適所に係止するために手動で位置決めすることができる。
【0087】
図１２Ａおよび図１２Ｂは、右肩関節１４およびそのさまざまな構成要素の別の実施形態を示す。より具体的には、図１２Ａは、右肩関節１４の内部構成要素の組立分解図を示し、図１２Ｂは、右肩関節１４の内部構成要素の正面断面図を示す。図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、かつ後にさらに詳細に説明するように、（図２～図３Ｅに関して上述した）外側駆動シャフト４０Ａは、肩ロールハウジング（本明細書では「肩ハウジング」または「変換体」とも呼ぶ）５００に結合され（または、回転拘束され）、（図２～図３Ｅに関して上述した）中間駆動シャフト４０Ｂは、上部駆動傘歯車５０２に結合され、（図２～図３Ｅに関して上述した）内側駆動シャフト４０Ｃは、スペーサ５１２を通して延在し、下部駆動傘歯車５０４に結合されている。
【0088】
この説明の残りの部分は、右肩関節１４およびその構成要素に焦点を当てるが、左肩関節１６の構成要素、それに結合された構成要素、それら構成要素の互いに対する関係、およびそれらの機能性は、右肩関節１４と実質的に同様である。
【0089】
図１２Ｂに最もよく示すように、外側駆動シャフト４０Ａおよび肩ハウジング５００は、ハウジング５００の外側部分に配置されている第１軸受５０６によって支持されている。さらに、図１２Ａおよび図１２Ｂに最もよく示すように、外側駆動シャフト４０Ａおよび肩ハウジング５００は、ハウジング５００内に配置されている第２軸受５０８によってさらに支持されている。中間駆動シャフト４０Ｂおよび上部駆動傘歯車５０２は、第２軸受５０８および第３軸受５１０によって支持されており、第３軸受５１０は、図１２Ｂに最もよく示すように、上部駆動傘歯車５０２の先端部内に配置されている。軸受５０６、５０８、５１０は、内側駆動シャフト４０Ｃの先端部内にねじ込まれた単一の皿ねじ５１４を使用して予荷重が与えられている。別法として、軸受５０６、５０８、５１０に予荷重を与えるために、任意の取付部品を使用することができる。
【0090】
一実施形態によれば、図１２Ａに最もよく示すように、肩ハウジング５００は、２つのハウジング構成要素、すなわち、第１ハウジング構成要素（または「第１ハウジングシェル」）５００Ａおよび第２ハウジング構成要素（または「第２ハウジングシェル」）５００Ｂから構成されている。この実施態様では、２つのシェル５００Ａ、５００Ｂは、ねじ５１６および保持リング５１８により互いに結合されている。別法として、任意の既知の取付部品または機構を用いて、２つのシェル５００Ａ、５００Ｂを互いに結合することができる。さらなる代替態様では、ハウジング５００は単一の一体ハウジングである。
【0091】
上述したように、外側駆動シャフト４０Ａは、肩ロールハウジング５００に結合され（または、回転拘束され）ている。より具体的には、ハウジング５００の最上部分から（より具体的には、この実施形態によれば２つのハウジングシェル５００Ａ、５００Ｂの各々から）延在する突出部５０１Ａ、５０１Ｂは、外側駆動シャフト４０Ａの２つの切欠き５０３Ａ、５０３Ｂと嵌合可能である。別法として、駆動シャフト４０Ａおよびハウジング５００を結合する任意の機構または特徴を使用することができる。したがって、外側駆動シャフト４０Ａの回転により、肩ハウジング５００は駆動シャフト４０Ａの長手方向軸を中心に回転するため、（後述する出力傘歯車５５０において）肩に結合された任意のアームが同じ軸を中心に回転し、その結果、アームは、デバイス本体（上述した本体１２等）に対して左から右に移動する（「ヨー」）。
【0092】
上部駆動傘歯車５０２は、第１従動傘歯車５２０に嵌合可能に結合されており、上部駆動傘歯車５０２が回転することで、後述する第２従動傘歯車５２８のシャフト５２８Ａの長手方向軸を中心とする第１従動傘歯車５２０が回転する。第１従動傘歯車５２０は、シャフト５２８Ａの同じ長手方向軸を中心とする傘歯車本体５２２が回転することにより、肩１４のピッチを駆動して、アームをデバイス本体に対して「上下に」移動させる。すなわち、第１従動傘歯車５２０は、その先端部において、傘歯車本体（「回転式アーム」、「回転式本体」、「回転アーム」、「回転体」、「ピッチアーム」または「ピッチ体」とも呼ぶ）５２２に結合されているため、第１従動傘歯車５２０が回転することで傘歯車本体５２２が回転する。より具体的には、傘歯車本体５２２は、（図１２Ａに最もよく示すような）そこに画定された２つの開口部５２２Ａ、５２２Ｂを有し、嵌合式継手５２２Ｃが、第１従動傘歯車５２０に結合されている開口部５２２Ａの一方の側の周囲に配置されており、傘歯車５２０が回転することで傘歯車本体５２２が回転する。この例示的な実施形態では、第１従動駆動歯車５２０はそこを通して画定された開口部５２０Ａを有しており、傘歯車５２０は、より詳細に後述する第２従動傘歯車５２８の上に回転可能に配置される。第１従動傘歯車５２０は、第４軸受５２４および第５軸受５２６によって拘束されている。
【0093】
回転体５２２は、本明細書に記載するような２つの開口部を有し、かつ記載したようなさまざまな構成要素に結合することができる、任意の構成要素であり得る。
下部駆動傘歯車５０４は、第２従動傘歯車５２８に嵌合可能に結合されており、下部駆動傘歯車５０４の回転により第２従動傘歯車５２８が回転する。上述したように、第２従動傘歯車５２８は、第１従動傘歯車５２０の開口部５２０Ａを通して回転可能に配置されており、そのため、第２従動傘歯車５２８は、少なくとも部分的に第１従動傘歯車５２０内に配置されている。第２従動傘歯車５２８は第１平歯車５３０に結合されており、第２従動傘歯車５２８の回転により第１平歯車５３０が回転する。すなわち、第２従動傘歯車５２８のシャフト５２８Ａは、傘歯車本体５２２の開口部５２２Ａを通って延在し、第１平歯車５３０に結合されている。１つの具体的な実施形態では、第２従動傘歯車５２８は、幾何学的結合を介して第１平歯車５３０に嵌合可能に結合されている。第２従動傘歯車５２８は、第４軸受５２４および第６軸受５３２によって拘束されている。軸受５２４、５２６、５３２は、ばね５３４を用いて予荷重が与えられ、保持リング５３６により並進可能に拘束されている。一実施形態では、ばね５３４は皿ばね５３４である。
下部駆動傘歯車５０４は、第２従動傘歯車５２８に嵌合可能に結合されており、下部駆動傘歯車５０４の回転により第２従動傘歯車５２８が回転する。上述したように、第２従動傘歯車５２８は、第１従動傘歯車５２０の開口部５２０Ａを通して回転可能に配置されており、そのため、第２従動傘歯車５２８は、少なくとも部分的に第１従動傘歯車５２０内に配置されている。第２従動傘歯車５２８は第１平歯車５３０に結合されており、第２従動傘歯車５２８の回転により第１平歯車５３０が回転する。すなわち、第２従動傘歯車５２８のシャフト５２８Ａは、傘歯車本体５２２の開口部５２２Ａを通って延在し、第１平歯車５３０に結合されている。１つの具体的な実施形態では、第２従動傘歯車５２８は、幾何学的結合を介して第１平歯車５３０に嵌合可能に結合されている。第２従動傘歯車５２８は、第４軸受５２４および第６軸受５３２によって拘束されている。軸受５２４、５２６、５３２は、ばね５３４を用いて予荷重が与えられ、保持リング５３６により並進可能に拘束されている。一実施形態では、ばね５３４は皿ばね５３４である。
【0094】
上述した第１平歯車５３０は、第２平歯車５３８に嵌合可能に結合されており、第１平歯車５３０の回転により第２平歯車５３８が回転する。第２平歯車５３８は第３従動傘歯車５４０に結合されており、第２平歯車５３８の回転により第３従動傘歯車５４０が回転する。すなわち、第３従動傘歯車５４０のシャフト５４０Ａは、傘歯車本体５２２の開口部５２２Ｂを通って延在し、第２傘歯車５３８に結合されている。１つの具体的な実施形態では、第２平歯車５３８は、幾何学的結合を介して第３従動傘歯車５４０のシャフト５４０Ａに嵌合可能に結合されている。第３従動傘歯車５４０は、第７軸受５４２および第８軸受５４４によって拘束されている。一実施態様によれば、両軸受５４２、５４４は、傘歯車本体５２２内に配置されるかまたは圧入されている。軸受５４２、５４４は、ばね５４６を用いて予荷重が与えられ、保持リング５４８により並進可能に拘束されている。一実施形態では、ばね５４６は皿ばね５４６である。
【0095】
第３従動傘歯車５４０は、第４従動傘歯車（本明細書では「ヨー出力歯車」または「出力歯車」とも呼ぶ）５５０に嵌合可能に結合されており、第３従動傘歯車５４０の回転により出力歯車５５０が回転する。出力歯車５５０は、第９軸受５５２および第１０軸受５５４により拘束されている。一実施形態によれば、軸受５５２、５５４は、傘歯車本体５２２により適所に保持されている。さらに、歯車５５０は、保持リング５５６により並進可能に拘束されている。
【0096】
図１２Ａおよび図１２Ｂに示すようなこの実施形態では、ピッチ回転、ヨー回転およびロール回転が結合される。すなわち、回転のうちの１つの作動により、他の回転のうちの少なくとも１つの作動が、それらの結合された性質の結果としてもたらされ、二次作動が望ましくない場合、何らかの反作用が発生しなければならない。たとえば、肩に結合されたデバイスアームを「上下に」移動させる（ピッチ）ことが望ましい場合、傘歯車５０２が回転するように作動するため、上述したように歯車５２０が回転する。しかしながら、それは、傘歯車５０２の作動によってもたらされる唯一の運動ではない。すなわち、これらの駆動構成要素の結合された性質により、出力ギア５５０の回転も同様にもたらされる。その二次回転が望ましくない場合、出力歯車５５０の回転を阻止するように傘歯車５０４の反作用作動により無効にしなければならない。同様に、ヨー（駆動シャフト４０Ａの長手方向軸を中心とする肩ハウジング５００の回転）をもたらす駆動構成要素の作動もまた、幾分かのピッチおよびロールをもたらす可能性がある。したがって、これらの３つの回転の結合された性質には、二次作動が望ましくない場合、反作用作動が必要である。
【0097】
一実施態様によれば、傘歯車本体５２２は、図１２Ａに最もよく示すように互いに結合された２つの構成要素５２２Ｃ、５２２Ｄから構成されている。別法として、傘歯車本体５２２は、単一の一体構成要素５２２であり得る。
【0098】
図１３～図１７Ｄに最もよく示すようなさらなる実施形態は、ロボットアームの肩関節、肘関節、手首関節または他の関節に組み込むことができる関節実施態様に関する。これらの関節実施形態は、４自由度を有するが、場合により、３つのモータのみを必要とする。いくつかの実施態様では、手首関節に以下の関節実施形態を組み込むことができるため、４自由度を有する手首関節がもたらされ、それは、既知のロボット把持具動力伝達機構より２自由度多い。このため、手首関節実施形態は、既知の手首関節と比較して、外科医に対しより器用さを提供する、巧みに考案された手首関節である。他の実施態様では、肩関節に以下の関節実施形態を組み込むことができるため、４自由度が肩関節を通りそれに結合されたロボットアーム内に伝わることができる。この実施形態の結果として、より大型のモータを使用して、それに結合されたロボットアームの関節を作動させることができ、かつ、より大型のモータはまた、アーム構成要素の長さが、モータ寸法のみではない要素に基づいて決定されることも可能にする。
【0099】
上述したように、これらの実施形態は、３つのモータのみを利用して、４自由度を制御することができる。詳細に後述するように、３つのモータのみを有するこれらの構成は、３つのモータすべてが、４自由度が具現化される共有状態で互いに結合されるため、可能である。後述するように、３つのモータの結合は、いくつかの方法で達成することができ、それには、意図的なコマンドのみがロボット関節を作動させるように、出力のうちの１つに制動力条件を提供することが含まれる。
【0100】
【0101】
図１３は、一組の入れ子式駆動シャフト６０２、６０４、６０６、６０８を有する関節６００の正面断面図を示す。より具体的には、４つの入れ子式駆動シャフト６０２、６０４、６０６、６０８の組は、第１（本明細書では「内側」とも呼ぶ）駆動シャフト６０２、第２（「第１中間」とも呼ぶ）駆動シャフト６０４、第３（「第２中間」とも呼ぶ）駆動シャフト６０６および第４（「外側」とも呼ぶ）駆動シャフト６０８を含む。図１３に示すようなこれらの駆動シャフト６０２、６０４、６０６、６０８の具体的な長さは、単に例示的なものであり、関節６００が肩関節であるか、肘関節であるか、手首関節であるかまたは他の何らかの種類の関節であるかを含む、さまざまな状況に応じて、長さを変更することができる。
【0102】
第１駆動シャフト６０２は、図示するように、第２駆動シャフト６０４内に回転可能に配置され、図示するようにその基端部に固定してまたは一体的に取り付けられた第１従動歯車６１０を有する。第１駆動シャフト６０２は、その基端部において、第１基端側軸受６４０および第２基端側軸受６４２により支持されており、第１軸受６４０は関節６００の筐体（図示せず）によって支持され、第２軸受６４２は第２従動歯車６１２によって支持されている。第１駆動シャフト６０２は、その先端部において、図１３、図１４Ａおよび図１４Ｂに最もよく示すように、第１傘歯車６２０に回転結合されている。一実施形態によれば、駆動シャフト６０２は、幾何学的結合を介して歯車６２０に結合されており、歯車６２０は、ボルト６６０により駆動シャフト６０２に対して軸方向に保持されている。駆動シャフト６０２および歯車６２０は、第１先端側軸受６５０において半径方向に拘束されている。
【0103】
第１傘歯車６２０は、図１３、図１４Ａおよび図１４Ｂに最もよく示すように、第１中間傘歯車６８０に回転可能に結合されている。傘歯車６８０は、回転式シリンダ６８１に固定して結合されているかまたは一体化しており、回転式シリンダ６８１は駆動ポスト６６２に固定して結合されており、駆動ポスト６６２は、回転式シリンダ６８１から関節６００の先端部に向かって先端側に延在している。駆動ポスト６６２は、第１ポストボルト６６４および第２ポストボルト６６６により適所に保持され、第１ポスト軸受６６８および第２ポスト軸受６７０により拘束されている。第１中間傘歯車６８０の回転により、傘歯車６８０の軸を中心とするシリンダ６８１が回転し、それにより、駆動ポスト６６２が、駆動シャフト６０２、６０４、６０６、６０８の回転軸に対して直交する、傘歯車６８０の軸を中心に回転する。その結果、回転式シリンダ６８１に対して先端側の関節６００の部分は、駆動ポスト６６２とともに回転する。したがって、第１従動歯車６１０に結合されたモータ（図示せず）の作動により第１従動歯車６１０が回転して、第１駆動シャフト６０２が回転する。第１駆動シャフト６０２の回転により第１傘歯車６２０が回転して、駆動シャフト６０２、６０４、６０６、６０８の回転軸に対して直交する軸を中心とする第１中間傘歯車６８０の回転がもたらされる。また、第１中間傘歯車６８０の回転により回転式シリンダ６８１が回転して、駆動ポスト６６２が回転することで、第１中間傘歯車６８０と同じ回転軸を中心とする、第１中間傘歯車６８０に対して先端側の関節６００の部分が回転する。
【0104】
第２駆動シャフト６０４は、図示するように第３駆動シャフト６０６内に回転可能に配置され、その基端部において固定してまたは一体的に取り付けられた第２従動歯車６１２を有する。第２駆動シャフト６０４は、その基端部において、第２基端側軸受６４２および第３基端側軸受６４４により支持されており、第２軸受６４２は第２従動歯車６１２によって支持され、第３軸受６４４は第３従動歯車６１４によって支持されている。第２駆動シャフト６０４は、その先端部において、図１３、図１４Ａおよび図１４Ｂに最もよく示すように、第２傘歯車６２２に回転結合されている。一実施形態によれば、駆動シャフト６０４は、幾何学的結合を介して歯車６２２に結合されており、駆動シャフト６０４および歯車６２２は、第２先端側軸受６５２によって拘束されている。
【0105】
第２傘歯車６２２は、図１３、図１４Ａおよび図１４Ｂに最もよく示すように、第２中間傘歯車６８２に回転可能に結合されている。さらに、傘歯車６８２は、第１出力傘歯車６９０に回転可能に結合されており、第１出力傘歯車６９０は、第１（または「内側」）回転式力部材６７２に回転結合されているかまたは一体化されている。第２中間傘歯車６８２は、第３先端側軸受６５４により支持され、第３先端側軸受６５４は、第１中間傘歯車６８０の一部により支持されている。したがって、第２従動歯車６１２に結合されたモータ（図示せず）の作動により第２従動歯車６１２が回転することで、第２駆動シャフト６０４が回転する。第２駆動シャフト６０４の回転により第２傘歯車６２２が回転することで、駆動シャフト６０２、６０４、６０６、６０８の回転軸に対して直交する軸を中心とする第２中間傘歯車６８２の回転がもたらされる。また、第２中間傘歯車６８２の回転により、駆動シャフト６０２、６０４、６０６、６０８の回転軸に対して平行な軸を中心とする第１出力傘歯車６９０の回転がもたらされ、それにより、同じ回転軸を中心とする第１回転式出力部材６７２が回転する。第１回転式出力部材６７２は、ロボットデバイスの関節６００の位置に応じて、ロボットアーム手首、エンドエフェクタ、ロボット上腕の一部等、作動可能構成要素に結合されるように構成されている。
【0106】
第３駆動シャフト６０６は、図示するように、第４駆動シャフト６０８内に回転可能に配置され、その基端部において固定してまたは一体的に取り付けられた第３従動歯車６１４を有する。第３駆動シャフト６０６は、その基端部において、第３基端側軸受６４４および第４基端側軸受６４６により支持され、第３軸受６４４は第３従動歯車６１４によって支持され、第４歯車６４６は第４従動歯車６１６によって支持されている。第３駆動シャフト６０６は、その先端部において、図１３、図１４Ａおよび図１４Ｂに最もよく示すように、第３傘歯車６２４に回転結合されている。一実施形態によれば、駆動シャフト６０６は、幾何学的結合を介して歯車６２４に結合されており、駆動シャフト６０６および歯車６２４は、第４先端側軸受６５６により拘束されている。
【0107】
第３傘歯車６２４は、図１３、図１４Ａおよび図１４Ｂに最もよく示すように、第３中間傘歯車６８４に回転可能に結合されている。さらに、傘歯車６８４は、第２出力傘歯車６９２に回転可能に結合されており、第２出力傘歯車６９２は、第２（または「外側」）回転式出力部材６７４に回転結合されているかまたは一体化されている。第３中間傘歯車６８４は、第５先端側軸受６５７により支持されている。第２出力傘歯車６９２は、第１出力軸受６９４および第２出力軸受６９６により第１出力傘歯車６９０に対して支持されている。したがって、第３従動歯車６１４に結合されたモータ（図示せず）の作動により、第３従動歯車６１４が回転することで、第３駆動シャフト６０６が回転する。第３駆動シャフト６０６の回転により第３傘歯車６２４が回転することで、駆動シャフト６０２、６０４、６０６、６０８の回転軸に対して直交する軸を中心とする第３中間傘歯車６８４の回転がもたらされる。また、第３中間傘歯車６８４の回転により、駆動シャフト６０２、６０４、６０６、６０８の回転軸に対して平行な軸を中心とする第２出力傘歯車６９２の回転がもたらされ、それにより、同じ回転軸を中心とする第２回転式出力部材６７４の回転がもたらされる。第２回転式出力部材６７４は、ロボットデバイスの関節６００の位置に応じて、ロボットアーム手首、エンドエフェクタ、ロボット上腕の一部等、作動可能構成要素に結合されるように構成されている。
【0108】
第４駆動シャフト６０８は、第３駆動シャフト６０６の周囲に（したがって、同様に第１駆動シャフト６０２および第２駆動シャフト６０４の周囲に）回転可能に配置され、その基端部において固定してまたは一体的に取り付けられた第４従動歯車６１６を有する。第４駆動シャフト６０８は、その基端部において第４基端側軸受６４６および第５基端側軸受６４８により支持され、第４軸受６４６は第４従動歯車６１６によって支持され、第５軸受６４８は関節６００の筐体（図示せず）によって支持されている。さらに、第５軸受６４８は、保持リング６４９により適所に保持されている。第４駆動シャフト６０８は、その先端部において、図１３、図１４Ａおよび図１４Ｂに最もよく示すように、第１保持部材７００に回転結合されているかまたは一体化されている。第１保持部材７００は、図１３および図１４Ａに最もよく示すように、２つのアーム７００Ａ、７００Ｂを有し、２つのアーム７００Ａ、７００Ｂの間に、回転式シリンダ６８１および取り付けられた第１中間傘歯車６８０が配置されている。さらに、アーム７００Ａ、７００Ｂそれぞれを通して２つのボルト７０２、７０４が位置決めされ、回転式シリンダ６８１内にねじ込まれている。２つのボルト７０２、７０４は、図１３に最もよく示すように、第１ボルト軸受７０６および第２ボルト軸受７０８によって半径方向に支持されている。より具体的には、２つのボルトは、軸受７０６および７０８内に嵌まるような大きさである（図１３に最もよく示すような）頭部７０２Ａ、７０４Ａを有する。頭部７０２Ａ、７０４Ａは、それぞれワッシャ７１０、７１２と接触するように位置決めされている（または、それらの「上に載っている」）。
【0109】
したがって、第４従動歯車６１６に結合されたモータ（図示せず）の作動により第４従動歯車６１６が回転することで、第４駆動シャフト６０８が回転する。第４駆動シャフト６０８の回転により、駆動シャフト６０２、６０４、６０６、６０８の回転軸に対して平行である軸を中心とする第１保持部材７００の回転がもたらされる。保持部材７００の回転により２つのアーム７００Ａ、７００Ｂが回転することで２つのボルト７０２、７０４が回転して、回転式シリンダ６８１および関節６００の（軸受６４８に対して先端側の）先端部全体が回転する。
【0110】
駆動シャフト６０２、６０４、６０６、６０８の基端部における従動歯車６１０、６１２、６１４、６１６は、それぞれ、モータ（図示せず）によって駆動される歯車（図示せず）に結合されるように構成されている。この具体的な例示的な図では、モータおよび関連する歯車は省略されている。一実施形態によれば、モータおよび関連する歯車は、図３Ｂに示すものと同様に構成することができる。別法として、モータの任意の構成を使用することができる。
【0111】
この実施態様では、関節６００は４自由度を提供する。たとえば、１自由度は、第１駆動シャフト６０２の回転式シリンダ６８１および駆動ポスト６６２への結合を介して達成され、この結合により、駆動シャフト６０２、６０４、６０６、６０８の回転軸に対して直交する回転軸を中心とする、第１中間傘歯車６８０に対して先端側の関節６００の部分が回転する。別の自由度は、第２駆動シャフト６０４の第１（または「内側」）回転式出力部材６７２への結合を介して達成され、この結合により、駆動シャフト６０２、６０４、６０６、６０８の回転軸に対して平行な軸を中心とする出力部材６７２の回転がもたらされる。さらなる自由度は、第３駆動シャフト６０６の第２（または「外側」）回転式出力部材６７４への結合により達成され、その結合により、駆動シャフト６０２、６０４、６０６、６０８の回転軸に対して平行な軸を中心とする出力部材６７４の回転がもたらされる。最後に、別の自由度は、第４駆動シャフト６０８の第１保持部材７００への結合または組込みを介して達成され、この結合または組込みにより、駆動シャフト６０２、６０４、６０６、６０８の回転軸に対して平行である軸を中心とする関節６００の（軸受６４８に対して先端側の）先端部全体の回転がもたらされる。
【0112】
いくつかの代替実施形態では、関節６００はまた、任意選択的な受動保持部材（「第２保持部材」とも呼ぶ）７２０も有することができる。受動保持部材７２０は、典型的には、関節６００が手首関節６００である実施形態において組み込まれるが、他のタイプの関節にも同様に組み込むことができる。１つの具体的な例では、受動保持部材７２０は、関節６００を図９Ａ～図９Ｃに示すエンドエフェクタ３２０に結合するために使用することができる。一実施態様によれば、受動保持部材７２０は、第１回転式出力部材６７２および第２回転式出力部材６７４のための固定基礎を提供する。保持部材７２０は、部材７２０の外面に画定されたチャネル７２２を有し、チャネル７２２は、部材７２０に任意の可撓性外側保持スリーブ（図示せず）を固定するのに役立つように使用することができる。保持部材７２０は、ボルト頭部７０２Ａ、７０４Ａの上に、ボルト頭部７０２Ａ、７０４Ａが部材７２０を関節６００と結合した状態で保持するのに役立つように位置決めされ、第１保持部材軸受７２４および第２保持部材軸受７２６は、部材７２０と頭部７０２Ａ、７０４Ａとの間のインタフェースとしての役割を果たす。
【0113】
他の実施形態では、図１４Ａに最もよく示すように、関節６００は受動保持部材を有していない。いくつかの実施態様では、これは、関節６００が手首関節ではなく肩関節６００である場合に利用される構成である。
【0114】
図１５Ａ～図１７Ｄに、代替的な関節実施態様を最もよく示し、そこでは、関節は、上述したように４自由度を有するが、３つのモータのみを必要とする。いくつかの実施態様では、以下の関節実施形態は手首関節に組み込むことができるが、他の実施態様では、関節実施形態は肩関節に組み込むことができる。上述したように、これらの３つのモータ構成は、３つのモータすべてが、第４自由度が具現化される共有状態で互いに結合されるため、可能である。より具体的には、３つのモータの結合は、いくつかの方法で達成することができ、それには、意図的なコマンドのみがロボット関節を作動させるように出力のうちの１つの制動力条件を提供することが含まれる。
【0115】
図１５Ａおよび図１５Ｂは、図１３～図１４Ｂに関して上述した構成と同様の構成で後述するように別個の傘歯車に結合される、一組の入れ子式駆動シャフト（図示せず）を有する、一実施形態による関節８００の正面断面図を示す。この特定の実施態様では、実際の入れ子式駆動シャフトは示さないが、駆動シャフト（図示せず）は、図１３～図１４Ｂに関して上述したものと実質的に同様である。より具体的には、この実施形態では、関節８００は、第１（本明細書では「内側」とも呼ぶ）駆動シャフト（図示せず）、第２（「中間」とも呼ぶ）駆動シャフト（図示せず）および第３（「外側」とも呼ぶ）駆動シャフト（図示せず）を含む、３つの入れ子式駆動シャフトの組を有する。
【0116】
第１駆動シャフト（図示せず）は、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１６Ａ、図１６Ｂおよび図１７Ａに最もよく示すように、第１傘歯車８０２に回転結合されており、それにより、駆動シャフト（図示せず）の回転により第１傘歯車８０２が回転する。一実施形態によれば、駆動シャフト（図示せず）は幾何学的結合を介して歯車８０２に結合され、歯車８０２は、駆動シャフト（図示せず）にねじ込まれるボルト８０４により駆動シャフト（図示せず）に対して軸方向に保持されている。駆動シャフト（図示せず）および歯車８０２は、後述する、第２傘歯車８３０に挿入されている第１軸受８０６において拘束されている。
【0117】
第１傘歯車８０２は、図１５Ａ、１５Ｂ、図１６Ａ、図１６Ｂおよび図１７Ａに最もよく示すように、第１中間傘歯車８１０に回転可能に結合されており、第１傘歯車８０２が回転することで第１中間傘歯車８１０が回転する。中間傘歯車８１０は、第１出力傘歯車８１２に回転可能に結合されており、第１中間傘歯車８１０の回転により第１出力傘歯車８１２が回転する。第１中間傘歯車８１０は、第３中間傘歯車８５４に挿入されている第２軸受８１４により軸方向に拘束されている。第１出力傘歯車８１２は、第２出力傘歯車８３６に挿入されている第３軸受８１６および第４軸受８１８により拘束されている。さらに、第１出力傘歯車８１２は、第５軸受８２０および軸方向ボルト８２２とともに、詳細に後述するクロスバー８５６とインタフェースする場所においてさらに拘束されている。第５軸受８２０は、クロスバー８５６から第１出力傘歯車８１２を回転に関して分離する（それらの間に回転インタフェースを提供する）。出力傘歯車８１２は、第１汎用出力インタフェース８２４に回転結合されているかまたは一体化されており、第１汎用出力インタフェース８２４は、作動するように意図されている任意の構成要素に結合することができる。別法として、傘歯車８１２に、任意のタイプの既知の結合構成要素またはインタフェースを結合するかまたは一体化させることができる。
【0118】
したがって、第１駆動シャフト（図示せず）に結合されたモータ（図示せず）の作動により、第１駆動シャフト（図示せず）が回転する。第１駆動シャフト（図示せず）の回転により、第１傘歯車８０２が回転することで、第１傘歯車８０２の回転軸に対して直交する軸を中心とする第１中間傘歯車８１０の回転がもたらされる。また、第１中間傘歯車８１０の回転により第１出力傘歯車８１２が回転することで、第１傘歯車８０２と同じ回転軸を中心とする第１汎用出力インタフェース８２４の回転がもたらされる。
【0119】
第２駆動シャフト（図示せず）は、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１６Ａ、図１６Ｂおよび図１７Ｂに最もよく示すような第２傘歯車８３０に回転結合されており、駆動シャフト（図示せず）が回転することで第２傘歯車８３０が回転する。一実施形態によれば、駆動シャフト（図示せず）は幾何学的結合を介して第２傘歯車８３０に結合されており、第２傘歯車８３０は、一部には、第１駆動シャフト（図示せず）にねじ込まれている上述したボルト８０４により、駆動シャフト（図示せず）に対して軸方向に保持されている。一実施形態によれば、ボルト８０４は、第１傘歯車８０２および第２傘歯車８３０に対して、軸方向移動を最小限にするかまたは阻止するように加圧する。第２駆動シャフト（図示せず）および第２傘歯車８３０は、後述する、第３傘歯車８５０に挿入される第６軸受８３２において拘束されている。
【0120】
第２傘歯車８３０は、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１６Ａ、図１６Ｂおよび図１７Ｂに最もよく示すように、第２中間傘歯車８３４に回転可能に結合されており、第２傘歯車８３０が回転することで第２中間傘歯車８３４が回転する。第２中間傘歯車８３４は、第２出力傘歯車８３６に回転可能に結合されており、第２中間傘歯車８３４が回転することで第２出力傘歯車８３６が回転する。第２中間傘歯車８３４は、ボルト８４０のクロスバー８５６との螺合とともに、クロスバー８５６に配置されている第７軸受８３８により軸方向に拘束されている。第２出力傘歯車８３６は、上述した第３軸受８１６および第４軸受８１８により拘束されている。第２出力傘歯車８３６は、作動するように意図されている任意の構成要素に結合することができる第２汎用出力インタフェース８４２に回転結合されているかまたは一体化されている。別法として、第２出力傘歯車８３６に任意のタイプの既知の結合部品またはインタフェースを結合しまたは一体化させることができる。
【0121】
したがって、第２駆動シャフト（図示せず）に結合されたモータ（図示せず）の作動により、第２駆動シャフト（図示せず）が回転する。第２駆動シャフト（図示せず）の回転により第２傘歯車８３０が回転することで、第２傘歯車８３０の回転軸に対して直交する軸を中心とする第２中間傘歯車８３４の回転がもたらされる。また、第２中間傘歯車８３４の回転により第２出力傘歯車８３６が回転することで、第２傘歯車８３０と同じ回転軸を中心とする第２汎用出力インタフェース８４２の回転がもたらされる。
【0122】
第３駆動シャフト（図示せず）は、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１６Ａ、図１６Ｂおよび図１７Ｃに最もよく示すような第３傘歯車８５０に回転結合されており、駆動シャフト（図示せず）の回転により第３傘歯車８５０が回転する。一実施形態によれば、駆動シャフト（図示せず）は、幾何学的結合を介して第３傘歯車８５０に結合されており、第３傘歯車８５０は、一部には、第１駆動シャフト（図示せず）にねじ込まれている上述したボルト８０４により、駆動シャフト（図示せず）に対して軸方向に保持されている。第３駆動シャフト（図示せず）および第３傘歯車８５０は、後述する、関節８００の筐体（図示せず）に挿入されている第８軸受８５２において拘束されている。一実施態様では、保持リング８５８が第３傘歯車８５０のシャフト上に配置されており、それにより、第８軸受８５２に対して第３傘歯車８５０を軸方向に移動させることができない。
【0123】
第３傘歯車８５０は、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１６Ａ、図１６Ｂおよび図１７Ｃに最もよく示すように、第３中間傘歯車８５４に回転可能に結合されており、第３傘歯車８５０が回転することで第３中間傘歯車８５４が回転する。中間傘歯車８５４は、回転式シリンダ（本明細書では「クロスバー」とも呼ぶ）８５６に回転結合されているかまたは一体化されており、第３中間傘歯車８５４が回転することで回転式シリンダ８５６が回転する。第２中間傘歯車８３４は、ボルト８４０のクロスバー８５６との螺合とともに、ともにクロスバー８５６に配置されている第２軸受８１４および第７軸受８３８により軸方向に拘束されている。クロスバー８５６は、クロスバー８５６から先端側の部分である、関節８００の先端部分に回転結合されており、この回転式クロスバー８５６により、第３傘歯車８５０の軸に対して直交する軸を中心とする関節８００の先端部分が回転する。関節８００の先端部分の上に、一実施形態による先端側筐体８６０が配置されている。一実施態様では、先端側筐体８６０は、本明細書の別の場所で考察したシステム等、任意の外部封止バッグシステムのための封止面を提供する。
【0124】
したがって、第３駆動シャフト（図示せず）に結合されたモータ（図示せず）の作動により、第３駆動シャフト（図示せず）が回転する。第３駆動シャフト（図示せず）の回転により第３傘歯車８５０が回転して、第３傘歯車８５０の回転軸に対して直交する軸を中心とする第３中間傘歯車８５４の回転がもたらされる。また、第３中間傘歯車８５４の回転によりクロスバー８５６が回転することで、第３傘歯車８５０に対して直交する回転軸を中心とする関節８００の先端部分が回転する。
【0125】
第１出力傘歯車８１２および第２出力傘歯車８３６ならびに回転式クロスバー８５６に関して上述した３つの異なる自由度に加えて、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１６Ａ、図１６Ｂおよび図１７Ｄに最もよく示すように、関節８００の一部の上に位置決めされている支持部材（本明細書では「間隔空け部材」とも呼ぶ）８７０により、第４自由度を提供することができる。より具体的には、支持部材８７０は第１アーム８７２および第２アーム８７４を有し、両アームは、支持部材８７０がボルト８４０、８４１の頭部を拘束するように、ボルト８４０、８４１の頭部を受け入れるように構成された開口部８７６、８７８を有し、それにより、傘歯車セットの結合および間隔空け（第１傘歯車８０２および第１中間傘歯車８１０の結合、第２傘歯車８３０および第２中間傘歯車８３４の結合、ならびに第３傘歯車８５０および第３中間傘歯車８５４の結合）が維持される。アーム８７２、８７４は、支持部材８７０が第３傘歯車８５０に対して回転可能であるように、第３傘歯車８５０と接触するインタフェース８８０、８８２を有する。
【0126】
いくつかの実施態様では、支持部材８７０は、関節８００が、４自由度での移動を可能にするために複雑なモータ（通常、非常に高価な構成要素）を４つではなく３つのみ使用するのを可能にする。すなわち、３つの高価なモータは、第４自由度が具現化されるような共有状態で互いに結合される。たとえば、結合は、意図されたコマンドのみが関節を作動させるように、出力のうちの１つに（より小型の、より複雑性の低い、かつ安価なモータの形態で）制動システムを提供することにより、達成することができる。言い換えれば、制動のための単純なモータの使用により、傘歯車差動システムの結合された性質を利用することが可能になる。
【0127】
使用時、本明細書に開示したかまたは本明細書で企図したさまざまなデバイス実施形態を利用して、たとえば腹膜腔等、患者の標的腔内で低侵襲手術が実施される。いくつかの実施態様では、図１Ａを参照して、デバイス本体１２は、肩１４、１６およびそれらに取り付けられたアームが標的腔内に位置決めされるように、切開部を通して標的腔内に位置決めされ、シャフト部１２Ｂは切開部を通して配置され、モータ部１２Ａは患者の体外に位置決めされる。それらの実施態様では、デバイス本体１２は、患者の体外の何らかのタイプの支持構成要素に取り付けられて、安定性を提供し、本体１２が望ましい場合は固定されたままであることを確実にする。
【0128】
複数の実施形態について開示しているが、当業者であれば、本発明の例示的な実施形態を示しかつ記載する以下の詳細な説明から、本発明のさらに他の実施形態が明らかとなろう。本発明は、理解されるように、すべてが本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、さまざまな明白な態様における変更が可能である。したがって、図面および詳細な説明は、限定的ではなく本質的に例示的なものとして解釈されるべきである。
【0129】
本発明について、好ましい実施形態に関して説明したが、当業者であれば、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく形態および詳細を変更することができることが理解されよう。
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図12A】
【図12B】
【図13】
【図14A】
【図14B】
【図15A】
【図15B】
【図16A】
【図16B】
【図17A】
【図17B】
【図17C】
【図17D】