特許 7142651 ロボット外科用器具

(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】2022-09-15

(45)【発行日】2022-09-27

(54)【発明の名称】ロボット外科用器具

(51)【国際特許分類】

   A61B 34/30 20160101AFI20220916BHJP

   B25J 15/08 20060101ALI20220916BHJP

【ＦＩ】

A61B34/30

B25J15/08 D

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2019567231

(86)(22)【出願日】2018-06-06

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-07-30

(86)【国際出願番号】 GB2018051543

(87)【国際公開番号】W WO2018224826

(87)【国際公開日】2018-12-13

【審査請求日】2021-03-29

(31)【優先権主張番号】1709016.8

(32)【優先日】2017-06-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(31)【優先権主張番号】1709017.6

(32)【優先日】2017-06-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(31)【優先権主張番号】1713625.0

(32)【優先日】2017-08-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(73)【特許権者】

【識別番号】516263638

【氏名又は名称】シーエムアール サージカル リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＣＭＲ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＬＩＭＩＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110001966

【氏名又は名称】特許業務法人笠井中根国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100147717

【弁理士】

【氏名又は名称】中根 美枝

(74)【代理人】

【識別番号】100103252

【弁理士】

【氏名又は名称】笠井 美孝

(72)【発明者】

【氏名】チャップリン，ベン ロバート

【審査官】鈴木 敏史

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００８／００４６１２２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００２７６５６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０７１６９１４１（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】特開２０１７－０４７２４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ３４／３０

Ｂ２５Ｊ １５／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シャフトと、
エンドエフェクタエレメントと、
前記エンドエフェクタエレメントを関節運動させるための前記シャフトの遠位端における関節部と、
前記シャフトの近位端に配置された器具インターフェースと、を備え、
前記関節部は、前記エンドエフェクタエレメントが前記シャフトの長手方向の軸に対してある範囲の構成を採用することを可能にする第１および第２のジョイントを備え、
前記第１のジョイントは、第１の駆動エレメントのペアによって駆動可能であり、前記第２のジョイントは、第２の駆動エレメントのペアによって駆動可能であり、
前記器具インターフェースは、第１のシャーシ部分を第２のシャーシ部分に取り付けることにより形成されたシャーシを含み、前記第１のシャーシ部分は、前記シャフトが取り付けられる取付面を備え、
前記第１の駆動エレメントのペアは、前記第１のシャーシ部分に支持されており、前記第２の駆動エレメントのペアは、前記第２のシャーシ部分に支持されているロボット外科用器具。

【請求項2】

前記第１の駆動エレメントのペアを駆動するための第１のインターフェースエレメントと、前記第２の駆動エレメントのペアを駆動するための第２のインターフェースエレメントをさらに含み、
前記第１のインターフェースエレメントは、前記シャーシに対する前記第１のインターフェースエレメントの変位が前記第１の駆動エレメントのペアに伝達されるように、前記第１の駆動エレメントのペアに固定されており、
前記第２のインターフェースエレメントは、前記シャーシに対する前記第２のインターフェースエレメントの変位が前記第２の駆動エレメントのペアに伝達されるように、前記第２の駆動エレメントのペアに固定されている請求項１に記載のロボット外科用器具。

【請求項3】

前記第１および第２のインターフェースエレメントは、それぞれの最大変位範囲で直線的に変位可能であり、前記第１のインターフェースエレメントの前記最大変位範囲は、前記第２のインターフェースエレメントの前記最大変位範囲より小さい請求項２に記載のロボット外科用器具。

【請求項4】

前記第１のインターフェースエレメントは、前記第１のシャーシ部分に摺動可能に取り付けられており、前記第２のインターフェースエレメントは、前記第２のシャーシ部分に摺動可能に取り付けられている請求項２または請求項３に記載のロボット外科用器具。

【請求項5】

前記器具インターフェースは、前記第１の駆動エレメントのペアの動きがその周りに制約される第１の組のプーリーをさらに含み、前記第１の組のプーリーは、前記第１のシャーシ部分に回転可能に固定されており、前記器具インターフェースは、前記第２の駆動エレメントのペアの動きがその周りに制約される第２の組のプーリーをさらに含み、前記第２の組のプーリーは、前記第２のシャーシ部分に回転可能に固定されている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のロボット外科用器具。

【請求項6】

前記第１の組のプーリーは、前記シャフトの前記長手方向の軸を含む前記器具インターフェースの前記中央平面上に位置している請求項５に記載のロボット外科用器具。

【請求項7】

前記取付面は、前記第１のシャーシ部分の一部を形成する遠位ブロック部と一体的に形成され、前記遠位ブロック部は、前記第２のシャーシ部分の一部を形成する近位ブロック部と組み合わされており、前記取付面は、前記シャフトの前記長手方向を横切っている請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のロボット外科用器具。

【請求項8】

前記第１の駆動エレメントのペアは、前記器具インターフェースの中心平面上に位置しており、前記第２の駆動エレメントのペアは、前記器具インターフェースの前記中央平面の一方側に位置している請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のロボット外科用器具。

【請求項9】

前記第１および第２の駆動エレメントのペアは、前記シャフトを介して前記器具インターフェースと前記関節部の間に延在する請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のロボット外科用器具。

【請求項10】

前記第１のジョイントは、前記エンドエフェクタエレメントを前記シャフトの前記長手方向の軸を横切る第１の軸周りに回転可能とされ、前記第２のジョイントは、前記エンドエフェクタエレメントが前記シャフトと位置合わせされている直線構成にあるとき、前記エンドエフェクタエレメントを前記第１の軸を横切る第２の軸の周りに回転可能とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のロボット外科用器具。

【請求項11】

第２のエンドエフェクタエレメントをさらに含み、前記関節部は第３のジョイントを含み、前記第３のジョイントは第３の駆動エレメントのペアによって駆動可能であり、前記第３の駆動エレメントのペアは前記第１のシャーシ部分に支持されており、前記第３のジョイントは、前記第２のエンドエフェクタエレメントを前記第２の軸周りに回転可能とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のロボット外科用器具。

【請求項12】

前記第３の駆動エレメントのペアを駆動する第３のインターフェースエレメントをさらに備え、前記第３のインターフェースエレメントは、前記シャーシに対する前記第３のインターフェースエレメントの変位が前記第３の駆動エレメントのペアに伝達されるように前記第３の駆動エレメントのペアに固定されている請求項１１に記載のロボット外科用器具。

【請求項13】

前記第３のインターフェースエレメントは、前記第１のシャーシ部分に摺動可能に取り付けられている請求項１２に記載のロボット外科用器具。

【請求項14】

前記器具インターフェースは、前記第３の駆動エレメントのペアの動きがその周りに制約される第３の組のプーリーをさらに備え、前記第３の組のプーリーは、前記第１のシャーシ部分に回転可能に固定されている請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載のロボット外科用器具。

【請求項15】

前記第３の駆動エレメントのペアは、前記第２の駆動エレメントのペアと同一の位置精度要件を有している請求項１１から請求項１４のいずれか１項に記載のロボット外科用器具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、互いに結合された第１および第２のシャーシ部分を含む器具インターフェースを有するロボット外科用器具に関するものである。

【背景技術】

【0002】

手術を支援して行うためにロボットを用いることが知られている。図１は、ベース１０８と、アーム１０２と、外科用器具１０５とからなる代表的な外科用ロボット１００を示している。ベース１０８は外科用ロボット１００を支持して、それ自体は、例えば、手術室の床や手術室の天井あるいはトロリーに堅固に取り付けられている。アーム１０２は、ベース１０８と外科用器具１０５との間に延在している。アーム１０２は、その長さに沿って複数の可撓性ジョイント１０３によって関節接続されており、かかるジョイント１０３は、患者に対して所望の位置に外科用器具１０５を配置するために用いられている。外科用器具１０５は、ロボットアームの遠位端１０４に取り付けられている。外科用器具１０５は、手術部位にアクセスするために、ポート１０７で患者１０１の身体に刺さっている。その遠位端１０４において、外科用器具１０５は、医療処置に携わるエンドエフェクタ１０６を備えている。

【0003】

図２は、ロボット腹腔鏡手術を行うための代表的な外科用器具２００を示している。外科用器具２００は、外科用器具２００がロボットアームに接続するためのベース２０１を備えている。シャフト２０２は、ベース２０１と関節部２０３の間に延在している。関節部２０３は、エンドエフェクタ２０４で終端している。図２では、一対の鋸歯状の顎部がエンドエフェクタ２０４として例示されている。関節部２０３は、エンドエフェクタ２０４がシャフト２０２に対して動くことを可能にしている。関節部２０３によってエンドエフェクタ２０４の動きに少なくとも２つの自由度が与えられていることが望ましい。

【0004】

図３は、ピッチジョイント３０１および２つのヨージョイント３０２によってエンドエフェクタ２０４がシャフト２０２に対して動くことができる公知の外科用器具３００の一例を示している。ピッチジョイント３０１は、エンドエフェクタ２０４がピッチ軸３０３周りに回転することを可能にする。ヨージョイント３０２により、エンドエフェクタ２０４の各顎部がヨー軸３０４周りに回転することが可能になる。これらのジョイントはケーブル３０６，３０７，３０８によって駆動される。プーリー３０５は、ケーブル３０７および３０８をピッチジョイント３０１を越えてヨージョイント３０２に導くために用いられる。プーリー３０５は、関節部２０３の中心軸からオフセットされている。

【0005】

代表的な腹腔鏡手術では外科医は多くの外科用器具を利用し、それゆえ外科医は何度も外科用器具を交換する。したがって、１つの外科用器具がロボットアームから取り外されて異なる外科用器具が取り付けられる時間を最小にし、かつ容易性を最大化することが望ましい。加えて、ロボットアームに取り付けられた後、外科用器具を使用可能な状態にセットアップするのに要する時間を最小化することが望ましい。

【0006】

したがって、外科用器具３００は、その近位端において、器具インターフェースによってロボットアームの遠位端に取り付けられていてもよい。器具インターフェースは、ロボットアームのインターフェースに接続または係合していてもよい。外科用器具のジョイント（例えば、ジョイント３０１，３０２）を駆動するための機械的駆動は、ロボットアームインターフェースおよび器具インターフェースを介してロボットアームから外科用器具に伝達されていてもよい。

【発明の概要】

【0007】

本発明によれば、ロボット外科用器具は、シャフトと、エンドエフェクタエレメントと、前記エンドエフェクタエレメントを関節運動させるための前記シャフトの遠位端における関節部と、前記シャフトの近位端に配置された器具インターフェースと、を備え、前記関節部は、前記エンドエフェクタエレメントが前記シャフトの長手方向の軸に対して様々な構成を採用することを可能にする第１および第２のジョイントを備え、前記第１のジョイントは第１の位置精度要件を有する第１の駆動エレメントのペアによって駆動可能であり、前記第２のジョイントは前記第１の駆動エレメントのペアの位置精度要件よりも低い第２の位置精度要件を有する第２の駆動エレメントのペアによって駆動可能であり、前記器具インターフェースは、第１のシャーシ部分を第２のシャーシ部分に取り付けることによって形成されたシャーシを備え、前記第１のシャーシ部分は前記シャフトが取り付けられる取付面を備え、前記第１の駆動エレメントのペアは、前記第１のシャーシ部分に対して固定されている。

【0008】

第２の駆動エレメントのペアは、第２のシャーシ部分に対して固定されていてもよい。

【0009】

この器具は、さらに第１の器具インターフェースエレメントと第２の器具インターフェースエレメントを含んでいてもよい。
第１の器具インターフェースエレメントは、第１の駆動エレメントのペアを駆動するためのものであって、第１の器具インターフェースエレメントは、シャーシに対する第１の器具インターフェースエレメントの変位が第１の駆動エレメントのペアに伝達されるように、第１の駆動エレメントのペアに固定されている。
第２の器具インターフェースエレメントは、第２の駆動エレメントのペアを駆動するためのものであって、第２の器具インターフェースエレメントは、シャーシに対する第２の器具インターフェースエレメントの変位が第２の駆動エレメントのペアに伝達されるように、第２の駆動エレメントのペアに固定されている。

【0010】

第１および第２の器具インターフェースエレメントは、それぞれの最大変位範囲で直線的に変位可能であり、第１の器具インターフェースエレメントの最大変位範囲は、第２の器具インターフェースエレメントの最大変位範囲より小さくてもよい。

【0011】

第１の器具インターフェースエレメントは、第１のシャーシ部分に摺動可能に取り付けられていてもよい。

【0012】

第２の器具インターフェースエレメントは、第２のシャーシ部分に摺動可能に取り付けられていてもよい。

【0013】

器具インターフェースは、第１の駆動エレメントのペアの動きがその周りに制約される第１の組のプーリーをさらに備えていてもよく、第１の組のプーリーは、第１のシャーシ部分に回転可能に固定されていてもよい。

【0014】

第１の組のプーリーは、シャフトの長手方向の軸を含む器具インターフェースの中央平面上に位置していてもよい。

【0015】

器具インターフェースが、第２の駆動エレメントのペアの動きがその周りに制約される第２の組のプーリーをさらに備えていてもよく、第２の組のプーリーが、第２のシャーシ部分に回転可能に固定されていてもよい。

【0016】

取付面は、第１のシャーシ部分の一部を形成する遠位ブロック部と一体的に形成されてもよく、遠位ブロック部は、第２のシャーシ部分の一部を形成する近位ブロック部と組み合わされていてもよい。

【0017】

取付面は、シャフトの長手方向を横切っていてもよい。

【0018】

第１の駆動エレメントのペアは、器具インターフェースの中央平面上に位置していてもよい。

【0019】

第２の駆動エレメントのペアは、器具インターフェースの中央平面の一方側に位置していてもよい。

【0020】

第１および第２の駆動エレメントのペアは、シャフトを介して器具インターフェースと関節部の間に延在していてもよい。

【0021】

第１のジョイントが、エンドエフェクタエレメントをシャフトの長手方向の軸を横切る第１の軸周りに回転可能とされていてもよい。

【0022】

第２のジョイントが、エンドエフェクタエレメントがシャフトと位置合わせされている直線構成にあるとき、エンドエフェクタエレメントを第１の軸を横切る第２の軸周りに回転可能としてもよい。

【0023】

外科用器具は、第２のエンドエフェクタエレメントをさらに備えていてもよく、関節部が第３のジョイントを備えており、第３のジョイントは第３の駆動エレメントのペアによって駆動可能であり、第３の駆動エレメントのペアは第１のシャーシ部分に対して固定されていてもよい。

【0024】

第３ジョイントが、第２のエンドエフェクタエレメントを第２の軸周りに回転可能としてもよい。

【0025】

外科用器具は、第３の駆動エレメントのペアを駆動する第３の器具インターフェースエレメントをさらに備えていてもよく、第３の器具インターフェースエレメントが、シャーシに対する第３の器具インターフェースエレメントの変位が第３の駆動エレメントのペアに伝達されるように第３の駆動エレメントのペアに固定されていてもよい。

【0026】

第３の器具インターフェースエレメントが、第１のシャーシ部分に摺動可能に取り付けられていてもよい。

【0027】

器具インターフェースが、第３の駆動エレメントのペアの動きがその周りに制約される第３の組のプーリーをさらに備えていてもよく、第３の組のプーリーが、第１のシャーシ部分に回転可能に固定されていてもよい。

【0028】

第３の駆動エレメントのペアが、第２の駆動エレメントのペアと同一の位置精度要件を有していてもよい。

【0029】

駆動エレメントのペアが、ケーブルであってもよい。

【0030】

本発明を、添付図面を参照して説明する。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】図１は、外科手術を実行する外科用ロボットを示す。

【図2】図２は、公知の外科用器具を示す。

【図3】図３は、外科用器具の関節型エンドエフェクタの公知の構成を示す。

【図4】図４は、外科用ロボットを示す。

【図5】図５は、外科用器具の遠位端を示す。

【図6】図６は、外科用器具の遠位端のさらなる図を示す。

【図7】図７は、様々な構成の図５および図６の外科用器具の遠位端のプーリー配置を示す。

【図8】図８は、様々な非直線構成における外科用器具の遠位端を示す。

【図9】図９は、器具シャフト内の駆動エレメントの配置を示す。

【図10】図１０は、器具シャフト内の駆動エレメントの位置を示す器具シャフトの２つの断面図を示す。

【図11】図１１は、器具インターフェースを含む外科用器具の２つの図を示す。

【図12a】図１２ａは、器具インターフェースの上面図を示す。

【図12b】図１２ｂは、器具インターフェースの下面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0032】

本開示は、近位端に器具インターフェースを有し、２つのシャーシ部分の組み付けによって構成されたシャーシを有する、外科用ロボット器具を対象とする。シャーシは、器具インターフェースの組み立てを補助するために２つのシャーシ部分から形成されてもよい。シャーシは、２つのシャーシ部分が結合する結合部を含む。器具はまた、シャーシの取付面に取り付けられたシャフトを備える。シャフトは、その遠位端にエンドエフェクタエレメントと、エンドエフェクタエレメントをシャフトに対して関節運動させる関節部とを含む。駆動エレメント（例えば、ケーブル)は、器具インターフェースからシャフトを介して関節部のジョイントを駆動するために関節部に延び、それによってエンドエフェクタエレメントを関節運動させる。関節部の各ジョイントは、それぞれの駆動エレメントのペアによって駆動される。ジョイントの動きを制御できる精度は、駆動エレメントの位置精度（すなわち、駆動エレメントの位置を正確に制御することができるか)に依存する。

【0033】

駆動エレメントの１つのペアは、他のペアよりも高い位置精度要件を有していてもよく、例えば、駆動エレメントが器具インターフェース内で変位する手段、および／または駆動エレメントが駆動するジョイントの性質により、他のペアよりも高い位置精度要件を有し得る。器具インターフェースは、シャーシ部分の１つがシャフトが取り付けられる取付面全体を構成し、最も高い位置精度要件を有する駆動エレメントのペアが、シャーシ部分に対して固定される。より低い位置精度要件を有する駆動エレメントのペアは、他のシャーシ部分に対して固定されていてもよい。換言すれば、最も高い位置精度要件を有する駆動エレメントのペアは、器具シャフトのための取付面を含むシャーシ部に沿って配索されている。駆動エレメントのペアに対する取付面（ひいてはシャフト)の位置は、これらの駆動エレメントの位置精度に影響を与える。取付面を含む同じシャーシ部分に駆動エレメントを固定すると、駆動エレメントの位置精度を最大にできるという利点がある。

【0034】

図４は、ベース４０１から延びるアーム４００を有する外科用ロボットを示す。アーム４００は、多数の堅くて曲がらない肢部４０２を備えている。肢部４０２は、回転ジョイント４０３によって連結されている。最近位肢４０２ａは、ジョイント４０３ａによってベース４０１に連結されている。最近位肢４０２ａと他の肢部４０２は、さらなる回転ジョイント４０３によって直列に連結されている。リスト４０４は、４つの個別の回転ジョイント４０３から構成されている。リスト４０４は、１つの肢部４０２ｂをアームの最遠位肢４０２ｃに結合する。最遠位肢４０２ｃは、外科用器具４０６のためのアタッチメント４０５を担持している。アーム４００の各ジョイント４０３は、それぞれのジョイント４０３で回転運動を引き起こすように操作可能な１つまたは複数のモータ４０７と、そのジョイント４０３における現在の構成および／または負荷に関する情報を提供する１つまたは複数の位置および／またはトルクセンサ４０８とを有している。モータ４０７は、重量分布を改善するために、それらが駆動するジョイント４０３の近位に配置されていてもよい。明確化のために、図４にはモータおよびセンサの一部のみを図に示している。アーム４００は、我々の同時係属中の特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２０１４／０５３５２３に記載されているようにされていてもよい。

【0035】

アーム４００は、外科用器具４０６とインターフェースで接続するためにアタッチメント４０５で終端している。外科用器具４０６は、図２で説明した形態であってもよい。アタッチメント４０５は、外科用器具４０６の関節運動を行うための駆動アセンブリと、外科用器具４０６の器具インターフェースを係合するための駆動アセンブリインターフェースとを備えている。駆動アセンブリインターフェースの可動インターフェースエレメントは、ロボットアームから器具に駆動を伝達するために、器具インターフェースの対応する可動インターフェースエレメントに機械的に係合している。代表的な手術の間に、外科用器具は別の外科用器具に数回交換されてもよい。このように、外科用器具は、手術中にロボットアームに着脱可能とされている。駆動アセンブリインターフェースおよび器具インターフェースの機能が、それらがユーザによって位置合わせされるべき精度を低減するために、互いに係合したときにそれらの位置合わせを手助けしてもよい。

【0036】

外科用器具４０６は、手術を行うエンドエフェクタを備えている。エンドエフェクタは、任意の適切な形態をとることができる。エンドエフェクタは、１つ以上のエンドエフェクタエレメントを備えていてもよい。例えば、エンドエフェクタエレメントは、滑らかな顎部、鋸歯状の顎部、グリッパ、一対の鋏、縫合用の針、カメラ、レーザ、ナイフ、ステープラ、焼灼器、吸引器であってもよい。図２で説明したように、外科用器具は、器具シャフトとエンドエフェクタ間に関節部を備えている。関節部は、エンドエフェクタが外科用器具のシャフトに対して動くことを可能にする１つ以上のジョイントを含んでいてもよい。関節部内の１つ以上のジョイントは、ケーブルなどの駆動エレメントによって駆動される。これらの駆動エレメントは、器具シャフトの他端で器具インターフェースの器具インターフェースエレメントに固定されている。したがって、駆動エレメントは、器具インターフェースから器具シャフトを介して関節部のジョイントまで延びている。それゆえ、ロボットアームは、以下のようにしてエンドエフェクタに駆動を伝達する。すなわち、駆動アセンブリインターフェースエレメントは、器具インターフェースエレメントを動かし、器具インターフェースエレメントは、駆動エレメントを動かし、駆動エレメントは、関節部のジョイントを動かし、関節部のジョイントは、エンドエフェクタを動かす。

【0037】

モータ、トルクセンサ、エンコーダに対するコントローラは、ロボットアームに配備されている。コントローラは、通信バスを介して制御ユニット４０９に接続されている。制御ユニット４０９は、プロセッサ４１０とメモリ４１１とを備えている。メモリ４１１は、プロセッサ４１０によって実行可能なソフトウェアを非一時的な方法で記憶しており、モータ４０７の動作を制御して、アーム４００を本明細書に記載の方法で動作させる。特に、ソフトウェアはプロセッサ４１０を制御して、トルクセンサ４０８からの入力および外科医コマンドインターフェース４１２からの（例えば、分散コントローラを介しての）入力に応じてモータを駆動させることができる。制御ユニット４０９は、ソフトウェアの実行により生成された出力に応じて駆動するモータ４０７に接続されている。制御ユニット４０９は、センサから検知された入力を受け取るためにトルクセンサ４０８に接続され、そしてセンサからの入力を受け取るために外科医コマンドインターフェース４１２に接続されている。それぞれの接続は、例えば、それぞれ電気ケーブルまたは光ケーブルであってもよいし、無線接続であってもよい。外科医コマンドインターフェース４１２は、ユーザが所望の方法でエンドエフェクタの動きを要求できる１つまたは複数の入力デバイスを備えている。入力デバイスは、例えば、制御ハンドルまたはジョイスティックなどの手動操作可能な機械的入力デバイスであってもよいし、光学ジェスチャセンサなどの非接触入力デバイスであってもよい。メモリ４１１に格納されたソフトウェアは、これらの入力に応じて、所定の制御手順に従って、アームおよび外科用器具のジョイントを動かすように構成されている。制御手順は、コマンド入力に応じてアームおよび外科用器具の動きを調整する安全機能を含んでいてもよい。したがって、要約すると、外科医コマンドインターフェース４１２において外科医は、所望の外科的処置を実行するように外科用器具４０６を制御して動かすことができる。制御ユニット４０９および／または外科医コマンドインターフェース４１２は、アーム４００から離れていてもよい。

【0038】

図５ａと図５ｂは、例示的な外科用器具の遠位端における対向する図を示す。図５ａと図５ｂでは、エンドエフェクタ５０１は、一対のエンドエフェクタエレメント５０２，５０３を備えており、一対のエンドエフェクタエレメント５０２，５０３は、この例では、一対の対向する鋸歯状の顎として示されている。これは単に説明のためのものであることが理解されるであろう。エンドエフェクタは、上述のような任意の適切な形態をとることができる。エンドエフェクタ５０１は、関節部５０５によって器具シャフト５０４に接続されている。関節部５０５は、エンドエフェクタ５０１がシャフト５０４に対して移動することを可能にするジョイントを備えている。この例では、関節部５０５は、３つのジョイントを備えている。第１のジョイント５０６は、エンドエフェクタ５０１が第１の軸５１０周りに回転することを可能にしている。第１の軸５１０は、シャフト５０４の長手方向の軸５１１を横切っている。第１のジョイント５０６は、シャフト５０４が第１のジョイント５０６内の遠位端で終端するように配置されている。第２のジョイント５０７は、第１のエンドエフェクタエレメント５０２が第２の軸５１２周りに回転することを可能にしている。第２の軸５１２は、第１の軸５１０を横切っている。第３のジョイント５１３は、第２のエンドエフェクタエレメント５０３が第２の軸５１２周りに回転することを可能にしている。

【0039】

第１のエンドエフェクタエレメント５０２および第２のエンドエフェクタエレメント５０３は、第２および第３のジョイントによって第２の軸５１２周りに独立して回転可能であってもよい。エンドエフェクタエレメントは、第２および第３のジョイントによって、同じ方向または異なる方向に回転されてもよい。第１のエンドエフェクタエレメント５０２が第２の軸周りに回転されてもよく、一方第２のエンドエフェクタエレメント５０３は第２の軸周りに回転されない。第２のエンドエフェクタエレメント５０３が第２の軸周りに回転されてもよく、一方第１のエンドエフェクタエレメント５０２は第２の軸周りに回転されない。

【0040】

図５ａと図５ｂは、エンドエフェクタがシャフト５０４と整列している外科用器具の直線的な構成を示す。この向きでは、シャフトの長手方向の軸５１１は、関節部の長手方向の軸とエンドエフェクタの長手方向の軸に一致している。第１、第２および第３のジョイントの関節部は、エンドエフェクタがシャフトに対して様々な姿勢（すなわち構成）を取ることを可能にしている。

【0041】

関節部５０５は、支持体５０９を備えている。一端において、支持体５０９は、第１のジョイント５０６によってシャフト５０４に連結されている。他端において、支持体５０９は、第２のジョイント５０７および第３のジョイント５１３によってエンドエフェクタ５０１に連結されている。したがって、第１のジョイント５０６は、支持体５０９が第１の軸５１０を中心としてシャフト５０４に対して回転することを可能にしており、第２のジョイント５０７および第３のジョイント５１３は、エンドエフェクタエレメント５０２，５０３が第２の軸５１２を中心に支持体５０９に対して回転することを可能にしている。

【0042】

図において、第２のジョイント５０７および第３のジョイント５１３は両方とも同じ軸５１２周りの回転を可能にしている。しかし、第２のジョイント５０７および第３のジョイント５１３は、別の軸の周りでエンドエフェクタエレメントの回転を可能にしてもよい。一方のエンドエフェクタエレメントの回転軸が、他方のエンドエフェクタエレメントの回転軸からシャフト５０４の長手方向にオフセットされていてもよい。一方のエンドエフェクタエレメントの回転軸が、他方のエンドエフェクタエレメントの回転軸からシャフト５０４の長手方向に対して横切る方向にオフセットされていてもよい。一方のエンドエフェクタエレメントの回転軸が、他方のエンドエフェクタエレメントの回転軸と平行でなくてもよい。エンドエフェクタエレメント５０２，５０３の回転軸は、シャフトの長手方向にオフセットされてもよいし、および／またはシャフトの長手方向に垂直な方向にオフセットされてもよいし、および／または互いに対して傾斜していてもよい。このことは、エンドエフェクタエレメントが非対称である結果として望ましい場合がある。例えば、電気外科用エレメントにおいて、第１のエンドエフェクタエレメントに電力を供給し、第２のエンドエフェクタエレメントに電力を供給せず、第１のエンドエフェクタエレメントから絶縁されていてもよい。これを支援するために、２つのエンドエフェクタエレメントの回転軸は、シャフトの長手方向に垂直な方向にオフセットされていてもよい。別の例では、第１のエンドエフェクタエレメントがブレードであり、第２のエンドエフェクタエレメントが平坦な切断面であってもよい。ブレードの使用を支援するために、２つのエンドエフェクタエレメントの回転軸は互いに角度をつけられていてもよい。

【0043】

関節部５０５のジョイントは、駆動エレメントによって駆動される。駆動エレメントは、シャフト５０４を介して関節部内のジョイントから器具インターフェースまで延びる細長いエレメントである。各駆動エレメントは、少なくとも関節部および器具インターフェースの内部コンポーネントと係合する領域において、その主要範囲に対して横方向に屈曲可能であってもよい。換言すれば、各駆動エレメントは、指定された領域においてその長手方向の軸に対して横方向に撓むことができる。この可撓性により、駆動エレメントは、ジョイントおよびプーリーのような器具の内部構造に巻き付けることができる。駆動エレメントは、その長手方向の軸に対して横方向に完全な可撓性を有していてもよい。駆動エレメントは、それらの主要な範囲に沿って可撓性を有していなくてもよい。駆動エレメントは、それらの長さに沿って印加される圧縮および張力に耐えることができてもよい。換言すれば、駆動エレメントは、それらの長手方向の軸の方向に作用する圧縮および張力の力に耐えることができてもよい。駆動エレメントは、高い弾性率を有していてもよい。駆動エレメントは、手術中に張りつめた状態を維持できてもよい。それらは、弛むことを許されなくてもよい。したがって、駆動エレメントは、器具インターフェースからジョイントに駆動を伝達することができる。駆動エレメントは、例えばケーブルであってもよい。

【0044】

各ジョイントは、それぞれの駆動エレメントのペアによって駆動されていてもよい。図５ａおよび図５ｂを参照すると、第１のジョイント５０６は、第１の駆動エレメントのペアＡ１，Ａ２によって駆動されている。第２のジョイント５０７は、第２の駆動エレメントのペアＢ１，Ｂ２によって駆動されている。第３のジョイント５１３は、第３の駆動エレメントのペアＣ１，Ｃ２によって駆動されている。したがって、器具５０１の各ジョイントは、それ自身の駆動エレメントのペアによって駆動されている。言い換えると、各ジョイントは、専用の駆動エレメントのペアによって駆動されている。ジョイントは独立して駆動されていてもよい。駆動エレメントのペアは、図５ａおよび図５ｂにおける第３の駆動エレメントのペアについて示されるように、単一の部品として構成されていてもよい。この場合、この単一の部品は、一点でジョイントに固定されている。例えば、第３の駆動エレメントのペアＣ１，Ｃ２は、第３のジョイント５１３に固定されたボール装備５２０を備えている。これにより、駆動エレメントのペアが駆動されると、駆動がその軸の周りのジョイントの運動に確実に伝達される。あるいは、駆動エレメントのペアは２つの部品として構成されていてもよい。この場合、各部品がそれぞれジョイントに固定される。

【0045】

図５ａおよび図５ｂの外科用器具はさらに、第２および第３の駆動エレメントのペアの動きがその周りに制約されるプーリー構成を備えている。プーリーの配置は、図６ａおよび図６ｂによりよく示されている。支持体５０９は、プーリーの配置をより明確に説明するために、図６ａおよび図６ｂには示されていない。プーリー構成は、第１の組のプーリー６０１を備えている。第１の組のプーリー６０１は、第１の軸５１０周りに回転可能である。このように、第１の組のプーリー６０１は、第１のジョイント５０６と同軸周りに回転する。プーリー構成は、第２の組のプーリー６０２をさらに備えている。プーリー構成はさらに、一対の方向転換プーリー６０３を備えており、一対の方向転換プーリー６０３は、プーリー構成の説明に続いてより詳細に説明される。

【0046】

プーリー構成は、図７にも示されている。

【0047】

第１の組のプーリー６０１は、第１のプーリー７０５と第２のプーリー７０６を備えている。第１のプーリー７０５と第２のプーリー７０６は共に、第１の軸５１０周りに回転する。第１の組のプーリー６０１の第１のプーリー７０５および第２のプーリー７０６は、シャフト５０４の長手方向において第１のジョイント５０６の両側に配置されている。第１のプーリー７０５と第２のプーリー７０６は、第１の軸５１０の両端に配置されている。第１のプーリー７０５と第２のプーリー７０６は、第１の駆動エレメントのペアＡ１，Ａ２の両側に配置されている。第１の組のプーリー６０１は、クレビスユニット５０８のアーム５３０，５３１によって支持されている。第１の組のプーリー６０１の第１のプーリー７０５および第２のプーリー７０６は共に、クレビスユニット５０８に回転可能に取り付けられている。第１のプーリー７０５はアーム５３１に取り付けられ、第２のプーリー７０６はアーム５３０に取り付けられている。

【0048】

第２の組のプーリーは、第１のプーリー７０１と第２のプーリー７０２を備えている。第１のプーリー７０１は、第１の軸５１０と平行な第３の軸７０３周りに回転可能である。第３の軸７０３は、シャフトの長手方向とシャフトの長手方向を横切る方向の両方で、第１の軸５１０からオフセットされている。第２のプーリー７０２は、第１の軸５１０と平行な第４の軸７０４周りに回転可能である。第４の軸７０４は、シャフトの長手方向とシャフトの長手方向を横切る方向の両方で、第１の軸５１０からオフセットされている。第３および第４の軸は、互いに平行であるが互いにオフセットされている。第３および第４の軸は、ジョイント５０７，５１３の回転軸５１２の方向に互いにオフセットされている。第３の軸７０３および第４の軸７０４は、シャフトの長手方向と直交する同一平面内にある。

【0049】

第１のプーリー７０１と第２のプーリー７０２をオフセットすることにより、各プーリーの周りに巻き付けられた駆動エレメントは、プーリーの周りに巻き付けられた後にシャフトの下に延出することができる。図６ａに示すように、第２の組のプーリー６０２の第１のプーリー７０１および第２のプーリー７０２は、シャフト５０４の長手方向において第１のジョイント５０６の両側に配置されている。第１のプーリー７０１および第２のプーリー７０２は、第１の駆動エレメントのペアＡ１，Ａ２の両側に配置されている。

【0050】

第２の組のプーリー６０２は、第１の組のプーリー６０１と、シャフトの器具インターフェース端部との間に配置されている。好適には、第２の組のプーリー６０２は、図に示されるようにシャフト内に配置されていることが望ましい。したがって、第２の組のプーリー６０２は、シャフトの長手方向の軸５１１の方向に沿って第１の組のプーリー６０１の近位にある（すなわち、第１の組のプーリー６０１は、第２の組のプーリー６０２の遠位にある)。両方の組のプーリーがクレビスユニット５０８によって支持されているため、第２の組のプーリー６０２は、器具およびエンドエフェクタの構成とは無関係に、第１の組のプーリー６０１の近位にあることが理解されるであろう。第２の組のプーリー６０２をシャフト５０４の遠位端に配置することにより、第２の組のプーリー６０２が関節部内に配置される代替の配置と比較して第１のジョイントと第２のジョイント間の距離が減少し、それによりエンドエフェクタ５０１の正確な位置決めを維持するために必要な支持体５０９の剛性を低減できる。

【0051】

プーリー構成が駆動エレメントの動きを制約するように働くことは、上記で言及された。より詳細には、第２の駆動エレメントのペアＢ１，Ｂ２の動きが、第１の組のプーリー６０１の第１のプーリー７０５および第２のプーリー７０６の互いに反対側の周りに制約されている。第２の駆動エレメントのペアＢ１，Ｂ２の動きが、第２の組のプーリー６０２の第１のプーリー７０１および第２のプーリー７０２の互いに反対側の周りに制約されている。第２の駆動エレメントのペアＢ１，Ｂ２の動きが、第１の組のプーリー６０１の第１のプーリー７０５および第２の組のプーリー６０２の第１のプーリー７０１の互いに反対側の周りに制約されている。第２の駆動エレメントのペアＢ１，Ｂ２の動きが、第１の組のプーリー６０１の第２のプーリー７０６および第２の組のプーリー６０２の第２のプーリー７０２の互いに反対側の周りに制約されている。

【0052】

第３の駆動エレメントのペアＣ１，Ｃ２の動きが、第１の組のプーリー６０１の第１のプーリー７０５および第２のプーリー７０６の互いに反対側の周りに制約されている。第３の駆動エレメントのペアＣ１，Ｃ２の動きが、第２の組のプーリー６０２の第１のプーリー７０１および第２のプーリー７０２の互いに反対側の周りに制約されている。第３の駆動エレメントのペアＣ１，Ｃ２の動きが、第１の組のプーリー６０１の第１のプーリー７０５と第２の組のプーリー６０２の第１のプーリー７０１の互いに反対側の周りに制約されている。第３の駆動エレメントのペアＣ１，Ｃ２の動きが、第１の組のプーリー６０１の第２のプーリー７０６および第２の組のプーリー６０２の第２のプーリー７０２の互いに反対側の周りに制約されている。

【0053】

第２および第３の駆動エレメントのペアがそれぞれ、第２および第３のジョイントそれぞれに到達するために、第１のジョイント５０６上に延在するように制約されている。したがって、第２の駆動エレメントのペアの第１のＢ１は、第１のジョイント軸５１０上の第１の組のプーリー６０１の第１のプーリー７０５の一方側を通過し、第２の駆動エレメントのペアの第２のＢ２は、第１のジョイント軸５１０上の第１の組のプーリー６０１の第２のプーリー７０６の反対側を通過する。これにより、支持体５０９が第１のジョイント５０６を中心としてどのような回転であっても、第２の駆動エレメントのペアＢ１，Ｂ２の長さは同じに保たれる。同様に、第３の駆動エレメントのペアの第１のＣ１は、第１のジョイント軸５１０上の第１の組のプーリー６０１の第２のプーリー７０６の一方側を通過し、第３の駆動エレメントのペアの第２のＣ２は、第１のジョイント軸５１０上の第１の組のプーリー６０１の第１のプーリー７０５の反対側を通過する。これにより、支持体５０９が第１のジョイント５０６を中心としてどのような回転であっても、第３の駆動エレメントのペアＣ１，Ｃ２の長さは同じに保たれる。器具インターフェースの配置が、第２の駆動エレメントのペアＢ１，Ｂ２および第３の駆動エレメントのペアＣ１，Ｃ２の両方に対して対称である場合、第２の駆動エレメントのペアＢ１，Ｂ２の長さは、第１のジョイント５０６周りの支持体５０９のすべての回転角度に対して第３の駆動エレメントのペアＣ１，Ｃ２の長さと同じである。外科用器具のあらゆる構成において、第２の駆動エレメントのペアＢ１，Ｂ２および第３の駆動エレメントのペアＣ１，Ｃ２は、張りつめた状態のままである。それらは決してたるまない。したがって、外科用器具のジョイントのいずれかを関節運動させる際にバックラッシュはない。それゆえ、外科用器具のあらゆる構成において、外科用器具の動きの３自由度の全制御が達成される。

【0054】

図７は、５つの異なる構成における外科用器具の遠位端を示す。構成（ｃ）は先に述べた直線構成であり、エンドエフェクタが器具シャフトと整列されている。（ａ），（ｂ），（ｄ）および（ｅ）の構成において、第１のジョイント周りの回転は、構成（ｃ）に対して生じる。（ａ），（ｂ），（ｄ）および（ｅ）の構成では、構成（ｃ）に対して、第２または第３のジョイント周りの回転は生じない。構成（ｃ）から開始すると、駆動エレメントＡ２（図示せず）が引っ張られて、第１の軸５１０周りの回転を引き起こし、構成（ｂ）の配置をもたらす。駆動エレメントＡ２がさらに引っ張られて、第１の軸５１０周りの回転を引き起こし、構成（ａ）の配置をもたらす。構成（ｃ）から開始すると、駆動エレメントＡ１（図示せず）が引っ張られて、構成（ａ）および（ｂ）とは反対方向に第１の軸５１０周りの回転を引き起こし、構成（ｄ）の配置をもたらす。駆動エレメントＡ１はさらに引っ張られて、第１の軸５１０周りのさらなる回転を引き起こし、構成（ｅ）の配置をもたらす。

【0055】

エンドエフェクタ５０１の第１の軸５１０周りの回転は、第１のジョイント５０６周りの第１の駆動エレメントのペアＡ１，Ａ２の最大移動によって制限される。構成（ａ）は、第１の軸５１０を中心として一方向に最大回転した際のエンドエフェクタ５０１を示し、構成（ｅ）は、第１の軸５１０を中心として反対方向に最大回転した際のエンドエフェクタ５０１を示す。両構成におけるシャフトの長手方向の軸５１１に対する最大回転角は、角度φである。

【0056】

図８は、図５ａ，図５ｂ，図６ａ，図６ｂの直線構成に対してすべての第１，第２および第３のジョイント周りの関節運動が駆動された器具の遠位端のさらなるいくつかの構成を示している。

【0057】

上述のように、第１，第２および第３の駆動エレメントのペアＡ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２は、関節部に連結されたシャフト５０４の遠位端から器具インターフェースの駆動機構に連結されたシャフトの近位端まで器具シャフトを通って延びている。図９は、器具シャフト５０４を通って延びる３つの駆動エレメントのペアを示す。

【0058】

図１０ａおよび図１０ｂは、駆動エレメントの位置を表すシャフトの断面図を示す。

【0059】

図１０ａは、シャフトの遠位端におけるシャフトの断面図を示す。すなわち、図１０ａは、第２の組のプーリー６０２を離れた直後の駆動エレメントの位置を示している。駆動エレメントＡ１，Ａ２は、第１のジョイント５０６を離れた後、シャフトの両側にある。駆動エレメントＣ１，Ｂ２は、互いに隣接する駆動エレメントＢ１，Ｃ２に対して、シャフトの反対側で互いに隣接している。駆動エレメントＣ１，Ｂ２は、駆動エレメントＡ１，Ａ２を連結する軸１００２を横切る軸１００１周りで駆動エレメントＢ１，Ｃ２からオフセットされている。これは、第２の組のプーリー６０２の２つのプーリーのオフセット軸の結果である。

【0060】

図１０ｂは、シャフトの近位端におけるシャフトの断面図を示す。換言すれば、図１０ｂは、駆動エレメントがシャフトを出て器具インターフェースに入る直前の位置を示す。第１の駆動エレメントのペアＡ１，Ａ２は、図１０ａと同様の配置でシャフトの反対側にある。第１の駆動エレメントのペアＡ１，Ａ２は、それらがシャフトを通る範囲にわたって互いにわずかに動いたために、より接近していてもよい。図１０ｂでは、駆動エレメントＢ１は、図１０ａの位置に対してシャフトの反対側に配置される。図１０ｂでは、駆動エレメントＣ１は、図１０ａの位置に対してシャフトの反対側に配置される。これを達成するために、駆動エレメントＢ１および駆動エレメントＣ１は、シャフトの長手方向の軸５１１に平行な軸に沿って延びていない。その代わりに、駆動エレメントＢ１および駆動エレメントＣ１は、シャフト内の範囲で互いに重なり合っている。この重なりは、オフセット軸を有する第２の組のプーリー６０２のプーリーに起因する図１０ａのオフセット位置のために、駆動エレメントＢ１およびＣ１の衝突を起こさない。駆動エレメントＢ２は、シャフト内でわずかに移動しているが、駆動エレメントＢ１に隣接してシャフトの近位端に現れるように、図１０ａと同じシャフトの側のままである。駆動エレメントＣ２はシャフト内でわずかに移動しているが、駆動エレメントＣ１に隣接してシャフトの近位端に現れるように、図１０ａと同じシャフトの側のままである。

【0061】

図１０ａおよび図１０ｂから、第１の駆動エレメントのペアＡ１，Ａ２がシャフトの長手方向と平行に走ることが分かる。さらに、第１の駆動エレメントのペアＡ１，Ａ２は、器具シャフトの中央平面上に位置している。中央平面は、その長さ方向に沿って器具シャフトを二股に分けている。

【0062】

図１１ａおよび図１１ｂは、器具シャフトの遠位端における関節部から例示的な器具インターフェース１１０１まで延びる第１，第２および第３の駆動エレメントのペアの２つの図を示す。ロボットアームからの機械的駆動は、器具インターフェース１１０１と、ロボットアームの遠位端に位置する駆動アセンブリインターフェースとを介して、器具の関節部のジョイントを関節運動させるために、外科用器具に伝達される。器具の関節部のジョイントを駆動するために、駆動アセンブリインターフェースのインターフェースエレメントが動かされ、これにより、器具インターフェース１１０１の機械的に係合された器具インターフェースエレメントを動かす。器具インターフェースエレメントの動きは、関節部のジョイントを駆動する駆動エレメントを動かす。

【0063】

器具インターフェース１１０１のより詳細な図が、図１２ａおよび図１２ｂに示されている。図１２ａは、器具インターフェースの上面図を示し、図１２ｂは、器具インターフェースの下面図を示す。

【0064】

器具インターフェース１１０１は、器具の関節部のジョイントを駆動するための駆動機構(一般に１２０１で示される)を支持するシャーシ１２００を備えている。駆動機構は、以下でより詳細に説明するように、ロボットアームによって提供される駆動力をジョイントに伝達する駆動エレメントおよびプーリーの配置を含む。

【0065】

器具インターフェースは、３つの器具インターフェースエレメント１２０２，１２０３，１２０４を備えている。器具インターフェースエレメントは、器具インターフェース駆動機構１２０１の一部を形成している。第１の器具インターフェースエレメント１２０２は、第１の駆動エレメントのペアＡ１，Ａ２に係合している。第２の器具インターフェースエレメント１２０３は、第２の駆動エレメントのペアＢ１，Ｂ２に係合している。第３の器具インターフェースエレメント１２０４は、第３の駆動エレメントのペアＣ１，Ｃ２に係合している。各駆動エレメントは、その関連する器具インターフェースエレメントに固定されている。言い換えると、各駆動エレメントは、その関連する器具インターフェースエレメントに固定されている。各器具インターフェースエレメントは、シャーシに対して変位可能であり、係合する一対の駆動エレメントの対応する変位を引き起こす。

【0066】

したがって、図１２ａおよび図１２ｂに示される実施例では、駆動エレメントの各ペアは、器具インターフェース１１０１内の単一の器具インターフェースエレメントに係合している。各駆動エレメントは、器具インターフェース内の器具インターフェースエレメントに係合している。すなわち、各駆動エレメントは、それ自体の器具インターフェースエレメントに係合している。単一の器具インターフェースエレメントは、駆動エレメントのペアを駆動する。各駆動エレメントのペアは、単一の器具インターフェースによって独立に駆動される。別の構成では、複数の器具インターフェースエレメントが単一の駆動エレメントのペアを駆動する、あるいは単一の器具インターフェースエレメントが複数の駆動エレメントのペアを駆動する、または複数の器具インターフェースエレメントが複数の駆動エレメントを集合的に駆動する、複合駆動動作があってもよい。

【0067】

器具インターフェースエレメント１２０２，１２０３，１２０４は、器具インターフェースの幅にわたって分散配置されている。第１の器具インターフェースエレメント１２０２は、この例ではシャフト５０４の長手方向の軸５１１と整列している。他の器具インターフェースエレメント１２０３，１２０４は、整列された第１の器具インターフェースエレメント１２０２の両側に配置されている。具体的には、各器具インターフェースエレメントの移動は、シャフトの長手方向の軸に平行なそれぞれの直線経路に沿うように制約され、器具インターフェースエレメント１２０３，１２０４は、シャフトの長手方向の軸と、第１の器具インターフェースエレメント１２０２の移動経路との両方を含む平面の両側に配置されている。したがって、器具インターフェースエレメント１２０３，１２０４は、シャフト５０４の長手方向の軸５１１と整列しない。

【0068】

図１２ｂは、器具インターフェース１１０１の下面図を示す。器具インターフェースの下面が突起の形状であることがわかる。器具インターフェースエレメントは、シャーシ１２００の下面によって定義される平面の下に突出していてもよい。各器具インターフェースエレメント１２０２，１２０３，１２０４は、駆動アセンブリインターフェースエレメントの対応するソケット内に収容可能である。エレメントおよびソケットの形状は、駆動アセンブリインターフェースエレメントが変位されたときに、この変位がずれなく器具インターフェースエレメントに伝達されるように対応していてもよい。したがって、本体は、ソケット内にぴったりと嵌合していてもよい。本体は、少なくとも変位方向と平行な寸法に沿ってソケット内にぴったりと嵌合していてもよい。このようにして、ソケットの変位は、変位方向に対応する本体の変位を引き起こす。器具インターフェースエレメントは、対応する駆動アセンブリインターフェースエレメントと同じ変位範囲にわたって変位可能であってもよい。

【0069】

駆動機構１２０１はさらに、駆動エレメントのペアＡ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２の動きが器具インターフェース１１０１内でその周りに制約されるプーリーの組を備えている。具体的には、駆動機構１２０１は、第１の駆動エレメントのペアＡ１，Ａ２の動きがその周りに制約される第１の組のプーリー１２０５と、第２の駆動エレメントのペアＢ１，Ｂ２の動きがその周りに制約される第２の組のプーリー１２０６と、第３の駆動エレメントのペアＣ１，Ｃ２の動きがその周りに制約される第３の組のプーリー１２０７とを備えている。これらのプーリーの組の各プーリーは、シャーシ１２００に支持されている。プーリーは、例えば、シャーシに回転可能に取り付けられていてもよい。

【0070】

第１の組のプーリー１２０５は、器具インターフェースの中央平面上に位置している。この中央平面は、その長手方向に沿って器具インターフェースを二等分する。したがって、第１の組のプーリーは、シャフト５０４の長手方向の軸と平行な平面上に位置している。図１２ａに示される特定の配置において、第１の組のプーリー１２０５は、シャフトの長手方向の軸５１１をも含む平面上に位置している。すなわち、第１の組のプーリー１２０５とシャフトの長手方向の軸５１１とは同一平面上にある。したがって、第１の駆動エレメントのペアＡ１，Ａ２は第１の組のプーリー１２０５と同一の平面上に位置し、それゆえ第１の駆動エレメントのペアＡ１，Ａ２はシャフトの長手方向の軸と同一平面上にあることになる。

【0071】

第２および第３の組のプーリー１２０６，１２０７は、第１の組のプーリー１２０５を含む中央平面の反対側に位置する。したがって、第２の組のプーリー１２０６も第３の組のプーリー１２０７も、シャフトの長手方向の軸５１１と同一平面上にない。

【0072】

駆動エレメントのペアＡ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２は、器具インターフェース１１０１における遠位端から出て、シャフト５０４の近位端内に延び、それらを通って器具の関節部のジョイントまで延びる。器具インターフェースのシャーシは、器具シャフト５０４が取り付けられる取付面１２１４を備えている。取付面は、器具シャフト５０４を固定するために使用される合同フランジによって覆われているため、図１２ａおよび図１２ｂでは直接見えない。この例では、取付面は環であり、駆動エレメントのペアは環の中心を通って延びている。取付面は、シャフトの長手方向を横切っている。取付面は平坦である。取付面は、例えば、シャフトの長手方向の軸を取り囲んでいる。取付面は、シャーシの遠位端に位置する取付ブロック１２１５の一部を形成している。この実施例における取付ブロック１２１５は、円筒形の外形を有している。取付ブロック１２１５は、駆動エレメントのペアが延びる穴を備えていてもよい。

【0073】

したがって、要約すると、器具インターフェース１１０１は、ロボットアームの駆動アセンブリから駆動エレメントのペアＡ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２に駆動力を伝達する駆動機構１２０１を備え、これにより器具の関節部のジョイントを駆動する。器具インターフェース内では、第１の駆動エレメントのペアＡ１，Ａ２の動きは第１の組のプーリー１２０５の周りに制約され、第１の駆動エレメントのペアＡ１，Ａ２は第１の器具インターフェースエレメント１２０２と係合される。第１の駆動エレメントのペアＡ１，Ａ２は第１の軸５１０周りの関節部の回転を駆動し、それゆえ第１の軸５１０周りのエンドエフェクタの回転を駆動する(図５ａ参照)。第２の駆動エレメントのペアＢ１，Ｂ２の動きは第２の組のプーリー１２０６周りに制約され、第２の駆動エレメントのペアＢ１，Ｂ２は第２の器具インターフェースエレメント１２０３と係合される。第２の駆動エレメントのペアＢ１，Ｂ２は、第２のジョイント５０７の回転を駆動する。第３の駆動エレメントのペアＣ１，Ｃ２の動きは第３の組のプーリー１２０７周りに制約され、第３の駆動エレメントのペアＣ１，Ｃ２は第３の器具インターフェースエレメント１２０４と係合される。第３の駆動エレメントのペアＣ１，Ｃ２は、第３のジョイント５１３の回転を駆動する。したがって、器具関節部の各ジョイントは、駆動エレメントの各ペアによって駆動され、駆動エレメントの各ペアは、各器具インターフェースエレメントによって駆動される。

【0074】

各器具インターフェースエレメントは、器具インターフェース１１０１内で変位可能であり、各駆動エレメントのペアを駆動する。各器具インターフェースエレメントは、対応する駆動エレメントのペアに固定されているため、器具インターフェースエレメントの変位は、駆動エレメントのペアの変位に伝達される。各器具インターフェースエレメントは、それが固定されている駆動エレメントのペアのラインと同じラインに沿って変位可能であってもよい。各器具インターフェースエレメントは、ロボットアームの対応する駆動アセンブリインターフェースエレメントと係合している。したがって、器具インターフェースエレメントの変位は、ロボットアームによって駆動される。このようにして、ロボットアームは、駆動エレメントのペア（したがって、器具の関節部のジョイント)を駆動する。

【0075】

この例では、各器具インターフェースエレメント１２０２，１２０３，１２０４は、器具インターフェース１１０１内で直線的に変位可能である。器具インターフェースエレメントは、シャフトの長手方向の軸５１１に平行な変位軸に沿って変位可能であってもよい。各器具インターフェースエレメントは、器具インターフェース内の器具インターフェースエレメントの動きをサポートするか、または制約するか、またはガイドするために、レールに取り付けられている。このため、レールはガイドバーと呼ばれる場合がある。レール／ガイドバーは、直線状であってもよい。図１２ｂに最も明確に示されるように、第１の器具インターフェースエレメント１２０２はレール１２０８に取り付けられ、第２の器具インターフェースエレメント１２０３はレール１２０９に取り付けられ、第３の器具インターフェースエレメント１２０４はレール１２１０に取り付けられている。器具インターフェースエレメントはレールに摺動可能に取り付けられ、レールと器具インターフェースエレメントとの間の相対的な直線運動を可能にしている。すなわち、各器具インターフェースエレメント１２０２，１２０３，１２０４は、各レール１２０８，１２０９，１２１０に沿って摺動可能である。レールは、シャーシ１２００によってサポートされ、かつシャーシ１２００に対して固定されている。ガイドレールは、例えば、シャーシに取り付けまたは固定されていてもよい。したがって、器具インターフェースエレメントは、シャーシに対して摺動可能である。

【0076】

各器具インターフェースエレメントは、最小変位位置と最大変位位置の間の変位範囲にわたって変位可能である。第１の器具インターフェースエレメント１２０２は、最大距離ｄ₁まで変位可能である。第２の器具インターフェースエレメント１２０３は、最大距離ｄ₂まで変位可能である。第３の器具インターフェースエレメント１２０４は、最大距離ｄ₃まで変位可能である。ここに示す例では、器具インターフェースは、第１の器具インターフェースエレメント１２０２の変位範囲が器具インターフェースエレメント１２０３および１２０４の変位範囲よりも小さくなるように配置されている。すなわち、ｄ₁＜ｄ₂およびｄ₁ ＜ｄ₃である。ここで、ｄ₂＝ｄ₃である。第２および第３の器具インターフェースエレメントの最大移動距離は、ジョイント５０６の運動によって引き起こされる軸５１２の周りのエンドエフェクタエレメント５０２および５０３の寄生運動を相殺するために、第１の器具インターフェースエレメント１２０３の最大移動距離よりも大きい。より詳細には、図５ａ，図５ｂおよび図６ａ，図６ｂから、第２の駆動エレメントのペアＢ１，Ｂ２および第３の駆動エレメントのペアＣ１，Ｃ２がピッチジョイント５０６の周りを通過することが分かる。したがって、第１の駆動エレメントのペアＡ１，Ａ２にジョイント５０６を駆動させる駆動エレメントの変位は、ジョイント５０７および５１３を駆動する第２の駆動エレメントのペアＢ１，Ｂ２および第３の駆動エレメントのペアＣ１，Ｃ２の変位を引き起こし、軸５１２周りのエレメント５０２および５０３の寄生運動をもたらす可能性がある。したがって、エンドエフェクタエレメントがジョイント５０６の軸５１０周りに回転するとき（すなわち、エンドエフェクタエレメントがピッチ内にあるとき）、第２の駆動エレメントのペアＢ１，Ｂ２および第３の駆動エレメントのペアＣ１，Ｃ２のより大きな変位範囲が、エンドエフェクタエレメントが軸５１０周りに回転していないとき（すなわち、エンドエフェクタエレメントがピッチにないとき）に比べて、軸５１２周りのエンドエフェクタエレメントの最大限の動作範囲を達成するために必要とされる。第２の駆動エレメントのペアＢ１，Ｂ２および第３の駆動エレメントのペアＣ１，Ｃ２のこの追加の変位範囲は、器具インターフェース内の器具インターフェースエレメント１２０３および１２０４の追加の変位範囲によって調整され、したがって、ｄ₂，ｄ₃＞ ｄ₁となる。

【0077】

したがって、ジョイント５０６の動きはジョイント５０７，５１３よりも器具インターフェースエレメントのより短い移動範囲によって制御されており、このことはその動きがより大きな感度を有することが好ましいことを意味している。ジョイント５０６の動きは、第１の駆動エレメントのペアＡ１，Ａ２の動きによって制御されており、したがってジョイント５０６の動きがより大きな感度を有することは、第２の駆動エレメントのペアＢ１，Ｂ２および第３の駆動エレメントのペアＣ１，Ｃ２と比較して、第１の駆動エレメントのペアＡ１，Ａ２の位置の精度により大きな重点を置くことになる。したがって、第１の駆動エレメントのペアＡ１，Ａ２は、第２の駆動エレメントのペアＢ１，Ｂ２および第３の駆動エレメントのペアＣ１，Ｃ２よりも高いあるいはより大きい位置精度要件を有すると言ってもよい。

【0078】

第１の駆動エレメントのペアＡ１，Ａ２の位置精度は、器具インターフェース１１０１の適切な配置およびアセンブリによって最適化できることが理解されている。以下、これについてより詳細に説明する。

【0079】

器具インターフェースのシャーシ１２００は、第１のシャーシ部分１２１１および第２のシャーシ部分１２１２を備えている。これらのシャーシ部分は、組み立ての間に一緒に組み付けられてシャーシを形成する。シャーシは、駆動エレメントおよびプーリーの組み立てを助けるために、２つのシャーシ部分から形成されている。例えば、いくつかの駆動エレメントおよびプーリーをシャーシ部分に取り付けてから、その部分を残りのシャーシ部分に取り付けて、シャーシを形成することができる。シャーシ部分を結合する前にプーリーと駆動エレメントの少なくとも一部を取り付けると、特にシャーシの中央平面にある駆動エレメントとプーリーをより簡単に取り付けることができる。取り付けられる３組の駆動エレメントと３組のプーリーが存在するこの例では、シャーシ部分を結合する前に、２組の駆動エレメントとそれらに関連するプーリーの組をシャーシ部分の1つに取り付けるのが便利なアプローチである。残りの駆動エレメントは、シャーシ部分を結合する前にまたはその後に、他のシャーシ部分に取り付けられていてもよい。

【0080】

２つのシャーシ部分は、シャーシ１２００を形成するために相互に取り付けられている。したがって、各シャーシ部分は、シャーシの個別の構成部分である。すなわち、２つのシャーシ部分は、一体的に形成されていない。図１２ａおよび図１２ｂに見られるように、シャーシは、第１のシャーシ部分１２１１がそれに沿って第２のシャーシ部分１２１２と係合するまたはインターフェースする、結合部１２１３を備えている。したがって、２つのシャーシ部分を相互に取り付けるために、第１のシャーシ部分は、結合部１２１３に沿って第２のシャーシ部分とインターフェースする。その後、固定エレメントを使用して２つのシャーシ部分を固定する。したがって、各シャーシ部分は、他のシャーシ部分の対応するインターフェース面と係合するかまたはインターフェースするインターフェース面を備えていてもよい。換言すれば、第１のシャーシ部分は第１のインターフェース面（図１２には示されていない）を備え、第２のシャーシ部分は第２のインターフェース面（図１２には示されていない）を備えていてもよい。第１のインターフェース面は、第２のインターフェース面とインターフェースして、シャーシ１２００を形成する。したがって、結合部１２１３は、第１のシャーシ部分１２１１を第２のシャーシ部分１２１２から分離している。この点において、結合部１２１３は、第１のシャーシ部分と第２のシャーシ部分とを分離する境界を画定すると言ってもよい。

【0081】

図１２ｂに示すように、結合部１２１３は、シャーシのほぼ長手方向に延びている。結合部１２１３は、シャーシの長手方向の範囲に沿って延びると言ってもよいが、図１２ｂの例に示すように、結合部１２１３は平坦である必要はない。

【0082】

図１２ｂからわかるように、結合部１２１３は、器具シャフトが取り付けられる取付面１２１４まで延びていない。すなわち、結合部１２１３の最遠位点は、取付面１２１４に近位の位置にある。したがって、取付面１２１４は、結合部１２１３を含まない。すなわち、取付面１２１４の全体が結合部１２１３の一方側に位置している。換言すれば、取付面１２１４は、結合部１２１３の一方側に完全に配置されている。具体的には、取付面（すなわち、取付面全体）は、第１のシャーシ部分１２１１の一部を形成している。取付面１２１４の一部は、第２のシャーシ部分１２１２の一部を形成していない。取付面の全体が単一のシャーシ部分の一部を形成することにより、シャーシに対する器具シャフトのより強力かつより堅固な連結が可能になる。それはまた、より正確な軸方向位置でシャーシに器具シャフトを取り付けることを可能にできる。

【0083】

しかし、結合部１２１３は、取付面が一体に形成された取付ブロック１２１５内に延びている。したがって、取付ブロック１２１５は、結合部１２１３の一部を含んでいる。結合部１２１３は、取付ブロック１２１５を第１ブロック部１２１６と第２ブロック部１２１７とに分割している。第１ブロック部１２１６は遠位ブロック部と呼び、第２ブロック部１２１７は近位ブロック部と呼んでもよい。遠位ブロック部１２１６は、第１のシャーシ部分１２１１の一部を形成し、近位ブロック部１２１７は、第２のシャーシ部分１２１２の一部を形成している。取付面１２１４は、遠位ブロック部１２１６と一体である。

【0084】

シャーシ１２００は、第１の駆動エレメントのペアＡ１，Ａ２（最も高い位置精度要件を有する）が、取付面１２１４を含む同じシャーシ部分１２１１によって支持されるように配置される。すなわち、取付面１２１４は、第１のシャーシ部分１２１１の一部を形成し、第１の駆動エレメントのペアＡ１，Ａ２は、その第１のシャーシ部分に固定される。駆動エレメントのペアの位置精度は、器具シャフトを支持する取付面１２１４に対する駆動エレメントのペアの位置に依存し、駆動エレメントのペアの位置精度は、取付面を備えるシャーシ部分に沿って駆動エレメントのペアをルーティングすることによって最適化され得ることが理解されている。これに対して、取付面を含まないシャーシ部分に沿ってルーティングされる駆動エレメントのペアを正確に位置決めすることは、より困難な場合がある。

【0085】

したがって、器具インターフェースは、最も高い位置精度要件を有する駆動エレメントのペア（この例ではＡ１，Ａ２）が、取付面１２１４を含む同じ第１のシャーシ部分１２１１に対して固定され、より低い位置精度要件を有するペア（この例ではＢ１，Ｂ２）は、取付面１２１４を含まない第２のシャーシ部分１２１２に対して固定される。言い換えれば、第２の駆動エレメントのペアＢ１，Ｂ２は、第２のシャーシ部分１２１２によって支持される。この配置は、最高の所望の制御精度を有するジョイント５０６を駆動する第１の駆動エレメントのペアＡ１，Ａ２の位置の精度を有利に最適化する。

【0086】

この例では、器具は３つの駆動エレメントのペアを含むため、最終駆動エレメントのペアＣ１，Ｃ２は、第１のシャーシ部分１２１１にも支持されるように有利に配置されている。これにより、２つの駆動エレメントのペアの位置精度を最適化することができる。

【0087】

駆動機構１２０１の他の構成要素も、第１および第２のシャーシ部分の間に配置することができる。例えば、第１の駆動エレメントのペアＡ１，Ａ２の動きがその周りに制約されている第１の組のプーリー１２０５は、第１のシャーシ部分１２１１に（例えば、回転可能に取り付けられて）支持される。第１の駆動エレメントのペアＡ１，Ａ２に係合する第１の器具インターフェースエレメント１２０２も、第１のシャーシ部分１２１１によって支持される。例えば、器具インターフェースエレメントが摺動するように制約されるガイドバー１２０８は、第１のシャーシ部分１２１１に取り付けられ、それによって、第１の器具インターフェースエレメント１２０２が第１のシャーシ部分１２１１に対して摺動可能に取り付けられていてもよい。同様に、第３の駆動エレメントのペアＣ１，Ｃ２の動きがその周りに制約される第３の組のプーリー１２０７は、第１のシャーシ部１２１１に支持され、第３の駆動エレメントのペアＣ１，Ｃ２に係合する第３の器具インターフェースエレメント１２０４も、第１のシャーシ部分１２１１に支持される。これに対して、第２の駆動エレメントのペアＢ１，Ｂ２の動きがその周りに制約されている第２の組のプーリー１２０６は、取付面を備えない第２のシャーシ部分１２１２に（例えば、回転可能に取り付けられて）支持される。第２の駆動エレメントのペアＢ１，Ｂ２に係合する第２の器具インターフェースエレメント１２０３は、第２のシャーシ部分１２１２によって同様に支持される。例えば、器具インターフェースエレメントがその上で摺動するように制約されているガイドバー１２１０は、第２のシャーシ部分１２１２に取り付けられてもよく、それによって第３の器具インターフェースエレメント１２０４が第２のシャーシ部分１２１２に摺動可能に取り付けられていてもよい。

【0088】

そのため、ｉ）第１および第２のシャーシ部分を結合するシャーシの結合部が、器具シャフトを支持する取付面まで延びないように（すなわち、取付面が第１および第２のシャーシ部分の間で分割されないように）、かつｉｉ）最も高い位置精度要件を有する駆動エレメントのペアが、取付面を含む同じシャーシ部分によって支持され、他のシャーシ部分によって支持されていないようにシャーシを配置することにより、駆動エレメントのペアの位置の精度が最適化され得る。

【0089】

ここで説明する実施例では、第１の駆動エレメントのペアＡ１，Ａ２は、その対応する器具インターフェースエレメントが、他の駆動エレメントのペアＢ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２を駆動する他の器具インターフェースエレメントの変位範囲よりも狭い最大変位範囲を有するため、最も高い位置精度要件を有していた。他の例では、駆動エレメントのペアの位置精度要件は、異なる要因に依存することが理解されよう。例えば、位置精度要件は、駆動エレメントのペアによって駆動されるジョイントの性質に依存し得る。

【0090】

器具の性能基準では、たとえば、特定のジョイントを他のジョイントよりも高度な制御と精度で制御する必要がある。あるいは、駆動エレメントのペアの位置精度要件は、駆動エレメントのペアの動きが制約されるプーリー配置に依存してもよい。たとえば、より複雑なプーリー配置では、スリップする可能性が大きくなる場合がある。すなわち、スリップによる精度の低下を軽減できる場合は、駆動要素ペアの位置精度を最適化することが望ましい場合がある。

【0091】

本明細書に記載の実施例では、駆動アセンブリインターフェースは、器具シャフトの遠位端における関節部の３つのジョイントに駆動を伝達する３つの器具インターフェースエレメントに駆動を伝達する３つの駆動アセンブリインターフェースエレメントを含んでいた。本明細書に記載の駆動アセンブリインターフェースは、さらなるまたはより少ない器具インターフェースエレメントに駆動を伝達するために、さらなるまたはより少ない駆動アセンブリインターフェースエレメントを含むように変更され得ることが理解されるであろう。本明細書に記載された器具インターフェースは、器具シャフトの遠位端における関節部のさらなるまたはより少ないジョイントに駆動を伝達するためのさらなるまたはより少ない器具インターフェースエレメントを含むように変更することができる。例えば、器具インターフェースは、２つの駆動エレメントのペアのみを駆動する２つの器具インターフェースエレメントを含めることができる。最も高い位置精度要件を有する駆動エレメントのペアは、取付面を含む同じシャーシ部分に固定することができる。他の駆動エレメントのペア(より低い位置精度要件を有する)は、同じシャーシ部分または他のシャーシ部分に固定されていてもよい。関節部自体も、さらなるあるいはより少ないジョイントを含むように修正されてもよい。

【0092】

また、エンドエフェクタは、１つのエンドエフェクタエレメントのみを有していてもよいことも理解されるであろう。この場合、関節部は第３のジョイント５１３を含まず、器具インターフェースは第３のジョイント５１３を駆動するための器具インターフェースエレメントを含まず、駆動アセンブリはその器具インターフェースエレメントを駆動するための駆動アセンブリインターフェースエレメントを含まない。

【0093】

シャーシは３つ以上のシャーシ部分から構成されていてもよい。この場合、シャーシ部のうちの１つのみが次の機能を備えている。ｉ）器具シャフトが取り付けられる取付面全体を含む。ｉｉ）最も高い位置精度要件を有する駆動エレメントのペアを支持する。

【0094】

第１および第２のシャーシ部分１２１１，１２１２の間の結合部１２１３の形状および形態は、多くの異なる形態を取り得ることが理解されよう。図１２ａおよび図１２ｂに示された結合部１２１３は、結合部１２１３の単なる例である。

【0095】

器具は、非外科的目的のために使用することができる。例えば、美容目的の処置に用いることができる。

【0096】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5a】

【図5b】

【図6a】

【図6b】

【図7(a)】

【図7(b)】

【図7(c)】

【図7(d)】

【図7(e)】

【図8】

【図9】

【図10a】

【図10b】

【図11a】

【図11b】

【図12a】

【図12b】