特許 7148554 外科用ロボット器具

(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】2022-09-27

(45)【発行日】2022-10-05

(54)【発明の名称】外科用ロボット器具

(51)【国際特許分類】

   A61B 34/00 20160101AFI20220928BHJP

   B25J 17/02 20060101ALI20220928BHJP

【ＦＩ】

A61B34/00

B25J17/02 D

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2019567378

(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】 GB2018051541

(87)【国際公開番号】W WO2018224824

(87)【国際公開日】2018-12-13

【審査請求日】2021-03-26

(31)【優先権主張番号】1709014.3

(32)【優先日】2017-06-06

(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】北村 龍平

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００８／００４６１２２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１５－５０１６９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０３５０５７０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１２７０４５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－２００５９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５１８１６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２０９９６５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／１６１４４９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ １７／００ － １８／２８

３４／００ － ３４／３７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外科用ロボット器具であり、
シャフトと、
エンドエフェクタ要素と、
前記エンドエフェクタ要素を前記シャフトに連結する関節と、
クレビスユニットと、
を含み、
前記関節が、
第１の駆動要素対によって駆動できる第１のジョイントであり、前記シャフトの長手方向軸を横切る第１の軸周りで前記エンドエフェクタ要素が回転できるようにする前記第１のジョイントと、
第２の駆動要素対によって駆動できる第２のジョイントと、
プーリー装置と、
を含み、
前記第２の駆動要素対が前記プーリー装置の周りで移動するように拘束され、
前記プーリー装置が、
前記第１の軸周りで回転可能なプーリー第１組と、
前記プーリー第１組の近位に位置するプーリー第２組で、第２の軸周りで回転可能な第１のプーリーと、前記第２の軸に平行且つオフセットされている第３の軸周りで回転可能な第２のプーリーを含み、前記第１のプーリーおよび前記第２のプーリーが前記シャフトの前記長手方向軸および前記第１の軸の両方に垂直な方向においてオフセットされている前記プーリー第２組と、
を含み、
前記クレビスユニットが、前記プーリー装置の前記プーリーを支持する２つのアームと、一方の前記アームから延び出して前記第１のプーリーと前記第２のプーリーのうち一方を保護するプーリーガードと、を含む
外科用ロボット器具。

【請求項2】

前記第２のジョイントが前記第１のジョイントの遠位にある請求項１に記載の外科用ロボット器具。

【請求項3】

前記シャフトの前記長手方向軸を横切る方向において、前記第２の軸と前記第３の軸が前記第１の軸に対してオフセットされている請求項１または２に記載の外科用ロボット器具。

【請求項4】

前記第１の軸が前記シャフトの前記長手方向軸に交差している請求項１～３の何れか１項に記載の外科用ロボット器具。

【請求項5】

前記第２の軸と前記第３の軸が前記第１の軸に平行である請求項１～４の何れか１項に記載の外科用ロボット器具。

【請求項6】

前記２つのアームのうち第１のアームが前記第１のプーリーを支持し、前記２つのアームのうち第２のアームが前記第２のプーリーを支持する請求項１～５の何れか１項に記載の外科用ロボット器具。

【請求項7】

前記第１のアームと前記第２のアームが、前記シャフトの前記長手方向軸を含み前記第１の軸を横切る平面において互いに反対側にある請求項６に記載の外科用ロボット器具。

【請求項8】

前記クレビスユニットが、前記第１のアームから延び出して前記第１のプーリーを保護する第１のプーリーガードおよび前記第２のアームから延び出して前記第２のプーリーを保護する第２のプーリーガードを含んでいる請求項６または７に記載の外科用ロボット器具。

【請求項9】

前記第１のプーリーガードおよび前記第２のプーリーガードが、前記シャフトの前記長手方向軸を含み、前記第１の軸を横切る第１の平面において互いに反対側に配置されており、且つ、前記シャフトの前記長手方向軸および前記第１の軸の両方を含む第２の平面において互いに反対側に配置されている請求項８に記載の外科用ロボット器具。

【請求項10】

前記第１のプーリーガードが前記第１のプーリーを部分的に囲む内側側壁を含み、前記第２のプーリーガードが前記第２のプーリーを部分的に囲む内側側壁を含む請求項８または９に記載の外科用ロボット器具。

【請求項11】

前記プーリーガードが、前記シャフトの外形で画定される前記クレビスユニットの内部空間内に配置される請求項１～１０の何れか１項に記載の外科用ロボット器具。

【請求項12】

前記クレビスユニットが、第１の駆動要素ガイドおよび第２の駆動要素ガイドを更に含み、前記第１の駆動要素対の一方の駆動要素が、前記第１の駆動要素ガイドを通過し、前記第１の駆動要素対の他方の駆動要素が、前記第２の駆動要素ガイドを通過し、前記第１の駆動要素ガイドおよび前記第２の駆動要素ガイドのそれぞれが前記クレビスユニットの前記第１のアームおよび前記第２のアームの間に位置する請求項６～１０の何れか１項に記載の外科用ロボット器具。

【請求項13】

前記プーリーガードが、前記一方のアームと一方の前記駆動要素ガイドの間を延びる請求項１２に記載の外科用ロボット器具。

【請求項14】

前記第１のプーリーガードが前記第１のアームおよび前記第１の駆動要素ガイドの間を延びて、前記第２のプーリーガードが前記第２のアームおよび前記第２の駆動要素ガイドの間を延びる請求項８に従属する場合の請求項１２に記載の外科用ロボット器具。

【請求項15】

前記第１の駆動要素ガイドおよび前記第２の駆動要素ガイドが、前記シャフトの前記長手方向軸および前記第１の軸を含む平面において、互いに反対側に配置されている請求項１２～１４の何れか１項に記載の外科用ロボット器具。

【請求項16】

前 記クレビスユニットがベース部分および、該ベース部分から延びる２つの前記アームを備え、前記プーリーガードが、前記第１のプーリーおよび前記第２のプーリーのオフセットによる空間に位置し一方の前記アームと該アームに隣接する前記ベース部分から延びている請求項１～１５の何れか１項に記載の外科用ロボット器具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボット外科用器具を関節運動させるためのプーリーガードおよびプーリー装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

手術を補助および実行するためのロボットを使用することが知られている。図１は、ベース１０８と、アーム１０２と、器具１０５から構成される典型的な外科用ロボット１００を示している。ベースはロボットを支持し、ベース自体が、例えば、手術室の床や、手術室の天井またはトロリーに堅固に取り付けられている。アームは、ベースと器具との間を延びる。アームは、その長さに沿って、外科用器具を患者に対して所望の位置に配置するために使用される複数の可撓性ジョイント１０３によって間接連結される。外科用器具は、ロボットアームの遠位端１０４に取り付けられる。外科用器具は、手術部位に到達するために、ポート１０７において患者１０１の身体を貫通する。この器具は、その遠位端において、医療処置のためのエンドエフェクタ１０６を備える。

【0003】

図２は、ロボット腹腔鏡手術を行うための典型的な外科用器具２００を示す。外科用器具はベース２０１を備え、ベース２０１により、外科用器具がロボットアームに接続される。シャフト２０２は、ベース２０１と関節２０３との間を延びる。関節２０３はエンドエフェクタ２０４で終端する。図２では、一対の鋸歯状の顎部がエンドエフェクタ２０４として表されている。関節２０３によって、エンドエフェクタ２０４がシャフト２０２に対して相対移動することが可能になる。関節によって、エンドエフェクタ２０４の動作に少なくとも２自由度が提供されることが望ましい。

【0004】

図３では、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に対して相対移動可能である、周知の外科用器具３００の例を表している。ジョイント３０１は、エンドエフェクタ２０４がピッチ軸３０３の周りで回転することを可能にする。ジョイント３０２は、エンドエフェクタ２０４の各顎部がヨー軸３０４の周りで回転することを可能にする。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、それらの通路からピッチジョイントを越えてヨージョイントに導くために使用される。プーリー３０５は、関節２０３の中心軸からオフセットされている。

【0005】

典型的な腹腔鏡手術では、外科医は多くの器具を利用するため、何度も器具の交換を行う。したがって、ある器具をロボットアームから取り外して異なる器具を取り付ける時間を最小にし、かつその簡便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た後、器具が使用可能なようにセットアップする時間を最小化することが望ましい。

【0006】

このように、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もよい。器具（例えば、ジョイント３０１，３０２）のジョイントを駆動する機械的駆動は、ロボットアームから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、器具に伝達されてもよい。

【発明の概要】

【0007】

本発明によれば、外科用ロボット器具であり、シャフトと、エンドエフェクタ要素と、前記エンドエフェクタ要素を前記シャフトに連結する関節と、クレビスユニットと、を含み、前記関節が、第１の駆動要素対によって駆動できる第１のジョイントであり、前記シャフトの長手方向軸を横切る第１の軸周りで前記エンドエフェクタ要素が回転できるようにする前記第１のジョイントと、第２の駆動要素対によって駆動できる第２のジョイントと、プーリー装置と、を含み、前記第２の駆動要素対が前記プーリー装置の周りで移動するように拘束され、前記プーリー装置が、前記第１の軸周りで回転可能なプーリー第１組と、前記プーリー第１組の近位に位置するプーリー第２組で、第２の軸周りで回転可能な第１のプーリーと、前記第２の軸に平行且つオフセットされている第３の軸周りで回転可能な第２のプーリーを含む前記プーリー第２組と、を含み、前記クレビスユニットが、前記プーリー装置の前記プーリーを支持する２つのアームと、一方の前記アームから延び出して前記第１のプーリーと前記第２のプーリーのうち一方を保護するプーリーガードと、を含むことを特徴とする。

【0008】

前記第２のジョイントが前記第１のジョイントの遠位にあってもよい。

【0009】

前記第２の軸と前記第３の軸が前記第１の軸に対してオフセットされていてもよい。

【0010】

前記シャフトの前記長手方向軸を横切る方向において、前記第２の軸と前記第３の軸が前記第１の軸に対してオフセットされていてもよい。

【0011】

前記第２の軸と前記第３の軸が、前記シャフトの前記長手方向軸に垂直な平面に存在してもよい。

【0012】

前記第１の軸が前記シャフトの前記長手方向軸に交差していてもよい。

【0013】

前記第２の軸と前記第３の軸が前記第１の軸に平行であってもよい。

【0014】

前記２つのアームのうち第１のアームが前記第１のプーリーを支持してもよく、前記２つのアームのうち第２のアームが前記第２のプーリーを支持してもよい。

【0015】

前記第１のアームと前記第２のアームが、前記シャフトの前記長手方向軸を含み前記第１の軸を横切る平面において互いに反対側にあってもよい。

【0016】

前記クレビスユニットが、前記第１のアームから延び出して前記第１のプーリーを保護する第１のプーリーガードおよび前記第２のアームから延び出して前記第２のプーリーを保護する第２のプーリーガードを含んでいてもよい。

【0017】

前記第１のプーリーガードおよび前記第２のプーリーガードが、前記シャフトの前記長手方向軸を含み、前記第１の軸を横切る第１の平面において互いに反対側に配置されており、且つ、前記シャフトの前記長手方向軸および前記第１の軸の両方を含む第２の平面において互いに反対側に配置されていてもよい。

【0018】

前記第１のプーリーガードが前記第１のプーリーを部分的に囲む内側側壁を含んでもよく、前記第２のプーリーガードが前記第２のプーリーを部分的に囲む内側側壁を含んでもよい。

【0019】

前記プーリーガードが、前記シャフトの外形で画定される前記クレビスユニットの内部空間内に配置されてもよい。

【0020】

前記クレビスユニットが、第１の駆動要素ガイドおよび第２の駆動要素ガイドを更に含み、前記第１の駆動要素対の一方の駆動要素が、前記第１の駆動要素ガイドを通過し、前記第１の駆動要素対の他方の駆動要素が、前記第２の駆動要素ガイドを通過し、前記第１の駆動要素ガイドおよび前記第２の駆動要素ガイドのそれぞれが前記クレビスユニットの前記第１のアームおよび前記第２のアームの間に位置してもよい。

【0021】

前記プーリーガードが、前記一方のアームと一方の前記駆動要素ガイドの間を延びてもよい。

【0022】

前記第１のプーリーガードが前記第１のアームおよび前記第１の駆動要素ガイドの間を延びてもよく、前記第２のプーリーガードが前記第２のアームおよび前記第２の駆動要素ガイドの間を延びてもよい。

【0023】

前記第１の駆動要素ガイドおよび前記第２の駆動要素ガイドが、前記シャフトの前記長手方向軸および前記第１の軸を含む平面において、互いに反対側に配置されていてもよい。

【0024】

以下、本発明を、添付図面を参照しつつ例を挙げて説明する。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】外科手術を実行する外科用ロボットを示す図。

【図2】公知の外科用器具を示す図。

【図3】外科用器具の関節型エンドエフェクタの公知の装置を示す図。

【図4】外科用ロボットを示す図。

【図5A】外科用器具の遠位端を示す図。

【図5B】外科用器具の遠位端を示す図。

【図5C】外科用器具の遠位端を示す図。

【図5D】外科用器具の遠位端を示す図。

【図6】直線的な構成における図５Ａ～５Ｄの外科用器具の遠位端のプーリー装置を示す図。

【図7】様々な非直線的な構成における図５Ａ～５Ｄの外科用器具の遠位端のプーリー装置を示す図。

【図8】図５Ａ～５Ｄで示されるプーリー装置のオフセットプーリーを示す図。

【発明を実施するための形態】

【0026】

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表す。アームは、複数の剛性の肢４０２を備える。肢は、回転ジョイント４０３によって連結される。最近位肢４０２ａは、ジョイント４０３ａによってベースに連結される。最近位肢４０２ａおよび他の肢は、さらなるジョイント４０３により、直列に連結される。リスト４０４は、４つの別個の回転ジョイントから構成されている。リスト４０４は、１つの肢（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を担持する。アームの各ジョイント４０３は、それぞれのジョイントで回転運動を引き起こすように操作可能な１つ以上のモータ４０７を有し、また、そのジョイント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つ以上の位置および／またはトルクセンサ４０８を有する。モータは、モータが運動を駆動するジョイントの近位に配置されて、重量分布を改善してもよい。明確にするために、モータおよびセンサの一部のみを図４に示す。アームは、おおむね本発明者らの同時係属の特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２０１４／０５３５２３に記載されているものとすることができる。

【0027】

アームは、器具４０６につなぎ合わせるためのアタッチメント４０５において終端する。器具４０６は、図２で説明した形態をとることができる。アタッチメント４０５は、器具の関節運動を駆動するための駆動アセンブリと、器具４０６の器具インターフェースと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要素は、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要素に機械的に係合する。一般的な手術中において、器具は、何度か交換されてもよい。このように、器具は、手術中にロボットアームに着脱可能である。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特徴は、互いに係合したときの位置合わせを容易にするものであってもよく、それによって、それらがユーザによって位置合わせされるための精度を低減する。

【0028】

器具４０６は、手術を行うエンドエフェクタを備える。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。例えば、エンドエフェクタは滑らかな顎部、鋸歯状の顎部、グリッパ、一対の鋏、縫合用針、カメラ、レーザー、ナイフ、ステープラー、焼灼器、吸引器であってもよい。図２で説明したように、器具は、器具シャフトとエンドエフェクタとの間にある関節を含む。関節は、エンドエフェクタが器具のシャフトに対して相対移動することを可能にする１つ以上のジョイントを備えることができる。関節における１つ以上のジョイントは、ケーブルなどの駆動要素によって作動される。これらの駆動要素は、器具シャフトの他端において、器具インターフェースのインターフェース要素に固定される。したがって、ロボットアームは、以下のように、エンドエフェクタに駆動を伝達する。駆動アセンブリインターフェース要素が移動すると、器具インターフェース要素が移動し、それにより駆動要素が移動し、またそれにより関節のジョイントが移動し、結果としてエンドエフェクタが移動する。

【0029】

モータ、トルクセンサおよびエンコーダのためのコントローラは、ロボットアームに分散して配置されている。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、プロセッサによって実行可能なソフトウェアを非過渡的な方法で記憶し、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、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からの入力に依存して、モータを（例えば、分散されたコントローラを介して）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って生成された出力に従ってモータ４０７を駆動するために、モータ４０７に結合される。制御ユニット４０９は、センサからの検知された入力を受信するためにセンサ４０８に結合され、コマンドインターフェース４１２からの入力を受け取るためにコマンドインターフェース４１２に結合される。それぞれの結合具は、例えば、それぞれが電気または光ケーブルであってもよいし、あるいは無線接続によって提供されてもよい。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ような１つ以上の入力装置を備える。入力装置は、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で操作可能な機械的入力装置であってもよいし、光学式ジェスチャーセンサのような非接触入力装置であってもよい。メモリ４１１に記憶されたソフトウェアは、これらの入力に応答して、アームおよび器具のジョイントをそれに応じて予め定められた制御手法に従って、移動させるように構成される。制御手法は、コマンド入力に応答してアームおよび器具の動きを緩和する安全機能を含んでもよい。したがって、要約すると、コマンドインターフェース４１２についている外科医は、器具４０６が上記の方法で移動して所望の外科処置を実行するように制御できる。制御ユニット４０９および／または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。

【0030】

図５Ａ、５Ｂは、例示的な外科用器具の遠位端の対向図を表す。図５Ａ、５Ｂでは、エンドエフェクタ５０１は、一対のエンドエフェクタ要素５０２，５０３を備えており、エンドエフェクタ要素５０２，５０３は、この例では、一対の対向する鋸歯状の顎部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５０５によって器具シャフト５０４に接続される。関節５０５は、エンドエフェクタ５０１がシャフト５０４に対して相対移動することを可能にするジョイントを含む。この例では、関節５０５は、３つのジョイントを備える。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の周りで回転することを可能にする。第１の軸５１０は、シャフト５１１の長手方向軸を横断する。第１のジョイント５０６は、シャフト５０４が遠位端ではジョイント５０６において終端するように配置される。第２のジョイント５０７は、第１のエンドエフェクタ要素５０２が第２の軸５１２の周りで回転することを可能にする。第２の軸５１２は、第１の軸５１０を横断する。第３のジョイント５１３は、第２のエンドエフェクタ要素５０３が第２の軸５１２の周りで回転することを可能にする。

【0031】

第１のエンドエフェクタ要素５０２および第２のエンドエフェクタ要素５０３は、第２および第３のジョイントによって第２の軸５１２の周りで独立して回転可能であってもよい。エンドエフェクタ要素は、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することができる。第１のエンドエフェクタ要素５０２が第２の軸の周りで回転して、第２のエンドエフェクタ要素５０３が第２の軸の周りで回転しないようになっていてもよい。第２のエンドエフェクタ要素５０３が、第２の軸の周りで回転して、第１のエンドエフェクタ要素５０２が第２の軸周りで回転しないようになっていてもよい。

【0032】

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はいずれも、同じ軸５１２周りの回転を可能にする。しかし、第２および第３のジョイントは、別の軸の周りでエンドエフェクタ要素の回転を可能にしてもよい。一方のエンドエフェクタ要素の回転軸は、他方のエンドエフェクタ要素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もよい。一方のエンドエフェクタ要素の回転軸は、他方のエンドエフェクタ要素の回転軸からシャフト５０４の長手方向を横切る方向にオフセットされてもよい。一方のエンドエフェクタ要素の回転軸は、他方のエンドエフェクタ要素の回転軸と平行でなくてもよい。エンドエフェクタ要素５０２，５０３の回転軸は、シャフトの長手方向においてオフセットされてもよく、かつ／またはシャフトの長手方向に垂直な方向においてオフセットされてもよく、かつ／または互いに対して傾斜していてもよい。これは、エンドエフェクタ要素が非対称である結果として望ましい場合がある。例えば、電気外科要素において、第１のエンドエフェクタ要素には電力が供給されて、第２のエンドエフェクタ要素には電力が供給されず、第１のエンドエフェクタ要素から絶縁されてもよい。これを補助するために、２つのエンドエフェクタ要素の回転軸は、シャフトの長手方向に垂直な方向においてオフセットされ得る。別の例では、第１のエンドエフェクタ要素がブレードで、第２のエンドエフェクタ要素が平坦な切断面であってもよい。ブレードの使用を助けるために、２つのエンドエフェクタ要素の回転軸は互いに角度をつけられてもよい。

【0033】

図５Ａ、５Ｂは、エンドエフェクタがシャフト５０４と一直線上にそろえられている外科用器具の直線的な構成を示す。この方向付けでは、シャフト５１１の長手方向軸が、関節の長手方向軸とエンドエフェクタの長手方向軸に一致する。第１、第２および第３のジョイントの関節運動は、エンドエフェクタがシャフトに対してある範囲の姿勢をとることを可能にする。

【0034】

関節５０５は、支持体５０９を備える。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、他端では、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の周りでシャフト５０４に対して相対回転することを可能にし、第２のジョイント５０７および第３のジョイント５１３は、エンドエフェクタ要素５０２，５０３が第２の軸５１２の周りで支持体５０９に対して相対回転することを可能にする。支持体５０９は、ジョイント５０７，５１３を支持し、ヨークとも称される。図５に示す直線的な構成では、ジョイント５０７，５１３は、シャフト５１１の長手方向軸の方向においてジョイント５０６の遠位である（すなわち、ジョイント５０６は、シャフト５１１の長手方向軸の方向においてジョイント５０７，５１３の近位である）。ジョイント５０７，５１３は、外科用器具の他の構成において、ジョイント５０６の遠位になることが理解されるであろう。

【0035】

この器具は、クレビスユニット５０８をさらに備える。クレビスユニットは、シャフト５０４の遠位端に配置される。シャフトは、クレビスユニットで終端してもよい。器具が図５に示された直線的な構成である（すなわち、支持体がクレビスユニットの遠位にある）とき、クレビスユニットは、長手方向軸５１１の方向において支持体５０９の近位にある。クレビスユニットが支持体の近位にあるような、器具の他の構成が存在することが理解されるであろう。クレビスユニットは、ベース部分５３２を備える。ベース部分は、クレビスユニットの近位端にある。ベース部分５３２は、クレビスユニットの周囲を画定する外壁または表面を含む。ベース部分の外面は、シャフト５０４の遠位端の外面と同一平面をなす。クレビスユニットは、第１のジョイント５０６を支持する一対の対向するアーム５３０，５３１をさらに備える。アームは、ベース部分５３２から延びる。アームは、シャフト５１１の長手方向軸と平行な方向に延びる。アームは、器具の遠位端に向かって延びる。アーム５３０，５３１は、シャフト５１１の長手方向軸を含む、第１のジョイント５０６の回転軸５１０を横断する平面の両側に位置する。アームは、クレビスユニット５０８の円周の周りに均等に間隔を置いて配置されてもよい。すなわち、アームは、回転軸５１０の方向に間隔を置いて配置されてもよい。アームは、本明細書ではタインとも称され得る。

【0036】

クレビスユニットは、駆動要素ガイド５３３，５３４をさらに備える。駆動要素については、以下で説明する。各ガイド５３３，５３４は、クレビスユニットのベース部分５３２から突出するブロックの形態をとる。ブロックは、図５に示される直線的な構成において、器具の遠位端に向かって突出する。すなわち、ブロックは、シャフト５１１の長手方向軸に平行な方向に遠位方向に突出すると言うことができる。各駆動要素ガイドは、外面または側壁（ガイド５３４について、５３５で示される）を含む。その外面はベース部分５３２の外面と同一平面をなす。駆動要素ガイドは、上面（ガイド５３４について、５３６で示されている）をさらに含む。図示の例では、駆動要素ガイドの上面は面取りされた面である。各駆動要素ガイドは、ガイド５３３については、５３７で示される孔をさらに含む。孔は、シャフト５１１の長手方向軸と平行な方向にガイドを通って延びる。駆動要素ガイドは、シャフト５１１の長手方向軸とジョイント５０６の第１の回転軸５１０との両方を含む平面の両側に配置される。各駆動要素ガイドは、２つのタイン５３０，５３１の間に位置する。ガイドは、（図面に示されるように）ベース部分の周囲に等間隔に配置されてもよい。このように、図では、ガイドは、ジョイント５０７，５１３の回転軸５１２と平行な方向において間隔を置いて配置されている。いくつかの例では、駆動要素ガイド５３３，５３４は、別個のブロックであってもよい。他の例では、駆動要素ガイド５３３，５３４は、同一のブロックの部分であってもよい。言い換えると、いくつかの例では、駆動要素ガイド５３３，５３４を組み合わせて単一のブロックを形成することができる。

【0037】

クレビスユニットは、プーリーガード５３８，５３９をさらに備えている。プーリーガードの輪郭が図５Ａ、５Ｂに破線で描かれている。これは、そうでなければプーリーガードによって視界から不明瞭になるであろう器具の要素を示すためである。図５Ｃ、５Ｄは、図５Ａ、５Ｂと同じ外科用器具の図を示しているが、実線の形で示されたプーリーガードを備えている。各プーリーガードは、それぞれのタインから延びる。具体的には、プーリーガード５３８は、タイン５３０から延び、プーリーガード５３９は、タイン５３１から延びる。プーリーガードは、タインに当接すると言うことができる。このような構成では、プーリーガードは、タインの剛性を高めるために便利に働くことができる。各プーリーガードは、タインのひとつの側部（すなわち、縁部）から延びる。すなわち、各プーリーガードは、タインのひとつの側部、または縁部に当接する。図示の例では、各プーリーガードは、タインと駆動要素ガイドとの間を延びる。具体的には、プーリーガード５３８は、タイン５３０と駆動要素ガイド５３３との間を延び、プーリーガード５３９は、タイン５３１と駆動要素ガイド５３４との間を延びる。好適には、各プーリーガードは、駆動要素ガイドに当接する。

【0038】

プーリーガードはまた、クレビスユニットのベース部分５３２から遠位方向に延びる。図示の例では、プーリーガードは、ベース部分から、面取り部５３６の下側縁部（すなわち、駆動要素ガイドの面取り部と側壁５３５との間の縁部）の位置レベルまで突出している。しかし、他の例では、プーリーガードがそれより大きく突出することも、それより小さく突出することもあることが理解されるであろう。プーリーガードは、駆動要素ガイドとタインの外側側壁と同一平面をなす外側側壁（図５Ｃにおいて、プーリーガード５３８について、５４０で示されている）を備えている。プーリーガードは、駆動要素ガイドとタインの間のクレビスユニットの内部空間を占めることがわかる。すなわち、プーリーガードは、クレビスユニット５０８およびシャフト５０４の突出外形によって画定される内部空間を占める。この例のプーリーガードは、タインと駆動要素ガイドとの間を延びるので、本明細書ではフィレットと称することもある。

【0039】

プーリーガード５３８，５３９は、シャフト５１１の長手方向軸と第１のジョイント５０６の回転軸５１０とを含む平面の両側に配置されている。プーリーガードは、第１のジョイント５０６の回転軸５１０を横断する軸５１１を含む平面の両側にも配置されている。したがって、プーリーガードは、斜めに対向していると言うことができる。あるいは、プーリーガードは、タイン５３０，５３１に対して斜めに配向されていると言うことができる。すなわち、プーリーガードは、タイン５３０，５３１が位置する軸に対して斜めになる軸上に位置してもよい。

【0040】

プーリーガードは、タインに固定された、または取り付けられた別個の構成要素であってもよい。あるいは、プーリーガードは、タイン（および、図示された例では、駆動要素ガイド）と一体的に形成されてもよい。

【0041】

関節５０５のジョイントは、駆動要素によって駆動される。駆動要素は、シャフト５０４を介して関節におけるジョイントから器具インターフェースに延びる細長い要素である。各駆動要素は、少なくとも、関節および器具インターフェースの内部構成要素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、各駆動要素は、上記の領域においてその長手方向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、駆動要素が、ジョイントおよびプーリーのような器具の内部構造を包むことが可能になる。駆動要素は、その長手方向軸に対する横方向で完全に可撓性であってもよい。駆動要素は、それらの主要な範囲に沿って可撓性がなくてもよい。駆動要素は、それらの長さに沿って印加される圧縮力および張力に耐えることができる。換言すれば、駆動要素は、それらの長手方向軸の方向に作用する圧縮力および張力に抵抗することができる。駆動要素は、高いモジュラスを有することができる。駆動要素は、動作中に緊張状態を維持することができ、それらは、たるむことができないようにされている場合もある。したがって、駆動要素は、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。駆動要素は、例えばケーブルであってもよい。

【0042】

各ジョイントは、一対の駆動要素によって駆動され得る。図５Ａ、５Ｂを参照すると、第１のジョイント５０６は、第１の駆動要素対Ａ１、Ａ２によって駆動される。駆動要素Ａ１、Ａ２は、それぞれ、駆動要素ガイド５３３，５３４の孔を通って延びることが見て取れる。よって、駆動要素ガイドは、その長さの一部に沿って駆動要素Ａ１、Ａ２を包む。したがって、駆動要素ガイドは、駆動要素Ａ１、Ａ２を保持し、エンドエフェクタ５０１の遠位領域内での干渉から駆動要素を保護する。第２のジョイント５０７は、第２の駆動要素対Ｂ１、Ｂ２によって駆動される。第３のジョイントは、第３の駆動要素対Ｃ１、Ｃ２によって駆動される。したがって、関節５０５の各ジョイントは、それ自体の駆動要素対によって駆動される。言い換えると、各ジョイントは、専用の駆動要素対によって駆動される。ジョイントは独立して駆動されてもよい。一対の駆動要素は、図５Ａ、５Ｂにおける第３の駆動要素対について示されるように、単一の部品として構成されてもよい。この場合、単一の部品は、一点でジョイントに固定される。例えば、第３の駆動要素対Ｃ１、Ｃ２は、第３のジョイント５１３に固定されたボール部５２０を含む。これにより、一対の駆動要素が駆動されると、その駆動がその軸の周りのジョイントの動きに伝達されることが保証される。あるいは、一対の駆動要素を２つの部品として構成してもよい。この場合、それぞれの別個の部品はジョイントに固定される。第１、第２および第３の駆動要素対は、器具シャフトを通って、関節に接続されたシャフトの遠位端から、器具インターフェースの駆動機構に接続されたシャフトの近位端まで延びる。

【0043】

図５Ａ、５Ｂの外科用器具は、さらに、プーリー装置を備える。第２および第３の駆動要素対がそのプーリー装置の周りで移動するように拘束される。プーリー装置は、図６Ａ、６Ｂによりよく示されている。支持体５０９は、プーリー装置をより明確に説明するために、図６Ａ、６Ｂには示されていない。プーリー装置をより明確に示すために、プーリーガード５３８，５３９も図６Ａ、６Ｂには示されていない。プーリー装置は、プーリー第１組６０１を備える。プーリー第１組６０１は、第１の軸５１０の周りで回転可能である。したがって、プーリー第１組６０１は、第１のジョイント５０６と同じ軸の周りで回転する。プーリー装置は、プーリー第２組６０２をさらに備える。プーリー装置は、プーリー装置の説明の後でより詳細に説明される一対の方向転換プーリー６０３をさらに備える。

【0044】

プーリー装置も図７に示されている。支持体、クレビスユニット、第１のジョイントおよび第１の駆動要素対は、プーリー装置をより明確に説明するために、図７からすべて省略されている。

【0045】

プーリー第１組６０１は、第１のプーリー７０５と第２のプーリー７０６を含む。第１のプーリー７０５および第２のプーリー７０６は、第１の軸５１０の周りで回転する。プーリー第１組の第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の互いに反対側に配置されている。第１のプーリー７０５および第２のプーリー７０６は、第１の軸５１０において互いに反対側の端部に配置されている。第１のプーリー７０５および第２のプーリー７０６は、第１の駆動要素Ａ１、Ａ２を挟んで互いに反対側に配置される。プーリー第１組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。プーリー第１組の第１のプーリー７０５と第２のプーリー７０６とは、クレビスユニットに回転可能に取り付けられている。プーリー７０５はアーム５３１に取り付けられ、プーリー７０６はアーム５３０に取り付けられる。

【0046】

プーリー第２組は、第１のプーリー７０１と第２のプーリー７０２とを備えている。プーリー第２組もまた、クレビスユニット５０８のアーム５３０，５３１に支持されている。プーリー第２組の第１のプーリー７０１および第２のプーリー７０２は、クレビスユニットに回転可能に取り付けられている。プーリー７０１はアーム５３１に取り付けられ、プーリー７０２はアーム５３０に取り付けられている。したがって、クレビスユニットの各アームは、プーリー第２組の一方のプーリーを支持する。プーリー第２組７０１，７０２は、駆動要素ガイド５３３，５３４によってさらに支持される。第１のプーリー７０１は、駆動要素ガイド５３３によって支持され、第２のプーリー７０２は、駆動要素ガイド５３４によって支持される。よって、各駆動要素ガイドは、プーリー第２組の一方のプーリーを支持する。したがって、プーリー７０１は、アーム５３１および駆動要素ガイド５３３によって支持され、プーリー７０２は、アーム５３０および駆動要素ガイド５３４によって支持される。プーリー７０１および７０２は駆動要素ガイド５３３，５３４およびアーム５３０，５３１に固定されたスピンドルに取り付けられてもよい。第１のプーリー７０１は、第１の軸５１０に平行な第３の軸７０３の周りで回転可能である。第３の軸７０３は、シャフトの長手方向の両方で第１の軸５１０からオフセットされ、シャフトの長手方向を横断する。第２のプーリー７０２は、第１の軸５１０に平行な第４の軸７０４の周りで回転可能である。第４の軸７０４は、シャフトの長手方向の両方で第１の軸５１０からオフセットされ、シャフトの長手方向を横断する。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している。第３と第４の軸は、ジョイント５０７，５１３の回転軸５１２の方向において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５１１の長手方向と直交する同一平面内にある。

【0047】

図８は、プーリー第２組の第１のプーリー７０１および第２のプーリー７０２のオフセット軸をより明確に示す異なる視点からの外科用器具の遠位端を示す。第１のプーリー７０１および第２のプーリー７０２をオフセットすることにより、各プーリーに巻き付けられた駆動要素は、プーリーに巻き付けられた後にシャフトの下方に延びることができる。図６Ａに示すように、プーリー第２組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の互いに反対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の駆動要素Ａ１、Ａ２を挟んで互いに反対側に配置されている。シャフト５１１の長手方向軸とジョイント５０６の回転軸５１０との両方に垂直な方向におけるプーリー７０２，７０１のオフセットにより、プーリーガード５３８，５３９を収容する空間を得られる。

【0048】

プーリー第２組は、プーリー第１組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る。好適には、プーリー第２組は、図に示されるようにシャフト内に配置される。したがって、プーリー第２組６０２は、シャフト５１１の長手方向軸の方向に沿ってプーリー第１組６０１の近位である（すなわち、プーリー第１組６０１は、プーリー第２組６０２の遠位である）。プーリー両組がクレビスユニット５０８によって支持されているので、プーリー第２組６０２は、器具およびエンドエフェクタの構成とは独立して、プーリー第１組の近位にあることが理解されるであろう。プーリー第２組をシャフト５０８の遠位端に配置することにより、第１のジョイントと第２のジョイントとの間の距離は、プーリー第２組が関節内に位置する別の装置と比較して減少する。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の剛性を低減する。

【0049】

上記のように、プーリー装置は、駆動要素の運動を拘束するように動作する。より詳細には、第２の駆動要素対Ｂ１、Ｂ２は、プーリー第１組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を移動するように拘束される。第２の駆動要素対Ｂ１、Ｂ２は、プーリー第２組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を移動するように拘束される。第２の駆動要素対は、プーリー第１組６０１の第１のプーリー７０５およびプーリー第２組６０２の第１のプーリー７０１の互いに反対側の周りを移動するように拘束される。第２の駆動要素対は、プーリー第１組６０１の第２のプーリー７０６とプーリー第２組６０２の第２のプーリー７０２の互いに反対側の周りを移動するように拘束される。

【0050】

第３の駆動要素対Ｃ１、Ｃ２は、プーリー第１組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を移動するように拘束される。第３の駆動要素対Ｃ１、Ｃ２は、プーリー第２組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を移動するように拘束される。第３の駆動要素対は、プーリー第１組６０１の第１のプーリー７０５とプーリー第２組６０２の第１のプーリー７０１の互いに反対側の周りを移動するように拘束される。第３の駆動要素対は、プーリー第１組６０１の第２のプーリー７０６およびプーリー第２組６０２の第２のプーリー７０２の互いに反対側の周りを移動するように拘束される。

【0051】

第２および第３の駆動要素対は、それぞれ、第２および第３のジョイントに到達するために、第１のジョイント５０６を越えて延びるように拘束される。これにより、第２の駆動要素対のうちの１つ目Ｂ１は、第１のジョイント軸５１０上のプーリー第１組の第１のプーリー７０５の一方の側を通過し、第２の駆動要素対の２つ目Ｂ２は、第１のジョイント軸５１０上のプーリー第１組の第２のプーリー７０６の反対側を通過する。結果として、第１のジョイント５０６周りで支持体５０９がどのように回転しても、第２の駆動要素対Ｂ１、Ｂ２の長さは同じに保たれる。同様に、第３の駆動要素対の１つ目Ｃ１は、第１のジョイント軸５１０上のプーリー第１組の第２のプーリー７０６の一方の側を通過する。第３の駆動要素対の２つ目Ｃ２は、第１のジョイント軸５１０上のプーリー第１組の第１のプーリー７０５の反対側を通過する。結果として、第１のジョイント５０６の周りで支持体５０９がどのように回転しても、第３の駆動要素対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の駆動要素対Ｂ１、Ｂ２および第３の駆動要素対Ｃ１、Ｃ２の両方に対して対称である場合、第１のジョイント５０６の周りの支持体５０９のすべての回転角度に関して、第２の駆動要素対の長さは、第３の駆動要素対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の駆動要素対および第３の駆動要素対は、緊張状態のままであり、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であっても、それを関節運動させる際のバックラッシュはない。したがって、外科用器具のあらゆる構成において、外科用器具の移動の３自由度の全制御が達成される。

【0052】

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、エンドエフェクタは、器具シャフトと一直線上にそろえられる。（ａ）、（ｂ）、（ｄ）および（ｅ）の構成では、第１のジョイントの周りの回転が構成（ｃ）に対して生じた。（ａ）、（ｂ）、（ｄ）および（ｅ）の構成において、構成（ｃ）に対して、第２または第３のジョイントのいずれかの周りで回転は生じない。構成（ｃ）から開始して、駆動要素Ａ２（図示せず）は、構成（ｂ）の配置へと導く第１の軸５１０の周りの回転を引き起こすために引っ張られる。駆動要素Ａ２はさらに引っ張られて、第１の軸５１０の周りにさらなる回転を生じさせて、構成（ａ）の配置をもたらす。構成（ｃ）から開始して、駆動要素Ａ１（図示せず）は、第１の軸５１０の周りで構成（ａ）および（ｂ）と反対方向に回転させるために引っ張られ、それによって構成（ｄ）の配置につながる。駆動要素Ａ１は、さらに引っ張られて、第１の軸５１０の周りにさらなる回転を生じさせて、構成（ｅ）の配置をもたらす。

【0053】

第１の軸５１０の周りのエンドエフェクタ５０１の回転は、第１のジョイント５０６の周りの第１の駆動要素対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周りの一方向において最大に回転しているエンドエフェクタ５０１を示す。構成（ｅ）は、第１の軸５１０周りの反対方向において最大に回転しているエンドエフェクタ５０１を示す。両構成におけるシャフト５１１の長手方向軸に対する最大回転角度は、角度φである。プーリー第２組６０２は、第２および第３の駆動要素対が、最大回転角度φでもプーリー第１組６０１およびプーリー第２組６０２と接触状態に保たれることを確実にするように、プーリー第１組６０１に対して配置される。エンドエフェクタ５０１の第１の軸５１０周りのすべての回転角度について、エンドエフェクタ５０１は、プーリー第２組の第１のプーリー７０１とプーリー第１組の第１のプーリー７０５とを連結する接線によって規定される円錐内に常に位置する。この接線は、駆動要素によって取られる経路である。エンドエフェクタ５０１は、図７の全ての構成に示すように、第２および第３のジョイントが図５Ａ、５Ｂの直線形状に保持されているとき、この円錐内に位置する。図７からわかるように、プーリー第２組６０２がなければ、駆動要素Ｂ２およびＣ１は、構成（ａ）におけるプーリー第１組６０１との接触を失うだろう。プーリー第２組６０２がなければ、駆動要素Ｂ１およびＣ２は、構成（ｅ）においてプーリー第１組６０１との接触を失うだろう。

【0054】

第２および第３の駆動要素対は、シャフトの長手方向軸に対するエンドエフェクタのすべての回転角度に対して、プーリー第１組および第２組に接触状態に保たれる。したがって、第１のジョイント５０６の周りの回転にかかわらず、第２の駆動要素対Ｂ１、Ｂ２の長さは同じに維持されるだろう。また、第１のジョイント５０６の回転にかかわらず、第３の駆動要素対Ｃ１、Ｃ２の長さは同じに保たれるだろう。したがって、プーリー第２組により、第１のジョイント５０６が第１の軸５１０周りでどのように駆動されるかにかかわらず、第２および第３の駆動要素において張力を保持することができる。したがって、第１のジョイント５０６が第１の軸５１０周りでどのように駆動されるかにかかわらず、第２および第３の駆動要素の制御が保持される。

【0055】

ここに表される例では、プーリー第１組６０１の各プーリーは、一対のプーリー要素を含む。第１のプーリー７０５は、内側プーリー要素７０８と外側プーリー要素７０９とを備えている。内側プーリー要素７０８は、外側プーリー要素７０９と第１の駆動要素対Ａ１、Ａ２の間に位置している。好適には、内側プーリー要素７０８は外側プーリー要素７０９に当接している。内側プーリー要素７０８は外側プーリー要素７０９に固定されてもよい。内側プーリー要素７０８は外側プーリー要素７０９と一体的に形成することができる。第２のプーリー７０６は内側プーリー要素７１０と外側プーリー要素７１１とを含む。内側プーリー要素７１０は、外側プーリー要素７１１と第１の駆動要素対Ａ１、Ａ２の間に位置する。好適には、内側プーリー要素７１０は外側プーリー要素７１１に当接する。内側プーリー要素７１０は、外側プーリー要素７１１に固定されてもよい。内側プーリー要素７１０は、外側プーリー要素７１１と一体的に形成されてもよい。各プーリー要素は、駆動要素をはめるための溝を備える。

【0056】

好適には、プーリー第２組６０２の各プーリーは、一対のプーリー要素を含む。第１のプーリー７０１は、内側プーリー要素７１２と外側プーリー要素７１３とを含む。内側プーリー要素７１２は外側プーリー要素７１３と第１の駆動要素対Ａ１、Ａ２との間に位置する。好適には、内側プーリー要素７１２は、外側プーリー要素７１３に当接する。内側プーリー要素７１２は外側プーリー要素７１３に固定されてもよい。内側プーリー要素７１２は外側プーリー要素７１３と一体に形成されてもよい。第２のプーリー７０２は内側プーリー要素７１４と外側プーリー要素７１５とを含む。内側プーリー要素７１４は外側プーリー要素７１５と第１の駆動要素対Ａ１、Ａ２の間に位置している。好適には、内側プーリー要素７１４は、外側プーリー要素７１５に当接する。内側プーリー要素７１４は、外側プーリー要素７１５に固定されてもよい。内側プーリー要素７１４は、外側プーリー要素７１５と一体的に形成されてもよい。各プーリー要素は、駆動要素をはめるための溝を備える。

【0057】

第２の駆動要素対Ｂ１、Ｂ２は、プーリー第２組の第１のプーリーの内側プーリー要素７１２と、プーリー第２組の第２のプーリーの外側プーリー要素７１５の周りを移動するように拘束される。第２の駆動要素対Ｂ１、Ｂ２は、プーリー第１組の第１のプーリーの内側プーリー要素７０８と、プーリー第１組の第２のプーリーの外側プーリー要素７１１の周りを移動するように拘束される。

【0058】

第３の駆動要素対Ｃ１、Ｃ２は、プーリー第２組の第１のプーリーの外側プーリー要素７１３と、プーリー第２組の第２のプーリーの内側プーリー要素７１４との周りを移動するように拘束される。第３の駆動要素対Ｃ１、Ｃ２は、プーリー第１組の第１のプーリーの外側プーリー要素７０９と、プーリー第１組の第２のプーリーの内側プーリー要素７１０の周りを移動するように拘束される。

【0059】

したがって、第２の駆動要素対Ｂ１、Ｂ２は、第３の駆動要素対Ｃ１、Ｃ２に対して、プーリー第１組６０１および第２組６０２の周りに対称的に逆の経路を有する。エンドエフェクタがシャフトと一直線上にそろえられている器具の直線構成において、プーリー装置周りの第２の駆動要素対Ｂ１、Ｂ２の経路は、シャフト５１１の長手方向軸に関して、第３の駆動要素対Ｃ１、Ｃ２のプーリー装置周りの経路の回転対称である。第２および第３の駆動要素対、Ｂ１、Ｂ２およびＣ１、Ｃ２は、プーリー第２組６０２からシャフトの遠位端へと対称的な配置で出現する。図７からより容易に分かるように、駆動要素Ｂ１およびＣ２は、シャフトの一方の側で互いに隣接して出現し、駆動要素Ｃ１、Ｂ２は、シャフトの反対側で互いに隣接して出現する。シャフトにおける駆動要素Ｂ１、Ｃ２の配置は、シャフト５１１の長手方向軸に関して、シャフトにおける駆動要素Ｃ１、Ｂ２の配置の回転対称である。プーリー第２組６０２は、プーリー第１組６０１からシャフトへ、第２および第３の駆動要素対をこのように方向転換する。

【0060】

エンドエフェクタのプーリー装置をより詳細に説明したが、プーリーガードの役割をより容易に理解することが可能である。図６および図７を参照すると、プーリーガード５３９は、プーリー第２組６０２の第１のプーリー７０１を保護することがわかる。また、これらの要素がシャフト内へと延びるときに、そのプーリーに巻き付けられた駆動要素Ｂ１およびＣ２を保護する。すなわち、プーリーガード５３９は、プーリー７０１とシャフトの遠位端部との間に延びる駆動要素の一部を遮蔽する。図５Ｄを参照して最も明確に見られるように、プーリーガード５３９は、プーリー７０１に巻きつく駆動要素を部分的に囲む内側側壁５４１（図では上端のみを見ることができる）を備える。これにより、駆動要素を遮蔽しやすくなる。

【0061】

同様に、プーリーガード５３８は、プーリー第２組６０２の第２のプーリー７０２を保護する。また、プーリーの周りに巻き付けられた駆動要素Ｂ２およびＣ１を、それらの要素がシャフト内へと延びるときに保護する。プーリー７０２とシャフトの遠位端部との間に延びる駆動要素の部分は、プーリーガード５３８によって遮蔽される。図５Ｃを参照すると最も明確に見られるように、プーリーガード５３８は、プーリー７０２に巻きつく駆動要素を部分的に囲む内側側壁５４２（図では上端のみを見ることができる）を備える。これにより、駆動要素を遮蔽しやすくなる。

【0062】

したがって、プーリーガードは、プーリー第２組のプーリーと、それらのプーリーに巻きつく駆動要素とを遮蔽する。したがって、プーリーガードは、エンドエフェクタ５０１の動作中にプーリーおよび駆動要素との望ましくない干渉を防止するのに有利に役立つことができる。

【0063】

さらに、プーリーガードは、エンドエフェクタの組立てを助けることができる。なぜなら、プーリーガードは、プーリー７０１，７０２に巻きつく駆動要素を部分的に囲む。よって、プーリーガードは、組立て中にプーリー７０１，７０２を正しい位置に配置することを補助するために使用される位置合わせ点を形成することができる。例えば、内側側壁の曲面は、プーリーをそれらの表面によって画定される経路内にはまるように配置することにより、プーリー７０１，７０２を正確に整合させるために使用することができる。事実上、プーリーガードは、プーリー７０１，７０２が組み立て中に配置され得る場所にさらなる拘束を行うことができる。プーリーを配置する可能性がある場所へのより厳しい拘束は、クレビスユニット内のプーリーの位置決めを導くのに役立てることができる。

【0064】

さらに、プーリー装置は方向転換プーリーの一対７１６，７１７を含む。これらの方向転換プーリーは、第１のジョイント５０６と第２および第３のジョイント５０７，５１３との間の関節５０５にある。方向転換プーリーは、第２の駆動要素対Ｂ１、Ｂ２をプーリー第１組６０１から第２のジョイント５０７へと導き、第３の駆動要素対Ｃ１、Ｃ２をプーリー第１組６０１から第３のジョイント５１３に導くように配置される。方向転換プーリーは、支持体に取り付けることができる。

【0065】

第２の駆動要素対Ｂ１、Ｂ２は、第１の方向転換プーリー７１６を経由して移動するよう拘束されている。第１の方向転換プーリー７１６は第１の方向転換プーリー軸７１８の周りで回転する。第１の方向転換プーリー軸７１８の第１の軸５１０に対する角度は角度θである。角度θは、第２の駆動要素対の１つ目Ｂ１がプーリー第１組６０１の第１のプーリー７０５のテイクオフポイントから第２のジョイント５０７上のピックアップポイント７２１に導かれるような角度である。好適には、第１の方向転換プーリー７１６は、駆動要素Ｂ１をはめる溝を含む。第３の駆動要素対Ｃ１、Ｃ２は、第１の方向転換プーリー７１６を経由して移動するように拘束されない。しかし、第３の駆動要素対の２つ目Ｃ２は、第３のジョイント５１３のテイクオフポイントとプーリー第１組６０１の第１のプーリー７０５上のピックアップポイントとの間で第１の方向転換プーリー７１６の傍を通過する。駆動要素Ｃ２は、第１の方向転換プーリー７１６によって部分的に囲まれてもよい。例えば、駆動要素Ｃ２は、第１の方向転換プーリー７１６の溝のウィングの間を部分的に通過することができるが、駆動要素Ｃ２は、第１の方向転換プーリー７１６の溝内にはめられない。

【0066】

第３の駆動要素対Ｃ１、Ｃ２は、第２の方向転換プーリー７１７を経由して移動するように制限されている。第２の方向転換プーリー７１７は、第２の方向転換プーリー軸７１９の周りで回転する。第２の方向転換プーリー軸７１９の第１の軸５１０に対する角度は、角度ψである。角度ψは、第３の駆動要素対の１つ目Ｃ１が、プーリー第１組６０１の第２のプーリー７０６のテイクオフポイント７２０から第３のジョイント５１３上のピックアップポイントに導かれるような角度である。好適には、第２の方向転換プーリー７１７は、駆動要素Ｃ１をはめる溝を含む。第２の駆動要素対Ｂ１、Ｂ２は、第２の方向転換プーリー７１７を経由して移動するように拘束されない。しかし、第２の駆動要素対の２つ目Ｂ２は、第２のジョイント５０７のテイクオフポイントとプーリー第１組６０１の第２のプーリー７０６上のピックアップポイントとの間で第２の方向転換プーリー７１７の傍を通過する。駆動要素Ｂ２は、第２の方向転換プーリー７１７によって部分的に囲まれてもよい。例えば、駆動要素Ｂ２は、第２の方向転換プーリー７１７の溝のウィングの間を部分的に通過することができるが、駆動要素Ｂ２は、第２の方向転換プーリー７１７の溝にはめられない。

【0067】

テイクオフポイントは、駆動要素がプーリーと接触しなくなる点である。ピックアップポイントは、駆動要素が最初にプーリーに接触する点である。第１のプーリーから第２のプーリーへ直接渡る駆動要素については、第１のプーリーからの駆動要素のテイクオフポイントと、第２のプーリー上の駆動要素のピックアップポイントは、第１のプーリーおよび第２のプーリーの両方への接線上の点である。テイクオフポイントは、接線が第１のプーリーと交差する場所である。ピックアップポイントは、接線が第２のプーリーと交差する場所である。これは説明のためだけのものであり、駆動要素の厚さを無視できるものとして扱っている。したがって、現実には、接線は駆動要素の厚さに等しい厚さを有し、テイクオフポイントは接線の一方の側が第１のプーリーと出会う場所であり、ピックアップポイントは接線の他方の側が第２のプーリーと出会う場所である。

【0068】

方向転換プーリー７１６は、方向転換プーリー７１６が存在しない場合に比して、駆動要素Ｂ１が第２のジョイント５０７の周りをより完全に囲むようにする。これにより、駆動要素Ｂ１と第２のジョイント５０７間の係合の長さを増加させる。これにより、駆動要素Ｂ１は、第２のジョイント５０７の周りをより大きく移動する。したがって、駆動要素Ｂ１は、方向転換プーリー７１６がない場合に発生し得るよりも大きい、第２の軸５１２周りのエンドエフェクタ要素５０２の回転を引き起こすことができる。方向転換プーリー７１６は、第２のジョイント５０７上の駆動要素Ｂ１のピックアップポイントを、方向転換プーリー７１６がない場合と比較して変化させる。

【0069】

方向転換プーリー７１７は、方向転換プーリー７１７が存在しない場合よりも、駆動要素Ｃ１が第３のジョイント５１３の周りをより完全に囲むようにする。それによって、駆動要素Ｃ１と第３のジョイント５１３間の係合の長さを増加させる。これにより、駆動要素Ｃ１は、第３のジョイント５１３の周りでより大きく移動する。したがって、方向転換プーリー７１７がない場合に発生し得るよりも大きい、第２の軸５１２の周りのエンドエフェクタ要素５０３の回転を引き起こすことができる。方向転換プーリー７１７は、第３のジョイント５１３上の駆動要素Ｃ１のピックアップポイントを、方向転換プーリー７１７がない場合と比較して変化させる。

【0070】

方向転換プーリーは、それぞれ、関節の両側で、関節の外側縁部に向かって配置される。これは、図５Ａにおいてより容易に見られる。図６Ａに見られるように、各方向転換プーリーは、関節の両側において関節の長手方向軸と関節の外形との間に位置する。好適には、各方向転換プーリーの直径は、利用可能な空間に対して最大化される。換言すれば、方向転換プーリーは可能な限り大きく、一方の駆動要素がプーリーの一方の側においてプーリーと係合し、他方の駆動要素がプーリーの反対側においてプーリーの隣を引っかかることなく通過することができ、プーリーと２つの駆動要素が関節の外形内に被包される。

【0071】

第１の方向転換プーリー７１６は、以下の３つの点によって定義される平面内に配置される。（ｉ）プーリー第１組６０１の第１のプーリー７０５からの駆動要素Ｂ１の所望のテイクオフポイント、（ｉｉ）第２のジョイント５０７上の駆動要素Ｂ１の所望のピックアップポイント、および（ｉｉｉ）関節の境界上の点であり、第１の方向転換プーリー７１６が、平面内に位置するときに関節の境界内に被包されるような点である。好適には、第１の方向転換プーリー７１６は、可能な限り大きくされながらもこの平面内に位置し、関節の外形内に被包され、駆動要素Ｃ２の経路を妨げず、駆動要素Ｂ１がその周りを自由に移動することを可能にする。

【0072】

第２の方向転換プーリー７１７は、以下の３つの点によって定義される平面内に配置される。（ｉ）プーリー第１組６０１の第２のプーリー７０６からの駆動要素Ｃ１の所望のテイクオフポイント、（ｉｉ）第３のジョイント５１３上の駆動要素Ｃ１の所望のピックアップポイント、および（ｉｉｉ）関節の境界上の点であって、第２の方向転換プーリー７１７が平面内に位置するときに関節の境界内に被包されるような点である。好適には、第２の方向転換プーリー７１７は、可能な限り大きくされながらもこの平面内に位置し、関節の外形内に被包され、駆動要素Ｂ２の経路を妨げず、駆動要素Ｃ１がその周りを自由に移動することを可能にする。

【0073】

所望のテイクオフポイントおよびピックアップポイントは、第２の軸周りのエンドエフェクタ要素の所望の最大回転を可能にするように、第２および第３のジョイントの周りの駆動要素の所望の移動を可能にするように決定される。

【0074】

第１および第２の方向転換プーリーは、異なる平面に配置される。図６Ａに見られるように、これらの平面は、第１の軸５１０に垂直な平面に関して対称であってもよい。これらの平面は、第１の軸５１０に垂直な平面に関して回転対称であってもよい。具体的には、これらの平面は、第１の軸５１０に垂直な平面内の線に関して回転対称であってもよい。器具が図６Ａに示される直線的な構成であるとき、これらの平面は、シャフト５１１の長手方向軸を中心として回転対称である。これは２次回転対称である。これらの平面は、第１の軸５１０に垂直な平面における互いの反射であってもよい。図示の例では、エンドエフェクタ要素５０２、５０３は回転対称であり、ジョイント５０７，５１３の周りの駆動要素の経路は回転対称である。あるいは、エンドエフェクタ要素５０２，５０３の軸は回転非対称であってもよく、かつ／またはジョイント５０７，５１３の周りの駆動要素の経路は非対称であってもよい。ジョイント５０７および５１３の周りの駆動要素の経路は、（異なる張力比を持たせるために）ジョイントの直径を異ならせたこと、および／または、ジョイントを支持体５０９の中心線から異なるオフセットに配置したことの結果として、非対称であってもよい。これらの代替例のいずれにおいても、第１、第２の方向転換プーリー７１６，７１７は、回転対称ではないだろう。それらは、先に説明したように、駆動要素に所望のテイクオフポイントおよびピックアップポイントを持たせるために、異なるサイズおよび／または異なる位置を有することになるだろう。

【0075】

好適には、プーリー第１組、プーリー第２組および方向転換プーリーを含む全プーリー装置は、第１の軸５１０に垂直な平面に関して対称である。具体的には、プーリー第１組の第１のプーリー７０５、プーリー第２組の第１のプーリー７０１、第１の方向転換プーリー７１６を含む第１の部分的装置は、プーリー第１組の第２のプーリー７０６、プーリー第２組の第２のプーリー７０２、および第２の方向転換プーリー７１７を含む第２の部分的装置に対して第１の軸５１０に垂直な平面に関して回転対称である。好適には、第１の部分的装置は、第１の軸５１０に垂直な前記平面における、第２の部分的装置の反射である。第２の駆動要素対Ｂ１、Ｂ２は、第３の駆動要素対Ｃ１、Ｃ２がプーリー装置の周りを移動するように拘束されるやり方と回転対称で逆になるように、プーリー装置の周りを移動するように拘束される。プーリー装置は、説明された対称性を有するので、プーリー装置の周りに対称的に移動するように拘束された第２および第３の駆動要素も、同じ対称性を有する。このように、プーリー装置周りの第２の駆動要素対Ｂ１、Ｂ２の経路は、プーリー装置周りの第３の駆動要素対Ｃ１、Ｃ２の経路に対して回転対称である。

【0076】

上記の例により、プーリー装置と２つのプーリーガードを有するクレビスユニットが説明された。別の構成で、クレビスユニットが、単一のプーリーガードのみを含んでもよいことが理解されるであろう。さらに、プーリーガードは、本明細書に記載された構成とは異なるプーリー装置を含むエンドエフェクタ内で実施することができる。このような装置は、例えば、方向転換プーリーを含んでいなくてもよい。別例の形態では、プーリー装置のプーリーは、２つのプーリー要素で形成されなくてもよく、単一のプーリー要素で形成されてもよい。プーリー装置は、本明細書に記載された例に含まれない追加のプーリーを有することができる。

【0077】

本明細書で説明される例では、器具の関節は、３つのジョイントを含んだ。他の例では、関節は、より多い数またはより少ない数のジョイントを含むことができることが理解されるであろう。例えば、別の例では、エンドエフェクタは、１つのエンドエフェクタ要素のみを有することができる。この場合、関節は、第３のジョイント５１３、またはそのジョイントを駆動するための関連するプーリーおよび駆動要素を含んでいなくてもよい。

【0078】

出願人はこれによって、ここに記載の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別々に開示しており、そのような特徴または特徴の組み合わせが当業者の共通の一般的な知識に照らして全体として本明細書に基づいて実施されることが可能な程度に開示している。なお、そのような特徴または特徴の組み合わせが本明細書に開示される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5C】

【図5D】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】