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(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】2024-07-04
(45)【発行日】2024-07-12
(54)【発明の名称】ロボット外科手術用の７自由度位置決め装置
(51)【国際特許分類】
A61B 34/30 20160101AFI20240705BHJP
B25J 9/06 20060101ALI20240705BHJP
【ＦＩ】
A61B34/30
B25J9/06 A
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2022518261
(86)(22)【出願日】2020-01-17
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-12-15
(86)【国際出願番号】 US2020014022
(87)【国際公開番号】W WO2021071540
(87)【国際公開日】2021-04-15
【審査請求日】2022-05-18
(31)【優先権主張番号】62/914,226
(32)【優先日】2019-10-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】519239333
【氏名又は名称】エンドクエスト ロボティクス インコーポレイテッド
(73)【特許権者】
【識別番号】508152917
【氏名又は名称】ザ ボード オブ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティー オブ テキサス システム
【氏名又は名称原語表記】ＴＨＥ ＢＯＡＲＤ ＯＦ ＲＥＧＥＮＴＳ ＯＦ ＴＨＥ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＸＡＳ ＳＹＳＴＥＭ
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】キム， ダニエル エイチ．
(72)【発明者】
【氏名】シン， ドンスク
(72)【発明者】
【氏名】ジャン， テホ
(72)【発明者】
【氏名】パク， ヨンマン
(72)【発明者】
【氏名】リー， ジェイハン
(72)【発明者】
【氏名】ナム， キホーン
(72)【発明者】
【氏名】シン， ヨンチョル
【審査官】豊田 直希
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１３－５３０７３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１２－５０１８６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００９－５１２４７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６２－０５７８９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特許第６５６２１７４（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／００５３８６６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１０６３４４１６０（ＣＮ，Ａ）
【文献】特表２０１９－５１６５３１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｂ ３４／３０
Ｂ２５Ｊ １／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
患者の切開位置に対して所望の位置及び姿勢ピッチで器具コントローラを位置決めするように構成された器具カートであって、カートベースと、
前記カートベースに対して移動可能な昇降管と、
前記昇降管に接続され、前記昇降管に対して円弧状に移動可能な第１の平面並進部材と、
前記第１の平面並進部材に接続され、前記第１の平面並進部材に対して円弧状に移動可能な第２の平面並進部材と、
前記第２の平面並進部材に接続され、前記第２の平面並進部材に対して円弧状に移動可能な第３の平面並進部材と、
前記第３の平面並進部材に接続され、前記第３の平面並進部材に対して移動可能な駆動ハウジングと、
前記駆動ハウジングに結合され、前記駆動ハウジングに対して移動可能であって、対向する第１の端部および第２の端部を有する円弧状被駆動スライドであって、前記駆動ハウジングは、前記円弧状被駆動スライドの第１の端部及び第２の端部の中間に配置され、前記円弧状被駆動スライドの第２の端部と前記駆動ハウジングとの間の距離は、前記円弧状被駆動スライドが前記駆動ハウジングに対して移動するときに変化する、円弧状被駆動スライドと、
前記円弧状被駆動スライドの前記第２の端部に接続され、当該第２の端部から伸長している器具コントローラカップリングと
を備え、前記器具コントローラは、前記器具コントローラカップリングに接続され、かつ当該器具コントローラカップリングに対して移動可能である、器具カート。
【請求項2】
前記第１、第２、及び第３の平面並進部材はそれぞれ、第１、第２、及び第３のピボット位置でそれぞれ円弧状に結合されて、前記第１、第２、及び第３の平面並進部材の遠位端がそれぞれ第１、第２、及び第３のピボット位置に対してその周りで揺動又は回転することを可能にし、前記駆動ハウジングは、前記第３のピボット位置の遠位端で前記第３の平面並進部材に回転可能に結合され、かつ前記第３のピボット位置の遠位端で前記第３の平面並進部材から吊り下げられ、前記円弧状被駆動スライドは、前記円弧状被駆動スライドに結合された直線スライドをさらに備え、前記直線スライドには、前記器具コントローラと前記直線スライドとの相対運動のために前記器具コントローラが接続されている、請求項１に記載の器具カート。
【請求項3】
前記直線スライドは、前記円弧状被駆動スライドが伸長する円周の接線に対して垂直に位置決めされた中心線を画定し、前記直線スライドは、前記円弧状被駆動スライドが伸長する前記円周の中心から離れる方向に前記円弧状被駆動スライドから離れるように伸長し、前記円弧状被駆動スライドは、前記器具コントローラが位置決めされると、前記患者の前記切開位置に重なるか、又は直接隣接する、請求項２に記載の器具カート。
【請求項4】
前記器具コントローラは、前記円弧状被駆動スライドの前記円周の前記中心を通って、又は本質的に通って伸長する中心線をさらに画定し、それによって前記器具コントローラは、前記中心線に沿って前記直線スライドに対して移動可能である、請求項３に記載の器具カート。
【請求項5】
前記昇降管と前記カートベースとの間に配設された重力補償システムであって、前記昇降管の上端に配設された少なくとも１つの回転自在なプーリと、
前記昇降管の下端に配設された複数のばねと、
前記プーリ上を通過し、自由端を有する少なくとも１つのケーブルと、
前記ケーブルの前記自由端及び複数のばねに接続された補償ストラップであって、前記ケーブルが伸長するときに前記ばねによって供給される、前記補償ストラップにかかる下向きの力が、前記昇降管及び前記昇降管に接続された構成要素の重量又は質量に釣り合う、補償ストラップと
を備える、重力補償機構をさらに備える、請求項１に記載の器具カート。
【請求項6】
前記第１の平面並進部材、前記第２の平面並進部材、及び前記第３の平面並進部材はそれぞれ、モータと、
各ピボット位置の中心軸から伸長する駆動シャフトと、
前記駆動シャフトの周りに同軸に配設されたプーリであって、前記モータに接続されたベルトがかけられているプーリと、
前記駆動シャフトと前記プーリとの間に接続された高調波駆動部であって、前記モータが回転して前記ベルトの移動を駆動すると、前記平面並進部材は前記プーリの前記中心軸を中心に揺動する、高調波駆動部と
を備える、請求項１に記載の器具カート。
【請求項7】
前記駆動ハウジングはガイドスロットを備える、請求項２に記載の器具カート。
【請求項8】
前記円弧状被駆動スライドは、ラックギア歯を有する円弧状ラックをさらに備え、前記駆動ハウジングは、前記ラックギア歯と係合可能なピニオンギア歯を有するピニオンをさらに備える、請求項７に記載の器具カート。
【請求項9】
前記駆動ハウジングが、前記ピニオンに結合されたモータをさらに備える、請求項８に記載の器具カート。
【請求項10】
前記円弧状被駆動スライドが、前記ガイドスロットを通って伸長し、前記駆動ハウジングに対して選択的に位置決め可能である、請求項９に記載の器具カート。
【請求項11】
前記直線スライドが、モータと、
前記モータに結合されたねじロッドと
をさらに備え、
前記駆動ハウジングのガイドスロットが、前記ねじロッドがねじ式に伸長する貫通ねじ付き開口を含む、請求項７に記載の器具カート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年１０月１１日に出願された米国仮出願第６２／９１４，２２６号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１９年１０月１１日に出願された米国仮出願第６２／９１４，２２６号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本明細書は、低侵襲外科手術に使用されるロボット外科手術システム及び処置に関する。より具体的には、本明細書は、低侵襲外科手術での使用に有用な位置決め装置の分野に関する。
【背景技術】
【0003】
ヒトを含む哺乳動物などの患者の皮膚に大きな切開部を形成する必要性を回避するために、体内部位を調査するために、又は体内部位に外科手術を行うために、カメラや、クランプ、切断要素、縫合糸などの外科手術器具を位置決めするための管状部材を使用する非侵襲的又は非高侵襲的な外科手術技術が開発されている。これらの技術では、管状装置の先端又は遠位端は、管状装置の先端を選択的に曲げるように、かつ管状装置の先端及び管状装置自体を解剖学的構造内で前進又は後退させるように構成された一連のケーブルを使用して解剖学的構造を通ってガイドされる。医師は、管状装置の遠位端上又はその付近にあるカメラによって撮影された画像が表示される画面を見ることによって、解剖学的構造内の先端の前進を追跡し、そして、ジョイスティックを装備したマスタ装置などの制御装置を使用して、管状部材の先端の向き、及びその前進又は後退を操作して前述のワイヤを制御する。管状装置の先端のこれらの動きを達成するためのワイヤの制御は、患者の外部の場所で器具コントローラ内のワイヤに接続された一連のモータなどの機械的要素によって達成される。器具コントローラの重量は、典型的には７００Ｋｇ以上程度とかなりのものであり、器具コントローラは、患者の外部かつ患者の近位、かつ管状装置が患者に入る入口点の近位において制御可能に支持されなければならない。
【0004】
外科手術中、管状装置の遠位先端は、切開部を通して身体の解剖学的構造に挿入される。この挿入は血管性である場合があり、管状装置は押し上げられるか、血管に沿うか、又は単に体内の解剖学的構造の間若しくは解剖学的構造に沿う。このようにして管状装置が展開され、切開部に直接隣接する管状装置の部分が横方向にシフトされると、外科的処置を受けている患者に損傷が生じる可能性がある。管状展開可能装置の一部が機械的制御要素と切開部との間に存在する場合、管状展開可能装置のその部分管状部材が器具コントローラと切開部との間で撓む可能性があり、コントローラと管状部材の先端との間の応答平行性が低減し、切開部を引き裂く可能性、又は患者内の管状部材の向きを不必要に変更する可能性もあるため、器具コントローラはまた、典型的には、管状展開可能装置の制御を向上させるために患者の切開部に直接隣接して配置される。
【発明の概要】
【0005】
患者の切開位置に対して所望の位置及び姿勢ピッチで器具コントローラを位置決めするように構成された器具カートは、ベースと、ベースに対して移動可能なリフト部材と、リフト部材に接続され、リフト部材に対して円弧状に移動可能な第１の平面並進部材と、第１の平面並進部材に接続され、第１の平面並進部材に対して円弧状に移動可能な第２の平面並進部材と、第２の平面並進部材に接続され、第２の平面並進部材に対して円弧状に移動可能な第３の平面並進部材と、第３の平面並進部材に接続され、第３の平面並進部材に対して移動可能な円弧状スライドベースと、円弧状スライドベースに結合され、円弧状スライドベースに対して移動可能な円弧状スライドと、円弧状スライド部材に接続された器具コントローラカップリングであって、器具コントローラは器具コントローラカップリングに接続され、器具コントローラカップリングに対して移動可能である、器具コントローラカップリングとを含む。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】展開機器、例えば器具コントローラをその上で制御可能に支持するように構成された器具カートの等角図である。
【図2】制御コンソールの等角図である。
【図3】器具カートのベース及びベースから伸長するリフト部分の切欠図である。
【図4】ベースの固定下部及びリフト部分の第１の部分切欠図である。
【図5A】ベースの固定下部及びリフト部分の第２の部分切欠図である。
【図6A】図５Ａ及び図５Ｂの固定下部及びベースの等角図であり、リフト部分は取り除かれており、リフト部分が完全に後退した位置又は完全に下降した位置にある場合の重力補償システムの特定の構成要素の位置を示す。
【図6B】図５Ａ及び図５Ｂの固定下部及びベースの等角図であり、リフト部分は取り除かれており、リフト部分が完全に伸長した位置又は完全に上昇した位置にある場合の重力補償システムの特定の構成要素の位置を示す。
【図7A】器具コントローラをベースに対して横方向に位置決めするために使用される３つの平面並進部材の等角図である。
【図8】器具コントローラをベースに対して横方向に位置決めするために使用される３つの平面並進部材の平面図である。
【図9】器具コントローラの姿勢、ヨー、又はピッチを調整するように構成された円弧状スライドの内部の等角図である。
【図11】円弧状スライドに接続され、器具コントローラを直線的に位置決めするように構成された直線スライドの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
最初に図１及び図２を参照すると、器具カート１０（図１）及び制御コンソール１２（図２）が示されている。器具カート１０は、ここでは、ヒトを含む哺乳動物などの患者の切開位置１６（図１の位置Ｘ）に対して、器具カート１０から吊り下げられた器具コントローラ１４の位置決めを可能にするように構成される。器具カート１０は、一般に、カートベース１８と、カートベース１８から上方に伸長し、カートベース１８上に支持された位置決め部分２０とを含む。カートベース１８は、患者及びその切開位置１６に隣接するように器具コントローラ１４を大まかに位置決めするように構成される。カートベース１８は、複数の回転可能な車輪２４（４つ、そのうちの２つのみが示されている）の上に支持されるベース台座２２であって、複数の回転可能な車輪２４はベース台座が床８４に沿って移動することを可能にする、ベース台座２２と、ベース台座２２の上及びベース台座２２を超えて位置決めされた駆動部分２６と、駆動部分２６から上方に伸長し、内部に昇降管３０が収容される管状レシーバ２８とを含む。患者切開位置１６に対して器具カート１０を位置決めするために、手術室技術者などのユーザは、患者に対して器具コントローラ１４の所望の位置に器具カート１０を押し、次いで、当技術分野で知られているように摩擦ブレーキ又はホイールロック（図示せず）を使用して車輪を定位置にロックする。位置決め部分２０は、管状レシーバ２８内を入れ子式に移動し、管状レシーバ２８から選択的に伸長する昇降管３０と、管状レシーバ２８から遠位にある第１のピボット３１の位置において昇降管３０の上部遠位端３４に回転可能に支持された第１の平面並進部材３２と、第２のピボット３８の位置において第１の平面並進部材３２から回転可能に吊り下げられた第２の平面並進部材３６と、第２のピボット３８の位置から遠位にある第３のピボット４２の位置において第２の平面並進部材３６から回転可能に吊り下げられた第３の平面並進部材４０と、第３のピボット４２の位置から遠位にある第４のピボット４６の位置において第３の平面並進部材４０に回転可能に結合され、第３の平面並進部材４０から吊り下げられた運動中心カップリング４４と、運動中心カップリング４４に結合された直線スライド４８であって、器具コントローラ１４がその間の相対移動のために接続される、直線スライド４８とを含む。
【0008】
第１、第２、及び第３の平面並進部材３２、３６、及び４０はそれぞれ、それぞれのピボット３１、３８、及び４２の位置において円弧状に結合され、第１、第２、及び第３の平面並進部材３２、３６、及び４０のそれぞれの自由端３１’、３８’、及び４２’、すなわち、それらのピボット又は回転位置から遠位にある端部が、第１、第２、及び第３の平面並進部材３２、３６、及び４０の周りで揺動又は回転することを可能にし、それぞれが配置されたピボットから遠位にある端部はそれぞれのピボット３１、３８、及び４２の位置を中心とする円弧を通るように揺動する。第１、第２及び第３のピボット３１、３８及び４２の位置の各々は、それぞれのピボットを中心とした制御可能な円弧状移動のためにベルト及びモータ駆動式であり、共にＳＣＡＲＡ（選択的適合アセンブリロボットアーム）型のロボットの形態をとり、第１のピボット３１の位置に対する第４のピボット４６の位置の直線移動及び円弧状移動の両方を可能にする。ここで、第２のピボット３８の位置は第１の自由端３１’に隣接して配置され、第３のピボット４２の位置は自由端３８’に隣接し、第４のピボット４６の位置は自由端４２’に隣接している。運動中心カップリング４４は、第４のピボット４６の位置において第３の平面並進部材４０に枢動可能に接続されて吊り下げられた駆動ハウジング５０と、駆動ハウジング５０に結合され、その円弧の円周に沿って駆動ハウジング５０に対して直線的に移動可能な円弧状被駆動スライド５２とを含む。円弧状被駆動スライド５２は、対向する第１及び第２の端部５４、５６を含み、直線スライド４８は、円弧状被駆動スライド５２から、円弧状被駆動スライド５２の第２の端部に結合された直線スライド４８の第２の端部５６において結合位置５８から伸長する。直線スライド４８は、中心線４２０（図１１）を含み、中心線４２０は、それに沿って円弧状被駆動スライド５２が伸長する円周の接線に対して垂直に位置決めされ、直線スライド４８は、それに沿って被駆動円弧状部材５２が伸長する円弧の円周の中心６２から離れる方向に円弧状被駆動スライド５２から離れるように伸長し、それにより、器具コントローラが適切に位置決めされると、円弧状被駆動スライド５２は患者の切開位置１６に重なり、位置合わせされ、又は直接隣接する。
【0009】
器具カート１０は、カートベース２２の上に位置決めされ、カートベース２２から中空カート制御ユニット台座６６上に支持されたカート制御ユニット６４をさらに含む。制御ハウジング７４がカート制御ユニット台座６６の上端に取り付けられ、上端から一対の駆動ハンドル７０、７２が制御ハウジング７４の対向する側面からほぼ水平方向に伸長し、例えば、表示されたオプションを選択的に選択するためのタッチスクリーンとして構成された制御スクリーン７６が、制御ハウジング７４の上又は中に支持される。制御スクリーン７６及びハンドル７０、７２は、床８４から２．５～４フィート程度に位置決めされる。
【0010】
図２の制御コンソール１２は、医師、外科医又は技術者などのオペレータが、患者の体内で器具コントローラ１４によって展開された管腔内又は他の導入装置の挿入管４３２の遠位先端を操作することを可能にするように構成される。図には示されていないが、様々なエンドエフェクタ（グリッパ、カメラ又は他のツールなど）を装備した１つ以上のロボットアームが挿入管４３２の遠位先端の端部に取り付けられる。操作目的のために、制御コンソール１２は、第１のマスタ装置７７及び第２のマスタ装置７９を備え、第１のマスタ装置及び第２のマスタ装置の各々は、それらに関連したジョイスティック又は他の手で保持可能若しくは方向転換可能な要素、ここでは第１及び第２のジョイスティック７８、８０をそれぞれ有し、要素の各々のうち１つは、オペレータの一方の手に保持され、画面８２は、器具コントローラ１４から伸長する管腔内又は他の管状導入装置の挿入管４３２（図１）の先端上又はそのすぐ隣にあるカメラから撮影された画像を表示する。ここで、一方のマスタ装置、例えば第１のマスタ装置７７は、その第１のジョイスティック７８の動きを使用して、切開位置１６に対する管腔内又は他の管状導入装置の挿入管４３２（図１）の前方移動又は後方移動を指示するために使用され、他方のマスタ装置、例えば第２のマスタ装置７９は、その第２のジョイスティック８０の動きを使用して、取り付けられた器具（ロボットアーム、エンドエフェクタ、又はカメラなど）の向き及び管腔内又は他の導入装置の先端自体を変更するように操作可能である。その結果、オペレータは、患者の体内での管腔内又は他の導入装置の先端、したがって管腔内又は他の導入装置自体を操縦することができる。
【0011】
ここで図３から図５を参照すると、カートベース１８の管状レシーバ２８の内部構造、及び位置決め部分２０の昇降管３０との相互接続が示されており、昇降管３０は、その一端が管状レシーバ２８内に入れ子式に収容されており、管状レシーバ２８の内外に移動して、第１、第２、及び第３の平面並進部材３２、３６、及び４０を手術室の床８４などのベース基準位置又は平面の上方の所望の高さに位置決めすることが可能になっている。図３から図５では、管状レシーバ２８の内部構造は、内部で昇降管が伸長及び後退する管状レシーバ２８の外殻又はシェルが取り除かれた状態で示されている。図３では、昇降管３０は、カートベース１８から上昇しているか、又は上方に伸長して示されており、図４及び図５では、昇降管３０は、管状レシーバ２８の外側スキン又はカバー内で短縮できる限りのその最下位置、すなわち完全に後退した位置で示されている。
【0012】
カートベース１８は、一般に、カートベース１８の動作要素の上にスキン又はカバーを提供するシュラウド９４によって囲まれた、下側ベース部分９０、及び下側ベース部分９０の上に支持された上側ベース部分９２を内部に含む。管状レシーバ２８は、上側ベース部分９２から上方に伸長する固定下部９６を含む。昇降管３０は、一般に、固定下部９６上に摺動可能に収容されるリフト部分９８を含む。リフト部分９８を固定下部９６の上方及び下方に、かつ固定下部９６に対して移動させるように構成されたリフト駆動部１００は、リフト部分９８と固定下部９６との間に伸長し、リフト部分９８及び固定下部９６の各々の一部を形成し、管状レシーバ２８の固定部分９６に対して垂直方向にリフト部分９８を選択的に位置決めするように構成される。ここで、リフト駆動部１００は、正の位置決め駆動部１０２と、昇降管３０、その上の位置決め構成要素、及び器具コントローラ１４の重量又は質量を釣り合わせて、これらの要素を持ち上げるためにモータに供給される必要がある電力又はエネルギーを低減するように構成された重力補償システム１０４とを含む。
【0013】
図４及び図６Ｄを参照すると、正の位置合わせ装置１０２は、ここではリードスクリューシステムとして構成されており、貫通して伸長するねじ付き開口１４０を有する非回転ねじ付き開口プレート１０６が、複数の固定部材、ここでは複数のねじ付き締結具１１０によって、リードスクリューシステムの内部１０８内でリフト部分９８に固定され、リードスクリューシステムのヘッド１１２は、リフト部分９８の構造体１１６を形成するシュラウドの外壁の内側に伸長する皿穴開口１１４に収容され、そして、リードスクリューシステムのシャンク１１８は、ヘッド１１２から、構造体１１６の内部に対して固定された垂直位置においてねじ付き開口プレート１０６を支持するスタンドオフ１２２の内側に伸長するねじ穴１２０内に伸長する。ねじロッド１２４は、ベアリングアセンブリ１２８内に支持された第１の端部１２６と、ギアヘッド又はカップリング１３２を介して駆動モータ１３４に接続された第２の被駆動の端部１３０とを有し、ねじ付き開口１４０内に収容され、ねじ付き開口１４０を通って伸長する。駆動モータ１３４は、モータ支持ブラケット１３６によって下側ベース部分９０に、その間に接続されたＬ字形ブラケット１３８を通して堅固に接続される。したがって、駆動モータ１３４は、移動に対して垂直及び水平方向に支持されるが、ねじロッド１２４は、モータ１３４の回転によって自身の軸を中心に回転可能である。ベアリングアセンブリ１２８は、ねじロッド１２４の第１の端部１２６上に収容されるベアリング１２７を含み、ベアリング１２７は、外部構造体１１６の内部に接続されたベアリング支持ブロック１２９内に収容されて、リフト部分９８の構造体１１６に対する横方向又は直線移動に対してねじロッド１２４の第１の端部１２６を支持し、ねじロッド１２６の長手方向中心線をほぼ垂直に伸長する方向に維持する。
【0014】
水平面内でのリフト部分９８と固定下部９６との間の相対回転をさらに防止するために、ねじ付き開口プレート１０６は、ねじ付き締結具１１０によって外部構造体１１６の内壁に接続されたねじ付き開口プレート１０６の部分から離れる方向に、ねじ付き開口プレート１０６から伸長する安定化ブラケット１４２の部分を含み、安定化ブラケット１４２の上にはスプラインブロック１４４が固定され、この固定はスプラインブロック１４４及び安定化ブラケット１４２内のねじ付き締結具（図示せず）及び対応する開口及びねじ付き開口（図示せず）などによる。スプラインブロック１４４は、そのねじ付き開口に対向するその側面１５２に伸長スプライン１４６を含み、伸長スプライン１４６は、スプラインブロック１４４の側面１５２から突出するほぼ矩形の突出部であり、そして、伸長スプライン１４６は、側面１５２の外側に水平方向に伸長し、側面１５２に沿って垂直に伸長し、かつスプライン面１４８に沿って側面から遠位に相互接続された対向する平坦な側面１５０、１５１を含み、これらは共にスプラインブロック１４４の一体部分として外側に伸長するスプライン１４６を形成する。スプラインブロック１４４及びスプラインブロック１４４が取り付けられている開口プレート１０６は、ねじロッド１２４に平行な略垂直方向に通って伸長する一対の離間した開口１８０をさらに含み、開口１８０の各々は、ねじロッド１２４に平行な方向に貫通して伸長する着陸ロッド１８１（図６Ｄ）を受け入れる。着陸ロッド１８１は、その最下端に、開口１８０の円周よりも大きい拡大円周部分（図示せず）を含み、それにより、スプラインブロックがカートベース１８に向かう移動は、開口プレート１０６がカートベース１０６内を移動するときに、開口プレート１０６の下面が着陸ロッド１８１の拡大円周部分と係合することによって制限される。
【0015】
モータ１３４によるねじロッド１２４の第１の回転方向への回転は、ねじ付き開口プレート１０６及びねじ付き開口プレート１０６に接続された構造体１１６を下側ベース部分９０に対して第１の直線方向に、例えば下側ベース部分９０及び床８４に対して上方に移動させ、そして、モータ１３４の逆回転は、ねじロッド１２４の逆回転を生じさせ、開口プレート１０６及び開口プレート１０６に接続された構造体１１６を反対の直線方向に、例えば下側ベース部分９０及び床８４に向かって下方に移動させる。
【0016】
図３に最もよく示されているように、固定下部９６は、固定下部９６を上側ベース部分９２に接続する取り付け部分１６０と、下側取り付けフラット１６４、及び下側取り付けフラット１６４にほぼ垂直に、かつ下側取り付けフラット１６４から上方に垂直方向に伸長する支持部分１６６を有する支持体１６２の部分とを含む。モータ１３４は、取り付け部分１６０に隣接して支持体１６２に接続され、支持部分１６６は、下側取り付けフラットから垂直に伸長する。スプラインガイド凹部１７６が支持部分１６６の側面に面するねじ付き開口プレートの内側に伸長し、その中には一対の凹部プレート１７４が受け入れられ、これらは共にスプラインブロック１４４のスプライン１４６が伸長するスプラインガイド凹部１７６を形成する。水平方向におけるスプラインガイド凹部１７６の対向する壁の間の間隙の幅は、水平方向におけるスプラインブロック１４４の対向する平坦側面１５０、１５２の間の距離よりも若干、０．７１インチ程度大きい。水平方向におけるスプラインガイド凹部１７６の対向する壁の間の間隙の幅と、水平方向におけるスプラインブロック１４４の対向する平坦側面１５０、１５２の間の距離との相対的なサイズの結果として、スプライン１４６は、結合することなく、スプラインガイドスロット１７６内に嵌合し、その中で垂直方向に移動可能となる。
【0017】
図６Ａ及び図６Ｄを参照すると、支持部分１６６の対向する外壁１７２ａ、１７２ｂ上では、一対の対向する構造体ガイド凹部１６０ａ、ｂがその内側に伸長し、ここで、スプラインガイドスロット１７６は、支持部分内に配設され、対向する構造体ガイド凹部１６０ａ、ｂの間に配置される。輪郭成形されたガイドスプライン１６８ａ、１６８ｂは、構造体ガイド凹部１６０ａ、ｂの各々のベースに配置され、それぞれの構造体ガイド凹部１６０ａ、ｂの各々の幅方向のほぼ中心にある。構造体ガイド凹部１６８ａ、ｂ及び輪郭成形されたガイドスプライン１６８ａ、１６８ｂの各々は、その中のねじ付き開口プレート１０６の高さが最も低い位置からその最上面まで伸長する。構造体１１６の対向する内側面に固定された一対の構造体ガイドブロック１７０ａ、１７０ｂは、ガイドスプライン１６８ａ、ｂの輪郭に一致する嵌合輪郭スロット１７３ａ、ｂを含み、ガイドスプライン１６８ａ、ｂ上に受け入れられる。ガイドスプラインは、支持部分１６６に対する構造体１１６のコッキング又は回転移動を制限し、開口プレート１０６の伸長スプライン１４６と共に、ねじロッド１２４の周りの開口プレートの回転移動を制限する。ねじ付き開口プレート１０６は、ねじロッド１２４上に片持ち式に支持され、ねじロッド１２４が回転すると、開口プレート１０６はその上で垂直に移動する。
【0018】
重力補償システムがなければ、７００キログラム程度以上のリフト部分９８及びリフト部分９８に接続された構成要素の全重量又は質量は、ねじ付き開口１４０のねじ山の下側フランクの接触位置において、ねじロッド１２４のねじ山の上側フランクの一部がねじ付き開口１４０を通って伸長している状態で支持されることになる。これはいくつかの問題をもたらし、その中には、ねじ付き開口１４０のねじ山の下側フランク及びねじロッド１２４の上側フランクにおける高い摩耗、ねじロッド１２４の上側フランクと比較して、ねじ付き開口１４０のねじ山の下側フランクにおける不均一な摩耗、並びにねじロッド１２４を回転させて、ねじ付き開口１４０のねじ山の上側フランクとねじロッド１２４の下側フランクとの間の静的及び動的摩擦の両方を克服するために高エネルギーを供給する高トルク又は高馬力モータの必要性がある。ここで、重力補償システム１８２は、図３～図５Ｃに示すように、ねじロッド１２４のねじ山の上側フランクにかかるねじ付き開口１４０のねじ山の下側フランクの下向きの力を低減するために設けられている。重力補償システム１８２は、リフト部分９８及びリフト部分９８に接続された構成要素の質量の（重力方向）下向きの力にほぼ等しい大きさの上向きの力を開口プレート１０６に供給することによって動作し、それによって、リフト部分９８及びリフト部分９８に接続された構成要素が開口プレートを下向きに押す重力に基づく力を、ほぼ等しい大きさで、逆方向で上向きの力と効果的に釣り合わせる。
【0019】
図３では、重力補償システム１８２は、カートベース１８と共に、かつカートベース１８に接続されて示されており、図５Ａ及び図５Ｂでは、重力補償システム１８２の内部接続をよりよく見せるために構造体１１６の一部が取り除かれて示されており、カートベース１８は示されていない。重力補償システム１８２のこの態様では、一対のケーブル、ここでは図５Ａ及び図５Ｂに示すようにケーブル１８４、１８４’は、開口プレート１０６との接続部から（１つのみを示す）、回転自在なプーリ１８６、１８６’を超えて伸長し（図６Ａ、６Ｂ）、回転自在なプーリ１８６、１８６’の各々のうちの１つは対応するケーブル１８４、１８４’のうちの１つの専用であり、クロスピースプーリシャフト１８９の両側に接続され、クロスピースプーリシャフト１８９は、構造体（図６Ａ）の最上端に固定された両側のピローブロック１９１、１９１’内の両側のベアリングにおいて、固定下部９６の直立ブラケット１６２の上端１８８上で回転自在に支持されている。ケーブル１８４、１８４’は、それぞれのプーリ１８６、１８６’上を通過した後、プーリ１８６、１８６’上でのケーブル１８４、１８４’の位置間とほぼ同じ距離だけ離間して、力補償アセンブリ１９０に接続される。ケーブル１８４、１８４’の各々は、ピンを介してスプラインガイド凹部１７６の両側において、プーリ１８６、１８６’上でのケーブル１８４、１８４’の位置間とほぼ同じ距離だけ離間して、開口プレート１０６の両側で開口プレート１０６に接続される。ここで、図５Ａ、図５Ｂ及び図６Ａ～図６Ｄに示すように、重力補償アセンブリ１９０は、複数の、ここでは８つのコイルばね１９２ａ～ｈ（図６）を含み、コイルばね１９２ａ～ｈの各々は、二次元螺旋状に巻かれたストラップ状のばね要素を含み、ばね要素の内側端部は回転に対して接地しており、ばね要素の対向する端部２１０ａ～ｈは、補償ストラップ１９６に接続される。
【0020】
ここで、ケーブル１８４、１８４’の各々は、一対の対向する結合部分２００と、対向するケーブル端部に隣接するように結合部分２００の各々の一部分に対してクランプ締めされて、ループ２０４ａ、ｂを形成する複数のクリンプ２０２とを含むが、対向するループ２０４ａ又は２０４ｂの間の連続的な相互接続を、その中で望ましくない弛み又は伸長が存在しないように提供することができる任意の方法で構成されてもよい。結合部分２００は、端部で隣接するケーブル１８４、１８４’の一部分を含み、この一部分は、ケーブル１８４、１８４’の隣接する部分の上で折り返されてループ２０４ａ、ｂを形成し、ループ２０４ａ、ｂはクリンプ２０２によって定位置に固定される。ここでは、ケーブル１８４、１８４’の各対向端を固定してループ２０４ａ、ｂを形成するために２つの別個のクリンプ２０２が使用されているが、ケーブル１８４、１８４’の自由端が滑ることなくケーブルの残りの部分に対して固定されたままであることを確実にできる任意の数のクリンプ要素が使用されてもよい。
【0021】
補償ストラップ１９６は、対向する第１及び第２のばね接続面２０６、２０８を含み、端部２１０ａ、ｂ、ｅ及びｆでそれぞれ隣接するばね要素１９２ａ、ｂ、ｅ及びｆの各々の部分は、補償ストラップ１９６の第１のばね接続面２０６に堅固に接続され、端部２１０ｃ、ｄ、ｇ及びｈでそれぞれ隣接するばね要素１９２ｃ、ｄ、ｇ及びｈの部分は、補償ストラップ１９６の第２のばね接続面２０８に堅固に接続される。補償ストラップ１９６は、第１のストラップコネクタ２１２ａであって、第１のストラップコネクタ２１２ａの上面から伸長する対向する支柱２１４ａによって、第１のストラップコネクタ２１２ａの上面から支持されるピン２１６ａを有する、第１のストラップコネクタ２１２ａをさらに含む。第２のストラップコネクタ２１２ｂも同様に、スプラインブロック１４４の上面から伸長する対向する支柱２１４ａによってスプラインブロック１４４の上面から支持されるピン２１６ａを含む。ループ２０４ａはピン２１６ａの表面の周りに伸長し、ループ２０４ｂはピン２１６ｂの外周に伸長する。ループ２０４ａは、ピン２１６ａの表面の周りに伸長し、ループ２０４ｂは、ピン２１６ｂの外周に伸長し、それにより、ばね要素１９２ａ～ｇを、開口プレート１０６に接続されたスプラインブロック１４４を介して開口プレート１０６に物理的に接続する。
【0022】
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、固定下部９６は、構造体ガイド凹部１６０ａ、ｂが伸長する対向する壁を横切って伸長し、対向する壁を接続する中央リブ２２０を含み、開口プレート１０６の位置に対向する固定下部９６の側面には、そこから対向端上に伸長する一対の対向フランジ２２２、２２４を含み、そして、対向フランジ２２２、２２４の内側対向面２３０、２３２は、対向面２３０、２３２の各々のベースから内側に伸長するベース２３１と共に、補償ストラップ１９６６が往復運動するガイド凹部２２８を形成する。補償ストラップ１９６は、図６Ｃに示すように、補償ストラップ１９６の対向する第１のばね接続面２０６と第２のばね接続面２０８との間に伸長する対向する側壁２３４、２３６をさらに含む。対向する側壁２３４、２３６間の距離は、固定下部９６の内側対向面２３０、２３２間の距離よりも小さく、したがって、補償ストラップ１９６は、構造の他の要素と物理的に干渉することなく、ガイド凹部２２８内で上下に移動することができる。
【0023】
図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、開口プレート１０６、したがってリフト部分９８が完全に下降した位置にある場合（図６Ａ）、及び完全に上方に伸長した位置にある場合（図６Ｂ）の補償ストラップ１９６の位置が示されている。いずれの場合も、それぞれの端部２１０ａ～ｈにおいて補償ストラップ１９６に接続されたコイルばね１９２ａ～ｈによって供給される、補償ストラップ１９６にかかる下向きの力は、ケーブル１８４、１８４’を介して開口プレート１０６にかかる等しい、又はおよそ等しい反対の力を提供して、リフト部分に接続された開口プレート１０６のねじ山に下向きにかかる、リフト部分及び位置決め要素ならびリフト部分に接続された器具コントローラ１４の（重力的な）力を釣り合わせる。言い換えれば、ケーブル１８４、１８４’が補償ストラップ１９６と開口プレート１０６との間に伸長すると、補償システムは、補償ストラップ１９６を下側ベース部分９０に向かって下方に引っ張る傾向があるばね力を生成し、この力は、プーリ１８６、１８６’上に伸長するケーブル１８４、１８４’を介して伝達されて、開口プレート１０６にかかる上向きの付勢力を生成する。コイルばね１９２ａ～ｈは、コイルばね１９２ａ～ｈの各々の、その水平中心位置の上方に伸長する部分の長さにわたって、相当に一定のばね定数を提供するように構成される。結果として、ねじロッド１２４の回転によって開口プレート１０６が下降するときにはコイルばね１９２ａ～ｈのコイルの一部（その端部２１０ａ～ｈ）をそのコイル部分から巻き出し、ねじロッド１２４の逆回転によって開口プレートが上側ベース部分９２から離れるように上昇するときにはばね要素１９４の一部をそのコイル内に巻き戻すにもかかわらず、開口プレート１０８に接続されたループ２０４ｂ、２０４ｂ’においてケーブル１８４、１８４’にかかる上向きの力は、質量（リフト部分９８及びリフト部分９８の上に支持された要素の重量）にかかる重力を釣り合わせて、リフト部分９８及びリフト部分９８の上に支持された要素を効果的に浮動させるか、又はねじ付き開口１４０のねじ山の下側フランクがねじ付き開口１４０を通っているねじロッド１２４の上側フランクの一部と界面接触する際の質量を小さいか若しくは存在しないように見せる。これにより、リフト部分９８及びリフト部分９８の上に支持された要素を上昇及び下降させるのに必要なモータ１３４のサイズが大幅に低減され、ねじ付き開口１４０のフランク及びねじロッド１２４のねじ山の摩耗が低減される。
【0024】
図７Ａ、図７Ｂ及び図８は、管状レシーバ２８から遠位にある軸ＣＬ１を中心とする第１のピボット３１の位置において、昇降管３０の遠位端３４に、かつ遠位端３４上に回転可能に支持された第１の平面並進部材３２と、軸ＣＬ２を中心とする第２のピボット３８の位置において、第１の平面並進部材３２から回転可能に吊り下げられた第２の平面並進部材３６と、第２のピボット３８の位置から遠位にある、軸ＣＬ３を中心とする第３のピボット４２の位置において、第２の平面並進部材３６から回転可能に吊り下げられた第３の平面並進部材４０とを、カバー２４６（図１及び図７Ｂ）が取り除かれた状態で示している。ここで、第１の平面並進部材３２は、平面図において、連続した周縁部２５０と、周縁部２５０から上方に（カートベース２２から離れる方向に）伸長し、パイ形状の多面体形状又はプロファイルの縁部を形成する側壁２５２とを有するパイ形状の多面体形状又はプロファイルを有し、側壁２５２及びベース２４８はパイ形状のトラフを共に形成する。第２の平面並進部材３６及び第３の平面並進部材４０の各々は、円弧状の第１及び第２の端壁２５８、２６０中で隣接する端部において互いに接続された、対向する、ほぼ平坦で互いに平行な第１及び第２のトラフ壁２５４、２５６を有する。第１及び第２のトラフ壁２５４、２５６並びに円弧状の第１及び第２の端壁２５８、２６０は、単一の連続部材として形成される。第２の平面並進部材３６及び第３の平面並進部材４０の各々のベース２６２は、以下の縁部又は周囲プロファイルを有し、そして、第１及び第２のトラフ壁２５４、２５６並びに円弧状の第１及び第２の端壁２５８、２６０と共に、トラフを形成する。
【0025】
図７Ｂに示すように、本明細書の各平面並進部材の移動、例えば、垂直方向にリフト部分９８の中心を通って概して伸長する軸ＣＬ１を中心とする第１の平面並進部材３２の移動、すなわちそのピボット３１の位置における移動は、高調波駆動部の動作によって影響を受ける。各平面並進部材は、ローラ又はボールベアリング、例えば、その上に垂直方向に重量を支持することができる円錐ころベアリングを介して回転する追加の構成要素に接続される。したがって、図７Ａに示すように、ローラベアリング２５１の内輪は、適切な締結具を介して直立ブラケット１６２の上端に接続され、ローラベアリング２５１の外輪は、適切な締結具を介してベース２４８の上面に接続される。結果として、他の構成要素が存在しない場合、第１の平面並進部材３２は、ベース２４８の上面の周りを自由に回転する。結合ブラケット２５３は、ベース２４８とは反対側のベアリング２５１の側面において、ベアリング２５１の外輪に接続される。第１の高調波駆動部２６４は、リフト部分９８の上面からベース２４８の上面を通って伸長するシャフトと、軸ＣＬ１を中心とする第１のプーリ２６６との間に接続される。第１の高調波駆動部２６４は、第１のプーリ２６６に結合された入力部分２５５と、ベアリング２５１の外輪に接続された出力部分２５７とを含む。
【0026】
図７Ａを参照すると、第１のモータ２６８が第１の平面並進部材３２のベース２４８に固定され、第１のベルト２６９がモータ２６８の出力シャフト上のプーリをわたって、かつ同様に第１のプーリ２６６をわたって接続されている。第１の高調波駆動部２６４と同じ構造を有する第２の高調波駆動部２７０が、第２のプーリ２７２と第１の駆動シャフト（２８４）との間に接続され、第２の高調波駆動部２７０への接続は、第１の高調波駆動部と支持体１６２の上端との接続と同様のベアリングを介しており、第１の平面並進部材３２のベース２４８を通って伸長する。ベース２４８には第２のモータ２７４が固定されており、第２のモータ２７４の出力シャフト上のプーリをわたってベルト２７５が接続され、同様に、第２のプーリ２７２にもベルトが接続されている。第１のピボット３１の位置は、第１の高調波駆動部２６４の中心線ＣＬ１又は軸に形成される。第１の平面並進部材３２を第１のプーリ２６６の中心線又は軸ＣＬ１の周りで揺動させるために、第１のモータ２６８が回転して第１のベルト２６８を移動させる。第１のプーリ２６６が、第１の高調波駆動部２６４を介して、第１の平面並進部材３２のベース２４８に接続されたローラベアリング２５１の外輪に接続されると、ベルト２６９の移動によって引き起こされる第１のプーリ２６６の回転は、第１の平面並進部材３２を中心線又は軸ＣＬ１の周りで揺動させる。第２のピボット３８の位置は、第１の駆動シャフト２８４の中心線又は軸ＣＬ２の周りに形成され、それによって、第２のモータ２７４によって動かされるベルト２７５による第２のプーリ２７２の回転は、第２の平面並進部材３６を第１の駆動シャフト２８４の中心線又は軸ＣＬ２に対して揺動させる。さらに、釣り合い錘２７６は、第１のプーリ２６６と側壁２５２の隣接する湾曲部分との間の位置においてベース２４８上に配置され、第２のプーリ２７２及び第２のプーリ２７２に取り付けられたシャフトは、釣り合い錘２７６の位置から第２のプーリ２７２の正反対側にある。
【0027】
第３のモータ２７８は、第２の平面並進部材３６のベース２６２に支持されて接続されており、第３のベルト２８０は、第３のモータ２７８の出力シャフト上のプーリをわたって、同様に第３のプーリ２８２をわたって接続されている。第３のプーリ２８２は第２の駆動シャフト２８４’に接続され、第２の駆動シャフト２８４’は、第３のプーリ２８２から第２の平面並進部材３６のベース２６２を通って下方に、そして第３の高調波駆動部２８６を通って伸長し、そして、第２の駆動シャフト２８４’は、第３の平面並進部材４０のベース２６２に堅固に接続されて終端する。第３のピボット４２の位置は、第２の駆動シャフト２８４’の中心線又は軸ＣＬ３に形成され、それによって、第３のベルトを移動させるための第３のモータ２７８の運動による第３のプーリ２８２の回転は、第３の平面並進部材４０を第２の駆動シャフト２８４’の中心線ＣＬ３に対して揺動させる。
【0028】
第３の平面並進部材４０は、第２の平面並進部材３６と同じ一般的な構造を有し、第３の平面並進部材４０のベース２６２に支持されて接続された第４のモータ２８８を含み、第４のベルト２９２は、第３のモータ２７８の出力シャフト上のプーリをわたって、同様に第４のプーリ２９０をわたって接続されている。第４のプーリ２９０は、中心線又は軸ＣＬ４の周りを回転するように中心付けられた第３の駆動シャフト２８４’’に接続され、第３の駆動シャフト２８４’’は、第４のプーリ２９０から、第４の高調波駆動部２９４を介して互いに接続された第３の平面並進部材４０のベース２６２を通って下方に伸長する。
【0029】
第１の距離ｄ１は、第１及び第２の高調波駆動部２６４、２７０の中心間に伸長し、第２の距離ｄ２は、第２及び第３の高調波駆動部２７０、２８６の中心間に伸長し、そして、第３の距離ｄ３は、第３及び第４の高調波駆動部２８６、２９４の中心間に伸長する。したがって、第４の高調波駆動部２９４の中心、したがってその中心から伸長する第３の駆動シャフト２８４’’が、第１の高調波駆動部２６４の中心、したがってリフト部分９８の中心から配置され得る最大距離は、ｄ１＋ｄ２＋ｄ３の合計である。したがって、第３の駆動シャフト２８４’’の中心線又は軸ＣＬ４は、第１の高調波駆動部２６４の回転中心に対応する中心線又は軸ＣＬ１の周りに伸長する円内のどこにでも位置決めすることができ、円は、ｄ１＋ｄ２＋ｄ３の半径を有し、第１の高調波駆動部２６４の回転中心に対応する中心線又は軸ＣＬ１から第３の駆動シャフト２８４’’までの最小スパンは、リフト部分の物理的サイズ、及び第３の駆動シャフト２８４’’の中心から第３の平面並進部材４０の隣接する外壁面までの空間によって制限される。
【0030】
円弧状被駆動スライド５２は、フランジ２８５によって第３の平面並進部材４０から吊り下げられ、フランジ２８５は、第３の平面並進部材のベースを通って伸長してフランジのねじ付き開口内に伸長する締結具などによって、又は他の機構によって、第３の平面並進部材４０の下面に接続される。第３の駆動シャフト２８４’’は、フランジ２８５を通って伸長し、円弧状被駆動スライド５２の円弧状駆動ハウジング２９６は、例えばスプライン及びキー配列、ねじ接続、フランジ、又は当技術分野で知られている他の接続機構（図示せず）によって、フランジ２８５の下の位置で第３の駆動シャフト２８４’’に固定され、それにより、円弧状駆動ハウジング２９６は、中心線又は軸ＣＬ４を中心に回転し、中心線又は軸ＣＬ４は、それに沿って被駆動円弧状部材５２が伸長する円弧の円周の中心６２を通って伸長する。円弧状被駆動スライド５２は、第３の駆動シャフト２８４’’に接続された円弧状駆動ハウジング２９６と、それぞれ水平方向に円弧状駆動ハウジング２９６を通って伸長する一対のスライド開口、すなわち第１及び第２のスライド開口３００ａ、ｂ（図１０）を通って伸長する被駆動円弧状スライド部材２９８とを含む。図９では、内部の詳細を示すために、図１の円弧状被駆動スライド５２が、カバーが取り除かれた状態で示されている。
【0031】
円弧状スライド部材２９８は、ここでは、上側及び下側円弧状壁セグメント３０２、３０４を有する円弧状フレームを備え、上側及び下側円弧状壁セグメント３０２、３０４の各々は、中心６２の周りに伸長する、円周長が異なる円の一部に位置し、その第１の端部３０６において平面図では湾曲した輪郭を有するキャップ３０８に接続され、その反対側の第２の端部３１２において平坦壁３１４に接続され、平坦壁の外面は、中心６２と交差する放射線に沿って伸長する。第３の駆動シャフト２８４’’のその軸を中心とする回転運動は、円弧状駆動ハウジング２９６の回転運動を引き起こし、これは次に、駆動シャフト２８４’’の回転軸を中心とする円弧又は円周経路に沿って平坦壁３１４を曲線状に動かす。器具コントローラ１４が平坦壁３１４に直接接続されると、この動きは同様に、器具コントローラの本体を、駆動シャフト２８４’’の回転の中心線又は軸ＣＬ４を中心とする円弧又は円周経路に沿って揺動させる。
【0032】
上側及び下側円弧状壁セグメント３０２、３０４は各々、ガイドスロット、上側ガイドスロット３２４及び下側ガイドスロット３２６を内部にさらに形成し、ガイドスロットは上側及び下側円弧状壁セグメント３０２、３０４の各々を、隣り合わせの壁部分、具体的には、第１のスライド開口３００ａを通って伸長する第１の上側円弧状壁セグメント３１６及び第１の下側円弧状壁セグメント３１８と、第２のスライド開口３００ｂを通って伸長する第２の上側円弧状壁セグメント３２０及び第２の下側円弧状壁セグメント３２２とに分岐させる。キャップ３０８、及び平坦壁３１４は、上側及び下側壁セグメント３１６、３１８、３２０及び３２２をそれらの対向する端部において定位置に保持し、第１及び第２のスライド開口３００ａ、ｂの構成は、それらの対向する端部におけるものと同じガイドスロット３２４、３２６の幅を維持する。
【0033】
ガイドスロット３００ａ、３００ｂを形成するために、円弧状スライド部材２９８は、ベースプレート３２８と、中間セグメント３３０と、中間セグメント３３０の両側に間隔を置いて配置され、下端において床プレート３３４を介して互いに接続され、かつ上端においてベースプレート３２８の上端から伸長するスペーサ３３６によって互いに接続された、対向する外側プレート３３２（一方のみ図示する）と、外側プレートの上端に一体的に形成され、ねじ付き締結具並びに穴及び対応するねじ穴などによってスペーサ３３６に固定されたスタンドオフ３３８とを含む。円弧状スライド部材２９８は、ガイドスプライン３３９をさらに含み、ガイドスプライン３３９は、その第１のガイドスプライン端部３４０においてガセット３４４への接続によって支持され、その第２のガイドスプライン端部３４２において、第１及び第２のスライド開口３００ａ、ｂの反対側に、第１の端部３４０から、円弧状スライド部材２９８の第２のガセット３４６、又は側壁まで配設され、それにより、ガイドスプラインの側面に対する第１のガイドスロット３２４の側面の相対位置は、ガイドスプライン３３９の長さにわたって一定に維持される。ラック３５０、言い換えると、直線ギアトラックは、第２のガイドスロット３２６に平行に、かつ第２のガイドスロット３２６に沿って伸長する。
【0034】
中間セグメント３３０は、対向する外側プレート３３２の間の空間を分岐させるように、かつベースプレート３２８及び床プレートと共に、上側及び下側円弧状壁セグメント３０２、３０４が円弧状スライド部材２９８を通過する一対の隣り合わせの第１及び第２のスライド開口３００ａ、ｂを形成するように構成される。さらに、ガイドスロット３４８は中間セグメント３３０を通って伸長し、ガイドスロット３４８の中をガイドスプライン３２９が伸長して、ガイドスプライン３２８を支持してガイドし、ピニオン３５２のギア歯をラック３５０のギア歯の上に位置決めしてこれと係合させる。したがって、中間セグメント３３０は、スペーサ３３６と、スペーサの凹部３６０に位置決めされた、貫通するガイドスロット３４８を有するスプラインガイドプレート３５６と、ギアボックスアセンブリ３６２とを含む。スプラインガイドプレート３５６は、スプラインガイドプレート３５６の側壁から伸長するプレート３６６から構成されるガイド部材３６４を含み、スプラインガイドスロットは、貫通する円弧状範囲を有し、ベースプレート３２８の表面に面して円弧状貫通開口を形成する。
【0035】
ギアボックスアセンブリ３６２は、第１のベアリング３７６が固定される貫通開口を有する第１のギアプレート３７４と、第２のベアリング（図示せず）が固定される貫通開口を有する、スペーサ３３６の側壁に接続された第２のギアプレート３７８と、第２のアイドラギア３８０を支持する対向ベアリング内に支持され、その遠位端にピニオン３５２が固定される第２の被駆動シャフト３８２とを含む。第１の被駆動シャフト３８４は、第２の被駆動シャフト３８２と略平行に下方に配設され、外側プレート３３２の開口内の第１の被駆動シャフトベアリング３８６、及びベースプレート３２８の開口内に固定された第２の被駆動シャフトベアリング（開口及び第２のベアリングは図示せず）に支持される。第１の被駆動シャフト３８４上には、第１のアイドラギア３８８が支持されており、第１のアイドラギア３８８のギア歯は第２のアイドラギア３８０の歯と噛合する。第１の被駆動シャフト３８４は、内部で第１の被駆動シャフトベアリング３８６を固定して支持する開口を通って伸長し、第１の被駆動シャフトベアリング３８６の上には第２のベベルギア３９０が固定される。
【0036】
ベベルギアモータ３９２は、外側プレート３３２の外側に設けられており、第１のベベルギア３９６に結合された出力シャフト３９４を含み、第１のベベルギア３９６の歯は第２のベベルギア３９０の歯と噛合する。ベベルギアモータ３９２による出力シャフト３９４の回転は、第１及び第２のベベルギア３９６、３９０の噛合を介して、第１の方向（時計回り又は反時計回り）への第１の被駆動シャフト３８４の回転を誘導し、これは第１及び第２のアイドラギア３８８、３８０の結合を介して、反対方向への第２のアイドラギアの回転を誘導し、これによりピニオン３５２を回転させ、それによって円弧状駆動部材２９６を介して円弧状スライド部材２９８を移動させ、それによって平坦壁３１４を移動させて円弧状経路に沿って移動させる。
【0037】
図１及び図１１に示すように、直線スライド４８は、器具コントローラ１４を直線経路で移動させるように構成され、ここでは、円弧状スライド部材２９８の平坦壁３１４に接続され、平坦壁３１４から片持ち梁状に伸長する直線スライドハウジング４００を含み、直線スライドハウジング４００内では対向する直線対向ガイド支柱４０２、４０４が固定され、直線対向ガイド支柱４０２、４０４内では対向する直線ガイド支持ベアリング（図示せず）が支持され、直線ガイド支持ベアリングには直線ガイド、ここでは直線ガイドねじロッド４０６が固定される。直線駆動モータ４０８は、所望の回転速度及び方向で直線ガイドねじロッド４０６を選択的に回転させるために、支柱４０４を越えて伸長する直線ガイドねじロッド４０６の端部に接続される。直線スライドハウジング４００の内面の溝４１２の内側に伸長するフィンガ（図示せず）を有するガイドブロック４１０が設けられ、ガイドブロック４１０は直線ガイドねじロッド４０６が螺合して伸長する貫通ねじ付き開口（図示せず）を含む。往復運動体４１４は、例えばねじ付き締結具並びに対応する穴及びねじ穴によって、ガイドブロック４１０に接続される。第１の蛇腹プリーツカバー４１６は、ガイドブロック４１０の第１の側面の直線スライドハウジング４００の開口を覆って伸長し、第２の蛇腹プリーツカバー４１８は、ガイドブロック４１０の第２の側面の直線スライドハウジング４００の開口を覆って伸長する。直線ガイドねじロッド４０６は、直線ガイドねじロッド４０６の回転の中心である直線ガイドねじロッド中心線４２０を含み、往復運動体４１４が接続されるガイドブロック４１０の取付面４２２は、直線ガイドねじロッド中心線４２０に平行であり、直線ガイドねじロッド中心線４２０は円弧状スライド部材２９８の端壁３１４に平行である。往復運動体４１４は、ガイドブロック４１０の取付面４２２に平行、したがって円弧状スライド部材２９８の端壁３１４に平行な器具コントローラ取付面４２２を含む。直線駆動モータ４０８の回転により、溝４１２内に伸長するフィンガによって回転が阻止されたガイドブロック４１０は、直線ガイドねじロッド中心線４２０の方向に直線的に移動するように誘導される。
【0038】
図１に戻って参照すると、器具コントローラ１４は、回転して直線的に移動するように構成された駆動部分４３０と、駆動部分４３０から伸長する挿入管４３２と、器具コントローラ１４の中心線４３６上に中心を有する貫通管ガイド開口（図示せず）を含む管ガイド４３４とを含む。器具コントローラ１４は、器具コントローラ取付面４２２に取り付けられ、器具コントローラ取付面４２２と器具コントローラ１４の中心線４３６とが互いに平行であり、器具コントローラ１４の中心線４３６が、挿入管４３２が進入するための患者の切開部の基準位置である、被駆動円弧状部材５２の外周の中心６２を通って、又は本質的に通って伸長するようにする。
【0039】
患者に対する所望の物理的位置及び姿勢に器具コントローラ１４を展開するために、技術者、オペレータ又は外科医は、器具コントローラが患者に隣接して配置されるような位置まで、駆動ハンドル７０、７２を使用して器具カート１０を押し動かす。次に、オペレータ、技術者、又は外科医は、制御ハウジング上のタッチスクリーンを使用して、平面並進部材３２、３６、及び４０、並びに円弧状被駆動スライド５２を操作して、器具コントローラ１４の中心線４３６が、外科処置を実行するためにシステムが使用される患者の切開位置を通って伸長し、姿勢（水平床８４に対する傾斜）が所望の状態に設定されるようにする。
【0040】
本明細書で説明するように、器具カート１０は、リフト部分９８の上昇位置（第１の自由度）、リフト部分９８の中心に対する第１、第２、及び第３の駆動シャフト２８４、２８４’及び２８４’’の位置（第２、第３及び第４の自由度）、第３の平面並進部材４０に対する円弧状スライド部材２９８の回転の向き（第５の自由度）、床８４に対する直線スライド４８の姿勢、ヨー又はピッチ、並びに直線スライド４８に対する器具コントローラ１４の位置を含む７つの自由度で、器具コントローラ１４の管ガイド４３４及び管ガイド４３４を通って伸長する管状装置の隣接部分を位置決めするように構成される。さらに、それに沿って被駆動円弧状部材５２が伸長する円弧の円周の中心６２の高さ及び位置が、カテーテル又は他の管状導入装置を患者に導入するために位置決めされると、管ガイド４３４のピッチ、ヨー、又は向きを変更するためには、円弧状駆動ハウジング２９６、円弧状被駆動スライド５２及び直線スライド４８を操作しさえすればよく、この操作は、管ガイドを中心６２に対する位置合わせから外れて移動させず、又は管ガイド４３４の位置合わせの向きを変更せず、同時に、器具コントローラ１４は、患者に供給される管状導入装置の遠位端の向きを変更するように動作し、いずれの管ガイド４３４も患者の皮膚及び体壁を引き裂くことはない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】