特表2022-529111ロボットカートアームのアセンブリ識別のためのシステムおよび方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-06-17
(54)【発明の名称】ロボットカートアームのアセンブリ識別のためのシステムおよび方法
(51)【国際特許分類】
A61B 34/30 20160101AFI20220610BHJP
A61B 50/13 20160101ALI20220610BHJP
B25J 13/00 20060101ALI20220610BHJP
【ＦＩ】
A61B34/30
A61B50/13
B25J13/00 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021558802
(86)(22)【出願日】2019-06-12
(85)【翻訳文提出日】2021-09-30
(86)【国際出願番号】 US2019036677
(87)【国際公開番号】W WO2020214194
(87)【国際公開日】2020-10-22
(31)【優先権主張番号】62/833,850
(32)【優先日】2019-04-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】512269650
【氏名又は名称】コヴィディエン リミテッド パートナーシップ
(74)【代理人】
【識別番号】100107489
【弁理士】
【氏名又は名称】大塩 竹志
(72)【発明者】
【氏名】ホワイト， ネイサン
(72)【発明者】
【氏名】ナクレリオ， エドワード
【テーマコード（参考）】
3C707
【Ｆターム（参考）】
3C707AS35
3C707BS10
3C707CS08
3C707CV09
3C707HS23
3C707HT04
3C707HT08
3C707JS03
3C707JS07
3C707JT05
3C707JU12
3C707WA16
(57)【要約】
手術用ロボットシステムは、第１のコントローラに結合された第１のコネクタを有する制御タワーと、ロボットアームと第２のコントローラに結合された第２のコネクタとを有する可動ロボットアームカートと、を備え、第２のコネクタは、ケーブルを介して第１のコネクタに結合するように構成される。第２のコントローラは、可動ロボットアームカートの識別情報を有する識別信号を第１のコントローラに送信して、制御タワーで操作するために可動ロボットアームカートを初期化するように構成される。
【選択図】図５
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
手術用ロボットシステムであって、第１のコントローラに結合された第１のコネクタを有する制御タワーと、
ロボットアームと、第２のコントローラに結合された第２のコネクタと、を有する可動ロボットアームカートを備え、前記第２のコネクタはケーブルを介して前記第１のコネクタに結合するように構成され、前記第２のコントローラは、前記可動ロボットアームカートの識別情報を有する識別信号を前記第１のコントローラに送信して、前記制御タワーで操作するために前記可動ロボットアームカートを初期化するように構成される、手術用ロボットシステム。
【請求項2】
前記制御タワーに結合され前記制御タワーに制御信号を送信するように構成された操作コンソールを備え、前記制御タワーは、前記操作コンソールからの前記制御信号に基づいて前記可動ロボットアームカートが初期化された後に前記ロボットアームを制御するように構成される、請求項１に記載の手術用ロボットシステム。
【請求項3】
前記第１のコントローラは、前記第２のコントローラから前記識別信号を受信し、前記識別信号に基づいて、前記第１のコントローラが前記第２のコントローラに結合されるように構成されていることを示す応答信号を送信するように構成される、請求項１に記載の手術用ロボットシステム。
【請求項4】
前記第１のコントローラは、前記第２のコントローラから前記識別信号を受信し、前記識別信号に基づいて、前記第１のコントローラが前記第２のコントローラに結合されるように構成されていないことを示す応答信号を送信するように構成される、請求項１に記載の手術用ロボットシステム。
【請求項5】
前記第２のコネクタは、複数の接点を含み、そのサブセットは、電力信号の受信に応答して所定の識別信号を送信する前記第２のコントローラによる通信のために予約される、請求項４に記載の手術用ロボットシステム。
【請求項6】
前記識別信号は、高信号と低信号の所定の構成によって形成され、前記高信号と低信号の各々は、前記複数の接点の中から特定のピンに対応し、前記接点と前記高信号と低信号との組み合わせは、前記識別信号に関連付けられる、請求項５に記載の手術用ロボットシステム。
【請求項7】
前記識別信号の通信のために予約された前記接点が汎用入力／出力（ＧＰＩＯ）接点である、請求項５に記載の手術用ロボットシステム。
【請求項8】
前記ＧＰＩＯ接点が少なくとも単一のフォールトトレラントである、請求項７に記載の手術用ロボットシステム。
【請求項9】
前記ＧＰＩＯは４つの接点を含み、前記制御タワーによる前記可動ロボットアームカートの識別のために、前記４つの接点のうちの２つの接点は高信号を出力するように構成され、前記４つの接点のうちの２つの接点は低信号を出力するように構成される、請求項７に記載の手術用ロボットシステム。
【請求項10】
手術用ロボットシステムにおける可動ロボットアームカートと制御タワーとの間のデバイス不一致を識別する方法であって、前記方法は、制御タワーの第１のコントローラで可動ロボットアームカートに識別番号を割り当てることと、
前記可動ロボットアームカートの第２のコントローラに結合された第２のコネクタから、前記可動ロボットアームカートに割り当てられた前記識別番号に基づいて識別信号を送信することと、
前記制御タワーの前記第１のコントローラに結合された第１のコネクタで前記識別信号を受信することであって、前記第１のコネクタはケーブルによって前記第２のコネクタに動作可能に結合される、受信することと、
前記第１のコントローラで、前記識別信号が前記識別番号と一致するかどうかを判定することと、を含む、方法。
【請求項11】
前記制御タワーから前記可動ロボットアームカートに制御信号を送信して、前記識別信号が前記識別番号と一致するという前記第１のコントローラによる判定に基づいて、前記制御タワーによって前記可動ロボットアームカートの操作を初期化することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
前記制御タワーから、ディスプレイを有する操作コンソールに表示信号を送信することをさらに含み、前記表示信号は、前記識別信号が前記識別番号と一致するかどうかの判定に基づいて、前記ディスプレイに一致または不一致であることを表示させる、請求項１０に記載の方法。
【請求項13】
判定することは、前記識別信号と前記第２のコントローラのメモリに格納されたインデックス付き識別情報との比較をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記第１のコネクタおよび前記第２のコネクタは、互いに通信するための汎用入力／出力（ＧＰＩＯ）接点として動作する複数の接点を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記制御タワーの前記第１のコントローラは、前記制御タワーまたは前記可動ロボットアームカートを介して前記不一致の表示を出力するように構成される、請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
表示を出力させることは、前記操作コンソールの表示デバイスを介して、前記可動ロボットアームカートに関連付けられたシリアル番号、モデル番号、またはコネクタ番号のうちの少なくとも１つを表示することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項17】
手術用ロボットシステムであって、第１のコントローラに結合された第１のコネクタを有する制御タワーと、
第２のコントローラに結合された第２のコネクタを有する可動ロボットアームカートとを備え、前記第２のコネクタがケーブルを介して前記第１のコネクタに結合するように構成され、前記第１のコントローラは、前記可動ロボットアームカートに識別番号を割り当てるように構成され、前記第２のコントローラは、前記識別番号に基づいて前記第１のコントローラに識別信号を送信するように構成され、該第１のコントローラは、前記識別番号を前記識別信号と比較するようにさらに構成される、手術用ロボットシステム。
【請求項18】
前記第１のコントローラは、前記第２のコントローラから前記識別信号を受信し、前記識別信号に基づいて、前記第１のコントローラが前記第２のコントローラに結合されるように構成されていないことを示す応答信号を送信するように構成される、請求項１７に記載の手術用ロボットシステム。
【請求項19】
前記第２のコネクタは、複数の接点を含み、そのサブセットは、電力信号の受信に応答して所定の識別信号を送信する前記第２のコントローラによる通信のために予約される、請求項１８に記載の手術用ロボットシステム。
【請求項20】
前記識別信号は、高信号と低信号の所定の構成によって形成され、前記高信号と低信号の各々は、前記複数の接点の中から特定のピンに対応し、前記接点と前記高信号と低信号との組み合わせは、前記識別信号に関連付けられる、請求項１９に記載の手術用ロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
ロボット手術システムは、手動式手術器具と比較して精度および便宜性が向上しているため、低侵襲医療処置で使用される。これらのロボット手術システムでは、ロボットアームは、手首アセンブリによってエンドエフェクタが取り付けられた手術器具を支持する。操作中、ロボットアームは、患者の上方の位置まで移動され、次いで患者の手術用ポートまたは自然オリフィスを介して小さい切開部内に手術器具を案内し、患者の体内の作業部位にエンドエフェクタを位置決めする。
【0002】
通常、ロボットアームはカート上に配置される。これにより、臨床医はロボットアームを手術台に対して手術室内の様々な場所に移動できる。ロボットアームは移動できるため、ロボットアームと手術器具との動きが手術台上の患者の位置と正確に相関するように、ロボットアームを正確に識別して手術台と位置合わせする必要がある。
【0003】
したがって、ロボットアームを手術台に位置合わせすることに伴う課題を克服し、ロボットアームとロボットアームが接続されているデバイスとの互換性を検証するための解決策が求められている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0004】
本開示の一実施形態によれば、手術用ロボットシステムは、第１のコントローラに結合された第１のコネクタを有する制御タワーと、第２のコントローラに結合されたロボットアームと第２のコネクタを有する可動ロボットアームカートと、を備え、第２のコネクタは、ケーブルを介して第１のコネクタに結合するように構成される。第２のコントローラは、可動ロボットアームカートの識別情報を有する識別信号を第１のコントローラに送信して、制御タワーで操作するように可動ロボットアームカートを初期化するように構成されている。
【0005】
上記の実施形態の別の態様によれば、手術用ロボットは、制御タワーに結合され、この制御タワーに制御信号を送信するように構成された操作コンソールをさらに備え、制御タワーは、操作コンソールからの制御信号に基づいて、可動ロボットアームカートが初期化された後にロボットアームを制御するように構成されている。第１のコントローラは、第２のコントローラから識別信号を受信し、この識別信号に基づいて、第１のコントローラが第２のコントローラに結合されるように構成されていることを示す応答信号を送信するように、さらに構成される。
【0006】
上記の実施形態のさらなる態様によれば、第１のコントローラは、第２のコントローラから識別信号を受信し、この識別信号に基づいて、第１のコントローラが第２のコントローラに結合されるように構成されていないことを示す応答信号を送信するように、さらに構成される。第２のコネクタは、複数の接点を含み、そのサブセットは、電力信号の受信に応答して所定の識別信号を送信する、第２のコントローラによる通信のために予約されている。識別信号は、高信号と低信号の所定の構成によって形成され、高信号と低信号の各々は、複数の接点の中から特定のピンに対応し、接点と高信号と低信号との組み合わせは、識別信号に関連付けられる。識別信号の通信用に予約されている接点は、汎用入出力（ＧＰＩＯ）接点である。ＧＰＩＯ接点は、少なくとも単一のフォールトトレラントであり得る。ＧＰＩＯは４つの接点を含み、制御タワーによって可動ロボットアームカートを識別するために、４つの接点のうちの２つの接点は高信号を出力するように構成され、４つの接点のうちの２つの接点は低信号を出力するように構成される。
【0007】
本開示の別の実施形態によれば、手術用ロボットシステムにおける可動ロボットアームカートとタワーとの間のデバイスの不一致を識別する方法が開示される。この方法は、制御タワーの第１のコントローラにおいて、可動ロボットアームカートに識別番号を割り当てることと、可動ロボットアームカートに割り当てられた識別番号に基づいて、可動ロボットアームカートの第２のコントローラに結合された第２のコネクタから識別信号を送信することと、制御タワーの第１のコントローラに結合された第１のコネクタで識別信号を受信することであって、第１のコネクタはケーブルによって第２のコネクタに動作可能に結合された、受信することと、第１のコントローラにおいて、識別信号が識別番号と一致するかどうかを判定することと、を含む。
【0008】
上記実施形態の一態様によれば、この方法は、制御タワーから可動ロボットアームカートに制御信号を送信して、識別信号が識別番号と一致するという第１のコントローラによる判定に基づいて、制御タワーによって可動ロボットアームカートの操作を初期化することをさらに含む。
【0009】
上記実施形態の別の態様によれば、この方法は、ディスプレイを有する操作コンソールに制御タワーから表示信号を送信することをさらに含み、表示信号は、識別信号が識別番号と一致するかどうかの判定に基づいて、ディスプレイに一致または不一致であることを表示させる。この方法は、識別信号と第２のコントローラのメモリに格納されたインデックス付き識別情報との比較を含むことを判定することを、さらに含む。第１のコネクタおよび第２のコネクタは、互いに通信するための汎用入力／出力（ＧＰＩＯ）接点として動作する、複数の接点を含む。制御タワーの第１のコントローラは、制御タワーまたは可動ロボットアームカートを介して不一致の表示を出力するように構成される。
【0010】
上記実施形態のさらなる態様によれば、表示を出力させることは、操作コンソールの表示デバイスを介して、可動ロボットアームカートに関連付けられたシリアル番号、モデル番号、またはコネクタ番号のうちの少なくとも１つを表示することを含む。
【0011】
本開示のさらに別の実施形態によれば、手術用ロボットは、第１のコントローラに結合された第１のコネクタを有する制御タワーと、第２のコントローラに結合された第２のコネクタを有する可動ロボットアームカートとを備え、第２のコネクタは、ケーブルを介して第１のコネクタに結合されるように構成されている。第１のコントローラは、可動ロボットアームカートに識別番号を割り当てるように構成され、第２のコントローラは、識別番号に基づいて第１のコントローラに識別信号を送信するように構成され、第１のコントローラは、識別番号を識別信号と比較するようにさらに構成される。
【0012】
上記実施形態の一態様によれば、第１のコントローラは、第２のコントローラから識別信号を受信し、この識別信号に基づいて、第１のコントローラが第２のコントローラと結合されるように構成されていないことを示す応答信号を送信するように、さらに構成される。第２のコネクタは、複数の接点を含み、そのサブセットは、電力信号の受信に応答して所定の識別信号を送信する、第２のコントローラによる通信のために予約されている。識別信号は、高信号と低信号の所定の構成によって形成され、高信号と低信号の各々は、複数の接点の中から特定のピンに対応し、接点と高信号と低信号との組み合わせは、識別信号に関連付けられる。識別信号の通信用に予約されている接点は、汎用入出力（ＧＰＩＯ）接点である。ＧＰＩＯ接点は、少なくとも単一のフォールトトレラントであり得る。ＧＰＩＯは４つの接点を含み、制御タワーによって可動ロボットアームカートを識別するために、４つの接点のうちの２つの接点は高信号を出力するように構成され、４つの接点のうちの２つの接点は低信号を出力するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【0013】
添付の図面を参照しながら本開示の実施形態を本明細書に記載する。
【0014】
【発明を実施するための形態】
【0015】
本開示の手術用ロボットシステムの実施形態は、図面を参照して詳細に説明され、図面において、同様の参照符号はいくつかの図の各々において同一または対応する要素を示す。本明細書で使用する場合、用語「遠位」は、患者により近い手術用ロボットシステムおよび／または手術用ロボットシステムに結合された手術器具の部分を指し、用語「近位」は、患者からより遠い部分を指す。
【0016】
以下の説明は手術用ロボットシステムに固有であるが、開示されたシステムおよび方法は、そうでない場合は本開示の範囲内にあるであろう任意の適切な医療デバイスを用いて実装され得る。
【0017】
以下で詳細に説明するように、本開示は、実施形態では、手術用コンソール、制御タワー、およびセットアップアームに結合された１つ以上の手術用ロボットアームを含む手術用ロボットシステムに関する。手術用コンソールは、１つ以上のインターフェースデバイスを介してユーザ入力を受信するために使用され、ユーザ入力は、制御タワーによって、手術用ロボットアームを動かすための移動コマンドとして解釈される。手術用ロボットアームは、移動コマンドを処理し、１つ以上のアクチュエータを起動するためのトルクコマンドを生成するように構成されたコントローラを含み、アクチュエータは次に、移動コマンドに応答して手術用アームを動かす。
【0018】
手術用コンソールおよび１つ以上の手術用ロボットアームは、制御タワーに接続されており、制御タワーは、集中型コマンドセンターおよび操作制御として機能するだけでなく、接続された構成要素の各々に電力を供給する。構成要素の各々が制御タワーに接続されると、制御タワーは構成要素の各々に識別番号を割り当てるが、これは４ビット値として具体化され得る。ビットの各々は、制御タワーに識別信号を出力する構成要素のコネクタのピンに対応している。制御タワーは、割り当てられた識別番号に対応する４ビット値を識別信号として継続的に受信する。制御タワーはまた、受信した識別信号を割り当てられた識別番号と比較して、２つの値が同じであるかどうかを判定し、接続が機能していること、すなわちコネクタが識別信号を適切に出力していることを確認する。
【0019】
図１を参照すると、手術用ロボットシステム１０は制御タワー２０を含み、この制御タワー２０は、手術用コンソール３０および１つ以上のロボットアーム４０を含む、手術用ロボットシステム１０のすべての構成要素に接続されている。ロボットアーム４０の各々は、それに取り外し可能に結合された手術器具５０を含む。手術器具５０は、低侵襲手術中に使用するように構成されている。実施形態では、手術器具５０は、切開手術用に構成され得る。ロボットアーム４０の各々は、可動カート６０にも結合されている。
【0020】
手術用コンソール３０は、ロボットアーム４０に配設されたカメラ（図示せず）によって提供される手術部位を表示する第１の表示デバイス３２と、手術用ロボットシステム１０を制御するためのユーザインターフェースを表示する第２の表示デバイス３４とを含む。手術用コンソール３０はまた、ロボットアーム４０を遠隔制御するために臨床医によって使用されるフットペダル３６および一対のハンドルコントローラ３８ａおよび３８ｂなどの、複数のユーザインターフェースデバイスを含む。
【0021】
制御タワー２０は、手術用コンソール３０と１つ以上のロボットアーム４０との間のインターフェースとして機能する。特に、制御タワー２０は、プログラム可能な命令セットおよび／または手術用コンソール３０からの入力コマンドに基づいて、ロボットアーム４０および手術用デバイス５０が、フットペダル３６ならびにハンドルコントローラ３８ａおよび３８ｂからの入力に応答して所望の移動シーケンスを実行するように、ロボットアーム４０および対応する手術用デバイス５０を動かすなど、ロボットアーム４０を制御するように構成される。
【0022】
また、制御タワー２０は、手術用ロボットシステム１０のすべての構成要素、すなわち、制御タワー２０自体、手術用コンソール３０、および１つ以上のロボットアーム４０に電力を供給するように構成された電源２３を含む。実施形態では、電源２３は独立型デバイスであってもよく、タワーなどの任意の適切なフォームファクタを有し得、固定型または移動型（例えば、キャスターを含む）であってもよい。実施形態では、電源２３は、ＡＣおよび／またはＤＣ電力のいずれか一方を生成するように構成された、任意の適切な発電回路または変換回路構成要素を含み得る。電源２３がＡＣ電力を生成するように構成されている場合、電源２３は、血管の封止、切断、凝固、焼灼などの電気外科的処置を実施するのに適した無線周波数（ＲＦ）またはマイクロ波電力を生成するようにさらに構成され得る。実施形態では、電源２３がＤＣ電力を生成するように構成されている場合、電源２３は、動力付きステープラ、把持器、カッター、ロボットアーム４０などの動力付き手術用デバイスのモーターおよび他のアクチュエータを作動させるための電力を提供するために使用され得る。
【0023】
制御タワー２０、手術用コンソール３０、およびロボットアーム４０の各々は、それぞれのコンピュータ２１、３１、４１を含む。コンピュータ２１、３１、４１は、有線または無線通信プロトコルに基づく任意の適切な通信ネットワークを使用して互いに相互接続されている。本明細書で使用する場合、「ネットワーク」という用語は、複数であるかまたは単数であるかにかかわらず、インターネット、イントラネット、広域ネットワーク、またはローカルエリアネットワークを含むがこれらに限定されないデータネットワークを意味し、かつ本開示に包含される通信ネットワークの定義の全範囲に関して限定されない。適切なプロトコルとして、伝送制御プロトコル／インターネットプロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）、データグラムプロトコル／インターネットプロトコル（ＵＤＰ／ＩＰ）、および／またはデータグラム輻輳制御プロトコル（ＤＣＣＰ）が挙げられるが、これらに限定されない。無線通信は、例えば、無線周波数、光、Ｗｉ－Ｆｉ、ブルートゥース（登録商標）（短電波長を使用して、固定および移動デバイスから短距離でデータを交換し、パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）を作成するためのオープン無線プロトコル、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）（無線パーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）用のＩＥＥＥ８０２．１５．４－２００３規格に基づいて小型で低消費電力のデジタル無線を使用する一連の高レベル通信プロトコルの仕様）などの、１つ以上の無線構成を介して実現できる。
【0024】
コンピュータ２１、３１、４１は、メモリ（図示せず）に動作可能に接続された任意の適切なプロセッサ（図示せず）を含み得、メモリは、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、電気的消去可能なプログラマブルＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）、またはフラッシュメモリなどの、揮発性、不揮発性、磁気的、光学的、または電気的媒体のうちの１つ以上を含み得る。プロセッサは、限定はされないが、ハードウェアプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、マイクロプロセッサ、およびそれらの組み合わせを含む、本開示に記載される操作、計算、および／または命令のセットを実施するように適合された任意の適切なプロセッサ（例えば、制御回路）であり得る。当業者は、プロセッサは、本明細書に記載のアルゴリズム、計算、および／または命令のセットを実行するように適合された任意の論理プロセッサ（例えば、制御回路）を使用することによって代用され得ることを理解されよう。
【0025】
図２を参照すると、ロボットアーム４０の各々は、それぞれ回転関節４４ａ、４４ｂ、４４ｃで相互接続される、複数のリンク４２ａ、４２ｂ、４２ｃを含み得る。関節４４ａは、ロボットアーム４０を可動カート６０に固定するように構成され、第１の長手方向軸を画定する。図３を参照すると、可動カート６０は、リフト６１と、ロボットアーム４０を取り付けるためのベースを提供するセットアップアーム６２とを含む。リフト６１は、セットアップアーム６２の垂直方向の動きを可能にする。セットアップアーム６２は、第１のリンク６２ａ、第２のリンク６２ｂ、および第３のリンク６２ｃを含み、これらは、ロボットアーム４０の横方向の操作性を提供する。リンク６２ａ、６２ｂ、６２ｃは、回転関節６３ａおよび６３ｂで相互接続されており、回転関節６３ａおよび６３ｂの各々は、リンク６２ｂおよび６２ｂを互いにかつリンク６２ｃに対して回転させるためのアクチュエータ（図示せず）を含み得る。特に、リンク６２ａ、６２ｂ、６２ｃは、互いに平行であるそれらの対応する側面において移動可能であり、それにより、患者（例えば、手術台）に対してロボットアーム４０の伸長を可能にする。実施形態では、ロボットアーム４０は、手術台（図示せず）に結合することができる。セットアップアーム６２は、リンク６２ａ、６２ｂ、６２ｃならびにリフト６１の動きを調整するための制御装置６５を含む。
【0026】
第３のリンク６２ｃは、２自由度を有する回転可能なベース６４を含む。特に、回転可能なベース６４は、第１のアクチュエータ６４ａおよび第２のアクチュエータ６４ｂを含む。第１のアクチュエータ６４ａは、第３のリンク６２ｃによって画定される平面に平行である第１の静止アーム軸の周りで回転可能であり、第２のアクチュエータ６４ｂは、第１の静止アーム軸を横切る第２の静止アーム軸の周りで回転可能である。第１および第２のアクチュエータ６４ａおよび６４ｂは、ロボットアーム４０の完全な三次元配向を可能にする。
【0027】
図２を参照すると、ロボットアーム４０はまた、第２の長手方向軸を画定し、手術器具５０の作動機構に結合するように構成された、手術器具５０の器具駆動ユニット５２（図１）を受容するように構成されたホルダー４６を含む。器具駆動ユニット５２は、そのアクチュエータから手術器具５０に作動力を伝達して、手術器具５０の構成要素（例えば、エンドエフェクタ）を作動させる。ホルダー４６は、ホルダー４６によって画定される第２の長手方向軸に沿って器具駆動ユニット５２を移動させるように構成された、スライド機構４６ａを含む。ホルダー４６は、リンク４２ｃに対してホルダー４６を回転させる回転関節４６ｂも含む。
【0028】
関節４４ａおよび４４ｂは、一連のベルト４５ａおよび４５ｂ、または駆動ロッド、ケーブル、もしくはレバーなどの他の機械的連動を介して関節４４ａ、４４ｂ、４４ｃを相互に駆動するように構成された、電気アクチュエータ４８ａおよび４８ｂを含む。特に、関節４４ｂのアクチュエータ４８ｂは、ベルト４５ａを介して関節４４ｃに結合され、次いで関節４４ｃは、ベルト４５ｂを介して関節４６ｃに結合される。関節４４ｃは、アクチュエータ４８ｂがリンク４２ｂ、４２ｃおよびホルダー４６の各々を互いに対して回転させるように構成されるように、ベルト４５ａおよび４５ｂを結合するトランスファーケースを含み得る。より詳細には、リンク４２ｂ、４２ｃ、およびホルダー４６はアクチュエータ４８ｂに受動的に結合され、アクチュエータ４８ｂは、リンク４２ａによって画定される第１の軸とホルダー４６によって画定される第２の軸との交点にあるピボット点「Ｐ」の周りの回転を強化する。したがって、アクチュエータ４８ｂは、第１の軸と第２の軸との間の角度Θを制御し、手術器具５０の配向を可能にする。ベルト４５ａおよび４５ｂを介したリンク４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、およびホルダー４６の相互連結により、リンク４２ａ、４２ｂ、４２ｃとホルダー４６との間の角度もまた、所望の角度Θを得るために調整される。実施形態では、関節４４ａ、４４ｂ、４４ｃのうちのいくつかまたはすべては、機械的連動の必要性を取り除くために電気アクチュエータを含み得る。
【0029】
図４を参照すると、手術用ロボットシステム１０のコンピュータ２１、３１、４１の各々は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアで具体化され得る複数のコントローラを含み得る。タワー２０のコンピュータ２１は、コントローラ２１ａおよび安全オブザーバ２１ｂを含む。コントローラ２１ａは、手術用コンソール３０のコンピュータ３１から、ハンドルコントローラ３８ａおよび３８ｂの現在の位置および／または配向、ならびにフットペダル３６および他のボタンの状態に関するデータを受信する。コントローラ２１ａは、これらの入力位置を処理して、ロボットアーム４０の各関節および／または器具駆動ユニット５２に所望される駆動コマンドを判定し、これらをロボットアーム４０のコンピュータ４１と通信させる。また、コントローラ２１ａは、実際の関節角度を再び受信し、この情報を使用して、手術用コンソール３０のコンピュータ３１に返送される力フィードバックコマンドを判定し、ハンドルコントローラ３８ａと３８ｂとを介して触覚フィードバックを提供する。安全オブザーバ２１ｂは、コントローラ２１ａに出入りするデータに対して妥当性チェックを実施し、データ送信のエラーが検出されると、システム障害ハンドラに通知してコンピュータ２１および／または手術システム１０を安全な状態にする。
【0030】
コンピュータ４１は、複数のコントローラ、すなわち、メインコントローラ４１ａ、セットアップアームコントローラ４１ｂ、ロボットアームコントローラ４１ｃ、および器具駆動ユニット（ＩＤＵ）コントローラ４１ｄを含む。メインカートコントローラ４１ａは、コンピュータ２１のコントローラ２１ａから関節コマンドを受信して処理し、それらをセットアップアームコントローラ４１ｂ、ロボットアームコントローラ４１ｃ、およびＩＤＵコントローラ４１ｄと通信させる。メインカートコントローラ４１ａはまた、器具交換、および可動カート６０、ロボットアーム４０、および器具駆動ユニット５２の全体的な状態を管理する。メインカートコントローラ４１ａはまた、実際の関節角度をコントローラ２１ａに返送する。
【0031】
セットアップアームコントローラ４１ｂは、回転関節６３ａおよび６３ｂの各々、ならびにセットアップアーム６２の回転可能なベース６４を制御し、ピッチ軸に所望されるモーター移動コマンド（例えば、モータートルク）を計算し、ブレーキを制御する。ロボットアームコントローラ４１ｃは、ロボットアーム４０の各関節４４ａおよび４４ｂを制御し、重力補償および閉ループ位置制御に要求されるモータートルクを計算する。ロボットアームコントローラ４１ｃは、計算されたトルクに基づいて移動コマンドを計算する。次に、計算されたモーターコマンドは、ロボットアーム４０内の１つ以上の電気アクチュエータ４８ａおよび４８ｂに伝達される。次に、実際の関節位置が、電気アクチュエータ４８ａおよび４８ｂによってロボットアームコントローラ４１ｃに返送される。
【0032】
ＩＤＵコントローラ４１ｄは、手首および顎の角度などの手術器具５０の所望の関節角度を受信し、器具駆動ユニット５２内のモーターの所望の電流を計算する。ＩＤＵコントローラ４１ｄは、モーター位置に基づいて実際の角度を計算し、これらをメインコントローラ４１ａに返送する。
【0033】
図５を参照すると、可動カート６０は、多導体ケーブル７０を介してタワー２０の電源２３に結合され、タワー２０の電源２３から可動カートに電気エネルギーを供給するために使用される。具体的には、可動カート６０は、ケーブル７０に結合されて可動カート６０とタワー２０との間の電気通信を可能にするように構成された、コネクタ７２を含む。ケーブル７０は、タワー２０のコネクタ７４にも結合されている。可動カート６０とタワー２０との間の接続のみが以下に説明されるが、同様の接続および識別スキームが、手術用コンソール３０を含むシステム１０の任意の構成要素で使用され得ることが想定される。
【0034】
コネクタ７２は、可動カート６０のメインカートコントローラ４１ａに結合されるか、そうでない場合は通信することができ、コネクタ７４は、タワー２０のコントローラ２１ａに結合される。コネクタ７２および７４は、任意の適切な汎用入力／出力コネクタ（ＧＰＩＯ）であり得、実施形態では、電気信号を送信および／または受信するように構成された複数の接点（図示せず）を含む。本明細書で使用する場合、汎用通信用に予約されたアプリケーション全体で説明されるコネクタの接点は、ＧＰＩＯと呼ばれ、任意の構成で配設された任意の数の接点を含むことができる。
【0035】
実施形態では、タワー２０、特にコントローラ２１ａでは、可動カート６０が最初にタワー２０に接続されるときに、固有の識別番号（構成要素ＩＤ）を可動カート６０に割り当てる。識別番号は４ビット値であってよく、ビットの各々はコネクタ７２および７４の接点の各々に対応する。実施形態では、識別番号は、任意のバイナリ値であってよく、ビットの各々はコネクタ７２および７４の接点に対応する。
【0036】
実施形態では、ケーブル７０がタワー２０および可動カート６０の両方のコネクタ７２および７４にそれぞれ結合されると、タワー２０は固有の識別番号（構成要素ＩＤ）を割り当て、識別番号を可動カート６０に送信する（可動カート６０に構成要素ＩＤを割り当てる）。これに応答して、またはその後の接続時に、所定数量の接点が可動カート６０のメインコントローラ４１ａによって通電され、これによってタワー２０が可動カート６０を識別することを可能にする（例えば、４プラスピンコネクタの第１および第３のピン「０１０１」）。予約され、高い「１」または低い「０」のいずれかに設定される接点の量は、手術用ロボットシステム１００に含まれる利用可能な構成要素（例えば、可動カート６０）の量、ケーブル７０の導体数などに依存し、任意の適切な数であり得る。システム１０が４つの可動カート６０を含む場合、各可動カート６０は、初期化中に送信されるタワー２０からの固有の識別信号（例えば、構成要素ＩＤ１＝「１１００」、構成要素ＩＤ２＝「１０１０」、構成要素ＩＤ３＝「０１０１」、構成要素ＩＤ４＝「００１１」など）を受信することができる。その後、タワー２０が、可動カート６０からの識別信号を含む信号を受信し、タワー２０のコネクタ７４が可動カート６０に結合するように事前構成されていると判定した場合（例えば、構成要素ＩＤが割り当てられた構成要素ＩＤと一致する場合）、タワー２０は、可動カート６０、ならびにそれに接続された構成要素、例えば、手術用ロボットアーム４０、の操作および制御を継続する。
【0037】
初期接続時および固有の識別番号の受信時に、メインコントローラ４１ａは、固有の識別番号をメモリに格納する。続いてタワー２０に接続すると、可動カート６０のメインコントローラ４１ａは、固有の識別番号をタワー２０に送信して、可動カート６０を識別することができる。可動カート６０への固有の識別番号の初期割り当ては、可動カート６０をタワー２０の特定のコネクタ７４にさらに関連付けることができる。実施形態では、可動カート６０がタワー２０から切り離されると、かつ／もしくはタワー２０または可動カート６０のいずれかの電源が循環されると（例えば、タワー２０および／または可動カート６０がオフにされ、再びオンになる）、タワー２０は、可動カート６０への再接続時に、可動カート６０に新たな固有の識別番号を割り当てることができる。実施形態では、可動カート６０は、各初期化の前に（例えば、タワー２０が可動カート６０に接続される毎に）、固有の識別番号を割り当てられてよい。タワー２０に接続されている、後の各可動アーム６０には、固有の識別番号が割り当てられている。
【0038】
実施形態では、可動カート６０のメインコントローラ４１ａは、タワー２０に（直接または動作可能に）接続されると、割り当てられた識別番号を含む識別情報信号を含む信号（例えば、識別信号）だけでなく、製造番号、モデル番号、ならびに／または可動カート６０および／もしくは手術用ロボットアーム４０のシリアル番号を送信することができる。可動カート６０によってタワー２０に送信されるこの識別情報信号は、可動カート６０に関連付けられた識別番号を確認するため（例えば、可動カート６０が実施できる特定機能のため）に、タワー２０によって使用され得る。実施形態では、可動カート６０は、論理回路および／またはコネクタ７２に直接結合された内部電源（例えば、バッテリ）を含み得るが、実施形態では、コネクタ７２での初期電気信号の受信に応答して以下が起こり得る。初期化信号は、タワー２０によって可動カート６０に送信されて、可動カート６０の様々な構成要素（例えば、ロボットアーム４０）に識別情報信号を提供し得る。
【0039】
タワー２０がその後の接続時に（例えば、可動カート６０が切断されて再接続されたときに）可動カート６０から識別信号を受信する実施形態では、タワー２０は、識別信号（例えば、構成要素ＩＤ）を、割り当てられた識別番号を含むルックアップテーブルと比較してもよい。ルックアップテーブルは、タワー２０によって割り当てられたすべてのデバイス識別番号のインデックス、ならびにタワー２０が可動カート６０に識別番号（例えば、構成要素ＩＤ）を割り当てたときにデバイスが結合された、対応するコネクタ７４のインデックスを含み得る。識別信号として、可動カート６０のシリアル番号、モデル番号などが挙げられるが、これらに限定されない識別情報信号を含むことができる。識別情報信号が識別番号と一致する場合（例えば、デバイス一致が存在する場合）、タワー２０は、初期化プロセスを続行し、手術のために可動カート６０を構成することができる。あるいは、識別情報信号が識別番号情報信号と一致しない場合（例えば、デバイス不一致が存在する場合）、タワー２０はなにも動作しないか、またはタワー２０、可動カート６０、もしくは手術用コンソール３０のいずれかによってエラー警告を出力させることができる。
【0040】
タワー２０は、タワー２０のコネクタ７４から切り離された場合、可動カート６０の初期化プロセスおよび／または操作を終了することができる。その後、可動カート６０が同じコネクタ７４でタワー２０に、または別のコネクタ７４に再接続される場合、可動カート６０は、接続を検証する（構成要素ＩＤがそのコネクタ７４に以前に割り当てられた構成要素ＩＤと一致する場合）か、または初期化プロセスを繰り返し、可動カート６０に新たな識別情報信号（新たな構成要素ＩＤ）を割り当てることができる。接続が終了した場合、タワー２０はさらにエラー信号を出力してもよく、このエラー信号が手術用コンソール３０に表示されてもよい。実施形態では、可動カート６０がタワー２０の適切なコネクタ７４に接続されているかどうかのこの初期判定に応答して、不一致および意図しない接続を構成プロセスの早い段階で識別し、これによって、手術用ロボットシステム１０を準備するためのセットアップ時間および／または手術中に可動カート６０を交換するために必要な時間を短縮することができる。
【0041】
さらなる実施形態において、フォールトトレランスが初期化プロセスに組み込まれ得る。特に、初期接続時に、初期識別信号に基づいて（エラーまたはその他のいずれかで）不一致が検出された場合、タワー２０は、可動カート６０に第２の識別信号を要求することおよび／または可動カート６０からの第２の識別信号を受信することができる。このフォールトトレランスは、タワー２０からの識別情報信号を複数回再送信し、再送信のたびに、タワー２０によって可動カート６０から受信された識別信号がこの移動カート６０によって受信されたかどうかを判定することを含み得る。
【0042】
初期化後、すなわち、可動カート６０の各々に識別番号を割り当てた後、可動カート６０がタワー２０に接続されている限り、可動カート６０の各々は、割り当てられた識別番号をケーブルの接点７０を介してタワー２０に連続的に送信する。識別番号の破壊または不一致は、タワー２０によって、コネクタ７２、７４、および／またはケーブル７０の故障として解釈される。これにより、タワー２０と可動カート６０および／または手術用コンソール３０とのケーブル７０を介した接続の喪失の、ほぼ即時の（すなわち、識別信号の送信時の遅延を考慮に入れた）検証が可能になる。
【0043】
本明細書に開示された実施形態に様々な変更が加えられ得ることが理解されるであろう。実施形態では、センサは、ロボットアームの任意の適切な部分に配設され得る。したがって、上記の説明は、限定するものとして解釈されるべきではなく、単に様々な実施形態の例証として解釈されるべきである。当業者は本明細書に添付される特許請求の範囲内および趣旨内で他の変更を想定するであろう。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【国際調査報告】