特表 2024-506242 ロボットハンドヘルド手術器具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】2024-02-13

(54)【発明の名称】ロボットハンドヘルド手術器具システムおよび方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 34/20 20160101AFI20240205BHJP

   A61B 34/30 20160101ALI20240205BHJP

【ＦＩ】

A61B34/20

A61B34/30

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023544117

(86)(22)【出願日】2022-01-20

(85)【翻訳文提出日】2023-09-20

(86)【国際出願番号】 US2022013115

(87)【国際公開番号】W WO2022159574

(87)【国際公開日】2022-07-28

(31)【優先権主張番号】63/139,635

(32)【優先日】2021-01-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/245,420

(32)【優先日】2021-09-17

(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】507280594

【氏名又は名称】マコ サージカル コーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【識別番号】100125380

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 綾子

(74)【代理人】

【識別番号】100142996

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 聡二

(74)【代理人】

【識別番号】100166268

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 祐

(74)【代理人】

【識別番号】100168642

【弁理士】

【氏名又は名称】関谷 充司

(74)【代理人】

【識別番号】100169018

【弁理士】

【氏名又は名称】網屋 美湖

(72)【発明者】

【氏名】ボズング，ティモシー，ジェイ．

【テーマコード（参考）】

4C130

【Ｆターム（参考）】

4C130AA13

4C130AA22

4C130AB01

4C130AD05

(57)【要約】

本教示は、概して、手術ツールを支持するためのハンドヘルド手術ロボットシステムを含み、ハンドヘルド手術ロボットシステムが、ハンドヘルド部分と、ハンドヘルド部分に可動に結合されたツール支持体であって、ツール支持体が手術ツールを支持するように構成されている、ツール支持体と、ツール支持体とハンドヘルド部分とを動作可能に相互接続する複数のアクチュエータであって、複数のアクチュエータが、ツール支持体をハンドヘルド部分に対して複数の自由度において移動させるように構成されている、複数のアクチュエータと、複数のアクチュエータと通信する制御装置と、制御装置を複数のアクチュエータのそれぞれと接続するフレキシブル回路であって、フレキシブル回路が、ツール支持体がハンドヘルド部分に対して複数の自由度において移動させられる間に制御装置と複数のアクチュエータおよび／または入力モジュールとの間の接続を維持するように配置されている、フレキシブル回路と、を備える。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロボットハンドヘルド手術器具であって、
ユーザによって保持されるハンドヘルド部分と、
前記ハンドヘルド部分に結合されたツール支持体と、
ツールを整列させるために前記ツールを前記ハンドヘルド部分に対して複数の自由度において移動させるために前記ツール支持体を移動させるために前記ツール支持体と前記ハンドヘルド部分とを動作可能に相互接続するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含み、各アクチュエータが、モータを含む、アクチュエータアセンブリと、
前記ツール支持体に取り付けられた制御装置であって、前記ツール駆動モータと通信している、制御装置と、
を備え、
前記ハンドヘルド部分が入力モジュールを含み、前記入力モジュールが、
トリガと、
トリガ位置を表す信号を出力するセンサであって、前記制御装置と通信している、センサと、
を含み、
前記ロボットハンドヘルド手術器具がさらに、
前記制御装置を前記入力モジュールに接続するフレキシブル回路と、
前記フレキシブル回路に張力を加えるように構成された付勢部材を含む張力アセンブリであって、前記ツール支持体が前記ハンドヘルド部分に対して前記複数の自由度において移動する間に前記フレキシブル回路に張力を加えるように構成された前記付勢部材を備える前記張力アセンブリによって前記フレキシブル回路がガイドされるように、前記フレキシブル回路が前記入力モジュールと接続されている、張力アセンブリと、
を備える、ロボットハンドヘルド手術器具。

【請求項2】

前記張力アセンブリが、ルーティング部材を含む、請求項１に記載のロボットハンドヘルド手術器具。

【請求項3】

前記ルーティング部材が、前記張力アセンブリに対して静止している、請求項２に記載のロボットハンドヘルド手術器具。

【請求項4】

前記ルーティング部材が、ローラ部材である、請求項１から３のいずれか１項に記載のロボットハンドヘルド手術器具。

【請求項5】

前記フレキシブル回路が、プリント回路である、請求項１から４のいずれか１項に記載のロボットハンドヘルド手術器具。

【請求項6】

前記ツール支持体が前記ハンドヘルド部分に向かう方向に移動させられるときに前記張力アセンブリが前記フレキシブル回路におけるたるみを吸収し、かつ前記ツール支持体が前記ハンドヘルド部分から離れるように移動させられるとき前記フレキシブル回路が移動するためにより多くの利用可能な長さを有するように前記フレキシブル回路が前記付勢部材の力よりも大きな力を加えるように、前記付勢部材が、前記フレキシブル回路に対して力を加える、請求項１から５のいずれか１項に記載のロボットハンドヘルド手術器具。

【請求項7】

前記フレキシブル回路が、前記ルーティング部材の周囲にルーティングされておりかつ前記付勢部材と接触して配置されている、請求項３に記載のロボットハンドヘルド手術器具。

【請求項8】

前記センサが、ホール効果センサである、請求項１から７のいずれか１項に記載のロボットハンドヘルド手術器具。

【請求項9】

前記入力モジュールと接続された前記フレキシブル回路が、調整ループを含み、前記調整ループが、ホームに位置において前記ツール支持体の長手方向ピボット軸線を中心に前記フレキシブル回路を配置し、前記調整ループが、前記ツール支持体が前記ハンドヘルド部分に対してピッチ自由度において移動させられるときに拡張および収縮するように構成されている、請求項１から８のいずれか１項に記載のロボットハンドヘルド手術器具。

【請求項10】

手術を行うためにツールと共に使用するためのハンドヘルドロボット手術器具であって、
ユーザによって保持されるハンドヘルド部分と、
前記ハンドヘルド部分に結合されたツール支持体であって、前記ツールの運動を駆動するためのツール駆動モータを含む、ツール支持体と、
前記ツールを前記ハンドヘルド部分に対して複数の自由度において移動させるために前記ツール支持体を移動させるためのアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含み、少なくとも１つのアクチュエータが、前記ツール支持体と前記ハンドヘルド部分とを相互接続しており、各アクチュエータがモータを含む、アクチュエータアセンブリと、
前記ツール支持体に取り付けられた制御装置であって、前記ツール駆動モータおよび前記複数のアクチュエータの各モータと通信している、制御装置と、
前記ハンドヘルド部分に取り付けられた入力モジュールであって、
前記ハンドヘルド部分に対して可動なトリガと、
トリガ位置を表す信号を出力するトリガセンサと、
を含む、入力モジュールと、
前記制御装置から前記トリガセンサへ延びるフレキシブル導体と、
付勢部材を含む張力アセンブリであって、前記ハンドヘルド部分と前記ツール支持体との間の前記フレキシブル導体におけるたるみを減じるために前記ツール支持体が前記ハンドヘルド部分に対して前記複数の自由度において移動する間に前記フレキシブル導体に対する張力を制御するように位置決めされている、張力アセンブリと、
を備える、ハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項11】

前記フレキシブル導体が、複数の回路リードを含むフレキシブル回路である、請求項１０に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項12】

ツール支持体の一部が前記ハンドヘルド部分に向かう方向へ移動させられるときに前記張力アセンブリが前記フレキシブル回路を緊張させ、かつ前記ツール支持体が前記ハンドヘルド部分から離れるように移動させられるとき、前記フレキシブル回路が移動するためのより多くの利用可能な長さを有するように前記アクチュエータアセンブリが前記付勢部材の力よりも大きな力を加えるように、前記張力アセンブリが前記フレキシブル回路に対して力を加える、請求項１１に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項13】

前記張力アセンブリが、ハウジングと、前記ハウジングに可動に結合された張力部材とを含み、前記張力部材が、前記ツール支持体と前記トリガセンサとの間で前記フレキシブル回路と接触することによって前記フレキシブル回路の一部に荷重を加えるように構成されている、請求項１１に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項14】

前記張力部材がスイングアームであり、前記スイングアームが、第１の端部および第２の端部を含み、前記第１の端部が前記ハウジングと旋回可能に接続されている、請求項１３に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項15】

前記付勢部材が、前記ハウジングと前記スイングアームとの間に位置決めされている、請求項１４に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項16】

前記第２の端部における前記スイングアームが、ルーティング部材を含み、前記ルーティング部材が、前記スイングアームのピボット接続部とは反対に配置されている、請求項１４または１５に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項17】

前記ルーティング部材が、前記フレキシブル回路における抗力を減じるために前記スイングアームに対して回転可能である、請求項１６に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項18】

前記フレキシブル導体が、前記付勢部材が前記スイングアームを介して前記フレキシブル導体に力を加えるように前記ルーティング部材の周囲にルーティングされている、請求項１６または１７に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項19】

前記張力アセンブリが、前記ハウジング内にガイド部材を含み、前記ガイド部材が、前記スイングアームの移動に対して同心の湾曲を有する、請求項１８に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項20】

前記付勢部材が、前記スイングアームの移動中に前記付勢部材をガイドするために前記ガイド部材の周囲に配置されている、請求項１９に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項21】

前記張力アセンブリが、複数のルーティング部材を含み、前記複数のルーティング部材が、少なくとも１つの固定されたルーティング部材と、前記付勢部材に結合された少なくとも１つの張力部材とを含む、請求項１６から２０のいずれか１項に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項22】

前記複数のルーティング部材が、その周囲に前記フレキシブル導体がルーティングされている非線形経路を形成している、請求項２１に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項23】

前記非線形経路が、前記複数の自由度の間で移動しながら変化させられる、請求項２２に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項24】

前記少なくとも１つの固定されたルーティング部材が、前記フレキシブル導体における抗力を減じるために軸線を中心に回転するローラ部材である、請求項２２または２３に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項25】

前記センサが、ホール効果センサである、請求項１０から２４のいずれか１項に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項26】

前記フレキシブル導体が、調整ループを含み、前記調整ループが、ホーム位置において前記ツール支持体の長手方向ピボット軸線を中心に前記フレキシブル導体を配置し、前記調整ループが、前記ツール支持体が前記ハンドヘルド部分に対してピッチ自由度において移動させられるときに拡張および収縮するように構成されている、請求項１０から２５のいずれか１項に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項27】

センサに磁気分離を提供するための構成要素を含む、手術を行うためにツールと共に使用するためのハンドヘルドロボット手術器具であって、
ユーザによって保持されるハンドヘルド部分と、
前記ハンドヘルド部分に結合されたツール支持体であって、ツールの運動を駆動するためのツール駆動モータを含み、前記ツール駆動モータが前記ツール支持体に取り付けられている、ツール支持体と、
前記ツール支持体を前記ハンドヘルド部分に対して複数の自由度において移動させるためのアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含み、前記複数のアクチュエータの各アクチュエータが、アクチュエータハウジングと、前記アクチュエータハウジングに可動に結合されたリードねじとを含み、前記アクチュエータハウジングおよび前記リードねじのうちの一方が磁石を含み、前記アクチュエータハウジングおよび前記リードねじのうちの他方が、前記アクチュエータの位置を検出するためのアクチュエータセンサを含む、アクチュエータアセンブリと、
前記ツール支持体と前記ハンドヘルド部分とを動作可能に相互接続するリンク機構であって、前記リンク機構の少なくとも１つの構成要素が強磁性材料から形成されている、リンク機構と、
前記ハンドヘルド部分に取り付けられた入力モジュールであって、前記ハンドヘルド部分に対して可動なトリガを含む、入力モジュールと、
を備え、
前記ハンドヘルド部分および前記トリガのうちの一方がトリガ磁石を含み、前記ハンドヘルド部分および前記トリガのうちの他方が、トリガ位置を表す信号を出力するように構成されたトリガセンサを含む、ハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項28】

前記リンク機構の前記強磁性材料が、０．５テスラよりも大きい飽和磁化および１００よりも大きい最大相対透過性を有する、請求項２７に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項29】

前記リンク機構が、シャフトと、前記シャフトを受容するように構成されたスリーブと、を備え、前記リンク機構が、前記シャフトが前記スリーブに対して軸方向にスライドすることを可能にするように構成されており、前記シャフトが、０．５テスラよりも大きい飽和磁化および１００よりも大きい最大相対透過性を有する強磁性材料から形成されている、請求項２７に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項30】

前記リンク機構が、少なくとも１つの自由度において前記ハンドヘルド部分に対する前記ツール支持体の移動を制約するように構成された形式で前記ツール支持体および前記ハンドヘルド部分に結合されている、請求項２７から２９のいずれか１項に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項31】

前記アクチュエータのハウジングの少なくとも１つの構成要素が、強磁性材料から形成されている、請求項２７から３０のいずれか１項に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項32】

前記アクチュエータハウジングが、キャニスタと、前記キャニスタに結合されたキャップとを含み、前記キャニスタが強磁性材料から形成されている、請求項３１に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項33】

前記キャニスタの前記強磁性材料が、０．５テスラよりも大きい飽和磁化および１００よりも大きい最大相対透過性を有する、請求項３２に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項34】

前記アクチュエータが、ホール効果センサである、請求項３３に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項35】

取外し可能なアクセサリをさらに備え、前記取外し可能なアクセサリが、磁界を使用して前記ツール支持体および前記ハンドヘルド部分のうちの一方に結合されている、請求項２７から３４のいずれか１項に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項36】

前記取外し可能なアクセサリが、平面整列装置である、請求項３５に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項37】

前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つの一部が、前記リンク機構の遠位にあり、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つの一部が、前記リンク機構の近位にある、請求項２７に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項38】

前記トリガが前記トリガ磁石を備え、前記ハンドヘルド部分が前記トリガセンサを含む、請求項２７に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項39】

前記トリガセンサが、ホール効果センサである、請求項２７に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項40】

前記複数のアクチュエータの各アクチュエータセンサ、前記ツール駆動モータおよび前記トリガセンサと通信する制御装置をさらに備える、請求項２７から３９のいずれか１項に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

ジグを適切に整列させかつ固定し、患者から組織を切除するために使用される手術ツールの位置および／または向きを追跡するために、ナビゲーションシステム（トラッキングシステムとも呼ばれる）を使用することができる。追跡システムは、通常、ツールおよび切除される組織に関連した１つまたは複数のトラッカを使用する。次いで、切除される組織の所望の切断経路に対するツールの現在位置を決定するために、ディスプレイがユーザによって見られることができる。ディスプレイは、ツールの進行を視覚化するためにユーザが組織および手術部位から目を離すことを必要とする形式で配置され得る。これは、手術部位に集中することからユーザを逸らす可能性がある。また、ユーザがツールを所望の形式で配置することが困難であり得る。

【0002】

ロボット支援手術は、通常、６つの自由度（ＤＯＦ）において動くことができるロボットアームを備える大型ロボットに依存する。これらの大型ロボットは、手術室において運転および操作することが面倒であり得る。

【0003】

これらの課題のうちの１つまたは複数を解決するためのシステムおよび方法が必要とされている。

【発明の概要】

【0004】

本教示は、概して、手術ツールのためのハンドヘルド手術ロボットシステムであって、ハンドヘルド手術ロボットシステムは、ハンドヘルド部分と、ハンドヘルド部分に可動に結合されたブレード支持体であって、ブレード支持体が、ソーブレードを支持するように構成されている、ブレード支持体と、ブレード支持体とハンドヘルド部分とを動作可能に相互接続する複数のアクチュエータであって、複数のアクチュエータが、複数の自由度においてハンドヘルド部分に対してブレード支持体を移動させるように構成されている、複数のアクチュエータと、ブレード支持体における制御装置であって、制御装置が複数のアクチュエータと通信している、制御装置と、制御装置を複数のアクチュエータのそれぞれに接続する複数のフレキシブル回路と、を備え、これにより、ブレード支持体がハンドヘルド部分に対して複数の自由度において移動させられる間、フレキシブル回路が、制御装置と複数のアクチュエータとの間の接続を維持するように構成されている、ハンドヘルド手術ロボットシステムを含む。

【0005】

本教示の別の態様は、器具であって、ユーザによって保持されるためのハンドヘルド部分と、ハンドヘルド部分に結合されたツール支持体であって、ツール支持体が、ツールの運動を駆動するためのツール駆動モータを含む、ツール支持体と、ツールを整列させるためにツールをハンドヘルド部分に対して複数の自由度において移動させるためにツール支持体を移動させるためにツール支持体とハンドヘルド部分とを動作可能に相互接続するアクチュエータアセンブリであって、アクチュエータアセンブリが、複数のアクチュエータを含み、各アクチュエータが、モータおよび位置センサを含む、アクチュエータアセンブリと、ツール支持体と接続された制御装置であって、制御装置が、ツール駆動モータおよび複数のアクチュエータの各アクチュエータと通信する、制御装置と、ハンドヘルド部分内に配置された入力モジュールであって、入力モジュールが、トリガと、センサに対するトリガの距離または位置を表す信号を出力するセンサであって、出力信号を制御装置に送信するセンサと、を含む、入力モジュールと、制御装置を複数のアクチュエータおよび入力モジュールに接続する複数のフレキシブル回路であって、複数のフレキシブル回路が、ツール支持体がハンドヘルド部分に対して複数の自由度において移動させられる間、制御装置と複数のアクチュエータと入力モジュールとの間の接続を維持するように構成されている、複数のフレキシブル回路と、を備え、入力モジュールと接続された対応するフレキシブル回路が、ツール支持体がハンドヘルド部分に対して複数の自由度において移動する間、フレキシブル回路に張力を加えるために付勢部材を含む張力アセンブリによってガイドされている、器具を含む。

【0006】

別の態様において、センサに磁気分離を提供するための構成要素を含む、手術を行うためのツールと共に使用するためのハンドヘルドロボット手術器具が提供される。ロボット器具は、ユーザによって保持されるためのハンドヘルド部分と、ハンドヘルド部分に結合されるツール支持体であって、ツール支持体が、ツールの運動を駆動するためのツール駆動モータを含み、ツール駆動モータが、ツール支持体に取り付けられている、ツール支持体と、ツール支持体をハンドヘルド部分に対して複数の自由度において移動させるためのアクチュエータアセンブリと、を含んでよい。アクチュエータアセンブリは、複数のアクチュエータを含んでよく、複数のアクチュエータの各アクチュエータは、アクチュエータハウジングと、アクチュエータハウジングに可動に結合されたリードねじと、を含み、アクチュエータハウジングおよびリードねじのうちの一方が、磁石を含み、アクチュエータハウジングおよびリードねじのうちの他方が、アクチュエータの位置を検出するためのアクチュエータセンサを含む。器具は、ツール支持体とハンドヘルド部分とを動作可能に相互接続するリンク機構を含んでよく、リンク機構の少なくとも１つの構成要素は、強磁性材料から形成されている。器具は、ハンドヘルド部分に取り付けられた入力モジュールであって、入力モジュールが、ハンドヘルド部分に対して可動なトリガを含む、入力モジュールをさらに含んでよく、ハンドヘルド部分およびトリガのうちの一方が、トリガ磁石を含み、ハンドヘルド部分およびトリガのうちの他方が、トリガ位置を表す信号を出力するように構成されたトリガセンサを含む。

【0007】

さらに別の態様において、ハンドヘルドロボット器具の２つの部分の間の電気接続を維持する方法が提供される。ロボット器具は、ユーザによって保持されるためのハンドヘルド部分と、ハンドヘルド部分に結合されたツール支持体と、ツール支持体をハンドヘルド部分に対して複数の自由度において移動させるためのアクチュエータアセンブリであって、アクチュエータアセンブリが複数のアクチュエータを含む、アクチュエータアセンブリと、ツール支持体またはハンドヘルド部分に取り付けられた制御装置と、信号を出力するセンサであって、センサが、ハンドヘルド部分およびツール支持体のうちの他方（制御装置とは反対）に結合されており、センサが、フレキシブル導体を使用して制御装置に接続されている、センサと、付勢部材を含む張力アセンブリと、を含んでよく、方法が、複数の自由度のうちの少なくとも１つにおいて複数のアクチュエータによってハンドヘルド部分に対してツール支持体を移動させることと、アクチュエータアセンブリが複数の自由度のうちの少なくとも１つにおいて移動する間、張力アセンブリによってフレキシブル導体に張力を加えることと、を含む。

【0008】

本開示の利点は、容易に認められるであろう。なぜならば、本開示の利点は、添付の図面に関連して検討された場合に以下の詳細な説明を参照することによってより理解されるからである。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】ロボットシステムの斜視図である。

【図2】人工膝関節を受容するために大腿骨および脛骨に１つまたは複数の平面を切断するために使用されるロボット器具の斜視図である。

【図3A】ロボット器具の様々なピッチ配向の図である。

【図3B】ロボット器具の様々なピッチ配向の図である。

【図3C】ロボット器具の様々なピッチ配向の図である。

【図4A】ロボット器具の様々なロール配向の図である。

【図4B】ロボット器具の様々なロール配向の図である。

【図4C】ロボット器具の様々なロール配向の図である。

【図5A】ロボット器具の様々なｚ軸並進位置の図である。

【図5B】ロボット器具の様々なｚ軸並進位置の図である。

【図5C】ロボット器具の様々なｚ軸並進位置の図である。

【図6】ハンドヘルド部分に対するツール支持体の１つの特定のポーズを示すロボット器具の正面斜視図である。

【図7】制御システムのブロック図であり、様々なソフトウェアモジュールも示している。

【図8】ロボット器具の後側斜視図である。

【図9】ツール支持体の本体および複数のアクチュエータへの関連するジョイント接続を示す分解図である。

【図10】ロボット器具が使用される様々な領域を示す。

【図11】器具の部分的断面図である。

【図12】フレキシブル回路アセンブリを備えるロボット器具の斜視図である。

【図13】フレキシブル回路アセンブリを備えるロボット器具の斜視図である。

【図14】図１２および図１３のロボット器具からのフレキシブル回路の斜視図である。

【図15】図１２および図１３のロボット器具からのフレキシブル回路の斜視図である。

【図16】フレキシブル回路支持体の斜視図である。

【図17】ロボット器具に配置されたフレキシブル回路アセンブリの側面図である。

【図18】アクチュエータフレキシブル回路配列を表示する。

【図19】アクチュエータフレキシブル回路配列を表示する。

【図20】フレキシブル回路アセンブリを備えるロボット器具の別の例の斜視図である。

【図21】フレキシブル回路アセンブリを備えるロボット器具の別の例の斜視図である。

【図22】図２０および図２１のロボット器具からのフレキシブル回路の斜視図を示す。

【図23】図２０および図２１のロボット器具からのフレキシブル回路の斜視図を示す。

【図24】アクチュエータアセンブリおよびアクチュエータフレキシブル回路の一部を示す。

【図25】アクチュエータアセンブリおよびアクチュエータフレキシブル回路の一部を示す。

【図26】ツール支持体からアクチュエータへのフレキシブル回路経路の斜視図である。

【図27】フレキシブル回路を備えるツール支持体の底面図を示す。

【図28】フレキシブル回路を備えるツール支持体の部分的な底面図を示す。

【図29】フレキシブル回路を備えるツール支持体の部分的な底面図を示す。

【図30】フレックスガイドの上側部分を示す。

【図31】フレックスガイドの下側部分を示す。

【図32】フレックスガイドの正面図を示す。

【図33】フレキシブル回路アセンブリの斜視図を表示する。

【図34A】アクチュエータアセンブリおよび入力ガイドアセンブリの一部を示す。

【図34B】アクチュエータアセンブリおよび入力ガイドアセンブリの一部を示す。

【図35A】入力装置フレックスガイドアセンブリを示す。

【図35B】入力装置フレックスガイドアセンブリの分解図を示す。

【図36】入力装置アセンブリを含むアクチュエータアセンブリおよびフレキシブル回路アセンブリの斜視図である。

【図37】入力装置アセンブリを含むアクチュエータアセンブリおよびフレキシブル回路アセンブリの斜視図である。

【図38】入力装置フレキシブル回路のセグメントを示す。

【図39】入力装置アセンブリおよび張力アセンブリを示す。

【図40】入力装置アセンブリおよび張力アセンブリを示す。

【図41】張力アセンブリを示す。

【図42】張力アセンブリの一例を示す。

【図43】器具内の図４２の張力アセンブリの部分的な断面図を示す。

【図44】図４０および図４１の張力アセンブリの分解図を示す。

【図45】スイングアームの断面図を示す。

【図46】ピボットピンを示す。

【図47】器具の一部における図４０の張力アセンブリの部分的な概略図を示す。

【図48】器具における入力装置を備える図４０の張力アセンブリを示す。

【図49A】器具における入力装置を備える図４２の張力アセンブリの斜視図を示す。

【図49B】器具における入力装置を備える図４２の張力アセンブリの斜視図を示す。

【図50A】フレキシブル回路を備える器具と一体化された図４２の張力アセンブリの異なる断面図を示す。

【図50B】フレキシブル回路を備える器具と一体化された図４２の張力アセンブリの異なる断面図を示す。

【図50C】フレキシブル回路を備える器具と一体化された図４２の張力アセンブリの異なる断面図を示す。

【図50D】フレキシブル回路を備える器具と一体化された図４２の張力アセンブリの異なる断面図を示す。

【図50E】フレキシブル回路を備える器具と一体化された図４２の張力アセンブリの異なる断面図を示す。

【図51】本明細書の教示と一貫したロボット器具の１つの構成を示す。

【図52】本明細書の教示と一貫したロボット器具の１つの構成を示す。

【図53】本明細書の教示と一貫したロボット器具の１つの構成を示す。

【図54】本明細書の教示と一貫した入力装置アセンブリの１つの構成を示す。

【図55】本明細書の教示と一貫したロボット器具の１つの構成を示す。

【発明を実施するための形態】

【0010】

〔概要〕
図１を参照すると、ロボットシステム１０が示されている。患者１２が人工膝関節インプラントＩＭを受容することができるように患者１２の大腿骨Ｆおよび脛骨Ｔの部分を切除するために患者１２に人工膝関節全置換術を行うロボットシステム１０が示されている。ロボットシステム１０は、硬組織／軟組織除去を必要とする手順またはその他の形式の治療を含む、その他のタイプの手術手順を行うために使用されてよい。例えば、治療は、組織を切断する、組織を凝固させる、組織を焼灼する、組織をステープルで固定する、組織を縫合する等を含んでよい。幾つかの例において、手術手順は、膝手術、股関節手術、肩関節手術、脊椎手術および／または足関節手術を含み、膝インプラント、股関節インプラント、肩関節インプラント、脊椎インプラントおよび／または足関節インプラントなどの手術インプラントによって置換される組織を除去することを含んでよい。本明細書に開示されるロボットシステム１０および技術は、外科的または非外科的なその他の手順を行うために使用されてよく、ロボットシステムが利用される工業的用途またはその他の用途において使用されてよい。

【0011】

図１および図２を参照すると、ロボットシステム１０は器具１４を含む。幾つかの例において、ユーザは、（図１に示したように）器具１４を手で保持し、支持する。幾つかの例において、ユーザは、器具が少なくとも部分的にまたは完全に、受動的アーム（例えば、ロッキングジョイントを備えるリンクアーム、重量釣り合いアーム）、能動的アームおよび／または同様のものなどの補助装置によって支持されながら、器具１４を手で保持してよい。図１および図２に最も良く示したように、器具１４は、ユーザおよび／または補助装置によって手で掴まれるおよび／または支持されるためのハンドヘルド部分１６を備える。

【0012】

器具１４は、手順の間にツールの重量がユーザの手のみによって支持されるように、例えば、材料の物理的除去を行いながら人間のユーザによって保持されるように構成されたガイドアームを用いることなくユーザによって自由に移動および支持されてよい。言い換えれば、器具１４は、ユーザの手が重力に抗して器具１４を支持するように保持されるように構成されてよい。器具１４は、８ｌｂｓ．以下、６ｌｂｓ．以下、５ｌｂｓ．以下または３ｌｂｓ．以下の重量であってよい。器具１４は、ＡＮＳＩ／ＡＡＭＩ ＨＥ７５：２００９に対応する重量を有してよい。器具１４は、ツール２０を受容するためのツール支持体１８も備える。幾つかの例において、ツール２０がソーブレード３０２である場合、ツール支持体１８はブレード支持体と呼ばれてよい。器具１４を操作する方法は、ユーザが、受動的アームまたはロボットアームからのいかなる支援もなく器具１４の重量を吊るすことを含んでよい。代替的に、ユーザが器具の全重量を支持しなくてもよいように、器具１４の重量は、釣り合った受動的アーム、補助装置または能動的なロボットアームの使用により支持されてよい。このような場合、ユーザは、器具１４と相互作用しかつ／または器具１４を案内するために、ハンドヘルド部分１６を依然として掴んでよい。受動的アームおよびＫａｎｇ他への米国特許第９，０６０，７９４号の内容は、引用により本明細書に組み込まれる。さらに、ロボットシステム１０は、幾つかの例において、直列に２つ以上のジョイントを有するロボットアームを有さなくてよい。

【0013】

ツール２０は、さらに以下で説明されるロボットシステム１０のある操作において解剖学的構造と相互作用するためにツール支持体１８に結合する。ツール２０は、エンドエフェクタと呼ばれてもよい。必要なときに新たな／異なるツール２０を取り付けることができるように、ツール２０はツール支持体１８から取外し可能であってよい。ツール２０は、ツール支持体１８に永久に固定されていてもよい。ツール２０は、患者１２の組織と接触するように設計されたエネルギアプリケータを備えてよい。幾つかの例において、ツール２０は、図１および図２に示したようなソーブレード、またはその他のタイプの切断アクセサリであってよい。このような例において、ツール支持体は、ブレード支持体と呼ばれてよい。ブレード支持体が言及されたあらゆる例において、「ツール支持体」という用語が代用されてもよく、またその逆であってもよいことが認められるべきである。しかしながら、引用により本明細書に組み込まれる、Ｂｏｚｕｎｇへの米国特許第９，７０７，０４３号の内容などのその他のツールが検討されてもよい。幾つかの例において、ツール２０は、ドリルビット、ドライバ、超音波振動チップ、バー、ステープラ等であってよい。ツール２０は、引用により本明細書に組み込まれるＷａｌｅｎ他への米国特許第９，８２０，７５３号または米国特許第１０，６８７，８２３号に示されるようなブレードの振動を生じるためのブレードアセンブリおよび駆動モータを備えてよい。代替的な回転駆動モータが考えられる。このような駆動構成要素は、駆動モータＤＭからの回転運動をツール２０の振動に変換するために駆動モータＤＭに結合されたトランスミッションＴＭを備えてよい。

【0014】

２０２０年７月１５日に出願された、「Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｈａｎｄｈｅｌｄ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ」という名称のＰＣＴ／ＵＳ２０２０／０４２１２８に記載されたシステムおよび方法も、引用により本明細書に組み込まれる。

【0015】

ユーザがハンドヘルド部分１６を保持する間、ツール２０を所望の位置および／または向き（例えば、切除の間の大腿骨Ｆおよび／または脛骨Ｔに対する所望のポーズ）に配置することを支援するロボット運動を提供するために、１つまたは複数のアクチュエータ２１，２２，２３を含むアクチュエータアセンブリ４００が、ツール支持体１８をハンドヘルド部分１６に対して３つの自由度において移動させる。アクチュエータアセンブリ４００は、並列、直列、またはその組合せにおいて配置されたアクチュエータ２１，２２，２３を含んでよい。幾つかの例において、アクチュエータ２１，２２，２３は、ハンドヘルド部分１６に対して３つ以上の自由度においてツール支持体１８を移動させる。幾つかの例において、アクチュエータアセンブリ４００は、ピッチおよびｚ軸並進などの少なくとも２つの自由度においてツール支持体１８をハンドヘルド部分１６に対して移動させるように構成されている。幾つかの例において、本明細書に示したように、アクチュエータ２１，２２，２３は、ツール支持体１８および関連するツール支持体座標系ＴＣＳを、ハンドヘルド部分１６およびその関連するベース座標系ＢＣＳに対して３つの自由度においてのみ移動させる。例えば、ツール支持体１８およびそのツール支持体座標系ＴＣＳは、ピッチ運動を提供するためにそのｙ軸を中心に回転し、ロール運動を提供するためにｘ軸を中心に回転し、ｚ軸並進運動を提供するためにベース座標系ＢＣＳのｚ軸と一致する軸Ｚに沿って並進してよい。ピッチ、ロールおよびｚ軸並進における許容された運動は、図２ならびに図３Ａ～図３Ｃ、図４Ａ～図４Ｃおよび図５Ａ～図５Ｃの概略図における矢印によってそれぞれ示されている。図６は、器具１４の運動範囲内のツール支持体１８のポーズおよびハンドヘルド部分１６のポーズの一例を提供する。幾つかの例において、図示されていないが、アクチュエータは、ツール支持体１８をハンドヘルド部分１６に対して４つ以上の自由度において移動させてよい。

【0016】

再び図２を参照すると、受動的リンク機構２６を有する制約アセンブリ２４は、１つまたは複数の自由度においてハンドヘルド部分１６に対するツール支持体１８の移動を制約するために使用されてよい。制約アセンブリ２４は、本明細書に記載されているように運動を制約するためにあらゆる適切なリンク（例えば、あらゆる適切な形状または構成を有する１つまたは複数のリンク）を含んでよい。図２に示された例において、制約アセンブリ２４は、ヨー運動を制約するためにベース座標系ＢＣＳのｚ軸を中心とする回転を制約し、ｘ軸並進を制約するためにベース座標系ＢＣＳのｘ軸方向における並進を制約し、ｙ軸並進を制約するためにベース座標系ＢＣＳのｙ軸方向における並進を制約することによって、ツール支持体座標系ＴＣＳの運動を制限するために動作する。アクチュエータ２１，２２，２３および制約アセンブリ２４は、以下にさらに記載されるある状況において、物理的ソー切断ガイドなどの物理的切断ガイドの機能を有効に真似るように制御される。

【0017】

図７を参照すると、器具１４の１つまたは複数の態様を制御するために、制御装置２８またはその他のタイプの制御ユニットが設けられている。器具制御装置２８は、器具１４の動作およびハンドヘルド部分１６に対するツール支持体１８（およびツール２０）の運動を指示する１つまたは複数のコンピュータまたはあらゆるその他の適切な形式の制御装置を含んでよい。制御装置２８は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）および／またはその他のプロセッサ、メモリ、およびストレージ（図示せず）を有してよい。制御装置２８には、以下に記載するようにソフトウェアがロードされる。プロセッサは、器具１４の動作を制御するために１つまたは複数のプロセッサを含むことができる。プロセッサは、あらゆるタイプのマイクロプロセッサ、マルチプロセッサおよび／またはマルチコア処理システムであることができる。器具制御装置２８は、追加的または代替的に、１つまたは複数のマイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、システムオンチップ、ディスクリート回路、および／またはその他の適切なハードウェア、ソフトウェア、または本明細書に記載された機能を実行することができるファームウェアを含んでよい。プロセッサという用語は、あらゆる実施形態を１つのプロセッサに限定することは意図されていない。器具１４は、１つまたは複数のディスプレイおよび／または入力装置（例えば、トリガ、プッシュボタン、フットスイッチ、キーボード、マウス、マイクロフォン（音声作動）、ジェスチャ制御装置、タッチスクリーンなど）を備えるユーザインターフェースＵＩも含んでよい。

【0018】

制御システム６０は、１つまたは複数のソフトウェアプログラムおよびソフトウェアモジュールをさらに含む。ソフトウェアモジュールは、ロボットシステム１０の制御を支援するためにデータを処理するために、ナビゲーション制御装置３６、器具制御装置２８またはその両方において動作する１つまたは複数のプログラムの一部であってよい。ソフトウェアプログラムおよび／またはモジュールは、制御装置２８，３６の１つまたは複数のプロセッサ７０によって実行されるための、ナビゲーション制御装置３６、器具制御装置２８またはその両方における非一時的メモリ６４に記憶されたコンピュータ可読命令を含む。メモリ６４は、ＲＡＭ、不揮発性メモリなどのあらゆる適切な構成のメモリであってよく、ローカルでまたはリモートデータベースから実装されてよい。追加的に、ユーザに指示するおよび／またはユーザと通信するためのソフトウェアモジュールは、１つまたは複数のプログラムの一部を形成してよく、ナビゲーション制御装置３６、器具制御装置２８またはその両方におけるメモリ６４に記憶された命令を含んでよい。ユーザは、ソフトウェアモジュールと通信するために、ナビゲーションユーザインターフェースＵＩまたはその他のユーザインターフェースＵＩの入力装置のいずれかと相互作用してよい。ユーザインターフェースソフトウェアは、ナビゲーション制御装置３６および／または器具制御装置２８とは別個の装置において動作してよい。

【0019】

器具制御装置２８は、ツール２０（例えば、切断運動を制御するツール２０の駆動モータＤＭ）への電力を制御するおよび／またはハンドヘルド部分１６に対するツール支持体１８の動きを制御する（例えば、アクチュエータ２１，２２，２３を制御する）ことなどによって、ツール２０の動作の１つまたは複数の態様を制御する。器具制御装置２８またはその他の態様のシステムは、ハンドヘルド部分１６に対するツール支持体１８およびツール２０の状態（例えば、位置および／または向き）を制御する。器具制御装置２８またはその他の態様のシステムは、アクチュエータ２１，２２，２３によって生じるハンドヘルド部分１６および／または解剖学的構造に対するツール２０の運動の速度（線速度または角速度）、加速度またはその他の導関数を制御することができる。

【0020】

図２に示したように、器具制御装置２８は、ツール支持体１８、および／またはハンドヘルド部分１６またはそれらの組合せに取り付けられた制御ハウジング２９を含んでよく、１つまたは複数の制御基板３１（例えば、１つまたは複数のプリント回路基板および関連する電子部品）が制御ハウジング２９内に配置されている。制御基板３１は、アクチュエータ２１，２２，２３および（例えば、モータ制御装置を介して）駆動モータＤＭを制御するためのマイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ドライバ、メモリ、センサまたはその他の電子部品を含んでよい。システムは、制御盤３１／器具制御装置２８とデータおよび電力通信するオフボード制御コンソール３３も含んでよい。本明細書に記載されたセンサＳ、アクチュエータ２１，２２，２３および／または駆動モータＤＭは、制御盤３１または器具制御装置２８に信号を供給してよく、制御盤３１または器具制御装置２８は、処理のためにコンソール３３にデータ信号を送信し、コンソール３３は再び、アクチュエータ２１，２２，２３および／または駆動モータＭに電力を供給しかつこれらを制御するために、制御盤３１／器具制御装置へ制御命令（例えば、電流命令、トルク命令、速度命令、角度命令、位置命令、またはそれらの組合せ、ならびに様々な制御および構成パラメータ）を供給してよい。処理が制御ハウジングの制御基板において実行されてもよいと考えられる。幾つかの例において、制御アルゴリズムの処理は、コンソールと制御ハウジングとの間で分配されてよい。１つの例において、位置制御および速度制御計算はコンソールにおいてなされてよく、電流制御は、制御ハウスに配置されたフィールドプログラマブルゲートアレイにおいてなされてよい。もちろん、別個の制御ハウジングは不要であること、および／または処理をあらゆる数の異なるロケーションにおいて実行することができることが考えられる。

【0021】

幾つかのバージョンにおいて、コンソール３３は、アクチュエータ２１，２２，２３および駆動モータＭに電力を供給しかつこれらを制御するための１つのコンソールを含んでよい。幾つかのバージョンにおいて、コンソール３３は、アクチュエータ２１，２２，２３に電力を供給しかつこれらを制御するための１つのコンソールと、駆動モータＭに電力を供給しかつこれを制御するための別個のコンソールとを含んでよい。駆動モータＤＭに電力を供給しかつこれを制御するための１つのこのようなコンソールは、参照により本明細書に組み込まれる、「Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｏｎｓｏｌｅ ｔｏ ｗｈｉｃｈ Ｐｏｗｅｒｅｄ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｈａｎｄｐｉｅｃｅｓ ａｒｅ Ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ，ｔｈｅ Ｃｏｎｓｏｌｅ Ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ ｔｏ Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ Ｅｎｅｒｇｉｚｅ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ｏｎｅ ａｎｄ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ａｌｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｈａｎｄｐｉｅｃｅｓ」という名称の、２００４年９月３０日に出願された米国特許第７，４２２，５８２号に記載されたものと同様であってよい。フレキシブル回路としても知られる、フレキシブル回路ＦＣとして示されたフレキシブル導体が、アクチュエータ２１，２２，２３および／またはその他の構成要素を器具制御装置２８に相互接続してよい。例えば、フレキシブル回路ＦＣは、アクチュエータ２１，２２，２３と制御基板３１との間に設けられてよい。その他の形式の接続、有線または無線が、追加的にまたは代替的に、構成要素の間に存在してよい。

【0022】

再び図１を簡単に参照すると、ロボットシステム１０は、ナビゲーションシステム３２をさらに含む。ナビゲーションシステム３２の一例は、参照により本明細書に組み込まれる、「Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｏｐｔｉｃａｌ ａｎｄ Ｎｏｎ－Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｅｎｓｏｒｓ」という名称の、２０１３年９月２４日に出願された米国特許第９，００８，７５７号に記載されている。ナビゲーションシステム３２は、様々な物体の動きを追跡する。このような物体は、例えば、器具１４、ツール２０、解剖学的構造、例えば、大腿骨Ｆおよび脛骨Ｔを含む。ナビゲーションシステム３２は、（ナビゲーション）ローカライザ座標系ＬＣＬＺに対する各物体の状態情報を収集するためにこれらの物体を追跡する。本明細書において使用される場合、物体の状態は、追跡される物体の位置および／または向き（例えば、その座標系）または位置および向きの均等物／派生物を規定するデータを含むが、これに限定されない。例えば、状態は、物体のポーズであってよく、かつ／または線速度データ、角速度データ等を含んでよい。

【0023】

ナビゲーションシステム３２は、ナビゲーション制御装置３６および／またはその他のタイプの制御ユニットを収容するカートアセンブリ３４を含んでよい。ナビゲーションユーザインターフェースＵＩは、ナビゲーション制御装置３６と動作通信している。ナビゲーションユーザインターフェースＵＩは１つまたは複数のディスプレイ３８を含む。ナビゲーションシステム３２は、１つまたは複数のディスプレイ３８を使用するユーザに対し、追跡される物体の相対的状態のグラフィック描写を表示することができる。ナビゲーションユーザインターフェースＵＩは、ナビゲーション制御装置３６に情報を入力するためにまたはさもなければナビゲーション制御装置３６のある態様を選択／制御するために１つまたは複数の入力装置をさらに含む。このような入力装置は、インタラクティブタッチスクリーンディスプレイを含む。しかしながら、入力装置は、プッシュボタン、ポインタ、フットスイッチ、キーボード、マウス、マイクロフォン（音声作動）、ジェスチャ制御装置等のうちのいずれか１つまたは複数を含んでよい。幾つかの例において、ユーザは、ポインタに配置されたボタンを使用してよく、これにより、ユーザインターフェースＵＩのアイコンおよびメニューを介してナビゲートし、選択を行い、ロボットシステム１０を構成しかつ／またはワークフローを通じて前進する。

【0024】

ナビゲーションシステム３２は、ナビゲーション制御装置３６に結合されたローカライザ４４も含む。１つの例において、ローカライザ４４は、光学ローカライザであり、カメラユニット４６を含む。カメラユニット４６は、１つまたは複数の光センサ５０を収容する外側ケーシング４８を有する。ローカライザ４４は、自己のローカライザ制御装置４９を含んでよく、ビデオカメラＶＣをさらに含んでよい。

【0025】

ナビゲーションシステム３２は、１つまたは複数のトラッカを含む。幾つかの例において、トラッカは、ポインタトラッカＰＴ、ツールトラッカ５２、第１の患者トラッカ５４、および第２の患者トラッカ５６を含む。図１の例示された例において、ツールトラッカ５２は、器具１４にしっかりと取り付けられており、第１の患者トラッカ５４は、患者１２の大腿骨Ｆにしっかりと取り付けられており、第２の患者トラッカ５６は、患者１２の脛骨Ｔにしっかりと取り付けられている。この例において、患者トラッカ５４，５６は、骨のセクションにしっかりと取り付けられている。トラッカ５２，５４，５６およびポインタトラッカは、それぞれの物体（例えば、骨、ツール）およびナビゲーションシステム３２に手動で、自動でまたはその組合せにより登録される。幾つかの例において、ポインタトラッカＰＴは、ポインタ５７にしっかりと固定されており、解剖学的構造を、ローカライザ座標系ＬＣＬＺを含む１つまたは複数の座標系に登録するために使用されかつ／またはその他の較正および／または登録機能のために使用される。１つの例において、ポインタ５７は、トラッカ５４，５６が取り付けられた骨に患者トラッカ５４，５６をそれぞれ登録し、ツールトラッカ５２（および選択的に５３）をツール支持体１８、ツール２０、ハンドヘルド部分１６またはそれらの組合せに登録するために使用されてよい。幾つかの例において、ポインタトラッカＰＴは、トラッカ座標系に対してトラッカ５２に器具１４のＴＣＰを登録するために使用されてよい。このように、ローカライザ４４が位置を移動させられると、器具１４の登録が、ツールトラッカ５２に対して位置決めされる。しかしながら、トラッカ５２，５４，５６の登録のその他の手段が考えられ、ポインタトラッカＰＴと一緒にまたは別個に実装されてよい。その他のトラッカロケーションも考えられる。

【0026】

本明細書を通じて、「トラッカに対する骨」または「トラッカに対する器具ＴＣＰ」など、すなわちＬＣＴＺ座標系に対してではなく「トラッカ座標系」に対する、様々な変形が説明される。ローカライザ座標系は、登録および骨準備の間、中間座標系として使用されてよい。なぜならば、全ての追跡される物体はＬＣＴＺに対して測定されるからである。登録の間、最終的に、様々なローカライザ参照ポーズが数学的に組み合わされ、登録結果は「トラッカに関して」記憶され、これにより、カメラ（すなわちＬＣＴＺ）が移動しても、登録は依然として有効である。

【0027】

ツールトラッカ５２は、器具１４のあらゆる適切な構成要素に取り付けられてよく、幾つかのバージョンにおいては、ハンドヘルド部分１６、ツール支持体１８、ツール２０へ直接に、またはそれらの組合せに取り付けられてよい。トラッカ５２，５４，５６，ＰＴは、ファスナ、クランプ等、あらゆる適切な形式でそれぞれの構成要素に固定されてよい。例えば、トラッカ５２，５４，５６，ＰＴは、関連する物体に対するそのそれぞれのトラッカの関係（測定値）を決定するための適切な（補助的な）方法が存在する限り、剛性に固定されてよい、柔軟に接続されてよい（光ファイバ）、または物理的に接続されなくてよい（超音波）。トラッカ５２，５４，５６，ＰＴのうちのいずれか１つまたは複数は、能動的マーカ５８を含んでよい。能動的マーカ５８は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含んでよい。代替的に、トラッカ５２，５４，５６，ＰＴは、カメラユニット４６から放出された光を反射する、反射器などの受動的マーカを有してよい。本明細書に具体的に記載されていないプリントされたマーカまたはその他の適切なマーカが利用されてもよい。

【0028】

物体を追跡するために様々な座標系が用いられてよい。例えば、座標系は、ローカライザ座標系ＬＣＬＺ、ツール支持体座標系ＴＣＳ、ベース座標系ＢＣＳ、各トラッカ５２，５４，５６，ＰＴに関連した座標系、解剖学的構造に関連した１つまたは複数の座標系、解剖学的構造の術前および／または術中の画像（例えば、ＣＴ画像、ＭＲＩ画像など）および／またはモデル（例えば２Ｄまたは３Ｄモデル）に関連した１つまたは複数の座標系、例えば、インプラント座標系、およびＴＣＰ（ツール中心点）座標系を含んでよい。幾つかの例において、ロボットシステム１０は、標的骨の２Ｄまたは３Ｄモデルを形成するために術前および／または術中イメージングに依存しない。むしろ、ロボットシステムは、イメージレスシステムにおいて使用されてよく、このイメージレスシステムは、標的解剖学的構造を登録するためにポインタトラッカＰＴを使用し、様々な解剖学的ランドマークを捕捉し、様々な解剖学的ランドマークは次いで制御システム６０によって処理され、捕捉されたデータと一致するように公称骨モデルをモーフィングする。その他の例において、患者の標的領域を画像化し、次いで、２Ｄおよび／または３Ｄ画像を標的骨の３Ｄモデルに変換するために、術前および術中イメージングが使用される。ロボットシステム１０が、標的手術領域の３Ｄモデルを生成する際に画像化手順とイメージレス手順との組合せを使用し得ることも考えられる。１つの例示的なシステムは、引用により本明細書に組み込まれる米国特許第８，６１７，１７４号に記載されている。様々な座標系における座標は、座標系の間の関係を確立するとき、例えば、登録、較正、幾何学的関係、測定などを介して、変換を使用して他の座標系に変換されてよい。

【0029】

図２に示したように、幾つかの例において、ＴＣＰは、ツール２０の遠位端部に規定されたＴＣＰ座標系の所定の基準点または原点である。ツール２０の幾何学的構造は、ＴＣＰ座標系および／またはツール支持体座標系ＴＣＳに関して規定されてよい。ツール２０は、ＴＣＰ座標系および／またはツール支持体座標系ＴＣＳに対して規定され、器具１４、ナビゲーションシステム３２、器具制御装置２８、またはそれらの組合せの制御ハウジング２９における制御基板３１の不揮発性メモリに記憶された、１つまたは複数の幾何学的特徴、例えば、外周、円周、半径、直径、幅、長さ、高さ、体積、面積、表面／平面、（いずれか１つまたは複数の軸線に沿った）モーションエンベロープの範囲等を含んでよい。ツール中心点（ＴＣＰ）は、一例において、ツール２０において規定された所定の基準点および対応する座標系である。ＴＣＰは、他の座標系に対する既知の、または計算されることができる（すなわち必ずしも静的ではない）ポーズを有する。ＴＣＰ座標系は、ＴＣＰのポーズを規定する原点および軸線群（例えば、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）を含む。ＴＣＰを追跡することによって（またはＴＣＰのポーズを知ることによって）ロボットシステム１０は、ＴＣＰのポーズおよびＴＣＰと器具１４の特徴との間の既知の位置関係に基づいて器具１４の位置および向きを計算してよい。幾つかの例において、ツール２０は、（例えば、ソーブレードのための）ブレード平面を有し、ブレード平面は、例示の簡便性および容易さのために説明されるが、ツール２０を特定の形式に制限することは意図されていない。ツール２０を仮想的に表すために、ポイント、その他のプリミティブ、メッシュ、その他の３Ｄモデル等を使用することができる。ＴＣＰ座標系の原点は、ツール２０のバー２５の球中心またはソーブレード２７の遠位端部に配置されてよく、これにより、ＴＣＰ座標系は、ツール２００の遠位先端における原点に対して追跡される。代替的に、ＴＣＰは、複数の追跡点を使用して追跡されてよい。ＴＣＰは、ツール２０の構成に応じて様々な形式で規定されてよい。器具は、ジョイント／モータエンコーダ、またはあらゆるその他の非エンコーダ位置検出方法を使用してよく、したがって、制御システム６０は、ハンドヘルド部分１６およびＢＣＳに対するＴＣＰのポーズおよび／または位置を決定してよい。ツール支持体１８は、ＴＣＰポーズを決定するためにジョイント測定を使用してよいおよび／またはＴＣＰポーズを直接測定するための技術を使用することができる。ツール２０の制御は、中心点に限定されない。例えば、ツール２０を表すために、あらゆる適切なプリミティブ、メッシュ等を使用することができる。座標系とは反対に、ＴＣＰは代替的にポイントとして規定されてよいことが認められるべきである。ＴＣＰ座標系は、ソーブレードまたはその他のツールのポーズを決定すると、ツールの所要の基準点または幾何学的態様を計算することを可能にする。

【0030】

ＴＣＰ座標系、ツール支持体座標系ＴＣＳおよびツールトラッカ５２の座標系は、ツール２０の構成に応じて様々な形式で規定されてよい。例えば、ポインタ５７は、以下のためにツール支持体１８および／またはツール２０において較正ディボットＣＤと共に使用されてよい：ツールトラッカ５２の座標系に対するツール支持体座標系ＴＣＳのポーズを登録（較正）する；ツールトラッカ５２の座標系に対するＴＣＰ座標系のポーズを決定する；および／またはツール支持体座標系ＴＣＳに対するＴＣＰ座標系のポーズを決定する。１つまたは複数の追加的なトラッカ／マーカを直接ツール２０に取り付けかつ固定することなどによって、ＴＣＰ座標系のポーズを直接測定するためにその他の技術を使用することができる。幾つかのバージョンにおいて、トラッカ／マーカは、ハンドヘルド部分１６、ツール支持体１８またはその両方に取り付けられかつ固定されてもよい。ハンドヘルド部分がトラッカを含む例において、ローカライザ座標系ＬＣＬＺに対するハンドヘルド部分のポーズは、直接測定されてよい。さらにその他の代替例において、ＴＣＰは、中間ツール支持体座標系ＴＣＳを使用して、ツールトラッカに対して規定されてよい。

【0031】

ツール支持体１８は、アクチュエータ２１，２２，２３を介してハンドヘルド部分１６に対して複数の自由度において可動であるので、器具１４は、ベース座標系ＢＣＳに対するＴＣＰ座標系および／またはツール支持体座標系ＴＣＳのポーズを測定するために、エンコーダ、ホール効果センサ（アナログまたはデジタル出力を有する）、トランスデューサおよび／またはあらゆるその他の位置検出方法などの、アクチュエータセンサを使用してよい。１つの例示的な構成において、器具１４は、さらに以下で説明するように、ベース座標系ＢＣＳに対するＴＣＰ座標系および／またはツール支持体座標系ＴＣＳのポーズを決定するために、アクチュエータ２１，２２，２３の作動を測定するアクチュエータセンサからの測定値を使用してよい。アクチュエータセンサの代わりに、装置のジョイントのうちの１つまたは複数は、１つまたは複数のジョイント角度を決定するためにエンコーダを含んでよい。これらの「ジョイントセンサ」は、「ジョイント角度」を生成してよく、説明されたアクチュエータセンサと同様の形式で１つまたは複数のフレックス回路を使用して制御装置に結合されてよい。ジョイント角度は、アクチュエータセンサに関して説明したように、ＴＣＰ座標系、ベース座標系ＢＣＳおよびツール支持体座標系ＴＣＳのポーズの決定を容易にし得る。

【0032】

ローカライザ４４は、それぞれそこに取り付けられた物体の状態にそれぞれ対応する、各トラッカ５２，５４，５６，ＰＴの状態を決定するためにトラッカ５２，５４，５６，ＰＴ（例えば、その座標系）を監視する。ローカライザ４４は、トラッカ５２，５４，５６，ＰＴおよび関連する物体（ツール、患者、ツール支持体およびハンドヘルド部分など）の状態を決定するために公知の技術を実行してよい。ローカライザ４４は、ナビゲーション制御装置３６にトラッカ５２，５４，５６，ＰＴの状態を提供する。幾つかの例において、ナビゲーション制御装置３６は、トラッカ５２，５４，５６、ＰＴの状態を決定し、トラッカ５２，５４，５６、ＰＴの状態を器具制御装置２８またはコンソールに通信する。

【0033】

ナビゲーション制御装置３６は、１つまたは複数のコンピュータまたはあらゆるその他の適切な形式の制御装置を含んでよい。ナビゲーション制御装置３６は、中央処理装置（ＣＰＵ）および／またはその他のプロセッサ、メモリおよびストレージ（図示せず）を有する。プロセッサは、あらゆるタイプのプロセッサ、マイクロプロセッサまたはマルチプロセッサシステムであることができる。ナビゲーション制御装置３６は、ソフトウェアがロードされる。ソフトウェアは、例えば、ローカライザ４４から受け取られた信号を、追跡される物体の位置および／または向きを表すデータに変換する。ナビゲーション制御装置３６は、追加的または代替的に、１つまたは複数のマイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、システムオンチップ、ディスクリート回路、および／または本明細書に記載の機能を行うことができるその他の適切なハードウェア、ソフトウェアまたはファームウェアを含んでよい。プロセッサという用語は、１つのプロセッサにあらゆる実施形態を限定することは意図されていない。

【0034】

ナビゲーションシステム３２の一例は、物体状態を決定するために示されているが、ナビゲーションシステム３２は、器具１４、ツール２０および／または患者１２を追跡するためのあらゆるその他の適切な構成を有してよい。別の例において、ナビゲーションシステム３２および／またはローカライザ４４は、超音波ベースである。例えば、ナビゲーションシステム３２は、ナビゲーション制御装置３６に結合された超音波撮像装置を含んでよい。超音波撮像装置は、前記物体、例えば、器具１４、ツール２０および／または患者１２のうちのいずれかを撮像し、超音波画像に基づいてナビゲーション制御装置３６への状態信号を生成する。超音波画像は、２Ｄ、３Ｄまたは両方の組合せであってよい。ナビゲーション制御装置３６は、物体の状態を決定するためにほぼリアルタイムで画像を処理してよい。超音波撮像装置は、あらゆる適切な構成を有してよく、図１に示されたカメラユニット４６とは異なってもよい。

【0035】

別の例において、ナビゲーションシステム３２および／またはローカライザ４４は、無線周波数（ＲＦ）ベースである。例えば、ナビゲーションシステム３２は、ナビゲーション制御装置３６に結合されたＲＦトランシーバを含んでよい。器具１４、ツール２０および／または患者１２は、それらに取り付けられたＲＦエミッタまたはトランスポンダを含んでよい。ＲＦエミッタまたはトランスポンダは、受動的であるかまたは能動的にエネルギを供給されてよい。ＲＦトランシーバは、ＲＦ追跡信号を送信し、ＲＦエミッタから受信されたＲＦ信号に基づいてナビゲーション制御装置３６への状態信号を生成する。ナビゲーション制御装置３６は、受信したＲＦ信号を分析し、それに対して相対的状態を関連付けてよい。ＲＦ信号は、あらゆる適切な周波数のものであってよい。ＲＦトランシーバは、ＲＦ信号を有効に使用して物体を追跡するためにあらゆる適切な位置に位置決めされてよい。さらに、ＲＦエミッタまたはトランスポンダは、図１に示されたトラッカ５２，５４，５６，ＰＴとは大幅に異なってよいあらゆる適切な構造的構成を有してよい。

【0036】

さらに別の例において、ナビゲーションシステム３２および／またはローカライザ４４は、電磁気ベースである。例えば、ナビゲーションシステム３２は、ナビゲーション制御装置３６に結合されたＥＭトランシーバを含んでよい。器具１４、ツール２０および／または患者１２は、あらゆる適切な磁気トラッカ、電磁トラッカ、誘導トラッカ等の、それらに取り付けられたＥＭ構成要素を含んでよい。トラッカは、受動的であるかまたは能動的にエネルギを供給されてよい。ＥＭトランシーバは、ＥＭフィールドを生成し、トラッカから受信したＥＭ信号に基づいてナビゲーション制御装置３６への状態信号を生成する。ナビゲーション制御装置３６は、受信したＥＭ信号を分析し、それらに相対的状態を関連付けてよい。やはり、このようなナビゲーションシステム３２の例は、図１に示したナビゲーションシステム３２の構成とは異なる構造的構成を有してよい。

【0037】

ナビゲーションシステム３２は、本明細書に具体的に列挙されていないあらゆるその他の適切な構成要素または構造を有してよい。さらに、示されたナビゲーションシステム３２に関して上記で説明した技術、方法および／または構成要素のうちのいずれも、本明細書に説明されたナビゲーションシステム３２の他の例のいずれかのために実施または提供されてよい。例えば、ナビゲーションシステム３２は、慣性トラッキングのみまたはトラッキング技術のあらゆる組合せを利用してよく、追加的または代替的に、光ファイバベーストラッキング、マシンビジョントラッキング等を含んでよい。

【0038】

図７を参照すると、ロボットシステム１０は、他の構成要素の中でも特に器具制御装置２８およびナビゲーション制御装置３６を含む制御システム２９，６０を含む。制御システム６０は、さらに、１つまたは複数のソフトウェアプログラムおよびソフトウェアモジュールを含む。ソフトウェアモジュールは、ロボットシステム１０の制御を補助するためにデータを処理するために、器具制御装置２８、ナビゲーション制御装置３６またはそれらの組合せにおいて動作する１つまたは複数のプログラムの一部であってよい。ソフトウェアプログラムおよび／またはモジュールは、制御装置２８の１つまたは複数のプロセッサ７０によって実行されるために、器具制御装置２８、ナビゲーション制御装置３６またはそれらの組合せにおけるメモリ６４に記憶されたコンピュータ可読命令を含む。メモリ６４は、非一時的メモリ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ等の、あらゆる適切な構成のメモリであってよく、ローカルでまたはリモートデータベースから実施されてよい。加えて、ユーザに指示するおよび／またはユーザと通信するためのソフトウェアモジュールは、１つまたは複数のプログラムの一部を形成してよく、器具制御装置２８、ナビゲーション制御装置３６またはそれらの組合せにおけるメモリ６４に記憶された命令を含んでよい。ユーザは、ソフトウェアモジュールを通信するために、ナビゲーションユーザインターフェースＵＩまたはその他のユーザインターフェースＵＩの入力装置のいずれかと相互作用してよい。ユーザインターフェースソフトウェアは、器具制御装置２８および／またはナビゲーション制御装置３６とは別個の装置において動作してよい。器具１４は、電力／データ接続を介して器具制御装置２８と通信してよい。電力／データ接続は、図７にＢＵＳ／ＣＯＭＭ接続３７として示されたように、ナビゲーションシステム３２によって生成されかつ器具制御装置２８へ送信された位置および向きデータに基づいて器具１４を制御するために使用される入力および出力のための経路を提供してよい。全体を通じて説明された処理ステップのそれぞれは、コンソール、器具制御装置またはナビゲーション制御装置において実行されてよいまたはこれらの可能なロケーションのそれぞれに分散させられてよいと考えられる。さらに別の構成において、全体を通じて説明された処理のいずれも、リモートサーバ上などのその他のロケーションにおいて提供することができる。

【0039】

制御システム６０は、本明細書に記載された機能および方法を行うのに適した入力、出力および処理装置のあらゆる適切な構成を含んでよい。制御システム６０は、器具制御装置２８、ナビゲーション制御装置３６またはそれらの組合せを含んでよく、かつ／またはこれらの制御装置のうちの１つのみ、または追加的な制御装置を含んでよい。制御装置は、図７にＢＵＳ／ＣＯＭＭ接続３７として１つの例において示された有線バスまたは通信ネットワークを介して、無線通信を介して、またはそれ以外の方式で通信してよい。制御システム６０は、コントローラと呼ばれてもよい。制御システム６０は、１つまたは複数のマイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、システムオンチップ、ディスクリート回路、センサ、ディスプレイ、ユーザインターフェース、インジケータ、および／または本明細書に記載の機能を実行することができるその他の適切なハードウェア、ソフトウェアまたはファームウェアを含んでよい。

【0040】

〔器具〕
１つの例示的な構成において、器具１４は、図８および図９に最も良く示されている。器具１４は、ユーザによって保持されるハンドヘルド部分１６と、ツール２０を支持するためにハンドヘルド部分１６に可動に結合されたツール支持体１８と、ツール支持体１８をハンドヘルド部分１６に対して少なくとも３つの自由度において移動させるためにツール支持体１８とハンドヘルド部分１６とを動作的に相互接続する複数のアクチュエータ２１，２２，２３を備えるアクチュエータアセンブリ４００と、ツール支持体１８とハンドヘルド部分１６とを動作的に相互接続するリンク機構２６を有する制約アセンブリ２４と、を含む。幾つかの場合、リンク機構２６は、受動的リンク機構と呼ばれるが、必ずしも全ての想定される構成において受動的であるわけではない。

【0041】

ハンドヘルド部分１６は、ユーザが器具１４を操作、案内および／または把持することができるようにユーザによって掴まれるためのグリップ７２を含む。ハンドヘルド部分１６は、保持するためのユーザの手のためのグリップ、濡れているおよび／または血液が付いているときにユーザの手が滑るのを防止するためのテクスチャードまたは混合された材料のコーティングなど、人間工学的特徴を備えて構成されてよい。ハンドヘルド部分１６は、様々な異なる手のサイズを有するユーザに対応するために、ユーザの手および／または指の輪郭と一致するような輪郭を有するテーパを含んでよい。ハンドヘルド部分１６は、１つまたは複数のファスナ、接着剤、溶接等によってグリップ７２が取り付けられたベース７４も含む。示されたバージョンにおいて、ベース７４は、ほぼ中空の円筒形状を有するスリーブ７６を含む。ジョイント支持体７７，７８，７９はスリーブ７６から延びている。アクチュエータ２１，２２，２３は、さらに以下で説明するジョイントを介してジョイント支持体７７，７８，７９においてベース７４に可動に結合されてよい。

【0042】

ツール支持体１８は、１つまたは複数の取付位置８２においてツール支持体１８に固定された１つまたは複数のトラッカマウントを介してツールトラッカ５２が固定されるまたは取外し可能に取り付けられることができるツール支持体本体８０を含む。１つの例において、ツールトラッカ５２はツール支持体１８と一体化されている。別の例において、ツールトラッカ５２は、１つまたは複数の取付位置８２において取外し可能に取り付けられている。ツール２０は、示されたバージョンにおいてツール支持体１８に取外し可能に結合されている。特に、ツール支持体１８は、引用により本明細書に組み込まれる、Ｗａｌｅｎ他への米国特許第９，８２０，７５３に記載されたような、ツール２０が取り付けられるヘッド８４などの、ツールカプラを含む。ヘッド８４は、ソーブレードの振動スタイルおよび矢状スタイルソーブレードを利用するように構成されてよい。ツール２０の作動を駆動する駆動モータＤＭは、（例えば、幾つかのバージョンにおいてソーブレードの振動を駆動するために）ツール支持体本体８０に配置されている。ツール２０は、引用により本明細書に組み込まれる、Ｗａｌｅｎ他への米国特許第９，８２０，７５３号に開示された形式でヘッド８４に取り付けられかつヘッド８４から解放されてよい。図９に最もよく示したように、ツール支持体１８は、さらに以下で説明されるように、アクチュエータ２１，２２，２３がジョイントを介してツール支持体１８に可動に結合される複数のアクチュエータマウント８６，８８，９０も含む。アクチュエータマウント８６，８８，９０は、ツール支持体１８がハンドヘルド部分１６に対して少なくとも３つの自由度において動くことができるようにアクチュエータ２１，２２，２３を取り付けるのに適したブラケット等を含んでよい。

【0043】

アクチュエータ２１，２２，２３は、示されたバージョンにおいて、ベース７４とツール支持体本体８０との間に延びる電気的リニアアクチュエータを含む。作動させられると、アクチュエータ２１，２２，２３の有効長は、アクチュエータ２１，２２，２３の対応する軸線に沿ってツール支持体本体８０とベース７４との間の距離を変化させるように、変化する。したがって、制御システム６０は、有効長を変化させかつツール支持体１８を少なくとも３つの自由度においてハンドヘルド部分１６に対して標的ポーズへ移動させるために、制御システム６０によって、それぞれ各アクチュエータ２１，２２，２３に与えられた個々の入力に応答して、調和した形式で働くようにアクチュエータ２１，２２，２３に命令する。示されたバージョンにおいて、３つのアクチュエータ２１，２２，２３が提供されており、第１、第２および第３のアクチュエータ２１，２２，２３または前方アクチュエータ２１，２２および後方アクチュエータ２３と呼ばれてよい。第１、第２および第３のアクチュエータ２１，２２，２３は、第１の作動軸線ＡＡ１、第２の作動軸線ＡＡ２および第３の作動軸線ＡＡ３（図９参照）に沿って有効長を調整可能である。第１、第２および第３のアクチュエータ２１，２２，２３は、前に説明したように、ハンドヘルド部分１６に対するツール支持体１８のピッチ配向、ロール配向およびｚ軸並進のうちの１つまたは複数を調整するために有効長が独立して調整可能である。より多くのアクチュエータが幾つかの例において提供されてよい。アクチュエータは、幾つかの例においてロータリアクチュエータを含んでよい。アクチュエータ２１，２２，２３は、あらゆる適切なサイズまたは形状の１つまたは複数のリンクを有するリンク機構を含んでよい。アクチュエータ２１，２２，２３は、２つ以上の自由度においてハンドヘルド部分１６に対するツール支持体１８の移動を可能にするのに適したあらゆる構成を有してよい。例えば、幾つかのバージョンにおいて、１つの前方アクチュエータおよび２つの後方アクチュエータ、またはアクチュエータのその他の配列が存在してよい。

【0044】

このバージョンにおいて、アクチュエータ２１，２２，２３は、複数の能動ジョイントを介してベース７４およびツール支持体本体８０に結合されている。能動ジョイントは、アクチュエータマウント８６，８８，９０においてアクチュエータ２１，２２，２３をツール支持体本体８０に結合する第１の能動ジョイント９２のセットを含む。１つのバージョンにおいて、図９に示したように、第１の能動ジョイント９２は、能動Ｕジョイントを含む。Ｕジョイントは、第１のピボットピン９４およびジョイントブロック９６を含む。第１のピボットピン９４は、ジョイントブロック９６における貫通孔９８を介してジョイントブロック９６をアクチュエータマウント８６，８８，９０に回転可能に接続している。止めねじ１００は、第１のピボットピン９４をアクチュエータマウント８６，８８，９０に固定してよい。Ｕジョイントは、第２のピボットピン１０４も含んでよい。ジョイントブロック９６は、第２のピボットピン１０４を収容するためのクロスボア１０２を有する。第２のピボットピン１０４は、第１のピボットピン９４を収容するための貫通孔１０３を有し、これにより、第１のピボットピン９４、ジョイントブロック９６および第２のピボットピン１０４は、Ｕジョイントのクロスを形成する。各Ｕジョイントの第１のピボットピン９４および第２のピボットピン１０４は、交差する回転軸ＰＡを規定する。第２のピボットピン１０４は、アクチュエータ２１，２２，２３のピボットヨーク１０６をジョイントブロック９６に回転可能に接続する。その結果、アクチュエータ２１，２２，２３は、ツール支持体本体８０に対して２つの自由度において移動することができる。ピンを収容するスロットを備えるボールを含む能動球状ジョイントなどの、その他のタイプの能動ジョイントも考えられる。

【0045】

図９を参照すると、能動ジョイントは、前方の２つのアクチュエータ２１，２２をハンドヘルド部分１６のベース７４に結合する第２の能動ジョイント１０８のセットも含む。示されたバージョンにおいて、第２の能動ジョイント１０８は、ジョイント支持体７７，７８において支持されている。第２の能動ジョイント１０８のそれぞれは、スイベル軸ＳＡを中心にハンドヘルド部分１６のベース７４に対して旋回するように配置されたスイベルヨーク１１０を含む。各スイベルヨーク１１０は、スイベルヘッド１１２と、ジョイント支持体７７，７８のうちの１つにおいてベース７４に回転可能に係合するようにスイベルヘッド１１２から延びたポスト１１４とを有する。ナット１１５は、それぞれのスイベルヨーク１１０がそれぞれのジョイント支持体７７，７８に対して自由に回転することを可能にしながら、ポスト１１４をベース７４に捕捉するためにポスト１１４の一方の端部に螺合可能に接続される。

【0046】

第２の能動ジョイント１０８のそれぞれは、スイベルヨーク１１０のうちの１つに回転可能に結合されたキャリア１１６を含む。キャリア１１６は、さらに以下で説明するように、前方の２つのアクチュエータ２１，２２のリードねじ１５０を受容するために、雌ねじ山付きの貫通孔１１７を有する。各キャリア１１６は、対向したトラニオン１１８も含み、トラニオン１１８は、キャリア１１６が、スイベルヨーク１１０におけるポケットに定着されることによって回転軸ＰＡ（図９参照）を中心にスイベルヨーク１１０に対して回転することを可能にする。幾つかのバージョンにおいて、第２の能動ジョイント１０８のそれぞれのために、スイベル軸ＳＡは、１つの頂点を規定するように回転軸ＰＡと交差し、頂点を中心にアクチュエータ２１，２２は２つの自由度において移動する。

【0047】

カバーがスイベルヘッド１１２に固定され、ポケットのうちの１つを規定するのに対し、スイベルヘッド１１２は他のポケットを規定する。組立て中、キャリアはまずトラニオンのうちの１つがスイベルヘッド１１２におけるポケットに配置されるように位置決めされ、次いで、カバーが、他方のトラニオンの上に固定され、これにより、キャリアは、カバーとスイベルヘッド１１２との間に捕捉され、トラニオンおよびポケットを介してスイベルヨーク１１０に対して回転することができる。スイベルヨーク１１０および関連するキャリアの構成、すなわちスイベル軸ＳＡを中心として旋回しかつピボット軸ＰＡを中心に回転するためのキャリアの能力により、第２の能動ジョイント１０８は、ベース７４に対する前方の２つのアクチュエータ２１，２２の移動の２つの自由度を可能にする。前方の２つのアクチュエータ２１，２２とベース７４との間のその他のジョイント配列も可能である。

【0048】

能動ジョイントは、後方（第３の）アクチュエータ２３をハンドヘルド部分１６のベース７４に結合する第３の能動ジョイント１２４も含む。示されたバージョンにおいて、第３の能動ジョイント１２４は、ジョイント支持体７９において支持されている。第３の能動ジョイント１２４は、ベース７４のジョイント支持体７９に固定されたピボットハウジング１２６を含む。

【0049】

第３の能動ジョイント１２４は、トラニオンを介してピボットハウジング１２６に回転可能に結合されたキャリアを含む。ポケットを有するファスナは、トラニオンに係合するために貫通孔を介してピボットハウジング１２６のそれぞれの側に取り付けられる。ファスナは、組立て後にポケットに配置されるトラニオンを介してキャリアが回転することができるように配置される。キャリアは、さらに以下で説明するように、後方アクチュエータ２３のリードねじ１５０を受容するために、雌ねじ山付き貫通孔を有する。ピボットハウジング１２６および関連するキャリアの構成、すなわちピボット軸ＰＡを中心に回転するだけ（例えば、旋回しない）の関連するキャリアの能力により、第３の能動ジョイント１２４は、ベース７４に対する後方アクチュエータ２３の移動の１つの自由度のみを可能にする。後方アクチュエータ２３とベース７４との間のその他のジョイント配列も可能である。

【0050】

図１１を参照すると、各アクチュエータ２１，２２，２３は、ハウジング１３４を含む。ハウジング１３４は、キャニスタ１３６と、キャニスタ１３６に螺合可能に接続されたキャップ１３８とを含む。第１の能動ジョイント９２の一部を形成するピボットヨーク１０６は、ハウジング１３４およびピボットヨーク１０６が第１の能動ジョイント９２を介してツール支持体１８に対して一緒に移動することができるようにハウジング１３４に固定されている。キャップ１３８は、ピボットヨーク１０６をキャニスタ１３６に固定するためにピボットヨーク１０６の環状の肩部１４０を捕捉する。

【0051】

幾つかのバージョンにおいて、ピボットヨーク１０６およびキャニスタ１３６は、所定の相対的向きにおいて各ピボットヨーク１０６をそれぞれのキャニスタ１３６に整列させるための１つまたは複数の整列特徴を含む。このような整列特徴は、結合部分、キー／キー溝等を含んでよい。組立て中、ピボットヨーク１０６は、まず、所定の相対的な向きにおいてキャニスタ１３６に固定されてよく、次いで、キャップ１３８は、所定の相対的な向きにおいてピボットヨーク１０６をキャニスタ１３６に捕捉するために（例えば、結合する雄ねじ山および雌ねじ山を介して）キャニスタ１３６に螺合させられてよい。この所定の関係は、フレキシブル回路ＦＣをルーティングおよび／または整列させ、キャニスタ１３６に対するピボットヨーク１０６のローリングを防止する際に、および／またはその他の目的のために有用であり得る。

【0052】

各アクチュエータ２１，２２，２３は、各ハウジング１３４に配置されたアクチュエータモータ１４２も含む。アクチュエータモータ１４２は、ハウジング１３４に配置されたケーシング１４４と、ケーシング１４４内に配置されたモータ巻線アセンブリ１４６とを有する。モータ巻線アセンブリ１４６は、上記に記載したような、止めねじＳＳ（図１１参照）またはその他の整列特徴などを介して、キャニスタ１３６に対する所定の相対的向きで整列させられてもよい。各アクチュエータモータ１４２は、リードねじ１５０に固定されたロータ１４８も有する。リードねじ１５０は、１つまたは複数のブッシングおよび／または軸受１５１によってハウジング１３４において回転するように支持されている。ロータ１４８および関連するリードねじ１５０は、アクチュエータモータ１４２の選択的な通電時にハウジング１３４に対して回転するように構成されている。リードねじ１５０は、バックドライビングを防止するために微細なピッチおよびリード角度を有する（すなわち、リードねじ１５０は、自己ロッキングである）。その結果、ツール２０に加えられる荷重は、アクチュエータモータ１４２を容易にバックドライブしない。幾つかの例において、リードねじ１５０は、０．０２～０．０３インチ／回転のリードを生じる８～３６のクラス３ねじ山を有する。その他のねじ山タイプ／サイズが使用されてもよい。

【0053】

各アクチュエータ２１，２２，２３は、別個のモータ制御装置によって制御されてよい。モータ制御装置は、各アクチュエータ２１，２２，２３を与えられた標的位置へ個々に方向付けるために、それぞれアクチュエータ２１，２２，２３に別個に配線されてよい。幾つかの例において、モータ制御装置は、比例積分微分（ＰＩＤ）制御装置である。幾つかの例において、モータ制御装置は、器具制御装置２８と一体化されることができるまたは器具制御装置２８の一部を形成することができる。例示を容易にするために、モータ制御装置は、本明細書では器具制御装置２８の一部として説明される。

【0054】

電源は、コンソール３３を介してアクチュエータモータ１４２に、例えば、３２ＶＤＣ電力信号を提供する。３２ＶＤＣ信号は、器具制御装置２８を通じてアクチュエータモータ１４２に適用される。器具制御装置２８は、アクチュエータモータ１４２を選択的に作動させるために各アクチュエータモータ１４２に電力信号を選択的に提供する。アクチュエータモータ１４２のこの選択的な作動は、ツール２０を位置決めするものである。アクチュエータモータ１４２は、ブラシレスＤＣサーボモータ、その他の形式のＤＣモータ等を含むあらゆる適切なタイプのモータであってよい。電源は、器具制御装置２８の内部の構成要素にエネルギ供給するために器具制御装置２８にも電力を供給する。電源は、例えば、１２ＶＤＣ、２４ＶＤＣ、４０ＶＤＣなどのその他のタイプの電力信号を提供することができることが認められるべきである。

【0055】

１つまたは複数のアクチュエータセンサＡＳ（図１１参照）は、器具制御装置２８へ再び信号を送信し、これにより、器具制御装置２８は、関連するアクチュエータ２１，２２，２３の現在の位置（すなわち、測定された位置）を決定することができ、またはこれはコンソール３３において行うことができる。１つまたは複数のセンサＡＳは、位置センサであってよい。これらの信号のレベルは、関連するローラ１４８の回転位置に関して変化してよい。１つの実装形態において、アクチュエータセンサＡＳは、高い分解能において与えられたターン内でロータ１４８の回転位置を分解してよい。これらのアクチュエータセンサＡＳは、ロータ１４８からのまたはリードねじ１５０に配置されたその他の磁石（例えば、図１１における２極磁石ＡＭ）からの感知された磁界に基づいてアナログおよび／またはデジタル信号を出力するホール効果センサであってよい。ホール効果センサに通電するための低電圧信号、例えば、５ＶＤＣは、ホール効果センサが関連付けられたアクチュエータモータ１４２に関連付けられたモータ制御装置から供給されてよい。幾つかの例において、２つのホール効果センサが、ロータ位置を感知するためにロータ１４８の周囲に互いに９０度の間隔を置いてハウジング１３４に配置されており、これにより、器具制御装置２８はまたはコンソールは、ロータ１４８の位置を決定しかつロータ１４８の増分回転をカウントすることができる（１つのこのようなアクチュエータセンサＡＳおよびアクチュエータ磁石ＡＭが図１１に示されている）。幾つかのバージョンにおいて、ホール効果センサは、増分カウントを表すデジタル信号を出力する。様々なタイプのモータおよびセンサ配列が可能である。幾つかの例において、アクチュエータモータ１４２は、ブラシレスＤＣサーボモータであり、２つ以上の内部ホール効果センサは、ロータ１４８の周囲に互いに９０度、１２０度またはあらゆるその他の適切な間隔を置いて配置されてよい。アクチュエータセンサＡＳは、アブソリュートエンコーダまたはインクリメンタルエンコーダを含んでもよく、これらは、ロータ１４８の回転位置を検出しかつロータ１４８の回転数をカウントするために使用されてよい。その他のタイプのエンコーダが、１つまたは複数のセンサとして使用されてもよい。センサは、ハウジング、ナット、ねじなど、調節されるときに各アクチュエータの位置を決定するのに適したアクチュエータおよびその周囲の構成要素におけるあらゆる適切な位置に配置されてよい。さらに別の構成において、センサレスモータ制御が利用されてよい。このような実装において、各ロータの位置は、モータの逆起電力および／またはインダクタンスを測定することによって決定されてよい。１つの適切な例は、引用によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第７，４２２，５８２号に見られる場合がある。

【0056】

幾つかの例において、ホール効果センサからの出力信号は、器具制御装置２８またはコンソールへ送信される。器具制御装置２８は、受信した信号を、それらのレベルの変化について監視する。これらの信号に基づいて、器具制御装置２８は、ロータ位置を決定する。ロータ位置は、初期位置またはホーム位置からのロータ１４８の回転の度数であると考えられてよい。ロータ１４８は、３６０°の回転を複数回行うことができる。したがって、ロータ位置は、３６０°を超えることができる。カウントと呼ばれるスカラー値は、ホーム位置からのロータ位置を表す。ロータ１４８は、時計回りおよび反時計回り方向に回転する。複数の信号（アナログまたはデジタル）の信号レベルが、規定された状態変化を生じるたびに、器具制御装置２８は、ロータ位置の変化を示すためにカウントを増加または減少させる。ロータ１４８の完全な３６０°の回転ごとに、器具制御装置２８は、固定されたカウント数だけカウントの値を増加または減少させる。幾つかの例において、カウントは、ロータ１４８の３６０°の回転ごとに１００～３０００だけ増大または減少させられる。幾つかの例において、ロータ位置を監視するためにインクリメンタルエンコーダが使用される場合など、ロータ１４８の３６０°の回転ごとに１０２４の位置（カウント）が存在する。器具制御装置２８の内部には、各アクチュエータ２１，２２，２３に関連したカウンタが設けられている。カウンタは、増加または減少させられた累積カウント数と等しい値を記憶する。カウント値は、正、ゼロまたは負であることができる。幾つかのバージョンにおいて、カウント値は、ロータ１４８の増分移動を規定する。したがって、アクチュエータ２１，２２，２３のロータ１４８は、まず、ホーム位置（以下でさらに説明する）と呼ばれる既知の位置へ移動させられてよく、その後、ロータ１４８の現在位置を規定するためにカウント値が使用される。

【0057】

前に説明したように、キャリア１１６は、リードねじ１５０を螺合可能に受容するための雌ねじ山付き貫通孔１１７を有し、これにより、複数のアクチュエータ２１，２２，２３のうちの対応する１つの有効長を調節し、これにより、器具制御装置２８によって測定されるカウントを変化させるために、各リードねじ１５０が、キャリア１１６のうちの対応する１つに対して回転することができる。各ハウジング１３４および対応するキャリア１１６は、リードねじ１５０をキャリア１１６に対して回転させるために少なくとも１つの自由度における相対移動が制約されている。より具体的には、関連する能動軸線ＡＡ１，ＡＡ２，ＡＡ３を中心に回転することができないピボットヨーク１０６（すなわち、ピボットヨーク１０６は、第１の能動ジョイント９２の構成によりこのような回転運動が制限されている）、および関連する能動軸線ＡＡ１，ＡＡ２，ＡＡ３を中心に回転することができないキャリア１１６（すなわち、キャリア１１６は、第２の能動ジョイント１０８および第３の能動ジョイント１２４の構成によりこのような回転運動が制限されている）により、リードねじ１５０は、キャリア１１６に対して回転することができる。

【0058】

リードねじ１５０に形成されたねじ山付きファスナおよび肩部などのストッパ１５２が、リードねじ１５０に固定されている。ストッパ１５２は、各リードねじ１５０の移動の端部においてキャリア１１６に当接するようにサイズ決めされている。

【0059】

前に説明したように、アクチュエータ２１，２２，２３は、ハンドヘルド部分１６に対するツール支持体１８の移動を可能にするために有効長が能動的に調整可能である。この有効長の１つの例は、図１１の第３のアクチュエータ２３において「ＥＬ」で示されている。ここで、有効長ＥＬは、関連するキャリア１１６の中心から、関連する第１の能動ジョイント９２の中心まで測定される。各アクチュエータ２１，２２，２３が調整されるので、リードねじ１５０がどれだけ関連するキャリア１１６内へねじ込まれるかまたは関連するキャリア１１６から外へねじ出されるかを変化させ、これにより、関連するキャリア１１６の中心から関連する第１の能動ジョイント９２の中心までの距離を変化させることによって、有効長ＥＬが変化する。アクチュエータ２１，２２，２３は、有効長ＥＬの最小値と最大値との間で調整可能である。各アクチュエータ２１，２２，２３の有効長ＥＬは、ハンドヘルド部分１６に対するツール支持体１８の様々な移動を生じさせるように変化する能動軸線ＡＡ１，ＡＡ２，ＡＡ３に沿ったツール支持体１８とハンドヘルド部分１６との間の距離を示すためにあらゆる適切な形式で表す／測定することができる。

【0060】

制約アセンブリ２４は、アクチュエータ２１，２２，２３によって提供される移動を制約するためにアクチュエータ２１，２２，２３と協調して働く。アクチュエータ２１，２２，２３は３つの自由度において移動を提供するのに対し、制約アセンブリ２４は３つの自由度において移動を制約する。示されたバージョンにおいて、制約アセンブリ２４は、受動リンク機構２６と、受動リンク機構２６をツール支持体１８に結合する受動リンク機構ジョイント１５６とを含む。

【0061】

１つのバージョンにおいて、図１４および図１６に示したように、受動リンク機構ジョイント１５６は、受動リンク機構Ｕジョイントを含む。Ｕジョイントは、第１のピボットピン１５８およびジョイントブロック１６０を含む。第１のピボットピン１５８は、ジョイントブロック１６０を、ジョイントブロック１６０における貫通孔１６４を介してツール支持体本体８０の受動リンク機構マウント１６２に回転可能に接続する。止めねじ１６６は、第１のピボットピン１５８を受動リンク機構マウント１６２に固定してよい。Ｕジョイントは、第２のピボットピン１７０も含む。ジョイントブロック１６０は、第２のピボットピン１７０を受容するためのクロスボア１６８を有する。第２のピボットピン１７０は、受動リンク機構２６の受動リンク機構ピボットヨーク１７２をジョイントブロック１６０に回転可能に接続する。第２のピボットピン１７０は、第１のピボットピン１５８を受容するための貫通孔１７１を有し、これにより、第１のピボットピン１５８、ジョイントブロック１６０および第２のピボットピン１７０は、Ｕジョイントのクロスを形成している。第１のピボットピン１５８および第２のピボットピン１７０は、交差するピボット軸ＰＡを規定している（図１１参照）。その結果、受動リンク機構２６は、ツール支持体本体８０に対して２つの自由度において移動することができる。ピンを受容するスロットを備えるボールを含む受動的リンク機構球形ジョイント１０７などの、その他のタイプの受動的リンク機構ジョイントも考えられる（例えば、図２０および図２１を参照）。

【0062】

受動リンク機構２６は、受動リンク機構ピボットヨーク１７２に固定されたシャフト１７４を含む。受動リンク機構２６は、制約軸線ＣＡに沿ってシャフト１７４を受容するように構成された、ベース７４のスリーブ７６も含む。受動リンク機構２６は、シャフト１７４がスリーブ７６に対して制約軸線ＣＡに沿って軸方向に摺動することを許容し、アクチュエータ２１，２２，２３のうちの１つまたは複数の作動中、制約軸線ＣＡに対して半径方向のシャフト１７４の移動を制約するように構成されている。

【0063】

受動リンク機構２６は、制約軸線ＣＡを中心とするスリーブ７６に対するシャフト１７４の回転を制約するためにキー１７６をさらに含む。キー１７６は、図１１に最も良く示されている。キー１７６は、シャフト１７４をスリーブ７６に回転方向でロックするために、シャフト１７４およびスリーブ７６における対向するキー溝１７８，１８０に嵌合する。一体的なキー／スロット配列等の、シャフト１７４およびスリーブ７６の相対回転を防止するためのその他の配列も考えられる。受動リンク機構２６は、アクチュエータ２１，２２，２３から独立してツール支持体１８およびハンドヘルド部分１６を動作可能に相互接続する。受動リンク機構は、アクチュエータ２１，２２，２３の１つはまた複数の作動中、制約軸線ＣＡに沿って有効長ＥＬを受動的に調整可能である。スリーブ７６、シャフト１７４およびキー１７６は、受動リンク機構２６のためのリンクの１つの組合せを表す。あらゆる適切な形式で接続されたリンクのその他のサイズ、形状および数が、受動リンク機構２６のために使用されてよい。

【0064】

示されたバージョンにおいて、受動リンク機構ジョイント１５６は、ツール支持体１８に対して２つのピボット軸ＰＡを中心に回転することができる。その他の構成が可能である。

【0065】

また、示されたバージョンにおいて、第１の能動ジョイント９２および受動リンク機構ジョイント１５６は、共通平面に配置されたピボット軸ＰＡを規定する。非平行なピボット軸ＰＡ、異なる平面に配置された平行なピボット軸ＰＡ、それらの組合せ、および／またはその他の構成も考えられる。

【0066】

幾つかのバージョンにおいて、ツール支持体１８のヘッド８４は、ツール２０がツール支持体１８に結合されているとき、ツール２０が共通平面に対して平行なツール平面ＴＰ（例えば、ブレード平面）に配置されるように配置される。幾つかの例において、ツール平面ＴＰは、共通平面ＣＰから、２．０インチ以下、１．０インチ以下、０．８インチ以下、または０，５インチ以下だけ間隔を空けられている。

【0067】

示されたバージョンにおいて、アクチュエータ２１，２２，２３は、それらのホーム位置を含めて、アクチュエータ２１，２２，２３の全ての位置において能動軸線ＡＡ１，ＡＡ２，ＡＡ３が制約軸線ＣＡに対して傾斜した構成になるように配置されている。軸線ＡＡ１，ＡＡ２，ＡＡ３を傾斜させることは、よりスリムでよりコンパクトなベース７４および関連するグリップ７２を可能にする形式でアクチュエータ配列を概してテーパさせる。能動軸線ＡＡ１，ＡＡ２，ＡＡ３が制約軸線ＣＡに対して傾斜していない構成にあるものを含むその他の構成が考えられる。このような構成は、ホーム位置においてアクチュエータ軸線ＡＡ１，ＡＡ２，ＡＡ３が互いに平行である構成を含んでよい。

【0068】

アクチュエータ、能動ジョイントおよび制約アセンブリの更なる構成が可能である。説明された制御技術が、言及されていないその他の機械的構成、特に１つまたは複数の自由度においてハンドヘルド部分に対してツールまたはソーブレードを制御するための構成に適用されてよいと考えられる。幾つかのバージョンにおいて、制約アセンブリは不在であってよく、器具１４のツール支持体１８は、ハンドヘルド部分１６に対して追加的な自由度において移動することができてよい。例えば、器具は、リニアアクチュエータ、ロータリアクチュエータまたはその組合せを含んでよい。器具は、並列または直列に配置された２、３、４、５、６以上の異なるアクチュエータを含んでよい。

【0069】

〔フレキシブル回路〕
上述のように、フレキシブル回路ＦＣは、アクチュエータ２１，２２，２３および／またはその他の構成要素を器具制御装置２８に相互接続する。例えば、図１２および図１３は、アクチュエータ２１，２２，２３と、制御ハウジング２９における制御盤３１との間に設けられたフレキシブル回路ＦＣと共に示されている。上述のように、制御盤３１は、器具制御装置２８と接続されており、器具制御装置２８の一部である。フレキシブル回路ＦＣは、ツール支持体１８がハンドヘルド部分１６に対して複数の自由度において移動させられるときにアクチュエータ２１，２２，２３と制御盤３１との間の接続を維持するために柔軟であるように構成されている。

【0070】

一例におけるフレキシブル回路ＦＣのルーティングが、図１２～図１８に示されている。図１４および図１５は、器具１４の残りから隔離されたフレキシブル回路ＦＣおよび制御ハウジング２９（制御盤３１を保持する）を示す。図１４および図１５に示したように、フレキシブル回路ＦＣは、フレキシブル回路アセンブリ２１０の一部を形成している。フレキシブル回路アセンブリ２１０は、一体に形成されたまたは互いに取り付けられ得る別個の部分として形成された複数の柔軟な細長い部分（またはレッグ）を含んでよい。柔軟な細長い部分は、ポリイミド、透明な伝導性ポリエステルフィルム等の１つまたは複数の柔軟なプラスチック基板を含んでよい。

【0071】

フレキシブル回路アセンブリ２１０は、柔軟なプラスチック基板に取り付けられたおよび／または埋め込まれた導体を含む。フレキシブル回路ＦＣは、視覚的インジケータ２０１，２０２，２０３と器具制御装置との間でデータおよび／または電力を送信するための１つまたは複数の導体を含んでよい。フレキシブル回路は、アクチュエータ２１，２２，２３と器具制御装置２８との間でデータおよび／または電力を送信するための１つまたは複数の導体も含んでよい。特に、柔軟な細長い部分は、アクチュエータフレキシブル回路２３０，２３２，２３４を形成している。図１４および図１５に見られるように、回路リード２４０は、それぞれアクチュエータ２１，２２，２３に接続するためにアクチュエータフレキシブル回路２３０，２３２，２３４の端部に配置されている。アクチュエータフレキシブル回路２３０，２３２，２３４は、器具制御装置２８からそれぞれのアクチュエータ２１，２２，２３のアクチュエータモータ１４２へ電力を送信するための導体を含んでよい。アクチュエータフレキシブル回路２３０，２３２，２３４は、アクチュエータセンサＡＳと器具制御装置２８との間でデータおよび／または電力を送信するための１つまたは複数の導体も含んでよい。さらに、フレキシブル回路は、トリガ（以下でさらに説明する）などの入力装置と器具制御装置２８との間でデータおよび／または電力を送信するための１つまたは複数の導体を含んでよい。

【0072】

各フレキシブル回路は、それぞれ独立して、異なる厚さおよび幅を示してよい。各フレキシブル回路の寸法は、互いに同じであっても、異なってもよい。幾つかの例において、各フレキシブル回路ＦＣの幅は、フレキシブル回路ＦＣの厚さよりも大幅に大きい。幅は、フレキシブル回路の厚さの少なくとも３倍大きい、少なくとも５倍大きい、少なくとも８倍大きい、またはさらには少なくとも１０倍大きくてよい。フレキシブル回路の幅に対する厚さの比は、フレキシブル回路の幅に沿った曲げとは反対に、フレキシブル回路の長さに沿った曲げの傾向につながる。加えて、幅に対する厚さの比は、ｚ軸を中心とする回転および／またはねじれの傾向を提供し得る。

【0073】

図１６～図１８を参照すると、フレキシブル回路支持体２１２は、アクチュエータ２１，２２まで延びるフレキシブル回路アセンブリ２１０のアクチュエータフレキシブル回路２３０，２３２のうちの１つまたは複数、すなわち、フレキシブル回路のうちの１つまたは複数をツール支持体１８に取り付けるために、１つまたは複数の取付け部材２１４を介してツール支持体１８に取り付けられている。特に、２つのアクチュエータフレキシブル回路２３０，２３２は、フレックスガイド２５０における取付け部材２１４によってフレキシブル回路支持体２１２に接続されている。取付け部材２１４は、フレックスガイド２５０の表面に対してまたは隣接してアクチュエータフレキシブル回路２３０，２３２を抑制するために機能する。取付け部材２１４は、示された位置にアクチュエータフレキシブル回路２３０，２３２を保持するために、ファスナ、例えば、ねじ、接着剤等、またはあらゆるその他の適切な形式の取付け部材を含んでよい。別の例において、フレキシブル回路アセンブリ２１０は、接着剤などの代替的な固定手段によって、フレキシブル回路支持体２１２、フレックスガイド２５０、ツール支持体１８、ハンドヘルド部分１６またはそれらの組合せに取り付けられてよい。

【0074】

一例において、図１６および図１７に示したように、フレキシブル回路支持体２１２は、取付け部材２１４を受容するための１つまたは複数の取付け位置２１６を規定する本体を含む。取付け部材２１４によって捕捉されたアクチュエータフレキシブル回路２３０，２３２は、開口２２０を含み、この開口２２０を通じて、取付け部材２１４はアクチュエータフレキシブル回路２３０，２３２を本体に固定する（図１４に示された開口２２０を参照）。フレックスガイド２５０は、動作中にアクチュエータ２１，２２が移動するときにアクチュエータフレキシブル回路における応力を低減する形式でこれらのアクチュエータフレキシブル回路２３０，２３２をガイドするために、フレキシブル回路アセンブリ２１０のアクチュエータフレキシブル回路２３０，２３２を受容するようにサイズ決めされた一対の切欠き２１８も規定している。

【0075】

図９および図１１を参照して上述したように、アクチュエータ２１，２２，２３は、アクチュエータ２１，２２，２３のハウジング１３４がアクチュエータマウント８６，８８，９０においてツール支持体１８にピボットヨーク１０６を介して接続されるように、本教示において配置されかつ組み立てられている。上述のように、各アクチュエータ２１，２２，２３は、それぞれのハウジング１３４内に配置されたアクチュエータモータ１４２を含む。アクチュエータモータ１４２は、リードねじ１５０に接続されており、リードねじ１５０を回転させる。リードねじ１５０は、第２の能動ジョイント１０８（アクチュエータ２１，２２に対応する）および第３の能動ジョイント１２４（アクチュエータ２３に対応する）においてハンドヘルド部分１６に接続されている。リードねじ１５０は、ハウジング１３４およびアクチュエータモータ１４２に対して回転させられ、それぞれ第２の能動ジョイントおよび第３の能動ジョイントにねじにより出し入れされ、ハンドヘルド部分１６に対するツール支持体１８の移動を容易にする。アクチュエータ２１，２２，２３は、ハウジング１３４のキャップ１３８によって形成されたピボットヨーク１０６によってアクチュエータマウント８６，８８，９０に取り付けられているので、アクチュエータ２１，２２，２３は、ツール支持体１８のアクチュエータマウント８６，８８，９０に対して２つの自由度（ピッチおよびロール）においてのみ移動させられる。したがって、特に図１２～図１９に見られるフレキシブル回路ＦＣは、接続点２３８において各アクチュエータ２１，２２，２３のハウジング１３４に沿って接続されており、これにより、アクチュエータフレキシブル回路２３０，２３２は、アクチュエータ２１，２２，２３がツール支持体１８に対して移動するときに同じ２つの自由度（例えば、ピッチおよびロール）において移動するためにツール支持体１８のフレックスガイド２５０と各アクチュエータ２１，２２との間に十分な材料長さのみを必要とする。アクチュエータ２１，２２のハウジング１３４は、アクチュエータ２１，２２とベース７４との間に配置されたそれぞれのフレキシブル回路接続部２３８を有する。同様に、フレキシブル回路アセンブリ２１０のアクチュエータフレキシブル回路２３４は、アクチュエータ２１，２２，２３がツール支持体１８に対して移動するときに同じ２つの自由度（例えば、ピッチおよびロール）において移動するためにツール支持体１８とアクチュエータ２３との間に十分な材料長さのみを必要とする。アクチュエータ２１，２２と同様に、アクチュエータ２３のフレキシブル回路接続部２３８は、アクチュエータ２３とベース７４との間に配置されている。言い換えれば、アクチュエータフレックス接続部２３８は、ベース７４に面している。

【0076】

図１２～図１９に示したように、幾つかの例において、フレキシブル回路支持体２１２は、フレキシブル回路２３０，２３２の接続を妥協することなくおよび／またはフレキシブル回路２３０，２３２を裂断させることなくアクチュエータ２１，２２およびハンドヘルド部分１６に対するツール支持体１８の運動範囲を通じてフレキシブル回路アセンブリ２１０を移動させることを容易にすることを助けるために、アクチュエータフレキシブル回路２３０，２３２のセグメント２３６をフレックスガイド２５０とアクチュエータフレックス接続部２３８との間に位置決めするように構成されている。図１７～図１９を見ると、フレキシブル回路支持体２１２は、ロール自由度、ピッチ自由度またはその両方におけるアクチュエータフレキシブル回路２３０，２３２の変形を制御するために、フレックスガイド２５０をアクチュエータ２１，２２のピボット軸線ＰＡに沿って有利には位置決めしてよく、アクチュエータフレキシブル回路２３０，２３２を長手方向軸線ＬＡに沿ってそれぞれアクチュエータ２１，２２のピボット軸線ＰＡの中心点と軸方向で整列させる。より具体的には、この形式でのフレックスガイド２５０の位置決めは、フレキシブル回路の一体性を妥協する可能性がある鋭い曲げを回避するために、より大きな長さにわたってフレキシブル回路２３０，２３２のロール自由度およびピッチ自由度における変化を分散させる。

【0077】

加えて、アクチュエータフレキシブル回路２３０，２３２は、ツール支持体１８がハンドヘルド部分１６に対して移動させられるときにツール支持体１８とアクチュエータ２１，２２との間のフレキシブル回路２３０，２３２の接続を維持することを補助するために、フレックスガイド２５０と、アクチュエータ２１，２２との接続部２３８との間のセグメント２３６において追加的な材料を含んでよい。アクチュエータフレキシブル回路２３０，２３２のセグメント２３６は、フレックスガイド２５０を通ってアクチュエータフレックス接続部２３８へルーティングされており、湾曲したベンドとして形成されてよい。フレックスガイド２５０は、ツール支持体１８がハンドヘルド部分１６に対して移動させられるとき、特に少なくともロール方向およびピッチ方向において、運動範囲を通じてアクチュエータフレキシブル回路２３０，２３２を支持する。

【0078】

同様に、フレキシブル回路アセンブリ２１０のアクチュエータフレキシブル回路２３４は、第３のアクチュエータ２３まで延びており、第３のアクチュエータ２３と接続されている。図１４、図１５および図１７に示したように、アクチュエータフレキシブル回路２３４は、ツール支持体１８上の制御ハウジング２９および制御盤３１から第３のアクチュエータ２３へルーティングされている。上記のように、アクチュエータ２３のフレキシブル回路接続部２３８は、アクチュエータ２３とベース７４との間に配置されている。アクチュエータフレキシブル回路２３４は、フレキシブル回路２３４に損傷を生じることなくツール支持体１８がハンドヘルド部分１６に対して移動させられるときにアクチュエータフレキシブル回路２３４が運動範囲を通じて移動することを可能にするために長さを最適化しながら、ツール支持体のアーティキュレーションの間のフレキシブル回路のバインディングを回避するために必要とされる材料の量を最小限にするようにルーティングされている。

【0079】

アクチュエータフレキシブル回路２３４は、アクチュエータ２３の周囲を取り囲むようにラップセクションを含んでよく、フレキシブル回路ループ２４４を形成している。フレキシブル回路ループ２４４は、バインディングおよびスナッピングなしにツール支持体１８が複数の自由度においてハンドヘルド部分１６に対して移動させられる間、アクチュエータ２３との接続を維持するために十分な長さをアクチュエータフレキシブル回路２３４に提供してよい。フレキシブル回路ループ２４４は、アクチュエータ２３がホーム位置にある間、アクチュエータ２３の長手方向軸線と軸方向で整列させられてよい。図１２～図１４、図１８および図２０に示したように、幾つかの例において、フレキシブル回路ループ２４４は、アクチュエータ２３の周囲に回転の少なくとも２７０度だけラッピングされている。その他の例において、アクチュエータフレキシブル回路２３４のラッピングされたセクションは、アクチュエータ２３の周囲に少なくとも１と４分の３回転だけルーティングされている。アクチュエータ２３の周囲にアクチュエータフレキシブル回路２３４をラッピングするその他の例が考えられる。リードねじ１５０の周囲ではなく、アクチュエータ２３のハウジング１３４の周囲にループを配置することによって、フレキシブル回路２３４とアクチュエータ２３との間の干渉が最小限に抑制される。

【0080】

図２０～図４０は、フレキシブル回路アセンブリ３１０の代替的な構成を備える器具１４の代替的な構成を示す。代替的な構成は、上記で前に説明した構成と実質的に類似であってよい。図２０および図２１は、器具１４の斜視図を示す。この構成において、入力装置２９８は、ハンドヘルド部分１６に配置されている。入力装置２９８は、この図ではトリガアセンブリとして構成されている。この構成における入力装置２９８は、ユーザが器具制御装置２８へ作動信号を選択的に送信することを可能にするためにグリップ７２に配置されている。

【0081】

図２０および図２１は、代替的なフレキシブル回路アセンブリ３１０を含む器具１４の斜視図を示す。上記のように、回路ＦＣは、アクチュエータ２１，２２，２３および／またはその他の構成要素を器具制御装置２８に相互接続している。例えば、図２４～図２６は、フレキシブル回路ＦＣがアクチュエータ２１，２２，２３と制御ハウジング２９における制御盤３１との間に設けられるように示されている。フレキシブル回路ＦＣは、ツール支持体１８がハンドヘルド部分１６に対して複数の自由度において移動させられるときにアクチュエータ２１，２２，２３と制御盤３１との間の接続を維持するように構成されている。

【0082】

一例におけるフレキシブル回路ＦＣのルーティングが、図２２～図２９に示されている。図２２～図２５は、器具１４の残りから隔離されたフレキシブル回路ＦＣおよび制御ハウジング２９（制御盤３１を保持する）を示す。図２２～図２３に示すように、フレキシブル回路ＦＣは、フレキシブル回路アセンブリ３１０の一部を形成している。フレキシブル回路アセンブリ３１０は、一体に形成されたまたは互いに取り付けられ得る別個の部分として形成された複数のアクチュエータフレキシブル回路（またはレッグ）３３０，３３２，３３４を含んでよい。アクチュエータフレキシブル回路３３０，３３２，３３４は、ポリイミド、透明伝導性ポリエステルフィルム等の１つまたは複数のフレキシブルプラスチック基板を含んでよい。

【0083】

フレキシブル回路アセンブリ３１０は、フレキシブルプラスチック基板に取り付けられたおよび／または埋め込まれた導体を含む。導体は、アクチュエータ２１，２２，２３と、制御盤３１のうちの１つまたは複数との間でデータおよび／または電力を送信するための１つまたは複数の回路を含んでよい。回路リード（図示せず）が、それぞれアクチュエータ２１，２２，２３に接続するためにフレキシブルアクチュエータフレキシブル回路３３０，３３２，３３４の端部に配置されている。導体は、アクチュエータセンサＡＳと、制御盤３１のうちの１つまたは複数（またはアクチュエータセンサＡＳはアクチュエータ２１，２２，２３の一部であると考えられてよい）および／またはトリガセンサなどの器具において利用されるその他のセンサとの間でデータおよび／または電力を送信するための１つまたは複数の回路も含んでよい。導体は、トリガアセンブリ（以下でさらに説明する）などの入力装置２９８の間でデータおよび／または電力を送信するための１つまたは複数の回路を含んでよい。

【0084】

フレキシブル回路は、各アクチュエータのモータまで延びるフレキシブル回路の第１の部分と、各アクチュエータのエンコーダ／センサまで延びる別の部分との間で分離されてよく、第１および第２の部分は、選択的に、制御装置／制御盤のうちの１つまたは複数へ戻るメインフレックスとして接合されていることが理解されるべきである。部分的に分割されたフレキシブル回路構成は、全ての異なるアクチュエータフレキシブル回路および／または入力装置／トリガアセンブリまで延びるフレキシブル回路など、器具を通じて使用されるその他のフレキシブル回路のために使用することができる。

【0085】

図２４～図３２を参照すると、フレキシブル回路アセンブリ３１０は、ツール支持体１８を通じてアクチュエータ２１，２２，２３および入力装置２９８へルーティングされている。アクチュエータ２１，２２まで延びるフレキシブル回路アセンブリ３１０のアクチュエータフレキシブル回路３３０，３３２は、フレックスガイド３５０を通じてルーティングされている。図２４～図２６に示したように、一例において、フレックスガイド３５０は、ツール支持体１８に取り付けられており、ツール支持体１８がハンドヘルド部分１６に対して移動させられるときに２つ以上の自由度における変形を最小限にするために有利にはアクチュエータ２１，２２に対してアクチュエータフレキシブル回路３３０，３３２を位置決めするように構成されている。

【0086】

上述のように、特に図２４～図２６および図３６～図３７に見られるフレキシブル回路ＦＣは、フレックス接続部３３８において各アクチュエータ２１，２２，２３のハウジング１３４に沿って接続されており、これにより、フレキシブル回路アセンブリ３１０のアクチュエータフレキシブル回路３３０，３３２は、アクチュエータ２１，２２，２３がツール支持体１８に対して移動するときに同じ２つの自由度（例えば、ピッチおよびロール）において移動するためにツール支持体１８のフレックスガイド３５０と各アクチュエータ２１，２２との間の十分な材料長さのみを必要とする。アクチュエータ２１，２２は、アクチュエータ２１，２２とベース７４との間に配置されたそれぞれのフレキシブル回路接続部２３８を有する。同様に、フレキシブル回路アセンブリ３１０のアクチュエータフレキシブル回路３３４は、アクチュエータ２１，２２，２３がツール支持体１８に対して移動するときに同じ２つの自由度（例えば、ピッチおよびロール）において移動するためにツール支持体１８とアクチュエータ２３との間の十分な材料長さを必要とする。アクチュエータ２１，２２のように、アクチュエータ２３のフレキシブル回路接続部３３８は、アクチュエータ２３とベース７４との間に配置されている。言い換えれば、アクチュエータフレックス接続部３３８は、ベース７４に面している。

【0087】

フレックスガイド３５０は、動作中にアクチュエータ２１，２２が移動するときフレキシブルアクチュエータフレキシブル回路における応力を減じる形式でこれらのフレキシブルアクチュエータフレキシブル回路３３０，３３２をルーティングするように構成されている。図２６～図２９は、フレックスガイド３５０を通じて捕捉されたアクチュエータフレキシブル回路３３０，３３２を示す。図２０～図２９に示したように、幾つかの例において、フレックスガイド３５０は、アクチュエータ２１，２２に対して相対的に斜めの形式で位置決めされている。フレックスガイド３５０は、フレキシブル回路ＦＣを接続破壊および／または裂断させることなくアクチュエータ２１，２２およびハンドヘルド部分１６に対してツール支持体１８の運動範囲を通じてフレキシブル回路アセンブリ３１０を移動させることを容易にすることを助けるために、アクチュエータフレキシブル回路３３０，３３２のセグメント３３６をフレックスガイド３５０とアクチュエータフレックス接続部３３８との間に位置決めするように構成されている。図２８～図３０を見ると、フレックスガイド３５０は、アクチュエータ２１，２２のピボット軸線ＰＡに対して斜めに位置決めされてよく、ロール自由度、ピッチ自由度またはその両方におけるアクチュエータフレキシブル回路３３０，３３２の変形を最小限にするために、アクチュエータフレキシブル回路３３０，３３２をアクチュエータ２１，２２のピボット軸線ＰＡの中心点とそれぞれ整列させている。

【0088】

図３１および図３２を参照すると、フレックスガイド３５０のうちの１つまたは複数はそれぞれ、ピッチおよびロール移動の間にフレキシブル回路アセンブリ３１０のフレキシブルアクチュエータフレキシブル回路３３０，３３２の回転のスパンを規定するプロフィルを含む。プロフィルは、アクチュエータフレキシブル回路３３０，３３２の幅よりも幅広になるように構成されていてよく、これにより、フレックスガイド３５０は、ツール支持体１８がハンドヘルド部分１６に対して移動させられるときにアクチュエータフレキシブル回路３３０，３３２の幅にわたって支持を提供する。フレックスガイド３５０にはそれぞれ、上面３５８と底面３６０との間にチャネル３５６が形成されている。上面３５８および底面３６０の両方は、同じプロフィルまたは異なるプロフィルを有してよい。チャネル３５６のプロフィルは、チャネル３５６の異なるセクションにおいて、変化する高さを含んでよい。例えば、図３２において、チャネル３５６は、上面３５８から延びる突出部３６２および底面３６０から延びる突出部３６４を備えて成形されている。各突出部３６２，３６４は、突出部３６２，３６４からチャネル３５６の各側へ傾斜した面を形成している。各突出部３６２，３６４から、チャネル３５６の高さは、傾斜した面に沿ってそれぞれの側へ横方向に進みながら増大している。例えば、第１の高さＨ１は、第１の突出部３６２と第２の突出部３６４との間の高さであってよく、第２の高さＨ２は、チャネル３５６の上面３５８と底面３６０との間の距離であってよく、これにより、作動中、アクチュエータフレキシブル回路３３０，３３２は、ハンドヘルド部分１６が最大運動範囲を有するとき（例えば、アクチュエータ２１，２２，２３がそれぞれのホーム位置にあるとき）第１の高さＨ１と接触してよい。アクチュエータフレキシブル回路３３０，３３２は、ツール支持体１８がハンドヘルド部分１６に対して移動させられる間、突出部３６２，３６４を中心に旋回するように構成されており、アクチュエータフレキシブル回路３３０，３３２の幅にわたって支持を提供し、電気接続を維持しながら破断または裂断を防止する。フレキシブルアクチュエータフレキシブル回路３３０，３３２の厚さは、チャネル３５６の上部突出部３６２と底部突出部３６４との間の距離よりも小さく、アクチュエータフレキシブル回路３３０，３３２がフレックスガイド３５０のチャネル３５６を通過することを可能にしている。

【0089】

図３０～図３２に最も良く見られるように、フレックスガイド３５０は、ベース３５２およびカバー３５４を備えた二部設計として構成されてよい。ベース３５２は、ツール支持体１８と接続されてよく、カバー３５４は、ベース３５２と接続するように構成されてよい。幾つかの例において、カバー３５４は、スナップばめ接続においてベースと接続されてよい。その他の構成において、カバー３５４は、摩擦ばめ接続、プレスばめ接続、スリップばめ接続またはあらゆるその他のタイプの機械的取り付け接続においてベース３５２と接続されてよい。図２６、図２７および図３３に見られるように、フレックスガイドのベース３５２およびカバー３５４は、フレキシブルアクチュエータフレキシブル回路３３０，３３２を包囲しかつガイドするように構成されており、アクチュエータフレキシブル回路３３０，３３２をツール支持体１８とアクチュエータ２１，２２との間の所望の関係において位置決めする。幾つかの例において、ベース３５２およびカバー３５４はそれぞれ、ベース３５２およびカバー３５４が接続されたときにフレックスガイド３５０のプロフィルおよびチャネル３５６を規定する自己のプロフィルを有する。

【0090】

アクチュエータフレキシブル回路３３０，３３２は、ツール支持体１８がハンドヘルド部分１６に対して移動させられるときツール支持体１８とアクチュエータ２１，２２との間のフレキシブル回路ＦＣの接続を維持することを補助するために、フレックスガイド３５０と、アクチュエータ２１，２２との接続部３３８との間のセグメント３３６において追加的な材料を含んでよい。フレキシブルアクチュエータフレキシブル回路３３０，３３２のセグメント３３６は、フレックスガイド３５０を通じてアクチュエータフレックス接続部３３８へルーティングされており、湾曲したベンドとして形成されてよい。フレックスガイド３５０は、ツール支持体１８がハンドヘルド部分１６に対して移動させられるとき、特に少なくともロール方向およびピッチ方向において、運動範囲を通じてアクチュエータフレキシブル回路３３０，３３２を支持する。

【0091】

図３４Ａ～図３５Ｂを参照すると、入力装置フレキシブル回路３７０は、入力フレックスガイドアセンブリ３４０からルーティングされている。入力フレックスガイドアセンブリ３４０は、ツール支持体１８がハンドヘルド部分１６に対して移動させられるときにフレキシブル回路３７０をガイドし、張力アセンブリ２６６，４１０は、複数のアクチュエータ２１，２２，２３が作動させられるとき調節する。入力フレックスガイドアセンブリ３４０は、受動的リンク機構マウント１６２に結合および固定されてよい。入力フレックスガイドアセンブリ３４０は、入力装置フレキシブル回路３７０がピボット軸線ＰＡのすぐ下方においてハンドヘルド部分の中央平面に整列させられることを可能にするために機能してよい。入力フレックスガイドアセンブリ３４０は、張力アセンブリ２６６，４１０が高さおよびピッチの両方（以下でさらに説明される）を補償するように、入力装置フレキシブル回路３７０をガイドおよびルーティングする。加えて、入力フレックスガイドアセンブリ３４０は、ツール支持体１８がハンドヘルド部分１６に対してロールさせられるときにループ３７２の角度および／またはきつさを促進する。入力フレックスガイドアセンブリは張力アセンブリから独立して利用されてよく、その逆でもあることが認められるべきである。

【0092】

図３５Ａおよび図３４Ｂは、入力フレックスガイドアセンブリ３４０の改良された図を示す。図３５Ａは、ツール支持体１８から隔離された入力フレックスガイドアセンブリ３４０を示し、入力装置フレキシブル回路３７０を透視図で示す。入力装置フレキシブル回路３７０は、フレックスガイドベース３４１の下側と、入力フレックスガイドルーティング部材３４２の上側とをルーティングされている。入力フレックスガイドアセンブリ３４０は、フレックスガイドベース３４１の取付けセクション３４３において受動的リンク機構マウント１６２と接続している。

【0093】

同様に、フレキシブル回路ＦＣのアクチュエータフレキシブル回路３３４は、第３のアクチュエータ２３まで延びており、第３のアクチュエータ２３と接続されている。図２２および図２６～図２９に示したように、アクチュエータフレキシブル回路３３４は、ツール支持体１８における制御ハウジング２９および制御盤３１から第３のアクチュエータ２３までルーティングされている。上記のように、アクチュエータ２３のフレキシブル回路接続部３３８は、アクチュエータ２３とベース（図示せず）との間に配置されている。フレキシブル回路アセンブリ３１０のアクチュエータフレキシブル回路３３４は、ツール支持体１８がハンドヘルド部分１６に対して移動させられるときにアクチュエータフレキシブル回路３３４が運動範囲を通じて移動することを可能にするために長さを最適化しながら必要とされる材料の量を最小限にするようにルーティングされている。

【0094】

アクチュエータフレキシブル回路３３４は、アクチュエータ２３の周囲を取り囲むようにラッピングされたセクションを含んでよく、フレキシブル回路ループ３４４を形成されている。フレキシブル回路ループ３４４は、バインディングおよびスナッピングなしにツール支持体１８が複数の自由度においてハンドヘルド部分１６に対して移動させられる間、アクチュエータ２３との接続を維持するために十分な長さをアクチュエータフレキシブル回路３３４に提供してよい。フレキシブル回路ループ３４４は、軸方向でアクチュエータ２３と整列させられてよい。図２６および図２７に最も良く見られるように、幾つかの例において、フレキシブル回路ループ３４４は、アクチュエータ２３の周囲に回転の少なくとも４分の３だけラッピングされている。その他の例において、アクチュエータフレキシブル回路３３４のラッピングされたセクションは、アクチュエータ２３の注意に少なくとも１つ４分の３だけルーティングされている。アクチュエータ２３の周囲にアクチュエータフレキシブル回路３３４をラッピングするその他の例が考えられる。

【0095】

ここで図３３を参照すると、フレキシブル回路アセンブリ３１０は、フレキシブル回路アセンブリ３１０の入力装置フレキシブル回路３７０（入力装置部分とも呼ばれる）を含む。図２２～図２５および図３６～図３７におけるような幾つかの例において、入力装置フレキシブル回路３７０は、器具制御装置２８のｃ部分、この例では、制御ハウジング２９に配置された制御盤３１から、トリガアセンブリなどの入力装置２９８まで延びている。アクチュエータ２１，２２，２３と接続されかつ主に２つの自由度（ピッチおよびロール）において移動するアクチュエータフレキシブル回路３３０，３３２，３３４とは異なり、入力装置フレキシブル回路３７０は、ツール支持体１８がハンドヘルド部分１６に対して、ピッチ、ロールおよびｚ軸並進方向（ハンドヘルド部分１６に対する高さ）などにおいて移動させられるとき、３つ以上の自由度のために調整しなければならない。

【0096】

入力装置フレキシブル回路３７０は、ハンドヘルド部分１６に対するツール支持体１８のロール移動を補償するために調整ループ３７２を利用する。調整ループは、図２３～図２５、図３３および図３９に最も良く見られるように、ホーム位置において（例えば、アクチュエータ２１，２２，２３が最大行程を有するとき）ツール支持体１８の長手方向ピボット軸線ＰＡを中心に配置されている。調整ループ３７２は、ツール支持体１８がハンドヘルド部分１６に対してロール自由度において移動させられるとき拡張および収縮するように構成されている。幾つかの例において、移動範囲を促進するために、調整ループ３７２は、各アクチュエータがホーム位置、すなわち、リードねじ１５０を中心とする中央位置にあるとき、少なくとも１と４分の３回転だけツール支持体１８の長手方向ピボット軸線を包囲するフレキシブル回路の長さであってよい。その他の例において、調整ループ３７２は、４分の３回転と完全な３回転との間でツール支持体１８の長手方向ピボット軸線の周囲にラッピングされてよい。しかしながら、その他の配列が考えられる。

【0097】

調整ループ３７２は、第１のエルボセクション３７４および第２のエルボセクション３７６などの１つまたは複数のエルボセクションを介して入力装置フレキシブル回路３７０の残りと接続されている。図３３～図３８を参照すると、第１のエルボセクション３７４は、調整ループ３７２を、ツール支持体１８から調整ループ３７２まで延びるフレキシブル回路アセンブリ３１０の入力装置フレキシブル回路３７０のセグメント３７８に接続している。第２のエルボセクション３７６は、調整ループ３７２を、ハンドヘルド部分１６から調整ループ３７２まで延びるフレキシブル回路アセンブリ３１０の入力装置フレキシブル回路３７０のセグメント３８０に接続している。各エルボセクション３７４，３７６は、９０度の角度で調整ループ３７２と接続しており、２つの平面的セグメントを形成しているが、エルボ３７４，３７６は、７０～１３０度の角度を有するベンドなど、考えられるその他の角度および構成を有してよい。幾つかの例は、２つ以上の平面的エルボ３７４，３７６を含んでよい。エルボセクション３７４，３７６は、ツール支持体１８がピッチ移動においてハンドヘルド部分１６に対して移動させられるとき、入力装置２９８とツール支持体１８との間の接続を維持するためにフレキシブル回路の変形の位置を制御するように構成されてよく、入力装置フレキシブル回路３７０を破壊なしに曲げることを可能にし、トリガアセンブリ２９８またはその他の入力装置との接続を維持する。

【0098】

図３９～図４１は、ここではトリガアセンブリとして示された入力装置２９８を含む入力モジュールアセンブリ２６０と接続された入力装置フレキシブル回路３７０を示す。入力モジュールは、入力モジュールアセンブリ２６０を通じてルーティングされかつ１つまたは複数のファスナ３８２によってベース７４に固定されたフレキシブル回路アセンブリ３１０の入力装置フレキシブル回路３７０と接続されている。入力モジュールアセンブリ２６０は、ハンドヘルド部分１６内に配置されているが、例示のために、ハンドヘルド部分１６およびグリップ７２の大部分は、図３６～図４２には示されていない。

【0099】

図３６、図３７、図３９および図４０は、入力モジュールアセンブリ２６０（互換的にトリガアセンブリ）を示す。幾つかの例において、入力モジュールアセンブリ２６０は、入力装置２９８（トリガとして示されている）および付勢部材３００、磁石ＴＭおよびセンサＳなどの関連する構成要素を含む。トリガ２９８は、入力モジュールアセンブリ２６０のトリガセンサＴＳがセンサに対するトリガ２９８の相対的位置を確かめることができるように位置決めされており、これにより、ユーザ入力は、ツール２０を選択的に作動させるために制御盤３１および器具制御装置２８へ送信されてよい。

【0100】

入力モジュールアセンブリ２６０は、トリガセンサＴＳと通信するトリガ２９８を含む。トリガセンサＴＳは、磁石ＴＭの位置情報を電気信号の形式で制御盤３１へ送信するためにフレキシブル回路アセンブリ３１０の入力装置フレキシブル回路３７０と接続されている。入力モジュールアセンブリ２６０は、１つまたは複数のトリガセンサＴＳに対して（トリガ磁石ＴＭを介して）トリガ２９８の部分を監視するために入力装置フレキシブル回路３７０と動作可能に接続された１つまたは複数のトリガセンサＴＳを含む。幾つかの例において、図３９および図４０に示したように、入力モジュールアセンブリ２６０は、トリガセンサＴＳによって感知されるように構成されたトリガ磁石ＴＭを備えるトリガ２９８を含む。トリガセンサＴＳは、ホール効果センサとして構成されてよいが、その他のタイプのセンサおよび感知方法が考えられる。さらに、入力装置は、幾つかの実装形態においてトリガを含んでよいと考えられ、これにより、トリガセンサおよびトリガ磁石を含むと称されるが、幾つかの実装形態において、別の可動な構成要素がトリガと置き換えられてよく、トリガおよびトリガセンサに関して説明したようにセンサおよび磁石を利用してよい。

【0101】

ハンドヘルド部分１６は、ハンドヘルド部分１６に対するツール支持体１８の可変位置に応じて、ハンドヘルド部分１６とツール支持体１８との間に配置された入力装置フレキシブル回路３７０の長さを選択的に調整するための張力アセンブリ２６６，４１０を含んでよい。張力アセンブリは、器具が複数の自由度において移動させられる間、入力装置フレキシブル回路３７０をガイドし、入力モジュールアセンブリ２６０との入力装置フレキシブル回路３７０の接続を維持する。言い換えれば、張力アセンブリ２６６，４１０は、ツール支持体１８とハンドヘルド部分１６とが複数のアクチュエータによって互いに対して移動させられるとき、ハンドヘルド部分１６とツール支持体１８との間で利用可能な入力装置フレキシブル回路３７０の入力装置部分３８０の長さを制御するために機能してよい。張力アセンブリ２６６は、器具がその運動範囲を通じて移動しながらねじれおよび挟み込みを回避するためにあらゆるたるみが入力装置フレキシブル回路３７０において吸収されるように、コンタクトを通じて入力装置フレキシブル回路３７０の入力装置部分３８０に対して力を加える。加えて、ツール支持体１８がハンドヘルド部分１６に対して移動させられ、より多くの利用可能なフレキシブル回路長さ３８０を必要とするとき、張力アセンブリ２６６，４１０は、入力装置フレキシブル回路３７０の入力装置部分３８０が通過することを可能にし、器具１４の完全な移動範囲のために追加的な長さを提供する。上述のように、入力フレックスガイドアセンブリ３４０は、入力装置フレキシブル回路３７０を張力アセンブリ２６６，４１０へガイドおよびルーティングする。入力フレックスガイドアセンブリ３４０は、張力アセンブリ２６６，４１０が入力装置フレキシブル回路３７０の利用可能な長さを調整するときに高さおよびピッチの両方を補償するためにツール支持体１８が移動させられるとき、入力装置フレキシブル回路３７０に支持を提供する。図３９～図４０および図４２～図４３に見られるように、張力アセンブリ２６６，４１０は、ハウジング２６４，４１２内に配置されている。ツール支持体上など、代替的な位置も考えられる。

【0102】

図３９～図４１に見られる一例において、張力アセンブリ２６６は、ルーティング部材２６８および付勢部材２７０を含む。付勢部材２７０は、張力部材と呼ばれてもよい。幾つかの例において、ルーティング部材２６８は、静止しているまたは付勢部材に固定されており、フレキシブル回路アセンブリ３１０の入力装置フレキシブル回路３７０がルーティング部材２６８の周囲でスライドすることを可能にする。その他の例において、ルーティング部材２６８は、入力装置フレキシブル回路３７０がルーティング部材２６８の周囲を滑るようにローラ部材として構成されている。

【0103】

図４１に最も良く見られるように、張力アセンブリ２６６の付勢部材２７０は、入力装置フレキシブル回路３７０に対して力を加えるために使用され、これにより、ツール支持体１８がハンドヘルド部分１６に向かう方向へ移動させられると、付勢部材２７０が入力装置フレキシブル回路３７０に力を加え、ルーティング部材２６８の周囲の入力装置フレキシブル回路３７０の余分な材料を孔２７２内へ押し込み、入力装置フレキシブル回路３７０の部分３８０のたるみを吸収する。ツール支持体１８がハンドヘルド部分１６から離れるように移動させられると、入力装置の細長い部分３８０は、付勢部材２７０の力よりも大きな力を加え、付勢部材２７０を押し下げ、ルーティング部材２６８の周囲をロールし、入力装置フレキシブル回路３７０の余分な長さが、ハンドヘルド部分１６に対するツール支持体１８のｚ軸並進を補償することを可能にする。この構成において、ルーティング部材は、非線形経路を形成するように配置されており、この非線形経路の周囲にフレキシブル導体またはフレキシブル回路がルーティングされている。

【0104】

ある例において、張力アセンブリ２６６は、器具１４のその他の構成要素のためのフレキシブル回路ＦＣのために使用されてよい。例えば、張力アセンブリ２６６は、ある実装形態におけるアクチュエータフレキシブル回路３３０，３３２，３３４のために、トリガ以外の入力装置のために、および力センサ、ジャイロスコープ、変位センサ、温度センサ、慣性センサ等の、アクチュエータまたはトリガの位置以外の器具の特性を感知するために使用されるセンサのために使用されてよい。

【0105】

張力アセンブリ４１０の別の例が、図４２～図５０Ｅに示されている。入力モジュールアセンブリ２６０は、張力アセンブリ４１０を含む。張力アセンブリ４１０は、付勢部材４１６と接続されたスイングアーム４２４を備えるハウジング４１２を含み、付勢部材４１６はスイングアーム４２４とハウジング４１２との間に配置されている。張力アセンブリ４１０は、器具１４が複数の自由度において移動させられるとき、フレキシブル回路３７０の入力装置部分３８０に張力を加えるために機能してよい。張力アセンブリ４１０は、ツール支持体１８およびハンドヘルド部分１６が、入力装置フレキシブル回路３７０の入力部分３８０の全長が必要とされないポーズにあるとき、ハンドヘルド部分１６とツール支持体１８との間に配置された入力装置フレキシブル回路３７０の入力部分３８０の追加的な長さを吸収するために機能してよい。

【0106】

張力アセンブリ４１０のハウジング４１２は、張力アセンブリ４１０の移動エレメントを保持し、入力装置フレキシブル回路３７０を入力装置センサＳへルーティングするためにハウジングに形成された領域４３０，４３２を提供するために機能する。ハウジング４１２は、２つの部分で形成され、ファスナ４２８を使用して一緒に固定されてよい。図４４に最も良く見られるように、張力アセンブリ４１０が分解図で示されている。ハウジング４１２は、それぞれ付勢部材４１６およびガイド部材４１８を受容するように成形された取付け領域４１９，４２０を備えて形成されている。スイングアーム４２４が、ツール移動中に入力装置フレキシブル回路３７０の管理を補助するために移動することを可能にするために、ハウジング４１２は、スイングアーム４２４の取付け位置４３６の反対側に、スイングアーム４２４の運動範囲に対応する開口４２６を形成している。

【0107】

スイングアーム４２４は、ピボットピン４２２、ピボット接続によって、張力アセンブリ４１０のハウジング４１２と旋回可能に接続されている。スイングアーム４２４は、付勢部材４１６と通信しており、付勢部材４１６は、ツール支持体１８の移動中に入力装置フレキシブル回路３７０に張力を加えるためにスイングアームに力を提供する。スイングアーム４２４は、張力部材と呼ばれてもよい。スイングアーム４２４は、ローラピン４１５によってスイングアーム４２４に結合されたルーティング部材４１４を含み、ルーティング部材は、ピボット接続とは反対のスイングアームの端部に配置されている。ローラピン２１５は、ローラ軸マウント４３４においてスイングアーム４２４に接続されている。スイングアーム４２４は、ルーティング部材４１４が入力装置フレキシブル回路３７０と相互作用するときに、ハウジング４１２の開口４２６に沿ってピボットピン４２２を中心に移動する。

【0108】

ルーティング部材４１４は、スイングアーム４２４の一方の端部と接続されている。図４２～図４５および図４７～図５０Ｅに示された幾つかの構成において、ルーティング部材４１４は、器具移動中に張力アセンブリ４１０が入力装置フレキシブル回路３７０の入力装置部分３８０の利用可能な長さを増減させるときに入力装置フレキシブル回路３７０における抗力を減じるためにローラピン４１５を中心に回転可能である。その他の例において、ルーティング部材４１４は、スイングアーム４２４に対して静止していてよい。入力装置フレキシブル回路３７０は、スイングアーム４２４がルーティング部材４１４を介して入力装置フレキシブル回路３７０に力を加えるように、ルーティング部材４１４の周囲にルーティングされている。

【0109】

張力アセンブリ４１０は、ハウジング４１２内にガイド部材４１８を含む。ガイド部材４１８は、スイングアーム４２４の移動およびハウジング４１２における開口４２６の形状に対して同心の湾曲を有する。例えば、スイングアーム４２４は、ピボットピン４２２において取り付けられ、ピボットピン４２２は、スイングアーム４２４の長さに対応する半径を有する円の少なくとも一部の中心点を形成する。ガイド部材４１８は、スイングアーム４２４の一部がガイド部材４１８に沿って乗り上げるように位置決めされている。ガイド部材４１８は、ピボットピン４２２を中心に旋回する時にスイングアーム４２４が形成する半径と同心の形状を有し、これにより、スイングアーム４２４は、ハウジング４１２内でガイド部材４１８に沿って乗り上げる。幾つかの例において、ガイド部材４１８は、ガイドマウント４２０においてハウジング４１２に保持されている。少なくとも図４３および図４４に見られるように、スイングアーム４２４は、ガイド部材４１８の周囲に配置されており、ガイド部材４１８は、ハウジング４１２とスイングアーム４２４との間に付勢部材４１６のための経路を提供している。付勢部材４１６は、ハウジング４１２と、張力アセンブリ４１０のスイングアーム４２４との間に配置されている。付勢部材４１６は、入力装置部分３８０までの長さの変化を可能にし、かつ複数の自由度におけるツール移動中に入力装置フレキシブル回路３７０の入力装置部分３８０に存在するあらゆるたるみを減じるために、入力装置フレキシブル回路３７０の入力装置部分３８０に力を加えるためにスイングアーム４２４に力を加えるように機能してよい。幾つかの例において、付勢部材４１６は、スイングアーム４２４の運動範囲全体を通じて少なくとも部分的に圧縮されてよい。付勢部材４１６は、コイルばねとして示されているが、トーションばねなどのその他の適切な付勢部材が考えられる。

【0110】

幾つかの例において、張力アセンブリ４１０は、ハンドヘルド部分１６において器具１４に接続されており、制約アセンブリ２４に取り付けられており、入力センサＴＳに隣接している（図４７）。図４８および図４９Ａ～図４９Ｂは、張力アセンブリ４１０を通じた入力装置フレキシブル回路３７０のルーティングを示す。入力装置フレキシブル回路３７０は、ハウジング４１２の上部を通り、ルーティング部材４１４の周囲を、センサＳに接続するハウジング４１２のルーティング領域４３０，４３２に沿って、ルーティングされている。その他の例において、張力アセンブリ４１０は、ツール支持体１８に接続されてよい。言い換えれば、張力アセンブリ４１０は、ツール支持体１８またはハンドヘルド部分１６のいずれかに接続されており、器具制御装置２８は、ツール支持体１８またはハンドヘルド部分１６のうちの他方に配置されている。

【0111】

図５０Ａ～図５０Ｅを参照すると、ツール支持体１８が複数の自由度を通じてハンドヘルド部分１６に対して移動させられるときにフレキシブル回路３７０の張力を調整する張力アセンブリ４１０が示されている。図５０Ａは、上昇させられたツール支持体１８を示し、アクチュエータ２１，２３がハンドヘルド部分１６から離れるように調整されており、付勢部材４１６を克服するための十分な力で入力装置フレキシブル回路３７０を上方へ引っ張っている。スイングアーム４２４は、アクチュエータ２１，２３と同じ方向に引っ張られる。図５０Ａ～図５０Ｅに示した例において、示されていないが、アクチュエータ２２は、アクチュエータ２１と同じ位置にあると仮定され、両アクチュエータ２１，２２は互いに同調して働く。言い換えれば、図４８Ａ～図４８Ｅは、ツール支持体１８のロール条件を示していない。

【0112】

図５０Ｂは、ハンドヘルド部分１６に対するピッチアップ条件にあるツール支持体１８を示す。フロントアクチュエータ２１は実質的に拡張されているので、入力装置フレキシブル回路３７０は同じ方向に引っ張られ、付勢部材４１６の力を克服し、スイングアーム４２４を同じ方向に引っ張る。

【0113】

図５０Ｃは、ピッチダウン構成におけるツール支持体１８を示し、アクチュエータ２３がハンドヘルド部分１６から離れるように拡張されながらアクチュエータ２１をハンドヘルド部分１６の近くにもたらしており、これにより、入力装置フレキシブル回路３７０の入力装置部分３８０は、ツール支持体１８の移動を提供するためにフレキシブル回路部分３８０の利用可能な長さを増大させる。このポーズにおいて、付勢部材４１６は、部分的に圧縮され、スイングアーム４２４に対して力を加え、入力装置フレキシブル回路３７０に張力を与え、これにより、入力装置フレキシブル回路３７０におけるあらゆるたるみが吸収され、ねじれおよび挟み込みを回避する。

【0114】

同様に、図５０Ｄは、アクチュエータ２１，２３がそれぞれのホーム位置にある、最大運動範囲を有する位置におけるツール支持体１８を示す。このポーズにおいて、付勢部材４１６は、部分的に圧縮された状態にあり、スイングアーム４２４は、入力装置フレキシブル回路３７０に張力を加えている。

【0115】

図５０Ｅは、アクチュエータ２１，２３が収縮された、ハンドヘルド部分１６に近いツール支持体１８を示す。このポーズにおいて、スイングアーム４２４は完全に拡張させられており、付勢部材４１６は拡張状態にある。図５０Ａ～図５０Ｅに見られるように、張力アセンブリ４１０が入力装置フレキシブル回路３７０を調整およびルーティングするとき、ツール支持体１８がハンドヘルド部分１６に対して移動させられながら、入力装置フレキシブル回路３７０が非線形経路に沿って移動する。

【0116】

図５１～図５４を参照すると、入力装置配列３９８，４９８の代替的な構成が考えられる。図５１および図５２に示された例において、入力装置３９８は、ハンドヘルド部分１６と取外し可能に接続されたアセンブリとして構成されている。入力装置３９８は、入力装置３９８の位置を監視するためのハンドスイッチアセンブリ４０２内のトリガおよび対応するセンサ／エンコーダ（図示せず）を含む。幾つかの例において、ハンドスイッチアセンブリ４０２は、滅菌可能であるように構成されている。その他の例において、ハンドスイッチアセンブリ４０２は、使い捨てであるように構成されている。ハンドスイッチアセンブリ４０２は、ハンドスイッチアセンブリをハンドヘルド部分１６に固定するための１つまたは複数のロッキング部材を含んでよい。幾つかの例において、ハンドスイッチアセンブリ４０２は、器具１４からハンドスイッチアセンブリ４０２を取り外すための解放ボタンを必要とし得る。

【0117】

ハンドスイッチアセンブリ４０２は、ハンドヘルド部分１６上をスライドし、制御ハウジング２９、コンソール３３またはその両方と接続する接続ケーブル４０４を含む。制御ハウジング２９、コンソール３３またはその両方と直接に接続することによって、入力装置３９８の位置を監視するために、ツール支持体からハンドヘルド部分１６内へのフレキシブル回路は必要とされない。

【0118】

図５５に示された１つの例において、器具は、前述のように構成されているが、接続ケーブル５０４は、内部でルーティングワイヤおよび／またはフレキシブル回路ＦＣに関連したクリアランス問題を回避するためにツール支持体１８とハンドヘルド部分１６との間の器具１４の外側にルーティングされてよい。接続ケーブル５０４は、制御ハウジング２９、コンソール３３またはその両方と接続されてよい。

【0119】

図５４に示された別の構成において、ハンドスイッチアセンブリ５０２は、ハンドヘルド部分１６内に一体化された入力装置３９８の移動を監視する外部センサＴＳとして示されている。外部エンコード（トリガセンサ）ＴＳは、トリガの端部に配置されたトリガ磁石ＴＭの位置を読み取り、制御盤３１、コンソール３３またはその両方へ信号を送信する。幾つかの例において、ハンドスイッチアセンブリは、使い捨て構成要素であるように構成されてよい。追加的なボタンおよび機能が外部装置に追加されてもよいと考えられる。例えば、ボタンまたはスイッチは、操作モードの間で循環するように構成されてよい。

【0120】

再び図１１および図３７を参照すると、強磁性材料から形成されたリンク機構の使用は、ロボットハンドヘルド器具において利用される様々なセンサ、特にトリガセンサのための有利な磁気分離を提供してよいと考えられる。制御装置は、手術ソーなどのツールを移動させるために駆動モータを制御するためにトリガセンサによって提供される入力信号を利用するので、トリガセンサの不注意な作動は、駆動モータの不注意な作動を生じる可能性があり、これは、ツールの意図しない動作を生じる。このツールの意図しない動作は、問題である可能性がある。一般的に、トリガセンサは、磁界の存在によってトリガされるホール効果センサである。器具は、複数の構成要素の部分として複数の磁石を含み得るので、トリガ以外の構成要素からの磁界は、トリガセンサとして機能するホール交換センサに影響し得る。磁界を生じ得る器具の構成要素のうちの幾つかは、これらに限定されないが、アクチュエータアセンブリにおいて使用される複数のアクチュエータ、ハンドヘルド部分および／またはツール支持体に取外し可能に取り付けられた１つまたは複数の取外し可能なアクセサリ５０６を含む。

【0121】

有利な磁気分離をトリガセンサに提供することに加えて、器具の構成は、アクチュエータの位置を決定するために使用されるアクチュエータセンサなどの、器具に含まれるその他のセンサのための磁気分離をさらに提供してよい。例えば、特定のアクチュエータ以外の構成要素に含まれた磁石によって生成された磁界の存在はアクチュエータセンサに影響し得ると考えられる。これらの構成要素は、トリガアセンブリの一部として含まれた磁石、１つまたは複数の磁石を含むその他のアクチュエータ、またはハンドヘルド部分および／またはツール支持体に取外し可能に取り付けられた１つまたは複数の取外し可能なアクセサリ５０６であってよい。

【0122】

より具体的には、リンク機構は、複数の構成要素を含んでよく、リンク機構の少なくとも１つの構成要素は、強磁性材料から形成されている。図１１に関して説明したように、リンク機構２６は、シャフト１７４と、軸線に沿ってシャフト１７４を受容するように構成されたスリーブ７６とを含んでよい。リンク機構は、シャフト１７４をスリーブ７６に対して軸線に沿って軸方向にスライドさせるように構成されている。ある構成において、リンク機構は、複数のアクチュエータのうちの１つまたは複数の作動中に制約軸線に対して半径方向でのシャフトの移動を制約するように構成されている。より一般的には、リンク機構は、１つ、２つまたは３つの自由度などの少なくとも１つの自由度におけるハンドヘルド部分に対するツール支持体の移動を制約するように構成された形式でツール支持体およびハンドヘルド部分に結合されてよい。

【0123】

リンク機構の構成要素の強磁性材料は、０．５テスラよりも大きい飽和磁化を有する。代替的に、受動的リンク機構の構成要素の強磁性材料は、０．６、０．７、０．８または０．９テスラよりも大きい飽和磁化を有してよい。このレベルの飽和磁化は、飽和なしに浮遊磁場を吸収する能力を提供する。代替的に、または飽和磁化特性に加えて、リンク機構の構成要素の強磁性材料は、１００よりも大きな最大相対透過性を有する。代替的に、リンク機構の構成要素の強磁性材料は、３００、５００、１０００、１５００または２０００よりも大きい最大相対透過性を有してよい。リンク機構がシャフトと、シャフトを受容するように構成されたスリーブ７６とを含む１つの構成において、シャフトは、０．５テスラよりも大きな飽和磁化および１００よりも大きな最大相対透過性を有する磁性材料から形成されている。例示的な強磁性材料は、１７－４ステンレス鋼、純鉄、非晶質鋼、ナノ結晶鋼、ミューメタル、パーマロイまたはパーメンジュールである。すなわち、シャフトは１７－４ステンレス鋼から形成されると考えられる。スリーブ７６は必ずしも強磁性材料から形成されなくてもよいが、ある実施形態では強磁性材料から形成されてよい。１つの構成において、スリーブ７６は、アルミニウム－シリコン－青銅合金６４２から形成されてよい。リンク機構における強磁性材料は、ツール支持体からハンドヘルド部分へ延びる磁束経路を生成し、これにより、有利な磁気分離を提供する。

【0124】

アクチュエータアセンブリの複数のアクチュエータのうちの１つまたは複数の構成は、器具に含まれた１つまたは複数のセンサにさらに磁気分離を提供し得ると考えられる。このような実装形態において、アクチュエータハウジングの少なくとも１つの構成要素は、強磁性材料から形成されている。再び図１１を参照すると、各アクチュエータはハウジング１３４を含む。ハウジングは、キャニスタ１３６と、キャニスタ１３６に螺合されたキャップ１３８とを含んでよい。キャップ１３８は、ピボットヨークをキャニスタに固定するためにピボットヨークの環状肩部を捕捉してよいが、キャップは、代替的な形式で構成されてもよい。リードねじ１５０は、ハウジング１３４に可動に結合されている。キャニスタ１３６は、強磁性材料から形成されてよいのに対し、リードねじ１５０およびキャップ１３８は必ずしも強磁性材料から形成される必要はない。例えば、キャニスタ１３６は、１７－４析出硬化ステンレス鋼（強磁性材料）から形成されてよいのに対し、キャップ１３８は、３０３ステンレス鋼（非強磁性）から形成されてよく、リードねじは、ナイトロニック６０（非磁性ステンレス鋼合金）から形成されてよい。キャニスタ１３６は、０．５テスラよりも大きい飽和磁化および／または１００よりも大きい相対最大透過性を有する強磁性材料から形成されてよい。

【0125】

図５５に示したように、ハンドヘルドロボット器具は、磁界を使用してハンドヘルド部分１６またはツール支持体１８の一方に取外し可能に固定された１つまたは複数の取外し可能なアクセサリ５０６を含んでよい。取外し可能なアクセサリ５０６は、計画された仮想オブジェクトに対する器具の位置決めを容易にするための平面整列装置であってよい。取外し可能なアクセサリ５０６は、磁石５０８または強磁性部材５１０を含んでよく、ハンドヘルド部分１６および／またはツール支持体１８は、強磁性部材５１０または磁石５０８を含んでよく、取外し可能なアクセサリ５０６および器具のうちの少なくとも一方が磁石５０８を含むと理解される。取外し可能なアクセサリ５０６の使用による追加的な磁界の存在は、磁気分離を提供するための記載の技術が存在しない場合に上述のセンサにさらに影響する傾向を有し得る。

【0126】

物体の位置および向きの組合せが物体のポーズと呼ばれることが理解されるべきである。本開示を通じて、ポーズという用語は、本明細書に記載された概念の適切な代替例を達成するために１つまたは複数の自由度における位置および／または向きによって置き換えられてよく、その逆であってもよいと考えられる。言い換えれば、ポーズという用語のあらゆる使用は位置と置き換えることができ、位置という用語のあらゆる使用はポーズと置き換えられてよい。

【0127】

フレキシブル回路および／またはフレキシブル導体は、様々な形態を取ってよい。ある構成において、フレキシブル導体は、複数の導体のワイヤまたはリボンであってよい。その他の構成において、フレキシブル導体は、フレキシブルプリント回路基板の形態を取ってよい。全体を通じて記載されるフレキシブル回路は、それぞれ独立して、剛性パネルなどの１つまたは複数の剛性部分を含んでよい。したがって、本開示を通じて、フレキシブル回路のあらゆる例がフレキシブル導体によって置き換えられると考えられる。

【0128】

フレキシブル回路は、ポリイミド、ＰＥＥＫ、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルイミド、透明伝導性ポリエステル、フルオロポリマーまたはそれらの混合物などの、プラスチック基板上の１つまたは複数の電子装置を含むことができる。フレキシブル回路は、フォトリソグラフィ技術を使用して形成することができる。フレキシブル回路構成は、より軽量かつ小型であってよく、よりコンパクトでかつ軽量のハンドヘルドロボット器具を容易にする。フレキシブル回路は、片面または両面であることができる。フレキシブル回路は金属箔を含んでよく、回線経路はエッチングされる。

【0129】

複数の実施形態が、前記説明に記載されている。しかしながら、本明細書において説明された実施形態は、網羅的であることまたは発明をあらゆる特定の形式に限定することは意図されていない。使用された用語は、限定ではなく説明の言葉の性質であることが意図されている。上記の教示を考慮して、多くの修正および変更化可能であり、発明は、具体的に説明されたもの以外の形式で実施されてよい。

【0130】

Ｉ．手術ツールを支持するためのハンドヘルド手術ロボットシステムであって、ハンドヘルド手術ロボットシステムが、ハンドヘルド部分と、ハンドヘルド部分に可動に結合されたツール支持体であって、ツール支持体が、手術ツールを支持するように構成されておりかつツール駆動モータをさらに含む、ツール支持体と、ツール支持体とハンドヘルド部分とを動作可能に相互接続する複数のアクチュエータであって、複数のアクチュエータが、１つまたは複数の自由度においてハンドヘルド部分に対してツール支持体を移動させるように構成されている、複数のアクチュエータと、ツール支持体上の制御装置であって、制御装置が、ツール駆動モータおよび複数のアクチュエータの各アクチュエータと通信しており、複数のフレキシブル回路が、器具制御装置を複数のアクチュエータのそれぞれと接続しており、ツール支持体がハンドヘルド部分に対して複数の自由度において移動させられる間、複数のフレキシブル回路が、器具制御装置と複数のアクチュエータとの間の接続を維持する、制御装置と、を備える、ハンドヘルド手術ロボットシステム。

【0131】

ＩＩ．複数のフレキシブル回路のそれぞれが、幅および厚さを有し、幅が、厚さよりも少なくとも８倍大きい、条項Ｉに記載のシステム。

【0132】

ＩＩＩ．複数のフレキシブル回路のうちの少なくとも１つが、長手方向軸線を有し、複数のフレキシブル回路のうちの少なくとも１つが、複数のアクチュエータのうちの１つにおける結合点から延びておりかつ１つまたは複数の自由度における少なくとも１つのフレキシブル回路の変形を最小限にするためにツール支持体およびハンドヘルド部分のうちの１つにおけるフレックスガイドに係合し、選択的に、複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つが、ピボット軸線においてツール支持体に結合されており、フレックスガイドは、少なくとも１つのフレキシブル回路の長手方向軸線がピボット軸線の中心点と整列させられるように位置決めされている、条項ＩまたはＩＩに記載のシステム。

【0133】

ＩＶ．複数のフレキシブル回路が、ツール支持体と接続された各アクチュエータの一部において複数のアクチュエータと接続されている、条項ＩからＩＩＩのいずれか１項に記載のシステム。

【0134】

Ｖ．複数のフレキシブル回路が、第１のフレキシブル回路を含み、複数のアクチュエータが、第１のアクチュエータを含み、第１のアクチュエータが、リードねじと、モータと、ハウジングとを含み、モータがハウジング内に配置されており、リードねじがハンドヘルド部分に接続されており、ハウジングがツール支持体に接続されており、第１のフレキシブル回路がハウジングから器具制御装置まで延びている、条項ＩＶに記載のシステム。

【0135】

ＶＩ．第１のアクチュエータのハウジングが、コネクタを含み、第１のフレキシブル回路が、コネクタによってハウジングにルーティングされかつハウジングに結合されている、条項Ｖに記載のシステム。

【0136】

ＶＩＩ．第１のフレキシブル回路が、第１のアクチュエータの周囲を取り囲むようにラッピングされた長さを含み、第１のフレキシブル回路の長さが、少なくとも４分の３回転においてラッピングされており、第１のアクチュエータの周囲を取り囲むようにラッピングされた長さが、ツール支持体がバインディングおよびスナッピングなしに複数の自由度においてハンドヘルド部分に対して移動させられる間に第１のアクチュエータとの接続を維持するために十分な長さを第１のフレキシブル回路に提供する、条項ＶＩに記載のシステム。

【0137】

ＶＩＩＩ．第１のフレキシブル回路が、少なくとも１と４分の３回転において第１のアクチュエータの周囲を取り囲むようにラッピングされている、条項ＶＩＩに記載のシステム。

【0138】

ＩＸ．第１のフレキシブル回路が、２つ以上の平面的なエルボを含む、条項ＶＩＩに記載のシステム。

【0139】

Ｘ．第１のフレキシブル回路によって形成されたループが、軸方向で第１のアクチュエータと整列させられている、条項ＶＩＩに記載のシステム。

【0140】

ＸＩ．複数のフレキシブル回路が、フレキシブル回路のロール移動がツール支持体の移動から分離されるようにツール支持体と複数のアクチュエータとの間に配置されている、条項ＩからＸのいずれか１項に記載のシステム。

【0141】

ＸＩＩ．ハンドヘルドロボット器具であって、ユーザによって保持されるように構成されたハンドヘルド部分と、ハンドヘルド部分に結合されたツール支持体であって、ツール支持体が、ツールの運動を駆動するように構成されたツール駆動モータを備える、ツール支持体と、ツールを整列させるためにハンドヘルド部分に対して複数の自由度においてツールを移動させるためにツール支持体を移動させるためにツール支持体とハンドヘルド部分とを動作可能に相互接続するアクチュエータアセンブリであって、アクチュエータアセンブリが、複数のアクチュエータを含み、各アクチュエータが、モータおよび位置センサを含み、複数のアクチュエータが、第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータを含む、アクチュエータアセンブリと、ツール支持体に取り付けられた制御装置であって、制御装置が、ツール駆動モータおよび複数のアクチュエータの各アクチュエータと通信している、制御装置と、第１のアクチュエータから制御装置まで延びる第１のフレキシブル回路および第２のアクチュエータから制御装置まで延びる第２のフレキシブル回路を含む複数のフレキシブル回路であって、ツール支持体が、フレックスガイドを含み、ツール支持体が複数の自由度において移動している間に少なくとも１つのフレキシブル回路をガイドおよびルーティングするために、フレキシブル回路のうちの少なくとも１つがフレックスガイドに接続されている、複数のフレキシブル回路と、を備える、ハンドヘルドロボット器具。

【0142】

ＸＩＩＩ．複数のフレキシブル回路のうちの少なくとも１つが、幅および厚さを有し、幅が、厚さよりも少なくとも１０倍大きい、条項ＸＸＩＩに記載の器具。

【0143】

ＸＩＶ．複数のフレキシブル回路のうちの少なくとも１つが、長手方向軸線を有し、複数のフレキシブル回路のうちの少なくとも１つが、複数のアクチュエータのうちの１つにおいて結合点から延びておりかつツール支持体上のフレックスガイドに係合しており、選択的に、複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つが、ピボット軸線においてツール支持体に結合されており、フレックスガイドが、ロール自由度、ピッチ自由度またはその両方における少なくとも１つのフレキシブル回路の変形を最小限にするために少なくとも１つのフレキシブル回路の長手方向軸線がピボット軸線の中心点と整列させられるように位置決めされている、条項ＸＸＩＩまたはＸＸＩＩＩに記載の器具。

【0144】

ＸＶ．フレックスガイドが、上面および底面を含むチャネルを画定している、条項ＸＸＩＩＩまたはＸＩＶに記載の器具。

【0145】

ＸＶＩ．フレックスガイドが、ピッチおよびロール移動中のフレキシブル回路の回転のスパンを規定するプロフィルを備えて形成されている、条項ＸＶに記載の器具。

【0146】

ＸＶＩＩ．複数のフレキシブル回路の幅が、フレックスガイドの幅よりも狭く、これにより、フレックスガイドが、移動中にフレキシブル回路の幅にわたって支持を提供する、条項ＸＶＩに記載の器具。

【0147】

ＸＶＩＩＩ．フレックスガイドが、上面および底面を含むチャネルを画定しており、上面および底面が、フレキシブル回路の回転のスパンを規定するフレックスガイドのプロフィルを形成している、条項ＸＶＩＩに記載の器具。

【0148】

ＸＩＸ．上面および底面が、同じプロフィルを有する、条項ＸＶＩＩＩに記載の器具。

【0149】

ＸＸ．上面および底面が、異なるプロフィルを有する、条項ＸＶＩＩＩまたはＸＩＸに記載の器具。

【0150】

ＸＸＩ．プロフィルが、第１の高さおよび第２の高さを有する部分を含み、第１の高さが第２の高さとは異なり、ハンドヘルド部分が最大移動範囲にある間、第１の高さがフレキシブル回路に係合する、条項ＸＸに記載の器具。

【0151】

ＸＸＩＩ．上面および底面がそれぞれ、チャネルの長さだけ延びる突出部を有し、突出部からチャネルの各側まで傾斜面を形成しており、突出部が、底面から上面に向かって、および上面から底面に向かって延びている、条項ＸＶＩＩＩからＸＸＩのいずれか１項に記載の器具。

【0152】

ＸＸＩＩＩ．フレキシブル回路の厚さが、フレキシブル回路がチャネルを通過することを可能にするために、上面の突出部と底面の突出部との間の距離よりも小さい、条項ＸＸＩＩに記載の器具。

【0153】

ＸＸＩＶ．ツール支持体が複数の自由度において移動させられる間、フレキシブル回路の中心セクションが、上面の突出部および底面の突出部を中心に旋回する、条項ＸＸＩＩＩに記載の器具。

【0154】

ＸＸＶ．手術を行うためにツールと共に使用するためのハンドヘルドロボット器具であって、ロボット器具が、ユーザによって保持されるハンドヘルド部分と、ハンドヘルド部分に結合されたツール支持体であって、ツール支持体が、ツールの運動を駆動するためのツール駆動モータを備える、ツール支持体と、ツールを整列させるためにツール支持体をハンドヘルド部分に対して複数の自由度において移動させるように構成された、ツール支持体とハンドヘルド部分とを動作可能に相互接続するアクチュエータアセンブリであって、アクチュエータアセンブリが、少なくとも１つのアクチュエータを含み、各アクチュエータが、モータおよび位置センサを含む、アクチュエータアセンブリと、ツール支持体に取り付けられた制御装置であって、制御装置が、ツール駆動モータおよび各アクチュエータと電気通信している、制御装置と、信号を出力するように構成されたセンサであって、センサが、ハンドヘルド部分に取り付けられており、センサが、フレキシブル導体を使用して制御装置に接続されている、センサと、付勢部材を含む張力アセンブリであって、張力アセンブリが、アクチュエータアセンブリがツール支持体をハンドヘルド部分に対して複数の自由度のうちの１つにおいて移動させる間、フレキシブル導体に張力を加えるように構成されている、張力アセンブリと、を備える、手術を行うためにツールと共に使用するためのハンドヘルドロボット器具。

【0155】

ＸＸＶＩ．ハンドヘルドロボット器具の２つの部分の間の電気接続を維持する方法であって、ロボット器具が、ユーザによって保持されるハンドヘルド部分と、ハンドヘルド部分に結合されたツール支持体と、ツール支持体をハンドヘルド部分に対して複数の自由度において移動させるためのアクチュエータアセンブリであって、アクチュエータアセンブリが複数のアクチュエータを含み、複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つが、ツール支持体とハンドヘルド部分とを動作可能に相互接続している、アクチュエータアセンブリと、ツール支持体に取り付けられた制御装置と、信号を出力するセンサであって、センサがハンドヘルド部分に取り付けられており、センサが、フレキシブル導体を使用して制御装置に接続されている、センサと、付勢部材を含む張力アセンブリと、を備え、方法が、ツール支持体をハンドヘルド部分に対して複数のアクチュエータによって複数の自由度のうちの少なくとも１つにおいて移動させることと、アクチュエータアセンブリが複数の自由度のうちの少なくとも１つにおいて移動する間に張力アセンブリによってフレキシブル導体を緊張させることと、を含む、ハンドヘルドロボット器具の２つの部分の間の電気接続を維持する方法。

【0156】

ＸＸＶＩＩ．手術を行うためにツールと共に使用するためのハンドヘルドロボット器具であって、ロボット器具が、ユーザによって保持されるハンドヘルド部分と、ハンドヘルド部分に結合されたツール支持体と、ツール支持体をハンドヘルド部分に対して複数の自由度において移動させるためのアクチュエータアセンブリであって、アクチュエータアセンブリが、複数のアクチュエータを含み、各アクチュエータが、モータおよび位置センサを含む、アクチュエータアセンブリと、ハンドヘルド部分に取り付けられた制御装置であって、制御装置が、フレキシブル導体を使用して複数のアクチュエータの各アクチュエータと通信している、制御装置と、ツールの運動を駆動するためのツール駆動モータであって、ツール駆動モータが、ツール支持体に取り付けられており、ツール駆動モータが、フレキシブル導体を使用して制御装置に接続されている、ツール駆動モータと、付勢部材を含む張力アセンブリであって、張力アセンブリが、アクチュエータアセンブリがツール支持体を複数の自由度のうちの少なくとも１つにおいてハンドヘルド部分に対して移動させる間、駆動モータまたはアクチュエータのうちの１つまたは複数のフレキシブル導体に張力を加えるように構成されている、張力アセンブリと、を備える、手術を行うためにツールと共に使用するためのハンドヘルドロボット器具。

【0157】

ＸＸＶＩＩＩ．手術を行うためにツールと共に使用するためのハンドヘルドロボット器具であって、ロボット器具が、ユーザによって保持されるハンドヘルド部分と、ハンドヘルド部分に結合されたツール支持体と、ツール支持体をハンドヘルド部分に対して複数の自由度において移動させるためにツール支持体とハンドヘルド部分とを動作可能に相互接続するアクチュエータアセンブリであって、アクチュエータアセンブリが複数のアクチュエータを含み、各アクチュエータがモータを含む、アクチュエータアセンブリと、複数のアクチュエータの各アクチュエータと通信する制御装置であって、制御装置が、ハンドヘルド部分またはツール支持体のいずれかに取り付けられている、制御装置と、信号を出力するセンサであって、センサが、フレキシブル導体を使用して制御装置に接続されており、センサが、ハンドヘルド部分またはツール支持体の他方に取り付けられている、センサと、付勢部材を含む張力アセンブリであって、張力アセンブリが、アクチュエータアセンブリがツール支持体をハンドヘルド部分に対して複数の自由度のうちの少なくとも１つにおいて移動させる間にフレキシブル導体に張力を加えるように構成されている、張力アセンブリと、を備える、手術を行うためにツールと共に使用するためのハンドヘルドロボット器具。

【0158】

ＸＸＩＸ．センサがツール支持体に取り付けられており、制御装置がハンドヘルド部分に取り付けられている、条項ＸＸＶＩＩＩに記載の器具。

【0159】

ＸＸＸ．センサがハンドヘルド部分に取り付けられており、制御装置がツール支持体に取り付けられており、センサが、入力信号を感知するように構成されている、条項ＸＸＩＸに記載の器具。

【0160】

ＸＸＸＩ．張力アセンブリがハンドヘルド部分に結合されている、条項ＸＸＶＩＩＩに記載の器具。

【0161】

ＸＸＸＩＩ．手術ツールを支持するためのハンドヘルド手術ロボットシステムであって、ハンドヘルド手術ロボットシステムが、ハンドヘルド部分と、ハンドヘルド部分に可動に結合されたツール支持体であって、ツール支持体が、手術ツールを支持するように構成されておりかつさらにツール駆動モータを備える、ツール支持体と、ツール支持体とハンドヘルド部分とを動作可能に相互接続する複数のアクチュエータであって、複数のアクチュエータが、ツール支持体をハンドヘルド部分に対して複数の自由度において移動させるように構成されている、複数のアクチュエータと、ハンドヘルド部分に配置された制御装置であって、制御装置が、ツール駆動モータおよび複数のアクチュエータの各アクチュエータと通信している、制御装置と、器具制御装置を複数のアクチュエータのそれぞれに接続する複数のフレキシブル回路であって、複数のフレキシブル回路が、ツール支持体がハンドヘルド部分に対して複数の自由度において移動させられる間、制御装置と複数のアクチュエータとの間の接続を維持し、複数のフレキシブル回路のうちの少なくとも１つが長手方向軸線を有し、複数のフレキシブル回路のうちの少なくとも１つが、複数のアクチュエータのうちの１つにおける結合点から延びておりかつ１つまたは複数の自由度における少なくとも１つのフレキシブル回路の変形を最小限にするためにツール支持体またはハンドヘルド部分におけるフレックスガイドに係合している、複数のフレキシブル回路と、を備える、手術ツールを支持するためのハンドヘルド手術ロボットシステム。

【0162】

ＸＸＸＩＩＩ．ハンドヘルドロボット器具の２つの部分の間の電気接続を維持する方法であって、ロボット器具が、ユーザによって保持されるハンドヘルド部分と、ハンドヘルド部分に結合されたツール支持体と、ツール支持体をハンドヘルド部分に対して複数の自由度において移動させるためのアクチュエータアセンブリであって、アクチュエータアセンブリが複数のアクチュエータを含む、アクチュエータアセンブリと、ツール支持体またはハンドヘルド部分に取り付けられた制御装置と、信号を出力するセンサであって、センサが、ハンドヘルド部分およびツール支持体のうちの他方（制御装置とは反対）に結合されており、センサが、フレキシブル導体を使用して制御装置に接続されている、センサと、付勢部材を含む張力アセンブリと、を備え、方法が、ツール支持体をハンドヘルド部分に対して複数のアクチュエータによって複数の自由度のうちの少なくとも１つにおいて移動させることと、アクチュエータアセンブリが複数の自由度のうちの少なくとも１つにおいて移動する間、フレキシブル導体を張力アセンブリによって緊張させることと、を含む、ハンドヘルドロボット器具の２つの部分の間の電気接続を維持する方法。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34A】

【図34B】

【図35A】

【図35B】

【図36】

【図37】

【図38】

【図39】

【図40】

【図41】

【図42】

【図43】

【図44】

【図45】

【図46】

【図47】

【図48】

【図49A】

【図49B】

【図50A】

【図50B】

【図50C】

【図50D】

【図50E】

【図51】

【図52】

【図53】

【図54】

【図55】

【手続補正書】

【提出日】2023-09-21

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロボットハンドヘルド手術器具であって、
ユーザによって保持されるハンドヘルド部分と、
前記ハンドヘルド部分に結合されたツール支持体と、
ツールを整列させるために前記ツールを前記ハンドヘルド部分に対して複数の自由度において移動させるために前記ツール支持体を移動させるために前記ツール支持体と前記ハンドヘルド部分とを動作可能に相互接続するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含み、各アクチュエータが、モータを含む、アクチュエータアセンブリと、
前記ツール支持体に取り付けられた制御装置であって、前記ツール駆動モータと通信している、制御装置と、
を備え、
前記ハンドヘルド部分が入力モジュールを含み、前記入力モジュールが、
トリガと、
トリガ位置を表す信号を出力するセンサであって、前記制御装置と通信している、センサと、を含み、
前記ロボットハンドヘルド手術器具がさらに、
前記制御装置を前記入力モジュールに接続するフレキシブル回路と、
前記フレキシブル回路に張力を加えるように構成された付勢部材を含む張力アセンブリであって、前記ツール支持体が前記ハンドヘルド部分に対して前記複数の自由度において移動する間に前記フレキシブル回路に張力を加えるように構成された前記付勢部材を備える前記張力アセンブリによって前記フレキシブル回路がガイドされるように、前記フレキシブル回路が前記入力モジュールと接続されている、張力アセンブリと、
を備える、ロボットハンドヘルド手術器具。

【請求項2】

前記張力アセンブリが、ルーティング部材を含む、請求項１に記載のロボットハンドヘルド手術器具。

【請求項3】

前記ルーティング部材が、前記張力アセンブリに対して静止している、請求項２に記載のロボットハンドヘルド手術器具。

【請求項4】

前記ツール支持体が前記ハンドヘルド部分に向かう方向に移動させられるときに前記張力アセンブリが前記フレキシブル回路におけるたるみを吸収し、かつ前記ツール支持体が前記ハンドヘルド部分から離れるように移動させられるとき前記フレキシブル回路が移動するためにより多くの利用可能な長さを有するように前記フレキシブル回路が前記付勢部材の力よりも大きな力を加えるように、前記付勢部材が、前記フレキシブル回路に対して力を加える、請求項１から３のいずれか１項に記載のロボットハンドヘルド手術器具。

【請求項5】

前記フレキシブル回路が、前記ルーティング部材の周囲にルーティングされておりかつ前記付勢部材と接触して配置されている、請求項３に記載のロボットハンドヘルド手術器具。

【請求項6】

前記入力モジュールと接続された前記フレキシブル回路が、調整ループを含み、前記調整ループが、ホームに位置において前記ツール支持体の長手方向ピボット軸線を中心に前記フレキシブル回路を配置し、前記調整ループが、前記ツール支持体が前記ハンドヘルド部分に対してピッチ自由度において移動させられるときに拡張および収縮するように構成されている、請求項１から５のいずれか１項に記載のロボットハンドヘルド手術器具。

【請求項7】

手術を行うためにツールと共に使用するためのハンドヘルドロボット手術器具であって、
ユーザによって保持されるハンドヘルド部分と、
前記ハンドヘルド部分に結合されたツール支持体であって、前記ツールの運動を駆動するためのツール駆動モータを含む、ツール支持体と、
前記ツールを前記ハンドヘルド部分に対して複数の自由度において移動させるために前記ツール支持体を移動させるためのアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含み、少なくとも１つのアクチュエータが、前記ツール支持体と前記ハンドヘルド部分とを相互接続しており、各アクチュエータがモータを含む、アクチュエータアセンブリと、
前記ツール支持体に取り付けられた制御装置であって、前記ツール駆動モータおよび前記複数のアクチュエータの各モータと通信している、制御装置と、
前記ハンドヘルド部分に取り付けられた入力モジュールであって、
前記ハンドヘルド部分に対して可動なトリガと、
トリガ位置を表す信号を出力するトリガセンサと、
を含む、入力モジュールと、
前記制御装置から前記トリガセンサへ延びるフレキシブル導体と、
付勢部材を含む張力アセンブリであって、前記ハンドヘルド部分と前記ツール支持体との間の前記フレキシブル導体におけるたるみを減じるために前記ツール支持体が前記ハンドヘルド部分に対して前記複数の自由度において移動する間に前記フレキシブル導体に対する張力を制御するように位置決めされている、張力アセンブリと、
を備える、ハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項8】

前記フレキシブル導体が、複数の回路リードを含むフレキシブル回路である、請求項７に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項9】

ツール支持体の一部が前記ハンドヘルド部分に向かう方向へ移動させられるときに前記張力アセンブリが前記フレキシブル回路を緊張させ、かつ前記ツール支持体が前記ハンドヘルド部分から離れるように移動させられるとき、前記フレキシブル回路が移動するためのより多くの利用可能な長さを有するように前記アクチュエータアセンブリが前記付勢部材の力よりも大きな力を加えるように、前記張力アセンブリが前記フレキシブル回路に対して力を加える、請求項８に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項10】

前記張力アセンブリが、ハウジングと、前記ハウジングに可動に結合された張力部材と、を含み、前記張力部材が、前記ツール支持体と前記トリガセンサとの間で前記フレキシブル回路と接触することによって前記フレキシブル回路の一部に荷重を加えるように構成されている、請求項８に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項11】

前記張力部材がスイングアームであり、前記スイングアームが、第１の端部および第２の端部を含み、前記第１の端部が前記ハウジングと旋回可能に接続され、前記付勢部材が、前記ハウジングと前記スイングアームとの間に位置決めされている、請求項１０に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項12】

前記第２の端部における前記スイングアームが、ルーティング部材を含み、前記ルーティング部材が、前記スイングアームのピボット接続部とは反対に配置され、前記ルーティング部材が、前記フレキシブル回路における抗力を減じるために前記スイングアームに対して回転可能である、請求項１１に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項13】

前記フレキシブル導体が、前記付勢部材が前記スイングアームを介して前記フレキシブル導体に力を加えるように前記ルーティング部材の周囲にルーティングされている、請求項１２に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項14】

前記張力アセンブリが、前記ハウジング内にガイド部材を含み、前記ガイド部材が、前記スイングアームの移動に対して同心の湾曲を有する、請求項１３に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項15】

前記付勢部材が、前記スイングアームの移動中に前記付勢部材をガイドするために前記ガイド部材の周囲に配置されている、請求項１４に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項16】

前記張力アセンブリが、複数のルーティング部材を含み、前記複数のルーティング部材が、少なくとも１つの固定されたルーティング部材と、前記付勢部材に結合された少なくとも１つの張力部材と、を含む、請求項１２から１５のいずれか１項に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項17】

前記フレキシブル導体が、調整ループを含み、前記調整ループが、ホーム位置において前記ツール支持体の長手方向ピボット軸線を中心に前記フレキシブル導体を配置し、前記調整ループが、前記ツール支持体が前記ハンドヘルド部分に対してピッチ自由度において移動させられるときに拡張および収縮するように構成されている、請求項７から１６のいずれか１項に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項18】

センサに磁気分離を提供するための構成要素を含む、手術を行うためにツールと共に使用するためのハンドヘルドロボット手術器具であって、
ユーザによって保持されるハンドヘルド部分と、
前記ハンドヘルド部分に結合されたツール支持体であって、ツールの運動を駆動するためのツール駆動モータを含み、前記ツール駆動モータが前記ツール支持体に取り付けられている、ツール支持体と、
前記ツール支持体を前記ハンドヘルド部分に対して複数の自由度において移動させるためのアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含み、各アクチュエータが、アクチュエータハウジングと、前記アクチュエータハウジングに可動に結合されたリードねじと、を含み、前記アクチュエータハウジングおよび前記リードねじのうちの一方が磁石を含み、前記アクチュエータハウジングおよび前記リードねじのうちの他方が、前記アクチュエータの位置を検出するためのアクチュエータセンサを含む、アクチュエータアセンブリと、
前記ツール支持体と前記ハンドヘルド部分とを動作可能に相互接続するリンク機構であって、前記リンク機構の少なくとも１つの構成要素が強磁性材料から形成されている、リンク機構と、
前記ハンドヘルド部分に取り付けられた入力モジュールであって、前記ハンドヘルド部分に対して可動なトリガを含む、入力モジュールと、
を備え、
前記ハンドヘルド部分および前記トリガのうちの一方がトリガ磁石を含み、前記ハンドヘルド部分および前記トリガのうちの他方が、トリガ位置を表す信号を出力するように構成されたトリガセンサを含む、ハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項19】

前記リンク機構の前記強磁性材料が、０．５テスラよりも大きい飽和磁化および１００よりも大きい最大相対透過性を有する、請求項１８に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項20】

前記リンク機構が、シャフトと、前記シャフトを受容するように構成されたスリーブと、を備え、前記リンク機構が、前記シャフトが前記スリーブに対して軸方向にスライドすることを可能にするように構成されており、前記シャフトが、０．５テスラよりも大きい飽和磁化および１００よりも大きい最大相対透過性を有する強磁性材料から形成されている、請求項１８に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項21】

前記リンク機構が、少なくとも１つの自由度において前記ハンドヘルド部分に対する前記ツール支持体の移動を制約するように構成された形式で前記ツール支持体および前記ハンドヘルド部分に結合されている、請求項１８から２０のいずれか１項に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項22】

取外し可能なアクセサリをさらに備え、前記取外し可能なアクセサリが、磁界を使用して前記ツール支持体および前記ハンドヘルド部分のうちの一方に結合されている、請求項１８から２１のいずれか１項に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項23】

前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つの一部が、前記リンク機構の遠位にあり、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つの一部が、前記リンク機構の近位にある、請求項１８に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項24】

前記複数のアクチュエータの各アクチュエータセンサ、前記ツール駆動モータおよび前記トリガセンサと通信する制御装置をさらに備える、請求項１８から２３のいずれか１項に記載のハンドヘルドロボット手術器具。

【請求項25】

手術ツールを支持するためのハンドヘルド手術ロボットシステムであって、
ハンドヘルド部分と、
前記ハンドヘルド部分に可動に結合されたツール支持体であって、前記手術ツールを支持するように構成されかつツール駆動モータをさらに備える、ツール支持体と、
前記ツール支持体と前記ハンドヘルド部分とを動作可能に相互接続する複数のアクチュエータであって、前記ツール支持体を前記ハンドヘルド部分に対して１つまたは複数の自由度において移動させるように構成されている、複数のアクチュエータと、
前記ツール支持体上の制御装置であって、前記ツール駆動モータおよび前記複数のアクチュエータの各アクチュエータと通信している、制御装置と、
前記制御装置を前記複数のアクチュエータのそれぞれと接続する複数のフレキシブル回路であって、前記ツール支持体が前記ハンドヘルド部分に対して前記複数の自由度において移動させられる間、前記器具制御装置と前記複数のアクチュエータとの間の接続を維持する、フレキシブル回路と、
を備える、ハンドヘルド手術ロボットシステム。

【請求項26】

ハンドヘルドロボット器具であって、
ユーザによって保持されるように構成されたハンドヘルド部分と、
前記ハンドヘルド部分に結合されたツール支持体であって、ツールの運動を駆動するように構成されたツール駆動モータを備える、ツール支持体と、
前記ツールを前記ハンドヘルド部分に対して複数の自由度において移動させて前記ツールを整列させるために、前記ツール支持体と前記ハンドヘルド部分とを動作可能に相互接続して前記ツール支持体を移動させる、アクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含み、各アクチュエータが、モータおよび位置センサを含み、前記複数のアクチュエータが第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータを含む、アクチュエータアセンブリと、
前記ツール支持体に取り付けられた制御装置であって、前記ツール駆動モータおよび前記複数のアクチュエータの各アクチュエータと通信している、制御装置と、
前記第１のアクチュエータから前記制御装置へ延びる第１のフレキシブル回路および前記第２のアクチュエータから前記制御装置へ延びる第２のフレキシブル回路を含む複数のフレキシブル回路であって、前記ツール支持体がフレックスガイドを含み、前記複数のフレキシブル回路のうちの少なくとも１つのフレキシブル回路が、前記ツール支持体が前記複数の自由度において移動している間、前記少なくとも１つのフレキシブル回路をガイドおよびルーティングするように、前記フレックスガイドに接続されている、複数のフレキシブル回路と、
を備える、ハンドヘルドロボット器具。

【請求項27】

手術を行うためにツールと共に使用するためのハンドヘルドロボット器具であって、
ユーザによって保持されるハンドヘルド部分と、
前記ハンドヘルド部分に結合されたツール支持体であって、ツールの運動を駆動するためのツール駆動モータを備える、ツール支持体と、
前記ツールを整列させるために前記ツール支持体を前記ハンドヘルド部分に対して複数の自由度において移動させるように構成された、前記ツール支持体と前記ハンドヘルド部分とを動作可能に相互接続するアクチュエータアセンブリであって、少なくとも１つのアクチュエータを含み、各アクチュエータが、モータおよび位置センサを含む、アクチュエータアセンブリと、
前記ツール支持体に取り付けられた制御装置であって、前記ツール駆動モータおよび各アクチュエータと電気通信している、制御装置と、
信号を出力するように構成されたセンサであって、前記ハンドヘルド部分に取り付けられ、フレキシブル導体を使用して前記制御装置に接続されている、センサと、
付勢部材を含む張力アセンブリであって、前記アクチュエータアセンブリが前記ツール支持体を前記ハンドヘルド部分に対して前記複数の自由度のうちの少なくとも１つにおいて移動させる間、前記フレキシブル導体に張力を加えるように構成されている、張力アセンブリと、
を備える、ハンドヘルドロボット器具。

【請求項28】

ハンドヘルドロボット器具の２つの部分の間の電気接続を維持する方法であって、
前記ハンドヘルドロボット器具が、
ユーザによって保持されるハンドヘルド部分と、
前記ハンドヘルド部分に結合されたツール支持体と、
前記ツール支持体を前記ハンドヘルド部分に対して複数の自由度において移動させるためのアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含み、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つのアクチュエータが、前記ツール支持体と前記ハンドヘルド部分とを動作可能に相互接続している、アクチュエータアセンブリと、
前記ツール支持体に取り付けられた制御装置と、
信号を出力するセンサであって、前記ハンドヘルド部分に取り付けられ、フレキシブル導体を使用して前記制御装置に接続されている、センサと、
付勢部材を含む張力アセンブリと、
を備え、
前記方法が、
前記複数の自由度のうちの少なくとも１つにおいて前記複数のアクチュエータを用いて前記ツール支持体を前記ハンドヘルド部分に対して移動させることと、
前記アクチュエータアセンブリが前記複数の自由度のうちの少なくとも１つにおいて移動する間、前記張力アセンブリによって前記フレキシブル導体を緊張させることと、
を含む、方法。

【請求項29】

手術を行うためにツールと共に使用するためのハンドヘルドロボット器具であって、
ユーザによって保持されるハンドヘルド部分と、
前記ハンドヘルド部分に結合されたツール支持体と、
前記ツール支持体を前記ハンドヘルド部分に対して複数の自由度において移動させるためのアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含み、各アクチュエータが、モータおよび位置センサを含む、アクチュエータアセンブリと、
前記ハンドヘルド部分に取り付けられた制御装置であって、フレキシブル導体を使用して前記複数のアクチュエータの各アクチュエータと通信している、制御装置と、
ツールの運動を駆動するためのツール駆動モータであって、前記ツール支持体に取り付けられ、フレキシブル導体を使用して前記制御装置に接続されている、ツール駆動モータと、
付勢部材を含む張力アセンブリであって、前記アクチュエータアセンブリが前記ツール支持体を前記ハンドヘルド部分に対して前記複数の自由度のうちの少なくとも１つにおいて移動させる間、前記駆動モータまたはアクチュエータのうちの前記１つまたは複数の前記フレキシブル導体に張力を加えるように構成されている、張力アセンブリと、
を備える、ハンドヘルドロボット器具。

【請求項30】

手術を行うためにツールと共に使用するためのハンドヘルドロボット器具であって、
ユーザによって保持されるハンドヘルド部分と、
前記ハンドヘルド部分に結合されたツール支持体と、
前記ツール支持体を前記ハンドヘルド部分に対して複数の自由度において移動させるために前記ツール支持体と前記ハンドヘルド部分とを動作可能に相互接続するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含み、各アクチュエータがモータを含む、アクチュエータアセンブリと、
前記複数のアクチュエータの各アクチュエータと通信する制御装置であって、前記ハンドヘルド部分または前記ツール支持体のいずれかに取り付けられている、制御装置と、
信号を出力するセンサであって、フレキシブル導体を使用して前記制御装置に接続され、前記ハンドヘルド部分または前記ツール支持体のうちの他方に取り付けられている、センサと、
付勢部材を含む張力アセンブリであって、前記アクチュエータアセンブリが前記ツール支持体を前記ハンドヘルド部分に対して前記複数の自由度のうちの少なくとも１つにおいて移動させる間、前記フレキシブル導体に張力を加えるように構成されている、張力アセンブリと、
を備える、ハンドヘルドロボット器具。

【請求項31】

手術ツールを支持するためのハンドヘルド手術ロボットシステムであって、
ハンドヘルド部分と、
前記ハンドヘルド部分に可動に結合されたツール支持体であって、前記手術ツールを支持するように構成され、かつ、ツール駆動モータをさらに備える、ツール支持体と、
前記ツール支持体と前記ハンドヘルド部分とを動作可能に相互接続する複数のアクチュエータであって、前記ツール支持体を前記ハンドヘルド部分に対して複数の自由度において移動させるように構成されている、複数のアクチュエータと、
前記ハンドヘルド部分に配置された制御装置であって、前記ツール駆動モータおよび前記複数のアクチュエータの各アクチュエータと通信する、制御装置と、
前記制御装置を前記複数のアクチュエータのそれぞれと接続する複数のフレキシブル回路であって、前記ツール支持体が前記ハンドヘルド部分に対して前記複数の自由度において移動させられる間、前記制御装置と前記複数のアクチュエータとの間の接続を維持し、前記複数のフレキシブル回路のうちの少なくとも１つのフレキシブル回路が長手方向軸線を有し、前記少なくとも１つのフレキシブル回路が、前記複数のアクチュエータのうちの１つにおける結合点から延び、かつ、１つまたは複数の自由度における前記少なくとも１つのフレキシブル回路の変形を最小限にするために前記ツール支持体または前記ハンドヘルド部分におけるフレックスガイドと係合する、複数のフレキシブル回路と、
を備える、ハンドヘルド手術ロボットシステム。

【請求項32】

ハンドヘルドロボット器具の２つの部分の間の電気接続を維持する方法であって、
前記ハンドヘルドロボット器具が、
ユーザによって保持されるハンドヘルド部分と、
前記ハンドヘルド部分に結合されたツール支持体と、
前記ツール支持体を前記ハンドヘルド部分に対して複数の自由度において移動させるためのアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含む、アクチュエータアセンブリと、
前記ツール支持体および前記ハンドヘルド部分のうちの一方に取り付けられた制御装置と、
信号を出力するセンサであって、前記ハンドヘルド部分および前記ツール支持体のうちの他方（制御装置と異なる方）に結合され、フレキシブル導体を使用して前記制御装置に接続されている、センサと、
付勢部材を含む張力アセンブリと、
を備え、
前記方法が、
前記ツール支持体を前記ハンドヘルド部分に対して前記複数のアクチュエータによって前記複数の自由度のうちの少なくとも１つにおいて移動させることと、
前記アクチュエータアセンブリが前記複数の自由度のうちの少なくとも１つにおいて移動する間、前記張力アセンブリによって前記フレキシブル導体を緊張させることと、
を含む、方法。

【国際調査報告】