JP2015531608A - 単孔式ロボット機器および関連システムと方法 - Google Patents

Abstract

本願で開示される実施形態は、ロボットおよび／または生体内医療機器に組み込むことが可能な部品を含む、各種の医療機器用部品に関する。ある種の実施形態は、生体内医療処置のための各種の医療機器を含む。

Description

本明細書で開示する実施形態は、ロボットおよび／または生体内医療機器ならびに関連する構成部品を含む、各種の医療機器および関連する構成部品に関する。ある種の実施形態は、体腔内に設置され、管腔または開口を通じて体腔内に設置される支援用部品を使って位置付けられているロボット機器を含む、各種のロボット医療機器を含む。他の実施形態は、上記の機器の操作方法に関する。

侵襲的な外科手術は、様々な医学的状態に対処するために不可欠である。可能な場合は、腹腔鏡式等、低侵襲性の処置が好ましい。
しかしながら、現在知られている腹腔鏡式等の低侵襲性技術は、範囲と複雑さが限られており、これは一部には、１）アクセスポートから挿入される剛性のツールを用いることから生じる可動性の制約、および２）限定的な視覚的フィードバックによる。ダ・ヴィンチ（登録商標）・サージカルシステム（ｄａ Ｖｉｎｃｉ（登録商標）Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）（カリフォルニア州サニーベールのインテュイティヴ・サージカル社（Ｉｎｔｕｉｔｉｖｅ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｉｎｃ．）が販売）等の既知のロボットシステムもまた、アクセスポートによる制約があるほか、非常に大型で、非常に高額であり、利用できない病院がほとんどであり、触覚や可動性が限定的である、といった別の欠点もある。

当該技術分野では、改良された手術方法、システム、機器が求められている。

本発明は、上記課題を解決する改良された手術方法、システム、機器を提供する。

一実施形態によるロボット手術システムの上面斜視図である。 図１の機器の同じ斜視図である。 図１の機器の同じ斜視図である。 一実施形態によるロボット医療機器本体の上面図である。 図４Ａの実施形態によるロボット医療機器本体の側面図である。 図４Ａの実施形態によるロボット医療機器本体の斜視図である。 図４Ａの実施形態によるロボット医療機器本体の分解斜視図である。 図４Ａの実施形態によるロボット医療機器本体の分解斜視図である。 図４Ａの実施形態によるロボット医療機器本体の内部構造透視正面図である。 図４Ａの実施形態によるロボット医療機器本体の内部構造透視上面図である。 図４Ａの実施形態によるロボット医療機器本体の内部構造透視側面図である。 一実施形態によるロボット機器と関連装置の本体の、分離された状態の上面斜視図である。 図５Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の本体の、分離された状態の上面斜視図である。 一実施形態によるロボット機器と関連装置の本体の内部部品の、分離された状態の上面斜視図である。 図６Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の本体の内部部品の、分離された状態の上面斜視図である。 図６Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の内部部品のエンドロング（ｅｎｄｌｏｎｇ）図である。 一実施形態によるロボット機器と関連装置の内部部品と本体の、分離された状態の上面斜視図である。 図７Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の本体の一部の上面斜視図である。 一実施形態によるロボット機器と関連装置の内部部品と本体の、分離された状態の上面斜視図である。 図８Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の本体の断面図である。 一実施形態によるロボット機器の内部部品の他の分解斜視図である。 図９Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の本体の断面図である。 図９Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の傘歯車とスパーシャフトの拡大分解図である。 他の実施形態によるロボット機器と関連装置の本体グメントの分解斜視図である。 図１０Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の本体セグメントの分解斜視図である。 他の実施形態によるロボット機器と関連装置の本体セグメントの分解斜視図である。 図１１Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の本体セグメントのエンドロング断面図である。 他の実施形態によるロボット機器と関連装置の本体セグメントの分解斜視図である。 図１２Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の本体セグメントの、反対側の分解斜視図である。 他の実施形態によるロボット機器と関連装置の肩関節の分解斜視図である。 図１３Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の肩関節の側面図である。 図１３Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の肩関節の断面図である。 図１３Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の肩関節の断面図である。 他の実施形態によるロボット機器と関連装置の肩関節の底面図である。 図１４Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の肩関節の斜視図である。 図１４Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の肩関節の底面図である。 他の実施形態によるロボット機器と関連装置の上腕の斜視図である。 図１５Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の上腕の側面図である。 他の実施形態によるロボット機器と関連装置のモータとドライブトレインの分解斜視図である。 図１６Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置のモータとドライブトレインの側面図である。 他の実施形態によるロボット機器と関連装置の筐体セグメントの分解側面図である。 図１７Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の筐体セグメントの分解斜視図である。 他の実施形態によるロボット機器と関連装置の筐体とスパーシャフトの分解側面図である。 図１８Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の筐体とスパーシャフトの側方断面図である。 他の実施形態によるロボット機器と関連装置のシャフトハウジングと筐体の分解側面斜視図である。 図１９Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置のシャフトハウジングと筐体の、反対側の分解側面図である。 図１９Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置のシャフトハウジングと筐体の断面図である。 他の実施形態によるロボット機器と関連装置のシャフトの側面図である。 図２０Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置のシャフトの斜視図である。 図２０Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置のシャフトの他の斜視図である。 他の実施形態によるロボット機器と関連装置の前腕の斜視図である。 図２１Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の前腕の側面図である。 図２１Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の前腕の他の側面図である。 図２１Ａ実施形態によるロボット機器と関連装置の前腕の端面図である。 図２１Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の前腕の側方断面図である。 図２１Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の前腕の側面図である。 図２１Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の前腕と内部部品の分解斜視図である。 図２１Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の前腕と内部部品の側面図である。 他の実施形態によるロボット機器と関連装置の前腕と内部部品の基端部の拡大分解図である。 図２２Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の前腕と内部部品の基端部の拡大切欠き図である。 他の実施形態によるロボット機器と関連装置の前腕と内部部品の把持鉗子端部の拡大切欠き図である。 図２３Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の前腕と内部部品の把持鉗子端部の拡大分解図である。 また別の実装形態によるロボット機器と関連装置の把持鉗子の拡大斜視図である。 他の実施形態によるロボット機器と関連装置の、カメラと内部部品を備える前腕の内部構造透視側面図である。 図２５Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の、カメラを備える前腕の分解した状態の内部構造透視図である。 図２５Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の、カメラを備える前腕の拡大斜視図である。 図２５Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の、カメラを備える前腕の他の拡大斜視図である。 図２５Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置にとってのカメラの視野を詳細に示す、カメラを備える前腕の斜視図である。 他の実施形態によるロボット機器と関連装置の、１つの位置にある前腕と本体の側面図である。 図２６Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の、１つの位置にある前腕と本体の側面図である。 図２６Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の、１つの位置にある前腕と本体の側面図である。 図２６Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の、１つの位置にある前腕と本体の側面図である。 図２６Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の、１つの位置にある前腕と本体の側面図である。 図２６Ａの実施形態によるロボット機器と関連装置の、１つの位置にある前腕と本体の側面図である。 他の実施形態による、体内の１つの位置にあるロボット機器と関連装置の前腕と本体の側面図である。 図２７Ａの実施形態による、体内の１つの位置にあるロボット機器と関連装置の前腕と本体の側面図である。 図２７Ａの実施形態による、体内の１つの位置にあるロボット機器と関連装置の前腕と本体の斜視図である。 一実施形態による、体内の１つの位置にあるロボット機器と関連装置の正面図である。 一実施形態による加速度計の斜視図である。

本明細書において開示または検討されている各種の実施形態は、手術ロボット機器、システム、方法に関する。より詳しくは、各種の実施形態は様々な医療機器、例えばロボット機器および、それに関連する方法とシステムに関する。ある種の実装形態は、腹腔鏡単孔式（ＬＥＳＳ＝ｌａｐａｒｏｅｎｄｏｓｃｏｐｉｃ ｓｉｎｇｌｅ−ｓｉｔｅ）外科手術に使用される、そのような機器に関する。

本願において開示される、上記のようなある種の機器とシステムの実装形態は、患者の体腔内に、本明細書中で開示されているものと同様の支援用部品と共に位置付けることができる。「生体内機器」とは、本明細書において使用される限り、患者の体腔内に位置付けられた状態で、使用者が少なくとも部分的に位置決め、操作、または制御できる任意の機器を意味し、これには、ロッドまたは、体腔の開口や管腔を通じて配置される部品等の支援用部品に連結されるあらゆる機器が含まれ、また患者の体腔壁に実質的に当てるか、またはその付近に位置付けられるあらゆる機器が含まれ、さらに、（外部動力源を持たずに）内部で作動されるそのようなあらゆる機器が含まれ、これに加えて、外科手術中に腹腔鏡または内視鏡下で使用することのできるあらゆる機器が含まれる。本明細書において使用されるかぎり、「ロボット」、「ロボット機器」という用語は、自動的に、または命令に応答して作業を実行できる任意の機器を指すものとする。

ある種の実施形態は、本発明品を体腔内に挿入し、その一方で体腔の十分な送気を保つことができるようにする。他の実施形態は、挿入中の外科医または手術における使用者と本発明品との物理的接触を最小限にする。他の実施形態は、患者と本発明品にとっての挿入工程の安全性を向上させる。例えば、いくつかの実施形態は、患者の体腔への挿入中の本発明品を可視化することによって、システム／機器と患者との間の、損傷を与える接触を確実に回避する。これに加えて、ある種の実施形態は、切開創の大きさ／長さを最小化する。別の実装形態は、アクセス／挿入手順および／または手順に必要なステップの複雑さを低減化する。他の実施形態は、できるたけ薄く、小さく、または一般に最大限に無駄を省いた機能と外観とすることによって、扱いやすい、使いやすさを向上させた機器に関する。

本明細書で開示されているある種の実施形態は、様々な構成に組み立てることのできる「組み合わせ式」または「モジュール式」の医療機器に関する。本願を解釈する上で、「組み合わせ式機器」および「モジュール式機器」は多様な構成で配置可能なモジュール型または互換的な部品を有する任意の医療機器を意味するものとする。本明細書で開示されているモジュール型部品および組み合わせ式機器はまた、セグメントからなる三角形または四角形の組み合わせ式機器も含む。接続されて三角形または四角形の構成を形成するモジュール型部品（本明細書では「セグメント」とも呼ぶ）によって構成されるこれらの機器は、使用中にてこの作用および／または安定性を提供する一方で、機器内に実質的なペイロード空間を作り、これはより大型の部品にもより多くの動作部品のためにも使用できる。上で開示し、説明した各種の組み合わせ式機器と同様に、一実施形態によれば、このような三角形または四角形の機器も、上で説明し、開示した機器と同じ方法で患者の体腔内に位置付けることができる。

ロボット機器のある例示的な実施形態が図１、図２、図３に示されている。この機器は、本体１００と、右腕Ａと、左腕Ｂとを有する。図２に最もよく示されているように、左腕Ｂおよび右腕Ａは各々２つのセグメント、すなわち上腕（または第一のリンク）３００Ａ、３００Ｂと前腕（または第二のリンク）２００Ａ、２００Ｂからなり、それによって各うでＡ、Ｂは肩関節（または第一の関節）３００．１Ａ、３００．１Ｂと肘関節（または第二の関節）２００．１Ａ、２００．１Ｂを有することになる。図２〜３２に最もよく示されているように、ある種の実装形態において、左腕Ｂおよび右腕Ａは各々４自由度で運動できる。左肩関節３００．１Ｂおよび右肩関節３００．１Ａは、相互に交差する回転軸、すなわち肩ヨー（θ１）および肩ピッチ（θ２）を有する。肘関節２００．１Ａ、２００．１Ｂは１自由度、すなわち肘ヨー（θ３）に寄与し、エンドエフェクタも同様で、すなわちエンドエフェクタロール（θ４）に寄与する。

図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄ、図４Ｅ、図４Ｆ，図４Ｇ、図４Ｈは、ある例示的実施形態による機器本体１００を示している。より詳しくは、図４Ａは本体１００の正面図を示し、図４Ｂは側面図を示す。これに加えて、図４Ｃ、図４Ｄ、図４Ｅ、図４Ｆ、図４Ｇ、図４Ｈは、機器本体１００の各種の図を示しており、そこでは本体１００の各種の内部部品を見ることができる。

本体１００は、右腕Ａおよび左腕Ｂのための、肩ヨー（θ１）および肩ピッチ（θ２）を制御する４つのモータを含む。より詳しくは、図４Ｃ、図４Ｇ、図１３Ｄに最もよく示されているように、基端側右モータ１０９Ａおよび右先端側モータ１２２Ａは、右肩３００．１Ａのための肩ヨー（θ１）および肩ピッチ（θ２）を制御し、その一方で、基端側左モータ１０９Ｂおよび左先端側モータ１２２Ｂは、左肩３００．１Ｂのための肩ヨー（θ１）および肩ピッチ（θ２）を制御する。この説明では、右の肩３００．１Ａおよび腕Ａに焦点を当てるが、当然のことながら、左肩３００．１Ｂと左腕Ｂのヨーとピッチを制御するために、同様の部品群が同様に連結されている。

図４Ｇに最もよく示されているように（また、本明細書の別の箇所でさらに詳しく説明されているように）、右基端側モータ１０９Ａは、右肩３００．１Ａの右肩サブアセンブリ１２７Ａに歯車１０８Ａを介して作動的に連結され、１０８Ａは右スパーシャフト１１５Ａの端の歯車１１５．１Ａに作動的に連結され、また右スパーシャフト１１５Ａの反対の端の右傘歯車の第一の右傘歯車は、右肩サブアセンブリ１２７Ａの傘歯車１３０Ａに作動的に連結される。これに加えて、右先端側モータ１２２Ａは右肩サブアセンブリ１２７Ａに右先端側平歯車１２１Ａを介して作動的に連結され、これは歯車１１９Ａに作動的に連結され、これは傘歯車の第二の右傘歯車１１７Ａに作動的に連結され、これは右肩サブアセンブリ１２７Ａの傘歯車１３０Ａに作動的に連結される。右基端側モータ１０９Ａおよび右先端側モータ１２２Ａは、協働して第一の右傘歯車と第二の右傘歯車を所定の方向と速度で回転させることによって、右肩３００．１Ａのための肩ヨー（θ１）および肩ピッチ（θ２）の両方を制御し、これについて以下で詳しく説明する。

一実施形態において、４つのモータ１０９Ａ、１０９Ｂ、１２２Ａ、１２２Ｂは、本明細書の他の箇所で開示されている腕の中のモータと共に、ブラシ付き直流（ＤＣ）モータであり、磁気エンコーダおよび遊星ギアヘッドが一体に取り付けられている。各種の実施形態によれば、この機器で用いられるモータは、機器の具体的な実施形態ならびにモータの場所および／または用途に応じて変えることができ、その大きさは直径で約６ｍｍ〜約１０ｍｍの範囲である。あるいは、電気エネルギーを回転運動に変換する既知の任意のモータまたはその他の機器を使用できる。

図４Ａおよび図４Ｂに最もよく示されているように、一実装形態によれば、本体１００は複数のセグメントを有し、その結果、相互に連結される別々の筐体またはサブアセンブリができる。図４Ａおよび図４Ｂに示されている実装形態には、６つのセグメントがあるが、それ以外の数とすることもできる。これらのセグメント１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６は筐体を形成し、内部の電子機器を保護し、内部部品、例えばモータやドライブトレイン部品を支持する。図４Ａおよび図４Ｂに示されている実装形態では、第一のセグメント１０１は、第二のセグメント１０２に連結されて、第二のセグメント１０２が少なくとも部分的に第一のセグメント１０１の中に入り、それによって図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａに示されているように、第一の筐体１００．１が形成されるように構成されている。第三のセグメント１０３、第四のセグメント１０４、第五のセグメント１０５も一体に連結されて、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａに示されているような第二の筐体１００．２を形成する。最後に、第一の筐体１００．１および第二の筐体１００．２は、図５Ａに最もよく示されているように、相互に連結される。セグメント、筐体、およびそれらの本体１００への組み付けについては、以下でより詳しく説明する。

図４Ａに最もよく示されているように、特定の実施形態において、本体１００の先端部（または底部）はまた、カメラ９９を備え得る。図４Ａに示される実装形態では、カメラ９９は術空間の直接的視線内に位置付けられた単独の固定カメラ９９である。あるいは、本体１００は協働してステレオスコープ（３Ｄ）映像を提供する複数のカメラを備えていてもよい。他の代替案では、医療機器用の任意の既知のカメラまたはカメラ群を使用してもよい。また別の実施形態においては、本体１００はまた、ＬＥＤおよび／または光ファイバライト等、体腔および／または術空間を照明する照明システムを備え得る。

一実装形態において、複数のセグメント１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６は機械加工されたアルミニウムおよびラピッドプロトタイプにより加工されたプラスチックで製作される。このような材料を用いた加工の一例が、１９９８年５月のウィリアム・パーム（Ｗｉｌｌｉａｍ Ｐａｌｍ）による「ラピッドプロトタイピングプライマ（Ｒａｐｉｄ Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ Ｐｒｉｍｅｒ）」（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｅ．ｐｓｕ．ｅｄｕ／ｌａｍａｎｃｕｓａ／ｒａｐｉｄｐｒｏ／ｐｒｉｍｅｒ／ｃｈａｐｔｅｒ２．ｈｔｍ）（２００２年７月３０日改訂）に記載されており、その内容全体を参照によって本願に援用する。あるいは、当業者にとっては当然のことながら、医療機器用のその他の多くの既知の材料を使用でき、これには例えばステンレススチールおよび／または射出成形プラスチックが含まれるが、これらに限定されない。

図５Ａおよび図５Ｂは、第一の筐体および第二の筐体１００．１、１００．２を示している。図５Ａは、第一の筐体および第二の筐体１００．１、１００．２の正面を示し、図５Ｂは背面を示している。図４Ｃ〜４Ｈと図５Ａと図５Ｂの組み合わせにより最もよく示されているように、右基端側モータ１０９Ａおよび左基端側モータ１０９Ｂは、第一の筐体１００．１の中に位置付けられ、その一方で、右先端側モータ１２２Ａおよび左先端側モータ１２２Ｂは、第二の筐体１００．２の中に位置付けられている。第一の筐体および第二の筐体１００．１、１００．２は、図のように、複数のねじ部材１０７Ａ、１０７Ｂ、１０７Ｃを使って相互に連結される。あるいは、第一の筐体１００．１と第二の筐体１００．２を一体に保持するために、任意の連結機構を使用できる。

図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃは、第二のセグメント１０２ならびに、その中の右基端側モータ１０９Ａおよび左基端側モータ１０９Ｂの位置付けを示している。この具体的な実施形態においては、基端側モータ１０９Ａ、１０９Ｂの各々は直径１０ｍｍであり、３つの部品、すなわち右遊星ギアヘッド１０９Ａ．１および左遊星ギアヘッド１０９Ｂ．１、右基端側モータドライブ部品１０９Ａ．２、左基端側モータドライブ部品１０９Ｂ．２、右エンコーダ１０９Ａ．３および左エンコーダ１０９Ｂ．３で構成される。当然のことながら、右遊星ギアヘッド１０９Ａ．１および左遊星ギアヘッド１０９Ｂ．１遊星は、基端側モータドライブ部品１０９Ａ．２、１０９Ｂ．２を減速させ、それゆえ出力トルクを増大させる。さらに、当然のことながら、右エンコーダ１０９Ａ．３および左エンコーダ１０９Ｂ．３は、右基端側モータ出力シャフト１０８．１Ａおよび左基端側モータ出力シャフト１０８．１Ｂの位置を、磁気、光、または抵抗手段により生成できる電気パルスを使って制御する。それゆえ、右エンコーダおよび左エンコーダ１０９Ａ．３、１０９Ｂ．３は、右基端側モータ出力シャフト１０８．１Ａおよび左基端側モータ出力シャフト１０８．１Ｂを正確に位置付けする。

それゆえ、ある種の実装形態において、基端側右平歯車１０８Ａおよび基端側左平歯車１０８Ｂの各々は、回転運動をそれぞれに対応する基端側モータ１０９Ａ、１０９Ｂから伝達するために使用され、これらは遊星ギアヘッド１０９Ａ．１、１０９Ｂ．１を通じて作用する基端側モータドライブ部品１０９Ａ．２、１０９Ｂ．２をさらに含む。各基端側平歯車１０８Ａ、１０８Ｂは、「Ｄ」字形の幾何学的特徴部（ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｆｅａｔｕｒｅ）１０８．１Ａ、１０８．１Ｂにより、およびいくつかの実施形態においては、ＪＢ−ウェルド等の結合材料により回転が制約される。

図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃに示されているように、第二のセグメント１０２は、第二のセグメント１０２の中に画定された複数の一部開放ルーメン、すなわちこの実装形態では右一部開放ルーメン１０２Ａおよび左一部開放ルーメン１０２Ｂを有し、これらの内壁は３６０度全体にはわたっていない。右一部開放ルーメン１０２Ａおよび左一部開放ルーメン１０２Ｂは、右基端側モータ１０９Ａおよび左基端側モータ１０９Ｂを受けるように構成される。右基端側モータ１０９Ａおよび左基端側モータ１０９Ｂは、図６Ｂと図６Ｃに示されているように、右一部開放ルーメンおよび左一部開放ルーメン１０２Ａ、１０２Ｂの中に位置付けることができる。一実施形態において、第二のセグメント１０２は、右一部開放ルーメンおよび左一部開放ルーメン１０２Ａ、１０２Ｂの壁の直径を、右基端側モータ１０９Ａおよび左基端側モータ１０９Ｂがその中に位置付けられた後に縮小することができるように構成されており、それによって摩擦抵抗が発生し、右基端側モータ１０９Ａおよび左基端側モータ１０９Ｂが右一部開放ルーメンおよび左一部開放ルーメン１０２Ａ、１０２Ｂの中に回転および並進運動に対して固定され、その結果、第一のサブアセンブリ１００．１Ａが形成される。より詳しくは、第二のセグメント１０２では、ねじ部材１１０を締めることによって、右基端側モータ１０９Ａおよび左基端側モータ１０９Ｂに締付力を加えられるようにすることができる。当然のことながら、右基端側モータ１０９Ａおよび左基端側モータ１０９Ｂはまた、他の任意の既知の方法または機構によって拘束または固定してよい。

図７Ａおよび図７Ｂは、第一のサブアセンブリ１００．１Ａと第一のセグメント１０１との取付または連結を示しており、これによって第一の筐体１００．１が形成される。第一のセグメント１０１は、第一のセグメント１０１の中に画定された第一のセグメント嵌合機能部１０１Ａを有し、これは第一のサブアセンブリ１００．１Ａを受けるように構成されている。より詳しくは、図７Ａに示される実施形態において、第一のセグメント嵌合機能部１０１Ａは、第一のセグメント１０１の中に画定された開口部であり、これは第一のサブアセンブリ１００．１Ａと嵌合して、第一のサブアセンブリ１００．１Ａが開口部に嵌入して、第一のセグメント１０１と連結されるようになっている。一実施形態において、第一のサブアセンブリ１００．１Ａは第一のセグメント嵌合機能部１０１Ａに嵌入し、第一のサブアセンブリ１００．１Ａと第一のセグメント１０１が相互に関し、回転に対して拘束される。さらに、第一のねじ部材１０７Ｄを使って、部品が並進運動に対して拘束される。

一実施形態によれば、第一のセグメント１０１の第一のセグメント上部１０１．１は、外部クランプ（例えば、オートメイテッド・メディカル・プロダクツ社（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｃｏｒｐ．）（ｈｔｔｐ：／ｗｗｗ．ｉｒｏｎｉｎｔｅｒｎ．ｃｏｍ／））が販売する外部クランプ等を受けるように構成または形成されている。クランプは第一のセグメント上部１０１．１に取り付けられて、クランプを本体１００に容易に、確実に取り付けることができる。

図８Ａおよび図８Ｂに示されるように、第一の筐体１００．１は、一実施形態によれば、その他の特徴を有することができる。より詳しくは、第一のセグメント１０１は、第一のセグメント１０１の背面底部に画定されたノッチまたは開口部１０１．２を有していてもよく、これは第一の筐体１００．１の中に配置された右基端側モータ１０９Ａおよび左基端側モータ１０９Ｂの少なくとも一方に連結されるケーブル／ワイヤ１０１．４の引き出し口となる。一実施形態によれば、開口部１０１．２は、電気的／電子的接続の完全性を保つために、ケーブル／ワイヤ１０１．４のための張力緩和手段を提供できる。すなわち、開口部１０１．２は、開口部を通って延びるケーブル／ワイヤ１０１．４のすべてを締付保持またはその他の方法で固定して、ケーブル／ワイヤ１０１．４に加わる外力が開口部１０１．２の中まで及ばないようになっており、それによってこれらのケーブル／ワイヤ１０１．４のいずれかと第一の筐体１００．１の中の内部部品のいずれかとの接続部に不要な力または張力がかからない。このような締付保持機能は、図５Ｂにおいて最もよく示されているように、第一の筐体１００．１と第二の筐体１００．２を連結することによって得られる。筐体１００．１および１００．２を連結できるようにするためにすべてのケーブル／ワイヤ１０１．４を開口部１０１．２の中に押し込むことにより、ケーブル／ワイヤ１０１．４が摩擦によって開口部１０１．２の中に拘束されるため、ケーブル／ワイヤ１０１．４が「締付保持」される。いくつかの代替的実施形態において、開口部１０１．２に、使用前にシリコンまたはその他、液体汚染物、体液等に対する何らかの密閉手段を充填してもよく、これは上述の締付保持機能と同様の張力緩和をさらに追加して提供することができる。これに加えて、第一の筐体１００．１はまた、第一の筐体１００．１の中に画定された空洞１０１．３を有していてもよく、これによって、ケーブル／ワイヤ１０１．４が右基端側モータ１０９Ａおよび左基端側モータ１０９Ｂの少なくとも一方から延びて開口部１０１．２を通って外に出るのに十分な空隙ができる。

図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃは、上で説明され、図５Ａおよび図５Ｂに示される第二の筐体１００．２の部品である第四のセグメント１０４を示す。第四のセグメント１０４は、第四のセグメント１０４内に画定された右第四セグメントルーメン１１５．１Ａおよび左第四セグメントルーメン１１５．１Ｂを有し、これは右基端側スパーシャフト１１５Ａおよび左基端側スパーシャフト１１５Ｂを受けるように構成され、これらはいずれも、右基端側モータ１０９Ａおよび左基端側モータ１０９Ｂを、機器の右肩３００．１Ａおよび左肩３００．１Ｂを構成する右サブアセンブリ１２７Ａおよび左肩サブアセンブリ１２７Ｂに作動的に連結するドライブトレインの一部である。第四のセグメント１０４はまた、第四のセグメント１０４内に画定された右穴および左穴１２２．１Ａ、１２２．１Ｂを有する。これらの穴１２２．１Ａ、１２２．１Ｂについては、図１１Ａおよび図１１Ｂに関して、以下により詳しく説明する。この段落では右基端側スパーシャフト１１５Ａを含むドライブトレインについて詳しく説明するが、当然のことながら、左基端側スパーシャフト１１５Ｂを含むドライブトレインも、同様に連結されて機能する同じ部品を有する。図４Ｃおよび図４Ｇに関して上述したように、右基端側スパーシャフト１１５Ａは、第四のセグメント１０４の右ルーメン１１５．１Ａを通して設置されるように構成されている。これは、一方の端に第一の右被動歯車１１５．２Ａを有し、反対の端で第一の右傘歯車１１２Ａに連結される。これに加えて、図９Ａおよび図９Ｂに最もよく示されているように、第一の右玉軸受１１１Ａが第一の右傘歯車１１２Ａの開口部または窪みの中に位置付けられ、その外輪にのみ、第一の右傘歯車１１２Ａの開口部の内壁が接触する。完成後のアセンブリでは、この接触によって、この軸受に適正な予圧が加えられる。当業者にとっては当然のことながら、「軸受予圧」は、当該技術分野において、一定の軸応力を加えることによって玉軸受からの製作公差を改善する機構または方法としてよく知られている用語と概念である。

さらに、第二の右玉軸受１１３．１Ａが第一の右傘歯車１１２Ａのハブの表面または周囲に位置付けられ、それによってその内輪が第一の右傘歯車１１２Ａのハブとの唯一の接触部となる。第三の玉軸受１１３．２Ａは右基端側スパーシャフト１１５Ａの表面または周囲に同様の方法で位置付けられ、さらに図９Ｂにおいて最もよく示されているように、右ルーメン１１５．１Ａの右孔１１３．３Ａの中に位置付けられる。一実施形態によれば、第一の右傘歯車１１２Ａは、ねじカップリング（図示せず）を介してスパーシャフト１１５Ａに連結される。すなわち、第一の右傘歯車１１２Ａは、図９Ｃに最もよく示されているように、傘歯車ルーメン１１２．１Ａを有し、これは雌ねじ（図示せず）を有し、その一方でスパーシャフト１１５Ａは、シャフト１１５Ａの、第一の右傘歯車１１２Ａと接触する端の外面に画定された雄ねじ（図示せず）を有する。一実装形態において、ねじロック剤を使って、第一の右傘歯車１１２Ａを右基端側スパーシャフト１１５Ａに永久に取り付ける。具体的な一例示的実施形態によれば、ねじロック剤はロックタイト（Ｌｏｃｋｔｉｔｅ）とすることができ、これはドイツ、デュッセルドルフのヘンケル社（Ｈｅｎｋｅｌ Ｃｏｒｐ．）から市販されている。そのため、第二の玉軸受および第三の玉軸受１１３．１Ａ、１１３．２Ａはその外輪においてルーメン１１５．１Ａの内壁と接触し、その内輪において第一の右傘歯車１１２Ａおよび右基端側スパーシャフト１１５Ａの外面と接触する。さらに、一実施形態において、平軸受ルーメン１１２．１Ａの雌ねじをスパーシャフト１１５Ａの外面の雄ねじと結合する動作により、第二の玉軸受および第三の玉軸受１１３．１Ａ、１１３．２Ａに予圧が加えられる。

図１０Ａおよび図１０Ｂは、第五のセグメント１０５および第六のセグメント１０６を示し、これらはいずれも、上で説明され、図５Ａおよび図５Ｂに示される第二の筐体１００．２の部品でもある。留意すべき点として、図１０Ａおよび図１０Ｂは、これらのセグメントの背面を示しているが、本明細書において他のセグメントに関して説明する他の図面は概して正面を示している。一実装形態において、第六のセグメント１０６は、第五のセグメント１０５に連結されるエンドキャップセグメントである。第五のセグメント１０５は、第四１０４と同様に、第五のセグメント１０５に画定された右ルーメンおよび左ルーメン１１９．１Ａ、１１９．１Ｂを有し、これらは右先端側スパーシャフト１１９．３Ａおよび左先端側スパーシャフト１１９．３Ｂを受けるように構成され、これらはいずれも、右先端側モータ１２２Ａおよび左先端側モータ１２２Ｂを、機器の右肩３００．１Ａおよび左肩３００．１Ｂを構成する右肩サブアセンブリ１２７Ａおよび左肩サブアセンブリ１２７Ｂに作動的に連結するドライブトレインの一部である。これに加えて、セグメント１０５はまた、図１２Ａおよび図１２Ｂに最もよく示され、後述するように、右先端側モータ１２２Ａおよび左先端側モータ１２２Ｂを受けるように構成された右第五セグメントルーメン１１２．４Ａおよび左第五セグメントルーメン１１２．４Ｂを有する。

この段落では、第一の左先端側スパーシャフト１１９．３Ｂを含むドライブトレインについて詳しく説明するが、当然のことながら、第一の右先端側スパーシャフト１１９．３Ａを含むドライブトレインも、同様に連結され、機能する同じ部品を有する。第一の左先端側スパーシャフト１１９．３Ｂは、左第五セグメントルーメン１１９．１Ｂの中に配置されるように構成される。これは一方の端において左先端側被動歯車１１９．２Ｂを有し、もう一方の端で左先端側傘歯車１１７Ｂに連結される。これに加えて、第四の玉軸受１１６Ｂが左先端側傘歯車１１７Ｂの開口部または窪みの中に位置付けられ、その外輪にのみ、左先端側傘歯車１１７Ｂの開口部の内壁が接触する。さらに、第五の玉軸受１１８．１Ｂは、左先端側傘歯車１１７Ｂの孔の周囲／表面と左第五セグメントルーメン１１９．１Ｂの中に位置付けられ、その一方で、第五の玉軸受１１８．２Ｂはスパー左先端側ギアシャフト１１９Ｂの表面／周囲と、左第五セグメントルーメン１１９．１Ｂ、第五の玉軸受１１８．１Ｂとは反対の端の第五セグメントルーメン１１９．１Ｂの中に位置付けられる。一実施形態によれば、左先端側傘歯車１１７Ｂは、ねじカップリング（図示せず）を介して第一の左先端側スパーシャフト１１９．３Ｂに連結される。すなわち、左先端側傘歯車１１７Ｂは、図１０Ｂに最もよく示されているように、左先端側傘歯車ルーメン１１７．１Ｂを有し、これは雌ねじ（図示せず）を含み、その一方で、第一の左先端側スパーシャフト１１９．３Ｂは、第一の左先端側スパーシャフト１１９．３Ｂの、左先端側傘歯車１１７Ｂと接触する端の外面に画定された雄ねじ（図示せず）を有する。一実装形態において、ねじロック剤を使って、左先端側傘歯車１１７Ｂを第一の左先端側スパーシャフト１１９．３Ｂに永久的に接着する。具体的な一例示的実施形態によれば、ネジロック剤は前述のようにロックタイトとすることができる。一実施形態において、左先端側傘歯車ルーメン１１７．１Ｂの雌ねじを第一の左先端側スパーシャフト１１９．３Ｂの外面の雄ねじと連結する動作によって、第五の玉軸受および第六の玉軸受１１８．１Ｂ、１１８．２Ｂに予圧が加えられる。

図１１Ａおよび図１１Ｂは、第四のセグメント１０４と、より詳しくは、第四セグメント穴１２２．１Ａ、１２２．１Ｂの中の右先端側モータ１２２Ａおよび左先端側モータ１２２Ｂの位置付けを示している。右先端側モータ１２２Ａおよび左先端側モータ１２２Ｂは、一実施形態によれば、上述の右先端側モータ１０９Ａおよび左先端側モータ１０９Ｂと同様の、または同じ１０ｍｍモータである。あるいは、既知の任意のモータを使用できる。右先端側モータ１２２Ａおよび左先端側モータ１２２Ｂは各々、第二の右先端側平歯車１２１Ａと第二の左先端側平歯車１２１Ｂを有する。一実施形態において、第二の先端側平歯車１２１Ａ、１２１Ｂは各々、前述のような「Ｄ」字形形状および、いくつかの実施形態においてはＪＢウェルド等の接着剤によって先端側モータ１２２Ａ、１２２Ｂに連結される。図１１Ａに示されるように、右先端側モータ１２２Ａおよび左先端側モータ１２２Ｂは、右第四セグメント穴および左第四セグメント穴１２２．１Ａ、１２２．１Ｂの中に通して位置付けられる。一実装形態において、右先端側モータ１２２Ａおよび左先端側モータ１２２Ｂは、右先端側モータ端および左先端側モータ端１２２．２Ａ、１２２．２Ｂが、右先端側停止タブ１２２．３Ａおよび左先端側停止タブ１２２．３Ｂと接触するか、実質的に近接したときに正しく位置付けられる。右先端側モータ１２２Ａおよび左先端側モータ１２２Ｂが希望通りに位置付けられると、ねじ部材１２３が右ねじ部材穴１２３．１Ａおよび左ねじ部材穴１２３．１Ｂに挿入されて締められ、それによって第四セグメントクロスバー１２３．２が押し下げられて、右先端側モータ１２２Ａおよび左先端側モータ１２２Ｂが第四セグメント穴１２２．１Ａ、１２２．１Ｂの中に回転と並進運動に対して拘束される。

図１２Ａおよび図１２Ｂは、第二の筐体１００．２の第四のセグメント１０４、第五のセグメント１０５、第六のセグメント１０６と、これらがどのように相互に連結されて第二の筐体１００．２を形成するかを示している。以下により詳しく説明するように、第四のセグメント１０４、第五のセグメント１０５、第六のセグメント１０６は相互に連結されて第二の筐体１００．２となり、機器の右肩３００．１Ａおよび左肩３００．１Ｂを形成する。右先端側モータ１２２Ａおよび左先端側モータ１２２Ｂは、第五セグメントルーメン１２２．４Ａ、１２２．４Ｂの中に通して位置付けられ、それによって右先端側モータ１２２Ａおよび左先端側モータ１２２Ｂに連結された第二の先端側平歯車１２１Ａ、１２１Ｂが第五のセグメント１０５に当たって、第五のセグメント１０５および第六のセグメント１０６の間に位置付けられる。第二の先端側平歯車１２１Ａ、１２１Ｂはそれぞれ右先端側モータ１２２Ａおよび左先端側モータ１２２Ｂからの回転運動を先端側スパーシャフト１９９．３Ａ、１１９．３Ｂに伝え、これらは、これらが第二の先端側平歯車１２１Ａ、１２１Ｂに連結されるように位置付けられる。図１０Ａおよび図１０Ｂに関して詳しく説明したように、第一の先端側スパーシャフト１１９．３Ａ、１９９．３Ｂは、第二の右傘歯車１１７Ｂに連結され、運動も、第二の右傘歯車１１７Ｂを通じて伝達される。

一実施形態において、第四のセグメント１０４、第五のセグメント１０５、第六のセグメント１０６が相互に連結されて第二の筐体１００．２を形成する場合、図１２Ｂに最もよく示されているように、第五のセグメント１０５の背面にある第五セグメント突起１０５Ａが第四のセグメント１０４の背面の第四セグメントノッチ１０４Ａの中に位置付けられ、それと嵌合する。すると、別のねじ部材が第四のセグメント（図示せず）の穴を通って、突起１０５Ａへとねじ込まれ、それによって第四のセグメント１０４および第五のセグメント１０５はさらに固定される。第五セグメント突起１０５Ａと第四セグメントノッチ１０４Ａとの嵌合連結は、一実施形態において、第四のセグメント１０４および第五のセグメント１０５を、いずれの部品も相互に対して回転しないように相互に固定でき、その一方で、ねじ部材がセグメントを並進移動に対して固定する。

図１２Ａに最もよく示されている一実装形態において、第三のセグメント１０３は、第四のセグメント１０４の正面部分に連結し、またはこれと嵌合し、ねじ部材１２６によって保持できる保護カバーとしての役割を果たすことができる。これらの実施形態おいて、第三のセグメント１０３は第二の筐体１００．２の中のモータと電子部品の保護に役立つことができる。これに加えて、ギアキャップカバーセグメント１０６は、第四のセグメント１０４の底部に連結し、またはこれと嵌合し、ねじ部材１２０によって保持できる。カバーセグメント１０６は、第四のセグメント１０４の中に収容された各種の歯車１１９Ａ、１１９Ｂ、１２１Ａ、１２１Ｂをカバーし、保護するのに役立つことができる。第四のセグメント１０４および第五１０５のセグメントを連結することによって、また、第二の右傘歯車１１７Ａが第一の右傘歯車１１２Ａに対して、第二の右傘歯車１１７Ａおよび第一の右傘歯車１１２Ａが右肩サブアセンブリ１２７Ａに連結されて右肩３００．１Ａを形成するような位置となり、対応する左傘歯車１１７Ｂ、１１２Ｂが、サブアセンブリ左肩サブアセンブリ１２７Ｂと連結して左肩３００．１Ｂを形成するような位置となるように位置付けられる。これは、図１３Ａ〜１４Ｃにおいてより詳しく示され、説明される。

図１３Ａ〜１３Ｄおよび１４Ａ〜１４Ｃは、一実施形態による肩サブアセンブリの設計を示している。これらの図面の部品には番号を付け、これらが右肩の部品（番号の末尾の「Ａ」で指定される）か左肩の部品（番号末尾の「Ｂ」で指定される）かに関係なく説明する。その代わりに、当然のことながら、これらの部品は装置の両側で実質的に同様であり、そのように説明される。

右肩３００．１Ａおよび左肩３００．１Ｂの肩サブアセンブリ１２７Ａ、１２７Ｂはそれぞれ、出力傘歯車１３０Ａ、１３０Ｂ（これは右傘歯車１１２Ａ、１１７Ａと左傘歯車１１２Ｂ、１１７Ｂに連結される）を有し、これは右出力シャフト１２８Ａおよび左出力シャフトを受けるように構成された右ルーメン１３０Ａおよび左ルーメン（図示せず）を有する。右出力シャフト１２８Ａはルーメン１３０Ａの中に位置付けられ、また２つの突起（第一１２８Ａ．１および第二１２８Ａ．２）を有し、これらは第一の右傘歯車１１２Ａおよび第二の右傘歯車１１７Ａのルーメン内に位置付けられるように構成されている。これに加えて、複数の玉軸受１１１、１１６が突起１２８Ａ．１、１２８Ａ．２の周囲に位置付けられ、軸受１１１、１１６の内輪が突起１２８Ａ．１、１２８Ａ．２に接触する。

別の玉軸受１２９Ａが、右出力シャフト１２８Ａの表面／周囲に位置付けられ、玉軸受１２９が右出力傘歯車１３０Ａのルーメン１３０Ａの中に位置付けられるようになっている。さらにまた別の軸受１３１が、右出力傘歯車ルーメン１３０Ａの反対側および／またはねじ部材１３２の表面／周囲に位置付けられる。ねじ部材１３２は、シャフト１２８Ａが右出力傘歯車１３０Ａのルーメン１３０Ａを通して位置付けられた後に右出力シャフト１２８Ａの端に螺合されるようになっており、それによって右出力傘歯車１３０Ａを右出力シャフト１２８Ａの周囲の所定の位置に、第一の右傘歯車１１２Ａおよび第二の右傘歯車１１７Ａと連結された状態に保持するのを支援する。ねじ部材１３２が右出力シャフト１２８Ａの中に位置付けられて、その中に完全にねじ込まれると、右肩サブアセンブリ１２７Ａ全体が完全に固定され、それによって右出力傘歯車１３０Ａが第一の右傘歯車１１２Ａおよび第二の右傘歯車１１７Ａに確実に連結される。

動作中、図１３Ｂに最もよく示されているように、第一の右傘歯車１１２Ａおよび第二の右傘歯車１１７Ａの回転により、右出力傘歯車１３０が回転し、これによって肩サブアセンブリ１２７Ａを、第一の右傘歯車１１２Ａおよび第二の右傘歯車１１７Ａの各々の具体的な回転と速度に応じて、２つの軸、すなわち軸Ａ１または軸Ａ２のうちの少なくとも一方に沿って回転させることができる。例えば、第一の右傘歯車１１２Ａおよび第二の右傘歯車１１７Ａの両方が同じ方向に同じ速度で回転すると、第一の右傘歯車１１２Ａおよび第二の右傘歯車１１７Ａは基本的に、第一の右傘歯車１１２Ａおよび第二の右傘歯車１１７Ａが固定された単独のユニットであるかのように動作して、肩サブアセンブリ１２７Ａを軸Ａ１の周囲で回転させる。他の例において、第一の右傘歯車１１２Ａおよび第二の右傘歯車１１７Ａが反対方向に回転すると、右出力傘歯車１３０Ａが軸Ａ２の周囲で回転する。当然のことながら、第一の右傘歯車１１２Ａおよび第二の右傘歯車１１７Ａはまた、協働して両方の軸Ａ１、Ａ２に沿った回転の任意の組み合わせを実現することもできる。すなわち、第一の右傘歯車１１２Ａおよび第二の右傘歯車１１７Ａが先端側モータ１２２Ａおよび基端側モータ１０９Ａによって独立して駆動されるため、軸Ａ１およびＡ２の周囲でθ１とθ２の任意の組み合わせが実現可能である。一例として、両方の歯車１１２Ａ、１１７Ａが同じ方向であるが異なる速度で回転されると、それによってＡ１軸およびＡ２軸の両方の周囲でサブアセンブリが複合的に回転し、これは当業者にとって明白であろう。

図１５Ａおよび図１５Ｂは、（図１および図２にも示されるように）右肩３００．１Ａにおいて機器本体１００に連結される右上腕（または第一のリンク）３００Ａを示している。それ以降の図面と説明は、右上腕３００Ａに焦点を当てているが、当然のことながら、左上腕３００Ｂも同じまたは同様の部品を有することができ、それゆえ、説明は左上腕３００Ｂにもあてはまる。図１５Ａおよび図１５Ｂに示されるように、上腕３００Ａは出力傘歯車１３０Ａに２つのねじ３０１Ａ．１により連結される。これに加えて、ある種の実施形態によれば、上腕３００Ａは、腕３００Ａの基端部に画定されたノッチ３０１Ａ．１を有し、その中に出力傘歯車１３０Ａが位置付けられ、それによって別の嵌合形状が提供され、上腕３００Ａと出力傘歯車１３０Ａがさらに確実に固定される。

図１５Ｂに最もよく示されているように、上腕３００Ａは、腕Ａの肘関節２００．１Ａでの前腕２００Ａの運動を起こす上腕モータ３１７Ａを有する。すなわち、モータ３１７は上腕平歯車３１８Ａに連結され、これは上腕被動歯車３０２Ａに連結される。被動歯車３０２Ａは、第一の右上腕傘歯車３０６Ａに連結され、これは第二の右上腕傘歯車３１３Ａに連結される。第二の右上腕傘歯車３１３Ａは、上腕出力上腕シャフト３１２ＡＡに連結され、これは前腕２００Ａに連結される。ここで、これらの部品の各々と、これらがどのように相互に連結されるかを、以下により詳しく説明する。

図１６Ａおよび図１６Ｂは、上腕３００Ａの右上腕モータ３１７Ａと、モータ３１７Ａに連結されたドライブトレインを示す。この実施形態において、モータ３１７Ａは、上腕３００Ａに位置付けられた８ｍｍモータである。上腕平歯車３１８Ａは、上腕モータ出力シャフト３１７Ａに連結され、「Ｄ」字形形状３１７．１Ａを介して回転可能に固定される。一実施形態によれば、上腕平歯車３１８ＡはＪＢウェルドでさらに固定されてもよい。上腕３００Ａはまた、腕３００Ａに位置付けられた筐体３０４Ａも有し、これは、上腕モータ３１７Ａに連結されたドライブトレインを格納し、または支持するように構成される。筐体３０４は、２本の腕３０４．１Ａ、３０４．２Ａにより画定される穴３０４．３Ａを有し、これはモータ３１７Ａを受けるように構成されている。モータ３１７Ａと上腕平歯車３１８Ａが穴３０４．３Ａの中に、上腕平歯車３１８Ａが上腕スパーシャフトギア３０２Ａに連結されるように正しく位置付けられると、ねじ３１９Ａを両方の腕３０４．１Ａ、３０４．２Ａの穴に通して位置付け、締めることができ、それによって腕３０４．１Ａ、３０４．２Ａを相互に向かって付勢し、上腕モータ３１７Ａが穴３０４．３Ａの中に回転および並進運動に対して固定される。一代替案では、エポキシ系等の接着剤を付加して、上腕モータ３１７Ａの上腕筐体３０４Ａに関する不要な運動をさらに制限するのに役立つ。モータ３１７Ａを上腕筐体３０４Ａ内にこのように固定することによって、上腕平歯車３１８Ａと上腕スパーシャフトギア３０２Ａとが確実に適正に連結される。

図１７Ａおよび図１７Ｂは、相互に連結されて上腕モータ３１７Ａの周囲に筐体を形成する第一のセグメント３２０Ａおよび第二のセグメント２３２Ａ（または「シェル」）を示している。第一のシェル３２０Ａは、上腕モータ３１７Ａの上方に位置付けられ、第二のシェル３２３Ａはモータ３１７Ａの下方に位置付けられる。２つのシェル３２０Ａ、３２３Ａは、第二のシェル３２３Ａを通じて第一のシェル３２０Ａへと位置付けられるねじ３２２Ａによって相互に連結される。これに加えて、２つのシェル３２０Ａ、３２３Ａはまた、上腕筐体３０４Ａにも連結され、第一のシェル３２０Ａはねじ３２１Ａで上腕筐体３０４Ａに連結され、第二のシェル３２３Ａは別のねじ３２４Ａで上腕筐体３０４Ａに連結される。

図１８Ａおよび図１８Ｂは、右上腕筐体３０４Ａを示し、さらに筐体３０４Ａの中に位置付けられた右上腕スパーシャフト３０２Ａ．１を示している。右上腕スパーシャフト３０２Ａは、図１８Ａに最もよく示されているように、スパーシャフト３０２Ａ．１の一端において右上腕平歯車３０２Ａ．２を有する。スパーシャフト３０２Ａ．１は、筐体３０４Ａに画定された上腕筐体ルーメン３０４Ａ．１の中に位置付けられる。２つの玉軸受３０３、３０５がスパーシャフト３０２Ａ．１の表面／周囲に位置付けられ、さらに上腕筐体ルーメン３０４Ａ．１の開口部に位置付けられる。第一の上腕軸受３０３はスパーシャフト３０２Ａ．１の表面／周囲に位置付けられ、それによってその内輪だけがシャフト３０２Ａ．１と接触するようになっている。第二の上腕軸受３０５Ａが同様に、スパーシャフト３０２Ａ．１の表面／周囲に位置付けられる。第一の右上腕傘歯車３０６Ａは、スパーシャフト歯車３０２Ａ．２と反対の端で上腕スパーシャフト３０２Ａ．１に連結される。上腕傘歯車３０６Ａは、「Ｄ」形状３０２Ａ．３でスパーシャフト３０２Ａ．１に連結される。他の実施形態において、第一の右上腕傘歯車３０６Ａは、ＪＢウェルド等の接着剤を使ってさらに固定することができる。ねじ３０７Ａは、第一の右上腕傘歯車３０６Ａを通じて、スパーシャフト３０２Ａ．１の中に位置付けられ、ねじ３０７Ａがスパーシャフト３０２Ａ．１の中に完全にねじ込まれると、ねじ３０７Ａが、第一の右上腕傘歯車３０６Ａを並進運動に対して固定し、また、第一の上腕軸受３０３および第二３０５の上腕軸受に予圧を加える。

図１９Ａ、図１９Ｂ、図１９Ｃは、上腕筐体３０４に連結された上腕シャフトハウジング３１１Ａを示している。上腕シャフトハウジング３１１Ａは、上側シャフトハウジングアーム３１１Ａ．１と下側シャフトハウジングアーム３１１Ａ．２から構成され、これらはどちらも上腕筐体３０４Ａに連結される。上側シャフトハウジングアーム３１１Ａ．１は、第一のねじペア３０７Ａ．１を介して筐体３０４Ａに連結され、その一方で、下側シャフトハウジングアーム３１１Ａ．２は第二のねじペア３０８Ａ．１を介して連結される。図１９Ｂに最もよく示されているように、シャフトハウジングアーム３１１Ａ．１、３１１Ａ．２は、穴３１１Ａ．１Ａ、３１１Ａ．２Ａを有する。上腕シャフト３１２ＡＡは、図２０Ａ〜２０Ｃに最もよく示されているように、垂直シャフト部品３１２Ａ．１と垂直シャフト部品３１２Ａ．１に連結された付属構造３１２Ａ．２を有する。上腕シャフト３１２ＡＡは、組立後のシャフトハウジング３１１Ａの中で、垂直シャフト部品３１２Ａ．１の上側部分が穴３１１Ａ．１Ａの中に位置付けられ、垂直シャフト部品３１２Ａ．１の下側部分が穴３１１Ａ．２Ａの中に位置付けられるように配向される。これに加えて、垂直シャフト傘歯車３１３Ａが垂直シャフト部品３１２Ａ．１の周囲の、下側シャフトハウジングアーム３１１Ａ．２の上方に位置付けられ、これによって、図１９Ｃに最もよく示されているように、すべての部品が正しく位置付けられると、垂直シャフト傘歯車３１３Ａが第一の右上腕傘歯車３０６Ａに連結されるようになっている。垂直シャフト傘歯車３１３Ａは、図２０Ｂに最もよく示されているように、「Ｄ」字形形状３１２Ａ．４によって垂直シャフト部品３１２Ａ．１に回転可能に連結される。他の実装形態において、垂直シャフト傘歯車３１３Ａは、ＪＢウェルドを使ってさらに固定することができる。垂直シャフト部品３１２Ａ．１はまた、２つの玉軸受を有し、すなわち、第一の垂直シャフト玉軸受３１５Ａが垂直シャフト部品３１２Ａ．１の周囲に、穴３１１Ａ．２Ａを通じて位置付けられ、それが垂直シャフト傘歯車３１３Ａと接触するようになっており、その一方で、第二の垂直シャフト玉軸受３１０Ａは穴３１１Ａ．１Ａの中に位置付けられる。ねじ３１６は第一の玉軸受３１５Ａと穴３１１Ａ．２Ａを通じて位置付けられ、垂直シャフト部品３１２Ａ．１の底部へとねじ込まれ、これによって上腕シャフト３１２ＡＡをアセンブリシャフトハウジング３１１Ａの中に、また第一の軸受３１５Ａを穴３１１Ａ．２Ａの中に固定するのに役立つ。第二のねじ３０９Ａは、垂直シャフト部品３１２Ａの最上部にねじ込まれて、第二の玉軸受３１０を固定し、これに予圧をかける。

図２０Ａ、図２０Ｂ、図２０Ｃは一実施形態による上腕シャフト３１２Ａを示している。上腕シャフト３１２Ａは、前腕３００Ａに連結されるように構成された付属構造３１２Ａ．２を有する。これに加えて、上腕シャフト３１２Ａは、図１９Ａ〜１９Ｃに関して最もよく示され、上で説明されたように、複数の垂直シャフト玉軸受３１０Ａおよび３１５Ａによって、上腕３００Ａに対して回転可能である。そのため、動作中、上腕シャフト３１２Ａは、上腕３００Ａの右上腕モータ３１７ＡＡによって、前述のように、ドライブトレインを介して回転可能であり、これは右上腕モータ３１７Ａを垂直シャフト傘歯車３１３Ａに連結し、これが今度は上腕シャフト３１２Ａに連結される。一実施形態において、付属構造３１２Ａ．２は、図２０Ａに示されるように、回転半径または角度φ３で、垂直上腕シャフト３１２ＡＡの周囲で回転できる。具体的な一実装形態おいて、この角度は５０度である。一実施形態によれば、付属構造３１２Ａ．２は、付属構造３１２Ａ．２の構成または形状と、付属構造３１２Ａ．２の下に形成される穴３１２Ａ．５を介して前腕３００Ａに連結可能に構成される。

当然のことながら、任意の既知の前腕部品をいずれの上腕３００Ａ、３００Ｂにも連結できる。一実施形態によれば、上腕３００Ａ、３００Ｂに連結される前腕は、例示的な右前腕４１０であり、これは図２１Ａ〜２１Ｄに示されるように、右前腕４１０Ａまたは左前腕４１０Ｂに等しく当てはめられる。この例示的実施形態では、前腕は円筒形の本体または筐体４１２とエンドエフェクタ４１４を有する。図２１Ｇおよび図２１Ｈに示されるように、筐体４１２は３つのボルト（またはねじ部材）４７２で相互に連結される２つの別々の前腕筐体部品４１２．１、４１２．２から構成される。３つのボルト４７２は、筐体部品４１２．１を通過して筐体部品４１２．１のねじ穴に至る。あるいは、２つの前腕筐体部品４１２．１、４１２．２は、既知の任意の連結機構または方法により相互に連結することができる。

この実施形態において、エンドエフェクタ４１４は把持鉗子であるが、当然のことながら、既知の任意のエンドエフェクタをこの前腕４１０に連結し、使用することができる。図の実施形態はまた、前腕筐体４１２の先端部に画定された円形バレー（ｖａｌｌｅｙ）４７４を有することもできる。このバレー４７４は、ゴムバンドまたはその他同様の取付機構を保持するのに使用でき、これは、前腕４１０および／または機器の腕全体および／または機器全体の周囲に位置付けて、ロボットをより清潔な状態に保持することが意図される保護用ビニール袋またはその他の保護容器を取り付けるために使用される。

図２１Ｅ、図２１Ｇ、図２１Ｈに最もよく示されているように、前腕４１０は２つのモータ、すなわち回転モータ４１６とエンドエフェクタモータ４１８を有する。回転モータ４１６は、前腕回転モータ歯車４２０と前腕回転モータ取付歯車４２２を介して前腕取付部品４２４に連結され、これは肘関節、例えば肘関節２００．１Ａ、２００．１Ｂのいずれかに連結可能に構成される。前腕回転モータ取付歯車４２２は、モータの回転駆動を前腕回転モータ歯車４２０から前腕回転モータ取付部品４２４へと伝える。取付部品４２４は、図２２Ａおよび図２２Ｂに最もよく示されているように、ねじ山付内壁を有する前腕回転モータルーメン４２８を画定する前腕回転モータシャフト４２６を有する。さらに、取付歯車４２２と第一の前腕軸受４３０および第二の前腕軸受４３２がこのシャフト４２６の表面／周囲に位置付けられ、これによって取付歯車４２２を取付部品４２４に作動的に連結する。図示のような一実施形態において、シャフト４２６はＤ字形構成４３６を有し、これが歯車４２２の中に画定された穴４３８のＤの構成と嵌合し、これによってシャフト４２６と歯車４２２を回転可能に連結する。あるいは、２つの部品を回転可能に連結する任意の構成を取り入れることができる。軸受４３０は、シャフト４２６上の、取付部品４２４と取付歯車４２２との間に位置付けられ、その一方で、軸受４３２は取付歯車４２２とモータ４１６との間に位置付けられる。一実施形態において、軸受４３０は玉軸受である。あるいは、本願で説明されている軸受のすべてと同様に、これらの軸受またはブッシングは、任意の回転可能な部品を回転不能な部品または筐体に支持、連結するのに使用可能な任意の転がり軸受またはブッシングであってもよい。軸受４３０、４３２、取付歯車４２２、取付部品４２４は、ボルトまたは、シャフト４２６のねじ山付ルーメン４２８中と螺合する他の種類のねじ部材４３４を介して相互に固定される。

図２１Ｇおよび図２２Ａに最もよく示されているように、２つの筐体部品２１２Ａ、２１２Ｂはその内壁に画定された構造を有し、これは、筐体２１２の中に収容された各種の部品、例えば歯車４２０、４２２、軸受４３０、４３２等と嵌合するように構成される。そのため、軸受４３０、４３２は、筐体部品２１２Ａ、２１２Ｂの中の適当な嵌合用特徴部の中に位置付けられるように構成される。これらの特徴部は、２つの筐体部品２１２Ａ、２１２Ｂが連結されたときに、筐体２１２内の所定の位置に軸受４３０、４３２を固定する。これに加えて、回転モータ４１６は、その筐体４１２の所定の位置に、モータ４１６と筐体部品２１２Ａ、２１２Ｂの内壁に画定された特徴部との連結または嵌合と、穴４４２Ａ、４４２Ｂを通じてモータ４１６の中に画定された穴４４４Ａ、４４４Ｂの中にねじ込まれる２つのボルトまたはその他のねじ部際４４０Ａ、４４０Ｂ（１つのボルト４４０Ａのみ図示されている）によって固定される。

図の実施形態において、取付部品４２４は、取付ナット４２４である。しかしながら、当然のことながら、取付部品４２４の具体的な形状または構成は、具体的なロボット機器と具体的な肘関節の構成に応じて異なっていてもよい。

使用時には、回転モータ４１６が取付部品４２４を回転させ、その結果、前腕４１０が回転し、それによってエンドエフェクタ４１４が回転する。そのため、一実施形態において、エンドエフェクタ４１４の回転は、エンドエフェクタ４１４だけでなく、前腕全体４１０を回転させることによって実現される。図の実施形態では、前腕４１０はエンドエフェクタ４１４の軸と同じ軸の周囲で回転し、その結果、前腕４１０の回転によって、エンドエフェクタ４１４が軸周囲で回転する。あるいは、２つの軸をずらしてもよい。

既知の任意のエンドエフェクタを前腕４１０に連結できる。図２１Ｅに示されるこの具体的な実施形態では、エンドエフェクタは把持鉗子４１４であり、これは把持鉗子部品４１４．１の基端部の周囲に位置付けられたヨーク４１４．２を有する。この実施形態において、把持鉗子４１４は、２０１２年６月１１日に出願された米国特許出願第１３／４９３，７２５号明細書で開示されている把持鉗子と実質的に同様の構成と動作方法を有し、同出願の内容全体を参照によって本願に援用する。あるいは、任意の既知の把持鉗子の構成を使用できる。

図２１Ｅ、図２３Ａ、図２３Ｂに最もよく示されているように、エンドエフェクタモータ４１８は、把持鉗子４１４のアームを、モータ歯車４５０を介して開閉させ、これは連結歯車４５２に連結され、これは中心ドライブロッド４５４に連結され、これは把持鉗子部品４１４．１に連結される。把持鉗子ヨーク４１４．２は、筐体４１２に実質的に固定され、筐体４１２に対して移動しないようになっている。より詳しくは、把持鉗子ヨーク４１４．２はヨーク歯車４６０に固定して連結され、これは筐体４１２に位置付けられて、図２３Ｂに最もよく示されているように、筐体４１２の内壁に画定された隆起切欠部４６２と嵌合するようになっている。ヨーク歯車４６０の歯は隆起切欠部４６２の隆起部と嵌合し、それによって歯車４６０と筐体４１２を連結する。これに加えて、ある種の実施形態によれば、ヨーク歯車４６０と筐体の間に糊付けし、把持鉗子ヨーク４１４．２の筐体４１２への固定をさらに強化することができる。

連結歯車４５２は、雌ねじ（図示せず）を有する中心穴（図示せず）を有し、中心ドライブロッド４５４の基端部が中心穴に位置付けられる。中心ドライブロッド４５４は雄ねじ（図示せず）を有し、これは連結歯車４５２に画定された中心穴の雌ねじと嵌合するため、連結歯車４５２の回転によって、中心穴の雌ねじがドライブロッド４５４の雄ねじと係合し、それによってドライブロッド４５４が並進運動する。ドライブロッド４５４の並進運動によって、把持鉗子アームは閉位置と開位置の間で移動する。連結歯車４５２は２つの軸受４６４、４６６によって支持され、これらは筐体４１２の内壁に画定された適当な特徴部によって筐体４１２の中に固定される。これに加えて、エンドエフェクタモータ４１８が、モータ４１６と同様の方法で固定される。

代替的実施形態において、把持鉗子またはその他のエンドエフェクタは、既知の任意の作動構成および／またはドライブトレイン部品によって動作させることもできる。
一実施形態において、前腕４１０とエンドエフェクタ４１４が組み立てられるときに、前腕４１０は２つのモータ４１６、４１８間にギャップ４７０を有することができる。一実施形態によれば、ギャップ４７０は必要なワイヤおよび／またはケーブルならびに、前腕４１０に位置付けることが必要または好ましいその他の任意の接続部品のための空間を提供するように構成された配線ギャップ４７０とすることができる。

前述のように、いずれのエンドエフェクタも、本明細書で開示され、検討されているロボット機器の実施形態に使用できる。これらの実施形態で使用可能な把持鉗子５００の一例示的実装形態が図２４に示されている。把持鉗子５００は、いずれも１つの旋回点５０４の周囲で旋回する２つのジョー（アームとも呼ばれる）５０２．１、５０２．２を有する。一実施形態によれば、把持鉗子５００は、少なくとも２つの作業を行うように構成された構造を有する「複合型」または「ハイブリッド」把持鉗子５００であり、その結果、１つの作業に１つのツールを使用し、その後、他の作業のために他のツールと交換する必要性を低減させる。より具体的には、各ジョー５０２．１、５０２．２は、２種類の大きさの隆起部または歯のような形状（「歯」）を有し、すなわち、大型歯５０６．１，５０６．２と小型歯５０８．１、５０８．２を有する。当然のことながら、歯は、一方の集合（大きい方）が他方の集合（小さい方）より大きいかぎり、把持鉗子のジョーに使用するための任意の既知の大きさであってよい。大型歯５０６．１、５０６．２はおおまかな操作のため（患者の体内のより大量の組織またはより大きな塊を扱う）のものである一方で、小型歯５０８．１、５０８．２は、より細かい作業（例えば、薄い組織を扱う）のためである。使用時には、細かい作業を行う場合、ジョー５０２．１、５０２．２の先端部または先端だけを使って、小型歯５０８．１、５０８．２だけが使用されるようにする。

一実施形態において、ジョー５０２、５０２．２のうち小型歯５０８．１、５０８．２を有する部分は大型歯５０６．１、５０６．２を有する部分より狭く、その結果、より細い尖端部が得られ、把持鉗子５００をより精密に制御できる。

一実施形態によれば、本明細書で開示される実施形態のいずれによるロボット機器も、図２５Ａ〜２５Ｅに示されるようなカメラ５５２を搭載した少なくとも１つの前腕５５０を有することができる。図２５Ａ、図２５Ｂ、図２５Ｃに最もよく示されているように、カメラ５５２を搭載した前腕５５０の一実施形態は、前腕５５０の先端部に位置付けられたカメラ筐体５５６を通じて画定されるルーメン５６０Ａを有する。これに加えて、前腕５５０は、図２５Ｃに最もよく示されているように、ルーメン５６０Ｂの一部を画定するエンドキャップ５５４も有する。エンドキャップ５５４が前腕５５０の先端部に位置付けられると、ルーメン５６０Ａ、５６０Ｂが連結されて１つのルーメン５６０を形成する。一実施形態において、エンドキャップ５５４は、キャップ５５４をエンドエフェクタ５６２（この具体的な実施形態では、焼灼切除用部品５６２である）の周囲でスライドさせることによって、前腕５５０の先端部に連結され、少なくとも１つのねじ５５８を使って前腕５５０の先端部に固定される。カメラ５５２は、図２５Ａおよび図２５Ｄに最もよく示されているように、ルーメン５６０の内に位置付けることができる。

使用時には、カメラ５５２がロボット機器上のメインカメラ（例えば、前述のカメラ９９等）に加えて、術空間の二次的な視点を提供し、部位を拡大して表示することにより、外傷を防止できる可能性がある。一実施形態において、カメラ５５２は、焼灼切除器具（または他のエンドエフェクタ）５６２の先端と、手術部位のできるだけ広い範囲を視野に含めるように位置付けられる。カメラ５５２により提供される視野５６４の一実施形態が図２５Ｅに示されており、この場合、視野角は６０度である。あるいは、視野角は、医療機器に組み込むことのできるカメラに関する任意の既知の大きさであってよい。他の代替案として、複数のカメラを前腕５５０の先端部に組み込むこともできる。一実施形態において、複数のカメラを、ステレオスコープ（「３Ｄ」）映像を提供するように構成してもよい。他の代替的実装形態では、前腕５５０の先端部はまた、例えばＬＥＤまたは光ファイバライト等、照明用のライトを備えることができる。この具体的な実施形態はカメラ５５２を焼灼切除用前腕５５０で使用しているように描かれているが、カメラ５５２または、本明細書で検討されているカメラ５５２の同様の変形形態を、別の視野を得ることが有利である他の任意のロボット用エンドエフェクタに組み込むことができる。他の代替的実施形態によれば、カメラユニットは、ロボット機器の前腕以外の位置に位置付けることができる。一実施形態によれば、１つまたは複数の追加のカメラにより提供される１つまたは複数の追加の視点を、手術用ユーザインタフェース上または別のモニタ上にピクチャ・イン・ピクチャ（ＰＩＰ：Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｉｎ Ｐｉｃｔｕｒｅ）として表示することができる。

使用時には、本明細書中で開示、検討されるロボット機器の様々な実施形態は、患者の体腔内に設置し、またはその中に挿入することができる。ある種の実施形態では、挿入方法は、図２６Ａ〜２６Ｆに示される方法である。この方法では、機器６０２の全体を単独の機器として体腔内に挿入でき、これは、いくつかの組立前の状態で挿入し、挿入後に組み立てなければならない先行技術の機器と対照的である。すなわち、本明細書で開示された実施形態以前の多くの既知の手術ロボット機器は、腹腔内に挿入するために比較的長い工程が必要となる。このような先行技術の機器の場合、各アームを個々に挿入して、同じく挿入される中央接続ロッドと整合させ、その後、接続ロッドに連結して所定の位置にアームを固定しなければならない。他の同様の手順には、機器の様々な別々の部品の挿入に関する同様のいくつかのステップ群と、その後、それらが患者に関する所望の位置に位置付けられたところで、部品の組立を行う必要がある。このような、挿入してから組み立てるという手順は一般に、時間を要する手順であり、ロボットアームは工程が続いている間、体腔内の流体に曝される。そのため、このような手順では、ロボットが、電子機器の湿害と組立中のアームにかかる過剰な応力によって、ロボットが早期に故障する可能性が高い。

これに対して、本明細書で開示されている機器の実施形態によって、機器全体を挿入でき、挿入後の組立が不要であり、それによって上述の問題が回避される。より詳しくは、肩関節の構成とその構成から得られる薄い形状によって、機器全体を、両方のアームがついたままの単体のユニットとして挿入できる。図２６Ａ〜２６Ｆは、一実施形態による挿入手順中の機器の腕６０４の様々な位置を示している。図２６Ａは、制御用運動学に必要な起点または原点位置を示している。すなわち、当業者とっては当然のことながら、ロボット機器は一般に、機器の可動部（例えば、この機器では腕６０４）の現在位置を追跡するエンコーダを備えるが、エンコーダは実際の位置ではなく、相対位置を追跡する。そのため、原点位置は機器が既知の状態から始動するために必要である。図２６Ｂは、移行中の腕６０４を示しており、腕６０４は原点位置から、図２６Ｃの完全に伸展した垂直位置へと移動する途中である。すると、肩が、図２６Ｄに示される構成に変位し（これは図２７Ａにより詳しく示され、同図では挿入チューブ６００が示されている）、そこで腕６０４は回転し、機器本体６０２と同じ垂直軸（Ｘ１）上にはなくなり、腕６０４の軸（Ｘ２）が機器本体６０２と平行でその背後となるように位置付けられる。これに加えて、腕６０４が図２６Ｄ（および図２７Ａ）の位置に回転することによって、機器６０２のその幅に沿った断面形状が、腕６０４の大きさの分だけ小さくなる。すなわち図２６Ｃの腕６０４は機器本体６０２に沿った位置にあるため、本体６０２の幅は本体６０２の両側において腕６０４の幅だけ広がるが、腕６０４を本体６０２の背後へと回転させることによって、腕６０４も、それらが本体６０２の幅の中に含まれるような位置となる（すなわち、これらが本体６０２の幅からはみ出さない）。この特別な位置変更を可能にするのは、上述のような肩の構成である。最後に、図２６Ｃの構成より小さな幅である図２６Ｄの機器の構成となり、その幅に沿った機器の形状が小さくなり、これによって腕を取り外さすに機器を挿入できる。

機器が図２６Ｄの状態になると、機器の体腔への挿入を開始できる。腕の長さによって、機器をこの縦方向では体腔内に完全には挿入できないため、前腕が体腔内に入った所で、これらを図２６Ｅで（および図２７Ｂでより詳しく）示される位置に回転させる。この状態になると、ロボットの残りは完全に挿入され、次に、機器は、図２６Ｆで（および図２７Ｃでより詳しく）示されるような一般的な動作時の配置の状態となる。

図２７Ａ〜２７Ｃに示される代替的実施形態では、挿入チューブ（「オーバーチューブ」とも呼ばれる）６００が示されており、使用前はこの中にロボット機器を入れておくことができる。さらに、挿入前に、腹壁に切開創を形成した後にチューブ６００を壁に密着させる。密着させると、腹壁に送気でき、青いオーバーチューブと腹部が同じ圧力となる。するとロボットを上で概説したステップに従って挿入できる。

他の実施形態によれば、上で開示または検討されたロボット機器のいずれにも、機器部品の絶対位置の判定を支援するセンサを組み込むことができる。図２８に示されるように、ロボット機器６５０は本体６５２と、右腕６５４と、左腕６５６を有する。右腕６５４は上腕６５４Ａと前腕６５４Ｂを有し、左腕６５６も上腕６５６Ａと前腕６５６Ｂを有する。上腕と前腕の各々が「リンク」とも呼ばれる点に留意されたい。これに加えて、右腕６５４は肩関節６５４Ｃと肘関節６５４Ｄを有し、その一方で、左腕６５６もまた肩関節６５６Ｃと肘関節６５６Ｄを有する。

この実施形態では、各種の位置センサ６５８、６６０Ａ、６６０Ｂ、６６２Ａ、６６２Ｂが、図２８に示されるように機器６５０に位置付けられている。より詳しくは、第一の位置センサ６５８は機器本体６５２上に位置付けられ、第二の位置センサ６６０Ａは右上腕６５４Ａに位置付けられ、第三の位置センサ６６０Ｂは右前腕６５４Ｂに位置付けられ、第四の位置センサ６６２Ａは左上腕６５６Ａに位置付けられ、第五の位置センサ６６２Ｂは左前腕６５６Ｂに位置付けられている。一実装形態によれば、センサは、図２９に示されているように３軸センサである。一実施形態によれば、機器本体６５２に位置付けられた位置センサ６５８は、機器本体６５２の方位を検出し、次にリンク６５４Ａ、６５４Ｂ、６５６Ａ、６５６Ｂ上の各センサ６６０Ａ、６６０Ｂ、６６２Ａ、６６２Ｂの方位を使って、各腕６５４、６５６の各リンクの現在位置と関節６５４Ｃ、６５４Ｄ、６５６Ｃ、６５６Ｄの関節角度を判定することができる。

より詳しくは、機器本体６５２に位置付けられたセンサ６５８は、既知の参照点として使用され、他のセンサ６６０Ａ、６６０Ｂ、６６２Ａ、６６２Ｂの各々はセンサ６５８と併用して、参照点に関する両腕の位置と方位を判定することができる。一実装形態においては、各３軸センサは、測定された少なくとも１つの環境特性の空間効果を測定し、また、３つの空間次元すべてにおけるそのセンサの方位も判定する。リンク６５４Ａ、６５４Ｂ、６５６Ａ、６５６Ｂ上の各センサ６６０Ａ、６６０Ｂ、６６２Ａ、６６２Ｂは、リンク上のその位置の環境特性を測定する。次に各リンク６５４Ａ、６５４Ｂ、６５６Ａ、６５６Ｂについて、そのリンク上でのセンサ６６０Ａ、６６０Ｂ、６６２Ａ、６６２Ｂの測定値と方位を使って、各リンク６５４Ａ、６５４Ｂ、６５６Ａ、６５６Ｂの空間方位を判定することができる。センサが図２８に示されるようにすべてに取り付けられている場合、ロボットの両腕６５４、６５６の運動学的構成を、センサから判定されたリンクの方位と併用して、既知の参照点センサ６５８から腕６５４、６５６の位置を直接計算することができる。この既知の方位は次に、参照点６５８に関する両腕６５４、６５６の位置と向きを判定するために使用することができる。

図２８のセンサ６６０Ａ、６６０Ｂ、６６２Ａ、６６２Ｂは図では各リンクの外面に取り付けられるように示されていが、他の実施形態では、センサはリンク上の任意の既知の、または測定可能な位置と方位に取り付けることができる。また別の代替案では、センサは各々、センサを取り付けようとする特定の部品の内側の内部位置に取り付けることができる。また別の代替案では、各センサは、それが部品にしっかりと取り付けられる限り、適当な部品の外側位置にも位置付けることができる。

これに加えて、当然のことながら、図２８の実施形態は１本の腕について２つの関節と２つのリンクを有するロボット機器６５０を示しているが、位置センサは１本の腕に任意の数の関節およびリンクを任意の構成で有するロボット機器にも適用可能であり、これに使用できる。

一実施形態において、３軸センサ６５８、６６０Ａ、６６０Ｂ、６６２Ａ、６６２Ｂは、重力による加速度を測定する３軸加速度計である。当然のことながら、３軸加速度計は、次のように動作する。すなわち、図２９に最もよく示されているように、重力加速度を測定し、腕リンク（またはその他の機器部品の方位）に応じて、加速度計の方位角に比例する加速度の大きさを、３軸加速度計の異なる軸７０２、７０４、７０６上で検出する。加速度計の各軸上で加速度が測定されることから、加速度計が取り付けられたリンクの方位を重力に関して測定できる。

重力加速度を測定できることとは別に、加速度計センサのまた別の特徴は、これらがまた、それが取り付けられたロボット機器上のリンクの加速度も測定できることである。そのため、ある種の実施形態において、ロボット機器とそのリンクに関する開始地点を考慮して、この加速度データをある時間にわたって積分し、ロボットのリンクの位置を提供できる。このように積分から判定された位置は、ロボットのシステムモデルが慣性およびその他の内力の影響を勘案できるものであれば、より正確となりうる。

あるいは、加速度計以外のセンサを使用することもできる。可能なセンサとしては、これらに限定されないが、磁力計（地球磁場からの磁場、誘起磁場、またはその他の磁場を測定）、傾きセンサ、無線周波数信号強度計、容量計、またはこれらの任意の組み合わせや拡張が挙げられる。さらに、上記の実施形態では３軸センサが使用されているが、単軸、二軸、またはその他多軸センサも使用できる。

ロボット機器に使用可能な別の種類のセンサが、ジャイロスコープである。ジャイロスコープは、空間内の回転速度を測定する。ジャイロスコープは、加速度計と磁力計と組み合わせて慣性測定装置、すなわちＩＭＵを形成することができ、これを使って、ロボット機器の静止位置を測定し、または機器の位置を計算して、それと同時にある時間にわたる測定データの集積を進めることができる。

使用時に、上記のセンサは、機器部品、例えば腕の絶対位置に関する情報を判定または提供するのに役立つ。これは、腕の関節位置の相対変化のみを測定し、それによって機器が初めて起動されたとき（または「電源投入された時」）に腕の位置がどこにあるかを判定する術がなかった埋め込み式エンコーダを使用する多くの既知のロボット機器とは対照的である。本明細書のセンサシステムの実施形態は、ロボット機器上の１つまたは複数のリンクの絶対位置を測定するのに役立つ。事実、いくつかの実装形態によれば、本明細書で開示される位置追跡システムによって、ロボット機器または使用者は、どの時点でも機器または機器の腕がどこにあるかを自律的に判断できる。本明細書で開示される実施形態によるこのようなシステムは、単独でも（一次位置追跡システムとして）、または、埋め込み式エンコーダと一緒にも（冗長的位置追跡システムとして）使用できる。前述のように、１つのリンクにつき１つの位置センサだけが使用されているが、他の実施形態では、１つのリンクが複数のセンサを備える。位置センサを追加することによって位置冗長性がさらに高まり、いくつかの実装形態では、複数の位置センサから収集したデータを、様々なフィルタ処理方式、例えばカルマンフィルタ等にかけて、ロボットの位置に関する、よりロバストな計算を提供することができる。

複数の実施形態が開示されているが、当業者にとっては、本発明のさらにまた別の実施形態が、本発明の例示的実施形態を図示し、説明する、以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。当然のことながら、本発明は、各種の自明な態様において変更を加えることができ、これらはすべて本発明の趣旨と範囲から逸脱しない。したがって、図面と詳細な説明は、例示的な性質のものであり、限定的とはみなされない。

本発明を好ましい実施形態に関して説明したが、当業者であれば、本発明の趣旨と範囲から逸脱することなく、形態と詳細に変更を加えてもよいことがわかるであろう。

Claims (20)

1. 手術用ロボットシステムであって、
   ａ．患者の体を横断するポートと、
   ｂ．ロボット機器であって、
   ｉ．複数の連結可能な本体であって、第一の肩部品と第二の肩部品をさらに含み、前記患者の体外から体内へと前記ポートを横断できる複数の連結可能な本体と、
   ｉｉ．前記第一の肩部品に作動的に接続される第一の可動セグメント式ロボットアームと、
   ｉｉｉ．前記第二の肩部品に作動的に接続される第二の可動セグメント式ロボットアームと、
   ｉｖ．前記第一のロボットアームに作動的に接続される第一の動作部品と、
   ｖ．前記第二のロボットアームに作動的に接続される第二の動作部品と、
   を含むロボット機器と、
   ｃ．前記ポートおよび連結可能な本体によって、前記患者の体外から前記ロボット機器を制御する操作システムであって、前記ロボット機器と電気的に通信する操作システムと
   を含む手術用ロボットシステム。
2. 前記ロボット機器が、前記患者の体腔内で組み立てることができる、請求項１に記載の手術用ロボットシステム。
3. 前記第一の動作部品が、把持部品、焼灼部品、縫合部品、イメージング部品、洗浄部品、吸引部品、動作アーム部品、センサ部品、および照明部品からなる群から選択される、請求項１に記載の手術用ロボットシステム。
4. 前記第二の動作部品が、把持部品、焼灼部品、縫合部品、イメージング部品、洗浄部品、吸引部品、動作アーム部品、センサ部品、および照明部品からなる群から選択される、請求項１に記載の手術用ロボットシステム。
5. 前記第一の肩、前記第二の肩、前記第一のセグメント式アーム、前記第二のセグメント式アーム、前記第一の動作部品、前記第二の動作部品のうちの少なくとも１つを操作、回転または移動させるための１つまたは複数のモータをさらに含む、請求項１に記載の手術用ロボットシステム。
6. 前記ポートが、前記体内に送気のための密閉状態を作る、請求項１に記載の手術用ロボットシステム。
7. 前記ロボット機器が少なくとも１つの絶対位置センサをさらに含む、請求項１に記載の手術用ロボットシステム。
8. 前記ロボット機器が少なくとも１つの相対位置センサをさらに含む、請求項１に記載の手術用ロボットシステム。
9. 前記ロボット機器がピクセルアレイまたはＬＥＤアレイをさらに含む、請求項７または８に記載の手術用ロボットシステム。
10. 前記ロボット機器が線形エンコーダをさらに含む、請求項１に記載の手術用ロボットシステム。
11. 前記ロボット機器がスリップリングアセンブリをさらに含む、請求項１に記載の手術用ロボットシステム。
12. 手術用ロボットシステムであって、
    ａ．ロボット機器であって、
    ｉ．ポートと、
    ｉｉ．第一の肩部品と、
    ｉｉｉ．第二の肩部品と、
    ｉｖ．前記第一の肩部品によって前記本体部品に作動的に接続される第一の可動セグメント式ロボットアームと、
    ｖ．前記第二の肩部品によって前記本体部品に作動的に接続される第二の可動セグメント式ロボットアームと、
    ｖｉ．前記第一のロボットアームに動作的に接続される第一の動作部品と、
    ｖｉｉ．前記第二のロボットアームに作動的に接続される第二の動作部品と
    を含むロボット機器と、
    ｂ．前記ポートと連結可能な本体によって患者の体外から前記ロボット機器を制御する操作システムであって、前記ロボット機器と電気的に通信する操作システムと
    を含む手術用ロボットシステム。
13. 前記ロボット機器が、前記患者の体腔内で組み立てることができる、請求項１２に記載の手術用ロボットシステム。
14. 前記第一の動作部品が、把持部品、焼灼部品、縫合部品、イメージング部品、洗浄部品、吸引部品、動作アーム部品、センサ部品、および照明部品からなる群から選択される、請求項１２に記載の手術用ロボットシステム。
15. 前記第二の動作部品が、把持部品、焼灼部品、縫合部品、イメージング部品、洗浄部品、吸引部品、動作アーム部品、センサ部品、および照明部品からなる群から選択される、請求項１２に記載の手術用ロボットシステム。
16. 前記第一の肩、前記第二の肩、前記第一のセグメント式アーム、前記第二のセグメント式アーム、前記第一の動作部品、前記第二の動作部品のうちの少なくとも１つを操作、回転または移動させるための１つまたは複数のモータをさらに含む、請求項１２に記載の手術用ロボットシステム。
17. 低侵襲性手術を施行する方法であって、
    ａ．ロボット機器を提供するステップであって、前記ロボット機器が、
    ｉ．複数の連結可能な本体であって、第一の肩部品と第二の肩部品をさらに含み、前記患者の体外から体内へと、前記ポートを横断できる複数の連結可能な本体と、
    ｉｉ．前記第一の肩部品に作動的に接続される第一の可動セグメント式ロボットアームと、
    ｉｉｉ．前記第二の肩部品に作動的に接続される第二の可動セグメント式ロボットアームと、
    ｉｖ．前記第一のロボットアームに作動的に接続される第一の動作部品と、
    ｖ．前記第二のロボットアームに作動的に接続される第二の動作部品と
    を含むステップと、
    ｂ．前記ポートおよび連結可能な本体によって、前記患者の体外から前記ロボット機器を制御する操作システムを提供するステップであって、前記操作システムが前記ロボット機器と電気的に通信するステップと
    を含む方法。
18. 患者の体腔壁を通るように設置され、前記連結可能な本体が横断する液密ポートを提供するステップをさらに含む、
    請求項１７に記載の低侵襲性手術を施行する方法。
19. 支援用ロッドを使って前記ポートによって前記患者の体内に前記手術用ロボットシステムを挿入するステップをさらに含む、請求項１７に記載の低侵襲性手術を施行する方法。
20. 前記手術用ロボットシステムを使用するために前記患者の体内で組み立てるステップをさらに含む、請求項１７に記載の低侵襲性手術を施行する方法。