JP2017507728A - 能動的な付勢を伴う定荷重ばね - Google Patents

Abstract

補償定荷重ばね装置は、ブラケット、ブラケットによって回転可能に支持されるドラム、及びドラムに巻かれる定荷重ばねを有する。モータがブラケットに固定されるとともにドラムに補償力を提供する。モータは、ドラムの内部容積の中に配置され得る。制御モジュールが、補償力を制御するためにモータに結合され得る。位置センサが、制御モジュールに結合され得る。補償力は、位置センサからの信号に反応し得る。定荷重ばねは、負荷を支持し得るとともに負荷への重力を相殺し得る。補償力は、負荷が移動範囲の端部に近づくとき、調整され得る。

Description

本出願は、"CONSTANT FORCE SPRING WITH ACTIVE BIAS”と題する、２０１４年３月１７日に出願された米国仮出願第61 /954,452号；及び"CONSTANT FORCE SPRING WITH ACTIVE BIAS"と題する、２０１４年６月３０日に出願された米国仮出願第62/019,311号に関連するとともにこれらの優先権を主張し、これらのそれぞれはそれらの全体が及び全ての目的に対して参照により本明細書に援用される。

本発明の実施形態は、定荷重ばねの分野；より具体的には、調整可能な高さで手術器具を支えるための能動的な付勢（bias）を伴う定荷重ばねに関する。

低侵襲医療技術は、診断又は外科処置の間に損傷を受ける可能性がある無関係な組織の量を減らために使用されており、それによって患者の回復時間、不快感、及び有害な副作用を減らす。低侵襲手術の従来の形態は内視鏡法を含む。内視鏡法のより一般的な形態の１つは腹腔鏡検査法であり、これは、腹腔の中での低侵襲検査又は手術である。従来の腹腔鏡手術では、患者の腹腔にガスが吹きこまれ、カニューレスリーブが、そこを通って腹腔鏡手術器具がシールされた方法で通され得る入口ポート（entry port）を提供するために患者の腹部の筋肉組織の小さい（約１と１／４ｃｍ）切開部を通される。

腹腔鏡手術器具は一般的に、手術部位を見るための腹腔鏡及びエンドエフェクタを規定する作業ツールを含む。典型的な手術エンドエフェクタは、例えば、鉗子、把持器、はさみ、ステープラ、及び持針器を含む。各ツールの作業端部又はエンドエフェクタが、オペレータにエンドエフェクタを手術部位に導入すること及び患者の体の外側から手術部位に対するエンドエフェクタの動作を制御することを可能にするために、例えば、約３０ｃｍの長い延長チューブによってそのハンドルから離されていることを除いて、作業ツールは、従来の（観血）手術で使用される物と同様である。

作業ツールの改良された制御を提供するために、遠隔操作アクチュエータで器具を制御することが望ましい可能性がある。外科医は、遠隔操作アクチュエータに接続されている器具を間接的に操作するためにコンソールで制御装置を操作する可能性がある。器具は、器具が個別に滅菌されることができるとともに実行されることになる外科処置に対して必要な器具としての使用のために選択されることができるように、遠隔操作アクチュエータに取り外し可能に結合される。器具は、手術の経過の間に変えられる可能性がある。

遠隔操作作動式器具で手術を実行することは新しい課題を作る。１つのこのような課題は、患者に対して位置決めされることができる遠隔操作作動式手術器具を支持する遠隔操作モータ機構を提供することである。これらの機構は、かなり重く、おそらく１２から２４キログラムの重さがある。機構は、患者の上を動かされなければならず且つ注意深く位置決めされなければならない。したがって、手術器具が安全且つ容易に位置決めされることができるように、手術器具、関連するアクチュエータ、及び支持構造を釣り合わせる（counterbalance）ことが必要である。釣り合わせることは、様々な手術器具が様々な重量を有する可能性があるので、より困難にされる。

様々な重量の変更可能な手術器具で有効な、手術器具、その関連するアクチュエータ、及び支持構造を釣り合わせる方法を提供することが望ましい。

補償定荷重ばね装置（compensated constant force spring device）が、ブラケット、ブラケットによって回転可能に支持されるドラム、及びドラムに巻かれる定荷重ばねを含む。モータが、ブラケットに固定され、ドラムに補償力（compensating force）を提供する。モータは、ドラムの内部容積の中に位置し得る。制御モジュールが、補償力を制御するためにモータに結合され得る。位置センサが、制御モジュールに結合され得る。補償力は、位置センサからの信号に反応し得る。定荷重ばねは、負荷（load）を支持し得るとともに負荷への重力を相殺し（counterbalance）得る。補償力は、負荷が移動範囲の端部に近づくとき、調整され得る。

本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面及び以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

本発明は、例としてであって限定ではない本発明の実施形態を説明するために使用されている以下の説明及び添付の図面を参照することによって最も良く理解されることができる。図面において、類似の参照数字は同様の要素を示す。
遠隔操作手術システムの例証の患者側部分１００の図である。 遠隔操作アクチュエータで使用するための手術器具の側面図である。 手術器具用セットアップジョイントの側面図である。 ハウジングが取り除かれた図３に示されるセットアップジョイントの側面図である。 図４に示されたセットアップジョイントの一部の斜視図である。 定荷重ばねアセンブリの斜視図である。 図６に示された定荷重ばねアセンブリの一部の分解斜視図である。 図６の線８−８に沿って取られた定荷重ばねアセンブリの一部の断面図である。 セットアップジョイントの追加の構成要素を持つ定荷重ばねアセンブリの斜視図である。

以下の説明では、多数の特定の詳細が説明される。しかしながら、本発明の実施形態は、これらの特定の詳細がなくても実施され得ることが理解される。他の例では、良く知られた回路、構造、及びテクニックは、この説明の理解を曖昧にしないように詳細には示されていない。

以下の説明では、添付の図面が参照され、この図面は本発明の幾つかの実施形態を示す。他の実施形態が利用され得ること、並びに、機械的な構成的、構造的、電気的、及び動作的な変更が本開示の精神及び範囲から逸脱することなしに行われ得ることが理解される。以下の詳細な説明は限定する意味に取られるべきではなく、本発明の実施形態の範囲は、発行された特許の特許請求の範囲によってのみ定義される。

本明細書に用いられる用語は、特定の実施形態を説明する目的のみのためのものであり、本発明を限定することを意図されるものではない。例えば「下に（ｂｅｎｅａｔｈ）」、「下方に（ｂｅｌｏｗ）」、「より下、下部（ｌｏｗｅｒ）」、「上方に（ａｂｏｖｅ）」、「より上、上部（ｕｐｐｅｒ）」等の空間的に相対的な用語は、図に例示されるように、一つの要素又は特徴の他の要素又は特徴に対する関係を説明するための記載を容易にするために、本明細書において用いられ得る。空間的に相対的な用語は、図に描かれた向きに加えて、使用時又は動作時の装置の異なる向きを包含することを意図することが理解される。例えば、図における装置がひっくり返された場合、他の要素又は特徴の「下方に（ｂｅｌｏｗ）」又は「下に（ｂｅｎｅａｔｈ）」と説明された要素は、その後、他の要素又は特徴の「上方に（ａｂｏｖｅ）」に向けられる。従って、例示的用語「下方に（ｂｅｌｏｗ）」は、上方に及び下方にという向きの両方を包含し得る。装置は、（例えば、９０度又は他の配向に回転させられ得る等）別の状態に向けられることができ、本明細書において用いられる空間的に相対的な記述語はそれに応じて解釈され得る。

本明細書において用いられるとき、単数形「１つの（ａ、ａｎ、ｔｈｅ）」は、文脈が別のことを示さない限り、複数形も含むことが意図される。用語「有する、備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び／又は「有している、備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、述べられた特徴、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を明示するが、１つ以上の他の特徴、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／又はそれらのグループの存在又は追加を排除しないことがさらに理解される。

図１は、本発明の実施形態による、遠隔操作手術システムの例証の患者側部分１００の図である。患者側部分１００は、支持アセンブリ１１０及びそれぞれの支持アセンブリの端部の１又は複数の手術器具マニピュレータ１１２を含む。支持アセンブリは、オプションで、手術のために患者を参照して手術器具マニピュレータ１１２を位置決めするために使用される、１又は複数の動力を使用しない、ロック可能なセットアップジョイントを含む。描かれているように、患者側部分１００は、床の上に置かれている。他の実施形態では、患者側部分は、壁に、天井に、患者の体１２２も指示する手術台１２６に、又は他の手術室設備に取り付けられ得る。さらに、患者側部分１００は、４つのマニピュレータを含むように示されているが、より多い又はより少ないマニピュレータが使用され得る。さらにまた、患者側部分１００は、示されるように単一のアセンブリからなり得る、又は、
２以上の別個のアセンブリを含んでもよく、それぞれは、オプションで様々な可能な方法で取り付けられる。

各手術器具マニピュレータ１１２は、患者の体１２２の中の手術部位で動作する１又は複数の手術器具１２０を支持する。各マニピュレータ１１２は、関連する手術器具が、１又は複数の機械的な自由度（例えば、全ての６デカルト（Cartesian）自由度、５以下のデカルト自由度等）を伴って動くことを可能にする様々な形態で提供され得る。典型的には、機械的又は制御の制約が、各マニピュレータ１１２がその関連する手術器具を患者に対して静止したままでいる運動の中心の周りで動くように、拘束し、この運動の中心は典型的には、器具が体に入る位置であるように配置される。

「手術器具」の語は、本明細書において患者の体内に挿入されるとともに外科又は診断処置を実行するために使用されるように構成される医療装置を説明するために使用される。手術器具は、典型的には、鉗子、持針器、はさみ、両極性焼灼器、組織スタビライザ又は開創器、クリップアプライヤ、吻合装置、イメージング装置（例えば、内視鏡又は超音波プローブ）等のような、１又は複数の手術作業に関連付けられるエンドエフェクタを含む。本発明の実施形態で使用される幾つかの手術器具はさらに、エンドエフェクタの位置及び向きが器具シャフトを基準に１又は複数の機械的な自由度を伴って操作されることができるように、エンドエフェクタに対して関節型支持（時々、「手首」と称される）を提供する。さらに、多くの手術エンドエフェクタは、開閉するジョー、又は経路に沿って並進移動するナイフのような、実用的な機械的な自由度を含む。手術器具はまた、不変であり得る又は手術システムによってアップデート可能であり得る（例えば、器具内の半導体メモリに）格納された情報を含み得る。したがって、システムは、器具と１又は複数のシステム構成要素との間の一方向又は双方向情報通信のいずれかを提供し得る。

実用的な遠隔操作手術システムは一般的に、オペレータが患者の体１２２の外側から手術部位を見ることをできるようにする視覚システム部分（図示せず）を含む。視覚システムは典型的には、ビデオ画像キャプチャ機能１２８（「カメラ器具」）及びキャプチャした画像を表示するために１又は複数のビデオディスプレイを有する手術器具を含む。幾つかの手術システム構成では、カメラ器具１２８は、カメラ器具１２８の遠位端部から患者の体１２２の外側の１又は複数のイメージセンサ（例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサ）に画像を伝える光学系を含む。代替的には、イメージセンサはカメラ器具１２８の遠位端部に配置されてもよく、センサにより生成された信号は処理及びビデオディスプレイでの表示のためにリード線に沿って又は無線で伝送されてもよい。実例となるビデオディスプレイは、カリフォルニア州サニーベールのIntuitive Surgical, Inc.により市販されている手術システムの外科医コンソールの立体視ディスプレイである。

実用的な遠隔操作手術システムはさらに、器具が患者の内部にある間に手術器具１２０の動作を制御するための制御システム部分（図示せず）を含む。制御システム部分は、手術システムの１つの場所にあり得る、又はシステムの２以上の場所に分散され得る（例えば、制御システム部分構成要素はシステムの患者側部分１００、専用システム制御コンソール、又は別個の装置ラックにあり得る）。遠隔操作マスタ／スレーブ制御が、所望の制御の程度、制御される手術アセンブリのサイズ、及び他の要因に応じて、様々な方法で行われ得る。いくつかの実施形態では、制御システム部分は、ジョイスティック、外骨格グローブ、動力式且つ重力補償式マニピュレータ等、１又は複数の手動操作入力装置を含み得る。これらの入力装置は、手術器具の動作を制御する遠隔操作モータを制御する。

遠隔操作モータにより生成された力は動力伝達機構を経由して伝達され、この動力伝達機構は、遠隔操作モータからの力を手術器具１２０に伝達する。幾つかの実施形態では、マニピュレータを制御する入力装置は、患者が置かれている部屋の内側又は外側のいずれかの、患者から離れた場所に設けられ得る。入力装置からの入力信号は次いで制御システム部分に送信される。遠隔操作的、遠隔操作可能な、及びテレプレゼンス手術に詳しい人は、Intuitive Surgical, Inc.により市販されているda Vinci（登録商標）手術システム及びComputer Motion Inc.により元々製造されたZeus（登録商標）手術システム、並びにこのようなシステムの様々な例示的な構成要素のようなシステムを知っているだろう。

示されているように、手術器具１２０及びオプションのエントリガイド１２４（例えば、患者の腹部のカニューレ）の両方は、手術器具１２０がエントリガイド１２４を通って挿入された状態で、マニピュレータ１１２の遠位端部に取り外し可能に結合される。マニピュレータ１１２の遠隔操作アクチュエータは手術器具１２０全体を動かす。マニピュレータ１１２はさらに、器具キャリッジ（instrument carriage）１３０を含む。手術器具１２０は、キャリッジ１３０に取り外し可能に接続される。キャリッジ１３０に収容される遠隔操作アクチュエータは、手術器具１２０が手術器具上でエンドエフェクタの様々な動作に変換する幾つかのコントローラ動作を提供する。したがって、キャリッジ１３０の遠隔操作アクチュエータは、手術器具１２０全体ではなく手術器具１２０の１又は複数の構成要素のみを動かす。器具全体又は器具の構成要素のいずれかを制御するための入力は、外科医によって制御システム部分に提供される入力（「マスタ」指令）が手術器具による対応する動作（「スレーブ」応答）に変換されるようなものである。

図２は、遠位部分２５０及び細長いチューブ２１０によって結合された近位制御機構２４０を有する、手術器具１２０の例示的な実施形態の側面図である。手術器具１２０の遠位部分２５０は、示されている鉗子２５４、持針器、焼灼装置、切断器具、イメージング装置（例えば、内視鏡又は超音波プローブ）、又は２以上の様々なツール及びイメージング装置の組合せを含む組み合わされた装置のような様々なエンドエフェクタのいずれかを提供し得る。図示された実施形態では、エンドエフェクタ２５４は、エンドエフェクタの向きが器具チューブ２１０を基準に操作されることを可能にする「手首」２５２によって細長いチューブ２１０に結合される。

再び図１を参照すると、手術器具１２０、その関連するアクチュエータ１３０、及び支持構造が、伸張可能な支持部１１０によって垂直に支持され得る。

図３は、伸張可能な支持部１１０側面図である。垂直コラム３００がハウジングから垂れ下がる。アーム３０４が、垂直コラム３００の下方端部３０６によって支持される。アームは、次に、手術マニピュレータ及びその関連する遠隔操作アクチュエータを支持する。手術器具が、手術マニピュレータに結合され得るとともに、次にアーム３０４及び垂直コラム３００によって支持され得る。

図４は、カバー３０２がハウジングから取り除かれた状態の図３に示された伸張可能な支持部１１０の側面図である。垂直コラム３００の上方端部４１０は、患者の上で手術マニピュレータの高さを調整するために垂直コラムが昇降することを可能にするトラック４０８及びキャリッジ４０６アセンブリのような、摺動アセンブリに結合される。

図５は、図４に示された伸張可能な支持部のハウジング部分の斜視図である。幾つかの構成要素は、トラック４０８及びキャリッジ４０６アセンブリがより鮮明に見られることを可能にするために取り外されている。

再び図４を参照すると、定荷重ばね４００が、定荷重ばねの下方端部４０２で垂直コラム３００に結合される。定荷重ばね４００は、伸張可能な支持アセンブリ１１０の上方端部によって支持されるドラム４０４の周りに巻かれる。定荷重ばねは、垂直コラム３００及び手術器具を含むそれが支持する構造に作用する重力に対抗する。

定荷重ばねは、伸ばされるのとは対照的に巻き上げられるとき、スプリングが低い応力状態で緩められるように、ばね鋼の巻かれたリボンとして構成され得る。それが展開されるとき、復元力は、緩められたバネのロールの近くのリボンの部分から主に生じる。具体的には、力は、円形から平らに移行されている領域から生じる。力は、完全に展開された、又は依然としてドラムに巻かれている部分からは生じない。ばねが展開するときその領域の幾何学的形状はほぼ一定のままであるので、結果として生じる力はほぼ一定である。自己格納（self-retracting）鋼製巻尺が定荷重ばねの例である。定荷重ばね４００は、垂直コラム３００及び取り付けられた構造を支持するためのほぼ一定の釣り合わせる力を提供するが、定荷重ばね単独で達成されることができるものより一定であるとともに異なる支持荷重を補償することができる釣り合わせる力を提供することが望ましい。

図６は、図４に示された定荷重ばね４００の斜視図である。ブラケット６００、６０２、６０４が、伸張可能な支持アセンブリ１１０の上方端部によって支持される。ブラケットは、ドラム４０４を回転可能に支持し、このドラムの周りに定荷重ばね４００が巻かれる。定荷重ばね４００は、それが、ドラム直径より小さい緩められた直径に巻くことを試みるとき、ドラムの表面と定荷重ばねとの間に作られる摩擦力によってドラムに固定され得る。

図７は、図５に示された定荷重ばねアセンブリのドラム部分の分解図である。軸方向支持部７００を含むプレートが、伸張可能な支持アセンブリ１１０の上方端部からドラム４０４を支持するブラケットの一方の側部に固定される。軸方向支持部７００は、ドラム４０４を回転可能に支持するベアリングを備え得る。定荷重ばねアセンブリは、ステータ７０２及びドラム４０４を回転させる能動回転力を供給するロータ７０６を有する、ブラシレスＤＣモータであり得る、モータ７０１を含む。モータによって供給される力は、垂直コラム３００に作用する直線力に変換される。モータによって供給されるトルクは、定荷重ばねを渡って垂直コラム３００に作用する直線力に変換される。モータによって供給されるトルクは、定荷重ばね４００によって供給される釣り合わせる力に加わり得る又は同釣り合わせる力から減じられ得る。

モータは、ドラム４０４を支持するブラケットの第２の側部６０２に固定されるステータ７０２を含む。ベアリング７０８が、ドラム４０４に対する回転可能な支持を提供するためにモータステータの部分７０４によって支持され得る。モータはさらに、ドラム４０４に固定されるロータ７０６を含む。

図８は、図６に示された切断線８−８に沿って取られた定荷重ばねアセンブリのドラム部分の断面図である。この図で見ることができるように、ブラケット６００、６０２、６０４及びモータステータ７０２が、１つのサブアセンブリとして一緒に固定されている。ブラケット及びモータは、第２のサブアセンブリとして一緒に固定される回転ドラム４０４及びモータロータ７０６のための接地基準を提供する。

ブラケット６０４の軸方向支持部７００によって支持される第１のベアリング８００が、ドラム４０４の閉鎖端部を支持する。ドラム４０４閉鎖端部を設けることはドラムの強度を増加させ得るので、モータに組み立てられる前にドラムに巻かれるとき、ドラムは定荷重ばね４００の巻く力を支えることができる。モータステータ７０２の肩部７０４によって支持される第２のベアリング７０８が、ドラム４０４の開放端部を支持する。したがって、ドラム４０４及びモータロータ７０６は、ベアリング７０８、８００によって支持され、これらのベアリングは、設置されたブラケット６００、６０２、６０４及びモータステータ７０２によって支持される。したがって、モータ７１０は、ドラム４０４の内部容積７１２の中に位置する。他の実施形態では、他の配置が、ブラケット及びモータステータに対してドラム及びモータロータを回転可能に支持するために使用され得る。

他の実施形態では、モータは、定荷重ばねを支持するドラムの内部容積以外の場所に設けられ得る。例えば、モータのロータは、同軸ドラムに直接結合されるシャフトによって延長され得る。代替的には、ドラム及びモータは、同軸では無くてもよく、モータのロータは、ベルト、歯車、及び／又はチェーンとスプロケット駆動装置のような機械的な伝動装置によってドラムに結合されてもよい。モータロータとして認定されているものをブラケットに固定するとともにドラムをモータステータとして認定されているものに結合することも可能である。この構成では、モータの外側部分及び結合されたドラムが、モータの内側部分の周りを回る。

定荷重ばねが、フラットベルトによって交換されることができるとともにモータが、垂直コラム３００及び手術器具を含むそれが支持する構造に作用する重力を相殺する（釣り合う）力を供給することができることは理解されるであろう。しかし、これは、おそらく１２から２４キログラムの重さがあるかもしれない機構を支持するために相当の大きさモータ及び相当量の電流を必要とするであろう。モータ駆動ドラムと負荷との間のカップリングとして定荷重ばねを提供することによって、定荷重ばねは負荷を支持するために必要な力の大部分を提供する。モータは、負荷の変動性及び定荷重ばねによって供給される力の不規則性を修正する付勢力を供給する。

１つの実施形態では、定荷重ばねは、最も重い負荷を支持するのに必要な力より僅かに大きい力を提供するように寸法決めされる。したがって、定荷重ばねは、常に負荷を持ち上げる。モータは、垂直コラム及びそれが支持する構造に対する「中立浮力」を提供するために定荷重ばねによって供給される力に抗して作用する制御可能な下向きの力を提供するために使用される。

図９は、追加の構成要素が示された状態の図６に示された定荷重ばね４００の斜視図である。前に論じられたように、垂直コラムは、トラック４０８及びキャリッジ４０６アセンブリによって支持され得る。ブレーキが、垂直コラムの位置が変えられないときにパワーが必要とされないように、垂直コラムを固定位置に保持するために設けられ得る。ブレーキは、定荷重ばねの伸ばされた部分を固定位置にクランプするブレーキ、ドラムが回転するのを防ぐブレーキ、又は垂直コラムが動くことを防ぐブレーキの形態、例えば、磁気ブレーキシュー９０６でアーマチュア（armature）９０４を磁気的につかむ（grip）図示された磁気ブレーキ等、であり得る。

モータは、一次センサ９１２を含み、この一次センサは、モータの絶対回転位置を提供する回転センサである。一次センサの１つの部分は、モータロータに取り付けられる。一次センサの他の部分は、モータステータのような、機械的なグランド（mechanical ground）に取り付けられる。一次センサは、モータから所望の運動及びトルクを提供するためにモータに制御された電流を供給する制御モジュール９１４に結合される。一次センサは、モータ転流（motor commutation）及びシャフト速度制御のために使用される。

二次センサ９００、９０２が、垂直コラムの位置に関するデータを制御モジュール９１４に提供するために設けられ得る。二次センサ９００、９０２は、垂直コラムを支持するキャリッジに及びその上でキャリッジがスライドする静止レール４０８を支持するフレームのような機械的なグランドに取り付けられ得る。二次センサ９００、９０２は、絶対直線位置を提供する。

二次センサ９００、９０２は、一次センサ９１２に対するバックアップを提供する。２つのセンサからの読取り値は、二次センサ９００、９０２によって検知される垂直コラムが、一次センサ９１２によって検知されるモータの回転に基づいて予想されるように動いていることを確かめるために比較され得る。

二次絶対位置センサ９００、９０２は、定荷重ばね４００によって提供される力の不規則性及び伸ばした使用から生じるバネの疲労を補償するために必要な力を定期的に較正するために使用され得る。較正ルーチンは、モータ及び一次モータセンサ９１２と併せて二次センサ９００、９０２を使用する。定荷重ばね４００の有効半径（effective radius）はどのくらい繰り出されたかの関数であるので、一次センサと二次センサとの間の比は可変である。この可変の比は、較正において考慮される。このような較正は、通常、まれに必要とされる。

垂直コラムによって支持される器具は、制御モジュール９１４が器具によって垂直コラムに加えられる重量を決定することを可能にする機械可読識別を備え得る。機械可読識別は、器具の種類に対する一般的な重量又は個別の器具に対する具体的な重量を、直接的に又は器具情報のデータベースを参照してのいずれかで、提供し得る。制御モジュール９１４はまた、取り付けられた手術器具の重量を補償するためにモータから所望の力を提供するようにモータに供給される電流を調整することができる。

トラック４０８及びキャリッジ４０６アセンブリは、キャリッジがトラックを外れることを防ぐための機械的停止部（mechanical stops）を含む。機械的停止部は、恐らく１から１．５ｍｍの小さい量の材料変形のみを伴ってキャリッジの動きを制限するゴムバンパ９０８を含み得る。機械的停止部はまた、恐らく３から３．５ｍｍのより大きい量の降伏（yield）を提供しながらキャリッジの動きを制限するばね停止部９０１も含み得る。ばね停止部９１０でさえ多少急激にキャリッジを停止させ得ることが理解されるであろう。

手術台１２６動作の間にキャリッジ４０６の動作範囲の端部においてある低コンプライアンス運動（low compliance movement）を提供することが望ましくなり得る。キャリッジ４０６がその動作範囲の端部にある場合、手術台１２６動作は可能でない可能性が有る。手術台１２６動作の間にキャリッジ４０６が機械的停止部９０８、９１０に達する場合、手術台をさらに動かす能力は除去される。ばねプランジャ９１０は、両方向のキャリッジ４０６の低コンプライアンス運動を可能にする位置でキャリッジを静止させるように、キャリッジ４０６を機械的停止部９０８、９１０の制限から押し出すことを許され得る。キャリッジを固定位置に保持する機械的ブレーキを提供することが望ましくなり得る。ブレーキは、ばねプランジャ９１０が押されているときブレーキ適用を防ぐソフトウェア制御を通じて適用され得る。したがって、ソフトウェアシステムは、ばねプランジャ９１０に、ブレーキを適用する前に、キャリッジ４０６を機械的停止部９０８、９１０から押し出させる。

制御モジュール９１４は、移動範囲の端部に向かう運動に抵抗するように及びキャリッジの運動を急激に停止させることを避けるためにキャリッジを大きな距離にわたって停止させるようにモータを使用し得る。制御ソフトウェア実装停止部は、キャリッジ移動の範囲の端部を越えて、恐らくキャリッジ移動の最後の１２から２０ｍｍを越えて、キャリッジアセンブリを動かすために必要な力を徐々に増加させ得る。キャリッジの移動範囲の端部を通り過ぎる動きに抵抗するためにモータによって提供される力の増加は、所望の減速プロファイルでキャリッジを停止させるために非線形に提供され得る。ソフトウェア実装停止部は、機械的停止部で実装することが困難であり得る範囲の始めにおいてゼロ力から徐々に増加する力を提供し得る。

特定の例示の実施形態が説明されるとともに添付の図面に示されているが、このような実施形態は広範な発明を単に説明するものであり限定するものではないこと、並びに様々な他の改変が当業者に思いつき得るので、本発明が図示され説明された特定の構造及び装置に限定されないことが理解されるべきである。従って、記載は、制限するものである代わりに例示と見なされるべきである。

Claims (38)

1. ブラケット；
   前記ブラケットに回転可能に結合されるドラム；
   前記ドラムに結合される定荷重ばね；並びに
   前記ブラケットに結合されるステータ及び前記ドラムに結合されるロータを有するモータ；を有する、
   補償定荷重ばね装置。
2. 前記定荷重ばねに結合される上方端部及び負荷を支持する下方端部を有する垂直コラム；をさらに有し、
   前記定荷重ばねは、前記ドラムに結合される第１の端部及び前記垂直コラムに結合される第２の端部を有し、前記定荷重ばねは、前記垂直コラムへの重力を相殺する、
   請求項１に記載の補償定荷重ばね装置。
3. 前記モータに結合される制御モジュールをさらに有する、
   請求項１又は２に記載の補償定荷重ばね装置。
4. 前記制御モジュールに結合される位置センサをさらに有し、
   前記制御モジュールは、前記位置センサからの信号に応じて前記モータに力を提供させる、
   請求項３に記載の補償定荷重ばね装置。
5. 前記モータは、前記ドラムの内部容積の中に配置される、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の補償定荷重ばね装置。
6. 定荷重ばね装置を補償する方法であって：
   ドラムをブラケットに回転可能に結合するステップと；
   定荷重ばねの第１の端部を前記ドラムに結合するステップと；
   前記定荷重ばねの第２の端部に提供される力を調整するために前記ドラムに制御補償力を加えるステップと；を含む、
   方法。
7. 垂直コラムの下方端部からの負荷を支持するステップ；及び
   前記定荷重ばねが前記垂直コラムへの重力を相殺するように、前記定荷重ばねの前記第２の端部を前記垂直コラムに結合するステップ；をさらに含む、
   請求項６に記載の方法。
8. 前記制御補償力は、前記ブラケットに結合されるステータ及び前記ドラムに結合されるロータを有するモータによって前記ドラムに加えられる、
   請求項６又は７に記載の方法。
9. 前記定荷重ばねの前記第２の端部の位置を検知するステップ；及び
   前記定荷重ばねの前記第２の端部の前記位置に応じて前記制御補償力を調整するステップ；をさらに含む、
   請求項６乃至８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記定荷重ばねの前記第２の端部が移動範囲の端部に近づいているとき、前記制御補償力を調整するステップ、をさらに含む、
    請求項６乃至９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記制御補償力を較正するために、２つの位置センサからの読取り値を比較するステップをさらに含む、
    請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記ブラケットによって支持される第１のベアリングをさらに有し、
    前記ドラムの第１の端部が、前記第１のベアリングによって回転可能に支持される、
    請求項１乃至５のいずれか１項に記載の補償定荷重ばね装置。
13. 前記ステータによって支持される第２のベアリングをさらに有し、
    前記ドラムの第２の端部が、前記第２のベアリングによって回転可能に支持される、
    請求項１２に記載の補償定荷重ばね装置。
14. 前記制御モジュールに結合される二次位置センサをさらに有し、
    前記制御モジュールは、前記モータによって提供されることになる前記力を較正するために前記二次位置センサからの二次信号を使用する、
    請求項４に記載の補償定荷重ばね装置。
15. ブラケット；
    前記ブラケットに回転可能に結合されるドラム；
    前記ドラムに結合される定荷重ばね；並びに
    前記ブラケットに結合されるステータ及び前記ドラムに結合されるロータを有するモータ；を有する、
    補償定荷重ばね装置。
16. 前記モータに結合される制御モジュールをさらに有する、
    請求項１５に記載の補償定荷重ばね装置。
17. 前記制御モジュールに結合される位置センサをさらに有し、
    前記制御モジュールは、前記位置センサからの信号に応じて前記モータに力を提供させる、
    請求項１６に記載の補償定荷重ばね装置。
18. 前記制御モジュールに結合される二次位置センサをさらに有し、
    前記制御モジュールは、前記モータによって提供されることになる前記力を較正するために前記位置センサからの前記信号を前記二次位置センサからの二次信号と比較する、
    請求項１７に記載の補償定荷重ばね装置。
19. 前記ブラケットによって支持される第１のベアリングをさらに有し、
    前記ドラムの第１の端部が、前記第１のベアリングによって回転可能に支持される、
    請求項１５に記載の補償定荷重ばね装置。
20. 前記モータは、前記ドラムの内部容積の中に配置される、
    請求項１５に記載の補償定荷重ばね装置。
21. 前記ブラケットによって支持される第１のベアリング及び前記ステータによって支持される第２のベアリングをさらに有し、
    前記ドラムの第１の端部が前記第１のベアリングによって回転可能に支持され、前記ドラムの第２の端部が前記第２のベアリングによって回転可能に支持される、
    請求項２０に記載の補償定荷重ばね装置。
22. ブラケット；
    前記ブラケットに固定されるスライドアセンブリ；
    上方端部で前記スライドアセンブリに結合されるとともに下方端部で負荷を支持する垂直コラムであって、前記スライドアセンブリは、前記垂直コラムが垂直方向に動くことを可能にする、垂直コラム；
    前記ブラケットに回転可能に結合されるドラム；
    前記ドラムに結合される第１の端部及び前記垂直コラムに結合される第２の端部を有する定荷重ばねであって、前記定荷重ばねは、前記垂直コラムへの重力を相殺する、定荷重ばね；並びに
    前記ブラケットに結合されるステータ及び前記ドラムに結合されるロータを有するモータ；を有する、
    伸張可能な支持装置。
23. 前記モータに結合される制御モジュールをさらに有する、
    請求項２２に記載の伸張可能な支持装置。
24. 前記制御モジュールに結合される位置センサをさらに有し、
    前記制御モジュールは、前記位置センサからの信号に応じて前記モータに力を提供させる、
    請求項２３に記載の伸張可能な支持装置。
25. 前記制御モジュールに結合される二次位置センサをさらに有し、
    前記制御モジュールは、前記モータによって提供されることになる前記力を較正するために前記位置センサからの前記信号を前記二次位置センサからの二次信号と比較する、
    請求項２４に記載の伸張可能な支持装置。
26. 前記制御モジュールはさらに、前記垂直コラムが移動範囲の端部に近づいていることを前記位置センサからの前記信号が示すとき、前記モータに追加の力を提供させる、
    請求項２４に記載の伸張可能な支持装置。
27. 前記ブラケットによって支持される第１のベアリングをさらに有し、
    前記ドラムの第１の端部が、前記第１のベアリングによって回転可能に支持される、
    請求項２２に記載の伸張可能な支持装置。
28. 前記モータは、前記ドラムの内部容積の中に配置される、
    請求項２２に記載の伸張可能な支持装置。
29. 前記ブラケットによって支持される第１のベアリング及び前記ステータによって支持される第２のベアリングをさらに有し、
    前記ドラムの第１の端部が前記第１のベアリングによって回転可能に支持され、前記ドラムの第２の端部が前記第２のベアリングによって回転可能に支持される、
    請求項２８に記載の伸張可能な支持装置。
30. ブラケット；
    前記ブラケットに回転可能に結合されるドラム；
    垂直方向に移動可能である負荷を支持するための手段；
    第１の端部で前記ドラムに結合されるとともに第２の端部で前記負荷を支持するための手段に結合される定荷重ばねであって、前記定荷重ばねは、前記負荷への重力を相殺する、定荷重ばね；及び
    制御補償力を前記ドラムに加えるための手段；を有する、
    伸張可能な支持装置。
31. 前記負荷の位置を検知するための第１の手段；及び
    前記負荷の前記位置に応じて前記制御補償力を調整するための手段；をさらに有する、
    請求項３０に記載の伸張可能な支持装置。
32. 前記負荷の前記位置を検知するための第２の手段；並びに
    前記負荷の前記位置を検知するための前記第１の手段及び前記第２の手段からの信号を比較することによって前記制御補償力を較正するための手段；をさらに有する、
    請求項３１に記載の伸張可能な支持装置。
33. 前記負荷が移動範囲の端部に近づいているとき、前記制御補償力をさらに調整するための手段をさらに有する、
    請求項３１に記載の伸張可能な支持装置。
34. 垂直方向に移動可能である負荷を支持するための方法であって：
    垂直コラムの下方端部からの前記負荷を支持するステップ；
    ブラケットに固定されるスライドアセンブリで前記垂直コラムの上方端部を支持するステップ；
    ドラムを前記ブラケットに回転可能に結合するステップ；
    定荷重ばねの第１の端部を前記ドラムに結合するステップ；
    前記垂直コラムへの重力を相殺するために前記定荷重ばねの第２の端部を前記垂直コラムに結合するステップ；及び
    制御補償力を前記ドラムに加えるステップ；を含む、
    方法。
35. 前記制御補償力は、前記ブラケットに結合されるステータ及び前記ドラムに結合されるロータを有するモータによって前記ドラムに加えられる、
    請求項３４に記載の方法。
36. 位置センサで前記負荷の位置を検知するステップ；及び
    前記負荷の前記位置に応じて前記制御補償力を調整するステップ；をさらに含む、
    請求項３４に記載の方法。
37. 二次位置センサで前記負荷の前記位置を検知するステップ；及び
    提供されることになる前記制御補償力を較正するために前記位置センサからの前記負荷の前記位置を前記二次位置センサからの前記負荷の前記位置と比較するステップ；をさらに有する、
    請求項３６に記載の方法。
38. 前記負荷が移動範囲の端部に近づいているとき、前記制御補償力を調整するステップをさらに有する、
    請求項３６に記載の方法。

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