JP2017515615A - マスタースレーブ軟性内視鏡ロボットシステム - Google Patents
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Abstract
Description
図7A〜9に、イメージング内視鏡アセンブリ450及び一対の作動アセンブリ400a、bを、輸送内視鏡300内に挿入するとともに、モーターボックス600を含むスレーブシステム200の他の部分に連結し又は接続することのできる典型的なセットアップ処置の部分を示す。
図10は、本開示の実施形態に従う、モーターボックス600の器具出力アダプター610に取り付けられる作動アセンブリの器具入力アダプター710の典型的な内側部分を示す断面斜視図である。図11は、本開示の実施形態に従う、互いに連結され又は嵌め合い係合されたときの器具出力アダプター610及び器具アダプター710の典型的な内側部分を示す対応する概略断面図である。図12A〜12Dは、本開示の実施形態に従う、器具出力アダプター610との器具入力アダプター710の係合及び、それからの器具入力アダプター710の係合解除の様々な段階に対応する、器具入力アダプター710により与えられる作動係合構造720の典型的な内側部分及び、その内部の要素の部分を示す概略断面図である。
ドッキングステーション500により保持される又はその内部に組み込まれる移動ユニット510は、各作動アセンブリ400a、b及びイメージング内視鏡アセンブリ450の長手方向/サージ変位を(たとえば個別に)可能にする。上述した実施形態では、移動ユニット510は、イメージング内視鏡アセンブリ450又は作動アセンブリ400a、bの外側スリーブ402a〜cにより保持される対応するカラー430a〜cと嵌め合い係合するべく構成された受容部もしくはクリップ530a〜cを含む。また、前述の器具入力アダプター710及び画像入力アダプター750ならびに、モーターボックス600の器具出力アダプター610及び画像出力アダプター650は、ドッキングステーション500から離れて位置する。
図14Aに、DOF構造ごとの典型的なシングルアクチュエータ/モーター及び、それと関連する潜在的なバックラッシュのような作用を示す。図14Bに、本開示の実施形態に従うDOF構造ごとの典型的なデュアルアクチュエータ/モーターを示す。図14Bに示すように、二個のアクチュエータ/モーターが、各ロボットアーム/端部エフェクターDOFの制御に用いられるとき、好ましくない/望ましくない腱緩み及びバックラッシュのような作用が軽減され得る(たとえば著しく軽減され得る)。
正確な腱プリテンションもしくはリテンションが生じ得る。
1.アクチュエータBの機械的制限から脱して端部エフェクター420a/420bの遠位端を移動させる。
2.アクチュエータBを止めて、アクチュエータBに対応する位置センサー(アクチュエータBのエンコーダー)を監視し始める。
3.アクチュエータAにトルクを加えて、アクチュエータBの位置が変化していることをアクチュエータBの位置センサーが示すまで、アクチュエータAに加えるトルクを増加させる。
4.アクチュエータAに加えるトルクを記録し、必要であればアクチュエータBの静摩擦を差し引く。
5.両方の腱(つまり腱A及び腱B)上の張力を解放する。
6.ステップ1〜5を一回以上(たとえば2〜10回又はそれ以上)繰り返し、記録されたアクチュエータAに加える平均トルクの半分をとって、アクチュエータA用のプリテンショントルクパラメータを決定又は規定する。
7.それに応じて、アクチュエータAがオフの間、アクチュエータBについてステップ1〜6を繰り返す。
8.アクチュエータA及びアクチュエータB用のプリテンショントルクパラメータを決定した後、両方の腱(つまり腱A及び腱B)上の張力を解放し、アクチュエータA用の算出プリテンショントルクパラメータを用いてアクチュエータAにトルクを加えるとともに、アクチュエータB用の算出プリテンショントルクパラメータを用いてアクチュエータBにトルクを加える。
1.端部エフェクター420a/420bの遠位端を、その機械的制限から脱して移動させる。
2.両方の腱(すなわち腱A及びB)上の張力を解放し、その内部に緩みを生成する。
3.アクチュエータAの位置及びトルクならびに、アクチュエータBの位置及びトルクを監視する間、アクチュエータA及びアクチュエータBに同時にトルクを加えて、両方の腱(すなわち腱A及びB)を同じ速度で引く。
4.たとえば、アクチュエータA及びアクチュエータBの監視された位置及び/又はトルクの第一及び/又は第二導関数を計算することにより、各アクチュエータA及びアクチュエータBについて、センサーデータに基いて緩み無し遷移点を特定する。
5.同時に、(i)アクチュエータAについて決定された緩み無し遷移点に対応する又はそれによって規定されるトルクレベルで、アクチュエータAにトルクを加えることにより、腱Aのプリテンションを設定し、(ii)アクチュエータBについて決定された緩み無し遷移点に対応する又はそれによって規定されるトルクレベルで、アクチュエータBにトルクを加えることにより、腱Bのプリテンションを設定する。
いくつかの実施形態では、ロボットアーム410は、ロールジョイント又はロールジョイント要素(プリミティブ)を含むことができ、これにより、ロボットアームの一以上の部分が、ロールジョイント/ロールジョイントプリミティブの中心もしくは長手方向軸の周りで回転され又は回ることができる。ロールジョイント/ロールジョイントプリミティブでは、ロールジョイント/ジョイントプリミティブの腱作動に関連する摩擦/すり減りに起因する腱摩耗を軽減もしくは最小化できることが望ましい。外科的処置に対応するもののような様々な実施形態では、さらに、ロールジョイント/ロールジョイントプリミティブにより占有されるスペースの大きさを最小化することが望ましい。
Claims (28)
- マスタースレーブ内視鏡システムであり、
軟性長尺シャフトが延びる本体部を有する内視鏡であって、前記軟性長尺シャフトが、その近位端部と遠位端部との間の長さにわたり、前記軟性長尺シャフトが、その長さに沿ってその内部に配置された第一チャンネル、第二チャンネル及び第三チャンネルを含む複数のチャンネルを有する当該内視鏡と、
前記第一チャンネル内に取外し可能に挿入されるロボット駆動作動アセンブリであって、該ロボット駆動作動アセンブリが、
ロボットアームでそれに連結されるロボット駆動端部エフェクターを有する当該ロボットアーム、及び、
作用する力に応じて前記ロボットアーム及びその端部エフェクターを空間的に操作するべく作動可能な第二の複数の腱
を備える当該ロボット駆動作動アセンブリと、
前記第二チャンネル内に取外し可能に挿入されるイメージング内視鏡と、
前記第三チャンネル内に取外し可能に挿入されるマニュアル駆動作動アセンブリであって、それに連結されるマニュアル作動内視鏡器具を有するマニュアル駆動作動アセンブリと
を備えるマスタースレーブ内視鏡システム。 - 前記ロボット駆動作動アセンブリに連結可能で、その前記第二の複数の腱に力を作用させるべく構成されたアクチュエータの第一セットをさらに備える請求項1に記載のシステム。
- 前記イメージング内視鏡が、前記イメージング内視鏡にサージ変位を与えるべく構成されたアクチュエータに前記イメージング内視鏡を連結可能にするアダプターを備えるイメージング内視鏡アセンブリの一部を備える請求項2に記載のシステム。
- 前記イメージング内視鏡アセンブリがさらに、その内部に保持されて、上下動、揺動及びピッチ運動の少なくとも一つを前記イメージング内視鏡に与えるべく構成されたアクチュエータの第二セットに前記アダプターにより連結される複数の腱を備える請求項3に記載のシステム。
- 前記ロボット駆動作動アセンブリがさらに、アクチュエータの第一セットに取外し可能に連結可能なアダプターを備える請求項2に記載のシステム。
- 前記ロボット駆動作動アセンブリが、所定の自由度(DOF)の数に従って動作するべく構成されており、前記アクチュエータの第一セットが、少なくとも一のDOFに対応する二個のアクチュエータを含む請求項2に記載のシステム。
- マスタースレーブ内視鏡システムであり、
軟性長尺シャフトが延びる本体部を有する内視鏡であって、前記軟性長尺シャフトが、その近位端部と遠位端部との間の長さにわたり、前記軟性長尺シャフトが、その内部で、作動アセンブリのセットが挿入可能なその長さに沿って配置されたチャンネルのセットを有し、当該複数のチャンネルが第一チャンネル及び第二チャンネルを含む当該内視鏡と、
前記チャンネルのセットにより保持される軟性ロボット駆動作動アセンブリのセットであって、各ロボット駆動作動アセンブリが、
ロボットアームでそれに連結されるロボット駆動端部エフェクターを有する当該ロボットアーム、ならびに、
前記ロボットアームに連結されるとともに、所定の自由度(DOF)の数に従って前記ロボットアーム及びその端部エフェクターの動きを制御するべく構成された複数の腱で、二個の腱が前記ロボットアームの各DOFを制御する当該複数の腱を含む当該軟性ロボット駆動作動アセンブリのセットと、
各ロボット駆動作動アセンブリに対応するアクチュエータのセットであって、各アクチュエータが、外科医が接触することのできる入力装置のセットにより制御可能であり、各アクチュエータが、前記入力装置のセットに向けた外科医入力に応じて、それに対応するロボット駆動作動アセンブリの腱にトルクを選択的に加えるべく構成されており、二個のアクチュエータが、前記ロボットアームの各DOFを制御する当該アクチュエータのセットと、
腱プリテンションもしくはリテンション処置を行うべく構成された処理装置であって、それにより、
(a)前記ロボット駆動作動アセンブリが送られる経路のねじれに対応すると予期される典型的なねじれ構造に関する蓄積トルクパラメータに従い、前記ロボット駆動作動アセンブリの各アクチュエータにトルクを作用させること、又は
(b)前記ロボット駆動作動アセンブリについて、前記腱の緩み状態と緩み無し状態との間のトルク遷移点を動的に決定し、それにより決定されたトルク遷移点により規定されるトルクレベルで、前記腱に対応するアクチュエータにトルクを作用させること
により、各ロボット駆動作動アセンブリの前記複数の腱に張力レベルを自動的に設定する当該処理装置と
を備えるマスタースレーブ内視鏡システム。 - 典型的なねじれ構造に関連する蓄積トルクパラメータに従う前記ロボット駆動作動アセンブリの各腱にトルクを作用させることが、内視鏡処置の実行前に、又は、前記軟性長尺シャフトのチャンネル内への各ロボット駆動作動アセンブリの挿入後に、作動域の外側で行われる請求項7に記載のシステム。
- 各腱について、その前記緩み状態と前記緩み無し状態との間の前記トルク遷移点を動的に決定することが、内視鏡処置の実行直前又はその間に生じる請求項7に記載のシステム。
- 各腱について、前記緩み状態と前記緩み無し状態との間のトルク遷移点を動的に決定することが、
前記腱に対応する腱張力プロファイルを測定すること、及び、
前記腱張力プロファイルの第一導関数及び/又は第二導関数を計算すること
を備える請求項7に記載のシステム。 - 各ロボット駆動作動アセンブリに対応する器具アダプターをさらに備え、ロボット駆動作動アセンブリの前記複数の腱を前記アクチュエータのセットに選択的に連結するため、前記器具アダプターが、前記アクチュエータのセットに取り外し可能に連結可能であり、前記器具アダプターが、前記アクチュエータのセットから分離される際に、前記ロボット駆動作動アセンブリの各腱に作用される張力を維持するべく構成される請求項7〜10のいずれか一項に記載のシステム。
- マスタースレーブ内視鏡システムであり、
ロボット駆動作動アセンブリのセットであって、各ロボット駆動作動アセンブリが、
ロボットアームでそれに連結されるロボット駆動端部エフェクターを有する当該ロボットアーム、ならびに、
所定の自由度(DOF)の数に従い、前記ロボットアーム及び前記端部エフェクターの運動を制御するべく構成される複数の腱
を備える当該ロボット駆動作動アセンブリのセットと、
各ロボット駆動作動アセンブリに対応するとともにその前記腱に連結される器具アダプターであって、該器具アダプターが、前記ロボット駆動作動アセンブリの複数の腱をアクチュエータのセットに選択的に連結するための機械要素のセットに連結可能であり、該器具アダプターが、
前記ロボット駆動作動アセンブリの各腱に対応する回転シャフトで、該回転シャフトが長手方向軸を有し、前記長手方向軸の周りで周方向に前記腱が巻かれる回転シャフト、ならびに、
各回転シャフトに対応する第一張力維持要素および第二張力維持要素で、前記第一張力維持要素が、選択的な係合のため第二張力維持要素に対して移動可能であるとともに、第二ラチェット要素に対して取外し可能であり、前記器具アダプターが、前記シャフトの回転を防止するべく機械要素のセットから分離され、それによって前記腱の張力レベルが維持されるとき、第一張力維持要素が、第二張力維持要素と嵌め合い係合するべく構成される当該第一張力維持要素および第二張力維持要素
を備える当該器具アダプターと、
を備えるマスタースレーブ内視鏡システム。 - 前記器具アダプターがさらに、該器具アダプターが前記機械要素のセットから分離されるときに、前記第一張力維持要素及び前記第二張力維持要素を係合状態に維持する弾性付勢要素を備える請求項12に記載のシステム。
- 前記器具アダプターが前記機械要素に連結されて、前記シャフトが回転可能であるとき、前記第一張力維持要素を前記第二張力維持要素から分離させるため、前記弾性付勢要素が、前記シャフトに対して移動可能である請求項12又は13に記載のシステム。
- 前記第一張力維持要素及び前記第二張力維持要素がそれぞれ、ラチェット要及び摩擦板の一つを備える請求項12又は13に記載のシステム。
- 前記アクチュエータのセットが、少なくとも一のDOFに対応する二個のアクチュエータを含み、前記ロボット駆動作動アセンブリの前記ロボットアーム及び前記端部エフェクターの運動を制御するため、各DOFについて、前記器具アダプターが、周囲に第一腱が周方向に巻き付けられる第一回転シャフトと、周囲に第二腱が周方向に巻き付けられる第二回転シャフトとを含む請求項12又は13に記載のシステム。
- マスタースレーブ内視鏡システムであり、
軟性長尺シャフトが延びる本体部を有する内視鏡であって、前記軟性長尺シャフトが、その近位端部と遠位端部との間の長さにわたり、前記軟性長尺シャフトが、その内部で、作動アセンブリのセットが挿入可能なその長さに沿って配置されたチャンネルのセットを有し、当該複数のチャンネルが第一チャンネル及び第二チャンネルを含む当該内視鏡と、
ロボット駆動作動アセンブリのセットであって、各ロボット駆動作動アセンブリが、
ロボットアームでそれに連結されるロボット駆動端部エフェクターを有する当該ロボットアーム、
前記ロボットアームに連結されて、所定の自由度(DOF)の数に従って前記ロボットアーム及び前記端部エフェクターの運動を制御するべく構成される複数の腱、ならびに、
前記複数の腱の周囲を取り囲む外側スリーブ
を備える当該ロボット駆動作動アセンブリのセットと、
各ロボット駆動作動アセンブリに対応し、その腱に連結される第一器具アダプターであって、前記第一器具アダプターが、前記ロボット駆動作動アセンブリの前記複数の腱を、ロボットアーム/端部エフェクター操作アクチュエータのセットに選択的に連結するための機械要素のセットに連結可能である当該第一器具アダプターと、
各ロボット駆動作動アセンブリを、前記軟性長尺シャフトの所定の摩擦長さに沿って独立して移動させ、それにより、前記ロボット駆動作動アセンブリのサージ変位をもたらすべく構成される移動機構であって、前記移動機構が、
(a)前記ロボット駆動作動アセンブリのセットの各外側スリーブにより保持されるカラー、ならびに、
ロボット駆動作動アセンブリの外側スリーブを嵌合状に受容するべく構成された受容部、及び、
各受容部に対応するとともに前記軟性長尺シャフトの所定の摩擦長さに沿って前記受容部を選択的に移動させるべく構成されたリニアアクチュエータ
を備える移動ユニットと、
(b)前記第一器具アダプターに対応する前記ロボット駆動作動アセンブリの腱を、ロボットアーム/端部エフェクター操作アクチュエータのセットに連結するため、各第一器具アダプターが嵌め合い係合可能な第二器具アダプター、ならびに、
第一器具アダプター及び、それに嵌め合い係合可能な第二器具アダプターのそれぞれを保持するとともに、個々のロボット駆動作動アセンブリのサージ変位を生じさせるよう嵌め合い係合された各第一器具アダプター及び各第二器具アダプターを、前記軟性長尺シャフトの所定の摩擦長さに沿って移動させるべく構成された移動ユニットと、
(c)ロボットアーム/端部エフェクター操作アクチュエータのセット及び、個々のロボット駆動作動アセンブリのサージ変位を生じさせるべくそれに連結された第一器具アダプターを各々、前記軟性長尺シャフトの所定の摩擦長さに沿って移動させるべく構成された移動ユニットと
の一つを備える移動機構と
を備えるマスタースレーブ内視鏡システム。 - 各第二器具アダプターが、内部に複数の腱を有するテザーにより、前記ロボットアーム/端部エフェクター操作アクチュエータのセットに連結される請求項17に記載のシステム。
- 前記内視鏡の前記本体部の一部が取外し可能に係合可能なドッキングステーションをさらに備え、前記移動機構が前記ドッキングステーションにより保持される請求項17又は18に記載のシステム。
- ドッキングステーションを保持するペイシェント・サイド・カートをさらに備える請求項18又は19に記載のシステム。
- 前記移動機構を保持するクレードルのセットをさらに備え、前記クレードルのセットの各クレードルが個々のロボット駆動作動アセンブリに対応し、前記クレードルのセットの各クレードルが、ロール軸の周りに前記クレードル及びその対応するロボット駆動作動アセンブリを個別に回転させるべく構成されるロール運動アクチュエータに連結されて、前記ロボット駆動作動アセンブリの前記ロボットアーム及び端部エフェクターに、ロール運動を与える請求項17に記載のシステム。
- 前記内視鏡の前記本体部の一部が取外し可能に係合可能なドッキングステーションをさらに備え、前記ドッキングステーションが、前記移動機構及び前記クレードルのセットを保持する請求項21に記載のシステム。
- ドラム構造を含むロールジョイントを備え、前記ドラム構造がそれを通る中心軸を有し、前記ロールジョイントが、それにより連結保持された腱の作動に応じて、前記中心軸の周りに前記ロボットアームの部分を回転させるべく構成されており、前記ロールジョイントは、その上の、ロールジョイントに腱を固定するための腱圧着端部を除く腱制御ロボットアーム。
- 前記ドラム構造が外面を含み、前記ロールジョイントが、
前記外面により保持されて、前記ロールジョイントを時計回り方向に回転させるために時計回り作動腱が通って延びるチャンネルを有する時計回り作動プーリーと、
前記外面により保持されて、前記ロールジョイントを反時計回り方向に回転させるために反時計回り作動腱が通って延びるチャンネルを有する反時計回り作動プーリーと
を備える請求項23に記載のロボットアーム。 - 前記ドラム構造が、前記ロールジョイントの回転を制御するための腱が送られることが可能な対応のオメガ状もしくはU字状チャンネル、通路もしくは溝をそれぞれ与える少なくとも一のオメガ状もしくはU字状セグメントを備える請求項23に記載のロボットアーム。
- 前記ドラム内に形成されたアイレットのセットをさらに備え、それを通って前記腱が送られて、前記腱が、前記ドラムの外面上及び前記ドラムの内面上のそれぞれに配置される請求項25に記載のロボットアーム。
- 前記腱の外面を前記ドラムの部分に固定する接着剤をさらに備える請求項26に記載のロボットアーム。
- 前記ドラム構造が、腱を、前記ドラムの外側から前記ドラムの厚み内でそれを通って前記ドラムの内側へ至り、前記ドラムの前記厚みを通って前記ドラムの外側へ戻る腱選択経路に沿って保持する請求項23に記載のロボットアーム。
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