JP2019193861A - ロボット手術システム、方法、および装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本教示は、手術に関する。より具体的には、本教示は、低侵襲手術およびロボット手術を提供するための装置ならびに方法に関する。【解決手段】低侵襲および/またはコンピュータ支援外科システムであるように構成され得る、外科システム。システムの動作は、システムの第1の区分から第2の区分への力の伝達によって制御され得る。第1の区分および第2の区分は、仕切または障壁によって分離され得る。第1の区分は、非無菌区分であり得、第2の区分は、外科システムの無菌区分であり得る。【選択図】図3
Description
(関連出願の相互参照)
本願は、2015年7月17日に出願され、Robotic Surgery System, Method, and Apparatus(代理人管理番号第P64号)と題された米国仮特許出願第62/193,959号に対する優先権を主張するものであり、該米国仮特許出願は、その全体が参照により本明細書中に援用される。
本願は、2015年7月17日に出願され、Robotic Surgery System, Method, and Apparatus(代理人管理番号第P64号)と題された米国仮特許出願第62/193,959号に対する優先権を主張するものであり、該米国仮特許出願は、その全体が参照により本明細書中に援用される。
本教示は、手術に関する。より具体的には、本教示は、低侵襲手術およびロボット手術を提供するための装置ならびに方法に関する。
本教示は、外科的手技を行うステップに関する。より具体的には、本教示は、低侵襲外科的手技を行うための装置および方法に関する。近年、低侵襲外科的手技は、好評を博し、従来の手術方法よりも広く選定されている。高く評価された利益は、術後回復時間の明白な減少および有意に少ない瘢痕化である。
典型的には、低侵襲外科的手技は、手術部位における1つまたはそれを上回る極小切開を伴い、その後に、外科的手技を行うために使用される器具を保持する、可撓性筐体管の挿入が続く、コンピュータ支援手技である。手術器具は、ユーザインターフェースポータルを介して、医療従事者または外科医によって遠隔で制御される。結果として、手術中に、手術を行う器具と監督外科医または医療従事者との間に物理的接触がある必要はない。自動外科的手技の目標は、手動外科的手技と関連付けられる融通性および自由を維持し、人間の外科医にとって実行可能であろうものを超えて、そのような手技をさらに精緻化することである。
手術部位もしくは使用される手術器具の汚染は、外科的手技の所望の経過および/または患者の健康に関して、重篤な結果を引き起こし得る。衛生状態は、手術中の手術用手袋、マスク、および手術器具の規則的滅菌の使用によって、手動外科的手技中に医療従事者によって維持されることができる。しかしながら、これは、低侵襲外科的手技において課題を提起し得る。コンピュータ化外科的手技を行うために、器具駆動力が、2つの側面を単離した状態に保ちながら、非無菌側面から無菌側面に渡される。
本教示によると、本開示の側面は、低侵襲および/またはコンピュータ支援外科システムであるように構成され得る、外科システムに関する。外科システムは、医療従事者からの臨時または連続介入を要求し得る。そのような介入の要件および程度は、例えば、限定されないが、外科的手技の性質、そのような手技を行うための解剖学的部位、手技の持続時間、ならびに手術器具を自動化する程度等の種々の要因に応じて変動し得る。いくつかの構成では、本システムは、2つの区分に分割されてもよい。システムの動作は、システムの第1の区分から第2の区分への力の伝達によって制御されてもよい。第1の区分および第2の区分は、仕切または障壁によって分離されてもよい。第1の区分は、非無菌区分であってもよく、第2の区分は、外科システムの無菌区分であってもよい。
本教示のいくつかの構成のロボット手術装置は、少なくとも1つのモータと、少なくとも1つのモータのそれぞれのための関連付けられる駆動要素とを含む、駆動構成要素を含むことができるが、それを含むことに限定されない。関連付けられる駆動要素は、駆動ねじと、縦軸を中心とした駆動ねじの回転に応答して、駆動ねじの縦軸を中心として平行移動して変位することができるナットと、縦軸を横断して配向される突起とを有することができる。ロボット手術装置はまた、突起に係合することができる受容特徴を有する、少なくとも1つの被駆動要素を含む、マニピュレータを含むことができる。被駆動要素は、突起が受容特徴の中に係合されるときに突起とともに平行移動して変位することができる。ロボット手術装置は、なおもさらに、マニピュレータおよび駆動構成要素を分離する、連続障壁を含むことができる。連続障壁の少なくとも一部は、突起が障壁を通して受容特徴に係合するように、突起を被覆することができる。ロボット手術装置はまた、被駆動要素に結合される第1の端部と、関節動作型シャフトに結合される第2の端部とを有する、少なくとも1つのアクチュエータを含むことができる。
随意に、突起は、ナットの一体的に形成された部分であることができ、ナットは、突起が結合され得る、おそらく除去可能に結合され得る、受容構造を含むことができ、被駆動要素は、縦軸と平行な軸に沿って平行移動して変位することができる。ロボット手術装置は、随意に、それに沿ってナットが変位する、1つまたはそれを上回る線形軸受を含むことができる。また、随意に、障壁の少なくとも一部は、突起および被駆動要素とともに移動することができ、障壁は、少なくとも1つのポケットを含む、ポケット状領域を含むことができ、少なくとも1つのポケットは、少なくとも1つのプリーツを含む、可変領域によって囲繞されることができる。マニピュレータは、随意に、機械構成要素のみを含むことができる。モータは、随意に、マスタ油圧シリンダ内のピストンを変位させるように構成されることができ、関連付けられる駆動要素は、マスタ油圧シリンダのためのスレーブシリンダ油圧シリンダ内のスレーブピストンに結合されることができる。
本教示の負荷を測定するための負荷センサは、負荷の規模に比例して変形し得る柔軟な本体を有する、機械構成要素を含むことができるが、それを含むことに限定されない。柔軟な本体は、負荷の規模が第1の範囲内であるときに、第1の部分と第2の部分との間に間隙を残して、柔軟な本体の第1の部分から柔軟な本体の第2の部分に向かって延在し得る、少なくとも1つの停止突起を含むことができる。少なくとも1つの停止突起は、負荷の規模が第2の範囲内であるときに、第2の部分に接触することができる。負荷センサはさらに、柔軟な本体に取り付けられる突起を含むことができる。突起は、柔軟な本体の変形に応答して変位することができる。負荷センサはまた、機械構成要素と物理的に別個であり得る、電気構成要素を含むこともできる。電気構成要素は、突起の変位を監視し得る、少なくとも1つのセンサを含むことができる。
突起は、随意に、磁石を含むことができる。電気構成要素は、随意に、磁石の位置に基づいてホール電圧を生じ得る、少なくとも1つのホール効果センサを含むことができる。突起は、随意に、基準参照マーキングを含むことができ、電気構成要素は、随意に、基準参照マーキングの場所を監視し得る、光学センサを含むことができる。電気構成要素は、随意に、そのワイパが突起の変位に応答して変位し得る、電位差計を含むことができる。突起は、随意に、柔軟な本体に取り付けられる第1の端部と、柔軟な本体の遠位にある第2の端部とを含むことができる。第2の端部上の点の変位は、突起の非荷重位置に対する突起の投影乗算ラジアン角の長さに等しくあり得る。負荷センサは、随意に、アルミニウムで構築されることができる。第1の範囲は、随意に、0〜50ポンドであることができる。柔軟な本体は、随意に、Sビームであることができ、いくつかの切り抜きおよびチャネルを含むことができる。切り抜きおよびチャネルは、随意に、柔軟な本体に平行四辺形フレームを作成することができる。柔軟な本体は、随意に、柔軟な本体の第1の側面から柔軟な本体の第2の側面まで柔軟な本体を通って延在する空隙を含むことができる。
本教示の別の構成では、負荷を測定するための負荷センサは、負荷の規模に比例して変形し得る、柔軟な本体を含む、機械構成要素を含むことができるが、それを含むことに限定されない。負荷センサはまた、柔軟な本体を通って延在する、挿入物を含むこともできる。挿入物は、第1の間隙によって柔軟な本体の第1の面から離間される、挿入物の第1の面を有することができる。第1の面は、柔軟な本体の第1の端部の一部であることができる。負荷センサは、なおもさらに、挿入物上に調節可能スペーサを含むことができる。調節可能スペーサは、第2の間隙によって柔軟な本体の第2の面から離間される、調節可能な挿入物面を有することができる。柔軟な本体の第2の面は、柔軟な本体の第1の面の反対に配置されることができる。負荷センサはまた、柔軟な本体に取り付けられる突起を含むこともできる。突起は、柔軟な本体の変形に応答して変位することができる。負荷センサはまた、機械構成要素と物理的に別個の電気構成要素を含むこともできる。電気構成要素は、突起の変位を監視し得る、少なくとも1つのセンサを含むことができる。
挿入物は、随意に、ねじ山付き挿入物であることができる。調節可能スペーサは、随意に、ナットであることができる。突起は、随意に、突起を屈曲前部分および屈曲後部分に分割し得る、屈曲部を含むことができる。屈曲前部分は、随意に、柔軟な本体に取り付けられることができ、屈曲後部分は、随意に、柔軟な本体の第1の面と実質的に垂直である面を有することができる。
本教示のロボット手術システム用の無菌構成要素は、近位端を伴う第1の近位部分と、遠位端を伴う関節動作型遠位部分とを有する、被操作構成要素を含むことができるが、それを含むことに限定されない。関節動作型遠位部分は、それを中心として関節動作型遠位部分が屈曲され得る、少なくとも1つの関節動作部を含むことができる。無菌構成要素はまた、第1のアクチュエータ端部と、第2のアクチュエータ端部とを有する、少なくとも1つの変位可能アクチュエータを含むこともできる。第1のアクチュエータ端部は、関節動作型遠位部分に係留されることができる。各変位可能アクチュエータは、被操作構成要素のガイドの中に位置し得る、第1のアクチュエータ端部を含む、拘束部分と、ガイドの外側に配置され得る、第2のアクチュエータ端部を含む、第2の部分とを有することができる。無菌構成要素はまた、被操作構成要素の遠位端に配置される、手術道具と、少なくとも1つの被駆動要素を含み得る、マニピュレータとを含むこともできる。被駆動要素は、第2のアクチュエータ端部が係留され得る、係留点を含むことができる。被駆動要素は、マニピュレータ内の少なくとも1つの軸受表面に沿って平行移動して変位可能であり得る。被駆動要素は、障壁を通して駆動要素の少なくとも一部に係合するように定寸され得る、受容特徴を有することができる。
少なくとも1つの関節動作部は、随意に、リビングヒンジを含むことができる。少なくとも1つの関節動作部は、随意に、運動学的な一対の本体を含むことができる。運動学的な一対の本体は、随意に、玉継手を含むことができる。被操作構成要素の近位部分の少なくとも一部は、随意に、マニピュレータ内に収納されることができる。少なくとも1つの変位可能アクチュエータは、随意に、引張ワイヤであることができる。変位可能アクチュエータはそれぞれ、随意に、被操作構成要素内の切り抜きにおいてガイドから退出することができる。被駆動要素は、随意に、切り抜きの中へ延在し得、被駆動要素が変位されるにつれて切り抜きに沿って乗設し得る、レール突起を含むことができる。被駆動要素は、随意に、第2のアクチュエータ部分の大部分が位置する、チャネルを含むことができる。被駆動要素は、随意に、ブロック様構造であることができる。マニピュレータは、随意に、少なくとも1つのスロットを有する、筐体を含むことができる。各スロットは、随意に、少なくとも1つの被駆動要素の1つの受容特徴と整合されることができる。無菌構成要素は、随意に、機械構成要素のみを含むことができる。マニピュレータは、随意に、障壁を通して回転駆動要素と相互作用するように構成される、少なくとも1つの回転被駆動要素を備えることができる。マニピュレータは、随意に、磁石を含む、回転被駆動要素を含むことができる。マニピュレータは、随意に、多重ポケット状構造を有する、回転被駆動要素を含むことができる。マニピュレータは、随意に、第1の軸を中心として回転するシャフトを有する、回転駆動要素を含むことができる。障壁インターフェース接続要素に取り付けられるシャフトは、随意に、第1の軸に対して鋭角で配向される不規則な表面を伴う面を有することができる。
本教示の外科システムにおける力の伝達のための装置は、外科システムの非無菌区分と無菌区分との間に位置付けられる障壁を含むことができるが、それを含むことに限定されない。障壁は、非無菌区分に対面する第1の表面と、無菌区分に対面する、対向する第2の表面とを含むことができる。本装置はまた、外科システムの非無菌区分の中に位置する、少なくとも1つの駆動要素を含むこともできる。駆動要素は、所定の力を生成して伝達することができ、非無菌区分内の障壁の第1の表面と連通する、1つまたはそれを上回る障壁インターフェース接続部材を含むことができる。本装置はさらに、外科システムの無菌区分の中に位置する、少なくとも1つの被駆動要素を含むことができる。被駆動要素は、無菌区分の障壁の対向する第2の面と連通する、1つまたはそれを上回る協働障壁インターフェース接続部材を含むことができる。被駆動要素は、障壁を横断して非無菌区分内の駆動要素から所定の力を受容することができる。障壁は、所定の力の伝達中に完全性を維持することができる。所定の力は、随意に、直線または回転であり得る。少なくとも1つの駆動要素および1つまたはそれを上回る第1の障壁インターフェース接続部材は、随意に、非無菌区分内の第1の筐体の中に配置されることができ、少なくとも1つの被駆動要素および1つまたはそれを上回る協働障壁インターフェース接続部材は、随意に、無菌区分内の第2の筐体の中に配置されることができる。障壁は、随意に、連続的であり得、および/または1つもしくはそれを上回る層から成ることができ、随意に、非無菌区分内の1つまたはそれを上回る障壁インターフェース接続部材と非接触連通することができる。1つまたはそれを上回る障壁インターフェース接続部材および協働する1つまたはそれを上回る障壁インターフェース接続部材は、随意に、所定の力の伝達のために障壁を横断して非接触連通を達成し得る、磁気結合を形成することができる。
本教示の外科システムにおけるトルクの伝達のための装置は、外科システムの非無菌区分と無菌区分との間に位置付けられる障壁を含むことができるが、それを含むことに限定されない。障壁は、第1の面と、対向する第2の面とを含むことができる。本装置はまた、外科システムの非無菌区分の中に配置される、少なくとも1つの駆動要素を含むこともできる。駆動要素は、第1の表面および第2の対向表面と平行である軸を横断する基準軸に沿って、トルクを生成して伝達することができる。基準軸は、非無菌区分で発生して無菌区分で終端することができる。駆動要素は、障壁の第1の面と連通する、1つまたはそれを上回る障壁インターフェース接続部材を含むことができる。本装置はまた、無菌区分の中に配置される、少なくとも1つの被駆動要素を含むこともできる。被駆動要素は、障壁の対向する第2の表面上の障壁と連通する、1つまたはそれを上回る協働障壁インターフェース接続部材を含むことができる。被駆動要素は、基準軸に沿って駆動要素から所定のトルクを受容することができる。本装置はまた、障壁の中に合わせられた少なくとも1つの架橋要素を含むこともできる。架橋要素は、駆動要素および被駆動要素を連結することができ、非無菌区分上の第1のアクセス可能な部品のセットと、無菌区分上の第2のアクセス可能な部品のセットとを含むことができる。第1のアクセス可能な部品のセットおよび第2のアクセス可能な部品のセットは、それぞれ、非無菌区分内の1つまたはそれを上回る障壁インターフェース接続部材ならびに無菌区分内の1つまたはそれを上回る協働障壁インターフェース接続部材と噛合することができる。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
(項目1)
ロボット手術を可能にするための装置であって、
少なくとも1つのモータと、前記少なくとも1つのモータのそれぞれのための関連付けられる駆動要素とを有する駆動構成要素であって、前記関連付けられる駆動要素は、駆動ねじと、縦軸を中心とした前記駆動ねじの回転に応答して前記駆動ねじの前記縦軸を中心として平行移動して変位するナットと、前記縦軸を横断して配向される突起とを有する、駆動構成要素と、
少なくとも1つの被駆動要素を含むマニピュレータであって、前記被駆動要素は、前記突起に係合する受容特徴を有し、前記被駆動要素は、前記突起が前記受容特徴の中に係合されるときに前記突起とともに平行移動して変位する、マニピュレータと、
前記マニピュレータおよび前記駆動構成要素を分離する連続障壁であって、前記連続障壁の少なくとも一部は、前記突起を被覆し、前記突起は、前記連続障壁を通して前記受容特徴に係合する、連続障壁と、
前記被駆動要素に結合される第1の端部と、関節動作型シャフトに結合される第2の端部とを有する、少なくとも1つのアクチュエータと、
を備え、前記駆動構成要素によって駆動される、前記少なくとも1つのアクチュエータは、前記ロボット手術を可能にする、
装置。
(項目2)
前記ナットは、前記突起を備える、項目1に記載の装置。
(項目3)
前記ナットは、受容構造を備え、前記突起は、前記受容構造と結合される、項目1に記載の装置。
(項目4)
少なくとも1つの線形軸受をさらに備え、前記ナットは、前記少なくとも1つの線形軸受上に乗設する、項目1に記載の装置。
(項目5)
前記障壁の少なくとも一部は、前記突起および被駆動要素とともに移動する、項目1に記載の装置。
(項目6)
前記障壁は、ポケット状領域を備え、前記ポケット状領域は、少なくとも1つのポケットを含み、前記少なくとも1つのポケットは、少なくとも1つのプリーツを含む、項目1に記載の装置。
(項目7)
前記少なくとも1つのアクチュエータによって遭遇される負荷を測定する、負荷センサであって、
柔軟な本体であって、前記柔軟な本体は、前記負荷の規模に比例して変形する、柔軟な本体と、
前記柔軟な本体の第1の部分から前記柔軟な本体の第2の部分に向かって延在する少なくとも1つの停止突起であって、前記少なくとも1つの停止突起は、前記負荷の前記規模が実質的に第1の範囲内に入るときに、前記第1の部分と前記第2の部分との間に間隙を残し、前記少なくとも1つの停止突起は、前記負荷の前記規模が実質的に第2の範囲内に入るときに、前記第2の部分に接触する、少なくとも1つの停止突起と、
前記柔軟な本体に取り付けられる突起であって、前記突起は、前記柔軟な本体の前記変形に応答して変位する、突起と、
前記突起の変位を監視する少なくとも1つのセンサを有する電気構成要素であって、前記変位は、前記負荷の前記測定と関連付けられる、電気構成要素と、
を含む、負荷センサ
をさらに備える、項目1に記載の装置。
(項目8)
前記少なくとも1つの停止突起は、磁石を備える、項目7に記載の装置。
(項目9)
前記電気構成要素は、少なくとも1つのホール効果センサを備え、前記ホール効果センサは、前記磁石の位置に基づいてホール電圧を生じる、項目7に記載の装置。
(項目10)
前記突起は、基準参照マーキングを備え、前記電気構成要素は、光学センサを有し、前記光学センサは、前記基準参照マーキングを監視する、項目7に記載の装置。
(項目11)
前記電気構成要素は、電位差計を備え、前記電位差計は、ワイパを有し、前記ワイパは、前記突起の前記変位に基づいて変位する、項目7に記載の装置。
(項目12)
前記柔軟な本体は、アルミニウムを備える、項目7に記載の装置。
(項目13)
前記第1の範囲は、0〜50ポンドの範囲を備える、項目7に記載の装置。
(項目14)
前記柔軟な本体は、Sビームを備える、項目7に記載の装置。
(項目15)
負荷を測定するための負荷センサをさらに備え、
前記負荷センサは、
柔軟な本体であって、前記柔軟な本体は、前記負荷の規模に比例して変形し、前記柔軟な本体は、柔軟な本体の第1の面と、柔軟な本体の第2の面とを有し、前記柔軟な本体の第1の面は、前記柔軟な本体の第2の面の反対に配置される、柔軟な本体と、
前記柔軟な本体を通って延在する挿入物であって、前記挿入物は、第1の間隙によって前記柔軟な本体の第1の面から離間される挿入物の第1の面を有し、前記挿入物は、調節可能スペーサを有し、前記調節可能スペーサは、第2の間隙によって前記柔軟な本体の第2の面から離間される調節可能な挿入物面を有する、挿入物と、
前記柔軟な本体に取り付けられる突起であって、前記突起は、前記柔軟な本体の前記変形に基づいて変位し、前記柔軟な本体、前記挿入物、および前記突起は、機械構成要素を形成する、突起と、
電気構成要素であって、前記電気構成要素は、前記突起の変位を監視する少なくとも1つのセンサを含み、前記変位は、前記負荷と関連付けられる、電気構成要素と、
を含む、項目1に記載の装置。
(項目16)
前記電気構成要素は、前記機械構成要素と物理的に別個の構成要素を備える、項目15に記載の装置。
(項目17)
前記挿入物は、ねじ山付き挿入物を備える、項目15に記載の装置。
(項目18)
前記調節可能スペーサは、ナットを備える、項目15に記載の装置。
(項目19)
前記突起は、前記突起を屈曲前部分および屈曲後部分に分割する屈曲部を備え、前記屈曲前部分は、前記柔軟な本体に取り付けられ、前記屈曲後部分は、面を有し、前記面は、前記柔軟な本体の第1の面と実質的に垂直である、項目15に記載の装置。
(項目20)
無菌構成要素をさらに備え、
前記無菌構成要素は、
第1の近位部分を有する被操作構成要素であって、前記第1の近位部分は、近位端を有し、前記被操作構成要素は、関節動作型遠位部分を有し、前記関節動作型遠位部分は、遠位端を有し、前記関節動作型遠位部分は、少なくとも1つの関節動作部を有し、前記被操作構成要素は、ガイドを有する、被操作構成要素と、
前記被操作構成要素の前記遠位端に配置される手術道具と、
を含み、
前記マニピュレータは、前記ロボット手術を行うように、前記手術道具および前記被操作構成要素に係合する、
項目1に記載の装置。
(項目21)
前記少なくとも1つのアクチュエータは、拘束部分を備え、前記拘束部分は、前記第1の端部を含み、前記第1の端部は、前記ガイド内に位置し、前記拘束部分は、第2の部分を有し、前記第2の部分は、前記ガイドの外側に配置される前記第2の端部を含む、項目20に記載の装置。
(項目22)
前記少なくとも1つの関節動作部は、リビングヒンジを備える、項目20に記載の装置。
(項目23)
前記少なくとも1つの関節動作部は、運動学的な一対の本体を備える、項目20に記載の装置。
(項目24)
前記マニピュレータは、エンクロージャを備え、前記エンクロージャは、前記被操作構成要素の前記近位部分の少なくとも一部を収納する、項目20に記載の装置。
(項目25)
前記少なくとも1つのアクチュエータは、引張ワイヤを備える、項目20に記載の装置。
(項目26)
前記被駆動要素は、レール突起を備え、前記レール突起は、切り抜きの中へ延在し、前記レール突起は、前記被駆動要素の変位に基づいて前記切り抜きに沿って乗設する、項目20に記載の装置。
(項目27)
前記被駆動要素は、前記第2のアクチュエータ部分の少なくとも一部を収納するチャネルを備える、項目21に記載の装置。
(項目28)
前記マニピュレータは、筐体を備え、前記筐体は、少なくとも1つのスロットを有し、前記少なくとも1つのスロットは、前記少なくとも1つの被駆動要素の受容特徴と整合される、項目20に記載の装置。
(項目29)
前記マニピュレータは、障壁を通して回転駆動要素と相互作用する少なくとも1つの回転被駆動要素を備える、項目20に記載の装置。
(項目30)
前記少なくとも1つの回転被駆動要素は、磁石を備える、項目29に記載の装置。
(項目31)
前記マニピュレータは、第1の軸を中心として回転するシャフトを有する回転駆動要素を備え、前記シャフトは、前記障壁と関連付けられる障壁インターフェース接続要素に取り付けられ、前記障壁インターフェース接続要素は、前記第1の軸に対して鋭角で配向されている面を備える、項目29に記載の装置。
(項目32)
前記障壁の第1の表面と動作可能に連通する少なくとも1つの障壁インターフェース接続部材を含む、力伝達システムをさらに備え、
前記障壁は、前記外科システムの非無菌区分と無菌区分との間に位置付けられ、前記第1の表面は、前記非無菌区分に対面し、対向する第2の表面は、前記無菌区分に対面し、
前記非無菌区分の中に位置する前記駆動要素は、所定の力を生成して伝達し、
前記無菌区分の中に位置する前記被駆動要素は、前記対向する第2の面と動作可能に連通する、少なくとも1つの協働障壁インターフェース接続部材を含み、前記被駆動要素は、前記障壁を横断して前記駆動要素から前記所定の力を受容し、前記障壁は、前記所定の力の前記伝達中に完全性を維持する、
項目1に記載の装置。
(項目33)
前記所定の力は、直線力および回転力から成る群から選択される、項目32に記載の装置。
(項目34)
前記非無菌区分は、第1の筐体を備え、前記第1の筐体は、前記少なくとも1つの駆動要素と、前記少なくとも1つの第1の障壁インターフェース接続部材とを含む、項目32に記載の装置。
(項目35)
前記無菌区分は、第2の筐体を備え、前記第2の筐体は、前記少なくとも1つの被駆動要素と、前記少なくとも1つの協働障壁インターフェース接続部材とを含む、項目32に記載の装置。
(項目36)
前記障壁は、連続材料を備える、項目32に記載の装置。
(項目37)
前記障壁は、層状材料を備える、項目32に記載の装置。
(項目38)
前記障壁は、前記少なくとも1つの障壁インターフェース接続部材との非接触連通を備える、項目32に記載の装置。
(項目39)
前記少なくとも1つの障壁インターフェース接続部材および前記少なくとも1つの協働障壁インターフェース接続部材は、磁気結合を備える、項目32に記載の装置。
(項目40)
前記障壁に少なくとも1つの架橋要素を含む、トルク伝達システムであって、前記少なくとも1つの架橋要素は、前記駆動要素および前記被駆動要素を連結し、前記少なくとも1つの架橋要素は、前記非無菌区分上の第1の部品のセットと、前記無菌区分上の第2の部品のセットとを含み、前記第1の部品のセットおよび前記第2の部品のセットは、前記非無菌区分内の前記少なくとも1つの障壁インターフェース接続部材ならびに前記無菌区分内の前記少なくとも1つの協働障壁インターフェース接続部材と噛合する、トルク伝達システム
をさらに備え、
前記障壁は、前記外科システムの非無菌区分と無菌区分との間に位置付けられ、前記障壁は、第1の面と、対向する第2の面とを有し、
少なくとも1つの駆動要素は、前記非無菌区分の中に配置され、前記駆動要素は、基準軸に沿ってトルクを生成して伝達し、前記基準軸は、平行軸を横断し、前記平行軸は、前記第1の表面および前記第2の対向表面と平行であり、前記基準軸は、前記非無菌区分で発生して前記無菌区分で終端し、前記少なくとも1つの駆動要素は、少なくとも1つの障壁インターフェース接続部材を有し、前記障壁インターフェース接続部材は、前記第1の面と動作可能に連通し、
少なくとも1つの被駆動要素は、前記無菌区分の中に配置され、前記被駆動要素は、前記対向する第2の表面上の前記障壁と動作可能に連通する、少なくとも1つの協働障壁インターフェース接続部材を有し、前記少なくとも1つの被駆動要素は、前記基準軸に沿って前記駆動要素から前記所定のトルクを受容する、
項目1に記載の装置。
(項目41)
ロボット外科システム内の関節動作型区画の動作を制御するための方法であって、前記関節動作型区画は、少なくとも1つのアクチュエータを含み、
前記ロボット外科システムによって、少なくとも1つのコマンド信号を受信するステップであって、前記少なくとも1つのコマンド信号は、ユーザが指図した移動コマンドに基づく、ステップと、
少なくとも部分的に前記コマンド信号に基づいて、前記関節動作型区画の所望の回転角および所望の屈曲角を判定するステップと、
前記所望の回転角および前記所望の屈曲角に基づいて、前記関節動作型区画の長さ値の変化を判定するステップと、
前記長さ値の変化に基づいて、前記少なくとも1つのアクチュエータの所望の長さ値を計算するステップと、
前記所望の長さ値に基づいて、前記少なくとも1つのアクチュエータの長さ誤差値を計算するステップと、
前記長さ誤差値に基づいて、前記関節動作型区画のための変位コマンドを生成するステップと、
を含む、方法。
(項目42)
前記変位コマンドを少なくとも1つのモータアセンブリに送信し、少なくとも1つのアクチュエータの移動を制御するステップをさらに含む、項目41に記載の方法。
(項目43)
前記ロボット外科システムのモードに基づいて、前記少なくとも1つのアクチュエータの前記移動を制御するステップをさらに含む、項目42に記載の方法。
(項目44)
柔軟な本体であって、前記柔軟な本体は、前記負荷の規模に比例して変形し、前記柔軟な本体は、柔軟な本体の第1の面と、柔軟な本体の第2の面とを有し、前記柔軟な本体の第1の面は、前記柔軟な本体の第2の面の反対に配置される、柔軟な本体と、
前記柔軟な本体を通って延在する、挿入物であって、前記挿入物は、第1の間隙によって前記柔軟な本体の第1の面から離間される、挿入物の第1の面を有し、前記挿入物は、調節可能スペーサを有し、前記調節可能スペーサは、第2の間隙によって前記柔軟な本体の第2の面から離間される、調節可能な挿入物面を有する、挿入物と、
前記柔軟な本体に取り付けられる突起であって、前記突起は、前記柔軟な本体の前記変形に基づいて変位し、前記柔軟な本体、前記挿入物、および前記突起は、機械構成要素を形成する、突起と、
電気構成要素であって、前記電気構成要素は、前記突起の変位を監視する、少なくとも1つのセンサを含み、前記変位は、前記負荷と関連付けられる、電気構成要素と、
を備える、負荷を測定するための負荷センサ。
(項目45)
前記電気構成要素は、前記機械構成要素と物理的に別個の構成要素を備える、項目44に記載の負荷センサ。
(項目46)
前記挿入物は、ねじ山付き挿入物を備える、項目44に記載の負荷センサ。
(項目47)
前記突起は、前記突起を屈曲前部分および屈曲後部分に分割する屈曲部を備え、前記屈曲前部分は、前記柔軟な本体に取り付けられ、前記屈曲後部分は、面を有し、前記面は、前記柔軟な本体の第1の面と実質的に垂直である、項目44に記載の負荷センサ。
(項目48)
ロボット手術システム用の無菌構成要素であって、
第1の近位部分を有する被操作構成要素であって、前記第1の近位部分は、近位端を有し、前記被操作構成要素は、関節動作型遠位部分を有し、前記関節動作型遠位部分は、遠位端を有し、前記関節動作型遠位部分は、少なくとも1つの関節動作部を有し、前記被操作構成要素は、ガイドを有する、被操作構成要素と、
第1のアクチュエータ端部と、第2のアクチュエータ端部とを有する、少なくとも1つの変位可能アクチュエータであって、前記第1のアクチュエータ端部は、前記関節動作型遠位部分に係留される、変位可能アクチュエータと、
前記被操作構成要素の前記遠位端に配置される手術道具と、
少なくとも1つの軸受表面を有するマニピュレータであって、前記マニピュレータは、少なくとも1つの被駆動要素を有し、前記被駆動要素は、前記第2のアクチュエータ端部を係留する係留点を有し、前記被駆動要素は、前記少なくとも1つの軸受表面に沿って平行移動して変位可能であり、前記被駆動要素は、障壁を通して駆動要素の少なくとも一部に係合する受容特徴を有する、マニピュレータと、
を備え、前記マニピュレータは、前記ロボット手術を行うように、前記手術道具および前記被操作構成要素に係合する、
無菌構成要素。
(項目49)
前記少なくとも1つの関節動作部は、リビングヒンジを備える、項目48に記載の無菌構成要素。
(項目50)
前記少なくとも1つの関節動作部は、運動学的な一対の本体を備える、項目48に記載の無菌構成要素。
(項目51)
前記少なくとも1つの変位可能アクチュエータは、引張ワイヤを備える、項目48に記載の無菌構成要素。
(項目52)
前記マニピュレータは、筐体を備え、前記筐体は、少なくとも1つのスロットを有し、前記少なくとも1つのスロットは、前記少なくとも1つの被駆動要素の受容特徴と整合される、項目48に記載の無菌構成要素。
(項目53)
前記マニピュレータは、障壁を通して回転駆動要素と相互作用する、少なくとも1つの回転被駆動要素を備える、項目48に記載の無菌構成要素。
(項目54)
前記少なくとも1つの回転被駆動要素は、磁石を備える、項目48に記載の無菌構成要素。
(項目55)
外科システムにおける力の伝達のための装置であって、
前記外科システムの非無菌区分と無菌区分との間に位置付けられる障壁であって、前記障壁は、前記非無菌区分に対面する第1の表面と、前記無菌区分に対面する、対向する第2の表面とを有する、障壁と、
前記非無菌区分の中に位置する少なくとも1つの駆動要素であって、前記少なくとも1つの駆動要素は、所定の力を生成して伝達する、少なくとも1つの駆動要素と、
前記第1の表面と動作可能に連通する1つまたはそれを上回る障壁インターフェース接続部材と、
前記無菌区分の中に位置する少なくとも1つの被駆動要素であって、前記被駆動要素は、前記対向する第2の面と動作可能に連通する少なくとも1つの協働障壁インターフェース接続部材を備え、前記少なくとも1つの被駆動要素は、前記障壁を横断して前記駆動要素から前記所定の力を受容し、前記障壁は、前記所定の力の前記伝達中に完全性を維持する、少なくとも1つの被駆動要素と、
を備える、装置。
(項目56)
外科システムにおけるトルクの伝達のための装置であって、
前記外科システムの非無菌区分と無菌区分との間に位置付けられる障壁であって、前記障壁は、第1の表面と、対向する第2の表面とを有する、障壁と、
前記非無菌区分の中に位置する少なくとも1つの駆動要素であって、前記駆動要素は、基準軸に沿ってトルクを生成して伝達し、前記基準軸は、平行軸を横断し、前記平行軸は、前記第1の表面および前記第2の対向表面と平行であり、前記基準軸は、前記非無菌区分で発生して前記無菌区分で終端し、前記少なくとも1つの駆動要素は、少なくとも1つの障壁インターフェース接続部材を有し、前記障壁インターフェース接続部材は、前記第1の面と動作可能に連通する、少なくとも1つの駆動要素と、
前記無菌区分の中に配置される少なくとも1つの被駆動要素であって、前記被駆動要素は、前記対向する第2の表面上の前記障壁と動作可能に連通する、少なくとも1つの協働障壁インターフェース接続部材を有し、前記少なくとも1つの被駆動要素は、前記基準軸に沿って前記駆動要素から前記所定のトルクを受容する、少なくとも1つの被駆動要素と、
前記障壁内の少なくとも1つの架橋要素であって、前記少なくとも1つの架橋要素は、前記駆動要素および前記被駆動要素を連結し、前記少なくとも1つの架橋要素は、前記非無菌区分上の第1の部品のセットと、前記無菌区分上の第2の部品のセットとを含み、前記第1の部品のセットおよび前記第2の部品のセットは、前記非無菌区分内の前記少なくとも1つの障壁インターフェース接続部材ならびに前記無菌区分内の前記少なくとも1つの協働障壁インターフェース接続部材と噛合する、少なくとも1つの架橋要素と、
を備える、装置。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
(項目1)
ロボット手術を可能にするための装置であって、
少なくとも1つのモータと、前記少なくとも1つのモータのそれぞれのための関連付けられる駆動要素とを有する駆動構成要素であって、前記関連付けられる駆動要素は、駆動ねじと、縦軸を中心とした前記駆動ねじの回転に応答して前記駆動ねじの前記縦軸を中心として平行移動して変位するナットと、前記縦軸を横断して配向される突起とを有する、駆動構成要素と、
少なくとも1つの被駆動要素を含むマニピュレータであって、前記被駆動要素は、前記突起に係合する受容特徴を有し、前記被駆動要素は、前記突起が前記受容特徴の中に係合されるときに前記突起とともに平行移動して変位する、マニピュレータと、
前記マニピュレータおよび前記駆動構成要素を分離する連続障壁であって、前記連続障壁の少なくとも一部は、前記突起を被覆し、前記突起は、前記連続障壁を通して前記受容特徴に係合する、連続障壁と、
前記被駆動要素に結合される第1の端部と、関節動作型シャフトに結合される第2の端部とを有する、少なくとも1つのアクチュエータと、
を備え、前記駆動構成要素によって駆動される、前記少なくとも1つのアクチュエータは、前記ロボット手術を可能にする、
装置。
(項目2)
前記ナットは、前記突起を備える、項目1に記載の装置。
(項目3)
前記ナットは、受容構造を備え、前記突起は、前記受容構造と結合される、項目1に記載の装置。
(項目4)
少なくとも1つの線形軸受をさらに備え、前記ナットは、前記少なくとも1つの線形軸受上に乗設する、項目1に記載の装置。
(項目5)
前記障壁の少なくとも一部は、前記突起および被駆動要素とともに移動する、項目1に記載の装置。
(項目6)
前記障壁は、ポケット状領域を備え、前記ポケット状領域は、少なくとも1つのポケットを含み、前記少なくとも1つのポケットは、少なくとも1つのプリーツを含む、項目1に記載の装置。
(項目7)
前記少なくとも1つのアクチュエータによって遭遇される負荷を測定する、負荷センサであって、
柔軟な本体であって、前記柔軟な本体は、前記負荷の規模に比例して変形する、柔軟な本体と、
前記柔軟な本体の第1の部分から前記柔軟な本体の第2の部分に向かって延在する少なくとも1つの停止突起であって、前記少なくとも1つの停止突起は、前記負荷の前記規模が実質的に第1の範囲内に入るときに、前記第1の部分と前記第2の部分との間に間隙を残し、前記少なくとも1つの停止突起は、前記負荷の前記規模が実質的に第2の範囲内に入るときに、前記第2の部分に接触する、少なくとも1つの停止突起と、
前記柔軟な本体に取り付けられる突起であって、前記突起は、前記柔軟な本体の前記変形に応答して変位する、突起と、
前記突起の変位を監視する少なくとも1つのセンサを有する電気構成要素であって、前記変位は、前記負荷の前記測定と関連付けられる、電気構成要素と、
を含む、負荷センサ
をさらに備える、項目1に記載の装置。
(項目8)
前記少なくとも1つの停止突起は、磁石を備える、項目7に記載の装置。
(項目9)
前記電気構成要素は、少なくとも1つのホール効果センサを備え、前記ホール効果センサは、前記磁石の位置に基づいてホール電圧を生じる、項目7に記載の装置。
(項目10)
前記突起は、基準参照マーキングを備え、前記電気構成要素は、光学センサを有し、前記光学センサは、前記基準参照マーキングを監視する、項目7に記載の装置。
(項目11)
前記電気構成要素は、電位差計を備え、前記電位差計は、ワイパを有し、前記ワイパは、前記突起の前記変位に基づいて変位する、項目7に記載の装置。
(項目12)
前記柔軟な本体は、アルミニウムを備える、項目7に記載の装置。
(項目13)
前記第1の範囲は、0〜50ポンドの範囲を備える、項目7に記載の装置。
(項目14)
前記柔軟な本体は、Sビームを備える、項目7に記載の装置。
(項目15)
負荷を測定するための負荷センサをさらに備え、
前記負荷センサは、
柔軟な本体であって、前記柔軟な本体は、前記負荷の規模に比例して変形し、前記柔軟な本体は、柔軟な本体の第1の面と、柔軟な本体の第2の面とを有し、前記柔軟な本体の第1の面は、前記柔軟な本体の第2の面の反対に配置される、柔軟な本体と、
前記柔軟な本体を通って延在する挿入物であって、前記挿入物は、第1の間隙によって前記柔軟な本体の第1の面から離間される挿入物の第1の面を有し、前記挿入物は、調節可能スペーサを有し、前記調節可能スペーサは、第2の間隙によって前記柔軟な本体の第2の面から離間される調節可能な挿入物面を有する、挿入物と、
前記柔軟な本体に取り付けられる突起であって、前記突起は、前記柔軟な本体の前記変形に基づいて変位し、前記柔軟な本体、前記挿入物、および前記突起は、機械構成要素を形成する、突起と、
電気構成要素であって、前記電気構成要素は、前記突起の変位を監視する少なくとも1つのセンサを含み、前記変位は、前記負荷と関連付けられる、電気構成要素と、
を含む、項目1に記載の装置。
(項目16)
前記電気構成要素は、前記機械構成要素と物理的に別個の構成要素を備える、項目15に記載の装置。
(項目17)
前記挿入物は、ねじ山付き挿入物を備える、項目15に記載の装置。
(項目18)
前記調節可能スペーサは、ナットを備える、項目15に記載の装置。
(項目19)
前記突起は、前記突起を屈曲前部分および屈曲後部分に分割する屈曲部を備え、前記屈曲前部分は、前記柔軟な本体に取り付けられ、前記屈曲後部分は、面を有し、前記面は、前記柔軟な本体の第1の面と実質的に垂直である、項目15に記載の装置。
(項目20)
無菌構成要素をさらに備え、
前記無菌構成要素は、
第1の近位部分を有する被操作構成要素であって、前記第1の近位部分は、近位端を有し、前記被操作構成要素は、関節動作型遠位部分を有し、前記関節動作型遠位部分は、遠位端を有し、前記関節動作型遠位部分は、少なくとも1つの関節動作部を有し、前記被操作構成要素は、ガイドを有する、被操作構成要素と、
前記被操作構成要素の前記遠位端に配置される手術道具と、
を含み、
前記マニピュレータは、前記ロボット手術を行うように、前記手術道具および前記被操作構成要素に係合する、
項目1に記載の装置。
(項目21)
前記少なくとも1つのアクチュエータは、拘束部分を備え、前記拘束部分は、前記第1の端部を含み、前記第1の端部は、前記ガイド内に位置し、前記拘束部分は、第2の部分を有し、前記第2の部分は、前記ガイドの外側に配置される前記第2の端部を含む、項目20に記載の装置。
(項目22)
前記少なくとも1つの関節動作部は、リビングヒンジを備える、項目20に記載の装置。
(項目23)
前記少なくとも1つの関節動作部は、運動学的な一対の本体を備える、項目20に記載の装置。
(項目24)
前記マニピュレータは、エンクロージャを備え、前記エンクロージャは、前記被操作構成要素の前記近位部分の少なくとも一部を収納する、項目20に記載の装置。
(項目25)
前記少なくとも1つのアクチュエータは、引張ワイヤを備える、項目20に記載の装置。
(項目26)
前記被駆動要素は、レール突起を備え、前記レール突起は、切り抜きの中へ延在し、前記レール突起は、前記被駆動要素の変位に基づいて前記切り抜きに沿って乗設する、項目20に記載の装置。
(項目27)
前記被駆動要素は、前記第2のアクチュエータ部分の少なくとも一部を収納するチャネルを備える、項目21に記載の装置。
(項目28)
前記マニピュレータは、筐体を備え、前記筐体は、少なくとも1つのスロットを有し、前記少なくとも1つのスロットは、前記少なくとも1つの被駆動要素の受容特徴と整合される、項目20に記載の装置。
(項目29)
前記マニピュレータは、障壁を通して回転駆動要素と相互作用する少なくとも1つの回転被駆動要素を備える、項目20に記載の装置。
(項目30)
前記少なくとも1つの回転被駆動要素は、磁石を備える、項目29に記載の装置。
(項目31)
前記マニピュレータは、第1の軸を中心として回転するシャフトを有する回転駆動要素を備え、前記シャフトは、前記障壁と関連付けられる障壁インターフェース接続要素に取り付けられ、前記障壁インターフェース接続要素は、前記第1の軸に対して鋭角で配向されている面を備える、項目29に記載の装置。
(項目32)
前記障壁の第1の表面と動作可能に連通する少なくとも1つの障壁インターフェース接続部材を含む、力伝達システムをさらに備え、
前記障壁は、前記外科システムの非無菌区分と無菌区分との間に位置付けられ、前記第1の表面は、前記非無菌区分に対面し、対向する第2の表面は、前記無菌区分に対面し、
前記非無菌区分の中に位置する前記駆動要素は、所定の力を生成して伝達し、
前記無菌区分の中に位置する前記被駆動要素は、前記対向する第2の面と動作可能に連通する、少なくとも1つの協働障壁インターフェース接続部材を含み、前記被駆動要素は、前記障壁を横断して前記駆動要素から前記所定の力を受容し、前記障壁は、前記所定の力の前記伝達中に完全性を維持する、
項目1に記載の装置。
(項目33)
前記所定の力は、直線力および回転力から成る群から選択される、項目32に記載の装置。
(項目34)
前記非無菌区分は、第1の筐体を備え、前記第1の筐体は、前記少なくとも1つの駆動要素と、前記少なくとも1つの第1の障壁インターフェース接続部材とを含む、項目32に記載の装置。
(項目35)
前記無菌区分は、第2の筐体を備え、前記第2の筐体は、前記少なくとも1つの被駆動要素と、前記少なくとも1つの協働障壁インターフェース接続部材とを含む、項目32に記載の装置。
(項目36)
前記障壁は、連続材料を備える、項目32に記載の装置。
(項目37)
前記障壁は、層状材料を備える、項目32に記載の装置。
(項目38)
前記障壁は、前記少なくとも1つの障壁インターフェース接続部材との非接触連通を備える、項目32に記載の装置。
(項目39)
前記少なくとも1つの障壁インターフェース接続部材および前記少なくとも1つの協働障壁インターフェース接続部材は、磁気結合を備える、項目32に記載の装置。
(項目40)
前記障壁に少なくとも1つの架橋要素を含む、トルク伝達システムであって、前記少なくとも1つの架橋要素は、前記駆動要素および前記被駆動要素を連結し、前記少なくとも1つの架橋要素は、前記非無菌区分上の第1の部品のセットと、前記無菌区分上の第2の部品のセットとを含み、前記第1の部品のセットおよび前記第2の部品のセットは、前記非無菌区分内の前記少なくとも1つの障壁インターフェース接続部材ならびに前記無菌区分内の前記少なくとも1つの協働障壁インターフェース接続部材と噛合する、トルク伝達システム
をさらに備え、
前記障壁は、前記外科システムの非無菌区分と無菌区分との間に位置付けられ、前記障壁は、第1の面と、対向する第2の面とを有し、
少なくとも1つの駆動要素は、前記非無菌区分の中に配置され、前記駆動要素は、基準軸に沿ってトルクを生成して伝達し、前記基準軸は、平行軸を横断し、前記平行軸は、前記第1の表面および前記第2の対向表面と平行であり、前記基準軸は、前記非無菌区分で発生して前記無菌区分で終端し、前記少なくとも1つの駆動要素は、少なくとも1つの障壁インターフェース接続部材を有し、前記障壁インターフェース接続部材は、前記第1の面と動作可能に連通し、
少なくとも1つの被駆動要素は、前記無菌区分の中に配置され、前記被駆動要素は、前記対向する第2の表面上の前記障壁と動作可能に連通する、少なくとも1つの協働障壁インターフェース接続部材を有し、前記少なくとも1つの被駆動要素は、前記基準軸に沿って前記駆動要素から前記所定のトルクを受容する、
項目1に記載の装置。
(項目41)
ロボット外科システム内の関節動作型区画の動作を制御するための方法であって、前記関節動作型区画は、少なくとも1つのアクチュエータを含み、
前記ロボット外科システムによって、少なくとも1つのコマンド信号を受信するステップであって、前記少なくとも1つのコマンド信号は、ユーザが指図した移動コマンドに基づく、ステップと、
少なくとも部分的に前記コマンド信号に基づいて、前記関節動作型区画の所望の回転角および所望の屈曲角を判定するステップと、
前記所望の回転角および前記所望の屈曲角に基づいて、前記関節動作型区画の長さ値の変化を判定するステップと、
前記長さ値の変化に基づいて、前記少なくとも1つのアクチュエータの所望の長さ値を計算するステップと、
前記所望の長さ値に基づいて、前記少なくとも1つのアクチュエータの長さ誤差値を計算するステップと、
前記長さ誤差値に基づいて、前記関節動作型区画のための変位コマンドを生成するステップと、
を含む、方法。
(項目42)
前記変位コマンドを少なくとも1つのモータアセンブリに送信し、少なくとも1つのアクチュエータの移動を制御するステップをさらに含む、項目41に記載の方法。
(項目43)
前記ロボット外科システムのモードに基づいて、前記少なくとも1つのアクチュエータの前記移動を制御するステップをさらに含む、項目42に記載の方法。
(項目44)
柔軟な本体であって、前記柔軟な本体は、前記負荷の規模に比例して変形し、前記柔軟な本体は、柔軟な本体の第1の面と、柔軟な本体の第2の面とを有し、前記柔軟な本体の第1の面は、前記柔軟な本体の第2の面の反対に配置される、柔軟な本体と、
前記柔軟な本体を通って延在する、挿入物であって、前記挿入物は、第1の間隙によって前記柔軟な本体の第1の面から離間される、挿入物の第1の面を有し、前記挿入物は、調節可能スペーサを有し、前記調節可能スペーサは、第2の間隙によって前記柔軟な本体の第2の面から離間される、調節可能な挿入物面を有する、挿入物と、
前記柔軟な本体に取り付けられる突起であって、前記突起は、前記柔軟な本体の前記変形に基づいて変位し、前記柔軟な本体、前記挿入物、および前記突起は、機械構成要素を形成する、突起と、
電気構成要素であって、前記電気構成要素は、前記突起の変位を監視する、少なくとも1つのセンサを含み、前記変位は、前記負荷と関連付けられる、電気構成要素と、
を備える、負荷を測定するための負荷センサ。
(項目45)
前記電気構成要素は、前記機械構成要素と物理的に別個の構成要素を備える、項目44に記載の負荷センサ。
(項目46)
前記挿入物は、ねじ山付き挿入物を備える、項目44に記載の負荷センサ。
(項目47)
前記突起は、前記突起を屈曲前部分および屈曲後部分に分割する屈曲部を備え、前記屈曲前部分は、前記柔軟な本体に取り付けられ、前記屈曲後部分は、面を有し、前記面は、前記柔軟な本体の第1の面と実質的に垂直である、項目44に記載の負荷センサ。
(項目48)
ロボット手術システム用の無菌構成要素であって、
第1の近位部分を有する被操作構成要素であって、前記第1の近位部分は、近位端を有し、前記被操作構成要素は、関節動作型遠位部分を有し、前記関節動作型遠位部分は、遠位端を有し、前記関節動作型遠位部分は、少なくとも1つの関節動作部を有し、前記被操作構成要素は、ガイドを有する、被操作構成要素と、
第1のアクチュエータ端部と、第2のアクチュエータ端部とを有する、少なくとも1つの変位可能アクチュエータであって、前記第1のアクチュエータ端部は、前記関節動作型遠位部分に係留される、変位可能アクチュエータと、
前記被操作構成要素の前記遠位端に配置される手術道具と、
少なくとも1つの軸受表面を有するマニピュレータであって、前記マニピュレータは、少なくとも1つの被駆動要素を有し、前記被駆動要素は、前記第2のアクチュエータ端部を係留する係留点を有し、前記被駆動要素は、前記少なくとも1つの軸受表面に沿って平行移動して変位可能であり、前記被駆動要素は、障壁を通して駆動要素の少なくとも一部に係合する受容特徴を有する、マニピュレータと、
を備え、前記マニピュレータは、前記ロボット手術を行うように、前記手術道具および前記被操作構成要素に係合する、
無菌構成要素。
(項目49)
前記少なくとも1つの関節動作部は、リビングヒンジを備える、項目48に記載の無菌構成要素。
(項目50)
前記少なくとも1つの関節動作部は、運動学的な一対の本体を備える、項目48に記載の無菌構成要素。
(項目51)
前記少なくとも1つの変位可能アクチュエータは、引張ワイヤを備える、項目48に記載の無菌構成要素。
(項目52)
前記マニピュレータは、筐体を備え、前記筐体は、少なくとも1つのスロットを有し、前記少なくとも1つのスロットは、前記少なくとも1つの被駆動要素の受容特徴と整合される、項目48に記載の無菌構成要素。
(項目53)
前記マニピュレータは、障壁を通して回転駆動要素と相互作用する、少なくとも1つの回転被駆動要素を備える、項目48に記載の無菌構成要素。
(項目54)
前記少なくとも1つの回転被駆動要素は、磁石を備える、項目48に記載の無菌構成要素。
(項目55)
外科システムにおける力の伝達のための装置であって、
前記外科システムの非無菌区分と無菌区分との間に位置付けられる障壁であって、前記障壁は、前記非無菌区分に対面する第1の表面と、前記無菌区分に対面する、対向する第2の表面とを有する、障壁と、
前記非無菌区分の中に位置する少なくとも1つの駆動要素であって、前記少なくとも1つの駆動要素は、所定の力を生成して伝達する、少なくとも1つの駆動要素と、
前記第1の表面と動作可能に連通する1つまたはそれを上回る障壁インターフェース接続部材と、
前記無菌区分の中に位置する少なくとも1つの被駆動要素であって、前記被駆動要素は、前記対向する第2の面と動作可能に連通する少なくとも1つの協働障壁インターフェース接続部材を備え、前記少なくとも1つの被駆動要素は、前記障壁を横断して前記駆動要素から前記所定の力を受容し、前記障壁は、前記所定の力の前記伝達中に完全性を維持する、少なくとも1つの被駆動要素と、
を備える、装置。
(項目56)
外科システムにおけるトルクの伝達のための装置であって、
前記外科システムの非無菌区分と無菌区分との間に位置付けられる障壁であって、前記障壁は、第1の表面と、対向する第2の表面とを有する、障壁と、
前記非無菌区分の中に位置する少なくとも1つの駆動要素であって、前記駆動要素は、基準軸に沿ってトルクを生成して伝達し、前記基準軸は、平行軸を横断し、前記平行軸は、前記第1の表面および前記第2の対向表面と平行であり、前記基準軸は、前記非無菌区分で発生して前記無菌区分で終端し、前記少なくとも1つの駆動要素は、少なくとも1つの障壁インターフェース接続部材を有し、前記障壁インターフェース接続部材は、前記第1の面と動作可能に連通する、少なくとも1つの駆動要素と、
前記無菌区分の中に配置される少なくとも1つの被駆動要素であって、前記被駆動要素は、前記対向する第2の表面上の前記障壁と動作可能に連通する、少なくとも1つの協働障壁インターフェース接続部材を有し、前記少なくとも1つの被駆動要素は、前記基準軸に沿って前記駆動要素から前記所定のトルクを受容する、少なくとも1つの被駆動要素と、
前記障壁内の少なくとも1つの架橋要素であって、前記少なくとも1つの架橋要素は、前記駆動要素および前記被駆動要素を連結し、前記少なくとも1つの架橋要素は、前記非無菌区分上の第1の部品のセットと、前記無菌区分上の第2の部品のセットとを含み、前記第1の部品のセットおよび前記第2の部品のセットは、前記非無菌区分内の前記少なくとも1つの障壁インターフェース接続部材ならびに前記無菌区分内の前記少なくとも1つの協働障壁インターフェース接続部材と噛合する、少なくとも1つの架橋要素と、
を備える、装置。
これらおよび他の側面は、図面を参照して、本開示の種々の構成の以下の詳細な説明から、より明白となるであろう。
本教示のいくつかの構成によると、ここで図1を参照すると、外科的手技を行うための外科システム10が示されている。システム10はまた、内視鏡手技等の他の医療手技に使用されてもよい。一般に、外科システム10は、ユーザインターフェース12Aと、手術ロボット16とを含むことができるが、それらを含むことに限定されない。ロボット16は、患者18に手術を行うために使用され得る、少なくとも1つの制御可能要素を含むことができる。そのような要素は、手術標的に手術を行うように患者18の解剖学的特徴または空洞の中に導入されてもよい、もしくは手術のためにロボット16の他の部分を位置付けることに役立ってもよい。ユーザインターフェース12Aは、ロボット16からのフィードバックおよび/またはデータを制御して受信するように、ロボット16と通信することができる。複数のディスプレイおよびユーザ入力デバイスが、ユーザインターフェース12Aに含まれることができる。同様に、複数のロボット16が、外科システム10に含まれてもよい。複数のディスプレイおよび/またはユーザ入力デバイスは、例えば、教示/教育目的のために、もしくはロボット16が1人の医師によって容易に制御されるよりも多くの制御可能要素を含む、シナリオのために望ましくあり得る。
図1を参照し続けると、ユーザインターフェース12Aは、捕捉され、撮像または視覚システム13からユーザインターフェース12Aに中継される、画像を表示することができる。撮像システム13は、ロボット16の一部であってもよく、手術中にロボット16の中に導入されてもよい。撮像/視覚システム13は、ロボット16によって制御されてもよい。代替構成では、撮像/視覚システム13は、ロボット16によって直接制御されない場合がある、随意の補助構成要素20であってもよい。ユーザインターフェース12Aにおいて表示される画像は、外科医22が視覚フィードバックを用いてロボット16を制御することを可能にする、手術部位の視界を提供することができる。ユーザインターフェース12Aは、モニタ、タッチスクリーン、タブレット、または同等物等の種々のディスプレイのうちのいずれかを含むことができる。ユーザインターフェース12Aが、ユーザ入力を受信することが可能である構成(例えば、タッチスクリーン)では、外科医22等のユーザは、ユーザインターフェース12Aのディスプレイ上に示される視野をパン、ズーム、または別様に操作するように、ユーザインターフェース12Aと相互作用してもよい。加えて、他の表示機能性(例えば、写真を撮る、ビデオを録画する、ロボット16の制御)もまた、ユーザインターフェース12Aを通して命令されてもよい。
図1を参照し続けると、外科医22は、ロボット16の動作を制御するように、ユーザインターフェース12Aと相互作用することができる。例示的構成では、ユーザインターフェース12Aは、外科的手技中に種々の自由度を中心として、および/またはそれに沿って、ロボット16の制御可能要素(例えば、アームもしくは手術道具)を移動させることができる。ユーザインターフェース12Aは、外科医22の身体の異なる部分(例えば、右手、左手、右足、左足等)によって別個に制御可能である、複数の部分を有してもよい。加えて、ユーザインターフェース12Aは、ロボット16の異なる部分または機能性を制御することができる、複数の部分を有してもよい。ユーザインターフェース12Aがタッチスクリーンを含まない場合、ユーザインターフェース12Aは、入力コマンドをロボット16に提供するように外科医22によって変位されることができる、1つまたはそれを上回る構造を含んでもよい。これらの構造は、構成によって変動し得、任意の好適なタイプのインターフェースが使用されてもよい。いくつかの構成では、1つまたはそれを上回るジョイスティック、トリガ、スクロールホイールもしくはボール等が、ロボット16を制御するように外科医22によって変位されてもよい。代替構成では、ユーザインターフェース12Aは、手技で使用されている手術道具の作業端を模倣し得る。これは、外科医22が切開手術を行っている場合のように手術道具を動作させることを可能にし得る。なおも他の構成では、ユーザインターフェース12Aは、外骨格であり得る。そのような構成では、ユーザインターフェース12Aは、外科医22によって着用されることができ、入力は、外科医22の身体が移動するにつれてユーザインターフェース12Aに提供されることができる。
図1を参照し続けると、種々の構成では、ユーザインターフェース12Aは、触覚フィードバック等のフィードバックを外科医22に提供することができる。本フィードバックは、ロボット16の駆動システムを通して及ぼされている力の量に比例してユーザインターフェース12Aの一部を変位させるために必要とされる努力を行うことができる、力フィードバックであってもよいが、それに限定されない。振動フィードバックまたは他の触覚フィードバックもまた、利用されてもよい。補助構成要素20が、随意に、外科システム10に含まれることができる、またはそれとインターフェースをとることができる。補助構成要素20は、内視鏡等の視覚または撮像システム13、潅注もしくは吹送システム、照明システム、および/または吸引システムを含むことができるが、それらを含むことに限定されない。APIが、外科システム10の構成要素と補助構成要素20との間のインターフェースを促進するように提供されてもよい。補助構成要素20として本明細書に説明される任意の構成要素は、代替構成では、ロボット16の一部として含まれてもよく、その逆も同様である。少なくとも1つのコントローラ15はまた、外科システム10の一部として含まれてもよい。少なくとも1つのコントローラ15は、限定されないが、ユーザインターフェース12Aへのユーザ入力を分析し、これらの入力に基づいてロボット16のためのコマンドを生成すること、照明/視覚システム13から受信されるデータに基づく画像処理、医師22等のユーザへのフィードバックの配信を制御すること等のいくつかの機能を果たしてもよい。
なおもさらに図1を参照し続けると、障壁24は、外科システム10の残りの部分から外科システム10の一部を隔離することができる。いくつかの構成では、障壁24は、定期的処分のために意図されない場合がある、ロボット16の耐久性のある構成要素から、ロボット16の単回使用または複数回使用の使い捨て構成要素を分離してもよい。障壁24は、例えば、外科システム10の非無菌部分から外科システム10の無菌部分を分離し、無菌野を作成することができる、無菌障壁であってもよい。いくつかの構成では、障壁24は、外科システム10の他の構成要素からロボット16の無菌部分および患者18を隔離し得る、無菌障壁であることができる。使い捨て用品を伴う構成では、使い捨て用品は、障壁24によって外科システム10の他の部分から単離されることができる、外科システム10の無菌部分であってもよい。図1に示される表現実施例では、障壁24は、線断絶を伴って描写されている。これは、無菌障壁24が、概して、無菌側面上でロボット16の一部ならびに患者18を無菌側面上で有するであろう一方で、障壁24が、構成に応じて、外科システム10の異なる構成要素を囲繞し得る、被覆し得る、または別様に無菌野から隔離し得ることを示すように行われる。
ここで図2を参照すると、ユーザインターフェース12A(図1)は、相互から物理的および電気的に遠隔にあり得るが、そうであることに限定されず、いくつかある方法の中でも、ネットワーク21を通してインターフェースをとり得る、ディスプレイ12およびユーザ入力デバイス14を含むことができるが、それらを含むことに限定されない。さらに、照明/視覚13は、ロボット16と一体であり得、医師22のために患者18の手術を照射するように障壁24を越えることができる。補助構成要素20が、随意に、システム110に含まれることができる。
主に図3を参照すると、手術ロボット16は、外科システム10(図1)に組み込まれてもよい。手術ロボット16は、ロボット16の他の構成要素を支持し得る、基部30を含むことができる。加えて、いくつかの構成では、基部30は、外科チームがロボット16を所望の位置まで操縦することを可能にすることができる、カートとして作用してもよい。カートは、所望の場所まで駆動されることができる、電動カートであってもよい、または手動で移動させられることができる、非電動カートであってもよい。基部30はまた、プロセッサまたはコントローラ15、メモリ構成要素、電力構成要素等のロボット16の電子構成要素を含んでもよい。ロボット16はまた、マニピュレータ36の動作を駆動し得る、駆動構成要素34を含むことができる。駆動構成要素34は、マニピュレータ36の駆動のための種々のモータ、油圧式構成要素、連結部を含んでもよい。マニピュレータ36は、マニピュレータ36の中に設置され得る、被操作構成要素38の動作を制御することができる。被操作構成要素38は、それに取り付けられた、またはそれを通って延在する手術道具もしくはデバイスを指向することができる、関節動作型シャフトまたは管腔(図示せず)を含んでもよい。可能性として考えられる手術道具は、内視鏡、例えば、限定されないが、2014年1月31日に出願された、Endoscope with Pannable Cameraと題された米国特許公開第2014/0221749号に説明される内視鏡を含むことができる。他の手術道具は、撮像装置、切断道具(例えば、シェーバ)、開創器、把持器、アブレータ、照明源、電気焼灼デバイス、ステープラ、縫合道具、ミリングカッタ、掘削道具、回転カッタ、潅注システム出口、および/または吹送システム出口を含んでもよいが、それらに限定されない。例証目的のために、3つの被操作構成要素38が示されている。任意の数の被操作構成要素38が、マニピュレータ36によって制御されてもよい。複数のマニピュレータ36が、単一の駆動構成要素34によって駆動されてもよい。複数の駆動構成要素34もまた、少なくとも1つのマニピュレータ36を駆動するように含まれてもよい。
主に図3を参照し続けると、アーム32は、随意に、ユーザによって位置付け可能であり、アーム32の種々の区画の回転または平行移動運動を可能にすることができる、いくつかの継手を含んでもよい。そのような継手は、アーム32が外科的手技のために適切な位置にマニピュレータ36を位置付けることを可能にすることができる。いくつかの構成では、基部30は、アーム32が完全に延在されるときに転倒に対してロボット16を支持することができる。アーム32は、手動で定位置に移動されてもよい、またはアーム32を所望の場所まで駆動するように制御され得る、アクチュエータを含んでもよい。種々の構成では、アーム32は、例えば、限定されないが、基部30と被駆動構成要素34との間で、電力、データ、水力、流体、および/または光を伝送するように、少なくとも1つの配線19を含んでもよい。少なくとも1つの配線19はまた、いくつかの構成では、データ伝送または光透過に使用され得る、光ファイバ線であってもよい。少なくとも1つの配線19は、電力、データ/コマンド、力、流体(例えば、潅注流体もしくは吹送ガス)、および/または光が、基部30もしくは外科システム10(図1)の別の部分から被駆動構成要素34に連通されることを可能にすることができる。電力、データ、水力、流体、照明等は、例えば、限定されないが、ユーザ入力デバイス14(図1)によって制御されることができる。
図3を参照し続けると、水力に関して、いくつかの構成では、基部30は、少なくとも1つの配線19を通して油圧流体を駆動する、マスタシリンダおよびモータを含むことができる。光ファイバに関して、光は、少なくとも1つの配線19を通して透過されることができ、種々の方法で使用されるように、障壁24を越えてマニピュレータ36に入ることができる。少なくとも1つの光ファイバ線を含むことはまた、データの伝送も可能にし得る。データに関して、例えば、駆動構成要素34内のセンサが、データを収集し、少なくとも1つの配線19を介して基部30内のコントローラ15に伝送してもよい。加えて、または代替として、マニピュレータ36および被操作構成要素38の中に位置するセンサが、データを収集し、基部30の中で処理されるように、障壁24を通して少なくとも1つの配線19に伝送することができる。別の実施例では、熱管理に関して、少なくとも1つの配線19は、基部30と駆動構成要素34との間に液体および/またはガスを収容し、例えば、熱伝導によって、駆動構成要素34を冷却するように構成されることができる。少なくとも1つの配線19は、吹送および潅注のために水/ガスを伝導することができる。少なくとも1つの配線19は、手術部位からの流体もしくは残渣の吸引および/または除去に使用されることができる。コントローラ15は、例えば、ここで概説されるサービスを提供するように、少なくとも1つの配線19を制御することができる。
なおもさらに図3を主に参照し続けると、障壁24は、無菌障壁として作用することができ、ロボット16の残りの部分からマニピュレータ36および被操作構成要素38を隔離することができる。いくつかの構成では、障壁24の一部は、駆動構成要素34とマニピュレータ36との間で保定または捕捉されることができる。力が、マニピュレータ36を駆動するように、障壁24の本一部を通してマニピュレータ36に伝達されてもよい。駆動構成要素34とマニピュレータ36との間で保定される障壁24の一部は、障壁24の中実かつ連続的な部分であることができる。すなわち、駆動構成要素34とマニピュレータ36との間の障壁24の一部は、空隙、オリフィス、開口、孔、通過部、または他のそのような中断を含み得ない。障壁24の完全性は、力がそれを通して伝達されるにつれて維持されることができる。マニピュレータ36は、ロボット16の設定中に2つの間に障壁24を閉じ込めて、駆動構成要素34上に掛止してもよい。マニピュレータ36および被操作構成要素38は、単回または複数回使用の使い捨て用品として供給されてもよい。被操作構成要素38は、マニピュレータ36の中に事前設置または事前組立されてもよい。外科システム10(図1)のこれらの部分は、無菌パッケージの中で提供されてもよい。マニピュレータ36および被操作構成要素38は、手術に先立ってシステム10(図1)の中へ設置されてもよい。
図4A−4Eは、いくつかの被操作構成要素38の表現図を描写する。被操作構成要素38は、手術を行うように少なくとも部分的に患者の中に挿入されることができる。例示的構成では、被操作構成要素38は、簡単にするためにシャフト50を含んで描写されている。
ここで図4Aを参照すると、関節動作型区画40は、シャフト、継合型または別様に関節動作型のシャフト、いくつかの入れ子シャフト、いくつかの椎骨様部材もしくは他の枢動/ヒンジ結合部材、ボールアンドソケット部材、および/または1つもしくは一連のリビングヒンジの任意の組み合わせを含んでもよいが、それを含むことに限定されない。被操作構成要素38は、中空であり得、または少なくとも1つの管腔(図示せず)を含んでもよく、かつトロカール37を通過してもよい。管腔(またはいくつかの管腔)は、それを通して手術道具52が手術部位まで導入されることができる、経路としての役割を果たしてもよい。管腔はまた、手術部位の吹送、潅注、照射等を促進するために使用されてもよい。被操作構成要素38に動作可能に接続されるユーティリティ構成要素54は、機械的制御、光透過、情報伝送、流体伝送、および電力伝送構成要素であってもよい。ユーティリティ構成要素54は、1つまたはそれを上回る他のユーティリティ構成要素54と共有される管腔(図示せず)を通って延在してもよい、もしくはそれぞれ専用管腔を有してもよい。被操作構成要素38内に収納された種々の異なるユーティリティ構成要素54があってもよい。光透過構成要素は、例えば、光ファイバ束、リボン、光パイプ、光投影要素、および/または同等物を含んでもよい。情報伝送構成要素は、例えば、電気ケーブル束またはリボンを含んでもよい。そのようなケーブルまたは束は、被操作構成要素38の端部に位置付けられた撮像装置を有する、手術道具52に接続してもよい。そのようなケーブルはまた、電力を手術道具52に伝送するために使用されてもよい。流体伝送構成要素は、流体(例えば、吹送ガスまたは潅注流体)が患者の解剖学的特徴の中へ導入されるための経路を提供してもよい。
依然として主に図4Aを参照すると、被操作構成要素38は、被操作構成要素38の可変部分39に接続され得る、関節動作型区画、区分、または領域40を含むことができる。可変部分39は、マニピュレータ36の中へ延在することができ、また、患者への導入を促進するようにトロカール37を通って延在することもできる。可変部分39は、例えば、限定されないが、屈曲可能、関節動作型、または屈曲不可能であり得る。被操作構成要素38は、マニピュレータ36に事前に組み立てられてもよい。同様に、被操作構成要素38は、すでにその中に位置しているユーティリティ構成要素54を伴って事前に組み立てられてもよい。上記のように、これらは、無菌パッケージの中で提供されてもよい。ユーティリティ構成要素54のうちの少なくとも1つまたは一部がマニピュレータ36もしくは被操作構成要素38の中に事前設置されない構成では、そのユーティリティ構成要素54またはユーティリティ構成要素54の一部は、同様にパッケージ化されてもよい。ユーティリティ構成要素54は、機械的制御構成要素またはアクチュエータであることができるが、そうであることに限定されない。アクチュエータは、被操作構成要素38の中へ、かつその長さに沿って延在することができる。加えて、アクチュエータは、可変部分39内の空隙または開口部を通してマニピュレータ36の中へ延在することができる。
ここで主に図4Bを参照すると、任意の好適な数のアクチュエータ54A、54B、54Cが、種々の構成に含まれてもよい。アクチュエータ54A、54B、54Cの数は、少なくとも部分的に、被操作構成要素38の中の個別に作動可能な構成要素または特徴の数によって判定されてもよい。いくつかの構成では、第1のアクチュエータ54A、第2のアクチュエータ54B、および第3のアクチュエータ54Cが示され、簡単にするためにワイヤとして描写されている。いくつかの構成では、アクチュエータ54A、54B、54Cは、プッシュロッドまたは任意の他の好適な材料であってもよい。複数の異なるタイプのアクチュエータもまた、同一の構成内で使用されてもよい。例えば、いくつかの被操作構成要素38は、引張ワイヤを伴ういくつかの特徴を作動させ、作動を達成するように引動および押動力の両方を及ぼすことができるアクチュエータを用いて、他の特徴を作動させてもよい。1つまたはそれを上回るアクチュエータ54A、54B、54Cは、手術道具52と関連付けられてもよい。図4Bに示される例示的構成では、第2のアクチュエータ54Bを駆動することは、手術道具52または手術道具52の一部として含まれるエンドエフェクタを作動させてもよい。これは、第2のアクチュエータ54Bの変位に応答して(図4Aに対して)形状を変化させる手術道具52によって、表現的に示されている。
ここで図4Cを参照すると、第1のアクチュエータ54A、第2のアクチュエータ54B、および第3のアクチュエータ54Cは、被操作構成要素38のある特徴を作動させるように駆動されてもよい。そのような作動は、例えば、手術道具52上のジョーまたはクランプの開放または閉鎖(図4B参照)、手術道具52に含まれる撮像装置、カメラ、および/または照明システムのパニング、開創器の展開等を引き起こしてもよい。第1のアクチュエータ54A、第2のアクチュエータ54B、および/または第3のアクチュエータ54Cのうちの1つもしくはそれを上回るアクチュエータは、関節動作型区画40内で1つまたはそれを上回る関節動作部もしくは継手51を中心として関節動作型区画40の変位を引き起こすように駆動されてもよい。例証的構成における第1のアクチュエータ54Aおよび第3のアクチュエータ54Cの変位に応答して、関節動作型区画40は、点線輪郭の関節動作型区画表現56Aの配向を帯びさせられるであろう。機械的制御構成要素を介して関節動作型区画40を制御することは、手術の侵襲性が最小限にされることを可能にする。ある事例では、そのような関節動作は、患者の単一の切開のみを通して手術が行われることを可能にし得る。
ここで図4Dを参照すると、被操作構成要素38は、それぞれ様々な程度に関節動作されることができる、複数の領域または区画を有してもよい。例えば、被操作構成要素38は、可変区画39および関節動作型区画40Aから成ってもよい。関節動作型区画40Aは、被操作構成要素38のごく一部のみであってもよい。代替として、被操作構成要素38は、可変区画39に介入することによって散在されることができる、いくつかの関節動作型区画40Aを含んでもよい。そのような構成では、各関節動作型区画40Aは、異なる程度に関節動作されることができる。被操作構成要素38の各領域は、独立して制御可能である場合もあり、そうではない場合もある。関節動作型区画40Aはまた、関節動作型区画40A内に関節動作の漸次段階を含むこともできる。すなわち、関節動作型区画40Aの一部の1つまたはそれを上回るものは、他の区分よりも密に関節動作もしくは継合されてもよい。代替として、関節動作部または継手の密度は、関節動作型区画40Aの長さに沿って次第に増加もしくは減少してもよい。被操作構成要素38は、少なくとも1つの第1の関節動作型小区分41と、少なくとも1つの第2の関節動作型小区分42とを含むことができる。第2の関節動作型小区分42は、遠位関節動作型小区分であってもよく、第1の関節動作型小区分41は、近位関節動作型小区分であってもよい。第2の関節動作型小区分42は、例えば、限定されないが、関節動作型区画40Aの他の区分よりも密に関節動作されることができ、手術を行うときに手術道具52の精密な制御を可能にすることができる。第2の関節動作型小区分42が被操作構成要素38の他の部分よりも密に関節動作される構成では、第2の関節動作型小区分42は、手術中に微細な移動および制御の大部分を行うために使用されてもよい。1つまたはそれを上回るアクチュエータ54A、54B、54C、54D、54Eは、第1の関節動作型小区分41を制御するために使用されてもよく、1つまたはそれを上回るアクチュエータ54A、54B、54C、54D、54Eは、第2の関節動作型小区分42を制御するために使用されてもよい。例えば、第1のアクチュエータ54Aおよび第5のアクチュエータ54Eが、第2の関節動作型小区分42を制御するために使用されることができる一方で、第2のアクチュエータ54Bおよび第4のアクチュエータ54Dは、第1の関節動作型小区分41を制御するために使用されることができる。残りの第3のアクチュエータ54Cは、手術道具52を制御してもよい。例示的構成では、第1のアクチュエータ54Aおよび第5のアクチュエータ54Eは、変位されている。配向56Bが、本作動の結果としての第2の関節動作型小区分42の位置を示すように、例証目的のために示されている。
ここで図4Eを参照すると、第2の関節動作型小区分42は、第1の関節動作型小区分41または関節動作型区画40Aの他の区画の任意の関節動作の結果として、変位されてもよい。少なくとも1つの第1の関節動作型小区分41のうちのいずれかが、手術道具52および第2の関節動作型小区分42をより肉眼的に位置付けるように制御されてもよい。被操作構成要素38は、駆動されたときに被操作構成要素38の一部の関節動作を引き起こす、いくつかのアクチュエータ54A、54B、54C、54D、54Eを含むことができる。マニピュレータ38および取り付けられた手術道具52をより複雑に関節動作させるために、付加的アクチュエータ54A、54B、54C、54D、54Eが使用されることができる。アクチュエータ54A、54B、54C、54D、54Eは、図4Dに関連して上記で説明されるように、図4Eの関節動作型区画40Aを制御するように配列される。例示的構成では、第1の関節動作型小区分41を制御するアクチュエータ54Bおよび54Dが、作動されている。配向56Cが、本作動の結果としての関節動作型区画40Aの位置を示すように、例証目的のために示されている。
ここで主に図5を参照すると、関節動作型区画または区分40Bは、いくつかの異なる方法で構築されてもよい。いくつかの構成では、関節動作型区画40Bは、関節動作型区画40Bを所望の構成または配向まで関節動作させるように作用され得る、1つもしくはいくつかのリビングヒンジ300を組み込んでもよい。関節動作型区画40Bのリビングヒンジ300は、いくつかの仲介本体302の間に跨架してもよい。仲介本体302は、非限定的実施例に関して、剛性であり得、1つまたはそれを上回るアクチュエータ54(図4A)のための1つもしくは複数の係留点80のいずれかを提供してもよい。仲介本体302のうちのいくつかは、代わりに、それを通してアクチュエータ(例えば、図4Bの54A参照)が延在し得る、通過部304A、304Bまたは複数の通過部304A、304Bを含んでもよい。アクチュエータ(例えば、図4Bの54A参照)を介して力を及ぼすことは、(例えば、アクチュエータの係留点80に応じて)リビングヒンジ300のうちの1つまたはそれを上回るものを屈曲させることができる。選択的にアクチュエータ(例えば、図4Bの54A参照)を通して力を及ぼすことによって、関節動作型区画40Bは、その結果として、所望の配向に屈曲されてもよい。リビングヒンジ300のそのようなスタックは、関節動作型区画40Bの一部または全体を形成するために使用されてもよい。構成に応じて、関節動作型区画40Bは、単一の部品として製造され得る、リビングヒンジ300のスタックから構築される。本部品は、いくつかの構成では、成形部品であってもよい。代替として、部品は、3次元印刷等の材料付加プロセスを使用して、機械加工または印刷されてもよい。仲介本体302は、例えば、限定されないが、円盤様部材であることができる。3つだけのリビングヒンジ300が示されているが、任意の好適な数のリビングヒンジ300および仲介本体302が、所望の長さの関節動作型区画40Bを作成するように含まれてもよい。
主に図5を参照し続けると、関節動作型区画40Bの各介入本体302は、第1の通過部304Aと、第2の通過部304Bとを含むことができる。隣接する仲介本体302の第1の通過部304Aおよび第2の通過部304Bは、相互と実質的に軸方向に整合されてもよい。関節動作型区画40B用の各アクチュエータ(例えば、図4Bの54A参照)は、係留点80の中へ係留されてもよい。図5の例示的構成では、係留点80は、終端仲介本体302Aの中に示されている。アクチュエータ54(例えば、図4Bの54A参照)は、構成に応じて、一連のための終端仲介本体302A以外の仲介本体302の中に係留されてもよい。上記で説明されるように、力が協調様式で1つまたはそれを上回るアクチュエータ(例えば、図4Bの54A参照)によって及ぼされるとき、関節動作型区画40Bは、所望の様式で屈曲してもよい。いくつかの構成では、一連のリビングヒンジ300および仲介本体302は、関節動作型区画40Bが完全に組み立てられるときに、管、シース、または可撓性スリーブ50(図4A)によって被覆されてもよい。
ここで図6を参照すると、第1のリビングヒンジ300A、第2のリビングヒンジ300B、および通過部304を含む仲介本体302を伴う、関節動作型区画40Cの別の構成が示されている。図5に示されるように同様に、関節動作型区画40Cの末端仲介本体302Aは、アクチュエータ(例えば、図4Bの54A参照)のための係留点80を含む。第1のリビングヒンジ300Aは、第2のリビングヒンジ300Bに対して角度オフセットされることができる。非限定的実施例に関して、第1および第2のリビングヒンジ300A、300Bは、任意の直接隣接するリビングヒンジ300A、300Bと垂直に、またはそれに対して実質的に直角に位置付けられてもよい。第1のリビングヒンジ300Aは、第1の平面内で(例えば、上下に)関節動作型区画40Cを屈曲することができ、第2のリビングヒンジ300Bは、第2の平面内で(例えば、左右に)関節動作型区画40Cを屈曲することができる。仲介本体302はそれぞれ、例えば、限定されないが、4つの通過部304を含むことができる。各通過部304は、第1のリビングヒンジ300Aまたは第2のリビングヒンジ300Bのいずれかを通って延在することができる。アクチュエータ(例えば、図4Bの54A参照)は、一式の方向に関節動作型区画40Cを屈曲するように動作され得る、協働セットにまとめられてもよい。例えば、相互と反対に配置された通過部304を通って延在するアクチュエータ(例えば、図4Bの54A参照)は、平面内で関節動作型区分40Cの協調屈曲を可能にするように連動され得る。相互と併せて連動アクチュエータ(例えば、図4Bの54A参照)のセットを動作させることによって、関節動作型区画40Cは、関節動作型区画40B(図5)よりも広い範囲の配向で位置付けられてもよい。
複数の関節動作型小区分を伴う関節動作型区画40Cを含む構成では、第1の関節動作型小区分41(図4D)は、相互と一致している、または全て同一平面内で屈曲を可能にする、いくつかの第1のリビングヒンジ300Aを含んでもよい。第2の関節動作型小区分42(図4D)は、相互と一致しているが、第1の関節動作型小区分41(図4D)内の第1のリビングヒンジ300A(図5)に対する角度(例えば、直角)にある、いくつかの第2のリビングヒンジ300Bを含んでもよい。
ここで図7を参照すると、リビングヒンジ300Cが仲介本体302によって分離される、関節動作型区画40Dが示されている。リビングヒンジ300Cは、例えば、限定されないが、円筒または円柱本体であることができ、例えば、限定されないが、可撓性材料から作製されることができる。リビングヒンジ300Cは、実質的に同一の力を用いて任意の方向に屈曲されることができる。所望であれば、リビングヒンジ300Cは、楕円形の断面形状または任意の他の断面形状を与えられることができる。非対称断面形状を有することは、リビングヒンジ300Cが、第2の平面のセットと比較すると、第1の平面のセットでより自由に屈曲されることを可能にすることができる。仲介本体302は、例えば、限定されないが、円盤様であり得る。各仲介本体302は、いくつか、例えば、4つの通過部304を含むことができる。いくつかの構成では、仲介本体302は、4つの通過部304を含む必要はない。代わりに、仲介本体302は、3つの通過部304を含むことができる。含まれる通過部302の数は、関節動作型区画40Dのために含まれるであろう、アクチュエータ(例えば、図4Bの54A参照)の数に依存し得る。アクチュエータ(例えば、図4Bの54A参照)は、通過部304を通って延在することができ、例えば、限定されないが、終端仲介本体302Aの係留点80の中へ係留されることができる。アクチュエータ(例えば、図4Bの54A参照)は、関節動作型区画40Dを所望の配向に屈曲させるために、単独で、またはともに使用され得る、協働セットにまとめられてもよい。アクチュエータ(例えば、図4Bの54A参照)は、通過部304の各セットを通って延在し、関節動作型区画40Dを所望の配向に屈曲するように、相互と連携して動作されてもよい。
再度、主に図4Aを参照すると、継合される種々の関節動作型区画40もまた、使用されてもよい。そのような構成は、運動学的ペアのセットとして作用するように相互に結合される、1つまたはいくつかの継手部材を組み込むことができる。これらの継手部材は、関節動作型区画40を所望の構成または配向まで変位させるように作用されてもよい。関節動作型区画40に含まれるアクチュエータ(例えば、図4Bの54A参照)を介して力を及ぼすことは、関節動作型区画40内の1つまたはそれを上回る継手部材を相互に対して移動させることができる。変位される継手部材の数は、アクチュエータ(例えば、図4Bの54A参照)の係留点80(図5)および関与する継手のタイプに依存し得る。選択的にアクチュエータ(例えば、図4Bの54A参照)を介して力を及ぼすことによって、関節動作型区画40は、その結果として、所望の配向に屈曲されてもよい。
ここで図8を参照すると、運動学的に接続される、いくつかの継手部材310で構築された関節動作型区画40Eが、示されている。継手部材310は、非限定的実施例に関して、ボールおよびソケット型継手であることができる。任意の他の種々または組み合わせの継手タイプが、他の構成で使用されてもよい。図示される関節動作型区画40Eは、4つの継手部材310を含む。任意の数の継手部材310が、所望の長さの関節動作型区画40Eを作製するように含まれてもよい。各継手部材310は、ボール312と、ソケット314とを含むことができる。ボール312は、隣接する継手部材310のソケット314内に嵌合して保定されるように定寸されることができる。継手部材310はまた、いくつかの通過部304を含み得る、フランジ316を含むことができる。代替構成は、フランジ316を含まなくてもよいが、その内側に通過部304が位置し得る、任意のタイプの突起を含んでもよい。そのような突起は、半径方向に変位されてもよい。
ここで図9を参照すると、関節動作型区画40Fの組立図が示されている。いくつかのアクチュエータ54A、54B、54Cは、例えば、継手部材310内の通過部304を通って延在してもよい。第1のアクチュエータ54A、第2のアクチュエータ54B、および第3のアクチュエータ54Cはそれぞれ、継手部材310のうちの1つの中の係留点80の中へ係留されてもよい。例示的構成では、アクチュエータ54A、54B、54Cは、末端継手部材310A内の係留点80の中へ係留される。いくつかの構成では、アクチュエータ54A、54B、54Cは、ワイヤであってもよい。アクチュエータ54A、54B、54Cは、関節動作型区画40Eに所望の配向を帯びさせるように、相互と協調して動作されてもよい。関節動作型区画40Eは、作動位置で示されている。第2のアクチュエータ54Bおよび第3のアクチュエータ54Cが、外に送給されている一方で、第1のアクチュエータ54Aは、引き入れられており、関節動作型区画40Eを屈曲させる。
ここで図9Aを参照すると、関節動作型区分40Eは、組み立てられたときに、後続の継手部材310のボール312およびソケット314の継手が合体するように整合された継手部材310を含むことができる。継手部材310は、継手部材310のソケット314からボール312まで延在し得る、チャネル311を有するように構成されることができる。関節動作型区画40Eが組み立てられるとき、各継手部材内のチャネル311は、相互と整合し、関節動作型区分40Eを通して連続経路を提供することができる。いくつかの構成では、チャネル311は、外科的手技中に使用される手術道具52(図4A)または補助構成要素20(図1)の少なくとも一部を受容するように構成されることができる。チャネル311の中で受容される一部は、実質的に可撓性または柔軟であり得るが、そうであるように限定されず、関節動作型区分40Eが関節動作されるにつれて、受動的に屈曲されてもよい。チャネル311の中で受容される手術道具52(図4A)または補助構成要素20(図1)の一部は、継手部材310の移動に対して移動することができる。例えば、手術道具52(図4A)または補助構成要素20の一部は、力が回転駆動構成要素34C(図69)を介してそれに付与されるときに、継手部材310に対して回転してもよい。加えて、手術道具52(図4B)または補助構成要素20(図1)は、関連付けられるアクチュエータ54B(図4B)を介して作動もしくは制御されてもよい。例えば、1つまたはそれを上回るアクチュエータ54B(図4B)を変位させることは、外科用把持器のジョーを開放および/もしくは閉鎖してもよい。いくつかの構成では、チャネル311は、手術道具52(図4A)または補助構成要素20(図1)の少なくとも一部を受容するように構成される可撓性カニューレもしくは管を収納してもよい。
ここで図9Bを参照すると、関節動作型区分40Eの断面が描写されている。関節動作型区画40Eの各継手部材310のソケット314からボール312まで延在するチャネル311が、示されている。いくつかの構成では、1つを上回るチャネル311が、関節動作型区分40Eの各継手部材310に含まれてもよい。手術道具52が、道具52を手術部位まで導入するように、チャネル311によって作成される経路を通して挿入されてもよい。代替として、手術道具52または補助構成要素20(図1)の一部は、チャネル311によって作成される経路の中に存在してもよい。
ここで主に図10を参照すると、関節動作型区画40Kは、第1の管腔332Aおよび第2の管腔332Bを伴う伸長構造330を含むことができる。伸長構造330は、例えば、断面がほぼ正方形または長方形であり得るが、任意の他の断面形状(例えば、円形、六角形、八角形)を有し得る。関節動作型区画40Kは、例えば、限定されないが、単一の部品(例えば、押出)であってもよい。種々の構成では、関節動作型区画40Kは、例えば、限定されないが、ナイロンまたは同様に屈曲可能な材料であってもよい。第2の管腔332Bおよび第1の管腔332Aは、複数の異なる直径であることができる。第1の管腔332Aは、それを通って個別のアクチュエータ54(図3A)が延在し得る、アクチュエータガイド経路として作用することができる。アクチュエータ(例えば、図4Bの54A参照)は、例えば、限定されないが、ワイヤまたはケーブルであってもよい。第2の管腔332Bは、例えば、第1の管腔332Aよりも大きい直径であってもよい。第2の管腔332Bは、1つまたはそれを上回る手術道具を関節動作型区画40Kもしくは被操作構成要素38(図3A)まで導入するために使用されてもよい。第2の管腔332Bが、中心に配置されてもよい一方で、第1の管腔332Aは、周辺に配置されてもよい。
依然として図10を参照すると、関節動作型区画40Kは、リビングヒンジ335を含むことができる。リビングヒンジ335は、種々の切り抜き337によって生成されることができる。本配列は、伸長構造330の部分に取り付けられたアクチュエータ(例えば、図4Bの54A参照)が変位されるときに、伸長構造330がリビングヒンジ335を中心として屈曲することを可能にすることができる。切り抜き337は、伸長構造330の対向面上に配置され得る、孔334L、334Rのセットを含むことができる。孔334L、334Rのセットは、リビングヒンジ335を形成する内側仕切の側面に位置する、左孔334Lおよび右孔334Rを含むことができる。各リビングヒンジ335は、伸長構造330の残りの部分と連続的であり得る。伸長構造330が断面において円形である構成では、孔334L、334Rのセットのうちの各孔は、相互から180°に配置されてもよい。左孔334Lおよび右孔334Rは、例えば、限定されないが、20〜50°だけ相互から角度オフセットされてもよい。左孔334Lおよび右孔334Rは、円形または任意の他の形状であり得る。左孔334Lおよび右孔334Rのサイズならびに/または間隔は、変動し得るが、例示的構成では、孔334L、334Rは、一様なサイズおよび間隔を有するものとして描写されている。いくつかの構成では、第1の面339A、第2の面339B、第3の面(図示せず)、および第4の面(図示せず)は、孔を含んでもよい。孔は、所望される場合、交互の関係で配列されてもよい。例えば、孔334L、334Rの1つおきのセットが、例えば、限定されないが、相互から90°だけ角度オフセットされてもよい。例示的構成では、孔334L、334Rの1つおきのセットが、第1の面339Aおよび対向する第3の側面(図示せず)の上にあってもよい一方で、介入する孔のセットは、第2の側面339Bおよび第2の面339Bと反対の第4の面(図示せず)の上にあろう。他の順列も可能である。例えば、孔334L、334Rの2つまたは3つおきのセットが、相互から角度オフセットされ得る。伸長構造330の他の形状が、付加的可能性を提供し得る。例えば、六角形の形状は、孔334L、334Rのセットが、3対の対向面を中心として交互になることを可能にし得る。
なおもさらに図10を参照し続けると、切り抜き337は、いくつかのチャネル336を含むことができる。各チャネル336は、孔334L、334Rのセットと関連付けられてもよい。各チャネル336は、例えば、限定されないが、左孔334Lおよび右孔334Rのうちの少なくとも1つと連続的であり得る。各チャネルは、左孔334Lおよび右孔334Rのうちのいずれかから、伸長構造330の対向面上の軸方向に整合した孔まで延在してもよい。例示的構成では、チャネル336は、右孔334Rまたは左孔334Lのうちの1つから、伸長構造330の第3の面(図示せず)上の軸方向に整合した左孔334Lもしくは右孔334Rまで延在することができる。チャネル336の間隔、チャネル336と孔334L、334Rのセットとの間の関係、ならびにチャネル336と面との間の関係は、種々の構成において異なり得る。孔334L、334Rのセットおよびチャネル336(したがって、リビングヒンジ335)の配列は、所望の配向で伸長構造330を屈曲する能力を提供するように選定されることができる。チャネル336はまた、停止部としての役割を果たすこともできる。チャネル336の幅は、可動域を増加また減少させるように調節されることができる。幅が減少されると、許容可動域も減少し得る。したがって、停止部が遭遇されるであろう点は、チャネル336の幅によって制御されることができる。
図10を参照し続けると、チャネル336はまた、インターロックとして作用することができ、動作中の捻転歪曲を阻止し得る障壁または障害物を作成し得る、特徴を含むことができる。具体的には、幾何学的特徴338A、338B、338Cは、伸長構造330の長軸を中心とした回転が、その軸を中心とした平行移動も同伴することを要求し得る。捻転力が、概して、平行移動変位に有利に働かないため、幾何学的特徴338A、338B、338Cは、捻転力が印加されるときに、ある配向で関節動作型区画40Kを効果的に係止してもよい。幾何学的特徴338A、338B、338Cは、受容陥凹343によって受容され得る、突起または隆起342を含むことができる。例示的構成では、隆起342が、チャネル336の第1の壁から延在することができる一方で、受容陥凹343は、そのチャネル336の対向面の中へ陥凹状であり得る。幾何学的特徴338A、338B、338Cの形態は、他の構成において異なり得る。
ここで図11を参照すると、関節動作型区画40Lは、伸長構造330Bの長さに沿って延在し得る、第1の管腔332Aおよび第2の管腔332Bを含むことができる。伸長構造330Bは、リビングヒンジ335Bを作成し得る、孔334BL、334BR、およびチャネル336Bを含むことができる。伸長構造330Bに係留され得る、アクチュエータ(例えば、図4Bの54A参照)が、制御された様式で変位されるとき、伸長構造330Bは、リビングヒンジ335Bを中心として所望の配向に屈曲することができる。チャネル336B内の幾何学的特徴338Dは、波状または歯付きであり得るが、そうであることに限定されない。波344はそれぞれ、伸長構造330Bの区分を相互係止することができる。そのような配列は、伸長構造330Bの配向にかかわらず、幾何学的特徴338Dのうちの1つまたはそれを上回るものが係合されることを確実にすることに役立つ。
ここで図12を参照すると、関節動作型区画40Mは、伸長構造330Cの長さに沿って延在し得る、第1の管腔332Bおよび第2の管腔332Aを含むことができる。伸長構造330Cは、リビングヒンジ335Cを作成し得る、孔334CL、334CR、チャネル336Cを含むことができる。伸長構造330Cに係留され得る、アクチュエータ(例えば、図4Bの54A参照)が、制御された様式で変位されるとき、伸長構造330Cは、リビングヒンジ335Cを中心として所望の配向に屈曲することができる。チャネル336Cは、伸長構造330Cの区分を相互係止するように成形されることができる。チャネル336Cは、伸長構造330Cの中へ陥凹状である、曲線スロットであることができる。チャネル336Cは、孔334CL、334CRのセットと連続的であり得る。チャネル336Cの幅は、伸長構造330C内の関節動作の範囲を限定するように選択されることができる。
ここで図13および14の両方を参照すると、関節動作型区画40M内のチャネル336Cは、角度345(図14)で伸長構造の中へ陥凹状である。角度345は、例えば、チャネル336Cが配置される伸長構造330Cの面に対して鋭角(例えば、30〜60°または45°)であってもよい。チャネル336Cは、穴鋸型角度カッタを使用して、伸長構造330Cに切り込まれることができる。代替として、伸長構造330Cは、単一の成形部品であってもよい。角度345は、関節動作型区画40Mの可動域を増加または減少させるように選択されてもよい。
ここで図15を参照すると、動作可能に結合された被操作構成要素38を伴う駆動構成要素34およびマニピュレータ36が示されている。駆動構成要素34は、障壁24によってマニピュレータ36から分離または隔離されることができる。障壁24の一部は、駆動構成要素34とマニピュレータ36との間に保定されることができる。駆動構成要素34は、被駆動要素62に作用するように配列され得る、いくつかの駆動要素60を含むことができる。駆動要素60は、少なくとも1つの力または運動生成要素64によって駆動されることができる。各被駆動要素62は、被操作構成要素38内のアクチュエータ(例えば、図4Bの54A参照)の作動を引き起こすことができる。代替として、被駆動要素62は、アクチュエータ(例えば、図4Bの54A参照)として機能し、被操作構成要素38を直接作動させてもよい。駆動要素60および被駆動要素62はそれぞれ、単一の要素または要素のグループ化された集合であってもよい。例えば、各駆動要素60は、いくつかの個別に作動可能な構成要素を含んでもよい。これらの個別に作動可能な構成要素はそれぞれ、個別の被駆動要素62の個々または複数の随伴構成要素に作用してもよい。結果として、各駆動要素60は、被駆動要素62を介して被操作構成要素38の1つまたはそれを上回る独立して作動可能な特徴の作動を引き起こすように制御可能であり得る。各駆動要素60および被駆動要素62内の個別に作動可能な要素の数は、少なくとも部分的に、被操作構成要素38内の独立して作動可能な特徴の数に基づいて、判定されてもよい。
図15を参照し続けると、力または運動生成要素64は、例えば、モータ、油圧式作動システム、または任意の他の配列のうちの1つもしくはそれを上回るものまたは組み合わせであってもよい。例示的構成では、力または運動生成要素64は、駆動構成要素34の一部として示されている。他の構成、例えば、油圧式システムが使用されるものでは、力または運動生成要素64は、駆動構成要素34に完全には収納されなくてもよい。例えば、油圧式マスタシリンダが、基部30(図3)の中または駆動構成要素34の遠隔にある別の場所に位置付けられてもよい。油圧式線が、次いで、駆動要素60に作用するように、マスタシリンダから駆動構成要素34まで延在してもよい。熱管理を補助し得るため、力または運動生成要素64のために流体ベースのシステムを使用することが望ましくあり得る。加えて、マスタシリンダがロボット16(図3)から外部に位置することができるため、流体ベースのシステムは、駆動構成要素34がより小さい形状因子で作製されることを可能にし得る。
図15を参照し続けると、駆動要素60は、力を障壁24の反対側の被駆動要素62に移転させることができる。力は、種々の方法のうちのいずれかで、第1の障壁側面24Aから第2の障壁側面24Bに(および逆も同様に)伝達されてもよい。いくつかの構成では、力は、駆動要素60の少なくとも一部の平行移動変位によって伝達される。本変位は、ひいては、被駆動要素62の変位を引き起こし得る。他の構成では、力は、駆動要素60の少なくとも一部の回転変位によって伝達される。トルクが、次いで、被駆動要素62を駆動するように障壁24を横断して伝えられてもよい。なおも他の構成では、平行移動および回転変位が両方とも伝達されてもよい。被駆動要素62は、駆動要素60の回転および平行移動変位の両方によって駆動されてもよい。加えて、いくつかの駆動要素60は、異なるタイプの力または運動生成要素64によって制御されてもよい。例えば、いくつかのものが、モータ駆動型であり得る一方で、他のものは、油圧式システムによって制御される。いくつかの構成では、障壁24は、力が第1の障壁側面24Aから第2の障壁側面24Bに、および逆も同様に伝達されると、実質的または完全に静止し得る。すなわち、障壁24は、わずかに変位してもよいが、障壁24の変位は、必要でもなく、それによって力が伝達される主要な手段でもない。他の構成では、障壁24または障壁24の一部は、力が、例えば、第1の障壁側面24Aから第2の障壁側面24Bに移転されると、1つもしくそれを上回る自由度を中心として変位してもよい。いくつかの構成では、それを中心として障壁24が変位する自由度は、駆動要素60および/または被駆動要素62のものと同一であってもよい。他の構成では、駆動要素60および/または被駆動要素62が、1つもしくはそれを上回る第1の自由度を中心として変位してもよい一方で、障壁24は、1つまたはそれを上回る第2の自由度を中心として変位する。具体的実施例に関して、駆動要素60および随伴被駆動要素62が、ロール軸を中心として変位してもよい一方で、障壁24は、ロール軸を横断する(例えば、垂直な)軸を中心として章動してもよい。
図15を参照し続けると、トルクが駆動要素60から第2の障壁側面24Bに移転される構成では、トルクは、障壁24材料を回転させること、または障壁24内の回転シールを要求することなく、実質的もしくは完全に移転されることができる。すなわち、障壁24の回転は、わずかな程度に起こってもよいが、必要でもなく、それによってトルクが、例えば、第2の障壁側面24Bに伝達される主要な手段でもない。障壁24または障壁24の一部を回転させることなく、障壁24を横断してそのような力を伝達する種々の構成は、本明細書の他の場所で説明されるであろう。
ここで図16を参照すると、システム1000は、障壁24を通して相互と係合され得る、駆動構成要素34およびマニピュレータ36を含むことができる。駆動構成要素34は、駆動要素60を含むことができる。駆動要素60、被駆動要素62、および障壁24は、運動が障壁24を横断して伝達されるときに同一の自由度で変位することができる。駆動要素60は、例えば、限定されないが、モータアセンブリ70等の運動生成要素によって駆動されることができる。モータアセンブリ70は、駆動要素60の一部、例えば、限定されないが、駆動ねじ74のためのモータ70Aと、ギヤヘッド70Bと、軸受70Cとを含むことができる。モータ70Aは、例えば、限定されないが、ブラシレスDCモータ等の任意の好適な種々のモータであってもよい。ギヤヘッド70Bは、遊星ギヤヘッドであってもよいが、そうであることに限定されない。ギヤヘッド70Bの歯車比は、当業者によって理解されるであろうような所与の用途の必要性に適合するように選定されてもよい。いくつかの構成では、歯車比は、1:1であってもよい。軸受70Cは、例えば、スピンドル軸受であってもよい。駆動要素60は、駆動ねじ74およびナット76を含むことができるが、それらを含むことに限定されない。駆動ねじ74は、例えば、限定されないが、送りねじまたはボールねじであってもよい。モータ70Aが整流すると、駆動ねじ74が回転することができる。ひいては、ナット76は、駆動ねじ74の長さに沿って移動することができる。種々のエンコーダおよびセンサが、駆動ねじ74に沿ったナット76の移動を測定するとともに、負荷経路内の1つまたはそれを上回る点において伝達されている力の量を測定するように、本構成に含まれてもよい。ナット76が望ましくない自由度で変位しないようにするために、ナット76はまた、駆動ねじ74と平行に延設することができる、線形軸受等の軸受に沿って乗設してもよい。モータアセンブリ70および駆動ねじ74は、油圧式構成が所望される場合、それぞれ、油圧シリンダならびにピストンによって置換されてもよい。
図16を参照し続けると、システム1000はさらに、駆動構成要素筐体72から外へ延在することができる突起92を含み得る、ナット76を含むことができるが、それを含むことに限定されない。システム1000では、突起92は、ブレード形状の隆起であることができる。駆動構成要素筐体72の外部のナット76の一部(すなわち、突起92)は、障壁24によって被覆されてもよい。いくつかの構成では、障壁24は、障壁24の残りの部分と連続的である、事前形成または内部接着されたポケットもしくはスリーブを含んでもよい。これらの事前形成または内部接着されたポケットは、ブレードもしくは突起92の周囲に嵌合してもよい。障壁24の種々の構成はさらに、本明細書の他の場所で説明される。突起92は、マニピュレータ筐体78の中へ突出し、被駆動要素62と係合してもよい。そのような構成では、被駆動要素62は、ブレードまたは突起92を受容することができるスロットを伴うブロックであってもよい。他の構成では、ナット76および/または駆動要素60は、障壁24を通して被駆動要素62に磁気的に結合してもよい。ナット76が駆動ねじ74の長さに沿って進行すると、被駆動要素62が変位されることができる。被駆動要素62は、被駆動要素62が望ましくない自由度で移動しないように制約するために、マニピュレータ36内の1つまたはそれを上回る軸受に沿って乗設してもよい。
なおもさらに図16を主に参照し続けると、被駆動要素62は、被操作構成要素38または手術道具52の特徴を作動させることができる、1つもしくはそれを上回るアクチュエータ54Aに取り付けられてもよい。アクチュエータ54Aは、係留点80において被駆動要素62に固定して係留されることができる。被駆動要素62が変位されると、アクチュエータ54Aは、被操作構成要素の切り抜き266の中または外へ前進してもよい。被操作構成要素38がマニピュレータ36に固定して取り付けられることができるため、アクチュエータ54Aの変位は、被操作構成要素38または手術道具52の作動される特徴の上に、またはそこで作動力を及ぼすことができる。当業者によって理解されるであろうように、任意の数の被駆動要素62が、マニピュレータ36に含まれてもよく、駆動構成要素34内の任意の好適な数の駆動要素60によって駆動されてもよい。
なおも図16を参照すると、各モータアセンブリ70はまた、駆動要素60の構成要素の位置に関してフィードバックを提供するために使用され得る、1つまたはそれを上回る位置センサ90と関連付けられることもできる。位置センサ90は、モータ70Aが整流するにつれて回転を感知し得る、モータエンコーダであることができる。位置センサ90からのフィードバックは、例えば、アーム32内の好適なケーブルまたは配線19(図3)を介して、もしくは無線通信を通して、駆動構成要素34から遠隔の場所に通信されてもよい。任意の好適な種々の位置センサ90が、使用されてもよい。例えば、位置センサ90がモータエンコーダである場合、光学、磁気、または容量性種類等の任意の好適な種々のエンコーダが、使用されてもよい。他の構成では、駆動要素60は、加えて、または代替として、例えば、電位差計と関連付けられてもよい。なおも他の構成では、ナット76は、その進行が、ホール効果センサ、ホール効果センサアレイ等の1つまたはそれを上回る磁気センサを含む、位置センサ90によって監視される、磁石を含んでもよい。
ここで図17Aを参照すると、システム1100は、障壁24を通して相互と係合され得る、駆動構成要素34およびマニピュレータ36を含むことができる。システム1100はさらに、マニピュレータ筐体78を通して被操作構成要素38に進入し得る、ユーティリティ構成要素54を含むことができる。ユーティリティ構成要素54は、例えば、機械的制御、光透過、情報伝送、流体伝送、および/または電力もしくはデータ伝送構成要素であってもよい。示されるように、ユーティリティ構成要素54は、障壁24を通過せず、完全に障壁24の1つの側面上で描写されている。障壁24が無菌障壁としての役割を果たす構成では、ユーティリティ構成要素54は、無菌環境内で事前にパッケージ化されてもよい。例えば、ユーティリティ構成要素54は、アセンブリが無菌パッケージの中に包装されることができる、マニピュレータ36と、被操作構成要素38とを含み得る、アセンブリの一部として含まれてもよい。代替として、ユーティリティ構成要素54は、その独自の無菌パッケージの中に個別に包装されてもよい。ユーティリティ構成要素54は、ユーティリティ構成要素54のタイプに応じて異なり得る、供給源55に接続されることができる。ユーティリティ構成要素54が機械的制御構成要素である構成では、供給源55は、運動生成要素であってもよい。ユーティリティ構成要素54が流体伝送構成要素であることができる構成では、供給源55は、潅注ポンプ、または吹送ガス供給源/リザーバであってもよい。ユーティリティ構成要素54が光透過構成要素である構成では、供給源55は、例えば、光ファイバ線用の光源であってもよい。ユーティリティ構成要素54が電力伝送構成要素である構成では、供給源55は、電源出力、バッテリもしくはバッテリバンク、または他の電源であってもよい。ユーティリティ構成要素54がデータ伝送構成要素である構成では、供給源55は、例えば、手術道具52、例えば、限定されないが、撮像装置にデータを送信し、そこからデータを受信し得る、プロセッサであってもよい。
ここで主に図17Bを参照すると、システム1200は、障壁24を通して相互と係合され得る、駆動構成要素34およびマニピュレータ36を含むことができる。いくつかの構成では、駆動要素60は、油圧で駆動される。システム1200は、マスタシリンダ70Dに取り付けられ得る、モータアセンブリ70を含むことができるが、それを含むことに限定されない。マスタシリンダ70Dは、油圧管路70Eと連通することができる。油圧管路70Eは、マスタシリンダ70Dからスレーブシリンダ70Fまで延在することができる。モータアセンブリ70がピストン70Gを変位させると、ピストン70Gは、油圧管路70Eの中の流体を変位させてもよい。これは、ひいては、スレーブピストン70Hの変位を引き起こすことができる。システム1200では、スレーブピストン70Hは、マニピュレータ筐体78の中へ延在し、被駆動要素62の変位を引き起こし得る、突起92を含むことができる。モータアセンブリ70およびマスタシリンダ70Dは、例えば、被駆動構成要素34のサイズを縮小するとともに、熱管理を単純化するように、被駆動構成要素34から遠隔に位置することができる。モータアセンブリ70およびマスタシリンダ70Dは、任意の好適な場所に置かれてもよい。いくつかの構成では、任意のモータアセンブリ70およびマスタシリンダ70Dが、基部30(図3)の中に置かれてもよい。マスタシリンダ70Dからの1つまたは複数の油圧管路70Eは、例えば、アーム32(図3)に沿って、1つまたは複数のスレーブシリンダ70Hまで延在してもよい。
ここで主に図18を参照すると、駆動構成要素34は、モータアセンブリ70を含むことができる。モータアセンブリ70は、駆動構成要素34の遠隔にある場所から給電され、命令されてもよい。例えば、コントローラ15(図3)の基部30(図3)からの電力およびコマンドは、アーム32(図3)内の種々のケーブルまたは配線19(図3)を介して駆動構成要素34に通信されてもよい。各モータアセンブリ70はまた、モータアセンブリ70のモータが整流するにつれて回転を感知する、モータエンコーダ90Aと関連付けられることもできる。モータエンコーダ90Aからのフィードバックは、例えば、アーム32(図3)内の好適なケーブルまたは配線19(図3)を介して、駆動構成要素34から遠隔の場所に通信されてもよい。モータアセンブリ70は、駆動構成要素34のサイズを最小限にするように第1のデッキ71Aの上方に位置付けられ得る、第1のデッキ71Aおよび第2のデッキ71Bの中へ配列されることができる。駆動構成要素34は、例えば、限定されないが、いくつかの第1の突起92Aならびにいくつかの第2の突起92Bを含むことができる。モータアセンブリ70が給電されると、各モータアセンブリ70によって制御される第1の突起92Aおよび第2の突起92Bは、変位されてもよい。いくつかの構成では、各第1の突起92Aおよび各第2の突起92Bは、個々のモータアセンブリ70によって駆動されることができる。他の構成では、1つのモータアセンブリ70は、複数の第1の突起92Aおよび複数の第2の突起92B(例えば、好適なギヤリング配列を用いて)を駆動してもよい。例えば、いくつかの構成では、1つのモータアセンブリ70は、同一または反対方向に等しく変位するように2つの突起92A、92Bを駆動するために、使用されてもよい。これは、別のアクチュエータ(例えば、図4Bの54A参照)が中または外に巻取されるのと同一の速度で、1つのアクチュエータ(例えば、図4Bの54A参照)が引動もしくは巻取され得ることを確実にすることに役立つであろうため、引張ワイヤ等のアクチュエータ54A(図4B)が被操作構成要素38(図16)を作動させるために使用される、構成において望ましくあり得る。
ここで主に図19を参照すると、モータアセンブリ70および駆動要素60が示されている。駆動要素60は、駆動ねじ74とインターフェースをとり得る、駆動ねじ74およびナット76を含むことができる。駆動ねじ74は、概して、モータアセンブリ70と同軸であり得る。モータアセンブリ70は、ねじ74を駆動することができ、駆動ねじ74の回転は、ナット76を駆動ねじ74に沿って進行させることができる。突起92は、駆動要素60において生成される力が駆動ねじ74およびモータアセンブリ70に対して軸を外れて伝達され得るように、成形されることができる。示される具体的構成では、突起92は、モータアセンブリ70および駆動ねじ74の軸と実質的に平行である軸に沿って、力を及ぼすことができる。突起92は、各ナット76の一体部分であることができる、または突起92は、ナット76のそれぞれの上に結合される別個の構成要素であることができる。突起92はまた、モジュール様式で各ナット76に取り付けられてもよい。例えば、ナット76が2つの被駆動要素62を駆動する場合、付加的突起92が、ナット76に結合されてもよい(またはナット76にすでに取り付けられている突起92に結合されてもよい)。ナット76は、軸受に沿って乗設してもよい。例示的構成では、ナット76はそれぞれ、ナット76に取り付けられるか、または例えば、その一体部分としてのいずれかで、少なくとも1つの軸受サドル96を有することができる。ナット76は、例えば、限定されないが、ナット76に結合された2つのサドル96を有することができる。負荷センサ98が、各モータアセンブリ70と関連付けられる負荷経路の中に置かれてもよい。負荷センサ98は、例えば、限定されないが、ロードセル、歪みゲージ、または本明細書に説明される負荷センサ98構成のうちのいずれかであってもよい。負荷センサ98は、被操作構成要素38(図16)に伝達されている力の量についての情報を提供することができる。負荷センサ98はさらに、本明細書の他の場所で説明される。
ここで主に図20を参照すると、駆動構成要素34は、駆動構成要素筐体72の一部が除去された状態で描写されている。ナット76の軸受サドル96はそれぞれ、直線運動軸受94に沿って進行することができる。直線運動軸受94は、ダブテールスライド軸受であることができるが、そうであることに限定されない。ナット76は、駆動構成要素34の動作中に相互に接触および/または干渉しないように、直線運動軸受94の上で離間されることができる。駆動構成要素34用の直線運動軸受94は、駆動構成要素34の縦寸法を縮小するように、内側直線運動軸受および外側直線運動軸受を含むことができる。いくつかの構成では、直線運動軸受94は、2対の外側および内側軸受を含んでもよい。外側および内側軸受は、相互と平行であり得る。各軸受は、2つのナット76によって共有されることができる。したがって、構成は、8つのナット76に適応するが、直線運動軸受94の縦寸法は、それらの間に十分な間隔を伴って2つのナット76に適応するために必要なものよりも大きくなる必要はない。突起92A、92Bの間の内側距離93は、マニピュレータ36(図16)の占有面積を縮小するように最小限にされることができる。第1の突起92Aおよび第2の突起92Bはそれぞれ、「L」字形であり得る。「L」字形の脚部99は、垂直スパン101が所望の平面内で整合され得るように定寸されることができる。突起92A、92Bの形態は、構成によって異なり得る。例えば、屈曲部を含む、または「L」を形成する代わりに、突起92A、92Bは、ナット76の本体からある角度で延在してもよい。角度は、ナット76から力が伝達され得る軸までの直線経路を可能にすることができる。弧状または「S」字形、および他の非直線突起92A、92Bもまた、使用されてもよい。他の構成、例えば、ナット76上の突起92Aおよび92Bの数が1を上回るものでは、全ての突起92A、92Bが、同一の平面上で整合されなくてもよい。代わりに、単一のナット76に接続された突起92A、92Bが、例えば、平行面上にあってもよい。
ここで主に図21を参照すると、モータアセンブリ70および駆動要素60の代替例示的構成が示されている。ナット76の進行を誘導し得る、直線運動軸受94(図20)の構成は、第1の線形針軸受アセンブリ91Aおよび第2の線形針軸受アセンブリ91Bであることができる。線形針軸受アセンブリ91A、91Bは、高度に剛性であり得、力を軸外場所に伝達する突起92を有するナット76とともに存在し得る、高モーメント負荷を受けることが可能であり得る。線形針軸受アセンブリ91A、91Bはそれぞれ、例えば、限定されないが、「V」字形であり得、線形針軸受91A、91Bのローラケージ71D(図23)のための配線路としての役割を果たし得る、内面79Aを含む、筐体79を有することができる。他の構成では、線形針軸受アセンブリ91A、91Bの別の構成要素は、筐体79の代わりに配線路を提供してもよい。筐体79の外面79Bは、線形針軸受アセンブリ91A、91Bがコンパクトであることを可能にするように弧状であり得る、または丸みを帯び得る。ナット76は、線形針軸受アセンブリ91A、91Bの間で定位置に保持されることができる。第1の線形針軸受アセンブリ91Aと第2の線形針軸受アセンブリ91Bとの間の間隙79Cは、突起92がナット76から離れて延在し、力を所望の軸に伝達することを可能にすることができる。所望の軸は、それに沿って被駆動要素62(図16)が変位され得る軸であることができる。進行リミッタ57(図23)が、所定の範囲外のナット76の移動を防止するように、線形針軸受アセンブリ91A、91Bに含まれてもよい。進行リミッタ57(図23)は、種々の構成においてナット76の進行を阻止する壁等の機械的停止部であってもよい。
ここで主に図22を参照すると、I−I(図21)において得られた内側断面が示されている。種々の異なる突起92のうちのいずれかとともに使用され得るように構築されることができる、ナット76が含まれる。具体的には、ナット76は、その中へ突起92が結合され得る、受容特徴75を含むことができる。種々の異なる突起92はそれぞれ、受容特徴75内に嵌合し得る一部を含んでもよい。所望の突起92は、例えば、限定されないが、締結具77を介してナット76に除去可能に結合されることができる。任意の好適な締結具77が使用されてもよい。代替構成では、突起92は、除去可能に結合される必要はなく、ナット76に超音波溶接、溶剤接着、糊着、または別様に恒久的に取り付けられてもよい。駆動要素60の負荷経路内の負荷を測定し得る負荷センサ98もまた、図22に含まれる。
ここで主に図23を参照すると、いくつかの線形針軸受アセンブリ91A、91Bの分解図が示されている。線形針軸受アセンブリ91A、91Bは、筐体79を含むことができる。筐体79の外面79Bは、弧状であり得る、または丸みを帯び得る。第1の陥凹79Dおよび第2の陥凹79Eは、外面79Bに含まれることができ、線形針軸受アセンブリ91A、91Bが完全に組み立てられるときに2つの筐体79を保持し得る、保定装置79Fと協働するように定寸されることができる。例示的構成では、保定装置79Fは、保定リングまたは任意の他の好適な保定装置79F、例えば、限定されないが、Cクリップ、ピン、および/もしくはねじ山付き締結具であることができるが、そうであることに限定されない。内面79Aは、ほぼ「C」字形であることができるが、そうであることに限定されず、線形針軸受アセンブリ91A、91Bの針軸受71Cのための配線路としての役割を果たすことができる。線形針軸受アセンブリ91A、91Bはそれぞれ、例えば、12個の針軸受71Cを含むことができる。線形針軸受アセンブリ91A、91B内の線形針軸受71Cの数は、針軸受71Cのサイズおよび針軸受71Cの上に存在することが予期される力に応じて、異なり得る。いくつかの構成では、針軸受71Cは、直径が1〜2mmであってもよく、12個の針軸受71Cが、1つの線形針軸受アセンブリ91A、91Bにつき含まれてもよい。針軸受71Cはそれぞれ、線形針軸受アセンブリ91A、91Bが完全に組み立てられるときに針軸受ケージ71Dの中で受容されてもよい。針軸受ケージ71Dは、筐体79の内面79Aに対して嵌合し、針軸受71Cが内面79Aを配線路として利用することを可能にするように、成形されることができる。
図23を参照し続けると、ナット76は、第1の部分76Aと、第2の部分76Bとを含むことができる。第1の部分76Aおよび第2の部分76Bは、組み立てられたときにともに結合してもよい。代替構成では、ナット76は、単一のモノリシック構成要素であってもよい。ナット76は、線形針軸受91A、91Bが完全に組み立てられるときに、針軸受ケージ71Dがナット76の周囲で嵌合することを可能にするように成形されてもよい。例示的構成では、ナット76の第1の部分76Aは、針軸受ケージ71Dの「C」様形状に適応するように、かつ針軸受71Cがナット76の第1の部分76Aの外部を案内溝として使用することを可能にするように、成形されることができる。第1の部分76Aは、断面が八角形であり得るが、そうであることに限定されない。ナット76は、駆動ねじ74の回転変位に応答して、平行移動して変位するように適合されてもよい。例示的構成では、第2の部分76Bは、駆動ねじ74と係合されてもよく、第2の部分76Bは、平行移動して変位させられてもよい。第2の部分76Bが第1の部分76Aに取り付けられるとき、ナット76が変位してもよい。第2の部分76Bは、使用されている駆動ねじ74のタイプに応じて異なり得る。例えば、第2の部分76Bは、ボールネジが使用される場合にボールナットであってもよい。送りねじが使用される場合、第2の部分76Bは、分割ナット、ハーフナット、または他の好適なタイプのナットであってもよい。代替として、第2の部分76Bは、駆動ねじ74上に螺合され得る、ねじ山付き受容特徴を含んでもよい。
なおもさらに図23を主に参照し続けると、針軸受ケージ71Dはそれぞれ、スロット71Eを含むことができる(線形針軸受アセンブリ91Aのスロット71Eのみが図23で可視的である)。スロット71Eは、第1の部分76Aから延在する進行リミッタ57と協働することができる。進行リミッタ57は、例えば、限定されないが、第1の部分76Aから外向きに延在し得る、突起または隆起であることができる。完全に組み立てられたとき、進行リミッタ57は、スロット71Eの中へ延在する。ナット76が線形針軸受アセンブリ91A、91B内で進行するとき、進行リミッタ57は、所定の範囲を越えた移動から、その中に着座された針軸受ケージ71Dおよび針軸受71Cを妨げることができる。例えば、進行リミッタ57は、針軸受ケージ71Dおよび針軸受71Cが筐体79から外へ進行しないように防止するために採用されてもよい。進行リミッタ57によって可能にされる変位範囲の終端で、進行リミッタ57は、スロット71Eの縁に対して当接してもよい。本時点で、針軸受ケージ71Dおよび針軸受71Cは、その方向にさらに変位することが不可能であり得、進行は、機械的停止部を用いて効果的に限定されるであろう。スロット71Eの長さは、実質的に平等であり得るが、そうであることに限定されない。代替構成では、進行リミッタ57は、ナット76上に含まれなくてもよいが、筐体79上に含まれてもよい。例えば、いくつかの構成では、進行リミッタ57としての役割を果たすことができる隆起は、内面79Aからスロット71Eの中へ延在してもよい。他の構成では、内面79Aは、針軸受71Cおよび針軸受ケージ71Dの変位範囲を限定することができる、1つまたはいくつかの隆起特徴を含んでもよい。線形針軸受アセンブリ91A、91Bが駆動ねじ74の軸を中心として回転しないように防止するために、少なくとも1つのキー状特徴が、線形針軸受アセンブリ91A、91Bの一方または両方の上に含まれてもよい。本キー特徴は、例えば、機械的干渉として作用する静止要素に遭遇するであろう、筐体79から延在する突起であってもよい。代替として、静止要素からの突起は、線形針軸受アセンブリ91A、91B内の受容構造の中へ延在してもよい。いくつかの構成では、回転は、ナット76の受容構造75内の切り欠き75Bの中へ突起92を嵌合することによって阻止されてもよい。
依然として図23を参照すると、ナット76は、種々の異なる突起92のうちのいずれかとともに使用され得るように構築されることができる。具体的には、ナット76は、その中へ突起92が結合され得る、受容特徴75を含むことができる。受容特徴75は、ナット端75Aの中への陥凹であることができる。受容特徴75はまた、突起92が受容特徴75の中へ結合されているときに突起92の一部を収容するように切り欠き75Bを含むこともできる。突起92を受容特徴75の中へ結合するための任意の好適な方法が、使用されてもよい。締結具77(図22)が、いくつかの構成で使用されてもよい。代替として、突起92は、受容特徴75の中へ恒久的に結合されてもよい。
ここで主に図24を参照すると、駆動要素60は、電気油圧で動作されることができる。駆動要素60は、例えば、限定されないが、油圧式スレーブシリンダ70Fを含むことができる。スレーブシリンダ70Fは、突起92の変位を引き起こすように変位され得る、ピストン70H(図17B参照)を含むことができる。突起92は、被操作構成要素38(図17B)の特徴を作動させるように被駆動要素62(図17B)に作用してもよい。スレーブピストン70Hは、少なくとも1つの直線運動軸受94によって誘導されてもよい。限定されないが、図23および本明細書の他の場所で説明されるもの等の任意の好適な直線運動軸受94が使用されてもよい。突起92は、いくつかの構成では、スレーブピストン70H(図17B)の一体部分であってもよい。代替構成では、スレーブピストン70H(図17B)は、種々の異なる突起92のうちのいずれかとともに使用され得るように構築されてもよい。具体的には、スレーブピストン70H(図17B)は、その中へ突起92が結合され得る、(図23の受容特徴75に類似する)受容特徴を含むことができる。いくつかの構成では、介入本体(図示せず)が、スレーブピストン70H(図17B)と突起92との間に含まれてもよい。そのような構成では、変位が、介入本体を通して突起92に伝達されてもよい。油圧式マスタシリンダ70Dが、含まれることができ、油圧管路70Eを通してスレーブシリンダ70Fを駆動することができる。油圧式マスタシリンダ70Dは、モータアセンブリ70によって駆動されることができる。モータアセンブリ70は、マスタシリンダ70D内のピストン70G(図17B参照)の変位を引き起こしてもよい。ピストン70G(図17B)が変位されるとき、マスタシリンダ70Dおよびスレーブシリンダ70Fが油圧管路70Eを介して接続されるため、油圧式スレーブシリンダ70F内のスレーブピストン70H(図17B)が、その結果として、変位されてもよい。変位を監視するために、位置センサ90は、モータアセンブリ70または駆動要素60の一部等の別の構成要素と関連付けられてもよい。少なくとも1つの圧力センサ70Iもまた、油圧管路70E内の圧力を監視するために含まれてもよい。
ここで図25を参照すると、モータアセンブリ70は、駆動ねじ74A用のモータ70A、ギヤヘッド70B、および軸受70Cを含むことができる。駆動ねじ74Aの回転は、ひいては、ナット76Aの平行移動変位を引き起こしてもよい。ナット76Aは、マスタシリンダピストン70Gと連携して移動してもよい。いくつかの構成では、マスタシリンダピストン70Gおよびナット76Aは、相互に結合されてもよい。マスタシリンダピストン70Gが変位するとき、取り付けられた油圧管路70E内の流体も変位されてもよい。マスタシリンダピストン70Gのヘッド70Jは、いくつかの密閉部材70K、例えば、限定されないが、流体が油圧管路70Eから逃散しないことを確実にし得る、Oリングまたは類似ガスケット部材を含むことができる。圧力タップ70Lが、少なくとも1つの圧力センサ70Iに至る配線70Mに取り付けられることができる。圧力センサ70Iは、圧力タップ70Lおよび配線70Mを介して、油圧管路70E内の圧力に関連するデータを収集してもよい。少なくとも1つの圧力センサ70Iからのデータは、フィードバックとしてコントローラに提供されてもよい。
主に図26を参照すると、負荷センサ98(図20)は、駆動構成要素34(図20)内の各モータ70(図20)と関連付けられてもよい。負荷センサ98(図20)は、種々の従来の負荷センサタイプのうちのいずれかであってもよい。代替として、負荷センサ98(図20)は、例えば、負荷経路から遠隔にあり、物理的に単離されることができる、電気構成要素を有してもよい。負荷センサ98(図20)は、例えば、負荷に比例して変形または変位することができる、負荷経路の中に配置される機械構成要素150を含んでもよい。本変形は、ひいては、負荷経路から遠隔に位置する負荷センサ98(図20)の電気構成要素によって感知または監視されてもよい。機械構成要素150は、変形可能本体152Aであり得る、柔軟部材を含むことができるが、それを含むことに限定されない。変形可能本体152Aは、第1の端部151Aと、第2の端部151Bとを有してもよい。図26に示される例示的変形可能本体152Aは、無負荷である。変形可能本体152Aは、例えば、「S」ビームとして成形されることができる。他の構成では、変形可能本体152Aの形状は、任意の形状または構成であってもよい。機械構成要素150は、随意に、変形可能本体152Aの任意の変形を増幅することができる、突起またはフラグ154を含んでもよい。突起154は、変形可能本体152A上に結合されてもよい、または変形可能本体152Aの一体部分であってもよい。
主に図27を参照すると、負荷156が第1の端部151Aおよび第2の端部151Bのうちの少なくとも1つに印加されるとき、変形可能本体152Aの少なくとも一部は、その無負荷形状(例えば、図26参照)から歪曲することができる。変形可能本体152Aの形状は、歪曲が生じることが所望される場所、または変形可能本体152Aが歪曲するであろうことがどのように所望されるかに基づいて、選定されてもよい。横断部品153Aは、負荷156を受けて歪曲することができる。より具体的には、第1の端部151Aおよび第2の端部151Bに対する横断部品153Aの角度153Bが、変更されることができる。歪曲の量は、機械構成要素150に印加されている負荷156を判定するように感知または監視されてもよい。
依然として図27を参照すると、変形可能本体152A上の負荷156の種々の範囲について生じ得る歪曲の量は、変形可能本体152Aの形状および/または構造を改変することによって、制御されてもよい。いくつかの構成では、変形可能本体152Aが、負荷条件の第2の範囲とは対照的に、負荷の第1の範囲の下で、より多くの量またはより大きい割合で変形することが望ましくあり得る。例えば、変形可能本体152Aが、高負荷条件よりも低負荷条件下で、より多くの量またはより大きい割合で歪曲することが所望され得る。これは、変形可能本体152Bが、所与のデバイスにおいて予期され得る負荷条件下で、より多くの量で変位することを可能にし得る。具体的構成では、変形可能本体152Aは、負荷156の第1の範囲が0〜50ポンドの負荷を含み得るように、構築されることができる。負荷156の第2の範囲は、例えば、50ポンドを上回る任意の負荷156を含むことができる。負荷156の第1の範囲では、変形可能本体152Aは、負荷156に比例して自由に歪曲してもよい。負荷156の第2の範囲では、変形可能本体152Aは、歪曲に対してより弾性であり得る、またはた実質的に歪曲することが不可能であり得る。
ここで図28Aを参照すると、機械構成要素150Bは、横断部品153Aに向かって延在し得る停止突起153を含み得る、変形可能本体152Cを含むことができる。負荷156が変形可能本体152C上で増加すると、停止突起153と横断部品153Aとの間の間隙153Dは、縮小することができる。最終的に、横断部品153Aは、停止突起153に接触し、負荷156が増加するにつれて継続的変位を阻止されるであろう。本接触が起こり得る負荷156の量は、第1の負荷範囲の上限であってもよい。いくつかの具体的構成では、接触が起こる負荷156の量は、例えば、限定されないが、50ポンドであることができる。接触が起こる負荷の量は、変形可能本体152Cの構造、材料、および幾何学形状に基づいて制御されることができる。変形可能本体152Cは、したがって、変形可能本体152Cの歪曲が、低負荷条件で、または負荷の第1の範囲内で、負荷156のより高い分解能を提供することができるように、構築されてもよい。標的分解能は、例えば、限定されないが、0.1ポンド未満であることができる。いくつかの構成では、負荷条件の第1の範囲内の標的分解能が、0.1ポンド未満であってもよい一方で、機械構成要素150Bは、負荷条件の第2の範囲内のより2進型のインジケーションを提供してもよい。例えば、負荷条件の第2の範囲内で、機械構成要素150Bは、印加される負荷156の量が第2の範囲内であるかどうかの「はい」または「いいえ」のインジケーションを提供する役割を果たしてもよい。
主に図28Bを参照すると、機械構成要素150Cは、停止突起153(図28A)の代わりに、ねじ山付き挿入物166Aを含むことができる。ねじ山付き挿入物166Aは、間隙153Dのサイズを改変するように、変形可能本体152Dから外へ所望の量で前進または後退されてもよい。ねじ山付き挿入物166Aの移動は、停止部166Eが遭遇されることができる点を変化させてもよく、停止部166Eが遭遇される前に必要な力を改変してもよい。したがって、負荷範囲は、融通性があり、おそらく、例えば、ユーザ定義されてもよい。ねじ山付き挿入物166Aおよび/または変形可能本体152Dは、所望の範囲を画定することを促進するように、停止部166Eが接触されるであろう負荷156の量を示すことができる、マーキング166Gを含んでもよい。例示的構成では、示されるねじ山付き挿入物166Aは、圧縮停止部を提供する。
ここで図28Cを参照すると、機械構成要素150Dは、張力停止部を提供するようにねじ山付き挿入物166Aを含むことができる。ねじ山付き挿入物166Aは、変形可能本体152Eを通して挿入され、静止要素166Hの中へ係留されてもよい。これは、螺合係合を用いて達成されてもよい。ねじ山付き挿入物166Aはまた、部分的または完全に螺合されてもよい、もしくは全く螺合されなくてもよいが、代わりに、静止要素166Hに接着/溶接されてもよい、または固定、締まり嵌め、もしくは任意の他の配列を用いて静止要素166Hに結合されてもよい。ねじ山付き挿入物166Aは、間隙153Eがゼロまで縮小し、変形可能本体152Eがねじ山付き挿入物166Aのヘッドまたは停止部166Eに遭遇するまで、変形可能本体152Eの歪曲に影響を及ぼさなくてもよい。
ここで図28Dを参照すると、変形可能本体152Eは、張力156が機械構成要素150Eの中に印加されるときに歪曲してもよい。変形可能本体152Eの第1の端部151Aおよび第2の端部151Bに対する横断部品153Aの角度153B(図27)は、変更されてもよい。張力を印加することは、変形可能本体152Eを伸張および伸長させることができる。ねじ山付き挿入物166Aが静止要素166Hに固定して結合されることができるため、変形可能本体152Fは、変形可能本体152Eの第1の端部151Aがねじ山付き挿入物166Aのヘッド166Eに当接するまで、張力によって伸張されるのみであってもよい。
ここで図28Eを参照すると、変形可能本体152Gが歪曲し得る様式もまた、変形可能本体152Gの形状による影響を受け得る。いくつかの構成では、変形可能本体152Gは、駆動システムの一部の振れに起因して変位し得る、駆動システムの構成要素に結合または搭載されてもよい。振れの任意の影響を軽減するため、またはより寛大な振れ公差を可能にするために、機械構成要素150Fは、二次軸を中心とした任意の回転に起因して、または駆動シャフトの任意の他の回転偏心の結果として、変位する低い傾向を有するように、構築されてもよい。変形可能本体152Gは、変形可能本体152Gを通して陥凹状である、または切り抜かれるチャネル164によって画定され得る、いくつかの薄くなったスパン162を含むことができる。変形可能本体152Gの外側部分163は、比較的厚く、振れに起因する歪曲に対するバットレスとしての役割を果たすことができる。変形可能本体152Gの外側部分163はまた、ねじ山付き挿入物166A(図28D)を受け入れる役割を果たしてもよい。変形可能本体152Gの少なくとも1つの側面は、間隙168を含むことができる。変形可能本体152Gの形態およびチャネル164ならびに薄くなったスパン162の配列は、変形可能本体152Gを望ましくない歪曲に対して弾性にさせるように選択されてもよい。いくつかの構成では、変形可能本体152Gの形態およびチャネル164ならびに薄くなったスパン162の配列は、変形可能本体152Gを、概して、いくつかの4本バー連結部として挙動させることができる。そのような平行四辺形フレーム構成は、望ましくない変形に対して変形可能本体152Gを強化してもよい。付加的チャネル164および薄くなった区分162は、所与の負荷によって引き起こされる歪曲の量を増加させるように追加されてもよい。機械構成要素150Fはまた、停止表面166を含むこともできる。変形可能本体152Gが圧力を受けて歪曲されるとき、停止表面166と変形可能本体152Gの残りの部分との間の間隙168は、接触が停止表面166と行われるまで縮小することができる。停止表面166は、変形可能本体152G上の負荷が所望の量に達するときに、変形可能本体152Gの歪曲を限定または防止することができる。機械構成要素152Gは、例えば、限定されないが、負荷の第2の範囲よりも負荷の第1の範囲に応答することができる。停止表面166は、ねじ山付き挿入物166A(図28D)と置換される、またはそれを補充されてもよい。フラグまたは突起154を含む構成では、突起154は、変形可能本体152Gの歪曲の所望の量の増幅を生成するように定寸されてもよい。負荷156(図28D)が存在するとき、変形可能本体152Gの最も遠位にある突起154の一部の上の点の変位は、その無負荷位置に対する突起154の投影乗算ラジアン角の長さにほぼ等しいであろう。より長い突起154が、さらなる増幅を生成するために使用されてもよい。
ここで図29を参照すると、負荷センサ98Aは、電気構成要素160A、例えば、限定されないが、電位差計を含むことができる。電気構成要素160Aが電位差計である場合、突起154が変位されるときに、ワイパが、抵抗を変化させて、電位差計の抵抗要素を横断して移動されることができる。抵抗を測定することによって、突起154の変位の量を判定することが可能である。変位の量が負荷156に比例するため、負荷センサ98Aは、測定された抵抗の値を使用して、負荷156を判定してもよい。
ここで図30Aを参照すると、負荷センサ98Bは、電気構成要素160B、例えば、限定されないが、光学センサを含むことができる。任意の種々の光学センサ、例えば、限定されないが、レーザ変位センサが、使用されてもよい。代替として、カメラが、経時的に突起154の場所を監視して追跡するために使用されてもよい。いくつかの構成では、突起154は、基準参照157、例えば、限定されないが、突起154の変位の追跡、したがって、負荷156の判定を補助し得る、グリッドまたはパターン、カラーマーキング、もしくは同等物を含んでもよい。
ここで図30Bを参照すると、負荷センサ98Dは、電気構成要素160Eを含むことができる。電気構成要素160Eは、発光体160Fと、受光器160Gとを含んでもよい。発光体160Fは、機械構成要素150上の反射突起154A上に光を照らしてもよい。反射突起154Aは、発光体160Fから受光器160Gに光を反射してもよい。機械構成要素150上の負荷156が変化すると、反射突起154Aの配向も変化してもよい。結果として、反射突起154Aから反射される光は、受光器160Gの異なる部分に反射されてもよい。発光体160Fは、例えば、1つまたはそれを上回るレーザもしくは集中光ビームエミッタを含んでもよい。反射突起154Aは、発光体160Fからの光が投影されることができる、明るい色の表面または鏡面を含んでもよい。受光器160Gは、光学センサ等の反射受光器であり得る、1つの受光器160Gまたは受光器160Gのアレイを含んでもよい。機械構成要素150が負荷156に比例して歪曲すると、反射光の場所および/または強度が追跡されてもよく、したがって、負荷156の判定が行われてもよい。
ここで図30Cを参照すると、負荷センサ98Eは、電気構成要素160Hを含むことができる。電気構成要素160Hは、光源160Iと、光学センサ160Jとを含んでもよい。光学センサ160Jは、例えば、CCDまたはCMOSチップを有するカメラを含んでもよい。光源160Iは、突起154の一部を照射することができる光を生成してもよい。光学センサ160Jは、突起154の影が光学センサ160Jの視野内に入るように置かれてもよい。影の位置は、光学センサ160Jによって追跡されてもよく、したがって、負荷156の判定が行われてもよい。いくつかの構成では、光源160Iが、突起154の1つの側面上に置かれてもよい一方で、光学センサ160Jは、突起154の反対側に置かれてもよい。代替として、または加えて、突起154は、光源160Iからの光が通過し得る、1つまたはそれを上回るスリット、スロット、空隙、開口、もしくは同等物154Bを含んでもよい。突起154が機械構成要素150上の負荷156に比例して変位すると、スリット154Bが場所を変化させてもよい。光学センサ160Jは、機械構成要素150の歪曲の量を判定するように、突起154の影の場所の代わりに、またはそれに加えて、スリット154Bの場所を監視してもよい。歪曲は、機械構成要素150上の負荷156を判定するように分析されてもよい。
ここで図31Aを参照すると、負荷センサ98Cは、電気構成要素160C、例えば、限定されないが、ホール効果センサまたはホール効果センサアレイ等の磁気センサを含むことができる。そのような構成では、少なくとも1つの磁石158、例えば、限定されないが、ネオジム希土類磁石が、突起154に取り付けられてもよい、または埋め込まれてもよい。電気構成要素160Cがホール効果センサを含む構成では、突起154が変位するとき、ホール効果センサは、少なくとも1つの磁石158の磁場によって生成されるホール電圧に基づいて、突起154の位置を判定するために使用されてもよい。任意の数の他の感知配列、例えば、限定されないが、容量、超音波、および誘導感知が、使用されてもよい。
ここで図31Bを参照すると、負荷センサ98Fは、非接触センサを伴う電気構成要素160Kを含んでもよい。センサは、例えば、誘導または容量センサであってもよい。突起154が機械構成要素150上の負荷156に比例して変位すると、静電容量およびインダクタンスは、突起154の場所に基づいて予想通りに変化してもよい。静電容量およびインダクタンスの値は、突起154の場所、その結果として、機械構成要素150上の負荷156の量を判定するように監視されてもよい。
ここで主に図32および33を参照すると、機械構成要素150Hは、「S」ビーム170を含むことができる。突起174は、「S」ビーム170の中心横断部品172に結合されることができる。突起174は、任意の好適な様式で、例えば、限定されないが、締結具を介して、中心横断部品172に取り付けられてもよい。代替として、突起174は、「S」ビーム170の一部として一体的に形成されてもよい。「S」ビーム170に対する突起174の長さの比は、約3:1であることができるが、そうであることに限定されない。空隙176は、突起174が無負荷位置にあるときに、突起174に対して実質的に平行な方向に「S」ビーム170を通って延設することができる。空隙176は、駆動ねじ74(図16)または駆動要素60(図16)の他の部分を収容するように定寸されることができる。いくつかの構成では、空隙176は、モータアセンブリ70(図16)の少なくとも一部が空隙176の内側に置かれ得るように、定寸されてもよい。「S」ビーム170はまた、(本明細書の他の場所で説明される)停止突起175を含むこともできる。機械構成要素150Hはまた、ねじ山付き孔178Aを伴う隆起プラトーを含み得るが、それを含むことに限定されない、搭載特徴178を含むこともできる。「S」ビーム170は、「S」ビーム170の任意の変位が「S」ビーム170と関連付けられる負荷経路内の負荷偏差の結果であることを確実にすることに役立つように、搭載特徴178を使用して、静止筐体(例えば、駆動構成要素筐体72(図18))に取り付けられることができる。他の構成では、搭載特徴178は、搭載ブラケットまたはレールであってもよい。他の構成では、複数の搭載特徴178が含まれてもよい。例えば、搭載特徴178は、「S」ビーム170の第1の面170A(図32)および第2の面170B(図33)の両方の上に含まれてもよい。「S」ビーム170はまた、「S」ビーム170が、モータアセンブリ70(図16)、軸受(線形針軸受アセンブリ91A(図21)および91B(図21)等)、または駆動要素60(図16)の他の部分に結合されることを可能にし得る、いくつかのねじ山付き孔179を含むこともできる。
ここで図34を参照すると、図33の領域Jの拡大図が描写されている。「S」ビーム170は、停止突起153を含むことができる。間隙153Dは、停止突起153と横断部品172との間に存在することができる。横断部品172は、「S」ビーム170の本体の最も近位にある、薄いまたは可撓性部分180を含むことができる。薄い部分180は、横断部品172の各端部に含まれてもよい。薄い部分180は、弾性的に変形可能な区画として作用することができる。構造強度のために、薄い部分180は、例えば、限定されないが、アーチ形の壁180Aを有することができる。他の構成では、こうである必要はない。薄い部分180の場所および厚さは、「S」ビーム170が所与の負荷条件下で所望の変位挙動を有することに役立つように、選定されてもよい。加えて、「S」ビーム170のために選定される材料は、いくつかある特性の中でも、その弾性係数および降伏強度のために選択されてもよい。可能性として考えられる材料は、任意の金属、複合材料、およびプラスチック、マグネシウム、鋼鉄、アルミニウム、ならびにチタン等の他の材料を含むことができるが、それを含むことに限定されない。低い負荷が予想される用途では、プラスチックまたはマグネシウム等の材料が使用されてもよい。高負荷用途では、鋼鉄等の材料が使用されてもよい。他の用途では、アルミニウムまたはチタン等の材料が使用されてもよい。
主に図35Aを参照すると、機械構成要素150Iは、動作中の変形可能本体173上の振れの任意の影響を軽減するように設計され得る、変形可能本体173を含むことができる。変形可能本体173はまた、変形可能本体173が、静止筐体(例えば、駆動構成要素筐体72(図16))、関連付けられる駆動系用のモータアセンブリ70(図35B参照)、および/または軸受(例えば、線形針軸受91Aならびに/もしくは91B(図21))に取り付けられることを可能にし得る、いくつかの搭載点181を含むこともできる。空隙176は、モータアセンブリ70(図35B)が少なくとも部分的に変形可能本体173内に収納され得るように、定寸されることができる。加えて、空隙176は、駆動ねじ74が変形可能本体173の中へ延在し、その中に収納されたモータアセンブリ70(図35B)と係合することを可能にするように、定寸されることができる。
依然として図35Aを参照すると、変形可能本体173は、それに結合され得る、フラグまたは突起174Aを含むことができる。突起174Aは、シュー175Aの中に搭載されることができる。突起174Aおよび/またはシュー175Aは、機械構成要素150Iが組み立てられるときに、定位置で突起174Aを位置付ける、ならびに/もしくは係止することに役立ち得る、戻り止めまたはステップ特徴を含んでもよい。代替構成では、シュー175Aは、突起174Aが、例えば、限定されないが、突起174Aの軸175Cに沿って前後に摺動することを可能にすることができる。したがって、所与の負荷に対する突起174A内の磁石158の変位量が、改変されることができる。突起174Aがある位置まで摺動されたとき、1つまたはそれを上回る止めねじもしくは同等物が、定位置で突起174Aを保持するために使用されてもよい。突起174Aはまた、シュー175Aの中にあるときに突起174Aがわずかに圧縮されることを可能にし得る、切り抜き173Aを含むこともできる。切り抜き173Aは、シュー175Aの中で受容される突起174Aの区分が、シュー175Aの壁175Dに対して力を及ぼし得る、ばねとして作用することを可能にすることができる。この力は、シュー175Aの中で突起174Aを保定することに役立ち得る。突起174Aは、モータアセンブリ70(図5)の後ろに、および/またはそれに沿って磁石158を置き、おそらく、空間の節約を可能にし得る、屈曲部175Eを含むことができる。屈曲部175Eは、突起174Aを屈曲前部分174Fおよび屈曲後部分174Gに分割してもよい。必要であれば、ミューメタル等の磁気遮蔽材料が、モータアセンブリ70(図16)および/または突起174Aの一部を遮蔽するように含まれてもよい。突起174Aは、本明細書に説明される形状と異なり得る。突起174Aの形状または形態は、種々の用途に存在し得る、任意の空間制約に最も良好に適合するように選定されることができる。
ここで図35Bを参照すると、負荷センサ98は、機械構成要素150Jと、電気構成要素160とを含むことができる。機械構成要素150J内の空隙176は、モータアセンブリ70が少なくとも部分的に変形可能本体173内に収納され得るように定寸されることができる。モータアセンブリ70は、搭載点181を介して機械構成要素150Jに取り付けられてもよい。加えて、空隙176は、駆動ねじ74が変形可能本体173の中へ延在してモータアセンブリ70と係合することを可能にするように定寸されることができる。フラグまたは突起174Bが変位されると、突起174Bに取り付けられた磁石158は、負荷センサ98の電気構成要素160の一部として含まれるPCB210上に配列されたいくつかのホール効果センサ160Dの範囲内の経路に沿って掃引してもよい。ホール効果センサ160Dから提供されるデータは、磁石158の場所を判定するようにコントローラ15(図1)によって処理されてもよい。磁石158の場所が機械構成要素150Jに印加される負荷156(図31)の量に依存するため、位置データが、負荷156(図31)の量を判定するために使用されることができる。ホール効果センサアレイから成る電気構成要素160は、2012年12月21日に出願された、System,
Method, and Apparatus for Estimating Liquid Deliveryと題された米国特許公開第20130184676号で説明されるものに類似し得る。
Method, and Apparatus for Estimating Liquid Deliveryと題された米国特許公開第20130184676号で説明されるものに類似し得る。
ここで図35Cを参照すると、機械構成要素150Jは、変形可能本体173の中へ、またはそれを通って延在するねじ山付き挿入物であり得る、挿入物166Aを含むことができる。機械構成要素150Jはまた、ねじ山付き挿入物166A上にナット167等の調節可能スペーサを含むこともできる。ねじ山付き挿入物166Aおよびナット167は、変形可能本体173の変形のための圧縮ならびに張力停止部を提供することができる。ねじ山付き挿入物166Aは、負荷条件の第2の範囲とは対照的に、負荷の第1の範囲の下で、より多くの量またはより大きい割合で、変形可能本体173を変形させるために使用されてもよい。
ここで図35D−35E(それぞれ、図35Cの領域35Dおよび35Eの拡大図の拡大図)も参照すると、例示的構成では、ねじ山付き挿入物166Aおよびナット167は、張力停止間隙166B(図35D)ならびに圧縮停止間隙166C(図35E)が存在するように配置される。張力停止間隙166B(図35D)は、ねじ山付き挿入物の第1の面166D(図35D)と変形可能本体の第1の面173C(図35D)との間の空間を占有することができる。圧縮停止間隙166C(図35E)は、ナット面167A(図35E)と変形可能本体173の第2の面173D(図35E)との間の空間を占有することができる。第2の面173D(図35E)は、第1の面173C(図35D)から変形可能本体173の反対側にあることができる。張力停止間隙166B(図35D)のサイズは、それにわたって変形可能本体173が実質的に自由に歪曲または変形し得る、引張負荷条件の第1の範囲を画定するように選択されてもよい。第1の引張負荷範囲外の第2の引張負荷範囲内の負荷は、ねじ山付き挿入物166A(図35D)によって提供される停止部が遭遇され、さらなる歪曲を防止し得るため、変形可能本体173の歪曲を殆どまたは全く引き起こし得ない。圧縮停止間隙166C(図35E)のサイズは、それにわたって変形可能本体173が実質的に自由に歪曲または変形し得る、圧縮負荷条件の第1の範囲を画定するように選択されてもよい。第1の圧縮負荷範囲外の第2の圧縮負荷範囲内の負荷は、ねじ山付き挿入物166A(図35D)およびナット167(図35E)によって提供される停止部が遭遇され、さらなる歪曲を防止し得るため、変形可能本体173の歪曲を殆どまたは全く引き起こし得ない。いくつかの構成では、ねじ山付き挿入物166A(図35D)は、間隙166C(図35E)および166B(図35D)のサイズを改変するように、変形可能本体173の中または外へ所望の量で前進もしくは後退されてもよい。前進または後退は、ひいては、停止部が遭遇される負荷を改変することができる。範囲は、融通性があり、おそらく、例えば、ユーザ定義されてもよい。ねじ山付き挿入物166A(図35D)および/または変形可能本体173は、所望の範囲を画定することを促進するように、停止部が接触されるであろう負荷156(図28A)の量を示すことができる、マーキング166G(図28B)を含んでもよい。
ここで図35Dを参照すると、張力が変形可能本体173に及ぼされるとき、張力停止間隙166Bは、縮小することができる。機械的停止部は、ねじ山付き挿入物166Aのヘッド166Eの第1の面166Dおよび変形可能本体173の第1の面173Cが接触するときに遭遇されることができる。面166D、173Cが接触する力は、第1の引張負荷範囲と第2の引張負荷範囲との間の境界であってもよい。加えて、ねじ山付き挿入物166Aのヘッド166Eは、ねじ山付き挿入物166Aの端部上のねじ山(図示せず)と係合することができる、第2のナット(図示せず)と置換されてもよい。第2のナットは、張力停止間隙166Bのサイズを改変するように、ねじ山に沿って前進され得る。第2のナットは、所望の第1の引張負荷範囲のために好適な位置に置かれ得る。
ここで図35Eを参照すると、圧縮停止間隙166Cは、ナットの第1の面167Aと変形可能本体の第2の面173Dとの間の空間を占有することができる。圧縮停止間隙166Cのサイズは、それにわたって変形可能本体173が実質的に自由に歪曲または変形し得る、圧縮負荷条件の第1の範囲を画定するように選択されてもよい。圧縮力が変形可能本体173に及ぼされるとき、圧縮停止間隙166Cは、縮小することができる。機械的停止部は、ナット167の第1の面167Aおよび変形可能本体173の第2の面173Dが接触するときに、遭遇されることができる。これらの面167A、173Dが接触する力は、第1の圧縮負荷範囲と第2の圧縮負荷範囲との間の境界であってもよい。異なるサイズのナット167が、圧縮停止間隙166Cのサイズを改変するために使用されてもよい。使用されるナット167は、第1の圧縮負荷範囲のために所望される力の値に適合するように選定されてもよい。
主に図35Fを参照すると、ねじ山付き挿入物166Aは、ねじ山付き挿入物受入孔173Eを通って延在してもよい。いくつかの構成では、ねじ山付き挿入物166Aの全体に満たない部分が、螺合されることができ、ねじ山付き挿入物166Aは、ねじ山付き挿入物受入孔173Eと螺合係合しなくてもよい。ねじ山付き挿入物166Aの全体に満たない部分が螺合され得る構成は、変形可能本体173(図35C)が所望の負荷範囲にわたって自由に歪曲することを可能にすることができる。いくつかの構成では、その上にナット167が噛合されるねじ山付き挿入物166Aの一部のみが、螺合されてもよい。ねじ山付き挿入物166Aは、ねじ山付き搭載孔166Fを含むことができる。ねじ山付き搭載孔166Fは、締結具169がねじ山付き挿入物166Aの中へ結合することを可能にすることができる。締結具169は、ねじ山付き挿入物166Aを、変形可能本体173(図35C)の荷重中にねじ山付き挿入物166Aが変位しないことを確実にすることができる静止要素または構造166Hに固定して結合してもよい。他の構成では、ねじ山付き挿入物166Aの位置を固定する任意の他の好適な方法が使用されてもよい。
ここで主に図36を参照すると、モータアセンブリ70は、力を駆動ねじ74に印加するように配列されることができる。モータアセンブリ70および駆動ねじ74を含む配列は、機械構成要素150Kを含むことができる。機械構成要素150Kは、「S」ビーム170を含むことができる。結合ブロック203が、モータアセンブリ70に取り付けられることができ、いくつかの構成では、「S」ビーム170へのモータアセンブリ70の継合を促進するために使用されることができる。結合ブロック203は、例えば、限定されないが、締結具(図示せず)が「S」ビーム170を結合ブロック203に結合することを可能にし得る、ねじ山付き孔209を含むことができる。モータアセンブリ70を「S」ビーム170に結合する任意の他の好適な手段が使用されてもよい。「S」ビーム170に取り付けられたフラグまたは突起174Aは、モータアセンブリ70の縦軸200Aと平行に延在することができ、モータアセンブリ70を覆って隙間200B(図37)を有する。本構成は、負荷センサ98(図35B)およびモータアセンブリ70ペアのサイズ縮小を可能にすることができる。
ここで主に図37を参照すると、駆動ねじ74は、「S」ビーム170内の空隙176を通過することができる。搭載特徴178が、「S」ビーム170上に含まれてもよく、「S」ビーム170の一部を静止構造または筐体166Hに結合するために使用されてもよい。いくつかの構成では、モータアセンブリ70は、自動浮動式であり、静止筐体166Hに固定して結合されない。駆動経路内の負荷が増加すると、モータアセンブリ70および駆動ねじ74が変位してもよい。「S」ビーム170がモータアセンブリ70に結合されるが、静止筐体166Hに固定されるため、「S」ビーム170は、本変位の結果として変形することができる。他の構成では、駆動系の別の部分が、浮動式であり得る。例えば、モータアセンブリ70によって駆動される送りねじ74の端部202Cが、スリップ結合部(図示せず)の中で保定されてもよい。代替として、モータアセンブリ70は、その歯車が動作中にそれらの間である程度の軸方向変位を可能にするために十分に幅広い、ギヤヘッド70B(図36)を含んでもよい。
ここで図38を参照すると、いくつかの負荷センサ98(図35B)の「S」ビーム170は、駆動構成要素34に含まれることができる。モータアセンブリ70が自由浮動式である、または駆動構成要素34に固定して結合されない構成では、負荷が関連付けられる駆動ねじ74(図37)を通してモータアセンブリ70に及ぼされると、モータアセンブリ70がわずかに変位してもよい。変位は、「S」ビーム170(図37)を歪曲させてもよい。「S」ビームの歪曲は、突起174をモータアセンブリ70と実質的に平行である配向から変位させることができる。突起174の変位は、負荷センサ98(図35B)の電気構成要素160(図35B)上のセンサによって読み取られてもよい。いくつかの構成では、センサは、突起174上の磁石158の位置を追跡することができる、少なくとも1つのホール効果センサ160Dであってもよい。ホール効果センサ160D等の1つまたは複数のセンサが、突起174のうちのいずれか1つが移動するときにホール効果センサ160Dの間の相互比較を可能にするように、電気構成要素160(図35B)のPCB210上に含まれることができる。そのような相互比較は、さらなる程度の確実性で突起174の変位を検出し、システムにおいて冗長性を提供し、故障検出で有用であることに役立ち得る。一対の進路214B、214Cが、一対の駆動構成要素34として含まれることができ、その中へ突起174の端部が延在するスロット214Aを含むことができる。進路214B、214Cは、負荷センサ98(図35B)の正確度を増加させることに役立ち得る動作中に、突起174の移動を制約してもよい。本文脈での正確度は、ホール効果センサ160Dからの出力を改変し、負荷読取値を歪め得る、予期される経路からの磁石158の偏差を最小限にすることを示す。
ここで図39−40を参照すると、送りねじ74を含む、駆動するモータアセンブリ70および関連付けられる駆動要素60の図が示されている。「V」字形の線形針軸受アセンブリ91Aおよび91Bは、負荷センサ98(図35B)用の機械構成要素150Iに取り付けられることができる。モータアセンブリ70は、部分的に機械構成要素150I内に収納されることができ、機械構成要素150Iに搭載されることができる。機械構成要素150Iの外側部分173Bは、振れに起因する機械構成要素150Iの歪曲を防止するように厚くされることができる。被駆動要素60のナット76は、種々の異なる突起92(図40)のうちのいずれかとともに使用されるように構築されることができる。突起92(図40)は、ナット76の一体部分ではなくてもよい。突起92(図40)は、任意の結合方法、例えば、限定されないが、締結具を使用して、ナット76に取り付けられてもよい。結合方法は、同一のナット76が複数の突起92(図40)のうちのいずれかとともに使用されることを可能にし得る。突起92(図40)は、突起本体92Dと、インターフェース接続部分92Eとを含むことができる。突起本体92Dは、ナット76から力を伝達することが所望される軸までの距離に跨架することができる。インターフェース接続部分92Eは、力を伝達することが所望される軸に沿って置かれてもよく、それを通して力が最終的に移転される突起92(図40)の一部であってもよい。
依然として図39−40を参照すると、駆動要素60は、例えば、限定されないが、位置センサ90A(図39)および90B(図40)を含むことができる。具体的には、モータエンコーダ90A(図39)および線形電位差計90B(図40)が、含まれることができる。線形電位差計90B(図40)は、ナット76とともに移動することができる、またはナット76に接続されることができる、ワイパ90C(図40)を有してもよい。ワイパ90C(図40)は、ナット76が線形針軸受アセンブリ91A、91B内で前後に往復されるにつれて、電位差計90B(図40)の抵抗要素を横断して移動してもよい。線形電位差計90B(図40)は、ナット76および突起92がモータアセンブリ70の動作によって変位されるにつれて、それらの位置に関するフィードバックを提供してもよい。ナット76および突起92(図40)の位置は、モータエンコーダ90A(図39)からのエンコーダカウンタの数によって追跡されてもよい。線形電位差計90B(図40)と併せて使用されるとき、エンコーダカウンタの追跡は、冗長性のレベルを提供し、駆動要素60の移動を監視する位置センサ90A(図39)および90B(図40)のうちのいずれからのフィードバックデータの照合を可能にし得る。
ここで図40A−1、40A−2、および40A−3を参照すると、いくつかの構成では、1つのモータ15B1が、使用されることができ、カム15B2/15B13が、それぞれ、ジョー開閉駆動ピン15B3/15B4を駆動することができる。いくつかの構成では、後退位置15B5(図40A−1)でピン15B3/15B4を駐留させることができる、カム15B2/15B13の回転の一区分があり得る。ジョー開閉ピン15B3/15B4は、ジョー閉鎖位置15B10(図40A−2)におけるカム15B2/15B13の位置に基づいて、ジョー閉鎖極限進行15B9(図40A−2)に位置付けられることができる。ジョー開閉ピン15B3/15B4は、反対の進行極限15B12(図40A−3)におけるカム15B2/15B13の位置に基づいて、反対の進行極限15B11(図40A−3)に位置付けられることができる。いくつかの構成では、カム15B2/15B13と、モータ15B1とを含む、サブアセンブリが、出力ピン15B3/15B4に沿って軸方向に浮動されることができ、システムからの反発を除去し得るばね(図示せず)が、サブアセンブリに適用されることができる。
ここで図40Bを参照すると、カム15B2/15B3は、ジョー開閉ピン15B3/15B4の所望の位置付けに従って成形されることができる。ジョー開閉ピン15B3/15B4は、ジョー開閉ピン15B3/15B4の所望の相対移動に基づいて、それぞれ、カム15B3/15B4の中に位置付けられることができる。
ここで図40Cを参照すると、ジョー開閉ピン15B3/15B4は、搭載ペグ15B7においてジョー開閉ピン15B3/15B4の上に搭載し得る、ローラ15B6を含むことができる。ローラ15B6は、カム15B2/15G13によって形成される進路内でジョー開閉ピン15B3/15B4の移動を可能にすることができる。
ここで図40Dを参照すると、ジョー開閉ピン15B3(図40A−1から15A−3)の進路(したがって、ジョー開閉ピン15B3(図40A−1から15A−3)の高さ)は、カム中心線15D1に従ってカム15B2のために追跡されることができ、ジョー開閉ピン15B4(図40A−1から15A−3)の進路は、カム中心線15D4に従ってカム15B13のために追跡されることができる。カム中心線15D1の負の傾斜区分15D3は、ジョー開閉ピン15B3(図40A−1から15A−3)がカム15B2のカム進路の本部分の中でその進行中に降下していることを示す。カム中心線15D4の正の傾斜区分15D2は、ジョー開閉ピン15B3(図40A−1から15A−3)がカム15B13のカム進路の本部分の中でその進行中に上昇していることを示す。いくつかの構成では、(11.54寸法によって示される)カム15B2とカム15B13との間の115°オフセットは、例えば、対向する進路傾斜15D3/15D2によって示されるような反対方向に、事前定義されたスケジュールに従って上昇および降下するようにジョー開閉ピン15B3/15B4を位置付けることができる。カム15B2/15B13(図40B)は、24.09寸法によって示されるように、240°回転し、全カム回転を355°にすることができる。ジョー開閉ピン15B3/15B4(図40A−1から15A−3)のそれぞれのストロークは、10mm寸法によって示される。
ここで図40Eおよび40Fを参照すると、回転コンプライアンスに関して、モータ/ギヤボックス/ボールねじによって生成される反応トルクは、回転撓曲部15E12によって測定されることができる。具体的には、ボールねじシャフトに印加されるトルクは、ギヤボックス15E2の筐体に印加される反応トルクを測定することによって、測定されることができる。アクチュエータアセンブリ15E1は、ギヤボックス15E2および統合ボールねじシャフト15E3と結合されるモータ15E9を含むことができるが、それらを含むことに限定されない。ボールナット15E4は、回転撓曲部15E12内で進行することができる。グースネックアーム15E5が、ボールナット15E4から、線形ボール軸受15E6を通して導かれ得るピン15E10まで、軸負荷を移転させることができる。プリント回路基板15E7上に搭載されるセンサドライバは、例えば、限定されないが、ホールセンサ等のセンサ15E8−1から15E8−3を通してセンサデータを受信することができる。センサ15E8−1および15E8−2は、磁石15E11と連携して、例えば、ボールナット15E4の近似絶対位置、ひいては、アクチュエータピン15E10の近似絶対位置を測定するために使用され得る、センサデータを収集することができる。センサ15E8−3は、ギヤボックス15E2およびモータ15E9のアセンブリの回転変位を測定するために使用され得る、センサデータを収集することができる。ボールねじ15E3のシャフト内の軸力は、撓曲部15E12の回転ばね定数およびボールねじ15E3のピッチならびに効率に基づいて、測定されることができる。ギヤボックス15E2の近傍の撓曲部15E12の回転は、撓曲部15E12の過剰回転および降伏を防止し得る、進行限界を有することができる。ギヤボックス15E2と撓曲部15E12との間の結合は、撓曲部15E12が自由に回転するように、ブッシング材料を含むことができる。
ここで図40Gを参照すると、撓曲アセンブリ15G1は、モータ15E9、ギヤボックス15E2、ボールねじ15E3、PCB15E7、撓曲部15E12、およびPCBスペーサ15G2を含むことができるが、それらを含むことに限定されない。ギヤボックス15E2と結合されるモータ15E9は、ボールねじ15E3を駆動することができる。撓曲部15E12は、ボールねじ15E3を囲繞することができ、センサ15E8−3から収集されるデータに基づいて測定され得る、撓曲アセンブリ15G1の回転を提供することができる。センサ15E8−3は、PCB15E7上に搭載されることができる。PCB15E7は、例えば、PCBスペーサ15G2を使用して、撓曲部上に搭載されることができる。PCB15E7は、撓曲アセンブリ15G1の回転を判定するように、センサ15E8−3からのデータを処理することができる。
ここで図40Hを参照すると、ボールねじ15E3は、ボールねじ15E3をギヤボックス15E2(図40G)と動作可能に結合し得る、接続シャフト15H1を含むことができる。ボールねじ15E3のパラメータは、ボールナット15E4(図40E)の要件に従って変動し得る。
ここで図40Iを参照すると、撓曲部15E12は、ギヤボックス搭載空洞15J1と、筐体搭載空洞15J6とを含むことができるが、それらを含むことに限定されない。PCB15E7(図40E)は、搭載空洞15J5において撓曲部15E12上に搭載されることができる。撓曲部15E12は、センサ15E8−3(図40E)のための空間を提供し得る、センサくぼみ15J7を含むことができる。撓曲部15E12は、撓曲ギヤボックス端15J9を撓曲PCBマウント端15J10と柔軟に結合し得る、脚部15J8を含むことができる。切り抜き15J11は、撓曲部15E12の可撓性を制御することができる。周囲の脚部15J12/15J13の間の空洞15J2は、ボールナット15E4(図40E)およびグースネックアーム15E5(図40E)を収容することができる。
ここで図40Jを参照すると、張力アセンブリ15K1は、管腔15K5を通した制御ケーブル15K8の制御された移動を可能にすることができる。ケーブル駆動キャプスタン筐体15T1上の張力アセンブリ15K1のレイアウトは、例えば、限定されないが、管腔15K5を通した器具の導入および通行を可能にし得る、滑車の噛合ならびに管腔15K5を通した障害物のないアクセスを可能にすることができる。張力アセンブリ15K1は、張力がキャプスタンシャフト15K6、ケーブルアイドラ溝15K2、およびケーブル巻取アイドラ15K9の周囲のケーブル15K8に供給されることを可能にし得る、スイングアーム15K4を含むことができるが、それを含むことに限定されない。ケーブル15K8は、キャプスタンシャフト15K6の中で終端することができる。滑車ボックス駆動シャフト15K21は、ケーブル駆動キャプスタン筐体15T1と同一平面で終端することができる。滑車ボックス駆動シャフト15K21の平歯車15Y5(図40S)は、シャフトカラー15T10(図40T)においてキャプスタンシャフト15K6上に搭載された歯車(図示せず)との歯車の噛合を通して、ケーブル駆動アクチュエータモジュール15K20(図40L)をケーブル/滑車アセンブリに動作可能に結合することができる。ケーブル駆動アクチュエータモジュール15K20(図40L)は、管腔15K5内で制御ケーブル15K8を推進することができる。ケーブル駆動キャプスタン筐体15T1は、張力アセンブリ15K1の要素のための搭載および結合プラットフォームを提供することができる。展開ケーブル15K3は、撓曲の展開段階に使用されることができ、手動で張力を加えることを可能にする。滑車ボックスアセンブリ15K1は、ケーブル駆動キャプスタン筐体15T1を空洞15T2においてケーブル駆動アセンブリ15W1と動作可能に結合し得る、少なくとも1つの滑車ボックス駆動シャフト15Y1を含むことができる。
ここで図40Kを参照すると、ケーブル駆動アクチュエータモジュール15K20は、ケーブル駆動アクチュエータプレート15W2を通してケーブル駆動キャプスタン筐体15T1に動作可能に結合されることができる。
ここで図40L−1を参照すると、ケーブル駆動アクチュエータモジュール15K20は、ケーブル駆動アクチュエータプレート15W2と、少なくとも1つのケーブル駆動アセンブリ15W1−1/15W1−2とを含むことができる。
ここで図40L−2を参照すると、ケーブル駆動アセンブリの第1の構成15W1−1は、例えば、限定されないが、HARMONIC DRIVE FHA−Cサイズ11等の中空シャフトアクチュエータ15W3−1を含むことができるが、それを含むことに限定されない。ケーブル駆動アセンブリの第1の構成15W1−1は、調和駆動出力シャフト15W6/15W7、保定リング15W8、第1の調和駆動出力ハブ15W4、および波形ワッシャ15W5の組み合わせを含み得る、摩擦インターフェースを含むことができる。波形ワッシャ15W5は、反発を低減させる/回避するばね作用を提供するように、第1の調和出力駆動15W4と調和駆動出力シャフト15W6との間に位置付けられることができる。保定リング15W8は、調和駆動出力シャフト15W6の上に位置付けられることができる。第2の調和駆動出力ハブ15W9は、調和駆動15W3−1の上に搭載されることができ、随意に、シャフト相互接続形式に応じて、第1の調和出力駆動14W4が後に続く。摩擦インターフェースは、第2の調和駆動出力ハブ15W9内に配置されることができる。
ここで図40Mを参照すると、管腔15K5は、制御ケーブル15K8を収納し得るケーブル延設部15M1と、展開ケーブル15K3を収容し得るケーブル収容部15M2とを含むことができるが、それらを含むことに限定されない。
ここで図40Nを参照すると、スイングアーム15K4は、スイングアーム15K4の回転を可能にし得る、枢動ピン空洞15N1を含むことができるが、それを含むことに限定されない。スイングアーム15K4は、滑車15K9(図40P)のうちの1つをそれぞれ収容し得る、滑車空洞15N2−1/15N2−2を含むことができる。制御ケーブル15K8(図40J)は、滑車15K9(図40P)を通って螺合することができ、スイングアーム15K4が回転するときにスイングアーム15K4によって張力を加えられることができる。
ここで図40Oを参照すると、キャプスタン筐体15T1は、滑車ボックス駆動シャフト15K21(図40J)を受容し得る、駆動シャフト空洞15T2を含むことができる。キャプスタン筐体15T1は、歯車の噛合に適応し得る、第1の幾何学形状15T3と、管腔15K5(図40M)に適応し得る、第2の幾何学形状15T4と、ケーブル駆動アセンブリ15W1−1/15W1−2(図40L−1)に適応し得る、第3の幾何学形状15T5とを含むことができる。
ここで図40Pを参照すると、スイングアーム滑車15K9は、制御ケーブル15K8(図40J)を収容し得る、ケーブル延設部15U2を含むことができる。いくつかの構成では、スイングアーム滑車15K9のうちの1つは、スイングアーム15K4うちの1つの中の第1の滑車空洞15N2−1(図40N)の中に搭載されることができ、スイングアーム滑車15K9のうちのもう1つは、スイングアーム15K4のうちのもう1つの中の第2の滑車空洞15N2−2(図40N)の中に搭載されることができる。
ここで図40Qを参照すると、滑車15K2は、スイングアーム滑車15K9を通した管腔15K5(図40M)からキャプスタンシャフト15K6(図40T)までの経路に沿って制御ケーブル15K8(図40J)を収容し得る、ケーブル延設部15V2/15V3を含むことができる。制御ケーブル15K8(図40J)は、滑車空洞15N2−1/15N2−2(図40N)のうちのいずれがスイングアーム滑車15K9(図40P)を収納するかに応じて、ケーブル延設部15V2/15V3のうちの1つを通って延設することができる。
ここで図40Rを参照すると、滑車駆動シャフト軸受15R1は、滑車ボックス駆動シャフト15K21(図40S)上に搭載することができ、滑車ボックス駆動シャフト15K21(図40S)をケーブル駆動アクチュエータモジュール15K20(図40L−1)と結合することができる。
ここで図40Sを参照すると、滑車ボックス駆動シャフト15K21は、駆動シャフト空洞15T2(図40O)においてキャプスタン筐体15T1(図40O)によって受容され得る、筐体シャフト15Y4を含むことができる。滑車ボックス駆動シャフト15K21は、制御ケーブル15K8(図40J)の移動を駆動するように、シャフトカラー15T10(図40T)において搭載される少なくとも1つの歯車と噛合し得る、平歯車15Y5を含むことができる。滑車ボックス駆動シャフト15K21は、滑車ボックス駆動シャフト15K21を位置付けるようにシャフトキー15W10(図40L−2)と動作可能に結合し得る、駆動キー15Y2を含むことができる。
ここで図40Tを参照すると、キャプスタンシャフト15K6は、制御ケーブル15K8(図40J)の終端点を収納し得る、ケーブル終端空洞15Z2を含むことができる。制御ケーブル15K8(図40J)は、終端点15Z2に向かう途中でケーブル延設部15Z3/15Z4のいずれか一方または両方を横断することができる。キャプスタンシャフト15K6は、シャフトカラー15T10において少なくとも1つの歯車に適応することができ、歯車は、平歯車15Y5(図40S)と噛合され、その移動は、調和駆動アセンブリ15W1−1/15W1−2(図40L−2)によって駆動されることができる。
ここで図40AAおよび40BBを参照すると、張力アセンブリの第2の構成15AA1は、張力アセンブリ15K1に関して本明細書に説明される部品を含むことがきる。加えて、張力アセンブリ15AA1は、制御ケーブル15K8の配置に適応するようにスイングアーム15K4(図40N)への張力を低減させることを可能にし得る、カム15AA2を含むことができる。張力アセンブリの第2の構成15AA1は、滑車配置およびケーブルルーティング幾何学形状の第2の構成を可能にし得る、キャプスタン筐体の第2の構成15AA3を含むことができる。
ここで図40CCを参照すると、カム15AA2は、スイングアーム15K4(図40AA)と同一平面であるように配向されるときに、ケーブル15K8(図40AA)への力を低減させるようにスイングアーム15K4(図40AA)を広げ得る、カムイヤ15CC1−1/15CC1−2を含むことができる。カム15AA2は、空洞15DD1(図40DD)においてキャプスタン筐体の第2の構成15AA3(図40DD)によって受容され得る、カムシャフト15CC2を含むことができる。
主に図41を参照すると、マニピュレータ36Bおよびいくつかの被操作構成要素38A、38Bの底面斜視図が描写されている。マニピュレータ36Bは、それを通して第1の被操作構成要素38Aおよび第2の被操作構成要素38Bならびに/または補助構成要素20(図1)が患者18(図1)の中に導入され得る、トロカール225を含み得る、もしくはそれに結合され得る、マニピュレータ筐体78Cを含むことができる。トロカール225の外側導管227は、任意の数の内部管腔を収納し得る、トロカール225の内部を被覆することができる。マニピュレータ筐体78Cは、例えば、限定されないが、「V」字形であり得、「V」字の各アーム232にいくつかの穿孔230を含むことができる。穿孔230は、駆動要素60(図16)が、マニピュレータ36Bの中に位置する被駆動要素62(図16)とインターフェースをとることを可能にすることができる。他の構成では、マニピュレータ筐体78Cは、任意の他の形状であってもよい。例えば、マニピュレータ筐体78Cは、薄いボックス様形状であってもよい。そのような構成では、穿孔230は、2つの平行列に編成されもよい。他の構成は、少なくとも1つの被操作構成要素38、または3つもしくはそれを上回る被操作構成要素38を有し、いくつかの被操作構成要素38のための好適な数の穿孔230を含んでもよい。例えば、3つの被操作構成要素38を伴う構成では、マニピュレータ筐体78Cは、3列の穿孔230を伴う薄いボックス様形状であってもよい。
依然として主に図41を参照すると、いくつかのポート234A、Bが、手術道具52または補助構成要素20(図1)を患者18(図1)の中に挿入するように、マニピュレータ筐体78Cに含まれることができる。いくつかの構成では、ポート234Aは、トロカール225内の管腔まで延在することができる。マニピュレータ筐体78Cの「V」字のアーム内のポート234Bはまた、トロカール225内の管腔の中へ延在することもできる。ポート234A、Bは、外科医22(図1)が手術中に患者18(図1)の中に任意の数の道具52を挿入する/または外に除去することを可能にすることができる。いくつかの構成では、ポート234Aまたはポート234Bのうちの1つもしくはそれを上回るものは、含まれなくてもよい。例えば、いくつかの構成では、ポート234Bは、含まれなくてもよい。そのような構成では、被操作構成要素38によって操縦される手術道具52は、手術中に交換可能ではない場合がある。マニピュレータ36Bは、被操作構成要素38にすでに取り付けられている、特定の手術用の事前選択された手術道具52を含み得る。
依然として主に図41を参照すると、マニピュレータ36Bはまた、駆動構成要素34(図16)に対して噛合し得る、いくつかの陥凹236を含むこともできる。陥凹236は、駆動構成要素34(図16)上のピンまたは他の突起と整合するように、位置決め特徴としての役割を果たしてもよい。陥凹236は、マニピュレータ36Bが設定中に駆動構成要素34(図16)上に適切に設置されていることを確実にすることに役立ち得る。いくつかの構成では、ラッチまたは均等物が、駆動構成要素34(図16)上の定位置にマニピュレータ36Bを保定するように含まれてもよい。代替として、インターフェース構造290(図49)が、マニピュレータ36Bと駆動構成要素34(図16)との間に含まれてもよい。
ここで主に図42を参照すると、マニピュレータ筐体78Dは、マニピュレータ36Cの被駆動要素62(図16)を捕捉して保定し得る、シェルであることができる。マニピュレータ筐体78Dシェルは、ポート234のための管腔を提供することができる。被操作構成要素38A、38Bの近位端は、マニピュレータ筐体78D内で保定されてもよい。マニピュレータ筐体78Dは、いくつかの締結具(図示せず)とともに結合され得る、第1の筐体部品78Aと、第2の筐体部品78Bとを含むことができるが、それらを含むことに限定されない。第1の筐体部品78Aおよび第2の筐体部品78Bはそれぞれ、製造を容易にするために同じであり得る。代替として、第1の筐体部品78Aおよび第2の筐体部品78Bは、異なり得る。第1の筐体部品78Aおよび第2の筐体部品78Bは、種々の構成でマニピュレータ筐体78Dを形成するように、ともにスナップ嵌合、摩擦嵌合、または接着されてもよい。加えて、いくつかの構成では、マニピュレータ筐体78Dは、マニピュレータ筐体78D内に収納されるマニピュレータ36Cおよび/または被操作構成要素38A、38Bの部分の周囲でヒンジ閉鎖することができる、クラムシェルであってもよい。マニピュレータ筐体78Dは、成形部品としての製造のために最適化されることができる。
依然として主に図42を参照すると、マニピュレータ筐体78Dは、スロット付きプラトー構造242を含むことができる。スロット付きプラトー構造242内のスロット244は、実質的に平行なペアで配列されることができ、駆動要素60(図16)がマニピュレータ筐体78D内に収納される被駆動要素62(図16)とインターフェースをとることを可能にすることができる。いくつかの構成では、スロット付きプラトー構造242は、駆動構成要素34(図16)に隣接することを意図している、マニピュレータ筐体78Dの側面上のみに含まれてもよい。
主に図43を参照すると、マニピュレータ36Dの構成が描写されている。マニピュレータ筐体78Eの一部は、被駆動要素62Aを露出するために示されていない。被駆動要素62Aは、ブロック様構造であることができ、被操作構成要素38A、38Bの近位にある被駆動要素62Aの面は、被操作構成要素38A、38Bの第1の端部38Cに対してしっかりと嵌合するように輪郭形成されることができる。被駆動要素62Aは、その中に駆動要素60(図16)の一部が挿入され得る、受容構造250を含むことができる。受容構造250の形態は、被駆動要素62Aとインターフェースをとることを意図している駆動要素60(図16)の一部に基づいて、選定されてもよい。受容構造250は、例えば、限定されないが、マニピュレータ36Dが駆動構成要素34(図16)上の定位置にあるときに、その中へ駆動要素60(図16)が延在し得る、長方形のスロットまたはソケットであることができる。
依然として主に図43を参照すると、分割器252が、トロカール225の内側に含まれることができる。トロカール225の外側導管227(図41)は、分割器252を露出するように図43では除去されている。複数の分割器252が、代替構成で使用されてもよい。分割器252は、トロカール225の内部を、いくつかの個々の管腔、例えば、限定されないが、第1の管腔225Aおよび第2の管腔225Bに分離することができる。個々の管腔はそれぞれ、構成に応じて、他の管腔から流体的に単離される場合もあり、されない場合もある。分割器252は、例えば、所望の数の管腔を作成するように、かつ管腔毎に断面形状を画定するように選択される、断面形状を有することができる。いくつかの構成では、分割器252は、「X」字形であり得、第1の管腔225Aおよび対向管腔(図示せず)を部分的に画定してもよい。分割器252はまた、側方に配置された第2の管腔225Bおよび第2の管腔225Bの反対の別の管腔(図示せず)を部分的に画定してもよい。第1の管腔225Aおよび対向管腔は、第2の管腔225Bならびに別の側方に配置された管腔よりも大きい断面積を有してもよい。側方管腔は、例えば、被操作構成要素38A、38B専用であり得る。
ここで図44を参照すると、被駆動要素62Aのうちの1つおよびマニピュレータ36Dの一部の拡大詳細図が示されている。被操作構成要素38Dの近位端38Cに隣接する被駆動要素62Aの側面281は、側面281が被操作構成要素38Dの少なくとも一部の周囲に嵌合し、それに適応し得るように、成形されることができる。被駆動要素62Aは、例えば、マニピュレータ筐体78E内の陥凹またはトラフ260の中に嵌合することができる。マニピュレータ36Dが完全に組み立てられるとき、被駆動要素62Aは、マニピュレータ筐体78E内で捕捉されることができる。いくつかの構成では、被駆動要素62Aは、2つのマニピュレータ筐体78Eの間に捕捉されてもよい。1つだけのマニピュレータ筐体78Eが、図44に示されている。被駆動要素62Aの受容構造250は、スロット244と整合することができる。被駆動要素62Aは、マニピュレータ36D内で変位されてもよい。変位中に、被駆動要素62Aは、軸受に沿って乗設してもよい。例えば、被操作構成要素38Dの近位端38Cの外側表面270は、被駆動要素62A用の軸受としての役割を果たしてもよい。マニピュレータ筐体78E内の陥凹またはトラフ260はまた、被駆動要素62A用の軸受表面としての役割を果たしてもよい。軸受は、いくつかある中でも、望ましくない自由度での変位から被駆動要素62Aを制約することができる。いくつかの構成では、被駆動要素62Aは、異なる数および/またはタイプの軸受に沿って乗設してもよい。例えば、いくつかの構成では、被駆動要素62Aまたは被操作構成要素38Dのうちの一方は、被駆動要素62Aおよび被操作構成要素38Dのうちの他方の中の陥凹状進路と協働することができる、レールもしくは類似構造を含んでもよい。いくつかの構成では、被駆動要素62Aは、マニピュレータ筐体78Eに接触しなくてもよい。レールまたは進路はまた、トラフ260等のマニピュレータ筐体78Eの一部の上に含まれてもよい。
主に図44を参照し続けると、被駆動要素62Aは、係留点または係留特徴80に至り得る、チャネル262を含むことができる。係留点80は、例えば、限定されないが、陥凹またはウェルであることができる。チャネル262は、被駆動要素62に切り込まれることができ、係留特徴80は、切り抜き266と一致することができる位置で被駆動要素62の頂面の中へ陥凹状であり得る。チャネル262は、例えば、限定されないが、切り抜き266と同一の水平または縦方向面上に位置することができる。組み立てられたとき、係留点80は、引張ワイヤであり得る、アクチュエータ54Aに係留してもよい。アクチュエータ54Aは、ウェル/係留点80からチャネル262を通って切り抜き266の中へ延在することができる。アクチュエータ54Aは、アクチュエータ54Aが作動させる被操作構成要素38Dの特徴に到達するまで、被操作構成要素38Dの長さに延設することができる。被駆動要素62Aが変位されるとき、アクチュエータ54Aは、被操作構成要素38Dの作動される特徴を引き寄せることができる、または被操作構成要素38Dを制御するように被操作構成要素38Dの中へ戻るようにフィードされることができる。そのような配列は、アクチュエータ54Aをまっすぐに引き寄せることが被操作構成要素38Dの作動に影響を及ぼし得るという点で、被操作構成要素38Dの比較的単純な制御を可能にすることができる。本配列は、製造を単純化することができ、本システムが予想通りに動作することを可能にすることができ、これは、被操作構成要素38Dのプロセッサ支援制御を促進することができる。被操作構成要素38D内の外側表面270内の切り抜き266は、レール282B(図46)等のレール用の進路として使用されてもよい。被駆動要素62Aがマニピュレータ36D内で変位するとき、レール282B(図46)は、切り抜き266の壁の長さに沿って進行し、それによって誘導されてもよい。
依然として主に図44を参照すると、被操作構成要素38Dは、それを通ってアクチュエータ54A、手術道具52(図4A)、または補助構成要素20(図1)等の種々のユーティリティ構成要素54(図4A)が延在し得る、導管を画定し得る、外壁270を含むことができる。ルーティング挿入物272Aは、被操作構成要素38D内に置かれてもよく、被操作構成要素38Dの長さに沿って延在することができる。ルーティング挿入物272Aは、被操作構成要素38Dの内部に管腔を残して、マニピュレータシース38Eの内部表面に当接することができる。他の構成では、ルーティング挿入物272Aは、被操作構成要素38D内に置かれなくてもよいが、むしろ、被操作構成要素38Dのシース38Eの一体部分であってもよい。ルーティング挿入物272Aは、アクチュエータ54A用の経路を提供し得る、少なくとも1つのルーティングチャネル274を含むことができる。少なくとも1つのルーティングチャネル274は、ルーティング挿入物272Aの中へ陥凹状であり得、ルーティングチャネル274に沿って延在し得るアクチュエータ54Aよりも直径がわずかにのみ大きく、例えば、限定されないが、10〜30%大きくあるように定寸されることができる。アクチュエータ54Aは、その縦軸に沿って圧縮剛性ではない場合がある、ワイヤまたは他の要素であることができる。少なくとも1つのルーティングチャネル274がアクチュエータ54Aよりもわずかにのみ大きい場合、緩みを解放するときにアクチュエータ54Aが束になって動かなくなる可能性は、アクチュエータ54Aがルーティングチャネル274に沿って延在する場合に最小限にされることができる。アクチュエータ54Aよりもわずかに大きく少なくとも1つのルーティングチャネル274を定寸することは、アクチュエータ54Aが過剰な摩擦を伴わずに変位することを可能にし、おそらく、円滑かつ予測可能な作動を確実にすることに役立ち得る。アクチュエータ54Aは、ルーティングチャネル274の全長に沿って、かつそこまで延在してもよい。アクチュエータ54Aがルーティングチャネル274から退出する点は、係留点80に一致し、かつそのごく近傍にあり得る。マニピュレータ36Dの外部のいくつかの滑車または他のルーティング要素が要求されないため、アクチュエータ54Aは、それらの全長まで制御された経路内で拘束されることができる。
主に図45を参照すると、被駆動要素62Dは、第1の係留点80Aと、第2の係留点80Bとを含むことができる。係留点80A、80Bはそれぞれ、別個のアクチュエータ54Aを係留してもよい。アクチュエータ54Aは、例えば、限定されないが、係留点80A、80Bの一方または両方内で嵌合するように定寸され得る、例えば、クリンプまたはビーズ280を伴って、終端されることができる。クリンプまたはビーズ280は、定位置に粘着または別様に接着されてもよい。被駆動要素62Dに取り付けられた2つまたはそれを上回るアクチュエータ54Aを伴う構成では、1つの材料が、例えば、第2の係留点80Bに至る、チャネル262に架かるブリッジ263を形成してもよい。ブリッジ263は、デバイスが完全に組み立てられるときに被操作構成要素38D(図44)の外側表面270(図44)の近位に配置されてもよい。アクチュエータ54Aは、制御された角度で被操作構成要素38D(図44)から退出するように、アクチュエータ54Aを拘束するためにブリッジ263の下に送られてもよい。被駆動要素62Dは、たとえアクチュエータ54Aが各係留点80A、80Bに係留されていなくても、複数の係留点80A、80Bとともに使用されることができる。したがって、同一の金型が、被操作構成要素38D(図44)の側面毎に被駆動要素62Dを加工するために使用されることができる。レール282A、282Bは、被駆動要素62Dの面281から延在することができる。レール282Aおよび282Bは、被操作構成要素38D(図44)の外壁または外側表面270(図44)の中へ陥凹状である進路の中に乗設してもよい。レール282A、282Bは、例えば、限定されないが、ダブテール型であり得る。他のタイプのレール282A、282Bも可能である。
ここで図46を参照すると、シェルフまたはブレード様レール282Cが、被駆動要素62Eの面281から延在して示されている。シェルフ様レール282Cは、被操作構成要素38D(図44)の外側表面270(図44)内に陥凹状である進路の中に乗設してもよい。いくつかの構成では、シェルフ様レール282Cは、マニピュレータ36D(図44)の中のチャネル262内に乗設してもよい。
主に図47を参照すると、マニピュレータシース38Eおよびルーティング挿入物272Aは、いくつかの異なるルーティングチャネル274A−Eを含むことができる。ルーティングチャネル274A−Eのうちのいずれかまたはルーティングチャネル274A−Eの組み合わせが、使用されることができる。第1のルーティングチャネル274Aは、ルーティング挿入物272の外側表面272Aの中へ陥凹状である第1の部分275Aと、マニピュレータシース38Eの内部表面270Aの中へ陥凹状である第2の部分275Bとを有することができる。第2のルーティングチャネル274Bは、完全にマニピュレータシース38Eの壁内に配置されることができる。いくつかの構成では、ルーティング挿入物272Aは、省略されてもよい。第3のルーティングチャネル274Cは、ルーティング挿入物272の外側表面272Aの中へ陥凹状であり得る、トラフであることができる。第4のルーティングチャネル274Dは、マニピュレータシース38Eの壁の内部表面270Aの中へ陥凹状であるトラフであることができる。第3のルーティングチャネル274Cおよび第4のルーティングチャネル274Dは、例えば、限定されないが、「U」字形であり得る。第5のルーティングチャネル274Eは、完全にルーティング挿入物272A内に配置されることができる。
主に図48を参照すると、マニピュレータ36Eは、マニピュレータ筐体78Eと、いくつかの被駆動要素62Eとを含むことができる。被操作構成要素38A、38Bはそれぞれ、少なくとも1つの切り抜き266A、266B、266C、266Dを含むことができる。ワイヤ等のアクチュエータ54A(図44)は、切り抜き266A−Dを通って退出してもよく、被駆動要素62Eに係留されてもよい。切り抜き266A、266B、266C、266Dは、相互と実質的に平行であり得、異なる平面上で交互配置されることができる。切り抜き266A、266B、266C、266Dは、少なくとも1つのルーティングチャネル274(図44)の場所に対応してもよい。切り抜き266A、266B、266C、266Dの数は、被操作構成要素38A、38Bを作動させるために使用される、被駆動要素62Eの数に対応してもよい。切り抜き266A、266B、266C、266Dは、切り抜きの長さ267が実質的に等しくあり得る、または切り抜き266A、266B、266C、266Dのそれぞれの切り抜きの長さ267は、異なり得る。切り抜きの長さ267は、各被駆動要素62Eの変位範囲63を画定することができる。切り抜き266A、266B、266C、266Dからのアクチュエータ54A(図44)の退出点は、被駆動要素62Eが動作中に変位されるにつれて変化することができる。切り抜きの長さ267は、アクチュエータ54Aが、関連付けられる被駆動要素62Eの進行経路または変位範囲63に沿った任意の場所において、被駆動要素62Eの中へ切り抜き266A、266B、266C、266Dから退出することができるように、選定されることができる。
主に図49を参照すると、マニピュレータ36E、第1の駆動構成要素34A、および第2の駆動構成要素34Bは、動作可能な係合のために整合されることができる。障壁24(図16)、例えば、限定されないが、無菌障壁が、マニピュレータ36Eと駆動構成要素34A、34Bとの間に置かれてもよい。第1のマニピュレータ筐体部分78Fは、マニピュレータ筐体78の中への第1の突起92Aおよび第2の突起92Bの突出を依然として収容しながら、マニピュレータ筐体78の中への流体または残骸の進入を防止し得る、背斜もしくはアーチ構造243を含むことができる。第2のマニピュレータ筐体部分78Gは、マニピュレータ筐体78を完成させるように第1のマニピュレータ筐体部分78Fに継合されてもよい。第2のマニピュレータ筐体部分78Gは、例えば、駆動構成要素の突起92A、92Bがマニピュレータ36Eに進入することを可能にするように、穿孔230(図41)またはスロット付きプラトー特徴242(図42)を含んでもよい。
依然として主に図49を参照すると、インターフェースプレート290、例えば、限定されないが、比較的平面的な剛性要素が、マニピュレータ36Eおよび駆動構成要素34A、34Bに適応することができる。駆動構成要素34A、34Bは、任意の好適な様式でインターフェースプレート290に取り付けられてもよい。突起92A、92Bは、インターフェースプレート290内の開口292A、292Bを通って延在することができる。インターフェースプレート290は、マニピュレータ36Eの陥凹236(図41)の中へ着座し得る、いくつかの位置決め突起294を含むことができる。
主に図50を参照すると、マニピュレータ36Eがインターフェースプレート290上に着座されるとき、突起92A、92Bは、マニピュレータ筐体78の中へ延在し、被駆動要素62(図51)に係合してもよい。インターフェースプレート290は、いくつかの構成では、省略されてもよい。インターフェースプレート290がない構成では、マニピュレータ36Eは、1つまたはそれを上回る駆動構成要素34A、34B上に直接取り付けられてもよい、もしくは設置されてもよい。
ここで図51を参照すると、被駆動要素62は、設定中に駆動構成要素34上へのマニピュレータ36のドッキングを促進するように、マニピュレータ36内の既知の位置で保持されてもよい。既知の位置はまた、ドッキング位置と称されてもよい。被駆動要素62をドッキング位置に拘束することは、駆動構成要素34へのマニピュレータ36のドッキングに応じて、駆動要素60が被駆動要素62との係合のために容易に事前整合されることを可能にし得る。駆動構成要素34は、例えば、被駆動要素62のドッキング位置と整合するであろう係合位置まで突起92を変位させてもよい。マニピュレータ36が駆動構成要素34上にドッキングされると、突起92は、事前整合の結果として被駆動要素62と係合してもよい。マニピュレータ36がドッキングされ、突起92および被駆動要素62が係合されると、ドッキング位置で被駆動要素62を保持する拘束は、被駆動要素62の変位をさらに妨げないように除去されてもよい。種々の異なる拘束のうちのいずれかが、使用されてもよい。拘束は、いくつかの構成では、被駆動要素62の一部に接触することができ、駆動構成要素34との係合の前に被駆動要素62の移動を禁止することができる、機械的干渉であってもよい。マニピュレータ36および駆動構成要素34が係合された後、拘束は、格納または非干渉位置に係止されてもよい。いくつかの構成では、駆動構成要素34による被駆動要素62の変位は、格納位置に拘束を駆動する力を提供してもよい。
図51を参照し続けると、被駆動要素62は、戻り止め62Zを含んでもよい。戻り止め62Zは、マニピュレータ36またはマニピュレータ筐体78に含まれる突起78Zによって係合されてもよい。いくつかの構成では、突起78Zは、戻り止め62Zの中に着座し得る、隆起78Yを含むことができる。突起78Zが戻り止め62Zの中に係合されるとき、突起78Zは、既知またはドッキング位置で被駆動要素62を保持してもよい。いくつかの構成では、突起78Zは、マニピュレータ筐体78の一部に対してカンチレバー状であり得る、ビームであることができる。突起78Zは、マニピュレータ筐体78の面から離れて戻り止め62Zの中へ延在することができるように、マニピュレータ筐体78と一体的に成形されてもよい。代替として、突起78Zは、ねじりばね等のバイアス部材を用いて戻り止め62Zの中へ付勢されてもよい。
ここで図52を参照すると、駆動要素60が被駆動要素62を変位させると、突起78Zは、戻り止め62Zと係脱されてもよい。突起78Zが戻り止め62Zと係脱されると、突起78Zは、それが被駆動要素62との物理的接触から外れている格納位置に押進されてもよく、かつそこで保定されてもよい。いくつかの構成では、被駆動要素62とマニピュレータ筐体78との間に隙間62Yがあり得る。突起78Zが戻り止め62Zと係脱されると、突起78Z、隆起78Yは、隙間62Y内に嵌合しなくてもよく、突起78Zは、格納位置に押進されてもよい。突起78Zは、いったん戻り止め62Zから係脱されると、格納位置で突起78Zを保持することができる、フランジ78Xを含んでもよい。被駆動要素62が突起78Zから係脱されるとき、フランジ78Xは、最初にキャッチ78Wに当接し、次いで、突起78Zが格納位置に到達することを可能にするようにキャッチ78Wの周囲で屈曲してもよい。格納位置では、突起78Zは、被駆動要素62に向かって突起78Zを押勢することができる、復元力を受けてもよい。復元力は、その元の位置に戻ろうとする屈曲突起78Zに起因してもよい、またはねじりばね(図示せず)等の付勢部材の結果であってもよい。フランジ78Xは、復元力を受けて変形に実質的に抵抗するために十分に強固であり得る。すなわち、フランジ78Xは、わずかに変形し得るが、それがキャッチ78Wの周囲で屈曲する程度まで変形しなくてもよい。
主に図53を参照すると、油圧動力型システム1300は、マニピュレータ36E、第1の駆動構成要素34Aと、第2の駆動構成要素34Bと、インターフェースプレート290とを含むことができるが、それらを含むことに限定されない。障壁24(図17B)もまた、含まれることができる。駆動構成要素34A、34Bはそれぞれ、いくつかの油圧管路70Eと連通することができる。油圧管路70Eはそれぞれ、モータアセンブリ70のそれぞれによって駆動され得る、マスタシリンダ70Dのそれぞれと動作可能に連通することができる。マスタシリンダ70D内のピストン70G(図17B)がモータアセンブリ70の動作によって変位されるとき、スレーブシリンダ70F内のスレーブピストン70H(図17B)が変位されることができ、これは、駆動構成要素34A、34B内の駆動要素60(図17B)および被駆動要素62(図17B)を変位させることができる。結果として、被操作構成要素38が、作動されることができる。システム1300のいくつかの構成では、モータアセンブリ70は、駆動構成要素34A、34Bから遠隔にあり得、駆動構成要素34A、34Bは、よりコンパクトに作製されることができる。さらに、システム1300のいくつかの構成では、駆動構成要素34A、34Bによって生成される熱が、軽減されることができる。モータアセンブリ70およびマスタシリンダ70Dは、外科システム10(図1)内の任意の好適な場所に存在し得る、遠隔エンクロージャ30Aの中に位置することができる。油圧管路70Eは、遠隔エンクロージャ30Aから駆動構成要素34A、34Bまで延在してもよい。いくつかの構成では、モータアセンブリ70およびマスタシリンダ70Dは、手術ロボット16(図3)の基部30(図3)内に含まれることができ、油圧管路70Eは、アーム32(図3)に沿って、またはアーム32(図3)内で延在することができる。
ここで主に図54を参照すると、力の伝達は、いくつかの方法で、例えば、限定されないが、第2の区分内の構成要素の変位を引き起こし得る、第1の区分内の構成要素の直線または回転変位を介して、行われてもよい。概して、外科システムは、被操作構成要素38(図16)等の2つの端部を伴う1つまたはそれを上回るシャフトを備える、少なくとも1つの装置を採用してもよい。被操作構成要素38(図16)の第1の端部は、手術道具52(図16)であり得る、1つまたはそれを上回るエンドツールもしくはエンドエフェクタを提供してもよい。マニピュレータ38(図16)の第2の端部は、(手動で、またはプロセッサの助けを借りてのいずれかで)マニピュレータ38(図16)および第1の端部上の任意の1つもしくは複数のエンドツール52(図16)を制御するように構成されることができる、制御システムとインターフェースをとってもよい。第1の端部は、本明細書では遠位端と称されてもよく、第2の端部は、本明細書では近位端と称されてもよい。マニピュレータ36(図16)は、マニピュレータ36(図16)の中に提供される複数の継手に起因して、関節動作されてもよい、または操縦可能であり得る。また、マニピュレータ36(図16)はまた、それを通して標的解剖学的部位がアクセスされ得る、管腔としての役割を果たしてもよい。手術器具52(図16)および/または潅注/吹送流体は、本管腔を介して患者18(図1)に導入されてもよい。加えて、または代替として、管腔は、1つもしくはそれを上回るユーティリティ構成要素54(図16)(例えば、光、電力、またはデータ伝送構成要素、機械的制御構成要素、流体導管等、図4A参照)を担持してもよい。他の構成では、1つまたは複数の手術器具52(図16)が、マニピュレータ36(図16)の遠位端において係合されてもよい。いくつかの構成では、マニピュレータ38は、遠位端に配置されるエンドツールまたはエンドエフェクタ52(図16)を動作させるように構成され得る、いくつかのワイヤもしくはケーブルアクチュエータ54A(図4B)を含んでもよい。マニピュレータ36(図16)内のアクチュエータ54A(図16)は、種々の構成における電気機械または電気油圧式駆動システムを用いて制御されてもよい。外科的手技中に、マニピュレータ36(図16)および/またはエンドツール52(図16)の一部は、患者18(図1)の解剖学的空洞もしくは開口の中に完全または部分的に挿入されてもよい。
主に図54を参照し続けると、外科システム10(図1)は、第2の区分から外科システム10(図1)の第1の区分を分離するように構成される障壁24を含んでもよいが、それを含むことに限定されない。いくつかの構成では、障壁24は、無菌障壁としての役割を果たし、無菌区分515から非無菌区分513を隔離してもよい。無菌障壁24の場所は、外科的手技に応じて異なり得るが、主要な目的は、同一のままであってもよい(すなわち、無菌区分515からの非無菌区分513の隔離)。いくつかの構成では、障壁24は、外科システム10(図1)の使い捨て部分が外科システム10(図1)の耐久性のある部分に取り付けられ得る、場所に置かれてもよい。力が、使い捨て部分の中の構成要素を制御するように、耐久性のある部分から使い捨て部分まで障壁24を横断して伝達されてもよい。非無菌区分513は、高圧蒸気滅菌等の滅菌プロセスを要求することなく、いくつかの外科的手技に使用され得る、システム10(図1)の耐久性のある部分を含んでもよい。非無菌区分513は、例えば、限定されないが、電気機械または電気油圧式駆動構成要素、処理構成要素、他の電子構成要素、ユーザインターフェース等の構成要素を含んでもよい。無菌区分515は、例えば、限定されないが、手術の終了時に交換または滅菌を要求し得る、システム10(図1)の使い捨て部分を含んでもよい。
なおもさらに図54を主に参照し続けると、代替として、障壁24は、(コネクタとしても使用され得る)アクチュエータ54A(図16)が、エンドツール52(図16)またはエンドツールと係合するように構成され得る、場所に配置されてもよい。アクチュエータ54A(図16)およびエンドツール52(図16)の係合は、被操作構成要素38(図16)の第1または第2の端部のうちの1つにおいて提供されてもよい。他の構成では、障壁24は、アクチュエータ54A(図16)の遠位端に向かって任意の場所に配置されてもよい。障壁24の場所はまた、外科システム10(図1)のいずれの構成要素が、1回または限定数の使用後に容易に滅菌もしくは交換され得るか、および交換して滅菌することがより困難であるものに基づいて、選定されてもよい。
図54を参照し続けると、障壁24は、力が第1の障壁側面24Aから第2の障壁側面24Bまで伝達されるにつれて、その完全性を維持してもよい。いくつかの構成では、障壁24は、例えば、限定されないが、材料の単一の連続ブランケット、ドレープ、またはカーテンであってもよい。他の構成では、障壁24は、単一の連続ブランケットまたはドレープと機能的に同等である一方で区画化されてもよい。障壁24は、柔軟、耐久性、耐摩耗性、不透過性、および軽量であり得る、可撓性フィルムで作製されてもよい。いくつかの構成では、障壁24は、同一または異なる材料の複数の層から成ってもよい。障壁24に使用され得る材料は、ポリウレタンを含むことができるが、それに限定されない。障壁24の少なくとも一部は、抗菌剤を含有するコーティングもしくは材料を含んでもよい、および/または障壁24は、無菌パッケージの中で提供されてもよい。
図54を参照し続けると、いくつかの構成では、障壁24は、それを横断する力の伝達のためにいかなる調整または修正も要求しなくてもよい。いくつかの構成では、障壁24は、障壁24の1つの側面上の構成要素を受け入れ得る、および/またはそれを覆い得る、1つもしくはそれを上回るポケットを提供してもよい。いくつかの構成では、障壁24は、修正を受けるように構成されてもよい、または具体的機構を使用して力の伝達を補完して促進するために、一体もしくは取り付けられた要素を含んでもよい。そのような修正は、製造中に障壁24と要素を固定して取り付ける、または一体的に形成することを含んでもよいが、それを含むことに限定されない。そのような要素は、障壁24の完全性を維持することができる様式で障壁24に取り付けられてもよい。すなわち、要素の取付後に、障壁24の一方の側面から他方の側面への連通を提供する、障壁24内の間隙または他の経路がなくてもよい。要素は、種々の好適な様式のうちのいずれかで障壁24に取り付けられてもよい。例えば、いくつかの構成では、障壁24および要素の少なくとも一部は、相互に超音波溶接され得る、類似材料で作製されてもよい。障壁24および要素は、ともにレーザ溶接されてもよい。障壁24および要素は、ともに溶剤接着されてもよい。要素は、接着剤を用いて障壁24に取り付けられてもよい。障壁24および要素は、製造中に相互と一体的に形成されてもよい。いくつかの構成では、要素は、障壁24上に外側被覆されてもよい。任意の他の好適な取付方法もまた、使用されてもよい。要素は、可撓性膜またはダイヤフラムによって囲繞され得る、内蔵架橋要素であってもよい。架橋要素は、非無菌区分513内の1つまたはそれを上回る構成要素と、および/もしくは無菌区分515上の1つまたはそれを上回る構成要素と係合するように構成されてもよい。
主に図54を参照し続けると、無菌区分515は、外科的手技中に外科的タスクを行うように構成され得る、エンドツール52(図16)またはエンドエフェクタを含んでもよい。いくつかの構成では、エンドツール52(図16)の移動は、手動で動作され得る、または少なくとも1つのプロセッサによって、もしくはその助けを借りて制御され得る、駆動システムによって統制されてもよい。外科的手技を指図するように構成され得る、第1の構成要素のセットは、集合的に駆動要素60と称されてもよい。それに対応して、自動的に駆動される、手動で、または自動的に支援されるように構成され得る、第2の構成要素のセットは、被駆動要素62と称されてもよい。駆動要素60は、完全または部分的に非滅菌区分513の中に配置されてもよく、被駆動要素62は、完全または部分的に外科システム10(図1)の無菌区分515の中に配置されてもよい。いくつかの構成では、駆動要素60は、1つまたはそれを上回る被駆動要素62を動作させてもよい。代替として、単一の駆動要素60は、対応する被駆動要素62を動作させてもよい。外科システム10(図1)は、複数の駆動要素60と、複数の関連付けられる被駆動要素62とを含んでもよい。
図54を参照し続けると、駆動要素60および被駆動要素62は、障壁24に物理的に接触して、または接触することなく、障壁24を横断して力を伝達するように配列されてもよい。他の構成では、力は、駆動要素60および被駆動要素62のうちの1つのみが障壁24と接触した状態で障壁24を横断して伝達されてもよい。障壁24が駆動要素60および被駆動要素62と相互作用する様式にかかわらず、障壁24は、力が障壁24の一方の側面から他方の側面に伝達されるにつれてその完全性を保持することができる。非無菌区分513の中にあり得る、耐久性のある構成要素は、外科的手技の側面を指向して制御することに実質的に責任があり得る。例えば、耐久性のある構成要素は、所望の外科的タスクを行うように、1つまたはそれを上回るエンドツール52(図16)もしくはエンドエフェクタを誘導してもよい。駆動要素60は、耐久性のある構成要素のうちの1つとして含まれてもよい。無菌区分515の中にあり得る、使い捨て構成要素のうちの1つまたはそれを上回るものは、標的解剖学的場所において所望の外科的手技を行うために採用されてもよい。無菌区分515の中にあり得る、使い捨て構成要素の少なくとも一部(例えば、手術道具52(図16))は、所望であれば手術中に置換または交換されてもよい。被駆動要素62は、使い捨て構成要素として含まれてもよい。
図54を参照し続けると、駆動要素60は、平行移動または回転して変位し、障壁24を通した被駆動要素62への力の伝達を引き起こすように構成されてもよい。いくつかの構成では、障壁24は、所定の力またはトルクが障壁24を横断して渡されるにつれて、部分的もしくは完全に静止し得る。いくつかの構成では、障壁24が変位してもよいが、障壁24の変位は、それによって力が障壁24を横断して伝達される、主要な手段である必要はない。障壁24の主要機能は、無菌区分515から非滅菌区分513を隔離することであってもよい。いくつかの構成では、複数対の駆動要素60および被駆動要素62が、障壁24上のいくつかの場所において単一の障壁24と係合されてもよい。障壁24は、駆動要素60と被駆動要素62との間に位置付けられ、いくつかの構成では、閉じ込められてもよい。いくつかの構成では、駆動要素60の一部は、非滅菌側面または区分513上の障壁24の第1の障壁側面24Aに隣接して配置されてもよい。協働被駆動要素62の一部は、無菌側面または区分515上の障壁24の第2の障壁側面24Bに隣接して配置されてもよい。そのような配列は、駆動要素60、障壁24、および被駆動要素62の間の力移転相互作用のための一連の機構を提供してもよい。力移転相互作用機構のうちの1つは、障壁24との駆動要素60および/または被駆動要素62の物理的接触もしくは係合を要求してもよい。別の力移転相互作用機構は、障壁24との駆動要素60の一部および被駆動要素62の一部との物理的接触を要求しなくてもよい。
主に図55を参照すると、駆動要素60と、障壁24と、被駆動要素62とを含む、力伝達配列500の表現図が描写されている。障壁24は、駆動要素60と被駆動要素62との間の中間場所に配置されてもよい。障壁24はさらに、第1の障壁側面24Aと、第2の障壁側面24Bとを含んでもよい。第1の障壁側面24Aは、外科システム10(図1)の非滅菌側面513上の第1の障壁インターフェース接続表面としての役割を果たしてもよい。第2の障壁側面24Bは、外科システム10(図1)の無菌側面515上の第2の障壁インターフェース接続表面としての役割を果たしてもよい。障壁24は、複数の駆動要素60および被駆動要素62ペアに適応するために十分大きくあり得、障壁側面24A、24Bは、これらのペアが障壁24を横断して力を伝達し得る、複数の部位を提供してもよい。いくつかの構成では、第1の障壁側面24A上の相互作用の部位は、所与の駆動要素60および被駆動要素62ペアのための第2の障壁側面24Bとの相互作用の部位の正反対にあり得る。他の構成では、第1の障壁側面24A上の相互作用の部位は、第2の障壁側面24B上の相互作用の部位の正反対になくてもよい。非滅菌側面513はまた、障壁24と完全または部分的に相互作用するように構成され得る、駆動要素60の第1の部分503を含むこともできる。第1の部分503はまた、本明細書では第1の障壁インターフェース接続部503と称されてもよい。いくつかの構成では、駆動要素60は、1つを上回る第1の障壁インターフェース接続部503を含んでもよい。駆動要素60は、例えば、限定されないが、駆動要素60に力を及ぼすことができる電気機械または電気油圧式アセンブリによって変位されてもよい。滅菌側面515はまた、第1の障壁インターフェース接続部503から伝達される力を受容し得る、被駆動要素62上の第2の部分504を含んでもよい。第2の部分504はまた、本明細書では第2の障壁インターフェース接続部504と称されてもよく、外科システム10(図1)の滅菌側面515上に配置されてもよい。第1の障壁インターフェース接続部503は、第2の障壁インターフェース接続部504と併せて、駆動要素60が変位されるにつれて障壁24を横断した力の伝達を達成してもよい。
図55を参照し続けると、第1の障壁インターフェース接続部503は、障壁24の第1の障壁側面24Aと相互作用するように位置付けられてもよい。第2の障壁インターフェース接続部504は、障壁24の第2の障壁側面24Bと相互作用するように位置付けられてもよい。第1の障壁インターフェース接続部503が第1の障壁側面24Aと相互作用する機構および程度は、第2の障壁インターフェース接続部504が障壁24の第2の障壁側面24Bと相互作用する機構および程度に類似し得る、または異なり得る。いくつかの構成では、第1の障壁インターフェース接続部503と第1の障壁側面24Aとの間の係合のための第1の機構は、第2の障壁インターフェース接続部504と第2の障壁側面24Bとの間の係合のための第2の機構を補完するように構成されてもよい。
主に図56Aを参照すると、力伝達配列650は、第1の力キャリア525を介して第1の障壁インターフェース接続部503と連通し得る、駆動要素60を含むことができ、被駆動要素62は、第2の力キャリア527を介して第2の障壁インターフェース接続部504と連通してもよい。力キャリア525、527は、限定されないが、中実または中空シャフト、駆動シャフト、ピストンシャフト、相互と提携もしくは独立して動作し得る1つまたはそれを上回るアクチュエータ54A(図16)(例えば、ケーブル)を含む、管もしくは管腔、第1の障壁インターフェース接続部503および/または第2の障壁インターフェース接続部504に影響するように構成されるアクチュエータ54A(図16)を含む、筐体、歯車列、またはそれらの任意の好適な組み合わせを含む、力を伝達ならびに/もしくは受容することが可能な任意の連結構成要素であってもよい。他の構成では、力キャリア525、527は、それぞれ、駆動要素60および被駆動要素62に伝達される、ならびに/もしくはそれらによって受容される力を増加または低減させるように構成されてもよい。
ここで図56Bを参照すると、第1の筐体541が、非滅菌側面513上に提供されてもよく、第2の筐体542が、外科システム10(図1)の無菌側面515上に提供されてもよい。駆動要素60は、少なくとも部分的に第1の筐体541の中に配置されてもよく、被駆動要素62は、少なくとも部分的に第2の筐体542の中に配置されてもよい。障壁24を横断した力の伝達は、障壁24および/または障壁24内の要素と物理的に接触している駆動要素60の一部ならびに被駆動要素62の一部を伴って起こってもよい。そのような配列は、力伝達のための接触モードと称されてもよい。他の構成では、駆動要素60および被駆動要素62のうちの1つのみが、障壁24または障壁24内の要素に接触してもよい、もしくはいずれも接触しなくてもよい。駆動要素60および被駆動要素62のいずれも障壁24に接触しない配列では、力は、非接触モードで障壁24を横断して伝達されてもよい。力伝達に使用されるモードにかかわらず、障壁24は、少なくとも部分的に第1の筐体541と第2の筐体542との間に配置されてもよい、または保持され/閉じ込められてもよい。筐体541、542は、障壁24を横断してともに結合し、その結果として障壁24を閉じ込めてもよい。筐体541、542は、外科システム10(図1)の種々の他の構成要素を収納してもよい。例えば、第1の筐体541は、例えば、限定されないが、システム10(図1)の電気機械または電気油圧式構成要素を収納してもよい。第2の筐体542は、少なくとも部分的に被操作構成要素38(図16)を収納してもよい。いくつかの構成では、複数の駆動要素60および第1の障壁インターフェース接続部503が、第1の筐体541の中に配置されてもよい。第1の筐体541内の複数の駆動要素60および第1の障壁インターフェース接続部503は、第2の筐体542内の複数の被駆動要素62および第2の障壁インターフェース接続部504と相互作用してもよい。
ここで図57を参照すると、力伝達のための接触配列は、マニピュレータ36Eと、インターフェースプレート290と、第1の駆動構成要素34Aと、第2の駆動構成要素34Bとを含むことができるが、それらを含むことに限定されない。駆動構成要素34A、34Bは、突起92A、92Bを変位させるように動作されることができる、いくつかの駆動要素60(図16)を含んでもよい。いくつかの構成では、突起92A、92Bは、第1の障壁インターフェース接続部503(図56A)に類似し得る。マニピュレータ36Eがインターフェースプレート290上にドッキングされるとき、駆動構成要素34A、34Bの突起92A、92Bは、マニピュレータ筐体78を通って、第2の障壁インターフェース接続部504(図56A)として作用し得る、対応する被駆動要素62(図16)の中へ延在してもよい。突起92A、92Bの直線変位は、被駆動要素62の直線変位を引き起こすことができる。変位は、被操作構成要素38A、38Bの特徴を作動させてもよく、アクチュエータ54A(図16)等の力キャリアを下って伝達されてもよい。
図57を参照し続けると、障壁24は、駆動構成要素34A、34Bおよびインターフェースプレート290からマニピュレータ36Eを隔離することができる。障壁24は、無菌側面515上のマニピュレータ36Eおよび非無菌側面513上の駆動構成要素34A、34Bを分離することができる、無菌障壁であってもよい。障壁24は、マニピュレータ36Eがインターフェースプレート290上にドッキングされるときにマニピュレータ36Eと駆動構成要素34A、34Bとの間で捕捉されることができる。障壁24は、駆動構成要素34A、34B毎にポケット状領域24Cを含むことができる。ポケット状領域24Cは、障壁24の一体部分であってもよい、または任意の好適な手段、例えば、限定されないが、溶剤接着、外側被覆、および超音波溶接によって、障壁24に取り付けられてもよい。ポケット状領域24Cは、突起92A、92Bを受容するように成形されることができる、いくつかのポケット900を含んでもよい。ポケット900はそれぞれ、マニピュレータ36Eの中へ延在してもよく、例えば、被駆動要素62(図16)の受容構造250(図43)の中へ突出してもよい。
ここで主に図58を参照すると、突起92A、92B(図57)の直線変位およびそれらの個別の被駆動要素62(図16)の結果として生じる変位を可能にするために、障壁24は、関連付けられるポケット900の変位を提供することができる、いくつかの可変領域を含んでもよい。可変領域は、例えば、伸縮性材料で作製されてもよい、またはベローズ様であってもよい。可変領域は、障壁24(図57)のプリーツ付き区画24D、24Eであってもよい。プリーツ付き区画24D、24Eは、ポケット900が変位されることを可能にする、障壁24内のポケット900の側面に位置してもよい、またはそれを包含してもよい。変位の量は、プリーツ付き区画24D、24E内のプリーツの表面積に依存し得る。ポケット900がある方向に変位すると、プリーツ付き区画24Dが、例えば、折り畳まれてもよい、または圧縮されてもよい一方で、プリーツ付き区画24Eは、ポケット900が変位することを可能にするために平坦化してもよい。
ここで図59を参照すると、ポケット900は、プリーツ付き区画24Dに向かって図58のポケット900に対して変位している。結果として、プリーツ付き区画24Dは、折り畳んで圧縮されることができる。プリーツ付き区画24Eは、平坦化して変位を可能にすることができる。
ここで図60を参照すると、図57の領域Y中で、ポケット状領域24C中のポケット900はそれぞれ、障壁24のプリーツ付き区画24Fによって包含されることができる。プリーツ付き区画24Fは、ポケット900が変位することを可能にするように、折り畳んで平坦化してもよい。プリーツ付き区画24Fは、単一のプリーツまたは複数のプリーツを含むことができる。
ここで図61を参照すると、障壁24は、ポケット状領域24Gを含むことができる。ポケット状領域24Gは、プリーツ付き区画24Hによって包含され得る、ポケット900Aを含むことができる。プリーツ付き区画24Hは、複数のプリーツ24I、24J、24Kを含むことができる。複数のプリーツ24I、24J、24Kは、ポケット900Aの増加した変位を可能にし得る。加えて、複数のプリーツ24I、24J、24Kは、ポケット900Aの所与の変位位のために、いずれか1つのプリーツ24I、24J、24Kに加えられる応力の量を限定することに役立ち得る。プリーツ付き区画24Hはまた、外側尖頭24Lを含んでもよい。外側尖頭24Lは、例えば、限定されないが、ポケット900Aの直線変位経路を横断する方向にポケット900Aから突出してもよい。外側尖頭24Lは、プリーツ24I、24J、24Kの折畳および平坦化を指向することに役立ち得、障壁24のプリーツなし部分の集積または歪曲を低減ならびに/もしくは回避し得る。
ここで主に図62Aを参照すると、非接触トルク伝達配列660のいくつかの構成は、1つまたはそれを上回る磁気結合の使用を含んでもよい。磁気結合の使用は、設定中に第1の筐体541(図56B)を第2の筐体542(図56B)に位置付けて固着することに役立つという二次機能を果たしてもよい。いくつかの構成では、トルク伝達配列660のための磁気結合は、側面513、515(図56B)のうちの一方の上に磁石、側面513、515(図56B)のうちの他方の上に金属材料を提供してもよい。金属材料はまた、磁化材料であってもよい。磁気結合を伴う構成では、1つまたはそれを上回る磁石は、第1の障壁インターフェース接続部503として機能してもよく、別の磁石または磁石群は、第2の障壁インターフェース接続部504として機能してもよい。障壁インターフェース接続部503、504のそれぞれの中の1つまたは複数の磁石は、障壁インターフェース接続部503、504のうちの他方の上の対向磁極を有する磁石と整合してもよい。適切な遷移金属、希土類金属、または合金等の磁気的性質を示す任意の好適な材料が、使用されてもよい。ネオジムを含有する磁石が、いくつかの構成で使用されることができるが、そうされることに限定されない。いくつかの構成では、障壁インターフェース接続部503、504のそれぞれで使用される磁石のタイプは、異なり得る。第1の種々の磁石または磁性材料が、第1の障壁インターフェース接続部503に含まれてもよく、第2の種々の磁石または磁性材料が、第2の障壁インターフェース接続部504に含まれてもよい。
主に図62Aを参照し続けると、磁気結合は、間隙502を横断してトルクを伝達することができる。障壁24(図56B)は、間隙502に置かれてもよい。障壁インターフェース接続部503、504はそれぞれ、所定の力を第1の障壁インターフェース接続部503から第2の障壁インターフェース接続部504に伝達するように、障壁24(図56B)から所定の距離に配置されてもよい。障壁24(図56B)は、非無菌側面513(図56B)上の間隙502の一部が無菌側面515(図56B)上のものに実質的に等しくあり得るように、間隙502の中に置かれてもよい。力は、障壁インターフェース接続部503、504のそれぞれを構成する1つまたは複数の磁石の極の間の磁気引力および/もしくは反発の結果として、伝達されてもよい。いくつかの構成では、第1の障壁インターフェース接続部503は、第1の磁石または磁気区画のセットを含んでもよいが、それを含むことに限定されず、第2の障壁インターフェース接続部504は、第2の磁石または磁気区画のセットを含んでもよいが、それを含むことに限定されない。障壁インターフェース接続部503、504は、第1の磁石または磁気区画のセットの中の極が、第2の磁石または磁気区画のセットの中の対向極に対面し得るように、整合されてもよい。そのような整合は、第1の障壁インターフェース接続部503から第2の障壁インターフェース接続部504へのトルク伝達を促進してもよい。加えて、各障壁インターフェース接続部503、504内の隣接する磁石または磁気区画は、それらの極が反対方向に配向されるように整合されてもよい。他の構成では、第1の障壁インターフェース接続部503は、第1の単一の連続磁石を含んでもよいが、それを含むことに限定されず、第2の障壁インターフェース接続部504は、第2の連続磁石を含んでもよいが、それを含むことに限定されない。なおも他の構成では、複数のNおよびS極(例えば、半径方向焼結磁気リング)を含むように磁化されているモノリシックな材料片が、第1の障壁インターフェース接続部503および第2の障壁インターフェース接続部504のそれぞれに使用されてもよい。
主に図62Aを参照し続けると、障壁インターフェース接続部503、504は、障壁24(図56B)の個別の側面上の1つまたはそれを上回る力キャリア525、527に結合されてもよい。いくつかの構成では、力キャリア525、527は、駆動シャフトであることができる。他の構成では、非滅菌側面513(図56B)上に配置される力キャリア525は、駆動要素60(図16)に含まれてもよく、力キャリア525を回転させてもよい。回転は、ひいては、第1の障壁インターフェース接続部503を回転させてもよい。第1の障壁インターフェース接続要素503と第2の障壁インターフェース接続要素504との間に存在する磁気結合の結果として、第2の障壁インターフェース接続要素504および第2の力キャリア527は、第1の障壁インターフェース接続要素503と同種に回転してもよい。したがって、障壁インターフェース接続要素503、504の間の磁気的関係は、トルクが障壁24(図56B)を横断して伝達されることを可能にし得る。第2の力キャリア527の移動は、手術道具52(図16)等の作動される構成要素に伝達されてもよい。
主に図62Bを参照すると、障壁24(図56B)は、手術中に間隙502の中に配置されてもよく、間隙502は、障壁配置間隙502と称されてもよい。間隙502は、動作中に実質的に一定に保持される所定の距離であってもよい。所定の距離は、障壁24が障壁インターフェース接続部503、504の間に置かれ得るが、障壁インターフェース接続部503、504のいずれとも接触し得ないように選定されてもよい。所定の距離は、所望の量のトルクがそれを横断して伝達され得るように選定されてもよい。所定の距離が増加されると、移転されるトルクの量が減少してもよい。いくつかの構成では、間隙502は、約0.10〜0.50インチの距離であってもよい。いくつかの構成では、間隙502は、約0.125〜0.30インチであってもよい。間隙502は、障壁24の両側で対称ではない場合がある。間隙502を横断した力の伝達は、障壁24のいかなる途絶も伴わずに起こってもよい。結果として、障壁24は、非無菌区分513(図56B)から隔離された状態で無菌区分515(図56B)を保つように機能してもよい。間隙502の距離は、使用される種々の磁気結合に依存し得る。
主に図62Cを参照すると、第1の障壁インターフェース接続部503が説明されるが、説明は、磁気結合の一部としての役割を果たすことができる、任意の障壁インターフェース接続部503、504(図62A)に適用され得る。磁石509Aは、隣接する磁石509Bと反対の極性を有するように配列されてもよい。磁石の数は、種々の構成で異なり得る。例えば、いくつかの構成は、各障壁インターフェース接続要素503、504(図62A)に6つの磁石509A、509Bを含んでもよい。各磁石509A、509Bは、磁石509A、509Bが組立中に置かれ得る、空隙661を含み得る、筐体662に含まれてもよい。筐体662は、限定されないが、金属、セラミック、ガラス、およびプラスチックを含む、任意の好適な材料で作製されてもよい。いくつかの構成では、筐体662のために選定される材料は、例えば、力キャリア525に接着または超音波溶接するために適合性である材料から選定されてもよい。筐体662はまた、所望の様式で磁石509A、Bの磁束経路に影響を及ぼすよう構築されてもよい。例えば、磁束経路は、1つまたはそれを上回る閉ループ経路を作成するよう影響されてもよい。そのような構成では、筐体662の一部(例えば、面664(図62A)は、障壁インターフェース接続部503の中に磁気回路を作成することができる、金属材料で作製されてもよい。いくつかの構成では、筐体662は、磁石509A、509Bが相互から約180°に位置付けられ、磁気回路の中でともにまとめられることができるように、構築されてもよい。例えば、磁石509A、509Bの3つのセットを伴う構成では、3つの磁気回路が、筐体662の影響を受けて作成されてもよい。例えば、障壁インターフェース接続部503は、例えば、限定されないが、駆動シャフト等の力キャリア525用の受容特徴666を含むことができる。受容特徴666は、キー状であり得る。いくつかの構成では、受容特徴666は、力キャリア525の協働特徴が着座し得る、切り欠き668を含んでもよい。いくつかの構成では、力キャリア525は、例えば、力キャリア525および障壁インターフェース接続部503が相互に対して回転しないことを確実にするように、完全に組み立てられたときに切り欠き668の中で受容され得る、隆起670を含んでもよい。
ここで図63Aを参照すると、トルク伝達配列672は、1つまたはそれを上回る力キャリア525、527と、障壁インターフェース接続部503、504と、障壁24とを含むことができる。障壁インターフェース接続部503、504はそれぞれ、1つまたはそれを上回る磁石を含んでもよく、組み立てられたときに相互と磁気的に結合してもよい。障壁配置間隙502(図63B)は、障壁24を受容し、また、非無菌側面513から無菌側面515へのトルク移転を可能にするように構成されてもよい。力の伝達は、障壁24のいかなる断絶および/または無菌側面515の汚染も伴わずに起こってもよい。結果として、障壁24は、非無菌区分513から分離された状態で無菌区分515を保つように機能してもよい。
ここで図63Bを参照すると、第1の障壁インターフェース接続部503は、第1の力キャリア525を受容することができる、第1の受容空洞523を提供してもよい。第2の障壁インターフェース接続部504は、第2の力キャリア527を受容することができる、第2の受容空洞526を提供してもよい。障壁インターフェース接続部503、504はまた、1つまたはそれを上回る締結具受容空隙528、529もしくは類似特徴を含んでもよい。任意の好適な締結具は、障壁インターフェース接続部503、504に対するキャリア525、527の力の回転を禁止するように、締結具受容空隙528、529の中に挿入されてもよい。いくつかの構成では、異なる機構が、力キャリア525、527を障壁インターフェース接続部503、504に結合するために使用されてもよい。いくつかの構成では、力キャリア525、527の一方または両方が、障壁インターフェース接続部503、504に恒久的に結合されてもよい。そのような構成では、構成要素は、ともに(超音波もしくは別様に)溶接されてもよい、接着剤を用いて結合されてもよい、またはともに溶剤接着されてもよい。加えて、ねじ山付き結合またはナットおよびボルト型配列もまた、使用されてもよい。当業者に明白であろう任意の他の機構が、障壁インターフェース接続部503、504を力キャリア525、527と結合するために使用されてもよい。
ここで図64Aを参照すると、トルク伝達配列520は、第1の障壁インターフェース接続部503を伴う駆動要素60と、障壁24と、第2の障壁インターフェース接続部504を伴う被駆動要素62とを含むことができる。トルク伝達配列520は、駆動要素60の一部および被駆動要素62の一部が障壁24に接触する、接触配列であってもよい。動作時に、障壁24は、駆動要素60の1つまたはそれを上回る部品と物理的に接触および/もしくは被駆動要素62の1つまたはそれを上回る部品と物理的に接触してもよい。障壁24の接触した部分は、係合部位と称されてもよい。係合部位を通した接触は、非無菌区分513内の駆動要素60から無菌区分515内の被駆動要素62へのトルクの伝達を可能にし得る。第2の障壁インターフェース接続部504は、伝達されたトルクを受容し、それをエンドツール52(図16)等の作動される特徴に渡し、外科的タスクを促進するように構成されてもよい。いくつかの構成では、障壁24は、いかなる修正または調整も受けなくてもよい。力は、障壁24の少なくとも一部が駆動要素60の1つまたはそれを上回る部分と被駆動要素62の1つまたはそれを上回る部分との間で物理的に接触されて閉じ込められた状態で、第1の障壁側面24Aから第2の障壁側面24Bに移転されてもよい。他の構成では、障壁24は、非無菌側面513から1つまたはそれを上回る部分および/もしくは無菌側面515から1つまたはそれを上回る部分を受容するためのレセプタクルもしくは受容器を提供するように、調整または修正、例えば、限定されないが、構成されてもよい。他の構成では、架橋要素または複数の架橋要素が、障壁24の一部として提供されてもよい。架橋要素は、駆動要素60の一部および/または被駆動要素62の一部に係合するように構成されてもよい。
図64Aを参照し続けると、基準軸535は、それを中心として駆動要素60および被駆動要素62が回転し得る、回転軸としての役割を果たしてもよい。トルクが駆動要素60から被駆動要素62に伝達されると、障壁24が変位させられてもよい。具体的には、トルクが移転されると、章動「揺らぎ」が起こり、障壁24が回転することを要求することなく、かつ障壁24内の回転シールを必要とすることなく、トルクが移転されることを可能にし得る。障壁24の変位は、いくつかの異なる基準軸、例えば、第2の基準軸または傾転軸539に対して説明され得る。第2の基準軸539は、障壁面24A、24Bと垂直であり得る。障壁24は、角度Oが基準軸535と傾転軸539との間に形成され得
るように、第1の障壁インターフェース接続要素503と第2の障壁インターフェース接続要素504との間で保持されてもよい。トルクが第1の障壁側面24Aから第2の障壁側面24Bに伝達されると、角度Oが維持されてもよい。傾転軸539は、例えば、第1
の章動経路537に従って、基準軸535を中心として章動してもよい。傾転軸539はまた、第1の障壁側面24Aおよび第2の障壁側面24Bに対して実質的に垂直な配向を維持してもよい。点線インジケータ538は、基準軸535を中心とした駆動要素60および被駆動要素62の約180°の回転後の傾転軸539ならびに障壁24の位置を示す。障壁24の第1の面24Aと基準軸535との間の障壁角度αはまた、障壁24を横断したトルク伝達中に実質的に一定であり得る。
るように、第1の障壁インターフェース接続要素503と第2の障壁インターフェース接続要素504との間で保持されてもよい。トルクが第1の障壁側面24Aから第2の障壁側面24Bに伝達されると、角度Oが維持されてもよい。傾転軸539は、例えば、第1
の章動経路537に従って、基準軸535を中心として章動してもよい。傾転軸539はまた、第1の障壁側面24Aおよび第2の障壁側面24Bに対して実質的に垂直な配向を維持してもよい。点線インジケータ538は、基準軸535を中心とした駆動要素60および被駆動要素62の約180°の回転後の傾転軸539ならびに障壁24の位置を示す。障壁24の第1の面24Aと基準軸535との間の障壁角度αはまた、障壁24を横断したトルク伝達中に実質的に一定であり得る。
ここで図64Bを参照し続けると、章動はまた、種々の他の軸に対して説明され得る。例えば、第3の基準軸または障壁章動軸541は、トルクがトルク伝達配列520を介して伝達される際の障壁24の変位を説明するために使用されてもよい。障壁章動軸541は、基準軸535と実質的に垂直であり得、障壁24が基準軸535に交わる点で基準軸535に交差するよう配置されてもよい。障壁章動軸541はまた、障壁章動軸541と称されてもよい。障壁章動軸541は、障壁24と角度βを形成してもよい。第1の障壁インターフェース接続部503から第2の障壁インターフェース接続504に伝達されるトルクは、第2の章動経路536に従って障壁章動軸541を中心として障壁側面24A、24Bの少なくとも一部を章動させてもよい。点線輪郭501Aは、基準軸535を中心とした駆動要素60および被駆動要素62の約180°の回転後の障壁24の位置を示す。トルクが伝達されている間に障壁24が変位すると、角度βは、実質的に一定のままであってもよい。
ここで図64C−64Fを参照すると、障壁24は、基準軸535を中心とした駆動要素60(図64B)および被駆動要素62(図64B)の回転が起こるにつれて変位される。具体的には、図64C−64Fの進歩は、トルクが第1の障壁側面24Aから第2の障壁側面24Bに伝達される際の障壁24の章動「揺らぎ」を図示する。障壁24の章動「揺らぎ」は、任意の規模であることができ、本明細書のいかなる図示される構成によっても限定されない。いくつかの構成では、係合部位における、およびその周囲の障壁24の小さい区画のみが、変位されてもよい。個別の被駆動回転インジケータA’、B’、C’、およびD’に対応する、駆動回転インジケータA、B、C、およびDの変位は、駆動要素60ならびに被駆動要素62の回転を表す。図64Cでは、トルク伝達配列520は、初期位置にある。図64C−64Fのそれぞれの中の駆動要素60(図64B)および被駆動要素62(図64B)は、前述の図のそれぞれの中のそれらの位置から約90°回転して変位されている。トルクは、駆動要素60(図64B)の回転変位によって障壁24を横断して伝達されることができる。障壁24上の参照マーキング674は、障壁24が回転する必要なく、かつ障壁24内の回転シールを必要とすることなく、トルクが伝達されることを示す。加えて、障壁24の章動変位は、障壁24の完全性へのいかなる歪曲または影響も伴わずに、トルク伝達を促進してもよい。
ここで図65A−65Dを参照すると、トルク伝達配列530は、接触モードで障壁24の非無菌側面513から無菌側面515にトルクを伝達することができる。図65Aを具体的に参照すると、トルク伝達配列530は、無菌側面515上の複数の連合構成要素と協働する、非無菌側面513上の複数の構成要素を含んでもよい。非無菌側面513上の構成要素は、第1の障壁インターフェース接続要素503に含まれてもよい。無菌側面515上の連合構成要素は、第2の障壁インターフェース接続要素504に含まれてもよい。第1の障壁インターフェース接続要素503は、例えば、限定されないが、第1の力キャリア555と、第1の平面本体543と、第1のキャップ基部551と、第1の係合キャップ547とを含んでもよい。第2の障壁インターフェース接続要素504は、第2の係合キャップ549と、第2のキャップ基部553と、第2の平面本体545と、第2の力キャリア557とを含んでもよい。いくつかの構成では、第1および第2の力キャリア555、557は、トルク伝達エージェント(例えば、駆動シャフト)であってもよい。第1および第2の力キャリア555、557は、力キャリア555、557および平面本体543、545が相互に対して回転し得ないように、平面本体543、545に結合されてもよい。任意の好適な結合方法、例えば、限定されないが、ねじ山付き結合部、締結具(例えば、位置決めねじ)、締まり嵌め、スナップ嵌合、接着剤/糊/エポキシ、超音波またはレーザ溶接等の溶接手順、溶剤接着、ばね荷重バヨネットマウント、およびその他が、使用されてもよい。代替として、力キャリア555、557、平面本体543、545、およびキャップ基部551、553の各セットは、例えば、構成に応じて機械加工または成形され得る、単一の部品として形成されてもよい。
主に図65Aを参照し続けると、無菌側面515から非無菌側面513を隔離する障壁24の少なくとも一部が、キャップ547、549の間で捕捉されてもよい。第1の障壁インターフェース接続キャップ547および第2の障壁インターフェース接続キャップ549は、組み立てられたときに障壁24に接触し、障壁24を通して相互と係合または相互係止してもよい。基準軸535を中心とした障壁インターフェース接続部503、504の回転は、障壁24の変位を引き起こすことができる。障壁24は、基準軸535を中心として傾転軸539を章動させることができる様式で変位してもよい。傾転軸539は、基準軸535と角度O(図64A)を形成してもよく、本角度は、傾転軸539が章動
するにつれて維持されてもよい。加えて、第1の障壁インターフェース接続キャップ547および第2の障壁インターフェース接続キャップ549は、基準軸535を中心として障壁インターフェース接続部503、504の回転が起こっている間に、障壁24の閉じ込められた部分が基準軸535に対して角度α(図64A)にあり、それを維持するように、障壁24を閉じ込めてもよい。第1の力キャリア555は、トルク発生器(例えば、モータ)からトルクを受容し、トルクを第1の平面本体543に伝達するように構成されてもよい。第1の平面本体543はさらに、第1の平面本体543から延在し、基準軸535に対する角度551Bにある面551Aを有し得る、基部551を含んでもよい。面551Aは、端部キャップ547の中に収納される第1の軸受アセンブリ565(図65C)のための搭載プラットフォームまたは台としての役割を果たしてもよい。第1の軸受アセンブリ565(図65C)は、基部551に対して端部キャップ547の回転変位を可能にし得る。いくつかの構成では、端部キャップ547は、軸受アセンブリ565(図65C)の外面を提供してもよい。
するにつれて維持されてもよい。加えて、第1の障壁インターフェース接続キャップ547および第2の障壁インターフェース接続キャップ549は、基準軸535を中心として障壁インターフェース接続部503、504の回転が起こっている間に、障壁24の閉じ込められた部分が基準軸535に対して角度α(図64A)にあり、それを維持するように、障壁24を閉じ込めてもよい。第1の力キャリア555は、トルク発生器(例えば、モータ)からトルクを受容し、トルクを第1の平面本体543に伝達するように構成されてもよい。第1の平面本体543はさらに、第1の平面本体543から延在し、基準軸535に対する角度551Bにある面551Aを有し得る、基部551を含んでもよい。面551Aは、端部キャップ547の中に収納される第1の軸受アセンブリ565(図65C)のための搭載プラットフォームまたは台としての役割を果たしてもよい。第1の軸受アセンブリ565(図65C)は、基部551に対して端部キャップ547の回転変位を可能にし得る。いくつかの構成では、端部キャップ547は、軸受アセンブリ565(図65C)の外面を提供してもよい。
主に図65Aを参照し続けると、無菌側面515は、非無菌側面513から伝達されるトルクを受容するように構成され得る、協働構成要素を提供してもよい。これらの構成要素は、集合的に障壁インターフェース接続部504と称されてもよく、被駆動要素62(図64B)に含まれてもよい。これらの構成要素は、障壁24の非無菌側面513上のものと類似し得る、または同じであり得る。例えば、被駆動障壁インターフェース接続部504は、第2の障壁インターフェース接続キャップ549と称され得る、第2のキャップ49に封入され得る第2の軸受アセンブリ567(図65C)を含んでもよい。第2の軸受アセンブリ567(図65C)は、第2の基部553に対して第2の端部キャップ549の回転変位を可能にし得る。第2の障壁インターフェース接続キャップ549および収納された軸受567(図65C)は、第2の基部553上に搭載されてもよい。第2の基部553は、基準軸535に対して角度551Cで配向され、第2の平面本体545から延在し得る、面551Dを含んでもよい。第2の平面本体545は、例えば、限定されないが、駆動シャフト等の第2の力キャリア557に取り付けられてもよい。第2の力キャリア557は、伝達されたトルクを受容し、それをエンドエフェクタ52(図16)等の作動される構成要素に前進させるように構成されてもよい。加えて、障壁インターフェース接続キャップ547、549は、端部キャップ547、549のそれぞれの面が傾転軸539と垂直であり得るように、個別の基部551、553の上に配置されてもよい。トルクの伝達中に、トルク伝達配列530は、基準軸535を中心として回転するように構成されてもよい。トルク伝達配列530の動作は、例えば、限定されないが、障壁24の応答章動移動を引き起こしてもよい。トルクは、障壁24の回転、障壁24内の回転シール、または障壁24内の不連続性(例えば、孔)を必要とすることなく、伝達されてもよい。トルク伝達配列530は、非無菌側面513から無菌側面515へのトルクの伝達中に、端部キャップ547、549の面が傾転軸539と垂直のままであることを可能にし得る。
ここで図65Bを参照すると、端部キャップ547、549は、協働係合または相互係止特徴を含んでもよい。例えば、端部キャップ547、549のうちの1つは、溝付き陥凹またはくぼみ546を含んでもよい。端部キャップ547、549のうちのもう1つは、溝付き陥凹546の中へ噛合することができる、隆起特徴548を含んでもよい。547、549のそのような噛合は、トルク伝達配列530を通したトルクの伝達中に端部キャップ547、549の係合を維持することに役立ち得る。いくつかの構成では、溝付き陥凹546は、面580に含まれることができ、隆起特徴548は、面581(図65D)に含まれることができる。面580、581(図65D)は、動作中に障壁24と係合することができる。溝付き特徴546は、端部キャップ547、549の表面を部分的または完全に占有してもよい。いくつかの構成では、溝付き特徴546は、端部キャップ547、549の周囲の近傍に配置され得るが、そうであることに限定されない、環状特徴であることができる。隆起特徴548は、端部キャップ547、549の表面を部分的または完全に占有してもよい。いくつかの構成では、隆起特徴548は、端部キャップ547、549の周囲の近傍に位置し得るが、そうであることに限定されない、環状特徴であることができる。溝付き陥凹546および隆起特徴548、ならびに端部キャップ547、549は、平滑で丸みを帯び得る、または丸みを帯びた縁を有してもよい。いくつかの構成では、溝付き陥凹546および隆起特徴548ならびに端部キャップ547、549は、軟質の柔軟材料または低い摩擦係数を伴う材料から作製されてもよい、もしくはそれで被覆されてもよい。他の構成では、協働係合または相互係止特徴は、異なり得る。障壁24は、トルク伝達配列530が障壁24と係合されるときに、端部キャップ547、549の間に閉じ込められてもよい。障壁24が閉じ込められ得る部位は、係合部位563と称されることができる。任意の係合部材が、端部キャップ547、549に加えて、代わりに障壁インターフェース接続部503、504上に含まれてもよい。代替係合部材は、平滑であり、丸みを帯びた縁を有してもよい。係合部材はまた、軟質の柔軟材料または低い摩擦係数を伴う材料から作製されてもよい、もしくはそれで被覆されてもよい。
ここで図65Cを参照すると、図65Aに示されるトルク伝達配列530の断面図が描写されている。障壁24は、非無菌側面513上の端部キャップ547と無菌側面515上の端部キャップ549との間に閉じ込められる、または保持されることができる。第1の軸受アセンブリ565は、非無菌側面513上に提供されてもよく、第2の軸受アセンブリ567は、無菌側面515上に提供されてもよい。第1のキャップ基部551および第2のキャップ基部553は、第1の支持柱570ならびに第2の支持柱571を提供してもよい。支持柱570、571は、キャップ基部551、553の表面から突出してもよい。第1の支持柱570は、第1の軸受アセンブリ565の内側案内溝に当接してもよい。第2の支持柱571は、第2の軸受アセンブリ567の内側案内溝に当接してもよい。第1の軸受アセンブリ565は、キャップ基部551および支持柱570に対する端部キャップ547の低摩擦変位を促進してもよい。同様に、第2の軸受アセンブリ567は、キャップ基部553および支持柱571に対する端部キャップ549の低摩擦変位を促進してもよい。軸受アセンブリ565、547は、それぞれ、非無菌側面513および無菌側面515上で所定の軸方向およびモーメント負荷を支持するように選択されてもよい。いくつかの構成では、軸受アセンブリ565、567は、ボール軸受アセンブリまたは針軸受アセンブリ等のロール要素軸受アセンブリであってもよいが、それに限定されない。いくつかの構成では、角度接触軸受が使用されてもよい。
ここで図65Dを参照すると、障壁24は、第1の障壁インターフェースキャップ547と第2の障壁インターフェースキャップ549との間に閉じ込められることができる。第1の障壁インターフェース接続部503および第2の障壁インターフェース接続部504が障壁24に接近すると、溝付き陥凹546ならびに隆起特徴548は、それらの間で障壁24を相互係止して保持してもよい。トルクの伝達中に、端部キャップ547、549は、係合されたままであってもよく、障壁24は、端部キャップ547、549の間に閉じ込められたままであってもよい。
ここで図65Eを参照すると、トルク伝達配列530(図65C)の第1の障壁インターフェース接続部503(図65C)は、単一の部品としてともに機械加工または成形され得る、単一の連続構造であり得る、平面本体543と、基部551とを含むことができる。第2の障壁インターフェース接続部504(図65C)の構成要素は、第1の障壁インターフェース接続部503(図65C)のものと類似し得る、または同じであり得る、もしくは異なり得る。
ここで図65Fおよび図65Gを参照すると、端部キャップ547、549の相互係止特徴に関連する付加的構成が示されている。図65Fは、端部キャップ547の面580上の半径方向に配列された溝付き特徴546を描写する。対向端部キャップ549の面581上の隆起特徴548の協働半径方向配列も、含まれる。溝付き特徴546および隆起特徴548が、端部キャップ547、549の面580、581上で交換可能に配列され得ることに留意されたい。動作時に、トルク伝達配列530Aの端部キャップ547、549は、障壁24に接触してもよい。半径方向溝特徴546および半径方向に配列された隆起特徴548は、障壁24を通してともに係止してもよい。これは、他方に対する端部キャップ547、549のうちの一方の回転の防止を補助し得る。他の構成のように、半径方向に配列された溝付きおよび隆起特徴546、548は、丸みを帯びた縁を有してもよい、柔軟および/または低摩擦係数材料で被覆されてもよい、等である。半径方向に配列された溝付きおよび隆起特徴546、548は、均等な角度間隔で離間されてもよいが、そうであることに限定されない。
ここで図65Gを参照すると、端部キャップ547、549の面580と581との間の相互係止特徴の別の構成が示されている。図65Gは、端部キャップ547、549面上の溝付き特徴546および隆起特徴548の非対称分布を示す。ディンプルまたはレセプタクルが、端部キャップ547の面580上の溝付き特徴546を形成する。端部キャップ549の面580上の隆起特徴548の協働非対称分布が、ある。隆起特徴548は、面581から高く突出する突出または突起物であってもよい。溝付き特徴546および隆起特徴548は、端部キャップ547、549の面580、581上で交換可能に配列され得ることに留意されたい。動作時に、トルク伝達配列530Bの端部キャップ547、549は、障壁24に接触してもよい。隆起特徴548は、溝特徴546の中に着座し、障壁24を通して端部キャップ547、549をともに係止してもよい。これは、他方に対する端部キャップ547、549のうちの一方の回転の防止を補助し得る。他の構成のように、溝付きおよび隆起特徴546、548は、丸みを帯びた縁を有してもよい、柔軟および/または低摩擦係数材料で被覆されてもよい、等である。溝付きおよび隆起特徴546、548は、他の構成では、キャップ面580、581の周囲に非対称に配置されるものとして示されているが、それらは、例えば、均等な角度間隔で、対称に離間されてもよいが、そうであることに限定されない。図65A−Gに示されるもののうちのいずれか等のいくつかの構成では、端部キャップ547および549は、磁石であってもよい、またはそれを含んでもよい。溝付きおよび隆起特徴546、548によって提供される機械的相互係止に加えて、磁気結合もまた、形成されてもよい。これはさらに、他方に対する端部キャップ547、549のうちの一方の相対回転を防止することを補助し得る。加えて、磁気結合は、トルク伝達配列530Bを設定するときに、端部キャップをともに位置付けることに役立ち得る。2つの端部キャップ546、548の間の磁気結合はまた、2つの端部キャップ546、548の間に障壁24を閉じ込めることにも役立ち得る。
ここで図66Aを参照すると、障壁24は、少なくとも1つの要素、例えば、限定されないが、駆動要素60および被駆動要素62の一部と相互作用し得る、架橋要素600を含んでもよい。架橋要素600は、トルク伝達配列573の非無菌側面513上の構成要素を無菌側面515上のものと連結するように構成されることができる。トルク伝達配列573は、障壁24を使用して、非無菌側面513および無菌側面515に隔離されてもよい。駆動要素60は、非無菌側面513上に位置付けられることができ、被駆動要素62は、無菌側面515上に位置付けられることができる。駆動要素60はさらに、第1の障壁インターフェース接続部503を含んでもよいが、それを含むことに限定されず、被駆動要素62は、第2の障壁インターフェース接続部504を含んでもよいが、それを含むことに限定されない。架橋要素600は、架橋要素部600Aが非無菌側面513上でアクセス可能であり得、架橋要素部600Bが無菌側面515上でアクセス可能であり得るように、障壁24上に部分的または完全に固着されてもよい。いくつかの構成では、架橋要素600は、ロッドまたはピン様部材であってもよく、障壁24の各側面上の架橋要素600のアクセス可能部分は、同軸であり得る。いくつかの構成では、第1の障壁インターフェース接続部503は、第1の受容器625、例えば、限定されないが、非無菌側面513上の架橋要素600のアクセス可能部分を受容するように構成される、ポケットまたはポートを提供してもよい。同様に、無菌側面515上の第2の障壁インターフェース接続部504もまた、第2の受容器630、例えば、限定されないが、無菌側面515上の架橋要素600のアクセス可能部分を受容するための、ポケットまたはポートを提供してもよい。他の構成では、架橋要素600は、拘止構造、恒久締結具、および螺合結合を含み得るが、それを含むことに限定されない、代替手段を使用して、両側で結合されてもよい。架橋要素600が、金属、例えば、限定されないが、金属ピンであるように構成される場合には、障壁24のいずれか一方または両側の磁気構成要素が、第1および第2の受容器625、630の一部として含まれてもよい。
図66Aを参照し続けると、いくつかの構成では、複数の架橋要素600が、障壁24上に提供されてもよい。複数の架橋要素600は、複数対の障壁インターフェース接続要素503、504が障壁24を横断した力伝達に従事することを可能にし得る。いくつかの構成では、架橋要素600は、分岐または分割されてもよい。そのような配列は、例えば、駆動要素60のうちの1つが複数の被駆動要素62を駆動することを可能にしても得る。架橋要素600は、障壁24を横断したトルク伝達を促進してもよい。架橋要素600は、障壁24に対する回転運動を受け得ないように、障壁24内で固着されてもよい。傾転軸539は、障壁24の障壁側面24A、24Bと垂直に配置されてもよい。いくつかの構成では、架橋要素600の縦軸は、傾転軸539と同軸であり得る。いくつかの構成では、架橋要素600は、障壁24と垂直に配置されることができる。章動移動が、トルクが伝達されるにつれて起こってもよい。例えば、架橋要素軸は、障壁インターフェース接続部503、504が基準軸535を中心として回転するにつれて、基準軸535を中心として章動してもよい。基準軸535に対する架橋要素600と障壁24との間の角度は、トルクがトルク伝達アセンブリ573を通して伝達されるにつれて一定のままであってもよい。
図66Aを参照し続けると、架橋要素600は、種々のプロセスのうちのいずれかを使用して、障壁24内で固着されてもよい。架橋要素600は、例えば、限定されないが、接着剤を用いて障壁24に取り付けられてもよく、障壁24の一部として成形されてもよい。いくつかの構成では、架橋要素600は、障壁24に超音波溶接、レーザ溶接、熱接着、または溶剤接着されてもよい。架橋要素600は、種々の材料で作製されてもよい。例えば、架橋要素600は、金属材料から作製されてもよい。代替として、架橋要素600は、プラスチック材料または繊維強化プラスチック、例えば、限定されないが、ガラス繊維から作製されてもよい。架橋要素600のための材料選択肢は、架橋要素600を通して移転されることが予期される力の量に依存し得る。いくつかの構成では、架橋要素600は、低い摩擦係数を伴う材料から構築されてもよい、またはそれでコーティングされてもよい。
ここで図66Bを参照すると、いくつかの構成では、架橋要素600は、随意に、可撓性ダイヤフラム605を含んでもよい、またはそれに取り付けられてもよい。可撓性ダイヤフラム605は、所定の寸法のオリフィスを含んでもよい。オリフィスは、架橋要素600の第1の分岐または部分600Aが非無菌側面513上でアクセス可能であり得、第2の分岐または部分600Bが無菌側面5153上でアクセス可能であり得るように、架橋要素600を受容するように構成されてもよい。可撓性ダイヤフラム605は、障壁24と一体的に形成されるように構成されてもよく、架橋要素600は、後に、オリフィス内の場所の後に可撓性ダイヤフラム605に取り付けられてもよい。代替として、可撓性ダイヤフラム605は、架橋要素600に取り付けられてもよく、例えば、限定されないが、その上に外側被覆されてもよい。いくつかの構成では、可撓性ダイヤフラム605は、障壁24への架橋要素600の取付を補助し得る。障壁24に取り付けられたとき、可撓性ダイヤフラム605および障壁24は、相互から障壁24の各側面上の環境を単離することができる、シールを形成してもよい。可撓性ダイヤフラム605に使用される材料は、ポリウレタン、または可撓性であり、耐久性があり、金属に向けて不活性であり得る、任意の他の好適な材料を含んでもよいが、それを含むことに限定されない。可撓性ダイヤフラム605は、例えば、限定されないが、障壁24への超音波溶接、レーザ溶接、および溶剤接着を促進する性質を伴う材料で作製されてもよい。例えば、障壁24がポリウレタン材料である構成では、可撓性ダイヤフラム605はまた、可撓性ダイヤフラム605を障壁24に超音波溶接することを促進するように、ポリウレタンから構築されてもよい。
ここで主に図67Aを参照すると、トルク伝達アセンブリ5580は、架橋要素600を伴う障壁24を含むことができる。架橋要素600は、部分的または完全に障壁24に固着されてもよい。いくつかの構成では、架橋要素600は、取付部位603において障壁24に固着されることができる。取付部位603における取付の様式は、障壁24に対する架橋要素600の回転変位を防止し得る。架橋要素600の第1の部品または部分600Aは、非無菌側面513上でアクセス可能であり得、架橋要素600の第2の部品または部分600Bは、無菌側面515上でアクセス可能であり得る。架橋要素600の第1の部分600Aは、駆動要素60(図66A)に含まれることができる障壁インターフェース接続要素503の一部であり得る、受容構造611によって受容されてもよい。受容構造611は、障壁24の非無菌側面513上に配置されてもよく、架橋要素600の第1の部分600Aを介して障壁24にインターフェース接続するように構成されてもよい。架橋要素600の第2の部分600Bは、第2の受容構造613によって受け入れられてもよい。第2の受容構造613は、トルク伝達配列5580の無菌側面515上に配置されてもよい。いくつかの構成では、第2の受容構造613は、無菌側面515上の障壁インターフェース接続部504としての役割を果たすように構成されてもよく、被駆動要素62(図66A)の一部として含まれてもよい。トルクの伝達を促進するために、第1の受容構造611および第2の受容構造613は、基準軸535を中心として回転してもよい。障壁24を横断する伝達されたトルクは、架橋要素600を介してマルチポケット受容器613Aによって受容されてもよい。第2の受容構造613に供給されるトルクは、例えば、エンドツール52(図16)の回転を引き起こしてもよい。第1の受容構造611が基準軸535を中心として回転し、トルクを第2の受容構造613に伝達すると、架橋要素600の長軸600Cは、基準軸535を中心として章動することができる。
ここで図67Bを参照すると、障壁24は、可撓性ダイヤフラム605を含むことができる。第1の受容構造611は、架橋要素600の第1の部分600Aを受容するように構成され得る、受容ポケット612を含んでもよい。いくつかの構成では、受容ポケット612は、軸受アセンブリ610の内側案内溝によって画定されることができる。軸受アセンブリ610の存在は、動作中に架橋要素600の第1の部分600Aに対する第1の受容構造611の低摩擦回転を可能にすることができる。いくつかの構成では、軸受アセンブリ610は、例えば、限定されないが、針軸受アセンブリであることができる。玉軸受等のローラ軸受もまた、使用されてもよい。代替として、第1の受容構造611は、転がり軸受要素を伴わない受容ポケット612を含んでもよい。いくつかの構成では、架橋要素600および/またはポケット612の壁は、低い摩擦係数を伴う材料で作製もしくはコーティングされてもよい。いくつかの構成では、第1の受容構造611は、金属材料等の強固で耐久性のある材料から作製されてもよい。
なおも図67Bを参照すると、第2の受容構造613は、いくつかの個々の受容ポケット615を含むことができる、マルチポケット状受容器であってもよい。第2の受容構造613は、限定されないが、種々のタイプの剛性プラスチックを含む材料で作製されてもよい。架橋要素600材料とインターフェース接続するときに低い摩擦係数を有するプラスチックが、選定されてもよい。いくつかの構成では、第2の受容構造613は、例えば、限定されないが、繰り返しの滅菌後に分解に対して耐性がある外科グレードステンレス鋼等の材料から作製されてもよい。第2の受容構造613のポケット615はそれぞれ、架橋要素600の第2の部分600Bを受容するよう定寸および成形されてもよい。ポケット615はまた、ポケット615の中へ架橋要素600の第2の部分600Bを誘導するよう輪郭形成されてもよい。第2の受容構造613に複数のポケット615を含むことは、第2の受容構造613が具体的位置で精密に配向される必要がないため、増加した設定の容易性を可能にし得る。代わりに、第2の受容構造613は、種々の回転配向で位置付けられてもよく、架橋要素600の第2の部分600Bと容易に噛合することが可能であり得る。第1の受容構造611は、いくつかの構成では、任意の設定負担を低減させるように、複数の受容ポケット615を含んでもよい。軸受アセンブリ610はまた、いくつかの構成では、第2の受容構造613に含まれてもよい。
ここで図67Cおよび67Dを参照すると、トルク伝達配列5580の2つの断面図が示されている。図67Cが、組立図である一方で、図67Dは、分解図である。
ここで図67Cを参照すると、第1の受容構造611は、架橋要素600の第1の部分600Aに係合することができ、第2の受容構造613は、その複数の受容ポケット615のうちの1つの中で、架橋要素600の第2の部分600Bに係合することができる。第1の受容構造611は、駆動要素60(図56A)と係合するように構成されてもよい。トルクが、駆動要素60(図66A)に供給され、第1の受容構造611に伝達されてもよい。駆動要素60(図66A)と第1の受容構造611との間の係合は、例えば、限定されないが、第1のレセプタクル616の中で受容され得るスプライン状シャフト等のキー状シャフトを使用して、確立されてもよい。第1の受容構造611はさらに、第1の受容構造611内の陥凹または空洞633の中に配置されるように構成される軸受アセンブリ610を提供してもよい。いくつかの構成では、軸受アセンブリ610は、針軸受または角度接触針軸受であってもよいが、そうであることに限定されない。第1の受容構造611に供給されるトルクは、架橋要素600を用いて(第2のレセプタクル617を有する)第2の受容構造613まで前進されてもよい。第2の受容構造613は、被駆動要素62(図56A)を通して、受容されたトルクを手術道具52(図16)等の作動される特徴に渡してもよい。
ここで図67Eを参照すると、架橋要素600の第2の部分600Bに対する架橋要素600の第1の部分600Aの長さの比は、移転されるトルクの量を改変するように修正されてもよい。第2の部分600Bに対して第1の部分600Aの長さを増大させることによって、より多くの量のトルクが、第1の側面24Aから第2の側面24Bに移転されてもよい。第2の部分600Bに対して架橋要素600の第1の部分600Aを短縮することは、逆の影響を及ぼし得る。いくつかの構成では、第1の部分600Aは、第2の部分600Bよりも長くあり得、例えば、約2:1の長さの比を有することができる。
ここで図67Fを参照すると、基準軸535に対して架橋要素600の長軸640の角度600Dを修正することは、伝達されるトルクの量を改変してもよい。架橋要素600の第1の部分600Aおよび第2の部分600Bの長さを一定に保ち、伝達されるトルクの量は、基準軸535に対する長軸640の角度600Dが増加するにつれて増加してもよい。いくつかの構成では、角度600Dは、例えば、55〜60°であることができる。
ここで図67Gを参照すると、他の修正もまた、伝達されるトルクの量を改変するように行われてもよい。例えば、いくつかの構成では、架橋要素600の第1の部分600Aまたは第2の部分600Bのうちの1つは、延在アーム641を含んでもよい。延在アーム641は、架橋要素600の端部に取り付けられてもよい。延在アーム641は、延在アーム641を基準軸535から離れて延在させ、それと実質的に垂直にさせることができる角度で、架橋要素600から延在してもよい。架橋要素600の駆動側面、例えば、非無菌側面513上に延在アーム641を置くことは、伝達されるトルクの量を増加させてもよい。被駆動側面、例えば、無菌側面515上に延在アーム641を置くことは、伝達されるトルクの量を減少させてもよい。
ここで図68を参照すると、いくつかの構成では、歯車列676は、被駆動要素62の一部として含まれてもよい。歯車列676は、第2の障壁インターフェース接続部504に取り付けられた力キャリア678を駆動シャフト680に結合してもよい。駆動シャフト680は、エンドツール52(図16)等の作動される特徴を直接または間接的のいずれかで制御してもよい。歯車列676は、動作中に感知される反発を低減させるために採用されてもよい。歯車列676がないと、駆動要素60は、第1の速度で回転してもよい。駆動要素60の回転速度は、歯車列676が感知される反発を低減させるために、歯車減速と同種に増加されてもよい。歯車列676の歯車は、反発防止歯車であってもよい。いくつかの構成では、歯車列676は、10:1歯車減速を伴って含まれてもよい。駆動要素60が第1の速度で10倍に駆動される場合、感知される反発は、約90%だけ低減されることができる(歯車列676における任意の反発を取り除く)。歯車減速の代わりに、歯車列676は、代わりに、機械的増幅器であって、トルクを増加させる増幅器として使用されてもよい。任意の好適な歯車比が、所望の量だけトルクを増幅するように選定されてもよい。
ここで図69を参照すると、マニピュレータ36Eが、インターフェースプレート290上に着座されてもよい。駆動構成要素34Aは、マニピュレータ36E内の被駆動要素62(図68)の変位を引き起こすように動作されてもよい。これは、ひいては、被操作構成要素38A、38Bの特徴および/または被操作構成要素38A、38Bのうちの1つの上のエンドツール52を作動させてもよい。マニピュレータ筐体78の最上部分78Aは、マニピュレータ38Eの内側の構成要素を描写するように分解されている。回転駆動構成要素34Cは、トルクを、マニピュレータ36E内の構成要素、被操作構成要素38A、38B、またはエンドツール52に伝達してもよい。例えば、回転駆動構成要素34Cの障壁インターフェース接続部503の回転は、エンドツール52を回転させてもよい。障壁インターフェース接続部503は、本明細書に説明されるもののうちのいずれかであってもよいが、そうであることに限定されない。障壁インターフェース接続部503は、マニピュレータ36Eの端部78Vに隣接し得る。障壁インターフェース接続部503は、トルクを、マニピュレータ38Eの端部78Vまたはその近傍にあるマニピュレータ36E内の第2の障壁インターフェース接続部504に伝達するように、位置付けられてもよい。障壁インターフェース接続部504は、本明細書に説明されるもののうちのいずれかであってもよいが、そうであることに限定されない。
図69を参照し続けると、いくつかの構成では、回転駆動構成要素34Cは、回転駆動構成要素カバーまたは筐体290Aによって被覆されてもよい。回転駆動構成要素筐体290Aは、いくつかの構成では、インターフェースプレート290の平面から盛り上がるインターフェースプレート290の一部であってもよい。回転駆動構成要素筐体290Aは、マニピュレータ36Eと関連付けられる駆動構成要素34Aおよび回転駆動構成要素34Cがインターフェースプレート290の下にあることを可能にし得る。いくつかの構成では、マニピュレータ36E用の全ての回転駆動構成要素34Cは、回転駆動構成要素筐体290Aによって被覆されてもよい。いくつかの構成では、マニピュレータ36Eは、「V」字形筐体78を有することができる。そのような構成では、回転駆動構成要素34Cから第2の障壁インターフェース接続部504に伝達される回転運動は、屈曲部78Uの周囲に渡される必要があり得る。屈曲部の周囲の回転運動の本伝達を促進するために、汎用継手(図示せず)が、回転部(例えば、力キャリア527(図56B)等の力キャリア)に含まれてもよい。マニピュレータ36Eは、「V」字形である必要はなく、代わりに、屈曲部78Uの周囲で任意の回転運動を伝達する必要があることを回避するように構築されてもよい。
ここで図70を参照すると、インターフェースプレート290上にドッキングするために位置付けられるマニピュレータ36Eは、障壁24を含むことができる。障壁24は、ポケット状領域24Cに加えて、回転駆動構成要素カバーまたはシュラウド24Mを含むことができる。障壁24の回転駆動構成要素カバー24Mは、回転駆動構成要素筐体290Aまたは回転駆動構成要素34Cを囲繞するように定寸されてもよい。加えて、マニピュレータ36Eがインターフェースプレート290上でドッキングされるとき、シュラウド24Mは、回転駆動構成要素筐体290Aとマニピュレータ筐体78の端部78Vとの間に延在してもよい。第1の障壁インターフェース接続部503(図69)および第2の障壁インターフェース接続部504(図69)は、障壁24の一部を通して回転駆動構成要素筐体290とマニピュレータ筐体78の端部との間にトルクを伝達してもよい。障壁24は、駆動構成要素34A、34Cからのマニピュレータ36Eの隔離を維持してもよい。いくつかの構成では、架橋要素600(図66A)等の障壁24内の要素が、回転駆動構成要素筐体290Aおよび/またはマニピュレータ36Eの端部78Vの中へ延在してもよい。同様に、いくつかの構成では、第1の障壁インターフェース接続部503(図69)または第2の障壁インターフェース接続部504(図69)の一部が、それぞれ、回転駆動構成要素筐体290Aから外もしくはマニピュレータ36Eの端部78Vから外へ延在してもよい。
主に図71を参照すると、被操作構成要素38の少なくとも一部は、患者18(図1)に手術を行うための被操作構成要素38の使用を促進するように、関節動作されてもよい。関節動作は、いくつかの自由度のうちのいずれかで被操作構成要素38または被操作構成要素38の一部を移動もしくは変位させることを伴ってもよい。被操作構成要素38を移動または変位させることは、被操作構成要素38の関節動作型区画40(図4B)に接続されたアクチュエータ54A(図4B)を変位させることによって達成されてもよい。被操作構成要素38は、マニピュレータ36から延在することができ、例えば、中立軸400から離れて屈曲することができる。中立軸400は、被操作構成要素38が作動されていない、または「ホーム」位置にあるときに、被操作構成要素38の縦軸と整合することができる。被操作構成要素38が中立軸400から離れて屈曲される程度は、屈曲角Θb403と称されることができる。
ここで図72を参照すると、屈曲平面402または被操作構成要素38が屈曲されることができる平面は、改変されてもよい。屈曲平面402は、中立軸400を中心として回転してもよい。屈曲平面402が基準平面404から回転されている量は、回転角Θr405として表されることができる。関節動作型区画40(図4B)がアクチュエータ54A(図4B)によって制御される構成では、関節動作型区画40(図4B)は、制御された様式でアクチュエータ54A(図4B)を変位させることによって所望の位置まで作動されることができる。回転角Θr405および屈曲角Θb403(図71)の任意の組み合わせに関して、アクチュエータ54A(図4B)の変位の量が、判定されることができる。駆動構成要素34(図71)は、命令された回転角Θr405および屈曲角Θb403(図71)を達成するために必要とされる、判定された量でアクチュエータ54A(図4B)を変位させるように命令されることができる。したがって、被操作構成要素38は、所望の配向または構成に関節動作されてもよい。回転角Θr405および/または屈曲角Θb403(図71)は、手動で、もしくは自動的に規定されてもよい。例えば、ユーザは、限定されないが、ジョイスティック、ローラボール、ジョグホイール、ノブ、タッチスクリーン、または本明細書に説明される他のユーザ入力デバイス14(図1)等の任意の好適なユーザインターフェースもしくは入力構造を使用して、回転角Θr405および/または屈曲角Θb403(図71)を入力し得る。
主に図73を参照すると、被操作構成要素38は、関節動作型区画40を含むことができる。本明細書に説明される3つのアクチュエータ54A(図8)を有する構成の制御は、任意の数のアクチュエータ54A(図8)を含むように拡張されることができる。被操作構成要素38は、可変部分39と、関節動作型区画または部分40とを含むことができる。可変部分39は、伸縮および関節動作することができる。被操作構成要素38は、完全に関節動作されることができる、または可変関節動作部を含むことができる。可変部分39は、マニピュレータ36の近位に位置することができ、関節動作型区画40は、マニピュレータ36の遠位に位置することができる。可変部分39は、例えば、限定されないが、剛性または非継合型であり得る。関節動作型区画40は、中立またはホーム位置を有することができ、屈曲角Θb403(図74)で屈曲されることができる。関節動作型区画40は、開始平面408から始まることができる。参考のために、開始平面408上に位置する被操作構成要素38上の2つの点412、414が示されている。「L」によって表される公称長43は、関節動作型区画40が中立軸400に沿ってホームまたは中立位置で整合されるときの関節動作型区画40の長さである。
主に図74を参照すると、関節動作型区画40の関節動作中に、点412、414は、静止したままであってもよい。開始平面408の遠位にある関節動作型区画40上の点は、関節動作中に移動してもよい。関節動作型区分40の遠位端における第1の可動点420および第2の可動点418もまた、参考のために示されている。いくつかの構成では、平面408、第1の静止点412、および第2の静止点414は、外科システム(図1)のロボット16(図1)とのユーザ相互作用に応答して、移動してもよい。いくつかの構成では、第1の静止点412および第2の静止点414は、被操作構成要素38が前後方向に移動される(例えば、中または外に伸縮される)につれて、平行移動して変位してもよい。いくつかの構成では、被操作構成要素38の中に1つを上回る関節動作可能区画40があってもよい。そのような構成では、関節動作型区画40のうちの一方のための開始平面408は、関節動作型区画40のうちの他方が関節動作されるにつれて移動してもよい。平面408が移動すると、平面408の遠位にある被操作構成要素38上の全ての点もまた、同種に移動してもよい。関節動作型区画40が中立またはホーム位置(図73に示される)にないとき、公称長43は、いくつかの構成では、弧長であってもよい。いくつかの構成では、ホーム位置にないとき、公称長43は、所与の屈曲角Θb403に対する第2の静止点414と第2の可動点418との間の円弧の長さに等しくあり得る。公称長43は、屈曲角Θb403にかかわらず、実質的に一定であり得る。
主に図74を参照し続けると、屈曲角Θb403に対するアクチュエータ54A、54B(例えば、ケーブルまたはワイヤ)の所望の長さLdesが、判定されることができる。所望の長さLdesは、(回転角Θr405(図72)が0°であるときに)屈曲平面402(図72)内に位置するアクチュエータ54Aの長さに対応することができる。「ケーブル長」という用語は、本明細書では関節動作型区画40内のアクチュエータ54A、54Bの部分の長さを指すために使用される。関節動作型区分40がそのホームまたは中立位置(図73)から変位されるとき、ケーブル長は、概して、弧長である。第1の可動点420と第1の静止点412との間の弧421は、示される例示的屈曲角403に対するLdesの長さを伴うアクチュエータ54Aを表す。全アクチュエータ長は、関節動作型部分40内のアクチュエータ54A、Bのケーブル長よりも実質的に長くあり得る。例えば、多くの構成におけるアクチュエータ54A、54Bは、関節動作型区分40に沿うだけではなく、可変部分39にも沿って延在することができる。アクチュエータ54A、54Bはまた、それらが被駆動要素62(図16)に係留され得るように、被操作構成要素38から退出することができる。
主に図74を参照し続けると、Ldesを求めるために、中立軸400からのアクチュエータ54A、54Bのオフセット419が、使用されることができる。オフセット419は、本明細書では「Ω」によって表される。例えば、屈曲角Θb403を考慮すると、Ldesは、点420と412との間に跨架するアクチュエータ54Aに対する第1の可動点420と第1の静止点412との間の弧421の長さに等しくあり得る。Ldesは、以下の関係を使用して判定されることができる。
r−Ω=Ldes/Θb
式中、rは、L/Θbまたはラジアン単位の所与の屈曲角Θb402に対する公称長L43を画定する半径に等しい。L/Θbは、rに代入されることができ、関係は、以下のように再編されることができる。
式中、rは、L/Θbまたはラジアン単位の所与の屈曲角Θb402に対する公称長L43を画定する半径に等しい。L/Θbは、rに代入されることができ、関係は、以下のように再編されることができる。
L−Ldes=Ω*Θb=Δlength
公称長L43、オフセットΩ419、および屈曲角Θb403が把握されることができるため、Ldesが計算されてもよい。Δlengthは、LとLdesとの間の差である。Δlength値は、屈曲角Θb403および回転角Θr405を達成するために、関節動作型区画40の中に存在し得る任意の数のアクチュエータ54A、54Bの所望の長さを計算するように使用されてもよい。そうするための1つの方法の構成が、本明細書に説明される。
主に図75を参照すると、被操作構成要素38は、例えば、第1のアクチュエータ54Aと、第2のアクチュエータ54Bと、第3のアクチュエータ54Cとを含むことができる。第1のアクチュエータ54A、第2のアクチュエータ54B、および第3のアクチュエータ54Cのそれぞれの所望の長さは、それぞれ、Ldes1、Ldes2、およびLdes3として識別されることができる。中立軸400(図74)上の点426とアクチュエータ54A、54B、54Cとの間の距離は、それぞれ、ケーブルオフセット419A、419B、419Cと称されることができる。屈曲平面402(図72)が固定される、または回転角Θr405がゼロである構成では、Ldes1は、以下のように計算されることができる。
Δlength *cos0
第1のアクチュエータ54A、第2のアクチュエータ54B、および第3のアクチュエータ54Cはそれぞれ、例えば、限定されないが、120°ずつ相互から角度オフセットされることができる。角度オフセットは全て、アクチュエータ54A、54B、54Cのうちの1つ、例えば、アクチュエータ54Aに関連して規定されてもよい。本明細書では「Θoffset2」として表される第1の角度オフセット427Aは、第1のアクチュエータ54Aと第2のアクチュエータ54Bとの間の角度である。本明細書では「Θoffset3」として表される第2の角度オフセット427Bは、第1のアクチュエータ54Aと第3のアクチュエータ54Cとの間の角度である。例示的に、Θoffset2は、120°であり、Θoffset3は、−120°である。したがって、Ldes2=Δlength *cos(Θoffset2)およびLdes3=Δlength *cos(Θoffset3)である。Θr405(図72)≠0である場合、Ldes1=Δlength *cos(0+Θr)、Ldes2=Δlength *cos(Θoffset2+Θr)、およびLdes3=Δlength *cos(Θoffset3+Θr)である。関節動作型区画40が付加的アクチュエータ(図75に示されていない)を含む場合、付加的アクチュエータの所望の長さは、同一の一般的様式で計算されることができる。これらの長さは、関節動作型区画40を所望の屈曲角Θb403(図74)および回転角Θr405(図72)まで移動させるための必要な量の変位を計算するために使用されてもよい。所望の屈曲角Θb403および所望の回転角Θr405は、手動(例えば、ユーザによって)または自動的のいずれかで、規定されてもよい。アクチュエータ54A、54B、54Cの所望の長さが判定された後に、所望の長さは、アクチュエータ54A、54B、54Cのそれぞれの現在の長さと比較されてもよい。所望のアクチュエータ長と現在のアクチュエータ長との間の計算された差は、長さ誤差と称されてもよい。これらの長さ誤差は、例えば、それぞれ、第1のアクチュエータ54A、第2のアクチュエータ54B、および第3のアクチュエータ54Cのlengtherr1、lengtherr2、およびlengtherr3として表されてもよい。長さ誤差値は、アクチュエータ54A、54B、54Cの変位を引き起こすように駆動構成要素34(図71)に命令するために使用されてもよい。アクチュエータ54A、54B、54Cが変位すると、被操作構成要素38は、長さ誤差値がゼロにされるようにアクチュエータ54A、54B、54Cを変位させることによって、所望の屈曲角Θb403(図71)および回転角Θr405(図72)によって指定される位置に運ばれることができる。
主に図75を参照し続けると、所望の屈曲角Θb403(図71)は、後に再生され得る運動のセットを画定するように、経時的に記録されることができる。例えば、熟練したオペレータの運動が、研修生が使用するためのプログラムを提供するように記録されることができる、またはオペレータ自身の運動が、手技中もしくは他の手技中にそのオペレータによって要求される繰り返しの運動の数を削減するように記録されることができる。
主に図76を参照すると、例えば、3本のワイヤを有する関節動作型区画40(図74)の動作を制御するための方法450は、ロボット外科システムによって、少なくとも1つのコマンド信号を受信するステップ431を含むことができるが、それを含むことに限定されない。少なくとも1つのコマンド信号は、例えば、限定されないが、ユーザ入力デバイス14(図2)によって提供されてもよく、ユーザが指図した移動コマンドの表現であってもよい。いくつかの構成では、ユーザ入力デバイス14(図1)と関連付けられる1つまたは複数のセンサは、少なくとも1つのユーザが指図した移動コマンドの表現を出力してもよい。センサ出力は、ユーザ入力デバイス14(図1)の一部が変位された量、タッチスクリーン上のユーザの指の場所等を表してもよい。方法450は、少なくとも1つのコマンド信号をフィルタ処理する432ステップを含むことができる。コマンド信号は、いくつかの構成では、例えば、不感帯を含む、フィルタ処理を受けてもよい。利得もまた、コマンド信号に印加されてもよい。方法450は、少なくとも部分的にコマンド信号に基づいて、所望の回転角Θrおよび屈曲角Θbを判定するステップ433を含むことができる。方法450はまた、例えば、限定されないが、本明細書に説明されるようなΔlength値を判定するステップ435を含むこともできる。方法450は、例えば、限定されないが、本明細書に説明されるようなΔlength値に基づいて、アクチュエータのそれぞれのlengthdes値を計算するステップ437を含むことができる。方法450はまた、lengthdes値に基づいて、アクチュエータのそれぞれのlengtherr値を計算するステップ439と、lengtherr値に基づいて、変位コマンドを生成するステップ441とを含むこともできる。方法450は、随意に、lengtherr値および変位コマンドをフィルタ処理するステップを含むことができる。方法450はさらに、変位コマンドを(例えば、駆動構成要素34(図71)内の)種々のモータアセンブリに送信するステップ443を含むことができる。コマンドは、具体的アクチュエータの移動を制御することができる、駆動構成要素34(図71)内の特定のモータにアドレス指定されてもよい。ロボット16(図3)の駆動構成要素34(図71)は、アクチュエータのそれぞれのlengtherr値がゼロに等しいことをコントローラ15(図1)が判定するまで、アクチュエータを駆動してもよい。エンコーダカウント、電位差計、他の変位センサ、または変位センサの組み合わせが、各ワイヤもしくはアクチュエータの長さを判定するために使用されてもよい。
図76を参照し続けると、いくつかの構成では、コントローラ15(図1)が複数の異なるモードで被操作構成要素38(図75)の関節動作を制御するようにプログラムされることが望ましくあり得る。これらのモードは、ユーザ選択されてもよい、またはロボット16(図3)内のセンサから収集されるデータに基づいて自動的に入力されてもよい。例えば、コントローラ15(図1)は、巨視的移動モードと、微調整モードとを有してもよい。ステップ431で受信されるコマンド信号の処理は、複数のモードのそれぞれで異なり得る。種々の構成では、モードはそれぞれ、どのようにしてコマンド信号がコントローラ15(図1)によってハンドリングされるであろうかを決定付けることができる、いくつかの規定可能パラメータまたは規定可能パラメータのセットによって定義可能であり得る。例えば、各アクチュエータのlengtherr値がゼロにされる速度は、選択されるモードに依存し得る。割合は、モードのそれぞれについて変動し得るパラメータであってもよい。速度は、いくつかの構成では、ユーザ定義可能であり得る。他の構成では、所与のユーザ入力から判定される所望の回転角Θrおよび屈曲角Θbは、選択されるモードに応じて異なり得る。所望の回転角Θrおよび屈曲角Θbは、これらの値を増やす、または減らすことができる、利得を受けてもよい。本利得は、各モードの規定可能パラメータであってもよい。
なおもさらに図76を参照し続けると、巨視的および微細移動モードの実施例を使用して、巨視的移動モードは、被操作構成要素38(図75)の関節動作型部分の迅速および/または大きな変位移動を可能にするであろう。本モードは、例えば、手術部位内で被操作構成要素38(図75)を移動させるために使用されてもよく、被操作構成要素38(図16)上のエンドエフェクタ52(図16)を、手術を行うために必要とされる一般的場所の中に入れる際に有用であり得る。微細移動モードは、被操作構成要素38(図75)の関節動作型部分40(図74)の小さくて精密な移動を可能にするであろう。本モードは、限定空間で、または切断、縫合、焼灼等の外科的行為の実施中に使用されてもよい。いくつかの構成では、いくつかまたは全ての外科的行為と関連付けられる機能性は、本システムが微細移動モードではないときに無効にされてもよい。例えば、ロボット16(図3)上のエンドエフェクタ52(図16)の作動は、無効にされてもよい。巨視的および微細モータ移動を参照し続けると、所望の回転角Θrおよび屈曲角Θbは、コントローラ15(図1)が動作しているモードに応じて、拡大または縮小されてもよい。加えて、または代替として、各アクチュエータのlengtherr値がゼロにされる速度は、異なり得る。例えば、巨視的移動モードでは、各アクチュエータのlengtherr値が、比較的迅速にゼロにされることができる一方で、本速度は、微細移動モードでは比較的遅くあり得る。
ここで図76A、76B、および76Cを参照すると、コントローラ15(図3)は、アクチュエータ76A32のそれぞれの中立長76A4を判定することによって、開始位置76A3から所望の位置76A2までのケーブル76A14内のアクチュエータ76A32のそれぞれの長さを判定することができる。コントローラ15(図3)は、アクチュエータ76A32を直線長76C3(図76C)に分割し、アクチュエータを形成する直線長の数を直線長76C3(図76C)のサイズで乗算することによって、中立長76A4を判定することができる。コントローラ15(図3)は、緊張状態の長さ76A5と水平軸76B3(図76B)上への投影76B4(図76B)との間の角度としてピッチ角76B1(図76B)を判定することができる。コントローラ15(図3)は、水平軸76B3(図76B)と投影76B4(図76B)との間の角度としてヨー角76B2を判定することができる。コントローラ15(図3)は、atan(sin(ピッチ角)/sin(ヨー角))として回転角76C1(図76C)を計算することができる。コントローラ15(図3)は、回転角76C1(図76C)で描かれたアクチュエータの第1の端部76A3からの投影とアクチュエータの第2の端部の投影76A10との間の交差点76A8としての屈曲弧76A6、および中立長76A4/屈曲弧76A6としての屈曲半径76A7を判定することができる。コントローラ15(図3)は、アクチュエータ76A4と、例えば、限定されないが、アクチュエータ76A4のうちの4つを収納し得る、ケーブル76A14の中心76A13との間の距離として、ケーブルオフセット76A12を判定することができる。コントローラ15(図3)は、例えば、アクチュエータ76A12とケーブル76A14内に描かれたデカルト軸76A31との間の鋭角として、アクチュエータ角76A30を判定することができる。いくつかの構成では、コントローラ15(図3)は、中立長76A4+屈曲弧76A6*ケーブルオフセット76A12*sin(回転角76C1+アクチュエータ角76A30)として、各アクチュエータの長さを計算することができる。
ここで主に図77を参照すると、手術ロボット用のアクチュエータに張力を加えるための方法475は、負荷経路内の力が所定の閾値に達するまで第1のアクチュエータに張力を加えるように駆動構成要素に命令するステップ451を含むことができるが、それを含むことに限定されない。力は、例えば、限定されないが、負荷経路内に位置する機械構成要素150(図26)等の柔軟部材の変位を感知することによって、判定されてもよい。453で、力の値が閾値に達していない場合、方法475は、力の値を監視するステップ453を繰り返すステップを含むことができる。453で、力の値が所定の閾値に達している場合、方法475は、張力を加える別のアクチュエータを識別するステップ455を含むことができる。いくつかの構成では、アクチュエータは、交差張力シーケンスまたはパターンで張力を加えられてもよい。交差張力を使用する構成では、アクチュエータは、前もって張力を加えられたアクチュエータによって制御される特徴と実質的に反対である、被操作構成要素38(図75)の特徴に作用する、アクチュエータを見出すことによって、ステップ455で識別されることができる。アクチュエータは、したがって、ホイール上の耳付きナットの緊締に類似する十字交差様式で、張力を加えられるであろう。その結果として、アクチュエータが張力を加えられると、被操作構成要素の関節動作型部分は、プロセスの全体を通して同一の配向または位置に実質的に留まることができる。アクチュエータが非円形パターンで配列される場合、螺旋シーケンスもまた、使用されてもよい。代替構成では、張力を加えることは、所望のシーケンスで事前プログラムされることができ、プロセッサによるアクチュエータの判定は、必要ではない。
なおも図77を参照すると、方法475はさらに、識別されたアクチュエータ負荷経路内の力が所定の閾値を上回るまで、識別されたアクチュエータに張力を加えるステップ457を含むことができる。459で負荷経路内の力が所定の閾値に達していない場合、方法475は、力を監視するステップ459を繰り返すステップを含むことができる。459で負荷経路内の力が所定の閾値に達している場合、および461で張力を加える付加的アクチュエータがある場合、方法475は、張力を加える別のアクチュエータを識別するステップ455を含むことができる。アクチュエータの全てがそれらの個別の閾値まで緊締されたとき、張力を加える付加的段階が、事前形成されてもよい。そのような構成では、アクチュエータは、1つまたはそれを上回る増分で所望の最終張力値まで漸増されてもよい。459で負荷経路内の力が所定の閾値に達している場合、および461で張力を加える付加的アクチュエータがない場合、ならびに463で付加的な張力を加える段階がある場合、方法475は、おそらく、所定の閾値を次の所定の閾値に適応させるステップ465と、例えば、コマンドをモータに送信することによって、第1のアクチュエータの張力を加えるステップを繰り返すステップ451とを含むことができる。463で、付加的な張力を加える段階がない場合、方法475は、終了することができる。
図77を参照し続けると、例えば、張力を加える第1の段階は、所望の最終張力値の4分の1までアクチュエータに張力を加えてもよい、第2の段階は、所望の最終張力値の半分までアクチュエータに張力を加えてもよい、等である。張力を加える段階の数は、構成に応じて異なり得る。加えて、各ステップのための増分は、構成に応じて異なり得る。アクチュエータの全ては、張力を加える各段階において等しい増分で張力を加えられてもよい、またはアクチュエータは、各段階のための個々の張力増分を割り当てられてもよい。アクチュエータのそれぞれの上の張力が、所望の量まで制御可能であり得るため、被操作構成要素38(図75)の剛性は、手術の必要性に最も良く適するように変動されることができる。可変剛性は、いくつかの道具52(図16)(例えば、開創器)または道具群がより剛性であることを可能にし得る一方で、他の道具(例えば、シェーバまたは焼灼器)は、より柔軟であり得る。可変剛性は、被操作構成要素38(図75)の軸を横断する力が突然除去された場合に所与の道具に起こり得る、跳ね返りの量を制御する際に有用であり得る。軸を横断する力は、障害物が遭遇されて克服される場合に発生し得る。例えば、標的組織を通して切断するとき、軸を横断する力は、切断が完了したときにはもはや存在しないであろう。アクチュエータ張力を低下させる(被操作構成要素38(図75)をより柔軟にする)ことによって、結果として生じる跳ね返りは、減退されることができる。いくつかの構成では、アクチュエータ上のケーブル張力は、例えば、限定されないが、最大80ポンドであることができる。
なおもさらに図77を参照し続けると、剛性を変動させる能力は、動的剛性制御を可能にし得る。被操作構成要素38(図75)の剛性は、所与の状況に適切であるように、原位置で改変されてもよい。いくつかの構成では、被操作構成要素38(図75)は、被操作構成要素38(図75)が患者18(図1)の中に導入されるときにアクティブである、デフォルト剛性設定を有することができる。デフォルト設定は、道具が実質的に柔軟であることを可能にすることができる、張力を規定してもよい。デフォルト設定は、一般的設定または道具特有であり得る。好適である場合、剛性は、道具が、切断、分離、または定位置で組織を保持すること等の外科的任務を行っているときに、被操作構成要素38(図75)の柔軟性を変化させるように改変されてもよい。被操作構成要素38(図75)の剛性は、種々の様式で設定または変更されてもよい。いくつかの構成では、コントローラ15(図1)は、複数のモードで被操作構成要素38(図75)を制御するように構成されることができる。剛性は、複数のモードのそれぞれの定義可能なパラメータであってもよい。モードは、被操作構成要素38(図75)のための所望の剛性を伴って、自動的に、または手動で選択されることができる。巨視的および微細移動モードを含む構成では、各モードのための剛性設定は、異なり得る。巨視的移動モードが、例えば、デフォルト剛性を割り当てられてもよい一方で、微細移動モードは、より剛性であり得る、または低剛性であり得る。代替として、剛性は、被操作構成要素38(図16)とともに使用され得る、各エンドエフェクタまたは手術道具52(図16)のために規定されることができる。異なる動作モードを伴う構成では、各モードのための剛性が、定義されることができる。被操作構成要素38(図75)上の道具またはエンドエフェクタ52(図16)の設置は、道具52(図16)と関連付けられ得る、パラメータのセットを自動的にアクティブ化してもよい。自動パラメータセットアクティブ化を促進するために、道具52(図16)は、ロボットによって認識可能であり得る、一意の識別子を含んでもよい。一意の識別子は、種々の好適な一意の識別子のうちのいずれかであってもよい。好適な一意の識別子は、機械的識別子(例えば、キー特徴または一意の一連の突起)、RFIDまたは他のタイプのスマート標識、バーコード、データ行列、および他の印刷された標識を含むことができるが、それらを含むことに限定されない。道具52(図16)の設置中に、ロボット手術システム10(図1)の一部は、一意の識別子を読み取ることができ、関連付けられるパラメータセットは、その結果として、被操作構成要素38(図75)のためにアクティブ化されることができる。
ここで図78を参照すると、負荷センサのステータスを感知するための方法1350は、負荷センサデータおよびモータ電流データを実質的に同時にサンプリングしてタイムスタンプを記録するステップ1301を含むことができるが、それを含むことに限定されない。方法1350は、本明細書の他の場所に説明されるもの等の任意の負荷センサとともに使用されてもよい。方法1350はさらに、負荷センサデータおよびモータ電流データに基づいて、トルク/力を計算するステップ1303を含んでもよい。以下の関係が、計算を行うために採用されてもよい。
力=t*Kd
t=モータ定数*Im
式中、力は、負荷センサに及ぼされる力であり、tは、モータによって生成されるトルクであり、Kdは、(例えば、実験的に決定され得る)駆動ねじ利得であり、モータ定数は、(例えば、実験的に決定され得る)モータに特有の定数であり、Imは、モータ電流である。
力=t*Kd
t=モータ定数*Im
式中、力は、負荷センサに及ぼされる力であり、tは、モータによって生成されるトルクであり、Kdは、(例えば、実験的に決定され得る)駆動ねじ利得であり、モータ定数は、(例えば、実験的に決定され得る)モータに特有の定数であり、Imは、モータ電流である。
なおも図78を参照すると、1305で、負荷センサデータが、計算されたトルク/力を比較することによって判定されるようなモータ電流データと所定の関係にある場合、方法1350は、負荷センサおよびモータ電流データの別のサンプルをとるステップ1301を含むことができ、本プロセスは、繰り返してもよい。1305で、負荷センサデータがモータ電流データと所定の関係にない場合、方法1350は、フェイルセーフモードになるステップ1307と、例えば、ユーザインターフェース上で通知を生成するステップ1309とを含むことができる。
ここで主に図79Aを参照すると、アクチュエータ54A(図4B)の張力および変位、したがって、関節動作型区分40(図4C)ならびに手術道具52(図4C)の剛性および移動は、例えば、限定されないが、事前選択された、および/または動的に制御された張力、ならびに駆動要素位置コマンドによって、制御されることができる。これらは、手動で、および/または自動的に提供されてもよい。事前選択された、または動的に制御された張力は、例えば、限定されないが、制御されている道具のタイプ、患者、実行されている手技のタイプ、およびユーザの選好を反映することができる。張力設定は、例えば、限定されないが、ユーザインターフェース12A、コンピュータメモリ、および手術道具52(図4C)または機能識別によって提供され得る、張力設定点805と称されることができる。張力設定点805は、関節動作型区分40(図4C)の剛性を少なくとも部分的に制御してもよい。
なおも図79Aを参照すると、ユーザは、ユーザインターフェース12Aを操作することによって、駆動要素60を位置付けるプロセスを開始することができる。ユーザインターフェース12Aは、ユーザインターフェース12Aとのユーザ相互作用を表すデータ802を提供し得る、いくつかのセンサを含むことができる。データ802は、ユーザ操作と関連付けられる駆動要素位置コマンド807を判定するように、ユーザ入力プロセッサ792によって処理されてもよい。
なおも図79Aを参照すると、モータ位置フィードバック811は、例えば、モータ70Aの位置、速度、および回転の量を感知し得る、少なくとも1つのモータフィードバックセンサ799によって収集される情報に基づくことができる。負荷センサフィードバック815は、少なくとも1つの負荷センサ98によって感知される駆動要素60の負荷経路内の感知された負荷に基づいてもよい。張力コントローラ801は、張力設定点805、駆動要素位置コマンド807、モータ位置フィードバック811、および負荷センサフィードバック815に基づいて、張力コントローラコマンド817を提供することができる。モータ位置コントローラ797は、モータ位置フィードバック811、位置コマンド807、および張力コントローラコマンド817に基づいて、所望のモータ位置コマンド796を判定し、モータ70Aに提供することができる。モータ70Aは、モータ位置コントローラ797によって提供されるモータコマンド796に基づいて、力を駆動要素60に提供することができる。このようにして手術道具52(図4B)の移動を制御することによって、手術道具52(図4B)の変位は、少なくとも部分的に張力設定点805に基づく張力限界によって統制されることができる。アクチュエータ54A(図4B)上の張力は、手術道具52(図4B)が手術部位の周囲で移動されている間または外科的行為を行っている間に、維持されてもよい。少なくとも部分的に張力設定点805に基づいて、モータ70Aのための位置コマンドは、アクチュエータ54A(図4B)上の張力を維持するように調節されてもよい。
なおも図79Aを参照すると、負荷センサ98が、負荷が最大値を超えたことを示す負荷センサフィードバックを提供する場合、プロセッサ792は、閾値が超えられたことを判定してもよい。プロセッサ792は、フィードバックがユーザのためにユーザインターフェースによって生成されるべきであるかどうかを判定してもよい。閾値インジケータ815が、負荷が所定の量を上回ることを示す場合、プロセッサ832は、警告または同等物を生成させ、ユーザインターフェース12Aのディスプレイを介してユーザに伝えさせることができる、フィードバック信号831を生成してもよい。代替として、プロセッサ832は、ユーザのために触覚フィードバックを生成してもよく、負荷が閾値を下回ることを閾値インジケータ815が示すまで、移動しないようにユーザインターフェース12Aに含まれるユーザ入力構造を阻止してもよい。
ここで主に図79Bを参照すると、張力設定は、例えば、限定されないが、ユーザインターフェース12A、コンピュータメモリ、および手術道具52(図4C)または機能識別によって提供され得る、張力設定点805と称されることができる。ユーザは、ユーザインターフェース12Aを操作することによって、駆動要素60を位置付けるプロセスを開始することができる。ユーザインターフェース12Aは、ユーザインターフェース12Aとのユーザ相互作用を表すデータを提供し得る、いくつかのセンサを含むことができる。データは、ユーザ操作と関連付けられる駆動要素位置コマンド807を判定するように、プロセッサによって処理されてもよい。利得プロセッサ791は、駆動要素位置コマンド807およびモータ位置フィードバック811に基づいて、位置利得813を判定することができる。モータ位置フィードバック811は、例えば、モータ70Aの位置、速度、および回転の量を感知し得る、少なくとも1つのモータフィードバックセンサ799によって収集される情報に基づくことができる。張力コントローラ801は、張力設定点805、位置利得813、および負荷センサフィードバック815に基づいて、張力コントローラコマンド817を提供することができる。いくつかの構成では、張力設定点805は、位置利得813に追加されることができ、負荷センサフィードバック815は、その合計から減算されることができる(加算器794参照)。負荷センサフィードバック815は、少なくとも1つの負荷センサ98によって感知される駆動要素60の負荷経路内の感知された負荷に基づいてもよい。いくつかの構成では,負荷センサフィードバック815は、アクチュエータ張力を判定するように処理されてもよく、アクチュエータ張力は、加算器794に提供されてもよい。モータ位置コントローラ797は、モータ位置フィードバック811、位置コマンド807、および張力コントローラコマンド817に基づいて、所望のモータ位置コマンドを判定し、モータ70Aに提供することができる。いくつかの構成では、張力コントローラコマンド817が、位置コマンド807に追加されることができ(加算器793参照)、そこからモータ位置フィードバック811が減算されることができる(加算器795参照)。モータ70Aは、モータ位置コントローラ797によって提供されるモータコマンド796に基づいて、力を駆動要素60に提供することができる。このようにして手術道具52(図4B)の移動を制御することによって、手術道具52(図4B)の変位は、少なくとも部分的に張力設定点805に基づく張力限界によって統制されることができる。アクチュエータ54A(図4B)上の張力は、手術道具52(図4B)が手術部位の周囲で移動されている間または外科的行為を行っている間に、維持されてもよい。少なくとも部分的に張力設定点805に基づいて、モータ70Aのための位置コマンドは、アクチュエータ54A(図4B)上の張力を維持するように調節されてもよい。
なおも図79Bを参照すると、負荷センサ98が、負荷が最大値を超えたことを検出する場合、負荷センサ98は、閾値インジケータ815を、ユーザインターフェース12Aまたはユーザインターフェース12A内のプロセッサに送信することができる。閾値インジケータ815は、ユーザのためにユーザインターフェースによって生成されるであろうフィードバックを判定するために使用されてもよい。閾値インジケータ815が、負荷が所定の量を上回ることを示す場合、プロセッサは、ユーザインターフェース12Aを通して表示または別様に提供され得る、フィードバック信号を生成してもよい。例えば、プロセッサは、ユーザインターフェース12Aのディスプレイを介してユーザに伝えられる警告または同等物を生成してもよい。代替として、プロセッサは、ユーザのために触覚フィードバックを生成してもよく、負荷が閾値を下回ることを閾値インジケータ815が示すまで、移動しないようにユーザインターフェース12Aに含まれるユーザ入力構造を阻止してもよい。
ここで図79Cを参照すると、駆動要素60を位置付けるためのシステム79C1は、UI12Aと、コントローラ15と、通信ネットワーク21を経由して駆動状態ケーブル位置システム79C3および直列対応ケーブル位置システム79C4と通信するセンサ79C2とを含むことができるが、それらを含むことに限定されない。駆動状態ケーブル位置システム79C3は、例えば、限定されないが、3相ブラシレスモータ等のモータ79C5と、線形アクチュエータ79C6を駆動するステップと、位置センサ79C6からフィードバックを受信するステップとを含むことができるが、それらを含むことに限定されない。直列コンプライアンスケーブル位置システム79C10は、冗長直列コンプライアンスセンサ79C8と、絶対位置センサ79C9とを含むことができる。所望の場所76A2(図76A)は、移動の目標に応じて、柔軟または厳密に達成されることができる。例えば、アクチュエータ76A32(図76A)が、活動を達成するために力を要求する活動と関連付けられるものである場合、所望の場所76A2(図76A)は、障害物に厳密に遭遇することによって達成され得る一方で、アクチュエータ76A32(図76A)が、単純にケーブル76A14(図76A)を再配置することと関連付けられるものである場合、所望の場所76A2(図76A)は、柔軟に障害物をナビゲートすることによって達成され得る。駆動状態ケーブル位置システム79C3が、力を要求する活動を行うために使用されることができる一方で、直列コンプライアンスケーブル位置システム79C10は、単純にケーブル76A14(図76A)を再配置するために使用されることができる。直列コンプライアンスは、表面に遭遇するときに力の制御を可能にし得る、既知の剛性の柔軟要素を負荷経路に追加することができる。システムの剛性は、例えば、限定されないが、コントローラ15(図3)における力変位特性を変化させることによって、変動されることができる。運動中の張力制御は、作業包絡線範囲の縁におけるピーク力を限定することができ、いくつかの条件下で、方向を逆転させるときに遅延がないことを確実にすることができる。
主に図80Aを参照すると、機器キャリア1440は、内側管腔1440Aおよび外側管腔1440Bの組み合わせによって形成されることができる。そのような組み合わせは、集合的に機器キャリア1440と称されることができる。外側管腔1440Bは、内側管腔1440Aを収容し得る、第1の管腔空間1443を備えることができる。内側管腔1440Aはさらに、挿入され得、機器キャリア1440の長さに沿って進行し得る、少なくとも1つの手術道具を受容して収容するように構成される、第2の管腔空間1442を備えることができる。内側管腔1440Aはさらに、合致するケーブルコンパートメント1444の中に少なくとも1つのケーブル(図示せず)を収容するように構成される、1つまたはそれを上回るケーブルコンパートメント1444を備えることができる。ケーブルコンパートメント1444はさらに、内側管腔1440Aの外側表面(図示せず)に沿って延設するように構成されることができる。受容されたケーブルは、内側管腔1440Aの外側表面と外側管腔1440Bの内側表面(図示せず)との間に閉じ込められたままであることができる。ケーブルを閉じ込めることは、ケーブルが直線および/または回転運動を行うことを可能にすることができる。外側管腔1440Bはさらに、ケーブルコンパートメント1444に対応し得るアクセス窓1441を含むことができ、したがって、機器キャリア1440の外側からケーブルへのアクセスを提供する。加えて、内側管腔1440Aおよび外側管腔1440Bは、機器キャリア1440の動作中に動作可能に結合されたままであることができる。
ここで主に図80Bを参照すると、機器キャリア1440は、少なくとも1つの被駆動構成要素1480と動作可能に結合されることができる。そのような配列は、保定通路内1481で機器キャリア1440を部分的または完全に保定することによって達成されることができる。被駆動構成要素1480はさらに、機器キャリア1440のアクセス窓1441を通して作動ケーブルにアクセスするように構成されることができる。いくつかの構成では、被駆動構成要素1480は、被駆動構成要素1480の運動が、本明細書でさらに議論されるように作動ケーブルの位置に影響を及ぼし得るように、作動ケーブルに係合することができる。力または運動は、被駆動構成要素1480の表面を部分的または完全に占有し得る移転接合部1482を通して、被駆動構成要素1480に移転されることができる。移転接合部1482はさらに、外部デバイスもしくは本体を通して力および/または運動を受容するように構成されることができる。受容された力および/または運動は、次いで、機器キャリア1440の作動ケーブルまで前進されることができる。
主に図81A−81Cを参照すると、アセンブリ1399は、筐体1400と、作動設定1398とを備えることができる。筐体1400はさらに、作動設定1398の第1の動作部材のセットがそれと係合された第1の表面1401と、作動設定1398の第2の動作部材のセットが係合された第2の表面とを備えることができる。作動設定1398はさらに、被駆動構成要素1480がケーブルコンパートメント1444(図80A)内に配置される作動ケーブルの運動に影響を及ぼし得るように、1つまたはそれを上回る被駆動構成要素1480と動作可能に結合され得る、機器キャリア1440を備えることができる。被駆動構成要素1480は、保定通路1481内に機器キャリア1440を完全または部分的に収容することができる。機器キャリア1440の保定はさらに、被駆動構成要素1480がアクセス窓1441(図81B)を通して作動ケーブルにアクセスすることを可能にすることができる。作動ケーブルと被駆動構成要素1480との間の係合は、アクセス窓1441(図81B)を通してケーブルコンパートメント1444(図80A)に進入するように構成されるケーブルアンカ1483を提供することによって、達成されることができる。ケーブルアンカ1483と作動ケーブルとの間の相互作用は、対応するケーブルアンカ1483が機器キャリア1440に沿って合致するアクセス窓1441(図81B)と一致し得るように、被駆動構成要素1480を整合させることによって、達成されることができる。いくつかの構成では、作動ケーブルは、部分的にアクセス窓1441(図81B)から解放されることができ、被駆動構成要素1480からの影響を取得するように被駆動構成要素1480の周囲に固着されることができる。いくつかの構成では、被駆動構成要素1480は、多重部品構成要素であることができる。被駆動構成要素1480の殆どの部分は、ひいては、機器キャリア1440を収容し得る、保定通路1481(図81A)を提供するように一緒になることができる。
図81A−81Cを参照し続けると、移転接合部1482は、被駆動構成要素1480の表面積を部分的または完全に占有することができ、外部本体から力および/または運動を受容するように構成されることができる。この受容された力/運動は、機器キャリア1440の作動ケーブルまで前進されることができる。いくつかの構成では、被駆動構成要素1480は、被操作構成要素1440の作動ケーブルをナビゲートすることができる。作動設定1398はさらに、1つまたはそれを上回る被駆動構成要素1480に対応し得る、複数の駆動構成要素1490を含むことができる。駆動構成要素1490は、ステム部分1491およびステム部分1491を実質的に囲繞する動作部分1493から成ることができる。ステム部分1491は、駆動構成要素1490が作動設定1398の動作中にその回転自由度を保持し得るように、筐体1400と係合するように構成されることができる。動作部分1493は、駆動構成要素1490から被駆動構成要素1480まで力および/または運動を前進させるために被駆動構成要素1480の移転接合部1482と相互作用することができる。
ここで主に図81Bを参照すると、筐体1400は、第1のステーション1420Aおよび第2のステーション1420Bを伴う線形進路1420を含むことができる。被駆動構成要素1480は、線形進路1420を覆って動作可能に静置するように構成されることができ、第1の線形方向1522または第2の線形方向1523に直線運動を行うことができるが、それを行うことに限定されない。被駆動構成要素1480の直線運動は、線形進路1420の第1のステーション1420Aと第2のステーション1420Bとの間で限定されることができる。線形進路1420は、第1のステーション1420Aおよび第2のステーション1420Bに配置され得る、空洞1421を含むことができる。空洞1421は、機器キャリア1440を収容するように構成されることができる。いくつかの構成では、複数の空洞1421は、その動作位置で機器キャリア1440を維持するために線形進路1420の長さに沿って提供されることができる。機器キャリア1440の種々の区分は、空洞1421および被駆動構成要素1480によって提供される保定通路1481(図81A)によって、共同で保定されることができる。筐体1400は、その中で駆動構成要素1490の対応するステム部分1491を受容するように構成される受容体1424を含むことができる。そのような配列は、筐体1400と駆動構成要素1490との間の係合を可能にすることができる。
図81A−81Cを参照し続けると、駆動構成要素1490は、第1の回転方向1532および第2の回転方向1533に回転運動を行うように構成されることができる。アセンブリのいくつかの構成では、回転運動は、限定されないが、調和歯車モータおよび/または遊星歯車モータ等の外部回転デバイスによって生成されることができる。外部回転デバイスは、筐体1400の第2の表面(図示せず)を通して駆動構成要素1490と係合されることができる。本係合は、ステム部分1491の少なくとも一部が第2の表面を通って突出し得るように、受容体1424の中へ駆動構成要素1490のステム部分1491を受容することによって、達成されることができる。本突出部(図示せず)は、調和歯車モータ1555(図81C)または遊星歯車モータ1550(図81C)等の外部回転デバイスと係合されることができる。モータ1550、1555によって生成される回転運動は、駆動構成要素1490のステム部分1491を通して動作部分1493まで前進されることができる。いくつかの構成では、動作部分1493は、被駆動構成要素1480の移転接合部1482上に提供され得る、合致する第2の歯車の歯のセットと相互作用し得る、第1の歯車の歯のセットを伴う円筒本体であることができるが、そうであることに限定されない。歯車の歯の数は、要求される力の量または程度に応じて、本質的に可変であり得る。
ここで図81Cを参照すると、駆動構成要素1600の第2の構成は、第1の構成よりも多数の歯車の歯、故に、大きい直径を含むことができる。駆動構成要素1600の第2の構成は、ステム部分1610を通して筐体1400と係合し、動作部分1620を通して移転接合部1482と相互作用することができる。
種々の代替物および修正が、本開示から逸脱することなく、当業者によって考案されることができる。故に、本開示は、全てのそのような代替物、修正、および変異を包含することを意図している。加えて、本開示のいくつかの構成が、図面に示され、および/または本明細書で議論されているが、本開示は当技術分野が許容するであろうほどに広範囲であり、本明細書が同様に読まれることが意図されるため、本開示がそれに限定されることは意図されない。したがって、上記の説明は、限定的としてではなく、特定の構成の例示のみとして解釈されるべきである。そして当業者は、本明細書に添付される請求項の範囲および精神内の他の修正を想定するであろう。本構成はまた、本明細書で議論される方法を達成するためのハードウェア、ファームウェア、および/またはソフトウェアで実行されることができる、システムならびに方法と、おそらく、これらの方法およびシステムを達成するためのソフトウェアを記憶するコンピュータ可読媒体とを対象とする。本明細書に説明される種々のモジュールは、単一のCPUと併せて、または恣意的な数の異なるCPU上で提供されることができる。他の代替コンピュータプラットフォームも使用されることができる。オペレーティングシステムは、例えば、WINDOWS(登録商標)、LINUX(登録商標)、およびVMSであることができるが、それらに限定されない。通信リンクは、例えば、セルラー通信システム、軍用通信システム、および衛星通信システムを使用する、有線または無線であり得る。任意のデータおよび結果が、将来の読出ならびに処理のために記憶され、印刷され、表示され、別のコンピュータに転送され、および/または他の場所に転送されることができる。
法規を順守して、本構成は、構造および方法的特徴に関して多かれ少なかれ具体的な言語で説明されている。しかしながら、本構成は、示される具体的特徴に限定されないことを理解されたい。
図76、77、および78を再び参照すると、方法450(図76)、475(図77)、ならびに1350(図78)は、全体的または部分的に、電子的に実装されることができる。本教示の方法および他の開示される構成を実装するシステムの要素によって講じられる措置を表す信号は、少なくとも1つのライブ通信ネットワーク21(図2)を経由して進行することができる。制御およびデータ情報は、少なくとも1つのコンピュータ可読媒体上で電子的に実行され、記憶されることができる。本システムは、少なくとも1つのライブ通信ネットワーク21(図2)内の少なくとも1つのコンピュータノード上で実行するように実装されることができる。少なくとも1つのコンピュータ可読媒体の一般的形態は、例えば、限定されないが、フロッピー(登録商標)ディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、または任意の他の磁気媒体、コンパクトディスク読取専用メモリもしくは任意の他の光学媒体、穿孔カード、紙テープ、または孔のパターンを伴う任意の他の物理媒体、ランダムアクセスメモリ、プログラマブル読取専用メモリ、および消去可能プログラマブル読取専用メモリ(EPROM)、フラッシュEPROM、または任意の他のメモリチップもしくはカートリッジ、またはコンピュータが読み取り得る任意の他の媒体を含むことができる。さらに、少なくとも1つのコンピュータ可読媒体は、限定されないが、Graphic Interchange Format(GIF)、Joint Photographic Experts Group(JPEG)、Portable Network Graphics(PNG)、Scalable
Vector Graphics(SVG)、およびTagged Image File Format(TIFF)を含む、任意の形態のグラフを含有することができる。
Vector Graphics(SVG)、およびTagged Image File Format(TIFF)を含む、任意の形態のグラフを含有することができる。
図面に示される構成は、本開示のある実施例を実証するためのみに提示される。そして説明される図面は、例証的にすぎず、非限定的である。図面では、例証目的のために、要素のうちのいくつかのサイズは、誇張され、特定の縮尺で描かれない場合がある。加えて、同一の番号を有する図面内に示される要素は、文脈に応じて、同じ要素であってもよい、または類似要素であってもよい。
例えば、「comprising(〜を備える)」、「including(〜を含む)」、および「having(〜を有する)」等の用語が、本説明ならびに請求項で使用される場合、それらは、他の要素またはステップを除外しない。例えば、「a(1つの)」、「an(1つの)」、または「the(前記)」等の単数名詞を指すときに、不定もしくは定冠詞が使用される場合、これは、別様に何かが具体的に記述されない限り、その名詞の複数形を含む。故に、「comprising(〜を備える)」、「including(〜を含む)」、および「having(〜を有する)」という用語は、その後に列挙される項目に制限されるものとして解釈されるべきではなく、それらは、他の要素またはステップを除外しないため、例えば、「項目AおよびBを備えるデバイス」という表現の範囲は、構成要素AおよびBのみから成るデバイスに限定されるべきではない。
さらに、「第1の」、「第2の」、「第3の」、および同等物という用語は、説明または請求項で使用されるかどうかにかかわらず、必ずしも起こった順番または年代順を説明するためではなく、類似要素を区別するために提供される。そのように使用される用語は、(明確に別様に開示されない限り)適切な状況下で交換可能であり、本明細書に説明される本開示の構成は、本明細書で説明もしくは図示される以外の順序および/または配列で動作が可能であると理解されたい。
特許請求の範囲
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- 本願明細書に記載の発明。
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