JP2021126525A - ロボット手術システム及びそのロボットアーム - Google Patents

Abstract

【課題】手術器具を支持及び操作するように構成されたロボットアームを提供すること
【解決手段】手術器具を支持及び操作するように構成されたロボットアームは、スライダと、スライダ内に回転可能に配設された第１のナット及び第２のナットと、ギヤと、左巻き親ねじ及び右巻き親ねじと、を含む。第１のナット及び第２のナットは各々、ギヤに動作可能に連結されたギヤ外面を有する。左巻き親ねじは、スライダを通って延在し、かつ第１のナットと螺合する。右巻き親ねじは、左巻き親ねじに対して平行に配設され、かつスライダを通って延在する。右巻き親ねじは、第２のナットと螺合する。左巻き親ねじ及び／または右巻き親ねじの回転は、スライダに対するギヤの回転、または親ねじに沿ったスライダ及びギヤの軸方向運動をもたらす。
【選択図】図３

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年２月２６日に出願された米国仮特許出願第６２／３００，３５７号の優先権を主張し、この各々の全体の内容は、参照によって本明細書に組み込まれる。

背景技術
ロボット手術システムは、低侵襲医療処置で使用されている。一部のロボット手術システムは、手術ロボットアームを支持するコンソールと、ロボットアームに装着された少なくとも１つのエンドエフェクタ（例えば、鉗子または把持具）を有する手術器具と、を含んでいる。ロボットアームは、手術器具にその操作及び運動のために機械的動力を提供している。各ロボットアームは、手術器具に動作可能に接続された器具駆動ユニットを含んでいる場合がある。

ロボットアームは、継手を通して互いに回動可能に連結された複数の区分から構成されている。ロボットアームの区分は、取り付けられた手術器具に対して４自由度の運動を提供している。現在のロボットアームは、その重量の大部分がその基台に向かい、これは、慣性を増大させ、それによって、性能を低下させている。

複数の自由度を維持しながら、改善及び向上した有用性、向上した構造統合性、より容易な組み立て及び保守性、ならびによりコンパクトな設計を有するロボットアームに対する必要性が存在する。

本開示の態様によると、手術器具を支持及び操作するように構成されたロボットアームが提供される。ロボットアームは、スライダと、スライダ内に回転可能に配設された第１のナット及び第２のナットと、ギヤと、左巻き親ねじ及び右巻き親ねじと、を含む。第１のナット及び第２のナットは各々、ギヤに動作可能に連結されたギヤ外面を有する。左巻き親ねじは、スライダを通って延在し、かつ第１のナットと螺合する。右巻き親ねじは、左巻き親ねじに対して平行に配設され、かつスライダを通って延在する。右巻き親ねじは、第２のナットと螺合する。左巻き親ねじ及び／または右巻き親ねじの回転は、スライダに対するギヤの回転、または親ねじに沿ったスライダ及びギヤの軸方向運動をもたらす。

一部の実施形態では、親ねじの互いに反対方向の回転は、親ねじを第１のナット及び第２のナットに対して回転させて親ねじに沿った第１のナット及び第２のナットの軸方向運動を駆動し得る。親ねじの互いに同一方向の回転は、スライダに対するギヤの回転を駆動するように第１のナット及び第２のナットを回転させ得る。

ロボットアームがスライダに接続されたハウジングをさらに含み得ることが企図される。ギヤは、ハウジング内に回転可能に配設され、ハウジング内に軸方向に拘束され得る。ハウジング及びスライダは、親ねじに沿って軸方向に共に動くように構成され得る。ハウジングは、手術器具の通過のために構成された、ハウジングを通る通路を画定し得る。

ギヤは、ギヤの回転がギヤ内に配設された手術器具の回転をもたらすように、手術器具の非回転受具用に構成され得ることが想起される。

一部の実施形態では、ロボットアームは、左巻き親ねじに動作可能に連結された第１のモータと、親ねじが互いに対して独立して回転可能であるように右巻き親ねじに動作可能に連結された第２のモータと、をさらに含み得る。

ロボットアームが、細長いリンクをさらに含み得、細長いリンクが、その中に摺動可能に配設されたスライダ、及びその中に回転可能に配設された親ねじを有することが企図される。親ねじは、細長いリンク内に軸方向に固定され得る。

スライダが、そこを通る第１の通路、及びそこを通る第２の通路を画定し得ることが想起される。第１のナットは、第１の通路と同軸上に配設され得、第２のナットは、第２の通路と同軸上に配設され得る。スライダは、その中に側部開口を画定し得、そこから第１のナット及び第２のナットの各々のギヤ付き外面が外方に突出する。

本開示の別の態様では、ロボット手術システムが提供され、これは、手術器具及びロボットアームを含む。ロボットアームは、第１の細長いリンクと、第１の細長いリンクに回動可能に連結された第２の細長いリンクと、第２の細長いリンク内に摺動可能に配設されたスライダと、スライダ内に回転可能に配設された第１のナット及び第２のナットと、ギヤと、左巻き親ねじ及び右巻き親ねじと、を含む。ナットは各々、ギヤに動作可能に連結されたギヤ付き外面を有する。ギヤは、手術器具を回転不可能に受容するように構成されている。左巻き親ねじは、スライダを通って延在し、かつ第１のナットと螺合する。右巻き親ねじは、左巻き親ねじに対して平行に配設され、かつスライダを通って延在する。右巻き親ねじは、第２のナットと螺合する。左巻き親ねじ及び／または右巻き親ねじの回転は、スライダに対するギヤの回転、または親ねじに沿ったスライダ及びギヤの軸方向運動をもたらす。

一部の実施形態では、ギヤの回転は、手術器具がギヤ内に配設されたとき、手術器具の回転をもたらし得る。

親ねじが、第２の細長いリンク内に軸方向に固定され得、スライダが、第２の細長いリンク内に軸方向に可動であり得ることが企図される。

本開示の例示的な実施形態のさらなる詳細及び態様は、添付図面を参照して以下により詳細に説明される。

本明細書で使用される場合、平行及び直交の用語は、真に平行及び真に直交から約＋または−１０度までの実質的に平行及び実質的に直交である相対的構成を含むように理解される。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
手術器具を支持及び操作するように構成されたロボットアームであって、
スライダと、
前記スライダ内に回転可能に配設され、各々がギヤ付き外面を有する第１のナット及び第２のナットと、
前記第１のナット及び前記第２のナットの各々のギヤ付き外面に動作可能に連結されたギヤと、
前記スライダを通って延在し、かつ前記第１のナットと螺合する左巻き親ねじと、
前記左巻き親ねじに対して平行に配設され、前記スライダを通って延在し、かつ前記第２のナットと螺合する右巻き親ねじと、を備え、前記左巻き親ねじまたは前記右巻き親ねじのうちの少なくとも一方の回転は、前記スライダに対する前記ギヤの回転、または前記親ねじに沿った前記スライダ及び前記ギヤの軸方向運動をもたらす、ロボットアーム。
（項目２）
前記親ねじの互いに反対方向の回転は、前記親ねじを前記第１のナット及び前記第２のナットに対して回転させて前記親ねじに沿った前記第１のナット及び前記第２のナットの軸方向運動を駆動する、項目１に記載のロボットアーム。
（項目３）
前記親ねじの互いに同一方向の回転は、前記スライダに対する前記ギヤの回転を駆動するように前記第１のナット及び前記第２のナットを回転させる、項目１に記載のロボットアーム。
（項目４）
前記スライダに接続されたハウジングをさらに備え、前記ギヤが、前記ハウジング内に回転可能に配設され、かつ前記ハウジング内に軸方向に拘束され、前記ハウジング及び前記スライダは、前記親ねじに沿って共に軸方向に動くように構成されている、項目１に記載のロボットアーム。
（項目５）
前記ハウジングは、手術器具の通過のために構成された、前記ハウジングを通る通路を画定する、項目４に記載のロボットアーム。
（項目６）
前記ギヤは、前記ギヤの回転が前記ギヤ内に配設された手術器具の回転をもたらすように、手術器具の非回転受具用に構成されている、項目１に記載のロボットアーム。
（項目７）
前記左巻き親ねじに動作可能に連結された第１のモータと、
前記親ねじが互いに対して独立して回転可能なように前記右巻き親ねじに動作可能に連結された第２のモータと、をさらに備える、項目１に記載のロボットアーム。
（項目８）
細長いリンクであって、その中に摺動可能に配設された前記スライダ、及びその中に回転可能に配設された前記親ねじを有し、前記親ねじが前記細長いリンク内に軸方向に固定されている、細長いリンクをさらに備える、項目１に記載のロボットアーム。
（項目９）
前記スライダは、そこを通る第１の通路、及びそこを通る第２の通路を画定し、前記第１のナットが、前記第１の通路と同軸に配設され、前記第２のナットが、前記第２の通路と同軸に配設されている、項目１に記載のロボットアーム。
（項目１０）
前記スライダは、その中に側部開口を画定し、前記第１のナット及び前記第２のナットの各々のギヤ付き外面が、前記側部開口を通って外方に突出している、項目９に記載のロボットアーム。
（項目１１）
ロボット手術システムであって、
手術器具と、
ロボットアームであって、
第１の細長いリンクと、
前記第１の細長いリンクに回動可能に連結された第２の細長いリンクと、
前記第２の細長いリンク内に摺動可能に配設されたスライダと、
前記スライダ内に回転可能に配設され、各々がギヤ付き外面を有する第１のナット及び第２のナットと、
前記第１のナット及び前記第２のナットの各々の前記ギヤ付き外面に動作可能に連結され、かつ前記手術器具を回転不可能に受容するように構成されたギヤと、
前記スライダを通って延在し、かつ前記第１のナットに螺合する左巻き親ねじと、
前記左巻き親ねじに対して平行に配設され、前記スライダを通って延在し、かつ前記第２のナットと螺合する右巻き親ねじと、を含む、ロボットアームと、を備え、前記左巻き親ねじまたは前記右巻き親ねじのうちの少なくとも一方の回転は、前記スライダに対する前記ギヤの回転、または前記親ねじに沿った前記スライダ及び前記ギヤの軸方向運動をもたらす、ロボット手術システム。
（項目１２）
前記親ねじの互いに反対方向の回転は、前記親ねじを前記第１のナット及び前記第２のナットに対して回転させて前記親ねじに沿った前記第１のナット及び前記第２のナットの軸方向運動を駆動する、項目１１に記載のロボット手術システム。
（項目１３）
前記親ねじの互いに同一方向の回転は、前記スライダに対する前記ギヤの回転を駆動するように前記第１のナット及び前記第２のナットを回転させる、項目１１に記載のロボット手術システム。
（項目１４）
前記ロボットアームは、前記スライダに接続されたハウジングをさらに含み、前記ギヤが、前記ハウジング内に回転可能に配設され、かつ前記ハウジング内に軸方向に拘束され、前記ハウジング及び前記スライダは、前記親ねじに沿って共に軸方向に動くように構成されている、項目１１に記載のロボット手術システム。
（項目１５）
前記ハウジングは、前記手術器具の通過のために構成された、前記ハウジングを通る通路を画定する、項目１４に記載のロボット手術システム。
（項目１６）
前記ギヤの回転は、前記手術器具が前記ギヤ内に配設されたとき、前記手術器具の回転をもたらす、項目１１に記載のロボット手術システム。
（項目１７）
前記ロボットアームは、前記左巻き親ねじに動作可能に連結された第１のモータと、
前記親ねじが独立して回転可能なように前記右巻き親ねじに動作可能に連結された第２のモータと、をさらに含む、項目１１に記載のロボット手術システム。
（項目１８）
前記親ねじは、前記第２の細長いリンク内に軸方向に固定され、前記スライダは、前記第２の細長いリンク内に軸方向に可動である、項目１１に記載のロボット手術システム。（項目１９）
前記スライダは、そこを通る第１の通路、及びそこを通る第２の通路を画定し、前記第１のナットが、前記第１の通路と同軸に配設され、前記第２のナットが、前記第２の通路と同軸に配設されている、項目１１に記載のロボット手術システム。
（項目２０）
前記スライダは、その中に側部開口を画定し、前記第１のナット及び前記第２のナットの各々のギヤ付き外面が、前記側部開口を通って外方に突出している、項目１９に記載のロボット手術システム。

本開示の実施形態は、以下の添付図面を参照して本明細書に説明される。

手術ロボットアーム及びそれに取り付けられた手術器具を含むロボット手術システムの概略的例示である。 図１のロボットアームの斜視図である。 複数の方向に手術器具を動かすように構成された図２のロボットアームの複数方向運動機構の斜視図である。 図３のロボットアームの複数方向運動機構の正面図である。 図３の複数方向運動機構の上面図である。 手術器具に連結された図３の複数方向運動機構の斜視図である。 図３のロボットアームの複数方向運動機構の別の実施形態である。 複数方向運動機構のスライダの様々な方向の運動を例示する、図３の複数方向運動機構の正面図である。 複数方向運動機構のギヤ／歯車の様々な方向の運動を例示する、図３の複数方向運動機構の上面図である。 複数方向運動機構のスライダの様々な方向の運動を例示する、図３の複数方向運動機構の正面図である。 複数方向運動機構のギヤ／歯車の様々な方向の運動を例示する、図３の複数方向運動機構の上面図である。 複数方向運動機構のスライダの様々な方向の運動を例示する、図３の複数方向運動機構の正面図である。 複数方向運動機構のギヤ／歯車の様々な方向の運動を例示する、図３の複数方向運動機構の上面図である。 複数方向運動機構のスライダの様々な方向の運動を例示する、図３の複数方向運動機構の正面図である。 複数方向運動機構のギヤ／歯車の様々な方向の運動を例示する、図３の複数方向運動機構の上面図である。 複数方向運動機構のスライダの様々な方向の運動を例示する、図３の複数方向運動機構の正面図である。 複数方向運動機構のギヤ／歯車の様々な方向の運動を例示する、図３の複数方向運動機構の上面図である。

ロボットアーム、ロボットアームの複数方向運動機構、及び手術器具を含む本開示のロボット手術システム、ならびにその製造及び使用方法の実施形態が、図面を参照して詳細に説明され、同様の参照番号は、いくつかの図の各々で同一または対応する要素を示す。本明細書で使用される場合、「遠位」という用語は、患者により近いロボットアーム及び／または手術器具の部分を意味し、一方で「近位」という用語は、患者からより遠いロボットアーム及び／または手術器具の部分を意味する。本明細書で使用される場合、時計回り及び反時計回りの用語は、軸に沿って遠位方向に見るときの軸を中心とする回転方向である。

まず図１及び２を参照すると、例えば、ロボット手術システム１などの手術システムは、概して、複数の手術ロボットアーム２、３と、手術ロボットアーム２、３のスライドレール４０に取り外し可能に連結された手術器具２００を含む。ロボット手術システム１は、制御デバイス４及び制御デバイス４と連結された操作コンソール５をさらに含む。一部の実施形態では、手術システム１は、１つのみのロボットアーム（例えば、カメラガイダンスに使用される）を含み得る。

操作コンソール５は、特に３次元画像を表示するために設定されたディスプレイデバイス６と、人物（図示せず）、例えば、外科医が、当業者にとって原理が既知であるように、第１の操作モードでロボットアーム２、３を遠隔操作することができる手動入力デバイス７、８と、を含む。ロボットアーム２、３の各々は、継手を通して接続される複数の部材から構成され得る。ロボットアーム２、３は、制御デバイス４に接続された電気駆動装置（図示せず）によって駆動され得る。制御デバイス４（例えば、コンピュータ）は、ロボットアーム２、３及び取り付けられた手術器具２００が手動入力デバイス７、８によって定義された運動に従って所望の運動を実行するような方式で、特にコンピュータプログラムによって、駆動装置を起動するように設定され得る。制御デバイス４はまた、ロボットアーム２、３の運動を調整するような方式で設定されてもよい。

ロボット手術システム１は、手術器具、例えば、電気機械的手術器具２００によって低侵襲様式で治療されるように手術台「ＳＴ」上に横たわる患者「Ｐ」対して使用するために構成されている。ロボット手術システム１はまた、２つよりも多いロボットアーム２、３を含んでもよく、追加のロボットアームは、同様に制御デバイス４に接続されており、操作コンソール５によって遠隔操作される。手術器具、例えば、電気機械的手術器具２００もまた、追加のロボットアームに取り付けられてもよい。

制御デバイス４は、複数のモータ、例えば、各モータが、複数の方向にロボットアーム２、３の運動を駆動するように構成されたモータ（Ｍｏｔｏｒ１…ｎ）を制御し得る。さらに、制御デバイス４は、手術器具２００の様々な操作を駆動する器具駆動ユニットのモータアセンブリ（図示せず）を制御し得る。加えて、制御デバイス４は、例えば、ロボットアーム２のキャニスタモータ「Ｍ１」「Ｍ２」（図３）などの第１のモータ及び第２のモータの操作を制御し得、これらのモータは、以下に詳細に説明されるように、手術器具２００の回転運動及び／または軸方向運動を駆動するように構成される。

ロボット手術システムの構造及び操作の詳細な論述については、２０１１年１１月３日に出願され、「Ｍｅｄｉｃａｌ Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ」と題された米国特許出願公開第２０１２／０１１６４１６号が参照され、この全体の内容は、参照によって本明細書に組み込まれる。

図２を参照すると、ロボットアーム２は、継手を通して互いに回動可能に連結された複数の細長いリンクまたは細長い部材１０、２０、３０、４０を含む。細長いリンクまたはスライドレール４０は、ロボットアーム２の末端リンクであり、かつ手術器具２００（図１及び６）に連結されるように構成され、手術器具２００は、電気機械的手術器具、電気手術器具、及び／または器具駆動ユニットであり得る。細長いリンク１０、２０、３０、４０は共に、手術器具２００が細長いリンクまたはスライドレール４０に連結されたとき、手術器具２００の複数自由度の運動を提供する。

図３〜６を参照すると、細長いリンクまたはスライドレール４０は、以下に詳細に説明されるように、細長いリンクまたはスライドレール４０の長手方向軸「Ｘ」（図２）に沿って手術器具２００を軸方向に動かし、かつ手術器具２００をその長手方向軸を中心として回転させるように構成された複数方向運動機構１００を含む。ロボットアーム２の複数方向運動機構１００は、概して、左巻き親ねじ１０２と、右巻き親ねじ１０４と、親ねじ１０２、１０４に沿って軸方向に可動であるが、親ねじ１０２、１０４に対する回転を防止されたスライダ１１０と、を含む。左巻き親ねじは、左巻きねじ山を有し、右巻き親ねじは、右巻きねじ山を有し、それにより、親ねじ１０２、１０４のねじ山は、反対方向にねじれる。親ねじ１０２、１０４は、細長いリンクまたはスライドレール４０内に画定されたキャビティ４２内に互いに対して平行に配設される。親ねじ１０２、１０４は、細長いリンクまたはスライドレール４０内で回転可能であり、一方でまた、細長いリンクまたはスライドレール４０内で軸方向に拘束される。

親ねじ１０２、１０４は各々、細長いリンクまたはスライドレール４０の第１端に回転可能に接続されたそれぞれの第１端１０２ａ、１０４ａ、及びそれぞれの第２端１０２ｂ、１０４ｂを含む。親ねじ１０２、１０４の第２端１０２ｂ、１０４ｂは、モータ、例えば、第１のキャニスタモータ「Ｍ１」及び第２のキャニスタモータ「Ｍ２」を有するか、またはこれらに連結される。一部の実施形態では、ギヤ、ユニバーサルシャフト、可撓性シャフト、ブレーキ、及び／またはエンコーダが、モータ「Ｍ１」、「Ｍ２」と関連付けられてもよい。モータ「Ｍ１」、「Ｍ２」は、親ねじ１０２、１０４の回転を駆動し、かつケーブルまたは無線接続を介して、制御デバイス４に電気的に接続されており（図１）、制御デバイス４は、モータ「Ｍ１」、「Ｍ２」の作動を独立して制御するように構成されている。

複数方向運動機構１００のスライダ１１０は、細長いリンクまたはスライドレール４０のキャビティ４２内に摺動可能に配設され、親ねじ１０２、１０４に動作可能に連結される。スライダ１１０は、略矩形形状を有するが、スライダ１１０が任意の適切な形状をとり得ることが企図される。スライダ１１０は、スライダ１１０を通る第１の通路１１２であって、そこを通って延在する左巻き親ねじ１０２を有する、第１の通路１１２と、スライダ１１０を通る第２の通路１１４であって、そこを通って延在する右巻き親ねじ１０４を有する、第２の通路１１４と、を画定する。スライダ１１０は、その側部に開口１１６をさらに画定する。スライダ１１０は、親ねじ１０２、１０４に対する、かつそれらに沿ったスライダ１１０の軸方向運動が、手術器具２００の対応する軸方向運動を結果としてもたらすように、手術器具２００に連結されるように構成される。

図４〜６を参照すると、複数方向運動機構１００は、第１の側板またはナット１２０及び第２の側板またはナット１３０と、第１のナット１２０及び第２のナット１３０に動作可能に連結されたギヤまたは歯車１４０と、を含む。第１のナット１２０及び第２のナット１３０は各々、スライダ１１０内に回転可能に配設され、その中で軸方向に拘束される。第１のナット１２０及び第２のナット１３０は、スライダ１１０のそれぞれの第１の通路１１２及び第２の通路１１４と同軸であり、それにより、左巻き親ねじ１０２は、第１のナット１２０を通って延在し、右巻き親ねじ１０４は、第２のナット１３０を通って延在する。第１のナット１２０及び第２のナット１３０は、それぞれの親ねじ１０２、１０４のねじ形式に螺合されている、ねじ山付き内面（明確に示されない）を有する。

第１のナット１２０及び第２のナット１３０は各々、スライダ１１０内に画定された側部開口１１６から外方に突出するギヤ付きまたは歯付き外面１２２、１３２を有する。歯付き外面１２２、１３２が、第１のナット１２０及び第２のナット１３０と一体的に形成された平歯車であってもよいことが企図される。

互いに同一方向かつ第１のナット１２０及び第２のナット１３０に対する親ねじ１０２，１０４の回転は、ナット１２０、１３０がスライダ１１０内で拘束されていない場合、ナット１２０、１３０を親ねじ１０２、１０４に沿って反対の長手方向に動かそうとする、第１のナット１２０及び第２のナット１３０に加えられる力を結果として生じることになる。しかしながら、ナット１２０、１３０が、スライダ１１０内で軸方向に拘束されているため、ナット１２０、１３０は、反対の長手方向に親ねじ１０２、１０４に沿って動くことができない。ナット１２０、１３０は、親ねじ１０２、１０４が互いに反対方向に走るねじ山を有することにより、親ねじ１０２、１０４の同一方向の回転の際に、反対の長手方向に動くように駆動される。

複数方向運動機構１００の歯車１４０は、それぞれ第１のナット１２０及び第２のナット１３０のギヤ付き外面１２２、１３２と動作可能に係合される。したがって、第１のナット１２０及び第２のナット１３０の同一方向（例えば、時計回りまたは反時計回り）の回転は、歯車１４０の反対方向の回転を結果としてもたらすが、第１のナット１２０及び第２のナット１３０を反対方向に回転させる試みは、第１のナット１２０及び第２のナット１３０の回転、ならびに歯車１４０の回転を結果としてもたらさないことになる。

歯車１４０は、手術器具２００の受容のために構成された、歯車１４０を通る開口１４２を画定する。一部の実施形態では、開口１４２は、手術器具２００をその中に掴むように構成され、それにより、第１のナット１２０及び第２のナット１３０の同一方向の回転の結果としての歯車１４０の回転は、手術器具２００の回転をもたらすことになる。一部の実施形態では、複数方向運動機構１００は、運動を第１のナット１２０及び第２のナット１３０から歯車１４０に伝達するように、中間ギヤ、例えば、歯車１４０と第１のナット１２０及び第２のナット１３０との間に挟持されたラック（明確に示されない）を含んでもよい。

図５及び６を継続して参照すると、歯車１４０は、歯車１４０がスライダ１４０に対して回転可能であり、かつ親ねじ１０２、１０４に沿ってスライダ１１０と軸方向に可動である方式で、スライダ１１０に連結される。歯車１４０が、任意の適切な締結構成を介してスライダ１１０に連結されて、歯車１４０がスライダ１１０に対して摺動することを防止し、一方でまた、歯車１４０がスライダ１１０に対して回転することを許容し得ることが企図される。

例えば、図７を参照すると、複数方向運動機構１００は、スライダ１１０に接続されたハウジングまたはインターフェース１５０をさらに含み得る。ハウジング１５０は、スライダ１１０の側部から側方に延在する。ハウジング１５０は、歯車１４０をその中に回転可能に支持し、かつ歯車１４０がそれに対して軸方向に動くことを防止する。したがって、スライダ１１０が親ねじ１０２、１０４に沿ってかつこれらに対して動くかまたは摺動するとき、歯車１４０と共にハウジング１５０もまた、親ねじ１０２、１０４に対して動くかまたは摺動する。ハウジング１５０は、手術器具２００の通過のために構成された、ハウジング１５０を通る中央通路１５２を画定する。ハウジング１５２の中央通路１５２は、歯車１４０内に画定された開口１４２と同軸である。

図８Ａ〜１２Ｂを参照すると、複数方向運動機構１００の動作が詳細に説明される。理解されるように、スライダ１１０の軸方向運動及び歯車１４０の回転は、親ねじ１０２、１０４の回転の方向に依存する。親ねじ１０２、１０４が任意の方向に回転されたとき、ナット１２０、１３０は、回転及びそれぞれの親ねじ１０２、１０４に沿って上下に動くことの両方を常に行おうとする。親ねじ１０２、１０４の反対方向の回転は、スライダ１１０及び取り付けられた手術器具２００の軸方向運動を結果としてもたらすが、親ねじ１０２、１０４の同一方向の回転は、歯車１４０及び取り付けられた手術器具２００の回転をもたらし、スライダ１１０及び取り付けられた手術器具２００の軸方向運動をもたらさない。

特に、図８Ａ及び８Ｂを参照すると、スライダ１１０、及び取り付けられた手術器具２００（図６）を図８Ａの矢印「Ａ」で示される上方または近位方向に動かすために、複数方向運動機構１００の第１のモータ「Ｍ１」（図３）が、左巻き親ねじ１０２を反時計回り方向に回転させるように作動され、複数方向運動機構１００の一方で第２のモータ「Ｍ２」が、右巻き親ねじ１０４を時計回り方向に回転させるように作動される。左巻き親ねじ１０２が反時計回り方向に回転されたとき、第１のナット１２０がまず、左巻き親ねじ１０２と一体的に反時計回りに回転しようとし、右巻き親ねじ１０４が時計回り方向に回転されたとき、第２のナット１３０がまず、右巻き親ねじ１０４と一体的に時計回り方向に回転しようとする。しかしながら、複数方向運動機構１００の歯車１４０は、第１のナット１２０及び第２のナット１３０に動作可能に連結されるため、第１のナット１２０及び第２のナット１３０の反対方向の回転が防止され、これは、親ねじ１０２、１０４が第１のナット１２０及び第２のナット１３０と一体的にではなく、第１のナット１２０及び第２のナット１３０に対して回転することを結果としてもたらす。

第１のナット１２０に対する左巻き親ねじ１０２の反時計回りの回転は、第１のナット１２０の上方または近位方向の運動を駆動し、第２のナット１３０に対する右巻き親ねじ１０４の時計回りの回転もまた、第２のナット１３０の上方または近位方向の運動を駆動する。第１のナット１２０及び第２のナット１３０が、親ねじ１０２、１０４に沿って上方または近位方向に動かされたとき、第１のナット１３０及び第２のナット１４０がスライダ１１０内で軸方向に拘束されていることにより、スライダ１１０もまた、親ねじ１０２、１０４に対して上方または近位方向に動く。スライダ１１０が歯車１４０に連結され、歯車１４０が手術器具２００に連結されているため、スライダ１１０の上方または近位方向の運動は、手術器具２００の上方または近位方向の運動を結果としてもたらす。

図９Ａ及び９Ｂを参照すると、スライダ１１０、次いで、取り付けられた手術器具２００（図６）を図９Ａの矢印「Ｂ」で示される下方、遠位または遠位方向に動かすために、複数方向運動機構１００の第１のモータ「Ｍ１」が、左巻き親ねじ１０２を時計回り方向に回転させるように作動され、複数方向運動機構１００の一方で第２のモータ「Ｍ２」が、右巻き親ねじ１０４を反時計回り方向に回転させるように作動される。左巻き親ねじ１０２が時計回り方向に回転されたとき、第１のナット１２０がまず、左巻き親ねじ１０２と一体的に時計回りに回転しようとし、右巻き親ねじ１０４が反時計回り方向に回転されたとき、第２のナット１３０がまず、右巻き親ねじ１０４と一体的に反時計回り方向に回転しようとする。しかしながら、歯車１４０は、第１のナット１２０及び第２のナット１３０に動作可能に連結されるため、第１のナット１２０及び第２のナット１３０の反対方向の回転が防止され、これは、親ねじ１０２、１０４が第１のナット１２０及び第２のナット１３０と一体的にではなく、第１のナット１２０及び第２のナット１３０に対して回転することを結果としてもたらす。

第１のナット１２０に対する左巻き親ねじ１０２の時計回りの回転は、第１のナット１２０の下方または遠位方向の運動を駆動し、第２のナット１３０に対する右巻き親ねじ１０４の反時計回りの回転もまた、第２のナット１３０の下方または遠位方向の運動を駆動する。第１のナット１２０及び第２のナット１３０が、親ねじ１０２、１０４に沿って下方または遠位方向に動かされたとき、第１のナット１２０及び第２のナット１３０がスライダ１１０内で軸方向に拘束されていることにより、スライダ１１０もまた、親ねじ１０２、１０４に対して下方または遠位方向に動く。スライダ１１０が歯車１４０に連結され、歯車１４０が手術器具２００に連結されているため、スライダ１１０の下方または遠位方向の運動は、手術器具２００の下方または遠位方向の運動を結果としてもたらす。

図１０Ａ及び１０Ｂを参照すると、歯車１４０、及び取り付けられた手術器具２００（図６）を、図１０Ｂの矢印「Ｃ」で示される時計回り方向に回転させるために、複数方向運動機構１００の第１のモータ「Ｍ１」及び第２のモータ「Ｍ２」は、左巻き親ねじ１０２及び右巻き親ねじ１０４の両方を反時計回り方向に回転させるように作動される。左巻き親ねじ１０２が反時計回り方向に回転されたとき、第１のナット１２０は、図１０Ａの矢印「Ｄ」で示される上方または近位方向に動こうとし、一方で右巻き親ねじ１０４が反時計回り方向に回転されたとき、第２のナット１３０は、図１０Ａの矢印「Ｅ」で示される下方または遠位方向に動こうとする。第１のナット１２０及び第２のナット１３０が、反対の長手方向に駆動されているため、スライダ１１０の運動は、結果として生じず、第１のナット１２０及び第２のナット１３０は、親ねじ１０２、１０４に対してではなく、親ねじ１０２、１０４と一体的に反時計回りに回転することを始める。第１のナット１２０及び第２のナット１３０の反時計回り方向の回転は、歯車１４０の時計回り方向の回転を駆動する。手術器具２００（図６）が歯車１４０内で回転不可能に受容されたとき、歯車１４０の時計回り回転は、手術器具２００をそれと共に回転させる。

図１１Ａ及び１１Ｂを参照すると、歯車１４０、及び次いで、取り付けられた手術器具２００（図６）を、矢印「Ｆ」で示される反時計回り方向に回転させるために、複数方向運動機構１００のモータ「Ｍ１」、「Ｍ２」は、左巻き親ねじ１０２及び右巻き親ねじ１０４の両方を時計回り方向に回転させるように作動される。左巻き親ねじ１０２が時計回り方向に回転されたとき、第１のナット１２０は、図１１Ａの矢印「Ｇ」で示される下方または遠位方向に動こうとし、一方で右巻き親ねじ１０４が時計回り方向に回転されたとき、第２のナット１３０は、図１１Ａの矢印「Ｈ」で示される上方または近位方向に動こうとする。第１のナット１２０及び第２のナット１３０が、反対の長手方向に駆動されているため、スライダ１１０の運動は、結果として生じず、第１のナット１２０及び第２のナット１３０は、親ねじ１０２、１０４に対してではなく、親ねじ１０２、１０４と一体的に時計回りに回転することを始める。第１のナット１０２及び第２のナット１０４の時計回り方向の回転は、歯車１４０の反時計回り方向の回転を駆動する。手術器具２００（図６）が歯車１４０内で回転不可能に受容されたとき、歯車１４０の反時計回り回転は、手術器具２００をそれと共に回転させる。

図１２Ａ及び図１２Ｂを参照すると、歯車１４０の回転及びスライダ１１０の軸方向運動を同時に駆動するために、複数方向運動機構１００の第１のモータ「Ｍ１」及び第２のモータ「Ｍ２」のうちの一方のみが作動される。例えば、同時に、歯車１４０を上方または近位方向に動かし、歯車１４０を反時計回り方向に回転させるために、第２のモータ「Ｍ２」が作動されて右巻き親ねじ１０４を時計回り方向に回転させる。右巻き親ねじ１０４が時計回り方向に回転されたとき、第２のナット１３０は、それと一体的に時計回りに回転しようとする。第２のナット１３０の時計回り方向の回転は、歯車１４０が第２のナット１３０に動作可能に係合されていることにより、歯車１４０を反時計回り方向に回転させる。歯車１４０の反時計回り方向の回転は、手術器具２００がその中に回転不可能に受容されたとき、手術器具２００（図６）の対応する回転を結果としてもたらすことになる。

歯車１４０の反時計回り方向の回転もまた、歯車１４０が第１のナット１２０に動作可能に係合されていることにより、第１のナット１２０の時計回り回転を結果としてもたらすことになる。第１のナット１２０の時計回り方向の回転は、左巻き親ねじ１０２が、第１のモータ「Ｍ１」の作動以外のものによって回転されることを防止されているため、左巻き親ねじ１０２の対応する回転を結果としてもたらさないことになる。したがって、第１のナット１２０は、左巻き親ねじ１０２に対して回転して、親ねじ１０２、１０４に沿った上方または近位方向の、第１のナット１２０及びスライダ１１０の運動を結果としてもたらすことになる。したがって、手術器具２００が歯車１４０内に回転不可能に配設された場合、手術器具２００は、同時に、上方または近位に動かされ、かつ反時計回り方向に回転されることになる。

様々な変更が本明細書に開示される実施形態に対して行われ得ることが理解されるであろう。このため、上記の説明は、限定として解釈されるべきではなく、単に様々な実施形態の例示として解釈されるべきである。当業者は、本明細書に添付された特許請求の範囲及びその概念内で他の変更を想到するであろう。

Claims (20)

1. 手術器具を支持および操作するように構成されたロボットアームであって、
   スライダと、
   前記スライダによって回転可能に支持された第１のナットおよび第２のナットと、
   前記第１のナットおよび前記第２のナットに動作可能に連結されたギヤと、
   左巻きねじ山を有する左巻き親ねじであって、前記左巻き親ねじは、前記スライダを通って延在し、かつ前記第１のナットに螺合されている、左巻き親ねじと、
   右巻きねじ山を有する右巻き親ねじであって、前記右巻き親ねじは、前記左巻き親ねじに対して平行に配設され、前記第２のナットに螺合されている、右巻き親ねじと
   を備え、前記左巻き親ねじまたは前記右巻き親ねじのうちの少なくとも一方の回転は、前記スライダに対する前記ギヤの回転、または前記親ねじに沿った前記スライダおよび前記ギヤの軸方向運動をもたらし、
   前記親ねじの同一方向の回転は、前記スライダに対する前記ギヤの回転を駆動するように前記第１のナットおよび前記第２のナットを回転させる、ロボットアーム。
2. 前記親ねじに沿った前記スライダおよび前記ギヤの軸方向運動は、前記親ねじが同一方向に回転させられることに応答して生じない、請求項１に記載のロボットアーム。
3. 前記親ねじの互いに対して反対方向の回転は、前記親ねじを前記第１のナットおよび前記第２のナットに対して回転させて前記親ねじに沿った前記第１のナットおよび前記第２のナットならびに前記スライダの軸方向運動を駆動する、請求項１に記載のロボットアーム。
4. 前記親ねじのうちの一方のみの回転は、前記スライダに対する前記ギヤの回転および前記親ねじに沿った前記スライダの軸方向運動を同時にもたらす、請求項１に記載のロボットアーム。
5. 前記スライダに接続されたハウジングをさらに備え、前記ギヤが、前記ハウジング内に回転可能に配設され、かつ前記ハウジング内に軸方向に拘束され、前記ハウジングおよび前記スライダは、前記親ねじに沿って共に軸方向に動くように構成されている、請求項１に記載のロボットアーム。
6. 前記ハウジングは、前記手術器具の通過のために構成された、前記ハウジングを通る通路を画定する、請求項５に記載のロボットアーム。
7. 前記ギヤは、手術器具が前記ギヤ内に配設されたときに前記ギヤの回転が前記手術器具の回転をもたらすように、前記手術器具の回転不可能な受容のために構成されている、請求項１に記載のロボットアーム。
8. 前記左巻き親ねじに動作可能に連結された第１のモータと、
   前記親ねじが互いに対して独立して回転可能なように前記右巻き親ねじに動作可能に連結された第２のモータと
   をさらに備える、請求項１に記載のロボットアーム。
9. 細長いリンクをさらに備え、前記スライダがその中に摺動可能に配設され、かつ、前記親ねじがその中に回転可能に配設され、前記親ねじが前記細長いリンク内に軸方向に固定されている、請求項１に記載のロボットアーム。
10. 前記スライダは、そこを通る第１の通路、およびそこを通る第２の通路を画定し、前記第１のナットが、前記第１の通路と同軸に配設され、前記第２のナットが、前記第２の通路と同軸に配設されている、請求項１に記載のロボットアーム。
11. 前記スライダは、その中に側部開口を画定し、前記第１のナットおよび前記第２のナットの各々が、前記側部開口を通って外方に突出しているギヤ付き外面を有する、請求項１０に記載のロボットアーム。
12. ロボット手術システムであって、
    手術器具と、
    ロボットアームであって、
    第１の細長いリンクと、
    前記第１の細長いリンクに回動可能に連結された第２の細長いリンクと、
    前記第２の細長いリンク内に摺動可能に配設されたスライダと、
    前記スライダ内に回転可能に配設され、各々がギヤ付き外面を有する第１のナットおよび第２のナットと、
    前記第１のナットおよび前記第２のナットの各々の前記ギヤ付き外面に動作可能に連結され、かつ前記手術器具を回転不可能に受容するように構成された歯車と、
    前記スライダを通って延在し、かつ前記第１のナットに螺合される左巻き親ねじと、
    前記左巻き親ねじに対して平行に配設され、前記スライダを通って延在し、かつ前記第２のナットと螺合される右巻き親ねじと
    を含む、ロボットアームと
    を備え、前記左巻き親ねじまたは前記右巻き親ねじのうちの少なくとも一方の回転は、前記スライダに対する前記歯車の回転、または前記親ねじに沿った前記スライダおよび前記歯車の軸方向運動をもたらし、前記親ねじの同一方向の回転は、前記スライダに対する前記歯車の回転を駆動するように前記第１のナットおよび前記第２のナットを回転させ、次いで、前記手術器具の回転を駆動する、ロボット手術システム。
13. 前記親ねじに沿った前記スライダおよび前記歯車の軸方向運動は、前記親ねじが同一方向に回転させられることに応答して生じない、請求項１２に記載のロボット手術システム。
14. 前記親ねじの互いに対して反対方向の回転は、前記親ねじを前記第１のナットおよび前記第２のナットに対して回転させて前記親ねじに沿った前記第１のナットおよび前記第２のナット並びに前記スライダの軸方向運動を駆動する、請求項１２に記載のロボット手術システム。
15. 前記親ねじのうちの一方のみの回転は、前記スライダに対する前記歯車の回転および前記親ねじに沿った前記スライダの軸方向移動を同時にもたらす、請求項１２に記載のロボット手術システム。
16. 前記ロボットアームは、前記スライダに接続されたハウジングをさらに含み、前記歯車が、前記ハウジング内に回転可能に配設され、かつ前記ハウジング内に軸方向に拘束され、前記ハウジングおよび前記スライダは、前記親ねじに沿って共に軸方向に動くように構成されている、請求項１２に記載のロボット手術システム。
17. 前記ハウジングは、前記手術器具の通過のために構成された、前記ハウジングを通る通路を画定する、請求項１６に記載のロボット手術システム。
18. 前記ロボットアームは、前記左巻き親ねじに動作可能に連結された第１のモータと、
    前記親ねじが独立して回転可能なように前記右巻き親ねじに動作可能に連結された第２のモータと
    をさらに含む、請求項１２に記載のロボット手術システム。
19. 前記親ねじは、前記第２の細長いリンク内に軸方向に固定され、前記スライダは、前記第２の細長いリンク内に軸方向に可動である、請求項１２に記載のロボット手術システム。
20. 前記スライダは、そこを通る第１の通路、およびそこを通る第２の通路を画定し、前記第１のナットが、前記第１の通路と同軸に配設され、前記第２のナットが、前記第２の通路と同軸に配設され、前記スライダは、その中に側部開口を画定し、前記第１のナットおよび前記第２のナットの各々のギヤ付き外面が、前記側部開口を通って外方に突出している、請求項１２に記載のロボット手術システム。

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