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

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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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