JP2022530606A - 手術用ロボットシステムの構成 - Google Patents

Abstract

手術用ロボットシステムの制御システムであって、手術用ロボットシステムは、第一のロボットアームと第二のロボットアームとを含み、第一および第二のロボットアームの各々が、そのロボットアームの構成を変更することができる一連のジョイントを含み、一連のジョイントが、ロボットアームの近位端の基部から、ロボットアームの遠位端における手術器具のためのアタッチメントへ延伸し、制御システムが、第一のロボットアームを制御し、第一のロボットアームに取り付けられる第一の手術器具が患者の身体内にある手術モードで動作させること、第一のロボットアームが手術モードで動作している間、（ｉ）第二のロボットアームに取り付けられる第二の手術器具が患者の身体のポートに挿入されることを許容するように、第二のロボットアームを制御すること、（ｉｉ）第二のロボットアームの構成が、第二の手術器具がポートの内側にある間に変更されたときに、第二の手術器具が旋回する支点を決定すること、および（ｉｉｉ）第二のロボットアームを制御し、第二のロボットアームおよび第二の手術器具の構成が、第二の手術器具と決定された支点との間の交差を維持しながら、遠隔外科医コンソールで受信された入力に応答して制御される、手術モードで動作させることによって手術用ロボットシステムを再構成するように構成される。【選択図】図２

Description

本発明は、手術用ロボットシステムを再構成する方法に関する。

侵襲的医療処置は、手術用ロボットシステムを使用して実施することができる。図１は、典型的な手術用ロボットシステムを示す。手術用ロボットシステム１００は、手術台１０３上に位置する患者１０２に対して侵襲的医療処置を実施することが示される。手術用ロボットシステム１００は、三つのアーム１０１ａ、１０１ｂおよび１０１ｃを含む。三つのアーム１０１ａ、１０１ｂ、および１０１ｃは、共通ユニット１１０に取り付けられる。各アーム１０１ａ、１０１ｂおよび１０１ｃは、切断または把持を行うためのツールなどの手術用ツール１０６、または内視鏡などの撮像装置を担持し得る。各アーム１０１ａ、１０１ｂ、および１０１ｃは、侵襲的処置の態様を実施するために、それが運ぶ手術用ツールを操作することができる。手術用ロボットシステムは、手術室の床上に置かれた基部１０９によって支持される。

アーム１０１ａ、１０１ｂ、または１０１ｃのうちの一つまたは複数が障害を発生するか、または何らかの他の理由のためにもはや使用不可能である場合、多くの場合、（ｉ）侵襲的処置が手術用ロボットシステムの残りのアームのみを使用して完了され得るか、または（ｉｉ）侵襲的処置が手動処置（例えば、処置を完了するため、ロボット手術システムではなく、外科医が手術用ツールを操作するなど）に変換されるべきかについて決定しなければならない。これらのシナリオは両方とも望ましくないものである。どちらも侵襲的処置の完了が困難になり、また手動処置への変換は患者の回復時間が長くなることがよくある。

従って、上述の問題に対処できるように、手術用ロボットシステムを再構成する方法を改善することが望ましい。

本発明の第一の態様によれば、手術用ロボットシステムを再構成する方法が提供され、手術用ロボットシステムが、第一のロボットアームおよび第二のロボットアームを含み、第一および第二のロボットアームの各々がロボットアームの構成を変更することができる一連のジョイントを含み、一連のジョイントが、ロボットアームの近位端の基部から、ロボットアームの遠位端における手術器具のためのアタッチメントに延在し、方法は、第一のロボットアームを、第一のロボットアームに取り付けられる第一の手術器具が患者の身体内にある手術モードで動作させることと、第一のロボットアームを手術モードで動作させながら、（ｉ）第二のロボットアームに取り付けられる第二の手術器具を患者の身体のポートに挿入することと、（ｉｉ）第二のロボットアームの構成が、第二の手術器具がポートの内側にある間に変更されたときに、第二の手術器具が旋回する支点を決定することと、（ｉｉｉ）第二のロボットアームを、第二のロボットアームおよび第二の手術器具の構成が、第二の手術器具と決定された支点との間の交差を維持しながら、遠隔外科医コンソールによって制御される手術モードで動作させることとを含む。

支点は、第二のロボットアームの構成を外力に応答して変更することを可能にすること、第二の手術器具がポートの内側にある間にその構成が変更されるように、第二のロボットアームに外力を適用すること、および支点を決定することであって、支点は、第二のロボットアームの手術器具がポートの内側にある間に旋回する点であるように、決定することによって決定され得る。

第二のロボットアームは、第二のロボットアームの一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントで力を検知するように構成される一つまたは複数の力センサーと、第二のロボットアームの一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントを駆動するように構成される一つまたは複数のモーターとをさらに含み、方法は、一つまたは複数の力センサーを使用して、第二のロボットアームの一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントにおける外力を検知することと、一つまたは複数のモーターを使用して、第二のロボットアームの構成を変更するように、検知された外力に依存する第二のロボットアームの一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントを駆動することとをさらに含んでもよい。

第二のロボットアームは、第二のロボットアームの一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントの位置を検知するように構成される一つまたは複数の位置決めセンサーをさらに含んでもよく、方法は、少なくとも一つの位置決めセンサーを使用して、第二のロボットアームの構成が変更される間に、複数のインスタンスにおける第二のロボットアームの一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントの位置を記録することと、各インスタンスに対し、それぞれの記録された一つまたは複数のジョイント位置に依存する、第二のロボットアームの遠位端の位置を決定することと、各インスタンスに対し、それぞれの記録された一つまたは複数のジョイント位置に依存する、第二のロボットアームの遠位端の決定された位置からの第二の手術器具のベクトルを決定することと、支点を決定するように、第二の手術器具の決定されたベクトルの交点を決定することとをさらに含んでもよい。

支点は、ポートの自然回転中心であり得る。

方法は、第二のロボットアームが較正モードで動作している時に支点を決定することと、第二のロボットアームに、較正モードでの動作から手術モードでの動作に移行させることとをさらに含んでもよい。

第二のロボットアームは、より大きい遠位のインターフェイスおよびより小さい遠位のインターフェイスをさらに含み得、方法は、第二のロボットアームに、より大きい遠位のインターフェイスを使用して、較正モードで動作することから手術モードで動作することに移行させることをさらに含んでもよい。

方法は、第二のロボットアームを第二のロボットアームの構成を外力に応答して変更することができる適合モードで動作させることによって第二の手術器具をポートに挿入することと、第二のロボットアームを適合モードでの動作から、較正モードでの動作に移行させることとをさらに含んでもよい。

方法は、第二のロボットアームを、より大きい遠位のインターフェイスを使用して、適合モードでの動作から、較正モードでの動作に移行させることをさらに含んでもよい。

方法は、支点を決定した後、第二のロボットアームを、第二のロボットアームの構成が、外力に応答して変更され得るが、第二の手術器具と決定された支点との間の交差が維持されるように制約される、器具調整モードで動作させることと、第二の手術器具と決定された支点との間の交差を維持しながら、その構成が変更されるように、外力を第二のロボットアームに印加することとをさらに含んでもよい。

方法は、第二のロボットアームに、較正モードでの動作から、器具調整モードでの動作に移行させることと、第二のロボットアームに、器具調整モードでの動作から、手術モードでの動作に移行させることとをさらに含んでもよい。

方法は、第二のロボットアームに、より大きい遠位のインターフェイスを使用して、較正モードでの動作から、器具調整モードでの動作に移行させることと、第二のロボットアームに、より大きい遠位のインターフェイスを使用して、器具調整モードでの動作から手術モードでの動作に移行させることとをさらに含んでもよい。

方法は、第二のロボットアームに、手術モードでの動作から、器具調整モードでの動作に移行させることをさらに含んでもよい。

方法は、第二のロボットアームに、より小さい遠位のインターフェイスを使用して、手術モードでの動作から、器具調整モードでの動作に移行させることをさらに含んでもよい。

第二のロボットアームは、移動可能なアーム支持構造によって支持されてもよく、方法は、第一のロボットアームが手術モードで動作している間、および第二の手術器具をポートに挿入する前に、アーム支持構造を患者に隣接する位置に移動させることをさらに含んでもよい。

第一のロボットアームおよび第二のロボットアームの各々は、配向インターフェイスをさらに含んでもよく、方法は、第二のロボットアームを支持する移動可能なアーム支持構造を患者に隣接する位置に移動させた後、第一のロボットアームの配向インターフェイスを使用して方向を示し、第二のロボットアームの配向インターフェイスを使用して対応する方向を示すことによって、共通方向を特定することをさらに含んでもよい。

手術モードでは、第二のロボットアームは、遠隔コンソールへの第二のロボットアームに関連する入力を受信すること、決定された支点および識別された共通方向に依存して、入力を第二のロボットアームの制御信号に変換すること、および第二のロボットアームの構成を制御するために、制御信号に依存して、第二のロボットアームの一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントを制御することによって遠隔制御され得る。

手術用ロボットシステムは、そのロボットアームの構成を変更することができる一連のジョイントを含む第三のロボットアームを含んでもよく、一連のジョイントは、ロボットアームの近位端の基部から、ロボットアームの遠位端の手術器具のためのアタッチメントまで延伸し、方法は、第一のロボットアームが手術モードで動作中であり、および第二の手術器具をポートに挿入する前に、患者の身体から第三のロボットアームに取り付けられる第三の手術器具を格納することをさらに含んでもよい。

本方法は、第三のロボットアームの構成を外力に応答して変更することを可能にすることであって、第三の手術器具が、第三の手術器具の長手方向軸と平行な方向に、かつ患者の身体から離れて直線的にのみ移動できるように、第三のロボットアームの動作の自由度が制限されるように、可能にすること、および第三の手術器具を患者の身体から引き出すために、その構成が変更されるように、外力を第三のロボットアームに印加することによって、第三の手術器具を患者の身体から格納することをさらに含んでもよい。

第三のロボットアームは、第三のロボットアームの一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントにおける力を検知するように構成される一つまたは複数の力センサーと、第三のロボットアームの一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントを駆動するように構成される一つまたは複数のモーターとをさらに含んでもよく、方法は、一つまたは複数の力センサーを使用して、第三のロボットアームの一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントにおける外力を検知することと、第三の手術器具の長手方向軸と平行で、かつ患者の身体から離れている力の構成要素を決定するように、検知された外力を分解することと、一つまたは複数のモーターを使用して、第三のロボットアームの構成を変更するように、第三の手術器具の長手方向軸と平行な力の構成要素に依存して、第三のロボットアームの一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントを駆動することとをさらに含んでもよい。

方法は、第一のロボットアームが手術モードで動作している間、および第二の手術器具をポートに挿入する前に、第二の手術器具を患者の身体から格納することと、第二の手術器具を患者の身体に挿入する前に、メンテナンス作業を第二のロボットアームに行うこととをさらに含んでもよい。

方法は、第二のロボットアームの構成を、外力に応答して変更することを可能にすることであって、第二の手術器具が、第二の手術器具の長手方向軸と平行な方向にのみ直線的に移動できるように、第二のロボットアームの動作の自由度が制限されるように、可能にすること、および第二の手術器具を患者の身体から格納するためにその構成が変更されるように、外力を第二のロボットアームに印加することによって、第二の手術器具を患者の身体から格納することをさらに含んでもよい。

第二のロボットアームは、第二のロボットアームの一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントで力を検知するように構成される一つまたは複数の力センサーと、第二のロボットアームの一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントを駆動するように構成される一つまたは複数のモーターとをさらに含み、方法は、一つまたは複数の力センサーを使用して、第二のロボットアームの一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントにおける外力を検知することと、第二の手術器具の長手方向軸と平行な力の構成要素を決定するように、検知された外力を分解することと、一つまたは複数のモーターを使用して、第二のロボットアームの構成を変更するように、第二の手術器具の長手方向軸と平行な力の構成要素に依存して、第二のロボットアームの一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントを駆動することとをさらに含んでもよい。

第一のロボットアームが動作している手術モードは、第一のロボットアームおよび第一の手術器具の構成が遠隔外科医コンソールによって制御される係合手術モードであり得る。

第一のロボットアームが動作している手術モードは、第一のロボットアームおよび第一の手術器具の構成が遠隔外科医コンソールによって制御可能である、係合解除手術モードであり得る。

本発明の第二の態様によれば、手術用ロボットシステムの制御システムが提供され、手術用ロボットシステムは、第一のロボットアームと第二のロボットアームとを含み、第一および第二のロボットアームの各々が、そのロボットアームの構成を変更することができる一連のジョイントを含み、一連のジョイントが、ロボットアームの近位端の基部から、ロボットアームの遠位端における手術器具のためのアタッチメントへ延伸し、制御システムが、第一のロボットアームを制御し、第一のロボットアームに取り付けられる第一の手術器具が患者の身体内にある手術モードで動作させること、第一のロボットアームが手術モードで動作している間、（ｉ）第二のロボットアームに取り付けられる第二の手術器具が患者の身体のポートに挿入されることを許容するように、第二のロボットアームを制御すること、（ｉｉ）第二のロボットアームの構成が、第二の手術器具がポートの内側にある間に変更されたときに、第二の手術器具が旋回する支点を決定すること、および（ｉｉｉ）第二のロボットアームを制御し、第二のロボットアームおよび第二の手術器具の構成が、第二の手術器具と決定された支点との間の交差を維持しながら、遠隔外科医コンソールで受信された入力に応答して制御される、手術モードで動作させることによって手術用ロボットシステムを再構成するように構成される。

支点は、第二の手術器具がポートの内側にある間、外力に応答してその構成が変更されるように第二のロボットアームを制御すること、および支点を決定することであって、支点が第二のロボットアームの手術器具がポートの内側にある間に旋回する点であるように、決定することによって決定され得る。

第二のロボットアームは、第二のロボットアームの一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントで外力を検知するように構成される一つまたは複数の力センサーと、第二のロボットアームの一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントを駆動するように構成される一つまたは複数のモーターとをさらに含んでもよく、制御システムは、第二のロボットアームの構成を変更するように、一つまたは複数の力センサーによって検知される外力に依存して、第二のロボットアームの一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントを駆動するように、一つまたは複数のモーターを制御するようにさらに構成され得る。

第二のロボットアームは、第二のロボットアームの一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントの位置を検知し、第二のロボットアームの構成が変更される間に、複数のインスタンスにおける第二のロボットアームの一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントの位置を記録するように構成される一つまたは複数の位置決めセンサーをさらに含んでもよく、制御システムは、各インスタンスに対し、それぞれの記録された一つまたは複数のジョイント位置に依存する、第二のロボットアームの遠位端の位置を決定し、各インスタンスに対し、それぞれの記録された一つまたは複数のジョイント位置に依存する、第二のロボットアームの遠位端の決定された位置からの第二の手術器具のベクトルを決定し、および支点を決定するように、第二の手術器具の判定されたベクトルの交点を決定するように構成され得る。

制御システムは、較正モードで動作するように第二のロボットアームを制御する際に支点を決定し、第二のロボットアームを制御して、較正モードでの動作から手術モードでの動作に移行させるようにさらに構成され得る。

第二のロボットアームは、より大きい遠位のインターフェイスおよびよりより小さい遠位のインターフェイスをさらに含んでもよく、制御システムは、第二のロボットアームを制御して、より大きい遠位のインターフェイスとのオペレーターの相互作用に応答して、較正モードでの動作から手術モードでの動作に移行させるようにさらに構成され得る。

制御システムは、第二のロボットアームの構成が外力に応答して変更され得る適合モードで動作するように第二のロボットアームを制御することによって、第二の手術器具がポートに挿入されることを許容するように第二のロボットアームを制御し、および第二のロボットアームを制御し、適合モードでの動作から較正モードでの動作に移行させるようにさらに構成され得る。

制御システムは、第二のロボットアームを制御して、より大きい遠位のインターフェイスとのユーザー相互作用に応答して、適合モードでの動作から、較正モードでの動作に移行させるようにさらに構成され得る。

制御システムは、支点を決定した後、第二のロボットアームを制御して、第二のロボットアームの構成を、外力に応答して変更することができるが、交差が第二の手術器具と決定された支点との間に維持されるように制約される、器具調整モードで動作させるようにさらに構成され得る。

制御システムは、第二のロボットアームを制御し、較正モードでの動作から、器具調整モードでの動作に移行させ、第二のロボットアームを制御し、器具調整モードでの動作から手術モードでの動作に移行させ、および随意に、第二のロボットアームを制御し、手術モードでの動作から器具調整モードでの動作への移行させるようにさらに構成され得る。

第一のロボットアームおよび第二のロボットアームの各々は、配向インターフェイスをさらに含んでもよく、制御システムは、第一のロボットアームの配向インターフェイスを使用して方向を示し、第二のロボットアームの配向インターフェイスを使用して対応する方向を示すオペレーターに応答して、共通方向を識別する入力を受信するようにさらに構成され得る。

手術モードでは、第二のロボットアームは、遠隔コンソールへの第二のロボットアームに関連する入力を受信し、決定された支点および識別された共通方向に依存して、入力を第二のロボットアームの制御信号に変換し、および第二のロボットアームの構成を制御するために、制御信号に依存して、第二のロボットアームの一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントを制御するように構成される制御システムによって、遠隔制御され得る。

手術用ロボットシステムは、そのロボットアームの構成を変更することができる一連のジョイントを含む第三のロボットアームを含んでもよく、一連のジョイントは、ロボットアームの近位端の基部から、ロボットアームの遠位端の手術器具のためのアタッチメントまで延伸し、制御システムは、第一のロボットアームを制御して手術モードで動作させ、および第二の手術器具がポートに挿入されることを許容する前に、第三のロボットアームに取り付けられる第三の手術器具を患者の身体から退避させることを許容するように、第三のロボットアームを制御するようにさらに構成され得る。

制御システムは、第三の手術器具を、第三のロボットアームの構成を外力に応答して変更することを可能にすることであって、第三の手術器具が、第三の手術器具の長手方向軸と同軸の方向に、そして患者の身体から離れる方向にのみ直線的に動くことができるように、第三のロボットアームの動作の自由が制限されるように、可能にすることによって、患者の身体から退避させることを許容するようにさらに構成され得る。

第三のロボットアームは、第三のロボットアームの一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントで外力を検知するように構成される一つまたは複数の力センサーと、第三のロボットアームの一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントを駆動するように構成される一つまたは複数のモーターとをさらに含んでもよく、制御システムは、第三の手術器具の長手方向軸と平行で、かつ患者の身体から離れた力の構成要素を決定するように、一つまたは複数の力センサーによって検知された外力を分解して、および第三のロボットアームの構成を変更するように、第三の手術器具の長手方向軸と平行な力の構成要素に依存して、第三のロボットアームの一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントを駆動するように、一つまたは複数のモーターを制御するようにさらに構成され得る。

制御システムは、第一のロボットアームを制御して手術モードで動作させ、第二の手術器具をポートに挿入することを許容する前に、第二の手術器具を患者の身体から退避させることを許容するように、第二のロボットアームを制御し、メンテナンス作業が第二のロボットアーム上で行われた後に第二の手術器具が患者の身体内に挿入されるのを許容するように、第二のロボットアームを制御するようにさらに構成され得る。

制御システムは、第二のロボットアームの構成を外力に応答して変更することを可能にすることであって、第二の手術器具が第二の手術器具の長手方向軸に平行な方向にのみ直線的に動くことができるように、第二のロボットアームの動作の自由が制限されるように、可能にすることによって、第二の手術器具を患者の身体から退避させることを許容するようにさらに構成され得る。

第二のロボットアームは、第二のロボットアームの一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントで外力を検知するように構成される一つまたは複数の力センサーと、第二のロボットアームの一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントを駆動するように構成される一つまたは複数のモーターとをさらに含んでもよく、制御システムは、第二の手術器具の長手方向軸と平行な力の構成要素を決定するように、一つまたは複数の力センサーによって検知された外力を分解し、および第二のロボットアームの構成を変更するように、第二の手術器具の長手方向軸と平行な力の構成要素に依存して、第二のロボットアームの一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントを駆動するように、一つまたは複数のモーターを制御するようにさらに構成され得る。

制御システムが第一のロボットアームを制御して動作させる手術モードは、第一のロボットアームおよび第一の手術器具の構成が、遠隔外科医コンソールで受信された入力に応答して制御される係合手術モード、または第一のロボットアームおよび第一の手術器具の構成が、遠隔外科医コンソールで受信された入力に応答して制御可能な係合解除手術モードであり得る。

ここで、添付図面を参照して、本発明を例として説明する。図は、以下の通りである。

図１は、典型的な手術用ロボットシステムを示す。 図２は、手術用ロボットシステムを示す。 図３は、手術用ロボットシステムの手術用ロボットアームを示す。 図４は、手術用ロボットアームのための起動シーケンスを示す。 図５は、手術用ロボットアームを較正するステップを示すフロー図である。 図６は、手術用ロボットシステムの平面図を示す。 図７は、本明細書に記載の原理に従って手術用ロボットシステムを再構成するためのフロー図を示す。

以下の説明は、当業者が本発明を作製および使用することができるように提示され、特定の適用の文脈で提供される。開示された実施形態に対するさまざまな修正は、当業者に容易に明らかとなるであろう。

本明細書に定義される一般原則は、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、他の実施形態および用途に適用され得る。従って、本発明は、示される実施形態に限定されることを意図するものではなく、本明細書に開示される原理および特徴と一致する最も広い範囲を与えられるべきである。

図２は、手術用ロボットシステムを示す。図２は、患者２０２に対して侵襲的医療処置を実施する手術用ロボットシステム２００を示す。患者２０２は、手術台２０３上に位置する。手術用ロボットシステム１００は、第一のロボットアーム２０１ａおよび第二のロボットアーム２０１ｂを含む。二つのロボットアーム２０１ａ、２０１ｂが図２に示されるが、本明細書に記載の原理に従って構成される手術用ロボットシステムは、任意の数のロボットアームを含んでもよいことが理解されるべきである。各ロボットアーム２０１ａ、２０１ｂは、その近位端で基部２０９から延在する。各ロボットアーム２０１ａ、２０１ｂは、そのロボットアームの構成を変更することができる複数のジョイント２０４を含む。

各ロボットアーム２０１ａ、２０１ｂは、その遠位端に手術器具２０６のためのアタッチメントを含む。手術器具は、侵襲的処置の態様を実施するために、その遠位端にエンドエフェクターを有する薄い細長いシャフトを有し得る。手術器具は、例えば、切断装置、把持装置、または撮像装置（例えば、内視鏡）であり得る。各手術器具２０６は、患者の身体２０２内に挿入可能である。各手術器具２０６は、ポートを介して患者の身体２０２に挿入され得る。各手術器具２０６は、異なるポートを通して患者２０２に挿入され得る。

各ロボットアーム２０１ａ、２０１ｂの基部２０９は、支持構造２０９ａによって支持される。支持構造２０９ａは、移動可能であり得る。支持構造は、カートまたはトロリーであり得る。例えば、各支持構造は、支持構造が移動できる一つまたは複数の車輪（図示せず）を含んでもよい。他の実施例では、移動可能な支持構造は、レール、スライダ、またはベアリング、または支持構造を移動できる任意の他の要素のうちの一つまたは複数上に取り付け得る。図示されていない実施例では、基部２０９ａは、壁または天井に取り付けられるアーム支持構造によって支持され得る（例えば、その構造に固定されることによって）。前述の壁または天井に取り付けられるアーム支持構造は、壁または天井に取り付けられるアーム支持構造を移動できるように、一つまたは複数のレール、または任意の他の適切な要素上に取り付けられてもよい。アーム支持構造は、任意の他の適切な表面（例えば、手術台２０３）上に移動可能に取り付けられ得る。移動可能な支持構造は、必要に応じて（例えば、支持するロボットアームが侵襲的医療処置に参加している間）支持構造が静止状態のままになるように、ブレーキ（図示せず）を含んでもよい。

各ロボットアーム２０１ａ、２０１ｂの構成は、遠隔外科医コンソール２２０で受信された入力に応答して遠隔制御され得る。外科医は、遠隔コンソール２２０への入力を提供し得る。遠隔外科医コンソールは、一つまたは複数の外科医入力装置２２３を含む。例えば、これらは、ハンドコントローラーまたはフットペダルの形態をとり得る。外科医コンソールはまた、ディスプレイ２２１を含む。

制御システム２２４は、各外科医コンソール２２０を各手術用ロボット２０１ａ、２０１ｂに接続する。制御システムは、外科医入力装置（複数可）から入力を受信し、これらをロボットアーム１０４のジョイントおよび手術器具２０６を移動させるための制御信号に変換する。制御システム２２４は、これらの制御信号をロボットに送信し、それに応じて、対応するジョイントが駆動される。制御システム２２４は、遠隔外科医コンソール２２０およびロボットアーム２０１ａ、２０１ｂから分離し得る。制御システム２２４は、遠隔外科医コンソール２２０と並列し得る。制御システム２２４は、ロボットアーム２０１ａ、２０１ｂのうちの一つと並列し得る。制御システム２２４は、遠隔外科医コンソール２２０とロボットアーム２０１ａ、２０１ｂとの間に分配され得る。

各ロボットアーム２０１ａ、２０１ｂの構成は、そのロボットアームに直接印加される外力に応答して制御可能であり得る。例えば、ベッドサイドチーム（例えば、手術室の看護師）のメンバーは、ロボットアームに直接力をかけることができる（例えば、ロボットアームのジョイントを押すことによって）。この挙動は、本明細書でさらに詳細に説明される。

図３は、ロボットアーム３０１の実施例を示す。図２に示すロボットアーム２０１ａ、２０１ｂは、図３に示すロボットアーム３０１と同じ特徴を有し得る。

ロボットアームは、基部３０９を含む。ロボットアームは、一連の剛直なアーム部材を有する。一連の各アーム部材は、それぞれのジョイント３０４ａ～ｇによって先行するアーム部材に結合される。ジョイント３０４ａ～ｅおよび３０４ｇは、外旋ジョイントである。ジョイント３０４ｆは、フックジョイントまたはユニバーサルジョイントのように、軸が互いに直交する二つの外旋ジョイントから構成される。ジョイント３０４ｆは、手首ジョイントと称され得る。ロボットアームは、図３のアームとは異なって結合され得る。例えば、ジョイント３０４ｄは省略されてもよく、および／またはジョイント３０４ｆは単一軸の周りの回転を許容し得る。ロボットアームは、ジョイントのそれぞれの側面間の回転以外の動作を許容する一つまたは複数のジョイント、例えば、器具アタッチメントがロボットアームのより近位部分に対して直線的に滑ることができるプリズムジョイントを含み得る。

ジョイントは、ロボットアームの構成を変更して、ロボットアームの遠位端３３０を、一般に３３５に図示された三次元作業ボリュームの任意の点に移動できるように構成される。これを達成する一つの方法は、ジョイントが図３に示す配置を有することである。ジョイントの他の組み合わせおよび構成は、少なくともゾーン３３５内で、同様の可動域を達成し得る。アームのメンバーは多かれ少なかれ存在し得る。

ロボットアーム３３０の遠位端は、手術器具３０６が取り外し可能に取り付けられ得る、アタッチメント３１６を有する。手術器具は、直線状の剛直なシャフト３６１およびシャフトの遠位端にあるエンドエフェクター３６２を有する。エンドエフェクター３６２は、例えば、切断、把持、または撮像装置などの処置に関与する装置からなる。本明細書に記載されるように、末端ジョイント３０４ｇは、外旋ジョイントであり得る。手術器具３０６および／またはアタッチメント３１６は、機器がロボットアームの末端ジョイント３０４ｇの回転軸と直線的に平行に伸びるように、構成することができる。この実施例では、器具は、ジョイント３０４ｇの回転軸と一致する軸に沿って延在する。

ロボットアームのジョイント３０４ｅおよび３０４ｆは、ロボットアーム３３０の遠位端が作業ボリューム３３５内の任意の位置に保持される状態で、手術器具３０６が円錐内の任意の方向に向けられることができるように構成される。こうした円錐は、一般に３３６で図示される。それを達成する一つの方法は、アームの末端部分が、その軸が上述のように相互に配置される一対のジョイント３０４ｅおよび３０４ｆを含むことである。他の機構も同様の結果を達成し得る。例えば、ジョイント３０４ｇは、器具がジョイント３０４ｇの軸に平行ではない方向に延びる場合、器具の姿勢に影響を与える得る。

手術器具３０６は、ポート３１７を通して患者の身体内に挿入され得る。ポート３１７は、中空管３１７ａを含んでもよい。中空管３１７ａは、手術器具が挿入および除去されるとき、および器具が患者の身体内で操作されるときに、これらの組織への破損を制限するために、患者の外側組織３０２を通過し得る。ポート３１７は、カラー３１７ｂを含んでもよい。カラー３１７ｂは、ポート３１７が患者の外側組織３０２を通って深く挿入されることを防止し得る。他の実施例（図示せず）では、手術器具は、例えば、喉などの自然オリフィスを通して、患者の身体に直接挿入され得る。手術器具がそれを通して患者の身体に挿入される自然オリフィスは、本明細書では「ポート」とも呼称される。

ロボットアーム３０１は、一連のモーター３１０ａ～ｈを含む。二つのモーターによって役目を果たす複合ジョイント３０４ｆを除いて、各モーターは、ロボットアームのそれぞれのジョイントの周りの回転を駆動するように配置される。モーターは、制御システム（図２に示す制御システム２２４など）によって制御される。制御ユニットは、プロセッサーおよびメモリーを含む。メモリーは、プロセッサーによって実行され得るソフトウェアコードを非一時的な方法で記憶して、プロセッサーに、本明細書に記載の様式でモーター３１０ａ～ｈを制御させる。

ロボットアーム３０１はまた、一連のセンサー３０７ａ～ｈおよび３０８ａ～ｈを含み得る。これらのセンサーは、ジョイントごとに、ジョイントの回転位置を検知するための位置決めセンサー３０７ａ～ｈ、およびジョイントの回転軸の周りに加えられた力（トルクなど）を検知するための力センサー３０８ａ～ｈを含む。複合ジョイント３０４ｆは、二つの対のセンサーを有し得る。ジョイントの位置センサーおよび力センサーのうちの一方または両方を、そのジョイントのモーターと一体化させることができる。センサーの出力は、それらがプロセッサーへの入力を形成する制御システムに渡される。

ロボットアーム３０１はまた、配向インターフェイス３５０を含んでもよい。配向インターフェイス３５０は、例えば、ベッドサイドチームのメンバー（例えば、手術室の看護師）がアクセスできるボタンまたはボタンのセットであり得る。配向インターフェイス３５０を使用して、手術用ロボットシステムのロボットアーム（図２に示す手術用ロボットシステム２００など）の共通方向を識別できる。配向センサーの出力は、制御システムに渡され、プロセッサーへの入力を形成し得る。配向インターフェイス３５０は、以下でさらに詳細に説明される。

ロボットアーム３０１はまた、一つまたは複数のインターフェイス３７０、３７１を含んでもよい。インターフェイス３７０、３７１は例えば、ベッドサイドチームのメンバー（例えば、手術室の看護師）がアクセスできるボタンまたはボタンのセットであり得る。インターフェイス３７０、３７１を使用して、ロボットアームの動作モード間を選択することができる。インターフェイス３７０、３７１は、以下でさらに詳細に説明される。

ロボットアームの構成
ロボットアームを手術用ロボットシステムの一部として使用できるように構成するために、起動シーケンスモードを使用し得る。図４は、手術用ロボットアームのための起動シーケンスを示す。手術用ロボットシステムの制御システム（図２に示す制御システム２２４など）は、すなわち、図４を参照して説明したさまざまな動作モードに従って、手術用ロボットシステム内の各ロボットアームの動作を制御することが理解されるべきである。制御システムは、各動作モードでの各ロボットアームの動作および挙動を制御し、本明細書に記載されるように、各ロボットアームの動作モード間の移行を制御することが理解されるべきである。

図４に示すように、ロボットアームは、スリープモード４０１で操作され、その後にロックモード４０２で、その後に適合モード４０３で、その後に較正モード４０４で、その後に調整モード４０５で、その後に手術モード４０６で動作され得る。とは言え、ロボットアームを手術モード４０６で動作させることができるように構成するために、図４に示すモードの全てで動作させる必要はない。例えば、ロボットアームは、較正モード４０４で、その直後に手術モード４０６で操作され得る。ロボットアームは、図４の矢印によって可能であることが示される任意のシーケンスモード移行を実行することによって、図４に示すモードの任意の組み合わせで連続的に動作することができる。例えば、ロボットアームは、較正モード４０４で操作されてもよく、その直後に手術モード４０６が続き、その後に器具調整モード４０５が続き、その後に手術モード４０６に戻る。

ロボットアームは、スリープモード４０１で動作可能であり得る。スリープモード４０１では、ロボットアームは、ロボットアームを格納または輸送するのに適した構成を採用し得る。こうした構成は、コンパクトな構成であり得る。例えば、前述の構成では、近位アーム部材は、実質的に互いに平行であり得るが、他のコンパクトな構成も好適である。手術器具３０６は、スリープモード４０１で動作している時に、ロボットアームに取り付けられなくてもよい。

スリープモード４０１では、ロボットアームは、その構成を維持するように外力に抵抗し得る。ロボットアームがその構成を維持するように外力に抵抗できるように、ロボットアームのジョイント３０４ａ～ｇのうちの一つまたは複数にブレーキをかけることができる。前述のブレーキは、電子ブレーキ、磁気ブレーキ、または機械ブレーキなどの任意の適切なタイプのブレーキであり得る。スリープモード４０１では、ロボットアームは、遠隔外科医コンソール（例えば、図２に示す遠隔外科医コンソール２２０）での入力に応答してその構成を変更しない。

ロボットアームは、ロックモード４０２で動作可能であり得る。ロックモードでは、ロボットアームは、（例えば、図２および３に示すタイプの）「ホースシュー」構成を採用し得る。ロボットアームのジョイントの配向が、そのジョイント限界および単数形の構成から離れているため、ロックモード４０２では「ホースシュー」の構成が望ましい。すなわち、ロボットアームの広い範囲の動きがその構成から可能であるような、「ホースシュー」構成である。「ホースシュー」において、ロボットアームは、手術を実施する際に使用される最終／最適な構成と類似した構成で、ポートの近くに置くことができ、手術スタッフが、外科手術セットアップがどのように見えるかについて良い考えを持つようになる。スリープモード４０１からロックモード４０２に移行すると、ロボットアームの構成は、コンパクトな構成から「ホースシュー」構成に変更され得る。こうした変化は、一連のモーター３１０ａ～ｈのうちの一つまたは複数によって駆動され得る。

手術器具３０６は、ロックモード４０２で動作している時に、ロボットアームに取り付けられ得る。ロックモード４０２では、ロボットアームは、その構成を維持するように外力に抵抗し得る。ロボットアームがその構成を維持するように外力に抵抗できるように、ロボットアームのジョイント３０４ａ～ｇのうちの一つまたは複数にブレーキをかけることができる。前述のブレーキは、電子ブレーキ、磁気ブレーキ、または機械ブレーキなどの任意の適切なタイプのブレーキであり得る。ロックモード４０２では、ロボットアームは、遠隔外科医コンソール（例えば、図２に示す遠隔外科医コンソール２２０）での入力に応答してその構成を変化させない。

手術器具３０６は、ロックモード４０２で動作している時に、ロボットアームに取り付けられ得る。ドレープ（図示せず）が、ロックモード４０２で動作している時に、ロボットアームに適用され得る。

ロボットアームの動作モードはまた、手順が完了した後に、ロボットアームが格納のために準備されるときなど、ロックモード４０２からスリープモード４０１に移行され得る。

ロボットアームは、適合モード４０３で動作可能であり得る。図４に示すように、ロボットアームの動作モードは、ロックモード４０２から適合モード４０３に移行させられ得る。ロボットアームの動作モードはまた、スリープモード４０１から適合モード４０３に直接移行させてもよい。スリープモード４０１から適合モード４０３に移行すると、ロボットアームの構成は、コンパクトな構成から「ホースシュー」構成に変更され得る。

適合モード４０３では、ロボットアームの構成は、そのロボットアームに直接印加される外力に応答して変更可能である。例えば、ベッドサイドチーム（例えば、手術室の看護師）のメンバーは、ロボットアームに直接力をかけることができる（例えば、ロボットアームのジョイントを押すことによって）。適合モード４０３では、制御システム（図２に示す制御システム２２４など）は、ロボットアームを制御して、ロボットアームに直接印加される外力によって置かれる位置を維持する。

これを達成するために、制御システムは、位置および力センサー３０７ａ～ｈおよび３０８ａ～ｈから入力を受信する。位置決めセンサーから、制御システムは、ロボットアームの現在の構成を決定することができる。制御システムは、ロボットアーム、および手術器具の各要素ごとに、その質量、ロボットアームの前のジョイントからの重心の距離、および重心と前のジョイントの位置決めセンサーの位置出力との関係を格納する。ロボットアームの現在の構成は、他の手段によって推測され得る。例えば、カメラベースの位置決めシステムは、ロボットアームに取り付けられる基準マーカーなど、空間内の点を追跡するために使用され得る。この技術を使用して、ジョイント角度を決定することができる。他の技術としては、電流センサーを使用してジョイントの位置を推測することが挙げられる。例えば、ジョイントの位置は、モーターを通過し、所定の関係を一定であると仮定する電流の量から推測することができる。

その情報を使用して、制御システムは、ロボットアームの現在の構成に対するロボットアームの構成要素に対する重力の影響をモデル化し、ロボットアームの各ジョイントに対する重力による力（例えば、トルク）を推定する。次に、プロセッサーは、各ジョイントのモーター３１０ａ～ｈを駆動して、計算された重力に正確に対抗する力（例えば、トルク）を加える。この制御ストラテジーでは、オペレーター（例えば、手術室の看護師）は、ロボットアームの任意の部分を所望の位置に押したり引いたりすることができ、その部分は、それに対するおよびそこからの任意の部品に対する重力の影響にもかかわらず、その位置に留まる。アームに力を加えると、複数のジョイントにトルクをもたらし得る。制御システムは、トルクを中和するためにジョイントの特定のものを優先するようにプログラムすることができる。実施例では、いくつかのジョイントは、所定位置にロックされてもよく、他のジョイントは、準拠して移動することができ、所与のリンクまたは空間内の点の位置は、ジョイントのセットよりも優先され得る。

各モーター３１０ａ～ｈは、それぞれのジョイントの周りに測定される力（例えば、トルク）に応答して制御され得る。ジョイントで測定される力が重力に対して調整されると、任意の残りの検知された力は、外力によって加えられる力を表す（例えば、ロボットアーム上の押すまたは引くことによる）。その力に応答して、制御システムは、ロボットアームの構成を変更するように、それぞれのモーター３１０ａ～ｈを制御し得る。例えば、これは、モーター３１０ａ～ｈを制御して、それらのそれぞれのジョイント３０４ａ～ｇを、測定される力を減少させるように、かつ測定される力の大きさに依存する速度で、ある方向に動かすことによって達成され得る。このようにして、サイドベッドのスタッフのメンバーは、ロボットアームが、実際はそれが動作を駆動するロボットアームのモーターであるとき、それらが適用する力に応答して自由に動いていると感じることができる。

適合モード４０３を使用して、手術器具を患者の身体のポートに挿入することができる。すなわち、適合モード４０３は、手術器具のエンドエフェクター３６２を患者の身体内に位置するポート３１７に挿入するために使用され得る。適合モード４０３では、手術器具は、エンドエフェクター３６２がポート３１７の入口と同心になるように、ポート３１７の入口に位置付けられてもよい。ポートの入口は、患者の身体からわずかに突出し得る。手術器具のエンドエフェクター３６２は、もちろん、適合モード４０３でポート３１７内にさらに挿入され得る。本明細書に記載されるように、ポートは、代替的に、喉などの患者の身体内の自然オリフィスであり得る。

図３を再び参照すると、ロボットアームを適合モード４０３にすると、オペレーター（例えば、手術室の看護師）は、ロボットアーム３０１および手術器具３０６の一方または両方をつかむことができる。次に、オペレーターは、ロボットアーム３０１の構成を変化させ、機器のシャフト３６１の細長い軸が、ポート３１７の中空管３１７ａを通る通路とほぼ整列するように、外力を加えることができる。次に、オペレーターは、外力（例えば、押す）をロボットアームおよび／または器具に印加して、器具がその細長い軸にほぼ平行に移動し、ポート３１７の通路に入るようにすることができる。

ロボットアームの動作モードはまた、処置が完了した後に、ロボットアームが格納のために準備されるときなど、適合モード４０３からロックモード４０２またはスリープモード４０１に移行され得る。

ロボットアームは、較正モード４０４で動作可能であり得る。図４に示すように、ロボットアームの動作モードは、適合モード４０３から較正モード４０４に移行する。

本明細書に記載されるように、手術器具３０６は、例えば、ポート３１７を介して、患者の身体内に挿入され得る。これは、適合モード４０３または較正モード４０４で実施することができる。これは、ロボットアームが、適合モード４０３と同じ様式で、較正モード４０４の外力に応答することができるためである。

較正モード４０４では、ロボットアーム３０１に対するポート３１７の位置が推定される。例えば、ポート３１７の位置は、手首ジョイント３０４ｅ～ｇに対して推定され得る。具体的には、支点は決定されてもよく、支点は、患者の身体内で手術器具３０６が旋回する点である。支点は、ポート３１７の自然回転中心であり得る。

ロボットアーム３０１の制御システム（例えば、図２に示す制御システム２２４など）は、手術器具３０６がポート３１７の内側にある間に実施される較正プロセスによって、支点を決定することができる。図５は、こうした較正プロセスのステップを示すフロー図である。

手術器具はポート３１７の内側にある間、ロボットアームの構成は変更される５０１。ロボットアーム３０１の構成は、ロボットアームに直接外力をかけることによって変更される。ロボットアームは、器具３０６のシャフト３６１に対して一般に横方向に移動することができる。これにより、ポート３１７は、器具シャフト３１６に横方向の力を加える。その力は、ジョイント３０４ｆの周りの動作によって収容される。ロボットアームの構成が変更されると、位置決めセンサー３０７ａ～ｈは、ロボットアームの各ジョイントの位置を記録する。位置決めセンサー３０７ａ～ｈは、複数のインスタンスにおけるロボットアームの各ジョイントの位置を記録する５０２。すなわち、位置決めセンサー３０７ａ～ｈは、複数の時点でのロボットアームの各ジョイントの位置を記録する。位置情報は、不規則に、または所定の間隔で、例えば、０．５秒ごとに記録され得る。位置決めセンサーは、記録された位置情報を制御システムに提供する。制御システムは、（ａ）基部に対するロボットアームの遠位端の位置、および（ｂ）ロボットアームの遠位端に対する器具シャフト３６１のベクトルを決定するために受信された情報を使用する。位置（ａ）およびベクトル（ｂ）は、データペアと呼んでもよい。制御システムは、位置決めセンサーが位置情報を記録した各インスタンスのデータペアを決定し得る。すなわち、各インスタンスに対し、制御システムは、記録された一つまたは複数のジョイント位置に依存して、ロボットアーム５０３の遠位端の位置を決定する。さらに、各インスタンスに対し、制御システムは、記録されたジョイント位置に依存して、第二のロボットアーム５０４の遠位端の決定位置から手術器具のベクトルを決定する。器具シャフト３６１の軸はポート３１７の通路を通過するため、ポートの通路はそのベクトルに沿って置かれる。ロボットアームの遠位端が移動するにつれて、制御システムは、遠位端位置および器具シャフトベクトルの複数の対を計算する。これらのベクトルは全て、それぞれの遠位端位置から、ポート３１７の通路の自然回転中心上に収束する。一連のそれらのデータペアを収集し、次いで、器具シャフトベクトルが収束する平均位置を解くことによって、制御システムは、ロボットアームに対するポートの位置を推定する。すなわち、制御システムは、支点を決定するように、手術器具５０５の決定されたベクトルの交点を決定する。次いで、制御システムは、後で使用するために、決定された支点を非一時的形態でメモリーに格納する。

ステップ５０１の間、ロボットアームの構成は、ロボットアームの遠位端が、例えば、（ｉ）構成要素が器具シャフト３６１に対して横方向に平行な、かつ（ｉｉ）成要素がその方向に直角であるが器具シャフト３６１に対して横方向の状態で、二次元で移動するように変更され得る。これをするために、オペレーター（例えば、ベッドサイドチームのメンバー）は、ロボットアームの遠位端を、ポートの中空管３１７ａの自然軸と一般に整列した点の周りで回転させてもよい。

ステップ５０２で決定され、ステップ５０３～５０５で許容可能な精度で支点を決定するために使用されるデータペアの数は、ロボットアームの位置決めセンサーの精度、およびオペレーターが較正プロセス中にアームを横方向に移動する程度などの要因に依存する。制御システムは、連続する測定値を使用して導出された支点の推定値間の分散が所定のレベル未満に減少するように、十分なコヒーレント測定値が収集された後に、支点が適切に推定されたと決定し得る。

支点を決定した後、ロボットアームは、器具調整モード４０５で動作可能であり得る。図４に示すように、ロボットアームの動作モードは、較正モード４０４から器具調整モード４０５に移行させられ得る。ロボットアームの動作モードは、手術モード４０６から器具調整モード４０５に移行させられ得る。

器具調整モード４０５では、ロボットアームの構成は、適合モード４０３におけるのと同じ様式で、外力に応答して変更することができるが、ロボットアームの構成が、器具シャフト３６１と決定された支点との間の交差が維持されるように制約される点を除く。器具調整モード４０５は、患者の身体内の機器の位置を調整するために使用され得る。例えば、器具調整モード４０５を使用して、器具を最適な位置に位置付けて処置を開始することができる。例えば、本明細書に記載されるように、適合モード４０３では、手術器具は、エンドエフェクター３６２がポート３１７の入口と同心になるように、ポート３１７の入口に位置付けられてもよい。器具調整モード４０５は、患者の身体（例えば、意図された外科手術部位に向かって）への器具の挿入を支援するために使用され得る。この実施例では、制御システム（図２の制御システム２２４など）は、支点の決定された位置を使用し、アームを制御して、器具が一般的にポート通路と整列する構成を採用する。次いで、オペレーター（例えば、手術室の看護師などのベッドサイドチームのメンバー）は、ロボットアームに外力をかけることによって、ポートを通してさらに器具を挿入することができる。器具がポートをさらに貫通して挿入される間、制御システムは、器具のシャフトが支点と交差するようにロボットアームを制御する。すなわち、機器と支点との間の交差が維持される。

支点を決定した後、ロボットアームは手術モード４０６で動作可能である。図４に示すように、ロボットアームの動作モードは、較正モード４０４から手術モード４０６へ、または器具調整モード４０５から手術モード４０６へ直接移行させられ得る。

手術モード４０６では、ロボットアームの構成は、遠隔外科医コンソール（図２に示す遠隔外科医コンソール２２０など）で受信された入力に応答して遠隔制御され得る。外科医は、遠隔コンソール２２０への入力を提供し得る。遠隔外科医コンソールは、一つまたは複数の外科医入力装置２２３を含む。例えば、これらは、ハンドコントローラーまたはフットペダルの形態をとり得る。

手術モード４０６では、オペレーター（例えば、外科医）は、遠隔外科医コンソールを使用して、エンドエフェクター３６２の所望の位置を合図する。制御システム（図２に示す制御システム２２４など）は、エンドエフェクター３６２がその位置に置かれる結果となるロボットアームのジョイントの構成を決定する。エンドエフェクター３６２が所望の位置に置かれる結果となる、ロボットアームの複数の構成があり得る。制御システムは、ロボットアームと、ロボットアームに近接する制御システムに公知の他の物体との間の衝突を回避することを求める、または新しい構成に到達するためにジョイントの移動量を最小化しようと努めるアルゴリズムに基づいて、それらの構成の中から選択することができる。制御システムが新しい構成を選択すると、ジョイント３０４ａ～ｇに信号を送り、アームをその構成にもたらすために必要な状態を採用する。このようにして、手術モード４０６では、オペレーター（例えば、外科医）は、エンドエフェクター３６２に信号を送り、所望の位置に移動させることができる。

制御システムは、ロボットアームが手術モード４０６で動作している時に、ロボットアームの構成を制御するのを支援するために、決定された支点を使用する。制御システムは、例えば、メモリーに格納されるソフトウェアによって、（ｉ）エンドエフェクター３６２が所望の位置にあり、（ｉｉ）器具３０６のシャフト３６１が決定された支点を通過し、アームをその構成に移動するアームの構成を選択するように構成される。そのようにして、エンドエフェクター３６２は、患者の外側組織への比較的少ない破損で所望の位置に提供され得る。

手術モード４０６は、係合手術モードおよび係合解除手術モードを含み得る。係合手術モードでは、ロボットアームおよび手術器具の構成は、本明細書に記載されるように遠隔外科医コンソールによって制御される。係合解除手術モードでは、ロボットアームおよび手術器具の構成は、遠隔外科医コンソールによって制御可能である。すなわち、係合係合解除手術モードでは、ロボットアームの構成が変更されるときに手術器具が旋回する支点が明らかであり、従って、ロボットアームおよび手術器具の構成が遠隔外科医コンソールによって制御されることが可能である。しかしながら、係合解除手術モードでは、手術器具の構成は一時的にロックまたは維持され得る。例えば、外科医は、休息を取るために、または異なるロボットアームの制御（例えば、処置の特に困難な部分の間）に注意を向けることができるように、ロボットアームを係合解除手術モードに置くことを選択し得る。外科医は、例えば、遠隔外科医コンソール上のインターフェイスを介して、または手術室スタッフのメンバーに、ロボットアーム自体上のインターフェイスと相互作用するように指示することによって、係合手術モードと係合解除手術モードとの間の移行を制御し得る。

手術モード４０６で動作させるとき、ロボットアームの特定の部分は、適合的な挙動を呈し得る。例えば、肘ジョイント３０４ｄの構成は、器具３０６の構成が影響を受けない限り、本明細書に記述された様式で外力に応答して変更することができる。ロボットアームが手術モードで動作している間にこのような適合的な挙動を可能にすることにより、例えば、ロボット手術システムのオペレーターがロボットアームの肘を動かすこと（例えば、処置中に患者にアクセスできるようにする）が可能になる。こうした適合的な挙動を実施するために、制御システムは、ロボット（例えば、手首ジョイントのセット３０４ｅ～ｇ）の一つまたは複数の部品に対して許容領域またはボリュームを画定し、外部から印加された力に応答してそれらの部品の動きが、その許容領域またはボリューム内に制限されるようにし得る。許容領域またはボリュームは、外部から印加された力に応答してその領域またはボリューム内の移動が、機器３０６の構成に影響を与えないように画定される。

ロボットアームが配向インターフェイスを含む実施例では、制御システムはまた、遠隔外科医コンソールでの入力を、手術モード４０６で動作させるときに、ロボットアームの構成を制御するための適切な制御信号に変換するために、識別された共通方向を使用し得る。

ロボットアームはまた、器具格納モード４０６で動作可能であり得る。図４に示すように、ロボットアームの動作モードは、手術モード４０６から器具格納モード４０７に移行させられ得る。

器具格納モード４０７は、（例えば、処置の終了時に）患者の身体から器具３０６を取り外すために関与される。器具格納モード４０７では、制御システムは、器具３０６を器具の長手方向軸に沿ってポートから退避させるように、ロボットアームを再構成するように、モーター３１０ａ～ｈを制御する。器具の長手方向軸は、器具シャフト３６１と同一軸であり得る。制御システムは、適合モード４０３と同様に、ロボットアームがロボットアームに印加された外力の作用によって再構成されるのを許容するように、モーター３１０ａ～ｈを制御することによってこれを達成できる。すなわち、器具格納モード４０７では、制御システムは、外力に応答してロボットアームの構成を変更することを可能にするが、手術器具がその長手方向軸と平行な方向および／または同一軸で患者の身体から離れる方向にのみ直線的に移動できるように、ロボットアームの動作の自由度を制限する。言い換えれば、器具３０６のシャフト３６１と平行に、かつ患者の身体から離れる方向にロボットアームに加えられた外力は、患者の身体から器具を抽出させる。この方向に印加された外力を検出すると、制御システムは、適切なジョイントのモーター３１０ａ～ｈに信号を送り、ジョイントを駆動して外力が印加された方向に移動させるように応答する。各ジョイント上の重力は、適合モード４０３に関して上述したように対向する。このようにして、オペレーター（例えば、手術室の看護師などのベッドサイドチームのメンバー）は、ロボットアームを患者の身体から離れた方向に手動で押すか引くことができ、ロボットアームはその方向に動くことによって反応する。従って、ロボットアームは、患者の身体から器具を引き出すために、その押すまたは引くことの自由自在に動く感覚をオペレーターに提供する。

制御システムは、力センサー３０７ａ～ｈによってロボットアームに印加される外力を検出する。制御システムは、このセンサー入力を使用して、印加された外力が、器具の長手方向軸に沿って、および／または平行に、かつ患者の身体から離れて作用しているかどうかを決定する。器具が、ジョイント３０４ｇの回転軸と同一の軸に沿って延在する実施例では、制御システムは、印加された外力が、器具の長手方向軸と一致し（従って、また本質的に平行）、かつ患者の身体から離れるかどうかを決定するために、センサー入力を使用し得る。器具がロボットアームの末端ジョイント３０４ｇの回転軸と直線的に平行に伸びる実施例では（ただし必ずしもその回転軸と同軸ではない）、制御システムは、センサー入力を使用して、印加された外力が器具の長手方向軸と平行であり、かつ患者の身体から離れているかどうかを決定することができる。

この決定を行うために、制御システムは、検出された印加された力を分解し、モーター３１０ａ～ｈに信号を送り、機器の長手方向軸と平行な力の構成要素のみに基づいてロボットアームを駆動する。器具格納モード４０７では、器具の長手方向軸に対して横方向の方向に印加される外力の構成要素は作用しない。こうした方向に印加される外力は、抵抗される。さらに、患者の身体に向かって器具の長手方向軸に沿って作用する外力の構成要素は作用しない。この方向に印加される外力は、抵抗される。

ロボットアームの動作モードは、器具格納モード４０７から、苦情モード４０３、較正モード４０４、または器具調整モード４０５のいずれかに移行され得る。

図３を参照して本明細書に記載されるように、ロボットアーム３０１は、一つまたは複数のインターフェイス３７０、３７１を含んでもよい。インターフェイス３７０、３７１は例えば、ベッドサイドチームのメンバー（例えば、手術室の看護師）がアクセスできるボタンまたはボタンのセットであり得る。インターフェイス３７０、３７１を起動して、図４を参照して説明される動作モード間を移行することができる。

図３を再び参照すると、インターフェイス３７０は、インターフェイス３７１よりもより大きい遠位位置に位置付けられてもよい。すなわち、インターフェイス３７０は、インターフェイス３７１よりも手術器具３０６のより近くに位置付けられてもよい。例えば、インターフェイス３７０は、手首ジョイント３０４ｅ～ｇの上またはその近くに位置付けられてもよく、一方、インターフェイス３７１は、肘ジョイント３０４ｄ上またはその近くに位置付けられてもよい。ロボットアーム３０１は、より大きい遠位のインターフェイス３７０とのオペレーターの相互作用により、ロボットアームの動作モードが手術モード４０６に「向かって」移行するように構成され得る。手術モード４０６に「向かって」とみなされる動作モード移行は、図４では３７０とラベル付けされる。例えば、手術モード４０６に「向かって」の移行は、スリープモード４０１からロックモード４０１または適合モード４０３への移行、ロックモード４０２から適合モード４０３への移行、適合モード４０３から較正モード４０４への移行、および較正モード４０４から器具調整モード４０５または手術モード４０６への移行を含む。ロボットアーム３０１は、より小さい遠位のインターフェイス３７１とのオペレーターの相互作用によって、ロボットアームの動作モードが手術モード４０６から「離れて」移行するように構成され得る。手術モード４０６から「離れて」とみなされる動作モード移行は、図４で３７１とラベル付けされる。例えば、手術モード４０６から「離れて」の移行は、手術モード４０６から器具調整モード４０５への移行、器具格納モード４０７から適合モード４０３、較正モード４０４または器具調整モード４０５のいずれかへの移行、適合モード４０３からロックモード４０２またはスリープモード４０１への移行、ならびにロックモード４０２からスリープモード４０１への移行を含む。例えば、ロボットアームが適合モード４０３で動作していた場合、（ｉ）より大きい遠位のインターフェイス３７０との相互作用は、動作モードを較正モード４０４に移行させてもよく、（ｉｉ）より小さい遠位のインターフェイス３７１との相互作用は、動作モードをロックモード４０２に移行させてもよい。このように、次の動作モードの選択は、オペレーターにとってより直感的である。

一つまたは複数の条件は、各動作モードと関連付けられ得る。これらの条件は、そのモードにアクセスできるかどうかを決定することができる。例えば、手術モードは、支点が決定され、器具が患者の身体内で少なくとも所定の距離だけ挿入されることを必要とし得る（例えば、患者の身体内の内視鏡を通して外科医によって器具が観察可能であることを確認するため）。特定の条件下（例えば、安全警報状況下）では、一部のモードが利用できない場合がある。

手術用ロボットシステムの再構成
手術用ロボットシステムの再構成を、図６を参照して説明する。図６は、手術用ロボットシステムの平面図を示す。手術用ロボットシステム６００は、ロボットアーム６０１ａ、６０１ｂ、６０１ｃ、６０１ｄを含む。簡略化のために、ロボットアーム６０１ａ～ｄのそれぞれのロボットアームリンケージおよびジョイントは、図６には示されていない。各ロボットアーム６０１ａ～ｄは、図３を参照して説明したロボットアーム３０１と同等の特徴を含んでもよい。四つのロボットアーム６０１ａ～ｄが図６に示されるが、本明細書に記載の原理に従って構成される手術用ロボットシステムは、任意の数のロボットアームを含んでもよいことが理解されるべきである。

ロボットアーム６０１ａ～ｄは、手術台６０３の周りに位置する。簡略化のため、図６には患者が示されていない。図６は、手術台６０３の各隅角に位置するロボットアーム６０１ａ～ｄを示すが、ロボットアーム６０１ａ～ｄは、任意の他の配置で位置付けられてもよいことが理解されるべきである。

図６はまた、遠隔外科医コンソール６２０を示す。制御システム６２４は、図６には示されていないが、本明細書に記載される前述した位置のいずれかに位置することができる。手術用ロボットシステムの制御システムは、手術用ロボットシステム内の各ロボットアームの動作を制御することによって、すなわち、図４を参照して記載されるさまざまな動作モードに従って、手術用ロボットシステムを再構成するように構成されることが理解されるべきである。ロボットアーム６０１ａ～ｄは、有線または無線の接続によってコンソール６２０に接続され得る。前述の接続は、制御信号、および任意に電力をコンソール６２０から各ロボットアーム６０１ａ～ｄに提供し得る。ロボットアーム６０１ａ～ｄのうちの一つまたは複数は、電源に直接接続（すなわち、コンソールを介して電源に接続されない）されてもよく、および／または電池などのローカル電源によって電力供給され得る。また、前述の接続は、ロボットアーム６０１ａ～ｄからコンソール６２０へのフィードバックを提供し得る。制御信号を通信するための適切な有線接続は、イーサネットフィールドバスである。

図６に示すように、ロボットアーム６０１ｂおよび６０１ｄは、直接接続によってコンソール６２０に接続される。ロボットアーム６０１ａはまた、直接接続によってコンソール６２０に接続される。ロボットアーム６０１ｃは、有線接続によってコンソール６２０に接続されず、むしろ、それ自体が直接接続によってコンソール６２０に接続されるロボットアーム６０１ａに接続される。ロボットアーム６０１ａおよび６０１ｃおよび１３０は、「デイジーチェーン」の一部とみなされ得る。手術用ロボットシステム内の全てのロボットアームは、直接接続によってコンソールに接続されてもよく、または全てのロボットアームは、「デイジーチェーン」の一部であってもよく、または直接接続および「デイジーチェーン」接続の任意の混合が使用され得る（例えば、図６に示すように）。

任意の時点で、手術用ロボットシステム６００内の各ロボットアーム６０１ａ～ｄは、図５に示すモードの異なる一つで動作し得る。任意の時点で、手術用ロボットシステム内の各ロボットアームは、同じモードで動作し得る。

図７は、本明細書に記載の原理に従って手術用ロボットシステムを再構成するためのフロー図を示す。ロボットアームは、手術用ロボットシステムのすでに一部のロボットアームが手術モード４０６で動作している間に、手術用ロボットシステムに追加され得る。例えば、図６を参照すると、処置は、第一のロボットアーム６０１ａのみを使用して継続し得る。すなわち、ロボットアーム６０１ｂ～ｄの手術器具は、最初は患者の身体に挿入されない場合がある。第一のロボットアーム６０１ａは、手術モード４０６で動作し得る。第二のロボットアーム６０１ｂは、第一のロボットアーム６０１ａが手術モード４０６で動作している間、手術用ロボットシステム６００に追加され得る。第二のロボットアーム６０１ｂを手術用ロボットシステムに追加することは、それが運ぶ手術器具（以下、第二の手術器具）を患者の身体のポートに挿入し７０２、そのロボットアームを手術モード４０６で操作できるように構成することを含む。すなわち、第二の手術器具がポート内部で旋回する支点が、（較正モード４０４を参照して本明細書に記述されるように）決定される７０３。次に、第二のロボットアーム６０１ｂは、（手術モード４０６を参照して本明細書に記述されるように）第二の手術器具と決定された支点との間の交差を維持しながら、第二のロボットアームおよび第二の手術器具の構成が遠隔外科医コンソール６２０によって制御される手術モードで動作する７０４ことができる。第一のロボットアーム６０１ａは、手術モードで連続的に動作してもよく、一方で、第二のロボットアーム６０１ｂは、手術用ロボットシステム６００に追加される。すなわち、第二のロボットアーム６０１ｂは、手術モード４０６で第一のロボットアーム６０１ａの動作を中断することなく、手術用ロボットシステム６００に追加され得る。言い換えれば、手術モード４０６における第一のロボットアーム６０１ａの動作７０１、および第二のロボットアーム６０１ｂの手術用ロボットシステム６００への付加７０２、７０３、７０４は、同時に行われてもよい。第一のロボットアーム６０１ａは、本明細書に記載されるように、係合手術モードまたは係合解除手術モードで、または係合および係合解除手術モードで順次動作してもよく７０１、一方で第二のロボットアーム６０１ｂは、手術用ロボットシステム６００に加えられる７０２、７０３、７０４。第二のロボットアーム６０１ｂを手術用ロボットシステムに加えることは、第二のロボットアーム６０１ｂを、手術モード４０６で動作させる前に、図４を参照して説明したように、スリープモード４０１、ロックモード４０２、適合モード４０３、較正モード４０４、および器具調整モード４０５のうちのいずれか一つで第二のロボットアーム６０１ｂを動作させることを伴い得る。

本明細書に記載されるように、ロボットアームは、移動可能な支持構造によって支持され得る。ロボットアームを手術用ロボットシステムに追加する前に、ロボットアームを患者に隣接する位置に移動させてもよい。ロボットアームは、患者から離れた位置から、患者に隣接する位置に移動され得る。例えば、スペアロボットアームは、必要に応じて（例えば、本明細書に以前に与えられた理由のいずれかのために）使用のために、手術室または手術室の外部に提供され得る。あるいは、ロボットアームは、患者に隣接する位置から、患者に隣接する異なる位置に移動され得る（例えば、前段落で与えられた理由のため）。ロボットアームが患者に隣接する位置に移動された後、それを手術用ロボットシステムに追加し得る。ロボットアームは、スリープモード４０１、ロックモード４０２、または適合モード４０３のいずれかで、患者に隣接する位置に移動させることができる。

図３を参照して本明細書に記載されるように、ロボットアーム６０１ａ～ｄの各々は、配向インターフェイス６５０ａ～ｄを含み得る。各ロボットアーム６０１ａ～ｄの配向インターフェイス６５０ａ～ｄは、例えば、ベッドサイドチームのメンバー（例えば、手術室の看護師）によってアクセス可能なボタンまたはボタンのセットであり得る。図６に示す配向インターフェイス６０１ａ～ｄは、四つの方向を示すことが示されるが、任意の数の方向を示し得ることが理解されるべきである。

各ロボットアーム６０１ａ～ｄの配向インターフェイス６５０ａ～ｄは、手術用ロボットシステム６００のロボットアーム６０１ａ～ｄに対する共通方向を識別するために使用され得る。実施例では、方向は、選択された方向の全てが同じ方向を指すように、各配向インターフェイス６５０ａ～ｄを使用して選択され得る。例えば、図６を参照すると、方向Ａは、ロボットアーム６０１ａおよび６０１ｂに対して選択されてもよく、方向Ｃは、ロボットアーム６０１ｃおよび６０１ｄに対して選択され得る。

共通方向は、ロボットアームが手術モード４０６で動作している時に、ロボットアーム６０１ａ～ｄのうちの一つまたは複数に対して、遠隔コンソール６２０への入力を適切な制御信号に変換するために、ロボット手術システム６００によって使用され得る。共通方向は、スリープモード４０１、ロックモード４０２、または適合モード４０３のいずれかで識別され得る。

ロボットアームは、配向インターフェイスを有しなくてもよい。例えば、一部の手術用ロボットシステムでは、ロボットアームは所定の位置および配向に位置付けられる。例えば、各ロボットアームが所定の位置および配向に正確に位置付けられることを可能にする治具が、手術室に提供されてもよく、ロボットアームの相対的な位置および配向を検出するためのカメラベースの追跡システムが提供されてもよく、またはロボットアームの相対的な位置および配向を検出するための決め装置がロボットアーム内であり得る。

ロボットアームは、手術用ロボットシステムに追加される前に移動される必要はない場合がある。すなわち、ロボットアームは、患者に隣接する位置にすでに位置し得る。例えば、図６を参照すると、ロボットアーム６０１ａ～ｃは、手術用ロボットシステムの一部であり得る。ロボットアーム６０１ｄは、図６に示す位置に位置し得るが、手術用ロボットシステムの一部として使用されなくてもよい。すなわち、ロボットアーム６０１ｄは、冗長ロボットアームであり得る。処置中に必要な場合、ロボットアーム６０１ｄは、ロボットアーム６０１ａ～ｃのうちの一つまたは複数が手術モード４０６で動作している間に、手術用ロボットシステムに追加され得る。

一実施例では、新しいロボットアームは、その手術用ロボットシステムの能力を増加させるために、手術用ロボットシステムに追加され得る。例えば、手術用ロボットシステムのユーザー（例えば、外科医）は、処置を補助するために追加の手術器具を望んでもよく、そのため、その器具を運ぶ新しいロボットアームを手術用ロボットシステムに追加し得る。

他の実施例では、新しいロボットアームは、手術用ロボットシステムのすでに一部のロボットアームと引き換えに、手術用ロボットシステムに追加され得る。例えば、こうした交換は、手術用ロボットシステムのすでに一部のロボットアームに障害が発生する場合に実施され得る。すなわち、手術用ロボットシステムのすでに一部のロボットアームは、新しいロボットアームを追加する前に取り外されてもよく、または新しいロボットアームは、ロボットアームを取り外す前に、手術用ロボットシステムに追加され得る。障害が発生したロボットアームをシステムから取り外すために、本明細書に記載の器具格納モードを使用し得る。言い換えれば、手術用ロボットシステムのロボットアームは、異なるロボットアームによって置き換えられてもよい。ロボットアームが交換され得る障害の例としては、機械的障害（例えば、機械的応力下での駆動ケーブルの故障）、ソフトウェア障害（ソフトウェアバグの発生など）、コンソールからの電力喪失、コンソールとの通信喪失、器具との通信喪失、所定温度を超えるロボットアームの筐体（例えば、ロボットアームのモーターの過熱によって引き起こされる）、バッテリレベルが不足しているなどのその他の問題、モーターによる追跡エラー（例えば、モータースリップ）、移動可能な支持構造（例えば、壊れた車輪、またはブレーキの誤動作）、またはレールに取り付けられるアームのケースの問題、レールアームアタッチメントに関する機械的問題、または何らかの他の障害を含む。

別の実施例では、ロボットアームは、手術用ロボットシステムから取り除かれ、その後、同じ手術用ロボットシステムに再び追加され得る。これらの実施例では、ロボットアームは、ロボットアームがシステム内に戻って追加される前に、メンテナンス作業を実施することができるように（例えば、障害を修理することができ、および／または警報を再設定することができる）除去することができ、またはロボットアームは、手術用ロボットシステム内に戻って追加される前に、手術台に対して異なる位置に移動できるように（例えば、外科手術部位へのより良いアクセスを提供するために、またはロボットアームへの衝突を避けるために）除去することができる。

本明細書に記載のロボットアームは、外科手術以外の目的のために使用され得る。例えば、ポートは、自動車エンジンなどの製造物品内の検査ポートであってもよく、ロボットは、エンジン内部を見るための視認ツールを制御し得る。

出願人は、特徴または特徴の組み合わせが、本明細書で開示される問題を解決するかどうかに関係なく、および特許請求の範囲を限定することなく、当業者の一般的な一般知識に照らして、そのような特徴または組み合わせが全体として本明細書に基づいて実行されることができる程度まで、本明細書に記載されている各個別の特徴および二つ以上のそのような特徴の任意の組み合わせを単独で開示する。本出願人は、本発明の態様が、任意のかかる個々の特徴または特徴の組み合わせからなり得ることを示す。前述の説明を考慮すると、本発明の範囲内でさまざまな修正を行うことができることは当業者には明らかであろう。

出願人は、特徴または特徴の組み合わせが、本明細書で開示される問題を解決するかどうかに関係なく、および特許請求の範囲を限定することなく、当業者の一般的な一般知識に照らして、そのような特徴または組み合わせが全体として本明細書に基づいて実行されることができる程度まで、本明細書に記載されている各個別の特徴および二つ以上のそのような特徴の任意の組み合わせを単独で開示する。本出願人は、本発明の態様が、任意のかかる個々の特徴または特徴の組み合わせからなり得ることを示す。前述の説明を考慮すると、本発明の範囲内でさまざまな修正を行うことができることは当業者には明らかであろう。
なお、本発明は、実施の態様として以下の内容を含む。
［態様１］
手術用ロボットシステムの制御システムであって、前記手術用ロボットシステムは、第一のロボットアームと第二のロボットアームとを含み、前記第一および前記第二のロボットアームの各々が、そのロボットアームの構成を変更することができる一連のジョイントを含み、前記一連のジョイントが、前記ロボットアームの近位端の基部から、前記ロボットアームの遠位端における手術器具のためのアタッチメントへ延伸し、前記制御システムが、
前記第一のロボットアームを制御し、前記第一のロボットアームに取り付けられる第一の手術器具が患者の身体内にある手術モードで動作させること、
前記第一のロボットアームが前記手術モードで動作している間、
（ｉ）前記第二のロボットアームに取り付けられる第二の手術器具が前記患者の身体のポートに挿入されることを許容するように、前記第二のロボットアームを制御することと、
（ｉｉ）前記第二のロボットアームの構成が、前記第二の手術器具が前記ポートの内側にある間に変更されたときに、前記第二の手術器具が旋回する支点を決定することと、
（ｉｉｉ）前記第二のロボットアームを制御し、前記第二のロボットアームおよび前記第二の手術器具の構成が、前記第二の手術器具と前記決定された支点との間の交差を維持しながら、遠隔外科医コンソールで受信された入力に応答して制御される、手術モードで動作させることと、によって前記手術用ロボットシステムを再構成するように構成される、制御システム。
［態様２］
前記支点が、
前記第二の手術器具が前記ポートの内側にある間、外力に応答してその構成を変更できるように、前記第二のロボットアームを制御すること、および
前記支点を決定することであって、前記支点が、前記第二のロボットアームの前記手術器具が前記ポート内部で旋回する点である、決定すること、によって決定される、態様１に記載の制御システム。
［態様３］
前記第二のロボットアームが、前記第二のロボットアームの前記一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントで外力を検知するように構成される一つまたは複数の力センサーと、前記第二のロボットアームの前記一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントを駆動するように構成される一つまたは複数のモーターとをさらに含み、前記制御システムが、
前記第二のロボットアームの構成を変更するように、前記一つまたは複数の力センサーによって検知される外力に依存して、前記第二のロボットアームの前記一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントを駆動するように、前記一つまたは複数のモーターを制御するようにさらに構成される、態様２に記載の制御システム。
［態様４］
前記第二のロボットアームは、前記第二のロボットアームの前記一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントの位置を検知し、前記第二のロボットアームの構成が変更されている間に、前記第二のロボットアームの前記一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントの位置を複数のインスタンスで記録するように構成される一つまたは複数の位置決めセンサーをさらに含み、前記制御システムは、
各インスタンスに対し、前記それぞれの記録された一つまたは複数のジョイント位置に依存して、前記第二のロボットアームの前記遠位端の位置を決定し、
各インスタンスに対し、前記それぞれの記録された一つまたは複数のジョイント位置に依存して、前記第二のロボットアームの前記遠位端の前記決定された位置から、前記第二の手術器具のベクトルを決定し、
前記支点を決定するように、前記第二の手術器具の前記決定されたベクトルの交点を決定するようにさらに構成される、態様１～３のいずれかに記載の制御システム。
［態様５］
前記制御システムが、
前記第二のロボットアームを制御して較正モードで動作させるときに、前記支点を決定し、
前記第二のロボットアームを制御して、前記較正モードでの動作から前記手術モードでの動作に移行させるようにさらに構成される、態様１～４のいずれかに記載の制御システム。
［態様６］
前記第二のロボットアームが、より大きい遠位のインターフェイスおよびより小さい遠位のインターフェイスをさらに含み、前記制御システムが、
前記第二のロボットアームを制御して、前記より大きい遠位のインターフェイスとのオペレーターの相互作用に応答して、前記較正モードでの動作から前記手術モードでの動作に移行させるようにさらに構成される、態様５に記載の制御システム。
［態様７］
前記制御システムが、
前記第二のロボットアームを制御して、前記第二のロボットアームの構成を外力に応答して変更することができる適合モードで動作させることにより、前記第二の手術器具が前記ポート内に挿入されることを許容するように前記第二のロボットアームを制御し、および
前記第二のロボットアームを制御して、前記適合モードでの動作から前記較正モードでの動作に移行させるようにさらに構成される、態様５または６に記載の制御システム。
［態様８］
前記制御システムが、
前記第二のロボットアームを制御して、前記より大きい遠位のインターフェイスとのユーザー相互作用に応答して、前記適合モードでの動作から前記較正モードでの動作に移行させるようにさらに構成される、態様６を引用する態様７に記載の制御システム。
［態様９］
前記制御システムが、
前記支点を決定した後、前記第二のロボットアームを制御して、前記第二のロボットアームの構成を、外力に応答して変更することができるが、交差が前記第二の手術器具と前記決定された支点との間に維持されるように制約される、器具調整モードで動作させるようにさらに構成される、態様５～８のいずれかに記載の制御システム。
［態様１０］
前記制御システムが、
前記第二のロボットアームを制御して、前記較正モードでの動作から前記器具調整モードでの動作に移行させ、
前記第二のロボットアームを制御して、前記器具調整モードでの動作から前記手術モードでの動作に移行させ、および
随意に、前記第二のロボットアームを制御して、前記手術モードでの動作から、前記器具調整モードでの動作に移行させるようにさらに構成される、態様９に記載の制御システム。
［態様１１］
前記第一のロボットアームおよび第二のロボットアームの各々が、配向インターフェイスをさらに含み、前記制御システムが、
前記第一のロボットアームの前記配向インターフェイスを使用して方向を示し、前記第二のロボットアームの前記配向インターフェイスを使用して対応する方向を示す、オペレーターに応答して、共通方向を識別する入力を受信するようにさらに構成される、態様１～１０のいずれかに記載の制御システム。
［態様１２］
前記手術モードにおいて、前記第二のロボットアームが、
前記遠隔コンソールへの前記第二のロボットアームに関連する入力を受信し、
前記決定された支点および前記識別された共通方向に依存して、前記入力を前記第二のロボットアーム用の制御信号に変換し、および
前記第二のロボットアームの構成を制御するように、前記制御信号に依存して、前記第二のロボットアームの前記一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントを制御するように構成される前記制御システムによって遠隔制御される、態様１１に記載の制御システム。
［態様１３］
前記手術用ロボットシステムが、そのロボットアームの構成を変更することができる一連のジョイントを含む第三のロボットアームを含み、前記一連のジョイントが、前記ロボットアームの近位端の基部から、前記ロボットアームの遠位端の手術器具のためのアタッチメントへ延伸し、前記制御システムが、
前記第一のロボットアームを制御して前記手術モードで動作させながら、かつ前記第二の手術器具が前記ポートに挿入されることを許容する前に、前記第三のロボットアームに取り付けられる第三の手術器具を前記患者の身体から退避させることを許容するように、前記第三のロボットアームを制御するようにさらに構成される、態様１～１２のいずれかに記載の制御システム。
［態様１４］
前記制御システムが、
前記第三のロボットアームの構成を、外力に応答して変更することを可能にすることであって、前記第三のロボットアームの動作の自由が、前記第三の手術器具が、前記第三の手術器具の長手方向軸と同軸の方向に、かつ前記患者の身体から離れるように直線的に移動することだけができるように制限される、可能にすることによって前記第三の手術器具を前記患者の身体から退避させることを許容するようにさらに構成される、態様１３に記載の制御システム。
［態様１５］
前記第三のロボットアームが、前記第三のロボットアームの前記一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントで外力を検知するように構成される一つまたは複数の力センサーと、前記第三のロボットアームの前記一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントを駆動するように構成される一つまたは複数のモーターとをさらに含み、前記制御システムが、
前記第三の手術器具の前記長手方向軸と平行で、かつ前記患者の身体から離れている前記力の構成要素を決定するように、前記一つまたは複数の力センサーによって検知された外力を分解して、および
前記第三のロボットアームの構成を変更するように、前記第三の手術器具の前記長手方向軸と平行な前記力の前記構成要素に依存して、前記第三のロボットアームの前記一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントを駆動するように、前記一つまたは複数のモーターを制御するようにさらに構成される、態様１４に記載の制御システム。
［態様１６］
前記制御システムが、前記第一のロボットアームを制御して前記手術モードで動作させながら、かつ前記第二の手術器具が前記ポートに挿入されることを許容する前に、前記第二の手術器具を前記患者の身体から退避させることを許容するように、前記第二のロボットアームを制御し、およびメンテナンス作業が前記第二のロボットアーム上で行われた後に前記第二の手術器具が前記患者の身体内に挿入されることを許容するように、前記第二のロボットアームを制御するようにさらに構成される、態様１～１５のいずれかに記載の制御システム。
［態様１７］
前記制御システムが、
前記第二のロボットアームの構成を、外力に応答して変更することを可能にすることであって、前記第二のロボットアームの動作の自由が、前記第二の手術器具が、前記第二の手術器具の長手方向軸と平行な方向に直線的に移動することだけができるように制限される、可能にすることによって、前記第二の手術器具を前記患者の身体から退避させることを許容するようにさらに構成される、態様１６に記載の制御システム。
［態様１８］
前記第二のロボットアームが、前記第二のロボットアームの前記一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントで外力を検知するように構成される一つまたは複数の力センサーと、前記第二のロボットアームの前記一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントを駆動するように構成される一つまたは複数のモーターとをさらに含み、前記制御システムが、
前記第二の手術器具の前記長手方向軸と平行な前記力の構成要素を決定するように、前記一つまたは複数の力センサーによって検知された外力を分解し、および
前記第二のロボットアームの構成を変更するように、前記第二の手術器具の前記長手方向軸と平行な前記力の前記構成要素に依存して、前記第二のロボットアームの前記一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントを駆動するように、前記一つまたは複数のモーターを制御するようにさらに構成される、態様１７に記載の制御システム。
［態様１９］
前記制御システムが前記第一のロボットアームを制御して動作させる前記手術モードが、
前記第一のロボットアームおよび前記第一の手術器具の構成が、前記遠隔外科医コンソールで受信された入力に応答して制御される係合手術モード、または
前記第一のロボットアームおよび前記第一の手術器具の構成が、前記遠隔外科医コンソールで受信された入力に応答して制御可能である係合解除手術モードである、態様１～１８のいずれかに記載の制御システム。
［態様２０］
手術用ロボットシステムを再構成する方法であって、前記手術用ロボットシステムが、第一のロボットアームおよび第二のロボットアームを含み、前記第一および第二のロボットアームの各々がそのロボットアームの構成を変更することができる一連のジョイントを含み、前記一連のジョイントが、前記ロボットアームの近位端の基部から、前記ロボットアームの遠位端における手術器具のためのアタッチメントに延伸し、
前記第一のロボットアームを、前記第一のロボットアームに取り付けられる第一の手術器具が患者の身体内にある手術モードで動作させることと、
前記第一のロボットアームを前記手術モードで動作させながら、
（ｉ）前記第二のロボットアームに取り付けられる第二の手術器具を前記患者の身体のポートに挿入することと、
（ｉｉ）前記第二のロボットアームの構成が、前記第二の手術器具が前記ポートの内側にある間に変更されたときに、前記第二の手術器具が旋回する支点を決定することと、
（ｉｉｉ）前記第二のロボットアームを、前記第二のロボットアームおよび前記第二の手術器具の構成が、前記第二の手術器具と前記決定された支点との間の交差を維持しながら、前記遠隔外科医コンソールによって制御される手術モードで動作させることと、を含む、方法。

Claims (20)

1. 手術用ロボットシステムの制御システムであって、前記手術用ロボットシステムは、第一のロボットアームと第二のロボットアームとを含み、前記第一および前記第二のロボットアームの各々が、そのロボットアームの構成を変更することができる一連のジョイントを含み、前記一連のジョイントが、前記ロボットアームの近位端の基部から、前記ロボットアームの遠位端における手術器具のためのアタッチメントへ延伸し、前記制御システムが、
   前記第一のロボットアームを制御し、前記第一のロボットアームに取り付けられる第一の手術器具が患者の身体内にある手術モードで動作させること、
   前記第一のロボットアームが前記手術モードで動作している間、
   （ｉ）前記第二のロボットアームに取り付けられる第二の手術器具が前記患者の身体のポートに挿入されることを許容するように、前記第二のロボットアームを制御することと、
   （ｉｉ）前記第二のロボットアームの構成が、前記第二の手術器具が前記ポートの内側にある間に変更されたときに、前記第二の手術器具が旋回する支点を決定することと、
   （ｉｉｉ）前記第二のロボットアームを制御し、前記第二のロボットアームおよび前記第二の手術器具の構成が、前記第二の手術器具と前記決定された支点との間の交差を維持しながら、遠隔外科医コンソールで受信された入力に応答して制御される、手術モードで動作させることと、によって前記手術用ロボットシステムを再構成するように構成される、制御システム。
2. 前記支点が、
   前記第二の手術器具が前記ポートの内側にある間、外力に応答してその構成を変更できるように、前記第二のロボットアームを制御すること、および
   前記支点を決定することであって、前記支点が、前記第二のロボットアームの前記手術器具が前記ポート内部で旋回する点である、決定すること、によって決定される、請求項１に記載の制御システム。
3. 前記第二のロボットアームが、前記第二のロボットアームの前記一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントで外力を検知するように構成される一つまたは複数の力センサーと、前記第二のロボットアームの前記一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントを駆動するように構成される一つまたは複数のモーターとをさらに含み、前記制御システムが、
   前記第二のロボットアームの構成を変更するように、前記一つまたは複数の力センサーによって検知される外力に依存して、前記第二のロボットアームの前記一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントを駆動するように、前記一つまたは複数のモーターを制御するようにさらに構成される、請求項２に記載の制御システム。
4. 前記第二のロボットアームは、前記第二のロボットアームの前記一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントの位置を検知し、前記第二のロボットアームの構成が変更されている間に、前記第二のロボットアームの前記一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントの位置を複数のインスタンスで記録するように構成される一つまたは複数の位置決めセンサーをさらに含み、前記制御システムは、
   各インスタンスに対し、前記それぞれの記録された一つまたは複数のジョイント位置に依存して、前記第二のロボットアームの前記遠位端の位置を決定し、
   各インスタンスに対し、前記それぞれの記録された一つまたは複数のジョイント位置に依存して、前記第二のロボットアームの前記遠位端の前記決定された位置から、前記第二の手術器具のベクトルを決定し、
   前記支点を決定するように、前記第二の手術器具の前記決定されたベクトルの交点を決定するようにさらに構成される、請求項１～３のいずれかに記載の制御システム。
5. 前記制御システムが、
   前記第二のロボットアームを制御して較正モードで動作させるときに、前記支点を決定し、
   前記第二のロボットアームを制御して、前記較正モードでの動作から前記手術モードでの動作に移行させるようにさらに構成される、請求項１～４のいずれかに記載の制御システム。
6. 前記第二のロボットアームが、より大きい遠位のインターフェイスおよびより小さい遠位のインターフェイスをさらに含み、前記制御システムが、
   前記第二のロボットアームを制御して、前記より大きい遠位のインターフェイスとのオペレーターの相互作用に応答して、前記較正モードでの動作から前記手術モードでの動作に移行させるようにさらに構成される、請求項５に記載の制御システム。
7. 前記制御システムが、
   前記第二のロボットアームを制御して、前記第二のロボットアームの構成を外力に応答して変更することができる適合モードで動作させることにより、前記第二の手術器具が前記ポート内に挿入されることを許容するように前記第二のロボットアームを制御し、および
   前記第二のロボットアームを制御して、前記適合モードでの動作から前記較正モードでの動作に移行させるようにさらに構成される、請求項５または６に記載の制御システム。
8. 前記制御システムが、
   前記第二のロボットアームを制御して、前記より大きい遠位のインターフェイスとのユーザー相互作用に応答して、前記適合モードでの動作から前記較正モードでの動作に移行させるようにさらに構成される、請求項６に従属するときの請求項７に記載の制御システム。
9. 前記制御システムが、
   前記支点を決定した後、前記第二のロボットアームを制御して、前記第二のロボットアームの構成を、外力に応答して変更することができるが、交差が前記第二の手術器具と前記決定された支点との間に維持されるように制約される、器具調整モードで動作させるようにさらに構成される、請求項５～８のいずれかに記載の制御システム。
10. 前記制御システムが、
    前記第二のロボットアームを制御して、前記較正モードでの動作から前記器具調整モードでの動作に移行させ、
    前記第二のロボットアームを制御して、前記器具調整モードでの動作から前記手術モードでの動作に移行させ、および
    随意に、前記第二のロボットアームを制御して、前記手術モードでの動作から、前記器具調整モードでの動作に移行させるようにさらに構成される、請求項９に記載の制御システム。
11. 前記第一のロボットアームおよび第二のロボットアームの各々が、配向インターフェイスをさらに含み、前記制御システムが、
    前記第一のロボットアームの前記配向インターフェイスを使用して方向を示し、前記第二のロボットアームの前記配向インターフェイスを使用して対応する方向を示す、オペレーターに応答して、共通方向を識別する入力を受信するようにさらに構成される、請求項１～１０のいずれかに記載の制御システム。
12. 前記手術モードにおいて、前記第二のロボットアームが、
    前記遠隔コンソールへの前記第二のロボットアームに関連する入力を受信し、
    前記決定された支点および前記識別された共通方向に依存して、前記入力を前記第二のロボットアーム用の制御信号に変換し、および
    前記第二のロボットアームの構成を制御するように、前記制御信号に依存して、前記第二のロボットアームの前記一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントを制御するように構成される前記制御システムによって遠隔制御される、請求項１１に記載の制御システム。
13. 前記手術用ロボットシステムが、そのロボットアームの構成を変更することができる一連のジョイントを含む第三のロボットアームを含み、前記一連のジョイントが、前記ロボットアームの近位端の基部から、前記ロボットアームの遠位端の手術器具のためのアタッチメントへ延伸し、前記制御システムが、
    前記第一のロボットアームを制御して前記手術モードで動作させながら、かつ前記第二の手術器具が前記ポートに挿入されることを許容する前に、前記第三のロボットアームに取り付けられる第三の手術器具を前記患者の身体から退避させることを許容するように、前記第三のロボットアームを制御するようにさらに構成される、請求項１～１２のいずれかに記載の制御システム。
14. 前記制御システムが、
    前記第三のロボットアームの構成を、外力に応答して変更することを可能にすることであって、前記第三のロボットアームの動作の自由が、前記第三の手術器具が、前記第三の手術器具の長手方向軸と同軸の方向に、かつ前記患者の身体から離れるように直線的に移動することだけができるように制限される、可能にすることによって前記第三の手術器具を前記患者の身体から退避させることを許容するようにさらに構成される、請求項１３に記載の制御システム。
15. 前記第三のロボットアームが、前記第三のロボットアームの前記一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントで外力を検知するように構成される一つまたは複数の力センサーと、前記第三のロボットアームの前記一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントを駆動するように構成される一つまたは複数のモーターとをさらに含み、前記制御システムが、
    前記第三の手術器具の前記長手方向軸と平行で、かつ前記患者の身体から離れている前記力の構成要素を決定するように、前記一つまたは複数の力センサーによって検知された外力を分解して、および
    前記第三のロボットアームの構成を変更するように、前記第三の手術器具の前記長手方向軸と平行な前記力の前記構成要素に依存して、前記第三のロボットアームの前記一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントを駆動するように、前記一つまたは複数のモーターを制御するようにさらに構成される、請求項１４に記載の制御システム。
16. 前記制御システムが、前記第一のロボットアームを制御して前記手術モードで動作させながら、かつ前記第二の手術器具が前記ポートに挿入されることを許容する前に、前記第二の手術器具を前記患者の身体から退避させることを許容するように、前記第二のロボットアームを制御し、およびメンテナンス作業が前記第二のロボットアーム上で行われた後に前記第二の手術器具が前記患者の身体内に挿入されることを許容するように、前記第二のロボットアームを制御するようにさらに構成される、請求項１～１５のいずれかに記載の制御システム。
17. 前記制御システムが、
    前記第二のロボットアームの構成を、外力に応答して変更することを可能にすることであって、前記第二のロボットアームの動作の自由が、前記第二の手術器具が、前記第二の手術器具の長手方向軸と平行な方向に直線的に移動することだけができるように制限される、可能にすることによって、前記第二の手術器具を前記患者の身体から退避させることを許容するようにさらに構成される、請求項１６に記載の制御システム。
18. 前記第二のロボットアームが、前記第二のロボットアームの前記一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントで外力を検知するように構成される一つまたは複数の力センサーと、前記第二のロボットアームの前記一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントを駆動するように構成される一つまたは複数のモーターとをさらに含み、前記制御システムが、
    前記第二の手術器具の前記長手方向軸と平行な前記力の構成要素を決定するように、前記一つまたは複数の力センサーによって検知された外力を分解し、および
    前記第二のロボットアームの構成を変更するように、前記第二の手術器具の前記長手方向軸と平行な前記力の前記構成要素に依存して、前記第二のロボットアームの前記一連のジョイントの一つまたは複数のジョイントを駆動するように、前記一つまたは複数のモーターを制御するようにさらに構成される、請求項１７に記載の制御システム。
19. 前記制御システムが前記第一のロボットアームを制御して動作させる前記手術モードが、
    前記第一のロボットアームおよび前記第一の手術器具の構成が、前記遠隔外科医コンソールで受信された入力に応答して制御される係合手術モード、または
    前記第一のロボットアームおよび前記第一の手術器具の構成が、前記遠隔外科医コンソールで受信された入力に応答して制御可能である係合解除手術モードである、請求項１～１８のいずれかに記載の制御システム。
20. 手術用ロボットシステムを再構成する方法であって、前記手術用ロボットシステムが、第一のロボットアームおよび第二のロボットアームを含み、前記第一および第二のロボットアームの各々がそのロボットアームの構成を変更することができる一連のジョイントを含み、前記一連のジョイントが、前記ロボットアームの近位端の基部から、前記ロボットアームの遠位端における手術器具のためのアタッチメントに延伸し、
    前記第一のロボットアームを、前記第一のロボットアームに取り付けられる第一の手術器具が患者の身体内にある手術モードで動作させることと、
    前記第一のロボットアームを前記手術モードで動作させながら、
    （ｉ）前記第二のロボットアームに取り付けられる第二の手術器具を前記患者の身体のポートに挿入することと、
    （ｉｉ）前記第二のロボットアームの構成が、前記第二の手術器具が前記ポートの内側にある間に変更されたときに、前記第二の手術器具が旋回する支点を決定することと、
    （ｉｉｉ）前記第二のロボットアームを、前記第二のロボットアームおよび前記第二の手術器具の構成が、前記第二の手術器具と前記決定された支点との間の交差を維持しながら、前記遠隔外科医コンソールによって制御される手術モードで動作させることと、を含む、方法。

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