JP2022539487A - 遠隔操作に係合するためのロボット把持器へのｕｉｄの不適合／適合 - Google Patents

Abstract

外科用ロボットシステムは、ロボット把持器と、ユーザインターフェースデバイス（ＵＩＤ）と、ＵＩＤ及びロボット把持器に通信可能に結合された１つ又は２つ以上のプロセッサと、を有する。システムは、遠隔操作モードに係合又は再係合する指令を検出し、システムが非遠隔操作モードにあると判定し、ＵＩＤを介してユーザ動作のシーケンスを受信し、ＵＩＤがロボット把持器のジョー角度又は把持力と適合すると判定し、遠隔操作モードに遷移する。他の実施形態もまた、記載され、特許請求される。

Description

本発明の一実施形態は、ユーザ入力デバイス、ロボット又はロボット把持器、及びロボット把持器の遠隔操作に関する。他の実施形態も、記載されている。

外科用ロボットシステムでは、その遠位端に取り付けられた外科用ツールを有するロボットアームが外科医によって遠隔で操作される。これはまた、遠隔操作とも称される。用途としては、内視鏡手術が挙げられ、これは、患者の身体内を見て、いくつかのロボットアームの端部に取り付けられた内視鏡及び他の外科用ツールを使用して、内部、例えば、腹腔で手術を行うことを伴う。システムは、外科医に手術部位の近接撮影視野を与え、それと同時に、外科医が全てリアルタイムで、ハンドヘルドユーザインターフェースデバイス（user interface device、ＵＩＤ）を操作することによって、アームに取り付けられたツールを遠隔操作することを可能にする。ツールは、ジョー、カッター、ビデオカメラ、又は凝固に使用されるレーザなどのエネルギーエミッタを有するグリッパであってもよい。したがって、ツールは、ハンドヘルドＵＩＤを操作する外科医に従って、正確な方法で、かつ高い器用さで、システムによって制御される。

ＵＩＤのコア機能は、外科用ツールのエンドエフェクタの並進、回転、及び把持などの他の動作を制御するための入力デバイスとして機能することである。１つのタイプのツールは、把持器であり、これは、ジョーを閉鎖するために圧搾又は押圧することができる、ＵＩＤの把持連結部又は変形可能な表面の開放及び閉鎖運動によって制御される２つのジョーを有する。他のＵＩＤは、他のタイプの連結部又は機構を有する。

遠隔操作のための外科用ロボット把持器にユーザインターフェースデバイス（ＵＩＤ）を係合する方法を実行する外科用ロボットシステムの様々な態様が、本明細書に記載される。これらの実施形態は、ロボット把持器が手術中に患者の組織を損傷する、装置を損傷する、又は不注意に組織を解放するリスクを減少させるように、手術セッションの開始時にいつ及びどのように最初に遠隔操作に係合するかの問題、及びまた（システムが進行中の手術セッションにおける遠隔操作中に一時停止又は係合解除になる）一時停止モード又は係合解除モードからいつ及びどのように遠隔操作に再係合するかの問題を解決することを支援する。ＵＩＤは、連結部などの把持器部分、圧搾若しくは押圧することができる変形可能な表面、又は電子ユーザ入力信号（ユーザ入力）としてその位置若しくは配向が感知される他の指作動機構を有する。遠隔操作が係合されると、ユーザ入力は、一般的な意味で、遠隔操作中の外科用ロボット把持器の角度及び／又は力を比例的に制御するように、制御システムによって処理される。

一実施形態では、外科用ロボットシステムは、２つのジョーを有するロボット把持器と、感知電子機器によって感知された信号（ユーザ入力）が生成される把持器部分を有するユーザインターフェースデバイス（ＵＩＤ）と、ＵＩＤ感知電子機器及びロボット把持器と通信可能に結合された１つ又は２つ以上のプロセッサ（一般的には、本明細書では便宜上「プロセッサ」と称される）と、を有する。プロセッサは、ロボット把持器がＵＩＤからのユーザ入力によって制御される遠隔操作モードに係合又は再係合することが許容されるときを判断するプロセスを実行するように構成される。

一実施形態では、プロセッサは、最初に、外科用ロボットシステムが非遠隔操作モード（例えば、一時停止モード若しくは「クラッチ」モード、係合解除モード、又は手術セッションの開始時に遠隔操作が開始されるのを待っている）にあると判定し得る。プロセッサは、ＵＩＤを介して検出されたユーザ動作（本明細書ではユーザ入力とも称される）のシーケンスを受信する。プロセッサは、受信したユーザ入力に基づいて、ＵＩＤ（その把持器部分）がｉ）ロボット把持器のジョー角度（ロボット把持器の２つのジョーの間の角度）、又はｉｉ）ロボット把持器の２つのジョーによって影響される把持力と適合するときを判定する。プロセッサは、ＵＩＤがロボット把持器のジョー角度又は把持力と適合するとの判定に応じて、外科用ロボットシステムを遠隔操作モードに遷移させる。

別の実施形態では、外科用ロボットシステムは、以下のように、遠隔操作に再係合する方法を実行する。最初に、システムのプロセッサは、外科用ロボットシステムが遠隔操作中に係合解除モードに遷移したと判定し、それに応じて、複数の状態を有する有限状態マシンを実行することを開始する。状態マシンを実行している間に、プロセッサは、ＵＩＤの把持器部分のユーザ指作動を含む、検出されたユーザ動作（ユーザ入力）のシーケンスを受信する。この検出されたユーザ入力のシーケンスは、システムによって解釈され、状態マシンをいわゆる不適合／適合アルゴリズムのいくつかの状態間で遷移させる。ＵＩＤユーザ入力がロボット把持器のジョー角度又は把持力に適合することに対応するそのアルゴリズムの状態に状態マシンが到達すると、外科用ロボットシステムは、ロボット把持器の遠隔操作に再係合する。

上記の概要は、本発明の全ての態様の網羅的なリストを含まない。本発明は、上記に要約された様々な態様の全ての好適な組み合わせから実施することができる全てのシステム及び方法、並びに以下の「発明を実施するための形態」に開示されているもの、特に本出願と共に提出された「特許請求の範囲」において指摘されているものを含むことが企図される。そのような組み合わせは、上記の概要に具体的に記載されていない特定の利点を有する。

本発明の実施形態は、添付図面の図において、限定としてではなく例として示され、同様の参照記号は、類似の要素を示す。本開示における本発明の「１つの（an）」又は「１つの（one）」実施形態への言及は、必ずしも同じ実施形態に対するものではなく、それらは、少なくとも１つを意味することに留意されたい。また、簡潔さ及び図の総数を減らす目的で、所与の図が、本発明の１つより多くの実施形態の特徴を例示するために使用され得、図中の全ての要素が、所与の実施形態に必要とされるわけではない場合がある。
手術室内の例示的な外科用ロボットシステムの立体図である。 ユーザ入力デバイス（ＵＩＤ）の一実施例を例示する。 外科用ロボットアームに取り付けられた外科用ロボット把持器の一実施例を例示する。 外科用ロボット把持器に適合されたＵＩＤを用いて遠隔操作を実施するための、ＵＩＤ、外科用ロボットアーム、外科用ロボット把持器、及び制御コンピュータシステムを有する外科用ロボットシステムのブロック図である。 ２つの異なるツールについての、ＵＩＤ値（ユーザ入力）から外科用ロボット把持器の角度及び力への例示的なマッピングのグラフである。 ２つの異なるツールについての、ＵＩＤ値から外科用ロボット把持器の角度及び力への別の例示的なマッピングのグラフである。 一実施形態における、外科用ロボット把持器にＵＩＤを適合させるための状態図である。 更なる実施形態における、外科用ロボット把持器にＵＩＤを適合させるための更なる状態図である。 外科用ロボットシステムの遠隔操作に係合する方法のフローチャートである。 外科用ロボットシステムの遠隔操作に係合する別の方法のフローチャートである。

ここで添付の図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。実施形態に記載される部分の形状、相対位置、及び他の態様が明示的に定義されていない場合はいつでも、本発明の範囲は、図示された部分にのみ限定されるものではなく、これは単に例示の目的を意図するものである。また、数多くの詳細が記載されているが、本発明のいくつかの実施形態は、これらの詳細なしに実施され得ることが理解される。他の場合では、周知の回路、構造、及び技術は、本説明の理解を不明瞭にしないように詳細には示されていない。

本明細書に記載される外科用ロボットシステム及びアルゴリズムは、外科用ロボット把持器のジョー角度及び／又は把持力に関して、インターフェースデバイス（ＵＩＤ）が外科用ロボット把持器と適合しない限り、遠隔操作が係合されないことを確実にする。一実施形態では、係合解除（非アクティブ）モードから遠隔操作が再係合されている場合、ＵＩＤとロボット把持器との間の不整合（又は「不適合」）は、適合前に、（指作動ＵＩＤ把持器上のユーザ動作を介して）最初に意図的に形成されなければならない。対照的に、一時停止モード（クラッチモードとも称される（ユーザがＵＩＤの一時停止ボタン若しくはクラッチボタンを作動させたことに応じて、又はユーザが別の形態の一時停止コマンド若しくはクラッチコマンドを開始したことに応じて、制御システムがロボット把持器を凍結している場合））から遠隔操作に再係合しようとするとき、アルゴリズムは、初期の不適合を探す必要はなく、その代わりに、ＵＩＤユーザ入力が外科用ロボット把持器の保持されたジョー角度及び／又は把持力と適合することを検出すると、遠隔操作の再係合を可能にすることができる。

図１を参照すると、これは、手術室内の例示的な外科用ロボットシステム１の立体図である。ロボットシステム１は、ユーザコンソール２と、制御タワー３と、外科用ロボットプラットフォーム５、例えばテーブル、ベッドなどにある１つ又は２つ以上の外科用ロボットアーム４と、を含む。システム１は、患者６に対して手術を行うために使用される任意の数のデバイス、ツール、又は付属品を組み込むことができる。例えば、システム１は、手術を行うために使用される１つ又は２つ以上の外科用ツール７を含み得る。外科用ツール７は、外科処置を実行するために外科用アーム４の遠位端に取り付けられたエンドエフェクタであってもよい。

各外科用ツール７は、手術中に、手動で、ロボットで、又はその両方で操作され得る。例えば、外科用ツール７は、患者６の内部解剖学的構造に入る、それを見る、又は操作するために使用されるツールであってもよい。一実施形態では、外科用ツール７は、患者の組織を把持することができる把持器である。外科用ツール７は、ベッドのそばの操作者８によって手動で制御され得、又はそれが取り付けられた外科用ロボットアーム４の作動運動によってロボット制御され得る。ロボットアーム４は、テーブルに装着されたシステムとして示されているが、他の構成では、アーム４は、カート、天井、若しくは側壁、又は別の好適な構造的支持体に装着され得る。

一般に、外科医などの遠隔操作者９は、ユーザコンソール２を使用して、アーム４及び／又は取り付けられた外科用ツール７を遠隔操作し得る（例えば、遠隔操作）。ユーザコンソール２は、図１に示すように、システム１の残りの部分と同じ手術室内に位置し得る。しかしながら、他の環境では、ユーザコンソール２は、隣接する部屋若しくは近くの部屋に位置し得るか、又は遠隔位置、例えば、異なる建物、都市、若しくは国にあってもよい。ユーザコンソール２は、シート１０と、足踏み式制御部１３と、１つ又は２つ以上のハンドヘルドユーザ入力デバイス、ＵＩＤ１４と、例えば、患者６内の手術部位の視野を表示するように構成された、少なくとも１つのユーザディスプレイ１５と、を備え得る。例示的なユーザコンソール２では、遠隔操作者９は、アーム４及び（アーム４の遠位端に装着された）外科用ツール７を遠隔制御するために、足踏み式制御部１３及びハンドヘルドＵＩＤ１４を操作しながら、シート１０に座ってユーザディスプレイ１５を見ている。

いくつかの実施形態では、ＵＩＤ１４は、外科用ロボットシステムの別の構成要素に対して接地されていないポータブルハンドヘルドユーザ入力デバイス又はコントローラであってもよい。例えば、ＵＩＤ１４は、ユーザコンソール２からつながれている、又はつながれていない、のいずれかである間に、接地されていなくてもよい。用語「接地されていない」は、例えば、１つ又は２つ以上のＵＩＤがユーザコンソール２に対して機械的にも運動学的にも拘束されていない実装を指すことを意図している。例えば、ユーザは、手にＵＩＤ１４を保持して、例えば、ユーザコンソールの追跡機構によってのみ制限された、空間内の任意の可能な位置及び配向に自由に移動し得る。対照的に、接地されたＵＩＤは、その位置／配向／把持を保持することができる。

いくつかの変形例では、ベッドのそばの操作者８はまた、ベッドのそばの操作者８（ユーザ）がここで患者６の側面にいて、例えば、片手に保持したハンドヘルドＵＩＤ１４でロボット駆動型ツール（アーム４に取り付けられたエンドエフェクタ）を、手動腹腔鏡ツールと同時に操作している、「ベッド対面」モードでシステム１を操作し得る。例えば、ベッドのそばの操作者の左手は、ロボット構成要素を制御するためにハンドヘルドＵＩＤを操作していてもよく、一方、ベッドのそばの操作者の右手は、手動腹腔鏡ツールを操作していてもよい。したがって、これらの変形例では、ベッドのそばの操作者８は、患者６に対してロボット支援型低侵襲手術及び手動腹腔鏡手術の両方を行い得る。

例示的な処置（手術）の間、患者６は、麻酔を達成するために、滅菌されて準備され覆われている。手術部位への初期アクセスは、（手術部位へのアクセスを容易にするために）ロボットシステム１のアームが収容構成又は撤収構成にある間に、手動で実行され得る。アクセスが完了すると、そのアーム４を含むロボットシステム１の初期配置又は準備が実行され得る。次に、手術は、ユーザコンソール２の遠隔操作者９が足踏み式制御部１３及びＵＩＤ１４を利用して、様々なエンドエフェクタ及びおそらくは撮像システムを操作し手術を行って、進行する。手動支援はまた、組織の後退、手動再配置の実行、及びロボットアーム４のうちの１つ又は２つ以上に対するツール交換などのタスクを実行し得る、滅菌ガウンを着たベッドのそばの要員、例えば、ベッドのそばの操作者８によって、処置ベッド又はテーブルで提供され得る。また、ユーザコンソール２の遠隔操作者９を支援するために、非滅菌要員が存在し得る。処置又は手術が完了すると、システム１及びユーザコンソール２は、洗浄又は滅菌などの術後処置及びユーザコンソール２を介した医療記録の入力又は印刷を容易にする状態に構成又は設定することができる。

一実施形態では、遠隔操作者９は、ＵＩＤ１４を保持して移動させて、ロボットシステム１のロボットアームアクチュエータ１７を移動させるための入力コマンドを提供する。ＵＩＤ１４は、例えば、コンソールコンピュータシステム１６を介して、ロボットシステム１の残りの部分に通信可能に結合され得る。ＵＩＤ１４は、ＵＩＤ１４の移動、例えば、ＵＩＤのハンドヘルドハウジングの位置及び配向に対応する空間状態信号を生成することができ、空間状態信号は、ロボットアームアクチュエータ１７の動きを制御するための入力信号であってもよい。ロボットシステム１は、空間状態信号から導出された制御信号を使用して、アクチュエータ１７の比例運動を制御し得る。一実施形態では、コンソールコンピュータシステム１６のコンソールプロセッサは、空間状態信号を受信し、対応する制御信号を生成する。アーム４のセグメント又はリンクを移動させるためにアクチュエータ１７がどのように通電されるかを制御する、これらの制御信号に基づいて、アームに取り付けられた対応する外科用ツールの移動は、ＵＩＤ１４の移動を模倣し得る。同様に、遠隔操作者９とＵＩＤ１４との間の相互作用により、例えば、外科用ツール７の把持器のジョーを閉鎖させて患者６の組織を把持させる、把持制御信号を生成することができる。

外科用ロボットシステム１は、各ＵＩＤについてそれぞれのアーム４のアクチュエータ及び外科用ツール（エンドエフェクタ）を制御するそれぞれの制御信号が生成される、いくつかのＵＩＤ１４を含み得る。例えば、遠隔操作者９は、第１のＵＩＤ１４を移動させて、左ロボットアーム内にあるアクチュエータ１７の動きを制御し得、アクチュエータは、そのアーム４内の連結部、ギアなどを移動させることによって応答する。同様に、遠隔操作者９による第２のＵＩＤ１４の移動は、別のアクチュエータ１７の動きを制御し、これは、次いでロボットシステム１の他の連結部、ギアなどを移動させる。ロボットシステム１は、患者の右側にベッド又はテーブルに固定された右アーム４と、患者の左側にある左アーム４と、を含み得る。アクチュエータ１７は、例えば、患者に対して、そのアームに取り付けられた外科用ツール７の内視鏡又は把持器の配向を変化させるために、アーム４の関節の回転を駆動するように制御される、１つ又は２つ以上のモータを含み得る。同じアーム４内のいくつかのアクチュエータ１７の動きは、特定のＵＩＤ１４から生成された空間状態信号によって制御することができる。ＵＩＤ１４はまた、それぞれの外科用ツール把持器の動きを制御することができる。例えば、各ＵＩＤ１４は、患者６内の組織を把持するために外科用ツール７の遠位端にある把持器のジョーを開放及び閉鎖するアクチュエータ、例えばリニアアクチュエータの動きを制御するための、それぞれの把持信号を生成することができる。

いくつかの態様では、プラットフォーム５とユーザコンソール２との間の通信は、制御タワー３を介し得、制御タワー３は、ユーザコンソール２から（より具体的には、コンソールコンピュータシステム１６から）受信したユーザコマンドをロボットプラットフォーム５上のアーム４に送信されるロボット制御コマンドに変換し得る。制御タワー３はまた、プラットフォーム５からユーザコンソール２に状態及びフィードバックを送信して戻し得る。ロボットプラットフォーム５、ユーザコンソール２、及び制御タワー３間の通信接続は、様々なデータ通信プロトコルの任意の好適なものを使用して、有線及び／又は無線リンクを介し得る。任意の有線接続が、手術室の床及び／又は壁若しくは天井に任意選択的に内蔵され得る。ロボットシステム１は、手術室内のディスプレイ、並びにインターネット又は他のネットワークを介してアクセス可能である遠隔ディスプレイを含む、１つ又は２つ以上のディスプレイにビデオ出力を提供し得る。ビデオ出力又はフィードはまた、プライバシーを確保するために暗号化され得、ビデオ出力の全て又は一部分は、サーバ又は電子医療記録システムに保存され得る。

外科用ロボットシステム１において解決されるべき１つの問題は、組織損傷をもたらし得る外科用ツールの意図していない移動を引き起こすことなく、どのように又はいつ安全に遠隔操作に係合又は再開する（すなわち、再係合する）かである。本明細書に記載される解決策がないと、特に、何らかの理由で遠隔操作が中断された（システムが係合解除モードに入った）場合に、遠隔操作に再係合することにより、外科用ロボット把持器が突然に開放する、突然に閉鎖する、組織に対して過度に締め付ける、又は以前に把持されていた組織を解放することになり得る、リスクが存在する。

本システムは、ユーザインターフェースデバイス（ＵＩＤ）からのユーザ入力が外科用ロボット把持器の把持器角度又は把持器力と適合するときを判定し、その時点で、ロボット把持器の遠隔操作が係合され得る。ＵＩＤは、外科用ツールと同じ位置、配向、及び把持器の角度又は力を維持するように機械的に拘束されていない。したがって、実行されると、システムが遠隔操作に係合又は再開（すなわち、再係合）する前に、ＵＩＤの把持器部分が外科用ツールの把持器と適合している（角度及び力に関して、すなわち、ＵＩＤ及び外科用ロボット把持器が互いに一致する許容可能な閾値内にある）ときを検出するアルゴリズムが記載される。このアルゴリズムは、ユーザによって解放されたときにその位置又は配向を保持しない、接地されていないＵＩＤに特に有用であり得る。この文脈において、適合する２つのデバイスは、２つのデバイスの位置及び配向又は他の関連する値が互いに一致の閾値内にあることを意味する。適合するプロセスとは、２つのデバイスの位置及び配向又は他の関連する値を互いに一致の閾値内に持ってくるプロセスを意味する。ＵＩＤの把持器部分からのユーザ入力は、外科用ロボット把持器の角度及び把持力に変換される。一実施形態におけるシステムは、最初に、ＵＩＤ及びロボット把持器がまだ適合していない場合を探す（例えば、システムは、ＵＩＤからのユーザ入力がロボット把持器の現在の角度及び／又は力との一致の閾値の外側になるように十分に変化するまで待つ）。その後いずれ、ＵＩＤのユーザの指操作により、ユーザ入力が外科用把持器の現在静止している角度及び／又は力と適合することになる。この適合を検出すると、システムは、ユーザへの警告、及び外科用ロボット把持器の遠隔操作に係合することで応答し得る。

一実施形態では、ユーザは、ＵＩＤを開放し、ＵＩＤ開放閾値を過ぎ、又は開放位置若しくは配向でＵＩＤを開始することが予想される。例えば、ユーザは、ＵＩＤの把持クランクをＵＩＤ開放閾値よりも大きい角度に設定することができる。次いで、ユーザは、ＵＩＤを閉鎖する。例えば、ユーザは、ＵＩＤ閉鎖閾値を過ぎてＵＩＤを閉鎖することができる。この時間の間、アルゴリズムは、開放から閉鎖へのＵＩＤの把持器部分の変化を反映するユーザ入力を監視している。ＵＩＤの把持器部分を閉鎖した後で、どの遠隔操作が係合されるかに応じて、ユーザ入力が外科用把持器と適合することをアルゴリズムが判定するまで、アルゴリズムがユーザ入力を依然として監視している間に、ユーザは、それを開放する。遠隔操作に係合する前にツール把持器にＵＩＤを適合させることにより、外科用ツール及び組織への損傷を防止するのに役立つ。最初にＵＩＤを開放及び閉鎖することによって不整合、次いで外科用ロボット把持器へのＵＩＤの適合を必要とすることにより、当て推量を除去し、したがって、（ロボット把持器の遠隔操作が無効化される）係合解除モードから遠隔操作有効モードへの安全な遷移を確実にするのを助ける（図５Ａを参照）。

図２Ａは、ＵＩＤ１４（図１を参照）の一部であり得る、ＵＩＤ把持器部分（ＵＩＤ把持器２２）の一実施例を例示する。ＵＩＤ把持器２２は、１つ又は２つ以上の可動把持クランク２３と、把持クランク２３の位置を感知することができる関連する電子回路（図示せず）と、を有する。ＵＩＤ１４の一部としてのＵＩＤ把持器２２は、開放構成でユーザの手に保持されており、その把持クランク２３は、図示されるように完全開放位置にある。ＵＩＤ把持器２２は、ユーザの指が指圧搾動作によってその位置の範囲（把持クランク２３と軸２５との間の角度２６）にわたって把持クランク２３を操作することを可能にするように設計されており、この位置は、関連する電子回路によって感知され、次いでコントローラ３９（図３を参照）によって外科用ツール７の把持器のジョーを作動させるための対応する位置（角度）コマンドに変換される。ユーザの手は、様々な方法でＵＩＤ把持器２２を操作することができる。更に、把持クランク２３は、ユーザの手が軸２５に向かって内側に把持クランク２３をつまむ又は圧搾して、角度２６を低減する（すなわち、ＵＩＤ１４を「閉鎖する」）ときに、ユーザ又は外科医に触覚フィードバックを提供することができる。したがって、そのようなＵＩＤ１４は、外科用ロボットツールを制御するための向上した器用さ及び移動の精度を提供する。例えば、そのＵＩＤ把持器２２が図２Ａに示されるバージョンとは異なるものを含む、外科用ロボットシステムの更なる実施形態では、他のＵＩＤを使用することができる。

図２Ｂは、外科用ロボットアーム４に取り付けられた外科用ロボット把持器３０の一実施例を例示する。ジョー２及びジョー１とラベル付けされた２つのジョー３１、３２は、センサ３７によって感知される２つのジョー３１、３２の間の角度３３を通って、アクチュエータ３５によって移動される。外科用ロボットシステムでは、ジョー３１、３２は、組織を把持するために使用され、角度３３は、センサ３７による測定に基づいて、アクチュエータ３５を駆動することによって制御される。センサ３７はまた、ジョー３１、３２によって及ぼされる把持の力を測定する。外科用ロボットシステムの更なる実施形態では、他の外科用ロボット把持器又はエンドエフェクタ及びツールを使用することができる。

図３は、外科用ロボット把持器に適合されたＵＩＤを用いて遠隔操作を実施するための、ＵＩＤ１４（ＵＩＤ把持器２２を有する）、外科用ロボットアーム４、外科用ロボット把持器３０、及びコンピュータシステムを含む外科用ロボットシステムのブロック図である。コンピュータシステムは、（メモリに記憶された）ソフトウェアを実行する１つ又は２つ以上のプロセッサ（プロセッサ４２）を有する。これらは、状態マシン４５を含む適合／不適合コントローラ３９を含む。加えて、遠隔操作コントローラ４３は、ＵＩＤ１４からのユーザ入力に従って外科用ロボットアーム４及び外科用ロボット把持器３０の遠隔操作を制御する。遠隔操作コントローラ４３は、ＵＩＤ１４のセンサ測定値（並進、回転、及び把持を含む）を外科用ロボットアーム４及び外科用ロボット把持器３０の遠隔操作のための入力コマンドに転換又は変換する、入力コマンド生成器４７を有する。図３に示すコンピュータシステムは、制御タワー３（図１を参照）の一部として実装され得る。

いくつかの実装形態では、ＵＩＤ把持器２２は、把持連結部又は変形可能な表面と、（把持連結部又は変形可能な表面の圧搾などのユーザ動作に従って）ロボット把持器３０のジョー角度及び把持力を制御するユーザ入力として把持信号を生成する、ユーザコンソール２の一部としての１つ又は２つ以上のセンサと、を含む。これらの把持信号は、検出されるユーザ動作の例である。例えば、把持信号は、把持連結部又は変形可能な表面のユーザの指の作動によって引き起こされる角度２６のセンサ測定値（又は、ＵＩＤ表面の変形度）を含み得る。把持信号は、制御コンピュータシステムに入力されて、制御コマンドを生成し、制御コマンドは、ロボット把持器の２つのジョーを特定のジョー角度に開放及び閉鎖させる、かつ／又は特定の力を及ぼさせる。適合／不適合プロセスの目的は、ユーザが把持連結部又は変形可能な表面を圧搾するときに、センサ測定値（したがって把持信号）がその時点でロボット把持器の現在のジョー角度及び力に対応する、すなわち、適合していることである。その結果、ロボットシステムがその時点で遠隔操作に係合／再係合されると、ロボット把持は、いかなる突然の移動も伴わずに、係合解除又は一時停止されたときに有していたのと同じジョー角度及び把持力を維持する。

適合／不適合プロセスは、（ソフトウェアとして）状態マシン４５を実行するプロセッサ４２によって実行され得る。状態マシン４５の機能は、図５Ａ及び図５Ｂを参照して以下でより詳細に考察する。より一般的には、状態マシン４５は、ＵＩＤ及び外科用ロボット把持器３０の遠隔操作モード並びに不適合／適合状態の追跡を維持する。それは、ＵＩＤからのユーザ入力が外科用ロボット把持器の角度及び／又は力に適合すると（又はそれに応じて）、適合済状態の指標５１を出力する。この指標５１は、トーン、サウンド、若しくはスピーチなどのオーディオメッセージ、光の点灯若しくは点滅などの視覚警告、ユーザコンソール２のディスプレイ１５上に表示するテキスト若しくはグラフィックメッセージ、例えば、ユーザコンソール２のＵＩＤ１４、アームレスト、若しくはシートのバイブレータの振動などの触覚警告、又はユーザコンソール２でのユーザへの他の通知の形態でユーザに提示され得る。又は、様々な実施形態では、指標５１は、更なる通知を伴って又は伴わずに、遠隔操作の係合をトリガし得る。

図４Ａは、ＵＩＤユーザ入力値から外科用ロボット把持器制御コマンドに変換するためのグラフであり、後者は、外科用ロボット把持器の角度及び／又は力を指定する値である。２つの異なるツールのグラフ、グラフ５２、５３を示す。ＵＩＤ状態（例えば、開放、閉鎖、ロボット把持器に適合している、又はロボット把持器に適合していない）は、ＵＩＤ値の分析並びに感知された外科用ロボット把持器の角度及び力の分析から導出することができる。遠隔操作中、ＵＩＤは、（稼働中の制御システムにより）外科用ロボット把持器と連続的に適合すると推定され、これは、測定された対（ＵＩＤ値、ロボット把持器値）が任意の所与の瞬間に（その特定のツールの）グラフ５２の周囲の閾値帯上又は内にある点を定義することを意味する。しかし、測定された対がグラフ５２の周囲の閾値帯内にない点を定義する場合、ＵＩＤ及びロボット把持器は、適合していないと言われる。後者は、非遠隔操作モードの間にのみ生じるべきである。

グラフ５２は、ｘ軸上のＵＩＤ値（角度）とｙ軸上の外科用ロボット把持器の角度との間の直線関係を説明する。グラフ５２は、把持器角度制御から把持器力制御を通ってＵＩＤの最小角度～最大角度及び外科用ロボット把持器の最小角度～最大角度の範囲にわたって延びる。概して、図示されるように、ｘ軸（ＵＩＤ変数）の一部分は、把持器角度に変換し、ＵＩＤ変数の別の部分は、把持力に変換する。ＵＩＤは、ＵＩＤ値がｇ_{ｕ，ｏｐｅｎ}以下、したがって、ｇ_{ｕ，ｍｉｎ}のガード帯閾値以内であるとき、開放していると見なされる。範囲の反対側の端部において、ＵＩＤは、ＵＩＤ値がｇ_{ｕ，ｃｌｏｓｅｄ}以上、したがって、ｇ_{ｕ，ｍａｘ}のガード帯閾値内であるとき、閉鎖していると見なされる。別のツールの（破線の）別のグラフ５３は、ＵＩＤの角度と外科用ロボット把持器の角度との間の同様の直線関係を示すが、外科用ロボット把持器の最小角度～最大角度の異なる範囲を通ってシフトされている。様々なツールの角度と力との間の曲線又はセグメント化された関係を有するものを含む他のグラフが、本明細書の教示を踏まえて容易に開発され、理解される。

図４Ｂは、更なる実施形態における、２つの異なるツールのＵＩＤ値から外科用ロボット把持器の角度及び力へのマッピングのグラフである。１つのツールの（実線の）１つのグラフ５５は、把持器角度制御のためのＵＩＤの値（この場合、角度の測定値）と外科用ロボット把持器の角度との間の直線関係を示し、把持器力制御のための異なる傾きに遷移する。別のツールの（破線の）別のグラフ５６は、把持器角度制御から把持器力制御を通って傾きの変化なしに延びる、ＵＩＤの値（角度）と外科用ロボット把持器の角度との間の直線関係を示す。両方のグラフ５５、５６は、ＵＩＤの同じ角度（例えば、ゼロ）で把持器角度制御から把持力制御に遷移する。様々なツールの他の遷移点、他の傾き、及び角度と力との間の他の関係を示すことを含む他のグラフが、容易に開発され、理解される。

不適合／適合アルゴリズムは、係合解除（非アクティブ）モードから遠隔操作に係合する前に、ＵＩＤをロボット把持器に不適合させ、次いで適合させるために、ＵＩＤが一連の状態を通って遷移することを必要とする、状態マシンからなり得る。一実施形態では、（係合解除又は非アクティブモードではなく）一時停止モードから遠隔操作に係合するとき、アルゴリズムは、特定の不適合条件の検出を必要とせず、代わりに適合条件を直接探す。換言すれば、その場合、ＵＩＤ及びロボット把持器が最初に不適合であるとの判定は、必要とされない。

ロボット把持器は、開放角度及び把持力によって表され、これは、ｇ_ｒ＝［θ_ｇ，ｆ_ｇ］として示される。ｇ_ｕとして示されるＵＩＤ値は、数値の範囲を使用して表される。遠隔操作中、ＵＩＤ入力は、例えば、図４Ａ及び図４Ｂに示されるグラフ並びにこれらの変形例に従って、ロボット把持器の開放角度及び把持力（制御コマンド）に変換される。ＵＩＤ値をロボット把持器値に変換する関数は、ｇ_ｒ＝ｆ（ｇ_ｕ）として表される。ＵＩＤ把持器値の下限及び上限数値は、ｇ_{ｕ，ｍｉｎ}及びｇ_{ｕ，ｍａｘ}それぞれによって与えられる。下限ｇ_{ｕ，ｍｉｎ}は、ＵＩＤが完全に開放している位置に対応し、上限ｇ_{ｕ，ｍａｘ}は、ＵＩＤが完全に閉鎖した位置に対応する。ロボット把持器角度に関しては、その下限及び上限は、θ_{ｇ，ｍｉｎ}及びθ_{ｇ，ｍａｘ}それぞれによって与えられる。ロボット把持器力は、（０，ｆ_{ｇ，ｍａｘ}）によって境界付けられる。関数ｆは、ＵＩＤ完全開放をロボット把持器最大開放角度及びゼロ力に変換する。ＵＩＤ完全閉鎖は、ロボット把持器が最大力を適用することに変換され、これは、把持されている組織の幅に応じて、ロボット把持器開放角度の範囲にわたって生じ得る。

不適合／適合アルゴリズムによって本ＵＩＤ値と比較されることになるロボット把持器値は、逆マッピング：

を使用して計算され得る。逆関数は、現在のロボット把持器の角度及び力をＵＩＤ単位に変換するので、ＵＩＤ及びロボット把持器の値は、不適合／適合アルゴリズムによって一貫した単位で比較することができる。逆変換は、以下の式によって表される。

パラメータｋ_{ａｎｇｌｅ＿ｔｏ＿ｆｏｒｃｅ}は、負の値のパラメータであり、量１／ｋ_{ａｎｇｌｅ＿ｔｏ＿ｆｏｒｃｅ}は、力を負の角度に変換して、グリッパ角度及び力の両方をＵＩＤの単位に変換する。変数αは、ＵＩＤ単位とロボット把持器角度との間の倍率変更である。パラメータε_ｆ＞０は、測定されたグリッパ力を推定する精度に基づいて設定することができる。

上記の変換により、最小グリッパ角度がゼロよりも大きいことを可能にすることに留意されたい。ほとんどの場合、最小グリッパ角度はゼロであることを考慮すると、この場合、式は以下のように簡略化することができる。

不適合／適合アルゴリズムは、所与のＵＩＤ及びロボット把持器の特性に従って調整することができる３つのパラメータを使用し得る。グリッパ開放閾値としてｇ_{ｕ，ｏｐｅｎ}（≧ｇ_{ｕ，ｍｉｎ}）を定義し、グリッパ閉鎖閾値としてｇ_{ｕ，ｃｌｏｓｅｄ}（≦ｇ_{ｕ，ｍａｘ}）を定義する。適合閾値は、δｇ_{ｍａｔｃｈ}として示される。ＵＩＤ及びロボット把持器は、

である場合に、「適合している」と見なされる。

不適合／適合アルゴリズムは、以下の４つの状態からなり得る。

アルゴリズム状態マシン論理は、図５Ａ及び図５Ｂの図に示されている。図５Ａは、一実施形態における、外科用ロボット把持器にＵＩＤを適合させるための様々な遠隔操作モード及びアルゴリズムの図である。図４Ａ及び図４Ｂは、遠隔操作中にＵＩＤが外科用ロボット把持器に適合した状態での外科用ロボット把持器の角度及び力に対するＵＩＤ値（この場合、角度）の範囲の対応関係を示しているが、図５Ａでは、左列は、｛係合解除５７、一時停止５９、係合６０｝の遠隔操作モードを示す。図５Ａの右列は、不適合／適合アルゴリズムの状態｛不適合＿開放６１、不適合＿閉鎖６２、適合中６５、適合済６７｝を示す。矢印は、状態とモードとの間の許容可能な遷移を示す。図５Ａは、遠隔操作モード間で遷移するために必要とされ得る他の動作の詳細を、それらが本明細書で提案される不適合／適合アルゴリズムの一部ではないため、示していないことに留意されたい。係合解除５７の遠隔操作モードは、不適合／適合アルゴリズムを不適合＿開放６１の状態に向かわせる（システムは、ＵＩＤが開放するのを待っている）。ユーザがＵＩＤ把持器２２を開放したことに応じて、アルゴリズムは、不適合＿閉鎖６２の状態に遷移する（システムは、ＵＩＤが閉鎖するのを待っている）。次いで、ユーザは、ＵＩＤ把持器２２を閉鎖し、アルゴリズムは、それを検出して、適合中６５に遷移することによって、それに応答する（システムは、ＵＩＤが外科用ロボット把持器に適合するのを待っている）。次いで、ユーザは、ＵＩＤ値（ユーザ入力）がロボット把持器の角度及び／又は力と閾値内まで一致することをアルゴリズムが検出し、適合中６５から適合済６７への遷移を行うことによって応答するまで、ＵＩＤ把持器２２を開放する（システムは、ＵＩＤ及び外科用ロボット把持器が適合していると判定した）。適合済６７の状態が達成されると、遠隔操作モードは、係合６０になる。すなわち、ＵＩＤ１４による外科用ロボット把持器３０の遠隔操作は、適合済６７の状態によって示されるように、ＵＩＤが外科用ロボット把持器と適合していると判定したことに応じて、係合される。

図５Ｂは、更なる実施形態における、外科用ロボット把持器にＵＩＤを適合させるための更なる状態図である。遠隔操作が係合されている間に、ユーザ、例えば外科医は、例えば、休息し、患者又は手術の進行を観察し、追加の外科的戦略又は命令を取得し、他の手術要員と相談するなどのために、外科用ロボットシステムを一時停止（又はクラッチ）する必要があり得る。外科用ロボットシステムを一時停止させることは、音声コマンド、ユーザインターフェースとの相互作用、ＵＩＤ上のボタン、又は他の制御部などによって実行され得、これらのいずれも、様々な実施形態において、外科用ロボットシステムを一時停止５９のモードにし得る。ユーザが遠隔操作を再開する準備ができているとき、それは、ＵＩＤが放置されていた、移動された、開放された、又は閉鎖されたなどの場合があるため、ＵＩＤがもはや外科用ロボット把持器の凍結位置と適合しない場合であり得る。図５Ｂの状態図は、一時停止５９のモードから遠隔操作を再開することができるように、ＵＩＤを外科用ロボット把持器に再び適合させることができる方法を示す。２つの可能性が、状態図において明示的に考慮される。１つの可能性は、システムがロボット把持器力＞Ｆ_ｍｉｎ（値７１）で一時停止されている、例えば、外科用ロボット把持器３０が組織に対して締め付けていることである。別の可能性は、システムがロボット把持器力＜Ｆ_ｍｉｎ（値７３）で一時停止されている、例えば、ロボット把持器が開放しており、かつ、何に対しても締め付けていないことである。

一時停止５９の遠隔操作モードは、ロボット把持器力の値に従って、適合中６５の不適合／適合アルゴリズム状態から適合済６７の状態への遷移を指示する。ロボット把持器力が閾値Ｆｍｉｎより大きい間にシステムが一時停止されている場合、適合中６５から適合済６７への遷移は、ＵＩＤ把持器２２が（開放されていることから）閉鎖したことに応じて、行われ得る。これは、ＵＩＤが外科用ロボット把持器の角度に近づいて適合する際に、外科用ロボット把持器力がより容易に維持され、組織に対して締め付けているようにである。この条件下で、ユーザは、ＵＩＤ把持器２２を開放し、次いでＵＩＤ１４からのユーザ入力が外科用ロボット把持器と適合するまで、ＵＩＤ把持器２２を（例えば、徐々に）閉鎖することが予想され、この時点で、システムは、適合済を示すことができ、したがって、遠隔操作を再開することができる（その時点で、ＵＩＤからのユーザ入力は、外科用ロボット把持器にマッピングされる）。

しかしながら、ロボット把持器力が最小閾値Ｆｍｉｎ未満（例えば、本質的にゼロ、かつ把持器３０が開放しており、何も締め付けていない場合）であったときにシステムが一時停止されていた場合、適合中６５から適合済６７への遷移は、ＵＩＤ把持器２２が（閉鎖されていることから）開放しているとき、又はＵＩＤ把持器２２が（開放されていることから）何らか閉鎖しているときのいずれかに、行われ得る。これは、適合閾値がどれだけ大きいか、及びロボット把持器変数及びＵＩＤ変数の値（例えば、角度）に依存する。例えば、ロボット把持器が半ば開放しており、かつＵＩＤ把持器が完全に開放している場合、ユーザは、（適合閾値が全範囲の半分でない限り）適合するために、ＵＩＤ把持器をいくらか閉鎖することが予想される。ロボット把持器が半ば開放しており、かつＵＩＤ把持器が完全に閉鎖されている場合、ユーザは、適合するために、ＵＩＤ把持器をいくらか開放することが予想される。適合済６７の状態に入ると、アルゴリズムは、係合６０の遠隔操作モードを再開され得ることを示す。このようにして、外科用ロボット把持器力は、ＵＩＤが外科用ロボット把持器に近づいて適合する際に患者組織又は装置を損傷する場合がある、突然の増加の可能性が低い。

図５Ａを参照すると、係合解除５７から係合６０の遠隔操作モードに進むために、不適合／適合アルゴリズム状態は、不適合＿開放６１として初期化され、次いで、｛不適合＿閉鎖６２、適合中６５、適合済６７｝の後続のシーケンスを通過する。不適合＿開放６１及び不適合＿閉鎖６２の状態は、ＵＩＤ把持器が開放から閉鎖の全範囲をカバーすることを必要とし、したがって、最初にＵＩＤ把持器２２と外科用ロボット把持器３０との間の不整合が常に生じることを確実にする。これは、システムが係合解除されると、外科用ロボット把持器３０はＵＩＤ１４に追従するように制御されておらず、ＵＩＤが外科用ロボット把持器と適合するという保証がないからである。システムが一時停止又は係合解除されている間のＵＩＤ把持器２２のほんの少しの操作であっても、ＵＩＤと外科用ロボット把持器との間の不整合（不適合）が生じる。係合解除５７のモードから遠隔操作に再係合するために、ユーザは、ＵＩＤ把持器２２を開放し（例えば、解放し、バネ式機構に依存して自己開放する）、次いでＵＩＤ把持器２２を閉鎖し、次いでＵＩＤ１４からのユーザ入力が外科用ロボット把持器３０の感知された角度及び／又は力と適合するまでＵＩＤ把持器２２を開放することが予想される。これにより、ユーザ入力の初期値並びに外科用ロボット把持器３０の角度及び力の初期値に関係なく、必要なユーザ入力の一貫したセットを提供し、したがって、最小限の訓練を必要とし、かつ当て推量を必要としない、単純なユーザインターフェースを作り出す。

不適合が完了すると、状態は、適合中６５に遷移し、アルゴリズムは、適合済６７の状態に最終的に遷移する前に、ＵＩＤが外科用ロボット把持器３０と適合するのを待つ。適合済６７の状態になると、遠隔操作モードは、係合６０の状態で、遠隔操作に係合することができる。不適合を実行するためのＵＩＤ動作は、開放され、次いで閉鎖される（その逆はない）ように選択され得、それにより、適合は、典型的にはＵＩＤ把持器２２の開放方向で生じ（例えば、解放）、したがって、ユーザが組織に高い把持器力を意図せずに加えることになる可能性がより低い。ロボット把持器が組織をしっかりと把持しながら大きな力を加えている場合には、適合は、閉鎖方向（例えば、圧搾）で生じることが可能になる。開放方向で外科用ロボット把持器３０にＵＩＤを適合させることにより、ユーザが把持された組織を意図せずに落下させることになるため、この挙動は、望ましい。

閉鎖方向で適合を行うことができる、圧力の単位で表されるロボット把持器の範囲は、アルゴリズムパラメータから

として判定することができる。パラメータｇ_{ｕ，ｎｏｉｓｅ}は、０より大きな何らかの小さい値であり、これは、閉鎖閾値ｇ_{ｕ，ｃｌｏｓｅｄ}が正確にｇ_{ｕ，ｃｌｏｓｅｄ}のＵＩＤ値で交差しない場合があるため、センサのノイズ特性によって判定することができる。

システムが遠隔操作から係合解除されている場合とは対照的に、システムが一時停止されている（かつそのため、一時停止５９のモードに入る）場合を考える。そこで、アルゴリズムは、一時停止時にロボット把持器が自動的にその最後の姿勢に保持されているため、ＵＩＤが最後に保持されたロボット把持器値（一時停止したときにロボット把持器が制御システムによって保持又は凍結されていることに対応する）と「再適合」するのを待つ。一時停止５９から係合６０の遠隔操作モードに進むために、アルゴリズム状態は、適合中６５として初期化され、遠隔操作に係合することを可能にする適合済６７の状態に遷移するために、ＵＩＤ２２が外科用ロボット把持器３０と適合するのを待つ（図５Ｂを参照）。一時停止した遠隔操作モードでは、ユーザは警告され、偶発的な係合が生じないことが想定される。

１）外科用ロボット把持器値からＵＩＤの対応する単位に変換するための代替的な実施形態：
前のセクションで説明した外科用ロボット把持器ｇ_ｒ＝［θ_ｇ，ｆ_ｇ］からＵＩＤの対応する単位

へのマッピングは、異なる範囲のＵＩＤ値が異なる器具（図４Ａ及び図４Ｂ参照）の外科用ロボット把持器角度３３（図２Ｂ参照）及び力にマッピングされることになり得る。外科用ロボット把持器角度３３に変換されるＵＩＤ範囲及び外科用ロボット把持器力に変換されるＵＩＤ範囲を異なる外科用器具にわたって一貫させることが望ましい場合がある。この場合、逆変換

は、以下の式で与えられる。

パラメータｇ_{ｕ，ｚｅｒｏ}は、外科用ロボット把持器が最小グリッパ角度及びゼロ力にあることと同等のＵＩＤ圧力値である。

２）外科用ロボット把持器値をＵＩＤ単位で推定するための代替的な実施形態：
外科用ロボット把持器ｇ_ｒ＝［θ_ｇ，ｆ_ｇ］からＵＩＤの対応する単位

へのマッピングのための２つの異なる方法が提案された。しかしながら、把持器力を正確に推定することが困難であることを考慮して、追加の代替的な実施形態を使用することができる。遠隔操作（係合８０のモード）の間、外科用ロボット把持器３０は、変換関数ｇ_ｒ＝ｆ（ｇ_ｕ）に従って、ＵＩＤ ｇ_ｕに追従するように命令される。妥当な追跡性能を仮定すると、外科用ロボット把持器は、命令された外科用ロボット把持器変数に非常に近いことになり、これは、ＵＩＤ ｇ_ｕから計算される。したがって、対応するＵＩＤ単位での外科用ロボット把持器

は、遠隔操作がアクティブ（すなわち、係合６０のモード）であるときはいつでも、ＵＩＤ ｇ_ｕに非常に近い。遠隔操作が係合６０から一時停止５９又は係合解除５７のモードのいずれかに遷移するとき、遠隔操作は、非アクティブであり、外科用ロボット把持器３０は、最後の命令された姿勢で保持される。遠隔操作がアクティブ（係合６０のモード）であるときのみ外科用ロボット把持器３０が姿勢を変化させることを考慮し、かつ外科用ロボット把持器３０がコマンドを適切に追跡するという条件で、（対応するＵＩＤ単位での）外科用ロボット把持器

は、遠隔操作がアクティブ（係合６０）であるときはいつでも、ＵＩＤ ｇ_ｕに設定することができる。遠隔操作が非アクティブである（係合解除５７又は一時停止５９のいずれかに変化する）とき、

は、係合６０におけるｇ_ｕの最後の値にラッチされる。

図６Ａは、実施形態上で又は実施形態によって実施することができる、外科用ロボットシステムの遠隔操作に係合する方法のフローチャートである。

動作８１では、外科用ロボットシステムは、遠隔操作モードに係合する指令を検出する。例えば、システムは、ｉ）ＵＩＤがユーザによって持ち上げられる、若しくは別の方法でシステムのそのドックから取り外されること、ｉｉ）ユーザの視線がシステムのユーザコンソールのディスプレイに集中していること、又はｉｉｉ）ペダル動作がシステムのフットペダルで生じることを検出し得る。これら若しくは他の検出された動作又はイベントは、遠隔操作に係合する指令としてシステムによって解釈される。一実施形態では、検出された動作又はイベントは、システムを一時停止しない（遠隔操作を再開する）ユーザの意図を示すクラッチ解放プロセスの一部である。

動作８３では、システムは、それが非遠隔操作モードにあると判定する。例えば、システムは、係合解除モードにあり得る。システムは、代替的に、一時停止モードにあり得る。両方のモードでは、ＵＩＤは、ロボット把持器を制御することを防止される。しかしながら、係合解除モードでは、不適合／適合アルゴリズムが遠隔操作に再係合することを可能にするために、システムによって精巧なプロセス又は一連のチェックを実行する必要がある。対照的に、一時停止モードでは、システムは、遠隔操作において再係合を可能にする単純なプロセスを実行し、例えば、ユーザがクラッチを「解放」したことを検出する。

動作８５では、システムは、遠隔操作に再係合するように指示されており、ユーザインターフェースデバイス（ＵＩＤ）を介して検出されたユーザ動作のシーケンスを受信する。１つのバージョンでは、ユーザ動作のシーケンスは、ＵＩＤを開放し、ＵＩＤを閉鎖し、次いで、ユーザ動作のシーケンスの結果としてＵＩＤ及びロボット把持器が適合することをシステムが検出するまで（動作８７）、再びＵＩＤを開放することを含む。次に、動作８９では、動作８７で検出された適合に応じて、外科用ロボットシステムは、遠隔操作モードに遷移する。

上記の方法を拡張するために、外科用ロボットシステムの一実施形態は、ユーザ動作のシーケンスに関するガイダンスを提供する。例えば、システムは、ユーザコンソール上のディスプレイ上に命令、図、若しくは画像を表示するか、オーディオ命令を与えるか、ＵＩＤ上の一連の照明された矢印を配列するか、又は別の方法で、ユーザ動作のシーケンスを生成する方法に関する視覚的、聴覚的、若しくは触覚的ガイダンスをユーザに与え得る。上記の方法の別の拡張形態では、外科用ロボットシステムの一実施形態は、遠隔操作モードへの遷移の指標を表示する。例えば、システムは、可聴警告を生成するか、ユーザコンソール上のディスプレイ上にメッセージ、図、若しくは画像を表示するか、光を作動させるか、又は別の方法で、遠隔操作が係合されているという指標をユーザに表示し得る。

図６Ｂは、実施形態上で又は実施形態によって実施することができる、外科用ロボットシステムの遠隔操作に再係合する方法のフローチャートである。動作９２では、外科用ロボットシステムは、遠隔操作に再係合する指令を検出する。例えば、システムは、ＵＩＤが持ち上げられるか、若しくは別の方法でシステムのドックから取り外されること、ユーザの視線がシステムのユーザコンソールのディスプレイに集中していること、又はペダル動作がシステムのフットペダルで生じることを検出し得る。これら若しくは他の検出された動作又はイベントは、遠隔操作に再係合する指令としてシステムによって解釈される。

動作９４では、システムは、それが非遠隔操作モードにあると判定する。

動作９６では、システムは、状態マシンを実行する。１つのバージョンでは、状態マシンは、ＵＩＤがロボット把持器と適合するのを待つための適合中状態と、ＵＩＤがロボット把持器と適合しているときのための適合済状態とを有する。システムは、ＵＩＤがロボット把持器と適合したことに応じて、ＵＩＤがロボット把持器と適合するのを待つための適合中状態からＵＩＤがロボット把持器と適合しているときのための適合済状態に遷移する。システムは、適合済状態にあるときに、遠隔操作に係合する。

別のバージョンでは、状態マシンは、適合状態に遷移する前に、ＵＩＤ把持器が十分に閉鎖するのを待つ不適合閉鎖状態に遷移する前に、ＵＩＤ把持器が十分に開放するのを待つ不適合開放状態を有する。

動作９８では、システムは、ユーザインターフェースデバイス（ＵＩＤ）を介してユーザ動作のシーケンスを受信する。このユーザ動作のシーケンスは、状態マシンを状態間で遷移させる。１つのバージョンでは、ユーザ動作のシーケンスは、ＵＩＤを開放し、ＵＩＤ及びロボット把持器が適合するまでＵＩＤを閉鎖することを含む。

動作９９では、ＵＩＤが外科用ロボットシステムのロボット把持器のジョー角度又は把持力に適合することに対応する状態に状態マシンが到達したと判定したことに応じて、外科用ロボットシステムは、ＵＩＤ及びロボット把持器を遠隔操作に係合する。

特定の実施形態を説明し添付の図面に示してきたが、このような実施形態は、広義の発明の単なる例示であり、広義の発明を限定するものではなく、当業者には様々な他の修正が着想され得るため、本発明は、図示及び記載された具体的な構成及び配置に限定されないことを理解されたい。例えば、図２Ａ及び図２Ｂは、ＵＩＤ把持器２２及び外科用ロボット把持器３０の特定の実施例を示しているが、他のＵＩＤ、把持器、及びツールが可能である。ＵＩＤ把持器２２は、図１の実施例に示されるように接地されていないデバイスである（ベース又はフレームに機械的に連結されていない）、ＵＩＤ１４の一部であってもよい。代替的に、ＵＩＤ把持器２２は、ベース又はフレームに接地された、すなわち機械的に連結された、ＵＩＤ１４の一部であってもよい。したがって、本説明は、限定的な代わりに、例示的なものと見なされるべきである。

〔実施の態様〕
（１） 外科用ロボットシステムであって、
２つのジョーを有するロボット把持器と、
ユーザインターフェースデバイス（ＵＩＤ）と、
前記ＵＩＤ及び前記ロボット把持器に通信可能に結合された１つ又は２つ以上のプロセッサであって、
前記ロボット把持器が前記ＵＩＤから受信したユーザ入力によって制御される遠隔操作モードに係合又は再係合する指令を検出することと、
前記外科用ロボットシステムが非遠隔操作モードにあると判定することと、
前記ＵＩＤを介して検出されたユーザ動作のシーケンスを受信することと、
検出されたユーザ動作の前記シーケンスの結果として、前記ＵＩＤが前記２つのジョーの間のジョー角度又は前記ロボット把持器の前記２つのジョーによって影響される把持力と適合すると判定することと、
前記ＵＩＤが前記ジョー角度又は前記把持力と適合するとの判定に応じて、前記外科用ロボットシステムを遠隔操作モードに遷移させることと、を行うように構成されている、１つ又は２つ以上のプロセッサと、を備える、外科用ロボットシステム。
（２） 前記遠隔操作モードに係合又は再係合する前記指令が、前記ＵＩＤがユーザによってドックから取り外されること、ユーザコンソールのディスプレイへのユーザの視線の集中、又はユーザによるペダル動作のうちの少なくとも１つによって示される、実施態様１に記載の外科用ロボットシステム。
（３） 前記非遠隔操作モードが、係合解除モード又は一時停止モードのうちの１つを含み、
前記係合解除モードが、遠隔操作セッションの前に、前記ＵＩＤが前記ロボット把持器を制御することから係合解除された状態であり、
前記一時停止モードが、遠隔操作セッションを一時停止させるために、前記ＵＩＤが前記ロボット把持器を制御することから係合解除された状態である、実施態様１に記載の外科用ロボットシステム。
（４） 検出されたユーザ動作の前記シーケンスが、前記ＵＩＤを開放し、前記ＵＩＤを閉鎖し、前記ＵＩＤ及び前記ロボット把持器が適合するまで前記ＵＩＤを開放することを含む、実施態様１に記載の外科用ロボットシステム。
（５） 前記ＵＩＤが適合すると判定するために、かつ前記外科用ロボットシステムを前記遠隔操作モードに遷移させるために、前記１つ又は２つ以上のプロセッサが、
前記ＵＩＤが開放するのを待ち、前記ＵＩＤが開放しており、かつ閉鎖し始めるときに不適合閉鎖状態に遷移するための不適合開放状態と、
前記ＵＩＤが閉鎖するのを待ち、前記ＵＩＤが閉鎖しており、かつ開放し始めるときに適合中状態に遷移するための前記不適合閉鎖状態と、
前記ＵＩＤが前記ロボット把持器に適合するのを待ち、前記ＵＩＤが前記ロボット把持器と適合しているときに適合済状態に遷移するための前記適合中状態と、
前記ＵＩＤが前記ロボット把持器に適合しているときのための、及び前記遠隔操作モードへの前記遷移のための前記適合済状態と、を含む状態マシンを動作させるように更に構成されている、実施態様１に記載の外科用ロボットシステム。

（６） 前記１つ又は２つ以上のプロセッサが、
前記外科用ロボットシステムが一時停止モードにあると判定することと、
前記ＵＩＤ及び前記ロボット把持器を適合させるためのユーザ動作を受信することと、
前記外科用ロボットシステムを前記遠隔操作モードに遷移させることと、を行うように更に構成されている、実施態様１に記載の外科用ロボットシステム。
（７） 前記１つ又は２つ以上のプロセッサが、
検出されたユーザ動作の前記シーケンスに関するガイダンスを提供するように更に構成されている、実施態様１に記載の外科用ロボットシステム。
（８） 前記１つ又は２つ以上のプロセッサが、
前記ＵＩＤが前記ジョー角度又は前記把持力と適合すると判定したことに応じて、適合状態の指標を表示するように更に構成されている、実施態様１に記載の外科用ロボットシステム。
（９） 外科用ロボットシステムの遠隔操作に再係合する方法であって、
ユーザインターフェースデバイス（ＵＩＤ）及びロボット把持器に通信可能に結合された１つ又は２つ以上のプロセッサによって、遠隔操作に再係合する指令を検出することと、
前記外科用ロボットシステムが非遠隔操作モードにあると判定することと、
前記１つ又は２つ以上のプロセッサによって、複数の状態を有する状態マシンを実行させることと、
前記状態マシンを前記複数の状態の間で遷移させるための、前記ＵＩＤを介したユーザ動作のシーケンスを受信することと、
前記ＵＩＤが前記ロボット把持器のジョー角度又は把持力と適合することに対応する状態に前記状態マシンが到達したと判定したことに応じて、前記外科用ロボットシステムを遠隔操作に係合することと、を含む、方法。
（１０） 前記複数の状態が、前記ＵＩＤが前記ロボット把持器に適合するのを待つための適合中状態を含む、実施態様９に記載の方法。

（１１） 前記複数の状態が、前記ＵＩＤが前記ロボット把持器と適合しているときのための適合済状態を含む、実施態様９に記載の方法。
（１２） 前記状態マシンを実行させることが、前記ＵＩＤが前記ロボット把持器に適合したことに応じて、前記ＵＩＤが前記ロボット把持器と適合するのを待つための第１の状態から、前記ＵＩＤが前記ロボット把持器と適合しているときのための第２の状態に遷移することを含む、実施態様９に記載の方法。
（１３） 前記第１の状態から前記第２の状態への遷移をもたらす検出されたユーザ動作の前記シーケンスが、前記ユーザがＵＩＤ把持器連結部又は変形可能な表面を圧搾しているときである、実施態様１２に記載の方法。
（１４） 外科用ロボットシステムによって実行される、前記外科用ロボットシステムの遠隔操作に係合する方法であって、
２つのジョーを有するロボット把持器がユーザ入力デバイス（ＵＩＤ）から受信したユーザ入力によって制御される遠隔操作モードに係合する指令を検出することと、
前記外科用ロボットシステムが非遠隔操作モードにあると判定することと、
前記ＵＩＤを介してユーザ動作のシーケンスを受信することと、
ユーザ動作の前記シーケンスの結果として、前記ＵＩＤが前記２つのジョーの間のジョー角度又は前記ロボット把持器の前記２つのジョーによって影響される把持力と適合すると判定することと、
前記ＵＩＤが前記ジョー角度又は前記把持力と適合すると判定した結果として、前記外科用ロボットシステムを遠隔操作モードに遷移させることと、を含む、方法。
（１５） 前記遠隔操作モードに係合又は再係合する前記指令を前記検出することが、ユーザによるクラッチ解放、前記ＵＩＤがドックから取り外されること、ユーザコンソールのディスプレイへのユーザの視線の集中、又はペダル動作のうちの少なくとも１つを検出することを含む、実施態様１４に記載の方法。

（１６） 前記非遠隔操作モードが、係合解除モード又は一時停止モードのうちの１つを含み、
前記係合解除モードが、遠隔操作を可能にする前に、前記システムが精巧なプロセスを実行するときであり、
前記一時停止モードが、遠隔操作を可能にする前に、前記システムが単純なプロセスを実行するときである、実施態様１４に記載の方法。
（１７） ユーザ動作の前記シーケンスが、前記ＵＩＤを開放し、前記ＵＩＤを閉鎖し、前記ＵＩＤ及び前記ロボット把持器が適合するまで前記ＵＩＤを開放することを含む、実施態様１４に記載の方法。
（１８） 前記外科用ロボットシステムが一時停止モードにあると判定することと、
前記ＵＩＤ及び前記ロボット把持器を適合させるためのユーザ動作を受信することと、
前記外科用ロボットシステムを前記遠隔操作モードに遷移させることと、
を更に含む、実施態様１４に記載の方法。
（１９） ユーザ動作の前記シーケンスに関するガイダンスを提供することを更に含む、実施態様１４に記載の方法。
（２０） 前記外科用ロボットシステムを前記遠隔操作モードに前記遷移させることの指標を表示することを更に含む、実施態様１４に記載の方法。

Claims (20)

1. 外科用ロボットシステムであって、
   ２つのジョーを有するロボット把持器と、
   ユーザインターフェースデバイス（ＵＩＤ）と、
   前記ＵＩＤ及び前記ロボット把持器に通信可能に結合された１つ又は２つ以上のプロセッサであって、
   前記ロボット把持器が前記ＵＩＤから受信したユーザ入力によって制御される遠隔操作モードに係合又は再係合する指令を検出することと、
   前記外科用ロボットシステムが非遠隔操作モードにあると判定することと、
   前記ＵＩＤを介して検出されたユーザ動作のシーケンスを受信することと、
   検出されたユーザ動作の前記シーケンスの結果として、前記ＵＩＤが前記２つのジョーの間のジョー角度又は前記ロボット把持器の前記２つのジョーによって影響される把持力と適合すると判定することと、
   前記ＵＩＤが前記ジョー角度又は前記把持力と適合するとの判定に応じて、前記外科用ロボットシステムを遠隔操作モードに遷移させることと、を行うように構成されている、１つ又は２つ以上のプロセッサと、を備える、外科用ロボットシステム。
2. 前記遠隔操作モードに係合又は再係合する前記指令が、前記ＵＩＤがユーザによってドックから取り外されること、ユーザコンソールのディスプレイへのユーザの視線の集中、又はユーザによるペダル動作のうちの少なくとも１つによって示される、請求項１に記載の外科用ロボットシステム。
3. 前記非遠隔操作モードが、係合解除モード又は一時停止モードのうちの１つを含み、
   前記係合解除モードが、遠隔操作セッションの前に、前記ＵＩＤが前記ロボット把持器を制御することから係合解除された状態であり、
   前記一時停止モードが、遠隔操作セッションを一時停止させるために、前記ＵＩＤが前記ロボット把持器を制御することから係合解除された状態である、請求項１に記載の外科用ロボットシステム。
4. 検出されたユーザ動作の前記シーケンスが、前記ＵＩＤを開放し、前記ＵＩＤを閉鎖し、前記ＵＩＤ及び前記ロボット把持器が適合するまで前記ＵＩＤを開放することを含む、請求項１に記載の外科用ロボットシステム。
5. 前記ＵＩＤが適合すると判定するために、かつ前記外科用ロボットシステムを前記遠隔操作モードに遷移させるために、前記１つ又は２つ以上のプロセッサが、
   前記ＵＩＤが開放するのを待ち、前記ＵＩＤが開放しており、かつ閉鎖し始めるときに不適合閉鎖状態に遷移するための不適合開放状態と、
   前記ＵＩＤが閉鎖するのを待ち、前記ＵＩＤが閉鎖しており、かつ開放し始めるときに適合中状態に遷移するための前記不適合閉鎖状態と、
   前記ＵＩＤが前記ロボット把持器に適合するのを待ち、前記ＵＩＤが前記ロボット把持器と適合しているときに適合済状態に遷移するための前記適合中状態と、
   前記ＵＩＤが前記ロボット把持器に適合しているときのための、及び前記遠隔操作モードへの前記遷移のための前記適合済状態と、を含む状態マシンを動作させるように更に構成されている、請求項１に記載の外科用ロボットシステム。
6. 前記１つ又は２つ以上のプロセッサが、
   前記外科用ロボットシステムが一時停止モードにあると判定することと、
   前記ＵＩＤ及び前記ロボット把持器を適合させるためのユーザ動作を受信することと、
   前記外科用ロボットシステムを前記遠隔操作モードに遷移させることと、を行うように更に構成されている、請求項１に記載の外科用ロボットシステム。
7. 前記１つ又は２つ以上のプロセッサが、
   検出されたユーザ動作の前記シーケンスに関するガイダンスを提供するように更に構成されている、請求項１に記載の外科用ロボットシステム。
8. 前記１つ又は２つ以上のプロセッサが、
   前記ＵＩＤが前記ジョー角度又は前記把持力と適合すると判定したことに応じて、適合状態の指標を表示するように更に構成されている、請求項１に記載の外科用ロボットシステム。
9. 外科用ロボットシステムの遠隔操作に再係合する方法であって、
   ユーザインターフェースデバイス（ＵＩＤ）及びロボット把持器に通信可能に結合された１つ又は２つ以上のプロセッサによって、遠隔操作に再係合する指令を検出することと、
   前記外科用ロボットシステムが非遠隔操作モードにあると判定することと、
   前記１つ又は２つ以上のプロセッサによって、複数の状態を有する状態マシンを実行させることと、
   前記状態マシンを前記複数の状態の間で遷移させるための、前記ＵＩＤを介したユーザ動作のシーケンスを受信することと、
   前記ＵＩＤが前記ロボット把持器のジョー角度又は把持力と適合することに対応する状態に前記状態マシンが到達したと判定したことに応じて、前記外科用ロボットシステムを遠隔操作に係合することと、を含む、方法。
10. 前記複数の状態が、前記ＵＩＤが前記ロボット把持器に適合するのを待つための適合中状態を含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記複数の状態が、前記ＵＩＤが前記ロボット把持器と適合しているときのための適合済状態を含む、請求項９に記載の方法。
12. 前記状態マシンを実行させることが、前記ＵＩＤが前記ロボット把持器に適合したことに応じて、前記ＵＩＤが前記ロボット把持器と適合するのを待つための第１の状態から、前記ＵＩＤが前記ロボット把持器と適合しているときのための第２の状態に遷移することを含む、請求項９に記載の方法。
13. 前記第１の状態から前記第２の状態への遷移をもたらす検出されたユーザ動作の前記シーケンスが、前記ユーザがＵＩＤ把持器連結部又は変形可能な表面を圧搾しているときである、請求項１２に記載の方法。
14. 外科用ロボットシステムによって実行される、前記外科用ロボットシステムの遠隔操作に係合する方法であって、
    ２つのジョーを有するロボット把持器がユーザ入力デバイス（ＵＩＤ）から受信したユーザ入力によって制御される遠隔操作モードに係合する指令を検出することと、
    前記外科用ロボットシステムが非遠隔操作モードにあると判定することと、
    前記ＵＩＤを介してユーザ動作のシーケンスを受信することと、
    ユーザ動作の前記シーケンスの結果として、前記ＵＩＤが前記２つのジョーの間のジョー角度又は前記ロボット把持器の前記２つのジョーによって影響される把持力と適合すると判定することと、
    前記ＵＩＤが前記ジョー角度又は前記把持力と適合すると判定した結果として、前記外科用ロボットシステムを遠隔操作モードに遷移させることと、を含む、方法。
15. 前記遠隔操作モードに係合又は再係合する前記指令を前記検出することが、ユーザによるクラッチ解放、前記ＵＩＤがドックから取り外されること、ユーザコンソールのディスプレイへのユーザの視線の集中、又はペダル動作のうちの少なくとも１つを検出することを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記非遠隔操作モードが、係合解除モード又は一時停止モードのうちの１つを含み、
    前記係合解除モードが、遠隔操作を可能にする前に、前記システムが精巧なプロセスを実行するときであり、
    前記一時停止モードが、遠隔操作を可能にする前に、前記システムが単純なプロセスを実行するときである、請求項１４に記載の方法。
17. ユーザ動作の前記シーケンスが、前記ＵＩＤを開放し、前記ＵＩＤを閉鎖し、前記ＵＩＤ及び前記ロボット把持器が適合するまで前記ＵＩＤを開放することを含む、請求項１４に記載の方法。
18. 前記外科用ロボットシステムが一時停止モードにあると判定することと、
    前記ＵＩＤ及び前記ロボット把持器を適合させるためのユーザ動作を受信することと、
    前記外科用ロボットシステムを前記遠隔操作モードに遷移させることと、
    を更に含む、請求項１４に記載の方法。
19. ユーザ動作の前記シーケンスに関するガイダンスを提供することを更に含む、請求項１４に記載の方法。
20. 前記外科用ロボットシステムを前記遠隔操作モードに前記遷移させることの指標を表示することを更に含む、請求項１４に記載の方法。

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