JP2022540684A

JP2022540684A - 手持ち式外科用ロボット機器システムおよび方法

Info

Publication number: JP2022540684A
Application number: JP2022502587A
Authority: JP
Inventors: ボズン，ティモシー・ジェイ．; リーズナー，スティーブン・ジェイ．; ティマー，ジェルリー
Original assignee: ストライカー・コーポレイション
Priority date: 2019-07-15
Filing date: 2020-07-15
Publication date: 2022-09-16
Also published as: AU2020315615A1; US20220273396A1; WO2021011646A2; CN114375183A; WO2021011646A3; EP3998968A2

Abstract

ツールとともに使用するためのロボット機器を含むシステムが提供される。いくつかのバージョンでは、ロボット機器は、ユーザによって保持される手持ち部分と、ツールを支持するために手持ち部分に移動可能に結合されたツール支持体とを含む。複数のアクチュエータが、ツール支持体と手持ち部分とを動作可能に相互接続して、ツール支持体を手持ち部分に対して３自由度で動かす。任意の拘束アセンブリは、ツール支持体と手持ち部分を動作可能に相互接続して、手持ち部分に対するツール支持体の動きを３自由度で拘束することができる。ガイダンスアレイは、ユーザがツールおよび／または機器の一部を位置決めするのに役立つ。【選択図】図２

Description

本開示は、概して、外科用手持ち式ロボット機器システムおよび使用方法に関する。

物理的切断ガイドは、患者から組織を切除するときに外科用ツールを拘束するために使用される。場合によっては、物理的切断ガイドが、交換用インプラントを受け入れるために関節を準備する目的で、そのような外科用ツールを拘束する。物理的切断ガイドを患者に位置決めして固定するために必要な時間は、外科的処置を実行するために必要な全体の時間のかなりの部分を占める可能性がある。

ナビゲーションシステム（追跡システムとも呼ばれる）を使用して、ジグを適切に整列して固定するだけでなく、患者から組織を切除するために使用される外科用ツールの位置および／または方向を追跡することができる。追跡システムは、通常、ツールおよび切除される組織に関連する１つまたは複数のトラッカーを使用する。次に、ディスプレイをユーザが見て、除去する組織の所望の切断経路に対するツールの現在の位置を決定することができる。ディスプレイは、ツールの進行を視認するために、ユーザが組織および手術部位から目をそらす必要のある位置に配置される可能性がある。これにより、ユーザは手術部位に集中できなくなる。また、ユーザがツールを所望の方法で配置するのが難しい場合がある。

ロボット支援手術は、通常、６自由度（ＤＯＦ）で移動することができるロボットアームを備えた大型ロボットに依存している。これらの大型ロボットは、手術室での動作や操作が面倒な場合がある。

これらの課題の１つまたは複数に対処するためのシステムおよび方法が必要である。

ロボット機器は、ツールと共に使用するために提供される。ロボット機器は、ユーザが保持するための手持ち部分を備えている。ツール支持体は、ツールを支持するために手持ち部分に移動可能に結合される。複数のアクチュエータが、ツール支持体と手持ち部分とを動作可能に相互接続して、ツール支持体を手持ち部分に対して３自由度で動かす。複数のアクチュエータのそれぞれは、能動的に調整可能である。拘束アセンブリは、ツール支持体と手持ち部分を動作可能に相互接続する受動リンケージを有している。受動リンケージは、手持ち部分に対するツール支持体の動きを３自由度で拘束するように構成された方法で、ツール支持体および手持ち部分に結合される。

鋸刃と共に使用するために、別のロボット機器が提供される。ロボット機器は、ユーザが保持するための手持ち部分を備えている。刃支持体は、鋸刃を支持するために手持ち部分に移動可能に結合されている。複数のアクチュエータが、刃支持体と手持ち部分とを動作可能に相互接続して、手持ち部分に対して３自由度で刃支持体を動かす。拘束アセンブリは、刃支持体と手持ち部分とを動作可能に相互接続して、手持ち部分に対する刃支持体の動きを３自由度で拘束する。コントローラが複数のアクチュエータに結合されて、複数のアクチュエータの調整を制御して、仮想鋸切断ガイドを規定する。

別のシステムが、ツールと共に使用するために提供される。このシステムは、ユーザによって保持される手持ち部分と、ツールを支持するために手持ち部分に結合されたツール支持体とを有する機器を備える。ガイダンスアレイは、機器に結合され、手持ち部分のピッチ方向、ロール方向、および並進（ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ）の所望の変更をユーザに視覚的に示して、ツールの所望の姿勢を達成するように制御可能である。コントローラはガイダンスアレイに結合され、ユーザが機器の手持ち部分を動かしている間、ピッチ方向、ロール方向、および並進の所望の変更を視覚的に示すようにガイダンスアレイを自動的に調整するように構成される。

別のシステムが、ツールと共に使用するために提供される。このシステムは、ユーザによって保持される手持ち部分と、ツールを支持するために手持ち部分に結合されたツール支持体とを有する機器を備える。ガイダンスアレイは、機器に結合され、ツールのピッチ方向、ロール方向、および並進における所望の変更をユーザに視覚的に示して、所望の姿勢を達成するように制御可能である。ガイダンスアレイは、ツールの平面を表すように配置されている。コントローラはガイダンスアレイに結合され、ガイダンスアレイを自動的に調整して、ユーザがツールを動かしている間、ピッチ方向、ロール方向、および並進の所望の変更を視覚的に示すように構成される。

別のロボットシステムが、ツールと共に使用するために提供される。ロボットシステムは、ユーザが保持および支持するための手持ち部分を備えている。ツール支持体は、ツールを支持するために手持ち部分に移動可能に結合される。複数のアクチュエータが、ツール支持体と手持ち部分とを動作可能に相互接続して、ツール支持体を手持ち部分に対して３自由度で動かして、ツールを所望の軌道または平面上に配置する。複数のアクチュエータのそれぞれは、最大位置と最小位置の間で調整可能であり、最大位置と最小位置の間のホーム位置を有している。視覚的インジケータは、複数のアクチュエータに関連付けられて、手持ち部分の所望の動きを示す。コントローラが視覚的インジケータに結合されて、視覚的インジケータの動作を制御して、手持ち部分の所望の動きを示す。

別のロボットシステムが提供される。ロボットシステムは、ユーザが保持する手持ち部分を備えている。ツール支持体は、ツールを支持するために手持ち部分に移動可能に結合される。複数のアクチュエータが、ツール支持体と手持ち部分とを動作可能に相互接続して、ツール支持体を手持ち部分に対して３自由度で動かして、ツールを所望の軌道または平面上に配置する。複数のアクチュエータのそれぞれは、最大位置と最小位置の間で調整可能であり、最大位置と最小位置の間のホーム位置を有している。視覚的インジケータは、複数のアクチュエータに関連付けられて、手持ち部分の所望の動きを示す。コントローラは、複数のアクチュエータおよび視覚的インジケータに結合されて、複数のモードでの動作を制御し、コントローラが複数のアクチュエータのそれぞれをホーム位置に自動的に調整するホームモード、複数のアクチュエータがホーム位置にある間に、コントローラがツールの所望の動きを示してツールを所望の軌道または平面に配置するアプローチモード、ツールが一般に所望の軌道または平面上に配置され、コントローラが手持ち部分の所望の動きを示して、ツールを所望の軌道または平面上に維持するオンターゲットモードを含む。

ツールを備えたロボット機器を使用するための方法が提供され、ロボット機器は、ユーザによって保持される手持ち部分と、ツールを支持するために手持ち部分に移動可能に結合されたツール支持体と、ツール支持体と手持ち部分を動作可能に相互接続する複数のアクチュエータと、ツール支持体と手持ち部分とを動作可能に相互接続する受動リンケージを有する拘束アセンブリを備える。この方法は、複数のアクチュエータの１つまたは複数の有効長を能動的に調整し、手持ち部分に対してツール支持体の動きを３自由度に拘束することによって、手持ち部分に対して３自由度でツール支持体を動かすことを含む。

ユーザによって保持される手持ち部分と、ツールを支持するために手持ち部分に結合されたツール支持体と、機器に結合され、ツールの平面を表すように配置されたガイダンスアレイとを有する機器の動きをガイドするための方法が提供される。この方法は、ツールのピッチ方向、ロール方向、および並進の所望の変更をユーザに視覚的に示して、所望の姿勢を達成することを含む。

ロボット機器の動きをガイドするための別の方法が提供され、ロボット機器は、ユーザによって保持および支持される手持ち部分と、ツールを支持するために手持ち部分に移動可能に結合されたツール支持体と、ツール支持体と手持ち部分を動作可能に相互接続して、ツール支持体を手持ち部分に対して３自由度で動かして、ツールを所望の軌道または平面上に配置するための複数のアクチュエータと、複数のアクチュエータに関連する視覚的インジケータとを有する。この方法は、複数のアクチュエータのそれぞれを最大位置と最小位置との間のホーム位置に調整し、視覚的インジケータで手持ち部分の所望の動きを示すことを含む。

ロボット機器の動きをガイドするための別の方法が提供され、ロボット機器は、ユーザによって保持される手持ち部分と、ツールを支持するために手持ち部分に移動可能に結合されたツール支持体と、ツール支持体と手持ち部分を動作可能に相互接続して、ツール支持体を手持ち部分に対して３自由度で動かして、ツールを所望の軌道または平面上に配置する複数のアクチュエータと、複数のアクチュエータに関連する視覚的インジケータとを有する。この方法は、複数のモードでロボット機器の動作を制御することを含む。複数のモードは、コントローラが複数のアクチュエータのそれぞれを最大位置と最小位置の間のホーム位置に自動的に調整するホームモードと、複数のアクチュエータがホーム位置にある間に、コントローラがツールの所望の動きを示して、ツールを所望の軌道または平面上に配置するアプローチモードと、ツールが概して所望の軌道または平面上に配置され、コントローラが手持ち部分の所望の動きを示して、ツールを所望の軌道または平面上に維持するオンターゲットモードとを含む。

一例では、外科用ロボット機器が提供される。外科用ロボット機器は、ユーザが保持する手持ち式本体と、手持ち式本体に移動可能に結合されたツール支持体と、ツール支持体によって支持されたツールカプラと、手持ち式本体に対して複数の自由度でツール支持体を動かすための複数のアクチュエータとを含む。複数のアクチュエータは、ツール支持体と手持ち式本体を動作可能に相互接続する一対の線形アクチュエータを含む。一対の線形アクチュエータのそれぞれは、手持ち式本体に接続された第１の部分とツール支持体に接続された第２の部分とを有し、手持ち式本体に対するツール支持体の高さとピッチを制御するように配置される。複数のアクチュエータは、ツール支持体および手持ち式本体に対するツールカプラのロール運動を制御するように配置された回転アクチュエータをさらに含む。

さらなる例では、外科用ツールとともに使用するための外科用ロボット機器が提供される。外科用機器は、ユーザが保持する手持ち式本体と、ツールを支持するために手持ち式本体に移動可能に結合されたツール支持体と、ツール支持体を手持ち式本体に対して複数の自由度で動かすための複数のアクチュエータとを含む。複数のアクチュエータには、手持ち式本体に接続された第１の部分と、ツール支持体に接続された第２の部分とを有する上昇アクチュエータと、一対の２次アクチュエータとが含まれている。一対の２次アクチュエータのそれぞれは、上昇アクチュエータに動作可能に接続されたアクチュエータ部分と、ツール支持体に動作可能に接続された支持部分とを含み、一対の２次アクチュエータのそれぞれが、上昇アクチュエータとツール支持体との間で効果的に動作して、ツール支持体を上昇アクチュエータに対して動かすように構成される。上昇アクチュエータは、ツール支持体と２次アクチュエータの両方を、手持ち式本体に対して１自由度で動かすように構成されている。

別の例では、ツールで使用するための外科用ロボット機器が提供される。外科用機器は、遠位端と近位端を有し、ユーザによって保持されるピストルグリップと、ツールを支持するためにピストルグリップに移動可能に結合されたツール支持体と、ツール支持体とピストルグリップを動作可能に相互接続して、ピストルグリップに対して複数の自由度でツール支持体を動かす複数のアクチュエータとを含む。複数のアクチュエータは、シャフトに接続されたピストルグリップに配置されたモータと、ツール支持体に接続され、モータが起動したときにシャフトに沿って並進するキャリッジとを含む上昇アクチュエータを含む。複数のアクチュエータは一対の２次アクチュエータをさらに含み、各２次アクチュエータは、上昇アクチュエータの遠位に配置されたキャリッジおよびツール支持体と結合されている。

１つの一般的な態様は、手術を行う際に鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムを含む。手持ち式ロボットシステムはまた、機器を含み、機器は、ユーザによって保持される手持ち部分と、鋸刃を支持するために手持ち部分に結合された刃支持体と、刃支持体と手持ち部分とを動作可能に相互接続して、手持ち部分に対して３自由度で刃支持体を動かすアクチュエータアセンブリとを含み、アクチュエータアセンブリは、複数のアクチュエータを含む。このシステムはまた、複数の視覚的インジケータを含み得るガイダンスアレイであって、機器に結合され、手持ち部分のピッチ方向、ロール方向、および並進における１つまたは複数の所望の変更を視覚的にユーザに示すように制御可能で、手持ち部分の所望の姿勢を達成するガイダンスアレイと、鋸刃を所望の平面に沿って維持するために複数のアクチュエータの調整を制御するように構成されたコントローラと、を含む。このシステムはまた、複数のアクチュエータのそれぞれのアクチュエータのアクチュエータ情報に基づいてガイダンスアレイを制御し、ユーザが機器を動かしている間、ピッチ方向、ロール方向、および並進位置における１つまたは複数の所望の変更を視覚的に示すようにさらに構成されたコントローラを含む。

１つの一般的な態様は、鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムを含む。手持ち式ロボットシステムはまた、機器を含み、機器は、ユーザによって保持および支持される手持ち部分と、鋸刃を支持するために手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体と、刃支持体と手持ち部分を動作可能に相互接続して、刃支持体を手持ち部分に対して３自由度で動かして、鋸刃を所望の平面上に配置するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含む、アクチュエータアセンブリと、手持ち部分の所望の動きを示す視覚的インジケータと、鋸刃を所望の平面に沿って維持するために複数のアクチュエータの調整を制御するように構成されたコントローラと、を含む。コントローラは、視覚的インジケータを制御し、ユーザが複数のアクチュエータのそれぞれのアクチュエータに関するアクチュエータ情報に基づいて、機器を動かしている間、ピッチ方向、ロール方向、および並進位置の変更を視覚的に示すように構成されている。

１つの一般的な態様は、動きを制御する方法を含む。動きを制御する方法は、ローカライザを備えたトラッカーで鋸刃の姿勢を決定することと、鋸刃の所望の姿勢を決定することと、複数のアクチュエータのそれぞれの位置を決定することと、複数のアクチュエータのそれぞれの位置に基づいて、手持ち部分の姿勢を決定することと、ローカライザによって決定された鋸刃の姿勢、鋸刃の所望の姿勢、および手持ち部分の姿勢に基づいて、鋸刃の命令姿勢を決定することと、命令姿勢に基づいて、および複数のアクチュエータのそれぞれの位置に基づいて、複数のアクチュエータのそれぞれの命令位置を決定することと、命令位置に基づいて複数のアクチュエータのそれぞれを制御することと、を含み得る。１つの一般的な態様は、命令位置に基づいて複数のアクチュエータのそれぞれを制御することを含む。動きを制御するこの方法は、ローカライザを使用して第１のトラッカーで鋸刃の姿勢を決定することと、ローカライザを使用して第２のトラッカーで手持ち部分の姿勢を決定することと、鋸刃の姿勢および手持ち部分の姿勢に基づいて、複数のアクチュエータのうちの１つまたは複数を制御して所望の平面に向かって移動することと、を含み得る。

１つの一般的な態様は、鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムの動きを制御する方法を含む。動きを制御する方法はまた、既知の座標系でローカライザを使用して鋸刃の位置を決定することと、既知の座標系で骨に関連する基準位置の位置を決定することと、を含む。動きは、基準位置の位置と鋸刃の位置に基づいて距離パラメータを決定することと、鋸刃と手持ち部分との間の動作パラメータの第１の値で鋸刃を所望の平面に向かって動かすように複数のアクチュエータを制御することと、鋸刃と手持ち部分との間の動作パラメータの第２の値で鋸刃を所望の平面に向かって動かすように複数のアクチュエータを制御することと、を含み、第１の値は第２の値とは異なり、コントローラは距離パラメータに基づいて、動作を第１の値から第２の値に変更するように動作可能である。

１つの一般的な態様は、鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムを含む。手持ち式ロボットシステムはまた、ユーザによって保持される手持ち部分と、鋸刃を支持するために手持ち部分に結合された刃支持体と、刃支持体と手持ち部分を動作可能に相互接続して、刃支持体を手持ち部分に対して３自由度で動かすアクチュエータアセンブリと、を含み得る機器を含む。このシステムはまた、複数の視覚的インジケータを含むガイダンスアレイを含み、ガイダンスアレイは、機器に結合され、手持ち部分の所望の姿勢を達成するために、手持ち部分のピッチ方向、ロール方向、および並進における１つまたは複数の所望の変更をユーザに視覚的に示すように制御可能である。このシステムは、複数のアクチュエータに結合されたコントローラを含み、鋸刃の姿勢および手持ち部分の姿勢に基づいて鋸刃を所望の平面に沿って維持するための複数のアクチュエータの調整を制御し、コントローラはさらにガイダンスアレイに結合され、ガイダンスアレイを制御して、ユーザが刃の所望の平面に基づいて機器を動かしている間、ピッチ方向、ロール方向、および並進位置における１つまたは複数の所望の変更を視覚的に示すように構成される。

１つの一般的な態様は、鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムを含む。手持ち式ロボットシステムはまた、ユーザによって保持および支持される手持ち部分と、鋸刃を支持するために手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体と、刃支持体と手持ち部分を動作可能に相互接続して、刃支持体を手持ち部分に対して３自由度で動かして、鋸刃を所望の平面上に配置するアクチュエータアセンブリとを含み、アクチュエータアセンブリは、複数のアクチュエータを含む。このシステムはまた、手持ち部分の所望の動きを示すための視覚的インジケータと、複数のアクチュエータに結合され、鋸刃の姿勢および手持ち部分の姿勢に基づいて、鋸刃を所望の平面に沿って維持するための複数のアクチュエータの調整を制御するコントローラとを含む。コントローラは、視覚的インジケータに結合され、視覚的インジケータを制御して、手持ち部分のピッチ方向、ロール方向、および並進位置の変更を視覚的に示して、刃の所望の平面に基づいて所望の手持ち部分の姿勢を達成するように構成され得る。

１つの一般的な態様は、鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムを含む。手持ち式ロボットシステムはまた、機器を含み、機器は、ユーザによって保持される手持ち部分と、手持ち部分に結合された刃支持体であって、鋸刃の動きを駆動するための鋸駆動モータを含み得る刃支持体と、刃支持体と手持ち部分を動作可能に相互接続して、刃支持体を手持ち部分に対して３自由度で動かして、鋸刃を所望の平面上に配置するアクチュエータアセンブリとを含み、アクチュエータアセンブリは、複数のアクチュエータを含む。このシステムはまた、既知の座標系で鋸刃の位置および骨に関連する基準位置を決定するように構成されたローカライザと、複数のアクチュエータに結合されたコントローラと、を含み、コントローラは、複数のアクチュエータを制御して、鋸刃と手持ち部分との間の動作パラメータの第１の値で鋸刃を所望の平面に向かって動かすように動作可能あり、およびコントローラはさらに、複数のアクチュエータを制御して、鋸刃と手持ち部分との間の動作パラメータの第２の値で鋸刃を所望の平面に向かって動かすように動作可能であり、第１の値は第２の値とは異なり、コントローラは、鋸刃の位置と骨に関連する基準位置の位置に基づいて、動作を第１の値から第２の値に変更するように動作可能である。

１つの一般的な態様は、鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムを含む。手持ち式ロボットシステムは、機器を含み、機器は、ユーザによって保持される手持ち部分と、手持ち部分に結合された刃支持体であって、鋸刃の動きを駆動するための鋸駆動モータを含み得る刃支持体と、刃支持体と手持ち部分を動作可能に相互接続して、刃支持体を手持ち部分に対して３自由度で動かして鋸刃を所望の平面に配置するアクチュエータアセンブリとを含み、アクチュエータアセンブリは、複数のアクチュエータを含む。このシステムはまた、既知の座標系で鋸刃の位置および骨に関連する基準位置を決定するように構成されたローカライザを含む。このシステムは、複数のアクチュエータに結合されたコントローラを含み得、これは、鋸刃を所望の平面に向かって動かすように複数のアクチュエータを制御するように動作可能であり、コントローラはさらに、鋸駆動モータのモータパラメータを第１の値および第２の値で制御するように動作可能であり、第１の値は第２の値とは異なり、コントローラは、鋸刃の位置および骨に関連する基準位置の位置に基づいて、動作を第１の値から第２の値に変更するように動作可能である。

１つの一般的な態様は、鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムを含む。手持ち式ロボットシステムは、機器を含み、機器は、ユーザによって保持される手持ち部分と、手持ち部分に結合された刃支持体であって、鋸刃の動きを駆動するための鋸駆動モータを含み得る刃支持体と、刃支持体と手持ち部分を動作可能に相互接続して、刃支持体を手持ち部分に対して３自由度で動かして、鋸刃を所望の平面上に配置するアクチュエータアセンブリとを含み、アクチュエータアセンブリは、複数のアクチュエータを含み得る。このシステムはまた、距離パラメータを決定するための既知の座標系で鋸刃の位置および骨に関連する基準位置を決定するように構成されたローカライザを含む。このシステムは、複数のアクチュエータに結合されたコントローラを含み得、コントローラは、複数のアクチュエータを制御して鋸刃を所望の平面に向かって動かすように動作可能であり、コントローラはさらに、鋸駆動モータのモータパラメータを第１の値および第２の値で制御するように動作可能であり、第１の値は第２の値とは異なり、コントローラは、距離パラメータに基づいて、動作を第１の値から第２の値に変更するように動作可能である。

１つの一般的な態様は、鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムを含む。手持ち式ロボットシステムは、機器を含み、機器は、ユーザによって保持される手持ち部分と、手持ち部分に結合された刃支持体であって、鋸刃の動きを駆動するための鋸駆動モータを含み得る刃支持体と、刃支持体と手持ち部分を動作可能に相互接続して、刃支持体を手持ち部分に対して３自由度で動かして、鋸刃を所望の平面上に配置するアクチュエータアセンブリとを含み、アクチュエータアセンブリは、複数のアクチュエータを含み得る。このシステムはまた、複数のアクチュエータに結合されたコントローラを含み、コントローラは、鋸刃の姿勢、鋸刃の所望の姿勢、複数のアクチュエータのそれぞれの位置、複数のアクチュエータのそれぞれの現在の位置に基づく手持ち部分の姿勢、鋸刃の姿勢、鋸刃の所望の姿勢、および手持ち部分の姿勢に基づく鋸刃の命令姿勢、命令姿勢および位置に基づく複数のアクチュエータのそれぞれの命令位置を決定するように動作可能である。このシステムはまた、命令位置に基づいて複数のアクチュエータのそれぞれを制御するように動作可能なコントローラを含む。

１つの一般的な態様は、鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムを含む。手持ち式ロボットシステムは、機器を含み、機器は、ユーザによって保持される手持ち部分と、鋸刃を支持するために手持ち部分に結合された刃支持体と、刃支持体と手持ち部分とを動作可能に相互接続して、手持ち部分に対して３自由度で刃支持体を動かすアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むことができる、アクチュエータアセンブリとを含む。このシステムはまた、複数の視覚的インジケータを含むガイダンスアレイを含み、ガイダンスアレイは、機器に結合され、手持ち部分の所望の姿勢を達成するために、鋸刃のピッチ方向、ロール方向、および並進における１つまたは複数の所望の変更をユーザに視覚的に示すように制御可能である。システムは、ガイダンスアレイに結合されたコントローラを含み、コントローラは、ユーザが複数のアクチュエータのうちの１つまたは複数に関するアクチュエータ情報に基づいて機器を動かす間にピッチ方向、ロール方向、および並進位置における鋸刃の１つまたは複数の所望の変更を視覚的に示すようにガイダンスアレイを制御するように構成されている。

１つの一般的な態様は、鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムを含む。手持ち式ロボットシステムは、ユーザによって保持および支持される手持ち部分と、刃を支持するために手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体と、刃支持体と手持ち部分を動作可能に相互接続して、刃支持体を手持ち部分に対して３自由度で動かして、鋸刃を所望の平面上に配置するアクチュエータアセンブリとを有する機器を含み、アクチュエータアセンブリは複数のアクチュエータを含み得る。このシステムには、鋸刃の所望の動きを示す視覚的インジケータも含まれている。このシステムは、視覚的インジケータに結合され、ユーザが複数のアクチュエータのアクチュエータ情報に基づいて機器を動かす間に、視覚的インジケータを制御して、鋸刃のピッチ方向ロール方向、および並進位置の変更を視覚的に示すように構成されたコントローラを含む。

１つの一般的な態様は、鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムを含む。手持ち式ロボットシステムはまた、ユーザによって保持される手持ち部分を有する機器を含む。このシステムはまた、ツールを支持するために手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体を含む。このシステムはまた、刃支持体と手持ち部分とを動作可能に相互接続して、刃支持体を手持ち部分に対して３自由度で動かして、鋸刃を所望の平面上に配置するアクチュエータアセンブリを含む。アクチュエータアセンブリは、複数のアクチュエータを含み得る。複数のアクチュエータのそれぞれは、最大位置と最小位置の間で調整可能であり、最大位置と最小位置の間のホーム位置を有する。このシステムはまた、手持ち部分の所望の動きを示すための視覚的インジケータを含む。このシステムはまた、複数のモードでの動作を制御するために複数のアクチュエータおよび視覚的インジケータに結合されたコントローラを含み、複数のモードは、コントローラが複数のアクチュエータのそれぞれをそれらのホーム位置に自動的に調整する第１のモード、および鋸刃は一般に所望の平面上に配置され、コントローラが鋸刃を所望の平面上に維持するための手持ち部分の所望の動きを示す第２のモードを含む。

１つの一般的な態様は、鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムを含む。手持ち式ロボットシステムは、機器を含み、機器は、ユーザが保持および支持する手持ち部分と、刃を支持するために手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体と、刃支持体と手持ち部分を動作可能に相互接続して、刃支持体を手持ち部分に対して３自由度で動かして、鋸刃を所望の平面上に配置するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含み得るアクチュエータアセンブリと、を含む。このシステムはまた、既知の座標系で鋸刃の位置および骨に関連する基準位置を決定するように構成されたローカライザおよび視覚的インジケータを含む。システムには、視覚的インジケータに結合されたコントローラが含まれ、コントローラは、第１のモードで視覚的インジケータを制御して、ユーザが複数のアクチュエータのアクチュエータ情報に基づいて機器を動かす間に、鋸刃のピッチ方向、ロール方向、および並進位置の変更を視覚的に示すように構成され、コントローラはさらに、第２のモードで視覚的インジケータを制御して、ユーザが複数のアクチュエータのアクチュエータ情報に基づいて機器を動かす間に、手持ち部分のピッチ方向、ロール方向、および並進位置の変更を視覚的に示すように構成され、コントローラは、鋸刃の位置および基準位置の位置に基づいて、または入力装置から受信した入力信号に基づいて、第１のモードと第２のモードとの間で切り替わるように構成されている。

１つの一般的な態様は、鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムを含む。手持ち式ロボットシステムは、機器を含み、機器は、ユーザによって保持される手持ち部分と、鋸刃を支持するために手持ち部分に結合された刃支持体と、刃支持体と手持ち部分を動作可能に相互接続して、刃支持体を手持ち部分に対して３自由度で動かすアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含み得るアクチュエータアセンブリと、を有する。システムは、既知の座標系で鋸刃の位置および骨に関連する基準位置を決定するように構成されたローカライザを含み得る。このシステムはまた、複数の視覚的インジケータを含み得るガイダンスアレイおよびガイダンスアレイに結合されたコントローラを含む。コントローラは、第１のモードでガイダンスアレイを制御して、ユーザが複数のアクチュエータのうちの１つまたは複数に関するアクチュエータ情報に基づいて機器を動かす間に、ピッチ方向、ロール方向、および並進位置における鋸刃の１つまたは複数の所望の変更を視覚的に示すように構成され、コントローラはさらに、第２のモードでガイダンスアレイを制御して、ユーザが複数のアクチュエータのアクチュエータ情報に基づいて機器を動かす間に、手持ち部分のピッチ方向、ロール方向、および並進位置の１つまたは複数の変更を視覚的に示すように構成され、コントローラは、鋸刃の位置および基準位置の位置に基づいて、または入力装置から受信した入力信号に基づいて、第１のモードと第２のモードとの間で切り替わるように構成されている。

本開示は、添付の図面に関連して検討した場合、以下の詳細な説明を参照することによってよりよく理解されるようになるので、本開示の利点は容易に理解されるであろう。

ロボットシステムの斜視図である。全人工膝関節を受け入れるために大腿骨上の５つの平面を切断するために使用されているロボット機器の斜視図である。ロボット機器の様々なピッチ方向の図解である。ロボット機器の様々なピッチ方向の図解である。ロボット機器の様々なピッチ方向の図解である。ロボット機器の様々なロール方向の図解である。ロボット機器の様々なロール方向の図解である。ロボット機器の様々なロール方向の図解である。ロボット機器の様々なｚ軸並進位置の図解である。ロボット機器の様々なｚ軸並進位置の図解である。ロボット機器の様々なｚ軸並進位置の図解である。手持ち部分に対するツール支持体の１つの特定の姿勢を示すロボット機器の正面斜視図である。制御システムのブロック図であり、様々なソフトウェアモジュールも示している。ロボット機器の背面斜視図である。ロボット機器の側面立面図である。ロボット機器の背面立面図である。ロボット機器の正面立面図である。ロボット機器のツール支持体の上面および背面斜視図である。ロボット機器のツール支持体の底面および背面斜視図である。ツール支持体の本体および複数のアクチュエータへの関連するジョイント接続を示す分解図である。手持ち部分のベースおよび複数のアクチュエータへの関連するジョイント接続を示す分解図である。図１０の線１６－１６に概して沿った部分断面図である。手持ち部分のベースの上面斜視図である。手持ち部分のベースの底面斜視図である。受動リンケージのシャフトの斜視図である。代替のアクチュエータおよびリンケージ構成の斜視図である。代替のアクチュエータおよびリンケージ構成の断面図である。ロボット機器が使用される様々な領域を示している。ガイダンスアレイの使用を示している。ガイダンスアレイの使用を示している。ガイダンスアレイの使用を示している。ガイダンスアレイの使用を示している。ガイダンスアレイの視覚的インジケータの状態の例示的なスキームを示している。ガイダンスアレイの使用を示している。ガイダンスアレイの使用を示している。ガイダンスアレイの使用を示している。ツールを所望の平面上に維持するためのガイダンスアレイの使用および複数のアクチュエータの調整を示している。ツールを所望の平面上に維持するためのガイダンスアレイの使用および複数のアクチュエータの調整を示している。ツールを所望の平面上に維持するためのガイダンスアレイの使用および複数のアクチュエータの調整を示している。所望の平面からのツールの移動、および所望の平面上にツールを配置するためのガイダンスアレイの使用を示している。所望の平面からのツールの移動、および所望の平面上にツールを配置するためのガイダンスアレイの使用を示している。所望の平面に沿って骨を切除するためのロボット機器の使用を示している。ファントムで示されるグリップを備えた別のロボット機器の斜視図である。図２８のロボット機器の別の斜視図である。図２８のロボット機器で使用されるフレックス回路の斜視図である。図２８のロボット機器で使用されるフレックス回路の斜視図である。図３０および３１に示されるフレックス回路の部分を固定するために使用されるフレックス回路支持体の底面斜視図である。図２８のロボット機器の手持ち部分用の加重エンドキャップの底面斜視図である。図２８のロボット機器のグリップの斜視図である。ロボット機器の代替構成の斜視図である。図３５のロボット機器の代替構成の側面立面図である。図３５のロボット機器の代替構成の背面斜視図である。線形アクチュエータおよび回転アクチュエータアセンブリを示す、図３５のロボット機器の代替構成の側面立面図である。回転アクチュエータアセンブリおよびツール支持体を示す、図３５のロボット機器の代替構成の横断面図である。回転アクチュエータモータを備えたツール支持体の斜視図である。ロボット機器のヘッドから分離されたモータを備えたツール支持体を示しており、ヘッドはリング歯車を含む。ロボット機器のヘッドから分離されたモータを備えたツール支持体を示しており、ヘッドはリング歯車を含む。図３５のロボット機器のツール支持体の斜視図である。図３５のロボット機器のツール支持体の斜視図である。ツール支持体の本体および複数のアクチュエータへの関連するジョイント接続を示す分解図である。手持ち部分のベースおよび複数のアクチュエータへの関連するジョイント接続を示す分解図である。手持ち部分のベースの上面斜視図である。受動リンケージのシャフトの斜視図である。ツール支持体およびヘッドの異なる作動位置を示す図３５のロボット機器の斜視図を示す。ツール支持体およびヘッドの異なる作動位置を示す図３５のロボット機器の斜視図を示す。ロボット機器の代替構成の斜視図である。図４６のロボット機器の正面斜視図である。図４６のロボット機器の背面斜視図である。上昇アクチュエータを含むアクチュエータアセンブリを備えた図４６のロボット機器の側面図である。図４６のロボット機器の背面斜視図である。図４６のロボット機器のツール支持体の斜視図である。図４６のロボット機器のツール支持体の斜視図である。ツール支持体の本体および上昇アクチュエータへの関連するジョイント接続を示す分解図である。上昇アクチュエータおよび一対の２次アクチュエータを含むアクチュエータアセンブリを示す側面斜視図である。アクチュエータアセンブリの分解図を示している。ツール支持体に取り付けられたアクチュエータアセンブリの斜視図である。上昇アクチュエータの断面図である。手持ち式本体に対してツール支持体を動かすアクチュエータアセンブリの概略図である。手持ち式本体に対してツール支持体を動かすアクチュエータアセンブリの概略図である。手持ち式本体に対してツール支持体を動かすアクチュエータアセンブリの概略図である。手持ち式本体に対してツール支持体のロールを調整する２次アクチュエータを示している。手持ち式本体に対してツール支持体のロールを調整する２次アクチュエータを示している。手持ち式本体に対してツール支持体のロールを調整する２次アクチュエータを示している。モジュールツールシステムを備えたロボット機器の代替構成の斜視図を示している。図５７のロボット機器で使用するための複数のモジュールツールアタッチメントの斜視図を示している。図５７のロボット機器で使用するための複数のモジュールツールアタッチメントの斜視図を示している。図５７のロボット機器で使用するための複数のモジュールツールアタッチメントの斜視図を示している。図５７のロボット機器で使用するための複数のモジュールツールアタッチメントの斜視図を示している。切断ガイドとして構成されたロボット機器の斜視図である。ロボット機器の代替構成の斜視図を示している。ロボット機器が様々なアクチュエータ挙動で使用される様々な領域を示している。ロボット機器が様々なアクチュエータ挙動で使用される様々な領域を示している。選択されたモードでのアクチュエータ制御の一例を示している。選択されたモードでのアクチュエータ制御の一例を示している。選択されたモードでのアクチュエータ制御の一例を示している。切断を実行するロボット機器の概略図を示す。切断を実行するロボット機器の概略図を示す。患者の解剖学的構造および外科用ロボット機器に関連するナビゲーションシステムの一部を示している。手持ち部分に配置されたガイダンスアレイを備えた機器を示している。ディスプレイ画面としてガイダンスアレイを備えた機器を示している。手持ち部分にアクチュエータを取り付けるための代替構成を示している。手持ち部分にアクチュエータを取り付けるための代替構成を示している。入力装置を備えた代替グリップを示している。ロボットシステムの代替構成の斜視図である。

概要
図１を参照すると、ロボットシステム１０が示されている。ロボットシステム１０は、患者１２が全人工膝関節ＩＭを受け入れることができるように、患者１２の大腿骨Ｆおよび脛骨Ｔの部分を切除するために、患者１２に対して全膝手術を実行することが示されている。ロボットシステム１０は、硬組織／軟組織の除去、または他の形態の治療を含む処置を含む、他のタイプの外科的処置を実行するためにも使用され得る。例えば、治療は、組織の切断、組織の凝固、組織の切除、組織のステープル留め、組織の縫合などを含み得る。いくつかの例では、外科的処置は、膝手術、股関節手術、肩の手術、脊椎手術、および／または足首の手術を含み、膝移植、股関節移植、肩の移植、脊椎移植、および／または足首の移植などの外科的移植によって置き換えられる組織を除去することを含み得る。本明細書に開示されるロボットシステム１０および技術は、外科的または非外科的の他の処置を実行するために使用してもよく、そして産業用用途またはロボットシステムが利用される他の用途において使用してもよい。

図１および２を参照すると、ロボットシステム１０は、ロボット機器１４を含む。いくつかの例では、ユーザは、機器１４を手動で保持し、支持する（図１に示されるように）。いくつかの例では、図７０を参照すると、機器が受動アーム（例えば、ロックジョイントを備えたリンケージアーム）、能動アームなどの補助装置（例えば、図７０の隠線で示されている受動アーム１５を参照）によって少なくとも部分的または完全に支持されている間、ユーザは機器１４を手動で保持することができる。図１および２に最もよく示されるように、機器１４は、ユーザおよび／または補助装置によって手で把持および／または支持されるための手持ち部分１６を備える。

機器１４は、ガイドアームの支援を借りずに、例えば、ツールの重量が処置中のユーザの手のみによって支えられるように材料の物理的除去を行い、人間のユーザによって保持されるように構成されて、ユーザによって自由に動かされ、支持され得る。別の言い方をすれば、機器１４は、ユーザの手が重力に逆らって機器１４を支持して保持されるように構成され得る。機器１４は、８ポンド以下または、６ポンド以下または、５ポンド以下、またはさらに３ポンド以下の重さであり得る。機器１４は、ＡＮＳＩ／ＡＡＭＩＨＥ７５：２００９に対応する重量を有することができる。機器１４はまた、ツール２０を受け入れるためのツール支持体１８を備える。機器１４を動作するための方法は、受動アームまたはロボットアームの支援なしに、ユーザが機器１４の重量を吊り下げることを含み得る。Ｋａｎｇらの米国特許第９，０６０，７９４号の受動アームおよび内容は、参照により本明細書に組み込まれる。ロボットシステム１０は、いくつかの例では、直列に複数のジョイントを有するロボットアームがない場合がある。

ツール２０は、ツール支持体１８に結合して、以下でさらに説明するロボットシステム１０の特定の動作において解剖学的構造と相互作用する。ツール２０は、エンドエフェクタと呼ばれることもある。ツール２０は、必要なときに新しい／異なるツール２０を取り付けることができるように、ツール支持体１８から取り外し可能であり得る。ツール２０はまた、ツール支持体１８に恒久的に固定され得る。ツール２０は、患者１２の組織に接触するように設計されたエネルギーアプリケータを備え得る。いくつかの例では、ツール２０は、図１および２に示されるような鋸刃、または他のタイプの切断付属品であり得る。このような場合、ツール支持体は刃支持体と呼ばれることがある。刃支持体と呼ばれる場合は、「ツール支持体」という用語の代わりに使用でき、その逆も可能であることを理解しておく必要がある。しかしながら、参照により本明細書に組み込まれる、Ｂｏｚｕｎｇの米国特許第９，７０７，０４３号の内容などの他のツールが企図され得る。いくつかの例では、ツール２０は、ドリルビット、超音波振動チップ、バー（ｂｕｒ）、ステープラーなどであり得る。ツール２０は、Ｗａｌｅｎらの米国特許第９，８２０，７５３号または米国特許第１０，６８７，８２３号に示されている刃アセンブリを含み得る（これらは参照により本明細書に組み入れられる）。ツール支持体１８は、刃アセンブリの振動運動を駆動するために、駆動モータＭおよびＷａｌｅｎらの米国特許第９，８２０，７５３号に示される他の駆動構成要素を組み込むことができる。そのような駆動構成要素は、駆動モータＭからの回転運動をツール２０の振動運動に変換するために、駆動モータＭに結合されたトランスミッションＴＭを備え得る。

１つまたは複数のアクチュエータ２１、２２、２３を含むアクチュエータアセンブリ４００は、ツール支持体１８を手持ち部分１６に対して３自由度で動かして、ツール２０を所望の位置および／または方向（例えば、切除中の大腿骨Ｆおよび／または脛骨Ｔに対して所望の姿勢）に配置するのを支援するロボット運動を提供し、一方、ユーザは、手持ち部分１６を手動で保持する。アクチュエータアセンブリ４００は、並列、直列、またはその両方に配置されたアクチュエータ２１、２２、２３を備えることができる。いくつかの例では、アクチュエータ２１、２２、２３は、手持ち部分１６に対して３つ以上の自由度でツール支持体１８を動かす。いくつかの例では、アクチュエータアセンブリ４００は、ピッチおよびｚ軸の並進（ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ）など、少なくとも２自由度で、手持ち部分１６に対してツール支持体１８を動かすように構成される。本明細書に示されるようないくつかの例では、アクチュエータ２１、２２、２３は、手持ち部分１６およびその関連するベース座標系ＢＣＳに対してわずか３自由度でツール支持体１８およびその関連するツール支持体座標系ＴＣＳを動かす。例えば、ツール支持体１８およびそのツール支持体座標系ＴＣＳは、以下を行うことができる。ｙ軸を中心に回転してピッチ運動を提供し、ｘ軸を中心に回転してロール運動を提供し、そして、ベース座標系ＢＣＳのｚ軸と一致する軸Ｚに沿って並進して、ｚ軸並進運動を提供することができる。ピッチ、ロール、およびｚ軸の並進で可能になる運動は、図２と、図３Ａ～３Ｃ、４Ａ～４Ｃ、および５Ａ～５Ｃの概略図の矢印によってそれぞれ示されている。図６は、機器１４の可動範囲内でのツール支持体１８の姿勢および手持ち部分１６の姿勢の一例を提供する。図に示されていないいくつかの例では、アクチュエータは、手持ち部分１６に対して４以上の自由度でツール支持体１８を動かすことができる。

図２に戻り参照すると、受動リンケージ２６を有する拘束アセンブリ２４を使用して、残りの３自由度において、手持ち部分１６に対するツール支持体１８の動きを拘束することができる。拘束アセンブリ２４は、本明細書に記載されるように運動を拘束するための任意の適切なリンケージ（例えば、任意の適切な形状または構成を有する１つまたは複数のリンク）を含むことができる。図２に示される例では、拘束アセンブリ２４は、以下によってツール支持体座標系ＴＣＳの動きを制限するように動作する。ヨー運動を拘束するために、ベース座標系ＢＣＳのｚ軸の周りの回転を拘束する。ｘ軸の並進を拘束するためにベース座標系ＢＣＳのｘ軸方向の並進を拘束する。そして、ベース座標系ＢＣＳのｙ軸方向への並進を拘束して、ｙ軸並進を拘束する。アクチュエータ２１、２２、２３および拘束アセンブリ２４は、以下でさらに説明される特定の状況において、物理的な鋸切断ガイドなどの物理的切断ガイドＰＣＧの機能を効果的に模倣するように制御される（図２の隠線を参照）。

図７を参照すると、機器コントローラ２８、または他のタイプの制御ユニットが、機器１４を制御するために提供される。機器コントローラ２８は、１つまたは複数のコンピュータ、または手持ち部分１６に対する機器１４の動作とツール支持体１８（およびツール２０）の運動を指示する任意の他の適切な形態のコントローラを備え得る。機器コントローラ２８は、中央処理装置（ＣＰＵ）および／または他のプロセッサ、メモリ、およびストレージ（図示せず）を有し得る。機器コントローラ２８は、以下に説明するようにソフトウェアを搭載している。プロセッサは、機器１４の動作を制御するための１つまたは複数のプロセッサを含むことができる。プロセッサは、任意のタイプのマイクロプロセッサ、マルチプロセッサ、および／またはマルチコア処理システムであり得る。機器コントローラ２８は、さらに、または代わりに、１つまたは複数のマイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、チップ上のシステム、ディスクリート回路、および／または本明細書に記載の機能を実行することができる他の適切なハードウェア、ソフトウェア、またはファームウェアを含み得る。プロセッサという用語は、任意の実施形態を単一のプロセッサに限定することを意図するものではない。機器１４はまた、１つまたは複数のディスプレイおよび／または入力装置（例えば、トリガー、押しボタン、フットスイッチ、キーボード、マウス、マイクロフォン（音声起動）、ジェスチャ制御装置、タッチスクリーンなど）を備えたユーザインターフェースＵＩを備え得る。

機器コントローラ２８は、ツール２０への電力を制御することによって（例えば、切断運動を制御するツール２０の駆動モータＭへの）、および手持ち部分１６に対するツール支持体１８の動きを制御すること（例えば、アクチュエータ２１、２２、２３を制御することによる）などによって、ツール２０の動作を制御する。機器コントローラ２８は、手持ち部分１６に対するツール支持体１８およびツール２０の状態（例えば、位置および／または方向）を制御する。機器コントローラ２８は、手持ち部分１６に対して、および／またはアクチュエータ２１、２２、２３によって引き起こされる解剖学的構造に対して、ツール２０の速度（線形または角）、加速度、または運動の他の派生物を制御することができる。

図２に示されるように、機器コントローラ２８は、ツール支持体１８に取り付けられた制御ハウジング２９を備え、制御ハウジング２９の内部には１つまたは複数の制御盤３１（例えば、１つまたは複数のプリント回路基板および関連する電子部品）が配置されている。制御盤３１は、アクチュエータ２１、２２、２３および駆動モータＭを（例えば、モータコントローラを介して）制御するためのマイクロコントローラ、ドライバ、メモリ、センサ、または他の電子部品を備えることができる。機器コントローラ２８はまた、制御盤３１とのデータおよび電力通信におけるオフボード制御コンソール３３を備え得る。本明細書に記載のセンサＳ、アクチュエータ２１、２２、２３、および／または駆動モータＭは、信号を制御盤３１に送り、制御盤３１は、データ信号を処理のためにコンソール３３に送信し、コンソール３３は、アクチュエータ２１、２２、２３および／または駆動モータＭの位置決めのために電力を供給して制御するために、電力および／または位置命令を制御盤３１に供給する。処理はまた、制御ハウジングの制御盤上で実行され得ることが企図される。もちろん、別個の制御ハウジングは必要ないと考えられる。

いくつかのバージョンでは、コンソール３３は、アクチュエータ２１、２２、２３、および駆動モータＭに電力を供給し、制御するための単一のコンソールを含み得る。いくつかのバージョンでは、コンソール３３は、アクチュエータ２１、２２、２３に電力を供給し、制御するための１つのコンソール、駆動モータＭに電力を供給し、制御するための別個のコンソールを含み得る。駆動モータＭに電力を供給し、制御するためのそのようなコンソールの１つは、「動力付き外科用ハンドピースが接続されている制御コンソール、すべてのハンドピースより少ない複数のハンドピースを同時に通電するように構成されたコンソール」と題された２００４年９月３０日に出願された米国特許第７，４２２，５８２号に記載されているものと同様であり、参照により本明細書に組み込まれる。フレックス回路としても知られるフレキシブル回路ＦＣは、アクチュエータ２１、２２、２３および／または他の構成要素を機器コントローラ２８と相互接続することができる。例えば、アクチュエータ２１、２２、２３と制御盤３１との間にフレキシブル回路ＦＣを設けることができる。有線または無線の他の形式の接続が、構成要素間に追加的または代替的に存在し得る。

図１に簡単に戻り参照すると、ロボットシステム１０は、ナビゲーションシステム３２をさらに含む。ナビゲーションシステム３２の一例は、参照により本明細書に組み込まれる「光学および非光学センサを含むナビゲーションシステム」と題された、２０１３年９月２４日に出願された米国特許第９，００８，７５７号に記載されている。ナビゲーションシステム３２は、様々な物体の動きを追跡する。そのような物体には、例えば、機器１４、ツール２０、および解剖学的構造、例えば、大腿骨Ｆおよび脛骨Ｔが含まれる。ナビゲーションシステム３２は、これらの物体を追跡して、（ナビゲーション）ローカライザ座標系ＬＣＬＺに関して各物体の状態情報を収集する。本明細書で使用される場合、物体の状態は、追跡される物体の位置および／または方向（例えば、その座標系）または位置および／または方向の同等物／派生物を規定するデータを含むが、これらに限定されない。例えば、状態は、物体の姿勢であり得、および／または線形速度データ、角速度データなどを含み得る。

ナビゲーションシステム３２は、ナビゲーションコントローラ３６、および／または他のタイプの制御ユニットを収容するカートアセンブリ３４を含むことができる。ナビゲーションユーザインターフェースＵＩは、ナビゲーションコントローラ３６と動作可能に通信している。ナビゲーションユーザインターフェースＵＩは、１つまたは複数のディスプレイ３８を含む。ナビゲーションシステム３２は、１つまたは複数のディスプレイ３８を使用して、追跡された物体の相対的な状態のグラフィック表現をユーザに表示することができる。ナビゲーションユーザインターフェースＵＩは、ナビゲーションコントローラ３６に情報を入力するため、または、ナビゲーションコントローラ３６の特定の態様を選択／制御するための１つまたは複数の入力装置をさらに備える。このような入力装置には、インタラクティブなタッチスクリーンディスプレイが含まれる。しかしながら、入力装置は、押しボタン、フットスイッチ、キーボード、マウス、マイクロフォン（音声起動）、ジェスチャ制御装置などのうちの任意の１つまたは複数を含み得る。

ナビゲーションシステム３２はまた、ナビゲーションコントローラ３６に結合されたナビゲーションローカライザ４４を含む。一例では、ローカライザ４４は光学ローカライザであり、カメラユニット４６を含む。カメラユニット４６は、１つまたは複数の光学センサ５０を収容する外部ケーシング４８を有する。ローカライザ４４は、それ自体のローカライザコントローラ４９を含み得、さらにビデオカメラＶＣを含み得る。

ナビゲーションシステム３２は、１つまたは複数のトラッカーを含む。いくつかの例では、トラッカーは、ポインタトラッカーＰＴ、ツールトラッカー５２、第１の患者トラッカー５４、および第２の患者トラッカー５６を含む。図１の例では、ツールトラッカー５２は機器１４にしっかりと取り付けられており、第１の患者トラッカー５４は患者１２の大腿骨Ｆにしっかりと取り付けられており、第２の患者トラッカー５６は患者１２の脛骨Ｔにしっかりと取り付けられている。この例では、患者トラッカー５４、５６は骨の部分にしっかりと固定されている。ポインタトラッカーＰＴは、解剖学的構造をローカライザ座標系ＬＣＬＺに登録するために使用される、および／または他の較正および／または登録機能に使用されるポインタ５７にしっかりと取り付けられている。

ツールトラッカー５２は、機器１４の任意の適切な構成要素に取り付けられ、いくつかのバージョンでは、手持ち部分１６、ツール支持体１８、直接、ツール２０に、またはそれらの組み合わせに取り付けられる。トラッカー５２、５４、５６、ＰＴは、ファスナ、クランプなどによって、任意の適切な方法でそれぞれの構成要素に固定することができる。例えば、トラッカー５２、５４、５６、ＰＴは、関連する物体へのそれぞれのトラッカーの関係（測定）を決定するための適切な（補足的な）方法がある限り、堅固に固定されるか、柔軟に接続される（光ファイバー）、または物理的にまったく接続されない（超音波）ことができる。トラッカー５２、５４、５６、ＰＴのいずれか１つまたは複数は、能動マーカー５８を含み得る。能動マーカー５８は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含み得る。あるいは、トラッカー５２、５４、５６、ＰＴは、カメラユニット４６から放出された光を反射する反射器などの受動マーカーを有し得る。印刷されたマーカー、または本明細書に具体的に記載されていない他の適切なマーカーもまた利用され得る。

物体を追跡する目的で、様々な座標系を使用することができる。例えば、座標系は、ローカライザ座標系ＬＣＬＺ、ツール支持体座標系ＴＣＳ、ベース座標系ＢＣＳ、トラッカー５２、５４、５６、ＰＴのそれぞれに関連する座標系、解剖学的構造に関連する１つまたは複数の座標系、術前および／または術中画像（例えば、ＣＴ画像、ＭＲＩ画像など）および／または解剖学的構造のモデル（例えば、２Ｄまたは３Ｄモデル）に関連する１つまたは複数の座標系、およびＴＣＰ（ツール中心点）座標系を含み得る。様々な座標系の座標は、例えば、登録、較正、幾何学的関係、測定などを介して、座標系間の関係を確立する際の変換を使用して、他の座標系に変換され得る。

図２に示されるように、いくつかの例では、ＴＣＰは、ツール２０の遠位端で規定されたＴＣＰ座標系の所定の基準点または原点である。ツール２０の形状は、ＴＣＰ座標系を基準にして、および／またはツール支持体座標系ＴＣＳを基準にして規定することができる。ツール２０は、１つまたは複数の幾何学的特徴、例えば、周囲、円周、半径、直径、幅、長さ、高さ、体積、面積、表面／平面、（任意の１つまたは複数の軸に沿った）運動エンベロープの範囲などを含み得、ＴＣＰ座標系および／またはツール支持体座標系ＴＣＳを基準にして規定され、ナビゲーションシステム３２に記憶される。いくつかの例では、ツール２０は、便宜上および例示を容易にするために説明される刃平面（例えば、鋸刃用）を有するが、ツール２０を特定の形態に限定することを意図するものではない。点、他のプリミティブ（ｐｒｉｍｉｔｉｖｅｓ）、メッシュ、他の３Ｄモデルなどを使用して、ツール２０を仮想的に表すことができる。ＴＣＰ座標系、ツール支持体座標系ＴＣＳ、およびツールトラッカー５２の座標系は、ツール２０の構成に応じて様々な方法で規定することができる。例えば、ポインタ５７は、ツール支持体１８および／またはツール２０内の較正ディボット（ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｄｉｖｏｔｓ）ＣＤと共に、以下のために使用され得る。すなわち、ツールトラッカー５２の座標系に対するツール支持体座標系ＴＣＳの姿勢を決定（較正）し、ツールトラッカー５２の座標系に対するＴＣＰ座標系の姿勢を決定し、および／またはツール支持体座標系ＴＣＳに対するＴＣＰ座標系の姿勢を決定する。１つまたは複数の追加のトラッカー／マーカーをツール２０に直接取り付けて固定することなどによって、ＴＣＰ座標系の姿勢を直接測定するために他の技法を使用することができる。いくつかのバージョンでは、トラッカー／マーカーは、手持ち部分１６、ツール支持体１８、またはその両方に取り付けて固定することもできる。

ツール支持体１８は、アクチュエータ２１、２２、２３を介して、手持ち部分１６に対して複数の自由度で移動可能であるため、機器１４は、エンコーダ、ホール効果センサ（アナログまたはデジタル出力を備えた）、および／または他の任意の位置感知方法を使用して、ベース座標系ＢＣＳに対するＴＣＰ座標系および／またはツール支持体座標系ＴＣＳの姿勢を測定することができる。機器１４は、アクチュエータ２１、２２、２３の作動を測定するセンサからの測定値を使用して、以下でさらに説明するように、ベース座標系ＢＣＳに対するＴＣＰ座標系および／またはツール支持体座標系ＴＣＳの姿勢を決定することができる。

ローカライザ４４は、トラッカー５２、５４、５６、ＰＴ（例えば、その座標系）を監視して、それぞれが取り付けられている物体の状態に対応するトラッカー５２、５４、５６、ＰＴの状態を決定する。ローカライザ４４は、既知の三角測量技術を実行して、トラッカー５２、５４、５６、ＰＴ、および関連する物体の状態を決定することができる。ローカライザ４４は、トラッカー５２、５４、５６、ＰＴの状態をナビゲーションコントローラ３６に提供する。いくつかの例では、ナビゲーションコントローラ３６は、トラッカー５２、５４、５６、ＰＴの状態を決定し、機器コントローラ２８に伝達する。

ナビゲーションコントローラ３６は、１つまたは複数のコンピュータ、または任意の他の適切な形態のコントローラを含み得る。ナビゲーションコントローラ３６は、中央処理装置（ＣＰＵ）および／または他のプロセッサ、メモリ、およびストレージ（図示せず）を有する。プロセッサは、任意のタイプのプロセッサ、マイクロプロセッサ、またはマルチプロセッサシステムにすることができる。ナビゲーションコントローラ３６にはソフトウェアが搭載されている。ソフトウェアは、例えば、ローカライザ４４から受信した信号を、追跡されている物体の位置および／または方向を表すデータに変換する。ナビゲーションコントローラ３６は、追加的または代替的に、１つまたは複数のマイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、チップ上のシステム、ディスクリート回路、および／または本明細書に記載の機能を実行することができる他の適切なハードウェア、ソフトウェア、またはファームウェアを含み得る。プロセッサという用語は、任意の実施形態を単一のプロセッサに限定することを意図するものではない。

物体の状態を決定するために三角測量技術を使用するナビゲーションシステム３２の一例が示されているが、ナビゲーションシステム３２は、機器１４、ツール２０、および／または患者１２を追跡するための他の任意の適切な構成を有し得る。別の例では、ナビゲーションシステム３２および／またはローカライザ４４は超音波ベースである。例えば、ナビゲーションシステム３２は、ナビゲーションコントローラ３６に結合された超音波画像化装置を備え得る。超音波画像化装置は、前述の物体、例えば、機器１４、ツール２０、および／または患者１２のいずれかを画像化し、超音波画像に基づいてナビゲーションコントローラ３６への状態信号を生成する。超音波画像は、２Ｄ、３Ｄ、または両方の組み合わせであり得る。ナビゲーションコントローラ３６は、物体の状態を決定するためにほぼリアルタイムで画像を処理することができる。超音波画像化装置は、任意の適切な構成を有し、図１に示されるようにカメラユニット４６とは異なってもよい。

別の例では、ナビゲーションシステム３２および／またはローカライザ４４は、無線周波数（ＲＦ）ベースである。例えば、ナビゲーションシステム３２は、ナビゲーションコントローラ３６に結合されたＲＦトランシーバを備え得る。機器１４、ツール２０、および／または患者１２は、それに取り付けられたＲＦエミッタまたはトランスポンダを備え得る。ＲＦエミッタまたはトランスポンダは、受動的または能動的に通電され得る。ＲＦトランシーバは、ＲＦ追跡信号を送信し、ＲＦエミッタから受信したＲＦ信号に基づいて、ナビゲーションコントローラ３６に状態信号を生成する。ナビゲーションコントローラ３６は、受信したＲＦ信号を分析して、相対的な状態をそれに関連付けることができる。ＲＦ信号は、任意の適切な周波数のものであり得る。ＲＦトランシーバは、ＲＦ信号を効果的に使用して物体を追跡するために、任意の適切な位置に配置することができる。さらに、ＲＦエミッタまたはトランスポンダは、図１に示されるトラッカー５２、５４、５６、ＰＴとは大きく異なる任意の適切な構造構成を有し得る。

さらに別の例では、ナビゲーションシステム３２および／またはローカライザ４４は電磁ベースである。例えば、ナビゲーションシステム３２は、ナビゲーションコントローラ３６に結合されたＥＭトランシーバを備え得る。機器１４、ツール２０、および／または患者１２には、任意の適切な磁気トラッカー、電磁トラッカー、誘導トラッカーなどのＥＭ構成要素が取り付けられ得る。トラッカーは、受動的または能動的に通電することができる。ＥＭトランシーバは、ＥＭフィールドを生成し、トラッカーから受信したＥＭ信号に基づいて、ナビゲーションコントローラ３６への状態信号を生成する。ナビゲーションコントローラ３６は、受信したＥＭ信号を分析して、相対状態をそれに関連付けることができる。この場合も、そのようなナビゲーションシステム３２の例は、図１に示されるナビゲーションシステム３２の構成とは異なる構造構成を有し得る。

ナビゲーションシステム３２は、本明細書に具体的に記載されていない他の任意の適切な構成要素または構造を有し得る。さらに、示されるナビゲーションシステム３２に関して上記で説明される技術、方法、および／または構成要素のいずれかは、本明細書で説明されるナビゲーションシステム３２の他の例のいずれかのために実装または提供され得る。例えば、ナビゲーションシステム３２は、慣性追跡のみ、または追跡技術の任意の組み合わせを利用することができ、追加的または代替的に、光ファイバーベースの追跡、マシンビジョン追跡などを含むことができる。

図７を参照すると、ロボットシステム１０は、他の構成要素に加えて、機器コントローラ２８およびナビゲーションコントローラ３６を含む制御システム６０を含む。制御システム６０はさらに、１つまたは複数のソフトウェアプログラムおよびソフトウェアモジュールを含む。ソフトウェアモジュールは、ロボットシステム１０の制御を支援するためにデータを処理するために、機器コントローラ２８、ナビゲーションコントローラ３６、またはそれらの組み合わせで動作する１つまたは複数のプログラムの一部であり得る。ソフトウェアプログラムおよび／またはモジュールは、コントローラ２８、３６の１つまたは複数のプロセッサ７０によって実行される、機器コントローラ２８、ナビゲーションコントローラ３６、またはそれらの組み合わせのメモリ６４に記憶されたコンピュータ可読指示を含む。メモリ６４は、非一時的メモリ、ＲＡＭ、不揮発性メモリなどの任意の適切なメモリ構成であり得、局所にまたは遠隔データベースから実装され得る。さらに、ユーザにプロンプトを表示および／または通信するためのソフトウェアモジュールは、１つまたは複数のプログラムの一部を形成し、機器コントローラ２８、ナビゲーションコントローラ３６、またはそれらの組み合わせのメモリ６４に記憶された指示を含み得る。ユーザは、ナビゲーションユーザインターフェースＵＩまたは他のユーザインターフェースＵＩの入力装置のいずれかと対話して、ソフトウェアモジュールと通信することができる。ユーザインターフェースソフトウェアは、機器コントローラ２８および／またはナビゲーションコントローラ３６とは別の装置上で実行することができる。機器１４は、電源／データ接続を介して機器コントローラ２８と通信することができる。電源／データ接続は、ナビゲーションシステム３２によって生成され、機器コントローラ２８に送信される位置および方向データに基づいて、機器１４を制御するために使用される入力および出力のための経路を提供し得る。

制御システム６０は、入力、出力、および本明細書に記載の機能および方法を実行するのに適した処理装置の任意の適切な構成を備え得る。制御システム６０は、機器コントローラ２８、ナビゲーションコントローラ３６、またはそれらの組み合わせを含み、および／またはこれらのコントローラのうちの１つのみ、または追加のコントローラを含み得る。コントローラは、図７に示すように、有線バスまたは通信ネットワークを介して、無線通信を介して、またはその他の方法で通信することができる。制御システム６０は、コントローラと呼ばれることもある。制御システム６０は、１つまたは複数のマイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、チップ上のシステム、ディスクリート回路、センサ、ディスプレイ、ユーザインターフェース、インジケータ、および／または本明細書に記載されている機能を実行できる他の適切なハードウェア、ソフトウェア、または、ファームウェアを含み得る。

機器
１つの例示的な構成において、機器１４は、図８～１９に最もよく示されている。機器１４は、ユーザによって保持される手持ち部分１６と、ツール２０を支持するために手持ち部分１６に移動可能に結合されたツール支持体１８と、複数のアクチュエータ２１、２２、２３を備え、ツール支持体１８と手持ち部分１６とを動作可能に相互接続して、ツール支持体１８を手持ち部分１６に対して３自由度で動かすアクチュエータアセンブリ４００と、ツール支持体１８と手持ち部分１６とを動作可能に相互接続する受動リンケージ２６を有する拘束アセンブリ２４と、を含む。

手持ち部分１６は、ユーザが機器１４を手動で支持することができるように、ユーザによって把持されるためのグリップ７２を備える。手持ち部分１６は、ユーザの手で保持するためのグリップ、ユーザの手が濡れているおよび／または血が混じっているときに滑るのを防ぐためのテクスチャード加工または混合材料コーティングなどの人間工学的特徴を備えて構成され得る。手持ち部分１６は、異なる手のサイズを有するユーザに対応するためのテーパーを含んでもよく、ユーザの手および／または指の輪郭と合うように輪郭が形成されている。手持ち部分１６はまた、グリップ７２が１つまたは複数のファスナ、接着剤、溶接などによって取り付けられるベース７４を備える。示されるバージョンでは、ベース７４は、ほぼ中空の円筒形を有するスリーブ７６を備える。ジョイント支持体７７、７８、７９はスリーブ７６から延びる。アクチュエータ２１、２２、２３は、以下でさらに説明するジョイントを介して、ジョイント支持体７７、７８、７９でベース７４に移動可能に結合することができる。

ツール支持体１８は、ツール支持体１８に１つまたは複数の取り付け位置８２で固定された１つまたは複数のトラッカーマウントを介してトラッカー５２を取り外し可能に取り付けることができるツール支持本体８０を備える。ツール２０は、示されているバージョンのツール支持体１８に取り外し可能に結合されている。特に、ツール支持体１８は、参照により本明細書に組み込まれる、Ｗａｌｅｎらの米国特許第９，８２０，７５３号に記載されているように、ツール２０が取り付けられるヘッド８４などのツールカプラを備える。ツール２０の動作を駆動する駆動モータＭは、ツール支持本体８０内に配置されている（例えば、いくつかのバージョンでは鋸刃の振動を駆動するために）。ツール２０は、参照により本明細書に組み込まれる、Ｗａｌｅｎらの米国特許第９，８２０，７５３号に開示されている方法で、ヘッド８４に取り付けられ、そしてヘッド８４から解放され得る。図１２および１３に最もよく示されるように、ツール支持体１８はまた、さらに下に説明されるように、アクチュエータ２１、２２、２３が、ジョイントを介してツール支持体１８に移動可能に結合される複数のアクチュエータマウント８６、８８、９０を備える。アクチュエータマウント８６、８８、９０は、ツール支持体１８が手持ち部分１６に対して少なくとも３自由度で移動可能となるようにアクチュエータ２１、２２、２３を取り付けるのに適したブラケットなどを備え得る。

示されているバージョンのアクチュエータ２１、２２、２３は、ベース７４とツール支持本体８０との間に延びる電気的線形アクチュエータを含む。作動すると、アクチュエータ２１、２２、２３の有効長が変更して、アクチュエータ２１、２２、２３の対応する軸に沿ってツール支持本体８０とベース７４との間の距離を変化させる。したがって、アクチュエータ２１、２２、２３は協調して動作して、それらの有効長を変更し、手持ち部分１６に対して少なくとも３自由度でツール支持体１８を動かす。示されているバージョンでは、３つのアクチュエータ２１、２２、２３が提供され、第１のアクチュエータ２１、第２のアクチュエータ２２、および第３のアクチュエータ２３、または前部アクチュエータ２１、２２、および後部アクチュエータ２３と呼ばれることがある。第１、第２および第３のアクチュエータ２１、２２、２３は、第１の能動軸ＡＡ１、第２の能動軸ＡＡ２、および第３の能動軸ＡＡ３に沿って有効長が調整可能である（図１４を参照）。第１、第２、および第３のアクチュエータ２１、２２、２３は、有効長が独立して調整可能であり、前述のように、手持ち部分１６に対するツール支持体１８のピッチ方向、ロール方向、およびｚ軸並進位置のうちの１つまたは複数を調整する。いくつかの例では、より多くのアクチュエータが提供され得る。アクチュエータは、いくつかの例では回転アクチュエータを含み得る。アクチュエータ２１、２２、２３は、任意の適切なサイズまたは形状の１つまたは複数のリンクを有するリンケージを含み得る。アクチュエータ２１、２２、２３は、少なくとも３自由度で、手持ち部分１６に対してツール支持体１８の動きを可能にするのに適した任意の構成を有することができる。例えば、いくつかのバージョンでは、１つの前部アクチュエータと２つの後部アクチュエータ、またはいくつかの他のアクチュエータの配置が存在し得る。

このバージョンでは、アクチュエータ２１、２２、２３は、複数の能動ジョイントを介してベース７４およびツール支持本体８０に結合されている。能動ジョイントは、アクチュエータ２１、２２、２３をアクチュエータマウント８６、８８、９０でツール支持本体８０に結合する一組の第１の能動ジョイント９２を含む。１つのバージョンでは、図１４および１６に示されるように、第１の能動ジョイント９２は、能動Ｕジョイントを含む。Ｕジョイントは、第１の旋回ピン９４およびジョイントブロック９６を備える。第１の旋回ピン９４は、ジョイントブロック９６の貫通穴９８を介して、ジョイントブロック９６をアクチュエータマウント８６、８８、９０に旋回可能に接続する。止めねじ１００は、第１の旋回ピン９４をアクチュエータマウント８６、８８、９０に固定することができる。Ｕジョイントはまた、第２の旋回ピン１０４を含み得る。ジョイントブロック９６は、第２の旋回ピン１０４を受け入れるためのクロス穴１０２を有する。第２の旋回ピン１０４は、第１の旋回ピン９４、ジョイントブロック９６、および第２の旋回ピン１０４がＵジョイントのクロスを形成するように、第１の旋回ピン９４を受け入れるための貫通穴１０３を有する。各Ｕジョイントの第１の旋回ピン９４と第２の旋回ピン１０４は、交差する旋回軸ＰＡを規定する（図１６を参照）。第２の旋回ピン１０４は、アクチュエータ２１、２２、２３の旋回ヨーク１０６をジョイントブロック９６に旋回可能に接続する。結果として、アクチュエータ２１、２２、２３は、ツール支持本体８０に対して２自由度で動かすことができる。ピンを受け入れるスロットを備えたボールを含む能動球形ジョイント１０５などの他のタイプの能動ジョイントも企図される（例えば、図２０および２１を参照）。

図１４および１５を参照すると、能動ジョイントはまた、２つの前部アクチュエータ２１、２２を手持ち部分１６のベース７４に結合する一組の第２の能動ジョイント１０８を含む。示されているバージョンでは、第２の能動ジョイント１０８は、ジョイント支持体７７、７８で支持されている。第２の能動ジョイント１０８のそれぞれは、スイベル軸ＳＡの周りで手持ち部分１６のベース７４に対して回転するように配置されたスイベルヨーク１１０を備える。各スイベルヨーク１１０は、スイベルヘッド１１２と、スイベルヘッド１１２から延び、ジョイント支持体７７、７８の１つでベース７４と旋回可能に係合する支柱１１４とを有する。ナット１１５は、支柱１１４の一端にねじ込み式に接続して、支柱１１４をベース７４に捕捉しながら、スイベルヨーク１１０が、それぞれのジョイント支持体７７、７８内で自由に回転できるようにする。

第２の能動ジョイント１０８のそれぞれは、スイベルヨーク１１０の１つに旋回可能に結合されたキャリア１１６を備える。キャリア１１６は、以下でさらに説明するように、２つの前部アクチュエータ２１、２２の親ねじ１５０を受け入れるために、内部にねじ山付きの貫通穴１１７を有する。キャリア１１６のそれぞれはまた、スイベルヨーク１１０のポケット１２０に着座することによって、キャリア１１６が旋回軸ＰＡ（図１４を参照）の周りでスイベルヨーク１１０に対して旋回することを可能にする対向するトラニオン１１８を備える。いくつかのバージョンでは、第２の能動ジョイント１０８のそれぞれについて、スイベル軸ＳＡが旋回軸ＰＡと交差して、アクチュエータ２１、２２が２自由度で動く単一の頂点（ｖｅｒｔｅｘ）を規定する。

カバー１２２は、スイベルヘッド１１２に固定され、ポケット１２０の一方を規定し、スイベルヘッド１１２は、他方のポケット１２０を規定する。組み立て中、キャリア１１６は、最初に、スイベルヘッド１１２のポケット１２０に配置されたトラニオン１１８の１つによって位置決めされ、次いで、キャリア１１６がカバー１２２とスイベルヘッド１１２の間に捕捉され、トラニオン１１８およびポケット１２０を介してスイベルヨーク１１０に対して旋回することができるように、カバー１２２が他のトラニオン１１８に対して固定される。スイベルヨーク１１０および関連するキャリア１１６の構成、すなわち、スイベル軸ＳＡを中心に回転し、旋回軸ＰＡを中心に旋回するキャリア１１６の能力によって、第２の能動ジョイント１０８は、ベース７４に対して２つの前部アクチュエータ２１、２２の２自由度の動きを可能にする。２つの前部アクチュエータ２１、２２とベース７４との間の他のジョイント配置も可能である。

能動ジョイントはまた、後部（第３の）アクチュエータ２３を手持ち部分１６のベース７４に結合する第３の能動ジョイント１２４を含む。示されているバージョンでは、第３の能動ジョイント１２４は、ジョイント支持体７９で支持されている。第３の能動ジョイント１２４は、ベース７４のジョイント支持体７９に固定された旋回ハウジング１２６を備える。

第３の能動ジョイント１２４は、トラニオン１１８を介して旋回ハウジング１２６に旋回可能に結合されたキャリア１１６を備える。ポケット１３２を有するファスナ１３０は、貫通穴１３３を介して旋回ハウジング１２６のいずれかの側に取り付けられて、トラニオン１１８と係合する。ファスナ１３０は、組み立て後にキャリア１１６がポケット１３２内に配置されているトラニオン１１８を介して旋回できるように構成されている。キャリア１１６は、以下でさらに説明するように、後部アクチュエータ２３の親ねじ１５０を受け入れるために、内部にねじ山付きの貫通穴１１７を有する。旋回ハウジング１２６および関連するキャリア１１６の構成、すなわち、関連するキャリア１１６が旋回軸ＰＡを中心としてのみ旋回する（例えば、回転しない）能力によって、第３の能動ジョイント１２４は、ベース７４に対する後部アクチュエータ２３の動きの１自由度のみを可能にする。後部アクチュエータ２３とベース７４との間の他のジョイント配置も可能である。

図１６を参照すると、アクチュエータ２１、２２、２３のそれぞれは、ハウジング１３４を備える。ハウジング１３４は、キャニスター１３６と、キャニスター１３６にねじ込み式に接続されたキャップ１３８とを備える。第１の能動ジョイント９２の一部を形成する旋回ヨーク１０６は、ハウジング１３４および旋回ヨーク１０６が第１の能動ジョイント９２を介してツール支持体１８に対して一緒に動くことができるように、ハウジング１３４に固定される。キャップ１３８は、旋回ヨーク１０６の環状肩１４０を捕捉して、旋回ヨーク１０６をキャニスター１３６に固定する。

いくつかのバージョンでは、旋回ヨーク１０６およびキャニスター１３６は、各旋回ヨーク１０６を、事前規定された相対的な方向でそれぞれのキャニスター１３６に整列するための１つまたは複数の整列機能を備える。そのような整列機能は、嵌合部分、キー／キー溝などを含み得る。組み立て中、旋回ヨーク１０６は、最初に、事前規定された相対的な方向でキャニスター１３６に固定され、次いで、キャップ１３８は、事前規定された相対的な方向でキャニスター１３６に対して旋回ヨーク１０６を捕捉するようにキャニスター１３６にねじ込まれる（例えば、外ねじおよび内ねじの嵌合を介して）。この事前規定された関係は、フレックス回路ＦＣのルーティングおよび／または整列、キャニスター１３６に対する旋回ヨーク１０６のロールの防止、および／または他の目的に役立つ可能性がある。

アクチュエータ２１、２２、２３のそれぞれはまた、各ハウジング１３４に配置されたモータ１４２を含む。モータ１４２は、ハウジング１３４内に配置されたケーシング１４４と、ケーシング１４４内に配置されたモータ巻線アセンブリ１４６とを有する。モータ巻線アセンブリ１４６はまた、例えば、止めねじＳＳ（図１６を参照）または上記のものなどの他の整列機能を介して、キャニスター１３６に対して事前規定された相対的な方向で整列され得る。各モータ１４２はまた、親ねじ１５０に固定された回転子１４８を有する。親ねじ１５０は、１つまたは複数のブッシュおよび／またはベアリング１５１によって、ハウジング１３４内で回転するように支持されている。回転子１４８および関連する親ねじ１５０は、モータ１４２の選択的通電時にハウジング１３４に対して回転するように構成される。親ねじ１５０は、逆駆動を防止するために微細なピッチおよびリード角を有する（すなわち、それらはセルフロックである）。結果として、ツール２０に加えられた負荷は、モータ１４２を容易に逆駆動しない。いくつかの例では、親ねじ１５０は、０．０２から０．０３インチ／回転のリードをもたらす８－３６クラス３スレッドを有する。他のスレッドタイプ／サイズも使用できる。

アクチュエータ２１、２２、２３のそれぞれは、別個のモータコントローラによって制御されてもよい。モータコントローラは、アクチュエータ２１、２２、２３にそれぞれ別々に配線されて、各アクチュエータ２１、２２、２３を所与のターゲット位置に個別に向けることができる。いくつかの例では、モータコントローラは比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラである。いくつかの例では、モータコントローラは、機器コントローラ２８と統合されるか、またはその一部を形成することができる。説明を容易にするために、モータコントローラは、本明細書では、機器コントローラ２８の一部であると説明される。

電源は、例えば、コンソール３３を介してモータ１４２に３２ＶＤＣ電力信号を提供する。３２ＶＤＣ信号は、機器コントローラ２８を介してモータ１４２に印加される。機器コントローラ２８は、各モータ１４２に電力信号を選択的に提供して、モータ１４２を選択的に起動させる。モータ１４２のこの選択的な起動は、ツール２０を位置決めするものである。モータ１４２は、ブラシレスＤＣサーボモータ、他の形態のＤＣモータなどを含む、任意の適切なタイプのモータであり得る。電源はまた、機器コントローラ２８に電力を供給して、機器コントローラ２８の内部の構成要素に電力を供給する。電源は、例えば、１２ＶＤＣ、２４ＶＤＣ、４０ＶＤＣなどの他のタイプの電力信号を提供できることを理解されたい。

１つまたは複数のセンサＳ（図７も参照）は、信号を機器コントローラ２８に送り返し、その結果、機器コントローラ２８は、関連するアクチュエータ２１、２２、２３の現在の位置（すなわち、測定位置）を決定できる。これらの信号のレベルは、関連する回転子１４８の回転位置の関数として変化し得る。一実装形態では、センサＳは、所与の回転内の回転子１４８の回転位置を高解像度で決定することができる。これらのセンサＳは、回転子１４８、または親ねじ１５０に配置された他の磁石からの感知された磁場に基づいてアナログおよび／またはデジタル信号を出力するホール効果センサであり得る（例えば、図１６の２極磁石ＭＧを参照）。ホール効果センサに電力を供給するための低電圧信号、例えば５ＶＤＣは、ホール効果センサが関連付けられているモータ１４２に関連するモータコントローラから供給され得る。いくつかの例では、２つのホール効果センサがハウジング１３４内に配置され、回転子１４８の周りに互いに９０度離間し、回転子位置を感知して、機器コントローラ２８が回転子の位置を決定し、回転子１４８のインクリメント回転をカウントできるようにする（１つのそのようなセンサＳと磁石ＭＧとを図１６に示す）。いくつかのバージョンでは、ホール効果センサがインクリメントカウントを表すデジタル信号を出力する。様々なタイプのモータとセンサの配置が可能である。いくつかの例では、モータ１４２はブラシレスＤＣサーボモータであり、２つ以上の内部ホール効果センサは、回転子１４８の周りで互いに９０度、１２０度、または他の任意の適切な間隔で配置され得る。センサＳはまた、回転子１４８の回転位置を検出し、回転子１４８の回転をカウントするために使用され得るアブソリュートまたはインクリメンタルエンコーダを備え得る。他のタイプのエンコーダも１つまたは複数のセンサとして使用できる。センサは、アクチュエータとその周囲の構成要素の任意の適切な位置に配置でき、ハウジング、ナット、ねじなど、調整時に各アクチュエータの位置を決定するのに適している。さらに別の構成では、センサレスモータ制御を利用することができる。そのような実装において、各回転子の位置は、モータの逆起電力および／またはインダクタンスを測定することによって決定され得る。１つの適切な例は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第７，４２２，５８２号に見出すことができる。

いくつかの例では、ホール効果センサからの出力信号は、機器コントローラ２８に送られる。機器コントローラ２８は、受信信号のレベルの変更を監視する。これらの信号に基づいて、機器コントローラ２８は回転子位置を決定する。回転子位置は、初期位置またはホーム位置からの回転子１４８の回転角度（ｄｅｇｒｅｅｓｏｆｒｏｔａｔｉｏｎ）と見なすことができる。回転子１４８は、複数の３６０°回転を実行することができる。したがって、回転子の位置は３６０度を超える可能性がある。カウントと呼ばれるスカラー値は、ホーム位置からの回転子位置を表す。回転子１４８は、時計回りおよび反時計回りの両方向に回転する。複数の信号（アナログまたはデジタル）の信号レベルが規定された状態変更を受けるたびに、機器コントローラ２８は、カウントをインクリメントまたはデクリメントして、回転子位置の変更を示す。回転子１４８が完全に３６０度回転するたびに、機器コントローラ２８は、カウントの値を一定のカウント数だけインクリメントまたはデクリメントする。いくつかの例では、カウントは、回転子１４８の３６０度回転ごとに１００から３，０００の間でインクリメントまたはデクリメントされる。いくつかの例では、例えば、インクリメンタルエンコーダが回転子位置を監視するために使用される場合のように、回転子１４８の３６０度回転あたり１，０２４の位置（カウント）が存在する。機器コントローラ２８の内部には、各アクチュエータ２１、２２、２３に関連するカウンタがある。カウンタは、インクリメントまたはデクリメントされたカウントの累積数に等しい値を記憶する。カウント値は、正、ゼロ、または負にすることができる。いくつかのバージョンでは、カウント値は、回転子１４８のインクリメント運動を規定する。したがって、アクチュエータ２１、２２、２３の回転子１４８は、最初に、それらのホーム位置（以下でさらに説明される）と呼ばれる既知の位置に動かされ、その後、カウント値は、回転子１４８の現在の位置を規定するために使用される。

前述のように、キャリア１１６は、親ねじ１５０をねじ込み式に受け入れるために、内部にねじ山付きの貫通穴１１７を有し、その結果、各親ねじ１５０は、キャリア１１６の対応する１つに対して回転して、複数のアクチュエータ２１、２２、２３のうちの対応する１つの有効長を調整することができ、それにより、機器コントローラ２８によって測定されるカウントを変化させる。ハウジング１３４および対応するキャリア１１６のそれぞれは、親ねじ１５０がキャリア１１６に対して回転することを可能にするために、少なくとも１自由度での相対運動が拘束される。より具体的には、親ねじ１５０は、以下の理由により、キャリア１１６に対して回転することができる。すなわち、旋回ヨーク１０６は、関連する能動軸ＡＡ１、ＡＡ２、ＡＡ３の周りを回転することができない（すなわち、旋回ヨーク１０６は、第１の能動ジョイント９２の構成により、そのような回転運動が制限される）、そして、キャリア１１６は、関連する能動軸ＡＡ１、ＡＡ２、ＡＡ３の周りを回転することができない（すなわち、キャリア１１６は、第２の能動ジョイント１０８および第３の能動ジョイント１２４の構成により、そのような回転運動が制限される）。

親ねじ１５０上に形成されたねじ山ファスナおよび肩などのストップ１５２は、親ねじ１５０に固定されている。ストップ１５２は、各親ねじ１５０の移動の端でキャリア１１６に当接するようなサイズになっている。

前述のように、アクチュエータ２１、２２、２３は、有効長が能動的に調整可能であり、手持ち部分１６に対するツール支持体１８の動きを可能にする。この有効長の一例は、図１６の第３のアクチュエータ２３に「ＥＬ」と表示されている。ここで、有効長ＥＬは、関連するキャリア１１６の中心から関連する第１の能動ジョイント９２の中心まで測定される。各アクチュエータ２１、２２、２３が調整されると、親ねじ１５０が関連するキャリア１１６にねじ込まれ、または繰り出された距離を変化させ、それにより、関連するキャリア１１６の中心から関連する第１の能動ジョイント９２の中心までの距離を変更させることによって、有効長ＥＬが変化する。アクチュエータ２１、２２、２３は、有効長ＥＬの最小値と最大値との間で調整可能である。各アクチュエータ２１、２２、２３の有効長ＥＬは、能動軸ＡＡ１、ＡＡ２、ＡＡ３に沿ったツール支持体１８と手持ち部分１６との間の距離を示すために任意の適切な方法で表され／測定され得、それは、手持ち部分１６に対してツール支持体１８の様々な動きを引き起こすように変化する。

拘束アセンブリ２４は、アクチュエータ２１、２２、２３と協調して動作して、アクチュエータ２１、２２、２３によって提供される動きを拘束する。アクチュエータ２１、２２、２３は３自由度での動きを提供し、一方、拘束アセンブリ２４は、３自由度での動きを拘束する。示されているバージョンでは、拘束アセンブリ２４は、受動リンケージ２６と、受動リンケージ２６をツール支持体１８に結合する受動リンケージジョイント１５６とを含む。

１つのバージョンでは、図１４および１６に示されるように、受動リンケージジョイント１５６は、受動リンケージＵジョイントを備える。Ｕジョイントは、第１の旋回ピン１５８およびジョイントブロック１６０を備える。第１の旋回ピン１５８は、ジョイントブロック１６０の貫通穴１６４を介して、ジョイントブロック１６０をツール支持本体８０の受動リンケージマウント１６２に旋回可能に接続する。止めねじ１６６は、第１の旋回ピン１５８を受動リンケージマウント１６２に固定することができる。Ｕジョイントはまた、第２の旋回ピン１７０を備える。ジョイントブロック１６０は、第２の旋回ピン１７０を受け入れるためのクロス穴１６８を有する。第２の旋回ピン１７０は、受動リンケージ２６の受動リンケージ旋回ヨーク１７２をジョイントブロック１６０に旋回可能に接続する。第２の旋回ピン１７０は、第１の旋回ピン１５８、ジョイントブロック１６０、および第２の旋回ピン１７０がＵジョイントのクロスを形成するように、第１の旋回ピン１５８を受け入れる貫通穴１７１を有する。第１の旋回ピン１５８および第２の旋回ピン１７０は、交差する旋回軸ＰＡを規定する（図１６を参照）。結果として、受動リンケージ２６は、ツール支持本体８０に対して２自由度で移動可能となる。ピンを受け入れるスロットを備えたボールを含む受動リンケージ球形ジョイント１０７などの他のタイプの受動リンケージジョイントも企図される（例えば、図２０および２１を参照）。

受動リンケージ２６は、受動リンケージ旋回ヨーク１７２に固定されたシャフト１７４を備える。受動リンケージ２６はまた、拘束軸ＣＡに沿ってシャフト１７４を受け入れるように構成されたベース７４のスリーブ７６を備える。受動リンケージ２６は、シャフト１７４がスリーブ７４に対して拘束軸ＣＡに沿って軸方向に摺動し、１つまたは複数のアクチュエータ２１、２２、２３の作動中に拘束軸ＣＡに対して半径方向にシャフト１７４の動きを拘束することを可能にするように構成される。

受動リンケージ２６は、拘束軸ＣＡの周りのスリーブ７６に対するシャフト１７４の回転を拘束するためのキー１７６をさらに備える。キー１７６は、図１６に最もよく示されている。キー１７６は、シャフト１７４およびスリーブ７６内の対向するキー溝１７８、１８０に適合し、シャフト１７４をスリーブ７６に回転的にロックする。一体型キー／スロット配置などのように、シャフト１７４およびスリーブ７６の相対回転を防止するための他の配置も企図される。受動リンケージ２６は、アクチュエータ２１、２２、２３とは独立して、ツール支持体１８と手持ち部分１６とを動作可能に相互接続する。受動リンケージは、アクチュエータ２１、２２、２３のうちの１つまたは複数の作動中に、拘束軸ＣＡに沿って有効長ＥＬで受動的に調整可能である。スリーブ７６、シャフト１７４、およびキー１７６は、受動リンケージ２６のためのリンクの１つの組み合わせを表す。任意の適切な方法で接続された他のサイズ、形状、および多くのリンクを、受動リンケージ２６に使用することができる。

示されているバージョンでは、受動リンケージジョイント１５６は、ツール支持体１８に対して２つの旋回軸ＰＡを中心に旋回することができる。他の構成も可能である。

また、示されているバージョンでは、第１の能動ジョイント９２および受動リンケージジョイント１５６は、共通平面ＣＰ上に配置された旋回軸ＰＡを規定している（図９および１１を参照）。非平行旋回軸ＰＡ、異なる平面上に配置された平行旋回軸ＰＡ、それらの組み合わせ、および／または他の構成もまた企図される。

いくつかのバージョンでは、ツール支持体１８のヘッド８４は、ツール２０がツール支持体１８に結合されたときに、ツール２０が共通平面ＣＰに平行なツール平面ＴＰ（例えば、刃平面）上に配置されるように構成される（図９および１１を参照）。いくつかの例では、ツール平面ＴＰは、共通平面ＣＰから２．０インチ以下、１．０インチ以下、０．８インチ以下、または０．５インチ以下離れている。

図１０、１４、および１６を参照すると、拘束軸ＣＡおよび第３の能動軸ＡＡ３は、アクチュエータ２１、２２、２３の作動全体を通して、垂直中心面ＶＣＰに沿って同一平面上に配置され得る。拘束軸ＣＡおよび第３の能動軸ＡＡ３が同一平面上にないものを含む、他の構成もまた企図される。

示されているバージョンでは、アクチュエータ２１、２２、２３は、ホーム位置にいるときも含むアクチュエータ２１、２２、２３のすべての位置において、能動軸ＡＡ１、ＡＡ２、ＡＡ３が拘束軸ＣＡに対して傾斜した構成になるように配置される。軸ＡＡ１、ＡＡ２、ＡＡ３を傾斜させることは、一般に、アクチュエータ配置を先細にし、よりスリムでよりコンパクトなベース７４および関連するグリップ７２を可能にする。能動軸ＡＡ１、ＡＡ２、ＡＡ３が拘束軸ＣＡに対して傾斜した構成にないものを含む、他の構成が企図される。このような構成には、アクチュエータ軸ＡＡ１、ＡＡ２、ＡＡ３がホーム位置で互いに平行である構成が含まれ得る。

アクチュエータ、能動ジョイント、および拘束アセンブリのさらなる構成が可能である。いくつかのバージョンでは、拘束アセンブリが存在しない場合があり、機器１４のツール支持体１８は、手持ち部分１６に対して追加の自由度で動かすことができる場合がある。さらに、上記のように、以下に説明するアクチュエータアセンブリを使用することができる。

仮想境界
機器１４の動作を制御するために制御システム６０によって使用されるソフトウェアは、境界発生器１８２を含む（図７を参照）。境界発生器１８２は、機器コントローラ２８、ナビゲーションコントローラ３６、および／または別個のコントローラなどの他の構成要素に実装され得る。境界発生器１８２はまた、機器１４から遠隔操作する別個のシステムの一部であり得る。図２２を参照すると、境界発生器１８２は、機器１４の動きおよび／または動作を制限するための１つまたは複数の仮想境界１８４を生成するソフトウェアプログラムまたはモジュールである。いくつかの例では、境界発生器１８２は、仮想切断ガイド（例えば、仮想鋸切断ガイド）を規定する仮想境界１８４を提供する。仮想境界１８４はまた、以下に説明されるように、様々な動作／制御領域を描写するために提供され得る。仮想境界１８４は、１次元（１Ｄ）、２次元（２Ｄ）、３次元（３Ｄ）であり、点、線、軸、軌道、平面（無限平面または解剖学的構造または他の境界により囲まれる平面セグメント）、体積または複雑な幾何学的形状を含む他の形状を含み得る。仮想境界１８４は、ピクセル、点群、ボクセル、三角形メッシュ、他の２Ｄまたは３Ｄモデル、それらの組み合わせなどによって表すことができる。米国特許出願公開第２０１８／０３３３２０７号および米国特許第８，８９８，０４３号は参照により組み込まれ、それらの特徴のいずれかを使用して、外科的処置の計画または実行を容易にすることができる。

仮想境界１８４は、様々な方法で使用することができる。例えば、制御システム６０は、以下を行うことができる。すなわち、境界内に留まるようにツール２０の特定の動きを制御し、境界の外側に留まるようにツール２０の特定の動きを制御し、ツール２０の特定の動きを制御して、境界に留まるようにし（例えば、点、軌道、および／または平面に留まる）、境界に近づく（魅力的な境界）か、境界からはじかれる（反発する境界）ようにツール２０の特定の動きを制御し、および／または境界に対する機器１４の関係（例えば、空間、速度など）に基づいて、機器１４の特定の動作／機能を制御する。境界１８４の他の使用もまた企図される。

いくつかの例では、仮想境界１８４の１つは、図２２に示されるように、所望の切断面である。制御システム６０は、最終的に、いくつかのバージョンでは、ツール２０を所望の切断面上に維持するように機能するであろう。ツール２０の位置決めを制御する仮想境界１８４はまた、体積境界であってもよく、例えば、図２に示されるように、鋸刃が境界内にあり、所望の切断面上に留まるように拘束するために、刃の厚さよりわずかに厚い厚さを有するものなどである。したがって、所望の切断面は、仮想平面境界、仮想体積境界、または他の形態の仮想境界によって規定することができる。仮想境界１８４は、仮想物体と呼ばれることもある。仮想境界１８４は、３Ｄ骨モデルなどの解剖学的モデルＡＭに関して規定され得る（解剖学的モデルＡＭがそれらの登録のために実際の大腿骨Ｆ上に仮想的にオーバーレイされることを示す図２２を参照）。言い換えれば、仮想境界１８４に関連する点、線、軸、軌道、平面、体積などは、解剖学的モデルＡＭの座標系に対して固定された座標系で規定され得るため、解剖学的モデルＡＭの追跡（例えば、それが登録されている関連する解剖学的構造の追跡を介して）はまた、仮想境界１８４の追跡を可能にする。

解剖学的モデルＡＭは、仮想境界１８４が解剖学的モデルＡＭおよび関連する座標系に関連付けられるように、第１の患者トラッカー５４に登録される。仮想境界１８４は、例えば、インプラントのサイズ、形状、体積などに基づいて規定されたインプラント固有、および／または、例えば、患者の解剖学的構造に基づいて規定された患者固有とすることができる。仮想境界１８４は、術前、術中、またはそれらの組み合わせで作成される境界であり得る。言い換えれば、仮想境界１８４は、外科的処置が始まる前、外科的処置中（組織除去中を含む）、またはそれらの組み合わせで規定され得る。仮想境界１８４は、それらを作成する制御システム６０、他のソース／システムからそれらを受信することなどによって、多くの方法で提供され得る。仮想境界１８４は、検索および／または更新のためにメモリに記憶され得る。

全人工膝関節ＩＭを受け入れるために大腿骨Ｆを準備する場合（図１を参照）などのいくつかの場合、仮想境界１８４は、全人工膝関節ＩＭのための複数の切断面（例えば、５つの切断面）を描くために使用できる複数の平面境界を含み、大腿骨Ｆの遠位端の３Ｄモデルに関連付けられる。これらの複数の仮想境界１８４は、制御システム６０によって一度に１つずつ起動されて、切断を一度に１つの平面に拘束することができる。

機器コントローラ２８および／またはナビゲーションコントローラ３６は、仮想境界１８４に対するツール２０の状態を追跡する。一例では、ＴＣＰ座標系の状態（例えば、鋸刃の姿勢）は、アクチュエータ２１、２２、２３のターゲット位置を決定する目的で、仮想境界１８４に対して測定され、これにより、ツール２０は、所望の状態を維持する。場合によっては、制御システム６０は、物理的な境界／障壁の存在下での物理的なハンドピースの応答の仕方をエミュレートする方法で機器１４を制御／位置決めする。

図７に戻ると、２つの追加のソフトウェアプログラムまたはモジュールが、機器コントローラ２８および／またはナビゲーションコントローラ３６上で実行される。１つのソフトウェアモジュールが挙動制御１８６を実行する。挙動制御１８６は、ツール２０の次の命令／所望の位置および／または方向（例えば、所望の姿勢）を示すデータを計算するプロセスである。場合によっては、ＴＣＰの所望の位置のみが挙動制御１８６から出力され、一方、場合によっては、ツール２０の命令姿勢が出力される。境界発生器１８２からの出力（例えば、１つまたは複数の座標系における仮想境界１８４の現在の位置および／または方向）は、挙動制御１８６への入力として供給して、アクチュエータ２１、２２、２３の次の命令位置および／またはツール２０の方向を決定することができる。挙動制御１８６は、この入力を、以下でさらに説明する１つまたは複数の他の入力とともに処理して、命令姿勢を決定することができる。

機器コントローラ２８は、命令信号を各アクチュエータ２１、２２、２３に送信してツール２０を所望の姿勢に向けて調整することによって、１つまたは複数のアクチュエータ２１、２２、２３を制御することができる。機器コントローラ２８は、アクチュエータ２１、２２、２３が手持ち部分１６に対してツール支持体１８を調整することができる全長を知ることができる。いくつかの例では、機器コントローラ２８は、アクチュエータ２１、２２、２３が調整できる全長を知っており、命令信号をアクチュエータ２１、２２、２３に送信して、位置から位置まで測定された距離を動かすことができる。測定位置は、既知の位置、またはアクチュエータ２１、２２、２３の現在の位置とアクチュエータの制限との間の距離であり得る。アクチュエータ２１、２２、２３が動く各位置は、アクチュエータの移動の正の制限および負の制限からの測定された距離であり得る（すなわち、親ねじの両端の間の位置）。機器コントローラ２８は、以下に説明するように、アクチュエータ２１、２２、２３を測定位置から測定位置まで命令することができる。

機器コントローラ２８は、命令信号を各アクチュエータ２１、２２、２３に送信して、アクチュエータ２１、２２、２３を第１の位置から命令位置に動かすことができ、ツール２０を所望の姿勢に配置する。いくつかの例では、命令位置は、ナビゲーションシステム３２と連動して機器コントローラ２８によって決定され、手持ち部分１６、患者トラッカーＰＴ、５４、５６、所望の切断面またはそれらの組み合わせなどの仮想物体に対するツール２０およびツール支持体１８の位置を決定し、アクチュエータ２１、２２、２３に信号を送信して、ツール２０を所望の姿勢に配置するために、特定の距離または命令位置を調整し得る。機器コントローラは、ツール２０の所望の調整状態に到達するために、アクチュエータ２１、２２、２３をある位置に命令することができる。機器コントローラ２８は、アクチュエータ２１、２２、２３を制御して、計算された距離を直線的に動かし、ツール２０を所望の姿勢に向けて調整することができる。アブソリュートエンコーダが使用される場合などの他の例では、機器コントローラは、アクチュエータ２１、２２、２３に信号を送信して、各アクチュエータ２１、２２、２３を、アブソリュートエンコーダによって決定された手持ち部分に対するツール支持体１８の既知の位置に基づいて命令位置に配置することができる。以前に命令された位置は、アクチュエータ２１、２２、２３がアクチュエータ２１、２２、２３の現在の位置の前に調整された位置であり得る。いくつかの例では、以前に命令された位置は、ツール２０を所望の姿勢に向けて調整するためにアクチュエータ２１、２２、２３が命令された位置であり得る。

いくつかの例では、アクチュエータ２１、２２、２３の１つまたは複数が制限に達したとき、機器コントローラ２８は、アクチュエータがツール２０を所望の姿勢に向けて調整することができる範囲にツール２０を戻すために、手持ち部分１６を調整することを要求し得る。そのような場合、シミュレートされた命令位置を使用して、ツール２０およびアクチュエータ２１、２２、２３を所望の姿勢に整列するように戻すために、手持ち部分１６をどのように動かすかをユーザに示すことができる。シミュレートされた命令位置は、ナビゲーションシステム３２からのナビゲーションデータと併せて機器コントローラ２８によって決定される位置であってもよく、これは、アクチュエータ２１、２２、２３を調整せずにツール２０を所望の姿勢に向けて調整するために手持ち部分１６を動かさなければならないものである。シミュレートされた命令位置は、ガイダンスアレイ２００、インジケータ２０１、２０２、２０３、またはその両方と連動して、ツール２０を所望の姿勢に配置するために手持ち部分１６を特定の方法で動かす必要があることをユーザに合図する。いくつかの例では、ガイダンスアレイ２００、インジケータ２０１、２０２、２０３、またはその両方は、アクチュエータ２１、２２、２３がツール２０を調整した場合と同じ方法で手持ち部分１６を動かすようにユーザに合図を送るが、アクチュエータは所定の位置に留まっており、手持ち部分１６を操作することによってツール２０の姿勢を修正することをユーザに依存している。

第２のソフトウェアモジュールは、運動制御１８８を実行する。運動制御１８８の一態様は、機器１４の制御である。運動制御１８８は、挙動制御１８６から次の命令姿勢を規定するデータを受け取る。これらのデータに基づいて、運動制御１８８は、各アクチュエータ２１、２２、２３の回転子１４８の次の回転子位置を決定し（例えば、逆運動学を介して）、その結果、機器１４は、例えば、命令姿勢で、挙動制御１８６によって命令されるようにツール２０を位置決めすることができる。言い換えれば、運動制御１８８は、デカルト空間で規定され得る命令姿勢を機器１４のアクチュエータ位置（回転子位置など）に処理し、その結果、機器コントローラ２８は、それに応じてモータ１４２に命令して、機器１４のアクチュエータ２１、２２、２３を、ツール２０の命令された姿勢に対応する命令された回転子位置などの命令位置に動かすことができる。一つのバージョンでは、運動制御１８８は、各モータ１４２の回転子位置を調整し、各モータ１４２が出力するトルクを継続的に調整し、可能な限り密接に、モータ１４２が関連するアクチュエータ２１、２２、２３を命令された回転子位置に駆動することを確実にする。

いくつかのバージョンでは、機器コントローラ２８は、各アクチュエータ２１、２２、２３について、回転子１４８の測定位置と命令位置との間の差を決定する。機器コントローラ２８は、ターゲット電流（回転子のトルクに比例する）を出力し、電圧を変更させて、アクチュエータの電流を初期電流からターゲット電流に調整する。ターゲット電流は、アクチュエータ２１、２２、２３の動きをもたらし、ツール２０を測定された姿勢から命令された姿勢に動かす。これは、命令された姿勢がジョイント位置に変換された後に起こり得る。一例では、各回転子１４８の測定位置は、エンコーダなどの上記のセンサＳから導き出すことができる。

境界発生器１８２、挙動制御１８６、および運動制御１８８は、ソフトウェアプログラムのサブセットであり得る。あるいは、それぞれは、別々におよび／またはそれらの任意の組み合わせで独立して動作するソフトウェアプログラムであり得る。「ソフトウェアプログラム」という用語は、本明細書では、説明された技術的解決策の様々な機能を実行するように構成されたコンピュータ実行可能指示を説明するために使用される。簡単にするために、「ソフトウェアプログラム」という用語は、少なくとも、境界発生器１８２、挙動制御１８６、および／または運動制御１８８のうちの任意の１つまたは複数を包含することを意図している。ソフトウェアプログラムは、機器コントローラ２８、ナビゲーションコントローラ３６、またはそれらの任意の組み合わせで実装することができ、または制御システム６０によって任意の適切な方法で実装することができる。

臨床アプリケーション１９０は、ユーザの相互作用を処理するために提供され得る。臨床アプリケーション１９０は、ユーザの相互作用の多くの側面を処理し、術前計画、インプラント配置、登録、骨準備の視覚化、および移植適合の術後評価などを含む、外科的ワークフローを調整する。臨床アプリケーション１９０は、ディスプレイ３８に出力するように構成される。臨床アプリケーション１９０は、それ自体の別個のプロセッサ上で実行することができ、または機器コントローラ２８および／またはナビゲーションコントローラ３６と一緒に実行することができる。一例では、臨床アプリケーション１９０は、インプラント配置がユーザによって設定された後、境界発生器１８２とインターフェースし、次に、境界発生器１８２によって返された仮想境界１８４を実行のために機器コントローラ２８に送る。

ホーミング
解剖学的構造を治療する前に（例えば、大腿骨Ｆおよび／または脛骨Ｔを切断する前に）、および以下に説明する特定の動作モード中に、ホーミング手順を実行することができ、これは、アクチュエータ２１、２２、２３をそれぞれのホーム位置に配置することによって、ツール２０のホーム位置を確立する。このプロセスは、制御システム６０が回転子１４８の現在の位置を決定することができるように、センサＳによって測定された回転子１４８のインクリメント運動をカウントするための基準位置を提供するために使用される。いくつかのバージョンでは、センサＳが回転子１４８の絶対位置を測定することができる場合、ホーミングは必要ない場合がある。事実上、ホーミングプロセスは、アクチュエータ２１、２２、２３の初期回転子位置（ゼロ位置）を確立する。ホーム位置は、事実上、能動軸ＡＡ１、ＡＡ２、ＡＡ３に沿って各方向に可能な限り最大の移動を提供する回転子１４８の位置である。いくつかの例では、ホーム位置は、概して、ストップ１５２間の中間に中央に配置された親ねじ１５０のホーム点ＨＰが、関連するキャリア１１６に中央に配置されるように位置決めされる（ホーム位置にある２つのアクチュエータ２２、２３を示す図１６を参照されたい）。アブソリュートエンコーダのようにホーミング手順を使用しない場合でも、他のモード（以下でさらに説明するアプローチモードなど）を実行する前または後に、アクチュエータ２１、２２、２３をホーム点ＨＰに設定することが含まれ得る。機器コントローラ２８は、アクチュエータ２１、２２、２３を、アクチュエータ２１、２２、２３の有効長ＥＬの最小値と最大値との間のそれらのホーム位置に制御するように構成され得る。

ホーム位置にあるとき、アクチュエータ２１、２２、２３の調整可能な量は、ツール２０を所望の姿勢に保つために最大化される。機器１４の特定の形状および構成に応じて、様々なレベルの調整が可能である。いくつかの例では、すべてのアクチュエータ２１、２２、２３がそれらのホーム位置にあるとき、ツール２０は、ロール方向の変更がゼロであり、ｚ軸並進がないと仮定して、ホーム位置に対して約＋／－１８°のピッチ方向に調整され得る。いくつかの例では、すべてのアクチュエータ２１、２２、２３がそれらのホーム位置にあるとき、ツール２０は、ピッチ方向の変更がゼロであり、ｚ軸並進がないと仮定して、ホーム位置に対して約＋／－３３°のロール方向に調整され得る。いくつかの例では、すべてのアクチュエータ２１、２２、２３がそれらのホーム位置にあるとき、ツール２０は、ピッチ方向およびロール方向の変更がゼロであると仮定して、ホーム位置に対して約＋／－０．３７インチのｚ軸並進で調整され得る。もちろん、ツール２０は、動作中に、ピッチ、ロール、およびｚ軸の並進を同時に、連続して、またはそれらの組み合わせで調整することができる。

各アクチュエータ２１、２２、２３のホーミング手順は、連続して、同時に、または任意の所望の順序で実行することができる。場合によっては、ホーミング手順中に、機器コントローラ２８が各モータ１４２を作動させる。モータ１４２は、関連する親ねじ１５０を回転させるように作動され、ストップ１５２がキャリア１１６に接触するまで、関連する能動軸ＡＡ１、ＡＡ２、ＡＡ３に沿って各軸方向に親ねじ１５０と関連するキャリア１１６との間に相対的な軸方向変位を引き起こす。そのような接触は、追加のセンサＳによって、モータ１４２への電流を監視することによって（例えば、閾値を超える電流のスパイクは、ストップ１５２に到達したことを示す）などによって決定することができる。例えば、モータ１４２は、ストップ１５２の１つがキャリア１１６に係合するまで親ねじ１５０を作動させることができ、その時点で、累積カウントおよび関連する端回転子位置が記憶される。回転子位置を表す累積カウントを記憶するカウンタは、第１のストップ１５２に到達したときにゼロに設定することもできるが、必須ではない。次に、モータ１４２は、他のストップ１５２がキャリア１１６に係合するまで、親ねじ１５０を反対方向に作動させることができる。この期間中、機器コントローラ２８は、センサＳからの信号を監視して、他端回転子位置に到達するまで回転子１４８の回転をカウントする。機器コントローラ２８は、ストップ１５２間の親ねじ１５０（例えば、そのシャフトの）の総回転角度を表すカウンタ内のカウントを維持する。ホーム位置は、それらのカウントの平均、またはストップ１５２間の平均回転子位置である。

いくつかの例では、機器コントローラ２８は、回転子の端位置間（例えば、移動制限間）で親ねじ１５０を変位させるのに必要な回転子１４８の回転を表す累積カウントをデータとして記憶する。これら２つのカウントの絶対差が計算される。この差は２で割られる。この値は、キャリア１１６内のホーム点ＨＰをホーム位置に中心決めするために、回転子１４８が現在位置から回転しなければならないカウントの数を表す。例えば、このプロセスにおいて、機器コントローラ２８は、以下の指示を受け取ることができる。回転子の一端位置において、カウント値は２５００であった。も回転子の他端位置では、カウント値は－１４８０であった。これらのカウント値の差は３９８０である。この差の半分は１９９０である。したがって、回転子の端位置間の平均カウント値は、－１４８０＋１９９０＝５１０として計算できる。この数はターゲット位置と呼ばれる。ホーミングプロセス中、このターゲット位置は、ホーム位置を表す累積カウントに等しい正または負の数である。次に、機器コントローラ２８は、モータ１４２に通電信号を印加して、回転子１４８を、ホーム位置を表すこのカウントに向かって回転させる。

結果として生じる回転子１４８の回転中に、センサＳの値の変化は、カウンタに記憶されたカウント値を変更させるカウントの出力をもたらす。このステップの間、機器コントローラ２８は、カウンタに記憶された累積カウントを、ホーム位置によって表されるカウントと比較する。これらの２つの値が等しい場合、機器コントローラ２８は、モータ１４２への通電信号の印加を終了する。機器コントローラ２８はまた、ホーム位置でカウンタをゼロに設定することができる。回転子１４８、ひいては親ねじ１５０のこの回転は、キャリア１１６に対する親ねじ１５０の、能動軸ＡＡ１、ＡＡ２、ＡＡ３に沿ったホーム位置への変位をもたらすことを理解されたい。アクチュエータ２１、２２、２３がそれらのホーム位置にあると、ストップ１５２（例えば、ハードストップ）が移動の極限でキャリア１１６に接触するのを防ぐために、ソフトストップを有効にすることができる。ソフトストップは、ホーミング手順中に測定された移動の極限をわずかに下回るカウント値に設定されたソフトウェア対応のストップであり得る。ソフトストップは、ソフトウェアに事前にプログラムされた値であり得る。ソフトストップは、カウント値と事前にプログラムされた値の組み合わせであり得る。

図１６に示されるように、アクチュエータ２１、２２、２３のそれぞれは、有効長ＥＬを有する。ホーム位置での有効長ＥＬは、任意の適切な長さにすることができる。いくつかの例では、ホーム位置での有効長ＥＬは約２．１４インチであり、ハードストップ１５２に係合するときの有効長ＥＬの最小／最大値は、それぞれ約１．７２インチおよび２．５６インチである。ソフトストップを使用する場合、有効長ＥＬの最小値／最大値はそれぞれ約１．７８インチと２．５０インチになり得る。これらの値は単なる例であり、他の値が企図されていることを理解されたい。

いくつかの例では、キャリア１１６に向かって回転子１４８の変位をもたらす回転子１４８の回転に関連する各インクリメントカウントは、正のインクリメントカウントであり、キャリア１１６から離れる回転子１４８の変位をもたらす回転子１４８の回転に関連する各インクリメントカウントは、負のインクリメントカウントである。したがって、機器コントローラ２８は、回転子の位置を表す累積カウントデータを提供することができる。

ベース座標系ＢＣＳの初期位置は、アクチュエータ２１、２２、２３がそれらのホーム位置または他の所定の位置にあるときのツール支持体座標系ＴＣＳとベース座標系ＢＣＳとの間の既知の幾何学的関係に基づいて決定することができる。この関係は、アクチュエータ２１、２２、２３が調整されると変化し、関連する変化は、ロボットシステム１０の運動学に基づいて決定することができる（例えば、これらの座標系間の動的変換を確立する）。代替的に、または追加的に、別のトラッカーを、ベース座標系ＢＣＳに関して取り付けて固定し、ツール支持体座標系ＴＣＳに対してベース座標系ＢＣＳの姿勢を直接追跡することができる。したがって、ロボットシステム１０は、ホーム位置などのツール２０の位置、および手持ち部分１６の姿勢との関係を知っている。したがって、ツール２０がユーザによって動かされ、その姿勢がツールトラッカー５２を使用して追跡されるとき、ロボットシステム１０はまた、手持ち部分１６の姿勢およびそのベース座標系ＢＣＳも追跡する。いくつかの例では、事前の較正プロセスの結果として、ツール支持体１８に対するツール２０の位置が既知であると想定される。

いくつかのバージョンでは、ホーム位置は、最初に、手持ち部分１６に固定された別個のトラッカーを使用することによって、共通の座標系におけるツール支持体１８（例えば、ツール支持体座標系ＴＣＳに関連して）に対する手持ち部分１６（例えば、ベース座標系ＢＣＳの）の姿勢を決定することによって決定される（図６０を参照）。手持ち部分１６とツール支持体１８との間のこの空間的関係は、ポインタ５７および手持ち部分１６上の既知の較正ディボットを使用する登録によって、または他のナビゲーション方法を介して決定することもできる。次に、アクチュエータ２１、２２、２３のそれぞれの現在の回転子位置は、機器１４の運動学に基づいて、この空間的関係から導き出すことができる。現在の回転子位置を知り、エンコーダー（および対応するエンコーダー信号）を使用して現在の回転子位置からの変かを測定することにより、機器コントローラ２８は、その後、それらがホーム位置に到達するまで、アクチュエータ２１、２２、２３のそれぞれを動作することができる。ホーム位置は、機器コントローラ２８のメモリに記憶することができる。

本質的に、機器コントローラ２８は、機器１４上のツール支持体１８および手持ち部分１６に結合されたトラッカー５２からナビゲーションシステム３２によって得られた追跡データを使用して、アクチュエータ２１、２２の位置を決定する。その後、インクリメンタルエンコーダがアブソリュートエンコーダとして動作できるようになる。

登録、較正、およびホーミング（使用される場合）が完了すると、ナビゲーションシステム３２は、解剖学的構造（例えば、大腿骨Ｆまたは他のターゲット組織に関して）および１つまたは複数の仮想境界１８４に関してツール２０の空間姿勢を決定することができる。したがって、機器１４は、解剖学的構造の境界に制約された治療の準備ができている（例えば、機器１４は、大腿骨Ｆからターゲット体積の材料を切断する準備ができている）。上で規定されたホーミング手順が使用されない場合でも（例えば、アブソリュートエンコーダ）、アクチュエータ２１、２２、２３は、アプローチモードなどの他の動作モードを実行する前または後に、ホーム位置に依然として設定され得る。

ホーミングプロセスの後、制御は、ナビゲーションコントローラ３６からの位置および／または方向データ、ならびに機器コントローラ２８からの累積カウントデータまたはアクチュエータの他の位置データに基づく。制御は、トリガーやフットスイッチなどの他の入力装置などのユーザ入力に基づくこともできる。いくつかの例では、機器２８は、以下でさらに説明するように、治療される解剖学的構造に対するツール２０の姿勢に基づいて自動的に動作することができる。

機器１４の制御は、データ接続を介してナビゲーションコントローラ３６から機器コントローラ２８に送信される、解剖学的構造（例えば、大腿骨Ｆ）および機器１４の最新の位置および／または方向を考慮に入れる。これらのデータを使用して、機器コントローラ２８は、所望の座標系における仮想境界１８４の位置（すなわち、位置および／または方向）を決定する。仮想境界１８４に対するツール２０（例えば、ＴＣＰ）の相対位置も計算される。機器コントローラ２８は、ツール２０が適用される解剖学的構造に対するツール２０の位置および／または方向でナビゲーションシステム３２（ディスプレイ３８を含む）を更新する。仮想境界１８４の位置の表示も提示され得る。

仮想境界１８４に対するツール２０の相対位置は、機器コントローラ２８によって評価され、アクションを実行する必要があるかどうかつまり、ツール２０を動かし、ツール２０の速度（振動速度など）を変更し、ツール２０の動作を停止するかを判断する。指示データパケットは、例えば、コンソール３３または機器コントローラ２８の他の構成要素などから、モータコントローラに送信される。これらの指示データパケットには、モータ１４２の回転子１４８のターゲット位置（またはアクチュエータのターゲット位置）が含まれる。ここで、各ターゲット位置は、関連する回転子１４８のターゲット累積カウントを表す正または負の数であり得る。機器コントローラ２８のコンソール３３または他の構成要素は、これらの指示データパケットを生成し、０．０５から４ミリ秒ごとに１つのパケットの速度で各モータコントローラに送信する。いくつかの例では、各モータコントローラは、少なくとも０．１２５ミリ秒に１回、指示データパケットを受信する。機器コントローラ２８はまた、仮想境界１８４のうちの１つまたは複数に対するツール２０の相対位置に基づいて、機器１４の切断速度を選択的に調整することができる。例えば、ツール２０の振動および対応する切断を制御する駆動モータＭは、ツール２０が仮想境界１８４に対して望ましくない関係にあるときはいつでも、例えば、ツール２０が閾値を超えてターゲット面から離れているときはいつでも、機器コントローラ２８によって無効にされ得る。

使用中、ロボットシステム１０が、ツール支持体１８上に配置されたトラッカー５２によって、ナビゲーションシステム３２を備えたツール２０の姿勢（現在の姿勢）を決定するとき、機器コントローラ２８はまた、アクチュエータ２１、２２、２３のそれぞれに配置された１つまたは複数のエンコーダからの出力エンコーダ信号に基づいて、アクチュエータ２１、２２、２３のそれぞれの現在位置を決定することができる。アクチュエータ２１、２２、２３のそれぞれの現在の位置を受け取ると、機器コントローラ２８は、手持ち部分１６の現在の姿勢を計算することができる（例えば、順運動学を使用してアクチュエータの位置から姿勢に変換するＴＣＰ座標系（ＢＣＳに関するＴＣＰ）などの所望の座標系に対するベース座標系ＢＣＳの現在の姿勢）。機器コントローラ２８が、所望の座標系におけるツール支持体１８および手持ち部分１６の現在の相対姿勢を有すると、次に、機器コントローラ２８は、ナビゲーションシステム３２によって決定されたツール２０の現在の姿勢、アクチュエータ２１、２２、２３のそれぞれの現在の位置によって計算された手持ち部分１６の現在の姿勢に基づいて、所望の切断面として対象となる、計画された仮想物体の位置および／または方向に基づいて、ツール２０の命令姿勢を決定することができる。機器は、ＢＣＳに関してＴＣＰの姿勢（命令された姿勢）を計算する。これにより、ＴＣＰは所望の平面上に配置されるか、または計画された仮想物体と整列される。機器コントローラ２８は、命令指示をアクチュエータ２１、２２、２３に送信して、命令位置に動かし、それにより、ツール支持体１８およびツール２０の姿勢を変更することができる。一例では、ツール２０の命令姿勢はさらにターゲット切断面に基づいているので、機器コントローラ２８は、ツール支持体１８の現在の姿勢およびアクチュエータ２１、２２、２３の現在の位置を計算して、手持ち部分１６の現在の姿勢を決定する。ツール支持体１８の現在の姿勢、アクチュエータ２１、２２、２３の現在の位置、および手持ち部分１６の現在の姿勢がわかると、機器コントローラ２８は、アクチュエータ２１、２２、２３に命令信号を送り、所望の平面に基づいてツール支持体１８およびツール２０を調整する。コントローラは、瞬間的に（１回の反復中に）手持ち部分（ＢＣＳ）の姿勢が患者の解剖学的構造に対して静止していると仮定して、命令姿勢を計算する。対応する姿勢を毎回更新することで、ＢＣＳの実際の動きを調整する。

図６４に目を向けると、例示的な制御が、様々な変換に関して説明されている。ＴＣＰは、ＬＣＬＺ（ＬＣＬＺ－ＴＴ）のトラッカー５２でツール２０を追跡し、登録データを使用して、ツールトラッカー５２と、鋸などのツール２０のＴＣＰ（ＴＴ－ＴＣＰ）との間の変換を決定することによって決定される。同様に、患者は、ＬＣＬＺ（ＬＣＬＺ－ＰＴ）の患者トラッカーＰＴ（５４として表示）を使用して追跡される。変換（ＰＴ－ＴＰ）は、登録データおよび計画情報を使用して、患者トラッカーＰＴと各計画された仮想物体１８４（ＴＰ）との間で決定される。上記のように、ＢＣＳとＴＣＰの間の変換（ＢＣＳ－ＴＣＰ）は、各アクチュエータ（上記）の現在の位置に基づいて計算される。ＢＣＳとＴＣＰとの間の変換は、命令された姿勢がＢＣＳに対して決定され得るので、様々な座標系を手持ち部分１６に関連付けるために利用される。概念的には、命令姿勢は、ＢＣＳからＴＣＰへの変換の更新であり、その結果、この例では、ＴＣＰが計画された仮想物体１８４（ターゲット面ＴＰ）と整列される。

この説明全体を通して、特に断りのない限り、姿勢の任意のインスタンスは、命令姿勢、現在の姿勢、過去の姿勢、または過去の命令姿勢であり得る。これらの姿勢のそれぞれは互いに異なる可能性があるが、制御の頻度により、これらの姿勢間の位置および／または方向の違いは、各制御の反復で最小になる可能性がある。

物体の位置および方向の組み合わせは、物体の姿勢と呼ばれることを理解されたい。本開示を通して、本明細書に記載の概念の適切な代替案を達成するために、姿勢という用語を位置および／または方向に置き換えることができ、その逆も可能であると考えられる。言い換えると、姿勢という用語の使用は位置に置き換えることができ、位置という用語の使用は姿勢に置き換えることができる。

視覚的ガイダンス
図２２に示されるように、ガイダンスアレイ２００は、ツール支持体１８に結合され得る。追加的に、または代替的に、ガイダンスアレイ２００は、図６５に見られるように手持ち部分１６、または機器１４の他の部分に取り付けられ得る。示されるバージョンでは、ガイダンスアレイ２００は、少なくとも第１の視覚的インジケータ２０１、第２の視覚的インジケータ２０２、および第３の視覚的インジケータ２０３を備える。視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３のそれぞれは、機器コントローラ２８に結合された１つまたは複数の照明源を含む。いくつかのバージョンでは、照明源は、１つまたは複数の発光ダイオード（例えば、ＲＧＢＬＥＤ）を含み、これは、異なる状態、例えば、オン、オフ、異なる周波数で、異なる強度、異なる色で照射された点滅／明滅、それらの組み合わせなどで動作され得る。図２２に示されるバージョンでは、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３のそれぞれは、上部および下部２０４、２０６（上部セグメント２０４、下部セグメント２０６）を含む。さらに、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３のそれぞれは、２つの部分２０４、２０６より多い部分、例えば、３つ以上、４つ以上、またはさらに１０以上の部分に分割され得ることが企図される。例えば、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３のそれぞれは、３つの部分に分割され得、各部分は、１つまたは複数のＬＥＤを含む。視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３は、概して球形であり得、上部および下部２０４、２０６は、必要に応じて別々に制御／照明され得る半球形、透明または半透明のドームを含む。視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３は、円柱、リング、正方形、多角形、または視覚的合図をユーザに伝えることができる任意の他の形状などの球以外の形状を有し得ることが企図される。１つまたは複数の発光ダイオードを各ドームに関連付けることができる。視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３は、１つまたは複数の取り付けブラケット２０５を介して、ツール支持体１８または手持ち部分１６に固定することができる。

ガイダンスアレイが使用されないいくつかの例では、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３は、ツール支持体１８または手持ち部分１６に取り付けられたＬＣＤ、またはＬＥＤディスプレイ上の別個の領域などの、ディスプレイ画面の別個の部分（図６６を参照）を含み得る（例えば、図６６）。ディスプレイ画面は、ディスプレイ画面を機器に取り付けるのに加えて、またはその代わりに、ナビゲーションシステムの一部として含めることもできる。

いくつかの構成では、ディスプレイ画面が１つ、２つ、３つ、または４つの部分を有し、それぞれが異なる視覚的インジケータに対応する。ディスプレイ画面の各部分は、異なる視覚的グラフィックに対応し得る。以下に説明するように、視覚的インジケータ（またはディスプレイ画面の一部）のそれぞれは、アクチュエータ情報に基づくことができる。場合によっては、単一の視覚的インジケータは、２つ以上のアクチュエータからのアクチュエータ情報に基づくことができる。さらに、全体を通して説明されるように、視覚的インジケータは、ユーザがツールを配置すべき場所を示す第１のモード、および視覚的インジケータがユーザが手持ち部分を配置すべき場所を示す第２のモードで使用され得る。

例えば、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３は、第１のアクチュエータ２１、２２、２３の第１の命令位置に基づいて第１の指示（ｆｉｒｓｔｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）（第１の視覚的グラフィック）および第１のアクチュエータ２１、２２、２３の第２の命令位置に基づく第２の指示（ｓｅｃｏｎｄｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）（第２の視覚的グラフィック）を出力するように構成され、第１の指示は第２の指示とは異なり、第１の命令位置は第２の命令位置とは異なる。上記のように、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３は、任意の適切なタイプのアクチュエータ情報に基づいて制御することができる。言い換えれば、ディスプレイ画面に表示される視覚的グラフィックスは、命令位置、以前に命令された位置、シミュレートされた命令位置、現在の測定位置、以前に測定された位置、使用可能な移動、アクチュエータの制限（ハードまたはソフトストップなど）、現在の位置から命令位置までに必要な距離、またはそれらの組み合わせに基づき得る。

いくつかの構成では、機器コントローラ２８は、上部および下部２０４、２０６が異なる状態で動作してツール２０の所望の動きの方向を示すように、上部および下部２０４、２０６の照明を制御するように構成される。機器コントローラ２８は、異なる状態または異なる表示で複数の部分の照明を制御するように構成されることがさらに企図される。例えば、様々な状態がユーザに次のことを示し得る。すなわち、（１）ユーザが手持ち部分１６をどのように動かして、ツール２０（例えば、鋸刃）を所望の姿勢（例えば、所望の切断面上）に配置するべきか、または（２）アクチュエータ２１、２２、２３が、以下でさらに説明するように、制御システム６０が同時に動作してツール２０を所望の姿勢に保つ間、それらのホーム位置に近づくなどの好ましい方向に動くように、ユーザが手持ち部分１６をどのように動かすべきか。

動作のいくつかのモードの間、機器コントローラ２８は、ユーザが手持ち部分１６を介してツール２０を動かしている間に、ツール２０の所望の姿勢を達成するためのツール２０のピッチ方向、ロール方向、およびｚ軸並進の所望の変更をユーザに視覚的に示すために、ガイダンスアレイ２００を自動的に制御／調整するように構成される（例えば、その状態を変更する）。いくつかのバージョンでは、ガイダンスアレイ２００は、ツール２０の平面を直観的に表す方法で、ツール支持体１８または手持ち部分１６に結合されている。例えば、３つの点が平面を規定するので、３つの視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３は、概して、ツール２０の平面を表すことができる。場合によっては、インジケータ２０１、２０２、２０３のそれぞれは、ツール２０の平面に対して既知の位置を有する点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の１つに対応する（例えば、ツールの平面に配置され、ＴＣＰ座標系、ツール支持体座標系ＴＣＳで規定されている、またはその他の適切な座標系で規定されている）。いくつかのバージョンでは、インジケータ２０１、２０２、２０３は、図２３Ａ～２３Ｄに示されるように、ツール２０の点Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６にそれぞれ対応する。視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３に関連する点は、ツール２０の平面内の他の適切な位置、またはツール２０の平面に対して既知の関係を有する位置に規定することができる。

集合的に、１つまたは複数の視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３を使用するガイダンスアレイ２００を配置し、それらの状態を制御して、ツール２０のピッチ、ロール、および並進を変更するために、ユーザに所望の動きの変更（例えば、移動量）を視覚的に示すことができ、したがって、所望の姿勢を達成するための、ツール支持体座標系ＴＣＳのピッチ、ロール、および並進の所望の変更を視覚的に示すことができる。より具体的には、機器コントローラ２８は、ユーザがピッチ方向の所望の変更、ロール方向の所望の変更、および並進の所望の変更を区別できるようにガイダンスアレイ２００を照明するように構成される。機器コントローラ２８は、ユーザがツール２０を所望の平面に動かすのに必要な移動量を示すことができるように、ガイダンスアレイ２００を照明するか、またはディスプレイ画面を制御するように構成され得る。所望の平面は、平面または平面セグメントであり得る。ピッチ、ロール、および並進の変更は、例えば、１つまたは複数の仮想境界に関連している。

別の構成では、１つまたは複数の視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３を使用するガイダンスアレイ２００を配置し、それらの状態を制御して、手持ち部分１６のピッチ、ロール、および並進を変更するために、動きの所望の変更（例えば、移動量）を視覚的に示し、したがって、所望の姿勢を達成するために、ベース座標系ＢＣＳのピッチ、ロール、および並進の所望の変更をユーザに視覚的に示すことができる。より具体的には、機器コントローラ２８は、ユーザがピッチ方向の所望の変更、ロール方向の所望の変更、および並進の所望の変更を区別できるように、ガイダンスアレイ２００またはディスプレイ画面を照明するように構成される。機器コントローラ２８は、ツール２０が所望の平面上にあるように、ユーザが手持ち部分１６を動かすのに必要な移動量を示すことを可能にする方法でガイダンスアレイ２００を照明するように構成される。ピッチ、ロール、および並進の変更は、例えば、１つまたは複数の仮想境界１８４に関連している。

機器コントローラ２８は、ガイダンスアレイ２００および／または視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３（またはディスプレイ画面）の動作を、ガイダンスアレイ／視覚的インジケータがツール２０の動きの所望の変更を示すモードから、入力装置（例えば、フットスイッチ、トリガーなど）の起動などの入力信号に基づいて、手持ち部分１６の動きの所望の変更を示すように切り替えることができる。あるいは、機器コントローラ２８は、トラッカー５４、５６、ＰＴなどの既知の座標系で、ツール２０の位置と、骨の基準位置の位置に基づいて、これらのモードを切り替えるように構成してもよい。基準位置は、ターゲット物体に対して機器１４を位置付けるために使用される座標系における点、表面、または体積であり得る。例えば、基準位置は、骨の表面、骨内の点、既知の座標系内の想像点または仮想点、座標系内の体積、またはそれらの組み合わせであり得る。基準位置の位置および／または方向は、登録および適切な計画ステップを通じて、患者トラッカーに関して知られている。

以下に説明するように、機器コントローラ２８は、距離パラメータに基づいてモードを切り替えることができる。距離パラメータは、距離（例えば、２つの物体がどれだけ離れているか）、大きさ（ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）（１つの物体に対する距離の方向）、またはその両方であり得る。いくつかの例では、距離パラメータが骨から離れる方向を有し、第１の閾値よりも大きい大きさを有するとき、機器コントローラ２８はモードを切り替えることができる。第１のモードでは、機器コントローラ２８は、アクチュエータ２１、２２、２３のそれぞれを自動的に制御して、ツール２０を手持ち部分１６の姿勢に対して一定の姿勢に維持し、第２のモードでは、コントローラは、ツール２０が手持ち部分１６の姿勢に対して所望の平面に向かって能動的に動くように、アクチュエータ２１、２２、２３のそれぞれを自動的に制御することを理解されたい。モード間の自動切り替えは、骨への近さおよび行われる切断によって決定される適切なタイプのガイダンスをユーザに提供し得る。言い換えれば、機器１４が骨に近いとき、ガイダンスアレイ２００および／または視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３は、正確なガイダンスを提供するように動作し、手持ち部分１６が、所望の平面に対して運動範囲を最大にする姿勢に位置決めされたままであることを確実にする。

図２３Ａ～２３Ｄに示されるスキームでは、第１の視覚的インジケータおよび第２の視覚的インジケータ２０１、２０２は、手持ち部分１６の前であって、機器１４の両側に配置され、それぞれのアクチュエータ２１、２２とほぼ整列している。第３の視覚的インジケータ２０３は、手持ち部分１６の後方であって、アクチュエータ２３とほぼ整列し、機器１４の後部近くに配置される。すなわち、第１の視覚的インジケータおよび第２の視覚的インジケータ２０１、２０２は、第３の視覚的インジケータ２０３の遠位に配置される。図２に示すように、上から見た場合、ホーム位置において、第１の視覚的インジケータおよび第２の視覚的インジケータ２０１、２０２は、ツール支持体座標系ＴＣＳおよびベース座標系ＢＣＳのｙ軸の前方およびツール支持体座標系ＴＣＳおよびベース座標系ＢＣＳのｘ軸の両側に配置される。上から見たとき、ホーム位置において、第３の視覚的インジケータ２０３は、ｙ軸の後方に配置され、ｘ軸と整列されている。いくつかの例では、ホーム位置にあるとき、ツール支持体１８は、ｘ軸を通って垂直中心面ＶＣＰを規定し、第１の視覚的インジケータおよび第２の視覚的インジケータ２０１、２０２は、垂直中心面ＶＣＰの両側で垂直中心面ＶＣＰからオフセットされ、垂直中心面ＶＣＰは、第３の視覚的インジケータ２０３を通過する（図１１を参照）。視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３の他の配置が企図される。

いくつかの例では、図２３Ａ～２３Ｄに戻って参照すると、上部および下部２０４、２０６は、ツール支持体座標系ＴＣＳのｚ軸に平行な方向軸ＤＡ上で垂直に配向することができ、異なる状態（例えば、色、周波数、強度など）は、各視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３の所望の動きの上下方向を示すために、上部および下部２０４、２０６のそれぞれに示すことができる。この配置の結果として、例えば、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３のすべてが下方向の動きが望まれることを示すように制御される場合、それは、ユーザが手を下方向に動かす必要があることを示す（図２３Ａの矢印を参照）。機器コントローラ２８は、上部２０４が第１の状態で動作し、下部２０６が第１の状態とは異なる第２の状態で動作して、ユーザに仮想境界１８４に対するツール２０および／または手持ち部分１６の並進位置を変更することを示すように、上部２０４の照明を制御することができる。示されている例では、下向きの方向は、上部２０４を赤く照明し、下部２０６を黄に照明することによって視覚的に示すことができる（例えば、黄の上の赤は方向が下方向であることを示す）。

機器コントローラ２８はまた、第１の視覚的インジケータ２０１の上部２０４の照明を第１の状態で動作するように制御し、第２の視覚的インジケータ２０２の上部２０４の照明を第１の状態とは異なる第２の状態で動作するように制御し、ツール２０のロール方向を変更するようにユーザに示すように構成され得る。同様に、機器コントローラ２８は、第３の視覚的インジケータ２０３の上部２０４の照明を第１の状態で動作するように制御し、第１および第２の視覚的インジケータ２０１、２０２の上部２０４の照明を第１の状態とは異なる第２の状態で動作するように制御し、仮想境界１８４に対するツール２０のピッチ方向を変更するようにユーザに示すように構成され得る。例えば、図２３Ｂに示されるように、わずかな下方向の動きおよびピッチ方向の変更のみが必要とされる場合（矢印を参照）、第１の視覚的インジケータおよび第２の視覚的インジケータ２０１、２０２を照明して、それらがまだわずかに下方向に動かす必要があることを示すことができる。しかしながら、第３の視覚的インジケータ２０３は、機器１４の後部が前部よりもさらに下に動かす必要があることを示すために異なって照明されることができる（すなわち、ピッチの変更が必要である）。示されている例では、第１の視覚的インジケータおよび第２の視覚的インジケータ２０１、２０２の上部２０４を黄に照明し、下部２０６は緑に照明することによってわずかな下向きの方向を視覚的に示すことができる（例えば、緑の上に黄は方向が少し下であることを示す）。同時に、第３の視覚的インジケータ２０３は、図２３Ａのように照明されたままであり（例えば、黄の上に赤）、後部でさらに下方向の動きが必要であることを示し、したがって、視覚的かつ直感的に、機器１４がピッチにおいて再配向されるべきであることをユーザに示し得る。

図２３Ｃに示されるように、機器コントローラ２８は、第１の視覚的インジケータおよび第２の視覚的インジケータ２０１、２０２の上部および下部２０４、２０６の照明を制御し、上部および下部２０４、２０６が同じ状態で動作し、ツール２０の平面内の、またはツール２０の平面に関連する対応する点（Ｐ１、Ｐ２またはＰ４、Ｐ５）が所望の位置にあることを示す（例えば、緑の照明の上に緑で示される）ように構成され得る。言い換えれば、第１および第２のアクチュエータ２１、２２は、最終的にツール２０を所望の平面上に配置するためにそれ以上の作動を必要としない。しかしながら、図２３Ｃにも示されているように、第３の視覚的インジケータ２０３の上部および下部２０４、２０６は、依然として異なる状態にあり、機器１４の後部（および対応する点Ｐ３またはＰ６）は、図２３Ｂで必要とされるよりも少ないが（上記のように緑の上の黄の照明で示されるように）、依然として下げる必要があることを示す。図２３Ｄは、指示されたようにユーザが機器１４の後部をわずかに動かした（ピッチで）結果を示しており、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３の上部および下部のすべての部分２０４、２０６が同じ状態で動作する（例えば、緑の上の緑の照明）ことによって示されるように、ツール２０が所望の姿勢にある。

前述のように、ガイダンスアレイ２００（またはディスプレイ画面の各部分）の各視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３は、アクチュエータ２１、２２、２３のうちの１つまたは複数に関連付けることができる。言い換えれば、特定の構成では、各視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３は、特定の視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３の状態が、対応するアクチュエータ２１、２２、２３に関するアクチュエータ情報を直接反映するように、アクチュエータ２１、２２、２３の対応する１つと対にされる。各視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３は、２つ以上のアクチュエータ２１、２２、２３と対にされることもまた企図される。別の例では、２つ以上のアクチュエータ２１、２２、２３は、１つまたは複数の視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３と対にされ得る。場合によっては、特定の視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３の状態は、１つまたは複数のアクチュエータ２１、２２、２３に必要な動きの量を反映し、対応する点（例えば、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３またはＰ４、Ｐ５、Ｐ６）を命令姿勢（例えば、ツール２０の所望の平面）に動かす。例えば、図２３Ａのすべての視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３に示されるように、黄の上の赤の照明スキームは、各アクチュエータ２１、２２、２３がそれらの対応する点を所望の平面に動かすために比較的長い距離を移動する（例えば、収縮する）必要があることを示し、または所望の平面がアクチュエータ２１、２２、２３の手の届かないところにあることを示し得る。より具体的には、場合によっては、黄の上の赤の照明スキームは、所望の平面に到達するために必要な移動距離は、アクチュエータの利用可能な総移動の６０％、６５％、７０％、７５％、８０％を超える、またはそれ以上になり得る（例えば、アクチュエータのホーム位置からハードまたはソフトの制限まで測定した場合）ことを示す。他の範囲も考えられる。照明スキームが代わりに赤の上に黄であった場合、アクチュエータ２１、２２、２３は、反対方向に比較的長い距離を移動する必要がある（例えば、延びる）。

同様に、図２３Ｂの視覚的インジケータ２０１、２０２に示されるように、緑の上の黄の照明スキームは、関連するアクチュエータ２１、２２が対応する点を所望の平面に動かすために比較的短い距離を移動する（例えば、収縮する、延長する）必要があることを示し得る。より具体的には、場合によっては、緑の上の黄の照明スキームは、所望の平面に到達するために必要な動作範囲は、アクチュエータの利用可能な総移動の３０～８０％、３０～７５％、３０～７０％、３０～６５％、３０～６０％、４０～８０％、４０～７５％、４０～７０％、４０～６５％、４０～６０％、５０～８０％、５０～７５％、５０～７０％、５０～６５％、または５０～６０％の範囲であり得ることを示す。他の範囲も考えられる。照明スキームが代わりに黄の上に緑であった場合、アクチュエータ２１、２２は、反対方向に比較的短い距離を移動する必要がある（例えば、延びる）。

図２３Ｄのすべての視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３に示されるように、緑の上の緑の照明スキームは、関連するアクチュエータ２１、２２、２３が、対応する点を所望の平面に動かすために、比較的短い距離を移動する（例えば、収縮または延長する）必要があることを示し、または、対応する点がすでに所望の平面上にあることを示す。より具体的には、場合によっては、緑の上の緑の照明スキームは、所望の平面に到達するために必要な移動距離が、いずれかの方向のアクチュエータの利用可能な総移動の０～３０％、０～４０％、または０～５０％の範囲にあり得ることを示す。他の範囲も考えられる。視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３の状態の例示的なスキーム、および状態をいつ変更するかを決定するための閾値は、図２３Ｅに示されている。図２３Ｅでは、ホーム位置からの必要な移動の正（＋）のパーセンテージは、必要な延長の動きを示し、ホーム位置からの必要な移動の負（－）のパーセンテージは、必要な収縮の動きを示す。他の閾値およびそのような閾値に関連する状態変更が企図される。例えば、閾値は、必要な移動の実際の距離（例えば、ミリメートルまたはインチ）、および／または他の適切なパラメータに基づくことができる。

視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３のそれぞれは、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの少なくとも１つの照明源を含む。各ＬＥＤは、オン、オフ、異なる周波数で、異なる強度／色で照明される点滅／明滅、それらの組み合わせなどの異なる状態で動作することができる。ほとんどの例では、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３は複数のＬＥＤを含み、その結果、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３のそれぞれは、視覚的インジケータの各部分で緑、黄、および赤などのいくつかの色の光を生成することができる。各色は、１つまたは複数のアクチュエータ２１、２２、２３に関する情報を表すことができる。視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３の色、周波数、強度、および／または状態は、１つまたは複数のアクチュエータ情報に結び付けられ、命令位置、以前に命令された位置、シミュレートされた命令位置、現在の位置、以前に測定された位置、利用可能な移動、アクチュエータの制限（ハードまたはソフトストップなど）、現在の位置から命令位置までに必要な距離またはそれらの組み合わせなどである。

一例では、アクチュエータ２１、２２、２３の少なくとも１つに関する情報は、第１のアクチュエータ２１、２２、２３の命令位置、および第１のアクチュエータ２１、２２、２３の利用可能な移動であり得る。視覚的インジケータは、ツール２０を動かすための第１のアクチュエータの命令位置および第１のアクチュエータの利用可能な移動に基づいて制御され得る。例えば、第１の色は、アクチュエータの動作範囲内の第１の移動範囲およびそのアクチュエータ２１、２２、２３の命令位置に基づくことができ、第２の色は、第１の移動範囲とは異なる、アクチュエータ２１、２２、２３の動作範囲内の第２の移動範囲、およびそのアクチュエータ２１、２２、２３の命令位置であり得る。利用可能な移動範囲内のアクチュエータ２１、２２、２３の第３の移動範囲を表す第３の色が含まれてもよく、第３の移動範囲は、第２の移動範囲とは異なる。例えば、第１の色は赤で、アクチュエータ２１、２２、２３の命令位置に相関し、利用可能な移動の外側の制限に最も近くなる。第２の色は黄で、アクチュエータ２１、２２、２３の命令位置に相関し、利用可能な移動の外側の制限からさらに離れている。第３の色は緑であり、アクチュエータ２１、２２、２３の命令位置が利用可能な移動範囲の制限から遠く離れていることを示している。一例では、各視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３は、アクチュエータ２１、２２、２３の１つを表し、各アクチュエータを所望の位置に動かすために必要な視覚的合図（例えば、１つまたは複数の色、１つまたは複数のパターン、１つまたは複数の強度）を表示する。別の例では、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３に関連する色は、いくつかのアクチュエータパラメータを表し、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３によって、少なくとも１つのアクチュエータ２１、２２、２３を命令位置に持ってくるのに必要な移動量を表す第１の色、およびツール２０をアクチュエータの動作範囲に持ってくるために手持ち部分１６を動かす必要のある方向を表す第２の色をユーザに伝える。上記のように、第３の色は、利用可能な移動の最も外側の範囲（すなわち、命令位置に対して利用可能な残りの最小の移動）に対応し得る。第２の色は、利用可能な移動の中間範囲に対応し得る。第１の色は、利用可能な移動の最も内側の範囲に対応し得る（すなわち、命令位置に対して利用可能な残りの最も多くの移動）。いくつかの例では、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３が上部２０４および下部２０６を有するように構成される場合、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３のそれぞれは、異なる状態で上部２０４と下部２０６の両方を照明して、手持ち部分１６の所望の動きの方向を示すことができる。いくつかのバージョンでは、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３の上部および下部２０４、２０６の照明は、命令位置および手持ち部分１６の利用可能な移動に基づいて、同じ状態で動作され得る。

ガイダンスアレイ２００、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３は、ガイダンスアレイおよび／または視覚的インジケータがツールの配置を示している第１のモード、およびガイダンスアレイ２００および／または視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３が手持ち部分１６の配置を示している第２のモードで、アクチュエータ情報に基づいて、ピッチ方向、ロール方向、ｚ軸並進、またはそれらの組み合わせの変更を視覚的に示すように構成され得る。ガイダンスアレイ２００、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３は、両方のモードでアクチュエータ情報に基づいて同じ視覚的合図を視覚的に示すことができる。あるいは、ガイダンスアレイ２００、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３は、各モードでアクチュエータ情報に基づいて異なる視覚的合図を視覚的に示すことができる。例えば、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３は、アクチュエータ２１、２２、２３のうちの１つまたは複数の利用可能な移動および命令位置に基づいて制御され得る。別の構成では、各視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３は、対応するアクチュエータ２１、２２、２３の位置を表示し、手持ち部分１６および／またはツール２０を平面上に配置するための修正移動および／または方向をユーザに示すことができる。それに加えて、および／または、その代わりに、各視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３は、手持ち部分１６の位置を表示し、手持ち部分１６および／またはツール２０を平面上に配置するための修正移動および／または方向をユーザに示すことができる。例えば、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３のそれぞれは、手持ち部分１６を調整するためのアクチュエータ情報に基づいて、ピッチ方向、ロール方向、ｚ軸並進、またはそれらの組み合わせの変更をユーザに示すことができる。

上記のように、ガイダンスアレイ２００および／または視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３（ディスプレイ画面など）を使用して、ユーザが手持ち部分１６および／またはツール２０を所望の姿勢（ターゲット面など）に動かすようにガイドすることができる。アクチュエータ２１、２２、２３がツール２０を所望の姿勢に向かって能動的に動かしていない場合、すなわち、ユーザが手持ち部分１６を動かすことによってのみツール２０の姿勢が変更される場合、仮想シミュレーションを使用して、ツール２０の所望の姿勢を達成するために手持ち部分１６をどのように動かすかをユーザに示すことができる。このシミュレーションは、アクチュエータ２１、２２、２３が所望の姿勢を達成するために能動的に制御されているかのように作動することができ、したがって、機器コントローラ２８は、アクチュエータ２１、２２、２３のそれぞれについてシミュレートされた命令位置（実行されない）を生成し、これは１つまたは複数のアクチュエータ２１、２２、２３の利用可能な移動を超え得る。この場合、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３は、依然として赤く照明し（例えば、範囲外であるか、または範囲の制限に近いため）、手持ち部分１６を動かす必要があることをユーザに示すことができる。言い換えれば、アクチュエータ２１、２２、２３をその制限に近いまたはそれを超える位置に動作する必要がある場合、これは、アクチュエータ２１、２２、２３が、制限を超えることなく、ツール２０を所望の姿勢に配置するように動作できるような位置に手持ち部分１６を配置するように、手持ち部分１６を動かす必要があることをユーザに直接示している。例えば、機器コントローラ２８は、アクチュエータ２１、２２、２３のそれぞれに配置された１つまたは複数のエンコーダからの出力信号に基づいて、アクチュエータ２１、２２、２３のそれぞれの現在の位置を決定する。アクチュエータ２１、２２、２３のそれぞれの現在の位置を受け取ると、機器コントローラ２８は、手持ち部分１６の現在の姿勢を計算することができる。機器コントローラ２８がツール支持体１８および手持ち部分１６の現在の姿勢を有すると、次に、機器コントローラ２８は、アクチュエータ２１、２２、２３のそれぞれの現在位置によって計算されたツール２０の現在の姿勢および手持ち部分１６の現在の姿勢に基づいて、ツール２０、手持ち部分１６、またはその両方の命令姿勢を決定することができる。次に、機器コントローラ２８は、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３を介して（場合によってはガイダンスアレイ２００を使用することにより）命令指示をユーザに送信することができ、これはまた、ユーザが手持ち部分１６をどのように動かすかと相関する（すなわち、機器１４全体をターゲット面に向かって動かす）。

全体を通して説明されるガイダンスアレイおよび／または視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３は、任意の外科用ツールおよび任意の機器１４のアクチュエータ構成で使用できることを理解されたい。例えば、ガイダンスアレイ２００、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３、またはその両方は、以下でさらに説明される構成で使用され得る。さらに、ガイダンスアレイ２００および／または視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３は、ロボットシステム１０がツール２０および／または手持ち部分１６を、所望の姿勢、軌道、方向、位置、平面、またはそれらの組み合わせに動かすのに必要な移動量を示すことを可能にする構成を包含すると理解され得る。任意のガイダンスアレイおよび／または視覚的インジケータを、機器１４の任意の構成とともに使用して、本出願全体で説明される動作モードのいずれかで機器１４を位置決めする、動かす、および／または調整する方法をユーザに信号で伝えることができる。ピッチ、ロール、および並進の変更は、例えば、仮想境界のうちの１つまたは複数に関連している。ガイダンスアレイ２００および／または視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３は、ドリルまたはリーマー、ドライバ（ねじまたはピンの配置用）、バー、ピン、ガイドチューブなどを含むがこれらに限定されない、様々なタイプのツールの位置決めを容易にすることができる。

聴覚、触覚（例えば、振動）など、他のタイプのフィードバックを使用して、ユーザをガイドするのを助けることができることを理解されたい。例えば、駆動モータＭを使用してフィードバックを提供することができる。拡張現実技術の使用、解剖学的構造への光の投射など、他のタイプの視覚的フィードバックも使用できる。

動作
動作中、ロボットシステム１０は最初にパワーアップされ、システムを動作させるためのソフトウェアアプリケーションが開始される。トラッカー５２、５４、５６、ＰＴは初期化され、トラッカー５２、５４、５６は、機器１４およびターゲットの解剖学的構造（例えば、大腿骨Ｆおよび脛骨Ｔ）上に配置される。トラッカー５４、５６が解剖学的構造に取り付けられた状態で、解剖学的構造および／または関連する画像／モデルは、既知の登録技術を使用してトラッカー５４、５６に登録される。これは、ユーザがポインタ５７で解剖学的構造上の特定の表面またはランドマークに触れることを要求し得る。例えば、これは、ユーザが、ポインタ５７の選択ボタンを押すか、またはナビゲーションシステム３２のフットスイッチを押す間に、解剖学的構造の表面上のいくつかの点に触れることを必要とし得る。これは、解剖学的構造の術前および／または術中の画像／モデルと一致させるために、ナビゲーションシステム３２内の表面上の点を「ペイント」する。解剖学的構造の術前画像および／または術中画像／モデルは、ナビゲーションシステム３２にロードされる。解剖学的構造の追跡された部分は、術前／術中の画像／モデルに登録される。ひいては、これにより、ロボットシステム１０は、解剖学的構造が動くときに、ディスプレイ３８上に解剖学的構造の実際の位置および方向のグラフィック表現を提示することができる。

較正／登録手順において、トラッカー５２の方向および位置は、較正ディボットＣＤまたは他の基準点の固定された既知の位置を参照することによって、ツール支持体１８に対して較正／登録される。いくつかの例では、１つまたは複数のトラッカー５２をツール支持体１８、手持ち部分１６、またはその両方に配置し、ツール支持体１８および／または手持ち部分１６の位置がナビゲーションシステム３２によって追跡されるようにする。トラッカー５２が機器１４に一体化されている例では、ツール支持体１８に対するトラッカー５２の相対的な位置が知られているので、そのような較正は不要であろう。

機器１４の動作を制御するために使用される仮想物体（例えば、仮想境界１８４）もまた、規定／取得される。機器コントローラ２８上で実行されているソフトウェア（例えば、境界発生器１８２）は、仮想物体の初期規定を生成／取得する。ユーザは、必要に応じて仮想物体の性質／配置を調整する機能と選択肢を有し得る。

図２２に示されるように、１つの例示的な構成では、制御システム６０は、ターゲット部位および／または解剖学的構造からの所定の距離および／または位置で様々な領域を規定する。これらは、領域Ｉ、ＩＩ、およびＩＩＩとして示されている。これらの領域のそれぞれは、解剖学的構造および／または仮想境界１８４に関連する座標系で規定することができる。場合によっては、これらの領域は、ターゲット部位および／または解剖学的構造に関する球または他の幾何学的プリミティブとして規定される。他の例では、領域（および以下で説明する他の領域）は、機器１４、ツール支持体１８、手持ち部分１６、ツール２０、ターゲット部位／解剖学的構造、またはそれらの組み合わせに関して規定され得る。制御システム６０は、手持ち部分１６、ツール支持体１８、ツール２０、ターゲット部位／解剖学的構造、またはそれらの組み合わせによって規定される領域が特定の仮想境界／仮想切断ガイド機能に近づくときに、機器１４を制御することができる。

いくつかの例では、機器コントローラ２８は、複数のアクチュエータ２１、２２、２３および視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３に結合されて、以下を含む複数のモードでそれらの動作を制御する。すなわち、機器コントローラ２８が複数のアクチュエータ２１、２２、２３のそれぞれをそれらのホーム位置に自動的に調整するホームモード、複数のアクチュエータ２１、２２、２３がそれらのホーム位置に維持されている間に、機器コントローラ２８が、ツール２０を所望の姿勢（例えば、所望の軌道または平面上）に配置するためのツール２０の所望の動きを示すアプローチモード、ツール２０が概して所望の姿勢に配置されており、機器コントローラ２８が、ガイダンスアレイ２００およびそれに関連する視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３を使用し、複数のアクチュエータ２１、２２、２３をそれらのホーム位置の閾値内に維持するための手持ち部分１６の所望の動きを示すオンターゲットモードである。

追加的に、および／または代替的に、機器コントローラ２８は、機器１４を、ホーミングモード、アプローチモード、およびオンターゲットモード以外のモードに配置することができ、複数の入力に基づいて作動および調整するために、視覚ガイダンスアレイ、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３、アクチュエータ２１、２２、２３、またはそれらの組み合わせを制御する。

別の構成では、機器コントローラ２８は、ガイダンスアレイおよび／または視覚的インジケータを制御して、複数のアクチュエータ２１、２２、２３がある位置に維持されている間、領域内の機器１４の姿勢に基づいて、ツール２０を所望の姿勢に配置（例えば、所望の軌道または平面上）するための手持ち部分１６の所望の動きを示すモードで動作することができる。

別の例では、機器コントローラ２８は、ガイダンスアレイおよび／または視覚的インジケータを制御して、複数のアクチュエータ２１、２２、２３が、ターゲット面および手持ち部分１６に対してツール支持体１８およびツール２０を能動的に調整している間、領域内の機器１４の姿勢に基づいて、ツール２０を所望の姿勢（例えば、所望の軌道または平面上で）に配置するための手持ち部分１６の所望の動きを示すモードで動作することができる。

いくつかの例では、機器コントローラ２８は、ツール支持体１８およびツール２０が、機器１４の姿勢に基づいて、手持ち部分１６に対して所望の平面に向かって能動的に移動するようにアクチュエータ２１、２２、２３のそれぞれを自動的に制御する第１のモードで動作することができ、複数のアクチュエータ２１、２２、２３がある位置に維持されている間に、ガイダンスアレイ２００、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３、またはその両方で、機器１４の姿勢に基づいてツール２０を所望の姿勢に配置するための手持ち部分１６の所望の動きを示す第２のモードに自動的に切り替わる。他の動作モードも可能である。

さらに、一例では、ユーザが複数のアクチュエータのアクチュエータ情報に基づいて機器を動かしている間、コントローラは、第１のモードで視覚的インジケータを制御して、鋸刃のピッチ方向、ロール方向、および並進位置の変更を視覚的に示すように構成され得る。コントローラはさらに、第２のモードで視覚的インジケータを制御して、ユーザが複数のアクチュエータのアクチュエータ情報に基づいて機器を動かしている間、手持ち部分のピッチ方向、ロール方向、および並進位置の変更を視覚的に示すように構成される。コントローラは、ツール２０の位置および基準位置の位置に基づいて、または入力装置から受信した入力信号に基づいて、第１のモードと第２のモードとの間で切り替わるように構成される。

ロボットシステム１０は、起動時に機器１４をホーム位置に配置するためにホームモードを起動することができ、例えば、ロボットシステム１０が最初にパワーアップされるとき、アクチュエータ２１、２２、２３は、それらのホーム位置に配置される。規定されたホームモード全体を完了しない場合でも、アクチュエータ２１、２２、２３は、移動する前にそれぞれのホーム位置に設定され得る。

図２４Ａに示されるように、機器１４のＴＣＰが領域ＩＩの外側の領域ＩＩＩに位置する場合、ツール２０は、解剖学的構造から十分に離れて配置される。領域ＩＩＩは、「遠い」または「遠隔」領域と呼ばれることもある。結果として、制御システム６０は、まだ、ツール２０を所望の姿勢に配置するようにユーザをガイドする必要がない（しかし、いくつかのバージョンでは、ガイドは領域ＩＩＩで開始することができる）。領域ＩＩＩでは、機器コントローラ２８は、機器１４をホーム位置に維持し、例えば、機器コントローラ２８は、アクチュエータ２１、２２、２３のターゲット位置をそれらのホーム位置に維持する。一般に、ツール２０の動作は、領域ＩＩＩでは無効にされ、例えば、ユーザは、トリガー、フットスイッチ、または他の入力装置を介して駆動モータＭを起動させることができない。いくつかのバージョンでは、ユーザはこの無効化機能をオーバーライドして、領域ＩＩＩにいるときにユーザが何らかの治療を実行できるようにすることができる。

機器の「ＴＣＰ」」という句は、「鋸刃の位置」という句と交換可能に使用されていることを理解されたい。したがって、機器／ツールのＴＣＰが使用される場合は、鋸刃の位置に置き換えることができ、その逆も可能である。もちろん、「鋸刃」の位置は、代わりに、ドリル、バー、ガイドチューブ、ピンなどの任意の適切な構成のツールの位置であり得ることも企図される。

代替構成では、機器コントローラ２８は、１つまたは複数のアクチュエータパラメータの動作範囲などのアクチュエータ情報に基づいて機器１４が任意の領域にあるときに、フットスイッチまたはトリガーなどの入力装置を自動的に無効にすることができる。

図２４Ｂを参照すると、ユーザは、ツール２０を領域ＩＩＩから領域ＩＩに進める（例えば、ＴＣＰの位置によって示されるように）。領域ＩＩは、「中間」領域と呼ばれることもある。いくつかのバージョンでは、ユーザがツール２０を領域ＩＩＩから領域ＩＩに進めると、機器コントローラ２８は自動的にアプローチモードを起動する。アプローチモードでは、機器コントローラ２８は、前述のとおり、ガイダンスアレイ２００およびそれに関連する視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３を制御して、ユーザがツール支持体１８およびツール２０を所望の姿勢（例えば、所望の軌道、平面など）に配置するようにガイドする。所望の姿勢に対する機器１４の相対的な位置を示すために、ナビゲーションディスプレイ３８上に画像を提示することもできる。ツール２０が所望の姿勢の閾値距離に入ると、そのことは、すべての現在の累積カウント値が各アクチュエータ２１、２２、２３の対応する閾値カウント値内にあることによって示される。次に、機器コントローラ２８は、図２４Ｃに示されるように、ツール２０を所望の姿勢にスナップ（ｓｎａｐ）する。

スナップとは、ツール２０の所望の姿勢を運動制御１８８に送信する挙動制御１８６を指し、運動制御１８８は、次に、アクチュエータ２１、２２、２３のターゲット回転子位置を生成して、ツール２０を所望の姿勢に配置する。いくつかのバージョンでは、スナップは、ツール２０を所望の姿勢に配置するための各アクチュエータ２１、２２、２３の利用可能な移動が、利用可能な移動の閾値パーセンテージ内、利用可能な移動の閾値距離内などの閾値内にあるときに発生する。場合によっては、閾値は、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３の状態変更に関連する閾値と同じである。例えば、すべての視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３が緑を示すと、次に、機器コントローラ２８は、各アクチュエータ２１、２２、２３を起動させて必要に応じて移動させることにより、ツール２０を所望の姿勢にスナップさせ、その対応する点（例えば、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３またはＰ４、Ｐ５、Ｐ６）が所望の位置（例えば、ツール平面上）にあるようにする。スナップ動作を実行するためにアクチュエータ２１、２２、２３が動作される速度（速さ）および／または加速度は、制御システム６０によって制御／制限することができる。場合によっては、関連する力が手持ち部分１６を介してユーザの手に伝達されるため、所望の姿勢にスナップするときにユーザに明確な触覚フィードバックを与えるために、より速い加速が所望される場合がある。アクチュエータ２１、２２、２３のすべてが同時に動作されるため、アクチュエータ２１、２２、２３が所望の姿勢にスナップするときに、聴覚的および視覚的フィードバックも提供される。

他のバージョンでは、ツール２０を所望の姿勢に移動し、次いで、ユーザは、手持ち部分１６を、アクチュエータ２１、２２、２３の利用可能な移動の閾値内のより快適な位置に調整して、ツール２０がその所望の位置に維持されている間に切断することができる。次に、ユーザは、ボタンやフットスイッチなどの入力装置を起動するか、タッチスクリーンで選択することにより、ツール２０の姿勢に対する手持ち部分１６の姿勢が現在の空間的関係で保持または凍結されるフリーハンドモードに移動することを選択できる。ユーザがフリーハンドモードを選択すると、ツール２０の姿勢に対する手持ち部分１６の保持された姿勢は、アクチュエータ２１、２２、２３の仮想閾値を変更し、アクチュエータの動きを制限して、保持された姿勢を維持することが企図される。あるいは、フリーハンドモードが起動されると、複数のアクチュエータ２１、２２、２３がそれらのホーム位置にリセットされてもよい。

機器コントローラ２８がツール２０を所望の姿勢にスナップすると、図２５Ａ～２５Ｃに示されるように、オンターゲットモードが起動される。特に、機器コントローラ２８は、モータ１４２に一体の回転子１４８がツール２０を所望の姿勢に維持するために回転しなければならない一組のターゲット回転子位置を生成する。言い換えれば、ユーザが手持ち部分１６を動かしてツール２０をその所望の姿勢から遠ざけた場合、これは、ナビゲーションシステム３２によって検出される。この動きに応答して、機器コントローラ２８は、ナビゲーションシステム３２からのデータに基づいて、ツール２０が所望の姿勢からどれだけ離れて移動したかを決定し、必要に応じてアクチュエータ２１、２２、２３を駆動することによってそのような動きを補償し、ツール２０を所望の姿勢に戻す。機器コントローラ２８は、実質的にリアルタイムでそのような偏差を継続的に計算するために高周波数（例えば、フレームレート）で動作するので、所望の姿勢からのそのような偏差は通常小さいことを理解されたい。

ターゲット回転子位置は、アクチュエータ２１、２２、２３の作動と結果として生じる動き（例えば、運動学）との間の関係に基づいて決定される。例えば、所望の姿勢が手持ち部分１６に対してｚ軸の並進を必要とする場合、ツール２０がｚ軸内で動く量と各回転子１４８の回転量との間に１次関係がある（例えば、そのようなｚ軸の動きに関連するカウントの数）。第３のアクチュエータ２３のみの作動に応答して、または第１および第２のアクチュエータ２１、２２の一方または両方と組み合わせて、ツール２０がそのピッチ方向を変更する量との間にも関係がある。最後に、第３のアクチュエータ２３の作動の有無にかかわらず、第１および第２のアクチュエータ２１、２２の一方または両方の作動に応答してツール２０がそのロール方向を変更させる量との間には関係がある。これらの関係に基づいて、機器コントローラ２８は、ツール２０の所望の姿勢を維持するために必要とされる各回転子１４８のターゲット回転子位置を決定する。機器コントローラ２８は、これらのターゲット回転子位置に基づいてモータ１４２を動作する。例えば、コンソール３３は、これらのターゲット回転子位置を含むパケットをモータコントローラに送信することができ、各モータコントローラは、関連するモータ１４２に適切な通電信号を付加することができる。これらの通電信号は、回転子１４８の回転を引き起こし、その結果、ツール２０を所望の姿勢に維持するために、必要に応じてツール支持体１８／ツール２０を変位させる親ねじ１５０の再配置をもたらす。

機器コントローラ２８は、ナビゲーションシステム３２からの追跡データを使用して、ツール支持体１８に対する手持ち部分１６の位置に基づいてモータ１４２を動作することができ、ツール２０を所望の姿勢に維持するためにアクチュエータ２１、２２、２３を調整する。

図２５Ｂおよび２５Ｃは、アクチュエータ２１、２２、２３がエラーを補償してツール２０を所望の姿勢に維持しなければ、ツール２０が所望の姿勢から外れてしまう（図２５Ａと比較して）ようにユーザが手持ち部分１６を動かしていることを示す。そのような検出および補償が行われる期間（例えば、フレームレート）は、ミリ秒、またはサブミリ秒、例えば、０．５から４ミリ秒、またはそれより速くすることができる。より速いまたはより遅いフレームレートも考慮される。したがって、ロボットシステム１０は、ツール２０がその所望の姿勢から離れる方向に動くことに迅速に応答し、その結果、ツール２０は、任意の所与の期間において所望の姿勢からわずかに逸脱するだけである。

領域ＩＩにおいて、手持ち部分１６が、図２６Ａに示されるように、アクチュエータ２１、２２、２３の動作を通じて機器２０が所望の姿勢にツール２０を維持することができない位置にユーザによって動かされたとき、ツール２０は、所望の姿勢からスナップを解除（ｕｎｓｎａｐ）する。より具体的には、スナップ解除は、アクチュエータ２１、２２、２３の１つまたは複数がそれらの利用可能な移動を超え、所望の姿勢にとどまるために必要な調整をできなくなったときに発生する。スナップ解除が発生すると、機器コントローラ２８はオンターゲットモードを終了する。次に、機器コントローラ２８は、すぐにホームモードで動作して、アクチュエータ２１、２２、２３を再ホーミングする。アクチュエータ２１、２２、２３の再ホーミングは、スナップ解除プロセスの一部と見なされ得る。したがって、ユーザは、アクチュエータ２１、２２、２３のそれぞれの再ホーミングを介して触覚フィードバックを提供され、手持ち部分１６を介してユーザの手に力が伝達される。アクチュエータ２１、２２、２３の再ホーミングに関連する聴覚的および視覚的フィードバックも提供される。ホーミングが完了すると、機器コントローラ２８は、前述のように、ガイダンスアレイ２００を再びアプローチモードで動作して、手持ち部分１６を動かしてツール２０を所望の姿勢に配置する方法についてユーザに指導する（図２６Ｂ）。機器コントローラ２８は、ツール２０を所望の姿勢に再スナップし、すべてのアクチュエータ２１、２２、２３に必要な移動が再び事前規定された閾値内に入ると、オンターゲットモードに再び入る。

機器コントローラ２８はまた、アプローチモードとはわずかに異なる機能を有するが、オンターゲットモードでのガイダンスアレイ２００の動作を制御する。オンターゲットモードとアプローチモードの両方で、ガイダンスアレイ２００は、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３の状態を制御して、機器１４の手持ち部分１６のユーザの所望の動きを示すように制御される。前述のように、アクチュエータ２１、２２、２３は、ユーザが視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３によってガイドされて手持ち部分１６を所望の平面に向けて配置するときに、ホーム位置または他の所定の位置に保持される。アクチュエータ２１、２２、２３をそれらのホーム位置または他の所定の位置に維持することによって、ユーザは、ツール２０を、ターゲットに対して所望の平面および機器の姿勢に調整および整列させることがより容易であることに気付くことができる。しかしながら、オンターゲットモードでは、ツール２０は、すでに大体、所望の姿勢にあるので、視覚的ガイダンスは、ツール２０を所望の姿勢に配置するのを助けることを意図しておらず、代わりに、アクチュエータ２１、２２、２３をそれらのホーム位置または他の所定の位置の近くに維持することによって、機器１４に十分な調整可能性を提供するために手持ち部分１６をどのように動かすかに関してユーザをガイドすることを意図している。例えば、領域ＩＩのオンターゲットモードにあるとき、ツール２０を所望の姿勢に保ちながら、ユーザは、手持ち部分１６をｚ軸方向に上方に動かして、すべてのアクチュエータ２１、２２、２３をホーム位置に近づける必要がある場合がある。言い換えれば、アクチュエータ２１、２２、２３は、ほぼ完全に延ばされる。これを達成するために、ガイダンスアレイ２００からの方向指示は上方向である。この場合、ガイダンスアレイ２００は、実際には、アクチュエータ２１、２２、２３がそれらのホーム位置に向かって動作してアクチュエータ２１、２２、２３の調整可能性を最大化するように、手持ち部分１６を上方に動かすようにユーザをガイドしている。ユーザが手持ち部分１６を上方向に動かすと、アクチュエータ２１、２２、２３は、ツール２０を所望の姿勢（例えば、仮想境界１８４上）に維持するように動作し続ける。その結果、アクチュエータ２１、２２、２３は、例えば、それらのホーム位置に向かって収縮する。理想的には、ユーザが領域Ｉに到達して骨の切断を開始するときに、各アクチュエータ２１、２２、２３のいずれかの方向に最大の移動量が利用可能になる。アクチュエータ２１、２２、２３の１つまたは複数がいずれかの方向で利用可能な移動限界にほぼ到達した場合、手持ち部分１６のわずかな動きでさえ、機器コントローラ２８がツール２０を所望の姿勢に保てず、不正確な切断が行われる可能性がある。場合によっては、以下でさらに説明するように、これが発生すると（例えば、アクチュエータ２１、２２、２３の１つまたは複数が移動制限または閾値に達したとき）、機器コントローラ２８は、トリガーやフットスイッチなどの入力装置が作動するかどうかにかかわらず、駆動モータＭを非起動／無効化することができる。機器コントローラ２８は、（例えば、入力装置を介して）駆動モータＭを作動させることができる動作状態と、既知の座標系でツール２０の姿勢、手持ち部分１６の姿勢、およびツール２０の命令姿勢ベースの、駆動モータＭの起動を引き起こす入力装置によって送信される入力信号を遮断する無効状態との間で機器１４を自動的に切り替えることができる。手持ち部分１６の姿勢は、各アクチュエータ２１、２２、２３の測定位置などのアクチュエータ情報に基づくことができる。このように機器１４を制御することにより、機器コントローラ２８は、ツール２０の姿勢、手持ち部分１６の姿勢、およびツール２０の命令姿勢が、ツール２０の命令姿勢がアクチュエータ２１、２２、２３の範囲外にあるという状態を示している場合に、モードを自動的に切り替えるように構成されている。言い換えれば、アクチュエータ２１、２２、２３は、この状態が存在する場合、ツール２０を所望の平面上に効果的に維持することができない。

オンターゲットモードでは、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３は、集合的に、手持ち部分１６の所望の動き、およびツール２０を所望の姿勢に保つためのアクチュエータ２１、２２、２３の対応する動きを表す。例えば、第１の視覚的インジケータ２０１が、手持ち部分１６の動きが必要であることを示すために動作される場合、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３は、アクチュエータ２１、２２、２３の１つまたは複数がそのホーム位置から遠すぎ、手持ち部分１６を動かす必要があることを表す。別の例として、ツール２０が所望の姿勢にあるが、アクチュエータ２１、２２、２３の３つすべてがほぼ完全に収縮されている場合、すなわち、それらが一方向で利用可能な最大移動限界に達した場合、機器コントローラ２８はガイダンスアレイ２００および／またはディスプレイ画面を動作し、すべてのアクチュエータ２１、２２、２３がそれらのホーム位置に向かって延びるように、手持ち部分１６が概してｚ軸方向に下げられる必要があることをユーザに指示する。

あるいは、いくつかの例示的なモードでは、第１の視覚的インジケータ２０１が動作されて、手持ち部分１６の動きが必要であることを示すとき、視覚的インジケータ２０１は、アクチュエータ２１、２２、２３のうちの１つまたは複数が、命令位置に対して各アクチュエータ２１、２２、２３の動作範囲外にあり、手持ち部分１６を動かす必要があることを表す。別の例として、ツール２０が所望の姿勢にあるが、アクチュエータ２１、２２、２３の３つすべてがほぼ完全に収縮されている場合、すなわち、それらは一方向でアクチュエータの制限に達しているか、または利用可能な総移動距離内の特定の運動範囲内にある場合、機器コントローラ２８は、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３を動作して、すべてのアクチュエータ２１、２２、２３が命令位置に対してそれらの動作範囲内にあるように、手持ち部分１６を概してｚ軸方向に下降または上昇する必要があることをユーザに指示する。

いくつかの構成では、ユーザが機器１４を動かすと、機器コントローラ２８は、機器１４の動作モードを変更することができ、特定の制御構成を備えた手持ち部分１６に対してツール２０の少なくとも１つの動作パラメータを能動的に制御する。動作パラメータは、手持ち部分に対するツール支持体の動きに関連する制御変数であり得る。例えば、動作パラメータは、ツール支持体の運動挙動に関連する速度、加速度、トルク、またはそれらの組み合わせであり得る。いくつかの例では、機器コントローラ２８は、速度、加速度、またはその両方に関連する動作パラメータの値を変更することができ、その結果、機器１４は、機器１４の所望の姿勢に到達または維持するために、ツール支持体２０をより速くまたはよりゆっくりと調整する。速度は、ツール支持体が特定の方向に位置を調整する率に関係し得る。アクチュエータの加速度は、手持ち部分１６に対してツール支持体１８が調整される位置間の速度の変化率に関係し得る。このような変化は、以下に依存する。すなわち、（ｉ）ＴＣＰが配置されている領域、（ｉｉ）既知の座標系で骨に関連する基準位置に対する機器１４（例えば、ＴＣＰの）の位置、（ｉｉｉ）距離パラメータ、（ｉｖ）手持ち部分１６に対するツール支持体１８の姿勢、（ｖ）またはそれらの組み合わせ。ツール支持体の加速度を制御すると、ツール支持体を所望の平面に引き付けるために使用される力および／またはトルクに影響を与える可能性がある。各アクチュエータのモータ電流および／または電圧は、手持ち部分に対するツール支持体の動作パラメータを調整するように制御することができる。

距離パラメータは、ナビゲーションシステム３２を用いて、１つまたは複数のトラッカー５４、５６などの骨に関連付けられた基準位置に対する、ツール２０、ツール支持体１８、手持ち部分１６、またはそれらの組み合わせに関連付けられた１つまたは複数のトラッカー５２の位置を特定し、機器コントローラ２８を用いて、ツール２０、ツール支持体１８、手持ち部分１６、またはそれらの組み合わせの方向、距離、または両方を決定することによって決定することができる。距離パラメータは、大きさ、距離、またはその両方であり得る。

機器コントローラ２８は、アクチュエータ２１、２２、２３を制御して、ツール２０と手持ち部分１６との間の動作パラメータの第１の値で、ツール２０を所望の平面に向かって動かすことができる。次に、機器コントローラ２８は、速度、加速度、またはその両方が第１の値と第２の値との間で異なるように、動作パラメータの第２の値でツール２０を所望の平面に向かって動かすことができる。例えば、図６１Ａおよび６１Ｂに示されるように、ユーザが機器１４を骨に関連する基準位置に近づけると、機器コントローラ２８は、ナビゲーションシステム３２によって提供される距離パラメータを使用して、１つまたは複数の動作パラメータ（例えば、速度、加速度）を調整して、様々な動作パラメータ値（つまり、動作パラメータの第１の値と動作パラメータの第２の値）で、手持ち部分１６に対してツール２０を所望の平面に向かって動かす。

ツール２０が骨を切断することができる距離内にある前に、速度および／または加速度が比較的低くなるように、手持ち部分に対するツール支持体の速度、加速度、または両方を制御することによって（図６１Ａ）、動きが急激でなくなり、加えられる力／トルクを少なくすることができる。これは、手持ち部分１６の姿勢を補償するためにアクチュエータ２１、２２、２３を動かすことによって方向感覚を失う潜在的な作用を軽減すること、および／またはユーザの手にかかる力を減らすことができる。次に、骨を切断できる距離内にある場合（図６１Ｂ）、コントローラは、速度および／または加速度が比較的高く、正確な切断を保証するように手持ち部分に対してツール支持体の速度、加速度、または両方を制御するように動作する。

図６１Ａを参照すると、ＴＣＰの位置が、骨（ＲＬ）に関連する基準位置から第１の距離パラメータ（ＤＰ１）離間している場合、機器は、ツール支持体が手持ち部分に対して動かされるように制御される（例えば、第１の値の動作パラメータ）。これは、ＴＣＰがまだ骨の表面からかなり離れているためである。

図６１Ｂを参照すると、ＴＣＰの位置が、骨（ＲＬ）に関連する基準位置から第２の距離パラメータ（ＤＰ２）離間している場合、機器１４は、第２の値の動作パラメータが利用されるように制御される。第１の値は第２の値よりも低くなっている。例えば、動作パラメータが加速度の場合、第１の値の加速度は第２の値の加速度よりも低くなる。

アクチュエータ２１、２２、２３の加速度を制御することにより、機器コントローラ２８は、モード遷移が起こっていることをユーザに示すように機能することができる。これは、アクチュエータ２１、２２、２３の加速度の大幅な変更が、機器１４の重心を変更させ、ユーザが経験する力の感覚となるためである。一例では、骨上の基準位置に対するツール２０の距離パラメータまたは姿勢に基づいてアクチュエータ２１、２２、２３の加速度を変更することによって、機器１４は、ユーザに力感覚を提供して、アクチュエータ２１、２２、２３は、機器１４が基準位置に近づくにつれて（すなわち、距離パラメータの大きさがより小さい）、異なる挙動をすることを示し得る。

機器がモード、状態、またはその両方の間で変化するとき、ガイダンスアレイ２００、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３、機器１４、またはロボットシステム１０の任意の部分は、モード、状態、またはその両方の間の遷移を信号で伝えるインジケータを含み得る。インジケータは、触覚インジケータ、視覚的インジケータ、聴覚インジケータ、またはそれらの組み合わせであり、ユーザに遷移を通知することができる。例えば、Ｑｕａｉｄらの米国特許第１０，２３１，７９０号に記載されているような触覚ガイダンスインジケータを使用することができる。別の例では、Ｂｏｚｕｎｇの米国特許第９，７０７，０４３号に記載されているものと同様の、駆動モータＭの動作の変更などの聴覚インジケータを組み込むことができる。他のインジケータも考えられる。

いくつかの構成では、ロボットシステム１０は、２つの主要な動作領域－領域ＩＶおよび領域Ｖを有すると理解される。ツールが領域ＩＶに入るとき、機器１４は、領域Ｉのオンターゲットモードと同様に制御および応答することができる。領域Ｖでは、機器コントローラ２８は、ユーザをガイダンスアレイ２００によってガイドして、ツール２０がモータＭを無効にした状態でターゲット面に向かって移動するように、機器１４の手持ち部分１６を動かす間に、アクチュエータ２１、２２、２３を特定の位置に保持し得る。領域Ｉを参照して説明した機能はいずれも、領域ＩＶで使用でき、その逆も可能である。

いくつかの構成では、機器コントローラ２８は、手持ち部分１６に対してツール支持体１８およびツール２０の速度、加速度、または両方を制御することができ、領域Ｖから領域ＩＶに動く間にそのような動作パラメータの値を変更することができる。これは、領域Ｖから領域ＩＶに動きながら、アクチュエータ２１、２２、２３の１つまたは複数の動作パラメータの値を変更することによって達成することができる。領域ＩＶは、骨に関連する基準位置に直ぐ隣接してそれを囲んで配置され、領域Ｖは領域ＩＶの外側の空間である。この例では、動作パラメータの１つまたは複数の値は、ツール２０が領域ＩＶに入るときに、手持ち部分１６に対して所望の平面に向かうツール２０の速度、加速度、または両方が漸進的に調整されるように調整され、一方、ガイダンスアレイ２００は、ターゲット上に留まるように手持ち部分１６を調整するようにユーザに指示する。言い換えれば、機器が領域ＩＶに近づくと、アクチュエータ２１、２２、２３は、手持ち部分１６に対するツール支持体１８の加速度が、機器１４が最初に領域Ｖに入ったときよりも大きくなるように制御される（骨の基準位置に対するツール２０の位置に基づいて、または計算された距離パラメータに基づいて決定される）。

領域ＩＩのオンターゲットモードにある間、機器コントローラ２８は、ツール２０の動作を可能にすることができ、例えば、機器１４のユーザインターフェースＵＩのトリガーまたはフットスイッチは、ユーザが駆動モータＭの動作を開始／停止することを可能にするように動作可能である。場合によっては、入力装置は単にオン／オフ機能を可能にするが、機器コントローラ２８は駆動モータＭの速度を自動的に制御する。他のバージョンでは、駆動モータＭの速度を制御するためにユーザの入力が考慮される場合がある。いくつかの例では、駆動モータＭはオンターゲットモードで動作しているが、ツール２０が所望の姿勢からスナップ解除すると無効になる。

いくつかのバージョンでは、ＴＣＰが領域ＩまたはＩＶに到達するまで、駆動モータＭが無効にされ得る。いくつかの例では、機器コントローラ２８は、アクチュエータ２１、２２、２３を制御して、ツール２０を所望の平面に向かって移動させ、さらに、駆動モータＭのモータパラメータを、第１の値が第２の値とは異なるように、第１の値および第２の値で制御する。モータパラメータは、異なるモード中のツール２０の挙動に影響を与える駆動モータＭの制御変数であり得る。例えば、モータパラメータは、速度（例えば、毎分回転数（ＲＰＭ））、トルク、動作時間、電流、加速度、またはそれらの組み合わせである。機器コントローラ２８は、ツール２０の位置および骨に関連する基準位置の位置に基づいて、動作を第１の値から第２の値に変更する。別の例では、機器コントローラ２８は、アクチュエータ２１、２２、２３を制御して、ツール２０を所望の平面に向かって移動させ、さらに、駆動モータＭのモータパラメータを、第１の値が第２の値とは異なるように、第１の値および第２の値で制御する。機器コントローラ２８は、距離パラメータに基づいて、動作を第１の値から第２の値に変更するように構成される。モータパラメータは、モータ速度またはモータトルクであり得る。

一実装形態では、モータパラメータはモータ速度であり、機器コントローラ２８は、距離パラメータが第１の大きさと方向を有している場合の第１の速度、および距離パラメータが第１の大きさとは異なる第２の大きさと方向を有している場合の第２の速度で、モータ速度が制御されるように動作する。これは、第１の大きさが１０ｃｍ、第２の大きさが２ｃｍ、第１のモータ速度が０ｒｐｍ、第２のモータ速度が１６０００ｒｐｍ、方向が骨から離れる方向である場合として実現できる。これは、機器１４が所定の座標系に対して所与の位置にある場合にも具現化できる。これは、機器１４が切断される骨に比較的近い場合にのみ、駆動モータＭの起動をもたらし得る。第１のモータ速度は、モータが停止しているときであり、第２のモータ速度は、所与のツールにとって所望の動作速度であり得る。

機器コントローラ２８は、ユーザが領域Ｉ内へのＴＣＰの移動を継続する間、機器１４をオンターゲットモードで動作し続け、最終的に、ツール２０の遠位端が図２７に示すように、治療が実行される場所で解剖学的構造の表面を貫通する。領域Ｉは、「治療」または「切除」領域と呼ばれることもある。いくつかのバージョンでは、領域Ｉに入ると駆動モータＭが動作可能になり、その結果、ユーザは、トリガー、フットスイッチ、または他の入力装置を押して、組織を治療（例えば、切断）するためにツール２０を駆動することができる。特に、機器コントローラ２８は、駆動モータＭの動作を可能にする（例えば、コンソール３３は、駆動モータＭが作動可能であることを示す関連する指示パケットを駆動モータコントローラに送信する）。この時点で、ユーザは、トリガー、フットスイッチを押すか、または別の入力装置を作動させて、駆動モータＭを作動させる。したがって、ツール２０は、例えば、ターゲット部位で組織を切除するために通電される。いくつかのバージョンでは、駆動モータＭは、ユーザからの入力を必要とせずに、機器コントローラ２８によって直接制御され得る。例えば、ツール２０は、領域Ｉ内にあることに基づいて自動的に作動される。

領域Ｉにおいてオンターゲットモードにあるとき、機器コントローラ２８は、アクチュエータ２１、２２、２３のそれぞれの回転子位置を監視し、アクチュエータ２１、２２、２３のいずれかがソフトストップ、ハードストップ、またはその他の事前規定された閾値（ソフトストップへの移動の９０％など）の１つに到達したときに駆動モータＭを無効にすることができる。この閾値は変更可能である。上記のように、機器コントローラ２８は、既知の座標系でツール２０の姿勢、手持ち部分１６の姿勢、およびツール２０の命令姿勢に基づいて、駆動モータＭを作動させることができる動作状態（例えば、入力装置を介して）と、入力装置によって送信される、駆動モータＭを起動させる入力信号を遮断する無効状態との間で、機器１４を自動的に切り替えることができる。手持ち部分１６の姿勢は、各アクチュエータ２１、２２、２３の測定位置などのアクチュエータ情報に基づくことができる。このように機器１４を制御することにより、機器コントローラ２８は、ツール２０の姿勢、手持ち部分１６の姿勢、およびツール２０の命令姿勢によって、ツール２０の命令姿勢がアクチュエータ２１、２２、２３の範囲外の状態にあることが示されている場合に、モードを自動的に切り替えるように構成される。言い換えれば、アクチュエータ２１、２２、２３は、この状態にある場合、ツール２０を所望の平面上に効果的に維持することができない。駆動モータＭが無効にされたとしても、アクチュエータ２１、２２、２３は、依然として、ツール２０の所望の姿勢を可能な限り維持するように動作することができる。

これが起こったときにツール２０のＴＣＰが領域ＩＩにあった場合、機器コントローラ２８は、所望の姿勢からツール２０のスナップを解除し、再ホーミングすることによって、その制限または閾値に達したアクチュエータの１つに応答する。しかしながら、領域Ｉでは、特にツール２０がすでに組織に係合している場合、所望の姿勢からツール２０のスナップを解除することは望ましくない可能性がある。代わりに、領域Ｉでは、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３は、ユーザに、アクチュエータ２１、２２、２３のどれが駆動モータＭ動作の許容制限／閾値の外にあるかを知らせる状態をとることができる（例えば、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３は、点滅／明滅し始め、色、強度などを変更し始める）。すべてのアクチュエータ２１、２２、２３が再び所望の姿勢に到達できるように（例えば、閾値量の移動が可能である）ユーザが手持ち部分１６を動かすと、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３は通常の動作を再開することができる。もちろん、いくつかのバージョンや特定の状況では、依然として領域Ｉでナップ解除が発生する可能性がある。

いくつかのバージョンでは、治療が開始されると（例えば、組織が切断されていると）、アクチュエータ２１、２２、２３のうちの１つまたは複数がそれらの動作制限に達したとしても、駆動モータＭは動作し続けることができる。これは、例えば、骨に切り込んでいるときに発生する可能性があり、骨自体が、実質的に所望の平面上で切断を継続するための適切な切断ガイドを提供する。この場合、アクチュエータ２１、２２、２３はそれらの現在の位置に保持され、および／または仮想境界１８４が無効化されて制御システム６０はもはやツール２０を所望の姿勢に保つように動作しない。上記のように、この機能の別の潜在的な具体化は、例えば、基準位置に対して骨内に入り込む方向、および骨上の基準位置に対するツール２０の大きさ（すなわち、骨内に入り込んだ２ｃｍ、３ｃｍ、４ｃｍ）などの距離パラメータを決定することである。この決定に基づいて、機器コントローラ２８は、ツール２０が、距離パラメータに基づく動作パラメータの第１の値および距離パラメータに基づく動作パラメータの第２の値で、手持ち部分１６に対して所望の平面に向かって移動するように、アクチュエータ２１、２２、２３を制御することができる。動作パラメータは速度であり、距離パラメータの大きさが３ｃｍ未満の場合は第１の値が０（または１～５ｍ／ｓ）より大きく、距離パラメータの大きさが３ｃｍより大きく、方向が骨に向かっている場合は第２の値が０になり得る。

図６３Ａおよび６３Ｂを参照すると、切り口が確立されると、ユーザが患者の解剖学的構造（例えば、切断される骨）に関連しているターゲット切断面を切断するときに、機器コントローラ２８は、手持ち部分１６に対するツール２０の１つまたは複数の動作パラメータの値を自動的に調整することができる。一例では、動作パラメータは、ツール２０が所望の平面に向かって動くときの、手持ち部分１６に対するツール２０の加速度である。機器コントローラ２８は、骨に関連する基準位置に対するツール２０の姿勢（例えば、ＴＣＰから）から決定された距離パラメータ（例えば、方向、大きさ）に基づいて、アクチュエータ２１、２２、２３の調整速度を自動的に変更することができる。ツール２０の姿勢は、ガイダンスアレイ２００がユーザに手持ち部分１６を動かして所望の平面を維持または修正するように指示している間、維持され得る。

図６３Ａを参照すると、鋸刃（ＴＣＰ）の位置が、第１の距離パラメータ（ＤＰ１）で骨（ＲＬ）に関連する基準位置から離間している場合、機器は、ツール支持体が手持ち部分に対して動くように制御され、例えば、ゼロより大きい大きさの動作パラメータが使用される。これは、切り口がまだ十分に確立されていないためである。

図６３Ｂを参照すると、鋸刃（ＴＣＰ）の位置が、第２の距離パラメータ（ＤＰ２）で骨（ＲＬ）に関連する基準位置から離間している場合、機器は、大きさがゼロの動作パラメータが利用されるように制御されるか、またはそうでなければ、手持ち部分に対するツール支持体の動きが停止されるように制御される。これは、切り口が十分に確立されているためである。

ツール２０が切り口を確立すると、機器コントローラ２８は、動作パラメータの値をゼロに設定し、アクチュエータ２１、２２、２３が、手持ち部分１６に対してツール支持体１８を調整するのを停止することができる。ツール２０が骨内に切断経路を確立すると、ツール２０は屈曲してコースから外れ、手持ち部分１６に押し戻すようにすることができる。ユーザは、この力を押し戻しとして認識し得る。手持ち部分の「押し戻し（ｐｕｓｈ－ｂａｃｋ）」または「ファイティング（ｆｉｇｈｔｉｎｇ）」という感覚は、ツール２０が切断スロット２９０内にある間にアクチュエータ２１、２２、２３を制御する機器コントローラ２８によって作り出される。したがって、アクチュエータを制御して所望の平面に向かって動かすことによって引き起こされる唯一の動きは、手持ち部分１６の動きである。これは、機器コントローラ２８が、手持ち部分１６に力を加えさせ、それが次にユーザの手に伝達されることを意味する。これらの力は、切断プロセス中に疲労および／または不快感をもたらす可能性がある。動作パラメータを変更することにより、ツール２０は、切断においてさらに少ない抵抗を提供することができる。動作パラメータ値を０に設定するか、または、ツール支持体に対する手持ち部分の動きを停止することで、ユーザは、ツール２０が切断スロット２９０内にあり、切断スロット２９０が自然な切断ガイドとして機能するときに、手持ち部分１６を苦労して扱うことなく切断が終了したことに気づくことができる（図６３Ａ～６３Ｂを参照）。より具体的には、機器コントローラ２８は、速度、加速度、またはその両方に関連する動作パラメータの値を能動的に変更することができ、その結果、ツール２０がさらに標的の解剖学的構造に入り、アクチュエータ２１、２２、２３は、切断が最初に開始されたときの速度および／または加速度よりも比較的低い速度および／または加速度でターゲット面に向かって調整し、骨に切り込まれた経路をガイドとして利用して、ツール２０が中央まで切断すると、最終的にアクチュエータの動きを停止する。言い換えれば、ツール支持体１８は、切断が最初に開始されたとき、より大きな速度および／または加速度で動き、次に、進行後の速度および／または加速度で、基準位置に対して閾値距離だけ骨内に進行した。アクチュエータ２１、２２、２３がツール支持体１８を調整するのを停止することについて、動作パラメータをゼロに設定することに関して説明されたが、アクチュエータ２１、２２、２３は、アルゴリズムの運動制御の側面を停止するか、そうでなければ複数のアクチュエータ２１、２２、２３の位置を凍結することなどによって、他の適切な制御ロジックでも停止できることを理解されたい。

いくつかのバージョンでは、治療が開始されると、機器コントローラ２８は、ツール２０を所望の姿勢から離れて（例えば、仮想境界１８４の外側または外に）配置するユーザの能力を制限することができる。例えば、いくつかの実装形態では、ナビゲーションシステム３２が、ツール２０が所望の切断面から移動していることを示すとすぐに、機器コントローラ２８は、駆動モータＭへの通電信号の適用を直ちに終了し、ツール２０が骨を削ることを防止し、軟組織の損傷を最小限に抑える。この機能のいくつかの実装形態では、所望の姿勢でのツール２０の許容可能なミスアライメントは、切除の深さが増加するにつれて逆に変化する可能性がある。

ナビゲーションシステム３２はまた、切断の深さを監視することができる。いくつかのバージョンでは、切断の深さがターゲット深さの０．１から２．０ｍｍの間であると決定されると、機器コントローラ２８は駆動モータＭの動作を停止することができる。いくつかの例では、機器コントローラ２８は駆動モータＭの動作を停止せず、駆動モータＭのユーザ制御による開始、停止、および／または速度制御に依存する。いくつかの構成では、切断される解剖学的特徴の表面（例えば、骨の表面）が基準点、仮想境界、またはその両方として機能し、機器コントローラ２８に以下の要素の動作モードまたは挙動を変更させる。すなわち、（ｉ）機器１４、（ｉｉ）１つまたは複数のアクチュエータ２１、２２、２３、（ｉｉｉ）ガイダンスアレイ２００、（ｉｖ）１つまたは複数の視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３、（ｖ）またはそれらの組み合わせ。いくつかの例では、機器コントローラ２８は、第１の値が第２の値とは異なるように、駆動モータＭのモータパラメータを第１の値および第２の値で制御する。機器コントローラ２８は、ツール２０の位置および骨に関連する基準位置の位置に基づいて、または計算された距離パラメータに基づいて、動作を第１の値から第２の値に変更する。ツール２０が骨の切断に進むと、機器コントローラ２８は、骨に関連する基準位置に対するツール２０のナビゲーションデータを使用して、駆動モータＭを起動させることができる。さらに、機器コントローラ２８は、ツール２０が骨に関連する基準点に関連する特定の距離パラメータ値または位置に到達したことに基づいて、駆動モータＭをオフにすることができる。場合によっては、ユーザは、外科的処置を実行している間、ツール２０の感覚を失う可能性がある。ツール２０の深さに基づいて駆動モータＭを制御することにより、ユーザは、どの程度深く切断するべきかをより正確に制御することができ、切断領域の周りにある靭帯および動脈との干渉を防ぐことができる。

いくつかの例では、機器コントローラ２８が駆動モータＭのパラメータを変更することによって動作モードを変更すると、機器１４、入力装置、ナビゲーションシステム３２、機器コントローラ２８、またはそれらの組み合わせは、モードが変更されたことを、可聴表示、触覚表示、またはその両方で提供することができる。一例では、入力装置はフットスイッチであり、機器のモードが変更され、駆動モータＭの速度を制御すると、フットスイッチが振動する。別の例では、Ｂｏｚｕｎｇの米国特許第９，７０７，０４３号の内容に記載されているように、モードが変更されて駆動モータＭを加速または減速すると、ユーザは、駆動モータＭのモータ速度の変化を、音量、ピッチ、振動、またはそれらの組み合わせなど、機器のモードが変更されたことを示す可聴表示によって知覚することができる。

ユーザは、現在の治療の進行に基づいて、ツール２０をオンターゲットモードで所望の姿勢に保つことが困難であると考えるときはいつでも（例えば、切断が面外に進んでいるように見える）、ツール２０を領域ＩＩに引き戻し、所望の姿勢から離して、ツール２０のスナップ解除および再ホーミングを引き起こし、アプローチモードで再開し得る。ユーザはまた、ツール２０が治療中に所望の姿勢にとどまることを確実にするために、例えば、骨の切断が継続する場合、最終的にツール２０を所望の姿勢から引き離す軌道にツール２０が捉えられないようにするために、ツール２０を操作して小さな往復運動でツール２０を解剖学的構造に繰り返し出し入れすることができる。言い換えれば、ツール２０のこれらの往復運動は、所望の姿勢からのわずかな逸脱を補正して、例えば、所望の切断面から逸脱する切断面上で、ツール２０が骨に捕捉されるのを防ぐ。

いくつかの例では、ツール２０が現在の治療（例えば、切断）の進行から収縮されるとき、機器コントローラ２８は、ツール２０を手持ち部分１６に対して現在の姿勢に維持するために、複数のアクチュエータ２１、２２、２３のそれぞれを制御することができるため、スナップ解除および再ホーミングが発生しない。別の言い方をすれば、ユーザは、ツール２０を切断から収縮することができ、アクチュエータ２１、２２、２３は、領域から領域に移動するにもかかわらず、手持ち部分１６に対してツール２０の姿勢を保持し、その結果、ユーザが手のグリップと方向を同じにして最初の切断に戻ることができる（図６２Ａ～６２Ｃを参照）。図６２Ａは、ある姿勢で領域ＩＶにある機器１４を示し、図６２Ｂは、機器１４が領域Ｖに入ったときと同じ姿勢を維持している機器１４を示す。図６２Ｃは、図６２Ａと同じ姿勢で領域ＩＶに戻る機器１４を示す。しかし、図６２Ｂに関しては、領域Ｖに配置された場合、機器が領域ＩＶに再び入ったときに領域ＩＶから最初に退避したときと同じ姿勢をとる限り、任意の適切な姿勢をとることができる。

現在の姿勢は、ホーム以外の位置とすることが考えられ、すなわち、コントローラは、アクチュエータ２１、２２、２３の位置をホーム位置以外の位置に維持することができる。ユーザは、機器１４がターゲット骨からかなりの距離にあるときなど、アクチュエータが不必要な作動および動きを防止し、アクチュエータが動きによって過度の熱を発生するのを防ぐ位置にアクチュエータを維持することができる。いくつかのバージョンでは、ユーザは、入力装置を作動させ、機器コントローラ２８がツール姿勢を所定の位置に保持または凍結するように命令するフリーハンドモードを選択することによって、このツール挙動を選択することができる。あるいは、いくつかの例では、機器コントローラ２８は少なくとも、機器コントローラ２８がアクチュエータ２１、２２、２３のそれぞれを自動的に制御して、手持ち部分１６の姿勢に対してツール２０の現在の姿勢を維持する第１のモードと、コントローラがアクチュエータ２１、２２、２３のそれぞれを自動的に制御し、ツール２０が手持ち部分１６の姿勢に対して所望の平面に向かって能動的に移動する第２のモードで、機器１４の動作を制御する。機器コントローラ２８は、既知の座標系でツールの位置および骨に関連する基準位置の位置に基づいて、第１のモードから第２のモードに自動的に切り替える。機器コントローラ２８は、機器１４の駆動モータＭを制御し、骨に関連する基準位置の位置とツール２０の姿勢に基づいて、モータＭを作動させることができる第１の状態と、モータＭを作動させることができない第２の状態とを自動的に切り替えることができることも企図される。機器コントローラ２８は、ナビゲーションシステム３２によって決定されるツール２０の姿勢および骨に関連付けられる基準位置に基づいて、ツール２０が切り口から取り除かれると、機器１４がアクチュエータ２１、２２、２３の動きを能動的に制御する状態からフリーハンドモードに自動的に切り替えることができる。それにより、ユーザは、快適なグリップ、精通した解剖学的構造、予期しない解剖学的構造、またはそれらの組み合わせに対する制御、利便性を維持するために、ツール２０に対する手持ち部分１６のグリップを同じにしたままで手順を再開できる。あるいは、機器コントローラ２８は、ツール２０の位置および骨に関連する基準位置の位置に基づいて距離パラメータ（例えば、距離、大きさ）を決定することに基づいて、第１のモードと第２のモードとの間でモードを切り替えるように構成され得る。距離パラメータは、方向、大きさ、またはその両方であり得る。場合によっては、距離パラメータが、骨から離れる方向を有し、大きさが第１の閾値よりも大きい、例えば１２ｃｍの場合、コントローラは第２のモードに切り替わることができる。

いくつかのバージョンでは、機器コントローラ２８は、ツール２０が手持ち部分１６の姿勢に対して所望の平面に向かって能動的に移動するように、機器コントローラ２８がアクチュエータ２１、２２、２３を自動的に制御するモードと、手持ち部分１６の姿勢に対して現在の姿勢でツール２０を維持するように機器コントローラ２８が自動的に制御するモードとの間で切り替わることができる。ユーザは、アクチュエータ２１、２２、２３の動きを（任意の領域で）フリーハンドモードで凍結して、ユーザが何らかの治療（例えば、膝蓋骨または解剖学的構造の他の部分を切断する）を実行できるようにすることができる。アクチュエータ２１、２２、２３がフリーハンドモードでそれ以上の動きから凍結されると、機器１４は、手持ち部分１６に対してツール支持体１８が動くことなく、従来の切断機器とほとんど同じように挙動する。仮想境界１８４はまた、フリーハンドモードで非アクティブ化される。フリーハンドモードは、任意の適切なユーザ入力装置（例えば、押しボタン、フットスイッチなど）の任意の適切な入力装置によって連動させることができる。

さらに、機器コントローラ２８、ユーザ、またはその両方は、ナビゲーションデータ、アクチュエータデータ、駆動モータデータ、またはその組み合わせに基づいて、自動的に、入力装置を介して手動で機器１４をモード間および挙動間で切り替えることができると考えられる。場合によっては、ユーザは、機器を特定の位置（手持ち部分に対するツール支持体）に保持する必要があると判断し、機器コントローラを入力装置でオーバーライドすることができる。

いくつかの例では、機器コントローラ２８は、１つまたは複数の入力を利用して、１つまたは複数の出力を決定することができる。１つまたは複数の入力は、患者トラッカー５４、５６によって決定された骨の位置を含み、例えば、基準位置、ツール支持体１８上のトラッカー５２によるツール２０のツール中心点ＴＣＰ、手持ち部分１６の姿勢、ツール２０の命令姿勢、距離パラメータ、アクチュエータ情報（命令位置、現在位置、過去位置など）、フットスイッチまたはタッチスクリーンからの入力信号、あるいはそれらの組み合わせである。機器コントローラ２８の１つまたは複数の出力は、駆動モータＭのモータパラメータの変更を含み、加速度または速度の変更を含むツール支持体の動作パラメータの調整は、境界制御をオフにし、手持ち部分１６に対するツール２０およびツール支持体１８を保持または凍結し、ホーミングモードを起動し、またはそれらの組み合わせを行い得る。入力の任意の適切な組み合わせを、任意の適切な出力とともに利用することができる。

様々な動作モードのそれぞれは、他の動作モードのいずれかと組み合わせて使用できることが理解される。動作モードは、機器コントローラ２８によって決定され、機器１４によって実行される、動きがないことを含む任意の制御された動きであり得る。例えば、機器コントローラ２８は、ツール支持体１８がツール２０を調整する速度、加速度、またはその両方を制御し、図２４Ａ～２４Ｃ、図２５Ａ～２５Ｃ、図２６Ａ～２６Ｂ、図６１Ａ～６１Ｂ、図６２Ａ～６２Ｃ、図６３Ａ～６３Ｂ、またはそれらの組み合わせの１つまたは複数に関して説明したように、ユーザを所望の姿勢にガイドすることができる。一例では、図２４Ａ～２４Ｃに記載されている制御モードは、図６３Ａ～６３Ｂの制御モードと組み合わされており、機器１４は、図２４Ａ～２４Ｃの機器制御に従って切開を行う前に領域ＩＩ、ＩＩ、およびＩで制御され、切り口内に入ると、図６３Ａ～６３Ｂに関して説明したように制御される。さらに、機器の挙動、アクチュエータの挙動、駆動モータの挙動、またはそれらの組み合わせなど、記述された任意のモードまたは挙動は、それ自体、患者、座標系、仮想位置、またはそれらの組み合わせに対する機器１４の任意の領域または位置と組み合わせることができる。

全体を通して説明されるガイダンスアレイおよび／または視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３は、任意の制御モードまたは挙動制御を備えた、任意の外科用ツールおよび任意の機器１４のアクチュエータ構成で使用できることを理解されたい。例えば、ガイダンスアレイ２００、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３、またはその両方は、現在説明されている構成のいずれかを備えた制御モードおよび機器挙動のいずれかとともに使用され得る。一例では、ガイダンスアレイ２００、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３、またはその両方は、少なくとも図３５、図４５、図５７、図５９、図６０、図６５、図６６に示される構成に関して説明された機器１４または機器１４の任意の構成で使用することができる。さらに、ガイダンスアレイ２００および／または視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３は、ガイダンスアレイ２００および／または視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３がロボットシステム１０においてツール２０および／または手持ち部分１６を、所望の姿勢、軌道、方向、位置、平面、またはそれらの組み合わせに動かすのに必要な移動量を示すことを可能にする構成を包含すると理解され得る。任意のガイダンスアレイ２００および／または視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３を、機器の任意の構成とともに使用して、本出願を通して説明されるモードのいずれかにおいて機器１４を位置決めする、動かす、および／または調整する方法をユーザに信号で伝えることができる。ピッチ、ロール、および並進の変更は、例えば、仮想境界の１つまたは複数に関連している。ガイダンスアレイ２００および／または視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３は、異なるタイプのツールの位置決めを容易にすることができ、ツールは、ドリルまたはリーマー、ドライバ（ねじまたはピンの配置用）、バー、ピン、ガイドチューブなどが含まれるが、これらに限定されない。

図２８および２９を参照すると、ロボット機器１４の別のバージョンが示されている。このバージョンは、前に説明したものとほぼ同じである。このバージョンでは、次のようになる。（１）フレックス回路ＦＣのルーティングは、それぞれのアクチュエータ２１、２２、２３の旋回についての移動範囲を考慮してわずかに変更されている。（２）加重エンドキャップ２０８がベース７４に追加された。（３）グリップ７２は、フレックス回路ＦＣの代替ルーティングおよび加重キャップ２０８の存在を考慮して変形されている。

フレックス回路ＦＣのルーティングは、図２９に最もよく示されている。図３０および３１は、機器１４の残りの部分から隔離されたフレックス回路ＦＣおよび制御ハウジング２９を示している。図３０および３１に示されるように、フレックス回路ＦＣは、フレックス回路アセンブリ２１０の一部を形成する。フレックス回路アセンブリ２１０は、一体に形成された複数の可撓性の細長い部分（または脚）を備えるか、または部分が別々に形成され、一緒に取り付けられる。可撓性の細長い部分は、ポリイミド、透明導電性ポリエステルフィルムなどのような１つまたは複数のフレキシブルプラスチック基板を含み得る。

フレックス回路アセンブリ２１０は、フレキシブルプラスチック基板に取り付けられたおよび／または埋め込まれた電子回路を含む。電子回路は、視覚的インジケータ２０１、２０２、２０３と、制御ハウジング２９内の回路基板３１の１つまたは複数との間でデータおよび／または電力を送信するための１つまたは複数の回路を含み得る。電子回路はまた、アクチュエータ２１、２２、２３と回路基板３１の１つまたは複数との間でデータおよび／または電力を送信するための１つまたは複数の回路を含み得る。電子回路はまた、センサＳと回路基板３１の１つまたは複数との間でデータおよび／または電力を送信するための１つまたは複数の回路を含み得る（またはセンサＳは、アクチュエータ２１、２２、２３の一部と見なされ得る）。

図２９および３２を参照すると、フレックス回路支持体２１２は、１つまたは複数のファスナを介してツール支持体１８に取り付けられ、アクチュエータ２１、２２に延びるフレックス回路アセンブリ２１０の可撓性の細長い部分のうちの２つを固定する。特に、２つの可撓性の細長い部分は、アンカー２１４を介してフレックス回路支持体２１２に固定される。アンカー２１４は、フレックス回路支持体２１２の表面に対して可撓性の細長い部分を捕捉するように作用する。アンカー２１４は、示されている位置に可撓性の細長い部分を保持するためのファスナ、例えば、ねじなど、または任意の他の適切な形態のアンカーを含むことができる。

特に図３２を参照すると、フレックス回路支持体２１２は、アンカー２１４を受容するための１つまたは複数のアンカー取り付け位置２１６を規定する本体を備える。アンカー２１４によって捕捉される可撓性の細長い部分は、アンカー２１４が可撓性の細長い部分を本体に固定するための開口部２２０を備える（図３０に示される開口部２２０を参照）。本体はまた、アクチュエータ２１、２２が動作中に動くときに可撓性の細長い部分への応力を低減する方法でそれらの可撓性の細長い部分をガイドするために、フレックス回路アセンブリ２１０の可撓性の細長い部分を受け入れるサイズの一対のノッチ２１８を規定する。

図２８、２９、および３３に示されるように、加重キャップ２０８は、１つまたは複数の材料、例えば、プラスチック、金属、セラミック、それらの組み合わせなどから形成され得る。加重キャップ２０８は、サイズ設定および／または成形され、ユーザの手に適切なバランスを提供するために機器１４の重量分布をシフトすることができる質量を有することができる。加重キャップ２０８はまた、機器１４の動作から生じるユーザの手への反動負荷に対処／改善するように設計され得る。

図３４に示されるグリップ７２は、グリップ７２の上部２２２が後方に向かって延びる角度の付いた下降部分２２４を有することを除いて、前に示され説明されたグリップ７２とほぼ同じである。角度の付いた下降部分２２４は、ツール支持体１８が手持ち部分１６に対して特定の極端な姿勢にあるときに、フレックス回路ＦＣを収容するためにグリップ７２を後部に開く。

図６９に示されるグリップ７２は、この描写においてトリガーとして構成された入力装置２９８を含むことを除いて、前に示され説明されたグリップ７２／手持ち部分１６と実質的に同様である。この構成の入力装置は、グリップ７２上に配置され、ユーザが作動信号を機器コントローラ２８に選択的に送信できるようにする。

代替構成
図６７および６８は、ベース７４を備えた手持ち部分１６にアクチュエータを取り付けるための代替構成を示している。図６７および６８は、能動ジョイントの代替構成を提供する。能動ジョイントは、２つの前部アクチュエータ２１、２２を手持ち部分１６のベース７４に結合する一組の第２の能動ジョイント１０８を含み得る。示されているバージョンでは、第２の能動ジョイント１０８は、ジョイント支持体２８８で支持されている。第２の能動ジョイント１０８のそれぞれは、手持ち部分１６のベース７４に対して回転するように配置されたスイベルヨーク１１０を備える。各スイベルヨーク１１０は、スイベルヘッド２８６と、スイベルヘッド２８６から延び、ジョイント支持体２８６でベース７４と旋回可能に係合する支柱１１４とを有する。ナット１１５は、支柱１１４の一端にねじ込み式に接続して、支柱１１４をベース７４に捕捉する一方で、スイベルヨーク１１０が、それぞれのジョイント支持体２８６内で自由に回転できるようにする。

第２の能動ジョイント１０８のそれぞれは、スイベルヨーク１１０の１つに旋回可能に結合されたキャリア１１６を備える。キャリア１１６のそれぞれは、スイベルヨーク１１０のポケット２９０に着座することによって、キャリア１１６が旋回軸ＰＡ（図１４を参照）を中心にスイベルヨーク１１０に対して旋回することを可能にする対向するトラニオン１１８を備える。

スイベルヘッド２８６は、トラニオン１１８を受け入れるように構成されたポケット２９０を規定する。キャリア１１６のトラニオン１１８は、ポケット２９０内に摺動され、その結果、トラニオン１１８およびキャリア１１６は、スイベルヘッド２８６内に配置される。カラー２９４は、トラニオン１１８と係合する旋回ハウジング２９２のいずれかの側に押し込まれる。キャリア１１６は、トラニオン１１８およびポケット２９０を介して、スイベルヨーク１１０に対して旋回することができる。スイベルヨーク１１０および関連するキャリア１１６の構成、すなわち、スイベル軸ＳＡを中心にスイベルし、旋回軸ＰＡを中心に旋回するキャリア１１６の能力のために、第２の能動ジョイント１０８は、ベース７４に対して前部２つのアクチュエータ２１、２２の２自由度の動きを可能にする。

能動ジョイントはまた、後部（第３の）アクチュエータ２３を手持ち部分１６のベース７４に結合する第３の能動ジョイント１２４を含む。示されているバージョンでは、第３の能動ジョイント１２４は、ジョイント支持体７９で支持されている。第３の能動ジョイント１２４は、ベース７４のジョイント支持体２８８に固定された旋回ハウジング２９２を備える。

第３の能動ジョイント１２４は、トラニオン１１８を介してポケット２９０内に旋回ハウジング２９２に旋回可能に結合されたキャリア１１６を備える。カラー２９４は、トラニオン１１８と係合する旋回ハウジング２９２の両側に押し込まれる。カラー２９４は、組み立て後、キャリア１１６が、旋回ハウジング２９２のポケット２９０に配置されているトラニオン１１８を介して旋回できるように構成されている。旋回ハウジング２９２および関連するキャリア１１６の構成、すなわち、関連するキャリア１１６が旋回軸ＰＡを中心としてのみ旋回する（例えば、スイベルしない）能力のために、第３の能動ジョイント１２４は、ベース７４に対して後部アクチュエータ２３の動きの１自由度のみを可能にする。

図３５～４５Ｂを参照すると、アクチュエータ２１、２２および回転アクチュエータ２２８を含むアクチュエータアセンブリ４００、および手持ち部分１６をツール支持体１８に接続するための拘束アセンブリ２４を利用する機器１４の代替構成が示されている。アクチュエータ２１、２２は、手持ち部分１６に対するツール支持体１８のツール本体８０の高さおよびピッチを制御するように構成される。回転アクチュエータアセンブリ２２８は、ツール支持体１８と結合されて、ツール２０に接続されたツールヘッド８４のロール運動を制御し、ツール支持体１８のツール本体８０および手持ち部分１６が互いに対してロールすることがないように拘束されている間に、ツール２０の切断面を調整する。

図３５～３７に見られるように、機器１４は、ユーザによって保持される手持ち部分１６を含む。手持ち部分１６は、交換可能に手持ち式本体とも呼ばれる。手持ち式本体１６は、ユーザが手持ち式本体１６を把持することによって保持し、手で支持する機器の部分である。手持ち式本体１６は、ユーザが制約なしに機器を動かして操作することを可能にする。ツール支持体１８は、ツール２０を支持するために手持ち式本体１６に移動可能に結合されている。第１のアクチュエータ２１および第２のアクチュエータ２２は、ツール支持体１８と手持ち式本体１６との間に配置され、ツール支持体１８と手持ち式本体１６とを動作可能に相互接続する。アクチュエータ２１、２２は、手持ち式本体を二等分する長手方向平面に沿って整列されている。アクチュエータ２１、２２は、ツール支持体１８を２自由度で動かし、ｚ軸の並進（手持ち部分１６に対する高さ）および手持ち式本体１６に対するピッチを変更するように構成される。受動リンケージ２６を含む拘束アセンブリ２４は、手持ち式本体１６とツール支持体１８との間に配置され、ツール支持体１８と手持ち式本体１６とをさらに相互接続する。拘束アセンブリ２４は、ツール支持体１８の動きを、手持ち式１６に対して３自由度に拘束するように構成される。

ツール支持体１８は、手持ち式本体１６に対するツール２０のロール運動を制御するように構成された回転アクチュエータアセンブリ２２８を含む。図３８Ａおよび３８Ｂは、回転アクチュエータモータ２３０、駆動部材２３２、およびリング歯車２３４を含む回転アクチュエータアセンブリ２２８を示している。回転アクチュエータモータ２３０は、ツール支持体１８と連通しており、電気モータであり得る。駆動部材２３２は、回転アクチュエータモータ２３０に接続され、回転アクチュエータモータ２３０によって回転するように構成される。駆動部材２３２は歯車であり得る。駆動部材２３２は、特に図３８Ａおよび３８Ｂに平歯車として示されている。回転アクチュエータアセンブリ２２８は、回転アクチュエータモータ２３０が作動するときに、駆動歯車２３２がツール支持体１８および手持ち式本体１６に対してリング歯車２３４に直接接触して回転するように構成され得る。リング歯車２３４は、動作中にツール２０の逆駆動を防止するために、ウォームとして構成される駆動部材２３２と連通して接続されたウォーム歯車として構成され得る。図３８Ｂに見られるように、回転アクチュエータアセンブリ２２８は、１つまたは複数の中間歯車２３６を含み得る。１つまたは複数の中間歯車２３６は、駆動歯車２３２とリング歯車２３４との間の駆動比を変更するように機能することができる。１つまたは複数の中間歯車２３６は、遊び歯車であり得る。例えば、１つまたは複数の中間歯車２３６は、駆動歯車２３２とリング歯車２３４との間の歯車比を増加させることができる。駆動歯車２３２は、中間歯車２３６と直接連通して、中間歯車２３６を回転させることができる（図３８Ｂ）。中間歯車は、回転アクチュエータモータ２３０が作動されるときにリング歯車２３４が回転するように、リング歯車２３４と直接連通することができる。

図３９Ａおよび３９Ｂに見られる例示的な構成では、リング歯車２３４は、ツール支持体１８のヘッド８４と統合されている。ツールヘッド８４は、リング歯車２３４と共に回転し、ツール２０（例えば、鋸刃）の回転位置を調整および制御することができる。ツールヘッド８４は、駆動モータＭによって規定される軸を中心に回転することができる。図３９Ａは、本体８０およびヘッド８４が部分的に分解したツール支持体１８を示し、ヘッド８４上のリング歯車２３４と、ツール支持体１８の本体８０と連通している回転アクチュエータモータ２３０、駆動歯車２３２、および中間歯車２３６を示している。ヘッド８４は、ツール２０と係合し、リング歯車２３４が回転アクチュエータモータ２３０によって回転されるとき、ヘッド８４およびツール２０も回転し、手持ち式本体１６およびツール支持体１８に対するツール２０のロール位置を調整するように構成され得る（例えば、図４５Ａおよび４５Ｂ）。ヘッド８４は、手持ち式本体１６およびツール支持体１８に対して３６０度回転するように構成され、ツール２０を位置決めする。ツールヘッド８４は、ツールヘッド８４を所定の位置に保持するように構成された軸方向保持ナットによってツール支持本体８０と接続することができる。他の構成では、ヘッド８４は、３６０度以下、２７０度以下、１８０度以下、９０度以下、または５０度以下でロールすることができる。さらなる構成では、ツールヘッド８４は、３０度以上、９０度以上、１８０度以上、２７０度以上、さらには３６０度以上ロールすることができる。いくつかの例では、ツールヘッド８４は、ツールヘッド８４が回転するのを妨げるハードストップを有し、ツール支持体１８および手持ち部分１６に対するツールヘッド８４の回転範囲を制限することができる。

図３８Ａ～３８Ｃおよび４０Ａ～４０Ｂに最もよく見られるように、回転アクチュエータモータ２３０は、ツール支持本体８０の下に配置されている。回転アクチュエータモータ２３０は、ツール支持本体８０に取り付けられ、アクチュエータ２１、２２が手持ち式本体１６に対するツール支持本体８０の高さおよびピッチを調整するときに、ツール支持本体８０と共に移動するように構成される。回転アクチュエータモータは、ツール支持本体８０に対してリング歯車２３４と回転連通している駆動歯車２３２を回転させるように構成される。回転アクチュエータモータは、駆動歯車を回転させ、続いて、ツールヘッド８４に接続されているリング歯車２３４を回転させ、リング歯車２３４およびツールヘッド８４をツール支持本体８０に対して回転させる。いくつかの構成では、回転アクチュエータモータ２３０は、ツール支持本体８０に統合され得る。いくつかの構成では、回転アクチュエータにアブソリュートエンコーダが含まれ得る。図３８Ｃのような別の例では、回転アクチュエータモータ２３０は、ツール支持本体８０に取り付けられた別個のユニットである。例えば、図３８Ｃは、ツール支持本体８０および回転アクチュエータモータ２３０の部分分解図を示している。回転アクチュエータモータ２３０は、ハウジング２５０を含む。回転アクチュエータモータ２３０は、ツール支持本体８０に受け入れられる回転アクチュエータモータハウジング２５０を通して配置されたファスナ２７２によってツール支持本体８０に取り付けられる。しかしながら、接着剤、溶接などの他の取り付け手段も企図される。図３８Ｃは、回転アクチュエータモータをツール支持体に取り付けるため、回転アクチュエータモータ２３０の対角線上の反対側の角にあるファスナ２７２を示している。回転アクチュエータモータ２３０の反対側の角に対応する整列ピン２８０は、ツール支持本体８０内に配置され、回転アクチュエータモータ２３０のツール支持本体８０への取り付けおよびリング歯車２３４との整列を容易にする。回転アクチュエータモータ２３０は、ハウジング２５０を含む。回転アクチュエータモータ２３０のハウジング２５０は、受動リンケージ２６のための受動リンケージマウント２５４を提供するように機能することができ、これについては、以下でさらに説明する。

解剖学的構造を治療する前に（例えば、大腿骨Ｆおよび／または脛骨Ｔを切断する前に）、および以下に説明する特定の動作モード中に、回転アクチュエータ２２８のホーム位置を確立するホーミング手順を実行することができ、これは、ツールヘッド８４およびツール２０を位置決めするためのアクチュエータ２１、２２（上記）と同様のホーミングプロセスを含み得る。このプロセスは、制御システム６０がツールヘッド８４およびツール２０の現在の位置を決定できるように、センサによって測定された駆動歯車２３２、リング歯車２３４、またはその両方のインクリメント運動をカウントするための基準位置を提供する。いくつかのバージョンでは、センサが駆動歯車２３２、リング歯車２３４、またはその両方の絶対位置を測定できる場合、ホーミングは必要ない場合がある。他のいくつかの構成では、ツールヘッド８４の初期位置は、他の方法によって決定され得る。例えば、ポインタ５７は、ツールヘッド８４および／またはツール２０内の較正ディボットＣＤと共に使用され、ツール支持体１８、手持ち式本体１６、ツールトラッカー５２、患者トラッカー５４、５６、ＰＴ、またはそれらの組み合わせに対するツールヘッド８４およびツール２０の位置を決定する。

図３５～３７は、アクチュエータ２１、２２および受動リンケージ２６を介してツール支持体１８のツール支持本体８０に接続する手持ち式本体１６を示している。手持ち式本体１６は、ユーザが機器１４を手動で支持することができるように、ユーザによって把持されるためのグリップ７２を備える。手持ち式本体１６はまた、グリップ７２が１つまたは複数のファスナ、接着剤、溶接などによって取り付けられるベース７４を備える。示されるバージョンでは、ベース７４は、ほぼ中空の円筒形を有するスリーブ７６を備える。旋回ハウジング１２６、２２６は、スリーブ７６から延びる（図４２および４３）。アクチュエータ２１、２２は、以下でさらに説明する旋回ハウジング１２６、２２６でベース７４に移動可能に結合されている。

ツール２０は、図３５～４５に示される構成においてツール支持体１８に取り外し可能に結合されている。特に、ヘッド８４は、参照により本明細書に組み込まれる、Ｗａｌｅｎらの米国特許第９，８２０，７５３号に記載されているように、ツール２０と取り外し可能に接続することができる。

ツール２０の動作を駆動する駆動モータＭは、ツール支持本体８０内に配置されている（例えば、いくつかのバージョンでは、鋸刃の振動を駆動するために）。図３９Ａおよび３９Ｂは、リング歯車２３４を備えたツール支持体１８およびヘッド８４を示している。ツール支持体１８は、刃アセンブリの振動運動を駆動するために、駆動モータＭおよびＷａｌｅｎらの米国特許第９，８２０，７５３号に示される他の駆動構成要素を組み込むことができる。駆動モータＭは、そこから延びる駆動部材２４８を含み、モータＭの出力と共に回転するように構成される。被駆動部材２４８は、モータＭから遠位に延びる。被駆動部材２４８は、ヘッド８４の被駆動シャフト２５２を受け入れるように構成されたスロット２８２を含み、被駆動部材２４８は被駆動シャフト２５２を受け入れる。被駆動部材２４８が被駆動部材２４８のスロット２８２内で被駆動シャフト２５２を受け入れると、モータＭが起動した場合に、被駆動部材２４８と被駆動シャフト２５２は一緒に回転する。駆動モータＭの回転運動は、被駆動部材２４８を回転させ、被駆動部材２４８は、次に、被駆動シャフト２５２を回転させ、ツール２０に動力を供給する。ヘッド８４は、駆動モータＭの起動とは無関係に、回転アクチュエータ２２８が作動されるときに、リング歯車２３４とともにヘッド８４およびツール２０の回転位置を調整して回転する。駆動モータＭは、ツール２０およびヘッド８４が回転アクチュエータアセンブリ２２８のリング歯車２３４によって回転されるときに、静止状態を維持するように構成され得る。別の構成では、駆動モータＭは、回転アクチュエータアセンブリ２２８のリング歯車２３４と共に回転するように構成され得る。ツール２０は、参照により本明細書に組み込まれる、Ｗａｌｅｎらの米国特許第９，８２０，７５３号に開示されている方法で、ヘッド８４に取り付けられ、そしてヘッド８４から解放され得る。

図４０Ａおよび４０Ｂに最もよく示されるように、ツール支持体１８はまた、さらに以下に説明されるように、アクチュエータ２１、２２が旋回マウントを介してツール支持体１８に移動可能に結合される複数のアクチュエータマウント８６、８８を備える。アクチュエータマウント８６、８８は、ツール支持体１８が手持ち部分１６に対して２自由度（つまり、ｚ軸の並進とピッチ）で移動することができるように、アクチュエータ２１、２２を取り付けるのに適したブラケットなどを備える。

図３６および３７に見られるように、アクチュエータ２１、２２は、ベース７４とツール支持本体８０との間に延びる電気的線形アクチュエータを備える。作動すると、アクチュエータ２１、２２の有効長（前に図１６に関して説明した）が変化して、アクチュエータ２１、２２の対応する軸に沿ってツール支持本体８０とベース７４との間の距離を変化させる。したがって、アクチュエータ２１、２２は、それらの有効長を変更し、手持ち式本体１６に対して少なくとも２自由度（ピッチおよびｚ軸の並進）でツール支持体１８を動かすように協調して動作する。示されているバージョンでは、２つのアクチュエータ２１、２２が提供され、これらは、第１および第２の線形アクチュエータ２１、２２、または前部アクチュエータ２１および後部アクチュエータ２２と呼ばれることがある。第１および第２のアクチュエータ２１、２２は、第１の能動軸ＡＡ１および第２の能動軸ＡＡ２に沿って有効長が調整可能である（図４１を参照）。第１および第２のアクチュエータ２１、２２は、有効長が独立して調整可能であり、前述のように、手持ち式本体１６に対して、ツール支持体１８のピッチ方向、ｚ軸並進位置の１つ以上、または両方を調整する。回転アクチュエータアセンブリ２２８と組み合わせたアクチュエータ２１、２２は、手持ち式本体１６に対して、ツール支持体１８の長手方向軸の周りのロールを含む、少なくとも３自由度でツール２０を調整するように構成される。いくつかの例では、より多くのアクチュエータが提供され得る。アクチュエータ２１、２２は、任意の適切なサイズまたは形状の１つまたは複数のリンクを有するリンケージを含み得る。アクチュエータ２１、２２および回転アクチュエータアセンブリ２２８を備えたアクチュエータアセンブリ４００は、少なくとも３自由度で手持ち式本体１６に対するツール２０の動きを可能にするのに適した任意の構成を有することができる。

図３６、３７、および３８Ａは、複数の能動ジョイントを介してベース７４およびツール支持本体８０に結合されたアクチュエータ２１、２２を示している。能動ジョイントは、アクチュエータ２１、２２をアクチュエータマウント８６、８８でツール支持本体８０に結合する一組の第１の能動ジョイント９２を含む。１つのバージョンでは、図４１および４２に示されるように、第１の能動ジョイント９２は、能動旋回ジョイントを含む。旋回ジョイントは、旋回ピン９４を備える。旋回ピン９４は、アクチュエータマウント８６、８８、およびアクチュエータ２１、２２上に配置された旋回ヨーク１０６を通過し、アクチュエータ２１、２２をアクチュエータマウント８６、８８に旋回可能に接続する。止めねじ１００は、ロックピン２４０を第１の旋回ピン９４を介してアクチュエータマウント８６、８８に横方向に固定することができる。

図４１に示される構成では、アクチュエータ２１、２２（受動リンケージ２６と共に）は、一方向に旋回するように拘束され、ツール支持体１８と手持ち式本体１６が互いに対して回転およびロールするのを抑制しながら、同時にツール支持体１８を垂直に並進およびピッチングできるようにする。アクチュエータマウント８６、８８は、ロックピン２４０を受け入れるための貫通穴２４２を有する。第１の旋回ピン９４は、ロックピン２４０を受け入れるためのクロス穴２４４を有し、第１の旋回ピン９４とロックピン２４０が交差し、アクチュエータマウント８６、８８に対して第１の旋回ピン９４をロックする。結果として、アクチュエータ２１、２２は、ツール支持本体８０に対して上昇および旋回することができる。

アクチュエータ２１、２２は、旋回ハウジング１２６、２２６でベース７４に移動可能に結合され、前部アクチュエータ２１および後部アクチュエータ２２を手持ち式本体１６のベース７４に結合する下部能動ジョイント２４６、２７０を形成する。下部能動ジョイント２４６、２７０は、ジョイント支持体７９で支持されている。下部能動ジョイント２４６、２７０は、ベース７４のジョイント支持体７９に固定された旋回ハウジング１２６、２２６を備える。

下部能動ジョイント２４６、２７０はそれぞれ、トラニオン１１８を介して旋回ハウジング１２６、２２６に旋回可能に結合されたキャリア１１６を備える。ポケット１３２を有するファスナ１３０は、トラニオン１１８と係合するために、貫通穴１３３を介して旋回ハウジング１２６、２２６のいずれかの側に取り付けられる。ファスナ１３０は、組み立て後にキャリア１１６がポケット１３２内に配置されているトラニオン１１８を介して旋回できるように構成されている。キャリア１１６は、以下でさらに説明するように、アクチュエータ２１、２２の親ねじ１５０を受け入れるために、内部にねじ山付きの貫通穴１１７を有する。旋回ハウジング１２６、２２６および関連するキャリア１１６の構成、すなわち、関連するキャリア１１６が旋回軸ＰＡを中心としてのみ旋回する（例えば、スイベルしない）能力のために、下部能動ジョイント２４６、２７０は、ベース７４に対してアクチュエータ２１、２２の動きの１自由度のみを可能にする。アクチュエータ２１、２２とベース７４との間の他のジョイント配置も可能である。さらに、図３５～４５に示されているアクチュエータ２１、２２の設計および機能は、図１～３４に先に示されているアクチュエータ２１、２２と同じである。さらに、アクチュエータ２１、２２、さらに回転アクチュエータアセンブリ２２８は、図１～３４に記載されているのと同様の方法で制御され、動力が供給され、感知される。

前述のように、キャリア１１６は、親ねじ１５０をねじ込み式に受け入れるために、内部にねじ山付きの貫通穴１１７を有し、その結果、親ねじ１５０のそれぞれは、キャリア１１６の対応する１つに対して回転して、複数のアクチュエータ２１、２２のうちの対応する１つの有効長を調整し、それにより、機器コントローラ２８によって測定されるカウントを変化させる。ハウジング１３４および対応するキャリア１１６のそれぞれは、親ねじ１５０がキャリア１１６に対して回転できるように、少なくとも１自由度で相対運動が拘束される（図１６を参照）。より具体的には、親ねじ１５０は、以下の理由により、キャリア１１６に対して回転することができる。すなわち、旋回ヨーク１０６は、関連する能動軸ＡＡ１、ＡＡ２の周りを回転することができず（すなわち、旋回ヨーク１０６は、第１の能動ジョイント９２の構成により、そのような回転運動が制限される）、キャリア１１６は、関連する能動軸ＡＡ１、ＡＡ２の周りを回転することができない（すなわち、キャリア１１６は、第２の能動ジョイント２４６、２７０の構成により、そのような回転運動が制限される）。

親ねじ１５０上に形成されたねじ山付きのファスナおよび肩などのストップ１５２は、親ねじ１５０に固定されている。ストップ１５２は、各親ねじ１５０の移動の端でキャリア１１６に隣接するようなサイズになっている。

前述のように、アクチュエータ２１、２２は、有効長が能動的に調整可能であり（少なくとも図１６で上述されている）、手持ち部分１６に対するツール支持体１８の動きを可能にする。各アクチュエータ２１、２２は、親ねじ１５０がその関連するキャリア１１６にねじ込まれた、またはねじ出された距離を変化させ、それにより、関連するキャリア１１６の中心から関連する第１の能動ジョイント９２の中心までの距離を変更することによって調整される。アクチュエータ２１、２２は、有効長の最小値と最大値との間で調整可能である。各アクチュエータ２１、２２の有効長は、能動軸ＡＡ１、ＡＡ２に沿ったツール支持体１８と手持ち部分１６との間の距離を示すために任意の適切な方法で表され／測定され、手持ち式本体１６に対してツール支持体１８の様々な動きを引き起こすように変化する。

拘束アセンブリ２４は、アクチュエータ２１、２２と協調して動作して、アクチュエータ２１、２２によって提供される動きを拘束する。アクチュエータ２１、２２は２自由度での動きを提供し、拘束アセンブリ２４は３自由度での動きを拘束する。示されているバージョンでは、拘束アセンブリ２４は、受動リンケージ２６と、受動リンケージ２６をツール支持体１８に結合する受動リンケージジョイント１５６とを含む。

図４１および４２に示される構成では、拘束アセンブリは、受動リンケージジョイント１５６によってツール支持体１８に取り付けられている。受動リンケージジョイント１５６は、ツール支持体１８上の受動リンケージマウント２５４および受動リンケージ旋回ヨーク１７２を含む。一対の旋回ピン２５６は、受動リンケージ２６の受動リンケージ旋回ヨーク１７２を、回転アクチュエータモータ２３０のハウジング２５０に配置されたツール支持体１８の受動リンケージマウント２５４に旋回可能に接続する。図３８Ｃおよび４０Ａ～４２に見られるように、回転アクチュエータアセンブリ２２８の回転アクチュエータモータ２３０のハウジング２５０は、ツール支持本体８０に取り付けられている。受動リンケージ２６は、受動リンケージヨーク１７２を介して、一対の旋回ピン２５６によって回転モータ２３０のハウジング２５０に取り付けられている。一対の旋回ピン２５６は、受動リンケージヨーク１７２および旋回ピン２５６の穴２７６、２７８を通してそれぞれ配置され、ねじロック２５８によって固定され、旋回ピン２５６を受動リンケージヨーク１７２と軸方向に整列させて保持するピン２７４によって所定の位置に保持される。ツール支持体１８との接続の結果として、受動リンケージ２６は、アクチュエータ２１、２２が作動されるときに上昇することができ、ツール支持本体８０に対して異なるピッチ角に対応するように旋回することができる。

受動リンケージ２６は、受動リンケージ旋回ヨーク１７２に固定されたシャフト１７４を備える。受動リンケージ２６はまた、拘束軸ＣＡに沿ってシャフト１７４を受け入れるように構成されたベース７４のスリーブ７６を備える。受動リンケージ２６は、シャフト１７４がスリーブ７４に対して拘束軸ＣＡに沿って軸方向に摺動し、アクチュエータ２１、２２の１つまたは複数の作動中に拘束軸ＣＡに対して半径方向のシャフト１７４の動きを拘束することを可能にするように構成される。

受動リンケージ２６は、拘束軸ＣＡの周りのスリーブ７６に対するシャフト１７４の回転を拘束するためのキー１７６をさらに備える。キー１７６は、図４４に最もよく示されている。キー１７６は、シャフト１７４およびスリーブ７６内の対向するキー溝１７８、１８０に適合し、シャフト１７４をスリーブ７６に回転的にロックする。一体型キー／スロット配置などのように、シャフト１７４およびスリーブ７６の相対回転を防止するための他の配置も企図される。受動リンケージ２６は、アクチュエータ２１、２２とは独立して、ツール支持体１８と手持ち式本体１６とを動作可能に相互接続する。受動リンケージは、アクチュエータ２１、２２の１つまたは複数の作動中に、拘束軸ＣＡに沿って有効長で受動的に調整可能である。スリーブ７６、シャフト１７４、およびキー１７６は、受動リンケージ２６のためのリンクの１つの組み合わせを表す。任意の適切な方法で接続された他のサイズ、形状、および数のリンクを、受動リンケージ２６に使用することができる。受動リンケージジョイント１５６は、ツール支持体１８に対して単一の旋回軸ＰＡを中心に旋回することができる。第１の能動ジョイント９２および受動リンケージジョイント１５６はそれぞれ、共通平面ＣＰ上に配置された旋回軸ＰＡを規定する（図４１および４２を参照）。非平行旋回軸ＰＡ、異なる平面上に配置された平行旋回軸ＰＡ、それらの組み合わせ、および／または他の構成もまた企図される。

図３６に見られるように、ツール支持体１８のヘッド８４は、ツール２０がツール支持体１８に結合されたときに、ツール２０が共通平面ＣＰに平行なツール平面ＴＰ（例えば、刃平面）上に配置されるように配置される。いくつかの例では、ツール平面ＴＰは、共通平面ＣＰから２．０インチ以下、１．０インチ以下、０．８インチ以下、または０．５インチ以下離れている。

示されるバージョンでは、アクチュエータ２１、２２は、能動軸ＡＡ１、ＡＡ２が、それらのホーム位置にあるときを含む、アクチュエータ２１、２２のすべての位置において拘束軸ＣＡに対して傾斜した構成になるように配置される。軸ＡＡ１、ＡＡ２を傾斜させることは、概して、アクチュエータ配置を先細にし、よりスリムでよりコンパクトなベース７４および関連するグリップ７２を可能にする。能動軸ＡＡ１、ＡＡ２が拘束軸ＣＡに対して傾斜した構成にないものを含む、他の構成も企図される。このような構成には、アクチュエータ軸ＡＡ１、ＡＡ２がホーム位置で互いに平行である構成が含まれ得る。

図４５Ａおよび４５Ｂは、異なる作動状態にある外科用機器を示している。図４５Ａは、その親ねじ１５０がキャリア１１６に完全にねじ込まれた遠位アクチュエータ２１を備える外科用機器を示している。近位アクチュエータ２２は、親ねじ１５０が延ばされ、ツール支持体１８の近位端を垂直に押し、ツール支持体１８の遠位端を下方向にピッチングした状態で示されている。ツール２０を保持するツールヘッド８４は、ツール支持体１８の長手方向軸を中心に回転して示されている。同様に、図４５Ｂは、その親ねじ１５０がキャリア１１６に完全にねじ込まれた近位アクチュエータ２２を示している。遠位アクチュエータ２１は、親ねじ１５０が延ばされ、ツール支持体１８の遠位端を垂直に押し、ツール支持体１８の遠位端を上方向にピッチングした状態で示されている。ツールヘッド８４およびツールは、ツール支持体１８の長手方向軸を中心に図４５Ａに示されたものとは反対方向に回転して示されている。

機器１４の代替構成は、図４６～５６Ｃに最もよく示されている。機器１４は、ユーザによって保持される手持ち式本体１６、ツール２０を支持するために手持ち式本体１６に移動可能に結合されたツール支持体１８、ツール支持体１８と手持ち式本体１６とを動作可能に相互接続して、手持ち式本体１６に対して３自由度でツール支持体１８を動かす複数のアクチュエータ２１、２２、２６０を含むアクチュエータアセンブリ４００を含む。アクチュエータ２６０は、ｚ軸並進を制御する１次上昇アクチュエータであり、２次アクチュエータ２１および２２を支持および運搬するように構成されている。アクチュエータ２６０は、ｚ軸方向に移動（ｔｒａｎｓｌａｔｅ）し、ツール支持体１８および２次アクチュエータを手持ち式本体１６に対して動かす。２次アクチュエータ２１、２２は、上昇アクチュエータ２６０および手持ち式本体１６に対してツール支持体１８のピッチおよびロールを調整するように構成される。上昇アクチュエータ２６０がツール支持体１８および２次アクチュエータ２１、２２を手持ち式本体から遠ざけるように動かすと、２次アクチュエータはより広い運動範囲を有する。

図４６～４８を参照すると、手持ち式本体１６は、ユーザが手動で機器１４を支持し、自由に動かすことができるように、ユーザによって把持されるためのグリップ７２を備える。手持ち式本体１６は、ピストルグリップとして構成することができる。手持ち式本体１６はまた、グリップ７２が１つまたは複数のファスナ、接着剤、溶接などによって取り付けられるベース７４を備える。

図４６～４８は、ツール支持体に結合された上昇アクチュエータアセンブリ２６０を備えた外科用機器１４の正面、側面、および背面の斜視図を示している。上昇アクチュエータアセンブリは、ツール支持体１８および２次アクチュエータ２１、２２と動作可能に結合されるため、上昇アクチュエータアセンブリ２６０が作動されて垂直に移動するとき、ツール支持体１８および２次アクチュエータ２１、２２も垂直に移動される。

図４９を参照すると、ベース７４は、手持ち式本体１６をツール支持体１８に接続する上昇アクチュエータ２６０を含む。ツール支持体１８は、上昇アクチュエータ２６０および２次アクチュエータ２１、２２によって手持ち式本体１６に接続されている。ツール支持体１８は、ツール支持体１８に固定された１つまたは複数のトラッカーマウントを介してトラッカー５２を取り外し可能に取り付けることができるツール支持本体８０を備える。ツール２０は、示されているバージョンのツール支持体１８に取り外し可能に結合されている。特に、ツール支持体１８は、参照により本明細書に組み込まれる、Ｗａｌｅｎらの米国特許第９，８２０，７５３号に記載されているように、ツール２０が取り付けられるヘッド８４などのツールカプラを備える。ツール２０の動作を駆動する駆動モータＭは、ツール支持本体８０内に配置されている（例えば、いくつかのバージョンでは鋸刃の振動を駆動するために）。ツール２０は、参照により本明細書に組み込まれる、Ｗａｌｅｎらの米国特許第９，８２０，７５３号に開示されている方法で、ヘッド８４に取り付けられ、そしてヘッド８４から解放され得る。

図５４Ａおよび５４Ｂに最もよく見られるように、上昇アクチュエータ２６０は、ベースモータ２６２、駆動ねじ２６４、およびほぼ中空の円筒形を有するキャリッジ２６６を備える。キャリッジ２６６は、ベースモータ２６２によって駆動される駆動ねじ２６４を受け入れるようにねじ山が付けられている。キャリッジ２６６は、手持ち式本体１６にキーイングおよび／またはガイドされ、これにより、手持ち式本体１６およびツール支持体１８に対してキャリッジ２６６を回転させることなく、キャリッジ２６６が駆動ねじ２６４に沿って移動することを可能にする。キャリッジ２６６は、２次アクチュエータ２１、２２をキャリッジに接続するためのジョイント支持体７７、７８を含む。

上昇アクチュエータアセンブリ２６０は、ツール支持体１８が手持ち式本体１６に隣接する収縮位置と、ツール支持体１８が手持ち式本体１６から離間する延長位置との間で移動可能である（図５５Ａ～５５Ｂに見られるように）。上昇アクチュエータ２６０は、ツール支持体１８および２次アクチュエータ２１、２２の両方を、手持ち式本体１６に対して１自由度で動かすように構成されている。上昇アクチュエータ２６０と連動する２次アクチュエータ２１、２２は、手持ち式本体１６に対して３自由度でツール支持体１８を動かすように構成される。いくつかの例では、より多くのアクチュエータが提供され得る。２次アクチュエータ２１、２２は、上昇アクチュエータが完全に延長位置にあるとき、より長い移動長さを有し、その位置で、ツール支持体１８は、手持ち式本体１６から離間される（図５５Ｃ）。２次アクチュエータ２１、２２は、いくつかの例では回転アクチュエータを含み得る。２次アクチュエータ２１、２２は、任意の適切なサイズまたは形状の１つまたは複数のリンクを有するリンケージを含み得る。２次アクチュエータ２１、２２は、手持ち式本体１６およびキャリッジ２６６に対して少なくとも２自由度でツール支持体１８の動きを可能にするのに適した任意の構成を有することができる。例えば、いくつかのバージョンでは、２つの後部２次アクチュエータ、またはいくつかのその他のアクチュエータが配置され得る。

図５２および５３Ａ～５３Ｂに示されるように、ツール支持体１８は、以下でさらに説明するようにアクチュエータ２１、２２、２６０がジョイントを介してツール支持体１８に移動可能に結合される複数のアクチュエータマウント８６、８８、９０を含む。アクチュエータマウント８６、８８、９０は、ツール支持体１８が手持ち式本体１６に対して３自由度で移動可能となるように、アクチュエータ２１、２２、２６０を取り付けるのに適したブラケットなどを備える。

図５３Ａおよび５３Ｂは、２次アクチュエータ２１、２２を、キャリッジ２６６とツール支持本体８０との間に延びる電気的線形アクチュエータとして示している。作動すると、アクチュエータ２１、２２の有効長が変化して、アクチュエータ２１、２２の対応する軸に沿って、ツール支持本体８０とキャリッジ２６６との間の距離を変化させる。したがって、２次アクチュエータ２１、２２は、それらの有効長を変更し、手持ち式本体１６およびキャリッジ２６６に対して少なくとも２自由度でツール支持体１８を動かすように（例えば、ロール、ピッチ、またはその両方）、協調して動作する。アクチュエータ２１、２２が提供され、これらは、２次アクチュエータ２１、２２またはピッチ／ロールアクチュエータ２１、２２と呼ばれることがある。２次アクチュエータ２１、２２はそれぞれ、上昇アクチュエータ２６０のストローク長よりも短いストローク長を有する。２次アクチュエータ２１、２２は、それぞれ、第１の能動軸ＡＡ１および第２の能動軸ＡＡ２に沿って有効長が調整可能である（図５３Ａ、５４Ａを参照）。上昇アクチュエータ２６０は、第３の能動軸ＡＡ３に沿って有効長が調整可能であり、ここで、キャリッジ２６６は、ベースモータ２６２の作動時に駆動ねじ２６４に沿って移動する。２次アクチュエータ２１、２２は、前述のように、手持ち式本体１６およびキャリッジ２６６に対して、ツール支持体１８のピッチ方向、ロール方向の１つ以上、または両方を調整するために、有効長において独立して調整可能である。

上昇アクチュエータ２６０のキャリッジ２６６および２次アクチュエータ２１、２２は、複数の能動ジョイントを介してツール支持本体８０に結合されている。能動ジョイントは、キャリッジ２６６および２次アクチュエータ２１、２２を、アクチュエータマウント８６、８８、９０でツール支持本体８０に結合する一組の第１の能動ジョイント９２を含む。１つのバージョンでは、図５２に示されるように、第１の能動ジョイント９２は、能動Ｕジョイントを含む。Ｕジョイントは、第１の旋回ピン９４およびジョイントブロック９６を備える。第１の旋回ピン９４は、ジョイントブロック９６の貫通穴９８を介して、ジョイントブロック９６をアクチュエータマウント８６、８８、９０に旋回可能に接続する。止めねじ１００は、第１の旋回ピン９４をアクチュエータマウント８６、８８、９０に固定することができる。Ｕジョイントはまた、第２の旋回ピン１０４を含み得る。ジョイントブロック９６は、第２の旋回ピン１０４を受け入れるためのクロス穴１０２を有する。第２の旋回ピン１０４は、第１の旋回ピン９４、ジョイントブロック９６、および第２の旋回ピン１０４がＵジョイントのクロスを形成するように、第１の旋回ピン９４を受け入れるための貫通穴１０３を有する。各Ｕジョイントの第１の旋回ピン９４と第２の旋回ピン１０４は、交差する旋回軸を規定する。第２の旋回ピン１０４は、旋回ヨーク１０６、２６８をジョイントブロック９６に旋回可能に接続する。結果として、キャリッジ２６６および２次アクチュエータ２１、２２は、ツール支持本体８０に対して３自由度で移動することができる。他のタイプの能動ジョイントも考えられる。

ここで図５３Ｂを参照すると、能動ジョイントはまた、２次アクチュエータ２１、２２をキャリッジ２６６に結合する一組の第２の能動ジョイント１０８を含む。図５３Ｂでは、第２の能動ジョイント１０８は、ジョイント支持体７７、７８で支持されている。第２の能動ジョイント１０８のそれぞれは、スイベル軸ＳＡの周りでキャリッジ２６６および手持ち式本体１６に対してスイベルするように配置されたスイベルヨーク１１０を備える。各スイベルヨーク１１０は、スイベルヘッド１１２と、スイベルヘッド１１２から延びる支柱１１４とを有し、ジョイント支持体７７、７８の１つでキャリッジ２６６と旋回可能に係合する。ナット１１５は、支柱１１４の一端にねじ込み式に接続して、支柱１１４をキャリッジ２６６に捕捉すると同時に、スイベルヨーク１１０がそれぞれのジョイント支持体７７、７８内で自由に回転できるようにする。

図５３Ｂに見られるように、第２の能動ジョイント１０８のそれぞれは、スイベルヨーク１１０の１つに旋回可能に結合されたキャリア１１６を備える。キャリア１１６は、以下でさらに説明するように、２つの前部アクチュエータ２１、２２の親ねじ１５０を受け入れるために、内部にねじ山付きの貫通穴１１７を有する。キャリア１１６のそれぞれはまた、スイベルヨーク１１０のポケット１２０に着座することによって、キャリア１１６が旋回軸ＰＡを中心にスイベルヨーク１１０に対して旋回することを可能にする対向するトラニオン１１８を備える。いくつかのバージョンでは、第２の能動ジョイント１０８のそれぞれについて、スイベル軸ＳＡが旋回軸ＰＡと交差して、アクチュエータ２１、２２が２自由度で動く単一の頂点を規定する。

カバー１２２は、スイベルヘッド１１２に固定され、ポケット１２０の一方を規定し、スイベルヘッド１１２は、ポケット１２０の他方を規定する。組み立て中、キャリア１１６は、最初に、スイベルヘッド１１２のポケット１２０にトラニオン１１８の１つを配置することで位置決めされ、次いで、キャリア１１６がカバー１２２とスイベルヘッド１１２の間に捕捉され、トラニオン１１８およびポケット１２０を介してスイベルヨーク１１０に対して旋回することができるように、カバー１２２が他のトラニオン１１８に固定される。スイベルヨーク１１０および関連するキャリア１１６の構成、すなわち、スイベル軸ＳＡを中心にスイベルし、旋回軸ＰＡを中心に旋回するキャリア１１６の能力により、第２の能動ジョイント１０８は、ベース７４に対して２つの前部アクチュエータ２１、２２の２自由度の動きを可能にする。２つの前部アクチュエータ２１、２２とキャリッジ２６６との間の他のジョイント構成も可能である。

親ねじ１５０上に形成されたねじ山ファスナおよび肩などのストップ１５２は、親ねじ１５０に固定されている。ストップ１５２は、各親ねじ１５０の移動の端でキャリア１１６に隣接するようなサイズになっている。

アクチュエータ２１、２２は、上記の図１６に関して説明されたアクチュエータと実質的に同様である。アクチュエータ２１、２２、２６０のそれぞれは、別個のモータコントローラによって制御され得る。モータコントローラは、アクチュエータ２１、２２、２６０にそれぞれ別々に配線されて、各アクチュエータ２１、２２、２６０を所与のターゲット位置に個別に向けることができる。いくつかの例では、モータコントローラは比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラである。いくつかの例では、モータコントローラは、機器コントローラと統合するか、またはその一部を形成することができる。説明を容易にするために、モータコントローラは、本明細書では、機器コントローラ２８の一部であると説明される（図７）。上昇アクチュエータ２６０および２次アクチュエータは、図１～３４に記載および表示された構成と実質的に同様の方法で制御され、感知され、電力が供給される。

前述のように、キャリア１１６は、親ねじ１５０をねじ込み式に受け入れるために、内部にねじ山付きの貫通穴１１７を有し、その結果、親ねじ１５０のそれぞれは、キャリア１１６の対応する１つに対して回転して、２次アクチュエータ２１、２２の対応する１つの有効長を調整することができ、それにより、機器コントローラ２８によって測定されるカウントを変化させる。ハウジング１３４および対応するキャリア１１６のそれぞれは、親ねじ１５０がキャリア１１６に対して回転することを可能にするために、少なくとも１自由度で相対運動が拘束される。より具体的には、親ねじ１５０は、以下の理由により、キャリア１１６に対して回転することができる。すなわち、旋回ヨーク１０６は、関連する能動軸ＡＡ１、ＡＡ２の周りを回転することができず（すなわち、旋回ヨーク１０６は、第１の能動ジョイント９２の構成により、そのような回転運動が制限される）、キャリア１１６は、関連する能動軸ＡＡ１、ＡＡ２の周りを回転することができない（すなわち、キャリア１１６は、第２の能動ジョイント１０８の構成のために、そのような回転運動が制限される）。

前述のように、アクチュエータ２１、２２、２６０は、有効長が能動的に調整可能であり（前に図１６に関連して説明された）、手持ち式本体１６に対するツール支持体１８の動きを可能にする。各アクチュエータ２１、２２、２６０が調整されると、親ねじ１５０、２６４がその関連するキャリア１１６、２６６にねじ込まれ、またはねじ出されている距離を変化させ、それにより、関連するキャリア１１６、２６６の中心から関連する能動ジョイント９２の中心までの距離を変化させることによって有効長が変わる。アクチュエータ２１、２２、２６０は、有効長の最小値と最大値との間で調整可能である。各アクチュエータ２１、２２、２６０の有効長は、能動軸ＡＡ１、ＡＡ２、ＡＡ３に沿ったツール支持体１８と手持ち式本体１６との間の距離を示すために任意の適切な方法で表され／測定され、手持ち式本体１６に対してツール支持体１８の様々な動きを引き起こすように変化する。

図４９に続いて、ツール支持体１８のヘッド８４は、ツール２０が、ツール支持体１８に結合されたときに、共通平面ＣＰに平行なツール平面ＴＰ（例えば、刃平面）上に配置されるように構成される。いくつかの例では、ツール平面ＴＰは、共通平面ＣＰから２．０インチ以下、１．０インチ以下、０．８インチ以下、または０．５インチ以下離れている。

図５２、５３Ａおよび５３Ｂにおいて、アクチュエータ２１、２２、２６０は、能動軸ＡＡ１、ＡＡ２が、それらのホーム位置にあるときを含めて、２次アクチュエータ２１、２２のすべての位置において能動軸ＡＡ３に対して傾斜した構成になるように配置される。軸ＡＡ１、ＡＡ２を傾斜させることは、概して、アクチュエータ配置を先細にし、よりスリムでよりコンパクトなキャリッジ２６６および関連するグリップ７２を可能にする。能動軸ＡＡ１、ＡＡ２が第３の能動軸ＡＡ３に対して傾斜した構成にないものを含む、他の構成も企図される。このような構成には、アクチュエータ軸ＡＡ１、ＡＡ２、ＡＡ３がホーム位置で互いに平行である構成が含まれ得る。

図４９および５５Ａ～Ｃは、手持ち式本体１６のユーザの手で把持される場所から離れて、ツール支持体１８の遠位端に向かって配置された２次アクチュエータ２１、２２を示しており、これにより、操作中にユーザの手、特に親指と人差し指の間の水かき（ｗｅｂｂｉｎｇ）がアクチュエータ２１、２２に接触するリスクがほぼ排除される。さらに、ベースモータ２６２は、手持ち式本体１６のベースに配置され、２次アクチュエータ２１、２２は、遠位端に向かって配置され、機器１４は、アクチュエータを別々の場所に配置することによって熱管理を提供する。

図５５Ａ～５５Ｃは、上昇アクチュエータ２６０および２次アクチュエータ２１、２２を介して手持ち式本体１６に対して移動するツール支持体１８を備えた機器１４の概略図を示す。図５５Ａは、収縮位置にある上昇アクチュエータ２６０を示しており、ツール支持体１８は手持ち式１６に隣接したままである。図５５Ｂは、ツール支持体１８を手持ち式本体１６から離して配置した、延長位置にある上昇アクチュエータを示している。図５５Ｃは、ピッチングされた方向でツール支持体１８を調整する２次アクチュエータ２１、２２を示している。この例では、２次アクチュエータ２１、２２は収縮され、ツール支持体１８およびツール２０を下方向にピッチングしている。

図５６Ａ～５６Ｃは、２次アクチュエータ２１、２２が異なる作動状態で示されていることを示している。図５６Ａでは、２次アクチュエータ２１、２２は両方ともホーム位置にあり、ツール２０を水平面上に維持している。図５６Ｂは、収縮位置にある２次アクチュエータ２２および延長位置にある２次アクチュエータ２１を示しており、ツール支持体１８およびツール２０のロールが変化している。同様に、図５６Ｃは、２次アクチュエータ２１が収縮され、２次アクチュエータ２２が延長位置にあり、ツール支持体１８およびツール２０を図５６Ｂとは反対の方向にロールさせていることを示している。

図５７は、モジュールツールシステム３００として使用されるように構成されたロボット機器１４の代替構成の斜視図を示している。図５７の機器は、複数のアクチュエータ２１、２２、２３および拘束アセンブリ２４を含むアクチュエータアセンブリ４００を備えた上記の構成と実質的に同様の機器を示している。機器１４は、少なくとも３自由度（例えば、ピッチ、ロール、高さ）で動くように構成される。機器１４は、複数のモジュールツールヘッドと共に使用されるモジュールツールシステムとして構成される。モジュールツールシステム３００は、異なるモジュールツールヘッド（３０２、３０４、３０６、３０８）を機器１４に取り外し可能に取り付けて交換して、手術中に異なる機能を実行するように構成される。ツール支持本体８０は、以下でさらに説明するように、複数のモジュールツールヘッド３０２、３０４、３０６、３０８を受け入れるための受容部分３３２（例えば、コレット）を含む。受容部分３３２は、複数のモジュールヘッド３０２、３０４、３０６、３０８を受け入れおよび固定するためのロック機能３１６を含む。受容部分３３２は、必要に応じて、モジュールツールヘッド３０２、３０８の１つまたは複数に回転動力を提供するように構成されたモータＭの出力に接続された駆動レシーバ３１８を含む。

図５８Ａ～５８Ｄは、図５７のロボット機器１４で使用するための複数のモジュールツールアタッチメントの斜視図を示している。図５８Ａ～５８Ｄに示されるモジュールツールヘッド３０２、３０４、３０６、３０８のそれぞれは、図５７に示される機器１４の受容部分に接続および挿入するための接続部分３２６をそれぞれ含む。各接続部分３２６は、受容部分３３２のロック機能３１６と係合するように構成されたロック３１４を含む。モジュールツールヘッド３０２、３０４、３０６、３０８のそれぞれの接続部分３２６は、機器１４の受容部分３３２に整列されて挿入されるように構成され得る。ツールヘッド３０２、３０４、３０６、３０８のそれぞれは、機器１４の受容部分３３２にロックされ得る。当業者は、任意の適切なロック構成および／または方法が企図されることを理解するであろう。

図５８Ａは、図５７の機器１４によって受け入れられるように構成されたモジュールソーヘッド３０２を示している。モジュールソーヘッド３０２は、図５７の機器１４に配置されたシャフトレシーバー３１８によって受け入れられるように構成されたシャフト３１０を含む。シャフトレシーバー３１８は、モータＭに接続されて、シャフト３１０に回転力を提供し、モジュールソーヘッド３０２に動力を供給する。モジュールソーヘッド３０２は、シャフト３１０の回転運動を、ツールマウント３２０で別のタイプの動き（例えば、振動、周回軌道（ｏｒｂｉｔａｌ）など）に変換するためのトランスミッション３１２を含む。ツールマウント３２０は、外科的処置を実行するためのツールを受け入れるように構成される。

図５８Ａと同様に、図５８Ｂは、モジュールポインタ３０４を示している。モジュールプローブ３０４は、図５７の機器１４によって受け入れられるように構成される。モジュールプローブ３０４は、より丸い先端３２５を備えた長手方向に延びるステム３２４を含む。モジュールプローブ３０４は、外科的関心のある表面および／または領域を確認するためにナビゲーションシステム３２と共に使用されるように構成される。モジュールプローブ３０４は、外科用装置、患者、またはその両方をナビゲーションシステム３２に登録するために使用され得る。モジュールプローブ３０４は、機器１４と取り外し可能に接続されるように構成される。

図５８Ｃは、図５７の機器１４で使用するためのモジュールオステオトーム３０６を示している。モジュールオステオトーム３０６は、機器１４と取り付けるための接続部分３２６と、接続部分３２６から延びるチゼル部分（ｃｈｉｓｅｌｐｏｒｔｉｏｎ）３２８とを含む。モジュールオステオトーム３０６は、湾曲したチゼル部分３２８で示されているが、他の形状、曲線、および長さも考慮される。

図５８Ｄは、図５７の機器１４で使用するためのモジュールドリルヘッド３０８を示している。モジュールドリルヘッド３０８は、図５７の機器１４に配置されたシャフトレシーバー３１８によって受け入れられるように構成されたシャフト３１０を含む。シャフトレシーバー３１８は、モータＭに接続されて、シャフト３１０に回転力を提供し、モジュールドリルヘッド３０８に動力を供給する。モジュールドリルヘッド３０８は、接続部分３２６にトランスミッション３１２を含み、これは、モータＭによって提供される回転速度およびトルクを増減し、ドリルヘッド３３０の回転速度およびトルクを変更するシステムを含む。上記のツールのいずれも、ツール支持体１８に直接固定され、および／またはツール支持体と取り外し可能に結合され得る。

図５９は、切断ガイド３４０として構成されたロボット機器１４の斜視図である。この構成では、ツール支持本体は、アクチュエータ２１、２２、２３を介して少なくとも３自由度で調整可能（例えば、ピッチ、ロール、高さ）な切断ガイド３４０として構成される。切断ガイド３４０は、外科的処置中に鋸などの外科用装置で使用されるように構成される。ロボット機器は、制御システムおよびナビゲーションシステムと通信して、手術されている解剖学的物体にガイドを取り付ける必要なしに、選択的な外科的切断のために切断ガイド３４０を位置決めするようにユーザに指示する。切断ガイド３４０は、アクチュエータ２１、２２、２３および拘束アセンブリ２４に接続された本体３４２と、本体３４２から延びるジグ３４４とを含む。ジグ３４４は、鋸刃を選択された切断面に拘束するように構成された刃開口部３４６を含み、鋸が所望の切断領域から逸脱するのを防ぐ。

以下の規定を含む本出願では、「コントローラ」という用語は、「回路」という用語に置き換えることができる。「コントローラ」という用語は、以下を指す、その一部である、または含み得、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル、アナログ、またはアナログ／デジタル混合ディスクリート回路、デジタル、アナログ、またはアナログ／デジタル混合集積回路、組み合わせ論理回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、コードを実行するプロセッサ回路（共有、専用、または群）、プロセッサ回路によって実行されるコードを記憶するメモリ回路（共有、専用、または群）、説明されている機能を提供するその他の適切なハードウェア構成要素、または、システムオンチップなど、上記の一部またはすべての組み合わせである。

コントローラは、１つまたは複数のインターフェース回路を含み得る。いくつかの例では、インターフェース回路は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）または無線パーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）に接続する有線または無線インターフェースを実装することができる。ＬＡＮの例としては、米国電気電子学会（ＩＥＥＥ）標準８０２．１１～２０１６（ＷＩＦＩ無線ネットワーク標準とも呼ばれる）およびＩＥＥＥ標準８０２．３－２０１５（ＥＴＨＥＲＮＥＴ有線ネットワーク標準とも呼ばれる）がある。ＷＰＡＮの例としては、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）ＳｐｅｃｉａｌＩｎｔｅｒｅｓｔＧｒｏｕｐのＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）無線ネットワーク標準およびＩＥＥＥ標準８０２．１５．４がある。

コントローラは、インターフェース回路を使用して他のコントローラと通信することができる。コントローラは、本開示では、他のコントローラと直接論理的に通信するものとして描写され得るが、様々な構成において、コントローラは、通信システムを介して実際に通信することができる。通信システムには、ハブ、スイッチ、ルーター、ゲートウェイなどの物理ネットワーク機器や仮想ネットワーク機器が含まれる。いくつかの構成では、通信システムはインターネットなどのワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）に接続するか、それを横断する。例えば、通信システムには、マルチプロトコルラベルスイッチング（ＭＰＬＳ）や仮想プライベートネットワーク（ＶＰＮ）を含む技術を使用して、インターネットまたはポイントツーポイント専用回線を介して相互に接続された複数のＬＡＮが含まれ得る。

様々な構成において、コントローラの機能は、通信システムを介して接続された複数のコントローラ間で分散され得る。例えば、複数のコントローラが、負荷分散システムによって分散された同じ機能を実装し得る。さらなる例では、コントローラの機能は、サーバー（遠隔またはクラウドとも呼ばれる）コントローラとクライアント（またはユーザ）コントローラの間で分割され得る。

コントローラの一部またはすべてのハードウェア機能は、ＩＥＥＥ標準１３６４－２００５（一般に「Ｖｅｒｉｌｏｇ」と呼ばれる）およびＩＥＥＥ標準１０１８２－２００８（一般に「ＶＨＤＬ」と呼ばれる）などのハードウェア記述用の言語を使用して規定され得る。ハードウェア記述言語は、ハードウェア回路を製造および／またはプログラムするために使用され得る。いくつかの構成では、コントローラの一部またはすべての機能が、ＩＥＥＥ１６６６－２００５（一般に「ＳｙｓｔｅｍＣ」と呼ばれる）などの言語によって規定される場合がある。この言語には、以下で説明するコードとハードウェアの説明の両方が含まれる。

様々なコントローラプログラムをメモリ回路に記憶することができる。メモリ回路という用語は、コンピュータ可読媒体という用語のサブセットである。本明細書で使用されるコンピュータ可読媒体という用語は、媒体（搬送波上など）を通って伝播する一時的な電気信号または電磁信号を含まない。したがって、コンピュータ可読媒体という用語は、有形で一時的ではないと見なされる場合がある。非一時的なコンピュータ可読媒体の非限定的な例は、不揮発性メモリ回路（フラッシュメモリ回路、消去可能でプログラム可能な読み取り専用メモリ回路、またはマスク読み取り専用メモリ回路など）、揮発性メモリ回路（スタティックランダムアクセスメモリ回路またはダイナミックランダムアクセスメモリ回路）、磁気記憶媒体（アナログまたはデジタル磁気テープまたはハードディスクドライブなど）、および光学記憶媒体（ＣＤ、ＤＶＤ、またはＢｌｕ－ｒａｙ（登録商標）ディスクなど）である。

本出願で説明される装置および方法は、コンピュータプログラムに具体化された１つまたは複数の特定の機能を実行するように汎用コンピュータを構成することによって作成された専用コンピュータによって部分的または完全に実装され得る。上記の機能ブロックおよびフローチャート要素は、ソフトウェア仕様として機能し、熟練した技術者またはプログラマーの日常業務によってコンピュータプログラムに変換することができる。

コンピュータプログラムは、少なくとも１つの非一時的なコンピュータ可読媒体に記憶されているプロセッサ実行可能指示を含む。コンピュータプログラムはまた、記憶されたデータを含むか、またはそれに依存し得る。コンピュータプログラムは、専用コンピュータのハードウェア、専用コンピュータの特定の装置と相互作用する装置ドライバ、１つまたは複数のオペレーティングシステム、ユーザプリケーション、バックグラウンドサービス、バックグラウンドアプリケーションなどと相互作用する基本的な入出力システム（ＢＩＯＳ）を含み得る。

コンピュータプログラムは、（ｉ）ＨＴＭＬ（ハイパーテキストマークアップ言語）、ＸＭＬ（拡張マークアップ言語）、またはＪＳＯＮ（ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ（登録商標）物体表記）などの、解析される記述テキスト、（ｉｉ）アセンブリコード、（ｉｉｉ）コンパイラによってソースコードから生成された物体コード、（ｉｖ）インタプリタによって実行されるためのソースコード、（ｖ）ジャストインタイムコンパイラによってコンパイルおよび実行されるためのソースコードなどを含み得る。例としてのみ、ソースコードをＣ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、ＯｂｊｅｃｔｉｖｅＣ、Ｓｗｉｆｔ、Ｈａｓｋｅｌｌ、Ｇｏ、ＳＱＬ、Ｒ、Ｌｉｓｐ、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｆｏｒｔｒａｎ、Ｐｅｒｌ、Ｐａｓｃａｌ、Ｃｕｒｌ、ＯＣａｍｌ、ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ（登録商標）、ＨＴＭＬ５（ハイパーテキストマークアップ言語第５リビジョン）、Ａｄａ、ＡＳＰ（能動サーバーページ）、ＰＨＰ（ＰＨＰ：ハイパーテキストプリプロセッサー）、Ｓｃａｌａ、Ｅｉｆｆｅｌ、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｅｒｌａｎｇ、Ｒｕｂｙ、Ｆｌａｓｈ（登録商標）、ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ（登録商標）、Ｌｕａ、ＭＡＴＬＡＢ（登録商標）、ＳＥＮＳＯＲＬＩＮＫ、およびＰｙｔｈｏｎ（登録商標）を含む言語からの構文を使用して記述できる。

条項セクション
ｉ．ツールとともに使用するための手持ち式ロボットシステムであって、ユーザが保持する手持ち部分と、ツールを支持するために手持ち部分に結合されたツール支持体と、機器に結合され、ツールのピッチ方向、ロール方向、および並進の所望の変更をユーザに視覚的に示して、所望の姿勢を達成するために制御可能であるガイダンスアレイと、ガイダンスアレイに結合され、ユーザがツールを動かしている間、ピッチ方向、ロール方向、および並進の所望の変更を視覚的に示すようにガイダンスアレイを自動的に調整するように構成されたコントローラと、を含む機器を含む、手持ち式ロボットシステム。

ｉｉ．ツールとともに使用するための手持ち式ロボットシステムであって、ユーザによって保持される手持ち部分と、ツールを支持するために手持ち部分に結合されたツール支持体と、機器に結合され、ツールの平面を表すように配置されたガイダンスアレイであって、ツールのピッチ方向、ロール方向、および並進の所望の変更をユーザに視覚的に示し、所望の姿勢を達成するように制御可能であるガイダンスアレイと、ガイダンスアレイの動作を制御するためにガイダンスアレイに結合されたコントローラと、を含む機器を含む、手持ち式ロボットシステム。

ｉｉｉ．コントローラは、ユーザがピッチ方向の所望の変更、ロール方向の所望の変更、および並進の所望の変更を区別できるようにガイダンスアレイを動作するように構成される、条項ｉｉの手持ち式ロボットシステム。

ｉｖ．ガイダンスアレイが、第１の視覚的インジケータ、第２の視覚的インジケータ、および第３の視覚的インジケータを含み、視覚的インジケータのそれぞれが、コントローラに結合された１つまたは複数の照明源を備える、条項ｉｉの手持ち式ロボットシステム。

ｖ．視覚的インジケータのそれぞれは、上部および下部を含み、コントローラは、上部および下部が異なる状態で動作してツールの平面の所望の動きの方向を示すように、上部および下部の照明を制御するように構成される、条項ｉｖの手持ち式ロボットシステム。

ｖｉ．対応する点が所望の位置にあることを示すために上部および下部が同じ状態で動作するように、コントローラが上部および下部の照明を制御するように構成される、条項ｖの手持ち式ロボットシステム。

ｖｉｉ．視覚的インジケータがツールの平面を表すように構成されている、条項ｖの手持ち式ロボットシステム。

ｖｉｉｉ．ツール支持体が中心面を規定し、第１の視覚的インジケータおよび第２の視覚的インジケータが中心面の両側で中心面からオフセットされ、中心面が第３の視覚的インジケータを通過する、条項ｖｉｉの手持ち式ロボットシステム。

ｉｘ．コントローラは、上部および下部の照明を制御して、所望の姿勢に対するツールのピッチ方向、ロール方向、および並進位置のうちの１つまたは複数における所望の変更をユーザに示すように構成される、条項ｖｉｉｉの手持ち式ロボットシステム。

ｘ．コントローラは、第１の状態で動作する上部の照明を制御し、第１の状態とは異なる第２の状態で動作される下部の照明を制御して、ツールの並進位置を変更するようにユーザに示すように構成される、条項ｖｉｉｉの手持ち式ロボットシステム。

ｘｉ．コントローラは、第１の状態で動作する第３の視覚的インジケータの上部の照明を制御し、第１の状態とは異なる第２の状態で動作される第１の視覚的インジケータおよび第２の視覚的インジケータの上部の照明を制御して、ツールのピッチ方向を変更するようにユーザに示すように構成される、条項ｖｉｉｉの手持ち式ロボットシステム。

ｘｉｉ．コントローラは、第１の状態で動作する第１の視覚的インジケータの上部の照明を制御し、第１の状態とは異なる第２の状態で動作される第２の視覚的インジケータの上部の照明を制御して、ツールのロール方向を変更するようにユーザに示すように構成される、条項ｖｉｉｉの手持ち式ロボットシステム。

ｘｉｉｉ．第１の視覚的インジケータおよび第２の視覚的インジケータが第３の視覚的インジケータに対して遠位に配置されるように、視覚的インジケータがツール支持体に沿って配置される、条項ｉｖの手持ち式ロボットシステム。

ｘｉｖ．視覚的インジケータのそれぞれが、異なる状態で動作することができる上半球部分および下半球部分を備えた球形を有する、条項ｉｖの手持ち式ロボットシステム。

ｘｖ．ツール支持体に固定されたトラッカーマウントを備え、ガイダンスアレイとは別のナビゲーショントラッカーを取り外し可能に受け入れる、条項ｉｉの手持ち式ロボットシステム。

ｘｖｉ．ツールとともに使用するための手持ち式ロボットシステムであって、ユーザが保持および支持する手持ち部分と、ツールを支持するために手持ち部分に移動可能に結合されたツール支持体と、ツール支持体と手持ち部分を動作可能に相互接続して、ツール支持体を手持ち部分に対して３自由度で動かして、ツールを所望の軌道または平面上に配置するための複数のアクチュエータであって、複数のアクチュエータのそれぞれは、最大位置と最小位置の間で調整可能であり、最大位置と最小位置の間のホーム位置を有する複数のアクチュエータと、手持ち部分の所望の動きを示すための複数のアクチュエータに関連する視覚的インジケータと、視覚的インジケータに結合され、視覚的インジケータの動作を制御して、手持ち部分の所望の動きを示すコントローラと、を含む、手持ち式ロボットシステム。

ｘｖｉｉ．手持ち式ロボットシステムであって、ユーザが保持する手持ち部分と、ツールを支持するために手持ち部分に移動可能に結合されたツール支持体と、ツール支持体と手持ち部分を動作可能に相互接続して、ツール支持体を手持ち部分に対して３自由度で動かして、ツールを所望の軌道または平面上に配置する複数のアクチュエータであって、複数のアクチュエータのそれぞれは、最大位置と最小位置の間で調整可能であり、最大位置と最小位置の間にホーム位置を有する複数のアクチュエータと、手持ち部分の所望の動きを示すための複数のアクチュエータに関連する視覚的インジケータと、コントローラが複数のアクチュエータのそれぞれをそれらのホーム位置に自動的に調整するホームモード、複数のアクチュエータがホーム位置にある間に、コントローラがツールの所望の動きを示してツールを所望の軌道または平面に配置するアプローチモード、ツールが一般に所望の軌道または平面上に配置され、コントローラが手持ち部分の所望の動きを示して、ツールを所望の軌道または平面上に維持するオンターゲットモードを含む複数のモードでの動作を制御するために、複数のアクチュエータおよび視覚的インジケータに結合されたコントローラと、を含む。

ｘｖｉｉｉ．使用するために手持ち式ロボットシステムを初期化する方法であって、ユーザが保持する手持ち部分と、鋸刃を支持するために手持ち部分に結合された刃支持体とを備える機器に刃支持体と手持ち部分を動作可能に相互接続して、刃支持体を手持ち部分に対して３自由度で動かす複数のアクチュエータを提供し、複数のアクチュエータのそれぞれは、エンコーダ出力信号を出力するように構成されたエンコーダを含み、既知の座標系で手持ち部分の姿勢を最初に決定し、複数のアクチュエータのそれぞれのエンコーダ信号を最初に取得し、手持ち部分の姿勢とエンコーダ信号に基づいてホーム位置を決定する方法。

ｘｉｘ．機器の動きをガイドする方法であって、機器は、ユーザが保持する手持ち部分と、ツールを支持するために手持ち部分に結合されたツール支持体と、機器に結合され、ツールの平面を表すように配置されたガイダンスアレイとを有し、方法は、ツールのピッチ方向、ロール方向、および並進の所望の変更をユーザに視覚的に示して、所望の姿勢を達成するステップを含む方法。

ｘｘ．ユーザが保持する手持ち部分と、ツールを支持するために手持ち部分に移動可能に結合されたツール支持体と、ツール支持体と手持ち部分を動作可能に相互接続して、手持ち部分に対して３自由度でツール支持体を動かし、ツールを所望の軌道または平面に配置する複数のアクチュエータと、複数のアクチュエータに関連する視覚的インジケータと、を有するロボット機器の動きをガイドする方法であって、コントローラが複数のアクチュエータのそれぞれを最大位置と最小位置の間のホーム位置に自動的に調整するホームモードと、複数のアクチュエータがホーム位置にある間に、コントローラがツールの所望の動きを示して、ツールを所望の軌道または平面上に配置するアプローチモードと、ツールが概して所望の軌道または平面上に配置され、コントローラが手持ち部分の所望の動きを示して、ツールを所望の軌道または平面上に維持するオンターゲットモードとを含む複数のモードでのロボット機器の動作を制御するステップを含む方法。

ｘｘｉ．外科用ロボット機器であって、ユーザが保持する手持ち式本体と、手持ち式本体に移動可能に結合されたツール支持体と、ツール支持体によって支持されるツールカプラと、手持ち式本体に対して複数の自由度でツール支持体を動かすための複数のアクチュエータと、を含み、複数のアクチュエータは、ツール支持体と手持ち式本体を動作可能に相互接続する一対の線形アクチュエータであって、一対の線形アクチュエータのそれぞれは、手持ち式本体に接続された第１の部分とツール支持体に接続された第２の部分とを有し、一対の線形アクチュエータは、手持ち式本体に対するツール支持体の高さとピッチを制御するように構成されている一対の線形アクチュエータと、ツール支持体および手持ち式本体に対するツールカプラのロール運動を制御するように構成された回転アクチュエータと、を含む外科用ロボット機器。

ｘｘｉｉ．ツール支持体と手持ち式本体とを動作可能に相互接続する受動リンケージを有する拘束アセンブリをさらに含み、受動リンケージは、３自由度で手持ち式本体に対するツール支持体の動きを拘束するように構成された方法でツール支持体と手持ち式本体に結合される、条項ｘｘｉの外科用機器。

ｘｘｉｉｉ．一対の線形アクチュエータが、第１の軸に沿って有効長が調整可能な第１のアクチュエータと、第２の軸に沿って有効長が調整可能な第２のアクチュエータとを備える、条項ｘｘｉｉの外科用機器。

ｘｘｉｖ．受動リンケージが拘束軸に沿って有効長で調整可能であり、拘束軸が複数のアクチュエータの作動全体にわたる中心面に沿って同一平面上にある、条項ｘｘｉｉｉの外科用機器。

ｘｘｖ．作動中に線形アクチュエータがツール支持体および手持ち式本体に対して旋回できるように、線形アクチュエータがツール支持体に旋回可能に結合され、手持ち式本体に旋回可能に結合される、条項ｘｘｉｖの外科用機器。

ｘｘｖｉ．一対の線形アクチュエータの第１のアクチュエータおよび一対の線形アクチュエータの第２のアクチュエータが、手持ち式本体に対するツール支持体のピッチおよび高さ方向を調整するために有効長において独立して調整可能である、条項ｘｘｉｖの外科用機器。

ｘｘｖｉｉ．回転アクチュエータがモータおよびハウジングを含む、条項ｘｘｉｉｉの外科用機器。

ｘｘｖｉｉｉ．拘束アセンブリが回転アクチュエータのハウジングに旋回可能に結合され、拘束アセンブリをツール支持体に接続する、条項ｘｘｖｉｉの外科用機器。

ｘｘｉｘ．回転アクチュエータがツール支持体およびツールカプラに接続され、回転アクチュエータがツール支持体および手持ち式本体に対してツールカプラを３６０度回転するように構成される、条項ｘｘｉｉの外科用機器。

ｘｘｘ．一対の線形アクチュエータが、手持ち式本体を二等分する長手方向の平面に沿って整列している、条項ｘｘｉｉの外科用機器。

ｘｘｘｉ．回転アクチュエータが、リング歯車に回転可能に接続された駆動部材を備えたモータを備える、条項ｘｘｉｘの外科用機器。

ｘｘｘｉｉ．モータの駆動部材がウォームであり、リング歯車がウォーム歯車として構成されている、条項ｘｘｘｉの外科用機器。

ｘｘｘｉｉｉ．モータの駆動部材が平歯車である、条項ｘｘｘｉの外科用機器。

ｘｘｘｉｖ．平歯車が、リング歯車と回転可能に接続されている遊び歯車に回転可能に接続されている、条項ｘｘｉｉｉの外科用機器。

ｘｘｘｖ．回転アクチュエータが起動すると、リング歯車とツールカプラが一緒に回転するようにリング歯車とツールカプラが構成されている、条項ｘｘｘｉの外科用機器。

ｘｘｘｖｉ．ツール支持体がツールカプラの運動を駆動するための付属モータを含む、条項ｘｘｘｖの外科用機器。

ｘｘｘｖｉｉ．ツールカプラが作動端を含み、付属モータがツールカプラの作動端を作動させるように構成され、回転アクチュエータが付属モータから独立してツールカプラを回転させるように構成される、条項ｘｘｘｖｉの外科用機器。

ｘｘｘｖｉｉｉ．ツールカプラが、付属モータの回転運動をツールの振動運動に変換するために付属モータに結合されたトランスミッションを含む、条項ｘｘｘｖｉの外科用機器。

ｘｘｘｉｘ．ツールカプラの作動端が鋸刃に取り付けられ、付属モータが起動すると鋸刃が振動する、条項ｘｘｘｖｉｉの外科用機器。

ｘｌ．付属モータが起動するとツールカプラが回転するように構成され、鋸刃が振動している間にツールカプラと鋸刃とが回転し、鋸刃の切断面を変化させる、条項ｘｘｘｉｘの外科用機器。

ｘｌｉ．回転アクチュエータのモータがツール支持体の平面に沿って配置されている、条項ｘｘｘｉの外科用機器。

ｘｌｉｉ．ツールカプラが作動端を含み、付属モータがツールカプラの作動端を回転させるように構成され、回転アクチュエータがツールカプラと付属モータを一緒に回転させるように構成される、条項ｘｘｘｖｉの外科用機器。

ｘｌｉｉｉ．外科用ツールとともに使用するための外科用ロボット機器であって、ユーザが保持する手持ち式本体と、ツールを支持するために手持ち式本体に移動可能に結合されたツール支持体と、手持ち式本体に対して複数の自由度でツール支持体を動かすための複数のアクチュエータとを含み、複数のアクチュエータは、第１の部分が手持ち式本体に接続され、第２の部分がツール支持体に接続された上昇アクチュエータと、一対の２次アクチュエータと、を含み、一対の２次アクチュエータのそれぞれは、上昇アクチュエータに動作可能に接続されたアクチュエータ部分と、ツール支持体に動作可能に接続された支持部分とを含み、一対の２次アクチュエータのそれぞれが、上昇アクチュエータとツール支持体との間で効果的に動作して、ツール支持体を上昇アクチュエータに対して動かすように構成され、上昇アクチュエータは、ツール支持体と２次アクチュエータの両方を、手持ち式本体に対して１自由度で動かすように構成されている、外科用ロボット機器。

ｘｌｉｖ．複数のアクチュエータのそれぞれが有効長で能動的に調整可能である、条項ｘｌｉｉｉの外科用機器。

ｘｌｖ．２次アクチュエータが、ツール支持体のピッチおよびロールを制御するために上昇アクチュエータとは独立して動作可能である、条項ｘｌｉｉｉの外科用機器。

ｘｌｖｉ．上昇アクチュエータは、ツール支持体が手持ち式本体に隣接する収縮位置と、ツール支持体が手持ち式本体から離れて配置される延長位置との間で移動可能であり、一対の２次アクチュエータは、手持ち式本体とツール支持体との間の距離が延長位置でより大きくなるので、収縮位置と比較して延長位置でより長い移動長さを有する、条項ｘｌｉｖの外科用機器。

ｘｌｖｉｉ．上昇アクチュエータが第１のストローク長を有し、各２次アクチュエータが第１のストローク長よりも短い第２のストローク長を有する、条項ｘｌｉｉｉの外科用機器。

ｘｌｖｉｉｉ．手持ち式部分は、近位端と遠位端とを含み、上昇アクチュエータは、手持ち式部分の近位端と遠位端との間に配置され、２次アクチュエータは、上昇アクチュエータの遠位に配置される、条項ｘｌｉｉｉの外科用機器。

ｘｌｉｘ．一対の２次アクチュエータは、第１の能動軸に沿って有効長が調整可能な第１のアクチュエータと、第２の能動軸に沿って有効長が調整可能な第２のアクチュエータとを備え、上昇アクチュエータは、第３の能動軸に沿って有効長が調整可能である、条項ｘｌｉｉｉの外科用機器。

ｌ．複数のアクチュエータの調整を制御するために複数のアクチュエータに結合され、仮想鋸切断ガイドを規定するコントローラを含む、条項ｘｌｉｖの外科用機器。

ｌｉ．コントローラが、アクチュエータの有効長の最小値と最大値との間のホーム位置に戻るように複数のアクチュエータを制御するように構成される、条項ｌの外科用機器。

ｌｉｉ．コントローラが、仮想鋸切断ガイドを規定するために、手持ち式本体に対するツール支持体のピッチ方向、ロール方向、および並進位置を制御するように構成される、条項１ｉの外科用機器。

ｌｉｉｉ．コントローラが、ツール支持体に取り付けられた制御ハウジングと、制御ハウジングの内側に配置された制御盤とを備える、条項ｌの外科用機器。

ｌｉｖ．ツールの運動を駆動するためのモータがツール支持体に接続されている、条項ｌの外科用機器。

ｌｖ．外科用ツールとともに使用するための手持ち式ロボットシステムであって、ユーザが保持および支持するための手持ち部分と、外科用ツールを支持するために手持ち部分に移動可能に結合されたツール支持体と、ツール支持体と手持ち部分を動作可能に相互接続して、ツール支持体を手持ち部分に対して３自由度で動かして、外科用ツールを所望の位置、姿勢、または方向に配置するための複数のアクチュエータとを含む機器と、手持ち部分の所望の動きを示す視覚的インジケータと、複数のアクチュエータに結合され、複数のアクチュエータの調整を制御して、外科用ツールを所望の位置、姿勢、または方向に維持するためのコントローラと、を含み、コントローラは視覚的インジケータに結合されており、コントローラは、複数のアクチュエータのアクチュエータ情報に基づいて、ユーザが機器を動かしている間、視覚的インジケータを制御し、ピッチ方向、ロール方向、および並進位置の変更を視覚的に示すように構成されている、手持ち式ロボットシステム。

ｌｖｉｉ．鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、ユーザが保持する手持ち部分と、鋸刃を支持するために手持ち部分に結合された刃支持体と、刃支持体と手持ち部分とを動作可能に相互接続して、手持ち部分に対して３自由度で刃支持体を動かす複数のアクチュエータとを備える機器と、刃支持体に結合された第１のトラッカーと、手持ち部分に結合された第２のトラッカーと、ローカライザを備えたナビゲーションシステムであって、ローカライザは、第１トラッカーと第２トラッカーの姿勢を決定して、鋸刃の姿勢と手持ち部分の姿勢を決定するように構成されているナビゲーションシステムと、鋸刃の姿勢、手持ち部分の姿勢、および鋸刃の所望の姿勢に基づいて鋸刃の命令された姿勢を決定するように動作可能なコントローラと、を含み、コントローラは、複数のアクチュエータのうちの１つまたは複数を制御して、命令された姿勢に向かって移動するように動作可能である、手持ち式ロボットシステム。

ｌｖｉｉｉ．複数のアクチュエータの最小および最大位置に基づいて、コントローラが複数のアクチュエータのうちの１つまたは複数を制御して、命令された姿勢に向かってさらに動くように動作可能である、条項１ｖｉｉの手持ち式ロボットシステム。

いくつかの構成は、前述の説明において論じられてきた。しかし、本明細書で説明する構成は、網羅的であることや、教示を特定の形式に限定することを意図したものではない。使用されている用語は、限定的ではなく説明の言葉の性質を意図している。特に記載されている以外の方法で実施され得る上記の教示に照らして、多くの修正および変形が可能である。

いくつかの構成は、前述の説明において論じられてきた。しかし、本明細書で説明する構成は、網羅的であることや、教示を特定の形式に限定することを意図したものではない。使用されている用語は、限定的ではなく説明の言葉の性質を意図している。特に記載されている以外の方法で実施され得る上記の教示に照らして、多くの修正および変形が可能である。
出願時の特許請求の範囲は以下の通り。
［請求項１］
手術を行うためにツールとともに使用するための手持ち式ロボット機器であって、
ユーザが保持する手持ち部分と、
前記ツールを支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合されたツール支持体と、
前記ツール支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続して、前記ツール支持体を前記手持ち部分に対して３自由度で動かす複数のアクチュエータであって、前記複数のアクチュエータのそれぞれは、有効長が能動的に調整可能である複数のアクチュエータと、
前記ツール支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続する受動リンケージを有する拘束アセンブリであって、前記受動リンケージは、前記ツール支持体および前記手持ち部分に結合され、前記手持ち部分に対する前記ツール支持体の動きを３自由度で拘束するように構成された拘束アセンブリと
を備える手持ち式ロボット機器。
［請求項２］
前記受動リンケージは、前記複数のアクチュエータとは独立して、前記ツール支持体と前記手持ち部分とを動作可能に相互接続し、前記受動リンケージは、有効長が受動的に調整可能である、請求項１に記載のロボット機器。
［請求項３］
前記拘束アセンブリが、前記受動リンケージを前記ツール支持体に結合する受動リンケージジョイントを含む、請求項１または２に記載のロボット機器。
［請求項４］
前記受動リンケージジョイントが、受動リンケージＵジョイントまたは受動リンケージ球形ジョイントを含む、請求項３に記載のロボット機器。
［請求項５］
前記受動リンケージは、シャフトと、拘束軸に沿って前記シャフトを受け入れるように構成されたスリーブとを含み、
前記受動リンケージは、前記シャフトが前記スリーブに対して前記拘束軸に沿って軸方向に摺動し、前記複数のアクチュエータの１つまたは複数の作動中に前記拘束軸に対して半径方向に前記シャフトの動きを拘束するように構成されている、請求項３または４に記載のロボット機器。
［請求項６］
前記受動リンケージは、前記拘束軸の周りの前記スリーブに対する前記シャフトの回転を拘束するためのキーを含む、請求項５に記載のロボット機器。
［請求項７］
前記複数のアクチュエータのそれぞれが能動軸に沿って配置され、前記能動軸が前記拘束軸に対して傾斜した構成で配置されるように構成されている、請求項５または６に記載のロボット機器。
［請求項８］
前記複数のアクチュエータを前記ツール支持体に結合する複数の第１の能動ジョイントを含む、請求項４から７のいずれか一項に記載のロボット機器。
［請求項９］
前記複数の第１の能動ジョイントのそれぞれは、能動Ｕジョイントまたは能動球形ジョイントを含む、請求項８に記載のロボット機器。
［請求項１０］
前記第１の能動ジョイントおよび前記受動リンケージジョイントは、共通平面上に配置された平行な旋回軸を規定する、請求項９に記載のロボット機器。
［請求項１１］
前記ツール支持体は、前記ツールが前記ツール支持体に取り外し可能に結合されたときに前記ツールが前記共通平面に平行なツール平面上に配置されるように構成されたツールカプラを含む、請求項１０に記載のロボット機器。
［請求項１２］
前記ツール平面は、前記共通平面から１．０インチ以下離間している、請求項１１に記載のロボット機器。
［請求項１３］
前記複数のアクチュエータのうちの２つを前記手持ち部分に結合する第２の能動ジョイントと、前記複数のアクチュエータのうちの１つを前記手持ち部分に結合する第３の能動ジョイントとを含む、請求項９から１２のいずれか一項に記載のロボット機器。
［請求項１４］
前記第２の能動ジョイントのそれぞれは、スイベル軸の周りで前記手持ち部分に対してスイベルするように配置されたスイベルヨークを含み、
前記第３の能動ジョイントは、前記手持ち部分に固定された旋回ハウジングを含む、請求項１３に記載のロボット機器。
［請求項１５］
前記第２の能動ジョイントのそれぞれは、前記スイベルヨークの１つに旋回可能に結合されたキャリアを含み、
前記第３の能動ジョイントは、前記旋回ハウジングに旋回可能に結合されたキャリアを含む、請求項１４に記載のロボット機器。
［請求項１６］
前記キャリアのそれぞれがトラニオンを含む、請求項１５に記載のロボット機器。
［請求項１７］
前記複数のアクチュエータのそれぞれは、親ねじを含み、
前記キャリアは、前記親ねじをねじ込み式に受け入れるように構成され、前記親ねじのそれぞれは、前記複数のアクチュエータの対応する１つの前記有効長を調整するように、前記キャリアの対応する１つに対して回転可能である、請求項１５または１６のいずれか一項に記載のロボット機器。
［請求項１８］
前記複数のアクチュエータのそれぞれは、前記親ねじの１つに固定された回転子を有するモータを含み、
前記複数のアクチュエータのそれぞれは、ハウジングを含み、前記回転子は、前記ハウジングに対して回転するように構成される、請求項１７に記載のロボット機器。
［請求項１９］
前記親ねじに固定されたストップを含み、前記ストップは、前記親ねじの移動端において前記キャリアに当接するサイズである、請求項１７または１８のいずれか一項に記載のロボット機器。
［請求項２０］
前記ハウジングのそれぞれおよび対応するキャリアは、前記親ねじが前記キャリアに対して回転することを可能にするために、第１の自由度における相対運動が拘束される、請求項１８または１９のいずれか一項に記載のロボット機器。
［請求項２１］
前記第１の能動ジョイントのそれぞれが、前記ハウジングの対応する１つから延びる旋回ヨークを含む、請求項１８から２０のいずれか一項に記載のロボット機器。
［請求項２２］
前記複数のアクチュエータは、第１の能動軸に沿って有効長が調整可能な第１のアクチュエータと、第２の能動軸に沿って有効長が調整可能な第２のアクチュエータと、第３の能動軸に沿って有効長が調整可能な第３のアクチュエータと、を含む、請求項１から２１のいずれか一項に記載のロボット機器。
［請求項２３］
前記受動リンケージは、拘束軸に沿って有効長が調整可能であり、前記拘束軸および前記第３の能動軸は、前記複数のアクチュエータの作動全体にわたって中心面に沿った同一平面上にある、請求項２２に記載のロボット機器。
［請求項２４］
前記アクチュエータが、作動中に前記ツール支持体および前記手持ち部分に対して旋回できるように、前記アクチュエータは前記ツール支持体に旋回可能に結合され、前記手持ち部分に旋回可能に結合される、請求項２２から２３のいずれか一項に記載のロボット機器。
［請求項２５］
前記第１のアクチュエータ、前記第２のアクチュエータ、および前記第３のアクチュエータは、有効長が独立して調整可能であり、前記手持ち部分に対する前記ツール支持体のロール方向、ピッチ方向、および並進位置のうちの１つまたは複数を調整する、請求項２２から２４のいずれか一項に記載のロボット機器。
［請求項２６］
前記ツール支持体は、前記ツールの運動を駆動するためのモータを含む、請求項１から２５のいずれか一項に記載のロボット機器。
［請求項２７］
前記ツール支持体は、前記モータの回転運動を前記ツールの振動運動に変換するために前記モータに結合されたトランスミッションを含む、請求項２６に記載のロボット機器。
［請求項２８］
前記ロボット機器の重量が６ポンド未満である、請求項１から２７のいずれか一項に記載のロボット機器。
［請求項２９］
前記手持ち部分が、前記ユーザによって把持され、手動で支持されるように構成される、請求項２８に記載のロボット機器。
［請求項３０］
手術を行う際に鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボット機器であって、
ユーザが保持する手持ち部分と、
前記鋸刃を支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分とを動作可能に相互接続して、前記手持ち部分に対して前記刃支持体を３自由度で動かす複数のアクチュエータと、
前記刃支持体と前記手持ち部分とを動作可能に相互接続して、前記手持ち部分に対する前記刃支持体の動きを３自由度で拘束する拘束アセンブリと、
前記複数のアクチュエータに結合され、平面に沿って前記鋸刃を維持するために前記複数のアクチュエータの調整を制御するコントローラと
を備える、手持ち式ロボット機器。
［請求項３１］
前記複数のアクチュエータは、第１の能動軸に沿って有効長が調整可能な第１のアクチュエータと、第２の能動軸に沿って有効長が調整可能な第２のアクチュエータと、第３の能動軸に沿って有効長が調整可能な第３のアクチュエータと、拘束軸に沿って有効長が調整可能な受動リンケージとを含む、請求項３０に記載のロボット機器。
［請求項３２］
前記第１のアクチュエータ、前記第２のアクチュエータ、および前記第３のアクチュエータは、有効長が独立して調整可能であり、前記手持ち部分に対する前記刃支持体のロール方向、ピッチ方向、および並進位置のうちの１つまたは複数を調整する、請求項３１に記載のロボット機器。
［請求項３３］
前記コントローラは、前記アクチュエータの前記有効長の最小値と最大値との間のホーム位置に戻るように前記アクチュエータを制御するように構成される、請求項３１から３２のいずれか一項に記載のロボット機器。
［請求項３４］
前記コントローラは、前記手持ち部分に対する前記刃支持体のピッチ方向、ロール方向、および並進位置を制御するように構成される、請求項３０から３３のいずれか一項に記載のロボット機器。
［請求項３５］
前記コントローラは、前記刃支持体に取り付けられた制御ハウジングと、前記制御ハウジング内に配置された前記制御盤とを含む、請求項３０から３４のいずれか一項に記載のロボット機器。
［請求項３６］
前記コントローラは、前記制御盤とのデータおよび電力の通信可能な遠隔制御コンソールを含む、請求項３５に記載のロボット機器。
［請求項３７］
前記刃支持体は、前記鋸の運動を駆動するためのモータを含む、請求項３０から３６のいずれか一項に記載のロボット機器。
［請求項３８］
前記刃支持体が、前記モータからの回転運動を前記鋸の振動運動に変換するために前記モータに結合されたトランスミッションを含む、請求項３７に記載のロボット機器。
［請求項３９］
前記手持ち部分が、前記ユーザによって把持されるためのグリップを含む、請求項３０から３８のいずれか一項に記載のロボット機器。
［請求項４０］
前記手持ち部分が、前記ユーザによって把持され、手動で支持されるように構成される、請求項３９に記載のロボット機器。
［請求項４１］
ナビゲーショントラッカーを取り外し可能に受け入れるために前記刃支持体に固定されたトラッカーマウントをさらに含む、請求項３０から４０のいずれか一項に記載のロボット機器。
［請求項４２］
前記機器に結合され、前記手持ち部分のピッチ方向、ロール方向、および並進における１つまたは複数の所望の変更を前記ユーザに視覚的に示して、所望の姿勢を達成するように制御可能であるガイダンスアレイをさらに含む、請求項３０から４１のいずれか一項に記載のロボット機器。
［請求項４３］
前記ロボット機器の重量が６ポンド未満である、請求項３０から４２のいずれか一項に記載のロボット機器。
［請求項４４］
手術を行う際に鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持する手持ち部分と、
前記鋸刃を支持するために前記手持ち部分に結合された刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分とを動作可能に相互接続して、前記手持ち部分に対して前記刃支持体を３自由度で動かすアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリと、を有する機器と、
複数の視覚的インジケータを有し、前記機器に結合され、前記手持ち部分のピッチ方向、ロール方向、および並進における１つまたは複数の所望の変更を視覚的に前記ユーザに示して、前記手持ち部分の所望の姿勢を達成するように制御可能であるガイダンスアレイと、
前記鋸刃を所望の平面に沿って維持するために前記複数のアクチュエータの調整を制御するように構成されたコントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記複数のアクチュエータのうちのアクチュエータのアクチュエータ情報に基づいてガイダンスアレイを制御し、前記ユーザが前記機器を動かしている間のピッチ方向、ロール方向、および並進位置の前記１つまたは複数の所望の変更を視覚的に示すようにさらに構成される、手持ち式ロボットシステム。
［請求項４５］
前記アクチュエータ情報は、前記アクチュエータの測定位置、前記アクチュエータの以前の命令位置、前記アクチュエータの利用可能な移動、前記アクチュエータの制限、前記アクチュエータの以前の測定位置、前記アクチュエータの命令位置、前記アクチュエータのシミュレートされた命令位置、またはそれらの組み合わせを含む群から選択される、請求項４４に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項４６］
前記アクチュエータ情報は、前記アクチュエータの利用可能な移動および前記アクチュエータの命令位置を含む、請求項４５に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項４７］
前記複数の視覚的インジケータの視覚的インジケータは、第１のセグメントおよび第２のセグメントを含み、
前記コントローラは、前記第１のセグメントおよび前記第２のセグメントが前記手持ち部分の所望の動きの方向を示すために異なる状態で動作可能となるように、前記第１のセグメントおよび前記第２のセグメントの照明を制御するように構成される、請求項４４から４６のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項４８］
前記複数のアクチュエータは、第１のアクチュエータを含み、
前記コントローラは、前記視覚的インジケータの前記第１のセグメントおよび前記第２のセグメントの照明を制御して、前記第１のアクチュエータに関するアクチュエータ情報に基づく前記手持ち部分の前記ピッチ方向、前記ロール方向、および前記並進位置のうちの１つまたは複数における１つまたは複数の所望の変更を前記ユーザに示すように構成される、請求項４７に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項４９］
前記複数の視覚的インジケータのそれぞれは、第１のセグメントおよび第２のセグメントを含み、
前記コントローラは、前記複数の視覚的インジケータの前記第１のセグメントおよび前記第２のセグメントの１つの照明を制御し、前記複数のアクチュエータのうち２つ以上のアクチュエータに関するアクチュエータ情報に基づいて、前記手持ち部分の前記並進位置を変更することを前記ユーザに示すように構成される、請求項４６に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項５０］
前記複数の視覚的インジケータのそれぞれは、第１のセグメントおよび第２のセグメントを含み、
前記コントローラは、前記複数の視覚的インジケータの前記第１のセグメントおよび前記第２のセグメントの１つの照明を制御し、前記複数のアクチュエータのうち２つ以上のアクチュエータに関するアクチュエータ情報に基づいて、前記手持ち部分の前記ピッチ方向を変更するように前記ユーザに示すように構成される、請求項４６に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項５１］
前記複数の視覚的インジケータのそれぞれは、第１のセグメントおよび第２のセグメントを含み、
前記コントローラは、前記複数の視覚的インジケータの前記第１のセグメントおよび前記第２のセグメントの１つの照明を制御し、前記複数のアクチュエータのうちの２つ以上のアクチュエータに関するアクチュエータ情報に基づいて、前記手持ち部分の前記ロール方向を変更することを前記ユーザに示すように構成される、請求項４６に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項５２］
前記第１のセグメントおよび前記第２のセグメントは、前記視覚的インジケータの中央線の両側にあり、
前記コントローラは、前記第１のセグメントおよび前記第２のセグメントの少なくとも１つを照明して、前記手持ち部分の所望の動きの方向を示すように構成されている、請求項４７から５１のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項５３］
前記第１のセグメントおよび前記第２のセグメントが互いに隣接して配置されている、請求項４７から５２のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項５４］
前記コントローラは、前記第１のセグメントおよび前記第２のセグメントのそれぞれをオン状態およびオフ状態で動作させるように構成される、請求項４７から５３のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項５５］
前記第１のセグメントは、第１の色を放出することができる第１の照明源を含み、前記第２のセグメントは、前記第１の色とは異なる第２の色を放出することができる第２の照明源を含む、請求項４７から５３のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項５６］
前記複数の視覚的インジケータは、第１の視覚的インジケータおよび第２の視覚的インジケータを含み、前記第１の視覚的インジケータおよび前記第２の視覚的インジケータのそれぞれは、第１のセグメントおよび第２のセグメントを含み、前記第１の視覚的インジケータの前記第１のセグメントは、前記第２の視覚的インジケータの前記第１のセグメントと共通の平面にある、請求項４４から５５のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項５７］
前記コントローラは、前記ユーザがピッチ方向の所望の変更、ロール方向の所望の変更、および並進位置の所望の変更を区別できるように前記ガイダンスアレイを動作するように構成される、請求項４４から４７のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項５８］
前記複数のアクチュエータは、第１のアクチュエータを含み、前記複数のアクチュエータのうちの前記１つまたは複数に関する前記アクチュエータ情報は、前記第１のアクチュエータの命令位置であり、
前記複数の視覚的インジケータは、前記複数のアクチュエータの前記第１のアクチュエータの前記命令位置に基づいて制御される第１の視覚的インジケータを含む、請求項４６から５７のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項５９］
前記第１の視覚的インジケータは、前記第１のアクチュエータが第１の命令位置にあるときに第１の色を放出し、前記第１のアクチュエータが第２の命令位置にあるときに第２の色を放出するように構成され、前記第１の命令位置は前記第２の命令位置とは異なる、請求項５８に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項６０］
前記複数のアクチュエータは、第１のアクチュエータを含み、前記複数のアクチュエータのうちの前記１つまたは複数に関する前記アクチュエータ情報は、前記第１のアクチュエータの命令位置および前記第１のアクチュエータの利用可能な移動であり、
前記複数の視覚的インジケータは、前記第１のアクチュエータの前記命令位置および前記第１のアクチュエータの前記利用可能な移動に基づいて制御される第１の視覚的インジケータを含む、請求項４６から５７のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項６１］
前記第１の視覚的インジケータは、前記第１のアクチュエータの第１の命令位置および前記第１のアクチュエータの前記利用可能な移動に基づいて第１の色、前記第１のアクチュエータの第２の命令位置および前記第１のアクチュエータの前記利用可能な移動に基づく第２の色、および前記第１のアクチュエータの第３の命令位置に基づく第３の色を放出するように構成され、前記第１の命令位置は前記第２の命令位置とは異なり、前記第２の命令位置は前記第３の命令位置とは異なる、請求項６０に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項６２］
前記複数の視覚的インジケータのそれぞれは、第１の色を放出することができる第１の照明源と、前記第１の色とは異なる第２の色を放出することができる第２の照明源とを含む、請求項４４から６１のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項６３］
前記複数の視覚的インジケータのそれぞれは、第１の色を放出することができる第１の照明源と、前記第１の色とは異なる第２の色を放出することができる第２の照明源と、前記第１の色および前記第２の色とは異なる第３の色を放出することができる第３の照明源とを含む、請求項４４から６１のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項６４］
前記刃支持体は中心面を規定し、前記複数の視覚的インジケータは、第１の視覚的インジケータおよび第２の視覚的インジケータを含み、前記第１の視覚的インジケータおよび前記第２の視覚的インジケータは、前記中心面の両側で前記中心面からオフセットされている、請求項４４から４７のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項６５］
前記刃支持体は、前記中心面に垂直な平面を規定し、前記複数の視覚的インジケータは、第１の視覚的インジケータおよび第２の視覚的インジケータおよび第３の視覚的インジケータを含み、
前記第１の視覚的インジケータおよび前記第２の視覚的インジケータのうちの少なくとも１つは、前記中心面に垂直な前記平面の一方側にあり、前記第３の視覚的インジケータは前記垂直な平面の反対側にある、請求項６４に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項６６］
前記複数の視覚的インジケータは、第１の視覚的インジケータ、第２の視覚的インジケータ、および第３の視覚的インジケータを含み、
前記第１の視覚的インジケータ、前記第２の視覚的インジケータ、および前記第３の視覚的インジケータのそれぞれは、第１のセグメントおよび第２のセグメントを含み、
前記第１の視覚的インジケータの前記第１のセグメントは、前記第２の視覚的インジケータの前記第１のセグメントおよび前記第３の視覚的インジケータの前記第１のセグメントと共通の平面にある、請求項４４から４７のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項６７］
前記第１のセグメントおよび前記第２のセグメントは、第１の軸上に垂直に配置され、前記第１の軸は、前記刃支持体によって規定される平面に垂直である、請求項４７に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項６８］
前記複数の視覚的インジケータのうちの少なくとも１つは、第１のセグメントおよび第２のセグメントを含み、
前記コントローラは、前記第１のセグメントおよび前記第２のセグメントが前記手持ち部分の所望の動きの方向を示すために異なる状態で動作するように、前記第１のセグメントおよび前記第２のセグメントの照明を制御するように構成される、請求項４４から４７のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項６９］
前記コントローラは、前記第１のセグメントおよび前記第２のセグメントの照明を制御して、前記手持ち部分の前記ピッチ方向、前記ロール方向、および前記並進位置のうちの１つまたは複数における１つまたは複数の所望の変更を前記ユーザに示すように構成される、請求項６８に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項７０］
前記複数のアクチュエータは、第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータを含み、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つに関する前記アクチュエータ情報は、前記第１のアクチュエータの第１の命令位置および前記第２のアクチュエータの第１の命令位置であり、
前記複数の視覚的インジケータは、前記第１のアクチュエータの前記第１の命令位置および前記第２のアクチュエータの前記第１の命令位置に基づいて制御される、請求項４６に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項７１］
前記複数の視覚的インジケータのうちの少なくとも１つは、前記第１のアクチュエータおよび前記第２のアクチュエータのうちの少なくとも１つの前記第１の命令位置に基づいて第１の色、前記第１のアクチュエータおよび前記第２のアクチュエータのうちの少なくとも１つの第２の命令位置に基づく第２の色を放出するように構成され、前記第１の命令位置は、前記第２の命令位置とは異なる、請求項７０に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項７２］
前記複数のアクチュエータは、第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータを含み、前記複数のアクチュエータのうちの前記１つまたは複数に関する前記アクチュエータ情報は、前記第１のアクチュエータの命令位置および前記第１のアクチュエータの利用可能な移動、ならびに前記第２のアクチュエータの命令位置および前記第２のアクチュエータの利用可能な移動であり、
前記複数の視覚的インジケータのうちの少なくとも１つは、前記第１のアクチュエータの前記命令位置および前記第１のアクチュエータの前記利用可能な移動および前記第２のアクチュエータの前記命令位置および前記第２のアクチュエータの前記利用可能な移動に基づいて制御される、請求項７０に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項７３］
前記複数の視覚的インジケータのうちの少なくとも１つは、前記第１のアクチュエータの前記第１の命令位置および前記第２のアクチュエータの前記第１の命令位置、ならびに前記第１のアクチュエータの前記利用可能な移動および前記第２のアクチュエータの利用可能な移動に基づいて第１の色、前記第１のアクチュエータの第２の命令位置および前記第２のアクチュエータの第２の命令位置に基づいて第２の色、および前記第１のアクチュエータの第３の命令位置および前記第２のアクチュエータの第３の命令位置に基づいて第３の色を放出するように構成され、
前記第１の命令位置は、前記第３の命令位置とは異なる前記第２の命令位置とは異なる、請求項７０に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項７４］
前記複数の視覚的インジケータは３つの視覚的インジケータを含み、前記３つの視覚的インジケータが共通平面に配置されている、請求項４４から４７のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項７５］
前記複数の視覚的インジケータのそれぞれは、上部および下部を含み、
前記コントローラは、前記上部および前記下部が異なる状態で動作して、前記手持ち部分の所望の動きの方向を示すように、前記上部および前記下部の照明を制御するように構成される、請求項４４から４７のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項７６］
前記コントローラは、前記上部および前記下部が、前記命令位置および前記利用可能な移動に基づいて同じ状態で動作するように、前記上部および前記下部の照明を制御するように構成される、請求項７５に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項７７］
前記複数の視覚的インジケータは、第１の視覚的インジケータ、第２の視覚的インジケータ、および第３の視覚的インジケータを含み、前記刃支持体は、中心面を規定し、
前記第１の視覚的インジケータおよび前記第２の視覚的インジケータは、前記中心面の両側で前記中心面からオフセットされ、前記中心面は、前記第３の視覚的インジケータを通過する、請求項７６に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項７８］
前記コントローラは、前記手持ち部分の前記ピッチ方向、前記ロール方向、および前記並進位置のうちの１つまたは複数における１つまたは複数の所望の変更を前記ユーザに示すために、前記上部および前記下部の照明を制御するように構成される、請求項７６から７７のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項７９］
前記コントローラは、第１の状態で動作するように前記上部の照明を制御し、前記第１の状態とは異なる第２の状態で動作するように前記下部の照明を制御し、前記手持ち部分の前記並進位置を変更するように前記ユーザに示すように構成される、請求項７６から７８のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項８０］
前記複数の視覚的インジケータは、第１の視覚的インジケータ、第２の視覚的インジケータ、および第３の視覚的インジケータを含み、
前記コントローラは、第１の状態で動作するように前記第３の視覚的インジケータの前記上部の照明を制御し、前記第１の状態とは異なる第２の状態で動作するように前記第１の視覚的インジケータおよび前記第２の視覚的インジケータの前記上部の照明を制御し、前記手持ち部分の前記ピッチ方向を変更するように前記ユーザに示すように構成される、請求項７６から７９のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項８１］
前記複数の視覚的インジケータは、第１の視覚的インジケータ、第２の視覚的インジケータ、および第３の視覚的インジケータを含み、
前記コントローラは、第１の状態で動作するように前記第１の視覚的インジケータの前記上部の照明を制御し、前記第１の状態とは異なる第２の状態で動作するように前記第２の視覚的インジケータの前記上部の照明を制御して、前記手持ち部分の前記ロール方向を変更するように前記ユーザに示すように構成される、請求項７６から７９のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項８２］
前記複数の視覚的インジケータは、第１の視覚的インジケータ、第２の視覚的インジケータ、および第３の視覚的インジケータを含み、
前記視覚的インジケータは、前記第１の視覚的インジケータおよび前記第２の視覚的インジケータが前記第３の視覚的インジケータに対して遠位に配置されるように、前記刃支持体に沿って配置される、請求項７４から８１のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項８３］
前記複数の視覚的インジケータのそれぞれは、異なる状態で動作することができる上半球部分および下半球部分を備えた球形を有する、請求項７４から８２のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項８４］
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持および支持する手持ち部分と、
前記鋸刃を支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続して、前記刃支持体を前記手持ち部分に対して３自由度で動かして、前記鋸刃を所望の平面上に配置するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリと、を有する機器と、
前記刃手持ち部分の所望の動きを示す視覚的インジケータと、
前記鋸刃を前記所望の平面に沿って維持するために前記複数のアクチュエータの調整を制御するように構成されたコントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記複数のアクチュエータのアクチュエータに関するアクチュエータ情報に基づいて、前記視覚的インジケータを制御し、前記ユーザが前記機器を動かしている間、ピッチ方向、ロール方向、および並進位置の変更を視覚的に示すように構成されている、手持ち式ロボットシステム。
［請求項８５］
前記アクチュエータ情報は、前記アクチュエータの測定位置、前記アクチュエータの以前の命令位置、前記アクチュエータの利用可能な移動、アクチュエータの制限、前記アクチュエータの以前の測定位置、前記アクチュエータの命令位置、前記アクチュエータのシミュレートされた命令位置、またはそれらの組み合わせを含む群から選択される、請求項８４に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項８６］
前記アクチュエータ情報は、前記アクチュエータの前記利用可能な移動および前記アクチュエータの命令位置を含む、請求項８５に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項８７］
前記コントローラは、前記ユーザがピッチ方向の所望の変更、ロール方向の所望の変更、および並進位置の所望の変更を区別できるように前記視覚的インジケータを動作するように構成される、請求項８４から８６のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項８８］
前記複数のアクチュエータのうちの前記１つまたは複数に関する前記アクチュエータ情報は、前記複数のアクチュエータのうちの第１のアクチュエータの命令位置であり、
前記視覚的インジケータは、前記第１のアクチュエータの前記命令位置に基づいて制御される、請求項８５から８６のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項８９］
前記視覚的インジケータは、前記第１のアクチュエータの第１の命令位置に基づく第１の指示と、前記第１のアクチュエータの第２の命令位置に基づく第２の指示とを出力するように構成され、
前記第１の指示は前記第２の指示とは異なり、前記第１の命令位置は前記第２の命令位置とは異なる、請求項８８に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項９０］
前記アクチュエータに関する前記アクチュエータ情報は、前記複数のアクチュエータのうちの第１のアクチュエータの命令位置および前記第１のアクチュエータの前記利用可能な移動であり、
前記視覚的インジケータは、前記複数のアクチュエータの前記第１のアクチュエータの命令位置および前記第１のアクチュエータの前記利用可能な移動に基づいて制御される、請求項８５に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項９１］
前記アクチュエータ情報は、第１のアクチュエータの命令位置および第２のアクチュエータの命令位置であり、
前記視覚的インジケータは、前記第１のアクチュエータの前記命令位置および前記第２のアクチュエータの前記命令位置に基づいて制御される、請求項８５に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項９２］
前記視覚的インジケータは、前記第１のアクチュエータおよび前記第２のアクチュエータの前記命令位置に基づく第１の指示、および前記第１のアクチュエータおよび前記第２のアクチュエータの第２の命令位置に基づく第２の指示を出力するように構成され、前記第１の命令位置は、前記第２の命令位置とは異なる、請求項９１に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項９３］
前記アクチュエータ情報は、前記複数のアクチュエータの第１のアクチュエータの第１の命令位置および前記第１のアクチュエータの利用可能な移動、前記複数のアクチュエータの第２のアクチュエータの命令位置および前記第２のアクチュエータの利用可能な移動であり、
前記視覚的インジケータは、前記第１のアクチュエータおよび前記第２のアクチュエータの命令位置に基づいて、ならびに前記第１のアクチュエータの前記利用可能な移動および前記第２のアクチュエータの前記利用可能な移動に基づいて制御される、請求項８５に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項９４］
ディスプレイ画面をさらに含み、前記ディスプレイ画面は、前記視覚的インジケータを表示するように構成される、請求項８５から９３のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項９５］
前記ディスプレイ画面が前記刃支持体に取り付けられている、請求項９４に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項９６］
前記ロボット機器の重量が６ポンド未満である、請求項８４から９５のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項９７］
前記ディスプレイ画面が第１の部分および第２の部分を含み、前記第１の部分が第１の視覚的インジケータを含み、前記第２の部分が第２の視覚的インジケータを含む、請求項９４から９６のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項９８］
前記複数のアクチュエータのうちの１つに関する前記アクチュエータ情報は、前記複数のアクチュエータのうちの第１のアクチュエータの命令位置と、前記複数のアクチュエータのうちの前記第２のアクチュエータの命令位置とであり、
前記第１の視覚的インジケータおよび前記第２の視覚的インジケータは、前記第１のアクチュエータの前記命令位置および前記第２のアクチュエータの前記命令位置に基づいて制御される、請求項９７に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項９９］
前記複数のアクチュエータのうちの１つに関する前記アクチュエータ情報は、前記複数のアクチュエータの前記第１のアクチュエータの命令位置および前記第１のアクチュエータの利用可能な移動、ならびに前記第２のアクチュエータの前記命令位置および前記第２のアクチュエータの利用可能な移動であり、
前記第１の視覚的インジケータおよび前記第２の視覚的インジケータの少なくとも１つが、前記複数のアクチュエータの前記第１のアクチュエータの前記命令位置および前記第１のアクチュエータの前記利用可能な移動、ならびに前記複数のアクチュエータの前記第２のアクチュエータの前記命令位置および前記第２のアクチュエータの前記利用可能な移動に基づいて制御される、請求項９８に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１００］
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持する手持ち部分と、
前記鋸刃を支持するために前記手持ち部分に結合された刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続して、前記刃支持体を前記手持ち部分に対して３自由度で動かして、前記鋸刃を所望の平面上に配置するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリと、を有する機器と、
既知の座標系で前記鋸刃の位置および骨に関連する基準位置を決定するように構成されたローカライザと、
複数のモードで前記機器の動作を制御するために前記複数のアクチュエータに結合されたコントローラと
を備え、
前記複数のモードは、前記コントローラが前記複数のアクチュエータのそれぞれを自動的に制御して、前記鋸刃を前記手持ち部分の姿勢に対して一定の姿勢に維持する第１のモードと、前記鋸刃が前記手持ち部分の前記姿勢に対して前記所望の平面に向かって能動的に動くように、前記コントローラが前記複数のアクチュエータのそれぞれを自動的に制御する第２のモードとを含み、
前記コントローラは、前記鋸刃の前記位置と前記基準位置の前記位置に基づいて、前記第１のモードから前記第２のモードに自動的に切り替えるように構成されている、手持ち式ロボットシステム。
［請求項１０１］
ナビゲーショントラッカーを取り外し可能に受け入れるために前記刃支持体に固定されたトラッカーマウントをさらに含み、
前記ローカライザは、前記ナビゲーショントラッカーの前記位置に基づいて前記鋸刃の位置を決定するように構成される、請求項１００に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１０２］
前記刃支持体は、鋸駆動モータと、前記鋸刃の振動運動を駆動するためのトランスミッションとを含む、請求項１００から１０１のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１０３］
患者トラッカーをさらに含む、請求項１００から１０２のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１０４］
前記コントローラは、既知の座標系で骨に関連する基準位置の位置に基づいて前記鋸駆動モータを制御するように構成され、前記基準位置は前記患者トラッカーに対して規定される、請求項１０３に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１０５］
前記鋸駆動モータの速度を制御するように動作可能な入力装置をさらに備え、
前記コントローラは、前記第１のモードおよび前記第２のモード中の、骨に関連する前記基準位置の前記位置および前記鋸刃の前記位置に基づいて、前記入力装置を介した前記鋸駆動モータの作動を防止するように構成される、請求項１０４に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１０６］
前記コントローラは、前記鋸刃の前記位置および前記基準位置の前記位置に基づいて距離パラメータを決定するように構成される、請求項１００から１０５のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１０７］
前記距離パラメータは、方向および大きさを含む群から選択される、請求項１０６に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１０８］
前記距離パラメータが、骨から離れる方向を有し、第１の閾値よりも大きい大きさを有する、請求項１０７に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１０９］
前記維持された姿勢が、前記複数のアクチュエータのホーム位置以外の位置を含む、請求項１００から１０８のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１１０］
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持する手持ち部分と、
前記手持ち部分に結合され、鋸駆動モータを含む刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分とを動作可能に相互接続して、前記手持ち部分に対して３自由度で前記刃支持体を動かして、前記刃を所望の平面上に配置するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリと、を有する機器と、
前記鋸駆動モータの速度を制御するように動作可能な入力装置と、
既知の座標系で前記鋸刃の姿勢を決定するように構成されたローカライザと、
前記複数のアクチュエータに結合されたコントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記既知の座標系で前記手持ち部分の姿勢を決定するために動作可能であり、
前記コントローラは、前記既知の座標系で前記鋸刃の所望の姿勢を決定するために動作可能であり、
前記コントローラは、前記鋸刃の前記姿勢、前記鋸刃の所望の姿勢、および前記手持ち部分の前記姿勢に基づいて、前記鋸刃の命令姿勢を決定するために動作可能であり、
前記コントローラは、
前記鋸刃が前記所望の平面上に維持され、前記鋸駆動モータが前記入力装置に応答するように、前記コントローラが前記複数のアクチュエータのそれぞれを自動的に制御する第１のモード、および
前記鋸駆動モータが入力装置に応答しない第２のモード
で動作可能であり、
前記コントローラは、前記鋸刃の前記姿勢、前記手持ち部分の前記姿勢、および前記鋸刃の前記命令姿勢に基づいて、前記第１のモードから前記第２のモードに自動的に切り替わるように構成されている、手持ち式ロボットシステム。
［請求項１１１］
前記手持ち部分の前記姿勢は、前記複数のアクチュエータのうちのアクチュエータのアクチュエータ情報に基づいて決定される、請求項１１０に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１１２］
前記アクチュエータ情報は、前記複数のアクチュエータの各アクチュエータの測定位置である、請求項１１０から１１１のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１１３］
前記手持ち部分の所望の動きを示すための視覚的インジケータをさらに備え、
前記コントローラは、前記視覚的インジケータに結合され、前記視覚的インジケータを制御して、前記手持ち部分のピッチ方向、ロール方向、および並進位置の変更を視覚的に示して、所望の手持ち部分の姿勢を達成するように構成される、請求項１１０から１１２のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１１４］
前記視覚的インジケータは、前記複数のアクチュエータのうちのアクチュエータに関する情報に基づき、
前記アクチュエータに関する前記情報は、前記複数のアクチュエータのうちの第１のアクチュエータの命令位置および前記第１のアクチュエータの利用可能な移動であり、
前記視覚的インジケータは、前記鋸刃を前記所望の平面に動かすために前記複数のアクチュエータの前記第１のアクチュエータの前記命令位置および前記第１のアクチュエータの前記利用可能な移動に基づいて制御される、請求項１１３に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１１５］
患者トラッカーをさらに備える、請求項１１０から１１４のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１１６］
前記コントローラは、既知の座標系で骨に関連する基準位置の位置に基づいて前記鋸駆動モータを制御するように構成される、請求項１１５に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１１７］
前記刃支持体に結合されたトラッカーをさらに備え、
前記ローカライザは、前記刃支持体に結合された前記トラッカーの姿勢に基づいて前記鋸刃の前記姿勢を決定するように構成される、請求項１１０から１１６のいずれか一項に記載の手持ち式ロボット機器。
［請求項１１８］
前記鋸刃の前記所望の姿勢が、計画された仮想物体の姿勢に基づいて決定される、請求項１１０から１１７のいずれか一項に記載の手持ち式ロボット機器。
［請求項１１９］
前記コントローラは、前記鋸刃の前記姿勢、前記手持ち部分の前記姿勢、および前記鋸刃の前記命令姿勢が、前記鋸刃の前記命令姿勢が前記複数のアクチュエータの範囲外にある状態を示しているとき、前記第１のモードから前記第２のモードに自動的に切り替えるように構成される、請求項１１０から１１８のいずれか一項に記載の手持ち式ロボット機器。
［請求項１２０］
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持する手持ち部分と、
前記鋸刃を支持するために前記手持ち部分に結合された刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続して、前記刃支持体を前記手持ち部分に対して３自由度で動かして、前記鋸刃を所望の平面上に配置するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリと、を有する機器と、
入力装置と、
第１のモードおよび第２のモードを含む複数のモードで前記複数のアクチュエータを制御するために前記複数のアクチュエータに結合されたコントローラと
を備え、
前記第１のモードでは、前記鋸刃が前記手持ち部分の姿勢に対して前記所望の平面に向かって能動的に動くように、前記コントローラが前記複数のアクチュエータのそれぞれを自動的に制御し、
前記第２のモードでは、前記コントローラが、前記手持ち部分の前記姿勢に対して前記鋸刃を一定の姿勢に維持するように自動的に制御し、
前記コントローラは、前記入力装置からの入力信号に基づいて、前記第１のモードから前記第２のモードに切り替えるように構成される、手持ち式ロボットシステム。
［請求項１２１］
前記入力装置は、フットスイッチ、タッチスクリーン、マイクロフォン、ポインタ、トリガー、またはそれらの組み合わせを含む群から選択される、請求項１２０に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１２２］
前記維持された姿勢は、前記複数のアクチュエータのうちの第１のアクチュエータのホーム位置以外の位置を含む、請求項１２０から１２１に記載のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１２３］
前記維持された姿勢は、前記複数のアクチュエータのうちの第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータのためのホーム以外の位置を含む、請求項１２２に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１２４］
前記第２のモードでは、前記コントローラは、骨の切断中に前記鋸刃に前記ユーザによって加えられる力に抵抗するように前記複数のアクチュエータを制御する、請求項１２０から１２３のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１２５］
複数のアクチュエータの調整挙動を自動的に制御するために鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持する手持ち部分と、
前記手持ち部分に結合され、前記鋸刃の運動を駆動するための鋸駆動モータを含む刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続して、前記刃支持体を前記手持ち部分に対して３自由度で動かして、前記鋸刃を所望の平面上に配置するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリと、を有する機器と、
距離パラメータを決定するために、既知の座標系で前記鋸刃の位置および骨に関連する基準位置を決定するように構成されたローカライザと、
前記複数のアクチュエータに結合されたコントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記複数のアクチュエータを制御して、前記鋸刃と前記手持ち部分との間の動作パラメータの第１の値で前記鋸刃を前記所望の平面に向かって動かすように動作可能であり、
前記コントローラはさらに、前記複数のアクチュエータを制御して、前記鋸刃と前記手持ち部分との間の前記動作パラメータの第２の値で前記鋸刃を前記所望の平面に向かって動かすように動作可能であり、
前記第１の値は前記第２の値とは異なり、前記コントローラは、前記距離パラメータに基づいて前記第１の値から前記第２の値に動作を変更するように動作可能である、手持ち式ロボットシステム。
［請求項１２６］
前記動作パラメータは、加速度および速度を含む群から選択される、請求項１２５に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１２７］
前記距離パラメータが、方向および大きさを含む群から選択される、請求項１２６および１２７のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１２８］
前記コントローラは、前記距離パラメータが前記骨から離れる方向を有し、前記第１の閾値よりも大きい大きさを有するとき、前記動作パラメータの前記第１の値で前記鋸刃を前記所望の平面に向かって動かすように動作可能であり、
前記コントローラは、前記距離パラメータが前記骨から離れる方向を有し、第２の閾値より大きく前記第１の閾値よりも小さい大きさを有するとき、前記動作パラメータの第前記２の値で前記鋸刃を前記所望の平面に向かって動かすように動作可能であり、
前記動作パラメータは加速度であり、前記動作パラメータの前記第２の値は、前記動作パラメータの前記第１の値よりも大きい、請求項１２６に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１２９］
前記コントローラは、前記距離パラメータが前記骨への方向を有し、大きさがゼロより大きい場合に、前記動作パラメータの前記第１の値で前記鋸刃を前記所望の平面に向かって動かすように動作可能であり、
前記動作パラメータは加速度であり、前記動作パラメータの前記第２の値は、前記動作パラメータの前記第１の値よりも大きい、請求項１２６に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１３０］
前記コントローラは、前記距離パラメータが前記骨から離れる方向を有し、第１の閾値よりも大きい大きさを有するとき、前記動作パラメータの前記第１の値で前記鋸刃を前記所望の平面に向かって動かすように動作可能であり、
前記コントローラは、前記距離パラメータが前記骨から離れる方向を有し、第２の閾値より大きく前記第１の閾値よりも小さい大きさを有するとき、前記動作パラメータの前記第２の値で前記鋸刃を前記所望の平面に向かって動かすように動作可能であり、
前記動作パラメータは速度であり、前記動作パラメータの前記第２の値は、前記動作パラメータの前記第１の値よりも大きい、請求項１２６に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１３１］
前記コントローラは、前記距離パラメータが前記骨への方向を有し、大きさがゼロより大きい場合に、前記動作パラメータの前記第１の値で前記鋸刃を前記所望の平面に向かって動かすように動作可能であり、
前記動作パラメータは速度であり、前記動作パラメータの前記第２の値は、前記動作パラメータの前記第１の値よりも大きい、請求項１２６に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１３２］
骨に関連する前記基準位置が前記骨の表面である、請求項１２５から１３１のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１３３］
前記動作パラメータの前記第１の値がゼロである、請求項１３１に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１３４］
ツールを備えたロボット機器を使用するための方法であって、前記ロボット機器は、ユーザが保持する手持ち部分と、前記ツールを支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合されたツール支持体と、前記ツール支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続する複数のアクチュエータと、前記ツール支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続する受動リンケージを有する拘束アセンブリとを備え、
前記方法は、
前記複数のアクチュエータの１つまたは複数の有効長を能動的に調整することにより、前記手持ち部分に対して３自由度で前記ツール支持体を動かすステップと、
前記手持ち部分に対する前記ツール支持体の動きを３自由度で拘束するステップと
を備える、方法。
［請求項１３５］
ロボット機器の動きをガイドする方法であって、前記ロボット機器は、ユーザが保持および支持するための手持ち部分と、ツールを支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合されたツール支持体と、前記ツール支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続され、前記ツールを所望の軌道または平面に配置するために、前記手持ち部分に対して３自由度で前記ツール支持体を動かす複数のアクチュエータと、前記複数のアクチュエータに関連する視覚的インジケータと、を備え、
前記方法は、
前記複数のアクチュエータのそれぞれを最大位置と最小位置の間のホーム位置に調整するステップと、
前記手持ち部分の所望の動きを前記視覚的インジケータで示すステップと
を備える、方法。
［請求項１３６］
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムの動きをガイドする方法であって、
前記ロボットシステムは、ユーザによって保持および支持される手持ち部分と、前記鋸刃を支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体と、前記刃支持体と前記手持ち部分とを動作可能に相互接続して、前記手持ち部分に対して前記刃支持体を３自由度で動かす複数のアクチュエータとを有する機器と、複数の視覚的インジケータを含み、前記機器に結合されるガイダンスアレイと、を備え、
前記方法は、
前記複数のアクチュエータのアクチュエータ情報を決定することと、
前記鋸刃を所望の平面に維持するために前記複数のアクチュエータを制御することと、
前記複数のアクチュエータの前記アクチュエータ情報に基づいて、前記手持ち部分のピッチ方向、ロール方向、および並進位置の所望の変更を視覚的に示すように前記ガイダンスアレイを制御することと
を備える、方法。
［請求項１３７］
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムの動きをガイドする方法であって、
前記ロボットシステムは、視覚的インジケータと、ユーザが保持および支持するための手持ち部分、前記鋸刃を支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体、前記刃支持体と前記手持ち部分とを動作可能に相互接続して前記刃支持体を前記手持ち部分に対して３自由度で動かすアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリを有する機器と、を備え、
前記方法は、
前記複数のアクチュエータのアクチュエータ情報を決定することと、
前記鋸刃を所望の平面に維持するために前記複数のアクチュエータを制御することと、
前記複数のアクチュエータの前記アクチュエータ情報に基づいて、前記手持ち部分のピッチ方向、ロール方向、および並進位置の所望の変更を視覚的に示すように前記視覚的インジケータを制御することと
を備える、方法。
［請求項１３８］
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムの動きを制御する方法であって、
前記ロボットシステムは、ローカライザと、ユーザが保持する手持ち部分、前記鋸刃を支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体、前記刃支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリを有する手持ち式機器と、を備え、
前記方法は、
既知の座標系で前記ローカライザを使用して前記鋸刃の位置を決定するステップと、
既知の座標系で骨に関連する基準位置を決定するステップと、
前記複数のアクチュエータの動作を制御して、複数のモードでロボット機器の動作を制御するステップであって、複数のモードが、
前記鋸刃を前記手持ち部分の姿勢に対して一定の姿勢に維持するために前記複数のアクチュエータのそれぞれを自動的に制御することを含む第１のモード、および
前記鋸刃が前記手持ち部分の前記姿勢に対して前記所望の平面に向かって能動的に移動するように、前記複数のアクチュエータのそれぞれを自動的に制御することを含む第２のモードを含む、ステップと、
前記鋸刃の前記位置と前記基準位置の前記位置に基づいて、前記第１モードから前記第２モードに自動的に切り替わるステップと
を備える、方法。
［請求項１３９］
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムの動きを制御する方法であって、
前記ロボットシステムは、ローカライザと、入力装置と、ユーザが保持する手持ち部分、前記鋸刃を支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体、および前記刃支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリを有する機器とを備え、前記刃支持体は、鋸駆動モータを含み、
前記方法は、
既知の座標系で前記ローカライザを使用して前記鋸刃の姿勢を決定するステップと、
既知の座標系で前記手持ち部分の姿勢を決定するステップと、
前記鋸刃の所望の姿勢を決定するステップと、
前記鋸刃の前記姿勢、前記鋸刃の前記所望の姿勢、および前記手持ち部分の前記姿勢に基づいて、前記鋸刃の命令姿勢を決定するステップと、
前記複数のアクチュエータの動作を制御して、複数のモードで前記ロボット機器の動作を制御するステップであって、複数のモードが、
前記鋸刃が所望の平面上に維持され、前記鋸駆動モータが前記入力装置に応答するように、前記複数のアクチュエータのそれぞれを自動的に制御することを含む第１のモード、および
前記鋸駆動モータが前記入力装置に応答しない第２のモードを含む、ステップと、
前記鋸刃の前記姿勢、前記手持ち部分の前記姿勢、および前記鋸刃の前記命令姿勢に基づいて、前記第１のモードから前記第２のモードに自動的に切り替わるステップと
を備える、方法。
［請求項１４０］
鋸刃、入力装置、および手持ち式機器とともに使用するための手持ち式ロボットシステムの動きを制御する方法であって、
前記手持ち式機器は、ユーザによって保持される手持ち部分と、前記鋸刃を支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体と、前記刃支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリとを有し、前記刃支持体は鋸駆動モータを含み、
前記方法は、
前記複数のアクチュエータの動作を制御して、複数のモードで前記ロボット機器の動作を制御するステップであって、前記複数のモードは、
前記鋸刃が前記手持ち部分の姿勢に対して前記所望の平面に向かって能動的に動くように、前記コントローラが前記複数のアクチュエータのそれぞれを自動的に制御する第１のモード、および
前記コントローラが前記複数のアクチュエータのそれぞれを自動的に制御して、前記手持ち部分の前記姿勢に対して前記鋸刃を一定の姿勢に維持する維持する第２のモードを含むステップと、
前記入力装置から受信した入力信号に基づいて、前記第２モードから前記第１モードに切り替えるステップと
を備える、方法。
［請求項１４１］
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムの動きを制御する方法であって、
前記ロボットシステムは、ローカライザと、ユーザが保持する手持ち部分、前記鋸刃を支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体、前記刃支持体に結合されたトラッカー、および前記刃支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続するアクチュエータアセンブリを有する手持ち式機器と、を備え、前記アクチュエータアセンブリは複数のアクチュエータを含み、前記刃支持体は鋸駆動モータを含み、前記複数のアクチュエータのそれぞれはエンコーダ出力信号を出力するように動作可能なエンコーダを含み、
前記方法は、
前記ローカライザを備えた前記トラッカーを使用して前記鋸刃の姿勢を決定するステップと、
前記鋸刃の所望の姿勢を決定するステップと、
前記複数のアクチュエータのそれぞれの位置を決定するステップと、
前記複数のアクチュエータのそれぞれの前記位置に基づいて、前記手持ち部分の姿勢を決定するステップと、
前記ローカライザによって決定された前記鋸刃の前記姿勢、前記鋸刃の前記所望の姿勢、および前記手持ち部分の前記姿勢に基づいて、前記鋸刃の命令姿勢を決定するステップと、
前記命令姿勢、および前記複数のアクチュエータのそれぞれの前記位置に基づいて、前記複数のアクチュエータのそれぞれの命令位置を決定するステップと、
前記命令位置に基づいて複数のアクチュエータのそれぞれを制御するステップと
を備える、方法。
［請求項１４２］
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムの動きを制御する方法であって、
前記ロボットシステムは、ローカライザと、第１トラッカーと、第２トラッカーと、ユーザによって保持される手持ち部分、前記鋸刃を支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体、および前記刃支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続するアクチュエータアセンブリを有する手持ち式機器とを備え、前記第１のトラッカーは前記刃支持体に結合され、前記第２のトラッカーは前記手持ち部分に結合され、前記アクチュエータアセンブリは複数のアクチュエータを含み、
前記方法は、
前記ローカライザを使用して、前記第１のトラッカーで前記鋸刃の姿勢を決定するステップと、
前記ローカライザを使用して、前記第２のトラッカーで前記手持ち部分の姿勢を決定するステップと、
前記鋸刃の前記姿勢および前記手持ち部分の前記姿勢に基づいて、前記複数のアクチュエータのうちの１つまたは複数を制御して、所望の平面に向かって移動するステップと
を備える、方法。
［請求項１４３］
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムの動きを制御する方法であって、
前記ロボットシステムは、ローカライザと、ユーザが保持する手持ち部分、前記鋸刃を支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体、および前記刃支持体と前記手持ち部分とを動作可能に相互接続するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリを有する手持ち式機器と、を備え、
前記方法は、
既知の座標系で前記ローカライザを使用して前記鋸刃の位置を決定するステップと、
前記既知の座標系で骨に関連する基準位置の位置を決定するステップと、
前記基準位置の前記位置と前記鋸刃の前記位置に基づいて距離パラメータを決定するステップと、
前記鋸刃と前記手持ち部分との間の動作パラメータの第１の値で、前記鋸刃を前記所望の平面に向かって動かすように前記複数のアクチュエータを制御するステップと、
前記鋸刃と前記手持ち部分との間の前記動作パラメータの第２の値で、前記鋸刃を前記所望の平面に向かって動かすように前記複数のアクチュエータを制御するステップと
を備え、
前記第１の値は前記第２の値とは異なり、前記コントローラは、前記距離パラメータに基づいて前記第１の値から前記第２の値に動作を変更するように動作可能である、方法。
［請求項１４４］
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持する手持ち部分と、
前記鋸刃を支持するために前記手持ち部分に結合された刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分とを動作可能に相互接続して、前記手持ち部分に対して前記刃支持体を３自由度で動かすアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含む、アクチュエータアセンブリとを含む機器と、
複数の視覚的インジケータを含み、前記機器に結合され、前記手持ち部分のピッチ方向、ロール方向、および並進における１つまたは複数の所望の変更を視覚的に前記ユーザに示して、前記手持ち部分の所望の姿勢を達成するように制御可能であるガイダンスアレイと、
前記複数のアクチュエータに結合され、前記鋸刃の姿勢および前記手持ち部分の前記姿勢に基づいて前記鋸刃を所望の平面に沿って維持するために前記複数のアクチュエータの調整を制御するコントローラと
を備え、
前記コントローラは前記ガイダンスアレイにさらに結合され、前記コントローラは、前記ガイダンスアレイを制御し、前記ユーザが前記刃の前記所望の平面に基づいて前記機器を動かしている間、ピッチ方向、ロール方向、および並進位置の前記１つまたは複数の所望の変更を視覚的に示すように構成される、手持ち式ロボットシステム。
［請求項１４５］
前記鋸刃の前記姿勢および前記手持ち部分の前記姿勢を決定するように構成されたローカライザをさらに備える、請求項１４４に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１４６］
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持および支持する手持ち部分と、
前記刃を支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続して、前記刃支持体を前記手持ち部分に対して３自由度で動かして前記鋸刃を所望の平面に配置するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリと、を有する機器と、
前記手持ち部分の所望の動きを示す視覚的インジケータと、
前記複数のアクチュエータに結合され、前記鋸刃の姿勢および前記手持ち部分の前記姿勢に基づいて前記鋸刃を前記所望の平面に沿って維持するために前記複数のアクチュエータの調整を制御するコントローラと
を備え、
前記コントローラは前記視覚的インジケータに結合され、前記コントローラは、前記刃の前記所望の平面に基づいて所望の手持ち部分の姿勢を達成するために、前記手持ち部分のピッチ方向、ロール方向、および並進位置の変更を視覚的に示すように前記視覚的インジケータを制御するように構成される、手持ち式ロボットシステム。
［請求項１４７］
前記鋸刃の前記姿勢および前記手持ち部分の前記姿勢を決定するように構成されたローカライザをさらに備える、請求項１４６に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１４８］
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持する手持ち部分と、
前記手持ち部分に結合され、前記鋸刃の運動を駆動するための鋸駆動モータを含む刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続して、前記刃支持体を前記手持ち部分に対して３自由度で動かして、前記鋸刃を所望の平面上に配置するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリと、を有する機器と、
既知の座標系の前記鋸刃の位置および骨に関連する基準位置を決定するように構成されたローカライザと、
前記複数のアクチュエータに結合されたコントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記複数のアクチュエータを制御して、前記鋸刃と前記手持ち部分との間の動作パラメータの第１の値で前記鋸刃を前記所望の平面に向かって動かすように動作可能であり、
前記コントローラはさらに、前記複数のアクチュエータを制御して、前記鋸刃と前記手持ち部分との間の前記動作パラメータの第２の値で前記鋸刃を前記所望の平面に向かって動かすように動作可能であり、
前記第１の値は前記第２の値とは異なり、前記コントローラは、前記鋸刃の前記位置および骨に関連する前記基準位置の前記位置に基づいて、動作を前記第１の値から前記第２の値に変更するように動作可能である、手持ち式ロボットシステム。
［請求項１４９］
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持する手持ち部分と、
前記手持ち部分に結合され、前記鋸刃の運動を駆動するための鋸駆動モータを含む刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分とを動作可能に相互接続して、前記刃支持体を前記手持ち部分に対して３自由度で動かして前記鋸刃を所望の平面に配置するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリと、を有する機器と、
既知の座標系の前記鋸刃の位置および骨に関連する基準位置を決定するように構成されたローカライザと、
前記複数のアクチュエータに結合されたコントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記複数のアクチュエータを制御して前記鋸刃を前記所望の平面に向かって動かすように動作可能であり、
前記コントローラはさらに、前記鋸駆動モータのモータパラメータを第１の値および第２の値で制御するように動作可能であり、
前記第１の値は前記第２の値とは異なり、前記コントローラは、前記鋸刃の前記位置および前記骨に関連する前記基準位置の前記位置に基づいて、動作を前記第１の値から前記第２の値に変更するように動作可能である、手持ち式ロボットシステム。
［請求項１５０］
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持する手持ち部分と、
前記手持ち部分に結合され、前記鋸刃の動きを駆動するための鋸駆動モータを含む刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分とを動作可能に相互接続して、前記刃支持体を前記手持ち部分に対して３自由度で動かして前記鋸刃を所望の平面に配置するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリと、を有する機器と、
距離パラメータを決定するために、既知の座標系で前記鋸刃の位置および骨に関連する基準位置を決定するように構成されたローカライザと、
前記複数のアクチュエータに結合されたコントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記複数のアクチュエータを制御して前記鋸刃を前記所望の平面に向かって動かすように動作可能であり、
前記コントローラはさらに、前記鋸駆動モータのモータパラメータを第１の値および第２の値で制御するように動作可能であり、
前記第１の値は前記第２の値とは異なり、前記コントローラは、前記距離パラメータに基づいて前記第１の値から前記第２の値に動作を変更するように動作可能である、手持ち式ロボットシステム。
［請求項１５１］
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持する手持ち部分と、
前記手持ち部分に結合され、前記鋸刃の運動を駆動するための鋸駆動モータを含む刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分とを動作可能に相互接続して、前記刃支持体を前記手持ち部分に対して３自由度で動かして前記鋸刃を所望の平面に配置するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリと、を有する機器と、
前記複数のアクチュエータに結合されたコントローラと
を備え、
前記コントローラは、
前記鋸刃の姿勢、
前記鋸刃の所望の姿勢、
前記複数のアクチュエータのそれぞれの位置、
前記複数のアクチュエータのそれぞれの前記現在の位置に基づく手持ち部分の姿勢、
前記鋸刃の前記姿勢、前記鋸刃の前記所望の姿勢、および前記手持ち部分の前記姿勢に基づく鋸刃の命令姿勢、および
前記命令姿勢、および前記位置に基づく前記複数のアクチュエータのそれぞれの命令位置
を決定するように動作可能であり、
前記コントローラは、前記命令位置に基づいて前記複数のアクチュエータのそれぞれを制御するように動作可能である、手持ち式ロボットシステム。
［請求項１５２］
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持する手持ち部分と、
前記鋸刃を支持するために前記手持ち部分に結合された刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分とを動作可能に相互接続して、前記手持ち部分に対して前記刃支持体を３自由度で動かすアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリと、を有する機器と、
複数の視覚的インジケータを含み、前記機器に結合され、前記鋸刃のピッチ方向、ロール方向、および並進における前記１つまたは複数の所望の変更を視覚的に前記ユーザに示して、前記手持ち部分の所望の姿勢を達成するように制御可能であるガイダンスアレイと、
前記ガイダンスアレイに結合されたコントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記ユーザが前記複数のアクチュエータのうちの１つまたは複数に関するアクチュエータ情報に基づいて前記機器を動かしている間、ピッチ方向、ロール方向、および並進位置における前記鋸刃の前記１つまたは複数の所望の変更を視覚的に示すように前記ガイダンスアレイを制御するように構成される、手持ち式ロボットシステム。
［請求項１５３］
前記アクチュエータ情報は、前記アクチュエータの測定位置、以前に命令された位置、前記アクチュエータの利用可能な移動、前記アクチュエータの制限、前記アクチュエータの以前の測定位置、前記アクチュエータの命令位置、前記アクチュエータのシミュレートされた命令位置、またはそれらの組み合わせを含む群から選択される、請求項１５２に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１５４］
前記アクチュエータ情報が、前記アクチュエータの利用可能な移動および前記アクチュエータのシミュレートされた命令位置を含む、請求項１５３に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１５５］
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持および支持する手持ち部分と、
前記刃を支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分とを動作可能に相互接続して、前記刃支持体を前記手持ち部分に対して３自由度で動かして前記鋸刃を所望の平面に配置するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリと、を有する機器と、
前記鋸刃の所望の動きを示す視覚的インジケータと、
前記視覚的インジケータに結合されたコントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記視覚的インジケータを制御し、前記複数のアクチュエータのアクチュエータ情報に基づいて、前記ユーザが前記機器を動かしている間、前記鋸刃のピッチ方向、ロール方向、および並進位置の変更を視覚的に示すように構成されている、手持ち式ロボットシステム。
［請求項１５６］
前記アクチュエータ情報は、前記アクチュエータの測定位置、以前の命令位置、前記アクチュエータの利用可能な移動、前記アクチュエータの制限、前記アクチュエータの以前の測定位置、前記アクチュエータの命令位置、前記アクチュエータのシミュレートされた命令位置、またはそれらの組み合わせを含む群から選択される、請求項１５５に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１５７］
前記アクチュエータ情報が、前記アクチュエータの利用可能な移動および前記アクチュエータのシミュレートされた命令位置を含む、請求項１５５に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１５８］
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持する手持ち部分と、
前記ツールを支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続して、前記刃支持体を前記手持ち部分に対して３自由度で動かして、前記鋸刃を所望の平面上に配置するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含み、前記複数のアクチュエータのそれぞれは、最大位置と最小位置との間で調整可能であり、前記最大位置と前記最小位置との間のホーム位置を有するアクチュエータアセンブリと、
前記手持ち部分の所望の動きを示す視覚的インジケータと、
複数のモードでの動作を制御するために前記複数のアクチュエータと前記視覚的インジケータに結合されたコントローラと
を備え、
前記複数のモードは、前記コントローラが前記複数のアクチュエータのそれぞれをそれらのホーム位置に自動的に調整する第１のモード、および前記鋸刃は概して前記所望の平面上に配置され、前記コントローラが前記鋸刃を前記所望の平面上に維持するために前記手持ち部分の所望の動きを示す第２のモードを含む、手持ち式ロボットシステム。
［請求項１５９］
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持および支持する手持ち部分と、
前記刃を支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続して、前記刃支持体を前記手持ち部分に対して３自由度で動かして、前記鋸刃を所望の平面上に配置するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリと、を有する機器と、
既知の座標系で前記鋸刃の位置および骨に関連する基準位置を決定するように構成されたローカライザと、
視覚的インジケータと、
前記視覚的インジケータに結合されたコントローラと
を備え、
前記コントローラは、第１のモードで前記視覚的インジケータを制御し、前記複数のアクチュエータのアクチュエータ情報に基づいて、前記ユーザが前記機器を動かしている間、前記鋸刃のピッチ方向、ロール方向、および並進位置の変更を視覚的に示すように構成され、
前記コントローラはさらに、第２のモードで前記視覚的インジケータを制御して、前記ユーザが前記複数のアクチュエータのアクチュエータ情報に基づいて前記機器を動かしている間、前記手持ち部分のピッチ方向、ロール方向、および並進位置の変更を視覚的に示すように構成され、
前記コントローラは、前記鋸刃の前記位置と前記基準位置の前記位置に基づいて、または入力装置から受信した入力信号に基づいて、前記第１のモードと前記第２のモードとの間で切り替わるように構成されている、手持ち式ロボットシステム。
［請求項１６０］
前記コントローラは、前記鋸刃の前記位置および前記基準位置の前記位置に基づいて距離パラメータを決定するように構成される、請求項１５９に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１６１］
前記距離パラメータは、方向および大きさを含む群から選択される、請求項１６０に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１６２］
前記距離パラメータが、骨から離れる方向を有し、第１の閾値よりも大きい大きさを有する、請求項１６０に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１６３］
前記第１のモードにある間、前記コントローラは、前記複数のアクチュエータのそれぞれを自動的に制御して、前記鋸刃を前記手持ち部分の姿勢に対して一定の姿勢に維持し、
前記第２のモードにある間、前記コントローラは、前記鋸刃が前記手持ち部分の前記姿勢に対して前記所望の平面に向かって能動的に動くように、前記複数のアクチュエータのそれぞれを自動的に制御する、請求項１５９から１６２のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１６４］
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持する手持ち部分と、
前記鋸刃を支持するために前記手持ち部分に結合された刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分とを動作可能に相互接続して、前記手持ち部分に対して前記刃支持体を３自由度で動かすアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含む、アクチュエータアセンブリを有する機器と、
既知の座標系で前記鋸刃の位置および骨に関連する基準位置を決定するように構成されたローカライザと、
複数の視覚的インジケータを含むガイダンスアレイと、
前記ガイダンスアレイに結合されたコントローラと
を備え、
前記コントローラは、第１のモードで前記ガイダンスアレイを制御し、前記複数のアクチュエータのうちの１つまたは複数に関するアクチュエータ情報に基づいて前記ユーザが前記機器を動かしている間、ピッチ方向、ロール方向、並進位置の前記鋸刃の１つまたは複数の所望の変更を視覚的に示すように構成され、
前記コントローラはさらに、第２のモードで前記ガイダンスアレイを制御して、前記複数のアクチュエータのアクチュエータ情報に基づいて前記ユーザが前記機器を動かしている間に、前記手持ち部分のピッチ方向、ロール方向、および並進位置の１つまたは複数の変更を視覚的に示すように構成され、
前記コントローラは、前記鋸刃の前記位置と前記基準位置の前記位置に基づいて、または入力装置から受信した入力信号に基づいて、前記第１のモードと前記第２のモードとを切り替えるように構成されている、手持ち式ロボットシステム。
［請求項１６５］
前記コントローラは、前記鋸刃の前記位置および前記基準位置の前記位置に基づいて距離パラメータを決定するように構成される、請求項１６４に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１６６］
前記距離パラメータが、方向および大きさを含む群から選択される、請求項１６５に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１６７］
前記距離パラメータが、骨から離れる方向を有し、第１の閾値よりも大きい大きさを有する、請求項１６６に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１６８］
前記第１のモードにある間、前記コントローラは、前記複数のアクチュエータのそれぞれを自動的に制御して、前記鋸刃を前記手持ち部分の姿勢に対して一定の姿勢に維持し、
前記第２のモードにある間、前記コントローラは、前記鋸刃が前記手持ち部分の前記姿勢に対して前記所望の平面に向かって能動的に動くように、前記複数のアクチュエータのそれぞれを自動的に制御する、請求項１６４から１６７のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
［請求項１６９］
請求項１から１６８の特徴のいずれかを任意選択的に含む、ツールとともに使用するための外科用ロボット機器であって、
遠位端と近位端を有し、ユーザが保持するピストルグリップと、
前記ツールを支持するために前記ピストルグリップに移動可能に結合されたツール支持体と、
前記ツール支持体と前記ピストルグリップを動作可能に相互接続して、前記ピストルグリップに対して複数の自由度で前記ツール支持体を動かす複数のアクチュエータと
を備え、
前記複数のアクチュエータは、
シャフトに接続された前記ピストルグリップに配置されたモータと、前記ツール支持体に接続され、前記モータが作動すると前記シャフトに沿って移動するキャリッジとを有する上昇アクチュエータと、
一対の２次アクチュエータであって、各２次アクチュエータは前記キャリッジおよび前記ツール支持体と結合されている一対の２次アクチュエータと、を含み、
前記２次アクチュエータは、前記上昇アクチュエータの遠位に配置されている、外科用ロボット機器。
［請求項１７０］
請求項１から１６８の特徴のいずれかを任意選択的に含む、外科用ロボット機器であって、
ユーザが保持する手持ち式本体と、
前記手持ち式本体に移動可能に結合されたツール支持体と、
前記ツール支持体によって支持されるツールカプラと、
前記手持ち式本体に対して複数の自由度で前記ツール支持体を動かすための複数のアクチュエータと
を備え、
前記複数のアクチュエータは、
前記ツール支持体と前記手持ち式本体を動作可能に相互接続する一対の線形アクチュエータであって、前記一対の線形アクチュエータのそれぞれは、前記手持ち式本体に接続された第１の部分と前記ツール支持体に接続された第２の部分とを有し、前記一対の線形アクチュエータは、前記手持ち式本体に対する前記ツール支持体の高さとピッチを制御するように構成されている一対の線形アクチュエータと、
前記ツール支持体および前記手持ち式本体に対する前記ツールカプラのロール運動を制御するように構成された回転アクチュエータと、を含む、外科用ロボット機器。
［請求項１７１］
任意選択的に請求項１から１６８の特徴のいずれかを含む、外科用ツールとともに使用するための外科用ロボット機器であって、
ユーザが把持する手持ち式本体と、
前記ツールを支持するために前記手持ち式本体に移動可能に結合されたツール支持体と、
前記手持ち式本体に対して複数の自由度で前記ツール支持体を動かすための複数のアクチュエータと
を備え、
前記複数のアクチュエータは、
第１の部分が前記手持ち式本体に接続され、第２の部分が前記ツール支持体に接続された上昇アクチュエータと、
一対の２次アクチュエータであって、前記一対の２次アクチュエータのそれぞれは、前記上昇アクチュエータに動作可能に接続されたアクチュエータ部分と、前記ツール支持体に動作可能に接続された支持部分とを有し、前記一対の２次アクチュエータのそれぞれが、前記上昇アクチュエータと前記ツール支持体との間で効果的に動作して、前記ツール支持体を前記上昇アクチュエータに対して動かすように構成された一対の２次アクチュエータと、を含み、
前記上昇アクチュエータは、前記ツール支持体と前記２次アクチュエータの両方を、前記手持ち式本体に対して１自由度で動かすように構成されている、外科用ロボット機器。

Claims

手術を行うためにツールとともに使用するための手持ち式ロボット機器であって、
ユーザが保持する手持ち部分と、
前記ツールを支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合されたツール支持体と、
前記ツール支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続して、前記ツール支持体を前記手持ち部分に対して３自由度で動かす複数のアクチュエータであって、前記複数のアクチュエータのそれぞれは、有効長が能動的に調整可能である複数のアクチュエータと、
前記ツール支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続する受動リンケージを有する拘束アセンブリであって、前記受動リンケージは、前記ツール支持体および前記手持ち部分に結合され、前記手持ち部分に対する前記ツール支持体の動きを３自由度で拘束するように構成された拘束アセンブリと
を備える手持ち式ロボット機器。
前記受動リンケージは、前記複数のアクチュエータとは独立して、前記ツール支持体と前記手持ち部分とを動作可能に相互接続し、前記受動リンケージは、有効長が受動的に調整可能である、請求項１に記載のロボット機器。
前記拘束アセンブリが、前記受動リンケージを前記ツール支持体に結合する受動リンケージジョイントを含む、請求項１または２に記載のロボット機器。
前記受動リンケージジョイントが、受動リンケージＵジョイントまたは受動リンケージ球形ジョイントを含む、請求項３に記載のロボット機器。
前記受動リンケージは、シャフトと、拘束軸に沿って前記シャフトを受け入れるように構成されたスリーブとを含み、
前記受動リンケージは、前記シャフトが前記スリーブに対して前記拘束軸に沿って軸方向に摺動し、前記複数のアクチュエータの１つまたは複数の作動中に前記拘束軸に対して半径方向に前記シャフトの動きを拘束するように構成されている、請求項３または４に記載のロボット機器。
前記受動リンケージは、前記拘束軸の周りの前記スリーブに対する前記シャフトの回転を拘束するためのキーを含む、請求項５に記載のロボット機器。
前記複数のアクチュエータのそれぞれが能動軸に沿って配置され、前記能動軸が前記拘束軸に対して傾斜した構成で配置されるように構成されている、請求項５または６に記載のロボット機器。
前記複数のアクチュエータを前記ツール支持体に結合する複数の第１の能動ジョイントを含む、請求項４から７のいずれか一項に記載のロボット機器。
前記複数の第１の能動ジョイントのそれぞれは、能動Ｕジョイントまたは能動球形ジョイントを含む、請求項８に記載のロボット機器。
前記第１の能動ジョイントおよび前記受動リンケージジョイントは、共通平面上に配置された平行な旋回軸を規定する、請求項９に記載のロボット機器。
前記ツール支持体は、前記ツールが前記ツール支持体に取り外し可能に結合されたときに前記ツールが前記共通平面に平行なツール平面上に配置されるように構成されたツールカプラを含む、請求項１０に記載のロボット機器。
前記ツール平面は、前記共通平面から１．０インチ以下離間している、請求項１１に記載のロボット機器。
前記複数のアクチュエータのうちの２つを前記手持ち部分に結合する第２の能動ジョイントと、前記複数のアクチュエータのうちの１つを前記手持ち部分に結合する第３の能動ジョイントとを含む、請求項９から１２のいずれか一項に記載のロボット機器。
前記第２の能動ジョイントのそれぞれは、スイベル軸の周りで前記手持ち部分に対してスイベルするように配置されたスイベルヨークを含み、
前記第３の能動ジョイントは、前記手持ち部分に固定された旋回ハウジングを含む、請求項１３に記載のロボット機器。
前記第２の能動ジョイントのそれぞれは、前記スイベルヨークの１つに旋回可能に結合されたキャリアを含み、
前記第３の能動ジョイントは、前記旋回ハウジングに旋回可能に結合されたキャリアを含む、請求項１４に記載のロボット機器。
前記キャリアのそれぞれがトラニオンを含む、請求項１５に記載のロボット機器。
前記複数のアクチュエータのそれぞれは、親ねじを含み、
前記キャリアは、前記親ねじをねじ込み式に受け入れるように構成され、前記親ねじのそれぞれは、前記複数のアクチュエータの対応する１つの前記有効長を調整するように、前記キャリアの対応する１つに対して回転可能である、請求項１５または１６のいずれか一項に記載のロボット機器。
前記複数のアクチュエータのそれぞれは、前記親ねじの１つに固定された回転子を有するモータを含み、
前記複数のアクチュエータのそれぞれは、ハウジングを含み、前記回転子は、前記ハウジングに対して回転するように構成される、請求項１７に記載のロボット機器。
前記親ねじに固定されたストップを含み、前記ストップは、前記親ねじの移動端において前記キャリアに当接するサイズである、請求項１７または１８のいずれか一項に記載のロボット機器。
前記ハウジングのそれぞれおよび対応するキャリアは、前記親ねじが前記キャリアに対して回転することを可能にするために、第１の自由度における相対運動が拘束される、請求項１８または１９のいずれか一項に記載のロボット機器。
前記第１の能動ジョイントのそれぞれが、前記ハウジングの対応する１つから延びる旋回ヨークを含む、請求項１８から２０のいずれか一項に記載のロボット機器。
前記複数のアクチュエータは、第１の能動軸に沿って有効長が調整可能な第１のアクチュエータと、第２の能動軸に沿って有効長が調整可能な第２のアクチュエータと、第３の能動軸に沿って有効長が調整可能な第３のアクチュエータと、を含む、請求項１から２１のいずれか一項に記載のロボット機器。
前記受動リンケージは、拘束軸に沿って有効長が調整可能であり、前記拘束軸および前記第３の能動軸は、前記複数のアクチュエータの作動全体にわたって中心面に沿った同一平面上にある、請求項２２に記載のロボット機器。
前記アクチュエータが、作動中に前記ツール支持体および前記手持ち部分に対して旋回できるように、前記アクチュエータは前記ツール支持体に旋回可能に結合され、前記手持ち部分に旋回可能に結合される、請求項２２から２３のいずれか一項に記載のロボット機器。
前記第１のアクチュエータ、前記第２のアクチュエータ、および前記第３のアクチュエータは、有効長が独立して調整可能であり、前記手持ち部分に対する前記ツール支持体のロール方向、ピッチ方向、および並進位置のうちの１つまたは複数を調整する、請求項２２から２４のいずれか一項に記載のロボット機器。
前記ツール支持体は、前記ツールの運動を駆動するためのモータを含む、請求項１から２５のいずれか一項に記載のロボット機器。
前記ツール支持体は、前記モータの回転運動を前記ツールの振動運動に変換するために前記モータに結合されたトランスミッションを含む、請求項２６に記載のロボット機器。
前記ロボット機器の重量が６ポンド未満である、請求項１から２７のいずれか一項に記載のロボット機器。
前記手持ち部分が、前記ユーザによって把持され、手動で支持されるように構成される、請求項２８に記載のロボット機器。
手術を行う際に鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボット機器であって、
ユーザが保持する手持ち部分と、
前記鋸刃を支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分とを動作可能に相互接続して、前記手持ち部分に対して前記刃支持体を３自由度で動かす複数のアクチュエータと、
前記刃支持体と前記手持ち部分とを動作可能に相互接続して、前記手持ち部分に対する前記刃支持体の動きを３自由度で拘束する拘束アセンブリと、
前記複数のアクチュエータに結合され、平面に沿って前記鋸刃を維持するために前記複数のアクチュエータの調整を制御するコントローラと
を備える、手持ち式ロボット機器。
前記複数のアクチュエータは、第１の能動軸に沿って有効長が調整可能な第１のアクチュエータと、第２の能動軸に沿って有効長が調整可能な第２のアクチュエータと、第３の能動軸に沿って有効長が調整可能な第３のアクチュエータと、拘束軸に沿って有効長が調整可能な受動リンケージとを含む、請求項３０に記載のロボット機器。
前記第１のアクチュエータ、前記第２のアクチュエータ、および前記第３のアクチュエータは、有効長が独立して調整可能であり、前記手持ち部分に対する前記刃支持体のロール方向、ピッチ方向、および並進位置のうちの１つまたは複数を調整する、請求項３１に記載のロボット機器。
前記コントローラは、前記アクチュエータの前記有効長の最小値と最大値との間のホーム位置に戻るように前記アクチュエータを制御するように構成される、請求項３１から３２のいずれか一項に記載のロボット機器。
前記コントローラは、前記手持ち部分に対する前記刃支持体のピッチ方向、ロール方向、および並進位置を制御するように構成される、請求項３０から３３のいずれか一項に記載のロボット機器。
前記コントローラは、前記刃支持体に取り付けられた制御ハウジングと、前記制御ハウジング内に配置された前記制御盤とを含む、請求項３０から３４のいずれか一項に記載のロボット機器。
前記コントローラは、前記制御盤とのデータおよび電力の通信可能な遠隔制御コンソールを含む、請求項３５に記載のロボット機器。
前記刃支持体は、前記鋸の運動を駆動するためのモータを含む、請求項３０から３６のいずれか一項に記載のロボット機器。
前記刃支持体が、前記モータからの回転運動を前記鋸の振動運動に変換するために前記モータに結合されたトランスミッションを含む、請求項３７に記載のロボット機器。
前記手持ち部分が、前記ユーザによって把持されるためのグリップを含む、請求項３０から３８のいずれか一項に記載のロボット機器。
前記手持ち部分が、前記ユーザによって把持され、手動で支持されるように構成される、請求項３９に記載のロボット機器。
ナビゲーショントラッカーを取り外し可能に受け入れるために前記刃支持体に固定されたトラッカーマウントをさらに含む、請求項３０から４０のいずれか一項に記載のロボット機器。
前記機器に結合され、前記手持ち部分のピッチ方向、ロール方向、および並進における１つまたは複数の所望の変更を前記ユーザに視覚的に示して、所望の姿勢を達成するように制御可能であるガイダンスアレイをさらに含む、請求項３０から４１のいずれか一項に記載のロボット機器。
前記ロボット機器の重量が６ポンド未満である、請求項３０から４２のいずれか一項に記載のロボット機器。
手術を行う際に鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持する手持ち部分と、
前記鋸刃を支持するために前記手持ち部分に結合された刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分とを動作可能に相互接続して、前記手持ち部分に対して前記刃支持体を３自由度で動かすアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリと、を有する機器と、
複数の視覚的インジケータを有し、前記機器に結合され、前記手持ち部分のピッチ方向、ロール方向、および並進における１つまたは複数の所望の変更を視覚的に前記ユーザに示して、前記手持ち部分の所望の姿勢を達成するように制御可能であるガイダンスアレイと、
前記鋸刃を所望の平面に沿って維持するために前記複数のアクチュエータの調整を制御するように構成されたコントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記複数のアクチュエータのうちのアクチュエータのアクチュエータ情報に基づいてガイダンスアレイを制御し、前記ユーザが前記機器を動かしている間のピッチ方向、ロール方向、および並進位置の前記１つまたは複数の所望の変更を視覚的に示すようにさらに構成される、手持ち式ロボットシステム。
前記アクチュエータ情報は、前記アクチュエータの測定位置、前記アクチュエータの以前の命令位置、前記アクチュエータの利用可能な移動、前記アクチュエータの制限、前記アクチュエータの以前の測定位置、前記アクチュエータの命令位置、前記アクチュエータのシミュレートされた命令位置、またはそれらの組み合わせを含む群から選択される、請求項４４に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記アクチュエータ情報は、前記アクチュエータの利用可能な移動および前記アクチュエータの命令位置を含む、請求項４５に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記複数の視覚的インジケータの視覚的インジケータは、第１のセグメントおよび第２のセグメントを含み、
前記コントローラは、前記第１のセグメントおよび前記第２のセグメントが前記手持ち部分の所望の動きの方向を示すために異なる状態で動作可能となるように、前記第１のセグメントおよび前記第２のセグメントの照明を制御するように構成される、請求項４４から４６のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記複数のアクチュエータは、第１のアクチュエータを含み、
前記コントローラは、前記視覚的インジケータの前記第１のセグメントおよび前記第２のセグメントの照明を制御して、前記第１のアクチュエータに関するアクチュエータ情報に基づく前記手持ち部分の前記ピッチ方向、前記ロール方向、および前記並進位置のうちの１つまたは複数における１つまたは複数の所望の変更を前記ユーザに示すように構成される、請求項４７に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記複数の視覚的インジケータのそれぞれは、第１のセグメントおよび第２のセグメントを含み、
前記コントローラは、前記複数の視覚的インジケータの前記第１のセグメントおよび前記第２のセグメントの１つの照明を制御し、前記複数のアクチュエータのうち２つ以上のアクチュエータに関するアクチュエータ情報に基づいて、前記手持ち部分の前記並進位置を変更することを前記ユーザに示すように構成される、請求項４６に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記複数の視覚的インジケータのそれぞれは、第１のセグメントおよび第２のセグメントを含み、
前記コントローラは、前記複数の視覚的インジケータの前記第１のセグメントおよび前記第２のセグメントの１つの照明を制御し、前記複数のアクチュエータのうち２つ以上のアクチュエータに関するアクチュエータ情報に基づいて、前記手持ち部分の前記ピッチ方向を変更するように前記ユーザに示すように構成される、請求項４６に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記複数の視覚的インジケータのそれぞれは、第１のセグメントおよび第２のセグメントを含み、
前記コントローラは、前記複数の視覚的インジケータの前記第１のセグメントおよび前記第２のセグメントの１つの照明を制御し、前記複数のアクチュエータのうちの２つ以上のアクチュエータに関するアクチュエータ情報に基づいて、前記手持ち部分の前記ロール方向を変更することを前記ユーザに示すように構成される、請求項４６に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記第１のセグメントおよび前記第２のセグメントは、前記視覚的インジケータの中央線の両側にあり、
前記コントローラは、前記第１のセグメントおよび前記第２のセグメントの少なくとも１つを照明して、前記手持ち部分の所望の動きの方向を示すように構成されている、請求項４７から５１のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記第１のセグメントおよび前記第２のセグメントが互いに隣接して配置されている、請求項４７から５２のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記コントローラは、前記第１のセグメントおよび前記第２のセグメントのそれぞれをオン状態およびオフ状態で動作させるように構成される、請求項４７から５３のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記第１のセグメントは、第１の色を放出することができる第１の照明源を含み、前記第２のセグメントは、前記第１の色とは異なる第２の色を放出することができる第２の照明源を含む、請求項４７から５３のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記複数の視覚的インジケータは、第１の視覚的インジケータおよび第２の視覚的インジケータを含み、前記第１の視覚的インジケータおよび前記第２の視覚的インジケータのそれぞれは、第１のセグメントおよび第２のセグメントを含み、前記第１の視覚的インジケータの前記第１のセグメントは、前記第２の視覚的インジケータの前記第１のセグメントと共通の平面にある、請求項４４から５５のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記コントローラは、前記ユーザがピッチ方向の所望の変更、ロール方向の所望の変更、および並進位置の所望の変更を区別できるように前記ガイダンスアレイを動作するように構成される、請求項４４から４７のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記複数のアクチュエータは、第１のアクチュエータを含み、前記複数のアクチュエータのうちの前記１つまたは複数に関する前記アクチュエータ情報は、前記第１のアクチュエータの命令位置であり、
前記複数の視覚的インジケータは、前記複数のアクチュエータの前記第１のアクチュエータの前記命令位置に基づいて制御される第１の視覚的インジケータを含む、請求項４６から５７のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記第１の視覚的インジケータは、前記第１のアクチュエータが第１の命令位置にあるときに第１の色を放出し、前記第１のアクチュエータが第２の命令位置にあるときに第２の色を放出するように構成され、前記第１の命令位置は前記第２の命令位置とは異なる、請求項５８に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記複数のアクチュエータは、第１のアクチュエータを含み、前記複数のアクチュエータのうちの前記１つまたは複数に関する前記アクチュエータ情報は、前記第１のアクチュエータの命令位置および前記第１のアクチュエータの利用可能な移動であり、
前記複数の視覚的インジケータは、前記第１のアクチュエータの前記命令位置および前記第１のアクチュエータの前記利用可能な移動に基づいて制御される第１の視覚的インジケータを含む、請求項４６から５７のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記第１の視覚的インジケータは、前記第１のアクチュエータの第１の命令位置および前記第１のアクチュエータの前記利用可能な移動に基づいて第１の色、前記第１のアクチュエータの第２の命令位置および前記第１のアクチュエータの前記利用可能な移動に基づく第２の色、および前記第１のアクチュエータの第３の命令位置に基づく第３の色を放出するように構成され、前記第１の命令位置は前記第２の命令位置とは異なり、前記第２の命令位置は前記第３の命令位置とは異なる、請求項６０に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記複数の視覚的インジケータのそれぞれは、第１の色を放出することができる第１の照明源と、前記第１の色とは異なる第２の色を放出することができる第２の照明源とを含む、請求項４４から６１のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記複数の視覚的インジケータのそれぞれは、第１の色を放出することができる第１の照明源と、前記第１の色とは異なる第２の色を放出することができる第２の照明源と、前記第１の色および前記第２の色とは異なる第３の色を放出することができる第３の照明源とを含む、請求項４４から６１のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記刃支持体は中心面を規定し、前記複数の視覚的インジケータは、第１の視覚的インジケータおよび第２の視覚的インジケータを含み、前記第１の視覚的インジケータおよび前記第２の視覚的インジケータは、前記中心面の両側で前記中心面からオフセットされている、請求項４４から４７のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記刃支持体は、前記中心面に垂直な平面を規定し、前記複数の視覚的インジケータは、第１の視覚的インジケータおよび第２の視覚的インジケータおよび第３の視覚的インジケータを含み、
前記第１の視覚的インジケータおよび前記第２の視覚的インジケータのうちの少なくとも１つは、前記中心面に垂直な前記平面の一方側にあり、前記第３の視覚的インジケータは前記垂直な平面の反対側にある、請求項６４に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記複数の視覚的インジケータは、第１の視覚的インジケータ、第２の視覚的インジケータ、および第３の視覚的インジケータを含み、
前記第１の視覚的インジケータ、前記第２の視覚的インジケータ、および前記第３の視覚的インジケータのそれぞれは、第１のセグメントおよび第２のセグメントを含み、
前記第１の視覚的インジケータの前記第１のセグメントは、前記第２の視覚的インジケータの前記第１のセグメントおよび前記第３の視覚的インジケータの前記第１のセグメントと共通の平面にある、請求項４４から４７のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記第１のセグメントおよび前記第２のセグメントは、第１の軸上に垂直に配置され、前記第１の軸は、前記刃支持体によって規定される平面に垂直である、請求項４７に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記複数の視覚的インジケータのうちの少なくとも１つは、第１のセグメントおよび第２のセグメントを含み、
前記コントローラは、前記第１のセグメントおよび前記第２のセグメントが前記手持ち部分の所望の動きの方向を示すために異なる状態で動作するように、前記第１のセグメントおよび前記第２のセグメントの照明を制御するように構成される、請求項４４から４７のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記コントローラは、前記第１のセグメントおよび前記第２のセグメントの照明を制御して、前記手持ち部分の前記ピッチ方向、前記ロール方向、および前記並進位置のうちの１つまたは複数における１つまたは複数の所望の変更を前記ユーザに示すように構成される、請求項６８に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記複数のアクチュエータは、第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータを含み、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つに関する前記アクチュエータ情報は、前記第１のアクチュエータの第１の命令位置および前記第２のアクチュエータの第１の命令位置であり、
前記複数の視覚的インジケータは、前記第１のアクチュエータの前記第１の命令位置および前記第２のアクチュエータの前記第１の命令位置に基づいて制御される、請求項４６に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記複数の視覚的インジケータのうちの少なくとも１つは、前記第１のアクチュエータおよび前記第２のアクチュエータのうちの少なくとも１つの前記第１の命令位置に基づいて第１の色、前記第１のアクチュエータおよび前記第２のアクチュエータのうちの少なくとも１つの第２の命令位置に基づく第２の色を放出するように構成され、前記第１の命令位置は、前記第２の命令位置とは異なる、請求項７０に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記複数のアクチュエータは、第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータを含み、前記複数のアクチュエータのうちの前記１つまたは複数に関する前記アクチュエータ情報は、前記第１のアクチュエータの命令位置および前記第１のアクチュエータの利用可能な移動、ならびに前記第２のアクチュエータの命令位置および前記第２のアクチュエータの利用可能な移動であり、
前記複数の視覚的インジケータのうちの少なくとも１つは、前記第１のアクチュエータの前記命令位置および前記第１のアクチュエータの前記利用可能な移動および前記第２のアクチュエータの前記命令位置および前記第２のアクチュエータの前記利用可能な移動に基づいて制御される、請求項７０に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記複数の視覚的インジケータのうちの少なくとも１つは、前記第１のアクチュエータの前記第１の命令位置および前記第２のアクチュエータの前記第１の命令位置、ならびに前記第１のアクチュエータの前記利用可能な移動および前記第２のアクチュエータの利用可能な移動に基づいて第１の色、前記第１のアクチュエータの第２の命令位置および前記第２のアクチュエータの第２の命令位置に基づいて第２の色、および前記第１のアクチュエータの第３の命令位置および前記第２のアクチュエータの第３の命令位置に基づいて第３の色を放出するように構成され、
前記第１の命令位置は、前記第３の命令位置とは異なる前記第２の命令位置とは異なる、請求項７０に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記複数の視覚的インジケータは３つの視覚的インジケータを含み、前記３つの視覚的インジケータが共通平面に配置されている、請求項４４から４７のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記複数の視覚的インジケータのそれぞれは、上部および下部を含み、
前記コントローラは、前記上部および前記下部が異なる状態で動作して、前記手持ち部分の所望の動きの方向を示すように、前記上部および前記下部の照明を制御するように構成される、請求項４４から４７のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記コントローラは、前記上部および前記下部が、前記命令位置および前記利用可能な移動に基づいて同じ状態で動作するように、前記上部および前記下部の照明を制御するように構成される、請求項７５に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記複数の視覚的インジケータは、第１の視覚的インジケータ、第２の視覚的インジケータ、および第３の視覚的インジケータを含み、前記刃支持体は、中心面を規定し、
前記第１の視覚的インジケータおよび前記第２の視覚的インジケータは、前記中心面の両側で前記中心面からオフセットされ、前記中心面は、前記第３の視覚的インジケータを通過する、請求項７６に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記コントローラは、前記手持ち部分の前記ピッチ方向、前記ロール方向、および前記並進位置のうちの１つまたは複数における１つまたは複数の所望の変更を前記ユーザに示すために、前記上部および前記下部の照明を制御するように構成される、請求項７６から７７のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記コントローラは、第１の状態で動作するように前記上部の照明を制御し、前記第１の状態とは異なる第２の状態で動作するように前記下部の照明を制御し、前記手持ち部分の前記並進位置を変更するように前記ユーザに示すように構成される、請求項７６から７８のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記複数の視覚的インジケータは、第１の視覚的インジケータ、第２の視覚的インジケータ、および第３の視覚的インジケータを含み、
前記コントローラは、第１の状態で動作するように前記第３の視覚的インジケータの前記上部の照明を制御し、前記第１の状態とは異なる第２の状態で動作するように前記第１の視覚的インジケータおよび前記第２の視覚的インジケータの前記上部の照明を制御し、前記手持ち部分の前記ピッチ方向を変更するように前記ユーザに示すように構成される、請求項７６から７９のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記複数の視覚的インジケータは、第１の視覚的インジケータ、第２の視覚的インジケータ、および第３の視覚的インジケータを含み、
前記コントローラは、第１の状態で動作するように前記第１の視覚的インジケータの前記上部の照明を制御し、前記第１の状態とは異なる第２の状態で動作するように前記第２の視覚的インジケータの前記上部の照明を制御して、前記手持ち部分の前記ロール方向を変更するように前記ユーザに示すように構成される、請求項７６から７９のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記複数の視覚的インジケータは、第１の視覚的インジケータ、第２の視覚的インジケータ、および第３の視覚的インジケータを含み、
前記視覚的インジケータは、前記第１の視覚的インジケータおよび前記第２の視覚的インジケータが前記第３の視覚的インジケータに対して遠位に配置されるように、前記刃支持体に沿って配置される、請求項７４から８１のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記複数の視覚的インジケータのそれぞれは、異なる状態で動作することができる上半球部分および下半球部分を備えた球形を有する、請求項７４から８２のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持および支持する手持ち部分と、
前記鋸刃を支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続して、前記刃支持体を前記手持ち部分に対して３自由度で動かして、前記鋸刃を所望の平面上に配置するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリと、を有する機器と、
前記刃手持ち部分の所望の動きを示す視覚的インジケータと、
前記鋸刃を前記所望の平面に沿って維持するために前記複数のアクチュエータの調整を制御するように構成されたコントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記複数のアクチュエータのアクチュエータに関するアクチュエータ情報に基づいて、前記視覚的インジケータを制御し、前記ユーザが前記機器を動かしている間、ピッチ方向、ロール方向、および並進位置の変更を視覚的に示すように構成されている、手持ち式ロボットシステム。
前記アクチュエータ情報は、前記アクチュエータの測定位置、前記アクチュエータの以前の命令位置、前記アクチュエータの利用可能な移動、アクチュエータの制限、前記アクチュエータの以前の測定位置、前記アクチュエータの命令位置、前記アクチュエータのシミュレートされた命令位置、またはそれらの組み合わせを含む群から選択される、請求項８４に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記アクチュエータ情報は、前記アクチュエータの前記利用可能な移動および前記アクチュエータの命令位置を含む、請求項８５に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記コントローラは、前記ユーザがピッチ方向の所望の変更、ロール方向の所望の変更、および並進位置の所望の変更を区別できるように前記視覚的インジケータを動作するように構成される、請求項８４から８６のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記複数のアクチュエータのうちの前記１つまたは複数に関する前記アクチュエータ情報は、前記複数のアクチュエータのうちの第１のアクチュエータの命令位置であり、
前記視覚的インジケータは、前記第１のアクチュエータの前記命令位置に基づいて制御される、請求項８５から８６のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記視覚的インジケータは、前記第１のアクチュエータの第１の命令位置に基づく第１の指示と、前記第１のアクチュエータの第２の命令位置に基づく第２の指示とを出力するように構成され、
前記第１の指示は前記第２の指示とは異なり、前記第１の命令位置は前記第２の命令位置とは異なる、請求項８８に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記アクチュエータに関する前記アクチュエータ情報は、前記複数のアクチュエータのうちの第１のアクチュエータの命令位置および前記第１のアクチュエータの前記利用可能な移動であり、
前記視覚的インジケータは、前記複数のアクチュエータの前記第１のアクチュエータの命令位置および前記第１のアクチュエータの前記利用可能な移動に基づいて制御される、請求項８５に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記アクチュエータ情報は、第１のアクチュエータの命令位置および第２のアクチュエータの命令位置であり、
前記視覚的インジケータは、前記第１のアクチュエータの前記命令位置および前記第２のアクチュエータの前記命令位置に基づいて制御される、請求項８５に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記視覚的インジケータは、前記第１のアクチュエータおよび前記第２のアクチュエータの前記命令位置に基づく第１の指示、および前記第１のアクチュエータおよび前記第２のアクチュエータの第２の命令位置に基づく第２の指示を出力するように構成され、前記第１の命令位置は、前記第２の命令位置とは異なる、請求項９１に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記アクチュエータ情報は、前記複数のアクチュエータの第１のアクチュエータの第１の命令位置および前記第１のアクチュエータの利用可能な移動、前記複数のアクチュエータの第２のアクチュエータの命令位置および前記第２のアクチュエータの利用可能な移動であり、
前記視覚的インジケータは、前記第１のアクチュエータおよび前記第２のアクチュエータの命令位置に基づいて、ならびに前記第１のアクチュエータの前記利用可能な移動および前記第２のアクチュエータの前記利用可能な移動に基づいて制御される、請求項８５に記載の手持ち式ロボットシステム。
ディスプレイ画面をさらに含み、前記ディスプレイ画面は、前記視覚的インジケータを表示するように構成される、請求項８５から９３のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記ディスプレイ画面が前記刃支持体に取り付けられている、請求項９４に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記ロボット機器の重量が６ポンド未満である、請求項８４から９５のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記ディスプレイ画面が第１の部分および第２の部分を含み、前記第１の部分が第１の視覚的インジケータを含み、前記第２の部分が第２の視覚的インジケータを含む、請求項９４から９６のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記複数のアクチュエータのうちの１つに関する前記アクチュエータ情報は、前記複数のアクチュエータのうちの第１のアクチュエータの命令位置と、前記複数のアクチュエータのうちの前記第２のアクチュエータの命令位置とであり、
前記第１の視覚的インジケータおよび前記第２の視覚的インジケータは、前記第１のアクチュエータの前記命令位置および前記第２のアクチュエータの前記命令位置に基づいて制御される、請求項９７に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記複数のアクチュエータのうちの１つに関する前記アクチュエータ情報は、前記複数のアクチュエータの前記第１のアクチュエータの命令位置および前記第１のアクチュエータの利用可能な移動、ならびに前記第２のアクチュエータの前記命令位置および前記第２のアクチュエータの利用可能な移動であり、
前記第１の視覚的インジケータおよび前記第２の視覚的インジケータの少なくとも１つが、前記複数のアクチュエータの前記第１のアクチュエータの前記命令位置および前記第１のアクチュエータの前記利用可能な移動、ならびに前記複数のアクチュエータの前記第２のアクチュエータの前記命令位置および前記第２のアクチュエータの前記利用可能な移動に基づいて制御される、請求項９８に記載の手持ち式ロボットシステム。
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持する手持ち部分と、
前記鋸刃を支持するために前記手持ち部分に結合された刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続して、前記刃支持体を前記手持ち部分に対して３自由度で動かして、前記鋸刃を所望の平面上に配置するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリと、を有する機器と、
既知の座標系で前記鋸刃の位置および骨に関連する基準位置を決定するように構成されたローカライザと、
複数のモードで前記機器の動作を制御するために前記複数のアクチュエータに結合されたコントローラと
を備え、
前記複数のモードは、前記コントローラが前記複数のアクチュエータのそれぞれを自動的に制御して、前記鋸刃を前記手持ち部分の姿勢に対して一定の姿勢に維持する第１のモードと、前記鋸刃が前記手持ち部分の前記姿勢に対して前記所望の平面に向かって能動的に動くように、前記コントローラが前記複数のアクチュエータのそれぞれを自動的に制御する第２のモードとを含み、
前記コントローラは、前記鋸刃の前記位置と前記基準位置の前記位置に基づいて、前記第１のモードから前記第２のモードに自動的に切り替えるように構成されている、手持ち式ロボットシステム。
ナビゲーショントラッカーを取り外し可能に受け入れるために前記刃支持体に固定されたトラッカーマウントをさらに含み、
前記ローカライザは、前記ナビゲーショントラッカーの前記位置に基づいて前記鋸刃の位置を決定するように構成される、請求項１００に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記刃支持体は、鋸駆動モータと、前記鋸刃の振動運動を駆動するためのトランスミッションとを含む、請求項１００から１０１のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
患者トラッカーをさらに含む、請求項１００から１０２のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記コントローラは、既知の座標系で骨に関連する基準位置の位置に基づいて前記鋸駆動モータを制御するように構成され、前記基準位置は前記患者トラッカーに対して規定される、請求項１０３に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記鋸駆動モータの速度を制御するように動作可能な入力装置をさらに備え、
前記コントローラは、前記第１のモードおよび前記第２のモード中の、骨に関連する前記基準位置の前記位置および前記鋸刃の前記位置に基づいて、前記入力装置を介した前記鋸駆動モータの作動を防止するように構成される、請求項１０４に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記コントローラは、前記鋸刃の前記位置および前記基準位置の前記位置に基づいて距離パラメータを決定するように構成される、請求項１００から１０５のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記距離パラメータは、方向および大きさを含む群から選択される、請求項１０６に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記距離パラメータが、骨から離れる方向を有し、第１の閾値よりも大きい大きさを有する、請求項１０７に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記維持された姿勢が、前記複数のアクチュエータのホーム位置以外の位置を含む、請求項１００から１０８のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持する手持ち部分と、
前記手持ち部分に結合され、鋸駆動モータを含む刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分とを動作可能に相互接続して、前記手持ち部分に対して３自由度で前記刃支持体を動かして、前記刃を所望の平面上に配置するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリと、を有する機器と、
前記鋸駆動モータの速度を制御するように動作可能な入力装置と、
既知の座標系で前記鋸刃の姿勢を決定するように構成されたローカライザと、
前記複数のアクチュエータに結合されたコントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記既知の座標系で前記手持ち部分の姿勢を決定するために動作可能であり、
前記コントローラは、前記既知の座標系で前記鋸刃の所望の姿勢を決定するために動作可能であり、
前記コントローラは、前記鋸刃の前記姿勢、前記鋸刃の所望の姿勢、および前記手持ち部分の前記姿勢に基づいて、前記鋸刃の命令姿勢を決定するために動作可能であり、
前記コントローラは、
前記鋸刃が前記所望の平面上に維持され、前記鋸駆動モータが前記入力装置に応答するように、前記コントローラが前記複数のアクチュエータのそれぞれを自動的に制御する第１のモード、および
前記鋸駆動モータが入力装置に応答しない第２のモード
で動作可能であり、
前記コントローラは、前記鋸刃の前記姿勢、前記手持ち部分の前記姿勢、および前記鋸刃の前記命令姿勢に基づいて、前記第１のモードから前記第２のモードに自動的に切り替わるように構成されている、手持ち式ロボットシステム。
前記手持ち部分の前記姿勢は、前記複数のアクチュエータのうちのアクチュエータのアクチュエータ情報に基づいて決定される、請求項１１０に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記アクチュエータ情報は、前記複数のアクチュエータの各アクチュエータの測定位置である、請求項１１０から１１１のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記手持ち部分の所望の動きを示すための視覚的インジケータをさらに備え、
前記コントローラは、前記視覚的インジケータに結合され、前記視覚的インジケータを制御して、前記手持ち部分のピッチ方向、ロール方向、および並進位置の変更を視覚的に示して、所望の手持ち部分の姿勢を達成するように構成される、請求項１１０から１１２のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記視覚的インジケータは、前記複数のアクチュエータのうちのアクチュエータに関する情報に基づき、
前記アクチュエータに関する前記情報は、前記複数のアクチュエータのうちの第１のアクチュエータの命令位置および前記第１のアクチュエータの利用可能な移動であり、
前記視覚的インジケータは、前記鋸刃を前記所望の平面に動かすために前記複数のアクチュエータの前記第１のアクチュエータの前記命令位置および前記第１のアクチュエータの前記利用可能な移動に基づいて制御される、請求項１１３に記載の手持ち式ロボットシステム。
患者トラッカーをさらに備える、請求項１１０から１１４のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記コントローラは、既知の座標系で骨に関連する基準位置の位置に基づいて前記鋸駆動モータを制御するように構成される、請求項１１５に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記刃支持体に結合されたトラッカーをさらに備え、
前記ローカライザは、前記刃支持体に結合された前記トラッカーの姿勢に基づいて前記鋸刃の前記姿勢を決定するように構成される、請求項１１０から１１６のいずれか一項に記載の手持ち式ロボット機器。
前記鋸刃の前記所望の姿勢が、計画された仮想物体の姿勢に基づいて決定される、請求項１１０から１１７のいずれか一項に記載の手持ち式ロボット機器。
前記コントローラは、前記鋸刃の前記姿勢、前記手持ち部分の前記姿勢、および前記鋸刃の前記命令姿勢が、前記鋸刃の前記命令姿勢が前記複数のアクチュエータの範囲外にある状態を示しているとき、前記第１のモードから前記第２のモードに自動的に切り替えるように構成される、請求項１１０から１１８のいずれか一項に記載の手持ち式ロボット機器。
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持する手持ち部分と、
前記鋸刃を支持するために前記手持ち部分に結合された刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続して、前記刃支持体を前記手持ち部分に対して３自由度で動かして、前記鋸刃を所望の平面上に配置するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリと、を有する機器と、
入力装置と、
第１のモードおよび第２のモードを含む複数のモードで前記複数のアクチュエータを制御するために前記複数のアクチュエータに結合されたコントローラと
を備え、
前記第１のモードでは、前記鋸刃が前記手持ち部分の姿勢に対して前記所望の平面に向かって能動的に動くように、前記コントローラが前記複数のアクチュエータのそれぞれを自動的に制御し、
前記第２のモードでは、前記コントローラが、前記手持ち部分の前記姿勢に対して前記鋸刃を一定の姿勢に維持するように自動的に制御し、
前記コントローラは、前記入力装置からの入力信号に基づいて、前記第１のモードから前記第２のモードに切り替えるように構成される、手持ち式ロボットシステム。
前記入力装置は、フットスイッチ、タッチスクリーン、マイクロフォン、ポインタ、トリガー、またはそれらの組み合わせを含む群から選択される、請求項１２０に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記維持された姿勢は、前記複数のアクチュエータのうちの第１のアクチュエータのホーム位置以外の位置を含む、請求項１２０から１２１に記載のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記維持された姿勢は、前記複数のアクチュエータのうちの第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータのためのホーム以外の位置を含む、請求項１２２に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記第２のモードでは、前記コントローラは、骨の切断中に前記鋸刃に前記ユーザによって加えられる力に抵抗するように前記複数のアクチュエータを制御する、請求項１２０から１２３のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
複数のアクチュエータの調整挙動を自動的に制御するために鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持する手持ち部分と、
前記手持ち部分に結合され、前記鋸刃の運動を駆動するための鋸駆動モータを含む刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続して、前記刃支持体を前記手持ち部分に対して３自由度で動かして、前記鋸刃を所望の平面上に配置するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリと、を有する機器と、
距離パラメータを決定するために、既知の座標系で前記鋸刃の位置および骨に関連する基準位置を決定するように構成されたローカライザと、
前記複数のアクチュエータに結合されたコントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記複数のアクチュエータを制御して、前記鋸刃と前記手持ち部分との間の動作パラメータの第１の値で前記鋸刃を前記所望の平面に向かって動かすように動作可能であり、
前記コントローラはさらに、前記複数のアクチュエータを制御して、前記鋸刃と前記手持ち部分との間の前記動作パラメータの第２の値で前記鋸刃を前記所望の平面に向かって動かすように動作可能であり、
前記第１の値は前記第２の値とは異なり、前記コントローラは、前記距離パラメータに基づいて前記第１の値から前記第２の値に動作を変更するように動作可能である、手持ち式ロボットシステム。
前記動作パラメータは、加速度および速度を含む群から選択される、請求項１２５に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記距離パラメータが、方向および大きさを含む群から選択される、請求項１２６および１２７のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記コントローラは、前記距離パラメータが前記骨から離れる方向を有し、前記第１の閾値よりも大きい大きさを有するとき、前記動作パラメータの前記第１の値で前記鋸刃を前記所望の平面に向かって動かすように動作可能であり、
前記コントローラは、前記距離パラメータが前記骨から離れる方向を有し、第２の閾値より大きく前記第１の閾値よりも小さい大きさを有するとき、前記動作パラメータの第前記２の値で前記鋸刃を前記所望の平面に向かって動かすように動作可能であり、
前記動作パラメータは加速度であり、前記動作パラメータの前記第２の値は、前記動作パラメータの前記第１の値よりも大きい、請求項１２６に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記コントローラは、前記距離パラメータが前記骨への方向を有し、大きさがゼロより大きい場合に、前記動作パラメータの前記第１の値で前記鋸刃を前記所望の平面に向かって動かすように動作可能であり、
前記動作パラメータは加速度であり、前記動作パラメータの前記第２の値は、前記動作パラメータの前記第１の値よりも大きい、請求項１２６に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記コントローラは、前記距離パラメータが前記骨から離れる方向を有し、第１の閾値よりも大きい大きさを有するとき、前記動作パラメータの前記第１の値で前記鋸刃を前記所望の平面に向かって動かすように動作可能であり、
前記コントローラは、前記距離パラメータが前記骨から離れる方向を有し、第２の閾値より大きく前記第１の閾値よりも小さい大きさを有するとき、前記動作パラメータの前記第２の値で前記鋸刃を前記所望の平面に向かって動かすように動作可能であり、
前記動作パラメータは速度であり、前記動作パラメータの前記第２の値は、前記動作パラメータの前記第１の値よりも大きい、請求項１２６に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記コントローラは、前記距離パラメータが前記骨への方向を有し、大きさがゼロより大きい場合に、前記動作パラメータの前記第１の値で前記鋸刃を前記所望の平面に向かって動かすように動作可能であり、
前記動作パラメータは速度であり、前記動作パラメータの前記第２の値は、前記動作パラメータの前記第１の値よりも大きい、請求項１２６に記載の手持ち式ロボットシステム。
骨に関連する前記基準位置が前記骨の表面である、請求項１２５から１３１のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記動作パラメータの前記第１の値がゼロである、請求項１３１に記載の手持ち式ロボットシステム。
ツールを備えたロボット機器を使用するための方法であって、前記ロボット機器は、ユーザが保持する手持ち部分と、前記ツールを支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合されたツール支持体と、前記ツール支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続する複数のアクチュエータと、前記ツール支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続する受動リンケージを有する拘束アセンブリとを備え、
前記方法は、
前記複数のアクチュエータの１つまたは複数の有効長を能動的に調整することにより、前記手持ち部分に対して３自由度で前記ツール支持体を動かすステップと、
前記手持ち部分に対する前記ツール支持体の動きを３自由度で拘束するステップと
を備える、方法。
ロボット機器の動きをガイドする方法であって、前記ロボット機器は、ユーザが保持および支持するための手持ち部分と、ツールを支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合されたツール支持体と、前記ツール支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続され、前記ツールを所望の軌道または平面に配置するために、前記手持ち部分に対して３自由度で前記ツール支持体を動かす複数のアクチュエータと、前記複数のアクチュエータに関連する視覚的インジケータと、を備え、
前記方法は、
前記複数のアクチュエータのそれぞれを最大位置と最小位置の間のホーム位置に調整するステップと、
前記手持ち部分の所望の動きを前記視覚的インジケータで示すステップと
を備える、方法。
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムの動きをガイドする方法であって、
前記ロボットシステムは、ユーザによって保持および支持される手持ち部分と、前記鋸刃を支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体と、前記刃支持体と前記手持ち部分とを動作可能に相互接続して、前記手持ち部分に対して前記刃支持体を３自由度で動かす複数のアクチュエータとを有する機器と、複数の視覚的インジケータを含み、前記機器に結合されるガイダンスアレイと、を備え、
前記方法は、
前記複数のアクチュエータのアクチュエータ情報を決定することと、
前記鋸刃を所望の平面に維持するために前記複数のアクチュエータを制御することと、
前記複数のアクチュエータの前記アクチュエータ情報に基づいて、前記手持ち部分のピッチ方向、ロール方向、および並進位置の所望の変更を視覚的に示すように前記ガイダンスアレイを制御することと
を備える、方法。
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムの動きをガイドする方法であって、
前記ロボットシステムは、視覚的インジケータと、ユーザが保持および支持するための手持ち部分、前記鋸刃を支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体、前記刃支持体と前記手持ち部分とを動作可能に相互接続して前記刃支持体を前記手持ち部分に対して３自由度で動かすアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリを有する機器と、を備え、
前記方法は、
前記複数のアクチュエータのアクチュエータ情報を決定することと、
前記鋸刃を所望の平面に維持するために前記複数のアクチュエータを制御することと、
前記複数のアクチュエータの前記アクチュエータ情報に基づいて、前記手持ち部分のピッチ方向、ロール方向、および並進位置の所望の変更を視覚的に示すように前記視覚的インジケータを制御することと
を備える、方法。
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムの動きを制御する方法であって、
前記ロボットシステムは、ローカライザと、ユーザが保持する手持ち部分、前記鋸刃を支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体、前記刃支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリを有する手持ち式機器と、を備え、
前記方法は、
既知の座標系で前記ローカライザを使用して前記鋸刃の位置を決定するステップと、
既知の座標系で骨に関連する基準位置を決定するステップと、
前記複数のアクチュエータの動作を制御して、複数のモードでロボット機器の動作を制御するステップであって、複数のモードが、
前記鋸刃を前記手持ち部分の姿勢に対して一定の姿勢に維持するために前記複数のアクチュエータのそれぞれを自動的に制御することを含む第１のモード、および
前記鋸刃が前記手持ち部分の前記姿勢に対して前記所望の平面に向かって能動的に移動するように、前記複数のアクチュエータのそれぞれを自動的に制御することを含む第２のモードを含む、ステップと、
前記鋸刃の前記位置と前記基準位置の前記位置に基づいて、前記第１モードから前記第２モードに自動的に切り替わるステップと
を備える、方法。
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムの動きを制御する方法であって、
前記ロボットシステムは、ローカライザと、入力装置と、ユーザが保持する手持ち部分、前記鋸刃を支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体、および前記刃支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリを有する機器とを備え、前記刃支持体は、鋸駆動モータを含み、
前記方法は、
既知の座標系で前記ローカライザを使用して前記鋸刃の姿勢を決定するステップと、
既知の座標系で前記手持ち部分の姿勢を決定するステップと、
前記鋸刃の所望の姿勢を決定するステップと、
前記鋸刃の前記姿勢、前記鋸刃の前記所望の姿勢、および前記手持ち部分の前記姿勢に基づいて、前記鋸刃の命令姿勢を決定するステップと、
前記複数のアクチュエータの動作を制御して、複数のモードで前記ロボット機器の動作を制御するステップであって、複数のモードが、
前記鋸刃が所望の平面上に維持され、前記鋸駆動モータが前記入力装置に応答するように、前記複数のアクチュエータのそれぞれを自動的に制御することを含む第１のモード、および
前記鋸駆動モータが前記入力装置に応答しない第２のモードを含む、ステップと、
前記鋸刃の前記姿勢、前記手持ち部分の前記姿勢、および前記鋸刃の前記命令姿勢に基づいて、前記第１のモードから前記第２のモードに自動的に切り替わるステップと
を備える、方法。
鋸刃、入力装置、および手持ち式機器とともに使用するための手持ち式ロボットシステムの動きを制御する方法であって、
前記手持ち式機器は、ユーザによって保持される手持ち部分と、前記鋸刃を支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体と、前記刃支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリとを有し、前記刃支持体は鋸駆動モータを含み、
前記方法は、
前記複数のアクチュエータの動作を制御して、複数のモードで前記ロボット機器の動作を制御するステップであって、前記複数のモードは、
前記鋸刃が前記手持ち部分の姿勢に対して前記所望の平面に向かって能動的に動くように、前記コントローラが前記複数のアクチュエータのそれぞれを自動的に制御する第１のモード、および
前記コントローラが前記複数のアクチュエータのそれぞれを自動的に制御して、前記手持ち部分の前記姿勢に対して前記鋸刃を一定の姿勢に維持する維持する第２のモードを含むステップと、
前記入力装置から受信した入力信号に基づいて、前記第２モードから前記第１モードに切り替えるステップと
を備える、方法。
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムの動きを制御する方法であって、
前記ロボットシステムは、ローカライザと、ユーザが保持する手持ち部分、前記鋸刃を支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体、前記刃支持体に結合されたトラッカー、および前記刃支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続するアクチュエータアセンブリを有する手持ち式機器と、を備え、前記アクチュエータアセンブリは複数のアクチュエータを含み、前記刃支持体は鋸駆動モータを含み、前記複数のアクチュエータのそれぞれはエンコーダ出力信号を出力するように動作可能なエンコーダを含み、
前記方法は、
前記ローカライザを備えた前記トラッカーを使用して前記鋸刃の姿勢を決定するステップと、
前記鋸刃の所望の姿勢を決定するステップと、
前記複数のアクチュエータのそれぞれの位置を決定するステップと、
前記複数のアクチュエータのそれぞれの前記位置に基づいて、前記手持ち部分の姿勢を決定するステップと、
前記ローカライザによって決定された前記鋸刃の前記姿勢、前記鋸刃の前記所望の姿勢、および前記手持ち部分の前記姿勢に基づいて、前記鋸刃の命令姿勢を決定するステップと、
前記命令姿勢、および前記複数のアクチュエータのそれぞれの前記位置に基づいて、前記複数のアクチュエータのそれぞれの命令位置を決定するステップと、
前記命令位置に基づいて複数のアクチュエータのそれぞれを制御するステップと
を備える、方法。
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムの動きを制御する方法であって、
前記ロボットシステムは、ローカライザと、第１トラッカーと、第２トラッカーと、ユーザによって保持される手持ち部分、前記鋸刃を支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体、および前記刃支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続するアクチュエータアセンブリを有する手持ち式機器とを備え、前記第１のトラッカーは前記刃支持体に結合され、前記第２のトラッカーは前記手持ち部分に結合され、前記アクチュエータアセンブリは複数のアクチュエータを含み、
前記方法は、
前記ローカライザを使用して、前記第１のトラッカーで前記鋸刃の姿勢を決定するステップと、
前記ローカライザを使用して、前記第２のトラッカーで前記手持ち部分の姿勢を決定するステップと、
前記鋸刃の前記姿勢および前記手持ち部分の前記姿勢に基づいて、前記複数のアクチュエータのうちの１つまたは複数を制御して、所望の平面に向かって移動するステップと
を備える、方法。
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムの動きを制御する方法であって、
前記ロボットシステムは、ローカライザと、ユーザが保持する手持ち部分、前記鋸刃を支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体、および前記刃支持体と前記手持ち部分とを動作可能に相互接続するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリを有する手持ち式機器と、を備え、
前記方法は、
既知の座標系で前記ローカライザを使用して前記鋸刃の位置を決定するステップと、
前記既知の座標系で骨に関連する基準位置の位置を決定するステップと、
前記基準位置の前記位置と前記鋸刃の前記位置に基づいて距離パラメータを決定するステップと、
前記鋸刃と前記手持ち部分との間の動作パラメータの第１の値で、前記鋸刃を前記所望の平面に向かって動かすように前記複数のアクチュエータを制御するステップと、
前記鋸刃と前記手持ち部分との間の前記動作パラメータの第２の値で、前記鋸刃を前記所望の平面に向かって動かすように前記複数のアクチュエータを制御するステップと
を備え、
前記第１の値は前記第２の値とは異なり、前記コントローラは、前記距離パラメータに基づいて前記第１の値から前記第２の値に動作を変更するように動作可能である、方法。
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持する手持ち部分と、
前記鋸刃を支持するために前記手持ち部分に結合された刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分とを動作可能に相互接続して、前記手持ち部分に対して前記刃支持体を３自由度で動かすアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含む、アクチュエータアセンブリとを含む機器と、
複数の視覚的インジケータを含み、前記機器に結合され、前記手持ち部分のピッチ方向、ロール方向、および並進における１つまたは複数の所望の変更を視覚的に前記ユーザに示して、前記手持ち部分の所望の姿勢を達成するように制御可能であるガイダンスアレイと、
前記複数のアクチュエータに結合され、前記鋸刃の姿勢および前記手持ち部分の前記姿勢に基づいて前記鋸刃を所望の平面に沿って維持するために前記複数のアクチュエータの調整を制御するコントローラと
を備え、
前記コントローラは前記ガイダンスアレイにさらに結合され、前記コントローラは、前記ガイダンスアレイを制御し、前記ユーザが前記刃の前記所望の平面に基づいて前記機器を動かしている間、ピッチ方向、ロール方向、および並進位置の前記１つまたは複数の所望の変更を視覚的に示すように構成される、手持ち式ロボットシステム。
前記鋸刃の前記姿勢および前記手持ち部分の前記姿勢を決定するように構成されたローカライザをさらに備える、請求項１４４に記載の手持ち式ロボットシステム。
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持および支持する手持ち部分と、
前記刃を支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続して、前記刃支持体を前記手持ち部分に対して３自由度で動かして前記鋸刃を所望の平面に配置するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリと、を有する機器と、
前記手持ち部分の所望の動きを示す視覚的インジケータと、
前記複数のアクチュエータに結合され、前記鋸刃の姿勢および前記手持ち部分の前記姿勢に基づいて前記鋸刃を前記所望の平面に沿って維持するために前記複数のアクチュエータの調整を制御するコントローラと
を備え、
前記コントローラは前記視覚的インジケータに結合され、前記コントローラは、前記刃の前記所望の平面に基づいて所望の手持ち部分の姿勢を達成するために、前記手持ち部分のピッチ方向、ロール方向、および並進位置の変更を視覚的に示すように前記視覚的インジケータを制御するように構成される、手持ち式ロボットシステム。
前記鋸刃の前記姿勢および前記手持ち部分の前記姿勢を決定するように構成されたローカライザをさらに備える、請求項１４６に記載の手持ち式ロボットシステム。
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持する手持ち部分と、
前記手持ち部分に結合され、前記鋸刃の運動を駆動するための鋸駆動モータを含む刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続して、前記刃支持体を前記手持ち部分に対して３自由度で動かして、前記鋸刃を所望の平面上に配置するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリと、を有する機器と、
既知の座標系の前記鋸刃の位置および骨に関連する基準位置を決定するように構成されたローカライザと、
前記複数のアクチュエータに結合されたコントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記複数のアクチュエータを制御して、前記鋸刃と前記手持ち部分との間の動作パラメータの第１の値で前記鋸刃を前記所望の平面に向かって動かすように動作可能であり、
前記コントローラはさらに、前記複数のアクチュエータを制御して、前記鋸刃と前記手持ち部分との間の前記動作パラメータの第２の値で前記鋸刃を前記所望の平面に向かって動かすように動作可能であり、
前記第１の値は前記第２の値とは異なり、前記コントローラは、前記鋸刃の前記位置および骨に関連する前記基準位置の前記位置に基づいて、動作を前記第１の値から前記第２の値に変更するように動作可能である、手持ち式ロボットシステム。
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持する手持ち部分と、
前記手持ち部分に結合され、前記鋸刃の運動を駆動するための鋸駆動モータを含む刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分とを動作可能に相互接続して、前記刃支持体を前記手持ち部分に対して３自由度で動かして前記鋸刃を所望の平面に配置するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリと、を有する機器と、
既知の座標系の前記鋸刃の位置および骨に関連する基準位置を決定するように構成されたローカライザと、
前記複数のアクチュエータに結合されたコントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記複数のアクチュエータを制御して前記鋸刃を前記所望の平面に向かって動かすように動作可能であり、
前記コントローラはさらに、前記鋸駆動モータのモータパラメータを第１の値および第２の値で制御するように動作可能であり、
前記第１の値は前記第２の値とは異なり、前記コントローラは、前記鋸刃の前記位置および前記骨に関連する前記基準位置の前記位置に基づいて、動作を前記第１の値から前記第２の値に変更するように動作可能である、手持ち式ロボットシステム。
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持する手持ち部分と、
前記手持ち部分に結合され、前記鋸刃の動きを駆動するための鋸駆動モータを含む刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分とを動作可能に相互接続して、前記刃支持体を前記手持ち部分に対して３自由度で動かして前記鋸刃を所望の平面に配置するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリと、を有する機器と、
距離パラメータを決定するために、既知の座標系で前記鋸刃の位置および骨に関連する基準位置を決定するように構成されたローカライザと、
前記複数のアクチュエータに結合されたコントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記複数のアクチュエータを制御して前記鋸刃を前記所望の平面に向かって動かすように動作可能であり、
前記コントローラはさらに、前記鋸駆動モータのモータパラメータを第１の値および第２の値で制御するように動作可能であり、
前記第１の値は前記第２の値とは異なり、前記コントローラは、前記距離パラメータに基づいて前記第１の値から前記第２の値に動作を変更するように動作可能である、手持ち式ロボットシステム。
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持する手持ち部分と、
前記手持ち部分に結合され、前記鋸刃の運動を駆動するための鋸駆動モータを含む刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分とを動作可能に相互接続して、前記刃支持体を前記手持ち部分に対して３自由度で動かして前記鋸刃を所望の平面に配置するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリと、を有する機器と、
前記複数のアクチュエータに結合されたコントローラと
を備え、
前記コントローラは、
前記鋸刃の姿勢、
前記鋸刃の所望の姿勢、
前記複数のアクチュエータのそれぞれの位置、
前記複数のアクチュエータのそれぞれの前記現在の位置に基づく手持ち部分の姿勢、
前記鋸刃の前記姿勢、前記鋸刃の前記所望の姿勢、および前記手持ち部分の前記姿勢に基づく鋸刃の命令姿勢、および
前記命令姿勢、および前記位置に基づく前記複数のアクチュエータのそれぞれの命令位置
を決定するように動作可能であり、
前記コントローラは、前記命令位置に基づいて前記複数のアクチュエータのそれぞれを制御するように動作可能である、手持ち式ロボットシステム。
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持する手持ち部分と、
前記鋸刃を支持するために前記手持ち部分に結合された刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分とを動作可能に相互接続して、前記手持ち部分に対して前記刃支持体を３自由度で動かすアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリと、を有する機器と、
複数の視覚的インジケータを含み、前記機器に結合され、前記鋸刃のピッチ方向、ロール方向、および並進における前記１つまたは複数の所望の変更を視覚的に前記ユーザに示して、前記手持ち部分の所望の姿勢を達成するように制御可能であるガイダンスアレイと、
前記ガイダンスアレイに結合されたコントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記ユーザが前記複数のアクチュエータのうちの１つまたは複数に関するアクチュエータ情報に基づいて前記機器を動かしている間、ピッチ方向、ロール方向、および並進位置における前記鋸刃の前記１つまたは複数の所望の変更を視覚的に示すように前記ガイダンスアレイを制御するように構成される、手持ち式ロボットシステム。
前記アクチュエータ情報は、前記アクチュエータの測定位置、以前に命令された位置、前記アクチュエータの利用可能な移動、前記アクチュエータの制限、前記アクチュエータの以前の測定位置、前記アクチュエータの命令位置、前記アクチュエータのシミュレートされた命令位置、またはそれらの組み合わせを含む群から選択される、請求項１５２に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記アクチュエータ情報が、前記アクチュエータの利用可能な移動および前記アクチュエータのシミュレートされた命令位置を含む、請求項１５３に記載の手持ち式ロボットシステム。
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持および支持する手持ち部分と、
前記刃を支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分とを動作可能に相互接続して、前記刃支持体を前記手持ち部分に対して３自由度で動かして前記鋸刃を所望の平面に配置するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリと、を有する機器と、
前記鋸刃の所望の動きを示す視覚的インジケータと、
前記視覚的インジケータに結合されたコントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記視覚的インジケータを制御し、前記複数のアクチュエータのアクチュエータ情報に基づいて、前記ユーザが前記機器を動かしている間、前記鋸刃のピッチ方向、ロール方向、および並進位置の変更を視覚的に示すように構成されている、手持ち式ロボットシステム。
前記アクチュエータ情報は、前記アクチュエータの測定位置、以前の命令位置、前記アクチュエータの利用可能な移動、前記アクチュエータの制限、前記アクチュエータの以前の測定位置、前記アクチュエータの命令位置、前記アクチュエータのシミュレートされた命令位置、またはそれらの組み合わせを含む群から選択される、請求項１５５に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記アクチュエータ情報が、前記アクチュエータの利用可能な移動および前記アクチュエータのシミュレートされた命令位置を含む、請求項１５５に記載の手持ち式ロボットシステム。
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持する手持ち部分と、
前記ツールを支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続して、前記刃支持体を前記手持ち部分に対して３自由度で動かして、前記鋸刃を所望の平面上に配置するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含み、前記複数のアクチュエータのそれぞれは、最大位置と最小位置との間で調整可能であり、前記最大位置と前記最小位置との間のホーム位置を有するアクチュエータアセンブリと、
前記手持ち部分の所望の動きを示す視覚的インジケータと、
複数のモードでの動作を制御するために前記複数のアクチュエータと前記視覚的インジケータに結合されたコントローラと
を備え、
前記複数のモードは、前記コントローラが前記複数のアクチュエータのそれぞれをそれらのホーム位置に自動的に調整する第１のモード、および前記鋸刃は概して前記所望の平面上に配置され、前記コントローラが前記鋸刃を前記所望の平面上に維持するために前記手持ち部分の所望の動きを示す第２のモードを含む、手持ち式ロボットシステム。
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持および支持する手持ち部分と、
前記刃を支持するために前記手持ち部分に移動可能に結合された刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分を動作可能に相互接続して、前記刃支持体を前記手持ち部分に対して３自由度で動かして、前記鋸刃を所望の平面上に配置するアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータアセンブリと、を有する機器と、
既知の座標系で前記鋸刃の位置および骨に関連する基準位置を決定するように構成されたローカライザと、
視覚的インジケータと、
前記視覚的インジケータに結合されたコントローラと
を備え、
前記コントローラは、第１のモードで前記視覚的インジケータを制御し、前記複数のアクチュエータのアクチュエータ情報に基づいて、前記ユーザが前記機器を動かしている間、前記鋸刃のピッチ方向、ロール方向、および並進位置の変更を視覚的に示すように構成され、
前記コントローラはさらに、第２のモードで前記視覚的インジケータを制御して、前記ユーザが前記複数のアクチュエータのアクチュエータ情報に基づいて前記機器を動かしている間、前記手持ち部分のピッチ方向、ロール方向、および並進位置の変更を視覚的に示すように構成され、
前記コントローラは、前記鋸刃の前記位置と前記基準位置の前記位置に基づいて、または入力装置から受信した入力信号に基づいて、前記第１のモードと前記第２のモードとの間で切り替わるように構成されている、手持ち式ロボットシステム。
前記コントローラは、前記鋸刃の前記位置および前記基準位置の前記位置に基づいて距離パラメータを決定するように構成される、請求項１５９に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記距離パラメータは、方向および大きさを含む群から選択される、請求項１６０に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記距離パラメータが、骨から離れる方向を有し、第１の閾値よりも大きい大きさを有する、請求項１６０に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記第１のモードにある間、前記コントローラは、前記複数のアクチュエータのそれぞれを自動的に制御して、前記鋸刃を前記手持ち部分の姿勢に対して一定の姿勢に維持し、
前記第２のモードにある間、前記コントローラは、前記鋸刃が前記手持ち部分の前記姿勢に対して前記所望の平面に向かって能動的に動くように、前記複数のアクチュエータのそれぞれを自動的に制御する、請求項１５９から１６２のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
鋸刃と共に使用するための手持ち式ロボットシステムであって、
ユーザが保持する手持ち部分と、
前記鋸刃を支持するために前記手持ち部分に結合された刃支持体と、
前記刃支持体と前記手持ち部分とを動作可能に相互接続して、前記手持ち部分に対して前記刃支持体を３自由度で動かすアクチュエータアセンブリであって、複数のアクチュエータを含む、アクチュエータアセンブリを有する機器と、
既知の座標系で前記鋸刃の位置および骨に関連する基準位置を決定するように構成されたローカライザと、
複数の視覚的インジケータを含むガイダンスアレイと、
前記ガイダンスアレイに結合されたコントローラと
を備え、
前記コントローラは、第１のモードで前記ガイダンスアレイを制御し、前記複数のアクチュエータのうちの１つまたは複数に関するアクチュエータ情報に基づいて前記ユーザが前記機器を動かしている間、ピッチ方向、ロール方向、並進位置の前記鋸刃の１つまたは複数の所望の変更を視覚的に示すように構成され、
前記コントローラはさらに、第２のモードで前記ガイダンスアレイを制御して、前記複数のアクチュエータのアクチュエータ情報に基づいて前記ユーザが前記機器を動かしている間に、前記手持ち部分のピッチ方向、ロール方向、および並進位置の１つまたは複数の変更を視覚的に示すように構成され、
前記コントローラは、前記鋸刃の前記位置と前記基準位置の前記位置に基づいて、または入力装置から受信した入力信号に基づいて、前記第１のモードと前記第２のモードとを切り替えるように構成されている、手持ち式ロボットシステム。
前記コントローラは、前記鋸刃の前記位置および前記基準位置の前記位置に基づいて距離パラメータを決定するように構成される、請求項１６４に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記距離パラメータが、方向および大きさを含む群から選択される、請求項１６５に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記距離パラメータが、骨から離れる方向を有し、第１の閾値よりも大きい大きさを有する、請求項１６６に記載の手持ち式ロボットシステム。
前記第１のモードにある間、前記コントローラは、前記複数のアクチュエータのそれぞれを自動的に制御して、前記鋸刃を前記手持ち部分の姿勢に対して一定の姿勢に維持し、
前記第２のモードにある間、前記コントローラは、前記鋸刃が前記手持ち部分の前記姿勢に対して前記所望の平面に向かって能動的に動くように、前記複数のアクチュエータのそれぞれを自動的に制御する、請求項１６４から１６７のいずれか一項に記載の手持ち式ロボットシステム。
請求項１から１６８の特徴のいずれかを任意選択的に含む、ツールとともに使用するための外科用ロボット機器であって、
遠位端と近位端を有し、ユーザが保持するピストルグリップと、
前記ツールを支持するために前記ピストルグリップに移動可能に結合されたツール支持体と、
前記ツール支持体と前記ピストルグリップを動作可能に相互接続して、前記ピストルグリップに対して複数の自由度で前記ツール支持体を動かす複数のアクチュエータと
を備え、
前記複数のアクチュエータは、
シャフトに接続された前記ピストルグリップに配置されたモータと、前記ツール支持体に接続され、前記モータが作動すると前記シャフトに沿って移動するキャリッジとを有する上昇アクチュエータと、
一対の２次アクチュエータであって、各２次アクチュエータは前記キャリッジおよび前記ツール支持体と結合されている一対の２次アクチュエータと、を含み、
前記２次アクチュエータは、前記上昇アクチュエータの遠位に配置されている、外科用ロボット機器。
請求項１から１６８の特徴のいずれかを任意選択的に含む、外科用ロボット機器であって、
ユーザが保持する手持ち式本体と、
前記手持ち式本体に移動可能に結合されたツール支持体と、
前記ツール支持体によって支持されるツールカプラと、
前記手持ち式本体に対して複数の自由度で前記ツール支持体を動かすための複数のアクチュエータと
を備え、
前記複数のアクチュエータは、
前記ツール支持体と前記手持ち式本体を動作可能に相互接続する一対の線形アクチュエータであって、前記一対の線形アクチュエータのそれぞれは、前記手持ち式本体に接続された第１の部分と前記ツール支持体に接続された第２の部分とを有し、前記一対の線形アクチュエータは、前記手持ち式本体に対する前記ツール支持体の高さとピッチを制御するように構成されている一対の線形アクチュエータと、
前記ツール支持体および前記手持ち式本体に対する前記ツールカプラのロール運動を制御するように構成された回転アクチュエータと、を含む、外科用ロボット機器。
任意選択的に請求項１から１６８の特徴のいずれかを含む、外科用ツールとともに使用するための外科用ロボット機器であって、
ユーザが把持する手持ち式本体と、
前記ツールを支持するために前記手持ち式本体に移動可能に結合されたツール支持体と、
前記手持ち式本体に対して複数の自由度で前記ツール支持体を動かすための複数のアクチュエータと
を備え、
前記複数のアクチュエータは、
第１の部分が前記手持ち式本体に接続され、第２の部分が前記ツール支持体に接続された上昇アクチュエータと、
一対の２次アクチュエータであって、前記一対の２次アクチュエータのそれぞれは、前記上昇アクチュエータに動作可能に接続されたアクチュエータ部分と、前記ツール支持体に動作可能に接続された支持部分とを有し、前記一対の２次アクチュエータのそれぞれが、前記上昇アクチュエータと前記ツール支持体との間で効果的に動作して、前記ツール支持体を前記上昇アクチュエータに対して動かすように構成された一対の２次アクチュエータと、を含み、
前記上昇アクチュエータは、前記ツール支持体と前記２次アクチュエータの両方を、前記手持ち式本体に対して１自由度で動かすように構成されている、外科用ロボット機器。