JP2022545684A - トラック上の移動可能なディスプレイユニット - Google Patents

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Abstract

実装は、トラック上の移動可能なディスプレイユニットに関する。いくつかの実装では、制御ユニットが、第２のサポートに結合された第１のサポートを含むサポートリンケージ、第２のサポートの遠位部分に結合されたトラック部材、及びトラック部材に結合されたディスプレイユニットを含む。ディスプレイユニットは、表示装置を含む。ディスプレイユニットは、サポートリンケージによって提供される第１及び第２の自由度で直線的に並進可能である。ディスプレイユニットは、第２のサポートに対して、トラック部材によって規定される第３の自由度で傾斜軸周りに回転可能である。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、2019年8月23日に出願され、"Moveable Display Unit on Track"と題する米国仮特許出願第62/890,876号に対する優先権を主張し、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
ディスプレイスクリーン、ウェアラブル表示装置、プロジェクタなどを含む表示装置は、様々なデバイス及び用途に使用されている。いくつかの用途では、表示装置は、シーンのビューを提供するカメラによってキャプチャされた画像を出力する。
いくつかの用途では、表示装置を他の装置と共に使用することができ、ユーザは、例えば、他の装置を操作することと組み合わせて、表示装置によって提供される表示されたビューを観察することを可能にすることができる。例えば、遠隔操作システムでは、ユーザは、典型的には、作業部位（work site）において、マニピュレータシステムなどの制御される装置の動き及び／又は他の機能をリモートで制御する（例えば、遠隔操作する）ために制御入力装置を動作させる。いくつかの例では、いくつかの遠隔操作手術システムにおいて、ユーザは、手術部位で外科手術を実施するために手術器具及び他の装置を操作するように制御入力装置を操作する。制御入力装置は、ピンチャーグリップ、ジョイスティック、外骨格グローブ等のようなハンド入力装置を含むことが多い。外科的又は他の医学的タスクのいくつかの例では、ハンド入力装置が、針の保持若しくは駆動、血管の把持、又は、組織の切開、焼灼、若しくは凝固などの機能を実行する、組織把持器、ニードルドライバ、電気手術焼灼プローブ、カメラ等のような様々な手術器具を制御することがある。他のアプリケーションは、遠隔操作システムを使用して作業部位で実行される種々の遠隔操作タスクを含むことができる。
様々な遠隔操作システムでは、ディスプレイユニットが制御入力装置と共に使用される。例えば、ディスプレイユニットは、作業部位でカメラによってキャプチャされるような、遠隔作業部位のビュー又はその一部を示す画像を表示する表示装置を含むことができる。ディスプレイユニットは、ユーザが、制御入力装置を操作し、ディスプレイユニットによって表示された作業部位のビューを観察しながら作業部位でタスクを実行するためにマニピュレータ装置を制御することができるように、機械的に接地されたサポートによって保持することができる。他のシステムはまた、例えば、作業部位で発生するタスク又はイベントを監視するために、ユーザに、そのユーザが制御入力装置を使用することなしに、作業部位の表示されたビューを提供するディスプレイユニットを含むことがある。これらのシステムのいくつかでは、ユーザは、カメラを操作する、例えば、作業部位の所望の倍率及びアングルを得るためにカメラのビューを回転する、パンする、及びズームするために、ハンド入力装置を操作することによって表示されるビューを調節することができる。これは、作業部位のビューが、よりクリアなプレゼンテーションのためにカスタマイズされることを可能にし、また、ユーザがカスタマイズしたビューに基づいて、作業部位でのタスクが正確に実行されることを可能にする。
しかし、遠隔操作システムは、制限された表示領域（例えば、ユーザはビューポート又は接眼レンズを通して視認しなければならない）を有し、ユーザに対してその位置が静止し動かない（static and rigid）ビューイング装置（viewing device）を提供することがある。ユーザは、ビューイング装置を使用できるようにするために、システム動作中に、ユーザの頭部及び身体の位置をビューイング装置に合わせなければならない。例えば、ユーザに近い物体を見るために下を見ることを望むユーザは、ユーザがビューイング装置の制限された表示領域内で画像を見続けることができるように、自分の頭部を傾けることなく、眼を下に調節しなければならない。
さらに、ビューイング装置における表示ビューの操作は、いくつかのシステムのユーザにとって困難であり得る。例えば、ユーザが、作業部位でマニピュレータ器具を動かすために制御入力装置のハンド入力装置を把持している場合、ビューイング装置のビューを調整することは、ユーザが、制御入力装置に手入力を提供すること、及び／又は表示されたビューを変更するために異なる制御モードに入ることを必要とすることがある。このような操作は、典型的には、ユーザがビュー調整を行うためにマニピュレータ器具の操作を中断及び一時停止することを必要とし、したがって、タスクを実行する際に注意をそらすこと及び潜在的な不正確さを生じさせる。さらに、アイトラッキングセンサや音声コマンドのような表示されたビューを制御するいくつかのハンズフリーの方法は、しばしば正確でもなく、信頼性もなく、ユーザから提供されたコマンドに曖昧さを持ち込む可能性がある。
本出願の実装は、トラック上で移動可能なディスプレイユニットに関する。いくつかの実装では、制御ユニットは、第２のサポートに結合された第１のサポートを含むサポートリンケージ（support linkage）、第２のサポートの遠位部分に結合されたトラック部材、及びトラック部材に結合されたディスプレイユニットを含む。ディスプレイユニットは、表示装置を含む。ディスプレイユニットは、サポートリンケージによって提供される第１及び第２の自由度で直線的に並進可能（linearly translatable）である。ディスプレイユニットは、トラック部材によって定められる第３の自由度で傾斜軸周りに、第２のサポートに対して回転可能である。
制御ユニットの種々の実装では、トラック部材は、傾斜軸の位置を決定する半径を有する湾曲部材であり、傾斜軸は、第１及び第２の自由度に直交して配向される。いくつかの実装では、第２のサポートは、第１の自由度で第１の軸に沿って第１のサポートに対して直線的に並進可能であり、第２のサポートの遠位部分は、第２の自由度で第１のサポートに対して直線的に並進可能である。いくつかの実装では、トラック部材は、第２のサポートの遠位部分に強固に（rigidly）結合され、ディスプレイユニットは、トラック部材にスライド可能に結合され、第３の自由度で傾斜軸周りにトラック部材に沿って移動可能であるスライド部材を含む。いくつかの例では、ディスプレイユニットは、第４の自由度でスライド部材に対してヨー軸周りに回転可能であり、ヨー軸は、傾斜軸に直交する。第１のサポート及び第２のサポートは、互いに対して向きを固定することができる。
いくつかの実装では、第１のサポートの遠位部分は第１の軸に沿って移動可能であり、第２のサポートの遠位部分は第２の軸に沿って移動可能であり、第１の軸は第２の軸に直交し、傾斜軸は第１の軸及び第２の軸に直交する。いくつかの実装では、ディスプレイユニットは、定められたピボット軸周りに、平面内で回転可能であり、定められたピボット軸周りのディスプレイユニットの回転は、第１の自由度におけるディスプレイユニットの直線運動、第２の自由度におけるディスプレイユニットの直線運動、及び第３の自由度におけるディスプレイユニットの回転運動の組み合わせである。
いくつかの実装では、ディスプレイユニットは、第４の自由度でスライド部材に対して第４の軸周りに回転可能であり、第４の軸は傾斜軸に直交し、ディスプレイユニットは、第４の自由度でディスプレイユニットの回転を案内する第２のトラック部材を含む。いくつかの実装では、第１のサポートは、第１の伸縮（telescoping）ベース部分及び第２の伸縮ベース部分を含み、第２の伸縮ベース部分は、第１の伸縮ベース部分に対して第１の軸に沿って直線的に並進可能であり、第２のサポートは、第１の伸縮アーム部分及び第２の伸縮アーム部分を含み、第２の伸縮アーム部分は、第１の伸縮アーム部分に対して第２の軸に沿って直線的に並進可能であり、第２の伸縮ベース部分は、第１の伸縮アーム部分に対して強固に結合される。いくつかの実装では、ディスプレイユニットは、ディスプレイユニットに設けられ、ユーザの頭部からの入力を受信するヘッド入力装置、及び／又はディスプレイユニット上に設けられ、ユーザの手からの入力を受信するハンド入力装置を含む。いくつかの実装では、制御ユニットは、遠隔操作マニピュレータシステムの１つ又は複数の機能を制御するために、ユーザによって操作可能な制御入力装置に結合される。
いくつかの実装では、制御ユニットは、さらに、第１のアクチュエータ、第２のアクチュエータ、第３のアクチュエータ、及び／又は第４のアクチュエータを含み、第１のアクチュエータは、第１の自由度でディスプレイユニットに第１の力を出力するように構成され、第２のアクチュエータは、第２の自由度でディスプレイユニットに第２の力を出力するように構成され、第３のアクチュエータは、第３の自由度でディスプレイユニットに第３の力を出力するように構成され、第４のアクチュエータは、ディスプレイユニットがスライド部材に関して第４の軸周りに回転可能である第４の自由度で、第４の力をディスプレイユニットに出力するように構成される。
いくつかの実装では、遠隔操作システム制御ユニットが、第１の部分及び第２の部分を有する垂直部材であって、垂直部材の第２の部分は、垂直部材の第１の部分に対して垂直軸に沿って直線的に並進可能である、垂直部材と、第１の部分及び第２の部分を有する水平部材であって、水平部材の第１の部分は、垂直部材の第２の部分に対して強固に結合され、水平部材の第２の部分は、水平部材の第１の部分に対して水平軸に沿って直線的に並進可能である、水平部材とを含む。水平軸は垂直軸に直交する。制御ユニットは、水平部材の第２の部分に強固に結合され、傾斜軸周りに湾曲するトラック部材と、トラック部材にスライド可能に結合され、第３の自由度で傾斜軸周りにトラック部材に沿って移動可能なディスプレイユニットとを含み、ディスプレイユニットは表示装置を含む。
遠隔操作システム制御ユニットの種々の実装では、垂直部材の第２の部分と垂直部材の第１の部分は伸縮可能に（telescopically）結合され、水平部材の第２の部分と水平部材の第１の部分は伸縮可能に結合される。いくつかの実装では、傾斜軸は、水平軸に直交し、垂直軸に直交する。いくつかの実装では、ディスプレイユニットは、定められたピボット軸周りに回転可能であり、定められたピボット軸周りの回転は、垂直軸に沿った垂直部材の第２の部分の直線運動、水平軸に沿った水平部材の第２の部分の直線運動、及び傾斜軸周りのディスプレイユニットの回転運動の協調された組み合わせによって生成される。例えば、定められたピボット軸は、ディスプレイユニットを操作するユーザの首を通って延びる位置にあることができ、ディスプレイユニットを操作するユーザの額と入力装置との間の接触点においてディスプレイユニットの入力装置を通って延びることができ、ディスプレイユニットを操作するユーザの眼を通って延びる眼軸（eye axis）と一致することができ、又はディスプレイユニットに設けられたハンド入力装置の一部を通って延びることができ、ハンド入力装置は、ディスプレイユニットを操作するユーザの手によって操作されるように構成されることができる。
いくつかの実装では、ディスプレイユニットは、スライド部材によってトラック部材に結合され、ディスプレイユニットは、第４の自由度でスライド部材に対してヨー軸周りに回転可能であり、ヨー軸は傾斜軸に直交し、ディスプレイユニットは、ヨー軸周りの回転を可能にする湾曲トラックに結合される。いくつかの実装では、制御システムは、第１のアクチュエータと、第２のアクチュエータと、第３のアクチュエータとをさらに含み、第１のアクチュエータは、垂直部材の第２の部分に第１の力を出力するように構成され、第２のアクチュエータは、水平部材の第２の部分に第２の力を出力するように構成され、第３のアクチュエータは、傾斜軸周りにディスプレイユニットに第３の力を出力するように構成される。いくつかの実装では、スライド部材は、ディスプレイユニットをトラック部材に結合し、傾斜軸周りにスライド部材と共に移動する第３のアクチュエータを含む。いくつかの実装では、ディスプレイユニットは、第４の自由度で水平部材に対してヨー軸周りに回転可能であり、ヨー軸は、傾斜軸に直交する。
いくつかの実装では、遠隔操作システムは、複数のリンクを含むサポートリンケージと、サポートリンケージの遠位端部に結合されたトラック部材と、トラック部材に結合されたディスプレイユニットとを含むサポート機構を含む。ディスプレイユニットは、複数のリンク間の相対的な動きに基づいて、及びトラック部材によって案内されるディスプレイユニットの動きに基づいて、複数の自由度で移動可能であり、ディスプレイユニットは、表示装置を含む。システムは、サポートリンケージに結合された複数のアクチュエータと、ユーザによる制御入力装置の動きに基づく入力信号を提供するように構成された制御入力装置と、サポート機構及び制御入力装置と通信する制御システムとを含む。システムは、複数のアクチュエータに第１の制御信号を提供して、ディスプレイユニットを、定められたピボット軸周りに回転させるように構成され、定められたピボット軸周りの回転は、複数の自由度のうちの少なくとも２つの自由度でのディスプレイユニットの動きから生じる。システムはまた、制御入力装置からの入力信号に基づいて遠隔操作マニピュレータシステムに第２の制御信号を提供するように構成され、第２の制御信号はマニピュレータシステムの器具の運動を引き起こす。いくつかの実装では、トラック部材は、サポートリンケージの遠位端部に強固に結合され、ディスプレイユニットは、トラック部材にスライド可能に結合され、複数の自由度のうちの回転自由度で、傾斜軸周りにトラック部材に沿って移動可能である。
いくつかの実装では、ディスプレイシステムを制御するための方法が、第１の入力装置で第１のユーザ入力を受信することと、第１のユーザ入力に基づいて定められたピボット軸周りに垂直面内でディスプレイユニットを動かすようにアクチュエータを制御することとを含む。ディスプレイユニットは、サポートリンケージに結合され、ディスプレイユニットを動かすことは、サポートリンケージに結合された湾曲トラック部材に沿ってディスプレイユニットをスライドさせることを含む。ディスプレイユニットは、表示装置を含む。
本方法のいくつかの実装では、ディスプレイユニットを動かすようにアクチュエータを制御することは、サポートリンケージの第２のリンクを第１の自由度で第１の軸に沿って第１のリンクに対して直線的に並進させることと；第２のリンクの一部を第２の自由度で第２の軸に沿って第１のリンクに対して直線的に並進させることと；ディスプレイユニットを第２のリンクに対して第３の自由度で第３の軸周りに回転させることと；を含む。
いくつかの実装では、第１のユーザ入力は、ディスプレイユニットに設けられ、ユーザの頭からの入力を受信するヘッド入力装置から受信される、及び／又は、ディスプレイユニットに設けられ、ユーザの手からの入力を受信するハンド入力装置から受信され、本方法はまた、サポートリンケージに結合された第２の入力装置において第２のユーザ入力を受信することと、第２のユーザ入力に基づいて、空間内でマニピュレータシステムの器具を動かすように器具アクチュエータを制御することとを含む。いくつかの実装では、本方法は、第１のユーザ入力に従って（或いは、他の方法では、ディスプレイユニットの動きに従って）ディスプレイユニットの表示装置によって表示される画像を更新することを含む。いくつかの実装では、本方法は、第１のユーザ入力に従って、又はディスプレイユニットの動きに従って、マニピュレータシステムのアクチュエータに、マニピュレータシステムの画像キャプチャ装置を移動させることを含み、イメージデータは、画像キャプチャ装置から受信され、ディスプレイユニットの表示装置によって表示される。
いくつかの実装では、制御ユニットは、第１の入力制御装置で第１のユーザ入力を受信する手段と、定められたピボット軸周りに垂直面内でディスプレイユニットを動かすように、第１のユーザ入力に基づいて、ディスプレイユニットアクチュエータを制御する手段とを含み、ディスプレイユニットはサポートに結合される。ディスプレイユニットを動かすことは、サポートに結合された湾曲トラック部材に沿ってディスプレイユニットをスライドさせることを含み、ディスプレイユニットは表示装置を含む。いくつかの実装では、制御ユニットは、さらに、第２のユーザ入力を受信する手段と、空間内でマニピュレータ器具を動かすように、第２のユーザ入力に基づいてマニピュレータ器具アクチュエータを制御する手段とを含む。
いくつかの実装による、制御入力装置、ディスプレイシステム、及びマニピュレータ装置を含む、例示的な遠隔操作手術システムの概略図である。
いくつかの実装による、制御入力装置及びディスプレイシステムを含むユーザ制御システムの正面図である;
いくつかの実装による、例示的なディスプレイシステムの斜視図である。
いくつかの実装による、例示的なディスプレイシステムの正面図である。
いくつかの実装による、例示的なディスプレイシステムの側面図である。
いくつかの実装による、ディスプレイシステムの一部の別の例の側面図である。
いくつかの実装による、ディスプレイシステムの一部のさらに別の例の側面図である。
いくつかの実装による、定められたネックピボット軸周りのディスプレイユニットの回転を示すディスプレイシステムの一部の側面図である。
いくつかの実装による、定められたネックピボット軸周りのディスプレイユニットの回転を示すディスプレイシステムの一部の側面図である。
いくつかの実装による、定められたネックピボット軸周りのディスプレイユニットの回転を示すディスプレイシステムの一部の側面図である。
いくつかの実装による、定められたネックピボット軸周りのディスプレイユニットの回転を示すディスプレイシステムの一部の側面図である。
いくつかの実装による、定められたアイピボット軸周りのディスプレイユニットの回転を示す、図８のディスプレイシステムの一部の側面図である。
いくつかの実装による、定められたアイピボット軸周りのディスプレイユニットの回転を示す、図８のディスプレイシステムの一部の側面図である。
いくつかの実装による、定められたアイピボット軸周りのディスプレイユニットの回転を示す、図８のディスプレイシステムの一部の側面図である。
いくつかの実装による、ディスプレイシステムのための例示的なベースサポートの斜視図である。
いくつかの実装による、ディスプレイシステムのための例示的なベースサポートの側面図である。
いくつかの実装による、ディスプレイシステムのための例示的なアームサポートの斜視図である。
いくつかの実装による、ディスプレイシステムのための例示的なアームサポートの側面図である。
いくつかの実装による、例示的な傾斜機構の側面図である。
いくつかの実装による、例示的な傾斜機構の正面図である。
いくつかの実装による、例示的な傾斜機構の斜視図である。
いくつかの実装による、例示的なディスプレイユニット機構の斜視図である。
いくつかの実装による、ディスプレイシステムの別の実装の斜視図である。
いくつかの実装による、ディスプレイシステムの別の実装の正面図である。
いくつかの実装による、ディスプレイシステムの別の実装の側面図である。
いくつかの実装による、定められネックピボット軸周りのディスプレイユニットの回転を示すディスプレイシステムの一部の側面図である。
いくつかの実装による、定められネックピボット軸周りのディスプレイユニットの回転を示すディスプレイシステムの一部の側面図である。
いくつかの実装による、定められネックピボット軸周りのディスプレイユニットの回転を示すディスプレイシステムの一部の側面図である。
いくつかの実装による、定められネックピボット軸周りのディスプレイユニットの回転を示すディスプレイシステムの一部の側面図である。
いくつかの実装による、定められたアイピボット軸周りのディスプレイユニットの回転を示す図２６のディスプレイシステムの一部の側面図である。
いくつかの実装による、定められたアイピボット軸周りのディスプレイユニットの回転を示す図２６のディスプレイシステムの一部の側面図である。
いくつかの実装による、ディスプレイシステムの別の実装の斜視図である。
いくつかの実装による、図３２のディスプレイシステムの一部の正面図である。
いくつかの実装による、図３２のディスプレイシステムの一部の側面図である。
いくつかの実装による、図３２のディスプレイシステムの一部の上面図である。
いくつかの実装による、図３２のディスプレイシステムの一部の底面図である。
いくつかの実装による、図３２のディスプレイシステムの一部の斜視図である。
いくつかの実装による、図３２のディスプレイシステムの一部の斜視図である。
いくつかの実装による、定められたピボット軸を示す、図３２のディスプレイシステムの一部の側面図である。
いくつかの実装による、説明されたディスプレイシステムと共に使用することができる制御入力装置の例示的な部分の斜視図である。
いくつかの実装による、本明細書に記載される１つ又は複数の特徴を含むディスプレイシステムを動作させるための例示的な方法を示すフロー図である。
本明細書に記載される１つ又は複数の実装と共に使用することができる例示的なマスター－スレーブシステムのブロック図である。
実装は、ユーザが見ること（user viewing）に適応する（accommodates）及び／又はそれに応答する移動可能なディスプレイシステムに関する。例えば、いくつかの実装では、ディスプレイシステムは、ユーザが、遠隔操作システムの制御入力装置などの、１つ又は複数の他の装置を操作する間に、作業部位又は環境の表示されたビューをユーザに提供するために、ユーザ制御システムにおいて使用される。本明細書でより詳細に説明されるように、実装は、ユーザのヘッドの動きに適応及び／又は追従する方法で、見られているディスプレイユニットを動かすようにユーザの動きに応答するディスプレイシステムを提供する。種々の例では、ディスプレイシステムは、画像を表示し、機械的に接地されるディスプレイユニットを含むことができ、これにより、ユーザが、ディスプレイユニットの出力を見ながら、手で操作される及び／又は足で操作される制御入力装置のような他の装置を操作することを可能にする。いくつかの実装は、ディスプレイシステムを介して提供されるユーザ入力に応答するカメラ画像を介して、ディスプレイユニットによって作業部位の様々なビューを提供することができる。
ディスプレイシステムの記述された特徴は、ディスプレイユニットに多自由度を提供するサポートリンケージを含む。サポートリンケージは、第１の部分と第２の部分とを有する第１の（例えば、垂直な）サポートを含み、第２の部分は、第１の部分（例えば、伸縮部分）に対して垂直軸に沿って直線的に並進可能である。サポートリンケージは、垂直サポートに強固に結合され、第１の部分及び第２の部分を有する第２の（例えば、水平の）サポートを含み、第１の部分は、垂直部材の第２の部分に強固に結合され、第２の部分は、第１の部分（例えば、伸縮部分）に対して水平軸に沿って直線的に並進可能である。いくつかの実装では、サポートリンケージは、第２のサポートの遠位端部に回転可能に結合された傾斜部材（tilt member）を含み、傾斜部材は、第３の軸周りに第３の自由度で回転可能である。いくつかの実装では、ディスプレイユニットは、傾斜部材に結合される。いくつかの実装では、ディスプレイユニットは、第４の自由度、例えば、第４（ヨー）軸周りの回転運動で傾斜部材に対して移動可能である。モータのようなアクチュエータが、制御システムがコンポーネントを移動させ、それによってディスプレイユニットを特定の自由度で、作業空間内で移動することを可能にするために、これらのコンポーネントのうちの１つ又は複数に結合される。ディスプレイユニット上のユーザ入力装置は、ユーザが、ディスプレイユニットの移動、例えば、位置及び向きの変化を指示するためにユーザ入力を提供することを可能にする。ディスプレイシステムは、マニピュレータシステム機能、例えば、マニピュレータ器具の移動及び他の機能を制御するために、遠隔操作システムのマニピュレータシステムに制御信号を提供する制御入力装置と共に使用することができる。
記述された特徴は様々な利点を提供する。例えば、サポートリンケージ及びアクチュエータは、ディスプレイシステムが、例えば、ユーザの頭及び眼の角度及び動きの変化に対応するために又はユーザの手、頭、眼などによって入力されたコマンドに応答するために、受信したユーザの入力に基づいてディスプレイユニットの位置及び向きを変更することを可能にする。例えば、ディスプレイユニットは、ユーザの目と一致する又はユーザのネックピボット軸（neck pivot axis）と一致することができる、規定されたピボット軸の周りに回転させることができ、これにより、ユーザの自然な体の動きと整合するディスプレイユニットの動きを提供することができる。これらの特徴は、ユーザが、異なる快適なビューイング角を得るために、および、ディスプレイユニットを使用することの物理的制約を低減するために、処置の間にディスプレイユニットを容易に再向き合わせする（re-orient）ことを可能にし、従って、関連する処置におけるユーザの疲労を低減することができる。例えば、規定されたピボット軸及びヨー軸周りの運動を提供する、与えられた傾斜、水平、及び垂直自由度におけるディスプレイユニットの動きは、ディスプレイユニットが、ユーザの頭の運動中、ユーザの頭及び／又は眼に追従し、ユーザの頭部及び／又は眼の近くに留まることを可能にする、及び／又はユーザの額とディスプレイユニットとの間の物理的接続を維持することを可能にする。いくつかの実装では、これは、ディスプレイユニットが、ディスプレイユニットをユーザの頭に物理的に取り付ける必要なく、ユーザの頭及び眼の動きに追従することを可能にし、従って、そのような取り付けによるユーザのいらだち（irritation）及び疲労を回避する。
さらに、ディスプレイユニットの規定されたピボット軸は、ディスプレイシステムの機械的コンポーネントの運動の物理的な軸に限定される必要のない仮想軸であることができる。これは、規定されたピボット軸の位置が、種々の使用条件に合わせて調整されることを可能にする、及び／又は、ディスプレイシステムを動作させる際により大きい快適さを可能にするために、例えば、特定のユーザの高さ、アームリーチ、首又は頭のサイズなどに適合するように、特定のユーザに合わせてカスタマイズされることを可能にする。さらに、ディスプレイユニット上のヘッドセンサ等のセンサは、ユーザが、制御入力装置などの他の入力装置を操作している可能性のある手を使用することなく、ユーザ入力を容易に提供することを可能にする。
加えて、ユーザ入力によって指示されるディスプレイユニットの位置及び／又は向きの変化は、ディスプレイユニットによる画像の表示を修正するために使用することができる。例えば、表示された画像又はユーザインターフェースは、同様の又は対応する動作を実行するようにディスプレイユニットに指示するディスプレイデバイスへの対応する受信ユーザ入力に基づいてスクロール、傾斜、パン、又はズームすることができる。いくつかの実装では、遠隔作業部位における画像キャプチャ装置（又は他の器具又は装置）の機能は、ディスプレイユニットへのユーザ入力、例えば、画像キャプチャ装置の動き、又はパン、チルト、及びズームのような他のデバイス機能に基づいて操作される。ディスプレイユニット上のヘッドセンサは、ユーザが、手又は足によって操作される制御入力装置などの他のユーザ入力装置を使用する遠隔操作処置を中断又は一時停止する必要なしに、そのようなユーザ入力を提供することを可能にする。
本明細書で使用される「直線」、「中心」、「平行」、「直交」、「垂直」、「整列」、「水平」、「垂直」、又は特定の寸法若しくは他の単位を含む種々の用語は、近似的であることができ、正確である必要はなく、典型的なエンジニアリング公差を含むことができる。
本明細書におけるいくつかの実装は、三次元空間における種々の器具及び器具の部分の状態の観点から、種々の器具及び器具の部分に関連し得る。本明細書で使用される場合、用語「位置」は、物体又は物体の一部の三次元空間内の位置（例えば、デカルトＸ、Ｙ、Ｚ座標に沿った並進３自由度）を指す。本明細書で使用される場合、用語「向き、配向（orientation）」は、物体又は物体の一部の回転配置（回転３自由度－例えば、デカルトＸ、Ｙ、及びＺ軸の周りのロール、ピッチ、及びヨー）を指す。本明細書で使用される場合、用語「姿勢」は、少なくとも１つの並進自由度における物体又は物体の一部の位置、及び少なくとも１つの回転自由度における物体又は物体の一部の向きを指す（最大６自由度）。
本明細書で言及するように、機械的に接地されたユニット又は装置は、大きい作業環境（例えば、動作領域又は室）における可能な位置及び向きの運動に関して制約される。また、このようなユニットは、地面（ground）に運動学的に結合される（例えば、コンソール、サポート、又は地面に取り付けられた他の物体によって機械的に支持される）。本明細書中で使用される場合、用語「近位」は、機械的な接地（地面）（mechanical ground）に近い（又はより近い）要素を指し、用語「遠位」は、機械的な接地から離れている（又はより遠い）要素を指す。
本明細書に記載される種々の特徴は、コンピュータ支援遠隔操作システムの制御能力を増強するために使用することができる。いくつかの実装では、遠隔操作システムは、種々の処置（手術、極端な環境における処置、又は他の処置）におけるマニピュレータ器具制御、命令、監視、監督、及びシステムのユーザへの他のフィードバックを提供するための１つ又は複数の制御入力装置（例えば、１つ、２つ、３つ又はそれより多く）を含む。
図１は、本明細書に開示された１つ以上の特徴と共に使用することができる、例示的な遠隔操作手術システム１００の概略図である。図示のように、遠隔操作手術システム１００は、ユーザ制御システム（例えば、コンソール又はワークステーション）１０２及びマニピュレータシステム１０４を含み得る。
この例では、ユーザ制御システム１０２は、ユーザの手によって接触され操作される１つ以上の制御入力装置、例えば、各手に対して１つの制御入力装置を含む。図２及び図４０は、以下により詳細に説明される、制御入力装置のいくつかの例示的な実装を示す。制御入力装置は、ユーザ制御システム１０２によってサポートされ、機械的に接地することができる。人間工学的サポート１１０（例えば、前腕のレスト）は、いくつかの実装において提供されることができ、ユーザ１０８は、制御入力装置を把持しながら、その前腕をその上に置くことができる。例えば、制御入力装置は、サポート１１０を越えて内側に（ユーザ１０８から離れて）配置された作業空間内に位置決めすることができる。いくつかの例では、ユーザ１０８は、制御入力装置を使用してマニピュレータシステム１０４を制御することによって、外科処置中にマニピュレータシステム１０４の近くの作業部位で外科的タスクを実行することができる。
ディスプレイユニット１１２は、ユーザ制御システム１０２に含まれる。ディスプレイユニット１１２は、ユーザ１０８が見るための画像を表示することができる。例えば、画像は、１つ以上のディスプレイスクリーン、プロジェクタ、又は他のデバイスのような、ディスプレイユニット内の表示装置によって表示することができる。ディスプレイユニット１１２は、以下により詳細に説明されるように、ユーザの表示位置に適合する及び／又は制御機能を提供するために、種々の自由度で移動することができる。遠隔操作システム１００の例では、表示された画像は、ユーザが制御入力装置の制御を介して種々のタスクを実行している作業部位を示すことができる。いくつかの例では、ディスプレイユニット１１２によって表示される画像は、遠隔作業部位に配置された１つ以上の画像キャプチャ装置から、ユーザ制御システム１０２によって受信されることができる。他の例では、ディスプレイユニットによって表示される画像は、ディスプレイユニットによって（又は接続された他の装置又はシステムによって）生成されることができる。遠隔操作システム１００を使用する外科処置の例では、ディスプレイユニット１１２は、マニピュレータシステム１０４の近くの患者における身体の手術部位、又は手術部位の生成された仮想表現、又は身体及び仮想部位の組み合わせ（例えば、拡張現実）の画像を表示することができ、ユーザ制御システム１０２の制御入力装置によって制御されるマニピュレータシステム１０４のリアル又は仮想の器具を表示することができる。ディスプレイユニット１１２は、例えば、マニピュレータ器具１２６のエンドエフェクタ及び手術部位の二次元画像及び／又は三次元画像を提供することができる。三次元画像は、ユーザ１０８が器具及び患者の解剖学的構造の相対的な深さを評価し、視覚的なフィードバックを使用して、制御入力装置を使用してマニピュレータ器具１２６を操縦し、特徴を正確にターゲットし、制御することを可能にする三次元的な深さの手がかりを提供することができる。
ユーザ制御システム１０２を使用するとき、ユーザ１０８は、ユーザ制御システム１０２の前の椅子又は他のサポートに座り、ユーザの目をディスプレイユニット１１２の前に位置決めし（及び／又は、ディスプレイユニット１１２を、ユーザの目の位置／向きに動かし）、制御入力装置、例えば、それぞれの手に１つずつを把持及び操作し、所望により、ユーザの前腕を人間工学的サポート１１０上に置くことができる。いくつかの実装では、ユーザは、ユーザ制御システムの所に立つことができ、又は、他の姿勢を想定することができ、ディスプレイユニット１１２及び制御入力装置は、種々のユーザの体の姿勢及び個々のユーザの好みに適合するように位置（高さ、深さなど）を調節されることができる。
遠隔操作システム１００はまた、ユーザ制御システム１０２によって制御することができるマニピュレータシステム１０４を含み得る。この例では、マニピュレータシステム１０４は、患者が位置し得る手術台１０６（例えば、テーブル、ベッド、又は他のサポート）に又はその近くに取り付けられる。作業部位１３０は、手術台１０６上に、例えば、患者、模擬患者又は模擬モデルなど（図示せず）の上又は中に設けることができる。他の実装では、作業部位は、マニピュレータシステムを使用してタスクが実行される異なる部位又は領域であることができる。遠隔操作マニピュレータシステム１０４は、複数のマニピュレータアーム１２０を含み、各アームは器具アセンブリ１２２に結合される。器具アセンブリ１２２は、例えば器具１２６を含み得る。いくつかの例では、器具１２６は、手術器具を含み得る。いくつかの実装では、手術器具は、例えば、患者の組織を治療するために、その遠位端部に手術エンドエフェクタを含むことができる。
様々な実装では、器具１２６のうちの１つ以上は、内視鏡アセンブリ１２４に含まれるカメラのような画像キャプチャ装置（例えば、カメラ）を含むことができ、これは、作業部位の一部（例えば、手術タスクが実行されている患者の領域又は部分）のキャプチャされた画像を提供することができる。いくつかの実装では、キャプチャされた画像は、出力のために、ユーザ制御システム１０２のディスプレイユニット１１２に送信されることができる。いくつかの実装では、撮影された画像及び／又は作業部位で行われている処置に関連する他の情報を表示するために、表示装置１２８をマニピュレータシステム１０４に含めることができる。いくつかの実装では、画像キャプチャ装置は、多自由度で、例えば、カメラを保持するマニピュレータアーム１２０の部分の並進及び回転に基づいて、動かされることができる。
遠隔操作システム１００を使用する外科処置の例では、マニピュレータシステム１０４は、手術のために患者（又は模擬患者）の近くに位置決めすることができ、特定の外科処置又は処置の段階が完了するまで静止したままとすることができる。種々の実装では、ユーザ制御システム１０２は、マニピュレータシステム１０４に対して種々の位置、例えば、マニピュレータシステム１０４及び作業部位１３０に近接した滅菌手術領域、マニピュレータシステム１０４及び作業部位１３０と同じ部屋、又はマニピュレータシステム１０４及び作業部位１３０から離れた場所、例えば、異なる部屋、建物、又は他の地理的位置に位置することができる。一度に使用される遠隔操作器具１２６の数、及び／又はマニピュレータシステム１０４で使用されるアーム１２０の数は、とりわけ、実行されることになる処置、及び利用可能な領域内の空間的制約に依存し得る。
いくつかの実装では、マニピュレータアーム１２０及び／又は器具アセンブリ１２２は、ユーザ１０８が作業部位１３０でタスクを実行できるように、ユーザ１０８による制御入力装置の操作に応答して、器具１２６を動かし、関節動作させる（articulate）ように制御することができる。例えば、ユーザは、低侵襲手術開口部を通して、内部手術部位での外科処置を指示することができる。いくつかの実装では、マニピュレータアーム１２０及び／又は器具アセンブリ１２２に結合された１つ以上のアクチュエータが、力を出力して、リンク又はアーム１２０及び／又は器具１２６の他の部分を、制御入力装置から受信された制御信号に応答して、特定の自由度で動かし得る。
遠隔操作システム１００のいくつかの実装は、異なる動作モードを提供することができる。いくつかの例では、遠隔操作システム１００の非制御モード（例えば、セーフモード）において、マニピュレータシステム１０４の制御された動作は、切断された構成で制御入力装置から制御可能に切り離され（切断され）、その結果、制御入力装置の動き及び他の操作は、マニピュレータシステム１０４の動きを引き起こさない。遠隔操作システム１００の制御モード（例えば、追従モード）において、制御入力装置の動き及び他の操作が、例えば、外科処置中にマニピュレータシステム１０４の動きを引き起こすように、マニピュレータシステム１０４の動作を制御可能に制御入力装置に結合（接続）することができる。例えば、各マニピュレータアーム１２０及びそのアーム１２０によって制御される遠隔操作器具アセンブリ１２２は、そのアームの動き及び／又は他の機能に対する制御を可能にするために、１つ又は複数の制御入力装置に制御可能に結合され且つそれから切り離され得る。
いくつかの例では、マニピュレータシステムに対する制御は、ユーザが、低侵襲手術開口部を通って内部手術部位における外科処置を指示することを可能にする。例えば、マニピュレータアーム１２０に結合された１つ以上のアクチュエータは、力を出力して、制御入力装置によって提供される制御信号に応答して、アームのリンク又は他の部分を特定の自由度で動かすことができる。制御入力装置は、マニピュレータシステム及び作業部位（例えば、手術台に近い滅菌手術野の内外）を収容する部屋（例えば、手術室）内で使用することができる、又は、マニピュレータシステムからより離れて、例えば、異なる部屋、建物、又はマニピュレータシステム以外の場所に、位置することができる。
いくつかの実装では、制御システム（図１には示されていない）が、ユーザ制御システム１０２内に設けられる、及び／又は（例えば、ユーザ制御システムと通信して）ユーザ制御システム１０２の外部に設けられる。ユーザ１０８が制御入力装置（複数可）を動かすと、感知された空間情報及び感知された向きの情報（orientation information）が制御入力装置の動きに基づいて制御システムに提供される。他のユーザ入力、例えば、ディスプレイユニット１１２で受信されたユーザ入力、及び／又は他の入力装置の起動も、制御システムに提供される。制御システムは、受信した情報およびユーザ入力に基づいてアーム１２０、器具アセンブリ１２２、及び器具１２６の動きを制御するために、制御信号をマニピュレータシステム１０４に提供することができる。例えば、制御システムは、空間内の制御入力装置を記述する感知された空間運動データ及び感知された向きデータを共通座標系（common reference frame）にマップすることができる。制御システムは、マップされたデータを処理し、１つ以上の制御入力装置の動き（例えば、位置及び／又は向きの変化）に基づいて、マニピュレータシステム１０４の器具１２６、例えば、エンドエフェクタ又は先端を適切に位置決めするためのコマンドを生成し得る。制御システムは、ユーザ１０８がマニピュレータシステム１０４の器具１２６を操作できるように、遠隔操作サーボ制御システムを使用して、制御コマンドを通して、制御入力装置の感知された動きをマニピュレータシステム１０４の関連するアーム１２０に変換及び転送することができる。制御システムは、同様に、マニピュレータシステム１０４及び／又は器具１２６の他の機能、例えば、器具エンドエフェクタのジョーの移動、切断ツール又は出力エネルギの起動、吸引又は洗浄機能の起動などを実行するために、制御入力装置の入力制御部の起動又は操作に基づいてコマンドを生成することができる。いくつかの実装では、制御システムは、同様に、マニピュレータシステム１０４及び／又は器具１２６の他の機能を実行するために、ディスプレイユニット１１２の入力制御部の起動又は操作に基づくコマンドを生成することができる。一実施形態では、制御システムは、Bluetooth（登録商標）、IrDA、HomeRF、IEEE 802.11、DECT、及び無線テレメトリなどの１つ以上の無線通信プロトコルをサポートする。制御システムのいくつかの例は、図３４に関して以下に記載される。
いくつかの実装では、ディスプレイユニット１１２は、１つ以上の接地されていない制御入力装置の動作と併せてユーザによって操作されることができ、この接地されていない制御入力装置は、運動学的に接地されない制御入力装置、例えば、追加のサポートなしにユーザの手によって保持される制御入力装置である。例えば、ユーザは、座って又は立って、自分の手の中にある接地されていない制御入力装置を把持及び操作しながら、ディスプレイユニット１１２の中で画像を見ることができる。接地されていない制御入力装置のいくつかの例は、米国特許第8,521,331B2号（2013年8月27日に発行され、"Patient-side Surgeon Interface For a Minimally Invasive, Teleoperated Surgical Instrument"と題する）に開示され、その全体は参照により本明細書に組み込まれる。いくつかの実装では、ユーザは、ディスプレイユニット１１２によって表示された画像を見ながら、腹腔鏡器具又はステープラのような手動手術器具をユーザが作業部位で操作できるように、作業部位の近くに位置するディスプレイユニット１１２を使用することができる。
いくつかの実装では、遠隔操作システム１００はまた、追加のユーザがシステムに入力を提供することを可能にする１つ以上の追加の入力システムを含み得る。例えば、第２の（又は第３の）ディスプレイユニット１１２が、追加のユーザによって、処置を監視及び／又は支援するために使用されることができる。第２のユーザ制御システム１０２は、第２のユーザによる使用のために、例えば、訓練のために、マニピュレータシステム１０４の代替の制御又は同時制御を提供するために、提供されることができる。追加の接地されていない制御入力装置、表示装置を備えたサイドカート、及び他のコンポーネントが、遠隔操作システム１００内で使用されることができる。
いくつかの実装では、物理的マニピュレータシステム１０４の代わりに、例えば、遠隔操作システム１００に結合されたコンピューティングデバイスによって提供されるグラフィカルトレーニングシミュレーションにおいて提示される、マニピュレータシステム１０４の仮想表現を制御することができる。例えば、ユーザは、あたかもエンドエフェクタが物理的マニピュレータシステムに結合された物理的な物体であるかのように、シミュレーションの仮想空間におけるエンドエフェクタの表示された表現を制御するために、制御入力装置を操作することができる。いくつかの実装は、トレーニングにおいて制御入力装置を使用することができる、例えば、制御入力装置を含むユーザ制御システムの器具及び制御部の使用を実演する（demonstrate）ことができる。
いくつかの実装では、非遠隔操作システムもまた、本明細書に記載されるように、ユーザ制御システム及び／又はディスプレイユニット１１２の１つ以上の特徴を使用することができる。例えば、種々のタイプの制御システム及び装置、周辺装置などを、記載されたディスプレイユニットシステムと共に使用することができる。いくつかの例では、ディスプレイユニット１１２は、例えば、ユーザがマニピュレータシステムを操作しない遠隔作業部位又は物理的シーンを見るために、物理的マニピュレータシステム又は物理的作業部位に関係のない表示された仮想環境を見るために、いくつかの非遠隔操作システムにおいて使用することができる。これらのシステムのいくつかでは、ユーザ制御システム１０２及びマニピュレータシステム１０４は省略することができ、ディスプレイユニット１１２はスタンドアロンのディスプレイシステムで使用することができる。
いくつかの実装は、カリフォルニア州サニーベールのIntuitive Surgical, Inc.によって商業化された、da Vinci（登録商標） Surgical System（例えば、da Vinci（登録商標）Ｓｉ（登録商標）又はda Vinci（登録商標）Ｘｉ（登録商標）Surgical Systemとして市販されたモデルIS3000又はIS4000）のような遠隔操作医療システムの１つ以上のコンポーネントを含むことができる。本明細書に開示される特徴は、少なくとも部分的にコンピュータ制御され、電子制御信号を介して制御され、直接的な物理的操作を介して手動で制御されるなどの実装を含む、様々な方法で実装することができる。da Vinci（登録商標） Surgical Systemに関する実装は、単なる例であり、本明細書に開示された特徴の範囲を限定するものとはみなされない。例えば、作業部位にマニピュレータシステムを有する異なるタイプの遠隔操作システムが、本明細書に記載の特徴を利用することができる。他の、遠隔操作されないシステムもまた、一つ以上の説明された特徴、例えば、種々のタイプの制御システム及び装置、周辺装置等を使用することができる。
図２は、いくつかの実装による、制御入力装置及びディスプレイシステムを含む例示的なユーザ制御システム２００の正面図である。例えば、ユーザ制御システム２００は、図１について説明したユーザ制御システム１０２と同様であり得る。
ユーザ制御システム２００は、例えば、図１のディスプレイユニット１１２について説明したのと同様に、遠隔操作システム１００によって実装される、処置の間に画像を表示することができるディスプレイユニット２０４を含む。画像は、画像キャプチャ装置によってキャプチャすることができ、また、外科手術中に表示される手術部位のような、タスクが実行される物理的作業部位を描写することができる、又は、仮想作業部位の生成された表現を描写することができる。ディスプレイユニット２０４はまた、コマンド及び機能の選択を可能にするグラフィカルユーザインターフェース、ステータス情報、警告及び警告、通知などの他の情報を表示することもできる。このような情報は、作業部位のビューと組み合わせて（例えば、重ね合わせて）、又は作業部位のビューなしで表示することができる。
図示の例では、ディスプレイユニット２０４は、２つのビューポート２０５を含む。ユーザは、ユーザの目がディスプレイユニット２０４によって表示される画像を見るためにビューポート２０５に位置合わせされるように、ユーザの頭を位置決めすることができる。さらに、本明細書に記載されているように、ディスプレイユニット２０４は、ユーザがディスプレイユニットのビューポート及びディスプレイユニットのビューイング角（viewing angle）をユーザの目に合わせることができるように、ユーザの入力に基づいて定められた作業空間内で移動可能（並進可能及び／又は回転可能）である。いくつかの例では、見ているユーザに画像を表示するビューポートの背後に、１つ以上の表示画面を設けることができる。いくつかの実装では、ビューポート２０５の代わりに、１つ以上のディスプレイスクリーン又は他の表示装置を使用することができる。ディスプレイユニット２０４は、サポート機構に接続され、１以上の自由度で動くことができ、その例を以下に詳細に説明する。
いくつかの実装では、ユーザ制御システム２００は、ユーザが、ユーザ制御システム２００の他の部分に対する（例えば、後述する制御入力装置２１０及び２１２に対する）、ディスプレイユニット２０４の位置及び／又は向きを調整又は他の方法で操作することを可能にするために、１つ以上の入力制御装置を含む。この例では、ディスプレイユニット２０４の左側にはハンド入力装置２０６ａ、右側にはハンド入力装置２０６ｂが位置する。いくつかの実装では、ハンド入力装置２０６ａ及び２０６ｂは、ディスプレイユニット２０４にその向き及び／又は位置を変更させるために、例えば、よりユーザの快適さのための人間工学的調整を提供するために、ユーザ入力を受信することができる。このようなハンド入力装置は、代替的又は追加的に、ユーザ制御システム２００の他の領域又はコンポーネントに配置することができる。ハンド入力装置２０６ａ及び２０６ｂの例は、以下により詳細に説明される。
いくつかの実装では、ヘッド入力装置２０８は、ユーザに向いているディスプレイユニット２０４の側面に配置される。ヘッド入力装置２０８は、ユーザ入力に応じてディスプレイユニット２０４を動かす、例えばディスプレイユニット２０４の向き及び／又は位置を変化させるためのユーザ入力として、ユーザの頭（例えば、額）を感知する、例えば、ユーザの頭の存在及び／又はユーザの頭との接触を感知することができる。追加的に又は代替的に、制御システムは、ヘッド入力装置２０８へのユーザ入力に従って、ユーザ制御システム１０２及び／又はマニピュレータシステム１０４の１つ以上のコンポーネント、状態の変化、又はプロセスを命令することができる。ヘッド入力装置２０８の例は、以下により詳細に説明される。
２つの制御入力装置２１０及び２１２が、ユーザ操作のためにユーザ制御システム２００内に設けられる。例えば、ユーザは、各手に１つの制御入力装置を伴って、２つの制御入力装置２１０及び２１２の部分を把持しながら、ユーザの前腕を人間工学的サポート２１４上に置くことができる（例えば、制御入力装置２１０及び２１２は、サポート２１４の上方の位置に移動することができる、及び／又はサポート２１４は、制御入力装置２１０及び２１２よりも低い位置に移動することができる）。いくつかの実装では、人間工学的サポート２１４は、異なるユーザに対して高さを調節可能である。また、ユーザは、制御入力装置２１０及び２１２を操作しながら、上述のように、ディスプレイユニット２０４を見るためにユーザの頭を位置決めする。制御入力装置は、運動学的にリンクされた（機械的に接地された）ハンドグリップ、ジョイスティック、トラックボール、データグローブ、トリガーガン、手動コントローラ、音声認識装置、タッチスクリーン等のような、ユーザによって操作可能な種々の入力装置の１つ以上を含み得る。
いくつかの実装では、各制御入力装置２１０及び２１２は、複数の自由度で移動可能なグリップ部分を含むことができる。例えば、各制御入力装置２１０及び２１２は、図１に示すマニピュレータシステム１０４の関連するアームアセンブリ１２０の動き及び機能を制御することができる。いくつかの例では、制御入力装置２１０は、マニピュレータシステム１０４の１つの対応するエンドエフェクタ１２６を対応する自由度で動かすために複数の自由度で動かすことができ、制御入力装置２１２は、マニピュレータシステム１０４の異なる対応するエンドエフェクタ１２６を対応する自由度で動かすために複数の自由度で動かすことができる。いくつかの実装では、制御入力装置２１０及び２１２は、オペレータにテレプレゼンス、例えば、制御入力装置は、オペレータが、あたかも作業部位に存在するかのように、器具を直接制御する強い感覚を有するように、器具と一体化されているという認識を提供するために、マニピュレータシステムの器具１２６と同じ自由度を有する。他の実装では、制御入力装置２１０及び２１２は、関連する器具１２６よりも多い又は少ない自由度を有し得る。いくつかの実装では、制御入力装置は、６つのデカルト自由度のすべてで動く手動入力装置であり、例えば、把持ジョーを閉じること、電極に電位を印加すること、薬物を送達すること等のためのマニピュレータ器具を作動させるための作動可能なグリップ部分（例えば、ハンドル）も含み得る。いくつかの実装では、制御入力装置の２つのグリップ部分をピンチャ動作において一緒におよび離間する動きのようなグリップ機能は、追加の機械的自由度（グリップＤＯＦ（グリップ自由度））を提供することができる。いくつかの例示的な実装では、制御入力装置２１０及び２１２は、手術環境における１つ以上の手術器具１２６又は仮想環境におけるプロキシ（代理（proxy））手術器具の制御を提供し得る。図３２に関して、制御入力装置のいくつかの実装例を説明する。
ユーザ制御システム２００のいくつかの実装は、制御入力装置２１０及び２１２の下方に配置された１つ以上のフット制御部（foot controls）２２０を含むことができる。フット制御部２２０は、ユーザがユーザ制御システム２００を操作している間に、遠隔操作システムの制御システムに種々のコマンドを入力するために、ユーザの足によって押され、スライドされ、及び／又は他の方法で操作されることができる。いくつかの実装では、フット制御部２２０又は他の制御部は、マニピュレータシステム１０４の１つ以上の機能又は動作を制御することができる「制御入力装置」とみなすことができる。
いくつかの実装では、ユーザ制御システム２００を操作する及び／又はユーザ制御システム２００に隣に若しくはその近傍に位置するユーザの存在を検出するために、ユーザ制御システム２００の１つ以上の位置に１つ以上のユーザ存在センサを配置することができる。例えば、ユーザ存在センサをディスプレイユニット２０４上に配置し、ビューポート２０５に位置合わせされたユーザの頭の存在を感知することができる。例えば、光学センサを、存在センサとして使用することができ、この場合、光学センサは、エミッタ及び検出器を含み、ユーザの頭がディスプレイユニット２０４の出力を見るために位置決めされ、ユーザが制御入力装置２１０及び２１２を使用するために適切な位置にあるときに、光ビームの遮断が検出器によって検出される。いくつかの実装では、ハンド入力装置２０６及び／又はヘッド入力装置２０８を使用して、ユーザの存在を感知することができる。追加の又は代替のタイプの存在センサを、種々の実装において使用することができる。
いくつかの実装による例示的なディスプレイシステム３００の図３は斜視図、図４は正面図、図５は側面図である。いくつかの例では、ディスプレイシステム３００は、遠隔手術システムのユーザ制御システム、例えば、図１の遠隔手術システム１００のユーザ制御システム１０２で使用することができる、或いは、他のシステムで又はスタンドアロンシステムとして、例えば、ユーザが作業部位又は他の物理的場所、表示された仮想環境等を見ることができるように、使用することができる。
ディスプレイシステム３００は、ベースサポート３０２、アームサポート３０４、及びディスプレイユニット３０６を含む。以下に詳細に説明するように、ディスプレイユニット３０６は、ベースサポート３０２、ベースサポート３０２に結合されたアームサポート３０４、及びアームサポート３０４に結合された傾斜部材３２４を含むサポートリンケージによって提供される動きの複数の自由度を備える。ディスプレイユニット３０６は、傾斜部材に結合される。
この例では、ベースサポート３０２は、機械的に接地された、例えば地面に結合された垂直部材である。例えば、ベースサポート３０２は、ベースサポート３０２に安定性を提供するために地面に結合される（例えば、静止している）サポート構造３１０に機械的に結合され得る。ベースサポート３０２は、第１のベース部分３１２及び第２のベース部分３１４を含む。第１のベース部分３１２は、機械的に接地されることができるベースサポート３０２の近位部分であり、第２のベース部分３１４は、第２のベース部分３１４が第１のベース部分３１２に対して直線（linear）自由度で並進可能であるように、第１のベース部分３１２に直線的に結合されるベースサポート３０２の遠位部分である。いくつかの例では、第１のベース部分３１２及び第２のベース部分３１４は、伸縮可能に結合される、例えば、第１のベース部分３１２は第１の伸縮自在なベース部分であり、第２のベース部分３１４は第２の伸縮自在なベース部分であり、その結果、部分の一方３１２又は３１４は、部分の他方３１４又は３１２がそれを通って延びる中空の内部を有する管又はスリーブとして構成される。図３～図５の例では、第２のベース部分３１４は、第１のベース部分３１２の内部を通って直線自由度３１６で直線的に並進可能である。第１のベース部分３１２に対する第２のベース部分３１４の直線移動は、以下により詳細に説明されるように、１つ以上のアクチュエータ、例えば、モータによって駆動することができる。他の実装は、異なる構成を使用することができる。例えば、第１のベース部分３１２は、第２のベース部分３１４が第１のベース部分３１２に対して直線的に並進できるように、第２のベース部分３１４の内部を通って延びることができる。他の例では、ベース部分３１２及び３１４は、直線移動を可能にするために、それらの垂直方向の長さに沿って互いに隣接して配置することができる。
アームサポート３０４は、ベースサポート３０２に機械的に結合された水平部材である。アームサポート３０４は、第１のアーム部分３１８及び第２のアーム部分３２０を含むことができる。第１のアーム部分３１８は、ベースサポート３０２の第２のベース部分３１４に強固に結合されたアームサポート３０４の近位部分であり、第２のアーム部分３２０は、第２のアーム部分３２０が第１のアーム部分３１８に対して直線自由度で直線的に並進可能であるように、第１のアーム部分３１８に直線的に結合されたアームサポート３０４の遠位部分である。いくつかの例では、第１のアーム部分３１８及び第２のアーム部分３２０は、伸縮自在に結合される、例えば、第１のアーム部分３１８は、第１の伸縮自在なアーム部分であり、第２のアーム部分３２０は、第２の伸縮自在なアーム部分であり、その結果、部分の一方３１８又は３２０は、部分の他方３２０又は３１８が通って延びる中空の内部を有する管又はスリーブとして構成される。図３～図５の例では、第２のアーム部分３２０は、第１のアーム部分３１８の内部を直線自由度３２２で直線的に並進可能である。第１のアーム部分３１８に対する第２のアーム部分３２０の並進は、以下により詳細に説明するように、１つ以上のアクチュエータ、例えばモータによって駆動することができる。他の実装は、異なる構成を使用することができ、例えば、第１のアーム部分３１８は、第２のアーム部分３２０が第１のアーム部分３１８に対して直線的に並進することができるように、第２のアーム部分３２０の内部を通って延びることができる。他の例では、アーム部分３１８及び３２０は、直線移動を可能にするために、それらの垂直方向の長さに沿って互いに隣接して配置することができる。
いくつかの実装では、第１のアーム部分３１８及び第２のベース部分３１４は、単一のピース、例えば、第１のベース部分３１２と第２のアーム部分３２０との間に結合された中間サポート又は中間部分であるとみなすことができる。中間サポートは、互いに直交して配向された垂直な第２のベース部分３１４に強固に結合された水平な第１のアーム部分３１８を含む。第２のアーム部分３２０は、中間サポートに対して自由度３２２で水平方向に並進可能であり、中間サポート及び第２のアーム部分３２０は、第１のベース部分３１２に対して自由度３１６で垂直方向に並進可能である。
図示のいくつかの例では、アームサポート３０４は、ベースサポート３０２がそれに沿って延びる垂直軸に直交する水平軸に沿って延びる。いくつかの例では、ベースサポート３０２及びアームサポート３０４は、互いに対して向きを固定される、例えば、それらは並進するが、互いに対する向きを変化させない。いくつかの例では、アームサポート３０４は、ディスプレイユニットを操作するユーザの上の軸に沿って延び、ベースサポート３０２を通って延びる垂直軸は、アームサポート３０２の第１のアーム部分３１８を通って延びる。他の実装では、アームサポート３０４は、他の高さ及び／又は構成、例えば、ユーザの頭又は身体の下方、ユーザの頭の高さ、ユーザの背面、及びユーザの周囲のヨーキング（yoking）などに延びることができる。
ディスプレイシステム３００のサポート及び部材における振動を低減することは、ディスプレイユニット３０６を操作するユーザにとって、より滑らかな体験を生じさせることができる。いくつかの実装は、ベースサポート３０２及び／又はアームサポート３０４内に１つ以上のコンポーネントを含んで、これらのサポート３０２及び３０４を含むサポートリンケージ内の振動を減衰させることができる。例えば、レバーアームの一部が、アームサポート３０４内の振動を低減するために、ベースサポート３０２内に設けられた高減衰材料をブラシ又は圧縮するアームサポート３０４に内部的に強固に結合することができる。例えば、ソルボセイン（登録商標）材料、粘性材料、又は特定の閾値を超える減衰係数を有する他の材料を使用することができる。同様の減衰コンポーネントを、ディスプレイユニット３０６と傾斜部材３２４との間、傾斜部材３２４とアームサポート３０２との間などに設けることができる。
ディスプレイユニット３０６は、アームサポート３０４に機械的に結合される。ディスプレイユニット３０６は、第２のベース部分３１４及び第２のアーム部分３２０の直線移動によって提供される２つの直線自由度で移動可能である。いくつかの実装では、これらの直線自由度は、垂直面内に設けることができる。いくつかの例では、図示のように、垂直面は、ベースサポート３０２及びアームサポート３０４によって画定することができる。
ディスプレイユニット３０６は、デジタル画像を表示することができる表示装置、例えば、１つ以上のディスプレイスクリーン、プロジェクタ、又は他の表示装置を含む。いくつかの実装では、図３５のように、ディスプレイユニット３０６は、２つのビューポート３２３を含み、表示装置は、ビューポートの背後に設けられるか、又はビューポートに含まれる。いくつかの実装では、ビューポート３２３の代わりに、１つ以上のディスプレイスクリーン又は他の表示装置をディスプレイユニット３０６上に配置することができる。
ディスプレイユニット３０６は、傾斜部材３２４によってアームサポート３０４に回転可能に結合されている。図３～図５の例では、傾斜部材３２４は、第１の端部において、第２のアーム部分３２０に対して傾斜軸３２６周りに傾斜部材３２４及びディスプレイユニット３０６の回転運動を提供する回転カップリングによって、アームサポート３０４の第２のアーム部分３２０に回転可能に結合される。いくつかの実装では、傾斜軸３２６は、ベースサポート３０２及びアームサポート３０４によってディスプレイユニット３０６に与えられる直線自由度に直交して配向される。例えば、傾斜部材３２４は、自由度３１６及び３２２がベースサポート３０２及びアームサポート３０４によって与えられる垂直面と同じ垂直平面内にある又はそれに平行なディスプレイユニット３０６に回転自由度を与えることができる。いくつかの実装では、傾斜軸３２６は、自由度３１６及び３２２によって定義される平面に直交する。いくつかの実装では、傾斜軸３２６は、ディスプレイユニット３０６内の表示装置の上方に位置する。いくつかの実装では、傾斜軸３２６は、ユーザがディスプレイユニット３０６を操作するとき、ユーザの頭の位置の上方に位置する。他の実装では、傾斜軸は、ユーザにより近く、例えば、以下に記載されるように、ユーザのネックピボット軸よりも低く且つより近くに配置され得る。いくつかの例では、アームサポート３０４は、ユーザの頭のいずれかの側部に延びる２つの分岐を有することができ、傾斜軸３２６は、２つの分岐の端部の間に延び、ユーザの頭又は首において規定されたピボット点と整列される。
この例では、傾斜部材３２４の延長された部分は、傾斜軸３２６からベースサポート３０２に向かって延び、ディスプレイユニット３０６は、延長された部分で傾斜部材の第２の端部に結合される。傾斜部材３２４及びディスプレイユニット３０６の傾斜軸３２６周りの回転運動は、以下により詳細に説明するように、１つ以上のアクチュエータ、例えばモータによって駆動することができる。いくつかの実装では、ベースサポート３０２、アームサポート３０４、及び傾斜部材３２４は、サポートリンケージの遠位端部に結合されたディスプレイユニット３０６を有するサポートリンケージとみなすことができる。例えば、モータ（複数可）は、制御回路（例えば、制御システム）からの制御信号によって制御され、ディスプレイユニット３０６を傾斜軸３２６周りに傾斜自由度３２７で特定の向きに動かすことができる。
いくつかの実装では、ディスプレイユニット３０６は、傾斜部材３２４に回転可能に結合され、ヨー軸（例えば、横方向回転軸）３３０周りに回転し得る。例えば、これは、ビューポート３２３を介してディスプレイユニット３０６の画像を見るユーザの観点からの横方向又は左右方向の回転であり得る。図３～図５の例では、ディスプレイユニット３０６は、いくつかの実施形態では、トラック機構（track mechanism）を含むことができる回転機構によって傾斜部材に結合される。例えば、いくつかの実装では、トラック機構は、湾曲トラック３２８を含み、湾曲トラック３２８は、ディスプレイユニット３０６に結合される。トラック３２８は、傾斜部材３２４に結合された溝部材とスライド可能に係合し、ディスプレイユニット３０６が、溝部材の溝を通って湾曲トラック３２８を移動させることによって、ヨー軸３３０周りに回転することを可能にする。いくつかの実装では、湾曲トラックは傾斜部材３２４に結合され、溝部材はディスプレイユニット３０６に結合され、溝部材は、湾曲トラックの長さに沿って係合及びスライドし、ヨー軸３３０周りのディスプレイユニット３０６の回転運動を可能にする。いくつかの実装では、溝部材は、傾斜部材３２４の幅とほぼ同じ長さであることができる、及び／又は湾曲トラック３２８がスライドするループの少なくとも一部を含むことができる。
いくつかの実装では、湾曲トラック３２８は、説明したように溝部材にスライド可能に係合する湾曲したレールである。いくつかの実装では、湾曲トラック３２８は、カムローラに係合する湾曲したカムフォロワであることができる。例えば、カムローラは、ディスプレイユニット３０６に回転可能に結合されることができ、種々の実装では、ヨー軸３３０に直交する、又はヨー軸３３０に平行な回転軸を有する。例えば、カムローラは、円筒状であることができ、傾斜部材３２４に強固に結合されたカムフォロワの湾曲面に沿って転がることができる。例えば、カムローラは、カムフォロワの壁又はリッジによってカムフォロワに対して保持されることができる。いくつかの実装では、カムフォロワは、ディスプレイユニット３０６に強固に結合されることができ、カムローラは、傾斜部材３２４に回転可能に結合されることができる。
湾曲トラック３２８及び／又は溝部材の曲率（例えば半径）は、ディスプレイユニット３０６のユーザ対向側部及び／又は傾斜軸３２６から特定の距離にヨー軸３３０を提供するように選択される。例えば、これは、いくつかの実装では、アーム部分３２０の自由度３２２に平行な特定の水平距離であることができる。例えば、ヨー軸３３０は、ディスプレイユニット３０６から特定の距離に設けられることができ、その結果、以下に説明するように、ユーザのネックピボット軸に対応する規定された（例えば、仮想的又はソフトウェア定義の）ネックピボット軸とほぼ交差する。規定されたネックピボット軸は、いくつかの実装において、ディスプレイユニット３０６の動きのための基準として使用することができる。説明された実装では、ヨー軸３３０と垂直軸（例えば、自由度３１６に平行な）との間の角度は、傾斜軸３２６周りの傾斜部材３２４の向きに基づいて変化する。ヨー軸３３０周りのディスプレイユニット３０６のヨー運動は、歯車機構、キャプスタン駆動機構などの駆動機構を使用して、１つ以上のアクチュエータ、例えばモータによって駆動することができる。キャプスタン駆動機構の一例を、図２２に関して以下により詳細に説明する。例えば、駆動機構は、モータによって駆動されるキャプスタンプーリに結合されたキャプスタンドラム３２９を含むことができる。
いくつかの実装では、傾斜部材３２４及びアームサポート３０４に対するヨー軸３３０周りのディスプレイユニット３０６の回転運動を提供するために、他のカップリング又はベアリングを使用することができる。例えば、傾斜部材３２４とアームサポート３０４との間の回転結合と同様の回転ジョイントを使用して、ディスプレイユニット３０６を傾斜部材３２４に結合することができる。さらなる例では、例えば、図２３～図２５の実装の部材２３２４及び２３３０と同様に、水平軸周りの回転を提供する垂直に整列したトラック機構が、ディスプレイユニット３０６に傾斜自由度を提供することができ、回転結合は、ディスプレイユニット３０６にヨー自由度を提供することができる。
したがって、ディスプレイシステム３００は、垂直直線自由度３１６、水平直線自由度３２２、回転（傾斜）自由度３２７、回転ヨー自由度３３１を有するディスプレイユニット３０６を提供する。例えば、垂直及び水平自由度は、ディスプレイユニット３０６を許容される作業空間内の任意の位置（例えば、垂直平面内）に移動させることを可能にし、傾斜自由度は、ディスプレイユニットをその移動範囲内（例えば、垂直平面内又は平行垂直平面内）の特定の向きに移動させることを可能にする。
これらの自由度のうちの少なくとも２つにおけるディスプレイシステム３００のコンポーネントの協調運動の組み合わせは、ディスプレイユニット３０６が、ディスプレイユニットを使用するユーザのためのカスタム表示体験を容易にするために、その作業空間内の様々な位置及び向きに位置決めされる、例えば、ユーザの周りを並進及び／又は回転されることを可能にする。ディスプレイユニット３０６の傾斜、水平、及び／又は垂直自由度における動きは、ディスプレイユニット３０６が、ユーザの頭の動きの間に、ユーザの頭及び目に近い位置にとどまる、及び／又はユーザの頭部（例えば、額）とディスプレイユニット３０６との間の物理的接続を維持することを可能にする。
例えば、ディスプレイユニット３０６は、ユーザの目がディスプレイユニットのビューポートと整列するように、その作業空間内に位置決め可能である（例えば、並進可能及び／又は回転可能である）。加えて、ディスプレイユニット３０６は、ユーザのために所望の垂直（例えば、上下）眼のビューイング角を可能にするために、例えば、ユーザの眼の両方を通る眼軸（eye axis）に対応する（例えば、一致する）規定されたアイピボット軸（eye pivot axis）周りの物理的空間内で回転することができる。また、ディスプレイユニットは、ユーザのための所望のヨー（例えば、左－右）眼のビューイング角又は向きを可能にするためにヨー軸３３０周り動くことができる。これらの回転は、ディスプレイユニット３０６が、ビューポートを介してユーザが画像を見るために、快適に配向されることを可能にする。
ディスプレイシステムの自由度はまた、ディスプレイシステム３００が、ディスプレイユニット３０６の作業空間内の種々の位置のいずれかに位置決めされることができる、異なる規定されたピボット軸周りの物理的空間におけるディスプレイユニット３０６の動きを提供することを可能にする（例を以下により詳細に説明する）。例えば、システム３００は、ディスプレイシステム３００を操作する際のユーザの頭の動きに対応する物理的空間におけるディスプレイユニット３０６の動きを提供することができる。この動きは、ユーザの首におけるユーザの頭のネック軸（neck axis）にほぼ対応する、規定されたネックピボット軸周りの回転を含むことができる。この回転は、例えばヘッド入力装置３４２を用いて、ディスプレイユニット３０６の移動を指令するユーザの頭に応じて、ディスプレイユニット３０６が動かされることを可能にする。ネックピボット軸（図８～１１）及びアイピボット軸（図１２～１４）周りのディスプレイユニットのこのような動作の例を以下に説明する。
別の例では、ディスプレイユニット３０６の動きは、ディスプレイユニット３０６が、図示のように、ヨー軸３３０の周りの中心ヨー回転位置（centered yaw rotary position）に向けられたときに、ユーザの額においてユーザの頭部を通って延びる額軸にほぼ対応する、規定された額ピボット軸（forehead pivot axis）周りの回転を含むことができる。いくつかの実装では、額ピボット軸は、ディスプレイユニット３０６の入力装置（例えば、ヘッド入力装置３４２）の一部を通って延びる額軸に対応し、その一部は、ユーザの額と入力装置との間の接触点に又はその近傍にある。いくつかの実装では、規定された額ピボット軸は、傾斜軸３２６に平行に、例えば、直線自由度３１６及び３２２に直交して向けられることができる。額ピボット軸は、ユーザの額又はディスプレイユニットの異なる位置又は部分に対応するように代わりに位置決めすることができる。
別の例では、ディスプレイユニット３０６の動きは、ディスプレイユニット３０６の１つ以上のハンド入力装置を通って延びる軸にほぼ対応する、規定されたハンド入力装置ピボット軸周りの回転を含むことができる（以下に説明する実施例）。例えば、この軸は、ディスプレイユニット３０６の対向する（左及び右）側部に配置された両方のハンド入力装置３４０ａ及び３４０ｂの部分（例えば、グリップの中心）を通って延びることができる。いくつかの実装では、規定されたハンド入力装置ピボット軸は、傾斜軸３２６に平行に、例えば、上述のネック、アイ、及び額ピボット軸と同様に、直線自由度３１６及び３２２に直交するように向けられることができる。ハンド入力装置ピボット軸は、ディスプレイユニットの異なる位置又は部分、例えば、異なるハンド入力装置の位置に対応するように代わりに位置決めすることができる。例えば、ハンド入力装置ピボット軸は、ユーザによるハンド入力装置３４０ａ及び３４０ｂの操作、及び／又は、ヘッド入力装置３４２、制御入力装置２１０及び２１２などの他のユーザ入力装置のユーザ操作によって、ディスプレイユニット３０６が回転するように指令され得る回転軸を提供する。
別の例では、その作業空間におけるディスプレイユニット３０６の動きは、例えば、垂直直線自由度３１６及び水平直線自由度３２２におけるリニア並進に基づく、また、傾斜及び／又はヨー自由度３２７及び／又は３３１における回転運動なしの、直線運動を含むことができる。別の例では、動きは、直線運動と回転運動の両方を含むことができる。例えば、ディスプレイユニット３０６は、その作業空間内で直線的に、次いで回転的に、及び／又はその逆に動くことができる。
規定されたピボット軸周りのディスプレイユニット３０６の回転中に、垂直自由度３１６におけるベースサポート３０２の移動及び／又は水平自由度３２２におけるアームサポート３０４の移動は、規定されたピボット軸周りのディスプレイユニットの回転における方向の変化なしに方向の変化を有することができる。例えば、アームサポート３０４は、ディスプレイユニットが完全に上向きから完全に下向きに回転されるとき、方向を逆にすることができる。従って、いくつかの実装では、ベースサポート又はアームサポートが、ディスプレイユニットが第１の向きから規定されたピボット軸周りに第２の向きに回転している間に、同じ位置で終わることが可能であり、ここで、ディスプレイユニットは、これらの２つの向きの間を移動する間に、サポートが前後に移動する。
ディスプレイユニット３０６は、ユーザが、空間におけるディスプレイユニット３０６の向き及び／又は位置を操作するため、及び／又は、ディスプレイシステム３００及び／又はより大きいシステム（例えば、遠隔操作システム）の他の機能又はコンポーネントを操作するために、入力を提供することを可能にする入力装置を含むことができる。
例えば、ハンド入力装置３４０は、図２（図２において２０６として示される）に記載されるのと同様に、ディスプレイユニット３０６上に設けることができる。例えば、ハンド入力装置３４０ａは、ディスプレイユニット３０６の左側に配置され、ハンド入力装置３４０ｂは、ディスプレイユニット３０６の右側に配置される、又は、ディスプレイユニット３０６の任意の表面に配置されることができる。ハンド入力装置３４０ａ及び３４０ｂは、ハンド入力装置３４０にユーザハンド入力を提供するためにユーザの手によって操作される種々のタイプのユーザ入力装置（例えば、ボタン、タッチパッド、力センサ、ジョイスティック、ノブ、トラックボール、キーボードなど）のいずれであることができる。ハンド入力装置３４０は、ユーザハンド入力に基づいてディスプレイシステム３００に制御信号を出力する。制御信号は、ディスプレイユニット３０６に空間内のその向き及び／又は位置を変更させるために使用することができる。例えば、制御システムは、ディスプレイユニット３０６を検知されたユーザの手の入力に対応して移動させるために、ベース部分３１４を直線自由度３１６で、アーム部分３２０を直線自由度３２２で、傾斜部材３２４を回転自由度３２７で、及び／又はディスプレイユニット３０６を回転自由度３３１で動かすようにディスプレイシステム３００のアクチュエータを制御する。感知されたユーザハンド入力はまた、ディスプレイシステム３００の他の機能及び／又はより大きいシステム（例えば、図１の遠隔操作システム１００）の機能を制御するために使用することができる。
ディスプレイユニット３０６は、図２（図２では２０８として示される）で説明したのと同様に、ヘッド入力装置３４２を含むことができる。この例では、ヘッド入力装置３４２は、ディスプレイユニット３０６の動作中にユーザの頭に対向するディスプレイユニット３０６の表面に配置される。例えば、ヘッド入力装置３４２は、ディスプレイユニット３０６に空間におけるその位置及び／又は向きを変化させるコマンドとして受信されるユーザヘッド入力を感知する１つ以上のセンサを含むことができる。いくつかの実装では、ユーザヘッド入力を感知することは、ユーザの頭又は頭の一部（例えば、額）の存在又はそれによるヘッド入力装置３４２との接触を感知することを含むことができる。いくつかの例では、１つ以上のセンサは、種々のタイプのセンサ、例えば、抵抗センサ、容量性センサ、力センサ、光学センサなどのいずれかを含むことができる。
ディスプレイユニット３０６の向き及び／又は位置は、ヘッド入力装置３４２へのユーザヘッド入力に基づいて、ディスプレイシステム３００によって変更することができる。例えば、感知されたユーザ入力は、ディスプレイシステム３００のアクチュエータを制御して、ベース部分３１４を直線自由度３１６で、アーム部分３２０を直線自由度３２２で、傾斜部材３２４を回転自由度３２７で、及び／又はディスプレイユニット３０６を回転自由度３３１で動かして、ディスプレイユニット３０６を感知されたユーザヘッド入力によって（例えば、それに従って）指令されるように動かす制御システムに提供される。例えば、検知されたヘッド入力は、規定されたピボット軸、例えば、本明細書に記載されるように、ネックピボット軸又は他のピボット軸などの周りにディスプレイユニット３０６を回転させるために使用することができる。いくつかの実装では、感知されたヘッド入力は、付加的に又は代替的に、ヨー軸３３０周りにディスプレイユニット３０６を回転させるために使用することができる。感知されたユーザヘッド入力はまた、ディスプレイシステム３００及び／又はより大きいシステム（例えば、図１の遠隔操作システム１００）の他の機能を制御するために使用することができる。従って、いくつかの実装では、ユーザは、ディスプレイユニット３０６が頭の動きに従ってディスプレイシステムによって動かされるように制御するために、入力装置に入力を提供するようにユーザの頭を動かすことができ、したがって、ディスプレイユニットがユーザの頭の動きに従うことを可能にし、例えば、ディスプレイユニットをユーザの頭に取り付けることなく、また、ユーザがディスプレイユニットを物理的に動かすことを必要とすることなく、ビューイング角を変化させる。いくつかの実装では、ユーザの頭をディスプレイユニット３０６から離して動かすこと（例えば、ディスプレイユニット３０６を後退しているユーザに向かって「引っ張る」ように）は、ヘッド入力装置３４２から離れる又は（例えば、光学センサ又は他のタイプのセンサを介して感知される）ディスプレイユニット３０６から離れる方向への移動として感知されることができる、又はヘッド入力装置３４２上の力の減少として感知されることができ、これは、ディスプレイシステムを、アクチュエータの制御を介して、ユーザの頭に沿ってディスプレイユニットを移動させる。
いくつかの実装では、ディスプレイユニット３０６は、ディスプレイシステム３００又は他の接続されたシステムの他の入力装置からのユーザ入力を受信することに応答して、その記述された自由度のうちの１つ又は複数の自由度で追加的又は代替的に動かされることができる。例えば、図２の制御入力装置２１０及び２１２又は他の制御装置のような追加のハンド入力装置を設けることができる。いくつかの例では、入力装置は、ベースサポート３０２に結合された、又は人間工学的サポート２１４等に結合された支持面に結合されることができる。いくつかの実装では、フット制御部２２０又は他のタイプの入力装置で受信されたユーザ入力を使用して、ディスプレイユニット３０６をその自由度の１つ又は複数で動かすことができる。
いくつかの実装では、ディスプレイユニット３０６、及び／又は他の制御装置によって表示される画像は、例えば、ディスプレイユニットの作業空間内の、規定されたピボット軸周りなどの、ディスプレイユニット３０６の感知された動きに基づいて、変更及び操作される。例えば、規定されたネックピボット軸周りのディスプレイユニットの上下の動きは、ディスプレイ画像又は対応する方向のビューを修正することができる。
ディスプレイシステムのいくつかの実装では、ディスプレイユニット３０６は、自由度３３１でヨー軸３３０周りに回転可能であり、他の自由度３１６、３２２、及び／又は３２７の１つ又は複数は、ディスプレイシステム３００から省略される。例えば、ディスプレイユニット３０６は、ヨー軸３３０周りに回転することができ（例えば、アクチュエータ（複数可）によって、及び／又は、ユーザによって手動で）、ディスプレイユニット３０６は、例えば、水平自由度３２２及び／又は傾斜自由度３２７が省略されるベースサポート３０２又は他の機構を使用して、より高い及び／又はより低い位置に手動で位置決めすることができる（例えば、アクチュエータ（複数可）によって及び／又は、ユーザによって手動で）。
いくつかの例示的な実装では、制御ユニットは、第１のサポートと、第１のサポートに結合された第２のサポートと、第２のサポートに回転可能に結合されたディスプレイユニットとを含む。ディスプレイユニット及び第２のサポートは、第１のサポートに対して第１の自由度で第１の軸に沿って直線的に並進可能であり、ディスプレイユニットは、第１のサポート及び第２のサポートに対して第２の自由度で第２の軸に沿って直線的に並進可能であり、ディスプレイユニットは、第２のサポートに対して第３の自由度で第３の軸周りに回転可能である。さらなる例では、傾斜部材が、ディスプレイユニットを第２のサポートに結合し、傾斜部材は、傾斜部材に対して第４の軸周りに回転可能である。
図６は、ディスプレイシステム６００の一部の別の例の側面図である。ディスプレイシステム６００は、上述のディスプレイシステム３００と同様のコンポーネントを含む。
図６の例では、アームサポート６０４の第２のアーム部分６２０は、図３～５のディスプレイシステム３００の第２のアーム部分３２０の遠位部分より垂直に下方に延びる遠位部分６２３を含む。傾斜部材６２４の傾斜軸６２６は、遠位部分６２２の端部に位置する。いくつかの実装では、延ばされた遠位部分６２２は、傾斜軸６２６を、ディスプレイシステム３００の傾斜軸３２６よりも低く、かつ、ディスプレイユニットが周りを回転されることになる、規定された（仮想又はソフトウェアで規定された）ピボット軸により近くに位置決めすることを可能にし得る。例えば、規定されたピボット軸は、本明細書の例示的な規定されたピボット軸、例えば、ディスプレイユニット６０６を操作するユーザ６５０のアイピボット軸又はネックピボット軸のいずれかであり得、その例は、図８～１１に関して示される。
規定されたピボット軸に近い傾斜軸６２６を提供することは、規定されたピボット軸から遠くに位置する傾斜軸と比較して、規定されたピボット軸周りにディスプレイユニット６０６を回転させるために、ディスプレイシステム６００のコンポーネントの動きをより少なくすることを必要とし得る。例えば、第２のアーム部分６２０、第２のベース部分６１４、及び／又は傾斜部材６２４に対してより少ない動きが要求され得、コンポーネントのサイズ、モータのサイズなどの減少により、いくつかの実施形態においては、コストの低減を可能にする。
図７は、ディスプレイシステム７００の一部のさらに別の例の側面図である。ディスプレイシステム７００は、上述のディスプレイシステム３００及び６００と同様のコンポーネントを含む。
図７の例では、アームサポート７０４の第２のアーム部分７２０は、図３～５のディスプレイシステム３００の第２のアーム部分３２０の遠位部分より垂直に下方に延びる遠位部分７２３を含む。遠位部分７２２は、例えば、ディスプレイシステムを動作させる際にユーザ７５０が占有するユーザ位置から離れて、垂直方向に下方に及びベースサポート７０２に向かっての両方で延びる端部を含む。傾斜軸７２６は、遠位部分７２２の端部に配置される。この傾斜軸７２６の位置は、ディスプレイシステム３００の傾斜軸３２６及びディスプレイシステム６００の傾斜軸６２６と比較して、さらに下方に、且つユーザの位置からさらに離れて移動されている。
傾斜軸７２６の位置は、いくつかの実装において利点を有し得る。例えば、遠位部分７２３の端部は、ユーザ７５０からさらに離れることができ、ユーザに、ディスプレイユニット７０６を操作するためのより開放感のある領域を提供する。さらに、この位置は、傾斜軸７２６のジョイント上の最大重力荷重を減少させることを可能にすることができ、また、例えば、動作中にしばしばディスプレイユニット７０６が位置し得るより高い傾斜位置（例えば、水平方向及び下方に向けられたビュー角（view angles））において、傾斜軸７２６周りの特定の回転位置におけるディスプレイユニット７０６の重力荷重を減少させることができる。例えば、傾斜軸７２６の位置は、ディスプレイユニット７０６及びディスプレイユニット７０６を傾斜部材７２４に結合するトラック機構を含むコンポーネントの重心の真上の位置に近くてもよい。また、傾斜軸７２６の位置は、ディスプレイシステム３００及び６００の傾斜軸位置と比較して、第２のアーム部分７２０、第２のベース部分７１４、及び／又は傾斜部材７２４によって必要とされる移動量を変化させる。例えば、傾斜軸７２６の位置は、ディスプレイシステム３００及び６００におけるよりも、自由度７２２におけるより少ない水平方向の移動及び自由度７１６におけるより多い垂直方向の移動を必要とし得、これは、例えば、ディスプレイシステムのより大きな剛性を可能にするため、コンポーネント又は環境の制限内で動作するためなど、いくつかの実施形態において有利であり得る。
さらに、図７に示すように、傾斜部材７２４は、ディスプレイシステム３００及び６００に記載された傾斜部材３２４及び６２４の長さと比較して、長さを短くすることができる。さらに、傾斜軸７２６と、ディスプレイユニット７０６及びディスプレイユニット７０６を傾斜部材７２４に結合するトラック機構を含むコンポーネントの重心との間の距離を短くすることができる。これらのより小さい距離は、傾斜軸７２６周りのディスプレイユニット７０６の傾斜運動のジョイント側慣性（joint side inertia）を減少させることができる。いくつかの実装では、傾斜部材７２４の長さの減少はまた、剛性を改善し、全体的なサポート構造の重量を減少させることができる。
いくつかの実装では、ディスプレイシステム７００の上記の特徴は、傾斜軸７２６周りのディスプレイユニット７０６の回転を駆動するために使用されるモータ又は他のアクチュエータによる、より低いトルク出力要求、より低い平均電流使用、及びより低い電力消費をもたらすことができ、アクチュエータ及び／又は駆動歯車機構のための追加の動作ヘッドルーム（operating headroom）を可能にし得る（アクチュエータが、ディスプレイシステム７００の動作に通常必要とされるよりも大きな力を出力することを可能にする）。
図８～１１は、いくつかの実装による、例示的な規定されたネックピボット軸周りのディスプレイユニットの回転を示す、ディスプレイシステム８００の一部の側面図である。ディスプレイシステム８００は、上述のディスプレイシステム３００及び６００と同様のコンポーネントを含む。
図８では、ディスプレイシステム８００は、第１のピボット向きのディスプレイユニットを有することが示される。ディスプレイシステム８００は、上述と同様の、ベースサポート８０２、アームサポート８０４、及びディスプレイユニット８０６を含む。この例では、ベースサポート８０２は、第１のベース部分８１２の内部を通って直線自由度８１６で直線的に並進可能な第２のベース部分８１４を含む。アームサポート８０４は、第２のベース部分８１４に強固に結合された第１のアーム部分８１８と、第１のアーム部分８１８の内部を通って直線自由度８２２で直線的に並進可能な第２のアーム部分８２０とを含む。
ディスプレイユニット８０６は、上記の例に記載されるのと同様に、傾斜部材８２４によって第２のアーム部分８２０に結合される。傾斜部材８２４は、第１の端部で第２のアーム部分８２０に回転可能に結合され、軸８２６周りに回転する。ディスプレイユニット８０６は、上述の例に記載されるのと同様に、傾斜部材８２４の第２の端部に回転可能に結合されることができ、傾斜部材８２４に従って軸８２６周りに回転する。
図８では、ディスプレイユニット８０６は、ほぼ水平であることができ、傾斜軸８２６にほぼ平行に延びることができる、例えば自由度８１６及び８２２によって規定される平面に直角である、例示的な規定されたネックピボット軸８４０周りの第１のピボット向きに向けられる。図示の例示的な実装では、ネックピボット軸８４０は、傾斜軸８２６の下に位置する。いくつかの実装では、規定されたネックピボット軸８４０は、ディスプレイユニット８０６よりもベースサポート８０２から離れて配置される。
規定されたネックピボット軸８４０（及び本明細書に記載された規定されたネックピボット軸のいずれか）は、ディスプレイユニット８０６が図示のようにヨー軸８３０周りの中心ヨー回転向きに向けられるとき、ユーザ８５０のような典型的なユーザのネックのピボット軸と整列（例えば、ほぼ整列）された位置に向けられる。例えば、規定されたネックピボット軸は、ディスプレイユニットを操作する典型的なユーザの首がほぼピボット（回転（pivots））する位置と交差するように配置された水平軸であることができる。この位置は、異なるユーザ（例えば、異なる高さのユーザ、異なるサイズの首等）において異なり得る、及び／又はユーザは、規定されたネックピボット軸がどこに位置するかに関して異なる好みを有し得、その結果、いくつかの実装では、複数のユーザの好ましいピボット位置から決定された（例えば、平均化された）位置が、規定されたネックピボット軸のために使用されることができる。いくつかの例示的な実装では、規定されたネックピボット軸は、ディスプレイユニットを操作するユーザの首の特定の骨又は任意の特定の椎骨、例えば、首の環椎骨又は軸骨とほぼ整列する位置に配置されることができる。さらなる例では、規定されたネックピボット軸は、ユーザの首の他の位置に対応するように規定されることができる。
ネックピボット軸８４０は、システムパラメータに基づいて定義される仮想軸である。ベースサポート８０２、アームサポート８０４、及び傾斜部材８２４の動きは、ネックピボット軸８４０周りの回転を提供することができる。ネックピボット軸８４０は、所望のネックピボット軸周りの回転を生成する際のこれらのコンポーネントの動きによって規定されるように、図８に示す位置とは異なる位置にあってもよい。
いくつかの実装は、規定されたネックピボット軸の位置が、特定のユーザの特定の好み又は生理機能に適応するために、例えばユーザ入力によって変更されることを可能にする。いくつかの例では、規定されたネックピボット軸は、規定されたネックピボット軸が傾斜軸８２６に平行である異なる位置（例えば、軸が自由度８１６及び８２２によって規定された垂直平面に直交する異なる位置のような）、例えば、ユーザの視点における以前の位置から上、下、前、及び／又は後の新しい位置に変更することができる。いくつかの実装では、記憶されたプロファイル又は設定を特定のユーザと関連付けて記憶し、そのユーザによるディスプレイシステムの使用に適用することができる。記憶されたプロファイルは、規定されたネックピボット軸及び／又は規定されたアイピボット軸（以下に説明する）についての空間内の好ましい位置を含み、それらのいずれもシステム動作のためにロードすることができる。いくつかの実装は、ユーザに対してカスタマイズされた規定されたネックピボット軸を決定する際に、ユーザをガイドすることができる。例えば、システムは、首を曲げる、首をまっすぐするように等、ユーザに指示を出力し、ユーザの身体に関連するユーザの頭部の回転及び軌跡を、センサデータ（例えば、画像キャプチャ装置によってキャプチャされた画像）に基づいて感知することができる。このデータは、そのユーザのための提案される規定されたネックピボット軸の位置を決定するために、ディスプレイシステム（又は制御システム）によって使用され、その記述は、ディスプレイユニット８０６の表示装置などの出力装置によって出力されることができる。
図示された第１のピボット向きにおいて、ディスプレイユニット８０６は、規定されたピボット軸８４０の周りの水平方向のビューの向き（horizontal view orientation）にある。ネックピボット軸８４０に対するディスプレイユニット８０６のビューの向きは、図８において、ネックピボット軸８４０を通って水平方向に延びる線８４２によって示される。この実装では、水平方向のビューの向きは、アームサポート８０４に平行な水平の向きの傾斜部材８２４に対応する。ネックピボット軸８４０周りのディスプレイユニット８０６の回転は、ベースサポート８０２の部分８１４、アームサポート８０４の部分８２０、及び／又は傾斜部材８２４を適切な位置及び／又は向きに移動させることによって達成される。
図８はまた、規定されたアイピボット軸８６０を示す。規定されたアイピボット軸８６０は、図示のように、ディスプレイユニット８０６がヨー軸８３０の周りの中心ヨー回転向きに向けられたときに、ディスプレイユニット８０６のビューポートを見るユーザ８５０のような典型的なユーザの目と交差する眼軸に対応する（例えば、一致する）位置に配置される。いくつかの実装では、規定されたアイピボット軸は、傾斜軸８２６に平行に、例えば、自由度８１６及び８２２によって規定された平面に直交して延びる。この規定されたアイピボット軸は、ディスプレイユニット８０６が、図示のように、軸８３０周りの中心ヨー回転向きに向けられるときに、ディスプレイユニット８０６のビューの向きに直交することができる。アイピボット軸８６０に対するディスプレイユニット８０６のビューの向きは、図８において、アイピボット軸８６０を通って水平方向に延び、ディスプレイユニットのユーザ８５０に対する参照ビュー角を示す視線８６２によって示される。いくつかの実装では、図示のように、傾斜軸８２６は、視線８６２の上方に位置する。アイピボット軸８６０に基づくディスプレイシステム８００の動きは、図１２～１４に関して以下により詳細に説明される。ディスプレイユニット３０６の他の規定されたピボット軸、例えば、額ピボット軸又はハンド入力装置軸周りのディスプレイシステム８００の動きは、ネック及び／又はアイピボット軸周りの動きと同様に実装することができる。
図９では、ディスプレイユニット８０６は、ユーザ８５０の「上向き」ビュー角を可能にするために、ネックピボット軸８４０周りに回転された第２のピボット向きに向けられる。角度Ａ１は、ネックピボット軸８４０周りのディスプレイユニット８０６の回転角度の一例であり、角度Ａ１は、ディスプレイユニット８０６の水平方向のビューの向き８４２とディスプレイユニット８０６のネック軸ビューの向き９４２との間の角度である。ディスプレイユニット８０６は、ベースサポート８０２、アームサポート８０４、及び傾斜部材８２４を、図示のような位置及び／又は向きに移動させることによって、図８に示す第１のピボット向きに対してネックピボット軸８４０周りに回転される。例えば、図８に示される第１のピボット向きに対して、ディスプレイユニット８０６は、傾斜部材８２４を図示の角度まで上向き（図９の観点では、軸８２６周りに反時計回り）に回転させ、第２のアーム部分８２０をベースサポート８０２から離れてユーザ８５０に向けて図示の位置に直線的に並進させ、第２のベース部分８１４を上向きに（例えば、地面から離れて）直線的に並進させることによって、第２のピボット向きに移動される。ネックピボット軸８４０の周りの回転は、傾斜軸８２６周りの回転並びに自由度８２２及び８１６における直線運動（並進）を使用するので、傾斜軸８２６は、ネックピボット軸８４０とは無関係である。
いくつかの実装では、図９に示されるビュー角は、ディスプレイユニット８０６の上向き（例えば、図９に示されるように反時計回り）の回転限界である。他の実装では、ディスプレイユニット８０６は、この方向の回転限界に達する前に、図９に示されるよりも大きな量だけ上向き（例えば、反時計回り）に回転することができる。
図１０では、ディスプレイユニット８０６は、ユーザ８５０の「下向き」ビュー角を可能にするために、規定されたネックピボット軸８４０周りに回転された第３のピボット向きに向けられる。角度Ａ２は、ネックピボット軸８４０周りのディスプレイユニット８０６の回転角度の一例であり、角度Ａ２は、ディスプレイユニット８０６の水平方向のビューの向き８４２とディスプレイユニットのネック軸ビューの向き１０４２との間の角度である。ディスプレイユニット８０６は、ベースサポート８０２、アームサポート８０４、及び傾斜部材８２４を、図示のような位置及び／又は向きに移動させることによって、ネックピボット軸８４０周りに回転されている。例えば、図８に示される第１のピボット向きに対して、ディスプレイユニット８０６は、傾斜部材８２４を図示の角度まで下向き（図１０の観点では、軸８２６周りに時計回り）に回転させ、自由度８２２で第２のアーム部分８２０をベースサポート８０２に向かって且つユーザ８５０から離れて図示の位置まで直線的に並進させ、第２のベース部分８１４を図示の位置まで直線的に（例えば、地面に向かって）下向きに並進させることによって、第３のピボット向きに移動される。
図１１では、ディスプレイユニット８０６は、ユーザ８５０のさらに下向きのビュー角を可能にするために、規定されたネックピボット軸８４０周りに回転された第４のピボット向きに向けられる。角度Ａ３は、ネックピボット軸８４０周りのディスプレイユニット８０６の例示的な回転角度であり、角度Ａ３は、ディスプレイユニット８０６の水平方向のビューの向き８４２とディスプレイユニットのネック軸ビューの向き１１４２との間の角度である。ディスプレイユニット８０６は、ベースサポート８０２、アームサポート８０４、及び傾斜部材８２４を、図示のような位置及び／又は向きに移動させることによって、ネックピボット軸８４０周りに回転されている。例えば、図１０に示される第３のピボット向きに関して、ディスプレイユニット８０６は、傾斜部材８２４を図示の角度までさらに下向きに（図１１の観点では、軸８２６周りに時計回りに）回転させ、自由度８２２で第２のアーム部分８２０をベースサポート８０２に向かって、ユーザ８５０から離れて図示の位置まで直線的に並進させ、第２のベース部分８１４を図示の位置まで下向きに（例えば、地面に向かって）直線的に並進させることによって、第４のピボット向きに移動される。
図８～１１に示す例示的な実装では、規定されたネックピボット軸８４０と傾斜軸８２６との間の距離は、規定されたネックピボット軸８４０周りのディスプレイユニットの回転中に固定される。
図１２～１４は、いくつかの実装による、規定されたアイピボット軸周りのディスプレイユニットの回転を示す、ディスプレイシステム８００の一部の側面図である。ディスプレイシステム８００は、上述のディスプレイシステム３００、６００、及び７００と同様のコンポーネントを含む。
図１２では、ディスプレイユニット８０６は、ユーザ８５０の上向きビュー角を可能にするために、規定されたアイピボット軸８６０の周りに回転される第５のピボット向きに向けられる。角度Ａ４は、アイピボット軸８６０周りのディスプレイユニット８０６の例示的な回転角であり、角度Ａ４は、ディスプレイユニット８０６の水平方向の眼軸ビューの向き８６２（図８に示すように）とディスプレイユニットの眼軸ビューの向き１２６２との間の角度である。ディスプレイユニット８０６は、ベースサポート８０２、アームサポート８０４、及び傾斜部材８２４を、図示の位置及び／又は向きに移動させることによって、図８に示す第１のピボット向きに対してアイピボット軸８６０周りに回転されている。例えば、図８に示される第１のピボット向きに対して、ディスプレイユニット８０６は、傾斜部材８２４を図示の角度まで上向き（図１２の観点では、軸８２６周りに反時計回り）に回転させ、第２のアーム部分８０４をベースサポート８０２から離れてユーザに向かって図示の位置まで直線的に並進させ、第２のベース部分８１４を上向きに（例えば、地面から離れて）図示の位置まで直線的に並進させることによって、第５のピボット向きに移動される。アイピボット軸８６０周りのディスプレイユニット８０６の回転は、自由度８２２及び８１６における直線運動（並進）と同様に、傾斜軸８２６周りの回転を使用するため、傾斜軸８２６は、アイピボット軸８６０とは独立している。
図１３では、ディスプレイユニット８０６は、ユーザ８５０の下向きビュー角を可能にするために、規定されたアイピボット軸８６０周りに回転される第６のピボット向きに向けられる。角度Ａ５は、アイピボット軸８６０周りのディスプレイユニット８０６の例示的な回転角であり、角度Ａ５は、ディスプレイユニット８０６の水平方向の眼軸ビューの向き８６２とディスプレイユニットの眼軸ビューの向き１３６２との間の角度である。ディスプレイユニット８０６は、ベースサポート８０２、アームサポート８０４、及び傾斜部材８２４を図示の位置及び／又は向きに動かすことによって、アイピボット軸８６０周りに回転されている。例えば、図８に示された第１のピボット向きに対して、ディスプレイユニット８０６は、傾斜部材８２４を図示された角度まで下向き（図１３の観点では、軸８２６周りに時計回り）に回転させ、自由度８２２で第２のアーム部分８０４を図示された距離だけベースサポート８０２に向かってユーザ８５０から離れて直線的に並進させ、第２のベース部分８１４を図示された距離だけ下向きに（例えば、地面に向かって）直線的に並進させることによって、第６のピボット向きに移動される。
図１４では、ディスプレイユニット８０６は、ユーザ８５０のさらに下向きのビュー角を可能にするために、規定されたアイピボット軸８６０の周りに回転される第７のピボット向きに向けられる。角度Ａ６は、アイピボット軸８６０周りのディスプレイユニット８０６の例示的な回転角であり、角度Ａ６は、ディスプレイユニット８０６の水平方向の眼軸ビューの向き８６２とディスプレイユニットの眼軸ビューの向き１４６２との間の角度である。ディスプレイユニット８０６は、ベースサポート８０２、アームサポート８０４、及び傾斜部材８２４を図示の位置及び／又は向きに動かすことによって、アイピボット軸８６０周りに回転されている。例えば、図８に示された第１のピボット向きに対して、ディスプレイユニット８０６は、傾斜部材８２４を図示の角度まで下向き（図１４の観点では、軸８２６の周りに時計回り）に回転させ、自由度８２２で第２のアーム部分８０４をベースサポート８０２に向かってユーザ８５０から離れて図示の位置まで直線的に並進させ、第２のベース部分８１４を図示の位置まで下向きに（例えば、地面に向かって）直線的に並進させることによって、第７のピボット向きに移動される。
図１５及び図１６は、いくつかの実装による、ディスプレイシステムのための例示的なベースサポート１５００の斜視図及び側面図である。例えば、ベースサポート１５００は、ディスプレイシステム３００（図３～５）のベースサポート３０２として、ディスプレイシステム６００（図６）のベースサポート６０２として、又はディスプレイシステム７００（図７）のベースサポート７０２として使用することができる。
ベースサポート１５００は、伸縮する（telescoping）第１のベース部分１５０２及び第２のベース部分１５０４を含む。第１のベース部分１５０２は、地面、例えば、床又は他の支持面に結合された細長い部材であり、中空内部を含む。第２のベース部分１５０４は、第１のベース部分１５０２とスライド可能に係合するように第１のベース部分１５０２の内部に配置された細長い部材である。いくつかの実装では、第２のベース部分１５０４は、第１及び第２のベース部分のスライド係合の安定性を提供するために、第１のベース部分１５０２の嵌合（mating）部分によって係合される、又はその逆の、長さ方向（例えば、垂直）の溝を含むことができる。
駆動機構が、第２のベース部分１５０４に力を加えて、この部分を移動させる。駆動機構は、第１のベース部分１５０２内で第２のベース部分１５０４を自由度１５０６で直線的に並進させるための１つ以上のアクチュエータを含む。この例では、駆動機構は、アクチュエータから第２のベース部分１５０４へ力を伝達するために、ボールねじ伝動装置を含む。アクチュエータは、第１のベース部分１５０２の一端部、例えば、接地されたサポート（grounded support）に結合された端部に強固に結合された回転モータ１５０８であることができる。モータ１５０８は、第１のベース部分１５０２の内側部分を通っておよび第２のベース部分１５０４の内側部分を通って延びるボールねじ１５１０の第１の端部に結合された回転シャフトを有する。ボールねじ１５１０は、ボールねじナット１５１２のねじ付き（threaded）開口部に係合するねじ付き部材である。ボールねじナット１５１２は、第２のベース部分１５０４に強固に結合されている。いくつかの実装では、ボールねじ１５１０は、第２の端部において支持軸受１５１４に回転可能に結合されることができ、支持軸受１５１４は、第２のベース部分１５０４に強固に結合される。例えば、支持軸受１５１４は、ボールねじ１５１０に平行にボールねじナット１５１２を通る中心軸に沿って、ボールねじ１５１０を位置合わせすることができる。いくつかの実装では、支持軸受１５１４は使用されない。
動作中、モータ１５０８は、ボールねじ１５１０を回転させるためにその回転可能なシャフトに力を出力する。ボールねじ１５１０の回転は、ボールねじナット１５１２及び支持軸受１５１４を、ボールねじ１５１０の長手方向軸に沿って直線的に移動させる。ボールねじナット１５１２の動きは、ボールねじ１５１０によって、及び第１及び第２のベース部分１５０２及び１５０４のスライド係合によって拘束される。ボールねじナット１５１２の直線運動は、第２のベース部分１５０４を自由度１５０６で直線的に移動させる。従って、ボールねじ伝動装置は、モータ１５０８からの回転力を、第２のベース部分１５０４に加えられる直線力に変換する。いくつかの実装では、モータ１５０８は、モータシャフト及びボールねじ１５１０の回転の向きを決定するロータリエンコーダなどセンサに結合されることができ、これは、第１のベース部分１５０２に対する第２のベース部分１５０４の直線位置に変換されることができる。
モータ１５０８は、他の実装について本明細書に記載されるのと同様に、種々のタイプのアクチュエータのいずれであることができる。例えば、アクティブアクチュエータ、例えば、モータ（例えば、ＤＣモータ）、ボイスコイル、又は他のタイプのアクティブアクチュエータを使用することができる。モータ１５０８は、例えば、遠隔操作システム又は他のシステムの、制御回路からの制御信号を使用して制御することができる。１つ以上のセンサは、第１のベース部分１５０２に対する第２のベース部分１５０４の並進及び／又は位置を検出するように動作する図１５のコンポーネントの１つ以上に結合されることができる。例えば、いくつかの実装では、モータ１５０８に結合されるロータリエンコーダに加えて又はその代わりに、リニアセンサが、第１のベース部分１５０２に対する第２のベース部分１５０４の直線運動を感知するために、第１のベース部分１５０２及び／又は第２のベース部分１５０４に結合されることができる。センサは、感知された位置、向き、又は動きを記述する信号を、１つ以上の制御回路、例えば、遠隔操作システム１００の制御システムに送信することができる。いくつかのモード又は実装では、制御回路は、感知された位置、方向、又は動きを示す制御信号をマニピュレータシステムに提供することができる。センサは、種々のタイプのセンサ、例えば、磁気センサ（例えば、磁気インクリメンタルリニア位置センサ、ホール効果センサなど）、光学センサ、エンコーダ、抵抗センサなどのいずれであることができる。
いくつかの実装では、追加の駆動機構がベースサポート１５００上に設けられ、人間工学的サポート、例えば図２の人間工学的サポート２１４に結合されて、人間工学的サポートの直線的な上下運動を引き起こす力を提供し、サポートの高さに関する特定のユーザの好みに対応する。いくつかの例では、追加の駆動機構を、ベースサポート１５００の外側に取り付けることができ、一方、第２のベース部分１５０４のための駆動機構を、図示のようにベースサポート３０２の内側に設けることができる。例えば、追加の駆動機構は、上述のように、アクチュエータ及びボールねじ機構、及び／又は異なる駆動機構を使用することができる。
図１７及び１８は、それぞれ、いくつかの実装による、ディスプレイシステムのための例示的なアームサポート１７００の斜視図及び側面図である。例えば、アームサポート１７００は、ディスプレイシステム３００（図３～５）のアームサポート３０４として、ディスプレイシステム６００（図６）のアームサポート６０４として、又はディスプレイシステム７００（図７）のアームサポート７０４として使用されることができる。
アームサポート１７００は、伸縮する第１のアーム部分１７０２及び第２のアーム部分１７０４を含む。第１のアーム部分１７０２は、中空内部を有する細長い部材であり、いくつかの実装では、ベースサポート、例えば、第２のベース部分３１４、６１４、又は７１４、又は図１５の第２のベース部分１５０４に結合されることができる。第２のアーム部分１７０４は、第１のアーム部分１７０２とスライド可能に係合するように第１のアーム部分１７０２の内部に配置された細長い部材である。いくつかの実装では、第２のアーム部分１７０４は、第１及び第２のアーム部分のスライド係合の安定性を提供するために、第１のアーム部分１７０２の嵌合部分によって係合される、又はその逆の、長さ方向（例えば、水平方向）の溝を含むことができる。
第２のアーム部分１７０４は、第１のアーム部分１７０２内で自由度１７０６において直線的に並進するように１つ以上のアクチュエータによって駆動される。この例では、アクチュエータから第２のアーム部分１７０４へ力を伝達するために、ボールねじ伝動装置が使用される。アクチュエータは、第１のアーム部分１７０２の一端、例えば接地されたサポートに結合された端部に強固に結合された回転モータ１７０８であることができる。モータ１７０８は、第１のアーム部分１７０２の内側部分を通って及び第２のベース部分１７０４の内側部分を通って延びるボールねじ１７１０の第１の端部に結合された回転シャフトを有する。ボールねじ１７１０は、ボールねじナット１７１２のねじ付き開口部に係合するねじ付き部材である。ボールねじナット１７１２は、第２のアーム部分１７０４に強固に結合されている。いくつかの実装では、ボールねじ１７１０は、その第２の端部においてサポート１７１４に回転可能に結合されることができ、サポート１７１４は、第２のアーム部分１７０４に強固に結合され、ボールねじ１７１０に平行にボールねじナット１７１２を通る中心軸に沿ってボールねじ１７１０を位置合わせする。いくつかの実装では、支持軸受１７１４は、使用されない。
動作中、モータ１７０８は、ボールねじ１７１０を回転させるようにその回転可能なシャフトに力を出力する。ボールねじ１７１０の回転は、ボールねじナット１７１２を、ボールねじ１７１０の長手方向軸に沿って直線的に移動させる。ボールねじナット１７１２の動きは、ボールねじ１７１０によって並びに第１及び第２のアーム部分１７０２、１７０４のスライド係合によって拘束される。ボールねじナット１７１２の直線運動は、第２のアーム部分１７０４を自由度１７０６で直線的に移動させる。したがって、ボールねじ伝動装置は、モータ１７０８からの回転力を、第２のアーム部分１７０４に加えられる直線力に変換する。いくつかの実装では、モータ１７０８は、第１のアーム部分１７０２に対する第２のアーム部分１７０４の直線位置に変換されることができる、モータシャフト及びボールねじ１７１０の回転方向を決定するロータリエンコーダなどのセンサに結合されることができる。
モータ１７０８は、他の実装のために本明細書に記載されるのと同様の種々のタイプのアクチュエータ、例えば、モータ（例えば、ＤＣモータ）、ボイスコイル、又は他のタイプのアクティブアクチュエータのようなアクティブアクチュエータのいずれかであることができる。モータ１７０８は、例えば遠隔操作システム又は他のシステムの、制御回路からの制御信号を使用して制御されることができる。１つ以上のセンサが、第１のアーム部分１７０２に対する第２のアーム部分１７０４の並進及び／又は位置を検出するように動作する図１７のコンポーネントの１つ以上に結合されることができる。例えば、いくつかの実装では、モータ１７０８に結合されたロータリエンコーダに加えて又はその代わりに、リニアセンサが、第１のアーム部分１７０２及び／又は第２のアーム部分１７０４に結合されて、第１のアーム部分１７０２に対する第２のアーム部分１７０４の直線運動を感知することができる。センサは、感知された位置、向き、又は動きを記述する信号を、１つ以上の制御回路、例えば、遠隔操作システム１００の制御回路に送信することができる。いくつかのモード又は実装では、制御回路は、感知された位置、向き、又は動きを示す制御信号をマニピュレータシステムに提供することができる。センサは、種々のタイプのセンサ、例えば、磁気センサ（例えば、磁気インクリメンタルリニア位置センサ、ホール効果センサなど）、光学センサ、エンコーダ、抵抗センサなどのいずれであることができる。
図１９、２０、及び２１は、それぞれ、いくつかの実装による、例示的傾斜機構１９００の側面図、正面図、及び斜視図である。
傾斜機構１９００は、傾斜部材１９０２及び傾斜駆動機構１９０４を含む。例えば、傾斜部材１９０２は、ディスプレイシステム３００の傾斜部材３２４（図３～５）として、ディスプレイシステム６００の傾斜部材６２４（図６）として、又はディスプレイシステム７００の傾斜部材７２４（図７）として使用することができる。例えば、ディスプレイユニット３０６（図３）、ディスプレイユニット６０６（図６）、又はディスプレイユニット７０６（図７）などのディスプレイユニットは、上述のように、傾斜部材１９０２に同様に結合されることができる。例えば、ディスプレイユニットは、傾斜部材１９０２の一部分１９０５に結合されることができ、その例は、図２２を参照して説明される。
傾斜部材１９０２は、サポート１９０６に回転可能に結合される。いくつかの例では、サポート１９０６は、上述の第２のアーム部分３２０、６２０、７２０、又は１７０４などのアームサポートの部分（例えば、遠位部分）であることができる、又はそれに結合されることができる。傾斜部材１９０２は、例えば、上述の傾斜軸３２６、６２６、又は７２６であることができる傾斜軸１９０８周りに回転することができる。
傾斜駆動機構１９０４は、傾斜部材１９０２の回転を傾斜軸１９０８周りの特定の向きに駆動するための１つ以上のアクチュエータを含むことができる。この例では、モータ１９１０は、傾斜部材１９０２の延長部分１９１２及び／又は１９１３に強固に結合された被駆動シャフト１９１１を含む。モータ１９１０は、サポート１９０６に強固に結合されたハウジングを有する。シャフト１９１１がモータ１９１０によって回転されると、傾斜部材１９０２は傾斜軸１９０８周りに回転される。いくつかの実装では、モータ１９１０の被駆動シャフト１９１１は、傾斜部材１９０２の第１及び第２の延長部分１９１２及び１９１３の両方に結合することができる、又は、被駆動シャフトは、第１及び第２の延長部分１９１２又は１９１３の１つに結合することができる。いくつかの実装では、傾斜部材１９０２は、単一の延長部分１９１２又は１９１３を含む。
モータ１９１０は、種々のタイプのアクチュエータ、例えば、モータ（例えば、ＤＣモータ）のようなアクチュエータ、ボイスコイル、又は他のタイプのアクチュエータのいずれであることができる。モータ１９１０は、例えば遠隔操作システム又は他のシステムの、制御回路からの制御信号を使用して制御することができる。
いくつかの実装では、モータ１９１０は、傾斜部材１９０２がモータシャフト１９１１と同じ量だけ直接回転される代わりに、接続された傾斜部材１９０２の回転量を増加又は減少させるために、モータシャフトの出力回転のギア連動（gearing）を提供することができる駆動トランスミッション（drive transmission）１９１４に結合されている。駆動トランスミッション１９１４は、傾斜部材１９０２の延長部材１９１２に強固に結合されたシャフト１９１５を含む。例えば、駆動トランスミッション１９１４は、駆動シャフト１９１１の全回転（full rotation）がシャフト１９１５の部分回転を提供し、傾斜部材１９０２の部分回転を引き起こすようにギア連動を提供することができる。いくつかの例では、駆動トランスミッション１９１４はハーモニックドライブ（登録商標）機構である。いくつかの実装では、例えばキャプスタン駆動機構、機械歯車等のような異なる駆動トランスミッションを使用することができる。
１つ以上のセンサは、軸１９０８周りの傾斜部材１９０２の回転を検出するように動作する傾斜部材１９０２のコンポーネントの１つ以上に結合されることができる。例えば、いくつかの実装では、センサ１９１６（例えば、ロータリエンコーダ）が、モータ１９１０のシャフト１９１１に結合され、シャフト１９１１の回転び向きを決定し、その結果、軸１９０８周りの傾斜部材１９０２の回転の向きを決定することができる（例えば、駆動トランスミッション１９１４によって提供される回転減速を考慮する）。いくつかの実装では、センサが、軸１９０８周りの傾斜部材１９０２の回転の向きを感知するために、傾斜機構１９００の他のコンポーネントに結合されることができる。センサ（複数可）は、感知された位置、向き、又は動きを記述する信号を、１つ以上の制御回路、例えば、遠隔操作システム１００の制御システムに送信することができる。いくつかのモード又は実装では、制御回路は、感知された位置、向き、又は動きを示す制御信号をマニピュレータシステムに提供することができる。センサは、種々のタイプのセンサ、例えば、ロータリエンコーダ、磁気センサ（例えば、磁気インクリメンタルリニア位置センサ、ホール効果センサなど）、光学センサ、エンコーダ、抵抗センサなどのいずれであることができる。
図２２は、いくつかの実装による、例示的なディスプレイユニット機構２２００の斜視図である。ディスプレイユニット機構２２００は、ディスプレイユニット２２０２を傾斜部材２２０４に結合する。例えば、ディスプレイユニット２２０２は、それぞれ、図３～５、図６、図７のディスプレイユニット３０６、６０６、又は７０６であることができる。別の例では、傾斜部材２２０４は、図３、図６、又は図７の傾斜部材３２４６２４、又は７２４、或いは、図１９～図２１の傾斜部材１９０２であることができる。
ディスプレイユニット機構２２００は、ディスプレイユニット２２０２を傾斜部材２２０４に回転可能に結合し、ディスプレイユニット２２０２が傾斜部材２２０４に対して軸２２０６周りに旋回する（pivot）ことを可能にする回転機構を含む。この例では、軸２２０６は、その周りを傾斜部材２２０４が回転する軸２２０８に対して垂直であることができる。例えば、軸２２０６は、それぞれ、図３、図６、又は図７の上述の軸３３０、６３０、又は７３０であることができ、軸２２０８は、それぞれ、図１９～図２１の軸１９０８、又は図３、図６、又は図７の傾斜軸３２６、６２６、又は７２６であることができる。
この例では、回転機構は、湾曲トラック２２１０及び溝部材２２１２を含む湾曲トラックベアリングを含むトラック機構である。湾曲トラック２２１０は、ディスプレイユニット２２０２に強固に結合され、傾斜部材２２０４に結合される又はその一部である溝部材２２１２内の溝又は開口とスライド可能に係合される。湾曲トラック２２１０の曲率は、湾曲トラック２２１０を溝部材２２１２の溝内で湾曲トラック２２１０を湾曲トラック２２１０の長さに沿ってスライドさせることによって、ディスプレイユニット２２０２が軸２２０６周りに旋回することを可能にする。いくつかの他の実装では、湾曲トラックは傾斜部材２２０４を結合することができ、溝部材（又は、スライド可能に嵌合する湾曲レール）をディスプレイユニット２２０２に結合することができ、溝部材は、湾曲トラックの長さに沿って軸２２０６周りにディスプレイユニット２２０２と共に回転する。
ディスプレイユニット機構２２００は、ディスプレイユニット２２０２に力を出力し、軸２２０６周りにディスプレイユニット２２０２を駆動する駆動機構を含む。この例では、駆動機構はキャプスタンドラム２２１６を含み、これは、いくつかの実装では、湾曲トラック２２１０に強固に結合される（又は、いくつかの実装では、湾曲トラック２２１０の一体部分として含まれることができる）。駆動機構は、傾斜部材２２０４に強固に結合されたハウジングを有するモータ２２１８を含む。モータ２２１８は、種々のタイプのアクチュエータ、例えば、モータ（例えば、ＤＣモータ）、ボイスコイル、又は他のタイプのアクチュエータのいずれかであることができる。モータ２２１８は、例えば遠隔操作システム又は他のシステムの、制御回路からの制御信号を使用して制御することができる。
モータ２２１８の回転シャフトは、例えば、ディスプレイユニット２２０２がその周りを回転する軸２２０６と平行であることができる回転軸２２２０周りに回転する。モータ２２１８のシャフトは、キャプスタンプーリ２２２２に強固に結合され、キャプスタンプーリ２２２２を軸２２２０周りに回転させる。いくつかの実装では、キャプスタンプーリ２２２２は、ケーブル２２２４によってキャプスタンドラム２２１６に結合される。例えば、ケーブル２２２４の第１の端部は、キャプスタンドラム２２１６の第１の端部２２２６に取り付けられ、キャプスタンドラム２２１６の側面に沿って配線され（routed）、キャプスタンプーリ２２２２の周囲に巻かれ、キャプスタンドラム２２１６の表面に沿って、ケーブルの第２の端部が取り付けられる第２の端部２２２８まで配線されることができる。いくつかの実装では、２つのケーブルを使用することができる。例えば、ドラム第１端部２２２６に取り付けられた第１の端部とキャプスタンプーリ２２２２に取り付けられた第２の端部を有する第１のケーブルと、ドラム第２端部２２２８に取り付けられた第１の端部とキャプスタンプーリ２２２２に取り付けられた第２の端部を有する第２のケーブルであり、２つのケーブルはキャプスタンドラム２２１６の側面に沿って配線される。
動作において、モータ２２１８は、軸２２２０周りにそのシャフトを回転させるように制御され、キャプスタンプーリ２２２２の回転を引き起こす。キャプスタンプーリ２２２２の回転は、キャプスタンプーリ２２２２の周囲のケーブル（複数可）２２２４の巻き取り及び巻き戻しを介して、ケーブル（複数可）２２２４の移動を引き起こす。ケーブル（複数可）２２２４の移動は、ディスプレイユニット２２０２を、溝部材２２１２の溝又は開口内の湾曲トラック２２１０によってガイドされるように、軸２２０６周りに回転させる。
いくつかの実装では、例えば、ディスプレイシステムの非アクティブ化の間に、軸２２０６周りのディスプレイユニット２２０２の動きを停止するために、ブレーキを設けることができる。例えば、電力が除去されるとき、例えば、非動作中に、ディスプレイユニット２２０２の回転を防止するために、軸２２０６の周りにブレーキ力を加えるブレーキを使用することができる。種々の実装では、ブレーキは、モータシャフトの回転を低減又は防止するモータ２２１８のシャフトに結合された回転ブレーキ又はキャプスタンプーリ２２２２に結合された回転ブレーキを含むことができる、及び／又は、ブレーキは、傾斜部材２２０４とディスプレイユニット２２０２との間、及び／又は傾斜部材２２０４とキャプスタンドラム２２１６／湾曲トラック２２１０との間に配置され、これらのコンポーネントの相対的な動きに摩擦を生じさせるリニアブレーキを含むことができる。例えば、ブレーキは、ばね式（spring-loaded）ディスクブレーキを含むことができる。
１つ以上のセンサがディスプレイユニット機構２２００のコンポーネントの１つ以上に結合されることができ、これは軸２２０６周りのディスプレイユニット２２０２の回転を検出するように動作する。例えば、いくつかの実装では、センサ２２３０（例えば、ロータリエンコーダ）が、軸２２０６周りのディスプレイユニット２２０２の回転の向きを検出するために、モータ２２１８のシャフトに結合され、モータシャフトの回転の向きを決定する。いくつかの実装では、センサは、ディスプレイユニット２２０２の回転の向きを感知するために、ディスプレイユニット機構２２００の他のコンポーネントに結合されることができる。センサ（複数可）は、感知された位置、向き、又は動きを記述する信号を、１つ以上の制御回路、例えば、遠隔操作システム１００の制御システムに送信することができる。いくつかのモード又は実装では、制御回路は、感知された位置、向き、又は動きを示す制御信号をマニピュレータシステムに提供することができる。センサは、種々のタイプのセンサ、例えば、ロータリエンコーダ、磁気センサ（例えば、磁気インクリメンタルリニア位置センサ、ホール効果センサなど）、光学センサ、エンコーダ、抵抗センサなどのいずれであることができる。
他の例示的な実装では、湾曲トラック２２１０及びキャプスタンドラム２２１６は、傾斜部材２２０４に結合されることができ、溝部材２２１２及びモータ２２１８は、ディスプレイユニット２２０２に結合されることができる。
図２３は、いくつかの実施形態による、ディスプレイシステム２３００の別の実施形態の例の斜視図であり、図２４は、正面図であり、図２５は、側面図である。いくつかの例では、ディスプレイシステム２３００は、図１及び本明細書の他の箇所で説明されるように、遠隔操作システムのユーザ制御システム１０２で使用されることができる、又は他のシステムで使用されることができ、又は上述のように独立システムとして使用されることができる。ディスプレイシステム２３００の特徴は、他に示されない限り、上述のように、図３のディスプレイシステム３００の特徴と同様であることができる。
ディスプレイシステム２３００は、ベースサポート２３０２、アームサポート２３０４、及びディスプレイユニット２３０６を含む。以下により詳細に説明するように、ディスプレイユニット２３０６は、ベースサポート２３０２、ベースサポート２３０２に結合されたアームサポート２３０４、並びにアームサポート２３０４に結合されたトラック部材及びスライド部材（以下に説明するように）を含むトラック機構を含むサポートリンケージによって、複数の移動自由度を備える。ディスプレイユニットは、スライド部材に結合される。
いくつかの実装では、ベースサポート２３０２及びアームサポート２３０４は、図３～７を参照して上述したのと同様に実装することができる。いくつかの例では、ベースサポート２３０２は、機械的に接地された、例えば地面に結合された垂直部材である。ベースサポート２３０２は、サポート構造２３１０に機械的に結合されることができる。ベースサポート２３０２は、第１のベース部分２３１２及び第２のベース部分２３１４を含む。第１のベース部分２３１２は、機械的に接地されることができるベースサポート２３０２の近位部分であり、第２のベース部分２３１４は、第２のベース部分２３１４が第１のベース部分２３１２に対して直線自由度で並進可能であるように、第１のベース部分２３１２に直線的に結合されるベースサポート２３０２の遠位部分である。いくつかの例では、第１のベース部分２３１２及び第２のベース部分２３１４は、部分２３１２又は２３１４のうちの１つが、他の部分２３１４又は２３１２が通って延びる中空の内部を有する管又はスリーブとして構成されるように、伸縮可能に結合され、例えば、第１のベース部分２３１２は、第１の伸縮するベース部分であり、第２のベース部分２３１４は第２の伸縮するベース部分である。図２３～２５の例では、第２のベース部分２３１４は、第１のベース部分２３１２の内部を通して、直線自由度２３１６で直線的に並進可能である。第１のベース部分２３１２に対する第２のベース部分２３１４の直線並進は、１つ以上のアクチュエータ、例えば、図１５及び１６を参照して上述したのと同様に、モータによって駆動されることができる。他の実装は、異なる構成を使用することができる。例えば、第１のベース部分２３１２は、第２のベース部分２３１４が第１のベース部分２３１２に対して直線的に並進できるように、第２のベース部分２３１４の内部を通って延びることができる。他の例では、ベース部分２３１２及び２３１４は、直線並進を可能にするために、それらの垂直長さに沿って互いに隣接して配置されることができる。
アームサポート２３０４は、ベースサポート２３０２に機械的に結合される水平部材である。アームサポート２３０４は、第１のアーム部分２３１８及び第２のアーム部分２３２０を含む。第１のアーム部分２３１８は、ベースサポート２３０２の第２のベース部分２３１４に強固に結合されたアームサポート２３０４の近位部分であり、第２のアーム部分２３２０は、第１のアーム部分２３１８に直線的に結合されたアームサポート２３０４の遠位部分であり、その結果、第２のアーム部分２３２０は、直線自由度で、第１のアーム部分２３１８に対して直線的に並進可能である。いくつかの例では、第１のアーム部分２３１８及び第２のアーム部分２３２０は、部分２３１８又は２３２０のうちの１つが、他の部分２３２０又は２３１８が通って延びる中空内部を有する管又はスリーブとして構成されるように、伸縮自在に結合され、例えば、第１のアーム部分２３１８は、第１の伸縮する部分であり、第２のアーム部分２３２０は、第２の伸縮するアーム部分である。図２３～図２５の例では、第２のアーム部分２３２０は、第１のアーム部分２３１８の内部を直線自由度２３２２で直線的に並進可能である。第１のアーム部分２３１８に対する第２のアーム部分２３２０の直線並進は、図１７及び１８に関してより詳細に説明されるように、１つ以上のアクチュエータ、例えば、モータによって駆動されることができる。他の実装は、異なる構成を使用することができ、例えば、第１のアーム部分２３１８は、第２のアーム部分２３２０が第１のアーム部分２３１８に対して直線的に並進することができるように、第２のアーム部分２３２０の内部を通って延びることができる。他の例では、アーム部分２３１８及び２３２０は、直線並進を可能にするために、それらの垂直方向の長さに沿って互いに隣接して配置されることができる。
いくつかの実装では、第１のアーム部分２３１８及び第２のベース部分２３１４は、単一ピース、例えば、第１のベース部分２３１２と第２のアーム部分２３２０との間に結合される中間サポート又は中間部分であるとみなすことができる。中間サポートは、互いに直交して向き合わせされる垂直な第２のベース部分２３１４に強固に結合された水平な第１のアーム部分２３１８を含む。第２のアーム部分２３２０は、中間サポートに対して自由度２３２２で水平方向に並進可能であり、中間サポート及び第２のアーム部分２３２０は、第１のベース部分２３１２に対して自由度２３１６で垂直方向に並進可能である。
図示のいくつかの例において、アームサポート２３０４は、ベースサポート２３０２がそれに沿って延びる垂直軸に直交する水平軸に沿って延びる。いくつかの例では、ベースサポート２３０２及びアームサポート２３０４は、互いに対して向きが固定され、例えば、それらは、並進するが、互いに対して向きを変化させない。いくつかの例では、アームサポート２３０４は、ディスプレイユニットを操作するユーザの上の軸に沿って延在し、ベースサポート２３０２を通って延びる垂直軸は、アームサポート２３０２の第１のアーム部分２３１８を通って延びる。他の実装では、アームサポート２３０４は、他の高さ及び／又は構成、例えば、ユーザの頭部又は身体の下、ユーザの頭の高さ、ユーザの背面、及びユーザの周囲のヨーキングなどに延びることができる。いくつかの実装は、図３～５に対して記載されるのと同様に、ディスプレイユニット２３０６を操作するユーザにより滑らかな体験を提供するために、ディスプレイシステム２３００のサポート及び部材の振動を低減するように、ディスプレイシステム２３００内のコンポーネントを提供することができる。
ディスプレイユニット２３０６は、アームサポート２３０４に機械的に結合される。ディスプレイユニット２３０６は、第２のベース部分２３１４及び第２のアーム部分２３２０の直線並進によって提供される２つの直線自由度で移動可能である。いくつかの実装では、これらの直線自由度は、垂直面内に設けることができる。いくつかの例では、図示されるように、垂直面は、ベースサポート２３０２及びアームサポート２３０４によって画定されることができる。
ディスプレイユニット２３０６は、画像を表示することができる表示装置、例えば、１つ以上の表示スクリーン、プロジェクタ、又は他の装置を含む。いくつかの実装では、図２３～２５のように、ディスプレイユニット２３０６は、２つのビューポート２３２３を含み、表示装置は、ビューポートの背後に設けられる又はビューポートに含まれる。いくつかの実装では、ビューポート２３２３の代わりに、１つ以上のディスプレイスクリーン又は他の表示装置をディスプレイユニット２３０６上に配置することができる。
ディスプレイユニット２３０６は、トラック部材２３２４及びスライド部材２３３０を介してアームサポート２３０４に結合される。図２３～２５の例では、トラック部材２３２４の第１の端部は、第２のアーム部分２３２０の遠位端部に強固に結合される。トラック部材２３２４は、その第１の端部から第２の端部まで、湾曲した又は曲がった構成で延びる。例えば、図２３～２５の向きでは、トラック部材２３２４の第２の端部は、第１の端部よりも低い。この例では、トラック部材２３２４は、（サポート構造２３１０に向かって）概ね下方に且つトラック部材の第１の端部からベースサポート２３０２に向かって延びる。いくつかの実装では、トラック部材２３２４は、中心軸（例えば、軸２３２６）周りに湾曲する。いくつかの実装では、トラック部材２３２４は直線セグメント又は部分を含まない。
ディスプレイユニット２３０６は、スライド部材２３３０に結合され、スライド部材２３３０は、スライド可能にトラック部材２３２４に結合される。いくつかの実装では、図２３～２５に示すように、スライド部材２３３０は、スライド部材を通って延びる開口２３２９（又はスロット又は溝）を含み、トラック部材２３２４は、開口２３２９を通って延びて、スライド部材２３３０及びディスプレイユニット２３０６が、トラック部材の長さに沿ってスライドすることを可能にする。スライド部材２３３０及びディスプレイユニット２３０６は、トラック部材２３２４に沿った複数の位置のいずれかに位置決めされることができる。したがって、トラック部材２３２４は、トラック部材２３２４の湾曲構成に従うディスプレイユニット２３０６のための位置のセットを提供する。
図２３～２５の例では、トラック部材２３２４は、ディスプレイユニット２３０６の傾斜軸である軸２３２６周りの湾曲した経路に沿って延びる。いくつかの実装では、湾曲トラック部材２３２４の半径が、傾斜軸２３２６の位置を決定する。例えば、傾斜軸２３２６は、トラック部材２３２４からの半径距離（radius distance）である点を通って延び、その点は、トラック部材２３２４によって少なくとも部分的にトレースされる円（又は他の形状）の中心にある。例えば、スライド部材２３３０及びディスプレイユニット２３０６が、トラック部材２３２４に沿って移動すると、これらの要素は、第２のアーム部分２３２０に対して、回転（傾斜）自由度２３２７で、傾斜軸２３２６周りに回転して移動する。いくつかの実装では、傾斜軸２３２６は、ベースサポート２３０２及びアームサポート２３０４によってディスプレイユニット２３０６に提供される直線自由度に対して直角に向けられる。例えば、スライド部材２３３０は、自由度２３１６及び２３２２がベースサポート２３０２及びアームサポート２３０４によって提供される垂直面と同一又は平行な垂直面内にある、ディスプレイユニット２３０６に回転自由度を提供することができる。いくつかの実装では、傾斜軸２３２６は、自由度２３１６及び２３２２によって画定される平面に直交する。いくつかの実装では、ベースサポート２３０２、アームサポート２３０４、及びガイド部材２３３０は、サポートリンケージの遠位端部に結合されたディスプレイユニット２３０６を有するサポートリンケージであると考えられることができる。
スライド要素２３３０及びディスプレイユニット２３０６は、第１のアーム部分２３１４、第２のアーム部分２３２０、及びトラック部材２３２４によって許容される動きに基づいて、規定されたピボット軸周りに回転することができる。規定されたピボット軸周りのこのような回転のいくつかの例は、図２６～図３１に関して後述される。
いくつかの他の例示的な実装では、異なる機構を使用して、ディスプレイユニット２３０６をトラック部材２３２４にスライド可能又は移動可能に結合することができる。例えば、カムローラが、ディスプレイユニット２３０６に結合されることができ、トラック部材２３２４は、カムフォロワであることができる。カムローラはカムフォロワと係合する。例えば、カムローラは、ディスプレイユニット２３０６に回転可能に結合されることができ、いくつかの実装では、ヨー軸２３３２に直交する回転軸を有する。カムローラは、円筒状であることができ、カムフォロワの湾曲表面に沿って転がり、傾斜軸２３２６周りの回転運動を提供することができる。例えば、カムフォロワの壁又はリッジによってカムフォロワに対してカムローラを保持することができる。いくつかの実装では、カムフォロワ（トラック部材２３２４）は、ディスプレイユニット２３０６に堅固に結合されることができ、カムローラは、カムフォロワが、ディスプレイユニット２３０６とともに傾斜軸２３２６周りに移動するように、傾斜部材２３２４に回転可能に結合され得る。
傾斜軸２３２６周りのディスプレイユニット２３０６の回転運動は、１つ以上のアクチュエータ、例えば、モータによって駆動されることができる。いくつかの実装では、回転モータ２３２８は、スライド部材２３３０に強固に結合されることができ、モータ２３２８の回転シャフトは、キャプスタンプーリ（例えば、図２２に示されるキャプスタンプーリ２２２２と同様）に結合されることができる。ケーブルは、トラック部材２３２４の第１の端部と第２の端部との間に結合されることができ、トラック部材２３２４がキャプスタンドラムとして機能するように、モータ２３２８及びベースサポート２３０２に対向するトラック部材２３２４の側部に沿って延びる。ケーブルは、モータシャフトに接続されるキャプスタンプーリ（例えば、図２２に関して説明したキャプスタン駆動機構と同様のもの）の周囲に巻かれる。いくつかの実装では、２つのケーブル、例えば、トラック部材２３２４の第１の端部に取り付けられた第１の端部及びキャプスタンプーリに取り付けられた第２の端部を有する第１のケーブル、及びトラック部材２３２４の第２の端部に取り付けられた第１の端部及びキャプスタンプーリに取り付けられた第２の端部を有する第２のケーブルを、ケーブルの代わりに使用することができ、ここで、２つのケーブルは、トラック部材２３２４の側面に沿って配線される。
このキャプスタン駆動機構により、モータ２３２８は、キャプスタンプーリをいずれかの方向に回転させ、ディスプレイユニット２３０６をトラック部材２３２４に沿って対応する方向に引っ張るケーブル（複数可）を移動させるように制御されることができる。モータ２３２８は、制御回路（例えば、制御システム）からの制御信号によって制御されて、傾斜軸２３２６周りにディスプレイユニット２３０６を傾斜自由度２３２７の特定の向きに移動させることができる。他の実装は、異なる駆動機構を使用して、トラック部材２３２４に沿ってディスプレイユニット２３０６を移動させることができる。
いくつかの実装では、ディスプレイユニット２３０６は、スライド部材２３３０に回転可能に結合され、ヨー軸２３３２周りに、スライド部材２３３０（及び、トラック部材２３２４、アームサポート２３０４、及びベースサポート２３０２に関して）に対して回転することができる。例えば、これは、ビューポート２３２３を介してディスプレイユニット２３０６の画像を見るユーザの観点からの横方向又は左右方向の回転であることができる。図２３～２５の例では、ディスプレイユニット２３０６は、トラック機構であることができる回転機構によってスライド部材２３３０に結合される。例えば、いくつかの実装では、トラック機構は、湾曲トラック２３３４を含む湾曲トラックベアリングを含み、湾曲トラック２３３４は、ディスプレイユニット２３０６に結合され、湾曲トラック２３３４は、スライド部材２３３０に強固に結合された溝部材にスライド可能に係合し、例えば、図３及び図２２について上述したように同様に作動する。これは、溝部材の溝を通して湾曲トラック２３３４を移動させることによって、ディスプレイユニット２３０６が、ヨー軸２３３２周りに回転自由度２３３３で回転することを可能にする。いくつかの実装では、湾曲トラックがスライド部材２３３０に結合され、溝部材がディスプレイユニット２３０６に結合され、溝部材が湾曲トラックの長さに沿って係合及びスライドして、ヨー軸２３３２周りのディスプレイユニット２３０６の回転運動を可能にする。いくつかの実装では、溝部材は、スライド部材２３３０の幅とほぼ同じ長さであることができる及び／又は湾曲トラック２３３４がスライドするループの少なくとも一部を含むことができる。
いくつかの実装では、湾曲トラック２３３４は、説明したように溝部材にスライド可能に係合する湾曲したレールである。いくつかの実装では、異なるメカニズムを使用することができる。いくつかの例では、湾曲トラック２３３４は、カムローラに係合する湾曲したカムフォロワであることができる。例えば、カムローラは、ディスプレイユニット２３０６に回転可能に結合されることができ、様々な実施形態では、ヨー軸２３３２に直交する、又はヨー軸２３３２に平行な回転軸を有する。例えば、カムローラは、円筒状であることができ、スライド部材２３３０に強固に結合されたカムフォロワの湾曲表面に沿って転がる（roll）ことができる。例えば、カムフォロワの壁又はリッジによってカムフォロワにカムローラを保持することができる。いくつかの実装では、カムフォロワは、ディスプレイユニット２３０６に強固に結合されることができ、カムローラは、スライド部材２３３０に回転可能に結合されることができる。
湾曲トラック２３３４及び／又は溝部材の曲率（例えば、半径）は、ユーザに対向するディスプレイユニット２３０６の側面及び／又は傾斜軸２３２６から特定の距離でヨー軸２３３２を提供するように選択される。例えば、ヨー軸２３３２は、以下に記載されるように、ユーザの首のピボット軸に対応する規定された（仮想的又はソフトウェア定義の）ネックピボット軸とほぼ交差するように、ディスプレイユニット３０６から（水平自由度２３２２に平行に）ある水平距離で提供され得る。規定されたネックピボット軸は、いくつかの実装では、ディスプレイユニット２３０６の運動のための基準として使用されることができる。説明された実装において、ヨー軸２３３２と垂直軸（例えば、自由度２３１６に平行な）との間の角度は、傾斜軸２３２６周りのディスプレイユニット２３０６の向きに基づいて変化する。
ヨー軸２３３２周りのディスプレイユニット２３０６のヨー運動は、１つ以上のアクチュエータ、例えば、モータによって駆動されることができる。例えば、モータ２３４０は、スライド部材２３３０に強固に結合されて、駆動トランスミッションを用いてヨー軸２３３２周りのディスプレイユニットに力を出力する回転可能なシャフトを有する回転モータであることができる。いくつかの例では、駆動トランスミッションは、キャプスタン駆動機構、例えば、図２２を参照して上述したキャプスタン駆動機構と同様のものを含むことができる。例えば、モータ２３４０の被駆動シャフトは、キャプスタンプーリ２３４２に結合されることができる。ケーブル２３４４を、湾曲トラック２３３４に強固に結合されたキャプスタンドラム２３３６の両端部に取り付けることができ、この場合、ケーブルはキャプスタンプーリ２３４２の周囲に巻かれる、又は、キャプスタンプーリ２３４２とキャプスタンドラム２３３６のそれぞれの端部との間に２つのケーブルを取り付けることができる。モータ２３４０は、キャプスタンプーリ２３４２を回転させてケーブル（複数可）を移動させ（例えば、プーリにケーブル(複数可)を巻き取り、巻き戻す）、したがって、キャプスタンドラム２３３６、湾曲トラック２３３４、及びディスプレイユニット２３０６をヨー軸２３３２周りに回転させる。いくつかの実装では、他のトランスミッション及び／又はカップリングを使用して、トラック部材２３２４及びアームサポート２３０４に対するヨー軸２３３２周りのディスプレイユニット２３０６の回転運動を提供することができ、例えば、ディスプレイシステム３００について上述したように、ロータリージョイントを使用する。
したがって、ディスプレイシステム２３００は、垂直直線自由度２３１６、水平直線自由度２３２２、回転傾斜自由度２３２７、及び回転ヨー自由度２３３３を有するディスプレイユニット２３０６を提供する。例えば、垂直及び水平自由度は、ディスプレイユニット２３０６が、可動範囲内又は許容される作業空間内（例えば、垂直平面内）の任意の位置に移動することを可能にし、傾斜自由度は、その可動範囲内（例えば、垂直平面内又は平行垂直平面内）の特定の向きに移動することを可能にする。
これらの自由度のうちの少なくとも２つにおけるディスプレイシステム２３００のコンポーネントの協調運動の組み合わせは、ディスプレイユニット２３０６が、その作業空間内の様々な位置及び向きに位置決めされる、例えば、ユーザの周りで並進又は回転され、ディスプレイユニットを使用するユーザのためのカスタムビューイング体験を容易にすることを可能にする。ディスプレイユニット２３０６の傾斜、水平、及び／又は垂直自由度の運動は、ディスプレイユニット２３０６が、ユーザの頭の動きの間、ユーザの頭及び目に近い位置に留まること、及び／又はユーザの額とディスプレイユニット２３０６との間の物理的接続を維持することを可能にする。
例えば、ディスプレイユニット２３０６は、ユーザの目がディスプレイユニットのビューポートと整列するように、その作業空間内に位置決め可能である（例えば、並進可能及び／又は回転可能である）。加えて、ディスプレイユニット２３０６は、ユーザの眼の両方を通る眼軸に対応する（例えば、一致する）規定されたアイピボット軸周りに物理的空間内で回転されて、ユーザのための所望の垂直（例えば、上下）の眼のビューイング角を可能にすることができる。ディスプレイユニットは、ヨー軸２３３２周りに回転されて、ユーザに所望のヨー（例えば、左－右）ビューイング角を可能にすることができる。これらの回転は、ディスプレイユニット２３０６が、ビューポートを介して画像を見るためにユーザに快適に向けられることを可能にする。
自由度はまた、又は代替的に、ディスプレイシステム２３００が、ディスプレイユニット２３０６の作業空間内の様々な位置のいずれかに位置決めされることができる、異なる規定されたピボット軸周りの物理的空間におけるディスプレイユニット２３０６の動きを提供することを可能にする。例えば、システム２３００は、ディスプレイシステム２３００を操作する際のユーザの頭の動きに対応する物理的空間におけるディスプレイユニット２３０６の動きを提供することができる。この動きは、ユーザの首におけるユーザの頭のネック軸にほぼ対応する、規定されたネックピボット軸の周りの回転を含むことができる。この回転は、例えば、図３～５に示すヘッド入力装置３４２に類似したヘッド入力装置を使用して、ディスプレイユニット２３０６の移動を指示するユーザの頭に従って、ディスプレイユニット２３０６を移動させることができる。ネックピボット軸（図２６～２９）及びアイピボット軸（図３０～３１）周りのディスプレイユニットのこのような動きのいくつかの例を以下に説明する。
別の実施形態では、ディスプレイユニット２３０６の動きは、図示のように、ヨー軸２３３２の周りの中心ヨー回転向きにディスプレイユニット２３０６が向けられるとき、ユーザの額においてユーザの頭を通って延びる額軸にほぼ対応する、規定された額ピボット軸周りの回転を含むことができる。いくつかの実装では、額ピボット軸は、ディスプレイユニット２３０６の入力装置の一部（例えば、図３～５のヘッド入力装置３４２に類似のヘッド入力装置）を通って延びる額軸に対応し、その一部は、ユーザの額と入力装置との間の接触点又はその近傍にある。いくつかの実装では、規定された額ピボット軸は、傾斜軸２３２６に平行に、例えば、直線自由度２３１６及び２３２２に直角に向けられることができる。規定された額ピボット軸は、ユーザの額又はディスプレイユニットの異なる位置又は部分に対応するように代わりに位置決めすることができる。
別の例では、ディスプレイユニット２３０６の動きは、ディスプレイユニット２３０６の１つ以上のハンド入力制御装置を通って延びる軸にほぼ対応する、規定されたハンド入力装置ピボット軸周りの回転を含むことができる。例えば、この軸は、ディスプレイユニット２３０６の対向する（左及び右の）側部に配置される両方のハンド入力制御部２３４０ａ及び２３４０ｂの部分（例えば、グリップの中心）を通って延びることができる。いくつかの実装では、規定されたハンド入力装置ピボット軸は、傾斜軸２３２６に平行に、例えば、上述のネック、眼、及び額ピボット軸と同様に、直線自由度２３１６及び２３２２に直角に向けられることができる。ハンド入力装置ピボット軸は、ディスプレイユニットの異なる位置又は部分、例えば、異なるハンド入力装置の位置に対応するように代わりに位置決めすることができる。例えば、ハンド入力装置ピボット軸は、ユーザによるハンド入力装置２３４０ａ及び２３４０ｂの操作によって、及び／又はヘッド入力装置３４２、制御入力装置２１０及び２１２などの他のユーザ入力装置のユーザ操作によって、ディスプレイユニット２３０６が回転するように命令されることができる回転軸を提供する。
別の例では、その作業空間におけるディスプレイユニット２３０６の動きは、例えば、垂直直線自由度２３１６及び水平直線自由度２３２２における直線並進に基づき、傾斜及び／又はヨー自由度２３２７及び／又は２３３３における回転運動なしの、直線運動を含むことができる。別の例では、運動は、直線運動と回転運動の両方を含むことができる。例えば、ディスプレイユニット２３０６は、その作業空間内で直線的に、次いで回転的に、及び／又はその逆に動かされることができる。
規定されたピボット軸周りのディスプレイユニット２３０６の回転中に、垂直自由度２３１６におけるベースサポート２３０２の移動及び／又は水平自由度２３２２におけるアームサポート２３０４の移動は、規定されたピボット軸周りのディスプレイユニットの回転方向の変化なしに、方向の変化を有することができる。例えば、アームサポート２３０４は、ディスプレイユニットが完全に上向きから完全に下向きに回転されるときに、方向を逆にすることができる。従って、いくつかの実装では、ベースサポート又はアームサポートが、ディスプレイユニットが第１の方向から規定されたピボット軸周りの第２の方向に回転している間に、同じ位置になる（end up）ことが可能であり、ここで、ディスプレイユニットは、これらの２つの向きの間を並進する間に、サポートが前後に移動する。
ディスプレイユニット２３０６は、ユーザが、空間におけるディスプレイユニット２３０６の向き及び／又は位置を操作するため、及び／又は、ディスプレイシステム２３００及び／又はより大きいシステム（例えば、遠隔操作システム）の他の機能又はコンポーネントを操作するために、入力を提供することを可能にする入力装置を含むことができる。入力装置のいくつかの例は、図３～図５（例えば、ハンド入力装置３４０及びヘッド入力装置３４２）に関して説明され、そのような入力装置は、例えば、ディスプレイユニット２３０６の側面及び／又は前方を向く表面に同様の方法で提供される、ディスプレイシステム２３００において使用されることができる。例えば、ハンド入力装置２３４０ａ及び２３４０ｂは、ハンド入力装置３４０ａ及び３４０ｂと同様に、ディスプレイユニット２３０６上に配置されることができる。そのような入力装置から提供されるユーザ入力は、図３～１４を参照して上述したように、ディスプレイユニット２３０６及び／又は表示画像及び他のコンポーネントの動作を制御するために使用されることができる。
ディスプレイシステムのいくつかの実装では、ディスプレイユニット２３０６は、自由度２３３３でヨー軸２３３２の周りに回転可能であり、他の自由度２３１６、２３２２、及び／又は２３２７のうちの１つ又は複数は、ディスプレイシステム２３００から省略される。例えば、ディスプレイユニット２３０６は、ヨー軸２３３２の周りに回転することができ（例えば、アクチュエータ（複数可）によって、及び／又はユーザによって手動で）、ディスプレイユニット２３０６は、例えば、ベースサポート２３０２又は他の機構を使用して、手動で、より高い及び／又はより低い位置に（例えば、アクチュエータ（複数可）によって、及び／又はユーザによって手動で）位置決めされることができ、水平自由度２３２２及び／又は傾斜自由度２３２７は省略される。
図２６～２９は、いくつかの実装による、例示的な規定されたネックピボット軸周りのディスプレイユニットの回転を示す、ディスプレイシステム２６００の一部の側面図である。ディスプレイシステム２６００は、上述の図２３～２５のディスプレイシステム２３００と同様のコンポーネントを含む。
図２６では、ディスプレイシステム２６００は、ディスプレイユニットが第１のピボット向きで示される。ディスプレイシステム２６００は、ベースサポート２６０２、アームサポート２６０４、及びディスプレイユニット２６０６を含む。この例では、上述の例と同様に、ベースサポート２６０２は、接地された第１のベース部分２６１２と、第２のベース部分２６１４とを含む。第２のベース部分２６１４は、第１のベース部分２６１２の内部を通して直線自由度２６１６で直線的に並進可能である。アームサポート２６０４は、第２のベース部分２６１４に強固に結合された第１のアーム部分２６１８と、第２のアーム部分２６２０とを含む。第２のアーム部分２６２０は、直線自由度２６２２で、第１のアーム部分２６１８の内部を通して直線的に並進可能である。
ディスプレイユニット２６０６は、図２３～図２５に関して上述した例と同様に、トラック部材２６２４及びスライド部材２６３０を介して、第２のアーム部分２６２０に結合される。トラック部材２６２４は、第２のアーム部分２６２０に強固に結合される。ディスプレイユニット２６０６は、スライド部材２６３０に結合され、スライド部材２６３０は、スライド可能にトラック部材２６２４に結合される。ディスプレイユニット２６０６は、トラック部材２６２４に沿ったスライド部材２６３０の移動に応じて、傾斜軸２６２６周りに回転する。
図２６では、ディスプレイユニット２６０６は、ほぼ水平であり、傾斜軸２６２６に対してほぼ平行に、例えば、自由度２６１６及び２６２２によって画定される平面に対して直角に延びることができる、規定されたネックピボット軸２６４０周りの第１のピボット向きに向けられている。この例示的な実装では、ネックピボット軸２６４０は、ディスプレイユニット２６０６のユーザ２６５０の頭又は首と交差するように位置決めされることができる。例えば、ネックピボット軸２６４０は、ディスプレイユニット２６０６が、図示のように、ヨー軸２６３２の周りの中心ヨー回転向きに向けられるとき、ユーザ２６５０のような典型的なユーザの首のピボット軸と整列（例えば、ほぼ整列）される位置に位置決めされる。例えば、首のピボット軸は、ディスプレイユニットを操作する典型的なユーザの首がほぼ旋回（ピボット）する位置である。この位置は、異なるユーザ（例えば、異なる高さのユーザ、異なるサイズの首等）において異なり得る、及び／又はユーザは、規定されたネックピボット軸がどこに位置するかに関して異なる好みを有し得、その結果、いくつかの実装では、複数のユーザの好ましいピボット位置から決定された（例えば、平均化された）位置が、規定されたネックピボット軸に対して使用されることができる。いくつかの例示的な実装では、規定されたネックピボット軸は、ディスプレイユニットを操作するユーザの首の特定の骨又は任意の特定の頸椎、例えば、首の環椎骨又は軸骨とほぼ整列する位置に配置されることができる。さらなる例では、規定されたネックピボット軸は、ユーザの首の他の位置に対応するように規定されることができる。
ネックピボット軸２６４０は、システムパラメータに基づいて規定される仮想軸である。ベースサポート２６０２、アームサポート２６０４、及びスライド部材２６３０の移動は、ネックピボット軸２６４０周りの回転を提供することができる。ネックピボット軸２６４０は、所望のネックピボット軸周りの回転を生成する際のこれらのコンポーネントの移動によって規定されるように、図２６に示される位置とは異なる位置にあることができる。いくつかの実装は、特定のユーザの特定の好み又は生理学に適応するために、例えばユーザ入力によって、規定されたネックピボット軸の位置を変更することを可能にする。いくつかの例では、規定されたネックピボット軸は、規定されたネックピボット軸が傾斜軸２６２６に平行である異なる位置（例えば、軸が自由度２６１６及び２６２２によって規定された垂直平面に直交する異なる位置）、例えば、ユーザの観点において前の位置から上、下、前、及び／又は後の新しい位置に変更されることができる。いくつかの実装では、記憶されたプロファイル又は設定が、特定のユーザと関連して記憶され、そのユーザによるディスプレイシステムの使用のために適用されることができ、そのプロファイルは、規定されたネックピボット軸及び／又は規定されたアイピボット軸（以下に説明する）のための好ましい位置を含み、そのいずれもシステム動作のためにロードすることができる。これら及び他の特徴（例えば、規定されたネックピボット軸を決定するためにユーザをガイドする）は、図８に関して記載されたものと同様であることができる。
図２６に示される第１のピボット向きにおいて、例えば、ディスプレイユニット２６０６は、ネックピボット軸２６４０周りの水平ビューの向きにあることができる。例えば、ネックピボット軸２６４０に対するディスプレイユニット２６０６のビューの向きは、図２６のネックピボット軸２６４０を通って水平に延びる線２６４２によって示される。ネックピボット軸２６４０周りのディスプレイユニット２６０６の回転は、ベースサポート２６０２の部分２６１４、アームサポート２６０４の部分２６２０、スライド部材２６３０を適切な位置及び／又は向きに動かすことによって達成される。
図２６はまた、規定されたアイピボット軸２６６０を示す。規定されたアイピボット軸２６６０は、図示のように、ヨー軸２６３２の周りの中心ヨー回転向きにディスプレイユニット２６０６が向けられたときに、ディスプレイユニット２６０６のビューポートを通して見ているユーザ２６５０のような典型的なユーザの眼と交差する眼軸に対応する（例えば、一致する）位置に位置決めされる。いくつかの実装では、規定されたアイピボット軸は、傾斜軸２６２６にほぼ平行に、例えば、自由度２６１６及び２６２２によって定義される平面に直交して延びる。この規定されたアイピボット軸は、ディスプレイユニット２６０６が、図示のように、軸２６３２周りの中心ヨー回転向きに向けられるとき、ディスプレイユニット２６０６のビューの向きに直交することができる。アイピボット軸２６６０に対するディスプレイユニット２６０６のビューの向きは、図２６において、アイピボット軸２６６０を通って水平方向に延びる視線２６６２によって示される。いくつかの実装では、図示のように、傾斜軸２６２６は、視線２６６２の下に位置する。アイピボット軸２６６０に基づくディスプレイシステム２６００の動きは、図３１及び３２に関して以下により詳細に説明される。ディスプレイユニット２６０６の他の規定されたピボット軸、例えば、額ピボット軸又はハンド入力装置軸周りのディスプレイシステム２６００の動きは、ネック及び／又はアイピボット軸周りの動きと同様に実装されることができる。
図２７において、ディスプレイユニット２６０６は、ユーザ２６５０の「上向き」ビュー角を可能にするために、規定されたネックピボット軸２６４０の周りの第２のピボット向きに向けられる。角度Ａ１は、ネックピボット軸２６４０周りのディスプレイユニット２６０６の例示的な回転角であり、角度Ａ１は、ディスプレイユニット２６０６の水平方向のビューの向き２６４２と、ディスプレイユニット２６０６のネック軸ビューの向き２７４２との間の角度である。ディスプレイユニット２６０６は、ベースサポート２６０２、アームサポート２６０４、及びスライド部材２６３０を、図示のような位置及び／又は向きに移動させることによって、図２６に示される第１のピボット向きに対してネックピボット軸２６４０の周りに回転されている。例えば、図２６に示される第１のピボット向きに対して、ディスプレイユニット２６０６は、スライドする傾斜部材２６３０を、トラック部材２６２４に沿って図示の向きに（図２７の観点では、軸２６２６周りに反時計回りに）上向きに移動させ、第２のアーム部分２６２０を、ベースサポート２６０２から離れて、ユーザ２６５０に向かって図示の位置まで直線的に並進させ、第２のベース部分２６１４を、図示の位置まで直線的に上向きに（例えば、地面から離れて）移動させることによって、第２のピボット向きに移動される。ネックピボット軸２６４０周りのディスプレイユニット２６０６の回転は、自由度２６２２及び２６１６における直線運動（並進）と同様に、傾斜軸２６２６周りの回転を使用するため、傾斜軸２６２６は、ネックピボット軸２６４０とは独立している。
いくつかの実装では、図２７に示されるビュー角は、ディスプレイユニット２６０６の上向き（例えば、図２７に示されるように、反時計回り）回転限界である。他の実装では、ディスプレイユニット２６０６は、この方向の回転限界に到達する前に、図２７に示されるよりも大きい量だけ上向き（例えば、反時計回り）に回転されることができる。
図２８では、ディスプレイユニット２６０６は、ユーザ２６５０の「下向き」ビュー角を可能にするために、規定されたネックピボット軸２６４０の周りの第３のピボット向きに向けられる。角度Ａ２は、ネックピボット軸２６４０周りのディスプレイユニット２６０６の例示的な回転角であり、角度Ａ２は、ディスプレイユニット２６０６の水平方向のビューの向き２６４２と、ディスプレイユニットのネック軸ビューの向き２８４２との間の角度である。ディスプレイユニット２６０６は、ベースサポート２６０２、アームサポート２６０４、及びスライド部材２６３０を、図示のような位置及び／又は向きに移動させることによって、ネックピボット軸２６４０周りに回転されている。例えば、図２６に示される第１のピボット向きに対して、ディスプレイユニット２６０６は、スライド部材２６３０を図示の向き（図２８の観点では軸２６２６周りに時計回り）に下向きに移動させ、第２のアーム部分２６２０を自由度の２６２２でユーザ２６５０に向かってかつベースサポート２６０２から離れて図示の位置に直線的に並進させ、第２のベース部分２６１４を図示の位置に下向きに（例えば、地面の方へ）直線的に並進させることによって、第３のピボット向きに移動される。
図２９では、ディスプレイユニット２６０６は、ユーザ２６５０のさらなる下向きビュー角を可能にするために、規定されたネックピボット軸２６４０の周りの第４のピボット向きに向けられる。角度Ａ３は、ネックピボット軸２６４０周りのディスプレイユニット２６０６の例示的な回転角であり、角度Ａ３は、ディスプレイユニット２６０６の水平方向のビューの向き２６４２とディスプレイユニットのネック軸ビューの向き２９４２との間の角度である。ディスプレイユニット２６０６は、ベースサポート２６０２、アームサポート２６０４、及びスライド部材２６３０を、図示のような位置及び／又は向きに移動させることによって、ネックピボット軸２６４０周りに回転されている。例えば、図２８に示される第３のピボット向きに対して、ディスプレイユニット２６０６は、スライド部材２６３０を図示の向きまでさらに下方（図２９の観点では、軸２６２６周りに時計回り）に移動させ、第２のアーム部分２６２０を自由度２６２２でユーザ２６５０に向かって且つベースサポート２６０２から離れて図示の位置まで直線的に並進させ、第２のベース部分２６１４を図示の位置まで下向きに（例えば、地面の方へ）直線的に並進させることによって、第４のピボット向きに移動される。
図２６～２９に示す例示的な実装では、規定されたネックピボット軸２６４０と傾斜軸２６２６との間の距離は、規定されたネックピボット軸２６４０周りのディスプレイユニットの回転中に固定される。
図３０及び３１は、いくつかの実装による、規定されたアイピボット軸周りのディスプレイユニットの回転を示す、図２６のディスプレイシステム２６００の一部の側面図である。ディスプレイシステム２６００は、上述のディスプレイシステム２３００と同様のコンポーネントを含む。
図３０では、ディスプレイユニット２６０６は、ユーザ２６５０の上向きビュー角を可能にするために、規定されたアイピボット軸２６６０の周りの第５のピボット向きに向けられる。角度Ａ４は、アイピボット軸２６６０周りのディスプレイユニット２６０６の例示的な回転角であり、角度Ａ４は、ディスプレイユニット２６０６の水平方向の眼軸ビューの向き２６６２（図２６に示されるように）と、ディスプレイユニットの眼軸ビューの向き３０６２との間の角度である。ディスプレイユニット２６０６は、ベースサポート２６０２、アームサポート２６０４、及びスライド部材２６３０を、図示のような位置及び／又は向きに移動させることによって、図２６に示される第１のピボット向きに対してアイピボット軸２６６０周りに回転されている。例えば、図２６に示される第１のピボット向きに対して、ディスプレイユニット２６０６は、スライド部材２６３０を図示の角度まで上向き（図３０の観点では、軸２６２６周りに反時計回り）に移動させ、第２のアーム部分２６２０をベースサポート２６０２に向かって且つユーザ２６５０から離れて図示の位置まで直線的に並進させ、第２のベース部分２６１４を図示の位置まで下向きに（例えば、地面に向けて）直線的に並進させる（この移動は、この例では、非常に小さい）ことによって、第５のピボット向きに移動される。アイピボット軸２６６０周りのディスプレイユニット２６０６の回転は、自由度２６２２及び２６１６における直線運動（並進）と同様に、傾斜軸２６２６周りの回転を使用し得るため、傾斜軸２６２６は、アイピボット軸２６６０とは独立している。
図３１では、ディスプレイユニット２６０６は、ユーザ２６５０の下向きビュー角を可能にするために、規定されたアイピボット軸２６６０の周りの第６のピボット向きに向けられる。角度Ａ５は、アイピボット軸２６６０周りのディスプレイユニット２６０６の例示的な回転角であり、角度Ａ５は、ディスプレイユニット２６０６の水平方向の眼軸ビューの向き２６６２とディスプレイユニットの眼軸ビューの向き３１６２との間の角度である。ディスプレイユニット２６０６は、ベースサポート２６０２、アームサポート２６０４、及び部材２６３０を、図示のような位置及び／又は向きに移動させることによって、アイピボット軸２６６０周りに回転されている。例えば、図２６に示される第１のピボット向きに対して、ディスプレイユニット２６０６は、スライド部材２６３０を図示の向き（図３１の観点では、軸２６２６周りに時計回り）に下向きに移動させ、第２のアーム部分２６２０を自由度２６２２でベースサポート２６０２から離れて且つユーザ２６５０に向かって図示の位置まで直線的に並進させ、第２のベース部分２６１４を図示の位置まで上向きに（例えば、地面から離れるように）直線的に並進させることによって、第６のピボット向きに移動される。
図３０及び３１のこの例示的な実装では、アイピボット軸２６６０は、傾斜軸２６２６に近い位置にある。したがって、アイピボット軸２６６０の周りの回転は、ほとんど傾斜軸２６２６の周りの回転によって提供され、第２のアーム部分２６２０及び第２のベース部分２６１４の実質的な動きを必要としない。他の実装は、アイピボット軸２６６０と傾斜軸２６２６との間により大きな距離を有してもよく、第２のアーム部分２６０４及び第２のベース部分２６１４のより大きな動きを必要とする。
ディスプレイシステム２６００（及び２３００）は、上述のディスプレイシステム３００、６００、及び７００について図８～１４において示される動きと同様に、ユーザのネックピボット軸及び／又はアイピボット軸の周りのディスプレイユニットの動きを提供することができる。特定の規定されたピボット軸に対するいくつかの実装では、ディスプレイシステム２６００（及び２３００）は、そのような移動を、ディスプレイシステム３００、６００、及び／又は７００から要求されるよりも、アームサポート２６０４及びベースサポート２６０２の可動部分に要求される全体的に少ない動き及び／又は運動範囲で提供することができる。これらの例では、これは、ディスプレイユニット２６０６の傾斜軸２６２６が、ネックピボット軸２６４０及びアイピボット軸２６６０により近く、規定されたネックピボット軸又は規定されたアイピボット軸により近い傾斜軸２６２６周りのディスプレイユニット２６０６の回転を可能にするためである。
図３２は、ディスプレイシステムの別の実装３２００の斜視図であり、図３３は、いくつかの実装によるディスプレイシステム３２００の部分３２００の正面図であり、図３４は、側面図であり、図３５は、上面図であり、図３６は、底面図である。いくつかの例では、ディスプレイシステム３２００は、図１及び本明細書の他の箇所で説明されるような遠隔操作システムのユーザ制御システム１０２で使用することができる、又は、上述のように他のシステムで又はシステムとして使用することができる。ディスプレイシステム３２００の特徴は、特に断らない限り、上述のように、図３のディスプレイシステム３００及び／又はディスプレイシステム２３００の特徴と同様であることができる。
ディスプレイシステム３２００は、ベースサポート３２０２、アームサポート３２０４、及びディスプレイユニット３２０６を含む。ディスプレイユニット３２０６は、ベースサポート３２０２と、ベースサポート３２０２に結合されるアームサポート３２０４とを含むサポートリンケージによって、複数の動きの自由度を備え、ディスプレイユニット３２０６は、アームサポート３２０４に結合される。いくつかの実装では、図３～７及び２３～２５を参照して上述したように、ベースサポート３２０２及びアームサポート３２０４（ベースサポート３２０２に結合）の近位部分を同様に実装することができる。
いくつかの実施例では、ベースサポート３２０２は、例えば、図３～７及び２３～２５の実装と同様に、機械的に接地される垂直部材であり、第１のベース部分３２１２及び第２のベース部分３２１４を含む。第１のベース部分３２１２及び第２のベース部分３２１４は、直線的に結合（例えば、伸縮可能に結合）されることができ、第１のベース部分３２１２に対する第２のベース部分３２１４の直線並進を直線自由度３２１６で可能にし、このような並進は、１つ以上のアクチュエータ、例えば、図１５及び１６を参照して上述したように、モータによって駆動されることができる。他の実装は、図３～７及び２３～２５の実装について上述したのと同様に、異なる構成を使用することができる。
アームサポート３２０４は、ベースサポート３２０２に機械的に結合される水平部材である。アームサポート３２０４は、第１のアーム部分３２１８及び第２のアーム部分３２２０を含む。第１のアーム部分３２１８は、ベースサポート３２０２の第２のベース部分３２１４に強固に結合されたアームサポート３２０４の近位部分であり、第２のアーム部分３２２０は、第２のアーム部分３２２０が、第１のアーム部分３２１８に対して直線自由度３２２２で直線的に並進可能であるように、第１のアーム部分３２１８に直線的に結合されたアームサポート３２０４の遠位部分である。いくつかの例では、第２のアーム部分３２２０の近位部分３２２４は、第１のアーム部分３２１８に伸縮自在に結合され、例えば、部分３２１８又は３２２０は、図２～７及び２３～２５の実装に記載されるのと同様に伸縮自在部分である。図３２～３６の例では、第２のアーム部分３２２０の近位部分３２２４は、第１のアーム部分３２１８の内部を通って直線自由度３２２２で直線的に並進可能である。第１のアーム部分３２１８に対する第２のアーム部分３２２０の直線並進は、１つ以上のアクチュエータ、例えば、モータによって駆動されることができ、これらのいくつかの例は、図１７及び１８に関して説明される。他の実装は、図３～７及び２３～２５の実装について上述したのと同様に、異なる構成を使用することができる。いくつかの実装では、第１のアーム部分３２１８及び第２のベース部分３２１４は、上述に記載されるのと同様に、単一のピース、例えば、第１のベース部分３２１２と第２のアーム部分３２２０との間に結合される中間サポート又は中間部分とみなすことができる。
いくつかの例では、図示のように、アームサポート３２０４は、ベースサポート３２０２がそれに沿って延びる垂直軸に直交する水平軸に沿って延びる。いくつかの例では、ベースサポート３２０２及びアームサポート３２０４は、互いに対して向きが固定され、例えば、それらは、互いに対して並進するが、向きを変化させない。いくつかの例では、ベースサポート３２０２を通って延びる垂直軸は、アームサポート３２０４の第１のアーム部分３２１８を通って延びる。種々の実装では、アームサポート３２０４は、種々の高さ及び／又は構成、例えば、ユーザの頭又は身体の下方、ユーザの頭の高さ、ユーザの頭の上方などで延びることができる。いくつかの実装は、図３～５に記載されるのと同様に、ディスプレイシステム３２００のサポート及び部材における振動を低減するために、ディスプレイシステム３２００内にコンポーネントを提供することができる。
第２のアーム部分３２２０は、上述のように、第１のアーム部分３２０2に結合される近位部分３２２４と、近位部分３２２４に強固に結合されるヨーク部分３２２６とを含む。記載される実装では、ヨーク部分３２２６は、近位部分３２２４及びベース部材３２０２によって規定される平面に直交する水平面内に延びる２つのヨーク部材３２２８ａ及び３２２８ｂ（まとめて３２２８と称する）を含む。ヨーク部材３２２８は、近位部分３２２４からほぼ対向する方向に延び、次いで、近位部分３２２４に平行な方向に延び、図示のように略Ｕ字形を形成する。ヨーク部材は、他の実施形態では、例えば、略Ｖ字形又は他の形状で、種々の方向に延び得る。
ディスプレイユニット３２０６は、図３～７及び／又は図２３～２５の実装に関して説明されるのと同様であることができる表示装置を含む。ディスプレイユニット３２０６は、アームサポート３２０４に回転可能に結合される。これらの実装では、ディスプレイユニット３２０６は、ヨーク部材３２２８の遠位端部の間に配置され、遠位端部に回転可能に結合される。この例では、ディスプレイユニット３２０６は、ヨーク部材３２２８に回転可能に結合されるクロスビーム３２４４に結合される。例えば、クロスビーム３２４４のシャフト３２２９ａは、ヨーク部材３２２８ａに回転可能に結合され、クロスビーム３２４４のシャフト３２２９ｂは、ヨーク部材３２２８ｂに回転可能に結合される。クロスビーム３２４４が回転すると、ディスプレイユニット３２０６は、クロスビームと共に回転する。いくつかの実装では、例えば、ヨー運動がディスプレイユニット３２０６に対して実装されていない場合、シャフト３２２９は、クロスビーム３２４４の使用なしに、ディスプレイユニット３２０６に堅固に結合されることができる。
ディスプレイユニット３２０６は、アームサポート３２０４及びベースサポート３２０２に対して、傾斜軸３２３０周りに回転（傾斜）自由度３２３２で回転可能である。傾斜軸３２３０は、ヨーク部材３２２８の遠位端部を通って延び、例えば、シャフト３２２９ａ及び３２２９ｂの長さに整列する又は平行であることができる。いくつかの実装では、傾斜軸３２３０は、ベースサポート３２０２及びアームサポート３２０４によってディスプレイユニット３２０６に提供される直線自由度３２１６及び３２２２によって規定される平面に直交して向けられる。例えば、傾斜自由度３２３２は、自由度３２１６及び３２２２がベースサポート３２０２及びアームサポート３２０４によって提供される垂直面と同じ、又はそれに平行な垂直面に提供されることができる。いくつかの実装では、ベースサポート３２０２及びアームサポート３２０４は、サポートリンケージの遠位端部に結合されたディスプレイユニット３２０６を有するサポートリンケージであると考えることができる。
ディスプレイユニット３２０６は、第２のベース部分３２１４及び第２のアーム部分３２２０の直線並進によって提供される２つの直線自由度で移動可能である。例えば、これらの直線自由度は、垂直面内に設けることができる。いくつかの例では、示されるように、垂直面は、ベースサポート３２０２及びアームサポート３２０４の近位部分３２２４によって画定されることができる。
ディスプレイユニット３２０６は、第１のアーム部分３２１４及び第２のアーム部分３２２０によって提供される並進に基づいて、及びディスプレイユニット３２０６のヨーク部分３２２６への回転結合によって許容される傾斜軸３２３０の周りの回転によって、規定されたピボット軸周りに回転されることができる。規定されたピボット軸の周りの回転は、図３～7及び２３～２５の実装のために上述されたそのような回転と同様であることができ、図３９に関してさらに説明される。
傾斜軸３２３０周りのディスプレイユニット３２０６の回転運動は、１つ以上のアクチュエータ、例えば、モータによって駆動されることができる。いくつかの実装では、回転モータ３２３６（点線で図３３、３５、及び３６に示される）は、ヨーク部材３２２８のうちの１つに強固に結合されることができ（又はそれぞれのモータが各ヨーク部材３２２８に結合される）、モータ３２３６の回転シャフトは、ディスプレイユニット３２０６に結合されるクロスビーム３２４４（例えば、シャフト３２２９のうちの１つ）に結合されることができる。いくつかの実装では、駆動機構は、モータ３２３６に、例えば、図２２に示すキャプスタン機構に類似のギア機構又はキャプスタン機構に結合することができる。キャプスタン機構の例では、キャプスタンドラムが被駆動シャフト３２２９（又はクロスビーム３２４４の他の場所）に結合され、キャプスタンプーリがモータ３２３６のシャフトに結合され、１つ以上のケーブルがドラムとプーリとの間に結合される。モータ３２３６は、制御回路（例えば、制御システム）からの制御信号によって制御されて、クロスビーム３２４４及びディスプレイユニット３２０６を、傾斜軸３２３０周りに、傾斜自由度３２３２で特定の向きに移動させることができる。
いくつかの実装では、ディスプレイユニット３２０６は、アームサポート３２０４及びベースサポート３２０２に対してヨー自由度３２４２でヨー軸３２４０周りのディスプレイユニット３６０６の回転を可能にするために、アームサポート３２０４のヨーク部分３２２６に追加的に回転可能に結合される。例えば、これは、例えばビューポートを介して、ディスプレイユニット３２０６の画像を見るユーザの観点からの横方向又は左右方向の回転であることができる。図３２～３６の例では、ディスプレイユニット３２０６は、トラック機構であることができる回転機構によってヨーク部分３２２６に結合される。いくつかの実装では、トラック機構は、ヨー軸運動を提供する実装で上述したトラック機構と同様であることができる。例えば、トラック機構は、クロスビーム３２４４と、湾曲トラック３２４６を含む湾曲トラックベアリングとを含むことができる。湾曲トラック３２４６は、溝部材３２４８とスライド可能に係合し、例えば、図３及び図２２について上述したのと同様に動作する。ディスプレイユニット３２０６は、湾曲トラック３２４６によって拘束される湾曲した経路に沿って移動し、ディスプレイユニット３２０６を、回転自由度３２４２でヨー軸３２４０周りに回転させる。さらなる例は、図３７及び３８に関して以下に記載される。例えば、湾曲トラック３２４６は、（ヨー自由度に関してヨーク部分３２２６に強個に結合される）クロスビーム３２４４に強個に結合されることができ、溝部材３２４８は、ディスプレイユニット３２０６に強個に結合されることができる。代替的に、溝部材は、クロスビーム３２４４に強固に結合することができ、湾曲トラックは、ディスプレイユニット３２０６に強固に結合することができる。いくつかの実装では、曲線トラック３２４６の長さに沿って、追加の溝部材を設けることができる。
いくつかの実装では、ヨー軸３２４０周りのディスプレイユニット３２０６の回転を提供するために、異なるメカニズムを使用することができる。いくつかの例では、湾曲トラック３２４６は、図３～５及び／又は２３～２５のヨー運動実装のために上述したのと同様に、カムローラに係合する湾曲したカムフォロワであることができる。
湾曲トラック３２４６及び／又は溝部材３２４８の曲率（例えば、半径）は、ディスプレイユニット３２０６のユーザ対向側部及び／又は傾斜軸３２３０から特定の距離にヨー軸３２４０を設けるように選択される。例えば、ヨー軸３２４０は、以下に記載されるように、ユーザの首のピボット軸に対応する規定された（仮想又はソフトウェア定義の）ネックピボット軸とほぼ交差するように、ディスプレイユニット３２０６から水平距離（水平自由度３２２2に平行）で設けられることができる。規定されたネックピボット軸は、いくつかの実装では、ディスプレイユニット３２０６の運動のための基準として使用されることができる。説明された実装において、ヨー軸３２４０と垂直軸（例えば、自由度３２１６に平行な）との間の角度は、傾斜軸３２３０周りのディスプレイユニット３２０６の向きに基づいて変化する。
ヨー軸３２４０周りのディスプレイユニット３２０６のヨー運動は、１つ以上のアクチュエータ、例えば、モータによって駆動されることができる。例えば、回転モータ（図示せず）は、ディスプレイユニット３２０６に強固に結合されることができ、駆動トランスミッション、例えば、キャプスタン駆動機構、歯車機構などを使用して、ヨー軸３２４０周りにディスプレイユニット３２０６に力を出力する回転可能シャフトを含むことができる。いくつかの例では、駆動トランスミッションは、キャプスタン駆動機構、例えば、図２２を参照して上述したキャプスタン駆動機構と同様のものを含むことができる。例えば、モータの被駆動シャフトをキャプスタンプーリに結合することができ、ケーブルを、湾曲トラック３２４６に強固に結合されたキャプスタンドラムの両端に取り付けることができ、ケーブルは、キャプスタンプーリの周囲に巻き付けられる（又は、キャプスタンプーリとキャプスタンドラムのそれぞれの端部との間に２つのケーブルを取り付けることができる）。モータは、キャプスタンプーリを回転させて、ケーブル（複数可）を移動させ（例えば、プーリ上のケーブル（複数可）を巻き取り、巻き戻す）、かくして、キャプスタンドラム、湾曲トラック３２４６、及びディスプレイユニット３２４０をヨー軸３２４０周りに回転させる。いくつかの実装では、モータ及び／又は駆動トランスミッションは、ディスプレイユニット３２０６のハウジング内に少なくとも部分的に配置されることができる。例えば、キャプスタンドラムは、ユーザ位置と反対のトラック部材３２４４又はクロスビーム３２４４の側部に配置することができ、キャプスタンプーリは、キャプスタンドラムに隣接してユーザ位置から離れて配置することができる。いくつかの実装では、トラック部材３２４４及びアームサポート３２０４に対するヨー軸３２４０周りのディスプレイユニット３２０６の回転運動を提供するために、他のトランスミッション及び／又はカップリングを使用することができる。
したがって、ディスプレイシステム３２００は、垂直直線自由度３２１６、水平直線自由度３２２２、回転傾斜自由度３２３２、及び回転ヨー自由度３２４２を有するディスプレイユニット３２０６を提供する。例えば、垂直自由度及び水平自由度は、ディスプレイユニット３２０６が、可動範囲又は許容される作業空間（例えば、垂直平面内）内の任意の位置に移動することを可能にし、傾斜自由度は、ディスプレイユニットが、その可動範囲内（例えば、垂直平面内又は平行垂直平面内）の特定の向きに移動することを可能にする。
これらの自由度のうちの少なくとも２つにおけるディスプレイシステム３２００のコンポーネントの協調運動の組み合わせは、図３～７及び／又は２３～２５の実装について上述したのと同様に、ユーザのためのカスタムビュー体験を容易にするために、ディスプレイユニット３２０６が、その作業空間内の様々な位置及び向き、例えば、ユーザの周りに並進又は回転されることを可能にする。さらに、ディスプレイユニット３２０６の自由度はまた或いは代替的に、ディスプレイシステム３２００が、上述したのと同様に、例えば、アイピボット軸、額ピボット軸、ネックピボット軸など、ディスプレイユニット２３０６の作業空間内の様々な位置のいずれかに位置決めされることができる、規定されたピボット軸周りの物理的空間におけるディスプレイユニット３２０６の運動を提供することを可能にする。
ディスプレイユニット３２０６は、ユーザが、空間におけるディスプレイユニット３２０６の向き及び／又は位置を操作するため、及び／又は、ディスプレイシステム３２００及び／又はより大きいシステム（例えば、遠隔操作システム）の他の機能又はコンポーネントを操作するために、入力を提供することを可能にする入力装置を含むことができる。入力装置のいくつかの例は、図３～５（例えば、ハンド入力装置３４０及びヘッド入力装置３４２）に関して説明され、そのような入力装置は、例えば、ディスプレイユニット３２０６の側部及び／又は前方に面する表面に同様に提供される、ディスプレイシステム３２００において使用されることができる。そのような入力装置から提供されるユーザ入力は、図３～１４を参照して上述したのと同様に、ディスプレイユニット３２０６及び／又は表示された画像及び他のコンポーネントの動作を制御するために使用されることができる。
ディスプレイシステムのいくつかの実装では、ディスプレイユニット３２０６は、自由度３２４２でヨー軸３２４０周りに回転可能であり、他の自由度３２１６、３２２２、及び／又は３２３２のうちの１つ又は複数は、ディスプレイシステム３２００から省略される。例えば、ディスプレイユニット３２０６は、ヨー軸３２４０の周りに（例えば、アクチュエータ（複数可）によって、及び／又は、ユーザによって手動で）回転されることができ、ディスプレイユニット３２０６は、例えば、ベースサポート３２０２又は他の機構を使用して、より高く及び／又はより低く（例えば、アクチュエータ（複数可）によって、及び／又は、ユーザによって手動で）位置決めされることができ、水平自由度３２２２及び／又は傾斜自由度３２３２は省略される。
図３７及び３８は、図３２に示されるディスプレイシステム３２００の部分３２０１の斜視図である。ヨーク部分３２２６及びディスプレイユニット３２０６の底部の斜視図が示されている。
図３７では、ディスプレイユニット３２０６は、ヨー軸３２４０周りの中心ヨー向き（centered yaw orientation）で示される。例えば、溝部材３２４８は、ディスプレイユニット３２０６に強固に結合され、トラック部材３２４６の湾曲した長さに沿って中心に配置される。
図３８では、ディスプレイユニット３２０６は、図３７に対して変更されたヨー軸３２４０の周りの向きで示される。例えば、溝部材３２４８は、トラック部材３２４６に沿って移動されており、ディスプレイ部材３２０６を、左に、例えば、ディスプレイユニット３０６の底部から見た場合にヨー軸３２４０周りに時計回りに移動させる。図示のように、トラック部材３２４６は、ヨーク部材３２２８に衝撃を与える又はヨーク部材３２２８と接触することなく、ヨー軸３２４０周りにディスプレイ部材３２０６が回転できるように、ヨーク部材３２２８間の空間内で限定された回転範囲をディスプレイ部材３２０６に与える湾曲した長さを有することができる。例えば、この制限された回転ヨー範囲を可能にするために、湾曲トラックは、クロスビーム３２４４の中央部分を横切って延びる（又はそのように提供される）ことができる。この例では、湾曲トラックは、中央部分の外側に延びず、溝部材３２４８が中央部分の外側に移動するのを防止する。いくつかの実装では、停止部（stops）をトラック部材３２４６の端部に配置して、トラック部材３２４６の長さを越える溝部材３２４８の移動を防止することができる。
図３９は、いくつかの実装による、ユーザによって使用されるディスプレイユニットの回転を示す、図３２のディスプレイシステム３２００の部分３２０１の側面図である。図３９では、ディスプレイユニット３２０６は、ほぼ水平であることができ、傾斜軸３２３０に対してほぼ平行であることができ、例えば、自由度３２１６及び３２２２によって規定される平面に対して直角に延びることができる、規定されたネックピボット軸３９０２周りのあるピボット向きにある。例示的な実装では、ネックピボット軸３２３０は、ディスプレイユニット３２０６のユーザ３９５０の頭又は首と交差するように位置決めされることができる。例えば、ネックピボット軸３９０２は、上述のネックピボット軸８４０又は２６４０と同様であることができる。ベースサポート３２０２、アームサポート３２０４、及びディスプレイユニット３２０６の傾斜軸３２３０周りの動きは、ネックピボット軸３９０２周りの回転を提供することができる。ネックピボット軸３９０２は、所望のネックピボット軸周りの回転を生成する際のこれらのコンポーネントの動きによって規定されるように、図３９に示される位置とは異なる位置にあることができる。これら及び他の特徴（例えば、規定されたネックピボット軸を決定するためにユーザをガイドする）は、図８に関して記載されたものと同様であることができる。
ネックピボット軸３９０２に対するディスプレイユニット３２０６のビュー向きは、図３９では、ネックピボット軸３９０２を通って延び、この例では、水平線３９０５を基準に下向き角度を提供するように向けられた線３９０４によって示される。ネックピボット軸３９０２周りのディスプレイユニット３２０６の回転は、ベースサポート２６０２の部分３２１４、アームサポート２６０４の部分３２２０、及びディスプレイユニット３２０６を適切な位置及び／又は向きに移動させることによって達成される。この移動は、原理的には、図６～１１及び／又は図２６～２９に関して説明した動きと同様であることができるが、１つ又は複数の移動方向及び大きさは、傾斜軸３２３０の異なる位置のために異なる場合がある。
図３９はまた、規定されたアイピボット軸３９０６を示す。規定されたアイピボット軸３９０６は、ディスプレイユニット３２０６が、図示のように、ヨー軸３２４０の周りの中心ヨー回転向きに向けられるとき、ビューポートを通して又はディスプレイユニット３２０６の表示装置を見るユーザ３９５０のような典型的なユーザの目と交差する眼軸に対応する（例えば、一致する）位置に位置決めされる。いくつかの実装では、規定されたアイピボット軸は、傾斜軸３２３０に対してほぼ平行に、例えば、自由度３２１６及び３２２２によって規定される平面に対して直角に延びる。この規定されたアイピボット軸は、図示のように、ヨー軸３２４０の周りの中心ヨー回転向きにディスプレイユニット３２０６が向けられるとき、ディスプレイユニット３２０６のビューの向きに直交することができる。アイピボット軸３９０６に対するディスプレイユニット３２０６のビューの向きは、図２６では、アイピボット軸３９０６を通って延び、この例では、水平視線３９０７を基準に下向きビュー角を提供するように向けられた、視線３９０８によって示される。規定されたアイピボット軸３９０６周りのディスプレイユニット３９０６の移動は、原理的には、図１２～１４及び／又は３０～３１に関して説明された移動と同様であることができるが、１つ又は複数の移動方向及び大きさは、傾斜軸３２３０の異なる位置のために異なる場合がある。ディスプレイユニット３２０６の他の規定されたピボット軸、例えば、額ピボット軸又はハンド入力装置軸周りのディスプレイシステム３２００の動きは、ネック及び／又はアイピボット軸の周りの動きと同様に実装することができる。
ディスプレイシステム３２００は、例えば、図３～７のディスプレイシステム３００、６００、及び７００のような実装におけるよりも、いくつかの規定されたピボット軸に近い位置に傾斜軸３２３０を位置決めすることができる。特定の規定されたピボット軸に対するいくつかの実装では、ディスプレイシステム３２００は、ディスプレイシステム３００、６００、及び／又は７００から要求されるよりも、アームサポート３２０４及びベースサポート３２０２の可動部分に要求される全体的に少ない動き及び／又は可動範囲を伴って、ディスプレイユニット３２０６の動きを提供することができる。これらの例では、これは、ディスプレイユニット３２０６の傾斜軸３２３０が、ネックピボット軸３２４０及びアイピボット軸３２６０により近く、規定されたネックピボット軸又は規定されたアイピボット軸により近い傾斜軸３２２６周りのディスプレイユニット３２０６の回転を可能にするためである。
図４０は、本明細書に記載される１つ以上の実施において使用することができる、制御入力装置の例示的装置部分４０００の斜視図である。いくつかの実装では、装置部分４０００は、図１及び２を参照して上述したような制御入力装置２１０又は２１２の一部として使用することができ、これは、本明細書に記載される様々なディスプレイシステム実装のいずれかと共に使用することができる。いくつかの実装では、装置部分４０００は、１つ以上のジンバル機構を含む。
いくつかの実装では、装置部分４０００は、機械的に接地されたコントローラであることができる。例えば、装置部分４０００は、装置部分４０００の使用のための安定したプラットフォームを提供する、地面又は地面に接続された物体に結合される機械的リンケージに結合されることができる。
装置部分４０００は、制御入力装置を操作するためにユーザによって接触されるハンドル４００２を含む。この例では、ハンドル４００２は、それぞれがフィンガループ４００４及びグリップ部材４００６（グリップ部材４００６ａ及び４００６ｂ）を含む２つのグリップを含む。２つのグリップ部材４００６は、ハンドル４００２の中央部分４００３の両側に配置され、ここで、グリップ部材４００６は、ユーザの指によって把持、保持、又は他の方法で接触されることができる。各フィンガループ４００４は、それぞれのグリップ部材４００６に取り付けられ、ユーザの指を関連するグリップ部材４００６に固定するために使用されることができる。フィンガ接点４００５は、ユーザの指と接触する表面を提供するために、グリップ部材４００６ａ及び４００６ｂの非接続端部に接続又は形成されることができる。
各グリップ部材４００６及びフィンガループ４００４は、関連する自由度４００８（例えば、４００８ａ及び４００８ｂ）で移動されることができる。いくつかの例では、グリップ部材４００６ａ及び４００６ｂは、それぞれ、それぞれの回転カップリングでハンドル４００２の中央部分４００３に結合され、中央部分４００３に対して、それぞれグリップ軸４００７ａ及び４００７ｂ周りのグリップ部材の回転運動を可能にする。各グリップ部材４００６ａ及び４００６ｂは、例えば、ユーザがグリップ部材に接触することによって、それぞれ軸４００７ａ周りの関連する自由度４００８a、及び軸４００７ｂ周りの自由度４００８ｂで、動かされることができる。例えば、いくつかの実装では、グリップ部材４００６ａ及び４００６ｂは、ピンチャ型の動き（pincher-type of movement）（例えば、互いに向かって又は離れて）で同時に移動させることができる。様々な実装では、単一のグリップ部材４００６及びフィンガループ４００４が設けられることができか、又はグリップ部材４００６の一方のみが自由度４００８で移動されることができ、一方、他のグリップ部材４００６はハンドル４００２に対して固定されることができる。例えば、グリップ部材４００６ａ及び４００６ｂのそれらの自由度における向きは、エンドエフェクタ又は他のマニピュレータ器具の対応する回転向きを制御することができる。１つ以上のグリップセンサ（図示せず）は、ハンドル４００２及び／又は装置部分４０００の他のコンポーネントに結合されることができ、グリップ部材４００６ａ及び４００６ｂのそれらの自由度４００８における向きを検出することができる。いくつかの実装は、グリップ部材４００６に自由度４００８でアクティブな力を出力するために１つ以上の能動アクチュエータ（例えば、モータ、ボイスコイルなど）を、又は、グリップの方向に抵抗を提供するためにグリップ部材４００６とハンドル４００２の中央部分４００３との間に受動アクチュエータ（例えば、ブレーキ）又はスプリングを設けることができる。
ハンドル４００２はまた、ハンドル４００２の第１の端部と第２の端部との間に画定されるロール軸４０１２周りに回転自由度４０１０を備える。ロール軸４０１２は、この例では、ハンドル４００２の中央部分４００３の中心に沿ってほぼ延びる長手方向軸である。例えば、ユーザは、マニピュレータシステムコンポーネントの制御を提供するために、ハウジング４００９などのコントローラ部分３００のベースに対して、軸４０１２の周りに単一ユニットとしてグリップ部材４００６及び中央部分４００３を回転させることができる。１つ以上の制御入力センサ（図示せず）をハンドル４００２に結合して、回転自由度４０１０におけるハンドル４００２の向きを検出することができる。いくつかの実装は、ハンドル４００２に力を回転自由度４０１０で出力するために、１つ以上のアクチュエータを提供することができる。
提供されるセンサは、感知された位置、向き、及び／又は動きを記述する信号を、１つ又は複数の制御回路、例えば、遠隔操作システム１００の制御システムに送信することができる。いくつかのモード又は実装では、制御回路は、例えばマニピュレータシステム１０４などのマニピュレータシステムに制御信号を供給して、例えばマニピュレータシステム１０４のエンドエフェクタ又は他の器具の種々の自由度のいずれかを制御することができる。
様々な実装では、ハンドル４００２は、追加の自由度を備えることができる。例えば、コントローラヨー軸４０２２周りの回転自由度４０２０は、エルボ形状リンク（elbow shaped link）４０２４とリンク４０２６との間の回転結合において、ハンドル４００２に提供されることができ、ここで、エルボ形状リンク４０２４は、ハンドル４００２に結合される（例えば、ハウジング４００９において）。この例では、コントローラヨー軸４０２２は、ロール軸４０１２と交差し且つそれに直交する。同様に、追加の自由度を提供することができる。例えば、リンク４０２６は、エルボ形状であることができ、回転カップリングは、リンク４０２６の他端と別のリンク（図示せず）との間に設けられることができる。軸４０３０周りの回転自由度４０２８は、回転カップリングにおいてハンドル４００２に提供されることができる。いくつかの例では、装置部分４０００は、複数の自由度、例えば、３つの回転自由度及び３つの並進自由度を含む６自由度で、ユーザ制御システム１０２の作業空間内のハンドル４００２の移動を可能にすることができる。１つ以上の追加の自由度は、制御入力センサによって感知され、及び／又は、自由度４００８及び４０１０について上述したのと同様に、アクチュエータ（モータなど）によって作動されることができる。いくつかの実装では、ハンドル４００２の各追加自由度は、マニピュレータシステム１０４のエンドエフェクタの異なるマニピュレータ自由度（又は他の運動）を制御することができる。
種々の運動学的チェーン、リンケージ、ジンバル機構、フレキシブル（flexible）構造、又はこれらのうちの２つ以上の組み合わせを、種々の実装において装置部分４０００と共に使用して、１つ以上の自由度をコントローラ部分に提供することができる。装置部分４０００と共に使用できるリンケージ及び／又はジンバル機構のさらなる例は、本明細書に参照により組み込まれる米国特許第6,714,839B2号に記載されている。
説明された例では、ハンドル４００２は、例えば、中央部分４００３に結合された、１つ以上の制御スイッチ４０５０を含む。いくつかの実装では、制御スイッチ４０５０は、特定のコマンド信号を提供するために、例えば、ユーザ制御システム及び／又は制御入力装置（例えば、本明細書に記載される制御モード又は非制御モード、又はディスプレイシステム３００、６００、７００、２３００、又は３２００に関連するモード）の機能、オプション、又はモードを選択するために、種々の位置に移動されることができる。いくつかの実装では、制御スイッチ４０５０は、ボタン、回転ダイヤル、スイッチ、又は他のタイプの入力制御部として実装されることができる。制御スイッチ４０５０は、光学センサ、機械的スイッチ、磁気センサ、又は他の種類のセンサを使用して、スイッチの位置を検出することができる。いくつかの実装では、ハンドル４００２は、ハンドルを操作するユーザの手及び／又はハンドル近くに位置する手の存在を検出することができる１つ以上の存在センサを含む存在感知システムも含む。
本明細書に記載される１つ以上のディスプレイシステムの特徴は、他のタイプの制御入力装置と共に使用することができる。例えば、接地されていない制御入力装置を使用することができ、それらは自由に空間を移動し、地面から切り離される。いくつかの例では、ハンドル４００２及び／又はグリップ部材４００６に類似の１つ以上のハンドルを、ユーザの手に装着され、接地されていない機構に結合することができ、ユーザがグリップを空間的に自由に動かすことを可能にする。いくつかの例では、互いに対する、及び／又はハンドルの他の部分に対するグリップの位置又は向きは、グリップを一緒に結合し、互いに対するグリップの動作を拘束する機構によって検出することができる。いくつかの実装は、ユーザの手によって着用されるグローブ構造を使用することができる。さらに、いくつかの実装は、例えば、ビデオカメラ又は３Ｄ空間内の動きを検出することができる他のセンサを使用して、空間内のグリップを感知するために、他の構造に結合されたセンサを使用することができる。接地されていない制御入力装置のいくつかの例は、米国特許第8,543,240B2号（2010年9月21日出願）及び米国特許第8,521,331B2号（2008年11月13日出願）に記載され、いずれもそれらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。
図４１は、いくつかの実装による、本明細書に記載される１つ以上の特徴を含む、ディスプレイシステムを動作させるための例示的方法４１００を示すフロー図である。いくつかの実装では、方法は、例えば、ディスプレイシステムが、遠隔操作マニピュレータシステムと共に表示ビューを提供する例示的な遠隔操作システム又は他の制御システムと共に使用することができる。例えば、いくつかの実装では、図３のディスプレイシステム３００、図６のディスプレイシステム６００、図７のディスプレイシステム７００、図２３のディスプレイシステム２３００、又は図３２のディスプレイシステム３２００を使用することができる。
いくつかの例では、ディスプレイシステムは、図１のシステム１００のような遠隔操作システムで使用することができ、この場合、ディスプレイシステムは、１つ以上の制御入力装置を自身の手（複数可）で操作するユーザによって操作される。マスター－スレーブシステム制御関係を、制御入力装置とマニピュレータシステムとの間で確立することができ、制御入力装置の位置及び向きが検知され、例えばコントローラ、マニピュレータシステムの制御システムに、及び／又は別個の制御システムに送信される。いくつかの例では、空間内の制御入力装置の動きは、制御された器具又はマニピュレータシステムの他のコンポーネントの対応する動きを引き起こす、及び／又はマニピュレータシステムの他の機能を制御することができる。このような遠隔操作システムコンポーネントに関連するユーザ入力及び制御は、方法４１００に記載されていない。
方法４１００の他の実装は、１つ以上の記述された特徴を有するディスプレイシステムを、他のタイプのシステム、例えば、非遠隔操作システム、処理装置上に実装され、物理的マニピュレータシステムのない及び／又は物理的マニピュレータシステムと相互作用する物理的対象のない仮想環境などと共に使用することができる。いくつかの実装では、この方法は、制御回路コンポーネント、例えば、制御システムによって部分的に又は完全に実行することができる。いくつかの例では、制御回路は、１つ以上のプロセッサ、例えばマイクロプロセッサ又は他の制御回路を含むことができ、そのいくつかの例は、図４２を参照して後述される。
ブロック４１０２では、ピボット軸が、ディスプレイシステムのディスプレイユニットに対して定められ、ここで、ディスプレイユニットは、ユーザによって見るための画像の表示を提供する（例えば、本明細書に記載されるように、ディスプレイユニット３０６、６０６、又は７０６）。ディスプレイユニットは、規定されたピボット軸周りに回転される。いくつかの場合又は実装では、規定されたピボット軸は、ディスプレイシステムの機械的コンポーネントの回転軸、例えば、本明細書に記載される傾斜部材の傾斜軸３２６、６２６、又は７２６と一致する。いくつかの実装では、規定されたピボット軸は、ディスプレイシステムのコンポーネントの協調運動の組み合わせに基づく仮想軸であり、ディスプレイシステムの特定の機械的コンポーネントの回転軸に対応しない。例えば、仮想ピボット軸は、種々の実施において本明細書に記載されるように、アイピボット軸、ネックピボット軸、額ピボット軸、又はハンド入力装置ピボット軸のような水平軸であることができる。
いくつかの実装では、規定されたピボット軸は、ディスプレイシステムの異なるモード又は動作の異なる時間において異なる位置に変更することができる。いくつかの実装では、規定されたピボット軸は、ユーザによって調整可能である。例えば、規定されたピボット軸は、例えば、ディスプレイシステムと通信するキーボード、タッチスクリーン等のユーザ入力装置を介して、ディスプレイシステムによって受信されたユーザ入力に基づいて決定することができる。いくつかの例では、ユーザ入力は、複数の所定の設定の１つを指定することができ、各設定は、ディスプレイシステムのディスプレイユニットの作業空間内の異なる特定の位置におけるピボット軸を定める。例えば、１つの設定は、特定のアイピボット軸を規定し、異なる設定は、特定のネックのピボット軸を規定することができる。さらに別の例では、ユーザ入力は、ピボット軸の位置を調整することができる。例えば、ユーザ入力は、３次元のいずれかに沿って、規定されたピボット軸を空間内で特定の距離移動させるように指定することができる。例えば、ユーザ入力は、所定のアイピボット軸を、垂直方向に５ミリメートル、水平方向に２ミリメートル（例えば、ベースサポート３０２のようなベースサポートに向かって）移動させるように指示することができる。
ブロック４１０４において、ディスプレイユニットは、動作のために起動される。いくつかの実装では、ディスプレイシステムを操作する位置にある、例えばディスプレイユニットのディスプレイを見るユーザの存在を感知するために、ディスプレイシステム上に１つ以上のプレゼンスセンサが設けられる。ディスプレイユニットは、ユーザの存在を検出することに応答して、ユーザの入力により作動され、移動可能とすることができる。例えば、存在センサは、ユーザの頭がディスプレイユニットの表示ポート又は窓の近くに位置しているかどうかを検出することができる。いくつかの実装では、ディスプレイユニットは、図１のシステム１００のような遠隔操作システムで使用することができ、ここで、ディスプレイユニットは、ユーザ自身の手（複数可）で１つ以上の制御入力装置を操作するユーザによって操作される。
ブロック４１０６では、例えば垂直面内で、ディスプレイユニットに回転及び／又は垂直に並進するように指示するユーザ入力が受信される。例えば、ユーザ入力は、図３を参照して説明したようなディスプレイユニット上のユーザ入力装置３４０及び／又は３４２などの、ディスプレイシステムのユーザ入力装置によって受信することができる。ユーザ入力はまた、ディスプレイシステムの他のコンポーネントに設けられたユーザ入力装置、及び／又はディスプレイシステムを含む又はこれと関連して使用されるシステムのユーザ入力装置、例えば、遠隔操作システムの制御入力装置から受信することができる。一例では、ユーザ入力は、垂直ベースサポート、水平アームサポート、及び傾斜機構のアクチュエータに、規定されたピボット軸の周りにディスプレイユニットを動かす力を出力するように指示することができる。いくつかの実装では、ユーザ入力は、その作業空間内でディスプレイユニットを並進するように指示することができる。いくつかの実装では、ユーザ入力は、ディスプレイユニットの指示された動きに従って、ディスプレイユニットによって表示される画像の操作、及び／又は、他の制御される装置の操作を指示する。
ブロック４１０８では、ディスプレイシステムの１つ以上のアクチュエータが、垂直面内でディスプレイユニットを回転及び／又は並進させるためにユーザ入力に基づいて制御される。例えば、アクチュエータ（複数可）は、本明細書に記載されるように、ブロック４１０２で決定されたピボット軸周りに垂直面内でディスプレイユニットを回転させるように制御されることができる。本明細書に記載されるいくつかの実装では、ベースサポート、アームサポート、及び／又は傾斜部材は、ユーザ入力に従って、規定されたピボット軸周りにディスプレイユニットを回転させるために、アクチュエータによって同時に且つ協調された組み合わせで動かされる。いくつかの実装では、ディスプレイユニットは、ユーザ入力に基づいて垂直面内で直線的に並進させる、例えば、ベースサポート及び／又はアームサポートによって提供される直線的な動きに基づいて移動させることができる。
いくつかの実装では、ディスプレイユニットによって表示される画像又はユーザインターフェース制御部は、ユーザ入力に従って及び／又は垂直面内のディスプレイユニットの動きに従って操作される。例えば、表示された画像のビューを、ユーザの入力及び／又はディスプレイユニットの動きに従って移動することができる。追加の例では、ユーザ入力は、表示されたユーザインターフェース、仮想環境、又はディスプレイシステムによって提供される他のディスプレイのビュー又は要素を操作することができる。例えば、カーソル、スクロールバー、リスト、メニュー、グラフィク要素の選択などのユーザインターフェース機能を、ユーザ入力及び／又はディスプレイユニットの動きに従って移動又は操作することができる。いくつかの例では、このようなユーザインターフェースは、作業部位の表示されたキャプチャされたビュー上に重ねることができる、又はキャプチャされたビューの側部（複数可）に表示することができる。
いくつかの実装では、マニピュレータシステムの機能は、ユーザ入力及び／又はディスプレイユニットの動きに従って操作することができる。例えば、マニピュレータシステムのアクチュエータを制御して、ディスプレイユニットの動き、例えば、その作業空間内のディスプレイユニットの対応する動きに基づいてカメラを並進及び／又は回転させることに関連して、マニピュレータシステムの画像キャプチャ装置（例えば、カメラ）を移動させることができる。画像データは、画像キャプチャ装置から受信され、ディスプレイユニットの表示装置によって表示される。アクチュエータは、制御システムからマニピュレータシステムに送信されたコマンドに基づいて制御され、コマンドは、ユーザの入力及び／又はディスプレイユニットの動きに基づいている。異なるマニピュレータ器具を制御して（例えば、制御入力装置２１０及び／又は２１２を介して）、ディスプレイユニットを介して制御されるマニピュレータ画像キャプチャ装置の動きと少なくとも部分的に同時に動かすことができ、その結果、ユーザは、マニピュレータ画像キャプチャ装置を制御して、ディスプレイユニットに表示されたスレーブ作業部位の視野を変化させることができ、一方、ユーザはまた、ディスプレイユニットを介して見たマニピュレータ作業部位において遠隔操作処置においてタスクを実行するように、異なるマニピュレータ器具を制御することができる。
ユーザ入力によって操作可能な遠隔操作システム機能のさらなる例は、いくつかの例では、第１のマニピュレータアーム又は器具の制御を第２のマニピュレータアーム又は器具に交換させるスワップ機能；マニピュレータ器具のためのエネルギ出力；手術部位での洗浄又は吸引；制御モード及び非制御モードを選択するためのクラッチ機能などを含むことができる。
ブロック４１１０では、ヨーユーザ入力が受信され、このヨーユーザ入力は、ディスプレイユニットにヨー軸（横方向回転軸）周りに回転するように、例えば、ユーザの観点から垂直軸周りのディスプレイユニットの左又は右（横方向）回転を指示する。例えば、ヨーユーザ入力は、ブロック４１０６について説明したような類似のユーザ入力装置から、及び／又はブロック４１０６のユーザ入力を提供するユーザ入力装置とは異なるディスプレイシステム又は他のシステムの他のユーザ入力装置から受信することができる。種々の実装では、ユーザ入力は、ヨー軸周りに左に回転するように、ディスプレイユニットを左に直線的に並進させるように、ディスプレイユニットによって表示される画像又はユーザインターフェース要素を操作するように、及び／又は他の制御される装置を操作するように、ディスプレイユニットに指示することができる。
ブロック４１１２において、ディスプレイシステムの１つ以上のアクチュエータは、ヨー軸周りにディスプレイユニットを回転させるためにユーザ入力に基づいて制御される。例えば、図３～５、図２２、図２３～２５、又は、図３２～３８に関して説明したトラック機構のアクチュエータを使用して、ヨー軸３３０、６３０、７３０、２３３２、又は３２４０周りにディスプレイユニットを回転させることができる。一例では、左への回転（例えば、上から見て反時計回り）を指示するユーザ入力は、アクチュエータに、ディスプレイユニットをヨー軸周りに反時計回りに動かす力を出力させる。いくつかの実装では、ディスプレイユニットによって表示される画像又はユーザインターフェース、及び／又は他の制御装置は、ブロック４１０８について説明したように、ディスプレイユニットの動きに従って操作される。
ブロック４１０６及び４１１０は、任意の順序で、及び／又は部分的に、又は完全に同時に実行することができ、その結果、例えば、垂直面内でディスプレイユニットを回転／並進させるためのユーザ入力を、ヨー軸周りにディスプレイユニットを回転させるためのユーザ入力と同時に受信することができる。同様に、ブロック４１０８及び４１１２は、受信したユーザ入力に基づいて、任意の順序で、及び／又は、部分的に又は完全に同時に実行することができる。
ブロック４１０６～４１１２は、ディスプレイユニットに垂直に及び／又はヨー軸周りに移動するように指示する追加の受信したユーザ入力に基づいて繰り返される。ディスプレイユニット動作を非アクティブ化し、ブロック４１０２を実行させて規定されたピボット軸の位置を変更する、又はディスプレイシステムの他の機能を実行する、他のユーザ入力を受信してもよい。
本明細書に開示された方法に記載されたブロック及び動作は、適宜、図示とは異なる順序で、及び／又は、他のブロック及び動作と同時に（部分的又は完全に）実行することができる。いくつかのブロック及び動作は、データのある部分に対して実行することができ、後に、例えば、データの別の部分に対して再度実行することができる。記述されたブロック及び動作の全てが、種々の実装で実行される必要はない。いくつかの実装では、ブロック及び動作は、複数回、異なる順序で、及び／又は方法において異なる時間に実行することができる。
ディスプレイユニット上の触覚フィードバック及び／又は表示装置上の視覚出力のような出力は、ディスプレイシステム及び／又は遠隔操作システムのユーザ操作を支援するために、システムによって提供されることができる。例えば、ユーザインターフェースは、表示装置に警告及び／又はエラーフィードバックを表示し得る、及び／又は音声出力を提供して、そのような警告又はエラーを示すことができる。このようなフィードバックは、例えば、ディスプレイユニットの移動範囲の限界に達すること、表示されている特定の物体がディスプレイユニットのビュー（視界）から外されようとしているようにディスプレイユニットを動かしていること、などを示すことができる。
種々の実装では、手術システムに加えて、他のタイプのコンピュータ支援遠隔操作システムを、本明細書に記載される１つ以上のディスプレイシステムの特徴と共に使用することができる。このような遠隔操作システムは、種々の形態の制御マニピュレータシステムを含むことができる。例えば、潜水艇、危険物又は装置の廃棄ユニット、産業用途、悪環境及び作業場での用途（例えば、天候、温度、圧力、放射線、又は他の条件に起因する）、一般的なロボット用途、及び／又は遠隔制御用途（例えば、遠隔制御車両又は一人称視点の装置）が、感覚伝達（伝達される視覚、聴覚などの体験）、ワークピースの操作、又は他の物理的タスクなどのためのマニピュレータ又はスレーブシステムを含む遠隔操作システムを使用し得、マニピュレータシステム及びマニピュレータシステムの作業部位を見るためのディスプレイシステムを遠隔制御するために機械的に接地された及び／又は接地されていない制御入力装置を使用し得る。任意のこのような遠隔操作システムが、本明細書に記載される種々のディスプレイシステムの特徴のいずれかと共に使用することができる。
図４２は、本明細書に記載される１つ又は複数の実装と共に使用することができる、例示的マスター－スレーブシステム４２００のブロック図である。
図示のように、システム４２００は、マスター装置４２０２と通信するスレーブ装置４２０４を制御するために、ユーザが操作し得るマスター装置４２０２を含む。いくつかの実装では、マスター装置１００２は、本明細書に記載されるユーザ制御システムのいずれかであることができる、又はその中に含まれることができる。いくつかの実施では、スレーブ装置１００４は、図１のマニピュレータシステム１０４であることができる、又はそれに含まれることができる。より一般的には、マスター装置ブロック４２０２は、ユーザによって物理的に操作されることができる１つ以上の制御入力装置を提供する１つ以上の様々なタイプのデバイスを含むことができる。例えば、マスター装置４２０２は、１つ又は複数のハンドコントローラ（例えば、マスター制御装置２１０及び２１２又は本明細書に記載される他のハンドコントローラ）などの１つ又は複数のマスター制御装置のシステムを含むことができる。
マスター装置４２０２は、自由度における１つ以上のコントローラの位置及び向き、状態、及び／又は変化を示す制御信号Ｃ１～Ｃｘを生成する。例えば、マスター装置４２０２は、物理的ボタン、ハンドコントローラ状態、及びユーザによるハンドコントローラの他の操作などの入力制御部の選択を示す制御信号を生成することができる。制御信号は、有線接続又は無線を介して送ることができる。
制御システム４２１０は、マスター装置４２０２内、スレーブ装置４２０４内、又は、別個のデバイス、例えば、マスター装置４２０２とスレーブ装置４２０４との間で通信可能に接続される中間装置内に含まれることができる。いくつかの実装では、制御システム４２１０は、複数のこれらの装置の間に分散されることができる。
例示的なシステムでは、制御システム４２１０は、制御信号Ｃ１～Ｃｘを受信し、作動信号Ａｌ～Ａｙを生成し、それらは、スレーブ装置４２０４に送信される。制御システム４２１０はまた、種々のスレーブコンポーネント（例えば、マニピュレータアーム要素）の位置及び向き、状態、及び／又は変化を示すセンサ信号Ｂ１～Ｂｙをスレーブ装置４２０４から受信することができる。これらの作動及び／又はセンサ信号は、有線接続又は無線を介して送信されることができる。
制御システム４２１０は、プロセッサ４２１２、メモリ４２１４、並びに、マスター装置４２０２及びスレーブ装置４２０４とそれぞれ通信するためのマスターインタフェース及びスレーブインタフェースなどのインタフェースハードウェア４２１６及び４２１８などのコンポーネントを含むことができる。プロセッサ４２１２は、本明細書に記載されるように、ディスプレイユニットからのセンサデータを処理すること、並びにモード及びコンポーネントを指示することに関連する動作を含む、システム４２００のプログラムコード及び制御動作を実行することができる。プロセッサ４２１２は、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、及び他の電子回路を含む、種々のタイプの１つ以上のプロセッサを含むことができる。メモリ４２１４は、プロセッサによる実行のための命令を記憶することができ、任意の適切なプロセッサ読取可能記憶媒体、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、電気的消去可能リードオンリーメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリなどを含むことができる。例えば、プロセッサ４２１２及びメモリ４２１４は、マスター制御装置４２０２とスレーブ装置４２０４との間の制御を可能にする。
制御システム４２１０は、本明細書に開示される態様に従って、適切な動作及び方法のブロックを実装するために、プログラムされた命令（例えば、命令を記憶するコンピュータ読取可能媒体）を含む。システムは、処理の一部は、任意で、スレーブ装置４２０４上又はそれに隣接して実行され、処理の別の一部は、マスター装置４２０２において実行されるなど、複数のデータ処理回路を含み得る。広範な種類の集中型又は分散型データ処理アーキテクチャのいずれかが使用され得る。同様に、プログラムされた命令は、いくつかの別個のプログラム又はサブルーチンとして実装され得る、又は、それらは、本明細書に記載される遠隔操作システムのいくつかの他の態様に統合され得る。一実施形態では、制御システム４２１０は、Bluetooth（登録商標）、IrDA、HomeRF、IEEE802.11、DECT、及び無線テレメトリなどの１つ以上の無線通信プロトコルをサポートする。
種々の他の入出力装置も、制御システム４２１０に結合されることができる。出力装置は、ディスプレイシステム４２２０のコンポーネントとして、１つ以上のディスプレイユニットを含むことができる。例えば、ディスプレイシステム４２２０は、本明細書に記載されるディスプレイシステム３００、６００、７００、又は２３００と同様であることができる。ディスプレイシステム４２２０は、制御システム４２１０からコマンド及び／又はデータ信号Ｅを受信し、画像、例えば、複数のピクセルから構成されるデジタル画像の表示を引き起こす。画像は、制御システム又は他のシステム（例えば、遠隔操作システムのためのコマンドの選択を可能にするユーザインターフェース内のグラフィック要素及びアニメーション）によって生成することができ、及び／又は画像は、スレーブ装置又は他の位置に配置された画像キャプチャ装置によってキャプチャされたデータから導出することができる。また、ディスプレイシステム４２２０は、本明細書に記載されるように空間内のディスプレイユニット（例えば、ディスプレイユニット３０６、６０６、７０６、又は２３０６）の移動を含む、ディスプレイシステムの機能を制御するために、コマンド信号Ｆ１～Ｆｘを制御システム４２１０に提供する。例えば、コマンド信号Ｆ１～Ｆｘは、本明細書に記載されるように、ユーザ入力装置のユーザ操作に基づいて、及び／又は、検出されたイベント又は他の状態に基づいて生成することができる。いくつかの実装では、ディスプレイシステム４２２０は、遠隔操作システム又は制御システム４２１０の状態に基づいて、コマンドＦ１～Ｆｘを有効又は無効（例えば、従う（follow）又は無視）することができる。
この例では、制御システム４２１０は、モード制御モジュール４２４０、制御モードモジュール４２５０、及び非制御モードモジュール４２６０を含む。他の実装は、他のモジュール、例えば、力出力制御モジュール、センサ入力信号モジュールなどを使用することができる。本明細書で使用するとき、「モジュール」という用語は、ハードウェア（例えば、集積回路又は他の回路のようなプロセッサ）及びソフトウェア（例えば、機械又はプロセッサ実行可能命令、コマンド、又はファームウェア、プログラミング、又はオブジェクトコードのようなコード）の組み合わせを指すことができる。ハードウェアとソフトウェアの組み合わせは、ハードウェアのみ（すなわち、ソフトウェア要素を持たないハードウェア要素）、ハードウェアによってホストされたソフトウェア（例えば、メモリに格納され、プロセッサによって又はプロセッサで実行又は解釈されるソフトウェア）、又は、ハードウェアとハードウェアでホストされたソフトウェアの組み合わせを含むことができる。いくつかの実装では、モジュール４２４０、４２５０、及び４２６０は、プロセッサ４２１２及びメモリ４２１４、例えば、メモリ４２１４及び／又は制御システム４２１０に接続された他のメモリ又は記憶装置に格納されたプログラム命令、を使用して実装することができる。
モード制御モジュール４２４０は、ユーザがシステムの制御モード及び非制御モードをいつ開始するかを、例えば、ユーザの制御部の選択、マスターコントローラを使用するユーザの存在の感知、マスターコントローラの必要な操作の感知などによって、検出することができる。モード制御モジュールは、１つ以上の制御信号Ｃ１～Ｃｘに基づいて制御システム４２１０の制御モード又は非制御モードを設定することができる。例えば、ユーザ検出モジュールが、ユーザが制御入力装置（複数可）の使用のために適切な位置にあること、及びユーザが制御入力装置（複数可）に接触したことを示す信号（例えば、１つ以上の信号Ｃ１～Ｃｘ）を検出した場合、モード制御モジュール４２４０は、制御モード動作を起動し得る。モード制御モジュール４２４０は、制御入力装置（複数可）上でユーザタッチが検出されない場合、及び／又はユーザが制御入力装置（複数可）の使用のために適切な位置にない場合、制御モードを無効にし得る。例えば、モード制御モジュール４２４０は、制御システム４２１０に通知する、又は制御モードモジュール４２５０に直接情報を送信して、制御モードモジュール４２５０が、スレーブ装置４２０４を動かす作動信号Ａ１～Ａｎを生成することを防止することができる。
いくつかの実装では、制御モードモジュール４２５０は、制御システム４２１０の制御モードを制御するために使用され得る。制御モードモジュール４２５０は、制御信号Ｃ１～Ｃｘを受信することができ、スレーブ装置４２０４のアクチュエータを制御し、それをスレーブ装置４２０４の動きがマスター装置４２０２の動きのマッピングに対応するように、マスター装置４２０２の動きに従わせる作動信号Ａｌ～Ａｙを生成することができる。制御モードモジュール４２５０は、従来の技術を使用して実装することができる。いくつかの実装では、制御モードモジュール４２５０はまた、マスター装置４２０２への力を制御するために使用することができる。例えば、力は、マスター制御装置の１つ以上のコンポーネント、例えば、ハンドグリップ部材又は制御入力装置の機械的リンクに、コンポーネントに力を加えるために使用されるアクチュエータ（複数可）への１つ以上の制御信号Ｄ１～Ｄｘ出力を使用して、出力されることができる。そのような力は、触覚フィードバック、重力補償などを提供することができる。
いくつかの実装では、非制御モードモジュール４２６０は、システム４２００の非制御モードを制御するために使用され得る。非制御モードでは、マスター装置４２０２のユーザ操作は、スレーブ４２０４の１つ以上のコンポーネントの動きに影響を及ぼさない。いくつかの例では、非制御モードは、スレーブ装置４２０４の一部、例えば、マニピュレータアームアセンブリが、マスター装置４２０２によって制御されておらず、むしろ、空間内で浮動状態であり（floating）、手動で移動され得るときに使用され得る。非制御モードに対して、非制御モードモジュール４２６０は、スレーブ装置４２０４内のアクチュエータシステムが自由に回転できる（freewheeling）ようになることを可能にし得る、又は、例えば、マニピュレータアーム内のモータが重力に抗してアームの予想重量を支持することを可能にするように、作動信号Ａｌ～Ａｎを生成し得、ここでは、アーム内のブレーキが係合されず、アームの手動移動を可能にする。
いくつかの実装では、非制御モードは、制御システム４２１０の１つ以上の他の動作モードを含むことができる。例えば、非制御モードは、制御入力装置の自由度の１つ又は複数における制御入力装置の動き及び／又は制御入力装置の制御部の選択が、例えば、ディスプレイシステム４２２０及び／又は他の表示装置によって表示されるグラフィカルユーザインターフェースにおける表示されたオプションの選択を制御できる選択モードであることができる。ビューイングモードは、制御入力装置の動きが、スレーブ装置４２０４に含まれない可能性がある、撮像装置（例えば、カメラ）から提供される表示、又は撮像装置の動きを制御することを可能にすることができる。制御信号Ｃ１～Ｃｘは、非制御モードモジュール４２６０によって、そのような要素（例えば、カーソル、ビューなど）を制御するために使用することができ、制御信号Ｄ１～Ｄｘは、例えば、そのようなモードの間に生じるユーザの相互作用又はイベントを示すために、そのような非制御モードの間に制御入力装置（複数可）に力の出力を生じさせるように、非制御モードモジュールによって決定されることができる。
本明細書に記載される実装は、少なくとも部分的に、コンピュータ上で実行されることができるコンピュータプログラム命令又はコードによって実装され得る。例えば、コードは、１つ以上のデジタルプロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ又は他の処理回路）によって実装され得る。命令は、非一時的コンピュータ読取可能媒体（例えば、記憶媒体）を含むコンピュータプログラム製品に記憶することができ、コンピュータ読取可能媒体は、磁気、光学、電磁、又は半導体又はソリッドステートメモリ、磁気テープ、リムーバブルコンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、リジッド磁気ディスク、光ディスク、メモリカード、ソリッドステートメモリドライブなどを含む半導体記憶媒体を含むことができる。媒体は、データ及び実行可能な命令のダウンロードを提供するインターネットのようなネットワークに接続されたサーバ又は他のデバイスにあり得る、又は含まれ得る。代替的には、実装は、ハードウェア（論理ゲートなど）、又は、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせにすることができる。ハードウェアの例は、プログラマブルプロセッサ（例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、複雑なプログラマブルロジックデバイス）、汎用プロセッサ、グラフィックプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などであることができる。
本開示に記載された機能ブロック、動作、特徴、方法、デバイス、及びシステムは、当業者に知られているように、システム、デバイス、及び機能ブロックの異なる組み合わせに統合又は分割され得ることに留意されたい。
示された例に従って、本実装を説明したが、当業者は、実装にバリエーションがあり得ること、及びこれらのバリエーションが本開示の範囲内であることを容易に認識するであろう。従って、当業者は、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、多くの修正を行うことができる。

Claims (30)

  1. 第２のサポートに結合された第１のサポートを含むサポートリンケージと；
    前記第２のサポートの遠位部分に結合されたトラック部材と；
    前記トラック部材に結合されたディスプレイユニットと；
    を有し、
    前記ディスプレイユニットは、前記サポートリンケージによって提供される第１及び第２の自由度で直線的に並進可能であり、
    前記ディスプレイユニットは、前記第２のサポートに対して、前記トラック部材によって規定される第３の自由度で傾斜軸周りに回転可能であり、
    前記ディスプレイユニットは、表示装置を含む、
    制御ユニット。
  2. 前記トラック部材は、前記傾斜軸の位置を決定する半径を有する湾曲部材であり、
    前記傾斜軸は、前記第１の自由度及び前記第２の自由度に直交している、
    請求項１に記載の制御ユニット。
  3. 前記第２のサポートは、前記第１の自由度で第１の軸に沿って前記第１のサポートに対して直線的に並進可能であり、
    前記第２のサポートの前記遠位部分は、前記第２の自由度で第２の軸に沿って前記第１のサポートに対して直線的に並進可能である、
    請求項１に記載の制御ユニット。
  4. 前記トラック部材は、前記第２のサポートの前記遠位部分に強固に結合され、
    前記ディスプレイユニットは、前記トラック部材にスライド可能に結合され、前記第３の自由度で前記傾斜軸周りに前記トラック部材に沿って移動可能なスライド部材を含む、
    請求項１に記載の制御ユニット。
  5. 前記ディスプレイユニットは、第４の自由度で前記スライド部材に対してヨー軸周りに回転可能であり、
    前記ヨー軸は前記傾斜軸に直交する、
    請求項４に記載の制御ユニット。
  6. 前記第１のサポート及び前記第２のサポートは、互いに対して向きを固定されている、
    請求項１に記載の制御ユニット。
  7. 前記第１のサポートの遠位部分は第１の軸に沿って移動可能であり、前記第２のサポートの遠位部分は第２の軸に沿って移動可能であり、
    前記第１の軸は前記第２の軸に直交し、
    前記傾斜軸は、前記第１の軸に直交し且つ前記第２の軸に直交する。
    請求項１に記載の制御ユニット。
  8. 前記ディスプレイユニットは、規定されたピボット軸周りに平面内で回転可能であり、
    前記規定されたピボット軸周りの前記ディスプレイユニットの回転は、前記第１の自由度の前記ディスプレイユニットの直線運動、前記第２の自由度の前記ディスプレイユニットの直線運動、及び前記第３の自由度の前記ディスプレイユニットの回転運動の組み合わせである、
    請求項１乃至７のいずれか１項に記載の制御ユニット。
  9. 前記ディスプレイユニットは、第４の自由度で第４の軸周りに回転可能であり、
    前記第４の軸は前記傾斜軸に直交し、
    前記ディスプレイユニットは、第４の自由度の前記ディスプレイユニットの回転を案内する第２のトラック部材を含む、
    請求項１乃至４、６、及び７のいずれか１項に記載の制御ユニット。
  10. 前記第１のサポートは、第１の伸縮ベース部分及び第２の伸縮ベース部分を含み、
    前記第２の伸縮ベース部分は、前記第１の伸縮ベース部分に対して第１の軸に沿って直線的に並進可能であり、
    前記第２のサポートは、第１の伸縮アーム部分及び第２の伸縮アーム部分を含み、
    前記第２の伸縮アーム部分は、前記第１の伸縮アーム部分に対して第２の軸に沿って直線的に移動可能であり、
    前記第２の伸縮ベース部分は、前記第１の伸縮アーム部分に強固に結合されている、
    請求項１、２、及び４乃至７のいずれか１項に記載の制御ユニット。
  11. 第１のアクチュエータ、第２のアクチュエータ、又は第３のアクチュエータのうちの少なくとも１つをさらに有し、
    前記第１のアクチュエータは、前記第１の自由度で前記ディスプレイユニットに第１の力を出力するように構成され、前記第２のアクチュエータは、前記第２の自由度で前記ディスプレイユニットに第２の力を出力するように構成され、前記第３のアクチュエータは、前記第３の自由度で前記ディスプレイユニットに第３の力を出力するように構成される、
    請求項１乃至７のいずれか１項に記載の制御ユニット。
  12. 前記第４の自由度で前記ヨー軸周りに前記ディスプレイユニットに第４の力を出力するように構成される第４のアクチュエータをさらに有する、
    請求項５に記載の制御ユニット。
  13. 前記ディスプレイユニットは：
    前記ディスプレイユニットに設けられ、ユーザの頭からの入力を受け取るヘッド入力装置、又は
    前記ディスプレイユニットに設けられ、前記ユーザの手から入力を受け取るハンド入力装置、
    のうちの少なくとも１つを含む、
    請求項１乃至７のいずれか１項に記載の制御ユニット。
  14. 前記制御ユニットは、遠隔操作マニピュレータシステムの１つ以上の機能を制御するために、ユーザによって操作可能な制御入力装置に結合される、
    請求項１乃至７のいずれか１項に記載の制御ユニット。
  15. 遠隔操作システム制御ユニットであって：
    第１の部分と第２の部分とを有する垂直部材であって、前記垂直部材の前記第２の部分は、前記垂直部材の前記第１の部分に対して垂直軸に沿って直線的に並進可能である、垂直部材と；
    第１の部分及び第２の部分を有する水平部材であって、前記水平部材の前記第１の部分は、前記垂直部材の前記第２の部分に強固に結合され、前記水平部材の前記第２の部分は、前記水平部材の前記第１の部分に対して水平軸に沿って直線的に並進可能であり、前記水平軸は、前記垂直軸に直交する、水平部材と；
    前記水平部材の前記第２の部分に強固に結合され、傾斜軸周りに湾曲するトラック部材と；
    前記トラック部材にスライド可能に結合され、前記トラック部材に沿って前記傾斜軸周りに第３の自由度で移動可能なディスプレイユニットであって、前記ディスプレイユニットは表示装置を含む、ディスプレイユニットと；
    を有する、
    遠隔操作システム制御ユニット。
  16. 前記垂直部材の前記第２の部分と前記垂直部材の前記第１の部分は伸縮自在に結合され、
    前記水平部材の前記第２の部分と前記水平部材の前記第１の部分は伸縮自在に結合される、
    請求項１５に記載の遠隔操作システム制御ユニット。
  17. 前記傾斜軸は、前記水平軸に対して直角であり且つ前記垂直軸に対して直角である、
    請求項１５に記載の遠隔操作システム制御ユニット。
  18. 前記ディスプレイユニットは、規定されたピボット軸周りに回転可能であり、
    前記規定されたピボット軸周りの回転は、前記垂直軸に沿った前記垂直部材の前記第２の部分の直線運動、前記水平軸に沿った前記水平部材の前記第２の部分の直線運動、及び前記傾斜軸周りの前記ディスプレイユニットの回転運動の協調的な組み合わせによって生じる、
    請求項１５に記載の遠隔操作システム制御ユニット。
  19. 前記規定されたピボット軸は、前記ディスプレイユニットを操作するユーザの首を通る延長に対するある位置に位置決めされる；
    前記規定されたピボット軸は、前記ディスプレイユニットを操作する前記ユーザの眼を通って延びる眼軸と一致する；又は
    前記規定されたピボット軸は、前記ディスプレイユニットを操作するユーザの額間の接触点において、前記ディスプレイユニットの入力装置を通って延びる、
    請求項１８に記載の遠隔操作システム制御ユニット。
  20. 前記規定されたピボット軸は、前記ディスプレイユニットに設けられたハンド入力装置の一部を通って延びる、
    請求項１８に記載の遠隔操作システム制御ユニット。
  21. 前記ディスプレイユニットは、スライド部材によって前記トラック部材に結合され、
    前記ディスプレイユニットは、前記スライド部材に対して第４の自由度でヨー軸周りに回転可能であり、
    前記ヨー軸は前記傾斜軸に直交し、
    前記ディスプレイユニットは、前記ヨー軸周りの回転を可能にする湾曲トラックに結合される、
    請求項１５乃至２０のいずれか１項に記載の遠隔操作システム制御ユニット。
  22. 第１のアクチュエータ、第２のアクチュエータ、及び第３のアクチュエータをさらに有し、
    前記第１のアクチュエータは、前記垂直部材の前記第２の部分に第１の力を出力するように構成され、前記第２のアクチュエータは、前記水平部材の前記第２の部分に第２の力を出力するように構成され、前記第３のアクチュエータは、前記傾斜軸周りに前記ディスプレイユニットに第３の力を出力するように構成される、
    請求項１５乃至２０のいずれか１項に記載の遠隔操作システム制御ユニット。
  23. スライド部材が、前記ディスプレイユニットを前記トラック部材に結合し、前記傾斜軸周りに前記スライド部材と共に移動する前記第３のアクチュエータを含む、
    請求項２１に記載の遠隔操作システム制御ユニット。
  24. サポート機構であって：
    複数のリンクを含むサポートリンケージ；
    前記サポートリンケージの遠位端部に結合されたトラック部材；
    前記トラック部材に結合されたディスプレイユニットであって、前記ディスプレイユニットは、前記複数のリンク間の相対的な動きに基づいて、及び、前記トラック部材によって案内される前記ディスプレイユニットの動きに基づいて、複数の自由度で移動可能であり、前記ディスプレイユニットは、表示装置を含む、ディスプレイユニット；及び
    前記サポートリンケージに結合された複数のアクチュエータ；
    を有する、サポート機構と；
    制御入力装置であって、ユーザによる前記制御入力装置の動きに基づいて入力信号を提供するように構成される、制御入力装置と；
    前記サポート機構及び前記制御入力装置と通信する制御システムであって、前記制御システムは：
    第１の制御信号を前記複数のアクチュエータに提供して、前記ディスプレイユニットを規定されたピボット軸周りに回転させ、前記規定されたピボット軸周りの回転は、前記複数の自由度のうちの少なくとも２つの自由度における前記ディスプレイユニットの移動から生じ、
    前記制御入力装置からの前記入力信号に基づいて遠隔操作マニピュレータシステムに第２の制御信号を供給し、前記第２の制御信号は前記マニピュレータシステムの器具の運動を引き起こす、
    制御システムと；を有する、
    遠隔操作システム。
  25. 前記トラック部材は、前記サポートリンケージの前記遠位端部に強固に結合され、
    前記ディスプレイユニットは、前記トラック部材にスライド可能に結合され、前記複数の自由度のうちの回転自由度で傾斜軸周りに前記トラック部材に沿って移動可能である、
    請求項２４に記載の遠隔操作システム。
  26. 第１の入力装置において第１のユーザ入力を受信することと；
    前記第１のユーザ入力に基づいて規定されたピボット軸周りに垂直面内でディスプレイユニットを移動させるようにアクチュエータを制御することであって、前記ディスプレイユニットはサポートリンケージに結合され、前記ディスプレイユニットを移動させることは、前記サポートリンケージに結合された湾曲トラック部材に沿って前記ディスプレイユニットをスライドさせることを含み、前記ディスプレイユニットは表示装置を含む、制御することと；を含む、
    方法。
  27. 前記ディスプレイユニットを移動させるように前記アクチュエータを制御することは：
    前記サポートリンケージの第２のリンクを、第１のリンクに対して第１の自由度で第１の軸に沿って直線的に並進させることと；
    前記第２のリンクの一部を前記第１のリンクに対して第２の自由度で第２の軸に沿って直線的に並進させることと；
    前記ディスプレイユニットを前記第２のリンクに対して第３の自由度で第３の軸周りに回転させることと；を含む、
    請求項２６に記載の方法。
  28. 前記第１のユーザ入力に従って、又は前記ディスプレイユニットの移動に従って、前記ディスプレイユニットの前記表示装置によって表示される画像を更新することをさらに含む、
    請求項２６に記載の方法。
  29. 前記第１のユーザ入力に従って、マニピュレータシステムのアクチュエータに、前記マニピュレータシステムの画像キャプチャ装置を移動させることをさらに含み、画像データが、前記画像キャプチャ装置から受信され、前記ディスプレイユニットの前記表示装置によって表示される、
    請求項２６に記載の方法。
  30. 前記第１のユーザ入力は：前記ディスプレイユニットに設けられ、ユーザの頭から入力を受け取るヘッド入力装置、又は前記ディスプレイユニットに設けられ、ユーザの手から入力を受け取るハンド入力装置のうちの少なくとも１つを介して提供され、
    前記方法はさらに：
    前記サポートリンケージに結合された第２の入力装置で第２のユーザ入力を受信することと；
    前記第２のユーザ入力に基づいて、マニピュレータシステムの器具を空間内で移動させるように器具アクチュエータを制御することと；を含む、
    請求項２６乃至２９のいずれか１項に記載の方法。
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