JP2023504725A

JP2023504725A - 外科手術用アームを制御するためのユーザ入力デバイスの向き

Info

Publication number: JP2023504725A
Application number: JP2022533563A
Authority: JP
Inventors: デヴィアコーエン，; ヤロンレビンソン，
Original assignee: Momentis Surgical Ltd
Current assignee: Momentis Surgical Ltd
Priority date: 2019-12-05
Filing date: 2020-12-04
Publication date: 2023-02-06
Also published as: WO2021111394A1; CN115038399A; EP4069127A4; US20230000571A1; EP4069127A1; WO2021111394A8; EP4069126A1; JP2023504720A; US20230000579A1; EP4069126A4; CN115087407A; WO2021111392A1

Abstract

外科手術システムは、屈曲および回転するアーム関節によって直列接続されたアームセグメントを含む多関節機械アームならびに、第１および第２の入力デバイスを備える。第２の入力デバイスは、ｘ－ｙ－ｚ空間において任意の向きに向くように構成可能なハンドルを備える。ハンドルは、アームのアームセグメントおよびアーム関節に対応するセグメント部材および関節部材を備える。アーム関節は、ハンドル関節部材によって作動可能であり、ハンドル関節部材と同じ自由度を有することができる。外科手術システムを使用する方法は、アームを反り返らせるステップ、アームの制御を第１の入力デバイスから第２の入力デバイスに移行するステップ、および外科手術行為を実行するステップを含み、この間に、ｘ－ｙ－ｚ空間におけるハンドル部材の変位ベクトルまたは方向転換弧が、同じｘ－ｙ－ｚ空間におけるエンドエフェクタの対応する変位ベクトルまたは対応する方向転換弧へ変換される。【選択図】図２０

Description

関連出願の相互参照

本発明は、２０１９年１２月５日に出願された米国仮出願第６２／９４４，３５１号の利益を主張するものであり、該仮出願全体を参照することにより本明細書に援用する。

本発明は、外科手術を行う際に使用する外科手術システム、およびこのようなシステムを使用する方法に関し、特に、複数の動作モードおよび入力デバイスを用いて多関節機械アームの部分の曲げおよび回転を制御するものに関する。

本セクションは、以下に説明および／または請求される本発明の様々な態様に関連し得る技術の様々な態様を読者に紹介することを意図している。この議論は、本発明の様々な態様のより良い理解を促進するための背景情報を読者に提供する上で有用であると考えられる。したがって、これらの記述は、この観点で読まれるべきであり、従来技術の自認としてではないことを理解されたい。

低侵襲外科手術に利点があることは十分に確立されている。このような外科手術用の器具は、典型的に、小さな開口部（例えば、体壁切開、自然開口部）を通じて挿入されて外科手術部位に到達する多関節外科手術用アーム（好ましくは最小直径を有する）の遠位端部に位置する外科手術エンドエフェクタを備える。いくつかの例では、外科手術用器具はカニューレに通され、内視鏡を使用して外科手術部位の画像を提供することができる。

利便性、精度、被験者の健康のために、エンドエフェクタ（例えば、組織の融着や切断などの外科手術用ツール、または測定ツール）を利用した外科手術用器具が開発されてきた。場合によっては、多関節外科手術用アームは、最終的にエンドエフェクタの位置を制御し、外科手術用アームの長手軸を基準にしてエンドエフェクタの向きを変えるために、様々な入力デバイス（例えば、ハンド制御やフット制御）を用いて遠隔制御される１つまたは複数の曲げ部を有している。場合によっては、外科手術用アームを、外科手術用アームの長手軸に対して反り返るように曲げることが可能である。

婦人科手術における低侵襲な経膣的アプローチは、腹腔的アプローチと比較して優れていることが臨床研究によって証明されている。利点としては、術後の回復時間、罹患率、感染症、死亡率、合併症、出血量、および患者の満足度などが挙げられる。現代では、米国婦人科学会（ＡＣＯＧ）は、婦人科手術は可能な限り経膣的アプローチが好ましいと明言している。経腟的に進入する医療デバイスによる婦人科手術を可能にするためには、多関節外科手術用アームを反り返り位置に曲げられるようにすることが必要である。

当技術分野の現状は、困難な外科手術処置のために最適化された入力デバイスが与える人間工学的快適性および利便性に影響を与えないような予備的な反り返りステップをリスクのないアプローチで確実に実行するための最適な制御要素および使用方法を提供可能なデバイスおよび方法を欠いている。したがって、外科医の人間工学に影響を与えない一方で、外科手術用アームの反り返り中のリスクを低減するのに適し、且つ外科手術処置中の移動に最大限の自由度を与えるような解決策が必要とされている。

外科手術システムの動作方法が開示されている。前記システムは、（ｉ）多関節機械アーム（前記アームは、その遠位端部に外科手術用エンドエフェクタを有するとともに、複数のアームセグメントを備え、前記複数のアームセグメントは、それぞれ自由度を有するとともに屈曲および回転するように構成された複数のアーム関節によって直列接続されている）、ならびに（ｉｉ）第１および第２の入力デバイスを備える（前記第２の入力デバイスは、ｘ－ｙ－ｚ空間において複数の選択可能な向きのうちの任意の一方向に向けられるように構成されたハンドル部材を備え、前記ハンドル部材は、前記アームの前記アームセグメントおよび前記アーム関節にそれぞれ対応するセグメント部材および関節部材を備え、各前記アーム関節は、それぞれ前記対応する関節部材によって作動可能であり、かつ、前記関節部材と同じ自由度を有する）。
前記方法は、
（ａ）前記第１の入力デバイスからの電子制御出力に応答して前記アームを反り返らせるステップ（前記電子制御出力は、前記エンドエフェクタを反り返り動作位置にもたらすようにアーム関節の屈曲および回転を調節するのに有効である）、
（ｂ）前記アームの反り返りステップに続いて、前記アームの制御を前記第１の入力デバイスから前記第２の入力デバイスに移行させるステップ、ならびに
（ｃ）前記移行ステップ後、前記ハンドル部材を方向転換して、前記セグメント部材および前記関節部材をそれぞれ変位および方向転換させ、それによって、前記反り返ったアームの前記対応するアームセグメントおよびアーム関節のそれぞれの変位および方向転換を引き起こし、前記エンドエフェクタを使用して外科手術を実行するステップ（前記ハンドル部材の向きは、前記ｘ－ｙ－ｚ空間における前記ハンドル部材の変位ベクトルまたは方向転換弧が同じ前記ｘ－ｙ－ｚ空間内の前記エンドエフェクタの対応する変位ベクトルまたは対応する方向転換弧に変換される向きになっている）を含む。

いくつかの実施形態では、前記第１の入力デバイスを用いて前記反り返りステップを実行する際は、前記ハンドル部材を前記ｘ－ｙ－ｚ空間における選択された向きから方向転換させることを含まなくてもよく、すなわち方向転換させることを除外することができる。いくつかの実施形態では、前記第１の入力デバイスを用いて前記反り返りステップを実行する際は、前記ハンドル部材を前記ｘ－ｙ－ｚ空間における選択された向きから方向転換させることが必要でない場合がある。いくつかの実施形態では、前記第１の入力デバイスを用いて前記反り返りステップを実行するステップは、前記ハンドル部材を前記ｘ－ｙ－ｚ空間における選択された向きから９０°を超えて方向転換させることが必要でない場合がある。

いくつかの実施形態では、前記外科手術システムが、前記移行ステップを引き起こすのに有効な制御回路をさらに備えることができる。

いくつかの実施形態では、前記移行ステップの後、前記第１の入力デバイスを非アクティブ化することができる。いくつかの実施形態では、前記移行ステップの後、前記第１のデバイスは、前記アームとの接続が切断される場合がある。

いくつかの実施形態では、前記外科手術システムが、前記アームの直線的な前進および後退を作動させるためのユーザ入力デバイスを備えることができるか、さらに備える。このユーザ入力デバイスは、別のユーザ入力デバイスのアドオン、例えばボタンやニップルとできる。

本発明の実施形態によれば、外科手術用エンドエフェクタとともに使用するための外科手術システムは、
（ａ）多関節機械アーム（前記アームは、その遠位端部に外科手術用エンドエフェクタを有するとともに、複数のアームセグメントを備え、前記複数のアームセグメントは、それぞれ自由度を有するとともに屈曲および回転するように構成された複数のアーム関節によって直列接続されている）、
（ｂ）前記アームの遠位端部および前記エンドエフェクタを反り返り動作位置に反り返らせるように、位置の変化に応答して、前記アーム関節のそれぞれの屈曲速度および回転速度を制御するための電子制御出力を与えるように構成された第１の入力デバイス、ならびに
（ｃ）ｘ－ｙ－ｚ空間において複数の選択可能な向きのうちの任意の一方向に向けられるように構成されたハンドル部材を備える第２の入力デバイス（前記ハンドル部材は、前記アームの前記アームセグメントおよび前記アーム関節のそれぞれに対応するセグメント部材および関節部材を備え、各前記アーム関節は、それぞれ前記対応する関節部材によって作動可能かつ前記関節部材と同じ前記自由度を有する）を備え、
（ｉ）前記外科手術システムは、前記アームが反り返った後に、前記第１の入力デバイスでの前記アームの制御から前記第２の入力デバイスでの前記アームの制御へ移行するように構成されており、
（ｉｉ）前記移行ステップに続いて、前記セグメント部材および前記関節部材をそれぞれ変位および方向転換させるためにハンドル部材を方向転換するステップは、前記反り返ったアームの前記対応するアームセグメントおよびアーム関節のそれぞれの変位および方向転換を引き起こすのに有効であり、前記ハンドル部材の向きは、前記ｘ－ｙ－ｚ空間における前記ハンドル部材の変位ベクトルまたは方向転換弧が同じ前記ｘ－ｙ－ｚ空間内の前記エンドエフェクタの対応する変位ベクトルまたは対応する方向転換弧へ変換される。

いくつかの実施形態では、前記第１の入力デバイスを用いて前記反り返りステップを実行する際は、前記ハンドル部材を前記ｘ－ｙ－ｚ空間における選択された向きから方向転換させることを含まなくてもよく、すなわち方向転換させることを除外することができる。いくつかの実施形態では、前記第１の入力デバイスを用いて前記反り返りステップを実行する際は、前記ハンドル部材を前記ｘ－ｙ－ｚ空間における選択された向きから方向転換させることが必要でない場合がある。いくつかの実施形態では、前記第１の入力デバイスを用いて前記反り返りステップを実行する際は、前記ハンドル部材を前記ｘ－ｙ－ｚ空間における選択された向きから９０°を超えて方向転換させることが必要でない場合がある。

いくつかの実施形態では、前記移行ステップの後、前記第１の入力デバイスを非アクティブ化するように構成することができる。いくつかの実施形態では、前記移行ステップの後、前記第１のデバイスは、前記アームとの接続が切断されるように構成することができる。

いくつかの実施形態では、前記外科手術システムが、前記アームの直線的な前進および後退を作動させるためのユーザ入力デバイスを備えることができる。

実施形態によれば、外科手術システムの動作方法が開示されている。前記システムは、
（ｉ）多関節機械アーム（前記アームは、その遠位端部に外科手術用エンドエフェクタを有するとともに、それぞれ自由度を有する複数のアーム関節を備える）、ならびに
（ｉｉ）アーム関節の屈曲および回転を制御するように構成された１または複数のユーザ入力デバイスの入力デバイスアレイを備え、
前記方法は、
（ａ）第１のユーザ入力デバイスからの電子制御出力に応答して、第１の座標変換行列を用いて、ユーザ入力をアーム関節のそれぞれの屈曲および回転に変換し、前記エンドエフェクタを反り返り動作位置にもたらすように前記アームの前記遠位端部を反り返らせるステップ、
（ｂ）前記エンドエフェクタが前記反り返り動作位置にあることの検出に応答して、かつ前記検出を条件として、前記エンドエフェクタの前記反り返り位置に基づく第２の座標変換行列に移行させるステップ、ならびに
ｃ．前記移行ステップの後、かつ第２のユーザ入力デバイスからの電子制御出力に応答して、前記第２の座標変換行列用いて、ユーザ入力をアーム関節のそれぞれの屈曲および回転に変換し、前記エンドエフェクタを使用して外科手術を行うステップを含む。

いくつかの実施形態では、前記第１および第２の入力デバイスは、同一の入力デバイスである、および／または前記第１および第２の座標変換行列は、同一の３次元座標変換行列ではないとできる。

いくつかの実施形態では、前記第１および第２の入力デバイスは、同一の入力デバイスではない、および／または前記第１および第２の座標変換行列は、同一の３次元座標変換行列ではないとできる。

いくつかの実施形態では、前記移行ステップの前であって、且つ前記反り返りステップの間に、前記第１のユーザ入力デバイスまたはこの一部の近位変位が前記エンドエフェクタの近位変位に変換され、および／または前記移行ステップの後の前記エンドエフェクタが前記反り返り位置にある状態において、前記第２のユーザ入力デバイスまたはこの一部の近位変位が前記エンドエフェクタの遠位変位に変換されることができる。

実施形態によれば、外科手術用エンドエフェクタと共に使用するための外科手術システムは、
（ａ）１つまたは複数の入力デバイスのアレイ、および
（ｂ）多関節機械アームを備える（前記アームは、その遠位端部に外科手術用エンドエフェクタを有するとともに、複数のアームセグメントを備え、前記複数のアームセグメントは、入力デバイスによって生成された制御信号に応答して、屈曲および回転するように構成された複数のアーム関節によって接続されている）。
前記外科手術システムは、
（ｉ）第１のユーザ入力デバイスからの電子制御出力に応答して、第１の座標変換行列を用いて、前記ユーザ入力をアーム関節のそれぞれの屈曲および回転に変換し、前記エンドエフェクタを反り返り動作位置にもたらすように、前記アームの前記遠位端部を反り返らせるように構成され、
（ｉｉ）前記エンドエフェクタの現在の向きが第２のユーザ入力デバイスの現在の向きに対応していることの検出に応答して、かつ前記検出を条件として、前記エンドエフェクタの前記現在の向きに基づく第２の座標変換行列に移行するように構成され、
（ｉｉｉ）移行ステップの後、かつ前記第２のユーザ入力デバイスからの電子制御出力に応答して、前記第２の座標変換行列を用いて、前記ユーザ入力をアーム関節のそれぞれの屈曲および回転に変換し、前記エンドエフェクタを使用して外科手術を実行するように構成される。

いくつかの実施形態では、前記外科手術システムを、前記移行ステップの前であって、且つ前記反り返りステップの間に、前記第１のユーザ入力デバイスまたはこの一部の近位変位が前記エンドエフェクタの近位変位に変換され、および／または前記移行ステップの後の前記エンドエフェクタが前記反り返り位置にある状態において、前記第２のユーザ入力デバイスまたはこの一部の近位変位が前記エンドエフェクタの遠位変位に変換されるように構成することができる。

実施形態によれば、外科手術システムの動作方法が開示されている。前記システムは、
（ｉ）所与のユーザ入力デバイス、ならびに
（ｉｉ）外科手術用エンドエフェクタと、前記所与のユーザ入力デバイスからの電子制御出力に応答して屈曲および回転するように構成された複数のアーム関節とを有する多関節機械アームを備え、前記外科手術用エンドエフェクタは、前記多関節機械アームの遠位端部にあり、
前記方法は、
（ａ）第１の動作モードで前記外科手術システムの動作を開始するためのステップ、
（ｂ）前記外科手術システムが前記第１の動作モードにある間における、（ｉ）前記多関節機械アームの前記アーム関節のうちの１つまたは複数の機械化された屈曲および機械化された回転の少なくとも一方によって、前記アームの曲線形状を修正するステップ、（ｉｉ）前記機械アームの形状状態を監視し、この少なくとも一部が、前記所与のユーザ入力デバイスによって規定された現在優勢な曲線形状に一致する曲線形状を有するか否かを検出するステップ、
（ｃ）前記機械アームの前記曲線形状が前記所与のユーザ入力デバイスの前記曲線形状と一致することの検出に応答して、かつ前記検出を条件として、前記外科手術システムの動作を前記第１のモードから第２のモードに移行させるステップ、ならびに
（ｄ）前記エンドエフェクタを使用して外科手術行為を行うために、前記所与のユーザ入力デバイスの出力が、前記アームまたは前記アームのセクションもしくは要素の構成を修正するように、前記外科手術システムを前記第２のモードで操作するステップを含む。

いくつかの実施形態では、前記移行ステップは、前記所与のユーザ入力デバイスではないユーザ入力デバイスから前記所与のユーザ入力デバイスに、前記アームの構成のユーザ制御をハンドオフするステップを含むことができる。

いくつかの実施形態では、前記第１のモードは（ｉ）前記複数のアーム関節の適切なサブセットに関して規定され、（ｉｉ）前記所与のユーザ入力デバイスからの制御信号によって、前記アーム関節の前記適切なサブセットの部材でない前記アームの任意のアーム関節の作動を排除し、（ｉｉｉ）前記適切なサブセットに属する１つまたは複数のアーム関節の前記作動の制御を許可し、前記適切なサブセットの１つまたは複数のアーム関節の屈曲および／または回転を引き起こすことができる。

いくつかの実施形態では、前記第１のモードから前記第２のモードへの移行ステップ時に、前記所与のユーザ入力デバイスが、少なくとも１つの第１のモードで排除されたアーム関節の屈曲および回転の制御を有効化することができる。

いくつかの実施形態では、前記アームの前記形状の前記修正ステップは、前記所与のユーザ入力デバイスによって与えられる電子制御信号に応答して実行されることができる。いくつかの実施形態では、前記アームの前記形状の前記修正ステップは、前記所与のユーザ入力デバイス以外のユーザ入力デバイスによって与えられる電子制御信号に応答して実行されることができる。前記アームの前記曲線形状の前記修正ステップは、自動的に実行されることができる。

実施形態によれば、外科手術システムは、
（ｉ）所与のユーザ入力デバイス、ならびに
（ｉｉ）外科手術用エンドエフェクタと、前記所与のユーザ入力デバイスからの電子制御出力に応答して屈曲および回転するように構成された複数のアーム関節とを有する多関節機械アームを備え、前記外科手術用エンドエフェクタは、前記多関節機械アームの遠位端部にある。
前記システムは、第１の動作モードで動作を開始し、第１の動作モードでの動作中に、前記多関節機械アームの前記アーム関節のうちの１つまたは複数の機械化された屈曲および機械化された回転の少なくとも一方によってアームの曲線形状を変更するように構成されている。前記システムは、前記機械アームの形状状態を監視し、この少なくとも一部が、前記所与のユーザ入力デバイスによって規定された現在優位な曲線形状に一致する曲線形状を有するか否かを検出するように、さらに構成される。前記システムは、前記機械アームの前記曲線形状が前記所与のユーザ入力デバイスの前記曲線形状と一致することの検出に応答して、かつこの検出を条件として、前記外科手術システムの動作が前記第１のモードから第２のモードに移行し、前記所与のユーザ入力デバイスの出力がアームまたはこのセクションもしくは要素の構成を修正して前記エンドエフェクタを使用して外科手術を行うように前記第２のモードで操作するようにさらに構成される。

いくつかの実施形態では、前記移行ステップが、前記所与のユーザ入力デバイスではないユーザ入力デバイスから前記所与のユーザ入力デバイスに、前記アームの構成のユーザ制御をハンドオフするステップを含むことができるように前記システムを構成することができる。

いくつかの実施形態では、前記第１のモードは（ｉ）前記複数のアーム関節の適切なサブセットに関して規定され、（ｉｉ）前記所与のユーザ入力デバイスからの制御信号によって、前記アーム関節の前記適切なサブセットの部材でない前記アームの任意のアーム関節の作動を排除し、（ｉｉｉ）前記適切なサブセットに属する１つまたは複数のアーム関節の前記作動の制御を許可し、前記適切なサブセットの１つまたは複数のアーム関節の屈曲および／または回転を引き起こすように前記システムを構成することができる。

いくつかの実施形態では、前記第１のモードから前記第２のモードへの移行ステップ時に、前記所与のユーザ入力デバイスが、少なくとも１つの第１のモードで排除されたアーム関節の屈曲および回転の制御を有効化するように前記システムを構成することができる。

いくつかの実施形態では、前記アームの前記形状の前記修正ステップが、前記所与のユーザ入力デバイスによって与えられる電子制御信号に応答して実行されることができるように前記システムを構成することができる。いくつかの実施形態では、前記アームの前記形状の前記修正ステップは、前記所与のユーザ入力デバイス以外のユーザ入力デバイスによって与えられる電子制御信号に応答して実行されることができるように前記システムを構成することができる。前記アームの前記曲線形状の前記修正ステップは、自動的に実行されることができるように前記システムを構成することができる。

実施形態によれば、外科手術システムの動作方法が開示されている。
前記システムは、
（ｉ）所与のユーザ入力デバイス、ならびに（ｉｉ）外科手術用エンドエフェクタと、前記所与のユーザ入力デバイスからの電子制御出力に応答して屈曲および回転するように構成された複数のアーム関節とを有する多関節機械アームを備え、前記外科手術用エンドエフェクタは、前記多関節機械アームの遠位端部にあり、
前記方法は、
（ａ）第１の動作モードで前記外科手術システムの動作を開始するためのステップ、ならびに
（ｂ）前記外科手術システムが前記第１の動作モードにある間において、（ｉ）前記多関節機械アームの前記アーム関節のうち１つまたは複数の機械化された屈曲および機械化された回転の少なくとも一方によって、前記アームの曲線形状を修正するステップ、（ｉｉ）前記機械アームの形状状態を監視し、前記機械アームの少なくとも一部が予め規定された曲線形状に一致する曲線形状を有するか否かを検出するステップを含む。
また、前記方法は、
（ｃ）前記機械アームの前記曲線形状が前記予め規定された曲線形状に一致することの検出に応答して、かつ前記検出を条件として、前記外科手術システムの動作を前記第１のモードから第２のモードに移行させるステップ、ならびに
（ｄ）前記エンドエフェクタを使用して外科手術行為を行うように、前記所与のユーザ入力デバイスの出力が、前記アームまたは前記アームのセクションもしくは要素の構成を修正するように、前記外科手術システムを前記第２のモードで操作するステップも含む。

いくつかの実施形態では、前記機械アームまたはこの一部の前記曲線形状が前記予め規定された曲線形状と一致するか否かを検出するステップは、（ｉ）前記機械アームまたはこの一部の前記曲線形状が前記予め規定された曲線形状の２次元投影と一致するか否かを検出するステップ、（ｉｉ）前記機械アームまたはこの一部の前記曲線形状の２次元投影が、前記予め規定された曲線形状と一致するか否かを検出するステップ、および／または（ｉｉｉ）前記機械アームまたはこの一部の前記曲線形状の２次元投影が、前記予め規定された曲線形状の２次元投影と一致するか否かを検出するステップのうちの少なくとも１つを含むことができる。

いくつかの実施形態では、前記予め規定された曲線形状が、１つまたは複数の極小値または極大値を有することができる。いくつかの実施形態では、前記予め規定された曲線形状が、１つまたは複数の変曲点を有することができる。いくつかの実施形態では、前記予め規定された曲線形状またはこの２次元投影が「Ｓ」字曲線形状とできる。

いくつかの実施形態では、前記アームの前記形状の前記修正ステップは、前記所与のユーザ入力デバイスによって与えられる電子制御信号に応答して実行されることができる。いくつかの実施形態では、前記アームの前記形状の前記修正ステップは、前記所与のユーザ入力デバイス以外のユーザ入力デバイスによって与えられる電子制御信号に応答して実行されることができる。前記アームの前記曲線形状の前記修正ステップは、自動的に実行される。

実施形態によれば、外科手術システムは、
（ｉ）所与のユーザ入力デバイス、ならびに
（ｉｉ）外科手術用エンドエフェクタと、前記所与のユーザ入力デバイスからの電子制御出力に応答して屈曲および回転するように構成された複数のアーム関節とを有する多関節機械アームを備え、前記外科手術用エンドエフェクタは、前記多関節機械アームの遠位端部にある。
前記システムは、第１の動作モードで動作を開始させ、前記第１の動作モード中に、前記多関節機械アームのアーム関節のうち１つまたは複数の機械的な屈曲および機械的な回転の少なくとも一方によって前記アームの曲線形状を修正し、前記機械アームの形状状態を監視して、この少なくとも一部が予め規定された曲線形状に一致する曲線を有するか否かを検出するように構成されている。前記システムは、前記機械アームの前記曲線形状が前記予め規定された曲線形状に一致することの検出に応答して、かつ前記検出を条件として、前記外科手術システムの動作が前記第１のモードから前記第２のモードに移行するようにさらに構成され、前記外科手術システムは、前記エンドエフェクタを用いて外科手術を行うように、前記所与のユーザ入力デバイスの出力が前記アームまたはこのセクションもしくはこの要素の構成を修正するように、前記第２のモードにおいて操作するよう構成されている。

いくつかの実施形態では、前記機械アームまたはこの一部の前記曲線形状が前記予め規定された曲線形状と一致するか否かを検出するステップは、（ｉ）前記機械アームまたはこの一部の前記曲線形状が前記予め規定された曲線形状の２次元投影と一致するか否かを検出するステップ、（ｉｉ）前記機械アームまたはこの一部の前記曲線形状の２次元投影が、前記予め規定された曲線形状と一致するか否かを検出するステップ、および／または（ｉｉｉ）前記機械アームまたはこの一部の前記曲線形状の２次元投影が、前記予め規定された曲線形状の２次元投影と一致するか否かを検出するステップのうちの少なくとも１つを含むように、前記システムを構成することができる。

いくつかの実施形態では、前記予め規定された曲線形状が、１つまたは複数の極小値または極大値を有することができるように前記システムを構成することができる。いくつかの実施形態では、前記予め規定された曲線形状が、１つまたは複数の変曲点を有することができるように前記システムを構成することができる。いくつかの実施形態では、前記予め規定された曲線形状またはこの２次元投影が「Ｓ」字曲線形状とできるように前記システムを構成することができる。

いくつかの実施形態では、前記移行ステップは、前記所与のユーザ入力デバイスではないユーザ入力デバイスから前記所与のユーザ入力デバイスに、前記アームの構成のユーザ制御をハンドオフするステップを含むことができるように前記システムを構成することができる。

いくつかの実施形態では、前記第１のモードから前記第２のモードへの移行ステップ時に、前記所与のユーザ入力デバイスが、少なくとも１つの第１のモードで排除されたアーム関節の屈曲および回転の制御を有効化することができるように前記システムを構成することができる。

いくつかの実施形態では、前記アームの前記形状の前記修正ステップは、前記所与のユーザ入力デバイスによって与えられる電子制御信号に応答して実行されることができるように前記システムを構成することができる。いくつかの実施形態では、前記アームの前記形状の前記修正ステップは、前記所与のユーザ入力デバイス以外のユーザ入力デバイスによって与えられる電子制御信号に応答して実行されることができるように前記システムを構成することができる。前記アームの前記曲線形状の前記修正ステップは、自動的に実行されるように前記システムを構成することができる。

次に、添付の図面を参照して、例として本発明をさらに説明する。図中に示す構成要素および特徴の寸法は、提示の利便性および明瞭性のために選択されており、必ずしも縮尺通りではない。

図１は、本発明の実施形態に係る外科手術システムの概略図である。

図２Ａは、本発明の実施形態に係る機械外科手術用アームを備える外科手術システムの概略透視図である。図２Ｂは、本発明の実施形態に係る機械外科手術用アームの遠位部分を示す。

図３Ａ～Ｃは、本発明の実施形態に係る、様々な屈曲位置および反り返り位置にある機械外科手術用アームの遠位部分を示す。

図４は、本発明の実施形態に係る、アーム曲線形状を有する機械外科手術用アームの遠位部分を示す。図５は、本発明の実施形態に係る、アーム曲線形状を有する機械外科手術用アームの遠位部分を示す。

図６は、本発明の実施形態に係る、２つの動作モードを用いる外科手術用機械アームの動作方法のフローチャートである。

図７は、本発明の実施形態に係る、外科手術システムに近接して配置された入力デバイスを有する外科手術システム用の制御コンソールの概略図である。

図８は、本発明の実施形態に係るユーザ入力デバイスの概略図である。

図９は、本発明の実施形態に係る、アーム関節の屈曲および回転を制御するために入力デバイスを使用するための例示的なスキームを示すチャートである。

図１０は、本発明の実施形態に係る多関節ユーザ入力デバイスを示す概略図である。

図１１は、本発明の実施形態に係る図１０のユーザ入力デバイスのハンドル部材の概略図である。

図１２Ａ～Ｂは、本発明の実施形態に係る、機械外科手術用アームおよび多関節ユーザ入力デバイスのそれぞれの位置のアライメントの際に使用するための例示的なグラフィカルな補助を示す図である。

図１３は、本発明の実施形態に係る、機械外科手術用アームと多関節ユーザ入力デバイスのそれぞれの位置のアライメントの際に使用するためのスクリーンディスプレイの例を示す。

図１４Ａは、本発明の実施形態に係る、入力デバイスを用いた外科手術用機械アームの例示的な制御を示す、時間的に連続な画像である。図１４Ｂは、本発明の実施形態に係る、入力デバイスを用いた外科手術用機械アームの例示的な制御を示す、時間的に連続な画像である。図１４Ｃは、本発明の実施形態に係る、入力デバイスを用いた外科手術用機械アームの例示的な制御を示す、時間的に連続な画像である。図１４Ｄは、本発明の実施形態に係る、入力デバイスを用いた外科手術用機械アームの例示的な制御を示す、時間的に連続な画像である。図１４Ｅは、本発明の実施形態に係る、入力デバイスを用いた外科手術用機械アームの例示的な制御を示す、時間的に連続な画像である。

図１５は、本発明の実施形態に係る外科手術システムのブロック図である。

図１６は、本発明の実施形態に係る、２つの異なる動作モードにおける外科手術システムの動作方法のフローチャートである。

図１７は、本発明の実施形態に係る、第１の所与のｘ－ｙ－ｚ空間に向けたユーザ入力デバイスの概略図である。

図１８は、本発明の実施形態に係る、図１７の第１の所与のｘ－ｙ－ｚ空間に向けた外科手術用アームの一部を示す概略図である。

図１９は、本発明の実施形態に係る、図１７の第１の所与のｘ－ｙ－ｚ空間ではないｘ－ｙ－ｚ空間に向くように再位置決めされたハンドル部材を有するユーザ入力デバイスの概略図である。

図２０は、本発明の実施形態に係る、図１７の第１の所与のｘ－ｙ－ｚ空間において反り返った図１８の外科手術用アームの概略図である。

図２１は、本発明の実施形態に係る、図１７の第１の所与のｘ－ｙ－ｚ空間に向けた図１９のユーザ入力デバイスの概略図である。

図２２Ａは、本発明の実施形態に係る、所与の曲線形状を有するユーザ入力デバイスを概略的に示している。図２２Ｂは、図２２Ａの所与の曲線形状に一致しない曲線形状を有する、第１の時間における外科手術用アームを概略的に示している。図２２Ｃは、図２２Ａの所与の曲線形状に一致する曲線形状を有する、第２の時間の外科手術用アームを概略的に示している。

図２３Ａは、本発明の実施形態に係る、外科手術用アームの二重制御方法のフローチャートである。図２３Ｂおよび図２３Ｃは、本発明の実施形態に係る、二重制御手段を備える制御コンソールの概略図である。

図２４は、本発明の実施形態に係る、１つまたは複数の外科手術用アームを制御するための触覚ハンドルの使用方法のフローチャートである。

本明細書において、添付の図面を参照しながら、本発明を例としてのみ説明する。ここで、詳細かつ具体的に図面を参照すると、示された特徴は、例として、本発明の好ましい実施形態の例示的な議論のみを目的としており、本発明の原理および概念的な態様の最も有用かつ容易に理解できる説明であると考えられるものを提供するために提示することを強調する。この点で、本発明の基本的な理解に必要以上に詳細に本発明の構造的な詳細を示そうとする試みはなされておらず、図面と共に扱われる説明は、本発明のいくつかの形態が実際にどのように具現化され得るかを当業者に明らかにするものである。図面全体を通して、通常、同様に参照する文字は同様の要素を指定するために使用される。

本明細書に開示される実施形態は、複数の異なる動作モードおよび／または複数の異なる入力デバイスを用いて、１つまたは複数の外科手術用機械アーム、すなわち、多関節機械アームを制御することに関するものである。

本明細書または添付の特許請求の範囲で「アーム」を使用する場合は常に、外科手術システムまたは電気外科手術システムの一部であり、ヒトの被験者の体内で外科手術（電気外科手術を含む）行為を行うか、行うのを助けるために使用する、多関節の、機械アームを意味する。「外科手術行為」には、特定されていない場合、人体の内部で行われるあらゆる医療行為または外科手術関連行為または診断行為が含まれる。これには、組織の切断、組織の解剖、組織のマニピュレーティング、組織の縫合、組織の収縮、組織の融着、測定の実施、およびイメージングが含まれる（網羅的ではない）。外科手術用アームは、人体への挿入に適したサイズおよび／または形状であることが望ましい場合がある。例えば、アームを、腹腔鏡ポートを通して挿入するのに適した、および／または腹腔鏡手術を行うのに適したサイズおよび／または形状とできる。例えば、アームを、体の自然開口部（例えば、膣、肛門、気管、食道、外耳道）を通して挿入するのに適したサイズおよび／または形状とできる。

アームはエンドエフェクタを含むことができる。本明細書では、エンドエフェクタを、人体内に配備されたときに外科手術、電気外科手術、診断またはイメージングに関連して用いられるツールまたはデバイスという意味で使用する。エンドエフェクタを、アームの一部として備えてもよく、すなわち、既に備え付けており、機械的に取り付けており、および／またはアームの電力および通信コンベアと統合させてもよい。いくつかの実施形態では、アームとエンドエフェクタとを、外科手術前またはこの途中、すなわち被験者の体への挿入前に、組立および／または処置ユニットへの統合のために別々に用意することができる。いずれにしても、「エンドエフェクタを備えるアーム」および「エンドエフェクタと共に使用するように構成されたアーム」などのような用語は、本開示およびこれに添付した特許請求の範囲の目的上、等価なものとして理解されたい。

本明細書で使用する「入力デバイス」、または同等に「ユーザ入力デバイス」は、ユーザ入力（すなわち、外科手術システムのユーザから受信した入力）を受信することができる任意のデバイスとできる。入力デバイスには、例えば、ボタン、スイッチ、トグル、ホイール、ノブ、サムスティック（代わりにニップルとも呼ばれる）のような小さなスティック、およびジョイスティック（多関節型か否かに拘らない）が含まれ得る（網羅的ではない）。任意の特定の入力デバイス用の特定のデバイス種類の開示は、特定の入力デバイスに対する他の種類の入力デバイスの代替を除外することを意図していない。入力デバイスを、スタンドアロン、単一の制御部材上もしくは少数の制御部材上にグループ化、別の入力デバイス上に配置、または、例えば制御コンソール、ディスプレイスクリーンなどの上または近傍に併設することができる。ユーザが、１つまたは複数の指、親指、手、または足を使用して、入力デバイスを操作することができる。さらに、または代わりに、および制限なく、入力デバイスを、目もしくは手の動きで操作、音声操作、または顔の表情で制御することが可能である。

アームおよび入力デバイス、ならびに本発明の他の態様および特徴を、２０１８年９月５日に出願され、米国特許出願公開第２０１９００００５７４号明細書として公開された、同時係属中の米国特許出願第１６／１２１，７０４号明細書の任意の教示と組み合わせて理解することができ、この全体が参照により本明細書に援用される。

本明細書において、「ハンドル」、または、同等に「ハンドル部材」を、通常、手で操作するユーザ入力デバイスまたはユーザ入力デバイスの手で操作する部分を説明するために使用する。いくつかの実施形態では、手で把持する、または指で把持するユーザ入力デバイスまたはこの一部を説明するために使用する。本開示におけるハンドルおよび手で操作するユーザ入力デバイスの図面および付随する説明を例示として提供し、このような図面および付随する説明は、ハンドル／ハンドル部材の設計、接続性および機能性に関連する実施形態の範囲を限定するものとして理解されるべきではない。

本開示では、「モジュール」および／または「電気回路」あるいは、「電子回路」および／または「制御回路」および／または素子および／またはユニットおよび／またはコントローラおよび／またはモジュールおよび／またはセンサおよび／または検出器は、デジタルコンピュータ、ＣＰＵ、揮発性メモリもしくは不揮発性メモリ、フィールドプログラマブルロジックアレイ（ＦＰＬＡ）素子、ハードワイヤドロジック素子、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）素子および特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）素子を含むがこれらに限定されないアナログ回路および／またはデジタル回路および／またはソフトウェア／コンピュータ可読コードモジュールおよび／またはファームウェアおよび／またはハードウェア要素の任意の組み合わせを含むことができる。縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）アーキテクチャおよび／または複合命令セットコンピュータ（ＣＩＳＣ）アーキテクチャを含むがこれらに限定されない任意の命令セットアーキテクチャを使用することができる。

異なる実施形態において、任意の計算手順または解析手順を、デジタルコンピュータ、ＣＰＵ、揮発性メモリまたは不揮発性メモリ、フィールドプログラマブルロジックアレイ（ＦＰＬＡ）素子、ハードワイヤドロジック素子、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）素子および特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）素子などを含むがこれらに限定されない、アナログ回路および／またはデジタル回路および／またはソフトウェア／コンピュータ可読コードモジュールおよび／またはファームウェアおよび／またはハードウェア要素の任意の組み合わせを用いて実行することができる。縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）アーキテクチャおよび／または複合命令セットコンピュータ（ＣＩＳＣ）アーキテクチャを含むがこれらに限定されない任意の命令セットアーキテクチャを使用することができる。

ここで図を参照すると、図１には、実施形態に係る外科手術システム１００の概略図が示されている。図１のシステム１００は、２つの外科手術用機械アーム１０２を含む。外科手術システムの他の例では、単一の外科手術用アームが設けられる。他の例では、２つ以上（例えば、３つまたは４つ）の外科手術用アームが設けられる。外科手術用機械アーム１０２は、好ましくは、人体または患者１０６に挿入するのに適したサイズおよび／または形状である。各外科手術用機械アーム１０２は、それぞれのモータユニット１０８によって作動する。外科手術用アーム１０２および／またはモータユニット１０８は、この簡易的な例では、患者支持体１１６（例えばベッド）に取り付けることによって支持されるが、ペイシェントサイドカートや任意の他の適した機器によって支持されてもよい。

外科手術システムを電気外科手術において使用する実施形態において、アーム１０２およびモータユニット１０８への電力は、電気外科手術用発電機１１２によって供給することができる。電気外科手術の技術分野において既知のように、電気外科手術用発電機は、高周波（例えば、無線周波数）の交番する極性、電流を供給する。電気外科手術用発電機１１２を、例えば、組織の切断および／または凝固および／またはシールおよび／または乾燥および／またはフルグレートに適した、様々な周波数および／または電力レベルを供給するように構成することができる。電力は、無線周波数電気外科手術用電力を伝送するように構成された１つまたは複数のケーブル１１４を介して、モータユニット１０８に供給される。

外科手術用アーム１０２の移動は、制御コンソール１１８で制御する。移動は、１つまたは複数の入力デバイスによって生成された信号に応答する。制御コンソール１１８は、以下のうちの１つまたは複数を含む複数のユーザインターフェースを備える。入力デバイス（例えば、制御コンソールが入力デバイスアーム１２０の移動に基づいて制御信号を生成するように構成される入力デバイスアーム１２０）、ユーザ入力を受信し、および／または、例えば、外科手術ゾーンのシステムステータス情報もしくはイメージングを表示するように構成されるディスプレイスクリーン１２８（例えば、外科手術用アーム１０２のうちの１つを使用して患者１０６に挿入されたカメラによって収集された画像を表示、またはアームの位置および向きを表示）、ならびに１つまたは複数の付加的なユーザインターフェース１３０（例えばボタン、スイッチなど）。

制御コンソール１１８は、ユーザの１つまたは複数の入力からの信号を受信し、モータユニット１０８および／または電気外科手術用発電機１１２に制御信号を送信するように構成されたプロセッサ（図示せず）を備える。フットペダル１２６および／または電気外科手術用発電機１１２は、制御信号（例えば、ユーザがフットペダル１２６の一部を押すことによって生成される）を受信し、制御信号に基づいてモータユニット１０８に供給される電力が変化するように構成されたプロセッサ（図示せず）を含む。フットペダル制御信号は、必ずしも制御ユニットプロセッサを通過する必要はない。

以下により詳細に説明するように、１つの制御モードにおいて、入力デバイスアーム１２０の移動は、それぞれの外科手術デバイスアーム１０２の移動を制御する。ユーザ１２４は、入力デバイスアームハンドル１２７を把持することによって、入力アーム１２０を配置および／または動かすことができる。入力アームは、入力デバイスの１つの形態であり、例示の目的でここに示されている。他の実施形態では、他の種類または形態の入力デバイスを使用することができる。

ここで図２Ａ～図２Ｂを参照すると、アームユニット１０４は、モータユニット１０８が受け入れられるように形作られている近位端部と、アーム１０２に図示されたマルチジョーグラスパ（非限定的な例としてのみ示されている）などのエンドエフェクタ１７４が取り付けられる遠位端部とを有する。

相対的な用語「近位」および「遠位」の使用は、図２Ａに示される矢印のとおりであり、本開示および添付の特許請求の範囲を通じてこのように使用する。図示されるように、エンドエフェクタ１７４が配置されるアーム１０２の遠位端部は、モータユニット１０８から最も離れており、ヒトの被験者１９に挿入されるアームの最初の部分である。したがって、近位端部は、遠位端部と反対側の、モータユニット１０８に最も近い端である。本明細書で使用する「遠位部分」という用語は、遠位端／先端を含み（任意選択でエンドエフェクタ１７４を含む）、アーム１０２の長さの半分未満であるアーム１０２の任意の部分を意味する。図２Ｂでは、アーム１０２の曲げ可能部１７０、すなわち、１つまたは複数の曲げ可能な関節を含む部分が、アームの長手方向に沿って、遠位端に近いところに位置している。曲げ可能部１７０は、アーム１０２の外側の外形／表面に対する可撓性を与える一連の「積層リンク」１９９を備えることができる。アーム１０２の曲げ可能部１７０における複数の積層リンク１９９の例が、図２Ｂに示されている。

本明細書で使用される場合、「動作モード」またはそれに相当する「モード」（これは、様々な非限定的な説明語、例えば「反り返りモード」、「外科手術動作モード」などと共に使用できる）は、ハードウェア、ファームウェアもしくはソフトウェア設計によって、または外科手術システムの制御回路によって、または他の方法によって、外科手術システムまたはアームの使用に対して課せられる動作レジームを意味している。明確にするために、「動作モード」の「動作」という語は、「作動」または「機能／機能的」を意味し、例えばアームの動作を説明し、外科手術の実行を意味しない。すなわち、「動作モード」は、たまたま手術の実行を含むかもしれないが、必ずしもそうではない。課された動作レジームは、１つもしくは複数の動作を行う外科手術システムのある種の動作もしくはある種の部分を制限するステップまたは制限しないステップを含むことができるが、網羅的ではない。制限するステップまたは制限しないステップは、有効化もしくは無効化、ロックもしくはロック解除、および排除（ｐｒｅｃｌｕｄｉｎｇ）もしくは許可、または同様の語句を含むことができ、および／または同等とできる。本明細書のいくつかの実施形態では、モードは、例えばアームの遠位部分を反り返らせるなど、１つの目標を達成するために割り当てられるか、指示され、１つまたは複数の特定の時間期間に制限され得る。他の実施形態では、モードは、無制限の数の目標および動作、ならびに無制限または未定義の時間期間を組み込むことができる。

外科手術システムの動作を、以下にさらに説明するように、様々な方法で、異なるモード間で区別することができる。例えば、区別は、以下に基づくことができる（網羅的ではない）：
各モード専用の入力デバイス（または複数の入力デバイス）の違い、
特定のアームの移動および／または特定のアーム関節およびアームセグメント上の制約または制限の違い、
入力デバイスまたは入力デバイスの制御要素の変位からアームの移動への変換スキーム（例えば、変位から速度、変位から変位）の違い（ユーザ入力からアームの移動への変換が、ロボット的／半自律的か、遠隔操作によるものか）、ならびに
入力デバイスの操作が、（外科手術システムの機構および電子工学を介して）アーム関節の屈曲および回転に直接対処するか、アームセグメントの変位に間接的に対処することによって、指示通りにアームセグメントを変位させるために必要な屈曲および回転を生じさせるかどうか。
このような区別は、組み合わせて使用することができ、マルチアームシステムにおいては、アームごとに変えることができる。いくつかの実施形態では、システムが所与のモードにある間、区別を変更することができる。

モードの区別の中には、２つ以上の方法で実装できるものもある。非限定的な例として、モードの区別が、ある種のアームの移動（例えば、特定の関節の屈曲および回転）の制約もしくは制限、またはある種のアームの移動のみの許可を含む場合、各モードに対して異なる入力デバイスを使用することによって、または、両方のモードにおいて１つの入力デバイスを使用するもののユーザ切り替え可能もしくはシステム強制可能なソフトウェアまたはハードウェア制約を強制することによって、区別を実装することが可能である。実施形態が１つの入力デバイスを必要とするかそれ以上を必要とするかにかかわらず、ソフトウェア実装またはハードウェア実装のソリューションは、１つの所与のアーム関節の作動を積極的に許可してもよく、またはこの１つのアーム関節でない（同じアームの）任意のアームの関節の作動を積極的に妨げるか排除してもよい。

（複数の「アーム」とは対照的に）単数の「アーム」の作動または移動が本明細書で論じられる場合には、これは便宜的のみのものであり、第２のアーム（または他の複数のアーム）が同様にまたは他の方法で作動または移動されているかどうかを示すことを意図していないことに留意されたい。各アームを、それぞれの入力デバイスによって任意の他のアームとは独立して制御および作動させることができる。一方、「アーム」（単数形）が、作動または移動に関して制約または制限されていると開示されている場合は、例えば、このような制約または制限によって特徴付けられる動作モード中のとき、制限または制約は、外科手術システムの両方の／すべてのアームに等しく適用される場合がある。しかしながら、いくつかの実施形態では、制約または制限が１つまたは複数の所与のアームに適用される一方で、他のアームは全く制約もしくは制限されない、または同じように制約または制限されない場合がある。

２つの異なる動作モードが採用される実施形態において、第１の動作モードは、典型的には、外科手術用アームまたはアームを体の中へまたは体の外へ（または体内の第１の点から第２の点へ）導入するまたは取り出すおよび／または誘導するとき、とりわけ、目的の外科手術部位に向かうか、そこから離れるときに使用する。第２の動作モードは、典型的には、外科手術行為（例えば、組織の解剖、組織のマニピュレーティング、組織の縫合、測定の実施、イメージングなど）を行うときに使用する。第１のモードの「誘導」には、アームの少なくとも一部またはアームの遠位部分を反り返り位置に配置するように、または等価的に、エンドエフェクタを反り返り動作位置（処置位置）に配置するように、１つまたは複数のアームを反り返らせるステップを含んでもよい。

ある動作モードから別の動作モードへの明確に定義された移行または「ハンドオフ」を有することが望ましい場合がある。いくつかの実施形態では、移行は、１つの入力デバイス（または複数の入力デバイス）から別の入力デバイスへのハンドオフを含む。他の実施形態では、移行は、あるモードと別のモードとの間で区別される制御態様の変化に完全に関係している。両方のモードに割り当てられたタスクを単一の入力デバイスによって、または（複数の）同じ入力デバイスによって実行可能である。移行は、外科手術システムによって開始および管理することができ、または、ユーザが開始することができる。

第１のモードから第２のモードへの移行に関する非限定的な例では、移行は、関節の屈曲および回転を任意の特定のアームの所与の１つのアームの関節（例えば肘関節）に制限するなどの、第１のモード動作中に課せられた制限または制約を終了するステップを含むことができる。さらにまたは代わりに、移行は、第１モード動作中に無効化された（または特に有効化されなかった）アーム関節の作動を有効化するステップを含むことができる（すなわち、第１のモードにおいて有効化された所与の１つの関節に加えて有効化する）。有効化には、各関節のそれぞれの自由度にしたがって関節を無制限に動かすことができることが含まれ得る。例えば、所与のアーム関節が回転用にのみ構成され、屈曲しない場合、有効化は、回転に対してのみ有効となる。さらに、または代わりに、移行はすべてのアーム関節の作動を有効にすることができる。さらに、または代わりに、移行は、ユーザ入力デバイスからの制御出力の処理を、変位－速度変換から変位－変位変換に変更することができる。さらなる非限定的な例では、イベントに応答し、制御回路によって自動的に移行を実施することができる。例えば押されたボタンまたは回転したスイッチなどのユーザ入力に基づいて実装することができ、またはユーザが第１の入力デバイスの使用を終わらせ、第２の入力デバイスの使用を開始したことに注目して実装することができる。さらなる非限定的な例では、移行は、ユーザインターフェースに基づく媒介移行である。

第２のモードから第１のモードへの移行に関する非限定的な例では、移行は、任意の特定のアームの所与の１つのアームの関節（例えば肘関節）への関節の屈曲および回転の制限など、第２のモード動作への移行中に取り除かれた制限または制約の回復を含むことができる。さらに、または代わりに、移行は、第２のモード動作において有効であったアーム関節の作動を無効化するステップを含むことができる。さらに、または代わりに、移行は、ユーザ入力デバイスからの制御出力の処理を、変位－変位変換から変位－速度変換に戻すことができる。さらなる非限定的な例では、移行を、例えば、押されたボタンまたは回転したスイッチなどのユーザ入力に基づいて実装することができ、または、ユーザが第２のモード動作専用の入力デバイスの使用を終わらせ、第１のモード動作専用の異なる入力デバイスの使用を開始したことに注目して、実装することができる。

実施形態において、特に、第２のモードにおいて採用される入力デバイスがアバター的であり、入力アーム変位を外科手術用アーム変位に変換する実施形態において、第１の動作モードから第２の動作モードへの移行ステップは、アライメントキャリブレーションを含むことができる。図１２Ａ～１２Ｂに関してさらに詳細に議論されるアライメントキャリブレーションでは、第２の動作モードへの移行において外科手術用アームの作動制御を引き継ぐ対応する入力アームの向きを示す「形状」または「曲線」に一致するように、互いに「内向き」である複数のアーム要素（例えば、アームの関節および／またはアームセグメント）を含む外科手術用アームの向きが修正される。第２の動作モードから第１の動作モードへ戻る場合に、必ずしも対応するアライメントキャリブレーションがあるとは限らない。

ユーザ入力のアームの移動（屈曲と回転）への変換は、様々な方法で実現することができる。例えば、入力デバイスの変位または入力デバイスの制御要素の変位（または変位の力）を、アームの移動速度（例えば、速度（ｖｅｌｏｃｉｔｙ，ｓｐｅｅｄ）、角速度）に変換することができる。挿入／引き抜きおよび反り返り（または反り返り／非屈曲）を含む第１のモードにおいて、この種類の変換を使用することが望ましい場合がある。いくつかの実施形態では、これらの制限された、あまり正確でない移動を、遠隔動作モードまたはアバターモードではなく、より単純なロボットモードまたは半自律モードで実行することが好ましい場合がある。対照的に、様々な外科手術行為を行うのに特化した第２のモードにおいて要求される移動は、制御された変位－変位変換がより適している場合がある。入力デバイスまたは入力デバイスの制御要素の変位がアームセグメントの変位に、間接的には関節の回転および屈曲に好適に変換される。例えば、第２のモードの場合、変位から変位への変換がより直感的、人間工学的かつ正確になるように、内部向き（すなわち、セグメント間の向き）において、関節運動可能な入力デバイスの関節運動が外科手術用アームに確実に対応することが望ましい場合がある。

第１のモードでは、アームの移動を、アーム（または各アーム）の１つの所与のアーム関節の屈曲および／または回転に制限することが望ましい場合がある。これは、好適には、第１のモードで使用される入力デバイスから、（第１の動作モードにおいて）作動が許可される１つの所与のアームの関節などの特定のアームの関節の屈曲および回転に直接対処する入力を受信するように外科手術システムを構成することによって実装することができる。言い換えれば、ユーザは、入力デバイスおよび適切な制御回路を介して、アーム関節自体を「制御」している。この場合、作動させることを意図した移動は、具体的には、アーム関節の屈曲および／または回転である。実際のアームの移動がユーザの制御入力に応答して半自動的に実行されるかどうかにかかわらず、ユーザは、関節の作動を制御していることを認識する。エンドエフェクタの付随する変位および方向転換は、おそらく関節の制御の意図した結果である。

これに対し、第２のモードでは、特に、第２のモードで採用される入力デバイスがアバター的であり、入力アームの変位を外科手術用アームの変位に変換する実施形態において、外科手術システムが、アームセグメントの変位に直接対処する入力を受信し処理することが望ましいことがある。次いで、アーム関節の屈曲と回転を、要求されるアームセグメントの変位と方向転換を達成するために必要な程度に、屈曲および回転するようにアーム関節を制御することによって、間接的に外科手術システムによって対処する。言い換えれば、ユーザは、アームセグメント（または、この議論の目的のために、この位置および向きを制御することがユーザ目標であるという点で任意のアームセグメントと同様の役割を果たすエンドエフェクタ）の変位および方向転換を「制御」する。外科手術システムの制御回路は、この情報を使用して、影響を受ける各アーム関節の必要な屈曲および回転を決定する。一実施形態では、外科手術用アームの動作後に意図した形状を予測または駆動する形状または構成になるように、ユーザはアバター的な入力アームを操作することができる。

例示的な第１の動作モードにおいて、外科手術用アームの移動を、少なくとも部分的に制限または制約することができ、ある種の移動を排除することができるが、他の移動は許可することができる。明確にするために、アームの「移動」とは、例えば、アームの１つまたは複数のセグメント部材などのアームの任意の部分の変位および／または方向転換を含むことができる。

本明細書で使用する「肘関節」、「手首関節」および「肩関節」という用語は、アームが３つの作動可能な関節を備える特定の実装に係る機械アームの特定の関節を意味する。このような場合、遠位端エフェクタに最も近い関節は「手首関節」として既知であり、３つのうちの中間の関節は「肘関節」、最も近位の関節は「肩関節」として既知である。いくつかの実施形態では、手首関節は回転のみに制限され、すなわち、屈曲するように構成されていない。様々な関節は、図３Ａに示されており、本明細書で後述する。

アーム関節（すなわち１つのアームの複数の関節）の場合、特に指定されない限り、本開示および添付の特許請求の範囲で使用する「関節」という用語の意味は、屈曲（例えば、平面的な曲げ）および／または回転することができる任意の作動可能な部材を意味する。また、関節動作可能な／アバター的な入力アーム（入力デバイスの一種）も関節を有することができ、これらは入力デバイスの「関節部材」を指すことに留意されたい。典型的には、アームセグメントは、作動可能なアーム関節によって直列に接合することができるアームの（屈曲／回転に関して）作動不可能な部材である。ここで、用語「直列に接合」は、関節を２つの連続するセグメント部材間に介在させることのみを意味する。関節を、例えば、機械的および／または電子的に作動させ、ベースアームセグメント（図３Ａの２１８１）または別の（隣接する）アームセグメントに対して１つのアームセグメント（およびそこから遠位に配置されたアームのあらゆる部分）の屈曲を引き起こす、および／またはベースアームセグメントまたは別のアームセグメントに対して１つのアームセグメント（およびそれから遠位に配置されたアームのあらゆる部分）の回転を引き起こすことが可能である。いくつかの実施形態では、関節は複数の構成要素を含む。いくつかの例では、関節は、屈曲促進構成要素（またはサブアセンブリ）と回転促進構成要素（またはサブアセンブリ）の両方を含むことができる。読みやすくするために、本明細書では、このような構成要素の組み合わせを、関節またはアーム関節と呼ぶ。

実施形態では、アームの移動は、関節運動の種類（例えば、回転か屈曲）、移動速度、外科手術用アームのどの部分が動くことができるか等にしたがって制限されることがある。第１の動作モード中の外科手術用アームの移動は、所与の１つのアーム関節（肘関節のみ）の移動（例えば、肘関節の屈曲および／または回転を含む）および単一のユニットとしての外科手術用アームの直線移動（例えば、アームの直線的な前進および後退を含む）に制限されることがある。狭い経路を通って目的の外科手術部位に最小限の体積で外科手術用アームを容易に導入するために、第１の動作モード中ではアームの移動を制限することが望ましい場合がある。

また、人体内における衝突および組織が損傷する可能性を回避できるように、最小限の体積でアームを反り返すために、第１の動作モード中にアームの移動を制限することが望ましい場合もある。図３Ａは、例示の目的のためにここで説明する、種々の構成における外科手術用機械アーム１０２の簡略化された概略側面図である。破線２１７７は、障害物、例えば患者の組織を表す。反り返るときのアーム１０２の移動を、アーム１０２（および特にエンドエフェクタ１７４）が障害物２１７７に接触または衝突しないように制御するのが好ましい。図３には、それぞれＡ、Ｂ、およびＣとラベル付けされた３つのシナリオが示されている。アーム１０２は、近位セグメント２１８１と遠位曲げ可能部１７０とを備える。曲げ可能部２１７９は、肩関節２１０１および肘関節２１０３を有する。これらは、関節の実例が１つまたは複数のシナリオ（Ａ、ＢまたはＣ）のうちのどのシナリオに関連しているかを示すように、２１０１ａ、２１０１ｂｃ、２１０３ａ、２１０３ｂおよび２１０３ｃとして様々にラベル付けされている。例えば、関節２１０３ａは、シナリオＡにおける肘関節の位置である。したがって、シナリオＡは、肘関節２１０３ａのみの曲げを含む（肩関節２１０１ａは作動せず、曲げられないまま）。特に、肘関節２１０３ａのみの曲げではエンドエフェクタ１７４と障害物２１７７間の衝突が発生しないことが分かる。一方、肩関節２１０１ｂのみを曲げたシナリオＢでは、エンドエフェクタ１７４と障害物２１７７との衝突が生じている。シナリオＡとＢとの間の衝突／非衝突の結果の違いは、アーム１０２の肘関節２１０３から遠位部分までの長さが、アームの肩関節２１０１から遠位部分までの長さよりも短いことに起因する。図３Ａのアーム１０２の手首関節２１０５は、回転するが屈曲しないように設計または構成されているため、図３Ａの非限定的な例では、３つのシナリオのいずれにも関与していない。シナリオＡの続きであるシナリオＣでは、肘関節２１０３ａ（ここでは２１０３ｃ）の屈曲の後に肩関節２１０１ｃを屈曲させると、エンドエフェクタ１７４と障害物２１７７との間の衝突を連続的に円滑に回避できることが分かる。

図３Ｂは、肘関節２１０３が、非屈曲の向きから、近位アームベースセグメント２１８１に対して、様々な向き（９０°未満から１８０°超の範囲の屈曲後の向き）に屈曲する例を示す。

実施形態において、肘関節における移動の屈曲範囲は、＞９０°、＞１２０°、＞１４０°、＞１６０°、＞１８０°、＞１９０°、＞２００°、または約２１０°±１０°である。いくつかの実施形態では、エンドエフェクタ１７４は、アーム１０２のベース２１８１に対して＞９０°、＞１２０°、＞１４０°、＞１６０°、＞１８０°、＞１９０°、＞２００°、または約２１０°±１０°に位置することが可能である。いくつかの実施形態では、エンドエフェクタ１７４は、完全に屈曲したときに、アーム１０２のベース２１８１と平行になるか、代わりにアーム１０２のベース２１８１に届くことができる。さらに、肘回転関節可動域は、少なくとも２００°、少なくとも２５０°、少なくとも３００°、少なくとも３１０°、少なくとも３２０°、少なくとも３３０°、少なくとも３５０°または約３６０°とする。図３Ｃは、アーム１０２を反り返り構成または等価的に反り返り位置に持ってくるように、かつエンドエフェクタ１７４を反り返り動作位置にもたらすように、図３Ｂで示した非屈曲の向きから回転させ、肘関節２１０３が１８０°超屈曲している状態のアーム１０２を示す。

いくつかの実施形態では、外科手術用アームの反り返りを、自動的に行うことができる。すなわち、アームおよび／またはアームの遠位端部におけるエンドエフェクタが、予めプログラムされた反り返り位置に到達するまで、１つのアーム関節を屈曲および／または回転させることにより、１つまたは限られた数の電子制御出力に応答するように、アームを配置することで自動的に行うことが可能である。

図４は、図３ＢのシナリオＡにおける肘関節２１０３ａと同様に肘関節２１０３を屈曲させ、この後回転させたアーム１０２を正面から見た図を示す。すなわち、図４における肘関節２１０３は屈曲と回転の両方が行われている。任意のアーム関節の回転は、同じアーム関節の屈曲とは独立にできる。いくつかの実施形態では、屈曲と回転は同時に行うことができる。他の実施形態では、例えばハードウェア設計または関節の作動を支配する制御回路のソフトウェア構成要素の制約によって、強制的に非同時となる場合がある。

図５は、図４のものと同様に肘関節２１０３が屈曲および回転しており、複雑な「Ｓ」字形状を形成するように、肘関節２１０３と共に肩関節２１０１が屈曲したアーム１０２を正面から見た図を示す。図３ＢのシナリオＣに代表されるようないくつかの実施形態では、肘関節２１０３の屈曲が障害物２１７７を「クリア」（衝突を避けた）後にのみ、肩関節２１０１が屈曲および回転するように作動させることが好ましい。

次に図６を参照して、いくつかの実施形態に係る、種々の動作モードを使用して外科手術用機械アームを制御するための一般的な方法のフローチャートを示す。

本明細書で説明するプロセスは、例えば、婦人科手術、腹腔鏡手術、耳鼻咽喉科手術など、患者の体内に挿入する１つまたは複数の外科手術用機械アームを、少なくとも部分的に用いて行う様々な種類の手術に対して実装されることができる。

本明細書で先述したように、外科手術用機械アームは、複数の動作モードにしたがって動作することができる。任意選択で、動作モードを、実行する手術ステップにしたがって、および／または外科手術の現在の段階にしたがって選択する。

種々の動作モードを、（ユーザ入力デバイスの操作による）ユーザ入力を外科手術用機械アームのそれぞれの移動に変換する種々の方法（入力デバイスまたは入力デバイスの制御要素の移動）によって特徴付けることができる。さらにまたは代わりに、種々の動作モードを外科手術用アームの関節運動の種々の制限によって特徴付けることができる（例えば、１つまたは複数の外科手術用アーム関節の関節運動（例えば屈曲）の制限、移動範囲の制限、またはアームの関節運動を選択された自由度へ制限）。さらにまたは代わりに、種々動作モードを、ユーザに対する種々の種類のフィードバック（例えば、１つまたは複数の入力デバイスを介して外科手術用アームを制御しているユーザが、感知するフィードバック）によって特徴付けることができる。

いくつかの実施形態では、動作モード間の選択および／または切り替えを、ユーザ、例えば、外科医が制御する。任意選択で、動作モードの選択を、システムのユーザインターフェースを介して行うことができる。例えばタッチスクリーンを介して、および／または別の入力デバイス、または制御コンソールもしくはディスプレイスクリーン上に、またはこれらに近接して配置されたボタンもしくは他の入力デバイスを介して行うことができる。さらにまたは代わりに、動作モードの選択を自動的に行うことができ、例えば、システムコントローラまたはプロセッサなどの適当な制御回路によって実行される。いくつかの実施形態では、動作モードの選択および／または切り替えは、以下のうちの１つまたは複数によって引き起こされ、かつ、これらを条件とする（網羅的ではない）。
外科手術用アームまたはアームのエンドエフェクタの現在の「解剖学的」位置の特定（例えば、アームのアクチュエータおよび／もしくはモータ（例えば、１０４もしくは１０８）に関連するエンコーダもしくは他のセンサ（図示せず）などの電気機械的器具を用いて、または、カメラによって得られたアーム１０２の画像に（イメージング処理または視覚を通じて）アクセスし分析することによって特定する）。
入力デバイスの現在の位置の特定。
外科手術用アームのある種の関節運動の実行。
外科手術用アームの１つまたは複数の位置センサの表示の受信。
時限表示（例えば動作モードが変更される時点を定めることによる）。

図６のフローチャートは、いくつかの実施形態に係る、２つの動作モードを使用して外科手術用機械アームが動作する方法を説明する。

方法は、以下を含む。

ステップＳ０１：第１の動作モードにおいて、所定の位置まで１つまたは複数の外科手術用アームを挿入し、誘導する。

第１の動作モードでは、外科手術用アームを体に導入し、選択した解剖学的位置および／または選択したアーム位置まで誘導する。外科手術用アームを、自然の体の開口部（例えば、膣、肛門、気管、食道、外耳道）を介して、および／または切開部を介して体に導入してもよい。

いくつかの実施形態では、第１の動作モードにおいて、アームの関節運動は制限される。例えば、１つまたは複数のアーム関節が関節運動（屈曲および回転）することを制限または排除することができる。一例では、アームは、肩関節、肘関節、および回転するが屈曲しない手首関節の３つの関節を備え、関節のうちの１つまたは２つの関節運動を妨げる。具体的な例では、肘関節の移動（例えば、肘関節の屈曲、伸展、および／または回転）のみが可能であり、肩関節と手首関節の移動は制限される。

また、第１の動作モードの間は、アーム全体として、１次元的な移動で前進または後退するような直線的な移動（直線的な動きのみを含む）を可能にすることもできる。

いくつかの実施形態では、アームの移動の制約は、例えば、アーム関節の作動に影響を与える１つまたは複数のロック（例えば、ソレノイドロック）によって、機械的に行われる。さらにまたは代わりに、アームの移動の制約を、例えば、移動の範囲および／または移動の種類を制限するソフトウェア制御機能を実装することによって、適用な回路によって行うことができる。

いくつかの実施形態では、アームの移動の範囲を制限するステップ、および／またはある種の移動を制限するステップは、例えばアームの１つまたは複数の位置センサによって示されるような、現在のアームの位置に応じて実行される。いくつかの実施形態では、アームの移動の範囲を制限するステップ、および／またはある種の移動を制限するステップは、例えば、光学的手段（例えば、体内に、任意選択で外科手術用アームと共に導入されるカメラ）によって視覚化されるような、アームの現在の解剖学的位置に応じて実行される。

ステップＳ０２：第１の動作モードにおいて１つまたは複数の外科手術用アームをベース位置まで関節運動させる。

さらに第１の動作モードでは、１つまたは複数の外科手術用アームを、ベース位置まで関節運動させる。いくつかの実施形態において、ベース位置は、例えば、アームが少なくとも１２０度、少なくとも１５０度、少なくとも１８０度、または中間の角度、より大きい角度、またはより小さい角度で屈曲されるときのアームの反り返り位置を含む。いくつかの実施形態では、ベース位置は、ユーザがより快適であるか慣れ親しんでいる可能性のある選択した向き（例えば、腹部の向きに対応する向き）からユーザが外科手術行為を行うことができるようにアームを位置付けるものである。

いくつかの実施形態において、第１の動作モードにおける外科手術用アームの移動の制御、ロボット制御を有する。任意選択で、第１の動作モードにおける、ユーザによる入力デバイスの操作には、限定された種類のユーザの移動（例えば、規定された軸に沿った入力デバイスの限定された移動、および／またはボタンの押下）のみが含まれる。一例では、第１の規定された軸に沿って入力デバイスを動かすステップは、選択されたアームの関節（例えば肘）の回転を作動させ、第２の規定された軸に沿って入力デバイスを動かすステップは、選択されたアームの関節（例えば肘）の屈曲を作動させ、１つまたは複数のボタンを押すステップは、外科手術用アームの直線的な前進または後退を作動させる。

いくつかの実施形態では、第１の動作モードにおける、ユーザによる入力デバイスの操作は、外科手術用アームの移動速度に変換される。例えば、入力デバイスの静止位置に対してユーザが入力デバイスを動かすと、入力デバイスの静止位置に対して入力デバイスを動かした範囲によって外科手術用アームの移動の相対速度が設定される。

ステップＳ０３：第２の動作モードへ移行し、１つまたは複数の外科手術用アームを用いて外科手術行為を実行する。

第２の動作モードでは、ユーザは、外科手術用アームを介して、例えば組織の把持、組織の解剖、組織の移動、組織の縫合などの外科手術行為を行う。いくつかの実施形態では、アームが選択されたベース位置（例えば、反り返り位置）に移動されると、第２の動作モードはステップＳ０２の終了時に開始する。

いくつかの実施形態では、ユーザは、第１の動作モードから第２の動作モードに移行するときに入力デバイスを切り替える。代わりに、ユーザは、第１の動作モードまたは誘導動作モードと第２の動作モードまたは外科手術モードとの両方で同じ入力デバイスを使用する。

いくつかの実施形態では、第２の動作モードにおいて、外科手術用アームの移動は、第１の動作モードほど制限されない。一例として、全てのアーム関節（肩、肘、手首）は、関節運動（例えば、屈曲および／または回転）することが可能である。いくつかの実施形態では、第２の動作モード中のアームの移動の範囲および／または速度は、例えば、周囲の組織を損傷しないように、速すぎる速度および損傷の危険性がある速度で移動を行わないように、安全上の注意に基づいて制限される。

いくつかの実施形態では、第２の動作モードにおける外科手術用アームの制御には、遠隔操作による制御が含まれる。任意選択で、外科手術用アームのそれぞれの変位は、ユーザによる入力デバイスの変位を模倣する。任意選択で、ユーザによる入力デバイスの変位の速度を、外科手術用アームのそれぞれの移動速度に反映する。

ステップＳ０４：第１の動作モードへ移行し（戻り）、１つまたは複数の外科手術用アームを体から引き出す。

いくつかの実施形態によれば、外科手術行為を成し遂げると、任意選択で、アームを患者の体から外側に引き出す。いくつかの実施形態では、第１の動作モードで引き出しを行う。任意選択で、引き込み前および／または引き込み中に、アームをまっすぐにする。

第１の動作モードでの引き出しは、アームの移動の範囲および／または種類を制限し、それによって、アームが引き出される解剖学的通路（例えば、膣）の周囲の組織が損傷する可能性を低減するので、有利であり得る。

次に図７を参照すると、制御コンソール１１８は、ディスプレイスクリーン４０７と、これに近接して、つまり図７の非限定的な例ではスクリーン４０７の側面に対向して位置する入力デバイス４０５とを備えることができる。

各入力デバイス４０５（「サムスティック」の形態）は、ユーザの親指による操作に適したニップル型コントローラ４０９を有する。実施形態において、中心の静止位置に対するニップル４０９の移動の範囲を、本明細書で先述したように、選択された外科手術用アームの移動速度に変換することができる。一例では、ニップル４０９がこの中心の静止位置から遠くに押されるほど、結果として生じる外科手術用アームの移動速度は速くなる。別の例では、より大きな力がニップル４０９に加えられるほど、結果として生じる外科手術用アームの移動速度が速くなる。

いくつかの実施形態では、サムスティック４０５を介して外科手術用アームを制御するとき、外科手術用アームの１つまたは複数の関節（例えば、肩関節、手首関節）の移動が制限され、肘関節の屈曲および／または回転のみが有効である。いくつかの実施形態では、例えばアームを前進または後退させるために、（単一本体としての）外科手術用アームの直線移動も有効である。いくつかの実施形態では、ニップル４０９の移動によって、肘関節の屈曲および／または回転が作動する。いくつかの実施形態では、アーム１０２の直線移動を、別々のアクチュエータによって作動させる。例えば、図７の図示例において、入力デバイス（サムスティックアセンブリ）４０５自体の本体に配置された押しボタンとして実装されている入力デバイス４０６、４０８などの別の対の入力デバイスを用いて、作動させる。他の例では、押しボタン４０６、４０８を、独立して、またはディスプレイスクリーン４０７上に（もしくは、ディスプレイスクリーンにより近接して）設けることができる。一例では、ボタン４０６は外科手術用アームを遠位（例えば腹部方向）に前進させ、ボタン４０８は外科手術用アームを近位に後退させる。実施形態では、直線動作が屈曲または回転のいずれも必要としないので、肘関節でないアーム関節の屈曲および回転を排除する第１のモードの間に、入力デバイス４０６、４０８を使用してもよい。

いくつかの実施形態では、サムスティック４０５の使用中、どの第１のモードの制限もない第２のモードで使用するために提供されるアバター入力アーム４１１などの他の入力デバイスは、例えばソレノイドロックによって、静止位置でロックされる。いくつかの実施形態では、入力アーム４１１の静止位置は、外科手術用アーム１０２の反り返り位置として選択されるので、（例えばサムスティックを用いて）外科手術用アーム１０２が反り返されると、ユーザはアバター入力アーム４１１を手に取り、このまま処置を続けることができる。いくつかの実施形態では、第２のモードの間にアバター的な入力アーム４１１が有効化されると、サムスティックの操作は無効化される。

いくつかの実施形態では、患者１０６の体内への外科手術用アーム１０２の挿入の間、外科手術用アームは真っ直ぐ、すなわち、非屈曲の状態である。いくつかの場合、カニューレを介して挿入される。同時に、アバター入力アームは静止位置にあり、静止位置は、ロックされた位置、および反り返り位置とできる。任意選択で、サムスティック４０５を用いた外科手術用アームの反り返りの後、外科医は、サムスティック４０５を離して、アバター入力アーム４１１に手を移動させることができる。外科医がアバター入力アーム４１１を把持し、任意選択で持ち上げると、外科手術用アーム１０２に対する制御は、第１のユーザ入力デバイス４０５から第２のユーザ入力デバイス４１１に自動的に切り替えられ、または移行され得、外科医はアバター入力アーム４１１を用いて処置を継続することができる。

いくつかの実施形態では、１つまたは複数のアバター入力アーム関節がソレノイドロックによってロックされているとき、外科医がアバター入力アームを持ち上げることによって、ソレノイドロックが自動的に解除される。さらにまたは代わりに、アバター入力アーム関節の手動ロックは、例えば、アバター入力アームの位置を検出するセンサを介して、解除される。

いくつかの実施形態では、システム（例えばシステムプロセッサ）は、入力デバイスの１つまたは複数の位置（例えばサムスティックの現在位置および／またはアバター入力アームの現在位置）を認識し、任意選択でユーザインターフェーススクリーン上に位置を提示するように構成される。いくつかの実施形態では、位置の特定は位置センサの使用によって補助される。

図８は、把持ハンドル５０３と、任意選択で、リッジ５０５を有する表面など、把持を容易にするテクスチャ表面とを備える親指操作式入力デバイス５０１の一例の画像を示している。１つまたは複数の制御ボタン５０７を、把持ハンドル５０３に沿って配置することができる。例えば、図８のサムスティック入力デバイス５０１は、２つの制御ボタン５０７（外科手術用アームの遠位への直線的前進を作動させるためのもの、およびアームの近位への直線的後退を作動させるためのもの）を備える。

いくつかの実施形態において、サムスティック５０１は、例えば把持ハンドル５０３の近位端から延びる、ニップル５０９を備える。いくつかの実施形態において、ニップル５０９は、ユーザの親指に適した形状および／またはサイズである。いくつかの実施形態では、ニップル５０９は、丸みを帯びた外形を有する。いくつかの実施形態では、ニップル５０９の近位面は、周方向に沿って配置される複数の突起５１１で形成されている。周方向の突起は、親指がニップル５０９上に配置された状態を維持することを補助し、親指がニップル５０９から離れるようにスライドすることを、潜在的に防止または低減することができる。

いくつかの実施形態では、ニップル５０９は、ばねのような挙動で動く。任意選択で、ニップル５０９をこの最初の静止位置（例えば、ニップル５０９がサムスティックの長軸５１３と中心で一直線になっている中心位置）から押し離した後、ニップルはこの中心位置に跳ね返る。

図９は、いくつかの実施形態係る、親指操作式入力５０１の制御の一例を示す概略図である。いくつかの実施形態では、第１の軸に対してニップル５０９を動かす（「変位させる」）ことで、第１の種類の外科手術用アームの移動（例えば屈曲）を作動させ、かつ第２の軸に対してニップル５０９を変位させることで、第２の種類の外科手術用アームの移動（例えば回転）を作動させる。

いくつかの実施形態では、サムスティック５０１を、関節の少なくとも一部（例えば、肩関節２１０１および手首関節２１０５）が制限されている第１の動作モード中に使用する。任意選択で、Ｙ軸に沿ってニップル５０９を変位させると、外科手術用アーム１０２の肘関節２１０３の屈曲が発生し、Ｘ軸に沿ってニップル５０９を変位させると、肘関節の回転が発生する。いくつかの実施形態では、曲げおよび回転の同時作動を、ニップルを両方の軸に対して（例えば、中心に対して斜めに）押すことによって実現可能である。

次に図１０および図１１を参照すると、外科手術用アーム関節のそれぞれの移動を作動させるための複数の関節を含む例示的なアバター的な入力アーム７０１の側面図画像および正面図画像が示されている。図示されているように、関節は、肩関節７０３、肘関節７０５および外科手術用アーム１０２の手首関節２１０５を制御するための手首回転ノブ７０７を備える。

いくつかの実施形態では、アバター入力アームは、ボタンまたはレバー７０９などの付加的な入力デバイスを備えることができる。これらの入力デバイスは、（エンドエフェクタ１７４のような）外科手術用アーム１０２の外科手術用ツールの動作を制御することができる。

図１０～図１１の例示的な入力アーム７０１上に配置された他の入力デバイスは、アーム１０２の直線的な前進および後退を作動させるための一時停止－再開ボタン７１１およびボタン７１３、７１５をそれぞれ含む。ユーザは、アバター入力アーム上のボタン７１３、７１５、および／またはサムスティック４０５上に配置されたボタン４０６、４０８を使用して、直線的な前進および／または後退を作動させることができる。さらにまたは代わりに、アームの直線移動を、制御コンソールのスクリーンインターフェースを介して（例えば、タッチスクリーンインターフェースを介して）作動させることができる。

いくつかの実施形態では、左アームと右アームをそれぞれ制御するための、１組の２つのアバター入力アームが設けられる。例えば、第１のアバター入力アーム７０１は、第１の外科手術用アーム１０２（例えば、「右」アーム）に関連付けられた第１のモータユニット１０８を制御することができ、第２のアバター入力アーム７０１は、第２の外科手術用アーム１０２（例えば、「左」アーム）に関連付けられた第２のモータユニット１０８を制御することができる。いくつかの実施形態では、入力アーム１２０、４１１および７０１のいずれかまたは全ては、同じであってよい。

ここで、図１２Ａおよび図１２Ｂを参照する。実施形態では、アバター入力アームなどの入力デバイスと外科手術用機械アームの現在の位置とのアライメントが実行される。一例では、アライメントは、ユーザが異なる入力デバイス間を切り替えるとき（例えば、親指操作式入力からアバター入力アームに切り替えるとき）に、実行される。別の例では、入力デバイスの外科手術用アーム位置とのアライメントは、システムの初期化時、例えば外科手術の開始時または外科手術前に実行される。別の例では、外科手術用機械アームの現在の位置との入力デバイスのアライメントは、一時停止の後、制御を再開する際に実行される。任意選択で、一時停止モードでは、入力デバイスの移動は、外科手術用機械アームの相対的な移動を作動させない。制御の再開時に、円滑に、中断されない方法で動作を継続するために、外科手術用機械アームの現在の位置に一致するように入力アームの位置を調整するように要求される場合がある。

いくつかの実施形態では、自動的または半自動的な方法で制御が再開される。例えば、ユーザは、入力デバイスの選択された関節運動を行い（例えば、アバター入力アームの肘関節をまっすぐにする）、外科手術用アームの制御を再開する。

図１２Ａおよび図１２Ｂにおいて、入力デバイス（すなわち、入力アーム）の相対位置は、十字形ダイヤグラム８０１を用いて表される。いくつかの実施形態では、肩関節のためのものと肘関節のためのものの２つの十字形ダイヤグラムがある。いくつかの実施形態では、十字は、外科手術用機械アームの特定の１つの関節（例えば、肩関節、肘関節）を表す。いくつかの実施形態において、スロットの各ラインは、異なる種類の関節運動を表す。例えば、水平ライン８０３は、関節の回転を表し、垂直ライン８０５は、関節の屈曲を表す。使用中、ユーザは、２色のドット８０７によって十字上に示される関節位置にしたがって入力デバイスを操作する。入力デバイスの位置が（ユーザによる操作に応答して）外科手術用機械アームの位置に近くなると、色付きのドットは十字の中心に近づくように動く（図１２Ｂを参照）。任意選択で、入力デバイスの位置と外科手術用アームの位置との間の十分なアライメントが得られると、例えば、図１２Ａ～Ｂに示されるようにドットの色が赤から緑へと色が変化する。

実施形態において、図１２Ａおよび図１２Ｂの制御装置を、第１の入力デバイスを使用する第１のモードからアバター状の入力アームを使用する第２のモードへの移行ステップの一部として、アライメントキャリブレーションにおいて使用することができる。これらの実施形態において、入力アームの固定位置とアライメントするように外科手術用アームの位置を調整するために、第１の入力デバイスを使用することができる。

図１３は、いくつかの実施形態に係る、アライメント中にユーザに表示されるスクリーンの一例である。図示の例では、第１の入力デバイス（右のアバターアームに対応する）が、例えば肘関節と肩関節の両方の位置におけるチェックマーク８０９、および／またはロックされたロック８１１によって示されるように、第１の外科手術用アームと適切にアライメントされていることを示している。第２の入力デバイス（左アームに対応する）は、外科手術用アームとまだアライメントされていない位置にあることが示されている。この関節位置は、例えば本明細書で上述したように、２つの十字形状のダイヤグラムによって表され、ロックは解除されている。

いくつかの実施形態では、アライメントの間、ある種の関節運動および／または機能が無効化される。例えば、外科手術用アームの速度が制限、電気外科手術の機能が無効化、および／または他の機能が無効化される。

図１４Ａ～Ｅは、いくつかの実施形態に係る、複数の異なる入力デバイスを使用した外科手術用機械アームの例示的な制御を示す一連の画像である。図１４Ａ～Ｅの非限定的な例では、２つのアームを示しており、他の例では、単一のアームまたは２つ以上のアームとできる。

図１４Ａは、いくつかの実施形態に係る、膣を介して体へのアクセスをシミュレートするモデル９０３へのアームの導入中の２つの外科手術用機械アーム９０１の制御を示す。この例では、（例えば膣管を通しての）体へのアームの前進中の外科手術用アーム９０１の制御を、本明細書で上述したように、例えば１組のサムスティック９０５を含む親指操作式入力を介して行う。

図１４Ｂは、サムスティック９０５を介した、反り返り位置への外科手術用アームの操作を示す。図示の例では、アームを反り返り位置にするために（例えば、１２０、１５０、１８０、２１０度または中間の角度、より大きい角度またはより小さい角度で）屈曲させる。

図１４Ｃは、反り返り位置における外科手術用アームを示す。いくつかの例において、反り返りの後、ユーザは、例えば、サムスティックを離して、アバター入力アームを手に取ることによって、使用する入力デバイスを切り替えることができる。この時点で、アバター入力アームと外科手術用アームの現在の位置とのアライメントを、例えば、図１２Ａ～Ｂおよび図１３で説明したように実行することができる。

図１４Ｄおよび図１４Ｅは、いくつかの実施形態に係る、１組のアバター入力アーム９０７を用いた外科手術用アームの操縦を示す図である。外科手術用アームのそれぞれの位置が、入力アームの位置に対応していることが分かる。

図１５のブロック図は、多関節アーム１０２、入力デバイスアレイ１５００、および検出器１５２０を示す。当業者は、図１５に現れるすべての要素がすべての実施形態で必要とされるわけではないことを理解するであろう。図１５に示される入力デバイスアレイ１５００は、２つのユーザ入力デバイス１５１０Ａ（例えばサムスティック５０１）、１５１０Ｂ（例えばジョイスティック７０１）を示すが、当業者は、異なる実施形態では、より少ないまたはより多くのユーザ入力デバイスを設けてもよいことを理解するであろう。一例では、ジョイスティック７０１は、第１のユーザ入力デバイス１５１０Ａおよび第２のユーザ入力デバイス１５１０Ｂの両方とできる。言い換えれば、第１のユーザ入力デバイス１５１０Ａおよび第２のユーザ入力デバイス１５１０Ｂは、同じ単一のユーザ入力デバイスとできる。第１のユーザ入力デバイス１５１０Ａと第２のユーザ入力デバイス１５１０Ｂが同じ単一のユーザ入力デバイスである実装では、典型的にはジョイスティック７０１のような、より多目的または柔軟なデバイスである。ユーザ入力デバイスという用語は、ユーザから受信した入力を電子出力および／または信号に変換するためのデバイスに関する。ユーザ入力デバイスの例としては、ジョイスティック、タッチスクリーン、サムスティック、マウス、キーボード、ジェスチャー検出デバイス（例えば、カメラ［図示せず］を含む）などを含むが、これらに限定するものではない。特に指定しない限り、用語「アレイ」は、１つまたは複数のアイテムに関するものである。

図１５の例に示すように、多関節アーム１０２は、この遠位端部に取り付けられた１つまたは複数のオブジェクト１５３０を有する。１つまたは複数のオブジェクト１５３０は、アーム１０２と共に備えられるか、別々に追加または交換され得る。このようなオブジェクト１５３０の例には、エンドエフェクタ、例えば、外科手術用エンドエフェクタが含まれるが、これに限定するものではない。関連する外科手術用ツールは、以下を含むことができる（網羅的ではない）。診断／外科手術フィードバック用の内視鏡、持針器（例えば、大型持針器、湾曲持針器）、モノポーラおよびバイポーラ器具（例えば、モノポーラ剪刀、バイポーラ鉗子）、クリップアプライア（例えば、大型クリップアプライア、中型クリップアプライア）、血管シーラー、グラスパまたは剥離鉗子（例えば、メリーランド剥離鉗子、支持鈎鉗子、マイクロ鉗子、ロングチップ鉗子、開創器、Ｆｕｎｄｕｓグラスパ、ワニグラスパ、カディエール鉗子）、剪刀（例えば、ポッツ剪刀、彎剪刀）、フック（焼灼フックなど）、スパチュラ（焼灼スパチュラなど）などの外科手術用エンドエフェクタツール。

他で論じたように、いくつかの実施形態では、アーム１０２および／または１つもしくは複数のオブジェクト１５３０は、１つまたは複数の制御デバイスの１つまたは複数の電子制御出力に応答して動作する。「制御出力」および「制御信号」という用語は同義的に使用される。異なる実施形態において、制御出力は、有線通信および／または無線通信を介してアーム１０２および／またはアームのコントローラに送信されてもよい。

また、図１５に示されるのは、検出器１５２０である。他の場所で議論したように、いくつかの実施形態において、外科手術システム９９９の第１の動作モードから外科手術システム９９９の第２の動作モードへのモード移行は、検出器１５２０の出力に応答する、および／または応答に左右される。外科手術システム９９９は、図１に示す外科手術システム１００と機能的に等価であってよい。非限定的な一例では、検出器１５２０は、アーム１０２の一部（例えば遠位部分）が反り返っているか否か、および／または反り返り位置にあるか否かを検出する。一例では、カメラがアーム１０２の画像を取得し、検出器１５２０はカメラおよびイメージング処理回路によって位置を検出することができる。別の例では、エンコーダ（図示せず）または他の電気機械センサ（例えば１０４または１０８のセンサ）を、監視および検出のために使用して、アーム１０２の１つまたは複数の関節の、例えば向きを追跡することができる。他の例は、１つもしくは複数の磁気検出器、または容量性検出器、または超音波および／もしくは光を用いた、例えば三角測量（例えば飛行時間）に基づく位置検出に関するものであってもよい。

本開示およびこれに添付した特許請求の範囲において使用する「監視」および「検出」は、外科手術システムの１つもしくは複数の構成要素によって、１人もしくは複数のユーザによって、またはシステム構成要素と人間ユーザとの任意の組み合わせによって、行われ得る動作（および／または機能、および／または潜在的な動作および／または能力）である。自動化された監視または機械による監視または検出に関して本明細書で使用する説明的な言語は、非限定的なものとして意図し、任意のこのような実施形態において、ユーザの介入は、設計の一部および／または動作の一部とできる。いくつかの実施形態において、ユーザの介入は、安全上の理由から必要とされる。非限定的な一例では、１つまたは複数のセンサが、外科手術用アームまたはこの構成要素の１つに関する情報をディスプレイスクリーンに中継し、アームが所望の位置と向きにあるとき（例えば、外科手術処置場所で反り返らされたとき）に、自動視覚補助または半自動視覚補助の有無にかかわらず、アームの曲線形状を監視し、検出できるように、ユーザは訓練されおよび／または位置決めされている。別の非限定的な例では、監視および／または検出は、非視覚的な方法（網羅的ではないが、可聴アナウンスによって、触覚フィードバックによって、または制御もしくは入力デバイスのロックによってなど）でユーザに伝達される。もちろん、任意のこれらの種類の通信は、視覚情報と組み合わせることも可能である。

また、当業者は、追加の要素を外科手術システム９９９に備えることができること、および、図１５に示されるすべての要素のすべての構成要素がすべての実施形態において必要とされるわけではないことも理解するであろう。

ここで、図１６を参照する。ステップＳ１０１において、外科手術システム９９９は第１の動作モードで動作する。ステップＳ１２１において、外科手術システム９９９は、第２の動作モードで動作する。他で議論したように、異なる実施形態において、第１の動作モードおよび／または第２の動作モードは、入力デバイスの１つまたは複数の特定の性能および／または特定の制限に関連する場合がある。代わりにまたはさらに、第１の動作モードおよび／または第２の動作モードは、アーム１０２および／またはオブジェクト１５３０の要素のうちの１つまたは複数の特定の性能および／または特定の制限に関連している場合がある。このような要素の例としては、関節および関節運動器が挙げられる。代わりにまたはさらに、第１の動作モードおよび／または第２の動作モードは、１つまたは複数の入力デバイス１５１０の操作とアーム１０２またはこの１つまたは複数の構成要素との間の関係（例えば、入力デバイス１５１０またはこの構成要素の構成がアーム１０２またはこの構成要素の速度または位置に変換されるかどうか）に関連していてよい。

ステップＳ１０１で外科手術システム９９９が第１のモードで動作している間、１つまたは複数の動作が行われる。一例では、外科手術システムが第１のモードで動作するとき、アーム１０２の遠位部分が反り返り、場合によっては非屈曲位置および／または直線位置から開始するが、必ずしもそうである必要はない。別の例では、外科手術システム９９９が第１のモードで動作するとき、アーム１０２の遠位部分は、この曲線形状（例えば３Ｄの曲線形状またはこの平面投影）が、所定の曲線形状（例えば、反り返り形状または「Ｓ」曲線形状などの外科手術を開始するために有用なもの）に一致するようにもたらされる。

ステップＳ１０９は、監視に関するものであり、ステップＳ１０１と同時に実行することができる。例えば、ステップＳ１０９を、検出器１５２０によって少なくとも部分的に実行することができる。いくつかの実施形態では、ステップＳ１０９の監視は、アームが反り返り位置にあるか否かを判断するステップを含んでもよい。

ステップＳ１１３は、モード移行トリガーイベント、すなわち、この検出がステップＳ１０１の第１のモードからステップＳ１２１の第２のモードへ外科手術システム９９９のモード移行を引き起こす、検出可能イベントに関するものである。ステップＳ１１３の一例は、以下の通りである。アーム１０２が反り返り位置にあること、すなわち、アーム１０２が非反り返り位置から反り返り位置に移行したことの検出を、例えば検出器１５２０によって検出することに応答して、および、これを条件として、外科手術システム９９９は第１の動作モードから第２の動作モードに移行する。本明細書で上述したように、移行は、外科手術用アーム１０２の入力アーム７０１とのアライメントキャリブレーションを含むことができる。

ステップＳ１１７の移行は、例えば、アーム１０２が反り返ったこと、またはエンドエフェクタ１５３０が反り返り位置にあることを検出することによっておよび／またはそれに応答しておよび／または条件として、引き起こされてもよい。

次に、図１６のいくつかの実施形態について説明する。当業者は、これらの実施形態が相互に排他的である必要はないこと（実施形態またはこの特徴を組み合わせてもよいこと）を理解するであろう。いくつかの実施形態では、特徴および／または方法ステップの全てが存在する必要はない。

図１６の第１実施形態

第１の実施形態は、外科手術システムの動作方法に関し、外科手術システムは、以下を備える。
（ｉ）１つまたは複数のユーザ入力デバイスの入力デバイスアレイ。
（ｉｉ）アームの遠位端部にある外科手術用エンドエフェクタと、前記ユーザ入力デバイスからの電子制御出力に応答して屈曲および回転するように構成された複数のアームの関節とを備える多関節機械アーム。
方法は、以下のステップを含む。
（ａ）アーム関節の所与の１つの関節（例えば肘２１０３）に関して規定された第１の動作モードＳ１０１で外科手術システムの動作を開始するためのステップ。第１のモードは、所与の１つのアーム関節ではないアームの任意のアーム関節（例えば、肩２１０１を含む）の作動を排除し、１つのアームの関節（例えば、肘２１０３）の屈曲および回転を引き起こすために、この１つのアーム関節（例えば、肘２１０３）の作動の制御を許可する。
（ｂ）外科手術システムが第１の動作モード（例えば、Ｓ１０１）にある間、（ｉ）エンドエフェクタ１７４を反り返り動作位置に持ってくるように、ユーザ入力デバイス（例えば、サムスティック５０１）の１つまたは複数によって生成された制御信号に応答して、１つのアーム関節（例えば、肘２１０３）の屈曲および回転によってアームの遠位端部を反り返らせるステップ、および（ｉｉ）アームが反り返り位置にあるか否かを検出するために、機械アーム１０２の状態を（例えば、Ｓ１０９）を監視するステップ。
（ｃ）アーム１０２が反り返り位置にあることの検出に応答して、かつ、これを条件として（ステップＳ１１３）、外科手術システムの動作を第１のモードから第２のモードへ移行させるステップ（例えば、Ｓ１１３からＳ１２１への「ＹＥＳ」分岐）。第２のモードでは、システムが、各アーム関節のそれぞれの自由度にしたがって、少なくとも１つの第１のモードで排除されたアーム関節（例えば肘２１０３）の屈曲および回転の制御が可能となる。
（ｄ）エンドエフェクタを使用して外科手術行為を実行するように、外科手術システムが第２のモード（例えばＳ１２１において）で動作するステップ。

図１６の第２実施形態

外科手術システムは、以下を備える。
（ｉ）第１のユーザ入力デバイス１５１０Ａ（例えばサムスティック５０１）および第２のユーザ入力デバイス１５１０Ｂ（例えばジョイスティック７０１）。
（ｉｉ）複数のアーム関節（例えば肘２１０３および肩２１０１）を備える多関節機械アーム１０２および、アームの遠位端部にある外科手術用エンドエフェクタ１７４。
外科手術システムの動作方法は以下のステップを含む。
（ａ）外科手術システムの動作を反り返りモードで開始するためのステップ（例えば、Ｓ１０１の第１のモード）。アーム関節の屈曲および回転に関して、（ｉ）第１のユーザ入力デバイス１５１０Ａ（例えばサムスティック５０１）は、アーム関節の所与の関節のみの屈曲および回転を指示するためにアクティブであり、（ｉｉ）第２のユーザ入力デバイス１５１０Ｂ（例えばジョイスティック７０１）は無効である。
（ｂ）反り返りモードにある間、アーム関節の所定の関節（例えば、肘２０１３）の屈曲および回転によって、エンドエフェクタを反り返り動作位置に持ってくるように、第１のユーザ入力デバイス１５１０Ａからの電子制御出力に応答して、多関節機械アームの遠位部分を反り返らせるステップ。
（ｃ）アーム関節の所与の関節（例えば、肘２１０３）以外のアームのアーム関節の少なくとも１つ（例えば、肩２１０１）の屈曲および回転に関して第２のユーザ入力デバイス１５１０Ｂを有効にするために、外科手術システムを反り返りモードから外科手術動作モードに移行するステップ。
（ｄ）外科手術動作モードにある間に、第２のユーザ入力デバイス１５１０Ｂからの電子制御出力に応答して、各アーム関節のそれぞれの自由度にしたがってアーム関節の少なくとも２つ（例えば、肩および肘）を屈曲および回転させるステップ。これによって外科手術用エンドエフェクタを移動させ、１つまたは複数の外科手術を行う。

図１６の第３の実施形態

外科手術システムは、以下を備える。
（ｉ）１つまたは複数のユーザ入力デバイスの入力デバイスアレイ１５００。
（ｉｉ）複数のアーム関節を含む多関節機械アーム１０２（例えば、肩２１０１および肘２１０３）と、アームの遠位端部にある外科手術用エンドエフェクタ１７６４。
外科手術システムの動作方法は、以下を含む。
（ａ）反り返りモード（例えば、Ｓ１０１）で外科手術システムの動作を開始するためのステップ。アーム関節の屈曲および回転に関して、アーム関節の所与の関節（例えば、肘２１０３）のみの屈曲および回転を指示するために、入力デバイスアレイがアクティブである。
（ｂ）反り返りモードにある間、エンドエフェクタを反り返り動作位置に持ってくるように、入力デバイスアレイからの電子制御出力に応答して、アーム関節の所与の関節の屈曲および回転によって、多関節機械アームの遠位部分を反り返らせるステップ。
（ｃ）アーム関節のうちの所与の関節以外のアーム関節の屈曲および回転に関して入力デバイスアレイを有効にするために、外科手術システムを反り返りモードから外科手術動作モードに移行させるステップ。
（ｄ）外科手術動作モードの間、入力デバイスアレイからの電子制御出力に応答して、各アーム関節のそれぞれの自由度にしたがってアーム関節の少なくとも２つ（例えば、少なくとも肘２０１３および肩２１０１の両方）を効果的に屈曲および回転させるステップ。これによって、外科手術用エンドエフェクタを移動させて１つまたは複数の外科手術行為を行う。

図１６の第４の実施形態

外科手術システムは、以下を備える。
（ｉ）ユーザ入力デバイス（例えばジョイスティック７０１）。
（ｉｉ）複数のアーム関節を備える多関節機械アーム１０２と、アームの遠位端部にある外科手術用エンドエフェクタ。
外科手術システムの動作方法は、以下のステップを含む。
（ａ）反り返りモード（例えばＳ１０１）で外科手術システムの動作を開始するためのステップ。アーム関節の屈曲および回転に関して、アーム関節の所与の関節（例えば肘）のみの屈曲および回転を指示するために、ユーザ入力デバイスがアクティブである。
（ｂ）反り返りモードにある間に、エンドエフェクタを反り返り動作位置に持ってくるように、ユーザ入力デバイスからの電子制御出力に応答して、アーム関節の所与の関節の屈曲および回転によって、多関節機械アームの遠位部分を反り返らせるステップ。
（ｃ）アーム関節の所与の関節以外のアームのアーム関節の少なくとも１つを屈曲および回転させることに関して、ユーザ入力デバイスを有効にするために、外科手術システムを反り返りモードから外科手術動作モード（例えば、１２１）に移行させるステップ。
（ｄ）外科手術動作モード中に、ユーザ入力デバイスからの電子制御出力に応答して、各アーム関節のそれぞれの自由度にしたがって、アーム関節の少なくとも２つを効果的に屈曲および回転させるステップ。これによって外科手術用エンドエフェクタを移動させて１つまたは複数の外科手術を行う。

図１６の第５の実施形態

外科手術システムを使用する方法であって、方法は以下のステップを含む。
（ａ）アームの遠位端部にある外科手術用エンドエフェクタ１７４を変位させることができる多関節機械アームを設けるステップ。アームは、対応する複数のアーム関節（例えば、肘および肩）によって（例えば、直列に）接続された複数のアームセグメントを備える。アーム関節は、ユーザ入力デバイスからの電子制御出力に応答して屈曲および回転するように構成される。
（ｂ）第１の入力モードで動作している間に、エンドエフェクタを反り返り動作位置に操縦するステップ。第１の入力モードでは、入力デバイス（例えば、サムスティックなどの１５１０Ａ）またはこの変位可能な部分の変位は、アーム関節の屈曲速度および／または回転速度に変換される。
（ｃ）エンドエフェクタが反り返り動作位置にあることの検出に応じて、かつこれを条件として、第１の入力モードでの動作から第２の入力モードでの動作に移行するステップ。第２の入力モードでは、入力デバイス（例えば、ジョイスティックなどの１５１０Ｂ）またはこの変位可能な部分の変位が、少なくとも１つのアームセグメントの対応する変位に変換される。
（ｄ）移行ステップの後、第２の入力モードで動作している間に、エンドエフェクタを用いて外科手術行為を行うステップ。

図２２Ａ～Ｃに関する図１６の特定の実施形態。

（Ａ）外科手術システムは、（ｉ）所与のユーザ入力デバイス（例えば、多関節ユーザ入力アームおよび／または可撓性ユーザ入力アーム、例えばジョイスティック７０１）、ならびに
（ｉｉ）アームの遠位端部にある外科手術用エンドエフェクタ１７４と、複数のアーム関節（例えば肩２１０１および肘２１０３）とを備える多関節機械アーム１０２を備える。複数のアーム関節は、（例えば、多関節および／または可撓性の）所与のユーザ入力デバイス１５１０Ｂ（例えばジョイスティック７０１）からの電子制御出力に応答して（例えば、および任意選択で、所与のユーザ入力デバイス以外の他のユーザ入力デバイスである１つの付加的なユーザ入力デバイス１５１０Ａ（例えばサムスティック５０１）からの出力にも応答して）、（例えば、外科手術システムの少なくとも１つの動作モードにおいて）屈曲および回転するように構成される。
外科手術システムの動作方法は、
ａ．（例えば、アームの動きが所与のユーザ入力デバイス１５１０ｂの出力によって制御されないおよび／または出力に鈍感である）第１の動作モードで外科手術システムの動作を開始するためのステップ、
ｂ．外科手術システムが第１の動作モードにある間（例えばステップＳ１０１）、（ｉ）多関節機械アームの１つまたは複数のアーム関節の機械化された屈曲によって、および／または回転によってアームの曲線形状を修正するステップ（例えば図２２Ｂの２８３０から開始）、ならびに（ｉｉ）アームの一部または全体が、所与の（多関節および／または可撓性）ユーザ入力デバイス１５１０Ｂによって規定された現在優勢な曲線形状（例えば、形状２８１０）および／または所与の（多関節および／または可撓性）ユーザ入力デバイス１５１０Ｂによって規定された静止状態の曲線（例えば、形状２８１０）に一致する（例えば、曲線が一致するか、これらの２次元投影が一致する）曲線形状を有するか否かを検出するために前記機械アームの形状状態を監視するステップ、
ｃ．肯定的な一致の検出（すなわち、「肯定的な」検出とは、アームによって規定される曲線形状と所与のユーザ入力デバイスによって規定される曲線形状とが一致していることの検出）［すなわち、図２２Ｂでは、２８３０と２８１０とは一致していないが、図２２Ｃではこれらが一致している］に応答して、かつ一致を条件として、外科手術システムの動作を第１のモード（例えばステップＳ１０１）から第２のモード（例えばステップＳ１２１）へ移行させるステップ、ならびに
ｄ．（例えば、多関節および／または可撓性の）所与のユーザ入力デバイス（例えば、１５１０Ｂ－例えばジョイスティック）の出力に応答して、エンドエフェクタを使用して外科手術を行うように、第２のモード（例えば所与のユーザ入力デバイスの（例えば制御）出力が、アームまたはアームのセクション（例えば非遠位セクション）もしくはアームの要素（例えばこの任意の関節）の構成を修正する）で外科手術システムを操作するステップ、を含む。

（Ｂ）外科手術システムは、（ｉ）ユーザ入力デバイス（例えば、多関節および／または可撓性ユーザ入力デバイス）（例えば、位置制御を有するユーザ入力デバイスによって制御される）、ならびに（ｉｉ）アームの遠位端部にある外科手術用エンドエフェクタと、複数のアーム関節とを備える多関節機械アームを備える。複数のアーム関節は、（例えば、多関節および／または可撓性の）所与の入力デバイスからの電子制御出力に応答して（例えば、任意選択で、所与のユーザ入力デバイス以外の他の入力デバイスである１つの付加的なユーザ入力デバイスからの出力にも応答して）、（例えば、外科手術システムの少なくとも１つの動作モードにおいて）屈曲および回転するように構成される。
外科手術システムの動作方法は、
ａ．（例えば、アームの動きが所与のユーザ入力デバイスの出力によって制御されない、および／または所与のユーザ入力デバイスの出力に鈍感である）第１の動作モードで外科手術システムの動作を開始するためのステップ、
ｂ．外科手術システムが第１の動作モードにある間に、（ｉ）多関節機械アームの１つまたは複数のアーム関節の機械化された屈曲および／または回転によってアームの曲線形状を修正するステップ、（ｉｉ）アームの一部または全体が予め規定された曲線形状（例えば、１つまたは複数の局所最小値または局所最大値を有する形状、１つまたは複数の変曲点を有する形状－例えば、Ｓ字曲線形状）に一致する（例えば、曲線が一致するか、これらの２次元投影が一致する）曲線形状を有するか否かを検出するために、前記機械アームの形状状態を監視するステップ、
ｃ．肯定的な一致の検出に応答して、かつ一致を条件として、外科手術システムの動作を第１のモードから第２のモードへ移行させるステップ、ならびに
ｄ．（例えば、多関節および／または可撓性の）所与のユーザ入力デバイスの出力に応答して、エンドエフェクタを使用して外科手術を行うように、第２のモード（例えば、所与のユーザ入力デバイスの（例えば、制御）出力が、アームまたはアームのセクション（例えば、非遠位セクション）もしくはアームの要素（例えば、この任意の関節）の構成を修正する）で外科手術システムを操作するステップを含む。

図１６の特定の実施形態に関連する付加的な特徴。

以下の１つまたは複数（例えば、任意の組み合わせ）を提供することができる。

（１）ステップｃの移行ステップは、所与のユーザ入力デバイス（例えば１５１０Ｂ－例えばジョイスティック）以外の異なるユーザ入力デバイス（例えば１５１０Ａ－例えばサムスティックデバイス）から所与のユーザ入力デバイス（例えば１５１０Ｂ－例えばジョイスティック）へ、アームの構成のユーザ制御をハンドオフするステップを含む。

（２）本方法は、外科手術システムが第２のモード（例えば、ステップＳ１２１）にある間に、これと同時またはこれに続いて、所与の入力デバイスまたはこの変位可能な部分の変位の大きさが、アームの少なくとも一部分および／またはアームの少なくとも１つのアームセグメントの対応する変位に変換されるように、ユーザ制御デバイス（例えば１５１０Ａ－例えばサムスティックデバイス）の出力によってアーム１０２の構成を制御するステップをさらに備える。

（３）本方法は、ステップ（ｄ）（例えばＳ１２１）と同時またはそれに続いて、外科手術システムが第２のモードにある間に、所与の入力デバイスまたは変位可能な部分の変位の大きさが、アームの要素の目的位置（すなわち、現在優勢な位置と異なる位置）および／またはアームの目的構成（例えば現在優勢な構成と異なる構成）を指定（例えば完全に指定、例えば命令）するように、アームの構成をユーザ制御デバイス（例えば１５１０Ｂ－例えばジョイスティック７０１）の出力により制御するステップをさらに含む。

（４）第１のモードは、（ｉ）複数のアーム関節の適切なサブセット（例えば、肘２１０３のみ）に関して規定され、（ｉｉ）関節の適切なサブセットの部材でないアームの１つまたは複数のアーム関節（例えば、肩２１０１）の、多関節ユーザ入力デバイスからの制御信号による作動を排除し、ならびに（ｉｉｉ）適切なサブセットに属する１つまたは複数のアーム関節（例えば肘２１０３）の作動の制御を許可し、適切なサブセットの各アーム関節の屈曲および／または回転を引き起こす。

（５）第１のモードから第２のモードへの移行ステップ時に、多関節ユーザ入力デバイス（例えば１５１０Ｂ－例えばジョイスティック７０１）は、少なくとも１つの第１モードで排除されたアーム関節の屈曲および回転の制御が有効化される（例えばジョイスティック７０１の７０３）。

（６）アーム１０２の形状を修正するステップは、所与のユーザ入力デバイス（例えば１５１０Ｂ－例えばジョイスティック）によって与えられる電子制御信号に応答して実行される。

（７）アームの形状を修正するステップは、所与のユーザ入力デバイス以外のユーザ入力デバイスによる電子制御信号に応答して実行される。

（８）アームの形状を修正するステップは、自動的に実行される（例えば、自動反り返りなど）。

（９）（ｉ）第１のモードでは、入力デバイスまたはこの変位可能な部分の変位をアーム関節の屈曲速度および回転速度に変換するように動作する、多関節入力デバイスまたは別の入力デバイスによってアーム形状を制御し、（ｉｉ）第２のモードでは、多関節入力デバイスまたはこの変位可能な部分の変位を少なくとも１つのアームセグメントの対応する変位に変換するように動作する、多関節入力デバイスによって、アーム形状を制御する。

図１７～２１の説明

一例では、第１のモードと第２のモードは共に、同じ入力デバイスであるアバター的な入力アームを使用する。本明細書で上述のように、入力アームは、アームを反り返らせるための制限されたモードで使用され、この時点（反り返り時点）で、第２のモードでの完全に有効な使用に移行する。しかしながら、この時点で、入力アーム、または少なくともハンドル部材（例えば、図１０のハンドル部材７０２）は、反り返りに用いられた屈曲の角度にしたがって、１８０°と同じくらいか、１８０°を超えて反転している可能性がある。これは、（ａ）ハンドル７０２が外科医から見て扱いづらい「逆さ」になっていること、（ｂ）外科手術システムで使用する座標系が「逆さ」になっていること、を意味する。外科医の視点は、アームを反り返らせるために「遠位」を見ることから、アームが反り返り位置にある状態で外科手術を行うために「近位」を見ることに切り替わる。この結果、セグメント部材の変位ベクトルまたは方向転換弧は、同じｘ－ｙ－ｚ空間における対応する（例えば、平行）変位ベクトルまたは方向転換弧に変換されない。

入力デバイス７０１およびハンドル部材７０２の例示的な設計を例示の目的で提供し、他の例および他の実施形態では、入力デバイスおよびハンドル部材を、異なる方法で設計および実装が可能であることに留意されたい。例えば、いくつかの実施形態では、ハンドル部材が機能的に一部品である入力デバイスからハンドル部材を物理的に取り外すことができる。別の例として、いくつかの実施形態では、アバター的な入力デバイスまたはジョイスティック的な入力デバイスは、全体的にまたはほぼ全体的にまたは大部分が、手で操作可能なおよび／または手で把持可能なハンドル部材から構成される。別の例として、いくつかの実施形態では、ハンドル部材は、ボタン、スイッチ、トグル、ホイール、ノブ、および／またはサムスティックなどの小さなスティック（網羅的ではない）を含むことによって、ハンドル部材の設計に複数の操作機能を組み込むことができる。複数の入力デバイスおよびこれらのそれぞれの機能が視覚的に単一の入力デバイスであるように見えるものに「組み合わせる」ことができる。図１０の入力デバイス７０１およびハンドル部材７０２を本明細書において繰り返し示しているが、これは便宜上のため、かつ理解を容易にするためであり、入力デバイスおよびハンドル部材の設計の限定するものではないと理解されたい。

ここで、第１のモードから第２のモードへ移行する際に、１つまたは複数の入力デバイスのアレイの第１の入力デバイスからアレイの第２の入力デバイスへ移行するステップが、前述の欠点を克服できることを開示する。第２の入力デバイス（アバター的な入力アーム７０１）のハンドル部材７０２を、外科医の視点から「逆さま」ではない向きに予め配置することができる。反り返りは、入力デバイス（例えば、入力デバイス５０１／４０５）を用いて実行することができる。入力デバイスの使用は、第２の入力デバイスのハンドル部材７０２を動かすことを含まない、もしくは要求するものではなく、または動かすとしても外科医の観点から「逆さま」になる「転換点」となり得る９０°を超えて動かさない。さらに、第２の入力デバイス（入力アーム７０１）を制御する制御回路を、「直接」座標変換行列を使用するように設定（例えば、プログラム）することができる。「直接」座標変換行列は、すなわち、入力アームのセグメント部材の変位ベクトルを、対応する外科手術用アームセグメントの対応する（例えば、平行、または最低限、各ｘ、ｙおよびｚ方向もしくは３方向のうちの少なくとも２方向において同じ符号を保持する）変位ベクトルに変換する、および／または入力アームのセグメント部材の方向転換弧を対応する外科手術用アームセグメントの対応する方向転換弧に変換するものである。

したがって、いくつかの実施形態において、第１のモードから第２のモードへのハンドオフ（移行）を確実にすることが望ましい場合がある。第２のモードでは、アーム移動の制御が第１の入力デバイス（本明細書に詳述する「サムスティック」など）からアバター的な入力アームに移行する。アバター的な入力アームは、最適な向きに方向づけられたハンドル部材および（入力アームから外科手術用アームへの）直接並進可能な座標並進行列に基づいて、人間工学的快適性および利便性を確保する。

ここで図１７を参照すると、ユーザ入力デバイス７０１は、図１８においてアーム１０２、または少なくともアームの遠位部分が向いているのと同じｘ－ｙ－ｚ空間に対応する、ｘ－ｙ－ｚ空間に向けられている。図１８では、アーム１０２の遠位端部にエンドエフェクタ１７４が接続されている。図１８のアーム１０２は、屈曲していないものとして示されており、外科手術の開始時、または外科手術前のアームの向きを示している。図１７～１８におけるアーム１０２の制御とエンドエフェクタ１７４の位置決めは簡単である。入力デバイス７０１の左方向の変位は（例えば、ｘ軸に沿って）アーム１０２の左方向の変位に変換され、前方向は（例えば、ｙ軸に沿って）前方向に変換され、右方向は（再び、ｘ軸に沿って）右方向を示し、後方向は（再び、ｙ軸に沿って）後方向に変換される。入力デバイス７０１の上方への変位は、（例えば、ｚ軸に沿って）アーム１０２の上方への変位へ変換され、下方への変位は、下方に変換される。

図１９および図２０において、アーム１０２の遠位部分は反り返っており、アーム（および付属の外科手術用エンドエフェクタ１７４）は反り返り位置に配置されている。ユーザ入力デバイス７０１のハンドル部材７０２は、アーム１０２の反り返り移動をもたらすために回転させられている。この時点で外科手術動作モードに移行するとしたら、ユーザ入力デバイス７０１は、図１９の回転したｘ－ｙ－ｚ座標系に向けられることになる。これは、図２０のエンドエフェクタ１７４のｘ－ｙ－ｚ座標系には一致しない（これは、アーム１０２の反り返りにしたがって回転しており、今やエンドエフェクタ１７４の反り返り向き／位置と一致する）。注：反り返りアーム１０２のｘ－ｙ－ｚ座標系は、典型的な外科手術システムにおける外科医の視点に一致するように「反転」している。例えば、カメラ（例えばアームの先端にある内視鏡カメラ）が「反転」しない場合、外科医は、外科手術処置空間を見ることができないか、見る必要があるものを見ることができない。しかしながら、反転したハンドル７０２および「反転した」（反り返った）エンドエフェクタは、もはや共通の向きの３次元ｘ－ｙ－ｚ空間ではない。本明細書で上述したように、この時点で利用可能な２つの選択肢がある。デバイス７０１を通常用いるのとは異なる方法で異なる視点から把持するか、入力デバイス７０１の（具体的には、ハンドル部材７０２の）動作が、同じｘ－ｙ－ｚ座標系における外科手術用アーム１０２に人間工学的に容易に変換されないように外科手術を実行することである。例えば、図１９のデバイス７０１の（このｘ－ｙ－ｚ座標系に従った）左方向の変位は、エンドエフェクタのｘ－ｙ－ｚ座標系に従ったエンドエフェクタ１７４の右方向に変位することになり、同様に上方は下方を意味する。

先に議論したように、「反転したハンドル」に対する第１の解決策は、アームの反り返り用に、異なるユーザ入力デバイスを使用することである。この結果、この後想定される移行後の外科手術動作モードにおいて、図１７に示すような反転していないハンドルで、図２０に示すようなアームおよびエンドエフェクタを制御することになる。ｘ－ｙ－ｚ座標系が互いに逆であるように見えるが、（例えば、外科医の手におけるデバイス７０１の）左方向の変位が（外科医の視点からの）エンドエフェクタ１７４の左方向の変位に変換されるように、実際には、入力デバイス７０１とアーム１０２がアライメントされることを、当業者は理解するであろう。共通のｘ－ｙ－ｚ座標系のすべての方向において同様ある（例えば、外科医が反対方向からハンドル部材を把持することができる場合を除く）。

「反転したハンドル」に対する第２の解決策は、図２１に示されている。先に説明したように、図１９のハンドル部材７０２は、入力デバイス７０１のｘ－ｙ－ｚ座標系が回転するように、反転、すなわち、回転されている。実施形態によれば、第２の解決策の例示的な外科手術システムは、入力デバイス７０１のｘ－ｙ－ｚ座標系の向きを変更するように構成される。言い換えれば、図１７に示すｘ－ｙ－ｚ空間において、同じ入力デバイス７０１を第１の反り返りモードで使用する。このｘ－ｙ－ｚ空間は、図１９では回転しており（「反転したハンドル」による）、入力デバイス７０１を第２の外科手術モード（例えば、左が右、上が下、など）で使用することは困難である。したがって、外科手術システムは、図１９の元の、しかし反転したｘ－ｙ－ｚ座標系を図２１の新しいｘ－ｙ－ｚ座標系に置き換える。これは図１７の元のｘ－ｙ－ｚ座標系と一致するように見えるが、図１７のような向きの入力デバイスではなく、図２１のような向きの反転したハンドル入力デバイスによって誘導可能になっている。

ここで、図１６の特定の実施形態に関して本明細書で既に説明した、図２２Ａ～Ｃを参照する。図２２Ａは、曲線形状２８１０を有する入力デバイス７０１を示している。第１の時間Ｔ１において、対応するアーム１０２は、図２２Ｂに示される非屈曲形状を有する。アーム１０２は、曲線形状２８３０を有しており、これは時間＝Ｔ１における入力デバイス７０１の曲線形状２８１０と明らかに一致していない。異なるユーザ入力デバイス（図２２Ａ～Ｃには示されていない）でアーム１０２を操作した後、図２２Ｃに示すように、アーム１０２は、時間＝Ｔ２より前に反り返る。この時点で、アーム１０２の曲線形状２８３０は、入力デバイス７０１の曲線形状２８１０と一致する。この一致が検出されると、図１６の説明で前述したように、外科手術システムは、例えば図２０～２１に示すように、デバイス７０１とエンドエフェクタ１７４のｘ－ｙ－ｚ座標系が同じ向きである状態で、第１の（反り返り）モードから第２の（外科手術動作）モードへ移行することが可能である。

図２２Ａ～Ｃは、外科手術用アームとユーザ入力デバイスとが一致する曲線形状の非限定的な例として反り返ったアームを示している。他の例では、対応付けられる曲線形状は、外科手術用アームの任意の有用な曲線形状を含むことができる。有用なアームの形状曲線の例示的な２つの例は、本明細書で上述した図４および図５に見ることができる。

第１の追加の説明

ここで、図２３Ａ～Ｃを参照する。

いくつかの実施形態では、１つまたは複数の外科手術用アームの制御を、１つまたは複数の入力アーム、ジョイスティック、制御ハンドル、および／または、ユーザ（例えば、外科医）が操作するのに適した他の手段を介して実現でき、次いで、これは、１つまたは複数の外科手術用アームの一致する関節動作に変換される。

図２３Ａのフローチャートで参照されるように、本明細書で説明する例では、いくつかの実施形態は、外科手術用アームの二重制御を含む。いくつかの実施形態では、第１のユーザ入力（この例では、図２３Ｂのサムスティック４００５）を、例えば膣を通して患者の体内に外科手術用アームを導入し、次いで、外科手術用アームを反り返らせる（４００１）ために使用する。いくつかの実施形態では、患者の体内における外科手術用アームの反り返り（例えば、後方に曲げる）を、外科手術用アームが位置する領域を減少させるために行う。任意選択で、例えば腹部の内壁のような特定の器官またはこの一部などの障害物を避けるために、反り返りを外科手術中に行う。任意選択で、反り返りを、手術を実施するために、腹腔鏡外科医が慣れている向きに外科手術用アームを配置するために行う。

次いで、いくつかの実施形態では、第２のユーザ入力を、この例では入力アーム４０１１（例えばアバタージョイスティック）の形態で、残りの外科手術処置を実行するために使用する（４００３）。

いくつかの実施形態では、サムスティック４００５を、制御コンソールスクリーン４００７に隣接して配置する（例えば画面の対向する側）。いくつかの実施形態では、各サムスティック４００５は、ユーザの親指に適した形状およびサイズのニップル型コントローラ４００９を備える。いくつかの実施形態では、サムスティックのニップルは、中心にあるときが静止位置であり、親指を離すと静止位置に跳ね返るように構成される。いくつかの実施形態において、ニップルの中心の静止位置に対するニップルの移動の程度は、結果として生じる外科手術用アームの移動速度を決定する。例えば、ニップルがこの中心の静止位置から離れるように遠くに押されるほど、外科手術用アームの移動速度は大きくなる（逆もまた同様に、ニップルがこの中心の静止位置に近いほど、アームの速度は小さくなる）。

いくつかの実施形態では、サムスティックを介して外科手術用アームを制御するとき、１つまたは複数の外科手術用アームの関節（例えば、肩関節、手首関節）の移動が制限される。いくつかの実施形態では、肘関節を除く全ての外科手術用アーム関節の移動が阻止され、肘関節の屈曲および／または回転のみが有効である。いくつかの実施形態では、例えばアームを前進または後退させるために、（単一体としての）外科手術用アームの直線移動も有効である。いくつかの実施形態では、ニップルの移動は、肘関節の屈曲および／または回転を作動させる。いくつかの実施形態では、アームの直線移動は、例えばサムスティック４００５の本体に沿って構成された４００６、４００８などの押しボタンを用いて、別々のアクチュエータによって作動する。一例では、ボタン４００６は、外科手術用アームを遠位に（例えば、腹部の中に）前進させ、ボタン４００８は、外科手術用アームを近位に後退させる。

いくつかの実施形態では、サムスティックの使用中、入力アーム４０１１は、例えばソレノイドロックによって、静止位置でロックされる。いくつかの実施形態では、入力アームの静止位置が、反り返り位置として選択される。任意選択で、この位置によって、外科医がサムスティックを使用して、反り返りに直接続いて処置を継続することが可能となる。いくつかの実施形態では、入力アームを操作するとき、サムスティックの操作は無効になる。

肩関節などの選択されたアーム関節が静止したままである間、体への誘導および外科手術用アームの反り返りのためにサムスティックを使用することの潜在的な利点は、外科手術用アームの曲げ半径を減らし、それによって内腹部壁などの周囲の障害物に衝突する可能性を低減できる可能性があることである。誘導中および／または反り返りプロセスにサムスティックを使用する別の潜在的な利点は、例えば、ハンドルの人間工学が、反り返るために、外科医がハンドルを保持しながら行う必要がある回転移動をサポートするのにあまり適していない可能性のある入力アームで誘導および反り返りを行うのと比較して、外科手術用アームに対する制御が改善する可能性があることである。

いくつかの実施形態では、体への外科手術用アームの導入の間、外科手術用アームはまっすぐであり（任意選択で、カニューレを介した挿入を行うため）、一方、入力アームは、静止、ロック、反り返り位置にある。任意選択で、サムスティックを用いた外科手術用アームの反り返りの後、外科医はサムスティックを離し、入力アームに手を移動させる。外科医が入力アームを把持し、任意選択で持ち上げると、自動的に外科手術用アームが制御され、外科医は、入力アームを用いて処置を継続することができる。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の入力アーム関節がソレノイドロックによってロックされているとき、外科医が入力アームを持ち上げることによって、自動的にソレノイドロックが解除される。さらにまたは代わりに、入力アーム関節の手動ロックは、例えば、入力アーム位置を検出するセンサを介して、解除される。

いくつかの実施形態では、システム（例えばシステムプロセッサ）は、例えば入力アームがこの静止位置にあるときに、入力アームの１つまたは複数の位置を認識し、任意選択でユーザに対して現在の位置を表示するように構成される。

ここで、図２４を参照する。いくつかの実施形態では、ユーザに力フィードバックをもたらす触覚ハンドル（この好適な例は、スイスのニヨンのＦｏｒｃｅＤｉｍｅｎｓｉｏｎから入手可能な触覚デバイス「ｏｍｅｇａ．７」である）を、外科手術用アームの移動および関節運動を制御するために、操作全体を通して使用する。いくつかの実施形態では、触覚ハンドルは、ユーザが、外科手術用アームがサポートしない方向へ移動させること（例えば、外科手術用アームの肘関節を後方に曲げる、同じアームの異なるセグメントで関節（例えば、肘関節）に触れる、および／またはこの他）を防ぐためのカウンターレジスタンスを有するように設定されている。いくつかの実施形態では、ハンドルは、外科手術用アームの現在の解剖学的位置および／または向きに応じて変化するカウンターレジスタンスを有するように設定される。一例として、ユーザが、避けるべき器官など、許可されない解剖学的領域に移動しようとする場合、抵抗が大きくなる場合がある。

いくつかの実施形態では、触覚ハンドルは、様々な制御モードにしたがって動作するようにプログラムされる。任意選択で、制御モードは、外科手術における現在の段階にしたがって選択される。いくつかの実施形態では、異なるモード間の切り替えを、スクリーンインターフェース、制御コンソールもしくはハンドル上の１つもしくは複数のボタン、フットペダル、および／またはこの他のうちの１つまたは複数を介して行う。

いくつかの実施形態では、外科手術用アームを患者の体内に導入し、任意選択で反り返っている手順の第１段階の間、触覚ハンドルを、「速度制御」モードで使用する（５００１）。任意選択で、速度制御モードでは、ハンドルの静止位置に対するハンドルの相対的な移動によって、外科手術用アームが動かされる速度が設定される。ユーザがハンドルを静止位置からさらに遠ざけると、速度が上がり、この逆も同様である。例えば、ハンドルをこの静止位置の右に動かすと、この静止位置からのハンドルの距離に応じて決められた速度で、アーム関節（例えば、肘関節）も右へ回転させることができる。いくつかの実施形態では、速度制御モードにおいて、触覚ハンドルは、ユーザの移動に対して弾性（バネのような）カウンターレジスタンスを有するように設定される。いくつかの実施形態では、速度制御モードにおいて、制御アルゴリズムが適用され、触覚ハンドルの現在の構成を、外科手術用アームのアクチュエータ（例えば、モータ）に発せられる速度コマンドに変換する（１つまたは複数のモータギアの回転速度を増加させるなど）。

体内で外科手術用アームを導入し、任意選択で反り返らせる間に速度制御モードを使用する潜在的な利点は、反り返りの間に方向が逆転する（例えば、上向き／下向き）が、外科手術用アームの移動は制限され、変わるのは移動速度なので、この変化は無視でき、動作を自然に継続できることである。

いくつかの実施形態では、外科手術手順の第２段階の間、任意選択で残りの手順の間、触覚ハンドルを、「位置制御」モードに設定する（５００３）。任意選択で、位置制御モードでは、ハンドルの空間的な位置によって、外科手術用アームのそれぞれの位置を設定する。位置制御モードでは、触覚ハンドルのユーザの変位は、外科手術用アームへの相対的な変位コマンドに変換される。いくつかの実施形態では、触覚ハンドルの変位を変換するステップは、アルゴリズムにしたがって制御される。いくつかの実施形態では、制御は、既知のアルゴリズム（例えば、逆ヤコビアンアルゴリズム）にしたがって行われる。さらにまたは代わりに、いくつかの実施形態では、制御は、カスタムアルゴリズムによる。一例では、カスタムアルゴリズムは、移動の精度を高めるなど、ユーザの動きをスケーリングするように設定される。このようなスケーリングは、外科手術用アームの非増幅の同様の移動を生成するために、ユーザ側で必要とされる移動を選択された比率で増幅するステップを含んでもよい。例えば、アームが距離Ｘを移動するために、ユーザは、Ａ＊Ｘ（Ａ＞１）だけハンドルを移動させる必要がある。別の例では、信号をフィルタリングするアルゴリズムが選択され、例えば、ローパスフィルタを使用してフィルタリングし、ユーザの手の震えを削減する。

いくつかの実施形態では、位置制御モードにおいて、クラッチ機構を備える。これによってユーザが外科手術用アームから一時的に制御を切断することが可能になる（入力触覚ハンドルの移動がもはや外科手術用アームを制御しないように）。任意選択で、切断されたとき、ユーザは、触覚ハンドルを自由に再位置決めすることができる。一例では、ユーザは、ユーザにとって次の移動を実行し制御するのがより快適である位置および／または向きに、触覚ハンドルを再位置決めする。

いくつかの実施形態において、ハンドルの移動に応答してユーザが感知する抵抗の程度を選択し、制御する。一例では、フローティングモードが設定され、このモードでは、ユーザは実質的に抵抗の影響を受けず、ハンドルをあらゆる方向に自由に動かすことができる。さらにまたは代わりに、ユーザが感じる抵抗のレベルを（例えば、ユーザが、ある動きに対応して高い抵抗を感じ、別の動きに対応して低い抵抗または全く抵抗を感じないように）調整することができる。

いくつかの実施形態では、抵抗の量を、外科手術用アームの解剖学的位置に基づいて制御する。例えば、外科手術用アームの近くに障害物（例えば、腹壁）が見出される場合、抵抗を大きく設定してもよい。具体的な例では、障害物が外科手術用アームの右側に見つかった場合、ユーザは、ハンドルを右に移動させることに対して高い抵抗の影響を受けるようにできる。障害物がアームの左側に見つからない場合、ユーザは、ハンドルを左に動かすことに対して低い抵抗の影響を受けるか、抵抗を受けないようにできる。任意選択で、抵抗の程度は、壁型の抵抗、ゴムのような抵抗、砂型の抵抗、および／またはこの他の抵抗を生み出すようなシステム定義の設定によって規定される。

第２の追加の説明

実施形態によれば、（ｉ）複数のアーム関節を備える多関節機械アームと、（ｉｉ）前記アームを制御するための第１のユーザ入力デバイスおよび第２のユーザ入力デバイスと、（ｉｉｉ）前記アームの遠位端部にある外科手術用エンドエフェクタとを備える外科手術システムの動作方法が開示されている。
方法は、
（ａ）反り返りモードで前記外科手術システムの動作を開始するためのステップ（前記アーム関節の屈曲および回転に関して、（ｉ）前記第１のユーザ入力デバイスは、前記アーム関節の所与の関節のみの屈曲および回転を指示するためにアクティブであり、（ｉｉ）前記第２のユーザ入力デバイスは無効である）、
（ｂ）前記反り返りモードにある間に、前記エンドエフェクタを反り返り動作位置に持ってくるように、前記第１のユーザ入力デバイスからの電子制御出力に応答して、前記アーム関節の前記所与の関節の屈曲および回転によって、前記多関節機械アームの遠位部分を反り返させるステップ、
（ｃ）前記アーム関節の前記所与の関節以外の前記アームの前記アーム関節の少なくとも１つを屈曲および回転させることに関して前記第２のユーザ入力デバイスを有効化するために、前記外科手術システムを前記反り返りモードから外科手術動作モードに移行させるステップ、
（ｄ）前記外科手術動作モードにある間に、前記第２のユーザ入力デバイスからの電子制御出力に応答して、各アーム関節のそれぞれの自由度にしたがって、前記アーム関節の少なくとも２つを効果的に屈曲および回転させるステップ（これによって前記外科手術用エンドエフェクタを動かして１つまたは複数の外科手術行為を実行する）を含む。

いくつかの実施形態では、前記外科手術システムは、前記外科手術システムが前記反り返りモードにある間に、前記１つのアーム関節以外のアーム関節の前記作動を制限するのに有効な制御回路をさらに備えることができる。

いくつかの実施形態では、前記移行ステップは、前記エンドエフェクタまたは前記アームの遠位部分の位置および向きの少なくとも一方に関して、前記入力デバイスをキャリブレーションするステップを含むことができる。

いくつかの実施形態では、前記第１の入力デバイスは、前記１つのアーム関節の作動を制御するように構成され、および／または前記１つのアーム関節以外のアーム関節の作動を制御しないように構成され得る。

いくつかの実施形態では、前記外科手術動作モードへの移行ステップは、前記アームが反り返り位置にあることの検出に応答し、および、前記検出を条件とすることができる。

実施形態に係る外科手術システムは、（ａ）複数のアーム関節を備える多関節機械アーム、および前記アームの遠位端部にある外科手術用エンドエフェクタ、ならびに（ｂ）前記アームを制御するための第１のユーザ入力デバイスおよび第２のユーザ入力デバイスを備える。前記外科手術システムは、
（ｉ）前記エンドエフェクタを反り返り動作位置に持っていくように、前記第１のユーザ入力デバイスからの電子制御出力に応答して、前記多関節機械アームの遠位部分が反り返るように動作する反り返りモード、ならびに
（ｉｉ）前記第２のユーザ入力デバイスからの電子制御出力に応答して、前記アーム関節の少なくとも２つが屈曲および回転するように動作し、それによって、前記外科手術用エンドエフェクタを動かして１つまたは複数の外科手術行為を行う、外科手術動作モードが、非同期的に動作するように構成され、
（Ａ）前記反り返りモードにある間、前記アーム関節の屈曲および回転に関して、前記第１のユーザ入力デバイスは、前記アーム関節の所与の関節のみの屈曲および回転を指示するためにアクティブであり、かつ前記第２のユーザ入力デバイスは無効であり、ならびに
（Ｂ）前記外科手術動作モードにある間、前記第２のユーザ入力デバイスは、各アーム関節のそれぞれの自由度にしたがって、前記アーム関節の所与の関節以外の前記アームの前記アーム関節の少なくとも１つの屈曲および回転に関して有効である。

いくつかの実施形態では、前記外科手術システムを、前記移行ステップが、前記エンドエフェクタまたは前記アームの遠位部分の位置および向きの少なくとも一方に関して、前記入力デバイスをキャリブレーションするステップを含むように構成することができる。

いくつかの実施形態では、前記外科手術システムを、前記外科手術動作モードへの移行ステップが、前記アームが反り返り位置にあることの検出に応答し、および、前記検出を条件とすることができるように構成することができる。

実施形態によれば、外科手術システムの動作方法が開示されている。本方法によれば、前記外科手術システムは、（ｉ）ユーザ入力デバイスと、（ｉｉ）複数のアーム関節を備える多関節機械アームと、前記アームの遠位端部にある外科手術用エンドエフェクタとを備える。
前記方法は、
（ａ）反り返りモードで前記外科手術システムの動作を開始するためのステップ（前記アーム関節の屈曲および回転に関して、前記ユーザ入力デバイスは、前記アーム関節の所与の関節のみの屈曲および回転を指示するためにアクティブである）、
（ｂ）前記反り返りモードにある間に、前記エンドエフェクタを反り返り動作位置に持ってくるように、前記ユーザ入力デバイスからの電子制御出力に応答して、前記アーム関節の前記所与の関節の屈曲および回転によって、前記多関節機械アームの遠位部分を反り返りさせるステップ、
（ｃ）前記アーム関節の前記所与の関節以外の前記アームの前記アーム関節の少なくとも１つを屈曲および回転させることに関して前記ユーザ入力デバイスを有効化するために、前記外科手術システムを前記反り返りモードから外科手術動作モードに移行するステップ、
（ｄ）前記外科手術動作モードにある間に、前記ユーザ入力デバイスからの電子制御出力に応答して、各アーム関節のそれぞれの自由度にしたがって、前記アーム関節の少なくとも２つを効果的に屈曲および回転させるステップ（これによって前記外科手術用エンドエフェクタを動かして１つまたは複数の外科手術行為を実行する）を含む。

本方法のいくつかの実施形態では、前記外科手術システムは、前記外科手術システムが前記反り返りモードにある間に、前記アーム関節のうちの所与の関節以外のアーム関節の作動を制限するのに有効な制御回路をさらに備えることができる。いくつかのこのような実施形態では、前記制限ステップは、前記アーム関節のうちの前記所与の関節以外の前記アームの前記アーム関節の作動を無効にすることによって行うことができる。

いくつかの実施形態では、前記ユーザ入力デバイスは、前記反り返りモードと前記外科手術動作モードの両方において、前記複数のアーム関節の前記作動を制御することができる。

いくつかの実施形態では、前記ユーザ入力デバイスは、前記アーム関節のうちの前記所与の関節以外の前記アームのアーム関節の作動を制御する制御出力の生成または送信が妨げられ得る。

いくつかの実施形態では、前記外科手術モードの移行ステップは、前記アームが反り返り位置にあることの検出に応答し、および、前記検出条件とすることができる。

いくつかの実施形態では、前記移行ステップが、前記エンドエフェクタまたは前記アームの遠位部分の位置および向きの少なくとも一方に関して、前記ユーザ入力デバイスをキャリブレーションするステップを含むことができる。

いくつかの実施形態では、前記方法が、前記第２のモードでの動作に続いて、前記アームを非屈曲位置に持ってくるように、前記アームの前記遠位端部を非屈曲にするステップをさらに含むことができる。

実施形態によれば、外科手術システムが開示されている。外科手術システムは、（ａ）ユーザ入力デバイス、ならびに（ｂ）（ｉ）複数のアーム関節、および（ｉｉ）前記アームの遠位端部にある外科手術用エンドエフェクタを備える、多関節機械アームを備える。
前記外科手術システムは、
（Ａ）前記エンドエフェクタを反り返り動作位置に持っていくように、前記ユーザ入力デバイスからの電子制御出力に応答して、前記多関節機械アームの遠位部分が反り返る反り返りモード、ならびに
（Ｂ）前記ユーザ入力デバイスからの電子制御出力に応答して、前記アーム関節の少なくとも２つが屈曲および回転し、それによって、前記外科手術用エンドエフェクタを動かして１つまたは複数の外科手術行為を行う外科手術動作モードが、非同期的に動作するように構成され、
（Ａ）前記反り返りモードにある間、前記アーム関節の屈曲および回転に関して、前記ユーザ入力デバイスは、前記アーム関節の所与の関節のみの屈曲および回転を指示するためにアクティブであり、ならびに
（Ｂ）外科手術動作モードにある間、前記ユーザ入力デバイスは、各アーム関節のそれぞれの自由度にしたがって、前記アーム関節の所与の関節以外の前記アームの前記アーム関節の少なくとも１つの屈曲および回転に関して有効である。

いくつかの実施形態では、前記外科手術システムは、前記外科手術システムが前記反り返りモードにある間に、前記アーム関節のうちの所与の関節以外のアーム関節の作動を制限するのに有効な制御回路をさらに備えることができる。いくつかのこのような実施形態では、前記制限ステップは、前記アーム関節のうちの前記所与の関節以外の前記アームの前記アーム関節の作動を無効にすることによって行うことができる。

いくつかの実施形態では、前記ユーザ入力デバイスは、前記反り返りモードと前記外科手術動作モードの両方において、前記複数のアーム関節の前記作動を制御するのに有効であり得る。

いくつかの実施形態では、前記外科手術システムを、前記ユーザ入力デバイスが、前記アーム関節のうちの前記所与の関節以外の前記アームのアーム関節の作動を制御する制御出力の生成または送信が妨げられ得るように構成することができる。

いくつかの実施形態では、前記外科手術システムを、前記外科手術モードの移行ステップが、前記アームが反り返り位置にあることの検出に応答し、および／または、前記検出条件とすることができるように構成することができる。

いくつかの実施形態では、前記外科手術システムを、前記移行ステップが、前記エンドエフェクタまたは前記アームの遠位部分の位置および向きの少なくとも一方に関して、前記ユーザ入力デバイスをキャリブレーションするステップを含むことができるように構成することができる。

いくつかの実施形態では、前記外科手術システムを、第２のモードでの動作に続いて、前記アームを非屈曲位置に持っていくように、前記アームの遠位端部を効果的に非屈曲にするようにさらに構成することができる。

実施形態によれば、外科手術システムの動作方法が開示される。外科手術システムは、（ｉ）多関節機械アームの遠位端部に外科手術用エンドエフェクタおよび複数のアーム関節を備える前記多関節機械アーム、ならびに（ｉｉ）１つまたは複数のユーザ入力デバイスの入力デバイスアレイを備え、前記アーム関節は、前記入力デバイスアレイの１つまたは複数のユーザ入力デバイスからの電子制御出力に応答して屈曲および回転するように構成される。
前記方法は、
（ａ）前記アーム関節の所与の１つの関節に関して規定された第１の動作モードで前記外科手術システムの動作を開始するためのステップ（前記第１の動作モードは、前記所与の１つのアーム関節ではない前記アームの任意のアーム関節の作動を排除し、前記１つのアーム関節の屈曲および回転を引き起こすために前記１つのアーム関節の作動の制御を可能にする）、
（ｂ）前記外科手術システムが前記第１の動作モードにある間に（ｉ）前記エンドエフェクタを反り返り動作位置に持っていくように、前記入力デバイスアレイの前記ユーザ入力デバイスの１つまたは複数によって生成された制御信号に応答して、前記１つのアーム関節の屈曲および回転によって前記アームの遠位端部を反り返らせるステップ、（ｉｉ）前記アームが反り返り位置にあるか否かを検出するために、前記機械アームの状態を監視するステップを含む。前記方法は、
（ｃ）前記アームが反り返り位置にあることの検出に応答し、かつ前記検出を条件として、前記外科手術システムの動作を、前記第１の動作モードから第２の動作モードへ移行させるステップ（前記第２の動作モードでは、前記システムが各アーム関節のそれぞれの自由度にしたがって少なくとも１つの第１のモードで排除されたアーム関節の屈曲および回転を制御することを可能にする）、
（ｄ）前記エンドエフェクタを使用して外科手術を行うように、前記外科手術システムを前記第２の動作モードで操作するステップをさらに含む。

いくつかの実施形態では、前記外科手術システムは、前記外科手術システムが前記第１の動作モードにある間に、前記１つのアーム関節以外のアーム関節の作動を制限するのに有効な制御回路をさらに備えることができる。いくつかのこのような方法では、前記制限ステップは、前記１つのアーム関節以外の前記アームのアーム関節の作動を無効にするステップによって行うことができる。いくつかのこのような実施形態では、前記入力デバイスは、前記１つのアーム関節以外の前記アームのアーム関節の作動を制御する制御出力の生成または送信を妨げられ得る。いくつかのこのような実施形態では、前記制限ステップは、前記第１の入力デバイスの能力を無効にするステップを含むことができる。いくつかのこのような実施形態では、（ｉ）前記入力デバイスアレイの第１の入力デバイスが、前記外科手術システムが前記第１の動作モードにある間、前記１つのアーム関節の作動を制御し、第２の入力デバイスが、前記外科手術システムが前記第２の動作モードにある間、前記複数のアーム関節の作動を制御し、および／または（ｉｉ）前記制限ステップが、第１の入力デバイスを設けるステップにより行われ、前記第１の入力デバイスは、前記１つのアーム関節の作動を制御するように構成され、前記１つのアーム関節以外のアーム関節の作動を制御するように構成されていないようにすることができる。

いくつかの実施形態では、前記移行ステップは、前記エンドエフェクタまたは前記アームの遠位部分の位置および向きの少なくとも一方に関して前記入力デバイスをキャリブレーションするステップを含むことができる。

いくつかの実施形態では、前記入力デバイスアレイの第１の入力デバイスが、前記外科手術システムが前記第１の動作モードにある間、前記１つのアーム関節の作動を制御し、および／または前記入力デバイスアレイの第２の入力デバイスが、前記外科手術システムが前記第２の動作モードにある間、前記複数のアーム関節の作動を制御することができる。

いくつかの実施形態では、前記移行ステップが、前記エンドエフェクタまたは前記アームの遠位部分の位置および向きの少なくとも一方に関して、前記第２の入力デバイスをキャリブレーションするステップを含むことができる。

いくつかの実施形態では、単一のユーザ入力デバイスが、前記第１の動作モードおよび前記第２の動作モードの両方において、前記複数のアーム関節の作動を制御することができる。

本方法のいくつかの実施形態では、前記外科手術システムは、ディスプレイスクリーンを備える制御コンソールをさらに備えることができ、前記入力デバイスアレイの少なくとも１つのユーザ入力デバイスは、前記ディスプレイスクリーン上または前記ディスプレイスクリーンに近接して配置される。

いくつかの実施形態では、前記アームの直線的な前進および後退を作動させるための付加的なユーザ入力デバイスが、前記入力デバイスアレイの少なくとも１つのユーザ入力デバイス上に配置され得るか、ユーザ入力デバイスと同位置に配置され得るか、ユーザ入力デバイスに近接して配置され得る。

いくつかの実施形態では、前記反り返り動作位置が、外科手術の処置場所に位置するか、処置場所に近接して位置することができる。

いくつかの実施形態では、前記第２のモードにおける操作ステップは、前記アームが前記反り返り位置にある状態とできる。

いくつかの実施形態では、前記第２のモードにおける操作ステップに続いて、前記アームを非屈曲位置に持ってくるように前記アームの前記遠位端部を非屈曲にするステップをさらに含むことができる。

実施形態によれば、第１の動作モードおよび第２の動作モードが非同期に動作するように構成されており、ならびに外科手術用エンドエフェクタと共に使用するための外科手術システムは、（ａ）１つまたは複数のユーザ入力デバイスの入力デバイスアレイ、ならびに
（ｂ）多関節機械アームの遠位端部にある外科手術用エンドエフェクタ、および前記入力デバイスアレイの１つまたは複数の入力デバイスによって生成された制御信号に応答して屈曲および回転するように構成された複数のアーム関節を有する多関節機械アームを備ええる。ここで、
（ｉ）前記第１の動作モードは、前記アーム関節の所与の１つの関節に関して定義され、前記第１の動作モードは、前記所与の１つのアーム関節ではない前記アームの任意のアーム関節の作動を排除し、前記１つのアーム関節の作動を制御して、前記１つのアーム関節の屈曲および回転を引き起こすことが可能であり、
（ｉｉ）前記システムは、前記第１の動作モードの間に、前記外科手術用エンドエフェクタを反り返り動作位置に持ってくるように、前記入力デバイスアレイの前記ユーザ入力デバイスの１つまたは複数からの電子制御出力に応答して、前記１つのアーム関節を作動させて、前記１つのアーム関節の屈曲および回転を引き起こすことによって、前記アームの前記遠位端部を反り返らせるように構成され、
（ｉｉｉ）前記第２の動作モードは、前記複数のアーム関節に関して規定され、前記第２の動作モードによって、各アーム関節のそれぞれの自由度にしたがって、前記第１のモードで排除されたアーム関節の少なくとも１つの作動の制御が可能になり、
（ｉｖ）前記システムは、前記アームが反り返り位置にあることの検出に応答して、および前記検出を条件として、前記第１の動作モードから前記第２の動作モードに移行するように構成され、前記第２の動作モードの間に、前記エンドエフェクタを使用して外科手術行為を行う。

いくつかの実施形態では、前記外科手術システムは、前記外科手術システムが前記第１の動作モードにある間に、前記１つのアーム関節以外のアーム関節の作動を制限するのに有効な制御回路をさらに備えることができる。いくつかのこのような実施形態では、前記制限ステップは、前記１つのアーム関節以外の前記アームのアーム関節の作動を無効にするステップによって行うことができる。いくつかのこのような実施形態では、前記入力デバイスは、前記１つのアーム関節以外の前記アームのアーム関節の作動を制御する制御出力の生成または送信を妨げられ得る。いくつかのこのような実施形態では、前記制限ステップは、前記第１の入力デバイスの能力を無効にするステップを含むことができる。いくつかのこのような実施形態では、（ｉ）前記入力デバイスアレイの第１の入力デバイスが、前記外科手術システムが前記第１の動作モードにある間、前記１つのアーム関節の作動を制御し、第２の入力デバイスが、前記外科手術システムが前記第２の動作モードにある間、前記複数のアーム関節の作動を制御し、および／または（ｉｉ）前記制限ステップが、第１の入力デバイスを設けるステップにより行われ、前記第１の入力デバイスは、前記１つのアーム関節の作動を制御するように構成され、前記１つのアーム関節以外のアーム関節の作動を制御するように構成されていないようにすることができる。

いくつかの実施形態では、前記システムを、前記移行ステップが、前記エンドエフェクタまたは前記アームの遠位部分の位置および向きの少なくとも一方に関して前記入力デバイスをキャリブレーションするステップを含むことができるように構成することができる。

いくつかの実施形態では、前記入力デバイスアレイの第１の入力デバイスが、前記外科手術システムが前記第１の動作モードにある間、前記１つのアーム関節の作動を制御するのに有効であり、および／または前記入力デバイスアレイの第２の入力デバイスが、前記外科手術システムが前記第２の動作モードにある間、前記複数のアーム関節の作動を制御するのに有効とできる。

いくつかの実施形態では、前記システムを、前記移行ステップが、前記エンドエフェクタまたは前記アームの遠位部分の位置および向きの少なくとも一方に関して、前記第２の入力デバイスをキャリブレーションするステップを含むことができるように構成することができる。

いくつかの実施形態では、単一のユーザ入力デバイスが、前記第１の動作モードおよび前記第２の動作モードの両方において、前記複数のアーム関節の作動を制御するのに有効であり得る。

いくつかの実施形態では、前記外科手術システムは、ディスプレイスクリーンを備える制御コンソールをさらに備えることができ、前記入力デバイスアレイの少なくとも１つのユーザ入力デバイスは、前記ディスプレイスクリーン上または前記ディスプレイスクリーンに近接して配置される。

いくつかの実施形態では、前記第２のモードにおける操作ステップに続いて、前記アームを非屈曲位置に持ってくるように前記アームの前記遠位端部を効果的に非屈曲にするようにさらに構成され得る。
実施形態によれば、（ｉ）複数のアーム関節を備える多関節機械アーム、および前記アームの遠位端部にある外科手術用エンドエフェクタ、ならびに（ｉｉ）前記アームを制御するための１つまたは複数のユーザ入力デバイスの入力デバイスアレイを備える外科手術システムの動作方法が開示されている。
前記方法は、
（ａ）前記アーム関節の所与の関節以外のどのアーム関節も屈曲または回転させることなく、前記エンドエフェクタを反り返り動作位置に持ってくるように、前記入力デバイスアレイからの電子制御出力に応答して、前記アーム関節の前記所与の関節の屈曲および回転によって、前記多関節機械アームの遠位端部を反り返らせるステップ、ならびに
（ｂ）前記屈曲および回転ステップは、前記アームが反り返り位置にあることの検出に応答して、および前記検出を条件として、前記入力デバイスアレイからの電子制御出力に応答して、各アーム関節のそれぞれの自由度にしたがって、前記アーム関節の少なくとも２つを効果的に屈曲および回転させるステップ（これによって前記外科手術用エンドエフェクタを動かして１つまたは複数の外科手術行為を行う）を含む。

前記方法のいくつかの実施形態では、前記外科手術システムが、前記反り返りステップの間、前記アーム関節のうちの所与の関節以外のアーム関節の作動を制限するのに有効な制御回路をさらに備えることができる。

いくつかの実施形態では、前記１つまたは複数の外科手術行為の実行の後、前記アームを非屈曲位置に持ってくるように前記アームの遠位端部を非屈曲にするステップをさらに含むことができる。

実施形態によれば、外科手術システムは、
（ａ）（ｉ）複数のアーム関節、および（ｉｉ）前記アームの遠位端部にある外科手術用エンドエフェクタを備える多関節機械アーム、ならびに
（ｂ）前記アームを制御するための１つまたは複数のユーザ入力デバイスの入力デバイスアレイを備える。
前記外科手術システムは、
（ｉ）アーム関節の所与の関節以外のどの前記アーム関節も屈曲または回転させずに、前記エンドエフェクタを反り返り動作位置に持っていくように、前記入力デバイスアレイからの電子制御出力に応答して、前記アーム関節の前記所与の関節を屈曲および回転させることによって、前記多関節機械アームの遠位部分を反り返らせるように構成され、ならびに
（ｉｉ）前記アームが反り返り位置にあることの検出に応答して、および前記検出を条件にして、ならびに、前記入力デバイスアレイからの電子制御出力に応答して、各アーム関節のそれぞれの自由度にしたがって前記アーム関節のうちの少なくとも２つを効果的に屈曲および回転させ、これによって前記外科手術用エンドエフェクタを動かして１つまたは複数の外科手術行為を実行するように構成される。

いくつかの実施形態では、前記外科手術システムが、前記反り返りステップの間、前記アーム関節のうちの所与の関節以外のアーム関節の作動を制限するのに有効な制御回路をさらに備えることができる。

実施形態によれば、外科手術システムの使用方法が開示されている。前記方法は、
（ａ）多関節機械アームの遠位端部に外科手術用エンドエフェクタを有する前記多関節機械アームを設けるステップ（前記アームは、ユーザ入力デバイスからの電子制御出力に応答して屈曲および回転するように構成された対応する複数のアーム関節によって直列接続された複数のアームセグメントを備え、前記設けるステップは、前記エンドエフェクタが変位するように設けられる）、
（ｂ）第１の入力モードで動作している間に、前記エンドエフェクタを反り返り動作位置へ操縦するステップ（前記第１の入力モードは、入力デバイスまたは前記入力デバイスの変位可能な部分の変位を、（ｉ）アーム関節の屈曲および（ｉｉ）アーム関節の回転のうちの少なくとも一方の速度に変換する）、
（ｃ）前記エンドエフェクタが前記反り返り動作位置にあることの検出に応答して、および前記検出を条件として、前記第１の入力モードでの動作から第２の入力モードでの動作に移行するステップ（前記第２の入力モードでは、入力デバイスまたは前記入力デバイスの変位可能部分の変位を少なくとも１つのアームセグメントの対応する変位に変換する）、ならびに
ｄ．前記移行するステップの後、および前記第２の入力モードで動作している間に、前記エンドエフェクタを使用して外科手術を行うステップを含む。

いくつかの実施形態では、前記第１の入力モードと前記第２の入力モードの両方において、単一のユーザ入力デバイスを使用することができる。

いくつかの実施形態では、前記第１の入力モードでは第１の入力デバイスを使用し、および／または前記第２の入力モードでは第２の入力デバイスを使用することであることができる。

いくつかの実施形態では、前記アームの直線的な前進および後退を作動させるために、追加のユーザ入力デバイスを使用することができる。

いくつかの実施形態では、前記反り返り動作位置が、外科手術の処置場所に位置するか、前記処置場所に近接して位置することができる。

実施形態によれば、外科手術用エンドエフェクタと共に使用するための外科手術システムは、
（ａ）多関節機械アームの遠位端部にある外科手術用エンドエフェクタを有する前記多関節機械アーム（前記アームは、ユーザ入力デバイスからの電子制御出力に応答して屈曲および回転するように構成された対応する複数のアーム関節によって直列接続された複数のアームセグメントを備える）、ならびに
（ｂ）前記アームを制御するための１つまたは複数の入力デバイスのアレイを備える。
前記外科手術システムは、
（ｉ）（Ａ）入力デバイスまたは前記入力デバイスの変位可能な部分の変位をアーム関節の屈曲および回転の速度に変換する第１の入力モードと、（Ｂ）入力デバイスまたは前記入力デバイスの変位可能な部分の変位を少なくとも１つのアームセグメントの対応する変位に変換する第２の入力モードとが、非同期に動作するように構成され、
（ｉｉ）前記第１の入力モードで動作している間に、前記エンドエフェクタが変位する第１の段階の間、前記エンドエフェクタを反り返り動作位置に操縦するように構成され、ならびに
（ｉｉｉ）前記第２の入力モードで動作している間に、前記エンドエフェクタを使用して外科手術行為を行うように構成される。

いくつかの実施形態では、前記システムを、前記第１の入力モードと前記第２の入力モードの両方において、単一のユーザ入力デバイスを使用することができるように構成することができる。

いくつかの実施形態では、前記システムを、前記第１の入力モードでは第１の入力デバイスを使用し、および／または前記第２の入力モードでは第２の入力デバイスを使用するように構成することができる。

いくつかの実施形態では、前記システムを、前記アームの直線的な前進および後退を作動させるために、追加のユーザ入力デバイスを使用するように構成することができる。

本発明を、発明を実施するための形態を用いて説明してきたが、これらは例として提供されるものであり、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。説明された実施形態は、異なる特徴を有し、このすべてが本発明のすべての実施形態で必要とされるわけではない。本発明のいくつかの実施形態は、特徴のいくつかまたは特徴の可能な組み合わせのみを利用する。本発明が属する技術分野の当業者には、説明された本発明の実施形態の変形、および説明された実施形態で指摘される特徴の様々な組み合わせを有する本発明の実施形態が思い浮かぶであろう。

本書に記載された任意の特徴または特徴の組み合わせは、２０１９年４月８日に出願され、米国特許公開２０１９０２３１４４４５として公開された米国特許出願第１６／３７７，２８０号、２０１８年３月８日に出願され、米国特許出願公開第２０１８０２５６２４６号明細書として公開された米国特許出願第１５／９１５，２３７号、２０１７年３月９日に出願され、米国特許出願公開第２０１７０２５８５３９号明細書として公開された米国特許出願第１５／４５４，１２３号、および２０１７年２月６日に出願され、米国特許出願公開第２０１７０２３９００５号明細書として公開された米国特許出願第１５／５０１，８６２号に記載された任意の特徴および組み合わせと組み合わせることができ、これらは全てこの全体を完全に記載するかのようにここに参照によって援用する。

本開示の明細書および特許請求の範囲において、各動詞「備える」、「含む」および「有する」、ならびにこれらの活用は、動詞の１つまたは複数の目的語が、必ずしも動詞の１つまたは複数の主語の構成要素、構成、要素または一部の完全なリストであるとは限らないことを示すために使用する。本明細書で使用される場合、単数形の「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかにそうでないことを規定しない限り、複数形の参照を含む。例えば、「マーキング」または「少なくとも１つのマーキング」という用語は、複数のマーキングを含むことができる。

Claims

外科手術システムの動作方法であって、
前記システムは、
（ｉ）多関節機械アーム、ならびに
（ｉｉ）第１および第２の入力デバイスを備え、
前記方法は、
ａ．反り返りステップ、
ｂ．移行ステップ、および
ｃ．外科手術実行ステップを含み、
前記アームは、その遠位端部に外科手術用エンドエフェクタを有するとともに、複数のアームセグメントを備え、前記複数のアームセグメントは、それぞれ自由度を有するとともに屈曲及び回転するよう構成された複数のアーム関節によって直列接続されており
前記第２の入力デバイスは、ｘ－ｙ－ｚ空間において複数の選択可能な向きのうちの任意の一方向に向けられるように構成されたハンドル部材を備え、
前記ハンドル部材は、前記アームの前記アームセグメントおよび前記アーム関節にそれぞれ対応するセグメント部材および関節部材を備え、
各前記アーム関節は、それぞれ前記対応する関節部材によって作動可能であり、かつ、前記関節部材と同じ自由度を有し、
前記反り返りステップでは、前記第１の入力デバイスからの電子制御出力に応答して前記アームを反り返らせ、
前記電子制御出力は、前記エンドエフェクタを反り返り動作位置にもたらすようにアーム関節の屈曲および回転を調節するのに有効であり、
前記移行ステップでは、前記アームの反り返りステップに続いて、前記アームの制御を前記第１の入力デバイスから前記第２の入力デバイスに移行させ、
前記外科手術実行ステップでは、前記移行ステップ後、前記ハンドル部材を方向転換させ、前記セグメント部材および前記関節部材をそれぞれ変位および方向転換させ、それによって、前記反り返ったアームの前記対応するアームセグメントおよびアーム関節のそれぞれの変位および方向転換を引き起こして、前記エンドエフェクタを使用して外科手術を実行し、前記ハンドル部材の向きは、前記ｘ－ｙ－ｚ空間における前記ハンドル部材の変位ベクトルまたは方向転換弧が同じ前記ｘ－ｙ－ｚ空間内の前記エンドエフェクタの対応する変位ベクトルまたは対応する方向転換弧に変換される向きとなっている、方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記第１の入力デバイスを用いて前記反り返りステップを実行する際、前記ハンドル部材を前記ｘ－ｙ－ｚ空間における選択された向きから方向転換させることを含まない、方法。
請求項１または２に記載の方法であって、
前記第１の入力デバイスを用いて前記反り返りステップを実行する際は、前記ハンドル部材を前記ｘ－ｙ－ｚ空間における選択された向きから方向転換させることを必要としない、方法。
請求項１～３のいずれか１項に記載の方法であって、
前記第１の入力デバイスを用いて前記反り返りステップを実行する際は、前記ハンドル部材を前記ｘ－ｙ－ｚ空間における選択された向きから９０°を超えて方向転換させることを必要としない、方法。
前記請求項のいずれか１項に記載の方法であって、
前記外科手術システムが、前記移行ステップを引き起こすのに有効な制御回路をさらに備える、方法。
前記請求項のいずれか１項に記載の方法であって、
前記移行ステップの後、前記第１の入力デバイスを非アクティブ化する、方法。
前記請求項のいずれか１項に記載の方法であって、
前記移行ステップの後、前記第１のデバイスは、前記アームとの接続が切断される、方法。
前記請求項のいずれか１項に記載の方法であって、
前記外科手術システムが、前記アームの直線的な前進および後退を作動させるためのユーザ入力デバイスを備える、方法。
外科手術用エンドエフェクタとともに使用するための外科手術システムであって、
前記システムは、
ａ．多関節機械アーム、
ｂ．前記アームの遠位端部および前記エンドエフェクタを反り返り動作位置に反り返らせるように、位置の変化に応答して、前記アーム関節のそれぞれの屈曲速度および回転速度を制御するための電子制御出力を与えるように構成された第１の入力デバイス、ならびに
ｃ．ｘ－ｙ－ｚ空間において複数の選択可能な向きのうちの任意の一方向に向けられるように構成されたハンドル部材を備える第２の入力デバイスを備え、
前記アームは、その遠位端部に外科手術用エンドエフェクタを有するとともに、複数のアームセグメントを備え、前記複数のアームセグメントは、それぞれ自由度を有するとともに屈曲および回転するように構成された複数のアーム関節によって直列接続されており、
前記ハンドル部材は、前記アームの前記アームセグメントおよび前記アーム関節のそれぞれに対応するセグメント部材および関節部材を備え、
各前記アーム関節は、それぞれ前記対応する関節部材によって作動可能かつ前記関節部材と同じ前記自由度を有し、
ｉ．前記外科手術システムは、前記アームが反り返った後に、前記第１の入力デバイスでの前記アームの制御から前記第２の入力デバイスでの前記アームの制御へ移行するように構成されており、
ｉｉ．前記移行ステップに続いて、前記セグメント部材および前記関節部材をそれぞれ変位および方向転換させるためにハンドル部材を方向転換するステップは、前記反り返ったアームの前記対応するアームセグメントおよびアーム関節のそれぞれの変位および方向転換を引き起こすのに有効であり、前記ハンドル部材の向きは、前記ｘ－ｙ－ｚ空間における前記ハンドル部材の変位ベクトルまたは方向転換弧が同じ前記ｘ－ｙ－ｚ空間内の前記エンドエフェクタの対応する変位ベクトルまたは対応する方向転換弧へ変換される、システム。
外科手術システムの動作方法であって、
前記システムは、
（ｉ）多関節機械アーム、ならびに
（ｉｉ）アーム関節の屈曲および回転を制御するように構成された１または複数のユーザ入力デバイスの入力デバイスアレイを備え、
前記方法は、
ａ．反り返りステップ、
ｂ．移行ステップ、および
ｃ．外科手術実行ステップを含み、
前記アームは、その遠位端部に外科手術用エンドエフェクタを有するするとともに、それぞれ自由度を有する複数のアーム関節を備え、
前記反り返りステップでは、第１のユーザ入力デバイスからの電子制御出力に応答して、第１の座標変換行列を用いて、ユーザ入力をアーム関節のそれぞれの屈曲および回転に変換し、前記エンドエフェクタを反り返り動作位置にもたらすように前記アームの前記遠位端部を反り返らせ、
前記移行ステップでは、前記エンドエフェクタが前記反り返り動作位置にあることの検出に応答して、かつ前記検出を条件として、前記エンドエフェクタの前記反り返り位置に基づく第２の座標変換行列に移行し、
前記外科手術実行ステップでは、前記移行ステップの後、かつ第２のユーザ入力デバイスからの電子制御出力に応答して、前記第２の座標変換行列用いて、ユーザ入力をアーム関節のそれぞれの屈曲および回転に変換し、前記エンドエフェクタを使用して外科手術を行う、方法。
請求項１０に記載の方法であって、
前記第１および第２の入力デバイスは、同一の入力デバイスであり、
前記第１および第２の座標変換行列は、同一の３次元座標変換行列ではない、方法。
請求項１０に記載の方法であって、
前記第１および第２の入力デバイスは、同一の入力デバイスではなく、
前記第１および第２の座標変換行列は、同一の３次元座標変換行列ではない、方法。
請求項１０～１２のいずれか１項に記載の方法であって、
前記移行ステップの前であって、且つ前記反り返りステップの間に、前記第１のユーザ入力デバイスまたはこの一部の近位変位が前記エンドエフェクタの近位変位に変換され、
前記移行ステップの後の前記エンドエフェクタが前記反り返り位置にある状態において、前記第２のユーザ入力デバイスまたはこの一部の近位変位が前記エンドエフェクタの遠位変位に変換される、方法。
請求項１０～１３のいずれか１項に記載の方法であって、
前記外科手術システムは、前記移行ステップを引き起こすのに有効な制御回路をさらに備える、方法。
請求項１０～１４のいずれか１項に記載の方法であって、
前記第１の入力デバイスは、前記移行ステップの後に非アクティブ化される、方法。
外科手術用エンドエフェクタと共に使用するための外科手術システムであって、
ａ．１つまたは複数の入力デバイスのアレイ、および
ｂ．多関節機械アームを備え、
前記アームは、その遠位端部に外科手術用エンドエフェクタを有するとともに、複数のアームセグメントを備え、前記複数のアームセグメントは、入力デバイスによって生成された制御信号に応答して、屈曲および回転するように構成された複数のアーム関節によって接続されており、
前記外科手術システムは、
ｉ．第１のユーザ入力デバイスからの電子制御出力に応答して、第１の座標変換行列を用いて、前記ユーザ入力をアーム関節のそれぞれの屈曲および回転に変換し、前記エンドエフェクタを反り返り動作位置にもたらすように、前記アームの前記遠位端部を反り返らせるように構成され、
ｉｉ．前記エンドエフェクタの現在の向きが第２のユーザ入力デバイスの現在の向きに対応していることの検出に応答して、かつ前記検出を条件として、前記エンドエフェクタの前記現在の向きに基づく第２の座標変換行列に移行するように構成され、
ｉｉｉ．移行ステップの後、かつ前記第２のユーザ入力デバイスからの電子制御出力に応答して、前記第２の座標変換行列を用いて、前記ユーザ入力をアーム関節のそれぞれの屈曲および回転に変換し、前記エンドエフェクタを使用して外科手術を実行するように構成される、システム。
外科手術システムの動作方法であって、
前記システムは、
（ｉ）所与のユーザ入力デバイス、ならびに
（ｉｉ）外科手術用エンドエフェクタと、前記所与のユーザ入力デバイスからの電子制御出力に応答して屈曲および回転するように構成された複数のアーム関節とを有する多関節機械アームを備え、前記外科手術用エンドエフェクタは、前記多関節機械アームの遠位端部にあり、
前記方法は、
ａ．第１の動作モードで前記外科手術システムの動作を開始する開始ステップ、
ｂ．前記外科手術システムが前記第１の動作モードにある間における、ｉ．修正ステップおよびｉｉ．監視ステップ、
ｃ．移行ステップ、ならびに
ｄ．操作ステップを含み、
前記修正ステップでは、前記多関節機械アームの前記アーム関節のうちの１つまたは複数の機械化された屈曲および機械化された回転の少なくとも一方によって、前記アームの曲線形状を修正し、
前記監視ステップでは、前記機械アームの形状状態を監視し、この少なくとも一部が、前記所与のユーザ入力デバイスによって規定された現在優勢な曲線形状に一致する曲線形状を有するか否かを検出し、
前記移行ステップでは、前記機械アームの前記曲線形状が前記所与のユーザ入力デバイスの前記曲線形状と一致することの検出に応答して、かつ前記検出を条件として、前記外科手術システムの動作を前記第１のモードから第２のモードに移行させ、
前記操作ステップでは、前記エンドエフェクタを使用して外科手術行為を行うため、前記所与のユーザ入力デバイスの出力が前記アームまたは前記アームのセクションもしくは要素の構成を修正するように、前記外科手術システムを前記第２のモードで操作する、方法。
請求項１７に記載の方法であって、
前記移行ステップは、前記所与のユーザ入力デバイスではないユーザ入力デバイスから前記所与のユーザ入力デバイスに、前記アームの構成のユーザ制御をハンドオフするステップを含む、方法。
請求項１７または１８に記載の方法であって、
前記第１のモードは（ｉ）前記複数のアーム関節の適切なサブセットに関して規定され、（ｉｉ）前記所与のユーザ入力デバイスからの制御信号によって、前記アーム関節の前記適切なサブセットの部材でない前記アームの任意のアーム関節の作動を排除し、（ｉｉｉ）前記適切なサブセットに属する１つまたは複数のアーム関節の前記作動の制御を許可し、前記適切なサブセットの１つまたは複数のアーム関節の屈曲および／または回転を引き起こす、方法。
請求項１９に記載の方法であって、
前記第１のモードから前記第２のモードへの移行ステップ時に、前記所与のユーザ入力デバイスが、少なくとも１つの第１のモードで排除されたアーム関節の屈曲および回転の制御を有効化する、方法。
請求項１７～２０のいずれか１項に記載の方法であって、
前記アームの前記形状の前記修正ステップは、前記所与のユーザ入力デバイスによって与えられる電子制御信号に応答して実行される、方法。
請求項１７～２１のいずれか１項に記載の方法であって、
前記アームの前記形状の前記修正ステップは、前記所与のユーザ入力デバイス以外のユーザ入力デバイスによって与えられる電子制御信号に応答して実行される、方法。
請求項１７～２２のいずれか１項に記載の方法であって、
前記アームの前記曲線形状の前記修正ステップは、自動的に実行される、方法。
外科手術システムの動作方法であって、
前記システムは、
（ｉ）所与のユーザ入力デバイス、ならびに
（ｉｉ）外科手術用エンドエフェクタと、前記所与のユーザ入力デバイスからの電子制御出力に応答して屈曲および回転するように構成された複数のアーム関節とを有する多関節機械アームを備え、前記外科手術用エンドエフェクタは、多関節機械アームの遠位端部にあり、
前記方法は、
ａ．第１の動作モードで前記外科手術システムの動作を開始する開始ステップ、
ｂ．前記外科手術システムが前記第１の動作モードにある間における、ｉ．修正ステップ、およびｉｉ．監視ステップ、
ｃ．移行ステップ、ならびに
ｄ．操作ステップを備え、
前記修正ステップでは、前記多関節機械アームの前記アーム関節のうち１つまたは複数の機械化された屈曲および機械化された回転の少なくとも一方によって、前記アームの曲線形状を修正し、
前記監視ステップでは、前記機械アームの形状状態を監視し、前記機械アームの少なくとも一部が予め規定された曲線形状に一致する曲線形状を有するか否かを検出し、
前記移行ステップでは、前記機械アームの前記曲線形状が前記予め規定された曲線形状に一致することの検出に応答して、かつ前記検出を条件として、前記外科手術システムの動作を前記第１のモードから第２のモードに移行させ、
前記操作ステップでは、前記エンドエフェクタを使用して外科手術行為を行うために、前記所与のユーザ入力デバイスの出力が前記アームまたは前記アームのセクションもしくは要素の構成を修正するように、前記外科手術システムを前記第２のモードで操作する、方法。
請求項２４に記載の方法であって、
前記機械アームまたはこの一部の前記曲線形状が前記予め規定された曲線形状と一致するか否かを検出するステップは、
（ｉ）前記機械アームまたはこの一部の前記曲線形状が前記予め規定された曲線形状の２次元投影と一致するか否かを検出するステップ、
（ｉｉ）前記機械アームまたはこの一部の前記曲線形状の２次元投影が、前記予め規定された曲線形状と一致するか否かを検出するステップ、および
（ｉｉｉ）前記機械アームまたはこの一部の前記曲線形状の２次元投影が、前記予め規定された曲線形状の２次元投影と一致するか否かを検出するステップ
のうちの少なくとも１つを含む、方法。
請求項２４または２５に記載の方法であって、
前記予め規定された曲線形状が、１つまたは複数の極小値または極大値を有する、方法。
請求項２４～２６のいずれか１項に記載の方法であって、
前記予め規定された曲線形状が、１つまたは複数の変曲点を有する、方法。
請求項２７に記載の方法であって、
前記予め規定された曲線形状またはこの２次元投影が「Ｓ」字曲線形状である、方法。
請求項２４～２８のいずれか１項に記載の方法であって、
前記移行ステップは、前記アームの構成のユーザ制御を、前記所与のユーザ入力デバイスではないユーザ入力デバイスから前記所与のユーザ入力デバイスにハンドオフするステップを含む、方法。
請求項２４～２９のいずれか１項に記載の方法であって、
前記第１のモードは、
（ｉ）前記複数のアーム関節の適切なサブセットに関して規定され、
（ｉｉ）前記所与のユーザ入力デバイスからの制御信号によって、前記アーム関節の前記適切なサブセットの部材でない前記アームの任意のアーム関節の作動を排除し、
（ｉｉｉ）前記適切なサブセットに属する１または複数のアーム関節の前記作動の制御を許可し、前記適切なサブセットの前記１または複数のアーム関節の屈曲および／または回転を引き起こす、方法。
請求項３０に記載の方法であって、
前記第１のモードから前記第２のモードへの移行ステップ時に、前記所与のユーザ入力デバイスが、少なくとも１つの第１のモードで排除されたアーム関節の屈曲および回転の制御を有効化する、方法。
請求項２４～３１のいずれか１項に記載の方法であって、
前記アームの形状の修正ステップは、前記所与のユーザ入力デバイスによって与えられる電子制御信号に応答して実行される、方法。
請求項２４～３２のいずれか１項に記載の方法であって、
前記アームの形状の修正ステップは、前記所与のユーザ入力デバイス以外のユーザ入力デバイスによって与えられる電子制御信号に応答して実行される、方法。
請求項２４～３３のいずれか１項に記載の方法であって、
前記アームの前記曲線形状の修正ステップは、自動的に実行される、方法。