JP2023534445A - Handle assembly providing unlimited rolls - Google Patents
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Abstract
例示的なロールハンドルアセンブリは、ハンドル本体と、ロール本体と、クロージャ本体と、シャトル本体とを含む。ロール本体は、ハンドル本体に結合され、ハンドル本体に対するロール軸を中心とする回転自由度を有する。ロール本体は、ハンドル本体に対してロール軸に沿って並進的に制約される。クロージャ本体は、ハンドル本体に結合され、ハンドル本体に対する1つ以上の運動自由度を有する。シャトル本体は、ロール本体およびクロージャ本体に結合され、ロール本体に対してロール軸に沿った並進自由度を有する。シャトル本体は、ロール本体に対してロール軸を中心に回転的に制約され、クロージャ本体に対してロール軸を中心とする回転自由度を有する。An exemplary roll handle assembly includes a handle body, a roll body, a closure body, and a shuttle body. A roll body is coupled to the handle body and has rotational freedom about the roll axis relative to the handle body. The roll body is translationally constrained relative to the handle body along the roll axis. A closure body is coupled to the handle body and has one or more degrees of freedom of movement relative to the handle body. A shuttle body is coupled to the roll body and the closure body and has translational degrees of freedom relative to the roll body along the roll axis. The shuttle body is rotationally constrained with respect to the roll body about the roll axis and has rotational freedom about the roll axis with respect to the closure body.
Description
関連出願の相互参照
本出願は、2018年4月2日に出願された「HANDLE MECHANISM PROVIDING UNLIMITED ROLL」と題する米国特許出願第15/943,689号の一部継続であり、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。米国特許出願第15/943,689号は、2016年10月3日に出願された「HANDLE MECHANISM PROVIDING UNLIMITED ROLL」と題する米国特許出願第15/284,345号の継続であり、現在は米国特許第9,814,451号であり、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。米国特許第9、814、451号は、2015年10月2日に出願された米国仮特許出願第62/236,835号の優先権を主張し、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application is a continuation-in-part of U.S. patent application Ser. is incorporated herein in its entirety. U.S. Patent Application No. 15/943,689 is a continuation of U.S. Patent Application No. 15/284,345, entitled "HANDLE MECHANISM PROVIDING UNLIMITED ROLL," filed October 3, 2016, and is now U.S. Patent No. 9,814,451, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety. U.S. Patent No. 9,814,451 claims priority from U.S. Provisional Patent Application No. 62/236,835, filed Oct. 2, 2015, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety. incorporated into.
本出願はまた、2015年4月15日に出願された「FOREARM ATTACHMENT APPARATUS FOR REMOTE ACCESS TOOLS」と題する米国仮特許出願第62/147,998号および2015年10月2日に出願された「FOREARM ATTACHMENT APPARATUS FOR REMOTE ACCESS TOOLS」と題する米国仮特許出願第62/236,805号の優先権を主張する、2016年4月15日に出願された「ATTACHMENT APPARATUS FOR REMOTE ACCESS TOOLS」と題する米国仮特許出願第15/130,915号に関してもよい。本出願はまた、2008年4月11日に出願された「MINIMALLY INVASIVE SURGICAL TOOL」と題する米国仮特許出願第61/044、168号の優先権を主張する2009年4月13日に出願された「MINIMUM ACCESS TOOL」と題する米国特許出願第12/937,523号であり、現在は米国特許出願第8,668,702号の継続である、2014年1月28日に出願された「MINIMAL ACCESS TOOL」と題する米国特許出願第14/166,503号、公開番号第US-2014-0142595号の一部継続として優先権を主張する、2016年2月25日出願に出願された「PARALLEL KINEMATIC MECHANISMS WITH DECOUPLED ROTATIONAL MOTIONS」と題する米国特許出願第15/054,068号に関してもよい。これらの特許および特許出願の各々は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。 This application is also subject to U.S. Provisional Patent Application Nos. 62/147,998 entitled "FOREARM ATTACHMENT APPARATUS FOR REMOTE ACCESS TOOLS" filed on April 15, 2015 and "FOREARM U.S. Provisional Patent Entitled "ATTACHMENT APPARATUS FOR REMOTE ACCESS TOOLS" filed April 15, 2016 claiming priority from U.S. Provisional Patent Application No. 62/236,805 entitled "ATTACHMENT APPARATUS FOR REMOTE ACCESS TOOLS"; It may also relate to application Ser. No. 15/130,915. This application also claims priority from U.S. Provisional Patent Application Serial No. 61/044,168 entitled "MINIMALLY INVASIVE SURGICAL TOOL" filed April 11, 2008. US patent application Ser. No. 12/937,523, entitled "MINIMUM ACCESS TOOL," now a continuation of US patent application Ser. PARALLEL KINEMATIC MECHANISM, filed Feb. 25, 2016, claiming priority as a continuation-in-part of U.S. Patent Application No. 14/166,503, Publication No. US-2014-0142595, entitled "PARALLEL KINEMATIC MECHANISM TOOL". No. 15/054,068, entitled WITH DECOUPLED ROTATIONAL MOTIONS. Each of these patents and patent applications is incorporated herein by reference in its entirety.
参照による組み込み
本明細書で言及されるすべての刊行物および特許出願は、あたかも各個々の刊行物または特許出願が参照により組み込まれることが具体的かつ個別に示されているのと同程度に、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
INCORPORATION BY REFERENCE All publications and patent applications mentioned in this specification are incorporated by reference to the same extent as if each individual publication or patent application was specifically and individually indicated to be incorporated by reference. is incorporated herein by reference in its entirety.
技術分野
本明細書には、ハンドルアセンブリ、ならびにそれらを使用する装置および用途が記載されている。例えば、本明細書では、無制限の回転を可能にする機構を有するハンドルアセンブリ(「無制限ロールハンドルアセンブリ」)、ならびにそれらを使用する低侵襲手術ツールおよび遠隔アクセスツールのための装置について説明する。
TECHNICAL FIELD Described herein are handle assemblies and devices and applications using them. For example, described herein are handle assemblies having mechanisms that allow unlimited rotation (“unlimited roll handle assemblies”) and devices for minimally invasive surgical tools and remote access tools using them.
背景
例えば、国際特許出願公開2007/146894号に記載されているように、無制限(または無限)の回転機能を有するハンドルアセンブリを組み込む多くの遠隔アクセスツールおよび低侵襲手術ツールが知られている。本出願は、主として近位ハンドル、ツールフレーム/ツールシャフト、および遠位エンドエフェクタ(EE)からなる腹腔鏡ツールを記載する。これらの腹腔鏡装置のいくつかでは、ツールシャフト軸を中心としてエンドエフェクタを回転させるために(すなわち、エンドエフェクタのロール回転を提供するために)、ユーザはツールシャフト軸を中心としてハンドルを回転させなければならない場合がある。ハンドルは、公称状態(すなわち、任意のロール回転の前に)でユーザの手、手のひら、および/または指に嵌合または適合することができるが、ロール回転中および回転後にユーザの手に嵌合/適合し続けることはできない。実際、そのような回転中、ハンドルは、装置を保持している手の領域と衝突し始める可能性があり、通常、ロール回転の量を制限し、および/またはエンドエフェクタで最大ロール回転を達成するために外科医の手内でハンドルを再配置する必要がある。したがって、これらの装置の多くは、限られた量のロールを超えて単一の方向にロールし続けるために、動作するために複数の手を必要とするか、または動作中にユーザの手の中で装置の再配置を必要とする場合がある。さらに、ロール回転を継続するように再配置される装置は、通常、人間工学的ではなく、ツールフレーム/ツールシャフト間の入力接合/機構へのアクセスが失われるために動作がより困難である。公称状態で通常はユーザの手および手のひら(および場合によっては指および/または親指)によって保持されるハンドルの静止部分と、通常はユーザの指および/または親指によってその中心軸の周りで静止部分に対して回転するロール部分(例えば、ダイヤル、ハンドルダイヤル、回転ダイヤルなど)との間でハンドルアセンブリ内に回転接合を設けることによって、回転が制限され、人間工学性が低下するという課題に対処する試みがなされてきた。これらの試みは、部分的には、このように装置を回転させることは、静止部分に対してロール部分(例えば、ダイヤル、ハンドルダイヤル、回転ダイヤルなど)を回転させるときに内部伝達部材の巻きをもたらす可能性があるため、限られた効果でしかこの課題に応えていない。ハンドルの静止部分は、ロール回転運動に関する限り静止していると定義される。一般に、この静止部分は、ユーザの手のひらに対して「静止」している。この静止部分は、他の自由度(例えば、関節腹腔鏡装置におけるピッチ回転およびヨー回転)を提供するためにユーザの手と共に動くことができる。
BACKGROUND Many remote access and minimally invasive surgical tools are known that incorporate handle assemblies with unlimited (or infinite) rotational capabilities, for example, as described in International Patent Application Publication No. 2007/146894. This application describes a laparoscopic tool that primarily consists of a proximal handle, a tool frame/tool shaft, and a distal end effector (EE). In some of these laparoscopic devices, to rotate the end effector about the tool shaft axis (i.e., to provide roll rotation of the end effector), the user rotates the handle about the tool shaft axis. Sometimes you have to. The handle may fit or conform to the user's hand, palm, and/or fingers in a nominal state (i.e., prior to any roll rotation), but may fit the user's hand during and after roll rotation. / Can't stay fit. Indeed, during such rotation, the handle may begin to collide with the area of the hand holding the device, typically limiting the amount of roll rotation and/or achieving maximum roll rotation with the end effector. The handle needs to be repositioned within the surgeon's hands in order to do so. Therefore, many of these devices require multiple hands to operate, or require the user's hand to remain in motion during operation, in order to continue to roll in a single direction over a limited amount of roll. may require repositioning of equipment within Additionally, devices that are repositioned to continue roll rotation are typically less ergonomic and more difficult to operate due to loss of access to input joints/mechanisms between the tool frame/tool shaft. A stationary portion of the handle that is normally held by the user's hand and palm (and possibly fingers and/or thumbs) in a nominal state, and a stationary portion about its central axis that is typically held by the user's fingers and/or thumbs. Attempts to address the problem of limited rotation and reduced ergonomics by providing a rotational joint in the handle assembly with the roll portion (e.g., dial, handle dial, rotating dial, etc.) that rotates against it. has been done. These attempts are partially based on the belief that rotating the device in this manner causes the winding of the internal transmission member when rotating the roll portion (e.g., dial, handle dial, rotating dial, etc.) relative to the stationary portion. This challenge has been met with limited effectiveness because of the potential for The stationary portion of the handle is defined as stationary as far as roll rotational motion is concerned. Generally, this stationary portion is "stationary" with respect to the user's palm. This stationary portion can move with the user's hand to provide other degrees of freedom (eg, pitch and yaw rotation in an arthroscopic device).
ハンドルアセンブリに静止部分およびロール部分を組み込むこれらの装置は、関節式または非関節式であってもよい。いくつかの非関節装置では、ハンドルアセンブリとツールシャフトとを堅固に接続することができ、ハンドルアセンブリ全体の回転がツールシャフトおよびエンドエフェクタの回転を駆動することができる。他の非関節装置では、ハンドルアセンブリおよびツールシャフトを堅固に接続することができ、ハンドルはダイヤルを装備することができ、ダイヤルはエンドエフェクタに接続され、ツールシャフトを通って送られるロール伝達部材を介してエンドエフェクタの回転を駆動する。さらに、腹腔鏡装置は、より複雑になり、困難な腹腔鏡処置に対応している。ここで、腹腔鏡ツールは、ツールシャフトとハンドルアセンブリとの間の入力関節接合によって作動させることができる関節エンドエフェクタを含むことができる。関節エンドエフェクタは、外科医がハンドルアセンブリをツールシャフトに対して入力関節接合(ここでは入力接合または関節入力接合とも呼ばれる)の周りで関節運動させることによってエンドエフェクタのロール回転軸を変更することを可能にする。そのような装置のハンドルアセンブリは、ツールシャフトに堅固に接続されておらず、代わりに、一般に2つの関節運動自由度(例えば、ヨー回転およびピッチ回転)を可能にし、ロール回転を制約し、したがって伝達する入力接合を介して接続されている。いくつかの関節装置では、エンドエフェクタの回転は、ハンドルアセンブリのダイヤル部分の回転によって駆動されてもよく、これは、ツールシャフトの回転を介してエンドエフェクタにロールをさらに伝達する。ここで、ツールシャフトは、ヨーおよびピッチの自由度を提供するが、ロール回転をハンドルアセンブリからツールシャフトに伝達する入力関節接合を介してハンドルアセンブリに接続される。同様に、ツールシャフトのロール回転は、出力関節接合を介してエンドエフェクタに伝達される。そのような装置構成の例は、Novare(商標)(国際特許出願公開2007/146894号)による関節装置である。他の関節装置では、関節伝達およびロール伝達は、入力関節接合、ツールシャフト、および出力関節接合(ここでは出力接合または関節出力接合とも呼ばれる)に対するロールの制約度(DoC)を介してではなく、個別のロール伝達部材を介してハンドルアセンブリのダイヤル部分の回転からエンドエフェクタにロールが直接伝達されるように分離される。このロール伝達部材は、ロールの回転を伝達するために、適度なねじり剛性を有する必要がある。このロール伝達部材は、入力関節接合またはツールフレーム/ツールシャフトを通って送られなくてもよい。そのような装置構成の一例は、Covidien(商標)(米国特許第8,603,135号)によって販売されている関節装置である。 These devices that incorporate stationary and rolling portions in the handle assembly may be articulated or non-articulated. In some non-articulated devices, the handle assembly and tool shaft can be rigidly connected, and rotation of the entire handle assembly can drive rotation of the tool shaft and end effector. In other non-articulating devices, the handle assembly and tool shaft can be rigidly connected, the handle can be equipped with a dial, the dial is connected to the end effector and has a roll transmission member fed through the tool shaft. drives rotation of the end effector via Additionally, laparoscopic devices are becoming more complex and accommodate difficult laparoscopic procedures. Here, a laparoscopic tool can include an articulating end effector that can be actuated by input articulation between the tool shaft and handle assembly. An articulating end effector allows the surgeon to change the roll rotation axis of the end effector by articulating the handle assembly with respect to the tool shaft about the input articulation (also referred to herein as the input articulation or articulating input joint) to The handle assembly of such devices is not rigidly connected to the tool shaft, but instead generally allows two degrees of freedom of articulation (e.g., yaw and pitch rotations) and constrains roll rotation, thus connected through a transmitting input junction. In some articulated devices, rotation of the end effector may be driven by rotation of a dial portion of the handle assembly, which further transfers roll to the end effector via rotation of the tool shaft. Here, the tool shaft provides yaw and pitch degrees of freedom, but is connected to the handle assembly via an input articulation that transfers roll rotation from the handle assembly to the tool shaft. Similarly, roll rotation of the tool shaft is transmitted to the end effector through the output articulation. An example of such a device configuration is the joint device by Novare™ (WO 2007/146894). In other articulated devices, articulation and roll transmission are not through degree of constraint (DoC) of roll for input articulation, tool shaft, and output articulation (also referred to herein as output joint or articulation output joint). Direct transmission of roll to the end effector is decoupled from rotation of the dial portion of the handle assembly via a separate roll transmission member. This roll transmission member must have an appropriate torsional rigidity in order to transmit the rotation of the roll. This roll transmission member may not be routed through the input articulation or tool frame/tool shaft. One example of such a device configuration is the joint device sold by Covidien™ (US Pat. No. 8,603,135).
典型的には、これらの関節ツールが提供する改善された器用さは、ハンドルアセンブリのロール部分のロール回転に対する抵抗の増加とのトレードオフを伴う。このロール回転に対する抵抗は、エンドエフェクタが関節運動するときにさらに増加する。この抵抗は、ハンドル入力(例えば、ハンドルアセンブリ内のレバー)が係合されたときにさらに増加することがあり、エンドエフェクタ作動(例えば、エンドエフェクタの基準部分に対するエンドエフェクタの運動部分の開閉)をもたらす。エンドエフェクタ関節運動およびエンドエフェクタ作動を同時に実行しながらのロールに対する抵抗はかなりのものであり得る。ツールシャフトの端部に顎部を有するエンドエフェクタの開閉を作動させるためのハンドル入力(例えば、ハンドル入力レバー)の係合は、典型的には、回転を可能にするように互いにインターフェースするユーザによって保持されたハンドルアセンブリの静止部分とハンドルアセンブリの回転可能部分(例えば、ダイヤル)との間に発生する高い負荷をもたらす。これらの独立した本体間の高い負荷の結果は、典型的には、エンドエフェクタロール回転を正確に制御するためにハンドルアセンブリで微細な回転入力を使用する外科医の能力を制限するロール回転に対する摩擦抵抗の増加である。高い顎部(開閉)作動荷重は、通常、鋼ケーブル、鋼線、モノフィラメント鋼、ニチノールロッド、またはタングステンケーブルなどの伝達部材によってハンドル入力から伝達される。これらのタイプの伝達部材は、入力位置から器具の出力部分または遠隔部分に荷重を伝達するように良好に機能する。そのような装置におけるエンドエフェクタにロール、関節運動、および作動機能を同時に伝達および提供することの複雑さ、ならびにこれらの機能性を満たすための特徴部を組み込むための狭い容積内での作業の制限のために、上述の機能性を提供することができるように構造およびインターフェース要件を満たすアセンブリ、機構、接合、および本体を組み込むことは困難である。 Typically, the improved dexterity provided by these articulated tools is traded off for increased resistance to roll rotation of the roll portion of the handle assembly. This resistance to roll rotation is further increased as the end effector articulates. This resistance may be further increased when a handle input (e.g., a lever in the handle assembly) is engaged, causing end effector actuation (e.g., opening and closing the moving portion of the end effector relative to the reference portion of the end effector). Bring. Resistance to roll while simultaneously performing end effector articulation and end effector actuation can be substantial. Engagement of a handle input (e.g., a handle input lever) to actuate the opening and closing of an end effector having jaws at the end of the tool shaft is typically by the user interfacing with each other to allow rotation. This results in high loads occurring between the stationary portion of the retained handle assembly and the rotatable portion of the handle assembly (eg dial). The result of high loading between these independent bodies typically limits the surgeon's ability to use fine rotational input at the handle assembly to precisely control end effector roll rotation. Frictional resistance to roll rotation is an increase in High jaw (open/close) actuation loads are typically transmitted from handle inputs by transmission members such as steel cables, steel wires, monofilament steel, nitinol rods, or tungsten cables. These types of transmission members work well to transmit loads from an input location to an output or remote portion of the instrument. the complexity of simultaneously transmitting and providing roll, articulation, and actuation functions to the end effector in such devices, and the limitation of working within a small volume to incorporate features to fulfill these functionalities; Because of this, it is difficult to incorporate assemblies, mechanisms, joints, and bodies that meet the structural and interface requirements so as to be able to provide the functionality described above.
本明細書では、これらの問題に対処することができる無制限ロール機構を有するハンドルアセンブリを含む装置(例えば、機構、装置、ツール、機械、システムなど)について説明する。 Described herein are devices (eg, mechanisms, devices, tools, machines, systems, etc.) that include handle assemblies with unlimited roll mechanisms that can address these issues.
開示の概要
ハンドルアセンブリの他の部分に対するハンドルアセンブリの一部の無制限(例えば、「無限」)ロールを提供するハンドルアセンブリを含むことができ、有利な方法でこのロールをエンドエフェクタに伝達することができる装置(機構、機器、装置、ツール、システムなどを含む)が本明細書に記載される。本明細書に記載の無制限ロール機構は、ハンドルアセンブリ、ツールフレーム(ツールシャフトであってもよいし、ツールシャフトを含んでもよい)、およびエンドエフェクタアセンブリを含む装置の一部であってもよい。いくつかの変形例では、装置は、装置の遠位端にあるエンドエフェクタ関節接合を介してツールフレームに対して関節運動することができるエンドエフェクタアセンブリ(または単にエンドエフェクタ)を含むことができ、エンドエフェクタの関節運動は、ハンドルアセンブリとツールフレームとの間を含む装置の近位端にある入力関節接合(入力接合)によって制御されてもよい。これらの装置のいずれにおいても、ツールフレームは、腕アタッチメント(例えば、前腕取り付け)を介してユーザの腕(例えば、手首、前腕など)と接続されてもよく、ユーザの手(手のひら、指、親指など)は、ハンドルアセンブリと相互作用する。腕アタッチメントは、ユーザの腕とツールフレームとの間で1つ以上の自由度(例えば、ピッチ、ヨー、ロール)を可能にする接合(例えば、軸受)によってツールフレームに接続されてもよい。これらの装置のいずれにおいても、エンドエフェクタは、エンドエフェクタ顎部作動部材を介してエンドエフェクタの出力作動を引き起こすハンドルアセンブリ上の入力制御装置によって作動(例えば、開閉)され得る少なくとも1つの運動部分(例えば、運動顎部)を有し得る。これらの装置のいくつかでは、顎部作動伝達部材は、エンドエフェクタ作動(例えば、顎部クロージャ作動)を引き起こすためにハンドルアセンブリ内の入力制御装置によって引っ張られ得る引張/圧縮部材であってもよい。同じまたは異なる顎部作動伝達部材、引張/圧縮部材のいずれかを使用して、エンドエフェクタ作動(例えば、顎部開放作動)を引き起こし、以前の作動を元に戻すことができる。これは、エンドエフェクタ作動の一部としてのプル(第1の作動)-プル(第2の作動)動作、またはプル(第1の作動)-プッシュ(第2の作動)作動、またはプッシュ(第1の作動)-プル(第2の作動)作動をもたらし得る。
SUMMARY OF THE DISCLOSURE A handle assembly can be included that provides unlimited (e.g., "infinite") roll of a portion of the handle assembly relative to other portions of the handle assembly, and can advantageously transfer this roll to an end effector. Described herein are devices (including mechanisms, instruments, devices, tools, systems, etc.) that can. The unlimited roll mechanism described herein may be part of a device that includes a handle assembly, a tool frame (which may be or include a tool shaft), and an end effector assembly. In some variations, the device can include an end effector assembly (or simply an end effector) that can articulate with respect to the tool frame via an end effector articulation at the distal end of the device, Articulation of the end effector may be controlled by input articulations (input joints) at the proximal end of the device, including between the handle assembly and the tool frame. In any of these devices, the tool frame may be connected to the user's arm (e.g., wrist, forearm, etc.) via an arm attachment (e.g., forearm attachment), and the user's hand (palm, fingers, thumb, etc.) etc.) interacts with the handle assembly. The arm attachment may be connected to the tool frame by a joint (eg, bearing) that allows one or more degrees of freedom (eg, pitch, yaw, roll) between the user's arm and the tool frame. In any of these devices, the end effector has at least one motion portion (e.g., opening and closing) that can be actuated (e.g., opened and closed) by an input control on the handle assembly that causes output actuation of the end effector via the end effector jaw actuating member. for example, motion jaws). In some of these devices, the jaw actuation transmission member may be a tension/compression member that can be pulled by an input control within the handle assembly to cause end effector actuation (e.g., jaw closure actuation). . Either the same or different jaw actuation transmission members, tension/compression members can be used to cause end effector actuation (eg, jaw opening actuation) and undo previous actuation. This can be a pull (first actuation)-pull (second actuation) motion, or a pull (first actuation)-push (second actuation) actuation, or a push (second actuation) actuation as part of the end effector actuation. 1 actuation)-pull (second actuation) may result in actuation.
一般に、本明細書に記載の無制限ロールハンドルアセンブリは、無制限回転ハンドルアセンブリ、または無制限回転ハンドル装置、または無制限ロールハンドル装置などとも呼ばれ得る。一般に、ハンドルアセンブリの静止部分は、ハンドルシェル、または人間工学的なハンドルシェル、またはハンドル本体、またはハンドルアセンブリの第1の部分などとも呼ばれ得る。一般に、ハンドルアセンブリの回転部分は、回転部分、または回転ダイヤル、または回転部分、またはダイヤル、またはハンドルアセンブリの第2の部分などとも呼ばれ得る。一般に、ハンドルアセンブリ内の入力制御装置は、制御装置、または入力レバー、またはエンドエフェクタ制御装置、または入力レバー制御装置などとも呼ばれ得る。 In general, the unlimited roll handle assemblies described herein may also be referred to as unlimited rotation handle assemblies, or unlimited rotation handle devices, or unlimited roll handle devices, or the like. Generally, the stationary portion of the handle assembly may also be referred to as the handle shell, or the ergonomic handle shell, or the handle body, or the first portion of the handle assembly, or the like. In general, the rotating portion of the handle assembly may also be referred to as a rotating portion, or a rotating dial, or a rotating portion, or dial, or a second portion of the handle assembly, or the like. Generally, the input controls within the handle assembly may also be referred to as controls, or input levers, or end effector controls, or input lever controls, or the like.
これらの無制限ロールハンドルアセンブリは、ケーブル(鋼、タングステンなど)、鋼線など、またはモノフィラメント鋼もしくはニチノールロッドなどを含むエンドエフェクタ作動伝達部材を使用して、ハンドルアセンブリの第1の部分(例えば、ハンドル本体)に対する入力制御によって遠位エンドエフェクタの作動(例えば、エンドエフェクタ顎部の開閉)を可能にし、エンドエフェクタ作動のフリーズまたは途絶なしにハンドルアセンブリから作動を伝達することができる。この作動は、独立して、または並行して、またはエンドエフェクタ関節運動およびエンドエフェクタロール回転などの他の運動に関係なく起こり得る。 These unlimited roll handle assemblies use end effector actuation transmission members including cables (steel, tungsten, etc.), steel wire, etc., or monofilament steel or Nitinol rods, etc. to connect the first portion of the handle assembly (e.g., handle An input control to the body) allows actuation of the distal end effector (eg, opening and closing the end effector jaws) and can transmit actuation from the handle assembly without freezing or disruption of end effector actuation. This actuation can occur independently, in parallel, or independently of other movements such as end effector articulation and end effector roll rotation.
例えば、エンドエフェクタが顎部アセンブリである場合、これは、ベースエンドエフェクタ部分(第1のエンドエフェクタ部分)に対して可動な1つまたは2つの運動顎部を含んでもよい。これらの1つ以上の運動顎部は、第2のエンドエフェクタ部分、第3のエンドエフェクタ部分などを指す。いくつかの変形例では、顎部アセンブリの顎部の1つは、ベースエンドエフェクタ部分の一部であってもよい(またはベースエンドエフェクタ部分に堅固に取り付けられてもよい)。1つ以上の運動顎部は、ハンドルアセンブリのシャトル部に接続された顎部作動伝達部材によって動かされてもよい。エンドエフェクタアセンブリにおける顎部のこの開閉動作は、ハンドルアセンブリにおける運動体(例えば、レバー、ボタン、スライダなど)であってもよいエンドエフェクタ制御部によって制御されてもよい。したがって、本明細書に開示されるのは、エンドエフェクタアセンブリの対応する回転を含む装置の一部であり得るが、ハンドルアセンブリからの制御入力をエンドエフェクタの作動(例えば、開閉動作)に送信することができる無制限ロールハンドルアセンブリである。 For example, if the end effector is a jaw assembly, it may include one or two motion jaws movable relative to the base end effector portion (first end effector portion). These one or more motion jaws refer to a second end effector portion, a third end effector portion, and so on. In some variations, one of the jaws of the jaw assembly may be part of (or rigidly attached to) the base end effector portion. One or more of the motion jaws may be moved by a jaw actuation transmission member connected to the shuttle portion of the handle assembly. This opening and closing movement of the jaws on the end effector assembly may be controlled by an end effector control, which may be a moving body (eg, lever, button, slider, etc.) on the handle assembly. Thus, disclosed herein can be part of a device that includes corresponding rotation of the end effector assembly, but which transmits control input from the handle assembly to actuation of the end effector (e.g., opening and closing motions). It is an unlimited roll handle assembly that can be
本明細書に記載の装置は、医療デバイス(例えば、腹腔鏡、内視鏡などの低侵襲性装置を含む外科用装置)などを含むがこれらに限定されない任意の用途で使用するように構成することができる。例えば、説明したような関節式無制限ロールハンドルアセンブリは、ツールシャフト軸を中心とする精妙な回転、ならびにツールシャフトおよび/またはエンドエフェクタの操作または関節運動を必要とする遠隔アクセスツールの一部として使用することができる。一般に、本明細書に記載の装置は、様々な目的に有用であり得る。 The devices described herein are configured for use in any application, including but not limited to medical devices (e.g., surgical devices including minimally invasive devices such as laparoscopes, endoscopes, etc.). be able to. For example, an articulated unlimited roll handle assembly as described is used as part of a remote access tool that requires fine rotation about the tool shaft axis and manipulation or articulation of the tool shaft and/or end effector. can do. Generally, the devices described herein can be useful for a variety of purposes.
本明細書でより詳細に説明するように、これらの装置のいずれかは、ユーザの手の中に保持され得る基準または地面部分(本明細書では、パームグリップ、パームグリップ部分、ハンドル本体、ハンドルシェルなどとも呼ばれる)を提供し、かつパームグリップを保持する同じ手の指(親指を含む)によって操作され得る回転部分(本明細書では、ノブ、ダイヤル、指ダイヤル、回転ダイヤルなどと呼ばれる)を提供するために、互いに対して特定の回転および/または並進自由度を提供するように互いに結合された複数の部分または本体または構成要素を有するハンドルアセンブリを含み得る。いくつかの変形例では、ハンドルアセンブリは、ハンドル、ハンドル機構、無制限ロールハンドルアセンブリ、無限ロールハンドルなどと呼ばれ得る。いくつかの変形例では、ハンドルアセンブリは、4つの相互接続された構成要素(または本体)と、エンドエフェクタを作動させる(例えば、開閉)ためのレバー、ボタン、ダイヤルまたは他の制御装置などのエンドエフェクタ制御入力(クロージャ入力とも呼ばれる)とを含む。ハンドルアセンブリの一部である4つの相互接続された本体は、第1のハンドル部分(例えば、パームグリップ)、第2のハンドル部分(例えば、指ダイヤル)、プッシュロッド(典型的には第1のハンドル部分の内部)、およびシャトル本体(典型的には第2のハンドル部分の内部)を含むことができる。プッシュロッドは、典型的には剛性部材であり、代替的にプルロッドと呼ばれてもよい。シャトル本体は、典型的には、エンドエフェクタ制御入力の作動をエンドエフェクタに伝達するために、伝達ケーブルなどのエンドエフェクタ作動伝達部材の一部に接続する(またはこれを含む)。ここで自由度を説明するために使用されるように、軸は空間内の特定の線を指す。本体は、別の本体に対して特定の軸を中心として回転してもよい。本体は、別の本体に対して特定の方向に沿って並進してもよい。方向は特定の軸によって定義されず、代わりに複数の平行な軸によって一般的に定義される。したがって、X軸は、定義されて図に示されている特定の軸であり、X方向は、このX軸の方向を指す。複数の異なるが平行なX軸は、同じX方向を有する。方向は、空間内の位置ではなく、方向のみを有する。 As described in more detail herein, any of these devices may be a reference or ground portion (herein palm grip, palm grip portion, handle body, handle) that may be held in a user's hand. shell, etc.) and a rotating portion (herein referred to as a knob, dial, finger dial, rotating dial, etc.) that can be operated by the fingers (including the thumb) of the same hand holding the palm grip. To provide, may include a handle assembly having multiple portions or bodies or components coupled together to provide specific rotational and/or translational degrees of freedom relative to each other. In some variations, the handle assembly may be referred to as a handle, handle mechanism, unlimited roll handle assembly, infinite roll handle, or the like. In some variations, the handle assembly includes four interconnected components (or bodies) and an end component such as a lever, button, dial or other control for actuating (e.g., opening or closing) the end effector. Effector control inputs (also called closure inputs). The four interconnected bodies that are part of the handle assembly include a first handle portion (e.g. palm grip), a second handle portion (e.g. finger dial), a push rod (typically a first the inside of the handle portion), and the shuttle body (typically inside the second handle portion). A push rod is typically a rigid member and may alternatively be referred to as a pull rod. The shuttle body typically connects to (or includes) a portion of an end effector actuation transmission member, such as a transmission cable, to transmit actuation of the end effector control input to the end effector. As used herein to describe degrees of freedom, an axis refers to a particular line in space. A body may rotate about a particular axis relative to another body. A body may translate along a particular direction relative to another body. A direction is not defined by a particular axis, but instead is generally defined by multiple parallel axes. Thus, the X-axis is the particular axis defined and shown in the figures, and the X-direction refers to the direction of this X-axis. Multiple different but parallel X-axes have the same X-direction. A direction has only a direction, not a position in space.
例えば、無制限ロールハンドルアセンブリとして構成されたハンドルアセンブリは、パームグリップとして構成された外側近位本体である第1のハンドル部分を含むことができる。一般に、この本体は、「ハンドルシェル」とも呼ばれるハンドル本体A(「H本体A」)と呼ばれることがある。ハンドルアセンブリはまた、外側遠位本体として構成された第2のハンドル部分を含むことができ、これはハンドル本体B(「H本体B」)と総称することができる。これらの2つの本体は、追加の特徴部が存在し得る確立された接合を有する独立した本体と考えることができる。これらの2つの本体間の接合内には、リブ、表面、縁部、ワッシャ、ブッシング、軸受、潤滑剤などの特定の幾何学的特徴部が存在する可能性があり、これらは他のものを制約しながらある程度の自由度を提供するように機能することができる。外側本体間のこの接合はまた、本体の2次対によって内部的に横断されてもよい。これらの2次本体は、H本体AとH本体Bとの間の接合の近位または遠位にそれらの一部を有することができる。2次本体のうちの1つは、本明細書ではハンドル本体C(「H本体C」)と総称することができ、例えば、その一部がH本体Aに接続する近位プッシュロッドであってもよい。他の2次本体は、本明細書ではハンドル本体D(「H本体D」)と総称することができ、例えば、その一部がH本体Bに接続する遠位シャトルであってもよい。同様に、互いに対しておよび外側の2つの本体に対して内側の2次本体のいずれかの間の接合はまた、リブ、表面、縁部、ワッシャ、ブッシング、軸受、潤滑剤などの特定の幾何学的特徴部を含むことができ、これらは、他のものを制約しながらある程度の自由度を提供するように機能することができる。制約度および自由度を示すこの4体構造の一般的な説明を図1に示す。例えば、関節腹腔鏡器具の一部として、図1に一般的に示すような4体の無制限ロールハンドルアセンブリを組み込むことができる。ユーザ(例えば、内科医、医師、外科医など)は、ハンドルアセンブリを保持し、ハンドルアセンブリの遠位または近位の接合を介して(ピッチ/ヨー運動を引き起こす)関節入力を加えることができる。この関節入力接合(ピッチ/ヨー)は、ハンドルアセンブリをツールフレーム/ツールシャフトに接続することができる。この関節入力は、1つ以上の関節伝達部材を介して器具の遠位端の関節出力接合(ピッチ/ヨー)に伝達されてもよい。この関節出力接合は、ツールシャフト/ツールフレームをエンドエフェクタアセンブリに接続することができる。この伝達部材は、関節入力接合および関節出力接合(エンドエフェクタアセンブリの近位)に接続する。次いで、外科医は、ハンドルアセンブリの第1の部分または近位外側本体(H本体A)に対して第2の部分またはダイヤル本体(H本体B)をその中心軸(軸1)を中心として回転させることによって、エンドエフェクタをその中心/ロール軸(軸2)を中心として回転させることができる。近位外側本体(H本体A、例えば、パームグリップ)を手のひらに保持(接地)しながら、ユーザは、遠位外側本体(例えば、H本体B、例えば回転ダイヤル)を回転させて、親指と人差し指との間の精妙な回転運動で回転を駆動することができる。図1に示すH本体A(第1の部分)とH本体B(第2の部分)との間の回転接合は、摩擦を低減し、ユーザが顎部クロージャを作動させることも選択したときに、例えば、第1の軸方向(例えば、図2の軸1)に沿った並進運動をH本体CからH本体Dに伝達し、ハンドルアセンブリの引張/圧縮(顎部閉鎖/開放)伝達部材に力を発生させることによって生じる可能性がある激しい抵抗からユーザを解放するように機能することができる。以下により詳細に説明および図示されるように、ユーザがハンドルアセンブリにおいてエンドエフェクタ入力制御部を作動させると、この運動は、ハンドルアセンブリ内の伝達機構を介してH本体Aに対する第1の軸方向に沿ったH本体Cの並進運動に伝達される。H本体Cの並進運動は、H本体Dの並進運動にさらに伝達され、これは、エンドエフェクタ作動伝達部材を介してエンドエフェクタに伝達される。伝達が行われている間、外科医は、H本体BとH本体Dとの間のキーイングまたは制約接合に起因してエンドエフェクタ作動伝達部材をねじることなく、ハンドルアセンブリ上の回転ダイヤル(H本体B)を時計回りまたは反時計回りに無限に回転させることもできる。
For example, a handle assembly configured as an unlimited roll handle assembly can include a first handle portion that is an outer proximal body configured as a palm grip. Generally, this body is sometimes referred to as the handle body A (“H body A”), also called the “handle shell”. The handle assembly can also include a second handle portion configured as an outer distal body, which can be collectively referred to as handle body B (“H body B”). These two bodies can be considered independent bodies with established junctures where additional features may be present. Within the joint between these two bodies there may be certain geometric features such as ribs, surfaces, edges, washers, bushings, bearings, lubricants, etc., which may be It can act to provide some degree of freedom while being constrained. This junction between the outer bodies may also be traversed internally by a secondary pair of bodies. These secondary bodies can have their portion proximal or distal to the junction between H-body A and H-body B. One of the secondary bodies can be collectively referred to herein as handle body C (“H body C”), e.g. good too. The other secondary body may be collectively referred to herein as handle body D (“H body D”), and may be, for example, a distal shuttle, a portion of which connects to H body B. Similarly, the joints between either the inner secondary bodies relative to each other and the outer two bodies may also require specific geometries such as ribs, surfaces, edges, washers, bushings, bearings, lubricants, etc. Technical features can be included, and these can function to provide some degree of freedom while constraining others. A general description of this four-body structure showing the degrees of constraint and degrees of freedom is shown in FIG. For example, as part of an arthroscopic instrument, a four piece unlimited roll handle assembly as shown generally in FIG. 1 can be incorporated. A user (eg, physician, physician, surgeon, etc.) can hold the handle assembly and apply articulation input (causing pitch/yaw motion) through the distal or proximal joints of the handle assembly. This articulating input joint (pitch/yaw) can connect the handle assembly to the tool frame/tool shaft. This articulation input may be transmitted to an articulation output joint (pitch/yaw) at the distal end of the instrument via one or more articulation transmission members. This articulation output joint can connect the tool shaft/tool frame to the end effector assembly. The transmission member connects to the articulation input joint and the articulation output joint (proximal to the end effector assembly). The surgeon then rotates the second portion or dial body (H Body B) relative to the first portion or proximal outer body (H Body A) of the handle assembly about its central axis (Axis 1). This allows the end effector to rotate about its center/roll axis (axis 2). While holding (grounding) the proximal outer body (H body A, e.g., palm grip) in the palm of the hand, the user rotates the distal outer body (e.g., H body B, e.g. rotary dial) so that the thumb and forefinger Rotation can be driven by a fine rotary motion between The rotational joint between H-body A (first portion) and H-body B (second portion) shown in FIG. 1 reduces friction when the user also chooses to activate the jaw closure. , for example, to transmit translational motion along a first axial direction (e.g.,
ハンドルアセンブリがハンドルアセンブリとツールシャフトとの間の接合などの関節接合と共に使用される変形例では、関節入力接合は、並列運動機構(P-K)接合(例えば、米国特許出願公開第2013/0012958号または米国特許第8,668,702号による)、または仮想中心(VC)接合(米国特許第5,908,436号による)、または並列運動機構仮想中心接合(例えば、第8,668,702号による)、または直列運動機構(S-K)接合(例えば、米国特許第8,465,475号または米国特許第5,713,505号による)、または直列運動機構と並列運動機構接合の組み合わせであってもよい。本明細書に記載の無制限ロールハンドルアセンブリは、例えば、ハンドルアセンブリとツールフレーム(例えば、ツールシャフト)との間に関節入力接合を有する関節装置に特に有用であり得る。ここで、(ロープ、編組ケーブルなどの圧縮、ねじり、および屈曲に対してコンプライアントである)伝達ケーブルは、効果的なエンドエフェクタ作動伝達部材および/またはエンドエフェクタ関節運動部材であってもよい。これらの高度にコンプライアントな伝達部材は、狭い屈曲半径を通って曲がり、効果的な伝達を提供することができる。ねじり剛性であるが曲げにコンプライアントなワイヤはまた、前述の2つの伝達のいずれかおよび/またはエンドエフェクタ回転伝達に使用されてもよい。関節伝達部材、ロール伝達部材、およびエンドエフェクタ作動伝達部材は、個別の本体であってもよく、または意図された伝達を行うために対または3つ組で1つの本体に組み合わされてもよい。伝達部材は、異なる経路を通ってそれらのそれぞれの接合をリンクすることができる。例えば、関節伝達部材は、ツールフレームの本体(例えば、ツールシャフト)を通って送られてもよく、またはツールシャフトの本体の外側に送られてもよい。 In variations where the handle assembly is used with an articulation joint, such as the joint between the handle assembly and the tool shaft, the articulation input joint is a parallel motion mechanism (PK) joint (e.g., US Patent Application Publication No. 2013/0012958 or U.S. Pat. No. 8,668,702), or virtual center (VC) junctions (according to U.S. Pat. No. 5,908,436), or parallel motion mechanism virtual center junctions (e.g., US Pat. No. 8,668,702 ), or a serial motion mechanism (SK) junction (for example, according to US Pat. No. 8,465,475 or US Pat. No. 5,713,505), or a combination of a serial motion mechanism and a parallel motion mechanism junction. may be The unlimited roll handle assemblies described herein can be particularly useful, for example, in articulated devices having an articulating input joint between the handle assembly and the tool frame (eg, tool shaft). Here, a transmission cable (that is compliant to compression, twisting and bending such as ropes, braided cables, etc.) may be an effective end effector actuation transmission member and/or end effector articulation member. These highly compliant transmission members can bend through narrow bend radii to provide effective transmission. A torsionally stiff but bending compliant wire may also be used for either of the two aforementioned transmissions and/or the end effector rotation transmission. The articulation transmission member, roll transmission member, and end effector actuation transmission member may be separate bodies or may be combined in pairs or triplets into one body to effect the intended transmission. The transmission members can link their respective joints through different paths. For example, the articulation transmission member may be routed through the body of the tool frame (eg, tool shaft) or may be routed outside of the body of the tool shaft.
上述したように、本明細書に記載の装置のいずれかは、装置の近位端領域をユーザの腕/前腕に接続できるように、無制限ロールハンドルアセンブリおよび腕アタッチメント(例えば、前腕取り付け)を含むことができる。これらの装置は、装置がユーザの腕に堅固に結合されている(例えば、装置とユーザの腕との間に自由度がない)ときに装置の改善された制御を可能にすることができるが、腕アタッチメントが、ロール、ピッチ、および/またはヨーの自由度のうちの1つ以上など、ツールフレームとユーザの腕との間の1つ以上の自由度を可能にする場合に特に有用であり得る。 As noted above, any of the devices described herein include an unlimited roll handle assembly and an arm attachment (e.g., forearm attachment) so that the proximal end region of the device can be connected to the user's arm/forearm. be able to. Although these devices can allow improved control of the device when the device is rigidly coupled to the user's arm (eg, there are no degrees of freedom between the device and the user's arm). , the arm attachment allows one or more degrees of freedom between the tool frame and the user's arm, such as one or more of the roll, pitch, and/or yaw degrees of freedom. obtain.
例えば、本明細書に記載されているのは、医療デバイスを含む装置であって、装置は、近位端に前腕取り付け部分を有する細長いツールフレームであって、ツール軸を有する、細長いツールフレームと、細長いツールフレームの遠位端にあるエンドエフェクタと、エンドエフェクタに無制限のロールを提供するハンドルアセンブリであって、第1のハンドル部分と、第1のハンドル部分に結合された第2のハンドル部分であって、それにより、第1のハンドル部分に対して第1の軸において1つの回転自由度を有するが、第1の軸方向に沿って第1のハンドル部分に対して並進的に制約される、第2のハンドル部分と、第1のハンドル部分内に完全にまたは部分的にあり、第1のハンドル部分に結合されたプッシュロッドであって、それにより、第1のハンドル部分に対して第1の軸方向に沿って1つの並進自由度を有するが、第1のハンドル部分に対して第1の軸の周りに回転的に制約される、プッシュロッドと、第2のハンドル部分内に完全にまたは部分的にあるシャトル本体であって、プッシュロッドに対して第1の軸の周りに1つの回転自由度を有するが、プッシュロッドに対して第1の軸方向に沿って並進的に制約されるようにプッシュロッドに結合され、さらに、第2のハンドル部分に対して第1の軸方向に沿って1つの並進自由度を有するように第2のハンドル部分に結合される、シャトル本体と、機構または他の伝達システムを介してプッシュロッドに結合され、プッシュロッドを第1の軸方向に沿って並進させるように構成された第1のハンドル部分上のエンドエフェクタ制御入力であって、第1の軸を中心とする第2のハンドル部分の回転はエンドエフェクタに伝達され、それにより、エンドエフェクタは、第2のハンドル部分の回転の結果として、その中心軸を中心として回転する、エンドエフェクタ制御入力と、を含む、ハンドルアセンブリと、ユーザの手首または前腕を保持するように構成された貫通する通路を有するカフであって、ツールフレームの前腕取り付け部分に結合するように構成される、カフと、を備える。場合によっては、シャトル本体は、第2のハンドル部分の完全に外側にあってもよい。 For example, described herein is an apparatus including a medical device, an elongated tool frame having a forearm attachment portion at a proximal end, the elongated tool frame having a tool axis and , an end effector at a distal end of an elongated tool frame, and a handle assembly for providing unlimited roll to the end effector, the first handle portion and a second handle portion coupled to the first handle portion. thereby having one rotational degree of freedom in a first axis relative to the first handle portion, but being translationally constrained relative to the first handle portion along the first axial direction; and a pushrod wholly or partially within and coupled to the first handle portion, thereby providing a a push rod having one translational degree of freedom along the first axis but rotationally constrained about the first axis with respect to the first handle portion; A shuttle body, wholly or partially, having one rotational degree of freedom about a first axis with respect to the pushrod, but translational along the first axis with respect to the pushrod. A shuttle body constrainedly coupled to the push rod and further coupled to the second handle portion so as to have one translational degree of freedom along the first axial direction relative to the second handle portion. and an end effector control input on the first handle portion coupled to the push rod via a mechanism or other transmission system and configured to translate the push rod along the first axial direction; Rotation of the second handle portion about the first axis is transmitted to the end effector such that the end effector rotates about its central axis as a result of rotation of the second handle portion. a handle assembly, a cuff having a passage therethrough configured to hold a user's wrist or forearm, the cuff configured to couple to the forearm attachment portion of the tool frame; a cuff; In some cases, the shuttle body may be completely outside the second handle portion.
前腕取り付け部分および/またはカフは、カフ(典型的にはユーザの腕に堅固に取り付けられる)と前腕取り付け部分との間の1つ以上の自由度を可能にするように構成することができる。例えば、装置は、ツールフレームの前腕取り付け部分とカフとの間の接合を含むことができ、接合は、カフとツールフレームの前腕取り付け部分との間に1つ以上の回転自由度を提供するように構成される。接合は軸受(例えば、相対運動をピッチ、ロール、またはヨーなどの1つ以上の所望の運動に制約し、可動部品間の摩擦を低減することができる機械要素)であってもよい。例えば、装置は、ツールフレームの前腕取り付け部分とカフとの間に1つ以上の接合を含むことができ、1つ以上の接合は、以下の自由度、すなわち、ツール軸に対するロール自由度、カフとツールフレームの前腕取り付け部分との間のピッチ自由度、またはカフとツールフレームの前腕取り付け部分との間のヨー自由度のうちの1つ以上を提供するように構成される。 The forearm attachment portion and/or cuff can be configured to allow one or more degrees of freedom between the cuff (typically rigidly attached to the user's arm) and the forearm attachment portion. For example, the device can include a joint between the forearm mounting portion of the tool frame and the cuff, wherein the joint provides one or more rotational degrees of freedom between the cuff and the forearm mounting portion of the tool frame. configured to A joint may be a bearing (eg, a mechanical element capable of constraining relative motion to one or more desired movements such as pitch, roll, or yaw to reduce friction between moving parts). For example, the device can include one or more joints between the forearm attachment portion of the tool frame and the cuff, the one or more joints having the following degrees of freedom: roll degrees of freedom with respect to the tool axis, cuff and a forearm mounting portion of the tool frame, or a yaw degree of freedom between the cuff and the forearm mounting portion of the tool frame.
一般に、カフは、ユーザの腕(例えば、前腕)に確実に取り付けられ得るように、ストラップおよび/または固定部を含むことができ、ユーザの前腕に取り付けられ、次いでツールフレームの前腕取り付け部分にスナップ留めまたは他の方法で取り付けられ得るように、ツールフレームの前腕取り付け部分から取り外し可能であり得る。 Generally, the cuff may include straps and/or fasteners so that it can be securely attached to the user's arm (e.g., forearm), attaches to the user's forearm, and then snaps onto the forearm attachment portion of the tool frame. It may be removable from the forearm attachment portion of the tool frame so that it may be clipped or otherwise attached.
一般に、第2のハンドル部分と第1のハンドル部分との間の無制限のロールは、エンドエフェクタに伝達され得る。上述したように、第2のハンドル部分と第1のハンドル部分との間のロールは、ツールフレームとは別の伝達部材によって伝達されてもよく、ツールフレームの周りまたはツールフレームを通って送られてもよい。例えば、第2のハンドル部分の回転は、第2のハンドル部分とエンドエフェクタとの間に延在する回転伝達を介してエンドエフェクタに伝達されてもよい。あるいは、いくつかの変形例では、ツールシャフトは、第2のハンドル部分と第1のハンドル部分との間でロールを伝達する。例えば、第2のハンドル部分または第1のハンドル部分のいずれかは、第2のハンドル部分と第1のハンドル部分との間のロールがツールフレームによって装置の遠位端のエンドエフェクタに伝達されるように、ツールシャフトに堅固に接続されてもよい。一般に、第2のハンドル部分と第1のハンドル部分との間の無制限のロールは2つの間で相対的であるため、このロール用の伝達部材は、第2のハンドル部分または第1のハンドル部分のいずれかに接続されてもよいが、本明細書では主に第2のハンドル部分(例えば、ハンドルの遠位領域にあるノブまたはダイヤル)に結合されるものとして示されている。例えば、第2のハンドル部分(例えば、ノブまたはダイヤル)の回転は、細長いツールフレームが第2のハンドル部分に対して回転的に制約されるように細長いツールフレームが第2のハンドル部分に結合され、エンドエフェクタが細長いツールフレームに対して回転的に制約されるようにエンドエフェクタが細長いツールフレームに結合されるため、エンドエフェクタに伝達され得る。 Generally, unlimited roll between the second handle portion and the first handle portion can be transferred to the end effector. As noted above, the roll between the second handle portion and the first handle portion may be transmitted by a transmission member separate from the tool frame and sent around or through the tool frame. may For example, rotation of the second handle portion may be transmitted to the end effector via a rotation transmission extending between the second handle portion and the end effector. Alternatively, in some variations the tool shaft transfers roll between the second handle portion and the first handle portion. For example, either the second handle portion or the first handle portion is such that roll between the second handle portion and the first handle portion is transmitted by the tool frame to an end effector at the distal end of the device. As such, it may be rigidly connected to the tool shaft. Since, in general, the unlimited roll between the second handle portion and the first handle portion is relative between the two, the transmission member for this roll is either the second handle portion or the first handle portion. , but is primarily shown herein as being coupled to the second handle portion (eg, a knob or dial at the distal region of the handle). For example, rotation of the second handle portion (e.g., knob or dial) is controlled by the elongated tool frame being coupled to the second handle portion such that the elongated tool frame is rotationally constrained relative to the second handle portion. , can be transmitted to the end effector because the end effector is coupled to the elongated tool frame such that the end effector is rotationally constrained relative to the elongated tool frame.
上述したように、本明細書に記載の装置のいずれかは、ハンドルアセンブリとツールフレームとの間に入力接合を含むことができる。例えば、これらの装置のいずれかは、入力接合を含むことができ、入力接合は、ピッチ回転軸を中心とするハンドルアセンブリとツールとの間のピッチ自由度、およびヨー回転軸を中心とするハンドルアセンブリとツールとの間のヨー自由度を提供する。この入力接合は、並列運動機構入力接合または直列運動機構入力接合または並列運動機構入力接合と直列運動機構入力接合の組み合わせであってもよい。例えば、これらの装置のいずれかは、ハンドルアセンブリとツールフレームとの間の入力接合と、ツールフレームとエンドエフェクタとの間の出力接合(すなわち、関節出力接合)とを含むことができ、入力接合は、ピッチ運動経路およびヨー運動経路を含み、ピッチ運動経路およびヨー運動経路は、独立しており、ハンドルとツールフレームとの間で並列に結合され(並列運動機構入力接合を形成し)、ピッチ運動経路は、出力接合への伝達のためにツールフレームに対するハンドルアセンブリのピッチ運動を捕捉するが、出力接合への伝達のためにツールフレームに対するハンドルアセンブリのヨー運動を取り込まず、ヨー運動経路は、出力接合への伝達のためにツールフレームに対するハンドルアセンブリのヨー運動を捕捉するが、出力接合への伝達のためにツールフレームに対するハンドルアセンブリのピッチ運動を取り込まない。あるいは、ピッチ運動経路およびヨー運動経路は、直列に(直列運動機構入力接合として)配置されてもよい。しかしながら、本明細書で説明するように、2つ以上の自由度の回転軸(例えば、ピッチおよびヨー、ピッチおよびロール、ヨーおよびロールなど)を有する入力接合を含む装置のいずれかは、装置がユーザによって操作されるときにユーザの手首内に配置される仮想回転中心を含む、ハンドルアセンブリの背後に(近位に)配置された回転中心(例えば、仮想回転中心)で2つ以上の回転軸が交差するように構成されてもよい。例えば、ピッチ回転軸およびヨー回転軸は、ハンドルアセンブリの近位にある回転中心で交差してもよい。 As noted above, any of the devices described herein can include an input joint between the handle assembly and the tool frame. For example, any of these devices may include an input joint that includes a pitch degree of freedom between the handle assembly and the tool about the pitch axis of rotation, and a handle about the yaw axis of rotation. Provides yaw degrees of freedom between the assembly and the tool. The input junction may be a parallel motion mechanism input junction or a serial motion mechanism input junction or a combination of a parallel motion mechanism input junction and a serial motion mechanism input junction. For example, any of these devices may include an input joint between the handle assembly and the tool frame and an output joint (i.e., articulated output joint) between the tool frame and the end effector, wherein the input joint contains a pitch motion path and a yaw motion path, which are independent and coupled in parallel between the handle and the tool frame (forming the parallel motion mechanism input junction), and the pitch The motion path captures pitch motion of the handle assembly relative to the tool frame for transmission to the output joint, but does not capture yaw motion of the handle assembly relative to the tool frame for transmission to the output joint, the yaw motion path comprising: It captures the yaw motion of the handle assembly relative to the tool frame for transmission to the output joint, but does not capture the pitch motion of the handle assembly relative to the tool frame for transmission to the output joint. Alternatively, the pitch motion path and the yaw motion path may be arranged in series (as a serial motion mechanism input junction). However, as described herein, any of the devices that include input joints that have two or more degrees of freedom of rotation (e.g., pitch and yaw, pitch and roll, yaw and roll, etc.) Two or more axes of rotation with a center of rotation (e.g., virtual center of rotation) located behind (proximal to) the handle assembly, including a virtual center of rotation located within the user's wrist when manipulated by the user may be configured to intersect. For example, the pitch and yaw axes of rotation may intersect at a center of rotation proximal to the handle assembly.
複数の自由度(例えば、ピッチおよびヨー)を有する入力接合を含む変形例のいずれにおいても、1つ以上の伝達部材が、出力接合、したがってエンドエフェクタに運動(例えば、ピッチ運動、ヨー運動)を伝達するために含まれ得る。例えば、装置は、入力接合から出力接合に延在するピッチ伝達部材およびヨー伝達部材を含むことができ、ピッチ伝達部材は入力接合のピッチ回転を、ヨー伝達部材は入力接合のヨー回転を出力接合の対応する回転に伝達する。 In any of the variations involving input joints with multiple degrees of freedom (e.g., pitch and yaw), one or more of the transmission members provide motion (e.g., pitch motion, yaw motion) to the output joint and thus the end effector. may be included to communicate. For example, the device may include a pitch transmission member and a yaw transmission member extending from the input joint to the output joint, the pitch transmission member transmitting the pitch rotation of the input joint and the yaw transmission member transmitting the yaw rotation of the input joint to the output joint. to the corresponding rotation of
上述のように、任意の適切なエンドエフェクタを使用することができる。エンドエフェクタは、動いても動かなくてもよい把持顎部(または単に顎部)を有しても有しなくてもよい。例えば、エンドエフェクタは、繊細な組織を広げるためのソフトエンド(例えば、切開具)またはカメラもしくはレーザポインタを有し得る。したがって、エンドエフェクタアセンブリは、エンドエフェクタなどと呼ばれることもある。エンドエフェクタはまた、1つ以上の運動顎部、1つ以上の固定顎部(運動顎部に対して固定)、またはエンドエフェクタ作動に必要な他の本体を有してもよい。いくつかの例では、エンドエフェクタは、開閉する顎部を含む顎部アセンブリとして構成されてもよい。ハンドルアセンブリ上のエンドエフェクタ制御入力は、例えば、ハンドルアセンブリを保持する同じ手のユーザの親指を含むユーザの指または複数の指によって作動され得る。例えば、これらの装置のいずれかは、エンドエフェクタ制御入力の作動が顎部アセンブリを開閉するように顎部アセンブリとして構成されたエンドエフェクタアセンブリを含んでもよい。エンドエフェクタ制御入力は、(例えば、エンドエフェクタ制御入力を作動させ続けることによって)顎部を開いたまたは閉じた状態に保持するように操作されてもよい。例えば、エンドエフェクタ制御入力がハンドルアセンブリ上のトリガまたはレバーである場合、トリガまたはレバーを下げたままにすることは、顎部を閉じたままにしてもよく、一方、トリガまたはレバーを解放することは、顎部を解放/開放してもよい。 As noted above, any suitable end effector can be used. The end effector may or may not have gripping jaws (or simply jaws) that may or may not move. For example, the end effector may have a soft end (eg, a dissector) or a camera or laser pointer for spreading delicate tissue. Accordingly, end effector assemblies are sometimes referred to as end effectors and the like. The end effector may also have one or more motion jaws, one or more fixed jaws (fixed relative to the motion jaws), or other bodies required for end effector actuation. In some examples, the end effector may be configured as a jaw assembly that includes jaws that open and close. The end effector control input on the handle assembly may be actuated by a user's finger or fingers, including, for example, the user's thumb on the same hand holding the handle assembly. For example, any of these devices may include an end effector assembly configured as a jaw assembly such that actuation of an end effector control input opens and closes the jaw assembly. The end effector control input may be manipulated to hold the jaws open or closed (eg, by continuing to actuate the end effector control input). For example, if the end effector control input is a trigger or lever on the handle assembly, holding the trigger or lever down may keep the jaws closed while releasing the trigger or lever. may release/open the jaws.
エンドエフェクタは、一般に、部品間の相対運動を可能にするように互いに結合された複数の部分を有するアセンブリとして構成されてもよい。例えば、エンドエフェクタは、第1のエンドエフェクタ部分に運動可能に連結された第2のエンドエフェクタ部分を含むことができ、装置(例えば、デバイス)は、第2のハンドル部分が第1のハンドル部分に対して第1の軸を中心とする任意の回転位置にあるときに、ハンドルアセンブリ上のエンドエフェクタ制御入力の作動が第2のエンドエフェクタ部分を第1のエンドエフェクタ部分に対して移動させるように、シャトル本体を第2のエンドエフェクタ部分に接続する伝達ケーブルをさらに含んでもよい。上述したように、伝達ケーブルは、圧縮、ねじり、および屈曲にコンプライアントなロープまたは編組材料であってもよい。 An end effector may generally be configured as an assembly having multiple parts that are coupled together to allow relative movement between the parts. For example, the end effector can include a second end effector portion movably coupled to the first end effector portion, and the apparatus (e.g., device) is configured such that the second handle portion is connected to the first handle portion. so that actuation of the end effector control input on the handle assembly moves the second end effector portion relative to the first end effector portion when in any rotational position about the first axis relative to Additionally, there may be further included a transmission cable connecting the shuttle body to the second end effector portion. As noted above, the transmission cable may be a rope or braided material that is compliant in compression, torsion and bending.
エンドエフェクタ制御入力は、典型的には第1のハンドル部分に配置され、ユーザの指または親指の1つ以上によって作動するように構成されたトリガ、レバー、またはボタンを含むがこれらに限定されない任意の適切な制御であり得る。このエンドエフェクタ制御入力は、エンドエフェクタ制御入力から入力を受け取り、第1の軸方向に沿ったプッシュロッド(H本体C)の並進運動を出力する入力伝達機構を介してプッシュロッド(H本体C)に接続されてもよい。 End effector control inputs are typically located on the first handle portion and include, but are not limited to, triggers, levers, or buttons configured to be actuated by one or more of the user's fingers or thumbs. can be a suitable control of The end effector control input receives input from the end effector control input and push rod (H body C) through an input transmission mechanism that outputs translational movement of the push rod (H body C) along the first axial direction. may be connected to
例えば、無制限ロールハンドルアセンブリを有する医療デバイスは、近位端に前腕取り付け部分を有する細長いツールフレームであって、ツール軸を有する、細長いツールフレームと、細長いツールフレームの遠位端にあるエンドエフェクタと、エンドエフェクタに無制限のロールを提供するハンドルアセンブリであって、第1のハンドル部分と、第1のハンドル部分に結合された第2のハンドル部分であって、それにより、第1のハンドル部分に対して第1の軸の周りに1つの回転自由度を有するが、第1の軸方向に沿って第1のハンドル部分に対して並進的に制約される、第2のハンドル部分と、第1のハンドル部分内にあり、第1のハンドル部分に結合されたプッシュロッドであって、それにより、第1のハンドル部分に対して第1の軸方向に沿って1つの並進自由度を有するが、第1のハンドル部分に対して第1の軸の周りに回転的に制約される、プッシュロッドと、第2のハンドル部分内にあるシャトル本体であって、プッシュロッドに対して第1の軸の周りに1つの回転自由度を有するが、プッシュロッドに対して第1の軸方向に沿って並進的に制約されるようにプッシュロッドに結合され、さらに、第2のハンドル部分に対して第1の軸方向に沿って1つの並進自由度を有するが、第2のハンドル部分に対して第1の軸を中心として回転的に制約されるように第2のハンドル部分に結合され、第2のハンドル部分の回転は、エンドエフェクタが第2のハンドル部分と共に回転するようにエンドエフェクタに伝達される、シャトル本体と、プッシュロッドに結合され、プッシュロッドを第1の軸方向に沿って並進させるように構成される第1のハンドル部分上のエンドエフェクタ制御入力と、を含むハンドアセンブリと、ユーザの手首または前腕を保持するように構成された貫通する通路を有するカフと、ツールフレームの前腕取り付け部分とカフとの間の接合であって、カフとツールフレームの前腕取り付け部分との間にロール自由度、ピッチ自由度、またはヨー自由度のうちの1つ以上を提供し、ハンドルアセンブリ上のエンドエフェクタ制御入力の作動は、第2のハンドル部分が第1のハンドル部分に対して第1の軸を中心とする任意の回転位置にあるときにエンドエフェクタを作動させる、接合と、を含んでもよい。 For example, a medical device having an unlimited roll handle assembly is an elongated tool frame having a forearm attachment portion at a proximal end, an elongated tool frame having a tool axis, and an end effector at a distal end of the elongated tool frame. , a handle assembly for providing unlimited roll to an end effector, comprising: a first handle portion; and a second handle portion coupled to the first handle portion, whereby the first handle portion a second handle portion having a rotational degree of freedom about the first axis relative to but translationally constrained relative to the first handle portion along the first axial direction; a push rod within the handle portion of and coupled to the first handle portion thereby having one translational degree of freedom relative to the first handle portion along the first axial direction, but A push rod rotationally constrained about a first axis with respect to the first handle portion and a shuttle body within the second handle portion, the first axis with respect to the push rod. coupled to the push rod to have one rotational degree of freedom about but translationally constrained relative to the push rod along a first axial direction; coupled to the second handle portion such that it has one translational degree of freedom along the axial direction of the second handle portion but is rotationally constrained relative to the second handle portion about the first axis; Rotation of the handle portion is coupled to the shuttle body, which is transmitted to the end effector such that the end effector rotates with the second handle portion, and the push rod to translate the push rod along the first axial direction. a cuff having a passage therethrough configured to hold a user's wrist or forearm; and a forearm attachment portion of the tool frame. and the cuff, providing one or more of roll, pitch, or yaw degrees of freedom between the cuff and the forearm mounting portion of the tool frame, and the end on the handle assembly. Actuation of the effector control input may include joining to actuate the end effector when the second handle portion is in any rotational position about the first axis with respect to the first handle portion. .
一般に、これらの装置のいずれかは、ハンドルアセンブリのシャトル本体部分がハンドルのノブ/ダイヤル部分(例えば、第2のハンドル部分)にキー止めされた無制限ロールハンドルアセンブリを含むことができる。したがって、シャトル本体は、第2のハンドル部分に対して第1の軸方向に沿って1つの並進自由度を有するが、第2のハンドル部分に対して第1の軸の周りに回転的に制約されるように、第2のハンドル部分に結合されてもよい。上述したように、シャトルは、エンドエフェクタ制御入力(エンドエフェクタ作動伝達など)をエンドエフェクタに伝達する伝達部材に結合する構造を含む。 Generally, any of these devices may include an unlimited roll handle assembly in which a shuttle body portion of the handle assembly is keyed to a knob/dial portion (eg, second handle portion) of the handle. Thus, the shuttle body has one translational degree of freedom along the first axis with respect to the second handle portion, but is rotationally constrained with respect to the second handle portion about the first axis. may be coupled to the second handle portion such that As noted above, the shuttle includes structure that couples to a transmission member that transmits end effector control inputs (such as end effector actuation transmissions) to the end effector.
本明細書では、腕アタッチメントの有無にかかわらず、例えばハンドルアセンブリとツールシャフトとの間で関節運動するように装置が構成されている、無制限ロールハンドルアセンブリを含む装置も記載されている。例えば、本明細書に記載されているのは医療デバイスであり、医療デバイスは、細長いツールフレームの遠位端にあるエンドエフェクタと、エンドエフェクタに無制限のロールを提供するハンドルアセンブリであって、第1のハンドル部分と、第1のハンドル部分に結合された第2のハンドル部分であって、それにより第2のハンドル本体は、第1のハンドル部分に対して第1の軸において1つの回転自由度を有するが、第1の軸方向に沿って第1のハンドル部分に対して並進的に制約される、第2のハンドル部分と、第1のハンドル部分内にあり、第1のハンドル部分に結合されたプッシュロッドであって、それにより、第1のハンドル部分に対して第1の軸方向に沿って1つの並進自由度を有するが、第1のハンドル部分に対して第1の軸の周りに回転的に制約される、プッシュロッドと、第2のハンドル部分内にあるシャトル本体であって、プッシュロッドに対して第1の軸の周りに1つの回転自由度を有するが、プッシュロッドに対して第1の軸方向に沿って並進的に制約されるようにプッシュロッドに結合され、さらに、第2のハンドル部分に対して第1の軸方向に沿って1つの並進自由度を有するが、第2のハンドル部分に対して第1の軸を中心として回転的に制約されるように第2のハンドル部分に結合される、シャトル本体と、プッシュロッドに結合され、プッシュロッドを第1の軸方向に沿って並進させるように構成される第1のハンドル部分上のエンドエフェクタ制御入力であって、エンドエフェクタが第2のハンドル部分と共に回転するように、第2のハンドル部分の回転はエンドエフェクタに伝達される、エンドエフェクタ制御入力と、ハンドルアセンブリとツールフレームとの間の入力接合であって、出力接合への伝達のために前記ツールフレームに対するピッチ回転軸を中心とするハンドルの運動を捕捉するように構成され、出力接合への伝達のためにツールフレームに対するヨー回転軸を中心とするハンドルの運動を捕捉するようにさらに構成され、ピッチ回転軸とヨー回転軸とが回転中心としておいて交差し、エンドエフェクタは、出力接合によってツールフレームに結合される、入力接合と、を備える。典型的には、ハンドルアセンブリ上のエンドエフェクタ制御入力の作動は、第2のハンドル部分が第1のハンドル部分に対して任意の回転位置にあるときにエンドエフェクタを作動させることができる。 Devices are also described herein that include unlimited roll handle assemblies, with or without arm attachments, wherein the device is configured for articulation, for example, between the handle assembly and the tool shaft. For example, described herein is a medical device that includes an end effector at the distal end of an elongated tool frame and a handle assembly that provides unlimited roll to the end effector. one handle portion and a second handle portion coupled to the first handle portion whereby the second handle body has one rotational freedom in the first axis relative to the first handle portion a second handle portion having a degree of power but translationally constrained relative to the first handle portion along the first axial direction; A coupled push rod thereby having one translational degree of freedom along a first axial direction with respect to the first handle portion, but a first axial degree of freedom with respect to the first handle portion. A push rod and a shuttle body within the second handle portion rotationally constrained about the push rod, the shuttle body having one rotational degree of freedom about the first axis with respect to the push rod, but the push rod coupled to the push rod so as to be translationally constrained along the first axis relative to the second handle portion and having one translational degree of freedom along the first axis relative to a shuttle body coupled to the second handle portion so as to be rotationally constrained relative to the second handle portion about the first axis; an end effector control input on the first handle portion configured to translate along the axial direction of the second handle portion such that the end effector rotates with the second handle portion. An input joint between an end effector control input and a handle assembly and a tool frame that is transmitted to the end effector, the movement of the handle about a pitch rotation axis with respect to said tool frame for transmission to an output joint. and further configured to capture motion of the handle about the yaw axis of rotation with respect to the tool frame for transmission to the output joint, the pitch axis of rotation and the yaw axis of rotation as centers of rotation an input joint that intersects at and the end effector is coupled to the tool frame by an output joint. Typically, actuation of an end effector control input on the handle assembly can actuate the end effector when the second handle portion is in any rotational position relative to the first handle portion.
上述したように、回転中心は、ハンドルアセンブリの後方にあってもよく、例えば、装置がユーザによって保持されるときにユーザの腕または手首内に位置する仮想回転中心であってもよい。これらの装置のいずれも、腕(例えば、前腕)アタッチメントを含むことができる。例えば、これらの装置は、いずれも、ツールフレームの近位端の前腕取り付け部分と、ユーザの手首または前腕を保持するように構成された貫通する通路を有するカフとを含み、カフは、ツールフレームの前腕取り付け部分に結合するように構成されてもよい。前腕取り付けは、ツールフレームの前腕取り付け部分とカフとの間の接合を含むことができ、接合は、カフとツールフレームの前腕取り付け部分との間に1つ以上の回転自由度を提供するように構成される。 As noted above, the center of rotation may be behind the handle assembly, eg, a virtual center of rotation located within the user's arm or wrist when the device is held by the user. Any of these devices can include arm (eg, forearm) attachments. For example, these devices all include a forearm attachment portion at the proximal end of the tool frame and a cuff having a passage therethrough configured to hold the user's wrist or forearm, the cuff being the tool frame. may be configured to couple to the forearm attachment portion of the The forearm attachment can include a junction between the forearm attachment portion of the tool frame and the cuff, such that the junction provides one or more rotational degrees of freedom between the cuff and the forearm attachment portion of the tool frame. Configured.
ハンドルアセンブリとツールフレーム/ツールシャフトとの間の入力接合は、本明細書ではピッチ入力接合およびヨー入力接合と呼ぶことができ、上述したように、ピッチ運動経路およびヨー運動経路を含むことができる。例えば、ピッチ運動経路およびヨー運動経路は、独立していてもよく、ハンドルアセンブリとツールフレームとの間で並列に結合されてもよく、ピッチ運動経路は、出力接合への伝達のためにツールフレームに対するハンドルアセンブリのピッチ運動を捕捉するが、出力接合への伝達のためにツールフレームに対するハンドルアセンブリのヨー運動を取り込まず、ヨー運動経路は、出力接合への伝達のためにツールフレームに対するハンドルアセンブリのヨー運動を捕捉するが、出力接合への伝達のためにツールフレームに対するハンドルアセンブリのピッチ運動を取り込まない。 The input joints between the handle assembly and the tool frame/tool shaft may be referred to herein as pitch input joints and yaw input joints, and may include pitch and yaw motion paths as described above. . For example, the pitch and yaw motion paths may be independent or coupled in parallel between the handle assembly and the tool frame, the pitch motion path being coupled to the tool frame for transmission to the output joint. but does not capture the yaw motion of the handle assembly relative to the tool frame for transmission to the output joint, and the yaw motion path captures the handle assembly relative to the tool frame for transmission to the output joint. It captures yaw motion, but does not capture pitch motion of the handle assembly relative to the tool frame for transmission to the output joint.
例えば、医療デバイスは、細長いツールフレームの遠位端にあるエンドエフェクタと、エンドエフェクタに無制限のロールを提供するハンドルアセンブリであって、ハンドルは、第1のハンドル部分と、第1のハンドル部分に結合された第2のハンドル部分であって、それにより第2のハンドル本体は、第1のハンドル部分に対して第1の軸において1つの回転自由度を有するが、第1の軸方向に沿って第1のハンドル部分に対して並進的に制約される、第2のハンドル部分と、第1のハンドル部分内にあり、第1のハンドル部分に結合されたプッシュロッドであって、それにより、第1のハンドル部分に対して第1の軸方向に沿って1つの並進自由度を有するが、第1のハンドル部分に対して第1の軸の周りに回転的に制約される、プッシュロッドと、第2のハンドル部分内にあるシャトル本体であって、プッシュロッドに対して第1の軸の周りに1つの回転自由度を有するが、プッシュロッドに対して第1の軸方向に沿って並進的に制約されるようにプッシュロッドに結合され、さらに、第2のハンドル部分に対して第1の軸方向に沿って1つの並進自由度を有するが、第2のハンドル部分に対して第1の軸を中心として回転的に制約されるように第2のハンドル部分に結合される、シャトル本体と、プッシュロッドに結合され、プッシュロッドを第1の軸方向に沿って並進させるように構成される第1のハンドル部分上のエンドエフェクタ制御入力であって、エンドエフェクタが第2のハンドル部分と共に回転するように、第2のハンドル部分の回転はエンドエフェクタに伝達される、エンドエフェクタ制御入力と、ハンドルとツールフレームとの間の入力接合であって、ピッチ運動経路およびヨー運動経路を備え、さらに、ピッチ運動経路およびヨー運動経路は独立しており、ハンドルアセンブリとツールフレームとの間で並列に結合されており、ピッチ運動経路は、出力接合に伝達するためのピッチ回転軸を中心とするツールフレームに対するハンドルのピッチ運動を捕捉するが、出力接合に伝達するためのツールフレームに対するハンドルアセンブリのヨー運動を取り込まず、ヨー運動経路は、出力接合に伝達するためのヨー回転軸を中心とするツールフレームに対するハンドルアセンブリのヨー運動を捕捉するが、出力接合に伝達するためのツールフレームに対するハンドルアセンブリのピッチ運動を取り込まず、ピッチ回転軸およびヨー回転軸は、ハンドルに近接する回転中心としておいて交差し、エンドエフェクタは出力接合によってツールフレームに結合される、入力接合と、を含んでもよい。 For example, the medical device is an end effector at the distal end of an elongated tool frame and a handle assembly that provides unlimited roll to the end effector, the handle comprising a first handle portion and a a coupled second handle portion whereby the second handle body has one rotational degree of freedom in the first axis relative to the first handle portion, but along the first axis; a second handle portion translationally constrained to the first handle portion by a push rod within the first handle portion and coupled to the first handle portion, thereby: a push rod having one translational degree of freedom along a first axis with respect to the first handle portion but rotationally constrained about the first axis with respect to the first handle portion; , a shuttle body in the second handle portion having one rotational degree of freedom about a first axis with respect to the push rod but translational along the first axial direction with respect to the push rod; coupled to the push rod in a positively constrained manner and having one translational degree of freedom along the first axial direction with respect to the second handle portion, but a first degree of freedom with respect to the second handle portion; a shuttle body coupled to the second handle portion to be rotationally constrained about an axis of and coupled to the push rod and configured to translate the push rod along the first axial direction; and an end effector control input on the first handle portion, wherein rotation of the second handle portion is transmitted to the end effector such that the end effector rotates with the second handle portion; , an input joint between the handle and the tool frame comprising a pitch motion path and a yaw motion path, and wherein the pitch and yaw motion paths are independent and parallel between the handle assembly and the tool frame; and the pitch motion path captures the pitch motion of the handle relative to the tool frame about the pitch axis of rotation for transmission to the output joint, but the pitch motion of the handle assembly relative to the tool frame for transmission to the output joint. It does not capture yaw motion and the yaw motion path captures the yaw motion of the handle assembly relative to the tool frame about the yaw rotation axis for transmission to the output joint, but the handle assembly relative to the tool frame for transmission to the output joint. an input joint in which the pitch and yaw axes of rotation intersect at a center of rotation proximate the handle and the end effector is coupled to the tool frame by an output joint.
これらの装置のいずれも、腕(例えば、前腕)アタッチメントの有無にかかわらず、無制限ロールハンドルアセンブリと顎部アセンブリとして構成されたエンドエフェクタとを含むことができ、および/または関節装置(例えば、ピッチ入力接合およびヨー入力接合などの入力接合を含む)として構成されてもよい。例えば、本明細書に記載されているのは医療デバイスであり、医療デバイスは、細長いツールフレームの遠位端にあるエンドエフェクタと、エンドエフェクタに無制限のロールを提供するハンドルアセンブリであって、第1のハンドル部分と、第1のハンドル部分に結合された第2のハンドル部分であって、それにより第2のハンドル本体は、第1のハンドル部分に対して第1の軸において1つの回転自由度を有するが、第1の軸方向に沿って第1のハンドル部分に対して並進的に制約される、第2のハンドル部分と、第1のハンドル部分内にあり、第1のハンドル部分に結合されたプッシュロッドであって、それにより、第1のハンドル部分に対して第1の軸方向に沿って1つの並進自由度を有するが、第1のハンドル部分に対して第1の軸の周りに回転的に制約される、プッシュロッドと、第2のハンドル部分内にあるシャトル本体であって、プッシュロッドに対して第1の軸の周りに1つの回転自由度を有するが、プッシュロッドに対して第1の軸方向に沿って並進的に制約されるようにプッシュロッドに結合され、さらに、第2のハンドル部分に対して第1の軸方向に沿って1つの並進自由度を有するが、第2のハンドル部分に対して第1の軸を中心として回転的に制約されるように第2のハンドル部分に結合される、シャトル本体と、プッシュロッドに結合され、プッシュロッドを第1の軸方向に沿って並進させるように構成される第1のハンドル部分上のエンドエフェクタ制御入力であって、エンドエフェクタが第2のハンドル部分と共に回転するように、第2のハンドル部分の回転はエンドエフェクタに伝達され、エンドエフェクタは、第1のエンドエフェクタ部分に運動可能に結合された第2のエンドエフェクタ部分を含む、エンドエフェクタ制御入力と、第2のハンドル部分が第1のハンドル部分に対して第1の軸に対して任意の回転位置にあるときに、エンドエフェクタ制御入力の作動が第2のエンドエフェクタ部分を第1のエンドエフェクタ部分に対して動かすように、シャトル本体を第2のエンドエフェクタ部分に接続する伝達ケーブルと、を含む。上述したように、エンドエフェクタは、エンドエフェクタ制御入力の作動が顎部アセンブリを開閉するように構成された顎部アセンブリであってもよい。例えば、第2のエンドエフェクタ部分は、第1のエンドエフェクタ部分に枢動可能にヒンジ結合された顎部部材を備えてもよい。顎部アセンブリはまた、第1のエンドエフェクタ部分に枢動可能にヒンジ結合され、伝達ケーブルに結合された第3のエンドエフェクタ部分を含んでもよい。第2のエンドエフェクタ部分は、ハンドル上のエンドエフェクタ制御入力の作動が第1のエンドエフェクタ部分に対して第2および第3のエンドエフェクタ部分を動かすように、第3のエンドエフェクタ部分にさらに結合される。 Any of these devices can include an unlimited roll handle assembly and an end effector configured as a jaw assembly, with or without arm (e.g., forearm) attachments, and/or articulation devices (e.g., pitch input junctions such as input junctions and yaw input junctions). For example, described herein is a medical device that includes an end effector at the distal end of an elongated tool frame and a handle assembly that provides unlimited roll to the end effector. one handle portion and a second handle portion coupled to the first handle portion whereby the second handle body has one rotational freedom in the first axis relative to the first handle portion a second handle portion having a degree of power but translationally constrained relative to the first handle portion along the first axial direction; A coupled push rod thereby having one translational degree of freedom along a first axial direction with respect to the first handle portion, but a first axial degree of freedom with respect to the first handle portion. A push rod and a shuttle body within the second handle portion rotationally constrained about the push rod, the shuttle body having one rotational degree of freedom about the first axis with respect to the push rod, but the push rod coupled to the push rod so as to be translationally constrained along the first axis relative to the second handle portion and having one translational degree of freedom along the first axis relative to a shuttle body coupled to the second handle portion so as to be rotationally constrained relative to the second handle portion about the first axis; an end effector control input on the first handle portion configured to translate along the axial direction of the second handle portion such that the end effector rotates with the second handle portion. an end effector control input transmitted to the end effector, the end effector including a second end effector portion movably coupled to the first end effector portion, and a second handle portion to the first handle portion; The shuttle body is moved to the second end effector portion such that actuation of the end effector control input moves the second end effector portion relative to the first end effector portion when in any rotational position relative to the first axis. and a transmission cable that connects to the end effector portion of the. As noted above, the end effector may be a jaw assembly configured such that actuation of the end effector control input opens and closes the jaw assembly. For example, the second end effector portion may comprise a jaw member pivotally hinged to the first end effector portion. The jaw assembly may also include a third end effector portion pivotally hinged to the first end effector portion and coupled to the transmission cable. The second end effector portion is further coupled to the third end effector portion such that actuation of the end effector control input on the handle moves the second and third end effector portions relative to the first end effector portion. be done.
上述したように、これらの装置はいずれも、ツールフレームの近位端にある前腕取り付けと、ユーザの手首または前腕を保持するように構成された貫通する通路を有するカフとを含み、カフは、ツールフレームの前腕取り付けに結合するように構成されてもよく、装置はまた、ツールフレームの前腕取り付け部分とカフとの間の接合を含むことができ、接合は、カフとツールフレームの前腕取り付け部分との間に1つ以上の回転自由度を提供するように構成される。 As noted above, each of these devices includes a forearm mount at the proximal end of the tool frame and a cuff having a passageway therethrough configured to hold the user's wrist or forearm, the cuff comprising: The device may also be configured to couple to a forearm attachment of the tool frame and the device may also include a junction between the forearm attachment portion of the tool frame and the cuff, the junction being the cuff and the forearm attachment portion of the tool frame. configured to provide one or more rotational degrees of freedom between
例えば、医療デバイスは、細長いツールフレームの遠位端にあるエンドエフェクタと、エンドエフェクタに無制限のロールを提供するハンドルアセンブリであって、第1のハンドル部分と、第1のハンドル部分に結合された第2のハンドル部分であって、それにより第2のハンドル本体は、第1のハンドル部分に対して第1の軸において1つの回転自由度を有するが、第1の軸方向に沿って第1のハンドル部分に対して並進的に制約される、第2のハンドル部分と、第1のハンドル部分内にあり、第1のハンドル部分に結合されたプッシュロッドであって、それにより、第1のハンドル部分に対して第1の軸方向に沿って1つの並進自由度を有するが、第1のハンドル部分に対して第1の軸の周りに回転的に制約される、プッシュロッドと、第2のハンドル部分内にあるシャトル本体であって、プッシュロッドに対して第1の軸の周りに1つの回転自由度を有するが、プッシュロッドに対して第1の軸方向に沿って並進的に制約されるようにプッシュロッドに結合され、さらに、第2のハンドル部分に対して第1の軸方向に沿って1つの並進自由度を有するが、第2のハンドル部分に対して第1の軸を中心として回転的に制約されるように第2のハンドル部分に結合される、シャトル本体と、プッシュロッドに結合され、プッシュロッドを第1の軸方向に沿って並進させるように構成される第1のハンドル部分上のエンドエフェクタ制御入力であって、エンドエフェクタが第2のハンドル部分と共に回転するように、第2のハンドル部分の回転はエンドエフェクタに伝達され、エンドエフェクタは、第2のエンドエフェクタ部分に運動可能に結合された第1のエンドエフェクタ部分を含む顎部アセンブリを備え、第2のエンドエフェクタ部分は顎部部材を備える、エンドエフェクタ制御入力と、第2のハンドル部分が第1のハンドル部分に対して第1の軸に対して任意の回転位置にあるときに、エンドエフェクタ制御入力の作動が第2のエンドエフェクタ部分を第1のエンドエフェクタ部分に対して動かしてエンドエフェクタの顎部アセンブリを開閉するように、シャトル本体を第2のエンドエフェクタ部分に接続する伝達ケーブルと、を含んでもよい。 For example, the medical device includes an end effector at a distal end of an elongated tool frame, a handle assembly that provides unlimited roll to the end effector, a first handle portion, and a The second handle portion, whereby the second handle body has one rotational degree of freedom in the first axis relative to the first handle portion, but a first degree of freedom along the first axis. and a push rod within and coupled to the first handle portion, the second handle portion being translationally constrained to the handle portion of the a push rod having one translational degree of freedom along a first axis with respect to the handle portion but rotationally constrained about the first axis with respect to the first handle portion; having one rotational degree of freedom about a first axis with respect to the push rod, but translationally constrained along the first axis with respect to the push rod and has one translational degree of freedom along the first axial direction with respect to the second handle portion, but about the first axis with respect to the second handle portion. a shuttle body coupled to the second handle portion so as to be rotationally constrained about a center; and a first shuttle body coupled to the push rod and configured to translate the push rod along a first axial direction. an end effector control input on the handle portion of the end effector, wherein rotation of the second handle portion is transmitted to the end effector such that the end effector rotates with the second handle portion, and the end effector is connected to the second end effector a jaw assembly including a first end effector portion movably coupled to the portion, the second end effector portion including the jaw member; an end effector control input; Actuation of the end effector control input moves the second end effector portion relative to the first end effector portion to rotate the end effector jaws in any rotational position relative to the handle portion relative to the first axis. a transmission cable connecting the shuttle body to the second end effector portion to open and close the portion assembly.
本明細書では、関節運動(ピッチ/ヨー)、ロール、およびエンドエフェクタ作動の効率的な伝達があるように、ハンドルアセンブリおよび/またはエンドエフェクタアセンブリ内の本体間に一定の自由度および制約度を組み込むことができる無制限ロール機構を有するハンドルアセンブリを含む装置(例えば、機構、装置、ツール、機械、システムなど)について説明する。これらの装置はまた、独立した伝達部材を利用することによって、ハンドルアセンブリ内および/またはエンドエフェクタアセンブリ内の本体間に特定の自由度および制約度を組み込むことができる。これらの伝達部材は、エンドエフェクタ関節伝達部材、エンドエフェクタロール伝達部材および/またはエンドエフェクタ作動伝達部材であってもよい。これらの伝達部材は、独立していてもよく、または2つ以上の独立した伝達部材は、それが様々な機能の効率的な伝達に役立つ場合、単一の伝達部材のように動作するように組み合わされてもよい。 Certain degrees of freedom and constraints are provided herein between bodies within the handle assembly and/or end effector assembly so that there is efficient transmission of articulation (pitch/yaw), roll, and end effector actuation. Devices (eg, mechanisms, devices, tools, machines, systems, etc.) are described that include handle assemblies that have unlimited roll mechanisms that can be incorporated. These devices can also incorporate specific degrees of freedom and constraints between the bodies in the handle assembly and/or the end effector assembly by utilizing independent transmission members. These transmission members may be end effector articulation transmission members, end effector roll transmission members and/or end effector actuation transmission members. These transmission members may be independent, or two or more independent transmission members to act like a single transmission member if it helps in efficient transmission of the various functions. may be combined.
ハンドルアセンブリの様々な実施形態は、米国特許第9,814,451号明細書の図1に提示された制約マップ(本特許出願の図24A)に基づいている。これらの実施形態のいくつかは、構成要素、すなわち、ハンドル本体、ダイヤル、プッシュロッド、およびシャトルから構成されてもよい。この制約マップは、ハンドルアセンブリの構造設計を表す。制約マップは、それに基づいていくつかの種または実施形態を生成することができる部類を提供する。図24Aに示す制約マップを図24Bに拡張する。図24Bからの制約マップにマッピングされたハンドルアセンブリは、2つの追加の構成要素、すなわちクロージャ入力およびロール入力を含むことができる。これらの追加の実施形態を説明する1つの目的は、ハンドルアセンブリの代替形態を提示することである。 Various embodiments of handle assemblies are based on the constraint map presented in FIG. 1 of US Pat. No. 9,814,451 (FIG. 24A of this patent application). Some of these embodiments may consist of components: handle body, dial, pushrod, and shuttle. This constraint map represents the structural design of the handle assembly. Constraint maps provide a genus from which several species or embodiments can be generated. The constraint map shown in FIG. 24A is extended to FIG. 24B. A handle assembly mapped to the constraint map from FIG. 24B can include two additional components: a closure input and a roll input. One purpose of describing these additional embodiments is to present an alternative form of handle assembly.
新しい制約マップに基づくハンドルアセンブリの様々な実施形態を図31A~図31Bに示す。制約マップは、(本出願の図24A~図24Bのものと同様に)米国特許第9,814,451号明細書の図1のものとは異なり、ハンドル本体、クロージャ入力、ロール入力、およびシャトルの4つの構成要素/本体を含む。これらの実施形態は、少なくとも1つの自由度を提供する、クロージャ入力とハンドル本体との間に存在する様々な接合/機構を提示する。 Various embodiments of handle assemblies based on the new constraint map are shown in FIGS. 31A-31B. Constraint maps differ from those in FIG. 1 of US Pat. No. 9,814,451 (similar to those in FIGS. 24A-24B of this application) for handle body, closure input, roll input, and shuttle contains four components/bodies of These embodiments present various interfaces/mechanisms that exist between the closure input and the handle body that provide at least one degree of freedom.
制約マップに基づくハンドルアセンブリの様々な実施形態を図39に示す。図39の制約マップは、図24Aおよび図24Bの制約マップに加えて、ハンドル本体と関節運動ロール入力との間に3つの自由度(3DoF)(ピッチ、ヨーおよびロール)の接合が存在するように、ハンドルアセンブリ内に関節入力接合が存在することを示す。 Various embodiments of constraint map based handle assemblies are shown in FIG. The constraint map of FIG. 39 is in addition to the constraint maps of FIGS. 24A and 24B such that there is a three degree of freedom (3DoF) (pitch, yaw and roll) junction between the handle body and the articulation roll input. shows that there is an articulation input joint in the handle assembly.
一実施形態では、ロールハンドルアセンブリは、ハンドル本体、ロール本体、クロージャ本体、およびシャトル本体を含むことができる。ロール本体は、ハンドル本体に結合されている。ロール本体は、ハンドル本体に対してロール軸を中心とする回転自由度を有する。ロール本体は、ハンドル本体に対してロール軸に沿って並進的に制約される。クロージャ本体は、ハンドル本体に結合される。クロージャ本体は、ハンドル本体に対して1つ以上の運動自由度を有する。シャトル本体は、ロール本体に結合され、クロージャ本体に結合される。シャトル本体は、ロール本体に対してロール軸に沿った並進自由度を有する。シャトル本体は、ロール本体に対してロール軸を中心として回転的に制約される。シャトル本体は、クロージャ本体に対してロール軸を中心とする回転自由度を有する。 In one embodiment, a roll handle assembly can include a handle body, a roll body, a closure body, and a shuttle body. The roll body is coupled to the handle body. The roll body has rotational freedom about the roll axis with respect to the handle body. The roll body is translationally constrained relative to the handle body along the roll axis. A closure body is coupled to the handle body. The closure body has one or more degrees of freedom of movement relative to the handle body. A shuttle body is coupled to the roll body and coupled to the closure body. The shuttle body has translational degrees of freedom along the roll axis relative to the roll body. The shuttle body is rotationally constrained with respect to the roll body about the roll axis. The shuttle body has rotational freedom about the roll axis with respect to the closure body.
一実施形態では、ロールハンドルアセンブリは、ハンドルアセンブリ、フレーム、および入力接合を含むことができる。ハンドルアセンブリは、ハンドル本体、ロール本体、およびシャトル本体を含むことができる。ロール本体は、ハンドル本体に結合されている。ロール本体は、ハンドル本体に対してロール軸を中心とする回転自由度を有し、ハンドル本体に対してロール軸に沿って並進的に制約されている。シャトル本体は、ロール本体に連結され、ロール本体に対してロール軸に沿った並進自由度を有する。シャトル本体は、ロール本体に対してロール軸を中心として回転的に制約される。入力接合は、ハンドルアセンブリとフレームとの間にピッチ回転およびヨー回転を提供する。 In one embodiment, a roll handle assembly can include a handle assembly, a frame, and an input joint. The handle assembly can include a handle body, a roll body, and a shuttle body. The roll body is coupled to the handle body. The roll body has rotational freedom about the roll axis relative to the handle body and is translationally constrained relative to the handle body along the roll axis. A shuttle body is coupled to the roll body and has translational degrees of freedom relative to the roll body along the roll axis. The shuttle body is rotationally constrained with respect to the roll body about the roll axis. The input joint provides pitch and yaw rotation between the handle assembly and the frame.
図面の簡単な説明
本開示の新規な特徴は、特許請求の範囲に記載されている。本開示の原理が利用される例示的な実施形態を説明する以下の詳細な説明、および添付の図面を参照することによって、特徴のより良い理解を得ることができる。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The novel features of the disclosure are set forth in the claims. A better understanding of the features can be obtained by reference to the following detailed description, which sets forth illustrative embodiments in which the principles of the present disclosure are employed, and the accompanying drawings.
詳細な説明
本明細書では、無制限ロールハンドルアセンブリを含む装置について説明する。本明細書に記載の無制限ロールハンドルアセンブリは、任意の装置(例えば、デバイス、ツール、システム、機械など)に組み込まれてもよいが、本明細書に記載の装置は、特に、ツールフレームの遠位端にエンドエフェクタを有する細長いツールフレーム(例えば、ツールシャフト、またはツールシャフトを含む)の近位領域に無制限ロールハンドルアセンブリを含む装置である。装置は、近位端に前腕取り付けを含んでもよく、前腕取り付けは、ユーザの手が無制限ロールハンドルアセンブリを把持している間、ユーザの前腕とツールフレームとの間の1つ以上の自由度を可能にすることができる。装置は関節式であってもよく、例えば、ツールフレームは、無制限ロールハンドルアセンブリとツールフレームとの間に入力接合を含むことができ、この入力接合は、ツールフレームとエンドエフェクタとの間の出力接合への伝達のために、ハンドルアセンブリとツールフレームとの間の運動(例えば、ピッチ運動およびヨー運動)を捕捉することができ、その結果、ハンドルアセンブリが動かされるにつれてエンドエフェクタを動かすことができる。任意の適切なエンドエフェクタを使用してもよいが、いくつかの変形例では、エンドエフェクタは、少なくとも一対の顎部(エンドエフェクタ部分)を含む顎部アセンブリであり、装置のハンドルアセンブリ上のエンドエフェクタ制御入力によって作動されると顎部を開閉するように動く。
DETAILED DESCRIPTION Described herein are devices that include an unlimited roll handle assembly. Although the unlimited roll handle assemblies described herein may be incorporated into any apparatus (e.g., device, tool, system, machine, etc.), the apparatus described herein are particularly useful for remote control of tool frames. A device that includes an unlimited roll handle assembly in the proximal region of an elongated tool frame (eg, or including a tool shaft) having an end effector at the proximal end. The device may include a forearm mount at the proximal end that provides one or more degrees of freedom between the user's forearm and the tool frame while the user's hand grasps the unlimited roll handle assembly. can be made possible. The device may be articulated, for example, the tool frame may include an input joint between the unlimited roll handle assembly and the tool frame, the input joint providing an output joint between the tool frame and the end effector. Motion (e.g., pitch and yaw motion) between the handle assembly and the tool frame can be captured for transmission to the joint, thereby moving the end effector as the handle assembly is moved. . Although any suitable end effector may be used, in some variations the end effector is a jaw assembly that includes at least a pair of jaws (end effector portions) that are mounted on the handle assembly of the device. The jaws move to open and close when actuated by an effector control input.
一般に、本明細書に記載の無制限ロールハンドルアセンブリは、ハンドルアセンブリのパームグリップ部分に対する中心軸を中心とするハンドルアセンブリのノブまたはダイヤル部分の無制限の回転を提供するために互いに相互作用する4つ(場合によっては3つのみ)またはそれ以上の部分を有するように構成され得るが、パームグリップに対するダイヤル部分の任意の回転位置からエンドエフェクタを作動させるためにエンドエフェクタ制御入力の作動を依然として可能にする。装置のノブまたはダイヤル部分の回転は、エンドエフェクタの回転を引き起こし、場合によっては、ツールフレームの回転も引き起こす。 In general, the unlimited roll handle assemblies described herein are four (4) interacting with each other to provide unlimited rotation of a knob or dial portion of the handle assembly about a central axis relative to the palm grip portion of the handle assembly. (possibly only three) or more, but still allow actuation of the end effector control input to actuate the end effector from any rotational position of the dial portion relative to the palm grip. . Rotation of the knob or dial portion of the device causes rotation of the end effector and, in some cases, also of the tool frame.
無制限ロールハンドルアセンブリまたはハンドルアセンブリの制約マップが図1に示されており、様々な本体間の相対自由度(DoF)および制約度(DoC)の概念モデルを示している。一般に、2つの本体間の自由度(DoF)は、これら2つの本体間の特定の方向における特定の相対運動が許容されることを意味する。2つの本体間の制約度(DoC)は、これら2つの本体間の特定の方向における特定の運動が制約され、したがって伝達されることを意味する。ハンドルアセンブリは、典型的には、H本体A101、H本体B102、H本体C103、およびH本体D104と総称される剛体を備える。H本体A101は、他のすべての本体の運動がH本体A101に関して記述され得るという点で、基準地面と称され得る。例えば、H本体A101は、パームグリップであってもよい。一般に、これらの本体のうちの任意の他の本体を、残りの本体の運動を記述するための地面基準として使用することができる。高レベルでは、ハンドルアセンブリの機能は、どの本体が基準地面と仮定されるかとは無関係である。 A constraint map for an unlimited roll handle assembly or handle assembly is shown in FIG. 1, showing a conceptual model of the relative degrees of freedom (DoF) and degrees of constraint (DoC) between the various bodies. In general, the degree of freedom (DoF) between two bodies means that a certain relative motion in a certain direction between the two bodies is allowed. Degree of Constraint (DoC) between two bodies means that a certain motion in a certain direction between these two bodies is constrained and therefore transmitted. The handle assembly typically comprises rigid bodies collectively referred to as H-body A101, H-body B102, H-body C103, and H-body D104. H-body A101 may be referred to as a reference ground in that the motion of all other bodies may be described with respect to H-body A101. For example, the H body A101 may be a palm grip. In general, any other of these bodies can be used as a ground reference for describing the motion of the remaining bodies. At a high level, the function of the handle assembly is independent of which body is assumed to be the reference ground.
H本体A101を地面基準として使用すると、H本体C103は、第1の軸方向(例えば、軸1)に沿ってH本体A101に対して単一の並進自由度(DoF)105’を有し、H本体A101に対して軸1を中心とする回転制約(DoC)105’’を有する。これは、軸1方向に沿った相対並進がH本体C103とH本体A101との間で許容されることを意味する。しかしながら、軸1を中心とする相対回転は、2つの間では許容されず、したがって、一方から他方に、およびその逆に伝達される。H本体B102は、H本体A101に対して軸1を中心とする回転DoF106’を有し、H本体A101に対して軸1方向に沿った並進制約(DoC)106’’を有する。H本体D104は、H本体B102に対する軸1方向に沿った単一の並進DoF107’と、H本体B102に対する軸1を中心とする回転DoC制約107’’とを有する。H本体D104は、H本体C103に対する軸1を中心とする回転DoF108’と、H本体C103に対する軸1方向に沿った並進制約(DoC)108’’とを有する。
Using H-body A101 as a ground reference, H-body C103 has a single translational degree of freedom (DoF) 105′ relative to H-body A101 along a first axis (e.g., Axis 1); It has a rotation constraint (DoC) 105'' about
図2は、図1に示す制約マップに適合する無制限ロールハンドルアセンブリの一例を示す。図2は、H本体A101およびH本体B102の形状が円筒形であることを示しているが、図2の概略図は、各本体の実際の幾何学的特徴部を示しておらず、これらの本体は、上述したような様々な本体間の接合条件/制約を満たす限り、任意の一般的な形状とすることができる。
FIG. 2 shows an example of an unlimited roll handle assembly that conforms to the constraint map shown in FIG. Although FIG. 2 shows that the H-
図1の制約マップは、ハンドルアセンブリの以下の機能性をもたらす。すなわち、H本体A101を基準として使用する(すなわち、静止していると仮定する)と、この機構は、H本体A101に対する軸1 111を中心とするH本体B102の独立した回転を可能にする。これが行われている間、H本体D104はH本体B102と一緒に軸1 111を中心として回転し、H本体C103の回転はH本体A101の回転と結合されているため、H本体C103は回転しない。同時に、H本体B102およびH本体D104が軸1 111を中心として回転するときでも、静止したH本体A101に対する軸1 111方向に沿った非回転H本体C103の任意の軸方向並進は、H本体D104に伝達される。
The constraint map of FIG. 1 provides the following functionality of the handle assembly. That is, using H-body A101 as a reference (ie, assuming it is stationary), this mechanism allows independent rotation of H-body B102 about
無制限ロールハンドルアセンブリ内の本体間の接合は、典型的には、互いに対する回転を可能にするまたは防止するインターフェース形状を含む。また、これらの接合は、典型的には、互いに対する並進を可能にするまたは防止するインターフェース形状を含む。ある本体の別の本体に対する回転を可能にする接合の場合、この接合は、1つ以上の円筒状表面を含むことができ、これらの表面は、摩擦抵抗を最小にする軸受、ブッシング、または滑らかな表面処理によって有効にすることができる。接合を並進させるために、これらの表面はまた、線形軸受または滑らかな表面処理を含むことができる。全体的な機構として、並進および回転の両方に対する摩擦抵抗の減少は、すべてH本体A101に対して、H本体C103のみが並進し、H本体B102のみが回転する一方で、H本体D104の同時運動が回転および並進の両方で起こり得ることを意味する。したがって、この制約マップの機能を記述する別の方法は、H本体B102の回転およびH本体C103の並進がH本体D104に伝達されるということである。これを逆に考えると、H本体D104は、H本体A101に対して、軸1 111方向に沿って並進し、軸1 111を中心として回転するという2つのDoFを有する。これらの2つの運動の任意の組み合わせは、H本体C103のみでの並進と、H本体B102のみでの回転とに分離することができる。
The joints between the bodies in the unlimited roll handle assembly typically include interface features that allow or prevent rotation with respect to each other. These junctions also typically include interface features that allow or prevent translation with respect to each other. For joints that allow rotation of one body with respect to another, the joint may include one or more cylindrical surfaces, which may be bearings, bushings, or lubricating surfaces to minimize frictional resistance. can be enabled by appropriate surface treatments. These surfaces can also include linear bearings or smooth surface treatments for translating joints. As an overall mechanism, the reduction in frictional resistance for both translation and rotation is all relative to H body A101, with only H body C103 translating and only H body B102 rotating, while the simultaneous motion of H body D104 can occur in both rotation and translation. Therefore, another way to describe the function of this constraint map is that the rotation of H-body B102 and the translation of H-body C103 are transferred to H-body D104. Conversely, H-
本明細書に記載の任意の接合は、出力(例えば、出力接合)への伝達のために捕捉することができる。伝達は、機械的、電気的、または他の方法で行われてもよい。例えば、センサは、これらの2つの本体に配置されてもよく、例えば、H本体C103上の線形変位センサおよびH本体B102上の回転センサは、H本体D104に適用される回転および並進の任意の組み合わせに対して離散/個別の値を与えてもよい。次いで、これらの電気信号は、有線または無線手段を介して、メカトロニクス、ロボット、電子、またはコンピュータ制御システムに伝達することができる。これらのセンサは、様々なタイプの符号化技術(例えば、電気的、光学的など)を使用することができる。あるいは、センサの代わりに、これらの位置にアクチュエータ、例えば、H本体A101とH本体C103との間に線形並進アクチュエータ、およびH本体A101とH本体B102との間に回転アクチュエータを配置することもできる。これらの2つの本体における任意の離散/個別の運動入力は、H本体A101に対するH本体D104における結合された運動に追加される。 Any junction described herein can be captured for transmission to an output (eg, an output junction). Communication may be mechanical, electrical, or otherwise. For example, sensors may be placed on these two bodies, eg, a linear displacement sensor on H body C103 and a rotation sensor on H body B102 for any of the rotation and translation applied to H body D104. Discrete/discrete values may be provided for the combination. These electrical signals can then be transmitted to mechatronic, robotic, electronic, or computer control systems via wired or wireless means. These sensors can use various types of encoding techniques (eg, electrical, optical, etc.). Alternatively, instead of sensors, actuators can be placed at these positions, for example, linear translational actuators between H-body A101 and H-body C103, and rotary actuators between H-body A101 and H-body B102. . Any discrete/individual motion input in these two bodies adds to the combined motion in H-body D104 relative to H-body A101.
一般に、自由度(DoF)は、特定の方向における2つの本体間の特定の相対運動が許容されることを意味し、制約度(DoC)は、特定の方向における2つの本体間の特定の相対運動が制約され、したがって伝達されることを意味する。図1のすべての運動は、ハンドルシェル(H本体A101に対応)に対するハンドルダイヤル(H本体B102に対応)の回転軸である軸1 111(図示せず)に対して定義される。明示的に言及されていない任意の運動方向は、DoFまたはDoCであり得る。
In general, Degree of Freedom (DoF) means that a certain relative motion between two bodies in a certain direction is allowed, and Degree of Constraint (DoC) means a certain relative motion between two bodies in a certain direction. It means that motion is constrained and therefore transmitted. All motion in FIG. 1 is defined with respect to
ここで自由度を説明するために使用されるように、軸は空間内の特定の線を指す。本体は、別の本体に対して特定の軸を中心として回転してもよい。本体は、別の本体に対して特定の方向に沿って並進してもよい。方向は特定の軸によって定義されず、代わりに複数の平行な軸によって一般的に定義される。したがって、X軸は、定義されて図に示されている特定の軸であり、X方向は、このX軸の方向を指す。複数の異なるが平行なX軸は、同じX方向を有することができる。方向は、空間内の位置ではなく、方向のみを有する。 As used herein to describe degrees of freedom, an axis refers to a particular line in space. A body may rotate about a particular axis relative to another body. A body may translate along a particular direction relative to another body. A direction is not defined by a particular axis, but instead is generally defined by multiple parallel axes. Thus, the X-axis is the particular axis defined and shown in the figures, and the X-direction refers to the direction of this X-axis. Multiple different but parallel X-axes can have the same X-direction. A direction has only a direction, not a position in space.
図1では、H本体A101に対して軸1 111(図示せず)方向に沿って単一の並進DoF105’を有するH本体C103が示されており、逆も同様である。H本体C103はまた、H本体A101に対して軸1 111を中心とする回転制約(DoC)105’’を有し、逆もまた同様である。H本体A101とH本体C103との間のこのタイプの接合は、様々な実施形態によって達成することができる。一実施形態では、インターフェース本体は、それらの間に、軸1 111を中心とする相対回転を制限し、同時に軸1 111方向に沿った相対並進を可能にするキー機能を有する。図3Aは、H本体A101とH本体C103との間に存在し得る接合を概略的に説明している。図3Aを参照すると、正方形の長手方向スロットを有する外側本体は、H本体A101、301に対応することができ、内側正方形キーは、H本体C103、303に対応することができる。H本体A101、301が基準地面に固定されていることを考慮すると、H本体C103、303は、正方形断面接合によってもたらされる干渉のために軸1 111、311を中心として回転することはできないが、軸1 111、311方向に沿って並進することができる。この接合はまた、同じ単軸(軸1 111、311)回転制約および単軸(軸1 111、311)並進DoFを提供することができる矩形断面を有することができると考えることができる。
In FIG. 1, H-body C103 is shown having a single translation DoF 105' along the direction of
この接合の機能的な態様は、H本体A101、301とH本体C103、303との間の軸1 111、311方向に沿った低摩擦相対摺動運動である。これを達成するために、両方の本体(H本体A101、301およびH本体C103、303)間の表面接触は、H本体A101、301とH本体C103、303の表面間の大きな摩擦接触を回避するために最小限である必要があり得る。したがって、より少ない摩擦接触でH本体A101、301とH本体C103、303との間の同じ接合を達成する1つの方法は、2つの本体間の接触表面積を最小限に抑えることである。図3Bは、H本体C103、303のスポークをH本体A101、301の対応するスロットとインターフェースすることによって、H本体A101、301とH本体C103、303との間の表面接触を低減する一方法を示す。
The functional aspect of this joint is the low-friction relative sliding motion along
図3Aおよび図3Bは、H本体A101、301とH本体C103、303との間の制約およびDoFを達成する例を示すが、制約およびDoFが満たされる限り、それらは異なる幾何学的形状を有することができる。例えば、図3Cは、この接合が、H本体A101、301内に存在する対応するスロットと係合するDシャフト303(H本体C103、303)の平坦な端部を介してキー面320を本質的に提供することによって達成され得る一方法を示す。
3A and 3B show examples of achieving constraints and DoFs between H-body A101, 301 and H-body C103, 303, but as long as the constraints and DoF are satisfied, they have different geometries. be able to. For example, FIG. 3C shows that this joint essentially pushes
H本体B102、302およびH本体D104、304は、軸1 111、311を中心とする回転DoC107’’と、軸1 111、311方向に沿った単一の並進DoF107’とを有する。これは、H本体A101、301とH本体C103、303との間に存在する回転DoC105’’および並進DoF105’と同じタイプである。したがって、H本体A101、301とH本体C103、303との間の接合を達成するための方法の各々は、制約およびDoF要件が満たされている限り、H本体B102、302とH本体D104、304との間の接合にも適用可能である。
H-
H本体A101、301とH本体C103、303との間、ならびにH本体B102、302とH本体D104、304との間の接合はいずれも、本体間の低摩擦表面接触を含むか、または必要とし得る。これは、軸1 111、311を中心とする単一の回転制約(DoC)105’’、107’’および軸1 111、311方向に沿った単一の並進DoF105’、107’と共に、これらの本体間の接合を完全に定義することができる。同様に、単一のDoC、単一のDoF、および機能要件は、H本体A101、301とH本体B102、302との間、およびH本体C103、303とH本体D104、304との間の接合を定義する。H本体A101、301およびH本体B102、302は、互いに対する軸1 111、311を中心とする単一の回転DoF106’および軸1 111、311方向に沿った単一の並進制約(DoC)106’’を有することができる。H本体A101、301およびH本体B102、302はまた、それらが軸1 111、311を中心として互いに対して回転している間にそれらの間に低摩擦接合を提供するという機能要件を有し得る。この機能要件は、対、すなわちH本体A101、301およびH本体B102、302、またはH本体C103、303およびH本体D104、304のいずれかが、軸1 111、311の周りの回転DoF106’、108’および軸1 111、311方向に沿った並進制約(DoC)106’’、108’’を満たしながら、圧縮または引張荷重下にあり得るという事実に由来する。
The joints between H-
例えば、H本体A101、301およびH本体B102、302が、軸1 111、311に垂直な面が圧縮されるように配置される場合、軸1 111、311を中心とする回転DoF106’を提供するために、各本体の面に作用する垂直力に打ち勝つ必要がある。したがって、軸1 111、311を中心とする回転DoF106’および軸1 111、311方向に沿った並進制約106’’を提供するために、H本体A101、301およびH本体B102、302の表面は、本体が軸1 111、311を中心として互いに対して回転できるように低摩擦接触を提供する必要があり得る。図3Dは、低摩擦表面接触を提供することによって所望の回転DoF106’および並進制約(DoC)106’’を得る一方法を示す。この例では、スラスト軸受330を使用して、H本体A101、301とH本体B102、302との間にスラスト荷重を保持することによって、両者の表面間の低摩擦接触を維持しながら回転DoF106’を提供する。同様に、この機能は、回転DoF106’および並進制約106’’の要件を満たす多くの他の方法で達成することができる。例えば、各々が必要な半径方向およびスラスト荷重を保持することができるアンギュラ玉軸受またはローラ玉軸受のいずれかを、H本体A101、301とH本体B102、302との間で使用することもできる。あるいは、2つの本体間のブッシングを使用して、半径方向の支持ならびにスラスト荷重に耐える能力を提供することができる。図3Eは、軸受333の両側にワッシャ334、335と共に、H本体A101、301とH本体B102、302との間にスラスト軸受333を有することによってスラスト荷重を支持することができる一方法を示す。図3Fは、H本体A101、301とH本体B102、302との間に、テフロン(登録商標)(PTFE)、ナイロンなどのような低摩擦係数の材料で作られた単一のワッシャ340を使用することによって、軸1 111、311を中心とする回転DoF106’を提供しながらスラスト荷重を支持する別の方法を示す。別の代替実施形態では、図3Gは、スラスト荷重を保持することができ、それによって軸1 111、311方向に沿った並進制約(DoC)106’’を提供するように、H本体A101、301とH本体B102、302のインターフェース面の間に配置されたブッシング345を示す。
For example, if H-
図3D、図3E、および図3Fに示すように、推力負荷を担持し、軸1 111、311を中心とする回転DoF106’を提供し、軸1 111、311方向に沿った並進制約(DoC)106’’を提供する中間部材を有する2つの本体の同じシステムはまた、H本体A101、301とH本体B102、302との間に圧縮負荷とは反対に引張負荷がある場合にも良好に機能する。図3Dに示す実施形態と同様の実施形態を有する一例が図3Hに示されており、スラスト軸受347は、軸1 111、311に垂直に面するH本体A101、301とH本体B102、302との間に配置されている。H本体A101、301とH本体B102、302との間のスラスト軸受347は、様々なタイプのもの、例えば、スラストニードル軸受、スラストローラ軸受、ローラ軸受、テーパーローラ軸受、アンギュラコンタクト軸受などであってもよく、その一部は図3I.1~図3I.4に示されている。例えば、図3Hは、H本体A101、301とH本体B102、302との接合として作用するスラストローラ軸受347を示す。また、H本体C103、303およびH本体D104、304は、H本体A101、301およびH本体B102、302と同じタイプの接合を有することができ、このセクションで言及された前述のすべての接合タイプに準拠することができる。
As shown in FIGS. 3D, 3E, and 3F, it carries a thrust load, provides a
図3I.1~図3I.4および図3Jおよび図3Kに示すように、上述のスラスト軸受330、333、347の代替として、またはそれと組み合わせて、他のタイプの軸受、例えば、テーパーローラ軸受349、ラジアル玉軸受394などを使用することができる。
Figure 3I. 1-FIG. 3I. 4 and FIGS. 3J and 3K, other types of bearings such as tapered
したがって、H本体A101、301およびH本体B102、302は、軸1 111、311に沿って圧縮荷重または引張荷重を受けることができる。同様に、H本体C103、303およびH本体D104、304もまた、軸1 111、311方向に沿って圧縮荷重または引張荷重下にあり得る。これにより、図1に概略図を示したシステム全体について2つの可能な組み合わせ(引張荷重または圧縮荷重下にある)が得られる。H本体A101、301およびH本体B102、302、またはH本体C103、303およびH本体D104、304の2つの本体のシステムのいずれかは、引張荷重または圧縮荷重下にあり得る。図1に示すように、H本体A101、301が基準地面として機能する場合、H本体B102、302は、H本体A101、301に対して引張下または圧縮下にあり得る。しかしながら、H本体C103、303は、H本体A101、301に対して軸1 111、311方向に沿って自由に動くことができ、H本体A101、301に対して軸1 111、311を中心とする回転制約を有する。H本体C103、303は、H本体D104、304に対して圧縮または張力を受けることができ、H本体D104、304は、H本体B102、302に対して軸1 111、311方向に沿って自由に並進することができ、H本体B102、302に対して軸1 111、311を中心とする回転制約を有する。図3Lは、H本体A101、301に対してH本体B102、302が圧縮荷重を受け、H本体D104、304に対してH本体C103、303が引張荷重を受ける構成を示す。この例では、H本体A101、301とH本体B102、302との間にアンギュラコンタクト軸受351が使用される。これは、互いに接触する表面間に低摩擦を提供するという機能的要件と共に、関連する並進制約(DoC)106’’および上述の回転DoF106’の要件を提供するH本体A101、301とH本体B102、302との間の接合を説明する。同様に、H本体C103、303とH本体D104、304との間にスラスト軸受330、333、347、349、394、351を使用してもよい。これは、低摩擦表面接触を提供するという機能的要件と共に、関連する並進制約(DoC)108’’および上述の回転DoF108’の要件を提供するH本体C103、303とH本体D104、304との間の接合を説明する。
Thus, H-
これらの例のいくつかでは、本体の形状が円筒形であるように示されているが、機能、DoF、および制約が満たされている限り、制約マップ(図1)は、これらの本体の幾何学的形状に対するいかなる制限も意味しない。 In some of these examples the shape of the bodies is shown to be cylindrical, but the constraint map (Fig. 1) is the geometry of these bodies as long as the functions, DoFs and constraints are met. does not imply any limitation to the physical form.
図4Aおよび図4Bは、圧縮荷重条件および引張荷重条件の両方を含む図3Lに示す機構を利用する人間工学的ハンドルアセンブリ400(無制限回転ハンドルアセンブリ)の一例を示す。このハンドルアセンブリ400は、図1に示す制約マップの一実施形態である。接合491を介して、回転ダイヤル402(H本体B102、402)は、ハンドルシェル401(H本体A101、401)に対して軸1 111、411を中心とする回転自由度(DoF)106’および軸1 111、411方向に沿った並進制約(DoC)106’’の下にある。回転ダイヤル402は、軸1 111、411を中心とするこの回転を、シャトル404とも呼ばれるH本体D104、404に伝達する。これは、シャトル404(H本体D104、404)が回転ダイヤル402(H本体B102、402)に対して軸1 111、411を中心とする回転制約(DoC)107’’を受けているため、軸1 111、411を中心とする相対回転がないために可能である。シャトル404(H本体D104、404)は、軸1 111、411を中心とする回転DoF108’および軸1 111、411方向に沿った並進制約(DoC)108’’を可能にする接合455を介してH本体C103、403(プッシュロッドまたはプルロッドと呼ばれる、すなわちプッシュ/プルロッド403)とさらにインターフェース接続されている。軸1 111、411方向に沿ったシャトル404(H本体D104、404)の並進は、エンドエフェクタ伝達部471を介してエンドエフェクタの運動顎部にさらに伝達される。エンドエフェクタが顎部アセンブリとして構成される場合、後者は、代替的に、顎部クロージャ伝達部材471または顎部クロージャ作動伝達部材471と呼ばれてもよい。いくつかの変形例では、それは単に伝達ケーブル(例えば、それがコンプライアントなケーブルである場合)と呼ばれることがある。この顎部クロージャ作動伝達部材471は、剛性または非剛性のいずれかの本体、または剛性部材と非剛性部材との組み合わせであってもよい。例えば、伝達部材は、(例えば、腹腔鏡器具の)装置のシャフトまたはシャフトの内部を通過するロッド、腹腔鏡器具の遠位端でエンドエフェクタに接続する張力下のケーブル、または非剛体と剛体の組み合わせ(例えば、張力下のケーブルとロッド)のいずれかであり得る。プッシュ/プルロッド403(H本体C103、403)およびシャトル404(H本体D104、404)は引張荷重下にあり、回転ダイヤル402(H本体B102、402)は圧縮荷重下にあり、後者は、ハンドルシェル401(H本体A101、401)に対して軸1 111、411方向に沿って並進しない。プッシュ/プルロッド403(H本体C103、403)は、ハンドルレバー413を作動させることによってユーザによって作動され、これは、リンク機構、カム、ばねなどを備えることができる伝達機構を介したプッシュ/プルロッド403(H本体C103、403)の機械的延長部である。
Figures 4A and 4B show an example of an ergonomic handle assembly 400 (unlimited rotation handle assembly) that utilizes the mechanism shown in Figure 3L including both compressive and tensile load conditions. This
図4Aおよび図4Bに示す人間工学的なハンドルアセンブリ400の別の変形例は、H本体A101、H本体B102、H本体C103、およびH本体D104という本体間のコンプライアントなまたは屈曲接合を使用して必要な制約を達成することによって図1の制約マップを実現する、コンプライアント機構としても知られる屈曲ベースの設計を介して構築することができる。
Another variation of the
図4Aおよび図4Bに示す無制限ロールハンドルアセンブリを組み込んだ装置が、医療デバイス(具体的には腹腔鏡装置)の一部として図5、図7、および図8に示されている。これらの実施形態は、(後に定義する)ベータ構成の装置を示す。より詳細には、図5、図7、および図8は、顎部アセンブリとして構成されたエンドエフェクタを有する腹腔鏡外科用器具を示し、図5では、顎部が開いており、図7では、顎部が閉じているように示されており、図8では、顎部が針状物体上で閉じており、エンドエフェクタアセンブリが関節運動している。 A device incorporating the unlimited roll handle assembly shown in FIGS. 4A and 4B is shown in FIGS. 5, 7 and 8 as part of a medical device (specifically a laparoscopic device). These embodiments show devices in the Beta configuration (defined below). More particularly, FIGS. 5, 7, and 8 show a laparoscopic surgical instrument having an end effector configured as a jaw assembly, with the jaws open in FIG. The jaws are shown closed, in FIG. 8 the jaws are closed on the needle and the end effector assembly is articulated.
図5~図8を参照すると、(後に定義する)ベータ構成の例示的な装置500はツールフレーム525を含み、後者は、ツールシャフト526と、ツールフレーム525の近位端528にある前腕取り付け部分527とを含む。図6は、ユーザの手首607または前腕608を保持するように構成され、前腕取り付け部分520、527に結合され得る、手首カフ605(これを通る通路を有する)の一例を示す。例えば、いくつかの実施形態では、手首カフ605は、その間の軸受を介してツールフレーム525の前腕取り付け520、527に動作可能に結合され、これにより、手首カフ605は、ツール軸515(軸3 515)を中心としてツールフレーム525と手首カフ605との間にロール回転自由度が存在するようにスライドまたはロールすることができる。例えば、図4Aおよび図4Bに示すように、近位の無制限ロールハンドルアセンブリ400は、入力接合529によってツールフレーム525に接続されてもよく、後者は、図5、図7および図8に示すように、ツールフレーム525と無制限ロールハンドルアセンブリ400との間の運動を捕捉するように構成されてもよい。この例では、入力接合529は、対応する関連ヒンジ付き接合530によって無制限ロールハンドルアセンブリ400と前腕取り付け部分527との間に接続され、ツールフレーム525に対する無制限ロールハンドルアセンブリ400のピッチ回転およびヨー回転を別々に受け取るために、それぞれの枢動接合(図示せず)に並列に接続され得る一対の伝達ストリップ533、534を含む。エンドエフェクタ565とツールシャフト526との間の出力接合583(エンドエフェクタ関節運動出力接合として示される)は、エンドエフェクタ565を関節運動させるために入力接合529から伝達入力(ピッチ運動およびヨー運動)を受け取る。
5-8, an
この例では、無制限ロールハンドルアセンブリ400は、内部プッシュロッドおよびシャトル(見えない)を囲む回転ダイヤル102、502に接続する人間工学的なパームグリップ部分101、501(ハンドルシェル501)を含み、これらの4つの要素は、図1に示す制約マップに従って制約される。無制限ロールハンドルアセンブリ400はまた、ハンドルレバー549および関連するクロージャ作動部549’(図5参照)などのエンドエフェクタ制御入力を含む。この制御入力(すなわち、ハンドルレバー549)は、内部プッシュロッドの機械的延長部(例えば、機構を介する)としてのものである。代替の構成では、ハンドルレバー549は、リンク機構、カム、ばねなどを備えることができる伝達機構を介してプッシュロッドに結合される。伝達ケーブル566は、シャトルに接続し、シャトルからツールシャフト526を通ってエンドエフェクタ565まで延在する顎部クロージャ作動伝達部材471として作用する。この伝達ケーブル566は、その長さの一部または全部について、保護および/または支持シースまたはカバーまたは導管によって囲まれてもよい。エンドエフェクタ565自体は、第1のエンドエフェクタ部分569(地面)を含む顎部アセンブリであり、この例では、枢動する第2のエンドエフェクタ部分(運動顎部568)が取り付けられる固定顎部569を含む。伝達ケーブル566は、エンドエフェクタクロージャ出力577において運動顎部568に結合してもよい。
In this example, the unlimited
図5において、ユーザが回転ダイヤル102、502を親指と指との間で回転させることができるように、ユーザの前腕608がツールフレーム525の近位端528に取り付けられ、パームグリップ部分101、501がユーザの手609に保持されると、無制限ロールハンドルアセンブリ400のダイヤル部分102、502の回転は、ツールフレーム525全体を回転させ、したがって、エンドエフェクタ出力関節接合583を介してツールフレーム525の遠位端578に取り付けられたエンドエフェクタ565を回転させる。したがって、ハンドルシェル101、501は、ハンドル関節ロール軸511(軸1)と呼ばれる第1の軸111、511を中心として回転して、ツールシャフト526をツールシャフトロール軸515(軸3)と呼ばれる第3の軸515を中心として回転させることができ、これにより、エンドエフェクタ565を、エンドエフェクタ関節ロール軸513(軸2)と呼ばれる第2の軸513を中心として回転させる。
In FIG. 5, the user's
回転ダイヤル102、502(H本体B)は、図5に示すように、軸1 111、511を中心として回転する。H本体B102、502の回転は、伝達ストリップ533、534(それらがH本体B102、502とツールフレーム525との間の回転DoFを制約するとき)を介してツールフレーム525の回転をもたらし、これは、ツールフレーム525に動作可能に結合されたツールシャフト526の回転(軸3 515を中心とする)、およびツールシャフト526に動作可能に結合されたエンドエフェクタ565の回転(軸2 513を中心とする)を引き起こす。ハンドルシェル101、501が入力関節接合529を使用して関節運動されると、エンドエフェクタ565はエンドエフェクタ出力関節接合583を介して関節運動し、エンドエフェクタ関節ロール軸513(軸2)は、ツールシャフトロール軸515(軸3)とは異なる。
Rotating dials 102, 502 (H body B) rotate about
上記の説明は、前腕608に取り付けられないか、またはロール接合を介して前腕608に取り付けられる装置を説明する場合にも関連し、その結果、無制限ロールハンドルアセンブリ400のダイヤル部分102、502の回転は、伝達ストリップ533、534を介した手首607を中心とする前腕取り付け装置600のロール回転をもたらし(これらがロール回転を制約するため)、ツールフレーム525、ツールシャフト526、および最終的にはエンドエフェクタ565の回転をもたらす。図6は、ユーザの手首607/前腕608に確実に取り付けられ、(例えば、ハンドルシェル101、501を把持し、回転ダイヤル102、502を操作し、エンドエフェクタ制御入力549を作動させるために)ユーザの手609を自由に動かすことができる手首カフ605を含む3軸ジンバルアセンブリを備える前腕取り付け装置600の実施形態の一例を示す。この実施形態では、前腕取り付け装置600は、ピッチ、ヨー、およびロールの自由度を可能にし、手首カフ605は、屈曲/伸長回転軸516を中心とする回転を提供する第1の対のピン610を用いて、偏差リング514に枢動可能に取り付けられる。次いで、偏差リング514は、偏差回転軸521を中心とする回転を提供する第2の対のピン611を用いてスレッド518に枢動可能に取り付けられ、スレッド518は、対応するロール回転軸531を中心として外側ガイドリング520の隆起した内側トラック519内をロールするように構成される。したがって、前腕取り付け装置600は、装置500のツールフレーム525に結合されたときに、手首カフ605とツールフレーム525との間にピッチ、ヨー、およびロールの自由度を提供する。例えば、1組の実施形態では、外側ガイドリングは、装置500の前腕取り付け部分527の一部として形成されてもよく、またはそれに取り付けられてもよい。手首カフ605は、スナップフィット結合部540または他の何らかのタイプの結合部を介して、偏差リング514に解放可能に結合されてもよい。
The above description is also relevant when describing devices that are not attached to the
図8は、エンドエフェクタ565が関節位置にあり、組織を縫合するために使用され得る針を保持している、図5~図7のベータ構成(後に定義する)腹腔鏡器具の別の図を示す。エンドエフェクタ固定顎部569(地面)およびエンドエフェクタ運動顎部568は、ハンドルアセンブリがハンドル関節ロール軸511(軸1)を中心として回転している間にツールシャフト526/ツールフレーム525がツールシャフトロール軸515(軸3)を中心として回転するように、エンドエフェクタ関節ロール軸513(軸2)を中心として回転することができ、その一方で、エンドエフェクタ運動顎部568を、無制限ロールハンドルアセンブリ400内のH本体D104、404に接続された顎部クロージャ作動伝達部材471を介してエンドエフェクタ固定顎部(地面)569に向かって押すことによって、針を確実に保持する。図5~図8に示す装置500は、図20Aに示すような制約マップに適合することができる。
FIG. 8 is another view of the beta configuration (defined below) laparoscopic instrument of FIGS. show. End effector fixed jaw 569 (ground) and end
図1に示す制約マップに適合する、図4Aおよび図4Bに示す無制限ロールハンドルアセンブリを組み込んだ装置の別の変形例を図9に示す。図9は、アルファ構成のツール装置を示す。この例では、軸1 111、911を中心とする回転ダイヤル102、902(H本体B)の回転は、軸2 913を中心とする関連するエンドエフェクタアセンブリ965(ここでは、運動顎部968および固定顎部969を含む顎部アセンブリとして示されている)の回転をもたらす。ここで、回転ダイヤル(H本体B)がハンドルシェル(H本体A)に対して軸1を中心として回転すると、ツールシャフト926を含むツールフレーム925は、それらの関連する軸(軸3 915)を中心として回転しない。ツールフレーム925は、上述したように、ピッチおよび/またはヨー回転DoFを提供することができる前腕取り付け装置600を介して、ユーザの前腕608に取り付けられた手首カフ605に接続することができる。エンドエフェクタアセンブリ965は、軸2 913を中心とする関連するエンドエフェクタ関節出力接合928の遠位端927に対する回転DoF(軸1 111、911を中心とするH本体A101、901とH本体B102、902との間のものと同様)を有し、エンドエフェクタ回転伝達部材950は、ねじり剛性のエンドエフェクタ回転伝達部材950を介してH本体B102、902をエンドエフェクタアセンブリ965に直接接続する。これはまた、顎部クロージャ作動伝達部材471であってもよく、または可撓性顎部クロージャ作動伝達部材471、例えば、一端から他端に回転を伝達することができるねじり剛性の中空可撓性シャフト(エンドエフェクタ回転伝達部材950)を収容し、したがってこれを経路づけ、屈曲する際に可撓性であるケーブル(顎部クロージャ作動伝達部材471)をその中に収容することができる。
Another variation of a device incorporating the unlimited roll handle assembly shown in FIGS. 4A and 4B that conforms to the constraint map shown in FIG. 1 is shown in FIG. FIG. 9 shows the tool apparatus in alpha configuration. In this example, rotation of
図4Aおよび図4Bの上述の無制限ロールハンドルアセンブリ400を組み込んだ装置1000の別の例を図10に示す。この装置1000は、非関節エンドエフェクタ1065を有するストレートスティックデバイスとして構成される。例えば、米国特許第4,712,545号、米国特許第5,626,608号および米国特許第5,735,874号に記載されているような他のストレートスティック装置は、例えば図4Aおよび図4Bに示す無制限ロールハンドルアセンブリ400などの無制限ロールハンドル装置の組み込みから利益を得ることができる。図10は、無制限ロールハンドルアセンブリ400(パームグリップ部分101、1001およびダイヤル部分102、1002を含む)と、ツールシャフト1026と、顎部アセンブリとして構成された非関節エンドエフェクタ1065とを備える外科用器具の一例を示し、例えば、非関節エンドエフェクタ1065の運動顎部1068と固定顎部1069との間に回転接合1067がある。非関節エンドエフェクタ1065は、顎部クロージャ作動伝達部材(図10では見えない)を介して回転ダイヤル102、1002(H本体D)に接続する。この装置1000は、運動顎部1068を固定顎部1069に対して動かすことにより、非関節エンドエフェクタ1065を開閉する機能を提供する。装置1000はまた、ハンドル軸1011(軸1 111)を中心とする非関節エンドエフェクタ1065の回転を提供することができ、シャフト軸1015(軸3)は、H本体B102、1002、ツールシャフト1026、およびそれに取り付けられた非関節エンドエフェクタ1065の回転下でハンドル軸1011(軸1 111)と平行のままである。
Another example of a
図11を参照すると、図4Aおよび図4Bに示す無制限ロールハンドルアセンブリ400を組み込む他の組の実施形態によれば、入力接合529における関節運動は、直列運動機構入力関節接合または並列運動機構入力関節運動接合のいずれかを介して捕捉される。例えば、図11は、関節腹腔鏡装置1100を示す。そのような装置は、ハンドルシェル101、1101、ハンドルレバー1153、ハンドルダイヤル102、1102、シャトル104、1104、プル/プッシュロッド103、1103、顎部クロージャ作動伝達部材1139、ツールシャフト1126および関節エンドエフェクタ1165を含む。上述の非関節腹腔鏡装置1000と同様に、関節腹腔鏡装置1100も、運動顎部1168と固定顎部1169との間で動作可能なエンドエフェクタ回転接合1067(開閉機能)を組み込み、この開閉エンドエフェクタ回転接合1067に加えて、エンドエフェクタ関節運動のための出力関節接合1143および対応する関連入力関節接合1142も含む。入力関節接合1142は、直列運動機構(S-K)入力接合または並列運動機構(P-K)入力接合のいずれかとして実装され得る。直列運動機構(S-K)入力接合(例えば、図11に示すもの)からなるいくつかの関節器具は、例えば、第8,465,475号、米国特許第5,713,505号明細書、米国特許第5,908,436号、米国特許出願第11/787,607号および米国特許第8,029,531号に見いだすことができる。並列運動機構(P-K)入力接合を組み込んだ関節器具の例は、例えば、米国特許出願公開第2013/0012958号に見出すことができる。このような装置では、エンドエフェクタは顎部アセンブリであってもよく、開放顎部状態で示されてもよいが、関連する関節器具はまた、閉鎖顎部状態のエンドエフェクタ回転接合または関節運動状態の出力関節接合で回転を行うことができる。
11, according to another set of embodiments incorporating unlimited
図12および図13は、図1に示す制約マップに従う他の無制限ロールハンドルアセンブリの変形例を示す。これらのハンドルアセンブリの変形例は、本明細書に記載の他の装置構成要素のいずれか(他のデバイスアーキテクチャおよび/または制約マップを含む)と共に使用することができる。例えば、図12では、回転ダイヤル102、1202は、パームグリップハンドルシェル101、1201の近位にある。装置は、シャフト1226およびエンドエフェクタ1265を含むことができ、上述と同じ軸を含むことができる(第1の軸111、1211、第2の軸1213および第3の軸1215)。図1の制約マップに示すように、H本体A101、1201とH本体C103(ハンドルレバー1203は、H本体C103の機械的拡張部である)との間の接合特性(DoFおよびDoC)は、H本体B102、1202とH本体D104(図12には示されていない)との間の接合特性と同じである。また、H本体A101、1201とH本体B102、1202との間の接合特性(DoFおよびDoC)は、H本体C103とH本体Dとの間の接合特性と同じである。4つの本体のいずれも、地面基準と呼ぶことができる。図12では、図1の制約マップにマッピングされると、H本体B102、1202は、ツールシャフト1226から離れて、手609の近位端に向かって配置される。H本体A101、1201は、ツールシャフト1226の近位端に向かって配置される。H本体B102、1202は、軸1 1211、111を中心としてH本体A101、1201に対して回転する。ここで、H本体C103は、H本体D104に対して回転する。この実施形態(図12に示す)を説明する別の方法は、ハンドルアセンブリの回転ダイヤルがハンドルアセンブリの近位端に配置されるということである。
12 and 13 show another unlimited roll handle assembly variation that follows the constraint map shown in FIG. These handle assembly variations can be used with any of the other device components described herein (including other device architectures and/or constraint maps). For example, in FIG. 12 the
本明細書に記載の装置のいずれも、図13に示すように、回転ロック/ラチェット機構を含むことができる。ここに示すハンドルアセンブリは、図1の制約マップに従い、軸1 111を中心とする回転DoFを提供する、H本体A101、1301とH本体B102、1302との間の接合1317からなる。この回転は、H本体A101、1301とH本体B102、1302との間にラチェット機構1319を適用することによって、より触覚的にすることができる。H本体A101、1301とH本体B102、1302との間のラチェットは、軸1を中心として回転しながら不連続な回転ステップの感覚を提供することができる。図13は、パームグリップ/ハンドルシェル101、1301と回転ダイヤル102、1302との間に配置されたスラスト軸受1317(回転DoF106’および並進DoC106’’を提供する)と共にラチェット機構1319を示す。そうでなければ、シャトル104、1304およびプッシュロッド103、1303は、図1の制約図および図4のハンドルアセンブリ400に従って動作する。
Any of the devices described herein can include a rotation lock/ratchet mechanism, as shown in FIG. The handle assembly shown here consists of a
本明細書に記載の無制限ロールハンドルアセンブリは、エンドエフェクタにペッキング運動を提供するように構成された装置と共に使用することもできる。例えば、図14を参照すると、図4の無制限ロールハンドルアセンブリ400の他の実施形態(図1の制約マップのに適合)は、回転ダイヤル102、1402(H本体B)を半径方向に押圧することによって直接トリガされるエンドエフェクタ顎部の開閉をもたらしてもよい。例えば、図14に示す実施形態は、ユーザの手609に保持されたハンドルシェル101、1401(H本体A)を備え、軸1 111、1411を中心としてハンドルシェル101、1401(H本体A)に対して回転することができる回転ダイヤル102、1402(H本体B)を含むことができる。回転ダイヤル104、1404(H本体B)は、半径方向に押圧されると、回転ダイヤル104、1404(H本体D)に対する軸1 111、1411に沿ったシャトル104、1404(H本体B)の並進DoFに応じて、シャトル104、1404(H本体D)を軸1 111、1411方向に沿って押す。これにより、図14に示すように、回転ダイヤル102、1402(H本体B)に堅固に接続され得る組み合わされたシャフトおよびエンドエフェクタ1432が閉じられる。組み合わされたシャフトおよびエンドエフェクタ1432を表す本体の可撓性は、スリーブ1404’としてのシャトル104、1404(H本体D)の組み合わされたシャフトおよびエンドエフェクタ1432上での運動を導く。このスリーブ1404’/シャトル104、1404(H本体D)は、関連するエンドエフェクタ1432’の開閉を制御し、後者は、開放手術、例えば、眼科手術、または最小侵襲手術において様々な用途を有することができる二重作用顎部として機能する。プッシュ/プルロッド(図14には見られないH本体C)は、ハンドルシェル101、1401(H本体A)の内部にキー止めされ、ばねを介して取り付けられてもよく、その結果、プッシュ/プルロッド(H本体C)がハンドルシェル101、1401(H本体A)に対して動いた後、ばねの助けを借りて元の位置に後退する。したがって、これは、シャトル104、1404(H本体D)が回転ダイヤル104、1404(H本体B)を半径方向に押すことによって軸1方向に沿って押されるとき、軸1 111、1411方向に沿ったプッシュ/プルロッド(H本体C)およびシャトル104、1404(H本体D)の運動を提供し、その後、シャトル104、1404(H本体D)およびプッシュ/プルロッド(H本体C)の両方をそれらの元の位置に後退させる。したがって、この実施形態では、組み合わされたエンドエフェクタ1432を軸1(111、1411)を中心として回転させることができ、関連するエンドエフェクタ1432’を使用して、シャトル104、1404(H本体D)を突いてエンドエフェクタ1432’を閉じることによって外部本体を把持またはクランプすることができ、その後、シャトル104、1404(H本体D)を解放することによって外部本体を解放し、エンドエフェクタ1432’を開放するために使用することができる。
The unlimited roll handle assemblies described herein can also be used with devices configured to provide pecking motion to the end effector. For example, referring to FIG. 14, another embodiment of the unlimited
図15を参照すると、別の実施形態によれば、顎部クロージャ伝達のためにプルプル構成を利用する装置1500は、H本体B102、402にキー止めされたシャトル104、404(H本体D)を含む、図4Aに示すような無制限ロールハンドルアセンブリ400を組み込む。関連する顎部クロージャ(開閉)作動伝達部材1530は、対応するエンドエフェクタ固定顎部1568に対してエンドエフェクタ運動顎部1567を閉じるために最初に引っ張られ、その後、エンドエフェクタ固定顎部1568に対してエンドエフェクタ運動顎部1567を開くために解放される。顎部クロージャ(開閉)作動伝達部材1530は、H本体D104、404に取り付けられ、H本体Dは、軸1 111、411方向に沿った並進DoF107’の結果としてH本体B102、402に対して並進することができるが、H本体C103、403に対して並進制約(DoC)108’’を有する。H本体D104、404が軸1 111、411方向に沿って動いて顎部クロージャ(開閉)作動伝達部材1530を引っ張って顎部1567、1568を閉じると(すなわち、エンドエフェクタ運動顎部1567およびエンドエフェクタ固定顎部1568を一緒にする)、第2の顎部クロージャ(開閉)作動伝達部材1532が引っ張られて、エンドエフェクタ運動顎部1567が開く。顎部1567、1568を開くために、第2の顎部クロージャ作動伝達部材1532が引っ張られてもよい。一実施形態では、第2の顎部クロージャ作動伝達部材1532は、「ばね基準地面1512」と呼ばれる基準フレームに接地された引っ張りばね1513を使用して引っ張ることができる。ロール伝達部材がアセンブリ全体にわたってどのように経路付けされるかに応じて、「ばね基準地面1512」は、以下のようにアセンブリ内の異なる位置に存在する可能性がある。(1)ロール伝達が入力関節接合529、ツールフレーム/ツールシャフト1526、および出力関節接合583によるものである場合、「ばね基準地面1512」は、H本体B102、402、またはツールフレーム/ツールシャフト1526、またはエンドエフェクタ固定顎部1568に存在することができる。(2)ロール伝達が、入力関節接合529を横切って、ツールフレーム/ツールシャフト1526を通って、および出力関節接合583を通って(出力接合の遠位端とエンドエフェクタベースとの間に余分なロールDoFがある場合)経路付けされた独立したロール伝達部材による場合、「ばね基準地面1512」は、H本体B102、402またはエンドエフェクタ固定顎部1568に存在することができる。
Referring to FIG. 15, according to another embodiment, an apparatus 1500 utilizing a pull-pull configuration for jaw closure transmission includes
いくつかの変形例では、無制限ロールハンドルアセンブリは、一般に、前腕取り付け装置600を含むように構成される。無制限ロールハンドル装置1600は、H本体D104にH本体A101に対するロール動作およびクロージャ動作を同時に伝達する能力を提供し得る。追加の自由度(DoF)を提供する前腕取り付け装置600を含むこのような変形例は図5~図8で上述され、別の例が図16に示されている。図16は、アルファ構成(後に定義する)におけるツール装置の実施形態を示す。この例では、前腕取り付け装置1611と呼ばれる(一方の)接合が、手首アタッチメント/手首カフ1609とツールフレーム1625との間に存在する。前腕取り付け装置1611(図6に示す600と同様)を使用して、手首アタッチメント/手首カフ1609をツールフレーム1625に結合することができ、前腕取り付け装置1611の性質に応じて、ユーザの前腕と無制限のロールハンドル装置1600との間の自由度をゼロにするか、または1以上にすることができる。前腕取り付け装置600は、関節装置または非関節装置のいずれかと共に使用することができる。例えば、一実施形態は、手首アタッチメント/手首カフ1609とツールフレーム1625との間にロール回転接合1611’を提供することによって、ロールDoFを含むことができる。この接合は、例えば図6に示すように、ロール軸111、531または腕軸612を中心とするロール回転DoFを提供することができる「スレッド518」を使用することができる。別の実施形態は、屈曲/伸長回転軸516を中心とする回転を可能にする回転接合を提供することによってピッチDoFを提供することができる。別の実施形態は、偏差回転軸521を中心とする回転を可能にする回転接合を提供することによってヨーDoFを提供することができる。別の実施形態は、例えば、図6に示すように、例えば、偏差リング514と呼ばれる中間体を組み込むことによって、屈曲/伸長回転軸516を中心とする回転および偏差回転軸521を中心とする回転をそれぞれ可能にする1つ以上の回転接合を提供することによって、ピッチDoFおよびヨーDoFの両方を提供することができる。別の実施形態は、(腕軸612を中心とする)ロール、(屈曲/伸長回転軸516を中心とする)ピッチ、および(偏差回転軸521を中心とする)ヨーの自由度(DoF)を提供することができる。また、図16に示すように、ゼロDoF接合(すなわち、ツールシャフト1626とツールフレーム1625との間の堅固な接続)を有することができるシャフトフレーム接合1685と呼ばれる接合が、ツールフレーム1625とツールシャフト1626との間に存在し、これは、本明細書に開示される実施形態では、デフォルト構成である。図16に示す装置1600は、ハンドルパームグリップ101、1601(H本体A)、回転ダイヤル102、1602(H本体B)、エンドエフェクタ入力1612(例えば、ハンドルレバー549)、シャフトフレーム接合1685、ツールシャフト1626の遠位端1627にあるエンドエフェクタ1668を含み、これらに対して関連するハンドル軸111(軸1)、関連するツールシャフト軸1615(軸3)および関連するエンドエフェクタ軸1613(軸2)が定義される。
In some variations, the unlimited roll handle assembly is generally configured to include a
前腕に取り付けられ、図4Aおよび図4Bの無制限ロールハンドルアセンブリ400を組み込む非関節器具1600のいくつかの変形例は、個別のツールフレーム1625および個別のツールシャフト1626を含むことができる。そのような構成の一例では、ツールフレーム1625および手首アタッチメント/手首カフ1609は、堅固に取り付けられてもよい(すなわち、0DoF)。この場合、ツールシャフト1626が回転ダイヤル102、1602(H本体B)に堅固に接続されている場合、装置1600は、ツールシャフト1626とツールフレーム1625との間に少なくとも1のロール回転DoFが存在するように構成されてもよい。さらに、シャフトフレーム接合1685は、ロールDoF、ピッチDoF、および/またはヨーDoFを有することができる。
Some variations of a
本明細書に記載の無制限ロールハンドルアセンブリを組み込んだ装置のいずれも、例えば図17に示すように、入力関節接合に関連付けられた仮想中心(VC)1721を含むことができる。この装置1700は、直列または並列運動機構入力接合を有することができ、関連する接合軸は仮想中心(VC)1721で交差する。この装置1700は、図5、図7、および図8に示すものと同様であるが、仮想中心(VC)1721を明示的に示している。装置1700はまた、顎部アセンブリとしても構成されるエンドエフェクタアセンブリ1765を含む。
Any of the devices incorporating the unlimited roll handle assembly described herein can include a virtual center (VC) 1721 associated with the input articulation, for example as shown in FIG. This
実施例:医療デバイス
図18A~図18Dは、腹腔鏡装置として構成された医療デバイス1800の一例を示し、医療デバイスは、例えば、図19A~図19Cに示すように、無制限ロールハンドルアセンブリ400(図4A、図4Bに示すものと同様)と、細長いツールフレーム525と、ユーザの腕とツールフレーム525との間に複数の自由度を有する前腕取り付け装置600(図6に示すものと同様)と、顎部アセンブリとして構成されたエンドエフェクタアセンブリ1765と、エンドエフェクタ出力関節接合583’などの出力接合583に伝達するために、無制限ロールハンドルアセンブリ400のピッチ回転およびヨー回転を捕捉し、その結果、エンドエフェクタアセンブリ1765は、無制限ロールハンドルアセンブリ400と同じ方向に関節運動することができる入力接合1801とを含む。図18A~図18Dに示す医療デバイス1800の概略的な制約図が図20Aに示されており、これは(後に定義する)ベータ構成に対応する。本明細書に記載される医療デバイス1800の代替的な制約図が図20Bに示されており、これは(後に定義する)アルファ構成に対応する。
EXAMPLE: MEDICAL DEVICE FIGS. 18A-18D illustrate an example
再び図18A~図18Dを参照すると、医療デバイス1800全体は、プーリブロック1805と、ツールシャフト526を含むツールフレーム525(ツールシャフト526はツールフレーム525の一部と考えられてもよい)とを備え、これらはすべて互いに堅固に相互接続されている。プーリブロック1805は、上述したように、手首カフ1803を介してユーザの遠位前腕608’とインターフェースする前腕取り付け接合1807の外側リング1805として機能する。
18A-18D, the overall
この例では、手首カフ1803と外側リング1805はいずれも前腕取り付け接合1807の一部である(図6の前腕取り付け装置600に対応する)。前腕取り付け接合1807は、図6に示し、本明細書で上述したように、外側リング1805、スレッド518、偏差リング514、および手首カフ1803(すべて直列に接続されている)を備え、手首カフ1803と外側リング1805との間に3つの回転自由度(DoF)、すなわち、ロール、ピッチ、およびヨーを提供する。ロールは外側リング1805の軸を中心とする回転方向であり、ツールシャフト526の軸と同じである。ピッチおよびヨーは、図18Cに示すように、それぞれピッチ軸1833およびヨー軸1831を中心とする直交回転である。これらの軸は任意の向きをとることができ、これらの向きのうちの1つは伝達プーリ軸と整列することができる。この特定の向きでは、ピッチ回転軸(1833)は伝達プーリ1813.1の回転軸と整列し、ヨー回転軸は伝達プーリ1813.2の回転軸と整列する。これらの軸、すなわち伝達プーリ回転軸1833.2および伝達プーリ回転軸1831.2は、図18Cに示されている。医療デバイス1800が前腕608に取り付けられる(すなわち、手首カフ1803が、ユーザの前腕608/手首607に取り付けられる)と、前腕取り付け接合1807は、ツールフレーム525とユーザ/外科医の前腕608との間に上記の3つの回転自由度を提供する。
In this example,
ツールフレーム525は、外側リング1805/プーリブロック1805から延在し、無制限ロールハンドルアセンブリ400を支持しながらユーザの手609を(関節運動の全範囲にわたって)収容するように無制限ロールハンドルアセンブリ400の周りに成形される。ツールフレーム525は、遠位方向に(すなわち、前腕取り付け接合1807およびユーザから離れるように)さらに延在するツールシャフト526に堅固に接続する。2つのDoF関節接合(出力接合583/エンドエフェクタ関節接合583’とも呼ばれる)は、ツールシャフト526の端部(医療デバイス1800の出力とも呼ばれる)に配置される。これらの2つの自由度は、ピッチ回転およびヨー回転であり、これらは、無制限ロールハンドルアセンブリ400とプーリブロック1805との間で入力接合1801(後述)を関節運動させることによって制御/作動される。さらに、エンドエフェクタアセンブリ1765は、無制限ロールハンドルアセンブリ400のハンドルレバー549に応答して開閉することができる一対の顎部1756を備えている。
入力接合1801は、医療デバイス1800の近位端528において、無制限ロールハンドルアセンブリ400とプーリブロック1805との間に配置され、それらの間に2つの回転自由度(DoF)(ピッチ回転およびヨー回転)を提供する。入力接合1801は、2つの屈曲伝達ストリップ533、534および2つの伝達プーリ1813.1、1813.2(図18Cに示すピッチプーリ1813.1およびヨープーリ1813.2)を備える並列運動機構である。プーリ1813.1、1813.2の軸は、外挿すると、空間内の仮想中心(VC)1821で交差する。このため、医療デバイス1800の並列運動機構入力接合1801’は、仮想中心機構1801’または仮想中心入力接合1801’とも呼ばれる。医療デバイス1800が前腕取り付け接合1807を介してユーザの前腕608に取り付けられ、ユーザの手609が無制限ロールハンドルアセンブリ400のハンドルシェル101、501を保持するとき、医療デバイス1800の全体的な幾何学的形状は、並列運動機構入力接合1801’によって生成された仮想中心(VC)1821がユーザの手首関節607の回転中心とほぼ一致するようなものである。これにより、医療デバイス1800を使用している間、外科医の手首607の自然で快適な無制限の関節運動が保証される。
The input joint 1801 is positioned between the unlimited
医療デバイス1800の上記の構成が与えられると、前腕608に対するユーザの手首607のヨーおよびピッチ回転は、プーリブロック1805/ツールフレーム525に対する無制限ロールハンドルアセンブリ400の対応する回転に変換される。仮想中心機構1801’の並列運動学的設計は、プーリブロック1805に対するハンドルシェル101、501の2つの回転成分(ピッチおよびヨー)が、ピッチプーリ1813.1でのピッチのみの回転と、ヨープーリ1813.2でのヨーのみの回転とに機械的に分離/フィルタリングされるようなものである。ピッチプーリ1813.1およびヨープーリ1813.2は、対応する関連ピッチ回転軸1833およびヨー回転軸1831をそれぞれ中心として、プーリブロック1805に対してそれぞれ枢動(および取り付け)される。このようにしてピッチ1813.1およびヨー1813.2の伝達プーリにおいて捕捉された無制限ロールハンドルアセンブリ400(したがって、外科医の手首607の)のピッチ回転およびヨー回転は、伝達プーリ1813.1、1813.2から始まり、プーリブロック1805、ツールフレーム525、およびツールシャフト526を通ってエンドエフェクタアセンブリ1765まで延在するケーブルを介して、エンドエフェクタ関節接合583の対応する回転として伝達される。これらのケーブルは、連続的であってもなくてもよい。
Given the above configuration of
入力接合1801によって提供されるヨーおよびピッチ回転自由度(DoF)に加えて、入力接合はまた、ロール軸111、1835に沿った軸方向並進自由度を提供し/可能にし、これは、ある範囲のユーザの手609のサイズが医療デバイス1800によって収容されることを提供し/可能にし、自由で制限されない手609/手首607の関節運動を保証する。
In addition to the yaw and pitch rotational degrees of freedom (DoF) provided by the input joints 1801, the input joints also provide/allow axial translational degrees of freedom along the
さらに、屈曲伝達ストリップ533、534は、ロール軸111、1835を中心としてねじれる際に剛性があり、これにより、入力接合1801が、屈曲伝達ストリップ533、534を介して無制限ロールハンドルアセンブリ400の遠位端からプーリブロック1805へのロール回転(すなわち、ダイヤル)を制約する(したがって、伝達する)ことが保証される。プーリブロック1805は、前腕取り付け接合1807の外側リング1805として機能し、図18Cに示す手首カフ1803に対してロール軸111、1835を中心とする明確な低抵抗回転を提供することに留意されたい。これは、ユーザがハンドルシェル101、501を手のひらに保持すると、ユーザがハンドルシェル101、501を任意の所望のヨーおよびピッチ方向に関節運動させることができ、エンドエフェクタアセンブリ1765の対応する関節運動をもたらすことを意味する。次に、ユーザは、無制限ロールハンドルアセンブリ400の関節運動を固定したまま、親指と指(典型的には人差し指)で無制限ロールハンドルアセンブリ400のダイヤル部分102、502、すなわち回転ダイヤル102、502を回すことができる。回転ダイヤル102、502の回転(すなわち、ロール回転)は、並列運動機構入力接合1801’を介して(すなわち、仮想中心機構1801’の屈曲伝達ストリップ533、534を介して)プーリブロック1805/外側リング1805に伝達される。次に、プーリブロック1805は、ユーザの前腕608に取り付けられた手首カフ1803に対してロール軸111、1835を中心として回転する。これにより、ユーザの前腕608に対して、ツールフレーム525全体がロール軸111、1835を中心として回転する。ツールシャフト526はツールフレーム525に堅固に接続されているので、ツールシャフト526もロール軸111、1835を中心として回転する。ツールシャフト526のロール回転は、出力接合583を介して(すなわち、エンドエフェクタ関節接合583’を介して)エンドエフェクタアセンブリ1765にも伝達される。(出力接合583における)エンドエフェクタアセンブリ1765の関節運動は、(入力接合1801の周りの)無制限ロールハンドルアセンブリ400の対応する関節運動によって制御されるため、後者が固定されて保持される場合、前者も固定されて保持され、一方、ロール回転は、外科医の指の回転運動からエンドエフェクタアセンブリ1765まで伝達される。医療デバイス1800を動作させるこの特定のモードは、関節ロールと呼ばれる。
In addition, the flexion transfer strips 533, 534 are stiff as they twist about the
外科医の親指と指の回転によってエンドエフェクタロールを生成する(その結果、ハンドルシェル101、501に対して回転ダイヤル102、502が回転する)ことに加えて、このロールを生成する別の方法は、外科医が手609と前腕608を回内および回外させることによって無制限ロールハンドルアセンブリ400全体を(ロール軸111、1835を中心として)回転させるときである。このロール運動はまた、仮想中心機構1801’の屈曲伝達ストリップ533、534およびプーリブロック1805を介してツールフレーム525に伝達され、その後、ツールシャフト526を介してエンドエフェクタアセンブリ1765に伝達される。しかしながら、このようにして達成されるロール運動の量は、ユーザ(すなわち、外科医)の手609/前腕608によって許容される回内/回外の範囲によって制限される。
In addition to producing the end effector roll by rotation of the surgeon's thumb and fingers (resulting in rotation of
一方、無制限ロールハンドルアセンブリ400内に2つの個別の構成要素、すなわちハンドルシェル101、501および回転ダイヤル102、502を有することによって、この制限は克服される。ハンドルシェル101、501は、ユーザの手609内に固定されたままであり、実際には、ユーザの手609/前腕608の回内/回外限界によってそのロール角が制限される。しかしながら、ユーザは、自分の指を介して、ハンドルシェル101、501に対して回転ダイヤル102、502を際限なくまたは無限に回転させることができる。次いで、この無限ロール回転は、上述したように、エンドエフェクタアセンブリ1765に伝達される。この無限ロール能力は、縫合、糸結びなどのような複雑な外科手技において、外科医に重要かつ独特の機能を提供する。
On the other hand, by having two separate components within the unlimited
既に述べたように、無制限ロールハンドルアセンブリ400は、回転ダイヤル102、502とハンドルシェル101、501とを備え、これらは、ロール軸111、1835を中心とする単一の回転DoFを有するそれらの間の回転接合によって接続される。さらに、無制限ロールハンドルアセンブリ400はまた、ハンドルレバー549によって作動されるエンドエフェクタ作動機構を収容し、ハンドルレバー549が(ユーザの指、通常は中指、薬指、小指で)ハンドルシェル101、501に対して押し下げられると、エンドエフェクタ作動機構は、この動作をエンドエフェクタ伝達部471の伝達ケーブル566の引っ張り動作に変換する。この引っ張り動作は、ハンドルシェル101、501と回転ダイヤル102、502との間の回転インターフェース/接合を介して、回転ダイヤル102、502とツールフレーム525との間の可撓性導管内の伝達ケーブル566を介してエンドエフェクタアセンブリ1765に伝達され、次にツールシャフト526を介して、最後にエンドエフェクタ関節接合583を介してエンドエフェクタアセンブリ1765のエンドエフェクタ顎部1756に伝達される。エンドエフェクタアセンブリ1765内の顎部クロージャ機構は、剪断機、把持器、針ホルダなどを動作させるために必要とされるように、伝達ケーブル566の引っ張り動作に応答してエンドエフェクタ顎部1756を閉じる。
As already mentioned, the unlimited
入力接合1801によって提供される仮想中心(VC)1721は、医療デバイス1800を操作するユーザの手首関節607の回転中心と一致する。さらに、前腕取り付け接合1807によって提供される自由度の対応する3つの回転角度の3つの回転軸(ヨー軸1831、ピッチ軸1833、およびロール軸1835)は、前腕取り付け接合1807の回転中心と呼ばれる一点ですべて交差することができる。前腕取り付け接合1807のこの回転中心は、入力接合1801の回転中心(すなわち、プーリブロック1805に対する無制限ロールハンドルアセンブリ400の回転1721の仮想中心(VC))と一致してもよい。
A virtual center (VC) 1721 provided by the input joint 1801 coincides with the center of rotation of the
したがって、前腕取り付け接合1807の回転中心はまた、医療デバイス1800がユーザの前腕608に装着されたときのユーザの手首関節607の回転中心と一致することができる。
Accordingly, the center of rotation of the forearm mounting joint 1807 can also coincide with the center of rotation of the user's wrist joint 607 when the
特に、ユーザの手首607が関節運動していない(すなわち、公称位置にある)場合、前腕軸は外側リング1805の軸と一致すべきであり、これはツールシャフト526の軸と一致すべきであり、これはエンドエフェクタアセンブリ1765の軸と一致すべきである。これは、無制限ロールハンドルアセンブリ400がプーリブロック1805に対して関節運動しておらず(すなわち、公称である)、したがってエンドエフェクタアセンブリ1765がツールシャフト526に対して関節運動していないときである。
Specifically, when the user's
医療デバイス1800の無限ロールの実行を容易にするために、医療デバイス1800の全体的な重量は、その重心が医療デバイス1800のロール軸111、1835の近くにあるように分散されてもよく、これにより、ユーザが(上述のように)医療デバイス1800をロールするときに、ユーザが重力でまたは重力に逆らって作業していないことが保証される。医療デバイス1800の重量がユーザの前腕608および患者の身体上のトロカールで支持され、医療デバイス1800の重心をロール軸111、1835上に配置することにより、重力はもはやロール回転に影響を及ぼさないため、ロール回転を比較的楽に駆動することができる。
To facilitate execution of an infinite roll of the
上述したすべての機能に加えて、医療デバイス1800の全体的な設計および構造はまた、手の震えを除去し、手の震えがエンドエフェクタアセンブリ1765に到達するのを防ぐのに役立つ。医療デバイス1800では、ハンドルアセンブリ400、したがって外科医の手609は、屈曲伝達ストリップ533、534によってプーリブロック1805/ツールフレーム525/ツールシャフト526から分離されており、これらは、その材料および/または構造のために、手の震えがツールシャフト526およびエンドエフェクタアセンブリ1765に到達するのを防止する。ツールフレーム525は、前腕取り付け接合1807を介して前腕608に取り付けられている。したがって、ツールフレーム525に接続されたツールシャフト526は、外科医の前腕608によって制御される。これは、動力運動(シャフトの先端部を3方向に並進させる)を駆動するのに役立つだけでなく、前腕608は、手609と比較してはるかに震えが少ないので、シャフトが受ける振動も少なくなる。
In addition to all the functions described above, the overall design and construction of
したがって、屈曲伝達ストリップ533、534は、プーリブロック1805に対するハンドルシェル101、501(およびハンドルアセンブリ400)の回転のヨーおよびピッチ回転成分を(前腕608に対する手609のヨーおよびピッチ回転を等価的に)分離し、これらの回転成分を対応するピッチ1813.1およびヨー1813.2伝達プーリに別々に伝達するのを助けることができ、後者はプーリブロック1805に取り付けられている。屈曲伝達ストリップ533、534はまた、ロール回転を無制限ロールハンドルアセンブリ400からプーリブロック1805、ツールフレーム525、ツールシャフト526に、エンドエフェクタアセンブリ1765まで伝達するのに役立ち、また、手の震えがプーリブロック1805に到達するのを、したがってツールフレーム525に到達するのを、したがってツールシャフト526に到達するのを、したがって最終的にエンドエフェクタアセンブリ1765に到達するのを除去または阻止するのに役立つ。
Flexion transfer strips 533, 534 thus transfer the yaw and pitch rotation components of the rotation of
無制限ロールハンドルアセンブリ400の使用により、外科医は、外科医の手609/手首607/前腕608からエンドエフェクタアセンブリ1765に自然な、人間工学的な、および直感的な運動を伝達することができる結果として、手術中に外科用器具をより良好に制御することができる。仮想中心機構1801’(すなわち、入力接合)は、外科医の手首607のピッチ回転およびヨー回転が、エンドエフェクタ関節接合583の対応する回転に直感的および滑らかにマッピングおよび伝達されることを可能にする。エンドエフェクタアセンブリ1765のロールを実行するための無制限ロールハンドルアセンブリ400の助けがなければ、外科医は、本来そのロール回転の範囲が生体力学的に制限されている前腕608の回内および回外に制限される。
Use of the unlimited
しかしながら、無制限ロールハンドルアセンブリ400を追加することにより、本明細書に記載の外科用器具は、エンドエフェクタアセンブリ1765が医療デバイス1800の入力のヨー、ピッチ、およびロールを直接継承または受容することを、直感的および人間工学的に提供することができる。外科医の前腕608/手首607の回内および回外から生じるロールに加えて、ロールはまた、外科医の親指/指による回転ダイヤル102、502の回転によって達成される。これらの供給源の両方から生成されたロールは、エンドエフェクタアセンブリ1765に移送または伝達される。外科医が手首607を関節運動させるとき、すなわち、外科医の手609が前腕608に対して関節位置にあるとき、外科医の手によって保持されたハンドルシェル101、501は、ツールフレームに対して関節位置にある(そのような関節運動は入力関節接合によって提供される)。この入力接合の関節運動は、出力接合の関節運動をもたらす。これは、エンドエフェクタアセンブリ1765の軸(すなわち、軸2)が、もはやツールシャフト526の軸(すなわち、軸3)と整列していないことを意味する。エンドエフェクタアセンブリ1765のこのような関節構成(例えば、図18Bに示す)では、外科医は、手首607を固定された関節配向に維持し、親指/指で回転ダイヤル102、502を無制限の量だけ回転させることによって、関節ロールを人間工学的に実行することができる。これにより、手首607のありとあらゆる向きで関節ロールが可能になる。エンドエフェクタアセンブリ1765のロールは、前腕608/手首607の回内および回外における外科医の生体力学的制限によってもはや制限されない。外科医は、親指/指で回転ダイヤル102、502から器具のエンドエフェクタアセンブリ1765のロールを制御することにより、エンドエフェクタ作動機構のハンドルレバー549を作動させて手首607の任意の関節運動された向きでエンドエフェクタアセンブリ1765の開閉作動を制御することを依然として可能にしながら、無限量のロールを実行することができる。
However, by adding the unlimited
さらに、本明細書に記載の無制限ロールハンドルアセンブリは、人間工学的インターフェースを有するすべての最小限のアクセスツールの高度な機能の同時かつ予測可能な制御を可能にする。このハンドルは、動力運動と、精妙な運動と、関節運動の直感的な制御とを特徴とする。これらの3つの動作は、ユーザの手609の最適な領域に個別に位置合わせされる。エンドエフェクタ顎部アセンブリを閉じるためにハンドル本体およびレバーを握るなどの動力運動は、手のひらおよび指(特に、中指、薬指および小指)によって提供される。回転ダイヤル102、502を回転させるなどの精妙な動作は親指と人差し指で行われる(中指もこの動作に寄与し得る)。手609のこれらの領域に対する力および精妙な作用の分離は、ユーザの疲労を最小限に抑える。これはまた、ユーザの認知的負荷を軽減し、彼らの精神的疲労を軽減する。コンピュータジョイスティックを使用するのと同様に、関節運動は、ユーザの手首607を関節運動させることによって、ユーザの手609に保持されたハンドルアセンブリを所望の角度に向けることによって制御される。
Additionally, the unlimited roll handle assembly described herein allows for simultaneous and predictable control of advanced features of all minimal access tools with an ergonomic interface. The handle features powered motion, fine motion, and intuitive control of articulation. These three motions are individually aligned to the optimal regions of the user's
さらに、本明細書に記載の無制限ロールハンドルアセンブリは、開閉、ロール回転、および関節運動(または任意の組み合わせ)の同時動作を可能にする。自分の手609と同様に、運動は滑らかで自然である。展開、ロック解除等の中間ステップを経ることなく回転ダイヤル102、502を連続方向に回転させて「ランニングステッチ」を行うことは、他の縫合器具と比較して、新規性を有する。これは、本明細書で説明するように、ツールシャフト軸(例えば、軸3)を中心に器具の重量バランスをとり、器具の回転の機構を単純化することによって可能になる。無制限ロールハンドルアセンブリ400上の回転ダイヤル102、502が回転されると、器具全体がユーザの手首607を中心として同じ方向に回転または公転する。このプロセス中、フレームも回転するが、入力接合に関連する仮想中心はユーザの手首607の中心に位置したままである。その結果、関節ロール回転のような複雑な運動の間であっても、性能は一貫しており、予測可能である。
Further, the unlimited roll handle assemblies described herein allow simultaneous operation of opening, closing, rolling, and articulating (or any combination). As with my
ユーザによって知覚されるように、本明細書に記載の無制限ロールハンドルアセンブリ装置は、エンドエフェクタクロージャ機構およびエンドエフェクタ関節と係合しながら、関連する無制限ロールハンドルアセンブリの精妙なロールを可能にする。最初に、前述のような無制限ロールハンドルアセンブリは、機構内の様々な本体の間に最適化された軸受を備える。ハンドルアセンブリの様々な本体間の軸受によって、顎部クロージャレバーが係合または係合解除されるときに外科医が回転する抵抗の差が最小または非常に小さいことに気付く。無制限ロールハンドルアセンブリの無限回転は、ハンドルアセンブリ内のスイベル接合およびいくつかのキー機能によって可能にされ、これにより、顎部クロージャケーブルが回転中にそれ自体の上でねじれないようにする。 As perceived by the user, the unlimited roll handle assembly devices described herein enable fine rolling of the associated unlimited roll handle assembly while engaging the end effector closure mechanism and the end effector joint. First, the unlimited roll handle assembly as described above includes optimized bearings between various bodies within the mechanism. Due to the bearings between the various bodies of the handle assembly, the surgeon will find minimal or very little difference in resistance to rotation when the jaw closure lever is engaged or disengaged. Infinite rotation of the unlimited roll handle assembly is enabled by a swivel joint and several keying features within the handle assembly that prevent the jaw closure cable from twisting on itself during rotation.
使用中、これらの無制限ロールハンドルベースのアセンブリは、外科医がハンドルシェル101、501およびハンドルレバー549を快適に保持しながら、自身の手首607を関節運動させることによって医療デバイス1800全体のエンドエフェクタアセンブリ1765の関節運動を実行することを可能にし得る。無制限ロールハンドルアセンブリの関節運動は、回転ダイヤル102、502の遠位端を活用して、仮想中心機構1801’とも呼ばれるものに従って、その軸が外科医の手首607を中心とするそれらの関連する伝達プーリ1813.1、1813.2と共に屈曲伝達ストリップ533、534を駆動(すなわち、回転)する。2つの伝達プーリ1813.1、1813.2の回転は、エンドエフェクタ出力関節接合583’の周りのエンドエフェクタアセンブリ1765の対応する関節運動を制御するために、フレーム内の関連する関節ケーブルを駆動する。関節位置が確立されると、外科医は、ハンドルアセンブリ400上のハンドルレバー549を作動させることによって顎部を閉じることを選択することができる。針で縫合するプロセスは、外科医がその関節軸を中心としてエンドエフェクタアセンブリ1765をロール回転させ、それにより様々な組織面を介して針をその湾曲軸を中心として駆動することを必要とする。これらの無制限ロールハンドルベースのアセンブリは、関連する三軸手首ジンバル(すなわち、前腕取り付け接合1807)によって可能にされるように、外科医の手首607を中心として関連する屈曲伝達ストリップ533、534および関連する伝達プーリ1813.1、1813.2の両方を回転させる回転ダイヤル102、502への容易なアクセスを外科医に提供することができる。三軸手首ジンバルは、回転ダイヤル102、502および仮想中心機構1801’の回転が外科医の手首607の周りのプーリブロック1805、ツールフレーム525、ツールシャフト526、およびエンドエフェクタアセンブリ1765の予測可能な同心回転を駆動するように、外科医の手首607の周りで医療デバイス1800を制約し中心に置く。
In use, these unlimited roll handle-based assemblies allow the surgeon to comfortably hold the
これらの装置は、(軸受を介して対処される)無制限ロールハンドルアセンブリ内および(最小化された接触面および低摩擦プラスチック材料を介して対処される)手首ジンバルの両方で回転するための比較的低い抵抗を有する精妙な回転制御を提供し、装置の全体的なバランスをとり(回転軸上に重心を確立し、装置全体にわたって重量を再分配することによって対処される)、ロール軸111、1835を中心とするねじり/よりへの追従がほとんどない屈曲伝達ストリップ533、534の使用を提供する。
These devices are relatively small to rotate both within the unlimited roll handle assembly (addressed via bearings) and in the wrist gimbal (addressed via minimized contact surfaces and low-friction plastic materials). Provides fine rotational control with low resistance, overall balance of the device (addressed by establishing a center of gravity on the axis of rotation and redistributing weight throughout the device),
さらに、ここで、本明細書で使用される特定の用語について基本的な定義を提供する。
機構および接合-用語「機構」と「接合」との間には一定の等価性がある。「接合」は、代替的に「コネクタ」または「制約」と呼ばれることもある。これらのすべては、2つの本体間の特定の自由度(DoF)に沿った特定の運動(複数可)を可能にし、残りの運動を制約すると見なすことができる。機構は、一般に、複数の接合および剛体を含む。典型的には、接合はより単純な構造であるが、機構は複数の接合を含むことができるためより複雑である。しかし、何が単純であり、何が複雑であるかは、文脈に依存する。検討中の機構は、はるかに大きな機構または機械の文脈では単純または小さく見える場合があり、その場合、検討中の特定の機構は接合と呼ばれる場合がある。したがって、機構と見なされたものは、接合と見なされてもよい。また、ここでの「接合」は、固定接合(例えば、溶接、ボルト締め、ねじ止め、または接着など)とは対照的に運動を可能にする機械的接続を指すことに留意されたい。後者の場合、2つの本体は互いに融合されており、運動学的意味では(相対運動が許容されていないか、または自由度がないため)1つの同じものと見なされる。「固定接合」という用語は、本明細書では、2つの本体間のこの種の接合を指すために使用される。「接合」という用語が参照される場合、それは、例えば、ピン接合、ピボット接合、ユニバーサル接合、ボール、およびソケット接合などの、特定の運動を可能にする接続を意味する。したがって、ここで参照している接合は、運動学的な意味で1つの本体を別の本体とインターフェースさせる。
Additionally, basic definitions are now provided for certain terms used herein.
Mechanism and Junction--There is some equivalence between the terms "mechanism" and "junction." A "joint" may alternatively be called a "connector" or a "constraint." All of these can be viewed as allowing a specific motion(s) along a specific degree of freedom (DoF) between the two bodies and constraining the remaining motion. Mechanisms generally include multiple joints and rigid bodies. Typically, joints are simpler structures, but mechanisms are more complex as they can involve multiple joints. But what is simple and what is complex depends on the context. The mechanism under consideration may appear simple or diminutive in the context of a much larger mechanism or machine, in which case the particular mechanism under consideration may be referred to as a junction. Therefore, what was viewed as a mechanism may also be viewed as a junction. Also note that "joint" here refers to a mechanical connection that allows movement, as opposed to a fixed joint (eg, welded, bolted, screwed, glued, etc.). In the latter case, the two bodies are fused together and are considered one and the same in a kinematic sense (because relative motion is not allowed or there are no degrees of freedom). The term "fixed joint" is used herein to refer to this type of joint between two bodies. When the term "joint" is referred to, it means a connection that permits a particular movement such as, for example, pin joints, pivot joints, universal joints, ball and socket joints. Thus, the joints referred to herein interface one body with another in a kinematic sense.
軸および方向-軸は空間内の特定の線を指す。本体は、別の本体に対して特定の軸を中心として回転してもよい。本体は、別の本体に対して特定の方向に並進してもよい。方向は特定の軸によって定義されず、代わりに複数の平行な軸によって一般的に定義される。したがって、X軸は、定義されて図に示されている特定の軸であり、X方向は、このX軸の方向を指す。複数の異なるが平行なX軸は、同じX方向を有することができる。方向は、空間内の位置ではなく、方向のみを有する。この意味で、「軸」はより正確であり、「方向」はより一般的である。軸を指定する場合、軸は方向を有するため、方向が定義される。方向を指定する場合、軸を定義する必要はない。ここでは、軸1および方向1がさらに定義され、これらは記載されたシステムの運動および制約を定義するために使用される。
Axes and Directions—Axis refers to a particular line in space. A body may rotate about a particular axis relative to another body. A body may translate in a particular direction relative to another body. A direction is not defined by a particular axis, but instead is generally defined by multiple parallel axes. Thus, the X-axis is the particular axis defined and shown in the figures, and the X-direction refers to the direction of this X-axis. Multiple different but parallel X-axes can have the same X-direction. A direction has only a direction, not a position in space. In this sense, "axis" is more precise and "direction" is more general. If you specify an axis, the direction is defined because the axis has a direction. If you specify a direction, you don't need to define an axis.
自由度(DoF)-既に述べたように、接合または機構は、2つの本体間の特定の運動を可能にし、残りを制約する。「自由度」とは、これらの「運動」を捕捉したり伝えたりする技術用語である。全体として、2つの剛体の間に接合がない場合、2つの剛体の間に可能な6つの独立した自由度、すなわち3つの並進および3つの回転がある。接合は、2つの本体間の0DoF~6DoFのいずれかを可能にする。接合が0DoFを可能にする場合、これは効果的に上述の「固定接合」になり、2つの本体は互いに堅固に融合または接続される。運動学的な意味から、2つの本体はまったく同一である。接合が6DoFを可能にする場合、これは効果的に、接合がないこと、または2つの本体がすべての方向に適合するばねまたは部材を介して接続されている場合など、接合が2つの本体間の運動を実際に制限しないことを意味する。任意の実用的な接合は、2つの剛体間で1DoF、または2DoF、または3DoF、または4DoF、または5DoFを可能にする。1DoFを可能にする場合、残りの5つの可能な運動は接合によって制約される。2DoFを可能にする場合、残りの4つの可能な運動は接合などによって制約される。 Degree of Freedom (DoF) - As already mentioned, a joint or mechanism allows a certain movement between two bodies and constrains the rest. A "degree of freedom" is the technical term for capturing or conveying these "movements." Overall, if there is no joint between the two rigid bodies, there are six independent degrees of freedom possible between the two rigid bodies: three translations and three rotations. Junctions allow anywhere from 0 DoF to 6 DoF between the two bodies. If the joint allows for 0 DoF, it effectively becomes a "fixed joint" as described above, where the two bodies are rigidly fused or connected to each other. From a kinematic sense, the two bodies are exactly the same. If the junction allows 6DoF, this effectively means that there is no junction, or that the junction is between two bodies, such as if the two bodies are connected via springs or members that fit in all directions. means not actually restricting the movement of Any practical joint allows 1 DoF, or 2 DoF, or 3 DoF, or 4 DoF, or 5 DoF between two rigid bodies. When enabling 1 DoF, the remaining five possible motions are constrained by junctions. When enabling 2DoF, the remaining four possible motions are constrained by junctions and the like.
制約度(DoC)-制約度は、相対運動が2つの本体間で制約される方向を指す。相対運動は制約されるため、これらは、一方の本体から他方の本体に伝達され得る運動の方向である。接合はDoC方向の2つの本体間の相対運動を許容しないため、一方の本体がDoC方向に動くと、その方向に沿って他方の剛体も一緒に駆動する。言い換えれば、負荷(例えば、力またはトルク)および運動は、ある剛体から別の剛体にDoC方向に伝達される。 Degree of Constraint (DoC)—The degree of constraint refers to the direction in which relative motion is constrained between two bodies. Since the relative motion is constrained, these are the directions of motion that can be transferred from one body to the other. Since the joint does not allow relative motion between the two bodies in the DoC direction, when one body moves in the DoC direction, it also drives the other rigid body along that direction. In other words, loads (eg, forces or torques) and motion are transferred in the DoC direction from one rigid body to another.
局所的な地面-複数の本体および接合を含む本体(またはマルチ本体システム、または機構)のアセンブリの文脈では、1つ以上の本体は、「基準」または「地面」または「局所的な地面」または「基準地面」と呼ばれることがある。局所的な地面と称される本体は、必ずしも絶対的な地面である(すなわち、実際の地面に取り付けられているか、またはボルト締めされている)必要はない。むしろ、局所的な地面として選択された本体は、他のすべての本体の運動が記述または研究される機械的基準として単純に機能する。また、局所的な地面としてアセンブリ/マルチ本体システム/機構内の本体を選択することは、アセンブリ/マルチ本体システム/機構の機能を制限しない。例えば、本明細書に記載のハンドルアセンブリの場合、ハンドル本体を局所的な地面として選択することができ、他の本体の運動をハンドル本体に対して定義することができる(すなわち、ハンドル本体が静止したままであると仮定する)。しかしながら、これは、ハンドル本体が静止状態に保持されている場合にのみハンドルアセンブリが機能することを意味するものではない。むしろ、高レベルでは、ハンドルアセンブリの機能は、どの本体が局所的な地面と仮定されるかとは無関係である。 Local Ground - In the context of assembly of bodies (or multi-body systems, or mechanisms) comprising multiple bodies and joints, one or more bodies may be referred to as a "reference" or "ground" or "local ground" or Sometimes called a "reference ground". The body referred to as the local ground need not necessarily be the absolute ground (ie attached or bolted to the actual ground). Rather, the body chosen as the local ground simply serves as the mechanical reference against which the motion of all other bodies is described or studied. Also, selecting a body within the assembly/multi-body system/mechanism as the local ground does not limit the functionality of the assembly/multi-body system/mechanism. For example, for the handle assemblies described herein, the handle body can be selected as the local ground, and the motion of other bodies can be defined relative to the handle body (i.e., the handle body is stationary). (assuming that the However, this does not mean that the handle assembly functions only when the handle body is held stationary. Rather, at a high level, the function of the handle assembly is independent of which body is assumed to be the local ground.
本体-本体は、場合によっては接合または機構によって相互接続されたアセンブリの一部である個別の構成要素である。この個別の構成要素は剛性であり、それによって剛体運動伝達を容易にする。これは、力がDoCに沿って本体を通って移動するときに伝達の損失がないことを意味する。特定のシナリオでは、本体はコンプライアントである(剛性ではない)場合がある。そのような場合、ベースライン定義に対する例外が本明細書で具体的に言及される。特定のシナリオでは、本体という用語は、本体のアセンブリに使用され得る。議論に関連する本体の特定の特徴は、本体を説明しながら特定される。また、本体は、アセンブリまたは機構の一部である個別の構成要素を説明する一般用語として使用される。さらに説明するように、アセンブリまたはサブアセンブリを形成するために使用される構造構成要素は、「本体」という用語である。「本体」および「構成要素」という用語は、説明全体を通して交換可能に使用されてもよく、同じ意味を有する。 Body - A body is a discrete component that is part of an assembly, possibly interconnected by joints or mechanisms. This separate component is rigid thereby facilitating rigid motion transmission. This means that there is no loss of transmission as the force travels through the body along the DoC. In certain scenarios, the body may be compliant (not rigid). In such cases, exceptions to the baseline definition are specifically mentioned herein. In certain scenarios, the term body may be used for assembly of bodies. Certain features of the body that are relevant to the discussion are identified while describing the body. Body is also used as a general term to describe a discrete component that is part of an assembly or mechanism. As will be further explained, the structural components used to form the assembly or subassembly are termed "body." The terms "body" and "component" may be used interchangeably throughout the description and have the same meaning.
伝達部材-伝達部材は、ある本体から別の本体に運動を伝達する剛性の/コンプライアントな本体である。伝達部材は、コンプライアントなワイヤ/ケーブル/ケーブルアセンブリ、可撓性シャフトなどであってもよい。 Transmission Member - A transmission member is a rigid/compliant body that transmits motion from one body to another. The transmission member may be a compliant wire/cable/cable assembly, flexible shaft, or the like.
ユーザインターフェース-ユーザインターフェースは、機械または器具または機構の他端で特定の出力を生成するためにユーザが対話する入力インターフェースとして機能する。ユーザインターフェースは、一般に、ユーザによってトリガされる、器具の一部である本体上の人間工学的特徴である。例えば、車のダッシュボード上のノブをユーザが回転させて、スピーカの音量を増減させることができる。この例では、ノブ、具体的にはノブのローレット外周(特徴部)がユーザインターフェースである。 User Interface—A user interface serves as an input interface with which a user interacts to produce a specific output at the other end of a machine or instrument or mechanism. A user interface is generally an ergonomic feature on the body that is part of the instrument that is triggered by the user. For example, a user can turn a knob on the dashboard of a car to increase or decrease speaker volume. In this example, the knob, specifically the knurled circumference (feature) of the knob, is the user interface.
アセンブリ用語の取り扱い-米国特許第9,814,451号(本願における図1)で命名された構成要素には、明確にするために本願において代替的な同等の名称が与えられている。「H本体A」を「ハンドル本体」、「H本体B」を「ダイヤル」、「H本体C」を「プッシュロッド」、「H本体D」を「シャトル」とする。 Handling of Assembly Terminology—Components named in US Pat. No. 9,814,451 (FIG. 1 herein) have been given alternative equivalent names in this application for clarity. "H main body A" is defined as "handle main body", "H main body B" is defined as "dial", "H main body C" is defined as "push rod", and "H main body D" is defined as "shuttle".
軸1-軸1は、ダイヤルがハンドル本体に対して回転する軸を指す。この軸はまた、プッシュロッドがシャトルに対して回転DoFを有する軸として定義される。
Axis 1 -
方向1-これは、シャトルがそれに沿ってダイヤルに対して移動する方向である。これはまた、プッシュロッドがそれに沿ってハンドル本体に対して並進する方向である。 Direction 1 - This is the direction along which the shuttle travels relative to the dial. This is also the direction along which the push rod translates relative to the handle body.
ハンドル本体-ハンドル本体は、ハンドルアセンブリおよび関連する機構を説明する際に局所的な地面と見なされるハンドルアセンブリ内の本体を指す。ハンドル本体は、ハンドルアセンブリ内の他の本体がハンドル本体に対して動かされるときにユーザによって保持される。本明細書に記載のハンドル本体は、「パームグリップ」、「パームグリップ部分」、または「ハンドルシェル」とも呼ばれ得る。 Handle Body—Handle body refers to the body within the handle assembly that is considered the local ground when describing the handle assembly and associated mechanisms. The handle body is held by the user when other bodies in the handle assembly are moved relative to the handle body. The handle bodies described herein may also be referred to as "palm grips," "palm grip portions," or "handle shells."
クロージャ本体-クロージャ本体は、ハンドル本体に対して少なくとも1自由度の運動を有するハンドルアセンブリ内の本体を指し、特定の実施形態では、軸1を中心としてハンドル本体に対して回転的に制約(DoC)され得る。クロージャ本体はまた、クロージャ入力と呼ばれる別の本体とインターフェースすることもできる。クロージャ入力がハンドル本体に対して作動されると、これはハンドル本体に対する方向1に沿ったクロージャ本体の並進をもたらすことができる。クロージャ本体は、ハンドル本体に対して軸1に沿った並進自由度を有する場合、プッシュロッドと呼ばれる。プッシュロッドは、特許第9,814,451号にも記載されている。
Closure Body—Closure body refers to a body within a handle assembly that has at least one degree of freedom of motion relative to the handle body and, in certain embodiments, is rotationally constrained relative to the handle body about axis 1 (DoC ). A closure body can also interface with another body called a closure input. When a closure input is actuated relative to the handle body, this can result in translation of the closure body along
シャトル-シャトルは、軸1を中心としてプッシュロッドに対して回転し、方向1に沿ってダイヤルに対して並進するハンドルアセンブリ内の本体を指す。シャトルはまた、軸1を中心としてダイヤルに対して回転的に制約されている。
Shuttle—Shuttle refers to the body in the handle assembly that rotates about
ロール本体-ロール本体は、ハンドル本体に対して回転DoFを有するハンドルアセンブリ内の本体を指す。特定のハンドルアセンブリの実施形態では、ロール本体は、ハンドルアセンブリの可視(ユーザがアクセス可能な外部構成要素)構成要素とすることができる。特許第9,814,451号に記載されているダイヤルの機能および構造とは別に、ロール本体は、ロール入力と呼ばれる別の本体とインターフェースすることもできる。ロール入力がそのロール軸を中心としてハンドル本体に対して回転すると、ハンドル本体に対する軸1を中心とするロール本体の回転をもたらすことができる。用語「ダイヤル」または「ノブ」は、用語「ロール本体」に対して交換可能に使用される。
Roll Body—Roll body refers to the body in the handle assembly that has a rotation DoF with respect to the handle body. In certain handle assembly embodiments, the roll body may be a visible (user-accessible external component) component of the handle assembly. Aside from the dial function and structure described in Patent No. 9,814,451, the roll body can also interface with another body called a roll input. A roll input rotating relative to the handle body about its roll axis can result in rotation of the roll body about
ツールフレーム-ツールフレームは、ツール装置の一部である構造を指す。特定のツール装置では、これはハンドルアセンブリおよび/または細長いツールシャフトに接続することができる。「ツールフレーム」および「フレーム」という用語は、本文書全体を通して交換可能に使用され得る。 Tool Frame - A tool frame refers to a structure that is part of the tool equipment. In certain tool devices, this can be connected to the handle assembly and/or the elongated tool shaft. The terms "tool frame" and "frame" may be used interchangeably throughout this document.
EE(エンドエフェクタ)アセンブリ-一般に図21Aおよび図21Bを参照すると、EEアセンブリ2010またはエンドエフェクタアセンブリまたは顎部アセンブリは、細長いツールシャフト2011の遠位端に存在する。EEアセンブリは、1つ以上の顎部(またはEE顎部)を含むことができる。EEアセンブリ2010には2つのタイプがある。第1のタイプのEEアセンブリ2010は、2つのEE顎部、すなわち「運動顎部」2012および「固定顎部」2014からなる。EEアセンブリ2010内の運動顎部2012および任意の他の移動体のための局所的な基準地面として機能する「EEフレーム」2016も存在する。このアセンブリでは、運動顎部2012は、図21Aに示すピボットピン2018を中心として回転することによってEEフレーム2016に対して運動する。運動顎部2012のEEフレーム2016に対するこの運動は、「顎部クロージャ運動」と呼ばれる。顎部クロージャ運動および「顎部開閉運動」は、本明細書を通して交換可能に使用され得る。図21Aでは、固定顎部2014はまた、EEフレーム2016の剛性延長部であるように、EEフレーム2016に結合される。図21Aに示すこのEEアセンブリ2010を説明するとき、固定顎部2014は、EEフレーム2016と同様に局所的な基準として扱われる。これは、固定顎部2014が、このEEアセンブリ2010におけるEEフレーム2016の剛性延長部であるためである。他のEEアセンブリでは、固定顎部2014は、EEフレーム2016に対する1つ以上のDoF接合を有することができる。EEフレーム2016は、EEアセンブリ2010が関節機能を提供するツール装置の一部である場合、出力関節接合2020を介してツールシャフト2011にさらに結合される。
EE (End Effector) Assembly—Referring generally to FIGS. 21A and 21B, the
「EEロール運動」は、EEアセンブリ2010における第2の出力運動である。EEロール運動は、異なる軸を中心とするEEアセンブリ2010の2つの個別の回転を指すことができる。軸2を中心とする回転は、EEアセンブリのロール軸を中心とするEEアセンブリ2010の回転を指す。軸3を中心とする回転は、ツールシャフト2011のロール軸を中心とするEEアセンブリ2010の回転を指す。図21Aに示すEEアセンブリ2010の場合、ハンドルアセンブリ2022およびツールシャフト2011を含むツール装置全体が軸3を中心として回転すると、EEアセンブリ2010も軸3を中心として回転する。一方、ダイヤル2024を回転させることによって発生するハンドル本体2026に対する軸1を中心とするロール運動は、ツールシャフト2011の軸3を中心とする回転および軸2を中心とするEEアセンブリ2010の回転をもたらす。これは、説明において様々なツール装置構成を提示しながらさらに説明される。
“EE roll motion” is the second output motion in
第2のタイプのEEアセンブリ2010は、2つのEE顎部、すなわち「運動顎部」2012および「固定顎部」2014からなる。アセンブリはまた、EEフレーム2016を含む。このアセンブリでは、運動顎部2012は、図21Bに示すピボットピン2018を中心として回転することによってEEフレーム2016に対して運動する。固定顎部2014はまた、EEフレーム2016の剛性延長部であるように、EEフレーム2016に結合される。図21Bに示すこのEEアセンブリ2010を説明するとき、固定顎部2014は、EEフレーム2016と同様に局所的な基準として扱われる。これは、固定顎部2014が、このEEアセンブリ2010におけるEEフレーム2016の剛性延長部であるためである。アセンブリはまた、「EEベース」2028と呼ばれるEEアセンブリに近位の本体/構成要素からなる。EEベース2028は、EEフレーム2016に対して1DoF回転接合を有する。この回転接合は、軸2を中心とするロールDoFを提供する。この接合は、スラスト軸受、ロール軸受、滑り軸受などによって形成することができる。図21Bは、EEフレーム2016とEEベース2028との間のスラスト軸受2030を示す。EEベース2028は、関節出力接合2020を介してツールシャフト2011に結合される。第2のタイプのEEアセンブリ2010の場合、固定顎部2014/EEフレーム2016のEEベース2028に対する回転は、出力関節接合2020の回転をもたらさず、それにより、軸3を中心とするツールシャフト2011の回転をもたらさない。一方、第1のタイプのEEアセンブリ2010では、固定顎部2014/EEフレーム2016の回転は、出力関節接合2020の回転を伴う。第1のタイプのEEアセンブリ2010では、出力関節接合2020は、ロール運動を伝達するために、固定顎部2014/EEフレーム2016とツールシャフト2011の軸2との間にロール回転DoCを提供する。
A second type of
図21Bに示すEEアセンブリ2010の場合、ハンドルアセンブリ2022およびツールシャフト2011を含むツール装置全体が軸3を中心として回転すると、EEアセンブリ2010も軸3を中心として回転する。一方、ダイヤル2024を回転させることによって発生するハンドル本体2026に対する軸1を中心とする回転は、EEフレーム2016/固定顎部2014および運動顎部2012の軸2を中心とする回転をもたらす。これは、軸3を中心とするツールシャフト2011の回転をもたらさない。これはアルファ構成に対応し、説明において様々なツール装置構成を提示しながらさらに説明される。
For the
また、EEアセンブリ2010全体は、「EEロール軸」または「軸2」と呼ばれるそのロール軸を中心としてEEベース2028に対して回転することができる。EEアセンブリ2010は、本明細書では「顎部アセンブリ」または「エンドエフェクタアセンブリ」と交換可能に呼ばれ得る。
Also, the
ロール入力-「ロール入力」または「回転入力」は、軸2(EEロール軸)を中心とするEEアセンブリ2010の回転を生成するために回転または作動されるハンドルアセンブリ2022の一部である本体を指す。ここで、ハンドルアセンブリ2022とEEアセンブリ2010の両方は、ハンドルアセンブリ2022がユーザの近位にあり、EEアセンブリ2010がユーザの遠位にあるツール装置の一部である。ロール入力は、その最も単純な形態では、ハンドルアセンブリ2022の一部であるダイヤル2024である。ロール入力は、別のシナリオでは、ユーザによって視認可能または外部からアクセス可能な外部ロール入力本体からなってもよいアセンブリであってもよい。このシナリオでは、ロール入力はユーザインターフェースとして機能する。このアセンブリはまた、シャトルがダイヤル2024に対する軸1を中心とする回転DoC、およびダイヤル2024に対する方向1に沿った並進DoFを有するように、シャトルと嵌合するダイヤル2024からなってもよい。ダイヤル2024はまた、軸1を中心とするハンドル本体2026に対する回転DoFを有する。ロール入力がアセンブリである場合、外部ロール入力の回転は、ロール伝達機構を介してダイヤル2024に伝達されてもよい。この機構は、リンク、プーリ、コンプライアント機構/部材、ケーブル、ねじ山付きねじ、空気圧および/またはギヤを含むがこれらに限定されない機械的伝達構成要素を含むことができる。この機構は、センサ(回転/位置/力)、アクチュエータ(回転モータ、リニアモータ、ソレノイド)、および/またはトランスデューサを含み得る電気機械伝達機構であり得る。
Roll Input—“Roll Input” or “Rotation Input” refers to the body that is part of the
クロージャ入力-これは、EEアセンブリ2010の部材を作動させるためにトリガまたは作動されるハンドルアセンブリ2022の一部である本体を指す。クロージャ入力は、その最も単純な形態では、ハンドルアセンブリ2022の一部であるプッシュロッドである。これは、クロージャ入力がプッシュロッド自体である第1のシナリオである。第2のシナリオでは、クロージャ入力は、ユーザによって視認可能または外部からアクセス可能な外部クロージャ入力を含むアセンブリであってもよい。このシナリオでは、クロージャ入力はユーザインターフェースとして機能する。このアセンブリはまた、シャトルが軸1を中心とするプッシュロッドに対する回転DoC、およびプッシュロッドに対する方向1に沿った並進DoFを有するように、シャトルと嵌合するプッシュロッドからなってもよい。したがって、プッシュロッドの並進はシャトルの並進をもたらす。クロージャ入力がアセンブリである場合、ハンドル本体2026に対する外部クロージャ入力の1DoF運動は、クロージャ伝達機構を介してプッシュロッドに伝達される。この機構は、リンク機構、プーリ、コンプライアント機構/部材、ケーブル、ねじ山付きねじ、空気圧および/またはギヤを使用することができる機械的伝達機構であってもよい。この機構は、センサ(回転/位置/力)、アクチュエータ(回転モータ、リニアモータ、ソレノイド)、および/またはトランスデューサを含み得る電気機械伝達機構であり得る。この第2のシナリオは、図31Bに示す制約マップに従う様々な実施形態によって示される。
Closure Input—This refers to the body that is part of the
第3のシナリオでは、クロージャ入力は外部クロージャ入力構成要素であってもよい。このシナリオでは、クロージャ入力は、ハンドル本体2026に対する少なくとも1DoFを有し、シャトルが方向1に沿ったダイヤルに対する並進DoFと、軸1を中心とするダイヤルに対する回転DoCを有するように、シャトルとインターフェースする。外部クロージャ入力の運動は、クロージャ機構を介してシャトルに伝達されてもよい。この機構は、リンク機構、プーリ、コンプライアント機構/部材、ケーブル、ねじ山付きねじ、空気圧および/またはギヤを使用することができる機械的伝達機構であってもよい。この機構は、センサ(回転/位置/力)、アクチュエータ(回転モータ、リニアモータ、ソレノイド)、および/またはトランスデューサを含み得る電気機械伝達機構であり得る。この第3のシナリオは、図31に示す制約マップに従う様々な実施形態を介して示される。
In a third scenario, the closure input may be an external closure input component. In this scenario, the closure input has at least 1 DoF with respect to the
顎部クロージャ伝達部材(商標)-この伝達部材/本体は、方向1に沿ったダイヤル2024に対するシャトルの並進をEEアセンブリ2010内の顎部クロージャ運動に伝達するのに役立つ。伝達部材は、機械的構成要素、例えば、ソリッドワイヤ(ピアノ線と呼ばれることもある)または可撓性編組ケーブルであってもよい。この部材は、その重心軸に沿ってねじり剛性であってもよい。例えば、ねじり荷重に対して剛性であるが、屈曲荷重に対して可撓性であるニチノールワイヤ。一方、個々の鋼フィラメントで作られた編組鋼ケーブルは、屈曲において柔軟であり、ねじり剛性ではなく、その重心軸を中心として回転するとそれ自体に巻き付くことができる。「顎部クロージャ伝達部材」および「顎部クロージャ作動伝達部材」は、本明細書では交換可能に使用され得る。
Jaw Closure Transmission Member™—This transmission member/body serves to transmit translation of the shuttle relative to dial 2024 along
ロール伝達部材(商標)-この伝達部材は、ハンドル本体2026に対する回転入力またはダイヤル2024の回転を伝達してEEロール運動を生成するのに役立つ。
Roll Transmission Member™—This transmission member serves to transmit rotational input to the
関節伝達部材-この伝達部材は、ハンドルアセンブリ2022とツールシャフト2011との間に存在し得る関節入力接合から関節出力接合2020(ツールシャフト2011とEEアセンブリ2010との間に存在する)に関節運動(ピッチ運動およびヨー運動)を伝達するのに役立つ。典型的には、これらの関節伝達部材は、ケーブル、クリンプ、プーリなどを備えることができる。 Articulation Transfer Member—This transfer member transfers articulation motion ( pitch and yaw motion). Typically, these joint transmission members may comprise cables, crimps, pulleys, and the like.
顎部クロージャ伝達アセンブリ-顎部クロージャ伝達アセンブリは、ハンドルアセンブリ2022とEEアセンブリ2010との間に存在し、顎部クロージャ運動を促進する本体、接合、機構、および/または顎部クロージャ伝達部材を指す。具体的には、出力運動を生成するハンドルアセンブリ2022内の本体(例えばシャトル)は、顎クロージャ伝達アセンブリの一部である近位本体に結合される。同様に、EEアセンブリ2010内の運動顎部は、顎部クロージャ伝達アセンブリの一部である最遠位本体に結合される。「顎部クロージャ伝達アセンブリ」および「顎部作動伝達アセンブリ」という用語は、説明全体を通して交換可能に使用され得る。
Jaw Closure Transmission Assembly—Jaw closure transmission assembly refers to bodies, joints, mechanisms, and/or jaw closure transmission members that reside between the
EEロール伝達アセンブリ-EEロール伝達アセンブリは、ハンドルアセンブリ2022とEEアセンブリ2010との間に存在し、EEロール運動を促進する本体、接合、機構、および/またはロール伝達部材を指す。
EE roll transmission assembly—EE roll transmission assembly refers to bodies, joints, mechanisms, and/or roll transmission members that reside between
関節伝達アセンブリ-関節伝達アセンブリは、ユーザによって生成された入力運動(ピッチ回転運動およびヨー回転運動)を入力関節接合を介して出力関節接合2020に伝達するのを助ける本体、関節、機構および/または関節伝達部材を指す。具体的には、ユーザからの入力を受け取るツール装置内の本体と結合する本体は、関節伝達アセンブリの近位本体である。同様に、検討中のEEアセンブリ2010のタイプに応じてEEフレーム2016またはEEベース2028のいずれかと結合する本体は、関節伝達アセンブリ内の最遠位本体である。
Joint Transmission Assembly—A joint transmission assembly is a body, joint, mechanism and/or body that helps transmit user-generated input motion (pitch and yaw rotation) through the input joint joint to the output joint joint 2020. Refers to a joint transmission member. Specifically, the body that mates with the body in the tool device that receives input from the user is the proximal body of the joint transmission assembly. Similarly, the body that mates with either the
ツール装置、その機能およびその構成(図22Aおよび図22B)
本明細書に記載のハンドルアセンブリ2022は、ハンドルアセンブリ2022と、ツールフレーム2032と、ツールフレーム2032の剛性延長部である細長いツールシャフト2011と、ツールシャフト2011の遠位端に配置されたEEアセンブリ2010とを含むことができるツール装置の一部であってもよい。ツール装置は、以下の出力動作に対応する様々な機能を提供することができる。i)EEアセンブリ2010における顎部クロージャ動作、ii)EEアセンブリ2010の関節運動(ピッチ回転およびヨー回転)、iii)ツールシャフト2011およびEEアセンブリ2010の剛体運動、iv)EEアセンブリ2010(またはその一部)の関節ロール運動。
Tool device, its function and its configuration (FIGS. 22A and 22B)
The
この装置は、異なる構成を有することができる。ツール装置の機能を説明するために本明細書で使用される2つの構成が、図22A~図22Bに示されている。これらの構成の両方において、ハンドルアセンブリ2022は、少なくともクロージャ入力2048と、ハンドル本体2026と、ダイヤル2024とからなる。ダイヤル2024とフレーム2032との間には、クロージャ作動伝達インターフェース2036が存在する。このクロージャ作動伝達インターフェース2036は、顎部クロージャ伝達部材2038と、ダイヤルと顎部クロージャ伝達部材2038を案内するフレームとの間の顎部クロージャ伝達部材導管2039(例えば、図23にも示される可撓性シースまたは導管)とを備える。顎部クロージャ伝達部材導管2039は、その遠位端でフレーム2032に結合(例えば、堅固に接続されているか、これに着座している)されてもよく、その近位端でハンドル本体2026に結合(例えば、堅固に接続されているか、これに着座している)されてもよい。あるいは、顎部クロージャ伝達部材導管2039は、その近位端において、導管の近位端をダイヤル2024に対して軸方向に着座させるが、両者間の相対的なロール回転を可能にするインターフェースを介してダイヤル2024に結合されてもよい。顎部クロージャ伝達部材2038は、ハンドル本体2026に対するクロージャ入力2048の相対運動のEEアセンブリ2010への伝達を促進する。この相対運動は、ピボットピン2018(軸4を有する)を中心とする固定顎部2014に対する運動顎部2012の運動につながり、顎部クロージャ運動を生成する。特定のツール装置構成では、ツール装置の遠位端における顎部クロージャ伝達部材2038の並進運動を、軸4を中心とする固定顎部2014に対する運動顎部2012の回転に変換する必要がある。したがって、顎部クロージャ伝達部材2038の並進運動を固定顎部2014に対する運動顎部2012の回転運動に変換するための本体、例えばラック-ピニオン伝達アセンブリ、プーリ、ギヤ、リンク機構、カム、ピンなどが存在してもよい。
This device can have different configurations. Two configurations used herein to describe the function of the tool device are shown in Figures 22A-22B. In both of these configurations,
ツール装置の関節機能は、ピッチ回転およびヨー回転(すなわち、出力運動)がツール装置の遠位端のEEアセンブリ2010で生成される機能である。これらの出力運動は、ハンドルアセンブリ2022のピッチ回転入力運動およびヨー回転入力運動によって生成される。シャフト2011(ツールシャフトとも呼ばれる)とEEアセンブリ2010との間に存在する2DoF出力関節接合2020が存在する。ハンドルアセンブリ2022とフレーム2032との間に存在する2DoF入力関節接合2040も存在する。ハンドルアセンブリ2022のフレーム2032に対する関節運動は、様々な中間接合、機構、および/または伝達部材(すなわち、関節伝達部材)を介して、ツールシャフト2011に対するEEアセンブリ2010の関節運動に伝達される。図22A~図22Bに示すツール装置には、2つの異なる構成が存在してもよい。
The articulation function of the tool device is the function by which pitch and yaw rotations (ie, output motion) are generated at the
図22Aは、入力関節接合2040がハンドル本体2026とフレーム2032との間に存在するツール装置構成および実施形態を示す。また、EEアセンブリ2010は、図21Bに示すものと同様である。EEアセンブリ2010は、この場合、本体、すなわち、EEベース2028、運動顎部2012、および固定顎部2014からなる。図21A~図21Bおよび図22A~図22Bでは、固定顎部2014は、EEフレーム2016の剛性延長部として示されている。他の例では、固定顎部204は、EEフレーム2016に結合された個別の本体とすることができる。EEアセンブリ2010の近位部分(この実施形態ではEEベース2028)とシャフト2011の遠位端との間に出力関節接合2020が存在する。EEベース2028およびEEベース2028とEEフレーム2016との間の1DoFロール回転接合の必要性は、以下の段落でEEロール運動を説明しながら論じられる。この構成は「アルファ構成」と呼ばれる。図22Aに示す実施形態には、ロール伝達インターフェース2037およびクロージャ作動伝達インターフェース2036の2つの伝達インターフェースも示されている。これらの2つの伝達インターフェースには、2つのそれぞれの伝達部材、すなわちロール伝達部材2042および顎部クロージャ伝達部材2038が関連付けられている。2つの個別の伝達インターフェース、したがって2つの個別の伝達部材として示されているが、いくつかのシナリオでは、単一の伝達インターフェースおよび単一の関連する伝達部材を使用することができる。そのようなシナリオでは、単一の伝達部材は、ロール回転および顎部クロージャ作動の両方をハンドルアセンブリからエンドエフェクタアセンブリに伝達するために、適切な軸方向およびねじり剛性を有する。
FIG. 22A shows a tool device configuration and embodiment in which an
図22Bは、入力関節接合2040がダイヤル2024とフレーム2032との間に存在する代替のツール装置構成および実施形態を示す。また、EEアセンブリ2010は、図21Aに示すものと同様である。この構成では、EEアセンブリ2010は、本体、すなわち運動顎部2012および固定顎部2014からなる。ここでもやはり、ここに示されている固定顎部2014は、EEフレーム2016の剛性延長部であるが、他の例では、これらの2つは、互いに結合された個別の本体であってもよい。EEアセンブリ2010の近位部分とシャフト2011の遠位部分との間に出力関節接合2020が存在する。この実施形態では、EEアセンブリ2010の近位部分はEEフレーム2016である。この構成は「ベータ構成」と呼ばれる。
FIG. 22B shows an alternative tool device configuration and embodiment in which the
2DoF入力ならびに出力関節接合2040および2020の各々は、並列運動機構入力接合または直列運動機構入力接合のいずれかとすることができる。並列運動機構入力接合を有するツール装置の例は、米国特許第8,668,702号、米国特許出願公開第2013/0012958号および米国特許第10,405,936号に示されている。直列運動機構入力接合を有するツール装置の例は、第5,908,436号、米国特許第6,994,716号および米国特許出願第11/787,607号である。入力関節接合2040の回転中心は、ハンドルアセンブリ2022の近位または遠位にあり得る。ここで、「遠位」は、エンドエフェクタアセンブリがツールシャフト/ツールフレームに対して位置する方向を表し、「近位」は、ハンドルアセンブリがツールシャフト/ツールフレームに対して位置する方向を表す。
Each of the 2DoF input and
図示の構成および実施形態の両方において、患者のベッドまたは身体などの外部基準地面に対するフレーム2032の運動は、ツールシャフト2011およびEEアセンブリ2010に伝達される。したがって、シャフト2011は、基準地面に対して(X、Y、Z軸方向に沿った)3つの並進DoFおよび3つの回転DoF(ピッチ、ヨー、およびロール回転)を有する。器具シャフト2011と患者の身体(例えばトロカールまたはカニューレを介して)との間のインターフェースは、これらの6つのDoFの一部を除去する。EEアセンブリ2010が関節運動していないとき、EEアセンブリ2010およびツールシャフト2011のロール回転は、軸3を中心として行われる。このシナリオでは、軸1、軸2、および軸3はすべて同一線上にある。EEアセンブリ2010が関節運動される別のシナリオでは、EEアセンブリ2010のロール回転は軸2を中心として行われ、シャフト2011のロール回転は軸3を中心として行われ、ダイヤル2024のロール回転は軸1を中心として行われる。ツール装置のこの関節状態またはシナリオでは、軸1、軸2および軸3はもはや同一線上にはない。エンドエフェクタが関節運動するときのエンドエフェクタのこのロール回転機能は、「関節ロール」と呼ばれる。
In both the illustrated configurations and embodiments, movement of
図22Aおよび図22Bに示す両方のツール装置構成において、図の右下の凡例は、「クロスハッチパターン塗り」で示されている任意の本体または構成要素が、ダイヤル2024のロール回転に応答してそれぞれの軸(軸1、軸2、または軸3)において回転するのに対して、「クロスハッチパターン塗り」なしで示されている任意の本体または構成要素は、ダイヤル2024と共に回転しないことを示している。アルファ構成の場合、外部基準地面に対する軸1を中心とするハンドル本体2026のロール回転は、軸3を中心とするフレーム2032およびツールシャフト2011、ならびに軸2を中心とするEEアセンブリ2010の剛体ロール運動につながる。この構成では、入力関節接合2040および出力関節接合2020は、両方とも伝達ロールである。言い換えれば、ロール回転は、これらの両方の接合の制約度(DoC)である。これとは別に、ハンドル本体2026に対する軸1を中心とするダイヤル2024のロール回転は、EEベース2028に対する軸2を中心とするEEフレーム2016(およびその延長固定顎部2014)のみの回転をもたらし、フレーム2032およびシャフト2011の残りの部分は、ハンドル本体2026に対して回転しない。このEEフレーム2016(したがって、固定顎部2014)のEEベース2028に対する回転は、EEフレーム2016とEEベース2028との間に、軸2を中心とする(EEアセンブリ2010の近位部分の残りの部分と共に)EEフレーム2016のロール運動を提供する1ロールDoF接合が存在するため可能である。EEフレーム2016の回転をもたらすダイヤル2024のこの回転は、ロール伝達部材2042を備えるロール伝達インターフェース2037を介して伝達される。EEアセンブリ2010が関節運動していないとき、軸2は軸3と同一直線上にある。したがって、ハンドル本体2026がフレーム2032に対して間接運動し、結果としてEEアセンブリ2010がシャフト20111に対して関節運動すると、軸2はもはや軸3と同一線上にはない。この関節状態では、ダイヤル2024が軸1を中心としてハンドル本体2026に対して回転すると、EEベース2028に対するこれは軸2を中心とするEEフレーム2016の回転をもたらし、軸2はもはや軸3と同一直線上にはない。この運動は「関節ロール」と呼ばれる。
In both tool apparatus configurations shown in FIGS. 22A and 22B, the legend at the bottom right of the figure indicates that any body or component designated “cross-hatch patterned” will be Any body or component shown without a “cross-hatch pattern” indicates that it does not rotate with the
したがって、アルファ構成の場合、2つのロール伝達アセンブリがある。フレーム2032、ツールシャフト2011、およびEEベース2028の回転を生成するために、ハンドルアセンブリ2022全体(ハンドル本体2026を含む)を、軸1を中心として外部基準地面に対して回転させる。このロール回転は、入力関節接合2040を介して剛体(すなわち、フレーム2032およびツールシャフト2011)に伝達され、さらに出力関節接合2020を介してEEベース2028に伝達される。入力関節接合2040および出力関節接合2020は、EEアセンブリ2010にロール運動を伝達するために、ロール回転方向にDoCを提供する。これらの入力および出力関節接合、ならびにツールフレームおよびシャフト剛体はすべて、第1のロール伝達アセンブリの一部である。ここで、EEアセンブリ2010は、ツールシャフト2011に対して関節運動するかどうかにかかわらず、それ自体のロール軸(軸2)を中心としてではなく、ツールシャフトロール軸または軸3を中心として回転する。
Thus, for the alpha configuration, there are two roll transmission assemblies. To generate rotation of
アルファ構成では、EEベース2028に対する軸2を中心とするEEフレーム2016の相対ロール運動を生成するために、ダイヤル2024を軸1を中心としてハンドル本体2026に対して回転させることができる。これは、ハンドルアセンブリ2022の一部であるダイヤル2024(またはロール本体)と結合する近位本体(例えば、図25Cに示す)からなる第2のロール伝達アセンブリを介して達成される。この近位本体は、ロール伝達インターフェース2037(図22A参照)の一部であるロール伝達部材導管2035を通って案内され得るロール伝達部材2042の近位端に一体であるかまたは結合されている。ロール伝達部材導管が使用される場合、ロール伝達部材導管2035は、その遠位端でフレーム2032に結合され、その近位端でハンドル本体2026に結合されてもよい。あるいは、その近位端において、ロールクロージャ伝達部材導管2035は、両者間の相対的なロール回転を可能にするインターフェースを介してダイヤル2024に結合されてもよい。いくつかの例では、ロール伝達部材導管は全く使用されなくてもよい。ロール伝達部材2042は、ツールフレーム2032の一部、ツールシャフト2011、出力関節接合2020、およびEEベース2028をさらに通過することができる。このロール伝達部材2042の遠位部分は、EEフレーム2016で終端し、EEフレームに結合される。ダイヤル2024を軸1を中心としてハンドル本体26に対して(ハンドルアセンブリ2022の任意の関節配向でフレーム2032に対して)回転させると、ダイヤルのこのロール回転は、EEフレームEEフレーム2016が軸2を中心としてEEベース2028に対して回転するように、第2のロール伝達アセンブリを介してエンドエフェクタアセンブリ2010に伝達される。したがって、アルファ構成には2つの異なるロール伝達アセンブリがある。1つのロール伝達アセンブリ、例えば第2のロール伝達アセンブリのみが存在するアルファ構成のバージョンが存在し得る。アルファ構成のこのバージョンでは、入力関節接合2040がロール回転の周りにDoCを提供しないか、または出力関節接合2020がロール回転の周りにDoCを提供しないか、またはどちらもロール回転の周りにDoCを提供しない。その結果、第1のロール伝達アセンブリを介したロール回転の伝達はもはや不可能であり、機能的なロール伝達アセンブリのみが上述の第2のロール伝達アセンブリである。
In the alpha configuration, the
ベータ構成(図22B)の場合、ハンドル本体2026に対する軸1を中心とするダイヤル2024の回転は、フレーム2032、ツールシャフト2011、およびEEフレーム2016全体の剛体ロール回転をもたらす。EEフレーム2016は、常に軸2を中心として回転する。EEアセンブリ2010がシャフト2011に対して関節運動していないとき、軸2は軸3と同一直線上にある。EEアセンブリ2010が関節位置にあるとき、軸2は軸3に対して関節角度にある。このロール回転は、入力関節接合2040、剛体(すなわち、フレーム2032およびツールシャフト2011)、および出力関節接合2020を介してダイヤル2024から伝達される。この場合、入力関節接合2040および出力関節接合2020は各々、ダイヤル2024からEEフレーム2016にロール運動を伝達するために、ロール回転方向にDoCを提供する。ハンドルアセンブリ2022がフレーム2032に対して関節運動し、EEアセンブリ2010がシャフト2011に対して関節運動すると、ハンドル本体2026に対する軸1を中心とするダイヤル2024のロール回転は、軸2を中心とするEEフレーム2016のロール回転をもたらす。EEフレーム2016のロール回転は、軸2を中心とするEEアセンブリ2010(運動顎部2012および固定顎部2014を含む)全体のロール回転をもたらす。この関節構成では、軸2および軸3はもはや同一直線上にはない。
For the Beta configuration (FIG. 22B), rotation of
ベータ構成では、EEロール運動は、フレームおよびシャフトの剛体ロール回転、ならびに入力および出力関節接合を介したロール運動伝達からなる単一のロール伝達アセンブリを介して伝達される。一方、アルファ構成では、上述のように、EEロール運動伝達は、2つのロール伝達アセンブリを介して行うことができる。 In the Beta configuration, EE roll motion is transmitted through a single roll transmission assembly consisting of rigid roll rotation of the frame and shaft, and roll motion transmission through input and output articulations. On the other hand, in the Alpha configuration, EE roll motion transmission can occur via two roll transmission assemblies, as described above.
図23は、ハンドルアセンブリ2022の近位に回転中心(仮想中心)を有する並列運動機構入力関節接合を含むツール装置の実施形態を示す。このツール装置の実施形態は、上述したベータ構成に基づいている。フレーム2032、ツールシャフト2011、およびEEアセンブリ2010と共に、このツール装置内にハンドルアセンブリ2022が存在する。このツール装置の一部であるハンドルアセンブリ2022は、以下のセクションで詳細に説明される。
FIG. 23 shows an embodiment of a tool device that includes a parallel motion mechanism input articulation with a center of rotation (virtual center) proximal to the
ハンドルの制約マップAおよびB
図24Aは、ハンドルアセンブリ2022を構成する各種の本体間の関係を説明するために使用される「制約マップA」と呼ばれる制約マップである。ハンドルアセンブリ2022は、ハンドル本体2026、ダイヤル2024、プッシュロッド2044、およびシャトル2046の4つの本体から構成されてもよい。図24Aに示す制約マップにマッピングするハンドルアセンブリの実施形態では、ハンドル本体2026は、局所的な地面と考えることができる。
Handle Constraint Maps A and B
FIG. 24A is a constraint map called “Constraint Map A” used to describe the relationship between the various bodies that make up the
クロージャ本体(すなわち、プッシュロッド)2044は、ハンドル本体2026に対して方向1に沿った1DoF並進接合を有する。プッシュロッド2044はまた、ハンドル本体2026に対して軸1を中心とする回転DoCを有する。言い換えれば、プッシュロッド2044は、ハンドル本体2026に対して回転的に制約(例えば、キー止め)され、ハンドル本体2026が軸1を中心として回転すると、それはプッシュロッド2044をそれ自体と一緒に回転させる。ロール本体(すなわち、ダイヤル)2024は、ハンドル本体2026に対して1DoFの回転接合を有する。ダイヤル2024は、ハンドル本体2026に対して軸1を中心として回転する。ダイヤル2024はまた、ハンドル本体2026に対して方向1に沿った1つの並進DoCを有する。したがって、ハンドル本体2026を方向1に沿って並進させると、ダイヤル2024も並進される。シャトル2046は、プッシュロッド2044に対して1DoFの回転接合を有する、すなわちシャトル2046は、プッシュロッド2044に対して軸1を中心として回転することができる。シャトル2046はまた、プッシュロッド2044に対して方向1に沿った並進DoCを有する。したがって、方向1に沿って、プッシュロッド2044の並進はシャトル2046に伝達される。シャトル2046は、ダイヤル2024に対して方向1に沿った1DoFの並進接合を有する。シャトル2046はまた、ダイヤル2024に対して軸1を中心とする1回転DoCを有する。したがって、ハンドル本体2026に対する軸1を中心とするダイヤル2024の回転は、シャトル2046とダイヤル2024との間に回転DoCが存在するため、軸1を中心とするシャトル2046の回転をもたらす。
Closure body (ie, push rod) 2044 has a 1 DoF translational joint along
「制約マップB」を示す図24Bに見られるように、ハンドルアセンブリ2022はまた、クロージャ入力2048およびロール入力2050などの追加の本体を備えてもよい。クロージャ入力2048は、直接構造的接続を介して、またはハンドル本体2026に対するクロージャ入力2048の入力運動をハンドル本体2026に対するプッシュロッド2044の方向1に沿った並進に伝達するクロージャ入力機構を介して、プッシュロッド2044に結合されてもよい。クロージャ入力2048がプッシュロッド2044に直接構造的に接続されている前者のシナリオでは、プッシュロッド2044自体がクロージャ入力2048として機能する。ここで、クロージャ入力2048は、プッシュロッド2044と一体であるか、またはその延長部である。しかしながら、他のシナリオでは、クロージャ入力2048は、クロージャ入力機構(次のセクションで様々な実施形態を介して示される)を介してプッシュロッド2044に結合されてもよい。クロージャ入力2048の作動は、ユーザによって手動で、または電気機械式アクチュエータ、または空気圧アクチュエータ、または油圧アクチュエータ、または別のアクチュエータを使用することによって行われ得る。追加の機械的伝達構成要素(例えば、ギヤ、プーリ、レバー、テンションケーブルなど)が、アクチュエータとクロージャ入力2048との間に使用されてもよい。そのような機械的伝達構成要素はまた、クロージャ入力機構に含まれてもよい。
As seen in FIG. 24B, which shows “Constraint Map B,”
ロール入力2050は、直接構造的接続を介して、またはハンドル本体2026に対するロール入力2050の入力運動をハンドル本体2026に対するダイヤル2024の軸1を中心とする回転に伝達するロール入力機構を介して、ダイヤル2024に結合されてもよい。前者の限定的なケースでは、ロール入力2050がダイヤル2024に直接構造的に接続されており、ダイヤル2024自体がロール入力2050として機能する。ロール入力2050は、ダイヤル2024と一体であるか、またはその延長部である。しかしながら、より一般的なケースでは、ロール入力2050は、ロール入力機構(詳細は後述する)を介してダイヤル2024に結合される。ロール入力2050の作動は、ユーザによって手動で、または電気機械式アクチュエータ、または空気圧アクチュエータ、または油圧アクチュエータ、または別のアクチュエータを使用することによって行われ得る。機械的伝達構成要素およびシステム(すなわち、ギヤ、プーリ、レバー、テンションケーブルなど)は、そのようなアクチュエータとロール入力2050との間、および/またはロール入力機構内で使用することができる。
The
クロージャ入力2048で受け取った入力は、ハンドル本体2026に対する方向1に沿ったシャトル2046の並進をもたらす。ロール入力2050で受け取った入力は、ハンドル本体2026に対する軸1を中心とするシャトル2046の回転をもたらす。シャトル2046の並進および回転を組み合わせてまたは同時に行うために、これらの入力を図24A~図24Bに示すハンドルシステムによって同時に受け取ることができる。
Input received at
ツール装置構成マップ
図24Bのハンドルアセンブリがツール装置に使用される場合、クロージャ入力2048およびロール入力2050で受け取った入力は、それぞれ、EEアセンブリ2010において顎部クロージャ運動およびEEロール運動をもたらす。クロージャ入力2048でユーザによってハンドルアセンブリ2022に提供される入力に基づくと、ハンドルアセンブリ2022の出力運動は、ダイヤル2024およびハンドル本体2026に対する方向1に沿ったシャトル2046の並進である。ロール入力2050でユーザによってハンドルアセンブリ2022に提供される入力に基づくと、ハンドルアセンブリ2022の出力運動は、ハンドル本体2026に対する軸1を中心とするシャトル2046の回転である。したがって、ハンドルアセンブリ2022は、2つの個別の独立した入力が、単一の本体、すなわちシャトル2046において並進および回転出力の組み合わせ運動をもたらすようなものである。ハンドルアセンブリ2022に独立した入力を提供する主な利点は、ロール伝達アセンブリおよび顎部クロージャ伝達アセンブリの一部である本体、接合、機構、および伝達部材を独立して最適化する能力である。
Tool Device Configuration Map When the handle assembly of FIG. 24B is used in a tool device, the inputs received at
図23に示すベータ構成のツール装置は、図24Bに示す制約マップに従うハンドルアセンブリ2022と、ハンドルアセンブリ2022の遠位にある細長いツールシャフト2011と、ツールシャフト2011の遠位端に存在するEEアセンブリ2010とを含む。シャトル2046(例えば、図4Aおよび図4Bにおいてシャトル104、404として示す)の方向1に沿ったダイヤル2024(例えば、図4Aおよび図4Bにおいて回転ダイヤル102、402として示す)の並進は、固定顎部2014(例えば、図21Aに示す)に対する運動顎部2012の開閉作動をもたらす。顎部クロージャ伝達アセンブリの一部として、シャトル2046の並進を伝達してエンドエフェクタアセンブリ2010において顎部クロージャ運動を生成する顎部クロージャ伝達部材2038(顎部クロージャ伝達部材導管2039を介して経路付けされる)が存在する。この顎部クロージャ伝達部材2038は、シャトル2046の並進を捕捉し伝達するために、シャトルと結合する位置で方向1に沿って、より一般的にはその全長に沿って適切な剛性を有さなければならない。この顎部クロージャ伝達部材2038は、その重心軸を中心として回転したときにねじり剛性であってもなくてもよい可撓性(屈曲可能)ソリッドワイヤ(例えば、ピアノ線、ニチノール線)であってもよく、それは、屈曲および/またはねじりにおいて可撓性でなくてもよい中実ロッドであってもよく、それは、屈曲および/またはねじりにおいて可撓性である編組ケーブルアセンブリであってもよく、またはそれはこれらの属性の組み合わせを有する部材であってもよい。これらの伝達部材はすべて、それぞれの長さに沿って比較的高い軸方向剛性を提供する。
The Beta configuration tool apparatus shown in FIG. 23 includes a
また、ハンドル本体2026に対して軸1を中心としてダイヤル2024を回転させると、軸1を中心とするシャトル2046の回転をもたらす。この場合(図22Bのベータ構成と同様に)、ロール伝達アセンブリは、剛体(フレーム2032、ツールシャフト2011)と、入力および出力関節接合2040、2020とからなる。
Also, rotation of
この場合、顎部クロージャおよびロール伝達アセンブリは独立しており、したがって独立して分析、設計、および最適化することができる。例えば、顎部クロージャ伝達アセンブリに属する本体、接合、および機構は、ロール回転伝達に影響を与えることなく、機械的利点、力、使用材料、効率などについて独立して最適化することができる。同様に、ロール伝達アセンブリに属する本体、接合、および機構は、顎部クロージャ伝達に影響を与えることなく、ロールを効率的に伝達するように独立して最適化することができる。 In this case, the jaw closure and roll transfer assembly are independent and can therefore be analyzed, designed and optimized independently. For example, the bodies, joints, and mechanisms belonging to the jaw closure transmission assembly can be independently optimized for mechanical advantage, force, materials used, efficiency, etc. without affecting roll rotation transmission. Similarly, the bodies, joints and mechanisms belonging to the roll transmission assembly can be independently optimized to efficiently transmit roll without affecting jaw closure transmission.
制約マップAおよびBにマッピングするハンドルアセンブリの一部として、シャトル2046は、プッシュロッド(またはクロージャ本体)2044によってハンドルアセンブリ2022(図4Aおよび図4Bに400としても示す)の近位端に向かって引っ張られる。クロージャ入力2048は、プッシュロッド2044の剛性延長部であってもよく、その場合、クロージャ入力2048は、ハンドル本体2026に対して方向1に沿って並進してもよい。他の例では、クロージャ入力2048は、クロージャ入力機構を介してプッシュロッド2044に結合されてもよい。これらの例では、クロージャ入力2048のハンドル本体2026に対する運動は、ハンドル本体2026に対する方向1に沿ったプッシュロッド2044の並進をもたらす。これにより、運動顎部2012は、EEアセンブリ2010内の固定顎部2014に対して作動する。
As part of the handle assembly mapping to constraint maps A and B,
いくつかのツール装置の場合、運動顎部2012を固定顎部2014に対して作動させることは、2つの顎部間の高いクランプ荷重の要求に起因して、または顎部クロージャ伝達アセンブリ内の本体間の高い損失および/または抵抗に起因して、大量の力を必要とし得る。これは、プッシュロッド2044が方向1に沿ってシャトル2046を高い力で引っ張る必要があることを意味する。プッシュロッド2044とシャトル2046との間のインターフェースが(上述した様々な理由により)高負荷下にある間に、同時にシャトル2046をプッシュロッド2044に対して回転させることは、シャトル2046とプッシュロッド2044との間に明確に定義されて意図的な耐荷重インターフェースがない場合、高抵抗のために実行が困難であり、非効率的であることが判明する可能性がある。
For some tool devices, actuating the moving
図24A~図24Bに示す制約マップに従うハンドルアセンブリ2022の場合、シャトル2046とプッシュロッド2044との間には、高い軸方向荷重の存在下で2つの本体が相対回転するようにする明確に定義された軸受インターフェースが存在する。この明確に定義された荷重軸受インターフェースは、プッシュロッド2044に対するシャトル2046の回転、および最終的には運動顎部2012が固定顎部2014に対して作動したときのEEアセンブリ2010のロール回転に対する高い軸方向荷重の影響を緩和するのに役立つスラスト軸受、ローラ軸受、または潤滑滑り軸受(例えば、図3D、図3E、図3F)で構成することができる。したがって、顎部クロージャ伝達に影響を与えることなくロール伝達を効率的にするハンドルアセンブリ2022内の明確に定義された軸受インターフェースの存在は、効率的な器具/装置の機能的必要性である。
For a
図25Aは、図24Bの制約マップBに基づいてハンドルアセンブリ2022を組み込むツール装置構成マップ(すなわち、概略図)を示す。このツール装置構成マップは、図22Bに提示するツール装置のベータ構成と相関する。この構成では、2つの独立した伝達アセンブリ、すなわち顎部クロージャ伝達アセンブリおよびロール伝達アセンブリが存在する。ハンドル本体2026に対するクロージャ入力2048の作動は、クロージャ本体またはプッシュロッド2044の方向1に沿った並進をもたらす。シャトル2046は、プッシュロッド2044に対して方向1に沿った並進DoCを有するため、ハンドル本体に対するプッシュロッドの並進は、ハンドルに対する直接1に沿ったシャトル2046の並進をもたらす。図25A~図25Cの右下の凡例は、以下を示す。単線は、本体、構成要素、またはサブアセンブリの間に少なくとも1DoF(例えば、入力関節接合、出力関節接合など)を提供する接合または機構を表す。二重線は、1つの本体/構成要素/サブアセンブリから別の本体/構成要素/サブアセンブリに運動を伝達する伝達部材(例えば、ケーブル)を表す。三重線は、2つの本体/構成要素/サブアセンブリ間の剛性/直接結合、または2つの本体/構成要素/サブアセンブリ間に少なくとも1DoFを提供する接合/機構のいずれかであり得るインターフェースを表し、一点鎖線はサブアセンブリを表す。
FIG. 25A shows a tooling configuration map (ie, schematic) incorporating
図25Aを参照すると、顎部クロージャ伝達アセンブリの一部である近位本体は、シャトル2046に連結され、したがってシャトルと共に並進し、それによって、近位本体に取り付けられた、または結合された顎部クロージャ伝達部材2038に運動を伝達する。遠位端には、顎部クロージャ伝達部材2038がある。顎部クロージャ伝達部材は、その遠位端で遠位本体に結合され、遠位本体は、直接、または遠位本体の並進をEEフレーム2016(および固定顎部2014)に対するピボット軸4を中心とする運動顎部2012の回転に変換する機構を介してエンドエフェクタアセンブリ2010の運動顎部2012に結合されて、顎部クロージャ運動を生成する。近位本体、顎部クロージャ伝達部材、および様々な中間体(例えば、中間体1および中間体2)はすべて、顎部クロージャ伝達アセンブリの一部である。近位本体は、三本線で表されるように、剛性/直接結合を介して、または接合/機構を介してシャトルに結合されてもよい。同様に、遠位本体は、直接/剛性結合を介して、または接合/機構を介して運動顎部に結合されてもよい。図25Aは、「中間体1」および「中間体2」ならびにそれらの間の接合/機構を示し、顎部クロージャ伝達アセンブリ内に存在し得る多様なタイプの構成要素を示す。伝達アセンブリ内には、3つ以上の中間体、接合/機構、および伝達部材が存在してもよい。
Referring to FIG. 25A, the proximal body, which is part of the jaw closure transmission assembly, is coupled to the
図25Aに示す構成マップにマッピングするツール装置では、ハンドル本体2026に対するロール入力2050の回転によってEEロール運動が生成される。この構成マップは、図22Bに提示するツール装置のベータ構成と相関する。このベータ構成のためのハンドルアセンブリ2022からEEアセンブリ2010へのEEロール運動の伝達は、上述されている。入力端において、シャトル2046は、ダイヤル2024に対する軸1を中心とするロールDoCを有する。したがって、ユーザがダイヤル2024を回転させると、シャトル2046も回転する。プッシュロッド2044とシャトル2046との間には軸1を中心とするロールDoFも存在し、その結果、シャトル2046は、同様にハンドルアセンブリ2022内で(クロージャ入力2048において)生じる顎部クロージャ伝達の影響を受けることなく比較的自由に回転することができる。ハンドルアセンブリ2022内の個別の本体であるシャトル2046の存在は、顎部クロージャ伝達アセンブリとロール伝達アセンブリとの間の独立性を維持する。
25A, rotation of the
従来技術では、ハンドルアセンブリ2022内にシャトル2046がない図25Bに示す別のツール装置構成マップに従うツール装置が存在する。この構成マップは、図24Aまたは図24Bの制約マップに基づくハンドルアセンブリを組み込まない。シャトルを除いて、図25Bに示すハンドルアセンブリ2022内のすべての他の本体および関連する接合は、図24Bに示すハンドルアセンブリ制約マップに対応する。顎部クロージャ運動は、クロージャ入力2048の作動によってツール装置の近位端からEEアセンブリ2010に伝達され、ハンドル本体2026に対する方向1に沿ったプッシュロッド2044の並進をもたらす。クロージャ本体またはプッシュロッド2044は、近位本体を用いて顎部クロージャ伝達部材2038にさらに接続される。伝達部材のこの近位本体または近位端は、プッシュロッド2044に対する方向1に沿った並進DoCを有する。したがって、プッシュロッド2044の並進は、伝達部材の近位本体および/または近位端に伝達され、これらは両方とも顎部クロージャ伝達アセンブリ内に存在する。近位本体は、顎部クロージャ伝達部材2038の近位端に堅固に接続または結合される。あるいは、近位本体は、顎部クロージャ伝達部材2038の比較的剛性の端部近位端であってもよい。顎部クロージャ伝達アセンブリ内には、顎部クロージャ伝達部材2038の遠位端に堅固に結合された遠位本体、またはそれ自体が顎部クロージャ伝達部材2038の遠位端である遠位本体のいずれかが存在してもよい。さらに、図25Aの場合のように、この遠位本体は、直接、または顎部クロージャ伝達部材2038(したがって、遠位本体)の並進をEEフレーム/固定顎部に対する運動顎部2012の回転に変換する機構を介して、EEアセンブリ2010の運動顎部2012に結合されてもよい。この機構は、リンク機構、ラックアンドピニオンアセンブリ、プーリ、カム、ピンなどを含むことができる。
In the prior art, tool devices exist that follow another tool device configuration map shown in FIG. 25B without the
図25Bの特定のシナリオでは、顎部クロージャ伝達部材2038の遠位本体または遠位端は、軸2を中心とする運動顎部2012の回転が顎部クロージャ伝達部材2038の遠位本体または遠位端の回転をもたらすように、運動顎部2012に対する軸2を中心とするロールDoCを(例えば、キー機能またはピンを介して)有してもよい。EEロール運動は、ハンドル本体2026に対するロール入力2050(または直接的にダイヤル2024の)の回転によって生成される。この構成マップ(図25B)も、図22Bに提示するツール装置のベータ構成とも一致する。ハンドル本体2016(ハンドルアセンブリ2022のすべての部分)に対するロール入力2050(ダイヤル2024)のEEロール回転は、入力関節接合2040を介してツールフレーム2032およびシャフト2011に伝達され、さらに出力関節接合2020を介してEEアセンブリ2010に伝達されるが、このベータ構成については上述した。最終的に、EEアセンブリ2010のロール回転により、EEフレーム2016、固定顎部2014、および運動顎部2012も軸2を中心としてロール回転する。
In the particular scenario of FIG. 25B, the distal body or distal end of jaw
上述したように、軸2を中心とする運動顎部2012の回転はまた、軸2を中心とするロールDoCの存在により、遠位本体または顎部クロージャ伝達部材2038の遠位端の回転をもたらし得る。顎部クロージャ伝達部材2038は、この構成ではロール回転を伝達しないが、それにもかかわらず、その重心軸を中心とするEEロール運動により回転する。器具の遠位端で開始される顎部クロージャ伝達部材2038の回転は、理想的には、それが近位本体と接触する近位端で対応する一致する回転を有するべきである。遠位端の回転が近位端で一致する回転を有さない場合、それは、エネルギーの不必要な貯蔵および浪費、ならびに顎部クロージャ伝達部材2038のねじりによる停止などの他の機能性の問題につながる可能性があり、その結果、EEロール運動および顎部クロージャ運動に影響を及ぼす可能性がある。これは、図25Aの構成マップには存在するが図25Bには存在しない個別のシャトル構成要素の重要性を強調している。
As noted above, rotation of
図25Bのツール装置構成マップの場合、顎部クロージャ伝達部材2038(より一般的には、顎部クロージャ伝達アセンブリ)は、特定の設計特性を有さなければならない。それは、ロール回転を伝達しない場合であっても、軸方向に剛性であるとともに、その重心軸を中心としてねじり剛性でなければならない。それはまた、クロージャ本体またはプッシュロッド2044と接触する前に、シャフトに沿ったその長さ全体にわたって低摩擦または無摩擦インターフェースを有する必要がある。また、その近位端にロッド2044に対する軸1を中心とするロールDoFを有する必要がある。このロールDoF接合は、近位本体(または顎部クロージャ伝達部材2038の近位端)の回転を遠位本体(または顎部クロージャ伝達部材2038の遠位端)の回転と同じにするのに役立つ。
For the tool apparatus configuration map of FIG. 25B, the jaw closure transmission member 2038 (more generally the jaw closure transmission assembly) must have certain design characteristics. It must be axially stiff and torsionally stiff about its center of gravity axis, even if it does not transmit roll rotation. It should also have a low friction or frictionless interface along its entire length along the shaft before contacting the closure body or
したがって、(従来技術の場合のように)シャトル2046の欠如は、プッシュロッド2044に対して近位本体(または顎部クロージャ伝達部材2038の近位端)との間に室温で効率的なロールDoF接合がある場合、および、顎部クロージャ伝達部材2038(ならびに顎部クロージャ伝達アセンブリ)が、ねじりにおいて(すなわち、その重心軸またはロール回転軸を中心として)適切に剛性である場合にのみ許容される。これは、顎部クロージャ伝達部材が、その重心軸を中心としてねじれることなく、かつEEロール運動または顎部作動に影響を与えることなく自由に回転できることを保証する必要がある。シャトル2046および軸1を中心とするシャトル2046とダイヤル2024との間のロールDoCの存在は、効率的な解決策を提供し、上記の設計特性、すなわち顎部クロージャ伝達部材2038の高いねじり剛性および軸方向剛性の必要性を軽減する。これは、軸方向に剛性であるがねじり剛性でないケーブルが、ベータ構成のツール装置の顎部クロージャ伝達部材として使用できることを意味する。そのような顎部クロージャ伝達部材を使用する利点は、それが屈曲においても柔軟であることであり、これにより、出力関節接合2020において狭い屈曲半径および広い範囲の関節運動が可能になる。
Thus, the absence of shuttle 2046 (as in the prior art) provides an efficient roll DoF at room temperature between the proximal body (or the proximal end of jaw closure transmission member 2038) relative to
図25Aに示すツール装置構成マップとは対照的に、ハンドルアセンブリ2022がシャトル2046を含まない別の構成マップ(図25C)に基づくツール装置が存在する。図25Cでは、シャトルを除いて、ハンドルアセンブリ2022内のすべての他の本体および関連する接合は、図24Bに示す制約マップにマッピングされる。図25Cのこのツール装置構成は、図22Aに示すツール装置のアルファ構成と一致する。アルファ構成の説明で述べたように、2つの伝達インターフェースならびに関連する伝達アセンブリおよび伝達部材が存在することができ、1つは顎部クロージャ伝達用であり、1つはロール回転伝達用である。これらの2つの伝達インターフェースおよび関連する伝達部材は、個別であっても、組み合わされてもよい。言い換えると、同じ伝達部材が、ロール回転伝達部材と同様に顎部クロージャ伝達部材として機能することができる。この後者のケースを図25Cのツール装置構成マップに示す。ここで、「組み合わされたロール回転および顎部クロージャ伝達アセンブリ」の一部である近位本体は、「組み合わされたロール回転および顎部クロージャ伝達」部材の遠位端に堅固に接続/結合されている。ロール入力2050のロール回転は、ロール入力機構(後述)を介してダイヤル2024に伝達される。ロール回転は、ダイヤル2024からロールに、近位本体(または組み合わされたロール回転と顎部クロージャ伝達部材の近位端)に、ダイヤル2024に対する軸1を中心とするロールDoCおよび方向1に沿った並進DoFを提供する接合を介して伝達される。さらに、この近位本体(または組み合わされたロール回転と顎部クロージャ伝達部材の近位端)は、軸1に沿った並進DoCおよび軸1を中心とする回転DoFを提供する接合を介してクロージャ本体またはプッシュロッド2044に接続される。ロール回転および顎部クロージャ伝達アセンブリの一部である遠位本体(または組み合わされたロール回転および顎部クロージャ伝達部材の遠位端)は、接合/機構を介してEEアセンブリ2010(具体的には、EEフレーム2016および運動顎部2012)に結合する。この機構は、遠位本体のEEフレーム2016相対並進を可能にする(すなわち、軸2に沿ったDoF)が、両者の間のロールを制約し、したがって伝達する(すなわち、例えばキー機構を介した軸2を中心とするDoC)。この機構はまた、遠位本体(または組み合わされたロール回転と顎部クロージャ伝達部材の遠位端)を運動顎部2012に結合して、顎部クロージャ運動を生成するために、前者の並進を、EEフレーム/固定顎部に対するピボット軸4を中心とする後者(すなわち、運動顎部2012)の回転に変換する。この機構は、リンク機構、ラックアンドピニオンアセンブリ、プーリ、カム、ピン、ギヤ、ケーブルなどを含むことができる。
In contrast to the tool device configuration map shown in FIG. 25A, there is a tool device based on another configuration map (FIG. 25C) in which handle
この機能は、組み合わされたロールと顎部クロージャ伝達部材が特定の設計特性を有することを必要とし得る。この近位本体またはこの伝達部材の近位端は、クロージャ本体またはプッシュロッド2044に対して少なくとも1DoF(ロール回転)の接合を有するべきである。この接合は、スラスト軸受、潤滑滑り軸受などを使用して、近位本体(または伝達部材の近位端)とプッシュロッド2044との間の軸受インターフェースを介して達成することができる。この伝達部材はまた、ロール回転および顎部クロージャ作動の両方をそれぞれ伝達するために、その重心軸を中心としてねじり剛性であり、(引張および圧縮の両方の下で)軸方向剛性でもなければならない。ねじり剛性は、ロールを伝達するだけでなく、軸1を中心とする回転DoFおよび軸1に沿った並進DoCを提供すると考えられるプッシュロッド/クロージャ本体2024と近位本体(または伝達部材の近位端)との間の接合におけるいかなる摩擦も、特に顎部クロージャ作動力が伝達部材を介して加えられるときに伝達部材がねじれる(すなわち、ねじれて巻き取られる)ことがないように、高くなければならない。大きな軸方向およびねじり剛性のこれらの設計特性はまた、伝達部材の屈曲能力に影響を与え、それは、出力関節接合2020における広範囲の関節運動および狭い屈曲半径を提供するツール装置の能力を制限する。例えば、小径の編組ケーブル(屈曲性の点では理想的であるが)は、この伝達部材には理想的ではない。なぜなら、このようなケーブルは、その重心軸を中心としてねじり剛性でも、圧縮下で軸方向剛性でもないからである。より剛性の高い伝達部材(例えば、中実ワイヤ、モノフィラメント、または大径の厚い編組ケーブル)は、望ましい高い軸方向剛性(引張および圧縮時)およびねじり剛性を提供し、屈曲時にも剛性が高すぎるため、出力関節接合において大きな関節運動および小さい屈曲半径を達成することが困難になる。これは、個別のシャトル本体/構成要素を欠く図25Cのツール装置構成マップに基づく従来技術のツール装置の制限を示す。シャトルおよびそれに関連する明確に定義され適切に設計されたロール本体およびクロージャ本体に対するそれぞれの接合が存在しない場合、組み合わされた顎部クロージャ伝達部材は、高い軸方向およびねじり剛性の上記の要件を満たさなければならない。これらの要件は、この伝達部材の屈曲性に悪影響を及ぼし、それによって出力関節接合の関節範囲および狭い屈曲半径を制限する。
This function may require that the combined roll and jaw closure transmission member have certain design characteristics. The proximal body or the proximal end of the transmission member should have a joint to the closure body or push
この構成(図25C)では、プッシュロッド/クロージャ本体2044と近位本体(または伝達部材の近位端)との間の軸1を中心とするロールDoFを提供する明確に定義された軸受インターフェースは存在しない。このような明確かつ適切に設計された軸受インターフェースは、伝達部材に対する高い顎部クロージャ伝達荷重(例えば、軸方向の張力または力)の影響を分離する。しかしながら、この構成ではハンドルアセンブリ2022内にシャトル本体がないため、組み合わされたロールと顎部クロージャ伝達部材は、関節運動性能を制限する上述の設計特性(例えば、十分に高いねじり剛性)を必要とする。
In this configuration (FIG. 25C), a well-defined bearing interface that provides a roll DoF about
ハンドルアセンブリの実施形態-制約マップAおよびBへのマッピング
図26は、ハンドル本体2026と、クロージャ入力2048と、プッシュロッド2044と、ダイヤル2024と、シャトル2046とを含むハンドルアセンブリ2022の実施形態を表す。このハンドルアセンブリ2022は、図24A~図24Bに示す制約マップに従う実施形態である。ロール入力2050は、ダイヤル2024自体としてその最も単純な形態で表されている。ここで、ハンドル本体2026に対して軸1を中心としてダイヤル2024を回転させると、軸1を中心とするシャトル2046の回転をもたらす。ダイヤル2024とハンドル本体2026との間には、潤滑材料(例えば、デルリン、テフロン、PEEK、PTFE被覆アルミニウム)で作られた滑り軸受2052が存在する。シャトル2046とプッシュロッド2044との間には、スラスト軸受2054が存在する。ダイヤル2024とシャトル2046との間には、方向1付近にロールDoC接合が存在する。クロージャ入力2048の作動によりプッシュロッド2044が方向1に沿って並進する一方で、プッシュロッド2044がハンドル本体2026に対して方向1を中心とするロールDoC接合を有するように、クロージャ入力2048とプッシュロッド2044との間には、クロージャ入力機構2056が存在する。したがって、プッシュロッド2044とハンドル本体2026との間には、角柱状接合2058が存在する。このロールDoC接合が存在しない場合、プッシュロッド2044とシャトル2046との間のロール摩擦により、プッシュロッド2044は摩擦ロールトルクをクロージャ入力2048に伝達する。これは、クロージャ入力2048とハンドル本体2026との間のピボット接合に反力荷重を導入するために、クロージャ入力2048を作動させるための高い力要件をもたらし得る。プッシュロッド2044とシャトル2046との間のロール摩擦が低い場合、このロールDoCは必要ない場合がある。
Embodiment of Handle Assembly--Mapping to Constraint Maps A and B FIG. . This
図26に示す実施形態では、クロージャ入力機構2056は、ラックアンドピニオンギヤセット2060伝達アセンブリによって表されている。ここで、クロージャ入力2048は、ピニオンギヤが一体化されたハンドルレバーであり、プッシュロッド2044は、ラックギヤが一体化されている。クロージャ入力2048がハンドル本体2026に対してそのピボット軸を中心に回転すると、ラックは方向1に沿って前後に動くことができる。さらに、角柱状接合2062の存在は、ハンドル本体2026に対する方向1に沿った並進DoFを提供する。
26, the
図27は、ハンドル本体2026と、ダイヤル2024と、プッシュロッド2044と、クロージャ入力2048と、シャトル2046とを含むハンドルアセンブリ2022の別の実施形態を表す。このハンドルアセンブリ2022は、図24A~図24Bに示す制約マップに従う実施形態である。ロール入力2050は、ダイヤル2024自体としてその最も単純な形態で表されている。ここで、ハンドル本体2026に対して軸1を中心としてダイヤル2024を回転させると、軸1を中心とするシャトル2046の回転をもたらす。ダイヤル2024とハンドル本体2026との間には、潤滑材料(例えば、デルリン、テフロン、PEEK、PTFE被覆アルミニウム)で作られた滑り軸受2064が存在する。シャトル2046とプッシュロッド2044との間には、スラスト軸受2066が存在する。ダイヤル2024がロール入力2050として機能するので、ダイヤル2024とシャトル2046との間には軸1を中心とするロールDoC接合が存在する。プッシュロッド2044が方向1に沿って並進する一方で、プッシュロッド2044がハンドル本体2026に対して方向1を中心とするロールDoC接合を有するように、クロージャ入力2048とプッシュロッド2044との間には、クロージャ入力機構2056が存在する。したがって、プッシュロッド2044とハンドル本体2026との間には、角柱状接合2068が存在する。クロージャ入力機構2056は、クロージャ入力2048とプッシュロッド2044との間に存在するねじ機構2070からなる。
FIG. 27 depicts another embodiment of
図27に示す実施形態では、クロージャ入力2048はねじとして作用し、プッシュロッド2044はこのねじ機構2070の一部としてナットとして作用する。クロージャ入力2048は、ハンドル本体2026に対する方向1に沿った並進DoC接合およびハンドル本体2026に対する軸1を中心とする回転DoFを有する。ねじのねじ山(ここでは、クロージャ入力2048)をナット(プッシュロッド2044)と嵌合させる。プッシュロッド2044は、ハンドル本体2026に対する方向1に沿った並進DoFおよびハンドル本体2026に対する軸1を中心とする回転DoCを有する。したがって、ねじの回転はプッシュロッド2044の並進をもたらす。このクロージャ入力2048(ねじ)は、ねじの近位端を回すことによってまたはアクチュエータ(例えば、ステッパまたはサーボモータ)を介してユーザによって操作され得る。また、ここに示すねじは、このハンドルアセンブリ2022が組み込まれる用途の他の要件に応じて、リードねじまたはボールねじであってもよい。図27は、クロージャ入力2048とハンドル本体2026との間の遠位側の軸受を示しているが、クロージャ入力2048とハンドル本体2026との間の軸受インターフェースが近位側に必要とされ得る用途が存在し得る。同様に、シャトル2046とプッシュロッド2044との間の近位側の軸受が示されているが、クロージャ入力2048とハンドル本体2026との間の軸受インターフェースが遠位側に必要とされ得る用途が存在し得る。
In the embodiment shown in FIG. 27,
図28Aは、ハンドル本体2026と、プッシュロッド2044と、クロージャ入力2048と、ダイヤル2024と、シャトル2046とを含むハンドルアセンブリ2022を表す。このハンドルアセンブリ2022は、図24A~図24Bに示す制約マップに従う実施形態である。ロール入力2050は、ダイヤル2024自体としてその最も単純な形態で表されている。ここで、ハンドル本体2026に対して軸1’を中心としてダイヤル2024を回転させると、軸1’を中心とするシャトル2046の回転をもたらす。ダイヤル2024とハンドル本体2026との間には、潤滑材料(例えば、デルリン、テフロン、PEEK、PTFE被覆アルミニウム)から作られた滑り軸受(例えば、ブッシング)またはボール軸受が存在する。シャトル2046とプッシュロッド2044との間には、スラスト軸受2072が存在する。シャトル2046はまた、ダイヤル2024に対して方向1’に沿って並進し、したがってダイヤル2024に対して角柱状接合2074を有する。ダイヤル2024がロール入力2050として機能するので、ダイヤル2024とシャトル2046との間にはロールDoC接合が存在する。クロージャ入力2048とプッシュロッド2044との間にはクロージャ入力機構2056が存在し、それにより、方向1と同じではない経路に沿ってプッシュロッド2044が並進する。また、プッシュロッド2044は、ハンドル本体2026に対して軸1を中心とするロールDoC接合を有する。
FIG. 28A depicts
図28Aに示す実施形態では、このクロージャ入力機構2056は、特定の角度θ(ここでは90度)に沿って屈曲し、その重心軸方向に沿って並進することができる可撓性部材2076(例えば、可撓性ワイヤ)を備える。この軸は軸1’として定義される。したがって、この可撓性ワイヤは、ハンドル本体2026に対して軸1’方向に沿った並進DoFを有し、ワイヤの周り全体に存在するハンドル本体2026の特徴部を案内することによって、この軸方向に沿って動くように制限される。ワイヤの可撓性は屈曲する能力を提供するが、ワイヤは、クロージャ入力2048からプッシュロッド2044に運動を伝達するように、その重心軸に沿って剛性である必要がある。このワイヤは、ニチノールワイヤ、ばね鋼のような剛性部材およびエラストマー樹脂を含むポリマー複合材料などであってもよい。
In the embodiment shown in FIG. 28A, this
このクロージャ入力機構2056は、可撓性であるがその重心軸に沿って剛性である可撓性ワイヤを備えてもよく、または図28Bに示すように、軸1’’を中心とする単一のDoFピボット接合の直列チェーンであってもよく、軸1’’は軸1および軸1’の両方に垂直である。このようなピボット接合を有するピボットチェーン2078を示す実施形態を図28Bに示す。図28Cは、クロージャ入力機構2056がハンドル本体2026内に存在するスロット特徴部によって案内されるピボット接合の直列チェーン2078からなるピボットチェーン2078の使用を示す。それらの両端において、可撓性ワイヤまたは接合の直列チェーンは、クロージャ入力2048およびプッシュロッド2044にそれぞれ堅固に接続されてもよい。
This
図29A~図29Bは、ハンドル本体2026と、プッシュロッド2044と、ダイヤル2024と、ロール入力2050と、シャトル2046とを含むハンドルアセンブリ2022を表す。ハンドルアセンブリ2022は、図24A~図24Bに示す制約マップに従う実施形態である。ダイヤル2024とハンドル本体2026との間には、ボール軸受2080が存在する。シャトル2046とプッシュロッド2044との間には、スラスト軸受2082が存在する。ロール入力伝達を介してダイヤル2024と接触する個別の構成要素であるロール入力2050が存在する。ハンドル本体2026に対して軸1に垂直な軸1’を中心とするロール入力2050の回転は、べべルギヤアセンブリ2084を介してダイヤル2024に伝達される。ロール入力2050およびダイヤル2024は、軸1’を中心とするロール入力2050の回転がハンドル本体2026に対する軸1を中心とするダイヤル2024の回転に伝達されるように、ベベルギヤセットとして機能する。ここで、これらのギヤは、ロール入力2050の回転をダイヤル2024に、ロール入力2050の各軸とダイヤル2024(軸1)との間で90°の角度で伝達する。これらのギヤは、軸1と軸1’との間の他の角度で接触するように設計されてもよい。ダイヤル2024のこの回転は、軸1を中心とするシャトル2046の回転をもたらす。シャトル2046はまた、ダイヤル2024に対して方向1’に沿って並進する。クロージャ入力2048は、その最も単純な形態のプッシュロッド2044の形態で存在する。プッシュロッド2044とハンドル本体2026との間には、方向1に沿って並進DoFが存在する。図29は、プッシュロッド2044とハンドル本体2026との間の遠位側の軸受を示しているが、クロージャ入力2048とハンドル本体2026との間の軸受インターフェースが遠位側に要求され得る用途が存在し得る。
29A-29B depict
図30A~図30B(それぞれ正面図および等角図)は、ハンドル本体2026と、プッシュロッド2044と、ダイヤル2024と、シャトル2046とを含むハンドルアセンブリ2022を表す。このハンドルアセンブリ2022は、図24Aに示す制約マップに従う実施形態である。ここで、ハンドル本体2026に対して軸1’を中心としてダイヤル2024を回転させると、軸1’を中心とするシャトル2046の回転をもたらす。ロール入力2050は、ダイヤル2024自体としてその最も単純な形態で表されている。ダイヤル2024がロール入力2050として機能するので、ダイヤル2024とシャトル2046との間にはロールDoC接合が存在する。この図は、クロージャ入力2048およびクロージャ入力機構2056を示さない。この実施形態は、シャトル2046の方向1に沿った並進を可能にするコンプライアント機構2086であるダイヤル-シャトルインターフェースを表す。また、ハンドル本体-プッシュロッドインターフェースは、プッシュロッド2044はハンドル本体2026に対して軸1を中心とする回転DoC接合を有するが、プッシュロッド2044が方向1に沿って並進することを可能にするコンプライアント機構2088からなる。このコンプライアント機構(2086、2088)は、ハンドル本体2026とプッシュロッド2044との間、ならびにダイヤル-シャトル間を半径方向に接続する2つの平行なビームからなることができる。また、プッシュロッド2044とシャトル2046との間には、軸1を中心とするロールDoFと、方向1に沿った並進DoCとが存在する。
30A-30B (front and isometric views, respectively) depict
図30C、図30Dおよび図30Eは、方向1に沿って1DoF並進を提供する屈曲またはコンプライアント軸受の実施形態を示す。このような屈曲軸受は、ダイヤル2024とシャトル2046との間、および/またはハンドル本体2026とプッシュロッド2044との間のインターフェースとして使用されてもよい。図30Cは、線形1DoF線形屈曲軸受2090を示す。図30Dは、直交平面ばね2092を示す。内側リングが軸1に沿って押されると、直交平面ばね2092は、外側リングに対する内側リングの直線運動を助ける。ここで、外側リングはダイヤル2024と一体化することができ、内側リングはシャトル2046に接続することができる。同様に、外側リングはハンドル本体2026と一体であってもよく、一方、内側リングはプッシュロッド2044に構造的に接続されてもよい。
30C, 30D and 30E show embodiments of flexure or compliant bearings that provide 1 DoF translation along direction one. Such flexion bearings may be used as an interface between
ハンドルアセンブリ制約マップC
図31Aは、クロージャ本体2044と、ハンドル本体2026と、ロール入力2050と、シャトル2046とを含む4体システムを示す制約マップを表す。クロージャ本体2044とハンドル本体2026との間には、少なくとも1DoF接合または機構が存在する。ロール入力2050とハンドル本体2026との間には、軸1を中心とする回転と、方向1に沿った1つの並進DoCとを提供する1DoF回転接合が存在する。シャトル2046とロール入力2050との間には、方向1に沿った1DoF並進接合と、軸1を中心とする回転を制約する1つの回転DoC接合も存在する。したがって、クロージャ本体2044とハンドル本体2026との間に存在する1DoF接合/機構の出力は、シャトル2046のロール入力2050に対する1DoF並進に伝達される。この伝達は、伝達部材を介して、またはシャトル2046とクロージャ本体2044との間に存在し得る1つ以上のDoF接合によって行うことができる。このハンドルアセンブリ2022は、その遠位端(図23に示すように)にEEアセンブリ2010を有する細長いツールシャフト2011からなる装置/器具の一部であってもよい。細長いツールシャフト2011は、ハンドルアセンブリ2022の遠位にあってもよい。EEアセンブリ2010は、前述したように、運動顎部2012および固定顎部2014から構成されてもよい。シャトル2046のロール入力2050に対する方向1に沿った並進は、固定顎部2014に対する運動顎部2012の相対運動をもたらすことができる。また、ロール入力2050の回転は、そのロール軸を中心とするEEアセンブリ2010の回転をもたらし得る。
Handle assembly constraint map C
FIG. 31A represents a constraint map showing a four-body system including
図31Bは、クロージャ本体2044と、ハンドル本体2026と、ロール本体2024と、シャトル2046と、クロージャ入力2048と、ロール入力2050とを含む6体システムを示す拡張制約マップを表す。クロージャ本体2044とハンドル本体2026との間には、少なくとも1DoF接合または機構が存在する。この制約マップC’は、図31Aに示す制約マップCを拡張したものである。クロージャ入力2048とクロージャ本体2044との間には、クロージャ入力2048を介して並進入力を伝達できるようにクロージャ入力機構2056が存在する。同様にロール入力2050とロール本体2024との間には、ロール入力2050を介して回転入力を伝達できるようにロール入力機構2094が存在する。これらの2つの機構は各々、クロージャ入力2048とクロージャ本体2044との間、およびロール入力2050とロール本体2024との間にDoCを提供することによって運動を伝達するのを助ける。以下のセクションに示す実施形態は、制約マップCにマッピングする。制約マップBは制約マップAの拡張であり、同様に制約マップC’は制約マップCの拡張である。
FIG. 31B represents an expanded constraint map showing a six-body system including
ハンドルアセンブリの実施形態-制約マップCへのマッピング
図32A~図32Bは、ハンドル本体2026と、クロージャ本体2044と、ロール入力2050と、およびシャトル2046とを含むハンドルアセンブリ2022を表す。本実施形態は、図31に示す制約マップにマッピングされる。ここで、ロール入力2050は、その最も単純な形態で存在するため、ロール入力2050と呼ぶことができる。ハンドル本体2026に対する軸1を中心とするロール入力2050の回転は、軸1を中心とするシャトル2046の回転をもたらす。また、シャトル2046は、ロール入力2050に対して方向1に沿って並進することができる。したがって、シャトル2046は、ロール入力2050に対して角柱状接合2096を有する。シャトル2046は、クロージャ本体2044と接触するボール/楕円形の端部を有するように、近位端に向かって延在する細長い部材である。クロージャ本体2044は、ハンドル本体2026に対して1DoF回転接合を有するレベルとして示されている。ユーザは、ピボット軸を中心とするその他端の回転をもたらすピボットの一端へのこの入力をトリガする。この他端はシャトル2046と接触する。したがって、シャトル2046のボール端部は、クロージャ本体2044と接触する。クロージャ本体2044は、シャトル2046のボール端部を引っ張ることによってシャトル2046を引っ張ることができる2つのプロングまたはウィッシュボーン状またはスロット特徴部を有する。クロージャ本体2044上のこの特徴部は、シャトルの近位端を引っ張るおよび/またはシャトル2046の近位端を押すための特徴部を有してもよい。
Handle Assembly Embodiment--Mapping to Constraint Map C FIGS. This embodiment is mapped to the constraint map shown in FIG. Here, roll
クロージャ本体2044がピボットを中心として回転すると、その二股の端部がピボット接合軸を中心として回転する。この端部は、シャトルの近位端を方向1に沿って並進させる。シャトル2046の近位端の並進は、ロール入力2050と接触するシャトル2046の遠位端の並進をもたらす。したがって、シャトル2046とクロージャ本体2044との間のインターフェースは、ロール入力2050に対する方向1に沿った並進を生成するために、クロージャ本体2044(レバー)がそのピボット軸を中心として回転すると、シャトル2046の近位端がクロージャ本体2044に対して並進するようなものである。図32Aおよび図32Bは、シャトル2046のボール/楕円端部を表す。この端部は、方向1に沿ったシャトル2046の並進運動を生成するために、円錐形またはアンカー状、またはクロージャ本体2044と接触することができる任意の他の特徴部であってもよい。また、この並進は、近位端に向かって、および/または遠位端に向かってもよい。
As the
図33は、ハンドル本体2026と、ロール入力2050と、クロージャ本体2044と、シャトル2046とを含むハンドルアセンブリ2022を表す。本実施形態は、図31に示す制約マップにマッピングされる。ここで、ロール入力2050は、その最も単純な形態で存在するため、ロール入力2050と呼ぶことができる。ハンドル本体2026に対する軸1を中心とするロール入力2050の回転は、軸1を中心とするシャトル2046の回転をもたらす。また、シャトル2046は、ロール入力2050に対して方向1に沿って並進することができる。したがって、シャトル2046は、ロール入力2050に対して角柱状接合2098を有する。クロージャ本体2044とハンドル本体2026との間には、ねじ機構3010が存在する。クロージャ本体2044はねじとして作用し、ハンドル本体2026はナットのように作用する。ハンドル本体2026は、クロージャ本体2044(ねじ)がユーザによって作動される間、ユーザによって静止状態に保持される。したがって、クロージャ本体2044はハンドル本体2026に対して軸1を中心として回転し、方向1に沿って並進することによって移動する。ここで、ハンドル本体2026は、局所的な地面として作用する。クロージャ本体2044の遠位端には、シャトル2046が軸1を中心としてクロージャ本体2044に対して回転できるように、クロージャ本体2044とシャトル2046との間にボール接合が存在する。また、このボール接合の存在のために、ハンドル本体2026に対するクロージャ本体2044(ねじ)の遠位端の回転は、シャトル2046に回転を伝達しない。クロージャ本体2044の遠位端の並進は、シャトル2046への並進の伝達をもたらす。したがって、シャトル2046は、ロール入力2050に対して方向1に沿って並進する。ここで、ねじの作動は、ユーザが手動で、または機械的アクチュエータを使用して、または電気機械的アクチュエータ(例えば、リニアモータ)を介して、クロージャ本体2044の近位端を回転させることによって行うことができる。
FIG. 33 depicts
図34Aは、クラッチアセンブリの一部として自動車用途に一般的に使用されるダイヤフラムばね3012を表す。ダイヤフラムばね3012は、予め曲げられ、一方向に向けて付勢されている。ばね3012が反対方向に撓むと、ばねはその予め曲げられた構成に戻る傾向がある。
FIG. 34A represents a
図34Bおよび図34C(同じアセンブリの異なる図)は、ハンドル本体2026と、クロージャ本体2044と、ロール本体2024と、シャトル2046とを含むハンドルアセンブリ2022を表す。本実施形態は、図31に示す制約マップにマッピングされる。ここで、ロール本体2024は、その最も単純な形態で存在するため、ロール入力2050と呼ぶことができる。ハンドル本体2026に対する軸1を中心とするロール入力2050の回転は、軸1を中心とするシャトル2046の回転をもたらす。また、シャトル2046は、ロール入力2050に対して方向1に沿って並進することができる。したがって、シャトル2046は、ロール入力3050に対して角柱状接合3014を有する。ダイヤフラムばね3012と接触するクロージャ本体2044が存在する。このばね3012は、図34Aに示すように、ロール入力2050に対する方向1に沿ったシャトル2046の並進運動を生成するようにシャトル2046と接触するように意図されている。したがって、クロージャ本体2044は、(図31に示す制約マップCで述べたように)ハンドル本体2026に対して1DoFを生成する。ばね3012は、ハンドル本体2026に対して制約され、内側オリフィスを有する外側リングからなる。外側リングと内側オリフィスとの間には、内側オリフィスの変位を生じさせるために偏向することができるコンプライアントな半径方向ビームが存在する。クロージャ本体2044は、ユーザが上述の半径方向ビームを作動させて偏向させることができる細長い部材(図34B~図34Cに示すクロージャ入力2048)を有することができる。
34B and 34C (different views of the same assembly) depict
シャトル2046は、角柱状接合3014を介してロール入力2050と嵌合する特徴部の近位で伸長する細長い部材である。シャトル2046の近位端は、ダイヤフラムばね3012の内側オリフィスに制約され得るボール端部または楕円端部または同様の特徴部であってもよい。シャトル2046がこのオリフィスに嵌合されると、ハンドル本体2026に対するダイヤフラムばね3012の撓みは、シャトル2046の近位端を引っ張ることによってシャトル2046を並進させる。ばね3012のこの撓みは、内側オリフィスの周りを引っ張るケーブルを介して、またはハンドルアセンブリ2022の外部に延在する図34A~図34Bに示すような細長い剛性部材を介して起こり得る。
上述したように、ばね3012の撓みは、ケーブルの引っ張り、またはダイヤフラムばね3012の剛性延長部を介して実行することができる。ケーブルが使用される場合、ケーブルは、ハンドルアセンブリ2022に対して方向1に沿って制約されてもよい。ここで言及されるケーブルは、クロージャ入力機構2056を構成する。このクロージャ入力機構2056はまた、編組ケーブルまたはニチノールワイヤまたはリンク機構または他の同様の伝達手段からなってもよい。ロール入力2050が回転すると、シャトル2046のボール端部は、ダイヤフラムばね3012に対して軸1を中心として回転する。このボールの摺動は、クロージャ本体2044に対するスラスト軸受またはボール軸受インターフェースの存在を必要とする場合がある。あるいは、ボールは、クロージャ本体2044とのこの接触での摩擦によるロールへの衝撃を防止するために、滑らかな材料(例えば、POM/アセタール、PEEK、PTFEなど)で作られてもよい。
As noted above, deflection of the
ハンドルアセンブリの実施形態-離散的なダイヤル回転(回転抵抗力部材)
図35A~図35Cは、図24A、図24Bまたは図31に示す制約マップのいずれかにマッピングされるハンドルアセンブリ2022の一部であり得るロール入力2050およびシャトル2046の構成を表す。ここで、ロール入力2050は、その最も単純な形態で存在するため、ダイヤル2024と呼ぶことができる。ハンドル本体2026に対して軸1を中心としてダイヤル2024を回転させると、軸1を中心とするシャトル2046の回転をもたらす。また、シャトル2046は、ダイヤル2024に対して方向1に沿って並進することができる。したがって、シャトル2046は、ダイヤル2024に対して角柱状接合を有する。
Embodiment of Handle Assembly - Discrete Dial Rotation (Rotation Resisting Force Member)
35A-35C represent configurations of
この実施形態では、ダイヤル2024とシャトル2046のインターフェースは、2つの一方向ラチェットを形成する。ラチェットが存在することの1つの利点は、ダイヤル2024が軸1を中心として時計回り(CW)または反時計回り(CCW)に回転されている間に、離散的な運動フィードバックを提供することである。図35Aは、ダイヤル2024の軸1を中心とするCCW回転がダイヤル2024とシャトル2046との間の相対運動を生成する構成を示す。ダイヤル2024とシャトル2046との間にはコンプライアントなクラッチ機構が存在し、ダイヤル2024がCCW回転すると、歯止めとして機能するダイヤル2024のコンプライアントな部分が撓み、シャトル2046上に存在する角度のついた歯の輪郭をスキップする。一方、ダイヤル2024がCW回転すると、シャトル2046は軸1を中心とするそれ自体の回転と共に回転する。この実施形態は、図35Aに示されており、反時計回りラチェットと呼ばれる。
In this embodiment, the
図35Bは、ダイヤル2024の軸1を中心とするCW回転がダイヤル2024とシャトル2046との間の相対運動を生成する構成を示す。ダイヤル2024とシャトル2046との間にはコンプライアントなクラッチ機構が存在し、ダイヤル2024がCW回転すると、歯止めとして機能するダイヤル2024のコンプライアントな部分が撓み、シャトル2046上に存在する角度のついた歯の輪郭をスキップする。一方、ダイヤル2024がCCW回転すると、シャトル2046は軸1を中心とするそれ自体の回転と共に回転する。この実施形態は、図35Bに示されており、時計回りラチェットと呼ばれる。
FIG. 35B shows a configuration where CW rotation of
図35Cは、図35Aおよび図35Bに示すクラッチ機構を単一のアセンブリの一部として示す実施形態を示し、図35Aのシャトル2046が共通のシャフトおよび共通の軸(軸1)を使用して図35Bのシャトル2046に結合されている。また、図35Aのダイヤル2024は、図35Bのダイヤル2024に結合され、これらは、軸1に沿って軸方向に間隔を空けつつ融合される。図35Cは、ダイヤル2024の軸1を中心とするCCW回転が、セクション1においてダイヤル2024とシャトル2046との間の相対運動を生成し、ダイヤル2024の軸1を中心とするCW回転が、セクション2においてダイヤル2024とシャトル2046との間の相対運動を生成する、ダイヤル-シャトルインターフェースの構成を示す。したがって、軸1を中心とするダイヤル2024のCCW回転中、離散的な回転フィードバックは、セクション1に存在するラチェットシステムを介して達成され、軸1を中心とするダイヤル2024のCW回転中、離散的な回転フィードバックは、セクション2に存在するラチェットシステムを介して達成される。このようにして、ユーザは、ダイヤル2024を回転させながら、触覚、および/または音声、および/または視覚フィードバックを受け取ることができる。また、ダイヤル2024が高回転/分(rpm)で回転すると、ラチェットがないダイヤル-シャトル構成と比較して、比較的迅速に停止するようになる。
Figure 35C shows an embodiment showing the clutch mechanism shown in Figures 35A and 35B as part of a single assembly, wherein the
図36A~図36Cは、図24A~図24Bまたは図31に示す制約マップにマッピングされ得るハンドルアセンブリ2022の一部であり得るハンドル本体2026およびダイヤル2024を示す。ここで、ロール入力2050は、その最も単純な形態で存在するため、ダイヤル2024と呼ぶことができる。ハンドル本体2026に対してダイヤル2024を回転させることは、ダイヤル2024の角度方向をハンドル本体2026に対してロックレバー3016を介してロックできるように制御できる。
36A-36C
この実施形態では、位置ロックレバー3016は、ダイヤル2024上で枢動されるクラスIレバーである。これらのレバー3016は、単数または複数(例えば、ユーザの人差し指、中指、および/または親指によって操作され得る120度(120°)のオフセットに配置された3つのロックレバー)であってもよい。これらのレバー3016はまた、常にロック状態に向かって付勢されるように、ばね式(例えば、各ロックレバーの回転ピボットのねじりばねを介する)であってもよい。各レバー3016は、ハンドル本体2026にある多くのスロットのうちの1つに位置するペグを有することができる。
In this embodiment,
図36Dは、ロックレバー3016と、ロックレバーと接触するハンドル本体2026の特徴部との分離された断面を示す。これらのレバーは、押されると、ダイヤル2024が軸1を中心として回転するときにロックレバーが回転できるように、ハンドル本体2026の上方に上昇する。ユーザがこれらのレバーを解放すると、レバーはハンドル本体2026のそれぞれのスロットに着座し、ハンドル本体2026に対する軸1を中心とするダイヤル2024の回転をロックする。この機構は、ハンドル本体2026に対する軸1を中心とするダイヤル2024の離散的な回転を提供し、ピッチは、ロックレバーと接触するハンドル本体2026のスロットのピッチに依存する。
FIG. 36D shows an isolated cross-section of the
図37Aは、ハンドル本体2026に対する軸1を中心とするダイヤル2024の回転が本質的に二重であるような、ハンドル本体2026とダイヤル2024との間のインターフェースを示す双安定回転機構の実施形態(ハンドルアセンブリの一部であってもよい)を表す。これらの本体は、図24A~図24Bまたは図31に示す制約マップにマッピングされ得るハンドルアセンブリ2202の一部であってもよい。ダイヤル2024は離散的な角度だけCW回転させることができ、ダイヤル2024はCCWを離散的な角度だけCCW回転させることができる。これは、ダイヤル2024とハンドル本体2026との間に存在する、図37Bに単独で示されている双安定コンプライアント機構3018の存在に起因して可能である。双安定コンプライアント機構3018は、一端でハンドル本体に接続され、他端でダイヤルに接続された平行ビームの複数のインスタンスを備え、その後、一端でダイヤルに、他端でハンドル本体に取り付けられた平行ビームの追加の複数のインスタンスを備える。これにより、ハンドル本体とダイヤルとの間に対向する平行ビームのセットの複数のインスタンスが形成される。
FIG. 37A illustrates an embodiment of a bistable rotation mechanism showing the interface between the
図37Aにおいて、所定の構成(双安定コンプライアント機構3018についての図37Bに示す安定状態1)からダイヤル2024をCCW回転させると、ダイヤル2024がある程度回転する。双安定コンプライアント機構3018は、それの他の固有の安定状態を見つけると、ダイヤル2024の回転を停止する。これにより、双安定コンプライアント機構3018の各々は、図37Bにも示す安定状態2になる。同様に、ダイヤル2024を新しい構成からCW回転させると、双安定コンプライアント機構3018は元の安定構成、すなわち安定状態1に戻る。ダイヤル2024とハンドル本体2026との間に、そのような双安定コンプライアント機構3018が1つ以上存在してもよい。また、ハンドル本体2026に対する軸1を中心とするダイヤル2024のいずれかの側における回転量は、双安定コンプライアント機構3018の一部である平行ビームの長さに依存し得る。
37A, CCW rotation of
図38Aは、ハンドル本体2026とダイヤル2024とからなる実施形態を示す。この実施形態は、図24A~図24Bまたは図31に示す制約マップにマッピングされるハンドルアセンブリ2202に組み込まれてもよい。この実施形態では、フレーム3022に収容された戻り止めばね3020が存在する。この戻り止めばね3020は、ダイヤル2024の周囲に特定のピッチで配置されたダイヤル2024上の戻り特徴部に着座する。戻り止めばね3020のためのフレーム3022は、レール上に配置されてもよく、それにより、レールは、ハンドル本体2026に対して方向1に沿って回転することができる。フレーム3022は、ユーザがハンドル本体2026に対するダイヤル2024の回転を離散状態または連続状態の間で切り替えることによって、ハンドル本体2026に対して動くことができる。
FIG. 38A shows an embodiment consisting of a
離散状態では、ダイヤル2024上の戻り止め特徴部のピッチに基づいて離散的に回転するように、ダイヤル2024はハンドル本体2026に対して回転可能である。連続状態では、ダイヤル2024はハンドル本体2026に対して自由に回転することができる。フレーム3022はまた、プッシュ-プッシュボタン3024を使用して離散または連続状態のハンドルアセンブリ2022に対してロックされ得る。プッシュ-プッシュボタン3024は、方向1に沿ってハンドル本体2026に向かうフレーム3022の運動を呼び出し、ボタンを押してフレーム3022を連続的なダイヤル2024の回転状態にロックする。これを離散的な回転状態にリセットするためには、方向1に沿ってハンドル本体2026に向かってもう1回押す必要があり得る。プッシュ-プッシュボタン3024の代わりに、2つの状態を作り出す双安定ばね、または多くのボールペンなどで使用されるプッシュ-プッシュボタン機構などの他の機構があってもよい。
In the discrete state, dial 2024 is rotatable relative to handle
図38Bは、図38Aに示すものと同様の実施形態の一例を示す。ここで、コンピュータマウスの構成要素は、ハンドル本体2026、ダイヤル2024、および離散的および連続的なダイヤル2024の回転状態間のトグルを助けるスイッチと考えることができる。ボタンを押すと、歯止めまたはギヤがダイヤル2024の外面に接触する。ダイヤル2024の外面は、スロットまたはセレーションまたはギヤ歯特徴部を有する。このようにして、ハンドル本体2026に対する軸1を中心とするダイヤル2024の回転は、(ダイヤル2024のセレーション/スロットのピッチに応じて)各特定の角度回転で触覚フィードバックを提供する。
Figure 38B shows an example of an embodiment similar to that shown in Figure 38A. Here, the computer mouse components can be thought of as a
ハンドルアセンブリ制約マップD
図39は、ハンドル本体2026と「3DOF接合」との間のDoFおよびDoCを表す制約マップを示す。この「アートロール入力」は、既存の機能、すなわちエンドエフェクタの回転をもたらすロール入力2050の回転および固定顎部2014に対する運動顎部2012の閉鎖をもたらすクロージャ入力2048の作動と共に、関節入力接合を含むハンドルアセンブリ2022を生成するために、図24A~図24Bまたは図31に示す制約マップ内のロール入力2050および/またはダイヤル2024に取って代わることができる。ここで、「アートロール入力」は、「ロール入力」(前述)および「関節ダイヤル」の2つの構成要素を含むアセンブリとして説明することができる。関節ダイヤルは、それぞれピッチ軸およびヨー軸を中心とする回転によってピッチ運動およびヨー運動を生成するロール入力2050またはハンドル本体2026のいずれかに対する2DoF接合を有する。この2DoF接合/機構は、関節入力機構と呼ばれる。
Handle assembly constraint map D
FIG. 39 shows a constraint map representing the DoF and DoC between the
このハンドルアセンブリ2022は、細長いツールシャフト2011と、ツールシャフト2011の遠位端にあるEEアセンブリ2010とを含む装置の一部であってもよい。ツールシャフト2011とEEアセンブリ2010との間には、関節出力接合2020が存在してもよい。関節入力機構は、ピッチ回転およびヨー回転を入力として受け取り、エンドエフェクタのピッチ運動出力運動およびヨー運動出力運動をそれぞれ生成する、ツールシャフト2011とEEアセンブリ2010との間に存在する出力関節接合2020に伝達することができる直列または並列運動機構であってもよい。
This
ハンドルアセンブリの実施形態-制約マップDへのマッピング
図40~図42は、ハンドルアセンブリ2022、特にハンドル本体2026およびアートロール入力の構成要素のみを示す。これらの図のいくつかはまた、回転を生成するためにロール入力2050とEEアセンブリ2010との間でロール運動を伝達するロール伝達部材3026を含むことができる。これらの図のいくつかはまた、関節入力機構から関節出力機構に関節運動(ピッチ運動およびヨー運動)を伝達する関節伝達部材を含むことができる。また、「ロール入力」は、これらの実施形態ではダイヤル2024として最も単純な形態で存在する。「ロール入力」、「ダイヤル」、および「ロールダイヤル」という用語は、説明において交換可能に使用され得る。
Handle Assembly Embodiment—Mapping to Constraint Map D FIGS. 40-42 show only the components of the
図40において、関節ダイヤル3028とハンドル本体2026との間には、2DoFのピッチ回転接合およびヨー回転接合が存在する。また、ロールダイヤル2024と関節ダイヤル3028との間には、1DoFの回転接合3030が存在する。ピッチ運動およびヨー運動をそれぞれ捕捉するように関節ダイヤル3028に堅固に取り付けられたピッチ運動伝達部材およびヨー運動伝達部材が存在する。これらの部材を図40ではケーブルと呼ぶ。これらのケーブルは、ニチノール、ケブラー、編組ステンレス鋼/タングステンアセンブリ、または可撓性ポリマー、またはこれらの材料の組み合わせから作られた可撓性ワイヤであってもよい。各ケーブルまたは一対のケーブルは、ハンドル本体2026に対する関節ダイヤル3028のそれぞれのピッチ運動(またはヨー運動)に起因してピッチ運動(またはヨー運動)を伝達信することができる。関節ダイヤル3028を動かしてピッチ運動を発声させると、ピッチケーブルに引張力が生じる。同様に、関節ダイヤル3028を動かしてヨー運動を発生させると、ヨーケーブルに引張力が発生する。これらの運動を組み合わせて、関節ダイヤル3028のピッチ運動およびヨー運動からなる複合運動を生成すると、ピッチケーブルおよびヨーケーブルの両方に引っ張りが生じる。
40, there are 2 DoF pitch and yaw rotation joints between the
ツールフレームと、ツールフレームに堅固に取り付けられた細長いツールシャフトと、ツールシャフトの遠位端にあるEEアセンブリとからなる装置が存在してもよい。ツールシャフトとEEアセンブリとの間には、2DoF出力関節接合が存在してもよい。2DoF関節出力接合は、ピッチ伝達部材およびヨー伝達部材を介して2DoF関節入力接合に接続される。この構成では、ピッチケーブルおよびヨーケーブルは、出力関節接合に接続し、ツールフレームおよび/またはツールシャフトを通って経路付けされ得る。また、EEアセンブリは基準地面またはツールシャフトに対して回転することができる。この構成では、ロールダイヤルは、ロールダイヤルの回転がロール伝達部材を介してツール軸を中心とするEEアセンブリの回転をもたらし得るように、ロール伝達部材に堅固に取り付けられている。2DoFばね接合は、螺旋ばね、可撓性コイルばね、または可撓性ポリマーアセンブリを使用して構成することができる。これらの材料を組み合わせて形成してもよい。 There may be an apparatus consisting of a tool frame, an elongated tool shaft rigidly attached to the tool frame, and an EE assembly at the distal end of the tool shaft. There may be a 2DoF output articulation between the tool shaft and the EE assembly. A 2DoF joint output joint is connected to a 2DoF joint input joint via a pitch transmission member and a yaw transmission member. In this configuration, the pitch and yaw cables connect to the output articulation and can be routed through the tool frame and/or tool shaft. Also, the EE assembly can rotate with respect to a reference ground or tool shaft. In this configuration, the roll dial is rigidly attached to the roll transmission member such that rotation of the roll dial can result in rotation of the EE assembly about the tool axis through the roll transmission member. 2DoF spring junctions can be constructed using helical springs, flexible coil springs, or flexible polymer assemblies. A combination of these materials may also be used.
図41は、ハンドル本体2026と、ロールダイヤル2024と、関節ダイヤル3028とからなるハンドルアセンブリ2022を表す。ここで、ハンドル本体2026は基準地面として機能し、ロールダイヤル2024は、ハンドル本体2026に対して軸1を中心とする1回転DoFを有する。関節ダイヤル3028のロールダイヤル2024に対するピッチ運動およびヨー運動がピッチエンコーダ3032およびヨーエンコーダ3034によってそれぞれ符号化されるように、関節ダイヤル3028とロールダイヤル2024との間には、2DoF関節接合が存在する。ピッチエンコーダ3032およびヨーエンコーダ3034は、それぞれピッチ軸およびヨー軸を中心として回転する。関節ダイヤル3028は、最終的に2つのローラ、すなわちピッチローラおよびヨーローラを回転させる球状ボールとして表される。これらのローラは、本明細書では「エンコーダ」として説明される。それぞれのエンコーダ3032、3034によって符号化されたピッチ回転データおよびヨー回転データは、ツールシャフト2011とエンドエフェクタとの間の2DoF出力関節接合に伝達され得る。さらに、ハンドル本体2026に対する軸1を中心とするロールダイヤル2024の回転は、エンドエフェクタの回転をもたらすように符号化または機械的に伝達され得る。ロールダイヤル2024の回転の機械的伝達は、ロールダイヤル2024に堅固に取り付けられたロール伝達部材を介して行われてもよい。
FIG. 41 depicts
図42は、ハンドル本体2026と、ロールダイヤル2024と、関節ダイヤル3028とからなるハンドルアセンブリ2022を表す。ここで、ハンドル本体2026は基準地面として機能し、ロールダイヤル2024は、ハンドル本体2026に対して軸1を中心とする1回転DoFを有する。ロールダイヤル2024に対する関節ダイヤル3028のピッチ運動およびヨー運動が、ピッチトランスデューサ3036およびヨートランスデューサ3038にそれぞれ生じる歪みを捕捉することによって捕捉されるように、関節ダイヤル3028とロールダイヤル2024との間には2DoF関節接合が存在する。これらのトランスデューサ3036、3038は、圧電ストリップ/プレートまたはスマートメモリ合金または他の歪みトランスデューサであってもよい。トランスデューサ3036、3038によって捕捉されたこの歪みは、ツールシャフト2011とEEアセンブリ2010との間の2DoF出力関節接合に伝達され得る電気信号に変換される。さらに、ハンドル本体2026に対する軸1を中心とするロールダイヤル2024の回転は、エンドエフェクタの回転をもたらすように符号化または機械的に伝達され得る。ロールダイヤル2024の回転の機械的伝達は、ロールダイヤル2024に堅固に取り付けられたロール伝達部材を介して行われてもよい。
FIG. 42 depicts
特徴部または要素が、本明細書において別の特徴部または要素の「上に」あると言及される場合、それは、他の特徴部または要素または介在する特徴部、および/または同様に存在し得る他の要素上に直接存在し得る。対照的に、特徴部または要素が別の特徴部または要素の「直接上」にあると言及される場合、介在する特徴部または要素は存在しない。特徴部または要素が別の特徴部または要素に「接続され」、「取り付けられ」、または「結合され」ると言及される場合、それは他の特徴部または要素、または介在する特徴部または存在し得る他の要素に直接接続、取り付け、または結合され得ることも理解されよう。対照的に、特徴部または要素が別の特徴部または要素に「直接接続され」、「直接取り付けられ」、または「直接結合され」ると言及される場合、介在する特徴部または要素は存在しない。一実施形態に関して説明または図示されているが、そのように説明または図示された特徴部および要素は、他の実施形態にも適用することができる。別の特徴部の「隣」に配置された構造または特徴部への言及は、隣接する特徴部に重なるまたは基礎をなす部分を有することができることも当業者には理解されよう。 When a feature or element is referred to herein as being "over" another feature or element, it may be present in the other feature or element or intervening features, and/or as well. It can reside directly on another element. In contrast, when a feature or element is referred to as being "directly on" another feature or element, there are no intervening features or elements present. When a feature or element is referred to as being "connected," "attached," or "coupled" to another feature or element, it refers to the other feature or element or any intervening features or elements. It will also be appreciated that it may be directly connected, attached, or coupled to other elements that may be obtained. In contrast, when a feature or element is referred to as being “directly connected,” “directly attached,” or “directly coupled” to another feature or element, there are no intervening features or elements present. . Although described or illustrated with respect to one embodiment, features and elements so described or illustrated may also apply to other embodiments. Those skilled in the art will also appreciate that a reference to a structure or feature that is located “next to” another feature can have portions that overlap or underlie the adjacent feature.
本明細書で使用される用語は、実施形態を説明することのみを目的としており、本発明を限定することを意図するものではない。例えば、本明細書で使用される場合、単数形「a」、「an」、および「the」は、文脈が明らかにそうでないことを示さない限り、複数形も含むことが意図される。「備える」および/または「含む」という用語は、本明細書で使用される場合、記載された特徴、ステップ、動作、要素、および/または構成要素の存在を特定するが、1つまたは複数の他の特徴、ステップ、動作、要素、構成要素、および/またはそれらのグループの存在または追加を排除するものではないことがさらに理解されよう。本明細書で使用される場合、「および/または」という用語は、関連する列挙された項目のうちの1つ以上のありとあらゆる組み合わせを含み、「/」と省略され得る。 The terminology used herein is for the purpose of describing embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. For example, as used herein, the singular forms "a," "an," and "the" are intended to include the plural forms as well, unless the context clearly indicates otherwise. The terms "comprising" and/or "including," as used herein, specify the presence of the recited features, steps, acts, elements and/or components, but one or more It will further be understood that the presence or addition of other features, steps, acts, elements, components, and/or groups thereof is not excluded. As used herein, the term "and/or" includes any and all combinations of one or more of the associated listed items and may be abbreviated as "/".
「下」、「下に」、「下部」、「上に」、「上部」などの空間的に相対的な用語は、本明細書では、図に示すように、1つの要素または特徴と別の要素または特徴との関係を記述するための説明を容易にするために使用され得る。空間的に相対的な用語は、図に示されている向きに加えて、使用中または動作中のデバイスの異なる向きを包含することが意図されることが理解されよう。例えば、図中のデバイスが反転されている場合、他の要素または特徴の「下」または「真下」と記載された要素は、他の要素または特徴の「上」に配向される。したがって、例示的な用語「下」は、上方および下方の両方の向きを包含することができる。デバイスは、他の方向に向けられ(90度または他の向きに回転され)てもよく、本明細書で使用される空間的に相対的な記述子はそれに応じて解釈される。同様に、「上方に」、「下方に」、「垂直」、「水平」などの用語は、特に明記しない限り、本明細書では説明の目的でのみ使用される。 Spatially-relative terms such as “below,” “below,” “lower,” “above,” and “upper” are used herein to separate one element or feature from the other, as shown in the figures. may be used to facilitate description to describe the relationship between the elements or features of It will be appreciated that spatially relative terms are intended to encompass different orientations of the device in use or operation in addition to the orientation shown in the figures. For example, if the device in the figures were flipped over, an element labeled "below" or "beneath" another element or feature would be oriented "above" the other element or feature. Thus, the exemplary term "below" can encompass both upward and downward orientations. The device may be oriented in other directions (rotated 90 degrees or other orientations) and the spatially relative descriptors used herein interpreted accordingly. Similarly, terms such as “upwardly,” “downwardly,” “vertical,” “horizontal,” and the like are used herein for descriptive purposes only, unless stated otherwise.
「第1の」および「第2の」という用語は、本明細書では様々な特徴/要素(ステップを含む)を説明するために使用され得るが、文脈が別段に示さない限り、これらの特徴/要素はこれらの用語によって限定されるべきではない。これらの用語は、ある特徴/要素を別の特徴/要素と区別するために使用され得る。したがって、以下に説明する第1の特徴/要素は、第2の特徴/要素と呼ぶことができ、同様に、以下に説明する第2の特徴/要素は、本発明の教示から逸脱することなく、第1の特徴/要素と呼ぶことができる。 The terms "first" and "second" may be used herein to describe various features/elements (including steps), unless the context indicates otherwise. / elements should not be limited by these terms. These terms may be used to distinguish one feature/element from another. Thus, a first feature/element described below could be termed a second feature/element and, similarly, a second feature/element described below could be termed a second feature/element without departing from the teachings of the present invention. , can be referred to as the first feature/element.
本明細書および以下の特許請求の範囲を通して、文脈が別段に要求しない限り、「含む(comprise)」という単語、ならびに「含む(comprises)」および「含む(comprising)」などの変形は、様々な構成要素が方法および物品(例えば、装置および方法を含む組成物および装置)において共同で使用され得ることを意味する。例えば、「含む(comprising)」という用語は、任意の記載された要素またはステップの包含を意味するが、任意の他の要素またはステップの排除を意味するものではないと理解される。 Throughout this specification and the claims that follow, unless the context requires otherwise, the word "comprise" and variations such as "comprises" and "comprising" may be used to refer to various It is meant that the components can be used jointly in methods and articles (eg, compositions and devices comprising devices and methods). For example, the term "comprising" is understood to mean the inclusion of any recited element or step, but not the exclusion of any other element or step.
一般に、本明細書に記載の装置および方法のいずれも包括的であると理解されるべきであるが、構成要素および/またはステップのすべてまたはサブセットは、代替的に排他的であってもよく、様々な構成要素、ステップ、サブ構成要素、またはサブステップ「からなる」または「から本質的になる」として表現されてもよい。 In general, any of the devices and methods described herein should be understood to be inclusive, although all or a subset of the components and/or steps may alternatively be exclusive; It may be expressed as “consisting of” or “consisting essentially of” various components, steps, sub-components or sub-steps.
様々な例示的な実施形態が上述されているが、特許請求の範囲によって説明されるような本発明の範囲から逸脱することなく、様々な実施形態に対していくつかの変更のいずれかを行うことができる。例えば、様々な記載された方法ステップが実行される順序は、代替実施形態ではしばしば変更されてもよく、他の代替実施形態では、1つ以上の方法ステップは完全にスキップされてもよい。様々なデバイスおよびシステムの実施形態の任意の特徴は、いくつかの実施形態に含まれてもよく、他の実施形態に含まれなくてもよい。したがって、前述の説明は、主に例示目的で提供されており、特許請求の範囲に記載されているように本発明の範囲を限定すると解釈されるべきではない。 While various exemplary embodiments have been described above, any of several modifications to the various embodiments may be made without departing from the scope of the invention as set forth in the claims. be able to. For example, the order in which various described method steps are performed may often be changed in alternate embodiments, and in other alternate embodiments, one or more method steps may be skipped entirely. Any feature of various device and system embodiments may be included in some embodiments and not in others. Accordingly, the foregoing description is provided primarily for illustrative purposes and should not be construed as limiting the scope of the invention as set forth in the claims.
本明細書および特許請求の範囲で使用される場合、例で使用される場合を含み、特に明示的に指定されない限り、用語が明示的に出現しない場合でも、すべての数字は「約」または「およそ」という語で始められているかのように読むことができる。「約(about)」または「およそ(approximately)」という語句は、記載された値および/または位置が値および/または位置の合理的な予想範囲内にあることを示すために、大きさおよび/または位置を記載するときに使用され得る。例えば、数値は、記載された値(または値の範囲)の±0.1%、記載された値(または値の範囲)の±1%、記載された値(または値の範囲)の±2%、記載された値(または値の範囲)の±5%、記載された値(または値の範囲)の±10%などの値を有することができる。本明細書に示される任意の数値はまた、文脈がそうでないことを示さない限り、ほぼその値を含むと理解されるべきである。例えば、値「10」が開示されている場合、「約10」も開示されている。本明細書に列挙された任意の数値範囲は、その中に包含されるすべての部分範囲を含むことが意図されている。当業者によって適切に理解されるように、ある値が開示される場合、その値「以下」、「その値以上」、および値の間の可能な範囲も開示されることも理解される。例えば、値「X」が開示されている場合、「X以下」および「X以上」(例えば、ここで、Xは数値である)も開示されている。また、本出願を通して、データはいくつかの異なるフォーマットで提供され、このデータは終点および始点、ならびにデータ点の任意の組み合わせの範囲を表すことも理解されたい。例えば、特定のデータ点「10」および特定のデータ点「15」が開示されている場合、10および15より大きい、それ以上、それ未満、それ以下、およびそれに等しいこと、ならびに10から15の間が開示されていると見なされることが理解される。また、2つの特定のユニット間の各ユニットも開示されていることが理解される。例えば、10および15が開示されている場合、11、12、13、および14も開示されている。 As used in the specification and claims, including when used in the examples, unless expressly specified otherwise, all numbers refer to "about" or " It can be read as if it begins with the word "approximately". The words "about" or "approximately" are used to indicate that the stated value and/or position is within a reasonable expected range of values and/or positions. or can be used when describing a location. For example, numerical values are ±0.1% of a stated value (or range of values), ±1% of a stated value (or range of values), ±2 of a stated value (or range of values) %, ±5% of a stated value (or range of values), ±10% of a stated value (or range of values), and the like. Any numerical value given herein should also be understood to include approximately that value unless the context indicates otherwise. For example, if the value "10" is disclosed, "about 10" is also disclosed. Any numerical range recited herein is intended to include all sub-ranges subsumed therein. It is also understood that when a value is disclosed, that value "less than", "greater than" that value, and possible ranges between values are also disclosed, as is properly understood by those of ordinary skill in the art. For example, if the value "X" is disclosed, then "less than or equal to X" and "greater than or equal to X" (eg, where X is a number) are also disclosed. It is also to be understood that throughout the application data are provided in a number of different formats and represent endpoints and starting points and ranges for any combination of the data points. For example, if a particular data point "10" and a particular data point "15" are disclosed, greater than, greater than, less than, less than, and equal to 10 and 15, and between 10 and 15 is considered to be disclosed. It is also understood that each unit between two particular units is also disclosed. For example, if 10 and 15 are disclosed, 11, 12, 13, and 14 are also disclosed.
本明細書に含まれる例および例示は、限定ではなく例示として、主題を実施することができる特定の実施形態を示す。上述したように、本開示の範囲から逸脱することなく構造的および論理的な置換および変更を行うことができるように、他の実施形態を利用し、そこから導出することができる。本発明の主題のそのような実施形態は、2つ以上が実際に開示されている場合、単に便宜上、および本出願の範囲を任意の単一の発明または発明概念に自発的に限定することを意図せずに、「発明」という用語によって個々にまたは集合的に本明細書で言及され得る。したがって、本明細書では特定の実施形態を図示および説明してきたが、同じ目的を達成するために計算された任意の構成を、図示の特定の実施形態の代わりに用いることができる。本開示は、様々な実施形態のありとあらゆる適応または変形を網羅することを意図している。上記の実施形態の組み合わせ、および本明細書に具体的に記載されていない他の実施形態は、上記の説明を検討すれば当業者には明らかであろう。 The examples and illustrations contained herein, by way of illustration and not limitation, illustrate specific embodiments in which the subject matter can be practiced. As noted above, other embodiments may be utilized and derived therefrom such that structural and logical substitutions and changes may be made without departing from the scope of the present disclosure. Such embodiments of the present subject matter are intended merely for convenience and to voluntarily limit the scope of the present application to any single invention or inventive concept, if more than one is in fact disclosed. Unintentionally, references may be made herein individually or collectively to the term "invention." Thus, although specific embodiments have been illustrated and described herein, any configuration calculated to accomplish the same purpose may be substituted for the specific embodiments illustrated. This disclosure is intended to cover any and all adaptations or variations of various embodiments. Combinations of the above embodiments, and other embodiments not specifically described herein, will be apparent to those of skill in the art upon reviewing the above description.
本発明の実施形態を例示および説明したが、これらの実施形態は、本発明のすべての可能な形態を例示および説明するものではない。様々な実施形態の特徴を組み合わせて、本発明のさらなる実施形態を形成してもよいことが理解される。本明細書で使用される文言は、限定ではなく説明の文言であり、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく様々な変更が行われ得ることが理解される。 While embodiments of the invention have been illustrated and described, it is not intended that these embodiments illustrate and describe all possible forms of the invention. It is understood that features of various embodiments may be combined to form further embodiments of the invention. The words used in the specification are words of description rather than limitation, and it is understood that various changes may be made without departing from the spirit and scope of the invention.
本明細書に含まれる例および例示は、限定ではなく例示として、主題を実施することができる特定の実施形態を示す。これらの実施形態は、様々なタイプの接合および/または機構、すなわち、それらの間に角柱、回転部、円筒形などを有する本体からなる。これらの接合および/または機構は、個別の要素/本体/構成要素から構成されてもよく、またはこれらの接合/機構は、他の本体および/またはアセンブリのコンプライアントな延長部によって作成されてもよい。
The examples and illustrations contained herein, by way of illustration and not limitation, illustrate specific embodiments in which the subject matter can be practiced. These embodiments consist of bodies with various types of joints and/or mechanisms, ie prisms, rotators, cylinders, etc., between them. These joints and/or features may be composed of separate elements/bodies/components, or these joints/features may be created by compliant extensions of other bodies and/or assemblies. good.
Claims (28)
ハンドル本体と、
前記ハンドル本体に結合されたロール本体であって、前記ハンドル本体に対してロール軸を中心とする回転自由度を有し、前記ハンドル本体に対して前記ロール軸に沿って並進的に制約されたロール本体と、
前記ハンドル本体に結合されたクロージャ本体であって、前記ハンドル本体に対する少なくとも1つの運動自由度を有するクロージャ本体と、
前記ロール本体に結合され、前記クロージャ本体に結合されたシャトル本体であって、前記ロール本体に対して前記ロール軸に沿った並進自由度を有し、前記ロール本体に対して前記ロール軸を中心として回転的に制約され、前記クロージャ本体に対して前記ロール軸を中心とする回転自由度を有するシャトル本体と、を備える、ロールハンドルアセンブリ。 A roll handle assembly,
the handle body,
A roll body coupled to the handle body having a degree of freedom of rotation about a roll axis relative to the handle body and translationally constrained relative to the handle body along the roll axis. a roll body;
a closure body coupled to the handle body, the closure body having at least one degree of freedom of movement relative to the handle body;
A shuttle body coupled to the roll body and coupled to the closure body having translational degrees of freedom relative to the roll body along the roll axis and centered about the roll axis relative to the roll body and a shuttle body having rotational freedom about said roll axis relative to said closure body.
ハンドルアセンブリであって、
ハンドル本体と、
前記ハンドル本体に結合されたロール本体であって、前記ハンドル本体に対してロール軸を中心とする回転自由度を有し、前記ハンドル本体に対して前記ロール軸に沿って並進的に制約されたロール本体と、
前記ロール本体に結合されたシャトル本体であって、前記ロール本体に対して前記ロール軸に沿った並進自由度を有し、前記ロール本体に対して前記ロール軸を中心として回転的に制約されたシャトル本体と、
フレームと、
前記ハンドルアセンブリと前記フレームとの間にピッチ回転およびヨー回転を提供する入力接合と、を備える、ロールハンドルアセンブリ。 A roll handle assembly,
A handle assembly,
the handle body,
A roll body coupled to the handle body having a degree of freedom of rotation about a roll axis relative to the handle body and translationally constrained relative to the handle body along the roll axis. a roll body;
A shuttle body coupled to the roll body having translational degrees of freedom relative to the roll body along the roll axis and rotationally constrained relative to the roll body about the roll axis shuttle body,
a frame;
an input joint providing pitch and yaw rotation between the handle assembly and the frame.
The input joint constrains rotation between the handle body and the frame, and rotation of the roll body about the roll axis relative to the handle body is limited to any pitch and yaw rotation of the input joint. 28. The roll handle assembly of claim 27, which effects rotation of the end effector about a second roll axis relative to the handle body for rolling.
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