JP2024506690A - 速度の測定又は検出に基づいて、医療又は外科遠隔操作のためのマスター－スレーブロボットシステム及び関連するロボットシステムの拘束されないマスター装置の動作異常を検出するための方法 - Google Patents

Abstract

医療又は外科遠隔操作のためのロボットシステムを制御するために使用される手持ち式の機械的に拘束されないマスター装置を使用する際に少なくとも１つの異常状態を特定する方法が記載される。そのような方法は、マスター装置に属する又はマスター装置と一体の少なくとも１つの点、又はマスター装置と一意的に且つ強固に関連付けられた仮想点の速度ベクトルを検出又は計算するステップと、前述の少なくとも１つの検出された速度ベクトルに基づいて、又は少なくとも１つの検出された位置ベクトルの少なくとも１つの成分に基づいて、少なくとも１つの検出可能な異常状態を特定及び認識及び／又は区別するステップとを含む。前述の検出可能な異常は、以下の異常、すなわち、マスター装置の過度な線速度、マスター装置の過度な角速度、スレーブ装置が追従できないこと、マスター装置の過度な振動、マスター装置の不随意又は異常な開放のうちの少なくとも１つを含む。前述の検出可能な異常のそれぞれは、異常が検出された場合に実行されるべき少なくとも１つのシステム状態変化と関連付けられる。そのような状態変化は、遠隔操作状態からの終了又は遠隔操作状態からの中断を含む。前述の方法を実行するように構成された、医療又は外科遠隔操作のためのロボットシステムが更に記載される。

Description

本発明は、医療又は外科遠隔操作のためのマスター－スレーブロボットシステムの拘束されないマスター装置の動作異常を検出するための方法、及び前述の方法を実行するように装備された医療又は外科遠隔操作のための対応するマスター－スレーブロボットシステムに関する。

ロボット遠隔操作外科手術との関連で、医療又は外科遠隔操作のためのマスター－スレーブロボットシステムに関して、マスター装置が良好に機能して効果的な動作及び患者の安全性を確保するようになっている期待される状態で動作しているかどうかをリアルタイムで評価することが非常に重要であり、また、マスター装置が異常な状態又は状況で動作していないことをリアルタイムで検証することも重要である。

この必要性は、拘束されない磁気的又は光学的に検出されたインタフェースを有するマスター装置との関連でも、機械的に拘束されたインタフェースを有するマスター装置との関連でも感じられる。

機械的に拘束されない又は「接地されない」マスター装置（例えば、同じ出願人の文献国際公開第２０１９－２２０４０７号、国際公開第２０１９－２２０４０８号及び国際公開第２０１９－２２０４０９号に示されるように、効果的で有利な解決策として最近現れた）との関連では、前述の要件は、複雑な技術的課題を提起する。

特に、マスター装置が機械的に拘束されない又はモータ駆動されないマスター－スレーブロボットシステムでは、マスター装置の制御されない動作状況から生じる、外科手術（又は超微細手術）装置への意図しないコマンドの送信は、患者のリスクを回避するために防止されなければならない。

機械的に拘束されない（又は「接地されない」又は「地面に置かれない（ｇｒｏｕｎｄｌｅｓｓ）」）マスター装置を伴う医療又は外科遠隔操作のための既知のロボットマスタースレーブシステムは、特にマスター装置の動作又は状態の任意の異常が、想定し得る結果を伴って、患者に作用するようになっているスレーブ装置及びそれに関連する外科用器具の動作の結果として生じる異常を特定することができるという事実から導き出される非常に厳しい安全要件を考慮して、前述の必要性に対して十分に満足のいく解決策を提供しない。拘束されないマスターを有するロボット外科手術のための解決策の例は、マスターが外科医によって着用される米国特許出願公開第２０１１－１１８７４８号明細書、及びマスター本体が実質的に楕円形状を有する国際公開第２０２０－００９２１７０号の文献によって示される。

したがって、これに関連して、そのような用途によって要求される厳しい安全要件を満たすべく、効率的で信頼性があるように、医療又は外科遠隔操作のためのロボット制御システムによって自動的に実行されるマスター装置の任意の異常動作状態をリアルタイムで検証するための手順を適用する必要性が強く感じられる。

本発明の目的は、医療又は外科遠隔操作のためのロボットマスタースレーブシステムのマスター装置の動作異常を検出するための方法であって、従来技術に関連して前述した欠点を少なくとも部分的に克服し、考慮される技術分野において特に感じられる前述の必要性に応答することを可能にする方法を提供することである。そのような目的は、請求項１に係る方法によって達成される。

そのような方法の更なる実施形態は、請求項２～２６によって規定される。

本発明の他の目的は、マスター装置の異常を検出するための前述の方法を実行することを含むマスター装置で検出された異常を管理するための方法を提供することである。そのような方法は、請求項２７によって規定される。

また、本発明の目的は、前述の異常検出方法を実行するように装備された医療又は外科遠隔操作のためのロボットシステムを提供することである。そのような目的は、請求項２８に係るシステムによって達成される。

そのようなシステムの更なる実施形態は、請求項２９～５２によって規定される。

本発明に係るシステム及び方法の更なる特徴及び利点は、添付図面に関連して例示的で非限定的な例として与えられる好ましい実施形態の以下の説明から明らかになる。

「グリッパ」構造を有するマスター装置の一実施形態に適用される、本発明の方法で使用される幾何学的パラメータ及び基準座標系を示す。 「グリッパ」構造を有するマスター装置の一実施形態に適用される、本発明の方法で使用される幾何学的パラメータ及び基準座標系を示す。 方法の実施形態において想定されるマスター装置の作業空間からの入力（ａ）及び出力（ｂ）の移行を概略的に示す。 少なくとも１つのマスター装置の作業空間が関連付けられる、本発明に係る遠隔操作システムの一実施形態を概略的に示す。 マスター装置の作業空間を有する遠隔操作システムの他の実施形態を概略的に示す。 前述のマスター装置の作業空間の幾つかの実施形態を概略的に示す。 前述のマスター装置の作業空間の幾つかの実施形態を概略的に示す。 前述のマスター装置の作業空間の幾つかの実施形態を概略的に示す。 前述のマスター装置の作業空間の幾つかの実施形態を概略的に示す。 前述のマスター装置の作業空間の幾つかの実施形態を概略的に示す。 前述のマスター装置の作業空間の幾つかの実施形態を概略的に示す。 本方法の幾つかの実施形態に係る、マスター装置の速度に基づいて検出可能な幾つかの異常を概略的に示す。 本方法の幾つかの実施形態に係る、マスター装置の速度に基づいて検出可能な幾つかの異常を概略的に示す。 前述のマスター装置の作業空間の幾つかの実施形態を概略的に示す。 前述のマスター装置の作業空間の幾つかの実施形態を概略的に示す。 マスター装置の一実施形態を概略的に示す。

図１～図１０を参照すると、医療又は外科遠隔操作のためのロボットシステムを制御するために使用される、術者により手で保持（支持）されるようになっている、機械的に拘束されない（すなわち、機械的に接地されない）手持ち式のマスター装置の使用において少なくとも１つの異常／障害状態を特定及び認識及び／又は区別するための方法が記載される。

そのような方法は、１つ以上のセンサによって、マスター装置に属する又はマスター装置と一体の少なくとも１つの点、又はマスター装置と一意的に且つ強固に関連付けられた仮想点の位置ベクトルを検出するステップと、次いで、前述の少なくとも１つの検出された位置ベクトルに基づいて、又は少なくとも１つの検出された位置ベクトルの少なくとも１つの成分に基づいて、少なくとも１つの検出可能な異常／障害状態を特定及び認識及び／又は区別するステップとを含む。

前述の検出可能な異常／障害は、マスター装置の所定の作業空間に対するマスター装置の少なくとも誤った位置決めを含む。

そのような検出可能な異常／障害のそれぞれは、異常／障害が検出された場合に実行されるべき少なくとも１つのシステム状態変化と関連付けられ、そのような少なくとも１つの状態変化は、遠隔操作状態から出ることを含む。

実装オプションによれば、特定するステップは、前述の検出された位置ベクトルの少なくとも１つの成分に基づいて少なくとも１つの検出可能な異常／障害状態を特定するステップを含む。

一実施形態によれば、本方法は、前記１つ以上のセンサによって、前記位置ベクトルの経時的変化を検出する更なるステップを含む。

一実施形態によれば、本方法は、前述のマスター装置及びスレーブ装置を備えるとともに制御ユニットを更に備える、医療又は外科遠隔操作のためのロボットシステムとの関連で実行される。

マスター装置は、機械的に接地されず、外科手術中に外科医によって手で保持されるようになっているとともに、外科医の手動コマンドを検出してそれぞれの第１の電気コマンド信号を生成するように構成される。

少なくとも１つのスレーブロボットアセンブリは、マスター装置によって制御される態様で、患者の解剖学的構造に作用するように構成された少なくとも１つのスレーブ外科用器具を備え、それにより、マスター装置の移動は、スレーブ装置の所望の及び制御されたそれぞれの移動をもたらす。

コンピュータを備えた制御ユニットは、マスター装置から前述の第１の電気コマンド信号を受信し、第１の電気コマンド信号に基づいて第２の電気コマンド信号を生成し、第２の電気コマンド信号をスレーブロボットアセンブリに供給して、少なくとも１つのスレーブ外科用器具を作動させるように構成される。

更に、制御ユニットは、少なくとも第３の電気信号を受信するために、又は検出された位置ベクトル及び／又は関連する経時的変化を表わす前記第１の電気信号を受信するために、前述の１つ以上のセンサに動作可能に接続され、少なくとも１つの検出可能な異常／障害を特定する前述のステップを実行するように構成される。

検出可能な異常／障害が許容される所定の空間限界外のマスター装置の禁止された位置決めを少なくとも検出することを含む方法実施形態によれば、本方法は、以下のステップ、すなわち、
－前述の所定の空間限界を表わす所定の限界面に対して、マスター装置に属する又はマスター装置と一体の少なくとも１つの点、又は前記マスター装置と一意的に且つ強固に関連付けられた仮想点の検出された位置を比較するステップと、
－検出された位置が前述の所定の限界面の外側にある場合に、マスター装置の前記禁止された位置決め異常／障害を特定するステップと、
を含む。

マスター装置に属する又はマスター装置と一体である少なくとも１つの点、又はマスター装置と一意的に且つ強固に関連付けられた仮想点の前述の位置、及び前述の所定の限界面は、遠隔操作のためのロボットシステムに関連付けられ、予め設定された点に所定の軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び原点Ｏを有する基準座標系（ｘ、ｙ、ｚ）に対して規定されることに留意すべきである。

前述の方法実施形態の実装オプションによれば、前述の許容される空間限界は、球状の作業空間又はボリュームとして規定され、前述の所定の限界面は、そのような球の球面である。

前述の方法実施形態の別の実装オプションによれば、前述の許容される空間限界は、ボックスもしくは平行六面体の形態の、又は一般にはポリトープ（すなわち、半空間の凸状交差部）の形態の作業空間又はボリュームとして規定され、前述の所定の限界面は、そのようなボックスもしくは平行六面体、又はポリトープの表面である。

医療又は外科遠隔操作のためのロボットシステムが操作コンソールを備える方法の実施形態によれば、前述の基準座標系は、ロボットシステムコンソール及び／又は前述の少なくとも１つの外科用椅子と一体である。

一実施形態によれば、前記操作コンソールは、外科医が外科手術中に座るための少なくとも１つの座面を備える少なくとも１つの手術用椅子を備え、前述の基準座標系は、前述の少なくとも１つの手術用椅子と一体である。

一実施形態によれば、方法は、所定の追跡ボリューム内のマスター装置の入力位置及び方向を検出するのに適した少なくとも１つの追跡システムを更に備える外科又は医療遠隔操作のための前記ロボットシステムに適用され、それにより、スレーブ外科用器具の作動は、マスター装置によって外科医によって与えられる手動コマンド及び／又はマスター装置の位置及び方向に依存する。

そのような実施形態の実装オプションでは、前述のマスター装置作業空間は、前述の追跡ボリュームに含まれるか、又は追跡ボリュームのサブセットである。

方法の実施形態によれば、位置を検出する前記ステップは、１つ以上の磁気センサによって実行される。

磁気センサのそれぞれは、マスター装置に属する又はマスター装置と一体の少なくとも１つの点のそれぞれに配置され、遠隔操作外科手術のためのロボットシステムの一部に拘束された磁場発生器によって生成された磁場の局所値を検出するように構成される。

そのような場合、基準座標系は、前述の磁気エミッタに原点を有し、３つの直交軸Ｘ、Ｙ、Ｚを有する。

ロボットシステムが追跡システムを備える上記で既に開示されている場合、前述の磁場発生器はそのような追跡システムに属する。

他の方法実施形態によれば、測定及び／又は検出する前述のステップは、医療又は外科遠隔操作のためのロボットシステムと関連付けられた及び／又はロボットシステムに拘束された少なくとも１つの光学センサ又はカメラによって実行される。

そのような場合、前述の基準座標系は、光学センサ又はカメラの内部基準座標系である。

上記で開示された実施形態の異なる可能な実装オプションによれば、前述の少なくとも１つの光学センサ又はカメラは、手術用椅子に拘束され、及び／又は一体化され、及び／又は外科医と一体になるように、外科医によって着用可能な支持体に取り付けられる。

方法の実施形態によれば、遠隔操作開始空間が予め決定され、この遠隔操作開始空間は、マスター装置の作業空間に含まれ、すなわち、マスター装置の作業空間のサブセットである。

そのような場合、本方法は、マスター装置の検出された位置が前述の遠隔操作開始空間内に位置する場合にのみ、遠隔操作の開始、又は準備チェックのステップの開始を可能にするステップを含む。

マスター装置が共通の軸に対して相対的に回転又は並進するように拘束された２つの剛性部分を備える手持ち式の拘束されないマスター装置である方法の実施形態によれば、位置を検出する前述のステップは、それぞれのセンサによって、少なくとも２つの検出可能点、すなわち、マスター装置の前述の剛性部分のうちの一方に属する又はそれと一体の第１の点、及び装置の前述の剛性部分のうちの他方に属する又はそれと一体の第２の点の位置ベクトル及び／又は位置ベクトルの経時的変化を検出するステップを含む。

実際、本方法は、例えば、マスター装置の前述の剛性部分のうちの少なくとも一方（又は両方）の長手方向延在部に直交する共通の横軸に対して回転するように弾性的に拘束された２つの剛性部分を有する「グリッパ」構造を有するマスター装置（例えば、図１及び図２に示す）に適用することができる。

本方法は、例えば、２つの剛性部分を有する「ペン」構造を有するマスター装置（図１０）であって、２つの剛性部分がマスター装置の前述の部分の少なくとも一方（又は両方）の長手方向延在部と一致する長手方向軸に沿って並進するように弾性的に拘束されたマスター装置に適用することもできる。

本方法の様々な想定し得る実施形態によれば、前記計算するステップは、前記少なくとも２つの検出可能点の位置ベクトルを計算する、又は前述の少なくとも２つの検出点のうちの１つの位置ベクトルを計算するステップを含む。

更なる実装オプションによれば、前述の計算ステップは、以下の更なる点、すなわち、前記２つの検出点の間の中間点及び／又は前記マスター装置の重心、及び／又はマスター装置回転関節、及び／又はマスター装置角柱関節の少なくとも１つの位置ベクトルを検出するステップを更に含む。

マスター装置本体が２つのチップ又は自由端を備え、第１のチップ又は自由端がマスター装置の剛性部分の一方に属する又はそれと一体であり、第２のチップ又は自由端が装置の剛性部分の他方に属する又はそれと一体である方法実施形態によれば、前述の２つの検出可能点は、マスター装置の前述の２つのチップ又は自由端のそれぞれに対応する、及び／又はそれらと関連付けられる。

一実施形態によれば、マスター装置が許容される空間限界外にあると決定される場合、本方法は、ロボットシステムによる遠隔操作を直ちに中断する更なるステップを含む。そのような場合、異常／障害の検出によって決定されるシステム状態変化は、遠隔操作状態からのロボットシステムの即時退出、又は遠隔操作状態の即時停止である。

好ましくは、許容される空間限界は、マスター装置の位置の物理的測定空間に対応しない、遠隔操作のために特別に構築された作業空間を画定する。

一実施形態によれば、マスター装置が近接閾値ε内で前述の空間限界及び／又は方向限界に近接していると決定される場合、本方法は、音響及び／又は視覚通信信号によって、許容される空間限界に対する装置の近接条件を術者に通信し、術者が空間限界から出て、したがって遠隔操作を終了することを回避するように行動できるようにする更なるステップを含む。

実装オプションによれば、前述の通信信号は、近接閾値ｅと空間限界に対応する表面との間の間隔において、マスター装置又はスレーブ装置の空間限界からの距離が減少するにつれてその周波数を増大させる音響信号である。

実装オプションによれば、前述の通信信号が視覚信号であり、近接閾値εと空間限界に対応する表面との間の間隔において、空間限界からのマスター装置又はスレーブ装置の距離が減少するにつれて、視覚信号の通信の周波数が増大する。

そのような実施形態の様々な想定し得る実装オプションによれば、本方法は、マスター装置が許容される空間限界に戻ったことがリアルタイムで検出されるときにロボットシステムの遠隔操作の再開を可能にするステップ、或いは、マスター装置が許容される空間限界に戻ったことがリアルタイムで検出された場合でもロボットシステムの遠隔操作の再開を阻止し、遠隔操作及び／又は予備再位置合わせ操作を準備及び開始するための手順を再開するステップを含む。前述の許容される空間限界は、マスター装置の作業空間又は遠隔操作開始空間によって規定される。

一実施形態によれば、マスター装置作業空間は、遠隔操作においてスレーブ装置を移動させることができる遠隔操作ボリュームとして規定される。

一実施形態によれば、前述の遠隔操作ボリュームの周りに、機械が制限された遠隔操作を提供する中断された遠隔操作ボリュームが画定される。

より詳細には、中断された遠隔操作ボリュームは、マスター装置作業空間の周りに延在し、マスター装置作業空間よりも大きく、そのような中断された遠隔操作ボリュームは、ロボットシステムが制限された遠隔操作に対応する中断された遠隔操作をもたらすボリュームである。

好ましくは、そのような制限された遠隔操作は、制御ポイントの並進移動を防止する。別の実装オプションによれば、制限された遠隔操作は、スレーブ装置のいかなる移動も防止する。

中断された遠隔操作を提供する前述の実施形態において、本方法は、マスター装置が作業空間限界を出て中断された遠隔操作ボリュームに入るときに、遠隔操作状態から中断された遠隔操作状態に切り替える更なるステップを含む。

実装オプションでは、中断された遠隔操作ボリュームからの進入又は退出は、音響及び／又は視覚及び／又は触覚信号でユーザに示される。

一実施形態によれば、遠隔操作ボリュームの閾値を超えると、及び／又は中断された遠隔操作ボリュームの外部閾値を超えると、遠隔操作が終了する。

一実施形態において、本方法は、マスター装置が中断された遠隔操作ボリュームから作業空間限界まで戻ったことが検出されるときに、遠隔操作の再開と共にロボットシステムが遠隔操作状態に戻ることを可能にするステップを含む。

一実施形態では、マスターを中断された遠隔操作ボリュームから遠隔操作ボリュームに切り替えると、システムは動きを伴う位置合わせのステップに入り、スレーブ装置はマスター装置の新しい姿勢（位置、方向）に達するように動くことが可能になる。

実装オプションでは、動きを伴う位置合わせのステップは、スレーブ装置の外科用器具の制御ポイントの方向のみが動くことを可能にする。

実装オプションによれば、スレーブ装置の外科用器具の開閉自由度（「把持」）の方向及び自由度を移動させることが可能である。

一実施形態では、動きを伴う位置合わせのステップへの進入は、幾つかの検証チェックに合格した場合にのみ許可され、前記検証チェックは、少なくとも以下のチェック、すなわち、特定の閾値を下回るマスター－スレーブ方向の位置ずれ、及び／又はスレーブ作業空間内で到達可能なマスターの方向姿勢を含む。

マスター装置及びスレーブ装置の動きがスケールファクタによってスケーリングされる方法の実施形態によれば、スレーブ装置の前述の作業空間及び／又は遠隔操作開始空間及び／又は中断された遠隔操作ボリュームは、スケールファクタに伴って増大する。

ロボットシステムが２つのマスター装置を備える方法の実施形態によれば、本方法は、マスター装置のうちの１つだけでも許容される空間限界を出る場合に、両方のマスター装置の遠隔操作を終了する、及び／又は遠隔操作を中断するステップを含む。

別の実施形態によれば、本方法は、スレーブ装置が許可されたスレーブ装置の作業空間内にあることを検証する更なるステップを含む。

そのような場合、スレーブ装置が許容されるスレーブ装置作業空間の外側にあると検証される場合、本方法は、スレーブ装置位置決め異常が発生したことをユーザに通知するステップと、ロボットシステムによる遠隔操作を直ちに停止するステップとを含む。

そのような実施形態の様々な想定し得る実装オプションによれば、本方法は、マスター装置の更なる移動に続いて、スレーブ装置がスレーブ装置の許容される空間限界に戻ったことがリアルタイムで検出されるときに、ロボットシステムの遠隔操作の再開を可能にするステップを更に含み、或いは、本方法は、スレーブ装置がスレーブ装置の許容される空間限界に戻ったことがリアルタイムで検出される場合でも、ロボットシステムの遠隔操作の再開を阻止するステップと、遠隔操作及び／又は予備再位置合わせ操作を準備及び開始するための手順を再開するステップとを含む。

本方法の実装オプションによれば、スレーブ装置の作業空間は、スレーブ装置の関節式外科用器具（すなわち、「エンドエフェクタ」）の可能な姿勢及び／又は方向の結果として、スレーブ装置の制御ポイントによって到達可能な全ての位置の空間セットを含む。

一実施形態によれば、本方法は、検出されたそれぞれの位置ベクトルの経時的変化に基づいて、マスター装置に属する又はマスター装置と一体のる前記少なくとも１つの点、又はマスター装置と一意的に且つ強固に関連付けられた仮想点の線速度及び／又は角速度及び／又は直線加速度及び／又は角加速度を計算する更なるステップを含む。

別の実施形態によれば、本方法は、検出されたそれぞれの位置ベクトルの経時的変化に基づいて、マスター装置に属する又はマスター装置と一体の少なくとも１つの点、又はマスター装置と一意的に且つ強固に関連付けられた仮想点の線速度又は角速度を計算する更なるステップを含む。

ここで、本発明の更なる態様を再び図１～図１０を参照して説明し、これは、先と同様に、医療又は外科遠隔操作のためのロボットシステムを制御するために使用される、術者によって保持される（又は支持される）のに適した、機械的に拘束されない（すなわち、接地されない）手持ち式マスター装置の使用において少なくとも１つの異常／障害状態を特定及び認識及び／又は区別するための方法に関する。

そのような方法は、マスター装置に属する又はマスター装置と一体の少なくとも１つの点、又はマスター装置と一意的に且つ強固に関連付けられた仮想点の速度ベクトルを検出又は計算するステップと、前述の少なくとも１つの検出された速度ベクトルに基づいて、又は少なくとも１つの検出された位置ベクトルの少なくとも１つの成分に基づいて、少なくとも１つの検出可能な異常／障害状態を特定及び認識及び／又は区別するステップとを含む。

前述の検出可能な異常／障害は、以下の異常、すなわち、マスター装置の過度な線速度、マスター装置の過度な角速度、スレーブ装置が追従できないこと、マスター装置の過度な振動、マスター装置の不随意又は異常な開放のうちの少なくとも１つを含む。

前述の検出可能な異常／障害のそれぞれは、異常／障害が検出された場合に実行されるべき少なくとも１つのシステム状態変化に関連付けられる。そのような状態変化は、遠隔操作状態からの終了又は遠隔操作状態からの中断を含む。

方法の実施形態によれば、速度ベクトルを検出又は計算するステップは、
－マスター装置に属する又はマスター装置と一体の前述の少なくとも１つの点、又はマスター装置と一意的に且つ強固に関連付けられた前述の少なくとも１つの仮想点の位置ベクトル、及び位置ベクトルの経時的変化を検出するステップと、
－検出された位置ベクトル及びそれぞれの経時的変化に基づいて、マスター装置に属する又はマスター装置と一体の前述の少なくとも１つの点、又はマスター装置と一意的に且つ強固に関連付けられた前述の少なくとも１つの仮想点の速度ベクトルを計算するステップと、
を含む。

別の方法実施形態によれば、速度ベクトルを検出又は計算するステップは、１つ以上の速度センサによって速度ベクトルを検出するステップを含む。

方法の実施形態によれば、マスター装置に属する又はマスター装置と一体の少なくとも１つの点、又はマスター装置と一意的に且つ強固に関連付けられた少なくとも１つの仮想点の線速度が、検出又は計算される。

別の方法実施形態によれば、マスター装置に属する又はマスター装置と一体の少なくとも１つの点、又はマスター装置と一意的に且つ強固に関連付けられた少なくとも１つの仮想点の角速度が検出又は計算される。

一実施形態によれば、本方法は、医療又は外科遠隔操作のためのロボットシステムに適用され、本ロボットシステムは、
－機械的に接地されず、外科手術中に外科医によって手で保持されるようになっているとともに、外科医の手動コマンドを検出してそれぞれの第１の電気コマンド信号を生成するように構成される前述のマスター装置と、
－少なくとも１つのスレーブロボットアセンブリであって、マスター装置の移動がスレーブ装置の所望の及び制御されたそれぞれの移動をもたらすように、マスター装置によって制御される態様で、患者の解剖学的構造に作用するように構成される少なくとも１つのスレーブ外科用器具を備える、少なくとも１つのスレーブロボットアセンブリと、
－少なくとも１つのスレーブ外科用器具を作動させるために、マスター装置から前述の第１の電気コマンド信号を受信し、第１の電気コマンド信号に基づいて第２の電気コマンド信号を生成し、第２の電気コマンド信号をスレーブロボットアセンブリに供給するように構成される、コンピュータを備える制御ユニットと、
を備える。

制御ユニットは、前記検出又は計算された速度ベクトルを表わす少なくとも第３の電気信号を受信するために、前記１つ以上のセンサに動作可能に接続される。

少なくとも１つの検出可能な異常／障害を特定及び認識及び／又は区別する前述のステップは、そのような制御ユニットによって実行される。

一実施形態によれば、速度ベクトルは基準座標系と呼ばれる。

実装オプションによれば、医療又は外科遠隔操作のためのロボットシステムは、操作コンソールを備え、前述の基準座標系は、前述のロボットシステムコンソールと一体である。

そのような実施形態の実装オプションによれば、方法は、所定の追跡ボリューム内のマスター装置の入力位置及び方向及び／又は速度を検出するのに適した少なくとも１つの追跡システムを更に備える外科又は医療遠隔操作のためのロボットシステムに適用され、それにより、スレーブ外科用器具の作動は、マスター装置によって外科医により与えられる手動コマンド及び／又はマスター装置の位置及び方向に依存する。

そのような場合、前述の基準座標系は、前記追跡システムによって規定される。

マスター装置が、共通の軸に対して相対的に回転又は並進するように拘束された２つの剛性部分を備える、拘束されない手持ち式マスター装置である、方法の実装オプションによれば、速度を検出及び／又は計算する前述のステップは、マスター装置の剛性部分のうちの一方に属する又はそれと一体である第１の点と、装置の剛性部分のうちの他方に属する又はそれと一体である第２の点との少なくとも２つの検出可能点の線速度又は角速度を検出及び／又は計算することを含む。

本方法の別の実装オプションによれば、マスター装置の同じ構成を更に参照すると、速度を検出及び／又は計算する前述のステップは、少なくとも２つの検出可能点の線速度又は角速度、及び／又は以下の更なる点、すなわち、２つの検出点間の中間点及び／又はマスター装置の重心、及び／又はマスター装置の回転関節、及び／又はマスター装置の角柱関節のうちの少なくとも１つの線速度又は角速度を検出及び／又は計算するステップを含む。

実装オプションによれば、マスター装置本体は、２つの自由端又はチップ、すなわち、マスター装置の剛性部分のうちの一方に属する又はそれと一体の第１の自由端又はチップ、及び装置の剛性部分のうちの他方に属する又はそれと一体の第２の自由端又はチップを備える。そのような場合、前述の２つの検出可能点は、マスター装置の前述の２つの自由端又はチップにそれぞれ対応及び／又は関連付けられる。

方法の実施形態によれば、前述の異常／障害のうちの１つのみが決定される場合でも、システムに課される状態の変化は、遠隔操作状態からのロボットシステムの即時退出、又は遠隔操作状態の即時停止である。

前述の実施形態の実装オプションによれば、方法は、既に検出された異常／障害の終了がリアルタイムで検出されるときにロボットシステムの遠隔操作の再開を可能にするステップを更に含む。

前述の実施形態の実装オプションによれば、方法は、代わりに、既に検出された異常の停止がリアルタイムで検出される場合でもロボットシステムの遠隔操作の再開を阻止するステップを提供し、遠隔操作及び／又は予備再位置合わせ操作の準備及び開始のための手順を再開する。

検出可能な異常／障害がマスター装置の過度な線速度又は角速度に関連する異常／障害である実施形態によれば、本方法は、マスター装置の検出された線速度又は角速度を線速度又は角速度閾値と比較するステップと、マスター装置の検出された線速度又は角速度が前記線速度閾値又は角速度閾値を超える場合に、マスター装置の過度な速度に関連する前述の異常／障害を特定するステップとを含む。

そのような実施形態の実装オプションによれば、マスター装置の過度な線速度又は角速度に関連する前記異常／障害が検出されるときに、ロボットシステムは遠隔操作を終了する。

そのような実施形態の実装オプションによれば、マスター装置の過度な線速度又は角速度に関連する前述の異常／障害が検出されると、ロボットシステムは異なる機械状態に入る。

実装オプションによれば、そのような異なる機械状態は、中断された遠隔操作状態、すなわち、少なくともスレーブ装置の制御ポイントの並進移動を防止する、又はスレーブ装置の制御ポイントの回転移動を制限する、又はスレーブ装置の制御ポイントの全ての移動を防止する制限された遠隔操作である。

別の実装オプションによれば、前述の制限された遠隔操作ステップにおいて、本方法は、スレーブ装置の並進が阻止されている間に、スレーブ装置が方向を変えて移動する動きを伴う位置合わせのステップを実行し、マスター装置の前記方向でスレーブ自体を位置合わせするステップを含む。

検出可能な異常／障害が、スレーブ装置が追従できないことに関連する異常／障害である実施形態によれば、方法は、マスター装置の正確な追従の条件下に留まるために、マスター装置の検出された線速度又は角速度を、スレーブ装置により許容できる最大線速度又は角速度に関連する速度閾値と比較するステップと、マスター装置の検出された線速度又は角速度が最大許容線速度又は角速度に関連する前述の速度閾値を超える場合に、スレーブ装置が追従できないことに関連する前述の異常を特定するステップとを含む。

検出可能な異常／障害がマスター装置の過度な振動に関連する異常／障害である実施形態によれば、本方法は、マスター装置の検出又は計算された速度ベクトルの方向変化の数又は頻度を検出又はカウントするステップと、次いで、前記方向変化の数又は頻度をそれぞれの閾値と比較するステップと、最後に、カウンド又は検出された方向変化の数又は頻度が前述のそれぞれの閾値を超える場合に、マスター装置の過度な振動に関連する前述の異常／障害を特定するステップとを含む。

前述したように、マスター装置の速度の方向変化を時間窓内で監視することにより、外部磁場に起因する任意の磁場摂動を検出することを可能にすることができ、これは可変であってもよく、又は信号対雑音比を低減するようなものであってもよく、したがって、検出された位置信号の前記振動の形態で前記摂動を決定する。

安全閾値よりも大きい「ジャーク」（位置ベクトルの三次導関数）を有する事象を特定することに関するこの方法の利点の１つは、摂動事象又は単方向変動ではなく、振動事象を分離するための移動反転を考慮することである。

一実装オプションでは、速度反転事象の特定は、関連する加速度及びジャークベクトルが特定の許容閾値内にあるという制約に拘束される。言い換えれば、検出された速度の複数の方向変化は、加速度ベクトル及び／又はジャークベクトルと比較される。

非直感的な動きに関連する別のタイプの異常／障害チェックは、任意の方向に沿ったマスター装置のジャーク超過の検出によって決定することができる。このタイプの事象は、例えば、固体表面に対するマスター装置の影響と関連付けることができる。ジャークは、マスター装置の位置情報から（例えば、前記２つのセンサによって）取得することができ、次いで３つの構成要素のベクトルモジュラスを計算し、それを基準閾値と比較して、可能性のある異常／障害警告を発する。

この場合も先と同様に、検出可能な異常／障害がマスター装置の過度な振動に関連する異常／障害である実施形態によれば、方法は、速度ベクトルモジュラスの移動及び／又は変化を検出するステップと、次いで、速度ベクトルモジュラスの移動及び／又は変化がそれぞれの閾値を超える場合に、マスター装置の過度な振動に関連する前述の異常を検出するステップとを含む。

マスター装置本体がマスター装置本体の開閉の自由度を規定する共通の軸を中心に少なくとも回転するように関節、好ましくは弾性関節で拘束された２つの剛性部分を備える実施形態によれば、検出可能な異常／障害は、マスター装置の不随意又は異常な開放である。

そのような実施形態の実装オプションによれば、本方法は、以下のステップ、すなわち、
－検出及び／又は計算された速度ベクトルに基づいて、マスター装置本体の２つの剛性部分の開放線速度を計算するステップと、
－計算された開放線速度を、弾性関節の弾性剛性に依存し得る閾値線速度ｖ＿ｔｈｒと比較するステップと、
－前述の計算された開放速度が前述の閾値線速度ｖ＿ｔｈｒよりも大きい場合に、マスター装置の不随意の開放に関連する異常／障害状態を特定するステップと、
を含む。

そのような実施形態の別の実装オプションによれば、本方法は、以下のステップ、すなわち、
－検出及び／又は計算された速度ベクトルに基づいて、マスター装置本体の２つの剛性部分の開放角速度を計算するステップと、
－計算された開放角速度を、弾性関節の弾性剛性に依存し得る閾値角速度ω＿ｔｈｒと比較するステップと、
－前述の計算された開放角速度が前述の閾値角速度ω＿ｔｈｒよりも大きい場合に、マスター装置の不随意の開放に関連する異常／障害状態を特定するステップと、
を含む。

前述したものを参照すると、実装オプションによれば、外科医の手からのマスター装置の落下を検出するために、下方に向くマスター装置の加速度及び／又は速度の成分の情報に依存することが可能である。

前述したものを参照すると、一実装オプションによれば、マスター装置は、共通の軸を中心に回転するように互いに拘束された２つの剛性部分を有し、前記剛性部分は、相対的に離れるように弾性的に付勢され、外科医の手からのマスター装置の落下を検出するために、マスター装置の不随意の開放を検出すること、すなわち、弾性付勢動作によって決定された２つの剛性部分間の相対的な離間移動を検出することに依存することが可能である。不随意の開放の検出は、角速度、及び／又は角加速度、及び／又は線速度、及び／又は線加速度に関する情報によって得ることができる。

マスター装置の２つの剛性部分の相対（角度及び／又は線形）離間速度情報を使用することは、例えば、各剛性部分の位置ベクトルの検出及び／又は経時的変化から速度が計算される場合、計算効率の点で有利である。

実装オプションによれば、マスター装置の落下は、２つのセンサの加速度間の関係に関する情報を使用して検出され、前記２つのセンサは、マスター装置の２つの剛性部分とそれぞれ関連付けられる。実装オプションによれば、マスター装置の落下は、２つのセンサの加速度間の関係に関する情報を使用して検出され、前記２つのセンサは、マスター装置の２つの剛性部分とそれぞれ関連付けられる。

一実装オプションによれば、マスター装置は、共通の軸を中心に回転するように拘束された２つの剛性部分を有し、前記剛性部分は、２つの現象、すなわち、（ｉ）マスター装置の不随意な開放、及び（ｉｉ）マスター装置の慣性回転が起こるマスター装置の落下中に相対的に離間移動するように弾性的に付勢され、したがって、それぞれのセンサの（検出及び／又は計算された）速度ベクトルは、制限された持続時間の少なくとも１つの過渡の間（しかし、場合によっては落下の持続時間全体の間も）、下向きの第１の成分と、マスター装置の慣性回転に起因し得る第２の成分とを有し、そのような実装オプションでは、２つの速度ベクトル（「角度」間の角度の検出は、落下において非常に低く、例えば最小であり、それぞれのセンサの速度ベクトル間の比較（「差分」によって与えられる残留振動の評価は非常に高い（例えば、最大）。換言すれば、非常に低い（例えば、最小）ときの２つのセンサの速度ベクトル間の角度は、両方が下向きであるときの特定の場合において速度間で高度の一貫性を示し、２つの速度ベクトル間の比較（差）の高い度合いの変動は、落下事象を示す。

検出可能な異常／障害が追跡基準座標系の原点の変位に関連する異常／障害である実施形態によれば、方法は、以下のステップ、すなわち、
－マスター装置の位置測定に使用されるそれぞれの実センサ又は仮想センサの線速度を計算するステップと、
－所与の時間窓内で各速度ベクトルを一次定成分で表わすことができるかどうかを計算するステップと、
－結果として得られた全ての速度ベクトルが互いに平行でコヒーレントであるかどうか、又はそれらの速度ベクトルが適切な速度ベクトル領域に属するかどうかを計算するステップと、
－互いに平行でコヒーレントな速度ベクトルの前述の状態、又は適切な速度ベクトル領域に属する前述の状態が発生しない場合、基準追跡座標系の原点の変位に関連する異常／障害を特定するステップと、
を含む。

一実施形態によれば、本方法は、以下に述べる検出可能な全ての異常／障害、すなわち、マスター装置の過度な線速度、マスター装置の過度な角速度、スレーブ装置が追従できないこと、マスター装置の過度な振動、マスター装置の不随意又は異常な開放を検出するステップを含む。

ロボットシステムが２つのマスター装置を備える実施形態によれば、本方法は、マスター装置のうちの１つだけでも前述の検出可能な異常／障害のいずれか１つを有する場合、両方のマスター装置の遠隔操作を終了する及び／又は遠隔操作を中断するステップを含む。

外科又は医療遠隔操作のためのマスター－スレーブロボットシステムのマスター装置で特定された異常／障害を管理するための方法がここで説明される。

そのような方法は、前述の実施形態のいずれかに係る少なくとも１つの異常／障害状態を特定するための方法を実行するステップを含み、異常／障害の少なくともいずれかが決定される場合、方法は、スレーブ装置の外科用器具の前記遠隔操作及び移動を停止又は直ちに中断するステップを含む。

一実施形態によれば、本方法は、マスター装置に属する又はマスター装置と一体の少なくとも１つの点、又はマスター装置と一意的に且つ強固に関連付けられた仮想点の直線加速度又は角加速度を加速度センサによって検出する更なるステップを含む。

既に前述し、本明細書で更に詳述した別の実施形態によれば、本方法は、前述の検出された位置ベクトル又は前述の検出又は計算された速度ベクトル、又はそれぞれの経時的変化に基づいて、マスター装置に属する又はマスター装置と一体の少なくとも１つの点、又はマスター装置と一意的に且つ強固に関連付けられた仮想点の直線加速度又は角加速度を計算するステップを含む。

そのような実施形態の実装オプションによれば、加速度ベクトルを検出及び計算する前述のステップは、位置ベクトルの経時的変化を表わすベクトルのＮ個のサンプルのフローティングウィンドウによって、及び把持に関連する自由度に関しては２次多項式で、マスター装置の並進及び方向に関連する自由度に関しては３次多項式で補間することによって加速度ベクトルを計算するステップを含む。

実装オプションによれば、加速度は、速度ベクトルの検出及びその時間変化に基づいて計算される。

実装オプションによれば、加速度は１つ以上のセンサによって直接検出され、そのような１つ以上のセンサは加速度計である。

本方法の様々な想定し得る実施形態によれば、異常を検出するための基礎として、マスター装置に属する又はマスター装置と一体の前述の少なくとも１つの点、又はマスター装置と一意的に且つ強固に関連付けられた仮想点のそれぞれに関して、直線加速度及び／又は角加速度及び／又は線速度及び／又は角速度及び／又はデカルト座標の位置及び／又は極座標もしくは角度座標の位置が計算又は検出される。

方法の実施形態によれば、加速度ベクトルを検出及び／又は計算する前述のステップは、少なくとも２つのセンサによって、マスター装置に属する又はマスター装置と一体の少なくとも２つの点のそれぞれの加速度ベクトルを検出及び／又は計算するステップと、次いで、センサが位置される点間の中間点に対応する、マスター装置と一意的に且つ強固に関連付けられた仮想点の加速度ベクトルを計算するステップとを含む。

例えば、「グリッパ」マスター装置では、そのような中間点は、「グリッパ」マスター装置の１つ以上のセンサによって記述される開放外周円弧上に位置され得る。

制御点が１つしかない場合、６自由度、すなわち、位置の３自由度及び方向の３自由度を検出することができる。

２つの制御点が設けられる場合、マスター装置本体の開閉角度を表わす把持に関連する第７の自由度を検出することも可能である。

一実施形態によれば、本方法は、前述の加速度ベクトルに基づいて、以下に言及されるもののうちの１つ以上の更なる異常／障害、すなわち、マスター装置の不随意の落下及び／又はマスター装置の過度の加速及び／又はマスター装置の突然の不随意の開放を検出する更なるステップを含む。

検出可能な異常／障害がマスター装置の不随意の落下である方法実施形態によれば、本方法は、以下のステップ、すなわち、
－２つの検出点のうちの少なくとも１つの、重力軸と平行な垂直加速度成分ａｙを検出及び／又は計算するステップと、
－検出又は計算された垂直加速度成分ａｙを垂直加速度閾値ａｙ＿ｔｈｒと比較するステップと、
－ａｙ＞ａｙ＿ｔｈｒの関係に従って、前述の垂直加速度成分ａｙが前述の垂直加速度閾値（ａｙ＿ｔｈｒ）よりも大きい場合、前記マスター装置の不随意の落下に関連する異常／障害を特定するステップと、
を含む。

実装オプションによれば、垂直加速度閾値ａｙ＿ｔｈｒは、重力加速度ｇに等しい、又はｇ付近の値である。

一実装オプションによれば、マスター装置の前述の少なくとも２つの検出点のそれぞれの加速度ベクトルは、冗長性及び／又は更なる検証を与えるために計算される。

実際、前述の少なくとも２つの点の計算された加速度測定値の一貫性は、異常決定の推定を改善することを可能にし、推定プロセスに必要な時間窓を更に削減する。

２つの点の加速度の計算された測定値の不一致は、マスター装置の回転による落下、又は２つのセンサ間の剛性拘束の破損と関連付けられ得る。

マスター装置の同じ機械的部分に２つのセンサを装着する特定のケースでは、測定の挙動が純粋な冗長性である。

検出可能な異常／障害がマスター装置の過度の加速度（例えば、ユーザによる取り扱いにおいて付与される）である方法実施形態によれば、本方法は、以下のステップ、すなわち、
－前述の少なくとも２つの検出点のうちの少なくとも１つの加速度ベクトルモジュラスａｔｏｔを検出及び／又は計算するステップと、
－検出及び／又は計算された加速度ベクトルモジュラスａｔｏｔを総加速度閾値ａｔｏｔ＿ｔｈｒと比較するステップと、
－ａｔｏｔ＞ａｔｏｔ＿ｔｈｒの関係に従って、前述の加速度ベクトルモジュラスａｔｏｔが前述の総加速度閾値ａｔｏｔ＿ｔｈｒよりも大きい場合には、マスター装置の過度の加速度に関連する異常／障害を検出するステップと、
を含む。

一実装オプションによれば、前記垂直加速度閾値ａｙ＿ｔｈｒは、前記総加速度閾値ａｔｏｔ＿ｔｈｒよりも低い。

例えば、ａｔｏｔ＝３・ａｙの関係を使用することができる。

一実装オプションによれば、総加速度閾値ａｔｏｔ＿ｔｈｒ（モジュラス）は、２ｇ～４ｇの範囲に属する。

一実施形態によれば、マスター装置の両方の検出点の加速度が計算される。

そのような実施形態の異なる想定し得る実装オプションによれば、前述の検出点のうちの少なくとも１つが閾値加速度を超える場合、又は仮想中間点が閾値加速度を超える場合、又は前述の２点間の相対加速度が閾値を超える場合、警報トリガ条件が発せられる。

実装オプションによれば、前述の総加速度閾値ａｔｏｔ＿ｔｈｒは、マスター装置とスレーブ装置との間の動きのスケールファクタの減少に伴って、及び／又はユーザによって選択されて遠隔操作されたマスター－スレーブ移動に適用されるスケールファクタの減少に伴って増大するように規定される。

応用例によれば、ロボット超微細手術の分野では、スケーリングファクタは、７倍～２０倍の範囲内で規定することができる。明らかに、このようなスケーリングファクタ（例えば、スレーブ動作は２０倍にスケーリングされる）が大きいほど、トリガ閾値は大きくなる。

典型的な実装オプションでは、スケーリングファクタは、特定の状況に応じてユーザによって設定され得ることに留意すべきである。

マスター装置がユーザの手でしっかりと押圧又は保持されないときに少なくとも角度的にそのような部分を開く傾向がある弾性関節で互いに接続された２つの剛性部分から成る方法の実施形態によれば、検出可能な異常／障害は、マスター装置の不随意の開放である。このような状況は、特に、例えばマスター装置が手から離れてしまったために外科医が制御を失った場合に起こる可能性があり、落下するマスター装置は、関節のばねに起因してスナップ留めによって開く。

そのような場合、本方法は、以下のステップ、すなわち、
－（前述のように）前記２つの検出可能点のそれぞれの加速度ベクトル及び／又はそれぞれの経時的変化を検出及び／又は計算するステップと、
－前述の検出及び／又は計算された加速度ベクトルに基づいて、マスター装置の２つの剛性部分の開放角加速度ｗを計算するステップと、
－計算された開放角速度ωを、弾性関節の弾性剛性に依存する閾値角速度ω＿ｔｈｒと比較するステップと、
－前述の計算された開放角速度ωが前述の閾値角速度（ω＿ｔｈｒ）よりも大きい場合に、マスター装置の不随意の開放に関連する異常／障害状態を特定するステップと、
を含む。

同様の実装オプションによれば、計算、比較、及び特定の前述のステップは、角速度ではなく、角加速度又は直線加速度に対して実行される。

別の実装オプションによれば、マスター装置が２つの剛性部分から成り、該剛性部分がユーザの手でしっかりと押圧又は保持されないときに少なくとも角度的にそのような部分を開く傾向がある弾性関節で互いに接続され、検出可能な異常／障害がマスター装置の不随意の開放である場合に再び注意を向けると、方法は、以下のステップ、すなわち、
－２つの検出可能点のそれぞれの位置ベクトル及びそれぞれの経時的変化を検出するステップと、
－検出された位置ベクトルの経時的変化に基づいて、前述の２つの検出可能点間の距離の経時的変化を計算するステップと、
－前述の距離の経時的変化に基づいて、マスター装置の開放線速度ｖを計算するステップと、
－計算された開放線速度ｖを閾値線速度ｖ＿ｔｈｒと比較するステップと、
－ｖ＞ｖ＿ｔｈｒである場合に前述の異常状態を特定するステップと、
を含む。

方法の実施形態によれば、所定の空間限界外でのマスター装置の禁止された位置決めを検出する、所定の空間限界外でのスレーブ装置の禁止された位置決めを検出する、マスター装置の過度の速度、スレーブ装置が追従できないこと、マスター装置の過度の振動、及びマスター装置の更なる不随意の落下、マスター装置の過度の加速、並びにマスター装置の突然の不随意の開放の前述の異常／障害が全て同時に検出される。

好適には、そのような実施形態は、最大限の可能な安全性を目的として、広範囲のチェックを得ることを可能にする。

外科又は医療遠隔操作のためのマスター－スレーブロボットシステムのマスター装置で特定された異常を管理するための方法が、本発明に更に含まれる。

そのような方法は、前述の実施形態のいずれか１つに係る少なくとも１つの異常状態を特定するための方法を実行するステップを含む。

そのような方法は、前述の異常／障害の少なくともいずれかが決定される場合、患者の安全を保護するために、遠隔操作及びスレーブ装置の外科用器具（又は「エンドエフェクタ」の動きを直ちに中断するステップを更に含む。

少なくとも１つのマスター装置と、少なくとも１つのスレーブ装置と、制御ユニットとを備える医療又は外科遠隔操作のためのロボットシステムが、本発明に更に含まれる。

少なくとも１つのマスター装置は、機械的に接地されず、外科手術中に外科医によって手で保持されるようになっているとともに、外科医の手動コマンドを検出してそれぞれの第１の電気コマンド信号を生成するように構成される。

少なくとも１つのスレーブ装置又はスレーブロボットアセンブリは、それぞれの少なくとも１つのマスター装置によって制御される態様で、患者の解剖学的構造に作用するように構成された少なくとも１つのスレーブ外科用器具を備える。

コンピュータを備えた制御ユニットは、マスター装置から前述の第１の電気コマンド信号を受信し、第１の電気コマンド信号に基づいて第２の電気コマンド信号を生成し、第２の電気コマンド信号をスレーブロボットアセンブリに供給して、少なくとも１つのスレーブ外科用器具を作動させるように構成される。

制御ユニットは、本明細書に示される実施形態のいずれか１つによる少なくとも１つの異常状態を特定するための方法を実行するように更に構成される。

ロボットシステムの一実施形態によれば、ロボットシステム制御ユニットは、以下のステップ、すなわち、
－マスター装置に属する又はマスター装置と一体である少なくとも１つの点、又はマスター装置と一意的に且つ強固に関連付けられた仮想点の速度ベクトルを検出又は計算するステップと、
－少なくとも１つの検出された速度ベクトルに基づいて、又は少なくとも１つの検出された位置ベクトルの少なくとも１つの成分に基づいて、少なくとも１つの検出可能な異常／障害状態を特定及び認識及び／又は区別するステップと、
を実行することによって、少なくとも１つの異常／障害状態を特定するように構成される。

前述の検出可能な異常／障害は、以下の異常、すなわち、マスター装置の過度な線速度、マスター装置の過度な角速度、スレーブ装置が追従できないこと、マスター装置の過度な振動、マスター装置の不随意又は異常な開放のうちの少なくとも１つを含む。

前述の検出可能な異常のそれぞれは、異常が検出された場合に実行されるべき少なくとも１つのシステム状態変化と関連付けられる。そのような状態変化は、例えば、遠隔操作状態を終了すること、又は遠隔操作状態の中断を含む。

検出可能な異常／障害がマスター装置の過度な振動に関連する異常／障害である実施形態によれば、ロボットシステムは、マスター装置の検出又は計算された速度ベクトルの方向変化の数又は頻度を検出又はカウントし、方向変化の前記数又は頻度をそれぞれの閾値と比較し、カウント又は検出された前記方向の数又は頻度がそれぞれの閾値を超える場合に、前記マスター装置の過度な振動に関連する前述の異常／障害を特定するように構成される。

マスター装置の過度な振動に関連する異常／障害を検出することも目的とした一実施形態によれば、ロボットシステムは、速度ベクトルモジュラスの移動及び／又は変化を検出し、速度ベクトルモジュラスの前述の移動及び／又は変化がそれぞれの閾値を超える場合に、マスター装置の過度な振動に関連する異常／障害を特定するように構成される。

ロボットシステムの一実施形態によれば、マスター装置本体は、マスター装置本体の開閉の自由度を規定する共通の軸の周りを少なくとも回転するように、関節ＯＪ、好ましくは弾性関節で拘束された２つの剛性部分（１８０，１９０）、（７８０，７９０）を備える。ロボットシステムは、検出及び／又は計算された速度ベクトルに基づいて、マスター装置本体の２つの剛性部分の開放線速度又は角速度を計算し、計算された開放線速度又は角速度を、弾性関節の弾性剛性に依存し得るそれぞれの閾値線速度又は閾値角速度と比較するように構成される。

一実装オプションによれば、ロボットシステムは、計算された開放速度が前記閾値線速度よりも大きい場合、又は計算された開放角速度が前記閾値角速度よりも大きい場合、マスター装置の不随意な開放に関連する異常／障害状態を検出するように構成される。

別の実装オプションによれば、ロボットシステムは、前述の計算された開放速度が閾値線速度よりも大きい場合、又は前述の計算された開放角速度が閾値角速度よりも大きい場合、マスター装置の落下に関連する異常／障害状態を検出するように構成される。

ロボットシステムの一実施形態によれば、マスター装置本体は、マスター装置本体の開閉の自由度を規定する共通の軸の周りを回転するように拘束された２つの剛性部分（１８０，１９０）、（７８０，７９０）を備え、そのような剛性部分は、弾性付勢作用によって、相対的に離れるように弾性的に付勢される。

ロボットシステムは、マスター装置の不随意な開放の検出に基づいて、及び／又はマスター装置本体の２つの剛性部分間の相対的な離間移動の検出に基づいて、マスター装置の落下に関連する異常／障害状態を検出するように構成され、この離間は前述の弾性付勢作用によって決定される。

そのような実施形態の異なる可能な実装オプションによれば、マスター装置の不随意の開放の検出は、２つの剛性部分の角速度、及び／又は角加速度、及び／又は線速度、及び／又は直線加速度で取得された情報に基づいて実行される。

実装オプションによれば、ロボットシステムは、マスター装置の２つの剛性部分にそれぞれ関連付けられ、２つの剛性部分のそれぞれの速度を検出するように構成された２つのセンサを備える。そのような場合、ロボットシステムは、２つのセンサによって検出された速度間の関係に関する情報に基づいてマスター装置の落下を認識するように構成される。

システムの実装オプションでは、マスター装置本体は、それぞれの所定の位置に１つ以上のセンサを受け入れるための座部を備える。

システム実施形態によれば、マスター装置本体は使い捨てであり、したがって一般にはプラスチックで作られる。

システムの別の実施形態によれば、マスター装置本体は、金属（例えば、チタン）で作られ、滅菌可能である。

以下、図１～図１０を参照して、既により一般的な用語で規定された方法の幾つかの実施形態を、非限定的な例として更に詳述する。

マスター装置の異常チェックは、実際の動きに対して最小の待ち時間で介入するために、遠隔操作のためのロボットシステムに導入される。

一実施形態において、実行される一連の動作は、例えば加速に関して、マスター装置の全ての移動自由度に関する情報の取得、次いで、取得された信号のフィルタリング、マスターの１つ以上の異常チェックの評価、実行されるチェックに基づくマスター装置の任意の障害又は異常の検出、ロボットシステムの機械状態の制御ユニットと、ユーザインタフェースＵｌと、スレーブ装置の端点との通信を含む。

本方法の幾つかの実施形態（既に述べた）で実行される異常／障害チェックの更なる詳細は、非限定的な例として以下に提供される。

マスター装置の落下（「マスター落下」）
このチェックの目的は、外科医の手からのマスター装置の不随意の落下を特定することである。そのようなチェックは、（感圧面などの他の量を検出するための更なるセンサを必要とせずに）マスター装置の加速度（又は位置）の検出に基づく。

この原理は、加速度を検出すること、又は位置情報から加速度を（ノイズの影響さえも）導出すること、及び重力ベクトルの（下向きの）方向に沿った加速度の瞬時値を計算することにある。

そのような加速度が重力加速度に匹敵する閾値に達すると、このチェックに関して異常警告が発せられる。

以下では、グローバル基準系において、重力場が－Ｙ軸に沿って方向されると仮定する。

例えば、加速度推定は、Ｙ軸の多項式フィッティングの使用、次いでその係数を操作することによる多項式の二重導出に基づく。

様々な使用可能なフィッティング技術の中でも、例えば、Ｓｏｌｅｚｋｙ－Ｇｏｌａｙフィルタに基づく解決策を挙げることができる。この解決策は、ＦＩＲ（有限インパルス応答）フィルタのように導出された多項式を表すことを特徴とし、これは、２Ｗ＋１サンプルの窓を取得し、それに行列を乗算することから動作可能に成る。そのような行列は、２つのパラメータ、すなわち窓のサイズ（半値幅Ｗを有する）及び多項式の次数に依存する。

窓のサイズは、サンプリング時間、計算における所望の待ち時間、及び信号雑音に依存する。

多項式の次数は、位置信号の性質に依存する。

フィルタは、例えば、文献で知られている関係に従って表わすことができるカットオフ周波数を有するローパスフィルタである。
Ｃｕｔｏｆｆ（Ｈｚ）＝Ｄｔ＊（Ｏｒｄｅｒ＋１）／（３．２＊Ｗｉｎｄｏｗ－４．６）

実装オプションによれば、マスター装置は２つの検出位置（すなわち、２つのセンサ）を有する。このような場合、いずれか１つでも閾値を超えると、異常警告が発せられる。

前述のアルゴリズムでは、推定に使用される窓が広いほど、推定自体が良好になることに留意すべきである。一方、窓が狭いほど、反応時間は速くなる。

前述のニーズ間の適切な妥協点を選択するための基準は、マスター装置の直感的でない望ましくない移動（例えば、マスターの落下動作）中に制御対象スレーブ装置が移動する空間の量である。非直感的な移動中に制御されたスレーブ装置によって経路に許容される最大距離をＤと規定し、この状況でのマスターの最大速度をＭと規定すると、最大窓幅Ｗは以下の関係によって表される。
Ｗ＝２Ｄ／Ｍ／Ｔ＋１
ここで、Ｔはサンプリング時間である。

最大加速度の超過
別のタイプの異常チェックは、任意の方向に沿ったマスター装置の過剰な加速度である、非直感的な動きに関連する。この事象は、「マスター落下」の場合について前述したのと同じ技術を使用して、成分ごとの加速度成分の検出又は推定に基づいて特定することができる。

この場合、３つの成分のベクトルモジュラスを閾値と比較して、異常警告を発する。

マスター装置の突然の開放
把持に関する自由度を有するマスター装置の場合、例えば、術者がマスター装置の制御を失う異常な状況、又はマスター装置の把持を示すと考えられる、マスター装置把持の起こり得る突然の開放（すなわち、術者によって指示された開放の場合に発生するものに対して過度に速い）について、更なるチェックを実行することができる。

開放速度の推定は、例えば、「マスター落下」の場合について前述したのと同じ多項式フィッティングを使用して行われるが、この特定の条件に関連する異なるパラメータを用いて行われる。

フィッティングから得られた開角（又は「把持角度」の推定速度は、この異常の評価に使用される。

空間限界外にあるマスター装置
別の異常チェックは、術者の動きに対して規定された空間限界に関連する。これらの限界は、特定の手術標的の有用性の考慮事項、及びマスター装置の位置を計算するために使用されるセンサシステムの制限に基づいて規定される。

そのような限界に関連して、２つの主要なシナリオ、すなわち、作業空間の中心に中心付けられる球、又は平行六面体又は箱形の表面を特定することができる。

そのようなボリュームの限界にマスター装置が達すると、異常通知がユーザに提供される。

拘束された機械的インタフェースを有するマスター装置との関連で、これらの限界は、機械的インタフェースの限界に依存する。

拘束されない（接地されていない）機械的インタフェースを有するマスター装置との関連で、光学的検出が考慮される場合、作業空間は、追跡される特徴を特定するのに必要な最小分解能を考慮に入れて構築された、各カメラの円錐体の交点である。磁気追跡システムを考慮すると、作業空間には磁場の減衰に依存する限界がある。

好ましくは、「作業空間」は、遠隔操作のために特別に構築された作業空間である。したがって、「作業空間」は、それを超えると測定情報を検出することができない物理的空間を示すことを意図するものではなく、外科的遠隔操作の活動のために具体的に画定され許容されるより狭い空間を示すことを意図する。

例えば、「作業空間」は、信号品質基準（ノイズ）が許容可能な閾値内にある空間の領域であり、及び／又は「作業空間」は、術者の占有位置に対する周囲位置などのユーザビリティに関して選択された作業領域である。

一実施形態によれば、マスター装置に関連する３つの作業空間が規定され、前述の３つの作業空間は、好ましくは少なくとも部分的に相互侵入される。

１．「マスター測定可能な作業空間」：遠隔操作には許容できないエラー値の影響を受けても、マスター装置の有効な位置又は回転情報を取得できる作業ボリュームである。このような作業ボリュームは、測定系の原点を基準として任意の幾何学的形状を有する。形状は、測定の種類、例えば、光学測定システムの場合は円錐、磁気測定システムの場合は半球を切断することに依存し得る。

２．「術者が使用可能な作業空間」：これは、術者が遠隔操作することができる「マスター測定可能な作業空間」内の作業ボリュームである。そのようなボリュームは、遠隔操作活動のための適切な精度値を有すると同時に、術者の人間工学と一致しなければならない。好ましくは、ボリュームはまた、ディスプレイシステム又は物理的ガイドによって区切られ得ない場合に術者が理解できる形状を有する。実際、使いやすさの基準のために、作業空間は、術者がその限界を知覚するように成形されることが重要である。

換言すれば、前述の「術者が使用可能な作業空間」は、好ましくは、
（ｉ）術者に理解可能であり、したがってコンソールを参照し、測定システムを参照しない、
（ｉｉ）人間工学に有用ではない「マスター測定可能な作業空間」の領域を回避するためにサイズが縮小される（これは、光学追跡システムとは異なり、物体も透過する磁気システムの場合に特に重要である）；
（ｉｉｉ）遠隔操作品質基準の関数としてのサイズに縮小される；
（ｉｖ）操作野の無菌性の理由でマスター装置を配置してはならない領域に関して低減される、
ように選択される。

好ましくは、本特許の目的のために、「マスター装置作業空間」という用語は、この術者が使用可能な作業空間を示すことを意図している。

３．「開始作業空間」：遠隔操作に入ったときにマスター装置が位置する「術者が使用可能な作業空間」内の作業ボリュームである。「術者が使用可能な作業空間」に関するこのような制限の理由は、エッジの近くから開始すると、術者が作業空間をすぐに出ることができるという事実にある。実装オプションによれば、「開始作業空間」は、「開始作業空間」を用いてマスタースレーブスケールファクタに基づいて動的に構築することができる。

以下に示される空間閾値に関する考慮事項は、術者が使用可能な作業空間からの退出及び開始作業空間への進入に適用可能である。

したがって、１つの実装オプションによれば、システムは、遠隔操作に入る際に、マスター装置が「開始作業空間」の内側にあることを検証し、遠隔操作の間に、マスター装置が「術者が使用可能な作業空間」から出ないことを検証する。

作業空間の境界は、条件及び特定の条件に応じて可変とすることができ、例えば、作業空間は、術者の位置の近くにあっても、マスター装置を格納するために特に含まれるポケットを除外しなければならない。

一実装オプションによれば、遠隔操作への最初の進入において、各マスター装置の位置は独立して固定され、これにより、スレーブ装置の適切にスケーリングされた並進がもたらされ、作業空間の端部付近で遠隔操作が開始されることが回避される。

例えば図３に示す例示的な実施形態によれば、閾値Ｔによって区切られた作業空間領域３１５に出入りする安全性評価に使用される空間基準閾値Ｔが規定されている場合、閾値を正しく評価し、振動を最小限に抑えるために、測定エラーを考慮に入れなければならない。

したがって、最大ノイズＥの影響を受ける位置Ｘの測定値をＺとすると、Ｚ＝Ｘ＋－Ｅである。

Ｘ＜Ｔを閾値内で規定し、Ｘ＞Ｔを閾値外で規定する。

測定値Ｚの関数としてエラーのマージンを考慮して、作業空間領域３１５の外側の状況（Ｘ≫Ｔ）及び安定した進入条件が推定されるべきである場合に、術者、すなわちマスター装置３１０が推定されるべきである。

したがって、Ｚ＜Ｔ－Ｅと設定することにより、２つのケースを置き換えることによって、術者が確実に作業空間領域３１５内にあるという安定した基準が得られることが観察される。他の任意の主要値Ｚは、Ｘ＜Ｔの基準を満たさない。
Ｘ＋Ｅ＜Ｔ－Ｅ又はＸ＜Ｔ－２Ｅ
Ｘ－Ｅ＜Ｔ－Ｅ又はＸ＜Ｔ

この場合も先と同様にこの例によれば、術者、すなわちマスター装置３１０が作業空間領域３１５内にある（Ｘ≪Ｔ）と仮定すると、Ｚ＞Ｔ＋Ｅは、Ｘ＞Ｔを置き換えるために求められる基準である。Ｔ及びＥに関してＺの条件に作用することによって、使用性又は安全基準に従って進入又は退出を遅延させるように選択することができる。

内縁（Ｔ－Ｅ）が常に選択される場合、安全性が出口に有利であり、使い勝手が入口に有利である。図３は、作業空間３１５からエッジ領域３１７に出入りするマスター装置３１０を示し、エッジ領域３１７は、ノイズＥを考慮に入れて閾値Ｔから規定される。

マスター装置の過度の振動
マスター装置の過度な振動に関連する更なる異常／障害が検出される実施形態によれば、本方法は、以下のステップ、すなわち、
－特定の閾値を超える速度ベクトルの動きを検出するステップと、
－マスター装置の検出又は計算された速度ベクトルの方向変化の数又は頻度を検出又はカウントするステップと、
－方向変化の数又は頻度をそれぞれの閾値と比較するステップと、
－カウント又は検出された方向変化の前述の数又は頻度が前述のそれぞれの閾値を超える場合に、マスター装置の過度な振動に関連する前述の異常／障害を特定するステップと、
を含む。

速度ベクトルの方向の変化の数又は頻度のカウントは、例えば、所与の期間、例えば０．２秒で行われる。これにより、外科医ロボットシステムの帯域は通常５Ｈｚであるため、システムは、マスター装置を介して、１０Ｈｚの動きコマンドが入力として提供されるかどうかを認識する。この特徴は、段階的なフィルタの適用によって生じるような異常を除去するのではなく、異常を示すような状況を特定しようとするものである。

マスター装置速度の監視は、所定の時間間隔で十分に多数の振動を認識すること、例えば、速度が方向を反転するときを特定すること、及び所定の閾値を超える所与の振幅を超える振動の数を（浮動又は固定）時間窓内でカウントすることを可能にする。

この機能は、特に磁気追跡システムの場合に、マスター装置の検出された位置信号の振動の形態で検出された外部磁場に起因する磁場外乱を検出するためにも有用であり得る。

ここで、単方向の場合について詳細に説明する。連続信号の速度反転は、その導関数の最小点又は最大点として経時的に得ることができる。固定サンプリングｄＴ（秒）を有する単軸位置信号が与えられると、この点を様々なモード、すなわち、（ｉ）多項式フィルタリング及びフィッティングを使用するモード、（ｉｉ）長さ２Ｗ＋１のフローティングウィンドウに関して採決を行うモードで評価することができる。

「（ｉ）フィッティング」の場合：少なくとも２次多項式で位置のフィッティングを行い、加速度が０かどうかを計算し、その後、速度が与えられた窓内でそれらが推定される。「（ｉｉ）フローティングウィンドウ」の場合：瞬間変換速度の局所サンプルは、［－Ｖ０，Ｖ０］に含まれる閾値Ｖ０より大きく－Ｖ０未満の相対速度値に対応する３つのシンボル（ＰＺＮ）に挿入される。アルゴリズムは、負でない値の均一なシーケンスが先行し、続いて正でない値、又はその逆数が先行するゼロ速度（最大でも０）でＬＺサンプルを有する第１の点を反転点と見なす。

第１の実施は、［ＮＺ］｛Ｌ１，｝［ＰＺ］｛Ｌ１，｝又は［ＰＺ］｛Ｌ１，｝［ＮＺ］｛Ｌ１，｝などの正規表現を用いたパターン認識に基づく。反転点は、第１のケースでは最後のシンボルＮと最初のシンボルＰとの中間点であり、第２のケースではＰ、Ｎである。なお、速度が０となる点を有する必要はない。

第２の実施では、Ｐ Ｎのシーケンスは、各Ｐ及びＮの連続した出現の数をカウントするフローティングウィンドウに格納される。長さＷのフローティングウィンドウは、ＰとＮとの交互がある場合は最大Ｗ個の要素全て１を意味し、全てＰ又はＮである場合は１つの要素を意味する。そのような出現のシーケンスＣ１．．．ＣＫに対して最大スクロールアルゴリズムを使用して、最大点を取得し、それをＣｉとする。その後、Ｃｉ＞＝Ｌ１であり、かつ、Ｃ（ｉ－１）＞＝Ｌ１又はＣ（ｉ＋１）＞＝Ｌ１であれば、反転点が得られる。

好ましくは、測定システムが何らかの理由でサンプルを提供しない場合、システムはリセットし、フローティングウィンドウを満たし始める。

この時点で、システムは反転点を経時的に累積する。最後の２つの反転点が所定の閾値よりも大きい時間距離を有する場合、反転カウントがリセットされる。次いで、２つの反転点間の距離が評価され、これが所与の閾値より大きい場合、反転の数が増大する。

上記を３次元の場合に拡張すると、可能な解決策は、独立した軸によって機能し、３つの異なる速度方向変化特定子（軸ごとに１つ）を有することである。

三次元の場合に関する別の実施形態は、一次元の場合について既に説明したものを参照して以下に説明するように、組み合わされた方法で動作することであり、反転点は三次元位置に基づいて推定され、ベクトル間の距離は振動の振幅を推定するために使用される。

「（ｉ）フィッティング」による点の推定の場合、上記の多項式フィッティングの同じ手法が適用されるが、３次元の場合に拡張される。その考え方は、位置を多項式又は一連の多項式（スプライン）で表し、次いで接線相対速度を計算し、最後にそれを値Ｖｒとして使用することである。１つの可能な技術は、Ｂ－スプラインフィッティングである。問題は、最小２乗最適化によって解くことができ、主に所望の制御ポイントの数によって制御される。好ましい仮説は、フィルタリングに基づくフィッティングの連続推定である。そうでなければ、反転の推定は、以下に説明するように、接線方向及び法線方向の動き成分を有する前のベクトルに対して各新しい速度ベクトルを分解しようとする３次元軌跡の曲線表現に基づいている。すなわち、時間Ｐ１、Ｐ２の２つの点が与えられると、速度ベクトルをＶ２＝Ｐ２－Ｐ１として規定する。第３の点Ｐ３が与えられると、新しい速度ベクトルＶ３＝Ｐ３－Ｐ２が前の成分Ｖ３＝ｖ３ｔＶ３＋Ｖ３Ｎに対してどのような役割を有するかを評価することが可能である。成分ｖ３ｔは相対速度であるため、一軸解におけるＶｒとして利用可能である。

例えば、最大５Ｈｚの自然振動を有する信号が、０．１ｍｍの精度で１００Ｈｚでサンプリングされたと仮定する。

マスター装置の不随意の開放
一実装オプションによれば、マスター装置本体は、マスター装置本体の開閉の自由度を規定する共通の軸を中心に少なくとも回転するように、関節、好ましくは弾性関節内に拘束された２つの剛性部分を備え、方法は、検出及び／又は計算された速度ベクトルに基づいて、マスター装置本体の２つの剛性部分の開放角速度ωを計算するステップを含む。

したがって、この実装オプションによれば、本方法は、
－計算された開放角速度ωを、弾性関節の弾性剛性に依存し得る閾値角速度ｃｏ＿ｔｈｒと比較するステップと、
－ω＞ω＿ｔｈｒの関係に従って、前述の計算された開放角速度ωが前記閾値角速度（ω＿ｔｈｒ）よりも大きい場合、マスター装置の不随意の開放に関連する異常／障害状態を特定するステップと、
を更に含む。

一実装オプションによれば、閾値角速度値ω＿ｔｈｒは、０．１５～０．５０ｒａｄ／ｓの範囲に属する。

同様の実装オプションによれば、計算、比較、及び特定の前述のステップは、角速度ではなく、角加速度、又は直線加速度で実行され、これは、例えば、速度ベクトル及び／又は位置ベクトルの経時的変化を監視することによって取得することができる。

例えば、別の実装オプションによれば、マスター装置がユーザの手でしっかりと押圧又は保持されないときに少なくとも角度的にそのような部分を開く傾向がある弾性関節で互いに接続された２つの剛性部分から成り、検出可能な異常／障害がマスター装置の不随意の開放である場合に再び注意を向けると、方法は、以下のステップ、すなわち、
－２つの検出可能点のそれぞれの位置ベクトル及びそれぞれの経時的変化を検出するステップと、
－検出された位置ベクトルの経時的変化に基づいて、前述の２つの検出可能点間の距離の経時的変化を計算するステップと、
前述の距離の経時的変化に基づいて、マスター装置の開放線速度ｖを計算するステップと、
－計算された開放線速度ｖを閾値線速度ｖ＿ｔｈｒと比較するステップと、
－ｖ＞ｖ＿ｔｈｒである場合、前述の異常／障害状態を特定するステップと、
を含む。

閾値速度は、２つの剛性部分間の接近速度閾値及び／又は離間速度閾値とすることができる。

例えば、動作状態にあるときに、マスター装置本体がスレーブ化されたスレーブの開閉自由度を制御するようになっている並進の直線自由度を有することを提供する実施形態によれば、外科用器具に把持作用（開閉）を与える、マスター装置本体の径方向の圧力作用が２つの剛性部分の距離を決定する。

好ましくは、並進移動において互いに拘束されたマスター装置の２つの剛性部分の並進移動の相対直線加速度を計算することを提供するこの実装オプションは、２つの剛性部分の間に回転関節を有するマスター装置の不随意の開放に関して前述した実施のように、マスター装置の制御されていない挙動の指標となる異常状態を特定することを可能にする。

したがって、要約すると、方法実施形態によれば、ベクトル加速度、すなわちマスター装置のモジュラス及び線形又は角度方向を測定又は計算することによって、少なくとも以下の情報が取得される。
－マスター装置の落下：加速度がｇに等しく、下方に向けられている場合、スレーブが下方に、したがっておそらく患者に向かって進むのを防ぐために、ロボットシステムは直ちに停止する。
－マスター装置は、任意の方向に過度の加速度（例えば、３ｇ以上）を有し、この場合も、ロボットシステムは直ちに停止する；
－マスター装置の意図しない開放：マスター装置の２点の相対加速度が前述の２点間の弾性戻り加速度よりも大きい場合（その間に、関節と、関節を開くようになっているばねとがある）。

マスター装置のベクトル加速度は、１つ以上の加速度計によって直接検出されるか、又は位置ベクトルの変化の監視から導出され、次に検出される。

前述したように、本方法は、位置及び方向の測定によって特徴付けられる、外科遠隔操作のロボットシステムのためのマスター装置インタフェースの広範なクラスに関する。

特に、例えば、ヒンジ又はヒンジ関節で閉じることができる２つの部分又はチップを有するマスター装置が考えられる。各部分は、直接測定又は差し引かれる位置測定値に関連付けられる。

スレーブ装置、特にそれに関連する超微細手術器具（又は「エンドエフェクタ」の制御のために、マスター基準座標系（又は「マスターフレーム」）及びそれぞれの原点（又は「マスターフレーム原点」ＭＦＯ）を規定することができる。

したがって、マスター装置の１つ以上の基準点の位置は、いつでも、そのような座標系の原点（ＭＦＯ）に対して、前述のマスター基準座標系の座標に対して規定される。

既に述べたように、幾つかの実施形態では、マスター基準座標系、及びマスター装置の関連位置は、例えばマスター装置に配置された光学マーカを使用して、適切に選択された点で直接測定される。この場合、「グリッパ」マスター装置の把持角は、別の技術、例えば磁気エンコーダで測定される。

マスター装置が常に「把持され」ており、２つの部分が関節にヒンジ止めされている他の実施形態では、本方法は、マスター装置の前述の２つの部分（又はそれぞれのチップ）のそれぞれの位置を測定するステップを含む。そのような場合、マスター装置の２つの部分のそれぞれは、前述の一般的マスターフレーム（ＭＦＯ）の原点に関して表される、その基準座標系（ここではそれぞれＭＦ＃１及びＭＦ＃２として示される）に関連付けられる。

一般的マスターフレーム（原点ＭＦＯを有する）と、マスター装置の部分ＭＦ＃１及びＭＦ＃２のマスターフレームとの間の座標変換は、既知の座標変換技術によって、例えば、位置及び方向を平均することによって、２つのマスターフレームＭＦ＃１とＭＦ＃２との間の平均として表すことができる。

そのような場合、マスター装置の２つの部分に対して実行された測定は、検出された最大１２自由度、すなわち、第１のマスター装置部分に関する３つの位置座標及び３つの方向値、第２のマスター装置部分に関する３つの位置座標及び３つの方向値を与えることができる。

そのような検出は、マスター装置の機械的構造の７自由度を常に検出することを可能にする（また、冗長性も有する）。

図に示される方法で使用される座標系に関して、ＭＦＯとして示される基準座標系は、マスター装置の（例えば、マスター装置の作業空間に関連付けられている）一般的基準座標系（又は「マスターフレーム」又は「マスターフレーム原点」）であり、ＭＦ＃１及びＭＦ＃２（図１）として示される基準座標系は、マスター装置の２つの部分と一体である局所基準座標系（又は「マスターフレーム」）であり、基準座標系ＭＦＭ（図１）、ＭＦ１、及びＭＦ２（図４、図４ｂｉｓ、及び図６ｔｅｒ）は、マスター装置と一体の（例えば、マスター装置と一体化されている２つのセンサが配置されている点の間の仮想中間点に関連付けられる）局所基準座標系であり、基準座標系ＳＦＯ（図４ｂｉｓにおける）は、スレーブ装置のための（例えば、スレーブ装置の作業空間に関連付けられている）一般的な基準座標系（又は「スレーブフレーム原点」）であることに留意すべきである。

図１、図２、及び図７に示す例は、「グリッパ」タイプのマスター装置を指し、これは、ヒンジ関節とグリッパの２つのアーム（数回言及したマスター装置の「２つの部分」に対応する）のチップとの間の中央付近で把持ハンドの指の力の印加を伴う。このタイプのマスター装置は、３つの方向自由度、３つの位置自由度、及びグリッパアーム間の開放の合計７つの自由度を特徴とする。既に示したように、グリッパアームの位置を検出するために、光学及び／又は磁気技術を使用することができる。

図１及び図２は、マスター装置１１０によって形成されたグリッパのアーム１８０，１９０のチップ付近に配置された２つのセンサＳ１、Ｓ２を有するマスター装置１１０を示す。

図１において、ヒンジ関節ＯＪは、左側にあり、２つのアームの２つの軸ｚ１及びｚ２に平行な軸を有するアームの回転を可能にする。軸ｘ１及びｘ２はアームの方向であり、関節から離れる方向である。

２つのセンサのそれぞれの位置及び回転測定値は、位置の３次元ベクトル（したがって、ｐ１及びｐ２として示す２つの位置ベクトルを得る）及び各アームの回転行列（したがって、Ｒ１及びＲ２として示す２つの回転行列を得る）によって表わすことができる。次いで、各センサは、それぞれの位置及び回転情報、（ｐ１、Ｒ１）及び（ｐ２、Ｒ２）に関連付けられる。

回転は３次元直交サブグループＳＯ（３）に関連付けることができ、したがって自由度の数は常に３であることに留意すべきである（表現のタイプにかかわらず、本明細書に例示されるように９つの数を有する回転行列に基づくか、３つのオイラー角（３）に基づくか、四元数に基づくかにかかわらず）。

アームの基準点（又はチップ）の配置（すなわち、位置及び回転）は、例えば、２つの位置ｐ１及びｐ２の平均ｐＭとして計算された位置と、回転の平均としての回転（すなわち、Ｒ１及びＲ２のそれぞれの要素の平均を要素として有する行列ＲＭである）とを用いて、マスター装置全体の配置（すなわち、位置及び回転）を計算することを可能にする。グリッパの開角ａは、チップとマスター装置アームの既知の長さとの間の距離、すなわち、関節とセンサが設けられた各基準点との間の既知の距離を使用して計算することができる（センサＳ１、Ｓ２が関節ＯＪから等距離の点に配置されていると仮定すると、前述の２つの距離は等しくなる）。

図３（ａ）に示す例では、拘束されないマスター装置３１０が、マスター作業空間３１５に入る移行中に概略的に示されており、エッジバンド３１７が作業空間３１５の限界Ｔの周りに画定され、例えば、エッジバンド３１７は、追跡システムによるマスター装置３１０の検出品質から導出されるエラー又はノイズＥによって決定することができ、したがって、エッジバンド３１７は、位置Ｔ＋Ｅ及びＴ－Ｅによって区切られる。

図３（ｂ）に示す例では、拘束されないマスター装置３１０は、マスター作業空間３１５を出る移行中に概略的に示されており、エッジバンド３１７が作業空間３１５の限界Ｔの周りに画定され、例えば、エッジバンド３１７は、追跡システムによるマスター装置３１０の検出品質から導出されるエラー又はノイズＥによって決定することができ、したがって、エッジバンド３１７は、位置Ｔ－Ｅ及びＴ＋Ｅによって区切られる。

図４に示す実施形態によれば、ロボット遠隔手術システム４００は、割り当てられた作業空間４１５，４２５を有する少なくとも１つの拘束されないマスター装置４１０，４２０（図示の例では、２つの拘束されないマスター装置４１０，４２０が外科医４５０によって手に保持されて概略的に示される）と、コンソール４５５と一体の制御ユニットと、スレーブ装置４４０（図示の例では、２つのスレーブ外科用器具４６０，４７０が示される）とを備える。

図４ｂｉｓに示される実施形態によれば、ロボット遠隔手術システム４００は、割り当てられた作業空間４１５を有する少なくとも１つの拘束されないマスター装置（図示の例では、２つの拘束されないマスター装置４１０，４２０が外科医４５０によって手に保持されて概略的に示される）と、基準座標系ＭＦＯと一体であり、好ましくは制御ユニットを備えるコンソール４５５と、スレーブ装置４４０（図示の例では、２つのスレーブ外科用器具４６０，４７０が示される）とを備える。

図５は、割り当てられた作業空間５１５内の拘束されないマスター装置５１０を概略的に示しており、遠隔操作開始空間領域５１６は、本明細書では作業空間５１５に完全に含まれて示されており、この図示の例では、マスター装置５１０には、一対の特定センサ又はマーカ５８５，５９５が設けられ、例えば、マスター装置５１０が遠隔操作開始空間領域５１６内にあるときにのみ、システムは遠隔操作の開始を可能にするように構成されている。

例えば図５ｂｉｓに示される実施形態によれば、基準座標系ＭＦＯは、椅子５５４を備えるコンソールと一体である（図示の例では、基準座標系ＭＦＯは、椅子５５４の一部と一体である）。例えば、追跡源は、作業ボリューム５１５を画定する椅子５５４の一部と一体になるように配置され、遠隔操作開始空間領域５１６は、作業空間５１５に完全に含まれて本明細書に示され、例えば、マスター装置５１０が遠隔操作開始空間領域５１６内にあるときにのみ、システムは遠隔操作の開始を可能にするように構成されている。

例えば図５ｔｅｒに示される実施形態によれば、基準座標系ＭＦＯは、マスターコンソール５５５と一体である作業ボリューム５１５を画定するマスターコンソール５５５と一体であり、図示の例では、外科医５５０によって手に保持され、データリンク５１１，５１２によってコンソール５５５に配線された２つの拘束されないマスター装置５１０，５２０が概略的に示され、示されている例では、コンソール５５５は、術野及び／又はシステム及び／又は術野状態パラメータを表示するための画面５５７を備える。

例えば図６に示される実施形態によれば、作業ボリューム６１５と収納又は休止ボリューム６１８とを備えるコンソール６５５と一体である２つのボリューム６１５，６１８が存在し、マスター装置６１５，６２５が収納ボリューム６１８内にあるとき、システムは遠隔操作状態への進入を可能にしない。例えば、収納ボリューム６１８は、使用されていないときにコンソール６５５及び／又はマスター装置６１０，６２０を格納するように意図された要素に若しくはその近傍に、及び／又は要素に若しくは要素内に配置されることができる。

例えば図６ｂｉｓに示される実施形態によれば、コンソール６５５と一体である２つの作業ボリューム６１５，６２５が画定され、該作業ボリュームは左作業ボリューム６１５及び右作業ボリューム６２５を含み、好ましくは、システムは、左マスター装置６１０が左作業ボリューム６１５内にあり、右マスター装置６２０が右作業ボリューム６２５内にある場合に遠隔操作状態への進入を可能にする。

例えば図６ｔｅｒに示される実施形態によれば、システムは、左マスター装置６１０及び右マスター装置６２０の両方が作業ボリューム６１５内にある場合、及び左マスター装置６１０が右マスター装置６２５の左にある場合に、遠隔操作状態に入ることを可能にする。

図７及び図８は、割り当てられた作業空間７１５，８１５内の拘束されないマスター装置７１０，８１０の少なくとも一点の速度情報に基づいて特定することができる幾つかの異常／障害を示す。

図７に示す例では、マスター装置７１０の２つの点、すなわち、それぞれが共通の軸を中心に回転するように関節７７５内に拘束された剛性部分７８０，７９０の特定子である２つの点の角速度ｗを監視することにより、マスター装置の不随意の開放を検出することができる（ここに示す例では、マスター装置７１０は、２つの剛性部分７８０，７９０のそれぞれに特定センサ又はマーカ７８５，７９５を備えている）。

これに代えて、又はこれに加えて、速度監視は、マスター装置の２点の線速度監視の監視とすることができる。

図８に示す例では、速度監視は、例えば、速度ｖの方向を監視すること、及び／又は作業ボリューム８１５内で検出された速度ベクトルｖの方向変化をカウントすることに基づいて、マスター装置の過度な振動を検出することを可能にする（本明細書に示す例では、マスター装置８１０には、一対の特定センサ又はマーカ８８５，８９５が設けられている）。

例えば図９に示される実施形態によれば、コンソールと一体化された３つのボリューム９１５，９１９，９１４が存在し、これらのボリュームは、マスター装置９１０がその中に配置されると、システムが遠隔操作を可能にする（例えば、スレーブ外科用器具９６０に命令する）作業ボリューム９１５と、マスター装置９１０がその中に配置されると同時に作業ボリューム９１５の外側に配置されると、システムが遠隔操作を中断する中断された遠隔操作ボリューム９１９と、マスター装置９１０がその中に配置されると同時に中断された遠隔操作ボリューム９１９の外側に配置されると、システムが遠隔操作を除外する（すなわち、マスター装置９１０は、遠隔操作から外れている）検出限界を表す追跡ボリューム９１４とを備える。

例えば図９ｂｉｓに示される実施形態によれば、コンソールと一体である３つのボリューム９１５，９１９，９１４が存在し、それらのボリュームは、マスター装置９１０がその中に配置されるときに、システムが遠隔操作を可能にする（例えば、スレーブ外科用器具９６０に命令する）限界閾値又は表面Ｔによって区切られた作業ボリューム９１５と、マスター装置９１０がその中に配置されると同時に作業ボリューム９１５の外側に配置されるときに、システムが遠隔操作を中断する限界閾値又は表面Ｔ’によって区切られた中断された遠隔操作ボリューム９１９と、マスター装置９１０がその中に配置されると同時に中断された遠隔操作ボリューム９１９の外側に配置されるときに、システムが遠隔操作を除外する（すなわち、マスター装置９１０は、遠隔操作から外れている）検出限界を表す限界閾値又は表面Ｔ’’によって区切られた追跡ボリューム９１４とを備える。限界閾値又は面Ｔ、Ｔ’及びＴ’’は、図３（ａ）～（ｂ）を参照して前述した測定又はノイズエラーＥの影響を受ける可能性がある。

図１０に概略的に示す実施形態は、共通軸Ｘ－Ｘに沿って相対的に並進するように関節１０７５内に拘束された２つの部分１０８０、１０９０を含む拘束されないマスター装置１０１０を示し、例えば、２つの部分１０８０、１０９０は互いに同一直線上に拘束され、センサＳ１、Ｓ２は、２つの部分１０８０、１０９０のそれぞれと一体になるように配置される。実装オプションによれば、各センサＳ１、Ｓ２の線速度又は角速度を監視することにより、異常／障害状態を検出することが可能になる。例えば、好ましくは弾性関節である関節１０７５を押すことによって、２つの部分１０８０、１０９０は離れ、外科医によるマスター装置１０１０の制御が失われた場合、２つの部分１０８０、１０９０は相対的に接近し、相対的接近速度の監視は、例えば相対的接近速度が速度閾値よりも大きい場合に、異常／障害状態を検出することを可能にする。実装オプションによれば、システムは、少なくとも１つのセンサＳ１、Ｓ２の角速度を監視して、過度の振動などの異常／障害状態を検出及び認識する。

図から分かるように、先に示した本発明の目的は、詳細に上記に開示した特徴により、上記の方法によって完全に達成される。

実際、記載された方法及びシステムは、マスター装置の幾つかの可能性のある動作異常／障害、又はマスター装置の可能性のある異常状況を検出し、異常のタイプを認識する効果的且つリアルタイムの検証を可能にする。

したがって、医療又は外科遠隔操作のためのロボット制御システムによって自動的に実行されるマスター装置の任意の異常動作状態をリアルタイムで検証するための手順を適用する必要性を満たすことが可能であり、そのような手順は、そのような用途によって要求される厳しい安全要件を満たすために、効率的で信頼性があるようなものである。

これは、マスターと関連付け可能な少なくとも１つの点の少なくとも１つの位置ベクトルを検出し、１つ以上の検出された量を１つ以上のそれぞれの所定の閾値と比較することによって得られる。

マスター装置の構造的又は機能的異常が特定されると、遠隔操作を直ちに迅速に中断することができ、したがって、そのような異常／障害が、患者に作用するようになっているスレーブ装置及びそれに関連する外科用器具の動作の結果として生じる異常／障害に反映され、患者自体に重大な結果をもたらす可能性を伴うことを回避できる。

それにより、患者の安全性を改善するという目的が達成され、考慮される動作環境において順守されなければならない非常に厳しい安全要件を満たす。

偶発的なニーズを満たすために、当業者は、以下の特許請求の範囲から逸脱することなく、前述の方法の実施形態に変更及び適合を行うことができ、又は機能的に等価な他の要素と要素を置き換えることができる。可能な実施形態に属するものとして前述された全ての特徴は、説明された他の実施形態に関係なく実装されてもよい。

Claims (52)

1. 手持ち式であって、術者によって手で保持されるようになっているとともに、機械的に拘束されず、医療又は外科遠隔操作のためのロボットシステムを制御するために使用されるマスター装置（１１０；３１０；４１０，４２０；５１０；５１０，５２０；６１０，６２０；７１０；８１０；９１０；１０１０）を使用する際の少なくとも１つの異常状態を特定及び認識及び／又は区別するための方法であって、
   －前記マスター装置に属する又は前記マスター装置と一体の少なくとも１つの点、又は前記マスター装置と一意的に且つ強固に関連付けられた仮想点の速度ベクトルを検出又は計算するステップと、
   －前記少なくとも１つの検出された速度ベクトルに基づいて、又は前記少なくとも１つの検出された位置ベクトルの少なくとも１つの成分に基づいて、少なくとも１つの検出可能な異常状態を特定及び認識及び／又は区別するステップと、
   を含み、
   前記検出可能な異常は、以下の異常、すなわち、前記マスター装置の過度な線速度、前記マスター装置の過度な角速度、前記スレーブ装置が追従できないこと、前記マスター装置の過度な振動、前記マスター装置の不随意又は異常な開放のうちの少なくとも１つを含み、
   前記検出可能な異常のそれぞれは、前記異常が検出される場合に実行される少なくとも１つの状態システム変化と関連付けられ、前記少なくとも１つの状態変化は、前記遠隔操作状態からの退出又は前記遠隔操作状態の中断を含む、方法。
2. 速度ベクトルを検出又は計算するステップは、
   －前記マスター装置に属する又は前記マスター装置と一体の少なくとも１つの点、又は前記マスター装置と一意的に且つ強固に関連付けられた前記少なくとも１つの仮想点の位置ベクトル、及び位置ベクトルの経時的変化を検出するステップと、
   －検出された前記位置ベクトル及びそれぞれの経時的変化に基づいて、前記マスター装置に属する又は前記マスター装置と一体の少なくとも１つの点、又は前記マスター装置と一意的に且つ強固に関連付けられた前記少なくとも１つの仮想点の速度ベクトルを計算するステップと、
   を含む、請求項１に記載の方法。
3. 速度ベクトルを検出又は計算するステップは、
   －１つ以上の速度センサによって前記速度ベクトルを検出するステップ、
   を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記マスター装置に属する又は前記マスター装置と一体の前記少なくとも１つの点、又は前記マスター装置と一意的に且つ強固に関連付けられた前記少なくとも１つの仮想点の線速度が検出又は計算され、
   及び／又は、前記マスター装置に属する又は前記マスター装置と一体の前記少なくとも１つの点、又は前記マスター装置と一意的に且つ強固に関連付けられた前記少なくとも１つの仮想点の角速度が検出又は計算される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 医療又は外科遠隔操作のための前記ロボットシステムは、
   －機械的に接地されず、外科手術中に外科医によって手で保持されるようになっているとともに、外科医の手動コマンドを検出してそれぞれの第１の電気コマンド信号を生成するように構成される前記マスター装置と、
   －少なくとも１つのスレーブロボットアセンブリであって、前記マスター装置の移動が前記スレーブ装置の所望の制御されたそれぞれの移動をもたらすように、前記マスター装置によって制御される態様で、患者の解剖学的構造に作用するように構成される少なくとも１つのスレーブ外科用器具（４６０，４７０；９６０）を備える、少なくとも１つのスレーブロボットアセンブリと、
   －前記少なくとも１つのスレーブ外科用器具を作動させるために、前記マスター装置から前記第１の電気コマンド信号を受信し、前記第１の電気コマンド信号に基づいて第２の電気コマンド信号を生成し、前記第２の電気コマンド信号を前記ロボットスレーブアセンブリに供給するように構成される、コンピュータを備える制御ユニットと、
   を備え、
   前記制御ユニットは、前記検出又は計算された速度ベクトルを表わす少なくとも第３の電気信号を受信するために、前記１つ以上のセンサに動作可能に接続され、
   少なくとも１つの検出可能な異常を特定及び認識及び／又は区別するステップは、前記制御ユニットによって実行される、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記速度ベクトルが基準座標系に参照される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 医療又は外科遠隔操作のための前記ロボットシステムが操作コンソール（４５５；５５５；６５５）を備え、前記基準座標系が前記ロボットシステムコンソールと一体である、請求項６に記載の方法。
8. 医療又は外科遠隔操作のための前記ロボットシステムは、所定の追跡ボリューム内の前記マスター装置の前記入力位置及び方向及び／又は速度を検出するのに適した少なくとも１つの追跡システムを更に備え、前記スレーブ外科用器具の作動は、前記マスター装置によって外科医により与えられる前記手動コマンドに依存し、
   前記基準座標系が前記追跡システムによって規定される、請求項４から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記マスター装置は、共通の軸に対して相対的に回転及び／又は並進するように拘束された２つの剛性部分（１８０，１９０；７８０，７９０；１０８０，１０９０）を備える、手持ち式の拘束されないマスター装置であり、速度を検出及び／又は計算するステップは、
   －少なくとも２つの検出可能点、すなわち、前記マスター装置の前記剛性部分のうちの一方に属する又はそれと一体の第１の点、前記装置の前記剛性部分のうちの他方に属する又はそれと一体の第２の点の線速度又は角速度を検出及び／又は計算するステップ、
   及び／又は
   －前記少なくとも２つの検出可能点の線速度又は角速度、及び／又は以下の更なる点、すなわち、
   前記２つの検出点間の中間点及び／又は前記マスター装置の重心、
   及び／又は前記マスター装置の回転関節（ＯＪ；７７５）、及び／又は前記マスター装置の角柱関節（１０７５）、
   のうちの少なくとも１つの線速度又は角速度を検出及び／又は計算するステップ、
   を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記マスター装置の本体は、２つの自由チップ又は端部、すなわち、前記マスター装置の前記剛性部分の一方に属する又はそれと一体の第１の自由チップ又は端部と、前記装置の前記剛性部分の他方に属する又はそれと一体の第２の自由チップ又は端部とを備え、
    前記２つの検出可能点は、前記マスター装置の前記２つの自由チップ又は端部にそれぞれ対応し及び／又は前記２つの自由チップ又は端部とそれぞれ関連付けられる、請求項９に記載の方法。
11. 前記異常のうちの１つでも決定されるときに、前記システム状態変化は、前記遠隔操作状態からの前記ロボットシステムの即時退出、又は前記遠隔操作状態の即時中断である、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記方法は、
    －既に検出された異常の停止がリアルタイムで検出されるときに前記ロボットシステムの遠隔操作の再開を許可するステップ、
    又は
    －前記既に検出された異常の停止がリアルタイムで検出される場合でも前記ロボットシステムの遠隔操作の再開を阻止し、遠隔操作及び／又は予備再位置合わせ操作の準備及び開始のための手順を再開するステップ、
    を更に含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記検出可能な異常は、前記マスター装置の過度な線速度又は角速度に関連する異常であり、前記方法は、
    －前記マスター装置の検出された線速度又は角速度を線速度閾値又は角速度閾値と比較するステップと、
    －前記マスター装置によって検出された線速度又は角速度が前記線速度閾値又は前記角速度閾値を超える場合に、前記マスター装置の過度な速度に関連する前記異常を特定するステップと、
    を含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記マスター装置の過度な線速度又は角速度に関連する前記異常が検出されるときに、前記ロボットシステムが前記遠隔操作を終了する、請求項１３に記載の方法。
15. 前記マスター装置の過度な線速度又は角速度に関連する前記異常が検出されるときに、前記ロボットシステムが異なる機械状態に入る、請求項１３に記載の方法。
16. 前記異なる機械状態は、中断された遠隔操作状態、すなわち、少なくとも前記スレーブ装置の制御ポイントの並進移動を防止する、又は前記スレーブ装置の前記制御ポイントの回転移動を制限する、又は前記スレーブ装置の前記制御ポイントの全ての移動を防止する制限された遠隔操作である、請求項１５に記載の方法。
17. 前記制限された遠隔操作ステップにおいて、前記方法は、前記スレーブ装置の前記並進が阻止される間に、前記スレーブ装置が方向を変えて移動する動きを伴う位置合わせのステップを実行し、前記マスター装置の方向と前記スレーブ自体を位置合わせする、請求項１６に記載の方法。
18. 前記検出可能な異常は、前記スレーブ装置が追従できないことに関連する異常であり、前記方法は、
    －前記マスター装置の測定された線速度又は角速度を、前記マスター装置の正確な追従の条件下に留まるために前記スレーブ装置により許容できる最大線速度又は角速度に関連する速度閾値と比較するステップと、
    －前記マスター装置の検出された線速度又は角速度が最大許容線速度又は角速度に関連する前記速度閾値を超える場合に、前記スレーブ装置が追従できないことに関連する前記異常を特定するステップと、
    を含む、請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 前記検出可能な異常は、前記マスター装置の過度な振動に関連する異常であり、前記方法は、
    －前記マスター装置の検出又は計算された速度ベクトルの方向変化の数又は頻度を検出又はカウントするステップと、
    －方向変化の前記数又は頻度をそれぞれの閾値と比較するステップと、
    －カウントされた又は検出された方向変化の前記数又は頻度が前記それぞれの閾値を超える場合に、前記マスター装置の過度な振動に関連する前記異常を特定するステップと、
    を含む、請求項１から１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記検出可能な異常は、前記マスター装置の過度な振動に関連する異常であり、前記方法は、
    －速度ベクトルモジュラスの移動及び／又は変化を検出するステップと、
    －前記速度ベクトルモジュラスの移動及び／又は変化がそれぞれの閾値を超える場合に、前記マスター装置の過度な振動に関連する前記異常を特定するステップと、
    を含む、請求項１から１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 前記マスター装置の本体は、前記マスター装置本体における開閉の自由度を規定する共通の軸を中心に少なくとも回転するように、関節（ＯＪ；７７５）、好ましくは弾性関節に拘束された２つの剛性部分（１８０，１９０；７８０，７９０）を備え、前記検出可能な異常は、前記マスター装置の不随意の又は異常な開放である、請求項１から２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 前記方法は、
    －前記検出及び／又は計算された速度ベクトルに基づいて、前記マスター装置本体の前記２つの剛性部分の開放線速度を計算するステップと、
    －前記計算された開放線速度を、前記弾性関節の弾性剛性に依存し得る閾値線速度と比較するステップと、
    －前記計算された開放速度が前記閾値線速度よりも大きい場合に、前記マスター装置の不随意の開放に関連する異常状態を特定するステップと、
    を含む請求項２１に記載の方法。
23. 前記方法は、
    －前記検出及び／又は計算された速度ベクトルに基づいて、前記マスター装置本体の前記２つの剛性部分の開放角速度を計算するステップと、
    －前記計算された開放角速度を、前記弾性関節の弾性剛性に依存し得る閾値角速度と比較するステップと、
    －前記計算された角速度が前記閾値角速度よりも大きい場合に、前記マスター装置の不随意の開放に関連する異常状態を特定するステップと、
    を含む請求項２１に記載の方法。
24. 前記検出可能な異常は、追跡基準座標系の原点の変位に関連する異常であり、前記方法は、
    －前記マスター装置の位置測定に使用されるそれぞれの実センサ又は仮想センサの線速度を計算するステップと、
    －所与の時間窓内で、各速度ベクトルを一次定成分で表わすことができるかどうかを計算するステップと、
    －結果として得られた全ての速度ベクトルが互いに平行でコヒーレントであるかどうか、又はそれらの速度ベクトルが適切な速度ベクトル領域に属するかどうかを計算するステップと、
    －相互に平行でコヒーレントな速度ベクトルの状態、又は適切な速度ベクトル領域に属する状態が発生しない場合に、追跡基準座標系の原点の変位に関連する前記異常を特定するステップと、
    を含む、請求項１から２３のいずれか一項に記載の方法。
25. 前記マスター装置の過度な線速度、前記マスター装置の過度な角速度、前記スレーブ装置が追従できないこと、前記マスター装置の過度な振動、前記マスター装置の不随意又は異常な開放の全ての検出可能な異常が検出される、請求項１から２４のいずれか一項に記載の方法。
26. 前記ロボットシステムが２つのマスター装置を備え、前記方法は、前記マスター装置のうちの１つでも前記検出可能な異常のいずれか１つを有する場合、両方のマスター装置の遠隔操作を終了する、及び／又は遠隔操作を中断するステップを含む、請求項１から２５のいずれか一項に記載の方法。
27. 外科又は医療遠隔操作のためのマスター－スレーブロボットシステムのマスター装置で特定される異常を管理するための方法であって、
    請求項１から２６のいずれか一項に記載の少なくとも１つの異常状態を特定するための方法を実行するステップと、
    前記異常のうちの少なくともいずれか１つが決定される場合に、遠隔操作及び前記スレーブ装置の前記外科用器具の移動を直ちに停止又は中断するステップと、
    を含む方法。
28. 医療又は外科遠隔操作のためのロボットシステム（４００）であって、
    －機械的に接地されず、外科手術中に外科医によって手で保持されるようになっているとともに、前記外科医の手動コマンドを検出してそれぞれの第１の電気コマンド信号を生成するように構成されるマスター装置（１１０；３１０；４１０，４２０；５１０；５１０，５２０；６１０，６２０；７１０；８１０；９１０；１０１０）と、
    －前記マスター装置によって制御される態様で、患者の解剖学的構造に作用するように構成される少なくとも１つのスレーブ外科用器具（４６０，４７０；９６０）を備える、少なくとも１つのスレーブ装置（４４０）、又はロボットスレーブアセンブリと、
    －前記少なくとも１つのスレーブ外科用器具を作動させるために、前記マスター装置から前記第１の電気コマンド信号を受信し、前記第１の電気コマンド信号に基づいて第２の電気コマンド信号を生成し、前記第２の電気コマンド信号を前記ロボットスレーブアセンブリに供給するように構成される、コンピュータを備える制御ユニットと、
    を備え、前記制御ユニットは、少なくとも１つの異常状態を特定して、
    －前記マスター装置に属する又は前記マスター装置と一体の少なくとも１つの点、又は前記マスター装置と一意的に且つ強固に関連付けられた仮想点の速度ベクトルを検出又は計算するステップと、
    －前記少なくとも１つの検出された速度ベクトルに基づいて、又は前記少なくとも１つの検出された位置ベクトルの少なくとも１つの成分に基づいて、少なくとも１つの検出可能な異常状態を特定及び認識及び／又は区別するステップと、
    を実行するように構成され、
    前記検出可能な異常は、以下の異常、すなわち、前記マスター装置の過度な線速度、前記マスター装置の過度な角速度、前記スレーブ装置が追従できないこと、前記マスター装置の過度な振動、前記マスター装置の不随意又は異常な開放のうちの少なくとも１つを含み、
    前記検出可能な異常のそれぞれは、前記異常が検出される場合に実行される少なくとも１つの状態システム変化と関連付けられ、前記少なくとも１つの状態変化は、前記遠隔操作状態からの退出又は前記遠隔操作状態の中断を含む、ロボットシステム（４００）。
29. 速度ベクトルを検出又は計算するステップは、
    －前記マスター装置に属する又は前記マスター装置と一体の少なくとも１つの点、又は前記マスター装置と一意的に且つ強固に関連付けられた前記少なくとも１つの仮想点の位置ベクトル、及び位置ベクトルの経時的変化を検出するステップと、
    －検出された前記位置ベクトル及びそれぞれの経時的変化に基づいて、前記マスター装置に属する又は前記マスター装置と一体の少なくとも１つの点、又は前記マスター装置と一意的に且つ強固に関連付けられた前記少なくとも１つの仮想点の速度ベクトルを計算するステップと、
    を含み、
    又は、速度ベクトルを検出又は計算するステップは、
    －１つ以上の速度センサによって速度ベクトルを検出するステップ、
    を含む、請求項２８に記載のロボットシステム。
30. 前記マスター装置に属する又は前記マスター装置と一体の前記少なくとも一点、又は前記マスター装置と一意的に且つ強固に関連付けられた前記少なくとも１つの仮想点の線速度を検出又は計算するように構成され、
    及び／又は前記マスター装置に属する又は前記マスター装置と一体の前記少なくとも１つの点の、又は前記マスター装置と一意的に且つ強固に関連付けられた前記少なくとも１つの仮想点の角速度を検出又は計算するように構成される、請求項２８又は２９に記載のロボットシステム。
31. 前記速度ベクトルを検出又は計算するとともに、前記検出又は計算された速度ベクトルを表わす第３の電気信号を生成するように構成されるセンサ又は検出器を更に備え、
    前記制御ユニットは、前記少なくとも１／３の電気信号を受信するために前記１つ以上のセンサ又は検出器に動作可能に接続される、請求項２８から３０のいずれか一項に記載のロボットシステム。
32. 操作コンソール（４５５；５５５；６５５）を備え、前記速度ベクトルは、前記ロボットシステムコンソールと一体の基準座標系に参照される、請求項２８から３１のいずれか一項に記載のロボットシステム。
33. 前記スレーブ外科用器具の作動が、前記マスター装置によって外科医により与えられる前記手動コマンド及び／又は前記マスター装置の位置及び方向に依存するように、所定の追跡ボリューム内の前記マスター装置の前記入力位置及び方向及び／又は速度を検出するのに適した少なくとも１つの追跡システムを更に備え、前記速度ベクトルは、前記追跡システムによって規定される基準座標系に参照される、請求項２８から３２のいずれか一項に記載のロボットシステム。
34. 前記マスター装置は、共通の軸に対して相対的に回転及び／又は並進するように拘束された２つの剛性部分（１８０，１９０；７８０，７９０；１０８０，１０９０）を備える、手持ち式の拘束されないマスター装置であり、速度を検出及び／又は計算するステップは、
    －少なくとも２つの検出可能点、すなわち、前記マスター装置の前記剛性部分のうちの一方に属する又はそれと一体の第１の点、前記装置の前記剛性部分のうちの他方に属する又はそれと一体の第２の点の線速度又は角速度を検出及び／又は計算するステップ、
    及び／又は
    －前記少なくとも２つの検出可能点の線速度又は角速度、及び／又は以下の更なる点、すなわち、
    前記２つの検出点間の中間点及び／又は前記マスター装置の重心、
    及び／又は前記マスター装置の回転関節（ＯＪ；７７５）、及び／又は前記マスター装置の角柱関節（１０７５）、
    のうちの少なくとも１つの線速度又は角速度を検出及び／又は計算するステップ、
    を含む、請求項２８から３３のいずれか一項に記載のロボットシステム。
35. 前記マスター装置の本体は、２つの自由端又はチップ、すなわち、前記マスター装置の前記剛性部分の一方に属する又はそれと一体の第１の自由端又はチップと、前記装置の前記剛性部分の他方に属する又はそれと一体の第２の自由端又はチップとを備え、前記２つの検出可能点は、前記マスター装置の前記２つの自由端又はチップのそれぞれに対応する及び／又は関連付けられる、請求項３４に記載のロボットシステム。
36. 前記異常のうちの１つでも決定されるときに、前記システム状態変化は、前記遠隔操作状態からの前記ロボットシステムの即時退出、又は前記遠隔操作状態の即時中断である、請求項２８から３５のいずれか一項に記載のロボットシステム。
37. 前記方法は、
    －既に検出された異常の停止がリアルタイムで検出されるときに前記ロボットシステムの遠隔操作の再開を許可するステップ、
    又は
    －既に検出された異常の停止がリアルタイムで検出される場合でも前記ロボットシステムの遠隔操作の再開を阻止し、遠隔操作及び／又は予備再位置合わせ操作の準備及び開始のための手順を再開するステップ、
    を更に含む、請求項３６に記載のロボットシステム。
38. 前記検出可能な異常は、前記マスター装置の過度な線速度又は角速度に関連する異常であり、前記ロボットシステムは、
    －前記マスター装置の検出された線速度又は角速度を線速度閾値又は角速度閾値と比較し、
    －前記マスター装置によって検出された線速度又は角速度が前記線速度閾値又は角速度閾値を超える場合に、前記マスター装置の過度な速度に関連する前記異常を特定する、
    ように構成される、請求項２８から３７のいずれか一項に記載のロボットシステム。
39. 前記マスター装置の過度な線速度又は角速度に関連する前記異常が検出されると、前記ロボットシステムは、
    遠隔操作を終了する、又は
    中断された遠隔操作状態に対応する異なる機械状態、すなわち、少なくとも前記スレーブ装置の制御ポイントの並進移動を防止する、又は前記スレーブ装置の制御ポイントの回転移動を制限する、又は前記スレーブ装置の制御ポイントの全ての移動を防止する制限された遠隔操作に入る、請求項３８に記載のロボットシステム。
40. 前記制限された遠隔操作ステップにおいて、前記システムは、前記スレーブ装置の前記並進が阻止される間に、前記スレーブ装置が方向を変えて移動する動きを伴う位置合わせのステップを実行し、前記マスターの方向と前記スレーブ自体を位置合わせするように構成される、請求項３９に記載のロボットシステム。
41. 前記検出可能な異常は、前記スレーブ装置が追従できないことに関連する異常であり、前記ロボットシステムは、
    －前記マスター装置の測定された線速度又は角速度を、前記マスター装置の正確な追跡の条件下に留まるために前記スレーブ装置により許容できる最大線速度又は角速度に関連する速度閾値と比較し、
    －前記マスター装置の検出された線速度又は角速度が最大許容線速度又は角速度に関連する前記速度閾値を超える場合に、前記スレーブ装置が追従できないことに関連する前記異常を特定する、
    ように構成される、請求項２８から４０のいずれか一項に記載のロボットシステム。
42. 前記検出可能な異常は、前記マスター装置の過度な振動に関連する異常であり、前記ロボットシステムは、
    －前記マスター装置の検出又は計算された速度ベクトルの方向変化の数又は頻度を検出又はカウントし、
    －方向変化の前記数又は頻度をそれぞれの閾値と比較し、
    －カウントされた又は検出された方向変化の前記数又は頻度が前記それぞれの閾値を超える場合に、前記マスター装置の過度な振動に関連する前記異常を特定する、
    ように構成される、請求項２８から４１のいずれか一項に記載のロボットシステム。
43. 前記検出可能な異常は、前記マスター装置の過度な振動に関連する異常であり、前記ロボットシステムは、
    －速度ベクトルモジュラスの移動及び／又は変化を検出し、
    －前記速度ベクトルモジュラスの移動及び／又は変化がそれぞれの閾値を超える場合に、前記マスター装置の過度な振動に関連する前記異常を特定する、
    ように構成される、請求項２８から４２のいずれか一項に記載のロボットシステム。
44. 前記マスター装置本体は、前記マスター装置本体における開閉の自由度を規定する共通の軸を中心に少なくとも回転するように、関節（ＯＪ；７７５）、好ましくは弾性関節で拘束された２つの剛性部分（１８０，１９０；７８０，７９０）を備え、前記ロボットシステムは、
    －検出及び／又は計算された速度ベクトルに基づいて、前記マスター装置本体の前記２つの剛性部分の開放線速度を計算し、計算された開放線速度を、前記弾性関節の弾性剛性に依存し得る閾値線速度と比較する、
    又は
    －検出及び／又は計算された速度ベクトルに基づいて、前記マスター装置本体の前記２つの剛性部分の開放角速度を計算し、計算された開放角速度を、前記弾性関節の弾性剛性に依存し得る閾値角速度と比較する、
    ように構成される、請求項２８から４３のいずれか一項に記載のロボットシステム。
45. 前記検出可能な異常は、前記マスター装置の不随意の又は異常な開放であり、前記ロボットシステムは、前記計算された開放速度が前記閾値線速度よりも大きい場合に、又は前記計算された開放角速度が前記閾値角速度よりも大きい場合に、前記マスター装置の不随意の開放に関連する前記異常状態を検出するように構成される、請求項４４に記載のロボットシステム。
46. 前記検出可能な異常が前記マスター装置の落下であり、前記ロボットシステムは、前記計算された開放速度が前記閾値線速度よりも大きい場合に、又は前記計算された開放角速度が前記閾値角速度よりも大きい場合に、前記マスター装置の落下に関連する異常状態を検出するように構成される、請求項４４に記載のロボットシステム。
47. 前記マスター装置本体は、前記マスター装置本体における開閉の自由度を規定する共通の軸を中心に回転するように拘束された２つの剛性部分（１８０，１９０；７８０，７９０）を備え、前記剛性部分は、弾性付勢作用によって、相対的に離れるように弾性的に付勢され、
    前記ロボットシステムは、前記マスター装置の不随意の開放の検出に基づいて、及び／又は前記弾性付勢作用によって決定された、前記マスター装置本体の前記２つの剛性部分間の相対的な離間移動の検出に基づいて、前記マスター装置の落下に関連する異常状態を検出するように構成される、請求項２８から４６のいずれか一項に記載のロボットシステム。
48. 前記マスター装置の不随意の開放の前記検出は、前記２つの剛性部分の角速度、及び／又は角加速度、及び／又は線速度、及び／又は直線加速度の情報に基づいて実行される、請求項４７に記載のロボットシステム。
49. 前記マスター装置の前記２つの剛性部分とそれぞれ関連付けられて前記２つの剛性部分のそれぞれの速度を検出するように構成される２つのセンサを備え、前記ロボットシステムは、前記２つのセンサによって検出される前記速度間の前記関係に関する情報に基づいて前記マスター装置の落下を認識するように構成される、請求項４７又は４８に記載のロボットシステム。
50. 前記検出可能な異常は、追跡基準座標系の前記原点の変位に関連する異常であり、前記ロボットシステムは、
    －前記マスター装置の位置測定に使用されるそれぞれの実センサ又は仮想センサの線速度を計算し、
    －所与の時間窓内で、各速度ベクトルを一次定成分で表わすことができるかどうかを計算し、
    －結果として得られた全ての速度ベクトルが互いに平行でコヒーレントであるかどうか、又はそれらの速度ベクトルが適切な速度ベクトル領域に属するかどうかを計算し、
    互いに平行でコヒーレントな速度ベクトルの状態、又は適切な速度ベクトル領域に属する状態が発生しない場合に、追跡基準座標系の原点の変位に関連する前記異常を特定する、
    ように構成される、請求項２８から４９のいずれか一項に記載のロボットシステム。
51. ２つのマスター装置を備え、前記ロボットシステムは、前記マスター装置のうちの１つでも前記検出可能な異常のいずれか１つの影響を受ける場合、両方のマスター装置の遠隔操作を終了し、及び／又は前記遠隔操作を中断するように構成される、請求項２８から５０のいずれか一項に記載のロボットシステム。
52. 請求項１から２６のいずれか一項に記載の少なくとも１つの異常状態を特定及び認識及び／又は区別するための方法を実行するように、又は請求項２７に記載のマスター装置で特定された異常を管理するための方法を実行するように構成される、請求項２８から５１のいずれか一項に記載のロボットシステム。

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