JP5335890B2

JP5335890B2 - ロボットマニピュレータから取り付け器具に制御器動作を転送するカプラ

Info

Publication number: JP5335890B2
Application number: JP2011502101A
Authority: JP
Inventors: トーマスジー．クーパー，; アンソニーマクグローガン，
Original assignee: インテュイティブサージカルオペレーションズ，インコーポレイテッド
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2029-03-27
Also published as: WO2009123924A1; US20090248040A1; US9144467B2; EP2259743B1; EP2259743A1; JP2011519731A; KR20110008189A; KR101651627B1; US8333755B2; US20130103051A1; US9333045B2; US20160015463A1

Description

（背景）
（分野）
本発明の実施形態は、機械的カプラの分野に関し、より具体的には、ロボットマニピュレータからの制御動作を転送するカプラに関する。

（背景）
最小侵襲性医療技術は、診断処置または外科手術処置中に損傷され得る無関係な組織の量を減らし、それによって、患者の回復時間、不快、有害な副作用を減らすために用いられてきた。最小侵襲性外科手術の従来の形態は内視鏡検査法を含む。内視鏡検査法のより一般的な形態のうちの１つは、腹腔鏡検査法であり、腹腔鏡検査法は、腹腔内の最小侵襲性検査または外科手術である。従来の腹腔鏡外科手術において、患者の腹腔は気体によって通気され、カニューレスリーブは、患者の腹部の筋肉組織における小さな（約１／２インチの）切開に通され、入口ポートを提供し、その入口ポートを通って、腹腔鏡外科手術器具が密閉した方式で通され得る。

腹腔鏡外科手術器具は、概して、外科手術領域を見るための腹腔鏡と、エンドエフェクタを規定する作業ツールとを含む。典型的な外科手術エンドエフェクタは、例えば、クランプと、グラスパと、はさみと、ステープラと、針ホルダとを含む。作業ツールは、従来の（開放）外科手術において用いられるものと類似しているが、但し、手術者が、患者の体外から外科手術部位にエンドエフェクタを導入し、外科手術部位に対してエンドエフェクタの動きを制御することを可能にするように、各ツールの作業端部またはエンドエフェクタが、例えば１２インチの長さの延長チューブによってツールのハンドルから分離されるということを除く。

作業ツールの制御の向上を提供するために、ロボットマニピュレータを用いて器具を制御することが望ましい場合がある。外科医は、調整卓上のつまみを操作し、ロボットマニピュレータに接続されている器具を間接的に操作し得る。器具はロボットマニピュレータに分離可能に連結され、その結果、器具は、別個に滅菌され得、行なわれる外科手術処置に必要な器具として使用するために選択され得る。器具は、外科手術の進行中に交換され得る。

外科医の手の動きと、関連する器具の動きとの間に密接な連結を提供することが望ましい。従って、ロボットマニピュレータの制御動作を分離可能な腹腔鏡外科手術器具に空動きまたはヒステリシスがなく伝導する機構を提供することが望ましい。

（概要）
ロボットマニピュレータからの制御器動作を提供するカプラは、球状のベアリング表面付きの先端を有するピンと、球状のベアリング表面の中心の周りに２つの回転自由度でピンの球状のベアリング表面上に支持されるプレートとを含む。プレートは、後部表面と、被駆動デバイスのジンバルアセンブリの内側ジンバルの第１の表面を支える反対側の駆動表面とを有する。プレートは、駆動表面から外側にかつ後部表面から離れるように延びるピン受容部分を含む。ピン受容部分は、ピンの球状のベアリング表面を受容する球状の受容表面を含む。球状のベアリング表面は、球状のベアリング表面の中心が被駆動デバイスのジンバルアセンブリ軸の交点と一致するように、駆動表面の上方にある距離をおいて位置を定められる。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
ロボットマニピュレータから制御器動作を転送するカプラであって、該カプラは、
球状のベアリング表面付きの先端を有するピンと、
該球状のベアリング表面の中心の周りに２自由度で該ピンの該球状のベアリング表面上に支持されるプレートであって、該プレートは、後部表面と、被駆動デバイスのジンバルアセンブリの内側ジンバルの第１の表面を支える反対側の駆動表面とを有し、該プレートは、該駆動表面から外側にかつ該後部表面から離れるように延びるピン受容部分を含み、該ピン受容部分は、該ピンの該球状のベアリング表面を受容する球状の受容表面を含み、該球状のベアリング表面は、該球状のベアリング表面の該中心が該被駆動デバイスのジンバルアセンブリ軸の交点と一致するように、該駆動表面の上方にある距離をおいて位置を定められる、プレートと
を備えている、カプラ。
（項目２）
前記ピン受容部分は、前記球状のベアリング表面から前記後部表面に延びる円錐形表面を含む、項目１に記載のカプラ。
（項目３）
前記プレートの前記駆動表面上の複数の整列特徴であって、前記被駆動デバイスのジンバルアセンブリの前記内側ジンバルの前記第１の表面上の対応する特徴と嵌合する、整列特徴をさらに含む、項目１に記載のカプラ。
（項目４）
前記複数の整列特徴は、隆起した半球状の表面を含む、項目３に記載のカプラ。
（項目５）
前記複数の整列特徴は、Ｖ形状の溝を含む、項目３に記載のカプラ。
（項目６）
２自由度で前記球状のベアリング表面の中心の周りに前記プレートを回転させるアクチュエータ機構をさらに含む、項目１に記載のカプラ。
（項目７）
アクチュエータアームをさらに含み、該アクチュエータアームは、該アクチュエータアームの第１の端部において前記プレートの一方の側に接続され、前記アクチュエータ機構は、該第１の端部の反対側の該アクチュエータアームの第２の端部に隣接して該アクチュエータアームに連結される、項目６に記載のカプラ。
（項目８）
第１のハウジングと、
該第１のハウジングに回転可能に連結される外側ジンバルであって、該外側ジンバルは第１の軸の周りに回転可能である、外側ジンバルと、
該外側ジンバルに回転可能に連結される内側ジンバルであって、該内側ジンバルは該第１の軸と交差する第２の軸の周りに回転可能である、内側ジンバルと、
第２のハウジングと、
該第２のハウジングに接続されるピンであって、該ピンは球状のベアリング表面付きの先端を有する、ピンと、
該球状のベアリング表面の中心の周りに２自由度で該ピンの該球状のベアリング表面上に支持されるプレートであって、該プレートは、後部表面と、該第２のハウジングが該第１のハウジングに接続されているとき、該内側ジンバルの第１の表面を支える反対側の駆動表面とを有し、該プレートは、該駆動表面から外側にかつ該後部表面から離れるように延びるピン受容部分を含み、該ピン受容部分は、該ピンの該球状のベアリング表面を受容する球状の受容表面を含み、該球状のベアリング表面は、該球状のベアリング表面の該中心が該第１の軸と第２の軸との交点と一致するように、該駆動表面の上方にある距離をおいて位置を定められる、プレートと
を備えている、カプラシステム。
（項目９）
前記プレートの前記ピン受容部分は、前記球状のベアリング表面から前記後部表面に延びる円錐形表面を含む、項目８に記載のカプラシステム。
（項目１０）
前記プレートは、前記駆動表面上の複数の整列特徴であって、前記内側ジンバルの前記第１の表面上の対応する特徴と嵌合する、複数の整列特徴を含む、項目８に記載のカプラシステム。
（項目１１）
前記複数の整列特徴は、隆起した半球状の表面を含む、項目１０に記載のカプラシステム。
（項目１２）
前記複数の整列特徴は、Ｖ形状の溝を含む、項目１０に記載のカプラシステム。
（項目１３）
２自由度で前記球状のベアリング表面の中心の周りに前記プレートを回転させるアクチュエータ機構をさらに含む、項目８に記載のカプラシステム。
（項目１４）
前記プレートは、アクチュエータアームをさらに含み、該アクチュエータアームは、該アクチュエータアームの第１の端部において該プレートの一方の側に接続され、前記アクチュエータ機構は、該第１の端部の反対側の該アクチュエータアームの第２の端部に隣接して該アクチュエータアームに連結される、項目１３に記載のカプラシステム。
（項目１５）
外科手術器具であって、該外科手術器具は、第１の端部にジンバルアセンブリを含み、該ジンバルアセンブリは、該第１の端部の反対側の第２の端部において外科手術ツールに動作可能に連結される、外科手術器具と、
該外科手術器具に分離可能に接続されるロボットマニピュレータであって、該ロボットマニピュレータは、該ロボットマニピュレータから該外科手術器具に制御器動作を転送するカプラを含み、該カプラは、
球状のベアリング表面付きの先端を有するピンと、
該球状のベアリング表面の中心の周りに２自由度で該ピンの該球状のベアリング表面上に支持されるプレートであって、該プレートは、後部表面と、該外科手術器具のジンバルアセンブリの内側ジンバルの第１の表面を支える反対側の駆動表面とを有し、該プレートは、該駆動表面から外側にかつ該後部表面から離れるように延びるピン受容部分を含み、該ピン受容部分は、該ピンの該球状のベアリング表面を受容する球状の受容表面を含み、該球状のベアリング表面は、該球状のベアリング表面の該中心が該外科手術器具のジンバルアセンブリ軸の交点と一致するように、該駆動表面の上方にある距離をおいて位置を定められる、プレートと
を含む、ロボットマニピュレータと
を備えている、ロボット外科手術システム。
（項目１６）
前記カプラの前記ピン受容部分は、前記球状のベアリング表面から前記後部表面に延びる円錐形表面を含む、項目１５に記載のロボット外科手術システム。
（項目１７）
前記カプラの前記プレートは、前記駆動表面上の複数の整列特徴であって、前記外科手術器具の前記ジンバルアセンブリの前記内側ジンバルの前記第１の表面上の対応する特徴に嵌合する、整列特徴をさらに含む、項目１５に記載のロボット外科手術システム。
（項目１８）
前記複数の整列特徴は、隆起した半球状の表面を含む、項目１７に記載のロボット外科手術システム。
（項目１９）
前記複数の整列特徴は、Ｖ形状の溝を含む、項目１７に記載のロボット外科手術システム。
（項目２０）
前記ロボットマニピュレータは、２自由度で前記球状のベアリング表面の中心の周りに前記プレートを回転させるアクチュエータ機構をさらに含む、項目１５に記載のロボット外科手術システム。
（項目２１）
前記カプラの前記プレートは、アクチュエータアームをさらに含み、該アクチュエータアームは、該アクチュエータアームの第１の端部において前記プレートの一方の側に接続され、前記アクチュエータ機構は、該第１の端部の反対側の該アクチュエータアームの第２の端部に隣接して該アクチュエータアームに連結される、項目１３に記載のロボット外科手術システム。
（項目２２）
ロボットマニピュレータから被駆動デバイスに制御器動作を提供するカプラであって、該カプラは、
該ロボットマニピュレータから該被駆動デバイスのジンバルアセンブリに制御器動作を転送する第１の手段と、
該第１の手段を支持する第２の手段と、
第３の手段であって、該被駆動デバイスのジンバルアセンブリ軸の交点と一致する該第１の手段に対する動作の中心の周りに２つの回転自由度を提供する、第３の手段と
を備えている、カプラ。
（項目２３）
前記第１の手段を前記被駆動デバイスの前記ジンバルアセンブリに整列させる第４の手段をさらに含む、項目１５に記載のカプラ。
（項目２４）
前記２自由度で動作の中心の周りに前記第１の手段を回転させる第５の手段をさらに含む、項目１５に記載のカプラ。
（項目２５）
ロボットマニピュレータから該マニピュレータに取り外し可能に取り付けられる被駆動デバイスに制御器動作を伝える方法であって、
ベアリング表面上に支持されるプレートを駆動する動作であって、該ベアリング表面は、プレートが該ベアリング表面上で旋回することを可能にする、動作と、
該プレートが該ベアリング表面上で旋回すると、該プレートから駆動力を受けるように該被駆動デバイスのジンバルアセンブリの被駆動表面の位置を決める、動作と
を包含し、
該ベアリング表面は、該ジンバルアセンブリのジンバル軸と一致するように位置を決められる、方法。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面および下記の詳細な説明から明らかである。

本発明は、以下の説明、および例として限定することなく本発明の実施形態を例示するために用いられる添付の図面を参照することによって最も良く理解され得る。図面において、同様の参照数字は類似の要素を示す。

図１は、患者の腹部における孔を通って挿入されたロボット的に制御された外科手術器具を有するロボット外科手術システムの簡略斜視図である。図２は、ロボットマニピュレータと共に使用する外科手術器具の平面図である。図３は、図２に示される外科手術器具の斜視図である。図４は、本発明を具体化するロボットマニピュレータのカプラ部分の斜視図である。図５は、連結した状態における本発明を具体化するカプラシステムの斜視図である。図６Ａは、連結されていない状態における図５のカプラシステムの斜視図である。図６Ｂは、反対側からの図６Ａのカプラシステムの斜視図である。図７は、図５のカプラシステムの平面図である。図８Ａは、第１の動作位置において線８−８についての図５のカプラシステムの断面である。図８Ｂは、第２の動作位置において線８−８についての図５のカプラシステムの断面である。図８Ｃは、第３の動作位置において線８−８についての図５のカプラシステムの断面である。図９は、本発明の別の実施形態を示すブロックの斜視図である。図１０は、本発明の別の実施形態を示す内部ジンバルの平面図である。図１１は、線１１−１１についての図１０の内部ジンバルの断面である。図１２は、線１２−１２についての図１０の内部ジンバルの断面である。

（詳細な説明）
以下の説明において、多くの特定の詳細が述べられる。しかしながら、本発明の実施形態がこれらの特定の詳細がなくても実施され得ることが理解される。他の場合において、この説明を理解しにくくしないために、周知の回路、構造および技術は、詳細には示されていない。

以下の説明において、添付の図面に参照がなされ、添付の図面は本発明のいくつかの実施形態を例示する。他の実施形態が利用され得、機械的構成的、構造的、電気的および動作的な変更が本開示の精神および範囲から逸脱することなく行われ得ることは理解される。以下の詳細な説明は限定する意味で取られるべきではなく、本発明の実施形態の範囲は、発行された特許の特許請求の範囲によってのみ定義される。

本明細書に用いられる専門用語は、特定の実施形態を説明する目的のためのみであり、本発明を限定することは意図されない。「下に（ｂｅｎｅａｔｈ）」、「下方に（ｂｅｌｏｗ）」、「より下、下部（ｌｏｗｅｒ）」、「上方に（ａｂｏｖｅ）」、「より上、上部（ｕｐｐｅｒ）」などの空間的に相対的な用語は、説明を容易にし、図に例示されるように、一つの要素または特徴の別の要素または特徴に対する関係を説明するために本明細書において用いられ得る。空間的に相対的な用語が図に描かれる配向の他に使用時または動作時にデバイスの異なる配向を包含するように意図されることは理解される。例えば、図におけるデバイスがひっくり返った場合、他の要素または特徴の「下方に（ｂｅｌｏｗ）」または「下に（ｂｅｎｅａｔｈ）」のように説明される要素は、次いで他の要素または特徴の「上方に（ａｂｏｖｅ）」配向される。従って、例示的用語「下方に（ｂｅｌｏｗ）」は、上方におよび下方にという配向の両方を包含し得る。デバイスは、別のやり方で配向され（例えば、９０度または他の配向に回転させられ）得、本明細書において用いられる空間的に相対的な記述語はそれに応じて解釈され得る。

本明細書において用いられるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」は、文脈が別のことを示さない限り、複数形もまた含むことが意図される。用語「備える、包含する（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および／または「備えている、包含している（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」が、述べられた特徴、ステップ、動作、要素、かつ／または構成要素の存在を指定するが、１つ以上の他の特徴、ステップ、動作、要素、構成要素、かつ／またはそれらの群の存在または追加を排除しないことはさらに理解される。

図１は、本発明の実施形態に従うロボット外科手術システム１００の簡略斜視図である。システム１００は、患者の体１２２を支持する手術台に取り付けられるかまたは手術台の近くに取り付けられる支持アセンブリ１１０を含む。支持アセンブリ１１０は、１つ以上の外科手術器具１２０を患者の体１２２内の外科手術部位に送出することを可能にする。

用語「器具」は、患者の体内に挿入されるように構成され、外科手術処置を実行するために用いられるように構成されるデバイスを説明するために本明細書において用いられる。器具は、針ドライバ、焼灼デバイス、または切断ツールなどの単一の外科手術ツール、撮像デバイス（例えば、内視鏡または超音波プローブ）、または２つ以上の様々なツールおよび撮像デバイスの組み合わせを含む組み合わせデバイスを備え得る。

システム１００の簡略斜視図は、本発明の局面がより明確に見られることを可能にするため、単一の器具１２０を支持する単一のロボットマニピュレータ１３０のみを示す。機能ロボット外科手術システムは、手術者が患者の体１２２の外部から外科手術部位を見ることを可能にする視覚システムをさらに含む。視覚システムは、例えば、外科手術器具１２０のうちの１つの遠位端に備えつけられる光学デバイスによって受信される画像を表示するビデオモニタを備え得る。光学デバイスは、例えば、検出された画像を患者の体１２２の外部の撮像センサ（例えばＣＣＤまたはＣＭＯｓセンサ）に伝える光ファイバに連結されたレンズを備え得る。あるいは、撮像センサは外科手術器具１２０の遠位端に備えつけられ得、センサによって生成された信号はモニタ上に表示するためにリード線を通ってかまたは無線で送信される。例示的モニタは、カリフォルニア州ＳｕｎｎｙｖａｌｅのＩｎｔｕｉｔｉｖｅＳｕｒｇｉｃａｌ，Ｉｎｃ．によって製造されるｄａＶｉｎｃｉ（登録商標）ＳｕｒｇｉｃａｌＳｙｓｔｅｍにおける外科医のカート上の立体ディスプレイである。

機能ロボット外科手術システムは、外科手術アセンブリ１１０および外科手術器具１２０の挿入および関節運動を制御する制御システムをさらに含む。この制御は、所望の制御の程度、外科手術アセンブリ１１０の大きさ、および他の要因に従い、様々な方法で達成され得る。いくつかの実施形態において、制御システムは、ジョイスティック、外骨格手袋（ｅｘｏｓｋｅｌｅｔａｌｇｌｏｖｅ）、または類似のものなどの１つ以上の手動の入力デバイスを含み得る。これらの入力デバイスはサーボモータを制御し、サーボモータは同様に、外科手術アセンブリ１１０の関節運動を制御する。サーボモータによって生成された力は、ドライブトレイン（ｄｒｉｖｅｔｒａｉｎ）機構を介して転送され、ドライブトレイン機構は、患者の体１２２の外部で生成された、サーボモータからの力を細長い外科手術器具１２０の中間部分を通ってサーボモータから遠位の、患者の体１２２の内部の外科手術器具の一部分に伝える。ドライブトレイン機構は、例えば、引張状態のケーブル、または圧縮された状態かもしくはねじり力を受けているロッドもしくはチューブを備え得る。遠隔操作外科手術に精通している人は、ｄａＶｉｎｃｉ（登録商標）ＳｕｒｇｉｃａｌＳｙｓｔｅｍおよびＣｏｍｐｕｔｅｒＭｏｔｉｏｎ，Ｉｎｃ．によって最初に製造されたＺｅｕｓ（登録商標）システムなどのシステム、ならびにそのようなシステムの様々な例示的構成要素があることを知っている。

図１は、例えば患者の腹部における単一のポートなどのエントリガイドカニューレ１２４を通って挿入される外科手術器具１２０を示す。機能ロボット外科手術システムは、エントリガイドマニピュレータおよび器具マニピュレータを提供する。エントリガイド１２４は、エントリガイドマニピュレータに取り付けられ、エントリガイドマニピュレータは、所望の目標外科手術部位にエントリガイド１２４の遠位端１２６の位置を決めるロボット位置決めシステムを含む。ロボット位置決めシステムは、複数の自由度（例えば、６自由度）を有するシリアルリンクアームまたはベースに取り付けられたセットアップ継手によって位置を決められるリモートセンターアームなどの様々な形態で提供され得る。あるいは、エントリガイドマニピュレータは、所望の位置にエントリガイド１２４の位置を決めるように手動で操作され得る。いくつかの遠隔外科手術の実施形態において、マニピュレータを制御する入力デバイスは、患者から離れた位置（患者が置かれている室の外）に提供され得る。入力デバイスからの入力信号は次いで制御システムに送信され、制御システムは同様にそれらの信号に応じてマニピュレータ１３０を操作する。器具マニピュレータは、器具マニピュレータ１３０がエントリガイド１２４と関連して動くように、エントリガイドマニピュレータに連結される。

図２は、細長い本体部分チューブ２１０と、遠位部分２５０と、近位制御機構２４０とを備えている外科手術器具１２０の例示的実施形態の平面図である。外科手術器具１２０の遠位部分２５０は、示されている鉗子、針ドライバ、焼灼デバイス、切断ツール、撮像デバイス（例えば、内視鏡または超音波プローブ）、または２つ以上の様々なツールおよび撮像デバイスの組み合わせを含む組み合わせデバイスなどの任意の様々な外科手術デバイスを提供し得る。

図３は、外科手術器具１２０の近位制御機構２４０をより詳細に示す斜視図である。この実施形態において、ジンバルアセンブリ３００が制御入力を受容するために提供される。ジンバルアセンブリは、近位制御機構のハウジングによって旋回可能に支持される外側ジンバル３０２と、外側ジンバルによって旋回可能に支持される内側ジンバル３０４とを含む。内側ジンバルアセンブリの軸と外側ジンバルアセンブリの軸とは交差し、内側ジンバルアセンブリは２つの回転自由度で、すなわちジンバルアセンブリの２つの軸の各々に対して１つの自由度で動くことを可能にする。

２自由度は、外科手術器具１２０の遠位部分に提供される外科手術ツール２５０の２つの関係する動作を制御し得るか、または２つの無関係の動作を制御し得る。例えば、ジンバルアセンブリ３００の一方の軸の回転は鉗子ジョー２５２のうちの１つの角位置（ａｎｇｕｌａｒｐｏｓｉｔｉｏｎ）を制御し得、もう一方の軸の回転はもう一方のジョー２５４の角位置を制御し得る。別の例において、ジンバルアセンブリ３００の一方の軸の回転は、鉗子ジョー２５２、２５４を開閉し得、もう一方の軸の回転は、鉗子２５０を回転させ得る。他の実施形態において、２つ以上のジンバルセンブリは、外科手術器具の遠位部分に提供されるツールのより多くの動きを制御するために提供され得る。さらなるジンバルアセンブリは、互いに隣接し得るか、または外科手術器具１２０の近位制御機構２４０の他の表面に提供され得る。外科手術器具は、ロボットマニピュレータ１３０に分離可能に接続される。ロボットマニピュレータは、ロボットマニピュレータから外科手術器具１２０に制御器動作を転送するカプラ１３２を含む。

図４は、ロボットマニピュレータ１３０のカプラ部分１３２の斜視図を示す。器具がロボットマニピュレータ１３０に接続されているとき、カプラ１３２は、外科手術器具１２０の近位制御機構２４０においてジンバルアセンブリ３００の内側ジンバル３０４を支えるプレート４００を含む。

図５は、プレート４００、および内側ジンバル３０４の第１の表面を支えるプレートを有するジンバルアセンブリ３００の斜視図の詳細を示す。図６Ａおよび図６Ｂは、外科手術器具がロボットマニピュレータから分離されているときのプレート４００およびジンバルアセンブリ３００の２つの斜視図を示す。ピン５００は、プレート４００を旋回可能に支持する。内側ジンバル３０４は、第１のセットのピボット５１４によって外側ジンバル３０２に接続される。第２のセットのピボット５１２は、外側ジンバル３０２を外科手術器具の近位制御機構のハウジングに接続する。２つのセットのピボット５１２、５１４の回転軸は交差し、内側ジンバル３０４が２自由度で回転することを可能にする。

図７は、ピン５００が前部に向いて示されているプレート４００およびジンバルアセンブリ３００の平面図である。図８Ａ、図８Ｂ、および図８Ｃは、図７の線８−８に沿って取られた断面図であり、３つの異なる動作位置におけるプレート４００およびジンバルアセンブリ３００を示す。図８Ａに示されるように、ピン５００は、球状のベアリング表面８０２を有する先端を有し得る。プレート４００は、ピン５００の球状のベアリング表面８０２において支持され、内側ジンバル３０４の２自由度と一致する、球状のベアリング表面の中心の周りに２つの回転自由度を提供する。

プレートは、後部表面８０４と、反対側の駆動表面８０６とを有し、反対側の駆動表面８０６は、内側ジンバル３０４の第１の表面８０８を支える。プレートはピン受容部分８００を含み、ピン受容部分８００は駆動表面８０６から外側にかつ後部表面８０４から離れるように延びる。ピン受容部分８００は、ピン５００の球状のベアリング表面８０２を受容する球状の受容表面を含み得る。球状のベアリング表面は、球状のベアリング表面８０２の中心がジンバルアセンブリ軸の交点と一致するように、駆動表面８０６の上方にある距離をおいて位置を定められる。ピン受容部分８００は、球状のベアリング表面から後部表面８０４に延びる円錐形表面７００を含む。

図８Ｂは、矢印で示されるような駆動力の印加を示し、駆動力は、プレート４００を、外側ジンバル３０２に接続された内側ジンバルの旋回軸の周りに内側ジンバル３０４を回転させるようにする。図８Ｃは、矢印で示されるような駆動力の印加を示し、駆動力は、プレート４００を、接続された内側ジンバル３０４と共に器具ハウジングに接続された外側ジンバル３０２の旋回軸の周りに外側ジンバル３０２を回転させるようにする。プレート４００と内側ジンバル３０４との間に相対的な動きはない。なぜなら、プレートは、ジンバルアセンブリ３００軸の交点と一致する、球状のベアリング表面８０２の中心の周りに回転するからである。内側ジンバル３０４の２自由度に一致する、中心の周りの２つの回転自由度でプレートを支持する他の装置が用いられ得ることが理解される。例えば、ソケット付きピンがソケットによって支持される球状のベアリング表面を含むプレートを支持し得る。

図９は、プレート９００の別の実施形態を示す。プレートは、駆動表面９０２上に複数の整列特徴９０４を含み、整列特徴９０４は内側ジンバルの第１の表面上の対応する特徴と嵌合する。プレートが内側ジンバルを押していないときプレートは比較的拘束されていない場合があるので、整列特徴９０４は、プレート９００とジンバルアセンブリとの間の公知の整列を提供し得、プレートからジンバルアセンブリに連結される予測可能な制御動作を提供し得る。複数の整列特徴が隆起した半球の表面として示されているが、窪んだ半球の表面、円錐形表面、角錐表面、および類似物などの他の形状が用いられ得る。複数の整列特徴は、異なる形状および／または大きさであり得る。

図９に示されるプレート９００の実施形態は、アームの第１の端部９１０においてプレートの一側面に接続されるアクチュエータアーム９０６をさらに含む。他の実施形態がアクチュエータアームのない整列特徴または整列特徴のないアクチュエータアームを用い得ることが理解される。アクチュエータ機構は、第１の端部の反対側のアクチュエータの第２の端部９０８に隣接してアクチュエータアーム９０６に連結され得る。アクチュエータ機構は、２つの両端矢印によって示されるように、２自由度で球状のベアリング表面の中心の周りにプレート９００を回転させ得る。プレートがアクチュエータアーム９０６の第２の端部９０８の対向する側で動作する２つの線形のアクチュエータによって２自由度で動かされ得ることが理解される。

図１０は、本発明の一実施形態において用いられ得る内側ジンバル１０００の平面図を示す。図１０の線１１−１１に沿って取られた図１１の断面図に見られ得るように、内側ジンバル１０００は、図９に示されるような協働プレート９００のピン受容部分９１２を受容する、直線または傾斜した側面を有する穴などの凹部１００２を提供し得る。一実施形態において、一部における隆起した半球の表面９０４は、図１０の線１２−１２に沿って取られた図１２の断面図に最も良くみられる、内側ジンバル上の細長いＶ形状の溝１００４と嵌合する。この配置は、堅固な接続をなおも提供しながら、整列特徴の空間における相違に適応し得る。

本発明のカプラの実施形態は、２つの部品が一体にされたとき、それらの部品間の自動的な整列を提供し得る。ドライバおよび器具は、連結されたとき斜めに適合し得、その結果、遠位外科手術ツール２５０の方向が連結によって決定される。このことは、連結処理中に遠位外科手術ツール２５０を動かすことなく、マニピュレータ１３０および器具１２０が、既知の位置に持っていかれ、接続されることを可能にし得る。器具１２０は、ジンバル３０４を有するマニピュレータ１３０から斜めに取り外され得る。なぜなら、ピン受容部分８００および整列特徴９０４は、様々な相対的な動作でマニピュレータから離れるように器具を動かすことによって分離することが可能であるように形作られ得るからである。

特定の例示的実施形態が、説明され、添付の図面に示されるが、そのような実施形態が、本広い発明の単なる例示であり、制限するものではないこと、およびこの発明が、示され、説明される特定の構造および配置に限定されないことは理解されるべきである。なぜなら、様々な他の修正が当業者に思いつき得るからである。従って、説明は、限定することの代わりに例示であると見なされるべきである。

Claims

ロボットマニピュレータから制御器動作を転送するカプラであって、該カプラは、
球状のベアリング表面付きの先端を有するピンと、
該球状のベアリング表面の中心の周りに２自由度で該ピンの該球状のベアリング表面上に支持されるプレートであって、該プレートは、後部表面と、被駆動デバイスのジンバルアセンブリの内側ジンバルの第１の表面を支える反対側の駆動表面とを有し、該プレートは、該駆動表面から外側にかつ該後部表面から離れるように延びるピン受容部分を含み、該ピン受容部分は、該ピンの該球状のベアリング表面を受容する球状の受容表面を含み、該球状のベアリング表面は、該球状のベアリング表面の該中心が該被駆動デバイスのジンバルアセンブリ軸の交点と一致するように、該駆動表面の上方にある距離をおいて位置を定められる、プレートと
を備えている、カプラ。
前記ピン受容部分は、前記球状のベアリング表面から前記後部表面に延びる円錐形表面を含む、請求項１に記載のカプラ。
前記プレートの前記駆動表面上の複数の整列特徴であって、前記被駆動デバイスのジンバルアセンブリの前記内側ジンバルの前記第１の表面上の対応する特徴と嵌合する、整列特徴をさらに含む、請求項１に記載のカプラ。
前記複数の整列特徴は、隆起した半球状の表面を含む、請求項３に記載のカプラ。
前記複数の整列特徴は、Ｖ形状の溝を含む、請求項３に記載のカプラ。
２自由度で前記球状のベアリング表面の中心の周りに前記プレートを回転させるアクチュエータ機構をさらに含む、請求項１に記載のカプラ。
アクチュエータアームをさらに含み、該アクチュエータアームは、該アクチュエータアームの第１の端部において前記プレートの一方の側に接続され、前記アクチュエータ機構は、該第１の端部の反対側の該アクチュエータアームの第２の端部に隣接して該アクチュエータアームに連結される、請求項６に記載のカプラ。
ハウジングと、
該ハウジングに回転可能に連結される外側ジンバルであって、該外側ジンバルは第１の軸の周りに回転可能である、外側ジンバルと、
該外側ジンバルに回転可能に連結される内側ジンバルであって、該内側ジンバルは該第１の軸と交差する第２の軸の周りに回転可能である、内側ジンバルと、
球状のベアリング表面付きの先端を有するピンと、
該球状のベアリング表面の中心の周りに２自由度で該ピンの該球状のベアリング表面上に支持されるプレートであって、該プレートは、後部表面と、該内側ジンバルの第１の表面を支える反対側の駆動表面とを有し、該プレートは、該駆動表面から外側にかつ該後部表面から離れるように延びるピン受容部分を含み、該ピン受容部分は、該ピンの該球状のベアリング表面を受容する球状の受容表面を含み、該球状のベアリング表面は、該球状のベアリング表面の該中心が該第１の軸と第２の軸との交点と一致するように、該駆動表面の上方にある距離をおいて位置を定められる、プレートと
を備えている、カプラシステム。
前記プレートの前記ピン受容部分は、前記球状のベアリング表面から前記後部表面に延びる円錐形表面を含む、請求項８に記載のカプラシステム。
前記プレートは、前記駆動表面上の複数の整列特徴であって、前記内側ジンバルの前記第１の表面上の対応する特徴と嵌合する、複数の整列特徴をさらに含む、請求項８に記載のカプラシステム。
前記複数の整列特徴は、隆起した半球状の表面を含む、請求項１０に記載のカプラシステム。
前記複数の整列特徴は、Ｖ形状の溝を含む、請求項１０に記載のカプラシステム。
２自由度で前記球状のベアリング表面の中心の周りに前記プレートを回転させるアクチュエータ機構をさらに含む、請求項８に記載のカプラシステム。
前記プレートは、アクチュエータアームをさらに含み、該アクチュエータアームは、該アクチュエータアームの第１の端部において該プレートの一方の側に接続され、前記アクチュエータ機構は、該第１の端部の反対側の該アクチュエータアームの第２の端部に隣接して該アクチュエータアームに連結される、請求項１３に記載のカプラシステム。
外科手術器具であって、該外科手術器具は、第１の端部にジンバルアセンブリを含み、該ジンバルアセンブリは、該第１の端部の反対側の第２の端部において外科手術ツールに動作可能に連結される、外科手術器具と、
該外科手術器具に分離可能に接続されるロボットマニピュレータであって、該ロボットマニピュレータは、該ロボットマニピュレータから該外科手術器具に制御器動作を転送するカプラを含み、該カプラは、
球状のベアリング表面付きの先端を有するピンと、
該球状のベアリング表面の中心の周りに２自由度で該ピンの該球状のベアリング表面上に支持されるプレートであって、該プレートは、後部表面と、該外科手術器具のジンバルアセンブリの内側ジンバルの第１の表面を支える反対側の駆動表面とを有し、該プレートは、該駆動表面から外側にかつ該後部表面から離れるように延びるピン受容部分を含み、該ピン受容部分は、該ピンの該球状のベアリング表面を受容する球状の受容表面を含み、該球状のベアリング表面は、該球状のベアリング表面の該中心が該外科手術器具のジンバルアセンブリ軸の交点と一致するように、該駆動表面の上方にある距離をおいて位置を定められる、プレートと
を含む、ロボットマニピュレータと
を備えている、ロボット外科手術システム。
前記カプラの前記ピン受容部分は、前記球状のベアリング表面から前記後部表面に延びる円錐形表面を含む、請求項１５に記載のロボット外科手術システム。
前記カプラの前記プレートは、前記駆動表面上の複数の整列特徴であって、前記外科手術器具の前記ジンバルアセンブリの前記内側ジンバルの前記第１の表面上の対応する特徴に嵌合する、整列特徴をさらに含む、請求項１５に記載のロボット外科手術システム。
前記複数の整列特徴は、隆起した半球状の表面を含む、請求項１７に記載のロボット外科手術システム。
前記複数の整列特徴は、Ｖ形状の溝を含む、請求項１７に記載のロボット外科手術システム。
前記ロボットマニピュレータは、２自由度で前記球状のベアリング表面の中心の周りに前記プレートを回転させるアクチュエータ機構をさらに含む、請求項１５に記載のロボット外科手術システム。
前記カプラの前記プレートは、アクチュエータアームをさらに含み、該アクチュエータアームは、該アクチュエータアームの第１の端部において前記プレートの一方の側に接続され、前記アクチュエータ機構は、該第１の端部の反対側の該アクチュエータアームの第２の端部に隣接して該アクチュエータアームに連結される、請求項２０に記載のロボット外科手術システム。
ロボットマニピュレータから該マニピュレータに取り外し可能に取り付けられる被駆動デバイスに制御器動作を伝える方法であって、
ベアリング表面上に支持されるプレートを駆動する動作であって、該ベアリング表面は、該プレートが該ベアリング表面上で旋回することを可能にする、動作と、
該プレートが該ベアリング表面上で旋回すると、該プレートから駆動力を受けるように該被駆動デバイスのジンバルアセンブリの被駆動表面の位置を決める動作と
を包含し、
該ベアリング表面は、該ジンバルアセンブリのジンバル軸と一致するように位置を決められる、方法。