JP6790065B2 - ロボットアーム及び使用方法 - Google Patents

Description

実施形態は、ロボットアームを対象とし、より具体的には、手術時に医療器具を用いて外科医を支援することができるロボットアームを対象とする。

種々の医療処置は、最適化された治療を遂行するために体内の外科用器具の３次元的位置の正確な定位を必要とする。例えば、椎骨を融合させるためのいくつかの外科処置では、外科医が特定の場所で骨構造に複数の穴を開けることを必要とする。融合システムにおいて高いレベルの機械的完全性を達成し、骨構造内に生み出される力のバランスをとるために、穴が正しい場所に穿孔されることが必要である。脊椎骨は、ほとんどの骨構造と同様、非平面の曲面で作りあげられた複雑な形状をしており、正確で垂直な穿孔を困難なものとしている。慣習的に、外科医は、ドリル管の位置を骨構造の３次元画像上に重ねるために、ガイドシステムを使用することによって、ドリルガイドチューブを手動で保持し位置決めする。この手動プロセスは、うんざりするほど長く、時間もかかる。手術の成功は、それを行う外科医の器用さに大きく依存する。

うんざりするほど長く、時間のかかるプロセスを軽減するために、ロボットシステムが採用されてきた。外科用途で使用される現行のロボットの多くは、外科的動きの拡大／安定または骨表面の粉砕のためのテンプレートを提供するために特に意図されている。しかしながら、これらのロボットは、穴あけ及び他の関連作業に最適ではない。

結果として、人的及びロボットのエラーを最小限に抑え、一方迅速かつ効率的な外科的アクセスを可能にするロボットシステムが必要とされている。ロボットシステムを使用して患者の手術を実行する能力は、患者への悪影響を大幅に減らす。ロボットシステムの適用及びロボットシステムと共に使用される技術は、外科手術全体及び手術の結果を向上させ得る。

実施形態は、ロボットアームと、ロボットアームの遠位端に連結され、外科用ツールを保持するように構成されたエンドエフェクタと、ロボットアームを動かすように動作可能な複数のモータと、オペレータがロボットアームを動かすことを可能にする動き信号を送信するように動作可能な作動アセンブリと、を備える、装置を対象とし得る。

実施形態は、作動アセンブリ上の一次ボタンを押下することと、作動アセンブリに力を加えることと、ロードセルで力を感知することと、コンピュータプロセッサに力を伝達することと、コンピュータプロセッサを使用してロボットアーム内のモータを作動させることと、モータでロボットアームを加えられた力の方向に動かすことと、を含む、ロボットアームを動かす方法を対象とし得る。

実施形態は、作動アセンブリ上の一次ボタンを押下することと、作動アセンブリに力を加えることと、モータでロボットアームを加えられた力の方向に動かすことと、ロボットアームを重力井戸に動かすことと、ロボットアームを重力井戸内で停止させることと、を含む、ロボットアームを動かす方法を対象とし得る。

本発明の好適な実施形態の詳細な説明のために、次の添付の図面を参照する。

自動化医療システムの一実施形態を図示する。 ロボット支援システムの一実施形態を図示する。 カメラ追跡システムの一実施形態を図示する。 エンドエフェクタを備えたスカラ（ＳＣＡＲＡ）の一実施形態を図示する。 ロボット支援システム及びカメラシステムが患者の周りに配置された医療手術の一実施形態を図示する。 エンドエフェクタの一実施形態を図示する。 一実施形態のエンドエフェクタの切り取り断面を図示する。 一実施形態のエンドエフェクタ切り取り断面の斜視図を図示する。 自動化医療システムで使用されるソフトウェアアーキテクチャの概要の一実施形態を図示する。 Ｃアーム撮像デバイスの一実施形態を図示する。 Ｏアーム（登録商標）撮像デバイスの一実施形態を図示する。 医療処置のための重力井戸の一実施形態を図示する。 重力井戸に向かって動くエンドエフェクタツールの一実施形態を図示する。 重力井戸に沿って位置決めされたエンドエフェクタツールの一実施形態を示す。

図１は、自動化医療システム２の一実施形態を図示する。侵襲性医療処置を実施する前に、患者の所望の外科手術区域の３次元（「３Ｄ」）画像スキャンを行い、自動化医療システム２と通信するコンピュータプラットフォームに送信してもよい。いくつかの実施形態では、医師は次に、患者の体内または体の上の所望の解剖学的標的に外科用器具が到達するように所望の挿入点及び軌道をプログラムしてもよい。いくつかの実施形態では、所望の挿入点及び軌道は３Ｄ画像スキャンで前もって考えられてもよく、いくつかの実施形態では、ディスプレイ上に表示されてもよい。いくつかの実施形態では、医師は、患者のコンピュータ断層撮影スキャン（以下、「ＣＴスキャン」と呼ぶ）上の軌道及び所望の挿入ポイント（もしあれば）を前もって考えてもよい。いくつかの実施形態では、ＣＴスキャンは、当技術分野で知られているようにアイソセントリックＣアーム型スキャン、Ｏアーム型スキャン、または術中ＣＴスキャンであってもよい。しかしながら、いくつかの実施形態では、自動化医療システム２の実施形態に従って、任意の既知の３Ｄ画像スキャンを使用してもよい。

医療処置は、自動化医療システム２が医療用保管所から医療処置室に移動することから始めてもよい。自動化医療システム２は、医療処置室に到達するように出入口、ホール、及びエレベータを通って操縦されてもよい。部屋の中で、自動化医療システム２は、２つの別々の違ったシステムであるロボット支援システム４及びカメラ追跡システム６に物理的に分離されてもよい。ロボット支援システム４は、医療従事者を適切に支援するために、任意の適切な場所で患者に隣接して位置決めされてもよい。カメラ追跡システム６は、患者のベースまたはロボット支援システム４及び患者の動きを追跡するのに適した任意の他の場所に位置決めすることができる。ロボット支援システム４及びカメラ追跡システム６は、オンボード電源によって電力供給されてもよく、及び／または外壁コンセントに差し込まれてもよい。

図１に図示するように、自動化医療システム２は、医療処置中に外科医及び医師を支援し得る。自動化医療システム２は、ツールを保持し、ツールを整列させ、ツールを使用し、ツールを案内し、及び／または使用するツールを位置決めして外科医及び医師を支援し得る。図１に図示するように、実施形態では、自動化医療システム２は、ロボット支援システム４及びカメラ追跡システム６を備えてもよい。両方のシステムは、任意の適切な手段によって一緒に連結されてもよい。適切な手段は、機械的ラッチ、タイ、クランプ、またはバットレス、または磁気あるいは磁化された表面であってもよいが、これらに限定されない。ロボット支援システム４とカメラ追跡システム６とを組み合わせる能力は、自動化医療システム２が単一ユニットとして操縦され動くことを可能にする。この組み合わせにより、自動化医療システム２が区域内で小さな設置面積を有し、狭い通路及び曲がり角の周りを容易に移動でき、より小さな区域内での保管が可能になる。

ロボット支援システム４は、医療処置中にツールを保持及び／または使用することによって外科医を支援するために使用され得る。ツールを適切に利用し保持するために、ロボット支援システム４は、適切に機能するように複数のモータ、コンピュータ、及び／またはアクチュエータに依存してもよい。図１に図示するように、ロボット本体８は、ロボット支援システム４内に複数のモータ、コンピュータ、及び／またはアクチュエータを固定し得る構造として作動し得る。ロボット本体８はまた、ロボット伸縮自在支持アーム１６に対して支えを提供し得る。実施形態では、ロボット本体８は、任意の適切な材料で作ることができる。適切な材料は、チタン、アルミニウム、またはステンレス鋼のような金属、炭素繊維、繊維ガラス、または強力型プラスチックであってもよいが、これらに限定されない。ロボット本体８のサイズは、他の構成要素を接続し動作し得る頑丈なプラットフォームを提供してもよい。ロボット本体８は、取り付けられた構成要素を動作させ得る複数のモータ、コンピュータ、及び／またはアクチュエータを収容し、隠蔽し、保護し得る。

ロボットベース１０は、ロボット支援システム４の下部支持体として作動し得る。実施形態において、ロボットベース１０は、ロボット本体８を支持し、ロボット本体８を複数の電動車輪１２に取り付けてもよい。この車輪への取り付けは、ロボット本体８を空間内で効率的に移動させ得る。ロボットベース１０は、ロボット本体８の長さ及び幅に及んでもよい。ロボットベース１０は、約２インチ〜約１０インチの高さであってもよい。ロボットベース１０は、任意の適切な材料で作ることができる。適切な材料は、チタン、アルミニウム、またはステンレス鋼のような金属、炭素繊維、繊維ガラス、または強力型プラスチックまたは樹脂であってもよいが、これらに限定されない。ロボットベース１０は、電動車輪１２を覆い、保護し、支持し得る。

図１に図示するように、実施形態では、少なくとも１つの電動車輪１２をロボットベース１０に取り付けてもよい。電動車輪１２は、どの場所でもロボットベース１０に取り付けてもよい。各電動車輪１２は、任意の方向に垂直軸の周りを回転してもよい。モータは、電動車輪１２の上方、内部、またはそれに隣接して配置されてもよい。このモータは、自動化医療システム２が任意の場所に操縦され、自動化医療システム２を安定化及び／または水平化することを可能にし得る。電動車輪１２の内部または近傍に位置するロッドは、モータによって表面に押し付けられてもよい。描かれていないが、ロッドは、自動化医療システム２を持ち上げるのに適した任意の金属で造られてもよい。適切な金属は、ステンレス鋼、アルミニウムまたはチタンであってもよいが、これらに限定されない。加えて、描かれていないが、ロッドは接触面側の端部に緩衝器を備えてもよく、ロッドが滑ることを防止し、及び／または適切な接触面を生成し得る。材料は、緩衝器として作動する任意の適切な材料であってよい。適切な材料は、プラスチック、ネオプレン、ゴム、またはテクスチャー加工された金属であってもよいが、これらに限定されない。ロッドは、自動化医療システム２を持ち上げることができ、患者に関連させて自動化医療システム２の向きを水平に、あるいは固定するために任意の必要な高さに電動車輪１０を持ち上げてもよい。各車輪のロッドによって小さな接触面積を介して支持される自動化医療システム２の重量は、自動化医療システム２が医療処置中に動くことを防止する。この強固な位置決めは、物体及び／または人が偶然に自動化医療システム２を動かすのを防ぎ得る。

自動化医療システム２の移動は、ロボットレール１４を使用して容易にされ得る。ロボットレール１４は、ロボット本体８を把持することなく、自動化医療システム２を移動させる能力を人に提供する。図１に図示するように、ロボットレール１４はロボット本体８の長さに及んでもよく、ロボット本体８よりも短く、及び／またはロボット本体８の長より長く及んでもよい。ロボットレール１４は、任意の適切な材料で作ることができる。適切な材料は、チタン、アルミニウム、またはステンレス鋼のような金属、炭素繊維、繊維ガラス、または強力型プラスチックであってもよいが、これらに限定されない。ロボットレール１４は、ロボット本体８に保護をさらに提供することができ、物体及び／または人がロボット本体８に触れたり、打撃を与えたり、衝突したりするのを防止し得る。

ロボット本体８は、以下では「スカラ（ＳＣＡＲＡ）」と呼ばれる水平多関節ロボットに対して支持を提供し得る。スカラ２４は、ロボットアームの繰り返し精度及びコンパクトさのために、自動化医療システム内で使用するのに有益であり得る。スカラのコンパクトさは、医療処置内に追加のスペースを提供することができ、医療従事者が余分な乱雑さと閉じ込め区域から解放された医療処置を実行することを可能にする。スカラ２４は、ロボット伸縮自在支持体１６、ロボット支持アーム１８、及び／またはロボットアーム２０を備えてもよい。ロボット伸縮自在支持体１６は、ロボット本体８に沿って配置されてもよい。図１に図示するように、ロボット伸縮自在支持体１６は、スカラ２４及びディスプレイ３４に対する支持を提供してもよい。実施形態では、ロボット伸縮自在支持体１６は、垂直方向に伸縮し得る。ロボット伸縮自在支持体１６は、任意の適切な材料で作ることができる。適切な材料は、チタンまたはステンレス鋼などの金属、炭素繊維、繊維ガラス、または強力型プラスチックであってもよいが、これらに限定されない。ロボット伸縮自在支持体１６の本体は、その上にかかる応力及び重量を支えるための任意の幅及び／または高さであってもよい。実施形態では、医療従事者は、医療従事者によって提出されたコマンドを介してスカラ２４を動かしてもよい。コマンドは、ディスプレイ３４及び／またはタブレット上で受信した入力に基づいてもよい。このコマンドは、１つのスイッチの押下及び／または複数のスイッチの押下から生じ得る。図４及び図５に最もよく図示されているように、作動アセンブリ６０は、１つのスイッチ及び／または複数のスイッチを備えてもよい。作動アセンブリ６０は、動きコマンドをスカラ２４に送信するように動作可能であってもよく、オペレータがスカラ２４を手動で操作することを可能にする。そのスイッチまたは複数のスイッチが押下されると、医療従事者はスカラ２４を容易に動かす能力を持ちうる。加えて、スカラ２４が動かすコマンドを受信していないとき、人及び／または他の物体による偶発的な動きを防止するためにスカラ２４を所定位置にロックし得る。所定位置にロックすることにより、スカラ２４は、エンドエフェクタ２２及びエンドエフェクタツール２６が医療処置中に使用され得る堅実なプラットフォームを提供する。

ロボット支持アーム１８は、任意の適切な手段によってロボット伸縮自在支持体１６上に配置され得る。適切な手段は、ナット及びボルト、ボール及びソケット嵌合、圧入、溶接、接着、ねじ、リベット、クランプ、ラッチ、及び／またはそれらの任意の組み合わせであってもよいが、これらに限定されない。図１及び図２に最もよく示される実施形態では、ロボット支持アーム１８は、ロボット伸縮自在支持体１６に関して任意の方向に回転し得る。ロボット支持アーム１８は、ロボット伸縮自在支持体１６の周りで３６０度回転してもよい。ロボットアーム２０は、任意の適切な場所でロボット支持アーム１８に接続してもよい。ロボットアーム２０は、任意の適切な手段によってロボット支持アーム１６に取り付けてもよい。適切な手段は、ナット及びボルト、ボール及びソケット嵌合、圧入、溶接、接着、ねじ、リベット、クランプ、ラッチ、及び／またはそれらの任意の組み合わせであってもよいが、これらに限定されない。実施形態では、ロボットアーム２０は、ロボット支持アーム１８に関して任意の方向に回転してもよく、ロボットアーム２０は、ロボット支持アーム１８に関して３６０度回転してもよい。この自由な回転は、オペレータが所望通りにロボットアーム２０を位置決めすることを可能にする。

エンドエフェクタ２２は、任意の適切な位置でロボットアーム２０に取り付けてもよい。エンドエフェクタ２２は、任意の適切な手段によってロボットアーム２０に取り付けてもよい。適切な手段は、ラッチ、クランプ、ナット及びボルト、ボール及びソケット嵌合、圧入、溶接、接着、ねじ、リベット、及び／またはそれらの任意の組み合わせであってもよいが、これらに限定されない。エンドエフェクタ２２は、ロボットアーム２０に関して任意の方向に動き得る。この方向性の自由は、ユーザがエンドエフェクタ２２を所望の区域に移動させることを可能にし得る。図４に図示するように、エンドエフェクタツール２６は、エンドエフェクタ２２に取り付けられてもよい。エンドエフェクタツール２６は、医療処置のために選択された任意のツールであってよい。エンドエフェクタツール２６は、任意の適切な手段によってエンドエフェクタ２２に配置され、エンドエフェクタ２２から取り外し得る。適切な手段は、クランプ、ラッチ、タイ、圧入、または磁石であってもよいが、これらに限定されない。実施形態において、エンドエフェクタツール２６は、ダイナミックリファレンスアレイ５２を有してもよい。本明細書では「ＤＲＡ」と呼ばれるダイナミックリファレンスアレイ５２は、ナビゲートされた外科的処置において患者及び／またはツール上に配置され得る剛体である。それらの目的は、３Ｄ位置特定システムが、ＤＲＡ５２に埋め込まれた追跡マーカの位置を追跡し、それによって関連する解剖学のリアルタイム位置を追跡することを可能にすることである。追跡マーカは、カメラ４６によって見られ、記録され、及び／または処理され得る。このトラッキングマーカの３Ｄ座標の追跡は、自動化医療システム２が患者５０に関連する任意の空間でＤＲＡ５２を見つけることを可能にし得る。

図１に図示するように、光インジケータ２８がスカラ２４の頂部に位置決めされてもよい。光インジケータ２８は、自動化医療システム２が現在動作している「状態」を表示するために任意のタイプの光を照らしてもよい。例えば、緑の照明は、すべてのシステムが正常であることを表示してもよい。赤色の照明は、自動化医療システム２が正常に動作していないことを表示してもよい。パルス状の光は、自動化医療システム２が機能を実行していることを意味してもよい。光とパルスの組み合わせは、現在動作している「状況」を伝達するためのほぼ無限ともいえる量の組み合わせを生み出し得る。実施形態において、その光はＬＥＤ電球によって生成されてもよく、それは光インジケータ２８の周りにリングを形成してもよい。光インジケータ２８は、光インジケータ２８全体を通して光を輝かせる完全透過性の材料を含んでもよい。実施形態において、光インジケータ２８は、光インジケータ２８のリング及び／または指定されたセクションのみが光を通過させることを可能にしてもよい。

光インジケータ２８は、下側ディスプレイ支持体３０に取り付けられてもよい。図２に示されているように、下側ディスプレイ支持体３０は、オペレータがディスプレイ３４を任意の適切な場所に操縦することを可能にし得る。下側ディスプレイ支持体３０は、任意の適切な手段によって光インジケータ２８に取り付けてもよい。適切な手段は、ラッチ、クランプ、ナット及びボルト、ボール及びソケット嵌合、圧入、溶接、接着、ねじ、リベット、及び／またはそれらの任意の組み合わせであってもよいが、これらに限定されない。実施形態では、下側ディスプレイ支持体３０は、光インジケータ２８の周りを回転し得る。実施形態では、下側ディスプレイ支持体３０は、光インジケータ２８に強固に取り付けてもよい。次いで、光インジケータ２８は、ロボット支持アーム１８の周りを３６０度回転してもよい。下側ディスプレイ支持体３０は、任意の適切な長さであってもよく、適切な長さは、約８インチ〜約３４インチであってもよい。下側ディスプレイ支持体３０は、上側ディスプレイ支持体３２のベースとして作動してもよい。

上側ディスプレイ支持体３２は、任意の適切な手段によって下側ディスプレイ支持体３０に取り付けてもよい。適切な手段は、ラッチ、クランプ、ナット及びボルト、ボール及びソケット嵌合、圧入、溶接、接着、ねじ、リベット、及び／またはそれらの任意の組み合わせであってもよいが、これらに限定されない。上側ディスプレイ支持体３２は、任意の適切な長さであってもよく、適切な長さは、約８インチ〜約３４インチであってもよい。図１に図示するように、実施形態では、上側ディスプレイ支持体３２は、ディスプレイ３４が上側ディスプレイ支持体３２に対して３６０度回転することを可能にしてもよい。同様に、上側ディスプレイ支持体３２は下側ディスプレイ支持体３０に対して３６０度回転してもよい。

ディスプレイ３４は、上側ディスプレイ支持体３２によって支持され得る任意のデバイスであってもよい。図２に図示するように、実施形態では、ディスプレイ３４は、カラー画像及び／または白黒画像を生成し得る。ディスプレイ３４の幅は、約８インチ〜約３０インチの幅であってもよい。ディスプレイ３４の高さは、約６インチ〜約２２インチであってもよい。ディスプレイ３４の奥行きは、約０．５インチ〜約４インチであってもよい。

実施形態では、タブレットをディスプレイ３４と共に及び／またはディスプレイ３４なしで使用してもよい。実施形態では、ディスプレイ３４の代わりにテーブルが上側ディスプレイ支持体３２上に配置されてもよく、医療手術中に上側ディスプレイ支持体３２から取り外してもよい。加えて、タブレットは、ディスプレイ３４と通信してもよい。タブレットは、任意の適切な無線及び／または有線接続によってロボット支援システム４に接続することができてもよい。実施形態では、タブレットは、医療手術中に自動化医療システム２をプログラム及び／または制御することができてもよい。タブレットで自動化医療システム２を制御する場合、すべての入力及び出力命令をディスプレイ３４上に複製してもよい。タブレットの使用は、オペレータが患者５０及び／またはロボット支援システム４の周りを移動する必要なく、ロボット支援システム４を操作することを可能にし得る。

図５に図示するように、カメラ追跡システム６は、ロボット支援システム４と連携して働いてもよい。上述したように、カメラ追跡システム６とロボット支援システム４は、互いに取り付けることができてもよい。ここで図１を参照して、カメラ追跡システム６は、ロボット支援システム４の同様の構成要素を備えてもよい。例えば、カメラ本体３６は、ロボット本体８に見られる機能性を提供してもよい。ロボット本体８は、カメラ４６が取り付けられ得る構造を提供してもよい。ロボット本体８内の構造はまた、カメラ追跡システム６を動作させるために使用される電子、通信デバイス、及び電源の支持を提供してもよい。カメラ本体３６は、ロボット本体８と同じ材料で作られてもよい。カメラ追跡システム６はまた、任意の適切な手段によってロボット支援システム４と通信してもよい。適切な手段は、有線または無線接続であってもよいが、これに限定されない。加えて、カメラ追跡システム６は、無線及び／または有線接続によってテーブルに直接通信してもよい。この通信は、タブレットがカメラ追跡システム６の機能を制御することを可能にし得る。

カメラ本体３６は、カメラベース３８に載ってもよい。カメラベース３８は、ロボットベース１０として機能してもよい。図１に図示するように、実施形態では、カメラベース３８は、ロボットベース１０よりも広くてもよい。カメラベース３８の幅は、カメラ追跡システム６がロボット支援システム４と接続することを可能にし得る。図１に図示するように、カメラベース３８の幅は、ロボットベース１０の外側に嵌合するのに十分な大きさであることができる。カメラ追跡システム６及びロボット支援システム４が接続されているとき、カメラベース３８の追加幅は、自動化医療システム２の追加の操縦性及び自動化医療システム２に対する支持を可能にし得る。

ロボットベース１０と同様に、複数の電動車輪１２はカメラベース３８に取り付けられ得る。電動車輪１２は、ロボットベース１０及び電動車輪１２の動作と同様に、カメラ追跡システム６が患者５０に関して安定して水平にまたは固定した向きを設定することを可能にし得る。この安定化は、医療処置中にカメラ追跡システム６が動くのを防止し、カメラ４６が指定区域内でＤＲＡ５２の追跡を失うのを防ぎ得る。追跡のこの安定性及び維持は、ロボット追跡システム４がカメラ追跡システム６と効果的に動作することを可能にし得る。加えて、広いカメラベース３８は、カメラ追跡システム６に追加の支持を提供し得る。具体的には、広いカメラベース３８は、図５に図示するように、カメラ４６が患者の上に配置されるときに、カメラ追跡システム６が転倒するのを防止し得る。広いカメラベース３８がなければ、差し伸ばしたカメラ４６はカメラ追跡システム６をアンバランスにする可能性があり、カメラ追跡システム６が倒れ落ちる結果になり得る。

カメラ伸縮自在支持体４０は、カメラ４６を支持し得る。実施形態では、伸縮自在支持体４０は、カメラ４６を垂直方向に高くまたは低く動かし得る。伸縮自在支持体４０は、カメラ４６を支持するために任意の適切な材料で作られてもよい。適切な材料は、チタン、アルミニウム、またはステンレス鋼のような金属、炭素繊維、繊維ガラス、または強力型プラスチックであってもよいが、これらに限定されない。カメラハンドル４８は、任意の適切な場所でカメラ伸縮自在支持体４０に取り付けられてもよい。カメラハンドル４８は、任意の適切なハンドル構成であってもよい。適切な構成は、バー、円形、三角形、四角形、及び／またはそれらの任意の組み合わせであってもよいが、これらに限定されない。図１に図示するように、カメラハンドル４８は三角形であってもよく、医療手術の前に操作者がカメラ追跡システム６を所望の位置に動かすことを可能にする。実施形態では、カメラハンドル４８は、カメラ伸縮自在支持体４０を下降させ、上昇するために使用されてもよい。カメラハンドル４８は、ボタン、スイッチ、レバー、及び／またはそれらの任意の組み合わせの押下により、カメラ伸縮自在支持体４０の上昇及び下降を行ってもよい。

図１に図示するように、実施形態において下側カメラ支持アーム４２は、任意の適切な場所でカメラ伸縮自在支持体４０に取り付けられてもよく、下側カメラ支持アーム４２は、伸縮自在支持体４０の周りで３６０度回転し得る。この自由な回転は、オペレータがカメラ４６を任意の適切な場所に位置決めすることを可能にし得る。下側カメラ支持アーム４２は、カメラ４６を支持するために任意の適切な材料で作られてもよい。適切な材料は、チタン、アルミニウム、またはステンレス鋼のような金属、炭素繊維、繊維ガラス、または強力型プラスチックであってもよいが、これらに限定されない。下側カメラ支持アーム４２の断面は、任意の適切な形状であってもよい。適切な断面形状は、円形、正方形、長方形、六角形、八角形、またはＩ型であってもよいが、これらに限定されない。断面の長さ及び幅は、約１〜約１０インチであってもよい。下部カメラ支持アームの長さは、約４インチ〜約３６インチであってもよい。下側カメラ支持アーム４２は、任意の適切な手段によって伸縮自在支持体４０に接続してもよい。適切な手段は、ナット及びボルト、ボール及びソケット嵌合、圧入、溶接、接着、ねじ、リベット、クランプ、ラッチ、及び／またはそれらの任意の組み合わせであってもよいが、これらに限定されない。下側カメラ支持アーム４２は、カメラ４６に対する支持を提供するために使用され得る。カメラ４６は、任意の適切な手段によって下側カメラ支持アーム４２に取り付けられてもよい。適切な手段は、ナット及びボルト、ボール及びソケット嵌合、圧入、溶接、接着剤、ねじ、リベット、及び／またはそれらの任意の組み合わせであってもよいが、これらに限定されない。カメラ４６は、カメラ４６と下側カメラ支持アーム４２との間の取り付け区域で任意の方向に枢動してもよい。実施形態では、曲線レール４４を下側カメラ支持アーム４２上に配置してもよい。

曲線レール４４は、下側カメラ支持アーム４２上の任意の適切な場所に配置してもよい。図３に図示するように、曲線レール４４は、任意の適切な手段によって下側カメラ支持アーム４２に取り付けてもよい。適切な手段は、ナット及びボルト、ボール及びソケット嵌合、圧入、溶接、接着、ねじ、リベット、クランプ、ラッチ、及び／またはそれらの任意の組み合わせであってもよいが、これらに限定されない。曲線レール４４は、任意の適切な形状であってもよく、適切な形状は、三日月形、円形、卵形、楕円形、及び／またはそれらの任意の組み合わせであってもよい。実施形態において、曲線レール４４は、任意の適切な長さであってもよい。適切な長さは、約１フィート〜約６フィートであってもよい。カメラ４６は、曲線レール４４に沿って移動可能に配置し得る。カメラ４６は、任意の適切な手段によって曲線レール４４に取り付けてもよい。適切な手段は、ローラ、ブラケット、ブレース、モータ、及び／またはそれらの任意の組み合わせであってもよいが、これらに限定されない。図示されていないが、カメラ４６を曲線レール４４に沿って移動させるためにモータ及びローラを使用してもよい。図３に図示するように、医療処置中、物体によりカメラ４６が１つ以上のＤＲＡ５２を見ることを妨げられる場合、モータはローラを使用して曲線レール４４に沿ってカメラ４６を移動させ得る。このモータ駆動された動きにより、カメラ追跡システム６を動かすことなく、もはや物体によって遮られていない新しい位置にカメラ４６を移動させることが可能となる。カメラ４６がＤＲＡ５２を見ることを遮られている間、カメラ追跡システム６は、ロボット支援システム４、ディスプレイ３４、及び／またはタブレットに停止信号を送信することができる。停止信号は、カメラ４６がＤＲＡ５２を再取得するまで、スカラ２４が移動するのを防止し得る。この停止は、スカラ２４及び／またはエンドエフェクタ２２が、自動化医療システム２によって追跡されることなく医療ツールを移動及び／または使用することを防止し得る。

図６に図示するように、エンドエフェクタ２２は、外科用ツールをロボット支援システム４に接続するために使用され得る。エンドエフェクタ２２は、サドル継手６２、作動アセンブリ６０、ロードセル６４、及びツール接続部６６を備えてもよい。サドル継手６２は、エンドエフェクタ２２をスカラ２４に取り付け得る。サドル継手６２は、任意の適切な材料で作られてもよい。適切な材料は、チタン、アルミニウム、またはステンレス鋼のような金属、炭素繊維、繊維ガラス、または強力型プラスチックであってもよいが、これらに限定されない。サドル継手６２は、エンドエフェクタに追加の強度及び耐久性を提供することができる単一の金属片で作られてもよい。例において、サドル継手６２は、取り付け点６８によってスカラ２４に取り付けてもよい。サドル継手６２の周りに配置された複数の取り付け点６８があってもよい。取り付け点６８は、サドル継手６２上に沈められ、面一にされ、及び／または配置されてもよい。例において、ねじ、ナット及びボルト、及び／またはそれらの任意の組み合わせが取り付け点６８を通過し、サドル継手６２をスカラ２４に固定する。図示されていないが、ナット及びボルトは、サドル継手６２をスカラ２４内のモータに接続し得る。モータはサドル継手６２を任意の方向に動かし得る。モータは、現場所で能動的にサーボ制御することによって、または受動的にばね作動式のブレーキを適用することによって、サドル継手６２が偶発的な衝突及び／または偶発的な接触から動くことをさらに防止し得る。サドル継手６２は、ロードセル６４及びツール接続部６６が配置されるベースを提供してもよい。

図７及び図８に図示するように、ロードセル６４は、任意の適切な手段によってサドル継手６２に取り付けてもよい。適切な手段は、ねじ、ナット及びボルト、ねじ込み、圧入、及び／またはそれらの任意の組み合わせであってもよいが、これらに限定されない。ロードセル６４は、動きを検出し測定するために使用される任意の適切な器具であってもよい。例において、ロードセル６４は、６軸ロードセル、３軸ロードセルまたは１軸ロードセルであってもよい。ロードセル６４は、エンドエフェクタ２２に加えられた力を追跡するために使用され得る。図１７に示されるように、概略図は、ロードセル６４とモータ１２０との間の通信を示してもよい。実施形態では、ロードセル６４は、複数のモータ１２０と通信してもよい。ロードセル６４は力を感知するので、加えられる力の量に関する情報は、１つのスイッチアレイ１２２及び／または複数のスイッチアレイからマイクロコントローラユニット１２２に配信されてもよい。マイクロコントローラユニット１２４はロードセル６４から力情報を取得し、それをスイッチアルゴリズムで処理してもよい。スイッチアルゴリズムは、マイクロコントローラユニット１２４がモータドライバ１２６と通信することを可能にしてもよい。モータドライバ１２６は、モータドライバ１２６が通信し得るモータ１２０の機能を制御してもよい。モータドライバ１２６は、モータ１２０を介してロードセル６４によって測定された力と等しい量を生成するように特定のモータ１２０に命令してもよい。実施形態では、生成された力は、マイクロコントローラユニット１２４によって命令されて、複数のモータ１２０から来てもよい。加えて、モータドライバ１２６は、動きコントローラ１２８から入力を受信してもよい。動きコントローラ１２８は、ロードセル６４によって感知された力の方向に関してロードセル６４から情報を受信してもよい。動きコントローラ１２８は、動きコントローラルゴリズムを使用してこの情報を処理してもよい。アルゴリズムは、特定のモータドライバ１２６に情報を提供するために使用されてもよい。力の方向を再現するために、動きコントローラ１２８は、一定のモータドライバ１２６を作動及び／または非作動にしてもよい。一致して及び／または別々に動作して、マイクロコントローラユニット１２４及び動きコントローラ１２８は、ロードセル６４によって感知された力の方向に動きを誘発するようにモータ１２０（または複数のモータ１２０）を制御してもよい。この力制御された動きは、オペレータがスカラ２４及びエンドエフェクタ２２を楽々と及び／またはほとんど抵抗なく動かすことを可能にし得る。エンドエフェクタ２２の動きは、医療従事者による使用のために任意の適切な場所にツール接続部６６を位置決めし得る。

ツール接続部６６は、ロードセル６４に取り付けてもよい。ツール接続部６６は、取り付け点６８、感知ボタン７０、ツールガイド７２、及び／またはツール接続部７４を備えてもよい。図６及び図８に最もよく示されているように、複数の取り付け点６８があってもよい。取り付け点６８は、ツール接続部６６をロードセル６４に接続してもよい。取り付け点６８は、ツール接続部６６上に沈められ、面一にされ、及び／または配置されてもよい。コネクタ７６は、ツール接続部６６をロードセル６４に取り付けるために取り付け点６８を使用してもよい。例において、コネクタ７６は、ねじ、ナット及びボルト、圧入、及び／またはそれらの任意の組み合わせであってもよい。

図６に図示するように、感知ボタン７０はツール接続部６６のほぼ中心に配置してもよい。感知ボタン７０は、図４に最もよく示されているように、エンドエフェクタツール２６がエンドエフェクタ２２に接続されているときに押下されてもよい。感知ボタン７０の押下は、エンドエフェクタツール２６がエンドエフェクタ２２に取り付けられていることを、ロボット支援システム４、さらには医療従事者に警報することができる。図６に図示するように、ツールガイド７２は、エンドエフェクタツール２６のエンドエフェクタ２２への適切な取り付けを容易にするために使用され得る。ツールガイド７２は、ツール接続部６６上に沈められ、面一にされ、及び／または配置されてもよい。例において、複数のツールガイド７２があり、任意の適切なパターンを有し、任意の適切な方向に向けられてもよい。ツールガイド７２は、エンドエフェクタツール２６のエンドエフェクタ２２への取り付けを容易にするために任意の適切な形状であってもよい。適切な形状は、円形、卵形、正方形、多角体、及び／またはそれらの任意の組み合わせであってもよいが、これらに限定されない。加えて、ツールガイド７２は、斜角、まっすぐ、及び／またはそれらの任意の組み合わせでカットされてもよい。

ツール接続部６６は、取り付け点７４を有してもよい。図６に図示するように、取り付け点７４は、棚部及び／または複数の棚部を形成してもよい。取り付け点７４は、エンドエフェクタツール２６がクランプし得る面をエンドエフェクタツール２６に提供し得る。例において、取り付け点７４は、ツール接続部６６の任意の表面の周りに配置され、ツール接続部６６に対して任意の適切な方法で方向付けられてもよい。

ツール接続部６６は、作動アセンブリ６０のためのプラットフォームとしてさらに機能し得る。図６及び図８に最もよく図示されているように、作動アセンブリ６０は、ツール接続部６６を取り囲んでもよい。実施形態において、作動アセンブリ６０は、腕輪の形態をとってもよい。腕輪として、作動アセンブリ６０は、ツール接続部６６の周りを包んでもよい。実施形態において、作動アセンブリ６０は、自動化医療システム２内の任意の適切な区域に位置してもよい。例において、作動アセンブリ６０は、スカラ２４の任意の部分に位置してもよく、エンドエフェクタ２２の任意の部分、及び／またはその任意の組み合わせが医療関係者によって携帯されてもよい（及び無線で通信してもよい）。作動アセンブリ６０は、任意の適切な材料で作られてもよい。適切な材料は、ネオプレン、プラスチック、ゴム、ゲル、炭素繊維、織物、及び／またはそれらの任意の組み合わせであってもよいが、これらに限定されない。作動アセンブリ６０は、一次ボタン７８及び二次ボタン８０を備えてもよい。一次ボタン７８及び二次ボタン８０は、ツール接続部６６の全体を取り囲んでもよい。一次ボタン７８は、図６に図示するように、ツール接続部６６を取り囲む単一の隆起部であってもよい。例において、一次ボタン７８は、サドル継手６２から最も遠い端部に沿って作動アセンブリ６０上に配置されてもよい。一次ボタン７８は、一次作動スイッチ８２の上に配置されてもよく、図７に最もよく示されている。一次作動スイッチ８２は、ツール接続部６６と作動アセンブリ６０との間に配置してもよい。例において、複数の一次作動スイッチ８２があってもよく、それは一次ボタン７８の全長に沿って一次ボタン７８に隣接してその下に配置されてもよい。一次作動スイッチ８２上の一次ボタン７８の押下は、オペレータがスカラ２４及びエンドエフェクタ２２を動かすことを可能にする。上述したように、一度所定位置に設定されると、スカラ２４及びエンドエフェクタ２２は、オペレータがロボットサポートシステム４にスカラ２４及びエンドエフェクタ２２を動かすようにプログラムするか、または一次ボタン７８及び一次作動スイッチ８２を使用して動かされるまで動かなくてもよい。例において、スカラ２４及びエンドエフェクタ２２がコマンドに応答する前に、少なくとも２つの隣接していない一次作動スイッチ８２の押下を必要としてもよい。少なくとも２つの一次作動スイッチ８２の押下は、医療処置中のスカラ２４及びエンドエフェクタ２２の偶発的な動きを防ぎ得る。

一次ボタン７８及び一次作動スイッチ８２によって作動されると、ロードセル６４は、医療従事者によってエンドエフェクタ２２に及ぼされる力の大きさ及び／または方向を測定し得る。この情報は、スカラ２４及びエンドエフェクタ２２を動かすために使用され得るスカラ２４内のモータに転送され得る。ロードセル６４によって測定された力の大きさ及び方向に関する情報は、ロードセル６４によって感知されたのと同じ方向にモータがスカラ２４及びエンドエフェクタ２２を動かすことを生じさせ得る。この力制御された動きは、オペレータがスカラ２４及びエンドエフェクタ２２を動かすと同時に、モータがスカラ２４及びエンドエフェクタ２２を動かす結果、オペレータがスカラ２４及びエンドエフェクタ２２を容易に、かつ多くの骨折りなしに動かすことを可能にし得る。

図６に図示するように、二次ボタン８０は、サドル継手６２に最も近い作動アセンブリ６０の端部上に配置してもよい。例において、二次ボタン８０は複数の隆起部を備えてもよい。複数の隆起部は、互いに隣接して配置されてもよく、ツール接続部６６を取り囲んでもよい。加えて、二次ボタン８０は二次作動スイッチ８４の上に配置されてもよい。図７に図示するように、二次作動スイッチ８４は二次ボタン８０とツール接続部６６との間に配置されてもよい。例において、二次ボタン８０は「選択」デバイスとしてオペレータによって使用されてもよい。医療手術中、ロボット支援システム４は、ディスプレイ３４及び／または光インジケータ２８によって医療従事者に一定の状態を通知してもよい。医療従事者は、機能、モードを選択するように、及び／または自動化医療システム２の状態を評価するようにロボット支援システム４によって促されてもよい。二次作動スイッチ８４上の二次ボタン８０を１回押下すると、ディスプレイ３４及び／または光インジケータ２８を介して医療従事者に伝達される一定の機能、モード、及び／または肯定応答情報を作動させてもよい。加えて、二次作動スイッチ８４上の二次ボタン８０をたて続けに複数回押下すると、ディスプレイ３４及び／または光インジケータ２８を介して医療従事者に伝達される追加の機能、モード、及び／または選択情報を作動させてもよい。例において、二次ボタン８０が適切に機能する前に、少なくとも２つの隣接しない二次作動スイッチ８４が押下されてもよい。この要求は、二次ボタン８０の意図しない使用による作動アセンブリ６０の医療関係者による偶発的な衝突を防ぎ得る。一次ボタン７８及び二次ボタン８０は、医療従事者の命令を自動化医療システム２に通信するためにソフトウェアアーキテクチャ８６を使用してもよい。

図９は、自動化医療システム２内で使用され得るソフトウェアアーキテクチャ８６のフローチャートを図示する。ソフトウェアアーキテクチャ８６は、自動ロボット支援システム４及びカメラ追跡システム６に使用されてもよい。加えて、ソフトウェアアーキテクチャ８６は、オペレータがオペレータから与えられたコマンドに基づいて自動化医療システム２を操作することを可能にし得る。例において、オペレータコマンドは、画像保存通信システム（ＰＡＣＳ）８８（以下に説明する自動化撮像システム１０４と通信し得る）、ＵＳＢデバイス９０、及びタブレット５４からのコマンドを含んでもよい。これらのオペレータコマンドは、コンピュータプロセッサ９２によって自動化医療システム２を通して受信され、転送されてもよい。コンピュータプロセッサ９２は、すべてのコマンドを受信し、それに応じて自動化医療システム２を操作することができてもよい。例において、コンピュータプロセッサ９２は、自動化医療システム２を構成する個々の部品の場所を制御及び識別することができてもよい。カメラ追跡システム６及びディスプレイ３４と通信することにより、コンピュータプロセッサ９２は、患者、エンドエフェクタ２２、及びロボット支援システム４を所定の空間（例えば、図５に図示）に位置付けることができてもよい。加えて、コンピュータプロセッサ９２は、スカラ２４の位置を変更するためにディスプレイ３４及びカメラ追跡システム６からのコマンドを使用することができてもよい。測定された力の大きさ及び方向に基づいて、ロードセル６４からの情報は、コンピュータプロセッサ９２によって処理され、上述したようにスカラ２４内のモータに送られてもよい。一般代数モデリングシステム（Ｇｅｎｅｒａｌ Ａｌｇｅｂｒａｉｃ ＭｏｄｅｌｉｎｇＳｙｓｔｅｍ、ＧＡＭＳ）９４は、ロードセル６４からの力の大きさ及び方向に関する情報をコンピュータプロセッサ９２によって使用可能な電子信号に変換し得る。この変換は、スカラ２４及びエンドエフェクタ２２が動いているときに、コンピュータプロセッサ９２が規定された空間内のロボット支援システム４の場所及び動きを追跡することを可能にし得る。コンピュータプロセッサ９２は、ロボット本体８からのコマンド及び信号を制御するためにファームウェア９６をさらに使用してもよい。ファームウェア９６は、自動化医療システム２に結線接続されたコマンドを含んでもよい。例えば、コンピュータプロセッサ９２は、動作させるために電源９８からの電力を必要とすることがある。ファームウェア９６は、電源９８から自動化医療システム２への電力の分配を制御してもよい。加えて、コンピュータプロセッサ９２は、オペレータコマンドに基づいてファームウェア９６及び電力分配を制御してもよい。例において、ファームウェア９６は、光インジケータ２８、電動車輪１２、及びプラットフォームインターフェース１００と通信してもよい。プラットフォームインターフェース１００は、自動化医療システム２を直接制御する一連の結線接続されたボタンコマンドであってもよい。ボタンコマンドは、限定はされないが、自動化医療システム２を任意の方向に動かす機能、緊急停止を起こす機能、スカラ２４の動きを開始する機能、及び／または現在のシステム機能性を医療従事者に伝達する機能を含んでもよい。コンピュータプロセッサ９２は、医療従事者によってプログラムされたタスクを実行するためにすべてのオペレータ推奨を処理し分配してもよい。

自動化撮像システム１０４は、患者５０の手術前、手術中、手術後、及び／またはリアルタイムの画像データを取得するために、自動化医療システム２と併せて使用してもよい。任意の適切な対象は、自動化撮像システム１０４を使用して任意の適切な処置のために画像化されてもよい。実施形態では、自動化撮像システム１０４は、Ｏアーム（登録商標）１０６及び／またはＣアーム１０８デバイスであってもよい。（Ｏアーム（登録商標）は、米国コロラド州ルイスビルに事業所を有するＭｅｄｔｒｏｎｉｃ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ，Ｉｎｃに著作権がある）。Ｘ線システムで必要とされる患者５０の頻繁な手動の再位置決めを必要としないで、多数の異なる位置からの患者５０のＸ線撮影が望ましい場合がある。Ｃアーム１０８のＸ線診断装置は、頻繁な手動の再位置決めの問題を解決することができ、外科及び他の介入性処置の医療技術において周知である。図１０に図示するように、Ｃアーム１０８は、「Ｃ」字形の対向する遠位端１１２で終端する細長いＣ字型部材１１０を備えてもよい。Ｃ字型部材１１０は、Ｘ線源１１４及び画像受容体１１６をさらに備えてもよく、それぞれ、Ｃアーム１０８で吊るされた位置に支持され、対向する向きでＣアーム１０８の遠位端１１２またはその近くに取り付けられてもよい。アームのＣアーム１０８内の空間は、Ｘ線支持構造１１８からの実質的干渉なしで医師が患者を手当するための余地を提供し得る。Ｘ線支持構造１１８は車輪１２０に載ってもよく、Ｃアーム１０８を部屋から部屋に動かし、医療処置中にさらに患者５０の長さに沿って動かすことを可能にし得る。自動化医療システム２が医療処置中に適切に位置決めされることを確実にするのを助けるために、Ｃアーム１０８から生成されたＸ線画像は手術室環境で使用されてもよい。

Ｃアーム１０８は、２つの自由度（すなわち、球面運動における２つの垂直な軸の周り）でアームの回転運動を可能にするように取り付けられてもよい。Ｃアーム１０８はＸ線支持構造１１８に摺動可能に取り付けられてもよく、曲率中心の周りでＣアーム１０８の周回回転運動を可能にしてもよく、垂直及び／または水平にＸ線源１１４及び画像受容体１１６の選択的方向付けを許してもよい。Ｃアーム１０８はまた、横方向に回転可能（すなわち、患者５０の幅及び長さの両方に対するＸ線源１１４及び画像受容体１１６の選択的調節可能な位置決めを可能にするために、周回する方向に対して垂直方向に）であってもよい。Ｃアーム１０８装置の球面的な回転態様は、撮像される具体的な解剖学的状態に関して決定される最適な角度で医師が患者５０のＸ線撮影をすることを可能にし得る。実施形態では、Ｃアーム１０８は、車輪付き支持カート１２０上に支持されてもよい。実施形態では、Ｏアーム（登録商標）１０６をＣアーム１０８と別個に及び／またはそれと共に使用してもよい。

図１１に図示されるように、Ｏアーム（登録商標）１０６は、図示されていない撮像部分を取り囲むガントリハウジング１２４を備えてもよい。撮像部分は、Ｘ線源及び／または放射部分とＸ線受信及び／または画像受信部分とを含むことができ、互いに約１８０度で配置され、撮像部分のトラックに対してロータ（図示せず）に取り付けられてもよい。撮像部分は、画像取得中に３６０度回転するように動作可能であってもよい。撮像部分は、中心点及び／または軸の周りを回転してもよく、患者５０の画像データを複数の方向または複数の平面から取得することを可能にする。

実施形態では、Ｏアーム（登録商標）１０６は、撮像すべき物体の周りに位置決めするための中央開口１２６を有するガントリハウジング１２４と、ガントリハウジング１２４の内部の周りで回転可能な放射線源とを備えてもよく、複数の異なる投射角度から放射線を投射するように適合されてもよい。検出器システムは、複数の投射平面から対象画像を擬似的に同時に取得するために、各投射角度で放射線を検出するように適合されてもよい。実施形態では、ガントリは、車輪１３２を備えた車輪付き移動台車１３０などの支持構造であるＯアーム（登録商標）支持構造１２８に、片持ち式で取り付けられてもよい。位置決めユニット１３４は、好ましくはコンピュータ化された運動制御システムの制御下で、ガントリを所望の位置及び向きに平行移動及び／または傾斜させ得る。ガントリは、ガントリ上に互いに対向して配置された放射線源及び検出器を含むことができる。放射線源及び検出器は、電動回転子に固定してもよく、互いに協調してガントリの内部の周りで放射線源及び検出器を回転し得る。放射線源は、ガントリ内部に位置する標的物体の多断面撮像のために、部分的及び／または完全な３６０度の回転にわたって複数の位置及び向きでパルスされてもよい。ガントリは、回転子が回転するときに回転子を案内するためのレール及び軸受システムをさらに備え、回転子は放射線源及び検出器を運んでもよい。Ｏアーム（登録商標）１０６及びＣアーム１０８の両方及び／またはいずれかを、患者５０をスキャンし、自動化医療システム２に情報を送信するために自動化撮像システム１０４として使用してもよい。

自動化撮像システム１０４は、撮像が行われる前、その間、及び／またはその後に、自動化医療システム２と通信してもよい。通信は、有線接続及び／または無線接続を介して実行されてもよい。撮像が生成され、リアルタイムで自動化医療システム２に送られてもよい。自動化撮像システム１０４によって取込まれた画像はディスプレイ３４上に表示されてもよく、医療従事者が患者内の骨及び器官の位置を特定するのを可能にし得る。この位置特定は、医療手術中に支援するために医療従事者が自動化医療システム２をプログラムすることをさらに可能にし得る。

医療業務中、医療従事者はロボット支援システム４を定義された仕様内で動作させるようにプログラムすることができる。例えば、図１２に図示するように、患者５０は脊柱に行われる医療処置を有してもよい。医療従事者は、上に詳述したように、脊柱の位置を特定し見つけ出すために撮像機器を使用してもよい。画像を使用して、オペレータは、脊柱の場所に関する情報を自動化医療システム２にアップロードしてもよい。次いで、自動化医療システム２は、追跡し、位置決めし、エンドエフェクタツール２６をオペレータによって特定された領域に動かしてもよい。一例において、図１２に図示するように、１つの重力井戸１０２及び／または複数の重力井戸１０２を患者５０の脊柱に対してマッピングしてもよい。重力井戸１０２は、オペレータによってプログラムされた仮想領域であってもよく、いったん入力されるとスカラが異なるモードで機能することを生じさせる。重力井戸１０２は、円錐形、円筒形、球形、またはピラミッド形を含む任意の適切な形状であってもよいが、これに限定されない。これらの重力井戸は、スカラ２４及びエンドエフェクタ２２が、医療従事者によってプログラムされた方向、角度、及び場所に向かって動くことを生じさせ得る。

図１３に図示するように、重力井戸１０２の中心線は、仮想空間において、エンドエフェクタツール２６の角度及び場所が医療処置のために位置決めされる必要があることを示す。代わりに、中心線だけでなく、重力井戸内の任意のベクトルは、エンドエフェクタツールがそれに向かって強制される標的となり得る。図示されているように、エンドエフェクタツール２６は、上述した作動アセンブリ６０を使用してオペレータによって動かされてもよい。エンドエフェクタツール２６が重力井戸の外側領域から重力井戸１０２の領域内に動くと、オペレータはスカラ２４のモータがエンドエフェクタツール２６を重力井戸１０２の中心線のプログラムされた位置に向かって動かし始めると感じてもよい。図１４に図示するように、重力井戸１０２は、エンドエフェクタツール２６をプログラムされた位置に操縦してもよい。一例では、エンドエフェクタツール２６が依然として重力井戸内にある間に、オペレータが作動アセンブリ６０を使用してエンドエフェクタツール２６を重力井戸の中心から離し始めると、オペレータはモータが動きに対して抵抗力を与えると感じるかもしれない。モータからの抵抗力は、エンドエフェクタツール２６を重力井戸１０２内に保持するのに十分強い抵抗力ではないかもしれない。この弱い抵抗力は、オペレータがエンドエフェクタツール２６を１つの重力井戸から任意の追加の重力井戸１０２に操縦することを可能にし得るので有益であり得る。エンドエフェクタを重力井戸１０２の中心線に向かって引っ張る力の量は、中心線からの距離に反比例してもよい。一例として、重力井戸に最初に入るとき、オペレータは重力井戸の中心線に向かって僅かに引っ張るように感じることがあり、エンドエフェクタツール２６が重力井戸の中心線のより近くに来ると、力の大きさが増加することがある。重力井戸１０２は、医療手術の前及び／または医療手術中に自動化医療システム２にプログラムされてもよい。プログラミングを調整するこの能力は、医療従事者が医療処置の変化する条件に基づいて、重力井戸１０２の中心線を動かす、及び／または容積を変化させることを可能にしてもよい。重力井戸１０２は、自動化医療システム２がエンドエフェクタツール２６を必要な区域に迅速、容易かつ正確に置くことを可能にし得る。

本発明及びその利点を詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書に様々な変更、置換及び改変を行なってもよいことを理解されたい。

Claims (10)

1. ロボットアームと、
   前記ロボットアームの遠位端に連結され、外科用ツールを保持するように構成されたエンドエフェクタと、
   前記ロボットアームを動かすように動作可能な複数のモータと、
   オペレータが前記ロボットアームを動かすことを可能にする動き信号を送信するように動作可能な作動アセンブリと、を備え、
   前記作動アセンブリは、前記エンドエフェクタ上で腕輪の形態である、装置。
2. 前記エンドエフェクタは、前記エンドエフェクタに加えられた力を検出して測定するように動作可能なロードセルをさらに備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記ロードセルは、マイクロコントローラユニットを介して前記複数のモータのモータドライバと通信する、請求項２に記載の装置。
4. 前記マイクロコントローラユニット及び／または動きコントローラは、前記ロードセルによって測定された前記エンドエフェクタに加えられた前記力についての情報を受信し、前記エンドエフェクタに加えられた前記力の動き及び方向を再現するように前記複数のモータを制御する、請求項３に記載の装置。
5. 前記エンドエフェクタはサドル継手を備え、前記ロードセルは前記サドル継手に連結されている、請求項２に記載の装置。
6. 前記作動アセンブリは、一次ボタン及び１つ以上の一次作動スイッチを備え、一次ボタンは前記１つ以上の一次作動スイッチの上に配置され、前記一次ボタンの押下が前記動き信号を送信するために要求される、請求項１に記載の装置。
7. 前記１つ以上の一次作動スイッチは、前記一次ボタンによって作動される２つ以上の一次作動スイッチを備え、前記オペレータが前記ロボットアームを動かすために前記一次作動スイッチのうちの少なくとも２つの押下が要求される、請求項６に記載の装置。
8. 前記一次ボタンは、前記エンドエフェクタを取り囲む隆起部を備える、請求項６に記載の装置。
9. 前記作動アセンブリは、オペレータに伝達される機能、モード、及び／または肯定応答情報を選択するように動作可能な二次ボタンをさらに備える、請求項６に記載の装置。
10. 前記一次ボタンは前記エンドエフェクタを取り囲む隆起部を備え、前記二次ボタンは前記エンドエフェクタを取り囲む隆起部を備える、請求項９に記載の装置。

Images