JP6905162B2

JP6905162B2 - ロボットアームを外科用テーブルに取り付けるためのカプラ

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Publication number: JP6905162B2
Application number: JP2019551299A
Authority: JP
Inventors: ウェイングロウト; デイヴィッドジェームズケーグル; リチャードウィリアムティム; ブレンダンシー．リース; マイケルピー．シャラー; ジュニアロバートジェイ．キャンベル
Original assignee: Verb Surgical Inc
Current assignee: Verb Surgical Inc
Priority date: 2017-03-26
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2021-07-21
Anticipated expiration: 2038-03-26
Also published as: KR20190112829A; CN110709025A; BR112019017981A2; KR102326102B1; US20210341007A1; EP3579783A4; AU2018243738B2; CA3054431C; US20180271604A1; AU2018243738A1; CA3054431A1; JP2020512076A; EP3579783A1; CN110709025B; WO2018183212A1; US11078945B2

Description

（関連出願に対する相互参照）
本出願は、２０１７年３月２６日に出願された、参照により本明細書に組み込まれる、同時係属中の米国特許仮出願第６２／４７６，８１６号の非仮出願である。

（発明の分野）
ロボットアームを外科用テーブルに連結するための装置及び方法。他の実施形態も本明細書に記載される。

ロボットアームは、アームに電力、データ、及び機械的支持を提供するために外科用テーブルに連結され得る。１つ以上のロボットアームに連結された外科用テーブルの機能は、ロボットアームによって占有される空間の体積によって制限される可能性があり、一般にテーブルに固定され、除去するのが困難である。いくつかの従来のロボットアームは、ロボットアームの交換及び／又はサービスに時間がかかり高価なタスクであるように、ロボットアームをテーブルに対して接続及び切断するための特殊な訓練を有する技術者を必要とする。しかしながら、従来のロボットアームは、連結又は連結解除中にユーザーにアームを支持することを強いないため、訓練された技術者であっても、連結又は連結解除動作中にロボットアームを落下させて損傷させる場合がある。これら及び他の理由で、外科用テーブルに連結されたロボットアームを、一般に互いに対して固定することが検討される。例えば、外科用テーブルに連結されたロボットアームは、異物（例えば、液体）に対する侵入保護に関連するＩＰＸ４要件を遵守することが必要とされる。この規制規格の遵守は、ロボット外科用アームの設計及びコストを更に複雑にする。

ロボットアームの取り外し及び再取り付けは、ロボットアームと外科用テーブルとの間の位置不整合をもたらし得る。換言すれば、ロボットアームと外科用テーブルとの間の従来の連結機構は、ロボットアームが外科用テーブルに対して正確な座標のセットに位置付けられることの確立を仕様化せず及び／又は提供しない。更に、いくつかの従来のロボットアーム連結機構は、アームのテーブルへの連結の位置不整合及び／又は不良を生じさせ得る取り外し可能な構成要素（例えば、ボルト）を使用する。ロボットアームを外科用テーブルに連結するための更なる装置及び方法が望ましい。

本発明は、患者が配置され得るテーブルトップを有する外科用テーブルにロボットアームを連結するための装置及び方法を対象とする。いくつかの実施形態では、装置及び方法は、ロボットアームが外科用テーブルに強固に連結され、かつ外科用テーブルと位置整合されることを可能にし得る。

いくつかの実施形態では、ロボットアームは、外科用テーブルへのアクセスが必要である緊急事態などのために、外科用テーブルから迅速に解放され得る（例えば、迅速解放、緊急離脱）。ロボットアームは、カプラの第１の部分を含んでもよく、外科用テーブルは、カプラの第２の部分を含んでもよく、第１の部分が第２の部分を補完する。ポストを有する第１の部分を第２の部分のボールベアリングホルダに挿入した後、ユーザーはハンドルを回転させて、第１の部分と第２の部分との間の連結を固定してもよい。いくつかの実施形態では、カプラは、第１の部分及び第２の部分を正確かつ再現可能に位置整合するように構成された運動学的取り付け部を含むことができる。

いくつかの実施形態では、カプラの電動式ロック機構は、外部負荷の存在下でも連結が６自由度で制約及び維持されることを確保するために、高い力を発生させ得る。ロボットアームは、カプラの第１の部分を含んでもよく、外科用テーブルは、カプラの第２の部分を含んでもよく、第１の部分が第２の部分を補完する。主ねじを有する第１の部分をコレットの対応するねじ付き部分に挿入した後、モータがコレットを回転させて、第１の部分を第２の部分内に運び、第１の部分と第２の部分との間の連結を固定してもよい。

いくつかの実施形態では、カプラは、円錐状テーパを有する円錐を有する第１の部分と、複数の軸に沿った第１の部分及び第２の部分の並進移動及び回転移動を制約し得る対応する円錐穴を有する第２の部分と、を含み得る。カプラは、ハンドル及び／又はスイッチによって作動されて、第１の部分及び第２の部分を互いに連結及び連結解除するための多段ロック機構を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、カプラは、回転運動及び／又は並進運動を使用して第１の部分と第２の部分との間の連結を固定するように構成された、半径方向クランプを含む、多段ロック機構を含み得る。

いくつかの実施形態では、カプラは、ロック機構として構成された係止部機構を含み得る。この機構は、回転カム爪のセットを有するリニア駆動両面式ラックを含んでもよい。連結機構は手動で後退駆動することができる。いくつかの実施形態では、装置及び方法は、外科用テーブルへのアクセスが必要である緊急事態などのためのピン解放機構を使用して、ロボットアームを外科用テーブルから迅速に解放することを可能にする（例えば、迅速解放、緊急離脱）ことができる。

上記の概要は、本発明の全ての態様の網羅的なリストを含まない。本発明は、上記に要約された様々な態様の全ての好適な組み合わせから実施できる全ての装置、並びに以下の発明を実施するための形態に開示され、特に特許出願と共に提出された特許請求の範囲において指摘されるものを含むことが企図される。このような組み合わせは、上記の概要に具体的に記載されていない特定の利点を有する。
本明細書に開示された実施形態は、添付図面の図に例として図示されているのであって、限定として図示されているのではなく、また添付図面では同様の参照符号が類似の要素を示す。なお、本開示における「一（an）」又は「１つの（one）」実施形態への言及は、必ずしも同じ実施形態ではなく、それらは少なくとも１つの実施形態を意味するものとする。

一実施形態に従う、外科用テーブルのそれぞれ概略側面図及び概略上面図である。一実施形態に従う、外科用テーブルのそれぞれ概略側面図及び概略上面図である。拡張構成又は使用構成で示された、一実施形態に従う、ロボットアームの概略側面図である。折り畳まれた又は折り重ねられた構成で示された、図１Ｃのロボットアームの概略側面図である。一実施形態に従う、ロボットアームが連結された外科用テーブルの概略上面図である。一実施形態に従う、ロボットアーム及びアームアダプタが連結された外科用テーブルの概略上面図である。一実施形態に従う、ロボットアームを外科用テーブルに取り付けるためのカプラの概略図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図４Ａ及び図４Ｅは側面図であり、図４Ｂ〜図４Ｄは斜視図であり、図４Ｆ及び図４Ｈ〜図４Ｌは断面側面図であり、図４Ｇは断面斜視図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図４Ａ及び図４Ｅは側面図であり、図４Ｂ〜図４Ｄは斜視図であり、図４Ｆ及び図４Ｈ〜図４Ｌは断面側面図であり、図４Ｇは断面斜視図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図４Ａ及び図４Ｅは側面図であり、図４Ｂ〜図４Ｄは斜視図であり、図４Ｆ及び図４Ｈ〜図４Ｌは断面側面図であり、図４Ｇは断面斜視図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図４Ａ及び図４Ｅは側面図であり、図４Ｂ〜図４Ｄは斜視図であり、図４Ｆ及び図４Ｈ〜図４Ｌは断面側面図であり、図４Ｇは断面斜視図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図４Ａ及び図４Ｅは側面図であり、図４Ｂ〜図４Ｄは斜視図であり、図４Ｆ及び図４Ｈ〜図４Ｌは断面側面図であり、図４Ｇは断面斜視図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図４Ａ及び図４Ｅは側面図であり、図４Ｂ〜図４Ｄは斜視図であり、図４Ｆ及び図４Ｈ〜図４Ｌは断面側面図であり、図４Ｇは断面斜視図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図４Ａ及び図４Ｅは側面図であり、図４Ｂ〜図４Ｄは斜視図であり、図４Ｆ及び図４Ｈ〜図４Ｌは断面側面図であり、図４Ｇは断面斜視図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図４Ａ及び図４Ｅは側面図であり、図４Ｂ〜図４Ｄは斜視図であり、図４Ｆ及び図４Ｈ〜図４Ｌは断面側面図であり、図４Ｇは断面斜視図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図４Ａ及び図４Ｅは側面図であり、図４Ｂ〜図４Ｄは斜視図であり、図４Ｆ及び図４Ｈ〜図４Ｌは断面側面図であり、図４Ｇは断面斜視図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図４Ａ及び図４Ｅは側面図であり、図４Ｂ〜図４Ｄは斜視図であり、図４Ｆ及び図４Ｈ〜図４Ｌは断面側面図であり、図４Ｇは断面斜視図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図４Ａ及び図４Ｅは側面図であり、図４Ｂ〜図４Ｄは斜視図であり、図４Ｆ及び図４Ｈ〜図４Ｌは断面側面図であり、図４Ｇは断面斜視図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図４Ａ及び図４Ｅは側面図であり、図４Ｂ〜図４Ｄは斜視図であり、図４Ｆ及び図４Ｈ〜図４Ｌは断面側面図であり、図４Ｇは断面斜視図である。一実施形態に従う、ロボットアームを外科用テーブルに取り付ける方法のフローチャートである。一実施形態に従うカプラを示す図である。図６Ａ〜図６Ｂは断面斜視図であり、図６Ｃは斜視図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図６Ａ〜図６Ｂは断面斜視図であり、図６Ｃは斜視図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図６Ａ〜図６Ｂは断面斜視図であり、図６Ｃは斜視図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図７Ａは、断面斜視図であり、図７Ｂ〜図７Ｄは断面側面図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図７Ａは、断面斜視図であり、図７Ｂ〜図７Ｄは断面側面図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図７Ａは、断面斜視図であり、図７Ｂ〜図７Ｄは断面側面図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図７Ａは、断面斜視図であり、図７Ｂ〜図７Ｄは断面側面図である。一実施形態に従う、カプラの断面側面図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図９Ａ〜図９Ｂ、図９Ｄ、図９Ｇ、及び図９Ｌは斜視図であり、図９Ｃ及び図９Ｉ〜図９Ｊは側面図であり、図９Ｅ〜図９Ｆ及び図９Ｋは上面図であり、図９Ｈ及び図９Ｍは断面上面図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図９Ａ〜図９Ｂ、図９Ｄ、図９Ｇ、及び図９Ｌは斜視図であり、図９Ｃ及び図９Ｉ〜図９Ｊは側面図であり、図９Ｅ〜図９Ｆ及び図９Ｋは上面図であり、図９Ｈ及び図９Ｍは断面上面図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図９Ａ〜図９Ｂ、図９Ｄ、図９Ｇ、及び図９Ｌは斜視図であり、図９Ｃ及び図９Ｉ〜図９Ｊは側面図であり、図９Ｅ〜図９Ｆ及び図９Ｋは上面図であり、図９Ｈ及び図９Ｍは断面上面図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図９Ａ〜図９Ｂ、図９Ｄ、図９Ｇ、及び図９Ｌは斜視図であり、図９Ｃ及び図９Ｉ〜図９Ｊは側面図であり、図９Ｅ〜図９Ｆ及び図９Ｋは上面図であり、図９Ｈ及び図９Ｍは断面上面図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図９Ａ〜図９Ｂ、図９Ｄ、図９Ｇ、及び図９Ｌは斜視図であり、図９Ｃ及び図９Ｉ〜図９Ｊは側面図であり、図９Ｅ〜図９Ｆ及び図９Ｋは上面図であり、図９Ｈ及び図９Ｍは断面上面図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図９Ａ〜図９Ｂ、図９Ｄ、図９Ｇ、及び図９Ｌは斜視図であり、図９Ｃ及び図９Ｉ〜図９Ｊは側面図であり、図９Ｅ〜図９Ｆ及び図９Ｋは上面図であり、図９Ｈ及び図９Ｍは断面上面図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図９Ａ〜図９Ｂ、図９Ｄ、図９Ｇ、及び図９Ｌは斜視図であり、図９Ｃ及び図９Ｉ〜図９Ｊは側面図であり、図９Ｅ〜図９Ｆ及び図９Ｋは上面図であり、図９Ｈ及び図９Ｍは断面上面図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図９Ａ〜図９Ｂ、図９Ｄ、図９Ｇ、及び図９Ｌは斜視図であり、図９Ｃ及び図９Ｉ〜図９Ｊは側面図であり、図９Ｅ〜図９Ｆ及び図９Ｋは上面図であり、図９Ｈ及び図９Ｍは断面上面図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図９Ａ〜図９Ｂ、図９Ｄ、図９Ｇ、及び図９Ｌは斜視図であり、図９Ｃ及び図９Ｉ〜図９Ｊは側面図であり、図９Ｅ〜図９Ｆ及び図９Ｋは上面図であり、図９Ｈ及び図９Ｍは断面上面図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図９Ａ〜図９Ｂ、図９Ｄ、図９Ｇ、及び図９Ｌは斜視図であり、図９Ｃ及び図９Ｉ〜図９Ｊは側面図であり、図９Ｅ〜図９Ｆ及び図９Ｋは上面図であり、図９Ｈ及び図９Ｍは断面上面図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図９Ａ〜図９Ｂ、図９Ｄ、図９Ｇ、及び図９Ｌは斜視図であり、図９Ｃ及び図９Ｉ〜図９Ｊは側面図であり、図９Ｅ〜図９Ｆ及び図９Ｋは上面図であり、図９Ｈ及び図９Ｍは断面上面図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図９Ａ〜図９Ｂ、図９Ｄ、図９Ｇ、及び図９Ｌは斜視図であり、図９Ｃ及び図９Ｉ〜図９Ｊは側面図であり、図９Ｅ〜図９Ｆ及び図９Ｋは上面図であり、図９Ｈ及び図９Ｍは断面上面図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図９Ａ〜図９Ｂ、図９Ｄ、図９Ｇ、及び図９Ｌは斜視図であり、図９Ｃ及び図９Ｉ〜図９Ｊは側面図であり、図９Ｅ〜図９Ｆ及び図９Ｋは上面図であり、図９Ｈ及び図９Ｍは断面上面図である。一実施形態に従う、ロボットアームを外科用テーブルに取り付ける方法のフローチャートである。一実施形態に従うカプラを示す図である。図１１Ａ〜図１１Ｆ及び図１１Ｈは断面側面図であり、図１１Ｇ及び図１１Ｉは斜視図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図１１Ａ〜図１１Ｆ及び図１１Ｈは断面側面図であり、図１１Ｇ及び図１１Ｉは斜視図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図１１Ａ〜図１１Ｆ及び図１１Ｈは断面側面図であり、図１１Ｇ及び図１１Ｉは斜視図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図１１Ａ〜図１１Ｆ及び図１１Ｈは断面側面図であり、図１１Ｇ及び図１１Ｉは斜視図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図１１Ａ〜図１１Ｆ及び図１１Ｈは断面側面図であり、図１１Ｇ及び図１１Ｉは斜視図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図１１Ａ〜図１１Ｆ及び図１１Ｈは断面側面図であり、図１１Ｇ及び図１１Ｉは斜視図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図１１Ａ〜図１１Ｆ及び図１１Ｈは断面側面図であり、図１１Ｇ及び図１１Ｉは斜視図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図１１Ａ〜図１１Ｆ及び図１１Ｈは断面側面図であり、図１１Ｇ及び図１１Ｉは斜視図である。一実施形態に従うカプラを示す図である。図１１Ａ〜図１１Ｆ及び図１１Ｈは断面側面図であり、図１１Ｇ及び図１１Ｉは斜視図である。実施形態に従う、ロボットアームを外科用テーブルに取り付ける方法のフローチャートである。一実施形態に従う、カプラの斜視図である。一実施形態に従う、カプラの斜視図である。一実施形態に従う、カプラの斜視図である。一実施形態に従う、カプラの斜視図である。一実施形態に従う、リニアラック及びカムの外部斜視図である。一実施形態に従う、リニアラック及びカムの外部斜視図である。一実施形態に従う、リニアラック及びカムの外部斜視図である。一実施形態に従う、リニアラック及びカムの外部斜視図である。一実施形態に従う、リニアラック及びカムの外部斜視図である。一実施形態に従う、カプラの内部斜視図である。一実施形態に従う、カプラの内部斜視図である。一実施形態に従う、カプラの内部斜視図である。一実施形態に従う、カプラの内部図及び外部図である。一実施形態に従う、カプラの内部図及び外部図である。一実施形態に従う、カプラの概略側面図である。一実施形態に従う、カプラの概略側面図である。一実施形態に従う、カプラの概略側面図である。一実施形態に従う、カプラの概略側面図である。一実施形態に従う、把持具の側面図である。一実施形態に従う、把持具の側面図である。

このセクションでは、添付の図面を参照して、いくつかの好ましい実施形態を説明する。実施形態に記載される部品の形状、相対位置、及び他の態様が明確に定義されていない場合はいつでも、実施形態の範囲は、単に例示の目的を意図する図示された部品のみに限定されない。また、多くの詳細が述べられているが、いくつかの実施形態は、これらの詳細なしに実施され得ることが理解される。他の例では、周知の構造及び技術は、この説明の理解を不明瞭にしないように詳細に示されていない。

患者が配置され得るテーブルトップを有する外科用テーブルにロボットアームを取り付けるカプラを提供するための装置及び方法が、本明細書に記載されている。これらの装置及び方法を使用して、１つ以上のロボットアームを一貫した方法で外科用テーブルに強固に取り付け及び位置整合させ、及び／又は迅速に取り外すことができ、それにより、１つ以上のロボットアームを用いて外科用テーブルを構成及びカスタマイズする柔軟性を増加させることができる。例えば、本明細書に記載された連結機構は、外部負荷（例えば、外科手技中のロボットアームの静的負荷及び慣性負荷）の存在下で、高い機械的剛性を有して６自由度で配向及び制約することができる。

外科用テーブル及びロボットアーム
図１Ａ〜図１Ｂに概略的に示すように、外科用テーブル１００は、テーブルトップ１２０、テーブル支持体１２２、及びテーブル基部１２４を含む。図１Ａに概略的に示すように、テーブルトップ１２０は、患者Ｐが外科手技中に配置され得る上面を有する。テーブルトップ１２０は、例えば、床面の上方の好適な高さで基台となり得る支持体１２２上に配置される。支持体１２２（また、本明細書では基台とも称される）は、Ｚ軸（床の上方の高さ）、Ｙ軸（テーブルの長手方向軸に沿う）、及び／若しくはＸ軸（テーブルの横方向軸に沿う）における並進、並びに／又はＺ、Ｙ、及び／若しくはＸ軸の周りの回転などの、所望の数の自由度で、テーブルトップ１２０の移動を提供し得る。テーブルトップ１２０はまた、任意の好適な軸に沿って／その周りに互いに対して移動可能である複数の区分、例えば、胴体、一方又は両方の脚部、及び／又は一方若しくは両方の腕、並びに頭部支持区分の各々に対して別個の区分を含んでもよい。テーブルトップ１２０及び／又はその構成区分の移動は、手動で実行され、モータによって駆動され、遠隔で制御され、又は任意の他の好適な手段を介してもよい。テーブルトップ用の支持体１２２は、基部１２４に装着されてもよく、基部１２４は、手術室の床面に固定することができ、又は、例えば、基部１２４上の車輪の使用によって床面に対して移動可能となり得る。いくつかの実施形態において、支持体１２２の高さは、例えば、テーブルトップ１２０の運動（例えば、軸方向（縦方向）又は横方向運動）と共に調節することができ、テーブルトップ１２０が、床面の上方のある高さ（例えば、外科医のアクセスを可能にするための）及び支持体１２０からのある距離で、所望の外科用部位において位置決めされることを可能とすることができる。これはまた、テーブル１００に連結されたロボットアーム（例えば、下記で考察されるアーム１３０）が、テーブルトップ１２０上に配置された患者Ｐ上の所望の治療目標に到達することを可能にし得る。

（図１Ｃ及び図１Ｄに概略的に示すように）ロボット支援外科手技において、１つ以上のロボットアーム１３０は、外科用テーブル１００（また本明細書で「テーブル」とも称される）のテーブルトップ１２０上に配置された患者に対して所望の動作位置に配置することができる。このロボットアーム（複数可）を使用して、外科用テーブル１００上に配置された患者の上で外科手技を実行することができる。特に、各ロボットアームの遠位端部は、ロボットアームの遠位端部に連結された医療機器が所望の機能を実行することができるように、所望の動作位置に配置することができる。

図１Ｃ及び図１Ｄに概略的に示すように、各ロボットアーム１３０は、遠位端部分１３７及び近位端部分１３６を含むことができる。遠位端部分１３７（また本明細書では、「動作端」とも称される）は、医療機器又はツール１１５を含み得、又はそれらに結合され得る。近位端部分１３６（また本明細書中で「装着端部分」又は「装着端部」とも称される）は、ロボットアーム１３０がテーブル１００に連結されることを可能とするための連結部分を含むことができる。ロボットアーム１３０は、接合部で共に連結された２つ以上のリンク部材又はセグメント１１０を含むことができ、Ｘ、Ｙ、及び／若しくはＺ軸（例えば図１Ａ及び図１Ｄで示される）のうちの１つ以上に沿った並進、並びに／又は当該１つ以上の周りの回転を提供することができる。ロボットアーム１３０の連結部分は、連結機構１３９を含むことができる。連結機構１３９は、アーム１３０の取り付け端部１３６に配置することができ、セグメント１１０に連結されてもよく、又はセグメント１１０内に組み込まれてもよい。ロボットアーム１３０はまた、ロボットアーム１３０の装着端１３６において又はその近くで配置された目標接合部Ｊ１も含み、その目標接合部は、連結機構１３９内に含まれ得、及び／又は連結部分に連結されたロボットアーム１３０のリンク若しくはセグメント１１０上に配置され得る。目標接合部Ｊ１は、ロボットアーム１３０の遠位セグメントがテーブル１００に対して枢動することを可能とするための、枢動接合部を提供することができる。ロボットアーム１３０は、図１Ｃに示すように、外科手技中に使用するための様々な拡張構成と、図１Ｄに示すように、使用しないときに格納するための様々な折り重ね又は折り畳み構成との間で移動され得る。

ロボットアームを外科用テーブルに連結するための装置及び方法を図示及び記載した様々な実施形態が、本明細書に開示されている。上述したように、また以下により詳細に開示される様々な実施形態によれば、外科手技を実施する際に使用するロボットアームは、外科用テーブルに解放可能に連結されてもよい。いくつかの実施形態では、ロボットアームは、テーブル上の固定箇所で連結することができ、又はロボットアームがテーブルトップに対して複数の箇所に移動可能であり得るように連結することができる。例えば、図２Ａに概略的に示すように、ロボットアーム２３０は、外科用テーブル２００のテーブルトップ２２０に連結することができる。外科用テーブル２００は、上述した外科用テーブル１００と構造及び機能が同じか又は同様とすることができる。例えば、テーブルトップ２２０は、患者Ｐが外科手技中に配置され得る上面を有する。いくつかの実施形態では、ロボットアーム２３０は、固定箇所又は可動箇所において、外科用テーブルに連結されるか、又は外科用テーブルから分離したアームアダプタに、恒久的に又は解放可能に連結することができる。例えば、図２Ｂに概略的に示すように、アームアダプタ２４６は、テーブルトップ２２０に連結されるか、又はテーブルトップ２２０から分離しているが係合可能であるか、又はテーブルトップ２２０に連結可能であってもよい。ロボットアーム２３０は、アームアダプタ２４６に連結することができる。

アーム基部の接続
図３に概略的に示すように、カプラ３１０が、ロボットアーム３２０を外科用テーブル３００に連結するために提供されてもよい。本明細書に記載されたようなカプラ３１０は、外科用テーブル及びロボットアーム（例えば、外科用テーブル１００、２００、ロボットアーム１３０、２３０）、及び本明細書に記載の方法のいずれかと共に使用可能である。カプラ３１０は、ロボットアームのための端子基部部分Ａなどの第１の部分３１２（例えば、アームアダプタ）を含むことができる。カプラ３１０は、外科用テーブル３００に装着するための基部部分Ｂなどの第２の部分３１４を含むことができる。ロボットアーム３２０は、第１の部分３１２に連結することができ、第１の部分３１２を第２の部分３１４に連結する前に、テーブルトップ３０２を第２の部分３１４に連結することができる。ロボットアーム３２０を外科用テーブル３００に連結することにより、テーブル３００に連結されたロボットアームがテーブルトップ３０２上に配置された患者に対する所望の治療目標に到達することを可能にすることができる。第１の部分３１２及び第２の部分３１４は、電力及びデータコネクタを更に含んでもよい。第１の部分３１２及び第２の部分３１４は、第１の部分３１２がテーブル３００に連結し、かつ第２の部分３１４がロボットアーム３２０に連結するように入れ替わってもよいことは認識されるはずである。

外科用テーブル３００は、テーブルトップ３０２と、テーブル支持体３０４と、テーブル基部３０６と、を含む。図１Ａに概略的に示すように、テーブルトップ３０２は、患者が外科手技中に配置され得る上面を有する。テーブルトップ３０２は、例えば、床面の上方の好適な高さで基台となり得る支持体３０４上に配置される。支持体３０２は、Ｚ軸（床面の上方の高さ）、Ｙ軸（テーブルの縦方向軸に沿う）、及び／若しくはＸ軸（テーブルの横方向軸に沿う）における並進、並びに／又はＺ、Ｙ、及び／若しくはＸ軸の周りの回転などの、所望の数の自由度でのテーブルトップ３０２の移動を提供してもよい。テーブルトップ３０２用の支持体３０４は、基部３０６に装着されてもよく、手術室の床面に固定することができ、又は、例えば、基部３０６上の車輪の使用によって床面に対して移動可能となり得る。ロボット支援外科手技では、１つ以上のロボットアーム３２０（図１Ｃ及び図１Ｄに概略的に示される）は、外科用テーブル３００のテーブルトップ３０２上に配置された患者に対して所望の動作位置に配置することができる。

運動学的取り付け部アーム基部の接続
図４Ａは、第１の部分４１０及び第２の部分４２０を含むカプラ４００の一実施形態の側面図である。第１の部分４１０と第２の部分４２０との連結は、６自由度が制約される強固な嵌合接続を形成する。例えば、強固な嵌合接続は、第２の部分４２０に対する第１の部分４１０の、Ｚ軸、Ｙ軸、及び／若しくはＸ軸における並進、並びに／又はＺ軸、Ｙ軸、及び／若しくはＸ軸の周りの回転をｙ軸制約する。第１の部分４１０は、第１の部分４１０と第２の部分４２０との間の連結をロック及び固定するように構成されたハンドル４５４と、本明細書に記載されるような、対応する運動学的取り付け部４３０に接触するように構成されたＶ溝４３２のセットと、を含む。第２の部分４２０は、第１の部分４１０と嵌合するようにＹ軸に沿って並進させ得るポスト４２２（例えば、ロックポスト）を含む。ポスト４２２を第１の部分４１０に連結することにより、Ｙ軸に沿った並進を制約してもよい。図４Ｂは、カプラ４００に対するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を示す図である。

第２の部分４２０は、第２の部分４２０の表面から突出し、かつ対応するＶ溝４３２内に摺動してＶ溝４３２と嵌合するように構成された少なくとも３つの運動学的取り付け部を含み得る運動学的取り付け部４３０のセットを更に含んでもよい。運動学的取り付け部４３０及びＶ溝４３２は、第１の部分４１０と第２の部分４２０との間の連結を位置特定、制約、及び支持するように構成されている。運動学的取り付け部４３０は、球形状又は半球形状を含んでもよい。運動学的取り付け部４３０は、第２の部分４２０のポスト４２２の周囲に均等に離間配置されてもよい。Ｖ溝４３２は、第１の部分４１０にＶ形状の切り込みを形成してもよく、「Ｖ」の頂点に溝を更に含んでもよい。運動学的取り付け部４３０とＶ溝４３２との間の球体−溝内嵌合接続は、Ｘ軸及びＺ軸における並進を制約し、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の周りの回転を制約してもよい。

第２の部分４２０のいくつかの実施形態は、第１の部分４１０内の対応する穴（図示せず）に接触し、この穴内に摺動してこの穴と嵌合するように構成された１つ以上の位置整合突出部４３４を含んでもよい。位置整合突出部４３４は、第１の部分４１０との突出部４３４の位置整合が、ユーザーが第１の部分４１０を第２の部分４２０に誤って挿入することを防止するように構成されているという点で、非対称である。このプロセスは、本明細書ではレジストレーションと称され得る。示された位置整合突出部４３４の形状は、半球形の端部を有するが、特に限定されない。第２の部分４２０のポスト４２２は、位置整合突出部４３４が位置不整合であるときに、第１の部分４１０の第２の部分４２０との連結及びロックを係合させるように十分には、Ｙ軸に沿って第１の部分４１０内に並進しないようになっている。例えば、図４Ｃは、第１の部分４１０に部分的に挿入された第２の部分４２０を示す図である。位置整合突出部４３４及び位置整合穴４３６は、第２の部分４２０のポスト４２２が第１の部分４１０内に完全に並進することを許容するように配向されている。そうでなければ、位置整合突出部４３４は、第１の部分４１０の筐体と接触して、第１の部分４１０と第２の部分４２０との間に第１の部分４１０と第２の部分４２０との連結を防止する間隙を形成する。

図４Ｄは、第２の部分４２０と位置整合され、かつ第２の部分４２０との初期係合を有する第１の部分４１０の斜視図を示す図である。ハンドル４５４（例えば、ロックハンドル）は、カプラ４００の第１の位置（例えば、ロック解除位置）に対応する第１の位置にある。ユーザーは、ハンドル４５４を第２の位置（例えば、ロック位置）に回転させて、カプラ４００を第１の構成（例えば、ロック解除状態又はロック解除位置）から第２の構成（例えば、ロック状態又はロック位置）に移行させてもよい。図４Ｅは、第１の構成の位置整合状態を示す図であり、ポスト４２２を第１の部分４１０内に並進させてあり、第１の部分４１０及び第２の部分４２０が位置整合されているが、第１の部分４１０と第２の部分４２０との間のロック機構を係合させない。特に、運動学的取り付け部４３０の各々が、位置整合されて係合して、対応するＶ溝４３２と接触して嵌合する。

図４Ｆは、第２の部分４２０の第１部分４１０への初期並進の断面側面図である。この図から、第１の部分４１０は、第１の端部４５６（ロボットアームに取り付けられる端部）及び第２の端部４５８（第２の部分４２０に取り付けられる端部）と、第１の端部と第２の端部との間の第１の部分４１０内に形成された内部空洞４６４と、を含むことが分かる。内部空洞への開口部は、第２の端部４５８を通って形成される。第１の部分４１０は、内部空洞４６４内に位置付けられたボールベアリング４４２のセットに連結されたボールベアリングホルダ４４０（例えば、ドローバー）を更に含む。ボールベアリング４４２のセットは、ボールベアリングホルダ４４０の外周に沿って等間隔に離間した４つ以上のボールベアリングを含んでもよい。ハンドル４５４は、第１の面カム４５０及び第２の面カム４５２を含む一対のカムに連結されてもよい。ベルビルワッシャ４６０のセットは、ボールベアリングホルダ４４０のシャフトに連結されてもよい。第２の部分４２０のポスト４２２は、ポスト４２２のボールベアリングホルダ４４０への並進及び摺動中の位置不整合を許容するように構成された第１の表面４２３（例えば、テーパ状の先頭部）を含んでもよい。ポストは、嵌合接続部がロックされたときにボールベアリング４４２を押圧するように構成された第２の表面４２４（例えば、傾斜面）を更に含んでもよい。第１の表面４２３及び第２の表面４２４は、表面の湾曲に基づくヘルツ応力を経験する。曲率及び材料特性は、ボールベアリング４４２の直径及び材料と共に、表面を劣化させない接触条件を生成するように構成されてもよい。

ボールベアリングホルダ４４０は、ボールベアリング４４２を保持し、ポスト４２２を取り囲むように構成されている。ボールベアリングホルダ４４０は、面カムがハンドル４５４によって回転されると、第１の部分４１０の筐体に対してＹ軸に沿って並進するように構成されている。ボールベアリングホルダ４４０の第１の部分４１０内への並進は、ボールベアリング４４２を、第１の部分４１０内の表面、ボールベアリングホルダ４４０内の表面、及びポスト４２２内の表面に押圧する。本明細書に図示するように、ボールベアリングホルダ４４０は、ボールベアリング４４２がポスト４２２と接触していないときに、ボールベアリング４４２をホルダ４４０内に保持するように構成された各ボールベアリングポケット上にリップを含んでもよい。これらの表面は、表面の湾曲に基づくヘルツ応力を経験する。曲率及び材料特性は、ボールベアリング４４２の直径及び材料と共に、表面を劣化させない接触条件を生成するように構成されてもよい。ボールベアリング４４２は、ボールベアリングホルダ４４０内の所定の範囲内で移動し、第１の部分４１０及び第２の部分４２０の両方に力を加えて、それらを共に強固にロックし、第１の部分４１０と第２の部分４２０との間の連結を形成するロック機構として機能する。

図４Ｇは、最大限に分離した位置にある第１の面カム４５０及び第２の面カム４５２を図示する、ロック状態（又はロック位置）にあるカプラ４００の断面斜視図であり、ボールベアリングホルダ４４０は、第１の部分４１０内に最大限に並進しており、ボールベアリング４４２は、第１の部分４１０を第２の部分４２０に強固にロック及び連結する（例えば、ロック位置）ように、ポスト４４２及び筐体４１０を係合させている。第１の面カム４５０及び第２の面カム４５２は、Ｙ軸に沿った面カムの並進がまたボールベアリングホルダ４４０をＹ軸に沿って並進させるように、ボールベアリングホルダ４４０に連結されている。面カムの各々は、Ｙ軸の周りの回転運動を、Ｙ軸の周りの並進運動に変換する（例えば、ハンドル４５４の運動に由来する）プロファイルを含んでもよい。ハンドル４５４は、面カムのうちの１つに直接螺入されてもよく、それにより、面カムがロック位置に回転されると、トルクの利点を可能にする。面カムは、第１のプロファイル及び第２のプロファイルを有する可変カムプロファイルを含んでもよい。第１のプロファイルは、相対的により大きい並進及び相対的により低い軸方向力の利点を許容するように構成されてもよい。第２のプロファイルは、相対的により低い並進及び相対的により大きい軸方向力の利点を許容するように構成されてもよい。例えば、第１のプロファイルは急勾配であってもよく、第２のプロファイルは浅くてもよい。いくつかの実施形態では、変化するカムプロファイルが、大きい並進（例えば、０．２５インチ）に続いて非常に小さい（例えば、０．０４インチ）並進を許容するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、面カムは、（例えば、ボールベアリングホルダがロック位置に向かって並進する際に、ボールベアリングホルダが完全な係合に達する際に、ピッチを減少させる、複合プロファイルを含んでもよい。いくつかの実施形態では、面カムは、面カムの外表面上の摩擦を低減するためのスラストベアリングを含んでもよい。いくつかの実施形態では、面カムは、圧力を均等に分配するように構成されたローブを含んでもよい。いくつかの実施形態では、面カムの異なる部分が、面カムの摩擦及び／又は強度を可変的に変化させるために、異なる材料で作製されてもよい。

図４Ｈ〜図４Ｌは、様々な状態（例えば、ロック解除及びロック）にあるカプラ４００の断面側面図である。図４Ｈは、ポスト４２２の表面がボールベアリングホルダ４４０内でボールベアリング４４２と接触している初期係合状態を示す図である。ハンドル４５４（図示せず）及び面カム４５０、４５２は、ロック解除位置にある。図４Ｉは、ハンドル４５４（図示せず）のロック位置への回転後のカプラ４００のロック位置を示す図である。ハンドル４５４の回転は、第１の面カム４５０及び第２の面カム４５２が最大限に分離されるように、Ｙ軸に沿った面カム４５０、４５２の並進運動に変換される。それにより、面カム４５０、４５２に連結されたボールベアリングホルダ４４０をＹ軸に沿って並進させて、ボールベアリング４４２及び第２の部分４２０を更に第１の部分４１０内に運ぶ。ボールベアリング４４２と第１の部分４１０の表面との間の接触、及び第２の部分４２０は、第１の部分４１０を第２の部分４２０に強固に係合させてロックする。図４Ｊは、カプラ４００のロック機構の詳細図である。ロック位置にあるボールベアリングホルダ４４０は、ボールベアリング４４２を第１の部分４１０内に並進させて、第１の部分４１０の接触面４１１と、ボールベアリングホルダ４４０のボールベアリングリップ４４１と、ポスト４２２の第２の表面４２４と、に接触する。これらの接触力は、ハンドル４５４がロック解除位置に回転するまで、Ｙ軸に沿った第１の部分４１０及び第２の部分の並進を制約するのに十分である。換言すれば、カプラ４００は、ユーザー入力を伴わずに連結が係合解除されないようになっているという点で自己ロックである。

図４Ｋは、ボールベアリングホルダ４４０のねじ付きシャフトに連結されたベルビルワッシャ４６０のセットを示す図である。ベルビルワッシャ４６０は、ボールベアリングホルダ４４０に保持力を加えるように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、ベルビルワッシャは、約２００ポンドの力〜約３００ポンドの力を加えてもよい。図４Ｌは、第１の部分４１０の筐体の端部とベルビルワッシャ４６０との間に連結されたばね４６２（例えば、圧縮ばね）を示す図である。ばね４６２は、ばね力を提供してボールベアリングホルダ４４０の位置をリセットし、かつハンドル４５４をロック解除位置に保持するように構成されてもよい。ばね４６２は、ユーザーがハンドル４５４をロック解除位置に回転させると、ボールベアリングホルダ４４０が図４Ｆに示されるような初期位置に向かってＹ軸に沿って並進することとなるように、ボールベアリングホルダ４４０をロック解除位置に付勢するように構成されてもよい。ベルビルワッシャ４６０は、ロックの力を変化させるように構成されてもよい。

図５は、本明細書に記載のカプラのいずれかを使用することなどによって、ロボットアームを外科用テーブルに連結する方法５００のフローチャートである。方法５００は、５０２において、カプラの第２の部分（例えば、ロボットアーム基部部分）をカプラの第１の部分（例えば、外科用テーブルトップの装着部分）内に並進させることを含む（図４Ｆ）。第２の部分のポストは、ポストが第１の部分（図４Ｃ）内に移動する際に、５０４において、位置整合し始めてもよい。第１の部分（例えば、ボールベアリングホルダ、ボールベアリング、面カム、ハンドル）のロック機構は、第２の部分の位置整合要素（複数可）が第１の部分と位置整合しない場合に係合しないようになっている。ポストがボールベアリングホルダ（図４Ｈ）と初期係合状態にあるとき、５０６において、ハンドルを回転させて２つの面カムを回転させてもよい。いくつかの実施形態では、ロックは、ロック解除位置からロック位置まで約９０度回転してもよい。ロックがロックの円弧を通って進行する際に、面カム同士が離れて移動し、ボールベアリングホルダを更に第１の部分（図４Ｉ）内に並進させる。ボールベアリングホルダは、ボールベアリングを第１の部分及び第２の部分の表面に押圧するように、ボールベアリングのセットを係合させる（図４Ｊ）。５０８において、押圧力が、第１の部分及び第２の部分を共にロックする。ロック位置へのハンドルの回転に応答してボールベアリングホルダが第１の部分内に並進する際に、運動学的取り付け部のセットが対応するＶ溝と係合して、第１の部分及び第２の部分を正確に位置整合させる（図４Ｅ）。カプラ４００を連結解除するために、５１０において、ユーザーは、ハンドルをロック解除位置に向けて回転させてもよい。これにより、面カムが互いに向かって回転し、ボールベアリングホルダを第２の部分に向かって並進させ、それによりボールベアリングと第１の部分の筐体との間の力を解放する。ロックが係合解除された状態で、第２の部分は、５１２において第２の部分を第１の部分から外に並進させることによって、第１の部分から完全に連結解除されてもよい。

図６Ａ〜図６Ｃは、モータによって駆動され、かつ電力が失われた場合及び／又は緊急運転時に連結及び連結解除するために使用され得る手動連結機構を有する、カプラ６００の一実施形態の斜視図である。カプラ６００は、第１の部分６１０及び第２の部分６２０を含んでもよい。第１の部分６１０と第２の部分６２０との連結は、６自由度が制約される強固な嵌合接続を形成する。第２の部分６２０は、第１の部分６１０を取り囲むように構成されたポスト６２２を含んでもよい。ポスト６２２を、第１の部分６１０と嵌合するようにＹ軸に沿って並進させて、Ｙ軸に沿った並進を制約してもよい。

第１の部分６１０は、ボールベアリング６４０のセット、ブッシング６３２に連結されたカム６３０、及びシャフト６３４を含んでもよい。ボールベアリング６４０のセットは、第１の部分６１０の外周に沿って等間隔に離間した４つ以上のボールベアリングを含んでもよい。ボールベアリング６４０のセットは、第１の部分６１０を第２の部分６２０に強固に係合させてロックするように構成されたロック機構によって移動されてもよい。カム６３０は、モータ及び／又はハンドル６５０によって駆動されると、第１の部分６１０の筐体に対してＹ軸に沿って並進するように構成されている。ポスト６２２及びカム６３０は、ポスト６２２及びカム６３０の表面の曲率に基づくヘルツ応力を経験する。曲率及び材料特性は、ボールベアリング６４０の直径及び材料と共に、ポスト６２２及びカム６３０の表面を劣化させない接触条件を生成するように構成されてもよい。カム６３０のロック位置への移動は、第２の部分のポスト６２２の表面とカム６３０の表面との間の接触力を保持する際に、ボールベアリングのセット６４０を位置付けるようになっている。カム６３０及びブッシング６３４は、シャフト６３４に沿って摺動可能であるように構成されてもよい。シャフト６３４に沿ったカム６３０の移動は、第１の部分６１０及び第２の部分６２０を互いの内部に並進させるときに、ポスト６２２の接触表面に対するボールベアリング６４０のセットの接触力を変化させ得る。ポスト６２２の接触表面は、第２の部分６２０内にボールベアリング６４０を留めるように構成されたポストリップ６２４を含んでもよい。ボールベアリング６４０は、所定の範囲の第１の部分６１０内で移動し、かつ第１の部分６１０及び第２の部分６２０の両方に力を加えるロック機構として機能して、第１の部分６１０及び第２の部分６２０を共に強固にロックし、第１の部分６１０と第２の部分６２０との間の連結を形成する。

カム６３０は、モータ６７０を使用してウォームホイール６６０及びウォーム６６２を含むウォームギアによって駆動されて、第１の部分６１０と第２の部分６２０とを連結及び連結解除してもよい。モータ６７０は、例えば、ブラシレスＤＣモータであってもよい。第１の部分６１０は、シャフト６３４に沿ってカム６３０を摺動させ、かつボールベアリング６４０のセットをポスト６２２の接触表面との接触を係合させ又は解放するために、ユーザーが作動することを許容するように構成されたハンドル６５０を含んでもよい。ハンドル６５０は、ロック位置とロック解除位置との間で回転し、カプラ６００をロック構成とロック解除構成との間で移行させてもよい。図６Ａは、カプラ６００のロック位置を示す図である。ロック位置では、ボールベアリング６４０と第２の部分６２０のポスト６２２及びカム６３０との間の接触が、第１の部分６１０を第２の部分６２０に強固に係合させてロックする。

ロック解除位置に向かうハンドル６５０の回転は、Ｙ軸に沿ったカム６３０の並進運動に変換されて、ボールベアリング６４０とポスト６２２及びカム６３０の表面との間の接触を係合解除する。ばね６６４は、ブッシング６３２とウォームホイール６６０との間に連結され、かつカム６３０がウォームギアに向けて付勢されるロック解除位置へとカム６３０の位置をリセットするためにばね力を提供するように構成されてもよい。

図６Ｂに示すように、ポスト６２２は、第１の部分６１０と第２の部分６２０との間に所望のレベルの保持力を提供するように構成され得る１つ以上のレリーフ切込み６２６を含んでもよい。例えば、レリーフ切込み６２６のより広い及び／又はより長い間隙が、第１の部分６１０と第２の部分６２０との間の最大保持力を低減してもよい。第２の部分６２０は、ポストリップ６２４を更に含んでもよい。いくつかの実施形態では、カプラ６００は、本明細書に記載されるような運動学的取り付け部、Ｖ溝、及び／又は位置整合要素を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、回転コレットを使用して、カプラの第１の部分と第２の部分とを連結及び連結解除してもよい。図７Ａは、カプラ７００の一実施形態の断面斜視図である。カプラ７００は、外側筐体７１２と第１の部分ねじ山７１４とを有する第１の部分７１０を含む。カプラ７００はまた、ポスト７２２を有する第２の部分７２０を含む。第２の部分７２０を、第１の部分７１０と嵌合するようにＹ軸に沿って並進させて、Ｙ軸に沿った並進を制約してもよい。第１の部分７１０と第２の部分７２０との連結は、６自由度が制約される強固な嵌合接続を形成する。第１の部分７１０は、第１の部分７１０と第２の部分７２０との間の連結をロック及び固定するように構成されたコレット７５０を含んでもよい。第１の部分７１０は、ポスト７２２を受容し、係合させ、及びロックするように構成されたボールベアリングホルダ７４０を含む。ボールベアリングホルダ７４０は、ボールベアリング７４２を保持し、かつポスト７２２を取り囲むように構成されている。ボールベアリングホルダ７４０は、コレット７５０が回転されると、第１の部分７１０の筐体に対してＹ軸に沿って並進するように構成されている。ボールベアリングホルダ７４０の第１の部分７１０内への並進は、ボールベアリング７４２を、第１の部分７１０、ボールベアリングホルダ７４０、及びポスト７２２内に押圧する。本明細書に図示するように、ボールベアリングホルダ７４０は、ボールベアリング７４２がポスト７２２と接触していないときに、ボールベアリング７４２をホルダ７４０内に留めるように構成された各ボールベアリングポケット上にリップを含んでもよい。これらの表面は、表面の湾曲に基づくヘルツ応力を経験する。曲率及び材料特性は、ボールベアリング７４２の直径及び材料と共に、表面を劣化させない接触条件を生成するように構成されてもよい。ボールベアリング７４２は、ボールベアリングホルダ７４０内の所定の範囲内で移動し、第１の部分７１０及び第２の部分７２０の両方に力を加えて第１の部分７１０及び第２の部分７２０を共に強固にロックし、かつ第１の部分７１０と第２の部分７２０との間の連結を形成するロック機構として機能する。

ベルビルワッシャ７６０のセット、ロックカラー７４６、及びスラストベアリング７４４は、ボールベアリングホルダ７４０に連結されてもよい。コレット７５０は、ボールベアリングホルダ７４０からポスト７２２をロック及びロック解除するように第１の部分７１０の周りに回転するように構成されてもよい。コレット７５０の外表面は、第１の部分７１０及び第２の部分７２０を連結及び連結解除するためにユーザーが回転することができるロックノブであってもよい。

図７Ｂ〜図７Ｄは、異なる連結状態にあるカプラ７００の断面側面図である。図７Ｂに示す連結解除状態では、ベルビルワッシャ７６０のセットが圧縮され、（コレット７５０の）ノブ部分が内へ回されている。第２の部分７２０は、第１の部分７１０内に並進させてあるが、ボールベアリングホルダ７４０とは接触していない。図７Ｃでは、第１の部分７１０及び第２の部分７２０は、ポスト７２２がボールベアリングホルダ７４０に接触する初期係合をなしている。コレット７５０は、カプラ７００のロック解除位置に対応する第１の位置にある。ベルビルワッシャ７６０のセットは完全に圧縮されており、コレット７５０のノブ部分は内へ回されている。図７Ｄでは、コレットノブが外へ回されるように回転されており、これによりボールベアリングホルダ７４０を第１の部分７１０に引き込み、ポスト７２２を第１の部分７１０にロックする。ベルビルワッシャ７６０のセットは、作業負荷圧縮されている。ポスト７２２及び第１の部分７１１の両方が、ボールベアリング７４２のセットを使用して保持力によって保持される。ボールベアリング７４２のセットは、ボールベアリングホルダ７４０の外周に沿って等間隔に離間した４つ以上のボールベアリングを含んでもよい。いくつかの実施形態では、カプラ７００は、本明細書に記載されるような運動学的取り付け部、Ｖ溝、及び／又は位置整合要素を含んでもよい。

主ねじ接続を有する運動学的取り付け部
図８は、外部負荷（例えば、外科手技中のロボットアーム静的負荷及び慣性負荷）の存在下でさえも、連結が６自由度で制約及び維持されることを確保するために高い力を発生させ得る電動式ロック機構によって駆動されるカプラ８００の一実施形態の断面側面図である。カプラ８００は、第１の部分８１０及び第２の部分８２０を含んでもよい。第１の部分８１０と第２の部分８２０との連結は、６自由度が制約される強固な嵌合接続を形成する。この図から、第１の部分８１０は、第１の端部８５６（ロボットアームに連結された端部）及び第２の端部８５８（第２の部分８２０に連結された端部）と、第１の端部と第２の端部との間の第１の部分８１０内に形成された内部空洞８６４と、を含むことが分かる。内部空洞８６４への開口部は、第２の端部８５８を通って形成される。第１の部分８１０は、第１の部分８１０と第２の部分８２０との間の連結をロック及び固定するように構成された駆動機構に連結されたロック機構を含んでもよい。第２の部分は、第１の部分８１０と嵌合するようにＹ軸に沿って並進させてＹ軸に沿った並進を制約し得るポスト８２２を含む。ポスト８２２は、回転可能なコレット８３０の対応するねじ付き部分８３２に連結され得る主ねじ８２４を含む。モータ８５０は、コレット８３０を主ねじ８２４の周りに第１の方向に回転するように駆動して、それにより、主ねじ８２４をＹ軸に沿って第１の部分８１０内に並進させてもよい。このようにして、コレット８３０をポスト８２２と係合させて、第１の部分８１０を第２の部分８２０に強固にロック及び連結してもよい。コレット８３０を第１の方向とは反対の第２の方向に回転させることにより、主ねじ８２４をＹ軸に沿って第１の部分８１０から外に並進させてもよい。いくつかの実施形態では、主ねじ８２４のピッチ角は、約２度〜約３０度であってもよい。いくつかの実施形態では、主ねじ８２４のピッチ角は、約１０度〜約１５度であってもよい。いくつかの実施形態では、主ねじ８２４のピッチ角は、主ねじ８２４が後退駆動されるのを防止するように構成されてもよい。

モータ８５０は、ギアボックス８４０に連結され、かつコレット８３０を回転させるように構成されてもよい。コレット８３０は、１つ以上のベアリング８３４に連結されてもよい。ベアリング８３４は、例えば、深溝ボールベアリングであってもよい。ギアボックス８４０は、例えば、遊星又は調和ギアボックスであってもよく、約２０〜約２００のギア比を有してもよい。モータ８５０は、例えばブラシレスＤＣモータであってもよい。いくつかの実施形態では、電動式ロック機構は、少なくとも５００Ｎの力を生成してもよい。いくつかの実施形態では、電動式ロック機構は、少なくとも１４００Ｎの力を生成してもよい。

モータ８５０は、ユーザーから入力コマンドを受信するように構成されたコントローラ（図示せず）に連結されてもよい。例えば、ロボットアームは、主ねじをいずれかの方向に駆動することによって第１の部分８１０を第２の部分８２０に対してロック及びロック解除し、それによってロボットアームを外科用テーブルから着脱させるように、連結コマンドを入力し得るスイッチを含んでもよい。スイッチは、外科用テーブル、医療用カート、及び／又はポータブルコンピューティングデバイス上に設けられてもよい。

いくつかの実施形態では、カプラ８００は、第１の部分８１０と第２の部分８２０との間の連結及び連結解除を検出するように構成された接続センサ８５２を含んでもよい。いくつかの実施形態では、接続センサは、力センサ、ホール効果センサ、及び第１の部分８１０と第２の部分８２０とのいずれかに位置する電気スイッチ（例えば、第１の部分８１０と第２の部分８２０との間の境界にある）のうちの１つ以上を含んでもよい。いくつかの実施形態では、接続センサは、モータ８５０上にエンコーダを含んでもよい。コントローラは、連結又は連結解除が検出されるまで、モータ８５０を使用してコレット８３０を駆動するように構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、カプラ８００は、本明細書に記載されるような運動学的取り付け部、Ｖ溝、及び／又は位置整合要素を含んでもよい。カプラ８００の電動式ロック機構は、部分的な連結及び連結解除、使いやすさリスク（例えば、非直感的な使用）を含む、第１の部分８１０の第２の部分８２０との連結の際のユーザーエラーを低減し、及び安全性（例えば、ユーザーの足又は脚上へと床に落下するロボットアーム）を増大させ得る。

円錐アーム基部接続
図９Ａは、カプラ９００の一実施形態の斜視側面図である。カプラ９００は、外科用テーブル（例えば、外科用テーブル３００）に装着するための基部部分などの第１の部分９１０を含むことができる。カプラ９００は、ロボットアームのための端子基部部分などの第２の部分９２０（例えば、アームアダプタ）を含むことができる。第１の部分９１０と第２の部分９２０との連結は、６自由度が制約される強固な嵌合接続を形成する。第１の部分９１０は、本明細書に記載されるように、第１の部分９１０と第２の部分９２０との間の連結をロック及び固定するように構成されたハンドル９４０と、対応する位置整合穴（図示せず）と接触するように構成された位置整合突出部９６０と、を含む。第１の部分９１０は、第２の部分９２０の円錐受容穴９１２（図９Ｄ）と嵌合するようにＹ軸に沿って並進させてＹ軸に沿った並進を制約し得る円錐９３０を含む。図９Ｂは、カプラ９００に対するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を示す図である。第１の部分９１０及び第２の部分９２０は、第１の部分９１０が外科用テーブルに連結し、かつ第２の部分９２０がロボットアームに連結するように、入れ替わってもよいことは認識されるはずである。

第１の部分９１０は、第２の部分９６２内の対応する位置整合穴９６２に接触し、位置整合穴９６２内に摺動し、位置整合穴９６２と嵌合するように構成された１つ以上の位置整合突出部９６０を含んでもよい。位置整合突出部９６０は、突出部９６０の第２の部分９２０との位置整合が、ユーザーが第１の部分９１０を不正確に第２の部分９２０に挿入することを防止するように構成されているという点で非対称である。このプロセスは、本明細書ではレジストレーションと称され得る。位置整合突出部９６０の形状は、円筒形状を有して示されているが、特に限定されない。例えば、位置整合突出部９６０は、ばね荷重／スプリットピンを含んでもよい。位置整合突出部９６０が位置整合穴９６２と位置不整合であるとき、第１の部分９１０の円錐９３０は、第１の部分９１０の第２の部分９２０への連結及びロックを係合させるように十分には、第２の部分９２０の円錐穴９１２内にＹ軸に沿って並進しないようになっている。例えば、図９Ｄは、円錐９３０を第２の部分９２０に完全に並進させることを許容するように、第２の部分９２０の位置整合穴９６２と位置整合された第１の部分９１０の位置整合突出部９６０を示す図である。そうでなければ、位置整合突出部９６０は、第２の部分９２０の筐体と接触して、第１の部分９１０と第２の部分９２０との間に第１の部分９１０と第２の部分９２０との連結を防止する間隙を作る。

円錐９３０は、剛性を有する機械的結合を形成するための大きな表面積を提供するように構成されている。例えば、円錐９３０は、Ｘ軸及びＹ軸における並進を制約し、かつＸ軸及びＺ軸の周りの回転を制約するように、第１の部分９１０と第２の部分９２０とを連結するように構成されている。円錐９３０の表面は、緊密な公差を有し得る嵌合表面と、第２の部分９２０との適切な接触を確保する表面仕上げと、を形成する。いくつかの実施形態では、接触表面は、第１の部分９１０と第２の部分９２０との間の摩擦を増加させるように構成された表面粗さを含んでもよい。円錐９３０のテーパ角は、連結の高い剛性を維持しながら、低い解放力のために構成されてもよい。いくつかの実施形態では、円錐９３０は、約１４度のテーパ角を有してもよい。

いくつかの実施形態では、円錐９３０は、交互の嵌合表面に接触する縁部又は平面を含んでもよい。いくつかの実施形態では、ピン９３４は、円錐９３０のノーズに配置されてもよく、円錐９３０から突出し、及び円錐９３０の表面内に陥没するように構成されてもよい。ハンドル９４０がロック解除位置に回転されると、ピンは、円錐９３０から突出するように構成されて、第１の部分９１０及び第２の部分９２０が摩擦に起因して接触したままである場合に、第１の部分９１０及び第２の部分９２０を互いから離れるように押すことによって、第１の部分９１０から離れる方向への第２の部分９２０の解放及び並進を補助してもよい。

図９Ｃは、第１の部分９１０及び第２の部分９２０の側面図を示す図である。円錐９３０は、Ｙ軸に沿った第２の部分９２０の並進を制約するように構成された２つ以上の係止部９５０を含んでもよい。例えば、係止部９５０は、円錐９３０の円錐テーパの両側に沿って配置されてもよい。係止部９５０は、第２の部分９２０に取り付けられたロボットアームが第１の部分９１０の円錐９３０から脱落することを防止するための初期ロック機構（例えば、ばね係止部）として構成されてもよい。係止部９５０は、円錐穴９１２の表面上に容易に摺動するように構成された傾斜した平坦な表面を含んでもよい。係止部９５０は、第１の部分９１０を第２の部分９２０に対して保持するように構成されたテーパ状部分を含んでもよい。第２の部分９２０は、第１の構成から第２の構成に係止部９５０を移動させるように構成された対応する係止部９５０を有するスイッチ９５２を含む。係止部９５０は、第１の構成で円錐９３０から突出するように付勢され、第２の構成で円錐９３０内に陥没してもよい。図９Ｅは、円錐９３０上に並進している第２の部分９２０を示す。第２の部分９２０を円錐９３０上に並進させると、係止部９５０は、円錐穴９１２の表面と接触して円錐９３０内に陥没する。対応する軸方向溝９３２（図９Ｄ）を越えて前進する係止部９５０は、第１の構成で突出し、それによって、図９Ｆに示すように、第１の部分９１０を第２の部分９２０に初期ロック状態に連結して固定することを可能にする。図９Ｇは、初期ロック状態にある第１の部分９１０及び第２の部分９２０の斜視図である。ハンドル９４０は、図９Ｄ〜図９Ｇに示す工程を通して、ロック解除状態にある。

図９Ｈ及び図９Ｍは、係止部９５０の第１の表面９５１及び第２の表面９５３を示す。第１の表面９５１は、円錐９３０のテーパ角と同様の角度を有する傾斜した平坦な表面であってもよい。第１の表面９５１は、係止部９５０が円錐穴９１２の表面上に容易に摺動することを許容するように構成されてもよい。第１の表面９５１が第２の部分９２０の円錐穴９１２を通って並進する際に、係止部９５０が円錐９３０内に陥没する。第２の表面９５３は、第１の部分９１０を第２の部分９２０に対して保持するように構成されたテーパ状部分であってもよい。係止部９５０の第２の表面９５３は、係止部９５０が突出構成にあるときに、係止部９５０が第２の部分９２０から連結解除するのを防止するように構成された解放防止角度１０４４を含んでもよい。係止部９５０は、突出構成に向けて付勢されるように構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、係止部９５０は、対応する表面に接触するように構成されたカム表面を含んでもよく、それにより、係止部を、引き戻すのではなく外向きにくさび留めすることによって、第１の部分９１０及び第２の部分９２０を共に固定及びロックしてもよい。例えば、カム表面は、角度表面、ボール、及びソケット表面などを含んでもよい。

図９Ｈは、係止部９５０に連結されたベルビルワッシャ９５８のセットとシャトル９７０とを示す図である。ベルビルワッシャ９５８は、係止部９５０に保持力を加えるように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、ベルビルワッシャ９５８は、約１３０ポンドの力〜約２３０ポンドの力を加えてもよい。ベルビルワッシャ９５８は、ロック（例えば、ハンドル９４０、カム９４２、及びシャトル９７０）の力を変化させるように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、ベルビルワッシャ９５８の予圧縮力は、補助入力を使用して調節されてもよい。

カム９４２に連結されたハンドル９４０は、図９Ｈ及び図９Ｍに図示されている。カム９４２は、ロック解除位置とロック位置との間でのハンドル９４０の回転に応答して回転するように構成されている。カム９４２がロック位置に向かって回転することにより、円錐９３０内に配置されたシャトル９７０に接触力が加わる。ハンドル９４０がハンドル９４０の弧を通って回転する際に、カム９４２は、第１の部分９１０のシャトル９７０に対して力を加えて第１の部分９１０及び第２の部分９２０を共に運び、高い剛性で第１の部分９１０を第２の部分９２０に強固にロックする。ハンドル９４０がロック位置にあるとき、第１の部分９１０及び第２の部分９２０は、互いに強固に係合してロックされる。いくつかの実施形態では、第１の部分は、ハンドル９４０及びカム９４２の代わりに、本明細書に記載されるような電動式ロック機構を含んでもよい。いくつかの実施形態では、カム９４２は、例えば、カム９４２の軸から分離された軸の周りの直角ギアのセット又は回転運動によって間接的に回転されてもよい。

第２の部分９２０を初期ロック状態（ハンドル９４０がロック解除位置にある）から解放するために、スイッチ９５２が、押圧されることによって作動され、それにより、第２の構成で係止部９５０内に押圧し、ユーザーが第２の部分９２０を第１の部分９１０から離れるように並進させることを可能にしてもよい。図９Ｉ〜図９Ｌは、それぞれスイッチ９５２の正面図、側面図、上面図、及び斜視図を示す図である。スイッチ９５２は、対応する軸方向スイッチ９５０と接触し、かつ対応する軸方向スイッチ９５０を陥没した第２の構成に押し込む、ように構成された解放点９５６を含んでもよい。スイッチ９５２は、作動されるとヒンジ１０５４の周りに回転してもよい。いくつかの実施形態では、スイッチ９５２は、約３．５インチだけ離間してもよい。これにより、ユーザーは、第２の部分９２０の周囲に掛けた片手を使用して両方のスイッチ９５２を同時に係合させることができ、それにより、第２の部分９２０が第１の部分９１０から連結解除されたときに、アームを支持する（及びアームが落下する可能性を低減する）位置にユーザーの手の置き場を自然に促すことができる。各スイッチ９５２は、スイッチ９５２を初期のリセット位置に付勢するように構成されたトーションばねを含んでもよい。

いくつかの実施形態では、第１の部分９１０及び第２の部分９２０は各々、第１の部分９１０と第２の部分９２０との間の電力及び／又はデータ接続を提供するための電気インターフェース９３８を含んでもよい。電気インターフェースは、ばね接触ピン、ワイピング接点、光ファイバーインターフェース、変圧器、又は任意の他の電力及び／若しくはデータコネクタのうちの１つ以上を含んでもよい。いくつかの実施形態では、第１の部分９１０の電気インターフェースは、円錐９３０のテーパ面上、又は円錐９３０を支持する第１の部分９１０の基部フランジ上に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、係止部９５０が第２の部分９２０に接触するため、係止部９５０のうちの１つ以上が電気インターフェースを含んでもよい。

いくつかの実施形態では、カプラ９００は、本明細書に記載されるような１つ以上の接続センサ９３６を含んでもよく、第１の部分９１０と第２の部分９２０との間の連結及び連結解除を検出するように構成されてもよい。例えば、接続センサは、係止部９５０が保持している力の量、係止部９５０の場所（例えば、係止部が移動した量）、及び円錐９３０と第２の部分９２０との間の接触状態のうちの１つ以上を検出するように構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、第１の部分９１０及び第２の部分９２０のうちの１つ以上は、第１の部分９１０を第２の部分９２０から振動的に分離するように構成された緩衝材を含んでもよい。

図１０は、本明細書に記載のカプラのいずれかを使用することなどによって、ロボットアームを外科用テーブルに連結する方法１０００のフローチャートである。方法１０００は、１００２において、カプラの第１の部分（例えば、外科用テーブルトップの装着部分）上に、カプラの第２の部分（例えば、ロボットアーム基部部分）を並進させることを含む（図９Ｅ）。第１の部分の円錐テーパは、初期位置整合を提供してもよい。１００４において、第２の部分は、第１の部分及び第２の部分の各々上の対応する位置整合要素を位置整合させることによって、第２の部分を第１の部分の円錐上に並進させる際に、第１の部分と更に位置整合される。第１の部分の位置整合要素（複数可）が第２の部分と位置整合していない場合、第１の部分（例えば、係止部）のロック機構は、第２の部分と係合しないようになっている。１００６において、係止部は第２の部分と係合される（図９Ｆ）。第２の部分への係止部のこの初期連結は、ユーザー入力（例えば、スイッチのユーザー作動）なしに、連結が係合解除され（例えば、解放される）ないようになるという点で自己ロックである。この時点で、第１の部分及び第２の部分は、第２の部分がユーザーによって支持されなかった場合、第２の部分が第１の部分から外れることができないように、初期係合状態で連結される。

初期係合状態にある間、１００８において、ハンドルを回転させて、第１の部分の２位置カムを回転させて、円錐内に配置されたシャトルに接触力を加えてもよい。ハンドルがハンドルの弧を通って回転する際に、カムは、第１の部分のシャトルに対して力を加えて第１の部分及び第２の部分を共に運び、高い剛性で第１の部分を第２の部分に強固にロックする。いくつかの実施形態では、ハンドルは、ロック解除位置からロック位置まで約９０度回転してもよい。１０１０において、第１の部分及び第２の部分がロックされる。

第１の部分を第２の部分から係合解除するために、ハンドルは、係止部スイッチが作動される前に、ロック解除位置に回転されなければならない。偶発的な連結解除は、ユーザーによって両方のロックが連結解除されることが必要とされることによって低減される。１０１２において、ハンドルをロック解除位置に向けて回転させて、カムを回転させ、カムをシャトルから連結解除することができる。ハンドルのロック解除位置への回転により、第１の部分と第２の部分とは完全に連結解除せず、ユーザーは、第２の部分に連結されたロボットアームの質量を支持することが可能である。１０１４において、１つ以上のスイッチの作動により、係止部が円錐内に陥没し、１０１６において、第２の部分が第１の部分の円錐から外へ離れて並進することが可能である。

半径方向クランプアーム方式の接続
図１１Ａ、図１１Ｅ、及び図１１Ｈは、第１の部分１１１０及び第２の部分１１２０を含むカプラ１１００の実施形態の断面側面図である。第１の部分１１１０と第２の部分１１２０との連結は、６自由度が制約される強固な嵌合接続を形成する。第１の部分及び第２の部分は各々、カプラ１１００を介して電力及びデータを提供するための電気インターフェース１１２６を含んでもよい。第１の部分１１１０は、第１の部分１１１０を第２の部分１１２０に連結するように構成されたばね１１１４に連結されたボールベアリング１１１２を含む。いくつかの実施形態では、スプリングバックを防止するために、能動ロックがばね１１１４に更に連結されてもよい。第２の部分１１２０は、第１の部分１１１０と嵌合するようにＹ軸に沿って並進させ得るポスト１１２２を含む。第２の部分１１２０は、第１の表面１１２３及び第２の表面１１２４を含んでもよい。第２の表面１１２４は、第１の表面１１２３に対してより急な角度を有してもよい。半径方向クランプ１１３０は、第２の部分１１２０の周囲に配置されてもよい。ポスト１１２２を第１の部分１１１０に連結することにより、Ｙ軸に沿った並進を制約してもよい。

図１１Ａは、第２の部分１１２０と位置整合し、かつ第２の部分１１２０との初期係合を有する第１の部分１１１０を示す図である。第２の部分１１２０のポスト１１２２は、ポスト１１２２の第１の部分１１１０内への並進及び摺動中の位置不整合を許容するように構成された第１の表面１１２３（例えば、テーパ状の先頭部）を含んでもよい。ポスト１１２２は、ボールベアリング１１２４を押圧するように構成された第２の表面１１２４（例えば、傾斜面）を更に含んでもよい。第１の表面１１２３及び第２の表面１１２４は、表面の湾曲に基づくヘルツ応力を経験する。曲率及び材料特性は、ボールベアリング１１２４の直径及び材料と共に、表面を劣化させない接触条件を生成するように構成されてもよい。

クランプ１１３０は、第１の部分１１１０を第２の部分１１２０にロックするために締め付けられてもよい。図１１Ｂ〜図１１Ｄは、アクチュエータ１１４０に連結された半径方向クランプ１１３０の正面断面図である。アクチュエータ１１４０は、ねじ１１４２及びハンドル１１４４を含んでもよい。ハンドル１１４４を作動させているユーザーは、ねじ１１４２を回転させて、第２の部分１１２０上のクランプ１１３０の半径方向圧縮力を変化させてもよい。アクチュエータ１１４０は、枢動又は回転させてもよい。いくつかの実施形態では、アクチュエータ１１４０を４分の１回転させて、クランプ１１３０の所望の半径方向圧縮を達成してもよい。クランプ１１３０はまた、圧縮力を分配するための１つ以上のレリーフ１１３２を含んでもよい。クランプは、所定の範囲内で圧縮され、また第１の部分１１１０及び第２の部分１１２０の両方に力を加えてそれらを共に強固にロックし、第１の部分１１１０と第２の部分１１２０との間の連結を形成するロック機構として機能する。

図１１Ｅは、第１のコレット１１５０及び第２のコレット１１５２を含むカプラ１１００を示す図である。第１のコレット１１５０は、第１の部分１１１０と第２の部分１１２０との間の第２の部分１１２０の端部に連結するように構成されてもよい。第２のコレット１１５２は、第１の部分１１１０と第２の部分１１２０との間の第２の部分１１２０の基部部分に連結するように構成されてもよい。第１のコレット１１５０及び第２のコレット１１５２は両方とも、ユーザーがＹ軸に沿って並進させるためのハンドル１１６２を有するトグル１１６０に連結されている。コレットの外表面及び内表面は、それぞれの第１の部分及び第２の部分の角度と一致してもよく、それにより、コレットを、第１の部分と第２の部分との間で並進させ及び圧縮してもよい。いくつかの実施形態では、コレットは、所定の圧縮力を提供するために、ベルビルワッシャのセットに連結されてもよい。第１のコレット１１５０及び第２のコレット１１５２は各々、１つ以上のスリット１１５１、１１５３を含んでもよく（図１１Ｆ〜図１１Ｇを参照）、それにより、トグル１１６０が第１の部分１１１０に向かって並進すると、コレットを圧縮し、第１の部分と第２の部分との間の連結を固定するようになっている。コレットは、所定の範囲内で並進し及び圧縮され、また第１の部分１１１０及び第２の部分１１２０の両方に力を加えて、第１の部分１１１０及び第２の部分１１２０を共に強固にロックし、第１の部分１１１０と第２の部分１１２０との間の連結を形成するロック機構として機能する。いくつかの実施形態では、所定の力でのコレットの圧縮は、電気インターフェース接続を形成する。

図１１Ｈは、第１のクランプ１１３４及び第２のクランプ１１３６を含むカプラ１１００を示す図である。第１のクランプ１１３４は、第２の部分１１２０の端部に連結し、かつ第２の部分１１２０の端部に対する半径方向圧縮力を変化させるように構成されてもよい。第２のクランプ１１３６は、半径方向圧縮力を結合及び変化させるように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、第１のクランプ１１３４及び第２のクランプ１１３６は、図１１Ｉに示すように、それぞれの第１のカム１１７０及び第２のカム１１７２に連結されてもよい。カムの各々は、ハンドルに連結され、第２の部分１１２０に対する半径方向圧縮力を変化させるように共に作動されてもよい。第１のカム１１７０及び第２のカム１１７２は、異なるプロファイルを有してもよく、回転運動又は直線運動を使用して作動されてもよい。加えて、カム１１７０，１１７２は、クランプ１１３４，１１３６の異なるタイミング、異なる圧縮、並びに／又は直線運動及びクランプを可能にしてもよい。クランプの各々は、所定の範囲内で圧縮され、また第１の部分１１１０及び第２の部分１１２０の両方に力を加えて、第１の部分１１１０及び第２の部分１１２０を共に強固にロックし、第１の部分１１１０と第２の部分１１２０との間の連結を形成するロック機構として機能する。いくつかの実施形態では、半径方向クランプの所定の力での圧縮は、電気インターフェース接続を形成する。

図１２は、本明細書に記載のカプラのいずれかを使用することなどによって、ロボットアームを外科用テーブルに連結する方法１２００のフローチャートである。方法１２００は、１２０２において、カプラの第２の部分（例えば、ロボットアーム基部部分）をカプラの第１の部分（例えば、外科用テーブルトップの装着部分）内に並進させることを含む。第２の部分のポストが、当該ポストが第１の部分内に移動する際に、１２０４において、位置整合し始めてもよい。第１の部分（例えば、半径方向クランプ、ハンドル、アクチュエータ、ノブ）のロック機構は、第２の部分の位置整合要素（複数可）が第１の部分と位置整合していない場合には係合しないようになっている。ポストがボールベアリングのセットに対して初期係合状態にあるとき、１２０６において、ハンドルを回転させて、半径方向クランプを圧縮してもよい。１２０８において、半径方向クランプロックの押圧力が、第１の部分及び第２の部分を共にロックする。カプラ１２００を連結解除するために、１２１０において、ユーザーが、ハンドルをロック解除位置に向けて回転させてもよい。これにより半径方向クランプが収縮し、それにより、ボールベアリングと第２の部分の筐体との間の力が解放される。ロックが係合解除された状態で、１２１２において、第２の部分を第１の部分から外に並進させることによって、第２の部分が第１の部分から完全に連結解除されてもよい。

他のアーム方式の接続
図１３Ａ〜図１３Ｄは、第１の部分１３１０及び第２の部分１３２０を含むカプラ１３００の実施形態の斜視図である。第１の部分１３１０と第２の部分１３２０との連結は、６自由度が制約される強固な嵌合接続を形成する。第１の部分及び第２の部分は各々、カプラ１３００を介して電力及びデータを提供するための電気インターフェースを含んでもよい。ポスト穴１３１２は、図１３Ａ〜図１３Ｃに示される第２の電気コネクタ１３３０に連結するように構成された、図１３Ｃに示される第１の電気コネクタ１３１６を含んでもよい。

第２の部分１３２０は、第１の部分１３１０と嵌合するようにＹ軸に沿って並進させ得るポスト１３２２を含む。ポスト１３２２は、第１の構成でポスト１３２２から突出するように付勢され、かつ第２の構成でポスト１３２２内に陥没するように付勢された係止部１３２４のセットを含んでもよい。第１の部分１３２０は、ポスト穴１３１２と、第２の部分１３２０の係止部１３２４のセットに対応する係止部穴１３１４のセットと、を含む。係止部１３２４は、モータ１３４０に連結された主ねじ１３４２によって駆動されてもよい。主ねじ１３４２をＹ軸に沿って並進させる際に、主ねじ１３４２に連結されたリニアラック１３５０が、Ｙ軸に沿って並進し、第１の構成と第２の構成との間で係止部１３６０を回転させる。この電動式ロック機構は、第１の部分１３１０と第２の部分１３２０との間の強固な連結を確保し得る。第２の部分１３２０は、ユーザーがリニアラック１３５０を手動で後退駆動し、ロボットアームを外科用テーブルから連結解除することを可能にするために、ユーザーがツール（例えば、アレンレンチ）を手動で挿入するためのアクセスポート１３７０（図１３Ｄを参照）を含んでもよい。モータ１３４０は、例えばブラシレスＤＣモータであってもよい。

図１４Ａ〜図１４Ｅは、リニアラック１４２０及び係止部１４１０を含むリニアラックアセンブリ１４００の外観図である。リニアラック１４２０は、一方の側面のラック１４２２（図１４Ｃを参照）が他方の側面のラック１４２２と交換可能であるという点で、両面式であってもよい。換言すれば、図１４Ｃのラック１４２２は、対称となるように反転されて嵌合されてもよい。リニアラック１４２０は、係止部１４１０（例えば、回転カム爪）に対するコンプライアンスを増加させるために、１つ以上のベルビルワッシャを含んでもよい。ポストは、各ラックが共に押圧することを可能にするために、各ラックの一端に設けられてもよい。ワッシャ１４３０は、コンプライアンス及びばね抵抗を付加するためにラック１４２２の嵌合表面間に配置されてもよい。係止部１４１０は、図１４Ｄ〜図１４Ｅによって図示するように、オフセット１４１８によって高さが分離されたスパーギア１４１２及びカム爪１４１４を含んでもよい。係止部１４１０は、軸１４１６の周りに回転してもよい。カム爪１４１４は、係止部が回転する際に第１の部分の対応する表面と嵌合してもよい。

図１５Ａ〜図１５Ｃは、一実施形態に従う、カプラ１５００の内部斜視図である。いくつかの実施形態では、カプラ１５００は、第１の構成で筐体の表面から突出するように付勢され、かつ第２の構成で筐体内に陥没するように付勢される、３つの係止部のセットを含んでもよい。係止部１５６０，１５６２，１５６４は、モータ１５４０に連結された主ねじ１５４２によって駆動されてもよい。主ねじ１５４２をＹ軸に沿って並進させる際に、主ねじ１５４２に連結されたリニアラック１５５０がＹ軸に沿って並進し、第１の構成と第２の構成との間で係止部１５６０，１５６２，１５６４を回転させる。カプラ１５００は、ユーザーが手動でリニアラック１５５０を後退駆動し、ロボットアームを外科用テーブルから連結解除することを可能にするために、ユーザーがツール（例えば、アレンレンチ）を手動で挿入するためのアクセスポート１５７０を含んでもよい。モータ１５４０は、例えばブラシレスＤＣモータであってもよい。

図１６Ａ〜図１６Ｂは、電動式ロック機構を含むカプラ１６００の内部及び外部図である。第１の部分１６１０は、第２の部分１６２０の解放部材１６３０に対して保持力を加えるように構成されたボールベアリング１６５０に連結されたモータ１６４０を含んでもよい。モータ１６４０は、所定の範囲内の下向きの力を加え、また第１の部分１６１０及び第２の部分１６２０の両方に力を加えて、それらを共に強固にロックし、第１の部分１６１０と第２の部分１６２０との間の連結を形成するための振動ダンパ及びロック機構として機能する。解放部材１６３０は、ボールベアリング１６５０と接触するように構成されたベアリング表面１６３４を含む。ベアリング表面１６３４は、ベアリング１６５０が解放部材１６３０内に陥没することを可能にするテーパ状面又は傾斜面を含む。解放部材１６３０は、ヒンジ１６３２の周りに回転してもよい。ピン１６４０は、解放部材１６３０を固定してもよい。ただし、ピン１６４０が解放されると、ベアリング１６５０の重力及び下向きの圧力は、解放部材１６３０を揺動させて、第１の部分１６１０と第２の部分１６２０との接触力を解放し、それにより第１の部分１６１０と第２の部分１６２０とを連結解除するようになっている。

図１７Ａ〜図１７Ｄは、並進機構を含むカプラ１７００の概略側面図である。第１の部分１７１０は、第２の部分１７２０のポスト１７２２を固定するためのラッチ１７３０のセットを含むキャリッジを含んでもよい。第１の部分１７１０と第２の部分１７２０とを連結するために、ポスト１７２２を、第１の部分１７１０内に並進させる。第１の部分１７１０と第２の部分１７２０とを連結解除するために、ポストを、第１の部分１７１０内に所定の距離だけ更に並進させ、次いで、後退させて第１の部分１７１０と第２の部分１７２０とを連結解除してもよい。

図１７Ａ〜図１７Ｂでは、遠位ヘッド１７２４を、ラッチ１７３０の角度の付いた第１の表面１７３２と接触するように第１の部分１７１０内に並進させる。ラッチは、他のラッチに向かって延在するように付勢されたばね１７４０に連結されてもよい。遠位ヘッド１７２４は、ラッチ１７３０がポスト１７２２の第２の直径部分１７２３に接触するようにラッチを通って摺動する。この時点で、ポスト１７２２は、ラッチ１７３０と遠位ヘッド１７２４の近位端との間の接触によって、第１の部分１７１０から後退することが防止される。ポスト１７２２は、ポスト１７２２の第２の直径部分１７２３に沿って摺動し得る摺動カラー１７２６を含む。

図１７Ｃ〜図１７Ｄでは、ポスト１７２２を、ラッチ１７３０が第２の直径部分１７２３に沿って摺動するように、第１の部分１７１０内に更に並進させる。ラッチ１７３０の第１の表面１７３２は、ラッチ１７３０が摺動カラー１７２６を定位置に保持するように摺動カラー１７２６の第１の表面１９２７に対して摺動するように構成されている。この時点で、第１の部分１７１０から離れるポスト１７２２の後退は、摺動カラーがラッチ１７３０に対して固定されたまま、遠位ヘッド１７２４を逆方向に並進させるようになっている。換言すれば、摺動カラー１７２６は、第２の直径部分１７２３に沿って近位端から遠位端まで摺動するようになっている。摺動カラー１７２６が遠位ヘッド１７２４に接触すると、ラッチ１７３０の開口部は、遠位ヘッド１７２４が第１の部分１７１０から離れて後退することを妨げられないような直径を有する。いくつかの実施形態では、近位端にある遠位ヘッド１７２４は、摺動カラー１７２６を保持するための陥没部を含んでもよい。

図１８Ａ〜図１８Ｂは、前述の実施形態のいずれかのカプラのポストを取り囲んで把持するように構成された把持具１８００の側面図である。把持具１８００は、カプラ（例えば、カプラ４００）のポスト（例えば、ポスト４２２）の長手方向軸に横方向力を加えるように動作可能なアーム１８０２，１８０４を含む。

様々な実施形態が上記に記載される一方で、それらが単なる実施例として提示されており、限定するものではないということが理解されるはずである。上記の方法が、特定の順序で発生する特定の事象を示す場合、特定の事象の順序は修正されてもよい。更に、特定の事象は、それが可能であるとき、並列処理で同時に実行されてもよく、並びに上記のように順次実行されてもよい。

上記の概略図及び／又は実施形態が、特定の配向又は位置で配設された特定の構成要素を示す場合、構成要素の配設は修正されてもよい。実施形態が詳細に示され、記載される一方で、形態及び詳細において様々な変更がなされ得ることが理解されるであろう。本明細書に記載の装置及び／又は方法のいずれの部分も、相互に排他的な組み合わせを除いて、任意の組み合わせで組み合わせられ得る。本明細書に記載された実施形態は、記載された異なる実施形態の機能、構成要素、及び／又は特徴の様々な組み合わせ及び／又はサブの組み合わせを含むことができる。

本発明の前述の記載は、当業者が、本発明の最良の形態であると現在考えられるものを製造及び使用することを可能にするが、当業者であれば、本明細書の具体的な実施形態、方法、及び実施例の変形、組み合わせ、及び均等物の存在を理解及び認識するであろう。本明細書に提示されるいくつかの概念では、部品のうちの１つ以上は任意選択的であってもよい。したがって、本発明は、上述の実施形態、方法、及び実施例によって限定されるものではなく、本発明の範囲及び趣旨内の全ての実施形態及び方法によって限定されるものである。

Claims

ロボットアームを外科用テーブルに連結するためのカプラであって、
外科用テーブルに連結するように構成された第１の部分と、
ロボットアームに連結するように構成された第２の部分であって、前記第２の部分が、前記第１の部分の第１の軸に沿って並進して前記第２の部分を前記第１の部分に連結するように構成されたポストを有する、第２の部分と、
前記第１の部分と前記第２の部分との間の連結をロック位置とロック解除位置との間で移行させるように構成されたロック機構であって、前記ロック機構が、前記第１の部分に連結され、前記第１の部分の内部空洞内に、前記ポストに係合するように前記内部空洞に対して動く係合部材を含み、前記ロック位置において、前記第２の部分に対する前記第１の部分の６自由度での移動が制約される、ロック機構と、を含む、カプラ。
前記係合部材が、前記ポストに係合するように前記第１の軸に沿って前記内部空洞内で並進するホルダであり、前記ロック機構が、前記ホルダに連結されたボールベアリングアセンブリと、前記第１の部分の前記内部空洞内に位置付けられた、第１のカムと、第２のカムと、をさらに含み、前記第１の軸に沿った前記第１のカム及び前記第２のカムの並進が前記ホルダに、前記第１の軸に沿って前記ポストを前記ロック位置又は前記ロック解除位置へと並進させる、請求項１に記載のカプラ。
前記ホルダが、前記ポストを受容するように寸法決めされた受容空洞を含み、前記第１の部分の前記内部空洞が内部接触表面を含み、前記ポストが外部接触表面を含み、前記ボールベアリングアセンブリのボールが前記ロック位置において前記内部接触表面及び前記外部接触表面に接触する、請求項２に記載のカプラ。
前記第１のカム及び前記第２のカムの各々が、前記ロック機構の並進機能又は軸方向力機能を調節するように構成された可変カム表面プロファイルを有する面カムである、請求項２に記載のカプラ。
前記ロック機構が、前記ボールベアリングアセンブリに付勢力を加えるように構成された付勢部材を更に含む、請求項２に記載のカプラ。
前記第１の部分が、外面に沿って軸方向に配向された溝を含み、前記第２の部分は、前記第２の部分が前記第１の部分に連結されたときに前記溝と嵌合するように構成された運動学的取り付け部を含み、前記運動学的取り付け部及び前記溝が、前記第２の部分に対する前記第１の部分の並進又は回転を制約するように寸法決めされている、請求項１に記載のカプラ。
前記第１の部分が位置整合開口部を更に含み、前記第２の部分が位置整合突出部を含み、前記位置整合突出部が、前記位置整合開口部と単一の向きで嵌合し、かつ前記第２の部分に対する前記第１の部分の位置不整合を防止するように構成された非対称形状を有する、請求項１に記載のカプラ。
前記第２の部分の前記ポストが、前記第１の部分を取り囲んで前記第１の軸に沿った前記第２の部分に対する前記第１の部分の並進を制約するように寸法決めされている、請求項１に記載のカプラ。
前記係合部材が、シャフトであり、前記ロック機構が、ボールベアリングのセットと、ブッシングに連結されたカムと、をさらに備え、前記カム及び前記ブッシングが、前記シャフトに沿って並進して前記ロック位置と前記ロック解除位置との間の前記ポストに対する前記ボールベアリングのセットの接触力を変化させるように構成されている、請求項１に記載のカプラ。
前記内部空洞が、テーパ部分を備え、前記ポストが、前記第１の部分の前記内部空洞の前記テーパ部分と嵌合して前記第２の部分を前記第１の部分に連結するように構成された円錐であり、前記円錐が、前記第１の部分と前記第２の部分との間の連結の高い剛性を維持しながら低い解放力を達成するように構成されたテーパ角を有する、請求項１に記載のカプラ。
前記円錐のノーズに配置されたピンを更に含み、前記ピンが、第１の構成で前記円錐の前記ノーズから突出するように構成され、第２の構成で前記ノーズ内に後退し、前記第１の構成又は前記第２の構成が、前記ロック機構のハンドルの向きに対応する、請求項１０に記載のカプラ。
前記円錐の側面に沿って配置された係止部であって、前記係止部が、第１の構成で前記円錐の前記側面から突出するように付勢され、第２の構成で前記円錐の前記側面の中に後退する、係止部と、を更に含み、
前記係合部材が、前記係止部を前記第１の構成と前記第２の構成との間で移行させるように前記係止部と係合するスイッチである、請求項１０に記載のカプラ。
前記第１の部分と前記第２の部分との間に電気的インターフェースを更に含み、前記電気的インターフェースが、前記ロック機構を駆動するためにモータに電力を供給するように動作可能である、請求項１に記載のカプラ。
ロボットアームを外科用テーブルに連結するためのカプラであって、
外科用テーブルに連結するように構成された第１の端部と、第２の端部と、を有する第１の部分であって、前記第２の端部が、前記第１の部分内の内部空洞への開口部を画定する、第１の部分と、
ロボットアームに連結するように構成された第２の部分であって、前記第２の部分が、前記内部空洞内に受容され、かつ前記第１の部分の第１の軸に沿って並進して前記第２の部分を前記第１の部分に連結するように構成されたポストを有する、第２の部分と、
前記第２の部分に対する前記第１の部分の６自由度での移動を制約するように構成されたコレットまたは半径方向圧縮部材を含むロック機構と、
前記ロック機構の動作を駆動するように構成された駆動機構と、を含む、カプラ。
前記ロック機構が、前記第１の部分の前記内部空洞内に回転可能に位置付けられたコレットを含み、前記第２の部分の前記ポストが、前記コレット内に受容されるように構成された主ねじを含み、前記第１の軸の周囲の第１の方向での前記コレットの回転が、前記主ねじを前記コレットに向かう方向に前記第１の軸に沿って並進させて前記第１の部分を前記第２の部分にロックし、前記第１の軸の周囲の第２の方向での前記コレットの回転が、前記主ねじを前記コレットから遠ざかる方向に前記第１の軸に沿って並進させて前記第１の部分を前記第２の部分からロック解除する、請求項１４に記載のカプラ。
前記第１の部分と前記第２の部分との間の連結及び連結解除を検出するように構成された接続センサを更に含む、請求項１４に記載のカプラ。
前記ロック機構が、コレットと、前記第２の部分の前記内部空洞内に位置付けられたボールベアリングホルダと、を含み、前記コレットが、前記第１の部分の前記第１の軸の周囲で回転し、かつ前記コレットに向かう方向への前記第１の軸に沿った前記ボールベアリングホルダの並進を駆動して、前記第１の部分を前記第２の部分にロックするように動作可能である、請求項１４に記載のカプラ。
前記ロック機構が、前記第２の部分の周囲に配置された半径方向圧縮部材を含み、前記半径方向圧縮部材が、前記第２の部分に半径方向力を加えて前記第２の部分を前記第１の部分にロックするように動作可能であり、前記駆動機構が、第１の構成で前記半径方向圧縮部材に連結されたハンドル及びねじ、又は第２の構成で前記半径方向圧縮部材に連結されたカムを含み、前記ハンドルが、前記第１の構成で前記ねじを回転させるように動作可能であり、前記カムが、前記第２の部分の周りの前記半径方向圧縮部材の半径方向圧縮力を変化させるように前記第２の構成で動作可能である、請求項１４に記載のカプラ。
前記ロック機構が、前記第２の部分の外面の周囲に位置付けられた圧縮可能コレットを含み、前記圧縮可能コレットが、前記第１の部分と前記第２の部分との間で圧縮されて、前記第１の部分と前記第２の部分との間の連結を形成するように動作可能であり、圧縮可能収集が、前記第１の部分と前記第２の部分との間の電気的接続を提供するように構成されている、請求項１４に記載のカプラ。
前記圧縮可能収集に連結されたトグルを更に含み、前記トグルが、前記圧縮可能収集をロック位置とロック解除位置との間で並進させるように動作可能である、請求項１９に記載のカプラ。