JP7343229B2 - ユーザの存在検出機能を備えたユーザコントローラ、関連システムおよび方法 - Google Patents
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Description
本明細書の様々な実施形態は、例えば、ロボット医療装置システムなどのシステムで使用するための多自由度のユーザ入力装置のユーザ存在検出に関する。
多自由度（multi-degree-of-freedom）のユーザ入力装置は、ユーザによって入力装置の質量を支持することを要求する。
そのような従来の入力装置の一例が、図１～２Ｂに示されている。図１は、ユーザの左手用の多自由度のユーザ入力装置８を示す。装置８とインタフェースするために、ユーザは、左手の手のひらをユーザコントローラ８の本体１０上に配置し、人差し指を回転リンク１４を用いて本体１０に対して移動することができる人差し指インターフェース１２上に配置し、親指を親指用溝１６に配置する。ユーザインタフェース８の本体１０は、リンク機構１８を介して多自由度の位置決めまたは検知システムに結合されている。力およびトルクを供給してユーザインタフェース８を動かすために、親指インタフェース２０および人差し指インタフェース２２の両方によって、ユーザの手が装置８に拘束される。
そのような従来の入力装置の一例が、図１～２Ｂに示されている。図１は、ユーザの左手用の多自由度のユーザ入力装置８を示す。装置８とインタフェースするために、ユーザは、左手の手のひらをユーザコントローラ８の本体１０上に配置し、人差し指を回転リンク１４を用いて本体１０に対して移動することができる人差し指インターフェース１２上に配置し、親指を親指用溝１６に配置する。ユーザインタフェース８の本体１０は、リンク機構１８を介して多自由度の位置決めまたは検知システムに結合されている。力およびトルクを供給してユーザインタフェース８を動かすために、親指インタフェース２０および人差し指インタフェース２２の両方によって、ユーザの手が装置８に拘束される。
図２Ａおよび図２Ｂは、リンク１４およびロータリージョイント３０を用いて本体１０に結合されている人差し指インタフェース１２の開閉動作をユーザがさらに入力する機能を示す。（図２Ａに示すように）最小変位３２および（図２Ｂに示すような）最大変位３４が測定され、追加の制御信号として用いられ得る。親指用拘束部２０および人差し指用拘束部２２は、把持装置をその動作範囲全体にわたって動かしながらユーザが本体１０の制御を維持するような制限を付与する。そのような制限は、ユーザが別の制御信号を入力することを可能にする一方で、規制された態様でユーザが装置８から離脱することを困難にする。
さらに、規制された態様でユーザが装置から離脱するためには、入力装置の支持を入力装置自体に移すか、または装置によって出力されている信号を停止しなければならない。すなわち、使用中、入力装置は、ユーザの手によって操作可能な位置に支持または維持されるが、システム自体によって付与される機械的な力なしに入力装置からユーザの手を離すと、入力装置は、重力によって下方に引っ張られる。その結果、ロボット装置または入力装置に動作可能に結合されたコンポーネントが、望ましくない方法で移動したり、または作動したりする可能性がある。
当技術分野では、ユーザ入力装置で、その上で、またはそれを用いて、ユーザの存在を検出する改善された方法および装置が必要とされている。
本明細書で説明されるのは、ロボット手術システムを含む様々なシステムと共に使用する様々なユーザコントローラである。
本明細書で説明されるのは、ロボット手術システムを含む様々なシステムと共に使用する様々なユーザコントローラである。
第１の例では、ユーザコントローラは、コントローラ本体と、コントローラ本体に結合された親指用シースとを備える。親指用シースは、コントローラ本体から延出する第１のシース部分と、第１のシース部分から延出する第２のシース部分と、を含み、第２のシース部分は、第１のシース部分に対して横断方法にある。第１のシース部分、第２のシース部分、およびコントローラ本体は、親指開口部および開口側を画定する。
第２の例は、第１の例によるユーザコントローラに関し、第１のシース部分、第２のシース部分、およびコントローラ本体は、親指用開口部の周りに３６０°のエンクロージャを形成しない。
第３の例は、第１の例によるユーザコントローラに関し、親指用開口部内に配置された光センサをさらに含む。
第４の例は、第１の例によるユーザコントローラに関し、親指用シースの内壁に配置された発光器と、コントローラー本体に配置された受光器とをさらに備え、受光器が、発光器によって放射された光を受け取るように配置されている。
第４の例は、第１の例によるユーザコントローラに関し、親指用シースの内壁に配置された発光器と、コントローラー本体に配置された受光器とをさらに備え、受光器が、発光器によって放射された光を受け取るように配置されている。
第５の例は、第１の例によるユーザコントローラに関し、コントローラ本体上に配置された発光器と、親指用シースの内壁に配置された受光器と、をさらに備え、受光器は、発光器によって放射された光を受け取るように配置されている。
第６の例は、第１の例によるユーザコントローラに関し、発光器および受光器をさらに備え、発光器および受光器は、コントローラ本体上に配置されている。
第７の例は、第１の例によるユーザコントローラに関し、親指用シース内のコントローラ本体上に配置された静電容量センサをさらに備える。
第７の例は、第１の例によるユーザコントローラに関し、親指用シース内のコントローラ本体上に配置された静電容量センサをさらに備える。
第８の例は、第１の例によるユーザコントローラに関し、親指用シース内のコントローラ本体上に配置された機械的センサをさらに備える。
第９の例は、第１の例によるユーザコントローラに関し、親指用シースは、引き込み位置と引き出し位置との間で調整可能である。
第９の例は、第１の例によるユーザコントローラに関し、親指用シースは、引き込み位置と引き出し位置との間で調整可能である。
第１０の例は、第１の例によるユーザコントローラに関し、親指用シースの外面に配置されたフィードバック信号コンポーネントをさらに備え、フィードバック信号コンポーネントは、ユーザによって見ることができる。
第１１の例は、第１の例によるユーザコントローラに関し、ユーザの親指は、親指用開口部または開口側を介して親指用シースから離脱することができる。
第１２の例では、ロボット手術システムは、システムコントローラと、システムコントローラに動作可能に結合されたロボット手術装置と、システムコントローラに動作可能に結合されたユーザコントローラと、を備える。ロボット手術装置は、装置本体と、装置本体に動作可能に結合された少なくとも１つのロボットアームと、ロボットアームに動作可能に結合された少なくとも１つのエンドエフェクタと、を備える。ユーザコントローラは、コントローラ本体と、コントローラ本体に結合された親指用シースと、を含み、親指用シースおよびコントローラ本体は、親指用開口部および側方開口部を区画する。
第１２の例では、ロボット手術システムは、システムコントローラと、システムコントローラに動作可能に結合されたロボット手術装置と、システムコントローラに動作可能に結合されたユーザコントローラと、を備える。ロボット手術装置は、装置本体と、装置本体に動作可能に結合された少なくとも１つのロボットアームと、ロボットアームに動作可能に結合された少なくとも１つのエンドエフェクタと、を備える。ユーザコントローラは、コントローラ本体と、コントローラ本体に結合された親指用シースと、を含み、親指用シースおよびコントローラ本体は、親指用開口部および側方開口部を区画する。
第１３の例は、第１２の例によるロボット手術システムに関し、親指用シースは、コントローラ本体から延出し且つ親指用開口部の第１の壁を区画する第１のシース部分と、第１のシース部分から延出し且つ親指用開口部の第２の壁を区画する第２のシース部分と、コントローラ本体によって区画された親指用開口部の第３の壁と、を含む。
第１４の例は、第１３の例によるロボット手術システムに関し、側方開口部は、第２の壁と第３の壁との間に画定される。
第１５の例は、第１２の例によるロボット手術システムに関し、親指用シースは、親指用開口部の周りに３６０°のエンクロージャを形成しない。
第１５の例は、第１２の例によるロボット手術システムに関し、親指用シースは、親指用開口部の周りに３６０°のエンクロージャを形成しない。
第１６の例は、第１２の例によるロボット手術システムに関し、親指用開口部内に配置された親指存在センサをさらに含む。
第１７の例は、第１６の例によるロボット手術システムに関し、親指存在センサは、光センサ、静電容量センサ、または機械的センサを含む。
第１７の例は、第１６の例によるロボット手術システムに関し、親指存在センサは、光センサ、静電容量センサ、または機械的センサを含む。
第１８の例は、第１２の例によるロボット手術システムに関し、親指用シースは、引き込み位置と引き出し位置との間で調節可能である。
第１９の例は、第１２の例によるロボット手術システムに関し、親指用シースの外面に配置されたフィードバック信号コンポーネントをさらに備え、フィードバック信号コンポーネントは、ユーザによって見ることができる。
第１９の例は、第１２の例によるロボット手術システムに関し、親指用シースの外面に配置されたフィードバック信号コンポーネントをさらに備え、フィードバック信号コンポーネントは、ユーザによって見ることができる。
第２０の例は、第１２の例によるロボット手術システムに関し、ユーザの親指は、親指用開口部または側方開口部を介して親指用シースから離脱することができる。
複数の実施形態が開示されているが、本発明のさらなる他の実施形態は、本発明の例示的な実施形態を示し且つ説明する以下の詳細な説明から当業者には明らかになるであろう。具体化されるように、本発明は、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、種々の自明の態様において修正が可能である。したがって、図面および詳細な説明は、本質的に例示的であり且つ限定的ではないと考えるべきである。
複数の実施形態が開示されているが、本発明のさらなる他の実施形態は、本発明の例示的な実施形態を示し且つ説明する以下の詳細な説明から当業者には明らかになるであろう。具体化されるように、本発明は、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、種々の自明の態様において修正が可能である。したがって、図面および詳細な説明は、本質的に例示的であり且つ限定的ではないと考えるべきである。
本明細書の種々の実施形態は、ユーザが指先把持部（pincer grasp）を使用して装置を把持する多自由度のユーザ入力装置で、その上で、またはそれを用いてユーザの存在を検出する方法および装置に関する。すなわち、種々の実施形態は、ユーザの手の存在を検出するように構成されたシース（sheath）を入力装置に搭載している。ユーザの手（または、より具体的には、特定の実施形態によれば、親指）がシースによって検出された場合、装置は、ユーザが位置しかつ制御がイネーブルとなっているシステム（例えば、システムのシステムコントローラコンポーネントなど）に信号（「存在信号」）を送信する。手を離すと、「存在信号」が存在しないことは、装置出力の使用を中止するか、または触覚的に有効になっている（haptically enabled）場合には装置を所定の位置に固定するように用いられる。
本明細書における様々なユーザコントローラの実施形態は、ユーザコントローラがユーザインタフェースであり、手術システムに結合された様々なロボット手術システムで用いられ、ユーザコントローラは、患者の腔（cavity）内へまたは患者の腔内に配置されたロボット手術装置を制御するように用いられ得ることが理解される。すなわち、本明細書に開示されている様々なユーザコントローラの実施形態ならびに関連するシステムおよび方法は、他の任意の従来のロボット手術システム、装置、または方法に組み込むことができ、一緒に使用でき、またはその一部として使用できる。例えば、本明細書に開示されている様々な実施形態は、米国特許第８，９６８，３３２号（２０１５年３月３日に出願され、「磁気的連結可能ロボット装置および関連方法（Magnetically Coupleable Robotic Devices and Related Methods）」と題する）、米国特許第８，８３４，４８８号（２０１４年９月１６日に出願され、「磁気的に結合可能な外科用ロボット装置および関連方法（Magnetically Coupleable Surgical Robotic Devices and Related Methods）」と題する）、米国特許出願第１４／６１７，２３２号（２０１５年２月９日に出願され、「ロボット手術装置および関連方法（Robotic Surgical Devices and Related Methods）」と題する）、米国特許第９，５７９，０８８号（２０１７年２月２８日に出願され、「外科的視覚化および装置操作のための方法、システム、および装置（Methods, Systems, and Devices for Surgical Visualization and Device Manipulation）」と題する）、米国特許第８，３４３，１７１号（２０１３年１月１日に出願され、「ロボット装置における作動方法および作動システム（Methods and Systems of Actuation in Robotic Devices）」と題する）、米国特許第８，８２８，０２４号（２０１４年９月９日に出願され、「ロボット装置における作動の方法およびシステム（Methods and Systems of Actuation in Robotic Devices）」と題する）、米国特許出願第１４／４５４，０３５号（２０１４年８月７日に出願され、「ロボット装置における作動の方法およびシステム（Methods and Systems of Actuation in Robotic Devices）」と題する）、米国特許出願第１２／１９２，６６３号（２００８年８月１５日に出願され、「医療用膨張、取り付け、および送達装置ならびに関連方法（Medical Inflation, Attachment, and Delivery Devices and Related Methods）」と題する）、米国特許出願第１５／０１８，５３０号（２０１６年２月８日に出願され、「医療用膨張、取り付け、および送達装置ならびに関連方法（Medical Inflation, Attachment, and Delivery Devices and Related Methods）」と題する）、米国特許第８，９７４，４４０号（２０１５年３月１０日に出願され、「モジュール式および協調医療装置ならびに関連するシステムおよび方法（Modular and Cooperative Medical Devices and Related Systems and Methods）」と題する）、米国特許第８，６７９，０９６号（２０１４年３月２５日に出願され、「ロボット装置用の多機能操作コンポーネント（Multifunctional Operational Component for Robotic Devices）」と題する）、米国特許第９，１７９，９８１号（２０１５年１１月１０日に出願され、「ロボット装置のための多機能操作コンポーネント（Multifunctional Operational Component for Robotic Devices）」と題する）、米国特許出願第１４／９３６，２３４号（２０１５年１１月９日に出願され、「ロボット装置のための多機能操作コンポーネント（Multifunctional Operational Component for Robotic Devices）」と題する）、米国特許第８，８９４，６３３号（２０１４年１１月２５日に出願され、「モジュール式および共同医療装置ならびに関連するシステムおよび方法（Modular and Cooperative Medical Devices and Related Systems and Methods）」と題する）、米国特許第８，９６８，２６７号（２０１５年３月３日に出願され、「自然開口部手術のための物質の取扱いまたは送達のための方法およびシステム（Methods and Systems for Handling or Delivering Materials for Natural Orifice Surgery）」と題する）、米国特許第９，０６０，７８１号（２０１５年６月２３日に出願され、「外科用エンドエフェクタに関する方法、システム、および装置（Methods, Systems, and Devices Relating to Surgical End Effectors）」と題する）、米国特許出願第１４／７４５，４８７号（２０１５年６月２２日に出願され、「外科用エンドエフェクタに関する方法、システム、および装置（Methods, Systems, and Devices Relating to Surgical End Effectors）」と題する）、米国特許第９，０８９，３５３号（２０１５年７月２８日に出願され、「ロボット外科用装置、システム、および関連方法（Robotic Surgical Devices, Systems, and Related Methods）」と題する）、米国特許出願第１４／８００，４２３号（２０１５年７月１５日に出願され、「ロボット手術装置、システム、および関連方法（Robotic Surgical Devices, Systems, and Related Methods）」と題する）、米国特許出願第１３／５７３，８４９号（２０１２年１０月９日に出願され、「ロボット手術装置、システム、および関連方法（Robotic Surgical Devices, Systems, and Related Methods）」と題する）、米国特許出願第１３／７３８，７０６号（２０１３年１月１０日に出願され、「外科的アクセスおよび挿入のための方法、システム、およびデバイス（Methods, Systems, and Devices for Surgical Access and Insertion）」と題する）、米国特許出願第１３／８３３，６０５号（２０１３年３月１５日に出願され、「ロボット手術装置、システム、および関連方法（Robotic Surgical Devices, Systems, and Related Methods）」と題する）、米国特許出願第１４／６６１，４６５号（２０１５年３月１８日に出願され、「外科的アクセスおよび挿入のための方法、システム、および装置（Methods, Systems, and Devices for Surgical Access and Insertion）」と題する）、米国特許第９，４９８，２９２号（２０１６年１１月２２日に出願され、「シングルサイトロボット装置および関連システムおよび方法（Single Site Robotic Devices and Related Systems and Methods）」と題する）、米国特許出願第１５／３５７，６６３号（２０１６年１１月２１日に出願され、「シングルサイトロボット装置および関連システムおよび方法（Single Site Robotic Devices and Related Systems and Methods）」と題する）、米国特許第９，０１０，２１４号（２０１５年４月２１日に出願され、「局所制御ロボット手術装置および関連方法（Local Control Robotic Surgical Devices and Related Methods）」と題する）、米国特許出願第１４／６５６，１０９号（２０１５年３月１２日に出願され、「局所制御ロボット外科手術装置および関連方法（Local Control Robotic Surgical Devices and Related Methods）」と題する）、米国特許出願第１４／２０８，５１５号（２０１４年３月１３日に出願され、「ロボット外科手術デバイス、エンドエフェクタ、およびコントローラに関する方法、システム、およびデバイス（Methods, Systems, and Devices Relating to Robotic Surgical Devices, End Effectors, and Controllers）」と題する）、米国特許出願第１４／２１０，９３４号（２０１４年３月１４日に出願され、「力制御外科手術システムに関連する方法、システム、およびデバイス（Methods, Systems, and Devices Relating to Force Control Surgical Systems）」と題する）、米国特許出願第１４／２１２，６８６号（２０１４年３月１４日に出願され、「ロボット外科用装置、システム、および関連方法（Robotic Surgical Devices, Systems, and Related Methods）」と題する）、米国特許出願第１４／３３４，３８３号（２０１４年７月１７日に出願され、「ロボット外科用装置、システム、および関連方法（Robotic Surgical Devices, Systems, and Related Methods）」と題する）、米国特許出願第１４／８５３，４７７号（２０１５年９月１４日に出願され、「クイックリリースエンドエフェクタならびに関連するシステムおよび方法（Quick-Release End Effectors and Related Systems and Methods）」と題する）、米国特許出願第１４／９３８，６６７号（２０１５年１１月１１日に出願され、「コンパクトジョイント設計を有するロボット装置ならびに関連するシステムおよび方法（Robotic Device with Compact Joint Design and Related Systems and Methods）」と題する）、米国特許出願第１５／２２７，８１３号（２０１６年８月３日に出願され、「ロボット手術装置、システム、および関連方法（Robotic Surgical Devices, Systems, and Related Methods）」と題する）、米国特許出願第１５／５９９，２３１号（２０１７年５月１８日に出願され、「ロボット手術装置、システム、および関連方法（Robotic Surgical Devices, Systems, and Related Methods）」と題する）、米国特許出願第１５／６９１，０８７号（２０１７年８月３０日に出願され、「コンパクトな関節構成およびさらなる自由度を有するロボット装置ならびに関連するシステムおよび方法（Robotic Device with Compact Joint Design and an Additional Degree of Freedom and Related Systems and Methods）と題する」）、米国特許出願第６２／４２５，１４９号（２０１６年１１月２２日に出願され、「改良された総位置決め装置ならびに関連するシステムおよび方法（Improved Gross Positioning Device and Related Systems and Methods）」と題する）、米国特許出願第６２／４３３，８３７号（２０１６年１２月１４日に出願され、「医療機器に連結するための解放可能な取り付け装置ならびに関連するシステムおよび方法（Releasable Attachment Device for Coupling to Medical Devices and Related Systems and Methods）」と題する）、米国特許第７，４９２，１１６号（２００７年１０月３１日に出願され、「手術用ロボット（Robot for Surgical Applications）」と題する）、米国特許７，７７２，７９６号（２００７年４月３日に出願され、「手術用ロボット（Robot for Surgical Applications）」と題する）、米国特許第８，１７９，０７３（２０１１年５月１５日に出願され、「薬剤搬送コンポーネントを有するロボット装置および関連方法（Robotic Devices with Agent Delivery Components and Related Methods）」と題する）、に開示されている任意の医療機器およびシステムに組み込むことができ、またはそれらと共に使用することができ、これらの全ては、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
したがって、本明細書で開示または企図される様々なユーザコントローラ８の実施形態は、任意のロボット手術システムと共に使用されて、患者の対象となる腔または組織内に位置付けられるかまたは切開を通して位置付けられる装置等を含むロボットデバイスまたはその構成要素を操作することができる。このように、ユーザは、自分の親指と人差し指を用いてユーザコントローラ８を操作し、それによってロボットデバイスまたはその構成要素を作動させて所望の処置を実行する。
図３は、図１～２Ｂに関して上述した親指拘束部（thumb restraint）の代わりに、親指用シース４０（「エンクロージャ（enclosure）」、「スリーブ（sleeve）」、または「シュラウド（shroud）」とも呼ばれる）を有する一実施形態によるユーザコントローラ８を示す。本明細書で用いられる場合、「シース」、「エンクロージャ」、「スリーブ」、または「シュラウド」は、３つの側でユーザの親指を囲むが、ユーザが自分の親指を離脱することができる開口部を第４の側に画定する任意の構造を意味する。親指用シース４０は、親指を２つの側で取り囲み、本体１０は、第３の側を拘束し、単一の側を開口した状態にする。より具体的には、シース４０は、本体１０から延出する第１の部分４０Ａと、第１の部分４０Ａと実質的に直角な方向に第１の部分４０Ａから延出する第２の部分４０Ｂと、を有して、親指用開口部４８が、第１の部分４０Ａ、第２の部分４０Ｂ、および親指用溝１６によって画定されるように、親指用開口部４８の周りの２つの側を囲む。あるいは、装置８は、親指溝を有する必要はなく、本体１０は、そのような実施形態において第３の側を画定することができる。結果として、親指用シース４０および親指用溝１６または本体１０は、図示されるように、開放側４９をさらに画定する。対照的に、上述した従来の親指用拘束部２０は、親指用溝１６とともに作用して、４つの側、すなわち、親指の周りの３６０°全体で親指を完全に取り囲むかまたは囲む。
一実施形態では、親指を人差し指と共に用いて「つまみ動作（pinching motion）」を実行し、人差し指用拘束部２２を矢印４２で示す方向に本体１０から離れるように又は本体１０に近づけるように、親指用シース４０は、親指用開口部４８内に配置された場合にユーザの親指を十分に拘束することができる。したがって、親指用シース４０は、上述した従来の親指用拘束部２０と同様に作用することができる。しかしながら、その拘束部２０とは対照的に、シース４０はまた、親指のための２つの脱出方法を可能にする。すなわち、ユーザの親指を、従来の親指用拘束部２０を用いて可能な限り同じ方法で矢印４６によって示された方向に近位で後ろに引っ込めることができるだけでなく、矢印４４によって示された方向に親指用開口部４８から開放側４９を介して外に動かすこともできる。図３から分かるように、可能な２つの離脱方向は、つまみ方向（direction of pinching）（矢印４２で示す）に対して互いに垂直である。このように、シース４０のこの構成は、規制された簡単な態様（controlled and simple manner）でユーザが親指を離脱することによって装置８から外れることを可能にしながら、つまみ動作の細かい制御を可能にする。
明確にするために、本明細書で用いられる「ユーザコントローラ」という用語は、ロボットシステムのいくつかの部分に入力を提供してそのいくつかの部分を操作するためにユーザによって操作されるユーザ入力装置の様々な実施形態を指す。対照的に、「システムコントローラ」という用語は、システムを動作させるために用いられる任意のプロセッサ、コンピュータ、または他のシステムコントローラコンポーネント（マイクロプロセッサなど）を指す。
図４は、ユーザの親指の存在を検出するように構成されたセンサ５１を有するユーザコントローラ８のさらなる実施態様を示す。コントローラ８のこの実施形態は、説明したような特徴および利点を含む、上述した親指用シース４０と実質的に同様の親指用シース４０を有することが理解される。さらに、この例示的な実施形態では、ユーザ存在センサ５１がシース４０に組み込まれている。装置８は、シース４０上に配置された整合した発光器５０と、本体１０上に配置された受光器５２と、を有する。あるいは、発光器は、本体１０上にあり、受光器は、シース４０上にあってもよい。さらなる代替案では、２つ以上のそのようなセンサを装置８に組み込むことができる。発光器５０および受光器５２は、矢印４２によって示された発光器５０によって放射された光５４の経路をつまみ動作の動作方向と概ね整列させるように配置される。使用時に、発光器５０および受光器５２は、ユーザの親指が存在しないときに発光器５０からの（可視またはその他の）光が受光器５２に到達するように配置される。対照的に、ユーザの親指が親指用開口部４８内に存在するとき、光５４の経路は遮断される。次いで、この信号が存在しないことは、ユーザの存在（すなわち、親指用開口部４８内のユーザの親指の存在）の指標として使用することができ、それによって、ユーザがユーザコントローラ８を把持していることを示す。光路がユーザの親指によって遮られると、（上述したように）矢印４２によって示されるつまみ方向および光路５４に対して垂直である矢印４４および４６によって示された２つの方向のいずれかに親指を引き込むことによってこの信号の回復が達成される。シース４０およびセンサ５１のこの構成は、光を通過させることなく、（矢印４２によって示されるように）つまみ方向への親指の動きを可能にする。これにより、離脱が容易に達成されるように、シース４０が十分に緩くなる（loose）ことが可能になる。すなわち、ユーザの親指に対する親指用開口部４８の大きさは、センサ５１がその中に存在することを検出する能力、またはユーザがシース４０を用いてユーザがつまみ動作を行うことを可能にする能力に影響を与えない。
あるいは、シース４０内のユーザの親指の存在（および不在）を検出するために、任意の既知のセンサまたはセンサ技術をユーザコントローラ８とともに使用することができる。
センサ５１は、ユーザコントローラ８（およびコントローラ８が結合されているシステム）がユーザの親指の有無に関する情報を利用して、ユーザコントローラ８の機械的支持を有効または無効にすることを可能にする。すなわち、センサ５１は、親指がシース４０内に挿入された場合にシステム（図示せず）のシステムコントローラ（図示せず）に「存在」の信号を送信するように構成されて、システムコントローラが、ユーザコントローラ８の機械的支持を無効にすることができる。同様に、センサ５１は、親指がシース４０から引っ込められた場合に「不存在」の信号をシステムコントローラ（図示せず）に送信するように構成されて、システムコントローラが、ユーザコントローラ８の機械的支持を有効にし、それによって重力によってユーザコントローラ８を望ましくない方法で動かすことを防ぎ、制御されるロボット装置も望ましくない方法で動かされるのを防ぐ。
図５は、反射光センサ６１を有するユーザコントローラ８の代替実施形態を示す。すなわち、ユーザコントローラ８は、図示のように本体１０に埋め込まれた発光器６０と受光器６２とを有し、発光器６０からの放射光６４が反射光６６として最近接閉塞部（nearest occlusion）によって受光器６２に戻る。この構成では、シース４０内のユーザの親指を存在することによって、シース４０よりもはるかに短い経路を提供して、親指が存在しない場合に検出されるよりも対応するより強い戻り信号を供給する。その後、この信号をしきい値処理して、ユーザの親指のバイナリの存在／不存在を判定することができる。すなわち、「存在」の信号がシステムコントローラ（図示せず）に送信されるように、ユーザの親指がシース４０内に存在することが理解される所定の閾値を設定することができる。一実施形態では、この実施形態は、前述の実施形態と実質的に同じ特徴、離脱モード、およびつまみ動作の方向の動作に対する鈍感性（insensitivity）を含む利点を有することが理解される。
図６は、シース４０内でのユーザの親指の存在を検出する図４，５に関して上述したセンサ５１、６１のいずれかなどのセンサと共に用いる例示的な既知な回路を示す。この実施形態では、図４または図５で説明したものと同様の１対以上の赤外線（ＩＲ）放射体および検出器が設けられている。ユーザの親指が存在することによって、放射体からのＩＲ光が検出器に到達するのが妨がれ、回路の出力状態が変化する。説明された各対の放射体／検出器は、図６の回路を用いて存在を検出する。ユーザの親指が装置から離れている場合、フォトトランジスタ（phototransistor）Ｑ１は、ＬＥＤ１からＩＲ光を受け取る。これによって、トランジスタがオンになり、電流が抵抗器Ｒ１を通って流れ、ゼロでない電圧が比較器Ｕ１の非反転入力（ピン５）に生じる。この電圧がＲ２とＲ３の分圧器によって設定されるＵ１の反転入力よりも高い場合、コンパレータの出力がオンになって出力電圧が「０」に低下する。検出器Ｑ１が遮られると、トランジスタはオフになって回路の出力は５ボルトになる。あるいは、この目的のために、任意の既知の回路または回路構成が用いられ得る。
図７は、ユーザコントローラ８で使用するセンサ７０のさらなる実施形態を示す。この特定の実施形態では、光学ベースの技術の代わりに、センサ７０は、図示のように本体１０内に配置された既知の静電容量センサ（capacitive sensor）７０である。静電容量センサ７０は、シース４０内のユーザの親指の存在を検出するように動作する既知の静電容量センサ７０のように機能する。一実施形態によれば、この実施形態は、前述の実施形態と実質的に同じ特徴、離脱モード、およびつまみ動作の方向の動作に対する鈍感性を含む利点を有することが理解される。
図８は、別の実施形態に従った、シース４０内のユーザの親指の存在を検出するために、図７に関して上述したセンサ７０のような静電容量センサと共に用いる例示的な既知の回路を示す。１つ以上の静電容量センサが、図７のセンサ７０のように、親指用シースの内面に配置される。使用中、ユーザの親指がシース４０内に置かれる場合、静電容量が変化することによって回路の出力状態が変化する。あるいは、静電容量センサと共に動作する任意の既知の回路または回路構成をこの目的のために使用することができる。
図１２は、ユーザコントローラ８において用いるセンサ１２０のさらなる実施形態を示す。この特定の実施形態では、光学または容量ベースの技術の代わりに、センサ１２０は、図示のように本体１０内に配置された既知の機械的センサ（mechanical sensor）１２０である。機械的センサ１２０は、既知の機械的センサ１２０として機能し、シース４０内のユーザの親指の存在を検出するように動作する。例えば、機械的センサ１２０は、ユーザの親指がセンサ１２０を押圧することによって活性化させることができ、それによって親指がシース４０内に存在することを示す。一実施形態によれば、この実施形態は、前述の実施形態と実質的に同じ特徴、離脱モード、およびつまみ動作の方向の動作に対する鈍感性を含む利点を有することが理解される。
図９は、さらなる実施形態に従った、シース４０内でのユーザの親指の存在を検出する図１２に関して上述したセンサ１２０などの機械的センサと共に使用する例示的な既知の回路を示す。この実施形態では、（スイッチ１２０のような）機械的スイッチが、親指用シース４０の内側に配置されている。使用中、ユーザの親指が定位置に到達すると、スイッチが作動して回路の出力状態が変化する。ユーザの親指がシースに入っていないときは、スイッチは開放状態であり、スイッチの出力は５Ｖまで引き上げられる。Ｖ１はこの信号を０ボルトの出力に反転する。親指がシース内に置かれると、スイッチが押されて回路の出力が５Ｖに変化する。スイッチデバウンス回路（switch debouncing circuitry）は、機械的スイッチがオンされ、またはオフされた（engaged and disengaged）場合に、出力の短期間の遷移を除去する回路である。あるいは、機械的センサと共に動作する任意の既知の回路または回路構成が、目的のために使用され得る。
図１０は、一実施形態による、ユーザ感覚フィードバック信号コンポーネント（user sensory feedback signal component ）１００を有するユーザコントローラ８を示す。すなわち、この特定の実施形態は、ユーザの親指がシース４０内に配置されているかどうかについてある種の感覚フィードバックをユーザに提供する信号コンポーネント１００を有する。図１０に示す特定の実施形態では、フィードバック信号コンポーネント１００は、親指用シース４０に配置されたＬＥＤ１００の形態の視覚的フィードバックコンポーネント１００である。あるいは、任意の形態の感覚フィードバック信号が使用され得る。このフィードバックコンポーネント１００は、システム（図示せず）がシース４０内にユーザの親指の存在を検出したかどうかに関してユーザにフィードバックを提供する。フィードバックは、複数のＬＥＤ、聴覚、または他の視覚信号によって提供されてもよい。使用中、この実施形態によれば、ＬＥＤ１００は、ユーザの親指が検出された場合に点灯し、それによって親指がシース４０内に配置されていることを示す。ユーザフィードバック信号コンポーネント１００を有するユーザコントローラ８は、本明細書に開示または企図される様々なセンサコンポーネントのうちのいずれかを有することができることが理解される。さらに、ユーザフィードバック信号コンポーネント１００は、本明細書で開示または企図される他の任意の実施形態に組み込むことができることを理解されたい。
図１１Ａおよび１１Ｂは、一実施形態による調整可能シース４０を示す。より具体的には、この特定の実施形態におけるシース４０は、図１１Ａに示されるように引き込み位置と、図１１Ｂに示されるように引き出し位置との間で移動することができる。このように、シース４０は、（図１１Ａに示されるように）親指用開口部４８が矢印１１０によって示される最小幅を有する引き込み位置において本体１０に対して位置決めされるように調整され得るか、または（図１１Ｂに示されるように）親指用開口部４８が矢印１１２によって示される最大幅を有する引き出し位置まで本体１０から離れて引き出され得る。この調節は、シース４０が、十分な制御権限をユーザに提供しつつ、規制された態様でユーザが離脱することを可能にしながら、広範囲のユーザの親指サイズに適合することを可能にする。調整可能なシース４０を有するユーザコントローラ８は、本明細書に開示または企図される様々なセンサまたは感覚フィードバックコンポーネントのうちのいずれかを有することができることがさらに理解される。さらに、調節可能なシース４０は、本明細書に開示または企図されている他の任意の実施形態に組み込むことができることを理解されたい。
本発明を好ましい実施形態を参照して説明してきたが、当業者であれば、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく形態および詳細に変更を加えることができることを理解するであろう。
Claims (18)
- ユーザコントローラであって、
（ａ）コントローラ本体と、
（ｂ）人差し指用拘束部が、ユーザのつまみ動作によって開いた位置と閉じた位置との間で前記コントローラ本体に対して移動することができるように、前記コントローラ本体に動作可能に結合された前記人差し指用拘束部と、
（ｃ）前記コントローラ本体に結合された親指用シースであって、
（ｉ）前記コントローラ本体から延在する第１のシース部分と、
（ｉｉ）前記第１のシース部分から延在する第２のシース部分であって、前記第２のシース部分は、前記第１のシース部分と交差する方向にある、前記第２のシース部分と、
（ｉｉｉ）前記第１のシース部分と、前記第２のシース部分と、前記コントローラ本体とによって区画される親指用開口部と、
（ｉｖ）前記第２のシース部分と前記コントローラ本体とによって区画される開放側と、を含む前記親指用シースと、
（ｄ）前記親指用シース内に配置された親指存在センサであって、前記つまみ動作中を含めて、前記親指用開口部内に配置された前記ユーザの親指の存在を検出するように構成されている前記親指存在センサと、を備えるユーザコントローラ。 - 前記第１のシース部分、前記第２のシース部分、および前記コントローラ本体は、前記親指用開口部の周りに３６０°のエンクロージャを形成しない、請求項１に記載のユーザコントローラ。
- 前記親指存在センサは、
前記親指用開口部内に配置された光センサを備える、請求項１に記載のユーザコントローラ。 - 前記親指存在センサは、
前記親指用シースの内壁に配置された発光器と、
前記コントローラ本体上に配置された受光器と、を備え、
前記受光器は、前記発光器によって放射された光を受け取るように配置される、請求項１に記載のユーザコントローラ。 - 前記親指存在センサは、
前記コントローラ本体に配置された発光器と、
前記親指用シースの内壁に配置された受光器と、を備え、
前記受光器は、前記発光器によって放射された光を受け取るように配置される、請求項１に記載のユーザコントローラ。 - 前記親指存在センサは、
発光器および受光器を備え、
前記発光器および受光器は、前記コントローラ本体上に配置される、請求項１に記載のユーザコントローラ。 - 前記親指存在センサは、
前記親指用シース内のコントローラ本体上に配置された静電容量センサを備える、請求項１に記載のユーザコントローラ。 - 前記親指存在センサは、
前記親指用シース内のコントローラ本体上に配置された機械的センサを備える、請求項１に記載のユーザコントローラ。 - 前記親指用シースは、引き込み位置と引き出し位置との間で調整可能である、請求項１に記載のユーザコントローラ。
- 前記親指存在センサは、前記親指用シースの外面に配置されたフィードバック信号コンポーネントを含み、
前記フィードバック信号コンポーネントは、ユーザによって見ることができる、請求項１に記載のユーザコントローラ。 - ユーザの親指が、前記親指用開口部または前記開放側を介して前記親指用シースから離脱可能である、請求項１に記載のユーザコントローラ。
- ロボット手術システムであって、
（ａ）システムコントローラと、
（ｂ）前記システムコントローラに動作可能に結合されたロボット手術装置と、
（ｃ）前記システムコントローラに動作可能に結合されたユーザコントローラと、を備え、
前記ユーザコントローラは、
（ｉ）コントローラ本体と、
（ｉｉ）人差し指用拘束部が、ユーザのつまみ動作によって開いた位置と閉じた位置との間で前記コントローラ本体に対して移動することができるように、前記コントローラ本体に動作可能に結合された前記人差し指用拘束部と、
（ｉｉｉ）前記コントローラ本体に結合された親指用シースであって、前記親指用シースと、前記コントローラ本体とによって、親指用開口部および側方開口部が区画されており、前記親指用シースは、
（Ａ）前記コントローラ本体から延在し、前記親指用開口部の第１の壁を区画する第１のシース部分と、
（Ｂ）前記第１のシース部分から延在し、前記親指用開口部の第２の壁を区画する第２のシース部分と、
（Ｃ）前記コントローラ本体によって区画される前記親指用開口部の第３の壁と、を含む、前記親指用シースと、
（ｉｖ）前記親指用シース内に配置された親指存在センサであって、前記つまみ動作中を含めて、前記親指用開口部内に配置された前記ユーザの親指の存在を検出するように構成されている前記親指存在センサと、を含む、ロボット手術システム。 - 前記側方開口部は、前記第２の壁と前記第３の壁との間に区画されている、請求項１２に記載のロボット手術システム。
- 前記親指用シース及び前記コントローラ本体は、前記親指用開口部の周りに３６０°のエンクロージャを形成しない、請求項１２に記載のロボット手術システム。
- 前記親指存在センサは、光センサ、静電容量センサ、または機械的センサを含む、請求項１２に記載のロボット手術システム。
- 前記親指用シースは、引き込み位置と引き出し位置との間で調整可能である、請求項１２に記載のロボット手術システム。
- 前記親指用シースの外面に配置されたフィードバック信号コンポーネントをさらに備え、
前記フィードバック信号コンポーネントは、ユーザによって見ることができる、請求項１２に記載のロボット手術システム。 - ユーザの親指が、前記親指用開口部または前記側方開口部を介して前記親指用シースから離脱可能である、請求項１２に記載のロボット手術システム。
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