JP7744982B2 - 手持ち式ロボット手術機器システムおよび方法 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本特許出願は、２０２０年１１月６日出願の米国特許仮出願第６３／１１０，６８５号に対する優先権およびそのすべての利益を主張するものであり、その文献の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。

（技術分野）
本開示は、概して、手持ち式手術用ロボット機器システムおよび使用方法に関する

穴をあけるかまたはネジを載置するときに、手術用ツールを拘束するために物理的ガイドが用いられることが多い。場合によっては、物理的ガイドは、置換用植込み片を受けるために関節を準備する目的で、そのような手術用ツールを拘束する。患者に物理的ガイドを位置決めおよび固定するのに必要な時間は、外科的処置を行うのに必要な全体の時間の大部分を占めることがある。

ジグを適切に位置合わせおよび固定するために、ならびに穴をあけるために使用される手術用ツールの位置および／または向きを追跡するために、ナビゲーションシステム（トラッキングシステムとも称される）を使用することができる。トラッキングシステムは、典型的には、ツールおよび穿孔される組織と関連付けられた１つまたは複数のトラッカーを用いる。その場合に、ユーザーがディスプレイを見て、所望の軌道に対するツールの現在の位置を判定することができる。ディスプレイは、ツールの進行を視認するために、ユーザーが手術部位から目を離す必要があるように配置される場合がある。そのことによって、ユーザーが手術部位に集中できなくなる恐れがある。また、ユーザーがツールを所望の通りに載置することが難しくなる場合がある。

ロボット支援型の手術は、典型的には、６自由度（ＤＯＦ：ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｆｒｅｅｄｏｍ）で動くことができるロボットアームを用いた大型のロボットに依存している。それらの大型ロボットは、手術室における動作および操作が煩雑な場合がある。

それらの課題のうちの１つまたは複数に対処するためのシステムおよび方法が必要である。

一般的な一態様は、ユーザーの手によって自由に把持可能であり動かされるように適合された、手持ち可能な本体と、手持ち可能な本体と動作可能に連結された軌道アセンブリーとを含み、軌道アセンブリーは、手持ち可能な本体から延びるシャフトと、シャフトと接続されたピボットフレームとを含む。軌道アセンブリーは、ピボットフレームと枢動可能に連結されたガイド部材と、ガイド部材から外向きに延び、それと連結された、支持部材と、シャフトの軸と同じ空間で延び、それに実質的に平行な、２つのアクチュエーターであって、それぞれが支持部材と枢動可能に連結された、アクチュエーターとを含む。軌道アセンブリーは、アクチュエーターの直線運動をガイド部材の枢動運動に変換して軌道軸を調節するように構成されており、アクチュエーターは、ガイド部材と連結された支持部材を押したり引いたりするように選択的に構成されている。ガイド部材は、アクチュエーターを用いて、ガイド部材の軌道軸を少なくとも２自由度で調節して軌道軸を目標軌道と位置合わせすることによって、目標軌道に合わせて調節可能である。

各実装形態は、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含むことができる。ガイド部材は、外科的処置の間に手術用デバイスが通り抜けることを可能にするように構成されている。ピボットフレームは、ピボットフレームの内面に沿って空所を含むことができ、空所内にはリテーナーが配設されており、そうすることで、アクチュエーターがガイド部材を目標軌道に合わせて調節するときにガイド部材とピボットフレームとの連結が維持される。ピボットフレームおよびガイド部材は、リテンションアセンブリーを含むことができ、リテンションアセンブリーは、突出部および相補形のポケットを含む。ピボットフレームのリテンションアセンブリーは、ピボットフレームの内面から延びる突出部を含むことができ、ガイド部材は、ガイド部材の外面に、突出部に相補形の溝またはポケットを含むことができる。リテンションアセンブリーは、ピボットフレームに対するガイド部材の回転を制限して、アクチュエーターの動作の間に目標軌道を維持することができる。アクチュエーターは、ガイド部材を目標軌道と位置合わせするように、ガイド部材のピッチおよびロールを制御する。

目標軌道は、計画された植込み位置など、手術計画に基づいて設定できるか、または仮想境界または仮想オブジェクトに従ってユーザーによって設定できる。

別の一般的な態様は、ロボット支援型の手持ち可能なガイド機器を含む。ロボット支援型の手持ち可能なガイド機器はまた、ユーザーの手によって自由に把持され動かされるように適合された、手持ち可能な本体と、手持ち可能な本体に動作可能に連結された位置決めアセンブリーであって、手持ち可能な本体と枢動可能に連結された複数の位置決めアクチュエーターを含む、位置決めアセンブリーと、位置決めアセンブリーの複数のアクチュエーターと動作可能に連結された軌道アセンブリーとを含み、軌道アセンブリーは、シャフトと、シャフトと連結されたピボットフレームと、ピボットフレームと枢動可能に連結されたガイド部材と、ガイド部材と連結された支持部材と、支持部材に枢動可能に連結された２つの軌道アクチュエーターとを含む。本機器は、複数の位置決めアクチュエーターが位置決めアセンブリーを軌道アセンブリーと動作可能に連結し、複数の位置決めアクチュエーターが軌道アセンブリーの姿勢を少なくとも２自由度で調節するように構成されていることも含む。本機器は、軌道アセンブリーが、軌道アクチュエーターを用いて、ガイド部材の軌道軸を少なくとも２自由度で調節して軌道軸を目標軌道と位置合わせすることによって、ガイド部材を目標軌道に合わせて調節することも含む。本態様の他の実施形態は、対応するコンピューターシステムと、装置と、１つまたは複数のコンピューターストレージデバイスに記録されたコンピュータープログラムとを含み、それぞれ、本方法の動作を行うように構成されている。

上記の態様はいずれも、全体的にまたは部分的に組み合わせることができる。上記の態様の特徴はいずれも、全体的にまたは部分的に組み合わせることができる。いずれかの態様に関する上記の実装形態はいずれも、任意の他の態様と組み合わせることができる。上記の実装形態はいずれも、同じ態様に関するものでも異なる態様に関するものでも任意の他の実装形態と組み合わせることができる。

本開示は添付の図面と併せて検討するときに以下の詳細な説明を参照することでよりよく理解されるようになるため、本開示の利点は容易に理解される。

ロボット手術システムの斜視図である。 ロボット機器の斜視図である。 軌道を調節するロボット機器の斜視図である。 ニュートラル位置にあるロボット機器を示す図である。 右に傾斜した位置にあるロボット機器を示す図である。 左に傾斜した位置にあるロボット機器を示す図である。 前方に傾斜した位置にあるロボット機器を示す図である。 後方に傾斜した位置にあるロボット機器を示す図である。 コントロールシステムのブロック図を示し、様々なソフトウェアモジュールも示す図である。 軌道アセンブリーの部分断面図である。 アクチュエーターの断面図である。 アクチュエーターの斜視図である。 アクチュエーターの斜視図である。 手持ち部分にあるボールソケット形コネクターの部分断面である。 軌道アクチュエーターの背面斜視図である。 軌道アセンブリーの正面斜視図である。 ガイド部材およびピボットフレームの様々な図である。 機器の一実施形態の斜視図である。 図１４の機器の斜視図である。 ニュートラル軌道かつ右側配列の図１４の機器の斜視図である。 ニュートラル軌道かつ左側配列の図１４の機器の斜視図である。 ニュートラル軌道かつ前方配列の図１４の機器の斜視図である。 ニュートラル軌道かつ後方配列の図１４の機器の斜視図である。 肩に植込み片を処置する前および後の患者の部分解剖図である。 植込み片を組み込むための所望の軌道を位置合わせする機器の斜視図である。

［概要］
図１を参照すると、手術システム１０が示されている。手術システム１０は、患者１２が肩関節の植込み片ＩＭを受容できるように、患者１２の一部分を切除するために患者１２に肩の処置を行うところが示されている。手術システム１０は、ドリル、ネジ、ピンのガイドまたは他の形態の治療を伴う処置を含む、他のタイプの外科的処置を行うために使用することができる。図１から分かるように、手術システム１０は肩の手術を行うところが示されている。いくつかの例において、外科的処置は、膝の手術、股関節の手術、脊椎の手術、および／または足首の手術を含み、膝の植込み片、股関節の植込み片、肩の植込み片、脊椎の植込み片、および／または足首の植込み片など、手術用の植込み片によって置換される予定の組織を除去することを含むことができる。ロボットシステム１０およびここに開示される技術は、他の処置、手術、または非手術を行うために用いることができ、ロボットシステムが利用される産業上の用途または他の用途で用いることができる。

図１を参照すると、手術システム１０はロボットガイド機器１４を含む。いくつかの例において、（図１に示されているような）ガイド機器１４をユーザーが手で把持および支持する。図２に最もよく示されているように、機器１４は、ユーザーが手で掴みかつ／または支持する手持ち部分１６を備える。

機器１４は、ガイドアームを利用せずにユーザーによって自由に動かし支持することができ、例えば、処置中にツールの重量が専らユーザーの手で支持されるように、ピン、ネジ、および／またはドリルの載置をガイドしながら人間のユーザーによって把持されるように構成することができる。言い換えれば、機器１４は、ユーザーの手が重力に抗して機器１４を支持するように把持されるように構成できる。機器１４は、重さが８ポンド以下、６ポンド以下、５ポンド以下、またはそれどころか３ポンド以下とすることができる。機器１４は、ＡＮＳＩ／ＡＡＭＩ ＨＥ７５：２００９に対応する重量を有することができる。機器１４は、ドライバーなどのツールの軌道をガイドする軌道アセンブリー１８も備える。機器１４を動作させる本方法は、受動アームまたはロボットアームによる助けなしにユーザーが機器１４の重量を吊り下げることを含むことができる。

図２を参照すると、以下でさらに説明する手術システム１０の一定の動作において、手術用ツール（ドリル、ネジ、ピン、ドライバーなど）の軌道を解剖学的構造と位置合わせするために、軌道アセンブリー１８を介してガイド部材２０が手持ち部分１６に接続している。ガイド部材２０は、エンドエフェクターと称されることもある。ガイド部材２０は導管として構成でき、その導管を通して開放した通路が配設されている。いくつかの例において、ガイド部材２０は、内径が一定の管として構成できる。他の例において、ガイド部材は、導管の第１の端部でより大きい内径を有し、第２の端部でより小さい第２の直径を有することができる。開口部は、ドリル、ネジ、ピン、針などまたはそれらの組み合わせなどの手術機器を収容するように、任意の適切なサイズまたは形状のものでよい。他の例において、ガイド部材２０は、ピンまたはネジなどの手術機器および／または手術リテーナーが通り抜けることを可能にできる任意の形状を有してよい。他の例において、ガイド部材２０は、「Ｕ」字形または「Ｃ」字形などの形状を有してよい。ガイド部材２０は、ピボットフレーム２６と接続されている。ピボットフレーム２６は、軌道軸を中心に回転しないようにガイド部材２０を拘束することによって、ガイド部材２０が調節されている間にガイド部材２０を保持する。一例において、ガイド部材２０は、必要に応じて新たな／異なるガイド部材２０を取り付けできるように、軌道アセンブリー１８およびピボットフレーム２６から取り外し可能でよい。ガイド部材２０は、ドライバーまたは他の手術機器の軌道を患者１２の組織と接触させるようにガイドするように設計できる。いくつかの例において、手術機器は、ドリル、または図１に示されているようなドライバー、または生検針など他のタイプの付属品でよい。他の場合には、ガイド部材の代わりに手術用ツールを用いることができる。手術用ツールは、ドリル、ドライバー、タップ、超音波機器、掘削具、のこぎり、または他の切削ツールでよい。このような例においては、ロボット機器は、手術用ツール用の駆動モーターを含むことになる。

ユーザーが手持ち部分１６を手で把持している間に、１つまたは複数のアクチュエーター２１、２２を備えるアクチュエーターアセンブリー４００が、手持ち部分１６に対して２自由度以上で軌道アセンブリー１８を動かして、手術用ツールを所望の位置および／または向きに（例えば、外科的処置の間に肩および／または脊椎に対して所望の姿勢に）載置することを支援するロボット運動を提供する。アクチュエーターアセンブリー４００は、並列、直列、またはその両方に配置されたアクチュエーター２１、２２を備えることができる。図２に見られる一例において、アクチュエーター２１、２２は並列に配置されている。いくつかの例において、アクチュエーター２１、２２は、手持ち部分１６に対して２自由度以上で軌道アセンブリー１８を動かす。いくつかの例において、アクチュエーターアセンブリー４００は、ピッチおよびロールなど、少なくとも２自由度で、軌道アセンブリー１８を手持ち部分１６に対して動かすように構成されている。いくつかの例において、本明細書に示されているように、アクチュエーター２１、２２は、軌道アセンブリー１８およびその関連する軌道アセンブリー座標系ＴＣＳを、手持ち部分１６およびその関連するベース座標系ＢＣＳに対して２自由度だけで動かす。例えば、軌道アセンブリー１８およびその軌道アセンブリー座標系ＴＣＳは、ピッチ運動を提供するためにそのｙ軸を中心に回転することと、ロール運動を提供するためにそのｘ軸を中心に回転することができる。ｚ軸の並進運動を提供するために、ベース座標系ＢＣＳのｚ軸と一致する軸Ｚに沿って並進することが企図される。ピッチ、ロール、およびｚ軸の並進のうちの起こりうる運動が、図３の矢印によって、および図４Ａ～図４Ｂ、図５Ａ～図５Ｂ、図６Ａ～図６Ｂ、図７Ａ～図７Ｂ、および図８Ａ～図８Ｂの概略図にそれぞれ示されている。いくつかの例において、アクチュエーターは、手持ち部分１６に対して４自由度以上で軌道アセンブリー１８を動かすことができる。

図２に戻ると、シャフト７６およびピボットフレーム２６を含む拘束アセンブリー２４を用いて、手持ち部分１６に対する軌道アセンブリー１８の動きを、アクチュエーターアセンブリーによって制御されない残りの自由度に拘束することができる。ピボットフレーム２６は、本明細書に記載するように運動を拘束する任意の適切な形状または構成を備えることができる。図３に示されている例において、ピボットフレーム２６は、ヨー運動を拘束するためにベース座標系ＢＣＳのｚ軸を中心にした回転を拘束すること、ｘ軸の並進を拘束するためにベース座標系ＢＣＳのｘ軸方向の並進を拘束すること、およびｙ軸の並進を拘束するためにベース座標系ＢＣＳのｙ軸方向の並進を拘束することによって、軌道アセンブリー座標系ＴＣＳの運動を限定するように動作する。アクチュエーターアセンブリー４００およびピボットフレーム２６は、以下でさらに説明する一定の状況において、ドリルまたはピンドライバーなど、ガイドチューブを通して挿入される機器またはデバイスの軌道を事実上制御するように制御されている。

図９を参照すると、機器１４を制御するために、機器コントローラー２８または他のタイプの制御ユニットが設けられている。機器コントローラー２８は、機器１４の動作および手持ち部分１６に対する軌道アセンブリー１８（およびガイド部材２０）の運動を指揮する、１つもしくは複数のコンピューターまたは任意の他の適切な形態のコントローラーを備えることができる。機器コントローラー２８は、中央処理装置（ＣＰＵ）および／または他のプロセッサー、メモリー、ならびにストレージ（図示せず）を有することができる。機器コントローラー２８は、以下で説明するようにソフトウェアを搭載している。プロセッサーは、機器１４の動作を制御するために１つまたは複数のプロセッサーを含むこともできる。プロセッサーは、任意のタイプのマイクロプロセッサー、マルチプロセッサー、および／またはマルチコア処理システムとすることができる。機器コントローラー２８は、付加的にまたは代替的に、１つもしくは複数のマイクロコントローラー、フィールドプログラマブルゲートアレイ、システムオンチップ、ディスクリート回路、および／または本明細書に記載する機能を実行できる他の適切なハードウェア、ソフトウェア、もしくはファームウェアを備えることができる。プロセッサーという用語は、いずれの実施形態も単一のプロセッサーに限定するものではない。機器１４は、１つもしくは複数のディスプレイおよび／または入力デバイス（例えば、トリガー、押しボタン、フットスイッチ、キーボード、マウス、マイクロフォン（音声起動）、ジェスチャ制御デバイス、タッチスクリーンなど）を有するユーザーインターフェースＵＩを備えることもできる。

機器コントローラー２８はガイド部材２０の動作を制御する。機器コントローラー２８は、手持ち部分１６に対する軌道アセンブリー１８およびガイド部材２０の状態（例えば、位置および／または向き）を制御する。機器コントローラー２８は、アクチュエーター２１、２２によって引き起こされる、手持ち部分１６に対するおよび／または解剖学的構造に対するガイド部材の運動の速度（線速度または角速度）、加速度、または他の派生物を制御することができる。

図３に示されているように、機器コントローラー２８は、手持ち部分１６に搭載された制御ハウジング２９を備えることができ、制御ハウジング２９の内側に１つまたは複数の制御盤３１（例えば、１つまたは複数のプリント回路基板および関連する電子構成要素）が位置している。制御盤３１は、アクチュエーター２１、２２を（例えば、モーターコントローラーによって）制御するためのマイクロコントローラー、デバイスドライバー、メモリー、センサー、または他の電子構成要素を備えることができる。機器コントローラー２８は、制御盤３１とデータ通信および電力通信しているオフボードの制御コンソール３３を備えることもできる。本明細書に記載されているセンサーＳおよび／またはアクチュエーター２１、２２は、制御盤３１に信号を送信することができ、制御盤３１は、処理のためにデータ信号をコンソール３３に送出し、コンソール３３は、アクチュエーター２１、２２に電力供給し、それらの位置決めを制御するために、制御盤３１に電力指令および／または位置指令をフィードバックすることができる。処理が制御ハウジングの制御盤上でも行われ得ることが企図される。もちろん、別個の制御ハウジングが必要ないことが企図される。

いくつかの事例において、コンソール３３は、アクチュエーター２１、２２（および／または以下でさらに説明するアクチュエーター９４、９６、９８）に電力供給しそれを制御するための単一のコンソールを備えることができる。いくつかの事例において、コンソール３３は、アクチュエーター２１、２２に電力供給しそれを制御するためのコンソールを１つ備えることができる。駆動モーターＭに電力供給しそれを制御するためのこのようなコンソールの一つは、参照により本明細書に組み込まれる、「Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｏｎｓｏｌｅ ｔｏ ｗｈｉｃｈ Ｐｏｗｅｒｅｄ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｈａｎｄｐｉｅｃｅｓ ａｒｅ Ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ，ｔｈｅ Ｃｏｎｓｏｌｅ Ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ ｔｏ Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ Ｅｎｅｒｇｉｚｅ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ｏｎｅ ａｎｄ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ａｌｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｈａｎｄｐｉｅｃｅｓ」という名称の２００４年９月３０日出願の米国特許第７，４２２，５８２号に記載されているようなものでよい。フレックス回路としても知られているフレキシブル回路が、アクチュエーター２１、２２および／または他の構成要素を機器コントローラー２８と相互連結することができる。例えば、フレキシブル回路ＦＣは、アクチュエーター２１、２２と制御盤３１との間に設けることができる。有線であれ無線であれ、他の形態の連結が、付加的にまたは代替的に、構成要素の間に存在してよい。

図１に戻って簡単に参照すると、手術システム１０はさらに、ナビゲーションシステム３２を含む。ナビゲーションシステム３２の一例が、参照により本明細書に組み込まれる、「Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｏｐｔｉｃａｌ ａｎｄ Ｎｏｎ－Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｅｎｓｏｒｓ」という名称の２０１３年９月２４日出願の米国特許第９，００８，７５７号に記載されている。ナビゲーションシステム３２は様々な対象物の動きを追跡する。このような対象物には、例えば、機器１４、ガイド部材２０、および解剖学的構造、例えば、脊椎および肩が含まれる。ナビゲーションシステム３２は、それらの対象物を追跡して、（ナビゲーション）ローカライザー座標系ＬＣＬＺに対する各対象物の状態情報を収集する。本明細書で用いるように、対象物の状態には、限定されるものではないが、追跡される対象物（例えば、その座標系）の位置および／もしくは向き、またはその位置および／もしくは向きの等価物／派生物を定義するデータが含まれる。例えば、その状態は、対象物の姿勢でよく、かつ／または線速度データ、角速度データなどを含んでよい。

ナビゲーションシステム３２は、ナビゲーションコントローラー３６および／または他のタイプの制御ユニットを収容する、カートアセンブリー３４を含むことができる。ナビゲーションユーザーインターフェースＵＩは、ナビゲーションコントローラー３６と動作可能に通信している。ナビゲーションユーザーインターフェースＵＩは、１つまたは複数のディスプレイ３８を含む。ナビゲーションシステム３２は、追跡された対象物の相対的な状態のグラフィック描写を、１つまたは複数のディスプレイ３８を用いてユーザーに表示することができる。ナビゲーションユーザーインターフェースＵＩはさらに、ナビゲーションコントローラー３６に情報を入力するか、または別法でナビゲーションコントローラー３６のある面を選択／制御する、１つまたは複数の入力デバイスを備える。このような入力デバイスは、対話式タッチスクリーンディスプレイを含む。ただし、入力デバイスは、押しボタン、フットスイッチ、キーボード、マウス、マイクロフォン（音声起動）、ジェスチャ制御デバイスなどの任意の１つまたは複数を含むことができる。

ナビゲーションシステム３２は、ナビゲーションコントローラー３６に接続されたナビゲーションローカライザー４４も含む。一例において、ローカライザー４４は、光学式ローカライザーであり、カメラユニット４６を含む。カメラユニット４６は、１つまたは複数の光学式センサー５０を収容する外部ケーシング４８を有する。ローカライザー４４は、それ自体のローカライザーコントローラー４９を備えることができ、さらにビデオカメラＶＣを備えることができる。

ナビゲーションシステム３２は、１つまたは複数のトラッカーを含む。いくつかの例において、トラッカーは、ポインタートラッカーＰＴ、ツールトラッカー５２、第１の患者トラッカー５４、および第２の患者トラッカー５６を含む。図１に示されている例において、ツールトラッカー５２は機器１４にしっかりと取り付けられており、第１の患者トラッカー５４は患者１２の上腕骨Ｈにしっかりと貼付されており、第２の患者トラッカー５６は患者１２の肩甲骨ＳＣにしっかりと貼付されている。この例において、患者トラッカー５４、５６は、骨の各部分にしっかりと貼付されている。ポインタートラッカーＰＴは、解剖学的構造をローカライザー座標系ＬＣＬＺにレジストレーションさせるために使用され、かつ／または他の較正および／もしくはレジストレーション機能のために使用される、ポインター５７にしっかりと貼付されている。１つまたは複数の椎骨、皮膚、脚の骨、股関節など、肩の構成要素以外の患者の他の位置に、患者トラッカーを接続できることも企図される。

ツールトラッカー５２は、機器１４の任意の適切な構成要素に貼付されてよく、いくつかの事例では、手持ち部分１６に、軌道アセンブリー１８に、ガイド部材２０に直接的に、またはそれらの組み合わせに取り付けられてよい。トラッカー５２、５４、５６、ＰＴは、ファスナー、クランプなどによる任意の適切な手法で、それぞれの構成要素に固定することができる。例えば、トラッカー５２、５４、５６、ＰＴは、関連する対象物に対するそれぞれのトラッカーの関係（測定）を判定する適切な（補助的な）手法がある限り、堅固に固定されても、柔軟に連結されても（光ファイバー）、物理的に全く連結されなくてもよい（超音波）。トラッカー５２、５４、５６、ＰＴの任意の１つまたは複数は、アクティブマーカーを含むことができる。アクティブマーカーは発光ダイオード（ＬＥＤ）を含むことができる。代替的に、トラッカー５２、５４、５６、ＰＴは、カメラユニット４６から放出される光を反射するリフレクターなどのパッシブマーカーを有することができる。本明細書に詳細に記載しないが、印刷されたマーカー、または他の適切なマーカーも利用できる。

対象物を追跡するために様々な座標系を用いることができる。例えば、座標系は、ローカライザー座標系ＬＣＬＺと、軌道アセンブリー座標系ＴＣＳと、ベース座標系ＢＣＳと、トラッカー５２、５４、５６、ＰＴのそれぞれと関連付けられた座標系と、解剖学的構造と関連付けられた１つまたは複数の座標系と、解剖学的構造の術前および／または術中の画像（例えば、ＣＴ画像、ＭＲＩ画像など）および／またはモデル（例えば、２Ｄモデルまたは３Ｄモデル）と関連付けられた１つまたは複数の座標系と、ＴＣＰ（ツール中心点）座標系とを備えることができる。様々な座標系の座標は、例えば、レジストレーション、較正、幾何学的関係、測定などによる座標系間の関係を確立する際の変換式を用いて、他の座標系に変換することができる。

図３に示されているように、いくつかの例において、ＴＣＰは、ガイド部材２０の遠位端で定義される、ＴＣＰ座標系の所定の基準点または原点である。ガイド部材２０の形状は、ＴＣＰ座標系に対しておよび／または軌道アセンブリー座標系ＴＣＳに対して定義することができる。ガイド部材２０は、ＴＣＰ座標系に対しておよび／または軌道アセンブリー座標系ＴＣＳに対して定義され、ナビゲーションシステム３２に格納された、１つまたは複数の幾何学的特徴、例えば、周囲長、円周長、半径、直径、幅、長さ、高さ、体積、面積、表面／平面、（任意の１つまたは複数の軸に沿った）運動エンベロープの範囲などを含むことができる。いくつかの例において、ガイド部材２０は、（例えば、ネジを載置するための）軌道を有し、その軌道は、便宜上および例示を簡単にするために記載されるが、いずれの特定の形態にもガイド部材２０を限定する意図はない。点、他のプリミティブ、メッシュ、他の３Ｄモデルなどを用いて、ガイド部材２０を仮想的に表すことができる。ＴＣＰ座標系、軌道アセンブリー座標系ＴＣＳ、およびツールトラッカー５２の座標系は、ガイド部材２０の構成に応じて様々な手法で定義することができる。例えば、ポインター５７は、ツールトラッカー５２の座標系に対する軌道アセンブリー座標系ＴＣＳの姿勢を判定する（較正する）、ツールトラッカー５２の座標系に対するＴＣＰ座標系の姿勢を判定する、および／または軌道アセンブリー座標系ＴＣＳに対するＴＣＰ座標系の姿勢を判定するために、軌道アセンブリー１８および／またはガイド部材２０における較正ディボットと共に使用することができる。ＴＣＰ座標系の姿勢を直接的に測定するために、１つまたは複数の付加的なトラッカー／マーカーをガイド部材２０に直接的に取り付け、それを固定することなど、他の技術を使用することもできる。いくつかの事例において、トラッカー／マーカーは、手持ち部分１６、軌道アセンブリー１８、またはその両方に取り付け、固定することもできる。

軌道アセンブリー１８がアクチュエーター２１、２２を介して手持ち部分１６に対して複数の自由度で動くことができるので、機器１４は、エンコーダー、（アナログまたはデジタルの出力のある）ホール効果センサー、および／または任意の他の位置感知方法を用いて、ベース座標系ＢＣＳに対するＴＣＰ座標系および／または軌道アセンブリー座標系ＴＣＳの姿勢を測定することができる。機器１４は、以下でさらに説明するようにベース座標系ＢＣＳに対するＴＣＰ座標系および／または軌道アセンブリー座標系ＴＣＳの姿勢を判定するためにアクチュエーター２１、２２の動作を測定するセンサーからの測定値を使用することができる。

ローカライザー４４はトラッカー５２、５４、５６、ＰＴ（例えば、その座標系）をモニタリングして、トラッカー５２、５４、５６、ＰＴのそれぞれの状態を判定する。そのトラッカーの状態は、それにそれぞれ取り付けられている対象物の状態にそれぞれ対応する。ローカライザー４４は、公知の三角測量技術を行って、トラッカー５２、５４、５６、ＰＴおよび関連する対象物の状態を判定することができる。ローカライザー４４は、トラッカー５２、５４、５６、ＰＴの状態をナビゲーションコントローラー３６に提供する。いくつかの例において、ナビゲーションコントローラー３６は、トラッカー５２、５４、５６、ＰＴの状態を判定し、それを機器コントローラー２８に通信する。

ナビゲーションコントローラー３６は、１つもしくは複数のコンピューター、または任意の他の適切な形態のコントローラーを備えることができる。ナビゲーションコントローラー３６は、中央処理装置（ＣＰＵ）および／または他のプロセッサー、メモリー、ならびにストレージ（図示せず）を有する。プロセッサーは、任意のタイプのプロセッサー、マイクロプロセッサー、またはマルチプロセッサーシステムとすることができる。ナビゲーションコントローラー３６はソフトウェアを搭載している。ソフトウェアは、例えば、ローカライザー４４から受信した信号を、追跡されている対象物の位置および／または向きを表すデータに変換する。ナビゲーションコントローラー３６は、付加的にまたは代替的に、１つもしくは複数のマイクロコントローラー、フィールドプログラマブルゲートアレイ、システムオンチップ、ディスクリート回路、および／または本明細書に記載されている機能を実行できる他の適切なハードウェア、ソフトウェア、もしくはファームウェアを備えることができる。プロセッサーという用語は、いずれの実施形態も単一のプロセッサーに限定するものではない。

対象物の状態を判定するために三角測量技術を用いたナビゲーションシステム３２の一例が示されているが、ナビゲーションシステム３２は、機器１４、ガイド部材２０、および／または患者１２を追跡するための任意の他の適切な構成を有してよい。別の例において、ナビゲーションシステム３２および／またはローカライザー４４は、超音波ベースである。例えば、ナビゲーションシステム３２は、ナビゲーションコントローラー３６に接続された超音波撮像デバイスを備えることができる。超音波撮像デバイスは、前述の対象物のいずれか、例えば、機器１４、ガイド部材２０、および／または患者１２を撮像し、超音波画像に基づいてナビゲーションコントローラー３６への状態信号を生成する。超音波画像は、２Ｄ、３Ｄ、またはその両方の組み合わせでよい。ナビゲーションコントローラー３６は、対象物の状態を判定するために、ほぼリアルタイムで画像を処理することができる。超音波撮像デバイスは、任意の適切な構成を有することができ、図１に示されているようなカメラユニット４６とは異なっていてよい。

別の例において、ナビゲーションシステム３２および／またはローカライザー４４は、無線周波数（ＲＦ）ベースである。例えば、ナビゲーションシステム３２は、ナビゲーションコントローラー３６に接続されたＲＦトランシーバーを備えることができる。機器１４、ガイド部材２０、および／または患者１２は、それに取り付けられたＲＦエミッターまたはトランスポンダーを備える。ＲＦエミッターまたはトランスポンダーは、受動的または能動的に通電できる。ＲＦトランシーバーは、ＲＦ追跡信号を伝送し、ＲＦエミッターから受信したＲＦ信号に基づいてナビゲーションコントローラー３６への状態信号を生成する。ナビゲーションコントローラー３６は、受信したＲＦ信号を分析して相対的な状態をそれに関連付けることができる。ＲＦ信号は任意の適切な周波数のものでよい。ＲＦトランシーバーは、ＲＦ信号を用いて効率的に対象物を追跡するために、任意の適切な位置に位置決めすることができる。さらに、ＲＦエミッターまたはトランスポンダーは、図１に示されているトラッカー５２、５４、５６、ＰＴと大きく異なっていてよい、任意の適切な構造上の構成を有することができる。

さらに別の例において、ナビゲーションシステム３２および／またはローカライザー４４は、電磁ベースである。例えば、ナビゲーションシステム３２は、ナビゲーションコントローラー３６に接続されたＥＭトランシーバーを備えることができる。機器１４、ガイド部材２０、および／または患者１２は、それに取り付けられた、任意の適切な磁気トラッカー、電磁トラッカー、誘導トラッカーなどのＥＭ構成要素を備えることができる。トラッカーは受動的または能動的に通電できる。ＥＭトランシーバーは、ＥＭ場を生成し、トラッカーから受信したＥＭ信号に基づいてナビゲーションコントローラー３６への状態信号を生成する。ナビゲーションコントローラー３６は、受信したＥＭ信号を分析して、相対的な状態をそれに関連付けることができる。ここでも、このようなナビゲーションシステム３２の例は、図１に示されているナビゲーションシステム３２の構成とは異なる構造上の構成を有することができる。

ナビゲーションシステム３２は、ここでは具体的に列挙しない任意の他の適切な構成要素または構造を有することができる。さらに、図示されているナビゲーションシステム３２に関して上述した技術、方法、および／または構成要素はいずれも、本明細書に記載されているナビゲーションシステム３２の他の例のいずれにも実装または提供することができる。例えば、ナビゲーションシステム３２は、慣性追跡を単独で、または追跡技術の任意の組み合わせを利用でき、付加的にまたは代替的に、光ファイバーベースの追跡、マシンビジョン追跡などを含むことができる。

図９を参照すると、手術システム１０はコントロールシステム６０を含み、そのコントロールシステム６０は、とりわけ、機器コントローラー２８およびナビゲーションコントローラー３６を備えている。コントロールシステム６０はさらに、１つまたは複数のソフトウェアプログラムおよびソフトウェアモジュールを含む。ソフトウェアモジュールは、ロボットシステム１０の制御を助けるためにデータを処理するように、機器コントローラー２８、ナビゲーションコントローラー３６、またはそれらの組み合わせ上で動作する、１つまたは複数のプログラムの一部とすることができる。ソフトウェアプログラムおよび／またはモジュールは、コントローラー２８、３６の１つまたは複数のプロセッサー７０によって実行されることになる、機器コントローラー２８、ナビゲーションコントローラー３６、またはそれらの組み合わせのメモリー６４に格納されたコンピューター可読命令を含む。メモリー６４は、非一時的メモリー、ＲＡＭ、不揮発性メモリーなど、任意の適切な構成のメモリーでよく、ローカルにまたはリモートデータベースから実装することができる。付加的に、ユーザーにプロンプトを表示しかつ／またはユーザーと通信するためのソフトウェアモジュールは、１つまたは複数のプログラムの一部を形成することができ、機器コントローラー２８、ナビゲーションコントローラー３６、またはそれらの組み合わせのメモリー６４に格納された命令を含むことができる。ユーザーは、ナビゲーションユーザーインターフェースＵＩまたは他のユーザーインターフェースＵＩのいずれかの入力デバイスと対話して、ソフトウェアモジュールと通信することができる。ユーザーインターフェースソフトウェアは、機器コントローラー２８および／またはナビゲーションコントローラー３６とは別個のデバイス上で動作することができる。機器１４は、電源／データ接続を介して機器コントローラー２８と通信することができる。電源／データ接続は、ナビゲーションシステム３２によって生成され、機器コントローラー２８に伝送される位置および向きのデータに基づいて機器１４を制御するために使用される、入力および出力のためのパスを提供することができる。

コントロールシステム６０は、本明細書に記載されている機能および方法を実行するのに適した、任意の適切な構成の入力デバイス、出力デバイス、および処理デバイスを備えることができる。コントロールシステム６０は、機器コントローラー２８、ナビゲーションコントローラー３６、もしくはそれらの組み合わせを備えることができ、かつ／またはそれらのコントローラーのうちの１つだけもしくは付加的なコントローラーを備えることができる。コントローラーは、図９に示されているように有線バスもしくは通信ネットワークを介して、無線通信を介して、または別法で通信することができる。コントロールシステム６０は、コントローラーと称されることもある。コントロールシステム６０は、１つもしくは複数のマイクロコントローラー、フィールドプログラマブルゲートアレイ、システムオンチップ、ディスクリート回路、センサー、ディスプレイ、ユーザーインターフェース、インジケーター、および／または本明細書に記載されている機能を実行できる他の適切なハードウェア、ソフトウェアもしくはファームウェアを備えることができる。

［機器］
例示的な一構成において、機器１４は図１０～図１３Ｃに最もよく示されている。機器１４は、ユーザーによって把持されることになる手持ち部分１６と、ガイド部材２０を支持するように手持ち部分１６に可動接続された軌道アセンブリー１８と、手持ち部分１６に対して２自由度で軌道アセンブリー１８を動かすように軌道アセンブリー１８と手持ち部分１６とを動作可能に相互連結する、複数のアクチュエーター２１、２２を有するアクチュエーターアセンブリー４００と、軌道アセンブリー１８と手持ち部分１６とを動作可能に相互連結するピボットフレーム２６を有する拘束アセンブリー２４とを含む。

手持ち部分１６は、ユーザーが機器１４を手で支持できるようにユーザーによって掴まれるグリップ７２を備える。手持ち部分１６は、ユーザーの手が把持するためのグリップや、濡れているときかつ／または血が付いているときにユーザーの手が滑らないようにするためのテクスチャード加工または混合材料コーティングなど、人間工学的な特徴を有するように構成することができる。手持ち部分１６は、様々な手のサイズのユーザーに対応するようにテーパー部分を含むことができ、ユーザーの手および／または指の輪郭に合うように起伏をつけることができる。手持ち部分１６はベース７４も備え、ベース７４には、１つまたは複数のファスナー、接着剤、溶着などによってグリップ７２が取り付けられている。アクチュエーター２１、２２は、以下でさらに説明するジョイントを介してジョイント支持体７７、７８において、ベース７４に可動接続することができる。

図２、図１０、および図１１に最もよく示されているように、軌道アセンブリー１８、特にガイド部材２０は、コントロールアーム８０を備える。各コントロールアーム８０はアクチュエーターマウント８６、８８を含み、アクチュエーターマウント８６、８８において、アクチュエーター２１、２２が、以下でさらに説明するように、ジョイントを介してガイド部材２０のコントロールアーム８０に可動接続されることになる。アクチュエーターマウント８６、８８は、軌道アセンブリー１８が手持ち部分１６に対して少なくとも２自由度で動くことができるように、アクチュエーター２１、２２を組み付けるのに適したブラケットなどを備えることができる。

アクチュエーター２１、２２は、図示の事例において、ベース７４とガイド部材２０のコントロールアーム８０との間で延びる電気リニアアクチュエーターを備える。作動すると、アクチュエーター２１、２２の有効長さが変化して、アクチュエーター２１、２２の対応する軸に沿って、ガイド部材２０と手持ち部分１６のベース７４との間の距離が変更される。それゆえ、アクチュエーター２１、２２は協働してそれらの有効長さを変更し、手持ち部分１６に対して少なくとも２自由度で軌道アセンブリー１８を動かす。図示の事例では、２つのアクチュエーター２１、２２が設けられており、第１および第２のアクチュエーター２１、２２または軌道アセンブリーアクチュエーター２１、２２と称されることがある。第１および第２のアクチュエーター２１、２２は、第１の能動軸ＡＡ１および第２の能動軸ＡＡ２に沿って有効長さを調節可能である（図１１参照）。第１および第２のアクチュエーター２１、２２は、先に説明したように、手持ち部分１６に対するガイド部材２０のピッチの向き、ロールの向き、またはその両方のうちの１つまたは複数を調節するように、有効長さを独立に調節可能である。以下でさらに説明するいくつかの例では、より多くのアクチュエーターを設けることができる。いくつかの例において、アクチュエーター２１、２２は、ロータリーアクチュエーターを備えることができる。アクチュエーター２１、２２は、任意の適切なサイズまたは形状のリンクを１つまたは複数有するリンケージを備えることができる。アクチュエーター２１、２２は、手持ち部分１６に対して少なくとも２自由度のガイド部材２０の動きを可能にするのに適した任意の構成を有することができる。

この事例において、アクチュエーター２１、２２は、複数の能動ジョイントを介して、ベース７４およびガイド部材２０のコントロールアーム８０に接続されている。能動ジョイントは、アクチュエーターマウント７７、７８においてアクチュエーター２１、２２をベース７４に接続する第１能動ジョイント９２を１組含む。一事例において、図１０に示されているように、第１の能動ジョイント９２は、能動球ジョイント８１を備える。球ジョイント８１はソケットコネクター８２を備える。第１のソケットコネクター８２は、アクチュエーターマウント７７、７８を、アクチュエーター２１、２２の球スタッド８４と枢動可能に連結する。その結果、アクチュエーター２１、２２は、手持ち部分１６のベース７４に対して少なくとも２自由度で動くことができる。ピンを受けるＵ字ジョイントを備えた能動ジョイントブロックなど、他のタイプの能動ジョイントも企図される。

図１０を参照すると、能動ジョイントは、軌道アクチュエーター２１、２２をガイド部材２０のコントロールアーム８０に接続する第２の能動ジョイント１０８も１組備える。図示の事例において、第２の能動ジョイント１０８は、ジョイント支持体８６、８８において支持されている。一例において、第２の能動ジョイント１０８はそれぞれ、ガイド部材２０のコントロールアーム８０に対して枢動するように配置された球ジョイント１１０を備える。各球ジョイント１１０は、アクチュエーター２１、２２から延びるボールスタッド１１２を有し、ボールスタッド１１２は、ジョイント支持体８６、８８の一方におけるコントロールアーム８０それぞれのソケットマウント１１４に枢動可能に係合し、そうすることで、それぞれのアクチュエーター２１、２２がそのそれぞれのジョイント支持体７７、７８内で枢動でき、手持ち部分１６に対してガイド部材２０を動かす。

図１０を参照すると、アクチュエーター２１、２２はそれぞれ、ハウジング１３４を備える。ハウジング１３４は、キャニスター１３６と、キャニスター１３６にネジ連結されたキャップ１３８とを備える。第１の能動ジョイント９２の一部を形成するボールスタッド８４は、ハウジング１３４に固定されており、そうすることで、ハウジング１３４およびボールスタッド８４は、第１の能動ジョイント９２を介して手持ち部分１６に対して一緒に動くことができる。

アクチュエーター２１、２２はそれぞれ、各ハウジング１３４に配設されたモーター１４２も備える。モーター１４２は、ハウジング１３４に配設されたケーシング１４４と、ケーシング１４４内に配設されたモーター巻線アセンブリー１４６とを有する。各モーター１４２は、親ネジ１５０に固定された回転子１４８も有する。親ネジ１５０は、１つまたは複数のブッシュおよび／またはベアリング１５１によって、ハウジング１３４内で回転するように支持されている。回転子１４８および関連する親ネジ１５０は、モーター１４２の選択的な通電の際にハウジング１３４に対して回転するように構成されている。親ネジ１５０は、逆作動しないように細かいピッチおよびリード角を有する（すなわち、セルフロックしている）。その結果、軌道アセンブリー１８に加えられる負荷が、モーター１４２を簡単に逆作動させることはない。いくつかの例において、親ネジ１５０は、３級の８－３６のネジ山を有し、リードが０．０２から０．０３インチ／回転である。他のネジ山のタイプ／サイズを用いてもよい。

アクチュエーター２１、２２はそれぞれ、別々のモーターコントローラーによって制御することができる。モーターコントローラーは、各アクチュエーター２１、２２を個別に所与の目標位置に向けるために、アクチュエーター２１、２２それぞれに別々に接続することができる。いくつかの例において、モーターコントローラーは、比例積分微分（ＰＩＤ：ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）コントローラーである。いくつかの例において、モーターコントローラーは、機器コントローラー２８と一体にするかまたはその一部を形成することができる。例示を簡単にするために、モーターコントローラーは、機器コントローラー２８の一部分として本明細書に記載されるものとする。

電源は、コンソール３３を介してモーター１４２に、例えば３２ＶＤＣ電力信号を供給する。３２ＶＤＣ信号は、機器コントローラー２８を通してモーター１４２に印加される。機器コントローラー２８は、各モーター１４２に電力信号を選択的に供給して、モーター１４２を選択的に起動する。モーター１４２のこのような選択的な起動によってガイド部材２０が位置決めされる。モーター１４２は、ブラシレスＤＣサーボモーター、他の形態のＤＣモーターなどを含む、任意の適切なタイプのモーターでよい。電源はまた、機器コントローラー２８に電力供給して、機器コントローラー２８内部の構成要素に通電する。電源が、例えば、１２ＶＤＣ、２４ＶＤＣ、４０ＶＤＣなど、他のタイプの電力信号を供給できることを理解されたい。代替的に、機器はバッテリーパックを含むことができる。

１つまたは複数のセンサーＳ（ここでも図１０参照）が機器コントローラー２８に信号を伝送して戻し、そうすることで、機器コントローラー２８は、関連するアクチュエーター２１、２２の現在の位置（すなわち、測定位置）を判定することができる。それらの信号のレベルは、関連する回転子１４８の回転位置に応じて異なる場合がある。一実装形態において、センサーＳは、所与の回転内の回転子１４８の回転位置を高精度で解明することができる。それらのセンサーＳは、回転子１４８からまたは親ネジ１５０に載置された他の磁石から、感知した磁場に基づいてアナログ信号および／またはデジタル信号を出力するホール効果センサーでよい（例えば、図１０の２極磁石ＭＧ参照）。ホール効果センサーに通電するための低電圧信号、例えば、５ＶＤＣを、ホール効果センサーが関連付けられたモーター１４２と関連するモーターコントローラーから供給できる。いくつかの例において、回転子の位置を感知するために、２つのホール効果センサーがハウジング１３４に配設され、回転子１４８の周りで互いに９０度離間しており、そうすることで、機器コントローラー２８は、回転子１４８の位置を判定し、その増分回転をカウントすることができる（このようなセンサーＳおよび磁石ＭＧの一つが図１０に示されている）。いくつかの事例において、ホール効果センサーは、増分カウントを表すデジタル信号を出力する。様々なタイプのモーターおよびセンサーの構成が可能である。いくつかの例において、モーター１４２はブラシレスＤＣサーボモーターであり、２つ以上の内部ホール効果センサーは回転子１４８の周りで互いから９０度、１２０度、または任意の他の適切な間隔だけ離間していてよい。センサーＳは、アブソリュートエンコーダーまたはインクリメンタルエンコーダーを備えることもでき、そのエンコーダーを用いて、回転子１４８の回転位置を検出し、回転子１４８の回転をカウントすることができる。１つまたは複数のセンサーとして他のタイプのエンコーダーを使用してもよい。センサーは、アクチュエーター上で、およびハウジング、ナット、ネジなど、調節される各アクチュエーターの位置を判定するのに適した周辺構成要素上で、任意の適切な位置に載置することができる。さらに別の構成において、センサーレスモーター制御を利用することができる。このような実装形態において、各回転子の位置は、モーターの逆起電力および／またはインダクタンスを測定することによって判定できる。適切な一例を米国特許第７，４２２，５８２号に見出すことができ、その文献は全体が参照により本明細書に組み込まれる。

いくつかの例において、ホール効果センサーからの出力信号が機器コントローラー２８に送信される。機器コントローラー２８は、受信した信号をそのレベルの変化についてモニタリングする。それらの信号に基づいて、機器コントローラー２８は回転子の位置を判定する。回転子の位置は、初期位置すなわちホーム位置から回転子１４８が回転した程度と見なすことができる。回転子１４８は３６０°の回転を複数回行うことができる。したがって、回転子の位置は３６０°を超える場合がある。カウントと称されるスカラー値が、ホーム位置からの回転子の位置を表す。回転子１４８は、時計回り方向にも反時計回り方向にも回転する。複数の信号（アナログまたはデジタル）の信号レベルが、定義された状態変化を起こすたびに、機器コントローラー２８は、そのカウントをインクリメントまたはデクリメントして、回転子の位置変化を示す。回転子１４８が完全に３６０°回転するごとに、機器コントローラー２８は、カウント値を固定カウント数だけインクリメントまたはデクリメントする。いくつかの例において、カウントは、回転子１４８の３６０度の回転につき１００と３，０００との間でインクリメントまたはデクリメントされる。いくつかの例において、回転子の位置をモニタリングするためにインクリメンタルエンコーダーが使用されるときなど、回転子１４８の３６０度の回転ごとに１，０２４の位置（カウント）が存在する。機器コントローラー２８の内部には、各アクチュエーター２１、２２と関連付けられたカウンターがある。そのカウンターは、インクリメントまたはデクリメントされたカウントの累計数に等しい値を格納する。カウント値は、正、ゼロ、または負とすることができる。いくつかの事例において、カウント値は、回転子１４８のインクリメンタルな動きを定義する。それゆえ、アクチュエーター２１、２２の回転子１４８は、まず、ホーム位置と称される既知の位置（以下でさらに説明する）に動かされ、その後、カウント値を使用して回転子１４８の現在の位置を定義することができる。

親ネジ１５０はそれぞれ、キャリア１１６とネジ連結されている。キャリア１１６は、親ネジ１５０を受けるために雌ネジボア１１７を有し、そうすることで、親ネジ１５０はそれぞれ、キャリア１１６のうちの対応する１つを並進させて、複数のアクチュエーター２１、２２のうちの対応する１つの有効長さを調節することができ、その結果、機器コントローラー２８によって測定されるカウントが変更される。親ネジ１５０が回転すると、手持ち部分１６およびアクチュエーターモーター１４２に対してキャリア１１６が伸長および収縮することが可能になる。キャリア１１６は、アクチュエーター２１、２２のそれぞれから延びるボールスタッド１１２と一体にされている。ハウジング１３４および対応するキャリア１１６はそれぞれ、親ネジ１５０がキャリア１１６に対して回転できるように、少なくとも１自由度の相対的な動きが拘束される。いくつかの例において、図１０Ａ～図１０Ｄに示されているように、キャリアは１つまたは複数のレール１８０を含み、レール１８０は、アクチュエーターモーターハウジング１３４の相補形のスロット１７８で受けられる。レール１８０および相補形のスロット１７８によって、ボールスタッド１１２と連結されたキャリア１１６を親ネジ１５０が上昇および下降させて、作動時に各キャリア１１６を長手方向に効率的に並進させることが可能になる（すなわち、図１０Ｂの方向矢印参照）。より詳細には、ボールスタッド８４が関連する能動軸ＡＡ１、ＡＡ２を中心に回転できないこと（すなわち、第１の能動ジョイント９２、特にソケットマウント８２内のリテーナー１７６と、ボールスタッド８４上の相補形の溝１７４との構成によって、ボールスタッド８４はこのような回転運動が制限されている－図１０Ａ、図１０Ｃ、および図１０Ｅ参照）と、キャリア１１６が関連する能動軸ＡＡ１、ＡＡ２を中心に回転できないこと（すなわち、レール１８０と相補形のスロット１７８との構成によって、キャリア１１６はそのような回転運動が制限されている）とのおかげで、親ネジ１５０はキャリア１１６に対して回転することができる。他の例において、アクチュエーターモーター１４２に対する第１の能動ジョイント９２およびキャリア１１６の回転運動を抑える他の方法が企図される。

先に説明したように、アクチュエーター２１、２２は、手持ち部分１６に対する軌道アセンブリー１８の動きを可能にするように、有効長さを能動的に調節可能である。その有効長さの一例は、図１１でアクチュエーター２１に「ＥＬ」を付した。ここで、有効長さＥＬは、関連するキャリア１１６の中央から関連する第１の能動ジョイント９２の中央まで測定される。各アクチュエーター２１、２２が調節されるときに、関連するキャリア１１６の中に親ネジ１５０がネジ込まれる距離またはそこから出される距離を変更することによって有効長さＥＬが変化し、そうすることで、関連するキャリア１１６の中央から関連する第１の能動ジョイント９２の中央までの距離が変更される。アクチュエーター２１、２２は、有効長さＥＬの最小値と最大値との間で調節可能である。各アクチュエーター２１、２２の有効長さＥＬは、手持ち部分１６に対する軌道アセンブリー１８の様々な動きを引き起こすために変化する、能動軸ＡＡ１、ＡＡ２に沿ったガイド部材２０と手持ち部分１６との間の距離を示す任意の適切な手法で表す／測定することができる。

拘束アセンブリー２４は、アクチュエーター２１、２２によって提供される動きを拘束するようにアクチュエーター２１、２２と協働する。アクチュエーター２１、２２は２自由度の動きを提供し、拘束アセンブリー２４は３自由度の動きを拘束する。図示の事例において、拘束アセンブリー２４は、ピボットフレーム２６、ならびにピボットフレーム２６を手持ち部分１６のベース７４に接続するシャフト７６を備える。シャフト７６は、アクチュエーター２１、２２とは独立に、ピボットフレーム２６と手持ち部分１６とを動作可能に相互連結する。

一事例において、図１１および図１２Ａ～図１２Ｂに示されているように、アクチュエーター２１、２２が異なる位置にあることが表示されており、異なる軌道を有するガイド部材２０が示されている。図１１において、アクチュエーター２１および２２が中央位置にあり、その結果、ガイド部材２０がピボットフレーム２６内で中央にあり、軌道がピボットフレーム２６の底面に垂直になっているところが示されている。図１２Ａおよび図１２Ｂは、ガイド部材２０の軌道を調節するようにアクチュエーター２１、２２が別々の位置に動かされたところを示す。各アクチュエーターが通電されると、アクチュエーターモーター１４２はキャリア１１６内で親ネジ１５０を回転させて、ボールスタッド１１２が、続いて、コントロールアーム８０が、押されるかまたは引かれて、ガイド部材２０の軌道が変更される。ピボットフレーム２６は、ガイド部材２０の回転を防止しながら、ガイド部材２０を枢動させることができる。その結果、ガイド部材２０は、手持ち部分１６のベース７４に対して２自由度で動くことができる。

アクチュエーター２１、２２が作動されると、ガイド部材２０はピボットフレーム２６内で枢動する。ガイド部材２０は、その軌道を調節する間は軌道軸ＴＡを中心に回転しないように、ピボットフレーム２６内で保持される。一例において、図１３Ａ～図１３Ｃに示されているように、ガイド部材２０は、ピボットフレーム２６のボアに保持され、変形可能なシールおよび回転防止アセンブリーによって保持されている。回転防止アセンブリーはリテンションアセンブリーと呼ばれることもある。一例において、変形可能なシールはＯリングでよく、回転防止アセンブリーは、ガイド部材の外面にある相補形の受け部を有する、ピボットフレーム２６のボアに延びる突出部でよい（すなわち、フィンガーアンドグルーブ機構）。ガイド部材の外面は、変形可能なシールおよび回転防止アセンブリーに接触しそれを受けるような形状でよい。ただし、ガイド部材をピボットフレーム内に保持し、軌道軸を中心にした拘束なしの回転を防ぐための任意の適切な特徴が企図される。

図示の事例において、アクチュエーター２１、２２は、中央位置にあるときを含め、アクチュエーター２１、２２がどの位置にあっても能動軸ＡＡ１、ＡＡ２が平行な構成になるように配置されている。軸ＡＡ１、ＡＡ２を概して平行に維持すると、より細いベース７４および関連するグリップ７２を可能になるようにアクチュエーターの構成が維持される。能動軸ＡＡ１、ＡＡ２が傾いた構成にあることを含む、他の構成が企図される。

アクチュエーター、能動ジョイント、および拘束アセンブリーのさらなる構成が可能である。いくつかの事例において、拘束アセンブリーは無くてよく、機器１４の軌道アセンブリー１８は手持ち部分１６に対してさらなる自由度で可動である可能性がある。さらに、先に言及したように、以下で説明するアクチュエーターアセンブリーを用いてよい。

［代替的構成］
図１４～図１９Ｃを参照すると、代替的構成の機器１４’が示されており、機器１４’は、手持ち部分１６’と動作可能に連結された複数の位置決めアクチュエーター９４、９６、９８を含む位置決めアセンブリー１００と、軌道アクチュエーター２１’、２２’を含む軌道アセンブリー１８’と、ピボットフレーム２６’を有する拘束アセンブリー２４’と、ガイド部材２０’とを含む。位置決めアセンブリー１００は、軌道アセンブリー１８’の姿勢を少なくとも３自由度で調節するように構成されており、軌道アセンブリー１８’は、軌道アクチュエーター２１’、２２’を用いて、ガイド部材の軌道軸を少なくとも２自由度で調節して軌道軸ＴＡを目標軌道と位置合わせすることによって、ガイド部材２０’を目標軌道に合わせて調節するように構成されている。

図１４および図１５Ａ～図１５Ｂを参照すると、機器１４’は、ユーザーによって把持されることになる手持ち部分１６’を含む。手持ち部分１６’は、機器１４’のうちの、ユーザーが把持し、手持ち可能な本体１６’を握ることによって手で支持する部分である。手持ち部分１６’によって、拘束なしにユーザーが機器１４’を動かし、操作することが可能になる。位置決めアセンブリー１００は、手持ち式本体１６’に可動接続されている。手持ち部分１６’と位置決めアセンブリー１００とが動作可能に相互連結されるように、第１の位置決めアクチュエーター９６および第２の位置決めアクチュエーター９８が、ピボット部材１０２に沿って、手持ち部分１６’と調節ベース１０３との間に位置している。位置決めアクチュエーター９６、９８は、組立ておよび機能が図１０～図１２Ｂを参照しながら上述した軌道アクチュエーター２１、２２と実質的に同様でよい。位置決めアクチュエーター９６、９８は、軌道アセンブリー１８’のピッチおよびロールを調節するように構成することができる。位置決めアクチュエーター９６、９８は、能動ジョイント１０４において手持ち部分１６’におよび能動ジョイント１０６において調節ベース１０３に連結されている。ピボット部材１０２は、手持ち部分１６’に固定されており、手持ち部分１６’に対して動かない。むしろ、ピボット部材１０２は、ボールソケット形連結として構成された能動ジョイント１０７で調節ベース１０３に連結されており、ピボット部材１０２の連結端部がボールを有し、調節プレート１０３が受容ソケットを有する。

位置決めアクチュエーター９６、９８は、図示の事例において、手持ち部分１６’と調節プレートとの間で延びる電気リニアアクチュエーターを備える。作動すると、アクチュエーター９６、９８の有効長さが変化して、位置決めアクチュエーター９６、９８の対応する軸に沿って手持ち部分１６’と調節プレート１０３との間の距離が変更される（図１５Ａ～図１５Ｂ）。それゆえ、アクチュエーター９６、９８は協働してそれらの有効長さを変更し、手持ち部分１６’に対して少なくとも３自由度で位置決めアセンブリー１００を動かす。位置決めアクチュエーター９６、９８は、第１の能動軸ＡＡ１’および第２の能動軸ＡＡ２’に沿って有効長さを調節可能である（図１５Ｂ参照）。第１および第２の位置決めアクチュエーター９６、９８は、ピッチの向きおよびロールの向きのうちの１つまたは複数を調節するように、有効長さを独立に調節可能である。アクチュエーター９６、９８は、いくつかの例において、ロータリーアクチュエーターを備えることができる。アクチュエーター９６、９８は、任意の適切なサイズまたは形状のリンクを１つまたは複数有するリンケージを備えることができる。位置決めアクチュエーター９６、９８は、手持ち部分１６’に対して少なくとも３自由度で軌道アセンブリー１８’を動かすように、位置決めアセンブリー１００の動きを可能にするのに適した任意の構成を有することができる。

本事例において、位置決めアクチュエーター９６、９８は、複数の能動ジョイント１０４、１０６を介して、調節ベース１０３および手持ち部分１６’に接続されている。能動ジョイントは、アクチュエーターマウント１１５においてアクチュエーター９６、９８を手持ち部分１６’に接続する第１の能動ジョイント１０４を１組含む。一事例において、図１４に示されているように、第１の能動ジョイント１０４は、能動球ジョイントを備える。球ジョイントはソケットコネクター１１８を備える。ソケットコネクター１１８は、アクチュエーターマウント１１５を、アクチュエーター９６、９８の球スタッド１２０と枢動可能に連結する。その結果、アクチュエーター９６、９８は、手持ち部分１６’に対して少なくとも３自由度で、位置決めアセンブリー１００（および続いて軌道アセンブリー１８’）を動かすことができる。ピンを受けるＵ字ジョイントを備えた能動ジョイントブロックなど、他のタイプの能動ジョイントも企図される。

図１４を参照すると、能動ジョイントは、位置決めアクチュエーター９６、９８を調節ベース１０３に接続する第２の能動ジョイント１０６も１組備える。図示の事例において、第２の能動ジョイント１０６は、ジョイント支持体１３０において支持されている。第２の能動ジョイント１０６はそれぞれ、調節ベース１０３に対して枢動するように配置された球ジョイントを備える。各球ジョイントは、アクチュエーター９６、９８から延びるボールスタッド１５８を有し、ボールスタッド１５８は、調節ベース１０３におけるソケットマウント１６０に枢動可能に係合し、そうすることで、それぞれのアクチュエーター９６、９８が能動ジョイント１０６内で枢動でき、手持ち部分１６’に対して位置決めアセンブリー１００を動かして、軌道アセンブリー１８’の位置を変更する。

図１５Ａ～図１５Ｂに示されているように、位置決めアクチュエーター９６、９８およびピボット部材１０２は、手持ち部分１６’および機器１４’の長手方向軸に対して傾いた、並列の構成になるように配置されている。位置決めアクチュエーター９６、９８およびピボット部材１０２は、概して三角形の形状に配置されており、ピボット部材１０２が前方位置に、位置決めアクチュエーター９６、９８が後方位置にある。位置決めアセンブリーはさらに、機器１４’の長手方向軸に沿って配置された並進アクチュエーター９４を含む。並進アクチュエーター９４は、位置決めアクチュエーター９６、９８およびピボット部材１０２の反対側で、調節ベース１０３に連結されている。並進アクチュエーター９４は、軌道アセンブリー１８’の長手方向の並進を制御するように構成することができる。

位置決めアセンブリー１００は、手持ち部分１６’に対するｚ軸並進（手持ち部分１６’に対する長手方向の並進）、ピッチ、およびロールを変更するように、軌道アセンブリー１８’を３自由度で動かすように構成されている。位置決めアセンブリーは、並進アクチュエーター９４を通して軌道アセンブリー１８’に連結されている。並進アクチュエーターは、位置決めアクチュエーター９６、９８および軌道アクチュエーター２１’、２２’と実質的に同様であり、実質的に同様に動作する。並進アクチュエーター９４は、能動軸ＡＡ３に沿って有効長さＥＬを変更する（図１５Ａ～図１５Ｂ）。並進アクチュエーター９４は、能動ジョイントと連結しておらず、むしろ、位置決めアセンブリー１００および手持ち部分１６’に対して軌道アセンブリー１８’を並進させるように位置決めアセンブリーと軌道アセンブリー１８’との間で固定されている。

図１４～図１９Ｃに最もよく示されているように、軌道アセンブリー１８’は軌道ベース１７２を備え、軌道ベース１３３は、位置決めアセンブリー１００の並進アクチュエーター９４ならびに拘束アセンブリー２４’および軌道アクチュエーター２１’、２２’に動作可能に連結されている。

上述したように、軌道アクチュエーター２１’、２２’は、図示の事例において、軌道ベースとガイド部材２０’のコントロールアーム８０’との間で延びる電気リニアアクチュエーターを備える。作動すると、アクチュエーター２１’、２２’の有効長さが変化して、軌道アクチュエーター２１’、２２’の対応する軸に沿って、ガイド部材２０’と軌道ベース１７２との間の距離が変更される。それゆえ、アクチュエーター２１’、２２’は協働してそれらの有効長さを変更し、手持ち部分１６’および位置決めアセンブリーに対して少なくとも２自由度で軌道アセンブリー１８’を動かす。図示の事例では、２つの軌道アクチュエーター２１’、２２’が設けられており、第１および第２の軌道アクチュエーター２１’、２２’または軌道アセンブリーアクチュエーター２１’、２２’と称されることがある。軌道アクチュエーター２１’、２２’は、能動軸ＡＡ４および能動軸ＡＡ５に沿って有効長さを調節可能である（図１５Ａ～図１５Ｂ参照）。第１および第２のアクチュエーター２１’、２２’は、先に説明したように、手持ち部分１６’に対するガイド部材２０’のピッチの向きおよびロールの向きのうちの１つまたは複数を調節するように、有効長さを独立に調節可能である。アクチュエーター２１’、２２’は、いくつかの例において、ロータリーアクチュエーターを備えることができる。アクチュエーター２１’、２２’は、任意の適切なサイズまたは形状のリンクを１つまたは複数有するリンケージを備えることができる。アクチュエーター２１’、２２’は、手持ち部分１６’および位置決めアセンブリー１００に対して少なくとも２自由度のガイド部材２０’の動きを可能にするのに適した任意の構成を有することができる。

この事例において、軌道アクチュエーター２１’、２２’は、複数の能動ジョイントを介して、軌道ベース１７２およびガイド部材２０’のコントロールアーム８０’に接続されている。能動ジョイントは、アクチュエーターマウント７７’、７８’においてアクチュエーター２１’、２２’を軌道ベース１７２に接続する第１の能動軌道ジョイント９２’を１組含む。一事例において、図１４に示されているように、第１の能動ジョイント９２’は、能動球ジョイント８１’を備える。球ジョイント８１’はソケットコネクター８２’を備える。第１のソケットコネクター８２’は、アクチュエーターマウント７７’、７８’を、アクチュエーター２１’、２２’の球スタッド８４’と枢動可能に連結する。その結果、アクチュエーター２１’、２２’は、並進アクチュエーター９４および位置決めアセンブリー１００に対して少なくとも２自由度でガイド部材２０’を動かすことができる。ピンを受けるＵ字ジョイントを備えた能動ジョイントブロックなど、他のタイプの能動ジョイントも企図される。

図１４を参照すると、能動ジョイントは、軌道アクチュエーター２１’、２２’をガイド部材２０’のコントロールアーム８０’に接続する第２の能動ジョイント１０８’も１組備える。図示の事例において、第２の能動ジョイント１０８’は、ジョイント支持体８６’、８８’において支持されている。第２の能動ジョイント１０８’はそれぞれ、ガイド部材２０’のコントロールアーム８０’に対して枢動するように配置された球ジョイント１１０’を備える。各球ジョイント１１０’は、アクチュエーター２１’、２２’から延びるボールスタッド１１２’を有し、ボールスタッド１１２’は、ジョイント支持体８６’、８８’の一方におけるコントロールアーム８０’のそれぞれのソケットマウント１１４’に枢動可能に係合し、そうすることで、それぞれのアクチュエーター２１’、２２’がそのそれぞれのジョイント支持体７７’、７８’内で枢動でき、手持ち部分１６’および位置決めアセンブリー１００に対してガイド部材２０’を動かす。

拘束アセンブリー２４’は、アクチュエーター２１’、２２’によって提供されるガイド部材２０’の動きを拘束するように軌道アクチュエーター２１’、２２’と協働する。アクチュエーター２１’、２２’は２自由度の動きを提供し、拘束アセンブリー２４’は３自由度の動きを拘束する。図示の事例において、拘束アセンブリー２４’は、ピボットフレーム２６’、ならびにピボットフレーム２６’を手持ち部分１６’のベース７４’に接続するシャフト７６’を備える。ガイド部材２０’はコントロールアーム８０’を備える。各コントロールアーム８０’はアクチュエーターマウント８６’、８８’を含み、アクチュエーターマウント８６’、８８’において、アクチュエーター２１’、２２’が、ジョイントを介してガイド部材２０’のコントロールアーム８０’に可動接続されることになる。アクチュエーターマウント８６’、８８’は、軌道アセンブリー１８’が位置決めアセンブリー１００に対して少なくとも２自由度で動くことができるように、アクチュエーター２１’、２２’を組み付けるのに適したブラケットなどを備えることができる。

図１５Ａ～図１９Ｃに示されているように、アクチュエーター２１’、２２’、９４、９６、９８が異なる位置にあることが表示されており、位置決めアセンブリー１００および軌道アセンブリー１８’が異なる位置にあることが示されている。図１５Ａ～図１６Ｂにおいて、アクチュエーター２１’、２２’、９４、９６、９８は、中央位置に、したがって機器１４’のニュートラル位置にあるところが示されている。ガイド部材２０’は、ピボットフレーム２６’内で中央にあり、軌道がピボットフレーム２６’の底面に対して垂直になっている。

アクチュエーター２１’、２２’が作動されると、ガイド部材２０’はピボットフレーム２６’内で枢動する。ガイド部材２０’は、その軌道を調節する間は軌道軸ＴＡを中心に回転しないように、ピボットフレーム２６’内で保持される。

図１３Ａ～図１３Ｃに戻ると、ガイド部材２０は、ピボットフレーム２６のボアに保持され、変形可能なシール１６２および回転防止アセンブリー１６４によって保持されている。一例において、変形可能なシール１６２はＯリングでよく、回転防止アセンブリー１６４は、ガイド部材２０の外面にある相補形の受け部１６８を有する、ピボットフレーム２６のボア１７０に延びる突出部１６６を含んでよい。ガイド部材２０の外面は、変形可能なシール１６２および回転防止アセンブリー１６４に接触しそれを受けるような形状でよい。ただし、ガイド部材２０をピボットフレーム２６内に保持し、軌道軸を中心にした回転を防ぐための任意の適切な特徴が企図される。

図示の事例において、位置決めアクチュエーター９６、９８および軌道アクチュエーター２１’、２２’は、アクチュエーターが中央位置にあるときを含め、どの位置にあっても、能動軸ＡＡ１’、ＡＡ２’およびＡＡ４、ＡＡ５がそれぞれ平行な構成にあるように配置されている。軸ＡＡ１’、ＡＡ２’およびＡＡ４、ＡＡ５を概して平行に維持すると、アクチュエーターの構成が直列に維持され、より細いベース７４’が可能になる。付加的に、アクチュエーター２１’、２２’、９６、９８の構成は、軌道アセンブリー１８’およびガイド部材２０’のより優れた調節を可能にする。

図１６Ａ～図１６Ｃは、アクチュエーター９６、９８が機器１４’の位置を右側配列に調節するところを示す。アクチュエーター９６が伸長され、アクチュエーター９８が後退されると、位置決めアセンブリー１００は右に動かされる。位置決めアセンブリー１００は調節ベース１０３を動かして、軌道アセンブリー１８’の位置を変更する。軌道アクチュエーター２１’、２２’は、アクチュエーター２２’を伸長しアクチュエーター２１’を後退させることでガイド部材２０’の軌道を調節することによって右側配列を補償し、そうすることで、手持ち部分１６’が配置されている角度に実質的に合致する軌道に合わせてガイドアーム８０’がガイド部材２０’を調節する。同様に、図１７Ａ～図１７Ｃは左側配列の機器１４’を示す。位置決めアセンブリー１００は、アクチュエーター９８を伸長しアクチュエーター９６を後退させることによって、調節ベース１０３を左に位置決めしている。軌道アセンブリー１８’は、アクチュエーター２２’を後退させてガイドアーム８０’の一方を引き上げるように調節し、他方のガイドアーム８０’を押し下げるようにアクチュエーター２１’を伸長する。ガイド部材２０’は、続いて、手持ち部分１６’の位置に対して所望の軌道に動かされる。

図１８Ａ～図１８Ｃおよび図１９Ａ～図１９Ｃを参照すると、位置決めアクチュエーター９６、９８は中央位置にある。図１８Ａ～図１８Ｃは、並進アクチュエーター９４が伸長位置にあり、軌道アセンブリーを前方に傾斜させるところを示す。前方傾斜を補償するために、軌道アセンブリーアクチュエーター２１’、２２’は後退されて、ガイド部材２０’を軌道アセンブリー１８’に向けて調節し、軌道が垂直に維持される。同様に、図１９Ａ～図１９Ｃは、並進アクチュエーター９４が十分に後退した位置にあり、軌道アセンブリー１８’を後方に傾斜させるところを示す。動きを補償するために、軌道アクチュエーター２１’、２２’は伸長され、コントロールアーム８０’を押し下げて、ガイド部材２０’が垂直の軌道に合わせて調節される。

位置決めアセンブリー、軌道アセンブリー、アクチュエーター、能動ジョイント、および拘束アセンブリーのさらなる構成が可能である。いくつかの事例において、拘束アセンブリーは無くてよく、機器１４’の軌道アセンブリー１８’は、手持ち部分１６’に対してさらなる自由度で可動である可能性がある。

［動作］
機器１４の動作を制御するためにコントロールシステム６０によって用いられるソフトウェアは、境界生成器１８２を含む（図９参照）。境界生成器１８２は、機器コントローラー２８、ナビゲーションコントローラー３６、および／または別個のコントローラーなどの他の構成要素に実装することができる。境界生成器１８２は、機器１４から遠隔で動作する別個のシステムの一部であってもよい。図２１を参照すると、境界生成器１８２は、機器１４の動きおよび／または動作を拘束するための１つまたは複数の仮想境界１８４を生成する、ソフトウェアプログラムまたはモジュールである。仮想境界１８４は、以下で説明するように、様々な動作／制御領域の輪郭を描くように提供することができる。仮想境界１８４は、１次元（１Ｄ）、２次元（２Ｄ）、３次元（３Ｄ）でよく、点、線、軸、軌道、平面（解剖学的構造または他の境界によって囲まれた無限平面または平面セグメント）、体積、または複合的な幾何形状を含む他の形状を備えることができる。仮想境界１８４は、ピクセル、点群、ボクセル、三角メッシュ、他の２Ｄモデルまたは３Ｄモデル、それらの組み合わせなどによって表現することができる。米国特許出願公開第２０１８／０３３３２０７号および米国特許第８，８９８，０４３号は、参照によって組み込まれ、それらの特徴はいずれも、外科的処置の計画または実行を容易にするために用いることができる。

仮想境界１８４は様々な手法で使用できる。例えば、コントロールシステム６０は、境界の内側に留まるようにガイド部材２０の一定の動きを制御し、境界の外側に留まるようにガイド部材２０の一定の動きを制御し、境界上に留まる（例えば、点および／または軌道上に留まる）ようにガイド部材２０の一定の動きを制御し、境界に近づく（誘引境界）ようにもしくは境界から反発される（反発境界）ようにガイド部材２０の一定の動きを制御し、および／または境界に対する機器１４の関係（例えば、空間、速度など）に基づいて機器１４の一定の動作／機能を制御することができる。境界１８４の他の使用も企図される。

いくつかの例において、仮想境界１８４のうちの１つは、図３に示されているように、所望の軌道である。コントロールシステム６０は、いくつかの事例において、最終的にガイド部材２０を所望の軌道上に維持するように機能する。ガイド部材２０の位置決めを制御する仮想境界１８４は、図３に示されているように、境界内におよび所望の軌道上に留まるようにガイド器具を拘束するために、ドリル、椎弓根スクリュー、および／またはピンよりもわずかに大きい領域を有するものなど、体積境界であってもよい。したがって、所望の軌道は、仮想線セグメント境界、仮想体積境界、または他の形態の仮想境界によって画定することができる。仮想境界１８４は、仮想オブジェクトと称されることもある。仮想境界１８４は、３Ｄ骨モデルなどの解剖学的モデルＡＭに対して画定することができる（解剖学的モデルＡＭがそれらのレジストレーションによって実際の上腕骨Ｈ上に仮想的に重ねられていることを示す、図３参照）。言い換えれば、仮想境界１８４と関連付けられる点、線、軸、軌道、平面、体積などは、（例えば、それがレジストレーションされる、関連する解剖学的構造を追跡することによる）解剖学的モデルＡＭの追跡が仮想境界１８４の追跡も可能にするように、解剖学的モデルＡＭの座標系に対して固定された座標系において画定することができる。

解剖学的モデルＡＭは、仮想境界１８４が解剖学的モデルＡＭおよび関連する座標系と関連付けられるように、第１の患者トラッカー５４にレジストレーションされる。仮想境界１８４は、例えば、植込み片のサイズ、形状、体積などに基づいて画定される、植込み片特有のものでよく、かつ／または、例えば、患者の解剖学的構造に基づいて画定される患者特有のものでよい。仮想境界１８４は、術前、術中、またはそれらの組み合わせで作られる境界でよい。言い換えれば、仮想境界１８４は、外科的処置の開始前、外科的処置中（組織除去中を含む）、またはそれらの組み合わせで画定できる。仮想境界１８４は、コントロールシステム６０が作るか、他のソース／システムから受け取るなど、多数の手法で提供できる。仮想境界１８４は、検索および／または更新のためにメモリーに格納してよい。

図２０Ａ～図２０Ｂにあるような肩の植込み片ＩＭを受ける上腕骨Ｈを準備するときなど、場合によっては、仮想境界１８４は、肩の植込み片ＩＭのための複数の軌道（例えば、植込み片を肩甲骨ＳＣに固定する４つの軌道）を描くために使用できる複数の平坦な境界を備え、肩甲骨ＳＣの遠位端の３Ｄモデルと関連付けられる。図２１などの一例において、それらの複数の仮想境界１８４は、コントロールシステム６０によって１回に１つを起動されて、切断を１回に１つの平面に拘束することができる。

機器コントローラー２８および／またはナビゲーションコントローラー３６は、仮想境界１８４に対するガイド部材２０の状態を追跡する。一例において、ＴＣＰ座標系の状態（例えば、ガイド部材の姿勢）は、ガイド部材２０が所望の状態に残るようにアクチュエーター２１、２２に関する目標位置を決定する目的で、仮想境界１８４に対して測定される。

図９に戻ると、２つの付加的なソフトウェアプログラムまたはモジュールが、機器コントローラー２８および／またはナビゲーションコントローラー３６上で動作する。１つのソフトウェアモジュールが挙動制御１８６を行う。挙動制御１８６は、ガイド部材２０に関する次の指令／所望の位置および／または向き（例えば、所望の姿勢）を示すデータを計算するプロセスである。場合によっては、ＴＣＰの所望の位置だけが挙動制御１８６から出力され、場合によっては、ガイド部材２０の指令姿勢が出力される。境界生成器１８２からの出力（例えば、座標系のうちの１つまたは複数における仮想境界１８４の現在の位置および／または向き）は、アクチュエーター２１、２２の次の指令位置および／またはガイド部材２０に関する向きを決定するために、挙動制御１８６への入力として供給することができる。挙動制御１８６は、以下でさらに説明するように、指令姿勢を決定するために、その入力を１つまたは複数の他の入力と一緒に処理することができる。

機器コントローラー２８は、各アクチュエーター２１、２２に指令信号を送信してガイド部材２０を所望の姿勢に向けて調節することによって、１つまたは複数のアクチュエーター２１、２２を制御することができる。機器コントローラー２８は、アクチュエーター２１、２２が手持ち部分１６に対して軌道アセンブリー１８を調節できる全長を認識していてよい。いくつかの例において、機器コントローラー２８は、アクチュエーター２１、２２が調節できる全長を認識しており、アクチュエーター２１、２２に指令信号を送信して位置間で測定距離を動かすことができる。測定された位置は、既知の位置でもよく、アクチュエーター２１、２２の現在の位置とアクチュエーターの限界との間の距離でもよい。アクチュエーター２１、２２が動いて到達する各位置は、アクチュエーターの移動の正の限界および負の限界から測定した距離でよい（すなわち、親ネジの両端間の位置）。機器コントローラー２８は、以下で説明するように、アクチュエーター２１、２２を測定された位置までおよびその位置から動くように指令してよい。

機器コントローラー２８は、各アクチュエーター２１、２２に指令信号を送信して、アクチュエーター２１、２２を最初の位置から、ガイド部材２０を所望の姿勢になるように載置する指令位置まで動かすことができる。いくつかの例において、指令位置は、ナビゲーションシステム３２と連動する機器コントローラー２８によって決定されて、手持ち部分１６、患者トラッカーＰＴ、５４、５６、所望の軌道などの仮想オブジェクト、またはそれらの組み合わせに対するガイド部材２０および軌道アセンブリー１８の位置を判定し、ガイド部材２０を所望の姿勢になるように載置するためにアクチュエーター２１、２２に信号を送信して一定の距離を調節することができる。機器コントローラーは、ガイド部材２０の所望の調節を達成するために、ある位置まで動くようにアクチュエーター２１、２２に指令してよい。機器コントローラー２８は、所望の軌道を実現するためにガイド部材２０を所望の姿勢に向かって調節するように、計算した距離だけ線形に動くようにアクチュエーター２１、２２を制御することができる。アブソリュートエンコーダーが使用されるときなど、他の例において、機器コントローラーは、アクチュエーター２１、２２に信号を送信して、アブソリュートエンコーダーによって判定された手持ち部分１６に対する軌道アセンブリー１８の既知の位置に基づいて、各アクチュエーター２１、２２を所望の位置に載置することができる。

いくつかの例において、アクチュエーター２１、２２の１つまたは複数がその限界に到達したときに、機器コントローラー２８は、アクチュエーターがガイド部材２０を所望の姿勢および軌道に向かって調節できる範囲にガイド部材２０を戻すために、手持ち部分１６が調節されることを要求できる。機器は、ガイド部材２０を所望の姿勢に載置する特定の手法で手持ち部分１６が動かされる必要があるということをユーザーに通知するために、ディスプレイ３８、任意選択のガイダンスアレイ、またはその両方に、ユーザーインターフェースＵＩを含むことができる。いくつかの例において、ディスプレイ３８、任意選択のガイダンスアレイ、またはその両方にあるユーザーインターフェースＵＩは、アクチュエーター２１、２２がガイド部材２０を調節していた場合と同じようにして手持ち部分１６を動かすようにユーザーに通知するが、アクチュエーターが所望の軌道を維持しながら目標の向きに残っている間は、手持ち部分１６を操作することによってガイド部材２０の位置を修正するようにユーザーに依存する。

第２のソフトウェアモジュールはモーションコントロール１８８を行う。モーションコントロール１８８の一態様は、機器１４の制御である。モーションコントロール１８８は、目標姿勢を定義するデータを挙動制御１８６から受信する。それらのデータに基づいて、モーションコントロール１８８は、機器１４が挙動制御１８６に指令される通りにガイド部材２０を位置決めできるように、（例えば、逆運動学によって）各アクチュエーター２１、２２の回転子１４８の次の回転子位置を決定する。一事例において、モーションコントロール１８８は、各モーター１４２の回転子の位置を調整し、モーター１４２が関連するアクチュエーター２１、２２を目標回転子位置まで可能な限り密接に確実に駆動するように、各モーター１４２が出力するトルクを頻繁に調節する。

いくつかの事例において、機器コントローラー２８は、各アクチュエーター２１、２２について、回転子１４８の測定位置と目標位置との差を判定する。機器コントローラー２８は、（回転子のトルクに比例する）目標電流を出力して、電圧を変化させてアクチュエーターの電流を初期電流から目標電流まで調節する。目標電流は、アクチュエーター２１、２２の動きを実現して、ガイド部材２０を測定姿勢から目標姿勢まで動かす。これは、目標姿勢がジョイント位置に変換された後に行われてよい。一例において、各回転子１４８の測定位置は、エンコーダーなど、上述したセンサーＳから導き出すことができる

境界生成器１８２、挙動制御１８６、およびモーションコントロール１８８は、ソフトウェアプログラムのサブセットであってよい。代替的に、それぞれが、それらの任意の組み合わせを別々におよび／または独立に動作させるソフトウェアプログラムであってよい。「ソフトウェアプログラム」という用語は、本明細書では、記載されている技術的解決策の様々な機能を実行するように構成されたコンピューター実行可能命令を説明するために用いられる。話を簡単にするために、「ソフトウェアプログラム」という用語は、境界生成器１８２、挙動制御１８６、および／またはモーションコントロール１８８の任意の１つまたは複数を少なくとも包含するものである。ソフトウェアプログラムは、機器コントローラー２８、ナビゲーションコントローラー３６、またはそれらの任意の組み合わせに実装できるか、またはコントロールシステム６０によって任意の適切な手法で実装されてよい。

ユーザーの対話を処理するために臨床アプリケーション１９０を設けることができる。臨床アプリケーション１９０は、ユーザーの対話の多くの面を処理し、術前計画、植込み片の載置および保持、レジストレーション、骨準備の視覚化を含む手術ワークフロー、ならびに植込み片適合性の術後評価などを調整する。臨床アプリケーション１９０は、ディスプレイ３８に出力するように構成されている。臨床アプリケーション１９０は、それ自体の別個のプロセッサー上で動作してもよく、機器コントローラー２８および／またはナビゲーションコントローラー３６と並行して動作してもよい。一例において、臨床アプリケーション１９０は、ユーザーによって植込み片の載置が設定された後に、境界生成器１８２との間のインターフェースとなり、次いで、境界生成器１８２によって返された仮想境界１８４を機器に送信する。ユーザーのガイドを助けるために、可聴、触知（例えば、振動）など、他のタイプのフィードバックも使用できることを理解されたい。拡張現実技術、解剖学的構造への光の投影を用いるなど、他のタイプの視覚的フィードバックを使用することもできる。

以下の定義を含む本出願において、「コントローラー」という用語は、「回路」という用語に置き換えることができる。「コントローラー」という用語は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル、アナログ、もしくはアナログ／デジタル混合ディスクリート回路、デジタル、アナログ、もしくはアナログ／デジタル混合集積回路、組み合わせ論理回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、コードを実行するプロセッサー回路（共有、専用、またはグループ）、プロセッサー回路によって実行されるコードを格納するメモリー回路（共有、専用、またはグループ）、説明した機能を提供する他の適切なハードウェアコンポーネント、またはシステムオンチップなどの上記の一部もしくは全部の組み合わせを指すか、その一部であるか、またはそれらを含むことができる。

コントローラーは、１つまたは複数のインターフェース回路を含むことができる。いくつかの例において、インターフェース回路は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）または無線パーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）につながっている有線または無線のインターフェースを実装することができる。ＬＡＮの例としては、米国電気電子学会（ＩＥＥＥ）規格８０２．１１－２０１６（ＷＩＦＩ無線ネットワーク規格としても知られている）およびＩＥＥＥ規格８０２．３－２０１５（ＥＴＨＥＲＮＥＴ有線ネットワーク規格としても知られている）がある。ＷＰＡＮの例としては、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標） Ｓｐｅｃｉａｌ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ ＧｒｏｕｐのＢＬＵＥＴＯＯＴＨ無線ネットワーク規格およびＩＥＥＥ規格８０２．１５．４がある。

コントローラーは、インターフェース回路を用いて他のコントローラーと通信することができる。本開示ではコントローラーが他のコントローラーと論理的に直接通信するものとして示されている場合があるが、様々な構成において、コントローラーは、実際には、通信システムを介して通信することがある。通信システムは、ハブ、スイッチ、ルーター、およびゲートウェイなどの物理的および／または仮想的ネットワーキング機器を含む。いくつかの構成において、通信システムは、インターネットなどのワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）に接続するかまたはそれを横断する。例えば、通信システムは、マルチプロトコルラベルスイッチング（ＭＰＬＳ）および仮想プライベートネットワーク（ＶＰＮ）を含む技術を使用して、インターネットまたはポイントツーポイント専用回線を介して互いに接続された複数のＬＡＮを含むことができる。

様々な構成において、コントローラーの機能は、通信システムを介して接続された複数のコントローラーの間で分散させることができる。例えば、複数のコントローラーは、ロードバランシングシステムによって分散された同じ機能を実装することができる。さらなる例において、コントローラーの機能は、サーバー（リモートまたはクラウドとしても知られている）コントローラーと、クライアント（またはユーザー）コントローラーとの間で分割することができる。

コントローラーの一部または全部のハードウェアの特徴は、ＩＥＥＥ規格１３６４－２００５（一般に「Ｖｅｒｉｌｏｇ」と呼ばれる）およびＩＥＥＥ規格１０１８２－２００８（一般に「ＶＨＤＬ」と呼ばれる）など、ハードウェア記述用の言語を用いて定義することができる。ハードウェア記述言語は、ハードウェア回路を製造および／またはプログラムするために用いてよい。いくつかの構成において、コントローラーの一部または全部の特徴は、以下で説明するコード記述およびハードウェア記述の両方を含む、ＩＥＥＥ１６６６－２００５（一般に「ＳｙｓｔｅｍＣ」と呼ばれる）などの言語によって定義することができる。

様々なコントローラープログラムは、メモリー回路に格納することができる。メモリー回路という用語は、コンピューター可読媒体という用語のサブセットである。コンピューター可読媒体という用語は、本明細書で用いるように、（搬送波上など）媒体を通って伝播する一時的な電気信号または電磁信号を含まず、したがって、コンピューター可読媒体という用語は、有形であり非一時的であると見なすことができる。非一時的コンピューター可読媒体の非限定的な例には、不揮発性メモリー回路（フラッシュメモリー回路、消去可能なプログラム可能読取り専用メモリー回路、またはマスク読取り専用メモリー回路など）、揮発性メモリー回路（スタティックランダムアクセスメモリー回路またはダイナミックランダムアクセスメモリー回路など）、磁気記憶媒体（アナログまたはデジタルの磁気テープまたはハードディスクドライブなど）、および光学式記憶媒体（ＣＤ、ＤＶＤ、またはＢｌｕ－ｒａｙ（登録商標）ディスクなど）がある。

本出願に記載されている装置および方法は、コンピュータープログラムにおいて具現化される１つまたは複数の特定の機能を実行するように汎用コンピューターを構成することによって作られる専用コンピューターによって、部分的にまたは全体的に実装することができる。上述した機能ブロックおよびフローチャート要素は、ソフトウェア仕様として働き、熟練技術者またはプログラマーのルーチンワークによってコンピュータープログラムに変換することができる。

コンピュータープログラムは、少なくとも１つの非一時的コンピューター可読媒体に格納されたプロセッサー実行可能命令を含む。コンピュータープログラムは、格納されたデータを含むかまたはそれに依存することができる。コンピュータープログラムは、専用コンピューターのハードウェアと対話する基本入力／出力システム（ＢＩＯＳ）、専用コンピューターの特定のデバイスと対話するデバイスドライバー、１つまたは複数のオペレーティングシステム、ユーザーアプリケーション、バックグラウンドサービス、バックグラウンドアプリケーションなどを含むことができる。

コンピュータープログラムは、（ｉ）ＨＴＭＬ（ハイパーテキストマークアップ言語）、ＸＭＬ（拡張マークアップ言語）、またはＪＳＯＮ（ＪａｖａＳｃｒｉｐｔオブジェクト記法）など、解析される記述テキスト、（ｉｉ）アセンブリーコード、（ｉｉｉ）コンパイラーによってソースコードから生成されるオブジェクトコード、（ｉｖ）インタプリターによる実行のためのソースコード、（ｖ）ジャストインタイムコンパイラーによるコンパイルおよび実行のためのソースコードなどを含むことができる。単なる例として、ソースコードは、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ Ｃ、Ｓｗｉｆｔ、Ｈａｓｋｅｌｌ、Ｇｏ、ＳＱＬ、Ｒ、Ｌｉｓｐ、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｆｏｒｔｒａｎ、Ｐｅｒｌ、Ｐａｓｃａｌ、Ｃｕｒｌ、ＯＣａｍｌ、ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ（登録商標）、ＨＴＭＬ５（ハイパーテキストマークアップ言語第５リビジョン）、Ａｄａ、ＡＳＰ（Ａｃｔｉｖｅ Ｓｅｒｖｅｒ Ｐａｇｅｓ）、ＰＨＰ（ＰＨＰ：Ｈｙｐｅｒｔｅｘｔ Ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、Ｓｃａｌａ、Ｅｉｆｆｅｌ、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｅｒｌａｎｇ、Ｒｕｂｙ、Ｆｌａｓｈ（登録商標）、Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ（登録商標）、Ｌｕａ、ＭＡＴＬＡＢ（登録商標）、ＳＥＮＳＯＲＬＩＮＫ、およびＰｙｔｈｏｎ（登録商標）を含む言語による構文を用いて記述することができる。

Ｉ．手術用ロボット機器であって、機器は、手持ち可能な本体と、手持ち可能な本体と動作可能に連結された軌道アセンブリーとを備え、軌道アセンブリーは、手持ち可能な本体から延びるシャフトと、シャフトの遠位端と連結されたピボットフレームと、ピボットフレームと枢動可能に連結されたツールと、ピボットフレームをガイド部材に接続するリテーナーと、ツールから外向きに延び、それと連結された、支持部材と、支持部材と枢動可能に接続された２つのアクチュエーターとを含み、ツールは、アクチュエーターを用いて、ツールの軌道軸を少なくとも２自由度で調節して軌道軸を目標軌道と位置合わせすることによって、目標軌道に合わせて調節され、リテーナーは、アクチュエーターがツールを目標軌道に合わせて調節するときに、ツールとピボットフレームとの連結を維持する、機器。

ＩＩ．ロボット支援型の手持ち可能な機器であって、機器は、ユーザーの手によって自由に把持され動かされるように適合された、手持ち可能な本体と、手持ち可能な本体に動作可能に連結された位置決めアセンブリーであって、手持ち可能な本体と枢動可能に連結された複数の位置決めアクチュエーターを含む、位置決めアセンブリーと、位置決めアセンブリーの複数のアクチュエーターと動作可能に連結された第２のアクチュエーターアセンブリーとを備え、第２のアクチュエーターアセンブリーは、シャフトと、シャフトと連結されたピボットフレームと、ピボットフレームと枢動可能に連結されたエンドエフェクターと、エンドエフェクターと連結された支持部材と、支持部材に枢動可能に連結された２つのアクチュエーターとを含み、複数の位置決めアクチュエーターは、位置決めアセンブリーを第２のアクチュエーターアセンブリーと動作可能に連結する、機器。

ＩＩＩ．ロボット機器を使用するためのコンピューター実装方法またはソフトウェア製品であって、ロボット機器は、軌道アセンブリーと連結された手持ち可能な本体を含み、軌道アセンブリーは、ピボットフレーム、エンドエフェクター、および複数のアクチュエーターを含み、各アクチュエーターは、手持ち可能な本体およびエンドエフェクターと枢動可能に連結されている、方法または製品であって、複数のアクチュエーターの１つまたは複数の有効長さを能動的に調節することによって、手持ち可能な本体に対して２自由度で軌道アセンブリーを動かすステップと、手持ち可能な本体に対するエンドエフェクターの動きを３自由度に拘束するステップとを含む、方法または製品。

ＩＶ．ロボットガイド機器を使用するためのコンピューター実装方法またはソフトウェア製品であって、ロボットガイド機器は、位置決めアセンブリーと連結された手持ち可能な本体を含み、位置決めアセンブリーは、手持ち可能な本体および軌道アセンブリーと枢動可能に連結された複数の位置決めアクチュエーターを含み、軌道アセンブリーは、ピボットフレーム、ガイド部材またはエンドエフェクター、および複数の軌道アクチュエーターを含み、各軌道アクチュエーターは、ガイド部材またはエンドエフェクターと枢動可能に連結されている、方法または製品であって、手持ち可能な本体に対して３自由度で位置決めアセンブリーを調節するステップと、複数の位置決めアクチュエーターの１つまたは複数の有効長さを能動的に調節して、軌道アセンブリーを３自由度で動かすステップと、複数の軌道アクチュエーターの１つまたは複数の有効長さを能動的に調節することによって、手持ち可能な本体および位置決めアセンブリーに対して２自由度で軌道アセンブリーを動かすステップと、手持ち可能な本体および位置決めアセンブリーに対するガイド部材またはエンドエフェクターの動きを３自由度に拘束するステップと、を含む方法、またはそれらのステップを行うソフトウェアを含むプログラム。

対象物の位置および向きの組み合わせが対象物の姿勢と称されることを理解されたい。本開示全体を通して、本明細書に記載する概念の適切な代替例を実現するために、姿勢という用語は１つまたは複数の自由度の位置および／または向きに置き換えてよく、その逆も同様であることが企図される。言い換えれば、姿勢という用語の使用はいずれも、位置に置き換えることができ、位置という用語の使用はいずれも、姿勢に置き換えてよい。

本教示による方法は、例えば、コンピューター実装方法である。例えば、本教示による方法のすべてのステップまたはステップの単にいくつか（すなわち、ステップの総数よりも少ない）が、コンピューター（例えば、少なくとも１つのコンピューター）によって実行され得る。コンピューター実装方法の構成は、データ処理方法を行うためのコンピューターの使用である。さらに、本教示において、本明細書に開示される本方法は、少なくとも１つのコンピューター（例えば、ナビゲーションシステムの一部である少なくとも１つのコンピューター）の少なくとも１つのプロセッサー上で、少なくとも１つのプロセッサーによって実行される以下の例示的なステップを実行することを含む。

データを（技術的に）例えば電子的におよび／または光学的に処理するために、コンピューターは、例えば少なくとも１つのプロセッサーおよび例えば少なくとも１つのメモリーを備える。プロセッサーは、例えば、半導体、例えば、少なくとも部分的にｎおよび／またはｐドープ半導体、例えば、ＩＩ族、ＩＩＩ族、ＩＶ族、Ｖ族、ＶＩ族半導体材料の少なくとも１つ、例えば（ドープした）シリコンおよび／またはガリウムヒ素である、物質または組成物から作られる。記載されている計算ステップまたは判定ステップは、例えば、コンピューターによって行われる。判定ステップまたは計算ステップは、例えば、技術的方法のフレームワーク内で、例えばプログラムのフレームワーク内で、データを判定するステップである。コンピューターは、例えば、任意の種類のデータ処理デバイス、例えば電子データ処理デバイスである。コンピューターは、それ自体が、例えば、デスクトップＰＣ、ノートブック、ネットブックなどであると一般に考えられるデバイスとすることができるが、例えば携帯電話または埋込み型プロセッサーなど、任意のプログラム可能な装置とすることもできる。コンピューターは、例えば、「サブコンピューター」のシステム（ネットワーク）を備えることができ、各サブコンピューターは、それ自体がコンピューターを表す。「コンピューター」という用語は、クラウドコンピューター、例えばクラウドサーバーを含む。コンピューターという用語は、サーバーリソースを含む。「クラウドコンピューター」という用語は、例えば、少なくとも１つのクラウドコンピューターのシステム、および、例えば、サーバーファームなどの複数の動作可能に相互接続されたクラウドコンピューターを備える、クラウドコンピューターシステムを含む。このようなクラウドコンピューターは、好ましくは、ワールドワイドウェブ（ＷＷＷ）などのワイドエリアネットワークに接続されており、ワールドワイドウェブにすべて接続されたコンピューターの、いわゆるクラウドに位置している。このようなインフラストラクチャーは、特定のサービスを実施するコンピューターの物理的な位置および／または構成をエンドユーザーが知る必要がない、計算、ソフトウェア、データアクセス、およびストレージサービスを説明する「クラウドコンピューティング」のために用いられる。例えば、「クラウド」という用語は、この点で、インターネット（ワールドワイドウェブ）のメタファーとして用いられる。例えば、クラウドは、コンピューティングインフラストラクチャーアズアサービス（ＩａａＳ）を提供する。クラウドコンピューターは、本教示の方法を実行するために用いられるオペレーティングシステムおよび／またはデータ処理アプリケーションのための仮想ホストとして機能することができる。クラウドコンピューターは、例えば、Ａｍａｚｏｎ Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ（商標）によって提供されているｅｌａｓｔｉｃ ｃｏｍｐｕｔｅ ｃｌｏｕｄ（ＥＣ２）である。コンピューターは、例えば、データを受信もしくは出力しかつ／またはアナログデジタル変換を行うインターフェースを備える。例えば、本教示は、必要とされる専門的なケアおよび知識を用いて実行されたときでも実質的な健康リスクがある、専門的な医学知識が実行される必要がある身体への実質的な物理的介入を表す侵襲性ステップを伴わない可能性があるか、または具体的には、それを含まないかもしくは包含しない可能性がある。データは、例えば、物理的性質を表すかつ／または技術信号から生成されるデータである。技術信号は、例えば、（技術的）検出デバイス（例えば、マーカーデバイスを検出するためのデバイスなど）および／または（技術的）分析デバイス（例えば、（医用）撮像方法を行うためのデバイスなど）によって生成され、技術信号は、例えば、電気信号または光学信号である。技術信号は、例えば、コンピューターによって受信されたまたは出力されたデータを表す。コンピューターは、好ましくは、コンピューターによって出力された情報を、例えばユーザーに表示できるようにする、ディスプレイデバイスに動作可能に接続されている。ディスプレイデバイスの一例には、仮想現実デバイスまたは拡張現実デバイス（仮想現実眼鏡または拡張現実眼鏡とも称される）がある。ディスプレイデバイスの別の例には、例えば、ディスプレイデバイスに画像情報コンテンツを表示するために使用される信号を生成するためのディスプレイ制御データをコンピューターから受信するためにコンピューターに動作可能に接続された液晶ディスプレイを備えた、標準的なコンピューターモニターがある。

本教示は、コンピューターによってプログラム上で実行されるときに、１つもしくは複数の方法、例えば、本明細書に記載されている１つもしくは複数の方法のステップをコンピューターに実行させる命令を備えるコンピュータープログラム、および／または、プログラムが格納されたコンピューター可読記憶媒体（例えば、非一時的コンピューター可読記憶媒体）、および／または、前記プログラム記憶媒体を備えるコンピューター、および／または、（物理的な、例えば電気の、例えば技術的に生成された）信号波、例えば、本明細書に記載されている方法ステップのいずれかもしくはすべてを行うように適合されたコード手段を備えた、プログラム、例えば前述のプログラムを表す情報を搬送する、例えば、電磁搬送波などのデジタル信号波にも関する。信号波は、一例において、前述のコンピュータープログラムを搬送するデータキャリア信号である。本教示は、少なくとも１つのプロセッサーおよび／または前述のコンピューター可読記憶媒体、例えばメモリーを備えた、コンピューターにも関し、プログラムはプロセッサーによって実行される。

本教示のフレームワーク内では、コンピュータープログラム要素は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアによって具現化できる（これは、ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）。本教示のフレームワーク内では、コンピュータープログラム要素は、コンピューター使用可能な、例えば、コンピューター可読のデータ記憶媒体によって具現化できるコンピュータープログラム製品の形態を取ることができ、そのデータ記憶媒体は、命令実行システム上でまたはそれと関連して使用する前記データ記憶媒体において具現化される、コンピューター使用可能な、例えば、コンピューター可読なプログラム命令、「コード」、または「コンピュータープログラム」を備える。このようなシステムはコンピューターとすることができ、コンピューターは、本教示に従ってコンピュータープログラム要素および／またはプログラムを実行する手段を備える、データ処理デバイスとすることができ、例えば、データ処理デバイスは、コンピュータープログラム要素を実行するデジタルプロセッサー（中央処理装置すなわちＣＰＵ）を備え、任意選択で、コンピュータープログラム要素のために使用されるデータを格納しかつ／またはコンピュータープログラム要素を実行することによって生み出される、揮発性メモリー（例えば、ランダムアクセスメモリーすなわちＲＡＭ）を備える。本教示のフレームワーク内では、コンピューター使用可能な、例えば、コンピューター可読のデータ記憶媒体は、命令実行システム、装置、またはデバイス上でまたはそれと関連して使用するプログラムを含み、格納し、通信し、伝搬し、または搬送できる、任意のデータ記憶媒体とすることができる。コンピューター使用可能な、例えば、コンピューター可読のデータ記憶媒体は、例えば、限定されるものではないが、電子式、磁気式、光学式、電磁気式、赤外線、または半導体の、システム、装置、もしくはデバイス、または例えばインターネットなどの伝搬媒体とすることができる。

以下の定義を含む本出願において、「コントローラー」という用語は「回路」という用語に置き換えることができる。「コントローラー」という用語は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル、アナログ、もしくはアナログ／デジタル混合ディスクリート回路、デジタル、アナログ、もしくはアナログ／デジタル混合集積回路、組み合わせ論理回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、コードを実行するプロセッサー回路（共有、専用、またはグループ）、プロセッサー回路によって実行されるコードを格納するメモリー回路（共有、専用、またはグループ）、説明された機能を提供する他の適切なハードウェアコンポーネント、またはシステムオンチップなどにおける上記の一部もしくは全部の組み合わせを指すか、それらの一部であるか、またはそれらを含むことができる。

先の説明においていくつかの例を論じてきた。しかし、本明細書で論じた態様は、排他的ではなく、本開示をどのような特定の形態にも限定するものではない。それらの態様の様々な改変が当業者には容易に明らかであり、本明細書で定義された包括的な原理は、本開示の範囲から逸脱することなく他の態様に利用できる。使用されている用語は、限定ではなく、説明の言葉の性質をもつことが意図されている。上記の教示に鑑みて多くの改変および修正が可能であり、本開示は詳細に説明したものとは異なる手法で実施できる。
なお、上記の実施形態から把握し得る技術的思想について、その態様を以下に記載する。
［態様１］
手術用デバイスの軌道を位置合わせするためのロボット支援型の手持ち可能なガイド機器であって、
ユーザーの手によって自由に把持可能であり動かされるように適合された、手持ち可能な本体と、
前記手持ち可能な本体と動作可能に連結された軌道アセンブリーと、
を備え、前記軌道アセンブリーは、
前記手持ち可能な本体から延びるシャフトと、
前記シャフトと接続されたピボットフレームと、
前記ピボットフレームと枢動可能に連結されたガイド部材と、
前記ガイド部材から外向きに延び、前記ガイド部材と連結された、支持部材と、
前記シャフトの軸と同じ空間で延び、前記シャフトの軸に実質的に平行な、２つのアクチュエーターであって、それぞれが前記支持部材と枢動可能に連結された、アクチュエーターと、
を含み、
前記軌道アセンブリーは、前記アクチュエーターの直線運動を前記ガイド部材の枢動運動に変換して軌道軸を調節し、前記アクチュエーターは、前記ガイド部材と連結された前記支持部材を押したり引いたりするように選択的に構成されており、
前記ガイド部材は、前記アクチュエーターを用いて、前記ガイド部材の前記軌道軸を少なくとも２自由度で調節して前記軌道軸を目標軌道と位置合わせすることによって、前記目標軌道に合わせて調節可能である、
ガイド機器。
［態様２］
前記ガイド部材は、外科的処置の間に手術用デバイスが通り抜けることを可能にするように構成されている、態様１に記載のガイド機器。
［態様３］
前記ピボットフレームは、前記ピボットフレームの内面に沿って空所を含み、前記空所内にはリテーナーが配設されており、そうすることで、前記アクチュエーターが前記ガイド部材を前記目標軌道に合わせて調節するときに前記ガイド部材と前記ピボットフレームとの前記連結が維持される、態様１または態様２に記載のガイド機器。
［態様４］
前記ピボットフレームおよび前記ガイド部材は、リテンションアセンブリーを含み、前記リテンションアセンブリーは、突出部および相補形のポケットを含む、態様３に記載のガイド機器。
［態様５］
前記リテンションアセンブリーは、前記ピボットフレームに対する前記ガイド部材の回転を制限して、前記アクチュエーターの動作の間に前記目標軌道を維持する、態様４に記載のガイド機器。
［態様６］
前記アクチュエーターは、前記ガイド部材を前記目標軌道と位置合わせするように、前記ガイド部材のピッチおよびロールを制御する、態様１から５のいずれか１項に記載のガイド機器。
［態様７］
ピンを骨の中に載置するために、ユーザーの手によって自由に把持可能で動かされるように適合された手術用ガイド機器であって、
手持ち可能な本体と、
前記手持ち可能な本体と動作可能に連結された軌道アセンブリーと、
を備え、前記軌道アセンブリーは、
前記手持ち可能な本体から延びるシャフトと、
前記シャフトの遠位端と連結されたピボットフレームと、
前記ピボットフレームと枢動可能に連結されたガイド部材と、
前記ピボットフレームを前記ガイド部材に接続するリテーナーと、
前記ガイド部材から外向きに延び、前記ガイド部材と連結された、支持部材と、
前記支持部材と枢動可能に接続された２つのアクチュエーターと、
を含み、
前記ガイド部材は、前記アクチュエーターを用いて、前記ガイド部材の軌道軸を少なくとも２自由度で調節して前記軌道軸を目標軌道と位置合わせすることによって、前記目標軌道に合わせて調節され、
前記リテーナーは、前記アクチュエーターが前記ガイド部材を前記目標軌道に合わせて調節するときに前記ガイド部材と前記ピボットフレームとの前記連結を維持する、
手術用ガイド機器。
［態様８］
前記ピボットフレームは、前記ピボットフレームの内面から延びる突出部を含み、前記ガイド部材は、前記ガイド部材の外面に、前記突出部に相補形の溝を含む、態様７に記載の手術用ガイド機器。
［態様９］
前記ガイド部材は、外科的処置の間に手術用デバイスが通り抜けることを可能にするように構成されている、態様７または態様８に記載の手術用ガイド機器。
［態様１０］
前記ピボットフレームは、前記ピボットフレームの内面に沿って空所を含み、前記空所内にはリテーナーが配設されており、そうすることで、前記アクチュエーターが前記ガイド部材を前記目標軌道に合わせて調節するときに前記ガイド部材と前記ピボットフレームとの前記連結が維持される、態様７～９のいずれか１項に記載の手術用ガイド機器。
［態様１１］
前記ピボットフレームおよび前記ガイド部材は、リテンションアセンブリーを含み、前記リテンションアセンブリーは、突出部および相補形のポケットを含む、態様１０に記載の手術用ガイド機器。
［態様１２］
前記リテンションアセンブリーは、前記ピボットフレームに対する前記ガイド部材の回転を制限して、前記アクチュエーターの動作の間に前記目標軌道を維持する、態様１１に記載の手術用ガイド機器。
［態様１３］
前記アクチュエーターは、前記ガイド部材を前記目標軌道と位置合わせするように、前記ガイド部材のピッチおよびロールを制御する、態様７～１２のいずれか１項に記載の手術用ガイド機器。
［態様１４］
ロボット支援型の手持ち可能なガイド機器であって、
ユーザーの手によって自由に把持され動かされるように適合された、手持ち可能な本体と、
前記手持ち可能な本体に動作可能に連結された位置決めアセンブリーであって、前記手持ち可能な本体と枢動可能に連結された複数の位置決めアクチュエーターを含む、位置決めアセンブリーと、
前記位置決めアセンブリーの前記複数のアクチュエーターと動作可能に連結された軌道アセンブリーと、
を備え、前記軌道アセンブリーは、
シャフトと、
前記シャフトと連結されたピボットフレームと、
前記ピボットフレームと枢動可能に連結されたガイド部材と、
前記ガイド部材と連結された支持部材と、
前記支持部材に枢動可能に連結された２つの軌道アクチュエーターと、
を含み、
前記複数の位置決めアクチュエーターは、前記位置決めアセンブリーを前記軌道アセンブリーと動作可能に連結し、前記複数の位置決めアクチュエーターは、前記軌道アセンブリーの姿勢を少なくとも３自由度で調節するように構成されており、
軌道アセンブリーは、前記軌道アクチュエーターを用いて、前記ガイド部材の軌道軸を少なくとも２自由度で調節して前記軌道軸を目標軌道と位置合わせすることによって、前記ガイド部材を前記目標軌道に合わせて調節する、
ガイド機器。
［態様１５］
前記ガイド部材は、外科的処置の間に手術用デバイスが通り抜けることを可能にするように構成されている、態様１４に記載のガイド機器。
［態様１６］
前記位置決めアセンブリーは、前記軌道アセンブリーを目標位置に合わせて調節する、態様１４または態様１５に記載のガイド機器。
［態様１７］
前記位置決めアクチュエーターは、前記手持ち可能な本体に対する前記軌道アセンブリーのピッチ、ロール、および並進を制御する、態様１４～１６のいずれか１項に記載のガイド機器。
［態様１８］
前記軌道アクチュエーターは、前記ガイド部材を前記目標軌道と位置合わせするように、前記位置決めアセンブリーに対する前記ガイド部材のピッチおよびロールを制御する、態様１７に記載のガイド機器。
［態様１９］
ロボットガイド機器を使用する方法であって、
前記ロボットガイド機器は、軌道アセンブリーと連結された手持ち可能な本体を含み、前記軌道アセンブリーは、ピボットフレーム、ガイド部材、および複数のアクチュエーターを含み、各アクチュエーターは、前記手持ち可能な本体および前記ガイド部材と枢動可能に連結され、
前記方法は、
前記複数のアクチュエーターの１つまたは複数の有効長さを能動的に調節することによって、前記手持ち可能な本体に対して２自由度で前記軌道アセンブリーを動かすステップと、
前記手持ち可能な本体に対する前記ガイド部材の動きを３自由度に拘束するステップと、
を含む、方法。
［態様２０］
ロボットガイド機器を使用する方法であって、
前記ロボットガイド機器は、位置決めアセンブリーと連結された手持ち可能な本体を含み、前記位置決めアセンブリーは、前記手持ち可能な本体および軌道アセンブリーと枢動可能に連結された複数の位置決めアクチュエーターを含み、前記軌道アセンブリーは、ピボットフレーム、ガイド部材、および複数の軌道アクチュエーターを含み、各軌道アクチュエーターは、前記ガイド部材と枢動可能に連結され、
前記方法は、
前記手持ち可能な本体に対して３自由度で前記位置決めアセンブリーを調節するステップと、
前記複数の位置決めアクチュエーターの１つまたは複数の有効長さを能動的に調節して、前記軌道アセンブリーを３自由度で動かすステップと、
前記複数の軌道アクチュエーターの１つまたは複数の有効長さを能動的に調節することによって、前記手持ち可能な本体および前記位置決めアセンブリーに対して２自由度で前記軌道アセンブリーを動かすステップと、
前記手持ち可能な本体および前記位置決めアセンブリーに対する前記ガイド部材の動きを３自由度に拘束するステップと、
を含む、方法。

Claims (17)

1. 手術用デバイスの軌道を位置合わせするためのロボット支援型の手持ち可能なガイド機器であって、
   ユーザーの手によって自由に把持可能であり動かされるように適合された、手持ち可能な本体と、
   前記手持ち可能な本体と動作可能に連結された軌道アセンブリーと、
   を備え、前記軌道アセンブリーは、
   前記手持ち可能な本体から延びるシャフトと、
   前記シャフトと接続されたピボットフレームと、
   前記ピボットフレームと枢動可能に連結されたガイド部材と、
   前記ガイド部材から外向きに延び、前記ガイド部材と連結された、支持部材と、
   前記シャフトの軸と同じ空間で延び、前記シャフトの軸に平行な、２つのアクチュエーターであって、それぞれが前記支持部材と枢動可能に連結された、アクチュエーターと、
   を含み、
   前記軌道アセンブリーは、前記アクチュエーターの直線運動を前記ガイド部材の枢動運動に変換して軌道軸を調節し、前記アクチュエーターは、前記ガイド部材と連結された前記支持部材を押したり引いたりするように選択的に構成されており、
   前記ガイド部材は、前記アクチュエーターを用いて、前記ガイド部材の前記軌道軸を少なくとも２自由度で調節して前記軌道軸を目標軌道と位置合わせすることによって、前記目標軌道に合わせて調節可能である、
   ガイド機器。
2. 前記ガイド部材は、外科的処置の間に手術用デバイスが通り抜けることを可能にするように構成されている、請求項１に記載のガイド機器。
3. 前記ピボットフレームは、前記ピボットフレームの内面に沿って空所を含み、前記空所内にはリテーナーが配設されており、そうすることで、前記アクチュエーターが前記ガイド部材を前記目標軌道に合わせて調節するときに前記ガイド部材と前記ピボットフレームとの前記連結が維持される、請求項１または請求項２に記載のガイド機器。
4. 前記ピボットフレームおよび前記ガイド部材は、リテンションアセンブリーを含み、前記リテンションアセンブリーは、突出部および相補形のポケットを含み、
   前記リテンションアセンブリーは、前記ピボットフレームに対する前記ガイド部材の回転を制限して、前記アクチュエーターの動作の間に前記目標軌道を維持する、請求項３に記載のガイド機器。
5. 前記アクチュエーターは、前記ガイド部材を前記目標軌道と位置合わせするように、前記ガイド部材のピッチおよびロールを制御する、請求項１から４のいずれか１項に記載のガイド機器。
6. ピンを骨の中に載置するために、ユーザーの手によって自由に把持可能で動かされるように適合された手術用ガイド機器であって、
   手持ち可能な本体と、
   前記手持ち可能な本体と動作可能に連結された軌道アセンブリーと、
   を備え、前記軌道アセンブリーは、
   前記手持ち可能な本体から延びるシャフトと、
   前記シャフトの遠位端と連結されたピボットフレームと、
   前記ピボットフレームと枢動可能に連結されたガイド部材と、
   前記ピボットフレームを前記ガイド部材に接続するリテーナーと、
   前記ガイド部材から外向きに延び、前記ガイド部材と連結された、支持部材と、
   前記支持部材と枢動可能に接続された２つのアクチュエーターと、
   を含み、
   前記ガイド部材は、前記アクチュエーターを用いて、前記ガイド部材の軌道軸を少なくとも２自由度で調節して前記軌道軸を目標軌道と位置合わせすることによって、前記目標軌道に合わせて調節され、
   前記リテーナーは、前記アクチュエーターが前記ガイド部材を前記目標軌道に合わせて調節するときに前記ガイド部材と前記ピボットフレームとの前記連結を維持する、
   手術用ガイド機器。
7. 前記ピボットフレームは、前記ピボットフレームの内面から延びる突出部を含み、前記ガイド部材は、前記ガイド部材の外面に、前記突出部に相補形の溝を含む、請求項６に記載の手術用ガイド機器。
8. 前記ガイド部材は、外科的処置の間に手術用デバイスが通り抜けることを可能にするように構成されている、請求項６または請求項７に記載の手術用ガイド機器。
9. 前記ピボットフレームは、前記ピボットフレームの内面に沿って空所を含み、前記空所内にはリテーナーが配設されており、そうすることで、前記アクチュエーターが前記ガイド部材を前記目標軌道に合わせて調節するときに前記ガイド部材と前記ピボットフレームとの前記連結が維持される、請求項６から８のいずれか１項に記載の手術用ガイド機器。
10. 前記ピボットフレームおよび前記ガイド部材は、リテンションアセンブリーを含み、前記リテンションアセンブリーは、突出部および相補形のポケットを含み、
    前記リテンションアセンブリーは、前記ピボットフレームに対する前記ガイド部材の回転を制限して、前記アクチュエーターの動作の間に前記目標軌道を維持する、請求項９に記載の手術用ガイド機器。
11. 前記アクチュエーターは、前記ガイド部材を前記目標軌道と位置合わせするように、前記ガイド部材のピッチおよびロールを制御する、請求項６から１０のいずれか１項に記載の手術用ガイド機器。
12. ロボット支援型の手持ち可能なガイド機器であって、
    ユーザーの手によって自由に把持され動かされるように適合された、手持ち可能な本体と、
    前記手持ち可能な本体に動作可能に連結された位置決めアセンブリーであって、前記手持ち可能な本体と枢動可能に連結された複数の位置決めアクチュエーターを含む、位置決めアセンブリーと、
    前記位置決めアセンブリーの前記複数の位置決めアクチュエーターと動作可能に連結された軌道アセンブリーと、
    を備え、前記軌道アセンブリーは、
    シャフトと、
    前記シャフトと連結されたピボットフレームと、
    前記ピボットフレームと枢動可能に連結されたガイド部材と、
    前記ガイド部材と連結された支持部材と、
    前記支持部材に枢動可能に連結された２つの軌道アクチュエーターと、
    を含み、
    前記複数の位置決めアクチュエーターは、前記位置決めアセンブリーを前記軌道アセンブリーと動作可能に連結し、前記複数の位置決めアクチュエーターは、前記軌道アセンブリーの姿勢を少なくとも３自由度で調節するように構成されており、
    軌道アセンブリーは、前記軌道アクチュエーターを用いて、前記ガイド部材の軌道軸を少なくとも２自由度で調節して前記軌道軸を目標軌道と位置合わせすることによって、前記ガイド部材を前記目標軌道に合わせて調節する、
    ガイド機器。
13. 前記ガイド部材は、外科的処置の間に手術用デバイスが通り抜けることを可能にするように構成されている、請求項１２に記載のガイド機器。
14. 前記位置決めアセンブリーは、前記軌道アセンブリーを目標位置に合わせて調節する、請求項１２または請求項１３に記載のガイド機器。
15. 前記位置決めアクチュエーターは、前記手持ち可能な本体に対する前記軌道アセンブリーのピッチ、ロール、および並進を制御し、
    前記軌道アクチュエーターは、前記ガイド部材を前記目標軌道と位置合わせするように、前記位置決めアセンブリーに対する前記ガイド部材のピッチおよびロールを制御する、請求項１２から１４のいずれか１項に記載のガイド機器。
16. ロボットガイド機器を使用する方法であって、
    前記ロボットガイド機器は、軌道アセンブリーと連結された手持ち可能な本体を含み、前記軌道アセンブリーは、ピボットフレーム、ガイド部材、および複数のアクチュエーターを含み、各アクチュエーターは、前記手持ち可能な本体および前記ガイド部材と枢動可能に連結され、
    前記方法は、
    前記複数のアクチュエーターの１つまたは複数の有効長さを能動的に調節することによって、前記手持ち可能な本体に対して２自由度で前記軌道アセンブリーを動かすステップと、
    前記手持ち可能な本体に対する前記ガイド部材の動きを３自由度に拘束するステップと、
    を含む、方法。
17. ロボットガイド機器を使用する方法であって、
    前記ロボットガイド機器は、位置決めアセンブリーと連結された手持ち可能な本体を含み、前記位置決めアセンブリーは、前記手持ち可能な本体および軌道アセンブリーと枢動可能に連結された複数の位置決めアクチュエーターを含み、前記軌道アセンブリーは、ピボットフレーム、ガイド部材、および複数の軌道アクチュエーターを含み、各軌道アクチュエーターは、前記ガイド部材と枢動可能に連結され、
    前記方法は、
    前記手持ち可能な本体に対して３自由度で前記位置決めアセンブリーを調節するステップと、
    前記複数の位置決めアクチュエーターの１つまたは複数の有効長さを能動的に調節して、前記軌道アセンブリーを３自由度で動かすステップと、
    前記複数の軌道アクチュエーターの１つまたは複数の有効長さを能動的に調節することによって、前記手持ち可能な本体および前記位置決めアセンブリーに対して２自由度で前記軌道アセンブリーを動かすステップと、
    前記手持ち可能な本体および前記位置決めアセンブリーに対する前記ガイド部材の動きを３自由度に拘束するステップと、
    を含む、方法。