JPH07509637A - 最適位置決めのための自動内視鏡システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

最　位置決めのための自動内視鏡システム発明の背景 １、　発明の分野 本発明は、手術器具の位置を遠隔制御するためのロボット式／ステムに関する。 ２、　関連技術の説明 内視鏡は通常、光ファイバ・ケーブルによってビジ１アル・ディスプレイに結合 される。そのような／ステムによつて、ユーザは内視鏡の前で画像を遠隔表示す ることができる。内視鏡は、腹部の小さな切開部を介して患者に内視鏡を挿入す ることを含む腹腔鏡検査法として知られる手術手順で広く使用されている。内視 鏡によって、医師は、対象に直接的な視線が入らなくても患者の体内を見ること ができる。内視鏡を使用することによって通常、手術手順を実行するのに必要な 切開部の寸法が減少する。 内視鏡は、患者の胆嚢を除去する際に手術を助けるために広く使用されている。 医師は通常、両手で胆嚢を除去する必要があるので、内視鏡は助手が保持して操 作しなければならない。この手術手順中に、医師は患者内で内視鏡を移動するよ う助手に頬繁に指示しなければならない。そのような方法は、助手が内視鏡を適 切な位置に位置決めするまで医師が一連の指示を送る必要があるため、時間がか かることがある。また、助手はこの器具を一貫して一定の位置に保持することが できず、その結果、画像が動く。これは、長時間かかる手術手順の場合に特にそ うである。 現在、内視鏡を機械的に保持するシステムが、レオナルト・メディカル社（Ｌｅ ｏｎａｒｄ　Ｍｅｄｉｃａｌ　Ｉｎｃ、）によって市販されている。レオナルト ・メディカル社のシステムは、内視鏡を一定の位置に保持する複数の空気圧駆動 継手を有する連接機構である。内視鏡を移動するには、最初に空気圧駆動継手を 解除して弛緩状態にしなければならない。次いで、医師または助手が内視鏡を移 動して、空気圧／ステムを再作動させる。レオナルト社のシステムでは、内視鏡 がある位置で保持されるが、医師または助手が絶えず空気圧駆動装置を停止／作 動させ、内視鏡を手動で移動する必要がある。そのようなシステムは、手術プロ セスを妨害して、手術手順の時間を増加させる。医師が内視鏡の移動を直接的か つ効率的に制御できるようにするシステムを提供することが望ましい。 発明の要旨 本発明は、医師の足で操作できるフット・ペダルの作動に応答して手術器具を移 動するロボット式システムである。このロボット式システムは、内視鏡など手術 器具を保持するようになされたエンド・エフェクタ（ｅｎｄ　ｅｌｅｃｔｏｒ） を有するＯエンド・エフェクタは、内視鏡を患者に対して移動できるロボット式 アーム・アセンブリに結合される。このシステムは、フット・ペダルからの入力 信号に応答してロボット式アームの移動を制御するコンピュータを含む。 コンピュータは、１組のアルゴリズムに従って、エンド・エフェクタを移動する のに必要とされる増分運動量を計算する。このアルゴリズムは、医師から見た内 視鏡の移動が常に、フット・ペダルの移動と同じ方向になるように、フット・ペ ダルの入力を変換する。したがって、フット・ペダルを押して内視鏡を上または 下に移動すると、内視鏡が常に、画像に対して、医師から見て上または下の方向 に移動するように、エンド・エフェクタが操作される。このロボット式システム は、医師の見る画像の一貫した配向を保証するアルゴリズムにも従って移動され る。 したがって、本発明の一目的は、医師が手術器具の位置を遠隔制御できるように する／ステムを提供することである。 図面の簡単な説明 当業者には、本発明の目的および利点が、以下の詳細な説明および添付の図面を 検討した後、容易に明らかになろう。 第１図は、本発明のロボット式／ステムの側面図である。 第２図は、第１図のロボット式／ステムの平面図である。 第３図は、内視鏡を保持するために使用されるエンド・エフェクタの平面図であ る。 第４図は、第１図のシステムのフット・ペダルの平面図である。 第５図は、第４図のフット・ペダルの断面図である。 第６図は、ｍ１図に示したロボット式システムのコンビ二一夕の概略図である。 第７図は、東２の座標系で配向させた内視鏡の概略図である。 第８図は、システムの動作を示すフローチャートである。 第９図は、ロボット式アーム・アセンブリの増分運動量を示すグラフである。 第１０図は、クラッチ・アセンブリおよび駆動歯車列アセンブリに結合されたア クチュエータを示すロボット式アーム・アセンブリの断面図である。 第１＋図は、ロボ・ット式アーム・アセンブリを密封する保護無菌バッグを示す システムの側面図である。 第１２図は、エンド・エフェクタの代替実施例の断面図である。 第１３図は、手術器具に作動可能に結合されたウオーム・ギアを有するエンド・ エフェクタの代替実施例の斜視図である。 第１４図は、第１３図のウオーム・ギア継手を組み込んだロボット式システムの 代替実施例の斜視図である。 第１５図は、第４の固定座樟系内に位置する第３の座標系を定義する手術器具の 概略図である。 第１６図は、ピボット・ポイントに対して移動される手術器具の概略図である。 発明の詳細な説明 具体的には参照符号によって図面を参照すると、第１図および第２図は、本発明 のロボット式システムを示している。／ステム１０は通常、医師（図示せず）が 患者１２にス１して手術手順を実行する無菌手術室で使用される。患者１２は、 手術台１４に載せられる。手術台１４には、手術台１４自体および患者１２に対 して手術器具１８を移動できるロボット式アーム・アセンブリ１６が取す付けら れている。手術器具１８は通常、患者１２の腹部に挿入される内視鏡である。内 視鏡１８は、カニコーラを介して患者に進入し、患者の体内で、カニコーラ・ビ ボ・ノド・ポイントの周りで回転する。内視鏡は通常、医師が患者の器官などを 見られるようにする表示画面（図示せず）に接続される。内視鏡を説明し図示し ているが、本発明は他の手術器具と共に使用できることを理解されたい。 ／ステムｌＯは、ロボット式アーム・アセンブリ１６およびフット・ペダル２２ に接続されたコノピユータ２０を有する。フット・ペダル２２は、手術台１４に 近接して位置しており、そのため、医師は、手術手順を実行しながらフット・ペ ダル２２を操作することができる。システムｌＯは、医師がフット・ペダル２２ を押すだけで手術器具１８を移動できるように構成されている。 ロボット式アーム・アセンブリ１６は、手術台１４に固定された線形アクチユエ ータ２４を含む。線形アクチュエータ２４は、リンケージ・アーム・アセンブリ ２６に接続され、第１の座標系の２軸に沿ってリンケージ・アセンブリ２６を移 動するようになされている。第２図に示したように、第１の座標系は、Ｘ軸とｙ 軸も有する。線形アクチュエータ２４は、アクチュエータの出力軸を移動するボ ール・スクリューを回転させる電動機を有することが好ましい。 リンケージ・アーム・アセンブリ２Ｇは、第１の回転式アクチェエータ３ｏおよ びエンド・エフェクタ３２に取り付けられた第１のリンケージ・アーム２８を含 む。第１の回転式アクチュエータ３０は、第１のリンケージ・アーム２８および エンド・エフェクタ３２を２軸に垂直な平面（ｘ−ｙ平面）で回転させるように なされている。第１の回転式アクチュエータ３０は、第２のリンケージ・アーム ３６によって第２の回転式アクチェエータ３４に接続されている。第２の回転式 アクチュエータ３４は、第１の回転式アクチュエータ３０をｘ−ｙ平面で回転さ せるようになされている。第２の回転式アクチュエータ３４は、第３のリンケー ジ・アーム４０によって第３の回転式アクチュエータ３８に接続されている。 第３の回転式アクチュエータ３８は、線形アクチーエータ２４の出力軸に接続さ れ、第２の回転式アクチュエータ３４をｘ−ｙ平面で回転させるようになされて いる。回転式アクチュエータは、それぞれのリンケージ・アームに取り付けられ た出力軸を含む電動機であることが好ましい。アクチュエータ３０．３４．３８ は、電動機に対するリンケージ・アームでのトルクを増加させるための歯車減速 ボックスを有する。アクチュエータ２４．３０．３４．３８の電動機は、フンピ ユータ２０によって提供される出力信号に応答して回転する。 第３図に示したように、エンド・エフェクタ３２は、内視鏡１８をつかんで保持 することができるクランプ４２を有する。クランプ４２は、内視［１１８の外径 よりも小さな直径を有するループを含むワイヤとして構成することができる。ク ランプ４２によって、ロボット式アーム・アセンブＩＪ　１６に内視鏡を容易に 取り付け、かっロボット式アーム・アセンブリから内視鏡を容易に取り外すこと ができる。簡単なワイヤ・クランプを図示し説明しているが、エンド・エフェク タ３２が、手術器具１８を固定するのに必要とされる任意の手段を有することが できることを理解されたい。第１図および第２図に示したように、内視鏡１８と エンド・エフェクタ３２を結合することによって、Ｘ°軸と、ｙ°軸と、２′軸 とを有する第２の座標系が形成される。エンド・エフェクタ３２と内視鏡１８を 結合することによって、ｘ″軸と、ｙ″軸と、内視鏡１８の長手方向軸に平行な ２″軸とを有する第３の座標系の原点も形成される。 エンド・エフェクタ３２は、第１のリンケージ・アーム２８に結合できる軸４４ を有する。第１のリンケージ・アーム２８は、エンド・エフェクタ３２がアーム ２８の長手方向軸の周りで回転できるようにする軸受けを有することができる。 エンド・エフェクタ３２は、クランプ４２と内視＃Ｊ１１８がｙ′軸の周りで回 転できるように構成することができる。エンド・エフェクタ３２は、各手術手順 ごとに無菌の器具を使用できるように、第１のリンケージ・アーム２８から分離 するように構成することが好ましい。ロボット式システム１ｏは、アセンブリ１ ６を無菌状態にしておくために、ロボット式アーム・アセンブリ１６を密封する ためのバ・ツクまたはカバーを有することもできる。 アクチュエータ２４．３０．３４．３８はそれぞれ、コンビュータ２ｏに接続さ れた位置センサ４６〜５２を有することができる。これらのセンサは、電動機の 回転移動を検知してフィードパ・ツク信号をコノピユータ２ｏに提供することが できる電位差計でよい。エンド・エフェクタ３２は、ｘ°軸の周りのエフェクタ の角変位を検知する第１のジヨイント位置センサ５４と、ｙ′軸の周りの内視鏡 の角変位を検知する第２のジヨイント位置センサ５５とを有することもできる。 第４図および第５図は、フット・ペダル２２の好ましい実施例を示す。フット・ ペダル２２は、第１のフット・スイッチ５８および第２のフット・スイッチ６０ を支持するハウジング５６を有する。第１のフット・スイッチ５８は、第１の圧 力変換器６２と第２の圧力変換器６４とを有する。第２のフット・スイッチ６０ は、第３の圧力変換器６６と、第４の圧力変換器６８と、第５の圧力変換器７０ と、第６の圧力変換器７２とを有する。圧力変換器はそれぞれ、電圧入力をフッ ピユータ２０に提供する対応する演算増幅器に接続されている。圧力変換器６２ ないし７２は、医師がフット・スイッチに対する圧力を増加させるにつれて各変 換器の抵抗が減少するように接続されている。そのような圧力変換器は、インク リンク−ｘレクトｏニクスン上（Ｉｎｔｅｒｌｌｎｋ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ）によって販売されている。圧力変換器の抵抗が減少すると、演算増幅器からコ ンピュータ２０に提供される入力電圧が増加する。各圧力変換器は、第３の座標 系の所定の方向に対応する。好ましい実施例では、第１の圧力変換ｕ６２は、医 師から見て画像の方へ内視鏡を移動することに対応する。第２の変換器６４は、 内視鏡を画像から遠ざける。第３の変換器６６および第４の変換器６８はそれぞ れ、内視鏡１８を「上」および「下」に移動し、第５の変ＰＡ器７０および第６ の変換！７２はそれぞれ、内視鏡１８を「左」わよび「右」に移動する。 第６図は、コノピユータ２０の概略図を示す。コンピュータ２０は、圧力変換器 および位置センサに接続されたマルチプレクサ７４を有する。好ましい実施例で は、マルチプレクサ７４は、各センサおよび変換器ごとに１つある１２個のチャ ネルを有する。マルチプレクサ７４は、単一のアナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ） 変換２；７６に接続されている。 コノピユータは、プロセッサ７８とメモリ８０も有する。Ａ／Ｄ変ｍ器７６は、 システムの入力信号から受け取られた各電圧レベルごとのバイナリ・ストリング をプロセッサ７８に提供できるように構成されている。−例を挙げると、圧力変 換器は、−１０ＶないしＩＯＶの範囲の電圧を提供することができ、変換器７６ は、各電圧レベルごとの異なる１２ビツト・バイナリ・ストリングを提供するこ とができる。１．Ｏｖの入力信号は、バイナリ・ストリング００００１１００１ ０１０に対応し、２．０■はｏｏｏｔｔｔｏｔｏｔｏｏに対応し、以下、同様で ある。 プロセッサ７日は、アドレス・デコーダ８２および４つの別々のディジタル・ア ナログ（Ｄ／Ａ）変換器８４に接続されている。各Ｄ／Ａｆ換器は、アクチュエ ータ２６．３０．３４、または３８に接続されている。Ｄ／Ａ変換器８４は、プ ロセッサ７８から受け取られた出方信号に応答してアナログ出方信号をアクチュ エータに提供する。アナログ出方信号は、電動機を作動させてロボット式アーム ・アセンブリを移動するのに十分な電圧レベルを有することが好ましい。Ｄ／Ａ Ｒ換器８４は、プロセッサからのバイナリｌが電動機を駆動するアナログ出力信 号を生成するように構成することができる。そのような実施例では、電動機は、 ブロモＩすがバイナ１月出力信号を提供するかぎり作動する。デコーダ８２は、 正しい電動機が駆動されるように、プロセッサによってｔｕ（されたアドレスを 対応するＤ／Ａ変換器に相関付ける。アドレス・デコーダ８２は、Ａ　／　Ｄ変 換器からの入力データが正しい入力チャネルに関連付けられるようにそのデータ 用のアドレスを提供する。 プロセッサ７８は、以下の数式にしたがってロボット式アーム・アセシブ１月６ の移動を計算する。 ａ２＝第３のリンケージ・アームとＸ軸の間の角度、ａ３−第２のり／データ・ アームと第３のリンケージ・アームの長手方向軸の開の角度、 ａ４−第１のり７ケージ・アームと第２のリンケージ・アームの長手方向軸の間 の角度、 Ｌｌ＝第３のり／データ・アームの長さ、Ｌ２−第２のり７ケーノ・アームの長 さ、Ｌ３＝第１のリンケージ・アームの長さ、■＝第１のり７ケージ・アームと 第２の座標系のＸ′軸の間の角度、ｘ＝第１の座標系におけるエツト・エフェク タのＸ座標、ｙ−第１の座標系におけるエンド・エフェクタのｙ座標である。 ブロモ、す７８は、ｘ−ｙ平面の新しい位置にエンド・エフェクタを移動するた めに、角１１１Ｆａ２、ａ３．８４の変化を計算し、次いでそれに応じてアクチ ュエータを移動するための出力信号を提供する。 エンド・エフェクタの最初の角位置は、センサ４６ないし５５によってプロセッ サ７８に提供される。ブロモフサは、エンド・エフェクタの新しい位置と最初　 。 の位置の間の差に対応する角度だけり７ケーノ・アームを移動する。角度差△ａ ２は、第３のアクチュエータ３８によって与えられる角変位のｍに対応し、角度 差△ａ３は、第２のアクチュエータ３４によって与えられる角変位の同にス・１ 応し、角度差△ａ４は、第１のアクチュエータ３０によって与えられる角変位の 量に対応する。 ／ステムＩＱの効果を高めるには、医者から見た手術器具の移動が常に、フット ・ペダルの移動と同じ方向になるように／ステムを構成する。したがって、医者 がフット・スイッチを押して内視鏡を上に移動すると、内視鏡は常に、上向きに 移動するように見える。この結果を得るために、ブロモＩす７８は第３の座標系 での内視鏡の端部の所望の運動量を第２の座標系での座標に変換し、次いで第２ の座標系の座標を第１の座標系の座（票に変換する。 内視鏡の所望の運動量は、以下の変換マトリックスを使用することによって第３ の座標系から第２の座標系に変換される。 △Ｘ”−第３の座標系のＸ”軸に沿った、内視鏡の所望の増分運動量、△ｙ”− 第３の座標系のｙ″軸に沿った、内視鏡の所望の増分運動量、△Ｚ”−第３の座 標系のＺ”軸に沿った、内視鏡の所望の増分運動ｍ５ｓ−ｙ＋　、ｌ　平面での Ｚ゛軸と内視鏡の間の角度、ｔｒ６＝ｘ’−ｚ“平面での２゛軸と内視鏡の間の 角度、△ｘ’＝第２の座標系のＸ゛軸に沿った、内視鏡の算出された増分運動■ △ｙ’＝第２の座標系のｙ°軸に沿った、内視鏡の算出された増分運動ｍ△Ｚ° 　−第２の座標系の２°軸に沿った、内視鏡の算出された増分運動量である。 角度ａ５およびａ６は、エンド・エフェクタ３２上に位置する第１の′）ツィン ト位置センサ５４および第２のジ田インド位置センサ５５によって提供される。 °　角度ａ５およびａ６を第７図に示す。 内視鏡の所望の運動ｍは、以下の変換マトリ・ｌクスを使用することによって、 東２の座標系から第１の座標系に変換される。 △Ｘ“　＝第２の座標系のＸ′軸に沿った、内視鏡の算出された増分運動量、△ ｙ’＝第２の座標系のｙ′軸に沿った、内視鏡の算出された増分運動ｍ。 △ｚ’＝第２の座標系の２°軸に沿った、内視鏡の算出された増分運動量、［Ｉ −第１のリンケージ・アームと第１の座標系のＸ軸の間の角度、△Ｘ＝第１の座 標系のＸ軸に沿った、内視鏡の算出された増分運動量、△ｙ＝第１の座標系のｙ 軸に沿った、内視鏡の算出された増分運動量。 △２＝第１の座標系の２軸に沿った、内視鏡の算出された増分運動量である。 増分運動量△Ｘおよび△ｙは、ロボット式アーム・アセンブリの角運動ｆｆ１（ Δａ２、△ａ３、△ａ４）を算出して、各電動機によって与えられる回転の量を めるために、上述のアルゴリズム（１）に挿入される。値△２は、線形アクチユ エータ２６によって与えられる線形運動■をめるために使用される。 内視鏡が移動するたびに、内視鏡の次の増分移動で使用すべき新しいｎ値を算出 しなければならない。内視鏡は通常、常にｙ＋−２＋平面にあり、したがってＨ 値は、エンド・エフェクタがｙ′軸に沿って移動したときしか変化しない。新し いＨ値は以下の数式で算出することができる。 ｄ−エンド・エフェクタとカニコーラ・ピボット・ポイントの間の内視鏡の長ｒ −エンド・エフェクタとカニコーラ・ピボｙト・ポイントの間のｙ′幸山に沿っ た距離 ｍ−内視鏡の増分運動ｌ 新しいＩＩ値は、算出されて、次の計算ができるようにコンピュータのメモＩｌ ｌこ記憶される。 第８図は、／ステムを操作するために使用されるプログラムのフローチャートで ある。コノピユータ２０は最初、センサ４６／ＷＬＩＬ５５１こよって（ｉｔ　 ｉａされる入力によってエンド・エフェクタ３２の位置を算出する。医者力τ１ つのフット・スイッチを押すと、ペダルは）／ピユータに入力信号を提供する。 ｔことえ；ｆ、医師は、内視鏡の前で対象を綿密に見たいことがある。その場合 、医師（ｉ第１のフット・スイッチの頂部を押して第１の圧力変換器を押し、コ ノピユータ（こ入〕Ｊ（言号を供給する。入力信号は１２ビツト・ノイイナリ・ ストリングに変換され、このノイイナリ・ストリングがプロセッサによって受け 取らｉする。１２ヒ゛ノド・スト１ノングは、△Ｚ”の所定の増分に対応する。 フット“エータ１ｉ常１こ、フット・ペタ′ルをサンブリノブする。各サノブル は、ｆｆｉ、Ｉ応する軸”の所定の増分（こ文寸応する。医師が２サンブリノブ 周期の間フット・ペダルを押し続（すｌこ１見台、移動すべき増５）＋１．２ｘ △２”である。Ａ／Ｄ変換器は、圧力変換器の増幅器ｈ）ら受１す取られｔこ電 圧レベルの各増加に関する増（北係数を＋ｉ　＋＋：腰そのため、電圧力（１曽 加するｔこびζこＩ曽分が増加する。したがって、医師は、フット・スイッチ１ こスｊする圧ツノを１曽７］［１することによって増分運動量を増加させること ができる。 ブロモ、す７８は次いで、第３の座標系での新しい座標をめる。第３の座標系で の増分運動ｆｉ！（△Ｘ″、△ｙ″、△２″）を使用して、第２の座標系での増 分運動ｍ＜Δｘ°、Δｙ°、△ｚ’）および第１の座標系での座標（Δｘ１△ｙ １△Ｚ）が算出される。次いで、これらの増分運動量を使用して、角度ａ２、ａ ３゜ａ４の変化と、アクチュエータ２４の線形運動量がめられる。コンビ二一夕 は、ロボット式アーム・アセンブリを新しい位置に移動するための出力信号を適 当な電動機に提供する。新しいｎ角度が算出され、プロセスが繰り返される。し たがって、本発明によって、医師は内視鏡を介して見られる表示画像に直接、相 関するように、手術器具を遠隔移動することができる。 好ましい実施例では、システムは、内視鏡が患者に対して常に同じ配向で整列す るようにエンド・エフェクタ３２を移動する。これは、角度ａ６が常にゼロに等 しくなるようにエンド・エフェクタを移動することによって行われる。したがっ て、内視鏡が移動するたびに、センサ５５によって角度ａ６が検知される。角度 ａ６がゼロに等しくない場合、プロセッサは以下のサブルーチンに従ってエンド ・エフェクタを移動する。 ａ６＞ゼロの場合、エンド・エフェクタはΔπ＝π十定数 に等しい増分だけ移動される。 ａ６＜ゼロの場合、エンド・エフェクタは、Δπ；π一定数 に等しい増分だけ移動される。 上式で、 △π＝エンド・エフェクタの増分角運動量π＝前の角度π 定数＝エンド・エフェクタのある所定の増分角運動量プロセッサは、角Ｑｊａ６ がゼロに等しくなるまで、上述のサブルーチンに従ってエンド・エフェクタを移 動する。次いで、新しいπ角度は、記憶されて、次の計算のために使用される。 角度ａ６をゼロに維持することによって、医師の見るＩＩＷは、すべてのエンド ・エフェクタ位置に関して同じ配向になる。 第１０図に示したように、各リンケージ・アーム２８．３６．８０は第１のはす ば歯車９２に結合することが好ましい。第１のはすば歯車９２は、クラ、チ９６ によってアクチュエータ３０．３４、または３Ｂに結合される第２のはすば歯車 ９４にかみ合う。クラッチ９６は、それら自体に電力が供給されたときに結合さ れる磁気プレートで構成することが好ましい。電力が終了すると、オペレータが リンケージ・アームを手動で移動できるように、クラッチ９６が係合解除されて 、アクチュエータが駆動軸から結合解除される。電力は、医師が操作できるスイ ッチ９８を介してクラッチ９６に０１給される。クラ・ノチによって、医師は、 アクチェエータを係合解除し、内視鏡の位置を手動で移動することができる。 第６図に示したように、／ステムは、一般に「ジ曹イスティック」と呼ばれるレ バー作動入力装置１００を有することができる。入力装置１００は、フ・ット・ ペダルと同様に使用することができ、オペレータは装置１００のレバー１０２を 移動することによって内視鏡を移動することができる。装置１００は、オペレー タが操作できる複数のメモリ・ボタン１０４を有することもできる。メモリ・ボ タン１０４は、コンピュータのプロセッサに結合される。メモリ・ボタン１０４ は、セーブ・ボタン１０６とリコール・ボタン１０８とを含む。セーブ・ボタン ＋０６を押すと、第１の座標系でのエンド・エフェクタの座標が、コンビ１−タ ・メモリの専用アドレスに保存される。リコール・ボタン１０８を押すと、プロ セッサは、メモリに記憶されているデータを検索して、セーブ・ボタンが押され たときのエンド・エフェクタの座標にエンド・エフェクタを移動する。 セーブ・メモリ・ボタンによって、オペレータは第１の位置におけるエンド・エ フェクタの座標を記憶し、エンド・エフェクタを第２の位置に移動し、次いでボ タンを押すことによって第１の位置に戻ることができる。−例を挙げると、医師 は、所定の位置から密者を幅広（見て、その位置の座標をメモリに記憶すること ができる。医師は続いて、内視鏡を使用して空洞などに入ることができ、それに よって、より狭い視野がｔｌｌ供される。医師は、単にシステムのリコール・ボ タンを押すことによって、幅広い視野から迅速に戻ることができる。医師が再び 、リコール・ボタンを押す前の内視鏡の最後の位置に戻れるように、この位置を 記憶することもできる。 第９図に示したように、リンケージ・アーム・アセンブリが急激に移動しないよ うに、／ステトは、リコール・サイクル中に単調増加的に移動することが好まし い。プロセッサは、アクチユエータがエツト・エフェクタを点へがら点ＩＩへ移 動する純粋な線形移動の代わりに、以下の数式に従ってリンケージ・アーム・ア センブリを移動することが好ましい。 ［＝時間 ００−エンド・エフェクタの最初の位置０１＝エンド・エフェクタの最後の位置 ケージ・アーム・アセンブリの運動ｍは、アームが、最初の位置を離れて最後の 位置に接近するにつれてそれぞれ、次第に増加し、次いで次第に減少する。上述 の数式に従ってアームを移動することによって、低い初期アーム加速値および低 い最終アート加速値が生成される。アームの運動ｍが次第に増加して次第に減少 することによって、アーム・アセンブリが急激に移動することが防止される。 第１１図に示したように、ロボット式アーム・アセンブリは、バッグ＋１０によ ってＴ：１１することが好ましい。バッグ１１０は、アームが手術室の５ｔｅｒ ｌＩｃ　ｆｉｅｌｄを汚染しないようにアーム・アセンブリ２６を分離する。バ ッグ１１０は、手術室の無菌状態を維持するのに適した任意の材１−１で構成す ることができる。バッグ１１０は、各手術手順の後にバッグを定期的に取り外し て交換できるようにするフック・ループすイ寧１やジノパーなどの固定手段を有 することができる。 第１２図は、エツト・エフェクタ＋２０の代替実施例を示す。エンド・エフェク タ１２０は、内視鏡１８に結合された金属カラー１２４を保持する磁石１２２を 有する。カラー１２４は、内視鏡１８と、ねじ１３０と共に内視鏡１８を捕捉す る１対のアーム１２８を収容する中央穴１２６を有する。カラー１２４は、エン ド・エフェクタ１２０に位置するチャネル１３２内にはまるように構成されてい る。磁石＋２２は通常、リンケージ・アームの移動時に内視鏡を保持できるほど 強いが、オペレータがカラーおよび内視鏡をエンド・エフェクタから引き離せる ほど弱い磁力を有する。 第１３図は、手術器具１４２をロボット式システム１４４に結合するエンド・エ フェクタ１４０の好ましい実施例を示す。エンド・エフェクタ１４０は、器具１ ４２に取すイ１けられたカラー１４８を捕捉できるカラー・十ルダ１４６を有す る。カラー１４８は、器具１４２がロボット式アセンブリ＋４４に結合されたと きにカラー・十ルダ１４６の基部によって支持されるリップ＋５０をａする。カ ラー１４８は、器具１４２に固定され、＝＋５ａを有するベアリング１５２を有 し、歯１５３はエンド・エフェクタ１４０に組み込まれたウオーム・ギア１５４ とかみ合う。つ堵−ム・ギア１５４は通常、それ自体を回転して器具！４２をそ の長手方向軸の周りで回転させることができる電動機（図示せず）に接続される 。 エンド・エフェクタ１４０は、第１４図に概略的に示したロヂノト式／ステムで 使用することが好ましい。ウオーム・ギアは、第１図に示したロボット式アーム の第１のアクチュエータ３０に取って代わるものである。受動継手１５６および １５８によって、第３図に示した受動継手によって与えられるのと同じ自由度が 可能になる。継手＋５６および１５８は、図を明確にするために別々に示されて いるが、物理的にエンド・エフェクタ１４０内に配置できることを理鼾され！こ い。 手術器ｌはＪＩＴｌ常、カメラ（図示せず）と、器具がその長手方向軸の周りで 回転したときに、それに対応して表示画面上の画像が回転するような表示画面（ 図示せず）に結合される。器具および表示画像の回転によって、ビューアが方向 感覚を失うことがある。したがって、表示画像の配向を維持することが望ましい 。 第１図に示した実施例では、ロボット式アセノブリは、角度ａ６をゼロの値に維 持するＩｌ＋のアルゴリズムに従って器具を移動する。これは、各移動の後に新 しい角度ａ６を算出し、次いでａ６がゼロに等しくなるように器具を移動するこ とによって行われる。エンド・エフェクタの

【装置に応じて、器具をゼロａ６に 移、動するためにいくつかまたはすべてのアクチュエータを作動させることが必 要になり、したがって角１ｉｎ２、ｎ３．ｎ４を算１１けることが必υになる。 エンド・エフェクタ１４０のウオーム・ギア１５／ｌを使用して、ウォーノー・ ギア１５４および内視＃ｊ！＋４２を、器具＋４２の長手方向軸の周りで、算出 された角度だけ回転さけることによって、表示画像の妥当な配向を維持すること ができる。 第１５図に示したように、内視鏡Ｉ４２は、茅１図に示した第１の座標系の２軸 に平行なＺ軸を有する固定された第４の座標系内で配置される。第４の座標系の 原点は、器具とエンド・エフェクタの交差Ｊハである。基Ｍ点を提（Ｊけるため に、器具は最明、第１の位置にあり、第２の位置に移動される。内視鏡１４２自 体は、２”軸力４具１４２の長手方向軸に一致する第３の座標系を形成する。ウ オーム・ギア１５４は、内視鏡１４２をうまく配向させるために、器Ｅ１１４２ をその長手方向軸の周りでｍΔθＧだけ回転させて、固定された座標系内の７１ 垂直方向にｙ°°軸を配向させる。△θＧは、以下の外積がら算出される。 △０６＝ｚ　Ｉ”　ｘ　（ｙｏ″　ｘ　ｙｉ″）上式で、 △０６＝ｚ”軸の周りで器具を回転させる角度、ｙＯ”−器具が第１の位置にあ るときのｙ″軸のベクトル配向、ｙ＋″−器具が第２の位置にあるときのｙ″軸 のベクトル配向、ｚｉ”＝器具が第２の位置にあるときのｚ”軸のベクトル配向 である。 ｙｌ”軸および２１″軸のベクトルは、以下のアルゴリズムで算出される。 ｙｉ”＝　ｚｉ”×ｘｒ” 上式で、 θイ＝ｙ−ｚ３ｒ’面でのＺ４　ＪｌとＺ軸の１１１Ｄの角度、θ５　＝　ｘ　 −７，平面での器具と２軸の間のｒり度、Ｚ−第１の座標系の２軸の１１１位ベ クトルである。 角＋ｆｆｉθ４およびθ５は、継手【５６および＋５８に結合されたツクインド 位置上／すによって提供される。ベクトルｙｏ″は、原点または第１の位置にお ける器具の角度ｅ４およびθ５を使用して算出される。ｙ１″を算出する場合、 変換マトリックスで第２の位置の角度θ４およびθ５が使用される。アームが移 動するたびに、ｙＯ″がｙじにセットされ、新しいｙ１゛°ベクトルおよびχ・ １応するΔ０Ｇが算出されて、内視鏡を再配向させるために使用される。上述の アルゴリズムを使用すると、内視鏡のビボノ１−移動によってそれに対応する表 示画像の回転が発生しないように、ウオーム・ギアが器具をその長手方向軸の周 りで連続的に回転させる。 最初に手術器具をΦ者に挿入する際、器具のピボット・ポイントの正確な位置は 不明である。ピボット・ポイントを算出して、内視鏡のレンズ部を移動するのに 必要な口・Ｙティック連動型をめることが望ましい。エンド・エフェクタとそれ に対向する器具のレンズ部の正確な移動は、ピボット・ポイントと、ピボット・ ポイントとエンド・エフェクタの間の距離を知ることによって与えられる。ピボ ット・ポイントの位置を使用して、器具の拭部が小者に押し込まれないようにし て、器具がψ者から引き抜かれるのを防ぐことができる。 器具のピボット・ディノドは、最初に、エンド・エフェクタと器具の交差点の最 初の（ひ置Ｐｏと、器具と同じ配向を有する単位ベクトルＵＯをめることによっ て算出される。位置Ｐ　（ｘ、ｙ、ｚ）の値は、上述のロボＩト式アセンブリの 様々な位置センサから導くことができる。単位ベクトルＵｏは、以下の変換マト リ、クスによって算出される。 エンド・エフェクタが移動するたびに、以下の一次方程式ＬｏおよびＬｌに従っ て器具の第！および第２の単位ベクトルＵｏおよびυ１の外積の逆正弦を得るこ とによって、器具の角運動量が算出される。 Δθ−ａｒｃｓｌｎ　（ＩＴＩ） Ｔ！ＵＯＸυｌ 上式で、 Ｔ＝単位ベクトルＵＯおよびＵｌの外積であるベクトルである。 上述の位置センサおよび変換マトリックスを使用して、新しい器具の位置の単位 ベクトルＵｌが再びめられる。角度へ〇がしきい値よりも大きい場合、新しいピ ボット・ポイントが算出され、ＵｏがＵｌにセットされる。第１６図に示したよ うに、第１および第２の器具配向は、−次方程式ＬｏおよびＬｌによって定義す ることができる。 ＬＯ： ｘｏｘＭｘｏ・Ｚｏ＋Ｃｘ。 ｙｏｗＭｙｏ　−Ｚｏ＋Ｃｙ。 ｘｉ−Ｍｘｌ−Ｚ１＋Ｃｘｌ ｙ１＝Ｍ）ＴＩ−ｚｔ＋ｃｙｉ Ｚｏ＝第１の座標系の２軸に対する線Ｌｏに沿った２座標、Ｚｌ＝第１の座標系 の２軸に対する線Ｌｌに沿った２座標、Ｍｘｏ＝Ｚｏの関数としての線Ｌｏの勾 配、Ｍｙｏ＝Ｚｏの関数としての線Ｌｏの勾配、Ｍｘ　Ｉ　＝Ｚ　１の関数とし ての線Ｌｌの勾配、Ｍｙｔ＝ｚｔの関数としての線Ｌｌの勾配、Ｃｘｏ−線Ｌｏ とＪｌの座標系のｙ軸の交差点を表す定数、Ｃｙｏ＝線Ｌｏと第１の座標系のｙ 軸の交差点を表す定数Ｃｘ　ｌ　＝Ｌ　ｌと第１の座標系のｙ軸の交差点を表す 定数ｃｙｔ＝線Ｌｌと第１の座標系のｙ軸の交差点を表す定数勾配は、以下のア ルゴリズムを使用して算出される。 Ｍｘｏ＝Ｕｘｏ／Ｕｚ。 Ｍ　ｙ　ｏ　＝　Ｕ　ｙ　ｏ　／　Ｕ　ｚ　。 Ｍｘ　ｌ　＝Ｕｘ　ｌ／υｚＩ Ｍｙｌ＝Ｕｙｌ／Ｕｚｌ Ｃｘｏ＝Ｐｏｘ−Ｍｘｌ−Ｐｏｚ Ｃｙｏ＝Ｐｏｙ−Ｍｙｌ−Ｐｏｚ Ｃｘｌ＝ｒ’ｌｘ−Ｍｘｌ−Ｐ１ｚ Ｃｙｌ＝Ｐ１ｙ−Ｍｙｌ−Ｐｌｚ 上式で、 Ｕｏ　（ｘ、ｙ、ｚ）　＝第１の座標系内の第１の位置での器具の単位ベクトル 、ＬＪＩ　（ｘ、ｙ、ｚ）−第１の座標系内の第２の位置での器具の単位ベクト ル、１’ｏ　（ｘ、ｙ、ｚ）　＝第１の座標系内の第１の位置でのエンド・エフ ェクタと器具の交差点の座標、 ＰＩ　（ｘ、ｙ、ｚ）　＝第１の座標系内の第２の位置でのエンド・エフェクタ と器具の交差泊の座標、 おおよそのピボット・ポイント位置を見つけるには、第１の配向ＬＯおよび第２ の配向Ｌ　１での器具のピボット・ポイントをめ（それぞれ、ピボット・ポイン トＲＯおよびＲ１）、２つの点ＲｏとＲ１のそれぞれからそれらの中間までの距 離を算出して器具のピボット・ポイントＲａｖｅとして記憶する。　ビボνト・ ポイントＲａｖｅは、外積ベクトル゛ｒを使用することによってめられる。 １１７置ＲｏおよびＲＩを見っ１するには、以下の数式によって、１．ｏとＬｌ の両方を通過する、ベクトル′■と同じ配向をもつ線を定義する。 ｔ　ｙ　＝　’ｒ　ｙ　／　Ｔ　ｚ 上式で、 ｔｘ＝第１の座標系のＺ−Ｘ平面にλＪする、ベクトルＴによって定義される線 の勾配、 ｔｙ＝ｙｌの座悸系のｚ−ｙ平面に対する、ベクトルＴによって定義される線の 勾配、 ’Ｉ’　ｘ　＝ベクトル′ｒのＸ成分、ＴＹ＝ベクトルＴのＸ成分、 Ｔｚ＝ベクトルＴの２成分、 ２つの声を選択して勾配Ｔｘ、Ｔｙ、Ｔｚをめ（たとえば、Ｔｘ＝ｘ　１−ｘｏ 、Ｔｙ＝ｙｌ−ｙｏ＋Ｔｚ”ｚｌ−ｚＯ）、−次方程式ＬｏおよびＬｌを代入す ると、以下のようにＲｏ　（ｘｏ、ｙｏ、ｚｏ）およびＲ１（ｘｉ、ｙｌ、ｚｌ ）の点座標に関する解が与えられる。 ｚｎ　＝　（（Ａ（、ｖｌ　−＋、ｖ）＝ｌ　＋　Ｃｘ　１−　Ｃｘｏ）　／　 （Ｍｘｎ　−１，ｖ）ｚｌ　＝　（（Ｃｙｌ−Ｃｙｏ）（Ｍｘｏ　−＋、ｖ）− （Ｃｖｌ　−Ｃｘｏ）（＾４ｙｔ＋　−＋ｙ））／（（Ｍｙｏ　−ハ）（Ｍｒ　 ｌ−＋、ｖ）　−（Ａ（ｙｌ　−ｒｖ）（Ａ４ｘｎ　−＋、ｖ　））ｙｏ　＝　 Ｍｙｏ　２ｏ　＋　Ｃ，ｖ。 ｙｌ　＝　Ａ（ｙｌ　ｚｌ　＋　Ｃｙｌｘｏ＝Δブｘｏｚｏ＋Ｃｘ。 ｘＩ＝Ｍｘ１２１＋ＣｘＩ ビボノ１−・ポイントＲＯとＲ１の間の平均距離は、以下の数式によって算出さ れ、器具のピボット・ポイントとして記憶される。 Ｒｏｌ、＝（（、ｖｌ＋Ａｏ）／２．（ｙｌ＋、＋＋ｏ）／２．（：ｌ＋ｚｏ） ／２）ピ°どノド・′Ｊ′イツトは、上述のアルゴリズノ・・ルーチノで連続的 に更Ｘｌｉ　することができる。ビ′どノド・ポイントのあらゆる運動ｍをしき い値と比較ｒることができ、ピ°どノド・ポイントが、設定された限界を趙えて 移動した場合、警告（３号を発行することも、あるいはロボット式システムを係 合解除することもできる。 設定された限界との比較は、患者が動いていないかどうか、あるいは器具が患者 の外側で操作されていないかどうかを１１定するうえでＴＴ用である。前記の状 況では、０者またーは手術室内にいる人が負傷する恐れがある。 ある典Ｗ的な実施例を説明し、ｉＫ　（Ｊの図面に示したが、そのような実施例 が例示的なものに過ぎず、広範囲な本発明を制限するものではなく、かつ当業者 には他の修正を横ゼすることができるので、本発明が、図示し説明した特定の構 成に限らないことが理解されよう。 【図１］ ＦＩＧ、　３ ＦＩＧ、　４ 皿） ＦＩＧ、　５ （図６１ ［図８】 １図９】 晴間 【４　′、１　Ｎ フロントページの続き （３１）優先権主張番号　０７２，９８２（３２）優先臼　１９９３年６月３日 （３３）優先権主張国　米国（ＵＳ） ＤＫ、ＥＳ、ＰＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＰＴ、ＳＥ） 、０Ａ（ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧＣＡ、ＣＨ，ＣＺ、ＤＥ、ＤＫ、ＥＳ、ＦＩ、 ＧＢ、ＨＵ、ＪＰ、ＫＰ、ＫＲ，ＫＺ、ＬＫ、ＬＵ、ＭＧ、ＭＮＳＤ、ＳＥ、Ｓ Ｋ、ＵＡ、ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ユーザが、患者の体内での手術器具の移動を遠隔制御できるようにするシス テムにおいて、手術器具が長手方向軸を有し、前記システムが、手術器具を保持 するための取付け手段と、手術器具を長手方向軸の周りで回転させるための回転 手段と、手術器具を虫者に対して移動するための移動手段と、ユーザによって提 供されたコマンドに応答して入力信号を提供するための入力手段と、 前記人力信号に応答して手術器具を位置決めするように前記移動手段および前記 回転手段を制御するための制御手段とを備えることを特徴とするシステム。 ２．前記回転手段が、手術器具に取り付けられた対応する軸受部材を回転させる ようになされていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のシステム。 ３．前記取付け手段が、手術器具に取り付けられカラー・ホルダに結合されたカ ラーを含むことを特徴とする請求の範囲第２項に記載のシステム。 ４．前記移動手段が、前記取付け手段に取り付けられた第１のリンケージ・アー ムと、前記第１のリンケージ・アームを回転させることができる第１のアクチュ エータとを含み、前記取付け手段が第１のｚ軸に垂直な平面にあり、前記第１の アクチュエータが、第１のｚ軸に平行な軸に沿って前記取付け手段を並進させる ことができる線形アクチュエータに結合されることを特徴とする請求の範囲第１ 項に記載のシステム。 ５．前記制御手段が、第１のｚ軸上での前記第１のアクチュエータの位置に対応 する第１のフィードバック信号を提供するために前記線形アクチュエータに結合 された第１のアクチュエータ・センサ手段と、第１のｚ軸に垂直な平面での前記 取付け手段の位置に対応する第２のフォードバック信号を提供するために前記第 １のアクチュエータに結合された第２のアクチュエータ・センサ手段とを含むこ とを特徴とする請求の範囲第４項に記載のシステム。 ６．前記移動手段が、第２のリンケージ・アームによって前記第１のアクチュエ ータに取り付けられた第２のアクチュエータを含み、前記第２のアクチュエータ が、前記第１のアクチュエータおよび前記取付け手段を第１のｚ軸に垂直な平面 で回転させるようになされていることを特徴とする請求の範囲第５項に記載のシ ステム。 ７．前記制御手段が、第１のｚ軸に垂直な平面での前記第１のアクチュエータの 位置に対応する第３のフォードバック信号を提供するために前記第２のアクチュ エータに結合された第３のアクチュエータ・センサ手段を含むことを特徴とする 請求の範囲第６項に記載のシステム。 ８．前記取付け手段が、手術器具が前記第１のリンケージ・アームの長手方向軸 の周りで回転できるようにする第１の継手と、手術器具が前記第１のリンケージ アームの長手方向軸に垂直な軸の周りで回転できるようにする第２の継手とを有 することを特徴とする請求の範囲第２項に記載のシステム。 ９．前記制御手段が、第２のｘ軸に対する手術器具の第１の角位置に対応する第 １のジョイント・フィードバック信号を提供するために前記取付け手段に結合さ れた第１のジョイント・センサ手段と、第２のｙ軸に対する手術器具の第２の角 位置に対応する第２のジョイント・フィードパツク信号を提供するために前記取 付け手段に結合された第２のジョイント・センサ手段とを含むことを特徴とする 請求の範囲第８項に記載のシステム。 １０．さらに、クラッチ入力信号を受け取ったときに、前記第１のアクチュエー タを前記線形アクチュエータから、前記第２のアクチュエータを前記第１のアク チュエータから、前記第３のアクチュエータを前記第２のアクチュエータから係 含解除するためのクラッチ手段を備えることを特徴とする請求の範囲第６項に記 載のシステム。 １１．前記第１、第２、第３のアクチュエータが■動機であることを特徴とする 請求の範囲第６項に記載のシステム。 １２．前記制御手段が、前記入力手段から入力信号を受け取り、手術器具の位置 を移動するための出力信号を前記制御手段に提供するコンピュータであることを 特徴とする請求の範囲第１項に記載のシステム。 １３．さらに、第１の記憶入力信号を受け取ったときに前記エンド・エフェクタ の第１の位置を記憶し、第２の記憶入力信号を受け取ったときに前記エンド・エ フェクタを前記第１の位置に移動するための記憶手段を備えることを特徴とする 請求の範囲第１２項に記載のシステム。 １４．前記人力手段が、ユーザが前記入力信号を生成するために押すことができ ろフット・ペダルを含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載のシステム。 １５．ユーザが患者の体内での手術器具の移動を遠隔制御できるようにするシス テムにおいて、 患者を支持するようになされた台と、 長手方向軸を有する第１のリンケージ・アームと、前記リンケージ・アームに取 り付けられ、手術器具を保持するようになされ、手術器具が前記第１のリンケー ジ・アームの長手方向軸の周りで回転てきるようにする第１の継手を有し、さら に、手術器具が前記第１のリンケージ・アームの長手方向軸に垂直な軸の周りで 回転できるようにする第２の継手を有するエンドエフェクタと、 前記エンド・エフェクタに作動可能に接続されたウォーム・ギァと、手術器具に 取り付けられ、前記ウォーム・ギアに作動可能に結合された軸受と、第１のｚ軸 に垂直な平面で前記第１のリンケージ・アームを回転させることができるように 、前記第１のリンケージ・アームに接続された第１のアクチュエータと、 前記第１のアクチュエータに接続された第２のリンケージ・アームと、第１のｚ 軸に垂直な平面で前記第２のリンケージ・アームを回転させることができるよう に、前記第２のリンケージ・アームに接続された第２のアクチュエータと、 前記第２のアクチュエータを第１のｚ軸に沿って並進させることができるように 前記台および前記第２のアクチュエータに取り付けられた線形アクチュエータと 、 人力信号を提供するようになされた手動入力装置と、前記フット・ペダルからの 前記入力信号に応答して、手術器具を患者に対して移動するように前記アクチュ エータを作動させる出力信号を提供するための制御手段とを備えることを特徴と するシステム。 １６．きらに、クラッチ入力信号を受け取ったときに、前記第１のアクチュエー タを前記線形アクチュエータから、前記第２のアクチュエータを前記第１のアク チュエータから、前記第３のアクチュエータを前記第２のアクチュエータから係 合解除するためのクラッチ手段を備えることを特徴とする請求の範囲第１５項に 記載のシステム。 １７．前記制御手段が、第１のｚ軸上での前記第３のアクチュエータの位置に対 応する第１のフィードバック信号を提供するために前記線形アクチュエータに結 合された第１のアクチュエータ・センサ手段と、第１のｚ軸に垂直な平面での前 記エンド・エフェクタの位置に対応する第２のフォードバック信号を提供するた めに前記第１のアクチュエータに結合された第２のアクチュエータ・センサ手段 と、第１のｚ軸に垂直な平面での前記第１のアクチュエータの位置に対応する第 ３のフォードバック信号を提供するために前記第２のアクチュエータに結合され た第３のアクチュエータ・センサ手段とを含むことを特徴とする請求の範囲第１ ４項に記載のシステム。 １８．前記制御手段が、第２のｘ軸に対する手術器具の第１の角位置に対応する 第１のジョイント・フィードバック信号を提供するために前記エンド・エフェク タに結合された第１のジョイント・センサ手段と、第２のｙ軸に対する手術器具 の第２の角位置に対応する第２のジョイント・フィードバック信号を提供するた めに前記エンド・エフェクタに結合された第２のジョイント・センサ手段とを含 むことを特徴とする請求の範囲第１７項に記載のシステム。 １９．さらに、第１の記憶入力信号を受け取ったときに前記エンド・エフェクタ の第１の位置を記憶し、第２の記憶入力信号を受け取ったときに前記エンド・エ フエクタを前記第１の位置に移動するための記憶手段を備えることを特徴とする 請求の範囲第１８項に記載のシステム。 ２０．長手方向軸と、患者に挿入される端部とを有する手術器具を患者に対して 移動するための方法において、 ａ）手術器具を長手方向軸の周りで回転させるたの回転手段を有し、かっ第２の ｘ柚、第２のｙ軸と第２のｚ軸とを有する第２の座標系内に位置するエンド・エ フェクタを、ユーザからの入力コマンドに応答して患者に対して移動するように なされた、第１のｘ軸と第１のｙ軸と第１のＺ軸とを有する第１の座標系内に位 置する、ロボット式アーム・アセンブリを提供するステップと、ｂ）手術器具を 前記エンド・エフェクタに取り付けるステップと、ｃ）手術器具が、第３のｘ軸 と第３のｙ軸と第３のｚ軸とを有する第３の座標系を形成し、第４のｘ軸と第４ のｙ軸と第４のｚ軸とを有する第４の座標系内に位置するように、手術器具を患 者に挿入するステップと、ｄ）手術器具を第３の座標系である増分だけ移動する ための入力コマンドを入力するステップと、 ｅ）第３の座標系での手術器具の端部の増分運動量から第２の座標系での前記エ ンド・エフェクタの増分運動量を算出するステップと、ｆ）第２の座標系での前 記エンド・エフェクタの増分運動量から第１の座標系内での前記エンド・エフェ クタの増分運動量を算出するステップと、ｇ）前記エンド・エフェクタが、第１ の座標系で、算出された増分運動量だけ移動するまで、前記ロボット式アーム・ アセンブリを移動するステップと、ｈ）第３のｘ軸が、第３のｚ軸の単位ベクト ルおよび第４のｚ軸の単位ベクトルの外積に直交するような手術器具の回転角度 を算出するステップと、ｉ）手術器具を、算出された回転角度だけ回転させるス テップとを含むことを特徴とする方法。 ２１．前記第２の座標系での前記エンド・エフェクタの前記増分連動量が以下の 変換マトリックスで算出され、 ▲数式、化学式、表等があります▼ 上式で、 Δｘ′′＝第３のｘ軸に沿った手術器具の端部の増分運動量、Δｙ′′＝第３の ｙ軸に沿った手術器具の端部の増分運動量、Δｚ′′＝第３のｘ軸に沿った手術 器具の端部の増分運動量、ａ５＝手術器具と第２の座標系の第２のｘ−ｚ平面の 角度、ａ６＝手術器具と第２の座標系の第２のｙ−ｚ平面の角度、Δｘ′＝第２ のｘ軸に沿った前記エンド・エフェクタの算出された増分運動量、Δｙ′＝第２ のｙ軸に沿った前記エンド・エフェクタの算出された増分運動量、Δｚ′＝第２ のｚ軸に沿った前記エンド・エフェクタの算出された増分運動量であることを特 徴とする請求の範囲第２０項に記載の方法。 ２２．前記第１の座標系での前記エンド・エフェクタの前記増分運動量が以下の 変換マトリックスに従って算出され、 上式で、 Δｘ＝第１のｘ軸の沿った前記エンド・エフェクタの算出された増分運動量、Δ ｙ＝第１のｙ軸の沿った前記エンド・エフェクタの算出された増分運動量、Δｚ ＝第１のｚ軸の沿った前記エンド・エフェクタの算出された増分運動量、ＩＩ＝ 前記エンド・エフェクタと第１のｘ軸の間の角度であることを特徴とする請求項 ２１に記載の方法。 ２３．さらに、以下のステップに従って長手方向軸の周りで手術器具を回転させ るための計算上の回転角度を求めるステップを含み、Δθ６＝ｚｉ′′×（ｙｏ ′′×ｙｉ′′）上式で、 Δθ６＝第３のｚ′′軸の周りで器具を回転させるべき角度、ｙｏ′′＝器具が 第１の位置にあるときのｙ′′軸のベクトル配向、ｙｉ′′＝器具が第２の位置 にあるときのｙ′′軸のベクトル配向、ｚｉ′′＝器具が第２の位置にあるとき のｚ′′軸のベクトル配向であり、ｙｉ′′軸およびｚｉ′′軸のベクトルが以 下のアルゴリズムで算出され、▲数式、化学式、表等があります▼ ｘｉ′′＝ｚｉ′′×ｚ ｙｉ′′＝ｚｉ′′×ｘｉ′′ 上式で、 θ４＝ｙ−ｚ平面での器具とｚ軸の間の角度、θ５＝ｘ−ｚ平面での器具とｚ軸 の間の角度、ｚ＝第１の座標系での第４のｚ軸の単位ベクトルであることを特徴 とする請求の範囲第２２項に記載の方法。 ２４．さらに、 Ｐｏ（ｘ，ｙ，ｚ）＝第１の座標系内の第１の位置でのエンド・エフェクタと器 具の交差点の座標、 Ｐ１（ｘ．ｙ，Ｚ）＝第１の座標系内の第２の位置でのエンド・エフェクタと器 具の交差点の座標であり、 以下のように手術器具の角運動量Δθを算出し、Δθ＝ａｒｃｓｉｎ（｜Ｔ｜） Ｔ＝Ｕｏ×Ｕ１ 上式で、 Ｔ＝Ｔが線ＬｏとＬ１の両方に垂直になる点で線ＬｏとＬ１の両方に交差する線 の配向を定義する、単位ベクトルＵ０とＵ１の外積であるベクトル、Ｕｏ（ｘ， ｙ，ｚ）＝第１の座標系内の第１の位置での器具の単位ベクトル、Ｕ１（ｘ，ｙ ，ｚ）＝第１の座標系内の第２の位置での器具の単位ベクトルであり、 Δθが所定の値よりも大きい場合、第１の位置での手術器具を表す線Ｌｏを以下 のように定義し、 ｘｏ＝Ｍｘｏ・Ｚｏ＋Ｃｘｏ ｙｏ＝Ｍｙｏ・Ｚｏ＋Ｃｙｏ 第２の位置での手術器具を表すＬ１を以下のように定義し、ｘ１＝Ｍｘ１・Ｚ１ ＋Ｃｘ１ ｙ１＝Ｍｙ１・Ｚ１＋Ｃｙ１ 上式で、 Ｚｏ＝第１の座標系のｚ軸に対する線Ｌｏに沿ったｚ座標、Ｚ１＝第１の座標系 のｚ軸に対する線Ｌ１に沿ったｚ座標、Ｍｘｏ＝Ｚｏの関数としての線Ｌｏの勾 配、Ｍｙｏ＝Ｚｏの関数としての線Ｌｏの勾配、Ｍｘ１＝Ｚ１の関数としての線 Ｌ１の勾配、Ｍｙ１＝Ｚ１の関数としての線Ｌ１の勾配、Ｃｘｏ＝線Ｌｏと第１ の座標系のｘ軸の交差点を表す定数、Ｃｙｏ＝線Ｌｏと第１の座標系のｙ軸の交 差点を表す定数、Ｃｘ１＝Ｌ１と第１の座標系のｘ軸の交差点を表す定数、Ｃｙ １＝線Ｌ１と第１の座標系のｙ軸の交差点を表す定数であるステップと、以下の ように項Ｍｘｏ、Ｍｙｏ、Ｍｘ１、Ｍｙ１、Ｃｘｏ、Ｃｙｏ、Ｃｘ１、Ｃｙ１を 算出するステップと、 Ｍｘｏ＝Ｕｘｏ／Ｕｚｏ Ｍｙｏ＝Ｕｙｏ／Ｕｚｏ Ｍｘ１＝Ｕｘ１／Ｕｚ１ Ｍｙ１＝Ｕｙ１／Ｕｚ１ Ｃｘ０＝Ｐｏｘ−Ｍｘ１・Ｐｏｚ Ｃｙ０＝Ｐｏｙ−Ｍｙ１・Ｐｏｚ Ｃｘ１＝Ｐ１ｘ−Ｍｘ１・Ｐ１ｚ Ｃｙ１＝Ｐ１ｙ−Ｍｙ１・Ｐ１ｚ 以下のようにベクトルの勾配ｔｘおよびｔｙを算出し、ｔｘ＝Ｔｘ／Ｔｚ ｔｙ＝Ｔｙ／Ｔｚ 上式で、 ｔｘ＝第１の座標系のｚ−ｘ平面に対する、ベクトルＴによって定義される線の 勾配、 Ｌｙ＝第１の座標系のＺ−ｙ平面に対する、ベクトルＴによって定義される線の 勾配、 Ｔｘ＝ベクトルＴのｘ成分、 Ｔｙ＝ベクトルＴのｙ成分、 Ｔｚ＝ベクトルＴのｚ成分であり、 ピボット・ポイントＲ（ｘｏ，ｙｏ，Ｚｏ）およびＲ（ｘ１，ｙ１，Ｚ１）を以 下のように算出するステップと、 ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ピボット ポイントＲｘｙｚを以下のように算出するステップ▲数式、化学式、表等があり ます▼ に従って手術器具および患者のピボット・ポイントＲｘｙｚを見つけるステップ を含むことを特徴とする請求の範囲第２０項に記載の方法。 ２５．前記エンド・エフェクタが以下の数式に従って前記第１の座標系で移動し 、▲数式、化学式、表等があります▼ 上式で、 ｔ＝時間、 θｏ＝前記エンド・エフェクタの最初の位置、θ１＝前記エンド・エフェクタの 最後の位置、■ｏ＝位置θｏでの前記エンド・エフェクタの速度、■１＝位置θ １での前記エンド・エフェクタの速度であることを特徴とする請求の範囲第２０ 項に記載の方法。 ２６．長手方向軸と、患者に挿入される端部とを有する手術器具を患者に対して 移動ずるための方法において、 ａ）第１のｘ軸と第１のｙ軸と第１のｚ軸とを有する第１の座標系内に位置し、 第２のｘ軸と第２のｙ軸と第２のｚ軸とを有する第２の座標系内に位置するエン ド・エフェクタを有し、共に、第１のｚ軸に垂直な平面で前記エンド・エフェク タを移動するようになされた、第１のリンケージ・アームによって前記エンド・ エフェクタに結合された第１のアクチュエータと第２のリンケージ・アームによ って前記第１のアクチュエータに結合された第２のアクチュエータとを有し、さ らに、前記第２のアクチュエータを第１のｚ軸に沿って移動するために前記第３ のアクチュエータに結合された線形アクチュエータを有する、ロボット式アーム アセンブリを提供するステップと、 ｂ）手術器具を前記エンド・エフェクタに取り付けるステップと、ｃ）手術器具 が、第３のｘ軸と第３のｙ軸と第３のｚ軸とを有する第３の座標系を形成し、第 ４のｘ軸と第４のｙ軸と第４のｚ軸とを有する第４の座標系内に位置するように 、手術器具を患者に挿入するステップと、ｄ）手術器具を第３の座標系である増 分だけ移動するための入力コマンドを入力するステップと、 ｃ）第３の座標系での手術器具の端部の増分運動量から第２の座標系内での前記 エンド・エフェクタの増分運動量を算出するステップと、ｆ）第２の座標系での 前記エンド・エフェクタの増分運動量から第１の座標系内での前記エンド・エフ ェクタの増分運動量を算出するステップと、ｇ）前記エンド・エフェクタが、第 １の座標系で、算出された増分運動量だけ移動するまで、前記ロボット式アーム ・アセンブリを移動するステップと、ｈ）第３のｘ軸が、第３のｚ軸のベクトル および第４のｚ軸のベクトルの外積に直交するような手術器具の回転角度を算出 するステップと、ｉ）手術器具を、算出された回転角度だけ回転させるステップ とを含むことを侍従とする方法。 ２７．前記第２の座標系での前記エンド・エフェクタの前記増分運動量が以下の 変換マトリックスで算出さオれ、 ▲数式、化学式、表等があります▼ 上式で、 Δｘ′′＝第３のｘ軸に沿った手術器具の端部の増分運動量、Δｙ′′＝第３の ｙ軸に沿った手術器具の端部の増分運動量、Δｚ′′＝第３のｚ軸に沿った手術 器具の端部の増分運動量、ａ５＝第２の座標系のｙ−ｚ平面での手術器具と第２ のｚ軸の間の角度、ａ６＝第２の座標系のＸ−Ｚ平面での手術器具と第２のｚ軸 の間の角度、Δｘ′＝第２のｘ軸に沿った前記エンド・エフェクタの算出された 増分運動量、Δｙ′＝第２のｙ軸に沿った前記エンド・エフェクタの算出された 増分運動量、Δｚ′＝第２のｚ軸に沿った前記エンド・エフェクタの算出された 増分運動量であることを特徴とする請求の範囲第２６項に記載の方法。 ２８．前記第１の座標系での前記エンド・エフェクタの前記増分運動量が以下の 変換マトリックスに従って算出され、 ▲数式、化学式、表等があります▼ 上式で、 Δｘ＝第１のｘ軸の沿った前記エンド・エフェクタの算出された増分運動量、Δ ｙ＝第１のｙ軸の沿った前記エンド・エフェクタの算出された増分運動量、ΔＺ ＝第１のｚ軸の沿った前記エンド・エフェクタの算出された増分運動量、ＩＩ＝ 前記エンド・エフェクタと第１のｘ軸の間の角度であることを特徴とする請求の 範囲第２７項に記載の方法。 ２９．前記線形アクチュエータが前記第３のアクチュエータをΔｚだけ並進させ 、前記第３のアクチュエータが前記第３のリンケージ・アームをΔａ２の角度だ け回転させ、ａ２が以下の数式によって算出され、▲数式、化学式、表等があり ます▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼前記第２のアクチュエータが前記第２のリン ケージ・アームを角皮Δａ３だけ回転させ、Δａ３が以下の数式によって算出さ れ、▲数式、化学式、表等があります▼ 上式で、 Ｌ１＝前記第３のリンケージ・アームの長さ、Ｌ２＝前記第２のリンケージ・ア ームの長さ、Ｌ３＝前記第１のリンケージ・アームの長さであり、前記第１のア クチュエータが前記第１のリンケージ・アームを角度Δａ４だけ回転させ、Δａ ４が以下の数式によって算出されることを特徴とする請求の範囲第２８項に記載 の方法。 Δａ４＝π−Δａ２−Δａ３ ３０．さらに、以下のステップに従って長手方向軸の周りで手術器具を回転させ るための計算上の回転角度を求めるステップを含み、▲数式、化学式、表等があ ります▼ 上式で、 Δθ６＝第３のｚ′′軸の周りで器具を回転させるべき角度、ｙｏ′′＝器具が 第１の位置にあるときのｙ′′軸のベクトル配向、ｙｉ′′＝器具が第２の位置 にあるときのｙ′′軸のベクトル配向、ｚｉ′′＝器具が第２の位置にあるとき のｚ′′軸のベクトル配向であり、ｙｉ′′軸およびｚｉ′′軸のベクトルが以 下のアルゴリズムで算出され、▲数式、化学式、表等があります▼ ｘｉ′′＝ｚｉ′′×ｚ ｙｉ′′＝ｚｉ′′×ｘｉ′′ 上式で、 θ４＝ｙ−ｚ平面ての器具とｚ軸の間の角度、θ５＝ｘ−ｚ平面での器具とｚ軸 の間の角度、ｚ＝第１の座標系での第４のｚ軸の単位ベクトルであることを特徴 とする請求の範囲第２９項に記載の方法。 ３１．さらに、 Ｐｏ（ｘ，ｙ，ｚ）＝第１の座標系内の第１の位置でのエンド・エフェクタと器 具の交差点の座標、 Ｐ１（ｘ，ｙ，ｚ）＝第１の座標系内の第２の位置でのエンド・エフェクタと器 具の交差点の座標であり、 以下のように手術器具の角運動量Δθを算出し、▲数式、化学式、表等がありま す▼ Ｔ＝Ｕ０×Ｕ１ 上式で、 Ｔ＝Ｔが線ＬｏとＬ１の両方に垂直になる点で線ＬｏとＬ１の両方に交差する線 の配向を定義する、単位ベクトルＵ０とＵ１の外積であるベクトル、Ｕｏ（ｘ， ｙ，Ｚ）＝第１の座標系内の第１の位置での器具の単位ベクトル、Ｕ１（ｘ，ｙ ，Ｚ）＝第１の座標系内の第２の位置での器具の単位ベクトルであり、 Δθが所定の値よりも大きい場合に第１の位置での手術器具を表す線Ｌｏを以下 のように定義し、 ｘｏ＝Ｍｘｏ・Ｚｏ＋Ｃｘｏ ｙｏ＝Ｍｙｏ・Ｚｏ＋Ｃｙｏ 第２の位置での手術器具を表すＬ１を以下のように定義し、ｘ１＝Ｍｘ１・Ｚ１ ＋Ｃｘ１ ｙ１＝Ｍｙ１・Ｚ１＋Ｃｙ１ 上式で、 Ｚｏ＝第１の座標系のｚ軸に対する線Ｌｏに沿ったｚ座標、Ｚ１＝第１の座標系 のｚ軸に対する線Ｌ１に沿ったｚ座標、Ｍｘｏ＝Ｚｏの関数としての線Ｌｏの勾 配、Ｍｙｏ＝Ｚｏの関数としての線Ｌｏの勾配、Ｍｘ１＝Ｚ１の関数としての線 Ｌ１の勾配、Ｍｙ１＝Ｚ１の関数としての線Ｌ１の勾配、Ｃｘｏ＝線Ｌｏと第１ の座標系のｘ軸の交差点を表す定数、Ｃｙｏ＝線Ｌｏと第１の座標系のｙ軸の交 差点を表す定数、Ｃｘ１＝線Ｌ１と第１の座標系のｘ軸の交差点を表す定数、Ｃ ｙ１＝線Ｌ１と第１の座標系のｙ軸の交差点を表す定数であるステップと、以下 のように項Ｍｘｏ、Ｍｙｏ、Ｍｘ１、Ｍｙ１、Ｃｘｏ、Ｃｙｏ、Ｃｘ１、Ｃｙ１ を耳出するステップと、 Ｍｘｏ＝Ｕｘｏ／Ｕｚｏ Ｍｙｏ＝Ｕｙｏ／Ｕｚｏ Ｍｘ１＝Ｕｘ１／Ｕｚ１ Ｍｙ１＝Ｕｙ１／Ｕｚ１ Ｃｘ０＝Ｐｏｘ−ＭＸ１・Ｐｏｚ Ｃｙ０＝Ｐｏｙ−Ｍｙ１・Ｐｏｚ Ｃｘ１＝Ｐ１ｘ−Ｈｘ１・Ｐ１ｚ Ｃｙ１＝Ｐ１ｙ−Ｍｙ１・Ｐ１ｚ 以下のように単位ベクトルの勾配ｔｘおよびｔｙを算出し、ｔｘ＝Ｔｘ／Ｔｚ ｔｙ＝Ｔｙ／Ｔｚ 上式で、 ｔｘ＝第１の座標系のｚ−ｘ平面に対する、ベクトルＴによって定義される線の 勾配、 ｔｙ＝第１の座標系のｚ−ｙ平面に対する、ベクトルＴによって定義される線の 勾配、 Ｔｘ＝ベクトルＴのｘ成分、 Ｔｙ＝ベクトルＴのｙ成分、 ＴＺ＝ベクトルＴのｚ成分であり、 ピボット・ポイントＲ（ｘｏ，ｙｏ，Ｚｏ）およびＲ（ｘ１，ｙ１，Ｚ１）を以 下のように算出するステップと、 ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ピボット・ポイントＲｘｙｚを以下のように算出するステップ▲数式、化学式、 表等があります▼ に従って手術器具と患者のピボット・ポイントＲｘｙｚを見つけるステップを含 むことを特徴とする請求の範囲第３０項に記載の方法。 ３２．前記エンド・エフェクタが以下の数式に従って移動し、▲数式、化学式、 表等があります▼ 上式で、 ｔ＝時間、 θ０＝前記エンド・エフェクタの最初の位置、θ１に前記エンド・エフェクタの 最後の位置、■０＝位置θ０での前記エンド・エフェクタの速度、■１＝位置θ １での前記エンド・エフェクタの速度であることを特徴とする請求の範囲第２９ 項に記載の方法。 ３３．ユーザが、患者の体内での手術器具の移動を遠隔制御できるようにするシ ステムにおいて、手術器具が長手方向軸を有し、前記システムが、手術器具を保 持するための取付け手段と、前記取付け手段および手術器具を患者に対して移動 するための移動手段と、ユーザによって提供されたコマンドに応答して入力信号 を提供するための入力手段と、 前記入力信号に応答して前記移動手段および手術器具の位置を制御するための制 御手段とを備えることを特徴とするシステム。 ３４．前記移動手段が、前記取付け手段に取り付けられた第１のリンケージ・ア ームと、前記第１のリンケージ・アームを回転させることができる第１のアクチ ュエータとを含み、前記取付け手段が第１のｚ軸に垂直な平面にあり・前記第１ のアクチュエータが、第１のｚ軸に平行な軸に沿って前記取付け手段を並進させ ることができる線形アクチュエータに結合されることを特徴とする請求の範囲第 ３３項に記載のシステム。 ３５．前記制御手段が、第１のｚ軸上での前記第１のアクチュエータの位置に対 応する第１のフィードバック信号を提供するために前記線形アクチュエータに結 合された第１のアクチュエータ・センサ手段と、第１のｚ軸に垂直な平面での前 記取付け手段の位置に対応する第２のフォードバック信号を提供するために前記 第１のアクチュエータに結合された第２のアクチュエータ・センサ手段とを含む ことを特徴とする請求の範囲第３４項に記載のシステム。 ３６．前記移動手段が、第２のリンケージアームによって前記第１のアクチュ エータに取り付けられた第２のアクチュエータを含み、前記第２のアクチュエー タが、前記第１のアクチュエータおよび前記取付け手段を第１のｚ軸に垂直な平 面で回転させるようになされていることを特徴とする請求の範囲第３４項に記載 のシステム。 ３７．前記制御手段が、第１のｚ軸に垂直な平面での前記第１のアクチュエータ の位置に対応する第３のフォードバック信号を提供するために前記第２のアクチ ュエータに結合された第３のアクチュエータ・センサ手段を含むことを特徴とす る請求の範囲第３６項に記載のシステム。 ３８．前記移動手段が、第３のリンケージ・アームによって前記線形アクチュエ ータに接続され前記第２のアクチュエータに取り付けられた第３のアクチュエー タを含み、前記第３のアクチュエータが、前記第２のアクチュエータ、前記第１ のアクチュエータ、および前記取付け手段を第１のｚ軸に垂直な平面で回転させ るようになされていることを特徴とする請求の範囲第３６項に記載のシステム。 ３９．前記制御手段が、第１のｚ軸に垂直な平面での前記第２のアクチュエータ の位置に対応する第４のフォードバック信号を提供するために前記第３のアクチ ュエータに結合された第４のアクチュエータ・センサ手段を含むことを特徴とす る請求の範囲第３８項に記載のシステム。 ４０．前記取付け手段が、手術器具が前記第１のリンケージ・アームの長手方向 軸の周りで回転できるようにする第１の継手と、手術器具が前記第１のリンケー ジ・アームの長手方向軸に垂直な軸の周りで回転できるようにする第２の継手と を有することを特徴とする請求の範囲第３４項に記載のシステム。 ４１．前記制御手段が、第２のｘ軸に対する手術器具の第１の角位置に対応する 第１のジョイント・フィードバック信号を提供するために前記取付け手段に結合 された第１のジョイント・センサ手段と、第２のｙ軸に対する手術器具の第２の 角位置に対応する第２のジョイント・フィードバック信号を提供するために前記 取付け手段に結合された第２のジョイント・センサ手段とを含むことを特徴とす る請求の範囲第４０項に記載のシステム。 ４２．さらに、クラッチ入力信号を受け取ったときに、前記第１のアクチュエー タを前記線形アクチュエータから、前記第２のアクチュエータを前記第１のアク チュエータから、前記第３のアクチュエータを前記第２のアクチュエータから係 合解除するためのクラッチ手段を備えることを特徴とする請求の範囲第３８項に 記載のシステム。 ４３．前記第１、第２、第３のアクチュエータが電動機であることを特徴とする 請求の範囲第３８項に記載のシステム。 ４４．前記制御手段が、前記入力手段から入力信号を受け取り、手術器具の位置 を移動するための出力信号を前記制御手段に提供するコンピュータであることを 特徴とする請求の範囲第３３項に記載のシステム。 ４５．さらに、第１の記憶入力信号を受け取ったときに前記エンド・エフェクタ の第１の位置を記憶し、第２の記憶入力信号を受け取ったときに前記エンド・エ フェクタを前記第１の位置に移動するための記憶手段を備えることを特徴とする 請求の範囲第４４項に記載のシステム。 ４６．前記入力手段が、ユーザが前記入力信号を生成するために押すことができ るフット・ペダルを含むことを特徴とする請求項３３に記載のシステム。 ４７．ユーザが患者の体内での手術器具の移動を遠隔制御できるようにするシス テムにおいて、 患者を支持するようになされた台と、 長手方向軸を有する第１のリンケージ・アームと、前記リンケージ アームに取り付けられ、手術器具を保持するようになきれ、手術器具が前記第１ のリンケージ・アームの長手方向軸の周りで回転できるようにする第１の継手を 有し、さらに、手術器具が前記第１のリンケージ・アームの長手方向軸に垂直な 軸の周りで回転できるようにする第２の継手を有するエンド・エフェクタと、 第１のｚ軸に垂直な平面で前記第１のリンケージ・アームを回転させることがで きるように、前記第１のリンケージ・アームに接続された第１のアクチュエータ と、 前記第１のアクチュエータに接続された第２のリンケージ・アームと、第１のｚ 軸に垂直な平面で前記第２のリンケージ・アームを回転させることができるよう に、前記第２のリンケージ・アームに接続された第２のアクチュエータと、 前記第２のアクチュエータに接続された第３のリンケージ・アームと、第１のｚ 軸に垂直な平面で前記第３のリンケージ・アームを回転させることができるよう に、前記第３のリンケージ・アームに接続された第３のアクチュエータと、 前記第３のアクチュエータを第１のｚ軸に沿って並進させることができるように 前記台および前記第３のアクチュエータに取り付けられた線形アクチュエータと 、 ユーザによって押されたときに入力信号を送るようになされたフット・ペダルと 、 前記フット・ペダルからの前記入力信号に応答して、手術器具を患者に対して移 動するように前記アクチュエータを作動させる出力信号を提供するための制御手 段とを備えることを特徴とするシステム。 ４８．さらに、クラッチ入力信号を受け取ったときに、前記第１のアクチュエー タを前記線形アクチュエータから、前記第２のアクチュエータを前記第１のアク チュエータから、前記第３のアクチュエータを前記第２のアクチュエータから係 合解除するためのクラッチ手段を備えることを特徴とする請求の範囲第４７項に 記載のシステム。 ４９．前記制御手段が、第１のｚ軸上での前記第３のアクチュエータの位置に対 応する第１のフィードバック信号を提供するために前記線形アクチュエータに結 合された第１のアクチュエータ・センサ手段と、第１のｚ軸に垂直な平面での前 記エンド・エフェクタの位置に対応する第２のフォードバック信号を提供するた めに前記第１のアクチュエータに結合された第２のアクチュエータ・センサ手段 と、第１のｚ軸に垂直な平面での前記第１のアクチュエータの位置に対応する第 ３のフォードバック信号を提供するために前記第２のアクチュエータに結合され た第３のアクチュエータ・センサ手段と、第１のｚ軸に垂直な平面での前記第２ のアクチュエータの位置に対応する第４のフォードバック信号を提供するために 前記第３のアクチュエータに結合された第４のアクチュエータ・センサ手段とを 含むことを特徴とする請求の範囲第４６項に記載のシステム。 ５０．前記制御手段が、第２のｘ軸に対する手術器具の第１の角位置に対応する 第１のジョイント・フィードバック信号を提供するために前記エンド・エフェク タに結合された第１のジョイント・センサ手段と、第２のｙ軸に対する手術器具 の第２の角位置に対応する第２のジョイント・フィードバック信号を提供するた めに前記エンド・エフェクタに結合された第２のジョイント・センサ手段とを含 むことを特徴とする請求の範囲第４９項に記載のシステム。 ５１．さらに、第１の記憶入力信号を受け取ったときに前記エンド・エフェクタ の第１の位置を記憶し、第２の記憶入力信号を受け取ったときに前記エンド・エ フェクタを前記第１の位置に移動するための記憶手段を備えることを特徴とする 請求の範囲第５０項に記載のシステム。 ５２．患者に挿入される端部を有する手術器具を患者に対して移動するための方 法において、 ａ）第１のｘ軸と第１のｙ軸と第１のｚ軸とを有ずる第１の座標系内に位置し、 第２のｘ軸、第２のｙ軸と第２のｚ軸とを有する第２の座標系内に位置するエン ド・エフェクタを、ユーザからの入力コマンドに応答して患者に対して移動する ようになされた、ロボット式アーム・アセンブリを提供するステップと、ｂ）手 術器具を前記エンド・エフェクタに取り付けるステップと、ｃ）手術器具の端部 がが、第３のｘ軸と第３のｙ軸と第３のｚ軸とを有する第３の座標系内に位置す るように、手術器具を患者に挿入するステップと、ｄ）手術器具の端部を第３の 座標系である増分だけ移動するための入力コマンドを入力するステップと、 ｃ）第３の座標系での手術器具の端部の増分運動量から第２の座標系での前記エ ンド・エフェクタの増分運動量を算出するステップと、ｆ）第２の座標系での前 記エンド・エフェクタの増分運動量から第１の座標系内での前記エンド・エフェ クタの増分運動量を算出するステップと、ｇ）前記エンド・エフェクタが、第１ の座標系で、算出された増分運動量だけ移動するまで、前記ロボット式アーム・ アセンブリを移動するステップとを含むことを特徴とする方法。 ５３．前記第２の座標系での前記エンド・エフェクタの前記増分運動量が以下の 変換マトリックスで算出され、 ▲数式、化学式、表等があります▼ 上式で、 Δｘ′′＝第３のｘ軸に沿った手術器具の端部の増分運動量、Δｙ′′＝第３の ｙ軸に沿った手術器具の端部の増分運動量、Δｚ′′＝第３のｚ軸に沿った手術 器具の端部の増分運動量、ａ５＝第２の座標系での手術器具と第２のｘ−ｚ平面 との角度、ａ６＝第２の座標系での手術器具と第２のｙ−ｚ平面との角度、Δｘ ′＝第２のｘ軸に沿った前記エンド・エフェクタの算出された増分運動量、Δｙ ′＝第２のｙ軸に沿った前記エンド・エフェクタの算出された増分運動量、Δｚ ′＝第２のｚ軸に沿った前記エンド・エフェクタの算出された増分運動量である ことを特徴とする請求の範囲第５２項に記載の方法。 ５４．前記第１の座標系での前記エンド・エフェクタの前記増分運動量が以下の 変換マトリックスに従って算出され、 ▲数式、化学式、表等があります▼ 上式で、 Δｘ＝第１のｘ軸の沿った前記エンド・エフェクタの算出された増分運動量、Δ ｙ＝第１のｙ軸の沿った前記エンド・エフェクタの算出された増分運動量、Δｚ ＝第１のｚ軸の沿った前記エンド・エフェクタの算出された増分運動量、ＩＩ＝ 前記エンド・エフェクタと第１のｘ軸の間の角度であることを特徴とする請求の 範囲第５３項に記載の方法。 ５５．さらに、前記エンド・エフェクタが回転した後に角度ａ６を求め、角度ａ ６がゼロにほぼ等しくなるまで、以下のサブルーチンに従ってロボット式アーム ・アセンブリを移動するステップを含み、ａ６＞ゼロの場合、前記エンド・エフ ェクタが４π＝π＋定数 に等しい増分だけ移動し、 ａ６＜ゼロの場合、前記エンド・エフェクタが、４π＝π−定数 に等しい増分だけ移動し、 上式で、 Δπ＝前記エンド・エフェクタの角運動量の増分量、π＝前の角度π、 定数＝前記エンド・エフェクタのある所定の増分角運動量であることを特徴とす る請求の範囲第５４項に記載の方法。 ５６．前記エンド・エフェクタが以下の数式に従って前記第１の座標系で移動し 、▲数式、化学式、表等があります▼ 上式で、 ｔ＝時間、 θｏ＝前記エンド・エフェクタの最初の位置、θ１＝前記エンド・エフェクタの 最後の位置、■ｏ＝位置θ０での前記エンド・エフェクタの速度、■１＝位置θ １での前記エンド・エフェクタの速度であることを特徴とする請求の範囲第５２ 項に記載の方法。 ５７．患者に挿入される端部を有する手術器具を患者に対して移動するための方 法において、 ａ）第１のＸ軸と第１のｙ軸と第１のｚ軸とを有する第１の座標系内に位置し、 第２のｘ軸と第２のｙ軸と第２のｚ軸とを有する第２の座標系内に位置するエン ド・エフェクタを有し、それぞれ、第１のｚ軸に垂直な平面で前記エンド・エフ ェクタを移動するようになされた、第１のリンケージ・アームによって前記エン ド・エフェクタに結合きれた第１のアクチュエータと第２のリンケージ・アーム によって前記第１のアクチュエータに結合された第２のアクチュエータと第３の リンケージ・アームによって前記第２のアクチュエータに結合された第３のアク チュエータとを有し、さらに、前記第３のアクチュエータを第１のｚ軸に沿って 移動するために前記第３のアクチュエータに結合された線形アクチュエータを有 する、ロボット式アーム・アセンブリを提供するステップと、ｂ）手術器具を前 記エンド・エフェクタに取り付けるステップと、ｃ）手術器具の端部が、第３の ｘ軸と第３のｙ軸と第３のｚ軸とを有する第３の座標系内に位置するように、手 術器具を患者に挿入するステップと、ｄ）手術器具の端部を第３の座標系で１増 分だけ移動ずるための入力コマンドを入力するステップと、 ｃ）第３の座標系での手術器具の端部の増分運動量から第２の座標系内での前記 エンド・エフェクタの増分運動量を算出するステップと、ｆ）第２の座標系での 前記エンド・エフェクタの増分運動量から第１の座標系内での前記エンド・エフ ェクタの増分運動量を算出するステップと、ｇ）前記エンド・エフェクタが、第 １の座標系で増分運動量だけ移動ずるまで、前記ロボット式アーム・アセンブリ を移動するステップとを含むことを特徴とする方法。 ５８．前記第２の座標系での前記エンド・エフェクタの前記増分連動量が以下の 変換マトリックスで算出され、 ▲数式、化学式、表等があります▼ 上式で、 Δｘ′′＝第３のｘ軸に沿った手術器具の端部の増分運動量、Δｙ′′＝第３の ｙ軸に沿った手術器具の端部の増分連動量、Δｚ′′＝第３のｚ軸に沿った手術 器具の端部の増分運動量、ａ５＝第２の座標系のｙ−ｚ平面での手術器具と第２ のｚ軸の問の角度、ａ６＝第２の座標系のｘ−ｚ平面での手術器具と第２のｚ軸 の間の角度、ΔＸ′＝第２のｘ軸に沿った前記エンド・エフェクタの算出された 増分運動量、Δｙ′＝第２のｙ軸に沿った前記エンド・エフェクタの算出された 増分運動量、Δｚ′＝第２のｚ軸に沿った前記エンド・エフェクタの算出された 増分連動量であることを特徴とする請求の範囲第５７項に記載の方法。 ５９．前記第１の座標系での前記エンド・エフェクタの前記増分運動量が以下の 変換マトリックスに従って算出され、 ▲数式、化学式、表等があります▼ 上式で、 Δｘ＝第１のｘ軸の沿った前記エンド・エフェクタの算出された増分運動量、Δ ｙ＝第１のｙ軸の沿った前記エンド・エフェクタの算出された増分運動量、Δｚ ＝第１のｚ軸の沿った前記エンド・エフェクタの算出された増分運動量、＝前記 エンド・エフェクタと第１のｘ軸の間の角度であることを特徴とする請求の範囲 第５８項に記載の方法。 ６０．前記線形アクチュエータが前記第３のアクチュエータをΔｚだけ並進させ 、前記第３のアクチュエータが前記第３のリンケージ・アームをΔａ２の角度だ け回転させ、ａ２が以下の数式によって算出され、▲数式、化学式、表等があり ます▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ 前記第２のアクチュエータが前記第２のリンケージ・アームを角度Δａ３だけ回 転させ、Δａ３が以下の数式によって算出され、▲数式、化学式、表等がありま す▼ 上式で、 Ｌ１＝前記第３のリンケージ・アームの長さ、Ｌ２＝前記第２のリンケージ・ア ームの長さ、Ｌ３＝前記第１のリンケージ・アームの長さであり、前記第１のア クチュエータが前記第１のリンケージ・アームを角度Δａ４だけ回転させ、Δａ ４が以下の数式によって算出されることを特徴とする請求の範囲第５９項に記載 の方法。 Δａ４＝π−Δａ２−Δａ３ ６１．さらに、前記エンド・エフェクタが回転した後に角度ａ６を求め、角度ａ ６がゼロにほぼ等しくなるまで、以下のサブルーチンに従ってロボット式アーム ・アセンブリを移動するステップを含み、ａ６＞ゼロの場合、前記エンド・エフ ェクタが４π＝π＋定数 に等しい増分だけ移動し、 ａ６＜ゼロの場合、前記エンド・エフェクタが、４π＝π−定数 に等しい増分だけ移動し、 上式で、 Δπ＝前記エンド・エフェクタの角運動量の増分量、π＝前の角度π、 定数＝前記エンド・エフェクタのある所定の増分角運動量であることを特徴とす る請求の範囲第６０項に記載の方法。 ６２．前記エンド・エフェクタが以下の数式に従って移動し、▲数式、化学式、 表等があります▼ 上式で、 ｔ＝時間、 θｏ＝前記エンド・エフェクタの最初の位置、θ１＝前記エンド・エフェクタの 最後の位置、θ０＝位置θ０での前記エンド・エフェクタの速度、θ１＝位置θ １での前記エンド・エフェクタの速度であることを特徴とする請求の範囲第６１ 項に記載の方法。 ５３．手術器具を患者に対して移動するようになされたロボット式アーム・アセ ンブリ用の装置において、 手術器具に取り付けられるようになされたカラーと、前記カラーおよび手術器具 を保持するようになされた磁石を有するエンド・エフェクタとを備えることを特 徴とする装置。 ６４．手術器具を患者に対して移動するようになされたロボット式アーム・アセ ンブリ用の保護カバーにおいて、 ロボット式アーム・アセンブリを密封するようになされたバッグを備えることを 特徴とする保護カバー。