JP2015198924A - 柔軟長尺部材の装置、柔軟長尺部材の方法、及び制御プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】柔軟長尺部材の挿入装置1の第1保持部19aと第2保持部19bとで夫々開閉動作を行って柔軟長尺部材の保持及び保持解除しながら柔軟長尺部材を管に挿入する柔軟長尺部材の挿入方法であって、第2保持部が第1保持部に対して移動する距離の情報と、柔軟長尺部材の管に対する挿入と停止と引き抜きを識別するための情報である動作種別の情報とを情報取得部15s,19hで夫々取得し、情報取得部で取得した距離と動作種別とに基づいて、動作情報生成部9により、第1保持部の開閉状態と第2保持部の開閉状態との動作情報を夫々生成し、動作情報生成部で生成した動作情報に基づいて、挿入動作制御部で、柔軟長尺部材を管に対して挿入し、停止し、又は引き抜くといった挿入動作を制御する。
【選択図】図3
Description
本開示の一態様の付加的な恩恵及び有利な点は本明細書及び図面から明らかとなる。この恩恵及び/又は有利な点は、本明細書及び図面に開示した様々な態様及び特徴により個別に提供され得るものであり、その1以上を得るために全てが必要ではない。
本開示の第15態様によれば、柔軟長尺部材を保持可能な第1保持部と、前記柔軟長尺部材を保持可能な第2保持部を含み、前記柔軟長尺部材の第1部分が管に挿入される場合は、(a)前記第2保持部が前記柔軟長尺部材を保持することなく、前記第1保持部が前記柔軟長尺部材の第2部分を保持した後、(b)前記第1保持部が前記柔軟長尺部材を保持することなく、前記第2保持部が前記柔軟長尺部材の第3部分を保持し、前記柔軟長尺部材における前記第1部分と前記第3部分の距離は、前記柔軟長尺部材における前記第1部分と前記第2部分の距離より短い柔軟長尺部材のための装置を提供する。
まず、本開示の第1実施形態における柔軟長尺部材の挿入装置1の概要について説明する。
挿入装置1は、先に述べたように、一例として、マスターロボット18と、スレーブロボット19と、判定部26と、X線撮像装置5と、通知部8と、力センサ13と、制御情報データベース24と、動作情報データベース17と、データベース入出力部14とを備えている。
マスターロボット18は、人が直接触って操作するためのロボットシステムで、少なくとも、マスター機構23と、マスター制御装置22とで構成される。
図2Aは、スレーブロボット19の詳細な構成を示す。スレーブロボット19は、第1保持部19aと第2保持部19bと挿入部19cとを有するスレーブ機構29と、スレーブ制御部28とタイマー16Cとを有するスレーブ装置27を含む(図3参照)。
力センサ13は、第2支持部11bの一端に固定され、一例として1軸の力センサで構成される。一例として、力センサ13は、ガイドワイヤー2が、人体4の外部から血管3に接触したときの力(力情報)を、第2開閉部12bを介して検出する。力センサの一例として内部に歪ゲージを貼付し、x、y、z方向の力を検出するものやピエゾ抵抗素子により力を検出するものとする。ガイドワイヤー2が人体4の外部から血管3に接触したときの力を力センサ13で検出したとき、力センサ13で検出した情報は、データベース入出力部14を介して、動作情報データベース17に記憶されるとともに、判定部26にも入力される。
データベース入出力部14は、動作情報データベース17と、制御情報データベース24と、マスター制御装置22の動作情報生成部9と、マスター制御装置22のマスター制御部21と、スレーブ装置27のスレーブ制御部28と、力センサ13と、スレーブロボット19の挿入部19cの位置検出部19hとのそれぞれとの間で、データの入出力を独立して行う。
動作情報データベース17は、マスター機構23でのレバー15の傾き操作に基づいて方向角度検出部15sで検出されたガイドワイヤー2の挿入速度情報を一定時間ごとのガイドワイヤー2の挿入移動量に制御情報データベース24を用いて換算したマスター移動量と、位置検出部19hで検出されたスレーブロボット19の可動部19caの位置情報と、スレーブロボット19の第1開閉部12aのチャック機構の開閉に関する情報と、スレーブロボット19の第2開閉部12bのチャック機構の開閉に関する情報と、力センサ13により検出した力に関する情報とを、タイマー16Aを利用して、時刻と共に、動作情報として格納する。動作情報データベース17内の動作情報は、データベース入出力部14により入出力される。
制御情報データベース24には、マスター機構23のレバー15の傾き操作に基づいて方向角度検出部15sで検出される傾き角度情報と速度情報との関係情報が予め制御情報として記憶されている。よって、方向角度検出部15sで検出された傾き角度情報に応じて、制御情報データベース24で、ガイドワイヤー2の挿入速度情報、すなわち、マスター機構23の挿入速度を算出する。また、制御情報データベース24で算出されたガイドワイヤー2の挿入速度情報を基に、一定時間ごとのガイドワイヤー2の挿入移動量に制御情報データベース24を用いて換算して、マスター移動量を算出する。例えば、時刻t0から時刻t1までのマスター機構23のガイドワイヤー2の挿入速度がv(m/msec)である場合に、時刻t0から時刻t1までのマスター移動量pm1は、pm1=v×(t1−t0)となる。このようにして、制御情報データベース24で、マスター機構23のレバー15の傾き角度情報に対するマスター機構23の挿入速度と単位時間あたりの移動量とを算出して、算出した挿入速度とマスター移動量とを、動作情報生成部9により、動作情報として動作情報データベース17に格納する。制御情報データベース24内の制御情報は、データベース入出力部14により入出力される。
タイマー16Aは、ある一定時間(例えば、4msec毎)の経過後にデータベース入出力部14を実行させるともに、動作情報作成時に時刻情報を動作情報データベース17を入力する。
動作情報生成部9は、マスター機構23の方向角度検出部15sで検出されたレバー15の傾き角度と制御情報データベース24の制御情報とにより、マスター機構23の挿入速度と単位時間あたりのマスター移動量とを制御情報データベース24で求めるとき、制御情報データベース24で求めた情報を、動作情報として生成して、動作情報データベース17に記憶する。動作情報データベース17に記憶したマスター機構23のマスター移動量に基づき、スレーブ機構29の可動部19caの位置に関する情報と、第1開閉部12aの(チャック機構の)開閉に関する情報と、第2開閉部12bの(チャック機構の)開閉に関する情報とを、動作情報として動作情報生成部9で生成する。動作情報生成部9で生成した動作情報は、データベース入出力部14を介して、動作情報データベース17に記憶する。この動作情報とは、例えば、第1保持部19aを開けてガイドワイヤー2の保持を解除するか、又は第1保持部19aを閉じてガイドワイヤー2の保持を行うかとともに、第2保持部19bを閉じてガイドワイヤー2の保持を行うか、又は第2保持部19bを開けてガイドワイヤー2の保持を解除するかを指示する信号を出力するといった情報である。
マスター制御部21は、マスター機構23の方向角度検出部15sで検出されたレバー15の傾き角度情報を、タイマー16Bの動作タイミングで方向角度検出部15sから取得し、動作情報生成部9により、制御情報データベース24と動作情報データベース17とに記憶される。
スレーブ制御部28は、動作情報生成部9で生成された動作情報により、第1保持部19aと、第2保持部19bと、挿入部19cとをそれぞれ動作制御する。
力センサ13により検出された力の値が、所定の負荷検出用閾値(例えば、0.5N)以上であるか否かを判定する。力センサ13により検出された力の値が、所定の負荷検出用閾値(例えば、0.5N)以上である場合、血管3に負荷がかかっていると判定部26で判定する。判定部26での判定結果は、力センサ13の力とともに通知部8へ出力する。力センサ13により検出された力の値が、所定の負荷検出用閾値(例えば、0.5N)未満である場合、血管3に負荷がかかっていないと判定部26で判定する。この場合の判定結果は、力センサ13の力とともに通知部8へ出力してもよいし、通知部8へ出力しなくてもよい。
通知部8は、判定部26で判定された結果を術者に通知する装置であり、一例として、モニタ8aで構成される。
以上のように、第1実施形態によれば、スレーブロボット19に、第1保持部19aと第2保持部19bと挿入部19cとを備え、第1保持部19a,第2保持部19bのそれぞれと挿入部19cとを動作制御することで、従来の歪ゲージなどを使って柔軟長尺部材の挿入時の力を検出することが可能となる。よって、ロボットを使って柔軟長尺部材を管に挿入する作業をアシストすることができる。
本開示の第2実施形態の柔軟長尺部材の挿入装置1Bでは、図12に示すように、工場における柔軟長尺部材の挿入の一例として光ファイバー2Bをファイバー管3Bに挿入する場合を例に説明する。
マスターロボット18Bは、第1実施形態の構成に加え、力伝達部20をマスター制御装置22B内にさらに備えている。力伝達部20は、マスター制御部21Bの制御の下に、スレーブロボット19の力センサ13で検出した力情報に基づいて、作業者すなわち術者6の手に力を伝達する。力伝達部20の一例として、図8Bのレバー15を回転させるためのモータ15Mを備え、力センサ13で検出した力情報を目標指令値にしてモータ15Mを制御することで実現する。
データベース入出力部14は、動作情報データベース17と、制御情報データベース24と、動作情報生成部9と、マスター制御部21と、力センサ13と、力伝達部20とのそれぞれとの間で、データの入出力を独立して行う。
動作情報生成部9は、第1実施形態と同様に、マスター機構23の方向角度検出部15sで検出されたレバー15の傾き角度と制御情報データベース24の制御情報とにより、マスター機構23の挿入速度と単位時間あたりのマスター移動量(光ファイバー2Bの移動量)とを制御情報データベース24で求め、制御情報データベース24で求めた情報を、動作情報として動作情報データベース17に記憶する。動作情報データベース17に記憶したマスター機構23のマスター移動量に基づき、スレーブ機構29の可動部19caの位置に関する情報と、第1開閉部12aの(チャック機構の)開閉に関する情報と、第2開閉部12bの(チャック機構の)開閉に関する情報とを、動作情報として動作情報生成部9で生成する。動作情報生成部9で生成した動作情報は、データベース入出力部14を介して、動作情報データベース17に記憶する。
マスター制御部21は、マスター機構23の方向角度検出部15sで検出されたレバー15の傾き角度情報をタイマー16Bの動作タイミングで方向角度検出部15sから取得し、動作情報生成部9により、制御情報データベース24と動作情報データベース17とに記憶される。さらに、マスター制御部21は、力伝達部20からの指令により、力検出部で検出した力に基づき、作業者すなわち術者6に力を伝達するための制御を行う。
以上のように、力伝達部20を備えることで、柔軟長尺部材の挿入時に作業者すなわち術者6が手元に力を感じながら作業を行うことが可能となる。よって、ロボットを使って柔軟長尺部材を管に挿入する作業をアシストすることができる。
本開示の第3実施形態における柔軟長尺部材の挿入装置1Cの概要について説明する。
挿入装置1Cは、先に述べたように、一例として、ロボット19Cと、判定部26と、X線撮像装置5と、通知部8と、力センサ13と、制御情報データベース24と、動作情報データベース17と、データベース入出力部14と、距離検出部30とを備えている。
ロボット19Cは、人が直接触って操作するためのロボットシステムであり、人の操作によりガイドワイヤー2を挿入する。
距離検出部30は、図19Aに示すように、一例として第1保持部19aに配置され、第1保持部19aと第2保持部19bとの間の距離Lを逐次(例えば所定時間毎に)計測する距離センサである。
次に、ロボット19Cのガイドワイヤー2の挿入動作の一例について述べる。
データベース入出力部14は、動作情報データベース17と、制御情報データベース24と、動作情報生成部9Cと、挿入動作制御部28Cと、力センサ13と、距離検出部30とのそれぞれとの間で、データの入出力を独立して行う。
動作情報データベース17は、距離検出部30で計測した第1保持部19aと第2保持部19bとの間の距離と、ロボット19Cの第1開閉部12aの開閉に関する情報と、ロボット19Cの第2開閉部12bの開閉に関する情報と、力センサ13により検出した力に関する情報とをタイマー16Aを利用して、時刻と共に、動作情報として格納する。動作情報データベース17の動作情報は、データベース入出力部14により入出力される。
制御情報データベース24は、第1開閉部12aと第2開閉部12bとの開閉状態を決定する際の閾値に関する情報を制御情報として格納する。制御情報は、データベース入出力部14により制御情報データベース24に対して入出力される。
タイマー16Aは、ある一定時間(例えば、4msec毎)の経過後にデータベース入出力部14を実行させるともに、動作情報作成時に時刻情報を動作情報データベース17を入力する。
動作情報生成部9Cは、距離検出部30で検出した距離Lに基づき、第1開閉部12aの開閉に関する情報と、第2開閉部12bの開閉に関する情報とを、動作情報として生成する。動作情報生成部9Cで生成した動作情報は、データベース入出力部14を介して、動作情報データベース17に記憶する。
挿入動作制御部28Cは、動作情報生成部9Cで生成された動作情報により、第1保持部19aと第2保持部19bとの開閉を動作制御する。
力センサ13は、第2支持部11bの一端に固定され、一例として1軸の力センサである。ガイドワイヤー2が人体4の外部から血管3に接触したときの力を力センサ13で第2開閉部12bを介して検出し、力センサ13で検出した情報は、データベース入出力部14を介して、動作情報データベース17に記憶されるとともに、判定部26にも入力される。
力センサ13により検出された力の値が、所定の閾値(例えば、0.5N)以上であるか否か判定する。力センサ13により検出された力の値が、所定の閾値(例えば、0.5N)以上である場合、血管3に負荷がかかっていると判定部26で判定する。判定結果は、力センサ13の力とともに通知部8へ出力する。力センサ13により検出された力の値が、所定の負荷検出用閾値(例えば、0.5N)未満である場合、血管3に負荷がかかっていないと判定部26で判定する。この場合の判定結果は、力センサ13の力とともに通知部8へ出力してもよいし、通知部8へ出力しなくてもよい。
通知部8は、判定部26で判定された結果を術者に通知する装置であり、一例として、モニタ8aで構成される。
以上のように、ロボット19Cに、第1保持部19aと第2保持部19bとを備え第1保持部19a,第2保持部19bのそれぞれを制御することで、マスターロボットを使わずに、従来の歪ゲージなどを使って柔軟長尺部材の挿入時の力を検出することが可能となる。よって、ロボットを使って柔軟長尺部材を管に挿入する作業をアシストすることができる。
なお、第1実施形態及び第2実施形態において、マスター機構23のマスター移動量をスレーブ機構29の可動部19caの移動量としているが、マスター機構23の移動を縮小若しくは拡大してスレーブ機構29を制御させても良い。その場合には移動量に移動ゲインを乗算した値でスレーブ機構29を制御する。
コンピュータに、前記第2保持部が前記第1保持部に対して移動する距離の情報と、前記柔軟長尺部材の前記管に対する挿入と停止と引き抜きを識別するための情報である動作種別の情報とを情報取得部でそれぞれ取得するステップと、
前記情報取得部で取得した前記距離と前記動作種別とに基づいて、動作情報生成部により、前記第1保持部の開閉状態と前記第2保持部の開閉状態との動作情報をそれぞれ生成するステップと、
前記動作情報生成部で生成した前記動作情報に基づいて、挿入動作制御部で、前記柔軟長尺部材を前記管に対して挿入し、停止し、又は引き抜くといった挿入動作を制御するステップとを備える、柔軟長尺部材の挿入動作制御プログラムである。
2 ガイドワイヤー(柔軟長尺部材の一例)
2B 光ファイバー(柔軟長尺部材の一例)
3 血管(被対象物の管の一例)
3B ファイバー管(被対象物の管の一例)
4 人体
5 X線撮像装置
6 術者
7 入出力IF
8 通知部
8a モニタ
8b スピーカー
9,9C 動作情報生成部
10 寝台
10B 台
11a 第1支持部
11b 第2支持部
12a 第1開閉部
12b 第2開閉部
13 力センサ
14 データベース入出力部
15 レバー
15M モータ
15s 方向角度検出部
16A、16B、16C タイマー
17 動作情報データベース
18,18B マスターロボット
19 スレーブロボット
19C ロボット
19a 第1保持部
19b 第2保持部
19c 挿入部
19ca 可動部
19cb 固定部
19d 駆動装置
19e エア供給源
19f,19g エア制御弁
19h 位置検出部
20 力伝達部
21,21B マスター制御部
22,22B マスター制御装置
23 マスター機構
23a マスター機構本体部
24 制御情報データベース
25 撮像装置
26 判定部
27 スレーブ装置
27C 挿入動作装置
28 スレーブ制御部
28C 挿入動作制御部
29 スレーブ機構
29C 挿入動作機構
30 距離検出部
Claims (15)
- 第1開閉部を閉じることで柔軟長尺部材を保持し、前記第1開閉部を開くことで前記柔軟長尺部材を保持解除可能な第1保持部と、
前記第1保持部に対して移動可能でかつ前記第1保持部の開閉動作とは独立した開閉動作を行い、第2開閉部を閉じることで前記柔軟長尺部材を保持し、前記第2開閉部を開くことで前記柔軟長尺部材を保持解除可能な第2保持部と、
前記第2保持部の前記第1保持部に対する距離の情報と、前記柔軟長尺部材を管への挿入、又は前記柔軟長尺部材を前記管からの引き抜き、又は前記挿入と前記引き抜きの停止を示す情報を含む動作種別の情報を取得する情報取得部と、
前記取得した距離の情報と前記取得した動作種別の情報に基づいて、前記第1保持部を開くかまたは閉じるかを示す情報と、前記第2保持部を開くかまたは閉じるかを示す情報を含む動作情報を生成する動作情報生成部と、
前記動作情報に基づいて、前記挿入、前記引き抜き、前記挿入と前記引き抜きの停止の制御を行う動作制御部とを備える、
柔軟長尺部材の装置。 - 前記挿入若しくは前記引き抜きを行う際は、前記動作情報生成部は、前記動作情報として、前記第1保持部を開けるとともに前記第2保持部を閉じることを示すことを含む情報を生成する、
請求項1に記載の装置。 - 前記挿入又は前記引き抜きを行う際で、かつ、前記柔軟長尺部材を前記第1保持部に保持して前記第2保持部を移動させる際には、前記動作情報生成部は、前記動作情報として、前記第1保持部を閉じるとともに、前記第2保持部を開けることを示すことを含む情報を生成する、
請求項1又は2に記載の装置。 - 前記挿入と前記引き抜きの停止を行う際は、前記動作情報生成部は、前記動作情報として、前記第1保持部を閉じることを示すことを含む情報を生成する、
請求項2に記載の装置。 - 前記挿入若しくは前記引き抜きを行う際は、前記動作情報生成部は、前記動作情報として、前記第1保持部と前記第2保持部とを同時に閉じた後、前記第1保持部を開けるとともに、前記第2保持部を閉じることを示すことを含む情報を生成する、
請求項1に記載の装置。 - 前記距離を前記柔軟長尺部材の移動量として取得するマスター機構と、
前記移動量に相当する距離を、前記第2保持部を駆動装置の駆動で直線的に移動させる挿入部をさらに備え、前記距離の情報は前記挿入部での前記第2保持部の位置に基づく情報である、
請求項1に記載の装置。 - 前記情報取得部は、前記距離を検出する距離検出部を有し、
前記動作情報生成部は、前記動作種別が前記挿入である場合には、前記動作情報として、前記距離検出部で検出された距離が所定の第1の閾値以上になった時点で、前記第1保持部を開くとともに前記第2保持部を閉じて、その後、前記距離検出部で検出された距離が所定の第2の閾値以下になった時点で、前記第1保持部を閉じるとともに前記第2保持部を開いて前記柔軟長尺部材の保持を解除することを示すことを含む情報を生成し、
前記動作種別が前記引き抜きである場合には、前記動作情報として、前記距離検出部で検出された距離が前記所定の第1の閾値以上になった時点で、前記第1保持部を閉じるとともに前記第2保持部を開き、その後、前記距離検出部で検出された距離が前記所定の第2の閾値以下になった時点で、前記第1保持部を開くとともに前記第2保持部を閉じることを示すことを含む情報を生成し、
前記動作種別が前記挿入と前記引き抜きの停止である場合は、前記動作情報として、前記第1保持部を閉じることを示すことを含む情報を生成する、
請求項1に記載の装置。 - 前記第2保持部に具備され前記柔軟長尺部材にかかる力情報を検出する力検出部と、
前記力検出部で検出した力情報が閾値以上の場合は、前記柔軟長尺部材若しくは前記管に負荷をかけていると判定する判定部とをさらに備える、
請求項1〜7のいずれか1つに記載の装置。 - 前記判定部で判定した判定結果を、前記管若しくは前記柔軟長尺部材を撮像した画像に付加して表示する第1通知部をさらに備える、請求項8に記載の装置。
- 前記判定部で判定した判定結果を音声で作業者に知らせる第2通知部をさらに備える、 請求項8又は9に記載の装置。
- 前記判定部で前記管若しくは前記柔軟長尺部材に負荷がかかっていると判定した場合には、前記動作情報生成部は、前記動作情報として前記第1保持部を閉じることを示す情報を生成する、
請求項8〜10のいずれか1つに記載の装置。 - 前記距離を前記柔軟長尺部材の移動量として取得するマスター機構と、
前記力検出部で検出した力に基づき、作業者が操作している前記マスター機構に力を伝達する力伝達部とをさらに備える、
請求項8〜11のいずれか1つに記載の装置。 - (a)第2保持部の第1保持部に対する距離の情報と、柔軟長尺部材を管への挿入、又は前記柔軟長尺部材を前記管からの引き抜き、又は前記挿入と前記引き抜きの停止を示す情報を含む動作種別の情報を取得し、
前記第1保持部は第1開閉部を閉じることで前記柔軟長尺部材を保持し、前記第1開閉部を開くことで前記柔軟長尺部材を保持解除可能で、前記第2保持部は前記第1保持部に対して移動可能でかつ前記第1保持部の開閉動作とは独立した開閉動作を行い、第2開閉部を閉じることで前記柔軟長尺部材を保持し、前記第2開閉部を開くことで前記柔軟長尺部材を保持解除可能で、
(b)前記取得した距離の情報と前記取得した動作種別の情報に基づいて、前記第1保持部を開くかまたは閉じるかを示す情報と、前記第2保持部を開くかまたは閉じるかを示す情報を含む動作情報を生成し、
(c)前記動作情報に基づいて、前記挿入、前記引き抜き、前記挿入と前記引き抜きの停止の制御を行う、
柔軟長尺部材の方法。 - プロセッサを有する装置に、柔軟長尺部材のための方法を実行させるためのプログラムであって、
前記柔軟長尺部材のための方法は、
(a)第2保持部の第1保持部に対する距離の情報と、柔軟長尺部材を管への挿入、又は前記柔軟長尺部材を前記管からの引き抜き、又は前記挿入と前記引き抜きの停止を示す情報を含む動作種別の情報を取得し、
前記第1保持部は第1開閉部を閉じることで前記柔軟長尺部材を保持し、前記第1開閉部を開くことで前記柔軟長尺部材を保持解除可能で、前記第2保持部は前記第1保持部に対して移動可能でかつ前記第1保持部の開閉動作とは独立した開閉動作を行い、第2開閉部を閉じることで前記柔軟長尺部材を保持し、前記第2開閉部を開くことで前記柔軟長尺部材を保持解除可能で、
(b)前記取得した距離の情報と前記取得した動作種別の情報に基づいて、前記第1保持部を開くかまたは閉じるかを示す情報と、前記第2保持部を開くかまたは閉じるかを示す情報を含む動作情報を生成し、
(c)前記動作情報に基づいて、前記挿入、前記引き抜き、前記挿入と前記引き抜きの停止の制御を行う、
プログラム。 - 柔軟長尺部材を保持可能な第1保持部と、
前記柔軟長尺部材を保持可能な第2保持部を含み、
前記柔軟長尺部材の第1部分が管に挿入される場合は、
(a)前記第2保持部が前記柔軟長尺部材を保持することなく、前記第1保持部が前記柔軟長尺部材の第2部分を保持した後、
(b)前記第1保持部が前記柔軟長尺部材を保持することなく、前記第2保持部が前記柔軟長尺部材の第3部分を保持し、
前記柔軟長尺部材における前記第1部分と前記第3部分の距離は、前記柔軟長尺部材における前記第1部分と前記第2部分の距離より短い、
柔軟長尺部材のための装置。
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