JP2018042900A - ロボット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットアームに取り付けた作業部が、２次元または３次元の範囲で、対象物体に対し適切な範囲で作業を行うことを抑制する技術を提供する。【解決手段】ロボット装置２は、ロボットアーム１０と、アーム制御部５０と、作業部３０と、走査部４０と、表示制御部８０と、を備えている。アーム制御部は、ロボットアームの動きを制御する。作業部は、ロボットアームの動きに応じて対象物体に向けて移動し、対象物体に対する作業を行う。走査部は、対象物体を走査する。表示制御部は、走査部による走査結果と、ロボットアームの現在の姿勢における対象物体に対する作業部の作業可能範囲と、対象物体に対する作業部の目標作業範囲とを、２次元または３次元の画像でモニタ９０に表示させる。【選択図】図１

Description

本開示は、ロボットアームに取り付けた作業部をロボットアームの動きに応じて移動させ、対象物体に対する作業を行う技術に関する。

ロボットアームに取り付けた作業部をロボットアームの動きに応じて移動させ、対象物体に対する作業を行う技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１には、作業部としてＨＩＦＵ照射部をロボットアームの先端に取り付け、対象物体である人体の患部にＨＩＦＵを照射して治療する超音波治療装置の技術が記載されている。ＨＩＦＵはHigh Intensity Focused Ultrasoundの略である。

特許文献１に記載の技術によると、ＨＩＦＵを照射している患部を超音波で走査しながら、患部の深さ方向においてＨＩＦＵが治療範囲から外れているか否かを判定している。患部の深さ方向においてＨＩＦＵが治療範囲から外れている場合、治療装置は治療範囲以外の正常な組織を傷つけないようにＨＩＦＵによる治療を停止する。

欧州特許出願公開第２６９８１８３号明細書

特許文献１に記載されているように、１次元の深さ方向について作業部であるＨＩＦＵ照射部が適切な範囲で作業をしているか否かを判定する場合、例えば、深さ方向と直行する範囲において、対象物体に対し適切な作業が行われているか否かは判定されない。その結果、対象物体に対し、不適切な範囲で作業が行われることを抑制できないことがある。

本開示の一側面は、ロボットアームに取り付けた作業部が、２次元または３次元の範囲で、対象物体に対し不適切な範囲で作業を行うことを抑制する技術を提供することにある。

本開示の一態様は、ロボットアーム（１０）と、アーム制御部（５０）と、作業部（３０）と、走査部（４０）と、表示制御部（８０）と、を備えている。
アーム制御部は、ロボットアームの動きを制御する。作業部は、ロボットアームの動きに応じて対象物体に向けて移動し、対象物体に対する作業を行う。走査部は、対象物体を走査する。

表示制御部は、走査部による走査結果と、ロボットアームの現在の姿勢における対象物体に対する作業部の作業可能範囲と、対象物体に対する作業部の目標作業範囲とを、２次元または３次元の画像でモニタ（９０）に表示させる。

この構成によれば、ロボットアームの現在の姿勢において、作業部の作業可能範囲が目標作業範囲を含んでいるか否かを、２次元または３次元の画像で容易に認識できる。これにより、目標作業範囲の少なくとも一部が作業可能範囲から外れている場合には、対象物体に対し不適切な範囲で作業部が作業を行うことを抑制できる。

尚、この欄および特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

本実施形態のロボット装置を示す構成図。 照射可能範囲と目標照射範囲とがずれている状態を示す説明図。 照射可能範囲が目標照射範囲を含んでいる状態を示す説明図。

以下、本開示の実施形態を図に基づいて説明する。
［１．構成］
図１に示すように、ロボット装置２は、ロボットアーム１０と、ＨＩＦＵ照射部３０と、プローブ４０と、アームコントローラ５０と、プローブコントローラ６０と、ＨＩＦＵコントローラ７０と、統合装置８０と、モニタ９０とを備えている。

ロボットアーム１０は、複数の関節で結合されたアーム１２と、各関節に設置されているモータ２０とを備えている。モータ２０は、アームコントローラ５０からの指示によりアーム１２を駆動する。

ＨＩＦＵ照射部３０は、患者の患部に向けてＨＩＦＵを照射する。ＨＩＦＵ照射部３０がＨＩＦＵを照射するときの焦点距離と照射方向とは固定である。ＨＩＦＵ照射部３０が照射するＨＩＦＵの焦点位置と照射方向とは、ロボットアーム１０の位置と姿勢とにより決定される。プローブ４０は、対象物体である患者に向けて超音波を照射し、照射した超音波が患部と患部周辺とから反射される反射波を受信する。

アームコントローラ５０は、ロボットアーム１０の各関節に設置されたモータ２０を駆動し、ＨＩＦＵ照射部３０とプローブ４０とを移動させる。
プローブコントローラ６０は、プローブ４０から超音波を照射させる。そして、プローブコントローラ６０は、プローブ４０が受信する反射波を画像処理し、患部と患部周辺とを表示する２次元の画像データを統合装置８０に送信する。

統合装置８０は、アームコントローラ５０から現在のロボットアーム１０の位置と姿勢、ならびにプローブコントローラ６０からプローブ４０による走査結果である画像データを取得する。統合装置８０は、アームコントローラ５０から取得する現在のロボットアーム１０の位置と姿勢とからＨＩＦＵ照射部３０からＨＩＦＵを照射したときの焦点位置と照射方向とを算出する。

さらに、統合装置８０は、アームコントローラ５０から取得する現在のロボットアーム１０の位置と姿勢とから、現在の姿勢のままＨＩＦＵ照射部３０から照射するＨＩＦＵの焦点が到達可能な照射可能範囲を算出する。

そして、統合装置８０は、図２と図３とに示すように、患部１００と、患部１００に対して予め設定されたＨＩＦＵを照射して治療する目標照射範囲１１０と、現在のＨＩＦＵの焦点位置１３０と、照射可能範囲１２０とをモニタ９０に表示させる。

図２と図３とには、モニタ９０に２次元の画像が表示されている。これに対し、統合装置８０は、患部１００を治療する前に、予めロボットアームの１０の動きに応じてプローブコントローラ６０から取得する時間経過に伴って走査位置が変化する２次元の画像データを３次元の画像データとして加工してもよい。また、プローブ４０が超音波により３次元に走査できるのであれば、３次元の走査結果を画像データとしてもよい。

この場合、統合装置８０は、プローブ４０による３次元の患部１００に対する走査結果の画像データに合わせて、目標照射範囲１１０と照射可能範囲１２０と現在のＨＩＦＵの焦点位置１３０とを３次元の画像として生成し、モニタ９０に表示させる。

モニタ９０には、ＨＩＦＵ照射部３０からのＨＩＦＵの照射による治療精度に応じた間隔のグリッド２００が表示される。例えば、５ｍｍの治療精度が要求されるのであれば、５ｍｍ四方のグリッドがモニタ９０に表示される。統合装置８０は、グリッド２００の間隔に応じた精度で目標照射範囲１１０と照射可能範囲１２０と焦点位置１３０とを算出し、モニタ９０のグリッド２００上に表示させる。

［２．作動］
図２には、ロボットアーム１０の現在の姿勢において、目標照射範囲１１０の少なくとも一部が照射可能範囲１２０からずれている画像がモニタ９０に表示されている。

この場合、アームコントローラ５０は、統合装置８０から取得する目標照射範囲１１０と照射可能範囲１２０とに基づいて、目標照射範囲１１０が照射可能範囲１２０からずれているずれ量をグリッド間隔の単位で算出する。

そして、アームコントローラ５０は、算出したずれ量に基づいて照射可能範囲１２０が目標照射範囲１１０を含むようにモータ２０に対する制御量を算出する。アームコントローラ５０は、算出した制御量に基づいてロボットアーム１０の姿勢を変化させ、ＨＩＦＵ照射部３０から照射されるＨＩＦＵの照射方向を変化させる。これにより、照射可能範囲１２０が目標照射範囲１１０を含むようになる。

アームコントローラ５０ではなく、目標照射範囲１１０が照射可能範囲１２０からずれているずれ量を統合装置８０が算出し、照射可能範囲１２０が目標照射範囲１１０を含むようにモータ２０に対する制御量をアームコントローラ５０に指令してもよい。

また、照射可能範囲１２０が目標照射範囲１１０に含まれるように、作業者がアームコントローラ５０の入力装置からモータ２０に対する制御量を、グリッド間隔の単位で入力してもよい。

また、作業者がロボットアーム１０を手動で動かせるのであれば、作業者がモニタ９０に表示されている目標照射範囲１１０と照射可能範囲１２０とを見ながら、照射可能範囲１２０が目標照射範囲１１０を含むようにロボットアーム１０の姿勢を変化させてもよい。

この場合、例えば、作業者がロボットアーム１０に加える作用力の大きさと方向とをセンサで検出し、センサからアームコントローラ５０に送信する構成が必要である。アームコントローラ５０は、センサから受信する作業者の作用力の大きさと方向とに基づいて、モータ２０を制御する。

ロボットアーム１０の姿勢が変化し、照射可能範囲１２０が目標照射範囲１１０を含むまで、ＨＩＦＵコントローラ７０はＨＩＦＵ照射部３０がＨＩＦＵを照射することを停止する。

図３に示すように、照射可能範囲１２０が目標照射範囲１１０を含むと、ＨＩＦＵ照射部３０がＨＩＦＵを照射することをＨＩＦＵコントローラ７０は許可する。そして、アームコントローラ５０は、目標照射範囲１１０を焦点位置１３０が移動するようにモータ２０を駆動制御する。ＨＩＦＵコントローラ７０は、アームコントローラ５０によるモータ２０の駆動制御に応じてＨＩＦＵ照射部３０からＨＩＦＵを照射する。

モニタ９０に表示された２次元の目標照射範囲１１０に対してＨＩＦＵの照射が終了すると、アームコントローラ５０は、モータ２０を駆動し、ＨＩＦＵ照射部３０による治療精度の単位でロボットアーム１０を次の治療位置に移動させる。この場合、アームコントローラ５０は、例えばモニタ９０の表示画像に直行する方向にロボットアーム１０を移動させる。

ロボットアーム１０が次の治療位置に移動すると、アームコントローラ５０は、照射可能範囲１２０が目標照射範囲１１０を含むようにモータ２０に対する制御量を算出し、ロボットアーム１０姿勢を変化させる。照射可能範囲１２０が目標照射範囲１１０を含むと、ＨＩＦＵ照射部３０は、目標照射範囲１１０でＨＩＦＵを照射する。

患部１００に対する全ての目標照射範囲１１０でＨＩＦＵが照射されると、治療は終了する。
［３．効果］
以上説明した上記実施形態では、以下の効果を得ることができる。

（１）モニタ９０に表示される画像に基づいて、照射可能範囲１２０が目標照射範囲１１０を含むようにロボットアーム１０の姿勢を変化させるので、ＨＩＦＵを適切な範囲で照射して患部を治療できる。

（２）モニタ９０に表示されたグリッド間隔の精度で目標照射範囲１１０と照射可能範囲１２０と焦点位置１３０とをモニタ９０に表示すればよいので、モニタ９０に画像を表示する処理が容易である。

また、照射可能範囲１２０が目標照射範囲１１０を含むように、グリッド間隔の精度でモータ２０に対する制御量を算出すればよいので、ロボットアーム１０に対する制御の処理負荷を低減できる。

（３）照射可能範囲１２０が目標照射範囲１１０を含むまで、ＨＩＦＵ照射部３０がＨＩＦＵを照射することをＨＩＦＵコントローラ７０が停止するので、目標照射範囲１１０以外の部位を治療することを抑制できる。

（４）照射可能範囲１２０が目標照射範囲１１０を含んでいるか否かを、モニタ９０に表示される画像でリアルタイムに認識できるので、目標照射範囲１１０ではない部位に誤ってＨＩＦＵを照射することを抑制できる。

上記実施形態では、ロボットアーム１０がロボットアームに対応し、ＨＩＦＵ照射部３０が作業部と治療器とに対応し、プローブ４０が走査部に対応し、アームコントローラ５０がアーム制御部に対応し、ＨＩＦＵコントローラ７０が作業制御部に対応し、統合装置８０が表示制御部に対応し、モニタ９０がモニタに対応する。

また、目標照射範囲１１０が目標作業範囲に対応し、照射可能範囲１２０が作業可能範囲に対応し、治療精度が作業精度に対応し、グリッド２００がグリッドに対応する。
［４．他の実施形態］
（１）上記実施形態では、作業部としてＨＩＦＵ照射部３０を使用した。これ以外にも、ロボットアーム１０の動きに応じて対象物体に向けて移動し、対象物体に対する作業を行うのであれば、医療用の治療器に限らずどのような作業部を使用してもよい。

（２）上記実施形態では、プローブ４０から照射される超音波による走査結果として、モニタ９０に２次元の画像を表示した。これに対し、３次元の走査結果をモニタ９０に表示してもよい。

（３）対象物体に対する走査は、超音波に限るものではなく、レーザの照射、カメラによる撮像データなどでもよい。
（４）統合装置８０は、ＨＩＦＵの照射による治療中に、モニタ９０に表示される２次元の画像の履歴を記憶してもよい。これにより、治療後に要求があれば、治療過程をモニタ９０に表示できる。この場合、２次元画像の履歴を３次元画像に加工し、３次元画像としてモニタ９０に表示してもよい。これにより、３次元で表示される患部１００に対して、ＨＩＦＵによる治療過程を３次元で再現できる。

（５）目標照射範囲１１０の少なくとも一部が照射可能範囲１２０からずれている場合、ロボットアーム１０を動かすのではなく、患者を動かしてもよい。
（６）上記実施形態における一つの構成要素が有する複数の機能を複数の構成要素によって実現したり、一つの構成要素が有する一つの機能を複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を一つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される一つの機能を一つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。尚、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

（７）上述したロボット装置の他、当該ロボット装置を構成要素とするロボットシステム、当該ロボット装置としてコンピュータを機能させるためのロボット制御プログラム、このロボット制御プログラムを記録した記録媒体、ロボット制御方法など、種々の形態で本発明を実現することもできる。

２：ロボット装置、１０：ロボットアーム、１２：アーム、２０：モータ、３０：ＨＩＦＵ照射部（作業部、治療器）、４０：プローブ（走査部）、５０：アームコントローラ（アーム制御部）、７０：ＨＩＦＵコントローラ（作業制御部）、８０：統合装置（表示制御部）、９０：モニタ、１００：患部、１１０：目標照射範囲（目標作業範囲）、１２０：照射可能範囲（作業可能範囲）、２００：グリッド

Claims (5)

1. ロボットアーム（１０）と、
   前記ロボットアームの動きを制御するように構成されたアーム制御部（５０）と、
   前記ロボットアームの動きに応じて対象物体に向けて移動し、前記対象物体に対する作業を行うように構成された作業部（３０）と、
   前記対象物体を走査する走査部（４０）と、
   前記走査部による走査結果と、前記ロボットアームの現在の姿勢における前記対象物体に対する前記作業部の作業可能範囲と、前記対象物体に対する前記作業部の目標作業範囲とを、２次元または３次元の画像でモニタ（９０）に表示させるように構成された表示制御部（８０）と、
   を備えるロボット装置（２）。
2. 請求項１に記載のロボット装置において、
   前記表示制御部は、前記作業部の作業精度に応じた間隔で前記モニタに表示されるグリッド上に前記走査結果と前記作業可能範囲と前記目標作業範囲とを表示させる、
   ロボット装置。
3. 請求項１または２に記載のロボット装置において、
   前記作業可能範囲が前記目標作業範囲を含むまで、前記作業部による作業を停止する作業制御部（７０）をさらに備える、
   ロボット装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のロボット装置において、
   前記アーム制御部は、前記現在の姿勢において前記目標作業範囲の少なくとも一部が前記作業可能範囲からずれている場合、前記作業可能範囲が前記目標作業範囲を含むように前記ロボットアームの姿勢を制御する、
   ロボット装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のロボット装置において、
   前記対象物体は人体であり、前記作業部は前記人体の患部（１００）を治療する治療器であり、前記走査部は前記患部を走査する、
   ロボット装置。

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