JP3688324B2 - 縫合針位置揃え装置および縫合針位置揃え方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は一般に縫合糸をすでに装着してある外科用縫合針などの縫合糸付き縫合針を自動的に作成するための装置に関し、より特定すれば縫合針の方向を自動的に揃えてこれをさらなる処理例えば自動スエージング装置のために供給する針供給装置および縫合針位置揃え方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
大半の縫合糸付き縫合針、すなわち今日外科医や医療関係者が使用しているような一端に縫合糸を装着してある縫合針は、米国特許第3,611,551号、第3,980,177号、第4,922,904号などに説明されているように、用手的および半自動的な方法を用いて製造されている。例えば、米国特許第3,611,551号で解説しているように、スエージ下降するため縫合針内に縫合糸を正確に配置し、異なる太さ(ゲージ)の撚糸をスエージ加工する際にスエージ・ダイを調節してスエージ加工圧を増加または減少させるにはオペレータによる手作業が必要となる。この処理工程はスエージ加工を行うために用手的な位置合わせが必要なことから人時間工賃と効率の面で高価である。
【0003】
今日、縫合糸の素材は糸巻きまたは芯や被駆動スプールに巻いた状態で供給され、これを切断しスエージ加工しようとする縫合針の端部に配置する。米国特許第3,980,177号では、縫合針の材料はスプールから供給され回転式のテンションラックを通り、ここで一様な長さに撚糸が切断される。つまり、縫合糸の長さはラックの大きさで決まり、ラックに巻き取られた撚糸材料を切断するためにはラックの調整を手作業で行う必要がある。更に、異なる長さの撚糸を所望する場合には毎回ラックを手作業で変更する必要がある。
【0004】
米国特許第4,922,904号では、撚糸材料はボビンに巻いた状態で供給され、様々なガイド手段とヒーターを通って素材を延伸させ、その後縫合針の圧着溝に挿入される。本明細書に図示した1つの実施例では、スエージ加工する前に縫合針の圧着溝内に垂らした縫合糸を位置合わせするために高精細テレビジョン・モニター手段が必要である。同実施例では、回転エンコーダ装置を用いてボビンから引き出した縫合糸素材の長さを決定してから切断している。別の実施例では、不定長の縫合糸材料を縫合針にスエージ加工した後、縫合針−縫合糸アセンブリーを所定の距離だけ送り出してから切断し、所定の長さの縫合糸を得ている。つまり、一定の長さの縫合糸材料を得るには、注意深い操作と精密な制御が毎回必要であり、これらの作業に用いる工程は人時間工賃と効率の面でも高価である。
【0005】
完全に自動化されかつ縫合針に縫合糸を圧着するために自動スエージ装置へ手術用縫合針を自動的に供給するための手段を含む縫合糸付き縫合針製造・包装システムを提供するのが非常に望ましい。
【0006】
縫合糸付き縫合針製造装置において、自動スエージ部へ次々と送り出す縫合針の向きを効率的かつ正確に揃えることが出来る縫合針位置揃え装置を提供することも非常に望ましい。
【0007】
縫合針位置揃え兼搬送機能の効率ならびに完全性を維持するための制御システムを提供することが更に望ましい。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的はここの縫合針を縫合針処理位置へ搬送するための自動縫合針位置揃え装置を提供することである。
【0009】
本発明の別の目的は頻繁な手作業からオペレータを事実上解放する経済的な縫合針の位置揃え装置を提供することである。
【0010】
本発明の別の目的は正確かつ所定の方向で縫合針を位置揃えして自動スエージング装置へ移動しここに縫合糸付き手術用縫合針を装着するための自動縫合針位置揃え装置を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明のこれらのおよびその他の目的は、縫合針を自動的に位置揃えして自動的にスエージングし小型の外箱へ包装する準備を行うための装置で実現される。縫合針位置揃え装置は複数の縫合針を保持するための受け入れ手段を含み、前記受け入れ手段には所定量の縫合針を一本ずつに分けてこれを搬送するための第1のコンベア手段に無作為に載置するための手段を設けてある。第1の組の遠隔的に配置してあるビデオカメラ手段が前記第1のコンベア手段の上の縫合針の画像を取得し、前記画像をデジタル化して制御システムのコンピュータで処理できるようにする。デジタル化した信号を処理し選択した無作為に配置された縫合針の位置および方向に関するデータを生成する。
【0012】
第1のコンベア手段から第2の精密コンベア手段へ選択され無作為に配置した縫合針の各々を移動して前記縫合針を自動スエージング装置へ搬送するためにロボット・アセンブリーを設ける。制御システムのコンピュータは前記選択した方向の揃っていない縫合針の位置および方向についてのデータに基づいて前記ロボット・アセンブリーが使用する命令を更に生成する。前記ロボット・アセンブリーは前記制御システムから前記命令を受信し、ロボットのアームで選択した縫合針の各々をつかみ、前記第2のコンベア手段の上に配置した嵌合装置へ配置する。前記縫合針が前記第2のコンベア手段上で指定した位置から0.001インチ以内で全て一様に同じ方向に揃うように1台またはそれ以上の方向揃え装置を設け、更にスエージングするための移動が効率的に行えるようにする。
【0013】
縫合針位置揃えシステムには前述のような方法で作動する第2の組のビデオカメラ手段と第2のロボット・アセンブリー手段を設けてある。冗長性はシステムが毎分60本で連続的に絶え間なく流れる縫合針を自動スエージング装置へ供給できるように設計してある。
【0014】
本発明のさらなる利点および特徴は、以下の詳細な説明と本発明の好適実施例を特定しまた図示する添付の図面とを合わせて玩味熟読することにより明らかとなろう。
【0015】
【実施例】
本発明は、各種寸法の手術用縫合針を自動的に仕分選別し自動スエージング装置へ搬送しここで各々の縫合針に縫合糸を装着させるように設計した縫合針供給装置に関する。
【0016】
図1は縫合針を揃えてこれに縫合糸を自動スエージ加工し小型の外箱に包装するために使用する工程10を一般的に図示したブロック図である。縫合針の自動縫合糸取り付け兼スエージ加工システムおよび自動パッケージシステムはそれぞれ本発明と同一の譲受人に譲受される同時出願中の米国特許出願第181,598号(事件番号第8922号)および第181,626号(事件番号第8925号)に更に詳細な説明が成されている。前述のように、本発明は各種の寸法の手術用縫合針を仕分け選別し自動スエージング装置へ搬送するために使用する縫合針位置揃え装置に関する。一般的な手術用縫合針19は軸部分83、湾曲した針先部分87、縫合糸受け入れ端部または縫合糸をスエージ加工するための開口部85を有し、これを図2に図示してある。
【0017】
一般に、図1に図示した自動縫合針仕分工程10において、段階11で縫合針は第1に振動するボールに載せられ、段階12で自動的に向きを揃え、段階13で直線的に半透明の前進するコンベアへ供給され、段階14でコンピュータ制御システムの一部を成す画像追跡システムにより縫合針の方向ならびに位置についての評価を行い、段階15でロボット装置により拾い上げられ、段階16でロボット装置により精密コンベアへ運ばれ、最終的に段階17でスエージング装置へ搬送されてここから縫合針は多軸移動手段へ搬送され後続のスエージング加工装置へ送り出される。各々の段階を実行するのに使用する装置について以下でさらに詳細に説明する。コンピュータ制御システムについてのさらに詳細な説明は、本発明の譲受人と同じ譲受人に譲受される同時出願中の特許出願第181,624号(事件番号第8921号)に見ることが出来る。
【0018】
縫合針位置揃え供給装置20の好適実施例は、図3にシステムの上面図、図4に側面図が図示してある。本明細書に図示したように、縫合針19は2台の振動するボールまたはホッパ21a、21bの各々にまとめて供給され、ここでそれぞれの仕分選別アセンブリー22a、22bを使って1本ずつ分けられ、2台の半透明コンベア25a、25bの各々に無作為に配置される。2台の半透明コンベア25a、25bは方向の不揃いな縫合針19を図3の矢印で示した方向に搬送し、その位置と方向を遠隔的に配置した視覚的追跡システムにより評価する。追跡システムについては図4に関連して以下で説明する。本追跡システムは(透過光式)照明台30a、30bの上を縫合針が前進する際に半透明コンベア25aの上に載せられた縫合針各々の方向と位置を評価し、さらに(透過光式)照明台33a、33bの上を縫合針が前進する際に半透明コンベア25bの上の各々の縫合針の方向と位置も評価する。画像追跡システムから得られた方向と位置に関する情報を処理し2台のロボット・アセンブリー50a、50bが利用できる情報に変換して、各々のロボットの把持部55a、55bに指令し、半透明コンベアの一方から識別した縫合針を拾い上げて図3に図示した半透明コンベアと同じ方向に前進している精密コンベア上に配置してある各々の嵌合舟40へ移動させる。本発明の制御システムコンピュータはロボットの把持部、たとえばロボット・アセンブリー50aの把持部55a等に命令してシステムのドエル周期すなわちそれぞれのコンベアが一時停止している間に追跡した縫合針を2台のコンベア25a、25bの一方からつまみ出す。無作為に配置した縫合針19の方向が把持部55a、55bのいずれかで取り出せないような方向にあるときまたは移動範囲外にあるため精密コンベア上へ縫合針を載置できない場合、回復手順を実行して、毎分60本の速度でスエージ加工する自動高速スエージング装置(図示していない)へ精密コンベアが供給する縫合針に欠品が出ないようにする。
好適実施例において、各々のコンベア25a、25bのタイミングは同一だが、ドエル周期は相互に違っている。タイミングがずらしてあるため、画像追跡システムは一方の前進するコンベアたとえば25aの上の縫合針を識別し、両方のロボットが他方の前進コンベア25bから縫合針を取り出して精密コンベアの各々の嵌合舟に各々の縫合針を載置する。同様に、両方のロボットが前進するコンベア25aから縫合針を取り出している間、画像追跡システム方向を揃えた後、アーム・ストップ93はコンベアの舟40の上部の位置へ復動してこれまでに説明したような方法で縫合針の方向を更に揃えるように待機する。
【0019】
自動スエージ/巻き付け処理10の第1の段階は供給装置例えばボールまたはホッパから縫合針分別アセンブリーへ所定の量の縫合針19を供給することである。図5の側面図および図6の正面断面図に図示した好適実施例では、振動式ホッパまたはボール21に適当な光学式または機械式計数装置たとえばセンサープレート24を設けて、6本までの縫合針がいちどに選別アセンブリーへ供給されるようにしている。縫合針19は振動式ホッパ21からゲート18へ供給され、重力によって縫合針選別アセンブリー内を落下するが、これには一連の偏向扉23a、23bとトラップ扉23c、23dが含まれており、交互に2つの位置に移動して落下してくる縫合針の半分を仕切られた2つのシュートの各々に落下させ、可動式の半透明コンベア25a、25bへ最終的に載置する。図5に図示した位置に偏向扉23aがあるとき、縫合針選別アセンブリー22に投入された縫合針19はすべて落下の方向が曲げられて外側の受け皿へ落とされ、ここから縫合針は更にホッパ21へ戻される。偏向扉22aが図5の破線で示した偏向扉23a’の第2の位置にある場合、仕分アセンブリーを落下中に縫合針19が6本までセンサー44で計数され、偏向扉23bとトラップ扉23c、23dの適当な切り換えにより一本ずつに分けられる。偏向扉23a、23bとトラップ扉23c、23dの往復運動は6本ずつの縫合針が各々のコンベア25a、25bに1度に配置されるようにタイミングを合わせてある。好適実施例では、この本数の縫合針が載置されると前進するコンベア上で約8インチの長さを占有し、これによって縫合針同士が載置されたときに十分に離れるようにしてある。望ましくは、偏向扉23a、23bが自動制御システムの制御下に作動し、2つの位置の間で交互に位置が変わるようにタイミングをとり、3本ずつの縫合針が各々の落下シュート26、28を通って半透明送りコンベア25a、25b上へ落下できるようにする。両方の偏向扉23a、23bは各々円柱状のピストン27a、27bおよび適切な電磁石または油圧モーター(図示していない)で駆動される。半透明の送りコンベア25a、25bに載置される縫合針19はどれも位置がバラバラで、方向が揃っていないことを理解するべきである。好適実施例において、各々の半透明前進コンベア25a、25bは毎秒4インチ(4インチ/秒)の一定した速度で駆動され図3および図6に図示したように精密コンベアと平行に走る無限軌道式のコンベアである。
【0020】
前述のように、また図3に示すように、ロボット・アセンブリーは各々の縫合針分別アセンブリー22a、22bの後方で精密コンベアと半透明の前進コンベアの両方に近い位置に配置した2台のロボット50a、50bを含む。本明細書で説明する好適実施例では、各々のロボット・アセンブリー50a、50bはアデプト社604S型ロボットで、各々のロボットに対応するアデプトCC制御装置で制御すると毎分40回程度の速度で縫合針の移動を実行する能力を有している。各々のロボットは4軸SCARA(選択的コンプライアンス・アセンブリー・ロボット・アーム)型ロボットで、4つの関節を含む。関節1は±100°の回転運動範囲を有する肩関節、関節2は±140°の回転運動範囲を有する肘関節、関節3は上下運動の方向に150ミリメートルまでロボットの指先を運動させる移動運動を提供し、関節4は手首関節で指先の±360°の回転運動を提供する。ロボットの把持部55a、55bは各々のロボット・アセンブリー50a、50bの指先に装着してあり、空気シリンダ(図示していない)から供給する圧力によって把持動作を提供することが出来る。
【0021】
図4を参照すると、一方向に向いた手術用縫合針を毎秒1本(1縫合針/毎秒)自動スエージ装置へ転送するのに十分な速度で駆動モータ・アセンブリー42により駆動される精密コンベア35が図示してある。前進コンベア25a、25bを駆動するために同様な駆動モータ・アセンブリーを設けてある。詳細については後述するように、各々の駆動モータ・アセンブリー42、43は制御システム69とインタフェースしこれの制御下に作動して、前進運動を一時停止させ、前進コンベアから精密コンベアへの縫合針の取り出しと移動を行えるようにしてある。図7と図8では各々が個々の手術用縫合針19に嵌合するための精密コンベア35とこれの上に装置した複数の嵌合舟を図示してある。精密コンベア35の作動もロボット50a、50bからこれの上へ縫合針19を移動することができるように所望の周期速度で定期的に一旦停止する。好適実施例において、制御システム69はアデプト・ロボット制御装置および視覚的追跡システムの部材とデジタル的に通信して供給システムを制御するためのプログラマブル論理制御装置(PLC)を含む。
【0022】
図4に図示してあるように、視覚的追跡システムは前進コンベア25aの各々の照明載物台部分30a、30bの上部に1台ずつ配置した2台のビデオカメラ62、64を含む。詳細については後述するが、各々のカメラ62、64から得られた縫合針のビデオ画像はビットマップ処理または適切なデジタル化処理が施され、適当な転送媒体例えば図4に示す通信線67a、67bを経由して遠隔的に配置した制御システムのコンピュータ69へ転送し、ここで画像制御タスク160がビデオ画像を処理し、通信線197経由で各々のロボット50a、50bへデータを入力する。コンベア25a、25bを半透明にしまた各々の部分30a、30bと33a、33bで透過光照明を当てるようにして、上部にあるカメラ・アセンブリーにより処理用の鮮鋭なビデオ画像が得られるようにするのが望ましい。説明の目的で、図4には2本の照明載物台に対応するビデオカメラが2台62、64だけ図示してあることが理解されよう。しかし、本発明はコンベア25bの照明部分33a、33bに対応する第2のビデオカメラの組(図示していない)を含み、前述の通り、ロボットがコンベア25aから縫合針を取り出して配置し直している間にコンベア25bの上の縫合針の2進化画像が得られるように成してある。本システムに組み込んである冗長性によって、スエージング装置へ供給する縫合針が一時的に不足することは無く、またスエージング装置へ供給するための向きを揃えた縫合針の最大供給量が達成されるように成してある。ロボット技術が進歩した場合、またロボット・アセンブリーが更に速い速度で更に多くの動きを行えるようになれば、第2の組のカメラと第2のロボット・アセンブリーはもはや必要ではなくなる。更に、十分高速で正確なロボット・アセンブリーは移動するコンベアから無作為に置かれた縫合針を拾い上げ直接スエージング装置へ向きを揃えて配置することも出来るようになる。
【0023】
好適実施例において、各々のカメラ62、64は透過光照明式コンベア25a、25bの各々の約1メートル上方に装置してあり、適当なアダプタを使えば交換自在な焦点距離が10ミリメートルから140ミリメートルの電子制御式望遠レンズを使用している。適切なレンズ制御装置を用いて光量・絞り、焦点、および画角を各々のカメラのレンズについて設定し、RS−232Cリンクを経由してアデプト製制御装置とインタフェースさせてある。
【0024】
縫合針選別供給装置のための制御システムのさらなる部材には供給システムを監視し指令するために使用するSCADAノードが含まれる。このノードはアデプト製制御装置の各々と独立したRS−232Cリンクでインタフェースし、これを用いてデータ情報例えば縫合針のパラメータやエラー・メッセージ、および状態メッセージなどを運転中にアデプト制御装置へダウンロードする。SCADAノードは商業的に利用可能なFIX/DMACSソフトウェアを走らせるパーソナル・コンピュータまたはこれに類似の適当な装置を含む。シリアル通信を用いて後述する縫合針交換手順の間に処理しようとする縫合針の大きさと種類を供給システムに教えるために使用するFIX/DMACSの「アデプト設定」画面へ入力した縫合針のパラメータを変更する。オペレータが縫合針のパラメータを入力してから交換を開始すると、FIX/DMACSノードはこれらのパラメータをロボット制御装置へ転送する。
【0025】
本発明のロボット/視覚制御システム69は縫合針並べ替え供給システム10により実行する特定のタスクに各々が関係し、PLC120の制御下に実行される独立したコンピュータ・ソフトウェアプログラムを含む。図11に図示したように、本発明の縫合針位置揃え装置を制御するためのソフトウェアの構造は8つの主要なタスクを実行する。ロボット制御タスク150、画像制御タスク160、コンベア運転制御タスク180、SCADAノード・インタフェースタスク195、制御パネルタスク260、タスク・マネージャ240、コンベア初期化タスク190、およびレンズ制御タスク270である。上述のこれら8つのタスクのうち、初めの6つのタスクは後述するように縫合針供給安定状態運転中は作動状態にある。図11には更にタスク間のデータの流れとタスクを起動する信号を図示してある。好適実施例において使用しているソフトウェアの言語はアデプト社のV/V+言語で、これはマルチタスク環境における画像とロボット両方の制御を支援するものである。図11を参照してタスクの各々について一般的に説明する。以下のタスクについてのより詳細な説明は前述の同時出願中の米国特許出願第181,624号(事件番号第8921号)に見ることができる。
【0026】
各々のロボット・アセンブリー、制御装置、およびカメラの視覚的追跡システムは供給システムが正しく機能するように注意深い較正と設定の手順が必要である。例えば、各ロボット・アセンブリーは関節位置を設定し関節の運動限界を規定してロボットが作動したときに構造上の損傷を受けないようにする必要がある。更に、カメラ対ロボットの較正を行い、視覚系システムが縫合針の位置座標を正確に計算してロボットが取り出し位置へ動けるようにしなければならない。この手順はカメラの画角と各々のロボットの据付位置の間の変換行列を提供する。
【0027】
PLC120はロボット制御装置とロボットの電源投入を行う。ロボット較正手順は電源投入後に起動されロボットの関節を既知の「ホーム」ポジションへ移動させてデジタル・エンコーダ(図示していない)を同期させる。
【0028】
[ロボット制御タスク]
PLC120、ロボット制御装置、およびコンベア25a、25bの起動処理は時間的関係が重要である。ロボット制御装置の側から見ると、ROBOT ENABLE信号219をPLC120が有効にすると、ロボット制御タスク150、画像制御タスク160、コンベア移動制御タスク180、コンベア初期化タスク190を実行して通常のサイクルを開始する。これによってコンベア25aの移動が開始され、2秒間だけ待って詳細を後述するように第2のコンベア25bを起動する。PLCは同時にもう一方のアデプト・ロボットにもROBOT ENABLE信号を有効にする。この方法だと、PLCは大量供給装置システムと送りコンベアとスエージング装置の起動をROBOT ENABLE信号の起ち上げで行うことが出来る。詳細については後述するように、ROBOT ENABLE信号を引き下げると、アデプト・ロボットは通常処理を停止してSCADAノードからの要求に応答するようになる。
【0029】
各々のロボット・アセンブリー50a、50bに対するそれぞれのアデプト制御装置に関連して単一のロボット制御タスクが存在するが、図10では1つだけを要素150として図示してある。ロボット制御タスク150の制御システム・ソフトウェアは各々のロボット・アセンブリー50a、50bを資源として管理し、画像制御タスク160で生成されここから入力される識別した縫合針の位置をFIFOバッファから読み取り、縫合針配置のハンドシェークを行うため制御システム69のプログラマブル論理制御装置(PLC)120とインタフェースして、コンベア・ベルト25a、25bの移動を開始させる。
【0030】
各々のロボット・アセンブリー50a、50bに対して安定状態にあるロボット制御タスク150の運転は次のようになる:
【0031】
第1に、各々のロボット制御装置はデータ線193経由で入力FIFO155を連続的に読み出して各々の半透明コンベア25a、25bの上の識別した縫合針の位置についての位置座標データを取得する。縫合針位置についてのデータは、詳細について後述するように各々のデータ線197を経由して画像制御タスク160へ供給する。受け入れ可能な(認識可能な)縫合針位置がFIFOバッファ155に入力されると、ロボット制御装置はバッファから縫合針位置を除去してロボットの把持腕55a(55b)に指令を出し、コンベアベルト上のその位置へ移動させる。次に、各々の認識した縫合針について、ロボット制御タスク150はロボットの把持腕55a(55b)に命令を送って、縫合針の円柱状部分7で閉咬させてからコンベアから離昇させ、精密コンベア35に近い到達位置へ移動させる。ロボット制御タスクは次にNEEDLE IN GRIPPER信号207をPLC宛てに生成し、PLC120からの応答を待つ。PLCがロボットタスクの生成したNEEDLE IN GRIPPER信号207を受信すると、PLC120はロボット50a、50bの各々が受信するSAFE TOPLACE信号191を生成する。 SAFE TO PLACE信号191の目的は各々のロボット・アセンブリーに対して縫合針がコンベア35の精密コンベア舟40に配置できることを通知することである。SAFE TO PLACE信号191の受信に応答して、縫合針を精密コンベア35上に配置する直前に、ロボット制御タスク150はPLC120が受信するDON’T INDEX PRECISION CONVEYOR信号204を生成する。この信号が高電位例えば論理値「1」の状態にある間、アデプト・ロボット50aまたは50bは精密コンベア35の舟40に縫合針を載置しようとする。これにより後述するように精密コンベアの嵌合舟40の嵌合あご47、49の後退を開始させこれらの間に縫合針を配置できるようにする。ロボットの動きが止まり縫合針が載置されると、ロボットタスク150はPLC120の受信するNEEDLE PLACE COMPLETE信号206を生成し、PLCは適切な制御信号209を生成して精密コンベアの嵌合舟の嵌合あご40が縫合針に嵌合できるようにする。好適実施例において、NEEDLE PLACE COMPLETE信号206のドエル時間はおよそ48〜64ミリ秒である。この信号を有効にした後、ロボット・アセンブリー50a、50bは同じ時間間隔に渡り縫合針をその位置で保持し続ける(48〜64ミリ秒)その直後、ロボットは把持部を開咬し、嵌合舟40から離れた準備位置へ戻る。最後に、DON’T INDEX PRECISION CONVEYOR信号204を排除し、進めようとする精密コンベア35の移動を開始できる状態になったことを示し、PLC120の命令によりこれが実行される。
【0032】
コンベア移動開始の安全ロックとして、ロボット制御タスク150はコンベア移動制御タスク180にそれぞれの内部制御LAST PICK信号192、196を送り、図11に示すようにロボット・アセンブリー50a、50bが現在のコンベアから最後の縫合針を摘み上げたことを示す。カメラの現時点の画角(FOV)あたりで想定される縫合針の最大本数が各々の現在の供給コンベアベルト25a(25b)から摘み上げられていない場合、ロボット制御タスク150はコンベア制御タスク180に対してコンベアベルトを「早く」移動させるように、図11に図示してあるように、INDEX CONVEYOR 1 EARLYまたはINDEX CONVEYOR 2 EARLY信号211、212で指示する。
【0033】
コンベアの動きに影響を与える全ての信号はコンベア制御タスク180を経由するので、コンベア制御タスクはもう一方のアデプト・ロボットが受信するように対応するINDEX CONVEYOR 1 EARLY信号211’またはINDEX CONVEYOR 2 EARLY信号212’通常の動作中にロボット制御タスクがINDEX CONVEYOR 1 EARLY信号またはINDEX CONVEYOR 2 EARLY信号のどちらかを受信すると、FIFOバッファ155の内容を消去しコンベアから最後の縫合針を摘み上げたように動作を継続する。
【0034】
制御ソフトウェアはV/V+のタイムスライスに基づくデジタル出力の16ミリ秒から32ミリ秒まで変動する持続時間を考慮する必要がある。これはDON’T INDEX PRECISION CONVEYOR信号204の設定および再設定に連動して縫合針の配置に必要な最小時間の計算に影響を与える。
【0035】
ロボット制御タスク150は2種類のエラーに対してエラー回復を実行する。これらのエラーは送りエラーと総数エラーに大別される。他の全てのタスクと同様、総数エラーはタスク・マネージャ240のエラー回復に応答してロボット制御タスクを即時停止させる。ロボットがこれのFIFOに書き込まれた縫合針を待ち続け両方のコンベア・ベルトが適当な時間の間に送られなかった場合には送りエラーが発生する。ロボット制御タスク150は他のロボットに対してそれぞれINDEX CONVEYOR 1 EARLY信号およびINDEX CONVEYOR 2 EARLY信号211、212を経由してコンベアを送るように要求することで、この種のエラーから復旧する。これによって画像制御/ロボット制御両方のシステムに現在のFIFOの内容を破棄してコンベアベルトを前進させる。
【0036】
[コンベア送り制御タスク]
コンベア送り制御タスク180は各々の半透明送りコンベア25a、25bの送りを開始させ、このタスクはコンベア始動タスク190により起動される。コンベアの動きに影響を与える全ての信号はコンベア制御タスク180を経由する。
【0037】
図11に図示したように、コンベア送り制御タスク180の第1の段階は、ロボット制御タスク150で内部的に生成され各々の供給半透明コンベア25a、25bからの最後の縫合針の取り出しがアデプト・ロボット50a、50bの一方で完了したことを表わすLAST PICK信号192、196を検査することである。これ以外にも、コンベア移動制御タスク180は現在のカメラの画角内で認識される縫合針がない場合には画像制御タスク160からの内部的に生成されたINDEX CONVEYOR EARLY(1および2)信号231、232を待機する。LAST PICK信号192、196をロボット・タスクから受信する結果、コンベア制御タスクはPLC120で受信するようにそれに対応するINDEX CONVEYOR 1信号198またはINDEX CONVEYOR 2信号199を生成する。最後の縫合針を各々のコンベアから摘み上げた後でそれぞれのアデプト・ロボット制御装置がPLC120に対して半透明送りコンベア25aを前進させるように要求することが分る。これによって、もう一方のアデプト・ロボットは、現在の半透明コンベア25a(25b)を前進させるよう指令する前に、PLCが受信するようにこれに対応するINDEX CONVEYOR 1(またはINDEX CONVEYOR 2)信号を生成しなければならない。最大個数の縫合針を取り出していないかまたは各々のカメラの画角内に不十分な縫合針しかないまたは縫合針が全くないことを表わすINDEX CONVEYOR 1 EARLY信号211’またはINDEXCONVEYOR 2 EARLY信号213’をコンベア制御タスク180から受信する結果、他方のアデプト・ロボットはこれに対応するCONVEYOR 1 INDEXED EARLY信号198’またはCONVEYOR 2INDEXED EARLY信号199’を生成しこれを図11に図示したようにコンベア制御タスク180が受信する。これらの信号は対応するコンベア25a(25b)に処理を中止させ、ベルト送りを開始させる。
【0038】
INDEX CONVEYOR 1(またはINDEX CONVEYOR 2)信号198、199両方を各々のロボット’アセンブリーから受信した後、PLC120は半透明送りコンベア25aに前進するように指令し、コンベア制御タスク180で受信するように、対応するCONVEYOR 1 SETTLED信号241またはCONVEYOR 2 SETTLED信号242を生成する。CONVEYOR 1 SETTLED信号241とCONVEYOR 2 SETTLEDはロボット制御タスク150によりPLCがコンベア25aを(25b)を前進させるように要求されてから約2秒後に起ち上がる。コンベア制御タスク180は、各々CONVEYOR 1 SETTLEDとCONVEYOR 2 SETTLED信号241、242に対応する内部制御信号241’、242’を受信すると、画像制御タスク160に縫合針の画像化を開始するように通知する。送りコンベア25a(25b)が送られてこれに対応するCONVEYOR SETTLED信号241、242を受信すると、画像制御タスク160は対応するカメラの画角内で縫合針の認識を開始できる。より特定すれば、後述するように、コンベア25a(25b)のカメラ62、64が半透明コンベアの各々の照明された部分30a、30bで各々の視野を撮影し、画像制御タスクは画像を処理して、各々のカメラの視野内に認識可能な縫合針が存在しているか否かの決定を行う。
【0039】
この時点で、視野内での縫合針の単なる存在または検出と「認識可能な」縫合針の存在との弁別を行う必要がある。縫合針は存在するかもしれないが、様々な理由から、各々のカメラの絞りおよび撮影システムの照明パラメータを自動調節する自動が増加アルゴリズムの実行によりカメラの撮影パラメータが画像制御タスク160を変更して処理することの出来る拡張画像をカメラが実質的にとれるようにならなければ画像制御タスク160はこれの位置座標を決定することが出来ない。定常運転中には、画像制御タスク160がすでに各々の視野内で縫合針を「認識」しているとき、自動画像化アルゴリズムは反復実行されない。自動画像化アルゴリズムの詳細については後述する。
【0040】
[画像制御タスク]
画像制御タスク160は2台のカメラ・アセンブリー62、64の各々が撮影した画像を制御・処理する。2台の半透明コンベアのタイミングはずらしてあるので、一度に1台のカメラだけが作動する。
【0041】
より特定すれば、図4に図示してあるように、画像制御タスク160は各々のカメラ62、64とインタフェースして各々の照明部分30a、30bに位置する領域を含むそのカメラのレンズの各々の視野内にある認識可能な縫合針の位置を識別する。さらに画像制御タスク160は識別した縫合針の場所の位置と方向についての情報を処理して、これらの位置をデータ線197経由でロボット制御タスクのFIFO155に書き込む。前述のように、画像制御タスクはカメラの視野内において縫合針が画像化されない場合にコンベア先送りを起動することが出来る。
【0042】
すでに簡単に説明したように、画像制御タスクはコンベア25a、25bのいずれかが送りを完了する度に実行される。これが起動されるとCONVEYOR1 SETTLED信号241’またはアデプト・ロボットが命令するとおりに各々の半透明送りコンベア25a、25bが送りを中止する度にPLC120で生成されてコンベア制御タスク180を通って転送されてくるCONVEYOR 2 SETTLED信号242’のいずれかを受信すると縫合針の認識を開始する。PLCが半透明送りコンベアを送るようにアデプト・ロボットから要求されてから約2秒後にCONVEYOR SETTLED信号241、242の各々が高電位になる(論理値「1」)。CONVEYOR SETTLED信号1と2(241、242)はアデプト・ロボットから各々のINDEX CONVEYOR1または2信号198、199を次にPLC120が受信するまで高電位のままである。
【0043】
画像制御タスク160はそのCONVEYOR SETTLED信号の関係するカメラを起動する。起動時に、カメラ62、64はコンベア・ベルト25a(25b)の透過光領域30a、30bの画像を撮影する。得られた全ての画像は2進画像データへ変換し、次のデジタル処理を施すのが望ましい。画像制御タスク160は「撮影ツール」を使って受け入れ可能な縫合針を検出し、受け入れ可能な縫合針の取り出しポイントの座標をロボットタスク用のFIFOバッファ155に書き込む。透過光照明領域内の「受け入れ可能な」縫合針は縫合針交換手順の間にすでに受け入れられた縫合針パラメータの許容範囲内にある縫合針である。縫合針交換手順は供給システムのソフトウェアに現在処理しようとしているバッチ内の縫合針の種類と寸法について知らせる手順で、後述するような縫合針バッチの変更を行う前に実行する必要がある。縫合針の半径、軸の幅、ロボットに対する縫合針の角度的な特徴、および縫合針パラメータから計算したとおりの計算領域を縫合針の指定許容範囲とする。
【0044】
[自動画像化アルゴリズム]
前述したように、検出した縫合針が認識不可能な場合、自動画像化アルゴリズムを起動してカメラの撮影パラメータを変更する。つまり、2進化画像データを処理した後、縫合針の画像が指定した半径か、縫合針の画像が指定した軸の幅か、縫合針の画像が指定した角度特性を有するか、また縫合針の画像が指定した許容範囲内に収まっているかについての決定を行う。これらの基準のいずれかが仕様から外れている場合、自動画像化アルゴリズムが実行され、各々のカメラの視野にある同じ縫合針画像の一連の撮影を行うことで、画像間の撮影パラメータを改善することによって縫合針の認識が良好に行えるように縫合針画像を強調する。つまり、一連の画像の各々を撮影した後、自動画像化アルゴリズムはカメラの絞りと撮影システムの照明パラメータを自動調節し、撮影システムがカメラの視野内で正しく縫合針を画像化できるようにする。例えば、視野の照明を調節する際に、カメラの幾つかの撮影パラメータ、例えば利得、オフセット、2進化閾値などを変更することが出来る。自動画像化アルゴリズムは各々のカメラの視野で縫合針が認識されるまで実行され、縫合針交換を行うまで反復実行されることはない。
【0045】
画像制御タスク160でカメラが調節されても縫合針の画像がまだ正しく撮影されないことがある。これは各々のカメラの撮影範囲が透過光光源を使用しており相互に重なり合っている縫合針、各々が接触している縫合針、または視野の辺縁からはみ出してクリップされた縫合針などが認識対象として考慮されないためである。つまり、画像制御タスクは縫合針の重なり合いまたは相互の接触があるかどうか決定し、視野の辺縁に縫合針が接近しすぎていないかを調べる。
【0046】
考えられる全ての縫合針を認識した後、画像制御タスクは受け入れ可能な縫合針の拾いだし座標を計算してこれをロボット制御タスクのFIFOバッファ155内に配置し、ロボットが受け入れ可能な縫合針を摘み上げ精密コンベア上へ載置できるようにする。好適実施例において、各々の半透明送りコンベアの各々のドエル周期の間に認識することの出来る縫合針の最大本数は3である。この最大値より少ない本数しか認識されないか、または全く縫合針が認識されない場合、ロボットは対応するコンベアを早送りするように信号を生成して前述のように撮影システムに処理を中断させることが出来る。
【0047】
撮影タスク160はFIFOへ書き込む縫合針座標の個数を3に制限するが、これはロボット制御タスクがFIFO155へ渡した全ての縫合針の座標で縫合針を取り出し置き直すためである。好適実施例では、撮影タスクは送りコンベアの周期毎に5秒間だけ作動するように制限されている。
【0048】
画像制御タスク160は3種類のエラーについてエラー回復を実行する。これらの3種類のエラーは画像化エラー、処理エラー、総数エラーに大別される。総数エラーではタスク・マネージャのエラー回復が応答し画像制御タスク160をすぐに停止させる。画像化エラーが発生すると、画像制御タスク160は現在の視野での実行を全て保留し、INDEX CONVEYOR 1 EARLYまたはINDEX CONVEYOR 2 EARLY信号231、233のどちらかを生成することによって、前述のようにコンベアベルトの早送りを要求する。これらの信号を受信するとこの部分のFIFOには縫合針の座標を配置せずに撮影/ロボット制御システム両方に縫合針の現在の視野を渡す。処理エラーが発生すると、画像制御タスクは現在の縫合針についての全ての処理を保留して更に別の縫合針が利用可能なら新しい縫合針の処理を同じ視野内で開始する。その結果、撮影タスクはFIFO内に縫合針座標を挿入しない。
【0049】
[コンベア起動タスク]
コンベア初期化タスク190の機能はコンベア送り制御タスク180を起動することで、PLC120からROBOT ENABLE信号219が入ってくると起動する。一旦起動すると、図10に図示したように、このタスクはINDEX INFEED CONVEYOR 1(25a)信号237を要求した後、約2秒間待ってから、INDEX INFEED CONVEYOR2(25b)信号239を要求する。タスク190はここで終了し、ROBOT ENABLE信号が下がってまた立ち上げられるまで再起動することはない。
【0050】
[タスク・マネージャ]
タスク・マネージャ240はソフトウェアおよびハードウェアのI/O信号、グローバル変数、撮影/ロボットシステムタスクを初期化する。撮影/ロボットシステムタスクが走ると、タスク・マネージャは現在走っている各々のタスクの完全性と状態、ならびにこれらのタスクが制御している資源を監視する。状態問合せ信号247a〜247fは図11に図示してある。ここで言う資源とは、ロボット、通信ポート、I/O信号線である。タスク・マネージャはSYSTEMFAIL信号222によってPLCに、またSCADAノード・インタフェースタスク195を経由してSCADAノードへあらゆるエラーを報告する。SYSTEM FAIL信号222はロボット(タスク・マネージャが検出した)が動作を継続できないような総数エラーを認識した場合に必ず生成される。この信号は低位が有効で、アデプト・ロボットがリセットされるまで低電位のままである。つまり、PLCはこの信号を受信するとすぐにROBOT ENABLE信号219を低電位にしなければならない。
【0051】
撮影/ロボット制御ソフトウェアで総数エラーが発生した場合には、タスク・マネージャ240を使ってプログラム実行中に全ての運転状態にあるタスクと資源の状態ならびに完全性を連続的に問い合せることによりこれらのエラーを検出し復元しようとする。発生したエラーが総数エラーだと分ると、PLC120に対してSYSTEM FAIL信号222を上げ、SCADAノード・インタフェースタスク、制御パネルタスク、タスク・マネージャ以外の全てのタスクを停止する。最後の復旧不可能なエラーの理由を表わす符号はSCADAノード・インタフェースタスク経由でSCADAノードへ供給する。場合によっては、アデプト・ロボット制御装置のモニター・ウインドウにエラー・メッセージを表示する。SYSTEM FAIL信号を立ち上げた後、タスク・マネージャはロボットで検出された全ての問題を補正しようと試みモニター・ウインドウを通してオペレータに通知する。たいていの場合、オペレータはもう一回ROBOT ENABLE信号を起ち上げて撮影/ロボット制御ソフトウェアをリセットするだけで良い。
【0052】
[制御パネルタスク]
制御パネルタスク260は、オペレータが各種ソフトウェアの「デバッグ」ユティリティへアクセスしたり診断ユティリティへアクセスしたり、ロボットのスピードを制御したり、縫合針を取り出して配置するためにロボットを移動させようとする新しい位置を選択したり出来るようにするマウスで操作する形の制御パネルを表示する。また、制御パネルタスクではオペレータが撮影/ロボットシステムタスクの実行を停止させることが出来る。
【0053】
[SCADAノード・インタフェースタスク]
SCADAノード・インタフェースタスク195はSCADAノードからのメッセージをSCADAノードRS−232Cインタフェースへ問い合せる。このタスクは製品の交換時に必要とされるアデプト・ロボットとカメラの設定手順を要求するSCADAノードのスレーブとして機能する。これらの要求はROBOT ENABLE信号219が無効化された場合にのみ有効である。
【0054】
[レンズ制御タスク]
レンズ制御タスク270はSCADAノードが撮影システムへ導入しようとする新しい製品を要求した場合にのみ起動されオフライン・プロセスとして実行されるのみである。レンズ制御タスク270は新しい縫合針のパラメータを受け取り、新しい製品の寸法に適合するように両方のカメラの画角を調節する。ズーム、焦点、レンズ絞りがこの新しい製品の導入で影響を受けるが、同様に内部システムのパラメータ例えば利得、2進化閾値オフセットなど画像化に使用するパラメータも影響される。カメラの調整が済むと、別の新製品を撮影/ロボットシステムに導入するまで保留される。
【0055】
[製品の変更]
ロボットに縫合針供給処理を開始させる前に、縫合針変更手順を起動して制御システム・ソフトウェアの撮影およびロボット制御タスクに処理しようとする縫合針の種類と寸法を通知する。このような製品変更手順は縫合針バッチの変更を行う以前に完了しておく必要がある。電源投入後第1の縫合針バッチを実行する前に変更が完了していないと、ロボットが作動可能でロボットが作動しない場合にエラー・メッセージ信号がFIX/DMACS(SCADAノード)の画面に表示される。異なる縫合針バッチの実行毎に変更が完了していない場合、画像制御タスクは実行中の縫合針を識別しない。
【0056】
基本的に、システムのオペレータが適当な単位例えばミリメートルや度数でSCADAタスクのFIX/DMACS画面へデータ線を通して縫合針のパラメータを入力する。画像制御タスクが使用するこれらの縫合針パラメータには、縫合針の半径と半径の許容範囲、受け入れ可能な縫合針の角度とその許容範囲、および縫合針の幅と幅の許容範囲が含まれる。
【0057】
画像制御タスクへ縫合針の変更パラメータを入力することに加えて、処理しようとする縫合針の特定のバッチに関係するカメラの初期設定パラメータもシステムが使用するSCADAノードを通して入力する。ソフトウェアはSCADAノードからユーザが供給した情報を使用してロボットを作動させる前に正しい画角寸法、焦点、ズームパラメータになるようにレンズを自動調整する。
【0058】
図9(a)〜図9(c)は各々の縫合針19を移動する精密コンベアの舟40を示す。各々の舟には一対のあごを設けるのが望ましく、一方のあご47は固定的に装置しておき、第2のあご49はポケット42内で摺動自在にしておく。動作において、図9(c)の矢印「A」で示した方向に押し棒46が押され、矢印「B」で示した方向に移動自在なあご49の位置を後退させるスプリング52を圧縮し、両方のあごの間のノッチ44に縫合針19を配置できるようにする。通常、スプリング52は図9(b)に示したようにバイアスしておき移動自在なあご49を嵌合位置に保持してノッチ44に縫合針19を保定する。各々の縫合針が後に行うスエージング加工の際に各々の舟の上で正しい方向に向いているのであれば何らかの種類の解放自在な嵌合機構を設けてコンベアの舟40に縫合針19を解放自在に保定し得ることは理解されるべきである。
【0059】
図10はロボット・ローディング・ソレノイド機構70を示しており、すでに説明したように精密コンベアの舟40に縫合針を移動しようとする度にPLC120からの信号線209で起動される。ロボット・ローディング・ソレノイド70は適当な装着プレート72を用いて精密コンベアに装置することが出来る。精密コンベア上に装架してあるセンサーは精密コンベアの舟40の接近を検出するように設けてある。コンベアの舟がこれに縫合針を移動させるための所定位置に停止すると、ロボット・ローディング・ソレノイドの解除アーム56がソレノイド70により作動して、ピン51の周囲を軸旋回し、押し棒46を押して移動自在なあご49を図9(c)に図示した位置まで後退させる。ロボットのアーム51がコンベアの舟40のあご47、49の間で嵌合させるために縫合針19を配置する。解除アーム56はコンベアの舟40が移動を再開するとスプリング78により引戻される。
【0060】
自動スエージング装置で自動スエージ加工を行うには縫合針が舟40の嵌合あご47、49の間のノッチ44に正確に配置されている必要がある。これは図1のシステムの流れ図の段階17で一般的に示した多軸把持部が、縫合針19の縫合糸受け入れ端部5に縫合糸(図示していない)を配置するために精密に位置決めした縫合針を受け取る必要がある。自動スエージ加工装置の多軸把持部へ移動するために各々の縫合針が一定の方向に向くようにするには、縫合針の方向合わせ装置(すき)54を図8〜図12(a)に図示したように設けてコンベアの舟40のあご47、49の間に嵌合している間に各々の縫合針の方向を揃える。すきは図12(a)および図12(b)に最も良く図示してあるように装着ブラケット58から突出した細長い湾曲した刃57を含む。図8と図13(a)に図示してある好適実施例では、すきは精密コンベア35の一端8に固定的に装置しておき、前進中にコンベアの舟40に位置する縫合針19をすくい上げる。接触したら、縫合針19の彎曲部分87を持ち上げ図13(a)から図13(c)に示してあるようにすき54の湾曲した刃57に沿わせる。すき54を設けることによって縫合糸スエージング装置へ搬送する各々の縫合針が一定の方向に向くようになる。
【0061】
精密コンベアの舟の上で縫合針の方向を更に揃えるために設ける別の機構は図14と図15に図示した縫合針ハードストップ・アセンブリー95である。ハードストップ・アセンブリー95は駆動モータ(図示していない)により作動自在なプーリー99と図14に示すカム98を回転させるためのタイミング・ベルト97を含む。コンベアの舟40が図15の矢印で示した前進方向に搬送されている間にコンベアの舟40の嵌合あご47、49の上の第1の位置から縫合針19の端部85にアームストップ93のブレードが接触し得る位置まで往復運動するようにアームストップ93を作動させるために、カム・フォロワ91が設けてある。ブレード94により縫合針19の前進する動きが接近すると、コンベアの舟40の嵌合あご47、49の間へ縫合針を移動させ、嵌合あご47、49が正確な位置で、たとえば縫合針の軸部分83で縫合針に嵌合するようにさせる。ロボット制御タスク150とPLC120で設定したようにカム98がタイミングベルト97により駆動され、アーム・ストップ93が舟40の前進に合わせた時間的関係で往復運動して、各々のコンベアの舟40に載せた各々の縫合針の方向を更に揃えられるように設計してあることに注意されたい。
【0062】
前述のような方法で精密コンベアの舟40に正しい方向に向けた縫合針19が装置されると、これが自動スエージング装置(図示していない)へ移送され、ここで縫合針に縫合糸が固定的に装着される。図16と図17に図示してあるストップ・アセンブリー80は、縫合針スエージング装置の目的の場所の端部へ舟が到着したときに縫合針を運搬するコンベアの舟40のハード・ストップを実行するための機構である。ハード・ストップ・アセンブリー80のブレード82は舟40の上の縫合針の位置の精密調整を提供する。より特定すれば、ブレード82は自動スエージングを行うために必要な最終位置から0.001インチ以内に縫合針の方向を合わせる。
【0063】
本発明についてこれの好適実施例を参照して部分的に図示しまた説明したが、形態や細部における前述のまたその他の変更が添付の請求項の範囲においてのみ制限されるべき本発明の趣旨と範囲から逸脱することなく成し得ることは当業者には理解されよう。
【0064】
本発明の具体的な実施態様は、次の通りである。
(I) (a)第1のコンベア手段上に所定の数の縫合針を無作為に載置するための手段と、
(b)前記第1のコンベア手段上の1つまたはそれ以上の所定の位置にある前記縫合針の画像を得るための手段であって、前記画像をデジタル信号に変換するためのデジタル化手段を含むものと、
(c)前記デジタル信号を処理して前記第1のコンベア手段上の1つまたはそれ以上の画像化した縫合針についての位置および方向データを得るためのコンピュータ制御手段と、
(d)各々の位置および方向データに従って前記第1のコンベア手段から各々の前記縫合針を取り除き、処理を行う場所へ搬送するための第2のコンベア手段上に各々の前記縫合針を配置するための移動手段とを有する、自動縫合針位置揃え供給装置。
(1)縫合針を無作為に載置するための手段が第1のコンベア手段上に載置する前に所定の本数の縫合針の各々を選別するための手段を更に含み、前記選別した縫合針の各々が相互にはなれて前記第1のコンベア手段上に載置される実施態様(I)に記載の自動縫合針位置揃え供給装置。
(2)移動手段は前記第1のコンベア手段から縫合針を摘み上げて前記第2のコンベア手段に前記縫合針を載せるための把持手段を各々が有する1台またはそれ以上のロボット手段を含む実施態様(I)に記載の自動縫合針位置揃え供給装置。
(3)前記第2のコンベア手段は各々の縫合針を把持するための1台またはそれ以上の嵌合装置を含み、前記移動手段が各々の嵌合装置に各々の前記縫合針を載せることを特徴とする実施態様(I)に記載の自動縫合針位置揃え供給装置。
(4)コンピュータ制御手段が画像化した縫合針に対応する位置および方向のデータを記憶しておくためのメモリー手段を更に含み、前記移動手段は前記メモリー手段にアクセスして前記画像化した縫合針に対応する位置および方向のデータを得るための手段を含む実施態様(I)に記載の自動縫合針位置揃え供給装置。
【0065】
(5)前記無作為に載置した縫合針の画像を得るための手段は1台またはそれ以上のカメラ手段を含み、前記1台またはそれ以上のカメラ手段の各々は前記コンピュータ制御手段と通信することを特徴とする実施態様(I)に記載の自動縫合針位置揃え供給装置。
(6)前記カメラ手段の各々は前記1台またはそれ以上のカメラの各々の視野内の1つまたはそれ以上の所定の位置の各々において前記第1のコンベア手段の上の前記縫合針のビデオ画像を得ることを特徴とする実施態様5に記載の自動縫合針位置揃え供給装置。
(7)前記選別手段は前記所定量の縫合針を第1と第2の縫合針のグループに分割するため第1と第2の位置の間を往復する少なくとも1つの復動扉手段を含み、前記第1のグループは前記復動扉手段が前記第1の位置にあるときに前記第1のコンベア手段上に載置され、また前記第2のグループは前記復動扉手段が前記第2の位置にあるときに第3のコンベア手段上に載置されることを特徴とする実施態様1に記載の自動縫合針位置揃え供給装置。
(8)ロボット手段が前記メモリー手段と通信し、前記ロボット手段が前記メモリー手段にアクセスして前記画像化した縫合針に対応する位置および方向のデータを得ることを特徴とする実施態様4に記載の自動縫合針位置揃え供給装置。
【0066】
(9)前記嵌合装置の各々は一対の嵌合あごを含みこれの間に前記移動手段によって縫合針が嵌合するように成してあることを特徴とする実施態様3に記載の自動縫合針位置揃え供給装置。
(10)前記嵌合装置の各々は前記一対の嵌合あごの第1の移動自在なあごを前記一対の嵌合あごの第2の固定されたあごと嵌合するように移動してこれらの間に配置した前記縫合針を保持するためのスプリング手段を更に含むことを特徴とする実施態様9に記載の自動縫合針位置揃え供給装置。
(11)前記嵌合装置の各々は前記第2の固定されたあごとの嵌合から前記第1の移動自在な嵌合あごを後退させしかるのちこれらの間に前記縫合針を配置するための手段を更に含むことを特徴とする実施態様10に記載の自動縫合針位置揃え供給装置。
(12)前記第2の固定したあごとの嵌合から前記第1の移動自在な嵌合あごを後退させるための手段が前記スプリング手段の圧力に対向して前記第1の移動自在なあごを押すための押し棒であることを特徴とする実施態様11に記載の自動縫合針位置揃え供給装置。
【0067】
(13)前記第2のコンベア手段上に配置されたときに均一な方向に前記縫合針の各々を向けるための第1の方向揃え手段を更に含む実施態様3に記載の自動縫合針位置揃え供給装置。
(14)前記1対の嵌合あごの中でさらに軸方向に前記縫合針の方向を揃えるための第2の方向揃え手段を含む実施態様13に記載の自動縫合針位置揃え供給装置。
(15)前記第2のコンベア手段上の前記縫合針について所望する所定の方向から0.001インチ以内に前記縫合針の方向をさらに揃えるための第3の方向揃え手段を含む実施態様14に記載の自動縫合針位置揃え供給装置。
【0068】
(II) (a)大量受け入れ手段から所定量の縫合針を個別化し第1のコンベア手段上に前記縫合針を無作為に載置する段階と、
(b)前記第1のコンベア手段上の前記無作為に載置した縫合針の画像を得て前記画像をデジタル化する段階と、
(c)前記無作為に載置した縫合針のうちの1本またはそれ以上についての位置と方向のデータを得るために前記デジタル化画像を処理する段階と、
(d)前記位置と方向のデータに基づいて、前記選択した無作為に載置されている縫合針を前記第1のコンベア手段から前記第2のコンベア手段へ移動する段階、
を含む自動的に縫合針を位置揃えするための方法。
(16)選別の段階(a)は前記第1のコンベア手段上に載置するため所定量の縫合針を少なくとも2つの独立したグループに分割する段階を含むことと、第1と第2のグループは相互に離して無作為に載置されることを特徴とする実施態様(II)に記載の方法。
(17)選択した無作為に載置された縫合針についての位置および方向のデータを得る段階(c)は前記位置および方向のデータを処理して、ロボット・アーム手段が各々の位置および方向データにあわせて前記選択した縫合針を摘み上げこれを前記第2のコンベア手段に移動できるように命令を生成する段階をさらに含む実施態様16に記載の方法。
(18)縫合針を移動する段階(d)は前記第2のコンベア手段上に位置する一対の嵌合あごの間に各々の縫合針を配置する段階をさらに含む実施態様17に記載の方法。
(19)前記段階(d)は前記一対の嵌合あごの一方のあごを後退させてこれらの間に前記縫合針を配置できるように成すための押し棒手段を作動させる段階をさらに含み、前記作動段階は前記一対の嵌合あごの間に前記縫合針を配置する前に行われることを特徴とする実施態様18に記載の方法。
(20)前記第2のコンベア手段に配置する際に前記縫合針の向きをさらに揃える段階をさらに含む実施態様19に記載の方法。
【0069】
【発明の効果】
本発明は前進するコンベア上に無作為に位置する縫合針を嵌合装置へ自動的に搬送しさらに自動縫合針スエージング装置へ搬送するための縫合針供給装置を実現することができる。
また、本発明はこの縫合針を縫合針処理位置へ搬送するための自動縫合針位置揃え装置が得られる効果がある。
また、頻繁な手作業からオペレータを事実上解放する経済的な縫合針の位置揃え装置が得られる効果がある。
さらに、正確かつ所定の方向で縫合針を位置揃えして自動スエージング装置へ移動しここに縫合糸付き手術用縫合針を装着するための自動縫合針位置揃え装置が得られる。
【0070】
そして、本発明は、縫合針を自動的に位置揃えして自動的にスエージングし小型の外箱へ包装する準備を行うための装置で実現できる。縫合針位置揃え装置は複数の縫合針を保持するための受け入れ手段を含み、前記受け入れ手段には所定量の縫合針を一本ずつに分けてこれを搬送するための第1のコンベア手段に無作為に載置するための手段を設けてある。第1の組の遠隔的に配置してあるビデオカメラ手段が前記第1のコンベア手段の上の縫合針の画像を取得し、前記画像をデジタル化して制御システムのコンピュータで処理できるようにする。デジタル化した信号を処理し選択した無作為に配置された縫合針の位置および方向に関するデータを生成する。
【0071】
第1のコンベア手段から第2の精密コンベア手段へ選択され無作為に配置した縫合針の各々を移動して前記縫合針を自動スエージング装置へ搬送するためにロボット・アセンブリーを設ける。制御システムのコンピュータは前記選択した方向の揃っていない縫合針の位置および方向についてのデータに基づいて前記ロボット・アセンブリーが使用する命令を更に生成する。前記ロボット・アセンブリーは前記制御システムから前記命令を受信し、ロボットのアームで選択した縫合針の各々をつかみ、前記第2のコンベア手段の上に配置した嵌合装置へ配置する。前記縫合針が前記第2のコンベア手段上で指定した位置から0.001インチ以内で全て一様に同じ方向に揃うように1台またはそれ以上の方向揃え装置を設け、更にスエージングするための移動が効率的に行える。
【0072】
縫合針位置揃えシステムには前述のような方法で作動する第2の組のビデオカメラ手段と第2のロボット・アセンブリー手段を設けてある。冗長性はシステムが毎分60本で連続的に絶え間なく流れる縫合針を自動スエージング装置へ供給できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の縫合針位置揃え装置における処理工程を示す図である。
【図2】 縫合糸受け入れ端部85と円筒状部分83と湾曲した刃の部分87を有する手術用縫合針を示す図である。
【図3】 本発明の縫合針位置揃え装置20の立面図である。
【図4】 第1のコンベア手段の上部にあるロボット・アセンブリーと縫合針の画像を得るための2台のビデオカメラと画像データを処理するための制御システム手段とを含む画像追跡手段を示す縫合針位置揃え装置の側面立面図である。
【図5】 一本ずつ縫合針を取り出し半透明のコンベア上に配置するための縫合針供給手段の詳細側面図である。
【図6】 図5のコンベア供給装置の線4〜4に沿ってみた略図で供給装置を出る半透明コンベアとこれと平行に走る精密コンベアを示す図である。
【図7】 特定の方向を向いた縫合針を自動スエージング装置へ移動するための精密コンベアの側面図である。
【図8】 図7の線5〜5に沿ってみた精密コンベアの立面図でこれの上に配置した縫合針を示す図である。
【図9】 (a)は嵌合するためと後続のスエージング加工のために方向の揃った縫合針を保持するあごを有する精密コンベアの舟を示す詳細図、(b)は(a)に図示した舟の線(b)〜(b)に沿ってみた前記精密コンベアの舟の詳細立面図、(c)は自動スエージングのために方向を揃えた縫合針の配置のための移動自在なあごが延出する精密コンベアの舟の詳細図である。
【図10】 前記精密コンベアの舟のあごを作動させるロボット・ローディング・ソレノイドの側面図である。
【図11】 本発明の縫合針位置揃え装置の制御タスク各々についての制御とデータの流れを示す模式図である。
【図12】 (a)は自動スエージ加工の前に縫合針がコンベアの舟に均一な方向に並ぶようにする縫合針ロールオーバー(すき上げ)の側面図、(b)は(a)の線9〜9に沿って見たすき上げ部の正面図である。
【図13】 (a)〜(c)は精密コンベアの舟40の上に縫合針を一方向に並べるすき54を示す正面図である。
【図14】 コンベアの舟40の嵌合あご内部で縫合針19の向きを更に揃えるための縫合針ハードストップ・アセンブリー95の側面図である。
【図15】 コンベアの舟40の嵌合あご内部で縫合針19の向きを更に揃えるための縫合針ハードストップ・アセンブリーの上面図である。
【図16】 コンベアの舟40の上で縫合針の向きを更に揃えるためのストップ・アセンブリーの側面図である。
【図17】 図16の線11〜11に沿ってみたコンベアの舟40の上で縫合針の向きを更に揃えるためのストップ・アセンブリーの正面図である。
【符号の説明】
120 PLC
150 ロボット制御タスク
155 FIFO
160 画像制御タスク
180 コンベア運転制御タスク
190 コンベア始動タスク
195 SCADAノード・インタフェースタスク
240 タスクマネージャ
260 制御パネルタスク
270 レンズ制御タスク
Claims (15)
- (a)第1のコンベア手段上に所定の数の縫合針を無作為に載置するための手段と、
(b)前記第1のコンベア手段上の1つまたはそれ以上の所定の位置にある前記縫合針の画像を得るための手段であって、前記画像をデジタル信号に変換するためのデジタル化手段を含むものと、
(c)前記デジタル信号を処理して前記第1のコンベア手段上の1つまたはそれ以上の画像化した縫合針についての位置および方向データを得るためのコンピュータ制御手段と、
(d)各々の位置および方向データに従って前記第1のコンベア手段から各々の前記縫合針を取り除き、処理を行う場所へ搬送するための第2のコンベア手段上に各々の前記縫合針を配置するための移動手段と、を有し、
(e)縫合針を無作為に載置するための前記手段は、第1のコンベア手段上に載置する前に前記所定の数の縫合針を個別化する手段を更に含み、前記個別化した縫合針を各々相互に離して前記第1のコンベア手段上に載置し、
(f)前記個別化する手段は前記所定の数の縫合針を第1と第2の縫合針のグループに分割するために第1と第2の位置の間を往復する少なくとも1つの復動扉手段を含み、前記扉手段が前記第1の位置にあるときに前記第1のグループが前記第1のコンベア手段上に載置され、また前記復動扉手段が前記第2の位置にあるときに前記第2のグループが第3のコンベア手段上に載置される、自動縫合針位置揃え供給装置。 - (a)第1のコンベア手段上に所定の数の縫合針を無作為に載置するための手段と、
(b)前記第1のコンベア手段上の1つまたはそれ以上の所定の位置にある前記縫合針の画像を得るための手段であって、前記画像をデジタル信号に変換するためのデジタル化手段を含むものと、
(c)前記デジタル信号を処理して前記第1のコンベア手段上の1つまたはそれ以上の画像化した縫合針についての位置および方向データを得るためのコンピュータ制御手段と、
(d)各々の位置および方向データに従って前記第1のコンベア手段から各々の前記縫合針を取り除き、処理を行う場所へ搬送するための第2のコンベア手段上に各々の前記縫合針を配置するための移動手段と、を有し、
前記第2のコンベア手段は、各々の前記縫合針を把持するための1つまたはそれ以上の嵌合装置を含み、
前記移動手段は、各々の前記嵌合装置に各々の前記縫合針を載せ、
前記嵌合装置の各々は、
前記移動手段によって置かれた前記縫合針が嵌合される一対の嵌合あごと、
前記一対の嵌合あごの第1の移動自在なあごを前記一対の嵌合あごの第2の固定されたあごと嵌合するように付勢して、これらの間に配置した前記縫合針を保持するためのスプリング手段とを含む、自動縫合針位置揃え供給装置。 - (a)第1のコンベア手段上に所定の数の縫合針を無作為に載置するための手段と、
(b)前記第1のコンベア手段上の1つまたはそれ以上の所定の位置にある前記縫合針の画像を得るための手段であって、前記画像をデジタル信号に変換するためのデジタル化手段を含むものと、
(c)前記デジタル信号を処理して前記第1のコンベア手段上の1つまたはそれ以上の画像化した縫合針についての位置および方向データを得るためのコンピュータ制御手段と、
(d)各々の位置および方向データに従って前記第1のコンベア手段から各々の前記縫合針を取り除き、処理を行う場所へ搬送するための第2のコンベア手段上に各々の前記縫合針を配置するための移動手段と、を有し、
(e)前記第2のコンベア手段上に置かれている間に均一な方向に前記縫合針の各々を向けるための第1の方向揃え手段と、を有し、
前記第2のコンベア手段は、各々の前記縫合針を把持するための1つまたはそれ以上の嵌合装置を含み、
前記移動手段は、各々の前記嵌合装置に各々の前記縫合針を載せる、自動縫合針位置揃え供給装置。 - (a)第1のコンベア手段上に所定の数の縫合針を無作為に載置するための手段であって、前記縫合針は湾曲した針先部分を持ち、
(b)前記第1のコンベア手段上の1つまたはそれ以上の所定の位置にある前記縫合針の画像を得るための手段であって、前記画像をデジタル信号に変換するためのデジタル化手段を含むものと、
(c)前記デジタル信号を処理して前記第1のコンベア手段上の1つまたはそれ以上の画像化した縫合針についての位置および方向データを得るためのコンピュータ制御手段と、
(d)各々の位置および方向データに従って前記第1のコンベア手段から各々の前記縫合針を取り除き、処理を行う場所へ搬送するための第2のコンベア手段上に各々の前記縫合針を配置するための移動手段と、を有し、
(e)縫合針を無作為に載置するための前記手段は、第1のコンベア手段上に載置する前に前記所定の数の縫合針を個別化する手段を更に含み、前記個別化した縫合針を各々相互に離して前記第1のコンベア手段上に載置する、自動縫合針位置揃え供給装置。 - 請求項2に記載の自動縫合針位置揃え供給装置であって、
前記嵌合装置の各々は、前記一対の嵌合あごの間に前記縫合針を配置するに先立って、前記第2の固定されたあごとの嵌合から前記第1の移動自在な嵌合あごを後退させるための手段を更に含む、自動縫合針位置揃え供給装置。 - 請求項5に記載の自動縫合針位置揃え供給装置であって、
前記第2の固定したあごとの嵌合から前記第1の移動自在な嵌合あごを後退させるための手段は、前記スプリング手段の付勢に対向して前記第1の移動自在なあごを押すための押し棒である、自動縫合針位置揃え供給装置。 - (a)大量受け入れ手段から所定量の縫合針を個別化し第1のコンベア手段上に前記縫合針を無作為に載置する段階であって、前記第1のコンベア手段上に載置するため所定量の縫合針を少なくとも2つの独立したグループに分割する段階を含み、その第1と第2のグループは相互に離して無作為に載置される、段階と、
(b)前記第1のコンベア手段上の前記無作為に載置した縫合針の画像を得て前記画像をデジタル化する段階と、
(c)前記無作為に載置した縫合針のうちの1本またはそれ以上についての位置と方向のデータを得るために前記デジタル化画像を処理し、前記位置および方向のデータを処理して、各々の位置および方向データにあわせて前記縫合針をロボット・アーム手段が掴んで第2のコンベア手段に移動させる命令を生成する段階と、
(d)前記位置と方向のデータに基づいて、前記選択した無作為に載置されている縫合針を前記第1のコンベア手段から前記第2のコンベア手段へ移動する段階であって、前記第2のコンベア手段上に位置する一対の嵌合あごの間に各々の縫合針を配置する段階と、前記一対の嵌合あごの間に前記縫合針を配置する前に前記一対の嵌合あごの一方のあごを後退させてこれらの間に前記縫合針を配置できるようにするために押し棒手段を作動させる段階とを含む、段階と、
(e)前記第2のコンベア手段に配置する際に前記縫合針の向きを揃える段階と、を有する、自動的に縫合針を位置揃えするための方法。 - (a)第1のコンベア手段上に所定のレート( rate )で無作為に分布する縫合針を載置するための手段と、
(b)前記第1のコンベア手段上の1つまたはそれ以上の所定の位置にある前記縫合針の画像を得るための手段であって、当該手段は、前記画像をデジタル信号に変換するため のデジタル化手段を含み、かつ、所定数の前記縫合針をとらえる視野を持つ画像を取得でき、前記所定数は前記縫合針の円筒状部分および刃の部分を認識できるように選ばれ、
(c)前記デジタル信号を処理して前記第1のコンベア手段上の1つまたはそれ以上の画像化した縫合針についての位置および方向データを得るためのコンピュータ制御手段と、
(d)それぞれの位置および方向データに従って前記第1のコンベア手段から前記縫合針を取り除き、処理を行う場所へ搬送するための第2のコンベア手段上に前記縫合針を位置させるために、前記位置および方向データに対応して自体の位置と方向を定めるロボット移動手段と、
を具備する、自動縫合針位置揃え供給装置。 - 請求項8に記載の自動縫合針位置揃え供給装置であって、
前記ロボット移動手段は、1つ以上のロボット手段を備え、当該各ロボット手段は、前記第1のコンベア手段から縫合針をつまみ上げ、前記第2のコンベア手段上に前記縫合針を位置させるためのグリッパ手段を持つ、自動縫合針位置揃え供給装置。 - 請求項8に記載の自動縫合針位置揃え供給装置であって、
前記コンピュータ制御手段は、前記画像を得た縫合針に対応する前記位置および方向データを格納するメモリー手段をさらに備え、
前記ロボット移動手段は、前記画像を得た縫合針に対応する前記位置および方向データを取得するために前記メモリー手段にアクセスする手段を備える、自動縫合針位置揃え供給装置。 - 請求項8に記載の自動縫合針位置揃え供給装置であって、
前記縫合針の画像を得るための手段は、1つ以上のカメラ手段を備え、当該それぞれのカメラ手段は前記コンピュータ制御手段と通信する、自動縫合針位置揃え供給装置。 - 請求項11に記載の自動縫合針位置揃え供給装置であって、
前記カメラ手段のそれぞれは、前記1つ以上のカメラ手段の視野内にある前記1つ以上の所定の位置のそれぞれにおいて、前記第1のコンベア手段上の前記縫合針のビデオ画像を取得する、自動縫合針位置揃え供給装置。 - 請求項8に記載の自動縫合針位置揃え供給装置であって、
前記ロボット移動手段は複数の関節を持ち4軸の移動手段である、自動縫合針位置揃え供給装置。 - 請求項8に記載の自動縫合針位置揃え供給装置であって、
前記ロボット移動手段は、二重の回転運動のための2つの関節と、二軸の移動運動のための2つの関節とを含む4つの関節を持つ、自動縫合針位置揃え供給装置。 - (a)第1のコンベア手段上に無作為に分布する縫合針を載置するための手段と、
(b)前記第1のコンベア手段上に載置された前記縫合針の画像を得るための手段であって、当該手段は、所定数の前記縫合針のそれぞれにおける両端部を識別して当該所定数の前記縫合針をとらえる視野を持つ画像を取得でき、かつ、前記画像をデジタル信号に変換するためのデジタル化手段を含み、
(c)前記デジタル信号を処理して前記それぞれの縫合針についての位置および方向データを得るコンピュータ制御手段と、
(d)位置および方向データに対応して前記それぞれの縫合針の位置に移動し、それぞれの位置および方向データに従って前記第1のコンベア手段から前記それぞれの縫合針を取り除き、処理を行う場所へ搬送するための第2のコンベア手段上に前記それぞれの縫合針を位置させる、ロボット移動手段と、
を具備する、自動縫合針位置揃え供給装置。
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