JP5463119B2

JP5463119B2 - 保持装置、医療用ロボット、および医療用ロボットのツールセンターポイントを調整する方法

Info

Publication number: JP5463119B2
Application number: JP2009244201A
Authority: JP
Inventors: ディルク・ヤコブ
Original assignee: KUKA Laboratories GmbH
Current assignee: KUKA Laboratories GmbH
Priority date: 2008-10-24
Filing date: 2009-10-23
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2029-10-23
Also published as: DE502009000323D1; DE102008043156A1; ATE495859T1; JP2010099478A; US20100106165A1; EP2179822B1; US8801730B2; EP2179822A1

Description

本発明は、保持装置、医療用ロボット、および医療用ロボットのツールセンターポイントを調整する方法に関する。

ロボットは一般に、物体の自動式の取扱および／または加工をするためにツールを装備することができ、複数の運動軸でたとえば向き、位置、および作業手順に関してプログラミング可能な作業機械である。ロボットは、作動中にロボットの運動過程を制御する、プログラミング可能な制御部（制御装置）を有しているのが普通である。

さらにロボットは、医療技術でたとえば患者体位保持システムの支持体として利用されることが増えている。たとえばドイツ特許出願公開第１０２００５０４１６０６Ａ１号は、放射線治療設備のための照射位置で患者の位置決めするための患者位置決め装置を開示している。この患者位置決め装置は、患者保持モジュールと、患者保持モジュールを動かす位置決めアームとを含んでおり、治療コントロールセンターが位置決めアームの運動を制御する。

耳鼻咽喉科の医療の分野には、平衡感覚に関わるさまざまな疾病がある。このような疾病の一例は、該当者が身体の体位を変えるとすぐに回転めまいを訴える、良性で発作性の体位性めまい（ＢＰＬＳ）である。このような体位性めまいは、卵形嚢斑の耳石粒子が剥離することによって引き起こされ、こうした耳石粒子が該当する耳の半規管で神経細胞の刺激を惹起し、この刺激がひいてはめまいを引き起こす。

このような苦痛は、たとえばJohn M.Epleyが記載しているように、該当者の的確な位置決めを通じて治療することができる。該当者の体位変更を的確かつ幾何学的に続けることで、粒子が剥がれて前庭迷路の前庭の領域へと押しだされ、そこではもはや粒子が苦痛を引き起こすことがない。

該当する半規管に応じて、該当者は部分的に複雑な手順によって体位を変えられる。特に垂直方向の半規管や後側の半規管に割り当てられた体位変更は、ほとんど実行可能でないか、もしくはまったく実行可能でない。さらに、部分的に比較的正確な該当者の体位保持が必要であり、体位変更の時間的経過も同じく比較的クリティカルである。比較的優れた治療結果を得るためには、該当する前庭器官（平衡器官）の中心部に関して該当者の動きが行なわれるのが望ましい。

ドイツ特許出願公開第１０２００５０４１６０６Ａ１号

本発明の課題は、上に述べた体位性めまいを治療するときの改善された成果のための前提条件を整える装置を提供することにある。

本発明の課題は、保持装置により保持される人間の頭部を固定するための固定装置を有
する、人間を保持するための保持装置によって解決され、固定装置は、人間の頭部に割り当てられた当該固定装置の調整に基づいて、保持装置に対して相対的な人間の耳の耳道の開口部の推定を可能にするように施工されている。

本発明のさらに別の態様は、
− 本発明による保持装置と、
− 制御装置と、
− 制御装置により制御される複数の軸および取付装置を有するロボットアームとを有しており、保持装置は取付装置に取り付けられている、医療用のロボットに関するものである。

本発明のさらに別の態様は、特に本発明による保持装置である保持装置が固定装置とともに取り付けられた取付装置を備えるロボットアームを有するロボットのツールセンターポイントを調整する方法に関するものであり、この方法は次の方法ステップを有している：
− 保持装置により保持される人間の頭部を固定装置によって固定し、
− 固定装置の測定装置によって人間の両方の鼓膜のうちの一方の位置を保持装置に対して相対的に判定し、
− 当該鼓膜に付属する聴覚器官の位置を保持装置に対して相対的に判定し、
− ロボットのツールセンターポイントを聴覚器官の位置へ移す。

たとえば患者用寝椅子として構成されている本発明による保持装置は、固定装置を含んでおり、この固定装置によって人間の頭部を保持装置に対して相対的に固定可能である。固定装置は、人間に割り当てられた当該固定装置の調整に基づいて、保持装置に対して相対的な人間の耳の耳道の開口部の推定を可能にするように構成されている。このことは、たとえば固定装置が適当な自動式の測定装置を含んでいることによって実現することができ、この測定装置によって、人間の頭部が固定装置で固定されるとただちに、人間の耳の開口部が検出される。自動式の測定装置は、たとえば位置測定装置を含んでいる。あるいは、固定装置の機械式の調整に基づいて、たとえば操作者が耳の開口部の位置を固定装置から機械式に読み取れるようにすることも可能である。

聴覚器官がめまいを起こしている耳の開口部の位置が保持装置に対して相対的に既知であれば、この情報に基づいて関連する聴覚器官の位置を推定することができ、それにより、たとえば本発明によるロボットを制御して、関連する聴覚器官の位置に対して人間の治療のために意図される運動をロボットが行なえるようにすることができる。

本発明によるロボットは、固定装置により判定された人間の耳道の開口部のうちの１つの位置に基づき、制御装置によって空間内の運動を制御可能であるツールセンターポイントを、当該開口部との関係で、特に関連する平衡器官の位置にくるように調整するようにセットアップされていてよい。

固定装置は、人間の頭部に割り当てられた調整の際に耳道の開口部に当接し、人間の鼓膜との距離を判定する測定装置を有することができる。異なる人間の耳道は、長さが異なっている。固定装置のこの実施形態に基づき、処置されるべき聴覚器官に付属する鼓膜の位置の改善された判定のための前提条件が整い、それにより、関連する聴覚器官の位置も保持装置に対して相対的に、およびこれに伴って場合によりロボットに対して相対的に、同じく正確に判定することができる。測定装置は、たとえばレーザや超音波のような無接触式の測定方法に基づいているのが好ましい。あるいは、接触式の測定装置を利用することもできる。

本発明によるロボットは、固定装置および測定装置によって判定された人間の鼓膜のうちの１つの位置に基づき、制御装置によって空間内の運動を制御可能であるツールセンターポイントを、当該鼓膜との関係で、特に関連する平衡器官の位置にくるように調整するようにセットアップされていてよい。

本発明による保持装置が患者用寝椅子である場合、固定装置は、患者用寝椅子の長軸の方向での測定装置のスライドを可能にする第１のスライド装置を有することができる。したがって第１のスライド装置を調整することは、患者用寝椅子の長軸に関する耳の開口部の位置の推定を可能にする。

本発明による保持装置の１つの変形例により第１のスライド装置に測定装置が組み込まれており、その信号が長軸に関する測定装置のスライドを表す目安になっていると、比較的簡単かつ自動式のやり方で、患者用寝椅子の長軸に関して耳の開口部の位置を判定することが可能である。

固定装置は、患者用寝椅子の横軸の方向での測定装置のスライドを可能にする第２のスライド装置も有することができる。したがって第２のスライド装置を調整することは、患者用寝椅子の横軸に関する耳の開口部の位置の推定を可能にする。

本発明による保持装置の１つの実施形態により第２のスライド装置に測定装置が組み込まれており、その信号が横軸に関する測定装置のスライドを表す目安になっていると、比較的簡単かつ自動式のやり方で、患者用寝椅子の横軸に関して耳の開口部の位置を判定することが可能である。

固定装置は、患者が上に寝ている患者用寝椅子の表面に対して直角に測定装置のスライドを可能にする第３のスライド装置を有することができる。したがって第３のスライド装置を調整することは、患者用寝椅子の表面に関して耳の開口部の位置の推定を可能にする。

本発明による保持装置の１つの実施形態により第３のスライド装置に測定装置が組み込まれており、その信号が患者用寝椅子の表面に関する測定装置のスライドを表す目安になっていると、比較的簡単かつ自動式のやり方で、患者用寝椅子の表面に関して耳の開口部の位置を判定することが可能である。

固定装置は、たとえば調整された角度を判定するための測定スケールおよび／または角度検出器を含み、人間の頭部を固定するジョイントアームを有するように構成されていてよい。測定スケールまたは場合により特に制御装置と接続された測定センサは、人間の耳の耳道の開口部の位置の推定を可能にする。

本発明の実施例が一例として添付の模式的な図面に示されている。

固定装置を有する患者用寝椅子、患者およびロボットの関係を示す概念図である。患者用寝椅子に患者が寝た状態を示す側面図である。患者用寝椅子に患者が寝た状態を示す平面図である。ロボットのツールセンターポイントの調整を図解するフローチャートである。

図１は、ロボットアームＭを備える医療用のロボットＲを示している。ロボットアームＭは基本的にロボットＲの可動部分をなしており、複数の軸１〜６と、複数のリンク７〜１０と、本実施例の場合では図２と図３に詳しく示す患者保持装置の一例としての患者用寝椅子Ｌが取り付けられたフランジＦとを含んでいる。図２は患者用寝椅子Ｌの側面図を示しており、図３は平面図を示している。

軸１〜６の各々は駆動装置によって動き、たとえば詳しくは図示しないやり方でロボットＲの制御コンピュータ１７と電気接続された電気駆動装置１１〜１６によって動き、それにより、制御コンピュータ１７ないし制御コンピュータ１７で進行するコンピュータプログラムは、ロボットＲのフランジＦの位置およびこれに伴う患者用寝椅子ＬないしそのツールセンターポイントＴＣＰを実質的に自由に空間内でアライメントすることができるように、電気駆動装置１１〜１６を制御できるようになっている。ロボットＲの電気駆動装置１１〜１６は、たとえば電動モータおよび場合によりモータを制御するパワーエレクトロニクスをそれぞれ含んでいる。

さらに患者用寝椅子Ｌは固定装置２０を含んでおり、患者用寝椅子Ｌの上には人間Ｐが寝ており、その頭部Ｋは固定装置２０によって固定されており、それにより頭部Ｋが患者用寝椅子Ｌに対して相対的に実質的に不動であるようになっている。

本実施例の場合では、制御コンピュータ１７は、ツールセンターポイントＴＣＰを人間Ｐに合わせて調節するようにセットアップされている。人間Ｐに合わせて適合化されたツールセンターポイントＰの調整は、図４に示すフローチャートにまとめられている。

本実施例の場合では固定装置２０は、それぞれ患者用寝椅子Ｌの横に取り付けられた長手レール２１ａ，２１ｂの形態で、患者用寝椅子Ｌの長軸Ａの方向（ｘ方向）にアライメントされたスライド装置を有している。

固定装置２０は、本実施例の場合では、長手レール２１ａ，２１ｂでスライド可能に支承されたスライド装置２２ａ，２２ｂを有しており、それにより、スライド装置２２ａ，２２ｂを患者用寝椅子Ｌの長軸Ａの方向へスライドさせることができる。

スライド装置２２ａ，２２ｂと協働するのは、本実施例の場合では、長軸Ａに対して直角を向いた横軸Ｑ（ｙ方向）に関して入れ子式に施工されたスライド装置２３ａ，２３ｂであり、これらスライド装置の患者用寝椅子Ｌの側面と反対を向いている端部には、図示しない仕方で制御コンピュータ１７と接続された測定装置２４ａ，２４ｂがそれぞれ取り付けられている。入れ子式に施工されたスライド装置２３ａ，２３ｂは、患者用寝椅子Ｌの長軸Ａに対して直角に、および横軸Ｑに対して直角にスライドすることができるように、スライド装置２２ａ，２２ｂと連結されている。したがって、測定装置２４ａ，２４ｂを患者用寝椅子Ｌの表面１９に対して所望の間隔（ｚ方向）でアライメントすることが可能である。入れ子式に施工されたスライド装置２３ａ，２３ｂにより、測定装置２４ａ，２４ｂを横軸Ｑの方向にスライドさせることができる。

固定装置２０は、測定装置２４ａを人間の耳１８ａに近づけるとともに測定装置２４ｂを耳１８ｂに近づけることによって、人間Ｐの頭部Ｋを患者用寝椅子Ｌに対して固定することが意図されている。

人間Ｐの頭部Ｋが固定されてから、たとえば長手レール２１ａ，２１ｂに配置された図示しない測定スケールを用いて、スライド装置２２ａ，２２ｂの位置を長軸Ａに関して読み取ることができる。長手レール２１ａ，２１ｂは、これに加えて、またはこれに代えて、本実施例で意図されているように、図面を見やすくするために詳しくは図示しない、制
御コンピュータ１７と接続された測定センサを有することができ、その信号は、患者用寝椅子Ｌの長軸Ａに関するスライド装置２２ａ，２２ｂの位置について、およびこれに伴って患者用寝椅子Ｌの長軸Ａに関する測定装置２４ａ，２４ｂの位置について、情報を制御コンピュータ１７に伝える。

スライド装置２２ａ，２２ｂも同じく測定スケールを含むことができ、これに基づいて、入れ子式に施工されたスライド装置２３ａ，２３ｂの位置を、患者用寝椅子Ｌの表面１９に対して相対的に読み取ることができる。スライド装置２２ａ，２２ｂは、これに加えて、またはこれに代えて、本実施例で意図されているように、図面を見やすくするために詳しくは図示しない、制御コンピュータ１７と接続された測定センサを有することができ、その信号は、患者用寝椅子Ｌの表面１９に関する入れ子式に施工されたスライド装置２３ａ，２３ｂの位置について、およびこれに伴って患者用寝椅子Ｌの表面１９に関する測定装置２４ａ，２４ｂの位置について、情報を制御コンピュータ１７に伝える。

入れ子式に施工されたスライド装置２３ａ，２３ｂも同じく測定スケールを含むことができ、これに基づいて、測定装置２３ａ，２３ｂの位置を、患者用寝椅子Ｌの横軸Ｑに対して相対的に読み取ることができる。スライド装置２３ａ，２３ｂは、これに加えて、またはこれに代えて、本実施例で意図されているように、図面を見やすくするために詳しくは図示しない、制御コンピュータ１７と接続された測定センサを有することができ、その信号は、患者用寝椅子Ｌの横軸Ｑに関する測定装置２４ａ，２４ｂの位置について、情報を制御コンピュータ１７に伝える。このようにして制御装置１７は、測定装置２４ａ，２４ｂの位置を患者用寝椅子Ｌに対して相対的に判定することが可能となる。これは図４に示すフローチャートのステップＳ１である。

さらに患者用寝椅子Ｐは、制御コンピュータ１７に既知の位置でフランジＦに取り付けられるとともに、制御コンピュータ１７に既知の向きでアライメントされており、それにより制御コンピュータ１７は、測定センサに由来する信号に基づき、フランジＦに対して相対的な測定装置２４ａ，２４ｂの位置を判定することができる。これはフローチャートのステップＳ２である。

本実施例の場合では、測定装置２４ａ，２４ｂは耳１８ａ，１８ｂに当接しており、特に、耳道の開口部（外耳道）に当接している。測定装置２４ａ，２４ｂは、本実施例の場合では、耳道の長さを、すなわち耳道の開口部からそれぞれの鼓膜までの距離を、特に無接触式に判定するように施工されている。これはフローチャートのステップＳ３である。無接触式の測定方法は、たとえばレーザや超音波に依拠している。これに応じて制御コンピュータ１７は、測定装置２４ａ，２４ｂに由来する信号に基づき、ロボットＲのフランジＦに対して相対的に耳１８，１８ｂの鼓膜の位置判定をすることが可能である。これはフローチャートのステップＳ４である。

本実施例の場合では制御コンピュータ１７は、ロボットＲのツールセンターポイントＴＣＰを、耳１８ａ，１８ｂの平衡器官（前庭器官）のうちの１つの位置へと移すようにセットアップされている。それにより、関連する鼓膜の位置に基づいてコンピュータ１７は患者用寝椅子Ｌに対して相対的に、およびこれに伴ってフランジＦに対して相対的に、関連する平衡器官の位置を推定し、ロボットＲのツールセンターポイントＴＣＰを関連する平衡器官の位置にセットすることが可能である。

本実施例の場合では、制御コンピュータ１７は、ツールセンターポイントＴＣＰおよびこれに伴って患者用寝椅子Ｌの上にいる人間Ｐが事前設定された運動を行なうように、駆動装置１１〜１６を制御するように設計されている。

長手レール２１ａ，２１ｂの形態のスライド装置およびスライド装置２３ａ，２３ｂに代えて、固定装置２０は設計的にこれ以外の仕方で施工されていてもよい。固定装置２０の１つの代替的な特徴は、たとえば調整された角度を判定するための測定スケールおよび／または角度検出器を含み、人間Ｐの頭部Ｋを固定するジョイントアームを有していることであってもよい。測定スケールないし特に制御コンピュータ１７と接続された測定センサは、耳（１８ａ，１８ｂ）の耳道の開口部の位置の推定を可能にし、それにより、ロボットＲは軸１〜６を場合により適切に制御することができる。

１，２，３，４，５，６軸、７，８，９，１０リンク、１１，１２，１３，１４，１５，１６電気駆動装置、１７制御コンピュータ、１８ａ，１８ｂ耳、１９（患者用寝椅子の）表面、２０固定装置、２１ａ，２１ｂ長手レール、２２ａ，２２ｂスライド装置、２３ａ，２３ｂ（入れ子式に施工された）スライド装置、２４ａ，２４ｂ測定装置。

Claims

保持装置（Ｌ）により保持される人間（Ｐ）の頭部（Ｋ）を固定するための固定装置（２０）を有する、人間（Ｐ）を保持するための保持装置において、
前記固定装置（２０）は測定装置群を有しており、前記固定装置（２０）は、人間（Ｐ）の頭部（Ｋ）に割り当てられた当該固定装置（２０）で行なわれる調整に基づいて、前記測定装置群から信号を出力するように構成されており、前記信号は、前記保持装置（Ｌ）に対して相対的な人間（Ｐ）の耳（１８ａ，１８ｂ）の耳道の開口部の位置の推定を可能にする、保持装置。
前記固定装置（２０）は前記測定装置群に含まれる第１の測定装置（２４ａ，２４ｂ）を有しており、前記第１の測定装置は人間（Ｐ）の頭部（Ｋ）に割り当てられた調整のときに耳道の開口部に当接して人間（Ｐ）の鼓膜までの距離を判定する、請求項１に記載の保持装置。
患者用寝椅子（Ｌ）として構成されている、請求項２に記載の保持装置。
前記固定装置（２０）は第１のスライド装置（２１ａ，２１ｂ）を有しており、該スライド装置は前記患者用寝椅子（Ｌ）の長軸（Ａ）の方向への前記第１の測定装置（２４ａ，２４ｂ）のスライドを可能にする、請求項３に記載の保持装置。
前記第１のスライド装置（２１ａ，２１ｂ）には前記測定装置群に含まれる第２の測定装置が組み込まれており、該測定装置の信号は長軸（Ａ）に関する前記第１の測定装置（２４ａ，２４ｂ）のスライドを表す目安となる、請求項４に記載の保持装置。
前記固定装置（２０）は第２のスライド装置（２３ａ，２３ｂ）を有しており、該スライド装置は前記患者用寝椅子（Ｌ）の横軸（Ｑ）の方向への前記第１の測定装置（２４ａ，２４ｂ）のスライドを可能にする、請求項３から５のいずれかに記載の保持装置。
前記第２のスライド装置（２３ａ，２３ｂ）には前記測定装置群に含まれる第３の測定装置が組み込まれており、前記第３の測定装置の信号は横軸（Ｑ）に関する前記第１の測定装置（２４ａ，２４ｂ）のスライドを表す目安となる、請求項６に記載の保持装置。
前記固定装置（２０）は第３のスライド装置（２２ａ，２２ｂ）を有しており、該スライド装置は人間（Ｐ）が上に寝ている前記患者用寝椅子（Ｌ）の表面（１９）に対して直角の前記第１の測定装置（２４ａ，２４ｂ）のスライドを可能にする、請求項３から７のいずれかに記載の保持装置。
前記第３のスライド装置（２２ａ，２２ｂ）には前記測定装置群に含まれる第４の測定装置が組み込まれており、前記第４の測定装置の信号は前記患者用寝椅子（Ｌ）の表面（１９）に対して直角の前記第１の測定装置（２４ａ，２４ｂ）のスライドを表す目安となる、請求項８に記載の保持装置。
前記固定装置は前記患者用寝椅子（Ｌ）に配置されたジョイントアームを有しており、該ジョイントアームは、前記保持装置（２０）に対して相対的な人間（Ｐ）の耳（１８ａ，１８ｂ）の耳道の開口部の位置の推定を可能にする、調整された角度を判定するための測定スケールおよび／または角度検出器を含んでいる、請求項１から３のいずれかに記載の保持装置。
医療用ロボットにおいて、
請求項１から１０のいずれかに記載の保持装置（Ｌ）と、
制御装置（１７）と、
前記制御装置（１７）により制御される複数の軸（１〜６）および取付装置（Ｆ）を有するロボットアーム（Ｍ）とを有しており、前記保持装置（Ｌ）は前記取付装置（Ｆ）に取り付けられている、医療用ロボット。
前記固定装置（２０）により判定された人間（Ｐ）の耳道の開口部のうちの１つの位置に基づき、前記制御装置（１７）によって空間内の運動を制御可能であるツールセンターポイント（ＴＣＰ）を、当該開口部との関係で、関連する平衡器官の位置にくるように調整するようにセットアップされている、請求項１１に記載のロボット。
前記固定装置（２０）および前記測定装置群によって判定された人間（Ｐ）の鼓膜のうちの１つの位置に基づき、前記制御装置（１７）によって空間内の運動を制御可能であるツールセンターポイント（ＴＣＰ）を、当該鼓膜との関係で、関連する平衡器官の位置にくるように調整するようにセットアップされている、請求項１１に記載のロボット。