JP5464796B2 - 産業用ロボットを備えたｘ線システム - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線源と、Ｘ線検出器と、少なくとも３つ、特に６つの回転軸線を有する少なくとも１つの産業用ロボットとを備えたＸ線システムに関する。

Ｘ線画像化において公知のＸ線システムでは移動性向上のために、移動可能に固定されたＣアームを備えた台車が設けられており、Ｘ線源とＸ線検出器とが対向配置されてＣアームに取付けられている。このＸ線装置を例えば手術室において使用する場合、台車は患者を収容した検査テーブルに向かって移動される。Ｘ線画像の作成後、患者への接近性を改善するために台車は再び押して撤去される。このようなＸ線システムが例えば特許文献１により公知である。

患者への極力自由な接近性を保証するために、特許文献２により、検査室の天井に固定された第１ロボットアームにＸ線管を取付けることが公知である。Ｘ線検出器が取付けてある第２ロボットアームは検査ベッドの下方で検査室の床に固定されている。ロボットアームはそれぞれ２つのレバーアームと３つのリンクとを有し、３つのリンクで調整可能である。Ｘ線源とＸ線検出器とを相互に調節するために、ロボットアームを協調運動させるための個別の制御装置が設けられている。

まだ公開されていない特許文献３によるＸ線装置では、Ｘ線源とＸ線検出器とが、回転軸線を中心に回転可能な共通の支持体に回転軸線に向いて対向配置されて取付けられ、支持体は６つの回転軸線を有する産業用ロボットのロボットハンドに取付けられている。
米国特許出願公開第２００４／０２５８２１０号明細書 欧州特許第０２２０５０１号明細書 独国特許出願１０２００５０１２７００．２号明細書

本発明の課題は、患者への特に良好な接近性を提供しかつ同時にその応用可能性の点で柔軟であるＸ線システムを提供することである。

この課題は、本発明によれば、Ｘ線源と、Ｘ線検出器と、６つの回転軸線を有する１つの産業用ロボットとを備え、Ｘ線源およびＸ線検出器が支持体によって産業用ロボットに配置され、産業用ロボットが機器台車上に配置されて産業用ロボットが移動可能に構成され、
Ｘ線システムが１つの安定性監視システムと、機器台車の安定性を点検可能である少なくとも１つの安定性センサとを有し、機器台車が不安定となりまたは転倒するほどに産業用ロボットが変位されることを防止するために、安定性センサのセンサ信号に基づいて、安定性監視システムが産業用ロボットの動きを停止させることによって解決される（請求項１）。
本発明の有利な実施態様は次の通りである。
機器台車が自動または手動で走行可能である（請求項２）。機器台車上にシステム制御装置が配置されている（請求項３）。機器台車が画像システムと表示ユニットとを有する（請求項４）。
Ｘ線源とＸ線検出器とが一緒に支持体によって産業用ロボットのロボットハンドに配置されている（請求項５）。支持体がＣアームまたはＵ形部材によって形成され、Ｘ線源が支持体の一方の端部に配置され、Ｘ線検出器が支持体の他方の反対側端部に配置されている（請求項６）。
Ｘ線システムが１つの衝突監視システムと、産業用ロボットの動きを監視するための少なくとも１つの衝突センサとを有する（請求項７）。
Ｘ線システムがデータ、特にＤＩＣＯＭデータを交換するための病院ネットワークとの双方向接続部を有する（請求項８）。

本発明によれば、少なくとも３つ、好ましくは６つの回転軸線を有する少なくとも１つの産業用ロボットにＸ線源および／またはＸ線検出器を配置し、このロボットを移動可能に配置することによって、短期的でもさまざまな場所、任意の位置で利用することのできるＸ線システムが提供される。本発明に係るＸ線システムは搬送可能でない患者のところに簡単に移動することができ、特に６つの回転軸線を有する産業用ロボットは６つの自由度、従って特別高い運動性を有し、きわめて複雑な撮影位置も取ることができる。そのことは患者にとって不快な位置変更が少ないことを意味し、従来では実施不可能であった応用可能性への入口が切り開かれる。

用語「産業用ロボット」は規格ＥＮ７７５において規格化されている。６つの回転軸線を有する産業用ロボットは６軸垂直多関節ロボットとも称される。

有利には、Ｘ線システムは少なくとも３つ、特に６つの回転軸線を有する２つの独立した産業用ロボットを有し、Ｘ線源とＸ線検出器とはそれぞれ一方の産業用ロボットに配置されている。これによりＸ線源とＸ線検出器とを連動することなく独立に利用することが可能であり、それによりＸ線システムの利用可能性が拡充される。例えばＸ線源は第２Ｘ線検出器、例えば携帯用Ｘ線検出器と一緒に利用することもできる。そのような場合、システム制御装置は互いに位置合せされた運動経過に対して責任を負う。

本発明の１実施態様によれば、少なくとも１つの産業用ロボットが機器台車上に配置されている。機器台車は、案内手段に結合されているのでなく、費用を要することなくさまざまな部屋または建物内で利用することができるので、特に柔軟な移動性を提供する。有利には、機器台車は自動または手動で、特にモータによって走行可能である。

本発明の他の１実施態様によれば、Ｘ線源とＸ線検出器とは一緒に支持体によって産業用ロボットのロボットハンドに配置されている。Ｘ線源とＸ線検出器とが一定して互いに精確に位置合せされていることが保証され、それにより労力を要する再調節が省かれ、高品質で迅速なＸ線検査が保証される。本発明の特に有利な実施態様によれば、支持体がＣアームまたはＵ形部材によって形成され、Ｘ線源は支持体の一方の端部に配置され、Ｘ線検出器は支持体の他方の反対側端部に配置されている。

有利には、Ｘ線システムが１つの衝突監視システムと、産業用ロボットの動きを監視するための少なくとも１つの衝突センサとを有する。これにより、操作員が損傷する虞れおよび機器構成要素が損傷する虞れに関してＸ線システムの安全性が高まる。

有利には、Ｘ線システムが１つの安定性監視システムと、少なくとも１つの安定性センサとを有し、この安定性センサによって機器台車の安定性が点検（チェック）可能である。これにより、Ｘ線システムまたは産業用ロボットの転倒または傾動によって生じ得るような損傷は防止される。

本発明と、従属請求項の特徴によるその他の有利な実施態様は以下で図面に略示した実施例に基づいて詳しく説明されるが、そのことによって本発明がこれらの実施例に限定されるのではない。

図１は６つの回転軸線Ａ１〜Ａ６を有する公知の産業用ロボット２０を示す。一般に床に固定式に据付けられる基台１に、第１回転軸線Ａ１を中心に回転可能に回転体２が設けられている。この回転体２には第２回転軸線Ａ２を中心に揺動可能に揺動子３が取付けられている。この揺動子３には第３回転軸線Ａ３を中心に回転可能にアーム４が固定されている。アーム４の端部には第４回転軸線Ａ４を中心に回転可能にロボットハンド５が取付けられている。ロボットハンド５は固定要素６を有し、この固定要素６は第６回転軸線Ａ６を中心に回転可能であり、かつ回転軸線Ａ６に垂直に延びる第５回転軸線Ａ５を中心に揺動可能である。

図２は公知の産業用ロボット２０を示し、Ｕ形部材７として構成された支持体がロボットハンド５の固定要素６に連結されている。ここに詳しくは図示しない連結子をこのため設けることができ、この連結子は支持体の連結および解除を可能とする。Ｕ形部材７は相対向する２つの脚部８ａ，８ｂを有するＵ形材として構成されている。第１脚部８ａにＸ線検出器９、第２脚部８ｂにＸ線源１０を対向配置して取付けることができる。第１脚部８ａと第２脚部８ｂはＵ形部材７の中央要素１１に関して直線運動可能に取付けることができ、こうしてＸ線検出器９とＸ線源１０との間の距離Ａは調整可能である。

図３は、本発明の１実施例として、機器台車１２上に配置された産業用ロボット２０を備え、このロボット２０がＸ線源１０とＸ線検出器９とを備えたＵ形部材７として構成された支持体を有するＸ線システムを示す。機器台車１２は車輪１３により走行可能または移動可能である。さらに、機器台車１２内には、図示しないシステム制御装置と表示器１７とが配置されている。Ｘ線発生装置、画像システム、その他の表示ユニットおよびその他の設備構成要素は外部に配置するかまたは機器台車１２上に配置することができる。さらに、少なくとも１つの操作ユニット、例えば携帯用遠隔操作ユニットを設けておくことができる。付加的に、例えば蓄電池または燃料電池の態様の一体なエネルギー供給部を設けておくこともできる。

図４は、Ｃアーム１８として構成された支持体とＣアーム１８に配置されたＸ線源１０およびＸ線検出器９とを備えている本発明の他の実施例を示す。図３および図４に示すＸ線システムにより、特に接近困難な撮影状況のもとでも例えば患者テーブル１４に横たわる患者１５への接近可能性を達成することが可能である。さらに、このＸ線システムはその移動性および走行性のゆえに短期的にさまざまな部屋で利用することができる。

図５は、機器台車１２上に配置された産業用ロボット２０を備え、Ｘ線源１０が回転可能にロボットハンド５の固定要素６に配置されている本発明に係る他のＸ線システムを示す。Ｘ線源１０は一般にＸ線絞りとコリメータとを装備している。機器台車１２もしくは産業用ロボット２０とは独立して、任意に配置することのできる携帯用平形検出器２１が設けられている。平形検出器２１とＸ線システムのシステム制御装置または画像システムはデータ交換のためワイヤレスで、例えば無線、Ｗ−ＬＡＮ、ブルートゥースまたはその他のワイヤレス通信手段によって互いに通信できる。選択的に、ケーブルを介した接続も用いることができる。無線接続用に例えばアンテナ１９を設けることができる。携帯用平形検出器２１の代わりに、Ｘ線検出器９を担持した第２の移動可能な産業用ロボットを設けておくこともできる。

図６は、本発明によるＸ線システムの最も重要な構成要素の概略回路図を示す。システム制御装置２２はＸ線システムの制御可能なすべての構成要素と少なくとも間接的に接続されている。システム制御装置２２は画像システム２４、産業用ロボット制御装置２７、Ｘ線発生装置２３、衝突監視システム２５および／または安定性監視システム２６と双方向通信する。ユーザインタフェース２９によって、例えばロボット制御装置２７、監視システム２５；２６またはシステム制御装置用のユーザ命令を入力し、これによりさまざまな機能を作動させることができる。ユーザインタフェース２９によって機器台車を制御することもできる。

Ｘ線源１０はＸ線発生装置２３から給電される。Ｘ線検出器９は画像データを伝送するための画像システム２４と接続されており、画像システム２４は読出した画像データの例えば修正等の後処理を実行し、引き続き表示器１７でＸ線画像を表示する。さらに、Ｘ線システムまたは少なくともその構成要素がケーブルレス電源部２８を装備することができる。このようなケーブルレス電源部２８は例えば蓄電池、電池または燃料電池を有することができる。Ｘ線システム全体は機器台車１２上に収容することができる。

移動可能な産業用ロボット２０、もしくは産業用ロボット２０を配置した機器台車１２は手動で、または電動駆動装置によって、走行可能または移動可能である。電動駆動装置の場合、移動可能な産業用ロボット２０もしくは機器台車１２は遠隔制御のための操作ユニットを有することができる。機器台車の代わりに、移動可能な産業用ロボット２０を走行させるレールまたは軌道を設けておくこともできる。

本発明の１実施例によれば、産業用ロボット２０または機器台車１２は１つの衝突監視システムと産業用ロボット２０の動きを監視するための少なくとも１つの衝突センサとを有する。多数の衝突センサ、例えば衝突監視システムと通信することのできる複数の距離センサを産業用ロボットに分散配置すると特に有利である。外部対象との臨界距離値を越えたことを衝突センサの１つが衝突監視システムに通知すると、衝突監視システムはＸ線システムのシステム制御装置２２に信号を送信する。それを受けてシステム制御装置２２は警報信号を発生し、または産業用ロボット２０の動きを停止させ、または動きを別の方向に誘導する。

特にＸ線システムが２つの産業用ロボット２０を有し、そのうち一方がＸ線源１０、他方がＸ線検出器９を有する場合にも、システム制御装置２２は例えば衝突センサを利用して、両方の産業用ロボット２０の衝突が生じないことを保証する。そこで、産業用ロボットに付属する各駆動装置がその駆動制御装置によって制御される前に、まずシステム制御装置２２への利用者の指示が点検され、こうして、産業用ロボット２０の望ましくない動きが生じないことが保証される。付加的に、駆動装置と移動した産業用ロボットもしくはそのリンクおよびアームは、駆動制御装置およびシステム制御装置２２に位置フィードバックを提供するセンサを装備することができる。

本発明の他の１実施例によれば、産業用ロボット２０または機器台車１２は１つの安定性監視システムと、機器台車１２の安定性を点検可能とする少なくとも１つの安定性センサとを有する。例えば、機器台車が不安定となりまたは転倒するほどに産業用ロボット２０が変位されることは防止することができる。安定性センサは例えば第１安定性限界値を上まわると安定性監視システムにセンサ信号を送信し、これにより光学式または音響式警報信号が発生される。次に第２安定性限界値を上まわると、安定性監視システムがＸ線システムの制御ユニット１６に信号を送信し、制御ユニットは産業用ロボット２０の動きを停止させ、または別の方向に誘導する。

検査室が機器台車１２または移動可能な産業用ロボット２０用の固定装置を有し、これらの固定装置に機器台車１２または移動可能な産業用ロボット２０が検査のため短期的に固定できるようにすることもできる。そのような場合、安定性監視システムはオフにすることができる。

Ｘ線システムを操作するために、利用者はユーザインタフェース２９によっていわゆる検査プログラムまたは器官プログラムを選択することができる。これらのプログラムは、産業用ロボット２０が自動的に走行する予め定められた位置と、Ｘ線撮影が自動的に行われる予め定められた位置とを含む。Ｘ線システムは、画像データおよび患者情報を処理するためのＤＩＣＯＭ系インタフェースを有することができる。ＤＩＣＯＭインタフェースによって画像データおよび患者情報は外部ネットワーク、特に病院内ネットワークで交換することができる。これはケーブルを介しても、ケーブルレス（無線、ブルートゥース、ＵＭＴＳ等）でも行うことができる。

垂直多関節ロボットの他に、例えば揺動アームロボットを設けておくこともできる。揺動アームロボットは一般に４つの自由度、すなわち３つの回転軸線と１つの直線軸線とを有する。同様に、水平多関節ロボットを使用することができる。

本発明は以下の如く手短にまとめることができる。Ｘ線診断をさらに柔軟にするために、Ｘ線源と、Ｘ線検出器と、少なくとも３つ、好ましくは６つの回転軸線を有する少なくとも１つの産業用ロボットとを備え、Ｘ線源および／またはＸ線検出器が直接に、または支持体によって産業用ロボットに配置され、産業用ロボットが移動可能に構成され、特に機器台車上に配置されているＸ線システムが用いられる。

６つの回転軸線を備えた従来技術による産業用ロボットの斜視図 ６つの回転軸線とＸ線源およびＸ線検出器を担持する支持体とを備えた従来技術による産業用ロボットの斜視図 Ｕ形部材を備えた産業用ロボットを機器台車上に配置した本発明に係るＸ線システムの斜視図 Ｃアームを備えた産業用ロボットを機器台車上に配置した本発明に係るＸ線システムの斜視図 Ｘ線源を備えたロボットを機器台車上に配置した本発明に係るＸ線システムの斜視図 本発明に係るＸ線システムの概略回路図

符号の説明

２ 回転体
３ 揺動子
４ アーム
５ ロボットハンド
６ 固定要素
７ Ｕ形部材
８ａ，８ｂ 脚部
９ Ｘ線検出器
１０ Ｘ線源
１１ 中央要素
１２ 機器台車
１３ 車輪
１４ 患者テーブル
１５ 患者
１７ 表示器
１９ アンテナ
２０ 産業用ロボット
２１ 平形検出器
２２ システム制御装置
２３ Ｘ線発生装置
２４ 画像システム
２５ 衝突監視システム
２６ 安定性監視システム
２７ 産業用ロボット制御装置
２８ 電源部
２９ ユーザインタフェース
Ａ 距離
Ａ１〜Ａ６ 回転軸線

Claims (8)

1. Ｘ線源（１０）と、Ｘ線検出器（９）と、６つの回転軸線（Ａ１〜Ａ６）を有する１つの産業用ロボット（２０）とを備え、Ｘ線源（１０）およびＸ線検出器（９）が支持体によって産業用ロボット（２０）に配置され、産業用ロボット（２０）が機器台車（１２）上に配置されて産業用ロボット（２０）が移動可能に構成され、
   Ｘ線システムが１つの安定性監視システム（２６）と、機器台車（１２）の安定性を点検可能である少なくとも１つの安定性センサとを有し、
   機器台車（１２）が不安定となりまたは転倒するほどに産業用ロボット（２０）が変位されることを防止するために、安定性センサのセンサ信号に基づいて、安定性監視システム（２６）が産業用ロボット（２０）の動きを停止させることを特徴とするＸ線システム。
2. 機器台車（１２）が自動または手動で走行可能であることを特徴とする請求項１記載のＸ線システム。
3. 機器台車（１２）上にシステム制御装置（２２）が配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載のＸ線システム。
4. 機器台車（１２）が画像システム（２４）と表示ユニットとを有することを特徴とする請求項３記載のＸ線システム。
5. Ｘ線源（１０）とＸ線検出器（９）とが一緒に支持体によって産業用ロボット（２０）のロボットハンド（５）に配置されていることを特徴とする請求項１記載のＸ線システム。
6. 支持体がＣアーム（１８）またはＵ形部材（７）によって形成され、Ｘ線源（１０）が支持体の一方の端部に配置され、Ｘ線検出器（９）が支持体の他方の反対側端部に配置されていることを特徴とする請求項５記載のＸ線システム。
7. Ｘ線システムが１つの衝突監視システム（２５）と、産業用ロボット（２０）の動きを監視するための少なくとも１つの衝突センサとを有することを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載のＸ線システム。
8. Ｘ線システムがデータを交換するための病院ネットワークとの双方向接続部を有することを特徴とする請求項４記載のＸ線システム。

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