JP6216858B1 - ロボット手術台 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の第1の構成例に係るロボット手術台1の側面図である。ロボット手術台1は、ロボットアーム2、ベース3、及びテーブル8を備えている。ロボット手術台1では、多自由度(第1の構成例の場合、6自由度)を有するロボットアーム2の一端が、ベース3に対して鉛直軸回りに回転自在に支持される一方、前記ロボットアーム2の他端で、患者Pを載置するためのテーブル8が支持される。第1の構成例で使用されるテーブル8としては、例えば一例として、長さ寸法が2100mm、幅寸法が500mmのテーブルが用いられる。なお、本構成例、及び以下で説明する各構成例におけるロボットアームの自由度には、ロボットアームとベースとの間の回転自由度も含まれる。
図2は、直線移動アセンブリ5が有する第1スライド部10、及び第1直動機構11を底面側(床側)から視た模式図である。また、図3(A)は、第1スライド部10の内側から第1スライド部10の幅方向一方側(第3モータ22、減速機23等が設けられている側)を視た模式図であって、図3(B)は、第1スライド部10の内側から第1スライド部10の幅方向他方側(第3モータ22、減速機23等が設けられていない側)を見た模式図である。なお、図2では、ベース側可動部9を2点鎖線で図示している。また、図3(A)及び図3(B)では、第2スライド部20を2点鎖線で図示している。
リストアセンブリ6は、図1を参照して、直線移動アセンブリ側可動部30と、第5モータ31と、ロール可動部32と、第6モータ33と、ピッチ可動部34と、第7モータ35とを備えている。
第1の構成例に係るロボット手術台1が有する各モータ9c,12,22,31,33,35,37は、無励磁作動形の電磁ブレーキ及び位置検出器を有するサーボモータで構成されている。各モータによれば、各モータが駆動する各可動部が所定の位置及び姿勢となったことを位置検出器によって検出した後に電磁ブレーキを作動させることにより、ロボットアーム2を所望の位置及び姿勢で維持することができる。なお、本構成例、及び以下で説明する第2〜第7の構成例に係るロボット手術台に用いられる各モータは、減速機を介して各可動部を動作させる。
図4(A)及び図4(B)は、ともにロボットアーム2が第1姿勢をとっているときの状態を側面から視た図であって、図4(A)はテーブル8が最低位置(下降位置)に位置している状態を示す図、図4(B)はテーブルが最低位置から上方へ上がっている状態(上昇位置に位置している状態)を示す図、である。なお、最低位置とは、テーブル8がとりうる床FLを基準とした高さ位置のうち最も低い位置である。
以上のように、第1の構成例に係るロボット手術台1によれば、ロボットアーム2を適宜、動作させることにより、テーブル8に載置された患者Pを所望の位置へ移動させることができる。こうすると、従来のように、キャスターが設けられた手術台を手動により移動させる必要がなくなるため、手術台の移動に伴う周辺機器のケーブルの絡まり、手術台のブレーキのかけ忘れ、等の問題が解消される。すなわち、この構成によれば、テーブル8に載置された患者Pを、所望の位置へ安全に移動させることができる。
(1)第1の構成例に係るロボット手術台1の第1直動機構11及び第2直動機構21は、いわゆるボールねじ構造を用いて構成されているが、これに限らず、第1スライド部10及び第2スライド部20をスライド移動可能な構成であれば、どのような構成であってもよい。例えば一例として、上述した直動機構として、ラックアンドピニオン構造を採用してもよい。
図8は、本発明の第2の構成例に係るロボット手術台1aの側面図であって、図8(A)は、テーブル8が最低位置から少し高い位置にある状態を示す図、図8(B)は、テーブル8が最低位置にある状態を示す図である。また、図9は、図8(A)及び(B)に示すロボット手術台1aの一部(具体的には、詳しくは後述する平行リンク機構45及びその付近の部分)を拡大して示す斜視図である。ロボット手術台1aは、ロボットアーム2a、ベース3、及びテーブル8を備えている。ロボット手術台1aでは、多自由度(第2の構成例の場合、7自由度)を有するロボットアーム2aの一端が、ベース3に対して鉛直軸回りに回転自在に支持される一方、前記ロボットアーム2の他端で、患者載置用のテーブル8が支持される。ベース3の構成は、第1の構成例のベース3の構成と同じであるため、説明を省略する。
直線移動アセンブリ5aは、第1の構成例の場合と同様、鉛直方向に延びる第1軸Ax1回りに回転可能なように、ベース側可動部41を介してベース3に支持されている。直線移動アセンブリ5aは、ベース3とベース側可動部41との間に設けられた、ロボットアーム2に含まれる第1モータ40によって、第1軸Ax1回りに回転駆動される。直線移動アセンブリ5は、図8を参照して、スライド部42と、第2モータ43a等を有する直動機構43と、を備えている。
平行リンク機構45は、直線移動アセンブリ5aとリストアセンブリ6aとを連結するリンク機構である。平行リンク機構45は、図9を参照して、4本のリンク部材46と、2つの第1連結軸47aと、2つの第2連結軸47bとを有している。
リストアセンブリ6aは、直線移動アセンブリ側可動部52と、第4モータ53と、ヨー可動部54と、第5モータ55と、ピッチ可動部56と、第6モータ57と、ロール可動部58と、テーブルスライド機構63とを備えている。
テーブルスライド機構63は、ロール可動部58に対してテーブル8を該テーブル8の長手方向に沿って(D7方向に沿って)スライド移動させるための機構である。すなわち、テーブルスライド機構63は、1つの線形自由度でテーブル8を移動させることができる。テーブルスライド機構63は、モータ63a等を用いて構成されている。テーブルスライド機構63としては、例えばボールねじ機構、或いはラックアンドピニオン機構等が採用される。テーブル8は、このテーブルスライド機構63によって、スライド移動可能に支持されている。
本構成例に係るロボットアーム2aによっても、可動範囲であればテーブルを複数の位置の間を自由なルートで移動させることができるので、テーブルを第1の構成例で説明した図5〜図7と同じ軌跡で検査装置等に移動させることができる。具体的には、テーブル8の下の収容空間S内に収容されて第1姿勢をとっているロボットアーム2aを第2姿勢に変化させることにより、テーブル8を手術位置から検査位置へ移動させることができる。或いは、第2姿勢をとっているロボットアーム2aを第1姿勢に変化させることにより、テーブル8を検査位置から手術位置へ移動させることができる。
以上のように、第2の構成例に係るロボット手術台1aによれば、第1の構成例の場合と同様、テーブル8が手術位置に位置しているときにロボットアーム2aがテーブル8の下の空間である収容空間S内に収容された状態となるため、患者載置用のテーブル8の回りのスペースを十分に確保可能なロボット手術台を提供できる。
第2の構成例では、図8を参照して、リストアセンブリ6aにおける直線移動アセンブリ側可動部52側に設けられた可動部(ヨー可動部54)をヨー方向へ(D4方向)へ回転させることによりテーブル8をヨー方向へ回転させる例を挙げて説明したが、これに限らない。具体的には、例えば一例として、リストアセンブリ6aにおけるテーブル8側に設けられた可動部(ロール可動部58)とテーブルスライド機構63との間にモータを設け、このモータによってテーブル8をヨー方向へ回転させてもよい。
図10は、本発明の第3の構成例に係るロボット手術台1bの側面図である。ロボット手術台1bは、ロボットアーム2b、ベース3、及びテーブル8を備えている。ロボット手術台1bでは、多自由度(第3の構成例の場合、7自由度)を有するロボットアーム2bの一端が、ベース3に対して鉛直軸回りに回転自在に支持される一方、前記ロボットアーム2の他端で、患者載置用のテーブル8が支持される。ベース3の構成は、第1の構成例のベース3の構成と同じであるため、説明を省略する。
リストアセンブリ6bは、図10を参照して、直線移動アセンブリ側可動部65と、第4モータ66と、ロール可動部67と、第5モータ68と、ピッチ可動部69と、第6モータ70と、テーブルスライド機構63とを備えている。これらのうち、テーブルスライド機構63の構成は、第2の構成例のテーブルスライド機構63の構成と同じであるため、その説明を省略する。
本構成例に係るロボットアーム2bによっても、可動範囲であればテーブルを複数の位置の間を自由なルートで移動させることができるので、テーブルを第1の構成例で説明した図5〜図7と同じ軌跡で検査装置等に移動させることができる。具体的には、テーブル8の下の収容空間S内に収容されて第1姿勢をとっているロボットアーム2bを第2姿勢に変化させることにより、テーブル8を手術位置から検査位置へ移動させることができる。或いは、第2姿勢をとっているロボットアーム2bを第1姿勢に変化させることにより、テーブル8を検査位置から手術位置へ移動させることができる。
以上のように、第3の構成例に係るロボット手術台1bによれば、第1及び第2の構成例の場合と同様、ロボットアーム2bが第1位置に位置しているときにロボットアーム2bがテーブル8の下の空間である収容空間S内に収容された状態となるため、患者載置用のテーブル8の回りのスペースを十分に確保可能なロボット手術台を提供できる。
図11は、本発明の第4の構成例に係るロボット手術台1cの側面図である。また、図12は、図11に示すロボット手術台1cの一部(具体的には、詳しくは後述する平行リンク機構45a及びその付近の部分)を拡大して示す斜視図である。ロボット手術台1cは、ロボットアーム2c、ベース3、及びテーブル8を備えている。ロボット手術台1cでは、多自由度(第4の構成例の場合、7自由度)を有するロボットアーム2cの一端が、ベース3に対して鉛直軸回りに回転自在に支持される一方、前記ロボットアーム2の他端で、患者載置用のテーブル8が支持される。ベース3の構成は、第1の構成例のベース3の構成と同じであるため、説明を省略する。
平行リンク機構45aは、直線移動アセンブリ5aとリストアセンブリ6cとを連結するリンク機構である。平行リンク機構45aは、図12に示すように、4本のリンク部材76と、2つの第1連結軸77と、2つの第2連結軸78とを有している。
リストアセンブリ6cは、直線移動アセンブリ側可動部81と、第4モータ82と、ロール可動部83と、第5モータ84と、ピッチ可動部85と、第6モータ86と、テーブルスライド機構63を備えている。テーブルスライド機構63の構成は、第2及び第3の構成例のテーブルスライド機構63と同じ構成のため、その説明を省略する。
本構成例に係るロボットアーム2cによっても、可動範囲であればテーブルを複数の位置の間を自由なルートで移動させることができるので、テーブルを第1の構成例で説明した図5〜図7と同じ軌跡で検査装置等に移動させることができる。具体的には、テーブル8の下の収容空間S内に収容されて第1姿勢をとっているロボットアーム2cを第2姿勢に変化させることにより、テーブル8を手術位置から検査位置へ移動させることができる。或いは、第2姿勢をとっているロボットアーム2cを第1姿勢に変化させることにより、テーブル8を検査位置から手術位置へ移動させることができる。
以上のように、第4の構成例に係るロボット手術台1cによれば、第1から第3の構成例の場合と同様、テーブル8が手術位置に位置しているときにロボットアーム2cがテーブル8の下の空間である収容空間S内に収容された状態となるため、患者載置用のテーブル8の回りのスペースを十分に確保可能なロボット手術台を提供できる。
図13は、本発明の第5の構成例に係るロボット手術台1dの側面図である。ロボット手術台1dは、ロボットアーム2d、ベース3、及びテーブル8を備えている。ロボット手術台1dでは、多自由度を有するロボットアーム2dの一端が、ベース3に対して鉛直軸回りに回転自在に支持される一方、前記ロボットアーム2の他端で、患者載置用のテーブル8が支持される。ベース3の構成は、第1の構成例のベース3の構成と同じであるため、説明を省略する。
リストアセンブリ6dは、直線移動アセンブリ側可動部81と、第4モータ89と、パラレルリンク機構90と、テーブルスライド機構63とを備えている。これらのうち、直線移動アセンブリ側可動部81及びテーブルスライド機構63の構成は、第4の構成例におけるそれらの構成と同じであるため、その説明を省略する。
本構成例に係るロボットアーム2dによっても、可動範囲であればテーブルを複数の位置の間を自由なルートで移動させることができるので、テーブルを第1の構成例で説明した図5〜図7と同じ軌跡で検査装置等に移動させることができる。具体的には、テーブル8の下の収容空間S内に収容されて第1姿勢をとっているロボットアーム2dを第2姿勢に変化させることにより、テーブル8を手術位置から検査位置へ移動させることができる。或いは、第2姿勢をとっているロボットアーム2dを第1姿勢に変化させることにより、テーブル8を検査位置から手術位置へ移動させることができる。
以上のように、第5の構成例に係るロボット手術台1dによれば、第1から第4の構成例の場合と同様、テーブル8が手術位置に位置しているときにロボットアーム2dがテーブル8の下の空間である収容空間S内に収容された状態となるため、患者載置用のテーブル8の回りのスペースを十分に確保可能なロボット手術台を提供できる。
図15は、本発明の第6の構成例に係るロボット手術台1eを模式的に示す斜視図である。また、図16は、図15に示すロボット手術台1eの側面図であって、図16(A)は、ロボットアーム2eが第2姿勢をとっているときの図、図16(B)は、ロボットアーム2eが第1姿勢をとっているときの図、である。ロボット手術台1eは、ロボットアーム2e、ベース3、及びテーブル8を備えている。ロボット手術台1eでは、多自由度(第6の構成例の場合、8自由度)を有するロボットアーム2eの一端が、ベース3に対して鉛直軸回りに回転自在に支持される一方、前記ロボットアーム2eの他端で、患者載置用のテーブル8が支持される。ベース3の構成は、第1の構成例のベース3の構成と同じであるため、説明を省略する。なお、図15では、テーブル8を2点鎖線で示している。
水平多関節アセンブリ100は、互いに対して垂直軸回りに回転可能な複数の可動部102,104,106を有し、各可動部102,104,106が水平面に沿って回転することにより、テーブル8を水平面に沿って移動することができる。
平行リンク機構45cは、水平多関節アセンブリ100とリストアセンブリ6eとを連結するリンク機構である。平行リンク機構45cは、2本のリンク部材46bを有している。
リストアセンブリ6eは、第5モータ111と、ピッチ可動部112と、第6モータ113と、ロール可動部114と、第7モータ115と、テーブルスライド機構63とを備えている。テーブルスライド機構63の構成は、上述した第2〜第5の構成例の場合と同様であるため、その説明を省略する。
本構成例に係るロボットアーム2eによっても、可動範囲であればテーブルを複数の位置の間を自由なルートで移動させることができるので、テーブルを第1の構成例で説明した図5〜図7と同じ軌跡で検査装置等に移動させることができる。具体的には、テーブル8の下の収容空間S内に収容されて第1姿勢をとっているロボットアーム2eを第2姿勢に変化させることにより、テーブル8を手術位置から検査位置へ移動させることができる。或いは、第2姿勢をとっているロボットアーム2eを第1姿勢に変化させることにより、テーブル8を検査位置から手術位置へ移動させることができる。
以上のように、第6の構成例に係るロボット手術台1eによれば、第1から第5の構成例の場合と同様、テーブル8が手術位置に位置しているときにロボットアーム2eがテーブル8の下の空間である収容空間S内に収容された状態となるため、患者載置用のテーブル8の回りのスペースを十分に確保可能なロボット手術台を提供できる。
第6の変形例に係るロボット手術台1eでは、ロボットアーム2eが有する第1可動部102の形状として、上方から視て細長い形状を有する例を挙げて説明したが、これに限らない。具体的には、例えば一例として、第1可動部の形状は、上方から視て円形状に形成されていてもよい。この場合、例えば一例として、円形状の第1可動部の中心部分がベース3に対して鉛直軸回りに回転可能に支持される。
図17は、本発明の第7の構成例に係るロボット手術台1fの側面図であって、図17(A)は、ロボットアーム2fが第2姿勢をとっているときの図、図17(B)は、ロボットアーム2fが第1姿勢をとっているときの図、である。ロボット手術台1fは、ロボットアーム2f、ベース3、及びテーブル8を備えている。ロボット手術台1fでは、多自由度(第7の構成例の場合、7自由度)を有するロボットアーム2fの一端が、ベース3に対して鉛直軸回りに回転自在に支持される一方、前記ロボットアーム2fの他端で、患者載置用のテーブル8が支持される。ベース3の構成は、第1の構成例のベース3の構成と同じであるため、説明を省略する。
ベース側移動アセンブリ120は、該ベース側移動アセンブリ120が平行リンク機構45等を介して支持するテーブル8を移動させるためのものである。ベース側移動アセンブリ120は、第1モータ121と、第1可動部122と、第3モータ126と、第2可動部127と、を備えている。
本構成例に係るロボットアーム2fによっても、可動範囲であればテーブルを複数の位置の間を自由なルートで移動させることができるので、テーブルを第1の構成例で説明した図5〜図7と同じ軌跡で検査装置等に移動させることができる。具体的には、テーブル8の下の収容空間S内に収容されて第1姿勢をとっているロボットアーム2fを第2姿勢に変化させることにより、テーブル8を検査位置から手術位置へ移動させることができる。或いは、第2姿勢をとっているロボットアーム2fを第1姿勢に変化させることにより、テーブル8を検査位置から手術位置へ移動させることができる。
以上のように、第7の構成例に係るロボット手術台1fによれば、第1から第6の構成例の場合と同様、ロボットアーム2fが第1位置に位置しているときにロボットアーム2fがテーブル8の下の空間である収容空間S内に収容された状態となるため、患者載置用のテーブル8の回りのスペースを十分に確保可能なロボット手術台を提供できる。
以下には、第1〜第7の構成例全てに適用可能な追加の特徴及び変形例を記す。
(8)上述した各構成例においては、手術位置と検査位置との間のテーブルの移動について説明したが、これに限定されない。例えば、カテーテル治療を行う際には各構成例のロボット手術台のテーブルが、治療位置と検査位置との間を移動するようにすればよい。この場合、治療位置において、ロボットアームは第1姿勢をとり、テーブルの下の空間である収容空間内に収容されるので、治療を行う医療従事者の邪魔にならない。
第1〜第7の構成例で示したロボット手術台(場合によっては上述の共通の特徴を付加したロボット手術台)は、アンギオ検査に使用されるX線撮影装置が導入されたハイブリッド手術室のみならず、例えば、磁気共鳴断層撮影装置(MRI)が導入されたハイブリッド手術室に適用することもできる。
2,2a〜2f ロボットアーム
3 ベース
6,6a〜6f リストアセンブリ
8 テーブル
Claims (15)
- 患者載置用のテーブルと、床に固定されるベースに一端が支持され、他端が前記テーブルを支持するロボットアームと、を備えたロボット手術台であって、
前記ロボットアームは、前記テーブルを少なくとも6つの自由度で移動させるように構成されており、前記一端が鉛直軸回りに回転するように前記ベースに支持され、
前記ロボットアームは、前記テーブルが第1位置に位置しているときには、前記テーブルの下の空間である収容空間内に収容された第1姿勢をとる一方、少なくとも一部が前記収容空間内から水平方向へはみ出した第2姿勢をとることにより、前記テーブルを、前記第1位置から離れた第2位置へ移動させることを特徴とする、ロボット手術台。 - 請求項1に記載のロボット手術台において、
前記第1姿勢をとっているときの前記ロボットアームは、前記テーブルの幅方向と平行な方向における寸法が前記テーブルの幅寸法以下であり、前記テーブルの長さ方向と平行な方向における寸法が前記テーブルの長さ寸法以下であることを特徴とする、ロボット手術台。 - 請求項1又は請求項2に記載のロボット手術台において、
前記ロボットアームは、前記テーブルを支持し前記テーブルを少なくとも2つの自由度で移動させるリストアセンブリと、前記リストアセンブリを回転可能に支持する水平軸と、を備え、
前記第1位置には、下降位置と、前記下降位置から前記テーブルが上昇した上昇位置とが含まれ、
前記ロボットアームは、少なくとも前記リストアセンブリを前記水平軸回りに回転させることによって前記テーブルを前記下降位置と前記上昇位置との間で移動させることを特徴とする、ロボット手術台。 - 請求項1又は請求項2に記載のロボット手術台において、
前記ロボットアームは、前記テーブルを少なくとも2つの回転自由度によって移動させる水平多関節アセンブリ、及び前記テーブルを並進自由度によって移動させるために水平面に沿って直線移動するように構成された直線移動アセンブリ、のうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする、ロボット手術台。 - 請求項4に記載のロボット手術台において、
前記ロボットアームは、前記テーブルを支持し前記テーブルを少なくとも2つの自由度で移動させるリストアセンブリを備え、
前記水平多関節アセンブリ又は前記直線移動アセンブリは、前記リストアセンブリを、水平軸回りに回転するように支持することを特徴とする、ロボット手術台。 - 請求項5に記載のロボット手術台において、
前記水平多関節アセンブリは、鉛直軸回りに回転可能なように前記ベースに一端が支持される第1可動部と、鉛直軸回りに回転可能なように前記第1可動部の他端に一端が支持される第2可動部と、を備え、前記第2可動部が前記リストアセンブリを支持することを特徴とする、ロボット手術台。 - 請求項5に記載のロボット手術台において、
前記水平多関節アセンブリは、前記鉛直軸回りに回転可能なように前記ベースに支持される第1可動部と、第2鉛直軸回りに回転可能なように前記第1可動部に一端が支持される第2可動部と、第3鉛直軸回りに回転可能なように前記第2可動部の他端に一端が支持される第3可動部と、を備え、前記第3可動部が前記リストアセンブリを支持することを特徴とする、ロボット手術台。 - 請求項5から請求項7のいずれか1項に記載のロボット手術台において、
前記ロボットアームは、少なくとも2本のリンク部材を有し、前記リンク部材のそれぞれの一端が水平方向に延びる第1連結軸を介して前記水平多関節アセンブリに回転可能に支持されており、前記リンク部材のそれぞれの他端が水平方向に延びる第2連結軸を介して前記リストアセンブリを回転可能に支持する平行リンク機構、を更に備えることを特徴とする、ロボット手術台。 - 請求項5に記載のロボット手術台において、
前記ロボットアームは、鉛直軸回りに回転するように前記ベースに支持されたベース側可動部を更に備え、
前記直線移動アセンブリは、
水平面に沿う方向にスライド移動するように前記ベース側可動部に支持されるとともに、前記リストアセンブリを支持するスライド部、
を備えていることを特徴とする、ロボット手術台。 - 請求項5に記載のロボット手術台において、
前記ロボットアームは、鉛直軸回りに回転するように前記ベースに支持されたベース側可動部を更に備え、
前記直線移動アセンブリは、
水平面に沿う方向にスライド移動するように前記ベース側可動部に支持される第1スライド部と、
前記第1スライド部がスライドする方向と同じ方向にスライド移動するように前記第1スライド部に支持されるとともに、前記リストアセンブリを支持する第2スライド部と、
を備えていることを特徴とする、ロボット手術台。 - 請求項5、9、及び10のいずれか1項に記載のロボット手術台において、
前記ロボットアームは、少なくとも2本のリンク部材を有し、前記リンク部材のそれぞれの一端が水平方向に延びる第1連結軸を介して前記直線移動アセンブリに回転可能に支持されており、前記リンク部材のそれぞれの他端が水平方向に延びる第2連結軸を介して前記リストアセンブリを回転可能に支持する平行リンク機構、を更に備えることを特徴とする、ロボット手術台。 - 請求項3及び請求項5から請求項11のいずれか1項に記載のロボット手術台において、
前記リストアセンブリは、前記テーブルを支持しつつ前記テーブルを線形自由度で移動させるテーブルスライド機構を有していることを特徴とする、ロボット手術台。 - 請求項3及び請求項5から請求項12のいずれか1項に記載のロボット手術台において、
前記リストアセンブリは、前記テーブルにロール動作、ピッチ動作、及びヨー動作をさせるように構成されていることを特徴とする、ロボット手術台。 - 請求項3又は請求項5に記載のロボット手術台において、
前記リストアセンブリは、前記テーブルにロール動作及びピッチ動作をさせるためのスチュワートプラットフォーム型のパラレルリンク機構を更に備え、
前記パラレルリンク機構は、ヨー軸回りに回転可能に支持されることを特徴とする、ロボット手術台。 - 請求項1から請求項14のいずれか1項に記載のロボット手術台において、
前記ロボットアームは、前記テーブルにロール動作、ピッチ動作、及びヨー動作をさせるように構成されていることを特徴とする、ロボット手術台。
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