JP6673140B2

JP6673140B2 - アーム装置

Info

Publication number: JP6673140B2
Application number: JP2016206046A
Authority: JP
Inventors: 和孝豊田; 剛植山
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-10-20
Filing date: 2016-10-20
Publication date: 2020-03-25
Anticipated expiration: 2036-10-20
Also published as: JP2018065223A

Description

本開示は、多関節アームの端部に設置された作業部により対象物体に対する作業を行う技術に関する。

多関節アームの端部に設置された作業部により、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、対象物体である人体の患部に、多関節アームの端部に設置された治療用振動子から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には、さらに、治療用振動子の中央部に設置された診断用振動子からＨＩＦＵとは別の超音波を患者の患部に照射し、患部の超音波画像を表示する技術が開示されている。診断用振動子は、治療用振動子が照射するＨＩＦＵの減衰を抑制するため、治療用振動子とともに水槽内に配置される。

特開２０１４−２０４８７６号公報

特許文献１に記載されているように、多関節アームの端部に設置された作業部である診断用振動子が水槽内に配置されると、水槽で覆われた診断用振動子の回転角度を作業者が目で確認することは困難である。その結果、超音波画像の断面位置を変更するために作業部である診断用振動子を回転させると、診断用振動子の回転位置を目で確認できず、超音波画像の断面位置が分からなくなるという問題がある。

本開示の一側面は、対象物体に対する作業部の回転位置を容易に確認する技術を提供することにある。

本開示の一態様は、多関節アーム（１０）と、作業部（４０）と、遮蔽部（５０）と、連動部（６０）と、を備える。
多関節アームは、複数のリンク（１２）が関節により連結されている。作業部は、多関節アームの端部に回転可能に設置され、対象物体に対する作業を行う。遮蔽部は、作業部を覆い、多関節アームの動きに伴って作業部とともに移動する。連動部は、作業部と連動して作業部と同じ回転運動を行う。

この構成によれば、作業部が遮蔽部に覆われていて作業部の回転位置を作業者が目で確認できなくても、作業部と連動して作業部と同じ回転運動を行う連動部を見ることにより、作業部の回転位置を容易に確認できる。

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。

本実施形態のアーム装置を示す構成図。プローブと連動部との回転軸を連結する構成を示す模式図。プローブの回転を禁止および許可する構成を示す模式図。アーム制御処理を示すフローチャート。

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、アーム装置２は、ロボットアーム１０と、支持部２０と、ＨＩＦＵ照射部３０と、水袋５０と、プローブ４０と、連動部６０と、センサ７０と、切り替えスイッチ１００と、アームコントローラ１１０と、を備えている。

ロボットアーム１０は、複数の関節で連結された多関節アームを構成するリンク１２と、各関節等に設置されているモータ１４と、を備えている。モータ１４は、アームコントローラ１１０からの指示によりロボットアーム１０を駆動して動かし、ロボットアーム１０の位置と姿勢とを変化させる。

支持部２０に設置されたモータ１６は、アームコントローラ１１０からの指示により、プローブ４０を駆動してプローブ４０を回転させる。
支持部２０は、ロボットアーム１０の端部に設置され、モータ１６と、ＨＩＦＵ照射部３０と、プローブ４０と、水袋５０と、連動部６０と、センサ７０と、を支持している。

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。尚、ＨＩＦＵ照射部自体で焦点位置を調整できるものを使用してもよい。

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。プローブ４０が受信する反射波は、画像処理され、患部の断層画像として図示しないモニターに表示される。

連動部６０は、プローブ４０の回転位置が分かるように、例えば、プローブ４０と同じ形状を有している。図２に示すように、連動部６０の回転軸６２とプローブ４０の回転軸４２とは、例えばベルト８０により連結されている。一方の回転軸が回転すると、その回転がベルト８０により他方の回転軸に伝わり、回転軸４２と回転軸６２とが連動して回転する。

図３に示すように、回転軸６２の端部には回転板６４が設置されている。そして、回転板６４の軸方向の両面側に一対のブレーキ９０が設置されている。ブレーキ９０は、図示しないスプリングから互いに近づく方向に荷重を受けている。そして、図示しない電磁ソレノイドへの通電がオンの場合、ブレーキ９０は、電磁ソレノイドが生成する電磁力により互いに離れる方向に力を受ける。

したがって、電磁ソレノイドへの通電がオフであり電磁力が作用しない場合、ブレーキ９０は、スプリングの荷重により互いに近づき回転板６４に接触して回転板６４を挟む。これにより、回転板６４の回転が禁止されると、回転軸６２の回転が禁止され連動部６０の回転が禁止される。

そして、図示しない電磁ソレノイドへの通電がオンになり電磁ソレノイドが生成する電磁力によりスプリングの荷重に抗してブレーキ９０が互いに離れる方向に力を受けると、ブレーキ９０は回転板６４から離れる。これにより、回転板６４の回転が許可されると、回転軸６２の回転が許可され連動部６０の回転が許可される。

尚、ブレーキ９０は、互いに離れる方向にスプリングから荷重を受けてもよい。そして、電磁ソレノイドへの通電がオンになると、ブレーキ９０は、電磁ソレノイドが生成する電磁力により互いに近づく方向に力を受ける。

この構成では、電磁ソレノイドへの通電がオフであり電磁力が作用しない場合、スプリングの荷重によりブレーキ９０は回転板６４から離れる。これにより、回転板６４の回転が許可されると、回転軸６２の回転が許可され連動部６０の回転が許可される。

そして、電磁ソレノイドへの通電がオンになり、電磁ソレノイドが生成する電磁力によりスプリングの荷重に抗してブレーキ９０が互いに近づく方向に力を受けると、ブレーキ９０は回転板６４を挟む。これにより、回転板６４の回転が禁止されると、回転軸６２の回転が許可され連動部６０の回転が禁止される。

上記のブレーキの構成に対し、プローブ４０側にブレーキを設置してもよい。例えば、プローブ４０を回転させるモータ１６の回転軸上に、モータ１６の回転を禁止するブレーキを設置してもよい。

図１に示すセンサ７０は、作業者が連動部６０を操作して連動部６０に加わる力の大きさと方向とを検出し、アームコントローラ１１０に出力する。
切り替えスイッチ１００は、作業者により操作され、連動部６０が回転することを禁止するか許可するかを切り替える。

アームコントローラ１１０は、ＣＰＵと、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリとを有する周知のマイクロコンピュータを中心に構成される。アームコントローラ１１０は、ＣＰＵが半導体メモリに記憶されているプログラムを実行することにより、ロボットアーム１０の各関節に設置されているモータ１４の回転を制御し、ロボットアーム１０の位置と姿勢とを制御する。これにより、水袋５０は患者に所定の力で押し付けられる。

さらに、アームコントローラ１１０は、ロボットアーム１０の端部に設置されているモータ１６の回転を制御し、プローブ４０回転位置を制御する。これにより、プローブ４０が照射する超音波により撮像される患部の断層の位置が制御される。

さらに、アームコントローラ１１０は、切り替えスイッチ１００により連動部６０の回転が禁止されると、電磁ソレノイドに通電して電磁力を発生させ、ブレーキ９０を互いに引き付けさせる切り替え制御を実行する。これにより、回転板６４の回転が禁止され、連動部６０の回転が禁止される。連動部６０の回転が禁止されると、プローブ４０の回転も禁止される。

アームコントローラ１１０は、切り替えスイッチ１００により連動部６０の回転が許可されると、電磁ソレノイドへの通電を遮断してブレーキ９０を回転板６４から離す切り替え制御を実行する。これにより、回転板６４の回転が許可され、連動部６０の回転が許可される。連動部６０の回転が許可されると、プローブ４０の回転も許可される。

［２．処理］
図４に示すアーム制御処理は、アーム装置２の電源がオンになるとアームコントローラ１１０により実行される。Ｓ４００においてアームコントローラ１１０は、切り替えスイッチ１００によりアーム制御モードが選択されているか否かを判定する。

アーム制御モードが選択されると、連動部６０の回転が禁止されることにより、プローブ４０の回転が禁止される。さらに、アーム制御モードが選択されると、作業者が操縦する連動部６０の動きに合わせて、ロボットアーム１０の位置と姿勢とが変化する。

アーム制御モードが選択されていないと、連動部６０の回転が許可されることにより、連動部６０はプローブ４０の回転に連動してプローブ４０と同じ回転運動を行う。これにより、水袋５０に覆われているために目で確認できないプローブ４０の回転位置を、連動部６０の回転位置を目で見ることにより確認できる。

さらに、アーム制御モードが選択されていないと、連動部６０の回転が許可されることにより、作業者が連動部６０を回転させると、連動部６０に連動してプローブ４０が回転する。

Ｓ４００の判定がＹｅｓであり、切り替えスイッチ１００によりアーム制御モードが選択されていると、Ｓ４０２においてアームコントローラ１１０は、電磁ソレノイドに通電して連動部６０の回転を禁止する。

Ｓ４０４においてアームコントローラ１１０は、センサ７０の検出信号に基づいて、作業者が連動部６０に加える力の方向にＨＩＦＵ照射部３０とプローブ４０とが移動するように、モータ１４への通電を制御する。Ｓ４０４の実行後、処理はＳ４００に移行する。

Ｓ４００の判定がＮｏであり、切り替えスイッチ１００によりアーム制御モードが選択されていないと、Ｓ４０６においてアームコントローラ１１０は、電磁ソレノイドへの通電を遮断して連動部６０の回転を許可する。

Ｓ４０８においてアームコントローラ１１０は、作業者が連動部６０に回転方向に力を加えていることをセンサ７０の検出信号により検出する。Ｓ４１０においてアームコントローラ１１０は、プローブ４０の回転軸４２を回転させるモータ１６を制御し、連動部６０と同じ角度だけプローブ４０を回転させる。Ｓ４１０の実行後、処理はＳ４００に移行する。

［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）プローブ４０が遮蔽部である水袋５０に遮られ、プローブ４０の回転位置を目で確認できなくても、プローブ４０と連動して連動部６０がプローブ４０と同じ回転運動を行う。これにより、連動部６０の回転位置を目で確認すれば、プローブ４０の回転位置を容易に確認できる。

（２）作業者が連動部６０を回転してプローブ４０の回転位置を調整できるので、作業者が望む回転位置にプローブ４０を速やかに回転させることができる。
（３）連動部６０を操作してＨＩＦＵ照射部３０とプローブ４０とを移動させる場合は、切り替えスイッチ１００によりアーム制御モードを選択し、連動部６０の回転を禁止する。これにより、ＨＩＦＵ照射部３０とプローブ４０との回転位置を変えることなく、ＨＩＦＵ照射部３０とプローブ４０とを作業者の望む位置に移動できる。

上記実施形態では、アーム装置２がアーム装置に対応し、ロボットアーム１０が多関節アームに対応し、リンク１２がリンクに対応し、モータ１４が第１の駆動部に対応し、モータ１６が第２の駆動部に対応し、プローブ４０が作業部に対応し、水袋５０が遮蔽部に対応し、連動部６０が連動部に対応し、ブレーキ９０が切り替え部に対応し、アームコントローラ１１０が制御部に対応する。

また、Ｓ４００〜Ｓ４１０が制御部の処理に対応する。
［４．他の実施形態］
（１）ＨＩＦＵを照射する医療行為以外に、プローブ４０を作業部として、人体の患部に放射線を照射して治療する医療行為にアーム装置を使用してもよい。

また、医療行為に限らず、作業対象に対する作業を行う作業部が遮蔽部に覆われるために作業部の回転位置を目で確認できない分野に、アーム装置を使用してもよい。
（２）アーム装置の多関節アームは、モータ等の駆動部を備えていない構成でもよい。この場合、作業者が連動部を操作して多関節アームを動かし、所望の位置に作業部を移動させる。

（３）作業部であるプローブ４０は、回転軸４２の軸回りだけに限らず、例えばボールと凹面とをジョイントとした３次元の回転運動を行ってもよい。
（４）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。

（５）上述したアーム装置の他、当該アーム装置を構成要素とするアームシステム、当該アーム装置としてコンピュータを機能させるためのアーム制御プログラム、このアーム制御プログラムを記録した記録媒体、アーム制御方法など、種々の形態で本発明を実現することもできる。

２：アーム装置、１０：ロボットアーム（多関節アーム）、１２：リンク、１４：モータ（第１の駆動部）、１６：モータ（第２の駆動部）、３０：ＨＩＦＵ照射部、４０：プローブ（作業部）、５０：水袋（遮蔽部）、６０：連動部、９０：ブレーキ（切り替え部）

Claims

複数のリンク（１２）が関節により連結された多関節アーム（１０）と、
前記多関節アームの端部に回転可能に設置され、対象物体に対する作業を行うように構成された作業部（４０）と、
前記作業部を覆い、前記多関節アームの動きに伴って前記作業部とともに移動するように構成された遮蔽部（５０）と、
前記作業部と連動して前記作業部と同じ回転運動を行うように構成された連動部（６０）と、
を備えるアーム装置（２）。
請求項１に記載のアーム装置において、
前記作業部と前記連動部とが回転することを禁止するか許可するかを切り替えるように構成された切り替え部（９０）をさらに備える、
アーム装置。
請求項１または２に記載のアーム装置において、
前記多関節アームは、前記多関節アームを駆動して前記多関節アームを動かすように構成された第１の駆動部（１４）を前記関節に有し、
前記作業部を駆動するように構成された第２の駆動部（１６）と、
前記第１の駆動部と前記第２の駆動部とを制御する制御部（１１０、Ｓ４００〜Ｓ４１０）と、
をさらに備えるアーム装置。
請求項２を引用する請求項３に記載のアーム装置において、
前記制御部（Ｓ４０２、Ｓ４０６）は、前記切り替え部に対する切り替え制御を実行する、
アーム装置。
請求項４に記載のアーム装置において、
前記制御部は、作業者が操作する切り替えスイッチ（１００）の出力に応じて前記切り替え部に対する切り替え制御を実行する、
アーム装置。
請求項１から５のいずれか一項に記載のアーム装置において、
医療行為に使用される、
アーム装置。