JP6797945B2 - 患者の位置決めのためのロボットおよびロボットアセンブリ - Google Patents

Description

本開示は、ロボットおよびロボットアセンブリならびに患者位置決めのためのロボット作業セルに関する。

例えば、Ｘ線撮影、コンピュータ断層撮影または核磁気共鳴のような画像診断、及び医療用放射線治療では、患者と、関連する医療機器とについて互いに相対的な位置決めを行い、及び／又は、好ましい方法で互いに相手に向かって移動させなければならない。例えば、放射線療法においては、病的組織のみが照射されるが、健康な組織は照射されないことの確証が必要となる。特に高齢者や障害者の場合、精密な位置決めには大きな努力が必要であるため、偏差を最小限に抑えた最大精度／位置決めを達成することがむずかしくなり、これにより、健康な組織でさえ多くの領域が照射されてしまう。

一方、患者の位置決めのための既存のキネマティックシステム、例えば直線的に移動可能な検査テーブルの形態では、限られた患者移動しかできない。

従って、医療機器に対する患者の相対的な位置及び／又は動きを改善することができるシステムを提供する必要性が存在する。

このために、例えば患者の位置決めのためのロボットが設けられている。ロボットは、複数のロボットエレメントを有するロボットアームを備え、ロボットエレメントは、シャフトユニットによって互いに接続されている。シャフトユニットは、ロボットアームの少なくとも１つの動作軸を画定する。ロボットアームは、それぞれ、ロボットを周囲領域内で配置することを許容する第１の端部領域と、エンドエフェクタを配置することができる第２の端部領域とを備える。第１の端部領域の後に配置された第１のシャフトユニットは、ロボットアームの第１の回転シャフトを画定する。ロボットアームは、第１の回転軸が周囲領域を横切る角度となるように、第１の端部領域によって周囲領域に配置することができる。言い換えれば、ロボットアームは、第１の回転軸が周囲領域に対して傾斜した角度となるように、周囲領域の第１の端部領域によって配置可能とする／配置することができる。周囲の領域に対する傾きは、例えば、０°と９０°との間の任意の傾きと解釈することができる。

言い換えれば、本願発明者らは、初期のタイプの医療機器と比べて、患者を特に精密に、かつ、労せずして位置決めすることを可能にする、新規なキネマティック構造を有するロボットを開発した。以下で説明するように、このキネマティック構造は、特に、周囲との衝突をうまく回避することができるので、堅牢性、コンパクト性および信頼性において、特に優れている。同様に、特に、エンドエフェクタを床に近づけて配置することができ、したがって、作業領域を拡げることが可能となる。

シャフトユニットは、周知のように、直線及び／又は回転シャフトを画定するモータ駆動の多関節ユニットとすることができる。これらはそれぞれ、シャフトユニットに結合されたロボットエレメントがその周りを動くことができる動作軸を形成することができる。少なくとも第１の回転シャフトは、概ね従動回転リンクによって形成することができ、このために、例えばサーボモータのようなモータを備えることができる。具体的な実施形態では、ロボットアームは専ら回転シャフトを有し、以下で説明するように、全体として周辺領域を形成する直線軸上にロボットアームを付加的に配置することができる。

ロボットエレメントは、対応するシャフトユニットに結合させ、ロボットアームの個々のキネマティックエレメントを形成する既知の方法で剛体セクションを形成することができる。例えば、ロボットアームは、一般に、オープンキネマティックチェーンを有することができ、ロボットエレメントは、このチェーンの個々のキネマティックエレメントを形成する。ここで、キネマティックチェーンは、第１の端部領域から延びることができ、第１の端部領域は、周囲領域、例えば部屋に強固に結合され、動作軸を用いることによって、ロボットアームの第２の端部領域とそれに結合されたエンドエフェクタの室内における位置決めを望ましい方法で行うことができる。一般に、第１の端部領域から始めて、シャフトユニットおよび動作軸に昇順に番号を付けることができる。オープンキネマティックチェーンの場合、次の上位のシャフトユニットは、それぞれの場合に先行するシャフトユニットの直後に配置することができる。例えば、第３の回転軸は、第１の回転軸の後に配置された第２の回転軸に追従し、各回転軸は個々のロボットエレメントによって互いに接続される。

ロボットエレメント及び／又はシャフトユニットは、中にケーブル、通信線などを通すために中空領域をさらに含むことができる。これにより、ロボットの干渉領域を拡大したり周囲に引っ掛かったりする可能性のあるケーブルをロボットアームの外側に通さないようにすることができる。

エンドエフェクタは、例えば、患者のためのテーブル面を有することができるハンドリングユニット及び／又は特に検査テーブルである。ここで、検査テーブルとロボットアームの第２の端部領域との接続領域は、テーブル面の中央領域の外側、特にテーブル面の幾何学的中心の外側に配置することができる。言い換えれば、ロボットアームは、そのテーブル面に対して中心からずれた領域内で検査テーブルに結合することができる。比喩的に言えば、検査テーブルはこのようにして自由にロボットアームの上に突き出すことができ、またはロボットアームから突き出すことができる。ロボットアームは、検査テーブルの下側で検査テーブルに結合することができ、一般に、検査テーブルを下から持ち上げまたは支持することができる。

周囲領域に配置するために、第１の端部領域は、例えば、第１の端部領域の穴に挿入されるボルトのような、既知の結合領域及び／又は適切な結合要素をさらに含むことができる。結合領域は、同様に、ロボットアームを部屋の中でさらに移動させることができるように、以下に説明するリニアシャフトユニットへの結合を容易にすることができる。したがって、この構成は、周囲への機械的結合、特に、取り付け用アタッチメントを含むことができる。

第１の回転シャフトに対する上述の角度の選択のために、これは、一般に、傾斜させて、すなわち、水平と空間的に垂直な平面との間に配置することができる。周囲領域は、例えば、回転軸がそれに対して傾斜している平坦なレベルをさらに画定することができる。換言すれば、ロボットアームは、いわば、周囲領域に対して傾けて、または斜めに延びることができる。

これにより、特に患者の位置決めのために使用されるときに、特に適切な移動性ならびに好ましい力／トルクの伝達のために使用されるときに、全体的に、ロボットのコンパクトな設計を達成することができる。例えば、本発明者らは、斜めになった第１の回転軸がいわゆるバックラッシュ故障を減少させ、さらにコンパクトな構成で偏った又はジブ状の荷重伝達領域を、特に高い信頼度で扱うことができることを認識した。したがって、個々のシャフトユニットの駆動ユニットは（例えば、サーボモータのようなモータの形態で）、より小型でより力を弱めて形成することができ、同じ又はよりコンパクトな設計でより大きな負荷を動かすことができる。

特に、本発明者らは、この運動学的態様が、下側からの力を導入することによって（従って比喩的に言えば、下から荷重を支持又は持ち上げるので）、荷重の支持および持ち上げに有利であることを認識している。この荷重の場合、特に、ロボットアームに作用する高い圧力および強い曲げ力が関与する。

これに関連して、第１の回転軸は、周囲領域に対して約１０°と約８０°との間の角度、例えば約２０°から約７０°まで、例えば約４５°である。また、第１の回転軸は、周囲領域に対して約３０°から約６０°まで、又は約４０°から約５０°までの角度となる。

さらなる発展形態によれば、第１の端部領域は、第１の回転軸に対する角度が周囲領域に対する角度と同じである接続面を具備する。例えば、この接続面は、ここでは周囲領域に平行に延在することができる。言い換えれば、第１のシャフトユニット又は少なくともその第１の回転軸は、特に、第１の端部領域の接続面に対して、ロボットの構造の内部で傾斜していることになる。ここで、接続面は、上述した第１の端部領域の結合領域を具備するか又は形成することができる。特に、接続面は、板状構成要素を有することができ、板状構成要素は、その上側が第１のシャフトユニットにさらに接続され、下側が周囲領域に面している。下側および上側は、例えば、互いに実質的に平行に延びている。

周囲領域が、実質的に水平面と、例えば、床面とを備える形態をさらに提供することができる。従って、ロボットは、水平面上、特に床面上に第１の端部領域でロボットアームを固定するように一般的に形成することができる。水平空間面は、以下に説明するリニアシャフトユニットによって同様に形成することができ、それによってロボットを室内で動かすことができる。

別の態様によれば、接続面は、少なくとも２つの結合エレメントによって周囲領域に結合され、第１のロボットエレメントへの第１のシャフトユニットの接続領域は実質的に結合エレメントの間に配置される。既に言及したように、結合エレメントは、例えばベアリングエレメントまたは案内エレメント及び／又は駆動装置（例えば、リニアモータ）のような、ロボットを配置する別のリニアシャフトユニットに結合するためのボルト及び／又は結合のためのエレメントのような連結エレメントであってもよい。

結合エレメントの間に接続領域を配置することにより、周囲領域への力伝達、したがって周囲領域でのロボットの支持を改善することができる。特に、安定性を損なうレバーアームをこのようにして減少させることができる。用語「間」は、ここでは、２つの結合エレメントの間の、任意の中間空間を指すことができる。特に、接続領域および結合エレメントは、異なる高さにあり、異なる高さを有することができる。これにより、共通平面への投影と、仮想線による結合エレメントの接続とによって、接続領域は、この線に沿った任意の位置にあり（しかし、直接この線上あるとは限らない）、従って、結合エレメントの間にあることが分かる。

第１のロボットエレメントとの接続点を周辺領域に対して垂直方向の距離を短くして配置できるので、第１の回転軸の傾斜位置により、レバーアームの安定性を損なうことも低減することができる。このことは、垂直に直立させた第１の回転シャフトの既知のロボットの運動学と比較したときによく当てはまる。

これに関連して、接続面は、接続面の異なるコーナー領域に配置され、実質的に長方形の領域に及ぶ少なくとも４つの結合エレメントを具備することができる。ここで、接続面は、対応するコーナー領域を有する板状構成要素を含むことができる。この場合、第１のシャフトユニットの接続領域は、実質的に矩形領域の対角線の交点の領域に配置することができる。同様に、連結領域は、一般的に少なくとも２つの結合エレメントの間の実質的中心に配置することができる。

さらなる発展形態では、ロボットアームは、第１のシャフトユニットの後に配置された、第２のシャフトユニットをさらに具備し、第２のシャフトユニットはロボットアームの第２の回転軸を画定する。すでに説明したように、これは、特に、ロボットアームのキネマティックチェーンの内側のすぐ後ろに配置されたシャフトユニットとすることができ、シャフトユニットは、例えば、共通のロボットエレメントによって互いに結合される。

これに関連して、ロボットアームは、第２のシャフトユニットが、例えば、周囲領域に直接向かい合うように、第２のシャフトユニットを周囲領域に近づけるように形成することができる。第１のシャフトユニットの回転範囲は、この目的に合わせて選択することができ、及び／又は第１と第２のシャフトユニットとを接続するロボットエレメントはそれに応じて設計することができる。例えば、このロボットエレメントは、実質的に直線状（及び／又は円筒状）である。従って、ロボットアームは、シャフトユニットを介して、第２のシャフトユニットをロボットが結合されている床領域に特に近付け、一般的には、ロボットの第１の端部領域に近付けるような配置ができるようにすることができる。この場合、対応する周囲領域との距離は、約２ｃｍと約５０ｃｍとの間、例えば、約５ｃｍと約２０ｃｍとの間、又は約２ｃｍと約１０ｃｍとの間である。

これに関連して、ロボットアームの第１の回転軸および第２の回転軸が、互いに約９０°ねじれており、一般に、両方の回転軸に対して実質的に垂直な直線でつなぐことができる。つなぐ直線は、この場合、対応するシャフトユニットを接続するロボットエレメントに沿って延びることができる。言い換えれば、第１の回転軸及び第２の回転軸（少なくとも共通平面への投影において）は、互いに対して実質的に垂直に延びることができる。その結果、第２の回転軸は、周囲領域に対して傾斜することもできるし、周囲領域と対応する方向に向けることもできる。

斜めに走る第１の回転軸とこれに実質的に垂直な第２の回転軸の運動学的順序により、特に水平な周囲領域に、特に患者の医療機器に対する位置決めのためにロボットを配置する場合、コンパクトな空間において特に大きな移動が可能となる。以下に説明するように、ロボットはこのように形成され、著しく床に近接して動作することも可能であり、隣接する装置との衝突のリスクを低減する。ロボットアーム上に配置された検査テーブルの場合、これは検査テーブルを床から短距離に配置することができるので、検査テーブルへの簡単で便利なアクセスを容易にする。

ロボットは、ロボットアームの対応する第３の回転軸を画定する、第１のシャフトユニット及び第２のシャフトユニットの後に配置された第３のシャフトユニットと、随意的に、ロボットアームの対応する第４の回転軸及び第５の回転軸を画定する、第３のシャフトユニットの後に配置された第４のシャフトユニット及び第５のシャフトユニットをさらに具備することができる。上記の場合と同様に、各シャフトユニットは、キネマティックチェーン内で直接的に互いに追従することができ、及び／又は共通のロボットエレメントによって互いに結合することができる。したがって、ロボットアームは、例えば、ロボットアーム内部で唯一の動作軸を形成する５つ以下の回転軸を具備することができる。本発明者は、特に、上述した傾いた基本的な運動と相互作用を行うこの数のロボット軸により、患者の位置決めのための信頼性のある十分な移動性が可能になり、同時にロボットのコンパクトな設計ができることを認めた。

第１のシャフトユニット及び第２のシャフトユニットは、ここではタレットセグメントによって結合することができる。

第３のシャフトユニット、第４のシャフトユニット、及び第５のシャフトユニットは、一般的に知られているロボットリストユニットを形成することができる。例えば、これらの（第３〜第５の）シャフトユニットの回転シャフトは、少なくとも直近の回転シャフトに対して垂直に配置されている。これらのシャフトユニットの全ての回転軸はまた、少なくともロボットの通常の動作（検査テーブルを下から持ち上げて支える）中に、互いに直交するか又はそのような方向に向きを変えることができる。

これに関連して、さらに、第３の回転軸が第２の回転軸に対してほぼ垂直に延びるようにすること可能である。

さらなる態様によれば、第２のシャフトユニット及び第３のシャフトユニットは、相互に約３０ｃｍから約２ｍまでの範囲の間隔を有し、例えば、約６０ｃｍから約１．５０ｍまでの範囲の間隔を有する。間隔は約６０ｃｍから約１．２０ｍまでの範囲とすることもできる。この変形例によれば、例えば、第３のシャフトユニット及びそれに接続された他のシャフトユニットが一緒になってロボットアームのリストユニットを形成することにより、第１のシャフトユニット及び第２のシャフトユニットに対して最小距離に配置することができる。距離は、ここでは、第２のシャフトユニット及び第３のシャフトユニットを接続するロボットエレメントによって定められ、及び／又はこれに沿って測定することができる。

この結果、第１のシャフトユニット及び第２のシャフトユニットは、ロボットアームの第２の端部領域から距離を置いて配置することが可能となり、衝突の回避に好都合とすることができる。例えば、これによりロボットの第２の端部領域を比較的大きな第１の軸ユニット及び第２の（基本）軸ユニットから距離を置いて配置することができ、したがって、その付近で比較的大きな自由空間を利用できるようにすることが可能となる。換言すれば、ロボットは、比較的小さいサイズを有し、したがって、第２の端部領域の近くでの干渉領域を低減することができる。したがって、この端部領域は、例えば、医療機器の近くまたは内部に、比較的狭い作業領域であっても配置することができる。

本開示はさらに、先の態様の１つに従うロボットを備え、その周囲領域は、リニアシャフトユニットを備え(及び／又はこれにより形成され）、ロボットアームは、その第１の端部領域により配置される。これによりロボットの全体的な作業空間を増やすことができ、特に全体的に円筒形の形状とみなすことができる。

リニアシャフトユニットは、既知の方法でロボットに結合し、空間内で直線的に動かすことができる。既に示されているように、これは、接続面及び／又はロボットアームの第１端部領域の結合領域によって行うことができる。さらに、結合エレメントは、このために、例えば、ガイドエレメント又はベアリングエレメント又は駆動装置などを、リニアモータ又はこれに結合可能なユニットの形態で使用することができ、例えば、リニアシャフトユニットのガイドレールに沿ってロボットを移動させることができる。

これに関連して、リニアシャフトユニットは直線動作軸を画定することができ、ロボットの第１の回転軸とこの直線動作軸とがなす角は、周囲領域に対して同じ角度とすることができる。言い換えれば、ロボットが移動可能な直線運動軸は、例えば、水平周囲領域及び／又はロボットアームの第１の端部領域の接続面に平行に延びることができる。したがって、一般に、ロボットアームの第１の回転軸は、同様に直線運動軸に対して傾斜して動くことができる。直線動作軸は、平面内で既知の方法でロボットを容易に並進させることができるが、この場合、湾曲した又は曲がった移動経路を画定することもできることに留意すべきである。

また、リニアシャフトユニットを床面に配置することも可能である。この場合、ロボットを床のごく近くで動作させることを保証し、したがって、第１の回転シャフトが傾斜していることにより、干渉領域を低減し、好ましい移動性を有する。

別の態様によれば、ロボット（特にそのロボットアーム）の運動学的特性及び／又は弾性特性の較正は、直線軸のいくつかの位置で、例えば、直線軸に沿って一定の間隔で、行うことができることが知られている。このようにして、対応する較正データが、直線軸に沿った各位置についての補間または同様の方法によって得られ、格納することができ、このデータをロボットの制御中に参照することができる。従って、ロボットと直線軸との間のローカルな相互作用を考慮に入れることができるので、線形軸全体に沿った高い位置決め精度を保証することができる。

リニアシャフトユニットは、直線軸の延びに柔軟に適応させるために、例えば長さ約１ｍの個々のモジュールの形状とすることができる。

最後に、本開示はまた、先の態様の１つによる床領域とロボットアセンブリとを具備し、リニアシャフトユニットが床領域に配置されたロボット作業セルに関する。これに関連して、ロボット作業セルは、医療用撮像機器及び／又は医療用放射線治療機器をさらに具備する、ロボットアセンブリは、医療機器の作業領域に患者を配置するように形成される。

このために、ロボットアセンブリ、特にそのリニアシャフトユニットをロボット作業セルの内部に配置することができ、ロボットアセンブリの作業領域と医療機器が所望の方法で重なり合うように医療機器に対して配置することができる。特に、この場合、ロボットアセンブリは、上述の方法で検査テーブルに結合され、検査テーブルを機器に対して所望の方法で位置決めするように形成される。

１つの例は、医療用撮像機器が、リニアシャフトユニットに対して、リニアシャフトの駆動によってロボットによって方向付けられた患者が医療用撮像機器の作業領域内に滑り込ませることができるように配置される。これは、例えば、患者を少なくとも部分的に滑り込ませなければならない既知のコンピュータ断層撮影スキャナに適用される。医療機器は、このために、リニアシャフトの（軸方向の）端部領域またはその近傍に配置することができる。

別の変形例によれば、ロボット作業セルは、いくつかのそのような医療機器を具備し、ロボットアセンブリは、特に、リニアシャフトユニットを適切に延ばすことによって、全ての医療機器に対して好ましい態様で患者を位置決めを行うように形成される。これは、患者をほとんど労力をかけずに動かすことができ、撮像機器（例えば、コンピュータ断層撮影スキャナ）と放射線治療のための機器との間の好ましい位置を保持することができるので、治療室の自由度を高めることができる。このために、機器は、一般に、線形軸に沿った共通の側部またはその反対側に、及び／又は、コーナー（リニアシャフトの軸方向端部の１つの機器及びリニアシャフトの横方向に沿った１つの機器）に配置することができる。リニアシャフトユニットの対応する端部領域又はその近傍で、対向する機器の配置もまた考えられる。

さらに図面を参照して本開示を説明する。これらの図は概略的に示すものである。
例示的な実施形態による患者位置決めのためのロボットの斜視図である。 例示的な実施形態による患者位置決めのためのロボットの斜視図である。 例示的な実施形態による患者位置決めのためのロボットの斜視図である。 図１〜３のロボットのロボットアームの分解図である。 図１〜３ａのロボットのリストユニットの詳細図である。 図１〜３の例示的な実施形態によるロボットと、リニアシャフトユニットとを具備するロボットアセンブリの斜視図である。 図４によるロボットアセンブリを具備するロボット作業セルの種々の動作状態の平面図である。 図４によるロボットアセンブリを具備するロボット作業セルの種々の動作状態の平面図である。 図４によるロボットアセンブリを具備するロボット作業セルの種々の動作状態の平面図である。 図５ａ〜５ｃに類似するロボット作業セルの斜視図である。 図５ａ〜５ｃに類似するロボット作業セルの斜視図である。 図５ａ〜５ｃに類似するロボット作業セルの斜視図である。 ロボットが特に床に近い位置にある、先の図に示したロボット作業セルの斜視図である。 ロボットが特に床に近い位置にある、先の図に示したロボット作業セルの斜視図である。 複数の治療機器を具備する、先に示した図に類似したロボット作業セルの平面図である。 複数の治療機器を具備する、先に示した図に類似したロボット作業セルの平面図である。

限定するものではないが、本開示を完全に理解するための具体的な詳細を以下に説明する。しかしながら、当業者には、以下に説明する詳細とは相違することのある他の例示的な実施形態において、本開示内容を使用することができることは明らかである。

図１は、第１の例示的な実施形態によるロボット１０を示す。ロボット１０は、ロボットアーム１２を有し、ロボットアーム１２は第１の端部領域１４を具備し、これによりロボット１０が周囲領域（図示されず）に設けられ、ロボットアーム１２は機械的に第１の端部領域に結合され得る。ここで第１の端部領域１４は、後述するように、接続面及び水平面への結合領域を形成する板状構成要素１６を具備する。

板状構成要素１６から出発して、ロボットアーム１２は開いたキネマティックチェーンとして部屋内に延び、このチェーンは検査テーブル１８の形でエンドエフェクタを有する第２の端部領域１５を有する。検査テーブル１８は既知の方法でロボットアーム１２の第２の端部領域と結合する。

以下では、ロボットアーム１２のキネマティック構造について説明する。ロボットアーム１２は、板状構成要素１６から出発して、ロボットアーム１２の第１の回転軸Ｒ１を画定する第１の回転シャフトユニットＡ１を具備する。第１の回転シャフトユニットＡ１は、以下に説明する他の回転シャフトユニットＡ２〜Ａ５と同様に、モータ、例えばサーボモータによって駆動される一般に知られた構造の回転継手を具備する。例えば金属から形成されているので、一般に堅固に形成された第１のロボットエレメントＧ１は、第１の軸ユニットＡ１から延びている。

第１のロボットエレメントＧ１は、第２の回転軸Ｒ２を画定する第２の回転シャフトユニットＡ２に続いている。第２の回転軸Ｒ２と第１の回転軸Ｒ１とは、ロボットエレメントＧ１によって互いに離れているが、互いに垂直に延びていることが分かる。言い換えれば、これらの回転軸Ｒ１、Ｒ２は、少なくとも互いに突き出た状態で互いに直角をなしている。同様に、これらの軸は、両方の回転軸Ｒ１、Ｒ２に垂直な仮想の直線（図示せず）によって結ぶことができる。

第２の回転シャフトユニットＡ２から、第２のロボットエレメントＧ２が第３の回転シャフトユニットＡ３に続き、第３の回転シャフトユニットＡ３は第３の回転軸Ｒ３を画定する。第３の回転軸Ｒ３は、第２の回転軸Ｒ２に直交して延びている。第２の回転シャフトユニットＡ２と第３の回転シャフトユニットＡ３との接続は、ここではタレットセグメントを介して達成される。

第３回転シャフトユニットＡ３は、ロボットアーム１２のリストユニット２０の一部であり、既知の方法で、回転軸Ｒ４、Ｒ５を有する他の２つ（第４及び第５）の回転シャフトユニットＡ４、Ａ５を具備し、第３及び第４のロボットエレメントＧ３およびＧ４（図１では部分的に隠れている）によって相互に接続されている。リストユニット２０の回転軸Ｒ３〜Ｒ５もまた、それぞれの場合に既知の方法で前の軸と直角であり、通常の動作（例えば、検査テーブル１８を下から持ち上げて支持する動作）では、それらがリストユニット２０の他のすべての軸に実質的に垂直になるよう構成される。

図２では、第１の回転軸Ｒ１が板状構成要素１６に対して傾斜して延び、これによって画定される周囲への接続面が本機構の特別な特徴として認識される。より正確に言えば、回転軸Ｒ１は、例えば板状構成要素１６に対して４５°の角度Ｗで延びている。

図２及び図３において、図１のロボット１０は、他の斜視図として示されており、ロボットアーム１２は、場合によって別々の動作位置をとることになる。

特に図２では、ロボットアーム１２は、第２の接続領域１５が縁部領域の近くにあり、従って幾何学的中心Ｍからずれた状態で、検査テーブル１８に結合されていることが分かる。ここでロボット１０は、検査テーブル１８の上面Ｏを患者Ｐのためのテーブル面として完全に使用することができるよう、検査テーブル１８を下側から持ち上げ支持する。従って、荷重伝達は、図２の加圧負荷Ｄで示すように、ロボットアーム１２に著しく中心から離れた状態で行われる。一方、より大きい自由空間が患者Ｐの周りに生じるので、検査テーブル１８を医療機器の近くまたは内部に衝突のないように配置することができる。

図３において、第２のロボットエレメントＧ２により、第２の回転シャフトユニットＡ２と第３の回転シャフトユニットＡ３との間の距離Ａが定まり、この距離は本例では１ｍに相当することが分かる。その結果、ロボットアーム１２のリストユニット２０も、先の回転シャフトユニットＡ１と回転シャフトユニットＡ２との間の距離Ａを持たせて配置される。

これにより、リストユニット２０に近い干渉領域を低減させるので、比較的大きなベースシャフトとして動作するリストユニット２０を、回転シャフトユニットＡ１、Ａ２から離間して配置することが可能となる。またこのことは、周囲との衝突の回避に寄与することにもなる。

図２に戻ると、第１の回転シャフトユニットＡ１と第１のロボットエレメントＧ１との接続領域Ｖは、接続面の上方または接続面の領域内に配置されていることが明らかである。より正確には、接続領域Ｖは、板状構成要素１６の幾何学的中心Ｍ２のほぼ真上に配置されている。板状構成要素１６は、実質的に矩形に形成されており、そのコーナー領域Ｅのそれぞれに（この図２では、すべてのコーナー領域Ｅを識別することはできない）、以下に説明するリニアシャフトユニットＬへの機械的接続のための結合エレメントを具備する。したがって、接続領域Ｖは、実質的に、コーナー領域Ｅの対角線上、特に、それぞれ対向する２つの結合エレメントの間にある。これにより、有効なレバーアームの長さを短くし、板状構成要素１６及びそれに結合された周囲領域への確実な支持及び力の伝達が可能になる。

図３ａでは、ロボット１０のロボットアーム１２が分解図で示されている。個々の軸ユニットＡ１〜Ａ５の位置は、ロボットエレメントＧ１〜Ｇ４の延長と共に、ここで再び認められる。特に、第１のシャフトユニット及び第２のシャフトユニットを連結するロボットエレメントＧ１がタレットセグメントの形態で構成され、回転軸Ｒ１と回転軸Ｒ２とが互いに９０°だけねじれていることが分かる。

最後に、図３ｂには、３つのシャフトユニットＡ３〜Ａ５を既知の方法で具備するリストユニット２０の詳細が示されている。図示の位置では、第３の回転軸Ｒ３と第５の回転軸Ｒ５は一致しており、第４の回転軸Ｒ４に対して垂直である。図１に示すように、通常の動作（検査テーブル１８の下からの持ち上げ及び支持）において、回転軸Ｒ３〜Ｒ５は、すべての回転軸Ｒ３〜Ｒ５が実質的にお互いに直交するようなっている。

図４は、図１〜図３を参照して上述したロボット１０と、リニアシャフトユニットＬとを具備するロボットアセンブリを示す。リニアシャフトユニットＬは、互いに平行な２つのガイドレール３０を備え、全体として部屋の水平な床面Ｂ上にある。従って、リニアシャフトユニットＬは、ロボット１０が置かれている水平面の形で周囲領域を形成する。さらに、リニアシャフトユニットＬは、同様に水平な床面Ｂに平行に延び、それに沿ってロボット１０を室内で動かすことができる直線（または並進）動作軸Ｌ１を画定する。この目的のために、ロボットアーム１２は、板状構成要素１６、及び、上に説明したようにその上にある結合エレメントを介して、リニアシャフトユニットＬの駆動ユニットに接続されるので、直線軸Ｌ１に沿った移動が容易になる。駆動ユニットは、例えば、リニアモータで形成することができ、結合エレメントは、ロボット１０を結合するために、ボルト、接着部、その他の取り付け要素を具備することができる。

図４では、ロボットアーム１２の第１の回転シャフトユニットＲ１の傾斜が、板状構成要素１６または第１の端部領域１４の接続面に対して、角度Ｗの形で再度示されている。回転シャフトユニットＲ１は、リニアシャフトユニットＬ及び直線軸Ｌ１と同じ角度Ｗをなし、従って、これに平行な水平な床面Ｂとも同じ角度Ｗをなすことが分かる。

図５ａ〜図５ｃは、図４によるロボットアセンブリと医療用放射線治療機器３２とを含むロボット作業セルの異なる動作状態の平面図を示す。ロボット１０は、ロボット１０の上に装着する検査テーブル１８と、ロボット１０を室内で移動させるためのリニアシャフトユニットＬと共に、具体的に示されている。図５ａ〜図５ｃは、ここでは、ロボットアーム１２の個々の軸Ｒ１〜Ｒ５とロボットエレメントＧ１〜Ｇ４の種々の配置を例として示しており、このようにして、患者Ｐ（そして、図示の場合、患者の頭部領域）の位置を、治療機器３２の照射作業領域に合わせることができる。個々のロボットシャフトユニットＡ１〜Ａ５及びリニアシャフトユニットＬの協調動作によって、図５ａ〜図５ｃに示す配置間で連続的な移動を行うこともできる。コンパクトな設計としたので、ロボット１０は、十分厳密性を有する小さな干渉領域があるだけなので、衝突を回避しながら治療機器３２に近づき治療機器３２に沿って動くことができる。

図６ａ〜図６ｃは、図５ａ〜図５ｃと同様に、異なる動作状態にあるロボット作業セルの斜視図であり、放射線治療機器３２に対する患者Ｐの相対位置がロボット１０によって好ましい態様で決められる。

図７ａ及び図７ｂは、ロボット１０が特に床に近い位置にある、先の図に示したロボット作業セルの斜視図である。より正確には、第１のロボットエレメントＧ１は、第１の回転軸Ｒ１によってリニアシャフトユニットＬの方向に回転し、第２の回転シャフトユニットＡ２が板状構成要素１６の真上に配置されていることが分かる。ここから出発して、第２のロボットエレメントＧ２は実質的に直線的に延びているので、ロボットアーム１２のリストユニット２０は床面に対して低い高さ（または小さな垂直距離）に配置される。

図８ａ及び図８ｂは、複数の治療機器３２、３４を具備する、先に示した図に類似したロボット作業セルの最終状態を示す平面図である。ロボット作業セルは、それぞれ、放射線治療機器３２及び画像化コンピュータ断層撮影スキャナ３４を具備する。図８ａに示したような場合、両方の治療機器３２、３４は、直線軸Ｌ１に沿って同じ側に配置される。リニアシャフトユニットＬは、ここでは、ロボット１０が機器３２、３４のうちの１つの作業領域に任意に患者を位置付けすることができるように配置されている。

図８ｂに示したような場合、コンピュータ断層撮影スキャナ３４は、リニアシャフトユニットＬの一方の軸端Ｚにあり、ロボット１０を介して、適切な向きに（特に直線軸Ｌ１に平行に）患者Ｐを、線形シャフトユニットＬによってコンピュータ断層撮影スキャナ３４内に滑り込ませることができる。しかし同時に、放射線治療機器３２の作業領域内における患者Ｐの配置調整も可能である。この目的のために、患者Ｐの向きは、図５ａ〜５ｃ及び図６ａ〜６ｃに示されている位置操作と同様にして、ロボットアセンブリによって決めることができる。

Claims (13)

1. 患者の位置決めのための、ロボットアセンブリであって、シャフトユニットによって互いに接続された複数のロボットエレメントを有するロボットアームを具備し、
   前記シャフトユニットは、各々前記ロボットアームの少なくとも１つの移動軸を画定し、
   前記ロボットアームは、前記ロボットアセンブリの周囲領域に配置可能な第１の端部領域と、検査テーブルを配置することができる第２の端部領域とを具備し、
   前記第１の端部領域の後に配置した第１のシャフトユニットは前記ロボットアームの第１の回転軸を画定し、
   前記周囲領域は、リニアシャフトユニットを具備し、
   前記リニアシャフトユニットは、それに沿って前記ロボットアームの直線移動を可能とする直線運動軸を画定し、
   前記ロボットアームは、前記第１の回転軸が前記周囲領域を一定の角度で横切るとともに、前記直線運動軸を一定の角度で横切るように、前記第１の端部領域によって前記リニアシャフトユニットに取り付けることが可能であり、
   前記検査テーブルは、前記第１の回転軸のシャフトを回転させることでその高さを変化させることが可能である、
   ことを特徴とするロボットアセンブリ。
2. 前記第１の回転軸は、前記周囲領域に対して１０°と８０°との間の角度、２０°から７０°までの角度、又は４５°の角度となることを特徴とする請求項１に記載のロボットアセンブリ。
3. 前記第１の端部領域は、前記第１の回転軸に対する角度が周囲領域に対する角度と実質的に同じである接続面を具備することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロボットアセンブリ。
4. 前記周囲領域は、実質的に水平な面と、床面とを具備することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のロボットアセンブリ。
5. 接続面は、少なくとも２つの結合エレメントによって前記周囲領域に結合され、第１のロボットエレメントへの前記第１のシャフトユニットの接続領域は実質的に結合エレメントの間に配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のロボットアセンブリ。
6. 前記ロボットアームは、前記第１のシャフトユニットの後に配置され、ロボットアームの第２の回転軸を画定する第２のシャフトユニットをさらに具備することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のロボットアセンブリ。
7. 前記ロボットアームは、前記第１のシャフトユニット及び第２のシャフトユニットの後に配置された第３のシャフトユニットであって、前記ロボットアームの第３の回転軸を画定することを特徴とする第３のシャフトユニットを具備し、前記第３のシャフトユニットの後に配置された第４のシャフトユニット及び第５のシャフトユニットであって、前記ロボットアームの対応する第４の回転軸及び第５の回転軸を画定することを特徴とする第４のシャフトユニット及び第５のシャフトユニットも具備することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のロボットアセンブリ。
8. 前記第３の回転軸は、第２の回転軸に対して実質的に垂直であることを特徴とする請求項７に記載のロボットアセンブリ。
9. 前記第２のシャフトユニットと前記第３のシャフトユニット（Ａ２、Ａ３）とは、相互に３０ｃｍから２ｍまでの範囲の間隔を有し、６０ｃｍから１．５０ｍまでの範囲の間隔を有することを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のロボットアセンブリ。
10. 前記第１の回転軸が前記直線運動軸を横切る角度は、前記第１の回転軸が前記周囲領域を横切る角度と同じとなることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のロボットアセンブリ。
11. 前記リニアシャフトユニットは、床面に配置することが可能であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載のロボットアセンブリ。
12. 床面と、
    前記リニアシャフトユニットが、前記床面に配置されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載のロボットアセンブリと、
    を具備するロボット作業セル。
13. 医療用撮像機器及び／又は医療用放射線治療機器を更に具備し、前記ロボットアセンブリは、医療機器の作業領域に患者を配置するように形成されることを特徴とする、請求項１２に記載のロボット作業セル。

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