JP7248303B2 - ロボット装置 - Google Patents
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Description
請求項1乃至請求項28のいずれか1項に記載の装置。この点で、前記細長い本体は、前記構造体内の前記細長い本体の前記位置及び/又は向きに関する情報を前記制御システムへ出力するように構成されたセンサシステムを備えてもよい。
移動ロボット装置。
[I.はじめに]
大腸癌は世界の既知の癌症例の約10%を占めており、そのため医療サービスにとって深刻なコスト負担となっている(段落0202に記載の文献2参照)。不快感への恐怖が、患者が定期的な腸検診に参加しない重要な理由であることを示唆する証拠がある。定期的な検診は、腸癌の予防にとって最良且つ最も効果的な方法の1つであるため(段落0202に記載の文献19参照)、検診対象患者の半数よりわずかに多い人が大腸内視鏡検査を受けることを拒否するという事実は、検診計画の努力を損なうものである。従来のプッシュ型内視鏡に対してより快適な代替品を見つけることができれば、定期的な事前検診への参加を大幅に増やすことができる。ぜん虫のようなロボットは、内視鏡を押し進めるためのまさにそのような代替手段を提供し、ぜん虫のようなロボット内視鏡の設計の改善に向けた研究は、人々の健康と幸福に大きな影響を及ぼす可能性がある。ここでは、軟らかな複数のセグメントからなるぜん虫ロボットの新規な設計を紹介する。
[II.設計]
A.概要
B.移動戦略
C.移動解析
膨張効率ηeは、どのくらい理論効率が達成されたかを評価する。固定効率ηaは、移動シーケンスの間にどのくらい効率的にシステムが固定できたかを評価する。したがって、2つの個別の量を測定して、装置の2つの主要なパフォーマンスの側面を評価できる。
D.シーケンスの実装
[III.設計上の特徴]
A.アクチュエータの選択
B.検出
C.制御
[IV.実験]
A.ステップ応答
B.擬似結腸
[V.検討及び結論]
形状及び接触力の推定
皮膚摩擦機構
液圧作動、コスト削減、及び小型化
オンボード生検ツール
最適なツールの向きと力の構成
形状及び接触力の推定
形状推定
接触力の推定
式(E)で示されるこのモデルは分析的に導くことができる、又は、実験データに適合させることができる。
剛性推定
液圧構成
セグメントの設計
セグメント製造
ポンプ設計
オンボード生検ツール
皮膚摩擦機構
1. 第1の態様の移動ロボット装置は;
対向する壁を有する構造体の内部で用いるための移動ロボット装置であって、前記装置は細長い本体を有し、前記本体は:
第1のセグメントと;
前記第1のセグメントに隣接する第2のセグメントと;を備え、
前記第1及び前記第2のセグメントは、前記細長い本体の長手方向軸線に沿って収縮及び伸長するように構成され、
前記第1のセグメントは、前記細長い本体の前記長手方向軸線に対してある角度で曲がるように更に構成され、それにより、曲がる際に、前記第1のセグメントは、前記構造体の第1の壁と第2の壁との間に嵌まり込ませる。
2. 第2の態様の装置は、上記第1の態様において、前記第1のセグメントは、前記第1のセグメントが前記構造体の壁を挟む程度まで曲がるように更に構成されている。
3. 第3の態様の装置は、上記第1の態様又は第2の態様において、前記第1のセグメントが曲がる前記角度は、前記構造体の直径に依存する。
4. 第4の態様の装置は、上記第1の態様乃至第3の態様のいずれかにおいて、前記第2のセグメントに隣接する第3のセグメントを更に備え、前記第3のセグメントは、前記細長い本体の前記長手方向軸線に沿って収縮及び伸長し、前記細長い本体の前記長手方向軸線に対してある角度で曲がり、曲がる際には、前記第3のセグメントが前記構造体の前記第1と前記第2の壁の間に嵌まり込むように構成されている。
5. 第5の態様の装置は、上記第4の態様において、前記第3のセグメントは、前記構造体の壁を挟む程度まで曲がるように更に構成されている。
6. 第6の態様の装置は、上記第4の態様又は第5の態様において、前記第3のセグメントが曲がる前記角度は、前記構造体の前記直径に依存する。
7. 第7の態様の装置は、上記第1の態様乃至第6の態様のいずれかにおいて、前記細長い本体が外側スリーブを備える。
8. 第8の態様の装置は、上記第7の態様において、前記外側スリーブが、使用時に前記細長い本体の前記長手方向軸線に沿って第1の方向に摩擦を増加させるように構成される表面を備える。
9. 第9の態様の装置は、上記第7の態様において、前記外側スリーブは、使用時に前記細長い本体の前記長手方向軸線に沿って第1の方向及び第2の反対方向の摩擦を増加させるように構成される表面を備える。
10. 第10の態様の装置は、上記第8の態様又は第9の態様において、前記表面が、第1の姿勢と第2の姿勢との間で移動可能な複数の魚鱗又は繊毛様突起を備える。
11. 第11の態様の装置は、上記第10の態様において、前記第1の姿勢は、前記細長い本体の前記長手方向軸線に実質的に平行である前記複数の魚鱗又は繊毛様突起を備え、前記第2の姿勢は、前記細長い本体の前記長手方向軸線に実質的に垂直である前記複数の魚鱗又は繊毛状突起を備える。
12. 第12の態様の装置は、上記第7の態様において、前記外側スリーブが弾性のメッシュである。
13. 第13の態様の装置は、上記第7の態様又は第12の態様において、前記外側スリーブは、前記細長い本体の1つ以上の部分の動きに応じて直径及び/又は剛性が変化するように構成されている。
14. 第14の態様の装置は、上記第1の態様乃至第11の態様のいずれかにおいて、前記第1及び前記第2のセグメントは、液圧又は空圧で作動する。
15. 第15の態様の装置は、上記第14の態様において、前記第1及び前記第2のセグメントは、貫通する1つ以上の作動室を有する可撓性本体を備え、前記1つ以上の作動室は流体を受けるように構成されている。
16. 第16の態様の装置は、上記第14の態様又は第15の態様において、前記可撓性本体は、前記可撓性本体を貫通して延びる少なくとも1つの空洞を更に備え、前記少なくとも1つの空洞は、内部補強手段を備える。
17. 第17の態様の装置は、上記第16の態様において、前記可撓性本体が2つ以上の空洞を含む。
18. 第18の態様の装置は、上記第16の態様又は第17の態様において、前記内部補強手段は、流体を受け入れるときに前記1つ以上の作動室の横方向の膨張を抑制するように構成されている。
19. 第19の態様の装置は、上記第16の態様乃至第18の態様のいずれかにおいて、前記内部補強手段は、前記可撓性本体と共に収縮する、伸長する、及び/又は曲がるように構成されている。
20. 第20の態様の装置は、上記第16の態様乃至第19の態様のいずれかにおいて、前記内部補強手段の前記半径方向の剛性によって、前記1つ以上の作動室の半径方向の膨張が制約されるように構成されている。
21. 第21の態様の装置は、上記第16の態様乃至第20の態様のいずれかにおいて、前記内部補強手段が、ばね、コイル、弾性材料でできた巻きつき細線、蛇腹状支持構造、ベローズ構造、又は一連の弾性輪状体のうちの1つである。
22. 第22の態様の装置は、上記第16の態様乃至第21の態様のいずれかにおいて、前記少なくとも1つの空洞が、医療機器、画像装置、及び流体のうちの1つ以上を受け入れるように構成されている。
23. 第23の態様の装置は、上記第15の態様乃至第22の態様のいずれかにおいて、前記可撓性本体が外部補強手段に囲まれている。
24. 第24の態様の装置は、上記第23の態様において、前記外部補強手段は、流体を受け入れるときに前記1つ以上の作動室の横方向の膨張を抑制するように構成されている。
25. 第25の態様の装置は、上記第23の態様又は第24の態様において、前記外部補強手段は、前記可撓性本体と共に収縮する、伸長する、及び/又は曲がるように構成されている。
26. 第26の態様の装置は、上記第23の態様乃至第25の態様のいずれかにおいて、前記外部補強手段の前記半径方向の剛性によって、前記1つ以上の作動室の半径方向の膨張が制約されるように構成されている。
27. 第27の態様の装置は、上記第23の態様乃至第26の態様のいずれかにおいて、前記外部補強手段が、ばね、コイル、弾性材料でできた巻きつき細線、蛇腹状支持構造、ベローズ構造、又は一連の弾性輪状体のうちの1つである。
28. 第28の態様の装置は、上記第15の態様乃至第27の態様のいずれかにおいて、前記可撓性本体がエラストマ材料で形成されている。
29. 第29の態様の装置は、上記第1の態様乃至第28の態様のいずれかにおいて、前記細長い本体は、遠隔制御システムと通信するように構成されている。
30. 第30の態様の装置は、上記第29の態様において、前記細長い本体は、前記構造体内の前記細長い本体の前記位置及び/又は向きに関する情報を前記制御システムへ出力するように構成されたセンサシステムを備える。
31. 第31の態様の装置は、上記第1の態様乃至第30の態様のいずれかにおいて、前記装置は内視鏡である。
32. 第32の移動ロボット装置は;
対向する壁を有する構造体の内部で用いるための移動ロボット装置であって、前記移動ロボット装置は細長い本体を有し、前記本体は:
少なくとも第1の方向に移動するように構成される複数のセグメントと;
前記複数のセグメントを囲む外側スリーブと;を備え、
前記外側スリーブの直径及び/又は剛性は、前記第1の方向における前記複数のセグメントのうちの1つ以上の動きに応じて変化するように調整される。
33. 第33の態様の装置は、上記第32の態様において、前記外側スリーブは、弾性材料を備える。
34. 第34の態様の装置は、上記第33の態様において、前記弾性材料が弾性のメッシュである。
35. 第35の態様の装置は、上記第32の態様乃至第34の態様のいずれかにおいて、記第1の方向は、前記細長い本体の前記長手方向軸線に沿っており、前記複数のセグメントが長さを増減するように構成されている。
36. 第36の態様の装置は、上記第34の態様において、前記外側スリーブの前記直径及び/又は剛性は、長さの減少に応じて増加するように構成されている。
37. 第37の態様の装置は、上記第35の態様又は第36の態様において、前記外側スリーブの前記直径及び/又は剛性は、長さの増加に応じて減少するように構成されている。
38. 第38の態様の装置は、上記第32の態様乃至第37の態様のいずれかにおいて、前記装置は内視鏡である。
38. 第38の態様のシステムは、上記第1の態様乃至第37の態様のいずれかの装置と、駆動信号を前記装置へ出力するように構成された制御システムとを備える。
39. 第39の態様の移動装置は;
前記移動装置は細長い本体を有し、前記細長い本体は複数のセグメントを備え、前記セグメントは:
可撓性のある本体と;
前記可撓性のある本体の前記長さに沿って延びる1つ以上の作動室と;を備え、
前記1つ以上の作動室は、流体によって作動するように構成され、それにより、前記装置の前記長手方向軸線に沿って前記可撓性本体を収縮及び伸長する並びに/又は前記装置の前記長手方向軸線に対してある角度で曲がる。
40. 第40の態様の装置は、上記第39の態様において、前記可撓性本体は、前記可撓性本体を貫通して延びる少なくとも1つの空洞を更に備え、前記少なくとも1つの空洞は、内部補強手段を備える。
41. 第41の態様の装置は、上記第40の態様において、前記可撓性本体が2つ以上の空洞を備える。
42. 第42の態様の装置は、上記第40の態様又は第41の態様において、前記内部補強手段は、流体を受け入れるときに前記1つ以上の作動室の横方向の膨張を抑制するように構成されている。
43. 第43の態様の装置は、上記第42の態様において、前記内部補強手段は、前記可撓性本体と共に収縮する、伸長する、及び/又は曲がるように構成されている。
44. 第44の態様の装置は、上記第40の態様乃至第43の態様のいずれかにおいて、前記内部補強手段の前記半径方向の剛性によって、前記1つ以上の作動室の半径方向の膨張が制約されるように構成されている。
45. 第45の態様の装置は、上記第40の態様乃至第44の態様のいずれかにおいて、前記内部補強手段が、ばね、コイル、弾性材料でできた巻きつき細線、蛇腹状支持構造、ベローズ構造、又は一連の弾性輪状体のうちの1つである。
46. 第46の態様の装置は、上記第40の態様乃至第45の態様のいずれかにおいて、前記少なくとも1つの空洞が、医療機器、画像装置、及び流体のうちの1つ以上を受け入れるように構成されている。
47. 第47の態様の装置は、上記第39の態様乃至第46の態様のいずれかにおいて、前記可撓性本体が外部補強手段に囲まれている。
48. 第48の態様の装置は、上記第47の態様において、前記外部補強手段は、流体を受け入れるときに前記1つ以上の作動室の横方向の膨張を抑制するように構成されている。
49. 第49の態様の装置は、上記第47の態様又は第48の態様において、前記外部補強手段は、前記可撓性本体と共に収縮する、伸長する、及び/又は曲がるように構成されている。
50. 第50の態様の装置は、上記第47の態様乃至第49の態様のいずれかにおいて、前記外部補強手段の前記半径方向の剛性によって、前記1つ以上の作動室の半径方向の膨張が制約されるように構成されている。
51. 第51の態様の装置は、上記第47の態様又は第48の態様において、前記外部補強手段が、ばね、コイル、弾性材料でできた巻きつき細線、蛇腹状支持構造、ベローズ構造、又は一連の弾性輪状体のうちの1つである。
52. 第52の態様の装置は、上記第39の態様乃至第51の態様のいずれかにおいて、前記可撓性本体がエラストマ材料で形成されている。
53. 第53の態様の装置は、上記第39の態様乃至第52の態様のいずれかにおいて、前記1つ以上の作動室に流体を出し入れするように構成されるポンプを更に備える。
54. 第54の態様の装置は、上記第39の態様乃至第53の態様のいずれかにおいて、前記複数のセグメントを囲む外側スリーブを更に備える。
55. 第55の態様の装置は、上記第54の態様において、前記外側スリーブが、使用時に前記装置の前記長手方向軸線に沿って第1の方向に摩擦を増加させるように構成された表面を備える。
56. 第56の態様の装置は、上記第54の態様において、前記外側スリーブが、使用時に前記装置の前記長手方向軸線に沿って第1の方向及び第2の反対方向の摩擦を増加させるように構成された表面を備える。
57. 第57の態様の装置は、上記第55の態様又は第56の態様において、前記表面が、第1の姿勢と第2の姿勢との間で移動可能な複数の魚鱗又は繊毛様突起を備える。
58. 第58の態様の装置は、上記第57の態様において、前記第1の姿勢は、前記装置の前記長手方向軸線に実質的に平行である前記複数の魚鱗又は繊毛様突起を備え、前記第2の姿勢は、前記装置の前記長手方向軸線に実質的に垂直である前記複数の魚鱗又は繊毛状突起を備える。
59. 第59の態様の装置は、上記第39の態様乃至第58の態様のいずれかにおいて、前記装置は内視鏡である。
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102 第1の端部セグメント
104 中央セグメント
106 第2の端部セグメント
108 カメラ
110 ハウジング
116 外側スリーブ116、ソフトメッシュ
402 腱
404 モータ
2104 内部補強手段
2106 作動室、空洞
2108 外部補強手段
2110 管路
2300 ポンプ
2306 シリンジ
2400 キャップ
2410 生検ツール
2412 照明装置
2600 表面
2602 フック
Claims (13)
- 対向する第1の壁及び第2の壁を有する構造体の内部で用いるための移動ロボット装置であって、前記移動ロボット装置は細長い本体を有し、前記本体は:
第1のセグメントと;
前記第1のセグメントに隣接する第2のセグメントと;を備え、
前記第1のセグメント及び前記第2のセグメントは、前記細長い本体の長手方向軸線に沿って収縮及び伸長するように構成され、
前記移動ロボット装置は、押し込み固定を行う構造及び挟み込み固定を行う構造に構成され、
前記押し込み固定の構造は、前記第1のセグメントが曲がったときに、前記第1のセグメントの先端が前記構造体の前記第1の壁を押すと共に前記第1のセグメントの本体が前記構造体の前記第2の壁を押し、これにより、前記第1のセグメントを前記構造体の前記第1の壁と前記第2の壁との間に嵌まり込ませて、前記第1のセグメントを前記構造体に固定するように、前記細長い本体の前記長手方向軸線に対して曲がる前記第1のセグメントを備え、
前記挟み込み固定の構造は、前記第1のセグメントの先端が前記構造体の壁を挟み、これにより、前記第1のセグメントの前記先端と前記第1のセグメントの前記本体との間の前記構造体の部分を押す程度に曲がる前記第1のセグメントを備える、
移動ロボット装置。 - 前記第1のセグメントが曲がる角度は、前記構造体の直径に依存する、
請求項1に記載の装置。 - 前記第2のセグメントに隣接する第3のセグメントを更に備え、前記第3のセグメントは、
前記細長い本体の前記長手方向軸線に沿って収縮及び伸長し、
前記細長い本体の前記長手方向軸線に対して曲がり、前記第3のセグメントは曲がったときに前記構造体の前記第1の壁と前記第2の壁との間に嵌まり込む角度で曲がる、ように構成された、
請求項1又は請求項2に記載の装置。 - 前記第3のセグメントは、前記構造体の壁を挟む程度まで曲がるように更に構成され、
前記第3のセグメントが曲がる前記角度は、前記構造体の直径に依存する、
請求項3に記載の装置。 - 前記細長い本体が外側スリーブを備え、
前記外側スリーブが、使用時に、前記細長い本体の前記長手方向軸線に沿う、第1の方向、又は、前記第1の方向及び前記第1の方向とは反対の第2の方向の両方、における摩擦を増加させるように構成される表面を備えた、
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の装置。 - 前記表面が、第1の姿勢と第2の姿勢との間で移動可能な複数の魚鱗又は繊毛様突起を備え、
前記第1の姿勢は、前記細長い本体の前記長手方向軸線に実質的に平行である前記複数の魚鱗又は繊毛様突起を備え、前記第2の姿勢は、前記細長い本体の前記長手方向軸線に実質的に垂直である前記複数の魚鱗又は繊毛状突起を備えた、
請求項5に記載の装置。 - 前記外側スリーブは、弾性のメッシュであり、及び/又は、前記細長い本体の1つ以上の部分の動きに応じて直径及び/又は剛性が変化するように構成された、
請求項5に記載の装置。 - 前記第1のセグメント及び前記第2のセグメントは、液圧又は空圧で作動し、
前記第1のセグメント及び前記第2のセグメントは、貫通する1つ以上の作動室を有する可撓性本体を備え、前記1つ以上の作動室は流体を受けるように構成された、
請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の装置。 - 前記可撓性本体は、前記可撓性本体を貫通して延びる少なくとも1つの空洞を更に備え、前記少なくとも1つの空洞は、内部補強手段を備え、
前記内部補強手段は、流体を受け入れるときに前記1つ以上の作動室の横方向の膨張を抑制するように構成され、前記少なくとも1つの空洞は、医療機器、画像装置、及び流体のうちの1つ以上を受け入れるように構成された、
請求項8に記載の装置。 - 前記内部補強手段の半径方向の剛性は、前記1つ以上の作動室の半径方向の膨張を抑制することができる大きさである、
請求項9に記載の装置。 - 前記可撓性本体は、流体を受け入れるときに前記1つ以上の作動室の横方向の膨張を抑制するように構成された外部補強手段に囲まれており、
前記外部補強手段の半径方向の剛性は、前記1つ以上の作動室の半径方向の膨張を抑制することができる大きさである、
請求項8乃至請求項10のいずれか1項に記載の装置。 - 前記細長い本体は、遠隔の制御システムと通信するように構成され、
前記細長い本体は、前記構造体の内部の前記細長い本体の位置及び/又は向きに関する情報を前記制御システムへ出力するように構成されたセンサシステムを備える、
請求項1乃至請求項11のいずれか1項に記載の装置。 - 前記移動ロボット装置は内視鏡である、
請求項1乃至請求項12のいずれか1項に記載の装置。
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