KR20110139211A

KR20110139211A - 원격 조작형 액츄에이터용 네비게이션 시스템

Info

Publication number: KR20110139211A
Application number: KR1020117020794A
Authority: KR
Inventors: 유키히로 니시오; 요시타카 나가노
Original assignee: 엔티엔 가부시키가이샤
Priority date: 2009-03-06
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2011-12-28
Also published as: WO2010101086A1; US20110319912A1; EP2404566A1

Abstract

본 발명은, 외곽이 파이프형으로 가늘고 긴 형상의 스핀들 가이드부의 선단(先端)에 설치된 공구 지지용의 선단 부재의 자세를 원격 조작으로 변경할 수 있는 원격 조작형 액츄에이터에 대하여, 그 공구의 위치를 추정하는 네비게이션 시스템을 제공한다. 원격 조작형 액츄에이터(5)는, 액츄에이터 본체(10)와, 이 액츄에이터 본체(10)의 스핀들 가이드부(3)의 선단에 자세 변경 가능하게 장착된 선단 부재(2)와, 이 선단 부재(2)에 회전 가능하게 지지된 공구(1)를 포함한다. 네비게이션 시스템은, 마커(maker) 검출기(8)에 의해 검출된, 액츄에이터 본체(10)에 장착된 마커(7A)의 위치 및 자세의 정보와, 액츄에이터 본체(10)에 대한 선단 부재(2)의 자세의 정보와, 마커(7A)에 대한 선단 부재(2)의 상대 위치의 정보와, 공구(1)의 형상의 정보로부터, 공구(1)의 가공부의 위치를 추정하는 공구 가공부 위치 추정 수단(55)을 가진다.

Description

원격 조작형 액츄에이터용 네비게이션 시스템{NAVIGATION SYSTEM FOR REMOTELY OPERATED ACTUATOR}

본 출원은, 2009년 3월 6일자 일본특허출원 2009―053263, 및 2009년 3월 6일자 일본특허출원 2009―053264의 우선권을 주장하는 것이며, 그 전체를 참조에 의해 본원의 일부를 이루는 것으로서 인용한다.

본 발명은, 공구의 자세를 원격 조작으로 변경 가능하며, 의료용, 기계 가공 등의 용도로 사용되는 원격 조작형 액츄에이터의 네비게이션 시스템에 관한 것이다.

의료용으로서 뼈의 가공에 이용되거나 기계 가공용으로서 드릴 가공이나 절삭 가공에 이용되거나 하는 원격 조작형 액츄에이터가 있다. 원격 조작형 액츄에이터는, 직선 형상이나 만곡 형상을 한 가늘고 긴 파이프부의 선단에 설치한 공구를 원격 조작으로 제어한다. 단, 종래의 원격 조작용 액츄에이터는, 공구의 회전만을 원격 조작으로 제어하는 것뿐이었기 때문에, 의료용의 경우, 복잡한 형상의 가공이나 외부로부터는 보이기 어려운 개소의 가공이 어려웠다. 또한, 드릴 가공에서는, 직선뿐아니고, 만곡형의 가공이 가능한 것이 요구된다. 또한, 절삭 가공에서는, 홈 내부가 후미진 개소의 가공이 가능한 것이 요구된다. 이하, 의료용을 예로 들어, 원격 조작형 액츄에이터의 종래 기술과 과제에 대하여 설명한다.

정형 외과 분야에 있어서, 뼈의 노화 등에 의해 마멸(磨滅)되어 사용할 수 없게 된 관절을 새롭게 인공의 것으로 바꾸는 인공 관절 치환 수술이 있다. 이 수술에서는, 환자의 생체뼈를 인공 관절이 삽입 가능하도록 가공할 필요가 있지만, 그 가공에는, 수술 후의 생체뼈와 인공 관절과의 접착 강도를 높이기 위해, 인공 관절의 형상에 맞추어 양호한 정밀도로 가공하는 것이 요구된다.

예를 들면, 고관절(股關節)의 인공 관절 치환 수술에서는, 대퇴골(大腿骨)의 뼈의 중심에 있는 수강부(髓腔部)에 인공 관절 삽입용의 구멍을 형성한다. 인공 관절과 뼈와의 접촉 강도를 유지하려면 양자의 접촉 면적을 크게 취할 필요가 있고, 인공 관절 삽입용의 구멍은, 뼈의 안쪽까지 연장된 가늘고 긴 형상으로 가공된다. 이와 같은 뼈의 절삭 가공에 사용되는 의료용 액츄에이터로서, 가늘고 긴 파이프부의 선단(先端)에 공구를 회전 가능하게 설치하고, 파이프부의 기단측(基端側)에 설치한 모터 등의 회전 구동원의 구동에 의해, 파이프부의 내부에 배치한 회전축을 통하여 공구를 회전시키는 구성의 것이 있다(예를 들면, 특허 문헌 1). 이 종류의 의료용 액츄에이터는, 외부에 노출된 회전 부분은 선단의 공구뿐이므로, 공구를 뼈의 안쪽까지 삽입할 수 있다.

인공 관절 치환 수술에서는, 피부 절개나 근육의 절단을 따른다. 즉, 인체에 상처를 내지 않으면 안된다. 그 상처를 최소한으로 억제하기 위해서는, 상기 파이프부는 곧지 않고, 적당히 만곡되어 있는 쪽이 양호한 경우가 있다. 이와 같은 상황에 대응하기 위한 것으로서, 다음과 같은 종래 기술이 있다. 예를 들면, 특허 문헌 2는, 파이프부의 중간부를 2중으로 만곡시켜, 파이프부의 선단측의 축심 위치와 기단측의 축심 위치를 어긋나게 한 것이다. 이와 같이 파이프부의 축심 위치가 선단측과 축심측으로 어긋나 있는 것은, 그 밖에도 알려져 있다. 또한, 특허 문헌 3은, 파이프부를 180° 회전시킨 것이다.

생체뼈의 인공 관절 삽입용 구멍에 인공 관절을 끼워넣은 상태에서, 생체뼈와 인공 관절과의 사이에 넓은 간극이 있으면, 수술 후의 접착 시간이 길어지므로, 상기 간극은 가능한 한 좁은 것이 바람직하다. 또한, 생체뼈와 인공 관절의 접촉면이 평활한 것도 중요하며, 인공 관절 삽입용 구멍의 가공에는 높은 정밀도가 요구된다. 그러나, 파이프부가 어떠한 형상이든지, 공구의 동작 범위는 파이프부의 형상의 제약을 받으므로, 피부 절개나 근육의 절단을 가능한 한 작게 하면서, 생체뼈와 인공 관절과의 사이의 간극을 좁고 또한 양자의 접촉면이 평활하게 되도록 인공 관절 삽입용 구멍을 가공하는 것은 어렵다.

일반적으로, 인공 관절 치환 수술이 행해지는 환자의 뼈는, 노화 등에 의해 강도가 약해져 있는 경우가 많고, 뼈 그 자체가 변형되어 있는 경우도 있다. 따라서, 통상 생각되는 이상으로, 인공 관절 삽입용 구멍의 가공은 어렵다.

그래서, 본 출원인은, 인공 관절 삽입용 구멍의 가공을 비교적 용이하고 또한 양호한 정밀도로 행할 수 있도록 하는 것을 목적으로 하여, 외곽이 파이프형으로 가늘고 긴 형상의 스핀들 가이드부를 액츄에이터 본체에 설치하고, 이 스핀들 가이드부의 선단에, 공구를 회전 가능하게 지지하는 선단 부재를 자세 변경할 수 있도록 설치하고, 이 선단 부재의 자세를 원격 조작으로 변경 가능하게 하는 것을 시도했다. 선단 부재의 자세가 변경 가능하면, 스핀들 가이드부의 형상에 관계없이, 공구를 적절한 자세로 할 수 있기 때문이다. 그리고, 스핀들 가이드부 등의 가늘고 긴 파이프부를 가지고 있지 않은 의료용 액츄에이터에서는, 손으로 잡는 부분에 대하여 공구가 설치된 부분이 자세 변경 가능한 것이 있지만(예를 들면, 특허 문헌 4), 원격 조작으로 공구의 자세를 변경시키는 것은 제안되어 있지 않다.

원격 조작형 액츄에이터로 뼈에 인공 관절 삽입용의 구멍을 가공하는 경우, 공구를 직접 육안으로 볼 수 없는 경우가 많고, 공구의 위치를 파악하기 위한 네비게이션 시스템이 필요하다. 이 네비게이션 시스템으로서는, 예를 들면, 다음과 같은 것이 알려져 있다.

특허 문헌 5의 것은, 뼈에 마커(maker)를 장착하고, 이 마커를 광학식 등의 센서에 의해 검출함으로써, 뼈의 위치를 측정한다. 이 방법을 이용하여, 그 경우에 뼈, 및 원격 조작형 액츄에이터의 고정 부분인 액츄에이터 본체에 마커를 장착함으로써, 뼈 및 액츄에이터 본체의 위치를 측정할 수 있다.

특허 문헌 6의 것은, 점이 아니고 특정한 패턴으로 형성된 마커를 액츄에이터 본체에 장착하고, 마커 검출기로 이 마커의 패턴을 검출함으로써, 마커의 위치뿐아니고, 마커를 장착한 액츄에이터 본체의 자세도 검출한다. 액츄에이터 본체의 자세를 알 수 있으면, 선단 부재 및 공구와 액츄에이터 본체의 마커 장착한 개소와의 상대적인 위치 관계로부터, 공구의 위치를 추정할 수 있다. 그리고, 선단 부재 및 공구와 액츄에이터 본체의 마커 장착한 개소와의 상대적인 위치 관계는 미리 계측하여 두고 위치 관계 정보로서 기록 보존하여 둔다.

공구는 가공 대상물에 의해 상이한 종류의 것으로 바꾸거나 마모 등에 의해 교환하거나 하는 경우가 있고, 그 때마다, 공구 위치의 추정에 사용할 상기 위치 관계 정보를 변경할 필요가 있다. 특허 문헌 6에서는, 공구의 제거에 연동하여 동작하는 스위치를 설치하고, 이 스위치로부터의 정보에 의해, 위치 관계 정보를 변경할 필요가 있는 것을 조작자에게 알리도록 하고 있다.

특허 문헌 7의 것은, 액츄에이터 본체에 장착된 제1 마커와는 별개로 제2 마커를 설치하고, 이 제2 마커에 공구를 접촉시키고, 그 때 계측되는 액츄에이터 본체와 제2 마커와의 위치 관계를 이용하여, 가공 중에 측정되는 액츄에이터 본체와 제1 마커와의 위치 관계를 기준으로 하여, 공구의 위치를 추정한다.

일본공개특허 제2007―301149호 공보 미국특허 제4,466,429호 명세서 미국특허 제4,265,231호 명세서 일본공개특허 제2001―17446호 공보 미국특허 제5,249,581호 명세서 미국특허 제6,434,507호 명세서 미국특허 제7,166,114호 명세서

종래의 네비게이션 시스템은, 공구가 액츄에이터 본체에 대하여 고정된 것을 전제로 하고 있으므로, 공구를 회전 가능하게 지지하는 선단 부재가 액츄에이터 본체에 대하여 자세 변경 가능한 원격 조작형 액츄에이터에는 적용할 수 없는 문제가 있었다.

본 발명은, 외곽이 파이프형으로 가늘고 긴 형상의 스핀들 가이드부의 선단에 설치된 공구 지지용의 선단 부재의 자세를 원격 조작으로 변경할 수 있는 원격 조작형 액츄에이터에 대하여, 그 공구의 위치를 추정하는 네비게이션 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 관한 원격 조작형 액츄에이터의 네비게이션 시스템은, 이해를 용이하게 하기 위해 실시예에서 사용한 부호를 부여하여 설명하면, 가늘고 긴 형상의 스핀들 가이드부(3)의 기단(基端)을 구동부 하우징(4a)과 결합하여 이루어지는 액츄에이터 본체(10)와, 상기 스핀들 가이드부(3)의 선단에 회동(回動) 중심점 O1을 중심으로 회동하여 자세 변경 가능하게 장착된 선단 부재(2)와, 이 선단 부재(2)에 회전 가능하게 지지된 공구(1)와, 상기 구동부 하우징(4a) 내에 설치되어 상기 선단 부재(2)의 자세 변경 및 상기 공구(1)의 회전을 각각 행하게 하는 자세 변경용 구동원(42) 및 공구 회전용 구동원(41)과, 상기 구동부 하우징(4a)에 설치되어 상기 각각의 구동원(42, 41)의 동작을 제어하여 상기 선단 부재(2)의 자세 및 상기 공구(1)의 회전의 조작을 행하는 조작 수단(50)을 구비한 원격 조작형 액츄에이터(5)에 대하여, 상기 공구(1)의 가공부(1a)의 위치를 추정한다. 이 네비게이션 시스템은, 상기 액츄에이터 본체(10)의 상기 구동부 하우징(4a)에 장착된 마커(7A)의 위치 및 자세를 검출하는 마커 검출기(8)와, 상기 액츄에이터 본체(10)에 대한 상기 선단 부재(2)의 자세를 검출하는 공구 자세 검출 수단(45)과 액츄에이터 형상 기억 수단(53)과 공구 가공부 위치 추정 수단(55)을 가진다. 이 액츄에이터 형상 기억 수단(53)은, 상기 마커(7A)에 대한 상기 회동 중심점 O1의 상대 위치의 정보, 및 상기 회동 중심점 O1을 기준으로 하는 상기 공구(1)의 형상의 정보를 기억한다. 상기 공구 가공부 위치 추정 수단(55)은, 상기 마커 검출기(8)에 의해 검출된 마커(7A)의 위치 및 자세의 정보, 상기 액츄에이터 형상 기억 수단(53)에 기억된 상기 회동 중심점 O1의 상대 위치의 정보 및 상기 공구(1)의 형상의 정보, 및 상기 공구 자세 검출 수단(45)에 의해 검출된 상기 선단 부재(2)의 자세의 정보로부터, 상기 공구(1)의 가공부(1a)의 위치를 추정한다. 그리고, 상기 액츄에이터 형상 기억 수단(53)에 기억되는 상기 공구(1)의 형상의 정보는, 적어도, 상기 회동 중심점 O1로부터 상기 공구(1)의 가공부(1a)까지의 거리가 인식할 수 있는 정보가 있으면 되고, 상기 거리의 정보만이라도 된다.

이 구성에 의하면, 마커 검출기(8)는, 액츄에이터 본체(10)의 구동부 하우징(4a)에 장착된 마커(7A)의 위치 및 자세를 검출한다. 이로써, 액츄에이터 본체(10)의 기준부의 위치 및 자세가 검출된다. 공구 자세 검출 수단(45)은, 액츄에이터 본체(10)에 대한 선단 부재(2)의 자세를 검출한다. 공구 가공부 위치 추정 수단(55)은, 마커 검출기(8)에 의해 검출된 마커(7A)의 위치 및 자세의 정보, 액츄에이터 형상 기억 수단(53)에 기억된 선단 부재(2)의 회동 중심점 O1의 상대 위치의 정보 및 공구(1)의 형상의 정보, 및 공구 자세 검출 수단(45)에 의해 검출된 선단 부재(2)의 자세의 정보로부터, 공구(1)의 가공부(1a)의 위치를 추정한다.

환언하면, 공구 가공부 위치 추정 수단(55)은, 마커 검출기(8)에 의해 검출된 마커(7A)의 위치 및 자세의 정보, 즉 액츄에이터 본체(10)의 기준부의 위치 및 자세와 액츄에이터 형상 기억 수단(53)에 기억된 마커(7A)에 대한 선단 부재(2)의 회동 중심점 O1의 상대 위치의 정보로부터, 회동 중심점 O1의 절대적인 위치를 추정할 수 있다. 또한, 공구 자세 검출 수단(45)에 의해 검출된 액츄에이터 본체(10)에 대한 선단 부재(2)의 자세의 정보와, 액츄에이터 형상 기억 수단(53)에 기억된 공구(1)의 형상의 정보로부터, 회동 중심점 O1에 대한 공구(1)의 가공부(1a)의 상대 위치를 추정할 수 있다.

이와 같이 추정되는 선단 부재(2)의 회동 중심점 O1의 절대적인 위치와, 이 회동 중심점 O1의 위치를 기준으로 하는 공구(1)의 가공부(1a)의 상대 위치로부터, 공구(1)의 가공부(1a)의 절대적인 위치를 추정할 수 있다. 그러므로, 스핀들 가이드부(3)의 선단에 설치된 공구 지지용의 선단 부재(2)의 자세 변경을 원격 조작할 수 있는 원격 조작형 액츄에이터(5)에 대하여, 그 공구(1)의 가공부(1a)의 위치의 위치를 추정할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 스핀들 가이드부(3)의 종류가 서로 상이한 복수 종류의 원격 조작형 액츄에이터(5)에 사용 가능하게 하는 데는, 상기 액츄에이터 형상 기억 수단(53)은, 상기 스핀들 가이드부(3)의 종류마다, 상기 마커(7A)에 대한 상기 회동 중심점 O1의 상대 위치의 정보를 기억하고 있고, 상기 공구 가공부 위치 추정 수단(55)에 의해 추정에 사용할 상기 회동 중심점 O1의 상대 위치의 정보를 선택하는 스핀들 가이드부 종류 선택 수단(53a)을 설치하는 것이 바람직하다.

어느 원격 조작형 액츄에이터(5)를 사용하는 경우, 액츄에이터 형상 기억 수단(53)에 기억되어 있는 마커(7A)에 대한 회동 중심점 O1의 상대 위치의 정보 중에서, 그 원격 조작형 액츄에이터(5)의 스핀들 가이드부(3)의 종류에 대응하는 정보를 스핀들 가이드부 종류 선택 수단(53a)에 의해 선택한다. 이로써, 스핀들 가이드부(3)의 종류가 서로 상이한 복수 종류의 원격 조작형 액츄에이터(5)에 대하여, 네비게이션 시스템이 사용 가능해진다.

본 발명에 있어서, 상기 공구(1)의 종류가 서로 상이한 복수 종류의 원격 조작형 액츄에이터(5), 및 상기 공구(1)를 상이한 종류의 것으로 교환 가능한 원격 조작형 액츄에이터(5)에 사용 가능하게 하기 위해서는, 상기 액츄에이터 형상 기억 수단(53)은, 상기 공구(1)의 종류마다, 상기 회동 중심점 O1을 기준으로 하는 상기 공구(1)의 형상의 정보를 기억하고 있고, 상기 공구 가공부 위치 추정 수단(55)에 의해 추정에 사용할 상기 공구(1)의 형상의 정보를 선택하는 공구 종류 선택 수단(53b)을 설치하는 것이 바람직하다.

어느 원격 조작형 액츄에이터(5)를 사용하는 경우, 액츄에이터 형상 기억 수단(53)에 기억되어 있는 회동 중심점 O1을 기준으로 하는 공구(1)의 형상의 정보 중에서, 그 원격 조작형 액츄에이터(5)의 공구(1)에 대응하는 정보를 공구 종류 선택 수단(53b)에 의해 선택한다. 이로써, 공구(1)의 종류가 서로 상이한 복수 종류의 원격 조작형 액츄에이터(5)에 대하여, 네비게이션 시스템이 사용 가능해진다.

본 발명에 있어서, 상기 마커(7A)는 광을 투광(投光) 또는 반사하는 것이며, 또한 상기 마커 검출기(8)는 상기 마커(7A)로부터의 광을 수광(受光)하는 광학식의 것으로 할 수 있다. 광학식의 마커 검출기(8)는 구성이 간단하다.

본 발명에 있어서, 상기 공구 자세 검출 수단(45)은, 상기 자세 변경용 구동원(42), 또는 상기 자세 변경용 구동원(42)으로부터 상기 선단 부재(2)에 동작을 전하는 전달계에 설치되어 선단 부재(2)의 자세에 대응하는 전기 신호를 출력하는 것으로 해도 된다.

선단 부재(2)의 동작을 전기 신호로 출력하면, 원격 조작형 액츄에이터(5)와 네비게이션 시스템의 제어계 부분이 이격(離隔)되어 위치하고 있는 경우에, 양자 사이의 정보 전달이 용이하다.

본 발명에 있어서, 화면에 화상을 표시하는 디스플레이(52)를 설치하고, 상기 공구 가공부 위치 추정 수단(55)에, 상기 공구(1)의 위치의 추정에 사용되는 각 입력 정보로부터, 상기 액츄에이터 본체(10)의 위치 및 자세, 및 상기 선단 부재(2)의 자세를 표시하는 정보인 액츄에이터 표시 정보를 연산하고 상기 디스플레이(52)의 화면에 표시하는 액츄에이터 표시 정보 생성 수단(55a)을 설치하는 것이 바람직하다.

디스플레이(52) 및 액츄에이터 표시 정보 생성 수단(55a)을 설치하면, 디스플레이(52)의 화면에, 액츄에이터 본체(10)의 위치 및 자세, 및 선단 부재(2)의 자세를 표시하는 정보인 액츄에이터 표시 정보를 표시할 수 있어, 조작자가 원격 조작형 액츄에이터(5)의 조작 시에 그 정보를 용이하게 알 수 있다.

디스플레이(52) 및 액츄에이터 표시 정보 생성 수단(55a)을 설치하는 경우, 상기 액츄에이터 표시 정보 생성 수단(55a)에 의해 생성하는 액츄에이터 표시 정보는, 상기 디스플레이(52)의 화면에, 상기 액츄에이터 본체(10)의 위치 및 자세, 및 상기 선단 부재(2)의 자세를, 복수 개의 점(60)으로 표시하는 정보로 할 수 있다.

점(60)에 의한 표시로 하면, 조작자가 시각적으로 인식할 수 있고, 또한 액츄에이터 표시 정보 생성 수단(55a)에서의 계산이 간단하다.

또한, 상기 액츄에이터 표시 정보 생성 수단(55a)은, 컴퓨터 그래픽에 의해, 상기 액츄에이터 표시 정보로서, 각각 위치 및 자세가 반영된 액츄에이터 본체(10), 선단 부재(2), 및 공구(1)의 외형을 나타내는 도형(61)을 생성하고, 상기 디스플레이(52)의 화면에 표시시켜도 된다.

외형을 나타내는 도형(61)으로 표시하면, 보다 한층 시각적으로 인식하기 용이하다.

또한, 상기 액츄에이터 표시 정보 생성 수단(55a)에 의해 생성하는 액츄에이터 표시 정보는, 상기 디스플레이(52)의 화면에 숫자로 표시하는 정보라도 된다.

어느 경우라도, 디스플레이(52)의 화면에, 액츄에이터 본체(10)의 위치 및 자세, 및 선단 부재(2)의 자세를 표시하는 정보인 액츄에이터 표시 정보를 표시하여, 그 정보를 조작자에게 알릴 수가 있다.

상기 원격 조작형 액츄에이터는, 이하의 구성으로 하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 선단 부재는, 상기 공구를 유지하는 스핀들을 회전 가능하게 지지하고, 상기 스핀들 가이드부는, 상기 구동부 하우징 내의 상기 공구 회전용 구동원의 회전을 상기 스핀들에 전달하는 회전축과, 상기 구동부 하우징 내의 상기 자세 변경용 구동원에 의해 선단이 상기 선단 부재에 접하는 상태로 진퇴(進退) 동작하게 함으로써, 상기 선단 부재를 자세 변경시키는 자세 조작 부재를 내부에 가지는 구성으로 한다.

원격 조작형 액츄에이터가 상기 구성이면, 구동부 하우징 내의 공구 회전용 구동원의 회전을 스핀들 가이드부의 내부에 배치한 회전축을 통하여 스핀들에 전달하고, 또한 구동부 하우징 내의 자세 변경용 구동원에 의해 스핀들 가이드부의 내부에 배치한 자세 조작 부재를 진퇴 동작시켜, 선단 부재의 자세를 변경한다. 그러므로, 공구의 회전, 및 선단 부재의 자세 변경이 원격 조작으로 행해진다.

본 발명은, 첨부한 도면을 참고로 한 이하의 바람직한 실시예의 설명으로부터, 보다 명료하게 이해할 수 있을 것이다. 그러나, 실시예 및 도면은 단순한 도시 및 설명을 위한 것이며, 본 발명의 범위를 정하기 위해 이용되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 첨부한 청구의 범위에 의해 정해진다. 첨부 도면에 있어서, 복수 개의 도면에서의 동일한 부호는, 동일 또는 상당하는 부분을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 원격 조작형 액츄에이터의 네비게이션 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2의 (A)는 제1 실시예의 원격 조작형 액츄에이터의 선단 부재 및 스핀들 가이드부의 단면도, (B)는 그 IIB―IIB 단면도, (C)는 선단 부재와 회전축과의 연결 구조를 나타낸 도면이다.
도 3의 (A)는 제1 실시예의 원격 조작형 액츄에이터의 공구 회전용 구동 기구 및 자세 변경용 구동 기구의 측면도, (B)는 그 IIIB―IIIB에서 본 도면이다.
도 4는 제1 실시예의 네비게이션 시스템의 제어계의 블록도이다.
도 5의 (A)는 제1 실시예의 원격 조작형 액츄에이터의 공구, 선단 부재, 및 스핀들 가이드부를 나타낸 도면, (B)는 공구, 선단 부재, 및 형상이 상이한 스핀들 가이드부를 나타낸 도면이다.
도 6은 제1 실시예의 네비게이션 시스템의 액츄에이터 형상 기억 수단의 일부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7의 (A)는 제1 실시예의 원격 조작형 액츄에이터의 공구, 선단 부재, 및 스핀들 가이드부를 나타낸 도면, (B)는 종류가 상이한 공구, 선단 부재, 및 스핀들 가이드부를 나타낸 도면이다.
도 8은 제1 실시예의 네비게이션 시스템의 액츄에이터 형상 기억 수단의 일부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 9는 제1 실시예의 네비게이션 시스템의 디스플레이의 화면 표시예를 나타낸 도면이다.
도 10은 제1 실시예의 네비게이션 시스템의 디스플레이가 상이한 화면 표시예를 나타낸 도면이다.
도 11의 (A)는 제2 실시예의 원격 조작형 액츄에이터의 선단 부재 및 스핀들 가이드부의 단면도, (B)는 그 XIB―XIB 단면도이다.
도 12의 (A)는 제3 실시예의 원격 조작형 액츄에이터의 선단 부재 및 스핀들 가이드부의 단면도, (B)는 그 XIIB―XIIB 단면도이다.
도 13은 제3 실시예의 원격 조작형 액츄에이터의 공구 회전용 구동 기구 및 자세 변경용 구동 기구의 정면도이다.
도 14는 본 발명의 제1 응용예에 관한 원격 조작형 액츄에이터의 네비게이션 시스템의 가공 시의 상태를 나타낸 개략적인 구성 도면이다.
도 15의 (A)는 상기 네비게이션 시스템의 시험 시의 상태를 나타낸 개략적인 구성 도, (B)는 그 부분 확대도이다.
도 16은 상기 네비게이션 시스템의 제어계의 블록도이다.
도 17은 상기 네비게이션 시스템의 공구용 마커 상대 위치·자세 기억 수단의 구성을 나타낸 도면이다.
도 18은 상기 네비게이션 시스템의 공구·공구용 마커 상대 위치 기억 수단의 구성을 나타낸 도면이다.
도 19의 (A), (B)는 선단 부재에 상이한 공구를 장착한 경우에서의 공구의 기준점과 공구용 마커의 기준점과의 위치 관계를 나타낸 설명도이다.
도 20은 상이한 네비게이션 시스템의 네비게이션 시스템부의 일부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 21의 (A)는 상기 네비게이션 시스템의 교정(校正) 시의 상태를 나타낸 개략적인 구성도, (B)는 그 부분 확대도이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 원격 조작형 액츄에이터의 네비게이션 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다. 이 네비게이션 시스템은, 공구(1)의 회전 및 자세를 원격 조작 가능한 원격 조작형 액츄에이터(5)에 대한 것이며, 원격 조작형 액츄에이터(5) 및 가공 대상물(6)에 장착된 마커(7A, 7B)의 위치 및 자세를 검출하는 마커 검출기(8)와 네비게이션 시스템의 제어 및 원격 조작형 액츄에이터(5)의 동작의 제어를 겸하는 네비게이션 컴퓨터(9)를 구비한다.

원격 조작형 액츄에이터(5)는, 도 1 및 도 2의 (A)에 나타낸 액츄에이터 기구부(5a)와 조작 시스템부(5b)(도 4)로 구성된다. 이하, 액츄에이터 기구부(5a)에 대하여, 도 1~도 3의 (B)를 참조하여 설명한다. 그리고, 도 2의 (A)는 스핀들 가이드부(3)가 직선형의 것을 나타내지만, 도 1과 같이 스핀들 가이드부(3)가 곡선형의 것도, 형상의 차이 외에는, 기본적으로 같은 구조이다.

도 1에 있어서, 이 액츄에이터 기구부(5a)는, 회전식의 공구(1)를 유지하는 선단 부재(2)와, 이 선단 부재(2)가 선단에 자세 변경 가능하게 장착된 외곽이 파이프형으로 가늘고 긴 형상의 스핀들 가이드부(3)와, 이 스핀들 가이드부(3)의 기단(基端)이 결합된 구동부 하우징(4a)를 구비한다. 구동부 하우징(4a)은, 내장된 공구 회전용 구동 기구(4b)[도 3의 (A)] 및 자세 변경용 구동 기구(4c)[도 3의 (A)]와 함께 구동부(4)를 구성한다. 또한, 스핀들 가이드부(3)와 구동부(4)로 액츄에이터 본체(10)를 구성한다. 구동부 하우징(4a)에는, 조작 수단(50)으로서, 공구 회전용 구동 기구(4b)의 동작을 제어하여 상기 공구(1)의 회전 조작을 행하는 회전 조작구(50a)(도 4)와, 자세 변경용 구동 기구(4c)의 동작을 제어하여 상기 선단 부재(2)의 자세 변경 조작을 행하는 자세 조작구(50b)(도 4)가 설치되어 있다.

도 2의 (A)에 나타낸 바와 같이, 공구(1)는, 가공부(1a)와 생크부(shank portion)(1b)로 구성된다. 이 실시예에서는, 가공부(1a)가 구형(球形)이다. 선단 부재(2)는, 대략 원통형의 하우징(11)의 내부에, 한쌍의 베어링(12)에 의해 스핀들(13)이 회전 가능하게 지지되어 있다. 스핀들(13)은, 선단측이 개구된 통형이며, 중공부(中空部)에 공구(1)의 생크부(1b)가 끼워맞추어진 상태로 착탈(着脫) 가능하게 삽입되고, 회전방지핀(14)에 의해 생크부(1b)가 회전 불가능하게 결합된다. 이 선단 부재(2)는, 선단 부재 연결부(15)를 통하여 스핀들 가이드부(3)의 선단에 장착된다. 선단 부재 연결부(15)는, 선단 부재(2)를 자세 변경 가능하게 지지하는 수단이며, 구면 베어링으로 이루어진다. 구체적으로는, 선단 부재 연결부(15)는, 하우징(11)의 기단의 내경 축경부(縮徑部)로 이루어지는 피안내부(11a)와 스핀들 가이드부(3)의 선단에 고정된 이탈 방지 부재(21)의 콜러형부(collar shaped portion)로 이루어지는 안내부(21a)로 구성된다. 피안내부(11a)와 안내부(21a)가 서로 접하는 각 안내면(F1, F2)은, 스핀들(13)의 중심선 CL 상에 회동 중심점 O1이 위치하고, 기단측으로 갈수록 직경이 작은 구면으로 되어 있다. 이로써, 스핀들 가이드부(3)에 대하여 선단 부재(2)가 이탈이 방지되고, 또한 자세 변경 가능하게 지지된다. 이 예는, 회동 중심점 O1을 통과하는 X축 주위에 선단 부재(2)가 자세 변경되는 구성이므로, 안내면(F1, F2)이, 회동 중심점 O1을 통과하는 X축을 축심으로 하는 원통면이라도 된다.

스핀들 가이드부(3)는, 구동부 하우징(4a) 내의 공구 회전용 구동원(41)[도 3의 (A)]의 회전력을 상기 스핀들(13)에 전달하는 회전축(22)을 가진다. 이 예에서는, 회전축(22)은 와이어로 되고, 어느 정도의 탄성 변형이 가능하다. 와이어의 재질로서는, 예를 들면, 금속, 수지, 유리섬유 등이 사용된다. 와이어는 단선(單線)이라도, 연선(撚線)이라도 된다. 도 2의 (C)에 나타낸 바와 같이, 스핀들(13)과 회전축(22)은, 자유로운 조인트 등의 조인트(23)를 통하여 회전 전달 가능하게 접속되어 있다. 조인트(23)는, 스핀들(13)의 폐색(閉塞)된 기단에 형성된 홈(13a)과, 회전축(22)의 선단에 형성되어 상기 홈(13a)에 걸어맞추어지는 돌기(22a)로 구성된다. 상기 홈(13a)과 돌기(22a)와의 연결 개소의 중심은, 상기 안내면(F1, F2)의 회동 중심점 O1과 동일 위치이다.

스핀들 가이드부(3)는, 이 스핀들 가이드부(3)의 외곽이 되는 외곽 파이프(25)를 가지고, 이 외곽 파이프(25)의 중심에 상기 회전축(22)이 위치한다. 회전축(22)은, 각각 축 방향으로 이격되어 배치된 복수 개의 롤링 베어링(26)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 각각의 롤링 베어링(26) 사이에는, 이들 롤링 베어링(26)에 예압(豫壓)을 발생시키기 위한 스프링 요소(27A, 27B)가 설치되어 있다. 스프링 요소(27A, 27B)는, 예를 들면, 압축 코일 스프링이다. 롤링 베어링(26)의 내륜에 예압을 발생시키는 내륜용 스프링 요소(27A)과 외륜에 예압을 발생시키는 외륜용 스프링 요소(27B)가 있고, 이들이 교호적(交互的)으로 배치되어 있다. 상기 이탈 방지 부재(21)는, 고정핀(28)에 의해 외곽 파이프(25)의 파이프 엔드부(25a)에 고정되고, 그 선단 내주부에서 롤링 베어링(29)을 통하여 회전축(22)의 선단부를 회전 가능하게 지지하고 있다. 파이프 엔드부(25a)는, 외곽 파이프(25)와 별도의 부재로 하여, 용접 등에 의해 결합해도 된다.

외곽 파이프(25)의 내경면과 회전축(22) 사이에는, 양단에 관통하는 1개의 가이드 파이프(30)가 설치되고, 이 가이드 파이프(30)의 내경 구멍인 가이드 구멍(30a) 내에, 와이어(31a)와 그 양단의 기둥형 핀(31b)으로 이루어지는 자세 조작 부재(31)가 진퇴 가능하게 삽통되어 있다. 선단 부재(2) 측의 기둥형 핀(31b)의 선단은 구면형이며, 선단 부재(2)의 자세 조작 부재(31)와의 접촉면인 하우징(11)의 기단면(11b)에 맞닿아 있다. 구동부 하우징(4a) 측의 기둥형 핀(31b)의 선단도 구면형이며, 후술하는 레버(43b)[도 3의 (A)]의 측면에 맞닿아 있다. 기둥형 핀(31b)을 생략하고, 1개의 와이어(31a)만으로 자세 조작 부재(31)를 구성해도 된다.

상기 자세 조작 부재(31)가 위치하는 주위 방향 위치에 대해 180° 위상의 위치에는, 선단 부재(2)의 하우징(11)의 기단면과 스핀들 가이드부(3)의 외곽 파이프(25)의 선단면과의 사이에, 예를 들면, 압축 코일 스프링으로 이루어지는 복원용 탄성 부재(32)가 설치되어 있다. 이 복원용 탄성 부재(32)는, 선단 부재(2)를 소정 자세 측으로 가압하는 작용을 한다.

또한, 외곽 파이프(25)의 내경면과 회전축(22) 사이에는, 도 2의 (B)에 나타낸 바와 같이, 상기 가이드 파이프(30)와는 별개로, 이 가이드 파이프(30)와 동일 피치 원 C 상에, 복수 개의 보강 샤프트(34)가 배치되어 있다. 이들 보강 샤프트(34)는, 스핀들 가이드부(3)의 강성(剛性)을 확보하기 위한 것이다. 가이드 파이프(30)와 보강 샤프트(34)의 배열 간격은 등간격으로 되어 있다. 가이드 파이프(30) 및 보강 샤프트(34)는, 외곽 파이프(25)의 내경면에 및 상기 롤링 베어링(26)의 외경면에 접하고 있다. 이로써, 롤링 베어링(26)의 외경면을 지지하고 있다.

공구 회전용 구동 기구(4b)는, 공구 회전용 구동원(41)을 구비한다. 공구 회전용 구동원(41)은, 예를 들면, 전동 모터이며, 그 출력축(41a)이 상기 회전축(22)의 기단과 결합되어 있다.

자세 변경용 구동 기구(4c)는, 자세 변경용 구동원(42)을 구비한다. 자세 변경용 구동원(42)은, 예를 들면, 전동 리니어 액츄에이터이며, 도 3의 (A)의 좌우 방향으로 이동하는 출력 로드(42a)의 동작이, 레버 기구(43)를 통하여 상기 자세 조작 부재(31)에 전달된다. 자세 변경용 구동원(42)은, 회전 모터라도 된다. 자세 변경용 구동원(42)의 동작량은, 공구 자세 검출 수단(45)에 의해 검출된다. 이 공구 자세 검출 수단(45)의 검출 신호는, 액츄에이터용 전기 케이블(46)(도 1, 도 4)을 통하여, 네비게이션 컴퓨터(9)의 공구 가공부 위치 추정 수단(55)(도 4)에 보내진다.

레버 기구(43)는, 지지축(43a) 주위로 회동 가능한 레버(43b)를 가지고, 이 레버(43b)에서의 지지축(43a)으로부터의 거리가 긴 작용점 P1에 출력 로드(42a)의 힘이 작용하여, 지지축(43a)으로부터의 거리가 짧은 역점(力点) P2에서 자세 조작 부재(31)에 힘을 부여하는 구성이며, 자세 변경용 구동원(42)의 출력이 증가하여 자세 조작 부재(31)에 전달된다. 레버 기구(43)를 설치하면, 작은 출력의 리니어 액츄에이터라도 자세 조작 부재(31)에 큰 힘을 부여하는 것이 가능하므로, 리니어 액츄에이터의 소형화가 가능하게 된다. 회전축(22)은, 레버(43b)에 형성된 개구(44)를 관통하고 있다. 그리고, 자세 변경용 구동원(42) 등을 설치하는 대신에, 수동에 의해 선단 부재(2)의 자세를 원격 조작해도 된다.

도 1에 나타낸 마커 검출기(8)는, 검출기 지지체(8a)에 지지된 개별 검출기(8b)와, 네비게이션 컴퓨터(9) 내의 마커 위치·자세 연산부(54A, 54B)(도 4)로 구성된다. 본체용 마커(7A)는, 액츄에이터 본체(10)의 일부인 구동부 하우징(4a)에 장착되어 있다. 가공 대상물용 마커(7B)는, 뼈 등의 가공 대상물(6)에 장착되어 있다. 마커 검출기(8)의 각각의 개별 검출기(8b)에 대응하여, 마커(7A, 7B)에는, 각각 3개의 광 반사부(7a)가 설치되어 있다. 3개의 광 반사부(7a)는, 위치를 각각 상이하게 하고 있다.

각각의 개별 검출기(8b)는 광학식의 것이며, 각각 마커(7A, 7B)의 광 반사부(7a)를 향해 검지용 광을 투광하고, 그 반사광을 수광한다. 각각의 개별 검출기(8b)의 검출 신호는, 검출기 지지체(8a)에 내장한 배선(도시하지 않음) 및 마커 검출기용 전기 케이블(47)을 통하여, 네비게이션 컴퓨터(9)의 마커 위치·자세 연산부(54A, 54B)(도 4)에 각각 보내진다. 마커(7A, 7B)에 각각 3개의 투광부(도시하지 않음)를 설치하고, 이들 투광부로부터 투광되는 검지용 광을 각각의 개별 검출기(8b)가 수광하도록 해도 된다. 이와 같이 각각의 개별 검출기(8b)를 광학식의 것으로 하면, 마커 검출기(8)를 간단하고 용이하게 구성할 수 있다. 각각의 개별 검출기(8b)는, 광학식의 것이 아니어도 되고, 예를 들면, 자기식(磁氣式)의 것이라도 된다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 네비게이션 컴퓨터(9)는, 네비게이션 시스템부(51)와, 디스플레이(52)를 구비한다. 네비게이션 시스템부(51)는, 네비게이션 컴퓨터(9)의 하드웨어와, 이에 의해 실행되는 프로그램으로 구성되며, 또한 전자 회로를 부가하여 구성된다.

조작 시스템부(5b)는, 공구 회전 제어 수단(5ba)과, 자세 제어 수단(5bb)으로 이루어진다. 조작 시스템부(5b)는, 컴퓨터 하드웨어와 이에 의해 실행되는 프로그램으로 구성되며, 또한 전자 회로를 부가하여 구성된다. 공구 회전 제어 수단(5ba)은, 회전 조작구(50a)로부터의 입력에 따라 모터 드라이버(도시하지 않음)에 출력하여, 공구 회전용 구동원(41)을 구동한다. 자세 제어 수단(5ba)은, 자세 조작구(50b)로부터의 입력에 따라 모터 드라이버(도시하지 않음)에 출력하여, 자세 변경용 구동원(42)을 구동한다.

네비게이션 시스템부(51)는, 액츄에이터 형상 기억 수단(53)과 마커 위치·자세 연산부(54A, 54B)와, 공구 가공부 위치 추정 수단(55)을 가진다. 액츄에이터 형상 기억 수단(53)은, 스핀들 가이드부 종류 선택 수단(53a) 및 공구 종류 선택 수단(53b)을 포함한다. 공구 가공부 위치 추정 수단(55)은, 액츄에이터 표시 정보 생성 수단(55a)을 포함한다. 또한, 이들과는 별개로, 가공 대상물 표시 정보 생성 수단(56)을 가진다.

액츄에이터 형상 기억 수단(53)은, 구동부 하우징(4a)에 장착된 본체용 마커(7A)에 대한 선단 부재(2)의 회동 중심점 O1의 상대 위치의 정보, 및 회동 중심점 O1을 기준으로 하는 공구(1)의 형상의 정보를 기억하는 것이다. 공구(1)의 형상의 정보로서, 예를 들면, 선단 부재(2)의 자세가 중립 상태에 있을 때의 회동 중심점 O1에 대한 가공부(1a)의 중심 O2[도 2의 (A)]의 상대 위치의 정보를 사용할 수 있다. 이 상대 위치의 정보는, 단지 선단 부재(2)의 회동 중심점 O1과 가공부(1a)의 중심 O2 사이의 거리라도 된다.

액츄에이터 형상 기억 수단(53)에 대하여, 보다 상세하게 설명한다.

본체용 마커(7A)에 대한 선단 부재(2)의 회동 중심점 O1의 상대 위치는, 스핀들 가이드부(3)의 형상에 따라 상이하다. 예를 들면, 도 5의 (A)와 같이 스핀들 가이드부(3)가 곡선형의 것을 사용하는 경우와, 도 5의 (B)와 같이 직선형의 것을 사용하는 경우에는, 상기 상대 위치가 상이하다. 스핀들 가이드부(3)를 인위적인 방법 등에 의해 변형시킨 경우에도, 변형 전과 변형 후에, 상기 상대 위치가 상이하다. 액츄에이터 형상 기억 수단(53)에는, 도 6에 나타낸 바와 같은, 스핀들 가이드부(3)의 종류와 상대 위치의 관계를 기억 보존하는 테이블(53c)이 저장되어 있고, 이 테이블(53c)에 기억 보존되어 있는 복수 개의 관계 중에서, 외부로부터 입력되는 정보 등에 따라 스핀들 가이드부 종류 선택 수단(53a)이 적절한 하나의 관계를 선택한다. 스핀들 가이드부(3)의 종류마다의 상대 위치는, 미리 계측 또는 설계 데이터에 의해 구하여 둔다.

또한, 회동 중심점 O1을 기준으로 하는 공구(1)의 형상은, 사용하는 공구(1)의 종류에 따라 상이하다. 예를 들면, 도 7의 (A)와 같이 가공부(1a)가 구형인 것을 사용하는 경우와, 도 7의 (B)와 같이 기둥형의 것을 사용하는 경우에는, 상기 상대 위치가 상이하다. 액츄에이터 형상 기억 수단(53)에는, 도 8에 나타낸 바와 같은, 공구(1)의 종류와 상대 위치의 관계를 기억 보존하는 테이블(53d)이 저장되어 있고, 이 테이블(53d)에 기억 보존되어 있는 복수 개의 관계 중에서, 외부로부터 입력되는 정보 등에 따라 공구 종류 선택 수단(53b)이 적절한 하나의 관계를 선택한다. 공구(1)의 종류마다의 상대 위치는, 미리 계측 또는 설계 데이터로부터 구하여 둔다. 공구(1)의 형상의 정보로서, 예를 들면, 선단 부재(2)의 자세가 중립 상태에 있을 때의 회동 중심점 O1에 대한 가공부(1a)의 가공단(加工端) Q(도 2)의 상대 위치의 정보를 사용해도 된다. 상기 가공단 Q는, 공구(1)의 회전 중심선[스핀들(13)의 중심선] CL 상의 선단이며, 주로 가공 시에 가공 대상물(6)에 닿는 부위이다.

도 4의 마커 위치·자세 연산부(54A)는, 마커 검출기(8)의 개별 검출기(8b)의 검출 신호로부터, 도 1의 구동부 하우징(4a)에 장착된 본체용 마커(7A)의 위치 및 자세를 연산한다. 마커(7A)의 광 반사부(7a) 및 마커 검출기(8)의 개별 검출기(8b)를 각 3개, 또는 그 이상 설치함으로써, 마커(7A)의 3차원의 위치 및 자세를 구할 수 있다. 본체용 마커(7A)의 위치 및 자세는, 액츄에이터 본체(10)의 위치 및 자세와 같은 의미이다. 즉, 도 4의 마커 위치·자세 연산부(54A)에 의해, 액츄에이터 본체(10)의 기준부의 위치 및 자세가 검출된다. 여기서 말하는 기준부는, 후술하는 공구 가공부 위치 추정 수단(55)에서의 계산의 기준으로 되는 부분이다.

마찬가지로, 마커 위치·자세 연산부(54B)는, 마커 검출기(8)의 개별 검출기(8b)의 검출 신호로부터, 도 1의 가공 대상물(6)에 장착된 가공 대상물용 마커(7B)의 위치 및 자세를 연산한다. 가공 대상물용 마커(7B)의 위치 및 자세는, 가공 대상물(6)의 위치 및 자세와 같은 의미이다.

도 4의 공구 가공부 위치 추정 수단(55)은, 마커 위치·자세 연산부(54A)에 의해 구해진 본체용 마커(7A)의 위치 및 자세의 정보, 액츄에이터 형상 기억 수단(53)에 의해 선택된 본체용 마커(7A)에 대한 선단 부재(2)의 회동 중심점 O1[도 2의 (A)]의 상대 위치의 정보 및 회동 중심점 O1을 기준으로 하는 공구(1)의 형상의 정보, 및 공구 자세 검출 수단(45)에 의해 검출되는 선단 부재(2)의 자세의 정보로부터, 공구(1)의 가공부(1a)의 위치를 추정한다.

환언하면, 공구 가공부 위치 추정 수단(55)은, 마커 검출기(8)에 의해 검출된 본체용 마커(7A)의 위치 및 자세의 정보, 즉 액츄에이터 본체(10)의 기준부의 위치 및 자세와, 액츄에이터 형상 기억 수단(53)에 기억된 마커(7A)에 대한 선단 부재(2)의 회동 중심점 O1의 상대 위치의 정보로부터, 회동 중심점 O1의 절대적인 위치를 추정할 수 있다. 또한, 공구 자세 검출 수단(45)에 의해 검출된 액츄에이터 본체(10)에 대한 선단 부재(2)의 자세의 정보와, 액츄에이터 형상 기억 수단(53)에 기억된 공구(1)의 형상의 정보로부터, 회동 중심점 O1[도 2의 (A)]에 대한 공구(1)의 가공부(1a)의 상대 위치를 추정할 수 있다.

도 4의 액츄에이터 표시 정보 생성 수단(55a)은, 상기 공구(1)의 위치의 추정에 사용되는 각 입력 정보로부터, 액츄에이터 본체(10)의 위치 및 자세, 및 선단 부재(2)의 자세를 표시하는 정보인 액츄에이터 표시 정보를 연산하고, 그 연산 결과를 디스플레이(52)의 화면에 표시한다. 또한, 가공 대상물 표시 정보 생성 수단(56)은, 마커 위치·자세 연산부(54B)에 의해 구해진 가공 대상물용 마커(7B)의 위치 및 자세의 정보인 가공 대상물 표시 정보를 연산하고, 그 연산 결과를 디스플레이(52)의 화면에 표시한다.

구체적으로는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 상기 액츄에이터 표시 정보 및 가공 대상물 표시 정보는, 액츄에이터 본체(10)의 위치 및 자세, 선단 부재(2)의 자세, 및 가공 대상물(6)의 위치 및 자세를, 복수 개의 점(60)으로 표시한다. 도 9는, 스핀들 가이드부(3) 및 선단 부재(2)의 중심선의 위치를 일정 간격마다 점(60)으로 표시하고 있다. 또는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 컴퓨터 그래픽에 의해, 각각 위치 및 자세가 반영된 액츄에이터 본체(10), 선단 부재(2), 공구(1), 및 가공 대상물(6)의 외형을 나타낸 부호 "61"로 표시한다. 또한, 도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 점(60)이나 도형(61)에 의한 표시에 병행하여, 액츄에이터 표시 정보나 가공 대상물 표시 정보를 숫자에 의한 표시부(62)로 표시해도 된다. 도 9 및 도 10의 예는, 선단 부재(2)의 자세를 표시부(62)로 표시하고 있는 상태를 나타낸다. 선단 부재(2)의 자세 이외의 정보도 선택적으로 표시할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

도 1의 원격 조작형 액츄에이터(5)의 동작을 설명한다.

도 3의 (A)의 공구 회전용 구동원(41)을 구동시키면, 그 회전력이 회전축(22)을 통하여 도 2의 (A)의 스핀들(13)에 전달되어, 스핀들(13)과 함께 공구(1)가 회전한다. 이 회전하는 공구(1)에 의해, 뼈 등의 절삭이 행해진다. 공구(1)의 회전 속도는, 회전 조작구(50a)(도 4)에 의해 임의로 설정할 수 있다.

사용 시에는, 도 3의 (A)의 자세 변경용 구동원(42)을 구동시켜, 원격 조작으로 선단 부재(2)의 자세 변경을 행한다. 예를 들면, 자세 변경용 구동원(42)에 의해 자세 조작 부재(31)를 선단측으로 진출시키면, 자세 조작 부재(31)에 의해 선단 부재(2)의 하우징(11)이 가압되어, 선단 부재(2)는 도 2의 (A)에 있어서 선단측이 하향으로 되는 측으로 안내면(F1, F2)을 따라 자세를 변경한다. 반대로, 자세 변경용 구동원(42)에 의해 자세 조작 부재(31)를 후퇴시키면, 복원용 탄성 부재(32)의 탄성 반발력에 의해 선단 부재(2)의 하우징(11)이 되밀어내져, 선단 부재(2)는 도 2의 (A)에 있어서 선단측이 상방향으로 되는 측으로 안내면(F1, F2)을 따라 자세를 변경한다. 그 때, 선단 부재 연결부(15)에는, 자세 조작 부재(31)의 압력, 복원용 탄성 부재(32)의 탄성 반발력, 및 이탈 방지 부재(21)로부터의 반력(反力)이 작용하고 있고, 이들 작용력의 균형에 의해 선단 부재(2)의 자세가 결정된다. 그러므로, 원격 조작으로 선단 부재(2)의 자세를 적절하게 제어할 수 있다.

자세 조작 부재(31)는 가이드 구멍(30a)에 삽통되어 있으므로, 자세 조작 부재(31)가 길이 방향과 교차하는 방향으로 위치가 어긋나지 않고, 항상 선단 부재(2)에 대하여 적절하게 작용할 수 있어, 선단 부재(2)의 자세 변경 동작이 정확하게 행해진다. 또한, 자세 조작 부재(31)는 주로 와이어(31a)로 이루어지고, 가요성(可撓性)이 있으므로, 스핀들 가이드부(3)가 만곡된 상태라도 선단 부재(2)의 자세 변경 동작이 확실하게 행해진다. 또한, 스핀들(13)과 회전축(22)과의 연결 개소의 중심이 안내면(F1, F2)의 회동 중심점 O1과 동일 위치이므로, 선단 부재(2)의 자세 변경에 의해 회전축(22)에 대하여 푸시풀하는 힘이 걸리지 않으므로, 선단 부재(2)가 원활하게 자세 변경할 수 있다.

이 원격 조작형 액츄에이터(5)는, 예를 들면, 인공 관절 치환 수술에 있어서 뼈의 수강부를 깎는 데 사용되는 것이며, 시술 시에는, 선단 부재(2)의 전부 또는 일부가 환자의 체내에 삽입되어 사용된다. 그러므로, 상기한 바와 같이 선단 부재(2)의 자세를 원격 조작으로 변경할 수 있으면, 항상, 공구(1)를 적절한 자세로 유지한 상태에서 뼈의 가공을 행할 수 있어, 인공 관절 삽입용 구멍을 양호한 정밀도로 마무리할 수 있다.

가늘고 긴 형상인 스핀들 가이드부(3)에는, 회전축(22) 및 자세 조작 부재(31)를 보호 상태로 설치할 필요가 있지만, 외곽 파이프(25)의 중심부에 회전축(22)을 설치하고, 외곽 파이프(25)과 회전축(22)과의 사이에, 자세 조작 부재(31)를 수용한 가이드 파이프(30)와 보강 샤프트(34)를 원주 방향으로 배열하여 배치한 구성으로 한 것에 의해, 회전축(22) 및 자세 조작 부재(31)를 보호하고, 또한 내부를 중공으로 하여 경량화를 도모하면서 강성을 확보할 수 있다. 또한, 전체의 밸런스도 양호해 진다.

도 2의 (B)에 나타낸 바와 같이, 회전축(22)을 지지하는 롤링 베어링(26)의 외경면을, 가이드 파이프(30)와 보강 샤프트(34)로 지지시켰으므로, 여분의 부재를 사용하지 않고 롤링 베어링(26)의 외경면을 지지할 수 있다. 또한, 도 2의 (A)의 스프링 요소(27A, 27B)에 의해 롤링 베어링(26)에 예압이 걸려 있으므로, 와이어로 이루어지는 회전축(22)을 고속 회전시키는 것이 가능하다. 그러므로, 스핀들(13)을 고속 회전시켜 가공할 수 있어, 가공의 마무리가 양호해져, 공구(1)에 작용하는 절삭 저항이 저감된다. 스프링 요소(27A, 27B)는 인접하는 롤링 베어링(26) 사이에 형성되어 있으므로, 스핀들 가이드부(3)의 직경을 크게 하지 않고, 스프링 요소(27A, 27B)를 설치할 수 있다.

도 1에 나타낸 원격 조작형 액츄에이터(5)의 동작 시, 공구(1) 및 가공 대상물(6)의 위치가 네비게이션 시스템에 의해 추정되어, 디스플레이(52)의 화면에 표시된다. 그러므로, 공구(1)가 뼈 등의 가공 대상물(6)의 내부에 있어 직접 육안으로 볼 수 없는 경우라도, 조작자는, 디스플레이(52)의 화면에서 공구(1) 및 가공 대상물(6)의 위치를 확인하면서 조작을 행할 수 있다. 또한, 액츄에이터 본체(10), 선단 부재(2), 공구(1) 및 가공 대상물(6)의 위치나 자세를, 복수 개의 점(60)(도 9), 또는 외형을 나타내는 도형(61)(도 10)으로 표시한 경우, 가공 대상물(6)에 대한 공구(1)의 위치를 감각적으로 용이하게 파악할 수 있다.

스핀들 가이드부(3)를 상이한 종류의 것으로 교환하거나, 스핀들 가이드부(3)의 형상을 변형시키거나 한 경우, 도 6의 액츄에이터 형상 기억 수단(53)의 테이블(53c)에 기억되어 있는 스핀들 가이드부(3)의 종류와 선단 부재(2)의 상대 위치와의 관계 중에서, 스핀들 가이드부 종류 선택 수단(53a)에 의해 적절한 하나의 관계를 선택함으로써 대응할 수 있다. 마찬가지로, 공구(1)를 형상이 상이한 종류의 것으로 교환한 경우도, 도 8의 액츄에이터 형상 기억 수단(53)의 테이블(53d)에 기억되어 있는 공구(1)의 종류와 가공부(1a)의 상대 위치와의 관계 중에서, 공구 종류 선택 수단(53b)에 의해 적절한 하나의 관계를 선택함으로써 대응할 수 있다.

도 1의 원격 조작형 액츄에이터(5)의 액츄에이터 기구부(5a)와 네비게이션 컴퓨터(9)는 이격되어 위치하고 있지만, 액츄에이터 기구부(5a)에 설치한 공구 자세 검출 수단(45)[도 3의 (A)]에 의해 검출되는 선단 부재(2)의 자세를 나타낸 전기 신호가 액츄에이터용 전기 케이블(46)을 통하여, 네비게이션 컴퓨터(9)의 공구 가공부 위치 추정 수단(55)에 전달할 수 있으므로, 액츄에이터 기구부(5a)와 네비게이션 컴퓨터(9) 사이의 정보 전달이 용이하다.

도 11의 (A), (B)는 제2 실시예에 관한 원격 조작형 액츄에이터(5)의 액츄에이터 기구부(5a)를 나타낸다. 이 액츄에이터 기구부(5a)의 1구성 부분인 스핀들 가이드부(3)는, 외곽 파이프(25) 내의 서로 180°의 위상에 있는 주위 방향 위치에 2개의 가이드 파이프(30)를 설치하고, 그 가이드 파이프(30)의 내경 구멍인 가이드 구멍(30a) 내에 상기 동일한 자세 조작 부재(31)가 진퇴 가능하게 삽통되어 있다. 2개의 가이드 파이프(30) 사이에는, 도 11의 (B)에 나타낸 바와 같이, 가이드 파이프(30)와 동일 피치 원 C 상에 복수 개의 보강 샤프트(34)가 배치되어 있다. 도 11의 (A)에 나타낸 바와 같이, 복원용 탄성 부재(32)[도 2의 (A)]는 설치되어 있지 않다. 안내면(F1, F2)은, 곡률 중심이 점 O1인 구면, 또는 점 O1을 통과하는 X축을 축심으로 하는 원통면이다.

구동부[도 3의 (A)의 「4」에 상당]에는, 2개의 자세 조작 부재(31)를 각각 개별적으로 진퇴 조작시키는 2개의 자세 변경용 구동원[도 3의 (A)의 「42」에 상당]이 설치되어 있고, 이들 2개의 자세 변경용 구동원을 서로 역방향으로 구동함으로써 선단 부재(2)의 자세 변경을 행한다.

예를 들면, 도 11의 (A)에서의 위쪽의 자세 조작 부재(31)를 선단측으로 진출시키고, 또한 아래쪽의 자세 조작 부재(31)를 후퇴시키면, 위쪽의 자세 조작 부재(31)에 의해 선단 부재(2)의 하우징(11)이 가압되는 것에 의해, 선단 부재(2)는 도 11의 (A)에 있어서 선단측이 하향으로 되는 측으로 안내면(F1, F2)을 따라 자세를 변경한다. 반대로, 양 자세 조작 부재(31)를 반대로 진퇴시키면, 아래쪽의 자세 조작 부재(31)에 의해 선단 부재(2)의 하우징(11)이 가압되는 것에 의해, 선단 부재(2)는 도 11의 (A)에 있어서 선단측이 상방향으로 되는 측으로 안내면(F1, F2)을 따라 자세를 변경한다. 그 때, 선단 부재 연결부(15)에는, 상하 2개의 자세 조작 부재(31)의 압력, 및 이탈 방지 부재(21)로부터의 반력이 작용하고 있고, 이들 작용력의 균형에 의해 선단 부재(2)의 자세가 결정된다.

이 구성에서는, 2개의 자세 조작 부재(31)에 의해 선단 부재(2)의 하우징(11)에 가압되므로, 1개 자세 조작 부재(31)만으로 가압되는 상기 실시예에 비교하여, 선단 부재(2)의 자세 안정성을 높일 수 있다.

도 12의 (A), (B)는 제3 실시예에 관한 원격 조작형 액츄에이터(5)의 액츄에이터 기구부(5a)를 나타낸다. 이 액츄에이터 기구부(5a)의 1구성 부분인 스핀들 가이드부(3)는, 도 12의 (B)에 나타낸 바와 같이, 외곽 파이프(25) 내의 서로 120°의 위상에 있는 주위 방향 위치에 3개의 가이드 파이프(30)를 설치하고, 그 가이드 파이프(30)의 내경 구멍인 가이드 구멍(30a) 내에 상기 동일한 자세 조작 부재(31)가 진퇴 가능하게 삽입되어 있다. 3개의 가이드 파이프(30) 사이에는, 가이드 파이프(30)와 동일 피치 원 C 상에 복수 개의 보강 샤프트(34)가 배치되어 있다. 도 12의 (A)에 나타낸 바와 같이, 복원용 탄성 부재(32)는 설치되어 있지 않다. 안내면(F1, F2)은 회동 중심점 O1을 중심으로 하는 구면이며, 선단 부재(2)는 임의 방향으로 경사이동 가능하다.

구동부에는, 도 12의 (B)에 나타낸 3개의 자세 조작 부재(31)[31U, 31L, 31R]를 각각 개별적으로 진퇴 조작시키는 3개의 자세 변경용 구동원(42)[42U, 42L, 42R]이 설치되어 있고, 이들 3개의 자세 변경용 구동원(42)을 서로 연계시켜 구동함으로써 선단 부재(2)의 자세 변경을 행한다.

예를 들면, 도 12의 (A)에서의 위쪽의 하나의 자세 조작 부재(31U)를 선단측으로 진출시키고, 또한 다른 2개의 자세 조작 부재(31L, 31R)를 후퇴시키면, 위쪽의 자세 조작 부재(31U)에 의해 선단 하우징(1)이 가압되는 것에 의해, 선단 부재(2)는 도 12의 (A)에 있어서 선단측이 하향으로 되는 측으로 안내면(F1, F2)을 따라 자세를 변경한다. 이 때, 각 자세 조작 부재(31)의 진퇴량이 적절하게 되도록, 각 자세 변경용 구동원(42)이 제어된다. 각 자세 조작 부재(31)를 반대로 진퇴시키면, 좌우의 자세 조작 부재(31L, 31R)에 의해 선단 부재(2)의 하우징(11)이 가압되는 것에 의해, 선단 부재(2)는 도 12의 (A)에 있어서 선단측이 상방향으로 되는 측으로 안내면(F1, F2)을 따라 자세를 변경한다.

또한, 도 12의 (B)의 위쪽의 자세 조작 부재(31U)를 정지시킨 상태에서, 좌측의 자세 조작 부재(31L)를 선단측으로 진출시키고, 또한 우측의 자세 조작 부재(31R)를 후퇴시키면, 좌측의 자세 조작 부재(31L)에 의해 도 12의 (A)의 선단 부재(2)의 하우징(11)이 가압되는 것에 의해, 선단 부재(2)는 우측을 향해, 즉 도 12의 (A)에 있어서 지면의 배면측 방향으로 되는 측으로 안내면(F1, F2)을 따라 자세를 변경한다. 도 12의 (B)의 좌우의 자세 조작 부재(31L, 31R)를 반대로 진퇴시키면, 우측의 자세 조작 부재(31R)에 의해 도 12의 (A)의 선단 부재(2)의 하우징(11)이 가압되는 것에 의해, 선단 부재(2)는 좌측 방향으로 되는 측으로 안내면(F1, F2)을 따라 자세를 변경한다.

이와 같이, 자세 조작 부재(31)를 원주 방향의 3개소에 설치함으로써, 선단 부재(2)를 상하 좌우의 2축(X축, Y축)의 방향으로 자세 변경할 수 있다. 그 때, 선단 부재 연결부(15)에는, 3개의 자세 조작 부재(31)의 압력, 및 이탈 방지 부재(21)로부터의 반력이 작용하고 있고, 이들 작용력의 균형에 의해 선단 부재(2)의 자세가 결정된다. 이 구성에서는, 3개의 자세 조작 부재(31)와 선단 부재(2)의 하우징(11)에 가압되므로, 더욱 선단 부재(2)의 자세 안정성을 높일 수 있다. 자세 조작 부재(31)의 수를 더 늘리면, 선단 부재(2)의 자세 안정성을 보다 한층 높일 수 있다.

선단 부재(2)가 2축 방향으로 자세를 변경한 경우, 3개의 자세 변경용 구동원(42)(도 13) 중, 적어도 2개의 동작량을 각각 동작량 검출기(도시하지 않음)로 검출함으로써, 선단 부재(2)의 상기 2축 방향의 자세를 검출할 수 있다. 이 경우, 각각의 동작량 검출기의 집합체가 공구 자세 검출 수단(45)으로 된다.

3개의 자세 조작 부재(31)를 구동하는 자세 변경 구동 기구(4c)는, 예를 들면, 도 13과 같이 구성되어 있다. 즉, 각 자세 조작 부재(31)[31U, 31L, 31R]을 각각 개별적으로 진퇴 조작시키는 3개의 자세 변경용 구동원(42)[42U, 42L, 42R]을 좌우 병렬로 배치하고, 또한 각 자세 변경용 구동원(42)에 대응하는 레버(43b)[43bU, 43bL, 43bR]를 공통의 지지축(43a) 주위로 회동 가능하게 설치하고, 각 레버(43b)에서의 지지축(43a)으로부터의 거리가 긴 작용점 P1(P1U, P1L, P1R)에 각 자세 변경용 구동원(42U, 42L, 42R)의 출력 로드(42a)[42aU, 42aL, 42aR]의 힘이 작용하고, 지지축(43a)으로부터의 거리가 짧은 역점 P2(P2U, P2L, P2R)에서 자세 조작 부재(31)에 힘을 부여하는 구성으로 하고 있다. 이로써, 각 자세 변경용 구동원(42)의 출력이 증가하여 대응하는 자세 조작 부재(31)에 전달할 수 있다. 그리고, 회전축(22)은, 위쪽의 자세 조작 부재(31U)용의 레버(43bU)에 형성된 개구(44)를 관통하고 있다.

다음에, 본 발명의 제1 응용예에 대하여 도 14~도 21을 참조하면서 설명한다. 이 응용예에 있어서, 제1 실시예와 동일 또는 상당하는 부분에는 동일한 부호를 부여하여 그 상세한 설명은 생략한다.

도 14 및 도 15의 (A), (B)는, 본 발명의 응용예에 관한 원격 조작형 액츄에이터의 네비게이션 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다. 도 14는 가공 시 상태를 나타내고, 도 15의 (A), (B)는 가공 전에 행하는 시험 시의 상태를 나타낸다. 이 응용예와 상기 제1 ~제3 실시예와는, 액츄에이터 형상 기억 수단(53)을 이용하지 않고, 마커(7A, 7B)에 더하여 후술하는 공구용 마커(7C)를 사용하는 점에서 상이하고, 이에 부수하여 공구용 마커 위치·자세 연산부(54C)(도 16)를 설치하고, 공구·공구용 마커 상대 위치 기억 수단(64), 공구용 마커 상대 위치·자세 기억 수단(65)을 부가하고 있다. 그 외의 구성은 상기 제1 실시예와 마찬가지이며, 동일 또는 상당하는 부분에는 동일한 부호를 부여하고, 상세한 설명은 생략한다.

도 14의 네비게이션 시스템은, 공구(1)의 회전 및 자세를 원격 조작 가능한 원격 조작형 액츄에이터(5)에 대한 것이며, 원격 조작형 액츄에이터(5) 및 가공 대상물(6)에 각각 장착한 마커(7A, 7B), 및 공구(1) 대신에 선단 부재(2)에 장착되는 도 15의 (A)의 마커 장착 부재(58)에 장착된 마커(7C)의 위치 및 자세를 검출하는 마커 검출기(8)를 구비하고 있다.

마커 검출기(8)는, 상기 마커(7A, 7B, 7C)를 검출 대상으로 하고, 검출기 지지체(8a)에 지지된 개별 검출기(8b)와, 네비게이션 컴퓨터(9) 내의 마커 위치·자세 연산부(54)로 구성된다. 본체용 마커(7A)는 액츄에이터 본체(10)의 일부인 구동부 하우징(4a)에, 가공 대상물용 마커(7B)(도 14)는 뼈 등의 가공 대상물(6)에 각각 장착되어 있다. 공구용 마커(7C)의 장착 방법에 대해서는 다음에 설명한다. 마커 검출기(8)의 각각의 개별 검출기(8b)에 대응하여, 각 마커(7A, 7B, 7C)에는, 각각 3개의 광 반사부(7a)가 설치되어 있다. 3개의 광 반사부(7a)는, 위치를 각각 상이하게 하고 있다. 각각의 개별 검출기(8b)는 광학식의 것이며, 각각 마커(7A, 7B, 7C)의 광 반사부(7a)를 향해 검지용 광을 투광하고, 그 반사광을 수광한다. 각각의 개별 검출기(8b)의 검출 신호는, 검출기 지지체(8a)에 내장한 배선(도시하지 않음) 및 마커 검출기용 전기 케이블(47)을 통하여, 네비게이션 컴퓨터(9)의 마커 위치·자세 연산부(54)에 각각 보내진다. 마커(7A, 7B, 7C)에 각각 3개의 투광부(도시하지 않음)를 설치하고, 이들 투광부로부터 투광되는 검지용 광을 각각의 개별 검출기(8b)가 수광하도록 해도 된다. 각각의 개별 검출기(8b)는 제1 실시예의 것과 마찬가지이다.

도 16에 나타낸 네비게이션 시스템부(51)는, 본체 마커용, 공구용, 및 가공 대상물용의 각 마커 위치·자세 연산부(54A, 54B, 54C)와, 공구·공구용 마커 상대 위치 기억 수단(64)과, 공구용 마커 상대 위치·자세 기억 수단(65)과, 공구 가공부 위치 추정 수단(55)을 가진다. 공구 가공부 위치 추정 수단(55)은, 액츄에이터 표시 정보 생성 수단(55a)을 포함한다. 또한, 이들과는 별개로, 가공 대상물 표시 정보 생성 수단(56)을 가진다.

마커 위치·자세 연산부(54A, 54B, 54C)는, 마커 검출기(8)의 개별 검출기(8b)의 검출 신호로부터, 각 마커(7A, 7B, 7C)의 위치 및 자세를 연산한다. 마커(7A, 7B, 7C)의 광 반사부(7a) 및 마커 검출기(8)의 개별 검출기(8b)를 각 3개, 또는 그 이상 설치함으로써, 마커(7A, 7B, 7C)의 3차원의 위치 및 자세를 구할 수 있다. 본체용 마커(7A)의 위치 및 자세는, 액츄에이터 본체(10)의 위치 및 자세와 같은 의미이다. 가공 대상물용 마커(7B)의 위치 및 자세는, 가공 대상물(6)의 위치 및 자세와 같은 의미이다.

공구용 마커 상대 위치·자세 기억 수단(65)은, 도 17에 나타낸 바와 같이, 공구 자세 검출 수단(45)(도 3, 도 16)에 의해 검출되는 선단 부재(2)의 회동 각도마다, 본체용 마커(7A)에 대한 공구용 마커(7C)의 상대 위치 및 자세를 기록한 것이다. 본체용 마커(7A)에 대한 공구용 마커(7C)의 상대 위치 및 자세는, 마커 검출기(8)에 의해 각각 검출되는 본체용 마커(7A)의 위치 및 자세와 공구용 마커(7C)의 위치 및 자세로부터 산출된다.

상기 공구용 마커 상대 위치·자세 기억 수단(65)에 기록되는 선단 부재(2)의 회동 각도, 및 본체용 마커(7A)에 대한 공구용 마커(7C)의 상대 위치 및 자세는, 실제로 가공에 사용하는 액츄에이터 기구부(5a)를 사용한 시험에 의해 구해진다. 구체적으로는, 도 15와 같이 시험을 행한다. 즉, 선단 부재(2)로부터 공구(1)를 떼어내고, 공구(1) 대신에 공구용 마커(7C)를, 마커 장착 부재(58)를 통하여 선단 부재(2)에 장착한다. 이 상태에서, 자세 조작구(50b)를 조작하여 액츄에이터 본체(10)에 대하여 선단 부재(2)를 자세 변경시키고, 그 때의 선단 부재(2)의 회동 각도를 공구 자세 검출 수단(45)(도 16)에 의해 검출하고, 또한 그 때의 본체용 마커(7A) 및 공구용 마커(7C)의 각각의 위치 및 자세를 마커 검출기(8)로 검출한다. 그리고, 본체용 마커(7A)의 위치 및 자세와 공구용 마커(7C)의 위치 및 자세로부터, 본체용 마커(7A)에 대한 공구용 마커(7C)의 상대 위치 및 자세를 산출한다. 이 작업을, 선단 부재(2)의 자세를 바꾸어 임의의 횟수 행하고, 선단 부재(2)의 회동 각도마다, 본체용 마커(7A)에 대한 상기 공구용 마커(7C)의 상대 위치 및 자세를 공구용 마커 상대 위치·자세 기억 수단(65)에 기록한다.

본체용 마커(7A)의 위치 및 자세와 공구용 마커(7C)의 위치 및 자세와의 관계는, 스핀들 가이드부(3)의 형상에 따라 상이하다. 이 경우에도 제1 실시예와 마찬가지로, 예를 들면, 도 5의 (A)와 같이 스핀들 가이드부(3)가 곡선형의 것을 사용하는 경우와, 도 5의 (B)와 같이 직선형의 것을 사용하는 경우에는 상이하다. 스핀들 가이드부(3)를 인위적으로 변형시킨 경우 등에도, 변형 전과 변형 후에 상이하다. 마찬가지로, 사용하는 공구(1)의 종류에 따라서도, 상기 관계가 상이하다. 예를 들면, 도 7의 (A)와 같이 가공부(1a)가 구형인 것을 사용하는 경우와, 도 7의 (B)와 같이 기둥형의 것을 사용하는 경우에 상이하다. 그러므로, 스핀들 가이드부(3)나 공구(1)를 교환한 경우나, 스핀들 가이드부(3)를 변형시킨 경우에는, 상기 동일한 방법으로 재차 시험을 행하여, 본체용 마커(7A)에 대한 공구용 마커(7C)의 상대 위치 및 자세를 구한다.

공구·공구용 마커 상대 위치 기억 수단(64)은, 도 18에 나타낸 바와 같이, 공구(1)의 종류 등마다, 공구용 마커(7C)에 대한 선단 부재(2)에 장착된 상태에서의 공구(1)의 가공부(1a)의 상대 위치를 기억하는 것이다. 구체적으로는, 도 19의 (A)와 같은 구형의 공구(1)의 경우와, 도 19의 (B)와 같은 기둥형의 공구(1)의 경우에, 공구(1)의 기준점 Q1과 공구용 마커(7C)의 기준점 Q2와의 상대 위치 관계가 상이하다. 이 상대 위치 관계의 차이를, 공구(1)의 종류 등마다 기억하고 있다. 예를 들면, 가공부(1a)의 기준점 Q1은, 가공부(1a)의 외주면의 회전 중심선 CL과의 교점으로 한다.

도 16의 공구 가공부 위치 추정 수단(55)은, 마커 검출기(8)에 의해 검출되는 본체용 마커(7A)의 위치 및 자세와 공구 자세 검출 수단(45)에 의해 검출되는 선단 부재(2)의 회동 각도를 상기 공구용 마커 상대 위치·자세 기억 수단(65)에 의해 대조하여 얻어지는 본체용 마커(7A)에 대한 공구용 마커(7C)의 상대 위치로부터, 공구용 마커(7C)의 절대적인 위치 및 자세를 추정하고, 또한 그 추정 결과와 상기 공구·공구용 마커 상대 위치 기억 수단(54)의 기억 정보를 대조하여 공구(1)의 가공부(1a)의 위치를 추정한다.

바꾸어 말하면, 선단 부재(2)의 회동 각도를 공구 자세 검출 수단(45)에 의해 검출하고, 그 회동 각도를 공구용 마커 상대 위치·자세 기억 수단(65)에 의해 대조함으로써, 본체용 마커(7A)에 대한 공구용 마커(7C)의 상대 위치를 구한다. 그 때, 공구 자세 검출 수단(45)에 의한 선단 부재(2)의 회동 각도의 실측값은, 공구용 마커 상대 위치·자세 기억 수단(65)에 기록되어 있는 선단 부재(2)의 회동 각도와 완전하게는 일치하지 않지만, 가장 가까운 값을 사용하여 본체용 마커(7A)에 대한 공구용 마커(7C)의 상대 위치를 구하거나, 또는 실측값에 근사(近似)시키는 복수 개의 수치로부터 각각 안내되는 본체용 마커(7A)에 대한 공구용 마커(7C)의 상대 위치를 기초로 하여 계산에 의해 구해도 된다. 이와 같이 하여 구한 상기 상대 위치와, 마커 검출기(8)에 의해 검출되는 본체용 마커(7A)의 위치 및 자세를 대조함으로써, 공구용 마커(7C)의 절대적인 위치 및 자세를 추정할 수 있다. 도 19의 (A), (B)에 나타낸 공구용 마커(7C)의 기준점 Q2에 대하여 선단 부재(2)에 장착된 상태에서의 공구(1)의 가공부(1a)의 기준점 Q1은 소정의 상대 위치에 있으므로, 도 15의 공구용 마커(7C)의 절대적인 위치 및 자세를 알 수 있으면, 공구(1)의 가공부(1a)의 위치를 알 수 있다. 이로써, 스핀들 가이드부(3)의 선단에 설치된 공구 지지용의 선단 부재(2)의 자세 변경을 원격 조작할 수 있는 원격 조작형 액츄에이터(5)에 대하여, 가공 시에서의 공구(1)의 가공부(1a)의 위치를 추정할 수 있다.

도 14의 원격 조작형 액츄에이터(5)의 동작을 설명한다.

가공 시에는, 도 15의 (A)의 공구용 마커(7C) 부가된 마커 장착 부재(58)를 선단 부재(2)로부터 떼어내고, 도 14의 공구(1)를 장착한다. 그 상태에서, 공구 회전용 구동원(41)을 구동시키면, 그 회전력이 회전축(22)을 통하여 스핀들(13)에 전달되어, 스핀들(13)과 함께 공구(1)가 회전한다. 이 회전하는 공구(1)에 의해, 뼈 등의 절삭이 행해진다. 공구(1)의 회전 속도는, 회전 조작구(50a)(도 16)에 의해 임의로 설정할 수 있다. 그 외의 동작은 제1 실시예와 마찬가지이며, 상세한 설명은 생략한다.

공구(1)나 스핀들 가이드부(3)를 교환한 경우, 교환 후의 액츄에이터 기구부(5a)를 사용하여, 도 15의 (A), (B)에 나타낸 시험을 행하고, 공구용 마커 상대 위치·자세 기억 수단(65)의 기록 내용을 재기입한다. 이로써, 공구(1)나 스핀들 가이드부(3)의 교환에 대응할 수 있다.

도 20은 공구·공구용 마커 상대 위치 기억 수단(65)이 상이한 구성을 나타낸다. 이 공구·공구용 마커 상대 위치 기억 수단(64)은, 상기 실시예와 같이, 공구(1)에 대한 공구용 마커(7C)의 상대 위치에 대한 정보를, 사전에 공구(1)의 종류 등마다 기억하고 있는 것은 아니고, 기준으로 되는 공구(1)의 정보만을 기준 위치·자세 기억부(64a)에 기억해 두고, 각각의 공구(1)에 관한 상기 정보에 대해서는, 도 21의 (A), (B)에 나타낸 교정 작업에 기초하여, 교정 연산부(64b)(도 20)에 의해 교정하도록 한 것이다.

구체적으로는, 교정용 마커(7D)가 장착된 교정 부재(59)를 사용하여, 상기 교정 작업을 행한다. 즉, 기준으로 되는 공구(1)를 선단 부재(2)에 장착하고, 그 공구(1)의 가공부(1a)의 기준점 Q1을 교정 부재(59)의 소정의 교정점 Q3에 접촉시킨 상태에서, 마커 검출기(8)에 의해 교정용 마커(7D)의 위치 및 자세를 검출한다. 이 검출 결과를, 교정용 마커(7D)의 위치 및 자세의 기준값으로 하여, 기준 위치·자세 기억부(64a)(도 20)에 기억시킨다.

기준으로 되는 공구(1) 이외의 공구(1)를 사용하는 경우에는, 그 공구(1)를 선단 부재(2)에 장착하고, 그 공구(1)의 가공부(1a)의 기준점 Q1을 교정 부재(59)의 교정점 Q3에 접촉시킨 상태에서, 마커 검출기(8)에 의해 교정용 마커(7D)의 위치 및 자세를 검출한다. 교정 연산부(64b)(도 20)가, 이 검출 결과를, 기준 위치·자세 기억부(64a)에 기록되어 있는 기준값과 비교하여, 공구용 마커(7C)에 대한 선단 부재(2)에 장착된 상태에서의 공구(1)의 가공부(1a)의 상대 위치를 교정한다.

이 구성에 의하면, 교정용 마커(7D)의 위치 및 자세의 기준값만 기억시키고 있으면, 공구(1)의 가공부(1a)의 기준점 Q1을 교정 부재(59)의 교정점 Q3에 접촉시킨 상태에서, 마커 검출기(8)에 의해 교정용 마커(7D)의 위치 및 자세를 검출하는 간단한 조작을 행하는 것만으로, 종류 등이 상이한 공구(1)에 대응할 수 있다. 그러므로, 사전에, 공구(1)의 종류 등마다, 공구용 마커(7C)에 대한 선단 부재(2)에 장착된 상태에서의 공구(1)의 가공부(1a)의 상대 위치를 검출하는 시험 등을 행할 필요가 없다.

교정 부재(59)는, 교정점 Q3의 주변의 외면 형상이, 공구(1)의 가공부(1a)의 곡면형 외면을 따른 곡면(59a)으로 이루어지는 오목형으로 되어 있다. 이 응용예의 경우, 곡면(59a)은 구면이다. 그러므로, 공구(1)의 기준점 Q1을 교정 부재(59)의 교정점 Q3에 접촉시킬 때, 공구(1)의 기준점 Q1을 교정 부품(59)의 교정점 Q3에 양호한 정밀도로 접촉시킬 수 있어, 공구용 마커(7C)에 대한 선단 부재(2)에 장착된 상태에서의 공구(1)의 가공부(1a)의 상대 위치의 교정 정밀도를 높일 수 있다.

이상 설명한 응용예는, 전술한 제1 실시예 내지 제3 실시예와 비교하여, 액츄에이터 형상 기억 수단(53)을 생략하고, 공구용 마커(7C)와 이에 부수되는 공구용 마커 위치·자세 연산부(54C)를 부가하고, 공구·공구용 마커 상대 위치 기억 수단(64), 공구용 마커 상대 위치·자세 기억 수단(65)을 요건으로서 부가한 후의 응용 태양을 포함한다.

[태양 1]

태양 1에 관한 원격 조작형 액츄에이터의 네비게이션 시스템은, 가늘고 긴 형상의 스핀들 가이드부(3)의 기단을 구동부 하우징(4a)과 결합하여 이루어지는 액츄에이터 본체(10)와, 상기 스핀들 가이드부(3)의 선단에 회동 중심점 O를 중심으로 회동하여 자세 변경 가능하게 장착된 선단 부재(2)와, 이 선단 부재(2)에 회전 가능하게 지지된 공구(1)와, 상기 구동부 하우징(4a) 내에 설치되어 상기 선단 부재(2)의 자세 변경 및 상기 공구(1)의 회전을 각각 행하게 하는 자세 변경용 구동원(42) 및 공구 회전용 구동원(41)과, 상기 구동부 하우징(4a)에 설치되어 상기 각각의 구동원(42, 41)의 동작을 제어하여 상기 선단 부재(2)의 자세 및 상기 공구(1)의 회전의 조작을 행하는 조작 수단(50)을 구비한 원격 조작형 액츄에이터(5)에 대하여, 상기 공구(1)의 가공부(1a)의 위치를 추정하는 네비게이션 시스템으로서, 상기 액츄에이터 본체(10)의 상기 구동부 하우징(4a)에 장착된 본체용 마커(7A), 및 상기 공구(1) 대신에 상기 선단 부재(2)에 착탈 가능하게 장착되는 마커 장착 부재(58)에 장착되고 상기 선단 부재(2)에 장착된 상태에서의 상기 공구(1)에 대하여 소정의 상대 위치에 위치하는 공구용 마커(7C)의 각각의 위치 및 자세를 검출하는 마커 검출기(8)와, 상기 공구용 마커(7C)에 대한 상기 선단 부재(2)에 장착된 상태에서의 상기 공구(1)의 가공부(1a)의 상대 위치를 기억하는 공구·공구용 마커 상대 위치 기억 수단(64)과, 상기 액츄에이터 본체(10)에 대한 상기 선단 부재(2)의 상기 회동 중심점 O를 중심으로 하는 회동 각도를 검출하는 공구 자세 검출 수단(45)과, 이 공구 자세 검출 수단(45)에 의해 검출된 선단 부재(2)의 회동 각도마다, 상기 마커 검출기(8)에 의해 각각 검출된 상기 본체용 마커(7A)의 위치 및 자세와 상기 공구용 마커(7C)의 위치 및 자세로부터 산출된, 상기 본체용 마커(7A)에 대한 상기 선단 부재(2)에 장착된 상태에서의 상기 공구용 마커(7C)의 상대 위치 및 자세를 기록한 공구용 마커 상대 위치·자세 기억 수단(65)과, 상기 마커 검출기(8)에 의해 검출되는 상기 본체용 마커(7A)의 위치 및 자세와, 상기 공구 자세 검출 수단(45)에 의해 검출되는 상기 선단 부재(2)의 회동 각도를 상기 공구용 마커 상대 위치·자세 기억 수단(65)에 의해 대조하여 얻어지는 상기 본체용 마커(7A)에 대한 상기 선단 부재(2)에 장착된 상태에서의 상기 공구용 마커(7C)의 상대 위치로부터, 상기 마커 장착 부재(58)를 통하여 상기 선단 부재(2)에 장착된 상태에서의 상기 공구용 마커(7C)의 절대적인 위치 및 자세를 추정하고, 또한 그 추정 결과와 상기 공구·공구용 마커 상대 위치 기억 수단(64)의 기억 정보를 대조하여 상기 공구(1)의 가공부(1a)의 위치를 추정하는 공구 가공부 위치 추정 수단(55)을 가진다.

[태양 2]

상기 마커 장착 부재(58)는, 실제의 가공에 선행하여 행해지는 시험 시에, 상기 공구(1) 대신에 상기 선단 부재(2)에 장착된다. 상기 공구용 마커 상대 위치·자세 기억 수단(65)은, 예를 들면, 상기 시험에 의해 얻어지는, 상기 본체용 마커(7A)에 대한 상기 선단 부재(2)에 장착된 상태에서의 상기 공구용 마커(7C)의 상대 위치 및 자세를 기록한 것이다.

이 구성의 네비게이션 시스템은, 가공 전에, 실제로 가공에 사용하는 원격 조작형 액츄에이터(5)를 사용하여, 다음의 시험을 행한다. 즉, 선단 부재(2)로부터 공구(1)를 떼어내고, 공구(1) 대신에 공구용 마커(7C)를, 마커 장착 부재(58)를 통하여 선단 부재(2)에 장착된다. 공구용 마커(7C)에 대한 선단 부재(2)에 장착된 상태에서의 공구(1)의 가공부(1a)의 상대 위치는, 공구·공구용 마커 상대 위치 기억 수단(64)에 기억되어 있다. 이 상태에서, 조작 수단(50)을 조작하여 액츄에이터 본체(10)에 대하여 선단 부재(2)를 자세 변경시키고, 그 때의 선단 부재(2)의 회동 각도를 공구 자세 검출 수단(45)에 의해 검출하고, 또한 그 때의 본체용 마커(7A) 및 공구용 마커(7C)의 각각의 위치 및 자세를 마커 검출기(8)에 의해 검출한다. 그리고, 본체용 마커(7A)의 위치 및 자세와 공구용 마커(7C)의 위치 및 자세로부터, 본체용 마커(7A)에 대한 공구용 마커(7C)의 상대 위치 및 자세를 산출한다. 이 작업을, 선단 부재(2)의 자세를 바꾸어 임의의 횟수 행하고, 선단 부재(2)의 회동 각도마다, 본체용 마커(7A)에 대한 상기 공구용 마커(7C)의 상대 위치 및 자세를 공구용 마커 상대 위치·자세 기억 수단(65)에 기록하여 둔다.

가공 시에는, 마커 장착 부재(58) 및 공구용 마커(7C)를 선단 부재(2)로부터 떼어내고, 공구(1)를 장착한다. 공구 자세 검출 수단(45)에 의해 검출되는 선단 부재(2)의 회동 각도와 마커 검출기(8)에 의해 검출되는 본체 마커(7A)의 위치 및 자세가, 공구 가공부 위치 추정 수단(55)에 입력된다. 이들 정보는, 원격 조작형 액츄에이터(5)의 조작에 따라 시시각각으로 변화한다. 공구 가공부 위치 추정 수단(55)에서는, 상기 본체용 마커(7A)의 위치 및 자세와 상기 선단 부재(2)의 회동 각도를 공구용 마커 상대 위치·자세 기억 수단(65)에 의해 대조하여 얻어지는 본체용 마커(7A)에 대한 선단 부재(2)에 장착된 상태에서의 공구용 마커(7C)의 상대 위치로부터, 그 때 그 때의 선단 부재(2)에 장착된 상태에서의 공구용 마커(7C)의 절대적인 위치 및 자세를 추정한다. 또한, 그 추정 결과와 상기 공구·공구용 마커 상대 위치 기억 수단(64)의 기억 정보를 대조하여 상기 공구(1)의 가공부(1a)의 위치를 추정한다. 이로써, 스핀들 가이드부(3)의 선단에 설치된 공구 지지용의 선단 부재(2)의 자세 변경을 원격 조작할 수 있는 원격 조작형 액츄에이터(5)에 대하여, 가공 시에서의 공구(1)의 가공부(1a)의 위치를 추정할 수 있다.

[태양 3]

태양 1에 있어서, 교정용 마커(7D)가 장착된 교정 부재(59)를 가지고, 상기 공구·공구용 마커 상대 위치 기억 수단(64)은, 기준으로 되는 공구(1)를 상기 선단 부재(2)에 장착하고, 그 공구(1)의 가공부(1a)의 기준점 Q1을 상기 교정 부재(59)의 소정의 교정점 Q3에 접촉시킨 상태에서, 상기 마커 검출기(8)에 의해 검출된 상기 교정용 마커(7D)의 위치 및 자세의 기준값을 기록한 기준 위치·자세 기억부(64a)와, 가공에 사용하는 공구(1)를 상기 선단 부재(2)에 장착하고, 그 공구(1)의 가공부(1a)의 기준점 Q1을 상기 교정 부재(59)의 상기 교정점 Q3에 접촉시킨 상태에서, 상기 마커 검출기(8)에 의해 검출된 상기 교정용 마커(7D)의 위치 및 자세를, 상기 기준 위치·자세 기억부(64a)에 기록되어 있는 상기 기준값과 비교하여, 상기 공구용 마커(7C)에 대한 상기 선단 부재(2)에 장착된 상태에서의 상기 공구(1)의 가공부(1a)의 상대 위치를 교정하는 교정 연산부(64b)를 가지는 구성으로 해도 된다.

이 구성에 의하면, 기준으로 되는 공구(1)를 선단 부재(2)에 장착하고, 그 공구(1)의 가공부(1a)의 기준점 Q1을 교정 부재(59)의 소정의 교정점 Q3에 접촉시킨 상태에서, 마커 검출기(8)에 의해 교정용 마커(7D)의 위치 및 자세를 검출한다. 이 검출 결과를, 교정용 마커(7D)의 위치 및 자세의 기준값으로 하여, 기준 위치·자세 기억부(64a)에 기억시킨다. 기준으로 되는 공구(1) 이외의 공구(1)를 사용하는 경우에는, 그 공구(1)를 선단 부재(2)에 장착하고, 그 공구(1)의 가공부(1a)의 기준점 Q1을 교정 부재(59)의 교정점 Q3에 접촉시킨 상태에서, 마커 검출기(8)에 의해 교정용 마커(7D)의 위치 및 자세를 검출한다. 교정 연산부(64b)는, 이 검출 결과를, 기준 위치·자세 기억부(64a)에 기록되어 있는 기준값과 비교하여, 공구용 마커(7C)에 대한 선단 부재(2)에 장착된 상태에서의 공구(1)의 가공부(1a)의 상대 위치를 교정한다.

공구용 마커(7C)에 대한 선단 부재(2)에 장착된 상태에서의 공구(1)의 가공부(1a)의 상대 위치는, 사용하는 공구(1)의 종류나 형식에 따라 상이하다. 그러므로, 통상은, 공구(1)의 종류 등마다, 상기 상대 위치를 시험 등에 의해 구하고, 그것을 공구·공구용 마커 상대 위치 기억 수단(64)에 의해 기억시켜 둘 필요가 있다. 그러나, 기준 위치·자세 기억부(64a) 및 교정 연산부(64b)를 설치함으로써, 교정용 마커(7D)의 위치 및 자세의 기준값만 기억시키고 있으면, 공구(1)의 가공부(1a)의 기준점 Q1을 교정 부재(59)의 교정점 Q3에 접촉시킨 상태에서, 마커 검출기(8)에 의해 교정용 마커(7D)의 위치 및 자세를 검출하는 간단한 조작을 행하는 것만으로, 종류 등이 상이한 공구(1)에 대응할 수 있다. 그러므로, 사전에, 공구(1)의 종류 등마다, 공구용 마커(7C)에 대한 선단 부재(2)에 장착된 상태에서의 공구(1)의 가공부(1a)의 상대 위치를 검출하는 시험 등을 행할 필요가 없다.

[태양 4]

태양 3에 있어서, 상기 공구(1)의 가공부(1a)는, 상기 기준점 Q1을 포함하는 외면 중 적어도 일부가 외측 방향으로 볼록해지는 곡면형인 경우, 상기 교정 부재(59)는, 상기 교정점 Q3의 주변의 외면 형상이, 상기 공구(1)의 가공부(1a)의 곡면형 외면을 따른 곡면(59a)으로 이루어지는 오목형인 것이 바람직하다.

공구(1)의 기준점 Q1을 교정 부재(59)의 교정점 Q3에 접촉시킬 때, 교정 부재(59)에서의 교정점 Q3의 주변의 외면 형상이, 공구(1)의 가공부(1a)의 곡면형 외면을 따른 곡면(59a)으로 이루어지는 오목형이면, 공구(1)의 기준점 Q1을 교정 부품(59)의 교정점 Q3에 양호한 정밀도로 접촉시킬 수 있어, 공구용 마커(7C)에 대한 선단 부재(2)에 장착된 상태에서의 공구(1)의 가공부(1a)의 상대 위치의 교정 정밀도를 높일 수 있다.

[태양 5]

태양 1에 있어서, 상기 본체용 마커 및 공구용 마커는 광을 투광 또는 반사하는 것이며, 또한 상기 마커 검출기는 상기 본체용 마커 및 공구용 마커로부터의 광을 수광하는 광학식의 것으로 할 수 있다. 광학식의 마커 검출기는, 구성이 간단하다.

[태양 6]

태양 1에 있어서, 상기 본체용 마커, 공구용 마커, 및 교정용 마커는 광을 투광 또는 반사하는 것이며, 또한 상기 마커 검출기는 상기 본체용 마커, 공구용 마커, 및 교정용 마커로부터의 광을 수광하는 광학식의 것으로 할 수 있다.

[태양 7]

태양 1에 있어서, 상기 공구 자세 검출 수단(45)은, 상기 자세 변경용 구동원(42), 또는 상기 자세 변경용 구동원(42)으로부터 상기 선단 부재(2)에 동작을 전하는 전달계에 설치되어 선단 부재(2)의 자세에 대응하는 전기 신호를 출력하는 것으로 해도 된다.

[태양 8]

태양 1에 있어서, 화면에 화상을 표시하는 디스플레이(52)를 설치하고, 상기 공구 가공부 위치 추정 수단(55)에, 상기 공구(1)의 위치의 추정에 사용되는 각 입력 정보로부터, 상기 액츄에이터 본체(10)의 위치 및 자세, 및 상기 선단 부재(2)의 자세를 표시하는 정보인 액츄에이터 표시 정보를 연산하고, 상기 디스플레이(52)의 화면에 표시하는 액츄에이터 표시 정보 생성 수단(55a)을 설치하는 것이 바람직하다.

[태양 9]

태양 8에 있어서, 디스플레이(52) 및 액츄에이터 표시 정보 생성 수단(55a)을 설치하는 경우, 상기 액츄에이터 표시 정보 생성 수단(55a)에 의해 생성하는 액츄에이터 표시 정보는, 상기 디스플레이(52)의 화면에, 상기 액츄에이터 본체(10)의 위치 및 자세, 및 상기 선단 부재(2)의 자세를, 복수 개의 점(60)으로 표시하는 정보로 할 수 있다.

[태양 10]

또한, 태양 8에 있어서, 상기 액츄에이터 표시 정보 생성 수단(55a)은, 컴퓨터 그래픽에 의해, 상기 액츄에이터 표시 정보로서, 각각 위치 및 자세가 반영된 액츄에이터 본체(10), 선단 부재(2), 및 공구(1)의 외형을 나타내는 도형(61)을 생성하고, 상기 디스플레이(52)의 화면에 표시해도 된다.

[태양 11]

또한, 태양 8에 있어서, 상기 액츄에이터 표시 정보 생성 수단(55a)에 의해 생성하는 액츄에이터 표시 정보는, 상기 디스플레이(52)의 화면에 숫자로 표시하는 정보라도 된다.

[태양 12]

태양 1에 있어서, 상기 원격 조작형 액츄에이터는, 이하의 구성으로 하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 선단 부재(2)는, 상기 공구(1)를 유지하는 스핀들(13)을 회전 가능하게 지지하고, 상기 스핀들 가이드부(3)는, 상기 구동부 하우징(4a) 내의 상기 공구 회전용 구동원(41)의 회전을 상기 스핀들(13)에 전달하는 회전축(22)과, 상기 구동부 하우징(4a) 내의 상기 자세 변경용 구동원(42)에 의해 선단이 상기 선단 부재(2)에 접하는 상태로 진퇴 동작하게 함으로써, 상기 선단 부재(2)를 자세 변경시키는 자세 조작 부재(31)를 내부에 가지는 구성으로 한다.

이상, 의료용의 원격 조작형 액츄에이터의 네비게이션 시스템에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 그 이외의 용도의 원격 조작형 액츄에이터의 네비게이션 시스템에도 적용할 수 있다. 예를 들면, 기계 가공용의 원격 조작형 액츄에이터의 경우, 만곡형을 한 구멍의 드릴 가공이나, 홈 내부가 오목한 개소의 절삭 가공이 가능하게 된다.

전술한 바와 같이, 도면을 참조하면서 바람직한 실시예를 설명하였으나, 당업자이면, 본건 명세서를 보고, 자명한 범위 내에서 각종 변경 및 수정을 용이하게 상정할 수 있을 것이다. 따라서, 그와 같은 변경 및 수정은, 청구의 범위로부터 정해지는 발명의 범위 내의 것으로 해석된다.

1: 공구
1a: 가공부
2: 선단 부재
3: 스핀들 가이드부
4a: 구동부 하우징
5: 원격 조작형 액츄에이터
6: 가공 대상물
7A, 7B: 마커
8: 마커 검출기
9: 네비게이션 컴퓨터
10: 액츄에이터 본체
13: 스핀들
22: 회전축
31: 자세 조작 부재
41: 공구 회전용 구동원
42: 자세 변경용 구동원
45: 공구 자세 검출 수단
50: 조작 수단
52: 디스플레이
53: 액츄에이터 형상 기억 수단
53a: 스핀들 가이드부 종류 선택 수단
53b: 공구 종류 선택 수단
54A~54C: 마커 위치·자세 연산부
55: 공구 가공부 위치 추정 수단
55a: 액츄에이터 표시 정보 생성 수단
58: 마커 장착 부재
59: 교정 부재
64: 공구·공구용 마커 상대 위치 기억 수단
65: 공구용 마커 상대 위치·자세 기억 수단

Claims

가늘고 긴 형상의 스핀들 가이드부의 기단(基端)을 구동부 하우징과 결합하여 이루어지는 액츄에이터 본체와, 상기 스핀들 가이드부의 선단(先端)에 회동(回動) 중심점을 중심으로 회동하여 자세 변경 가능하게 장착된 선단 부재와, 상기 선단 부재에 회전 가능하게 지지된 공구와, 상기 구동부 하우징 내에 설치되어 상기 선단 부재의 자세 변경 및 상기 공구의 회전을 각각 행하게 하는 자세 변경용 구동원 및 공구 회전용 구동원과, 상기 구동부 하우징에 설치되어 상기 각각의 구동원의 동작을 제어하여 상기 선단 부재의 자세 및 상기 공구의 회전의 조작을 행하는 조작 수단을 포함하는 원격 조작형 액츄에이터에 대하여, 상기 공구의 위치를 추정하는 네비게이션 시스템으로서,
상기 액츄에이터 본체의 상기 구동부 하우징에 장착된 마커(maker)의 위치 및 자세를 검출하는 마커 검출기;
상기 액츄에이터 본체에 대한 상기 선단 부재의 자세를 검출하는 공구 자세 검출 수단;
상기 마커에 대한 상기 회동 중심점의 상대 위치의 정보, 및 상기 회동 중심점을 기준으로 하는 상기 공구의 형상의 정보를 기억한 액츄에이터 형상 기억 수단;
상기 마커 검출기에 의해 검출된 마커의 위치 및 자세의 정보, 상기 액츄에이터 형상 기억 수단에 기억된 상기 회동 중심점의 상대 위치의 정보 및 상기 공구의 형상의 정보, 및 상기 공구 자세 검출 수단에 의해 검출된 상기 선단 부재의 자세 정보로부터, 상기 공구의 가공부의 위치를 추정하는 공구 가공부 위치 추정 수단
을 포함하는,
원격 조작형 액츄에이터의 네비게이션 시스템.
제1항에 있어서,
상기 스핀들 가이드부의 종류가 서로 상이한 복수 종류의 원격 조작형 액츄에이터에 사용 가능한 네비게이션 시스템으로서, 상기 액츄에이터 형상 기억 수단은, 상기 스핀들 가이드부의 종류마다, 상기 마커에 대한 상기 회동 중심점의 상대 위치의 정보를 기억하고 있고, 상기 공구 가공부 위치 추정 수단에 의해 추정에 사용할 상기 회동 중심점의 상대 위치의 정보를 선택하는 스핀들 가이드부 종류 선택 수단을 설치한, 원격 조작형 액츄에이터의 네비게이션 시스템.
제1항에 있어서,
상기 공구의 종류가 서로 상이한 복수 종류의 원격 조작형 액츄에이터, 및 상기 공구를 상이한 종류의 것으로 교환 가능한 원격 조작형 액츄에이터에 사용 가능한 네비게이션 시스템으로서, 상기 액츄에이터 형상 기억 수단은, 상기 공구의 종류마다, 상기 회동 중심점을 기준으로 하는 상기 공구의 형상의 정보를 기억하고 있고, 상기 공구 가공부 위치 추정 수단에 의해 추정에 사용할 상기 공구의 형상의 정보를 선택하는 공구 종류 선택 수단을 설치한, 원격 조작형 액츄에이터의 네비게이션 시스템.
제1항에 있어서,
상기 마커는 광을 투광(投光) 또는 반사하는 것이며, 또한 상기 마커 검출기는 상기 마커로부터의 광을 수광하는 광학식의 것인, 원격 조작형 액츄에이터의 네비게이션 시스템.
제1항에 있어서,
상기 공구 자세 검출 수단은, 상기 자세 변경용 구동원, 또는 상기 자세 변경용 구동원으로부터 상기 선단 부재에 동작을 전하는 전달계에 설치되어 선단 부재의 자세에 대응하는 전기 신호를 출력하는 것인, 원격 조작형 액츄에이터의 네비게이션 시스템.
제1항에 있어서,
화면에 화상을 표시하는 디스플레이를 설치하고, 상기 공구 가공부 위치 추정 수단에, 상기 공구의 위치 추정에 사용되는 각 입력 정보로부터, 상기 액츄에이터 본체의 위치 및 자세, 및 상기 선단 부재의 자세를 표시하는 정보인 액츄에이터 표시 정보를 연산하고 상기 디스플레이의 화면에 표시하는 액츄에이터 표시 정보 생성 수단을 설치한, 원격 조작형 액츄에이터의 네비게이션 시스템.
제1항에 있어서,
상기 액츄에이터 표시 정보 생성 수단에 의해 생성하는 액츄에이터 표시 정보는, 상기 디스플레이의 화면에, 상기 액츄에이터 본체의 위치 및 자세, 및 상기 선단 부재의 자세를, 복수 개의 점으로 표시하는 정보인, 원격 조작형 액츄에이터의 네비게이션 시스템.
제6항에 있어서,
상기 액츄에이터 표시 정보 생성 수단은, 컴퓨터 그래픽에 의해, 상기 액츄에이터 표시 정보로서, 각각 위치 및 자세가 반영된 액츄에이터 본체, 선단 부재, 및 공구의 외형을 나타내는 도형을 생성하고, 상기 디스플레이의 화면에 표시하게 하는, 원격 조작형 액츄에이터의 네비게이션 시스템.
제6항에 있어서,
상기 액츄에이터 표시 정보 생성 수단에 의해 생성하는 액츄에이터 표시 정보는, 상기 디스플레이의 화면에 숫자로 표시하는 정보인, 원격 조작형 액츄에이터의 네비게이션 시스템.
제1항에 있어서,
상기 선단 부재는, 상기 공구를 유지하는 스핀들을 회전 가능하게 지지하고, 상기 스핀들 가이드부는, 상기 구동부 하우징 내의 상기 공구 회전용 구동원의 회전을 상기 스핀들에 전달하는 회전축과, 상기 구동부 하우징 내의 상기 자세 변경용 구동원에 의해 선단이 상기 선단 부재에 접하는 상태로 진퇴 동작하게 함으로써, 상기 선단 부재를 자세 변경시키는 자세 조작 부재를 내부에 가지는, 원격 조작형 액츄에이터의 네비게이션 시스템.