WO2019138864A1 - 連続体ロボットの制御装置及びその制御方法、並びに、プログラム - Google Patents

連続体ロボットの制御装置及びその制御方法、並びに、プログラム Download PDF

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正木　文太郎
清志 ▲高▼木
悠輔 田中
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キヤノン株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a control device and control method for a continuous robot, and a program for causing a computer to function as the control device.
  • the continuous robot also called a continuous robot, has a curved portion having a flexible structure, and the shape is controlled by deforming the curved portion.
  • This continuous robot has two major advantages over rigid link robots configured by rigid links. First, the continuum robot can move along a curve in a narrow space or an environment with scatters where the rigid link robot gets stuck. Second, since the continuous robot has an intrinsic softness, it can operate without damaging the fragile object. There, the detection of the external force required by the rigid link robot is not necessarily required.
  • Non-Patent Document 1 describes a technology of a continuum robot having a curved portion which is curved by driving a wire. Further, Patent Document 1 describes a control technique for intruding a continuous robot used as an endoscope into a space. Specifically, in all sets of adjacent curved portions, control is performed such that the curved shape of the curved portion in the front section becomes the curved shape of the curved portion in the subsequent section as the endoscope base advances. Describes a technique for continuously propagating a curved shape.
  • the continuous robot When the continuous robot intrudes into an insertion / removal path such as piping or a body cavity, the continuous robot may abut against an inner wall of the insertion / removal path and be twisted. Then, if the continuous robot is twisted, for example, the correspondence between the wire displacement amount for controlling the bending shape of the bending portion and the posture of the continuous robot deviates from the design value, so the accuracy of the drive control in the continuous robot There is a risk of deterioration. This point is not assumed at all in the non-patent document 1 and the patent document 1 described above.
  • the present invention has been made in view of such problems, and it is an object of the present invention to provide a mechanism capable of suppressing the reduction in accuracy of drive control in a continuous robot even when the continuous robot is twisted.
  • the control device of a continuous body robot is a control device of a continuous body robot having a bending portion which is bent by driving a wire by a drive mechanism, and obtaining means for obtaining a twist amount of the continuous body robot; Setting means for setting a drive displacement amount of the wire by the drive mechanism based on the twist amount acquired by the acquisition means.
  • the present invention also includes a control method of a continuum robot by the control device of a continuum robot described above, and a program for causing a computer to function as the control device of the continuum robot described above.
  • FIG. 1 shows an example of schematic structure of the continuous-body robot which concerns on the 1st Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 shows the 1st Embodiment of this invention, and shows the detail of a base part and a 1st bending part among the continuous body robots shown in FIG.
  • FIG. 2 shows the arrangement
  • FIG. 1 shows the 1st Embodiment of this invention and shows an example of the movement progress of the continuous-body robot shown in FIG.
  • the embodiment of the present invention shows an example where a control system of a continuous robot (also referred to as a continuous manipulator) is applied to a flexible endoscope.
  • the flexible endoscope applied as an example of a control system of a continuous robot according to an embodiment of the present invention is not limited to the medical field, and a path for inserting and removing a bending portion (hereinafter referred to as " The present invention is applicable to other fields (for example, an industrial endoscope for observing the inside of a pipe or the like) as long as the inside of the insertion and removal path is referred to.
  • FIG. 1 is a view showing an example of a schematic configuration of a continuous robot 100-1 according to the first embodiment of the present invention.
  • the continuous robot 100-1 has a base 110 (only a housing including the upper surface 114 of the base 110 is shown in FIG. 1), a first bending portion 120, and a second bending. It has the part 130 and the 3rd curved part 140, and is comprised.
  • the continuous robot 100-1 shown in FIG. 1 has a plurality of bending portions 120 to 140 in series in the long axis direction, and is configured to be movable in the long axis direction of the plurality of bending portions 120 to 140.
  • the example shown in FIG. 1 shows the continuous body robot provided with three bending parts, it is not limited to this aspect in this embodiment.
  • a continuous robot including two curved portions and a continuous robot including four or more curved portions are also applicable to the present embodiment.
  • the first curved portion 120 includes a plurality of wires 101-1 to 103-1 extending through the upper surface 114 of the base portion 110 corresponding to the reference surface of the first curved portion 120, and a plurality of wires 101-1 to 103-1 are fixed at different positions and a plurality of first wire guides 121 for guiding the plurality of wires 101-1 to 103-1, and a plurality of the first wire guides 121 between the upper surface 114 of the base portion 110 and the first wire guide 121.
  • the first bending portion 120 is desired by driving at least a part of the plurality of wires 101-1 to 103-1 (or all the wires). Is configured to be bendable into a curved shape (e.g., an arc shape).
  • the end far from the upper surface 114 of the base 110 is referred to as “distal end”, and from the upper surface 114 of the base 110 The near end is referred to as the "proximal end”.
  • the first curved portion 120 extends from the upper surface 114 of the base portion 110 (strictly speaking, the upper surface 114 itself is not included) to the distal end of the first wire guide 121.
  • the wires 101-1 to 103-1 are fixed to different positions of the distal end of the first wire guide 121, respectively.
  • the wires 101-1 are fixed to the proximal ends of the second wire guides 122 to 125, respectively.
  • the second bending portion 130 extends along the surface of the distal end of the first wire guide 121 of the first bending portion 120 corresponding to the reference surface of the second bending portion 130.
  • a plurality of wires 101-2 to 103-2 are fixed at different positions, and a first wire guide 131 for guiding the plurality of wires 101-2 to 103-2;
  • a predetermined wire 101-2 of a part of the plurality of wires 101-2 to 103-2 is fixed in a predetermined position between the surface of the distal end of the wire guide 121 and the first wire guide 131;
  • a second wire guide 132-135 provided and guiding the plurality of wires 101-2 to 103-2.
  • the plurality of wires 101-2 to 103-2 are not fixed to the upper surface 114 of the base portion 110.
  • the second bending portion 130 is desired by driving at least a part of the plurality of wires 101-2 to 103-2 (or all the wires). Is configured to be bendable into a curved shape (e.g., an arc shape).
  • the second curved portion 130 is a first curved surface of the distal end of the first wire guide 121 of the first curved portion 120 (strictly speaking, the surface itself of the distal end is not included). It extends to the distal end of the wire guide 131.
  • the wires 101-2 to 103-2 are fixed to different positions of the distal end of the first wire guide 131, respectively.
  • the wires 101-2 are fixed to the proximal ends of the second wire guides 132 to 135, respectively.
  • the third curved portion 140 extends a plurality of wires 101-3 to 103 extending through the surface of the distal end of the first wire guide 131 of the second curved portion 130 corresponding to the reference surface of the third curved portion 140.
  • -3 and a plurality of wires 101-3 to 103-3 are fixed at different positions, and a first wire guide 141 for guiding the plurality of wires 101-3 to 103-3, and a first of the second bending portion 130
  • a predetermined wire 101-3 of a part of the plurality of wires 101-3 to 103-3 is fixed at a predetermined position between the surface of the distal end of the wire guide 131 and the first wire guide 141
  • a second wire guide 142-145 that is provided and guides the plurality of wires 101-3 to 103-3. Note that, as shown in FIG. 1, the plurality of wires 101-3 to 103-3 are not fixed to the upper surface 114 of the base portion 110.
  • the third bending portion 140 is desired by driving at least a part of the plurality of wires 101-3 to 103-3 (or all the wires). Is configured to be bendable into a curved shape (e.g., an arc shape).
  • the third curved portion 140 may be a first curved surface of the distal end of the first wire guide 131 of the second curved portion 130 (strictly speaking, the surface itself of the distal end is not included). It extends to the distal end of the wire guide 141.
  • the wires 101-3 to 103-3 are fixed at different positions of the distal end of the first wire guide 141.
  • the wires 101-3 are fixed to the proximal ends of the second wire guides 142 to 145, respectively.
  • FIG. 1 with respect to the upper surface 114 of the base portion 110, the center thereof is taken as the origin O, and the x axis and the y axis orthogonal to each other passing through the origin O in the plane are illustrated. Moreover, in FIG. 1, the z-axis orthogonal to the upper surface 114 of the base 110 is illustrated. Further, in FIG. 1, a central axis 150 of the continuous robot 100-1 and a position 160 where the imaging device (the imaging device 310 described in FIGS. 5 and 6 etc.) attached to the continuous robot 100-1 is disposed. Is illustrated. Thus, by attaching the imaging device to the continuous robot 100-1 shown in FIG.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of the present invention, and is a schematic view showing the details of the base portion 110 and the first bending portion 120 in the continuous robot 100-1 shown in FIG.
  • the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the detailed description thereof is omitted.
  • the first wire guide 121 of the first bending section 120 shown in FIG. 2 has the wire 101-1 fixed at the position 1211 and the wire 102-1 fixed at the position 1212 and the wire 103- at the position 1213. 1 is fixed.
  • locations 1211-1213 are here different locations of the distal end of the first wire guide 121.
  • the wire 101-1 is fixed at the position 1221.
  • the wire 101-1 is fixed at a position 1231.
  • the wire 101-1 is fixed at the position 1241.
  • the wire 101-1 is fixed at the position 1251.
  • the positions 1221 to 1251 are the positions of the proximal ends of the second wire guides 122 to 125, respectively.
  • an actuator 111 for pushing and pulling the wire 101-1 Inside the base unit 110, an actuator 111 for pushing and pulling the wire 101-1, an actuator 112 for pushing and pulling the wire 102-1, and a driving for pushing and pulling the wire 103-1.
  • An actuator 113 is provided inside the base unit 110. That is, in the continuous robot 100-1 shown in FIG. 1, the first bending portion 120 has a desired curved shape (for example, by controlling the actuators 111 to 113 and driving the wires 101-1 to 103-3, respectively. It can be bent in an arc shape). In this way, the attitude of the continuous robot 100-1 (the first bending portion 120) is controlled.
  • the actuators 111 to 113 constitute a drive mechanism in the present invention.
  • FIG. 2 as in FIG. 1, the central axis 150 of the continuous robot 100-1 (more specifically, the first bending portion 120 in the example shown in FIG. 2) is indicated by a broken line. Also, in FIG. 2, the x-axis, the y-axis, and the z-axis are illustrated as in FIG. 1. Further, in FIG. 2, the driving displacement l p1a wire 101-1 by the actuator 111, the driving displacement l p1b wire 102-1 by the actuator 112, and the driving displacement l p1c wire 103-1 by the actuator 113 It is illustrated. Also, FIG. 2 illustrates a position 1214 through which the central axis 150 passes at the distal end of the first wire guide 121. Further, in FIG.
  • FIG. 2 illustrates the angle between parallel lines and the central axis 150 and the z-axis as a bending angle theta 1 of the first curved portion 120.
  • FIG. 2 illustrates the w axis in which the central axis 150 is projected on the xy plane, and illustrates the position 12141 in which the position 1214 is projected on the xy plane.
  • an angle formed by the x axis and the w axis is illustrated as a turning angle ⁇ 1 of the first bending portion 120.
  • the curvature radius 1 1 of the first curved portion 120 related to the central axis 150 is illustrated.
  • the bending portion to be driven is generalized as an n-th bending portion (n is an arbitrary positive number), and the following elements are defined for the n-th bending portion.
  • l n the length of the n-th curved portion (in the example of FIG.
  • ⁇ n Curved angle ⁇ n of n- th curved portion n : Pivoting angle of n- th curved portion n n : Curvature radius l pna of n-th curved portion: Drive displacement amount of wire 101-n l pnb : Drive of wire 102-n Displacement l pnc : Drive displacement of wire 103-n
  • FIG. 3 shows a first embodiment of the present invention and is a schematic view for defining the arrangement of the wires 101 to 103 shown in FIG. 2 in the xy plane.
  • each wire 101 to 103 is disposed at the vertex of an equilateral triangle having a length r s , and the phase angle ⁇ n determines the arrangement of each wire 101 to 103 of the n-th curved portion It is an angle.
  • ⁇ 1 0.
  • a kinematics model of a continuum robot is derived based on the following assumptions. [1] In the bending portion (in the case where there are a plurality of bending portions, each of the bending portions), the wire deforms to have a constant curvature. [2] Torsional deformation of the wire is not considered. [3] The wire does not deform in the longitudinal direction. [4] The friction between the wire guide and the wire is not considered.
  • the driving displacement l p1a wire 101-1 of the first bending portion 120 shown in FIG. 2 the driving displacement l p1c driving displacement l p1b and wires 103-1 of the wire 102-1, the first bending
  • the relationship between the bending angle ⁇ 1 of the part 120 and the turning angle ⁇ 1 can be expressed as the following equations (1-1), (1-2) and (1-3), respectively.
  • the driving displacement amount l pna of the wire 101-n of the n-th bending portion, the driving displacement amount l pnb of the wire 102-n, and the wire 103- The relationship between the drive displacement amount l pnc of n and the bending angle ⁇ n and the turning angle ⁇ n of the n-th bending portion is respectively given by the following equations (2-1), (2-2) and (2-3) Can be expressed as a formula.
  • pna, l pnb and l pnc are calculated to control the attitude of the continuum robot 100-1.
  • FIG. 4 shows a first embodiment of the present invention, and is a schematic view showing an example of the movement of the continuous robot 100-1 shown in FIG.
  • the same components as those shown in FIGS. 1 to 3 are designated by the same reference numerals and their detailed description will be omitted.
  • FIG. 4 illustrates the z direction (the predetermined direction of the continuous robot 100-1) shown in FIGS. 1 and 2.
  • the base 110 is provided, for example, on a linear stage extending in the z direction, and the operator can manually move the continuous robot 100-1 along the linear stage.
  • the base 110 may be moved along the linear stage by providing an actuator such as a motor on the linear stage.
  • the linear stage may be provided with a sensor (corresponding to the detection device 320 shown in FIGS. 5 and 6) for detecting coordinate information in the z direction.
  • a time point 401 indicates an initial state in which the first to third curved portions 120 to 140 extending in the z direction from the upper surface 114 of the base portion 110 are not curved. Thereafter, in FIG. 4, as time 402, time 403, time 404, and time 405 elapses, the base portion 110 moves in the z direction, and the first to third curved portions 120 to 140 move. It is shown that it curves.
  • the driving displacements l pna, l pnb and l pnc of the wires 101-n to 103-n also depend on the coordinate information z b , and l pna (z b ), l pnb (z b ) and l pnc (respectively It can be expressed as z b ).
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a functional configuration of the control system 10-1 of the continuum robot according to the first embodiment of the present invention, which is a signal when the continuum robot 100 is moved in the forward direction. It is a schematic diagram which shows a flow.
  • the control system 10-1 of the continuous robot is a continuous robot 100, a control device 200 of the continuous robot, an imaging device 310, a detection device 320, an input device 330, and a display device. It is configured to have 340.
  • the control device 200 of the continuous robot includes an image DB / torsion amount acquisition unit 210, a storage unit 220, and a kinematics operation unit 230. Each component of the control device 200 of the continuous robot will be described later.
  • the imaging device 310 is attached to the continuous robot 100-1 at the position 160 shown in FIG. 1, and for example, images an area in the traveling direction of the continuous robot 100-1 and Generate such image information.
  • Detector 320 detects the coordinate information z b in the z direction on the upper surface 114 of the base portion 110, outputs the coordinate information z b detected to the control unit 200 of the continuum robot Do.
  • Detection device 320 in the example shown in FIG. 4, for example, detects the coordinate information z b vary from one time 401 to time 405, and outputs them to the control unit 200 of the continuum robot.
  • the input device 330 is, for example, a device for an operator such as an operator to perform an operation input, and is configured of, for example, a keyboard, a mouse, and the like.
  • the display device 340 displays various types of information based on the control of the control device 200 of the continuous robot.
  • the display device 340 is obtained by processing the image information generated by the imaging device 310, the input information input from the input device 330, the coordinate information z b detected by the detection device, and the control device 200 of the continuous robot. Displayed information etc.
  • the image DB / torsion amount acquisition unit 210 acquires an image database (image DB) for storing image information acquired by the imaging device 310 and an amount of torsion for acquiring the amount of torsion of the continuous robot 100-1 based on the image information. It is configured including an acquisition unit. In the example illustrated in FIG. 5, the image DB / torsion amount acquisition unit 210 calculates the image information acquired by the imaging device 310 and the coordinates of the continuum robot 100-1 detected by the detection device 320 in the z direction (predetermined direction). The twisting amount of the continuum robot 100-1 is acquired based on the information z b .
  • the storage unit 220 moves the continuous robot 100-1 shown in FIG. 5 in the forward direction, the image information obtained by the imaging device 310 and held by the image DB / torsion amount acquisition unit 210, and the detection device The coordinate information z b detected by 320 is associated and stored. At this time, the storage unit 220 can further store information of the bending angle ⁇ n and the turning angle ⁇ n input from the input device 330 in association with each other.
  • the kinematics operation unit 230 performs processing for setting drive displacement amounts l pna , l pnb and l pnc of the wires 101 to 103 by the actuators 111 to 113 which are drive mechanisms. Then, the kinematics operation unit 230 performs drive control of the continuum robot 100-1 based on the set drive displacements l pna , l pnb and l pnc .
  • the storage unit 220 stores ⁇ n (z b ), drive displacements l pna (z b ), l pnb (z b ) and l pnc (z b ).
  • ⁇ n (z b ) the drive displacements l pna (z b ), l pnb (z b ) and l pnc (z b ).
  • the image information detecting device 320 obtained by the image pickup apparatus 310 stores the image DB / torsion amount acquisition unit 210 in the storage unit 220.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a functional configuration of the control system 10-1 of the continuum robot according to the first embodiment of the present invention, which is a signal when the continuum robot 100 is moved in the backward direction. It is a schematic diagram which shows a flow.
  • the same components as those shown in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals.
  • the continuous body robot 100 shown in FIG. 6 in the present embodiment, as in FIG. 5 described above, the continuous body robot 100-1 shown in FIG. 1 is applied, but in the present invention The form which applies the continuous body robot 100-2 shown to 10 can also be taken.
  • the imaging device 310 since the imaging device 310 according to the present embodiment images a region in the traveling direction of the continuous robot 100-1, when moving the continuous robot 100-1 in the backward direction, the imaging device 310 Image information related to the area in the backward direction can not be obtained. Therefore, in the present embodiment, when moving the continuous robot 100-1 shown in FIG. 5 in the forward direction, the drive displacements l pna , l pnb and l pnc are set using the information stored in the storage unit 220. Drive control of the continuous robot 100-1.
  • the image information obtained by the imaging device 310 and the coordinate information z b detected by the detection device 320 are stored in the image DB / twist amount acquisition unit 210 and the storage unit 220 in association with each other.
  • an image DB / torsion amount acquiring unit 210 when moving in a direction to retract the continuum robot 100-1 shown in FIG. 6, an image DB / torsion amount acquiring unit 210, a same position (substantially the same position of the insertion path 20 on the basis of the coordinate information z b
  • the amount of twist ⁇ of the robot 100-1 is acquired from the amount of rotation of the image using the image information at the time of forward movement and backward movement captured in the case where it can be considered. That is, in the case where the image DB / torsion amount acquisition unit 210 is illustrated in FIG. 6, among the image information stored in the storage unit 220 at each position of the insertion / removal path 20, it is associated with coordinate information z b related to each position
  • the amount of twist .tau. Is acquired using the image information stored.
  • the kinematics operation unit 230 determines whether the wire 101 to the wire DB are obtained based on the amount of twist ⁇ acquired by the image DB / torsion amount acquisition unit 210. A process of setting the drive displacements l pna , l pnb and l pnc of 103 is performed. The kinematics operation unit 230 that performs this process constitutes setting means in the present invention. Then, the kinematics operation unit 230 performs drive control of the continuum robot 100-1 based on the set drive displacements l pna , l pnb and l pnc .
  • FIG. 7 is a schematic view showing an example in which the bronchus 700 is applied as the insertion / extraction path 20 shown in FIG. 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • the continuous robot 100-1 is advanced to observe the position 721 of the lower left bronchus 720 of the bronchus 700 up to the position 721 using the imaging device 310, and then the continuous robot 100-1 is considered to be retracted.
  • the image DB / torsion amount acquisition unit 210 first acquires, from the imaging device 310, image information at each position when advancing to the position 721. Further, the image DB / torsion amount acquisition unit 210 similarly acquires, from the imaging device 310, image information at each position when being retracted from the position 721.
  • the image DB / torsion amount acquisition unit 210 uses, for example, image information at the time of forward and backward captured at the position 711 in the left upper lobe bronchus 710 of the bronchus 700 to rotate the image.
  • image information at the time of forward and backward captured at the position 711 in the left upper lobe bronchus 710 of the bronchus 700 is acquired from. That is, in the case where the image DB / torsion amount acquisition unit 210 is illustrated in FIG. 6, among the image information stored in the storage unit 220 at each position of the insertion / removal path 20, it is associated with coordinate information z b related to each position The amount of twist .tau. Is acquired using the image information stored.
  • a position for comparing image information at the time of forward and backward an example in the case of the position 711 where the bifurcation of the left upper lobe bronchus 710 and the left lower lobe bronchus 720 can be seen in the bronchus 700 is shown. Is not limited to this aspect.
  • FIG. 8 is a schematic view showing the first embodiment of the present invention, and showing an example of image information at the time of forward and backward obtained at the position 711 shown in FIG. 7. Specifically, FIG. 8 shows an example of the image displayed on the display device 340 based on the image information at the time of forward and backward. More specifically, FIG. 8A is a forward moving image 810 displayed on the display device 340 based on forward moving image information, and FIG. 8B is backward moving displayed on the display device 340 based on backward moving image information. Image 820 of FIG.
  • the path region 811 of the left upper lobe bronchus 710 shown in FIG. 7 and the path region 812 of the left lower lobe bronchus 720 shown in FIG. 7 are shown.
  • the image 820 at the time of retraction shown in FIG. 8B a path region 821 of the left upper lobe bronchus 710 shown in FIG. 7 and a path region 822 of the lower left lobe bronchus 720 shown in FIG.
  • the image DB / twist amount acquisition unit 210 acquires the twist amount ⁇ by comparing the image 810 at the time of forward movement shown in FIG. 8A with the image 820 at the time of backward movement shown in FIG.
  • the image DB / torsion amount acquisition unit 210 extracts the contours of the path area 811 and the path area 812 from the image 810 at the time of forward movement, and the slope of a straight line 813 connecting the centers thereof.
  • the amount of twist ⁇ is obtained by extracting the contour of the path region 822 and the slope of a straight line 823 connecting the centers of the two. That is, the image DB / twist amount acquisition unit 210 acquires the twist amount ⁇ based on the image information and the structure information of the insertion / extraction path 20 in which the continuous robot 100-1 is inserted. In the example shown in FIG. 8, a twist amount of about 20 ° occurs in the image at the time of backward movement with respect to the image at the time of forward movement. Further, in the present embodiment, such comparison of images is performed at a plurality of characteristic positions.
  • the kinematics operation unit 230 is configured to calculate, for example, the amount of drive displacement l pna (z as obtained by the equations (3-1), (3-2) and (3-3) above. b ) Set l pnb (z b ) and l pnc (z b ). Specifically, the kinematics operation unit 230 sets the drive displacement amount described above based on the twist amount ⁇ n , the bending angle ⁇ n and the turning angle ⁇ n . Then, the kinematics operation unit 230 performs drive control of the continuous robot 100-1 using the set drive displacement amount.
  • the amount of twist ⁇ e can be acquired from images at the time of forward and backward by the imaging device 310.
  • the amount of twist ⁇ n may be constant, for example, in all the curved portions, and may be set as the following equation (4).
  • each curved portion may be multiplied by an appropriate correction coefficient.
  • the respiration is monitored and only the images acquired at a specific timing of breathing are compared to estimate the amount of image rotation.
  • Accuracy can be improved. For example, a moving image is acquired at each position by the imaging device 310, and the image DB / torsion amount acquisition unit 210 determines that the degree of deformation of the lumen (insertion / removal path 20) due to breathing is similar between forward and backward. It can be realized by comparing each other.
  • the bending angle ⁇ n and the turning angle ⁇ n of the continuous robot 100-1 are controlled by giving displacement to all three wires 101 to 103, but in the present invention, this is the case It is not limited to the form.
  • the displacement of one of the three wires 101 to 103 is fixed, and the remaining two wires are displaced to set the bending angle ⁇ n and the turning angle ⁇ n of the robot 100-1.
  • the form to control can also obtain the same effect and is applicable to the present invention.
  • the kinematics operation unit 230 may, for example, set the following equations (6-1), (6-2), and 3) Drive displacements l pna , l pnb and l pnc shown in the equation can be set.
  • the kinematics operation unit 230 calculates driving displacements l pna , l pnb and l pnc after acquiring the amount of twist ⁇ n by the following equations (7-1), (7-2) and (7- 3) It can be set as shown in the equation.
  • the image DB / torsion amount acquisition unit 210 acquires the torsion amount ⁇ of the continuum robot 100-1, and the kinematics operation unit 230 calculates the torsion amount based on the torsion amount.
  • the amount of drive displacement of the wire is set.
  • the continuous robot can be smoothly retracted even when there is no rear view of the continuous robot. Further, since the amount of drive displacement of the wire can be corrected according to the amount of twist, the continuous robot can be controlled to a desired posture even when the continuous robot is twisted.
  • FIG. 9 is a schematic view showing an example of one wire guide 900 in the continuum robot 100 according to the second embodiment of the present invention. Also, in FIG. 9, the x-axis, the y-axis, and the z-axis are illustrated as in FIG. 1.
  • the wire guide 900 has a donut shape as shown in FIG.
  • a through hole 910 to which the wire 101 is fixed a through hole 920 to which the wire 102 passes or is fixed, a through hole 930 through which the wire 103 is passed or fixed, A mark 940 is provided.
  • FIG. 10 is a view showing an example of a schematic configuration of a continuum robot 100-2 according to the second embodiment of the present invention. Also, in FIG. 10, the x-axis, the y-axis, and the z-axis are illustrated as in FIG.
  • the continuous robot 100-2 is, as shown in FIG. 10, a sleeve 1020 provided between a bending portion 1010 and a bending portion 1010 and a base portion (not shown, for example, a base portion 110 shown in FIG. 2). Is configured.
  • the bending portion 1010 is formed by arranging a plurality (10 pieces) of wire guides 900 shown in FIG. 9 in the z direction. Specifically, the bending portion 1010 is configured to have wire guides 900-1 to 900-10. Further, in the continuous robot 100-2 shown in FIG. 10, the imaging device 310 can be disposed at the position 160. The position 160 at which the imaging device 310 is disposed may not be between the wire guide 900-1 and the wire guide 900-10. The imaging device 310 disposed at the position 160, for example, images a region in the traveling direction (z direction) of the continuum robot 100-2 to generate image information.
  • the wires 101, 102 and 103 are fixed to the through holes 910, 920 and 930, respectively.
  • the wire 101 is fixed to the through hole 910, and the other through holes 920 and 930 pass the wires 102 and 103, respectively.
  • the sleeve 1020 allows the wires 101 to 103 to pass without being fixed.
  • the continuous robot 100-2 shown in FIG. 10 can pass a biopsy tool inside.
  • the continuum robot 100-2 goes (advances) to a tumor targeted for biopsy, the continuum robot 100 in the insertion and removal path 20 using an imaging device (fiberscope camera) 310 provided in a wire guide. -Advance while observing the front area of -2.
  • an imaging device fiberscope camera
  • the operator when the continuum robot 100-2 is advanced and the tumor targeted for biopsy is reached, the operator such as the operator removes the imaging device 310 from the continuum robot 100-2. And insert the biopsy tool into the robot 100-2. Then, when the operator takes a sample with the biopsy tool, the operator removes the biopsy tool, inserts the imaging device 310 into the continuous robot 100-2 and arranges it again, and retracts the continuous robot 100-2. .
  • the imaging device 310 is not fixed inside the continuous robot 100-2.
  • the imaging device 310 When the operator such as the operator inserts the imaging device (fiberscope camera) 310, the mark 940 of the wire guide 900-1 at the most distal end of the continuous robot 100-2 is within the imaging range of the imaging device 310.
  • the position of the imaging device 310 in the z direction is determined so as to always fall within the range. That is, in the present embodiment, the imaging device 310 takes a form of imaging an area including the mark 940 of the wire guide 900-1.
  • the imaging device (fiberscope camera) 310 and the continuous robot 100-2 are together while the position of the mark 940 is the same.
  • the positional relationship of is maintained.
  • the amount of rotation ⁇ corresponds to the amount of rotation of the imaging device (fiberscope camera) 310 in the continuous robot 100-2.
  • the twist of the continuum robot 100-2 itself and the continuum robot 100-2 The rotation of the imaging device 310 inside can be considered. Assuming that the rotation amount of the image during forward and backward is ⁇ , the torsion amount ⁇ e of the continuum robot 100-2 itself at the most distal end after subtracting the rotation amount ⁇ is the following: 8) It is expressed by the equation.
  • the image DB / torsion amount acquiring unit 210 the form to obtain the torsion amount tau e based on the position of the mark 940 included in the image information.
  • the amount of twist of the continuous robot 100-2 and The amount of drive displacement of the wire can be set in consideration of both the amount of rotation inside the continuous robot 100-2 of the imaging device 310.
  • kinematics calculation unit 230 on the basis of the torsion amount tau e obtained by the image DB / torsion amount acquiring unit 210, takes the form of setting a driving displacement amount of the wire 101-103.
  • a configuration in which a magnet is attached to a part of the wire guide 900 and the imaging device 310 to prevent this rotation is also applicable.
  • ⁇ n (z b ), ⁇ n (z b ), l pna (z b ), l pnb (z b ), l pnc (z b ), and coordinate information z b are shown in FIG. And stored in the storage unit 220.
  • l pna (z b ), l pnb (z b ), and l pnc (z b ) at the time of the first examination are The continuous robot 100 (the base portion 110) is advanced and retracted as the amount of drive displacement of the wire.
  • the flow of signals in the functional configuration of the control system 10 of the continuum robot at this time is as shown in FIG. 6 described above.
  • the image DB / torsion amount acquisition unit 210 shown in FIG. 6 compares the image at the first examination and the image at the second examination at each of the advancing time and the receding time, respectively.
  • the twisting amount of the continuous robot 100 is acquired from the rotation amount of.
  • the control device 200 of the continuum robot is continuously driven with the same displacement amount of the wires 101 to 103 as in the first inspection.
  • the form which controls the body robot 100 can be taken. In this case, the operator such as the operator can easily advance the continuous robot 100 to the target location.
  • the control device 200 of the continuum robot determines that the continuum robot 100 has a twist, and the image DB / twist amount acquisition portion It is possible to adopt a form in which the amount of twist ⁇ n is transmitted to the kinematics operation unit 230 from 210.
  • the kinematics operation unit 230 updates the drive displacement amounts of the wires 101 to 103 according to the equations (3-1) to (3-2). If the drive displacements of the wires 101 to 103 after the update are used, all the drive displacements of the wires 101 to 103 to the target location can be known. Therefore, even if the continuum robot 100 is twisted, the runners of the operator etc. The person can easily advance the continuous robot 100 to the target location.
  • the threshold value of the amount of twist described above is determined, for example, from the amount of rotation of the image caused by body movement by breathing.
  • the base unit 110 is stopped, a plurality of images are acquired at different timings of breathing, and the amount of image rotation generated there is used as the threshold of the amount of twist.
  • the drive displacement amounts of the wires 101 to 103 are updated based on the twist amount acquired by the image DB / torsion amount acquisition unit 210 shown in FIG. 6 based on the image information acquired by the imaging device 310.
  • the operator may finely adjust the amount of twist via the input device 330.
  • a twist amount input dial which is a component of the input device 330, may be placed at the operator's hand such as an operator, and the operator may adjust the twist amount via the twist amount input dial.
  • the third embodiment similarly to the above-described first embodiment, it is possible to suppress the reduction in the accuracy of the drive control in the continuous robot.
  • image information obtained by imaging the inside of the bronchus of a examinee using the bronchoscope as the continuous robot 100 is compared, but in the present invention It is not limited to the form of In the fourth embodiment, a form will be described in which other image information of the bronchus generated by another modality and the image information generated by the imaging device 310 disposed in the bronchoscope endoscope are compared.
  • FIG. 11 is a schematic view showing an example of a functional configuration of a control system 10-2 for a continuum robot according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the same components as those shown in FIGS. 5 and 6 are denoted by the same reference numerals.
  • a CT apparatus 350 is added to the control system 10-1 for the continuum robot shown in FIGS. 5 and 6.
  • the CT apparatus 350 is another imaging apparatus different from the imaging apparatus 310, and generates CT image information which is other image information different from the image information obtained by the imaging apparatus 310.
  • the image DB / torsion amount acquisition unit 210 acquires, for example, computed tomography (CT) image information of the chest of the examinee from the CT apparatus 350 before insertion of the bronchoscope. Then, the image DB / torsion amount acquisition unit 210 creates a virtual image assumed when the bronchus endoscope is inserted and the inside of the bronchus is observed from the acquired CT image information. Then, the control device 200 of the continuum robot virtually advances the base unit 110 in the CT image to form a virtual route ⁇ n (z b ), ⁇ n (z b ) to reach the target location.
  • CT computed tomography
  • L pna (z b ), l pnb (z b ), l pnc (z b ) are calculated. Then, these calculated values and virtual image information at characteristic places are stored in the image DB / twist amount acquisition unit 210 and the storage unit 220 shown in FIG.
  • the controller 200 of the continuous robot virtually determines the above l pna (z b ), l pnb (z b ), l
  • the continuous robot 100 is controlled using pnc (z b ) as the amount of drive displacement of the wires 101 to 103.
  • the image DB / torsion amount acquisition unit 210 acquires the image information generated by the imaging device 310 while advancing the continuous robot 100, and compares the virtual image information generated from the CT image information with the feature points.
  • the twist amount ⁇ n of the continuum robot 100 is acquired.
  • the control device 200 of the continuous robot determines that the continuous robot 100 is twisted. Then, in this case, the kinematics operation unit 230 uses the wire 101 to the wire according to the equations (3-1) to (3-3) based on the twist amount ⁇ n acquired by the image DB / torsion amount acquisition unit 210. In this embodiment, the drive displacement amount of 103 is set (corrected).
  • the present invention is not limited to the medical field.
  • the virtual image information described above may be created from a CAD drawing at the time of piping design.
  • the present invention supplies a program that implements one or more functions of the above-described embodiments to a system or apparatus via a network or storage medium, and one or more processors in a computer of the system or apparatus read and execute the program. Can also be realized. It can also be implemented by a circuit (eg, an ASIC) that implements one or more functions.
  • the program and a computer readable storage medium storing the program are included in the present invention.

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Abstract

駆動機構でワイヤを駆動させることによって湾曲する湾曲部を有する連続体ロボット１００の制御装置２００において、連続体ロボット１００のねじれ量を取得する画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０と、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０で取得されたねじれ量に基づいて、駆動機構によるワイヤの駆動変位量を設定する運動学演算部２３０を備える。

Description

連続体ロボットの制御装置及びその制御方法、並びに、プログラム
　本発明は、連続体ロボットの制御装置及びその制御方法、並びに、当該制御装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムに関するものである。
　連続体ロボットは、コンティニュウムロボットとも呼ばれ、柔軟性のある構造を持つ湾曲部を有し、その湾曲部を変形させることにより形状が制御される。この連続体ロボットは、剛体リンクにより構成される剛体リンクロボットに対して、主に２つの優位性を持つ。１つ目は、連続体ロボットは、剛体リンクロボットがはまり込んでしまうような狭い空間や散乱物のある環境の中で、曲線に沿って移動可能である。２つ目は、連続体ロボットは、本質的な柔らかさを有するため、脆弱な対象物に損傷を与えることなく操作することができる。そこでは、剛体リンクロボットで必要とされる外力の検出などは必ずしも必要とされない。
　この特徴を生かし、連続体ロボットは、内視鏡のシースやカテーテルなどの医療の分野や、レスキューロボットなどの極限作業ロボットへの応用が期待されている。非特許文献１には、ワイヤを駆動することにより湾曲する湾曲部を有する連続体ロボットの技術が記載されている。また、特許文献１には、内視鏡として用いられる連続体ロボットを空間に侵入するための制御技術が記載されている。具体的に、特許文献１には、隣接する湾曲部のすべての組において、内視鏡基台の前進に伴って前方区間の湾曲部の湾曲形状を後続区間の湾曲部の湾曲形状にする制御を行うことで、湾曲形状を連続的に伝播させる技術が記載されている。
米国特許出願公開第２０１２／０２７１１０９号明細書
Ｋ．　Ｘｕ，　Ｍ．　Ｆｕ，　ａｎｄ　Ｊ．　Ｚｈａｏ，　"Ａｎ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｋｉｎｅｓｔａｔｉｃ　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　Ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ　Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓ　ｗｉｔｈ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ，"　ｉｎ　ＩＥＥＥ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｒｏｂｏｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　（ＩＣＲＡ），　Ｈｏｎｇ　Ｋｏｎｇ，　Ｃｈｉｎａ，　２０１４，　ｐｐ．　３２５８－３２６４
　連続体ロボットを配管や体腔などの挿抜経路に侵入させると、挿抜経路の内壁に連続体ロボットが当接してねじれることが起こり得る。そして、連続体ロボットがねじれると、例えば湾曲部の湾曲形状を制御するためのワイヤの駆動変位量と連続体ロボットの姿勢との対応関係が設計値からずれるため、連続体ロボットにおける駆動制御の精度低下が生じる恐れがある。この点、上述した非特許文献１や特許文献１では、何ら想定されていない。
　本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、連続体ロボットがねじれた場合においても、連続体ロボットにおける駆動制御の精度低下を抑制できる仕組みを提供することを目的とする。
　本発明の連続体ロボットの制御装置は、駆動機構でワイヤを駆動させることによって湾曲する湾曲部を有する連続体ロボットの制御装置であって、前記連続体ロボットのねじれ量を取得する取得手段と、前記取得手段で取得されたねじれ量に基づいて、前記駆動機構による前記ワイヤの駆動変位量を設定する設定手段と、を有する。
　また、本発明は、上述した連続体ロボットの制御装置による連続体ロボットの制御方法、及び、上述した連続体ロボットの制御装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムを含む。
　本発明によれば、連続体ロボットがねじれた場合においても、連続体ロボットにおける駆動制御の精度低下を抑制することができる。
本発明の第１の実施形態に係る連続体ロボットの概略構成の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態を示し、図１に示す連続体ロボットのうち、基台部と第１湾曲部の詳細を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態を示し、図２に示すワイヤの配置をｘｙ面において定義するための模式図である。 本発明の第１の実施形態を示し、図１に示す連続体ロボットの移動経過の一例を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る連続体ロボットの制御システムの機能構成の一例を示す図であって、連続体ロボットを前進する方向に移動させる場合の信号の流れを示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る連続体ロボットの制御システムの機能構成の一例を示す図であって、連続体ロボットを後退する方向に移動させる場合の信号の流れを示す模式図である。 本発明の第１の実施形態を示し、図１に示す挿抜経路として気管支を適用した場合の一例を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態を示し、図７に示す位置で得られた前進時と後退時の画像情報の一例を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態を示し、図７に示す位置で得られた前進時と後退時の画像情報の一例を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る連続体ロボットにおける１つのワイヤガイドの一例を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る連続体ロボットの概略構成の一例を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る連続体ロボットの制御システムの機能構成の一例を示す模式図である。
　以下に、本発明の各実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態では、連続体ロボット（連続体マニピュレータともいう）の制御システムが可撓性内視鏡に適用される例を示す。なお、本発明の実施形態に係る連続体ロボットの制御システムの例として適用する可撓性内視鏡は、医療分野に限定されるものではなく、湾曲部を挿入・抜去させる経路（以下、「挿抜経路」を称する）の内部を観察するものであれば他の分野（例えば、配管等の内部を観察するための工業用内視鏡）にも適用可能である。
　（第１の実施形態）
　まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
　［１．連続体ロボットの運動学モデル］
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る連続体ロボット１００－１の概略構成の一例を示す図である。
　連続体ロボット１００－１は、図１に示すように、基台部１１０（図１では、基台部１１０の上面１１４を含む筐体のみ図示）と、第１湾曲部１２０と、第２湾曲部１３０と、第３湾曲部１４０を有して構成されている。
　図１に示す連続体ロボット１００－１は、長軸方向に直列に複数の湾曲部１２０～１４０を有し、複数の湾曲部１２０～１４０の長軸方向に移動可能に構成されている。なお、図１に示す例では、３つの湾曲部を備える連続体ロボットを示しているが、本実施形態においてはこの態様に限定されるものではない。例えば２つの湾曲部を備える連続体ロボットや４つ以上の湾曲部を備える連続体ロボットも、本実施形態に適用可能である。
　第１湾曲部１２０は、当該第１湾曲部１２０の基準面に相当する基台部１１０の上面１１４を介して延伸する複数のワイヤ１０１－１～１０３－１と、複数のワイヤ１０１－１～１０３－１が異なる位置に固定され、複数のワイヤ１０１－１～１０３－１を案内する第１のワイヤガイド１２１と、基台部１１０の上面１１４と第１のワイヤガイド１２１との間に複数のワイヤ１０１－１～１０３－１のうちの一部の所定ワイヤ１０１－１が所定の位置に固定されて設けられ、複数のワイヤ１０１－１～１０３－１を案内する第２のワイヤガイド１２２～１２５と、を含み形成されている。なお、図１に示すように、基台部１１０の上面１１４には、複数のワイヤ１０１－１～１０３－１は固定されていない。
　図１に示す連続体ロボット１００－１では、複数のワイヤ１０１－１～１０３－１のうちの少なくとも一部のワイヤ（全部のワイヤでもよい）を駆動することによって、第１湾曲部１２０を所望の湾曲形状（例えば、円弧状）に湾曲可能に構成されている。
　ここで、以下の説明においては、連続体ロボット１００－１の各構成において、基台部１１０の上面１１４から遠い側の端部を「遠位端」と称し、基台部１１０の上面１１４から近い側の端部を「近位端」と称する。具体的に、第１湾曲部１２０は、基台部１１０の上面１１４（厳密に言えば、上面１１４自体は含まない）から第１のワイヤガイド１２１の遠位端に至るまでとなっている。ここでは、例えば、第１のワイヤガイド１２１の遠位端の異なる位置に、それぞれ、ワイヤ１０１－１～１０３－１が固定されているものとする。また、例えば、ワイヤ１０１－１は、第２のワイヤガイド１２２～１２５の近位端にそれぞれ固定されているものとする。
　第２湾曲部１３０は、当該第２湾曲部１３０の基準面に相当する第１湾曲部１２０の第１のワイヤガイド１２１の遠位端の面を介して延伸する複数のワイヤ１０１－２～１０３－２と、複数のワイヤ１０１－２～１０３－２が異なる位置に固定され、複数のワイヤ１０１－２～１０３－２を案内する第１のワイヤガイド１３１と、第１湾曲部１２０の第１のワイヤガイド１２１の遠位端の面と第１のワイヤガイド１３１との間に複数のワイヤ１０１－２～１０３－２のうちの一部の所定ワイヤ１０１－２が所定の位置に固定されて設けられ、複数のワイヤ１０１－２～１０３－２を案内する第２のワイヤガイド１３２～１３５と、を含み形成されている。なお、図１に示すように、基台部１１０の上面１１４には、複数のワイヤ１０１－２～１０３－２は固定されていない。
　図１に示す連続体ロボット１００－１では、複数のワイヤ１０１－２～１０３－２のうちの少なくとも一部のワイヤ（全部のワイヤでもよい）を駆動することによって、第２湾曲部１３０を所望の湾曲形状（例えば、円弧状）に湾曲可能に構成されている。
　具体的に、第２湾曲部１３０は、第１湾曲部１２０の第１のワイヤガイド１２１の遠位端の面（厳密に言えば、当該遠位端の面自体は含まない）から第１のワイヤガイド１３１の遠位端に至るまでとなっている。ここでは、例えば、第１のワイヤガイド１３１の遠位端の異なる位置に、それぞれ、ワイヤ１０１－２～１０３－２が固定されているものとする。また、例えば、ワイヤ１０１－２は、第２のワイヤガイド１３２～１３５の近位端にそれぞれ固定されているものとする。
　第３湾曲部１４０は、当該第３湾曲部１４０の基準面に相当する第２湾曲部１３０の第１のワイヤガイド１３１の遠位端の面を介して延伸する複数のワイヤ１０１－３～１０３－３と、複数のワイヤ１０１－３～１０３－３が異なる位置に固定され、複数のワイヤ１０１－３～１０３－３を案内する第１のワイヤガイド１４１と、第２湾曲部１３０の第１のワイヤガイド１３１の遠位端の面と第１のワイヤガイド１４１との間に複数のワイヤ１０１－３～１０３－３のうちの一部の所定ワイヤ１０１－３が所定の位置に固定されて設けられ、複数のワイヤ１０１－３～１０３－３を案内する第２のワイヤガイド１４２～１４５と、を含み形成されている。なお、図１に示すように、基台部１１０の上面１１４には、複数のワイヤ１０１－３～１０３－３は固定されていない。
　図１に示す連続体ロボット１００－１では、複数のワイヤ１０１－３～１０３－３のうちの少なくとも一部のワイヤ（全部のワイヤでもよい）を駆動することによって、第３湾曲部１４０を所望の湾曲形状（例えば、円弧状）に湾曲可能に構成されている。
　具体的に、第３湾曲部１４０は、第２湾曲部１３０の第１のワイヤガイド１３１の遠位端の面（厳密に言えば、当該遠位端の面自体は含まない）から第１のワイヤガイド１４１の遠位端に至るまでとなっている。ここでは、例えば、第１のワイヤガイド１４１の遠位端の異なる位置に、それぞれ、ワイヤ１０１－３～１０３－３が固定されているものとする。また、例えば、ワイヤ１０１－３は、第２のワイヤガイド１４２～１４５の近位端にそれぞれ固定されているものとする。
　また、図１では、基台部１１０の上面１１４について、その中心を原点Ｏとするとともに、その面内で原点Ｏを通り相互に直交するｘ軸及びｙ軸を図示している。また、図１では、基台部１１０の上面１１４と直交するｚ軸を図示している。また、図１では、連続体ロボット１００－１の中心軸１５０、及び、連続体ロボット１００－１に取り付けられる撮像装置（図５及び図６等に記載の撮像装置３１０）が配置される位置１６０を図示している。このように、図１に示す連続体ロボット１００－１に撮像装置を取り付けることによって、連続体ロボット１００－１を挿抜経路２０に沿って挿入することにより、挿抜経路２０の内部を観察可能となっている。なお、図１では、離散的に配置された複数のワイヤガイドを配置する例を示したが、蛇腹状やメッシュ状等の連続体のワイヤガイドを配置するようにしてもよい。
　図２は、本発明の第１の実施形態を示し、図１に示す連続体ロボット１００－１のうち、基台部１１０と第１湾曲部１２０の詳細を示す模式図である。この図２において、図１に示す構成と同様の構成については同じ符号を付しており、その詳細な説明は省略する。
　具体的に、図２に示す第１湾曲部１２０の第１のワイヤガイド１２１は、位置１２１１にワイヤ１０１－１が固定され、位置１２１２にワイヤ１０２－１が固定され、位置１２１３にワイヤ１０３－１が固定されている。上述したように、ここでは、位置１２１１～１２１３は、第１のワイヤガイド１２１の遠位端の異なる位置であるものとする。
　また、第２のワイヤガイド１２２は、位置１２２１にワイヤ１０１－１が固定されている。また、第２のワイヤガイド１２３は、位置１２３１にワイヤ１０１－１が固定されている。また、第２のワイヤガイド１２４は、位置１２４１にワイヤ１０１－１が固定されている。また、第２のワイヤガイド１２５は、位置１２５１にワイヤ１０１－１が固定されている。上述したように、ここでは、位置１２２１～１２５１は、それぞれ、第２のワイヤガイド１２２～１２５の近位端の位置であるものとする。
　基台部１１０の内部には、ワイヤ１０１－１を押し引き駆動させるためのアクチュエータ１１１と、ワイヤ１０２－１を押し引き駆動させるためのアクチュエータ１１２と、ワイヤ１０３－１を押し引き駆動させるためのアクチュエータ１１３が設けられている。すなわち、図１に示す連続体ロボット１００－１では、アクチュエータ１１１～１１３をそれぞれ制御してワイヤ１０１－１～１０３－３を駆動することにより、第１湾曲部１２０を所望の湾曲形状（例えば、円弧状）に湾曲可能に構成されている。このようにして、連続体ロボット１００－１（第１湾曲部１２０）の姿勢が制御される。また、アクチュエータ１１１～１１３は、本発明における駆動機構を構成する。
　また、図２では、図１と同様に、連続体ロボット１００－１（より詳細に、図２に示す例では第１湾曲部１２０）の中心軸１５０を破線で示している。また、図２では、図１と同様に、ｘ軸，ｙ軸及びｚ軸を図示している。また、図２では、アクチュエータ１１１によるワイヤ１０１－１の駆動変位量ｌｐ１ａ、アクチュエータ１１２によるワイヤ１０２－１の駆動変位量ｌｐ１ｂ、及び、アクチュエータ１１３によるワイヤ１０３－１の駆動変位量ｌｐ１ｃを図示している。また、図２では、第１のワイヤガイド１２１の遠位端において、中心軸１５０が通る位置１２１４を図示している。また、図２では、位置１２１４において、中心軸１５０とｚ軸と平行な線分とのなす角度を第１湾曲部１２０の湾曲角度θ１として図示している。また、図２では、中心軸１５０をｘｙ面に投影したｗ軸を図示し、また、位置１２１４をｘｙ面に投影した位置１２１４１を図示している。また、図２では、ｘ軸とｗ軸とのなす角度を第１湾曲部１２０の旋回角度ζ１として図示している。また、図２では、中心軸１５０に係る第１湾曲部１２０の曲率半径ρ１を図示している。
　また、以下の説明では、駆動対象の湾曲部を第ｎ湾曲部（ｎは任意の正数）として一般化し、第ｎ湾曲部について、以下の要素を定義する。
ｌｎ：第ｎ湾曲部の長さ
（図２の例では、原点Ｏから位置１２１４までの中心軸１５０の長さ）
θｎ：第ｎ湾曲部の湾曲角度
ζｎ：第ｎ湾曲部の旋回角度
ρｎ：第ｎ湾曲部の曲率半径
ｌｐｎａ：ワイヤ１０１－ｎの駆動変位量
ｌｐｎｂ：ワイヤ１０２－ｎの駆動変位量
ｌｐｎｃ：ワイヤ１０３－ｎの駆動変位量
　また、図１に示す例では、基台部１１０の内部に、図２に示す第１湾曲部１２０のワイヤ１０１－１～１０３－１をそれぞれ押し引き駆動させるためのアクチュエータ１１１～１１３と同様に、第２湾曲部１３０のワイヤ１０１－２～１０３－２をそれぞれ押し引き駆動させるためのアクチュエータ（不図示）と、第３湾曲部１４０のワイヤ１０１－３～１０３－３をそれぞれ押し引き駆動させるためのアクチュエータ（不図示）を設ける形態を採り得る。
　図３は、本発明の第１の実施形態を示し、図２に示すワイヤ１０１～１０３の配置をｘｙ面において定義するための模式図である。図３では、各ワイヤ１０１～１０３は、一片の長さがｒｓの正三角形の頂点に配置されており、位相角ξｎは、第ｎ湾曲部の各ワイヤ１０１～１０３の配置を決定する角度である。本実施形態では、ξ１＝０とする。
　本実施形態では、以下に示す仮定に基づき、連続体ロボットの運動学モデルを導出する。
［１］湾曲部（湾曲部が複数ある場合には、各湾曲部）において、ワイヤは、曲率一定に変形する。
［２］ワイヤのねじり変形は考慮しない。
［３］ワイヤは、長手方向に変形しない。
［４］ワイヤガイドとワイヤとの間の摩擦は考慮しない。
　この場合、図２に示す第１湾曲部１２０のワイヤ１０１－１の駆動変位量ｌｐ１ａ、ワイヤ１０２－１の駆動変位量ｌｐ１ｂ及びワイヤ１０３－１の駆動変位量ｌｐ１ｃと、第１湾曲部１２０の湾曲角度θ１及び旋回角度ζ１との関係は、それぞれ、以下の（１－１）式、（１－２）式及び（１－３）式のように表せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　次に、図１に示す複数の湾曲部を有する連続体ロボット１００－１における第ｎ湾曲部のワイヤ１０１－ｎの駆動変位量ｌｐｎａ、ワイヤ１０２－ｎの駆動変位量ｌｐｎｂ及びワイヤ１０３－ｎの駆動変位量ｌｐｎｃと、第ｎ湾曲部の湾曲角度θｎ及び旋回角度ζｎとの関係は、それぞれ、以下の（２－１）式、（２－２）式及び（２－３）式のように表せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　［２．気管支用内視鏡への応用］
　次に、図１に示す連続体ロボット１００－１を気管支用内視鏡へ適用した例について説明する。ここでは、図１に示す連続体ロボット１００－１に対して位置１６０に撮像装置を固定し、挿抜経路２０となる気管支の内部を観察する気管支用内視鏡として用いることを考える。
　本実施形態に係る連続体ロボットの制御システムでは、基台部１１０を動かすことにより連続体ロボット１００－１を気管支の内部に進入させながら、撮像装置で得られた画像情報に基づき駆動変位量ｌｐｎａ，ｌｐｎｂ及びｌｐｎｃを算出し、連続体ロボット１００－１の姿勢を制御する。
　図４は、本発明の第１の実施形態を示し、図１に示す連続体ロボット１００－１の移動経過の一例を示す模式図である。この図４において、図１～図３に示す構成と同様の構成については同じ符号を付しており、その詳細な説明は省略する。また、図４には、図１及び図２に示すｚ方向（連続体ロボット１００－１の所定方向）を図示している。基台１１０は、例えばｚ方向に延伸するリニアステージに設けられており、操作者が連続体ロボット１００－１をリニアステージに沿って手動で移動させることができる。リニアステージにモータ等のアクチュエータを設けることにより、基台１１０をリニアステージに沿って移動させるようにしてもよい。リニアステージは、ｚ方向の座標情報を検出するセンサ（図５及び図６に示す検出装置３２０に相当）を備えるようにしてもよい。
　図４において、時点４０１は、基台部１１０の上面１１４からｚ方向に延びる第１湾曲部１２０～第３湾曲部１４０が湾曲していない初期状態を示している。その後、図４においては、時点４０２，時点４０３，時点４０４，時点４０５と時間が経過するのにしたがって、基台部１１０がｚ方向に移動して第１湾曲部１２０～第３湾曲部１４０が湾曲する様子が示されている。
　ここで、以下の説明においては、例えば図４に示す基台部１１０の上面１１４におけるｚ方向の座標情報を、図１に示すｚｂとして記載する。この場合、第ｎ湾曲部の湾曲角度θｎ及び旋回角度ζｎは、基台部１１０の位置を示す座標情報ｚｂに依存するため、それぞれ、θｎ（ｚｂ）及びζｎ（ｚｂ）と表すことができる。また、ワイヤ１０１－ｎ～１０３－ｎの駆動変位量ｌｐｎａ，ｌｐｎｂ及びｌｐｎｃも座標情報ｚｂに依存し、それぞれ、ｌｐｎａ（ｚｂ），ｌｐｎｂ（ｚｂ）及びｌｐｎｃ（ｚｂ）と表すことができる。
　図５は、本発明の第１の実施形態に係る連続体ロボットの制御システム１０－１の機能構成の一例を示す図であって、連続体ロボット１００を前進する方向に移動させる場合の信号の流れを示す模式図である。
　連続体ロボットの制御システム１０－１は、図５に示すように、連続体ロボット１００と、連続体ロボットの制御装置２００と、撮像装置３１０と、検出装置３２０と、入力装置３３０と、表示装置３４０を有して構成されている。
　図５に示す連続体ロボット１００としては、本実施形態においては、図１に示す連続体ロボット１００－１を適用する形態を採るが、本発明においては後述する図１０に示す連続体ロボット１００－２を適用する形態も採り得る。
　連続体ロボットの制御装置２００は、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０と、記憶部２２０と、運動学演算部２３０を有して構成されている。この連続体ロボットの制御装置２００の各構成部については、後述する。
　撮像装置３１０は、本実施形態においては、図１に示す位置１６０において連続体ロボット１００－１に取り付けられ、例えば連続体ロボット１００－１の進行方向における領域を撮像して挿抜経路２０の内部に係る画像情報を生成する。
　検出装置３２０は、図４を用いて説明したように、基台部１１０の上面１１４におけるｚ方向の座標情報ｚｂを検出し、検出した座標情報ｚｂを連続体ロボットの制御装置２００に出力する。検出装置３２０は、例えば図４に示す例では、時点４０１～時点４０５ごとに異なる座標情報ｚｂを検出し、これらを連続体ロボットの制御装置２００に出力する。
　入力装置３３０は、例えば、術者等の操作者が操作入力を行うための装置であり、例えばキーボードやマウス等から構成されている。
　表示装置３４０は、連続体ロボットの制御装置２００の制御に基づいて、各種の情報を表示する。例えば、表示装置３４０は、撮像装置３１０で生成された画像情報や、入力装置３３０から入力された入力情報、検出装置で検出された座標情報ｚｂ、連続体ロボットの制御装置２００の処理で得られた情報等を表示する。
　画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は、撮像装置３１０によって得られた画像情報を保存する画像データベース（画像ＤＢ）と、当該画像情報に基づいて連続体ロボット１００－１のねじれ量を取得するねじれ量取得部を含み構成されている。図５に示す例では、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は、撮像装置３１０によって得られた画像情報と、検出装置３２０によって検出された連続体ロボット１００－１のｚ方向（所定方向）における座標情報ｚｂとに基づいて、連続体ロボット１００－１のねじれ量を取得する。
　記憶部２２０は、図５に示す連続体ロボット１００－１を前進する方向に移動させる場合には、撮像装置３１０によって得られ画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０に保持された画像情報と、検出装置３２０によって検出された座標情報ｚｂとを対応付けて記憶する。この際、記憶部２２０は、更に、入力装置３３０から入力された湾曲角度θｎ及び旋回角度ζｎの情報も、対応付けて記憶し得る。
　運動学演算部２３０は、駆動機構であるアクチュエータ１１１～１１３によるワイヤ１０１～１０３の駆動変位量ｌｐｎａ，ｌｐｎｂ及びｌｐｎｃを設定する処理を行う。そして、運動学演算部２３０は、設定した駆動変位量ｌｐｎａ，ｌｐｎｂ及びｌｐｎｃに基づき連続体ロボット１００－１の駆動制御を行う。
　例えば、図５に示す、挿抜経路２０に対して連続体ロボット１００－１を前進する方向に移動させる場合には、挿抜経路２０の複数の位置において、湾曲角度θｎ（ｚｂ）、旋回角度ζｎ（ｚｂ）、駆動変位量ｌｐｎａ（ｚｂ），ｌｐｎｂ（ｚｂ）及びｌｐｎｃ（ｚｂ）を記憶部２２０に保存する。また、同時に、撮像装置３１０で得られた画像情報と検出装置３２０で検出された座標情報ｚｂとを対応付けて、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０と記憶部２２０に保存する。
　図６は、本発明の第１の実施形態に係る連続体ロボットの制御システム１０－１の機能構成の一例を示す図であって、連続体ロボット１００を後退する方向に移動させる場合の信号の流れを示す模式図である。この図６において、図５に示す構成と同様の構成については同じ符号を付している。
　図６に示す連続体ロボット１００としては、本実施形態においては、上述した図５と同様に、図１に示す連続体ロボット１００－１を適用する形態を採るが、本発明においては後述する図１０に示す連続体ロボット１００－２を適用する形態も採り得る。
　本実施形態の撮像装置３１０は、連続体ロボット１００－１の進行方向における領域を撮像するものであるため、連続体ロボット１００－１を後退する方向に移動させる場合には、撮像装置３１０において当該後退する方向の領域に係る画像情報は得られない。このため、本実施形態では、図５に示す連続体ロボット１００－１を前進する方向に移動させる場合に記憶部２２０に記憶した情報を用いて駆動変位量ｌｐｎａ，ｌｐｎｂ及びｌｐｎｃを設定し、連続体ロボット１００－１の駆動制御を行う。
　また、図６に示す挿抜経路２０に対して連続体ロボット１００－１を後退する方向に移動させる場合も、撮像装置３１０で得られた画像情報と検出装置３２０で検出された座標情報ｚｂとを対応付けて、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０と記憶部２２０に保存する。
　また、図６に示す連続体ロボット１００－１を後退する方向に移動させる場合、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は、座標情報ｚｂに基づき挿抜経路２０の同じ位置（実質的に同じ位置と見なせる場合も含む）で撮像された前進時と後退時の画像情報を用いて、画像の回転量から連続体ロボット１００－１のねじれ量τを取得する。すなわち、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は、図６に示す場合、挿抜経路２０の各位置において、記憶部２２０に記憶された画像情報のうち、当該各位置に係る座標情報ｚｂと対応付けて記憶されている画像情報を用いて、ねじれ量τを取得する。
　そして、図６に示す連続体ロボット１００－１を後退する方向に移動させる場合、運動学演算部２３０は、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０で取得されたねじれ量τに基づいて、ワイヤ１０１～１０３の駆動変位量ｌｐｎａ，ｌｐｎｂ及びｌｐｎｃを設定する処理を行う。この処理を行う運動学演算部２３０は、本発明における設定手段を構成する。そして、運動学演算部２３０は、設定した駆動変位量ｌｐｎａ，ｌｐｎｂ及びｌｐｎｃに基づき連続体ロボット１００－１の駆動制御を行う。
　図７は、本発明の第１の実施形態を示し、図１に示す挿抜経路２０として気管支７００を適用した場合の一例を示す模式図である。
　連続体ロボット１００－１を前進させて、気管支７００の左下葉気管支７２０における位置７２１までを撮像装置３１０を用いて観察した後、連続体ロボット１００－１を後退させることを考える。この場合、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は、まず、撮像装置３１０から、位置７２１まで前進させた際の各位置における画像情報を取得する。また、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は、同様に、撮像装置３１０から、位置７２１から後退させた際の各位置における画像情報を取得する。そして、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は、座標情報ｚｂに基づき、例えば気管支７００の左上葉気管支７１０における位置７１１で撮像された前進時と後退時の画像情報を用いて、画像の回転量から連続体ロボット１００－１のねじれ量τを取得する。すなわち、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は、図６に示す場合、挿抜経路２０の各位置において、記憶部２２０に記憶された画像情報のうち、当該各位置に係る座標情報ｚｂと対応付けて記憶されている画像情報を用いて、ねじれ量τを取得する。なお、ここでは、前進時と後退時の画像情報を比較する位置として、気管支７００で左上葉気管支７１０と左下葉気管支７２０との分岐が見える位置７１１の場合の例を示したが、本実施形態においてはこの態様に限定されるものではない。
　図８は、本発明の第１の実施形態を示し、図７に示す位置７１１で得られた前進時と後退時の画像情報の一例を示す模式図である。具体的に、図８は、前進時と後退時の画像情報に基づき表示装置３４０に表示された画像の一例を示している。より詳細に、図８Ａは、前進時の画像情報に基づき表示装置３４０に表示された前進時の画像８１０であり、図８Ｂは、後退時の画像情報に基づき表示装置３４０に表示された後退時の画像８２０である。
　図８Ａに示す前進時の画像８１０には、図７に示す左上葉気管支７１０の経路領域８１１と、図７に示す左下葉気管支７２０の経路領域８１２が示されている。また、図８Ｂに示す後退時の画像８２０には、図７に示す左上葉気管支７１０の経路領域８２１と、図７に示す左下葉気管支７２０の経路領域８２２が示されている。本実施形態においては、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は、この図８Ａに示す前進時の画像８１０と図８Ｂに示す後退時の画像８２０とを比較することにより、ねじれ量τを取得する。例えば、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は、前進時の画像８１０から経路領域８１１と経路領域８１２の輪郭を抽出してその中心を結ぶ直線８１３の傾きと、後退時の画像８２０から経路領域８２１と経路領域８２２の輪郭を抽出してその中心を結ぶ直線８２３の傾きとを比較することにより、ねじれ量τを取得する。すなわち、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は、画像情報と、連続体ロボット１００－１が挿入される挿抜経路２０の構造情報とに基づいて、ねじれ量τを取得する。この図８に示す例では、前進時の画像に対して後退時の画像では２０°程度のねじれ量が生じている。また、本実施形態においては、このような画像の比較は、特徴のある複数の位置で行う。
　ここで、第ｎ湾曲部のねじれ量τをτｎとすると、上記の（２－１）式、（２－２）式及び（２－３）式は、それぞれ、以下の（３－１）式、（３－２）式及び（３－３）式のように書き換えることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　そして、本実施形態においては、運動学演算部２３０は、例えば、上記の（３－１）式、（３－２）式及び（３－３）式で得られた駆動変位量ｌｐｎａ（ｚｂ），ｌｐｎｂ（ｚｂ）及びｌｐｎｃ（ｚｂ）を設定する。具体的に、運動学演算部２３０は、ねじれ量τｎと、湾曲角度θｎ及び旋回角度ζｎとに基づいて、上述した駆動変位量を設定する。そして、運動学演算部２３０は、設定した駆動変位量を用いて連続体ロボット１００－１の駆動制御を行う。
　ここで、湾曲部の数をｅとすると、ねじれ量τｅは、撮像装置３１０による前進時と後退時の画像から取得可能である。ねじれ量τｎは、例えば全湾曲部で一定として、以下の（４）式としてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　また、それぞれの湾曲部に適切な補正係数を乗じてもよい。
　また、呼吸による体動で前進時と後退時の画像の比較が困難な場合には、呼吸をモニタし、呼吸の特定のタイミングで取得した画像だけを比較することにより、画像の回転量の推定精度を向上させることができる。例えば、撮像装置３１０により各位置で動画像を取得し、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０が、呼吸による管腔（挿抜経路２０）の変形の程度が前進時と後退時とで同程度の画像同士を比較することにより実現できる。
　上述した構成では、３本の全てのワイヤ１０１～１０３に変位を与えることにより、連続体ロボット１００－１の湾曲角度θｎ及び旋回角度ζｎを制御する形態としたが、本発明においてはこの形態に限定されるものではない。例えば、３本のワイヤ１０１～１０３のうち、１本のワイヤの変位を固定し、残り２本のワイヤに変位を与えて、連続体ロボット１００－１の湾曲角度θｎ及び旋回角度ζｎを制御する形態も、同様の効果を得ることができ、本発明に適用可能である。この形態の場合、例えば、ワイヤ１０１の変位を固定して固定長のワイヤとすると、運動学演算部２３０は、例えば、以下の（６－１）式、（６－２）式及び（６－３）式に示す駆動変位量ｌｐｎａ，ｌｐｎｂ及びｌｐｎｃを設定し得る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　また、運動学演算部２３０は、ねじれ量τｎを取得した後の駆動変位量ｌｐｎａ，ｌｐｎｂ及びｌｐｎｃを、以下の（７－１）式、（７－２）式及び（７－３）式に示すように設定し得る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　第１の実施形態に係る連続体ロボットの制御装置２００では、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は連続体ロボット１００－１のねじれ量τを取得し、運動学演算部２３０は当該ねじれ量に基づいてワイヤの駆動変位量を設定するようにしている。
　かかる構成によれば、連続体ロボットがねじれた場合においても、連続体ロボットにおける駆動制御の精度低下を抑制することができる。これにより、連続体ロボットの後方視野がない状態でも円滑に連続体ロボットを後退させることができる。また、ねじれ量に応じてワイヤの駆動変位量を補正できるため、連続体ロボットがねじれた場合においても、連続体ロボットを所望の姿勢に制御することができる。
　（第２の実施形態）
　次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、以下に記載する第２の実施形態では、上述した第１の実施形態と共通する事項については説明を省略し、上述した第１の実施形態と異なる事項について説明を行う。
　第２の実施形態では、連続体ロボット１００を気管支の内部の観察だけでなく、鉗子や吸引針等の生検ツールを通すガイドシースとして用いる場合について説明する。
　図９は、本発明の第２の実施形態に係る連続体ロボット１００における１つのワイヤガイド９００の一例を示す模式図である。また、図９では、図１と同様に、ｘ軸，ｙ軸及びｚ軸を図示している。
　ワイヤガイド９００は、図９に示すように、ドーナツ型の形状をしている。このワイヤガイド９００には、図９に示すように、ワイヤ１０１が固定される貫通孔９１０、ワイヤ１０２が通過または固定される貫通孔９２０、ワイヤ１０３が通過または固定される貫通孔９３０、及び、マーク９４０が設けられている。
　図１０は、本発明の第２の実施形態に係る連続体ロボット１００－２の概略構成の一例を示す図である。また、図１０では、図１と同様に、ｘ軸，ｙ軸及びｚ軸を図示している。
　連続体ロボット１００－２は、図１０に示すように、湾曲部１０１０と、湾曲部１０１０と基台部（不図示，例えば図２に示す基台部１１０）との間に設けられたスリーブ１０２０を有して構成されている。
　湾曲部１０１０は、図９に示すワイヤガイド９００をｚ方向に複数（１０個）配置して形成されている。具体的に、湾曲部１０１０は、ワイヤガイド９００－１～９００－１０を有して構成されている。また、図１０に示す連続体ロボット１００－２には、位置１６０に撮像装置３１０が配置され得る。なお、撮像装置３１０が配置される位置１６０は、ワイヤガイド９００－１とワイヤガイド９００－１０との間でなくてもよい。位置１６０に配置された撮像装置３１０は、例えば連続体ロボット１００－２の進行方向（ｚ方向）における領域を撮像して画像情報を生成する。また、ワイヤガイド９００－１では、貫通孔９１０，９２０及び９３０に、それぞれ、ワイヤ１０１，１０２及び１０３が固定される。また、ワイヤガイド９００－２～９００－１０では、貫通孔９１０にワイヤ１０１が固定され、他の貫通孔９２０及び９３０はそれぞれワイヤ１０２及び１０３を通過させる。
　スリーブ１０２０は、ワイヤ１０１～１０３を固定せずに通過させる。
　図１０に示す連続体ロボット１００－２は、内部に生検ツールを通すことができる。連続体ロボット１００－２が生検の対象となる腫瘍に向かう（前進する）ときは、ワイヤガイドの中に設けられた撮像装置（ファイバースコープカメラ）３１０を用いて挿抜経路２０における連続体ロボット１００－２の前方領域を観察しながら前進する。
　また、本実施形態では、連続体ロボット１００－２を前進させ、生検の対象となる腫瘍に到達した時点で、術者等の操作者は、撮像装置３１０を連続体ロボット１００－２から抜去し、生検ツールを連続体ロボット１００－２に挿入する。そして、操作者は、生検ツールで検体を採取したら、生検ツールを抜去し、再度、撮像装置３１０を連続体ロボット１００－２に挿入して配置し、連続体ロボット１００－２を後退する。このように、連続体ロボット１００－２を、生検ツールを通すガイドシースとして用いる場合、撮像装置３１０は、連続体ロボット１００－２の内部で固定されていない。
　術者等の操作者は、撮像装置（ファイバースコープカメラ）３１０の挿入時に、連続体ロボット１００－２の最も遠位端にあるワイヤガイド９００－１のマーク９４０が撮像装置３１０の撮像可能範囲内に常に収まるように撮像装置３１０のｚ方向の位置を決める。すなわち、本実施形態においては、撮像装置３１０は、ワイヤガイド９００－１のマーク９４０を含む領域を撮像する形態を採る。
　操作者による操作中、撮像装置３１０により得られる画像を表示装置３４０に表示した際に、マーク９４０の位置が同じ位置にある間は撮像装置（ファイバースコープカメラ）３１０と連続体ロボット１００－２との位置関係が保たれている。例えば、マーク９４０の位置が画像上で回転した場合、その回転量βは、撮像装置（ファイバースコープカメラ）３１０が連続体ロボット１００－２内で回転した量に相当する。
　ここで、連続体ロボット１００－２の前進時と後退時における画像を比較する場合、マーク９４０の位置の回転要因としては、連続体ロボット１００－２自体のねじれと、連続体ロボット１００－２の内部での撮像装置３１０の回転が考えられる。前進時と後退時における画像の回転量をαとすると、それから回転量βを差し引いたものが、最も遠位端での連続体ロボット１００－２自体のねじれ量τｅとなり、これは以下の（８）式で表される。ここで、本実施形態では、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は、画像情報に含まれるマーク９４０の位置に基づいてねじれ量τｅを取得する形態を採る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　この（８）式を、（４）式または（５）式に適用し、（３－１）式～（３－３）式に代入することで、連続体ロボット１００－２のねじれ量と、撮像装置３１０の連続体ロボット１００－２の内部での回転量の両方を考慮した、ワイヤの駆動変位量を設定することができる。ここで、本実施形態では、運動学演算部２３０は、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０で取得されたねじれ量τｅに基づいて、ワイヤ１０１～１０３の駆動変位量を設定する形態を採る。
　ここでは、撮像装置（ファイバースコープカメラ）３１０が連続体ロボット１００－２の内部で回転した場合の補正方法に関して説明を行ったが、この回転量は、少ないほど好ましい。例えば、ワイヤガイド９００の一部と撮像装置３１０に磁石を取り付け、この回転を防ぐようにする形態も、適用可能である。また、ワイヤガイド９００に溝を設けるとともに撮像装置３１０に突起を設けて、これらを接合することで回転を防ぐようにする形態も、適用可能である。
　第２の実施形態によれば、上述した第１の実施形態と同様に、連続体ロボットがねじれた場合においても、連続体ロボットにおける駆動制御の精度低下を抑制することができる。
　（第３の実施形態）
　次に、本発明の第３の実施形態について説明する。なお、以下に記載する第３の実施形態では、上述した第１及び第２の実施形態と共通する事項については説明を省略し、上述した第１及び第２の実施形態と異なる事項について説明を行う。
　第３の実施形態では、再受診時の検査の簡便化について説明する。
　受診者が連続体ロボット１００（例えば、図１に示す連続体ロボット１００－１）に係る気管支用内視鏡の検査を受けると、目的の場所までの前進時と後退時のθｎ（ｚｂ），ζｎ（ｚｂ），ｌｐｎａ（ｚｂ），ｌｐｎｂ（ｚｂ），ｌｐｎｃ（ｚｂ）、及び、座標情報ｚｂが、図６に示す画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０及び記憶部２２０に保存される。
　そして、同一受診者の２回目の検査では、前進時及び後退時ともに、初回の検査時のｌｐｎａ（ｚｂ），ｌｐｎｂ（ｚｂ），ｌｐｎｃ（ｚｂ）を連続体ロボット１００のワイヤの駆動変位量として、連続体ロボット１００（基台部１１０）を前進及び後退する。このときの連続体ロボットの制御システム１０の機能構成における信号の流れは、上述した図６で示すものとなる。
　第３の実施形態では、図６に示す画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は、初回の検査時の画像と２回目の検査時の画像とを、それぞれ前進時及び後退時ごとに比較し、画像の回転量から連続体ロボット１００のねじれ量を取得する。
　この際、連続体ロボットの制御装置２００は、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０で得られたねじれ量が閾値以下であれば、初回の検査時と同一のワイヤ１０１～１０３の駆動変位量で連続体ロボット１００を制御する形態を採り得る。この場合、術者等の操作者は、容易に目的の場所まで連続体ロボット１００を進めることができる。
　一方、連続体ロボットの制御装置２００は、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０で得られたねじれ量が閾値を超えると、連続体ロボット１００にねじれが生じたと判断し、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０から運動学演算部２３０にねじれ量τｎを送信させる形態を採り得る。運動学演算部２３０は、（３－１）式～（３－２）式に従って、ワイヤ１０１～１０３の駆動変位量を更新する。更新後のワイヤ１０１～１０３の駆動変位量を使用すれば、目的の場所までのワイヤ１０１～１０３の駆動変位量が全て分かるため、連続体ロボット１００にねじれが生じても、術者等の走者者は容易に目的の場所まで連続体ロボット１００を進めることができる。
　なお、上述したねじれ量の閾値は、例えば呼吸による体動で生じる画像の回転量から決定する。この場合、基台部１１０を静止し、呼吸の別々のタイミングで複数の画像を取得し、そこで発生する画像の回転量をねじれ量の閾値とする。
　なお、上述した例では、図６に示す画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０が撮像装置３１０で得られた画像情報に基づき取得したねじれ量を元に、ワイヤ１０１～１０３の駆動変位量を更新したが、操作者が入力装置３３０を介してねじれ量を微調整してもよい。例えば、術者等の操作者の手元に入力装置３３０の一構成であるねじれ量入力ダイアルを置き、操作者がそのねじれ量入力ダイアルを介してねじれ量を調整してもよい。
　第３の実施形態によれば、上述した第１の実施形態と同様に、連続体ロボットがねじれた場合においても、連続体ロボットにおける駆動制御の精度低下を抑制することができる。
　（第４の実施形態）
　次に、本発明の第４の実施形態について説明する。なお、以下に記載する第４の実施形態では、上述した第１～第３の実施形態と共通する事項については説明を省略し、上述した第１～第３の実施形態と異なる事項について説明を行う。
　上述した第１～第３の実施形態では、連続体ロボット１００として気管支用内視鏡を用いて受診者の気管支内を撮像した画像情報同士を比較する形態であったが、本発明においてはこれらの形態に限定されるものではない。第４の実施形態では、他のモダリティで生成された気管支の他の画像情報と気管支鏡用内視鏡に配置した撮像装置３１０で生成された画像情報の比較する形態について説明する。
　図１１は、本発明の第４の実施形態に係る連続体ロボットの制御システム１０－２の機能構成の一例を示す模式図である。この図１１において、図５及び図６に示す構成と同様の構成については同じ符号を付している。
　連続体ロボットの制御システム１０－２では、図５及び図６に示す連続体ロボットの制御システム１０－１に対して、ＣＴ装置３５０が追加されている。
　ＣＴ装置３５０は、撮像装置３１０とは異なる他の撮像装置であり、撮像装置３１０によって得られた画像情報とは異なる他の画像情報であるＣＴ画像情報を生成する。
　本実施形態では、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は、ＣＴ装置３５０から、例えば受診者の胸部のＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ　Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）画像情報を気管支用内視鏡を挿入前に取得する。そして、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は、取得したＣＴ画像情報から、気管支用内視鏡を挿入して気管支内部を観察した時に想定される仮想的な画像を作り出す。そして、連続体ロボットの制御装置２００は、ＣＴ画像内で基台部１１０を仮想的に前進し、目的の場所にたどり着くための仮想的な経路でθｎ（ｚｂ），ζｎ（ｚｂ），ｌｐｎａ（ｚｂ），ｌｐｎｂ（ｚｂ），ｌｐｎｃ（ｚｂ）を計算する。そしてこれらの計算値と、特徴的な場所での仮想的な画像情報を図１１に示す画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０及び記憶部２２０に保存する。
　連続体ロボット１００に係る気管支用内視鏡を受診者に挿入する際、連続体ロボットの制御装置２００は、仮想的に求めた上記のｌｐｎａ（ｚｂ），ｌｐｎｂ（ｚｂ），ｌｐｎｃ（ｚｂ）をワイヤ１０１～１０３の駆動変位量として、連続体ロボット１００を制御する。そして、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は、連続体ロボット１００を前進させながら撮像装置３１０で生成された画像情報を取得し、ＣＴ画像情報から作成した仮想的な画像情報と特徴点を比較して、連続体ロボット１００のねじれ量τｎを取得する。
　そして、連続体ロボットの制御装置２００は、画像の回転が検知されれば連続体ロボット１００にねじれが生じていると判断する。そして、この場合、運動学演算部２３０は、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０で取得されたねじれ量τｎに基づいて、（３－１）式～（３－３）式に従って、ワイヤ１０１～１０３の駆動変位量を設定（補正）する形態を採る。
　以上説明した第４の実施形態では、連続体ロボット１００として気管支用内視鏡を用いた例について説明したが、本発明においては医療分野に限定されるものではない。例えば、配管の検査に本発明の連続体ロボット１００を適用する場合、配管設計時のＣＡＤ図面から上述した仮想的な画像情報を作成してもよい。
　第４の実施形態によれば、上述した第１の実施形態と同様に、連続体ロボットがねじれた場合においても、連続体ロボットにおける駆動制御の精度低下を抑制することができる。
　（その他の実施形態）
　本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。このプログラム及び当該プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、本発明に含まれる。
　なお、上述した本発明の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。即ち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
　本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。
　本願は、２０１８年１月１２日提出の日本国特許出願特願２０１８－００３７２４を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てをここに援用する。

Claims (20)

  1. 　駆動機構でワイヤを駆動させることによって湾曲する湾曲部を有する連続体ロボットの制御装置であって、
    　前記連続体ロボットのねじれ量を取得する取得手段と、
    　前記取得手段で取得されたねじれ量に基づいて、前記駆動機構による前記ワイヤの駆動変位量を設定する設定手段と、
    　を有することを特徴とする連続体ロボットの制御装置。
  2. 　前記取得手段は、前記連続体ロボットに取り付けられた撮像装置によって得られた画像情報に基づいて、前記ねじれ量を取得することを特徴とする請求項１に記載の連続体ロボットの制御装置。
  3. 　前記取得手段は、前記画像情報と、前記連続体ロボットが挿入される経路の構造情報とに基づいて、前記ねじれ量を取得することを特徴とする請求項２に記載の連続体ロボットの制御装置。
  4. 　前記連続体ロボットには、マークが付されており、
    　前記撮像装置は、前記マークを含む領域を撮像し、
    　前記取得手段は、前記画像情報に含まれる前記マークの位置に基づいて、前記ねじれ量を取得することを特徴とする請求項２に記載の連続体ロボットの制御装置。
  5. 　前記取得手段は、前記撮像装置によって得られた画像情報と、前記撮像装置とは異なる他の撮像装置によって得られた他の画像情報とに基づいて、前記ねじれ量を取得することを特徴とする請求項２に記載の連続体ロボットの制御装置。
  6. 　前記画像情報と、検出装置によって検出された前記連続体ロボットの所定方向における座標情報とを対応付けて記憶する記憶手段を更に有することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の連続体ロボットの制御装置。
  7. 　前記記憶手段は、前記連続体ロボットが挿入される経路に対して前記連続体ロボットが前進する方向に移動する場合に、前記経路の複数の位置において、前記画像情報と前記座標情報とを対応付けて記憶することを特徴とする請求項６に記載の連続体ロボットの制御装置。
  8. 　前記取得手段は、前記経路に対して前記連続体ロボットが後退する方向に移動する場合に、前記経路の各位置において、前記記憶手段に記憶された前記画像情報のうち、前記各位置に係る座標情報と対応付けて記憶されている画像情報を用いて、前記ねじれ量を取得することを特徴とする請求項７に記載の連続体ロボットの制御装置。
  9. 　前記設定手段は、前記ねじれ量と、前記湾曲部の湾曲角度および旋回角度とに基づいて、前記駆動変位量を設定することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の連続体ロボットの制御装置。
  10. 　前記湾曲部は、
    　基準面を介して延伸する複数の前記ワイヤと、
    　前記複数のワイヤが異なる位置に固定され、前記複数のワイヤを案内する第１のワイヤガイドと、
    　前記基準面と前記第１のワイヤガイドとの間に設けられ、前記複数のワイヤのうちの一部の所定ワイヤが固定され、前記複数のワイヤを案内する第２のワイヤガイドと、
    　を含み形成されており、
    　前記駆動機構は、前記複数のワイヤのうちの少なくとも一部のワイヤを駆動することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の連続体ロボットの制御装置。
  11. 　駆動機構でワイヤを駆動させることによって湾曲する湾曲部を有する連続体ロボットの制御方法であって、
    　前記連続体ロボットのねじれ量を取得する取得ステップと、
    　前記取得ステップで取得されたねじれ量に基づいて、前記駆動機構による前記ワイヤの駆動変位量を設定する設定ステップと、
    　を有することを特徴とする連続体ロボットの制御方法。
  12. 　前記取得ステップは、前記連続体ロボットに取り付けられた撮像装置によって得られた画像情報に基づいて、前記ねじれ量を取得することを特徴とする請求項１１に記載の連続体ロボットの制御方法。
  13. 　前記取得ステップは、前記画像情報と、前記連続体ロボットが挿入される経路の構造情報とに基づいて、前記ねじれ量を取得することを特徴とする請求項１２に記載の連続体ロボットの制御方法。
  14. 　前記連続体ロボットには、マークが付されており、
    　前記撮像装置は、前記マークを含む領域を撮像し、
    　前記取得ステップは、前記画像情報に含まれる前記マークの位置に基づいて、前記ねじれ量を取得することを特徴とする請求項１２に記載の連続体ロボットの制御方法。
  15. 　前記取得ステップは、前記撮像装置によって得られた画像情報と、前記撮像装置とは異なる他の撮像装置によって得られた他の画像情報とに基づいて、前記ねじれ量を取得することを特徴とする請求項１２に記載の連続体ロボットの制御方法。
  16. 　前記画像情報と、検出装置によって検出された前記連続体ロボットの所定方向における座標情報とを対応付けて記憶手段に記憶する記憶ステップを更に有することを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれか１項に記載の連続体ロボットの制御方法。
  17. 　前記記憶ステップは、前記連続体ロボットが挿入される経路に対して前記連続体ロボットが前進する方向に移動する場合に、前記経路の複数の位置において、前記画像情報と前記座標情報とを対応付けて前記記憶手段に記憶することを特徴とする請求項１６に記載の連続体ロボットの制御方法。
  18. 　前記取得ステップは、前記経路に対して前記連続体ロボットが後退する方向に移動する場合に、前記経路の各位置において、前記記憶手段に記憶された前記画像情報のうち、前記各位置に係る座標情報と対応付けて記憶されている画像情報を用いて、前記ねじれ量を取得することを特徴とする請求項１７に記載の連続体ロボットの制御方法。
  19. 　前記設定ステップは、前記ねじれ量と、前記湾曲部の湾曲角度および旋回角度とに基づいて、前記駆動変位量を設定することを特徴とする請求項１１乃至１８のいずれか１項に記載の連続体ロボットの制御方法。
  20. 　コンピュータに、請求項１１乃至１９のいずれか１項に記載の連続体ロボットの制御方法における各ステップを実行させるためのプログラム。
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EP18900005.2A EP3714763A4 (en) 2018-01-12 2018-12-25 CONTROL DEVICE FOR A CONTINUUM ROBOT, ITS CONTROL PROCESS AND PROGRAM
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111761609A (zh) * 2020-07-08 2020-10-13 天津大学 基于接触辅助结构的柔性连续体机器人
CN114526934A (zh) * 2022-02-16 2022-05-24 常州大学 一种驱动绳自动张紧的柔性检测机器人及其控制方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3991983A4 (en) 2019-06-28 2022-08-10 FUJIFILM Corporation ORIGINAL PLATE FOR LITHOGRAPHIC PRINTING PLATE OF ON-PRESS DEVELOPMENT TYPE, METHOD OF MAKING LITHOGRAPHIC PRINTING PLATE AND METHOD OF LITHOGRAPHIC PRINTING
US11786106B2 (en) * 2020-05-26 2023-10-17 Canon U.S.A., Inc. Robotic endoscope probe having orientation reference markers
US20220016394A1 (en) * 2020-07-16 2022-01-20 Canon U.S.A., Inc. Medical Apparatus and Method of Use Thereof
JP7458929B2 (ja) * 2020-07-29 2024-04-01 キヤノン株式会社 連続体ロボットの制御システム及びその作動方法、並びに、プログラム
CN112294236B (zh) * 2020-10-14 2022-03-25 北京大学 内窥镜前端弯曲部形态检测系统及其检测方法
WO2023150517A1 (en) * 2022-02-01 2023-08-10 Canon U.S.A., Inc. Methods, apparatus and systems for controlling a medical device
CN114872068B (zh) * 2022-06-10 2023-08-22 北京通用人工智能研究院 一种桌面式连续体机器人

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007090098A (ja) * 2006-12-25 2007-04-12 Olympus Corp 内視鏡形状検出装置
JP2007306993A (ja) * 2006-05-16 2007-11-29 Olympus Medical Systems Corp 回転自走式内視鏡システム
JP2007330348A (ja) * 2006-06-12 2007-12-27 Olympus Medical Systems Corp 内視鏡挿入形状検出装置
JP2008048788A (ja) * 2006-08-22 2008-03-06 Olympus Medical Systems Corp 内視鏡
JP2010104426A (ja) * 2008-10-28 2010-05-13 Olympus Medical Systems Corp 医療機器
US20120271109A1 (en) 2000-04-03 2012-10-25 Intuitive Surgical Operations, Inc. Steerable endoscope and improved method of insertion
JP2015530903A (ja) * 2012-08-14 2015-10-29 インテュイティブ サージカル オペレーションズ， インコーポレイテッド 多数のビジョンシステムのレジストレーションのためのシステム及び方法
WO2016063682A1 (ja) * 2014-10-22 2016-04-28 オリンパス株式会社 内視鏡挿入形状観測装置
WO2017014308A1 (ja) * 2015-07-23 2017-01-26 オリンパス株式会社 マニピュレータ及び医療システム
JP2018003724A (ja) 2016-07-04 2018-01-11 本田技研工業株式会社 内燃機関の過給システム

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4249997B2 (ja) 2003-02-12 2009-04-08 矢崎総業株式会社 ハーネス用外装部材を用いたハーネス配索構造
JP2007159337A (ja) 2005-12-08 2007-06-21 Sumitomo Wiring Syst Ltd ワイヤハーネス用外装材
JP4629572B2 (ja) 2005-12-27 2011-02-09 矢崎総業株式会社 スライド構造体用の給電装置
WO2009094670A1 (en) * 2008-01-25 2009-07-30 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods for force sensing in a robot
US9539726B2 (en) * 2012-04-20 2017-01-10 Vanderbilt University Systems and methods for safe compliant insertion and hybrid force/motion telemanipulation of continuum robots
US9333650B2 (en) * 2012-05-11 2016-05-10 Vanderbilt University Method and system for contact detection and contact localization along continuum robots
EP2976188B1 (en) * 2013-02-27 2019-04-24 Olympus Corporation Manipulator
US9566711B2 (en) * 2014-03-04 2017-02-14 Sarcos Lc Coordinated robotic control
US10743750B2 (en) * 2014-04-28 2020-08-18 Massachusetts Institute Of Technology Multi-link modular continuum robotic endoscope system
WO2016174596A1 (en) * 2015-04-27 2016-11-03 Fondazione Istituto Italiano Di Tecnologia A shape -keeping deployable structure including a pair of robotic systems of the continuum type
EP3326565A4 (en) 2015-07-23 2019-03-27 Olympus Corporation INPUT MECHANISM, AND MEDICAL SYSTEM
US10254499B1 (en) * 2016-08-05 2019-04-09 Southern Methodist University Additive manufacturing of active devices using dielectric, conductive and magnetic materials
WO2018037931A1 (en) * 2016-08-22 2018-03-01 Canon Kabushiki Kaisha Continuum robot, modification method of kinematic model of continuum robot, and control method of continuum robot
JP6921602B2 (ja) * 2017-04-21 2021-08-18 キヤノン株式会社 連続体ロボットの制御システム及びその制御方法、並びに、プログラム
US10543605B2 (en) * 2017-08-15 2020-01-28 Avigilon Corporation Camera on movable arm
TWI639988B (zh) * 2017-10-05 2018-11-01 行政院原子能委員會核能研究所 移動機器人地圖創建系統和方法
JP2022535754A (ja) * 2019-05-31 2022-08-10 キヤノン ユーエスエイ，インコーポレイテッド パッシブ曲げモードを備えたアクティブ制御の操縦可能医用デバイス

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120271109A1 (en) 2000-04-03 2012-10-25 Intuitive Surgical Operations, Inc. Steerable endoscope and improved method of insertion
JP2007306993A (ja) * 2006-05-16 2007-11-29 Olympus Medical Systems Corp 回転自走式内視鏡システム
JP2007330348A (ja) * 2006-06-12 2007-12-27 Olympus Medical Systems Corp 内視鏡挿入形状検出装置
JP2008048788A (ja) * 2006-08-22 2008-03-06 Olympus Medical Systems Corp 内視鏡
JP2007090098A (ja) * 2006-12-25 2007-04-12 Olympus Corp 内視鏡形状検出装置
JP2010104426A (ja) * 2008-10-28 2010-05-13 Olympus Medical Systems Corp 医療機器
JP2015530903A (ja) * 2012-08-14 2015-10-29 インテュイティブ サージカル オペレーションズ， インコーポレイテッド 多数のビジョンシステムのレジストレーションのためのシステム及び方法
WO2016063682A1 (ja) * 2014-10-22 2016-04-28 オリンパス株式会社 内視鏡挿入形状観測装置
WO2017014308A1 (ja) * 2015-07-23 2017-01-26 オリンパス株式会社 マニピュレータ及び医療システム
JP2018003724A (ja) 2016-07-04 2018-01-11 本田技研工業株式会社 内燃機関の過給システム

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
K. XUM. FUJ. ZHAO: "An Experimental Kinestatic Comparison between Continuum Manipulators with Structural Variations", IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON ROBOTICS AND AUTOMATION (ICRA, 2014, pages 3258 - 3264, XP032650139, DOI: 10.1109/ICRA.2014.6907327
See also references of EP3714763A4
XU KAI ET AL.: "An Experimental Kinestatic Comparison between Continuum Manipulators with Structural Variations", IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON ROBOTICS AND AUTOMATION (ICRA, 2014, pages 3258 - 3264, XP032650139, doi:10.1109/ICRA.2014.6907327 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111761609A (zh) * 2020-07-08 2020-10-13 天津大学 基于接触辅助结构的柔性连续体机器人
CN114526934A (zh) * 2022-02-16 2022-05-24 常州大学 一种驱动绳自动张紧的柔性检测机器人及其控制方法
CN114526934B (zh) * 2022-02-16 2024-01-23 常州大学 一种驱动绳自动张紧的柔性检测机器人及其控制方法

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