WO2022230814A1 - ロボットシステム - Google Patents

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WO2022230814A1
WO2022230814A1 PCT/JP2022/018745 JP2022018745W WO2022230814A1 WO 2022230814 A1 WO2022230814 A1 WO 2022230814A1 JP 2022018745 W JP2022018745 W JP 2022018745W WO 2022230814 A1 WO2022230814 A1 WO 2022230814A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
robot
slave
slave robot
master
control unit
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/018745
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
弘樹 国師
秀行 笠
Original Assignee
川崎重工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 川崎重工業株式会社 filed Critical 川崎重工業株式会社
Priority to JP2023517511A priority Critical patent/JPWO2022230814A1/ja
Publication of WO2022230814A1 publication Critical patent/WO2022230814A1/ja

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J3/00—Manipulators of master-slave type, i.e. both controlling unit and controlled unit perform corresponding spatial movements
    • B25J3/04—Manipulators of master-slave type, i.e. both controlling unit and controlled unit perform corresponding spatial movements involving servo mechanisms

Definitions

  • the present disclosure relates to a robot system, and more particularly to a robot system that performs treatment such as collecting a specimen from a subject.
  • Patent Literature 1 discloses a sample-collecting box that includes a sample-collecting main box and a protective glove provided on the sample-collecting main box. In this specimen-collecting box, the operator who collects the specimen is placed in the specimen-collecting main body box, and the specimen is collected from the subject through a protective glove.
  • Patent Literature 1 the operator collects a specimen from the subject through a protective glove in a state in which the operator enters the body box for specimen collection. must be located in close proximity to each other. In addition, since the operator enters the body box for specimen collection, it is necessary to take air into the body box for specimen collection. Therefore, there is a problem that the operator has a high risk of being infected when collecting a sample from the person to be treated.
  • the present disclosure has been made to solve the above-described problems, and one object of the present disclosure is to provide a robot system capable of reducing the risk of infection from the treated person to the treated person. That is.
  • a robot system includes a master robot, a slave robot that is remotely controlled by the master robot to treat a person to be treated, and an attachment portion connected to the distal end of the slave robot.
  • a hand attached to the mounting portion and holding a treatment member for performing treatment on the person to be treated; a control portion for controlling the operation of the slave robot based on the operation by the master robot; and a slave robot for the master robot.
  • a clutch operation unit for temporarily canceling the following state, and a position return operation unit for returning the positional relationship of the master robot to the slave robot to the standard state.
  • At least one of the master robot and the slave robot is controlled to move so that the position of the master robot and the position of the slave robot are aligned.
  • "treating a subject” in the present disclosure is a broad concept that includes not only collecting a specimen from a subject but also examining the subject. .
  • the robot system includes a master robot and a slave robot that is remotely controlled by the master robot and performs treatment on a person to be treated.
  • the operator who operates the master robot does not need to be positioned close to the person to be treated, so the risk of infection of the operator can be reduced when performing treatment on the person to be treated. can.
  • the risk of infection from the treated person to the treated person can be reduced.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overview of a robot system according to one embodiment
  • FIG. 1 is a block diagram showing a control configuration of a robot system according to one embodiment
  • FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining collection of a specimen by the robot system according to one embodiment
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an image captured by an imaging unit of the robot system according to one embodiment
  • FIG. 1 is a diagram showing an overview of a robot system according to one embodiment
  • FIG. 1 is a block diagram showing a control configuration of a robot system according to one embodiment
  • FIG. 4 is a diagram for explaining collection of a specimen by the robot system according to one embodiment
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an image captured by an imaging unit of the robot system according to one embodiment
  • FIG. 2 is a diagram showing the operable range of the robot system according to one embodiment
  • 7 is a flowchart for explaining imaging unit attitude maintenance processing of the robot system according to the embodiment
  • 4 is a flowchart for explaining relative position adjustment processing of the robot system according to one embodiment
  • 4 is a flowchart for explaining motion restriction processing of the robot system according to one embodiment
  • 5 is a flowchart for explaining motion adjustment processing based on a three-dimensional shape of the robot system according to one embodiment
  • It is a figure showing the outline of the robot system by the modification of one embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining an example of treatment of the robot system according to a modification of one embodiment
  • FIG. 1 The configuration of a robot system 100 according to one embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 9.
  • FIG. 1 The configuration of a robot system 100 according to one embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 9.
  • FIG. 1 The configuration of a robot system 100 according to one embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 9.
  • FIG. 1 The configuration of a robot system 100 according to one embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 9.
  • a robot system 100 is provided to collect a sample from a subject S.
  • the robot system 100 also includes a booth 10, a slave robot 11, a master robot 20, and a controller 30 (see FIG. 2).
  • the subject S is an example of the "subject" in the claims.
  • a sample is collected from the subject S by the slave robot 11.
  • the booth 10 is covered with walls on its sides.
  • a slave robot 11 is arranged in the booth 10 .
  • the area in which the slave robot 11 of the booth 10 is arranged is separated from the area in which the subject S enters by an isolation wall 10a.
  • the isolation wall 10a is provided between the slave robot 11 and the subject S.
  • the isolation wall 10a also has an opening 10b through which the sample-collecting member 12a passes. Note that the sample-collecting member 12a is an example of a "treatment member" in the claims.
  • the slave robot 11 is remotely operated by the master robot 20 and collects a sample from the subject S. Further, the slave robot 11 collects a sample from the subject S using the sample collecting member 12a.
  • Specimen-collecting member 12a is, for example, a sterile cotton swab (swab).
  • a sterile swab has a stick shape.
  • the slave robot 11 inserts the sample-collecting member 12a into the nasal cavity of the subject S, and uses the inserted sample-collecting member 12a to collect a sample (nasopharyngeal swab) from the nasopharynx of the subject S. liquid) is collected.
  • the slave robot 11 may insert the sample-collecting member 12a into the oral cavity of the subject S to collect the sample.
  • a virus test such as a PCR (Polymerase Chain Reaction) test is performed on the collected sample.
  • the slave robot 11 includes a vertical articulated robot.
  • a hand 12 is provided at the tip of the slave robot 11 .
  • the slave robot 11 has multiple (for example, seven) joints.
  • Each of the plurality of joints of the slave robot 11 is provided with a drive unit 113 such as a servomotor and an encoder 112 for detecting the drive position of the drive unit 113, as shown in FIG.
  • the tip of the slave robot 11 is connected to a mounting portion 11b.
  • the attachment portion 11b is connected to the tip joint 11a.
  • the tip joint 11a rotates the mounting portion 11b around the first axis A1.
  • the hand 12 holds the specimen picking member 12a.
  • the hand 12 has, for example, a pair of gripping members, and grips and holds the specimen picking member 12a by the pair of gripping members.
  • the slave robot 11 is provided with a control unit 111 that controls the operation of the slave robot 11 .
  • the control unit 111 includes a CPU (Central Processing Unit) 111a and a memory 111b.
  • the CPU 111a controls the operation of the slave robot 11 based on programs stored in the memory 111b.
  • the slave robot 11 is moved in a direction corresponding to the direction in which the operator O manipulates the grip at the tip of the master robot 20 .
  • the operator O moves the grip of the master robot 20 in the vertical direction (Z direction)
  • the hand 12 of the slave robot 11 (and the specimen collecting member 12a held by the hand 12) is moved in the vertical direction.
  • the operator O moves the grip of the master robot 20 in the horizontal direction (Y direction)
  • the hand 12 of the slave robot 11 (and the specimen collecting member 12a held by the hand 12) is moved in the horizontal direction.
  • the operator O moves the grip of the master robot 20 in the front-rear direction (X direction)
  • the hand 12 of the slave robot 11 and the specimen-collecting member 12a held by the hand 12
  • the operator O moves the grip of the master robot 20 forward (X1 direction) to move the hand 12 of the slave robot 11 (and the hand 12).
  • the specimen-collecting member 12a is inserted into the nasal cavity of the subject S by moving the specimen-collecting member 12a held forward (insertion direction).
  • an imaging section 13 for imaging the subject S is attached to the mounting section 11b.
  • a hand 12 holding a sample-collecting member 12a for collecting a sample from the subject S is attached to the mounting portion 11b.
  • the hand 12 includes a rotating portion 12b that rotates the sample-picking member 12a around a second axis A2 parallel to the first axis A1.
  • the hand 12 rotates the sample-picking member 12a around the second axis A2 in a state in which the sample-picking member 12a is in contact with the back of the nasal cavity of the subject S, and collects a sample from the subject S. do.
  • the imaging section 13 is attached to the attachment section 11b such that it is spaced downward from the hand 12 and the imaging direction is inclined upward.
  • the shape acquisition unit 14 is provided to acquire a three-dimensional shape in the vicinity of the site where the sample of the subject S is collected.
  • the shape acquisition unit 14 includes, for example, a 3D scanner or a stereo camera, and acquires 3D data of the object.
  • the shape acquisition unit 14 is used to acquire the position of the subject's S nasal cavity. That is, the three-dimensional shape of the face of the subject S is acquired by the shape acquisition unit 14 . Further, the shape acquisition unit 14 acquires the three-dimensional shape of the subject S in a state where the subject S enters the booth 10 and is seated. Also, the shape acquisition unit 14 acquires the three-dimensional shape of the subject S before acquiring the sample.
  • the shape acquisition unit 14 may be movably attached to the slave robot 11 . Also, the shape acquisition unit 14 may be fixedly provided in the booth 10 .
  • the master robot 20 remotely controls the slave robot 11. Specifically, the master robot 20 remotely controls the slave robot 11 by being operated by a practitioner O such as a doctor.
  • the master robot 20 outputs an operation signal based on the operator O's operation.
  • the slave robot 11 performs an action corresponding to the operation by the operator O based on the operation signal from the master robot 20 .
  • the slave robot 11 and the master robot 20 are connected by wire or wirelessly so as to be able to communicate with each other.
  • the master robot 20 includes a control section 21, an encoder 22, a drive section 23, a clutch operation section 24, and a position return operation section 25, as shown in FIG.
  • a display device 26 is provided on the master robot 20 side, as shown in FIG.
  • the control unit 21 controls the operation of the master robot 20 and acquires the operation of the operator O on the master robot 20 .
  • the control unit 21 includes a CPU 21a and a memory 21b.
  • the CPU 21a controls the operation of the master robot 20 based on programs stored in the memory 21b.
  • the encoder 22 detects the drive position of the drive unit 113 such as a servomotor.
  • the drive unit 23 drives each joint of the master robot 20 .
  • the clutch operation unit 24 accepts an operation to temporarily release the slave robot 11 from following the master robot 20 . That is, when the clutch operation unit 24 is operated, even if the operator O operates the master robot 20, the slave robot 11 does not operate. Further, when the operation of the clutch operation unit 24 is released, the slave robot 11 operates to follow the operation of the master robot 20 from the position where the operation is released. As shown in FIG. 1, the clutch operating section 24 includes a pedal-type operating section that is operated with a foot. Note that the clutch operating section 24 may be provided on the grip of the master robot 20 .
  • the position return operation unit 25 accepts an operation to return the positional relationship of the master robot 20 with respect to the slave robot 11 to the standard state.
  • the position return operation section 25 includes a button operated by hand.
  • the display device 26 displays an image (video) of the subject S.
  • the display device 26 is provided at the tip of the slave robot 11, and displays an image of the imaging unit 13 (see FIG. 3) that images the subject S, and a camera (not shown) that images the subject S from the side. , etc., are displayed.
  • the operator O remotely operates the slave robot 11 using the master robot 20 while checking the real-time image of the subject S displayed on the display device 26 .
  • Display device 26 includes, for example, a liquid crystal monitor.
  • the control unit 30 includes a CUP 31 and a memory 32, as shown in FIG.
  • the CPU 31 performs control based on programs stored in the memory 32 .
  • the memory 32 stores operation command value calculation 31a, slave robot control 31b, and nasal cavity position calculation 31c as software.
  • the operation command value calculator 31 a is connected to the master robot 20 and generates an operation command signal for operating the slave robot 11 based on the operation of the master robot 20 .
  • the slave robot control 31b is connected to the slave robot 11 and transmits to the slave robot 11 an operation command signal generated by the operation command value calculation 31a.
  • the nasal cavity position calculation 31c is connected to the shape acquisition unit 14 on the slave robot side, and calculates the position of the sample collection position (nasal cavity) of the subject S.
  • the control unit 30 receives an operation signal for remote operation from the master robot 20, and transmits an action command signal based on the operation signal to the slave robot 11 that performs remote operation.
  • the control unit 30 moves the lateral side 13b of the captured image 13a of the imaging unit 13.
  • the slave robot 11 is operated while adjusting the attitude of the imaging unit 13 so that the is substantially horizontal.
  • the vertical side 13c of the captured image 13a of the imaging unit 13 is in the vertical direction.
  • the control unit 30 adjusts the rotation angle of the tip joint 11a so that the horizontal side 13b of the captured image 13a of the imaging unit 13 is substantially horizontal.
  • the attitude of the imaging unit 13 is adjusted so that the rotation angle of the rotation unit 12b is adjusted to adjust the rotation operation of the specimen sampling member 12a.
  • the control unit 30 captures an image 13a captured by the imaging unit 13 with the vertical multi-joint robot such that the lateral side 13b of the captured image 13a is substantially horizontal. While adjusting the attitude of the unit 13, the slave robot 11 is operated.
  • control unit 30 controls the master robot 20 and the slave robot 11 so as to match the position of the master robot 20 and the position of the slave robot 11 based on the operation of the position return operation unit 25 .
  • 11 is controlled to move at least one of them. Specifically, based on the operation of the position return operation unit 25, the control unit 30 moves the master robot 20 to match the position of the slave robot 11 while the slave robot 11 is stopped. control to allow
  • the control unit 30 is set across the front and rear of the opening 10b, and the specimen collecting member 12a passes through a columnar operable range 10c along the shape of the opening 10b.
  • the slave robot 11 is operated.
  • the operable range 10c is set so that the portion on the subject S side is longer than the portion on the slave robot 11 side with respect to the isolation wall 10a. That is, the movable range 10c on the slave robot 11 side has a length L1, and the movable range 10c on the subject S side has a length L2. However, L1 ⁇ L2.
  • the operable range 10c has a cross section with the same shape as the opening 10b. Specifically, the operable range 10c has the same rectangular cross section as the rectangular opening 10b.
  • control unit 30 adjusts the movement of the slave robot 11 based on the three-dimensional shape acquired by the shape acquisition unit 14 and causes it to operate. Specifically, based on the three-dimensional shape acquired by the shape acquisition unit 14, the control unit 30 adjusts the initial position of the slave robot 11 when collecting a sample from the subject S, At least one of the adjustment of the operating range of the slave robot 11 when collecting the specimen is performed.
  • Image capturing unit attitude maintenance processing by the robot system 100 will be described with reference to FIG. 6 .
  • step S1 of FIG. 6 the control unit 21 of the master robot 20 calculates the position and orientation of the grip from the operation of the master robot 20 by the operator O. In step S2, the control unit 21 calculates the amount of movement from the difference from the grip initial position.
  • step S3 the control unit 30 calculates the difference in the tilt of the mounting unit 11b (image pickup unit 13) with respect to the horizontal plane with respect to the movement amount of the posture.
  • step S4 the control section 30 offsets the difference from the horizontal plane, and sets the horizontal tilt of the mounting section 11b (imaging section 13) in the amount of movement to zero. Specifically, the controller 30 adjusts the amount of rotation of the tip joint 11a.
  • step S5 the control unit 30 sums up the difference between the amount of rotation of the grip of the master robot 20 and the horizontal plane to obtain the amount of rotation of the specimen collecting member 12a (swab).
  • step S ⁇ b>6 the control unit 30 converts the operation command to the slave robot 11 and outputs the command to the slave robot 11 .
  • steps S1 to S6 is repeated to maintain the posture of the imaging unit 13.
  • Relative position adjustment processing Relative position adjustment processing by the robot system 100 will be described with reference to FIG.
  • step S11 in FIG. 7 the control unit 21 of the master robot 20 determines whether the enable switch is ON. If the enable switch is ON, the process proceeds to step S12, and if the enable switch is not ON (if it is OFF), the process proceeds to step S18. At step S ⁇ b>12 , the control unit 21 turns off the servo of the master robot 20 .
  • step S13 the control unit 21 determines whether or not the clutch switch is ON. That is, the control section 21 determines whether or not the clutch operating section 24 is being operated. If the clutch switch is ON, the process proceeds to step S16, and if the clutch switch is not ON (if it is OFF), the process proceeds to step S14. In step S14, the control unit 21 acquires the movement distance from the deviation of the master robot 20 from the starting position.
  • step S15 the control unit 21 converts the operation command to the slave robot 11 and outputs the command.
  • the control unit 21 causes only the master robot 20 to operate freely according to the operation of the operator O in step S16. That is, since the operational connection between the master robot 20 and the slave robot 11 is interrupted, even if the master robot 20 is moved, the slave robot 11 does not move. After that, when the operation of the clutch operating portion 24 is released, the process proceeds to step S17.
  • step S17 the control unit 21 determines whether or not there is an end command. If there is a termination command, the processing is terminated. If there is no end command, the process returns to step S11.
  • step S18 the controller 21 turns ON the servo of the master robot 20 in step S18.
  • step S19 the control unit 21 determines whether or not the position return switch is ON. That is, the control section 21 determines whether or not the position return operation section 25 is being operated. If the position return switch is ON, the process proceeds to step S20, and if the position return switch is not ON (if it is OFF), the process proceeds to step S22.
  • step S20 the controller 21 calculates the movement distance of the slave robot 11 from the start position.
  • step S21 the control unit 21 converts the movement distance after the start of the master robot 20 and outputs a command. As a result, the master robot 20 is moved, and the positional relationship of the master robot 20 with respect to the slave robot 11 returns to the standard state. After that, the process proceeds to step S17.
  • step S22 both the master robot 20 and the slave robot 11 maintain their current postures. After that, the process proceeds to step S17.
  • the control unit 21 of the master robot 20 acquires the movement distance from the deviation of the master robot 20 from the starting position.
  • the control unit 21 converts it into an operation command to the slave robot 11 .
  • step S33 the control unit 30 determines whether or not the movement destination of the tip of the hand 12 based on the operation command is within the operable range 10c. If it is within the operable range 10c, the process proceeds to step S35, and if not within the operable range 10c (if it is outside the operable range 10c), the process proceeds to step S34. In step S34, the controller 30 updates the command value so that the tip of the hand 12 is within the operable range 10c. After that, the process proceeds to step S35.
  • step S35 the control unit 30 determines whether the movement destination of the tip of the sample-collecting member 12a (swab) based on the operation command is within the operable range 10c. If it is within the operable range 10c, the process proceeds to step S37, and if not within the operable range 10c (if it is outside the operable range 10c), the process proceeds to step S36. In step S36, the control unit 30 updates the command value so that the tip of the sample-collecting member 12a (swab) is within the operable range 10c. After that, the process proceeds to step S37.
  • step S37 the control unit 30 outputs an operation command to the slave robot 11.
  • step S38 the control unit 30 determines whether or not there is an end command. If there is a termination command, the processing is terminated. If there is no end command, the process returns to step S31.
  • step S41 of FIG. 9 the control unit 30 calculates the position and posture of the nasal cavity from the three-dimensional shape scan data of the subject S measured by the shape acquisition unit 14.
  • step S42 the control unit 30 calculates the error from the preset nasal cavity position/posture. It should be noted that the preset nasal cavity position and posture are based on age, sex, race, and the like, and standard nasal cavity positions and postures are set.
  • step S43 the control unit 30 calculates a command value from the operation of the master robot 20.
  • step S44 control unit 30 adds the nasal cavity error as an offset value to the command value.
  • step S45 the control unit 30 applies an operating range limitation that reflects the error of the nasal cavity.
  • step S46 the control unit 30 converts it into an operation command to the slave robot 11 and transmits the command value.
  • step S47 the control unit 30 determines whether or not there is an end command. If there is a termination command, the processing is terminated. If there is no end command, the process returns to step S41.
  • the master robot 20 and the slave robot 11 remotely operated by the master robot 20 to collect a sample from the subject S are provided. Accordingly, the operator O who operates the master robot 20 does not need to be positioned close to the subject S, so the risk of infection from the subject S to the operator O can be reduced.
  • the slave robot 11 when the slave robot 11 is operated to collect a sample from the subject S, the lateral inclination of the image 13a captured by the imaging unit 13 attached to the slave robot 11 can be maintained substantially horizontally. , the subject S imaged by the imaging unit 13 can be confirmed by the stable captured image 13a. As a result, it is possible to prevent deterioration in operability when operating the master robot 20 while viewing the captured image 13a.
  • the slave robot 11 includes the tip joint 11a that rotates the mounting portion 11b around the first axis A1.
  • the hand 12 also includes a rotating portion 12b that rotates the sample-collecting member 12a around a second axis A2 parallel to the first axis A1.
  • the control unit 30 adjusts the rotation angle of the tip joint 11a so that the horizontal side 13b of the captured image 13a of the imaging unit 13 is substantially horizontal.
  • the attitude of the imaging unit 13 is adjusted so that the rotation angle of the rotation unit 12b is adjusted to adjust the rotation operation of the specimen sampling member 12a. This makes it possible to easily rotate the sample-collecting member 12a while maintaining the horizontal tilt of the captured image 13a of the imaging unit 13 at a constant level.
  • the slave robot 11 includes a vertically articulated robot having a plurality of joints, and the control unit 30 operates the slave robot 11 based on the operation of the master robot 20.
  • the slave robot 11 is operated while adjusting the posture of the imaging unit 13 by the vertical articulated robot so that the horizontal side 13b of the image 13a captured by the imaging unit 13 is substantially horizontal.
  • the lateral inclination of the captured image 13a of the imaging unit 13 can be easily maintained constant (substantially horizontal).
  • the imaging section 13 is attached to the attachment section 11b such that it is spaced downward from the hand 12 and the imaging direction is inclined upward.
  • the imaging unit 13 can be arranged offset with respect to the hand 12 , so that the imaging unit 13 can image the state of the sample-collecting member 12 a held by the hand 12 .
  • the clutch operation unit 24 for temporarily canceling the following state of the slave robot 11 with respect to the master robot 20 and the position return operation for returning the positional relationship of the master robot 20 with respect to the slave robot 11 to the standard state are provided.
  • a part 25 is provided.
  • the control unit 30 controls at least one of the master robot 20 and the slave robot 11 so as to match the position of the master robot 20 and the position of the slave robot 11. controls the movement of the As a result, even when the positional relationship between the master robot 20 and the slave robot 11 is temporarily changed from the standard state by operating the clutch operating section 24, the master robot 20 and the slave robot 11 can be changed by operating the position return operating section 25. can be returned to the standard state. As a result, it is possible to prevent the operability of the slave robot 11 from being affected by the master robot 20, such as when the slave robot 11 is positioned near the end of the movable range and cannot operate.
  • control unit 30 changes the position of the master robot 20 to the position of the slave robot 11 while the slave robot 11 is stopped based on the operation of the position return operation unit 25 .
  • the slave robot 11 since the slave robot 11 does not move due to the operation of the position return operation unit 25, when the positional relationship between the master robot 20 and the slave robot 11 is returned to the standard state, the slave robot 11 does not interfere with surrounding objects. can be suppressed.
  • the positional relationship between the master robot 20 and the slave robot 11 can be returned to the standard state even during sample collection.
  • the isolation wall 10a is provided between the slave robot 11 and the subject S and has the opening 10b through which the sample-collecting member 12a passes.
  • the control unit 30 operates the slave robot 11 so that the sample-collecting member 12a passes through a columnar movable range 10c that is set across the front and rear of the opening 10b and follows the shape of the opening 10b.
  • the operable range 10c is set so that the portion on the side of the subject S with respect to the isolation wall 10a is longer than the portion on the side of the slave robot 11. .
  • the portion in which the movement of the sample-collecting member 12a is restricted can be lengthened. , the sample-collecting member 12a can be prevented from coming into contact with anything other than the subject S.
  • the shape acquisition unit 14 is provided for acquiring the three-dimensional shape of the vicinity of the site of the subject S where the specimen is collected.
  • the control unit 30 adjusts the movement of the slave robot 11 based on the three-dimensional shape acquired by the shape acquisition unit 14 to operate it.
  • the control unit 30 adjusts the initial position of the slave robot 11 when collecting the sample from the subject S based on the three-dimensional shape acquired by the shape acquisition unit 14, Also, at least one of the adjustment of the operating range of the slave robot 11 when collecting the sample from the subject S is performed. As a result, by adjusting the initial position of the slave robot 11 when collecting a sample from the subject S based on the acquired three-dimensional shape, the sample-collecting member 12a is moved to the subject S from the adjusted initial position. Since it is possible to smoothly approach the subject S, it is possible to collect the sample of the subject S more easily.
  • the slave robot 11 can move within the operating range adjusted for the subject S. can be operated, the sample of the subject S can be collected more easily.
  • a treatment person may perform a treatment other than sample collection on a person to be treated by remote control using a robot system.
  • a medical examination may be performed.
  • an endoscope such as a ureteroscope may be inserted into the subject Sa for examination and treatment.
  • the operator O operates the slave robot 210 using the master robot 20 .
  • the slave robot 210 has a robot arm 211 and a treatment member 212 such as a ureteroscope provided at the tip of the robot arm 211 .
  • the treatment member 212 is inserted into the ureter through the ureteral access sheath 220 inserted into the urethral opening at the distal end portion 212a provided with the imaging section and the treatment section. Further, the position and posture of the treatment member 212 are changed by the robot arm 211 .
  • the treating person O can treat the treated person Sa by remote control.
  • An image picked up by the imaging unit provided at the tip 212a is displayed on the display device 26 arranged on the master robot 20 side.
  • slave robots may be robots other than vertical articulated robots, such as horizontal articulated robots and dual-arm robots.
  • the clutch operation unit may be a manual button or a virtual button displayed on a touch panel.
  • the position return operation unit includes a button operated by hand
  • the present disclosure is not limited to this.
  • the position return operation unit may be a virtual button displayed on the touch panel.
  • the imaging unit provided at the tip of the slave robot is provided below the hand, but the present disclosure is not limited to this.
  • the imaging unit provided at the tip of the slave robot may be provided above or to the side of the hand.
  • event-driven processing that executes processing on an event-by-event basis may be used. In this case, it may be completely event-driven, or a combination of event-driven and flow-driven.

Abstract

このロボットシステム（１００）は、マスタロボット（２０）と、スレーブロボット（１１）と、マスタロボットによる操作に基づいて、スレーブロボットの動作を制御する制御部（３０）と、マスタロボットに対するスレーブロボットの追従状態を一時解除するクラッチ操作部（２４）と、スレーブロボットに対するマスタロボットの位置関係を標準状態に戻す位置戻し操作部（２５）と、を備え、制御部は、位置戻し操作部が操作されたことに基づいて、マスタロボットの位置と、スレーブロボットの位置とを合わせるように、マスタロボットおよびスレーブロボットのうち少なくとも一方を移動させる制御を行う。

Description

ロボットシステム
　本開示は、ロボットシステムに関し、特に、被処置者から検体を採取するなどの処置を行うロボットシステムに関する。
　従来、被処置者から検体を採取するための検体採取用ボックスが知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１には、検体採取用本体ボックスと、検体採取用本体ボックスに設けられた保護グローブと、を備える検体採取用ボックスが開示されている。この検体採取用ボックスでは、検体を採取する処置者が検体採取用本体ボックス内に入った状態で、保護グローブを介して、被処置者から検体を採取する。
実用新案登録第３２２８９９９号公報
　しかしながら、上記特許文献１に記載された技術では、処置者が検体採取用本体ボックス内に入った状態で保護グローブを介して被処置者から検体を採取するため、処置者は被処置者に対して近接して位置する必要がある。また、処置者が検体採取用本体ボックスの中に入るため、検体採取用本体ボックス内に空気を取り込む必要がある。したがって、被処置者から検体を採取する際に、処置者が感染するリスクが高いという問題点がある。
　本開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、本開示の１つの目的は、被処置者から処置者への感染リスクを低減することが可能なロボットシステムを提供することである。
　上記目的を達成するために、一の局面によるロボットシステムは、マスタロボットと、マスタロボットにより遠隔操作されて被処置者に対して処置を行うスレーブロボットと、スレーブロボットの先端に接続された取付部と、取付部に取り付けられ、被処置者に対して処置を行う処置部材を保持するハンドと、マスタロボットによる操作に基づいて、スレーブロボットの動作を制御する制御部と、マスタロボットに対するスレーブロボットの追従状態を一時解除するクラッチ操作部と、スレーブロボットに対するマスタロボットの位置関係を標準状態に戻す位置戻し操作部と、を備え、制御部は、位置戻し操作部が操作されたことに基づいて、マスタロボットの位置と、スレーブロボットの位置とを合わせるように、マスタロボットおよびスレーブロボットのうち少なくとも一方を移動させる制御を行う。ここで、本開示の「被処置者に対して処置を行う」とは、被処置検者から検体を採取することのみならず、被処置者に対して診察を行うなども含む広い概念である。
　一の局面によるロボットシステムでは、上記のように、マスタロボットと、マスタロボットにより遠隔操作されて被処置者に対して処置を行うスレーブロボットとを設ける。これにより、マスタロボットを操作する処置者は、被処置者に対して近接して位置する必要がないので、被処置者に対して処置を行う際に、処置者の感染リスクを低減することができる。
　上記のように、被処置者から処置者への感染リスクを低減することができる。
一実施形態によるロボットシステムの概要を示した図である。 一実施形態によるロボットシステムの制御的な構成を示したブロック図である。 一実施形態によるロボットシステムの検体の採取を説明するための図である。 一実施形態によるロボットシステムの撮像部の撮像画像を説明するための図である。 一実施形態によるロボットシステムの動作可能範囲を示した図である。 一実施形態によるロボットシステムの撮像部姿勢維持処理を説明するためのフローチャートである。 一実施形態によるロボットシステムの相対位置調整処理を説明するためのフローチャートである。 一実施形態によるロボットシステムの動作制限処理を説明するためのフローチャートである。 一実施形態によるロボットシステムの立体形状に基づく動作調整処理を説明するためのフローチャートである。 一実施形態の変形例によるロボットシステムの概要を示した図である。 一実施形態の変形例によるロボットシステムの処置の例を説明するための図である。
　図１～図９を参照して、一実施形態によるロボットシステム１００の構成について説明する。
　図１に示すように、ロボットシステム１００は、被検者Ｓから検体を採取するために設けられている。また、ロボットシステム１００は、ブース１０と、スレーブロボット１１と、マスタロボット２０と、制御部３０（図２参照）と、を備えている。なお、被検者Ｓは、請求の範囲の「被処置者」の一例である。
　ブース１０では、図１に示すように、被検者Ｓからスレーブロボット１１により検体が採取される。ブース１０は、側面が壁により覆われている。ブース１０には、スレーブロボット１１が配置されている。ブース１０のスレーブロボット１１が配置される領域は、被検者Ｓが入る領域に対して隔離壁１０ａにより仕切られている。
　隔離壁１０ａは、スレーブロボット１１および被検者Ｓの間に設けられている。また、隔離壁１０ａは、検体採取部材１２ａが通る開口１０ｂを有している。なお、検体採取部材１２ａは、請求の範囲の「処置部材」の一例である。
　スレーブロボット１１は、マスタロボット２０により遠隔操作されて被検者Ｓから検体を採取する。また、スレーブロボット１１は、検体採取部材１２ａによって被検者Ｓから検体を採取する。検体採取部材１２ａは、たとえば、滅菌綿棒（スワブ）である。滅菌綿棒は、棒形状を有している。スレーブロボット１１は、図３に示すように、たとえば、被検者Ｓの鼻腔内に検体採取部材１２ａを挿入し、挿入した検体採取部材１２ａによって被検者Ｓの鼻咽頭から検体（鼻咽頭ぬぐい液）を採取する。なお、スレーブロボット１１は、被検者Ｓの口腔内に検体採取部材１２ａを挿入して検体を採取してもよい。採取された検体に対しては、たとえば、ＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ　Ｃｈａｉｎ　Ｒｅａｃｔｉｏｎ）検査などのウイルス検査が行われる。
　スレーブロボット１１は、垂直多関節ロボットを含んでいる。スレーブロボット１１は、先端にハンド１２が設けられている。スレーブロボット１１は、複数（たとえば、７つ）の関節を有している。スレーブロボット１１の複数の関節の各々には、図２に示すように、サーボモータなどの駆動部１１３と、駆動部１１３の駆動位置を検出するエンコーダ１１２とが設けられている。
　図３に示すように、スレーブロボット１１の先端には、取付部１１ｂが接続されている。具体的には、取付部１１ｂは、先端関節１１ａに接続されている。先端関節１１ａは、取付部１１ｂを第１軸線Ａ１回りに回転させる。
　ハンド１２は、検体採取部材１２ａを保持する。ハンド１２は、たとえば、一対の把持部材を有し、一対の把持部材によって検体採取部材１２ａを把持して保持する。
　また、スレーブロボット１１には、スレーブロボット１１の動作を制御する制御部１１１が設けられている。制御部１１１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）１１１ａと、メモリ１１１ｂとを含んでいる。ＣＰＵ１１１ａは、メモリ１１１ｂに格納されたプログラムに基づいて、スレーブロボット１１の動作を制御する。
　スレーブロボット１１は、処置者Ｏがマスタロボット２０の先端のグリップを操作した方向に対応する方向に動作される。たとえば、処置者Ｏがマスタロボット２０のグリップを上下方向（Ｚ方向）に動かした場合、スレーブロボット１１のハンド１２（およびハンド１２が保持する検体採取部材１２ａ）が上下方向に移動される。また、処置者Ｏがマスタロボット２０のグリップを左右方向（Ｙ方向）に動かした場合、スレーブロボット１１のハンド１２（およびハンド１２が保持する検体採取部材１２ａ）が左右方向に移動される。また、処置者Ｏがマスタロボット２０のグリップを前後方向（Ｘ方向）に動かした場合、スレーブロボット１１のハンド１２（およびハンド１２が保持する検体採取部材１２ａ）が前後方向に移動される。なお、検体採取部材１２ａによって被検者Ｓから検体を採取する際には、処置者Ｏがマスタロボット２０のグリップを前方向（Ｘ１方向）に動かしてスレーブロボット１１のハンド１２（およびハンド１２が保持する検体採取部材１２ａ）を前方向（挿入方向）に移動させることによって、被検者Ｓの鼻腔内に検体採取部材１２ａが挿入される。
　図３に示すように、取付部１１ｂには、被検者Ｓを撮像する撮像部１３が取り付けられている。また、取付部１１ｂには、被検者Ｓから検体を採取する検体採取部材１２ａを保持するハンド１２が取り付けられている。ハンド１２は、第１軸線Ａ１と平行な第２軸線Ａ２回りに検体採取部材１２ａを回転させる回転部１２ｂを含んでいる。たとえば、ハンド１２は、検体採取部材１２ａを被検者Ｓの鼻腔の奥に当接させた状態で、第２軸線Ａ２周りに検体採取部材１２ａを回転させて、被検者Ｓから検体を採取する。
　撮像部１３は、ハンド１２に対して下方に離間するとともに、撮像方向が上方向に傾斜するように、取付部１１ｂに取り付けられている。
　形状取得部１４は、被検者Ｓの検体を採取する部位の近傍の立体形状を取得するために設けられている。形状取得部１４は、たとえば、３次元スキャナまたはステレオカメラを含み、対象物の３次元データを取得する。形状取得部１４は、被検者Ｓの鼻腔の位置を取得するために用いられる。つまり、形状取得部１４により被検者Ｓの顔の立体形状を取得する。また、形状取得部１４は、被検者Ｓがブース１０に入り着席した状態で、被検者Ｓの立体形状を取得する。また、形状取得部１４は、検体の取得を行う前に被検者Ｓの立体形状を取得する。形状取得部１４は、スレーブロボット１１に移動可能に取り付けられていてもよい。また、形状取得部１４は、ブース１０内に固定的に設けられていてもよい。
　図１に示すように、マスタロボット２０は、スレーブロボット１１を遠隔操作する。具体的には、マスタロボット２０は、医師などの処置者Ｏによって操作されることによって、スレーブロボット１１を遠隔操作する。マスタロボット２０は、処置者Ｏの操作に基づいた操作信号を出力する。スレーブロボット１１は、マスタロボット２０の操作信号に基づいて、処置者Ｏの操作に対応する動作を行う。スレーブロボット１１とマスタロボット２０とは、有線または無線によって互いに通信可能に接続されている。
　マスタロボット２０は、図２に示すように、制御部２１と、エンコーダ２２と、駆動部２３と、クラッチ操作部２４と、位置戻し操作部２５とを含んでいる。また、マスタロボット２０側には、図１に示すように、表示装置２６が設けられている。
　制御部２１は、マスタロボット２０の動作を制御するとともに、処置者Ｏのマスタロボット２０に対する操作を取得する。制御部２１は、ＣＰＵ２１ａと、メモリ２１ｂとを含んでいる。ＣＰＵ２１ａは、メモリ２１ｂに格納されたプログラムに基づいて、マスタロボット２０の動作を制御する。
　エンコーダ２２は、サーボモータなどの駆動部１１３の駆動位置を検出する。駆動部２３は、マスタロボット２０の各関節を駆動させる。
　クラッチ操作部２４は、マスタロボット２０に対するスレーブロボット１１の追従状態を一時解除する操作を受け付ける。つまり、クラッチ操作部２４が操作されている場合は、処置者Ｏがマスタロボット２０を操作しても、スレーブロボット１１は動作しない。また、クラッチ操作部２４の操作を解除すると、操作を解除した位置から、マスタロボット２０の操作をスレーブロボット１１が追従するように動作する。クラッチ操作部２４は、図１に示すように、足で操作するペダル型の操作部を含んでいる。なお、クラッチ操作部２４は、マスタロボット２０のグリップに設けられていてもよい。
　位置戻し操作部２５は、スレーブロボット１１に対するマスタロボット２０の位置関係を標準状態に戻す操作を受け付ける。つまり、クラッチ操作部２４の操作により、マスタロボット２０とスレーブロボット１１との相対位置関係が標準状態からずれた場合に、位置戻し操作部２５を操作すると、マスタロボット２０とスレーブロボット１１との相対位置関係が標準状態に戻される。位置戻し操作部２５は、図１に示すように、手で操作するボタンを含んでいる。
　表示装置２６は、被検者Ｓの画像（映像）を表示する。表示装置２６は、スレーブロボット１１の先端に設けられ、被検者Ｓを撮像する撮像部１３（図３参照）の映像、および、被検者Ｓを側方から撮像するカメラ（図示せず）の映像などを表示する。処置者Ｏは、表示装置２６に表示されたリアルタイムの被検者Ｓの映像を確認しながら、マスタロボット２０を用いてスレーブロボット１１の遠隔操作を行う。表示装置２６は、たとえば、液晶モニタを含んでいる。
　制御部３０は、図２に示すように、ＣＵＰ３１と、メモリ３２とを含んでいる。ＣＰＵ３１は、メモリ３２に格納されたプログラムに基づいて、制御を行う。メモリ３２には、ソフトウエアとして操作指令値計算３１ａと、スレーブロボット制御３１ｂと、鼻腔位置計算３１ｃが格納されている。操作指令値計算３１ａは、マスタロボット２０に接続され、マスタロボット２０の操作に基づいて、スレーブロボット１１を動作させるための動作指令信号を生成する。スレーブロボット制御３１ｂは、スレーブロボット１１に接続され、操作指令値計算３１ａにより生成された動作指令信号を、スレーブロボット１１に送信する。鼻腔位置計算３１ｃは、スレーブロボット側の形状取得部１４に接続され、被検者Ｓの検体採取位置（鼻腔）の位置を算出する。
　制御部３０は、マスタロボット２０から遠隔操作を行うための操作信号を受信し、遠隔操作を行うスレーブロボット１１に対して、操作信号に基づく動作指令信号を送信する。
　ここで、本実施形態では、図４に示すように、制御部３０は、マスタロボット２０の操作に基づいてスレーブロボット１１を動作させる場合に、撮像部１３の撮像画像１３ａの横方向の辺１３ｂが略水平になるように撮像部１３の姿勢を調整しながら、スレーブロボット１１を動作させる。この場合、撮像部１３の撮像画像１３ａの縦方向の辺１３ｃは上下方向に沿った方向になる。つまり、検体を採取する動作中は、図３に示すように、撮像部１３とハンド１２との上下方向の位置関係が維持される。また、制御部３０は、マスタロボット２０の操作に基づいてスレーブロボット１１を動作させる場合に、先端関節１１ａの回転角度を調整して撮像部１３の撮像画像１３ａの横方向の辺１３ｂが略水平になるように撮像部１３の姿勢を調整するとともに、回転部１２ｂの回転角度を調整して検体採取部材１２ａの回転動作を調整する。
　また、制御部３０は、マスタロボット２０の操作に基づいてスレーブロボット１１を動作させる場合に、撮像部１３の撮像画像１３ａの横方向の辺１３ｂが略水平になるように垂直多関節ロボットにより撮像部１３の姿勢を調整しながら、スレーブロボット１１を動作させる。
　また、本実施形態では、制御部３０は、位置戻し操作部２５が操作されたことに基づいて、マスタロボット２０の位置と、スレーブロボット１１の位置とを合わせるように、マスタロボット２０およびスレーブロボット１１のうち少なくとも一方を移動させる制御を行う。具体的には、制御部３０は、位置戻し操作部２５が操作されたことに基づいて、スレーブロボット１１を停止させた状態で、マスタロボット２０の位置をスレーブロボット１１の位置に合わせるように移動させる制御を行う。
　また、本実施形態では、図５に示すように、制御部３０は、開口１０ｂの前後に渡って設定され、開口１０ｂの形状に沿った柱状の動作可能範囲１０ｃを、検体採取部材１２ａが通るように、スレーブロボット１１を動作させる。動作可能範囲１０ｃは、隔離壁１０ａに対してスレーブロボット１１側の部分よりも被検者Ｓ側の部分の方が長くなるように設定されている。つまり、スレーブロボット１１側の動作可能範囲１０ｃは長さＬ１を有し、被検者Ｓ側の動作可能範囲１０ｃは長さＬ２を有する。ただし、Ｌ１＜Ｌ２である。動作可能範囲１０ｃは、開口１０ｂの形状と同じ形状の断面を有している。具体的には、動作可能範囲１０ｃは、矩形形状の開口１０ｂと同じ矩形形状の断面を有している。
　また、本実施形態では、制御部３０は、形状取得部１４により取得した立体形状に基づいて、スレーブロボット１１の移動を調整して動作させる。具体的には、制御部３０は、形状取得部１４により取得した立体形状に基づいて、被検者Ｓから検体を採取する際のスレーブロボット１１の初期位置の調整、および、被検者Ｓから検体を採取する際のスレーブロボット１１の動作範囲の調整のうち、少なくとも１つを行う。
（撮像部姿勢維持処理）
　図６を参照して、ロボットシステム１００による撮像部姿勢維持処理について説明する。
　図６のステップＳ１において、マスタロボット２０の制御部２１は、処置者Ｏによるマスタロボット２０の操作からグリップの位置姿勢を算出する。ステップＳ２において、制御部２１は、グリップ初期位置との差分から移動量を算出する。
　ステップＳ３において、制御部３０は、姿勢の移動量に関して、取付部１１ｂ（撮像部１３）の水平面に対する傾きの差分を算出する。ステップＳ４において、制御部３０は、水平面との差分をオフセットし、移動量における取付部１１ｂ（撮像部１３）の左右の傾きをゼロにする。具体的には、制御部３０は、先端関節１１ａの回転量を調整する。
　ステップＳ５において、制御部３０は、マスタロボット２０のグリップの回転量と水平面との差分を合算して検体採取部材１２ａ（スワブ）の回転量とする。ステップＳ６において、制御部３０は、スレーブロボット１１への動作指令に換算してスレーブロボット１１に指令を出力する。遠隔操作時に、ステップＳ１～Ｓ６の処理が繰り返されて、撮像部１３の姿勢が維持される。
（相対位置調整処理）
　図７を参照して、ロボットシステム１００による相対位置調整処理について説明する。
　図７のステップＳ１１において、マスタロボット２０の制御部２１は、イネーブルスイッチがＯＮか否かを判断する。イネーブルスイッチがＯＮであれば、ステップＳ１２進み、イネーブルスイッチがＯＮでなければ（ＯＦＦであれば）、ステップＳ１８に進む。ステップＳ１２において、制御部２１は、マスタロボット２０のサーボをＯＦＦにする。
　ステップＳ１３において、制御部２１は、クラッチスイッチがＯＮか否かを判断する。つまり、制御部２１は、クラッチ操作部２４が操作されているか否かを判断する。クラッチスイッチがＯＮであれば、ステップＳ１６に進み、クラッチスイッチが、ＯＮでなければ（ＯＦＦであれば）、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４において、制御部２１は、マスタロボット２０の開始位置からのズレから移動距離を取得する。
　ステップＳ１５において、制御部２１は、スレーブロボット１１への動作指令に換算して指令を出力する。
　クラッチ操作部２４が操作されると、ステップＳ１６において、制御部２１は、処置者Ｏの操作によりマスタロボット２０のみ自由に動作させる。つまり、マスタロボット２０とスレーブロボット１１との操作接続が中断されているため、マスタロボット２０を移動させてもスレーブロボット１１は動作しない。その後、クラッチ操作部２４の操作が解除されると、ステップＳ１７に進む。
　ステップＳ１７において、制御部２１は、終了の指令があるか否かを判断する。終了の指令があれば、処理が終了される。終了の指令がなければ、ステップＳ１１に戻る。
　イネーブルスイッチがＯＦＦである場合、ステップＳ１８において、制御部２１は、マスタロボット２０のサーボをＯＮにする。ステップＳ１９において、制御部２１は、位置戻しスイッチがＯＮか否かを判断する。つまり、制御部２１は、位置戻し操作部２５が操作されているか否かを判断する。位置戻しスイッチがＯＮであれば、ステップＳ２０に進み、位置戻しスイッチが、ＯＮでなければ（ＯＦＦであれば）、ステップＳ２２に進む。ステップＳ２０において、制御部２１は、スレーブロボット１１の開始位置からの移動距離を算出する。
　ステップＳ２１において、制御部２１は、マスタロボット２０の開始後移動距離に換算して指令を出力する。これにより、マスタロボット２０が移動されて、スレーブロボット１１に対するマスタロボット２０の位置関係が標準状態に戻る。その後、ステップＳ１７に進む。
　ステップＳ２２において、マスタロボット２０およびスレーブロボット１１は、ともに現状姿勢が維持される。その後、ステップＳ１７に進む。
（動作制限処理）
　図８を参照して、ロボットシステム１００による動作制限処理について説明する。
　図８のステップＳ３１において、マスタロボット２０の制御部２１は、マスタロボット２０の開始位置からのズレから移動距離を取得する。ステップＳ３２において、制御部２１は、スレーブロボット１１への動作指令に換算する。
　ステップＳ３３において、制御部３０は、動作指令に基づくハンド１２の先端の移動先が動作可能範囲１０ｃ内か否かを判断する。動作可能範囲１０ｃ内であれば、ステップＳ３５に進み、動作可能範囲１０ｃ内でなければ（動作可能範囲１０ｃ外であれば）、ステップＳ３４に進む。ステップＳ３４において、制御部３０は、ハンド１２の先端が動作可能範囲１０ｃに入るように指令値を更新する。その後、ステップＳ３５に進む。
　ステップＳ３５において、制御部３０は、動作指令に基づく検体採取部材１２ａ（スワブ）の先端の移動先が動作可能範囲１０ｃ内か否かを判断する。動作可能範囲１０ｃ内であれば、ステップＳ３７に進み、動作可能範囲１０ｃ内でなければ（動作可能範囲１０ｃ外であれば）、ステップＳ３６に進む。ステップＳ３６において、制御部３０は、検体採取部材１２ａ（スワブ）の先端が動作可能範囲１０ｃに入るように指令値を更新する。その後、ステップＳ３７に進む。
　ステップＳ３７において、制御部３０は、スレーブロボット１１に動作指令を出力する。ステップＳ３８において、制御部３０は、終了の指令があるか否かを判断する。終了の指令があれば、処理が終了される。終了の指令がなければ、ステップＳ３１に戻る。
（立体形状に基づく動作調整処理）
　図９を参照して、ロボットシステム１００による立体形状に基づく動作調整処理について説明する。
　図９のステップＳ４１において、制御部３０は、形状取得部１４の測定による被検者Ｓの立体形状スキャンのデータら鼻腔位置および姿勢を算出する。ステップＳ４２において、制御部３０は、予め設定された鼻腔位置姿勢からの誤差を算出する。なお、予め設定された鼻腔位置姿勢は、年齢、性別、人種などに基づいて、標準的な鼻腔位置および姿勢が設定されている。
　ステップＳ４３において、制御部３０は、マスタロボット２０の操作から指令値を算出する。ステップＳ４４において、制御部３０は、鼻腔の誤差をオフセット値として指令値に加算する。
　ステップＳ４５において、制御部３０は、鼻腔の誤差を反映した動作範囲制限を適用する。ステップＳ４６において、制御部３０は、スレーブロボット１１への動作指令に換算し、指令値を送信する。
　ステップＳ４７において、制御部３０は、終了の指令があるか否かを判断する。終了の指令があれば、処理が終了される。終了の指令がなければ、ステップＳ４１に戻る。
（本実施形態の効果）
　本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
　本実施形態では、上記のように、マスタロボット２０と、マスタロボット２０により遠隔操作されて被検者Ｓから検体を採取するスレーブロボット１１とを設ける。これにより、マスタロボット２０を操作する処置者Ｏは、被検者Ｓに対して近接して位置する必要がないので、被検者Ｓから処置者Ｏへの感染リスクを低減することができる。また、スレーブロボット１１を動作させて被検者Ｓから検体を採取する際に、スレーブロボット１１に取り付けられた撮像部１３による撮像画像１３ａの横方向の傾きを略水平に維持することができるので、撮像部１３により撮像される被検者Ｓを安定した撮像画像１３ａにより確認することができる。その結果、撮像画像１３ａを見ながらマスタロボット２０を操作する際の操作性が低下するのを抑制することができる。
　また、本実施形態では、上記のように、スレーブロボット１１は、取付部１１ｂを第１軸線Ａ１回りに回転させる先端関節１１ａを含む。また、ハンド１２は、第１軸線Ａ１と平行な第２軸線Ａ２回りに検体採取部材１２ａを回転させる回転部１２ｂを含む。また、制御部３０は、マスタロボット２０の操作に基づいてスレーブロボット１１を動作させる場合に、先端関節１１ａの回転角度を調整して撮像部１３の撮像画像１３ａの横方向の辺１３ｂが略水平になるように撮像部１３の姿勢を調整するとともに、回転部１２ｂの回転角度を調整して検体採取部材１２ａの回転動作を調整する。これにより、撮像部１３の撮像画像１３ａの横方向の傾きを一定に維持しつつ、検体採取部材１２ａの回転動作を容易に行うことができる。
　また、本実施形態では、上記のように、スレーブロボット１１は、複数の関節を有する垂直多関節ロボットを含み、制御部３０は、マスタロボット２０の操作に基づいてスレーブロボット１１を動作させる場合に、撮像部１３の撮像画像１３ａの横方向の辺１３ｂが略水平になるように垂直多関節ロボットにより撮像部１３の姿勢を調整しながら、スレーブロボット１１を動作させる。これにより、垂直多関節ロボットの複数の関節の駆動により、撮像部１３の撮像画像１３ａの横方向の傾きを容易に一定（略水平）に維持することができる。
　また、本実施形態では、上記のように、撮像部１３は、ハンド１２に対して下方に離間するとともに、撮像方向が上方向に傾斜するように、取付部１１ｂに取り付けられている。これにより、撮像部１３をハンド１２に対してオフセットして配置することができるので、ハンド１２に保持された検体採取部材１２ａの状態を撮像部１３により撮像することができる。
　また、本実施形態では、上記のように、マスタロボット２０に対するスレーブロボット１１の追従状態を一時解除するクラッチ操作部２４と、スレーブロボット１１に対するマスタロボット２０の位置関係を標準状態に戻す位置戻し操作部２５と、を設ける。また、制御部３０は、位置戻し操作部２５が操作されたことに基づいて、マスタロボット２０の位置と、スレーブロボット１１の位置とを合わせるように、マスタロボット２０およびスレーブロボット１１のうち少なくとも一方を移動させる制御を行う。これにより、クラッチ操作部２４の操作により、マスタロボット２０とスレーブロボット１１との位置関係を標準状態から一時的に変更した場合でも、位置戻し操作部２５の操作により、マスタロボット２０とスレーブロボット１１との位置関係を標準状態に戻すことができる。その結果、スレーブロボット１１が可動範囲の端部近傍に位置して動作できなくなるなど、マスタロボット２０によるスレーブロボット１１の操作性に影響がでるのを抑制することができる。
　また、本実施形態では、上記のように、制御部３０は、位置戻し操作部２５が操作されたことに基づいて、スレーブロボット１１を停止させた状態で、マスタロボット２０の位置をスレーブロボット１１の位置に合わせるように移動させる制御を行う。これにより、位置戻し操作部２５の操作によりスレーブロボット１１が移動することがないので、マスタロボット２０とスレーブロボット１１との位置関係を標準状態に戻す際に、スレーブロボット１１が周囲の物に干渉するのを抑制することができる。その結果、たとえば、検体採取の途中でもマスタロボット２０とスレーブロボット１１との位置関係を標準状態に戻すことができる。
　また、本実施形態では、上記のように、スレーブロボット１１および被検者Ｓの間に設けられ、検体採取部材１２ａが通る開口１０ｂを有する隔離壁１０ａを設ける。また、制御部３０は、開口１０ｂの前後に渡って設定され、開口１０ｂの形状に沿った柱状の動作可能範囲１０ｃを、検体採取部材１２ａが通るように、スレーブロボット１１を動作させる。これにより、隔離壁１０ａに検体採取部材１２ａが接触するのを抑制することができるので、採取した検体が隔離壁１０ａに付着するのを抑制することができる。
　また、本実施形態では、上記のように、動作可能範囲１０ｃは、隔離壁１０ａに対してスレーブロボット１１側の部分よりも被検者Ｓ側の部分の方が長くなるように設定されている。これにより、隔離壁１０ａに対してスレーブロボット１１から遠い被検者Ｓ側の部分において、検体採取部材１２ａの移動が制限される部分を長くすることができるので、被検者Ｓ側の領域において、検体採取部材１２ａが被検者Ｓ以外に接触するのを抑制することができる。
　また、本実施形態では、上記のように、被検者Ｓの検体を採取する部位の近傍の立体形状を取得するための形状取得部１４を設ける。また、制御部３０は、形状取得部１４により取得した立体形状に基づいて、スレーブロボット１１の移動を調整して動作させる。これにより、被検者Ｓの個人差により検体を採取する部位の位置が異なる場合でも、形状取得部１４による立体形状の取得により、検体を採取する部位の位置を容易に取得することができるので、様々な被検者Ｓの検体の採取を容易に行うことができる。
　また、本実施形態では、上記のように、制御部３０は、形状取得部１４により取得した立体形状に基づいて、被検者Ｓから検体を採取する際のスレーブロボット１１の初期位置の調整、および、被検者Ｓから検体を採取する際のスレーブロボット１１の動作範囲の調整のうち、少なくとも１つを行う。これにより、取得した立体形状に基づいて被検者Ｓから検体を採取する際のスレーブロボット１１の初期位置の調整を行うことにより、調整された初期位置から検体採取部材１２ａを被検者Ｓに対してスムーズに近づけることができるので、被検者Ｓの検体の採取をより容易に行うことができる。また、取得した立体形状に基づいて被検者Ｓから検体を採取する際のスレーブロボット１１の動作範囲の調整を行うことにより、被検者Ｓに合わせて調整された動作範囲内においてスレーブロボット１１を動作させることができるので、被検者Ｓの検体の採取をより容易に行うことができる。
（変形例）
　なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
　たとえば、上記実施形態では、ロボットシステムにより遠隔操作により被処置者から検体を採取する構成の例を示したが、本開示はこれに限られない。本開示では、ロボットシステムにより遠隔操作により処置者が被処置者に対して検体採取以外の処置を行ってもよい。たとえば、診察を行ってもよい。
　具体的には、図１０および図１１に示すように、被処置者Ｓａに対して、尿管鏡などの内視鏡を挿入して、診察および治療などの処置を行ってもよい。図１０に示すロボットシステム２００の例では、処置者Ｏがマスタロボット２０により、スレーブロボット２１０を操作する。スレーブロボット２１０は、ロボットアーム２１１と、ロボットアーム２１１の先端に設けられた尿管鏡などの処置部材２１２を備えている。処置部材２１２は、図１１に示すように、撮像部および処置部が設けられた先端部２１２ａが、尿道口に挿入された尿管アクセスシース２２０を介して尿管に挿入される。また、処置部材２１２は、位置および姿勢がロボットアーム２１１により変更される。これにより、処置者Ｏが遠隔操作により、被処置者Ｓａに対して処置を行うことが可能である。また、先端部２１２ａに設けられた撮像部により撮像された画像は、マスタロボット２０側に配置された表示装置２６に表示される。
　また、上記実施形態では、スレーブロボットが垂直多関節ロボットである例を示したが、本開示はこれに限られない。本開示では、スレーブロボットが、水平多関節ロボットおよび双腕ロボットなどの垂直多関節ロボット以外のロボットであってもよい。
　また、上記実施形態では、クラッチ操作部がペダル型の操作部を含む構成の例を示したが、本開示はこれに限られない。本開示では、クラッチ操作部は、手で操作するボタンでもよいし、タッチパネル上に表示された仮想的なボタンでもよい。
　また、上記実施形態では、位置戻し操作部が手で操作するボタンを含む構成の例を示したが、本開示はこれに限られない。本開示では、位置戻し操作部は、タッチパネル上に表示された仮想的なボタンでもよい。
　また、上記実施形態では、１つのスレーブロボットが設けられている構成の例を示したが、本開示はこれに限られない。本開示では、１つのマスタロボットに対して複数のスレーブロボットが設けられていてもよい。
　また、上記実施形態では、スレーブロボットの先端に設けられた撮像部がハンドの下方に設けられている構成の例を示したが、本開示はこれに限られない。本開示では、スレーブロボットの先端に設けられた撮像部がハンドの上方または側方に設けられていてもよい。
　また、上記実施形態では、説明の便宜上、処理フローに沿って順番に処理を行うフロー駆動型のフローを用いて説明したが、本開示はこれに限られない。本開示では、イベント単位で処理を実行するイベント駆動型（イベントドリブン型）の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。
　１０ｃ　動作可能範囲
　１１　スレーブロボット
　１１ｂ　取付部
　１２　ハンド
　１２ａ　検体採取部材（処置部材）
　１４　形状取得部
　２０　マスタロボット
　２４　クラッチ操作部
　２５　位置戻し操作部
　３０　制御部
　１００　ロボットシステム
　Ｓ　被検者（被処置者）

Claims (4)

  1. 　マスタロボットと、
    　前記マスタロボットにより遠隔操作されて被処置者に対して処置を行うスレーブロボットと、
    　前記スレーブロボットの先端に接続された取付部と、
    　前記取付部に取り付けられ、前記被処置者に対して処置を行う処置部材を保持するハンドと、
    　前記マスタロボットによる操作に基づいて、前記スレーブロボットの動作を制御する制御部と、
    　前記マスタロボットに対する前記スレーブロボットの追従状態を一時解除するクラッチ操作部と、
    　前記スレーブロボットに対する前記マスタロボットの位置関係を標準状態に戻す位置戻し操作部と、を備え、
    　前記制御部は、前記位置戻し操作部が操作されたことに基づいて、前記マスタロボットの位置と、前記スレーブロボットの位置とを合わせるように、前記マスタロボットおよび前記スレーブロボットのうち少なくとも一方を移動させる制御を行う、ロボットシステム。
  2. 　前記制御部は、前記位置戻し操作部が操作されたことに基づいて、前記スレーブロボットを停止させた状態で、前記マスタロボットの位置を前記スレーブロボットの位置に合わせるように移動させる制御を行う、請求項１に記載のロボットシステム。
  3. 　前記被処置者の処置を行う部位の近傍の立体形状を取得するための形状取得部をさらに備え、
    　前記制御部は、前記形状取得部により取得した立体形状に基づいて、前記スレーブロボットの移動を調整して動作させる、請求項１または２に記載のロボットシステム。
  4. 　前記制御部は、前記形状取得部により取得した立体形状に基づいて、前記被処置者に対して処置を行う際の前記スレーブロボットの初期位置の調整、および、前記被処置者に対して処置を行う際の前記スレーブロボットの動作範囲の調整のうち、少なくとも１つを行う、請求項３に記載のロボットシステム。
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