机器人床的制作方法

文档序号:15100422发布日期:2018-08-04 15:36阅读:186来源:国知局

本发明涉及医疗用的机器人床。



背景技术:

近年来,在医疗用中也逐渐引进利用机械臂支承床、工作台的机器人床,并为了医疗现场的效率化而进行使用。

作为利用机器人床的例子,有在放射治疗中使用的机器人床(例如,专利文献1)、在血管造影法中使用的机器人床(例如,专利文献2)。在这些医疗方法中使用的机器人床主要以治疗、拍摄时的患者的准确定位为目的。

在先技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2009-131718号公报

专利文献2:美国专利第8548629号说明书



技术实现要素:

发明要解决的课题

在这样的医疗用的机器人床中,使用垂直多关节型的机械臂的机器人床是主流,大多为大型的机器人床。但是,优选的是,使在有限的医疗空间中使用的机器人床为小型且省空间的构造。

因而,本发明的目的在于提供一种设为即使在有限的医疗空间中也能够引进的、紧凑且省空间的构造的机器人床。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题,本发明提供一种机器人床,所述机器人床具有:机械臂,所述机械臂包括两个可动元件和基部,所述两个可动元件为在特定方向上延伸的形状,且端部彼此由水平旋转接头连结;以及工作台,所述工作台为在特定方向上延伸的形状,且由所述机械臂的前端支承为能够旋转,其中,所述机器人床构成为:在所述机械臂采取任意姿势的状态下,维持与水平面平行的状态,并且无论使所述工作台如何旋转,都不会使所述工作台与所述机械臂接触。

根据上述结构,由于是紧凑的结构,所以即使是有限的空间,也能够进行引进,在进行手术等的情况下也不会成为障碍。

发明效果

根据本发明,能够利用使医疗用的机器人床小型化且在进行手术等医疗行为时也不会成为障碍的形态,实现基于机器人床引进的医疗现场的效率化。

附图说明

图1是机械臂的第一结构例的侧视图。

图2是将致动器、定位装置、制动机构设为一个单元的情况下的概略图。

图3是示出在机械臂的第一结构例中具有最少自由度的结构的例子的侧视图。

图4是配置有机械臂的第一结构例的医疗室的俯视图,且示出工作台位于载置位置的状态。

图5是配置有机械臂的第一结构例的医疗室的俯视图,且示出工作台位于检查准备位置的状态。

图6是配置有机械臂的第一结构例的医疗室的俯视图,且示出工作台位于检查位置的状态。

图7是机械臂的第二结构例的侧视图。

图8是示出使机械臂的第二结构例位于MRI拍摄位置的状态的立体图。

图9是机械臂的第三结构例的立体图。

图10是机械臂的第三结构例的侧视图。

图11是机械臂的第三结构例的变形例的侧视图。

图12是示出机械臂的第三结构例的具有最少自由度的结构的例子的侧视图。

图13是配置有机械臂的第三结构例的医疗室的俯视图,且示出工作台位于载置位置的状态。

图14是配置有机械臂的第三结构例的医疗室的俯视图,且示出工作台向检查位置移动的中途的状态。

图15是配置有机械臂的第三结构例的医疗室的俯视图,且示出工作台位于检查位置的状态。

图16是机械臂的第四结构例的立体图。

图17是机械臂的第四结构例的侧视图。

图18是示出机械臂的第四结构例的具有最少自由度的结构的例子的侧视图。

图19是配置有机械臂的第四结构例的医疗室的俯视图,且示出工作台位于载置位置的状态。

图20是配置有机械臂的第四结构例的医疗室的俯视图,且示出工作台向检查位置移动的中途的状态。

图21是配置有机械臂的第四结构例的医疗室的俯视图,且示出工作台位于检查位置的状态。

图22是示出在机械臂的第五结构例中使用的滑动机构的例子的图。

图23是示出在机械臂的第五结构例中使用的、能够控制成利用致动器的驱动进行滑动的滑动机构的例子的图。

图24是配置有机械臂的第五结构例的医疗室的俯视图,且示出工作台位于载置位置的状态。

图25是配置有机械臂的第五结构例的医疗室的俯视图,且示出工作台位于检查准备位置的状态。

图26是配置有机械臂的第五结构例的医疗室的俯视图,且示出滑动板位于检查位置的状态。

图27是机械臂的第五结构例的另一例的侧视图。

图28是配置有机械臂的第五结构例的另一例的医疗室的俯视图,且示出工作台位于载置位置的状态。

图29是配置有机械臂的第五结构例的另一例的医疗室的俯视图,且示出工作台向检查准备位置移动的中途的状态。

图30是配置有机械臂的第五结构例的另一例的医疗室的俯视图,且示出在工作台到达检查准备位置后利用滑动机构滑动并到达检查位置的状态。

图31是示出利用挠曲修正功能控制机械臂的例子的图。

图32是示出利用挠曲修正功能控制机械臂的另一例的图。

图33是MRI装置的立体图。

图34是将机械臂的第五结构例的另一例应用于手术期间MRI的情况下的立体图,且示出工作台位于治疗位置的状态。

图35是将机械臂的第五结构例的另一例应用于手术期间MRI的情况下的立体图,且示出工作台位于MRI拍摄准备位置的状态。

图36是将机械臂的第五结构例的另一例应用于手术期间MRI的情况下的立体图,且示出工作台位于MRI拍摄位置的状态。

图37是将机械臂的第四结构例与血管造影装置组合的情况下的立体图,且示出将工作台插入到血管造影装置的C型臂内前的状态。

图38是将机械臂的第四结构例与血管造影装置组合的情况下的立体图,且示出将工作台插入到血管造影装置的C型臂内后的状态。

图39是将机械臂的第四结构例与手术支援机器人组合的情况下的立体图。

图40是示出控制装置的结构的框图。

具体实施方式

在医疗现场,为了在各种场景中一边确保安全性,一边进行高效且精度高的治疗、检查、测定等,不断尝试医疗现场的改善。在本发明中,提出了通过将机器人床引进医疗现场而促进医疗现场的改善的方案,所述机器人床利用具有多自由度(三自由度以上)的机械臂对载置载置对象物的工作台进行支承。

[机器人床的结构]

(第一结构例)

在图1中示出本发明的第一结构例的机器人床的侧视图。用于机器人床的机械臂101具有多自由度(三自由度以上),利用其前端对载置载置对象物的工作台108进行支承。工作台108及机械臂101构成机器人床。

如图1所示,机械臂101包括:基部121、多个可动元件(在本结构例中为第一~第四可动元件122~125)、以及多个接头(在本结构例中为第一~第六接头131~136)。

基部121与第一可动元件122的一端部由作为铅垂直行接头的第一接头131连结,可动元件122能够沿第一轴向(铅垂方向)进行移动。第一可动元件122的另一端部与第二可动元件123的一端部由水平旋转接头连结,可动元件123能够绕第二轴(铅垂方向)进行旋转。第二可动元件123的另一端部与第三可动元件124的一端部由水平旋转接头连结,第三可动元件124能够绕第三轴(铅垂方向)进行旋转。第三可动元件124与第四可动元件125之间的第四~第六接头134~136分别是绕第四~第六轴旋转的旋转接头。第四轴是第三可动元件124延伸的方向,第五轴是利用第四接头134进行旋转且与第四轴正交的方向,第六轴是利用第五接头135进行旋转且与第五轴正交的方向。此外,在图1中,用箭头JT1~JT6表示第一~第六接头131~136的工作方向。

第二可动元件123和第三可动元件124为在特定方向上延伸的棒状,长度根据机械臂101所需要的可动范围而进行适当设计。在特定方向上延伸的可动元件的“一端部”是指将可动元件沿特定方向(长边方向)三等分时的两侧的两个区域中的任一区域,在特定方向上延伸的可动元件的“另一端部”是指将可动元件沿特定方向(长边方向)三等分时的两侧的两个区域中的与另一端部相反的一侧的端部。在仅称为“端部”的情况下,是指一端部和另一端部中的任一端部。将位于两端部之间的部分称为“中央部”。

第四可动元件125位于机械臂101的前端。在本结构例中,机械臂101的前端固定于在特定方向上延伸的工作台108的一端部的下表面。

机械臂1A包括:与第一~第六接头131~136对应地使第一~第四可动元件122~125移动或旋转的多个致动器(在本结构例中为第一~第六致动器141~146);组装于各个接头并对各个可动元件的位置进行检测的多个位置检测器(在本结构例中为第一~第六位置检测器151~156);以及对各个致动器的驱动进行控制的控制装置107(参照图1)。控制装置107位于基部121内,但例如也可以是外部的独立的装置。

第一~第六致动器141~146例如为伺服马达。作为位置检测器,一般使用检测马达的旋转角、方向的编码器,但也可以使用解析器、电位器。

优选的是,机械臂101还与第一~第六接头131~136对应地分别包括第一~第六电磁制动器161~166。在不具备电磁制动器的情况下,利用多个致动器141~146的驱动将机械臂101的姿势保持为固定,但当包括电磁制动器时,即使将某部分的致动器的驱动断开,也能够通过使电磁制动功能接通而将机械臂1A的姿势保持为固定。

设置有电磁制动器的情况下的第一~第六电磁制动器161~166分别构成为:在不向致动器供给驱动电流时,将制动功能接通,在向致动器供给驱动电流时,将制动功能断开。

作为致动器的马达、作为位置检测器的编码器、以及制动器大多如图2所示那样构成为一体化的单元。而且,在第一~第六致动器141~146中的每一个设置有动力传递用的减速机构及联轴器等。

以上,图1所示的机械臂101的自由度为6,但本发明的机械臂的自由度并不一定必须为6,也可以是5以下,也可以是7以上。然而,优选的是,机械臂的自由度为3以上,以便使工作台108至少能够在空间内直线地移动。在图3中示出自由度为3的机器人床的例子。在图3中,机械臂301由基部321和两个可动元件322及323构成,基部321与第一可动元件322的一端部由作为铅垂直行接头的第一接头331连结,第一可动元件322能够沿第一轴向(铅垂方向)进行移动。第一可动元件322的另一端部与第二可动元件323的一端部由水平旋转接头连结,第二可动元件323能够绕第二轴(铅垂方向)进行旋转。第二可动元件323的另一端部构成机械臂301的前端,并利用水平旋转接头与工作台308的一端部连结。

若使用按以上方式构成的机器人床,则能够在将载置对象物载置在工作台上后,使工作台准确且迅速地移动到设为检查位置、治疗位置这样的目的的位置,能够显著地提高医疗现场的检查、治疗的效率。例如,与利用带有脚轮的工作台使患者移动的情况相比,除了能够使工作台顺畅地移动而不会给患者带来较大的振动之外,还能够避免与附随于在医疗室的地面上多数存在的医疗设备的软线类、附随于医疗器械的管类的缠绕、由于跨过软线类或管类而引起的工作台的晃动,从而能够提高安全性和移动效率。

作为机器人床应当设为目标的位置,可以是:用于载置人体、动物等载置对象的载置位置;用于利用特定的检查设备、测定设备进行检查的检查位置;在CT/MRI/血管造影等中对载置对象物的特定部位进行拍摄的拍摄位置;用于供护士等在治疗前实施准备的治疗准备位置;以及医师、助手进行治疗(包括手术)的治疗位置(包括手术位置)等。例如,当在多处进行不同的治疗等的情况下,即使出于相同的目的,也有可能移动到不同的位置。具体而言,可以考虑如下用途:在使工作台移动到MRI拍摄位置之前,使工作台移动到用于利用检查装置检查在载置对象物中是否包含有会给MRI拍摄带来影响的植入物等的检查位置;或者,在使作为载置对象的患者移动到手术位置之前,使工作台移动到用于利用检测装置检测放射性物质的附着量的检查位置;或者,在为了对作为载置对象的患者进行皮肤手术而使其移动到手术位置之前,为了对皮肤状态进行检查而使工作台移动到检查位置;或者,在为了进行脑部肿瘤切除手术而移动到手术位置之前,为了进行脑的断层拍摄,使工作台移动到由MRI装置进行拍摄的拍摄位置。

利用图4~图6说明使由本实施例的机械臂101支承的工作台108在多个位置之间移动的动作。

图4示出在使某一作为载置对象的被实验者从载置位置向利用某一检查装置进行检查的检查位置移动时工作台108位于载置位置的情形。图5示出如下情形:利用控制装置107使第二可动元件123及第三可动元件124如箭头那样移动,另外,利用绕第六轴的旋转使工作台108如箭头那样移动(根据情况的不同,第一可动元件122也会沿铅垂方向移动而对高度进行调节,另外,利用绕第四轴或/及第五轴的旋转对工作台的倾斜进行微调整),从而使被实验者的头部朝向检查装置414的方向。图6示出将工作台108插入到检查装置414的内部而被实验者到达检查位置的情形。此外,图4中的工作台108的位置也可以是治疗位置,通过使各可动元件从图6的检查位置起向相反方向移动直到成为图4的位置而使工作台108返回到原始的位置,从而在刚检查后,医师412就能够判断检查结果并进行治疗。

基于机械臂101的在各位置间的工作台108的移动例如能够通过利用示教器赋予控制装置107指令并移动机械臂101的可动元件来进行。然而,若将治疗位置及检查位置等各位置预先存储于控制装置107,则例如仅通过赋予控制装置前进指令,可动元件就能够进行动作,以便以最短的方式移动到作为目标的位置,因此,能够更快且更顺畅地进行工作台108向作为目标的位置的移动。而且,当指定目标位置和想要移动的路径上的几个位置时,例如仅通过赋予控制装置107移动开始指令,工作台108就能够自动地追随期望的路径而到达目标位置。为了对各位置进行记录,既可以通过利用示教器使机械臂101移动到实际作为目标的位置而直接进行存储,也可以通过输入x,y,z坐标进行指定。

(第二结构例)

在图7中示出本发明的第二结构例的机器人床的侧视图。用于机器人床的机械臂701为所谓的垂直多关节的机械臂,具有多自由度(三个自由度以上),利用其前端对载置有载置对象物的工作台708进行支承。工作台708及机械臂701构成机器人床。

如图7所示,机械臂701包括多个可动元件(在本实施方式中为第一~第三可动元件722~724)、和多个接头(在本实施方式中为第一~第六接头731~736)。

基部721具有绕第一轴(铅垂方向)旋转的水平旋转接头。基部721与第一可动元件722的一端部由绕与第一轴正交的第二轴进行旋转的垂直旋转接头732连结。第一可动元件722的另一端部与第二可动元件723的一端部由利用第二轴进行旋转并绕与第二轴平行的第三轴进行旋转的垂直旋转接头连结。第二可动元件723为在特定方向上延伸的棒状,具有利用第三轴进行旋转并能够绕以该特定方向为轴的第四轴进行旋转的旋转接头734。第二可动元件723的另一端部与第三可动元件724的一端部由利用第四轴进行旋转并绕与第四轴正交的第五轴进行旋转的垂直旋转接头735连结。第三可动元件724还具有利用第五轴进行旋转并能够绕与第五轴正交的第六轴进行旋转的旋转接头936。

与第二可动元件723同样地,第一可动元件722也为在特定方向上延伸的棒状,这些可动元件的长度根据机械臂701所需要的可动范围而进行适当设计。

第三可动元件724位于机械臂701的前端。在本结构例中,机械臂701的前端固定于在特定方向上延伸的工作台708的一端部的下表面。机械臂的前端支承工作台708的位置既可以是工作台708的端部,也可以是中央部。“一端部”、“另一端部”、“端部”、“中央部”的定义与第一结构例相同。

机械臂701包括:多个致动器(在本结构例中为第一~第六致动器741~746),所述多个致动器与第一~第六接头731~736对应地使第一~第三可动元件722~724移动或旋转;多个位置检测器(在本结构例中为第一~第六位置检测器751~756),所述多个位置检测器组装于各个接头并对各个可动元件的位置进行检测;以及控制装置707(参照图7),所述控制装置707对各个致动器的驱动进行控制。控制装置707位于基部721内,但例如也可以是外部的独立的装置。

第一~第六致动器741~746例如为伺服马达。与第一结构例同样地,作为位置检测器,能够使用编码器、解析器、电位器。

优选的是,机械臂701还与第一~第六接头731~736对应地分别包括第一~第六电磁制动器761~766。在不具备电磁制动器的情况下,利用多个致动器741~746的驱动将机械臂701的姿势保持为固定,但当包括电磁制动器时,即使将某部分的致动器的驱动断开,也能够通过将电磁制动功能接通而将机械臂701的姿势保持为固定。

在设置有电磁制动器的情况下,第一~第六电磁制动器761~766分别构成为:在不向致动器供给驱动电流时,将制动功能接通,在向致动器供给驱动电流时,将制动功能断开。

与第一结构例同样地,作为致动器的马达、作为位置检测器的编码器、以及制动器大多如图2所示那样构成为一体化的单元。而且,在第一~第六致动器741~746中的每一个设置有动力传递用的减速机构及联轴器等。

图7所示的机械臂701的自由度为6,但本发明的机械臂的自由度并不一定必须为6,也可以是5以下,也可以是7以上。然而,优选的是,机械臂的自由度为3以上,以便使工作台708至少能够在空间内直线地移动。

若使用按以上方式构成的机器人床,则能够在将载置对象物载置在工作台上后,使工作台准确且迅速地移动到设为检查位置、治疗位置这样的目的的位置,能够显著地提高医疗现场的检查、治疗的效率。例如,与利用带有脚轮的工作台使作为载置对象的患者移动的情况相比,除了能够使工作台708顺畅地移动而不会给患者带来较大的振动之外,还能够避免与附随于在医疗室的地面上多数存在的医疗设备的软线类、附随于医疗器械的管类的缠绕、由于跨过软线类或管类而引起的工作台的晃动,从而能够提高安全性和移动效率。

关于机器人床应当设为目标的位置的例子,由于与第一结构例相同,所以在此省略说明。

利用本结构例的机械臂701,只要是可动范围,也能够使工作台在多个位置之间按自由的路径进行移动,因此,能够使工作台按与在第一结构例中说明的图4~图6相同的轨迹移动到检查装置等。作为参考,在图8中示出在将被拍摄者设为载置对象、将MRI拍摄位置设为目标移动位置的情况下使工作台从载置位置移动并到达MRI拍摄位置的情况下的立体图。

(第三结构例)

在图9中示出本发明的第三结构例的机器人床的外观图,在图10中示出本发明的第三结构例的机器人床的侧视图。用于机器人床的机械臂1001具有多自由度(3自由度以上),利用其前端对载置载置对象物的工作台1008进行支承。工作台1008及机械臂1001构成机器人床。

如图10所示,机械臂1001包括:基部1021、多个可动元件(在本结构例中为第一~第三可动元件1022~1024)、以及多个接头(在本结构例中为第一~第五接头1031~1035)。

基部1021与第一可动元件1022的一端部由作为铅垂直行接头的第一接头1031连结,第一可动元件1022能够沿第一轴向(铅垂方向)移动。第一可动元件1022的另一端部与第二可动元件1023的一端部由水平旋转接头连结,第二可动元件1023能够绕第二轴(铅垂方向)进行旋转。第二可动元件1023与第三可动元件1024之间的第三~第五接头1033~1035分别为绕第三~第五轴旋转的旋转接头。第三轴为第二可动元件1023延伸的方向,第四轴为利用第三接头1033进行旋转且与第三轴正交的方向,第五轴为利用第四接头1034进行旋转且与第四轴正交的方向。

第一可动元件1022和第二可动元件1023为在特定方向上延伸的棒状,长度根据机械臂1001所需要的可动范围而进行适当设计。并且,成为如下结构:第一可动元件1022维持与水平面平行的状态并上下移动,第二可动元件1023维持与第一可动元件1022平行的状态并绕第二轴旋转。根据这样的结构,由于不需要在第二致动器1042中进行铅垂方向的重力补偿,所以能够缩小马达。这是有利于机械臂1001的小型化的结构,是有利于在引进到只能确保有限的空间的医疗现场的情况、治疗、手术中分配更多的空间的结构。

另外,本结构例的机器人床构成为:在从铅垂方向上侧俯视时端部彼此由水平旋转接头连结的第一可动元件1022和第二可动元件1023与特定方向(长边方向)平行的状态下,维持与水平面平行的状态,并且,无论使工作台1008如何旋转(例如即使旋转360度),工作台1008都不会与机械臂1001接触。具体而言,构成为:在使端部彼此由水平旋转接头连结的第一可动元件1022、第二可动元件1023及工作台1008为与水平面平行的状态的情况下,工作台1008高度上不覆盖其他可动元件地位于最上方。即,在机械臂1001的前端在能够采取的位置中采取最低的位置并使工作台1008为与水平面平行的姿势的情况下,机械臂1001的第一~第二可动元件位于比工作台1008的下表面低的位置。并且,在本结构例中,由于使工作台1008的高度方向的调整幅度增大,所以对于基部1021而言,在机械臂1001的前端在能够采取的位置中采取最低的位置并使工作台1008为与水平面平行的姿势的情况下,也比工作台1008的下表面高。根据以上那样的结构,成为机械臂1001的各可动元件位于工作台1008的下方并被收纳的形态,这对虽然确保了铅垂方向的移动幅度但有效地活用医疗现场的有限的空间是有效的。

若参照示出第三结构例的机器人床的动作的图13~图15,则该优点会变得明了。如能够根据图13理解的那样,对于本结构例的机器人床而言,相对于能够采取在从垂直方向上侧俯视的情况下各个可动元件与工作台1008重叠那样的位置的情况,在第一结构例、第二结构例中,当想要设为例如为了确保治疗空间而使工作台尽量位于靠近基部的位置的与图13相同的位置时,在第一结构例中,如图4那样,第二可动元件123及第三可动元件124无法位于工作台108的下方而成为障碍,在第二结构例中,在将工作台708的位置设得非常高时,理论上能够使工作台708的位置位于比各可动元件靠上方的位置,但在治疗、检查、载置对象物的载置中,使工作台708位于那么高的位置并不方便,在现实中是不可能的。如上所述,由于在垂直多关节机械臂的情况下需要重力补偿,所以需要较大的致动器,也能够根据图8的概略图可知,难以一边在下方支承工作台708一边使各可动元件位于工作台708的下方。

并且,优选的是,工作台1008的宽度比机械臂1001的各可动元件的宽度大。例如,优选的是,在从铅垂方向上侧俯视时端部彼此由水平旋转接头连结的第一可动元件1022与第二可动元件1023的特定方向(长边方向)及工作台1008的特定方向(长边方向)平行的状态下,在从铅垂方向上侧俯视时工作台1008在特定方向(长边方向)上覆盖第一可动元件1022和第二可动元件1023的部分中,在与特定方向(与第一可动元件1022、第二可动元件1023、及工作台1008延伸的长边方向平行的方向)正交的方向上,第一可动元件1022和第二可动元件1023隐藏于工作台1008。根据这样的结构,至少在工作台1008的宽度方向(与延伸的特定方向正交的方向)上,将在工作台1008的长度方向上被覆盖的机械臂1001的部分(在图10的例子中为第一可动元件1022的一端部以外的部分和第二可动元件1023及第三可动元件1024的整体)收纳于工作台1008的下方(例如,参照图13)。

在图9及图10的例子中,各自的端部彼此由水平旋转接头连接的两个可动元件(第一可动元件1022和第二可动元件1023)中的一个(第一可动元件1022)与基部1021直接连结,但例如也可以进一步经由水平旋转接头、垂直旋转接头间接地与基部连结,在该情况下,也能够获得保证上述位置关系并确保将多个可动元件收纳于工作台1008的下方的有限空间且使该有限空间紧凑这样的效果。

第三可动元件1024位于机械臂1001的前端。在本结构例中,机械臂1001的前端固定于在特定方向上延伸的工作台1008的一端部的下表面。根据这样的结构,能够以工作台1008的另一端部相比于基部1021位于尽量远的位置的方式进行动作。在利用一端部支承工作台1008的情况下,工作台1008的移动范围更宽,但在以支承强度为优先的情况下,也可以利用中央部对工作台1008进行支承。

此外,上述说明的“一端部”、“另一端部”、“端部”、“中央部”的定义与第一及第二结构例相同。

机械臂1001包括:与第一~第五接头1031~1035对应地使第一~第三可动元件1022~1024移动或旋转的多个致动器(在本结构例中为第一~第五致动器1041~1045);组装于各个接头并对各个可动元件的位置进行检测的多个位置检测器(在本结构例中为第一~第五位置检测器1051~1055);以及对各个致动器的驱动进行控制的控制装置1007(参照图10)。控制装置1007位于基部1021内,但例如也可以是外部的独立的装置。

第一~第五致动器1041~1045例如为伺服马达。作为位置检测器,与第一及第二结构例同样地,能够使用编码器、解析器、电位器。

优选的是,机械臂1001还与第一~第五接头1031~1035对应地分别包括第一~第五电磁制动器1061~1065。在不具备电磁制动器的情况下,利用多个致动器1041~1045的驱动将机械臂1001的姿势保持为固定,但当包括电磁制动器时,即使将某部分的致动器的驱动断开,通过将电磁制动功能接通,从而也能够将机械臂1001的姿势保持为固定。

设置有电磁制动器的情况下的第一~第五电磁制动器1061~1065分别构成为:在不向致动器供给驱动电流时,将制动功能接通,在向致动器供给驱动电流时,将制动功能断开。

与第一及第二结构例同样地,作为致动器的马达、作为位置检测器的编码器、以及制动器大多如图2所示那样构成为一体化的单元。而且,在第一~第五致动器1041~1045中的每一个设置有动力传递用的减速机构及联轴器等。

在图10所示的例子中,第一可动元件1022以位于第二可动元件1023的上侧的方式由水平旋转接头1032连结,但作为本结构例的变形例,在图11中示出第一可动元件1122以位于第二可动元件1123的下方的方式由水平旋转接头1132连结的机械臂1101。

在本变形例中,基部1121与第一可动元件1122的一端部由作为铅垂直行接头的第一接头1131连结,第一可动元件1122能够沿第一轴向(铅垂方向)进行移动。第一可动元件1122的另一端部与第二可动元件1123的一端部由水平旋转接头连结,第二可动元件1123能够在第一可动元件1122的上方绕第二轴(铅垂方向)进行旋转。第二可动元件1123与第三可动元件1124之间的第三~第五接头1133~1135分别为绕第三~第五轴旋转的旋转接头。第三轴为第二可动元件1123延伸的方向,第四轴为利用第三接头1133进行旋转且与第三轴正交的方向,第五轴为利用第四接头1134进行旋转且与第四轴正交的方向。

第三可动元件1124位于机械臂1101的前端。在本结构例中,机械臂1101的前端在中央部固定于在特定方向上延伸的工作台1108的下表面。根据这样的结构,能够以支承强度为优先地对工作台1108进行支承。当然,也可以以工作台1108的移动范围为优先地在一端部对工作台1108进行支承。但是,在该情况下,需要对各可动元件1122~1124、工作台1108的长度进行适当设计,以便即使一边维持与水平面平行的状态一边使工作台1108自由地旋转,工作台1108也不会与机械臂1101接触。

以上,图10及11所示的机械臂1001、1101的自由度为5,但本发明的机械臂的自由度并不一定必须为5,也可以是4以下,也可以是6以上。然而,优选的是,机械臂的自由度为3以上,以便使工作台1008、1108至少能够在空间内直线地移动。在图12中示出自由度为3的机器人床的例子。在图12中,机械臂1201由基部1221和两个可动元件1222及1223构成,基部1221与第一可动元件1222的一端部由作为铅垂直行接头的第一接头1231连结,可动元件1222能够沿第一轴向(铅垂方向)进行移动。第一可动元件1222的另一端部与第二可动元件1223的一端部由作为水平旋转接头的第二接头1232连结,可动元件1223能够绕第二轴(铅垂方向)进行旋转。第二可动元件1223的另一端部构成机械臂1201的前端,利用作为水平旋转接头的第三接头1233与工作台1208的一端部连结。

若使用按以上方式构成的机器人床,则在将载置对象物载置在工作台上后,能够使工作台1008、1108、1208准确且迅速地移动到检查位置、治疗位置这样的作为目的的位置,能够显著地提高医疗现场的检查、治疗的效率。例如,与利用带有脚轮的工作台使患者移动的情况相比,除了能够使工作台1008、1108、1208顺畅地移动而不会给患者带来较大的振动之外,还能够避免与附随于在医疗室的地面上多数存在的医疗设备的软线类、附随于医疗器械的管类的缠绕、由于跨过软线类或管类而引起的工作台的晃动,从而能够提高安全性和移动效率。

另外,在本结构例的机器人床中,由于利用能够使由附图标记1023、1123、1223表示的可动元件及由附图标记1208表示的工作台始终在与水平面平行的状态下进行旋转的水平旋转接头进行连结,所以与利用垂直旋转接头连结上述可动元件及工作台的情况相比,由附图标记1032、1132、1232、1233表示的接头能够提高刚性。即,在利用垂直旋转接头进行连结的情况下,在工作台的移动期间,或在维持某一姿势的期间,由于载置对象物的重量等原因,仅凭借致动器的控制无法完全地维持姿势,有时会产生挠曲,但在水平旋转接头的情况下,由于不会沿垂直方向旋转,所以几乎不会产生那样的情形。而且,在设置有能够使之始终以与水平面平行的状态进行旋转的水平旋转接头的部位,可以不考虑垂直方向上的旋转,所以即使假定将电源断开时的情况,也能够省略电磁制动器。此外,这对于第一结构例的机器人床中的、由附图标记132、133、332、333表示的水平旋转接头而言,可以说也是相同的,但本结构例是能够提高刚性且还进一步有助于确保治疗空间的结构,是更适合引进到医疗室的设计。

关于机器人床应当设为目标的位置的例子,由于与第一及第二结构例相同,所以在此省略说明。

利用图13~图15说明使由本结构例的机械臂1001支承的工作台1008在多个位置之间移动的动作。

图13示出在使某一作为载置对象的被实验者从载置位置向某一检查位置移动时工作台1008位于载置位置的情形。图14示出如下情形:利用基于控制装置1007的控制使第二可动元件1023及工作台1008如箭头那样移动(根据情况的不同,第一可动元件也会沿铅垂方向移动而对高度进行调节,另外,工作台1008利用绕第三轴或/及第四轴的旋转对倾斜进行微调整),从而使被实验者的头部相对于检查装置1314从斜向移动。图15示出将工作台1008插入到检查装置1314的内部且被实验者到达检查位置的情形。此外,图13的工作台1008的位置也可以是治疗位置,通过使各可动元件从图15的检查位置起向相反方向移动直到成为图13的位置而使工作台1008返回到原始的位置,从而在刚检查后,医师1312就能够判断检查结果并进行治疗。

即使是图12所示的机械臂1201,也能够使工作台1208沿着相同的轨迹进行移动。图11所示的机械臂1101能够使第二可动元件1123和工作台1108一边与图14所示的箭头逆向地旋转一边进行移动(根据情况的不同,第一可动元件1122也会沿铅垂方向移动而对高度进行调节),直到到达至检查位置。

关于使机械臂动作的指令的施予方、以及使工作台移动的目标位置的设定方法,与第一及第二结构例相同。

(第四结构例)

在图16中示出本发明的第四结构例的机器人床的立体图,在图17中示出本发明的第四结构例的机器人床的侧视图。用于机器人床的机械臂1701具有多自由度(3自由度以上),利用其前端对载置载置对象物的工作台1708进行支承。工作台1708及机械臂1701构成机器人床。

如图17所示,机械臂1701包括:基部1721、多个可动元件(在本结构例中第一~第四可动元件1722~1725)、以及多个接头(在本结构例中第一~第六接头1731~1736)。

基部1721与第一可动元件1722的一端部由作为铅垂直行接头的第一接头1731连结,第一可动元件1722能够沿第一轴向(铅垂方向)进行移动。第一可动元件1722的另一端部与第二可动元件1723的一端部由水平旋转接头连结,第二可动元件1723能够绕第二轴(铅垂方向)进行旋转。第二可动元件1723的另一端部与第三可动元件1724的一端部由水平旋转接头连结,第三可动元件1724能够绕利用第二轴进行旋转且与第二轴平行的第三轴(铅垂方向)进行旋转。第三可动元件与第四可动元件之间的第四~第六接头1734~1736分别为绕第四~第六轴旋转的旋转接头。第四轴为第三可动元件1724延伸的方向,第五轴为利用第四接头1734进行旋转且与第四轴正交的方向,第六轴为利用第五接头1735进行旋转且与第五轴正交的方向。

第二可动元件1723和第三可动元件1724为在特定方向上延伸的棒状,这些可动元件的长度根据机械臂1701所需的可动范围而进行适当设计。并且,成为如下结构:第一可动元件1722维持与水平面平行的状态并上下移动,第二可动元件1723及第三可动元件1724维持与第一可动元件1722平行的状态并进行旋转。根据这样的结构,由于不需要在第二及第三致动器1742、1743中进行铅垂方向上的重力补偿,所以能够缩小马达。这是有利于机械臂1701的小型化的结构,有利于在引进到只能确保有限的空间的医疗现场的情况、治疗、手术中确保更多的空间。

另外,代替限制基于第一接头的第一可动元件1722的向铅垂方向的移动量,本结构例的机器人床构成为:通过降低基部1721的高度,从而即使工作台1708保持与水平面平行的状态不变而使第一可动元件1722上下(沿铅垂方向)移动,另外,无论使工作台1708如何旋转(例如即使旋转360度),都不会与机械臂1701接触。因此,在本结构例中,机械臂无论采取何种任意的姿势,只要维持工作台1708处于与水平面平行的状态,则无论使工作台1708如何旋转,工作台都不会与机械臂接触。具体而言,构成为:在将端部彼此由水平旋转接头连结的第二可动元件1723、第三可动元件1724及工作台1708设为与水平面平行的状态的情况下,即便使第一可动元件1722移动到最下方,而且,即使机械臂的前端采取最低的位置,工作台1708也均高度上不覆盖其他可动元件及基部1721地位于的最上方。根据这样的结构,成为机械臂1701的可动元件及基部1721位于工作台1708的下方并被收纳的形态,这对活用医疗现场的有限的空间是有效的。

并且,优选的是,工作台1708的宽度比机械臂1701的各可动元件的宽度大。例如,优选的是,在从铅垂方向上侧俯视时端部彼此由水平旋转接头连结的第二可动元件1723和第三可动元件1724的特定方向平行的状态下,在从铅垂方向上侧俯视时,能够将全部的可动元件隐藏于工作台1708。而且,在本结构例中,优选的是,工作台1708的长度也比机械臂1701的各可动元件的长度大。例如,优选的是,在从铅垂方向上侧俯视时端部彼此由水平旋转接头连结的第二可动元件1723和第三可动元件1224的特定方向平行且第二可动元件和第三可动元件的中央部覆盖的状态下,在从铅垂方向上侧俯视时,基部1721隐藏于工作台1708。

在图16及图17的例子中,各自的端部彼此由水平旋转接头连接的两个可动元件(第二可动元件1723和第三可动元件1724)中的一个(第二可动元件1723)与基部1721间接地(经由第一可动元件1731)连结,但例如也可以将第二可动元件1723直接与作为铅垂直行接头的第一接头1731连结。另外,也可以进一步经由水平旋转接头、垂直旋转接头而进一步间接地与基部连结。在该情况下,只要保证上述位置关系,也能够获得空间确保及紧凑这样的效果。

第四可动元件1725位于机械臂1701的前端。在本结构例中,机械臂1701的前端固定于在特定方向上延伸的工作台1708的中央部的下表面。根据这样的结构,能够以较大的支承强度支承工作台1708,另外,容易将机械臂1701的可动元件及基部收纳于工作台1708的下方。另外,例如也可以缩短第三可动元件1724的长度,将工作台1708的支承位置设为一端部,在该情况下,毫无疑问,也能够获得空间确保及紧凑化这样的效果。

此外,关于上述说明中的“一端部”、“另一端部”、“端部”、“中央部”的定义,与第一及第二结构例相同。

机械臂1701包括:多个致动器(在本结构例中为第一~第六致动器1741~1746),所述多个致动器与第一~第六接头1731~1736对应地使第一~第四可动元件1722~1725移动或旋转;多个位置检测器(在本结构例中为第一~第六位置检测器1751~1756),所述多个位置检测器组装于各个接头并对各个可动元件的位置进行检测;以及控制装置1707(图17参照),所述控制装置对各个致动器的驱动进行控制。控制装置1707位于基部1721内,但例如也可以是外部的独立的装置。

第一~第六致动器1741~1746例如为伺服马达。与第一及第二结构例同样地,作为位置检测器,既可以使用编码器,也可以使用解析器、电位器。

优选的是,机械臂1701还与第一~第六接头1731~1736对应地分别包括第一~第六电磁制动器1761~1766。在不具备电磁制动器的情况下,利用多个致动器1741~1746的驱动将机械臂1701的姿势保持为固定,但在包括电磁制动器时,即使将某部分的致动器的驱动断开,通过将电磁制动功能接通,从而也能够将机械臂1701的姿势保持为固定。

设置有电磁制动器的情况下的第一~第六电磁制动器1761~1766分别构成为:在不向致动器供给驱动电流时,将制动功能接通,在向致动器供给驱动电流时,将制动功能断开。

与第一~第三结构例同样地,作为致动器的马达、作为位置检测器的编码器、以及制动器大多如图2所示那样构成为一体化的单元。而且,在第一~第六致动器1741~1746中的每一个设置有动力传递用的减速机构及联轴器等。

在图17所示的例子中,第一可动元件1722以位于第二可动元件1723的上侧的方式由水平旋转接头1732连结,但也可以构成为第一可动元件1722以位于第二可动元件1723的下侧的方式由水平旋转接头1732连结。若设为这种方式,则能够进行通过使基部1721降低而产生的高度的补偿。

以上,图16及17所示的机械臂1701的自由度为6,但本发明的机械臂的自由度并不一定必须为6,既可以是5以下,也可以是7以上。然而,优选的是,机械臂的自由度为3以上,以便使工作台1708至少能够在空间内直线地移动。在图18中示出自由度为3的本结构的机器人床的例子。在图18中,机械臂1801由基部1821和两个可动元件1822及1823构成,基部1821与第一可动元件1822的一端部由作为铅垂直行接头的第一接头1831连结,第一可动元件1822能够沿第一轴向(铅垂方向)进行移动。第一可动元件1822的另一端部与第二可动元件1823的一端部由作为水平旋转接头的第二接头1832连结,第二可动元件1823能够绕第二轴(铅垂方向)进行旋转。第二可动元件1823的另一端部构成机械臂1801的前端,利用作为水平旋转接头的第三接头1833与工作台1808的中央部的下表面连结。

若使用按以上方式构成的机器人床,则在将载置对象物载置在工作台上后,能够使工作台1708、1808准确且迅速地移动到检查位置、治疗位置这样的作为目的的位置,能够显著地提高医疗现场的检查、治疗的效率。例如,与利用带有脚轮的工作台使作为载置对象的患者移动的情况相比,除了能够使工作台1708、1808顺畅地移动而不会给患者带来较大的振动之外,还能够避免与附随于在医疗室的地面上多数存在的医疗设备的软线类、附随于医疗器械的管类的缠绕、由于跨过软线类或管类而引起的工作台的晃动,从而能够提高安全性和移动效率。

关于机器人床应当设为目标的位置的例子,由于与第一~第三结构例相同,所以在此省略说明。

在图19~图21中以使用图17所示的6自由度的机械臂1701的情况为例说明使由本结构例的机械臂支承的工作台在多个位置之间移动的动作。

图19示出在使某一作为载置对象的被实验者从载置位置向某一检查位置移动时工作台1708位于载置位置的情形。图20示出如下情形:利用基于控制装置1707的控制使第二可动元件1723及第三可动元件1724如箭头那样移动,另外,使工作台1708绕第六轴进行旋转并如箭头那样移动(根据情况的不同,第一可动元件1722也会沿铅垂方向移动而对高度进行调节,另外,工作台1708绕第四轴或/及第五轴进行旋转而对倾斜进行微调整),从而使被实验者的头部相对于检查装置1914从斜向移动。图21示出将工作台1708插入到检查装置1914的内部且被实验者到达检查位置的情形。此外,图19的工作台1708的位置也可以为治疗位置,通过使各可动元件从图21的检查位置起向相反方向移动直到成为图19的位置而使工作台1708返回到原始的位置,从而在刚检查后,医师1912就能够判断检查结果并进行治疗。

即使是图18所示的机械臂1801,工作台1808也能够沿着相同的轨迹进行移动。

此外,被实验者的头的朝向在工作台1708、1808的长边方向上也可以为相反侧,在该情况下,一边使工作台1708、1808的旋转方向与图20所示的工作台的移动方向相反地转动,一边向检查装置1914移动。这样,具有如下优异的优点:当将基部1721、1821收纳于工作台1708、1808的下方时,载置对象物的朝向可以为任意方向,当将图19的工作台1708、1808的位置设为治疗位置时,手术医生1912无论从工作台1708、1808中的哪一侧均能够进行手术,能够也将助手包括在内地围绕工作台并实施手术。由于基部1721、1821也不会成为障碍,所以医师1912能够在就座的状态下实施治疗。

(第五结构例)

本结构例的机器人床的特征在于,在第一~第四结构例的机器人床的工作台中具备滑动机构。

图22是示出工作台2208由具有轨道的主体2281和嵌入轨道的槽的滑动板2282构成的情形的图。当机器人床的工作台具备这样的结构时,例如在利用机器人臂使工作台移动至检查准备位置后,通过用人手使滑动板2282滑动,从而能够使载置对象物移动至更远的检查位置。

图23是示出在工作台2308的下表面形成有供滑动机构2309嵌入的槽2383且在槽2383的两侧设置有具有多个齿的齿条2384的情形的图。滑动机构2309包括:与机械臂的前端连结的主体2391、能够旋转地支承于主体2391且与齿条2384啮合的一对小齿轮2392、以及使小齿轮2392旋转的致动器(未图示)。当机器人床的工作台2308具备这样的结构时,例如在利用机器人臂使工作台移动至检查准备位置后,通过利用致动器的驱动使工作台2308滑动,从而能够使载置对象物移动至更远的位置。致动器例如为伺服马达。

此外,当具备滑动机构时,各结构例的自由度会增加一个。另外,若是能够利用致动器进行驱动的结构,则通过与各结构例的机械臂的多个致动器同时驱动,从而能够使机械臂的可动元件和滑动机构同时动作而高效地将工作台搬运到目的位置。

在图24~图26中示出在第一结构例的机器人床中采用手动的滑动机构的情况下使载置对象移动的例子。

图24所示的载置对象物的载置位置与图4的位置相同,头朝向图25所示的检查装置的位置(检查准备位置)与图5的位置相同。在第一结构例中,直接使机械臂101的可动元件移动并将工作台108搬运到检查装置414内,但在本结构例中,通过利用手动操作使滑动板滑动,从而向检查装置414内移动。

根据这样的结构,由于只需要将机械臂延长至检查准备位置,所以有如下优点:可以使机械臂的可动范围较小,能够缩小各可动元件。伴随于此,能够有效地活用医疗现场的有限的空间。例如,在从图5向图6的转移中,使第二可动元件123及第三可动元件124分别向检查装置414侧移动,但在从图25向图26的转移中,并不移动机械臂,因此,与之相应地可以缩短第一可动元件123和第三可动元件124。

接着,说明在第三结构例的机器人床中采用致动器驱动的滑动机构的情况下使载置对象移动的例子。

在图27中示出在第三结构例中设置有滑动机构的机器人床的侧视图。

用于机器人床的机械臂2701具有多自由度(3自由度以上),利用其前端对载置载置对象物的工作台2708进行支承。工作台2708及机械臂2701构成机器人床。

机械臂2701包括:基部2721、多个可动元件(在本结构例中为第一~第三可动元件2722~2724)、以及多个接头(在本结构例中为第一~第五接头2731~2735)。

基部2721与第一可动元件2722的一端部由作为铅垂直行接头的第一接头2731连结,第一可动元件2722能够沿第一轴向(铅垂方向)进行移动。第一可动元件2722的另一端部与第二可动元件2723的一端部由水平旋转接头连结,第二可动元件2723能够绕第二轴(铅垂方向)进行旋转。第二可动元件2723与第三可动元件2724之间的第三~第五接头2733~2735分别为绕第三~第五轴旋转的旋转接头。第三轴为第二可动元件2723延伸的方向,第四轴为利用第三接头2733进行旋转且与第三轴正交的方向,第五轴为利用第四接头2734进行旋转且与第四轴正交的方向。

第一可动元件2722和第二可动元件2723为在特定方向上延伸的棒状,长度根据机械臂2701所需要的可动范围而进行适当设计。并且,成为如下结构:第一可动元件2722维持与水平面平行的状态并上下移动,第二可动元件2723维持与第一可动元件平行的状态并绕第二轴旋转。根据这样的结构,由于在第二致动器2742中不需要进行铅垂方向上的重力补偿,所以能够缩小马达。这是有利于机械臂2701的小型化的结构,有利于在引进到只能确保有限的空间的医疗现场的情况、治疗、手术中确保更多的空间。

第三可动元件2724位于机械臂2701的前端。在本结构例中,机械臂2701的前端与工作台2708的滑动机构2709连结。

机械臂2701包括:与第一~第五接头2731~2735及滑动机构2709对应地使第一~第三可动元件2722~2724及滑动机构2709移动或旋转的多个致动器(在本结构例中为第一~第五致动器2741~2745及滑动机构用致动器2749)、组装于各个接头并对各个可动元件的位置进行检测的多个位置检测器(在本结构例中为第一~第五位置检测器2751~2755及滑动机构用位置检测器2759)、以及对各个致动器的驱动进行控制的控制装置2707。控制装置2707位于基部2721内,但例如也可以是外部的独立的装置。

第一~第五致动器2741~2745及滑动机构用致动器2749例如为伺服马达。与第一及第二结构例同样地,作为位置检测器,能够使用编码器、解析器、电位器。

优选的是,机械臂2701还与第一~第五接头2731~2735及滑动机构2709对应地分别包括第一~第五电磁制动器2761~2765及滑动机构用电磁制动器2769。在不具备电磁制动器的情况下,利用多个致动器2741~2745及滑动机构用致动器2749的驱动将机械臂2701的姿势保持为固定,但当包括电磁制动器时,即使将某部分的致动器的驱动断开,通过将电磁制动功能接通,从而也能够将机械臂2701的姿势保持为固定。

设置有电磁制动器的情况下的第一~第五电磁制动器2761~2765分别构成为:在不向致动器供给驱动电流时,将制动功能接通,在向致动器供给驱动电流时,将制动功能断开。

图28所示的载置对象物的载置位置与图13相同。然而,在具有滑动机构的机器人床中,向检查装置2814插入的工作台2708方向是相反的。即,在图13~图15中,在表现为将工作台1008从工作台1008的一端侧插入到检查装置1314时,在图28~30中成为从工作台2708的另一端侧向检查装置2814插入的结构。

从头插入到图15所示的检查装置1314中的位置(检查位置)与图30的位置相同。在第一结构例中,直接使机械臂1001的可动元件移动而将工作台1008从斜向搬运到检查装置1314内,但在本结构例中,在将工作台2708暂时配置成朝向检查装置2814之后,通过利用致动器驱动使工作台2708滑动,从而向检查装置2814内移动。

如上所述,当设置滑动机构时,除了有能够使机械臂的尺寸小型化这样的优点之外,在图10所示的(机械臂1001支承工作台1008的一端部)第三结构例中,还有能够在载置位置使载置对象朝向任何方向进行变更这样的效果。关于后者,例如在载置位置为进行脑、牙的手术的手术位置的情况下,如图10所示,当在患者从检查装置1314返回的情况下头部朝向基部1021的方向时,基部1021会成为障碍,手术医生1312难以进行手术,但如图27那样当在患者从检查装置2814返回的情况下头部朝向与基部2721相反的方向时,具有容易进行头部侧的手术这样的效果。由于基部2721也不会成为障碍,所以医师2812能够在就座的状态下实施治疗。

此外,在此处介绍的两个例子中,机械臂的前端支承工作台的端部,但也可以在机械臂的前端支承工作台的中央部的结构中采用手动滑动机构。另外,也可以将供致动器驱动的滑动机构2709嵌入的工作台的槽2783的长度仅限制于中央部分,在该情况下,滑动宽度变短,与滑动宽度大的情况相比,不容易产生工作台的挠曲。

另外,在上述例子中,示出了将手动操作的滑动机构及致动器驱动的滑动机构分别应用于第一结构例及第三结构例的例子,但在各结构例中,也可以应用任意的滑动机构。

并且,由于重新设置滑动机构,所以有必要也对第三结构例和第四结构例的紧凑尺寸的机器人床的设计进行重新评估。第四结构例只要以如下方式构成即可:当想要利用滑动机构使工作台的位置多少进行变更时,只要工作台维持与水平面平行的状态,无论使工作台如何进行旋转,工作台都不会与机械臂接触。第三结构例设计成:在从铅垂方向上侧俯视时端部彼此由水平旋转接头连结的两个可动元件的特定方向平行的状态下,从在不使工作台位置在滑动方向上移动的情况下使具有滑动机构的工作台最靠近基部的状态起,在使工作台与水平面平行的状态下,无论如何进行旋转(例如即使旋转360度),都不会与机械臂接触。根据这样的设计,能够维持第三结构例及第四结构例的机器人床的优点,并且还获得附加了滑动机构的优点。

[各结构例的机械臂共同的特征]

以下,记述能够应用于全部的第一~第五结构例的追加特征。

(管类/软线类的固定件)

在向各结构例中的工作台载置的载置对象为患者的情况下,该患者有时会安装生命维持装置、点滴、其他治疗所需要的装置。

如上所述,若与使带有脚轮的工作台移动的情况进行比较,则通过引进上述第一~第五结构例的机器人工作台,从而在载置对象移动时,能够避免与这样的管类(管及/或缆线)的缠绕、由于跨过管类而产生的晃动,但为了进一步确保安全性,在本发明的机器人床中,优选的是,在工作台、机械臂的基部、或可动元件中的至少一个安装有用于捆扎从上述装置延伸的管类的固定件171、371、771、1071、1171、1271、1771、1871、2771。由此,能够进一步可靠地避免在机械臂动作时管类发生缠绕这样的情形。也可以预防医师、助手将脚钩挂于管类,能够进一步提高安全性。作为需要进行缠绕防止的对策的管类,不限于与生命维持装置等连接的管类,优选的是,医疗设备、显示器等的电气类软线等(软线类)也由同样的固定件固定。另外,优选的是,只要决定使工作台移动的位置,就能够预测机械臂的大致的动作,并决定多余的管类/软线类的长度和嵌入管类/软线类侧的固定件的位置。

(手动制动断开功能)

也可以是,在设置有与水平旋转接头对应的电磁制动器的情况下,在不向致动器供给驱动电流时,设置有手动地使制动功能断开的开关、控制杆。在图1所示的机械臂101的情况下,也可以设为如下结构:第一~第六电磁制动器161~166中的与作为水平旋转接头的第二接头、第三接头及第六接头132、133、136对应的第二电磁制动器、第三电磁制动器及第六电磁制动器162、163、166能够手动地将制动功能断开。在图3所示的机械臂301的情况下,也可以设为如下结构:第一~第三电磁制动器361~363中的、与作为水平旋转接头的第二接头、第三接头332、333对应的第二电磁制动器、第三电磁制动器362、363能够手动地将制动功能断开。在图7所示的机械臂701的情况下,也可以设为如下结构:第一~第六电磁制动器761~766中的、与作为水平旋转接头的第一接头731对应的第一电磁制动器761能够手动地将制动功能断开。在图10所示的机械臂1001的情况下,也可以设为如下结构:第一~第五电磁制动器1061~1065中的、与作为水平旋转接头的第二接头及第五接头1032、1035对应的第二电磁制动器及第五电磁制动器1062、1065能够手动地将制动功能断开。在图11所示的机械臂1101的情况下,也可以设为如下结构:第一~第五电磁制动器1161~1165中的、与作为水平旋转接头的第二接头及第五接头1132、1135对应的第二电磁制动器及第五电磁制动器1162、1165能够手动地将制动功能断开。在图12所示的机械臂1201的情况下,也可以设为如下结构:第一~第三电磁制动器1261~1263中的、与作为水平旋转接头的第二接头、第三接头1232、1233对应的第二电磁制动器、第三电磁制动器1262、1263能够手动地将制动功能断开。在图17所示的机械臂1701的情况下,也可以设为如下结构:第一~第六电磁制动器1761~1766中的、与作为水平旋转接头的第二接头、第三接头及第六接头1732、1733、1736对应的第二电磁制动器、第三电磁制动器及第六电磁制动器1762、1763、1766能够手动地将制动功能断开。在图18所示的机械臂1801的情况下,也可以设为如下结构:第一~第三电磁制动器1861~1863中的、与作为水平旋转接头的第二接头、第三接头1832、1833对应的第二电磁制动器、第三电磁制动器1862、1863能够手动地将制动功能断开。而且,如图27所示,在具有由马达驱动的滑动机构的机器人床的情况下,也可以设为如下结构:在驱动滑动机构的马达也设置有电磁制动器,并手动地将该电磁制动器的制动功能断开。

根据该结构,即使在万一停电的情况下,通过断开制动功能并使机械臂的可动元件移动,医疗从业者例如能够将作为载置对象的患者移动到安全的地方。

此外,当然不需要应用于上述例举的手动制动断开功能的全部的应用部位,也可以至少在一部分设置,或限定并应用于仅在与水平面平行的状态下进行移动的部位。

(距离传感器)

优选的是,在各结构例的机械臂设置有对机器人床的可动范围进行扫描的距离传感器173、373、773、1073、1173、1273、1773、1873、2773。在图1中,机械臂101的可动范围为如下范围:以作为第二接头132的旋转中心的第二轴为中心的、且以到使机械臂101和工作台108伸长为最大时的工作台108的末端为止为半径的扇状。在图3中,机械臂301的可动范围为如下范围:以作为第二接头332的旋转中心的第二轴为中心的、且以到使机械臂301和工作台308伸长为最大时的工作台308的末端为止为半径的扇状。在图7中,机械臂701的可动范围为如下范围:以作为第一接头731的旋转中心的第一轴为中心的、且以到使机械臂701和工作台708伸长为最大时的工作台708的末端为止为半径的扇状。在图10中,机械臂1001的可动范围为如下范围:以作为第二接头1032的旋转中心的第二轴为中心的、且以到使机械臂1001和工作台1008伸长为最大时的工作台1008的末端为止为半径的扇状。在图11中,机械臂1101的可动范围为如下范围:以作为第二接头1132的旋转中心的第二轴为中心的、且以到使机械臂1101和工作台1108伸长为最大时的工作台1108的末端为止为半径的扇状。在图12中,机械臂1201的可动范围为如下范围:以作为第二接头1232的旋转中心的第二轴为中心的、且以到使机械臂1201和工作台1208伸长为最大时的工作台1208的末端为止为半径的扇状。在图17中,机械臂1701的可动范围为如下范围:以作为第二接头1732的旋转中心的第二轴为中心的、且以到使机械臂1701和工作台1708伸长为最大时的工作台1708的末端为止为半径的扇状。在图18中,机械臂1801的可动范围为如下范围:以作为第二接头1832的旋转中心的第二轴为中心的、且以到使机械臂1801和工作台1808伸长为最大时的工作台1808的末端为止为半径的扇状。在图27中,机械臂2701的可动范围为如下范围:以作为第二接头2732的旋转中心的第二轴为中心的、且以到利用机械臂2701和滑动机构向工作台2708一端侧靠近并伸长为最大时的工作台1808的末端为止为半径的扇状。

当设置有以上那样的距离传感器173、373、773、1073、1173、1273、1773、1873、2773时,在由距离传感器在机械臂的可动范围内检测到异物(人、物体)的情况下,控制装置107、307、707、1007、1107、1207、1707、1807、2707停止或禁止全部的致动器的工作。根据该结构,即使在不像医疗从业者那样精通机器人的操作而难以预测机械臂的动作的人位于机器人床的附近的情况下,也可避免人与机械臂或工作台的接触及碰撞等危险。另外,也可避免与机械臂的医疗设备的接触及碰撞等危险。

此外,优选的是,例如在工作台到达治疗位置的情况下,与工作台的位置相应地将距离传感器控制成设为激活或设为非激活,使得即使实施治疗的医师、助手围绕工作台也不进行反应。但是,应当设置手动地对距离传感器的激活/非激活进行切换的切换开关等构件。或者,也可以由控制装置进行距离传感器的激活/非激活的切换。

(高度传感器)

优选的是,在工作台或机械臂设置有检测工作台108、308、708、1008、1108、1208、1708、1808、2708的高度的高度传感器174、374、774、1074、1174、1274、1774、1874、2774。在该情况下,控制装置107、307、707、1007、1107、1207、1707、1807、2707在使工作台108、308、708、1008、1108、1208、1708、1808、2708向检查装置内移动之前,判定由高度传感器174、374、774、1074、1174、1274、1774、1874、2774检测到的工作台108、308、708、1008、1108、1208、1708、1808、2708的高度是否处于规定范围内,在不处于规定范围内的情况下,控制成不使工作台108、308、708、1008、1108、1208、1708、1808、2708向检查装置内移动。根据该结构,可避免工作台或被实验者与检查装置接触、碰撞的危险。此外,在上述内容中,作为移动目标位置,例举了检查位置,但即使在插入到基于测定装置的测定位置、基于拍摄装置的拍摄位置等与医疗相关联的装置内的情况下,也是同样的。

(挠曲补偿)

另外,各结构例的机械臂具有通过根据工作台、机械臂的挠曲利用控制装置控制机械臂而对该挠曲进行补偿的功能。在图31中示出在由于载置对象物的重量等原因而使得工作台3108产生挠曲的情况下对该挠曲进行修正的例子。例如,在将作为载置对象的患者的头部的一个点确定为用于追踪的目标点的情况下,通过指定从机械臂3101的前端(工作台3108的固定部分)起的x、y、z坐标等,从而能够对目标点3190进行存储(图31(a))。并且,在工作台如图31(b)那样产生挠曲的情况下,由于目标点3190例如会向右下方移动,所以利用机械臂的控制装置检测坐标值的偏移,控制装置为了修正该偏移而对致动器中的至少一个进行控制,以返回到预先存储的目标点3190。在图31(c)的例子中,使机械臂的某一可动元件向左侧移动,并且使垂直旋转接头绕顺时针旋转而进行修正。

在图32中示出挠曲补偿的另一例。例如与图31的情况同样地,在将作为载置对象的患者的头部的一个点确定为用于追踪的目标点的情况下,通过指定从机械臂3201的前端(工作台3208的固定部分)起的x、y、z坐标等,从而能够对目标点3290进行存储(图32(a))。并且,在由于工作台如图32(b)那样产生挠曲而使得目标点3190例如向下方移动的情况下,利用机械臂的控制装置检测坐标值的偏移,控制装置为了修正该偏移而对致动器中的至少一个进行控制,以返回到预先存储的目标点3290。在图32(c)的例子中,使机械臂的某一垂直旋转接头绕顺时针旋转而进行修正。

根据这样的结构,能够始终进行作为目标的点的准确的对位。因此,例如可实现载置对象物的准确的移送,并且,也可避免工作台或载置对象物与检查装置、测定装置、拍摄装置等的接触及碰撞等危险。

(重量传感器)

另外,优选的是,在工作台或机械臂设置有计测载置对象物的重量的重量传感器175、375、775、1075、1175、1275、1775、1875、2775。这例如能够始终监视作为载置对象的患者的体重。根据该结构,能够从体重方面监视作为载置对象的患者,例如能够存储手术开始前的体重,并监视由于出血而减少的重量,能够作为手术时的应对、方案变更的参考。因此,优选的是,在工作台或机械臂设置用于显示由重量传感器检测到的数值的显示部(例如显示窗、显示器)。并且,优选的是,能够在该显示部显示多个记录的值(例如手术前与刚进行伴随着出血的手术后)、存储的值与当前的值之差(例如手术前的值与当前的值之差)。因此,优选的是,设置存储器等存储构件,在该储构件中存储在某一时刻的载置对象物的重量,并具备对由重量传感器检测到的载置对象物的当前的重量与存储的重量之差进行计算的CPU等计算部。而且,为了针对每一个作为载置对象的患者进行这样的管理,优选的是,存储构件能够与患者ID建立对应关系并选择患者,能够针对每一个患者存储某一时刻的重量,并计算与当前的重量之差而将其显示于显示部。

(温度传感器)

另外,优选的是,在工作台设置有计测载置对象物的温度的温度传感器172、372、772、1072、1172、1272、1772、1882、2772。这例如能够始终监视作为载置对象的患者的温度。根据该结构,能够从体温方面监视作为载置对象的患者,例如能够监视手术开始前、手术开始待机中、手术中、手术后的体温。因此,优选的是,在工作台或机械臂设置用于显示由温度传感器检测到的数值的显示部。

并且,优选的是,在患者的体温过低或过高的情况下,设置用于使工作台108、308、708、1008、1108、1208、1708、1808、2708的表面温度上升的升温构件(加热器等)、或用于使工作台108、308、708、1008、1108、1208、1708、1808、2708的表面温度下降的降温构件(冷却装置等)。由此,能够将患者保持在所期望的体温。

此外,在图1、图3、图7、图10、图11、图12、图17、图18、图27中,各温度传感器配置于工作台108、308、708、1008、1108、1208、1708、1808、2708的侧面,但也可以埋入工作台。

另外,也可以是,设置检测工作台的周围的温度的另外的温度传感器,为了在手术开始待机中、手术后安静中将患者的体温保持在所期望的状态,对机械臂进行控制,以便在周围温度较高的情况下,使工作台的位置移动到温度较低的区域(例如较低的位置、制冷装置的附近),并且,在周围温度较低的情况下,使工作台的位置移动到温度较高的区域(例如较高的位置、制热装置的附近)。关于使工作台的位置进行自动的移动,可以考虑手术后患者处于安静状态的情况、治疗前的待机中的情况,优选的是,工作台的移动为载置的人员不会感觉到移动这种程度的缓慢移动。但是,由于并不优选在手术中等机械臂自动地进行移动,所以也可以是,在工作台的位置位于治疗位置的情况下,设定为成为非激活,或者,根据工作台所处的区域而切换传感器的激活/非激活。

此外,关于温度传感器/周围温度传感器,优选的也是能够手动地切换该传感器功能的激活/非激活。

(物体传感器)

另外,在工作台设置有一个以上的用于检测工作台的周围的物体的物体传感器,当在机械臂的动作中利用物体传感器检测到物体的情况下,优选的是,停止或禁止驱动机械臂的致动器的动作。当向医疗室引进由第一~第五结构例示出那样的机器人床时,由于安全性的确保占据极为重要的位置,所以优选利用这样的构件来确保患者及医疗从业者的安全。

此外,也可以是,在工作台的位置位于治疗位置的情况下,设定为成为非激活,或者,仅使从载置对象物的载置位置到检查位置之间激活,或者,根据工作台所处的区域而切换物体传感器的激活/非激活。物体传感器的激活/非激活的切换既可以由控制装置进行,也可以由设置于物体传感器的手动用的切换构件进行。

此外,关于温度传感器/周围温度传感器,优选的也是手动地切换该传感器功能的激活/非激活。

(控制装置的结构)

如图40所示,控制装置107、307、707、1007、1107、1207、1707、1807、2707与机械臂101、301、701、1001、1101、1201、1701、1801、2701的致动器、电磁制动器及位置检测器连接。另外,控制装置107、307、707、1007、1107、1207、1707、1807、2707可以与上述距离传感器173、373、773、1073、1173、1273、1773、1873、2773、高度传感器174、374、774、1074、1174、1274、1774、1874、2774、重量传感器175、375、775、1075、1175、1275、1775、1875、2775及温度传感器172、372、772、1072、1172、1272、1772、1882、2772连接。另外,控制装置107、307、707、1007、1107、1207、1707、1807、2707包括存储构件,并且,作为用于实现上述挠曲补偿的结构,也可以包括确定目标点的位置的设定构件、和追踪该目标点的追踪构件。

另外,控制装置107、307、707、1007、1107、1207、1707、1807、2707既可以包括上述存储构件及计算部,也可以与上述显示部连接。显示部既可以组装于机械臂的基部,也可以与机械臂独立地设置。另外,当在控制装置的存储构件中存储有多个不同的载置对象物的重量的情况下,如图40所示,控制装置也可以包括选择特定的载置对象物的选择构件。

另外,控制装置107、307、707、1007、1107、1207、1707、1807、2707可以与上述升温构件及降温构件连接。而且,控制装置107、307、707、1007、1107、1207、1707、1807、2707可以与上述物体传感器连接。

[向手术期间MRI的应用]

通过在手术期间MRI使用以上说明的机器人床,从而能够期待发挥较大的效果。在脑部肿瘤摘除的手术期间MRI的情况下,使患者移动,利用MRI装置拍摄脑的次数为2~4次、平均为3次(“最尖端的脑部肿瘤完全摘除系统能够实现的生存率提高和手术后QOL确保”,日立MEDICO,月刊内刊,参照2012年9月号),在手术中,使患者准确且迅速地在基于MRI装置的拍摄位置和治疗位置之间往复的必要性较高。

以下,说明如下方法:将如第一~第五结构例所示的机器人床(根据情况的不同,附加有上述共同的特征的机器人床)应用于利用MRI装置对作为载置对象的患者的特定部位进行拍摄、之后使之移动到治疗位置(包括手术位置)并立即转移到手术的手术期间MRI。

以下,参照附图,说明通过驱动机械臂101、301、701、1001、1101、1201、1701、1801、2701而使工作台108、308、708、1008、1108、1208、1708、1808、2708在治疗位置与MRI拍摄位置之间进行移动的情形。

在将各结构例的机器人床应用于手术期间MRI的情况下,在各结构例的工作台的移动的说明中,放置在医疗室的装置414、1314、1914、2814为MRI装置。

在图33中示出开放型MRI装置3314。该开放型MRI装置3314为向前方及侧方开口的开放型。具体而言,包括中央部向前方伸出那样的大致T字状的上侧检查部(上部磁铁)3315及下侧检查部(下部磁铁)3316,并在这些检查部3315、3316之间形成有供载置有患者的工作台插入的空间。上侧检查部3315及下侧检查部3316的两端部彼此由一对支柱3317连结。MRI装置3314也可以是圆环型,但在应用于将患者从斜向容易地插入MRI装置那样的场合(图14那样的情况)的情况下,在使工作台位于圆环内侧的空腔的正面后,向空腔内部插入,因此,存在机械臂的动作变得稍许不顺畅的情况。

由被上侧检查部(上部磁铁)3315及下侧检查部(下部磁铁)3316夹着的空间形成的部分为拍摄空间。在工作台108、308、708、1008、1108、1208、1708、1808、2708的至少一部分与该拍摄空间重叠的情况下,可以说是工作台108、308、708、1008、1108、1208、1708、1808、2708位于MRI拍摄位置。拍摄空间内的工作台108、308、708、1008、1108、1208、1708、1808、2708的位置由于根据患者的拍摄部位、患者的身高、大小而不同,所以未必始终固定。

图4示出使用第一结构例的机器人床使作为载置对象的患者从载置位置向MRI拍摄位置移动的情况下的工作台108位于载置位置的情形。图5示出如下情形:利用基于控制装置107的控制使第二可动元件123及第三可动元件124如箭头那样移动,另外,利用第六轴的旋转使工作台108如箭头那样移动(根据情况的不同,第一可动元件122也会沿铅垂方向移动而对高度进行调节,另外,利用绕第四轴或/及第五轴的旋转对工作台的倾斜进行微调整),从而使患者的头部朝向MRI装置414的方向(位于MRI拍摄准备位置)。图6示出将工作台108插入到MRI装置414的内部且工作台108到达MRI拍摄位置的情形。在由MRI装置414进行拍摄后,在手术医生412为了对患者实施手术而使工作台108位于治疗位置的情况下,通过使各可动元件及工作台从图6的MRI拍摄位置起向相反方向移动直到成为图4的位置而使工作台108返回到原始的位置,从而手术医生412能够一边观察MRI拍摄图像,一边立即转移到手术。

图13示出如下情形:在使用第三结构例的机器人床使某一作为载置对象的患者从载置位置向MRI拍摄位置移动时使工作台1008位于载置位置。图14示出如下情形:利用基于控制装置1007的控制使第二可动元件1023及工作台1008如箭头那样移动(根据情况的不同,第一可动元件也会沿铅垂方向移动而对高度进行调节,另外,工作台1008利用绕第三轴或/及第四轴的旋转对倾斜进行微调整),从而使患者的头部相对于MRI装置1314从倾向移动。图15示出将工作台1008插入到MRI装置1314的内部且患者到达检查位置的情形。在由MRI装置1314进行拍摄后,在手术医生1312为了对患者实施手术而使工作台1008位于治疗位置的情况下,通过使各可动元件及工作台从图15的MRI拍摄位置起向相反方向移动直到成为图13的位置而使工作台1008返回到原始的位置,从而手术医生1312能够一边观察MRI拍摄图像,一边立即转移到手术。

图19示出如下情形:在使用第四结构例的机器人床使某一作为载置对象的患者从载置位置向MRI拍摄位置移动时使工作台1708位于载置位置。图20示出如下情形:利用控制装置1707使第二可动元件1723及第三可动元件1724如箭头那样动作,另外,使工作台1708绕第六轴进行旋转而如箭头那样移动(根据情况的不同,第一可动元件1722也会沿铅垂方向移动而对高度进行调节,另外,工作台1708绕第四轴或/及第五轴旋转而对倾斜进行微调整),从而使患者的头部相对于MRI拍摄装置1914从斜向移动。图21示出将工作台1708插入到MRI装置1914的内部且工作台1708到达MRI拍摄位置的情形。在由MRI装置1914进行拍摄后,在手术医生1912为了对患者实施手术而使工作台1708位于治疗位置的情况下,通过使各可动元件及工作台从图21的MRI拍摄位置起向相反方向移动直到成为图19的位置而使工作台1708返回到原始的位置,从而手术医生1912能够一边观察MRI拍摄图像,一边立即转移到手术。

在图24~图26中示出将在第一结构例的机器人床中采用手动的滑动机构的情况下的第五结构例应用于手术期间MRI的例子。

图24所示的载置对象物的载置位置与图4的位置相同,头朝向图25所示的MRI装置414的位置(MRI拍摄准备位置)与图5的位置相同。在使用第一结构例的机器人床的情况下,直接使机械臂101的各可动元件移动而将工作台108搬运到MRI装置414内,但在使用第五结构例的机器人床的情况下,通过在MRI拍摄准备位置利用手动操作使滑动板2481滑动,从而使之向MRI装置414内移动。

在图28~图30中示出将在第三结构例的机器人床中采用致动器驱动的滑动机构的情况下的第五结构例应用于手术期间MRI的例子。

图28所示的患者的载置位置与图13相同。然而,在具有滑动机构的机器人床中,向MRI装置2814插入的工作台2708的旋转方向是相反的。即,在图13~图15中,当表现为将工作台1008从工作台1008的一端侧插入到检查装置1314时,在图28~30中成为从工作台2708的另一端侧向MRI装置2814插入的结构。

从头插入到图15所示的MRI装置1314的位置(MRI拍摄位置)与图30的位置相同。在使用第三结构例的机器人床的情况下,直接使机械臂1001的可动元件移动而将工作台1008从斜向搬运到MRI拍摄装置1314内,但在使用第五结构例的机器人床的情况下,将工作台2708暂时配置成朝向MRI装置2814,之后,利用致动器驱动使工作台2708滑动,由此使其向MRI装置2814内移动。

在图34~36中使用立体图示出将在第三结构例的机器人床中采用致动器驱动的滑动机构的情况下的第五结构例应用于手术期间MRI的情况下的机器人床的动作。图34为患者的载置位置及手术位置,第二可动元件2723水平旋转,同时,工作台2708绕第五轴进行轴旋转,并移动到图35所示的MRI拍摄准备位置。并且,工作台2708利用致动器驱动而滑动至与MRI装置的拍摄空间重叠的位置,从而完成工作台2708向MRI拍摄位置的移动。

此外,图35的MRI拍摄准备位置的第二可动元件2723的朝向与处于从图29转变为图30的期间的MRI拍摄准备位置的情况不同(在图29与图30之间的情况下,第二可动元件2723垂直地朝向MRI装置2814,但在图35的情况下,第二可动元件2723倾斜地朝向MRI装置2814),但机械臂的动作会根据MRI装置的配置位置、各可动元件的尺寸而不同。

在使用第五结构例的机器人床的情况下,由于设置有滑动机构,所以除了有能够使机械臂的尺寸小型化这样的优点之外,在图10所示的(机械臂1001支承工作台1008的一端部)第三结构例的机器人床中,还有能够在治疗位置使患者的头部朝向任何方向进行变更这样的效果。关于后者的优点,例如在使用手术期间MRI的目的为脑主要摘除手术、牙的手术的情况下,当在如图10那样使患者从MRI装置1314返回的情况下使头部朝向基部1021的方向时,基部1021成为障碍,手术医生1312难以进行手术,但当在如图27那样使患者从MRI拍摄位置返回的情况下使头部朝向与基部2721相反的方向时,有容易进行头部侧的手术这样的效果。由于在手术时基部2721在头部侧也不会成为障碍,所以手术医生2812也能够在就座的状态下实施治疗。

此外,由图5及图25示出的MRI拍摄准备位置为工作台108、2408不与MRI装置的拍摄空间重叠的位置,是位于该拍摄空间的附近(与拍摄空间的距离为一定距离以下)的情况。也可以是,在该位置暂时停止移动,例如助手进行用于MRI拍摄的准备(确认没有金属物、进行患者的位置、姿势的修正),之后,将工作台108、2408搬运到MRI装置。当然,也可以是,仅仅是经过MRI拍摄准备位置,不在该位置暂时停止工作台而使工作台顺畅地向MRI拍摄位置移动。另外,MRI拍摄准备位置并不一定必须使患者的头部直接朝向MRI装置的方向,例如也可以将位于拍摄空间附近的图14的工作台1008的位置设为MRI拍摄准备位置。

另外,在上述说明中,示出了使患者从载置位置向MRI拍摄位置移动并作为治疗位置而返回到与载置位置相同的地方的例子,但也可以使治疗位置与患者的载置位置不同。

此外,手术期间MRI的治疗位置是指工作台不在拍摄空间的附近、即与拍摄空间分开一定距离以上的位置。并且,在上述例子中,在治疗位置的附近设置有用于放置供手术医生412、1312、1912、2812使用的手术器械的手术器械台413、1313、1913、2813,当将这些手术器械配置于MRI装置的附近时,受到MRI装置的永久磁铁的影响(例如浮起),有可能会弄伤患者、进行处理的人员,因此,将治疗位置确保于从MRI装置充分远离的位置,优选的是,比5高斯线L远离的位置。

而且,优选的是,机械臂的基部121、321、721、1021、1121、1221、1721、1821、2721配置在5高斯线L的外侧。在机械臂的基部121、321、721、1021、1121、1221、1721、1821、2721设置有较大的马达,这是因为,若位于MRI装置的附近,则形成于MRI装置的拍摄空间的磁场歪斜,会导致拍摄图像的劣化。

此外,若使用第一~第五结构例的机械臂,则能够使工作台108、308、708、1008、1108、1208、1708、1808、2708从MRI装置414、1314、1914、2814离开与机械臂101、301、701、1001、1101、1201、1701、1801、2701的长度相应的量。由此,治疗位置最大能够从MRI装置414、1314、1914、2814离开与机械臂101、301、701、1001、1101、1201、1701、1801、2701的长度的两倍相应的量。即,通过使用机械臂101、301、701、1001、1101、1201、1701、1801、2701,从而能够容易地将治疗位置设定在5高斯线L的外侧。其结果是,能够减少由对手术医生412、1312、1912、2812的磁场的影响产生的负担。另外,手术医生12能够采取所希望的站立位置。

如以上说明的那样,通过将由第一至第五结构例示出的机器人床引进手术期间MRI,从而能够利用机械臂的驱动使载置于工作台的患者在治疗位置与MRI拍摄位置之间迅速且准确地移动。由此,能够对促进手术成绩的提高这样的显著的优异的效果作出贡献。根据前述的文献(“最尖端的脑部肿瘤完全摘除系统能够实现的生存率提高和手术后QOL确保”,日立MEDICO,月刊内刊2012年9月号),针对此前在不同房间进行MRI拍摄和在不同房间进行手术的脑部肿瘤应用手术,当应用在相同房间内进行MRI拍摄和手术的手术期间MRI(进一步应用信息引导手术)时,在不同房间手术中,5年生存率在等级3的情况下约为25%,在等级4的情况下约为7%,但在相同房间手术中实现了在等级3的情况下为78%、在等级4的情况下为19%这样的以往平均的约3倍的生存率。通过将由第一至第五结构例示出的机器人床引进手术期间MRI,如此前说明的那样,能够迅速且准确地对患者进行工作台的搬运,能够高效地进行MRI拍摄和脑应用手术,也能够极大地期待对生存率的进一步的提高作出贡献。尤其是,如之前说明的那样,对于脑应用手术而言,MRI拍摄和脑应用手术并不是一次能够完成的,会往复多次,因此,可极大地期待使患者在治疗位置与MRI拍摄位置之间迅速且准确地移动。

并且,优选的是,在将由第一至第五结构例示出的机器人床引进手术期间MRI时,在工作台108、308、708、1008、1108、1208、1708、1808、2708到达MRI拍摄位置后,在开始载置于工作台的拍摄对象物的拍摄之前,利用控制装置107、307、707、1007、1107、1207、1707、1807、2707进行控制,以停止向搭载于机械臂101、301、701、1001、1101、1201、1701、1801、2701的多个致动器供给驱动电流,并且,使与致动器对应地设置的多个电磁制动器的功能接通。这是因为,由于MRI装置使静磁场作用而进行图像拍摄,所以要防止MRI拍摄图像因在致动器驱动时产生的磁场的影响而产生劣化。该控制既可以通过检测工作台到达MRI拍摄位置并静止了一定时间这一情况而自动地进行,也可以手动地赋予指令,但优选的是,在MRI拍摄开始时(例如在向MRI装置接通主电源或设为激活状态的时刻),进行连动,以便对机械臂的致动器的动作状态进行检查,若致动器动作,则控制成强制地断开并切换为制动功能接通。因此,优选的是,使控制装置107、307、707、1007、1107、1207、1707、1807、2707具备MRI运转监视构件,对是否向MRI装置接通主电源、是否处于激活状态等进行监视。

此外,在第五结构例的机械臂中,由于有时会具备手动的滑动机构,所以在工作台108、308、708、1008、1108、1208、1708、1808、2708到达MRI拍摄准备位置的时刻,也能够利用控制装置107、307、707、1007、1107、1207、1707、1807、2707进行控制,以停止向搭载于机械臂101、301、701、1001、1101、1201、1701、1801、2701的多个致动器供给驱动电流,并且,使与致动器对应地设置的多个电磁制动器的功能接通。在使致动器的驱动断开并将电磁制动器的功能接通之后,使滑动板滑动,从而使患者向MRI拍摄位置移动。

基于机械臂的在手术位置与MRI拍摄位置之间的工作台的移动也可以通过利用示教器操作机械臂101、301、701、1001、1101、1201、1701、1801、2701来进行。然而,若将手术位置及MRI拍摄位置预先存储于控制装置107、307、707、1007、1107、1207、1707、1807、2707,则能够更快速且更顺畅地进行在手术位置与MRI拍摄位置之间的工作台108、308、708、1008、1108、1208、1708、1808、2708的移动。

在机械臂使工作台在手术位置与MRI拍摄位置之间自动地移动的情况下,根据机械臂的定位的准确度,在进行MRI拍摄后,也能够可靠地返回到手术视野相同的地方。另外,作为使用机械臂的优点,也有如下方面:若在手术中对机械臂进行操作并变更患者的位置及姿势,则能够更宽地确保手术中的手术视野。

[向其他治疗等的应用]

由第一~第五结构例示出的机器人床(根据情况的不同,附加有上述共同的特征的机器人床)不仅能够应用于手术期间MRI,也能够应用于其他治疗等。

例如,在各结构例中,在工作台的移动的说明中参照的图4-图6、图24-图26的装置414、图13-图15的装置1314、图19-图21的装置1914、图28-图30的装置2814为伦琴射线拍摄装置,并用于如下情形:在将患者载置于工作台108、308、708、1008、1108、1208、1708、1808、2708后,使工作台移动到拍摄位置并对患者的牙进行伦琴射线拍摄,接着,使工作台移动到治疗位置并进行牙的治疗。

或者,在各结构例中,在工作台的移动的说明中参照的图4-图6、图24-图26的装置414、图13-图15的装置1314、图19-图21的装置1914、图28-图30的装置2814为血管造影装置,并用于如下情形:在将患者载置于工作台108、308、708、1008、1108、1208、1708、1808、2708后,使工作台向拍摄位置移动,利用血管造影装置15对眼睛的部位进行X线透视拍摄,之后,使工作台向治疗位置移动,进行导管治疗等。在该情况下,为将血管造影装置15固定并利用机械臂1701的驱动将工作台1708插入到C型臂内那样的结构,但也可以如图37及图38的外观图所示那样,为如下结构:在工作台1708移动到拍摄位置后,通过使血管造影装置15移动到工作台1708侧,从而将工作台1708插入到血管造影装置15的C型臂内。

除此之外,也可以用于如下情形:在各结构例中,在工作台的移动的说明中参照的图4-图6、图13-图15、图19-图21、图24-图26、图28-图30的治疗位置配置手术机器人,在治疗准备位置将套管等插入患者并完成腹腔镜手术的准备,之后,使工作台向治疗位置移动,利用手术机器人通过远程操作对手术机器人的操纵器进行操作,从而进行腹腔镜手术。图39示出将机器人床的第四结构例的工作台1708移动到配置有手术机器人的治疗位置的情形。

在这些场合中,也能够附加上述共同的特征,例如,也可以是,在用于使由第一~第五结构例示出的机器人床向基于血管造影装置15的拍摄位置的移动的情况下,具备上述高度传感器174、374、774、1074、1174、1274、1774、1874、2774,在由该高度传感器检测到的工作台108、308、708、1008、1108、1208、1708、1808、2708的高度不在C型臂的开口范围内的情况下,停止血管造影装置的移动或基于机械臂的工作台的移动。

如上所述,示出了将第一~第五结构例的机器人床应用于医疗现场中的各种场景的例子,但在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种变形。例如,以将机械臂的基部121、321、721、1021、1121、1221、1721、1821、2721全部固定为前提进行了说明,但也可以为如下结构:根据医疗室的设计,将基部设置于进行旋转的地面,使基部根据地面的旋转而进行移动。另外,也可以为如下结构:在医疗室设置能够供基部移动的轨道,使基部能够按照该轨道进行移动。这样,即使设为基部本身进行动作的结构,通过与机械臂的控制组合来使工作台移动,从而也能够向上述各个位置移动。

此外,在上述说明中使用的床和工作台这样的用语为相同含义,出于使引用的部位明确的目的,有时使用不同的用语。

附图标记说明

101,301,701,1001,1101,1201,1701,1801,2701,3101,3201:机械臂;

414,1314,1914,2814,3314:MRI装置;

121,321,721,1021,1121,1221,1721,1821,2721:基部;

122~125,322~323,722~724,1022~1024,1122~1124,1222~1223,1722~1725,1822~1823,2722~2724:可动元件;

131~136,331~333,731~736,1031~1035,1131~1135,1231~1233,1731~1736,1831~1833,2731~2735:接头;

141~146,341~343,741~746,1041~1045,1141~1145,1241~1243,1741~1746,1841~1843,2741~2745:致动器;

151~156,351~353,751~756,1051~1055,1151~1155,1251~1253,1751~1756,1851~1853,2751~2755:位置检测器;

161~166,361~363,761~766,1061~1065,1161~1165,1261~1263,1761~1766,1861~1863,2761~2765:电磁制动器;

171,371,771,1071,1171,1271,1771,1871,2771:固定件;

172,372,772,1072,1172,1272,1772,1872,2772:温度传感器;

173,373,773,1073,1173,1273,1773,1873,2773:距离传感器;

174,374,774,1074,1174,1274,1774,1874,2774:高度传感器;

175,375,775,1075,1175,1275,1775,1875,2775:重量传感器;

107,307,707,1007,1107,1207,1707,1807,2707:控制装置;

108,308,708,1008,1108,1208,1708,1808,2308,2408,2708,3108,3208:工作台。

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