JP7802385B2 - 微細作業用装置 - Google Patents

Description

本発明は、微細作業用装置に関する。

整形外科や形成外科に係る手術や欠損部再建手術等における、直径０．５ないし２ｍｍ程度の細い血管や神経、リンパ管の吻合など、微細な手術対象に対して顕微鏡下で手術を行う、いわゆるマイクロサージャリーは、手術対象が小さいため、極めて精密で正確な作業が要求され、手術は熟練を要するものとなっている。また、手術はその困難性から長時間に及ぶものとなりやすく、そうした長時間にわたる手術の場合、術者の負担も大きくなる。こういった点から、マイクロサージャリーは、その必要性に比較して手術可能な術者が限られ、頻繁に手術を実施することはできなかった。

ここで、近年技術的に大幅に進歩したマニピュレータ（ロボット）の活用を検討すると、マスタスレーブマニピュレータは人の動きをそのまま再現するだけに留まらず、人の動きを縮小した動作が可能であり、精密に動作するマニピュレータで手術に係る動作を肩代わりすれば、手ぶれ等の影響を排除して精度を確保した上で、術者の負担を減らし、手術の能率向上が期待できる。

そこで、本発明者等は、遠隔操作で作業に係る動作を適切に行わせて効率よく作業支援が行え、作業者の負担を軽減可能な微細作業支援システム、及びこれに用いる微細作業用マニピュレータを提案した（特許文献１参照）。

特開平２０１７－８７３２２号公報

特許文献１に開示された微細作業用マニピュレータは、先端部に設けられた鉗子をパラレルリンク機構により動作させていた。ここで、パラレルリンク機構には一定の動作可能範囲があり、その動作可能範囲を超えると先端部の鉗子を思い通りに動かせなくなり、最終的には止まってしまう。そうなる前に、パラレルリンク機構を支持するロボット部を回転させてパラレルリンク機構が初期位置に近づくよう動かすと、先端部の鉗子の動作範囲が確保され、止まることなく微細作業を継続的に行うことができる。

特許文献１に開示された技術において、パラレルリンク部は６自由度あるが、ロボット部は小型化を目的とするため４自由度の構成となる。４自由度の内容は極座標系で回転方向３自由度＋動径方向併進１自由度となり、６自由度とするために必要な、動径に垂直な２方向の併進は動かない。

このことより、ロボット部を動かしてパラレルリンク機構を初期位置となるようにしても、前記の２方向併進を動かすことができないので、鉗子の先端位置が移動してしまう。

しかし、本微細作業装置は微細な作業をするため前記の２方向併進の変位は最大でも±１５ｍｍ程度であり、さほど大きくはない。

ロボット部を動かすことにより先端部の鉗子部が動いてしまうと、微細作業に影響が生じるが、このさほど大きくない２方向併進の移動をパラレルリンク機構の動作で補正することにより先端部の鉗子はこの補正により動かない。またパラレルリンク機構がほぼ初期位置と変わらない状態となり、先端部の鉗子の動作範囲が確保されることになる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたもので、微細作業を行う位置の変動を起こさずに微細作業の動作範囲を確保することが可能な微細作業用装置を提供することにある。

上記課題を解決すべく、本発明の一つの観点に従う微細作業用装置は、人に代わって作業対象に対し微細作業に係る所定動作を実行する微細作業用装置であって、微細作業を行い所定の動作範囲を有する微細作業用マニピュレータと、微細作業用マニピュレータを支持し動作範囲より広い動作範囲を有するロボット部と、微細作業用マニピュレータ及びロボット部の駆動を制御する制御装置とを有し、制御装置は、微細作業の動作位置である微細作業用マニピュレータの先端位置の移動入力を受け入れ、動作位置を目標位置として、微細作業用マニピュレータ及びロボット部の駆動量を算出して駆動量に基づいて微細作業用マニピュレータ及びロボット部の動作を制御することを特徴とする。

本発明によれば、微細作業を行う位置の変動を起こさずに微細作業の動作範囲を確保することが可能な微細作業用装置を実現することができる。

実施形態に係る微細作業用装置の概略構成を示す斜視図である。 実施形態に係る微細作業用装置の概略構成を示す斜視図である。 実施形態に係る微細作業用装置の概略構成を示す側面図である。 実施形態に係る微細作業用装置の微細作業用マニピュレータ及びロボット部の概略構成を示す斜視図である。 実施形態に係る微細作業用装置の微細作業用マニピュレータを示す斜視図である。 実施形態に係る微細作業用装置の微細作業用マニピュレータの要部を示す斜視図である。 実施形態に係る微細作業用装置の微細作業用マニピュレータの要部を示す斜視図である。 実施形態に係る微細作業用装置の概略構成を示すブロック図である。 実施形態に係る微細作業用装置の動作の一例を示す斜視図である。 実施形態に係る微細作業用装置の動作の他の例を示す斜視図である。 実施形態に係る微細作業用装置の動作のまた他の例を示す斜視図である。 実施形態に係る微細作業用装置の動作の一例を示す側面図である。 実施形態に係る微細作業用装置の微細作業用マニピュレータの動作の一例を示す斜視図である。 実施形態に係る微細作業用装置の微細作業用マニピュレータの動作の他の例を示す斜視図である。 実施形態に係る微細作業用装置の動作の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

なお、実施形態を説明する図において、同一の機能を有する箇所には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

本実施形態では、微細作業としてのマイクロサージャリーに対応した手術支援用の微細作業用マニピュレータが適用された微細作業用装置について説明する。

本実施形態に係る微細作業用装置１は、図１～図４及び図８に示すように、微細作業用マニピュレータ１０と、この微細作業用マニピュレータ１０が先端部に取り付けられたロボット部２０と、このロボット部２０を下方から支持する基台３０と、同様に基台３０に取り付けられ、手術対象を撮像する撮像部４０と、撮像部４０で取得された手術対象の画像を拡大して使用者に視認可能に表示する表示部５０と、使用者からの入力指示を受けるマスタ部６０と、使用者により動かされるマスタ部６０に対応させて微細作業用マニピュレータ１０及びロボット部２０を動かす制御を行う制御部７０とを備える

マスタ部６０は、使用者の操作を受ける図略の操作入力部と、この操作入力部を移動可能に支持しつつ、操作入力部の位置及び向きの情報を取得可能とする支持機構部６１とを備える。

ロボット部２０は、回転３自由度及び半径方向への併進１自由度を有する。ロボット部２０は、モータ２１及びモータ２１の回転角を検出するエンコーダ部２２を有する（図１～図４では図略、図８参照）。図示例では基台３０に一対のロボット部２０及び微細作業用マニピュレータ１０が設けられているが、ロボット部２０及び微細作業用マニピュレータ１０の個数に特段の制限はない。

撮像部４０は、後述する微細作業用マニピュレータ１０のエンドエフェクタの先端作動部及び手術対象を撮像するものであり、例えばロボット部２０の上方等で微細作業用マニピュレータ１０の少なくとも先端部及び手術対象を俯瞰可能な位置に配置されている。この撮像部４０は、従来のマイクロサージャリー用顕微鏡で見るのと同様の倍率まで拡大しても再現性を確保できる、高解像度の撮像画像を取得可能な公知のビデオカメラであり、従ってここでは詳細な説明を省略する。

表示部５０は、撮像部４０で取得された手術対象の画像を必要に応じ拡大して使用者に視認可能に表示するものである。この表示部は撮像により得られた画像を高解像度で表示可能な液晶ディスプレイなどの公知の表示装置であり、従ってここでは詳細な説明を省略する。

基台３０は図略の移動機構を有し、この基台３０に設けられた微細作業用マニピュレータ１０、ロボット部２０及び撮像部４０を含めて図略の手術室の床上を、制御部７０からの移動支持に基づいて所定の位置に移動可能に構成されている。これにより、本実施例の微細作業用装置１は、図１に示す手術対象である患者２が横臥する手術台３に対して接近、離隔可能にされ、さらに、患者２の手術箇所に微細作業用マニピュレータ１０の少なくとも先端部を配置することができる。

次に、図５～図７を参照して、微細作業用マニピュレータ１０について説明する。

微細作業用マニピュレータ１０は、ロボット部２０に支持される図略のベースと、手術対象又は手術用器具を取り扱うエンドエフェクタ１２と、並列に配置される六つのリンク１３と、ベースに支持されて各リンク１３を動かす六つのリニアアクチュエータ１４とを有する。

これらベース、エンドエフェクタ１２、リンク１３、及びリニアアクチュエータ１４が、リンク１３毎にリニアアクチュエータ１４でリンク１３の一端部を直線移動させて、リンク１３の他端部に連結したエンドエフェクタ１２を動かす、６自由度のパラレルリンク機構を構成している。

パラレルリンク機構は、手術対象又は手術用器具を取り扱うエンドエフェクタ１２の位置及び向きをベースに対し所定範囲内で可変とするものであるが、６自由度を有することで、先端のエンドエフェクタ１２に手で支持する場合と同等の動きを与えられる

リニアアクチュエータ１４は、コイル１５ｂを可動子１５の一部とすると共に、永久磁石１６ａを固定子１６の一部とする、コイル可動型のリニアモータである。固定子１６には、可動子１５の移動量を検出するセンサ部１６ｃ（図５～図７において図略、図８参照）が設けられている。

可動子１５は、ベースに対し直線移動可能に配設される直動スライダ１５ａと、この直動スライダ１５ａに対してその移動方向が平行する向きで一体に取り付けられた細い円筒状配置のコイル１５ｂと、コイル１５ｂの先端に取り付けられ、このコイル１５ｂと直動スライダ１５ａとを連結する連結部材１５ｃとを有する。可動子１５における直動スライダ１５ａの先端に、リンク１３の一端部が連結部材１５ｃを介して連結固定され、このリンク１３の一端部が直動スライダ１５ａをはじめとする可動子１５と共に直線移動することとなる。

固定子１６は、可動子１５のコイル１５ｂより太く且つ短い円筒状に形成され、図略の固定手段によりベースに固定された永久磁石１６ａを有する。

固定子１６では、ベースに固定された円筒状の永久磁石１６ａが、可動子１５のコイル１５ｂと筒軸方向を一致させ、且つコイル１５ｂが永久磁石１６ｂの筒内空間部分を移動可能に貫通する配置状態とされる。

このようにリニアアクチュエータ１４をリニアモータとしていることで、ボールねじなどの他の直動機構と比べて、機械的な可動部分を削減できる上、摺動や転動を伴う接触部分を減らすことができ、バックラッシも生じさせず、機構としての信頼性を高めると共に、摩擦抵抗を減らして駆動に要する電力消費を抑えられることとなる。

可動子１５及び固定子１６からなるリニアモータであるリニアアクチュエータ１４は、それぞれ可動子１５の移動方向を互いに平行としつつ、この可動子１５の移動方向と平行となり、且つリニアアクチュエータ１４の長手方向に延びる所定の仮想中心線の周りに、固定子１６の永久磁石１６ａ及び可動子１５のコイル１５ｂが最も仮想中心線に近い側となり、且つ仮想中心線の周りで各永久磁石１６ａ同士及び各コイル１５ｂ同士が等間隔となる配置で、並べて配設された状態となっている。

なお、固定子１６をなす永久磁石１６ａは、その筒内空間部分を貫通して一組のリニアモータをなすコイル１５ｂ以外の他コイル１５ｂにも近付いた配置となっているが、固定される永久磁石１６ａは、コイル１５ｂとは異なり磁場の変動がないことから、他の各コイル１５ｂの移動に対し磁気的影響を与えるものとはならない。

リニアアクチュエータ１４をなす各リニアモータの可動子１５及び固定子１６を仮想中心線周りに並べた配置しているので、微細作業用マニピュレータ１０のリニアアクチュエータ部分をコンパクトな構造にまとめることができる。さらに、機械構造上、固定磁場を変動させる可動子１５のコイル１５ｂの端部が固定子１６の永久磁石１６ａにさほど近付かないので、可動子１５の移動に対してコギングの原因となる磁場の変動を抑制でき、リニアアクチュエータ１４のスムースな動作を実現することができる。

リンク１３は、剛性が高く変形しない略棒状の二つの部材を長手方向に連結して組み合わせた棒状体の両端に、リニアアクチュエータ１４や回動支持部１７と連結するための複数自由度の継手１３ａ、１３ｂをそれぞれ配設した構成である。このリンク１３では、棒状体をなす略棒状部材同士は互いに回転可能に連結しており、リンク１３の一端寄り部分と他端寄り部分との間には、互いに長手方向と平行な軸回りの回転の自由度を付与した構造である。

リンク１３の一端部の継手１３ａは、互いに直交する二つの軸回りの各回転の自由度を有する構造を有して、リニアアクチュエータ１４の直動スライダ１５ａ端部に連結されている。また、リンク１３の他端部の継手１３ｂは、前記同様の互いに直交する二つの軸回りの各回転の自由度を有する構造を有して、回動支持部１７と連結されている。

リンク１３の一端寄り部分と他端寄り部分との間に回転の自由度を付与していることと、リンク１３両端部における二つの回転の自由度を有する各継手１３ａ、１３ｂによる連結とにより、各リンク１３は、連結されるリニアアクチュエータ１４や回動支持部１７に対し、球継手を用いて連結した場合と同様に自由に向きを変化させることができる。そして、こうしたリンク１３をリニアアクチュエータ１４と回動支持部１７との間に配置するリンク機構を、六つのリンク１３を並列させたパラレルリンク機構としていることで、ベースに対し、回動支持部１７、及び回動支持部１７の先端部に設けられたエンドエフェクタ１２の位置及び向きの変化に係る様々な動きを、人の手でエンドエフェクタ１２を支持した場合と同様の、互いに直交する三つの軸方向への移動の３自由度と、前記三つの軸回りの各回転の３自由度とを合わせた６自由度で許容できる仕組みである。

次に、図９～図１４を参照して、本実施形態の微細作業用装置１の動作、特にロボット部２０と微細作業用マニピュレータ１０の動作について説明する。

上述したように、微細作業用マニピュレータ１０のパラレルリンク機構は６自由度を有する。従って、基台３０を所定位置に移動させ、ロボット部２０により微細作業用マニピュレータ１０の３次元的位置及び回転位置を所定位置に固定した後、エンドエフェクタ１２による微細作業を行う際は、主に６自由度を有するパラレルリンク機構の動作によってのみ行うことができる。しかしながら、パラレルリンク機構の動作可能範囲には一定の制限があり、この動作可能範囲を超えてエンドエフェクタ１２の先端を移動させる際には、ロボット部２０により微細作業用マニピュレータ１０そのものの位置を変更しつつ、パラレルリンク機構を初期位置、つまり微細作業用マニピュレータ１０の中心軸に対称な位置に戻す必要がある。

図９は、パラレルリンク機構が動作可能範囲近傍にある微細作業用マニピュレータ１０を示す図である。図において、エンドエフェクタ１２は図中左下方向においてパラレルリンク機構の動作可能範囲近傍にあり、エンドエフェクタ１２をさらに図中左下方向に移動させるには、パラレルリンク機構を初期位置に戻しつつロボット部２０を動作させて、パラレルリンク機構を初期位置に戻したことによりエンドエフェクタ１２の先端位置の移動を補償する必要がある。

図１０に示す例では、図９に示す微細作業用マニピュレータ１０の位置（図中Ａで示す）からロボット部２０を動作させることで微細作業用マニピュレータ１０を図中左回り方向（反時計方向）に回転移動させつつ（回転移動した位置を図中Ｂで示す）、パラレルリンク機構を初期位置に戻している。これにより、図１１に示すように、パラレルリンク機構の動作範囲を再度確保している。

しかしながら、本実施形態の微細作業用装置１においてロボット部２０は回転３自由度及び半径方向への併進１自由度を有するのみであるので、図１２及び図１３に示すように、パラレルリンク機構を初期位置に戻しつつロボット部２０により微細作業用マニピュレータ１０を回転移動するのみでは、エンドエフェクタ１２の位置が平行移動してしまうことがある（図中平行移動をＣで示す）。

そこで、本実施形態の微細作業用装置１では、エンドエフェクタ１２の位置が平行移動しないように、微細作業用マニピュレータ１０とロボット部２０とを連動させている。図１４に示す例では、エンドエフェクタ１２の先端位置を移動させないように、つまり、エンドエフェクタ１２の先端位置を制御目標位置として、パラレルリンク機構を初期位置近くに戻しつつ、ロボット部２０により微細作業用マニピュレータ１０を回転移動させている。

これにより、微細作業を行うエンドエフェクタ１２の位置の変動を極力抑制しつつ、微細作業用マニピュレータ１０による微細作業の動作範囲を確保することが可能な微細作業用装置１を実現することができる。

図１５は、本実施形態の微細作業用装置１の動作の一例を示すフローチャートである。

まず、使用者はマスタ部６０を操作することで、微細作業用装置１による操作入力指示を行い、制御部７０はこの操作入力指示を受け入れる（ステップＳ１０）。

次いで、制御部７０は、操作入力指示に基づいてエンドエフェクタ１２の先端の目標となる座標位置及び回転角を算出する（ステップＳ１１）。そして、制御部７０は、ステップＳ１１で算出したエンドエフェクタ１２の先端の座標位置に基づき、ロボット部２０及び微細作業用マニピュレータ１０の動作の分配を決定する（ステップＳ１２）。

ステップＳ１２の作業において、制御部７０は、エンドエフェクタ１２の先端の目標となる座標位置及び回転角にエンドエフェクタ１２を位置させるために、ロボット部２０及び微細作業用マニピュレータ１０の動作を分配する。分配の手法は任意であり、例えば、微細作業用マニピュレータ１０の動作（すなわちパラレルリンク機構の動作）のみで実現してもよいし、微細作業用マニピュレータ１０及びロボット部２０の協働作業により実現してもよいし、ロボット部２０の動作のみで行ってもよい。

ステップＳ１２の動作の詳細について一例を挙げて説明する。制御部７０は、エンドエフェクタ１２の先端の目標となる座標位置及び回転角にエンドエフェクタ１２を位置させるために、まず、微細作業用マニピュレータ１０のパラレルリンク機構のみを移動させる条件で、ロボット部２０及び微細作業用マニピュレータ１０の動作を分配する。そして、分配した微細作業用マニピュレータ１０の座標位置及び回転角が、微細作業用マニピュレータ１０のパラレルリンク機構の動作リミットに対してある閾値まで近付いたか否かを判定する。閾値の一例としては、パラレルリンク機構を構成する継手１３ａ、１３ｂが互いに干渉する角度の５度手前である、隣り合うパラレルリンク機構のリンク１３の間隔が３ｍｍ以内である、などが挙げられる。

そして、閾値に近付いたと判断したら、制御部７０は、微細作業用マニピュレータ１０のパラレルリンク機構を初期位置に戻すべく微細作業用マニピュレータ１０のパラレルリンク機構の座標位置及び回転角を決定する一方、ロボット部２０を動作させてエンドエフェクタ１２の先端の目標となる座標位置及び回転角にエンドエフェクタ１２を位置させるべく、ロボット部２０の座標位置及び回転角を決定する。

この際、ロボット部２０の動作スピードを、このロボット部２０を構成するモータの出力１００％に設定するとエンドエフェクタ１２の先端部が振動してしまう可能性がある。一方、ロボット部２０の動作スピードを遅くしすぎると、マスタ部６０による操作は継続して行われているので、微細作業用マニピュレータ１０のパラレルリンク機構が早々に動作リミットに達してしまう可能性がある。そこで、ロボット部２０の動作スピードを、一例として１０％～６０％の範囲で可変に設定し、微細作業用マニピュレータ１０による動作内容に応じて操作者が設定できるようにすることが好ましい。

その後、制御部７０は、ロボット部２０の座標位置及び回転角を算出し（ステップＳ１３）、ロボット部２０のモータ２１の駆動量を算出し（ステップＳ１４）、算出した駆動量に基づいてロボット部２０のモータ２１を駆動し（ステップＳ１５）、エンコーダ部２２からの出力値に基づいてロボット部２０の駆動量を記憶する（ステップＳ１６）。この後、ステップＳ１２におけるロボット部２０及び微細作業用マニピュレータ１０の動作の分配において、制御部７０はステップＳ１６において記憶したロボット部２０の駆動量に基づくフィードバック制御を行う。

一方、制御部７０は、微細作業用マニピュレータ１０の座標位置及び回転角を算出し（ステップＳ１７）、微細作業用マニピュレータ１０のリニアアクチュエータ１４の駆動量を算出し（ステップＳ１８）、算出した駆動量に基づいて微細作業用マニピュレータ１０のリニアアクチュエータ１４を駆動する（ステップＳ１９）。

なお、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために構成を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成に追加、削除、置換することが可能である。

一例として、上述の実施形態では、微細作業用マニピュレータ１０はロボット部２０及び基台３０に取り付けられていたが、微細作業用マニピュレータ１０の手術対象に対する位置等の粗調整は、微細作業用マニピュレータ１０を支持用のスタンドやアーム等にいったん取り付けて支持した状態で、エンドエフェクタ１２が手術対象に向くと共に手術対象と適切な間隔をなすように、人の手でスタンドやアーム等を動かして調整を行う構成としてもよい。

また、上述の実施形態では、微細作業用マニピュレータ１０及びロボット部２０の動作の分配を次々で行っていたが、例えば、マスタ部６０に、微細作業用マニピュレータ１０を初期位置に戻すフットスイッチを設けておき、フットスイッチの操作により微細作業用マニピュレータ１０を初期位置に戻すとともに、エンドエフェクタ１２の先端位置をマスタ部６０による指示位置にすべくロボット部２０の座標位置及び回転角を設定してもよい。

上述の実施例において、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。全ての構成が相互に接続されていてもよい。
(付記１)
人に代わって作業対象に対し微細作業に係る所定動作を実行する微細作業用装置において、
前記微細作業用装置は、前記微細作業を行い所定の動作範囲を有する微細作業用マニピュレータと、前記微細作業用マニピュレータを支持し前記動作範囲より広い動作範囲を有するロボット部と、前記微細作業用マニピュレータ及び前記ロボット部の駆動を制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、前記微細作業の動作位置である前記微細作業用マニピュレータの先端位置の移動入力を受け入れ、前記動作位置を目標位置として、前記微細作業用マニピュレータ及び前記ロボット部の駆動量を算出して前記駆動量に基づいて前記微細作業用マニピュレータ及び前記ロボット部の動作を制御する
ことを特徴とする微細作業用装置。
(付記２)
前記制御装置は、前記微細作業用マニピュレータの前記動作範囲を超えないように、前記微細作業用マニピュレータ及び前記ロボット部の前記駆動量を算出して前記駆動量に基づいて前記微細作業用マニピュレータ及び前記ロボット部の動作を制御する
ことを特徴とする(付記１)に記載の微細作業用装置。
(付記３)
前記制御装置は、前記微細作業用マニピュレータのみでその先端位置にまで前記微細作業用マニピュレータを動作させた際にこの微細作業用マニピュレータが前記動作範囲に達すると判断したら、前記動作位置を前記目標位置として、前記微細作業用マニピュレータ及び前記ロボット部の前記駆動量を算出して前記駆動量に基づいて前記微細作業用マニピュレータ及び前記ロボット部の動作を制御する
ことを特徴とする(付記１)に記載の微細作業用装置。
(付記４)
前記制御装置は、前記微細作業用マニピュレータのみでその先端位置にまで前記微細作業用マニピュレータを動作させた際にこの微細作業用マニピュレータが前記動作範囲に達すると判断したら、前記微細作業用マニピュレータを前記動作範囲内に動作させるとともに前記ロボット部により前記微細作業用マニピュレータを前記動作位置にまで移動させるように、前記微細作業用マニピュレータ及び前記ロボット部の前記駆動量を算出して前記駆動量に基づいて前記微細作業用マニピュレータ及び前記ロボット部の動作を制御する
ことを特徴とする(付記３)に記載の微細作業用装置。
(付記５)
前記制御装置は、前記微細作業用マニピュレータの前記動作範囲に対する閾値を持ち、前記微細作業用マニピュレータが前記閾値に達すると判断したら前記動作範囲に達すると判断する
ことを特徴とする(付記３または４)に記載の微細作業用装置。
(付記６)
前記微細作業用マニピュレータは、
前記作業対象の存在する空間における所定箇所に支持されるベースと、前記作業対象又は作業用器具を取り扱うエンドエフェクタと、前記ベースと前記エンドエフェクタとの間に並列に配置される複数のリンクとを有し、前記エンドエフェクタの位置及び向きを前記ベースに対し所定範囲内で可変とする、３以上の複数自由度のパラレルリンク機構を備え、
前記パラレルリンク機構は、前記ベースに支持された複数のリニアアクチュエータで前記リンク毎にその一端部を直線移動させて、前記各リンク他端部に連結した前記エンドエフェクタを動かす
ことを特徴とする(付記１～５)のいずれかに記載の微細作業用装置。
(付記７)
前記パラレルリンク機構は、前記微細作業用マニピュレータの中心軸に対称な位置である初期位置を有し、
前記制御装置は、前記微細作業用マニピュレータが前記動作範囲に達すると判断したら、前記パラレルリンク機構を前記初期位置に移動させるように前記微細作業用マニピュレータの前記駆動量を算出するとともに、その時点での前記微細作業用マニピュレータの先端位置が移動しないように前記ロボット部の前記駆動量を算出する
ことを特徴とする(付記６)に記載の微細作業用装置。
(付記８)
前記ロボット部は、その先端に前記微細作業用マニピュレータが取り付けられ、この微細作業用マニピュレータを回転３自由度及び半径方向への併進１自由度で支持することを特徴とする(付記１～７)のいずれかに記載の微細作業用装置。
(付記９)
前記パラレルリンク機構が、前記リニアアクチュエータ及び前記リンクを６つ以上並列配置した、６自由度以上の機構とされることを特徴とする(付記６)に記載の微細作業用装置。
(付記１０)
前記リニアアクチュエータが、コイルを可動子の一部とすると共に、永久磁石を固定子の一部とする、コイル可動型のリニアモータとされ、
前記可動子が、前記ベースに対して直線移動可能に取り付けられた直動スライダと、当該直動スライダに一体に取り付けられた円筒状の前記コイルとを有し、当該コイルが、その軸方向を前記直動スライダの移動方向に平行する向きで配置され、
前記固定子が、前記コイルより短い円筒状の前記永久磁石を有し、当該永久磁石が、前記コイルと筒軸方向を一致させ、且つ前記コイルが前記永久磁石の筒内空間部分を移動可能に貫通する配置状態とされていることを特徴とする(付記６、７または９)に記載の微細作業用装置。
(付記１１)
前記リニアモータが、それぞれ前記可動子の移動方向を互いに平行としつつ、当該可動子の移動方向と平行となる所定の仮想中心線の周りに、前記永久磁石が最も前記仮想中心線に近い側となる配置で並べられていることを特徴とする(付記１０)に記載の微細作業用装置。

１…微細作業用装置 １０…微細作業用マニピュレータ １２…エンドエフェクタ １３…リンク １４…リニアアクチュエータ １５…可動子 １５ａ…直動スライダ １５ｂ…コイル １６…固定子 １６ａ…永久磁石 ２０…ロボット部 ７０…制御部

Claims (9)

1. 人に代わって作業対象に対し微細作業に係る動作を実行する微細作業用装置において、
   前記微細作業用装置は、前記微細作業を行う第１の動作範囲を有する微細作業用マニピュレータと、前記微細作業用マニピュレータを支持し前記第１の動作範囲より広い第２の動作範囲を有するロボット部と、前記微細作業用マニピュレータ及び前記ロボット部の駆動を制御する制御装置とを有し、
   前記制御装置は、前記微細作業の動作位置である前記微細作業用マニピュレータの先端位置の移動入力を受け入れ、前記移動入力が示す位置を前記微細作業用マニピュレータの先端位置のための目標位置として、前記微細作業用マニピュレータ及び前記ロボット部の駆動量を算出して前記駆動量に基づいて前記微細作業用マニピュレータ及び前記ロボット部の動作を制御し、
   前記微細作業用マニピュレータは、
   前記作業対象の存在する空間において支持されるベースと、前記作業対象又は作業用器具を取り扱うエンドエフェクタと、前記ベースと前記エンドエフェクタとの間に並列に配置される複数のリンクとを有し、前記エンドエフェクタの位置及び向きを前記ベースに対し前記第１の動作範囲内で可変とする、３以上の複数自由度のパラレルリンク機構を備え、
   前記パラレルリンク機構は、前記微細作業用マニピュレータの中心軸に対称な位置である初期位置を有し、
   前記制御装置は、前記微細作業用マニピュレータの先端位置を前記目標位置に位置させるために前記パラレルリンク機構のみを駆動させる条件では、当該パラレルリンク機構が前記第１の動作範囲に対応する動作リミットに対して近づいて所定の条件を満たすと判断したら、前記パラレルリンク機構を前記動作リミットに対して近づいて所定の条件を満たすとされる位置よりも前記初期位置に近づけるように、前記微細作業用マニピュレータの前記駆動量を算出するとともに、前記ロボット部の前記駆動量を算出する
   ことを特徴とする微細作業用装置。
2. 人に代わって作業対象に対し微細作業に係る動作を実行する微細作業用装置において、
   前記微細作業用装置は、前記微細作業を行う第１の動作範囲を有する微細作業用マニピュレータと、前記微細作業用マニピュレータを支持し前記第１の動作範囲より広い第２の動作範囲を有するロボット部と、前記微細作業用マニピュレータ及び前記ロボット部の駆動を制御する制御装置とを有し、
   前記制御装置は、前記微細作業の動作位置である前記微細作業用マニピュレータの先端位置の移動入力を受け入れ、前記移動入力が示す位置を前記微細作業用マニピュレータの先端位置のための目標位置として、前記微細作業用マニピュレータ及び前記ロボット部の駆動量を算出して前記駆動量に基づいて前記微細作業用マニピュレータ及び前記ロボット部の動作を制御し、
   前記微細作業用マニピュレータは、
   前記作業対象の存在する空間において支持されるベースと、前記作業対象又は作業用器具を取り扱うエンドエフェクタと、前記ベースと前記エンドエフェクタとの間に並列に配置される複数のリンクとを有し、前記エンドエフェクタの位置及び向きを前記ベースに対し前記第１の動作範囲内で可変とする、３以上の複数自由度のパラレルリンク機構を備え、
   前記制御装置は、前記微細作業用マニピュレータの先端位置を前記目標位置に位置させるために前記パラレルリンク機構のみを駆動させる条件では、当該パラレルリンク機構が前記第１の動作範囲に対応する動作リミットに対して近づいて所定の条件を満たすと判断したら、前記パラレルリンク機構が前記動作リミットに達しないようにしつつ、かつ、前記微細作業用マニピュレータの先端位置を前記目標位置に位置させるように、前記微細作業用マニピュレータの前記駆動量を算出するとともに、前記ロボット部の前記駆動量を算出する
   ことを特徴とする微細作業用装置。
3. 人に代わって作業対象に対し微細作業に係る動作を実行する微細作業用装置において、
   前記微細作業用装置は、前記微細作業を行う第１の動作範囲を有する微細作業用マニピュレータと、前記微細作業用マニピュレータを支持し前記第１の動作範囲より広い第２の動作範囲を有するロボット部と、前記微細作業用マニピュレータ及び前記ロボット部の駆動を制御する制御装置とを有し、
   前記制御装置は、前記微細作業の動作位置である前記微細作業用マニピュレータの先端位置の移動入力を受け入れ、前記移動入力が示す位置を前記微細作業用マニピュレータの先端位置のための目標位置として、前記微細作業用マニピュレータ及び前記ロボット部の駆動量を算出して前記駆動量に基づいて前記微細作業用マニピュレータ及び前記ロボット部の動作を制御し、
   前記微細作業用マニピュレータは、
   前記作業対象の存在する空間において支持されるベースと、前記作業対象又は作業用器具を取り扱うエンドエフェクタと、前記ベースと前記エンドエフェクタとの間に並列に配置される複数のリンクとを有し、前記エンドエフェクタの位置及び向きを前記ベースに対し前記第１の動作範囲内で可変とする、３以上の複数自由度のパラレルリンク機構を備え、
   前記パラレルリンク機構は、前記微細作業用マニピュレータの中心軸に対称な位置である初期位置を有し、
   前記制御装置は、前記微細作業用マニピュレータの先端位置を前記目標位置に位置させるために前記パラレルリンク機構のみを駆動させる条件では、当該パラレルリンク機構が前記第１の動作範囲に対応する動作リミットに対して近づいて所定の条件を満たすと判断したら、前記パラレルリンク機構を前記動作リミットに対して近づいて所定の条件を満たすとされる位置よりも前記初期位置に近づけるようにしつつ、かつ、前記微細作業用マニピュレータの先端位置を前記目標位置に位置させるように、前記微細作業用マニピュレータの前記駆動量を算出するとともに、前記ロボット部の前記駆動量を算出する
   ことを特徴とする微細作業用装置。
4. 前記パラレルリンク機構は、前記ベースに支持された複数のリニアアクチュエータで、前記リンク毎に、当該リンクの一端部を直線移動させて、当該リンクの他端部に連結した前記エンドエフェクタを動かす
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の微細作業用装置。
5. 前記パラレルリンク機構が、前記リニアアクチュエータ及び前記リンクを６つ以上並列配置した、６自由度以上の機構とされる
   ことを特徴とする請求項４に記載の微細作業用装置。
6. 前記リニアアクチュエータが、コイルを可動子の一部とすると共に、永久磁石を固定子の一部とする、コイル可動型のリニアモータとされ、
   前記可動子が、前記ベースに対して直線移動可能に取り付けられた直動スライダと、当該直動スライダに一体に取り付けられた円筒状の前記コイルとを有し、当該コイルが、その軸方向を前記直動スライダの移動方向に平行する向きで配置され、
   前記固定子が、前記コイルより短い円筒状の前記永久磁石を有し、当該永久磁石が、前記コイルと筒軸方向を一致させ、且つ前記コイルが前記永久磁石の筒内空間部分を移動可能に貫通する配置状態とされていることを特徴とする請求項４または５に記載の微細作業用装置。
7. 前記リニアモータが、それぞれ前記可動子の移動方向を互いに平行としつつ、当該可動子の移動方向と平行となる仮想中心線の周りに、前記永久磁石が最も前記仮想中心線に近い側となる配置で並べられていることを特徴とする請求項６に記載の微細作業用装置。
8. 前記制御装置は、前記微細作業用マニピュレータの前記パラレルリンク機構の前記動作リミットに対する閾値を持ち、前記微細作業用マニピュレータの前記パラレルリンク機構が前記閾値に達すると判断したら前記動作リミットに対して近づいて前記所定の条件を満たすと判断する
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の微細作業用装置。
9. 前記ロボット部は、当該ロボット部の先端に前記微細作業用マニピュレータが取り付けられ、当該微細作業用マニピュレータを回転３自由度及び半径方向への併進１自由度で支持する
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の微細作業用装置。