特許 6099812 ３次元照射装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6099812

(24)【登録日】2017年3月3日

(45)【発行日】2017年3月22日

(54)【発明の名称】３次元照射装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 9/04 20060101AFI20170313BHJP

【ＦＩ】

   B25J9/04 A

【請求項の数】18

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2016-512859(P2016-512859)

(86)(22)【出願日】2014年11月13日

(65)【公表番号】特表2016-518998(P2016-518998A)

(43)【公表日】2016年6月30日

(86)【国際出願番号】KR2014010920

(87)【国際公開番号】WO2015156469

(87)【国際公開日】20151015

【審査請求日】2015年6月18日

(31)【優先権主張番号】10-2014-0041395

(32)【優先日】2014年4月7日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】515168374

【氏名又は名称】テグ キョンブク インスティトゥート オブ サイエンス アンド テクノロジー

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(72)【発明者】

【氏名】チャン、 ピョン フン

(72)【発明者】

【氏名】エルキン、 ゲツジン

【審査官】 臼井 卓巳

(56)【参考文献】

【文献】 韓国登録特許第１０−１３３９００９（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】 米国特許第０８３０３５７５（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】 韓国公開特許第１０−２０１３−０００４４４６（ＫＲ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０９４８８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０８５３５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２８３９２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５２４４９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２５Ｊ ７／００−１７／０２

Ａ６１Ｂ １９／００

Ｇ０１Ｂ １１／２４

Ｂ４１Ｊ ３／２０１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象体が位置する据置台と、
前記対象体に対して作業を行うロボットアームと、
前記ロボットアームの端部に備えられた放出部材と、
前記ロボットアームの作動又は前記放出部材の位置を制御する制御部と、
を含み、
前記据置台と前記ロボットアームは垂直又は水平方向に互いに相対移動し、前記放出部材は前記ロボットアームの回転軌跡に沿って移動し、前記回転軌跡はターゲット地点が中心に位置する同心球に形成し、
前記ロボットアームは、
第１中央部材と、
前記第１中央部材の長手方向軸を中心に回転する第１リンク部材と、
前記第１リンク部材の一端に取り付けられ、前記第１リンク部材に回転力を伝達する第１駆動部材と、
前記第１リンク部材の他端に接続し、第１軸を中心に回転する第２リンク部材と、
前記第１リンク部材と前記第２リンク部材との間に配置し、前記第２リンク部材に回転力を伝達する第２駆動部材と、
を含むことを特徴とする３次元照射装置。

【請求項2】

前記ロボットアームは複数備えられ、前記放出部材は前記ロボットアームの個数に対応する数に備えられ、複数の放出部材は同じターゲット地点に向かうことを特徴とする請求項１に記載の３次元照射装置。

【請求項3】

前記ロボットアームは複数のリンク部材と複数の駆動部材を含み、前記複数のリンク部材は同じ中心を有する同心球上に位置し、前記駆動部材の軸の延長線は前記中心で接することを特徴とする請求項１に記載の３次元照射装置。

【請求項4】

前記ロボットアームは前記据置台の上部又は下部に位置し、
前記放出部材から前記対象体に向かって放射線が放出されるサイバーナイフから構成されることを特徴とする請求項１に記載の３次元照射装置。

【請求項5】

前記放出部材から光が放出し、
前記対象体から反射した光を電気的映像信号に変換するイメージセンサと、
前記イメージセンサを用いて受信される複数の映像を結合して３次元映像を生成するデータ処理装置と、
をさらに含み、
前記対象体の３次元形状を取得できる３次元スキャナから構成されることを特徴とする請求項１に記載の３次元照射装置。

【請求項6】

前記対象体はインクを含む液体材料に備えられ、前記放出部材から紫外線が放出し、前記紫外線が前記対象体に照射して前記対象体が硬化する３次元プリンタから構成されることを特徴とする請求項１に記載の３次元照射装置。

【請求項7】

前記ロボットアームは、
前記第１中央部材上に前記第１リンク部材が接続した部分と異なる位置に接続し、前記第１中央部材の長手方向軸を中心に回転する第３リンク部材と、
前記第３リンク部材の一端に取り付けられ、前記第３リンク部材に回転力を伝達する第３駆動部材と、
前記第３リンク部材の他端に接続し、第２軸を中心に回転する第４リンク部材と、
前記第３リンク部材と前記第４リンク部材との間に配置し、前記第４リンク部材に回転力を伝達する第４駆動部材と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の３次元照射装置。

【請求項8】

前記ロボットアームは、
前記第１中央部材の長手方向軸と同軸上に位置し、前記第１中央部材と前記中心との間の距離だけ前記中心から離隔した第２中央部材と、
前記第２中央部材の長手方向軸を中心に回転する第５リンク部材と、
前記第５リンク部材の一端に取り付けられ、前記第５リンク部材に回転力を伝達する第５駆動部材と、
前記第５リンク部材の他端に接続し、第３軸を中心に回転する第６リンク部材と、
前記第５リンク部材と前記第６リンク部材との間に配置し、前記第６リンク部材に回転力を伝達する第６駆動部材と、
をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の３次元照射装置。

【請求項9】

前記ロボットアームは、
前記第２中央部材上に前記第５リンク部材が接続した部分と異なる位置に接続し、前記第２中央部材の長手方向軸を中心に回転する第７リンク部材と、
前記第７リンク部材の一端に取り付けられ、前記第７リンク部材に回転力を伝達する第７駆動部材と、
前記第７リンク部材の他端に接続し、第４軸を中心に回転する第８リンク部材と、
前記第７リンク部材と前記第８リンク部材との間に配置し、前記第８リンク部材に回転力を伝達する第８駆動部材と、
をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の３次元照射装置。

【請求項10】

前記第１中央部材の長手方向軸、前記第２中央部材の長手方向軸、前記第１軸、前記第２軸、前記第３軸及び前記第４軸は、前記中心で接することを特徴とする請求項９に記載の３次元照射装置。

【請求項11】

前記第１軸、前記第２軸、前記第３軸及び前記第４軸は、前記第２リンク部材、前記第４リンク部材、前記第６リンク部材、及び前記第８リンク部材の端部の接線方向に対して垂直に形成されることを特徴とする請求項９に記載の３次元照射装置。

【請求項12】

前記第１リンク部材と前記第２リンク部材は前記第３リンク部材よりも前記中心から遠く位置し、前記第５リンク部材と前記第６リンク部材は前記第７リンク部材よりも前記中心から遠く位置することを特徴とする請求項９に記載の３次元照射装置。

【請求項13】

前記第１リンク部材と前記第２リンク部材との間に前記第３リンク部材が位置するとき、前記第３リンク部材及び前記第４リンク部材の長さは前記第１リンク部材の長さよりも短いことを特徴とする請求項７に記載の３次元照射装置。

【請求項14】

前記第３リンク部材及び前記第４リンク部材は前記第２リンク部材よりも前記中心に近く位置し、前記第４リンク部材は前記第３リンク部材よりも前記中心に近く位置することを特徴とする請求項１３に記載の３次元照射装置。

【請求項15】

前記第５リンク部材と前記第６リンク部材との間に前記第７リンク部材が位置するとき、前記第７リンク部材及び前記第８リンク部材の長さは前記第５リンク部材の長さよりも短いことを特徴とする請求項９に記載の３次元照射装置。

【請求項16】

前記第７リンク部材及び前記第８リンク部材は前記第６リンク部材よりも前記中心に近く位置し、前記第８リンク部材は前記第７リンク部材よりも前記中心に近く位置することを特徴とする請求項１５に記載の３次元照射装置。

【請求項17】

前記放出部材は、前記第２リンク部材、前記第４リンク部材、前記第６リンク部材、及び前記第８リンク部材端部の接線方向に対して垂直に位置することを特徴とする請求項９に記載の３次元照射装置。

【請求項18】

前記据置台の位置を調整するための位置調整要素をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の３次元照射装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は３次元照射装置に関し、より詳しくは、ターゲット地点に向かって正確かつ迅速に狙うことができる３次元照射装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、電気的又は磁気的な作用を用いて人の動作と類似の運動を行う機械装置をロボットという。近年、ロボットは制御技術の発達に伴って様々な分野で活用されており、その例として、家庭における家庭用ヘルパーロボット、公共場所用サービスロボット、生産現場における返送ロボット、作業者支援ロボットなどがある。このようなロボットは、電気的又は機械的メカニズムにより腕や手の動作に類似の運動が可能なように作られたマニピュレーター（ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ）を用いて作業を行う。

【0003】

このようなロボットは様々に用いられ、例えば、３次元スキャナ又は３次元プリンタに用いてもよい。

【0004】

前記３次元スキャナは、立体物の３次元形状を測定して３次元形状データを取得する装置である。

【0005】

３次元スキャナの一例として、対象物の表面に沿って接触しながら一点ずつ空間座標を測定して全体の曲面形状を測定する接触式３次元スキャナが挙げられる。

【0006】

また、前記３次元プリンタは、材料の連続的なレイヤを２次元プリンタのように出力し、これを積層することで対象物を作る製造技術である。

【0007】

３次元プリンタは、デジタル化された図面情報に基づいて早く対象物を製造できることから、プロトタイプのサンプル製造などに主に用いられる。

【0008】

例えば、２０１１年１０月８日に出願された先行文献ＫＲ２０１１−０１０２７５９には、マルチプロジェクションを用いた高解像度の歯モデル製造用３次元プリンタが開示されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

一実施形態に係る目的は、据置台及びロボットアームが相対移動することで、ターゲット地点に向かって迅速かつ正確に照準できる３次元照射装置を提供する。

【0010】

一実施形態に係る目的は、制御が容易であり、ターゲット地点に対する方向性を向上させることができる３次元照射装置を提供する。

【0011】

一実施形態に係る目的は、コンパクトな設計を備え、駆動部材の個数を減少して総重量を減少させる３次元照射装置を提供する。

【0012】

一実施形態に係る目的は、サイバーナイフ、３次元スキャナ又は３次元プリンタから構成される３次元照射装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記のような目的を達成するための一実施形態に係る３次元照射装置は、対象体が位置する据置台と、前記対象体に対して作業を行うロボットアームと、前記ロボットアームの端部に備えられた放出部材と、前記ロボットアームの作動又は前記放出部材の位置を制御する制御部とを含み、前記据置台と前記ロボットアームは垂直又は水平方向に互いに相対移動し、前記放出部材は前記ロボットアームの回転軌跡に沿って移動し、前記回転軌跡はターゲット地点が中心に位置する同心球に形成されることができる。

【0014】

一実施形態によると、前記ロボットアームは複数備えられ、前記放出部材は前記ロボットアームの個数に対応する数に備えられ、複数の放出部材は同じターゲット地点に向かってもよい。

【0015】

一実施形態によると、前記ロボットアームは複数のリンク部材と複数の駆動部材を含み、前記複数のリンク部材は同じ中心を有する同心球上に位置し、前記駆動部材の軸の延長線は前記中心で接してもよい。

【0016】

一実施形態によると、前記ロボットアームは前記据置台の上部又は下部に位置し、前記放出部材から前記対象体に向かって放射線が放出されるサイバーナイフから構成されてもよい。

【0017】

一実施形態によると、前記放出部材から光が放出し、前記対象体から反射した光を電気的映像信号に変換するイメージセンサと、前記イメージセンサを用いて受信される複数の映像を結合して３次元映像を生成するデータ処理装置とをさらに含み、前記対象体の３次元形状を取得できる３次元スキャナから構成されてもよい。

【0018】

一実施形態によると、前記対象体はインクを含む液体材料に備えられ、前記放出部材から紫外線が放出し、前記紫外線が前記対象体に照射して前記対象体が硬化する３次元プリンタから構成されてもよい。

【発明の効果】

【0019】

一実施形態に係る３次元照射装置によると、据置台及びロボットアームが相対移動することで、ターゲット地点に向かって迅速かつ正確に照準することができる。

【0020】

一実施形態に係る３次元照射装置によると、制御が容易であり、ターゲット地点に対する方向性を向上させることができる。

【0021】

一実施形態に係る３次元照射装置によると、コンパクトな設計を備え、駆動部材の個数を減少して総重量を減少させ得る。

【0022】

一実施形態に係る３次元照射装置によると、サイバーナイフ、３次元スキャナ又は３次元プリンタで構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】一実施形態に係る３次元照射装置がサイバーナイフとして用いられる場合を示す。

【図2】一実施形態に係る３次元照射装置でロボットアームの配置を示す。

【図3】一実施形態に係る３次元照射装置が３次元スキャナとして用いられる場合を示す。

【図4】一実施形態に係る３次元照射装置で放出部材の方向を示す。

【図5】球面座標を示す。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明に係る実施形態を添付する図面を参照しながら詳細に説明する。しかし、本発明が実施形態によって制限されたり限定されることはない。各図面に提示された同じ参照符号は同じ部材を示す。

【0025】

一実施形態に係る３次元照射装置は、対象体が位置する据置台、前記対象体に対して作業を行うロボットアーム、前記ロボットアームの端部に備えられた放出部材、及び前記ロボットアームの作動又は前記放出部材の位置を制御する制御部を含む。

【0026】

前記据置台と前記ロボットアームは垂直又は水平方向に互いに相対移動し、前記放出部材は前記ロボットアームの回転軌跡に沿って移動し、前記回転軌跡はターゲット地点が中心に位置する球状に形成されてもよい。

【0027】

前記ロボットアームは複数備えられ、前記放出部材は前記ロボットアームの個数に対応する数に備えられ、複数の放出部材は同じターゲット地点に向かうことができる。

【0028】

また、前記ロボットアームは複数のリンク部材と複数の駆動部材を含み、前記複数のリンク部材は、同じ中心を有する同心球上に位置し、前記駆動部材の軸の延長線は、前記中心で接することができる。

【0029】

以上は、３次元照射装置の一般的な構成について説明し、一実施形態に係る３次元照射装置は様々に適用されてもよい。

【0030】

例えば、一実施形態に係る３次元照射装置は、サイバーナイフ、３次元スキャナ、または、３次元プリンタなどに適用されてもよい。

【0031】

以下は、一実施形態に係る３次元照射装置がサイバーナイフ、３次元スキャナ及び３次元プリンタに適用された場合について詳細に説明する。

【0032】

図１は、一実施形態に係る３次元照射装置がサイバーナイフとして用いられる場合を示し、図２は、一実施形態に係る３次元照射装置でロボットアームの配置を示す。

【0033】

図１を参照すると、一実施形態に係る３次元照射装置１０は、据置台１００、ロボットアーム２００、及び制御部（図示せず）を含む。

【0034】

前記据置台１００には対象体が位置する。

【0035】

一実施形態に係る３次元照射装置１０がサイバーナイフ（ｃｙｂｅｒｋｎｉｆｅ）として用いられる場合、対象体は、放射線治療又は腫瘍除去手術が必要なガン患者であってもよい。ここで、ターゲット地点Ｔは腫瘍の位置、すなわち、治療部位又は手術部位となる。

【0036】

前記据置台１００には位置調整要素１１０が取り付けられ、据置台１００の位置を調整する。

【0037】

図１に示すように、位置調整要素１１０を矢印方向に移動する場合、照射装置１０も矢印方向に沿って移動する。

【0038】

そのため、据置台１００又は対象体の位置を自在に移動することができ、これによりターゲット地点Ｔの位置を移動させ得る。

【0039】

具体的に、据置台１００は地面に対して垂直又は水平方向に移動してもよい。

【0040】

そのため、据置台１００とロボットアーム２００は相互垂直又は水平方向に相対移動することができる。

【0041】

具体的に、据置台１００が固定された状態で対象体の位置が固定し、ロボットアーム２００を移動させて放出部材３００の照射位置又は放出部材３００から放射線が放出される位置を据置台１００に対して相対移動させてもよい。

【0042】

または、据置台１００が位置調整要素１１０によってロボットアーム２００に対して相対移動し、対象体をターゲット地点Ｔに移動した後、ターゲット地点Ｔに向かうように放出部材３００を移動させてもよい。

【0043】

したがって、ロボットアーム２００に備えられた放出部材３００が据置台１００上に位置する対象体のターゲット地点Ｔに向かって効率よく照準することができる。

【0044】

前記据置台１００の上部又は下部にはロボットアーム２００が配置してもよい。

【0045】

前記ロボットアーム２００は、上部ロボットアーム２１０及び下部ロボットアーム２２０からなり、上部ロボットアーム２１０及び下部ロボットアーム２２０の端部にはそれぞれ放出部材３００を備えてもよい。

【0046】

したがって、ロボットアーム２００と放出部材３００は互いに対応する数に備えられることができる。

【0047】

特に図２を参照すると、前記上部ロボットアーム２１０と下部ロボットアーム２２０は同じ中心、すなわち、同じターゲット地点Ｔを有する球状軌跡内に位置する。

【0048】

また、上部ロボットアーム２１０と下部ロボットアーム２２０の放出部材３００は、上部ロボットアーム２１０と下部ロボットアーム２２０の回転によって移動するため、上部ロボットアーム２１０と下部ロボットアーム２２０の球状軌跡上で移動可能であり、それぞれの放出部材３００は同じターゲット地点Ｔに向かうように配置してもよい。

【0049】

そのため、上部ロボットアーム２１０と下部ロボットアーム２２０にそれぞれ取り付けられる放出部材３００から放射線がただ１つの特異点に集中することができ、例えば、放出部材３００がターゲット地点Ｔに向かうよう容易に照準することができる。

【0050】

また、上部ロボットアーム２１０と下部ロボットアーム２２０は、据置台１００を中心に互いに離隔して配置してもよい。

【0051】

このような上部ロボットアーム２１０と下部ロボットアーム２２０の配置に応じて、上部ロボットアーム２１０と下部ロボットアーム２２０は互いに非干渉的に作動することができ、これにより相互衝突を防止できる。

【0052】

具体的に、上部ロボットアーム２１０と下部ロボットアーム２２０は、複数のリンク部材と複数の駆動部材を含んでもよい。

【0053】

例えば、上部ロボットアーム２１０は、第１リンク部材２１１、第２リンク部材２１２、第３リンク部材２１５、及び第４リンク部材２１６を含む。

【0054】

前記第１リンク部材２１１は第１中央部材２０２に接続し、第１中央部材の長手方向軸Ｘ_Ａを中心に回転する。

【0055】

前記第１中央部材２０２は、一実施形態に係る３次元照射装置１０の外側に位置するフレームの内側に垂直方向に取り付けられてもよい。

【0056】

また、第１リンク部材２１１は、ターゲット地点Ｔに中心を有する球状上に位置して弧状に備えられてもよい。

【0057】

さらに、第１リンク部材２１１は、第２リンク部材２１２、第３リンク部材２１５及び第４リンク部材２１６よりも大きい長さを有し、第１リンク部材２１１はターゲット地点Ｔから最も遠く位置してもよい。

【0058】

前記第１リンク部材２１１の他端には、第２リンク部材２１２が接続してもよい。

【0059】

前記第２リンク部材２１２は第１軸Ｘ_１を中心に回転する。

【0060】

前記第１軸Ｘ_１は、第１中央部材の長手方向軸Ｘ_Ａに対して角があるように形成されてもよい。

【0061】

また、第１中央部材２０２上に第１リンク部材２１１が接続した部分と異なる位置には第３リンク部材２１５が接続してもよい。

【0062】

前記第３リンク部材２１５は、第１中央部材の長手方向軸Ｘ_Ａを中心に回転する。

【0063】

例えば、第１中央部材２０２の上部には第１リンク部材２１１が接続し、第１中央部材２０２の下部には第３リンク部材２１５が接続してもよい。

【0064】

前記第３リンク部材２１５の他端には第４リンク部材２１６が接続してもよい。

【0065】

前記第４リンク部材２１６は第２軸Ｘ_２を中心に回転する。

【0066】

前記第２軸Ｘ_２は、第１中央部材の長手方向軸Ｘ_Ａに対して角があるように形成されてもよい。

【0067】

また、上部ロボットアーム２１０は、第１駆動部材２１３、第２駆動部材２１４、第３駆動部材２１７及び第４駆動部材２１８を含む。

【0068】

前記第１駆動部材２１３は第１中央部材２０２内に含まれ、第１リンク部材２１１に回転力を伝達する。

【0069】

前記第２駆動部材２１４は第２リンク部材２１２に回転力を伝達し、第１軸Ｘ_１に沿ってターゲット地点Ｔに向かうように配置してもよい。

【0070】

前記第３駆動部材２１７は、第１駆動部材２１３と同様に第１中央部材２０２内に含まれ、第３リンク部材２１５に回転力を伝達する。

【0071】

そして、第３駆動部材２１７は第１駆動部材２１３と一体に形成されたり、別に形成されてもよい。例えば、第３駆動部材２１７が第１駆動部材２１３と別に形成される場合、第３リンク部材２１５は、第１リンク部材２１１と異なる方向又は異なる速度で回転する。

【0072】

前記第４駆動部材２１８は第４リンク部材２１６に回転力を伝達し、第２軸Ｘ_２に沿ってターゲット地点Ｔに向かうように配置してもよい。

【0073】

ここで、第１中央部材の長手方向軸Ｘ_Ａ、第１軸Ｘ_１及び第２軸Ｘ_２の延長線はターゲット地点Ｔで接することができる。

【0074】

また、第２リンク部材２１２と第４リンク部材２１６に取り付けられた放出部材３００は、第２リンク部材２１２と第４リンク部材２１６に対して垂直方向に取り付けられ、ターゲット地点Ｔに向かうように配置してもよい。

【0075】

したがって、第１中央部材の長手方向軸Ｘ_Ａ、第１軸Ｘ_１及び第２軸Ｘ_２の延長線だけではなく、放出部材３００及び駆動部材２１３、２１４、２１７、２１８もターゲット地点Ｔに向かって、放出部材３００からの放射線はターゲット地点Ｔに向かって放出又は照射されてもよい。

【0076】

同様に、下部ロボットアーム２２０は、第５リンク部材２２１、第６リンク部材２２２、第７リンク部材２２５、第８リンク部材２２６を含む。

【0077】

前記第５リンク部材２２１は、第２中央部材の長手方向軸Ｘ_Ｂを中心に回転する。

【0078】

前記第２中央部材２０４は、一実施形態に係る３次元照射装置１０の外側に位置するフレームの内側に垂直方向に取り付けられてもよい。

【0079】

そして、第２中央部材２０４は第１中央部材２０２と同軸に位置し、第１中央部材２０２とターゲット地点Ｔとの間の距離だけターゲット地点Ｔから離隔される。

【0080】

また、第５リンク部材２２１は、ターゲット地点Ｔに中心を有する球状上に位置し、弧状に備えられてもよい。

【0081】

前記第５リンク部材２２１の他端には、第６リンク部材２２２が接続してもよい。

【0082】

前記第６リンク部材２２２は、第３軸Ｘ_３を中心に回転する。

【0083】

前記第３軸Ｘ_３は、第２中央部材の長手方向軸Ｘ_Ｂに対して角があるように形成されてもよい。

【0084】

また、第２中央部材２０４上に第５リンク部材２２１が接続された部分と異なる位置には第７リンク部材２２５が接続してもよい。

【0085】

前記第７リンク部材２２５は、第２中央部材２０４を中心に回転する。

【0086】

例えば、第２中央部材２０４の下部には第５リンク部材２２１が接続し、第２中央部材２０４の上部には、第７リンク部材２２５が接続してもよい。

【0087】

前記第７リンク部材２２５の他端には、第８リンク部材２２６が接続してもよい。

【0088】

前記第８リンク部材２２６は、第４軸Ｘ_４を中心に回転する。

【0089】

前記第４軸Ｘ_４は、第２中央部材の長手方向軸Ｘ_Ｂに対して角があるように形成されてもよい。

【0090】

また、下部ロボットアーム２２０は、第５駆動部材２２３、第６駆動部材２２４、第７駆動部材２２７及び第８駆動部材２２８を含む。

【0091】

前記第５駆動部材２２３は第２中央部材２０４内に含まれ、第５リンク部材２２１に回転力を伝達する。

【0092】

前記第６駆動部材２２４は第６リンク部材２２２に回転力を伝達し、第３軸Ｘ_３に沿ってーゲット地点Ｔに向かうように配置してもよい。

【0093】

前記第７駆動部材２２７は、第５駆動部材２２３と同様に第２中央部材２０４内に含まれ、第７リンク部材２２５に回転力を伝達する。

【0094】

そして、第７駆動部材２２７は、第５駆動部材２２３と一体に形成されたり、別に形成されてもよい。例えば、第７駆動部材２２７が第５駆動部材２２３と別に形成される場合、第７リンク部材２２５は第５リンク部材２２１と異なる方向又は異なる速度で回転することができる。

【0095】

前記第８駆動部材２２８は第８リンク部材２２６に回転力を伝達し、第４軸Ｘ_４に沿ってターゲット地点Ｔに向かうように配置してもよい。

【0096】

ここで、第２中央部材の長手方向軸Ｘ_Ｂ、第３軸Ｘ_３及び第４軸Ｘ_４の延長線は、ターゲット地点Ｔで接することができる。

【0097】

また、第６リンク部材２２２と第８リンク部材２２６に取り付けられた放出部材３００は、第６リンク部材２２２と第８リンク部材２２６に対して垂直方向に取り付けられ、ターゲット地点Ｔに向かうように配置してもよい。

【0098】

したがって、第２中央部材の長手方向軸Ｘ_Ｂ、第３軸Ｘ_３及び第４軸Ｘ_４の延長線だけではなく、放出部材３００及び駆動部材２２３、２２４、２２７、２２８もターゲット地点Ｔに向かって、放出部材３００からの放射線はターゲット地点Ｔに向かって放出又は照射されることができる。

【0099】

図面には上部ロボットアーム２１０と下部ロボットアーム２２０が類似又は同じ形状を有するよう図示したが、これに限定することなく、上部ロボットアーム２１０と下部ロボットアーム２２０に取り付けられた放出部材３００が同じターゲット地点Ｔに向かうように配置されていれば、いかなる形状でも可能である。

【0100】

このように構成された上部ロボットアーム２１０と下部ロボットアーム２２０の複数のリンク部材２１１、２１２、２１５、２１６、２２１、２２２、２２５、２２６は、同時に回転するとき相互衝突を防止するため、具体的には次のように配置することができる。

【0101】

第１に、第１リンク部材２１１と第２リンク部材２１２は、第３リンク部材２１５よりもターゲット地点Ｔから遠く位置し、第５リンク部材２２１と第６リンク部材２２２は、第７リンク部材２２５よりもターゲット地点Ｔから遠く位置してもよい。

【0102】

第２に、第１リンク部材２１１と第２リンク部材２１２との間に第３リンク部材２１５が位置するとき、第３リンク部材２１５の長さは第１リンク部材２１１の長さよりも短く、第４リンク部材２１６は第２リンク部材２１２よりもターゲット地点Ｔに近く位置してもよい。

【0103】

また、第５リンク部材２２１と第６リンク部材２２２との間に第７リンク部材２２５が位置するとき、第７リンク部材２２５の長さは第５リンク部材２２１の長さもより短く、第８リンク部材２２６は６リンク部材２２２よりもターゲット地点Ｔに近く位置してもよい。

【0104】

また、一実施形態に係る３次元照射装置１０には制御部（図示せず）をさらに含んでもよく、前記制御部によって駆動部材２１３、２１４、２１７、２１８、２２３、２２４、２２７、２２８の作動又は放出部材３００の位置を容易に制御できる。

【0105】

具体的に、放出部材３００がターゲット地点Ｔに向かうように、駆動部材２１３、２１４、２１７、２１８、２２３、２２４、２２７、２２８を選択的に又は同時的に作動さてもよい。

【0106】

または、駆動部材２１３、２１４、２１７、２１８、２２３、２２４、２２７、２２８の作動を制御し、リンク部材２１１、２１２、２１５、２１６、２２１、２２２、２２５、２２６の回転速度又は回転方向を調整してもよい。

【0107】

さらに、制御部により位置調整要素１１０の作動を制御し、据置台１００とロボットアーム２００を相対移動することができる。

【0108】

図面には具体的に示していないが、第２リンク部材２１２、第４リンク部材２１６、第６リンク部材２２２、及び第８リンク部材２２６の端部又は放出部材３００に角度調整要素が取り付けられ、放出部材３００が小さい角度で動くことができる。

【0109】

そのため、駆動部材２１３、２１４、２１７、２１８、２２３、２２４、２２７、２２８によって放出部材３００がターゲット地点Ｔに向かって狙われた後、微細な角度調整が必要な場合に有効に使える。

【0110】

また、駆動部材２１３、２１４、２１７、２１８、２２３、２２４、２２７、２２８の軸が全てターゲット地点Ｔに向かっているため、リンク部材２１１、２１２、２１５、２１６、２２１、２２２、２２５、２２６が回転する間に、放出部材３００は持続的にターゲット地点Ｔに向かって狙うことができる。これは、リンク部材２１１、２１２、２１５、２１６、２２１、２２２、２２５、２２６と駆動部材２１３、２１４、２１７、２１８、２２３、２２４、２２７、２２８の構造的な配置に起因する。

【0111】

特に、放射線はロボットアーム２１０、２２０のリンク部材２１１、２１２、２１５、２１６、２２１、２２２、２２５、２２６が停止した状態においてのみ放出されるため、ロボットアーム２１０、２２０のリンク部材２１１、２１２、２１５、２１６、２２１、２２２、２２５、２２６が次の放出地点まで移動する間は放出されることはない。

【0112】

しかし、ロボットアーム２１０、２２０が複数のリンク部材２１１、２１２、２１５、２１６、２２１、２２２、２２５、２２６を備える場合、一個のリンク部材２１１、２１２、２１５、２１６、２２１、２２２、２２５、２２６が移動する間に、残りのリンク部材２１１、２１２、２１５、２１６、２２１、２２２、２２５、２２６が停止した状態で放射線が放出されることから、治療又は手術時間をより短縮させ得る。

【0113】

さらに、ロボットアーム２１０、２２０が複数備えられる場合、治療又は手術時間を短縮させるという効率的な面もある。

【0114】

このような実施形態に係る３次元照射装置１０がサイバーナイフとして用いられる場合、手術又は治療時間を短縮することができ、方向性が優れて接近し難い位置にある腫瘍も効率よく除去できる。そして、ロボットアームを除去又は追加することができ、自由度の追加又は減少が可能であり、設計上の柔軟性を確保することができる。

【0115】

以下は、一実施形態に係る３次元照射装置１０の３次元スキャナとしての利用について説明する。

【0116】

図３は、一実施形態に係る３次元照射装置が３次元スキャナとして用いられる場合を示す。

【0117】

図３を参照すると、一実施形態に係る３次元照射装置１０が３次元スキャナとして用いられる場合、対象体はスキャニングする物体として備えられ、据置台１００上に対象体が位置し、放出部材３００から可視光線又はレーザのような光が放出される。

【0118】

また、具体的には図示していないが、対象体から反射した光を電気的映像信号に変換させるイメージセンサ、及び前記イメージセンサを用いて受信される複数の映像を結合して３次元映像を生成するデータ処理装置をさらに含んでもよい。

【0119】

具体的に、一実施形態に係る３次元照射装置１０の放出部材３００が対象体に向かうように照準された後、対象体に向かって光を放出してもよい。

【0120】

ここで、図面には対象体の上部にのみロボットアーム２００が配置されるものと示しているが、対象体の下部にもロボットアーム２００が配置されることは当然である。

【0121】

そのため、光は対象体によって反射し、その反射した光を電気的映像信号に変換することができ、電気的映像信号を組み合わせて対象体の３次元映像を生成することができる。

【0122】

ここで、前述した一実施形態に係る３次元照射装置１０の構造及び作動により対象体を照準することが容易であり、対象体をスキャニングするために所要する時間を短縮させ得る。さらに、比較的簡単な構造で備えられるため体積が小さく、３次元スキャナを保管するために小さい空間が必要である。

【0123】

また、一実施形態に係る３次元照射装置１０の３次元プリンタとして用いてもよい。

【0124】

一実施形態に係る３次元照射装置１０が３次元プリンタとして用いられる場合、対象体はインクを含む液体材料に備えられ、据置台１００上に対象体が位置し、放出部材３００から紫外線が放出される。

【0125】

そして、図３に示すように、実施形態に係る３次元照射装置１０のロボットアーム２００は対象体の上部に配置してもよい。

【0126】

具体的に、紫外線を液体材料の上に照射して材料を硬化させる場合、液体材料で紫外線により露出した部分のみが硬化し、このような過程を繰り返して据置台１００上に液体材料を積層させる。このように積層された液体材料から硬化しない部分を化学的、物理的な方法を用いて除去すれば、製造しようとした３次元形状のみが硬化して残ることになる。

【0127】

また、プロジェクターを用いて紫外線を所望するパターンに液体材料に照射して硬化する場合、液体材料で紫外線により露出した部分のみが硬化し、このような過程を繰り返して据置台１００上に液体材料を積層することができる。

【0128】

最後に、インクジェットヘッドを用いて据置台１００上にインクを落として紫外線を照射し硬化する場合、インクで紫外線によって露出した部分のみが硬化し、このような過程を繰り返して据置台１００上に液体材料を積層することができる。

【0129】

すなわち、３次元プリンタを用いて図３に示す対象体がプリントされる。

【0130】

ここで、前述した一実施形態に係る３次元照射装置１０を用いる場合、液体材料に対して精密に照射することができ、最終的な３次元形状をより巧みにすることができる。さらに、液体材料に対して照準する時間を短縮し、３次元プリンティングするために所要する時間を短縮させ得る。

【0131】

以下は、一実施形態に係る３次元照射装置１０の構造の運動学的な分析について詳細に説明する。

【0132】

まず、順運動学（ｆｏｒｗａｒｄ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ）は次の通りである。

【0133】

【数1】

【0134】

ここで、θはジョイント角度であり、Χはエンドエフェクタ（ｅｎｄ−ｅｆｆｅｃｔｏｒ）位置及び方向を示す。

【0135】

このように、リンク部材が互いに接続した角度に応じて放出部材の座標を予測することができる。

【0136】

また、デナビット−ハーテンバーグ（Ｄｅｎａｖｉｔ−Ｈａｒｔｅｎｂｅｒｇ、Ｄ−Ｈ）表示法を用いて表現する場合、ロボットの運動学はリンク部材のリンクの長さ（ａ）、リンクオフセット（ｄ）、リンクゆがみ（α）、及びジョイント角度（θ）のように４個の媒介変数からなる。
ここで、ジョイントがｚ軸周辺で回転する場合、その変換行列（ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍａｔｒｉｘ）は次の通りである。

【0137】

【数2】

【0138】

【数3】

【0139】

ここで、ｓとｃはそれぞれサイン（ｓｉｎｅ）とコサイン（ｃｏｓｉｎｅ）を示す。
上記の２つの変換行列により、次のような変換行列が導き出される。

【0140】

【数4】

【0141】

上記の変換行列は２つのリンク部材を備える場合を示し、変換行列によって３次元座標上でいずれか１つの点が移動（ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ、ｏｆｆｓｅｔ）、大きさ（ｓｃａｌｅ）、回転によりいずれかの点に移動したかを予測することができる。

【0142】

また、エンドエフェクタ、または放出部材３００の位置及び方向は次の通りである。

【0143】

【数5】

【0144】

【数6】

【0145】

ここで、エンドエフェクタ又は放出部材３００の位置は常に一定である。

【0146】

図４は、一実施形態に係る３次元照射装置で放出部材３００の方向を示す。

【0147】

図４を参照すると、放出部材３００はｚ軸に向かい、ｚ軸を基準にして回転するロール（ｒｏｌｌ）、ｚ軸を基準にして上下に振動するヨー（ｙａｗ）、及びｚ軸を基準にして上下に回転するピッチ（ｐｉｔｃｈ）の動きを含んでもよい。

【0148】

ここで、ロール方向は放出部材３００において重要ではない。

【0149】

そして、単に放出部材３００の方向のためにはｚ−ベクトル（ｖｅｃｔｏｒ）のみを考慮する。
それにより、変換行列（３）は次のように整理される。

【0150】

【数7】

【0151】

一方、放出部材３００の所望する方向は、図５に示す球面座標（ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ）のα及びβ値に指定してもよい。このように図５に示すα及びβ値に方向が与えられた場合、その方向に該当する回転行列は次の通りである。

【0152】

【数8】

【0153】

【数9】

【0154】

回転行列（８）及び（９）からα及びβを用いて^０χ_２＝［χ_１，χ_２，χ_３］^Ｔ，^０ｙ_２＝［ｙ_１，ｙ_２，ｙ_３］^Ｔ，^０ｚ_２＝［ｚ_１，ｚ_２，ｚ_３］^Ｔを決定し、さらにθ_１、θ_２を決定してもよい。

【0155】

このような関係を逆運動学（ｉｎｖｅｒｓｅ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ）に表示すると次の通りである。

【0156】

【数10】

【0157】

ここで、ｘはベクトル^０ｚ_２＝［ｚ_１，ｚ_２，ｚ_３］^Ｔであり、θはθ_１、θ_２からなるベクトルである。

【0158】

数式（１０）は数式（１）の逆関数である。

【0159】

直交正規ベクトルの^０χ_２，^０ｙ_２，^０ｚ_２を考慮してジョイント角度であるθ_１、θ_２を把握することができる。このようなベクトルを算出する直観的な方法は、球面座標を用いるものであり、α及びβ値に方向が与えられた場合、その方向に該当する回転行列は次のように示す。

【0160】

【数11】

【0161】

ここで、ベクトルの構成要素は^０χ_２＝［χ_１，χ_２，χ_３］^Ｔ，^０ｙ_２＝［ｙ_１，ｙ_２，ｙ_３］^Ｔ，^０ｚ_２＝［ｚ_１，ｚ_２，ｚ_３］^Ｔである。

【0162】

変換行列（４）から次の等式が抽出される。

【0163】

【数12】

【0164】

ここで、θ_２が次のように誘導されてもよい。

【0165】

【数13】

【0166】

２つの入力変数を有するアークタン（ａｒｃｔａｎ）関数であるアークタン２関数は、ゼロ入力値に近接する安定性及び最終的な角度が適切な四分面に復元する特性を有するため使用される。

【0167】

θ_１の値は次のように算出されてもよい。

【0168】

変換行列（５）から次の数式を取得することができる。

【0169】

【数14】

【0170】

【数15】

【0171】

【数16】

【0172】

また、次のように仮定してもよい。

【0173】

【数17】

【0174】

数式（１６）及び（１７）により次のように算出されてもよい。

【0175】

【数18】

【0176】

すなわち、数式（１５）及び（１８）により次のような値を取得できる。

【0177】

【数19】

【0178】

数式（１３）及び（１９）から２つのジョイント角θ_１、θ_２を決定する。

【0179】

最後に、ヤコビアン（ｊａｃｏｂｉａｎ）行列について説明する。

【0180】

θ−空間とχ−空間の間の線形マッピングは次の通りである。

【0181】

数式（１）を微分すれば次の通りである。

【0182】

【数20】

【0183】

【数21】

【0184】

そして、変換行列（２）は次の通りである。

【0185】

【数22】

【0186】

すなわち、ヤコビアン行列は次の通りである。

【0187】

【数23】

【0188】

【数24】

【0189】

したがって、ヤコビアン行列は次の通りである。

【0190】

【数25】

【0191】

行列（２５）により、単なる角速度のみが考慮され、並進的な速度は考慮されることなく、α＝ｎπ、ｎ∈Ｎである場合を除いては、唯一性を有することはできない。

【0192】

このようにヤコビアン行列を用いて、リンク部材の動きと放出部材の動きの関係が表れ、リンク部材の動きに応じて放出部材の動きを予測することができる。

【0193】

具体的に、リンク部材の現在位置に応じて放出部材の位置を予測することができ、それとは反対に、放出部材が中心点又はターゲットに向かうようにするため、放出部材の現在位置に応じてリンク部材の作動を制御することができる。

【0194】

さらに、複数のロボットアームが備えられる場合、複数のロボットアームが互いに協力して作動できるようにヤコビアン行列を用いて制御することができる。

【0195】

上述したように本発明の実施形態では、多様なコンピュータ手段を介して様々な処理を実行することができるプログラム命令の形態で実現され、コンピュータで読取可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読取可能な媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などのうち１つまたはその組合せを含んでもよい。媒体に記録されるプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計されて構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知のものであり、使用可能なものであってもよい。コンピュータ読取可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、光ディスクのような光磁気媒体、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれてもよい。プログラム命令の例には、コンパイラによって作られるような機械語コードだけでなく、インタープリタなどを用いてコンピュータによって実行できる高級言語コードが含まれる。前記したハードウェア装置は、本発明の動作を行うために１つ以上のソフトウェアモジュールとして動作するように構成されてもよく、その逆も同様である。

【0196】

上述したように、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、このような実施形態から多様な修正及び変形が可能である。

【0197】

したがって、本発明の範囲は、開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲だけではなく特許請求の範囲と均等なものなどによって定められるものである。

【符号の説明】

【0198】

１０：３次元照射装置
１００：据置台
１１０：位置調整要素
２００：ロボットアームユニット
２０２：第１中央部材
２０４：第２中央部材
２１０：第１ロボットアーム
２１１：第１リンク部材
２１２：第２リンク部材
２１３：第１駆動部材
２１４：第２駆動部材
２１５：第３リンク部材
２１６：第４リンク部材
２１７：第３駆動部材
２１８：第４駆動部材
２２０：第２ロボットアーム
２２１：第５リンク部材
２２２：第６リンク部材
２２３：第５駆動部材
２２４：第６駆動部材
２２５：第７リンク部材
２２６：第８リンク部材
２２７：第７駆動部材
２２８：第８駆動部材
３００：放出部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】