特許 6182260 ロボット

(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】6182260

(24)【登録日】2017年7月28日

(45)【発行日】2017年8月16日

(54)【発明の名称】ロボット

(51)【国際特許分類】

   B25J 9/04 20060101AFI20170807BHJP

   A61N 5/10 20060101ALI20170807BHJP

【ＦＩ】

   B25J9/04 A

   A61N5/10 F

【請求項の数】8

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2016-512862(P2016-512862)

(86)(22)【出願日】2014年11月14日

(65)【公表番号】特表2016-519001(P2016-519001A)

(43)【公表日】2016年6月30日

(86)【国際出願番号】KR2014010950

(87)【国際公開番号】WO2015156472

(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】10-2014-0041386

(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】 中田 善邦

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００９−５１２４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２８３９２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２５３６８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１９１５８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２５Ｊ１／００−２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のリンク部材を備えるリンク部と、
前記リンク部材を回転させるための複数の駆動部材を備える駆動部と、
を含み、
前記リンク部材の端部の前記複数の駆動部材の回転軸は同じ地点で接し、
前記リンク部は、
第１回転軸を中心に回転する第１リンク部材と、
前記第１リンク部材の端部に接続して第２回転軸を中心に回転する第２リンク部材と、
を含み、
前記第１リンク部材及び前記第２リンク部材は弧状に備えられ、前記同じ地点に中心をおく同心球上にそれぞれ位置し、前記第１リンク部材及び前記第２リンク部材は前記同じ地点から放射状に離隔して配置され、
前記第１リンク部材及び前記第２リンク部材は、互いに異なる長さを備え、前記第１リンク部材と前記第２リンク部材のうち、外側に位置するリンク部材の長さが内側に位置するリンク部材の長さよりも大きく設けられて前記第１リンク部材及び前記第２リンク部材の相互衝突が防止され、
前記第２リンク部材の端部には、前記同じ地点に向かって非接触式に狙う放出部材が設けられ、前記放出部材は、前記第２リンク部材の回転軌跡に沿って球状に移動し、
前記第２リンク部材又は前記放出部材には角度調整要素が取り付けられ、前記放出部材が前記同じ地点に向かう角度を調整することを特徴とするロボット。

【請求項2】

前記駆動部は、
前記第１リンク部材の一端に取り付けられ、前記第１回転軸を中心に前記第１リンク部材を回転させる第１駆動部材と、
前記第１リンク部材の他端に取り付けられ、前記第２回転軸を中心に前記第２リンク部材を回転させる第２駆動部材と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のロボット。

【請求項3】

前記第１回転軸は、前記第１リンク部材の端部の接線方向に沿って垂直であり、前記第２回転軸は、前記第２リンク部材の端部の接線方向に沿って垂直であることを特徴とする請求項１に記載のロボット。

【請求項4】

前記放出部材は、放射線治療のために放射線を照射する線形加速器に設けられることを特徴とする請求項１に記載のロボット。

【請求項5】

前記放出部材は、前記第２リンク部材の端部の接線方向に沿って垂直に位置することを特徴とする請求項１に記載のロボット。

【請求項6】

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、第１回転軸を中心に前記第１リンク部材を回転させる第１駆動部材と、
前記第１リンク部材の他端に接続する第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、第２回転軸を中心に前記第２リンク部材を回転させる第２駆動部材と、
前記第２リンク部材の端部に取り付けられてターゲットに向かう放出部材と、
を含み、
前記第１回転軸及び前記第２回転軸は、前記ターゲットで接し、
前記第１リンク部材及び前記第２リンク部材は弧状に備えられ、前記ターゲットに中心をおく同心球上にそれぞれ位置し、前記第１リンク部材及び前記第２リンク部材は前記ターゲットから放射状に離隔して配置され、
前記第１リンク部材及び前記第２リンク部材は、互いに異なる長さを備え、前記第１リンク部材と前記第２リンク部材のうち、外側に位置するリンク部材の長さが内側に位置するリンク部材の長さよりも大きく設けられて前記第１リンク部材及び前記第２リンク部材の相互衝突が防止され、
前記放出部材は、前記ターゲットに向かって非接触式に狙い、前記放出部材は、前記第２リンク部材の回転軌跡に沿って球状に移動し、
前記第２リンク部材の端部又は前記放出部材には角度調整要素が取り付けられ、前記放出部材が前記ターゲットに向かう角度を調整することを特徴とするロボット。

【請求項7】

前記第１リンク部材及び前記第２リンク部材は、放射状に離隔する位置から離れて位置することを特徴とする請求項６に記載のロボット。

【請求項8】

前記第１回転軸は前記第１リンク部材の端部の接線方向に沿って垂直であり、前記第２回転軸は前記第２リンク部材の端部の接線方向に沿って垂直であることを特徴とする請求項６に記載のロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はロボットに関し、詳しくは、ターゲットに向かって正確かつ迅速に狙うことができるロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

放射線治療とは、高エネルギー放射線を用いてガン細胞を殺す治療をいう。ここで、放射線とは、エネルギーが空間を通して伝搬現象又は電波を媒介する物質を示し、Ｘ線が代表的な例である。

【0003】

放射線治療は、外科的手術、坑ガン化学療法と共に、ガン治療の３代治療法の１つとして、普通入院することなく、１日を基準に数分から２０〜３０分程度の時間を必要とし、治療時に苦痛を伴わないという長所がある。

【0004】

このような放射線治療に関する装備として、Ｘ−Ｋｎｉｆｅ（Ｒａｄｉｏｎｉｃｓ、ＵＳＡ）、Ｎｏｖａｌｉｓ Ｔｘ（ＢｒａｉｎＬＡＢ、Ｇｅｒｍａｎｙ）、Ｐｅａｃｏｋ（ＮＯＭＯＳ Ｃｏｒｐ、ＵＳＡ）、Ｔｒｉｌｏｇｙ（Ｖａｒｉａｎ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ、ＵＳＡ）、ＣｙｂｅｒＫｎｉｆｅ（Ａｃｃｕｒａｙ Ｉｎｃ．ＵＳＡ）などが知られており、その大部分は、線形加速器と画像誘導放射線治療（Ｉｍａｇｅ Ｇｕｉｄｅｄ Ｒａｄｉｏｔｈｅｒａｐｙ：ＩＧＲＴ）の技術に基づいて治療時に発生する誤差を減らし、正確度を高める方案に進んでいる。

【0005】

前記装備のうち、サイバーナイフ（ＣｙｂｅｒＫｎｉｆｅ）は、小型の線形加速器を６個の関節に自由に動いているロボットアームに装着して様々な方向に腫瘍部位に放射線を集中照射する、精密度の極めて高い定位放射線治療の専用装備である。

【0006】

サイバーナイフは、浸湿的な固定機構なしでリアルタイムに映像誘導技術を用いて身体の骨格映像及び身体内に挿入される金針の座標を追跡することで、精密に治療できる長所がある。また、脳腫瘍だけを治療することのできるガンマナイフとは異なって、全身のガン治療にも用いられ、一回ではない数回にかけて分割治療する場合も多い。

【0007】

最近、サイバーナイフに対する研究が盛んに行われ、２００９年４月３０日に出願された先行文献ＫＲ第２００９−００３８０５１号では、放射線治療計画情報統合照会システムが開示されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

一実施形態に係る目的は、コンパクトな設計を備え、総重量を減少することのできるロボットを提供する。

【0009】

一実施形態に係る目的は、制御が容易で、ターゲットに対する方向性を向上させるロボットを提供する。

【0010】

一実施形態に係る目的は、ターゲットに向かって迅速かつ正確に狙って、治療又は手術時間を短縮させるロボットを提供する。

【0011】

一実施形態に係る目的は、駆動部の作動時にリンク部材間の相互衝突を防止することのできるロボットを提供する。

【0012】

一実施形態に係る目的は、第２リンク部材の端部又は放出部材に追加的な角度調整要素が備えられ、放出部材がターゲットに向かう角度を効率よく調整できるロボットを提供する。

【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ロボットは、複数のリンク部材を備えるリンク部と、前記リンク部材を回転させる駆動部とを含み、前記リンク部材の端部の前記駆動部の回転軸は同じ地点で接することができる。

【0014】

一実施形態によると、前記リンク部は、第１リンク部材と、前記第１リンク部材の端部に接続した第２リンク部材とを含んでもよい。

【0015】

一実施形態によると、前記第１リンク部材及び前記第２リンク部材は弧状に備えられ、前記第１リンク部材及び前記第２リンク部材は同心球上にそれぞれ位置してもよい。

【0016】

一実施形態によると、前記駆動部は、前記第１リンク部材の一端に取り付けられ、第１回転軸を中心に前記第１リンク部材を回転させる第１駆動部材と、前記第１リンク部材の他端に取り付けられ、第２回転軸を中心に前記第２リンク部材を回転させる第２駆動部材とを含んでもよい。

【0017】

一実施形態によると、前記第２リンク部材の他端には、ターゲットに向かうように取り付けられた放出部材が設けられてもよい。

【0018】

前記の目的を達成するための一実施形態に係るロボットは、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、第１回転軸を中心に前記第１リンク部材を回転させる第１駆動部材と、前記第１リンク部材の他端に接続する第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、第２回転軸を中心に前記第２リンク部材を回転させる第２駆動部材と、前記第２リンク部材の端部に取り付けられてターゲットに向かう放出部材とを含み、前記第１回転軸及び前記第２回転軸は、前記ターゲットで接することができる。

【0019】

一実施形態によると、前記第１リンク部材及び前記第２リンク部材は弧状に設けられ、前記第１リンク部材及び前記第２リンク部材は、前記ターゲットを中心にする同心球上にそれぞれ位置してもよい。

【0020】

一実施形態によると、前記第２リンク部材又は前記放出部材には角度調整要素が取り付けられ、前記放出部材が前記ターゲットに向かう角度を調整してもよい。

【発明の効果】

【0021】

一実施形態に係るロボットは、コンパクトな設計を備え、総重量を減少することができる。

【0022】

一実施形態に係るロボットは、制御が容易で、ターゲットに対する方向性を向上させ得る。

【0023】

一実施形態に係るロボットは、ターゲットに向かって迅速かつ正確に狙って、治療又は手術時間を短縮させ得る。

【0024】

一実施形態に係るロボットは、駆動部の作動時にリンク部材間の相互衝突を防止することができる。

【0025】

一実施形態に係るロボットは、第２リンク部材の端部又は放出部材に追加的な角度調整要素が備えられ、放出部材がターゲットに向かう角度を効率よく調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】一実施形態に係るロボットの正面図である。

【図2】一実施形態に係るロボットで回転軸が同じ地点で接する形状を示す。

【図3】一実施形態に係るロボットの放出部材に角度調整要素が取り付けられた形状を示す。

【図4】一実施形態に係るロボットの放出部材によって放射線が照射される範囲を示す。

【図5】一実施形態に係るロボットで放出部材の方向を示す。

【図6】球面座標を示す。

【発明を実施するための形態】

【0027】

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一の参照符号は同一の部材を示す。

【0028】

図１は、一実施形態に係るロボットの正面図であり、図２は、一実施形態に係るロボットで回転軸が同じ地点で接する形状を示し、図３は、一実施形態に係るロボットの放出部材に角度調整要素が取り付けられた形状を示し、図４は、一実施形態に係るロボットの放出部材によって放射線が照射される範囲を示す。

【0029】

図１を参照すると、一実施形態に係るロボット１０は、リンク部１００及び駆動部２００を含む。

【0030】

前記リンク部１００は複数のリンク部材を備え、複数のリンク部材は、第１リンク部材１１０及び第２リンク部材１２０を備えている。

【0031】

前記第１リンク部材１１０及び第２リンク部材１２０は互いに接続してもよい。

【0032】

具体的に、第１リンク部材１１０及び第２リンク部材１２０は、駆動部２００を挟んで接続されてもよい。

【0033】

また、第１リンク部材１１０及び第２リンク部材１２０は、それぞれ同心球上に弧状に位置してもよい。

【0034】

例えば、第１リンク部材１１０は大きい同心球上に位置する弧であってもよく、第２リンク部材１２０は小さい同心球上に位置する弧であってもよく、第１リンク部材１１０及び第２リンク部材１２０は、放射状に離隔する位置から離れて位置してもよい。

【0035】

そして、第１リンク部材１１０及び第２リンク部材１２０は互いに異なる長さを有し、例えば、第１リンク部材１１０は第２リンク部材１２０よりも大きい長さを有してもよい。これによって、第１リンク部材１１０内で第２リンク部材１２０が回転するとき、第１リンク部材１１０及び第２リンク部材１２０の相互衝突を防止することができる。

【0036】

しかし、第１リンク部材１１０及び第２リンク部材１２０の形状及び配置はこれに限定することなく、第１リンク部材１１０及び第２リンク部材１２０が駆動部２００の作動によって回転しながら相互衝突しなければ、いずれの形状も可能である。

【0037】

前記第１リンク部材１１０及び第２リンク部材１２０には、第１リンク部材１１０及び第２リンク部材１２０を回転させるための駆動部２００が取り付けられてもよい。

【0038】

前記駆動部２００は、第１駆動部材２１０及び第２駆動部材２２０を含む。

【0039】

前記第１駆動部材２１０は、第１リンク部材１１０の一端に取り付けられ、例えば、第１リンク部材１１０は、第１駆動部材１２０の上部に取り付けられてもよい。

【0040】

特に、図２を参照すると、第１駆動部材２１０は、第１回転軸Ｘ_１を中心に第１リンク部材１１０を回転させる。例えば、第１駆動部材２１０の長手方向の中心軸が第１回転軸Ｘ_１と一致する場合、第１リンク部材１１０は、第１駆動部材２１０の長手方向の中心軸を中心に回転してもよい。

【0041】

前記第２駆動部材２２０は、第１リンク部材１１０の他端に取り付けられてもよい。

【0042】

例えば、第１リンク部材１１０と第２駆動部材２２０との間に段差を連結するための接続要素１１２がある場合、第２駆動部材２２０は接続要素１１２に取り付けられてもよい。

【0043】

ここで、接続要素１１２は第２駆動部材２２０と同軸に配置し、第２駆動部材２２０の上端部に接するように配置してもよい。

【0044】

そして、第２駆動部材２２０は、第２リンク部材１２０の一端に取り付けられ、例えば、第２リンク部材１２０は、第２駆動部材２２０の下部に取り付けられてもよい。

【0045】

また、第２駆動部材２２０は、第２回転軸Ｘ_２を中心に第２リンク部材１２０を回転させる。例えば、第２駆動部材２２０の長手方向の中心軸が第２回転軸Ｘ_２と一致する場合、第２リンク部材１２０は、第２駆動部材２２０の長手方向の中心軸を中心に回転してもよい。

【0046】

前記第１回転軸Ｘ_１と第２回転軸Ｘ_２は、延長して同じ地点で接することができる。

【0047】

具体的に、第１回転軸Ｘ_１が垂直方向に形成される場合、第２回転軸Ｘ_２は第１回転軸Ｘ_１に対してα°だけ傾斜するように形成される。言い換えると、第１回転軸Ｘ_１と第２回転軸Ｘ_２との間の角度はα°である。

【0048】

ここで、第１リンク部材１１０の両端部に備えられている第１回転軸Ｘ_１と第２回転軸Ｘ_２が接する同じ地点は、第１リンク部材１１０及び第２リンク部材１２０が位置する同心球の中心点０である。

【0049】

これによって、後述する放出部材３００が第２リンク部材１２０に取り付けられている場合、放出部材３００がターゲットに向かって容易に狙うことができる。

【0050】

このように駆動部２００は、第１駆動部材２１０及び第２駆動部材２２０によって２つの自由度を備え、放出部材３００を球形に移動させることができる。ここで、必要なモータ数は２個で、比較的に少ない数のモータを必要とし、ロボット１０の総重量を減少させ得る。

【0051】

そして、第１リンク部材１１０及び第２リンク部材１２０が第１回転軸Ｘ_１と第２回転軸Ｘ_２に基づいて互いに異なる領域で回転させることができるため、第１駆動部材２１０と第２駆動部材２２０によって第１リンク部材１１０及び第２リンク部材１２０がアクセスする領域を拡張することができる。そのため、リンク部１００のターゲットに対する方向性を向上させ得る。

【0052】

また、第２リンク部材１２０の他端には放出部材３００が備えられてもよい。

【0053】

以下、放出部材３００を放射線治療のために放射線を照射する線形加速器を例に挙げて説明することにする。

【0054】

しかし、放出部材３００はこれに限定することなく、液体又は気体を含む他の物質を放出してもよい。

【0055】

前記第２リンク部材１２０は、放出部材３００の中央部分に取り付けられてもよく、放出部材３００は、第２リンク部材１２０の端部の接線方向に沿って垂直に位置してもよい。

【0056】

また、放出部材３００の下端部から放射線又はその他の物質が放出されてもよく、放出部材３００が傾いた角度に応じて、放射線又はその他の物質が放出される角度は変化し得る。

【0057】

再び図２を参照すると、放出部材３００は、第２回転軸Ｘ_２に対してβ°だけ傾斜するように位置し、第１回転軸Ｘ_１に対してα°＋β°だけ傾斜するように位置してもよい。

【0058】

ここで、α及びβは、第１リンク部材１１０及び第２リンク部材１２０が第１駆動部材２１０と第２駆動部材２２０によって円滑に回転し、広い領域にわたって放出部材３００が狙うことができるように選択される。

【0059】

そして、放出部材３００で放射線が放出する部分が第３軸Ｘ_３上に位置し、放出部材３００から放射線は第３軸Ｘ_３に沿って放出又は照射されてもよい。

【0060】

前記第３軸Ｘ_３も第１回転軸Ｘ_１及び第２回転軸Ｘ_２と同様に、同心球の中心点０で接する。

【0061】

すなわち、第１回転軸Ｘ_１、第２回転軸Ｘ_２及び第３軸Ｘ_３は全て第１リンク部材１１０及び第２リンク部材１２０の同心球中心点０で接することになる。

【0062】

したがって、前述したリンク部１００及び駆動部２００によって放出部材３００を介して放射線が照射される地点を調整することができる。

【0063】

さらに、図３を参照すると、第２リンク部材１２０の端部又は放出部材３００には追加的な角度調整要素３１０が備えられてもよい。

【0064】

前記角度調整要素３１０は、放出部材３００と第２リンク部材１２０が接する地点に取り付けられ、放出部材３００は、第３軸Ｘ_３を中心に矢印方向に動き、ヨーイング動き（ｙａｗｉｎｇ ｍｏｖｅｍｅｎｔ）を有してもよい。

【0065】

このように角度調整要素３１０を備え、放出部材３００は小さい角度の動きが可能であるため、駆動部２００によって放出部材３００がターゲット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。

【0066】

また、一実施形態に係るロボット１０は制御部（図示せず）をさらに含み、前記制御部によって第１駆動部材２１０及び第２駆動部材２２０を容易に制御することができる。

【0067】

具体的に、放出部材３００がターゲットに向かうように、第１駆動部材２１０又は第２駆動部材２２０を選択的又は同時的に作動させ、必要に応じて角度調整要素３１０を作動させ得る。

【0068】

また、第１駆動部材２１０又は第２駆動部材２２０の作動を制御し、第１リンク部材１１０又は第２リンク部材１２０の回転速度又は回転方向を調整してもよい。これにより、放射線によって手術又は治療する時間を短縮することができる。

【0069】

このように構成された一実施形態に係るロボット１０は、次のように作動する。

【0070】

まず、第１駆動部材２１０又は第２駆動部材２２０を作動させて第１リンク部材１１０又は第２リンク部材１２０を回転させる。

【0071】

ここで、第１リンク部材１１０及び第２リンク部材１２０は同心球上にそれぞれ位置し、互いに異なる回転軸Ｘ_１、Ｘ_２に基づいて相対回転するため、第１リンク部材１１０及び第２リンク部材１２０は互いに衝突することなく、円滑に回転することができる。

【0072】

さらに、第１駆動部材２１０と第２駆動部材２２０は、同時的又は選択的に作動するため、第１駆動部材２１０と第２駆動部材２２０が共に作動して、第１リンク部材１１０及び第２リンク部材１２０が共に回転したり、第１駆動部材２１０を作動させて第１リンク部材１１０を回転させた後、第２駆動部材２２０を作動させて第２リンク部材１２０を回転させることができる。

【0073】

このように、第１リンク部材１１０及び第２リンク部材１２０の回転により、第２リンク部材１２０の端部に取り付けられた放出部材３００は球状に形移動してもよい。

【0074】

また、角度調整要素３１０を選択的に作動してもよい。

【0075】

角度調整要素３１０は、放出部材３００が第３軸Ｘ_３を基準にしてヨーイング動きを行って微細に角度調整を可能にする。

【0076】

その次に、放出部材３００を介して放射線を照射する。

【0077】

ここで、放射線はターゲットＴ、例えば、患者の患部を治療するために用いてもよい。

【0078】

図４に示すように、放出部材３００は、Ａ領域内で放射線を放出又は照射することができる。

【0079】

具体的に、Ａ領域は、第１リンク部材１１０が第１駆動部材２１０によって第１回転軸Ｘ_１を基準にして回転する領域と、第２リンク部材１２０が第２駆動部材２２０によって第２回転軸Ｘ_２を基準にして回転する領域とを含む。

【0080】

第１駆動部材２１０と第２駆動部材２２０が同時に作動する場合、放出部材３００はＡ領域内で自由に調整される。

【0081】

このように、第１駆動部材２１０及び第２駆動部材２２０の作動により放出部材３００は、ターゲットＴ又は治療部位に向かって狙うことができ、ターゲットＴに向かって放出部材３００からの放射線は集中される。

【0082】

もし、治療中に放出部材３００の位置を移動させる必要がある場合、制御部を用いて第１駆動部材２１０、第２駆動部材２２０又は角度調整要素３１０を制御することで、より迅速かつ正確に実行でき、放出部材３００の位置移動後に微細調整が必要な場合、角度調整要素３１０の制御により行うことができる。

【0083】

このような実施形態に係るロボットは、ターゲットに向かって迅速かつ正確に狙って、治療又は手術時間を短縮させることができ、制御が容易で、ターゲットに対する方向性を向上させることができ、コンパクトな設計を備え、総重量を減少させ得る。さらに、駆動部の作動時にリンク部材間の相互衝突を防止することができ、第２リンク部材の端部又は放出部材に追加的な角度調整要素が備えられ、放出部材から物質が放出される角度又は放出部材がターゲットに向かう角度を調整できる。

【0084】

以下は、一実施形態に係るロボット１０の構造の運動学的な分析について詳細に説明する。

【0085】

まず、ロボットアームの順運動学（ｆｏｒｗａｒｄ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ）は次の通りである。

【0086】

【数1】

【0087】

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。

【0088】

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。

【0089】

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。

【0090】

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。

【0091】

【数2】

【0092】

【数3】

【0093】

ここで、ｓとｃはそれぞれサイン（ｓｉｎｅ）とコサイン（ｃｏｓｉｎｅ）を示す。

【0094】

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。

【0095】

【数4】

【0096】

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。

【0097】

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。

【0098】

【数5】

【0099】

【数6】

【0100】

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。

【0101】

図５は、一実施形態に係るロボットで放出部材３００の方向を示す。

【0102】

図５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。

【0103】

ここで、ロール方向は放出部材３００において重要ではない。

【0104】

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

【0105】

【数7】

【0106】

一方、放出部材３００の所望する方向は、図６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６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。

【0107】

【数8】

【0108】

【数9】

【0109】

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。

【0110】

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。

【0111】

【数10】

【0112】

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。そして、数式（１０）は数式（１）の逆関数である。

【0113】

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。

【0114】

【数11】

【0115】

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。

【0116】

変換行列（４）から次の等式が抽出される。

【0117】

【数12】

【0118】

ここで、θ_２が次のように誘導されてもよい。

【0119】

【数13】

【0120】

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。

【0121】

θ_１の値は次のように算出されてもよい。

【0122】

変換行列（５）から次の数式を取得することができる。

【0123】

【数14】

【0124】

【数15】

【0125】

【数16】

【0126】

また、次のように仮定してもよい。

【0127】

【数17】

【0128】

数式（１６）及び（１７）により次のように算出されてもよい。

【0129】

【数18】

【0130】

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。

【0131】

【数19】

【0132】

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。

【0133】

最後に、ヤコビアン（ｊａｃｏｂｉａｎ）行列について説明する。

【0134】

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。

【0135】

数式（１）を微分すれば次の通りである。

【0136】

【数20】

【0137】

【数21】

【0138】

そして、変換行列（２）は次の通りである。

【0139】

【数22】

すなわち、ヤコビアン行列は次の通りである。

【0140】

【数23】

【0141】

【数24】

【0142】

したがって、ヤコビアン行列は次の通りである。

【0143】

【数25】

【0144】

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。

【0145】

このようにヤコビアン行列を用いて、リンク部材のジョイント速度と放出部材の速度との間の関係が決定されるため、リンク部材のジョイント速度に応じて放出部材の移動速度を予測できるだけではなく、放出部材の所望する速度が与えられれば、それを可能にするリンク部材のジョイント速度を逆算することができる。

【0146】

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。

【0147】

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。

【0148】

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。

【0149】

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】

【0150】

１０：ロボット
１００：リンク部
１１０：第１リンク部材
１１２：接続要素
１２０：第２リンク部材
２００：駆動部
２１０：第１駆動部材
２２０：第２駆動部材
３００：放出部材
３１０：角度調整要素
Ｘ_１：第１回転軸
Ｘ_２：第２回転軸
Ｘ_３：第３軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】