遠隔操作型アクチュエータ
【課題】 細長形状のガイド部の先端に設けられて作業具を支持する先端部材の姿勢を遠隔操作で精度良く変更することができ、製品ごとに異なる先端部材の真直度に応じた適正な姿勢変更制御を行える遠隔操作型アクチュエータを提供する。
【解決手段】 細長形状のガイド部３と、その先端に姿勢変更自在に取付けられた先端部材２と、先端部材２に設けた作業具１と備える。ガイド部３内の姿勢操作部材３１を姿勢変更用駆動源４３で進退動作することにより、先端部材２を姿勢変更させる。姿勢変更用駆動源４３を姿勢変更用制御手段６３で制御する。ガイド部３に対する先端部材２の姿勢を非接触で検出する姿勢検出装置９と、この姿勢検出装置９で検出された姿勢の情報を用いて姿勢変更制御手段６３により前記姿勢変更用駆動源４３へ出力する指令値を補正する校正手段６５とを設ける。
【解決手段】 細長形状のガイド部３と、その先端に姿勢変更自在に取付けられた先端部材２と、先端部材２に設けた作業具１と備える。ガイド部３内の姿勢操作部材３１を姿勢変更用駆動源４３で進退動作することにより、先端部材２を姿勢変更させる。姿勢変更用駆動源４３を姿勢変更用制御手段６３で制御する。ガイド部３に対する先端部材２の姿勢を非接触で検出する姿勢検出装置９と、この姿勢検出装置９で検出された姿勢の情報を用いて姿勢変更制御手段６３により前記姿勢変更用駆動源４３へ出力する指令値を補正する校正手段６５とを設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、細長形状のガイド部の先端に設けた作業具の姿勢を遠隔操作で変更可能な遠隔操作型アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
医療や機械加工等の分野で切削加工等の作業に用いられる遠隔操作型アクチュエータがある。この遠隔操作型アクチュエータは、直線形状や湾曲形状をした細長形状のガイド部の先端に工具、把持具等の作業具を設け、この作業具を遠隔操作で制御するようにしたものである。以下、骨の加工に用いられる医療用の遠隔操作型アクチュエータを例にとって、従来技術と課題について説明する。
【０００３】
整形外科において、骨の老化等によって擦り減って使えなくなった関節を新しく人工のものに取り替える人工関節置換手術がある。この手術では、患者の生体骨を人工関節が挿入できるように加工する必要があるが、その加工には、術後の生体骨と人工関節との接着強度を高めるために、人工関節の形状に合わせて精度良く加工することが要求される。
【０００４】
例えば、股関節の人工関節置換手術では、大腿骨の骨の中心にある髄腔部に人工関節挿入用の穴を形成する。人工関節と骨との接触強度を保つには両者の接触面積を大きくとる必要があり、人工関節挿入用の穴は、骨の奥まで延びた細長い形状に加工される。この加工には、細長形状のガイド部の先端に設けた工具を遠隔操作で回転させる遠隔操作型アクチュエータが用いられる。人工関節置換手術では、皮膚切開や筋肉の切断を伴う。すなわち、人体に傷を付けなければならない。その傷を最小限に抑えるためには、前記ガイド部は真っ直ぐでなく、適度に湾曲している方が良い場合がある。
【０００５】
このような状況に対応するためのものとして、次のような従来技術がある。例えば、特許文献１は、ガイド部の中間部を２重に湾曲させて、パイプ部の先端側の軸心位置と基端側の軸心位置とをずらせたものである。このようにガイド部の軸心位置が先端側と軸心側とでずれているものは、他にも知られている。また、特許文献２は、ガイド部を１８０度回転させたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４，４６６，４２９号明細書
【特許文献２】米国特許第４，２６５，２３１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の医療用遠隔操作型アクチュエータは、工具の回転のみを遠隔操作で制御するだけであったため、人工関節挿入用の穴の深遠部で工具を正確に位置決めすることや、骨を複雑な形状に加工することが難しかった。そこで、上記問題を解決するために、図１２（Ａ），（Ｂ）に示すように、ガイド部３の先端に、工具１を回転自在に支持する先端部材２を姿勢変更可能に設け、この先端部材２の姿勢を遠隔操作で変更可能にすることを試みた。具体的には、ガイド部３の内部に両端に貫通したガイド孔（図示せず）を設け、このガイド孔内に姿勢操作部材（図示せず）を進退自在に挿通し、この姿勢操作部材を介して先端部材２に姿勢変更用の作用力を付与して、先端部材２を姿勢変更させることにした。姿勢操作部材をワイヤ等の可撓性を有するものにすれば、ガイド部３およびその内部のガイド孔が湾曲していても、先端部材２に姿勢変更用の作用力を伝達することができる。
【０００８】
上記のように姿勢操作部材を介して先端部材２に姿勢変更用の作用力を付与する遠隔操作型アクチュエータは、先端部材２の姿勢を安定して保持するために、先端部材２が受ける外力に打ち克つだけの予圧を姿勢操作部材により先端部材に与えておく。また、先端部材２の姿勢変更動作は、先端部材２の基準姿勢に対する姿勢変更の程度に応じて、姿勢操作部材を進退させて先端部材に作用力を付与することで行う。
【０００９】
通常、先端部材２の中立姿勢は、図１２（Ａ）のようにガイド部３に対し先端部材２が真っ直ぐな状態、すなわちガイド部３の中心線ＣＬ１と先端部材２の中心線ＣＬ２とが合致する状態とされる。しかし、組み立てられた遠隔操作型アクチュエータは、部品の加工精度や組立精度等により製品ごとにガイド部３に対する先端部材３の真直度が若干異なるため、図１２（Ｂ）のようにガイド部３の中心線ＣＬ１と先端部材２の中心線ＣＬ１とが完全には合致しないのが普通である。言い換えると、実際に先端部材２が真っ直ぐな状態にあるときの姿勢操作部材の進退位置は、設計上で先端部材２が真っ直ぐな状態となる進退位置とは限らない。
【００１０】
したがって、先端部材２を目標とする姿勢に正確に変更できるようにするには、製品ごとに実際に先端部材２が真っ直ぐな状態にあるときの姿勢操作部材の進退位置である初期位置を把握しておき、設計上で先端部材２が真っ直ぐな状態となる進退位置と前記初期位置との差分だけ姿勢操作部材の進退量を補正して先端部材２の姿勢変更制御を行わなければならない。あるいは、先端部材が各姿勢にあるときの先端部材の姿勢と姿勢操作部材の進退位置との関係を記憶手段に記憶しておき、目標とする先端部材の姿勢に適合する姿勢操作部材の進退位置を前記記憶手段の記憶内容から探し出すようにしても良い。
【００１１】
この発明の目的は、細長形状のガイド部の先端に設けられて作業具を支持する先端部材の姿勢を遠隔操作で精度良く変更することができ、製品ごとに異なる先端部材の真直度に応じた適正な姿勢変更制御を行える遠隔操作型アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明にかかる遠隔操作型アクチュエータは、細長形状のガイド部と、このガイド部の先端に姿勢変更自在に取付けられた先端部材と、この先端部材に設けた作業具と、この作業具を駆動させる作業具用駆動源と、前記先端部材の姿勢を操作する姿勢変更用駆動源と、姿勢変更操作具から与えられる入力値に従って前記姿勢変更用駆動源を制御する姿勢変更制御手段とを備え、前記ガイド部は、前記作業具用駆動源の駆動力を前記作業具に伝達する駆動軸と、両端に貫通したガイド孔とを内部に有し、前記姿勢変更用駆動源により駆動されて進退動作することにより前記先端部材を姿勢変更させる姿勢操作部材を前記ガイド孔内に進退自在に挿通し、前記ガイド部に対する前記先端部材の姿勢をこの先端部材に非接触で検出する姿勢検出装置と、前記姿勢変更操作具から与えられる入力値に応じて前記姿勢変更制御手段により前記姿勢変更用駆動源へ出力する指令値を、前記姿勢検出装置で検出された姿勢の情報を用いて補正または生成する校正手段とを設けたことを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、先端部材に設けた作業具により、所定の作業が行われる。その場合に、姿勢変更操作具から与えられる入力値に従って姿勢変更制御手段で姿勢変更用駆動源を制御して、姿勢操作部材を進退させる。それにより、姿勢操作部材が先端部材に対し作用して、ガイド部の先端に姿勢変更自在に取付けられた先端部材が姿勢変更する。姿勢変更用駆動源は、先端部材から離れた位置に設けられており、上記先端部材の姿勢変更は遠隔操作で行われる。姿勢操作部材はガイド孔に挿通されているため、姿勢操作部材が長手方向と交差する方向に位置ずれすることがなく、常に先端部材に対し適正に作用することができ、先端部材の姿勢変更動作が正確に行われる。
【００１４】
組立てられた遠隔操作型アクチュエータは、部品の加工精度や組立精度等により製品ごとにガイド部に対する先端部材の真直度が若干異なる。つまり、製品ごとにガイド部に対し先端部材が真っ直ぐな状態であるときの姿勢操作部材の進退位置が異なる。そこで、姿勢検出装置によりガイド部に対する先端部材の姿勢を検出し、校正手段により、姿勢変更操作具から与えられる入力値に応じて姿勢変更制御手段により姿勢変更用駆動源へ出力する指令値を、前記姿勢検出装置で検出された姿勢の情報を用いて補正または生成する。それにより、製品ごとに異なる先端部材の真直度に応じた適正な姿勢変更制御を行える。姿勢検出装置は先端部材に非接触で先端部材の姿勢を検出するため、先端部材の衛生状態を良好に保つことができる。
【００１５】
この発明において、前記姿勢検出装置によって検出された前記先端部材の姿勢が前記ガイド部と平行であるときの前記姿勢操作部材の進退位置を初期位置として記憶する記憶手段を設け、前記校正手段により、前記記憶手段に記憶された前記初期位置の情報を用いて前記指令値を補正するのが良い。
上記のように記憶手段に記憶された初期位置の情報を用いて指令値を補正することにより、精度の良い姿勢変更制御を行うことができる。通常、先端部材がガイド部と平行である状態の姿勢が初期姿勢とされる。よって、先端部材の姿勢がガイド部と平行であるときの姿勢操作部材の進退位置を初期位置として記憶手段に記憶させておけば、校正手段による指令値の補正が容易である。
【００１６】
また、この発明において、前記姿勢検出装置によって検出された前記先端部材の姿勢と、前記姿勢操作部材の進退位置との関係を記憶する記憶手段を設け、前記校正手段により、前記記憶手段の記憶内容に従って前記指令値を生成するものとしても良い。
上記のように記憶手段の記憶内容に従って指令値を生成することにより、精度の良い姿勢変更制御を行うことができる。
【００１７】
この発明において、前記姿勢検出装置は、前記ガイド部および前記先端部材を撮影するカメラと、このカメラで撮影された像から前記ガイド部に対する前記先端部材の姿勢を推定する姿勢推定手段とを有する構成であって良い。
また、前記姿勢検出装置は、前記ガイド部の中心線周りの異なる位相から前記ガイド部および前記先端部材を撮影する複数のカメラと、これら複数のカメラで撮影された複数の像から前記ガイド部に対する前記先端部材の３次元の姿勢を推定する姿勢推定手段とを有するものであっても良い。
【００１８】
例えば、前記姿勢推定手段は、前記カメラで撮影された像から先端部材だけの像とガイド部だけの像とをそれぞれ抽出し、先端部材だけの像の中心線とガイド部だけの像の中心線とが成す角度を、慣性主軸を求める方法を用いて推定するものである。
また、前記姿勢推定手段は、前記カメラで撮影された像の全体の傾きを求めた後、求められた傾きと垂直な直線を切取り線として前記カメラで撮影された像のうち前記ガイド部の部分を切取り前記先端部材の部分だけを抽出する抽出操作と、抽出された像の傾きを取得する傾き取得操作とを任意に定められた回数だけ繰り返して行い、最終的な傾き取得操作により得られた像の傾きを前記先端部材の傾きとするものとしても良い。
姿勢推定手段が上記いずれであっても、カメラで撮影された像からガイド部に対する先端部材の姿勢を精度良く推定することができる。
【００１９】
姿勢推定手段を上記構成とする場合、前記カメラで撮影された像から一部分だけを抽出する作業をパターンマッチングの手法を用いて行うのが良い。パターンマッチングの手法を用いれば、カメラで撮影された像から一部分だけを容易に抽出できる。
【００２０】
この発明において、前記姿勢検出装置は、前記ガイド部および前記先端部材に向けて等間隔で複数条の光線を照射する光照射手段と、この光照射手段により照射された前記ガイド部および前記先端部材を撮影するカメラと、このカメラで撮影された像における前記複数条の光線の当たった箇所の間隔から前記ガイド部に対する前記先端部材の姿勢を推定する姿勢推定手段とを有する構成であっても良い。
光照射手段によりガイド部および先端部材に複数条の光線を当てた場合、ガイド部に対し先端部材が平行でないと、カメラで撮影された像におけるガイド部の光線の当たった箇所の間隔と、先端部材の光線の当たった箇所の間隔が異なる。この間隔の違いから、ガイド部に対する先端部材の姿勢を推定することができる。
【００２１】
この発明において、前記姿勢検出装置による前記先端部材の姿勢の検出は、前記姿勢操作部材により前記先端部材に予圧を与えた状態で行うのが良い。前記姿勢操作部材により前記先端部材に与える予圧は、例えば前記姿勢変更用駆動源の推力によるものとする。
遠隔操作型アクチュエータに設けられている姿勢変更用駆動源の推力で先端部材に予圧を与えれば、予圧を与えるための手段を別に設ける必要がない。
【００２２】
前記姿勢検出装置による前記先端部材の姿勢の検出を、前記姿勢操作部材により前記先端部材に予圧を与えた状態で行う場合、前記姿勢検出装置は、前記予圧が与えられた状態であることを確認する予圧付与確認手段を有し、この予圧付与確認手段で予圧が与えられた状態にあることが確認された状態で前記姿勢検出装置による前記先端部材の姿勢の検出を行うようにする。
【００２３】
この発明の遠隔操作型アクチュエータを使用する方法は、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の遠隔操作型アクチュエータを使用し、前記姿勢操作部材により前記先端部材に予圧を与え状態で、前記姿勢検出装置により前記先端部材の姿勢の検出を行わせる。
【発明の効果】
【００２４】
この発明の遠隔操作型アクチュエータは、細長形状のガイド部と、このガイド部の先端に姿勢変更自在に取付けられた先端部材と、この先端部材に設けた作業具と、この作業具を駆動させる作業具用駆動源と、前記先端部材の姿勢を操作する姿勢変更用駆動源と、姿勢変更操作具から与えられる入力値に従って前記姿勢変更用駆動源を制御する姿勢変更制御手段とを備え、前記ガイド部は、前記作業具用駆動源の駆動力を前記作業具に伝達する駆動軸と、両端に貫通したガイド孔とを内部に有し、前記姿勢変更用駆動源により駆動されて進退動作することにより前記先端部材を姿勢変更させる姿勢操作部材を前記ガイド孔内に進退自在に挿通し、前記ガイド部に対する前記先端部材の姿勢をこの先端部材に非接触で検出する姿勢検出装置と、前記姿勢変更操作具から与えられる入力値に応じて前記姿勢変更制御手段により前記姿勢変更用駆動源へ出力する指令値を、前記姿勢検出装置で検出された姿勢の情報を用いて補正または生成する校正手段とを設けたため、細長形状のガイド部の先端に設けられて作業具を支持する先端部材の姿勢を遠隔操作で精度良く変更することができ、製品ごとに異なる先端部材の真直度に応じた適正な姿勢変更制御を行える。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の実施形態にかかる遠隔操作型アクチュエータの概略構成を示す図である。
【図２】（Ａ）は同遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびガイド部の断面図、（Ｂ）はそのIIＢ−IIＢ断面図、（Ｃ）は先端部材と駆動軸との連結構造を示す図、（Ｄ）は先端部材のハウジングを基端側から見た図である。
【図３】図１のIII−III断面図である。
【図４】同遠隔操作型アクチュエータにおける先端部材とカメラとの位置関係を示す正面図に、各カメラの画像を表示した図である。
【図５】同遠隔操作型アクチュエータの制御系の概略構成を示すブロック図である。
【図６】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は同遠隔操作型アクチュエータの姿勢推定手段による姿勢推定の過程を示すカメラの画像である。
【図７】（Ａ）〜（Ｅ）は姿勢推定手段による異なる姿勢推定の過程を示すカメラの画像である。
【図８】（Ａ）は異なる遠隔操作型アクチュエータの姿勢検出装置の一状態を示す側面図、（Ｂ）は同姿勢検出装置の光照射手段により光を当てられた先端部材およびガイド部の先端部の状態を示す平面図である。
【図９】（Ａ）は異なる遠隔操作型アクチュエータの姿勢検出装置の異なる状態を示す側面図、（Ｂ）は同姿勢検出装置の光照射手段により光を当てられた先端部材およびガイド部の先端部の状態を示す平面図である。
【図１０】さらに異なる遠隔操作型アクチュエータの制御系の一部の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】同遠隔操作型アクチュエータのテーブル作成制御手段による制御のフローチャートである。
【図１２】（Ａ）は遠隔操作型アクチュエータの一部の一状態を示す側面図、（Ｂ）は異なる状態を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
この発明の実施形態を図１〜図６と共に説明する。図１において、この遠隔操作型アクチュエータは、アクチュエータ本体５と、このアクチュエータ本体５を制御するコントローラ７と、アクチュエータ本体５の先端部材２の姿勢を検出するためのカメラ８とを備える。アクチュエータ本体５とコントローラ７、およびコントローラ７とカメラ８とは、それぞれ電気ケーブル（図示せず）で結ばれている。
【００２７】
アクチュエータ本体５は、作業具である回転式の工具１を保持する先端部材２と、この先端部材２が先端に姿勢変更自在に取付けられた湾曲した細長形状のガイド部３と、このガイド部３の基端が結合された駆動部ハウジング４ａとでなる。駆動部ハウジング４ａは、内蔵の作業具用駆動機構４ｂおよび姿勢変更用駆動機構４ｃを共に駆動部４を構成する。この例では、ガイド部３は、先端付近および基端付近が直線状で、中間部は曲率がほぼ一律な円弧状である。ガイド部３は、全体が直線状であってもよい。
【００２８】
図２（Ａ）に示すように、先端部材２は、略円筒状のハウジング１１の内部に、一対の軸受１２によりスピンドル１３が回転自在に支持されている。スピンドル１３は、先端側が開口した筒状で、中空部に工具１のシャンク１ａが嵌合状態に挿入され、回り止めピン１４によりシャンク１ａが回転不能に結合される。この先端部材２は、先端部材連結部１５を介してガイド部３の先端に取付けられる。先端部材連結部１５は、先端部材２を姿勢変更自在に支持する手段であり、球面軸受からなる。具体的には、先端部材連結部１５は、ハウジング１１の基端の内径縮径部からなる被案内部１１ａと、ガイド部３の先端に固定された抜け止め部材２１の鍔状部からなる案内部２１ａとで構成される。両者１１ａ，２１ａの互いに接する各案内面Ｆ１，Ｆ２は、先端部材２の中心線ＣＬ１上に曲率中心Ｏが位置し、基端側ほど径が小さい球面とされている。これにより、ガイド部３に対して先端部材２が抜け止めされるとともに、任意方向に姿勢変更自在に支持される。
【００２９】
ガイド部３は、駆動部ハウジング４ａ内の作業具用駆動源４１（図１、図３）の回転力を前記スピンドル１３へ伝達する駆動軸２２を有する。この例では、駆動軸２２はワイヤとされ、ある程度の弾性変形が可能である。ワイヤの材質としては、例えば金属、樹脂、グラスファイバー等が用いられる。ワイヤは単線であっても、撚り線であってもよい。図２（Ｃ）に示すように、スピンドル１３と駆動軸２２とは、自在継手等の継手２３を介して回転伝達可能に接続されている。継手２３は、スピンドル１３の閉塞した基端に設けられた溝１３ａと、駆動軸２２の先端に設けられ前記溝１３ａに係合する突起２２ａとで構成される。上記溝１３ａと突起２２ａとの連結箇所の中心は、前記案内面Ｆ１，Ｆ２の曲率中心Ｏと同位置である。駆動軸２２と突起２２ａとは別部材として構成してもよい。
【００３０】
図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、ガイド部３は、このガイド部３の外郭となる外郭パイプ２５を有し、この外郭パイプ２５の中心に前記駆動軸２２が位置する。駆動軸２２は、それぞれ軸方向に離れて配置された複数の転がり軸受２６によって回転自在に支持されている。各転がり軸受２６間には、これら転がり軸受２６に予圧を発生させるためのばね要素２７Ａ，２７Ｂが設けられている。ばね要素２７Ａ，２７Ｂは、例えば圧縮コイルばねである。転がり軸受２６の内輪に予圧を発生させる内輪用ばね要素２７Ａと、外輪に予圧を発生させる外輪用ばね要素２７Ｂとがあり、これらが交互に配置されている。前記抜け止め部材２１は、固定ピン２８により外郭パイプ２５のパイプエンド部２５ａに固定され、その先端内周部で転がり軸受２９を介して駆動軸２２の先端部を回転自在に支持している。パイプエンド部２５ａは、外郭パイプ２５と別部材とし、溶接等により結合してもよい。
【００３１】
外郭パイプ２５の内径面と駆動軸２２の間には、互いに１２０度の位相にある周方向位置に、外郭パイプ２５と同じ湾曲形状で両端に貫通する３本のガイドパイプ３０が設けられている。そして、各ガイドパイプ３０の内径孔であるガイド孔３０ａ内に、姿勢操作部材３１（３１Ｕ，３１Ｌ，３１Ｒ）が進退自在に挿通されている。姿勢操作部材３１は、ワイヤ３１ａと両端の柱状ピン３１ｂとでなる。ワイヤ３１ａの材料としては、前記駆動軸２２と同様に、金属、樹脂、グラスファイバー等が用いられる。ワイヤ３１ａは単線であっても、撚り線であってもよい。また、形状記憶合金を用いても良い。
【００３２】
先端部材２側の柱状ピン３１ｂの先端は球面状で、その球面状の先端が、図２（Ｄ）に示すように、ハウジング１１の基端面に形成された径方向の溝部１１ｂの底面に当接している。溝部１１ｂおよび姿勢操作部材３１は回転防止機構３７を構成し、溝部１１ｂに挿入された姿勢操作部材３１の先端部が溝部１１ｂの側面に当たることで、先端部材２がガイド部３に対して先端部材２の中心線ＣＬ１回りに回転するのを防止している。
【００３３】
また、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、外郭パイプ２５の内径面と駆動軸２２の間には、前記ガイドパイプ３０とは別に、このガイドパイプ３０と同一ピッチ円Ｃ上に、複数本の補強シャフト３４が配置されている。これらの補強シャフト３４は、ガイド部３の剛性を確保するためのものであり、ガイドパイプ３０と同外径で同じ湾曲形状である。ガイドパイプ３０と補強シャフト３４の配列間隔は等間隔とされている。ガイドパイプ３０および補強シャフト３４は、外郭パイプ２５の内径面におよび前記転がり軸受２６の外径面に接している。これにより、転がり軸受２６の外径面を支持している。
【００３４】
図１および図３に駆動部ハウジング４ａの内部を示す。
作業具用駆動機構４ｂは、例えば電動モータからなる作業具用駆動源４１を備える。作業具用駆動源４１は、後部が駆動部ハウジング４ａから突出した状態で設けられており、その出力軸４１ａの先端が前記駆動軸２２の基端に結合させてある。
【００３５】
姿勢変更用駆動機構４ｃは、各姿勢操作部材３１（３１Ｕ，３１Ｌ，３１Ｒ）にそれぞれ対応する姿勢変更用駆動源４３（４３Ｕ，４３Ｌ，４３Ｒ）を備える。姿勢変更用駆動源４３は、例えば電動リニアアクチュエータであり、図１の左右方向に移動する出力ロッド４３ａの動きが、増力伝達機構４４を介して前記姿勢操作部材３１に伝達される。出力ロッド４３ａの動作位置、すなわち姿勢操作部材３１の進退位置は、進退検出手段４５（４５Ｕ，４５Ｌ，４５Ｒ）にそれぞれ検出される。
【００３６】
前記増力伝達機構４４は、支軸４４ａ回りに回動自在なレバー４４ｂ（４３ｂＵ，４３ｂＬ，４３ｂＲ）を有し、このレバー４４ｂにおける支軸４４ａからの距離が長い作用点Ｐ１（Ｐ１Ｕ，Ｐ１Ｌ，Ｐ１Ｒ）に出力ロッド４３ａの力が作用し、支軸４４ａからの距離が短い力点Ｐ２（Ｐ２Ｕ，Ｐ２Ｌ，Ｐ２Ｒ）で姿勢操作部材３１に力を与える構成であり、姿勢変更用駆動源４３の出力が増力して姿勢操作部材３１に伝達される。増力伝達機構４４を設けると、小さな出力のリニアアクチュエータでも姿勢操作部材３１に大きな力を与えることができるので、リニアアクチュエータの小型化が可能になる。なお、駆動軸２２は、レバー４４ｂに形成された開口４６（図３）を貫通させてある。
【００３７】
図１において、前記カメラ８は、先端部材２の姿勢をこの先端部材２に非接触で検出するためのものであり、後述する姿勢推定手段７１と共に姿勢検出装置９を構成する。カメラ８は、先端部材２の全体とガイド部３の先端部を撮影するように設置される。図１では１個のカメラ８だけが図示されているが、実際には図４に示すように、複数個（例えば２個）のカメラ８で、先端部材２およびガイド部３の中心線ＣＬ１，ＣＬ２周りの異なる位相（例えば直交２軸方向）から撮影する。姿勢推定手段７１については、後で説明する。
【００３８】
図５のブロック図に示すように、コントローラ７は、各種制御を行うコンピュータ６０が内蔵されている。コンピュータ６０は、工具回転用駆動源４１を制御する回転制御装置６１と、姿勢変更用駆動源４３（４３Ｕ，４３Ｌ，４３Ｒ）を制御する姿勢制御装置６２とを備える。また、姿勢制御装置６２は、姿勢変更制御手段６３と初期位置制御手段６４と補正手段６５とを備える。補正手段６５は、請求項１で言う校正手段である。
【００３９】
回転制御装置６１は、回転操作具６６からの回転指令信号に応じてドライバ６７に出力し、工具回転用駆動源４１をオン・オフする。これにより、スピンドル１３が回転および回転停止させられる。回転操作具６６は、コントローラ７に設けられていてもよく、あるいは駆動源ハウジング４ａに設けられていてもよい。
【００４０】
姿勢制御装置６２の姿勢変更制御手段６３は、姿勢変更操作具６８からの姿勢変更指令信号の入力値に応じてドライバ６９に出力し、姿勢変更用駆動源４３（４３Ｕ，４３Ｌ，４３Ｒ）を駆動する。姿勢変更操作具６８は、先端部材２を任意方向の姿勢変更操作と、その姿勢変更の程度の設定とを前記入力値となる姿勢変更指令信号の出力により行うものである。姿勢変更操作具６８は、コントローラ７に設けられていてもよく、あるいは駆動源ハウジング４ａに設けられていてもよい。
【００４１】
例えば、先端部材２を図２（Ａ）において先端が下向きとなる側に姿勢変更する場合は、各姿勢変更用駆動源４３Ｕ，４３Ｌ，４３Ｒに出力して、上側の姿勢操作部材３１Ｕを先端側へ進出させ、かつ他の２つの姿勢操作部材３１Ｌ，３１Ｒを後退させる。それにより、姿勢操作部材３１Ｕによって先端部材２のハウジング１１が押されて、先端部材２は下向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。このとき、各姿勢操作部材３１の進退量が適正になるように、各姿勢変更用駆動源４３が制御される。各姿勢操作部材３１を逆に進退させると、左右の姿勢操作部材３１Ｌ，３１Ｒによって先端部材２のハウジング１１が押されて、先端部材２は先端側が上向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。
【００４２】
また、先端部材２を図２（Ａ）において先端が右向き、すなわち紙面の裏側向きとなる側に姿勢変更する場合は、姿勢変更用駆動源４３Ｌ，４３Ｒに出力して、上側の姿勢操作部材３１Ｕは静止させた状態で、左側の姿勢操作部材３１Ｌを先端側へ進出させ、かつ右側の姿勢操作部材３１Ｒを後退させる。それにより、左側の姿勢操作部材３１Ｌによって先端部材２のハウジング１１が押されて、先端部材２は案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って右向きに姿勢変更する。左右の姿勢操作部材３１Ｌ，３１Ｒを逆に進退させると、右の姿勢操作部材３１Ｒによって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は左向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。
【００４３】
姿勢制御装置６２の初期位置制御手段６４は、製品組立完成時や先端部材２の交換時に、先端部材２が初期姿勢にあるときの姿勢操作部材３１の進退位置である初期位置を求めて記憶する初期位置制御を行う。初期姿勢とは、先端部材２がガイド部３に対し真っ直ぐな姿勢、すなわち先端部材２の中心線ＣＬ１とガイド部３の中心線ＣＬ２とが合致する姿勢を言う。設計上では、先端部材２が初期姿勢にあるときは、各姿勢操作部材３１の進退位置が同じに設定されている。しかし、実際に組み立てられた遠隔操作型アクチュエータは、部品の加工精度や組立精度等により製品ごとにガイド部３に対する先端部材２の真直度が若干異なるため、各姿勢操作部材３１の初期位置が完全に同じにならないのが普通である。そこで、製品ごとに各姿勢操作部材３１の初期位置を把握しておき、この初期位置の情報を姿勢変更制御手段６３による制御に反映させることで、姿勢変更制御の精度を向上させるのである。
【００４４】
初期位置制御手段６４は、姿勢推定手段７１と初期位置記憶手段７２とでなる。姿勢推定手段７１は、カメラ８で撮影された先端部材２およびガイド部３の先端部の像から、ガイド部３に対する先端部材２の姿勢を推定する手段である。具体的な推定方法については後で説明する。初期位置記憶手段７２は、先端部材２が初期姿勢であるときの各姿勢操作部材３１の進退位置である初期位置を記憶する手段である。また、初期位置制御手段６４には、次に説明する初期位置制御を実行させる初期位置制御実行操作具７３が接続されている。
【００４５】
初期位置制御実行操作具７３を操作することで、初期位置制御が実行される。各姿勢操作部材３１が後退位置にある状態から、各姿勢操作部材３１を前進させて、先端部材２と姿勢操作部材３１との間に所定の予圧を与える。これにより、先端部材２が一定の姿勢に固定される。姿勢変更用駆動源４３の推力で姿勢操作部材３１を前進させて先端部材２に予圧を与えるため、予圧を与えるための手段を別に設ける必要がない。
なお、姿勢検出装置９は、先端部材２に予圧が与えられた状態であることを確認する予圧付与確認手段９ａ（図５）を有し、この予圧付与確認手段９ａで予圧が与えられた状態にあることが確認された状態で姿勢検出装置９による先端部材２の姿勢の検出を行う。
【００４６】
次に、図４のように、先端部材２およびガイド部３の先端部をカメラ８で撮影し、その撮影された画像から、姿勢推定手段７１により先端部材２の姿勢を推定する。通常、最初の段階では、先端部材２が初期姿勢にならない。そこで、先端部材２の姿勢を監視しながら各姿勢操作部材３１を進退させて、先端部材２が初期姿勢になるようにする。このときの各姿勢操作部材３１の進退位置を検出し、その値を初期位置として初期位置記憶手段７２に記憶させる。これら一連の動作は、初期位置制御手段６４により自動的に行われる。なお、カメラ８で撮影する場合に、図示のように、光源として平行光源８ａを用いるのが好ましい。平行光源８ａは、平行光を投光する光源であり、その平行光は、カメラ８の光軸と平行で、先端部材２を挟んでカメラ８に向かう方向とする。
【００４７】
補正手段６５は、初期位置記憶手段６４に記憶されている初期位置の情報を用いて、前記姿勢変更制御手段６２により姿勢変更用駆動源４３へ出力する指令値を補正する。姿勢変更制御手段６３は、前記指令値を姿勢変更用駆動源４３へ出力して、姿勢操作部材３１を進退させる。これにより、製品ごとに異なる姿勢操作部材３１の初期位置に応じた適正な姿勢変更制御を行うことができ、先端部材２を目標とする姿勢に正確に変更させられる。
【００４８】
姿勢検出装置９による先端部材２の姿勢検出の一方法を図６（Ａ）〜（Ｃ）と共に説明する。図６（Ａ），（Ｂ）は、それぞれカメラ８で撮影された像の例である。図６（Ａ）のように先端部材２がガイド部３に対し真っ直ぐな場合も、図６（Ｂ）のように曲率中心Ｏで屈曲している場合も、ガイド部３の先端部の姿勢を基準にして先端部材２の姿勢を推定することができる。例えば、図６（Ｂ）の像から先端部材２の姿勢を推定するには、図６（Ｃ）のように先端部材２のみの像を抽出する。先端部材２の像とガイド部３の像の分離は、例えばパターンマッチングにより行う。そして、抽出された先端部材２の像から、慣性主軸を求める式（１），（２）を用いて、先端部材２の中心線ＣＬ１とガイド部３の中心線ＣＬ２との成す角度θを推定する。
【００４９】
【数１】
ｍＧ、ｎＧ：投影像の重心の画素、ｆ（ｍ，ｎ）：各画素のデータ（輝度）、ｍ：横方向の画素、ｎ：縦方向の画素
なお、ｐ，ｑは式（２）の（ｍ−ｍＧ）、（ｎ−ｎＧ）における、べき乗の係数のことである。式（１）のＭ１１の場合、（ｍ−ｍＧ）、（ｎ−ｎＧ）が共に１乗であり、Ｍ１１＝ΣΣ（ｍ−ｍＧ）×（ｎ−ｎＧ）×ｆ（ｍ，ｎ）となる。Ｍ２０の場合、（ｍ−ｍＧ）が２乗、（ｎ−ｎＧ）が０乗であり、Ｍ２０＝ΣΣ（ｍ−ｍＧ）×（ｍ−ｍＧ）×ｆ（ｍ，ｎ）となる。
ｍＧ、ｎＧは像の重心となる画素を示し、図６（Ｃ）の投影像では先端部材２の面積の重心で、先端部材２の中心線ＣＬ１上の点になる。例えば、先端部材２の像の形状が円や長方形なら中心になるが、図６（Ｃ）では先端部材２の径が変化しているため、軸方向長さの中心から若干左右にずれた位置になる。ｍ、ｎは画素を示し、６８０×４８０画素の画像データの場合、ｍは０〜６７９、ｎは０〜４７９の値をとる。また、例えばｆ（ｍ，ｎ）は横方向に左からｍ−１番目、縦方向に上からｎ−１番目の画素の輝度値を指す。
【００５０】
上記操作を互いに直交２軸方向から撮影する２つのカメラ８の画像について行うことにより、先端部材２の３次元の姿勢を推定することができる。このようなカメラ８の画像を用いた光学式の姿勢検出方法は、先端部材２に非接触で先端部材２の姿勢を検出するため、先端部材２の衛生状態を良好に保つことができる。
【００５１】
この遠隔操作型アクチュエータの動作を説明する。
回転操作具６６を操作して工具回転用駆動源４１を駆動させると、その回転力が駆動軸２２を介してスピンドル１３に伝達されて、スピンドル１３と共に工具１が回転する。回転する工具１により、骨等の切削を行う。加工中は、加工箇所の形状や加工の進行に応じ、姿勢変更用操作具５６の操作により姿勢変更用駆動源４３を駆動させて、姿勢操作部材３１を介して、先端部材２の任意の方向に変更する。
【００５２】
姿勢変更用駆動源４３は、先端部材２から離れた位置に設けられており、上記先端部材２の姿勢変更は遠隔操作で行われる。姿勢操作部材３１はガイド孔３０ａに挿通されているため、姿勢操作部材３１が長手方向と交差する方向に位置ずれすることがなく、常に先端部材２に対し適正に作用することができ、先端部材２の姿勢変更動作が正確に行われる。また、スピンドル１３と駆動軸２２との連結箇所の中心が案内面Ｆ１，Ｆ２の曲率中心Ｏと同位置であるため、先端部材２の姿勢変更によって駆動軸２２に対して押し引きする力がかからず、先端部材２を円滑に姿勢変更できる。
【００５３】
また、先端部材２がガイド部３に対して先端部材２の中心線Ｃ１Ｌ回りに回転するのを防止する回転防止機構３７が設けられているため、姿勢変更用駆動機構４ｃや姿勢制御装置６２の故障等により工具１を保持する先端部材２が制御不能となった場合でも、先端部材２が中心線ＣＬ１回りに回転して加工箇所の周りを傷つけたり、先端部材２自体が破損したりすることを防止できる。
【００５４】
この遠隔操作型アクチュエータは、例えば人工関節置換手術において骨の髄腔部を削るのに使用されるものであり、施術時には、先端部材２の全部または一部が患者の体内に挿入して使用される。このため、上記のように先端部材２の姿勢を遠隔操作で変更できれば、常に工具１を適正な姿勢に保持した状態で骨の加工をすることができ、人工関節挿入用穴を精度良く仕上げることができる。
【００５５】
細長形状であるガイド部３には、駆動軸２２および姿勢操作部材３１を保護状態で設ける必要があるが、外郭パイプ２５の中心部に駆動軸２２を設け、外郭パイプ２５と駆動軸２２との間に、姿勢操作部材３１を収容したガイドパイプ３０と補強シャフト３４とを円周方向に並べて配置した構成としたことにより、駆動軸２２および姿勢操作部材３１を保護し、かつ内部を中空して軽量化を図りつつ剛性を確保できる。また、全体のバランスも良い。
【００５６】
駆動軸２２を支持する転がり軸受２６の外径面を、ガイドパイプ３０と補強シャフト３４とで支持させたため、余分な部材を用いずに転がり軸受２６の外径面を支持できる。また、ばね要素２７Ａ，２７Ｂにより転がり軸受２６に予圧がかけられているため、ワイヤからなる駆動軸２２を高速回転させることができる。そのため、スピンドル１３を高速回転させて加工することができ、加工の仕上がりが良く、工具１に作用する切削抵抗を低減させられる。ばね要素２７Ａ，２７Ｂは隣合う転がり軸受２６間に設けられているので、ガイド部３の径を大きくせずにばね要素２７Ａ，２７Ｂを設けることができる。
【００５７】
初期位置姿勢を先端部材２が真っ直ぐな姿勢とし、その姿勢は図６（Ａ）に示すガイド部３の先端部の像から姿勢を推定できる。まず、ガイド部３の先端部の像を抽出し、ガイド部３の直線状部分からなる先端部の側縁であるエッジＥを検出する。エッジＥはガイド部の画像の上部または下部のエッジである。エッジＥが直線で近似され、その直線情報から姿勢を推定する。すなわち、エッジＥの直線情報からガイド部３の先端部の姿勢を推定し、その姿勢を基準に先端部材２の姿勢を推定する。初期位置姿勢は、先端部材２がガイド部３の先端部と平行となる姿勢のことである。したがって、ガイド部３のエッジＥの直線情報からガイド部３の姿勢を推定し、その姿勢を基準に先端部材２の相対角度を求め、先端部材２の角度を推定する必要がある。
【００５８】
姿勢検出装置９による先端部材２の姿勢検出の異なる方法を図７と共に説明する。まず、図７（Ａ）のように、先端部材２およびガイド部３の先端部を含む全体像の傾き角度θ１を求める。こうして得られた傾き角度θ１は、実際の先端部材２の傾き角度θとの間に差がある。次に、傾き角度θ１に垂直な方向で曲率中心Ｏを通る直線Ｌ１を切取り線として、全体像のうちガイド部３の部分を切取って、図７（Ｂ）のような工具１を含む先端部材２だけの像を抽出する。そして、その像の傾き角度θ２を求める。さらに、図７（Ｃ）のように、前記傾き角度θ２に垂直な方向で曲率中心Ｏを通る直線Ｌ２を元の全体像に対する切取り線としてガイド部３の部分を切取って、図７（Ｄ）のような先端部材２だけの像を抽出する。そして、その像の傾き角度θ３を求める。
【００５９】
このように、全体像から先端部材２だけの像を抽出する抽出操作と、抽出された像の傾きを取得する傾き取得操作とを任意に定められた回数だけ繰り返して行い、最終的な傾き取得操作により得られた像の傾きを先端部材２の傾きとする。抽出操作と傾き取得操作とを繰り返し行うことにより、得られる傾き角度が実際の傾き角度θに次第に近づき、最終的には図７（Ｅ）のように実際の傾き角度θとほぼ一致する。
【００６０】
姿勢検出装置９による先端部材２の姿勢検出のさらに異なる方法を図８（Ａ），（Ｂ）および図９（Ａ），（Ｂ）と共に説明する。この姿勢検出装置９は、カメラ８と姿勢推定手段７１の他に、ガイド部３の直線状の先端部および先端部材２に向けて等間隔で複数条の光線７５ａを照射する光照射手段７５を有する。光照射手段７５によりガイド部３の先端部および先端部材２に複数条の光線７５ａを当てた場合、図８（Ａ）のように、ガイド部３の先端部に対し先端部材２が平行であれば、図８（Ｂ）のように、カメラ８で撮影された像におけるガイド部３の光の当たった箇所の間隔ΔＬと、先端部材２の光の当たった箇所の間隔ΔＤとが同じになる。しかし、図９（Ａ）のように、ガイド部３の先端部に対し先端部材２が平行でないと、図９（Ｂ）のように、カメラ８で撮影された像におけるガイド部３の光の当たった箇所の間隔ΔＬ´と、先端部材２の光の当たった箇所の間隔ΔＤ´とが異なる。この間隔の違いから、姿勢推定手段７１により、ガイド部３に対する先端部材２の姿勢を推定することができる。
【００６１】
また、姿勢制御装置６２は図１０に示す構成としてもよい。この姿勢制御装置６２は、姿勢変更制御手段６３とテーブル作成制御手段８１と照合手段８２とを備える。照合手段８２は、請求項１で言う校正手段である。テーブル作成制御手段８１は、姿勢推定手段７１と姿勢・進退位置関係テーブル８３とでなる。姿勢・進退位置関係テーブル８３は、請求項１で言う記憶手段である。姿勢推定手段７１は、前記同様の構成である。また、テーブル作成制御手段８１には、次に説明するテーブル作成制御を実行させるテーブル作成制御実行操作具８４が接続されている。
【００６２】
テーブル作成制御実行操作具８４を操作することで、テーブル作成制御手段８１により、図１１のフローチャートに示すテーブル作成制御が実行される。すなわち、姿勢操作部材３１を指示された進退位置へ移動させ（Ｓ１）、先端部材２の姿勢をカメラ８の画像から姿勢推定手段７１で推定する（Ｓ２）。そのときの姿勢操作部材３１の進退位置および先端部材２の姿勢を、姿勢・進退位置関係テーブル８３に記録する（Ｓ３）。次に、姿勢操作部材３１の別の進退位置を指示する（Ｓ４）。以下、前記同様に、姿勢操作部材３１の移動（Ｓ１）、先端部材２の姿勢の推定（Ｓ２）、姿勢操作部材３１の進退位置および先端部材２の姿勢の記録（Ｓ３）、姿勢操作部材３１の進退位置の指示（Ｓ４）を繰り返して、姿勢操作部材３１の進退位置と先端部材２の姿勢との関係を示すデータを姿勢・進退位置関係テーブル８３に作成する。
【００６３】
照合手段８２は、姿勢変更制御手段６３からの求めに応じて、姿勢・進退位置関係テーブル８３に記録されているデータを照合して、姿勢変更操作具６８によって指示された先端部材２の姿勢に適合する姿勢操作部材３１の進退位置で探し出し、姿勢変更用駆動源４３へ出力する指令値を生成する。姿勢変更制御手段６３は、前記指令値を姿勢変更用駆動源４３へ出力して、姿勢操作部材３１を進退させる。これにより、製品ごとに異なる先端部材２の真直度に応じた適正な姿勢変更制御を行うことができ、先端部材２を目標とする姿勢に正確に変更させられる。
【００６４】
上記実施形態は、作業具が回転する工具１である例を示すが、作業具は把持具等の他の作業具であってもよい。また、この発明は、医療用の遠隔操作型アクチュエータに限らず、機械加工等の他の分野で用いられる遠隔操作型アクチュエータにも適用できる。
【符号の説明】
【００６５】
１…工具（作業具）
２…先端部材
３…ガイド部
８…カメラ
９…姿勢検出装置
９ａ…予圧付与確認手段
２２…駆動軸
３０…ガイドパイプ
３０ａ…ガイド孔
３１…姿勢操作部材
４１…作業具用駆動源
４３…姿勢変更用駆動源
６２…姿勢制御装置
６３…姿勢変更制御手段
６５…補正手段（校正手段）
６８…姿勢変更操作具
７１…姿勢推定手段
７２…初期位置記憶手段
７５…光照射手段
７５ａ…光線
８２…照合手段（校正手段）
８３…姿勢・進退位置関係テーブル（記憶手段）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、細長形状のガイド部の先端に設けた作業具の姿勢を遠隔操作で変更可能な遠隔操作型アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
医療や機械加工等の分野で切削加工等の作業に用いられる遠隔操作型アクチュエータがある。この遠隔操作型アクチュエータは、直線形状や湾曲形状をした細長形状のガイド部の先端に工具、把持具等の作業具を設け、この作業具を遠隔操作で制御するようにしたものである。以下、骨の加工に用いられる医療用の遠隔操作型アクチュエータを例にとって、従来技術と課題について説明する。
【０００３】
整形外科において、骨の老化等によって擦り減って使えなくなった関節を新しく人工のものに取り替える人工関節置換手術がある。この手術では、患者の生体骨を人工関節が挿入できるように加工する必要があるが、その加工には、術後の生体骨と人工関節との接着強度を高めるために、人工関節の形状に合わせて精度良く加工することが要求される。
【０００４】
例えば、股関節の人工関節置換手術では、大腿骨の骨の中心にある髄腔部に人工関節挿入用の穴を形成する。人工関節と骨との接触強度を保つには両者の接触面積を大きくとる必要があり、人工関節挿入用の穴は、骨の奥まで延びた細長い形状に加工される。この加工には、細長形状のガイド部の先端に設けた工具を遠隔操作で回転させる遠隔操作型アクチュエータが用いられる。人工関節置換手術では、皮膚切開や筋肉の切断を伴う。すなわち、人体に傷を付けなければならない。その傷を最小限に抑えるためには、前記ガイド部は真っ直ぐでなく、適度に湾曲している方が良い場合がある。
【０００５】
このような状況に対応するためのものとして、次のような従来技術がある。例えば、特許文献１は、ガイド部の中間部を２重に湾曲させて、パイプ部の先端側の軸心位置と基端側の軸心位置とをずらせたものである。このようにガイド部の軸心位置が先端側と軸心側とでずれているものは、他にも知られている。また、特許文献２は、ガイド部を１８０度回転させたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４，４６６，４２９号明細書
【特許文献２】米国特許第４，２６５，２３１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の医療用遠隔操作型アクチュエータは、工具の回転のみを遠隔操作で制御するだけであったため、人工関節挿入用の穴の深遠部で工具を正確に位置決めすることや、骨を複雑な形状に加工することが難しかった。そこで、上記問題を解決するために、図１２（Ａ），（Ｂ）に示すように、ガイド部３の先端に、工具１を回転自在に支持する先端部材２を姿勢変更可能に設け、この先端部材２の姿勢を遠隔操作で変更可能にすることを試みた。具体的には、ガイド部３の内部に両端に貫通したガイド孔（図示せず）を設け、このガイド孔内に姿勢操作部材（図示せず）を進退自在に挿通し、この姿勢操作部材を介して先端部材２に姿勢変更用の作用力を付与して、先端部材２を姿勢変更させることにした。姿勢操作部材をワイヤ等の可撓性を有するものにすれば、ガイド部３およびその内部のガイド孔が湾曲していても、先端部材２に姿勢変更用の作用力を伝達することができる。
【０００８】
上記のように姿勢操作部材を介して先端部材２に姿勢変更用の作用力を付与する遠隔操作型アクチュエータは、先端部材２の姿勢を安定して保持するために、先端部材２が受ける外力に打ち克つだけの予圧を姿勢操作部材により先端部材に与えておく。また、先端部材２の姿勢変更動作は、先端部材２の基準姿勢に対する姿勢変更の程度に応じて、姿勢操作部材を進退させて先端部材に作用力を付与することで行う。
【０００９】
通常、先端部材２の中立姿勢は、図１２（Ａ）のようにガイド部３に対し先端部材２が真っ直ぐな状態、すなわちガイド部３の中心線ＣＬ１と先端部材２の中心線ＣＬ２とが合致する状態とされる。しかし、組み立てられた遠隔操作型アクチュエータは、部品の加工精度や組立精度等により製品ごとにガイド部３に対する先端部材３の真直度が若干異なるため、図１２（Ｂ）のようにガイド部３の中心線ＣＬ１と先端部材２の中心線ＣＬ１とが完全には合致しないのが普通である。言い換えると、実際に先端部材２が真っ直ぐな状態にあるときの姿勢操作部材の進退位置は、設計上で先端部材２が真っ直ぐな状態となる進退位置とは限らない。
【００１０】
したがって、先端部材２を目標とする姿勢に正確に変更できるようにするには、製品ごとに実際に先端部材２が真っ直ぐな状態にあるときの姿勢操作部材の進退位置である初期位置を把握しておき、設計上で先端部材２が真っ直ぐな状態となる進退位置と前記初期位置との差分だけ姿勢操作部材の進退量を補正して先端部材２の姿勢変更制御を行わなければならない。あるいは、先端部材が各姿勢にあるときの先端部材の姿勢と姿勢操作部材の進退位置との関係を記憶手段に記憶しておき、目標とする先端部材の姿勢に適合する姿勢操作部材の進退位置を前記記憶手段の記憶内容から探し出すようにしても良い。
【００１１】
この発明の目的は、細長形状のガイド部の先端に設けられて作業具を支持する先端部材の姿勢を遠隔操作で精度良く変更することができ、製品ごとに異なる先端部材の真直度に応じた適正な姿勢変更制御を行える遠隔操作型アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明にかかる遠隔操作型アクチュエータは、細長形状のガイド部と、このガイド部の先端に姿勢変更自在に取付けられた先端部材と、この先端部材に設けた作業具と、この作業具を駆動させる作業具用駆動源と、前記先端部材の姿勢を操作する姿勢変更用駆動源と、姿勢変更操作具から与えられる入力値に従って前記姿勢変更用駆動源を制御する姿勢変更制御手段とを備え、前記ガイド部は、前記作業具用駆動源の駆動力を前記作業具に伝達する駆動軸と、両端に貫通したガイド孔とを内部に有し、前記姿勢変更用駆動源により駆動されて進退動作することにより前記先端部材を姿勢変更させる姿勢操作部材を前記ガイド孔内に進退自在に挿通し、前記ガイド部に対する前記先端部材の姿勢をこの先端部材に非接触で検出する姿勢検出装置と、前記姿勢変更操作具から与えられる入力値に応じて前記姿勢変更制御手段により前記姿勢変更用駆動源へ出力する指令値を、前記姿勢検出装置で検出された姿勢の情報を用いて補正または生成する校正手段とを設けたことを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、先端部材に設けた作業具により、所定の作業が行われる。その場合に、姿勢変更操作具から与えられる入力値に従って姿勢変更制御手段で姿勢変更用駆動源を制御して、姿勢操作部材を進退させる。それにより、姿勢操作部材が先端部材に対し作用して、ガイド部の先端に姿勢変更自在に取付けられた先端部材が姿勢変更する。姿勢変更用駆動源は、先端部材から離れた位置に設けられており、上記先端部材の姿勢変更は遠隔操作で行われる。姿勢操作部材はガイド孔に挿通されているため、姿勢操作部材が長手方向と交差する方向に位置ずれすることがなく、常に先端部材に対し適正に作用することができ、先端部材の姿勢変更動作が正確に行われる。
【００１４】
組立てられた遠隔操作型アクチュエータは、部品の加工精度や組立精度等により製品ごとにガイド部に対する先端部材の真直度が若干異なる。つまり、製品ごとにガイド部に対し先端部材が真っ直ぐな状態であるときの姿勢操作部材の進退位置が異なる。そこで、姿勢検出装置によりガイド部に対する先端部材の姿勢を検出し、校正手段により、姿勢変更操作具から与えられる入力値に応じて姿勢変更制御手段により姿勢変更用駆動源へ出力する指令値を、前記姿勢検出装置で検出された姿勢の情報を用いて補正または生成する。それにより、製品ごとに異なる先端部材の真直度に応じた適正な姿勢変更制御を行える。姿勢検出装置は先端部材に非接触で先端部材の姿勢を検出するため、先端部材の衛生状態を良好に保つことができる。
【００１５】
この発明において、前記姿勢検出装置によって検出された前記先端部材の姿勢が前記ガイド部と平行であるときの前記姿勢操作部材の進退位置を初期位置として記憶する記憶手段を設け、前記校正手段により、前記記憶手段に記憶された前記初期位置の情報を用いて前記指令値を補正するのが良い。
上記のように記憶手段に記憶された初期位置の情報を用いて指令値を補正することにより、精度の良い姿勢変更制御を行うことができる。通常、先端部材がガイド部と平行である状態の姿勢が初期姿勢とされる。よって、先端部材の姿勢がガイド部と平行であるときの姿勢操作部材の進退位置を初期位置として記憶手段に記憶させておけば、校正手段による指令値の補正が容易である。
【００１６】
また、この発明において、前記姿勢検出装置によって検出された前記先端部材の姿勢と、前記姿勢操作部材の進退位置との関係を記憶する記憶手段を設け、前記校正手段により、前記記憶手段の記憶内容に従って前記指令値を生成するものとしても良い。
上記のように記憶手段の記憶内容に従って指令値を生成することにより、精度の良い姿勢変更制御を行うことができる。
【００１７】
この発明において、前記姿勢検出装置は、前記ガイド部および前記先端部材を撮影するカメラと、このカメラで撮影された像から前記ガイド部に対する前記先端部材の姿勢を推定する姿勢推定手段とを有する構成であって良い。
また、前記姿勢検出装置は、前記ガイド部の中心線周りの異なる位相から前記ガイド部および前記先端部材を撮影する複数のカメラと、これら複数のカメラで撮影された複数の像から前記ガイド部に対する前記先端部材の３次元の姿勢を推定する姿勢推定手段とを有するものであっても良い。
【００１８】
例えば、前記姿勢推定手段は、前記カメラで撮影された像から先端部材だけの像とガイド部だけの像とをそれぞれ抽出し、先端部材だけの像の中心線とガイド部だけの像の中心線とが成す角度を、慣性主軸を求める方法を用いて推定するものである。
また、前記姿勢推定手段は、前記カメラで撮影された像の全体の傾きを求めた後、求められた傾きと垂直な直線を切取り線として前記カメラで撮影された像のうち前記ガイド部の部分を切取り前記先端部材の部分だけを抽出する抽出操作と、抽出された像の傾きを取得する傾き取得操作とを任意に定められた回数だけ繰り返して行い、最終的な傾き取得操作により得られた像の傾きを前記先端部材の傾きとするものとしても良い。
姿勢推定手段が上記いずれであっても、カメラで撮影された像からガイド部に対する先端部材の姿勢を精度良く推定することができる。
【００１９】
姿勢推定手段を上記構成とする場合、前記カメラで撮影された像から一部分だけを抽出する作業をパターンマッチングの手法を用いて行うのが良い。パターンマッチングの手法を用いれば、カメラで撮影された像から一部分だけを容易に抽出できる。
【００２０】
この発明において、前記姿勢検出装置は、前記ガイド部および前記先端部材に向けて等間隔で複数条の光線を照射する光照射手段と、この光照射手段により照射された前記ガイド部および前記先端部材を撮影するカメラと、このカメラで撮影された像における前記複数条の光線の当たった箇所の間隔から前記ガイド部に対する前記先端部材の姿勢を推定する姿勢推定手段とを有する構成であっても良い。
光照射手段によりガイド部および先端部材に複数条の光線を当てた場合、ガイド部に対し先端部材が平行でないと、カメラで撮影された像におけるガイド部の光線の当たった箇所の間隔と、先端部材の光線の当たった箇所の間隔が異なる。この間隔の違いから、ガイド部に対する先端部材の姿勢を推定することができる。
【００２１】
この発明において、前記姿勢検出装置による前記先端部材の姿勢の検出は、前記姿勢操作部材により前記先端部材に予圧を与えた状態で行うのが良い。前記姿勢操作部材により前記先端部材に与える予圧は、例えば前記姿勢変更用駆動源の推力によるものとする。
遠隔操作型アクチュエータに設けられている姿勢変更用駆動源の推力で先端部材に予圧を与えれば、予圧を与えるための手段を別に設ける必要がない。
【００２２】
前記姿勢検出装置による前記先端部材の姿勢の検出を、前記姿勢操作部材により前記先端部材に予圧を与えた状態で行う場合、前記姿勢検出装置は、前記予圧が与えられた状態であることを確認する予圧付与確認手段を有し、この予圧付与確認手段で予圧が与えられた状態にあることが確認された状態で前記姿勢検出装置による前記先端部材の姿勢の検出を行うようにする。
【００２３】
この発明の遠隔操作型アクチュエータを使用する方法は、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の遠隔操作型アクチュエータを使用し、前記姿勢操作部材により前記先端部材に予圧を与え状態で、前記姿勢検出装置により前記先端部材の姿勢の検出を行わせる。
【発明の効果】
【００２４】
この発明の遠隔操作型アクチュエータは、細長形状のガイド部と、このガイド部の先端に姿勢変更自在に取付けられた先端部材と、この先端部材に設けた作業具と、この作業具を駆動させる作業具用駆動源と、前記先端部材の姿勢を操作する姿勢変更用駆動源と、姿勢変更操作具から与えられる入力値に従って前記姿勢変更用駆動源を制御する姿勢変更制御手段とを備え、前記ガイド部は、前記作業具用駆動源の駆動力を前記作業具に伝達する駆動軸と、両端に貫通したガイド孔とを内部に有し、前記姿勢変更用駆動源により駆動されて進退動作することにより前記先端部材を姿勢変更させる姿勢操作部材を前記ガイド孔内に進退自在に挿通し、前記ガイド部に対する前記先端部材の姿勢をこの先端部材に非接触で検出する姿勢検出装置と、前記姿勢変更操作具から与えられる入力値に応じて前記姿勢変更制御手段により前記姿勢変更用駆動源へ出力する指令値を、前記姿勢検出装置で検出された姿勢の情報を用いて補正または生成する校正手段とを設けたため、細長形状のガイド部の先端に設けられて作業具を支持する先端部材の姿勢を遠隔操作で精度良く変更することができ、製品ごとに異なる先端部材の真直度に応じた適正な姿勢変更制御を行える。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の実施形態にかかる遠隔操作型アクチュエータの概略構成を示す図である。
【図２】（Ａ）は同遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびガイド部の断面図、（Ｂ）はそのIIＢ−IIＢ断面図、（Ｃ）は先端部材と駆動軸との連結構造を示す図、（Ｄ）は先端部材のハウジングを基端側から見た図である。
【図３】図１のIII−III断面図である。
【図４】同遠隔操作型アクチュエータにおける先端部材とカメラとの位置関係を示す正面図に、各カメラの画像を表示した図である。
【図５】同遠隔操作型アクチュエータの制御系の概略構成を示すブロック図である。
【図６】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は同遠隔操作型アクチュエータの姿勢推定手段による姿勢推定の過程を示すカメラの画像である。
【図７】（Ａ）〜（Ｅ）は姿勢推定手段による異なる姿勢推定の過程を示すカメラの画像である。
【図８】（Ａ）は異なる遠隔操作型アクチュエータの姿勢検出装置の一状態を示す側面図、（Ｂ）は同姿勢検出装置の光照射手段により光を当てられた先端部材およびガイド部の先端部の状態を示す平面図である。
【図９】（Ａ）は異なる遠隔操作型アクチュエータの姿勢検出装置の異なる状態を示す側面図、（Ｂ）は同姿勢検出装置の光照射手段により光を当てられた先端部材およびガイド部の先端部の状態を示す平面図である。
【図１０】さらに異なる遠隔操作型アクチュエータの制御系の一部の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】同遠隔操作型アクチュエータのテーブル作成制御手段による制御のフローチャートである。
【図１２】（Ａ）は遠隔操作型アクチュエータの一部の一状態を示す側面図、（Ｂ）は異なる状態を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
この発明の実施形態を図１〜図６と共に説明する。図１において、この遠隔操作型アクチュエータは、アクチュエータ本体５と、このアクチュエータ本体５を制御するコントローラ７と、アクチュエータ本体５の先端部材２の姿勢を検出するためのカメラ８とを備える。アクチュエータ本体５とコントローラ７、およびコントローラ７とカメラ８とは、それぞれ電気ケーブル（図示せず）で結ばれている。
【００２７】
アクチュエータ本体５は、作業具である回転式の工具１を保持する先端部材２と、この先端部材２が先端に姿勢変更自在に取付けられた湾曲した細長形状のガイド部３と、このガイド部３の基端が結合された駆動部ハウジング４ａとでなる。駆動部ハウジング４ａは、内蔵の作業具用駆動機構４ｂおよび姿勢変更用駆動機構４ｃを共に駆動部４を構成する。この例では、ガイド部３は、先端付近および基端付近が直線状で、中間部は曲率がほぼ一律な円弧状である。ガイド部３は、全体が直線状であってもよい。
【００２８】
図２（Ａ）に示すように、先端部材２は、略円筒状のハウジング１１の内部に、一対の軸受１２によりスピンドル１３が回転自在に支持されている。スピンドル１３は、先端側が開口した筒状で、中空部に工具１のシャンク１ａが嵌合状態に挿入され、回り止めピン１４によりシャンク１ａが回転不能に結合される。この先端部材２は、先端部材連結部１５を介してガイド部３の先端に取付けられる。先端部材連結部１５は、先端部材２を姿勢変更自在に支持する手段であり、球面軸受からなる。具体的には、先端部材連結部１５は、ハウジング１１の基端の内径縮径部からなる被案内部１１ａと、ガイド部３の先端に固定された抜け止め部材２１の鍔状部からなる案内部２１ａとで構成される。両者１１ａ，２１ａの互いに接する各案内面Ｆ１，Ｆ２は、先端部材２の中心線ＣＬ１上に曲率中心Ｏが位置し、基端側ほど径が小さい球面とされている。これにより、ガイド部３に対して先端部材２が抜け止めされるとともに、任意方向に姿勢変更自在に支持される。
【００２９】
ガイド部３は、駆動部ハウジング４ａ内の作業具用駆動源４１（図１、図３）の回転力を前記スピンドル１３へ伝達する駆動軸２２を有する。この例では、駆動軸２２はワイヤとされ、ある程度の弾性変形が可能である。ワイヤの材質としては、例えば金属、樹脂、グラスファイバー等が用いられる。ワイヤは単線であっても、撚り線であってもよい。図２（Ｃ）に示すように、スピンドル１３と駆動軸２２とは、自在継手等の継手２３を介して回転伝達可能に接続されている。継手２３は、スピンドル１３の閉塞した基端に設けられた溝１３ａと、駆動軸２２の先端に設けられ前記溝１３ａに係合する突起２２ａとで構成される。上記溝１３ａと突起２２ａとの連結箇所の中心は、前記案内面Ｆ１，Ｆ２の曲率中心Ｏと同位置である。駆動軸２２と突起２２ａとは別部材として構成してもよい。
【００３０】
図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、ガイド部３は、このガイド部３の外郭となる外郭パイプ２５を有し、この外郭パイプ２５の中心に前記駆動軸２２が位置する。駆動軸２２は、それぞれ軸方向に離れて配置された複数の転がり軸受２６によって回転自在に支持されている。各転がり軸受２６間には、これら転がり軸受２６に予圧を発生させるためのばね要素２７Ａ，２７Ｂが設けられている。ばね要素２７Ａ，２７Ｂは、例えば圧縮コイルばねである。転がり軸受２６の内輪に予圧を発生させる内輪用ばね要素２７Ａと、外輪に予圧を発生させる外輪用ばね要素２７Ｂとがあり、これらが交互に配置されている。前記抜け止め部材２１は、固定ピン２８により外郭パイプ２５のパイプエンド部２５ａに固定され、その先端内周部で転がり軸受２９を介して駆動軸２２の先端部を回転自在に支持している。パイプエンド部２５ａは、外郭パイプ２５と別部材とし、溶接等により結合してもよい。
【００３１】
外郭パイプ２５の内径面と駆動軸２２の間には、互いに１２０度の位相にある周方向位置に、外郭パイプ２５と同じ湾曲形状で両端に貫通する３本のガイドパイプ３０が設けられている。そして、各ガイドパイプ３０の内径孔であるガイド孔３０ａ内に、姿勢操作部材３１（３１Ｕ，３１Ｌ，３１Ｒ）が進退自在に挿通されている。姿勢操作部材３１は、ワイヤ３１ａと両端の柱状ピン３１ｂとでなる。ワイヤ３１ａの材料としては、前記駆動軸２２と同様に、金属、樹脂、グラスファイバー等が用いられる。ワイヤ３１ａは単線であっても、撚り線であってもよい。また、形状記憶合金を用いても良い。
【００３２】
先端部材２側の柱状ピン３１ｂの先端は球面状で、その球面状の先端が、図２（Ｄ）に示すように、ハウジング１１の基端面に形成された径方向の溝部１１ｂの底面に当接している。溝部１１ｂおよび姿勢操作部材３１は回転防止機構３７を構成し、溝部１１ｂに挿入された姿勢操作部材３１の先端部が溝部１１ｂの側面に当たることで、先端部材２がガイド部３に対して先端部材２の中心線ＣＬ１回りに回転するのを防止している。
【００３３】
また、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、外郭パイプ２５の内径面と駆動軸２２の間には、前記ガイドパイプ３０とは別に、このガイドパイプ３０と同一ピッチ円Ｃ上に、複数本の補強シャフト３４が配置されている。これらの補強シャフト３４は、ガイド部３の剛性を確保するためのものであり、ガイドパイプ３０と同外径で同じ湾曲形状である。ガイドパイプ３０と補強シャフト３４の配列間隔は等間隔とされている。ガイドパイプ３０および補強シャフト３４は、外郭パイプ２５の内径面におよび前記転がり軸受２６の外径面に接している。これにより、転がり軸受２６の外径面を支持している。
【００３４】
図１および図３に駆動部ハウジング４ａの内部を示す。
作業具用駆動機構４ｂは、例えば電動モータからなる作業具用駆動源４１を備える。作業具用駆動源４１は、後部が駆動部ハウジング４ａから突出した状態で設けられており、その出力軸４１ａの先端が前記駆動軸２２の基端に結合させてある。
【００３５】
姿勢変更用駆動機構４ｃは、各姿勢操作部材３１（３１Ｕ，３１Ｌ，３１Ｒ）にそれぞれ対応する姿勢変更用駆動源４３（４３Ｕ，４３Ｌ，４３Ｒ）を備える。姿勢変更用駆動源４３は、例えば電動リニアアクチュエータであり、図１の左右方向に移動する出力ロッド４３ａの動きが、増力伝達機構４４を介して前記姿勢操作部材３１に伝達される。出力ロッド４３ａの動作位置、すなわち姿勢操作部材３１の進退位置は、進退検出手段４５（４５Ｕ，４５Ｌ，４５Ｒ）にそれぞれ検出される。
【００３６】
前記増力伝達機構４４は、支軸４４ａ回りに回動自在なレバー４４ｂ（４３ｂＵ，４３ｂＬ，４３ｂＲ）を有し、このレバー４４ｂにおける支軸４４ａからの距離が長い作用点Ｐ１（Ｐ１Ｕ，Ｐ１Ｌ，Ｐ１Ｒ）に出力ロッド４３ａの力が作用し、支軸４４ａからの距離が短い力点Ｐ２（Ｐ２Ｕ，Ｐ２Ｌ，Ｐ２Ｒ）で姿勢操作部材３１に力を与える構成であり、姿勢変更用駆動源４３の出力が増力して姿勢操作部材３１に伝達される。増力伝達機構４４を設けると、小さな出力のリニアアクチュエータでも姿勢操作部材３１に大きな力を与えることができるので、リニアアクチュエータの小型化が可能になる。なお、駆動軸２２は、レバー４４ｂに形成された開口４６（図３）を貫通させてある。
【００３７】
図１において、前記カメラ８は、先端部材２の姿勢をこの先端部材２に非接触で検出するためのものであり、後述する姿勢推定手段７１と共に姿勢検出装置９を構成する。カメラ８は、先端部材２の全体とガイド部３の先端部を撮影するように設置される。図１では１個のカメラ８だけが図示されているが、実際には図４に示すように、複数個（例えば２個）のカメラ８で、先端部材２およびガイド部３の中心線ＣＬ１，ＣＬ２周りの異なる位相（例えば直交２軸方向）から撮影する。姿勢推定手段７１については、後で説明する。
【００３８】
図５のブロック図に示すように、コントローラ７は、各種制御を行うコンピュータ６０が内蔵されている。コンピュータ６０は、工具回転用駆動源４１を制御する回転制御装置６１と、姿勢変更用駆動源４３（４３Ｕ，４３Ｌ，４３Ｒ）を制御する姿勢制御装置６２とを備える。また、姿勢制御装置６２は、姿勢変更制御手段６３と初期位置制御手段６４と補正手段６５とを備える。補正手段６５は、請求項１で言う校正手段である。
【００３９】
回転制御装置６１は、回転操作具６６からの回転指令信号に応じてドライバ６７に出力し、工具回転用駆動源４１をオン・オフする。これにより、スピンドル１３が回転および回転停止させられる。回転操作具６６は、コントローラ７に設けられていてもよく、あるいは駆動源ハウジング４ａに設けられていてもよい。
【００４０】
姿勢制御装置６２の姿勢変更制御手段６３は、姿勢変更操作具６８からの姿勢変更指令信号の入力値に応じてドライバ６９に出力し、姿勢変更用駆動源４３（４３Ｕ，４３Ｌ，４３Ｒ）を駆動する。姿勢変更操作具６８は、先端部材２を任意方向の姿勢変更操作と、その姿勢変更の程度の設定とを前記入力値となる姿勢変更指令信号の出力により行うものである。姿勢変更操作具６８は、コントローラ７に設けられていてもよく、あるいは駆動源ハウジング４ａに設けられていてもよい。
【００４１】
例えば、先端部材２を図２（Ａ）において先端が下向きとなる側に姿勢変更する場合は、各姿勢変更用駆動源４３Ｕ，４３Ｌ，４３Ｒに出力して、上側の姿勢操作部材３１Ｕを先端側へ進出させ、かつ他の２つの姿勢操作部材３１Ｌ，３１Ｒを後退させる。それにより、姿勢操作部材３１Ｕによって先端部材２のハウジング１１が押されて、先端部材２は下向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。このとき、各姿勢操作部材３１の進退量が適正になるように、各姿勢変更用駆動源４３が制御される。各姿勢操作部材３１を逆に進退させると、左右の姿勢操作部材３１Ｌ，３１Ｒによって先端部材２のハウジング１１が押されて、先端部材２は先端側が上向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。
【００４２】
また、先端部材２を図２（Ａ）において先端が右向き、すなわち紙面の裏側向きとなる側に姿勢変更する場合は、姿勢変更用駆動源４３Ｌ，４３Ｒに出力して、上側の姿勢操作部材３１Ｕは静止させた状態で、左側の姿勢操作部材３１Ｌを先端側へ進出させ、かつ右側の姿勢操作部材３１Ｒを後退させる。それにより、左側の姿勢操作部材３１Ｌによって先端部材２のハウジング１１が押されて、先端部材２は案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って右向きに姿勢変更する。左右の姿勢操作部材３１Ｌ，３１Ｒを逆に進退させると、右の姿勢操作部材３１Ｒによって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は左向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。
【００４３】
姿勢制御装置６２の初期位置制御手段６４は、製品組立完成時や先端部材２の交換時に、先端部材２が初期姿勢にあるときの姿勢操作部材３１の進退位置である初期位置を求めて記憶する初期位置制御を行う。初期姿勢とは、先端部材２がガイド部３に対し真っ直ぐな姿勢、すなわち先端部材２の中心線ＣＬ１とガイド部３の中心線ＣＬ２とが合致する姿勢を言う。設計上では、先端部材２が初期姿勢にあるときは、各姿勢操作部材３１の進退位置が同じに設定されている。しかし、実際に組み立てられた遠隔操作型アクチュエータは、部品の加工精度や組立精度等により製品ごとにガイド部３に対する先端部材２の真直度が若干異なるため、各姿勢操作部材３１の初期位置が完全に同じにならないのが普通である。そこで、製品ごとに各姿勢操作部材３１の初期位置を把握しておき、この初期位置の情報を姿勢変更制御手段６３による制御に反映させることで、姿勢変更制御の精度を向上させるのである。
【００４４】
初期位置制御手段６４は、姿勢推定手段７１と初期位置記憶手段７２とでなる。姿勢推定手段７１は、カメラ８で撮影された先端部材２およびガイド部３の先端部の像から、ガイド部３に対する先端部材２の姿勢を推定する手段である。具体的な推定方法については後で説明する。初期位置記憶手段７２は、先端部材２が初期姿勢であるときの各姿勢操作部材３１の進退位置である初期位置を記憶する手段である。また、初期位置制御手段６４には、次に説明する初期位置制御を実行させる初期位置制御実行操作具７３が接続されている。
【００４５】
初期位置制御実行操作具７３を操作することで、初期位置制御が実行される。各姿勢操作部材３１が後退位置にある状態から、各姿勢操作部材３１を前進させて、先端部材２と姿勢操作部材３１との間に所定の予圧を与える。これにより、先端部材２が一定の姿勢に固定される。姿勢変更用駆動源４３の推力で姿勢操作部材３１を前進させて先端部材２に予圧を与えるため、予圧を与えるための手段を別に設ける必要がない。
なお、姿勢検出装置９は、先端部材２に予圧が与えられた状態であることを確認する予圧付与確認手段９ａ（図５）を有し、この予圧付与確認手段９ａで予圧が与えられた状態にあることが確認された状態で姿勢検出装置９による先端部材２の姿勢の検出を行う。
【００４６】
次に、図４のように、先端部材２およびガイド部３の先端部をカメラ８で撮影し、その撮影された画像から、姿勢推定手段７１により先端部材２の姿勢を推定する。通常、最初の段階では、先端部材２が初期姿勢にならない。そこで、先端部材２の姿勢を監視しながら各姿勢操作部材３１を進退させて、先端部材２が初期姿勢になるようにする。このときの各姿勢操作部材３１の進退位置を検出し、その値を初期位置として初期位置記憶手段７２に記憶させる。これら一連の動作は、初期位置制御手段６４により自動的に行われる。なお、カメラ８で撮影する場合に、図示のように、光源として平行光源８ａを用いるのが好ましい。平行光源８ａは、平行光を投光する光源であり、その平行光は、カメラ８の光軸と平行で、先端部材２を挟んでカメラ８に向かう方向とする。
【００４７】
補正手段６５は、初期位置記憶手段６４に記憶されている初期位置の情報を用いて、前記姿勢変更制御手段６２により姿勢変更用駆動源４３へ出力する指令値を補正する。姿勢変更制御手段６３は、前記指令値を姿勢変更用駆動源４３へ出力して、姿勢操作部材３１を進退させる。これにより、製品ごとに異なる姿勢操作部材３１の初期位置に応じた適正な姿勢変更制御を行うことができ、先端部材２を目標とする姿勢に正確に変更させられる。
【００４８】
姿勢検出装置９による先端部材２の姿勢検出の一方法を図６（Ａ）〜（Ｃ）と共に説明する。図６（Ａ），（Ｂ）は、それぞれカメラ８で撮影された像の例である。図６（Ａ）のように先端部材２がガイド部３に対し真っ直ぐな場合も、図６（Ｂ）のように曲率中心Ｏで屈曲している場合も、ガイド部３の先端部の姿勢を基準にして先端部材２の姿勢を推定することができる。例えば、図６（Ｂ）の像から先端部材２の姿勢を推定するには、図６（Ｃ）のように先端部材２のみの像を抽出する。先端部材２の像とガイド部３の像の分離は、例えばパターンマッチングにより行う。そして、抽出された先端部材２の像から、慣性主軸を求める式（１），（２）を用いて、先端部材２の中心線ＣＬ１とガイド部３の中心線ＣＬ２との成す角度θを推定する。
【００４９】
【数１】
ｍＧ、ｎＧ：投影像の重心の画素、ｆ（ｍ，ｎ）：各画素のデータ（輝度）、ｍ：横方向の画素、ｎ：縦方向の画素
なお、ｐ，ｑは式（２）の（ｍ−ｍＧ）、（ｎ−ｎＧ）における、べき乗の係数のことである。式（１）のＭ１１の場合、（ｍ−ｍＧ）、（ｎ−ｎＧ）が共に１乗であり、Ｍ１１＝ΣΣ（ｍ−ｍＧ）×（ｎ−ｎＧ）×ｆ（ｍ，ｎ）となる。Ｍ２０の場合、（ｍ−ｍＧ）が２乗、（ｎ−ｎＧ）が０乗であり、Ｍ２０＝ΣΣ（ｍ−ｍＧ）×（ｍ−ｍＧ）×ｆ（ｍ，ｎ）となる。
ｍＧ、ｎＧは像の重心となる画素を示し、図６（Ｃ）の投影像では先端部材２の面積の重心で、先端部材２の中心線ＣＬ１上の点になる。例えば、先端部材２の像の形状が円や長方形なら中心になるが、図６（Ｃ）では先端部材２の径が変化しているため、軸方向長さの中心から若干左右にずれた位置になる。ｍ、ｎは画素を示し、６８０×４８０画素の画像データの場合、ｍは０〜６７９、ｎは０〜４７９の値をとる。また、例えばｆ（ｍ，ｎ）は横方向に左からｍ−１番目、縦方向に上からｎ−１番目の画素の輝度値を指す。
【００５０】
上記操作を互いに直交２軸方向から撮影する２つのカメラ８の画像について行うことにより、先端部材２の３次元の姿勢を推定することができる。このようなカメラ８の画像を用いた光学式の姿勢検出方法は、先端部材２に非接触で先端部材２の姿勢を検出するため、先端部材２の衛生状態を良好に保つことができる。
【００５１】
この遠隔操作型アクチュエータの動作を説明する。
回転操作具６６を操作して工具回転用駆動源４１を駆動させると、その回転力が駆動軸２２を介してスピンドル１３に伝達されて、スピンドル１３と共に工具１が回転する。回転する工具１により、骨等の切削を行う。加工中は、加工箇所の形状や加工の進行に応じ、姿勢変更用操作具５６の操作により姿勢変更用駆動源４３を駆動させて、姿勢操作部材３１を介して、先端部材２の任意の方向に変更する。
【００５２】
姿勢変更用駆動源４３は、先端部材２から離れた位置に設けられており、上記先端部材２の姿勢変更は遠隔操作で行われる。姿勢操作部材３１はガイド孔３０ａに挿通されているため、姿勢操作部材３１が長手方向と交差する方向に位置ずれすることがなく、常に先端部材２に対し適正に作用することができ、先端部材２の姿勢変更動作が正確に行われる。また、スピンドル１３と駆動軸２２との連結箇所の中心が案内面Ｆ１，Ｆ２の曲率中心Ｏと同位置であるため、先端部材２の姿勢変更によって駆動軸２２に対して押し引きする力がかからず、先端部材２を円滑に姿勢変更できる。
【００５３】
また、先端部材２がガイド部３に対して先端部材２の中心線Ｃ１Ｌ回りに回転するのを防止する回転防止機構３７が設けられているため、姿勢変更用駆動機構４ｃや姿勢制御装置６２の故障等により工具１を保持する先端部材２が制御不能となった場合でも、先端部材２が中心線ＣＬ１回りに回転して加工箇所の周りを傷つけたり、先端部材２自体が破損したりすることを防止できる。
【００５４】
この遠隔操作型アクチュエータは、例えば人工関節置換手術において骨の髄腔部を削るのに使用されるものであり、施術時には、先端部材２の全部または一部が患者の体内に挿入して使用される。このため、上記のように先端部材２の姿勢を遠隔操作で変更できれば、常に工具１を適正な姿勢に保持した状態で骨の加工をすることができ、人工関節挿入用穴を精度良く仕上げることができる。
【００５５】
細長形状であるガイド部３には、駆動軸２２および姿勢操作部材３１を保護状態で設ける必要があるが、外郭パイプ２５の中心部に駆動軸２２を設け、外郭パイプ２５と駆動軸２２との間に、姿勢操作部材３１を収容したガイドパイプ３０と補強シャフト３４とを円周方向に並べて配置した構成としたことにより、駆動軸２２および姿勢操作部材３１を保護し、かつ内部を中空して軽量化を図りつつ剛性を確保できる。また、全体のバランスも良い。
【００５６】
駆動軸２２を支持する転がり軸受２６の外径面を、ガイドパイプ３０と補強シャフト３４とで支持させたため、余分な部材を用いずに転がり軸受２６の外径面を支持できる。また、ばね要素２７Ａ，２７Ｂにより転がり軸受２６に予圧がかけられているため、ワイヤからなる駆動軸２２を高速回転させることができる。そのため、スピンドル１３を高速回転させて加工することができ、加工の仕上がりが良く、工具１に作用する切削抵抗を低減させられる。ばね要素２７Ａ，２７Ｂは隣合う転がり軸受２６間に設けられているので、ガイド部３の径を大きくせずにばね要素２７Ａ，２７Ｂを設けることができる。
【００５７】
初期位置姿勢を先端部材２が真っ直ぐな姿勢とし、その姿勢は図６（Ａ）に示すガイド部３の先端部の像から姿勢を推定できる。まず、ガイド部３の先端部の像を抽出し、ガイド部３の直線状部分からなる先端部の側縁であるエッジＥを検出する。エッジＥはガイド部の画像の上部または下部のエッジである。エッジＥが直線で近似され、その直線情報から姿勢を推定する。すなわち、エッジＥの直線情報からガイド部３の先端部の姿勢を推定し、その姿勢を基準に先端部材２の姿勢を推定する。初期位置姿勢は、先端部材２がガイド部３の先端部と平行となる姿勢のことである。したがって、ガイド部３のエッジＥの直線情報からガイド部３の姿勢を推定し、その姿勢を基準に先端部材２の相対角度を求め、先端部材２の角度を推定する必要がある。
【００５８】
姿勢検出装置９による先端部材２の姿勢検出の異なる方法を図７と共に説明する。まず、図７（Ａ）のように、先端部材２およびガイド部３の先端部を含む全体像の傾き角度θ１を求める。こうして得られた傾き角度θ１は、実際の先端部材２の傾き角度θとの間に差がある。次に、傾き角度θ１に垂直な方向で曲率中心Ｏを通る直線Ｌ１を切取り線として、全体像のうちガイド部３の部分を切取って、図７（Ｂ）のような工具１を含む先端部材２だけの像を抽出する。そして、その像の傾き角度θ２を求める。さらに、図７（Ｃ）のように、前記傾き角度θ２に垂直な方向で曲率中心Ｏを通る直線Ｌ２を元の全体像に対する切取り線としてガイド部３の部分を切取って、図７（Ｄ）のような先端部材２だけの像を抽出する。そして、その像の傾き角度θ３を求める。
【００５９】
このように、全体像から先端部材２だけの像を抽出する抽出操作と、抽出された像の傾きを取得する傾き取得操作とを任意に定められた回数だけ繰り返して行い、最終的な傾き取得操作により得られた像の傾きを先端部材２の傾きとする。抽出操作と傾き取得操作とを繰り返し行うことにより、得られる傾き角度が実際の傾き角度θに次第に近づき、最終的には図７（Ｅ）のように実際の傾き角度θとほぼ一致する。
【００６０】
姿勢検出装置９による先端部材２の姿勢検出のさらに異なる方法を図８（Ａ），（Ｂ）および図９（Ａ），（Ｂ）と共に説明する。この姿勢検出装置９は、カメラ８と姿勢推定手段７１の他に、ガイド部３の直線状の先端部および先端部材２に向けて等間隔で複数条の光線７５ａを照射する光照射手段７５を有する。光照射手段７５によりガイド部３の先端部および先端部材２に複数条の光線７５ａを当てた場合、図８（Ａ）のように、ガイド部３の先端部に対し先端部材２が平行であれば、図８（Ｂ）のように、カメラ８で撮影された像におけるガイド部３の光の当たった箇所の間隔ΔＬと、先端部材２の光の当たった箇所の間隔ΔＤとが同じになる。しかし、図９（Ａ）のように、ガイド部３の先端部に対し先端部材２が平行でないと、図９（Ｂ）のように、カメラ８で撮影された像におけるガイド部３の光の当たった箇所の間隔ΔＬ´と、先端部材２の光の当たった箇所の間隔ΔＤ´とが異なる。この間隔の違いから、姿勢推定手段７１により、ガイド部３に対する先端部材２の姿勢を推定することができる。
【００６１】
また、姿勢制御装置６２は図１０に示す構成としてもよい。この姿勢制御装置６２は、姿勢変更制御手段６３とテーブル作成制御手段８１と照合手段８２とを備える。照合手段８２は、請求項１で言う校正手段である。テーブル作成制御手段８１は、姿勢推定手段７１と姿勢・進退位置関係テーブル８３とでなる。姿勢・進退位置関係テーブル８３は、請求項１で言う記憶手段である。姿勢推定手段７１は、前記同様の構成である。また、テーブル作成制御手段８１には、次に説明するテーブル作成制御を実行させるテーブル作成制御実行操作具８４が接続されている。
【００６２】
テーブル作成制御実行操作具８４を操作することで、テーブル作成制御手段８１により、図１１のフローチャートに示すテーブル作成制御が実行される。すなわち、姿勢操作部材３１を指示された進退位置へ移動させ（Ｓ１）、先端部材２の姿勢をカメラ８の画像から姿勢推定手段７１で推定する（Ｓ２）。そのときの姿勢操作部材３１の進退位置および先端部材２の姿勢を、姿勢・進退位置関係テーブル８３に記録する（Ｓ３）。次に、姿勢操作部材３１の別の進退位置を指示する（Ｓ４）。以下、前記同様に、姿勢操作部材３１の移動（Ｓ１）、先端部材２の姿勢の推定（Ｓ２）、姿勢操作部材３１の進退位置および先端部材２の姿勢の記録（Ｓ３）、姿勢操作部材３１の進退位置の指示（Ｓ４）を繰り返して、姿勢操作部材３１の進退位置と先端部材２の姿勢との関係を示すデータを姿勢・進退位置関係テーブル８３に作成する。
【００６３】
照合手段８２は、姿勢変更制御手段６３からの求めに応じて、姿勢・進退位置関係テーブル８３に記録されているデータを照合して、姿勢変更操作具６８によって指示された先端部材２の姿勢に適合する姿勢操作部材３１の進退位置で探し出し、姿勢変更用駆動源４３へ出力する指令値を生成する。姿勢変更制御手段６３は、前記指令値を姿勢変更用駆動源４３へ出力して、姿勢操作部材３１を進退させる。これにより、製品ごとに異なる先端部材２の真直度に応じた適正な姿勢変更制御を行うことができ、先端部材２を目標とする姿勢に正確に変更させられる。
【００６４】
上記実施形態は、作業具が回転する工具１である例を示すが、作業具は把持具等の他の作業具であってもよい。また、この発明は、医療用の遠隔操作型アクチュエータに限らず、機械加工等の他の分野で用いられる遠隔操作型アクチュエータにも適用できる。
【符号の説明】
【００６５】
１…工具（作業具）
２…先端部材
３…ガイド部
８…カメラ
９…姿勢検出装置
９ａ…予圧付与確認手段
２２…駆動軸
３０…ガイドパイプ
３０ａ…ガイド孔
３１…姿勢操作部材
４１…作業具用駆動源
４３…姿勢変更用駆動源
６２…姿勢制御装置
６３…姿勢変更制御手段
６５…補正手段（校正手段）
６８…姿勢変更操作具
７１…姿勢推定手段
７２…初期位置記憶手段
７５…光照射手段
７５ａ…光線
８２…照合手段（校正手段）
８３…姿勢・進退位置関係テーブル（記憶手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長形状のガイド部と、このガイド部の先端に姿勢変更自在に取付けられた先端部材と、この先端部材に設けた作業具と、この作業具を駆動させる作業具用駆動源と、前記先端部材の姿勢を操作する姿勢変更用駆動源と、姿勢変更操作具から与えられる入力値に従って前記姿勢変更用駆動源を制御する姿勢変更制御手段とを備え、
前記ガイド部は、前記作業具用駆動源の駆動力を前記作業具に伝達する駆動軸と、両端に貫通したガイド孔とを内部に有し、前記姿勢変更用駆動源により駆動されて進退動作することにより前記先端部材を姿勢変更させる姿勢操作部材を前記ガイド孔内に進退自在に挿通し、
前記ガイド部に対する前記先端部材の姿勢をこの先端部材に非接触で検出する姿勢検出装置と、前記姿勢変更操作具から与えられる入力値に応じて前記姿勢変更制御手段により前記姿勢変更用駆動源へ出力する指令値を、前記姿勢検出装置で検出された姿勢の情報を用いて補正または生成する校正手段とを設けたことを特徴とする遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１において、前記姿勢検出装置によって検出された前記先端部材の姿勢が前記ガイド部と平行であるときの前記姿勢操作部材の進退位置を初期位置として記憶する記憶手段を設け、前記校正手段は、前記記憶手段に記憶された前記初期位置の情報を用いて前記指令値を補正する遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１において、前記姿勢検出装置によって検出された前記先端部材の姿勢と、前記姿勢操作部材の進退位置との関係を記憶する記憶手段を設け、前記校正手段は、前記記憶手段の記憶内容に従って前記指令値を生成する遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記姿勢検出装置は、前記ガイド部および前記先端部材を撮影するカメラと、このカメラで撮影された像から前記ガイド部に対する前記先端部材の姿勢を推定する姿勢推定手段とを有する遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記姿勢検出装置は、前記ガイド部の中心線周りの異なる位相から前記ガイド部および前記先端部材を撮影する複数のカメラと、これら複数のカメラで撮影された複数の像から前記ガイド部に対する前記先端部材の３次元の姿勢を推定する姿勢推定手段とを有する遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項６】
請求項４または請求項５において、前記姿勢推定手段は、前記カメラで撮影された像から先端部材だけの像とガイド部だけの像とをそれぞれ抽出し、先端部材だけの像の中心線とガイド部だけの像の中心線とが成す角度を、慣性主軸を求める方法を用いて推定するものである遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項７】
請求項４または請求項５において、前記姿勢推定手段は、前記カメラで撮影された像の全体の傾きを求めた後、求められた傾きと垂直な直線を切取り線として前記カメラで撮影された像のうち前記ガイド部の部分を切取り前記先端部材の部分だけを抽出する抽出操作と、抽出された像の傾きを取得する傾き取得操作とを任意に定められた回数だけ繰り返して行い、最終的な傾き取得操作により得られた像の傾きを前記先端部材の傾きとするものである遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項８】
請求項６または請求項７において、前記カメラで撮影された像から一部分だけを抽出する作業をパターンマッチングの手法を用いて行う遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項９】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記姿勢検出装置は、前記ガイド部および前記先端部材に向けて等間隔で複数条の光線を照射する光照射手段と、この光照射手段により照射された前記ガイド部および前記先端部材を撮影するカメラと、このカメラで撮影された像における前記複数条の光線の当たった箇所の間隔から前記ガイド部に対する前記先端部材の姿勢を推定する姿勢推定手段とを有する遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、前記姿勢操作部材により前記先端部材に予圧を与えた状態で、前記姿勢検出装置により前記先端部材の姿勢を検出する遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項１１】
請求項１０において、前記姿勢操作部材により前記先端部材に与える予圧は、前記姿勢変更用駆動源の推力によるものである遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１において、前記姿勢検出装置は、前記予圧が与えられた状態であることを確認する予圧付与確認手段を有し、この予圧付与確認手段で予圧が与えられた状態にあることが確認された状態で前記姿勢検出装置による前記先端部材の姿勢の検出を行う遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項１３】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の遠隔操作型アクチュエータを使用する方法であって、前記姿勢操作部材により前記先端部材に予圧を与え状態で、前記姿勢検出装置により前記先端部材の姿勢の検出を行わせる遠隔操作型アクチュエータの使用方法。
【請求項１】
細長形状のガイド部と、このガイド部の先端に姿勢変更自在に取付けられた先端部材と、この先端部材に設けた作業具と、この作業具を駆動させる作業具用駆動源と、前記先端部材の姿勢を操作する姿勢変更用駆動源と、姿勢変更操作具から与えられる入力値に従って前記姿勢変更用駆動源を制御する姿勢変更制御手段とを備え、
前記ガイド部は、前記作業具用駆動源の駆動力を前記作業具に伝達する駆動軸と、両端に貫通したガイド孔とを内部に有し、前記姿勢変更用駆動源により駆動されて進退動作することにより前記先端部材を姿勢変更させる姿勢操作部材を前記ガイド孔内に進退自在に挿通し、
前記ガイド部に対する前記先端部材の姿勢をこの先端部材に非接触で検出する姿勢検出装置と、前記姿勢変更操作具から与えられる入力値に応じて前記姿勢変更制御手段により前記姿勢変更用駆動源へ出力する指令値を、前記姿勢検出装置で検出された姿勢の情報を用いて補正または生成する校正手段とを設けたことを特徴とする遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１において、前記姿勢検出装置によって検出された前記先端部材の姿勢が前記ガイド部と平行であるときの前記姿勢操作部材の進退位置を初期位置として記憶する記憶手段を設け、前記校正手段は、前記記憶手段に記憶された前記初期位置の情報を用いて前記指令値を補正する遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１において、前記姿勢検出装置によって検出された前記先端部材の姿勢と、前記姿勢操作部材の進退位置との関係を記憶する記憶手段を設け、前記校正手段は、前記記憶手段の記憶内容に従って前記指令値を生成する遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記姿勢検出装置は、前記ガイド部および前記先端部材を撮影するカメラと、このカメラで撮影された像から前記ガイド部に対する前記先端部材の姿勢を推定する姿勢推定手段とを有する遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記姿勢検出装置は、前記ガイド部の中心線周りの異なる位相から前記ガイド部および前記先端部材を撮影する複数のカメラと、これら複数のカメラで撮影された複数の像から前記ガイド部に対する前記先端部材の３次元の姿勢を推定する姿勢推定手段とを有する遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項６】
請求項４または請求項５において、前記姿勢推定手段は、前記カメラで撮影された像から先端部材だけの像とガイド部だけの像とをそれぞれ抽出し、先端部材だけの像の中心線とガイド部だけの像の中心線とが成す角度を、慣性主軸を求める方法を用いて推定するものである遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項７】
請求項４または請求項５において、前記姿勢推定手段は、前記カメラで撮影された像の全体の傾きを求めた後、求められた傾きと垂直な直線を切取り線として前記カメラで撮影された像のうち前記ガイド部の部分を切取り前記先端部材の部分だけを抽出する抽出操作と、抽出された像の傾きを取得する傾き取得操作とを任意に定められた回数だけ繰り返して行い、最終的な傾き取得操作により得られた像の傾きを前記先端部材の傾きとするものである遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項８】
請求項６または請求項７において、前記カメラで撮影された像から一部分だけを抽出する作業をパターンマッチングの手法を用いて行う遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項９】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記姿勢検出装置は、前記ガイド部および前記先端部材に向けて等間隔で複数条の光線を照射する光照射手段と、この光照射手段により照射された前記ガイド部および前記先端部材を撮影するカメラと、このカメラで撮影された像における前記複数条の光線の当たった箇所の間隔から前記ガイド部に対する前記先端部材の姿勢を推定する姿勢推定手段とを有する遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、前記姿勢操作部材により前記先端部材に予圧を与えた状態で、前記姿勢検出装置により前記先端部材の姿勢を検出する遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項１１】
請求項１０において、前記姿勢操作部材により前記先端部材に与える予圧は、前記姿勢変更用駆動源の推力によるものである遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１において、前記姿勢検出装置は、前記予圧が与えられた状態であることを確認する予圧付与確認手段を有し、この予圧付与確認手段で予圧が与えられた状態にあることが確認された状態で前記姿勢検出装置による前記先端部材の姿勢の検出を行う遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項１３】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の遠隔操作型アクチュエータを使用する方法であって、前記姿勢操作部材により前記先端部材に予圧を与え状態で、前記姿勢検出装置により前記先端部材の姿勢の検出を行わせる遠隔操作型アクチュエータの使用方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−２１７７８７（Ｐ２０１１−２１７７８７Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８６８３６（Ｐ２０１０−８６８３６）
【出願日】平成２２年４月５日（２０１０．４．５）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月５日（２０１０．４．５）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]