JP6895261B2 - 多関節ロボットアームの関節駆動機構、多関節ロボットアームおよびロボット手術台 - Google Patents

Description

この発明は、多関節ロボットアームの関節駆動機構、多関節ロボットアームおよびロボット手術台に関する。

従来、ロボットアームによって患者を載置したテーブルを移動させるとともに、治療のための放射線源に対して患者の位置を位置決めする患者位置決めアセンブリが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

また、従来では、手術室において、患者が載置されたテーブルを、周辺機器との干渉を抑制しつつ、容易に移動させることが可能な手術台が望まれている。そこで、上記特許文献１の患者位置決めアセンブリを、手術室における手術台に適用して、患者が載置されたテーブルをロボットアームを用いて移動させることが考えられる。これにより、キャスタを用いて手術台を移動させる場合と異なり、患者が載置されたテーブルを、周辺機器との干渉を抑制しつつ、容易に移動させることが可能となる。

特開２００９−１３１７１８号公報

しかしながら、上記特許文献１のような患者位置決めアセンブリでは、治療のための放射線を照射することを目的としているため、患者が載置されたテーブルの周囲に複数の作業者が長時間作業することを考慮する必要がなく、大型のロボットアームが用いられているのが一般的である。このため、特許文献１のロボットアームを手術台に適用した場合、手術台周りのスペースが狭くなり、手術を行う際の医療従事者の妨げとなる。手術の邪魔にならないように複数の関節を含むロボットアームを小型化した場合、関節の大きさも小さくなるため、負荷に対する関節の耐性が低下し易い。特に、大きな体重を有する患者を載置した状態でロボットアームを最も伸ばした姿勢をとった場合、関節に大きな負荷がかかる場合がある。このため、大きな負荷に備えて、関節の駆動する部分を支持する軸受の耐性を確保する必要がある。

この発明は、多関節ロボットアームの関節の小型化を図りながら、多関節ロボットアームの関節の駆動する部分を支持する軸受の耐性を確保することが可能な多関節ロボットアームの関節駆動機構、多関節ロボットアームおよびロボット手術台を提供するものである。

この発明の第１の局面による多関節ロボットアームの関節駆動機構は、モータと、モータに接続され、出力軸が関節の回転軸線と一致する減速機と、減速機の出力軸に接続された出力部材と、出力部材を回転可能に支持する第１軸受と、外輪部と、内輪部と、外輪部に設けられた複数のニードルとを含むニードルベアリングとを備え、外輪部および内輪部のうち一方は、出力部材に接続されており、内輪部と、外輪部に設けられた複数のニードルの各々とは、所定の間隔を隔てて離間して配置されており、関節にかかる負荷により内輪部がニードルに接触した場合に、ニードルベアリングは、出力部材を回転可能に支持する第２軸受として機能するように構成されている。

この発明の第１の局面による多関節ロボットアームの関節駆動機構では、上記のように、出力部材を回転可能に支持する第１軸受と、外輪部と内輪部と外輪部に設けられた複数のニードルとを含むニードルベアリングとを設け、内輪部と外輪部に設けられたニードルとを、所定の間隔を隔てて離間して配置する。これにより、通常の場合、すなわち関節にかかる負荷が第１軸受で支持可能な負荷の場合には、第１軸受により出力部材を支持するとともに、関節にかかる負荷が第１軸受で支持可能な負荷よりも大きくなった場合には、第１軸受とニードルベアリングとにより出力部材を支持することができる。その結果、多関節ロボットアームの関節の小型化を図りながら、多関節ロボットアームの駆動する部分を支持する軸受の耐性（耐荷重性）を確保することができる。これにより、関節の小型化を図ることができるので、多関節ロボットアームの小型化を図ることができる。また、関節にかかる負荷が大きくなった場合に、第２軸受としてのニードルベアリングにより出力部材を支持することができるので、負荷が大きい場合でも安定して出力部材を支持することができる。

上記第１の局面による多関節ロボットアームの関節駆動機構において、好ましくは、回転軸線の延びる方向において、ニードルベアリングは、第１軸受に対して出力部材側に配置されている。

上記第１の局面による多関節ロボットアームの関節駆動機構において、好ましくは、ニードルベアリングは、内輪部が固定配置されており、外輪部が出力部材と一体化されている。このように構成すれば、出力部材とともにニードルベアリングの外輪部を内輪部に対して回動させて、関節を駆動させることができる。

この場合、好ましくは、第１軸受は、外輪が固定配置されており、内輪が出力部材と一体化されている。このように構成すれば、第１軸受および第２軸受により固定配置される部分を挟み込むことができる。通常は、第１軸受により出力部材を支持するので、第１軸受および第２軸受の両方により出力部材を支持する場合と異なり、常に第１軸受および第２軸受に余計な応力がかかるのを抑制することができる。

上記第１の局面による多関節ロボットアームの関節駆動機構において、好ましくは、第１軸受が、クロスローラベアリングである。このように構成すれば、クロスローラベアリングにより、第１軸受の小型化を行うとともに第１軸受の回動軸線方向および半径方向の耐性（耐荷重性）を効果的に高めることができる。

上記第１の局面による多関節ロボットアームの関節駆動機構において、好ましくは、減速機が、波動歯車減速機または偏心揺動型遊星歯車減速機である。このように構成すれば、波動歯車減速機または偏心揺動型遊星歯車減速機を用いて、減速機の小型化を図りながら、効果的に減速を行うことができる。

この発明の第２の局面による多関節ロボットアームは、複数の関節を備え、複数の関節のうちの少なくとも１つの関節を駆動する駆動機構が、第１の局面による多関節ロボットアームの関節駆動機構である。

この発明の第２の局面による多関節ロボットアームでは、上記のように、第１の局面による関節駆動機構を用いることにより、多関節ロボットアームの関節の小型化を図りながら、多関節ロボットアームの関節の駆動する部分を支持する軸受の耐性を確保することができる。

この発明の第３の局面によるロボット手術台は、患者載置用のテーブルと、一方端がベースに支持され、他方端がテーブルを支持する多関節ロボットアームと、を備え、多関節ロボットアームは、複数の関節と、複数の関節をそれぞれ駆動する複数の関節駆動機構を含み、複数の関節駆動機構のうちの少なくとも１つの関節駆動機構は、モータと、モータに接続され、出力軸が関節の回転軸線と一致する第１減速機と、第１減速機の出力軸に接続された出力部材と、出力部材を回転可能に支持する第１軸受と、外輪部と、内輪部と、外輪部に設けられた複数のニードルとを含むニードルベアリングとを含み、外輪部および内輪部のうち一方は、出力部材に接続されており、内輪部と、外輪部に設けられた複数のニードルの各々とは、所定の間隔を隔てて離間して配置されており、関節にかかる負荷により内輪部がニードルに接触した場合に、ニードルベアリングは、出力部材を回転可能に支持する第２軸受として機能するように構成されている。

この発明の第３の局面によるロボット手術台では、上記のように、テーブルを支持する多関節ロボットアームに、出力部材を回転可能に支持する第１軸受と、外輪部と内輪部と外輪部に設けられた複数のニードルとを含むニードルベアリングとを設け、内輪部と外輪部に設けられたニードルとを、所定の間隔を隔てて離間して配置する。これにより、関節にかかる負荷が第１軸受で支持可能な負荷である場合には、第１軸受により出力部材を支持するとともに、関節にかかる負荷が第１軸受で支持可能な負荷よりも大きくなった場合には、第１軸受とニードルベアリングとにより出力部材を支持することができる。その結果、多関節ロボットアームの関節の小型化を図りながら、多関節ロボットアームの駆動する部分を支持する軸受の耐性を確保することができる。これにより、関節の小型化を図ることができるので、多関節ロボットアームの小型化を図ることができる。その結果、テーブルに載置された患者に対して手術などを行う際に、多関節ロボットアームが医療従事者の作業の妨げとなるのを抑制することができる。また、関節にかかる負荷が大きくなった場合に、第２軸受としてのニードルベアリングにより出力部材を支持することができるので、負荷が大きい場合でも安定して出力部材を支持することができる。

上記第３の局面によるロボット手術台において、好ましくは、回転軸線の延びる方向において、ニードルベアリングは、第１軸受に対して出力部材側に配置されている。

上記第３の局面によるロボット手術台において、好ましくは、ニードルベアリングは、内輪部が固定配置されており、外輪部が出力部材と一体化されており、第１軸受は、外輪が固定配置されており、内輪が出力部材と一体化されている。このように構成すれば、第１軸受および第２軸受により固定配置される部分を挟み込むことができる。通常は、第１軸受により出力部材を支持するので、第１軸受および第２軸受の両方により出力部材を支持する場合と異なり、常に第１軸受および第２軸受に余計な応力がかかるのを抑制することができる。

上記第３の局面によるロボット手術台において、好ましくは、多関節ロボットアームは、ベースが設置される設置面に対して略垂直なベース回転軸回りに回転可能にベースに支持されており、第１減速機の出力軸が、ベース回転軸に略直交する方向に配置されている。このように構成すれば、水平方向に回動軸を有する関節の負荷に対する耐性を確保することができるので、大きな体重を有する患者がテーブルに載置された場合でも、テーブルを上下方向に安定して移動させることができる。

上記第３の局面によるロボット手術台において、好ましくは、関節駆動機構は、モータの回転が伝達され、伝達された回転を減速して第１減速機に出力する第２減速機をさらに含む。このように構成すれば、第１減速機および第２減速機により２段階で減速を行うことができるので、大きな出力トルクを得ることができる。これにより、大径の減速機を使用することなく大きな出力トルクを得ることができるので、関節の大径化を防止することができる。また、モータの最大出力を小さくすることができるので、モータを小さくすることができる。その結果、関節の小型化を図ることができる。

上記第３の局面によるロボット手術台において、好ましくは、モータは、第１電磁ブレーキを内蔵しており、関節駆動機構は、モータの出力回転軸に取り付けられた第２電磁ブレーキをさらに含む。このように構成すれば、第１電磁ブレーキおよび第２電磁ブレーキの２段階のブレーキにより関節を制動することができるので、電力停止時に一方の電磁ブレーキが故障した場合であってもテーブルが急に下降するのを確実に抑制することができる。

本発明によれば、多関節ロボットアームの関節の小型化を図りながら、関節の負荷に対する耐性を確保することができる。

一実施形態によるロボット手術台を備えたハイブリッド手術室の概略を示した図である。 一実施形態によるロボット手術台を示した平面図である。 一実施形態によるロボット手術台の多関節ロボットアームの関節駆動機構を示した模式図である。 一実施形態による関節駆動機構のニードルベアリングを説明するための図である。 図４の部分拡大図である。 一実施形態によるロボット手術台の最大撮像可能範囲を説明するための側面図である。 一実施形態によるロボット手術台の最小撮像可能範囲を説明するための側面図である。 一実施形態によるロボット手術台のロール回動を説明するための正面図である。 一実施形態によるロボット手術台のピッチ回動を説明するための側面図である。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。

（ロボット手術台の構成）
図１〜図９を参照して、本実施形態によるロボット手術台１００の概要について説明する。

図１に示すように、ロボット手術台１００は、ハイブリッド手術室２００に設けられている。ハイブリッド手術室２００には、患者１０のＸ線投影画像を撮像するＸ線撮像装置３００が設けられている。ロボット手術台１００は、たとえば、外科、内科などで行われる手術台として用いられる。ロボット手術台１００は、テーブル１に患者１０を載置する載置位置に移動するとともに、テーブル１に患者１０を載置した状態で、麻酔位置、手術位置、検査位置、処置位置、Ｘ線撮像位置などに患者１０を移動させることが可能である。また、ロボット手術台１００は、テーブル１に患者１０を載置した状態で、患者１０を傾けることが可能である。

ロボット手術台１００は、患者載置用のテーブル１と、多関節ロボットアーム２と、制御部３とを備えている。テーブル１は、Ｘ線透過部１１と、Ｘ線透過部１１を支持する支持部１２とを含んでいる。多関節ロボットアーム２は、ベース２１と、水平多関節アセンブリ２２と、垂直多関節アセンブリ２３と、ピッチ回動機構２４とを備えている。水平多関節アセンブリ２２は、水平関節２２１、２２２および２２３を含んでいる。垂直多関節アセンブリ２３は、垂直関節２３１、２３２および２３３を含んでいる。Ｘ線撮像装置３００は、Ｘ線照射部３０１と、Ｘ線検出部３０２と、Ｃアーム３０３とを含んでいる。なお、水平関節２２１〜２２３および垂直関節２３１〜２３３は、それぞれ、特許請求の範囲の「関節」の一例である。

テーブル１は、図１および図２に示すように、略矩形形状の平板状に形成されている。また、テーブル１の上面は、略平坦に形成されている。テーブル１は、Ｘ方向に長手方向を有し、Ｙ方向に短手方向を有している。なお、テーブル１は、上下方向（Ｚ方向）の軸線回りに回転可能であるが、ここでは、テーブル１の長手方向に沿った水平方向をＸ方向とし、テーブル１の短手方向に沿った水平方向をＹ方向とする。つまり、Ｘ方向およびＹ方向は、テーブル１を基準とした方向を示している。

図１に示すように、テーブル１のＸ線透過部１１には、患者１０が載置される。Ｘ線透過部１１は、Ｘ１方向に配置されている。Ｘ線透過部１１は、略矩形形状に形成されている。Ｘ線透過部１１は、Ｘ線を透過しやすい材料により形成されている。Ｘ線透過部１１は、たとえば、カーボン材料（グラファイト）により形成されている。Ｘ線透過部１１は、たとえば、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）により形成されている。これにより、Ｘ線透過部１１に患者１０を載置した状態で、患者１０のＸ線画像を撮像することが可能である。

テーブル１の支持部１２は、多関節ロボットアーム２に接続されている。支持部１２は、Ｘ２方向に配置されている。支持部１２は、略矩形形状に形成されている。支持部１２は、Ｘ線透過部１１を支持している。支持部１２は、Ｘ線透過部１１よりもＸ線の透過率が小さい材料により形成されている。支持部１２は、たとえば、金属により形成されている。支持部１２は、たとえば、鉄材やアルミニウム材により形成されている。

テーブル１は、多関節ロボットアーム２により、移動されるように構成されている。具体的には、テーブル１は、水平方向のＸ方向、Ｘ方向と直交する水平方向のＹ方向、および、Ｘ方向およびＹ方向に直交し、上下方向であるＺ方向に移動可能に構成されている。また、テーブル１は、Ｘ方向の軸線回りに回動（ロール）可能に構成されている。また、テーブル１は、Ｙ方向の軸線回りに回動（ピッチ）可能に構成されている。また、テーブル１は、Ｚ方向の軸線回りに回転（ヨー）可能に構成されている。

多関節ロボットアーム２は、テーブル１を移動させるように構成されている。図１に示すように、多関節ロボットアーム２は、一方端が床に固定されたベース２１に支持され、他方端がテーブル１を移動可能に支持している。具体的には、多関節ロボットアーム２は、ベース２１が設置される設置面に対して略垂直なベース回転軸（回動軸線Ａ１）回りに回動可能にベース２１に支持されている。また、多関節ロボットアーム２は、テーブル１の長手方向（Ｘ方向）のＸ２方向側の一端近傍を支持するように構成されている。言い換えると、多関節ロボットアーム２の他方端は、テーブル１の一端近傍の支持部１２を支持している。

多関節ロボットアーム２は、７の自由度によりテーブル１を移動させるように構成されている。具体的には、多関節ロボットアーム２は、水平多関節アセンブリ２２により、鉛直方向の回動軸線Ａ１回りの回動、鉛直方向の回動軸線Ａ２回りの回動、および、鉛直方向の回動軸線Ａ３回りの回動の３の自由度を有している。また、多関節ロボットアーム２は、垂直多関節アセンブリ２３により、水平方向の回動軸線Ｂ１回りの回動、水平方向の回動軸線Ｂ２回りの回動、および、水平方向の回動軸線Ｂ３回りの回動の３の自由度を有している。また、多関節ロボットアーム２は、ピッチ回動機構２４により、テーブル１を短手方向（Ｙ方向）の回動軸線回りにピッチ回動（図９参照）させる１の自由度を有している。

ベース２１は、床に埋設されて固定されている。ベース２１は、平面視（Ｚ方向に見て）において、テーブル１の移動範囲の略中央近傍に設けられている。

水平多関節アセンブリ２２は、一方端がベース２１に支持されている。また、水平多関節アセンブリ２２は、他方端が垂直多関節アセンブリ２３の一方端を支持している。水平多関節アセンブリ２２の水平関節２２１は、Ｚ方向の回動軸線Ａ１回りに回転するように構成されている。水平多関節アセンブリ２２の水平関節２２２は、Ｚ方向の回動軸線Ａ２回りに回転するように構成されている。水平多関節アセンブリ２２の水平関節２２３は、Ｚ方向の回動軸線Ａ３回りに回転するように構成されている。

垂直多関節アセンブリ２３は、一方端が水平多関節アセンブリ２２に支持されている。また、垂直多関節アセンブリ２３は、他方端がピッチ回動機構２４を支持している。垂直多関節アセンブリ２３の垂直関節２３１は、Ｘ方向の回動軸線Ｂ１回りに回動するように構成されている。垂直多関節アセンブリ２３の垂直関節２３２は、Ｘ方向の回動軸線Ｂ２回りに回動するように構成されている。垂直多関節アセンブリ２３の垂直関節２３３は、Ｘ方向の回動軸線Ｂ３回りに回動するように構成されている。

隣接する関節同士の間隔は、それぞれ、テーブル１の短手方向（Ｙ方向）の長さよりも小さい長さを有している。つまり、回動軸線Ａ１および回動軸線Ａ２の間隔と、回動軸線Ａ２および回動軸線Ａ３の間隔と、回動軸線Ａ３および回動軸線Ｂ１の間隔と、回動軸線Ｂ１および回動軸線Ｂ２の間隔と、回動軸線Ｂ２および回動軸線Ｂ３の間隔とは、それぞれ、テーブル１の短手方向の長さよりも小さい長さを有している。

図３に示すように、水平関節２２１〜２２３および垂直関節２３１〜２３３は、それぞれ、関節駆動機構４が設けられている。水平関節２２１〜２２３および垂直関節２３１〜２３３は、それぞれに設けられた関節駆動機構４により駆動されるように構成されている。関節駆動機構４は、モータ４１と、減速機４２と、減速機４３と、電磁ブレーキ４４とを含んでいる。モータ４１には、エンコーダ４１ａと、内蔵の電磁ブレーキ４１ｂとが設けられている。水平関節２２１〜２２３および垂直関節２３１〜２３３は、各々のモータ４１の駆動により、回動軸線回りに回動される。なお、関節駆動機構４は、特許請求の範囲の「多関節ロボットアームの関節駆動機構」の一例である。また、電磁ブレーキ４１ｂおよび電磁ブレーキ４４は、それぞれ、特許請求の範囲の「第１電磁ブレーキ」および「第２電磁ブレーキ」の一例である。また、減速機４２および減速機４３は、それぞれ、特許請求の範囲の「第２減速機」および「第１減速機」の一例である。

ここで、本実施形態では、図４に示すように、関節駆動機構４には、固定部５と、出力部材６と、ニードルベアリング７とが設けられている。固定部５は、固定的に配置されている。出力部材６は、固定部５に対して回動軸線回りに回動するように構成されている。固定部５に対する出力部材６の回動により、関節（水平関節２２１〜２２３、垂直関節２３１〜２３３）が回動される。

図３に示すように、モータ４１は、サーボモータを含んでいる。モータ４１は、制御部３の制御により駆動されるように構成されている。モータ４１の出力回転軸には、電磁ブレーキ４４を介して減速機４２が取り付けられている。電磁ブレーキ４１ｂおよび電磁ブレーキ４４は、関節（水平関節２２１〜２２３、垂直関節２３１〜２３３）を制動させるように構成されている。エンコーダ４１ａは、モータ４１の駆動量を検知して、検知結果を制御部３に送信するように構成されている。電磁ブレーキ４１ｂおよび４４は、関節（水平関節２２１〜２２３、垂直関節２３１〜２３３）の駆動を制動させるように構成されている。電磁ブレーキ４４は、モータ４１の出力回転軸に取り付けられている。

減速機４２および４３は、波動歯車減速機により構成されている。また、減速機４２と、減速機４３とは、直列に接続されている。つまり、モータ４１の回転出力は、減速機４２と、減速機４３とにより２段階に減速される。減速機４２は、モータ４１の回転が伝達され、伝達された回転を減速して減速機４３に出力するように構成されている。減速機４３は、減速機４２を介してモータ４１に接続されている。減速機４３は、出力軸が関節（水平関節２２１〜２２３、垂直関節２３１〜２３３）の回転軸線と一致するように配置されている。

減速機４３（波動歯車減速機）は、図４に示すように、環状の剛性内歯歯車４３３と、剛性内歯歯車４３３の内側に配置された環状の可撓性外歯歯車４３２と、可撓性外歯歯車４３２を撓ませて剛性内歯歯車４３３に対して２箇所で部分的に噛み合わせるとともに、剛性内歯歯車４３３と可撓性外歯歯車４３２との噛み合い位置を周方向に移動させる波動発生器４３１と、を含んでいる。波動発生器４３１は、波動歯車減速機の入力回転軸Ｃ１に同軸状態で取り付けられている。可撓性外歯歯車４３２は、固定部５に接続され、固定配置されている。剛性内歯歯車４３３は、波動歯車減速機の出力回転軸Ｃ２に連結固定されている。

減速機４３（波動歯車減速機）では、波動発生器４３１に回転が入力されて、減速された回転が、剛性内歯歯車４３３から出力される。言い換えると、減速機４３の入力軸は、軸４３１ａを介して動力側（モータ４１側）に接続され、減速機４３の出力軸は、出力部材６に接続されている。水平関節２２１〜２２３に設けられた減速機４３の出力軸線は、鉛直方向（Ｚ方向）と平行に配置されている。垂直関節２３１〜２３３に設けられた減速機４３の出力軸線は、水平方向（Ｘ方向）と平行に配置されている。

減速機４３には、１つのクロスローラベアリング４３４と、２つのボールベアリング４３５とが設けられている。クロスローラベアリング４３４は、出力部材６（剛性内歯歯車４３３）を回動可能に支持する第１軸受として機能する。第１軸受としてのクロスローラベアリング４３４は、外輪が固定配置されており、内輪が出力部材６と一体化されている。具体的には、クロスローラベアリング４３４は、外輪が固定部５に接続されており、内輪が出力部材６に接続されている。ボールベアリング４３５は、波動発生器４３１を回転可能に支持している。また、固定部５は、可撓性外歯歯車４３２に接続されており、出力部材６は、剛性内歯歯車４３３に接続されている。

ニードルベアリング７は、外輪部７１と、内輪部７２と、外輪部７１の周方向に沿って複数設けられたニードル７３とを含んでいる。外輪部７１および内輪部７２は、円環状に形成されている。また、外輪部７１および内輪部７２の中心軸線は、減速機４３の回転軸線と略一致するように配置されている。外輪部７１は、半径方向において、内輪部７２の外側に対向するように配置されている。複数のニードル７３は、外輪部７１の中心軸線と略平行な方向に延びるように配置されている。また、複数のニードル７３は、外輪部７１の中心軸線と略平行な方向の回転軸線回りに回転可能に構成されている。

ここで、本実施形態では、ニードルベアリング７の外輪部７１は、出力部材６に接続されている。また、ニードルベアリング７の内輪部７２は、固定部５に接続されている。つまり、ニードルベアリング７は、内輪部７２が固定配置され、外輪部７１が出力部材６と一体化されている。また、本実施形態では、内輪部７２と、外輪部７１に設けられたニードル７３とは、所定の間隔を隔てて離間して配置されている。

具体的には、図５に示すように、関節（水平関節２２１〜２２３、垂直関節２３１〜２３３）にかかる負荷が小さい場合、内輪部７２およびニードル７３は、間隔Ｇ１だけ離間している。なお、間隔Ｇ１は、関節（水平関節２２１〜２２３、垂直関節２３１〜２３３）にかかる負荷が大きい場合に、内輪部７２およびニードル７３が接触可能な距離である。つまり、関節（水平関節２２１〜２２３、垂直関節２３１〜２３３）にかかる負荷により内輪部７２がニードル７３に接触した場合に、ニードルベアリング７は、出力部材６を回転可能に支持する第２軸受として機能するように構成されている。本実施形態において、間隔Ｇ１は、たとえば、約０．０７ｍｍである。間隔Ｇ１は０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲内で設定可能であり、０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下の範囲内で設定することが好ましい。

図２に示すように、多関節ロボットアーム２は、平面視（Ｚ方向に見て）において、テーブル１の下方に全て隠れるように配置されている。たとえば、多関節ロボットアーム２は、テーブル１が手術位置に位置している場合に、テーブル１の下の空間である収容空間内に収容されるように構成されている。つまり、多関節ロボットアーム２は、テーブル１に載置された患者１０に対して手術や処置を行う位置にテーブル１を移動させた場合に、折り畳まれて、平面視において（Ｚ方向に見て）、テーブル１の下方に完全に隠れるように構成されている。また、折り畳まれた姿勢の多関節ロボットアーム２は、テーブル１の長手方向と平行な方向における長さがテーブル１の長手方向の長さの１／２以下である。

また、多関節ロボットアーム２は、テーブル１の高さを５００ｍｍまで下げることが可能である。これにより椅子に座って行う手術に対応することが可能である。また、多関節ロボットアーム２は、テーブル１の高さを１１００ｍｍまで上げることが可能である。

図６に示すように、本実施形態では、多関節ロボットアーム２を、テーブル１のＸ２側に寄せて配置した場合、最大撮像可能範囲としてＸ方向において距離Ｄ１分だけ、Ｘ線撮像装置３００により撮像が可能である。つまり、多関節ロボットアーム２を、テーブル１のＸ２側に寄せて配置した場合、Ｘ方向において、テーブル１の下方に距離Ｄ１分空間が確保される。距離Ｄ１は、たとえば、Ｘ線透過部１１のＸ方向の長さと略等しい。つまり、本実施形態のロボット手術台１００では、患者１０の略全身をＸ線撮像装置３００により撮像することが可能である。

図７に示すように、本実施形態では、多関節ロボットアーム２を、水平方向のＸ２方向に最大限伸ばした場合、最少撮像可能範囲としてＸ方向において距離Ｄ２分だけ、Ｘ線撮像装置３００により撮像が可能である。つまり、多関節ロボットアーム２を、水平方向のＸ２方向に最大限伸ばした場合、Ｘ方向において、テーブル１の下方に距離Ｄ２分空間が確保される。距離Ｄ２は、たとえば、Ｘ線透過部１１のＸ方向の長さの１／２以上である。つまり、本実施形態のロボット手術台１００では、最少でも患者１０の全身の半分以上をＸ線撮像装置３００により撮像することが可能である。本実施形態において、たとえば、Ｄ１は１８００ｍｍ、Ｄ２は１５４０ｍｍである。

また、多関節ロボットアーム２は、少なくとも１つの水平関節（２２１、２２２および２２３のうち少なくとも１つ）により、テーブル１を鉛直方向（Ｚ方向）の軸線回りにヨー回転させるように構成されている。たとえば、多関節ロボットアーム２は、一番下の水平関節２２１、または、一番上の水平関節２２３により、テーブル１をヨー回転させるように構成されている。あるいは、多関節ロボットアーム２は、複数の水平関節を連動して駆動して、テーブル１をヨー回転させるように構成されている。

また、図８に示すように、多関節ロボットアーム２は、少なくとも１つの垂直関節（２３１、２３２および２３３のうち少なくとも１つ）により、テーブル１を長手方向（Ｘ方向）の軸線回りにロール回動させるように構成されている。たとえば、多関節ロボットアーム２は、一番下の垂直関節２３１、または、一番上の垂直関節２３３により、テーブル１をロール回動させるように構成されている。あるいは、多関節ロボットアーム２は、複数の垂直関節を連動して駆動して、テーブル１をロール回動させるように構成されている。多関節ロボットアーム２は、テーブル１をＸ方向に見て、水平方向に対して時計回りに角度θ１の範囲でロール回動可能であるとともに、水平方向に対して反時計回りに角度θ１の範囲でロール回動可能である。たとえば、θ１は、３０度である。

また、多関節ロボットアーム２は、図９に示すように、ピッチ回動機構２４により、テーブル１を短手方向（Ｙ方向）の軸線回りにピッチ回動させるように構成されている。ピッチ回動機構２４は、第１支持部材２４１と、第２支持部材２４２とを含んでいる。ピッチ回動機構２４は、垂直多関節アセンブリ２３の他方端に支持されている。ピッチ回動機構２４は、テーブル１に接続され、テーブル１をピッチ回動可能に支持している。具体的には、ピッチ回動機構２４は、第１支持部材２４１および第２支持部材２４２により、テーブル１をピッチ回動可能に支持している。第１支持部材２４１および第２支持部材２４２は、テーブル１の長手方向と平行な方向（Ｘ方向）に沿って所定の距離を隔てて配置されている。第１支持部材２４１は、Ｘ１方向側に配置されている。第２支持部材２４２は、Ｘ２方向側に配置されている。また、ピッチ回動機構２４は、テーブル１の短手方向（Ｙ方向）の片方側近傍に配置されている。具体的には、ピッチ回動機構２４は、テーブル１のＹ１方向の端部近傍に配置されている。

第１支持部材２４１および第２支持部材２４２は、それぞれ、上下方向（Ｚ方向）に移動可能に構成されている。第１支持部材２４１が第２支持部材２４２よりも低い位置に移動されると、テーブル１は、Ｘ１側が低くなるようにピッチ回動される。一方、第１支持部材２４１が第２支持部材２４２よりも高い位置に移動されると、テーブル１は、Ｘ１側が高くなるようにピッチ回動される。また、第１支持部材２４１および第２支持部材２４２が同じ高さ位置に移動されると、テーブル１は、ピッチ回動において水平となる。

多関節ロボットアーム２は、図９に示すように、テーブル１をＹ方向に見て、水平方向に対して時計回りに角度θ２の範囲でピッチ回動可能であるとともに、水平方向に対して反時計回りに角度θ２の範囲でピッチ回動可能である。たとえば、θ２は、１５度である。

制御部３は、ベース２１内に設置され、多関節ロボットアーム２によるテーブル１の移動を制御するように構成されている。具体的には、制御部３は、医療従事者（操作者）による操作に基づいて、多関節ロボットアーム２の駆動を制御して、テーブル１を移動させるように構成されている。

Ｘ線撮像装置３００は、テーブル１に載置された患者１０のＸ線投影画像を撮像可能に構成されている。Ｘ線照射部３０１およびＸ線検出部３０２は、Ｃアーム３０３により支持されている。Ｘ線照射部３０１およびＸ線検出部３０２は、Ｃアーム３０３の移動に伴って移動され、Ｘ線撮像時に、患者１０の撮像位置を挟み込むように対向して配置される。たとえば、Ｘ線照射部３０１およびＸ線検出部３０２のうち一方がテーブル１の上方の空間に配置され、他方がテーブル１の下方の空間に配置される。また、Ｘ線撮像時には、Ｘ線照射部３０１およびＸ線検出部３０２を支持するＣアーム３０３もテーブル１の上方および下方の空間に配置される。

Ｘ線照射部３０１は、図１に示すように、Ｘ線検出部３０２と対向するように配置されている。また、Ｘ線照射部３０１は、Ｘ線検出部３０２に向けてＸ線を照射可能に構成されている。Ｘ線検出部３０２は、Ｘ線照射部３０１により照射されたＸ線を検出するように構成されている。Ｘ線検出部３０２は、フラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）を含んでいる。Ｘ線検出部３０２は、検出したＸ線に基づいてＸ線画像を撮像するように構成されている。具体的には、Ｘ線検出部３０２は、検出したＸ線を電気信号に変換し、画像処理部（図示せず）に送信する。

Ｃアーム３０３は、一方端にＸ線照射部３０１が接続され、他方端にＸ線検出部３０２が接続されている。Ｃアーム３０３は、略Ｃ字形状を有している。これにより、Ｘ線撮像時に、テーブル１や患者１０に干渉しないように回り込んで、Ｘ線照射部３０１およびＸ線検出部３０２を支持することが可能である。Ｃアーム３０３は、テーブル１に対して相対移動可能に構成されている。具体的には、Ｃアーム３０３は、Ｘ線照射部３０１およびＸ線検出部３０２を、テーブル１に載置された患者１０に対して所望の位置に配置するように、水平方向、鉛直方向に移動可能であるとともに、水平方向の回動軸線および鉛直方向の回動軸線を中心に回動可能に構成されている。Ｃアーム３０３は、医療従事者（操作者）による操作に基づいて、駆動部（図示せず）により、移動される。また、Ｃアーム３０３は、医療従事者（操作者）の手動により移動可能に構成されている。

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、出力部材６を回転可能に支持するクロスローラベアリング４３４と、外輪部７１と内輪部７２と外輪部７１に設けられた複数のニードル７３とを含むニードルベアリング７とを設け、内輪部７２と外輪部７１に設けられたニードル７３とを、所定の間隔を隔てて離間して配置する。これにより、関節（水平関節２２１〜２２３、垂直関節２３１〜２３３）にかかる負荷が大きくない場合には、小型で高い耐荷重性を有するクロスローラベアリング４３４により出力部材６を支持するとともに、負荷がクロスローラベアリング４３４で支持可能な負荷より大きくなった場合には、さらにニードルベアリング７により出力部材６を支持することができる。その結果、多関節ロボットアーム２の関節の小型化を図りながら、多関節ロボットアーム２の駆動する部分を支持する軸受の耐性を確保することができる。これにより、関節の小型化を図ることができるので、多関節ロボットアーム２の小型化を図ることができる。

また、本実施形態では、上記のように、関節（水平関節２２１〜２２３、垂直関節２３１〜２３３）にかかる負荷により内輪部７２がニードル７３に接触した場合に、ニードルベアリング７が、出力部材６を回転可能に支持する第２軸受として機能するように構成する。これにより、関節（水平関節２２１〜２２３、垂直関節２３１〜２３３）にかかる負荷が大きくなった場合に、第２軸受としてのニードルベアリング７により出力部材６を支持することができるので、負荷が大きい場合でも安定して出力部材６を支持することができる。

また、本実施形態では、上記のように、ニードルベアリング７を、内輪部７２が固定配置され、外輪部７１が出力部材６と一体化されるように構成する。これにより、出力部材６とともにニードルベアリング７の外輪部７１を内輪部７２に対して回動させて、関節（水平関節２２１〜２２３、垂直関節２３１〜２３３）を駆動させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、第１軸受としてのクロスローラベアリング４３４を、外輪が固定配置され、内輪が出力部材６と一体化されるように構成する。これにより、第１軸受としてのクロスローラベアリング４３４および第２軸受としてのニードルベアリング７により固定配置される部分を挟み込むことができる。通常は、クロスローラベアリング４３４により出力部材６を支持するので、クロスローラベアリング４３４およびニードルベアリング７の両方により出力部材６を支持する場合と異なり、常にクロスローラベアリング４３４およびニードルベアリング７に余計な応力がかかるのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、減速機４２および４３を、波動歯車減速機により構成する。これにより、波動歯車減速機を用いて、減速機４２および４３の小型化を図りながら、効果的に減速を行うことができる。

また、本実施形態では、上記のように、多関節ロボットアーム２を、ベース２１が設置される設置面に対して略垂直なベース回転軸回りに回転可能にベース２１に支持され、減速機４２の出力軸が、ベース回転軸に略直交する方向に配置されるように構成する。これにより、水平方向に回動軸を有する垂直関節２３１〜２３３の負荷に対する耐性を確保することができるので、大きな体重を有する患者１０がテーブル１に載置された場合でも、テーブル１を上下方向（Ｚ方向）に安定して移動させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、関節駆動機構４に、モータ４１の回転が伝達され、伝達された回転を減速して減速機４３に出力する減速機４２を設ける。これにより、減速機４２および４３により２段階で減速を行うことができるので、大きな出力トルクを得ることができる。その結果、大径の減速機を使わなくても大きな出力トルクを得ることができるので、関節の大径化を抑制することができる。また、モータ４１の最大出力を小さくすることができるので、モータ４１を小さくすることができる。その結果、関節（水平関節２２１〜２２３、垂直関節２３１〜２３３）の小型化を図ることができる。

また、本実施形態では、上記のように、モータ４１に、電磁ブレーキ４１ｂを内蔵し、関節駆動機構４に、モータ４１の出力回転軸に取り付けられた電磁ブレーキ４４を設ける。これにより、電磁ブレーキ４１ｂおよび４４の２段階のブレーキにより関節を制動することができるので、電力停止時に一方の電磁ブレーキが故障した場合であってもテーブル１が急に下降するのを確実に抑制することができる。

（変形例）
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、ハイブリッド手術室にＸ線撮像装置が設けられている構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ハイブリッド手術室に患者の磁気共鳴画像を撮像する磁気共鳴イメージング装置が設けられていてもよい。なお、ハイブリッド手術室に、Ｘ線撮像装置および磁気共鳴イメージング装置の両方が設けられていてもよい。

また、上記実施形態では、ロボット手術台をハイブリッド手術室に設ける構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ロボット手術台をハイブリッド手術室以外の手術室に設けてもよい。

また、上記実施形態では、本発明の関節駆動機構をロボット手術台の多関節ロボットアームに設ける構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明の関節駆動機構をロボット手術台以外の多関節ロボットアームに設けてもよい。たとえば、本発明の関節駆動機構を、産業用、医療用、家庭用などのロボットの多関節ロボットアームに設けてもよい。

また、上記実施形態では、減速機を波動歯車減速機により構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、減速機を、偏心揺動型遊星歯車減速機により構成してもよい。この場合、偏心揺動型遊星歯車減速機は、第１段減速部と、第２段減速部と、を含み、第１段減速部は、入力ギアと、入力ギアよりも多い歯数を有するスパーギアと、を有し、第２段減速部は、偏心部を有しスパーギアに連結された回転軸と、内歯歯車と、偏心部に係合して偏心回転し、内歯歯車に内接して噛み合い位置を移動させながら自転する外歯遊星歯車と、を有し、偏心揺動型遊星歯車減速機は、入力ギアに回転が伝達され、出力回転軸が外歯遊星歯車の自転に伴い回転するように構成してもよい。

また、上記実施形態では、ニードルベアリングの内輪部が固定配置されており、外輪部が出力部材と一体化されている構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ニードルベアリングの外輪部を固定配置し、内輪部を出力部材と一体化してもよい。

また、上記実施形態では、第１軸受としてのクロスローラベアリングの外輪が固定配置されており、内輪が出力部材と一体化されている構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第１軸受の内輪を固定配置し、外輪を出力部材と一体化してもよい。

また、上記実施形態では、水平多関節アセンブリが３つの水平関節を有する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、水平多関節アセンブリが２つの水平関節を有していてもよいし、４つ以上の水平関節を有していてもよい。

また、上記実施形態では、垂直多関節アセンブリが３つの垂直関節を有する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、垂直多関節アセンブリが２つの垂直関節を有していてもよいし、４つ以上の垂直関節を有していてもよい。

また、上記実施形態では、多関節ロボットアームに、３つ連続して水平関節を設けるとともに、３つ連続して垂直関節を設ける構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、多関節ロボットアームとして、互いに隣接する関節の回動軸が直交する部分を複数有する垂直多関節ロボットを用いてもよい。

また、上記実施形態では、３つの水平関節および３つの垂直関節に、ニードルベアリングを設ける構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、複数の関節のうち少なくとも１つの関節にニードルベアリングを設けてもよい。たとえば、垂直関節のみにニードルベアリングを設けてもよい。

また、上記実施形態では、多関節ロボットアームが７の自由度を有する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、多関節ロボットアームが６以下の自由度を有していてもよいし、８以上の自由度を有していてもよい。

また、上記実施形態では、１つの関節に２つの減速機を設ける構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、１つの関節に１つの減速機を設けてもよいし、３つ以上の減速機を設けてもよい。

また、上記実施形態では、１つの関節に２つの電磁ブレーキを設ける構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、１つの関節に１つの電磁ブレーキを設けてもよいし、３つ以上の電磁ブレーキを設けてもよい。

また、上記実施形態では、ベースが床に埋設されて固定されている構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ベースが床の上に固定されていてもよい。

１：テーブル、２：多関節ロボットアーム、４：関節駆動機構（多関節ロボットアームの関節駆動機構）、６：出力部材、７：ニードルベアリング（第２軸受）、２１：ベース、４１：モータ、４１ｂ：電磁ブレーキ（第１電磁ブレーキ）、４２：減速機（第２減速機）、４３：減速機（第１減速機）、４４：電磁ブレーキ（第２電磁ブレーキ）、７１：外輪部、７２：内輪部、７３：ニードル、１００：ロボット手術台、２２１、２２２、２２３：水平関節（関節）、２３１、２３２、２３３：垂直関節（関節）、４３４：クロスローラベアリング（第１軸受）

Claims (13)

1. モータと、
   前記モータに接続され、出力軸が関節の回転軸線と一致する減速機と、
   前記減速機の前記出力軸に接続された出力部材と、
   前記出力部材を回転可能に支持する第１軸受と、
   外輪部と、内輪部と、前記外輪部に設けられた複数のニードルとを含むニードルベアリングとを備え、
   前記外輪部および前記内輪部のうち一方は、前記出力部材に接続されており、
   前記内輪部と、前記外輪部に設けられた前記複数のニードルの各々とは、所定の間隔を隔てて離間して配置されており、
   前記関節にかかる負荷により前記内輪部が前記ニードルに接触した場合に、前記ニードルベアリングは、前記出力部材を回転可能に支持する第２軸受として機能するように構成されている、多関節ロボットアームの関節駆動機構。
2. 前記回転軸線の延びる方向において、前記ニードルベアリングは、前記第１軸受に対して前記出力部材側に配置されている、請求項１に記載の多関節ロボットアームの関節駆動機構。
3. 前記ニードルベアリングは、前記内輪部が固定配置されており、前記外輪部が前記出力部材と一体化されている、請求項１または２に記載の多関節ロボットアームの関節駆動機構。
4. 前記第１軸受は、外輪が固定配置されており、内輪が前記出力部材と一体化されている、請求項３に記載の多関節ロボットアームの関節駆動機構。
5. 前記第１軸受が、クロスローラベアリングである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の多関節ロボットアームの関節駆動機構。
6. 前記減速機が、波動歯車減速機または偏心揺動型遊星歯車減速機である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の多関節ロボットアームの関節駆動機構。
7. 複数の前記関節を備え、
   複数の前記関節のうちの少なくとも１つの前記関節を駆動する駆動機構が、請求項１〜６のいずれか１項に記載された多関節ロボットアームの関節駆動機構である、多関節ロボットアーム。
8. 患者載置用のテーブルと、
   一方端がベースに支持され、他方端が前記テーブルを支持する多関節ロボットアームと、を備え、
   前記多関節ロボットアームは、複数の関節と、複数の前記関節をそれぞれ駆動する複数の関節駆動機構を含み、
   複数の前記関節駆動機構のうちの少なくとも１つの前記関節駆動機構は、
   モータと、
   前記モータに接続され、出力軸が前記関節の回転軸線と一致する第１減速機と、
   前記第１減速機の前記出力軸に接続された出力部材と、
   前記出力部材を回転可能に支持する第１軸受と、
   外輪部と、内輪部と、前記外輪部に設けられた複数のニードルとを含むニードルベアリングとを含み、
   前記外輪部および前記内輪部のうち一方は、前記出力部材に接続されており、
   前記内輪部と、前記外輪部に設けられた前記複数のニードルの各々とは、所定の間隔を隔てて離間して配置されており、
   前記関節にかかる負荷により前記内輪部が前記ニードルに接触した場合に、前記ニードルベアリングは、前記出力部材を回転可能に支持する第２軸受として機能するように構成されている、ロボット手術台。
9. 前記回転軸線の延びる方向において、前記ニードルベアリングは、前記第１軸受に対して前記出力部材側に配置されている、請求項８に記載のロボット手術台。
10. 前記ニードルベアリングは、前記内輪部が固定配置されており、前記外輪部が前記出力部材と一体化されており、
    前記第１軸受は、外輪が固定配置されており、内輪が前記出力部材と一体化されている、請求項８または９に記載のロボット手術台。
11. 前記多関節ロボットアームは、前記ベースが設置される設置面に対して略垂直なベース回転軸回りに回転可能に前記ベースに支持されており、
    前記第１減速機の前記出力軸が、前記ベース回転軸に略直交する方向に配置されている、請求項８〜１０のいずれか１項に記載のロボット手術台。
12. 前記関節駆動機構は、前記モータの回転が伝達され、伝達された回転を減速して前記第１減速機に出力する第２減速機をさらに含む、請求項８〜１１のいずれか１項に記載のロボット手術台。
13. 前記モータは、第１電磁ブレーキを内蔵しており、
    前記関節駆動機構は、前記モータの出力回転軸に取り付けられた第２電磁ブレーキをさらに含む、請求項８〜１２のいずれか１項に記載のロボット手術台。

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