(57)【要約】【課題】連続体ロボットがねじれた場合においても、連続体ロボットにおける駆動制御の精度低下を抑制できる仕組みを提供する。【解決手段】駆動機構でワイヤを駆動させることによって湾曲する湾曲部を有する連続体ロボット１００の制御装置２００において、連続体ロボット１００のねじれ量を取得する画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０と、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０で取得されたねじれ量に基づいて、駆動機構によるワイヤの駆動変位量を設定する運動学演算部２３０を備える。【選択図】図６
2019122491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動機構でワイヤを駆動させることによって湾曲する湾曲部を有する連続体ロボットの制御装置であって、
前記連続体ロボットのねじれ量を取得する取得手段と、
前記取得手段で取得されたねじれ量に基づいて、前記駆動機構による前記ワイヤの駆動変位量を設定する設定手段と、
を有することを特徴とする連続体ロボットの制御装置。
【請求項２】
前記取得手段は、前記連続体ロボットに取り付けられた撮像装置によって得られた画像情報に基づいて、前記ねじれ量を取得することを特徴とする請求項１に記載の連続体ロボットの制御装置。
【請求項３】
前記取得手段は、前記画像情報と、前記連続体ロボットが挿入される経路の構造情報とに基づいて、前記ねじれ量を取得することを特徴とする請求項２に記載の連続体ロボットの制御装置。
【請求項４】
前記連続体ロボットには、マークが付されており、
前記撮像装置は、前記マークを含む領域を撮像し、
前記取得手段は、前記画像情報に含まれる前記マークの位置に基づいて、前記ねじれ量を取得することを特徴とする請求項２に記載の連続体ロボットの制御装置。
【請求項５】
前記取得手段は、前記撮像装置によって得られた画像情報と、前記撮像装置とは異なる他の撮像装置によって得られた他の画像情報とに基づいて、前記ねじれ量を取得することを特徴とする請求項２に記載の連続体ロボットの制御装置。
【請求項６】
前記画像情報と、検出装置によって検出された前記連続体ロボットの所定方向における座標情報とを対応付けて記憶する記憶手段を更に有することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の連続体ロボットの制御装置。
【請求項７】
前記記憶手段は、前記連続体ロボットが挿入される経路に対して前記連続体ロボットが前進する方向に移動する場合に、前記経路の複数の位置において、前記画像情報と前記座標情報とを対応付けて記憶することを特徴とする請求項６に記載の連続体ロボットの制御装置。
【請求項８】
前記取得手段は、前記経路に対して前記連続体ロボットが後退する方向に移動する場合に、前記経路の各位置において、前記記憶手段に記憶された前記画像情報のうち、前記各位置に係る座標情報と対応付けて記憶されている画像情報を用いて、前記ねじれ量を取得することを特徴とする請求項７に記載の連続体ロボットの制御装置。
【請求項９】
前記設定手段は、前記ねじれ量と、前記湾曲部の湾曲角度および旋回角度とに基づいて、前記駆動変位量を設定することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の連続体ロボットの制御装置。
【請求項１０】
前記湾曲部は、
基準面を介して延伸する複数の前記ワイヤと、
前記複数のワイヤが異なる位置に固定され、前記複数のワイヤを案内する第１のワイヤガイドと、
前記基準面と前記第１のワイヤガイドとの間に設けられ、前記複数のワイヤのうちの一部の所定ワイヤが固定され、前記複数のワイヤを案内する第２のワイヤガイドと、
を含み形成されており、
前記駆動機構は、前記複数のワイヤのうちの少なくとも一部のワイヤを駆動することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の連続体ロボットの制御装置。
【請求項１１】
駆動機構でワイヤを駆動させることによって湾曲する湾曲部を有する連続体ロボットの制御方法であって、
前記連続体ロボットのねじれ量を取得する取得ステップと、
前記取得ステップで取得されたねじれ量に基づいて、前記駆動機構による前記ワイヤの駆動変位量を設定する設定ステップと、
を有することを特徴とする連続体ロボットの制御方法。
【請求項１２】
前記取得ステップは、前記連続体ロボットに取り付けられた撮像装置によって得られた画像情報に基づいて、前記ねじれ量を取得することを特徴とする請求項１１に記載の連続体ロボットの制御方法。
【請求項１３】
前記取得ステップは、前記画像情報と、前記連続体ロボットが挿入される経路の構造情報とに基づいて、前記ねじれ量を取得することを特徴とする請求項１２に記載の連続体ロボットの制御方法。
【請求項１４】
前記連続体ロボットには、マークが付されており、
前記撮像装置は、前記マークを含む領域を撮像し、
前記取得ステップは、前記画像情報に含まれる前記マークの位置に基づいて、前記ねじれ量を取得することを特徴とする請求項１２に記載の連続体ロボットの制御方法。
【請求項１５】
前記取得ステップは、前記撮像装置によって得られた画像情報と、前記撮像装置とは異なる他の撮像装置によって得られた他の画像情報とに基づいて、前記ねじれ量を取得することを特徴とする請求項１２に記載の連続体ロボットの制御方法。
【請求項１６】
前記画像情報と、検出装置によって検出された前記連続体ロボットの所定方向における座標情報とを対応付けて記憶手段に記憶する記憶ステップを更に有することを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれか１項に記載の連続体ロボットの制御方法。
【請求項１７】
前記記憶ステップは、前記連続体ロボットが挿入される経路に対して前記連続体ロボットが前進する方向に移動する場合に、前記経路の複数の位置において、前記画像情報と前記座標情報とを対応付けて前記記憶手段に記憶することを特徴とする請求項１６に記載の連続体ロボットの制御方法。
【請求項１８】
前記取得ステップは、前記経路に対して前記連続体ロボットが後退する方向に移動する場合に、前記経路の各位置において、前記記憶手段に記憶された前記画像情報のうち、前記各位置に係る座標情報と対応付けて記憶されている画像情報を用いて、前記ねじれ量を取得することを特徴とする請求項１７に記載の連続体ロボットの制御方法。
【請求項１９】
前記設定ステップは、前記ねじれ量と、前記湾曲部の湾曲角度および旋回角度とに基づいて、前記駆動変位量を設定することを特徴とする請求項１１乃至１８のいずれか１項に記載の連続体ロボットの制御方法。
【請求項２０】
コンピュータに、請求項１１乃至１９のいずれか１項に記載の連続体ロボットの制御方法における各ステップを実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続体ロボットの制御装置及びその制御方法、並びに、当該制御装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
連続体ロボットは、コンティニュウムロボットとも呼ばれ、柔軟性のある構造を持つ湾曲部を有し、その湾曲部を変形させることにより形状が制御される。この連続体ロボットは、剛体リンクにより構成される剛体リンクロボットに対して、主に２つの優位性を持つ。１つ目は、連続体ロボットは、剛体リンクロボットがはまり込んでしまうような狭い空間や散乱物のある環境の中で、曲線に沿って移動可能である。２つ目は、連続体ロボットは、本質的な柔らかさを有するため、脆弱な対象物に損傷を与えることなく操作することができる。そこでは、剛体リンクロボットで必要とされる外力の検出などは必ずしも必要とされない。
【０００３】
この特徴を生かし、連続体ロボットは、内視鏡のシースやカテーテルなどの医療の分野や、レスキューロボットなどの極限作業ロボットへの応用が期待されている。非特許文献１には、ワイヤを駆動することにより湾曲する湾曲部を有する連続体ロボットの技術が記載されている。また、特許文献１には、内視鏡として用いられる連続体ロボットを空間に侵入するための制御技術が記載されている。具体的に、特許文献１には、隣接する湾曲部のすべての組において、内視鏡基台の前進に伴って前方区間の湾曲部の湾曲形状を後続区間の湾曲部の湾曲形状にする制御を行うことで、湾曲形状を連続的に伝播させる技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／０２７１１０９号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】K. Xu, M. Fu, and J. Zhao, "An Experimental Kinestatic Comparison between Continuum Manipulators with Structural Variations," in IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), Hong Kong, China, 2014, pp. 3258-3264
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
連続体ロボットを配管や体腔などの挿抜経路に侵入させると、挿抜経路の内壁に連続体ロボットが当接してねじれることが起こり得る。そして、連続体ロボットがねじれると、例えば湾曲部の湾曲形状を制御するためのワイヤの駆動変位量と連続体ロボットの姿勢との対応関係が設計値からずれるため、連続体ロボットにおける駆動制御の精度低下が生じる恐れがある。この点、上述した非特許文献１や特許文献１では、何ら想定されていない。
【０００７】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、連続体ロボットがねじれた場合においても、連続体ロボットにおける駆動制御の精度低下を抑制できる仕組みを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の連続体ロボットの制御装置は、駆動機構でワイヤを駆動させることによって湾曲する湾曲部を有する連続体ロボットの制御装置であって、前記連続体ロボットのねじれ量を取得する取得手段と、前記取得手段で取得されたねじれ量に基づいて、前記駆動機構による前記ワイヤの駆動変位量を設定する設定手段と、を有する。
また、本発明は、上述した連続体ロボットの制御装置による連続体ロボットの制御方法、及び、上述した連続体ロボットの制御装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムを含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、連続体ロボットがねじれた場合においても、連続体ロボットにおける駆動制御の精度低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る連続体ロボットの概略構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を示し、図１に示す連続体ロボットのうち、基台部と第１湾曲部の詳細を示す模式図である。
【図３】本発明の第１の実施形態を示し、図２に示すワイヤの配置をｘｙ面において定義するための模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態を示し、図１に示す連続体ロボットの移動経過の一例を示す模式図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る連続体ロボットの制御システムの機能構成の一例を示す図であって、連続体ロボットを前進する方向に移動させる場合の信号の流れを示す模式図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る連続体ロボットの制御システムの機能構成の一例を示す図であって、連続体ロボットを後退する方向に移動させる場合の信号の流れを示す模式図である。
【図７】本発明の第１の実施形態を示し、図１に示す挿抜経路として気管支を適用した場合の一例を示す模式図である。
【図８】本発明の第１の実施形態を示し、図７に示す位置で得られた前進時と後退時の画像情報の一例を示す模式図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る連続体ロボットにおける１つのワイヤガイドの一例を示す模式図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る連続体ロボットの概略構成の一例を示す図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る連続体ロボットの制御システムの機能構成の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の各実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態では、連続体ロボット（連続体マニピュレータともいう）の制御システムが可撓性内視鏡に適用される例を示す。なお、本発明の実施形態に係る連続体ロボットの制御システムの例として適用する可撓性内視鏡は、医療分野に限定されるものではなく、湾曲部を挿入・抜去させる経路（以下、「挿抜経路」を称する）の内部を観察するものであれば他の分野（例えば、配管等の内部を観察するための工業用内視鏡）にも適用可能である。
【００１２】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００１３】
［１．連続体ロボットの運動学モデル］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る連続体ロボット１００−１の概略構成の一例を示す図である。
【００１４】
連続体ロボット１００−１は、図１に示すように、基台部１１０（図１では、基台部１１０の上面１１４を含む筐体のみ図示）と、第１湾曲部１２０と、第２湾曲部１３０と、第３湾曲部１４０を有して構成されている。
【００１５】
図１に示す連続体ロボット１００−１は、長軸方向に直列に複数の湾曲部１２０〜１４０を有し、複数の湾曲部１２０〜１４０の長軸方向に移動可能に構成されている。なお、図１に示す例では、３つの湾曲部を備える連続体ロボットを示しているが、本実施形態においてはこの態様に限定されるものではない。例えば２つの湾曲部を備える連続体ロボットや４つ以上の湾曲部を備える連続体ロボットも、本実施形態に適用可能である。
【００１６】
第１湾曲部１２０は、当該第１湾曲部１２０の基準面に相当する基台部１１０の上面１１４を介して延伸する複数のワイヤ１０１−１〜１０３−１と、複数のワイヤ１０１−１〜１０３−１が異なる位置に固定され、複数のワイヤ１０１−１〜１０３−１を案内する第１のワイヤガイド１２１と、基台部１１０の上面１１４と第１のワイヤガイド１２１との間に複数のワイヤ１０１−１〜１０３−１のうちの一部の所定ワイヤ１０１−１が所定の位置に固定されて設けられ、複数のワイヤ１０１−１〜１０３−１を案内する第２のワイヤガイド１２２〜１２５と、を含み形成されている。なお、図１に示すように、基台部１１０の上面１１４には、複数のワイヤ１０１−１〜１０３−１は固定されていない。
【００１７】
図１に示す連続体ロボット１００−１では、複数のワイヤ１０１−１〜１０３−１のうちの少なくとも一部のワイヤ（全部のワイヤでもよい）を駆動することによって、第１湾曲部１２０を所望の湾曲形状（例えば、円弧状）に湾曲可能に構成されている。
【００１８】
ここで、以下の説明においては、連続体ロボット１００−１の各構成において、基台部１１０の上面１１４から遠い側の端部を「遠位端」と称し、基台部１１０の上面１１４から近い側の端部を「近位端」と称する。具体的に、第１湾曲部１２０は、基台部１１０の上面１１４（厳密に言えば、上面１１４自体は含まない）から第１のワイヤガイド１２１の遠位端に至るまでとなっている。ここでは、例えば、第１のワイヤガイド１２１の遠位端の異なる位置に、それぞれ、ワイヤ１０１−１〜１０３−１が固定されているものとする。また、例えば、ワイヤ１０１−１は、第２のワイヤガイド１２２〜１２５の近位端にそれぞれ固定されているものとする。
【００１９】
第２湾曲部１３０は、当該第２湾曲部１３０の基準面に相当する第１湾曲部１２０の第１のワイヤガイド１２１の遠位端の面を介して延伸する複数のワイヤ１０１−２〜１０３−２と、複数のワイヤ１０１−２〜１０３−２が異なる位置に固定され、複数のワイヤ１０１−２〜１０３−２を案内する第１のワイヤガイド１３１と、第１湾曲部１２０の第１のワイヤガイド１２１の遠位端の面と第１のワイヤガイド１３１との間に複数のワイヤ１０１−２〜１０３−２のうちの一部の所定ワイヤ１０１−２が所定の位置に固定されて設けられ、複数のワイヤ１０１−２〜１０３−２を案内する第２のワイヤガイド１３２〜１３５と、を含み形成されている。なお、図１に示すように、基台部１１０の上面１１４には、複数のワイヤ１０１−２〜１０３−２は固定されていない。
【００２０】
図１に示す連続体ロボット１００−１では、複数のワイヤ１０１−２〜１０３−２のうちの少なくとも一部のワイヤ（全部のワイヤでもよい）を駆動することによって、第２湾曲部１３０を所望の湾曲形状（例えば、円弧状）に湾曲可能に構成されている。
【００２１】
具体的に、第２湾曲部１３０は、第１湾曲部１２０の第１のワイヤガイド１２１の遠位端の面（厳密に言えば、当該遠位端の面自体は含まない）から第１のワイヤガイド１３１の遠位端に至るまでとなっている。ここでは、例えば、第１のワイヤガイド１３１の遠位端の異なる位置に、それぞれ、ワイヤ１０１−２〜１０３−２が固定されているものとする。また、例えば、ワイヤ１０１−２は、第２のワイヤガイド１３２〜１３５の近位端にそれぞれ固定されているものとする。
【００２２】
第３湾曲部１４０は、当該第３湾曲部１４０の基準面に相当する第２湾曲部１３０の第１のワイヤガイド１３１の遠位端の面を介して延伸する複数のワイヤ１０１−３〜１０３−３と、複数のワイヤ１０１−３〜１０３−３が異なる位置に固定され、複数のワイヤ１０１−３〜１０３−３を案内する第１のワイヤガイド１４１と、第２湾曲部１３０の第１のワイヤガイド１３１の遠位端の面と第１のワイヤガイド１４１との間に複数のワイヤ１０１−３〜１０３−３のうちの一部の所定ワイヤ１０１−３が所定の位置に固定されて設けられ、複数のワイヤ１０１−３〜１０３−３を案内する第２のワイヤガイド１４２〜１４５と、を含み形成されている。なお、図１に示すように、基台部１１０の上面１１４には、複数のワイヤ１０１−３〜１０３−３は固定されていない。
【００２３】
図１に示す連続体ロボット１００−１では、複数のワイヤ１０１−３〜１０３−３のうちの少なくとも一部のワイヤ（全部のワイヤでもよい）を駆動することによって、第３湾曲部１４０を所望の湾曲形状（例えば、円弧状）に湾曲可能に構成されている。
【００２４】
具体的に、第３湾曲部１４０は、第２湾曲部１３０の第１のワイヤガイド１３１の遠位端の面（厳密に言えば、当該遠位端の面自体は含まない）から第１のワイヤガイド１４１の遠位端に至るまでとなっている。ここでは、例えば、第１のワイヤガイド１４１の遠位端の異なる位置に、それぞれ、ワイヤ１０１−３〜１０３−３が固定されているものとする。また、例えば、ワイヤ１０１−３は、第２のワイヤガイド１４２〜１４５の近位端にそれぞれ固定されているものとする。
【００２５】
また、図１では、基台部１１０の上面１１４について、その中心を原点Ｏとするとともに、その面内で原点Ｏを通り相互に直交するｘ軸及びｙ軸を図示している。また、図１では、基台部１１０の上面１１４と直交するｚ軸を図示している。また、図１では、連続体ロボット１００−１の中心軸１５０、及び、連続体ロボット１００−１に取り付けられる撮像装置（図５及び図６等に記載の撮像装置３１０）が配置される位置１６０を図示している。このように、図１に示す連続体ロボット１００−１に撮像装置を取り付けることによって、連続体ロボット１００−１を挿抜経路２０に沿って挿入することにより、挿抜経路２０の内部を観察可能となっている。なお、図１では、離散的に配置された複数のワイヤガイドを配置する例を示したが、蛇腹状やメッシュ状等の連続体のワイヤガイドを配置するようにしてもよい。
【００２６】
図２は、本発明の第１の実施形態を示し、図１に示す連続体ロボット１００−１のうち、基台部１１０と第１湾曲部１２０の詳細を示す模式図である。この図２において、図１に示す構成と同様の構成については同じ符号を付しており、その詳細な説明は省略する。
【００２７】
具体的に、図２に示す第１湾曲部１２０の第１のワイヤガイド１２１は、位置１２１１にワイヤ１０１−１が固定され、位置１２１２にワイヤ１０２−１が固定され、位置１２１３にワイヤ１０３−１が固定されている。上述したように、ここでは、位置１２１１〜１２１３は、第１のワイヤガイド１２１の遠位端の異なる位置であるものとする。
【００２８】
また、第２のワイヤガイド１２２は、位置１２２１にワイヤ１０１−１が固定されている。また、第２のワイヤガイド１２３は、位置１２３１にワイヤ１０１−１が固定されている。また、第２のワイヤガイド１２４は、位置１２４１にワイヤ１０１−１が固定されている。また、第２のワイヤガイド１２５は、位置１２５１にワイヤ１０１−１が固定されている。上述したように、ここでは、位置１２２１〜１２５１は、それぞれ、第２のワイヤガイド１２２〜１２５の近位端の位置であるものとする。
【００２９】
基台部１１０の内部には、ワイヤ１０１−１を押し引き駆動させるためのアクチュエータ１１１と、ワイヤ１０２−１を押し引き駆動させるためのアクチュエータ１１２と、ワイヤ１０３−１を押し引き駆動させるためのアクチュエータ１１３が設けられている。すなわち、図１に示す連続体ロボット１００−１では、アクチュエータ１１１〜１１３をそれぞれ制御してワイヤ１０１−１〜１０３−３を駆動することにより、第１湾曲部１２０を所望の湾曲形状（例えば、円弧状）に湾曲可能に構成されている。このようにして、連続体ロボット１００−１（第１湾曲部１２０）の姿勢が制御される。また、アクチュエータ１１１〜１１３は、本発明における駆動機構を構成する。
【００３０】
また、図２では、図１と同様に、連続体ロボット１００−１（より詳細に、図２に示す例では第１湾曲部１２０）の中心軸１５０を破線で示している。また、図２では、図１と同様に、ｘ軸，ｙ軸及びｚ軸を図示している。また、図２では、アクチュエータ１１１によるワイヤ１０１−１の駆動変位量ｌp1a、アクチュエータ１１２によるワイヤ１０２−１の駆動変位量ｌp1b、及び、アクチュエータ１１３によるワイヤ１０３−１の駆動変位量ｌp1cを図示している。また、図２では、第１のワイヤガイド１２１の遠位端において、中心軸１５０が通る位置１２１４を図示している。また、図２では、位置１２１４において、中心軸１５０とｚ軸と平行な線分とのなす角度を第１湾曲部１２０の湾曲角度θ1として図示している。また、図２では、中心軸１５０をｘｙ面に投影したｗ軸を図示し、また、位置１２１４をｘｙ面に投影した位置１２１４１を図示している。また、図２では、ｘ軸とｗ軸とのなす角度を第１湾曲部１２０の旋回角度ζ1として図示している。また、図２では、中心軸１５０に係る第１湾曲部１２０の曲率半径ρ1を図示している。
【００３１】
また、以下の説明では、駆動対象の湾曲部を第ｎ湾曲部（ｎは任意の正数）として一般化し、第ｎ湾曲部について、以下の要素を定義する。
ｌn：第ｎ湾曲部の長さ
（図２の例では、原点Ｏから位置１２１４までの中心軸１５０の長さ）
θn：第ｎ湾曲部の湾曲角度
ζn：第ｎ湾曲部の旋回角度
ρn：第ｎ湾曲部の曲率半径
ｌpna：ワイヤ１０１−ｎの駆動変位量
ｌpnb：ワイヤ１０２−ｎの駆動変位量
ｌpnc：ワイヤ１０３−ｎの駆動変位量
【００３２】
また、図１に示す例では、基台部１１０の内部に、図２に示す第１湾曲部１２０のワイヤ１０１−１〜１０３−１をそれぞれ押し引き駆動させるためのアクチュエータ１１１〜１１３と同様に、第２湾曲部１３０のワイヤ１０１−２〜１０３−２をそれぞれ押し引き駆動させるためのアクチュエータ（不図示）と、第３湾曲部１４０のワイヤ１０１−３〜１０３−３をそれぞれ押し引き駆動させるためのアクチュエータ（不図示）を設ける形態を採り得る。
【００３３】
図３は、本発明の第１の実施形態を示し、図２に示すワイヤ１０１〜１０３の配置をｘｙ面において定義するための模式図である。図３では、各ワイヤ１０１〜１０３は、一片の長さがｒsの正三角形の頂点に配置されており、位相角ξnは、第ｎ湾曲部の各ワイヤ１０１〜１０３の配置を決定する角度である。本実施形態では、ξ1＝０とする。
【００３４】
本実施形態では、以下に示す仮定に基づき、連続体ロボットの運動学モデルを導出する。
［１］湾曲部（湾曲部が複数ある場合には、各湾曲部）において、ワイヤは、曲率一定に変形する。
［２］ワイヤのねじり変形は考慮しない。
［３］ワイヤは、長手方向に変形しない。
［４］ワイヤガイドとワイヤとの間の摩擦は考慮しない。
【００３５】
この場合、図２に示す第１湾曲部１２０のワイヤ１０１−１の駆動変位量ｌp1a、ワイヤ１０２−１の駆動変位量ｌp1b及びワイヤ１０３−１の駆動変位量ｌp1cと、第１湾曲部１２０の湾曲角度θ1及び旋回角度ζ1との関係は、それぞれ、以下の（１−１）式、（１−２）式及び（１−３）式のように表せる。
【００３６】
【数１】
2019122491.tif 000003
【００３７】
次に、図１に示す複数の湾曲部を有する連続体ロボット１００−１における第ｎ湾曲部のワイヤ１０１−ｎの駆動変位量ｌpna、ワイヤ１０２−ｎの駆動変位量ｌpnb及びワイヤ１０３−ｎの駆動変位量ｌpncと、第ｎ湾曲部の湾曲角度θn及び旋回角度ζnとの関係は、それぞれ、以下の（２−１）式、（２−２）式及び（２−３）式のように表せる。
【００３８】
【数２】
2019122491.tif 000004
【００３９】
［２．気管支用内視鏡への応用］
次に、図１に示す連続体ロボット１００−１を気管支用内視鏡へ適用した例について説明する。ここでは、図１に示す連続体ロボット１００−１に対して位置１６０に撮像装置を固定し、挿抜経路２０となる気管支の内部を観察する気管支用内視鏡として用いることを考える。
【００４０】
本実施形態に係る連続体ロボットの制御システムでは、基台部１１０を動かすことにより連続体ロボット１００−１を気管支の内部に進入させながら、撮像装置で得られた画像情報に基づき駆動変位量ｌpna,ｌpnb及びｌpncを算出し、連続体ロボット１００−１の姿勢を制御する。
【００４１】
図４は、本発明の第１の実施形態を示し、図１に示す連続体ロボット１００−１の移動経過の一例を示す模式図である。この図４において、図１〜図３に示す構成と同様の構成については同じ符号を付しており、その詳細な説明は省略する。また、図４には、図１及び図２に示すｚ方向（連続体ロボット１００−１の所定方向）を図示している。基台１１０は、例えばｚ方向に延伸するリニアステージに設けられており、操作者が連続体ロボット１００−１をリニアステージに沿って手動で移動させることができる。リニアステージにモータ等のアクチュエータを設けることにより、基台１１０をリニアステージに沿って移動させるようにしてもよい。リニアステージは、ｚ方向の座標情報を検出するセンサ（図５及び図６に示す検出装置３２０に相当）を備えるようにしてもよい。
【００４２】
図４において、時点４０１は、基台部１１０の上面１１４からｚ方向に延びる第１湾曲部１２０〜第３湾曲部１４０が湾曲していない初期状態を示している。その後、図４においては、時点４０２，時点４０３，時点４０４，時点４０５と時間が経過するのにしたがって、基台部１１０がｚ方向に移動して第１湾曲部１２０〜第３湾曲部１４０が湾曲する様子が示されている。
【００４３】
ここで、以下の説明においては、例えば図４に示す基台部１１０の上面１１４におけるｚ方向の座標情報を、図１に示すｚbとして記載する。この場合、第ｎ湾曲部の湾曲角度θn及び旋回角度ζnは、基台部１１０の位置を示す座標情報ｚbに依存するため、それぞれ、θn（ｚb）及びζn（ｚb）と表すことができる。また、ワイヤ１０１−ｎ〜１０３−ｎの駆動変位量ｌpna,ｌpnb及びｌpncも座標情報ｚbに依存し、それぞれ、ｌpna（ｚb），ｌpnb（ｚb）及びｌpnc（ｚb）と表すことができる。
【００４４】
図５は、本発明の第１の実施形態に係る連続体ロボットの制御システム１０−１の機能構成の一例を示す図であって、連続体ロボット１００を前進する方向に移動させる場合の信号の流れを示す模式図である。
【００４５】
連続体ロボットの制御システム１０−１は、図５に示すように、連続体ロボット１００と、連続体ロボットの制御装置２００と、撮像装置３１０と、検出装置３２０と、入力装置３３０と、表示装置３４０を有して構成されている。
【００４６】
図５に示す連続体ロボット１００としては、本実施形態においては、図１に示す連続体ロボット１００−１を適用する形態を採るが、本発明においては後述する図１０に示す連続体ロボット１００−２を適用する形態も採り得る。
【００４７】
連続体ロボットの制御装置２００は、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０と、記憶部２２０と、運動学演算部２３０を有して構成されている。この連続体ロボットの制御装置２００の各構成部については、後述する。
【００４８】
撮像装置３１０は、本実施形態においては、図１に示す位置１６０において連続体ロボット１００−１に取り付けられ、例えば連続体ロボット１００−１の進行方向における領域を撮像して挿抜経路２０の内部に係る画像情報を生成する。
【００４９】
検出装置３２０は、図４を用いて説明したように、基台部１１０の上面１１４におけるｚ方向の座標情報ｚbを検出し、検出した座標情報ｚbを連続体ロボットの制御装置２００に出力する。検出装置３２０は、例えば図４に示す例では、時点４０１〜時点４０５ごとに異なる座標情報ｚbを検出し、これらを連続体ロボットの制御装置２００に出力する。
【００５０】
入力装置３３０は、例えば、術者等の操作者が操作入力を行うための装置であり、例えばキーボードやマウス等から構成されている。
【００５１】
表示装置３４０は、連続体ロボットの制御装置２００の制御に基づいて、各種の情報を表示する。例えば、表示装置３４０は、撮像装置３１０で生成された画像情報や、入力装置３３０から入力された入力情報、検出装置で検出された座標情報ｚb、連続体ロボットの制御装置２００の処理で得られた情報等を表示する。
【００５２】
画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は、撮像装置３１０によって得られた画像情報を保存する画像データベース（画像ＤＢ）と、当該画像情報に基づいて連続体ロボット１００−１のねじれ量を取得するねじれ量取得部を含み構成されている。図５に示す例では、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は、撮像装置３１０によって得られた画像情報と、検出装置３２０によって検出された連続体ロボット１００−１のｚ方向（所定方向）における座標情報ｚbとに基づいて、連続体ロボット１００−１のねじれ量を取得する。
【００５３】
記憶部２２０は、図５に示す連続体ロボット１００−１を前進する方向に移動させる場合には、撮像装置３１０によって得られ画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０に保持された画像情報と、検出装置３２０によって検出された座標情報ｚbとを対応付けて記憶する。この際、記憶部２２０は、更に、入力装置３３０から入力された湾曲角度θn及び旋回角度ζnの情報も、対応付けて記憶し得る。
【００５４】
運動学演算部２３０は、駆動機構であるアクチュエータ１１１〜１１３によるワイヤ１０１〜１０３の駆動変位量ｌpna，ｌpnb及びｌpncを設定する処理を行う。そして、運動学演算部２３０は、設定した駆動変位量ｌpna，ｌpnb及びｌpncに基づき連続体ロボット１００−１の駆動制御を行う。
【００５５】
例えば、図５に示す、挿抜経路２０に対して連続体ロボット１００−１を前進する方向に移動させる場合には、挿抜経路２０の複数の位置において、湾曲角度θn（ｚb）、旋回角度ζn（ｚb）、駆動変位量ｌpna（ｚb），ｌpnb（ｚb）及びｌpnc（ｚb）を記憶部２２０に保存する。また、同時に、撮像装置３１０で得られた画像情報と検出装置３２０で検出された座標情報ｚbとを対応付けて、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０と記憶部２２０に保存する。
【００５６】
図６は、本発明の第１の実施形態に係る連続体ロボットの制御システム１０−１の機能構成の一例を示す図であって、連続体ロボット１００を後退する方向に移動させる場合の信号の流れを示す模式図である。この図６において、図５に示す構成と同様の構成については同じ符号を付している。
【００５７】
図６に示す連続体ロボット１００としては、本実施形態においては、上述した図５と同様に、図１に示す連続体ロボット１００−１を適用する形態を採るが、本発明においては後述する図１０に示す連続体ロボット１００−２を適用する形態も採り得る。
【００５８】
本実施形態の撮像装置３１０は、連続体ロボット１００−１の進行方向における領域を撮像するものであるため、連続体ロボット１００−１を後退する方向に移動させる場合には、撮像装置３１０において当該後退する方向の領域に係る画像情報は得られない。このため、本実施形態では、図５に示す連続体ロボット１００−１を前進する方向に移動させる場合に記憶部２２０に記憶した情報を用いて駆動変位量ｌpna，ｌpnb及びｌpncを設定し、連続体ロボット１００−１の駆動制御を行う。
【００５９】
また、図６に示す挿抜経路２０に対して連続体ロボット１００−１を後退する方向に移動させる場合も、撮像装置３１０で得られた画像情報と検出装置３２０で検出された座標情報ｚbとを対応付けて、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０と記憶部２２０に保存する。
【００６０】
また、図６に示す連続体ロボット１００−１を後退する方向に移動させる場合、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は、座標情報ｚbに基づき挿抜経路２０の同じ位置（実質的に同じ位置と見なせる場合も含む）で撮像された前進時と後退時の画像情報を用いて、画像の回転量から連続体ロボット１００−１のねじれ量τを取得する。すなわち、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は、図６に示す場合、挿抜経路２０の各位置において、記憶部２２０に記憶された画像情報のうち、当該各位置に係る座標情報ｚbと対応付けて記憶されている画像情報を用いて、ねじれ量τを取得する。
【００６１】
そして、図６に示す連続体ロボット１００−１を後退する方向に移動させる場合、運動学演算部２３０は、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０で取得されたねじれ量τに基づいて、ワイヤ１０１〜１０３の駆動変位量ｌpna，ｌpnb及びｌpncを設定する処理を行う。この処理を行う運動学演算部２３０は、本発明における設定手段を構成する。そして、運動学演算部２３０は、設定した駆動変位量ｌpna，ｌpnb及びｌpncに基づき連続体ロボット１００−１の駆動制御を行う。
【００６２】
図７は、本発明の第１の実施形態を示し、図１に示す挿抜経路２０として気管支７００を適用した場合の一例を示す模式図である。
【００６３】
連続体ロボット１００−１を前進させて、気管支７００の左下葉気管支７２０における位置７２１までを撮像装置３１０を用いて観察した後、連続体ロボット１００−１を後退させることを考える。この場合、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は、まず、撮像装置３１０から、位置７２１まで前進させた際の各位置における画像情報を取得する。また、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は、同様に、撮像装置３１０から、位置７２１から後退させた際の各位置における画像情報を取得する。そして、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は、座標情報ｚbに基づき、例えば気管支７００の左上葉気管支７１０における位置７１１で撮像された前進時と後退時の画像情報を用いて、画像の回転量から連続体ロボット１００−１のねじれ量τを取得する。すなわち、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は、図６に示す場合、挿抜経路２０の各位置において、記憶部２２０に記憶された画像情報のうち、当該各位置に係る座標情報ｚbと対応付けて記憶されている画像情報を用いて、ねじれ量τを取得する。なお、ここでは、前進時と後退時の画像情報を比較する位置として、気管支７００で左上葉気管支７１０と左下葉気管支７２０との分岐が見える位置７１１の場合の例を示したが、本実施形態においてはこの態様に限定されるものではない。
【００６４】
図８は、本発明の第１の実施形態を示し、図７に示す位置７１１で得られた前進時と後退時の画像情報の一例を示す模式図である。具体的に、図８は、前進時と後退時の画像情報に基づき表示装置３４０に表示された画像の一例を示している。より詳細に、図８（ａ）は、前進時の画像情報に基づき表示装置３４０に表示された前進時の画像８１０であり、図８（ｂ）は、後退時の画像情報に基づき表示装置３４０に表示された後退時の画像８２０である。
【００６５】
図８（ａ）に示す前進時の画像８１０には、図７に示す左上葉気管支７１０の経路領域８１１と、図７に示す左下葉気管支７２０の経路領域８１２が示されている。また、図８（ｂ）に示す後退時の画像８２０には、図７に示す左上葉気管支７１０の経路領域８２１と、図７に示す左下葉気管支７２０の経路領域８２２が示されている。本実施形態においては、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は、この図８（ａ）に示す前進時の画像８１０と図８（ｂ）に示す後退時の画像８２０とを比較することにより、ねじれ量τを取得する。例えば、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は、前進時の画像８１０から経路領域８１１と経路領域８１２の輪郭を抽出してその中心を結ぶ直線８１３の傾きと、後退時の画像８２０から経路領域８２１と経路領域８２２の輪郭を抽出してその中心を結ぶ直線８２３の傾きとを比較することにより、ねじれ量τを取得する。すなわち、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は、画像情報と、連続体ロボット１００−１が挿入される挿抜経路２０の構造情報とに基づいて、ねじれ量τを取得する。この図８に示す例では、前進時の画像に対して後退時の画像では２０°程度のねじれ量が生じている。また、本実施形態においては、このような画像の比較は、特徴のある複数の位置で行う。
【００６６】
ここで、第ｎ湾曲部のねじれ量τをτnとすると、上記の（２−１）式、（２−２）式及び（２−３）式は、それぞれ、以下の（３−１）式、（３−２）式及び（３−３）式のように書き換えることができる。
【００６７】
【数３】
2019122491.tif 000005
【００６８】
そして、本実施形態においては、運動学演算部２３０は、例えば、上記の（３−１）式、（３−２）式及び（３−３）式で得られた駆動変位量ｌpna（ｚb），ｌpnb（ｚb）及びｌpnc（ｚb）を設定する。具体的に、運動学演算部２３０は、ねじれ量τnと、湾曲角度θn及び旋回角度ζnとに基づいて、上述した駆動変位量を設定する。そして、運動学演算部２３０は、設定した駆動変位量を用いて連続体ロボット１００−１の駆動制御を行う。
【００６９】
ここで、湾曲部の数をｅとすると、ねじれ量τeは、撮像装置３１０による前進時と後退時の画像から取得可能である。ねじれ量τnは、例えば全湾曲部で一定として、以下の（４）式としてもよい。
【００７０】
【数４】
2019122491.tif 000006
【００７１】
【数５】
2019122491.tif 000007
【００７２】
また、それぞれの湾曲部に適切な補正係数を乗じてもよい。
【００７３】
また、呼吸による体動で前進時と後退時の画像の比較が困難な場合には、呼吸をモニタし、呼吸の特定のタイミングで取得した画像だけを比較することにより、画像の回転量の推定精度を向上させることができる。例えば、撮像装置３１０により各位置で動画像を取得し、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０が、呼吸による管腔（挿抜経路２０）の変形の程度が前進時と後退時とで同程度の画像同士を比較することにより実現できる。
【００７４】
上述した構成では、３本の全てのワイヤ１０１〜１０３に変位を与えることにより、連続体ロボット１００−１の湾曲角度θn及び旋回角度ζnを制御する形態としたが、本発明においてはこの形態に限定されるものではない。例えば、３本のワイヤ１０１〜１０３のうち、１本のワイヤの変位を固定し、残り２本のワイヤに変位を与えて、連続体ロボット１００−１の湾曲角度θn及び旋回角度ζnを制御する形態も、同様の効果を得ることができ、本発明に適用可能である。この形態の場合、例えば、ワイヤ１０１の変位を固定して固定長のワイヤとすると、運動学演算部２３０は、例えば、以下の（６−１）式、（６−２）式及び（６−３）式に示す駆動変位量ｌpna，ｌpnb及びｌpncを設定し得る。
【００７５】
【数６】
2019122491.tif 000008
【００７６】
また、運動学演算部２３０は、ねじれ量τnを取得した後の駆動変位量ｌpna，ｌpnb及びｌpncを、以下の（７−１）式、（７−２）式及び（７−３）式に示すように設定し得る。
【００７７】
【数７】
2019122491.tif 000009
【００７８】
第１の実施形態に係る連続体ロボットの制御装置２００では、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は連続体ロボット１００−１のねじれ量τを取得し、運動学演算部２３０は当該ねじれ量に基づいてワイヤの駆動変位量を設定するようにしている。
かかる構成によれば、連続体ロボットがねじれた場合においても、連続体ロボットにおける駆動制御の精度低下を抑制することができる。これにより、連続体ロボットの後方視野がない状態でも円滑に連続体ロボットを後退させることができる。また、ねじれ量に応じてワイヤの駆動変位量を補正できるため、連続体ロボットがねじれた場合においても、連続体ロボットを所望の姿勢に制御することができる。
【００７９】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、以下に記載する第２の実施形態では、上述した第１の実施形態と共通する事項については説明を省略し、上述した第１の実施形態と異なる事項について説明を行う。
【００８０】
第２の実施形態では、連続体ロボット１００を気管支の内部の観察だけでなく、鉗子や吸引針等の生検ツールを通すガイドシースとして用いる場合について説明する。
【００８１】
図９は、本発明の第２の実施形態に係る連続体ロボット１００における１つのワイヤガイド９００の一例を示す模式図である。また、図９では、図１と同様に、ｘ軸，ｙ軸及びｚ軸を図示している。
【００８２】
ワイヤガイド９００は、図９に示すように、ドーナツ型の形状をしている。このワイヤガイド９００には、図９に示すように、ワイヤ１０１が固定される貫通孔９１０、ワイヤ１０２が通過または固定される貫通孔９２０、ワイヤ１０３が通過または固定される貫通孔９３０、及び、マーク９４０が設けられている。
【００８３】
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る連続体ロボット１００−２の概略構成の一例を示す図である。また、図１０では、図１と同様に、ｘ軸，ｙ軸及びｚ軸を図示している。
【００８４】
連続体ロボット１００−２は、図１０に示すように、湾曲部１０１０と、湾曲部１０１０と基台部（不図示，例えば図２に示す基台部１１０）との間に設けられたスリーブ１０２０を有して構成されている。
【００８５】
湾曲部１０１０は、図９に示すワイヤガイド９００をｚ方向に複数（１０個）配置して形成されている。具体的に、湾曲部１０１０は、ワイヤガイド９００−１〜９００−１０を有して構成されている。また、図１０に示す連続体ロボット１００−２には、位置１６０に撮像装置３１０が配置され得る。なお、撮像装置３１０が配置される位置１６０は、ワイヤガイド９００−１とワイヤガイド９００−１０との間でなくてもよい。位置１６０に配置された撮像装置３１０は、例えば連続体ロボット１００−２の進行方向（ｚ方向）における領域を撮像して画像情報を生成する。また、ワイヤガイド９００−１では、貫通孔９１０，９２０及び９３０に、それぞれ、ワイヤ１０１，１０２及び１０３が固定される。また、ワイヤガイド９００−２〜９００−１０では、貫通孔９１０にワイヤ１０１が固定され、他の貫通孔９２０及び９３０はそれぞれワイヤ１０２及び１０３を通過させる。
【００８６】
スリーブ１０２０は、ワイヤ１０１〜１０３を固定せずに通過させる。
【００８７】
図１０に示す連続体ロボット１００−２は、内部に生検ツールを通すことができる。連続体ロボット１００−２が生検の対象となる腫瘍に向かう（前進する）ときは、ワイヤガイドの中に設けられた撮像装置（ファイバースコープカメラ）３１０を用いて挿抜経路２０における連続体ロボット１００−２の前方領域を観察しながら前進する。
【００８８】
また、本実施形態では、連続体ロボット１００−２を前進させ、生検の対象となる腫瘍に到達した時点で、術者等の操作者は、撮像装置３１０を連続体ロボット１００−２から抜去し、生検ツールを連続体ロボット１００−２に挿入する。そして、操作者は、生検ツールで検体を採取したら、生検ツールを抜去し、再度、撮像装置３１０を連続体ロボット１００−２に挿入して配置し、連続体ロボット１００−２を後退する。このように、連続体ロボット１００−２を、生検ツールを通すガイドシースとして用いる場合、撮像装置３１０は、連続体ロボット１００−２の内部で固定されていない。
【００８９】
術者等の操作者は、撮像装置（ファイバースコープカメラ）３１０の挿入時に、連続体ロボット１００−２の最も遠位端にあるワイヤガイド９００−１のマーク９４０が撮像装置３１０の撮像可能範囲内に常に収まるように撮像装置３１０のｚ方向の位置を決める。すなわち、本実施形態においては、撮像装置３１０は、ワイヤガイド９００−１のマーク９４０を含む領域を撮像する形態を採る。
【００９０】
操作者による操作中、撮像装置３１０により得られる画像を表示装置３４０に表示した際に、マーク９４０の位置が同じ位置にある間は撮像装置（ファイバースコープカメラ）３１０と連続体ロボット１００−２との位置関係が保たれている。例えば、マーク９４０の位置が画像上で回転した場合、その回転量βは、撮像装置（ファイバースコープカメラ）３１０が連続体ロボット１００−２内で回転した量に相当する。
【００９１】
ここで、連続体ロボット１００−２の前進時と後退時における画像を比較する場合、マーク９４０の位置の回転要因としては、連続体ロボット１００−２自体のねじれと、連続体ロボット１００−２の内部での撮像装置３１０の回転が考えられる。前進時と後退時における画像の回転量をαとすると、それから回転量βを差し引いたものが、最も遠位端での連続体ロボット１００−２自体のねじれ量τeとなり、これは以下の（８）式で表される。ここで、本実施形態では、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は、画像情報に含まれるマーク９４０の位置に基づいてねじれ量τeを取得する形態を採る。
【００９２】
【数８】
2019122491.tif 000010
【００９３】
この（８）式を、（４）式または（５）式に適用し、（３−１）式〜（３−３）式に代入することで、連続体ロボット１００−２のねじれ量と、撮像装置３１０の連続体ロボット１００−２の内部での回転量の両方を考慮した、ワイヤの駆動変位量を設定することができる。ここで、本実施形態では、運動学演算部２３０は、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０で取得されたねじれ量τeに基づいて、ワイヤ１０１〜１０３の駆動変位量を設定する形態を採る。
【００９４】
ここでは、撮像装置（ファイバースコープカメラ）３１０が連続体ロボット１００−２の内部で回転した場合の補正方法に関して説明を行ったが、この回転量は、少ないほど好ましい。例えば、ワイヤガイド９００の一部と撮像装置３１０に磁石を取り付け、この回転を防ぐようにする形態も、適用可能である。また、ワイヤガイド９００に溝を設けるとともに撮像装置３１０に突起を設けて、これらを接合することで回転を防ぐようにする形態も、適用可能である。
【００９５】
第２の実施形態によれば、上述した第１の実施形態と同様に、連続体ロボットがねじれた場合においても、連続体ロボットにおける駆動制御の精度低下を抑制することができる。
【００９６】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。なお、以下に記載する第３の実施形態では、上述した第１及び第２の実施形態と共通する事項については説明を省略し、上述した第１及び第２の実施形態と異なる事項について説明を行う。
【００９７】
第３の実施形態では、再受診時の検査の簡便化について説明する。
【００９８】
受診者が連続体ロボット１００（例えば、図１に示す連続体ロボット１００−１）に係る気管支用内視鏡の検査を受けると、目的の場所までの前進時と後退時のθn（ｚb），ζn（ｚb），ｌpna（ｚb），ｌpnb（ｚb），ｌpnc（ｚb）、及び、座標情報ｚbが、図６に示す画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０及び記憶部２２０に保存される。
【００９９】
そして、同一受診者の２回目の検査では、前進時及び後退時ともに、初回の検査時のｌpna（ｚb），ｌpnb（ｚb），ｌpnc（ｚb）を連続体ロボット１００のワイヤの駆動変位量として、連続体ロボット１００（基台部１１０）を前進及び後退する。このときの連続体ロボットの制御システム１０の機能構成における信号の流れは、上述した図６で示すものとなる。
【０１００】
第３の実施形態では、図６に示す画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は、初回の検査時の画像と２回目の検査時の画像とを、それぞれ前進時及び後退時ごとに比較し、画像の回転量から連続体ロボット１００のねじれ量を取得する。
【０１０１】
この際、連続体ロボットの制御装置２００は、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０で得られたねじれ量が閾値以下であれば、初回の検査時と同一のワイヤ１０１〜１０３の駆動変位量で連続体ロボット１００を制御する形態を採り得る。この場合、術者等の操作者は、容易に目的の場所まで連続体ロボット１００を進めることができる。
【０１０２】
一方、連続体ロボットの制御装置２００は、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０で得られたねじれ量が閾値を超えると、連続体ロボット１００にねじれが生じたと判断し、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０から運動学演算部２３０にねじれ量τnを送信させる形態を採り得る。運動学演算部２３０は、（３−１）式〜（３−２）式に従って、ワイヤ１０１〜１０３の駆動変位量を更新する。更新後のワイヤ１０１〜１０３の駆動変位量を使用すれば、目的の場所までのワイヤ１０１〜１０３の駆動変位量が全て分かるため、連続体ロボット１００にねじれが生じても、術者等の走者者は容易に目的の場所まで連続体ロボット１００を進めることができる。
【０１０３】
なお、上述したねじれ量の閾値は、例えば呼吸による体動で生じる画像の回転量から決定する。この場合、基台部１１０を静止し、呼吸の別々のタイミングで複数の画像を取得し、そこで発生する画像の回転量をねじれ量の閾値とする。
【０１０４】
なお、上述した例では、図６に示す画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０が撮像装置３１０で得られた画像情報に基づき取得したねじれ量を元に、ワイヤ１０１〜１０３の駆動変位量を更新したが、操作者が入力装置３３０を介してねじれ量を微調整してもよい。例えば、術者等の操作者の手元に入力装置３３０の一構成であるねじれ量入力ダイアルを置き、操作者がそのねじれ量入力ダイアルを介してねじれ量を調整してもよい。
【０１０５】
第３の実施形態によれば、上述した第１の実施形態と同様に、連続体ロボットがねじれた場合においても、連続体ロボットにおける駆動制御の精度低下を抑制することができる。
【０１０６】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。なお、以下に記載する第４の実施形態では、上述した第１〜第３の実施形態と共通する事項については説明を省略し、上述した第１〜第３の実施形態と異なる事項について説明を行う。
【０１０７】
上述した第１〜第３の実施形態では、連続体ロボット１００として気管支用内視鏡を用いて受診者の気管支内を撮像した画像情報同士を比較する形態であったが、本発明においてはこれらの形態に限定されるものではない。第４の実施形態では、他のモダリティで生成された気管支の他の画像情報と気管支鏡用内視鏡に配置した撮像装置３１０で生成された画像情報の比較する形態について説明する。
【０１０８】
図１１は、本発明の第４の実施形態に係る連続体ロボットの制御システム１０−２の機能構成の一例を示す模式図である。この図１１において、図５及び図６に示す構成と同様の構成については同じ符号を付している。
【０１０９】
連続体ロボットの制御システム１０−２では、図５及び図６に示す連続体ロボットの制御システム１０−１に対して、ＣＴ装置３５０が追加されている。
【０１１０】
ＣＴ装置３５０は、撮像装置３１０とは異なる他の撮像装置であり、撮像装置３１０によって得られた画像情報とは異なる他の画像情報であるＣＴ画像情報を生成する。
【０１１１】
本実施形態では、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は、ＣＴ装置３５０から、例えば受診者の胸部のＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）画像情報を気管支用内視鏡を挿入前に取得する。そして、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は、取得したＣＴ画像情報から、気管支用内視鏡を挿入して気管支内部を観察した時に想定される仮想的な画像を作り出す。そして、連続体ロボットの制御装置２００は、ＣＴ画像内で基台部１１０を仮想的に前進し、目的の場所にたどり着くための仮想的な経路でθn（ｚb），ζn（ｚb），ｌpna（ｚb），ｌpnb（ｚb），ｌpnc（ｚb）を計算する。そしてこれらの計算値と、特徴的な場所での仮想的な画像情報を図１１に示す画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０及び記憶部２２０に保存する。
【０１１２】
連続体ロボット１００に係る気管支用内視鏡を受診者に挿入する際、連続体ロボットの制御装置２００は、仮想的に求めた上記のｌpna（ｚb），ｌpnb（ｚb），ｌpnc（ｚb）をワイヤ１０１〜１０３の駆動変位量として、連続体ロボット１００を制御する。そして、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０は、連続体ロボット１００を前進させながら撮像装置３１０で生成された画像情報を取得し、ＣＴ画像情報から作成した仮想的な画像情報と特徴点を比較して、連続体ロボット１００のねじれ量τnを取得する。
【０１１３】
そして、連続体ロボットの制御装置２００は、画像の回転が検知されれば連続体ロボット１００にねじれが生じていると判断する。そして、この場合、運動学演算部２３０は、画像ＤＢ／ねじれ量取得部２１０で取得されたねじれ量τnに基づいて、（３−１）式〜（３−３）式に従って、ワイヤ１０１〜１０３の駆動変位量を設定（補正）する形態を採る。
【０１１４】
以上説明した第４の実施形態では、連続体ロボット１００として気管支用内視鏡を用いた例について説明したが、本発明においては医療分野に限定されるものではない。例えば、配管の検査に本発明の連続体ロボット１００を適用する場合、配管設計時のＣＡＤ図面から上述した仮想的な画像情報を作成してもよい。
【０１１５】
第４の実施形態によれば、上述した第１の実施形態と同様に、連続体ロボットがねじれた場合においても、連続体ロボットにおける駆動制御の精度低下を抑制することができる。
【０１１６】
（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
このプログラム及び当該プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、本発明に含まれる。
【０１１７】
なお、上述した本発明の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。即ち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【０１１８】
１０：連続体ロボットの制御システム、１００：連続体ロボット、２００：連続体ロボットの制御装置、２１０：画像ＤＢ／ねじれ量取得部、２２０：記憶部、２３０：運動学演算部、３１０：撮像装置、３２０：検出装置、３３０：入力装置、３４０：表示装置
【図１】
2019122491.tif 000011
【図２】
2019122491.tif 000012
【図３】
2019122491.tif 000013
【図４】
2019122491.tif 000014
【図５】
2019122491.tif 000015
【図６】
2019122491.tif 000016
【図７】
2019122491.tif 000017
【図８】
2019122491.tif 000018
【図９】
2019122491.tif 000019
【図１０】
2019122491.tif 000020
【図１１】
2019122491.tif 000021