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外科手術用マスタ・スレイブマニピュレータの操作性向上に関する研究

Research Project

Project/Area Number 15760179
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Intelligent mechanics/Mechanical systems
Research InstitutionKogakuin University

Principal Investigator

石井 千春  工学院大学, 工学部, 講師 (80296079)

Project Period (FY) 2003 – 2004
Project Status Completed (Fiscal Year 2004)
Budget Amount *help
¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
Fiscal Year 2004: ¥200,000 (Direct Cost: ¥200,000)
Fiscal Year 2003: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywordsマスタ・スレイブマニピュレータ / ロバスト性御 / バイラテラル制御 / 外科手術用ロボット / バックステッピング法 / ロバスト制御 / バックステッピング手法
Research Abstract

本研究は、外科手術用マスタ・スレイブマニピュレータ装置の制御系において、アクチュエータのダイナミクスや操作者の不確かさを考慮して制御系を設計し、これを実機に実装することにより、マスタ・スレイブマニピュレータの追従性および操作性が改善されることを実証することを目的としている。
昨年度までに、バックステッピング手法により導出した制御則を1自由度のアーム型マスタ・スレイブマニピュレータ装置に適用し、基礎制御実験を行った。実験結果から位置、力ともにマスタとスレイブの間の追従誤差は、アクチュエータのダイナミクスを考慮していない従来法の設計よりも小さくなることが確認でき、得られた成果を、第42回IEEE Conference on Decision and Controlおよび、日本機械学会論文集C編にて公表した。
今年度は、基礎実験の結果を外科手術用マスタ・スレイブマニピュレータ装置にて検証するために、外科手術用マスタ・スレイブマニピュレータ装置のプロトタイプの製作を行った。本装置は低侵襲性手術に用いられる多自由度外科用ロボット鉗子をスレイブマニピュレータ、医師が操作する操作部をマスタマニピュレータとしている。製作した外科手術用マスタ・スレイブマニピュレータ装置に提案した制御則を適用して現在制御実験を行っている。得られた結果は次年度に公表する予定である。
装置の製作にかなりの時間が費やされたため、その間に制御系とアクチュエータの配置などの構造系の同時最適化設計に関する理論研究や、外乱のブザーバを用いた正確な位置決め制御に関する理論研究も行い、さらなる追従性および操作性の改善のための理論的研究を行った。これらの理論を単純なメカニカルシステムに適用して制御実験を行い、得られた成果を第1回IEEE International Conference on Informatics in Control, Automation and Roboticsおよび、第29回Annual Conference of the IEEE Industrial Electronicsにて公表した。

Report

(2 results)
  • 2004 Annual Research Report
  • 2003 Annual Research Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2004 Other

All Journal Article (4 results) Publications (3 results)

  • [Journal Article] Design Method of Adaptive Robust Controller with L2-Gain Disturbance Attenuation for Nonlinear Systems with Uncertainty2004

    • Author(s)
      C.Ishii, T.Shen
    • Journal Title

      IEE Proceedings- Control Theory and Applications Vol.151,No.2

      Pages: 152-157

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Quasi-Optimization of Certain Parameters for Parallel Inverted Pendulum Systems via Integrated Design of Structure/Controller2004

    • Author(s)
      C.Ishii, H.Hashimoto
    • Journal Title

      Proc.of SICE Annual Conference 2004 in Sapporo

      Pages: 214-219

    • NAID

      130005440977

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Integrated Design of Structure/Controller for Parallel Inverted Pendulum Systems2004

    • Author(s)
      C.Ishii, H.Hashimoto
    • Journal Title

      Proc.of IEEE International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics

      Pages: 108-113

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Positioning Control of the Finger Tip Drive Type of Linear Stage Using Disturbance Observer2004

    • Author(s)
      H.Hashimoto, C.Ishii
    • Journal Title

      Proc.of the 29th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Publications] 石井千春, 橋本洋志: "把握物およびオペレータの不確かさとアクチュエータの電気的特性を考慮したマスタ・スレイブマニピュレータのロバスト制御"日本機械学会論文集C編. 69巻・683号. 1851-1857 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] C.Ishii, H.Hashimoto: "Robust Control of One DOF Grasping Type Master-Slave Manipulator Systems in Consideration of Actuator Dynamics and Uncertainty for Objects and Operator"Proc.of the 42nd IEEE Conference on Decision and Control. 4090-4095 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] 石井千春, 橋本洋志: "Back Steppingのマスタスレイブロボットへの応用の一設計例"電気学会 産業計測制御研究会資料. 39-44 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report

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Published: 2003-04-01   Modified: 2016-04-21  

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