リサイクルできる内視鏡下手術のためのロボットシステムの開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15206017
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: 遠山 茂樹 東京農工大学, 工学部, 教授 (20143381)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 永井 正夫 東京農工大学, 工学部, 教授 (10111634) ; 桑原 利彦 東京農工大学, 工学部, 助教授 (60195609) ; 梅田 倫弘 東京農工大学, 工学部, 教授 (60111803)
• Keywords: 手術用ロボット / 球面モータ / ロータ / ステータ / 小型サンドイッチ型モータ / 圧電素子

Research Abstract

リサイクルできる内視鏡下手術のためのロボットシステムの開発のため、本年度はφ20球面モータと小型サンドイッチ型モータの開発に関する研究を行った。手術用ロボットへの応用のためφ5ステータの開発も行った。
1.φ20球面モータ
本年度はφ20mm球ロータとφ12mmステータで構成されるφ20球面モータを製作し、特性・位置決め精度・応答性を測定した。製作したφ20球面モータの外形寸法は45×40×25と、これまでに開発を行ってきた物の中でも最小の物となった。また、モータ質量は約37gと非常に軽量である。PTP制御による実験では目標点へ0.25°以下の誤差で収束させることができた。これは本実験で用いたセンサの最小分解能である。より分解能の高いセンサを用いることで、更に高い位置決め精度を出すことができると考える。また、実験によりモータの時定数は約2.5msecと非常に高い応答性を示していることがわかった。
2.φ5ステータ
手術用ロボットの更なる小型化のため、φ5mmのステータの設計及び試作を行った。このステータは極めて小さいため高次の振動モードを選択すると発熱が多く効率が悪くなってしまう。FEM解析を交え発熱の少ない効率の良い最適な振動モードとして3波の振動モードを選択した。3波の振動モードを発生することができた試作したステータは、φ8mm球ロータを効率よく回転させることができた。
3.小型サンドイッチ型モータ
φ8.8の圧電素子をマイクロボールねじのナットに取り付けモータ化したものを製作した。外形寸法はφ10×20と小さく推力1kgfとなった。本研究では2枚のステータしか用いていないが同サイズの他のモータに比べ出力トルクを大きくすることができた。目標である20枚のステータを用いたものを製作することで更に大きな出力トルクを得ることができると考える。

Research Products

• [Publications] 遠山 茂樹: "Control Method of a Spherical Ultrasonic Motor"the 2003 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM 2003). Vol.2. 1321-1326 (2003)
• [Publications] 遠山 茂樹: "Development of a Power Suit System Actuated by Ultrasonic Motors"the 6th Japan-France and 4^<th> Asia-Europe Congress on Mechatronics. 501-506 (2003)