2016 Fiscal Year Annual Research Report
Multiple-DOF surgical robot for intuitive operation
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15K18001
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| Research Institution | Tokyo Medical and Dental University |
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Principal Investigator |
菅野 貴皓 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助教 (50714234)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 手術支援ロボット / 鉗子マニピュレータ / マスタ・スレーブシステム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
内視鏡手術は術者に対して高度な技能を要求する手術である。現在，この課題を解決するための手術支援ロボットが多数開発されている。手術支援ロボットは，鉗子マニピュレータに手首関節を有しており，マスタ・スレーブ型遠隔操縦によって開腹手術と同等の直感的な手術を実現している。
本研究では，従来のロボット鉗子よりも自由度の高い多自由度鉗子を開発する。鉗子の自由度を高めることによって，体外の保持アームの自由度を減らすことができ，医師や他の機器との鑑賞を防ぐことができる。まず，４自由度，すなわち肘関節と手首関節を有する鉗子を試作した。それぞれの関節は切削スプリングを用いた柔軟関節を採用した。アクチュエータには軽量で高出力な空気圧駆動を採用した。実用化を考慮してアクチュエータのある駆動部と作業を行う鉗子部を分離できるように，クランクを用いた着脱機構を提案した。
また，４自由度鉗子の手首と肘の間に伸縮自由度を追加した５自由度鉗子を開発した。これにより鉗子の可動範囲を向上させ，体表面に近い浅い領域での動作が可能となる。伸縮動作と手首の屈曲動作の３自由度を４本の平行なNi-Ti超弾性ワイヤを用いて駆動する方式を導入することで，従来の４自由度鉗子と同程度の部品点数で５自由度動作を実現した。さらに，鉗子製造の低コスト化のために，３Ｄプリンタを用いた柔軟関節の製造方法について検討を行った。
また，このような多自由度アームを操作者が容易に取り扱えるシステムの実現を目指し，１台のマスタ（操縦装置）を用いて２本のロボット鉗子を操作する制御手法を開発した。運動学情報と力覚情報を用いて，縫合針の刺入を検知し，一方の鉗子から他方の鉗子へと縫合針を自動で受け渡し，かつ操作者に力覚をフィードバック可能なシステムを実現した。今後は５自由度鉗子などの冗長なロボット鉗子にこの手法を応用する予定である。
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