2012 Fiscal Year Annual Research Report
生体信号による操作者の特性を考慮した力覚提示機能を有する遠隔操作システム
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24360093
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
川嶋 健嗣 東京工業大学, 精密工学研究所, 准教授 (40300553)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
只野 耕太郎 東京工業大学, 精密工学研究所, 助教 (90523663)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 力覚提示 / 遠隔操作 / 手術ロボット / 筋電 / 力のスケーリング / バイラテラル制御 |
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| Research Abstract |
本研究は,遠隔操作システムにおいて,操作性と安全性向上を目指し,操作者の力み具合等を生体信号からリアルタイムに測定し,その特性を考慮した力覚提示方法を提案することを目的として,研究1年目として下記の成果を得た.
はじめに力覚提示の有効性を評価する実験として,報告者らが開発したスレーブ側の駆動に空気圧アクチュエータを採用した力覚提示機能を有する手術支援ロボットシステムを用いて,模擬縫合作業を5名の被験者に対して実施した.その際にスレーブ側にかかる外力をマスタ側に反力として提示する力のスケーリング比を0(マスタに反力が返らない),0.3,0.5,0.7および1.0(スレーブの外力と等しい力が反力として操作者に提示される)の5種類の場合について,作業中の外力の時間変化を測定した.その結果0.5以上のスケーリング比において,作業にかかる最大力が低下することが明らかとなった.これは被験者が知覚できる最小の力と相関があることを確認し,手術作業中の力覚提示の有効性が明らかとなった.
次に生体信号として筋電信号に着目し,スケーリング比を可変にする方法を提案し,上記ロボットシステムに実装して,その有効性を評価した.具体的には力みが力覚感度の低下を引き起こし,作業に要する力の増加を招くことら知られているため,操作者の親指つけ根部分の筋電を測定し,操作者の力み具合を把握して,力みが見られた場合にスケーリング比を線形的増加させる方法を提案した.5名の被験者に対して実験を実施し,4名において有効性を確認した.また残りの1名については力みによる力覚特性の変化が他の4名と逆であったことから,スケーリング比を線形的に増加させるのではなく,減少させることでその有効性を確認した.力の知覚には個人差があり,各被験者の特性を事前に把握することが重要であることがわかった.
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の目的である生体信号を用いた力覚提示方法として,操作者の力み具合を筋電計で測定し,その測定値によってスレーブ側の外力をマスタ側に反す際の力の比率を可変にする方法を提案し,研究者らが開発しているマスタスレーブ型の手術支援システムに実装し,その有効性を実験的に示すことができた.ほぼ計通りに推移したことから,概ね順調に研究が進展している.
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| Strategy for Future Research Activity |
筋電信号を用いる力覚提示方法の有効性を示すことができたことから,次年度は脳波や視覚情報を融合した力覚提示方法を提案し,その有効性を遠隔操作対応型の手術支援ロボットに実装して評価する.
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
研究1年目は,生体信号として筋電を用いる方法で良い案が出たことから,そちらを実験によって評価することを優先したため,当初1年目に購入予定であった脳波計と2年目に予定していたマスタデバイスを入れ替えた.
よって,2年目は脳波計を備品購入して,その信号を力覚提示に活用する方法を探求する.
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