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リニアアクチュエータを用いた内視鏡外科など低侵襲性外科手術における触覚技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 14205041
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 電力工学・電気機器工学
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

大西 公平  慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (80137984)

研究分担者 中澤 和夫  慶應義塾大学, 理工学部, 助教授 (80217695)
北島 政樹  慶應義塾大学, 医学部, 教授 (90112672)
森川 康英  慶應義塾大学, 医学部, 教授 (90124958)
小澤 壯治 (小澤 壮治)  慶應義塾大学, 医学部, 講師 (10169287)
古川 俊治  慶應義塾大学, 法務研究科, 助教授 (60219102)
研究期間 (年度) 2002 – 2004
研究課題ステータス 完了 (2004年度)
配分額 *注記
52,650千円 (直接経費: 40,500千円、間接経費: 12,150千円)
2004年度: 9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円)
2003年度: 18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2002年度: 24,960千円 (直接経費: 19,200千円、間接経費: 5,760千円)
キーワード内視鏡外科 / 腹腔鏡下手術 / 手術支援ロボット / 触覚伝達 / ハプティクス / 再現性 / 操作性 / 透明性
研究概要

本年度は本研究の最終年度であり、今まで得られた成果、即ちハプティック機能を有するリニアモータを駆動源とするバイラテラル鉗子の触覚再現が「操作性」「再現性」の二つの仕様を満足すれば極めて良い再現性能を獲得出来る。ハプティック鉗子実用化に向けての設計指針を明確化するため、本年度では具体的に以下のような研究計画を遂行した。
1.リニアモータ駆動のロボット鉗子の透明性に基づく設計論の確立
ハイブリッド行列を用いて、マスター・スレーブの間の透明性を考察した結果、「再現性」については位置制御と反作用力制御がマスタ座標とスレーブ座標で展開されるのではなく,それぞれをアダマール変換した新しい座標系の差動座標と和動座標で制御系を設計することが重要な結果である。差動座標では位置追従性を実現するため,制御剛性が無限大の位置制御が行われる。逆に和動座標では制御剛性が零の反作用力制御を行い,マスタの作用力とスレーブの反作用力を等しくすることで人工的に作用-反作用則を成立せしめ,マスタでの触覚,力覚の忠実な再現を行うことができる。アダマール行列を用いるためには制御変数を座標変換する必要がある。そのためには位置と力を別々に扱っては座標変換が不可能なので共通変数である加速度を座標変換し制御する必要がある。従来の対称型や力逆送型では帯域が狭く鈍重であったが,この加速度制御により再現性が格段に改善された。
2.研究の総括と結果の社会還元
3年に渡った研究結果の社会還元を行うため、国外での招待講演を3回(2004年9月RigaとSydney、10月にBusan)行い、国内で科研費成果報告会を1回(2005年3月)開催した。

報告書

(4件)
  • 2004 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2003 実績報告書
  • 2002 実績報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2005 2004 その他

すべて 雑誌論文 (14件) 産業財産権 (2件) 文献書誌 (4件)

  • [雑誌論文] Analysis and Experimental Validation of Force Bandwidth for Force Control2005

    • 著者名/発表者名
      Seiichiro Katsura, Yuichi Matsumoto, Kouhei Ohnishi
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Industrial Electronics Vol.52(印刷中)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書 2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Realization of "Law of Action and Reaction" by Multilateral Control2005

    • 著者名/発表者名
      Seiichiro Katsura, Yuichi Matsumoto, Kouhei Ohnishi
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Industrial Electronics Vol.52(印刷中)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書 2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] A Realization of Haptic Training System by Multilateral Control2005

    • 著者名/発表者名
      Seiichiro Katsura, Kouhei Ohnishi
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Industrial Electronics Vol.52(印刷中)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書 2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Analysis and Experimental Validation of Force Bandwidth for Force Control2005

    • 著者名/発表者名
      Seiichiro Katsura, Yuichi Matsumoto, Kouhei Ohnishi
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Industrial Electronics Vol.52(accepted for publication)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Realization of "Law of Action and Reaction" by Multilateral Control2005

    • 著者名/発表者名
      Seiichiro Katsura, Yuichi Matsumoto, Kouhei Ohnishi
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Industrial Electronics Vol.52(accepted for publication)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] A Realization of Haptic Training System by Multilateral Control2005

    • 著者名/発表者名
      Seiichiro Katsura, Kouhei Ohnishi
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Industrial Electronics Vol.52(accepted for publication)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Bilateral Forceps for Medicine Based on Quarry of Environmental Information2004

    • 著者名/発表者名
      Seiichiro Katsura, Kouhei Ohnishi
    • 雑誌名

      Proceedings of the 11th International Power Electronics and Motion Control Conference, EPE-PEMC' 04-RIGA Vol.4

      ページ: 129-138

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] A Realization of Haptic Training System by Multilateral Control2004

    • 著者名/発表者名
      Seiichiro Katsura, Kouhei Ohnishi
    • 雑誌名

      Proceedings of the 30th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, IECON' 04-BUSAN

      ページ: 365-370

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] High Speed and High Precision Linear DC Solenoid Servo System2004

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Kato, Kouhei Ohnishi
    • 雑誌名

      Proceedings of the 30th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, IECON' 04-BUSAN WD4-4

      ページ: 1-6

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Bilateral Forceps for Medicine Based on Quarry of Environmental Information2004

    • 著者名/発表者名
      Seiichiro Katsura, Kouhei Ohnishi
    • 雑誌名

      Proceedings of the 11th International Power Electronics and Motion Control Conference, EPE-PEMC'04-RIGA Vol.4

      ページ: 129-138

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書 2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] A Realization of Haptic Training System by Multilateral Control2004

    • 著者名/発表者名
      Seiichiro Katsura, Kouhei Ohnishi
    • 雑誌名

      Proceedings of the 30th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, IECON'04-Busan

      ページ: 365-370

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] High Speed and High Precision Linear DC Solenoid Servo System2004

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Kato, Kouhei Ohnishi
    • 雑誌名

      Proceedings of the 30th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, IECON'04-Busan WD4-4

      ページ: 1-6

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Medical Mechatronics-An Application To Haptic Forceps-2004

    • 著者名/発表者名
      Kouhei Ohnishi, Seiichiro Katsura, Wataru Iida
    • 雑誌名

      Proceedings of the 3rd IFAC Symposium on Mechatronic Systems, Sydney, Australia

      ページ: 365-370

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] High Speed and High Precision Linear DC Solenoid Servo System2004

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Kato, Kouhei Ohnishi
    • 雑誌名

      Proceedings of the 30th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, IECON'04-BUSAN WD4-4

      ページ: 1-6

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [産業財産権] 位置・力制御装置2004

    • 発明者名
      大西 公平他8名
    • 権利者名
      学校法人慶應義塾
    • 出願年月日
      2004-07-21
    • 取得年月日
      2004-11-02
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [産業財産権] 位置・力制御装置2004

    • 発明者名
      大西 公平 他8名
    • 権利者名
      学校法人慶應義塾
    • 出願年月日
      2004-07-21
    • 取得年月日
      2004-11-02
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [文献書誌] 桂誠一郎, 大西公平: "バイラテラル制御による力覚の伝達と制御"電気学会論文誌D(産業応用部門誌). 123巻11号. 1371-1376 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Katsura, S., Ohnishi, K.: "Human Cooperative Wheelchair for Haptic Interaction Based on Dual Compliance Control"IEEE Transactions on Industrial Electronics. Vol.51, No.1. 221-228 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 森澤光晴, 大西公平: "Motion Control Taking Environmental Information into Account"EPE Journal(EUROPEAN POWER ELECTRONICS AND DRIVES). Vol.12, NO.4. 37-41 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 桂誠一郎, 大西公平: "バイラテラル制御による力覚の伝達と再現"電気学会研究会資料. IIC-03-34. 99-103 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書

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公開日: 2002-04-01   更新日: 2016-04-21  

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