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液圧駆動による腹腔鏡外科手術用多自由度鉗子の開発と制御に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 17760212
研究種目

若手研究(B)

配分区分補助金
研究分野 知能機械学・機械システム
研究機関工学院大学

研究代表者

石井 千春  工学院大学, グローバルエンジニアリング学部, 助教授 (80296079)

研究期間 (年度) 2005 – 2006
研究課題ステータス 完了 (2006年度)
配分額 *注記
1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
2006年度: 200千円 (直接経費: 200千円)
2005年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワード腹腔鏡外科手術 / 多自由度鉗子 / 外科手術用ロボット / 低侵襲外科手術
研究概要

本研究は、低襲侵外科手術用多自由度ロボット鉗子を製作し、申請者が提案したロバストなバイラテラル制御則を適用して、従来のロボット鉗子に比べて洗浄性がよく、軽量で、かつ操作性も優れた腹腔鏡外科手術用多自由度ロボット鉗子装置を構成することが目的である。
昨年度は、液圧駆動型多自由度ロボット鉗子を製作し、開発したロボット鉗子が外科手術用に実用化可能であるかどうかの検証を行った。その結果、製作した液圧駆動型多自由度ロボット鉗子では、十分な操作性が得られなかった。そこで、右ネジと左ネジとユニバーサルジョイントにより構成される2本の屈曲リンクの回転操作により屈曲動作を実現する全方位駆動型の多自由度ロボット鉗子を考案し、プロトタイプ1号機を試作した。また、この鉗子に500gの物体を把持させ持ち上げる屈曲実験を行い、外科手術用鉗子として十分実用化可能であることを検証した。さらに、既存のジョイスティックを改造したコントローラを製作し、提案した多自由度ロボット鉗子を遠隔操作することを可能にした。
今年度は、まず発明した屈曲機構1と提案した多自由度ロボット鉗子に関して特許出願を行った。次に、製作した遠隔コントローラを用いてジョイスティックの動きにロボット鉗子の動きを追従させるサーボ実験を行い、得られた成果について国内の学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2006(ROBOMEC 2006)、および海外の学会IASTED International Conference on ROBOTICS AND APPLICATIONS(RA 2006)において発表を行った。
しかしながら、プロトタイプ1号機において、ネジ部とユニバーサルジョイント屈曲部のクリアランスが累積してしまい、ガタが発生してしまった。そこで、屈曲部全長を短くすることで先端部のガタを減少させることを考え、プロトタイプ2号機の製作を行った。また、2号機においては組み立てを容易にするために部品数も削減した。さらに、臓器の裏側など、作業空間が限られた場所で湾曲針を把持し縫合作業を行うために、先端の回転動作が不可欠な機能となる。そこで、先端の回転を可能とする小型回転把持機構を考案し、これを2号機に搭載した。開発した小型回転把持機構に関しては、多自由度ロボット鉗子の付加機構として追加の特許出願も行った。
プロトタイプ2号機に対しても、遠隔コントローラを用いたサーボ実験を行い、得られた成果について国内の日本ロボット学会第24回学術講演会、および海外のSICE-ICASE International Joint Conferenceにおいて発表を行った。
さらに、歪ゲージを用いて力をセンシングし、作業者に力覚をフィードバックするバイラテラル制御実験を行い、良好な結果が得られた。これに関しては、さらに実験を重ねて精鋭化し、その成果を学会で発表する予定である。

報告書

(2件)
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2007 2006 2005

すべて 雑誌論文 (16件) 産業財産権 (2件)

  • [雑誌論文] 手のハプティックインタフェースによる周辺障害物認識システムを用いた歩行器2007

    • 著者名/発表者名
      橋本洋志, 石井千春, 他
    • 雑誌名

      計測自動制御学会論文集

    • NAID

      10018866326

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Gain Scheduled Control for a Mechatronics System with Holonomic Constraint2007

    • 著者名/発表者名
      C.Ishii, H.Hashimoto
    • 雑誌名

      Proc. of the 4th International Symposium on Mechatronics and its Applications

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Development of a New Bending Mechanism and Its Application to Robotic Forceps Manipulator2007

    • 著者名/発表者名
      C.Ishii, K.Kobayashi
    • 雑誌名

      Proc. of IEEE International Conference on Robotics and Automation

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Walker with Hand Haptic Interface for Spatial Recognition2006

    • 著者名/発表者名
      H.Hashimoto, C.Ishii
    • 雑誌名

      Proc. of the 9th International Workshop on Advanced Motion Control

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Double-Screw-Drive機構を用いた低侵襲手術用多自由度鉗子の開発(第1報)2006

    • 著者名/発表者名
      小林宏輔, 石井千春
    • 雑誌名

      日本機械学会 ロボティクス・メカトロニクス講演会'06

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Driving Electric Car by Using ENG Interface2006

    • 著者名/発表者名
      S.Aso, H.Hashimoto, C.Ishii
    • 雑誌名

      Proc. of IEEE International Conference on Robotics, Automation and Mechatronics

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Robotic Forceps Manipulator for Laparoscopic Surgery Using Double-Screw-Drive Mechanism2006

    • 著者名/発表者名
      C.Ishii, K.Kobayashi
    • 雑誌名

      Proc. of the 12th IASTED International Conference on Robotics and Applications

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Double-Screw-Drive機構を用いた低侵襲手術用多自由度鉗子の開発(第2報)2006

    • 著者名/発表者名
      小林宏輔, 石井千春
    • 雑誌名

      日本ロボット学会 第24回学術講演会

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Development of a New Robotic Forceps Manipulator for Minimally Invasive Surgery and Its Control2006

    • 著者名/発表者名
      C.Ishii, K.Kobayashi
    • 雑誌名

      Proc. of SICE-ICASE International Joint Conference

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Relations between Driving Electric Vehicle by using Frequency Components of EMG signal and the Operation Feeling2006

    • 著者名/発表者名
      S.Aso, H.Hashimoto, C.Ishii
    • 雑誌名

      Proc. of SICE-ICASE International Joint Conference

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] H-infinity Control Based Simultaneous Quasi-Optimal Design of Structure/Controller for Parallel Inverted Pendulum Systems2005

    • 著者名/発表者名
      C.Ishii, H.Hashimoto
    • 雑誌名

      Proc.of the Fifth IASTED International Conference on Modelling, Simulation, and Optimization

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] リンク型2次元倒立振子のモデリングとゲインスケジューリングによる安定化制御2005

    • 著者名/発表者名
      石井千春, 橋本洋志
    • 雑誌名

      計測自動制御学会 第48回 自動制御連合講演会

    • NAID

      130004599706

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Modelling and Gain Scheduling Control of a 2-DOF Inverted Pendulum2005

    • 著者名/発表者名
      C.Ishii, H.Hashimoto
    • 雑誌名

      Proc.of 2005 CACS Automatic Control Conference

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 構造/制御系の同時最適化設計による2連倒立振子の重心位置決定およびその安定化制御2005

    • 著者名/発表者名
      石井千春, 橋本洋志
    • 雑誌名

      日本機会学会論文集C編 71・711

      ページ: 3138-3145

    • NAID

      110006264913

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Hand Force Feedback System to Recognize Surrounding Object for Safe Walk2005

    • 著者名/発表者名
      H.Hashimoto, C.Ishii
    • 雑誌名

      Proc.of IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Recognition of Surrounding Environmental Based on Hand-Haptic Force2005

    • 著者名/発表者名
      H.Hashimoto, C.Ishii
    • 雑誌名

      Proc.of IEEE International Conference on Systems, Man and Cybernetics

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [産業財産権] 屈曲機構及び低侵襲外科手術用マニピュレータ2006

    • 発明者名
      石井千春, 小林宏輔
    • 権利者名
      石井千春, 小林宏輔
    • 産業財産権番号
      2006-085324
    • 出願年月日
      2006-03-27
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [産業財産権] 屈曲機構及び低侵襲外科手術用マニピュレータ(追加)2006

    • 発明者名
      石井千春, 小林宏輔
    • 権利者名
      石井千春, 小林宏輔
    • 産業財産権番号
      2006-212396
    • 出願年月日
      2006-08-03
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書

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公開日: 2005-04-01   更新日: 2016-04-21  

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