低侵襲性外科手術シミュレータのための多自由度鉗子型ハプティックシステムの開発研究

• 研究課題/領域番号: 23686046
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 電力工学・電力変換・電気機器
• 研究機関: 横浜国立大学
• 研究代表者: 下野 誠通 横浜国立大学, 工学研究院, 准教授 (90513292)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 27,300千円 (直接経費: 21,000千円、間接経費: 6,300千円); 2013年度: 11,440千円 (直接経費: 8,800千円、間接経費: 2,640千円); 2012年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円); 2011年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円)
• キーワード: ハプティクス / モーションコントロール / 制御工学 / 電気機器工学 / リニアモータ / パワーエレクトロニクス / 低侵襲性外科手術 / 触覚伝達 / バイオメカニクス / バイラテラル制御 / メカトロニクス

研究概要

研究過程において、力覚フィードバック性能を損なうことなく鉗子型ハプティックシステムの多自由度化を実現するためには、新しいダイレクトドライブアクチュエーション技術の開発が必要であるとの認識に至った。そこで、鉗子のピッチ動作とヨー動作を実現するための、円弧形シャフトモータの試作開発を行った。電磁界解析ソフトウェアを用いた数値解析結果と、試作機に対する実験結果から、ダイレクトドライブでの円周運動が実現できており、ハプティックシステムへ実用するために十分な推力特性を獲得できたことを確認した。高推力円弧形シャフトモータを実装した二自由度プラットフォームを開発し、新しいアクチュエーション技術を確立した。

研究成果

• [雑誌論文] 作業空間オブザーバに基づく推定等価質量を用いた運動制御手法の有効性検証 (2014)
  • 著者名/発表者名: 富樫信之,山下徹,下野誠通,元井直樹,小田尚樹
  • 雑誌名: 電気学会論文誌Ｄ（産業応用部門誌） 巻: 134 号: 2 ページ: 115-126
  • DOI: 10.1541/ieejias.134.115
  • NAID: 130003391784
  • ISSN: 0913-6339, 1348-8163
  • 査読あり
• [雑誌論文] Total Harmonic Distortion and Content Rate of Spatial Modal Information for Haptic Parallel Motion Analysis (2013)
  • 著者名/発表者名: Tomoyuki Shimono, Yoshiyuki Hatta, and Naoki Motoi
  • 雑誌名: AUTOMATIKA 巻: Vol. 54, No. 1 号: 1 ページ: 39-48
  • DOI: 10.7305/automatika.54-1.300
  • 査読あり
• [雑誌論文] 離散フーリエ級数展開に基づく運動モード分解 (2012)
  • 著者名/発表者名: 八田禎之,下野誠通
  • 雑誌名: 電気学会論文誌Ｄ（産業応用部門誌） 巻: 132 号: 3 ページ: 366-373
  • DOI: 10.1541/ieejias.132.366
  • NAID: 10030532316
  • ISSN: 0913-6339, 1348-8163
  • 査読あり
• [学会発表] Thrust Characteristics Improvement of a Circular Shaft Motor for Direct-Drive Applications (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Omura, T. Shimono, Y. Fujimoto
  • 学会等名: roceedings of the 2014 International Power Electronics Conference (IPEC2014)
  • 発表場所: 広島
  • 年月日: 2014-05-20
• [学会発表] Experimental Comparison of Design Methods for Equivalent Mass Matrix in Motion Control System Based on Workspace Observer (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Togashi, T. Shimono, N. Motoi, and N. Oda
  • 学会等名: Proceedings of the IEEE 13th International Workshop on Advanced Motion Control, (AMC2014-Yokohama)
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2014-03-16
• [学会発表] Experimental Comparison of Design Methods for Equivalent Mass Matrix in Motion Control System Based on Workspace Observer (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Togashi, T. Shimono, N. Motoi, and N. Oda
  • 学会等名: The IEEE 13th International Workshop on Advanced Motion Control (AMC2014)
  • 発表場所: 横浜（日本）
• [学会発表] Thrust Characteristics Improvement of a Circular Shaft Motor for Direct-Drive Applications (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Omura, T. Shimono, Y. Fujimoto
  • 学会等名: The 2014 International Power Electronics Conference （IPEC-Hiroshima 2014）
  • 発表場所: 広島（日本）
• [学会発表] 円弧円筒形リニアモータのバイラテラル制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 浅井洋，大村元紹，下野誠通，藤本康孝
  • 学会等名: 電気学会産業計測制御／メカトロニクス制御合同研究会
  • 発表場所: 東京（日本）
• [学会発表] Development of a Half-Circle-Shaped Tubular Permanent Magnet Machine (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Omura, T. Shimono, and Y. Fujimoto
  • 学会等名: Proceedings of the 39th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON2013)
  • 発表場所: ウィーン(オーストリア)
  • 年月日: 2013-11-12
• [学会発表] Experimental Evaluation for Individual Physical Function of Upper Limb Based on FEMS Theory (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Shimono, H. Ohkubo, C. Morito, Y. Hasegawa, Y. Sakurai, and S. Ishii
  • 学会等名: Proceedings of IEEE Humanitarian Technology Conference (HTC2013)
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2013-08-27
• [学会発表] A Motion Control Method of Dual Arm Robot Based on Environmental Modes (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Kenmochi, N. Motoi, T. Shimono, and A. Kawamura
  • 学会等名: Proceedings of IEEE International Conference on Mechatronics (ICM2013)
  • 発表場所: ヴィツェンツァ(イタリア)
  • 年月日: 2013-02-28
• [学会発表] Performance Improvement of Bilateral Control with Multi-Degree-of-Freedom based on Disturbance Observer Design (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Togashi, T. Shimono, and N. Motoi
  • 学会等名: Proceedings of IEEE International Conference on Mechatronics (ICM2013)
  • 発表場所: ヴィツェンツァ(イタリア)
  • 年月日: 2013-02-28
• [学会発表] Motion Control of Mobile Robot by Using Myoelectric Signals Based on Functionally Different Effective Muscle Theory (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Ohkubo and T. Shimono
  • 学会等名: Proceedings of IEEE International Conference on Mechatronics (ICM2013)
  • 発表場所: ヴィツェンツァ(イタリア)
  • 年月日: 2013-02-28
• [学会発表] Experimental Evaluation for Individual Physical Function of Upper Limb Based on FEMS Theory (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Shimono, H. Ohkubo, C. Morito, Y. Hasegawa, Y. Sakurai, and S. Ishii
  • 学会等名: IEEE Humanitarian Technology Conference (HTC2013)
  • 発表場所: 仙台（日本）
• [学会発表] Development of a Half-Circle-Shaped Tubular Permanent Magnet Machine (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Omura, T. Shimono, Y. Fujimoto
  • 学会等名: The 39th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON2013)
  • 発表場所: ウィーン（オーストリア）
• [学会発表] 第三軌条方式電気鉄道のための集電靴の接触力制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大堀真聖，下野誠通
  • 学会等名: 平成25年電気学会産業応用部門大会
  • 発表場所: 山口（日本）
• [学会発表] モード分解理論に基づく複数台移動ロボットの隊列制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 和田将季，下野誠通，元井直樹
  • 学会等名: 平成25年電気学会産業応用部門大会
  • 発表場所: 山口（日本）
• [学会発表] 円弧型シャフトモータの開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大村元紹，下野誠通，藤本康孝
  • 学会等名: 平成25年電気学会産業応用部門大会
  • 発表場所: 山口（日本）
• [学会発表] 円弧型シャフトモータのロバストモーションコントロール (2013)
  • 著者名/発表者名: 下野誠通，大村元紹，浅井洋，藤本康孝
  • 学会等名: 第31回日本ロボット学会学術講演会
  • 発表場所: 東京（日本）
• [学会発表] 異自由度バイラテラルシステムのための可操作度追従制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 富樫信之，下野誠通，元井直樹
  • 学会等名: 第31回日本ロボット学会学術講演会
  • 発表場所: 東京（日本）
• [学会発表] 作業空間オブザーバに基づく運動制御における力参照値を生成する等価質量行列に関する比較実験 (2013)
  • 著者名/発表者名: 富樫信之，下野誠通，元井直樹，小田尚樹
  • 学会等名: 第56回自動制御連合講演会
  • 発表場所: 新潟（日本）
• [学会発表] 実世界ハプティクスへの応用に向けた円弧形シャフトモータの推力特性向上 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大村元紹，下野誠通，藤本康孝
  • 学会等名: 電気学会メカトロニクス制御研究会
  • 発表場所: 長岡（日本）
• [学会発表] A Motion Control Method of Dual Arm Robot Based on Environmental Modes (2013)
  • 著者名/発表者名: Takuya Kenmochi, Naoki Motoi, Tomoyuki Shimono, and Atsuo Kawamura
  • 学会等名: IEEE International Conference on Mechatronics, ICM2013
  • 発表場所: ヴィチェンツァ（イタリア）
• [学会発表] Performance Improvement of Bilateral Control with Multi-Degree-of-Freedom based on Disturbance Observer Design (2013)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Togashi, Tomoyuki Shimono, and Naoki Motoi
  • 学会等名: IEEE International Conference on Mechatronics, ICM2013
  • 発表場所: ヴィチェンツァ（イタリア）
• [学会発表] Motion Control of Mobile Robot by Using Myoelectric Signals Based on Functionally Different Effective Muscle Theory (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiromi Ohkubo and Tomoyuki Shimono
  • 学会等名: IEEE International Conference on Mechatronics, ICM2013
  • 発表場所: ヴィチェンツァ（イタリア）
• [学会発表] Command Generation for Mobile Robot by Using EMG Signals Based on FEM Theory (2013)
  • 著者名/発表者名: 大久保宏海，下野誠通，長谷川由理，櫻井好美，石井慎一郎
  • 学会等名: 電気学会産業計測制御／メカトロニクス制御研究会
  • 発表場所: 千葉市（千葉県）
• [学会発表] A Suppression of Cut-off Frequency Fluctuation Based on Workspace Observer with Estimated Equivalent Mass for MDOF Bilateral System (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Shimono and T. Yamashita
  • 学会等名: Proceedings of IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM2012)
  • 発表場所: 高雄(台湾)
  • 年月日: 2012-07-11
• [学会発表] Manipulability Servoing Control in Null Space for Redundant Bilateral Control System with Different Degrees of Freedom (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Togashi, T. Shimono, and N. Motoi
  • 学会等名: Proceedings of IEEE International Workshop on Advanced Motion Control (AMC2012)
  • 発表場所: サラエボ(ボスニア・ヘルツェゴヴィナ)
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] Total Harmonic Distortion of Haptic Modal Information for Analysis of Human Fingertip Motion (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Shimono, Y. Hatta, and N. Motoi
  • 学会等名: Proceedings of IEEE International Workshop on Advanced Motion Control (AMC2012)
  • 発表場所: サラエボ(ボスニア・ヘルツェゴヴィナ)
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] Experimental Validation of Performance of Disturbance Observer Based on Comparison between Motion Control Frequency and Currier Frequency (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Ohkubo, T. Shimono, and N. Motoi
  • 学会等名: Proceedings of IEEE International Workshop on Advanced Motion Control (AMC2012)
  • 発表場所: サラエボ(ボスニア・ヘルツェゴヴィナ)
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] Manipulability Servoing Control in Null Space for Redundant Bilateral Control System with Different Degrees of Freedom (2012)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Togashi, Tomoyuki Shimono, Naoki Motoi
  • 学会等名: IEEE International Workshop on Advanced Motion Control, AMC2012
  • 発表場所: Sarajevo (Bosnia and Herzegovina)
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] Total Harmonic Distortion of Haptic Modal Information for Analysis of Human Fingertip Motion (2012)
  • 著者名/発表者名: Tomoyuki Shimono, Yoshiyuki Hatta, Naoki Motoi
  • 学会等名: IEEE International Workshop on Advanced Motion Control, AMC2012
  • 発表場所: Sarajevo (Bosnia and Herzegovina)
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] Experimental Validation of Performance of Disturbance Observer Based on Comparison between Motion Control Frequency and Currier Frequency (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiromi Ohkubo, Tomoyuki Shimono, Naoki Motoi
  • 学会等名: IEEE International Workshop on Advanced Motion Control, AMC2012
  • 発表場所: Sarajevo (Bosnia and Herzegovina)
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] An Arrangement Identification Method for Parallel Multi-Degrees-of-Freedom Teleoperation Systems Based on Levenberg-Marquardt Method (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Hatta, T. Shimono, and N. Motoi
  • 学会等名: Proceedings of IEEE International Workshop on Advanced Motion Control (AMC2012)
  • 発表場所: サラエボ(ボスニア・ヘルツェゴヴィナ)
  • 年月日: 2012-03-25
• [学会発表] An Arrangement Identification Method for Parallel Multi-Degrees-of-Freedom Teleoperation Systems Based on Levenberg-Marquardt Method (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Hatta, Tomoyuki Shimono, Naoki Motoi
  • 学会等名: IEEE International Workshop on Advanced Motion Control, AMC2012
  • 発表場所: Sarajevo (Bosnia and Herzegovina)
  • 年月日: 2012-03-25
• [学会発表] 推定等価質量を用いた作業空間オブザーバに基づく運動制御手法の実験的有用性検証 (2012)
  • 著者名/発表者名: 下野誠通, 富樫信之, 山下徹, 元井直樹
  • 学会等名: 電気学会産業計測制御研究会
  • 発表場所: 横浜国立大学(神奈川県)
  • 年月日: 2012-03-07
• [学会発表] 多自由度ロボットの運動制御における外乱オブザーバのノミナル慣性の設計に関する一考察 (2012)
  • 著者名/発表者名: 富樫信之, 下野誠通, 元井直樹
  • 学会等名: 電気学会産業計測制御研究会
  • 発表場所: 横浜国立大学(神奈川県)
  • 年月日: 2012-03-07
• [学会発表] 運動制御周波数と電流制御周波数に基づく外乱オブザーバの性能評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 大久保宏海, 下野誠通, 元井直樹
  • 学会等名: 電気学会産業計測制御研究会
  • 発表場所: 横浜国立大学(神奈川県)
  • 年月日: 2012-03-06
• [学会発表] 並列多自由度バイラテラルシステムのための配置推定法 (2012)
  • 著者名/発表者名: 八田禎之, 下野誠通, 元井直樹
  • 学会等名: 電気学会産業計測制御研究会
  • 発表場所: 横浜国立大学(神奈川県)
  • 年月日: 2012-03-06
• [学会発表] マルチ駆動マスタ・スレーブ一体型ハプティック鉗子のための機能に基づくスケーリングバイラテラル制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 金子伸行, 富樫信之, 八田禎之, 下野誠通, 元井直樹, 藤本康孝, 谷田和貴, 大西公平
  • 学会等名: 電気学会産業計測制御研究会
  • 発表場所: 横浜国立大学(神奈川県)
  • 年月日: 2012-03-06
• [学会発表] A Suppression of Cut-off Frequency Fluctuation Based on Workspace Observer with Estimated Equivalent Mass for MDOF Bilateral System (2012)
  • 著者名/発表者名: Tomoyuki Shimono and Toru Yamashita
  • 学会等名: IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics, AIM2012
  • 発表場所: 高雄（台湾）
• [学会発表] 多自由度マニピュレータの運動制御における外乱オブザーバに基づく制御性能向上手法 (2012)
  • 著者名/発表者名: 富樫信之，下野誠通，元井直樹
  • 学会等名: 第30回日本ロボット学会学術講演会
  • 発表場所: 札幌市（北海道）
• [学会発表] 推定等価質量を用いた作業空間オブザーバによる運動制御 (2011)
  • 著者名/発表者名: 下野誠通, 富樫信之, 山下徹, 元井直樹
  • 学会等名: 第54回自動制御連合講演会
  • 発表場所: 豊橋技術科学大学(愛知県)
  • 年月日: 2011-11-19
• [学会発表] Manipulability Servoing in Null Space for Bilateral Motion Control of Redundant Manipulators (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Shimono, N. Togashi, N. Motoi, and A. Kawamura
  • 学会等名: Proceedings of the 37th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON2011)
  • 発表場所: メルボルン(オーストラリア)
  • 年月日: 2011-11-09
• [学会発表] Manipulability Servoing in Null Space for Bilateral Motion Control of Redundant Manipulators (2011)
  • 著者名/発表者名: Tomoyuki Shimono, Nobuyuki Togashi, Naoki Motoi, Atsuo Kawamura
  • 学会等名: The 37th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, IECON2011
  • 発表場所: Melbourne (Australia)
  • 年月日: 2011-11-09
• [学会発表] 触覚情報通信技術の人間支援応用 (2011)
  • 著者名/発表者名: 下野誠通
  • 学会等名: 電子情報通信学会東京支部学生会講演会
  • 発表場所: 横浜国立大学(神奈川県)(招待講演)
  • 年月日: 2011-10-29
• [学会発表] 冗長性を有するバイラテラル制御系のための零空間における可操作度追従制御 (2011)
  • 著者名/発表者名: 富樫信之, 下野誠通, 元井直樹, 河村篤男
  • 学会等名: 平成23年度電気学会産業応用部門大会
  • 発表場所: 琉球大学(沖縄県)
  • 年月日: 2011-09-08
• [学会発表] 動作解析のための運動モード情報の含有率と高調波歪率 (2011)
  • 著者名/発表者名: 八田禎之, 下野誠通, 元井直樹
  • 学会等名: 平成23年度電気学会産業応用部門大会
  • 発表場所: 琉球大学(沖縄県)
  • 年月日: 2011-09-06
• [学会発表] モード空間外乱オブザーバのノミナル質量設計による通信遅延下のバイラテラル制御のための操作性向上手法 (2011)
  • 著者名/発表者名: 能勢陽太郎, 下野誠通, 元井直樹
  • 学会等名: 平成23年度電気学会産業応用部門大会
  • 発表場所: 琉球大学(沖縄県)
  • 年月日: 2011-09-06
• [学会発表] 運動情報と筋電位信号の統合解析による身体理解に向けた基礎実験
  • 著者名/発表者名: 下野誠通，大久保宏海，森藤力，長谷川由理，櫻井好美，石井慎一郎
  • 学会等名: 電気学会産業計測制御研究会
  • 発表場所: 東京（日本）
• [備考]
  • URL: http://www.tsl.ynu.ac.jp/
• [備考] 下野研究室
  • URL: http://www.tsl.ynu.ac.jp/
• [備考] 下野研究室
  • URL: http://www.tsl.ynu.ac.jp/index.html
• [備考]
  • URL: http://www.tsl.ynu.ac.jp/