前立腺手術用遠隔操作式マスタースレーブロボット手術システムの開発に関する共同研究

1996 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 07045056
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 大学協力
• 研究機関: 芝浦工業大学
• 研究代表者: 舟久保 煕康 芝浦工業大学, システム工学部, 教授 (10010688)
• 研究分担者: DURING Carl ストックホルム王立工科大学, 機械設計学部, 講師 ; WIKANDER Jan ストックホルム王立工科大学, 機械設計学部, 助教授 ; HANSON Mats ストックホルム王立工科大学, 機械設計学部, 教授 ; ANDERSSON So ストックホルム王立工科大学, 機械設計学部, 教授 ; 小山 浩幸 芝浦工業大学, システム工学部, 助教授 (40052881) ; 米田 隆志 芝浦工業大学, システム工学部, 助教授 (90011030) ; 内田 干城 芝浦工業大学, システム工学部, 助教授 (90203538)
• 研究期間 (年度): 1995 – 1996
• キーワード: 前立腺手術 / マスタースレーブロボット / マスターロボット / スレーブロボット / 内視鏡 / 掻把用工具 / マイクロ力センサ / 光学的センサ / Optical sensor

研究概要

本研究はジョイスティックその他よりなるマスター装置を操る専門医師がモニタを見ながら指令し、各種器具よりなるスレーブ側ロボットが自動的に必要な動作を行う遠隔操作式のマスタースレーブロボットの開発を国際共同研究により行うことを目的としている。
本研究を遂行するために、芝浦工業大学とスウェーデン・ストックホルム王立工科大学は調査研究、打ち合わせを平成7年度〜平成8年度に行い、システムの開発を実施した。
具体的研究内容は、芝浦工業大学はマスターロボットとして操作性、精度、感覚フィードバック等を考慮した仕様決定と設計試作、スレーブロボットとしてロボット内に設置する各種器具、アクチュエータの仕様決定と設計試作、及び内視鏡内のCCDカメラによる手術対象物までの距離計測手法の開発を分担した。
スウェーデン・ストックホルム王立工科大学はマスターロボットとスレーブロボット間の協調制御、作動器具取り付け用マイクロ粘弾性力センサの開発とセンサ信号のマスターロボットへのフィードバック制御の開発を担当した。
研究成果としてマスタースレーブロボット手術システムを構築するために分担した研究テーマ毎にまとめる。
1.マスターロボット
医師が用意に操作できることからジョイスティック型を採用し、1自由度のマスターアームによりスレーブロボットの軌道制御手法を確立した。今後はマスターアームを5自由度とし、スレーブロボットと作動器具を組み合わせた制御を実施する計画である。
2.スレーブロボット
手術台近傍に設置することから7自由度を有する多関節型ロボットを採用し、骨等に接触したときの力検出用としてロボットアーム先端部にトルクセンサを取り付け、マスターロボットに力フィードバック制御する基礎的な技術を確立した。
3.スレーブロボット内設置用各種作動器具
前立腺の内部を掻把するためとして、内視鏡をカッティングツールを組み合わせた2自由度を有する作動器具を試作し、ファントム実験によりカッティングツールに付加する力の検出できる技術を確立した。今後はスレーブロボット搭載可能なように改良を実施する計画である。
4.内視鏡内CCDカメラによる手術対象物までの距離計測手法
内視鏡を前後に動作させる距離と測定対象物の大きさが変化することから手術対象物までの3次元座標を検出する基礎的技術の確立と基礎実験を実施した。今後はスレーブロボットへの搭載を実施する計画である。
5.マスターロボットとスレーブロボット間の協調制御
1自由度のマスターアームにより、7自由度のスレーブロボットを制御する手法の基礎的技術を確立した。この技術を5自由度のマスターロボットに適用する計画である。
6.マイクロ粘弾性力センサ
光学センサによる力検出手法の基礎的確立を行った。今後は力フィードバック制御手法の確立と生体への適用について検討する計画である。
前立腺手術用遠隔操作式マスタースレーブロボット手術システムの開発に関する国際学術研究において、個別の基礎的な開発は終了したが、手術システムの構築と評価は、今後さらなる国際共同研究により推進する予定である。

研究成果

• [文献書誌] 米田隆志他: "前立腺肥大症手術のためのマスタースレーブシステムの開発" 第14回日本ロボット学会学術講演会予稿集. 2. 683-684 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] C.During,T.Komeda,H.Funakubo et al.: "An inexpensive light source and detector module for fibre-optic measurements" Measurement of Science Technology. 8. 209-212 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 米田隆志、舟久保煕康他: "前立腺肥大症手術のためのマスタースレーブシステムの開発" ロボッティクス・メカトロニクス講演会97論文集. (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Komeda, H.Funakubo et al.: "Development of masterslave system for TUR-P" JSME Annual conference on robotics and mechatronics 96. 683-684 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] C.During, T.Komeda, H.Funakubo et al.: "An inexpensive light source and detector module for fiber-optic measurements" Measurement of science technology. 8. 209-212 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Komeda, H.Funakubo et al.: "Development of masterslave robot system for TUR-P" The 14th Annual conference of Robotics Sciety of Japan. (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より