| 研究課題/領域番号 |
25220903
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| 研究種目 |
基盤研究(S)
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| 研究機関 | 慶應義塾大学 |
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研究代表者 |
大西 公平 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (80137984)
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| 研究分担者 |
森川 康英 慶應義塾大学, 医学部, 講師 (90124958)
小澤 壮治 東海大学, 医学部, 教授 (10169287)
下野 誠通 横浜国立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90513292)
大石 潔 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (40185187)
名取 賢二 千葉大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70545607)
元井 直樹 神戸大学, 海事科学研究科(研究院), 講師 (10611270)
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| 研究期間 (年度) |
2013-05-31 – 2018-03-31
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| キーワード | 力触覚技術 / 実世界ハプティクス / モーションコントロール / バイラテラル制御 / テレハプティクス / 内視鏡外科手術支援ロボット / 水圧アクチュエータ / 動作再現 |
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| 研究概要 |
21世紀社会で希求されるQOLの充実を目的とし、本研究ではモーションコントロールの設計原理に基づき、ハプティクス機能のあるエンドエフェクタHEM2を開発し、身体支援の人工実現を可能にする。行為と身体機能との数学的解明のため、身体機能を「表現」する研究計画A、身体機能を「発現」する研究計画B、行為を「実現」する研究計画C、および、理論検証を行うための実験機を逐次試作する研究計画Dとの４つに研究計画を分割し並行して実施する。本年度は、研究計画A、BおよびDに関する研究をおこない、次のような成果を得た。１．位置、力、インピーダンスの情報に基づいて、動作再現時に力源・速度源の重みを決定する手法を確立した。提案手法を用いることで非構造環境下においても柔軟に動作が再現可能となった。２．力触覚情報の伝達には位置、速度、力の3要素の情報を双方向に伝達する必要があったが、3要素を組み合わせた平衡力のみを伝達することで力触覚伝達を実現するシステムを開発した。本システムを用いることで、力触覚情報量の削減が可能である事を示した。３．ハプティクス機能を搭載した5自由度10軸を有するハプティックエンドエフェクタHEM2を開発した。開発したHEM2は力触覚のある鉗子ロボットとしても十分な性能を有しており、直動、把持、ロール、ピッチ、ヨーの５自由度において鮮明な力触覚伝達性能を有していることを実験により確認した。今後は医学的な有用性を検証する。４．通信遅延を伴う多自由度力触覚伝達におけるCDOBによる遅延補償の不安定性を拡張補償法で解決した。５．力触覚を伝達するメディアに摩擦の少ない水を用いた水圧伝達手法を確立し、従来用いられていたワイヤ駆動のものに比べ、より鮮明な力触覚伝達が可能である事を実験により示した。
以上の成果を学術論文、学会発表、招待講演などを通じて社会に発信した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本年度の研究は当初の予定を大幅に越え、既に身体機能の「発現」の段階まで発展した。そして、身体機能を転写するシステムとして5自由度10軸を有するハプティックエンドエフェクタHEM2の開発にも成功したため、次年度での多自由度システムにおける身体機能の「表現」、「発現」に対する実証実験にスムーズに移行することができる。したがって研究開発期間中期に予定していた「行為の実現」研究を当初予定よりも大幅に前倒しし、次年度に着手する見通しがたった。また、多自由度システムにおいて通信遅延補償を高度に実現する作業空間通信外乱オブザーバや、鮮明な力触覚伝達と柔軟なアクチュエータ配置を同時に実現する水圧アクチュエータを考案するなど、独創的な要素技術の開発にも成功した。さらに、無線で力触覚を伝達可能なモバイルハプティックシステムとしての雛形である「フォーストランシーバ」の開発という、力触覚技術の国民生活への普及に向けた大きな成果を得た。このような理由から当初の計画以上に進展しているといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
研究計画A「身体機能の表現」および研究計画B「身体機能の発現」の大部分を既に完遂した為、平成26年度では研究の計画を前倒しし研究計画C「行為の実現」に着手する。具体的には、今年度に研究計画Bで確立した身体機能の「発現」手法を用いて医療行為のデータベース作成に取りかかる。そして研究計画Cにおいて、構築したデータベースから特徴的な身体機能を抽出し時空間的に統合することで、器用で滑らかな「行為」を実現する方法論の確立を目指す。
研究計画D「身体機能支援システムの試作開発」では既に開発した5自由度10軸ハプティックエンドエフェクタHEM2を用いた実証実験を順次進めていくとともに、システムの更なる高性能化、多自由度化を図る。そして、微細作業支援のためのHEM2の超小型化や、人間の身体機能を超える機能発現のための大型化に向けた研究を推進する。さらに、平成25年度の研究成果より口腔外科への応用の見通しが立ったため、当初の計画に加え、新たに多自由度口腔外科手術支援システムの開発に取り掛かる予定である。
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