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2015 年度 実施状況報告書

ヒトの操作感を規範とする手術支援ロボットの制御系・操作系の最適化設計手法の構築

研究課題

研究課題/領域番号 26350536
研究機関千葉大学

研究代表者

川村 和也  千葉大学, フロンティア医工学センター, 助教 (50449336)

研究分担者 小林 洋  早稲田大学, 理工学術院, 准教授 (50424817)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード医用ロボット / コンピュータ外科学 / ロボティクス
研究実績の概要

手術支援ロボットの操作性は,操作者にとっての使いやすさが大きく影響する.この使いやすさは定性的な指標であり,これを定量的に扱うことが可能な指標と関連付けることで,ロボットの設計へと活かすことが可能となる.手術支援ロボットを設計するためには,機構,制御,操作の各要素を個々に検討するだけでなく,相互の関係を同時に検証する必要がある.そのため,仮想空間を利用することで,任意の対象に対して検証が行えるシステムの構築を進めている.
本年度は,タスクベースの定量的操作性能評価手法の構築に向け,これまで開発を進めてきたシミュレーションシステムの機能拡充,ならびにこのシステムを利用した計測が可能な評価指標の検討を行った.機能拡充として,前年度のリアルタイム性の向上をさらに進めるとともに,臓器のような柔軟体と術具の干渉判定機能の構築を実施した.また,操作時の動作を計測するための計測システムを構築した.
これに加えて,操作性評価に向けた指標を検討する上で,入力機器が大きく関わることから,異なる入力機器を対象とし,タスクごとに入力機器の違いや制御系の変化によって生じる操作性への影響を検討した.特に本年度は,直接操作者の手で把持する把持型と操作者自身が機具を持たずに操作する非把持型の2種類の操作デバイスを対象とした検証実験を行い,ヒトの操作時の動作を計測し,負担がどのように計測できるのかの検討を行った.今年度構築した計測システムを利用し,身体の動作と作業中の負担の関係性に着目した動作計測を行い,評価指標を検討した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度は,定量的な操作性評価手法を構築するために,前年度に引き続きシミュレーションシステムの拡充を進めるとともに,術具との干渉判定機能の構築ならびに計測システムの構築を実施した.干渉判定を導入したことにより,計算処理が多くなるため,併せてリアルタイム性の検討を重ねて実施した.また,これらを使用し,簡易的なタスクを対象とした操作実験ならびにその際の動作計測を行い,計測可能なデータと操作負担の関係性についての検討を進めた.実験結果から操作時における負担計測が可能であることが示唆され,概ね順調に進んでいると考える.

今後の研究の推進方策

これまでに開発を進めてきたソフトウェアについては,より汎用性を高めるため,CADソフトとの連携機能の構築を進める.併せて,このシミュレーションシステムを用いて,定量的な指標の検討を進めていく.作業ベースの操作性評価に向け,脳活動などを利用し,操作者への負担を定量的に検証する手法を構築する.機構系・制御系・操作系におけるヒトを含む作業負担の定量化する手法へと拡充する.操作感と作業負担の関係性を検証し,定量的な評価指標の検討を行う.操作感は,そのときに使用する操作デバイスによって影響を受けると考えられることから,実施するタスクと併せて,操作デバイスによって生じる違いなどを含め,評価指標の選定を実施する.

次年度使用額が生じた理由

ソフトウェアの拡充ならびにそれを利用した操作実験等を実施するための消耗品の購入などが必要となったため

次年度使用額の使用計画

検証環境を整える機械部品や電気・電子部品などの購入に使用する.

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Design parameter evaluation based on human operation for tip mechanism of forceps manipulator using surgical robot simulation2016

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Kawamura, Hiroto Seno, Yo Kobayashi, Satoshi Ieiri, Makoto Hashizume and Masakatsu G. Fujie
    • 雑誌名

      Advanced Robotics

      巻: 30 ページ: 476-488

    • DOI

      10.1080/01691864.2015.1129361

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 力伝達機構を有する単孔式WaFLES支援用術具フォルダの開発~動作制御のための位置検出方法の基礎検討~2015

    • 著者名/発表者名
      荻野嵩人,田中佑弥,川村和也,五十嵐辰男
    • 学会等名
      日本コンピュータ外科学会
    • 発表場所
      東京大学(東京都文京区)
    • 年月日
      2015-11-21
  • [学会発表] WaFLES支援用空間確保マニピュレータの基礎性能評価2015

    • 著者名/発表者名
      川村和也,田中佑弥,荻野嵩人,五十嵐辰男
    • 学会等名
      日本コンピュータ外科学会
    • 発表場所
      東京大学(東京都文京区)
    • 年月日
      2015-11-21
  • [学会発表] Development of Robotic Tool Holder with Power Transmission for Single Port WaFLES2015

    • 著者名/発表者名
      Shuto Ogino, Yuya Tanaka, Kazuya Kawamura, Tatsuo Igarashi
    • 学会等名
      2015 International Symposium on InfoComm & Media Technology in Bio-Medical & Healthcare Application
    • 発表場所
      Chiba, Japan
    • 年月日
      2015-11-15
    • 国際学会
  • [学会発表] Sheath-shaped manipulator for surgical workspace creation in WaFLES2015

    • 著者名/発表者名
      Yuya Tanaka, Shuto Ogino, Kazuya Kawamura, Tatsuo Igarashi
    • 学会等名
      2015 International Symposium on InfoComm & Media Technology in Bio-Medical & Healthcare Application
    • 発表場所
      Chiba, Japan
    • 年月日
      2015-11-15
    • 国際学会
  • [学会発表] 単孔式腹腔鏡下水中手術支援システムにおける動力伝達機能を備えた術具ホルダの開発2015

    • 著者名/発表者名
      荻野嵩人,田中佑弥,川村和也,五十嵐辰男
    • 学会等名
      平成27年度電気学会電子・情報・システム部門大会
    • 発表場所
      長崎大学(長崎県長崎市)
    • 年月日
      2015-08-26

URL: 

公開日: 2017-01-06  

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