2003 Fiscal Year Annual Research Report
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03J09150
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Research Institution | Keio University |
Principal Investigator |
桂 誠一郎 慶應義塾大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)
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Keywords | モーションコントロール / 外乱オブザーバ / 力制御 / バイラテラル制御 / ハプティクス / 手術支援ロボット / 力覚検出 / 加速度制御 |
Research Abstract |
低侵襲手術用ロボットは多くの領域で使用されつつあり,これまでの伝統的な開腹手術を凌ごうとしている。しかし,術者にとってきわめて重要な「触覚」が得られないという国内外で今日まで全く解決されていない問題が存在する。これは,ロボットが環境との安定な接触動作のために必要な環境との相互作用の解析,反作用力の検出方法,バイラテラル制御系の構成法といった各要素技術の複合的な解析がなされていなかったからである。 本年度の研究において,上記問題点のうち下記に関して次のような成果があった。 1.力覚伝達システムの内視鏡外科用マスタ・スレーブマニピュレータへの適用に関する基本設計 従来の力覚検出は,力センサにより検出することが広く行われてきた。しかし,力センサによる力情報は周波数帯域が狭いため力覚の伝達を妨げるばかりでなく,バイラテラル制御系全体の安定性を損ねることが解析により明らかとなった。また,ロボットの機構中に発生する摩擦が力覚検出の大きな妨げとなっていたが,外乱オブザーバに基づいたツインロボットによる全く新しい力覚検出法「環境クオリヤ」を提案し,差動モードで力覚を検出することにより摩擦による雑音を除去した広帯域の力覚の検出に世界で初めて成功した。この方法は同定試験などを必要としないためどのような形状のロボットにも適用が可能であり,極めてよい操作性および再現性を獲得することが出来た。 2.触覚提示システムの基本設計 接触動作は「作用反作用の法則」により支配されており,力制御と位置制御の整合性を加速度次元で実現させることが必要不可欠である。本研究では,「作用反作用の法則」の実現において力制御を行うコモンモードと,位置制御を行うディファレンシャルモードの2つのモードに分解することにより仮想空間での設計法を確立し,外乱オブザーバに基づく加速度制御がバイラテラル制御の本質となっていることを確かめた。
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Research Products
(6 results)
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[Publications] 桂 誠一郎, 大西 公平: "バイラテラル制御による力覚の伝達と再現"電気学会産業応用部門誌. Vol.123-D No.11. 1371-1376 (2003)
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[Publications] Seiichiro Katsura, Kouhei Ohnishi: "Human Cooperative Wheelchair for Haptic Interaction Based on Dual Compliance Control"IEEE Transactions on Industrial Electronics. Vol.51 No.1. 221-228 (2004)
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[Publications] Seiichiro Katsura, Yuichi Matsumoto, Kouhei Ohnishi: "Modeling of Force Sensing and Validation of Disturbance Observer for Force Control"Proceedings of the 29th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, IECON'03-ROANOKE. 291-296 (2003)
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[Publications] Seiichiro Katsura, Yuichi Matsumoto, Kouhei Ohnishi: "Analysis and Experimental Validation of Force Bandwidth for Force Control"Proceedings of the 10th IEEE International Conference on Industrial Technology, ICIT'03-MARIBOR. 796-801 (2003)
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[Publications] Seiichiro Katsura, Yuichi Matsumoto, Kouhei Ohnishi: "Quarry of Environmental Information Based on Twin Robot System -Environment Quarrier-"Proceedings of the 8th IEEE International Workshop on Advanced Motion Control, AMC'04-KAWASAKI. 243-248 (2004)
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[Publications] Seiichiro Katsura, Yuichi Matsumoto, Kouhei Ohnishi: "Realization of "Law of Action and Reaction" by Multilateral Control"Proceedings of the 8th IEEE International Workshop on Advanced Motion Control, AMC'04-KAWASAKI. 469-474 (2004)