腹腔鏡下手術支援用マスタースレーブ一体型ロボティック鉗子の開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14550242
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 中澤 和夫 慶應義塾大学, 理工学部, 助教授 (80217695)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 森川 康英 慶應義塾大学, 医学部, 助教授 (90124958) ; 北島 政樹 慶應義塾大学, 医学部, 教授 (90112672) ; 富田 豊 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (50112694)
• Keywords: 微細手術 / マスタースレーブ / 遠隔手術 / 手術支援ロボット / 腹腔鏡下手術 / 内視鏡下手術

Research Abstract

本研究では,異構造一体型マスタースレーブシステムの開発を行ってきた.これはマスター部およびスレーブ部の最適な自由度配置に関するものである.まず,ロール・ピッチ・ヨー構造およびロール・ヨー・ロール構造のスレーブを開発し,異構造化にともなう特異点問題を解決した.具体的には特異点において複数の解が存在することを利用して斜めからでも滑らかに通過できるようにした.すなわち,縮退した方向の速度を含む特異点の通過を可能にした.また,縮退方向に関してはスレーブ部のヨー角の更新だけを一時的に止めることで解決を図った.あらゆる角度から滑らかに通過する事で特異点を気にせずに操作でき,その付近で急に方向を変えた時もスレーブ部はマスター部に追従する.そして,縫合タスクを行い本マニピュレータの有用性を実証した.しかし,ロール・ピッチ・ヨー構造のスレーブに関しては縫合を実現することができなかった.加工精度の関係で腹腔鏡下手術用の細い針をうまくもてなかったこと,把持するためのトルクが足りず針が滑ってしまったことがその原因である.今後把持する時だけ減速できるような機構を付加する必要がある.また,より簡単に縫合をできるようにロール・ヨー・ロール構造のスレーブに関しては手先のロール角の可動範囲,ロール・ピッチ・ヨー構造のスレーブに関してはピッチ角の可動範囲を広げる必要がある.ロール・ピッチ・ヨー構造のスレーブにおいてピッチ角の可動範囲を広げた場合,この構造における特異点問題も解決していく必要が生じる.そして,ロール・ヨー・ロール構造のスレーブでの特異点付近での運動に関しては,実験の考察で提案したように時間的な閾値の切り替えを導入することで操作性をさらに向上できた.

Research Products

• [Publications] 中澤和夫 他: "腹腔鏡下手術支援用一体型マニピュレータの開発,-シミュレータによる直感的繰作性の評価-"日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2002. 1P1-B06 (2002)
• [Publications] 鈴木崇志 他: "腹腔鏡下手術用異構造一体型マスタースレーブシステムの開発"日本ロボット学会学術講演会. (発表予定). (2002)