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

2003 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

腹腔鏡下手術とは腹壁に10mm程度の孔を開け,そこから腹腔鏡や鉗子を挿入して行う術式である.この術式は,患者に対して低侵襲であるという大きな利点がある.その一方で,鉗子が孔の拘束を受けるため,鉗子の自由度が減少し,術者には高度な技術が要求される.本研究は,この問題を解決するために,腹腔内に自由度を付加した一体型マニピュレータの開発を行っており,一体型マニピュレータの特異点付近における操作性を向上させることが本研究の目的である.スレーブの自由度配置は,安全性と操作性を考慮した結果,Roll-Yaw-Roll構造を用いることに至った.なお提案手法の評価を行いやすくするためスレーブは実機を用いず,OpenGLにより仮想空間内に再現した.Roll-Yaw-Roll構造ではYaw角が0度のとき特異姿勢となり,操作性が悪くなる.この特異姿勢での操作性を向上させるために,根元のRoll回転をモータでアシストする機構を開発した.これは,マスターに加わる力の大きさと方向を検出し,縮退方向へもYaw軸の自由度を利用して動かすことができるように,根元のRoll回転をモータでアシストするというものである.その際,手元のRoll回転はアシストされた根元のRoll回転とは反対方向に同じ角度だけ回転するため,把持部の姿勢は変化することはなく,直感的な操作が可能となる.本研究では,さらにマスターとスレーブ部を意構造としたシステムの開発を行った.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.

Research Products

• [Publications] Suzuki et al.: "Development of Configuration Differing Master Slave Combined Forceps"Proc.of Advanced Motion Control 2004. (発表予定). (2004)
• [Publications] 藪元 他: "腹腔鏡下手術用一体型マスタースレーブシステムの開発;-アシスト機構を用いた操作性の向上-"日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2004. (発表予定). (2004)