2014 Fiscal Year Research-status Report
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
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26350536
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
川村 和也 千葉大学, フロンティア医工学センター, 助教 (50449336)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 洋 早稲田大学, 理工学術院, 准教授 (50424817)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 医用ロボット / コンピュータ外科学 / ロボティクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
手術支援ロボットの操作しやすさを評価するにあたり，その仮想空間上に再現する環境やタスクが大きな影響を与える．本年度は，操作性評価を実施する環境構築として，これまで開発を進めてきた臓器の力学的特性に基づいた挙動再現シミュレーションについて，より実際の手術手技に近くなるよう，柔軟体ハンドリング機能の拡充の検討を行った．
制御系と操作系の設計をするためには，実際に術具を操作し，作業が行える必要がある．本研究では，このような作業を仮想空間上で実現するために，術空間再現シミュレータとして臓器の力学的な特性やロボットの自由度等の機構的条件を設定可能なシミュレータの構築を進めている．実際の手術において使用頻度の高いモノを掴む動作を操作性評価時の作業とするため，掴む対象の物体の挙動に着目し，まず最初の機能拡充として柔軟体を仮想空間上に再現する柔軟体の挙動再現の検討を実施した．結果として，これまで開発したシステムでは，計算コストの高さから複数の柔軟体を想定する場合に，リアルタイム性の確保に難しさが確認されたため，計算コストを下げるためのソフトウェアの構成を変更した．これと併せて，手術支援ロボットの制御系に関する設計評価機能の検討を行った．
仮想空間上ではロボットが理想的に動作するため，設計の確度を向上させるには，実環境で生じるズレを再現する必要がある．本研究では，これを時間的な遅れとして再現することで，相殺に与える影響を検証できると考え，シミュレーションへの組み込む手法について検討を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は，性能評価を実施するために必要となる作業環境を構築に向け，把持動作をより実環境に近づけた再現を目指し，柔軟体の変形シミュレーションについて検討を開始した．これまで開発を進めてきた柔軟体ハンドリング機能において，不足している部分や追加すべき機能をどのように組み上げるのかを検討し，応答性に優れる環境構築を行っている．制御系設計に関して，操作に影響を与える要素として時間的な遅延を利用することで評価できると考え，アクチュエータを駆動させる系をコンピュータシミュレーションにより検証し，その特性を組み込む方法についての検証を進めてきた．上記の理由をもって，概ね順調に進んでいると考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに開発をすすめてきたソフトウェアを用いて，作業環境と評価環境の構築を実施し，操作性に基づく評価を実施できるシミュレーションを開発する．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の構築に向け，制御系・操作系におけるヒトを含む遅れ特性を定量的に検証する手法へと拡充する．操作感と制御性能の関係を検証し，定量的な評価項目を抽出するとともに，制御特性を含んだ環境下にて，医師の直接操作に基づいてロボットの操作感を定量的に評価する．
ヒトの感じる操作性は様々な要素に影響されるため，機構に着目した検証手法を活用し、制御系設計の要素を変化させた場合のタスクへの影響を検証を開始する．タスクごとに応じた操作性に影響を与える特徴量の抽出を目指し，設計に要求される情報を収集する．
また，医師による入力操作を用いるシステムであるため，入力機器も操作性評価に大きく関わる．抽出した特徴量を評価するための手法を構築する．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，医師にタスクを実施してもらい評価する環境の構築を進める．
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| Causes of Carryover |
今年度は，構築するシステムの事前検証をこれまで開発を進めてきたソフトウェアを用いて進めてきており，その結果より，次年度以降に消耗品を購入する必要がでてきたため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
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．
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Research Products
(2 results)
