脳外科手術のためのマイクロ多指ハンドの開発

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本研究はマイクロ多指ハンドのアクチュエータとして，二種類のマイクロリニア超音波モータを開発し，その基本的な性能評価を行った．一つ目のリニアモータは，ステータが高さと幅が2.6mm，長さが2.2mmの直方体型リニア超音波モータである．ステータは，駆動原理である振動モードの振動振幅が大きくなるように電流値やQ値，k値を基に設計を行った．モータの性能はスライダ速度の過渡応答で評価し，印加電圧100Vppで推力約15mN，速度約70mm/sであることを確認した．また，このモータは優れた分解能を有しており，スライダを約1μmの微小変位で動かすことが可能である．二つ目のリニアモータは，ステータが高さと幅が4.5mm，厚さが0.9mmの薄型リニア超音波モータである．このモータは駆動原理に平板の固有振動モードを使用しており，従来のリニア超音波モータより駆動方向に薄く（短く）設計することができる．このモータの性能は電圧100Vppで約13mNの推力と約90mm/sの速度でスライダを動かすことができる．さらに，このモータに小型のレンズユニットを取り付けて，イメージセンサの前に設置し，オートフォーカスをさせるデモンストレーションも実施している．マイクロリニア超音波モータを制御するために，ハイスピードカメラを用いたビジュアルフィードバックシステムを構築した．超音波モータは印加する交流電圧の周波数，電圧振幅，位相差によって制御することができ，スライダを数マイクロメータ単位で任意の位置に移動させることができる．開発したマイクロリニア超音波モータは，マイクロ多指ロボットハンドのアクチュエータとして十分な性能を示しており，試作した全長約10mmのロボットフィンガを駆動させることに成功している．