6自由度医療用歯科ロボットによる人間尊重型治療法

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顎を十分に開くことが困難な患者に対しては、開閉口訓練が行われる。しかし木製開口器を使用する従来方法では、定量的な治療方針の確立は困難であった。そこで本研究課題では、開閉口訓練に関してロボットを利用する新しい治療法と、開閉・左右・前後運動が可能な開閉口訓練ロボットシステムおよび開閉口訓練用ソフトウェアを検討することを目的とする。開閉口訓練ロボットの3号機と4号機による実際の治療を通して、現在までのメカニズムによるヒトへの運動学的干渉を検討した。すなわち健常者の下顎運動は開閉口・前後運動・左右運動の合計3自由度でモデル化が可能であるが、本ロボットが対象とする患者は3自由度機構では十分な可動範囲と出力であるとは言い難い。例えば患者の中には下顎を真っ直ぐに開口させることに困難を伴う場合がある。特に、ロボットが開口する際の回転中心がロボット自身の内部に存在するのに対して、患者の開口運動に関する回転中心は患者自身の顎関節付近に存在する。このような場合に開口角度の増大に伴って患者とロボットとの機械的接点であるマウスピース部分に乖離が生じるという問題が発生した。そこで、現有の3自由度ロボットのメカニズムとマウスピース部分の固定方法に起因する運動学的乖離および干渉問題を改良した新しいメカニズムとして、コンパクト性・高剛性・逆運動学解析の容易さからパラレルメカニズムを解決策として提案した。その後、より具体的かつ詳細に検討したアクチュエータ出力および治療時におけるロボットそのものに対する患者の心理面を考慮して新しくパラレルメカニズム化した開閉口訓練ロボット5号機を設計および製作し、メカニズム・駆動部・センサ・制御システム各部分の基礎実験をおこなった。さらに、開発したロボットを用いて治療をおこなうことに成功した。