内視鏡外科など低侵襲性医療における触覚技術の開発

触觉技术在内窥镜手术等微创医学中的发展

• 批准号: 03J09150
• 负责人: 桂 誠一郎
• 金额: $ 1.02万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J09150/
• 关键词: モーションコントロール; 外乱オブザーバ; 力制御; バイラテラル制御; ハプティクス; 手術支援ロボット; マルチラテラル制御; 加速度制御; 力覚検出

低侵襲手術用ロボットは多くの領域で使用されつつあり,これまでの伝統的な開腹手術を凌ごうとしている。しかし,術者にとってきわめて重要な「触覚」が得られないという国内外で今日まで全く解決されていない問題が存在する。これは,ロボットが環境との安定な接触動作のために必要な環境との相互作用の解析,反作用力の検出法,バイラテラル制御系の構成といった各要素技術の複合的な解析がなされていなかったからである。本年度の研究において,上記問題点のうち下記に関して次のような成果があった。1.力覚伝達システムの内視鏡外科用マスタ・スレーブマニピュレータへの適用に関する基本設計昨年度までの研究で,力センサによる力覚検出は周波数帯域が狭いため力覚の伝達を妨げるばかりでなく,バイラテラル制御系全体の安定性を損ねることが解析により明らかとなった。また,外乱オブザーバに基づいたツインロボットによる力覚検出法「環境クオリヤ」を提案し,差動モードで力覚を検出することにより,摩擦による雑音を除去した広帯域の力覚の検出が可能になることを明らかにした。本年度はそれを受けて「環境クオリヤ」を実際のマスタ・スレーブマニピュレータに適用し,機構中の摩擦を除去した極めてよい操作性および再現性を獲得することに成功した。2.触覚提示システムの基本設計バイラテラル制御を構成する際,これまではマスタシステム・スレーブシステムに対して独立した制御系を設計することが一般的に行われてきた。本年度は,マスタ・スレーブシステムにおけるコモンモードにおいて力サーボ系を構成し,ディファレンシャルモードで位置のレギュレータを構成することによって,作用反作用の法則を実現するだめの基本設計論を確立した。本年度はさらに加速度制御に基づいた設計法が2システム間のバイラテラル制御に有効であるばかりではなく,マルチラテラル制御に拡張することに成功した。

Low-invasive surgery is used in a variety of fields, such as open surgery. The problem of "touch" has been solved both at home and abroad. However, the analysis of the interaction between the environment and the stability of the contact action, the detection method of the reaction force, and the analysis of the composition of the control system and the combination of various elements and technologies are all necessary. This year's research is focused on the problem points and the results are recorded below. 1. The basic design of the power transmission system for endoscopic surgery was studied last year. The power transmission system was analyzed to reduce the stability of the whole system. In addition to the above, the author also proposed a method of force detection in the environment, a method of force detection in the differential, a method of force detection in the friction, a method of force detection in the wide range, and a method of force detection in the wide range. This year's "environmental protection" process is successful. 2. The basic design of the touch prompt system is composed of a control system, which is designed to be independent of the control system. This year, the basic design theory of the structure of force distribution system, the structure of force distribution system and the realization of the law of reaction was established. This year, the acceleration control base design method has been successfully applied to the control of acceleration in two different categories.

项目成果

Realization of "Law of action and reaction" by multilateral control

• DOI: 10.1109/tie.2005.855699
• 发表时间: 2005-10
• 期刊: IEEE Transactions on Industrial Electronics
• 影响因子: 7.7
• 作者: S. Katsura;Y. Matsumoto;K. Ohnishi

A realization of haptic training system by multilateral control

• DOI: 10.1109/tie.2006.885465
• 发表时间: 2006-11
• 期刊: 30th Annual Conference of IEEE Industrial Electronics Society, 2004. IECON 2004
• 作者: S. Katsura;K. Ohnishi

Bilateral Forceps for Medicine Based on Quarry of Environmental Information

基于环境信息挖掘的双侧医学钳

• 发表时间: 2004
• 期刊: Proceedings of the 11th International Power Electronics and Motion Control Conference, EPE-PEMC' 04-RIGA Vol.4
• 作者: Seiichiro Katsura;Kouhei Ohnishi
• 通讯作者: Kouhei Ohnishi