外科手術用マスタ・スレイブマニピュレータの操作性向上に関する研究

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本研究は、外科手術用マスタ・スレイブマニピュレータ装置の制御系において、アクチュエータのダイナミクスや操作者の不確かさを考慮して制御系を設計し、これを実機に実装することにより、マスタ・スレイブマニピュレータの追従性および操作性が改善されることを実証することを目的としている。昨年度までに、バックステッピング手法により導出した制御則を1自由度のアーム型マスタ・スレイブマニピュレータ装置に適用し、基礎制御実験を行った。実験結果から位置、力ともにマスタとスレイブの間の追従誤差は、アクチュエータのダイナミクスを考慮していない従来法の設計よりも小さくなることが確認でき、得られた成果を、第42回IEEE Conference on Decision and Controlおよび、日本機械学会論文集C編にて公表した。今年度は、基礎実験の結果を外科手術用マスタ・スレイブマニピュレータ装置にて検証するために、外科手術用マスタ・スレイブマニピュレータ装置のプロトタイプの製作を行った。本装置は低侵襲性手術に用いられる多自由度外科用ロボット鉗子をスレイブマニピュレータ、医師が操作する操作部をマスタマニピュレータとしている。製作した外科手術用マスタ・スレイブマニピュレータ装置に提案した制御則を適用して現在制御実験を行っている。得られた結果は次年度に公表する予定である。装置の製作にかなりの時間が費やされたため、その間に制御系とアクチュエータの配置などの構造系の同時最適化設計に関する理論研究や、外乱のブザーバを用いた正確な位置決め制御に関する理論研究も行い、さらなる追従性および操作性の改善のための理論的研究を行った。これらの理論を単純なメカニカルシステムに適用して制御実験を行い、得られた成果を第1回IEEE International Conference on Informatics in Control, Automation and Roboticsおよび、第29回Annual Conference of the IEEE Industrial Electronicsにて公表した。