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人工関節用整形外科ドリルロボットの機構改良とその制御方法を研究開発する

人工关节骨科钻孔机器人机械改进及控制方法研究与开发

基本信息

批准号：
11F01728
负责人：
毛利哲也
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Gifu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11F01728/
关键词：
ロボット整形外科手術人工関節制御シミュレーション

项目摘要

整形外科医は、人工骨の挿入のため、穴加工、切削、形成を実施する。膝の人工関節全置換術では脛骨と大腿骨を連続的に振動刃により切削し、ドリルにより人工骨のための穴を開ける。手作業では、手術道具の速度や力加減の調整が難しい。骨の穴加工や切削では圧縮と塑性変形の過程において、手術道具の先端と骨に高圧縮と摩擦力が生じるため、結果として過大な切削力が発生する。切削部の骨の発熱は、壊死等を引き起こし、回復を長期化するため深刻な問題である。これらの問題を解決するため、人工関節用の整形外科ドリルロボットDOROを研究開発している。本研究では、最終目標として6自由度ロボットアームに装着して3次元の位置と力制御を実現するため、ロボットアームを用いた自動骨切削作業に向けたDOROの機構を改良、骨切削時の力・トルク特性を考慮した位置制御法および力制御法を構築、人工関節と骨密度と間の影響を実験的に同定を目的とする。平成25年度は、①日本国内における整形外科手術の実態調査および研究システムへの意見収集、②自動骨切削支援ロボットOCROの制御装置、制御方法、特性評価、人工骨による実験、③6自由度ロボットアームを用いたOCROの制御方法について目標とした。その結果、①整形外科医や手術用ロボット研究者からのDOROへの意見を聴取、②DOROを改良したOCROの動力学モデルを導出し、制御方法を提案して特性を評価し、人間の骨の特性に類似した豚骨により評価実験を実施、③OCROを装着した6自由度ロボットアームの制御法について研究した。

Orthopedic surgery, artificial bone insertion, hole processing, cutting, and forming. The total artificial joint replacement of the knee involves vibrating blade cutting of the tibia and thigh bone, and artificial bone opening of the acupoint. It is difficult to perform manual work and adjust the speed and force addition and subtraction of surgical tools. The process of bone cavity machining, cutting, compression and plastic reshaping, and the cutting-edge of surgical tools The high pressure and friction of the bone result in the generation of friction, and the result is that excessive cutting force results in excessive cutting force. The problem of bone and heat in the cutting part is caused by the cause of the problem, and the problem of long-term recovery is caused by the problem. We have developed a solution to the problem of artificial joints and an orthopedic surgery department for artificial joints. The ultimate goal of this research is to install a 6-degree-of-freedom robot with a 3-dimensional position D ORO's mechanism has been improved, the force and force characteristics during bone cutting have been considered, the position control method and the force control method have been constructed, and the artificial joint's influence on bone density has been determined based on the same purpose. In FY25, ① Survey on the status of plastic surgery in Japan, および research and collection of opinions, ② Automatic bone cutting support OCROのControl device, control method, characteristic evaluation, artificial bone による実験, ③6 degree of freedom control method いたOCRO のcontrol method について target とした.そのResults, ①Plastic Surgeon's Surgery Used ロボットResearcher's からのDOROへのOpinion を, ②DOROをImproved OCRO's kinetics and kinetics モデルをderivation, and control method をproposed The characteristics of the case are similar to the characteristics of the human bones, and the characteristics of the human bones are similar to the pig bones. , ③OCRO is equipped with 6 degrees of freedom ロボットアームのcontrol method について research した.