図2.1 図2.2

空気圧駆動を用いた力覚提示機能を有する手術支援ロボットシステム

Surg ica l Robot Sys tem wi th Force D isp lay Us ing Pneumat ic Ac tua tors

開発した手術支援ロボットシステムDeve loped Surg ica l Robot Sys tem

空気圧駆動手術支援マニピュレータ IBIS IVPneumatic Surgical Manipulator IBIS IV

Laparoscopic surgery is an effective alternative technique to open surgery. In such procedures, however, the hole in the abdominal wall used for surgery reduces the degree of freedom (DOF) of typical surgical instruments. To solve this problem, robotic manipulators with multi-DOF forceps have been developed. To ensure more intuitive and much safer manipulation, provision of haptic sensation to operators is also an indispensable system function. In practice, however, 　 　 　 　 　 　

the notion of force sensors at instrument tips is made undesirable by considerations such as compactness, sterilization, calibration, and cost. The high return motion of a pneumatic actuator allows detection of external forces based on pressure data, and likewise, system compliance without the use of force sensors. We have prototyped a robotic surgical system offering high performance in estimation of external force. 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　　　　　　　　　　　　　　　　 Tadano Lab.

医師が操作するマスタ側と患者の体内で動作する

スレーブ側ロボット（IBIS）から構成

遠隔操作手術では、正確で安全な作業のために、臓器等への接触に

よって鉗子などの医療器具にかかる力をマスタ操作者（医師）に伝

える、接触力（力覚）提示の機能が望まれます。しかし、小型化や

滅菌などの点を考慮すると、スレーブ側鉗子への力センサの搭載は

容易でありません。

この手術支援ロボットシステムでは、鉗子の根元に配置した空気圧

シリンダの差圧から先端に生じる接触力を推定する機能を搭載しま

した。これにより、鉗子先端にかかっている力をマスタ側にフィー

ドバックすることができます。

鉗子部は外径10ｍｍで、先端に把持機構と2つ

の関節が配置されています。

この鉗子で体内での縫合等の作業を行います。

概 要

　近年、傷口を小さく抑えられる内視鏡手術が普及していますが、腹壁を支点として鉗子

類を体内に挿入するため、動きが限定されてしまいます。そこで、医師の操作を多関節を

有する鉗子先端に伝えて患者体内で作業する、マスタ・スレーブ型の手術支援ロボットシ

ステムが研究開発されています。我々は、空気圧駆動が直接駆動に適している点に着目し

て、鉗子の関節を空気圧で駆動し、鉗子部に力センサを搭載せずに鉗子先端に加わる外力

を検知して操作者に提示できるシステムの提案、開発を行っています。さらに、このシス

テムでは、インターネットを介して、スレーブへの命令やマスタへの力覚フィードバック

が行われます。

・インターネットを介した遠隔操作を実現

・外力推定や柔らかい動きが可能

・コンパクト化を実現

医師が操作する

電動駆動マスタロボット

患者の体内で動く

空気圧駆動スレーブロボット IBIS IV

<鉗子先端の接触力推定の概念図>

<鉗子先端部分>

只野 耕太郎 研究室

スレーブ側は、鉗子部と鉗子保持マニ

ピュレータから構成され、合計６個の

関節（自由度）を有しています。

把持機構も含め、スレーブ側の全ての

動作は、空気圧によって駆動されてい

ます。

空気圧を用いているため、駆動部に電

気を用いる他の手術支援ロボットに比

べて、コンパクトで安価なシステムを

実現しました。

位置を指示

特徴

接触力を提示

No sensors Position sensor

Pressure sensor

Servo Valve

Pneumatic Cylinder

RegulatorAir Supply

P1P2

Fdr=A(P1-P2)

fext

Forceps Manipulator

Load Cell

A