可変スケール型バイラテラル制御による微細操作システムの構築

变尺度双边控制精细操纵系统的构建

基本信息

批准号：
20034030
负责人：
横小路泰義
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Kobe University (2009)Kyoto University (2008)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では,申請者らによって理論的に確立されている可変スケール型バイラテラル制御系設計の枠組みを基にして,既開発の微細操作システムにズーム機能付視覚システムを統合させたシステムでの性能評価を行い,さらに眼科手術での具体的な微細操作を想定した作業を可能とするシステムを新たに構築して,可変スケール型バイラテラル制御の有効性を実験的に評価するとともに,特定領域研究の特徴を生かして領域内の他の研究者に対して理論的に裏付けられたマルチスケール微細操作の機能向上法の提供を図ることを目的としている.本年度の成果は以下の通りである.(1) 可変スケール型バイラテラル制御則の設計指針の明確化既に構築されていたスケールドH∞制御とゲインスケジューリング法による可変スケール型バイラテラル制御法の設計手法では,導出される解が数値的に不安定になる場合があり,重み設定が試行錯誤にならざるを得ない欠点があった.今年度は,解が数値的に不安定となる要因が力の制御性能の設定を厳しくし過ぎたためであったことを見出し,操作性に影響を与えない程度に弱い仮想ばねを介在させて要求制御性能を緩和することで数値的に安定な解が得られるようにした.これにより,制御性能の重みと実際の応答誤差,環境変動に対するロバスト性に明確な相関関係が見出されるようになり,領域内の他の研究者に対しても比較的簡単に制御系の設計が行えるような枠組みを構築できた.(2) 眼科手術用専用マイクログリッパの開発眼科手術の中でも,特に微細な操作が要求される内鏡界膜剥離を作業対象に選び,専用の鉗子を改造して超小型モータで駆動可能なマイクログリッパを設計試作した.このマイクログリッパには静電容量型の微小力センサが組み込まれており,本研究で構築した可変スケール型微細操作システムに組み込んで,実際に内鏡界膜剥離手術を行うことが可能となる.

Based on the framework of the variable-scale bilateral control system design that has been established theoretically by the applicants, the present study aims to evaluate the performance of a system in which a zoom-function visual system is integrated into a previously developed microcontroller system, and to further construct a new system that enables work that assumes specific microcontroller operations in ophthalmology surgery, experimentally assess the effectiveness of variable-scale双边控制，并利用特定领域研究的特征来提供一种理论上支持的方法，以将多尺度微控制器操作的功能提高到域内的其他研究人员。今年的结果如下：（1）使用缩放的H∞控制和增益调度方法的可变尺度双边控制方法中可变尺度双边控制定律的设计指南，该方法已经构建了，派生的解决方案可能是数值不稳定的，并且权重设置必须是试验和错误。今年，我们发现解决方案在数字上不稳定的原因是因为力控制性能的设置太严格了，并且通过使用足够弱的虚拟弹簧来不影响可操作性，可以获得数值稳定的解决方案。这导致了控制性能的重量，实际响应误差和对环境波动的鲁棒性之间的明显相关性，以及一个使该地区其他研究人员相对容易设计控制系统的框架。（2）在眼科手术中开发用于眼科手术的专用微流动器，我们选择了内窥镜膜脱离，它需要特别精细的操作，作为目标，设计和原型的微流动器，可以通过修饰专用的动力来驱动超过超紧凑的运动。该微型机器人结合了一个电容型微孔传感器，该传感器被合并到本研究中构建的可变尺度微控制器型微控制器系统中，从而允许实际的内窥镜膜脱离手术。