空気式パラレルマニピュレータを用いた弾性可変対象物の構築に関する研究

气动并联机械手构造弹性可变物体的研究

• 批准号: 16760202
• 负责人: 高岩 昌弘
• 金额: $ 2.37万
• 依托单位: Okayama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16760202/
• 关键词: 触診シミュレータ; 空気圧アクチュエータ; パラレルマニピュレータ; コンプライアンス制御; 接触点検出; 空気式パラレルマニピュレータ

本年度は提案する可変弾性対象物を医師の乳ガン触診シミュレータとして応用することを試みた。具体的には、まず、3次元グラフィックソフトを用いて乳房の形状設計を行い、3次元加工機により切削加工した。これを空気式パラレルマニピュレータ上に力センサを介して装着した。次に、形状モデル表面上の接触点検出性能について考察した。接触点検出方法として、力覚情報と乳房形状モデルのCADデータ(DXFデータ)に基づいて接触点を検出するアルゴリズムを提案した。本手法の有効性を確認した結果、検出精度は最大約2mmであり、ほぼリアルタイムに接触点を検出できることがわかった。次に具体的なしこり特性を実現するため、まず市販の触診シミュレータを購入し、そのしこり部の力学特性(機械インピーダンス特性)を測定した。具体的なしこりの力覚特性を指に呈示するための基本的な力覚呈示機能として、マニピュレータ部にコンプライアンス制御系を構成した。本制御系では力が印加されないときは通常の位置制御を実行できる位置ベース型のコンプライアンス制御系を採用した。具体的なしこりの形状は簡単のため球とした。そして、指の空間位置としこり(球)との相対的な位置関係に基づいて、しこりの力覚特性を呈示するアルゴリズムを提案した。具体的にはしこり部表面の法線方向と接線方向に仮想的な弾性特性を設定し、指がしこり部と接触している場合に現在の力ベクトルに基づいて仮想的な目標位置を計算する。これを内部の位置制御系により実現することで設定した仮想弾性特性を実現する。実験より、力覚の変化を介して球の表面を確実に認識することが確認された。また、しこりの位置、大きさ、弾性特性を対話的に変更する手法を実装した。以上より、提案する装置は触診シミュレータとして有用であることが確認された。

今年，我们尝试将所提出的可变弹性物体用作医生的乳腺癌触诊模拟器。具体来说，我们首先使用3D图形软件设计乳房的形状，然后使用3D加工机进行切割。它通过力传感器安装在气动并联机械手上。接下来，我们考虑了检测形状模型表面接触点的性能。作为接触点检测方法，我们提出了一种基于乳房形状模型的力信息和 CAD 数据（DXF 数据）来检测接触点的算法。验证该方法有效性的结果是，我们发现最大检测精度约为2毫米，并且几乎可以实时检测接触点。接下来，为了获得特定的肿块特性，我们首先购买了市售的触诊模拟器并测量了肿块的机械特性（机械阻抗特性）。机械手部分配置了柔顺控制系统作为基本的力觉呈现功能，将特定肿块的力觉特征呈现给手指。该控制系统采用基于位置的柔量控制系统，在不施加力的情况下可以进行正常的位置控制。为简单起见，该块的具体形状被选择为球形。然后我们提出了一种算法，根据手指的空间位置和肿块（球）之间的相对位置关系来呈现肿块的力觉特征。具体地，在肿块表面的法线方向和切线方向上设置虚拟弹性属性，并且当手指与肿块接触时，基于当前的力矢量计算虚拟目标位置。通过使用内部位置控制系统实现这一点，实现了设定的虚拟弹性特性。实验证实，通过力觉的变化可以可靠地识别球体的表面。我们还实现了一种交互式改变块的位置、大小和弹性特性的方法。综上所述，证实所提出的装置可用作触诊模拟器。

项目成果

Development of Palpation Simulator Using Pneumatic Parallel Manipulator

气动并联机械手触诊模拟器的研制

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proc.of the 6th JFPS International Symposium on Fluid Power 2005, pp.220-225
• 作者: Masahiro Takaiwa;Toshiro Noritsugu
• 通讯作者: Toshiro Noritsugu