子宮内胎児外科治療のための細径多自由度屈曲マニピュレータの研究開発

宫内胎儿手术治疗小直径多自由度弯曲机械手的研发

• 批准号: 20800015
• 负责人: 山下 紘正
• 金额: $ 2.1万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (Start-up)
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-20800015/
• 关键词: 機械要素; 知能機械; 医療・福祉; マニピュレータ; 胎児外科

本研究では,特に子宮内での胎児外科手術を低侵襲に行うための細径多自由度屈曲マニピュレータの実現のため,ワイヤ駆動でもリンク駆動でもない,微細な歯車要素を用いた回転・屈曲機構の開発を進めた.今年度は屈曲機構の動作検証用として,外径5 mmのプロトタイプを設計し製作した.不用意に緩んだり分解されないよう,ねじ止めなどは極力用いず,各フレームを内部パーツと外部パーツに分離して構成し,工具を使わずに,容易に構成部品を組立てられるようにした.また,2自由度の屈曲機構は,全く同じ1自由度の屈曲機構をつなぎ合わせることができるよう設計した.歯車駆動のメインパーツとなる,屈曲フレームと同軸状に配置し回転させるフェースギヤは,モジュール0.2という微細形状であり,一体型のパーツとして製作することは非常に困難であった.そこで薄板のラック歯車としてワイヤカットしたパーツを,円柱状のパーツに巻きつけ固定するという手法を採用し,外径3.2 mm,内腿2.0 mmの剛性の高い小型フェースギヤを製作した.エンドエフェクタを搭載する部分は,様々な機能を容易に交換可能とするため中空とし,先端側からモジュール式に固定できる構造とした.マニピュレータの内部チャネル径は最大2 mmであり,高い拡張性を備えることができた.また,術者から見て最も根本側のフレームには,硬性のパイプや軟性のチューブなどを選択的に取り付けられる構造とした.今後はプロトタイプの性能評価と,動力伝達部材の軟性化,細径化,様々なエンドエフェクタの開発を進める.得られた知見については学会や論文にて発表を行なっていく.

在本研究中，为了实现用于子宫内微创胎儿手术的小直径多自由度弯曲机械手，我们的目标是开发一种使用微小齿轮元件的旋转和弯曲机构，该机构不是线驱动的今年，我们将开发外径为5mm的弯曲机构，用于验证弯曲机构的操作。我们设计并制造了毫米的原型。为了避免意外松动或拆卸，尽可能不使用螺钉，并且每个框架分为内部和外部部分，无需使用工具即可轻松配置。二自由度弯曲机构的设计使得相同的一自由度弯曲机构可以连接在一起。齿轮传动的主要部件，即与弯曲框架同轴布置并旋转的端面齿轮，具有模数为0.2的微观形状，将其作为整体部件制造极其困难，我们采用了一种方法。其中，将线切割部件缠绕在圆筒部件上并作为齿条固定，外径为3.2mm。我们制造了直径为 2.0 mm 和大腿内侧的高刚性紧凑面齿轮。安装末端执行器的部分是中空的，可以轻松更换各种功能，并具有允许其固定在一个结构中。模块化方式从尖端侧。机械手内部通道直径可达2。 mm，并且能够提供高可扩展性。此外，从外科医生看来最近的框架具有允许选择性连接硬管或软管的结构，我们将继续评估其性能。动力传输部件，使动力传输部件变得更软、直径更小，并开发各种末端执行器。我们将在学术会议和论文中展示我们的研究成果。