第二回日本顎顔面再建先進デジタルテクノロジー学会

1. 5自由度インプラント手術補助ロボットを
用いた切削角度案内システム
シンポジウム１「新技術の開発」
○兪浩洋, 大西公平, (慶應義塾大学理工学部)
臼田 慎, 中川種昭, 河奈裕正 (慶應義塾大学医学部歯科・口腔外科学教室 )
15/10/29
慶應義塾大学 兪浩洋
1
1. 序論
2. 提案手法
3. 実験結果
4. 結論
目次

2. ＋
ロボットアームによる力補助
手術ナビゲーションシステム
15/11/1
Koyo Y.
2
手と協調して,正しい位置へ誘導
1. 序論
v インプラント手術支援システムのコンセプト
v 切削の開始地点への補助
→ポテンシャルフィールドによる力補助
v 切削の停止地点への補助
→インピーダンス制御による力補助
切削角度の固定，切削深度の把握

3. 15/11/1
Koyo Y.
3
Ug (r) =ε
σ
r
!
"
#
$
%
&
12
−
σ
r
!
"
#
$
%
&
6(
)
*
*
+
,
-
-
v ポテンシャルフィールド
F(r) =
U(r)
dr
= −
12ε
σ
r − r0
σ
+1
"
#
$
%
&
'
−13
−
r − r0
σ
+1
"
#
$
%
&
'
−7(
)
*
*
+
,
-
-
L-J ポテンシャルフィールドの一般式
Fig. b L-J ポテンシャルフィールド.
r0 を目標地点とした時の発生力
レナード＝ジョーンズ・ポテンシャル(L-J potential)
2つの原子間の相互作用を表す
経験的なモデル
Fig. a 分子の相互作用.
(1)
(2)
σ： 補助力が発生する距離を変更可能
ε： 補助力の大きさを変更可能
0
ε
r0
σ
U(r)
F(r)
r
Destination
2.1 切削の開始地点への補助

4. 仮想的な，バネ，マス，ダンパーを設定
位置，角度を自然長に固定
15/11/1
Koyo Y.
4
インピーダンスモデルの一般式
r0 を目標地点とした時の発生力
Fig. c インピーダンスモデル
K： 仮想的なバネ （自然長に固定する強さに関するパラメータ）
C： 仮想的なダンパー （動かしにくさに関するパラメータ）
M: 仮想的なマス （加速させにくさに関するパラメータ）
2.2 切削の停止地点への補助
M
C
K
F
r
v インピーダンスコントロール
F(r) = M!!r +C!r + Kr
F(r) = M!!r +C!r + K(r − r0 )
(3)
(4)

5. 15/11/1
Koyo Y.
5
実験結果
切削角度の誤差：
（平均誤差，最大誤差，標準偏差）
（0.018°，2.251°，0.639°）
切削方向
5DoF
ロボットアーム
ドリル長が10.0mmの場合角度による
先端の位置誤差は0.393mm
Z0 ,Z1
Z2
Z3
E
φ
ψ
実験条件
切削方向を鉛直方向に固定
角度(ψ，φ) = (90°, 160°)に固定
5DoFロボットアームを用いて20回試行
Fig. d 実験セットアップ
Fig. e 5DoFロボットアームの模式図
3. 実験結果
v 提案手法を用いた切削動作の再現