6月9日（火）に第67回STARCアドバンストセミナー「アシストロボット技術」を開催（共通プログラム参画株主会社限定）

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外科領域では1990年代より患者QOLの向上を考慮し、内視鏡を用いた低侵襲外科手術が世界中で普及してきた。さらに、その技術的困難を克服すべく手術支援ロボットの開発と臨床応用が実現した。世界で用いられている手術支援ロボット、ダビンチは現在約3000台で、我が国では2009年に薬事が承認され、200台近くに至っている。世界で実施されているロボット手術症例の70%は骨盤内臓器に対する手術で、他の部位に関しては、まだコストパフォーマンスなどの問題で普及するに至っていない。我が国では、独自の方法でロボット開発を行ってきたが、未来の手術室は、ナビゲーションシステムなど情報システムとの融合が最重要と考えている。

本講演では、多元計算解剖学などのソフト開発と、最新の手術支援ロボット開発の状況について紹介する。

機械・ロボットの医療応用では、従来の産業機械では見られない様々なニーズが多く存在している。例えば、身体に装着して運動を支援するロボットは、小型・軽量でありながら、当然ながら機械要素とは大きく性質の異なる人体と共存し、その機能を向上させる役割を担う。低侵襲手術と呼ばれる人体へ細径の器具を挿入して行う手術では、狭所へ侵入し、かつ微細な操作を行う必要がある。これらの新たなニーズに答えるため、講演者が取り組んでいるのが柔軟メカニズムである。紹介する柔軟メカニズムは、ばねの要素により機構構造そのものが柔軟に変形し、動力へ変換し、伝達する点に特徴がある。

本講演では具体的な開発事例として、日常生活やリハビリテーションに用いるための手指運動機能支援装置、また低侵襲手術支援ロボットに関する研究開発を紹介する。

開腹手術に代わる低侵襲外科手術は、患者の痛みの低減、入院期間の短縮など患者のQOL (Quality of Life)が高く、近年急速に普及している。しかし、本手術は高度な技術と熟練を必要とする。上記の背景から、ロボット技術により同手術を支援する医療機器開発の研究が盛んに行われている。現状のロボットでは操作を内視鏡からの画像情報に頼っている。
そこで、著者らは空気圧駆動が比較的大きな力を発生できることから、減速機を用いることなく直接駆動に適している点に着目し、スレーブ側鉗子マニピュレータに空気圧駆動を採用した、力覚提示機能を有する小型な手術支援ロボットシステムの開発を進めている。また、そこから派生した内視鏡を保持するマニピュレータを術者の頭部動作で操作するシステムを開発している。文部科学省ほかの支援を受けて研究開発を進め、2014年に大学発ベンチャー企業を起業し、実用化を目指している。

本講演では、開発中のシステムの概要と、医療機器開発ベンチャーの起業および医療機器を実用化する上での留意点など、実体験を踏まえて紹介する。

自動車の組立ラインは、500名以上の作業者が携わる労働集約型ラインであり、この組立ラインにおいて、いかに高効率な人員運用・工程編成を進めるかが、競争力の要となる。そこで、生産変動に応じて最適な工程編成を可能とするため、柔軟かつ迅速にライン長の変更が可能なコンベアや、容易に配置を変更可能なシンプルな組立設備の開発、展開が進められてきた。しかし、効率化の手段の一つである自働機に目を向けると、その活用範囲は大きくない。この原因として、扱う部品種類の多様さが挙げられる。組立ラインでは三千点近くに及ぶ多種多様な部品を取り扱う必要があるが、現在の技術で自働化が可能な工程は多くない。また、過去に実現できた自働機も構造が複雑化し、維持管理工数の増大、工程変更への対応が困難などの問題が生じていた。そこで、重厚長大な自動化ではなく、安全柵不要で人と共存可能な自働化を進めてきた。

本講演ではそのロボット開発と導入について紹介する。

従来の産業用ロボットは安全柵で人から隔離して運用されてきた。しかし、近年、人と同じ空間を共有し、協働するロボットが盛んに開発され、広がりつつある。

本講演では、講演者が関わってきた開発事例におけるロボットの機構と制御を概説する。具体的には、従来のロボットではモータ出力の大部分が自重を支えるために無駄に使用されていたが、低出力のモータによる駆動を実現するための重力補償機構について述べる。さらにレーザセンサやバンパースイッチなどの死角をなくすため、ロボットアームとの接触を検知する外力推定および柔軟制御について解説する。また、パワーをアシストするだけでなく、人のスキルを向上させるアシスト制御の事例を紹介する。