深部の狭小空間における従来の経鼻手術の操作性不足や術中の進入経路ナビゲーション情報の不足という問題に対し、進入姿勢光ファイバー・ナビゲーションを備えた経鼻柔軟手術ロボットを提案した。フレキシブルボールジョイントの直列接続とピン-スロット構成を採用し、巧みさとねじれ擾乱に対する耐性を兼ね備えた柔軟メカアームの構成を設計し、幾何学的解析とD-Hパラメータ法を組み合わせて手術ロボットの順運動学・逆運動学モデルを構築した。各柔軟メカアーム内に90°間隔で2路の分散型光ファイバー・ナビゲーションセンサーを埋め込み、ステレオビジョンと極限学習機を組み合わせたデータ駆動型進入姿勢光ファイバー現場校正法を提案し、従来のオフライン校正で生じる測定誤差および微分幾何学理論に基づく姿勢取得方法における誤差蓄積の問題を回避し、手術ロボットの術中高精度形態・位置自認識を実現した。実験結果は、柔軟メカアームの最大曲げ角度が105°に達し、80°の曲げ角範囲内で許容負荷が0.9 Nであることを示した。光ファイバーナビゲーションにより、自由環境および障害物環境における柔軟メカアーム末端の最大位置予測誤差はそれぞれ0.920 mm、1.635 mmであり、本稿で提案した進入姿勢光ファイバーナビゲーションを備えた経鼻柔軟手術ロボットの有効性と実現可能性を検証した。

光ファイバーナビゲーション;柔軟手術ロボット;極限学習機;位置追跡