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手術支援ロボットarXiv:2603.02553

「はさみを渡して」:衝突回避機能を備えた手術器具受け渡し用双腕手術支援ロボット

Give me scissors: Collision-Free Dual-Arm Surgical Assistive Robot for Instrument Delivery

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手術中に看護師が器具を渡す負担を軽減するため、視覚言語モデルとリアルタイム障害物距離認識を統合し、動的環境でも衝突なく器具を受け渡せる双腕ロボットシステムを提案した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 手術中の scrub nurse の反復的な instrument delivery を代替する dual-arm surgical assistive robot を提案。 - vision-language model により surgeon の指示から grasping と delivery の trajectory を zero-shot で自動生成。 - 動的環境での reactive obstacle avoidance と self-collision prevention を unified quadratic programming framework で実現。 - 実験で 83.33% の delivery 成功率と全試行での滑らかで衝突のない動作を確認。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 既存の robotic scrub nurse は instrument delivery に predefined paths を用いるため、汎化性が低く動的環境で安全リスクがある。 - 本研究は vision-language model による zero-shot な trajectory 生成と、real-time obstacle minimum distance perception を統合し、動的環境での安全性と汎化性を向上。 - 具体的な先行研究名は要旨からは不明。

3. 技術・手法の肝は?

- vision-language model を利用し、surgeon の指示に基づいて robot の grasping と delivery の trajectory を zero-shot で生成。 - real-time obstacle minimum distance perception 手法を提案し、unified quadratic programming framework に統合。 - これにより dual-arm robot の自律移動中に reactive obstacle avoidance と self-collision prevention を保証。

4. どうやって有効だと検証した?

- Extensive experimental validations を実施。 - 提案システムは surgical instrument delivery で 83.33% の成功率を達成。 - 全試行において滑らかで衝突のない動きを維持したことを確認。

5. 議論はある?

- 要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で参照/比較されている研究は明示されていない。 - 関連手法として robotic scrub nurse、vision-language model、quadratic programming を用いた collision avoidance の文献が候補。 - 同分野の定番として surgical robotics における trajectory planning や human-robot collaboration の研究が挙げられる。

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Xuejin Luo, Shiquan Sun, Runshi Zhang, Ruizhi Zhang, Junchen Wang

分類: cs.RO, cs.CV, cs.HC, cs.LG

原文アブストラクト

During surgery, scrub nurses are required to frequently deliver surgical instruments to surgeons, which can lead to physical fatigue and decreased focus. Robotic scrub nurses provide a promising solution that can replace repetitive tasks and enhance efficiency. Existing research on robotic scrub nurses relies on predefined paths for instrument delivery, which limits their generalizability and poses safety risks in dynamic environments. To address these challenges, we present a collision-free dual-arm surgical assistive robot capable of performing instrument delivery. A vision-language model is utilized to automatically generate the robot's grasping and delivery trajectories in a zero-shot manner based on surgeons' instructions. A real-time obstacle minimum distance perception method is proposed and integrated into a unified quadratic programming framework. This framework ensures reactive obstacle avoidance and self-collision prevention during the dual-arm robot's autonomous movement in dynamic environments. Extensive experimental validations demonstrate that the proposed robotic system achieves an 83.33% success rate in surgical instrument delivery while maintaining smooth, collision-free movement throughout all trials. The project page and source code are available at https://give-me-scissors.github.io/.

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