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手術ロボットarXiv:2609.27099

低侵襲脳神経外科手術のための単一ポート3アームロボットツールの設計とモデリング

Design and Modeling of a Single-Port Three-Arm Robotic Tool for Minimally Invasive Neurosurgery

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単一の切開創から挿入できる、外径7.14mmのメインカニューレと3本の外径1.93mmのステアラブルなマイナーカニューレからなる12自由度の手術ロボットツールを設計・モデル化し、静的・運動学モデルを実験で検証した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 単一ポートで3本のアームを操作する低侵襲脳神経外科用ロボットツールの設計とモデリング。 - 外径7.14 mmのメジャーカニューレと外径1.93 mmのステアラブルなマイナーカニューレ3本で構成。 - 12自由度のステアラブルツールと7自由度ロボットアームを統合し、マルチアーム操作を可能にする。 - 腱駆動関節とコンパクトなアクチュエーションシステムを備える。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 単一の切開からの限られたアクセス下で、小型化と操作性の向上を実現。 - 従来の手術ロボットと比較して、より高い自由度とマルチアーム操作能力を提供。 - 具体的な先行研究との比較は要旨からは不明。

3. 技術・手法の肝は?

- 腱駆動関節を備えたステアラブルロボットツールの設計。 - コンパクトなアクチュエーションシステムによる制御。 - 運動学モデルの導出。 - 静力学モデルと運動学モデルの実験的検証。

4. どうやって有効だと検証した?

- 実験データと運動学モデル間のRMSEとMAEを計算して性能を評価。 - 静力学モデルと運動学モデルの両方を実験で検証。

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ない。同分野の定番として、da Vinci Surgical System、Raven II、単一ポート手術ロボット(例:SPORT)、腱駆動マニピュレータ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: Nazia H. Dana, Harith S. Gallage, Ismail A. Auta, Dhanvi Yuvaraj, Ronghuai Qi

分類: cs.RO

原文アブストラクト

Surgical robots require highly dexterous and compact robotic systems capable of operating effectively within confined anatomical spaces. However, due to limited access provided by a single incision, the miniaturization and maneuverability of these robots still need to be improved. In this paper, we propose the design and modeling of a single-port three-arm robotic tool containing one major cannula (7.14 mm outer diameter (OD)) and three steerable minor cannulas (1.93 mm OD). By integrating the proposed 12 degrees-of-freedom (DoFs) steerable robotic tool with a 7-DoF robotic arm, this robotic system can potentially achieve multi-arm manipulation capability. We present the design of the steerable robotic tool consisting of tendon-driven joints controlled by a compact actuation system, derive the kinematic model, and validate both the static and kinematic models through experiments. The performance is evaluated with the root mean square error (RMSE) and mean absolute error (MAE) computed between the experimental data and the kinematic model.

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