JP6000641B2 - マニピュレータシステム - Google Patents

Description

本発明は、マニピュレータシステムに関する。例えば、マスタスレーブ方式の医療用のマニピュレータシステムに関する。

従来、外科手術の手術支援を行うための医療用マニピュレータとして、マスタスレーブ方式のマニピュレータシステムが知られている。このような医療用マニピュレータでは、スレーブマニピュレータに装着された手術に用いる器具（スレーブ動作部）、例えば、鉗子や持針器などの動作を操作入力するマスタグリップ（マスタ操作部）を備え、操作者である外科医がマスタグリップを操作することにより、マスタグリップの動きをこの器具に伝達する。
このようなマニピュレータシステムとして、例えば、特許文献１には、入力ハンドルを開閉することにより、エンドエフェクタの開閉動作を制御する医療用ロボットシステムが記載されている。

米国特許第７７７８７３３号明細書

しかしながら、上記のような従来のマニピュレータシステムには、以下のような問題があった。
例えば、スレーブ動作部が、鉗子などからなり、生体組織や術具などを把持する場合、これら被把持物の大きさや硬さは様々である。
一方、マスタ操作部を操作する操作者は、画像情報などの限られた情報から、被把持物の大きさや硬さを判断するため、マスタ操作部の操作入力が実際の被把持物に適合しない場合がある。例えば、操作者が操作入力する開閉角が把持に必要な開閉角に比べて小さすぎる場合、スレーブ動作部は被把持物を把持してからも指令値通りに閉じようとする。このとき、被把持物が硬いとそれ以上閉じることができなくなり、開閉角がマスタ操作部の操作入力に応じた開閉角とずれてしまう。
このとき、一時的に連動制御が停止状態になる。その後、閉じ操作ができないことに気がついた操作者が開く操作を行うと、スレーブ動作部の開閉角がマスタ操作部の操作入力に応じた開閉角に一致した瞬間に、連動制御が再開されることになる。
この場合、操作者は、いつ連動制御が再開されるか把握できないため、予期できない動作が起こってしまうおそれがある。このため、適正な作業が行えず、作業に支障をきたすおそれがあるという問題がある。例えば、被把持物の把持状態が急に解除されて被把持物を落としてしまったり、スレーブ動作部が予期しない動きをして外科手術に支障を来したりするおそれがある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、スレーブ動作部の動作がマスタ操作部の操作入力に応じた動作からずれた場合に、作業に支障を来すことなくスレーブ動作部の連動を再開できるマニピュレータシステムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明のマニピュレータシステムは、操作者が操作入力を行うマスタ操作部と、前記操作入力に対応して動作可能なスレーブ動作部と、前記操作入力を解析し、該操作入力に連動して前記スレーブ動作部を動作させる制御を行う連動制御部と、を有するマニピュレータシステムであって、前記操作者が操作可能であり、操作されたときに、前記マスタ操作部の前記操作入力に基づく前記スレーブ動作部の連動を許可するモードに入る連動許可モード信号を前記連動制御部に送出する連動許可入力部を備え、前記マスタ操作部は、前記操作入力を行うため、開閉可能に設けられた操作部材と、該操作部材の開閉角を検出し、前記操作部材の開閉角の検出値を前記連動制御部に送出するマスタ角度検出部と、を備え、前記スレーブ動作部は、開閉可能に設けられた開閉動作部と、該開閉動作部の開閉角を検出し、前記開閉動作部の開閉角の検出値を前記連動制御部に送出するスレーブ角度検出部と、を備え、前記連動許可入力部は、前記操作部材が最大限開く位置に移動したことを検出して、前記連動許可モード信号を発生する位置検出スイッチを備え、前記連動制御部は、前記スレーブ動作部の動作が前記操作入力に応じた動作からずれた場合に、連動制御を停止して、前記マスタ操作部の前記操作入力と前記スレーブ動作部の動作状態とを監視し、前記位置検出スイッチが発生した前記連動許可モード信号を受信後であって、前記操作部材の開閉角の検出値と前記開閉動作部の開閉角の検出値とが対応したことによって前記操作入力が前記動作状態に合致したことを検知したとき、かつ前記操作部材の開閉角の検出値が前記操作部材の閉じ方向に変化している場合に、前記スレーブ動作部の動作を前記操作入力に応じた動作に連動させる構成とする。

また、本発明のマニピュレータシステムでは、前記連動許可入力部は、前記操作部材が最大限開く位置に移動したことを検出して、前記連動許可モード信号を発生する位置検出スイッチからなることが好ましい。

また、本発明のマニピュレータシステムでは、前記連動許可入力部は、前記マスタ操作部の表面に設けられた入力スイッチからなることが好ましい。

また、本発明のマニピュレータシステムでは、前記連動許可入力部は、前記マスタ操作部と別体に設けられた入力スイッチからなることが好ましい。

また、本発明のマニピュレータシステムでは、前記入力スイッチは、フットスイッチからなることが好ましい。

また、本発明のマニピュレータシステムでは、前記連動制御部は、前記連動許可モード信号の受信後であって、前記操作部材の開閉角の検出値と前記開閉動作部の開閉角の検出値とが対応したとき、かつ前記操作部材の開閉角の検出値が前記操作部材の開き方向に変化している場合にも、前記スレーブ動作部を前記操作入力に応じた動作に連動させることが可能であり、前記開き方向に変化している場合に連動させるか、前記閉じ方向に変化している場合に連動させるかを選択可能であることが好ましい。

本発明のマニピュレータシステムによれば、操作者が操作可能な連動許可入力部を備えるため、予期しないタイミングで連動動作が起こることを防止でき、スレーブ動作部の動作がマスタ操作部の操作入力に応じた動作からずれた場合に、作業に支障を来すことなくスレーブ動作部の連動を再開できるという効果を奏する。

本発明の実施形態のマニピュレータシステムの概略構成を示す模式的な斜視図である。 図１におけるマニピュレータシステムに含まれる他のマスタ操作部を示す模式的な斜視図である。 本発明の実施形態のマニピュレータシステムの主要部のシステム構成を示す模式的なシステム構成図である。 本発明の実施形態のマニピュレータシステムの動作の一例を説明する模式的なグラフである。 本発明の実施形態のマニピュレータシステムの動作説明図である。 本発明の実施形態のマニピュレータシステムの図５に続く動作説明図である。 本発明の実施形態のマニピュレータシステムの表示場面の一例を示す模式図である。 本発明の実施形態の第１変形例のマニピュレータシステムのマスタ操作部を示す模式的な断面図である。 本発明の実施形態の第２変形例のマニピュレータシステムの主要部を示す模式的な構成図である。 本発明の実施形態の第３変形例のマニピュレータシステムの主要部を示す模式的な斜視図である。 本発明の実施形態の第４変形例のマニピュレータシステムのマスタ操作部を示す模式的な断面図である。 本発明の実施形態および各変形例に適用可能なばねの変形例（第５変形例）を示すマスタ操作部を示す模式的な構成図である。

以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
まず、本実施形態のマニピュレータシステムについて説明する。
図１は、本発明の実施形態のマニピュレータシステムの概略構成を示す模式的な斜視図である。図２は、図１におけるマニピュレータシステムに含まれる他のマスタ操作部を示す模式的な斜視図である。図３は、本発明の実施形態のマニピュレータシステムの主要部のシステム構成を示す模式的なシステム構成図である。

図１（一部の構成は図２、３）に示すように、本実施形態のマスタスレーブマニピュレータ５００（マニピュレータシステム）は、例えば、外科手術を行うための医療用マニピュレータであり、スレーブマニピュレータ３００と、操作者Ｏｐによる操作入力を受けてスレーブマニピュレータ３００の動作を遠隔操作する操作入力装置１００とを備える。

スレーブマニピュレータ３００は、処置具３０２と、処置具３０２を患者Ｐの周囲で可動支持するスレーブアーム３０１と、処置具３０２およびスレーブアーム３０１の可動部の動作を制御するスレーブ制御部３０３と、処置具３０２およびスレーブアーム３０１を支持する支持体３０４とを備える。
なお、図１は模式図のため、処置具３０２、スレーブアーム３０１は、それぞれ１台ずつ設けられている場合の例が図示されているが、処置具３０２、スレーブアーム３０１はそれぞれ複数設けられていてもよい。複数設けられている場合には、操作者Ｏｐは、そのうちの２台を選択し、右手と左手を用いて、２台を同時に操作することが可能である。
また機能ブロック図の一部の信号の図示も省略している。

処置具３０２は、外科手術に用いる種々の術具や処置具を採用することができるが、以下では、一例として、図３に示すように、軸状部３１２の先端（患者Ｐの体腔に向かう側の端部）に設けられて開閉動作を行う開閉部３１１（スレーブ動作部、開閉動作部）と、開閉部３１１を開閉する開閉駆動部３１３とを備える場合の例で説明する。
このような処置具３０２の例としては、例えば、鉗子や持針器などを挙げることができる。

開閉部３１１は、回動支軸３１１ｃを中心として開閉中心軸線Ｏ_３１１に対して左右対称に開閉する一対の処置具片３１１ｂを備える。
なお、図３では、開閉中心軸線Ｏ_３１１が軸状部３１２の中心軸線と整列しているように描いている。ただし、開閉部３１１は、図示略の関節を介して軸状部３１２と連結されていてもよく、この場合には、開閉中心軸線Ｏ_３１１は、軸状部３１２の中心軸線に対して傾斜する姿勢を取ることも可能である。

以下では、開閉部３１１の開閉角として、開閉中心軸線Ｏ_３１１と各処置具片３１１ｂの把持面３１１ａ同士のなす角度θ_Ｓを用いることにする。すなわち、角度θ_Ｓは、各把持面３１１ａのなす角の半分である。
このため、処置具片３１１ｂが開き方向に移動すると角度θ_Ｓは増大する。処置具片３１１ｂが閉じ方向に移動すると、角度θ_Ｓは減少する。
ただし、この開閉角の定義は、一例であって、例えば、各把持面３１１ａのなす角である角度２θ_Ｓを採用してもよい。

開閉駆動部３１３は、その動作が、制御部４００から送出される駆動指令値４０３に基づいてスレーブ制御部３０３から送出される駆動信号３１３ａにより制御される。このため、開閉駆動部３１３は、後述するスレーブ制御部３０３を介して、制御部４００と電気的に接続されている。
開閉駆動部３１３の構成としては、開閉部３１１を開閉させる適宜のアクチュエータを採用することができる。
また、開閉駆動部３１３は、開閉駆動部３１３の開閉角を検出するエンコーダ３１４（スレーブ角度検出部）を備えている。

エンコーダ３１４は、検出された開閉角に対応する出力信号３１４ａを生成し、スレーブ制御部３０３に送出できるようになっている。
エンコーダ３１４の構成は特に限定されず、例えば、開閉部３１１の回動量を直接的に検出するロータリエンコーダであってもよいし、開閉部３１１の開閉動作に連動する直動部材の移動量を検出するリニアエンコーダやこの直動移動を回動量に変換して検出するロータリエンコーダであってもよい。

また、エンコーダ３１４は、アブソリュート型でもよいし、インクリメント型でもよい。
インクリメント型を採用する場合には、適宜の位置校正手段を設け、この位置校正手段により、処置具片３１１ｂが一定の校正位置に達したかどうかを監視し、処置具片３１１ｂが校正位置に達したときに、エンコーダ３１４の出力信号３１４ａをリセットする構成とすることが好ましい。このような構成によれば、校正位置を通過するたびに出力信号３１４ａを校正することができるため、インクリメント型であっても、開閉部３１１の開閉角を正確に検出することができる。

スレーブアーム３０１は、処置具３０２を適宜の位置および姿勢で保持する多関節アームからなり、スレーブ制御部３０３に電気的に接続され、スレーブ制御部３０３からの制御信号に応じて動作が制御されるようになっている。

スレーブ制御部３０３は、図１に示すように、後述するマニピュレータ制御部４０２からの制御信号に基づいて、スレーブマニピュレータ３００の制御を行うとともに、スレーブマニピュレータ３００から送信される各可動部の位置情報や制御に必要な検知信号等をマニピュレータ制御部４０２に送出するものである。このため、スレーブ制御部３０３は、後述する制御部４００のマニピュレータ制御部４０２およびスレーブマニピュレータ３００の各可動部と電気的に接続されている。
例えば、スレーブ制御部３０３は、処置具３０２の開閉部３１１に対して、駆動指令値４０３に基づいて開閉部３１１の開閉を行うための駆動信号３１３ａを送出して、開閉制御を行う。
また、スレーブ制御部３０３は、エンコーダ３１４から出力信号３１４ａを取得し、マニピュレータ制御部４０２に転送する。

操作入力装置１００は、図１に示すように、マスタ入力部２００と、制御部４００（連動制御部）とを備える。
マスタ入力部２００は、操作者Ｏｐによる操作をスレーブマニピュレータ３００に伝達するマスタとして機能するものであって、表示部２０１（情報表示部）と、マスタアーム２０２と、マスタグリップ２０３Ｌ、２０３Ｒ（マスタ操作部）とを有している。

表示部２０１は、図示略のカメラおよび制御部４００と電気的に接続されており、カメラや制御部４００からの情報を表示して、操作者Ｏｐが見られるようにするものである。
表示部２０１の表示の種類としては、例えば、カメラによって撮影される患者Ｐの術部およびその近傍の映像、例えば、フットスイッチ等の不図示の入力手段による操作入力を行う操作入力画面、操作者Ｏｐに対する種々の情報、ガイダンス、警告メッセージなどの文字や画像などを挙げることができる。

マスタアーム２０２は、スレーブマニピュレータ３００におけるスレーブアーム３０１の位置および姿勢を操作するための操作者Ｏｐの操作をスレーブマニピュレータ３００に伝達するものであり、制御部４００と通信可能に接続されている。
本実施形態のマスタアーム２０２は、アーム基端部２０２ｂが、例えば、表示部２０１の下部等のマスタ入力部２００内の定位置に連結された２本の多関節アーム２０２Ｌ（図１参照）および多関節アーム２０２Ｒ（図２参照）からなる。
多関節アーム２０２Ｌ、２０２Ｒは、それぞれ操作者Ｏｐが表示部２０１を見ながら操作できるように表示部２０１の前側に配置されている。
また、多関節アーム２０２Ｌ、２０２Ｒは、それぞれ、操作者Ｏｐの左手、右手による操作入力に対応している。
多関節アーム２０２Ｌ、２０２Ｒにおいて操作者Ｏｐ側となるアーム先端部２０２ａには、操作者Ｏｐが把持して操作入力を行うマスタグリップ２０３Ｌ、２０３Ｒが設けられている。
多関節アーム２０２Ｌ、２０２Ｒは、それぞれ、関節ごとに関節の動作量を検知するエンコーダを備えており、各エンコーダの出力を関節ごとの操作信号として制御部４００に送出できるようになっている。

マスタグリップ２０３Ｌ、２０３Ｒは、それぞれ操作者Ｏｐの左手、右手の操作により、それぞれ、多関節アーム２０２Ｌ、２０２Ｒに対応するスレーブアーム３０１と、このスレーブアーム３０１に設けられた処置具３０２とに対する操作入力を行うものである。
マスタグリップ２０３Ｌ、２０３Ｒは、それぞれ左手、右手で把持や操作が容易となるように互いに面対称となる形状に設けることができるが、以下では、一例として、いずれも同一形状のマスタグリップ１（図３参照）からなるものとして説明する。

マスタグリップ１の概略構成は、図３に示すように、グリップ部１ａ、筐体部１ｄ、操作ハンドル１ｂ（操作部材）、ばね３、エンコーダ４（マスタ角度検出部）、および位置検出スイッチ６（連動許可入力部）を備える。
なお、図３は、図２におけるＡ視の平面図として描かれているが、図３は模式図のため、例えば、図２に示された筐体部１ｄの図示は省略している。

グリップ部１ａは、図２に示すように、操作者Ｏｐが片手で把持する筒状体であり、一方の端部に、アーム先端部２０２ａに向かって延出された筐体部１ｄを備える。
筐体部１ｄは、その先端部において、アーム先端部２０２ａと連結されている。
また、グリップ部１ａの端部には、一対の操作ハンドル１ｂが筐体部１ｄを挟んで可動支持され、操作ハンドル１ｂをＶ字状に開いた状態の開閉角を変えられるようになっている。
本実施形態では、図３に示すように、各操作ハンドル１ｂの一端部が、グリップ部１ａの内部に設けられた回動支軸１ｃによって回動可能に支持されている。

各操作ハンドル１ｂは、操作者Ｏｐの指を係止することによって、開閉動作を行うことができれば、棒状、板状等の適宜の形状を採用することができる。例えば、操作者Ｏｐの把持位置を特定できるように、凹凸部が形成されていてもよい。また、図示は省略するが、操作者Ｏｐの指のうごきに操作ハンドル１ｂが追従しやすいように、例えば、操作を行う指を開閉方向において係止する突起部や、指を挿入する指挿入部などを設けた構成としてもよい。

ばね３は、一対の操作ハンドル１ｂを開き方向に付勢するばね部材であり、操作ハンドル１ｂの先端部（グリップ部１ａと反対側の端部）寄りの位置において、操作ハンドル１ｂの間に装着されている。
ただし、ばね３のばね種類や取り付け位置は、一対の操作ハンドル１ｂに対して、各操作ハンドル１ｂが開く方向に付勢できれば、特に限定されない。図３には、圧縮コイルばねの両端部が、各操作ハンドル１ｂの互いに対向する側面に装着されている場合の例を示している。
ばね３の長さは、操作を行わない場合に、操作ハンドル１ｂの開閉角が最大の開閉角よりも小さい一定値となるように設定されている。

このような構成により、操作ハンドル１ｂに外力が作用しない場合（以下、自然状態と称する）には、マスタグリップ１は、図３に実線で示すように、ばね３の付勢力により、一定の開閉角でＶ字状に開いた状態になっている。
また、操作者Ｏｐがグリップ部１ａを手で握って、例えば、親指と人差し指とでそれぞれの操作ハンドル１ｂを把持して、各操作ハンドル１ｂを移動させると、各操作ハンドル１ｂが回動支軸１ｃを中心として回動するため、開閉角が変化する。
以下では、マスタグリップ１における操作ハンドル１ｂの開閉角として、開閉中心軸線Ｏ_１と各操作ハンドル１ｂとのなす角度θ_Ｍを用いることにする。すなわち、角度θ_Ｍは、各操作ハンドル１ｂのなす角の半分である。
ただし、この開閉角の定義は、一例であって、例えば、各把持面３１１ａのなす角である角度２θ_Ｓを採用してもよい。

このように操作ハンドル１ｂを開閉すると、ばね３の伸縮量に応じて、ばね３からの反力が発生するため、操作者Ｏｐは操作抵抗を感じることになる。例えば、操作ハンドル１ｂを閉じていくと、開閉角が小さくなるにつれて操作抵抗が増大する。このため、一対の操作ハンドル１ｂによって、操作者Ｏｐが被把持物を実際に把持しているかのような感覚を持つことが可能となる。
また、本実施形態では、操作者Ｏｐは、操作ハンドル１ｂを自然状態からさらに開く操作を行うことが可能である。以下ではこの最大の開閉角を角度θ_ＭＡで表す。
このような操作ハンドル１ｂを自然状態からさらに開く操作では、ばね３の引っ張りによる弾性復元力による操作抵抗が発生する。この操作抵抗は最大の開閉角に近づくにつれて増大する。

エンコーダ４は、各操作ハンドル１ｂの開閉角を検出し、開閉角に対応する検出値を出力信号４ａとして、制御部４００に送出するものである。本実施形態では、エンコーダ４は、グリップ部１ａの内部に設けられ、制御部４００と電気的に接続されている。
エンコーダ４の構成は、本実施形態では、操作ハンドル１ｂの回動量を直接的に検出するロータリエンコーダを採用している。ただし、操作ハンドル１ｂの開閉動作に連動する直動部材の移動量を検出するリニアエンコーダやこの直動移動を回動量に変換してロータリエンコーダで検出する構成としてもよい。

また、エンコーダ４は、アブソリュート型でもよいし、インクリメント型でもよい。
インクリメント型を採用する場合には、適宜の位置校正手段を設け、この位置校正手段により、操作ハンドル１ｂが一定の校正位置に達したかどうかを監視し、操作ハンドル１ｂが校正位置に達したときに、エンコーダ４の出力信号４ａをリセットする構成とすることが好ましい。このような構成によれば、校正位置を通過するたびに出力信号４ａを校正することができるため、インクリメント型であっても、操作ハンドル１ｂの開閉角を正確に検出することができる。

位置検出スイッチ６は、一方の操作ハンドル１ｂの位置を検出することにより操作ハンドル１ｂが最大の開閉角まで開いたことを検出して、連動許可モード信号６ａを発生し、連動許可モード信号６ａを制御部４００に送出する位置検出器であり、制御部４００と電気的に接続されている。
連動許可モード信号６ａは、制御部４００によって、マスタグリップ１の操作入力に基づく開閉部３１１の連動を許可するモード（以下、連動許可モード）に入るために用いられる信号である。

位置検出スイッチ６の種類としては、操作ハンドル１ｂと機械的に当接したことを検知する接点スイッチや、操作ハンドル１ｂの移動位置を電気的、磁気的、光学的に検出する位置検知センサや、速度検知センサなどを採用することができる。

本実施形態では、位置検出スイッチ６は、グリップ部１ａに一端部が固定された支持アーム部材５において、操作ハンドル１ｂが最大限開いたときの一方の操作ハンドル１ｂに、開き方向側で面するように装着されている。
支持アーム部材５は、図３に二点鎖線で示すように、最大限開いたときの一方の操作ハンドル１ｂに対して、開閉中心軸線Ｏ_１と反対側で対向する位置関係となるように、グリップ部１ａから延ばされている。

制御部４００の機能構成は、図１に示すように、マスタ制御部４０１と、マニピュレータ制御部４０２と、を有している。
マスタ制御部４０１は、マスタ入力部２００から送出される信号を受信し、この信号に基づいた動作を実現するため、スレーブマニピュレータ３００の制御対象となる可動部の駆動量を解析し、可動部選択信号４０４と、可動部選択信号４０４で選択される可動部への駆動指令値４０３と、をマニピュレータ制御部４０２に送出するものである。
ここで、可動部選択信号４０４は、スレーブアーム３０１の関節などの各可動部と、スレーブアーム３０１に保持される処置具３０２の開閉部３１１とに、それぞれ独立に割り当てられている。

マスタ制御部４０１は、マスタアーム２０２からの各関節からの信号を解析して、マスタグリップ２０３Ｌ、２０３Ｒの位置および姿勢を算出し、これに合わせてスレーブアーム３０１に支持された処置具３０２の先端の位置および姿勢を制御するために必要なスレーブアーム３０１の各可動部の駆動指令値４０３を生成することができる。駆動指令値４０３は、各可動部に対応する可動部選択信号４０４とともに、スレーブ制御部３０３に送出されるようになっている。

また、マスタ制御部４０１は、マスタ制御部４０１に送出されたマスタグリップ２０３Ｌ、２０３Ｒに対応する各エンコーダ４からの出力信号４ａに基づいて、開閉部３１１に送出する駆動指令値４０３も生成して、マニピュレータ制御部４０２に送出することができる。この駆動指令値４０３を、以下では、特に開閉指令値４０３Ａと称する。
出力信号４ａと開閉指令値４０３Ａとの対応関係は、マスタ制御部４０１の不図示の記憶部に、例えば、テーブルや変換式データなどとして記憶されている。この対応関係は、必要に応じて設定することができる。
例えば、操作ハンドル１ｂの開閉角θ_Ｍと開閉部３１１の開閉角θ_Ｓとが、一致する対応でもよいし、適宜倍率による線形の対応でもよいし、線形性を有しない対応でもよい。

また、マスタ制御部４０１は、マニピュレータ制御部４０２に制御信号４０５を送出することで、「連動モード」と「連動停止モード」とを選択的に切り換えることができるようになっている。
ここで、「連動モード」とは、マニピュレータ制御部４０２とスレーブ制御部３０３との間で通信を行って開閉指令値４０３Ａをスレーブ制御部３０３に送出し、これにより、開閉部３１１の動作を開閉指令値４０３Ａに基づく動作に連動させるモードである。
また、「連動停止モード」とは、マニピュレータ制御部４０２からスレーブ制御部３０３への通信を停止して、開閉指令値４０３Ａがスレーブ制御部３０３に送出されない状態とし、これにより、開閉指令値４０３Ａに基づく連動動作を停止するモードである。
ただし、連動停止モードでは、エンコーダ３１４からは、出力信号３１４ａが送出され続けており、この出力信号３１４ａは、スレーブ制御部３０３およびマニピュレータ制御部４０２を介して、マスタ制御部４０１に送出され続ける。

連動モードが開始されるのは、マスタ制御部４０１が連動許可モード信号６ａの受信した後であって、出力信号４ａで検出される操作ハンドル１ｂの開閉角と、出力信号３１４ａで検出される開閉部３１１の開閉角とが対応したとき、かつ出力信号４ａで検出される操作ハンドル１ｂの開閉角が操作ハンドル１ｂの閉じ方向に変化している場合である。
ここで、操作ハンドル１ｂの開閉角が開閉部３１１の開閉角に「対応」するとは、予め設定された上記対応関係に基づいて、出力信号４ａから生成された開閉指令値４０３Ａの表す開閉角が、出力信号３１４ａで検出される開閉部３１１の開閉角が一致することを意味する。すなわち、上記対応関係を関数ｆで表すと、θ_Ｓ＝ｆ（θ_Ｍ）の関係にあることを意味する。
このような対応関係にあるとき、操作ハンドル１ｂによる操作入力と、開閉部３１１の動作状態とは対応関係に基づいて合致している。

連動停止モードは、開閉部３１１の動作が、開閉指令値４０３Ａに基づく動作から許容値以上ずれてしまった場合に、マスタ制御部４０１がマニピュレータ制御部４０２に制御信号４０５を送出することによって開始される。
このため、マスタ制御部４０１は、スレーブ制御部３０３およびマニピュレータ制御部４０２を介してエンコーダ３１４から送出される出力信号３１４ａを取得して、開閉部３１１が開閉指令値４０３Ａに従って連動しているかどうかを常時監視している。

マニピュレータ制御部４０２は、マスタ制御部４０１から送出される駆動指令値４０３の動作を実現するため、スレーブ制御部３０３を介して、可動部選択信号４０４で選択されたスレーブマニピュレータ３００の各可動部と通信を行って、各可動部の動作制御を行うものである。
特に、マニピュレータ制御部４０２は、制御信号４０５によって連動停止モードに切り換えられるまでは、スレーブ制御部３０３に開閉指令値４０３Ａを送出している。これにより、スレーブ制御部３０３は、開閉部３１１の開閉動作をマスタグリップ１の操作入力に対応した開閉動作に制御する。
また、制御信号４０５によって連動停止モードに切り換えられると、開閉指令値４０３Ａの送出が停止されるため、制御信号４０５によって連動モードに切り換えられるまでは、開閉部３１１の動作制御は行われない。

制御部４００の装置構成は、本実施形態では、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース、外部記憶装置などからなるコンピュータを採用しており、このコンピュータによって上記の制御機能を実現する制御プログラムを実行する構成としている。

次に、本実施形態のマスタスレーブマニピュレータ５００の動作について、マスタグリップ１による開閉部３１１の制御動作を中心として説明する。
図４は、本発明の実施形態のマニピュレータシステムの動作の一例を説明する模式的なグラフである。横軸は時間ｔ、縦軸はエンコーダ出力θである。図５は、本発明の実施形態のマニピュレータシステムの動作説明図である。図６は、本発明の実施形態のマニピュレータシステムの図５に続く動作説明図である。ただし、図５、６において（ａ−１）、（ａ−２）、（ａ−３）はマスタ操作部の動作を、（ｂ−１）、（ｂ−２）、（ｂ−３）はこれに対応する開閉部３１１の動作を示す。図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の実施形態のマニピュレータシステムの表示場面の一例を示す模式図である。

まず、マスタスレーブマニピュレータ５００の正常時の動作について、簡単に説明する。
マスタスレーブマニピュレータ５００によれば、図１に示すように、マスタグリップ２０３Ｌ、２０３Ｒを把持した操作者Ｏｐが、表示部２０１を見ながら、マスタグリップ２０３Ｌ、２０３Ｒの位置または姿勢を変化させる操作を行うことができる。これに伴って、マスタアーム２０２の各可動部からのエンコーダの出力信号が、マスタ制御部４０１に送出される。
マスタ制御部４０１は、これらの出力信号を解析して、マスタグリップ２０３Ｌ、２０３Ｒのそれぞれの位置および姿勢に対応してスレーブマニピュレータ３００を駆動するためのスレーブアーム３０１の各可動部の駆動指令値４０３を生成し、マニピュレータ制御部４０２に送出する。
マニピュレータ制御部４０２は、送出された駆動指令値４０３を、スレーブアーム３０１の駆動信号に変換して、スレーブ制御部３０３に送出する。これにより、スレーブアーム３０１が駆動制御されて、処置具３０２の先端の位置および姿勢が、マスタグリップ２０３Ｌ、２０３Ｒのそれぞれの位置および姿勢に対応して制御される。

一方、これと並行して、操作者Ｏｐは、必要に応じて、マスタグリップ２０３Ｌ、２０３Ｒの操作ハンドル１ｂを操作して、その開閉角を変える。このとき、マスタグリップ２０３Ｌ、２０３Ｒには、ばね３が設けられているため、操作ハンドル１ｂを閉じるとばね３が変形し、変形量に応じて弾性復元力が発生する。このため、操作ハンドル１ｂを操作する操作者Ｏｐの手に操作抵抗が感じられる。
このような操作ハンドル１ｂの操作により、マスタグリップ２０３Ｌ、２０３Ｒの各エンコーダ４の出力信号４ａがマスタ制御部４０１に送出される。
マスタ制御部４０１は、この各エンコーダ４からの出力信号４ａに基づいて、処置具３０２の先端に設けられた開閉部３１１の開閉を行う可動部である開閉駆動部３１３の駆動信号に対応する開閉指令値４０３Ａを生成し、開閉駆動部３１３に対応する可動部選択信号４０４とともに、スレーブ制御部３０３に送出する。これにより、開閉駆動部３１３が駆動制御されて、処置具３０２の開閉部３１１の開閉角が、各操作ハンドル１ｂの開閉角に対応して制御される。
このため、開閉部３１１は被把持物を把持したり把持解除したりすることが可能となる。

このようにして、操作者Ｏｐは、マスタ入力部２００を通して、スレーブマニピュレータ３００を遠隔操作して外科手術を行うことができる。

次に、開閉部３１１の開閉動作がマスタグリップ２０３Ｌ、２０３Ｒに基づいて適正に制御できなくなった場合に動作ついて説明する。
マスタグリップ２０３Ｌ、２０３Ｒは、いずれもマスタグリップ１からなるため、以下では、マスタグリップ１と開閉部３１１との関係を説明する。
また、簡単のため、操作ハンドル１ｂの開閉角θ_Ｍと開閉部３１１の開閉角θ_Ｓとが同一角度となる対応関係の制御を行う場合の例で説明する。
エンコーダ４、３１４の出力信号４ａ、３１４ａは、開閉角の大きさを表すものとする。すなわち、エンコーダ４、３１４のエンコーダ出力θは、操作ハンドル１ｂ、開閉部３１１の開閉角がθになっていることを示すものとする。

開閉部３１１の開閉動作が、マスタグリップ１の開閉動作と連動しなくなる原因は種々考えられるが、操作入力とずれた動作を続けると正確な開閉が行われず、開閉部３１１を用いた作業に支障が生じる。このため、マスタ制御部４０１は、開閉部３１１の開閉動作を常時監視して、許容値以上に開閉角がずれると、制御信号４０５によって、連動停止モードに切り換える。
このような状況は、特に、被把持物を把持したときに発生することが多い。例えば、操作者Ｏｐは、遠隔操作を行っているため、被把持物の大きさや硬さについて十分な情報を有している訳ではない。例えば、被把持物が十分硬いにも関わらず被把持物の大きさよりも開閉角を閉じてしまうと、開閉部３１１は開閉指令値４０３Ａに対応する開閉角に閉じることができなくなり、操作ハンドル１ｂの開閉角と開閉部３１１の開閉角が相違してしまう。また、被把持物が変形可能であっても抵抗が大きかったり、閉じ速度が速すぎたりすると、やはり開閉部３１１は開閉指令値４０３Ａに対応する開閉角に閉じることができない。

時刻ｔ_０（以下、時刻ｔ_ｎの添字ｎは、時間的な順序を示し、添字が大きい方が時間的に後であることを表す。）において操作ハンドル１ｂおよび開閉部３１１の開閉角がθ_０（ただし、θ_０＜θ_ＭＡ）に開いている状態から、操作ハンドル１ｂを閉じて、図５（ａ−２）に示すような柔軟性を有する被把持物Ｗ（図５（ａ−２）参照）を把持するものとする。
このとき、エンコーダ４、３１４のエンコーダ出力θは、図４に示すように、時間とともに、折れ線９０、９１のように、θ_０から減少していく。ここで、操作ハンドル１ｂと開閉部３１１とは連動状態にあるため、折れ線９０、９１は重なっている。
なお、エンコーダ出力の変化を折れ線で表しているのは一例であり、操作ハンドル１ｂの操作の仕方によっては、適宜の曲線状の変化を示す操作入力を行うことが可能である。

図４に示すように、時刻ｔ_１において、例えば、開閉部３１１が被把持物Ｗを把持した状態で、操作入力に合わせて閉じることができなくなった（θ＝θ_１、ただし、θ_１＜θ_０）ものとする（図５（ａ−１）、（ａ−２）参照）。
この場合、図４の点ａで折れ線９０、９１に分岐する時刻ｔ_１以後は、エンコーダ４のエンコーダ出力θは折れ線９０のように低下するのに対して、エンコーダ３１４のエンコーダ出力θは、折れ線９１（図示太破線参照）のように、θ＝θ_１のままである。
マスタ制御部４０１は、時刻ｔ_１の直後に、開閉角が許容値以上ずれていることを検出すると、制御信号４０５をマニピュレータ制御部４０２に送出して、連動停止モードに切り換える。これにより、操作者Ｏｐが操作ハンドル１ｂをさらに開閉しても、これに対応する開閉指令値４０３Ａは、マニピュレータ制御部４０２からスレーブ制御部３０３に送出されることはない。
このため、開閉駆動部３１３は、連動停止モートに入った際の開閉角のままで停止する。

また、マスタ制御部４０１は、連動停止モードに切り換えると、図７（ａ）に示すように、表示部２０１の表示画面２０１ａに連動障害が発生したことを知らせる警告表示Ｍ１（例えば「連動障害発生」）と、操作者Ｏｐの対処方法を説明するガイダンス表示Ｍ２（例えば「グリップを全開にしてください」）とを表示させる。

操作者Ｏｐがガイダンス表示Ｍ２を見て、図４に示すように、時刻ｔ_２から操作ハンドル１ｂを開いていくと（図５（ｂ−１）参照）、エンコーダ４のエンコーダ出力θは、θ_２（ただし、θ_２＜θ_１）からθ_ＭＡに向かって増大していく。
その際、時刻ｔ_３において、エンコーダ４のエンコーダ出力がθ_１（点ｃ参照）となって、エンコーダ３１４のエンコーダ出力と一致する状態になる。
このとき、位置検出スイッチ６は操作ハンドル１ｂを検知しておらず、連動許可モード信号６ａは未発生であるため、連動許可モードになっていない。また、マスタ制御部４０１は、出力信号４ａの変化から、操作ハンドル１ｂの開閉角が開き方向に変化していることを検出している。
このため、本実施形態では、マスタ制御部４０１は、連動モードに切り換えず、エンコーダ４のエンコーダ出力が増大しても、開閉部３１１は連動せず、エンコーダ３１４のエンコーダ出力はθ＝θ_１のままである。すなわち、開閉部３１１は操作ハンドル１ｂの操作入力によって開かれることはない（図５（ａ−２）参照）。

時刻ｔ_４になると、操作者Ｏｐは操作ハンドル１ｂを最大の開閉角まで開く（図４の点ｄ参照）。このとき、図５（ｃ−１）に示すように、一方の操作ハンドル１ｂが、位置検出スイッチ６の位置検出位置に位置するため、位置検出スイッチ６は、連動許可モード信号６ａをマスタ制御部４０１に送出する。これにより、連動許可モードが開始される。
マスタ制御部４０１は、図７（ｂ）に示すように、連動許可モードに入り、連動障害を解消することが可能になったことを操作者Ｏｐに知らせるため、表示部２０１の表示画面２０１ａに情報表示Ｍ３（例えば「連動準備」）と、操作者Ｏｐの対処方法を説明するガイダンス表示Ｍ４（例えば「グリップを閉じてください」）とを表示させる。

操作者Ｏｐは、表示部２０１に図７（ｂ）の表示によって、これからの操作によって連動が開始されることが分かるため、連動開始した際の操作について予め準備しておくことができる。
操作者Ｏｐは、ガイダンス表示Ｍ４を見て、操作ハンドル１ｂを閉じていく。これにより、エンコーダ４のエンコーダ出力θは、θ_ＭＡからθ_１に向かって減少していく。
その際、時刻ｔ_５において、エンコーダ４のエンコーダ出力がθ_１（点ｅ参照）となって、エンコーダ３１４のエンコーダ出力と一致する（図６（ａ−１）、（ａ−２）参照）。
このとき、連動許可モードになっており、マスタ制御部４０１は、出力信号４ａの変化から、操作ハンドル１ｂの開閉角が閉じ方向に変化していることを検出している。
このため、マスタ制御部４０１は、マニピュレータ制御部４０２に制御信号４０５を送出して、連動停止モードを連動モードに切り換える。
また、マスタ制御部４０１は、図７（ｃ）に示すように、連動モードに入り、連動障害が解消されたことを操作者Ｏｐに知らせるために、表示部２０１に情報表示Ｍ５（例えば「連動ＯＫ」）と、詳細情報表示Ｍ６（例えば「スレーブは連動します」）とを表示させる。

これにより、開閉部３１１の連動が再開され、以後、開閉部３１１の開閉角が操作ハンドル１ｂの開閉角と同様に変化する。
そこで、操作者Ｏｐは、時刻ｔ_１から行う予定であった操作、例えば、被把持物Ｗをさらに強く把持するように閉じる、といった操作を継続することができる（図６（ｂ−１）、（ｂ−２）、図４の直線ｅｆ参照）。
また、必要に応じて、操作ハンドル１ｂを開いて、被把持物Ｗの把持解除を行うことも可能である（図６（ｃ−１）、（ｃ−２）参照）。この場合、操作者Ｏｐは連動が再開されたことを了解した上で、操作ハンドル１ｂを開いていくため、被把持物Ｗが突然落下したりすることがないように、開く速さを調整したり、マスタグリップ１を移動してマスタアーム２０２を操作し、例えば、把持解除を行うのが適切な場所に開閉部３１１を移動した後に把持解除を行う、といった対処が可能となる。

このように、マスタスレーブマニピュレータ５００によれば、操作者Ｏｐが操作可能な連動許可入力部として、位置検出スイッチ６を備えるため、予期しないタイミングで連動動作が起こることを防止できる。このため、開閉部３１１の動作がマスタグリップ１の操作入力に応じた動作からずれた場合に、開閉部３１１による作業性を向上することができる。

［第１変形例］
次に、本実施形態の第１変形例について説明する。
図８は、本発明の実施形態の第１変形例のマニピュレータシステムのマスタ操作部を示す模式的な断面図である。

上記実施形態のマスタグリップ１が、位置検出スイッチ６により操作ハンドル１ｂの位置検出を行うことで連動許可モード信号６ａを発生する構成であるのに対して、図８に示す本変形例のマスタグリップ１０（マスタ操作部）は、操作ハンドル１ｂと連動して直動する部材（後述の移動軸１３ａ）の位置を検出するものであり、位置検出スイッチ６はグリップ部１ａに内蔵されている。
本変形例のマスタグリップ１０は、上記実施形態のマスタグリップ１と同様に、マスタスレーブマニピュレータ５００におけるマスタグリップ２０３Ｌ、２０３Ｒとして使用することが可能である。
以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。

本変形例のマスタグリップ１０は、上記実施形態のマスタグリップ１の回動支軸１ｃ、ばね３、エンコーダ４に代えて、回動支軸１０ｃ、アクチュエータ１３、エンコーダ１４（マスタ角度検出部）を備える。

回動支軸１０ｃは、上記実施形態の回動支軸１ｃに代えて、操作ハンドル１ｂの一端部を回動可能に支持するものである。回動支軸１０ｃは、グリップ部１ａの内部において開閉中心軸線Ｏ_１を挟み、開閉中心軸線Ｏ_１に関して対称な２位置に配置され、この２位置で各操作ハンドル１ｂの一端部をそれぞれ支持している。

アクチュエータ１３は、各操作ハンドル１ｂを開閉中心軸線Ｏ_１に関して対称に開閉動作できるようにするとともに、操作ハンドル１ｂの操作に伴って操作抵抗を発生させるためのものである。
アクチュエータ１３の概略構成は、開閉中心軸線Ｏ_１に沿って直動移動する移動軸１３ａと、移動軸１３ａの一端部を移動可能に支持するとともに移動方向と逆方向に抵抗力を発生させる抵抗発生部１３ｂとを備える。

移動軸１３ａの他端部は、筐体部１ｄの基端側（グリップ部１ａに近い側）の内部に設けられたスライドガイド１０ｄによって直動移動可能に支持されている。
移動軸１３ａの他端部における先端１３ｃは、スライドガイド１０ｄから筐体部１ｄの基端側に向いて突出されている。
また、移動軸１３ａの中間部と、各操作ハンドル１ｂとの間には、回動支軸１０ｃ回りの各操作ハンドル１ｂの回動運動を移動軸１３ａに伝達して移動軸１３ａを直動運動させるリンク１０ｅが連結されている。これにより、操作ハンドル１ｂの開閉角と、移動軸１３ａとの移動量とは、一対一の関係にあり、移動軸１３ａの移動量から操作ハンドル１ｂの開閉角を検出することができる。

グリップ部１ａにおいて、移動軸１３ａの先端１３ｃの前方には、先端１３ｃの移動範囲よりも離れた位置には、位置検出スイッチ６を配置するための支持板１０ａが設けられている。
支持板１０ａ上の位置検出スイッチ６は、移動軸１３ａの先端１３ｃの位置検出を行い、操作ハンドル１ｂの最大の開閉角に対応する位置に先端１３ｃが到達したかどうかを検知することができる位置に配置されている。

抵抗発生部１３ｂは、移動軸１３ａの移動に抗する弾性部材、例えば、スプリングなどのばね部材、空気ばねなどを備え、筐体部１ｄの先端側（グリップ部１ａと反対側）の内部に固定されている。

エンコーダ１４は、アクチュエータ１３の移動軸１３ａの移動量を検出して、この検出値の出力信号１４ａをマスタ制御部４０１に送出するものであり、図示略の配線により、マスタ制御部４０１と電気的に接続されている。
マスタ制御部４０１に送出された出力信号１４ａは、マスタ制御部４０１に予め記憶された変換テーブルなどにより、操作ハンドル１ｂの開閉角に換算される。

本変形例のマスタグリップ１０によれば、上記実施形態のマスタグリップ１と同様に、操作ハンドル１ｂを最大の開閉角に開く操作者Ｏｐの操作により、位置検出スイッチ６から、マスタ制御部４０１に連動許可モード信号６ａを送出することができる。
したがって、上記実施形態と同様にして、予期しないタイミングで連動動作が起こることを防止できるため、開閉部３１１の動作がマスタグリップ１０の操作入力に応じた動作からずれた場合に、開閉部３１１による作業性を向上することができる。

［第２変形例］
次に、本実施形態の第２変形例について説明する。
図９は、本発明の実施形態の第２変形例のマニピュレータシステムの主要部を示す模式的な構成図である。

図９に示すように、本変形例のマスタスレーブマニピュレータ５０１（マニピュレータシステム）は、上記実施形態のマスタスレーブマニピュレータ５００のマスタグリップ１に代えて、マスタグリップ２０を備え、入力スイッチ２６（連動許可入力部）を追加したものである。
以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。

本変形例のマスタグリップ２０は、上記実施形態のマスタグリップ１の支持アーム部材５、位置検出スイッチ６を削除したものである。

入力スイッチ２６は、マスタグリップ２０と別体に設けられ、操作者Ｏｐが適宜のタイミングで操作することにより、連動許可モードに入るための連動許可モード信号２６ａを発生させ、この連動許可モード信号２６ａをマスタ制御部４０１に送出するものである。このため、入力スイッチ２６は、マスタ制御部４０１と電気的に接続されている。
入力スイッチ２６の構成は、操作者Ｏｐが操作可能な入力スイッチであれば、特に限定されない。例えば、操作者Ｏｐが手で操作することができる押しボタンスイッチや、操作者Ｏｐが足で操作することができるフットスイッチなどを好適に採用することができる。

本変形例のマスタスレーブマニピュレータ５０１によれば、連動許可モード信号２６ａを、操作者Ｏｐの操作により適宜のタイミングで発生させることができるため、マスタ制御部４０１が連動障害を検出すると、上記実施形態と同様にして、連動停止モードに切り換えるとともに、図７（ａ）におけるガイダンス表示Ｍ２に代えて、例えば「連動を再開する準備ができたら、入力スイッチを操作してください」のように、操作者Ｏｐが入力スイッチ２６を操作することを促すメッセージを表示させる。
これにより、操作者Ｏｐは、警告表示Ｍ１とこのようなガイダンス表示によって連動障害が発生したことが理解されるため、操作者Ｏｐは、連動再開の準備をした上で、入力スイッチ２６を操作し、連動許可モードに入ることができる。

連動許可モードに入ると、マスタ制御部４０１は、図７（ｂ）とほぼ同様な画面表示を行うが、ガイダンス表示Ｍ４は、例えば「グリップを障害発生時より開いてからゆっくり閉じてください」と言ったメッセージを表示させる。
これにより、操作者Ｏｐは、操作ハンドル１ｂを図４におけるエンコーダ出力θ_１よりもわずかに開いて、点ｃを超えた適宜の開閉角から、操作ハンドル１ｂを閉じる操作を行うことができる。この操作により、閉じ方向において出力信号４ａのエンコーダ出力がθ_１に一致すると、上記実施形態と同様にして、マスタ制御部４０１によって連動停止モードから連動モードに切り換えられ、連動が再開される。

このようにして、本変形例では、操作者Ｏｐは、操作ハンドル１ｂの開閉角を最大の開閉角まで開くことなく、迅速に連動の修復を図ることができる。
また、連動障害発生時の開閉角からわずかに開いて閉じるだけで、連動を再開することができるため、連動障害発生時とほぼ同じ操作状態から連動を開始することができるため、開閉部３１１を用いた作業を、円滑に継続することができる。
特に、入力スイッチ２６として、フットスイッチを採用すれば、操作者Ｏｐがマスタグリップ２０からまったく手を離すことなく操作を行うことができるため、さらに円滑に作業を継続することできる。

［第３変形例］
次に、本実施形態の第３変形例について説明する。
図１０は、本発明の実施形態の第３変形例のマニピュレータシステムの主要部を示す模式的な断面図である。

図１０に示すように、本変形例のマスタスレーブマニピュレータ５０２（マニピュレータシステム）は、上記実施形態のマスタスレーブマニピュレータ５００のマスタグリップ１に代えて、マスタグリップ３０を備える。
以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。

本変形例のマスタグリップ３０は、上記実施形態のマスタグリップ１の支持アーム部材５、位置検出スイッチ６を削除し、入力スイッチ３６（連動許可入力部）を、筐体部１ｄの表面に配置したものである。すなわち、マスタグリップ３０は、上記第２変形例のマスタグリップ２０に入力スイッチ３６を追加した構成になっている。

入力スイッチ３６は、操作者Ｏｐが適宜のタイミングで操作することにより、連動許可モードに入るため、上記第２変形例と同様の連動許可モード信号２６ａを発生させ、この連動許可モード信号２６ａをマスタ制御部４０１（図１０では図示略）に送出するものである。このため、入力スイッチ３６は、マスタ制御部４０１と電気的に接続されている。
入力スイッチ３６の配置は、筐体部１ｄの表面であって、操作者Ｏｐが操作可能な位置であればどこでもよいが、本変形例では、操作者Ｏｐが操作入力を行うためにグリップ部１ａを把持して状態で、いずれかの指で、操作できる位置に設けることが好ましい。
好ましい配置の一例としては、図１０に示すように、グリップ部１ａを握ったときに、上側となる、筐体部１ｄの上面１ｅを挙げることができる。この場合、例えば、操作者Ｏｐの人差し指を上方に移動させることで、入力スイッチ３６を操作することが可能となる。このとき、他方の操作ハンドル１ｂは、操作者Ｏｐの親指で操作することが可能であり、人差し指を離しても、操作ハンドル１ｂの開閉角は、連動障害発生時と同じ角度に保つことができる。

入力スイッチ３６の構成は、操作者Ｏｐが操作可能な入力スイッチであれば、特に限定されない。例えば、操作者Ｏｐが手で操作することができる押しボタンスイッチを好適に採用することができる。

本変形例のマスタスレーブマニピュレータ５０２によれば、上記第２変形例のマスタスレーブマニピュレータ５０１と同様に、操作者Ｏｐが、操作ハンドル１ｂの開閉角を最大の開閉角まで開くことなく、迅速に連動の修復を図ることができ、連動障害発生時とほぼ同じ操作状態から連動を開始することができるため、開閉部３１１を用いた作業を、円滑に継続することができる。
特に、入力スイッチ３６が筐体部１ｄの表面に設けられているため、グリップ部１ａを把持した状態でも容易に入力スイッチ３６を操作することができるため、さらに円滑に作業を継続することできる。

［第４変形例］
次に、本実施形態の第４変形例について説明する。
図１１は、本発明の実施形態の第４変形例のマニピュレータシステムのマスタ操作部を示す模式的な断面図である。

図１１に示すように、本変形例のマスタグリップ４０は、上記第１変形例のマスタグリップ１０から位置検出スイッチ６を削除し、筐体部１ｄの側面１ｆに上記第３変形例の入力スイッチ３６を配置したものである。
本変形例のマスタグリップ４０は、上記実施形態のマスタグリップ１と同様に、マスタスレーブマニピュレータ５００におけるマスタグリップ２０３Ｌ、２０３Ｒとして使用することが可能である。
以下、上記実施形態および上記第１変形例と異なる点を中心に説明する。

本変形例における入力スイッチ３６の配置位置は、操作者Ｏｐがグリップ部１ａを握ったとき、人差し指で操作する側の操作ハンドル１ｂが設けられた側面１ｆであって、操作ハンドル１ｂの先端よりもわずかに筐体部１ｄの先端側となる位置としている。
このため、操作者Ｏｐの人差し指を筐体部１ｄの先端側に移動させることで、入力スイッチ３６を操作することが可能となる。このとき、本変形例においても、他方の操作ハンドル１ｂは、操作者Ｏｐの親指で操作することが可能であり、人差し指を離しても、操作ハンドル１ｂの開閉角は、連動障害発生時と同じ角度に保つことができる。

本変形例のマスタグリップ４０によれば、操作者Ｏｐが、操作ハンドル１ｂの開閉角を最大の開閉角まで開くことなく、迅速に連動の修復を図ることができ、連動障害発生時とほぼ同じ操作状態から連動を開始することができるため、上記第３変形例と同様に、開閉部３１１を用いた作業を、円滑に継続することができる。

なお、上記実施形態および各変形例の説明では、マスタ操作部がスレーブ動作部の開閉操作を行う場合の例で説明したが、マスタ操作部の操作入力は、開閉操作には限定されない。例えば、スレーブ動作部が直動動作を行って対象物を押圧するような場合に、直動動作の操作入力を行う構成としてもよい。

また、上記の実施形態および各変形例の説明では、マスタ操作部がスレーブ動作部の開閉操作を行う場合に、開閉中心軸線に対して左右対称に開閉する場合の例で説明したが、適宜の軸線に対して非対称に開閉してもよい。また、一対の操作部材、または一対の処置具片の一方に対して他方のみが移動して開閉動作するようにしてもよい。

また、上記実施形態および各変形例の説明では、連動制御部は、連動許可モード信号の受信後であって、操作部材の開閉角の検出値と開閉動作部の開閉角の検出値とが対応したとき、かつ操作部材の開閉角の検出値が操作部材の閉じ方向に変化している場合に、スレーブ動作部を操作入力に応じた動作に連動させる場合の例で説明した。
このような構成とすれば、連動が再開されたとき、操作部材が閉じる方向に移動しているため、誤って被把持物を落としたりすることがない。
ただし、連動許可モードは、操作者Ｏｐの操作によって連動許可入力部で発生する連動許可モード信号によって開始されるため、操作者Ｏｐは連動再開のタイミングを予期することができ、連動再開時の操作入力を準備できる状態にある。このため、連動を予期できず、連動再開の準備もできない場合に比べると、開閉部３１１が連動開始後に開いて行く場合にも、誤って把持物を落としたりするおそれは格段に少ない。
したがって、連動制御部は、連動許可モード信号の受信後であって、操作部材の開閉角の検出値と開閉動作部の開閉角の検出値とが対応したとき、かつ操作部材の開閉角の検出値が操作部材の開く方向に変化している場合に、スレーブ動作部を操作入力に応じた動作に連動させるようにすることが可能である。
この場合、連動再開直後は、開閉部３１１が開く方向に移動するため、被把持物に押圧力を作用しない。したがって、被把持物の変形を防止することができる。

また、連動制御部は、連動許可モード信号の受信後であって、操作部材の開閉角の検出値と開閉動作部の開閉角の検出値とが対応したとき、かつ操作部材の開閉角の検出値が操作部材の開き方向または閉じ方向に変化している場合に、スレーブ動作部を操作入力に応じた動作に連動させることが可能であり、開き方向に変化している場合に連動させるか、閉じ方向に変化している場合に連動させるかを選択可能である構成とすることも可能である。
この場合、作業開始前に、操作者Ｏｐが、被把持物の種類や特性に合わせて、連動開始条件を、操作部材の開き方向とするか、閉じ方向とするか選択することができるため、被把持物の種類や特性に合わせて連動を再開させることができるため、連動障害が発生した場合でも、作業性を向上することができる。

また、上記の実施形態および各変形例の説明では、マスタ制御部４０１が、表示部２０１に表示を行うことで、操作者Ｏｐに、連動障害の発生、連動許可モードへの移行、連動再開などを通知する場合の例で説明したが、音や音声で通知する構成とすることも可能である。

また、上記の実施形態および各変形例の説明では、ばね３が自然状態のときに操作部材は最大開閉角に開いておらず、自然状態からさらに延ばされたときに位置検出スイッチ６を押圧する構成の場合の例で説明したが、ばね３の設置形態はこのような形態には限定されない。
例えば、ばね３が自然状態のときにちょうど最大開閉角に開くとともに、位置検出スイッチ６に押圧される構成とすることが可能である。
また、図１２（ａ）、（ｂ）に示す構成も可能である。図１２（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態および各変形例に適用可能なばねの変形例（第５変形例）を示すマスタ操作部を示す模式的な構成図である。
この変形例（第５変形例）のマスタグリップ１Ａ（マスタ操作部）は、上記実施形態のマスタグリップ１のばね３に代えてばね３Ａを備える。ばね３Ａの一端部（図示右側）は一方（図示右側）の操作ハンドル１ｂの内側に固定され、他端部（図示左側）は他方の操作ハンドル１ｂと接離可能に対向されている。
これにより、図１２（ｂ）に示すように、操作ハンドル１ｂが、ばね３Ａが自然状態の長さ以下となる開閉角まで閉じられると、ばね３Ａの弾性復元力が発生して操作抵抗が生じる。また、図１２（ａ）に示すように、操作ハンドル１ｂが、ばね３Ａの自然状態の長さ以上に間隔があく開閉角まで開かれると、ばね３Ａによる操作抵抗は発生しない。
このような構成によれば、位置検出スイッチ６を押圧する際に、操作抵抗が発生しないため、軽い力で迅速に位置検出スイッチ６を押圧することができる。

また、上記の実施形態、および各変形例に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせを代えたり、削除したりして実施することができる。

１、１Ａ、１０、２０、３０、４０、２０３Ｌ、２０３Ｒ マスタグリップ（マスタ操作部）
１ａ グリップ部
１ｂ 操作ハンドル（操作部材）
１ｄ 筐体部
１ｅ 上面（マスタ操作部の表面）
１ｆ 側面（マスタ操作部の表面）
４、１４ エンコーダ（マスタ角度検出部）
４ａ、１４ａ、３１４ａ 出力信号
６ 位置検出スイッチ（連動許可入力部）
６ａ、２６ａ 連動許可モード信号
１３ アクチュエータ
１３ａ 移動軸
１３ｂ 抵抗発生部
２６、３６ 入力スイッチ（連動許可入力部）
２０１ 表示部（情報表示部）
３００ スレーブマニピュレータ
３１１ 開閉部（開閉動作部）
３１３ 開閉駆動部
３１３ａ 駆動信号
３１４ エンコーダ（スレーブ角度検出部）
４００ 制御部（連動制御部）
４０１ マスタ制御部
４０２ マニピュレータ制御部
４０３ 駆動指令値
４０３Ａ 開閉指令値
４０５ 制御信号
５００、５０１、５０２ マスタスレーブマニピュレータ（マニピュレータシステム）
Ｍ１ 警告表示
Ｍ２ ガイダンス表示
Ｍ３ 情報表示
Ｍ４ ガイダンス表示
Ｍ５ 情報表示
Ｍ６ 詳細情報表示
Ｏｐ 操作者
Ｗ 被把持物

Claims (6)

1. 操作者が操作入力を行うマスタ操作部と、前記操作入力に対応して動作可能なスレーブ動作部と、前記操作入力を解析し、該操作入力に連動して前記スレーブ動作部を動作させる制御を行う連動制御部と、を有するマニピュレータシステムであって、
   前記操作者が操作可能であり、操作されたときに、前記マスタ操作部の前記操作入力に基づく前記スレーブ動作部の連動を許可するモードに入る連動許可モード信号を前記連動制御部に送出する連動許可入力部を備え、
   前記マスタ操作部は、
   前記操作入力を行うため、開閉可能に設けられた操作部材と、
   該操作部材の開閉角を検出し、前記操作部材の開閉角の検出値を前記連動制御部に送出するマスタ角度検出部と、
   を備え、
   前記スレーブ動作部は、
   開閉可能に設けられた開閉動作部と、
   該開閉動作部の開閉角を検出し、前記開閉動作部の開閉角の検出値を前記連動制御部に送出するスレーブ角度検出部と、
   を備え、
   前記連動許可入力部は、
   前記操作部材が最大限開く位置に移動したことを検出して、前記連動許可モード信号を発生する位置検出スイッチを備え、
   前記連動制御部は、
   前記スレーブ動作部の動作が前記操作入力に応じた動作からずれた場合に、連動制御を停止して、前記マスタ操作部の前記操作入力と前記スレーブ動作部の動作状態とを監視し、
   前記位置検出スイッチが発生した前記連動許可モード信号を受信後であって、前記操作部材の開閉角の検出値と前記開閉動作部の開閉角の検出値とが対応したことによって前記操作入力が前記動作状態に合致したことを検知したとき、かつ前記操作部材の開閉角の検出値が前記操作部材の閉じ方向に変化している場合に、前記スレーブ動作部の動作を前記操作入力に応じた動作に連動させる
   ことを特徴とするマニピュレータシステム。
2. 前記連動制御部から送出される情報を表示する情報表示部を備え、
   前記連動制御部は、
   前記連動許可モード信号の受信後であって、前記スレーブ動作部が前記操作入力に応じた動作に連動したことを検出したとき、前記情報表示部に連動が再開されたことを表示させる
   ことを特徴とする請求項１に記載のマニピュレータシステム。
3. 前記連動許可入力部は、
   前記マスタ操作部の表面に設けられた入力スイッチからなる
   ことを特徴とする請求項１に記載のマニピュレータシステム。
4. 前記連動許可入力部は、
   前記マスタ操作部と別体に設けられた入力スイッチからなる
   ことを特徴とする請求項１に記載のマニピュレータシステム。
5. 前記入力スイッチは、
   フットスイッチからなる
   ことを特徴とする請求項４に記載のマニピュレータシステム。
6. 前記連動制御部は、
   前記連動許可モード信号の受信後であって、前記操作部材の開閉角の検出値と前記開閉動作部の開閉角の検出値とが対応したとき、かつ前記操作部材の開閉角の検出値が前記操作部材の開き方向に変化している場合にも、前記スレーブ動作部を前記操作入力に応じた動作に連動させることが可能であり、
   前記開き方向に変化している場合に連動させるか、前記閉じ方向に変化している場合に連動させるかを選択可能である
   ことを特徴とする請求項１に記載のマニピュレータシステム。

Images