JP2014148037A - マスタースレーブロボットの制御装置及び制御方法、マスタースレーブロボット、並びに、制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】スレーブ機構とマスター機構との間で慣性が異なる場合でもマスター機構に大きな力を加えて大きく移動してしまうことを防ぎ、大きく移動しないように補正しても人がフィードバックされた力を感じることができるマスタースレーブロボットを提供する。
【解決手段】対象物を把持し接触しながら作業を行うマスタースレーブ装置１００において、スレーブ機構４０に加えられた力情報を計測する力検出部１３と、マスター機構３３に伝達する力情報の補正開始〜終了時刻までの力補正箇所と、力補正箇所の力情報の絶対値の減少を一定時間維持するようにゲインを決定して補正する第１の方法、又は、力補正箇所の力情報の絶対値を減少させた値以下の範囲内で増減を繰返すようにゲインを決定して補正する第２の方法の補正方法を決定する力補正決定部３６と、力補正決定部からの力補正箇所とゲインに基づいて種別の力情報を補正方法で補正する力補正部４１とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばロボットアームマスタースレーブロボットの動作を生成又は教示する
ためのマスタースレーブロボットの制御装置及び制御方法、マスタースレーブロボットの
制御装置を有するマスタースレーブロボット、並びに、マスタースレーブロボットの制御プログラムに関する。本発明は、人の操作時における力計測装置、人の操作をアシストするマスタースレーブロボットの制御装置及び制御方法、マスタースレーブロボット、並びに、制御プログラムに関する。

近年、人がマスターロボットを遠隔で操作をしてスレーブロボットにより作業を行うマスタースレーブロボットがある。

例えば、人体の腹部に空けた穴に、トロッカーと呼ばれる筒をはめ込み、そのトロッカーからスレーブに固定された専用の内視鏡又は鉗子などの手術器具の先端を体内に挿入し、術者は遠隔でモニタ画面上に映し出された内視鏡の映像を見ながら、マスターを操作してスレーブに固定した鉗子を動かして手術を行う内視鏡手術がある。現場に専門の医師がいなくても遠隔で手術ができる。

また、製造現場では、海外工場にあるスレーブを国内工場から遠隔で教示するマスタースレーブロボットが提案されており、特にフレキシブル基板挿入作業などの熟練を要する作業を、国内工場の熟練者が海外工場のスレーブ機を遠隔で教示することで、場所に問わず教示をすることができる。

いずれのマスタースレーブ方式においても、マスターを操作してスムーズにスレーブを操作する機能に加えて、スレーブにかかる力をマスターにフィードバックする機能が求められる。

しかしながら、スレーブにかかる力をマスターにフィードバックする際に、スレーブが重く、マスターが軽い場合など、両者で慣性力が異なる場合に、スレーブにかかる力をマスターにフィードバックすると、マスターには、スレーブにかかる力に加えて、慣性力が加わるため、マスターに大きな力が加わり、マスターが大きく移動してしまうという課題がある。マスターが大きく移動すると、スレーブも大きく動き、スレーブで把持しているフレキシブル基板などのワークにより作業者又はスレーブに把持した鉗子により生体を傷つけてしまう。

スレーブにかかる力をマスターにフィードバックする方式として、手術ロボットのアーム部及び手術器具に力センサを配置して、鉗子先端にかかる力又はロボットアームに加わる力を検出して、術者にフィードバックしている（特許文献１を参照）。

また、スレーブにかかる力をマスターにフィードバックする提案として、スレーブの先端に加わる力を検出して、検出した力から求めた力積が、所定の閾値以上となった場合に、マスター側にフィードバックされる力の大きさを小さく補正する提案がある（特許文献２を参照）。

さらに、スレーブにかかる力又は速度の情報に基づいて、スレーブにかかる力を拡大してマスターへフィードバックする提案がある（特許文献３を参照）。

特表２０１１−５１７４１９号公報 特開平８−１６４８０７号公報 ＷＯ ２０１２／０２９２２７号公報

しかしながら、特許文献１では、スレーブにかかる力をマスターへフィードバックすることが可能だが、スレーブとマスターとの間で慣性力が異なる場合に、スレーブにかかる力をマスターにフィードバックすると、マスターにはスレーブにかかる力に加えて、慣性力が加わるため、マスターに大きな力が加わり、マスターが大きく移動してしまう。

特許文献２及び特許文献３では、スレーブにかかる力を補正してマスター機にフィードバックできるため、スレーブとマスターとの間で慣性力が異なる場合でもマスターに大きな力を加えてマスターが大きく移動してしまうことは防ぐことが可能だが、逆に、マスター機にかかる力を小さく補正してフィードバックしてしまうため、人がフィードバックされた力を感じにくいという課題がある。

本発明の目的は、このような課題に鑑みてなされたものであり、スレーブ機構とマスター機構との間で慣性が異なる場合でも、マスター機構に大きな力を加えてマスター機構が大きく移動してしまうことを防ぐことに加えて、マスター機構が大きく移動しないように補正しても、人がフィードバックされた力を感じることが可能な、マスタースレーブロボットの制御装置及び制御方法、マスタースレーブロボット、並びに、制御プログラムを提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。

本発明の１つの態様によれば、対象物を把持し、被対象物に対して接触しながら作業を行うスレーブ機構と、前記スレーブ機構を人が遠隔により操作するマスター機構とで構成されるマスタースレーブ装置において、
前記スレーブ機構に外部から加えられた力の力情報を取得する力情報取得部と、
前記力情報と前記スレーブ機構の速度情報とのいずれか１つ以上の情報に基づいて、前記力情報の補正の開始時刻である補正開始時刻から補正の終了時刻である補正終了時刻までの区間の情報である力補正箇所と、前記力補正箇所において、前記力補正箇所の力情報の絶対値を減少させることを一定時間維持するようにゲインを決定して補正する第１の方法と、前記力補正箇所の力情報の絶対値を減少させた値以下の範囲内で減少と増加とを繰り返させるようにゲインを決定して補正する第２の方法との２つの方法からいずれか１つの補正方法とを決定する力補正決定部と、
前記力補正決定部で決定された前記力補正箇所と前記ゲインに基づいて、前記力情報取得部で取得した前記力情報を、前記力補正決定部で決定した補正方法で補正する力補正部と、
前記力補正部で補正した補正後からの力情報を前記マスター機構に伝達する力伝達部と、
前記人が、前記力伝達部からの前記補正後の力情報に基づいて前記マスターマニピュレータを操作するとき、前記マスター機構の操作情報を制御するマスター制御部と、
前記スレーブ機構と前記マスター制御部とに接続され、前記マスター制御部から送られる前記マスター機構の操作情報を前記スレーブ機構に伝達する制御信号を出力するスレーブ制御部とを備えるマスタースレーブロボットの制御装置を提供する。

これらの概括的かつ特定の態様は、システム、方法、コンピュータプログラム並びにシステム、方法及びコンピュータプログラムの任意の組み合わせにより実現してもよい。

本発明の前記態様のマスタースレーブロボットの制御装置及び制御方法、マスタースレーブロボット、並びに、制御プログラムによれば、スレーブ機構とマスター機構との間で慣性が異なる場合でも、マスター機構に大きな力を加えてマスター機構が大きく移動してしまうことを防ぐことに加えて、マスター機構が大きく移動しないように補正しても、人がフィードバックされた力を感じることが可能となる。

本発明の第１実施形態におけるマスタースレーブ装置の構成の概要を示す図 本発明の第１実施形態におけるマスタースレーブ装置の詳細構成を示すブロック図 本発明の第１実施形態における力計測装置の詳細構成を示すブロック図 本発明の第１実施形態における内視鏡手術の操作を説明する図 本発明の第１実施形態における器具位置検出部の一例を説明する図 本発明の第１実施形態におけるリファレンス情報データベースに関する図 本発明の第１実施形態における計測情報データベースに関する図 本発明の第１実施形態における判定結果通知部の一例を説明する図 本発明の第１実施形態における判定結果通知部の一例を説明する図 本発明の第１実施形態における力の時系列変化を示すグラフ 本発明の第１実施形態における力の時系列変化を示すグラフ 本発明の第１実施形態における力の時系列変化を示すグラフ 本発明の第２実施形態における力の時系列変化を示すグラフ 本発明の第２実施形態における力の時系列変化を示すグラフ 本発明の第２実施形態における力の時系列変化を示すグラフ 本発明の第１実施形態における内視鏡手術の操作を説明する図 本発明の第１実施形態における内視鏡手術の操作を説明する図 本発明の第１実施形態における内視鏡手術の操作を説明する図 本発明の第１実施形態における内視鏡手術の操作を説明する図 本発明の第１実施形態における内視鏡手術の操作を説明する図 本発明の第１実施形態における内視鏡手術の操作を説明する図 本発明の第１実施形態における内視鏡手術の操作を説明する図 本発明の第１実施形態における内視鏡手術の操作を説明する図 本発明の第１実施形態における力計測装置の力計測処理のフローチャート 本発明の第１実施形態における挿入時の力と器具の位置の関係を示すグラフ 本発明の第１実施形態における内視鏡手術の操作を説明する図 本発明の第１実施形態における内視鏡手術の操作を説明する図 本発明の第１実施形態における内視鏡手術の操作を説明する図 本発明の第１実施形態における挿入時の力と器具の位置の関係を示すグラフ 本発明の第１実施形態における挿入時の力と器具の位置の関係を示すグラフ 本発明の第１実施形態における挿入時の力及び器具の位置と時間との関係を示すグラフ 本発明の第１実施形態におけるマスタースレーブ装置のフローチャート 本発明の第２実施形態におけるマスタースレーブ装置の構成の概要を示す図 本発明の第２実施形態におけるフレキシブル基板挿入の操作を説明する図 本発明の第２実施形態におけるフレキシブル基板挿入の操作を説明する図 本発明の第２実施形態におけるフレキシブル基板挿入の操作を説明する図 本発明の第２実施形態におけるフレキシブル基板挿入の操作を説明する図 図１６Ａに対応した、本発明の第２実施形態におけるフレキシブル基板挿入の操作を説明するフレキシブル基板挿入口付近の平面図 図１６Ｂに対応した、本発明の第２実施形態におけるフレキシブル基板挿入の操作を説明するフレキシブル基板挿入口付近の平面図 図１６Ｃに対応した、本発明の第２実施形態におけるフレキシブル基板挿入の操作を説明するフレキシブル基板挿入口付近の平面図 図１６Ｄに対応した、本発明の第２実施形態におけるフレキシブル基板挿入の操作を説明するフレキシブル基板挿入口付近の平面図 本発明の第２実施形態におけるフレキシブル基板挿入作業の座標系を説明する図 本発明の第２実施形態におけるマスタースレーブ装置のフローチャート 本発明の第２実施形態におけるマスタースレーブ装置の詳細構成を示すブロック図 本発明の第３実施形態におけるマスタースレーブ装置の詳細構成を示すブロック図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。

本発明の第１態様によれば、対象物を把持し、被対象物に対して接触しながら作業を行うスレーブ機構と、前記スレーブ機構を人が遠隔により操作するマスター機構とで構成されるマスタースレーブ装置において、
前記スレーブ機構に外部から加えられた力の力情報を取得する力情報取得部と、
前記力情報と前記スレーブ機構の速度情報とのいずれか１つ以上の情報に基づいて、前記力情報の補正の開始時刻である補正開始時刻から補正の終了時刻である補正終了時刻までの区間の情報である力補正箇所と、前記力補正箇所において、前記力補正箇所の力情報の絶対値を減少させることを一定時間維持するようにゲインを決定して補正する第１の方法と、前記力補正箇所の力情報の絶対値を減少させた値以下の範囲内で減少と増加とを繰り返させるようにゲインを決定して補正する第２の方法との２つの方法からいずれか１つの補正方法とを決定する力補正決定部と、
前記力補正決定部で決定された前記力補正箇所と前記ゲインに基づいて、前記力情報取得部で取得した前記力情報を、前記力補正決定部で決定した補正方法で補正する力補正部と、
前記力補正部で補正した補正後からの力情報を前記マスター機構に伝達する力伝達部と、
前記人が、前記力伝達部からの前記補正後の力情報に基づいて前記マスターマニピュレータを操作するとき、前記マスター機構の操作情報を制御するマスター制御部と、
前記スレーブ機構と前記マスター制御部とに接続され、前記マスター制御部から送られる前記マスター機構の操作情報を前記スレーブ機構に伝達する制御信号を出力するスレーブ制御部とを備えるマスタースレーブロボットの制御装置を提供する。

本構成によって、スレーブ機構とマスター機構との間で慣性が異なる場合でも、マスター機構に大きな力を加えてマスター機構が大きく移動してしまうことを防ぐことに加えて、マスター機構が大きく移動しないように補正しても、人がフィードバックされた力を感じることができる。

本発明の第２態様によれば、前記力補正決定部は、前記第１〜第２の方法に加えて、所定時間経過後に、前記力補正箇所の力情報の絶対値を減少させるようにゲインを決定して補正する第３の方法を加えた３つの方法からいずれか１つの補正方法を決定する、第１の態様に記載のマスタースレーブロボットの制御装置を提供する。

本構成によって、力をフィードバックする前に、フィードバックしていない時間を長くすることで、より作業時に力を感じやすくすることができる。

本発明の第３態様によれば、前記力情報取得部は、
前記対象物が前記被対象物に接触したときの前記力の情報を検出する力検出部と、
前記対象物が前記被対象物に非接触な状態での前記力に関する情報であるリファレンス情報を生成するリファレンス情報生成部と、
前記被対象物に前記対象物を接触させる際に、前記力検出部で取得した力の情報と前記リファレンス情報とから前記対象物が前記被対象物に作用する力を個別に算出する個別力算出部とを備え、
前記力補正決定部は、前記力補正箇所を決定し、前記力補正部で補正する力について、前記力情報取得部で取得した力の情報か、前記対象物が前記被対象物に個別にかかる力かのどちらかの種別の力を決定する第１又は２の態様に記載のマスタースレーブロボットの制御装置を提供する。

本構成によって、計測した力から被対象物に個々にかかる力を算出（推定）することができる。

本発明の第４態様によれば、前記力補正決定部は、前記力情報取得部で取得した力の情報か又は前記対象物が前記被対象物に個別にかかる力かのどちらかの力の種別と、前記対象物もしくは前記被対象物の柔軟性の度合とのいずれか１つ以上の情報に基づいて、前記力補正箇所の力情報の絶対値を減少させるときの補正量を決定する第１〜３のいずれか１つの態様に記載のマスタースレーブロボットの制御装置を提供する。

本構成によって、スレーブ機構とマスター機構との間で慣性が異なる場合でも、マスター機構に大きな力を加えてマスター機構が大きく移動してしまうことを防ぐことに加えて、力の種別又は柔軟性の度合いを考慮して、マスター機構が大きく移動しないように補正する方法を適切に決定できる。

本発明の第５態様によれば、前記力補正決定部は、前記対象物もしくは前記被対象物の作業方向と前記作業方向と交差する方向とを含む複数の方向において柔軟なほど補正量が少なくなるよう決定する第４の態様に記載のマスタースレーブロボットの制御装置を提供する。

本構成によって、スレーブ機構とマスター機構との間で慣性が異なる場合でも、マスター機構に大きな力を加えてマスター機構が大きく移動してしまうことを防ぐことに加えて、作業方向などを考慮して、マスター機構が大きく移動しないように補正する方法を適切に決定できる。

本発明の第６態様によれば、前記力補正決定部は、前記力補正決定部で決定した前記力の種別が、前記対象物が前記被対象物に個別にかかる力として決定したときの補正量を、前記力情報取得部で取得した力の情報として決定したときの補正量より、大きく補正するよう決定する第４の態様に記載のマスタースレーブロボットの制御装置を提供する。

本構成によって、スレーブ機構とマスター機構との間で慣性が異なる場合でも、マスター機構に大きな力を加えてマスター機構が大きく移動してしまうことを防ぐことに加えて、力の種別による補正量の違いを考慮して、マスター機構が大きく移動しないように補正する方法を適切に決定できる。

本発明の第７態様によれば、前記力補正決定部は、前記補正量が所定の補正方法決定用閾値未満の場合は、前記力補正箇所の力情報の絶対値を所定の補正量分だけ減少させるようにゲインを決定して補正する方法を選択し、前記補正量が所定の補正方法決定用閾値以上の場合は、前記第１の方法もしくは前記第２の方法を決定する第１又は４の態様に記載のマスタースレーブロボットの制御装置を提供する。

本構成によって、スレーブ機構とマスター機構との間で慣性が異なる場合でも、マスター機構に大きな力を加えてマスター機構が大きく移動してしまうことを防ぐことに加えて、補正量を考慮して、マスター機構が大きく移動しないように補正する方法を適切に決定できる。

本発明の第８態様によれば、前記リファレンス情報生成部で検出した力若しくは前記個別力算出部で算出した個々の力情報が所定の負荷判定用閾値以上の場合は前記対象物若しくは前記被対象物に負荷が作用していると判定する力判定部を備える第３の態様に記載のマスタースレーブロボットの制御装置を提供する。

本構成によって、対象物又は被対象物に負荷がかかっているかどうかを力判定部で自動的に判定することができる。

本発明の第９態様によれば、前記リファレンス情報生成部で算出した力又は前記個別力算出部で算出した個々の力又は前記力判定部で判定した判定結果を、前記対象物もしくは前記被対象物を撮像した画像に付加して表示する判定結果通知部をさらに備える第２〜８のいずれか１つの態様に記載のマスタースレーブロボットの制御装置を提供する。

本構成によって、対象物又は被対象物に負荷がかかる場合は、判定結果通知部で、撮像した画像と一緒に負荷の状況を人が確認することができる。

本発明の第１０態様によれば、前記リファレンス情報生成部で算出した力又は前記個別力算出部で算出した個々の力又は前記力判定部で判定した判定結果を音声で前記人に知らせる判定結果通知部をさらに備える第２〜８のいずれか１つの態様に記載のマスタースレーブロボットの制御装置を提供する。

本構成によって、人は、対象物又は被対象物に負荷がかかる場合は、判定結果通知部により、音声で通知することができる。

本発明の第１１態様によれば、第１〜９のいずれか１つの態様に記載の前記マスタースレーブロボットの制御装置と、
前記マスタースレーブ装置と
を備える、マスタースレーブロボットを提供する。

本構成によって、スレーブ機構とマスター機構との間で慣性が異なる場合でも、マスター機構に大きな力を加えてマスター機構が大きく移動してしまうことを防ぐことに加えて、マスター機構が大きく移動しないように補正しても、人がフィードバックされた力を感じることができる。

本発明の第１２態様によれば、対象物を把持し、被対象物に対して接触しながら作業を行うスレーブ機構と、前記スレーブ機構を人が遠隔により操作するマスター機構とを備えるマスタースレーブ装置を制御するマスタースレーブロボットの制御方法であって、
前記スレーブ機構に外部から加えられた力の力情報を力情報取得部で取得し、
前記力情報と前記スレーブ機構の速度情報とのいずれか１つ以上の情報に基づいて、前記力情報の補正の開始時刻である補正開始時刻から補正の終了時刻である補正終了時刻までの区間の情報である力補正箇所と、前記力補正箇所において、前記力補正箇所の力情報の絶対値を減少させることを一定時間維持するようにゲインを決定して補正する第１の方法と、前記力補正箇所の力情報の絶対値を減少させた値以下の範囲内で減少と増加とを繰り返させるようにゲインを決定して補正する第２の方法との２つの方法からいずれか１つの補正方法とを力補正決定部で決定し、
前記力補正決定部で決定された前記力補正箇所と前記ゲインに基づいて、前記力情報取得部で取得した前記力情報を、前記力補正決定部で決定した補正方法で力補正部で補正し、
前記力補正部で補正した補正後からの力情報を前記マスター機構に力伝達部で伝達し、
前記人が、前記力伝達部からの前記補正後の力情報に基づいて前記マスターマニピュレータを操作するとき、前記マスター機構の操作情報をマスター制御部で制御し、
前記スレーブ機構と前記マスター制御部とに接続されたスレーブ制御部により、前記マスター制御部から送られる前記マスター機構の操作情報を前記スレーブ機構に伝達する制御信号を出力するマスタースレーブロボットの制御方法を提供する。

本構成によって、スレーブ機構とマスター機構との間で慣性が異なる場合でも、マスター機構に大きな力を加えてマスター機構が大きく移動してしまうことを防ぐことに加えて、マスター機構が大きく移動しないように補正しても、人がフィードバックされた力を感じることができる。

本発明の第１３態様によれば、対象物を把持し、被対象物に対して接触しながら作業を行うスレーブ機構と、前記スレーブ機構を人が遠隔により操作するマスター機構とで構成されるマスタースレーブ装置を制御するマスタースレーブロボットの制御プログラムであって、
コンピュータに、
前記スレーブ機構に外部から加えられた力の力情報を力情報取得部で取得するステップと、
前記力情報と前記スレーブ機構の速度情報とのいずれか１つ以上の情報に基づいて、前記力情報の補正の開始時刻である補正開始時刻から補正の終了時刻である補正終了時刻までの区間の情報である力補正箇所と、前記力補正箇所において、前記力補正箇所の力情報の絶対値を減少させることを一定時間維持するようにゲインを決定して補正する第１の方法と、前記力補正箇所の力情報の絶対値を減少させた値以下の範囲内で減少と増加とを繰り返させるようにゲインを決定して補正する第２の方法との２つの方法からいずれか１つの補正方法とを力補正決定部で決定するステップと、
前記力補正決定部で決定された前記力補正箇所と前記ゲインに基づいて、前記力情報取得部で取得した前記力情報を、前記力補正決定部で決定した補正方法で力補正部で補正するステップと、
前記力補正部で補正した補正後からの力情報を前記マスター機構に力伝達部で伝達するステップと、
前記人が、前記力伝達部からの前記補正後の力情報に基づいて前記マスターマニピュレータを操作するとき、前記マスター機構の操作情報をマスター制御部で制御するステップと、
前記スレーブ機構と前記マスター制御部とに接続されたスレーブ制御部により、前記マスター制御部から送られる前記マスター機構の操作情報を前記スレーブ機構に伝達する制御信号を出力するステップとを実行させるためのマスタースレーブロボットの制御プログラムを提供する。

本構成によって、スレーブ機構とマスター機構との間で慣性が異なる場合でも、マスター機構に大きな力を加えてマスター機構が大きく移動してしまうことを防ぐことに加えて、マスター機構が大きく移動しないように補正しても、人がフィードバックされた力を感じることができる。

（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態におけるマスタースレーブ装置（マスタースレーブロボット）１００の概要について説明する。なお、マスタースレーブ装置１００からスレーブ機構４０とマスター機構３３とを除いた部分を、マスタースレーブロボットの制御装置とも称する。

図１は、マスタースレーブ装置１００を使って、術者６ａの操作によりスレーブロボット２６が生体４の体内に器具を挿入して行なう内視鏡手術の様子を示す。マスタースレーブ装置１００は、対象物の一例としての器具、例えば、鉗子２，２ａ，２ｂを把持し、被対象物の一例としての患者である人体４に対して接触しながら作業を行うスレーブロボット２６を有するスレーブ機構４０と、スレーブ機構４０を人（術者）６が遠隔により操作するマスターロボット２５を有するマスター機構３３とで構成されている。

術者６が、内視鏡７で撮影された映像（画像）をモニタ１７ａで確認しながら、術者６がマスターロボット２５を操作すると、鉗子２ａ，２ｂを把持しているスレーブロボット２６が動作する。なお、以下の説明では、場合によっては、鉗子２ａ及び鉗子２ｂに関して、鉗子２ａを代表例として説明を行う。

鉗子２ａと鉗子２ｂと内視鏡７とは、人体４の腹部に空けた複数個例えば３個の穴からトロッカー１８ａ、１８ｂ、１８ｃをそれぞれはめ込んだ後、それぞれのトロッカー１８ａ、１８ｂ、１８ｃの穴に挿入する。

また、力計測装置１、すなわち、力計測装置１ａ及び力計測装置１ｂは、一例として、鉗子２ａと鉗子２ｂを、一体型として直接把持するか、又は、ハンドなどで把持しているスレーブロボット２６の手先に固定し、鉗子２ａと鉗子２ｂとを体内に挿入する前後において、体内に入らない位置に配置される。別の例としては、力計測装置１ａ及び力計測装置１ｂは、スレーブロボット２６の手先と生体４の腹壁３との間に固定されていてもよい。言い換えれば、力計測装置１ａ及び力計測装置１ｂは、常に、体外に配置されている。力計測装置１（１ａ，１ｂ）により、体外から、鉗子２ａと鉗子２ｂとをトロッカー１８ａとトロッカー１８ｂとにそれぞれ挿入するときに作用する力又は腹壁３にかかる力又は鉗子２ａ，２ｂの先端が臓器５にかかる力をそれぞれ測定する。それぞれの力計測装置１ａ，１ｂで計測した力は、スレーブロボット２６からマスターロボット２５へフィードバックすることで、術者６は、鉗子２ａ，２ｂを直接操作している感覚でスレーブロボット２６を操作することができる。さらに、力計測装置１ａ，１ｂにより検出した力はモニタ１７ａに映像とともに表示され、また、各力計測装置１ａ，１ｂで腹壁３又は臓器５に負荷がかかっていると判定された場合は、スピーカー１７ｂで術者６へ通知する。

この例では、力計測装置１は、鉗子２ａ用として力計測装置１ａを使用し、鉗子２ｂ用として力計測装置１ｂを使用する。力計測装置１ａ及び力計測装置１ｂは、それぞれ、力計測装置１と全く同一構成である。

また、力計測装置１ａ，１ｂの力計測の開始及び終了の指示は、手術台７０の側面などに配置された入力ＩＦ８により行い、マスターロボット２５を操作してスレーブロボット２６の挿入作業が開始及び終了と連動して行われる。すなわち、入力ＩＦ８は、例えば手術台７０の下部に配置され、力計測装置１ａ，１ｂの計測の開始及び終了を術者６が指示するための操作インターフェースで、例えばボタンなどで構成される。

次に、第１実施形態のマスターロボット２５、スレーブロボット２６、及び力計測装置１ａ，１ｂの詳細を説明する。図２はマスターロボット２５と、スレーブロボット２６と、力計測装置１ａ，１ｂとの構成図である。図３は、力測定装置１ａ，１ｂの詳細な構成図を示す。

《力測定装置１》
力測定装置１（１ａ，１ｂ）は、体外に配置され、腹壁３にかかる力又は鉗子２ａ，２ｂの先端にかかる力を個別に測定する。力測定装置１（１ａ，１ｂ）は、力情報取得部の一例として機能する。力測定装置１ａ，１ｂからは、力検出部１３からの出力値と、個別力検出部１１で検出した個別力と、力判定部１２での判定結果とが、スレーブロボット２６の後述する力補正決定部３６へ出力される。

第１実施形態の力計測装置１ａ，１ｂは、力検出部１３と、データベース入出力部１４と、計測情報データベース９と、リファレンス情報データベース２２と、タイマー１０と、器具位置検出部１９と、リファレンス情報生成部１５と、個別力算出部１１と、力判定部１２と、判定結果通知部１７とを備える。

《力検出部１３》
力検出部１３は、力情報取得部の別の一例であり、鉗子２a若しくは鉗子２ｂが、トロッカー１８ａ若しくは１８ｂ又は人体４に接触したときの力の情報を、人体４の外部から検出する。例えば、力検出部１３の一例として、１軸の方向すなわち挿入方向の力を計測する１軸力センサを採用し、図１に示すように、鉗子２ａ，２ｂの体外部分でかつスレーブロボット２６の先端にそれぞれ配置する。術者６がマスターロボット２５を操作して、鉗子２ａ若しくは鉗子２ｂを操作し、鉗子２ａ，２ｂがトロッカー１８ａ、１８ｂを通過する際の腹壁３に対する負荷として作用する力Ｔ１、又は、鉗子２ａ，２ｂの先端が臓器５に作用する力Ｔ２を合算して計測する。

例えば、図４に示すように人体４の各部にＴ１、Ｔ２の力が発生した場合、力検出部１３では、各力Ｔ１，Ｔ２を個別に検出できず、それぞれの力の合算値Ｔ（この例では、Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２）を計測する。力検出部１３で検出した力の値は、後述するタイマー１０を利用して、ある一定時間毎（例えば、４ｍｓｅｃ毎）に力検出部１３で検出され、時刻と共に、後述するデータベース入出力部１４に力検出部１３から出力され、計測情報データベース９若しくはリファレンス情報データベース２２に記憶する。

なお、第１実施形態の力検出部１３は、一例として、１軸の方向の力のみを検出する１軸力センサとしている。が、代わりに、力検出部１３の別の例として、ｘ、ｙ、ｚ軸の３軸の方向の力を計測可能な力センサ、又は、３軸の方向の力に加えて３軸の方向回りのトルクを計測可能な６軸力センサとしても良い。

《タイマー１０》
タイマー１０は、データベース入出力部１４と接続されて、ある一定時間（例えば、４ｍｓｅｃ毎）の経過後にデータベース入出力部１４を実行させるための指令を出す。

《データベース入出力部１４》
データベース入出力部１４は、計測情報データベース９と、リファレンス情報データベース２２と、力検出部１３と、器具位置検出部１９と、リファレンス情報生成部１５と、個別力算出部１１と、力判定部１２とのデータの入出力を行う。

《器具位置検出部１９》
器具位置検出部１９は、体内に挿入する鉗子２ａ及び鉗子２ｂの位置若しくは姿勢を取得する位置姿勢取得部の一例として機能する。具体的には、器具位置検出部１９は、鉗子２ａ及び鉗子２ｂのそれぞれの、臓器５とは反対側の先端位置（図５のＰ１とＰ２の位置）を検出して、データベース入出力部１４とリファレンス情報生成部１５とに出力する。例えば、器具位置検出部１９は、図５に示す３軸の磁気式位置計測センサで構成され、それぞれの鉗子２ａ及び鉗子２ｂの、臓器５とは反対側の先端位置（図５のＰ１とＰ２の位置）に、磁力計測部２０を装着し、磁界発生源２１により磁界を発生させて、鉗子２ａ及び鉗子２ｂの位置Ｐ１及びＰ２を器具位置検出部１９で検出する。器具位置検出部１９で検出した位置の情報は、タイマー１０を利用して、ある一定時間毎（例えば、４ｍｓｅｃ毎）に検出され、器具位置検出部１９から、時刻と共に、後述するデータベース入出力部１４に出力され、計測情報データベース９又はリファレンス情報データベース２２に記憶する。

なお、一例として、第１実施形態の器具位置検出部１９は磁気式としている。が、器具位置検出部１９の別の例としては、鉗子２ａ及び鉗子２ｂをそれぞれ把持しているスレーブロボット２６の手先位置としても良い。また、器具位置検出部１９のさらに別の例としては、鉗子２ａ及び鉗子２ｂの臓器５とは反対側の先端位置（図５のＰ１とＰ２の位置）にマーカを配置し、カメラを用いて鉗子先端のマーカの位置を検出する方式、又は、鉗子先端を赤外線センサで検知する方式でも良い。また、鉗子２ａ，２ｂの先端位置を３軸の方向の座標で検出するとしているが、腹壁３部分にてトロッカー１８ａに対して鉗子２ａ及び鉗子２ｂが挿入方向とは直交する方向に移動する場合には、鉗子２ａ，２ｂの位置を特定するために、鉗子２ａ，２ｂの位置と姿勢とが計測可能な６軸方向の座標（３軸方向の座標と各軸回りの回転角度の座標）を検出するようにしても良い。

《リファレンス情報生成部１５》
リファレンス情報生成部１５は、器具位置検出部１９と力検出部１３とデータベース入出力部１４とからの情報を基に、鉗子２ａ，２ｂが手術部位５に非接触な状態で、力に関する情報であるリファレンス情報を生成して、データベース入出力部１４と力判定部１２とに出力する。リファレンス情報とは、鉗子２ａ，２ｂの先端が腹壁３を通過して生体４の体内に挿入されかつ手術部位５に非接触な状態で、術者６の操作によりスレーブロボット２６が鉗子２ａ，２ｂを所定の方向に移動させて取得する力に関する情報である。このリファレンス情報は、鉗子２ａ，２ｂが体内にかかる力を体外から個別に算出する（個別力を算出する）ときに使用する。具体的には、リファレンス情報は、鉗子２ａ，２ｂが腹壁３を通過して体内に挿入されかつ臓器５に接触する前に、器具位置検出部１９で検出した鉗子２ａ，２ｂの位置（鉗子２ａの移動方向）又は姿勢と、さらに力検出部１３で検出した力の値と、後述する方法で算出したリファレンス情報用基準点と、時間とを対にした情報である。このリファレンス情報の力の情報は、時系列の力の変位の情報とも言える。

リファレンス情報用基準点は、力検出部１３で検出した力の変位が所定の第１閾値（基準点設定用閾値又は第１時点設定用閾値）（例えば、０．１Ｎ）以上変化した時点に設定する。ここで述べた「リファレンス情報用基準点」とは、力検出部１３で検出した合算の力から、個々にかかる力を個別に計測（算出）するための基準となる時点である。なお、リファレンス情報生成部１５は、リファレンス情報生成の開始時点を、最初の基準点として設定する。

リファレンス情報生成部１５によるリファレンス情報の生成は、データベース入出力部１４を介して入力ＩＦ８からのリファレンス情報の生成開始指令により、スレーブロボット２６を駆動して鉗子２ａ，２ｂの移動を開始し、タイマー１０を利用して、ある一定時間毎（例えば、４ｍｓｅｃ毎）にリファレンス情報生成部１５で生成される。リファレンス情報生成部１５で生成されたリファレンス情報は、時刻と共に、データベース入出力部１４に出力され、リファレンス情報データベース２２に記憶する。

具体的には、図１０Ａ〜図１０Ｅのうち、図１０Ｂ〜図１０Ｅのように、体外から鉗子２ａをトロッカー１８ａを介して腹壁３に通過させて、且つ、体内側の先端が臓器５に接触していない状態における鉗子２ａの位置と力の情報とをリファレンス情報生成部１５で取得し、力の情報から基準点をリファレンス情報生成部１５で算出し、鉗子２ａの位置と力と基準点とを対としたリファレンス情報をリファレンス情報生成部１５で生成する。図１０Ａの時点では、まだ鉗子２ａがトロッカー１８ａを介して腹壁３を通過していない時点なので、リファレンス情報としてリファレンス情報生成部１５で生成しないために、図１０Ｂに到達した時点で、術者６が入力ＩＦ８を使用して、リファレンス情報の生成を開始するよう力計測装置１ａに指示する。

ここでは、図１０Ａ〜図１０Ｅに示すように、鉗子２ａを、腹壁３に空けた穴からトロッカー１８ａを介して、人体４の上方から下方に向かって人体内部に挿入する作業を例に説明する。なお、図１０Ｂ〜図１０Ｅの状態は、臓器５に鉗子２ａが接触していない状態であって、リファレンス情報を生成する状態である。よって、以下のリファレンス情報生成動作は、図１０Ａ〜図１０Ｅの状態で行う。

最初に、入力ＩＦ８により力計測の開始指令を受けて、力計測装置１ａでの力の計測を開始する。

まず、図１０ＩのステップＳ１では、入力ＩＦ８により力計測の終了指令があった場合は、力計測装置１ａでの力計測を終了する。力計測の終了指令が無い場合は、力計測処理は次のステップＳ２へ進む。

次いで、ステップＳ２では、入力ＩＦ８によりリファレンス情報の生成開始指令があった場合は、力計測処理はステップＳ３へ進む。リファレンス情報の生成開始指令が無い場合は、力計測処理はステップＳ６へ進む。例えば、１つの手術で、ステップＳ３及びＳ４へ進んでステップＳ５でリファレンス情報を一回生成すれば、次回からは、ステップＳ２でリファレンス情報の生成開始指令が無しとなり、リファレンス情報を生成することなく、既に生成されたリファレンス情報を使用することができる。

次いで、ステップＳ３では、図１０Ａから図１０Ｂ又は図１０Ｃまで鉗子２ａを体内に挿入しかつ臓器５に接触していない状態で、力検出部１３により、器具の一例としての鉗子２ａにかかる力を体外から検出する（図９Ｂ及び図９Ｃ参照）。

次いで、ステップＳ４では、鉗子２ａが臓器５に接触していない状態で、器具位置検出部１９により、鉗子２ａの位置を体外から検出する（図１０Ｂ及び図１０Ｃ参照）。

次いで、ステップＳ５では、リファレンス情報生成部１５により、ステップＳ３で検出した力とステップＳ４で検出した鉗子２ａの位置とから基準点を算出し、リファレンス情報を生成する。具体的には、図１０Ａ〜図１０Ｅのうち、図１０Ｂ〜図１０Ｅのように、体外から鉗子２ａを腹壁３に通過させて、且つ、体内側の先端が臓器５に接触していない状態における鉗子２ａの位置と力の情報とをリファレンス情報生成部１５で取得する。具体的には、鉗子２ａを中心位置（図１０Ｂ参照）から１つの方向に傾斜させて、リファレンス情報を取得する（図１０Ｂ〜図１０Ｃ参照）。その後、再び、鉗子２ａを中心位置（図１０Ｄ参照）に戻したのち、次の別の方向に傾斜させるように鉗子２ａを動かして、別のリファレンス情報を取得する（図１０Ｄ〜図１０Ｅ参照）。以下、このようにして、所定の方向について、それぞれ、リファレンス情報を取得する。次いで、力の情報から基準点をリファレンス情報生成部１５で算出する。次いで、鉗子２ａの位置と力と基準点とを対としたリファレンス情報をリファレンス情報生成部１５で生成する。図１０Ｆは、図１０Ａ〜図１０Ｅを上部から見た図である。図１０Ｆに示すように、鉗子２ａの先端が腹壁３を通過して生体４の体内に挿入されかつ手術部位５に非接触な状態で、術者６の操作によりスレーブロボット２６が、中心から所定方向に対して、鉗子２ａを動かすことで、リファレンス情報生成部１５によりリファレンス情報を生成する。ここで、所定方向とは、例えば、互いに直交する４方向を含む８方向（上下、左右、斜め右上、斜め左上、斜め右下、斜め左下の方向）であり、鉗子２ａを中心位置から１つの方向に傾斜させたのち、再び、中心位置に戻したのち、次の別の方向に傾斜させるように鉗子２ａを動かす。リファレンス情報を生成するとき、鉗子２ａを中心位置から動かす方向としては、８方向に限定されるものではなく、少なくとも、鉗子２ａを体内に挿入する方向に対して交差する少なくとも２方向（例えば、筋肉の筋方向とその筋方向と直交する方向、又は、トロッカー８ａの長手方向と長手方向が平行となるように位置した鉗子２ａの中心位置に対して、手術部位に近づく方向とその方向と直交する方向）に動かす必要がある。このとき、鉗子２ａが臓器に全く接触しないようにする。図１０Ａの時点では、まだ、鉗子２ａが腹壁３を通過していない時点なので、リファレンス情報生成部１５によりリファレンス情報として生成しないために、図１０Ｂに到達した時点で、術者６は、入力ＩＦ８によりリファレンス情報の生成を開始するよう指示する。

また、第１実施形態では、図１０Ｆに示すように鉗子２ａを動作させるとしたが、これに限られるものではない。例えば、図１０Ｇのように鉗子２ａを動作させる方向を４方向にしたり、又は、図１０Ｈに示す実線の方向のみ鉗子２ａを動作させ、対角の方向（図１０Ｈに示す点線の方向）については、符号を反転してリファレンス情報をリファレンス情報生成部１５で自動的に生成しても良い。

以上のステップＳ２からステップＳ５がリファレンス情報生成動作である。

なお、以後の動作は、生成されたリファレンス情報を使用しての、力計測処理となるが、簡単に説明しておく。

次いで、ステップＳ６では、図１２Ｃに示すように、鉗子２ａの先端が臓器５に接触している時点で、力検出部１３により、体外から鉗子２ａにかかる力を検出する。

次いで、ステップＳ７では、器具位置検出部１９より、鉗子２ａの位置を体外から検出する。

次いで、ステップＳ８にて、リファレンス情報選択部１６により、個別力を求めるためのリファレンス情報を選択する。

次いで、ステップＳ９において、リファレンス情報選択部１６で選択したリファレンス情報に基づいて、個別力算出部１１の演算部１１ａで個別力を算出する。

以上で、力計測処理を終了する。

図１１は、図１０Ｂ〜図１０Ｅのように、入力ＩＦ８によりリファレンス情報の生成を開始した時点からの鉗子２ａの位置及び力と時間との関係を示したグラフである。鉗子２ａの挿入方向をｚ軸とし、直交する方向をｘ軸、ｙ軸とする。

リファレンス生成を開始した時点（図１１のｔ_０時点）を、最初の基準点としてリファレンス情報生成部１５で設定する。次いで、術者６の操作によりスレーブロボット２６が、鉗子２ａの先端が腹壁３を通過して生体４の体内に挿入されかつ手術部位５に非接触な状態で、鉗子２ａを所定方向に移動させつつ、所定の時間が経過する毎に力検出部１３で検出した力の変位の絶対値をリファレンス情報生成部１５で比較して、その差が所定の第１閾値（例えば、０．１Ｎ）以上変化して時点を基準点としてリファレンス情報生成部１５で設定する。具体的には、図１１の基準点ｔ_０時点の力をｆ_０とし、ｔ_０１時点での力をｆ_０１とし、ｔ_０２時点の力をｆ_０２とすると、Δｆ_０１＝｜ｆ_０１−ｆ_０｜とΔｆ_０２＝｜ｆ_０２−ｆ_０１｜とをリファレンス情報生成部１５で比較する。次いで、その差が所定の第１閾値以上であるかどうかをリファレンス情報生成部１５で算出する。この例では、所定の第１閾値以下であるので、ｔ_０１時点を基準点としてリファレンス情報生成部１５で設定しない。次いで、順次、一定時間毎の力の変位をリファレンス情報生成部１５で比較する。次いで、ｔ_０３時点の力をｆ_０３とし、ｔ_１時点の力をｆ_１とし、ｔ_１１時点の力をｆ_１１とする。次いで、Δｆ_１＝｜ｆ_１−ｆ_０３｜とΔｆ_１１＝｜ｆ_１１―ｆ_１｜とをリファレンス情報生成部１５で比較する。次いで、その差が所定の第１閾値以上であるかどうかをリファレンス情報生成部１５で判定する。この例では、所定の第１閾値以上であるので、ｔ_１時点を基準点としてリファレンス情報生成部１５で設定する。次いで、同様の方法で、順次、基準点をリファレンス情報生成部１５で設定する。設定した基準点を図１１の黒丸「●」で示す。次いで、設定した基準点は、力と位置とを対にしてリファレンス情報として、タイマー１０を利用して、ある一定時間毎（例えば、４ｍｓｅｃ毎）にリファレンス情報生成部１５で生成され、時刻と共に、リファレンス情報生成部１５からデータベース入出力部１４に出力され、リファレンス情報データベース２２に記憶し、入力ＩＦ８によりリファレンス情報生成の終了を指示する。すなわち、術者６の操作によりスレーブロボット２６により、鉗子２ａの先端が腹壁３を通過して生体４の体内に挿入されかつ手術部位５に非接触な状態で、鉗子２ａを所定方向に移動し終わった時点で、術者６が、入力ＩＦ８によりリファレンス情報生成の終了を指示する。

−リファレンス情報データベース２２−
リファレンス情報データベース２２は、リファレンス情報生成部１５で生成されたリファレンス情報を、データベース入出力部１４を介して、タイマー１０を利用して時刻と共に格納する。また、必要に応じて、リファレンス情報データベース２２からリファレンス情報を、データベース入出力部１４により読み出す。リファレンス情報は、先に述べたように、力検出部１３により検出した力に関する情報と、器具位置検出部１９により検出した臓器５に接触する前の鉗子２ａ，２ｂの位置と、リファレンス情報生成部１５で算出した基準点と、時間とを対にした情報である。

詳しくは、リファレンス情報のうちの力検出部１３により検出した力に関する情報と、器具位置検出部１９により検出した臓器５に接触する前の鉗子２ａ，２ｂの位置と、リファレンス情報生成部１５で算出した基準点とが、タイマー１０を利用して、ある一定時間毎（例えば、４ｍｓｅｃ毎）にリファレンス情報生成部１５で生成され、時刻と共に、リファレンス情報生成部１５からデータベース入出力部１４に出力され、リファレンス情報データベース２２に記憶する。

図６は、リファレンス情報データベース２２のリファレンス情報の内容の一例を示す。

（１）「時刻」の欄は、鉗子２ａ，２ｂをそれぞれ挿入している際の時刻に関する情報を示す。第１実施形態では、ミリ秒(ｍｓｅｃ)単位系で示す。

（２）「力」の欄は、力検出部１３により検出した力の情報を示す。なお、第１実施形態では、挿入方向の力はニュートン（Ｎ）単位系で示し、回転方向の力はニュートンメートル（Ｎｍ）単位系で示す。

（３）「位置」の欄は、器具位置検出部１９により検出した鉗子２ａ，２ｂの位置それぞれを示す。なお、第１実施形態では、位置についてはメートル（ｍ）単位系で示す。

（４）「基準点」の欄は、リファレンス情報生成部１５で設定した基準点を示す。基準点を設定する場合は、該当する時刻欄に「１」を設定し、基準点を設定しない場合には、該当する時刻欄に「０」を設定し、デフォルト値は「０」とする。

（５）「ＩＤ」の欄は、リファレンス情報を識別するために用いられる符号である。具体的には、リファレンス情報生成部１５で設定した基準点から次の基準点までの間を同じＩＤを設定する。

《計測情報生成部４４》
計測情報生成部４４は、器具位置検出部１９と力検出部１３とデータベース入出力部１４とからの情報を基に、計測情報を生成して、データベース入出力部１４に出力する。計測情報とは、力検出部１３により検出した力に関する情報と、器具位置検出部１９により検出した臓器５に接触する前後の鉗子２ａ及び２ｂの位置と、後述する個別力算出部１１の演算部１１ａにより算出した力の情報とである。

−計測情報データベース９−
計測情報データベース９は、力検出部１３により検出した力に関する情報と、器具位置検出部１９により検出した臓器５に接触する前後の鉗子２ａ，２ｂの位置とを、データベース入出力部１４を介して、タイマー１０を利用して、ある一定時間毎（例えば、４ｍｓｅｃ毎）に計測情報生成部１５で生成され、時刻と共に、計測情報生成部１５からデータベース入出力部１４に出力されて、計測情報として、計測情報データベース９に記憶される。

更に、計測情報データベース９には、これらの情報と、個別力算出部１１のリファレンス情報選択部１６で選択したリファレンス情報のＩＤと、個別力算出部１１の演算部１１ａで算出した個別力と、時間とを対にして、格納する。また、必要に応じて、計測情報データベース９から計測情報を、データベース入出力部１４により読み出す。

図７は、計測情報データベース９の計測情報の内容の一例を示す。

（１）「時刻」の欄は、鉗子２ａ，２ｂをそれぞれ挿入している際の時刻に関する情報を示す。第１実施形態では、ミリ秒(ｍｓｅｃ)単位系で示す。

（２）「力」の欄は、力検出部１３により検出した力の情報を示す。なお、第１実施形態では、挿入方向の力はニュートン（Ｎ）単位系で示し、回転方向の力はニュートンメートル（Ｎｍ）単位系で示す。

（３）「位置」の欄は、器具位置検出部１９により検出した鉗子２ａ，２ｂの位置と姿勢とを示す。なお、第１実施形態では、位置についてはメートル（ｍ）単位系で示す。

（４）「リファレンス情報のＩＤ」の欄は、個別力算出部１１のリファレンス情報選択部１６で選択したリファレンス情報のＩＤを示す。

（５）「個別力」の欄は、個別力算出部１１の演算部１１ａにより算出した力の情報を示す。なお、第１実施形態では、挿入方向の力はニュートン（Ｎ）で示し、回転方向の力はニュートンメートル（Ｎｍ）で示す。

《個別力算出部１１》
個別力算出部１１は、臓器５に鉗子２ａ，２ｂを接触させる際に、力検出部１３で検出した力の情報とリファレンス情報とから臓器５が鉗子２ａ，２ｂから作用する力を個別に算出する。具体的には、個別力算出部１１は、生体の体内に鉗子２ａ，２ｂを挿入する際に、力検出部１３で検出した力の変位が第３閾値（個別力算出基準点設定用閾値）以上である個別力算出用基準点を設定し、個別力算出用基準点における鉗子２ａ，２ｂの位置と近い位置をリファレンス情報の基準点から順次検索し、検索して合致した位置を含むリファレンス情報をリファレンス情報選択部１６で選択し、選択したリファレンス情報から求めた力を、力検出部１３で検出した力から減じた値を個別力としての演算部１１ａで算出する。具体的には、個別力算出部１１の演算部１１ａでは、鉗子２ａ，２ｂを臓器５に接触させたときの個別の力を、データベース入出力部１４を介して、リファレンス情報データベース２２に記憶されたリファレンス情報と力検出部１３で検出した力とに基づいて、算出する。個別力算出部１１のリファレンス情報選択部１６で使用するリファレンス情報は、リファレンス情報データベース２２からデータベース入出力部１４で読み出されたリファレンス情報の中から、現在（力計測時）の鉗子２ａ，２ｂのそれぞれの位置に基づいて、リファレンス情報選択部１６により選択される。

リファレンス情報選択部１６は、鉗子２ａ，２ｂが腹壁３を通過し、臓器５に鉗子先端が接触する前の鉗子２ａ，２ｂの位置の中から、現在（力計測時）の鉗子２ａ，２ｂの位置（ただし、挿入方向の位置を除く、挿入方向と直交する軸の位置）に最も近いリファレンス情報を選択する。リファレンス情報選択部１６で選択したリファレンス情報のＩＤは、リファレンス情報選択部１６から、計測情報データベース９の「リファレンス情報のＩＤ」に、データベース入出力部１４を介して格納される。

個別力算出部１１は、鉗子２ａ，２ｂを臓器５に接触させたときの個別の力を、リファレンス情報選択部１６で選択したリファレンス情報に基づいて検出する。具体的には、リファレンス情報データベース２２からデータベース入出力部１４で読み出されたリファレンス情報に基づき、計測したい時点のリファレンス情報をリファレンス情報選択部１６により選択する（図１０ＩのステップＳ８参照）。次いで、その時点の力検出部１３の値から、リファレンス情報選択部１６で選択したリファレンス情報の力の値を減じた値を、個別力として個別力算出部１１の演算部１１ａで算出する（図１０ＩのステップＳ９参照）。個別力算出部１１の演算部１１ａで算出した個別力は、データベース入出力部１４を介して、個別力算出部１１の演算部１１ａから計測情報データベース９に格納される。

具体例として、図１３Ａは、リファレンス情報生成部１５で生成したリファレンス情報の鉗子２ａの位置及び力と時間とのグラフを示す。図１３Ｂは、図１２Ｂを経て図１２Ｃのように臓器５に鉗子２ａの先端を接触させたときの鉗子２ａの位置及び力と時間とのグラフである。

リファレンス情報選択部１６は、図１２Ｃの鉗子２ａの位置（ただし、挿入方向の位置を除く、挿入方向と直交する軸の位置）に最も近いリファレンス情報を選択する。

具体的には、まず、図１２Ｃの鉗子２ａの力について個別力算出用基準点を個別力算出部１１の演算部１１ａで算出する。算出方法は、リファレンス情報生成部１５と同様、力検出部１３で検出した力の変位が所定の第３閾値（個別力算出基準点設定用閾値又は第２時点設定用閾値）（例えば、０．１Ｎ）以上変化した時点を、個別力算出部１１の演算部１１ａで個別力算出用基準点として設定する。ここで述べた個別力算出用基準点とは、力検出部１３で検出した合算の力から、個々にかかる力を個別に算出（計測）するための基準となる時点である。なお、図１３Ｂの開始時点を最初の基準点として個別力算出部１１の演算部１１ａで設定する。個別力算出部１１の演算部１１ａで設定した基準点を、図１３Ｂの白丸「○」で示す。次に、図１３Ｂの基準点間の鉗子２ａの位置毎に、挿入方向の位置（図１２Ｃ、図１３Ｂではｚ軸方向）を除く、挿入方向と直交する軸の位置（図１２Ｃ及び図１３Ｂではｘ軸方向、ｙ軸方向）について、基準点毎に、図１３Ａのリファレンス情報と個別力算出部１１のリファレンス情報選択部１６で比較する。この例では、図１３Ｂでｘ方向とｙ方向の鉗子２ａの位置の時系列情報と最も近い箇所を、図１３Ａから個別力算出部１１の演算部１１ａで算出する。最も近い箇所の算出方法の一例として、基準点Ａと基準点Ｂとの間の鉗子２ａの位置ｘについて、最小二乗法で直線を個別力算出部１１の演算部１１ａで求め、その直線の傾きと切片とを個別力算出部１１の演算部１１ａで比較する。以上の方法により、この例では、リファレンス情報である図１３Ａのｔ_０時点からｔ_１時点までの区間が、計測情報である図１３Ｂのｔ_Ｂ０〜ｔ_Ｂ１時点の区間と最も近い区間である、と個別力算出部１１のリファレンス情報選択部１６で判定する。

従って、図１３Ｂのｔ_Ｂ０〜ｔ_Ｂ１時点での個別力を個別力算出部１１の演算部１１ａで算出するためのリファレンス情報は図１３Ａのｔ_０〜ｔ_１時点として、リファレンス情報選択部１６で選択する。同様に、図１３Ｂのｔ_Ｂ１〜ｔ_Ｂ２時点でのリファレンス情報をリファレンス情報選択部１６で選択する。図１３Ｂのｔ_Ｂ１時点からｔ_Ｂ２時点までの区間は、図１３Ａのｔ_０時点からｔ_１時点までの区間と同じであるので、図１３Ｂのｔ_Ｂ１〜ｔ_Ｂ２時点での個別力を個別力算出部１１の演算部１１ａで算出するためのリファレンス情報は、図１３Ａのｔ_０〜ｔ_１時点として、リファレンス情報選択部１６で選択する。リファレンス情報選択部１６で選択したリファレンス情報のＩＤは、リファレンス情報選択部１６から、計測情報データベース９の「リファレンス情報のＩＤ」にデータベース入出力部１４を介して格納される。

次いで、リファレンス情報選択部１６で選択したリファレンス情報に基づいて、個別力算出部１１の演算部１１ａで個別力を算出する(図１０ＩのステップＳ９参照)。個別力算出部１１の演算部１１ａで個別力を算出した時点の力検出部１３の力から、リファレンス情報選択部１６で選択したリファレンス情報の力を基に算出した力を減じた値を、個別力として個別力算出部１１の演算部１１ａで算出する。減じる力を算出する方法の一例として、選択した区間のリファレンス情報の力から、最小二乗法により直線を個別力算出部１１の演算部１１ａで算出する。個別力算出部１１の演算部１１ａで算出した力ｆを ｆ＝ａｔ×ｂとする（ａは傾き、ｂは切片、ｔは時刻、ｆは力）。この直線を用いて、減じる力ｆを個別力算出部１１の演算部１１ａで求め、求めた力を力検出部１３で検出した力から減じることで、個別力を個別力算出部１１の演算部１１ａで算出する。

一例として図１３Ａ及び図１３Ｂを使って詳細に説明する。選択したリファレンス情報（図１３Ａのｔ_０〜ｔ_１時点）の区間の力は、図１３Ａにて、ｆ_０、ｆ_０１、ｆ_０２・・・、ｆ_１となっている。力ｆ_０、ｆ_０１、ｆ_０２・・・、ｆ_１を使って、最小二乗法により直線を個別力算出部１１の演算部１１ａで算出する。図１３Ａのｔ_０〜ｔ_１時点は傾きがゼロとなるため、図１３Ｃに示すようにｆ＝ａＦの直線となる。この図１３Ｃのｔ_０〜ｔ_１時点は、時系列での力の変位を示す図である。次に、図１３Ｂのｔ_Ｂ０時点からｔ_Ｂ１時点の個別力は、個別力算出部１１の演算部１１ａで、ａＦを減じた値とする。具体的には、図１３Ｂのｔ_Ｂ０時点の力をｆ_Ｂ０とすると、ｔ_Ｂ０時点の個別力＝ｆ_Ｂ０−ａＦとなる。同様に、ｔ_Ｂ１時点の力をｆ_Ｂ１とすると、ｔ_Ｂ１時点での個別力＝ｆ_Ｂ１−ａＦとなる。次に、ｔ_Ｂ１時点からｔ_Ｂ２時点の個別力を個別力算出部１１の演算部１１ａで算出する。ｔ_Ｂ１時点からｔ_Ｂ２時点は、図１２Ｃに示すように、術者６の操作によりスレーブロボット２６が臓器５に鉗子２ａを除々に強く押し当てている状態である。ｔ_Ｂ１時点〜ｔ_Ｂ２時点の個別力を個別力算出部１１の演算部１１ａで算出するためのリファレンス情報は、図１３Ａのｔ_０時点〜ｔ_１時点として、リファレンス情報選択部１６で選択する(図１０ＩのステップＳ８参照)。同様に、力ｆ_０、ｆ_０１、ｆ_０２・・・、ｆ_１から最小二乗法により直線を個別力算出部１１の演算部１１ａで求める。この例では、図１３Ｃのようにｆ＝ａＦとなるため、図１３Ｂのｔ_Ｂ１時点からｔ_Ｂ２時点の個別力は、個別力算出部１１の演算部１１ａにおいて、計測した力から力ａＦを減じた値とする。この例では、図１３Ｂのｔ_Ｂ１時点の力をｆ_Ｂ１とすると、ｔ_Ｂ１時点の個別力＝ｆ_Ｂ１−ａＦとなる。同様に、ｔ_Ｂ２時点の力をｆ_Ｂ２とすると、ｔ_Ｂ２時点での個別力＝ｆ_Ｂ２−ａＦとなる。個別力算出部１１の演算部１１ａで算出した個別力は、時刻と共にデータベース入出力部１４に出力され、計測情報データベース９に記憶する。

《力判定部１２》
力判定部１２は、データベース入出力部１４と個別力算出部１１とリファレンス情報生成部１５とからの情報に基づき、リファレンス情報生成部１５で生成した力により腹壁３に負荷がかかっているか否かを判定する。具体的には、リファレンス情報生成部１５で生成した力が所定の第２閾値（腹壁負荷判定用閾値）（例えば、２Ｎ）以上であると力判定部１２で判定する場合、リファレンス情報生成部１５で生成した力により腹壁３に負荷がかかっていると力判定部１２で判定する。さらに、個別力算出部１１の演算部１１ａにより算出した力が所定の第４閾値（臓器負荷判定用閾値）（例えば、２Ｎ）以上であると力判定部１２で判定する場合は、個別力算出部１１の演算部１１ａにより算出した力により臓器５に負荷がかかっていると力判定部１２で判定する。判定結果は、力判定部１２から判定に使用した力と共に、判定結果通知部１７に出力される。

《判定結果通知部１７》
判定結果通知部１７は、力判定部１２からの情報を基に、力判定部１２により判定された結果を術者６に判定結果通知装置などで通知する。判定結果通知部１７で術者６に通知する判定結果通知装置としては、例えば、モニタ１７ａ又はスピーカー１７ｂなどが採用できる。具体的には、図８Ａのモニタ１７ａに示すように、鉗子２ａがトロッカー１８ａに接触する力をリファレンス情報生成部１５で算出しかつ力判定部１２で判定したとき、鉗子２ａとトロッカー１８ａとが表示されている付近に、リファレンス情報生成部１５で算出した力又は個別力算出部１１の演算部１１ａで算出した個々の力Ｐ［Ｎ］を、内視鏡の映像（画像）と共に表示する。その際に、鉗子２ａからトロッカー１８ａを介して腹壁３に負荷がかかっていると力判定部１２で判定された場合は、「ＡＬＥＲＴ」などのように警告力判定部１２で判定した判定結果の一例）を判定結果通知部１７により表示する。すなわち、この図８Ａは、鉗子２ａが臓器５に接触せず、リファレンス情報を生成しているときの図を示している。一方、図８Ｂに示すように、鉗子２ａがさらに臓器５に向かって進み、鉗子２ａが臓器５に接触したときの力を個別力算出部１１の演算部１１ａで算出したとき、個別力算出部１１の演算部１１ａで算出した個々の力Ｐ［Ｎ］を内視鏡の映像（画像）と共に表示する。その際、鉗子２ａから臓器５に負荷がかかっていると力判定部１２で判定された場合には、「ＡＬＥＲＴ」などのように警告（力判定部１２で判定した判定結果の一例）を判定結果通知部１７により表示し、そのときの個別力を判定結果通知部１７により表示する。また、鉗子２ａから負荷がかかっていると力判定部１２で判定された場合、前記画像表示に代えて、又は、画像表示に加えて、スピーカー１７ｂにより警告音を鳴らして、術者６に警告を判定結果通知部１７により行ってもよい。また、力の大きさを音声で術者６に知らせるようにしてもよい。

《マスタースレーブ装置１００、マスターロボット２５、スレーブロボット２６》
マスタースレーブ装置１００は、本発明の第１実施形態における装置全体であり、作業を行うにあたり、術者６が遠隔により操作することができる装置である。マスターロボット２５は、術者６が直接触って操作するためのロボットシステムである。スレーブロボット２６は、マスターロボット２５と離れたところにあり、実際に作業を行うためのロボットシステムである。

《マスター機構３３、スレーブ機構４０》
マスター機構３３は、術者６が直接触って操作するロボットであり、術者６が動かす際のサンプル時間毎の位置情報（例えば、各関節部駆動用のモータの回転角度を検出するエンコーダからの位置情報）を取得し、マスター入出力ＩＦ３１に出力する。

スレーブ機構４０は、鉗子２ａ，２ｂを体内へ挿入する作業を行うロボットであり、マスター機構３３で取得した位置情報に追従するように動作する。

《タイマー４３》
タイマー４３は、マスター制御部２８及びスレーブ制御部３５とそれぞれ接続されて、ある一定時間（例えば、１ｍｓｅｃ毎）の経過後に、マスター制御部２８若しくはスレーブ制御部３５を実行させる。なお、図２では、タイマー４３が２個配置されているが、これに限られるものではなく、１つのタイマー４３がマスター制御部２８及びスレーブ制御部３５の両方に接続されるようにしてもよい。

《マスター周辺装置３０、スレーブ周辺装置３９》
マスター周辺装置３０は、マスター機構３３とマスター制御装置２９との間の情報を伝達する。スレーブ周辺装置３９も同様に、スレーブ機構４０とスレーブ制御装置３４との間の情報を伝達する。ここで、マスター周辺装置３０は、マスター入出力ＩＦ３１とマスターモータドライバ３２とを備えている。スレーブ周辺装置３９は、スレーブ入出力ＩＦ３７とスレーブモータドライバ３８とを備えている。

マスター入出力ＩＦ３１は、マスター機構３３からの位置情報が入力され、その位置情報をマスター制御装置２９のマスター制御部２８に出力する。また、マスター制御部２８からの位置情報を、タイマー４３を利用して、ある一定時間毎（例えば、１ｍｓｅｃ毎）に、マスター入出力ＩＦ３１を介してマスターモータドライバ３２に出力する。マスターモータドライバ３２は、マスター入出力ＩＦ３１からの位置情報が入力されて、その位置情報に追従するようにマスター機構３３の複数のリンクを接続する関節部に配置されたモータ（図示せず）を動かして、マスター機構３３を動作させる。関節部は、ロボットアームの場合と同様に、従来公知のように、モータの回転角度をエンコーダ（図示せず）で検出しつつモータをマスターモータドライバ３２で制御している。

スレーブ入出力ＩＦ３７は、スレーブ制御部３５からの位置情報が入力され、その位置情報をスレーブ周辺装置３９のスレーブモータドライバ３８に出力する。また、スレーブ機構４０からの位置情報（例えば、各関節部駆動用のモータの回転角度を検出するエンコーダからの位置情報）を、タイマー４３を利用して、ある一定時間毎（例えば、１ｍｓｅｃ毎）に、スレーブ入出力ＩＦ３７を介してスレーブ制御部３５に出力する。スレーブモータドライバ３８は、スレーブ周辺装置３９のスレーブ入出力ＩＦ３７からの位置情報が入力され、その位置情報に追従するようにスレーブ機構４０の複数のリンクを接続する関節部に配置されたモータ（図示せず）を動かして、スレーブ機構４０を動作させる。関節部は、ロボットアームの場合と同様に、従来公知のように、モータの回転角度をエンコーダ（図示せず）で検出しつつモータをスレーブモータドライバ３８で制御している。

《マスター制御装置２９、スレーブ制御装置３４》
マスター制御装置２９は、マスター制御部２８と力伝達部２７とタイマー４３とを備えている。マスター制御装置２９は、マスター機構３３が動いた位置情報を、タイマー４３を利用して、ある一定時間毎（例えば、１ｍｓｅｃ毎）に、スレーブ制御装置３４に出力することと、スレーブ制御装置３４から入力される力情報を術者６に伝達することとの二つの役割を持つ。

マスター制御部２８は、術者６が力伝達部２７の補正後の力の情報に基づいてマスターマニピュレータすなわちマスター機構３３を操作するとき、マスター機構３３の操作情報を制御するように、電気信号に変換する。具体的には、マスター制御部２８は、マスター入出力ＩＦ３１からのマスター機構３３の位置情報を、タイマー４３を利用して、ある一定時間毎（例えば、１ｍｓｅｃ毎）に、スレーブ制御部３５に出力する。また、スレーブ制御部３５からの力情報をマスター制御部２８を介して力伝達部２７に出力する。

スレーブ制御装置３４は、スレーブ制御部３５と力補正決定部３６とタイマー４３と力補正部４１とを備えている。スレーブ制御装置３４は、マスター制御装置２９からの位置情報にスレーブ機構４０を追従させることと、力測定装置１で取得した力情報を基に力補正決定部３６にてマスター制御装置２９に伝達する力を決定し、決定した力を力補正部４１で補正し、補正した力をマスター制御装置２９に力情報として出力することとの二つの役割を持つ。それぞれの力計測装置１ａ，１ｂは、図１８に示すように、鉗子２ａ，２ｂの先端側でかつ体外でスレーブロボット２６が配置されている付近に配置する。

スレーブ制御部３５は、スレーブ周辺装置３９を介してスレーブ機構４０と、マスター制御部２８とに接続され、マスター制御部２８から送られるマスター機構３３の操作情報を、スレーブ機構４０に伝達する制御信号を出力する。スレーブ制御部３５から伝達された制御信号に基づき、スレーブ機構４０が操作されてスレーブ動作を行う。

《力伝達部２７》
力伝達部２７は、後述する補正部４１で補正した補正後からの力の情報をマスター機構３３に伝達することにより、術者６に伝達する。具体的には、力伝達部２７は、スレーブ制御部３５からの力情報を目標値として、スレーブ制御部３５によりスレーブ機構４０を力制御することで、術者６の手に伝達する。力を発生させる方向については、マスター機構３３の挿入方向の１軸としたが、挿入方向とその垂直方向の３軸でも良い。

《力補正決定部３６》
力補正決定部３６は、力計測装置１ａ，１ｂから力補正決定部３６に入力された力情報から、力補正方法に関する情報を決定し、決定した力補正方法に関する情報を、力情報と共に、力補正決定部３６からスレーブ制御部３５に出力する。具体的には、力補正決定部３６は、力計測装置１ａ，１ｂから検出された力情報のうち、どの力検出箇所を補正するかの情報である補正箇所に関する情報と、力補正部４１で補正対象とする力の種別と、後述する力補正部４１における補正方法とについて、力補正方法に関する情報として決定する。

力補正部４１で補正対象とする力の種別とは、力測定装置１ａ又は１ｂで測定した個々の個別力と、力検出部１３の力とのどちらの力を使用するか、ということを意味する。

力検出箇所の検出方法については、図９Ａ及び図９Ｂを用いて説明する。図９Ａは、スレーブ機構４０に配置された力計測装置１ａ又は１ｂで検出された力と時間との関係を示すグラフである。この例では、力計測装置１ａ又は１ｂの力検出部１３で検出された力の情報を示す。

図９Ｂは、マスター機構３３に伝達する力と時間との関係を示すグラフであって、後述する力補正部４１により補正された後にマスター機構３３に伝達する力情報である。ここで、実線及び白丸は補正前の値であり、破線及び黒丸は補正後の値である。

力測定装置１ａ又は１ｂで一定時間毎に取得された力情報（例えば、図９Ａの力情報（ｆ_１１）と力情報（ｆ_１２）と）を基に、力情報の変位（力情報の差、すなわち、図９Ａの（ｆ_１２）−（ｆ_１１））が力情報の変位の閾値(変位判定用閾値)（例えば、１．０Ｎ）を上回るか否かが力補正決定部３６で判定される。

もし、図９Ａの（ｆ_１２）−（ｆ_１１）が力情報の変位の閾値(変位判定用閾値)（例えば、１．０Ｎ）を上回ると力補正決定部３６で判定されると、「補正あり」として、スレーブ機構４０で把持した鉗子２ａ又は２ｂが腹壁３又は臓器５に衝突したり、又は、鉗子２ａ又は２ｂから腹壁３又は臓器５に力が強く加わったことを力補正決定部３６で検出することになる。ただし、「閾値を上回る」とは、閾値と符号とが同じであり、かつ絶対値が閾値より大きいことを意味する。ここで、「補正あり」とは、力補正部４１により補正を行うことを意味する。

一方、力情報の変位（（ｆ_１２）−（ｆ_１１））が力情報の変位の閾値(変位判定用閾値)を上回らないと力補正決定部３６で判定される場合は、「補正なし」として力補正決定部３６で検出される。ここで、「補正なし」とは、力補正部４１により補正をしないことを意味する。

力補正決定部３６により、力計測装置１ａ又は１ｂで取得された力情報の変位（（ｆ_１２）−（ｆ_１１））が閾値(変位判定用閾値)を上回っている時点を「力補正開始時刻」（補正開始時刻）とする（図９ＡのＡ１時点）。また、力補正決定部３６により、力情報取得部２６で取得された力情報の変位（（ｆ_１４）−（ｆ_１３））が閾値(変位判定用閾値)以下となる時点を「力補正終了時刻」（補正終了時刻）とする（図９ＡのＣ１時点）。よって、補正開始時刻から補正終了時刻までの区間が、力補正を行う力補正箇所（補正箇所）となる。

なお、この例では、力の変位を使って補正すべき区間を力補正決定部３６により検出しているが、速度の変位又は力と速度との変位の両方を使って区間（力補正箇所又は補正箇所）を力補正決定部３６により検出しても良い。

次に、後述する力補正部４１で行う補正方法について、力補正決定部３６で決定する。

第１に、力補正部４１で補正対象とする力の種別を力補正決定部３６で決定する。具体的には、力測定装置１ａ又は１ｂで測定した個々の個別力及び力検出部１３の力のどちらかを力補正決定部３６で決定する。力補正箇所決定部３６は、内部で保有している決定フラグに基づいて、力補正決定部３６で決定した個々の個別力又は力検出部１３の力から、マスター制御装置２９へ伝達すべき力を決定する。力補正箇所決定部３６で設定する決定フラグは、力検出部１３の力を伝達する場合は「０」を設定し、力測定装置１ａ又は１ｂの個々の力を伝達する場合は「１」を設定する。

第２に、力補正部４１で力を補正するための定数ｋを、力補正決定部３６で決定する。定数ｋは、鉗子２ａ又は２ｂ又は内視鏡などの対象物、トロッカー１８又は臓器５などの被対象物の柔軟度合ｓと、力計測装置１ａ又は１ｂで計測した力の種別ｆとにより、力補正決定部３６で決定する。

柔軟度合ｓは、一例として、対象物又は被対象物の弾性係数で表し、値が小さくなると柔らかく、値が大きくなると硬くなることを示す。柔軟度合ｓは、例えば、肝臓の正常部位又は患部又は骨などで柔軟性が異なるとともに、それぞれの部位毎に異なるため、臓器の３次元位置情報と共に、柔軟度合(柔軟性の度合い)を力補正決定部３６で決めておいても良い。

力計測装置１ａ又は１ｂで計測した力の種別ｆは、力測定装置１ａ又は１ｂで測定した個々の個別力及び力検出部１３の力のうち、どちらの力を伝達するかの種別を表す。力検出部１３の力を提示する場合は、力の種別ｆを「２」に設定し、個別の力を提示する場合には、力の種別ｆを「１」に設定する。

よって、定数ｋは、定数ｋ＝１／（ａ×ｓ＋ｂ×ｆ）の式で、力補正決定部３６により算出する。なお、ａ、ｂ定数であり、（ａ×ｓ＋ｂ×ｆ）の値が１以上となるように力補正決定部３６で設定する。

第３に、力補正部４１で補正する補正方法について、説明する。補正方法としては、一例として、前記で求めた、補正区間全体をｆ_ｎｅｗ＝ｆ_１２−ｋ×（（ｆ_１２）−（ｆ_１１））の式で補正する第１の「方法Ａ」（図９Ｃにて実線が補正前の力情報、破線が補正後の力情報）と、力が増加するまではｆ_ｎｅｗ＝ｆ_１２−ｋ×（（ｆ_１２）−（ｆ_１１））式を使って力補正決定部３６で求め、減少するタイミング以降、補正終了区間まで、先ほど求めた値を引き伸ばして算出する第２の「方法Ｂ」（図９Ｂ）との２つがある。すなわち、「方法Ａ」は、力補正箇所の力情報の絶対値を所定の補正量分だけ減少させるよう補正する方法である。「方法Ｂ」は、力補正箇所の力情報の絶対値を所定の補正量分だけ減少させることを一定時間維持するよう補正する方法である。これらの「方法Ａ」と「方法Ｂ」とのうちのどちらかの手法で、力補正部４１により補正する。ここで、「力情報の絶対値」という表現を使っているのは、力の正負に関わらず、力が弱くなる方向に補正するためである。力が正の場合は、所定の補正量分だけ減少させると力が弱くなるが、力が負の場合は、所定の補正量分だけ増加させないと力が弱くならない。ｆ_ｎｅｗ＝ｆ_１２−ｋ×（（ｆ_１２）−（ｆ_１１））の式を使うと、ｆ_ｎｅｗの絶対値が減少する計算となる。ちなみに、ｋは、定数ｋ＝１／（ａ×ｓ＋ｂ×ｆ）の式で、（ａ×ｓ＋ｂ×ｆ）の値が１以上と定義しているので、必ず正の値となる。どちらの手法を使うかは、力補正決定部３６で、予め決定しておくか、もしくは、先程、決定した定数ｋの値により、力補正決定部３６で決定する。例えば、定数ｋが所定の閾値（補正方法決定用閾値）（例えば、０．２未満）未満である（言い換えれば、補正量が所定の閾値未満である）と力補正決定部３６で判定した場合は、図９Ｃに示すように「方法Ａ」とする。定数ｋが前記所定の閾値（補正方法決定用閾値）以上である（言い換えれば、補正量が所定の閾値以上である）と力補正決定部３６で判定した場合は、「方法Ｂ」と力補正決定部３６で決定する。定数ｋが前記所定の閾値より小さいと力補正決定部３６で判定した場合には、ｆ_ｎｅｗとｆ_１２の差が小さいため、ｆ_１２の時点を延長して伝達しなくても十分力を感じることができるため、「方法Ａ」と力補正決定部３６で決定する。また、ｆ_ｎｅｗを算出する際に、ｋ×（（ｆ_１２）−（ｆ_１１））の絶対値がｆ_１２の絶対値を超えない範囲で定数ｋを力補正決定部３６で設定する必要がある。

補正すべき区間に関する情報と、前記第１、第２、第３で決定した補正方法と、力計測装置１ａ又は１ｂで計測した力に関する情報とは、力補正決定部３６から力補正部４１へ出力する。

《力補正部４１》
力補正部４１は、力補正決定部３６で決定した補正箇所と補正方法とに従って、補正箇所における力情報を補正方法で補正することにより、力伝達部２７でマスター機構３３に伝達すべき力を補正する。

具体的には、力補正部４１は、力補正決定部３６で力補正箇所が「補正なし」と決定した場合は、力測定装置１ａ又は１ｂで検出した力を補正せずに、力補正決定部３６を介してスレーブ制御部３５へ出力する。
力補正部４１は、力補正決定部３６により力補正箇所が「補正あり」と決定しかつ「力補正開始時刻」を決定した場合には、力測定装置１ａ又は１ｂで検出した力を補正し、補正した情報を、力補正決定部３６を介してスレーブ制御部３５へ出力する。ここで、補正する力の種別は、力補正決定部３６により、力測定装置１ａ又は１ｂで測定した個々の個別力及び力検出部１３の力のどちらか１つに決定する。

次に、力補正決定部３６で決定した力と補正方法（「方法Ａ」か、「方法Ｂ」か）と定数ｋとに基づいて、補正を力補正部４１で行う。

具体的には、力補正決定部３６で「方法Ａ」と決定した場合には、図９Ｃに示すように、補正区間全体をｆ_ｎｅｗ＝ｆ_１２−ｋ×（（ｆ_１２）−（ｆ_１１））の式で力補正部４１により補正する。

また、力補正決定部３６で「方法Ｂ」と決定した場合には、図９Ｂに示すように、力補正開始時点（図９ＡのＡ１時点）の力情報の変位（図９Ａの（ｆ_１２）−（ｆ_１１））において、定数ｋ（例えば、０．５）として、ｆ_ｎｅｗ＝ｆ_１２−ｋ×（（ｆ_１２）−（ｆ_１１））として、力補正部４１により補正する。

以降、Ｂ１時点までは、順次、同様の方法で力補正部４１により補正する。なお、Ｂ１時点は、力が増加から減少に転じる時点である。

次に、Ｂ１時点から力補正終了時点（図９ＡのＣ１時点）まで、Ｂ１時点で算出した力を力補正部４１により使う。力補正終了時点（図９ＡのＣ１時点）で力補正部４１による補正を終了する。Ｂ１時点から力補正終了時点（図９ＡのＣ１時点）まで、Ｂ１時点で算出した力を時間的に長めに力補正部４１からマスター機構３３へ伝達することで、力を小さめに力補正部４１で補正しても、感じにくくなることを防ぐ。

第１実施形態におけるマスタースレーブ装置１００の操作手順を図１４のフローチャートを用いて説明する。図１４において、術者６がマスター機構３３を直接操作し、スレーブ機構４０を動作させて、鉗子２ａ，２ｂを臓器５へ接触させたときの力の伝達手順を説明する。

まず、ステップＳ１０１では、鉗子２ａ又は２ｂを腹壁３又は臓器５に接触させたとき、力測定装置１ａ又は１ｂと力検出部１３とより力情報を検出し(ステップＳ２、及び、ステップＳ６〜ステップＳ９参照)、力測定装置１ａ又は１ｂと力検出部１３とから力補正決定部３６に出力する。

次いで、ステップＳ１０２では、力補正決定部３６において、具体的には、力計測装置１ａ又は１ｂから検出された力情報のうち、どの箇所を補正するかの情報である補正箇所に関する情報と、力補正部４１で補正対象とする力の種別と、力補正部４１で力を補正するための定数ｋと、力補正部４１で補正する補正方法と、を決定する。力補正決定部３６で決定した補正方法は、力の情報と共に、力補正決定部３６から力補正部４１へ出力する。

次いで、ステップＳ１０３では、力補正決定部３６にて決定した補正方法に基づいて、力補正部４１により、力を補正する。そして、力補正部４１は、補正した情報を、力補正決定部３６を介してスレーブ制御部３５へ出力する。ただし、力補正決定部３６で力補正箇所が「補正なし」と決定した場合は、力補正部４１により力測定装置１ａ又は１ｂで検出した力を補正せずに、力測定装置１ａ又は１ｂで検出した力を、そのまま、力補正部４１から力補正決定部３６を介してスレーブ制御部３５へ出力する。

次いで、ステップＳ１０４では、力補正部４１からスレーブ制御部３５に出力された力情報が、スレーブ制御部３５からマスター制御部２８に送られ、さらに力伝達部２７へと伝達される。力伝達部２７に入力された力情報は、術者６の手に伝達される。

《第１実施形態の効果》
以上のように、第１実施形態では、スレーブロボット２６のスレーブ機構４０とマスターロボット２５のマスター機構３３との間で慣性が異なる場合でも、力補正決定部３６で力情報に対する補正方法を決定して力補正部４１で力情報の補正を行い、補正後の力情報に基づいてマスター制御部２８及びスレーブ制御部３５でマスタースレーブロボットを制御するようにしている。この結果、マスター機構３３に大きな力を加えてマスター機構３３が大きく移動してしまうことを防ぐことに加えて、マスター機構３３が大きく移動しないように補正した際に、術者６がフィードバックされた力を感じることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態は、図１５に示すように、マスタースレーブ装置（マスタースレーブロボット）１００Ｂを使ってフレキシブル基板４５の挿入作業を行う場合を例に説明する。なお、マスタースレーブ装置１００Ｂからスレーブ機構４０とマスター機構３３とを除いた部分を、マスタースレーブロボットの制御装置とも称する。

まず、本発明の第２実施形態におけるマスタースレーブ装置１００Ｂの概要について説明する。

図１５に示すように、一例として、工場内のセル生産で、テレビ又はＤＶＤレコーダ又は携帯電話のなどの機器用のプリント基板４７の挿入口４６に、フレキシブル基板４５を取り付ける作業の教示を例にとって説明する。

よって、マスタースレーブ装置１００Ｂは、ハンド４８で対象物の一例としてのフレキシブル基板７４を把持し、被対象物の一例としての機器のプリント基板４７の挿入口７５に対して接触しながら作業を行うスレーブロボット２６Ｂを有するスレーブ機構４０と、スレーブ機構４０を作業者４９が遠隔により操作するマスターロボット２５を有するマスター機構３３とで構成されている。

マスタースレーブ装置１００Ｂのスレーブロボット２６Ｂは、機器４７が設置された作業台５０の上部若しくは壁面に設置され、機器の基板４７の挿入口４６にフレキシブル基板４５を挿入する作業を行うロボットである。

作業台５０の側面には、ボタンなどが配置された操作盤などの入力ＩＦ８を備える。

スレーブロボット２６Ｂの先端には、フレキシブル基板４５を把持するハンド４８が取り付けられている。

作業台５０の側面には、カメラなどの撮像装置４４が配置され、フレキシブル基板４５又は挿入口４６を撮像する。

また、力計測装置１は、ハンド４８の手首部に設置され、フレキシブル基板４５が基板４７又は挿入口４６にかかる力を測定する。

作業者４９は、撮像装置４４で撮像された映像をモニタ１７ａで確認しながらマスターロボット２５を操作すると、スレーブロボット２６Ｂが動作する。力計測装置１で計測した力は、スレーブロボット２６Ｂからマスターロボット２５へフィードバックすることで、作業者４９は、フレキシブル基板４５を直接操作している感覚で、スレーブロボット２６Ｂを教示することができる。教示により生成された動作情報に基づいて、スレーブロボット２６Ｂを自動で動作させる。

マスタースレーブ装置１００Ｂの操作手順の概要を説明する。

作業台５０の側面に配置されている入力ＩＦ８を使用して作業者４９が電源を入れる。

作業者４９がマスターロボット２５を操作すると、作業者４９が加えた力に基づいてスレーブロボット２６Ｂが移動することで、スレーブロボット２６Ｂが動作する。具体的には、図１６Ａ〜図１６Ｈに示すように、マスターロボット２６Ｂを操作すると、スレーブロボット２６Ｂによりフレキシブル基板４５を挿入口４６に挿入する。

図１９は、第２実施形態において、マスターロボット２５とスレーブロボット２６Ｂと、力計測装置１との構成を示す。第１実施形態との共通部分の説明は省略し、異なる部分のみ以下で説明する。

《力測定装置１》
力計測装置１は、第１実施形態と同様の機能を有し、ハンド４８の手首部に設置され、フレキシブル基板４５から基板４７又は挿入口４６にかかる力又はフレキシブル基板４５の先端にかかる力を個別に測定する。力測定装置１は、力情報取得部の一例として機能し、少なくとも、力検出部１３とリファレンス情報生成部１５と個別力算出部１１とを備えている。

力測定装置１からは、力検出部１３からの出力値と、個別力検出部１１で検出した個別力と、力判定部１２での判定結果とが、第１実施形態と同様、力補正決定部３６へ出力される。力測定装置１は、第１実施形態の力測定装置１と同様な構造を備えている。

《力検出部１３》
力検出部１３は、第１実施形態と同様の機能を有し、フレキシブル基板４５が挿入口４６又は機器４７などに接触したときの力を検出する。力検出部１３は、第１実施形態の力検出部１３と同様な構成でもよい。

《器具位置検出部１９》
器具位置検出部１９は、第１実施形態と同様の機能を有し、器具の一例としてのフレキシブル基板４５の、挿入口４６側とは反対側の先端位置を検出する。器具位置検出部１９は、第１実施形態と同様に、磁気式位置計測センサで先端位置を算出して検出しても良いし、又は、フレキシブル基板４５を把持しているスレーブロボット２６Ｂの手先位置を先端位置として検出しても良い。なお、スレーブロボット２６Ｂの手先位置は、スレーブ入出力ＩＦより出力される。

《リファレンス情報生成部１５》
リファレンス情報生成部１５は、第１実施形態と同様の機能を有し、フレキシブル基板４５の挿入口４６を通過し、挿入口４６の奥に接触する前に器具位置検出部１９で検出したフレキシブル基板４５の位置と、さらに力検出部１３で検出した値と、後述する方法で算出した基準点とを対にした情報であるリファレンス情報を生成する。リファレンス情報の生成動作は、第１実施形態と同様であり、ここでは、挿入口に基板を挿入して、基板の先端が挿入口の奥に接触しない状態で、基板を挿入口に対して傾斜させて、リファレンス情報を生成する。

−リファレンス情報データベース２２−
リファレンス情報データベース２２は、第１実施形態と同様、力検出部１３により検出した力に関する情報と、器具位置検出部１９により検出したフレキシブル基板４５の位置と、リファレンス情報生成部１５で算出した基準点とを対にした情報であるリファレンス情報を、データベース入出力部１４を介して、タイマー１０を利用して時刻と共に格納する。詳しくは、リファレンス情報のうちの力検出部１３により検出した力に関する情報と、器具位置検出部１９により検出しかつフレキシブル基板４５の挿入口４６を通過して挿入口４６の奥に接触する前のフレキシブル基板４５の位置と、リファレンス情報生成部１５で算出した基準点とが、タイマー１０を利用して、ある一定時間毎（例えば、４ｍｓｅｃ毎）にリファレンス情報生成部１５で生成され、時刻と共に、リファレンス情報生成部１５からデータベース入出力部１４に出力され、リファレンス情報データベース２２に記憶する。

−計測情報データベース９−
計測情報データベース９は、力検出部１３により検出した力に関する情報と、器具位置検出部１９により検出した挿入口４６の奥に接触する前後のフレキシブル基板４５の位置とを、データベース入出力部１４を介して、タイマー１０を利用して、ある一定時間毎（例えば、４ｍｓｅｃ毎）に計測情報生成部１５で生成され、時刻と共に、計測情報生成部１５からデータベース入出力部１４に出力されて、計測情報として、計測情報データベース９に記憶される。

《個別力算出部１１》
個別力算出部１１の演算部１１ａでは、第１実施形態と同様の機能を有し、フレキシブル基板４５を挿入口４６の奥に接触させたときの個別の力を、データベース入出力部１４を介して、リファレンス情報データベース２２に記憶されたリファレンス情報と力検出部１３で検出した力とに基づいて、算出する。個別力算出部１１のリファレンス情報選択部１６で使用するリファレンス情報は、リファレンス情報データベース２２からデータベース入出力部１４で読み出されたリファレンス情報の中から、現在（力計測時）のフレキシブル基板４５の位置に基づいて、リファレンス情報選択部１６により選択される。

リファレンス情報選択部１６は、フレキシブル基板４５が挿入口４６を通過し、挿入口４６の奥４６ａにフレキシブル基板４５が接触する前のフレキシブル基板４５の位置の中から、現在（力計測時）のフレキシブル基板４５の位置（ただし、挿入方向の位置を除く、挿入方向と直交する軸の位置）に最も近いリファレンス情報を選択する。リファレンス情報選択部１６で選択したリファレンス情報のＩＤは、リファレンス情報選択部１６から計測情報データベース９の「リファレンス情報のＩＤ」に、データベース入出力部１４を介して格納される。

個別力算出部１１は、フレキシブル基板４５を挿入口の奥４６ａに接触させたときの個別の力を、リファレンス情報選択部１６で選択したリファレンス情報に基づいて検出する。具体的には、リファレンス情報データベース２２からデータベース入出力部１４で読み出されたリファレンス情報に基づき、計測したい時点のリファレンス情報をリファレンス情報選択部１６により選択する。次いで、その時点の力計測部１３の値から、リファレンス情報選択部１６で選択したリファレンス情報の力の値を減じた値を、個別力として個別力算出部１１の演算部１１ａで算出する。個別力算出部１１の演算部１１ａで算出した個別力は、データベース入出力部１４を介して、個別力算出部１１の演算部１１ａから計測情報データベース９に格納される。

《力判定部１２》
力判定部１２は、データベース入出力部１４と個別力算出部１１とリファレンス情報生成部１５とからの情報に基づき、リファレンス情報生成部１５で生成した力によりフレキシブル基板４５又は挿入口４６に負荷がかかっているか否かを判定する。具体的には、リファレンス情報生成部１５で生成した力が所定の第２閾値（フレキシブル基板又は挿入口負荷判定用閾値）（例えば、２Ｎ）以上であると力判定部１２で判定する場合、リファレンス情報生成部１５で生成した力によりフレキシブル基板４５又は挿入口４６に負荷がかかっていると力判定部１２で判定する。

《判定結果通知部１７》
判定結果通知部１７は、力判定部１２からの情報を基に、力判定部１２により判定された結果を作業者４９に判定結果通知装置などで通知する。判定結果通知部１７で作業者４９に通知する判定結果通知装置としては、例えば、モニタ１７ａ又はスピーカー１７ｂなどが採用できる。

《マスター機構３３、スレーブ機構４０》
マスター機構３３は、作業者４９が直接触って操作するロボットであり、作業者４９が動かす際のサンプル時間毎の位置情報を取得し、マスター入出力ＩＦ３１に出力する。

スレーブ機構４０は、フレキシブル基板４５を挿入口４６へ挿入する作業を行うロボットであり、マスター機構３３で取得した位置情報に追従するように動作する。

《力補正決定部３６》
力補正決定部３６は、力計測装置１から力補正決定部３６に入力された力情報から、力補正方法に関する情報を決定し、決定した力補正方法に関する情報を、力情報と共に、力補正決定部３６からスレーブ制御部３５に出力する。具体的には、力補正決定部３６は、力計測装置１から検出された力情報のうち、どの力検出箇所を補正するかの情報である補正箇所に関する情報と、力補正部４１で補正対象とする力の種別と、後述する力補正部４１における補正方法とについて、力補正方法に関する情報として決定する。

第１に、力補正部４１で補正対象とする力の種別を力補正決定部３６で決定する。種別は、第１実施形態と同様の方法で、力補正決定部３６で決定する。

第２に、力補正部４１で力を補正するための定数ｋを、力補正決定部３６で決定する。定数ｋは、フレキシブル基板４５などの対象物又は挿入口４６又は機器４７などの被対象物の柔軟度合ｓと、力計測装置１で計測した力の種別ｆとにより、力補正決定部３６で決定する。これは、力補正決定部３６は、力測定装置１で測定した個々の個別力と、力検出部１３の力とのどちらかの力の種別と、柔軟度合ｓとのいずれか１つ以上の情報に基づいて、力補正箇所の力情報の絶対値を減少させるときの補正量を決定することを意味する。

フレキシブル基板４５は、構造上、曲がりやすい方向と曲がりにくい方向とがある。図１７に示すｚ方向又はｙ方向は、プラスマイナスいずれの方向も力を加えると曲がりやすい。一方、ｘ方向は、力を加えると曲がりにくい。そこで、力補正決定部３６により、柔軟度合ｓは、フレキシブル基板４５が曲がりやすい方向には柔軟度合ｓを小さく、フレキシブル基板４５が曲がりにくい方向には柔軟度合ｓを大きく設定する。よって、力補正決定部３６により、対象物もしくは被対象物の作業方向と作業方向と交差する方向とを含む複数の方向において、柔軟なほど（曲がりやすく、柔軟度合ｓを小さくするほど）補正量が少なくなるよう決定することを意味している。例えば、６軸検出可能な力検出部１３を備えている場合は、６軸それぞれで柔軟度合ｓを変更しても良い。

さらに第１実施形態と同様、力検出部１３の力を提示する場合は、力の種別ｆを「２」に設定し、個別の力を提示する場合には、力の種別ｆを「１」に設定する。

また、定数ｋは、定数ｋ＝１／（ａ×ｓ＋ｂ×ｆ）の式で、力補正決定部３６により算出する。なお、ａ、ｂ定数である。このように定数ｋを算出することにより、結果として、補正決定部３６は、力補正決定部３６で決定した力の種別ｆが、対象物が被対象物に個別にかかる力として決定したときの補正量を、力検出部１３で取得した力の情報として決定したときの補正量より、大きく補正するよう決定することを意味している。

第３に、力補正部４１で補正する補正方法は、第１実施形態と同様の方法で決定する。

《力補正部４１》
力補正部４１は、第１実施形態と同様に、力補正決定部３６で決定した補正箇所と補正方法とに従って、力伝達部２７でマスター機構３３に伝達すべき力を補正する。

例えば、力補正部４１は、力補正決定部３６で力補正箇所が「補正なし」と決定した場合は、力測定装置１で検出した力を補正せずに、力補正決定部３６を介してスレーブ制御部３５へ出力する。

また、力補正部４１は、力補正決定部３６で力補正箇所が「補正あり」と決定した場合には、力測定装置１で測定した力情報を補正した値を、マスターロボット２５にフィードバックする力として算出する。

《スレーブ動作生成部５１》
スレーブ動作生成部５１は、マスターロボット２６Ｂを教示中に、力測定装置１で取得した力情報と負荷の判定結果とを基に、例えば、対象物又は被対象物（フレキシブル基板４５又は挿入口４６）に所定以上の負荷が作用したときにスレーブ動作を停止したり、マスターロボット２６Ｂの教示後に記録した計測情報データベース９の位置情報を基に、スレーブロボット２５を自動で動作するための動作を生成する。計測情報データベース９の位置情報を一定時間毎にスレーブ動作生成部５１からスレーブ制御部３５へ出力することで、スレーブ制御部３５でスレーブロボット２５を自動で動作させることができる。さらに、マスターロボット２６Ｂで提示する力の補正を力補正部４１で行った場合には、補正の前後で位置が振動する箇所がある場合は、スレーブ動作生成部５１において、スレーブ動作生成部５１に備えられたローパスフィルタなどを使って平滑化することで動作に修正する。ここで、補正の前後で位置が振動する箇所があるか否かは、一例として、以下のようにして判定する。一定時間毎（例えばｔ_１）に取得された位置情報の変位の符号（正か負）が前の変位の符号と変化した場合を１とし、変化しない場合を０とする。そして、一定時間毎（例えば、時間ｔ_２、時間ｔ_１より長い。具体的には時間ｔ_１を６つ含む長さ）に、符号が変化した数が所定の閾値以上（例えば３）の場合を、「振動する箇所」と判定する。

次に、第２実施形態におけるマスタースレーブ装置１００Ｂの操作手順を図１８のフローチャートを用いて説明する。図１８において、作業者４９がマスター機構３３を直接操作し、スレーブ機構４０を動作させて、フレキシブル基板４５を挿入口４６へ接触させたときの力の伝達手順を説明する。

まず、ステップＳ２０１では、フレキシブル基板４５を挿入口４６に接触させたとき、力測定装置１と力検出部１３とより力情報を検出し、力測定装置１と力検出部１３とから力補正決定部３６に出力する。

次いで、ステップＳ２０２では、力判定部１２で、フレキシブル基板４５又は挿入口４６に負荷がかかっているか否かを判定する。負荷があると力判定部１２で判断された場合は、ステップＳ２０３で、スレーブ動作生成部５１により、動作を停止するよう動作を生成し、ステップ２０４により、スレーブ動作生成部５１からの指令により、スレーブ機構４０を制御する。ステップＳ２０２にて、負荷がないと力判定部１２で判断された場合には、ステップＳ２０５に進む。

次いで、ステップＳ２０５では、力補正決定部３６において、具体的には、力計測装置１から検出された力情報のうち、どの箇所を補正するかの情報である補正箇所に関する情報と、力補正部４１で補正対象とする力の種別と、力補正部４１で力を補正するための定数ｋと、力補正部４１で補正する補正方法と、を決定する。力補正決定部３６において、定数ｋは、フレキシブル基板４５の曲がりやすさの違いを方向別に算出して決定する。力補正決定部３６で決定した補正方法は、力の情報と共に、力補正決定部３６から力補正部４１へ出力する。

次いで、ステップＳ２０６では、力補正決定部３６にて決定した補正方法に基づいて、力補正部４１により、力を補正する。そして、力補正部４１は、補正した情報を、力補正決定部３６を介してスレーブ制御部３５へ出力する。ただし、力補正決定部３６で力補正箇所が「補正なし」と決定した場合は、力補正部４１により力測定装置１で検出した力を補正せずに、力測定装置１で検出した力を、そのまま、力補正部４１から力補正決定部３６を介してスレーブ制御部３５へ出力する。

次いで、ステップＳ２０７では、力補正部４１からスレーブ制御部３５に出力された力情報が、スレーブ制御部３５からマスター制御部２８に送られ、さらに力伝達部２７へと伝達される。力伝達部２７に入力された力情報は、作業者４９の手に伝達される。

《第２実施形態の効果》
以上のように、第２実施形態では、マスタースレーブ装置１００Ｂを使ってフレキシブル基板挿入作業を行う場合に、スレーブロボット２６Ｂのスレーブ機構４０とマスターロボット２５のマスター機構３３と間で慣性が異なる場合でも、力補正決定部３６で力情報に対する補正方法を決定して力補正部４１で力情報の補正を行い、補正後の力情報に基づいてマスター制御部２８及びスレーブ制御部３５でマスタースレーブロボットを制御するようにしている。さらに、このようにマスタースレーブロボットを制御するとき、スレーブ動作生成部５１により、マスターロボット２６Ｂを教示中にフレキシブル基板４５又は挿入口４６に過負荷が作用したときにはスレーブ動作を停止したり、マスターロボット２６Ｂの教示後にスレーブロボット２５を自動で動作するための動作を生成して、スレーブ制御部３５でスレーブロボット２５を自動で動作させることができる。また、スレーブ動作生成部５１により、力補正時には、位置の振動を平滑化して動作修正することもできる。この結果、マスター機構３３に大きな力を加えてマスター機構３３が大きく移動してしまうことを防ぐことに加えて、マスター機構３３が大きく移動しないように補正しても、作業者４９がフィードバックされた力を感じることができる。

（第３実施形態）
第３実施形態は、第２実施形態と同様に、図１５に示すように、マスタースレーブ装置（マスタースレーブロボット）１００Ｃを使ってフレキシブル基板４５の挿入作業を行う場合を例に説明する。なお、マスタースレーブ装置１００Ｃからスレーブ機構４０とマスター機構３３とを除いた部分を、マスタースレーブロボットの制御装置とも称する。

図２０は、第３実施形態の力計測装置１と、マスターロボット２５と、スレーブロボット２６Ｃとの構成を示す。第２実施形態との共通部分の説明は省略し、異なる部分のみ以下で説明する。

《力補正決定部３６》
力補正決定部３６は、力計測装置１から力補正決定部３６に入力された力情報から、力補正方法に関する情報を決定し、決定した力補正方法に関する情報を、力情報と共に、力補正決定部３６からスレーブ制御部３５に出力する。具体的には、力補正決定部３６は、力計測装置１から検出された力情報のうち、どの力検出箇所を補正するかの情報である補正箇所に関する情報と、力補正部４１で補正対象とする力の種別と、後述する力補正部４１における補正方法とについて、力補正方法に関する情報として決定する。

第１に、力補正部４１で補正対象とする力の種別を力補正決定部３６で決定する。種別は、第１実施形態と同様の方法で、力補正決定部３６で決定する。

第２に、力補正部４１で力を補正するためのスレーブロボット２６Ｃのスレーブ機構４０の慣性力を、力補正決定部３６内のスレーブ慣性力算出部５２で算出する。

力補正決定部３６は、第１実施形態と同様に力種別などを決定する力補正決定本体部と、後述するようにスレーブ機構４０の慣性力を算出するスレーブ慣性力算出部５２とを備えている。

ここで、スレーブ慣性力算出部５２は、力補正決定部３６内に備えられて、スレーブロボット２６Ｃのスレーブ機構４０の加速度ａと重量ｍとにより、スレーブ機構４０の慣性力（ｍ×ａ）を算出する。スレーブ慣性力算出部５２で算出したスレーブ機構４０の慣性力を、力測定装置１で測定した力情報から減じた値を、マスターロボット２５にフィードバックする力としてスレーブ慣性力算出部５２で算出する。実際の力の補正は、スレーブ慣性力算出部５２からの情報を基に、後述する力補正部４１で行なう。なお、重量ｍとして、スレーブ機構４０の重量を予め決定しておく。スレーブロボット２６Ｃのスレーブ機構４０の加速度ａは、スレーブロボット２６Ｃのスレーブ機構４０の速度をスレーブ慣性力算出部５２で微分することで、算出する。スレーブ機構４０の速度と加速度は、器具位置検出部１９で検出した位置（スレーブロボット２６Ｂの手先位置）を微分すると速度が算出され、速度を微分すると加速度が算出される。

《力補正部４１》
力補正部４１は、第１実施形態と同様に、力補正決定部３６で決定した補正箇所と補正方法とに従って、力伝達部２７でマスター機構３３に伝達すべき力を補正する。

具体的には、力補正部４１は、力補正決定部３６で力補正箇所が「補正なし」と決定した場合は、力測定装置１で検出した力を補正せずに、力補正決定部３６を介してスレーブ制御部３５へ出力する。

また、力補正部４１は、力補正決定部３６で力補正箇所が「補正あり」と決定した場合には、スレーブ慣性力算出部５２で算出したスレーブ機構４０の慣性力を、力測定装置１で測定した力情報から減じた値を、マスターロボット２５にフィードバックする力として算出する。

《力伝達部２７》
力伝達部２７は、補正部４１で補正した力の情報をマスター機構３３従って作業者４９に伝達する。具体的には、力伝達部２７は、スレーブ制御部３５からの力情報にマスター慣性力算出部５３で算出したマスターの慣性力を加えた力を基に、スレーブ制御部３５によりスレーブ機構４０を力制御することで、作業者４９の手に伝達する。

力伝達部２７は、第１実施形態と同様に力伝達を行う力伝達本体部と、下記するようにマスター機構３３の慣性力を算出するマスター慣性力算出部５３を備えている。

マスター慣性力算出部５３は、マスターロボット２５Ｃのマスター機構３３の加速度ａと重量ｍとにより、マスター機構３３の慣性力（ｍ×ａ）を算出する。マスター慣性力算出部５３で算出したマスター機構３３の慣性力を、スレーブ制御部３５からの力情報に加えた値をマスター慣性力算出部５３で算出し、算出した情報を基に、マスター制御部２８によりマスター機構３３を力制御することで、作業者４９の手に伝達する。なお、重量ｍとして、マスター機構３３の重量を予め決定しておく。マスターロボット２５のマスター機構３３の加速度ａは、マスターロボット２５のマスター機構３３の速度をマスター慣性力算出部５３で微分することで、算出する。マスター機構３３の速度は、マスター入出力ＩＦ３１から出力される位置情報を微分して得られる。

《第３実施形態の効果》
以上のように、スレーブロボット２６Ｃのスレーブ機構４０とマスターロボット２５の機構４０との間で慣性が異なる場合でも、力補正決定部３６で力情報に対する補正方法を決定して力補正部４１で力情報の補正を行い、補正後の力情報に基づいてマスター制御部２８及びスレーブ制御部３５でマスタースレーブロボットを制御するようにしている。この力補正部４１での力情報の補正のとき、力補正決定部３６内のスレーブ慣性力算出部５２で算出したスレーブ機構４０の慣性力を基に、マスターロボット２５にフィードバックする力を力補正部４１で算出する。また、このフィードバックする力と、マスター慣性力算出部５３で算出したマスター機構３３の慣性力とを基に、マスター制御部２８によりマスター機構３３を力制御して作業者４９の手に力情報を伝達する。この結果、マスター機構３３に大きな力を加えてマスター機構３３が大きく移動してしまうことを防ぐことに加えて、マスター機構３３が大きく移動しないように補正した際に、作業者４９がフィードバックされた力を感じることができる。さらに、マスター機構３３又はスレーブ機構４０の重量を予め決定しておくだけで、自動的に慣性力を算出することで、より正確な力を作業者４９にフィードバックすることが可能となる。

《変形例》
なお、第１実施形態の図９Ｂのｔ_Ｂ１時点からｔ_Ｃ１時点までｔ_Ｂ１時点の力を引き伸ばして補正するようにしたが、図９Ｄに示すようにｔ_Ｂ１時点からｔ_Ｃ１時点までの区間でｔ_Ｂ１時点の力とｔ_Ｃ１時点の力を交互に一定時間毎に切り替えて提示する（言い換えれば、力補正箇所の力情報の絶対値を所定の補正量分だけ減少させた値以下の範囲内で減少と増加とを繰り返させるよう補正する）第３の方法で補正しても良い。これにより、力の強弱が加わることでより提示した力を感じやすくなる効果がある（「方法Ｃ」）。

また、第１実施形態の図９Ｂのｔ_Ｂ１時点からｔ_Ｃ１時点までｔ_Ｂ１時点の力を引き伸ばして補正するようにしたが、ｔ_Ｃ１時点で急激に力が減少させて伝えてしまうことを防ぐために、図９Ｅに示すように、次の基準点であるｔ_Ｄ１時点までの間を滑らかに補間して急激に力が減少することを防ぐように力補正部４１で補正しても良い（方法Ｄ）。

また、図９Ｆに示すように、図９ＦのＡ２時点からＣ２時点までの時間が所定の時間以内で力情報ｆ_２１に示すピークを検出した場合には、力補正部４１により、意図的に、フィードバックのタイミングを遅らせる方法でも良い（方法Ｅ）。ここで、所定の時間とは、例えば、ピークの開始から終了するまでの時間（図９ＦのＡ２からＣ２まで）である。すなわち、力補正決定部３６は、第１〜第３の方法に加えて、所定時間経過後に、力補正箇所の力情報の絶対値を所定の補正量分だけ減少させるよう補正する第４の方法を力補正部４１で使用するようにしてもよい。これにより、フィードバック前にフィードバックしていない時間若しくはフィードバックする力を弱くする時間を長くとることで、より作業者４９に感じやすくフィードバックすることが可能となる。

なお、第２実施形態の補正方法と上記変形例の補正方法とのうちのどの補正方法を選択するかは、力補正決定部３６で、予め決定しておくか、もしくは、定数ｋの値により、力補正決定部３６で決定する。例えば、定数ｋが所定の第１補正方法決定用閾値未満（例えば、０．２未満）の場合は「方法Ａ」として選択する。また、定数ｋが第１補正方法決定用閾値以上でかつ第２補正方法決定用閾値未満（例えば０．２以上０．４未満）の場合は、「方法Ｂ」もしくは「方法Ｄ」として選択する。さらに、定数ｋが第２補正方法決定用閾値以上の場合は、「方法Ｅ」として選択しても良い。

さらに、前記実施形態では、挿入方向のみを説明したが、挿入方向と垂直の方向についても同様の方法で計測することができる。

また、第２実施形態ではプリント基板４７の挿入口４６に、フレキシブル基板４５を取り付ける作業の教示を例に説明をしたが、故障した微細部品の取り外し作業又は組み付け作業など教示以外の作業でも有効である。

なお、各閾値は、対象物又は被対象物の種類又は状態により異なる値とし、例えば、事前に作成された複数の閾値から術者６又は作業者４９が選択するか、キーボード又はボタンなどの入力装置により、術者６又は作業者４９が、データベース入出力部１４を介して、リファレンス情報生成部１５、力判定部１２、個別力算出部１１、又は、力補正決定部３６などに適宜入力することも可能である。

なお、本発明を第１〜第３実施形態及び変形例に基づいて説明してきたが、本発明は、前記の第１〜第３実施形態及び変形例に限定されないのはもちろんである。以下のような場合も本発明に含まれる。

前記各制御装置の一部又は全部は、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクユニット、ディスプレイユニット、キーボード、マウスなどから構成されるコンピュータシステムである。前記ＲＡＭ又はハードディスクユニットには、コンピュータプログラムが記憶されている。前記マイクロプロセッサが、前記コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、各部は、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。

例えば、ハードディスク又は半導体メモリ等の記録媒体に記録されたソフトウェア・プログラムをＣＰＵ等のプログラム実行部が読み出して実行することによって、各構成要素が実現され得る。なお、前記実施形態又は変形例における制御装置を構成する要素の一部又は全部を実現するソフトウェアは、以下のようなプログラムである。つまり、このプログラムは、対象物を把持し、被対象物に対して接触しながら作業を行うスレーブ機構と、前記スレーブ機構を人が遠隔により操作するマスター機構とで構成されるマスタースレーブ装置を制御するマスタースレーブロボットの制御プログラムであって、
コンピュータに、
前記スレーブ機構に外部から加えられた力の力情報を力情報取得部で取得するステップと、
前記力情報と前記スレーブ機構の速度情報とのいずれか１つ以上の情報に基づいて、前記力情報の補正の開始時刻である補正開始時刻から補正の終了時刻である補正終了時刻までの区間の情報である力補正箇所と、前記力補正箇所において、前記力補正箇所の力情報の絶対値を減少させることを一定時間維持するようにゲインを決定して補正する第１の方法と、前記力補正箇所の力情報の絶対値を減少させた値以下の範囲内で減少と増加とを繰り返させるようにゲインを決定して補正する第２の方法との２つの方法からいずれか１つの補正方法とを力補正決定部で決定するステップと、
前記力補正決定部で決定された前記力補正箇所と前記ゲインに基づいて、前記力情報取得部で取得した前記力情報を、前記力補正決定部で決定した補正方法で力補正部で補正するステップと、
前記力補正部で補正した補正後からの力情報を前記マスター機構に力伝達部で伝達するステップと、
前記人が、前記力伝達部からの前記補正後の力情報に基づいて前記マスターマニピュレータを操作するとき、前記マスター機構の操作情報をマスター制御部で制御するステップと、
前記スレーブ機構と前記マスター制御部とに接続されたスレーブ制御部により、前記マスター制御部から送られる前記マスター機構の操作情報を前記スレーブ機構に伝達する制御信号を出力するステップとを実行させるためのマスタースレーブロボットの制御プログラムである。

また、このプログラムは、サーバなどからダウンロードされることによって実行されてもよく、所定の記録媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭなどの光ディスク、磁気ディスク、又は、半導体メモリなど）に記録されたプログラムが読み出されることによって実行されてもよい。

また、このプログラムを実行するコンピュータは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、あるいは分散処理を行ってもよい。

なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本発明は、対象物を把持し、被対象物に対して接触しながら作業を行うマスタースレーブロボットにおける制御装置及び制御方法、マスタースレーブロボット、並びに、制御プログラムとして有用である。

１ 力計測装置
１ａ 第１の力計測装置
１ｂ 第２の力計測装置
２ 鉗子
２ａ 第１の鉗子
２ｂ 第２の鉗子
３ 腹壁
４ 人体
５ 臓器
６ 術者
７ 内視鏡
８ 入力ＩＦ
９ 計測情報データベース
１０ タイマー
１１ 個別力算出部
１２ 力判定部
１３ 力検出部
１４ データベース入出力部
１５ リファレンス情報生成部
１６ リファレンス情報選択部
１７ 判定結果通知部
１７ａ モニタ
１７ｂ スピーカー
１８ トロッカー
１８ａ トロッカー
１８ｂ トロッカー
１８ｃ トロッカー
１９ 器具位置検出部
２０ 磁力計測部
２１ 磁界発生源
２２ リファレンス情報データベース
２５ マスターロボット
２６，２６Ｂ，２６Ｃ スレーブロボット
２７ 力伝達部
２８ マスター制御部
２９ マスター制御装置
３０ マスター周辺装置
３１ マスター入出力ＩＦ
３２ マスターモータドライバ
３３ マスター機構
３４ スレーブ装置
３５ スレーブ制御部
３６ 力補正決定部
３７ スレーブ入出力ＩＦ
３８ スレーブモータドライバ
３９ スレーブ周辺装置
４０ スレーブ機構
４１ 力補正部
４２ スレーブ動作生成部
４３ タイマー
４４ 撮像装置
４５ 部品（フレキシブル基板）
４６ 挿入口（コネクタ）
４７ 機器
４８ ハンド
４９ 作業者
５０ 作業台
５１ スレーブ動作生成部
５２ スレーブ慣性力算出部
５３ マスター慣性力算出部
７０ 手術台
１００，１００Ｂ，１００Ｃ マスタースレーブ装置

Claims (13)

1. 対象物を把持し、被対象物に対して接触しながら作業を行うスレーブ機構と、前記スレーブ機構を人が遠隔により操作するマスター機構とで構成されるマスタースレーブ装置において、
   前記スレーブ機構に外部から加えられた力の力情報を取得する力情報取得部と、
   前記力情報と前記スレーブ機構の速度情報とのいずれか１つ以上の情報に基づいて、前記力情報の補正の開始時刻である補正開始時刻から補正の終了時刻である補正終了時刻までの区間の情報である力補正箇所と、前記力補正箇所において、前記力補正箇所の力情報の絶対値を減少させることを一定時間維持するようにゲインを決定して補正する第１の方法と、前記力補正箇所の力情報の絶対値を減少させた値以下の範囲内で減少と増加とを繰り返させるようにゲインを決定して補正する第２の方法との２つの方法からいずれか１つの補正方法とを決定する力補正決定部と、
   前記力補正決定部で決定された前記力補正箇所と前記ゲインに基づいて、前記力情報取得部で取得した前記力情報を、前記力補正決定部で決定した補正方法で補正する力補正部と、
   前記力補正部で補正した補正後からの力情報を前記マスター機構に伝達する力伝達部と、
   前記人が、前記力伝達部からの前記補正後の力情報に基づいて前記マスターマニピュレータを操作するとき、前記マスター機構の操作情報を制御するマスター制御部と、
   前記スレーブ機構と前記マスター制御部とに接続され、前記マスター制御部から送られる前記マスター機構の操作情報を前記スレーブ機構に伝達する制御信号を出力するスレーブ制御部とを備えるマスタースレーブロボットの制御装置。
2. 前記力補正決定部は、前記第１〜第２の方法に加えて、所定時間経過後に、前記力補正箇所の力情報の絶対値を減少させるようにゲインを決定して補正する第３の方法を加えた３つの方法からいずれか１つの補正方法を決定する、請求項１に記載のマスタースレーブロボットの制御装置。
3. 前記力情報取得部は、
   前記対象物が前記被対象物に接触したときの前記力の情報を検出する力検出部と、
   前記対象物が前記被対象物に非接触な状態での前記力に関する情報であるリファレンス情報を生成するリファレンス情報生成部と、
   前記被対象物に前記対象物を接触させる際に、前記力検出部で取得した力の情報と前記リファレンス情報とから前記対象物が前記被対象物に作用する力を個別に算出する個別力算出部とを備え、
   前記力補正決定部は、前記力補正箇所を決定し、前記力補正部で補正する力について、前記力情報取得部で取得した力の情報か、前記対象物が前記被対象物に個別にかかる力かのどちらかの種別の力を決定する請求項１又は２に記載のマスタースレーブロボットの制御装置。
4. 前記力補正決定部は、前記力情報取得部で取得した力の情報か又は前記対象物が前記被対象物に個別にかかる力かのどちらかの力の種別と、前記対象物もしくは前記被対象物の柔軟性の度合とのいずれか１つ以上の情報に基づいて、前記力補正箇所の力情報の絶対値を減少させるときの補正量を決定する請求項１〜３のいずれか１つに記載のマスタースレーブロボットの制御装置。
5. 前記力補正決定部は、前記対象物もしくは前記被対象物の作業方向と前記作業方向と交差する方向とを含む複数の方向において柔軟なほど補正量が少なくなるよう決定する請求項４に記載のマスタースレーブロボットの制御装置。
6. 前記力補正決定部は、前記力補正決定部で決定した前記力の種別が、前記対象物が前記被対象物に個別にかかる力として決定したときの補正量を、前記力情報取得部で取得した力の情報として決定したときの補正量より、大きく補正するよう決定する請求項４に記載のマスタースレーブロボットの制御装置。
7. 前記力補正決定部は、前記補正量が所定の補正方法決定用閾値未満の場合は、前記力補正箇所の力情報の絶対値を所定の補正量分だけ減少させるようにゲインを決定して補正する方法を選択し、前記補正量が所定の補正方法決定用閾値以上の場合は、前記第１の方法もしくは前記第２の方法を決定する請求項１又は４に記載のマスタースレーブロボットの制御装置。
8. 前記リファレンス情報生成部で検出した力若しくは前記個別力算出部で算出した個々の力情報が所定の負荷判定用閾値以上の場合は前記対象物若しくは前記被対象物に負荷が作用していると判定する力判定部を備える請求項３に記載のマスタースレーブロボットの制御装置。
9. 前記リファレンス情報生成部で算出した力又は前記個別力算出部で算出した個々の力又は前記力判定部で判定した判定結果を、前記対象物もしくは前記被対象物を撮像した画像に付加して表示する判定結果通知部をさらに備える請求項２〜８のいずれか１つに記載のマスタースレーブロボットの制御装置。
10. 前記リファレンス情報生成部で算出した力又は前記個別力算出部で算出した個々の力又は前記力判定部で判定した判定結果を音声で前記人に知らせる判定結果通知部をさらに備える請求項２〜８のいずれか１つに記載のマスタースレーブロボットの制御装置。
11. 請求項１〜９のいずれか１つに記載の前記マスタースレーブロボットの制御装置と、
    前記マスタースレーブ装置と
    を備える、マスタースレーブロボット。
12. 対象物を把持し、被対象物に対して接触しながら作業を行うスレーブ機構と、前記スレーブ機構を人が遠隔により操作するマスター機構とを備えるマスタースレーブ装置を制御するマスタースレーブロボットの制御方法であって、
    前記スレーブ機構に外部から加えられた力の力情報を力情報取得部で取得し、
    前記力情報と前記スレーブ機構の速度情報とのいずれか１つ以上の情報に基づいて、前記力情報の補正の開始時刻である補正開始時刻から補正の終了時刻である補正終了時刻までの区間の情報である力補正箇所と、前記力補正箇所において、前記力補正箇所の力情報の絶対値を減少させることを一定時間維持するようにゲインを決定して補正する第１の方法と、前記力補正箇所の力情報の絶対値を減少させた値以下の範囲内で減少と増加とを繰り返させるようにゲインを決定して補正する第２の方法との２つの方法からいずれか１つの補正方法とを力補正決定部で決定し、
    前記力補正決定部で決定された前記力補正箇所と前記ゲインに基づいて、前記力情報取得部で取得した前記力情報を、前記力補正決定部で決定した補正方法で力補正部で補正し、
    前記力補正部で補正した補正後からの力情報を前記マスター機構に力伝達部で伝達し、
    前記人が、前記力伝達部からの前記補正後の力情報に基づいて前記マスターマニピュレータを操作するとき、前記マスター機構の操作情報をマスター制御部で制御し、
    前記スレーブ機構と前記マスター制御部とに接続されたスレーブ制御部により、前記マスター制御部から送られる前記マスター機構の操作情報を前記スレーブ機構に伝達する制御信号を出力するマスタースレーブロボットの制御方法。
13. 対象物を把持し、被対象物に対して接触しながら作業を行うスレーブ機構と、前記スレーブ機構を人が遠隔により操作するマスター機構とで構成されるマスタースレーブ装置を制御するマスタースレーブロボットの制御プログラムであって、
    コンピュータに、
    前記スレーブ機構に外部から加えられた力の力情報を力情報取得部で取得するステップと、
    前記力情報と前記スレーブ機構の速度情報とのいずれか１つ以上の情報に基づいて、前記力情報の補正の開始時刻である補正開始時刻から補正の終了時刻である補正終了時刻までの区間の情報である力補正箇所と、前記力補正箇所において、前記力補正箇所の力情報の絶対値を減少させることを一定時間維持するようにゲインを決定して補正する第１の方法と、前記力補正箇所の力情報の絶対値を減少させた値以下の範囲内で減少と増加とを繰り返させるようにゲインを決定して補正する第２の方法との２つの方法からいずれか１つの補正方法とを力補正決定部で決定するステップと、
    前記力補正決定部で決定された前記力補正箇所と前記ゲインに基づいて、前記力情報取得部で取得した前記力情報を、前記力補正決定部で決定した補正方法で力補正部で補正するステップと、
    前記力補正部で補正した補正後からの力情報を前記マスター機構に力伝達部で伝達するステップと、
    前記人が、前記力伝達部からの前記補正後の力情報に基づいて前記マスターマニピュレータを操作するとき、前記マスター機構の操作情報をマスター制御部で制御するステップと、
    前記スレーブ機構と前記マスター制御部とに接続されたスレーブ制御部により、前記マスター制御部から送られる前記マスター機構の操作情報を前記スレーブ機構に伝達する制御信号を出力するステップとを実行させるためのマスタースレーブロボットの制御プログラム。

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