JP2021062412A - 触覚提示装置、及び触覚提示システム - Google Patents

Abstract

【課題】力センサに伝達されるノイズを低減することが可能な触覚提示装置を提供する。【解決手段】ユーザが操作する操作部と、前記操作部の操作対象の振動を提示する振動部と、前記振動部による前記振動を前記ユーザへ伝える接触部と、前記接触部が弾性体を介して設けられた上で、前記操作部に接続される設置部と、を備える、触覚提示装置。【選択図】図１２

Description

本開示は、触覚提示装置、及び触覚提示システムに関する。

近年、内視鏡外科手術を施す際に用いられる外科手術システムとして、患者の体を大きく切開することなく患部へのアプローチを可能とするマスタースレーブ方式のシステムが知られている。かかるシステムでは、医師等の術者（ユーザ）が入力インタフェースを備えたマスター装置を操作すると、マスター装置に設けられた力センサが計測する術者の入力操作の力に応じて、鉗子又は攝子等の医療用術具を備えたスレーブ装置が遠隔操作される。スレーブ装置は、例えば、先端に術具が保持されるアーム装置として構成され、腹腔内において術具の位置又は姿勢を変化させることができる。

かかるシステムでは、術具が患者に接触した時の触覚が術者に伝達されない場合、術者は、術具が患者に接触していることに気付かず、患者の生体組織に損傷を与える恐れがある。そのため、術具が患者に接触した時の触覚が術者に伝達されることが望ましい。術具が患者に接触した時の触覚を術者に伝達する手法には、例えば、スレーブ装置に触覚を計測するセンサを設け、当該センサが計測した触覚に関する情報をマスター装置側に送信し、振動等により術者へ触覚を伝達する手法がある。これに関連し、下記の特許文献１には、操作状況の表現として、疑似的圧覚・触覚を、ボイスコイルモータ等の振動アクチュータ等の振動を用いて表現する圧覚・触覚提示装置が開示されている。

特開平０８−２５４４７２号公報

しかし、上述の特許文献１の手法では、マスター装置に圧覚・触覚提示装置を搭載した場合、マスター装置の力センサに振動アクチュエータの振動が伝達されるおそれがある。かかる振動アクチュエータの振動は、マスター・スレーブシステムの制御においてはノイズとなり、悪影響を及ぼす可能性がある。

そこで、本開示では、力センサに伝達されるノイズを低減することが可能な、新規かつ改良された触覚提示装置、及び触覚提示システムを提案する。

本開示によれば、ユーザが操作する操作部と、前記操作部の操作対象の振動を提示する振動部と、前記振動部による前記振動を前記ユーザへ伝える接触部と、前記接触部が弾性体を介して設けられた上で、前記操作部に接続される設置部と、を備える、触覚提示装置が提供される。

また、本開示によれば、スレーブ装置から受信する操作対象の振動に関する第１の信号を触覚としてユーザに提示する触覚提示装置を備え、当該第１の信号に基づき推定される振動ノイズを、前記ユーザが印加した力から除去した第２の信号を、前記スレーブ装置へ送信するマスター装置として機能する第１の情報処理装置と、前記第１の情報処理装置から受信する前記第２の信号に基づき駆動した際に計測する前記第１の信号を、前記第１の情報処理装置へ送信する前記スレーブ装置として機能する第２の情報処理装置と、を有する、触覚提示システムが提供される。

以上説明したように本開示によれば、力センサに伝達されるノイズを低減することが可能である。

なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。

本開示の実施形態に係る触覚提示システムの概要を示す説明図である。 同実施形態に係るマスター装置の外部構成例を示すブロック図である。 同実施形態に係るマスター装置の内部構成例を示す説明図である。 同実施形態に係る信号処理部の構成例を示すブロック図である。 同実施形態に係る信号処理部の構成例を示すブロック図である。 同実施形態に係る信号処理部の構成例を示すブロック図である。 本開示の第１の実施形態に係る触覚提示装置を示す斜視図である。 同実施形態に係る触覚提示装置の操作例を示す説明図である。 同実施形態に係る触覚提示装置の部分構成例を示す説明図である。 同実施形態に係る触覚提示装置の組み立て例を示す説明図である。 同実施形態に係る触覚提示装置の組み立て例を示す説明図である。 同実施形態に係る触覚提示装置のフローティング構造部の断面図である。 同実施形態に係る触覚提示装置を示す簡略図である。 同実施形態に係る第１の接触面の初期位置の例を示す説明図である。 同実施形態に係る第１の接触面の初期位置の例を示す説明図である。 同実施形態に係る信号処理部の動作例を示すフローチャートである。 同実施形態に係る第１の変形例を示す説明図である。 同実施形態に係る第１の変形例を示す説明図である。 同実施形態に係る第１の変形例を示す説明図である。 同実施形態に係る第２の変形例を示す説明図である。 本開示の第２の実施形態に係る触覚提示装置を示す斜視図である。 同実施形態に係る触覚提示装置の操作例を示す説明図である。 同実施形態に係る触覚提示装置の部分構成例を示す説明図である。 同実施形態に係る触覚提示装置の組み立て例を示す説明図である。 同実施形態に係る触覚提示装置のフローティング構造部の断面図である。 同実施形態に係る第１の変形例を示す説明図である。 同実施形態に係る第２の変形例を示す断面図である。 同実施形態に係る第３、第４の変形例を示す断面図である。 本開示の実施形態に係る触覚提示装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．触覚提示システムの概要
２．本開示の実施形態のマスター装置
２．１．マスター装置の外部構成例
２．２．マスター装置の内部構成例
３．第１の実施形態
３．１．操作装置の外部構成例
３．２．動作例
３．３．変形例
４．第２の実施形態
４．１．操作装置の外部構成例
４．２．動作例
４．３．変形例
５．ハードウェア構成
６．まとめ

＜＜１．触覚提示システムの概要＞＞
以下では、図１を参照しながら、本開示の実施形態に係る触覚提示システムの概要を説明する。なお、マスタースレーブ方式の医療ロボットシステムを例に、本開示の実施形態に係る触覚提示システムの概要について説明する。

図１は、本開示の実施形態に係る触覚提示システムの概要を示す説明図である。図１に示すように、当該触覚提示システムは、大きくはマスター装置１０（１０Ｒ及び１０Ｌ）、スレーブ装置５０で構成されている。マスター装置１０は、医師等の術者（以下では、ユーザとも称される）が操作する入力インタフェースを備えた装置である。また、スレーブ装置５０は、マスター装置１０におけるユーザの操作に応じて遠隔操作される鉗子又は攝子等の医療用術具を備えた装置である。

当該触覚提示システムには、一例としてバイラテラル制御が採用されている。バイラテラル制御とは、マスター装置１０とスレーブ装置５０との間で、入力インタフェースと術具の位置、及び力の状態を一致させるフィードバック制御である。例えば、ユーザが入力インタフェースを操作すると、当該操作に応じて術具は移動する。術具が移動して患者に接触すると、接触した時の力が入力インタフェースにフィードバックされる。

なお、マスター装置１０とスレーブ装置５０は、任意の通信方式で接続されている。例えば、マスター装置１０とスレーブ装置５０は、有線通信または無線通信によって接続されている。また、例えば、マスター装置１０とスレーブ装置５０は、直接的に通信を行う構成であってもよいし、ネットワーク（または他の装置）を介して通信を行う構成であってもよい。

（１）マスター装置１０
マスター装置１０は、スレーブ装置５０の駆動制御、スレーブ装置５０のセンサが計測した振動信号（第１の信号）をユーザへ提示する機能を有する情報処理装置（第１の情報処理装置）である。マスター装置１０は、例えば、受動関節を含む１または２以上の関節と、関節に接続されるリンクとを有する装置（受動関節を含むリンク機構を有する装置）である。なお、受動関節は、モータやアクチュエータなどにより駆動しない関節である。

図１に示すように、マスター装置１０は、ユーザが把持して操作する操作装置１００（１００Ｒ、及び１００Ｌ）を備えている。当該操作装置１００は、本開示の実施形態に係る触覚提示装置に相当する。また、マスター装置１０には、術野が表示されるモニタ３０が接続され、ユーザが両腕又は両肘を載せる支持台３２が設けられている。なお、マスター装置１０は、右手用のマスター装置１０Ｒ、及び左手用のマスター装置１０Ｌで構成されている。さらに、右手用のマスター装置１０Ｒには右手用の操作装置１００Ｒが備えられ、左手用のマスター装置１０Ｌには左手用の操作装置１００Ｌが備えられている。

ユーザは、両腕又は両肘を支持台３２上に載せ、右手及び左手でそれぞれ操作装置１００Ｒ、１００Ｌを把持する。この状態で、ユーザは、術野が表示されるモニタ３０を見ながら操作装置１００Ｒ、１００Ｌを操作する。ユーザは、それぞれの操作装置１００Ｒ、１００Ｌの位置及び向きを変位させることにより、スレーブ装置５０に取り付けられた術具の位置又は向きを遠隔操作し、あるいは、それぞれの術具による把持動作を行ってもよい。

（２）スレーブ装置５０
スレーブ装置５０は、手術における患者の患部（以下では、対象物とも称される）と、対象物と接触するスレーブ装置５０の部位が接触した際の力及び振動をマスター装置１０へ提示する情報処理装置（第２の情報処理装置）である。スレーブ装置５０は、例えば、マスター装置１０の動きに対応して動くための、１または２以上の能動関節と、能動関節に接続されるリンクとを有する装置（能動関節を含むリンク機構を有する装置）である。なお、能動関節は、モータやアクチュエータなどにより駆動する関節である。

スレーブ装置５０では、図１に示すアームの先端部分（図１に示すＡ）に、各種センサ（例えば、原点センサや、Ｌｉｍｉｔセンサ、エンコーダ、マイクロフォン、加速度センサなど）が設けられる。また、スレーブ装置５０のアームの先端部分には、力センサ（図１に示すＢ）が設けられる。当該力センサは、アームの先端部分が患者と接触した際に、アームの先端部分に印加される力を計測する。なお、上述した各種センサが備えられる場所は特に限定されず、各種センサは、アームの先端部分の任意の場所に備えられてもよい。

スレーブ装置５０は、例えば、能動関節の動きを計測するための動きセンサを、能動関節それぞれに対応する位置に備える。上記動きセンサとしては、例えば、エンコーダなどが挙げられる。また、スレーブ装置５０は、例えば、能動関節を駆動させるための駆動機構を、能動関節それぞれに対応する位置に備える。上記駆動機構としては、例えば、モータとドライバとが挙げられる。

なお、本開示の実施形態は、バーチャルリアリティな環境に適用されてもよい。例えば、マスター装置１０を操作した際に、モニタ３０に仮想的なスレーブ装置５０側の環境を示す映像を映し、ユーザは、当該映像に基づき、マスター装置１０を操作してもよい。

以上、図１を参照しながら、本開示の実施形態に係る触覚提示システムの概要について説明した。続いて、本開示の実施形態のマスター装置について説明する。

＜＜２．本開示の実施形態のマスター装置＞＞
以下では、図２〜図６を参照しながら、本開示の実施形態のマスター装置１０についてより詳細に説明する。

＜２．１．マスター装置の外部構成例＞
まず、図２を参照しながら、マスター装置１０の外部構成例について説明する。図２は、本開示の実施形態に係るマスター装置１０の外部構成例を示す説明図である。

図２に示すマスター装置１０は、支持アーム部４０と、本体部２０と、ベース部３４と、操作装置１００とを備える。ベース部３４は、マスター装置１０の基台部分であり、例えばアルミニウム製のフレーム材が組み合わされることで構成されてもよい。ただし、ベース部３４の構成はかかる例に限定されない。ベース部３４には、支持台３２が取り付けられている。ユーザは、支持台３２に肘又は腕を載せた状態で操作装置１００を操作することで、操作の安定性を得ることができる。なお、支持台３２は、ベース部３４に取り付けられていなくてもよく、マスター装置１０の構成要素に含まれていなくてもよい。

支持アーム部４０は、基端側で本体部２０に支持される。支持アーム部４０の先端側には、操作装置１００が取り付けられている。支持アーム部４０は、第１のアーム部４０ａと、第２のアーム部４０ｂと、第３のアーム部４０ｃと、第４のアーム部４０ｄとを有する。第１のアーム部４０ａ、第２のアーム部４０ｂ、及び第３のアーム部４０ｃのそれぞれの先端側は第４のアーム部４０ｄに連結され、基端側は本体部２０に連結される。本体部２０には、第１のアーム部４０ａ、第２のアーム部４０ｂ、及び第３のアーム部４０ｃと本体部２０との連結部分の回転を制御する３つのモータ３６（１つは不図示）が備えられる。

第１のアーム部４０ａ、第２のアーム部４０ｂ、及び第３のアーム部４０ｃは、それぞれ複数のリンク部が互いに回動可能に直列に連結されることで構成される。また、第１のアーム部４０ａ、第２のアーム部４０ｂ、及び第３のアーム部４０ｃと、第４のアーム部４０ｄとの連結部分も互いに回動可能に連結されている。さらに、第１のアーム部４０ａ、第２のアーム部４０ｂ、及び第３のアーム部４０ｃと、本体部２０との連結部分も互いに回動可能に連結されている。

これらの複数のリンク部あるいはアーム部の連結部分が関節部となって、当該関節部を中心に、それぞれのリンク部あるいはアーム部の角度が自由に変化し得る。これにより、支持アーム部４０の先端側に取り付けられた操作装置１００の空間上の位置が自由に変化し得る。また、第４のアーム部４０ｄは、複数のアームが連結されることで構成され、それぞれのアームは、軸回転可能になっている。これにより、支持アーム部４０の先端側に取り付けられた操作装置１００の向きが自由に変化し得る。

第１のアーム部４０ａ、第２のアーム部４０ｂ、及び第３のアーム部４０ｃと、本体部２０とのそれぞれの連結部分には、各アーム部の回転角度を検出するためのエンコーダが設けられている。また、第４のアーム部４０ｄには、各アームの軸回転角度を検出する複数のエンコーダが設けられている。エンコーダは回転角度を検出するセンサの一例であり、他のセンサに置き換えられてもよい。これらのエンコーダによって検出された回転角度を示す信号は、マスター装置１０が備え、後述される制御部に送信される。

操作装置１００は、スレーブ装置５０に支持された術具を動作させるための把持インタフェースとして機能する。ユーザが、操作装置１００の位置や向きを変化させることにより、支持アーム部４０の姿勢が変化し、関節部の回転角度やアームの軸回転角度が変化する。操作装置１００と第４のアーム部４０ｄとの接続部分には力センサ１５２が設けられている。かかる力センサ１５２によって、ユーザにより操作装置１００に対して入力される力が検出される。

なお、関節部の回転角度及びアームの軸回転角度を検出する回転角度センサを含む支持アーム部４０は、従来公知の支持アーム装置を用いて構成し得るものであり、支持アーム部４０の構成についての詳細な説明は省略する。

以上、図２を参照しながら、本開示の実施形態に係るマスター装置１０の外部構成例について説明した。

＜２．２．マスター装置の内部構成例＞
次に、図３〜図６を参照しながら、本開示の実施形態のマスター装置１０の内部構成例について説明する。図３は、本開示の実施形態に係るマスター装置１０の内部構成例を示すブロック図である。図３に示すように、マスター装置１０は、振動部１２０、センサ部１５０、制御部１６０で構成される。

（１）振動部１２０
振動部１２０は、操作装置１００の操作対象の振動を提示するための振動装置であり、操作装置１００に備え付けられる。例えば、振動部１２０は、操作対象がオブジェクトに触れることで発生する振動に基づく信号処理部１７０からの入力に応じて振動する。なお、本開示の第１の実施形態では、振動部１２０としてボイスコイルモータ（ＶＣＭ：Ｖｏｉｃｅ Ｃｏｉｌ Ｍｏｔｏｒ）式の振動アクチュエータが用いられているが、他の振動装置であってもよい。例えば、振動装置として、ＬＲＡ（Ｌｉｎｅａｒ Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ａｃｔｕａｔｏｒ）、または圧電素子が用いられてもよい。

（２）センサ部１５０
センサ部１５０は、スレーブ装置５０の駆動制御及び力覚提示を行うための情報を計測する機能を有する。例えば、センサ部１５０は、力センサ１５２（トルクセンサ）、回転角度センサを備える。図２を参照して上記説明したように、力センサ１５２は、例えば、支持アーム部４０と、当該支持アーム部４０の先端に取り付けられた操作装置１００との接続部分に設けられて、互いに直交する３軸方向に作用する力を計測する。つまり、力センサ１５２は、ユーザによって操作装置１００に入力される力を計測する。また、回転角度センサは、支持アーム部４０の複数の関節部に設けられ、各関節部の回転角度を計測する。回転角度センサは、例えば、エンコーダであってもよい。

なお、力センサ１５２は、ユーザが操作装置１００を操作した際に印加されるユーザの力の計測を試みる。しかし、力センサ１５２が計測する力は、ユーザの力以外に、操作装置１００の自重により生じる重力と操作装置１００が動くことにより生じる慣性力が含まれる。また、力センサ１５２が計測する力には、振動部１２０が発生させる振動がノイズとして含まれる場合もある。上述のように、ユーザの力以外に、重力、慣性力、またはノイズの少なくともいずれかを含む、力センサ１５２が計測した力は、以下では外力とも称される。また、以下では、外力にはユーザの力、重力、慣性力、及びノイズが含まれるものとして、本開示の実施形態を説明する。

上述のようにしてセンサ部１５０が計測した情報は、制御部１６０に出力される。

（３）制御部１６０
制御部１６０は、スレーブ装置５０の動作を制御する機能を有する。例えば、制御部１６０は、マスター装置１０に備えられたエンコーダにより検出される回転角度の情報に基づき、スレーブ装置５０のアームの姿勢を制御して、スレーブ装置５０に支持された術具の位置や向きを変化させる。このとき、制御部１６０は、スレーブ装置５０の術具に対して作用する外力を検出し、当該外力に基づいて３つのモータ３６（１つは不図示）を駆動制御することによりユーザによって操作される操作装置１００の動きに対して反力を付与し、ユーザに対して、操作装置１００の移動動作に対する力覚を提示する。

また、制御部１６０は、ユーザが操作装置１００の把持動作を行うことにより、操作装置１００から把持動作の操作量を示す信号を取得し、当該信号に基づいて、スレーブ装置５０に取り付けられた術具に把持動作を行わせる。このとき、制御部１６０は、スレーブ装置５０に取り付けられた術具の把持動作時に対する反力を検出し、当該反力に基づいて操作装置１００に備えられた図示しないモータを駆動制御することによって、ユーザに対して、操作装置１００の把持動作に対する力覚を提示してもよい。

また、制御部１６０は、スレーブ装置５０で計測された振動をユーザへ伝達する処理を制御する機能を有する。当該処理を実現するために、本開示の実施形態に係る制御部１６０は、図３に示すように、信号処理部１７０、記憶部１８０、上位制御部１９０を備える。

（信号処理部１７０）
信号処理部１７０は、スレーブ装置５０から受信した信号に基づき振動部１２０の振動を制御する機能を有する。例えば、信号処理部１７０は、スレーブ装置５０のセンサが計測した振動信号を後述する上位制御部１９０を介して受信し、当該振動信号からノイズを除去する信号処理を行い、処理後の振動信号に基づき振動部１２０を振動させる制御を行う。

また、信号処理部１７０は、センサ部１５０が計測した力に対応する力を上位制御部１９０へ出力する処理を制御する機能を有する。例えば、信号処理部１７０は力センサ１５２が計測する外力から、振動部１２０により提示される振動の成分を除去する。

ここで、図４〜図６を参照しながら、本開示の実施形態の信号処理部１７０の構成例について説明する。図４〜図６は、本開示の実施形態に係る信号処理部１７０の構成例を示すブロック図である。上述の機能を実現するために、本開示の実施形態に係る信号処理部１７０は、図４に示すように、帯域制限部１７１、ＤＲＩ（ＤＲＩＶＥＲ）１７２、Ａ／Ｄ１７３、逆動力学演算部１７４、ノイズ推定部１７５、加算器１７８、加算器１７９を備える信号処理回路として構成される。

・帯域制限部１７１
帯域制限部１７１は、入力信号から特定の帯域を除去する機能を有する。例えば帯域制限部１７１は、フィルタを用いて、マスター装置１０の力センサ１５２に振動ノイズとして影響するおそれのある低周波成分の除去や、ユーザが触覚として感知しない音などの振動に対応する周波数成分、またはあらかじめ記憶している所定の周波数成分を振動信号から除去する。より具体的には、帯域制限部１７１は、入力信号をフィルタに通すことで、所定の周波数帯域成分を除去する。より具体的には、例えば、帯域制限部１７１は、低域の信号を遮断して高域の信号のみを通すハイパスフィルタ（ＨＰＦ：Ｈｉｇｈ−Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）を用いて、所定の周波数以下の振動信号を遮断することで、入力信号から特定の帯域を除去する。ここでの所定の周波数とは、マスター装置１０の力センサ１５２に振動ノイズとして影響するおそれのある低周波成分の下限値である。例えば、所定の周波数は、３０Ｈｚ程度であってもよい。なお、上記の所定の周波数は、記憶部１８０にあらかじめ登録されてもよい。

また、帯域制限部１７１は、例えば、高域の信号を遮断して低域の信号のみを通すローパスフィルタ（ＬＰＦ：Ｌｏｗ−Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）を用いて、所定の周波数以上の振動信号を遮断することで、入力信号から特定の帯域を除去してもよい。ここでの所定の周波数とは、ユーザが触覚として感知可能な周波数の上限値である。例えば、所定の周波数は、７００Ｈｚ程度であってもよい。また、所定の周波数は、ユーザの年齢、性別、皮膚の状態、及び手袋を装着しているか否か等に応じて制御されてもよい。なお、上記の所定の周波数は、記憶部１８０にあらかじめ登録されてもよい。

また、帯域制限部１７１は、例えば、あらかじめ記憶している所定の周波数成分を振動信号から除去する。より具体的に、記憶部１８０があらかじめ所定の周波数成分に対応する周波数を記憶しておき、帯域制限部１７１は、当該周波数に対応する周波数成分が入力された場合、入力信号から当該周波数成分を除去する。そして、帯域制限部１７１は、特定の帯域を除去した入力信号をＤＲＩ１７２、及びノイズ推定部１７５に出力する。

このように、帯域制限部１７１が特定の帯域を除去することで、触覚に対応しない周波数領域の振動やあらかじめ周波数がわかっている振動を、マスター装置１０に設けられた振動部１２０から出力されることが防止される。

なお、帯域制限部１７１が用いるフィルタは、ＨＰＦ又はＬＰＦに限定されず、任意のフィルタであってもよい。また、帯域制限部１７１が特定の帯域を除去する方法は、フィルタを用いる方法に限定されず、任意の方法であってもよい。

・ＤＲＩ１７２
ＤＲＩ１７２は、駆動回路であり、入力された信号に基づいてマスター装置１０の振動部１２０を駆動させる機能を有する。例えば、ＤＲＩ１７２は、帯域制限部１７１から入力された特定の帯域除去後の振動信号に基づき、振動部１２０を振動させる。これにより、スレーブ装置５０で検出された触覚に対応する振動が振動部１２０により生成され、術具に生じた触覚振動がユーザに対して伝達される。

・Ａ／Ｄ１７３
Ａ／Ｄ１７３は、アナログ−デジタル変換回路（Ａ／Ｄ変換回路）であり、アナログ信号をデジタル信号に変換する機能を有する。例えば、Ａ／Ｄ１７３は、センサ部１５０の力センサ１５２から入力信号を受信し、アナログ信号からデジタル信号に変換し、変換後の振動信号を加算器１７８へ出力する。なお、Ａ／Ｄ１７３は、力センサ１５２からユーザの力、重力、慣性力、ノイズを含む外力（以下では、力＋重力＋慣性力＋ノイズとも表現される）を入力信号として受信する。

・逆動力学演算部１７４
逆動力学演算部１７４は、マスター装置１０の動作情報に対して逆動力学演算を行う機能を有する。ここで、動作情報とは、マスター装置１０が備える動きセンサの計測結果のことである。例えば、逆動力学演算部１７４は、力センサ１５２が計測した力を逆動力学演算により補正する。上述したように、力センサ１５２が計測した力は、ユーザの力以外に重力、慣性力、またはノイズの少なくともいずれかが含まれる外力である。したがって、力センサ１５２が計測した力は、正確なユーザの力を示すとは言い難い。そこで、逆動力学演算部１７４は、逆動力学演算により、当該重力、及び当該慣性力を求めることができるため、力センサ１５２が計測した力から、より正確なユーザの力を算出することができる。

ここで、逆動力学演算について説明する。逆動力学演算部１７４は、マスター装置１０に備えられた動きセンサの計測結果（即ち、動作情報）である（θ，θ’，θ’’）に対して、逆動力学演算を行う。ここで、（θ，θ’，θ’’）は、（関節の角度，関節の角速度，関節の角加速度）を示している。一般的に、本開示の実施形態のマスター装置１０のようなロボットの動力学は、下記の数式１で示される。

ここで、上記数式１の左辺は、ロボットにおける各関節のトルク値を示している。また、上記数式１の右辺の第一項、第二項、および第三項は、慣性項、遠心力・コリオリ力項、および重力項をそれぞれ示している。

逆動力学演算部１７４は、逆動力学演算を利用した手法により、力センサ部に仮想関節を設けることで力センサ部にかかる重力・慣性力を計算し、外力から減算することで、より正確なユーザの力を算出する。

なお、本開示の実施形態では、逆動力学演算部１７４は、逆動力学演算により操作装置１００の自重により生じる重力を計算し、当該重力を加算器１７８へマイナス値として出力する。また、逆動力学演算部１７４は、操作装置１００が動くことにより生じる慣性力を計算し、当該慣性力を加算器１７８へマイナス値として出力する。

・ノイズ推定部１７５
ノイズ推定部１７５は、入力された信号に基づきノイズを推定する機能を有する。例えば、ノイズ推定部１７５は、帯域制限部１７１から入力された特定の帯域除去後の振動信号に基づき、力センサ１５２が計測した外力に含まれる、振動部１２０の振動によるノイズを推定する。

ノイズ推定部１７５は、予め推定した伝達関数Ｈ（ω）に基づき、ノイズを推定してもよい。例えば、図５に示すノイズ推定部１７５−１は、予め操作装置１００の伝達関数Ｈ（ω）をシステム同定によって求めておく。そして、ノイズ推定部１７５−１は、当該伝達関数Ｈ（ω）と帯域制限部１７１から入力された振動信号に基づき、力センサ１５２が計測した外力に含まれる振動部１２０の振動によるノイズを推定する。ここで、伝達関数（Ｈ）は、入力と出力の関係を示す関数である。

また、ノイズ推定部１７５は、帯域制限部１７１から入力された振動信号に対して適応フィルタを用いることで、外力に含まれるノイズを推定してもよい。ここで、図６を参照しながら、ノイズ推定部１７５が適応フィルタを用いる場合のノイズ推定について説明する。図６は、信号処理部１７０がノイズ推定部１７５としてＡＤＦ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｆｉｌｔｅｒ：適応フィルタ）を用いたノイズ推定部１７５−２の例を示している。また、図６に示す信号処理部１７０は、ノイズ推定部１７５−２のＡＤＦとしてフィードバック回路であるＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタを用いているとする。ここで、適応フィルタは、伝達関数（Ｈ）を自己適応させるフィルタである。

ノイズ推定部１７５−２は、帯域制限部１７１から入力された振動信号に基づき推定したノイズを加算器１７９に出力する。当該ノイズを入力された加算器１７９は、加算器１７８の加算結果と当該ノイズを用いて加算を行い、加算結果を出力する。そして、当該加算結果に応じたエラー信号がフィードバック回路によりノイズ推定部１７５−２にフィードバックされ、ノイズ推定部１７５−２のＡＤＦは、当該フィードバックに基づき、エラーが小さくなるように伝達関数（Ｈ）を調整することができる。

そして、ノイズ推定部１７５は、上述のいずれかの方法で推定したノイズを加算器１７９へマイナス値として出力する。

・加算器１７８、加算器１７９
加算器１７８、及び加算器１７９は、加算を行う演算器である。例えば、加算器１７８、及び加算器１７９は、入力された複数の値に基づき、加算を行う。具体的に、加算器１７８は、Ａ／Ｄ１７３から入力された外力（力＋重力＋慣性力＋ノイズ）に、逆動力学演算部１７４からマイナス値として入力された重力と慣性力を加算する。そして、加算器１７８は、加算により算出された外力（力＋ノイズ）を加算器１７９へ出力する。

また、加算器１７９は、加算器１７８から入力された外力（力＋ノイズ）に、ノイズ推定部１７５からマイナス値として入力されたノイズを加算する。そして、加算器１７９が加算により算出した外力（力）を、制御部１６０は、信号（第２の信号）として上位制御部１９０へ出力する。

（記憶部１８０）
記憶部１８０は、マスター装置１０に関する情報を記憶するための装置である。例えば、記憶部１８０は、信号処理部１７０の処理において出力されるデータや、各種アプリケーション等のデータを記憶する。

（上位制御部１９０）
上位制御部１９０は、スレーブ装置５０の動作の制御に関する機能を有する。例えば、上位制御部１９０は、スレーブ装置５０のセンサが計測した振動信号をスレーブ装置５０から受信し、当該駆動信号を信号処理部１７０の帯域制限部１７１へ出力する。また、上位制御部１９０は、信号処理部１７０が駆動信号に基づき算出した信号を信号処理部１７０の加算器１７９から入力され、当該信号に応じてスレーブ装置５０を駆動させる。

以上、図３〜図６を参照しながら、本開示の実施形態に係るマスター装置１０の内部構成例について説明した。

以上、図２〜図６を参照しながら、本開示の実施形態のマスター装置１０について説明した。続いて、第１の実施形態について説明する。

＜＜３．第１の実施形態＞＞
第１の実施形態では、同実施形態に係る触覚提示装置である操作装置１００として、スタイラス型の把持インタフェースを用いる例について説明する。

＜３．１．操作装置の外部構成例＞
以下では、図７〜図１５を参照しながら、本開示の第１の実施形態に係る操作装置１００の外部構成例について説明する。

＜３．１．１．全体構成例＞
まず、図７、図８を参照しながら、本開示の第１の実施形態に係る操作装置１００の全体構成例について説明する。図７は、本開示の第１の実施形態に係る触覚提示装置を示す斜視図である。図８は、本開示の第１の実施形態に係る触覚提示装置の操作例を示す説明図である。

図７に示す操作装置１００は、内部にモータ及びエンコーダを収容する筐体１０１を有する。筐体１０１は、ユーザが把持しやすいように、全体として長尺の棒状の外形を有する。すなわち、操作装置１００は、いわゆるスタイラス型の把持インタフェースとなっている。かかる操作装置１００は、先端側において、マスター装置１０の第４のアーム部４０ｄに取り付けられる。操作装置１００の先端側と第４のアーム部４０ｄとの接続部分には、力センサ１５２が設けられている。

筐体１０１の後端側には回転軸部材１５１が設けられている。回転軸部材１５１の両端は、軸受部１５５及び筐体１０１により支持されている。回転軸部材１５１には、フレーム部としてのマスタフレーム１０８が回転軸部材１５１を中心に回動自在に連結されている。

マスタフレーム１０８は、操作装置１００の一側面側に、操作装置１００の長手方向に沿って配置された長尺の部材であり、回転軸部材１５１の軸方向に対して交差する方向に沿って延在する。マスタフレーム１０８の先端側の適宜の位置には、マスタフレーム１０８の回転方向に対して交差し、かつ、操作装置１００の長手方向に沿って延在する面を有する設置部１４０が設けられている。設置部１４０は、孔１１４（孔１１４ａ、孔１１４ｂ、及び孔１１４ｃ）を介して、ネジ、またはボルト等の固定手段を用いてマスタフレーム１０８に取り付けられている。

設置部１４０の表側の面は、ユーザの指が接触する第２の接触面１０５である。第２の接触面１０５は、ユーザの指の形に適合しやすいように、アーチ状に凹んだ形状を有する。ユーザは、図８に示すように、筆記用のペンを握るようにして操作装置１００を把持し、その際に、例えば人差し指を第２の接触面１０５に当てて押し込むことで、マスタフレーム１０８を回動させることができる。なお、第２の接触面１０５が設けられる面は、設置部１４０のうち押し込み方向と逆方向の面とも捉えられる。

また、設置部１４０の近傍には振動部１２０が設けられている。具体的に、振動部１２０は、接触部１３０を介して設置部１４０の裏側に設けられている。また、接触部１３０は、ユーザの指が接触する第１の接触面１１１を有している。よって、ユーザの指が当該第１の接触面に接している時に振動部１２０が振動すると、振動部１２０の振動は、第１の接触面１１１を介してユーザの指に伝達される。なお、第１の接触面１１１は、第２の接触面１０５に接触しているユーザの指のうち、第２の接触面１０５に接触していない部位に接触する。典型的には、第１の接触面１１１には人差し指の腹が接触し、第２の接触面１０５には人差し指の腹以外の部位が接触する。よって、接触部１３０は、第１の接触面１１１と部分的に接触しているユーザの指の部位に対して、振動部１２０が発生させた振動を伝達する。

上述のようにして、スレーブ装置５０の術具に作用する触覚振動に対応する振動を振動部１２０が発生させ、当該振動は、接触部１３０の第１の接触面１１１を介してユーザに対して提示される。

また、マスタフレーム１０８の先端側には、マスタフレーム１０８の回転方向に向かって延在するレール部１２３が設けられている。レール部１２３は、略円弧状の外形を有し、マスタフレーム１０８の回動に伴って、レール部１２３の延在方向に沿って回動する。すなわち、レール部１２３は、回転軸部材１５１を中心に回転する。

また、レール部１２３上に配設されるワイヤ１３５は、動力を伝達する部材として機能し、モータにより生成される駆動トルクが、ワイヤ１３５を介して、レール部１２３に伝達される。一方、レール部１２３の回動に伴って、レール部１２３の回転トルクが、ワイヤ１３５を介して、モータにも伝達され得る。

また、ワイヤ１３５の端部は、レール部１２３に設けられた孔を介して、レール部１２３に固定されたスプリング１２４の一端に固定される。これにより、スプリング１２４の弾性力を利用してワイヤ１３５に張力が付与され、レール部１２３上でのワイヤ１３５の弛みを抑制することができる。スプリング１２４は、ワイヤ１３５に張力を付与するための構成の一例であって、他の張力発生部が採用されてもよい。

上述のように、操作装置１００と支持アーム部４０の第４のアーム部４０ｄとの接続部分には、力センサ１５２が設けられている。力センサ１５２は、ユーザによって操作される操作装置１００に対して入力される３方向６軸成分の力及び捻じれを検出する６軸力センサであってもよい。力センサ１５２は、操作装置１００に対して並進力あるいは捻じり方向の力が付与されたときに、当該力のモーメントに対応する出力を生成する。スレーブ装置５０の術具の位置及び向きを力制御する場合、上述の制御部１６０は、力センサ１５２によって操作装置１００に入力された力モーメントを検出し、当該力モーメントに基づいてスレーブ装置５０のアームの姿勢を制御する。これにより、スレーブ装置５０に取り付けられた術具の位置及び向きをスムーズに制御することができる。

かかる操作装置１００において、モータ及びエンコーダは、それぞれ図示しないケーブル等により、上述の制御部１６０に電気的に接続される。操作装置１００に入力される力を検出する力センサ１５２も、制御部１６０に電気的に接続される。また、振動部１２０も、制御部１６０に電気的に接続される。これにより、エンコーダ及び力センサ１５２の検出信号が制御部１６０に出力されるとともに、制御部１６０からモータに対して駆動信号が入力される。また、制御部１６０の駆動回路から振動部１２０に対して駆動信号が入力される。

なお、上述のケーブル等は、操作装置１００の内部を通るように配線されもよいし、操作装置１００の外部を通るように配線されてもよい。

以上、図７、図８を参照しながら、本開示の第１の実施形態に係る操作装置１００の全体構成例について説明した。続いて、本開示の第１の実施形態に係るフローティング構造について説明する。

＜３．１．２．フローティング構造部の構成例＞
以下では、図９〜図１３を参照しながら、本開示の第１の実施形態に係る触覚提示装置のフローティング構造部の構成例について説明する。図９は、本開示の第１の実施形態に係る触覚提示装置の部分構成例を示す説明図である。図１０は、設置部１４０の表側から見た本開示の第１の実施形態に係る触覚提示装置の組み立て例を示す説明図である。図１１は、設置部１４０の裏側から見た本開示の第１の実施形態に係る触覚提示装置の組み立て例を示す説明図である。図１２は、本開示の第１の実施形態に係る触覚提示装置の切断線Ｉにおけるフローティング構造部の断面図である。本節において、表側とは、マスタフレーム１０８の押し込み方向と逆方向の側である。また、裏側とは、マスタフレーム１０８の押し込み方向の側である。

本開示の第１の実施形態に係る操作装置１００は、図９に示すように、大きく４つの部で構成されている。具体的に、操作装置１００は、操作部１１０、振動部１２０、接触部１３０、設置部１４０で構成されている。本開示の第１の実施形態に係るフローティング構造部は、振動部１２０、接触部１３０、及び設置部１４０で構成される。本開示の第１の実施形態に係るフローティング構造は、当該振動部１２０で生成される振動が力センサ１５２に伝達することを抑制するための構造である。

操作部１１０は、操作装置１００におけるユーザが操作する部である。なお、上述した筐体１０１、及び回転軸部材１５１を中心に回動するマスタフレーム１０８が、本開示の第１の実施形態における操作部に相当する。また、図７に示したように操作部１１０の筐体１０１の先端側には力センサ１５２が接続される。ユーザが操作部１１０を把持して操作することで、力センサ１５２は、操作部１１０に入力されるユーザの力を計測する。

設置部１４０は、ユーザの指が接触する部である。設置部１４０は、図１０に示す孔１１４（孔１１４ａ、孔１１４ｂ、及び孔１１４ｃ）の各々の孔を介して、ボルト１１５（ボルト１１５ａ、ボルト１１５ｂ、及びボルト１１５ｃ）によりマスタフレーム１０８に取り付けられている。設置部１４０は、上述したように、ユーザの指が接触する第２の接触面１０５を有する。また、設置部１４０は、図９に示すように、ユーザの指が接触する第２の接触面１０５、及び第２の接触面１０５側と第２の接触面の裏側とを貫通する開口部１０７を有する。

なお、開口部１０７の形状は、図９に示す円形に限定されない。例えば、開口部１０７の形状は、四角形等の多角形であってもよい。また、開口部１０７は、図９に示すように設置部１４０の中央付近だけではなく、設置部１４０の中央付近から外周に達するまでが開口部１０７となっていてもよい。

接触部１３０は、振動部１２０により発生した振動をユーザに伝達する部である。接触部１３０は、ユーザの指に接触する第１の接触面１１１を有する。接触部１３０は、第１の接触面１１１により、ユーザの指に直接的に振動を伝達することができる。図１２に示すように、設置部１４０に設けられた開口部１０７には、接触部１３０の凸部が第２の接触面１０５の裏側から挿通される。かかる凸部のうち、設置部１４０の表側（即ち、第２の接触面１０５が設けられた側）でユーザの指と接触する部分の表面が、第１の接触面１１１である。このような構成により、第１の接触面１１１と第２の接触面１０５とが共にユーザの同一の指に接触することとなる。従って、ユーザが、第２の接触面１０５を指で押し込んでマスタフレーム１０８を回動させる動作を行った際に、第２の接触面１０５を押し込んだ指に、振動部１２０により発生した振動が伝達される。これにより、例えば鉗子で物をつかむ際に触覚が鉗子を操作する指に伝達されることと、同等のフィードバックを実現することができる。

接触部１３０は、設置部１４０の裏側に、滑動可能に配置される。具体的に、接触部１３０は、接触部１３０に設けられた孔１２２（孔１２２ａ、孔１２２ｂ、及び孔１２２ｃ）に、孔１２２より小さい断面形状を有する柱状の固定具１１８（固定具１１８ａ、固定具１１８ｂ、及び固定具１１８ｃ）が挿通されて、固定具１１８に沿って滑動可能に配置される。固定具１１８は、図１０に示す設置部１４０の表側の孔１１６（孔１１６ａ、孔１１６ｂ、及び孔１１６ｃ）から挿通されたネジ１１７（ネジ１１７ａ、ネジ１１７ｂ、及びネジ１１７ｃ）により、設置部１４０に固定される。このような構成により、接触部１３０は、振動部１２０と共に振動する際に、固定具１１８に沿って滑動することが可能となる。

ここで、接触部１３０は、設置部１４０と直接接触しないように、弾性体を介して設置部１４０に取り付けられる。例えば、図１２に示すように、接触部１３０は、孔１２２ｃに関して、弾性体である２つのばね１１９（ばね１１９ａ、及び１１９ｂ）により挟持された状態で、設置部１４０に取り付けられる。より具体的に、ばね１１９ａは、接触部１３０の第１の接触面１１１がある表側と設置部１４０の裏側（第２の接触面１０５とは反対側の面）との間に取り付けられる。また、ばね１１９ｂは、接触部１３０の裏側（第１の接触面１１１とは反対側の面）と固定具１１８ｃの頭部との間に取り付けられる。図示しない孔１２２ａ及び孔１２２ｂについても同様である。このような構成により、接触部１３０と振動部１２０とが共に振動する際に、振動の少なくとも一部が弾性体により吸収される。よって、接触部１３０から設置部１４０に伝達される振動を抑制することが可能となり、その結果、当該設置部１４０が取り付けられた操作部１１０を介して力センサ１５２に伝達される振動をも抑制することが可能となる。

なお、接触部１３０には、アルミやマグネシウム等の軽量部品が用いられることが望ましい。接触部１３０に軽量部品が用いられることで、接触部１３０の自重が力センサ１５２の計測値に与える影響が軽減され、さらに振動部１２０が振動させる質量が小さくなることにより、振動部１２０として用いるアクチュエータの小型化が可能である。

ばね１１９の内側の空間に固定具１１８が挿通されている。これにより、ばね１１９が伸縮する方向と接触部１３０の滑動方向とが一致することとなり、接触部１３０の滑動方向を１軸に固定することができる。また、接触部１３０は、ユーザの指が第１の接触面１１１に触れた際に、滑動することでユーザの指になじむように位置を変更することが可能となる。

なお、弾性体の数は、上述の例で用いた数に限定されず、任意の数の弾性体が用いられてもよい。例えば、上述の孔１２２ｃでは２つのばね１１９が用いられているが、設置部１４０と接触部１３０を直接ばねで接続することで、１つのばね１１９だけが用いられてもよい。図示しない孔１２２ａ及び孔１２２ｂについても同様にした場合、全体で３つのばね１１９が用いられることとなる。また、孔１２２ごとに１つのばねでなく、接触部１３０、及び設置部１４０の全体で１つのばね１１９が用いられてもよい。また、弾性体は、接触部１３０と接触するように、接触部１３０の凸部の周辺にバランスよく配置されていることが好ましい。例えば、２つの弾性体が接触部１３０の凸部を挟んで対向する位置に１つずつ配置されるとよい。弾性体がバランスよく配置されていることで、接触部１３０が傾かずに安定して設置される。そして、ユーザが接触部１３０の凸部を設置部１４０の裏側方向に押し込んだ際に、接触部１３０は、傾かずに並進することができる。

また、弾性体は上述のばねに限定されず、任意の弾性体が用いられてもよい。例えば、弾性体として、ゴム、または柔軟素材等が用いられてもよい。

なお、接触部１３０の取り付けに用いられる孔１２２は、孔１２２ｄを含めた４つの孔１２２が存在するが、当該４つの孔１２２のうちの少なくとも２つが用いられればよい。例えば、接触部１３０の凸部を挟んで対向する２つの孔１２２が用いられればよい。具体的に、孔１２２ａと孔１２２ｃの組み合わせ、または孔１２２ｂと孔１２２ｄの組み合わせの２つの孔１２２が用いられればよい。このように、４つの孔１２２の内、接触部１３０の凸部を挟んで対向する２つの孔１２２が用いられることで、接触部１３０は安定して設置される。

上述のように、接触部１３０が弾性体を介して設置部１４０に取り付けられ、接触部１３０と設置部１４０が非接触である構造は、フローティング構造と称される。なお、接触部１３０が弾性体を介して設置部１４０に取り付けられることにより、接触部１３０と操作部１１０は非接触であるため、接触部１３０と操作部１１０とは分離している。

振動部１２０は、接触部１３０の第１の接触面の裏側に設けられる。具体的に、図１１に示すネジ１１２（ネジ１１２ａ、ネジ１１２ｂ、及びネジ１１２ｃ）が、図９に示す振動部１２０の孔１２５（孔１２５ａ、孔１２５ｂ、及び孔１２５ｃ）に裏側から貫通される。そして、当該ネジ１１２は、接触部１３０のネジ穴１２６（ネジ穴１２６ａ、ネジ穴１２６ｂ、及びネジ穴１２６ｃ）に固定される。このようにして、振動部１２０は、接触部１３０の裏側に固定して取り付けられる。

また、振動部１２０は、弾性体が伸縮する方向と対応する方向に振動する。例えば、振動部１２０は、弾性体が伸縮する方向と一致又は略一致する方向に振動する。具体的に、振動部１２０は、図１２に示す振動方向１２１の方向に振動する。当該振動方向１２１は、図１２に示す弾性体であるばね１１９ａ、及びばね１１９ｂが伸縮する方向と一致する。典型的には、弾性体による振動吸収能力は、弾性体に加えられる力の方向が伸縮方向と一致するほど高く発揮される。そのため、振動部１２０が、弾性体が伸縮する方向と一致又は略一致する方向に振動することにより、弾性体は、振動部１２０による振動を、効率的に吸収することが可能となる。

ここで、図１３を参照しながら上記説明したフローティング構造についてまとめる。図１３は、本開示の第１の実施形態に係る触覚提示装置を示す簡略図である。なお、図１３では、操作部１１０と設置部１４０は、１つにまとめて図示されている。接触部１３０には振動部１２０が設けられる。設置部１４０には、当該接触部１３０が弾性体（ばね１１９ａ〜１１９ｄ）を介して設けられる。そして、当該設置部１４０は、操作部１１０に設けられる。これにより、振動部１２０が振動すると、振動部１２０から生じる振動が接触部１３０に伝達し、接触部１３０も共に振動する。さらに、接触部１３０の第１の接触面１１１にユーザの指１３１が接触している場合、接触部１３０から生じる振動は、第１の接触面１１１を介して、ユーザの指に伝達される。

また、接触部１３０は、固定具１１８（固定具１１８ａ、及び固定具１１８ｂ）により、設置部１４０に固定具１１８に沿って滑動可能に配置される。また、接触部１３０は、固定具１１８ａに関しては、弾性体（ばね１１９ａ、及びばね１１９ｂ）により挟持された状態で、設置部１４０に取り付けられる。また、接触部１３０は、固定具１１８ｂに関しては、弾性体（ばね１１９ｃ、及びばね１１９ｄ）により挟持された状態で、設置部１４０に取り付けられる。したがって、接触部１３０と振動部１２０とが共に振動する際に、振動の少なくとも一部が弾性体により吸収される。よって、接触部１３０から設置部１４０に伝達される振動を抑制することが可能となり、その結果、当該設置部１４０が取り付けられた操作部１１０を介して力センサ１５２に伝達される振動をも抑制することが可能となる。

以上、図９〜図１３を参照しながら、本開示の第１の実施形態に係る触覚提示装置のフローティング構造部の構成例について説明した。続いて、本開示の第１の実施形態に係る第１の接触面の初期位置について説明する。

＜３．１．３．第１の接触面の初期位置＞
以下では、図１４、図１５を参照しながら、本開示の第１の実施形態に係る第１の接触面の初期位置について説明する。図１４、及び図１５は、本開示の第１の実施形態に係る第１の接触面の初期位置の例を示す説明図である。

上述の構成では、例えば、図１２に示す振動方向１２１の方向に振動部１２０が振動する場合、接触部１３０も振動方向１２１の方向に振動する。この時、振動部１２０の振幅の大きさ、及び接触部１３０の取り付け位置によって、接触部１３０の第１の接触面１１１がユーザの指に接触しない可能性がある。よって、上述の構成を実現するにあたり、振動部１２０の振幅を考慮した上で、接触部１３０の第１の接触面の初期位置が設定されるとよい。初期位置とは、振動部１２０が停止（即ち、静止）した状態における、第１の接触面１１１の位置である。換言すると、初期位置は、接触部１３０を設置部１４０に取り付けた際の第１の接触面１１１の位置である。

例えば、第１の接触面１１１は、振動部１２０が停止した状態で、振動部１２０の振動方向における第１の接触面１１１と第２の接触面１０５とは一致又は略一致する位置にあるとよい。第２の接触面１０５と一致する位置は、例えば、設置部１４０の表側（第２の接触面側）にある開口部１０７の縁と、振動方向１２１に対して一致する位置である。開口部１０７の縁は、開口部１０７を形成する第２の接触面１０５の端部である。より具体的に、図１４に示す例の場合、第２の接触面１０５と一致する位置は、第２の接触面１０５ａの端部１２７ａ、または第２の接触面１０５ｂの端部１２７ｂと、振動方向１２１に対して一致する位置のことである。ユーザの指１３１が第２の接触面１０５に接触すると、典型的には、ユーザの指１３１の腹の位置は、振動方向１２１に対して端部１２７の少なくともいずれかと一致する位置となる。したがって、第１の接触面１１１の初期位置が端部１２７の少なくともいずれかと一致する位置であれば、振動部１２０が振動した際に、第１の接触面１１１は、ユーザの指１３１と接触することができる。

また、第２の接触面１０５と略一致する位置は、第１の接触面１１１と端部１２７との振動方向の最短距離が振動部１２０の振幅に対応する値の範囲内にある位置である。振動部１２０が振動した際の１周期あたりの第１の接触面１１１の動きを考えると、まず、第１の接触面１１１は初期値から振動部１２０の振幅だけ設置部１４０の表側方向に移動する。次に、第１の接触面１１１は、振動部１２０の振幅の２倍だけ設置部１４０の裏側方向に移動する。最後に、第１の接触面１１１は、振動部１２０の振幅だけ設置部１４０の表側方向に移動して初期値に戻る。したがって、第１の接触面１１１の初期位置が端部１２７から設置部１４０の裏側方向に振動部１２０の振幅の距離１２９内の位置にあれば、振動部１２０が振動した際に、第１の接触面１１１は、ユーザの指と接触することができる。

また、図１４には、端部１２７ａと端部１２７ｂが振動方向１２１に対して一致する位置である例を示しているが、開口部１０７の位置によって、図１５に示す端部１２７ｃと端部１２７ｄのように、振動方向１２１に対して端部１２７の位置が一致しない場合もある。その場合、第１の接触面１１１からの距離が最短となる端部１２７ｃと一致する位置、または当該端部１２７ｃから設置部１４０の裏側方向に振動部１２０の振幅の距離１２９内の位置に第１の接触面１１１の初期位置を設定すればよい。

以上、図１４、図１５を参照しながら、本開示の第１の実施形態に係る第１の接触面の初期位置について説明した。続いて、本開示の第１の実施形態に係る振動の伝達例について説明する。

以上、図７〜図１５を参照しながら、本開示の第１の実施形態に係る操作装置１００の外部構成例について説明した。続いて、本開示の第１の実施形態に係る動作例について説明する。

＜３．２．動作例＞
以下では、図１６を参照しながら、本開示の第１の実施形態に係る信号処理部１７０の処理における動作例について説明する。図１６は、本開示の第１の実施形態に係る信号処理部の動作例を示すフローチャートである。

信号処理部１７０は、入力された信号に対して、特定の帯域除去処理を行う。まず、信号処理部１７０は、上位制御部１９０がスレーブ装置５０から受信した信号から特定の帯域を除去する処理を行う。信号処理部１７０は、上位制御部１９０からから信号を入力されると、信号処理部１７０の帯域制限部１７１は、例えばＨＰＦを用いて、当該信号から低域の帯域を除去する（ステップＳ１０００）。帯域制限部１７１は、低域の帯域除去後の信号をノイズ推定部１７５へ出力する（ステップＳ１００４）。

また、信号処理部１７０は、力センサ１５２から入力された信号に対してノイズ低減処理を行う。まず、信号処理部１７０は、力センサ１５２から信号を入力されると、Ａ／Ｄ１７３で変換し、外力（力＋重力＋慣性力＋ノイズ）に関するデジタル信号を取得し、加算器１７８へ出力する（ステップＳ１００８）。また、逆動力学演算部１７４は、逆動力学演算により、操作装置１００の自重による重力と操作装置１００が動くことにより生じる慣性力を算出し、マイナス値として加算器１７８へ出力する（ステップＳ１０１２）。加算器１７８は、外力（力＋重力＋慣性力＋ノイズ）にマイナス値の重力と慣性力を加算することで、外力（力＋ノイズ）を算出し、加算器１７９へ出力する（ステップＳ１０１６）。

また、上述のステップＳ１００８、Ｓ１０１２、Ｓ１０１６の処理と並列して、ノイズ推定部１７５は、帯域制限部１７１から入力された低域の帯域除去後の信号に基づき、ノイズ推定によりノイズを取得し、当該ノイズをマイナス値として加算器１７９へ出力する（ステップＳ１０２０）。

加算器１７９は、加算器１７８に入力された外力（力＋ノイズ）に、ノイズ推定部１７５に入力されたマイナス値としてのノイズを加算し、外力（力）を算出する（ステップＳ１０２４）。そして、制御部１６０は、当該外力（力）に関する信号をスレーブ装置５０へ送信する（ステップＳ１０２８）。

以上、図１６を参照しながら、本開示の第１の実施形態に係る操作装置１００をマスター装置１０に適用した場合の動作例についてについて説明した。続いて、本開示の第１の実施形態に係る変形例について説明する。

＜３．３．変形例＞
以下では、図１７〜図２０を参照しながら、本開示の第１の実施形態に係る変形例を説明する。なお、以下に説明する変形例は、単独で本開示の第１の実施形態に適用されてもよいし、組み合わせで本開示の第１の実施形態に適用されてもよい。また、変形例は、本開示の第１の実施形態で説明した構成に代えて適用されてもよいし、本開示の第１の実施形態で説明した構成に対して追加的に適用されてもよい。

（１）第１の変形例
以下では、図１７〜図１９を参照しながら、本開示の第１の実施形態に係る第１の変形例について説明する。図１７は、設置部１４０の裏側から見た本開示の第１の実施形態に係る第１の変形例を示す説明図である。図１８は、設置部１４０の側面から見た本開示の第１の実施形態に係る第１の変形例を示す説明図である。図１９は、本開示の第１の実施形態に係る第１の変形例の切断面ＩＩにおける断面を示す説明図である。上述の第１の実施形態では、振動部１２０としてＶＣＭが用いられる例について説明したが、振動部１２０としてＬＲＡが用いられてもよい。以下では、振動部１２０としてＬＲＡが用いられた場合の触覚提示装置の組み立て例について説明する。

上述した第１の実施形態によれば、図１２に示したように、ＶＣＭ（振動部１２０）は、第１の接触面１１１に対して垂直な方向（振動方向１２１）に振動する。一方で、本変形例によれば、図１７に示すように、ＬＲＡ（振動部２２０）は、当該第１の接触面１１１に対して水平な方向に振動する。具体的に、ＬＲＡは、図１７に示す振動方向２２１の方向に振動する。

このような振動方向の相違に起因して、図１７に示すように、本変形例における接触部２３０の形状、及び接触部２３０の設置部１４０への取り付け方は、上述した第１の実施形態とは異なる。例えば、振動部２２０が振動方向２２１に振動した際に、接触部２３０も振動方向２２１に振動するように、接触部２３０が設置部１４０に取り付けられる。

具体的に、接触部２３０は、図１７に示す設置部１４０の固定部２１８（固定部２１８ａ、固定部２１８ｂ、及び固定部２１８ｃ）に、ばね２１９（ばね２１９ａ、ばね２１９ｂ、ばね２１９ｃ、及びばね２１９ｄ）を介して滑動可能に取り付けられる。なお、図１７に示す例では、固定部２１８ｃに対して、２つのばね２１９（ばね２１９ｃ、及びばね２１９ｄ）により接触部２３０が取り付けられている。これに対し、設置部１４０は、固定部２１８ｃを分割して固定部２１８ｄをさらに設け、ばね２１９ｃは固定部２１８ｃに、ばね２１９ｄは固定部２１８ｄに対して用いられてもよい。

なお、接触部２３０は、上述のようにして弾性体であるばね２１９を介して設置部１４０に取り付けられることにより、上述の実施形態と同様に、接触部２３０は、設置部１４０と直接接触しない。

また、接触部２３０が振動方向２２１の方向に振動しても、接触部２３０と固定部２１８とが接触しないように、固定部２１８の内部には所定の空間２２２（空間２２２ａ、空間２２２ｂ、空間２２２ｃ、及び空間２２２ｄ）が確保されている。なお、当該空間２２２は、固定部２１８内部の接触部２３０の端部から、少なくとも振動部２２０の振幅を超える距離まで確保されていれば、接触部２３０と固定部２１８が接触することは防止される。

上述のように、第１の接触面１１１に対して水平な方向に振動する振動装置が用いられる場合でも、接触部２３０の形状、及び接触部２３０を設置部１４０に取り付ける構造を、振動装置の振動方向に応じた構造とすることで、フローティング構造を実現することは可能である。

（２）第２の変形例
以下では、図２０を参照しながら、本開示の第１の実施形態に係る第２の変形例について説明する。図２０は、本開示の第１の実施形態に係る第２の変形例を示す説明図である。上述の第１の実施形態では、第１の接触面１１１が平らである例について説明したが、第１の接触面１１１は、凹凸を有してもよい。例えば、図２０に示すように、第１の接触面１１１は、スリットを有してもよい。第１の接触面１１１が当該スリットを有することで、振動した際にスリットの角がユーザの指に接触するため、第１の接触面１１１が平らな場合と比較し、ユーザは、第１の接触面１１１から指に伝達される振動をより感度よく感じることができる。

以上、図１７〜図２０を参照しながら、本開示の第１の実施形態に係る変形例について説明した。続いて、本開示の第２の実施形態について説明する。

＜＜４．第２の実施形態＞＞
第１の実施形態では、操作装置１００の設置部１４０を押し込むことで操作するインタフェースの例について説明したが、第２の実施形態では、操作装置の操作部を回転させることで操作するインタフェースの例について説明する。なお、本節において、プロキシマル側とは、操作装置とマスター装置１０の本体部との接続部に近い側（近位端側）である。また、ディスタル側とは、操作装置とマスター装置１０の本体部との接続部に遠い側（遠位端側）である。

＜４．１．操作装置の外部構成例＞
以下では、図２１〜図２５を参照しながら、本開示の第２の実施形態に係る操作装置３００の外部構成例について説明する。

＜４．１．１．全体構成例＞
まず、図２１、図２２を参照しながら、本開示の第２の実施形態に係る操作装置３００の全体構成例について説明する。図２１は、本開示の第２の実施形態に係る触覚提示装置を示す斜視図である。図２２は、本開示の第２の実施形態に係る触覚提示装置の操作例を示す説明図である。

図２１に示す操作装置２００は、内部にモータ、及び力センサ等を収容可能な操作部３１０を有する。操作部３１０は、ユーザが把持しやすいように、全体として長尺の棒状の外形を有する。かかる操作装置３００は、プロキシマル側において、マスター装置１０の第４のアーム部４０ｄに取り付けられる。

操作装置３００のディスタル側に接触部３３０が設けられている。接触部３３０は、ユーザの手のひらが接触する部であり、接触部３３０の外周表面は、ユーザの手のひらが接触する第３の接触面３３２である。接触部３３０は、ユーザが操作装置３００を把持した際に、第３の接触面３３２がユーザの手のひらに適合しやすいように、ディスタル側の外周がプロキシマル側の外周よりも大きい形状となっている。当該形状により、ユーザは、接触部３３０を手のひらと小指等で安定的に把持することができる。その結果、把持に用いられない指は比較的自由に動かすことが可能となるので、ユーザは、後述するように操作部３１０を親指及び人差し指等で容易に回転させることができる。図２２に示す例では、ユーザは、図２２に示すように、手のひらと小指で接触部３３０を把持することで操作装置３００全体を支えつつ、他の指を操作部３１０に添えている。

操作装置３００は、操作部３１０及び接触部３３０が図２２に示す回転方向３０２に、それぞれ独立に回転可能な構造となっている。よって、ユーザが上述のように操作装置３００を把持した際に、例えば、操作部３１０に沿えている親指と人差し指を互いに逆方向に動かすことで、図２２に示す回転方向３０２のいずれかの方向へ、操作部３１０を回転させることができる。

また、接触部３３０には振動部１２０が設けられている。例えば、接触部３３０のディスタル側に振動部３２０が設けられる。当該振動部３２０には、振動装置が図２２に示す振動方向３０４の方向に振動するように取り付けられる。また、振動部３２０が振動すると、接触部３３０も振動するため、振動部３２０の振動は、第３の接触面３３２を介してユーザの手のひらに伝達される。

操作装置３００がマスター装置１０に搭載された場合、スレーブ装置５０の術具に作用する触覚振動に対応する振動を振動部３２０が発生させ、当該振動は、接触部３３０の第３の接触面３３２を介してユーザに対して提示される。

なお、操作装置３００におけるケーブル等の配線は、第１の実施形態における操作装置１００と同様に、操作装置３００の内部を通るように配線されてもよいし、操作装置３００の外部を通るように配線されてもよい。

以上、図２１、図２２を参照しながら、本開示の第２の実施形態に係る操作装置３００の全体構成例について説明した。続いて、本開示の第２の実施形態に係るフローティング構造について説明する。

＜４．１．２．フローティング構造部の構成例＞
以下では、図２３〜図２５を参照しながら、本開示の第２の実施形態に係る触覚提示装置のフローティング構造部の構成例について説明する。図２３は、本開示の第２の実施形態に係る触覚提示装置の部分構成例を示す説明図である。図２４は、ディスタル側から見た本開示の第２の実施形態に係る触覚提示装置の組み立て例を示す説明図である。図２５は、本開示の第２の実施形態に係る触覚提示装置の切断線ＩＩＩにおけるフローティング構造部の断面図である。

本開示の第２の実施形態に係る操作装置３００は、図２３に示すように、大きく４つの部で構成されている。具体的に、操作装置３００は、操作部３１０、振動部３２０、接触部３３０、設置部３４０で構成されている。操作部３１０は、ディスタル側に操作部３１０の長手方向に延伸する軸部３１３を有する。設置部３４０は、軸部３１３が挿通されて、軸部３１３に沿って回転可能に設けられる。軸部３１３が延伸する方向、即ち操作部３１０の長手方向が、接触部３３０の回転軸の方向である。なお、操作部３１０自体も操作部３１０の長手方向を回転軸として回転可能に設けられる。即ち、操作部３１０と接触部３３０の回転軸は同一である。接触部３３０の内部は空洞であり、プロキシマル側の端部とディスタル側の端部に開口部を有する筒状の形状を有している。設置部３４０、接触部３３０及び振動部３２０は、設置部３４０が接触部３３０の内部空間に収められた状態で、固定される。接触部３３０のプロキシマル側の開口部には、操作部３１０のディスタル側の端部が遊挿される。また、本開示の第２の実施形態に係るフローティング構造部は、振動部３２０、接触部３３０、及び設置部３４０で構成される。本開示の第２の実施形態に係るフローティング構造は、当該振動部３２０で生成される振動が力センサ３５２に伝達することを抑制するための構造である。

なお、操作装置３００では、振動部３２０、接触部３３０、及び設置部３４０は、操作部３１０のディスタル側に設けられる構造となっている。当該構造により、操作装置３００の重心がユーザに把持されるディスタル側に寄るため、ユーザは、操作装置３００を安定して把持することができる。また、ユーザが操作装置３００を安定して把持できることにより、操作装置３００を把持して操作する際の操作部３１０のプロキシマル側におけるぶれが軽減される。

操作部３１０は、操作装置３００におけるユーザが操作する部である。図２５に示すように、操作部３１０の内部には力センサ３５２が収容される。ユーザが操作部３１０を操作すると、力センサ３５２は、操作部３１０に入力されるユーザの力を計測する。

設置部３４０は、操作部３１０と接触部３３０を接続する部である。図２５に示すように、設置部３４０の形状は、接触部３３０と同様に、ディスタル側の外周がプロキシマル側の外周よりも大きい形状となっている。また、設置部３４０は、プロキシマル側とディスタル側とを貫通する開口部３４２を有する。当該開口部３４２に操作部３１０のディスタル側の端部に設けられた軸部３１３が挿入される。操作部３１０は、ベアリング３３１（ベアリング３３１ａ、及びベアリング３３１ｂ）を介して、設置部３４０と接続される。これにより、操作部３１０と設置部３４０とは、図２２に示す回転方向３０２にそれぞれ独立に回転可能となる。従って、操作部３１０と、設置部３４０と固定される接触部３３０とは、図２２に示す回転方向３０２にそれぞれ独立に回転可能となる。一方で、軸部３１３のディスタル側の端部には、軸部３１３を覆って固定される固定具３３３が設けられる。固定具３３３により、設置部３４０及びベアリング３３１の、ディスタル側へのずれが防止される。

接触部３３０は、振動部３２０により発生した振動をユーザに伝達する部である。接触部１３０は、ユーザの指に接触する第３の接触面３３２を有する。接触部３３０は、第３の接触面３３２により、ユーザの手のひらに直接的に振動を伝達することができる。

接触部３３０は、設置部３４０のディスタル側に、操作部３１０の長手方向に沿って滑動可能に取り付けられる。具体的に、接触部３３０は、接触部３３０に設けられた孔３２２（孔３２２ａ、孔３２２ｂ、及び孔３２２ｃ）に、孔３２２より小さい断面形状を有する固定具３１８（固定具３１８ａ、固定具３１８ｂ、及び固定具３１８ｃ）が挿通されて、固定具３１８に沿って滑動可能に取り付けられる。そして、固定具３１８は、図２３に示す設置部３４０の孔３１６（孔３１６ａ、孔３１６ｂ、及び孔３１６ｃ）に固定される。このような構成により、接触部３３０は、振動部３２０と共に振動する際に、固定具３１８に沿って滑動することが可能となる。

ここで、接触部３３０は、設置部３４０と直接接触しないように、弾性体を介して設置部３４０に取り付けられる。例えば、図２５に示すように、接触部３３０は、孔３２２ｃに関して、弾性体である２つのばね３１９（ばね３１９ａ、及び３１９ｂ）により挟持された状態で、設置部３４０に取り付けられる。より具体的に、ばね３１９ａは、接触部３３０のプロキシマル側と設置部３４０のディスタル側との間に取り付けられる。また、ばね３１９ｂは、接触部３３０のディスタル側と固定具３１８ｃの頭部との間に取り付けられる。図示しない孔３２２ａ及び孔３２２ｂについても同様である。このような構成により、接触部３３０と振動部３２０とが共に振動する際に、振動の少なくとも一部が弾性体により吸収される。よって、接触部３３０から設置部３４０に伝達される振動を抑制することが可能となり、その結果、当該設置部３４０が取り付けられた操作部３１０を介して力センサ３５２に伝達される振動をも抑制することが可能となる。

ばね３１９の内側の空間に固定具３１８が挿通されている。これにより、ばね３１９が伸縮する方向と接触部３３０の滑動方向とが一致することとなり、接触部３３０の滑動方向を１軸に固定することができる。

上述のように、接触部３３０が弾性体を介して設置部３４０に取り付けられ、接触部３３０と設置部３４０が非接触である構造は、フローティング構造と称される。なお、当該フローティング構造を実現するために、ばね以外の弾性体が用いられてもよい。例えば、ばねの代わりにばねダンパが用いられてもよい。また、当該フローティング構造に対して、剛性を変更することが可能な剛性可変機構を採用することで、弾性体の剛性が変更可能とされてもよい。また、接触部３３０が弾性体を介して設置部３４０に取り付けられることにより、接触部３３０と操作部３１０は非接触であるため、接触部３３０と操作部３１０とは分離している。

また、上述のように、操作装置３００は、操作部３１０がベアリング３３１を介して設置部３４０と接続され、当該設置部３４０に接触部３３０が取り付けられる構造となっている。当該構造により、操作部３１０は、所定の回転軸に沿って回転可能であり、接触部３３０は、操作部３１０とは独立して当該所定の回転軸に沿って回転することが可能となる。また、操作部３１０が、接触部３３０と独立して回転することで、ユーザが操作部３１０を回転させても、接触部３３０がユーザの手のひらと接触する位置が変化しない。よって、ユーザは、接触部３３０から手のひらの一定の位置に振動を提示されるため、接触する位置が変換する場合と比較し、振動の強弱の変化をより感じ取りやすくなる。

また、操作部３１０は、基準状態からプラスマイナス１８０度以上回転することが可能である。ここで、基準状態とは、ユーザが手のひらと小指で接触部３３０を把持しつつ、他の指を操作部３１０に添えた最初の状態である。操作部３１０は、ユーザが操作部３１０を持ち直すことなく回転させられる角度以上に、操作部３１０が回転可能であることが望ましい。したがって、操作部３１０は、基準状態から９０度以上回転可能であることが望ましい。また、操作部３１０は、ユーザが操作部３１０を持ち直して再度同じ方向に回転させるような操作も許容されることが望ましい。したがって、操作部３１０は、基準状態から１８０度以上回転可能であることが望ましい。よって、操作部３１０は、基準状態から１８０度以上回転可能であることにより、操作部３１０を持ち直すことなく、上述の操作を実現することができる。

また、操作部３１０が円柱状であることにより、ユーザは、操作部３１０のどこを把持しても、それぞれの把持している場所に置いて同じ操作感を得ることができる。また、ユーザは、操作を行う度に操作部３１０を持ち直す必要もなくなる。また、接触部３３０が円錐台状であることにより、ユーザは、上述した操作部３１０が円柱状であることと同様の効果を得ることができる。

なお、上述の効果を得るためには、操作部３１０の回転軸方向に直交する断面の形状は、円形であることが望ましいが、操作部３１０が回転可能な形状であれば、円形以外の形状であってもよい。例えば、操作部３１０の回転軸方向に直交する断面の形状は、多角形であってもよい。また、当該断面の直径は特に限定されないが、人間の手で現実的に扱いやすい直径であることが望ましい。

また、操作部３１０と接触部３３０とが独立して回転する上述の構造を実現するために、ベアリング以外の部品が用いられてもよい。例えば、ベアリングの代わりにブッシュが用いられてもよい。

振動部３２０は、接触部３３０のディスタル側に設けられる。具体的に、図２４に示すように、ネジ３１２（ネジ３１２ａ、ネジ３１２ｂ、及びネジ３１２ｃ）が振動部３２０の孔３２５（孔３２５ａ、孔３２５ｂ、及び孔３２５ｃ）にディスタル側から貫通される。そして、当該ネジ３１２は、接触部３３０のネジ穴３２６（ネジ穴３２６ａ、ネジ穴３２６ｂ、及びネジ穴３２６ｃ）固定される。このようにして、振動部３２０は、接触部３３０のディスタル側に固定して取り付けられる。

また、振動部３２０は、弾性体が伸縮する方向、及び所定の回転軸の方向と対応する方向に振動する。例えば、振動部３２０は、弾性体が伸縮する方向と一致又は略一致する方向に振動する。具体的に、振動部３２０は、図２５に示す振動方向３０４の方向に振動する。当該振動方向３０４は、図２５に示す弾性体であるばね３１９ａ、及びばね３１９ｂが伸縮する方向と一致する。また、当該振動方向３０４は、操作部３１０の回転軸の方向とも一致する。典型的には、弾性体による振動吸収能力は、弾性体に加えられる力の方向が伸縮方向と一致するほど高く発揮される。そのため、振動部３２０が、弾性体が伸縮する方向と一致又は略一致する方向に振動することにより、弾性体は、振動部３２０による振動を、効率的に吸収することが可能となる。また、振動部３２０の振動方向と、操作部３１０の回転軸方向とが一致することで、操作部３１０や接触部３３０がどのような回転状態であっても、接触部３３０は、それぞれの状態においてユーザに同じ振動を与えることができる。また、振動部３２０の振動方向と、操作部３１０の回転軸方向とが一致することで、接触部３３０は、ユーザがどのような持ち方をしていても、それぞれの状態において同じ操作感を与えることができる。

ここで、上記をまとめると、接触部３３０には振動部３２０が設けられる。設置部３４０には、当該接触部３３０が弾性体を介して設けられる。そして、当該設置部３４０は、操作部３１０に設けられる。これにより、振動部３２０が振動すると、振動部３２０から生じる振動が接触部３３０に伝達し、接触部３３０も共に振動する。さらに、接触部３３０の第３の接触面３３２にユーザの体の一部、例えばユーザの手のひらが接触している場合、接触部３３０から生じる振動は、第３の接触面３３２を介して、ユーザの手のひらや指に伝達される。

また、接触部３３０は、ばね３１９を介して、固定具３１８により、設置部３４０に滑動可能に固定されている。したがって、接触部３３０と振動部３２０とが共に振動する際に、振動の少なくとも一部が弾性体により吸収される。よって、接触部３３０から設置部３４０に伝達される振動を抑制することが可能となり、その結果、当該設置部３４０が取り付けられた操作部３１０を介して力センサ３５２に伝達される振動をも抑制することが可能となる。

なお、上述のように、振動部３２０が振動すると接触部３３０も共に振動する。すなわち、振動部３２０が接触部３３０を振動させているとも言える。この時、振動部３２０は、接触部３３０の質量に応じた出力が必要となるため、接触部３３０の質量が大きいほど大きな出力が必要となり、それに応じて振動部３２０に用いる振動装置の大きさも大きくなってしまう。よって、振動装置の大型化を避けるために、接触部３３０の素材には軽量な素材が用いられることが望ましい。例えば、ＰＯＭ（ＰｏｌｙＯｘｙＭｅｔｈｙｌｅｎｅ）樹脂を用いることで、接触部３３０を軽量化することができる。

以上、図２３〜図２５を参照しながら、本開示の第２の実施形態に係る触覚提示装置のフローティング構造部の構成例について説明した。

以上、図２０〜図２５を参照しながら、本開示の第２の実施形態に係る操作装置３００の外部構成例について説明した。続いて本開示の第２の実施形態に係る動作例について説明する。

＜４．２．動作例＞
本開示の第２の実施形態に係る信号処理部の動作は、＜３．２．動作例＞にて説明した、本開示の第１の実施形態に係る信号処理部１７０の動作と同一のため、重複した説明を避けるため、本節での説明を省略する。続いて、本開示の第２の実施形態に係る変形例について説明する。

＜４．３．変形例＞
以下では、図２６〜図２８を参照しながら、本開示の第２の実施形態に係る変形例を説明する。なお、以下に説明する変形例は、単独で本開示の第２の実施形態に適用されてもよいし、組み合わせで本開示の第２の実施形態に適用されてもよい。また、変形例は、本開示の第２の実施形態で説明した構成に代えて適用されてもよいし、本開示の第２の実施形態で説明した構成に対して追加的に適用されてもよい。

（１）第１の変形例
以下では、図２６を参照しながら、本開示の第２の実施形態に係る第１の変形例について説明する。図２６は、本開示の第２の実施形態に係る第１の変形例を示す説明図である。上述の第２の実施形態では、操作装置３００がパラレルリンク機構の先端に取り付けられる例について説明したが、当該操作装置３００は、図２６に示すように、１軸スライダ３３９と支持台３３７の先端に取り付けられてもよい。図２６に示す構造では、ユーザは、操作装置３００を移動方向３３８の方向（即ち、プロキシマル方向又はディスタル方向）に支持台３３７ごとスライドさせるこができる。また、ユーザは、操作部３１０を回転方向３３４へ回転させることができる。

上述の構造は、例えば、カテーテルの挿入操作を行う場合のマスター装置１０に適用できる。具体的に、ユーザが操作装置３００を移動方向３３８にスライドさせると、スレーブ装置５０側の対応する装置が、カテーテルを挿入する動作を行う。また、ユーザが操作部３１０を回転方向３３４へ回転させると、スレーブ装置５０側の対応する装置が、カテーテルの向きを回転により変えることができる。また、操作装置３００は、スレーブ装置５０側の装置の動作によるフィードバックをユーザに伝達することもできる。例えば、スレーブ装置５０からフィードバックを受信すると、当該フィードバックに基づき操作装置３００のモータ３３５が駆動することで、支持台３３７をスライドさせたり、操作部３１０を回転させたりとフィードバックをユーザに伝達することができる。

また、上述の構造は、スライド、または回転させるだけで操作できるゲーム筐体に適用されてもよい。

（２）第２の変形例
以下では、図２７を参照しながら、本開示の第２の実施形態に係る第２の変形例について説明する。図２７は、本開示の第２の実施形態に係る第２の変形例を示す説明図である。上述の第２の実施形態では、操作装置３００におけるケーブル等の配線は、操作装置３００の内部、または外部のどちらを通るように配線されてもよいと説明した。例えば、振動部３２０と操作部３１０の配線が操作装置３００の内部を通るように配線する場合、振動部３２０と操作部３１０の内部の配線は、スリップリングを介して電気的に接続されてもよい。具体的に、図２７に示すように、スリップリング３４１は、接触部３３０のプロキシマル側と設置部３４０のディスタル側との間に設けられる。そして、当該スリップリング３４１と振動部３２０は、ケーブル３４３ａで電気的に接続される。また、スリップリング３４１から出るケーブル３４３ｂは、操作部３１０に設けられた開口部３１４の中を通される。また、力センサ３５２には、プロキシマル側とディスタル側とを貫通する開口部を有する力センサ３５２が用いられてもよい。当該力センサ３５２が用いられることで、図２７に示すように、開口部３１４は力センサ３５２の開口部の中を通ることができるため、力センサ３５２のプロキシマル側へ容易にケーブル３４３ｂを配線することができる。

上述のようにして、振動部３２０と操作部３１０の内部の配線がスリップリングを介して電気的に接続されることで、操作部３１０が回転しても内部のケーブルが絡まないため、回転により内部のケーブルが絡み、当該ケーブルが断線することを回避することができる。

（３）第３の変形例
以下では、図２８を参照しながら、本開示の第２の実施形態に係る第３の変形例について説明する。図２８は、本開示の第２の実施形態に係る第３、第４の変形例を示す説明図である。上述の第２の実施形態では、接触部３３０の第３の接触面３３２の形状については明示していないが、第３の接触面３３２は、接触部３３０の回転方向に沿って突出する凸部又は接触部３３０の回転方向に沿って陥没する凹部を有してもよい。例えば、図２８に示すように、第３の接触面３３２は、接触部３３０の回転方向に沿って突出する凸部３４５を有する。また、当該凸部３４５の部分は、接触部３３０の回転方向に沿って陥没する凹部であってもよい。また、接触部３３０の回転軸方向に直交する接触部３３０の断面の形状を多角形にすることで、第３の接触面３３２に凸部又は凹部を設けてもよい。

上述のように、第３の接触面３３２が接触部３３０の回転方向に沿って突出する凸部又は陥没する凹部を有することで、ユーザは、操作装置３００を把持した際に、指を凸部又は凹部に引っ掛けることができる。よって、当該凸部又は当該凹部は、ユーザが操作装置３００を把持した際の安定性を向上することができる。

（４）第４の変形例
以下では、図２８を参照しながら、本開示の第２の実施形態に係る第４の変形例について説明する。図２８は、本開示の第２の実施形態に係る第３、第４の変形例を示す説明図である。上述の第２の実施形態では、操作部３１０の内部に設けられる力センサ３５２の種類、及び位置については明示されていない。

力センサ３５２の種類としては、例えば、多軸の力センサが挙げられる。より具体的に、多軸の力センサとして、６軸の力センサが用いられてもよい。６軸の力センサが操作部３１０の内部に設けられることで、６軸の力センサは、ユーザが操作装置３００を動かした際の並進力とモーメントを検出する。

また、ユーザが操作装置３００を把持した際に、力センサ３５２は、図２８に示すように、ユーザの手の内側の中央付近に位置することが望ましい。なぜならば、上述の６軸の力センサのようにモーメントを検出可能な力センサ３５２が操作部３１０のプロキシマル側の端部に設けられた場合、少しの並進力に対して過大なモーメントが作用し、力センサ３５２が壊れやすくなるおそれがあるからである。一般的に、ある位置におけるモーメントの大きさは、支点からの距離に比例する。ユーザが操作装置３００を把持した際の手の内側の中央付近を支点とすると、力センサ３５２の位置が支点から操作部３１０のプロキシマル側の端部の方へ離れるほど、支点と力センサ３５２との距離が大きくなるため、モーメントの大きさが大きくなる。そこで、力センサ３５２が支点であるユーザの手の内側の中央付近に設けられることで、力センサ３５２と支点との距離が小さくなり、モーメントの大きさも小さくなるため、並進力がモーメントとして作用しにくくなる。

上述のように、力センサ３５２がユーザの手の中央付近に設けられることで、過度なモーメントの発生が抑制され、力センサ３５２の破損を防ぐとともに、センシングの感度を高めることができる。

以上、図２６〜図２８を参照しながら、本開示の第２の実施形態に係る変形例について説明した。続いて、本開示の一実施形態に係る触覚提示装置のハードウェア構成例について説明する。

＜＜５．ハードウェア構成＞＞
最後に、図２９を参照して、本開示の実施形態に係るマスター装置のハードウェア構成について説明する。図２９は、本開示の実施形態に係るマスター装置１０のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。本開示の実施形態に係るマスター装置１０による情報処理は、ソフトウェアと、以下に説明するハードウェアとの協働により実現される。

マスター装置１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）９０１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）９０３と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）９０５を備える。また、マスター装置１０は、入力装置９０７と、ストレージ装置９０９と、通信装置９１１とを備える。

ＣＰＵ９０１は、演算処理装置及び制御装置として機能し、各種プログラムに従ってマスター装置１０内の動作全般を制御する。また、ＣＰＵ９０１は、マイクロプロセッサであってもよい。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１の実行において使用するプログラムや、その実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する。これらはＣＰＵバスなどから構成されるホストバスにより相互に接続されている。ＣＰＵ９０１、ＲＯＭ９０３及びＲＡＭ９０５は、例えば、図３を参照して説明した信号処理部１７０の機能を実現し得る。

入力装置９０７は、タッチパネル、ボタン、カメラ、マイクロフォン、センサ、スイッチ及びレバーなどユーザが情報を入力するための入力手段と、ユーザによる入力に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路などから構成されている。ユーザは、例えば、マスター装置１０を操作してスレーブ装置５０を動作させることで、該入力装置９０７がデータを取得することにより、スレーブ装置５０に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりする。入力装置９０７は、例えば、図３を参照して説明したセンサ部１５０の機能を実現し得る。

ストレージ装置９０９は、データ格納用の装置である。ストレージ装置９０９は、記憶媒体、記憶媒体にデータを記録する記録装置、記憶媒体からデータを読み出す読出し装置及び記憶媒体に記録されたデータを削除する削除装置などを含んでもよい。ストレージ装置９０９は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）またはＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔｒａｇｅ Ｄｒｉｖｅ）、あるいは同等の機能を有するメモリ等で構成される。このストレージ装置９０９は、ストレージを駆動し、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データを格納する。ストレージ装置９０９は、例えば、図３を参照して説明した記憶部１８０の機能を実現し得る。

通信装置９１１は、例えば、マスター装置１０とスレーブ装置５０を接続するための通信デバイス等で構成された通信インタフェースである。かかる通信インタフェースは、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）またはＺｉｇＢｅｅ（登録商標）等の近距離無線通信インタフェースや、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、または携帯通信網（ＬＴＥ、３Ｇ）等の通信インタフェースである。また、通信装置９１１は、有線による通信を行う有線通信装置であってもよい。

以上、図２９を参照しながら、マスター装置１０のハードウェア構成について説明した。

＜＜６．まとめ＞＞
以上説明したように、本開示に係る触覚提示装置は、ユーザが操作する操作部、操作部の操作対象の振動を提示する振動部、振動をユーザへ伝える接触部、及び接触部と操作部を接続する設置部を有する。また、触覚提示装置は、振動部が接触部に取り付けられ、当該接触部が弾性体を介して設置部に取り付けられ、当該設置部が操作部に取り付けられる構成となっている。

当該構成により、触覚提示装置は、接触部を介して振動部から生じる振動をユーザへ伝えることができ、かつマスター装置が備える力センサへの当該振動の伝達を弾性体により低減することが可能となる。よって、力センサに伝達されるノイズを低減することが可能な、新規かつ改良された触覚提示装置、及び触覚提示システムを提供することが可能である。

以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

また、本明細書においてフローチャート及びシーケンス図を用いて説明した処理は、必ずしも図示された順序で実行されなくてもよい。いくつかの処理ステップは、並列的に実行されてもよい。また、追加的な処理ステップが採用されてもよく、一部の処理ステップが省略されてもよい。

また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。

なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
ユーザが操作する操作部と、
前記操作部の操作対象の振動を提示する振動部と、
前記振動部による前記振動を前記ユーザへ伝える接触部と、
前記接触部が弾性体を介して設けられた上で、前記操作部に接続される設置部と、
を備える、触覚提示装置。
（２）
前記接触部は、前記ユーザの指に接触する第１の接触面を有し、
前記振動部は、前記第１の接触面を介して前記ユーザの指に前記振動を伝える、前記（１）に記載の触覚提示装置。
（３）
前記設置部は、前記ユーザの指が接触する第２の接触面、及び前記第２の接触面側と前記第２の接触面の裏側とを貫通する開口部を有し、
前記接触部は、前記第２の接触面の裏側から前記開口部を挿通して設けられる、前記（２）に記載の触覚提示装置。
（４）
前記振動部が停止した状態で、前記振動部の振動方向における前記第１の接触面と前記第２の接触面とは一致又は略一致する、前記（３）に記載の触覚提示装置。
（５）
前記第１の接触面と前記開口部を形成する前記第２の接触面の端部との前記振動方向の最短距離は、前記振動部の振幅に対応する値の範囲内である、前記（４）に記載の触覚提示装置。
（６）
前記振動部は、前記弾性体が伸縮する方向と対応する方向に振動する、前記（１）〜（５）のいずれか一項に記載の触覚提示装置。
（７）
前記振動部は、前記弾性体が伸縮する方向と一致又は略一致する方向に振動する、前記（６）に記載の触覚提示装置。
（８）
前記第１の接触面は、凹凸を有する、前記（２）〜（５）のいずれか一項に記載の触覚提示装置。
（９）
前記触覚提示装置は、
前記操作部に入力される力を計測する力センサと、
前記力センサにより計測された力から、前記振動部により提示される振動の成分を除去する信号処理部と、
をさらに備える、前記（１）〜（８）のいずれか一項に記載の触覚提示装置。
（１０）
前記信号処理部は、前記振動に対して適応フィルタを用いることで、前記ユーザの力と相関のある振動ノイズの影響を低減する、前記（９）に記載の触覚提示装置。
（１１）
前記信号処理部は、前記力センサが計測した前記ユーザの力を逆動力学演算により補正する、前記（９）または前記（１０）に記載の触覚提示装置。
（１２）
前記信号処理部は、フィルタを用いて、人の触覚に対応する周波数成分以外の周波数成分またはあらかじめ記憶している所定の周波数成分を前記振動から除去する、前記（９）に記載の触覚提示装置。
（１３）
前記操作部は、所定の回転軸に沿って回転可能であり、
前記接触部は、前記操作部とは独立して前記所定の回転軸に沿って回転可能である、前記（１）に記載の触覚提示装置。
（１４）
前記振動部は、前記所定の回転軸の方向と対応する方向に振動する、前記（１３）に記載の触覚提示装置。
（１５）
前記振動部、前記接触部、及び前記設置部は、前記操作部の遠位端側に設けられる、前記（１３）または前記（１４）に記載の触覚提示装置。
（１６）
前記接触部の外周表面は、第３の接触面であり、
前記振動部は、前記第３の接触面を介して前記ユーザに前記振動を伝える、前記（１３）〜（１５）のいずれか一項に記載の触覚提示装置。
（１７）
前記接触部の遠位端側の外周は、前記接触部の近位端側の外周よりも大きい、前記（１６）に記載の触覚提示装置。
（１８）
前記操作部は、基準状態からプラスマイナス１８０度以上回転することが可能である、前記（１３）〜（１７）のいずれか一項に記載の触覚提示装置。
（１９）
前記操作部は、内部に力センサが設けられる、前記（１３）に記載の触覚提示装置。
（２０）
前記第３の接触面は、前記接触部の回転方向に沿って突出する凸部又は前記接触部の回転方向に沿って陥没する凹部を有する、前記（１６）に記載の触覚提示装置。
（２１）
前記振動部と前記操作部の内部の配線とは、スリップリングを介して電気的に接続される、前記（１３）〜（２０）のいずれか一項に記載の触覚提示装置。
（２２）
スレーブ装置から受信する操作対象の振動に関する第１の信号を触覚としてユーザに提示する触覚提示装置を備え、当該第１の信号に基づき推定される振動ノイズを、前記ユーザが印加した力から除去した第２の信号を、前記スレーブ装置へ送信するマスター装置として機能する第１の情報処理装置と、
前記第１の情報処理装置から受信する前記第２の信号に基づき駆動した際に計測する前記第１の信号を、前記第１の情報処理装置へ送信する前記スレーブ装置として機能する第２の情報処理装置と、
を有する、触覚提示システム。

１０ マスター装置
５０ スレーブ装置
１００ 操作装置
１１０ 操作部
１２０ 振動部
１３０ 接触部
１４０ 設置部
１５０ センサ部
１５２ 力センサ
１７０ 信号処理部
１７１ 帯域制限部
１７２ ＤＲＩ
１７３ Ａ／Ｄ
１７４ 逆動力学演算部
１７５ ノイズ推定部
１７８ 加算器
１７９ 加算器
１８０ 記憶部
１９０ 上位制御部

Claims (20)

1. ユーザが操作する操作部と、
   前記操作部の操作対象の振動を提示する振動部と、
   前記振動部による前記振動を前記ユーザへ伝える接触部と、
   前記接触部が弾性体を介して設けられた上で、前記操作部に接続される設置部と、
   を備える、触覚提示装置。
2. 前記接触部は、前記ユーザの指に接触する第１の接触面を有し、
   前記振動部は、前記第１の接触面を介して前記ユーザの指に前記振動を伝える、請求項１に記載の触覚提示装置。
3. 前記設置部は、前記ユーザの指が接触する第２の接触面、及び前記第２の接触面側と前記第２の接触面の裏側とを貫通する開口部を有し、
   前記接触部は、前記第２の接触面の裏側から前記開口部を挿通して設けられる、請求項２に記載の触覚提示装置。
4. 前記振動部が停止した状態で、前記振動部の振動方向における前記第１の接触面と前記第２の接触面とは一致又は略一致する、請求項３に記載の触覚提示装置。
5. 前記第１の接触面と前記開口部を形成する前記第２の接触面の端部との前記振動方向の最短距離は、前記振動部の振幅に対応する値の範囲内である、請求項４に記載の触覚提示装置。
6. 前記振動部は、前記弾性体が伸縮する方向と対応する方向に振動する、請求項１に記載の触覚提示装置。
7. 前記振動部は、前記弾性体が伸縮する方向と一致又は略一致する方向に振動する、請求項６に記載の触覚提示装置。
8. 前記第１の接触面は、凹凸を有する、請求項２に記載の触覚提示装置。
9. 前記触覚提示装置は、
   前記操作部に入力される力を計測する力センサと、
   前記力センサにより計測された力から、前記振動部により提示される振動の成分を除去する信号処理部と、
   をさらに備える、請求項１に記載の触覚提示装置。
10. 前記信号処理部は、前記振動に対して適応フィルタを用いることで、前記ユーザの力と相関のある振動ノイズの影響を低減する、請求項９に記載の触覚提示装置。
11. 前記信号処理部は、フィルタを用いて、人の触覚に対応する周波数成分以外の周波数成分またはあらかじめ記憶している所定の周波数成分を前記振動から除去する、請求項９に記載の触覚提示装置。
12. 前記操作部は、所定の回転軸に沿って回転可能であり、
    前記接触部は、前記操作部とは独立して前記所定の回転軸に沿って回転可能である、請求項１に記載の触覚提示装置。
13. 前記振動部は、前記所定の回転軸の方向と対応する方向に振動する、請求項１２に記載の触覚提示装置。
14. 前記振動部、前記接触部、及び前記設置部は、前記操作部の遠位端側に設けられる、請求項１２に記載の触覚提示装置。
15. 前記接触部の外周表面は、第３の接触面であり、
    前記振動部は、前記第３の接触面を介して前記ユーザに前記振動を伝える、請求項１２に記載の触覚提示装置。
16. 前記接触部の遠位端側の外周は、前記接触部の近位端側の外周よりも大きい、請求項１５に記載の触覚提示装置。
17. 前記操作部は、内部に力センサが設けられる、請求項１２に記載の触覚提示装置。
18. 前記第３の接触面は、前記接触部の回転方向に沿って突出する凸部又は前記接触部の回転方向に沿って陥没する凹部を有する、請求項１５に記載の触覚提示装置。
19. 前記振動部と前記操作部の内部の配線とは、スリップリングを介して電気的に接続される、請求項１２に記載の触覚提示装置。
20. スレーブ装置から受信する操作対象の振動に関する第１の信号を触覚としてユーザに提示する触覚提示装置を備え、当該第１の信号に基づき推定される振動ノイズを、前記ユーザが印加した力から除去した第２の信号を、前記スレーブ装置へ送信するマスター装置として機能する第１の情報処理装置と、
    前記第１の情報処理装置から受信する前記第２の信号に基づき駆動した際に計測する前記第１の信号を、前記第１の情報処理装置へ送信する前記スレーブ装置として機能する第２の情報処理装置と、
    を有する、触覚提示システム。
    

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