WO2023074332A1

WO2023074332A1 - マスタ・スレーブシステム、制御装置、制御方法及びプログラム

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Publication number: WO2023074332A1
Application number: PCT/JP2022/037745
Authority: WO
Inventors: 公平大西; 貴弘溝口; 伸牧; 能行羽生; 俊弘藤井
Original assignee: 慶應義塾; モーションリブ株式会社; テルモ株式会社
Priority date: 2021-10-29
Filing date: 2022-10-10
Publication date: 2023-05-04

Abstract

【課題】マスタ・スレーブシステムにおいてスレーブの動作形態をより適切なものとする。【解決手段】マスタ・スレーブシステム１は、マスタ装置１０と、スレーブ装置２０と、制御装置３０と、を備える。また、制御装置３０は、操作制御部３５３と、力触覚伝達部３５４と、を備える。力触覚伝達部３５４は、マスタ装置１０に入力された操作と当該操作に応じて動作する操作対象となる機器（カテーテル）に入力された外力とに基づいて、マスタ装置１０とスレーブ装置２０との間で力触覚の伝達制御を実行する。操作制御部３５３は、マスタ装置１０に入力された操作に応じて、操作対象となる機器の設定された動作をスレーブ装置２０に実行させる。

Description

マスタ・スレーブシステム、制御装置、制御方法及びプログラム

　本発明は、マスタ・スレーブシステム、制御装置、制御方法及びプログラムに関する。

　従来、マスタスレーブマニピュレータにおいて、スレーブ装置側の動作負荷に応じた操作反力をマスタ装置側の操作具に付与する力帰還制御等のバイラテラル制御を実行する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６４－３４６８６号公報

　ところで、マスタ・スレーブシステムをカテーテル等として実現した場合、スレーブを動作させる上で種々の動作形態が求められる場合がある。例えば、スレーブがカテーテルを移動させる構成とし、病変付近に到達するまで高速に長い距離を移動させたり、病変付近において正確に短い距離を移動させたりする等のケースである。
　しかしながら、バイラテラル制御を実行する従来のマスタ・スレーブシステムは、マスタとスレーブとの間で正確に位置あるいは力の伝達を行うことに主眼が置かれており、スレーブを動作させる上で種々の動作形態が求められるという要求に適切に応えるものとはなっていなかった。
　即ち、従来のマスタ・スレーブシステムは、スレーブの動作形態において改善の余地があった。
　本発明の課題は、マスタ・スレーブシステムにおいてスレーブの動作形態をより適切なものとすることである。

　上記課題を解決するため、本発明の一態様に係るマスタ・スレーブシステムは、
　操作者の操作が入力されるマスタ装置と、前記マスタ装置に入力された操作に応じて操作対象となる機器を遠隔的に動作させるスレーブ装置と、を含むマスタ・スレーブシステムであって、
　前記マスタ装置に入力された操作と当該操作に応じて動作する前記操作対象となる機器に入力された外力とに基づいて、前記マスタ装置と前記スレーブ装置との間で力触覚の伝達制御を実行する力触覚制御手段と、
　前記マスタ装置に入力された操作に応じて、前記操作対象となる機器の設定された動作を前記スレーブ装置に実行させる操作制御手段と、
　を備えることを特徴とする。

　本発明によれば、マスタ・スレーブシステムにおいてスレーブの動作形態をより適切なものとすることが可能となる。

本発明の一実施形態に係るマスタ・スレーブシステム１の全体構成を示す模式図である。スレーブ装置２０の構成を示す模式図（斜視図）である。スレーブ装置２０の構成を示す模式図（側面図）である。ロック機構２２ｅの構成例を示す模式図である。ローラ間隔切替機構の構成例を示す模式図である。微動モードにおいて制御装置３０で実行される力触覚伝達制御の基本的原理を示す模式図である。マスタ・スレーブシステム１における制御系統のハードウェア構成を示すブロック図である。制御装置３０を構成する情報処理装置のハードウェア構成を示す模式図である。マスタ・スレーブシステム１の機能的構成を示すブロック図である。制御装置３０が実行する操作制御処理の流れを説明するフローチャートである。制御装置３０が実行する力触覚伝達処理の流れを説明するフローチャートである。第２実施形態に係るマスタ・スレーブシステム１の全体構成を示す模式図である。スレーブ装置２０の構成を示す模式図（斜視図）である。スレーブ装置２０の構成を示す模式図（側面図）である。把持・擦り合わせ部２３ｄの構成例を示す模式図である。第２実施形態のマスタ・スレーブシステム１における制御系統のハードウェア構成を示すブロック図である。制御装置３０が実行する操作制御処理の流れを説明するフローチャートである。制御装置３０が実行する力触覚伝達処理の流れを説明するフローチャートである。微動実行部２２の他の構成例を示す模式図である。

　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
［構成］
　図１は、本発明の一実施形態に係るマスタ・スレーブシステム１の全体構成を示す模式図である。
　図１に示すように、本実施形態に係るマスタ・スレーブシステム１は、機械的に分離したマスタ装置１０とスレーブ装置２０とを含んで構成される。一例として、本実施形態におけるマスタ・スレーブシステム１は、マスタ装置１０がユーザにより操作されるマニピュレータ（操作部）の機能を備え、スレーブ装置２０が被検体に挿入されるエンドエフェクタを備えたカテーテルシステムを構成するものとする。

　図１において、マスタ・スレーブシステム１は、マスタ装置１０と、スレーブ装置２０と、制御装置３０と、を含んで構成され、マスタ装置１０及びスレーブ装置２０と、制御装置３０とは、ネットワーク４０を介して有線または無線通信可能に構成されている。なお、マスタ・スレーブシステム１は、ディスプレイＬと、複数のカメラＣとを適宜備えることが可能である。カメラＣとして、スレーブ装置２０が挿入される被検体の外観を撮影するビデオカメラ、あるいは、Ｘ線により被検体の内部を撮影するＸ線カメラ等の種々の撮影装置を用いることができる。また、複数のカメラＣによって各種画像を撮影し、これらの画像を表示する複数のディスプレイＬを備えることもできる。
　また、マスタ・スレーブシステム１は、エンドエフェクタ及びカテーテルシースを備えるカテーテルＴを高速に長い距離移動させるための粗動モードと、エンドエフェクタ及びカテーテルシース（カテーテルＴ）を正確に短い距離移動させるための微動モードとを実行可能であり、微動モードにおいて、マスタ・スレーブ間で力触覚の伝達を行う。

　マスタ装置１０は、粗動モードと微動モードとを切り替える粗動・微動スイッチ１１と、粗動モードにおいて直進動作の操作を行うための操作レバー１２と、微動モード及び粗動モードにおける回転動作の操作と微動モードにおける直進動作の操作とを行うためのマニピュレータ１３と、を備えている。なお、本実施形態において、粗動モードではカテーテルＴの直進動作が実行され、微動モードではカテーテルＴの直進動作及び回転動作が実行される。
　粗動・微動スイッチ１１において設定された信号は、制御装置３０に送信される。
　即ち、粗動・微動スイッチ１１切り替えにより、マスタ・スレーブシステム１は、カテーテルＴの回転動作、粗動時の直進動作、微動時の直進動作のいずれかを行う状態に設定される。

　操作レバー１２は、粗動モードにおいて、スレーブ装置２０を制御するための操作を受け付ける。本実施形態において、操作レバー１２を奥に移動させるとカテーテルＴを直進（挿入）させる動作、操作レバー１２を手前に移動させるとカテーテルＴを後退（引き戻し）させる動作がスレーブ装置２０において実行される。なお、操作レバー１２に入力された操作の内容（操作レバー１２の位置）はセンサによって検出され、検出された操作の内容を示す信号は、制御装置３０に送信される。

　マニピュレータ１３は、機械的に構成された従来のカテーテルの操作部と同様の形態を有し、微動モードにおいて、機械的に構成された従来のカテーテルに対する操作と同様の操作を受け付ける。マニピュレータ１３に対する操作が行われると、マニピュレータ１３の操作により移動する可動部（マニピュレータ１３の可動部材等）の位置がセンサによって検出され、検出された位置を示す信号は、制御装置３０に送信される。また、マニピュレータ１３に入力される操作に対して、制御装置３０の指示に従って、アクチュエータにより反力が出力される。

　具体的には、マニピュレータ１３は、カテーテルＴを正確に短い距離移動させる操作（例えば、病変付近で力触覚を伝達する操作等）、カテーテルＴを軸回りに回転させる操作（例えば、エンドエフェクタの向きを変化させる操作等）、及び、エンドエフェクタを動作させる操作（例えば、エンドエフェクタがバルーンである場合、これを拡張、収縮させる操作、またエンドエフェクタが鉗子等の場合、これを開閉する操作等）を受け付け、これらの操作に対する反力を付与すると共に、それぞれの操作により移動される可動部の位置を表す情報を検出して制御装置３０に送信する。

　スレーブ装置２０は、制御装置３０の指示に従って、アクチュエータを駆動することにより、マスタ装置１０に入力された操作に対応する動作を行い、動作により移動する可動部（アクチュエータの可動子あるいはアクチュエータによって移動されるカテーテルＴ等）の位置を検出する。スレーブ装置２０が動作することにより、スレーブ装置２０に対して環境から各種外力が入力する。この結果、スレーブ装置２０における可動部の位置は、アクチュエータの出力に対して各種外力が作用した結果を示すものとなる。そして、スレーブ装置２０は、検出した可動部の位置を表す情報を制御装置３０に送信する。

　図２及び図３は、スレーブ装置２０の構成を示す模式図であり、図２は、スレーブ装置２０の構成を示す斜視図、図３は、スレーブ装置２０の構成を示す側面図である。
　図２及び図３に示すように、スレーブ装置２０は、支持体２１と、微動実行部２２と、粗動実行部２３と、を備えている。
　支持体２１は、スレーブ装置２０全体を支持する部材であり、スレーブ装置２０の各部が配置される底部２１ａと、カテーテルＴが患者に向けて送出される側の一端（前端）に形成された側壁２１ｂと、側壁２１ｂと反対側の一端（後端）に形成された収容部２１ｃと、を備えている。なお、側壁２１ｂには、カテーテルＴを挿通する貫通穴が形成されている。また、収容部２１ｃは、内部に部品を収容可能な空間を有し、後述する粗動時直進用アクチュエータ２３ａ及びローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃを収容している。

　微動実行部２２は、微動モードにおいて、カテーテルＴの力触覚を伝達しながらカテーテルＴを移動させる機構を構成している。具体的には、微動実行部２２は、直動軸２２ａと、微動時直進用アクチュエータ２２ｂと、支持板２２ｃと、ロック用アクチュエータ２２ｄと、ロック機構２２ｅと、ケース２２ｆと、微動時回転用アクチュエータ２２ｇと、を備えている。

　直動軸２２ａは、微動時直進用アクチュエータ２２ｂの直動を案内する部材であり、支持体２１の側壁２１ｂと収容部２１ｃとの間に設置される。本実施形態において、直動軸２２ａは、シャフトモータとして構成される微動時直進用アクチュエータ２２ｂのシャフトとして機能し、直動軸２２ａ内部には、円筒型の永久磁石が、Ｎ極同士、Ｓ極同士を接合された状態で連続的に配置されている。なお、本実施形態において、直動軸２２ａは、底部２１ａに固定されたフレーム内に設置されている。
　微動時直進用アクチュエータ２２ｂは、例えばシャフトモータによって構成され、制御装置３０の指示に従って、直動軸２２ａ（シャフト）に沿って、可動コイルを備えた移動子（スライダ）を移動させる。なお、微動時直進用アクチュエータ２２ｂの可動部の位置は、リニアエンコーダ２０７によって検出され、検出された位置を示す信号は、制御装置３０に送信される。

　支持板２２ｃは、微動時直進用アクチュエータ２２ｂの移動子の上面に起立して固定された板状部材であり、ロック用アクチュエータ２２ｄ及びロック機構２２ｅが収容されたケース２２ｆの一端を回転可能に支持する。
　ロック用アクチュエータ２２ｄは、例えば直動型モータによって構成され、微動モードに設定された場合に、制御装置３０の指示に従って、カテーテルＴがロックされた状態（即ち、微動実行部２２がカテーテルＴを把持した状態）となるようにロック機構２２ｅを切り替える。また、ロック用アクチュエータ２２ｄは、粗動モードに設定された場合、制御装置３０の指示に従って、カテーテルＴがリリースされた状態（即ち、微動実行部２２がカテーテルＴを把持していない状態）となるようにロック機構２２ｅを切り替える。

　ロック機構２２ｅは、ロック用アクチュエータ２２ｄの動作に従って、カテーテルＴをロックした状態と、カテーテルＴをリリースした状態とを切り替える。
　図４は、ロック機構２２ｅの構成例を示す模式図である。
　図４に示すように、ロック機構２２ｅは、楔状部材Ｗと、受け部材Ｒとを備えている。
　楔状部材Ｗは、ロッドＷ１の先端に円錐部Ｗ２を備えており、円錐部Ｗ２は、半径方向に形成された空隙によって複数の部分に分割されている。また、楔状部材Ｗは、ロッドＷ１及び円錐部Ｗ２の中心にカテーテルＴを挿通する貫通穴を有している。また、受け部材Ｒは、楔状部材Ｗの円錐部Ｗ２に対応する形状の凹部を有し、凹部の中央には貫通穴が形成されている。ロック用アクチュエータ２２ｄがカテーテルＴをロックした状態とする場合、楔状部材Ｗが受け部材Ｒに押し付けられた状態となる。すると、楔状部材Ｗの円錐部Ｗ２が受け部材Ｒの凹部の内周面に押圧され、空隙の間隔が狭まることにより径が縮小する方向に変形し、挿通されているカテーテルＴを挟み込む作用が生じる。カテーテルＴを挟み込む作用により、ロック機構２２ｅにおいてカテーテルＴがロックされた状態（微動実行部２２がカテーテルＴを把持した状態）となる。
　なお、ロック用アクチュエータ２２ｄがカテーテルＴをリリースした状態とする場合、楔状部材Ｗを受け部材Ｒから離間させ、円錐部Ｗ２がカテーテルＴを挟み込む作用を与えない状態とされる。

　ケース２２ｆは、ロック用アクチュエータ２２ｄ及びロック機構２２ｅが内部に設置されるケースである。ケース２２ｆは、微動時回転用アクチュエータ２２ｇの出力軸に連結され、微動時の回転動作が行われる場合、ケース２２ｆ全体がカテーテルＴを把持した状態で、微動時回転用アクチュエータ２２ｇの出力軸と共に回転する。
　微動時回転用アクチュエータ２２ｇは、例えば回転型モータによって構成され、微動モードにおいて、制御装置３０の指示に従って、出力軸を回転させる。なお、微動時回転用アクチュエータ２２ｇの可動部の位置（回転角度）は、ロータリーエンコーダ２０４によって検出され、検出された位置（回転角度）を示す信号は、制御装置３０に送信される。

　図２及び図３に戻り、粗動実行部２３は、粗動時直進用アクチュエータ２３ａと、１対のローラ２３ｂと、ローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃと、を備えている。
　粗動時直進用アクチュエータ２３ａは、例えば回転型モータによって構成され、粗動モードにおいて、制御装置３０の指示に従って、１対のローラ２３ｂを回転させる。これにより、粗動モードにおいて、カテーテルＴが力触覚の伝達を伴わない動作で、高速に長い距離を移動することが可能となる。

　１対のローラ２３ｂは、互いの外周面を接触させた状態または微小な間隔（カテーテルＴの直径より小さい間隔）を空けた状態（カテーテルＴを挟持した状態）と、互いの外周面をカテーテルＴの直径よりも大きく離間した状態（カテーテルＴをリリースした状態）とを切り替え可能に構成されている。また、１対のローラ２３ｂは、カテーテルＴを挟持した状態に切り替えられた場合に、各ローラ２３ｂそれぞれの回転軸に設置されたギアＧ２が粗動時直進用アクチュエータ２３ａの回転軸に設置されたギアＧ１と噛み合う位置に配置される（図５参照）。即ち、１対のローラ２３ｂは、カテーテルＴを挟持した状態において、粗動時直進用アクチュエータ２３ａの回転軸が一方向に回転するとカテーテルＴを送出し、粗動時直進用アクチュエータ２３ａの回転軸が逆方向に回転するとカテーテルＴを引き戻す動作を実行する。なお、１対のローラ２３ｂの回転軸間の間隔を切り替える機構（以下、「ローラ間隔切替機構」と称する。）の具体例については後述する。

　ローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃは、例えば直動型モータによって構成され、ローラ間隔切替機構を動作させることにより、１対のローラ２３ｂの回転軸間の距離を変化させて、カテーテルＴを挟持した状態とカテーテルＴをリリースした状態とを切り替える。
　図５は、ローラ間隔切替機構の構成例を示す模式図である。
　図５に示すように、ローラ間隔切替機構は、等長の４つのリンクからなる平行リンクＰを有し、平行リンクＰの対角に位置する節に１対のローラ２３ｂの回転軸がそれぞれ保持されている。また、平行リンクＰの他の１つの節には、ローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃの出力軸が連結されている。なお、各ローラ２３ｂの回転軸は、収容部２１ｃの上面に形成された直動を案内する貫通穴に沿って移動可能となっている。

　このような構成により、ローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃが出力軸を進退させると、平行リンクＰの連結角度が変化し、各ローラ２３ｂの回転軸を保持する節が互いに近接する方向または互いに離間する方向に移動する。即ち、ローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃが１対のローラ２３ｂの回転軸を近接させ、各ローラ２３ｂそれぞれの回転軸に設置されたギアＧ２が粗動時直進用アクチュエータ２３ａの回転軸に設置されたギアＧ１と噛み合う状態とすることで、１対のローラ２３ｂがカテーテルＴを挟持し、粗動時の直進動作を実行することが可能となる。また、ローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃが１対のローラ２３ｂの回転軸を離間させ、１対のローラ２３ｂの外周面をカテーテルＴの直径よりも大きく離間させた状態とすることで、１対のローラ２３ｂがカテーテルＴをリリースし、微動モードあるいは粗動時の回転動作を実行することが可能となる。

　図１に戻り、制御装置３０は、例えば、パーソナルコンピュータあるいはサーバコンピュータ等の情報処理装置によって構成され、マスタ装置１０、スレーブ装置２０、ディスプレイＬ及びカメラＣを制御する。例えば、制御装置３０は、微動モードにおいて、マスタ装置１０及びスレーブ装置２０の可動部の位置（ロータリーエンコーダによって検出されるアクチュエータの回転角度あるいはリニアエンコーダによって検出される可動部の進退位置等）を取得し、マスタ装置１０及びスレーブ装置２０の間で力触覚を伝達するための制御を実行する。また、制御装置３０は、粗動モードにおいて、マスタ装置１０における操作レバー１２の操作の内容を取得し、操作レバー１２の操作の内容に応じた動作をスレーブ装置２０の粗動実行部２３に実行させる。

　本実施形態における制御装置３０は、微動モードにおいて、マスタ装置１０とスレーブ装置２０とをマスタ・スレーブシステムとして動作させる際に、可動部の位置を表す情報（アクチュエータの可動子の位置あるいはアクチュエータによって移動される部材の位置等を表す情報）を基に算出した実空間のパラメータ（入力ベクトル）を、位置と力とを独立して取り扱うことが可能な仮想空間に座標変換（変換行列によって変換）する。即ち、入力ベクトルが、位置と力とが互いに関連する斜交座標系の実空間から、位置と力とが互いに独立した直交座標系の仮想空間に座標変換される。座標変換によって算出されたパラメータは、仮想空間において、入力ベクトルに対応する位置及び力の状態値を表すものとなる。そして、制御装置３０は、座標変換後の仮想空間において、入力ベクトルから算出された位置及び力の状態値を、位置及び力の制御（ここでは力触覚の伝達）を行うための位置及び力それぞれの目標値に追従させる演算を行い、演算結果を実空間に戻すための逆変換（変換行列の逆行列による変換）を行う。さらに、制御装置３０は、逆変換によって取得された実空間のパラメータ（電流指令値等）に基づいて、各アクチュエータを駆動することにより、マスタ装置１０とスレーブ装置２０との間で力触覚を伝達するマスタ・スレーブシステムを実現する。

　なお、位置と速度（または加速度）あるいは角度と角速度（または角加速度）は、微積分演算により置換可能なパラメータであるため、位置あるいは角度に関する処理を行う場合、適宜、速度あるいは角速度等に置換することが可能である。

　図６は、微動モードにおいて制御装置３０で実行される力触覚伝達制御の基本的原理を示す模式図である。
　図６に示す基本的原理は、可動部の位置を表す情報（可動部の現在位置）を入力として、速度あるいは力の少なくとも一方の領域における演算を行うことにより、アクチュエータの動作を決定するものである。
　即ち、本発明の基本的原理は、制御対象システムＳと、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴと、理想力源ブロックＦＣあるいは理想速度源ブロックＰＣの少なくとも１つと、逆変換ブロックＩＦＴとを含む制御則として表される。

　制御対象システムＳは、アクチュエータを備えるマスタ装置１０あるいはスレーブ装置２０であり、加速度等に基づいてアクチュエータの制御を行う。ここで、上述したように、加速度、速度及び位置（あるいは角加速度、角速度及び角度）は、微積分によって相互に換算可能な物理量であるため、加速度、速度及び位置（あるいは角加速度、角速度及び角度）のいずれを用いて制御することとしてもよい。ここでは、主として、位置から算出される速度を用いて制御則を表現するものとする。

　機能別力・速度割当変換ブロックＦＴは、制御対象システムＳの機能に応じて設定される速度及び力の領域への制御エネルギーの変換を定義するブロックである。具体的には、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴでは、制御対象システムＳの機能の基準となる値（基準値）と、可動部の現在位置とを入力とする座標変換が定義されている。この座標変換は、一般に、基準値及び現在速度を要素とする入力ベクトルを速度の制御目標値を算出するための速度からなる出力ベクトルに変換すると共に、基準値及び現在の力を要素とする入力ベクトルを力の制御目標値を算出するための力からなる出力ベクトルに変換するものである。具体的には、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴにおける座標変換は、次式（１）及び（２）のように一般化して表される。

　ただし、式（１）において、ｘ’₁～ｘ’_n（ｎは１以上の整数）は速度の状態値を導出するための速度ベクトルであり、ｘ’_a～ｘ’_m（ｍは１以上の整数）は、基準値及びアクチュエータの作用に基づく速度（アクチュエータの可動子の速度またはアクチュエータが移動させる部材の速度）を要素とするベクトル、ｈ_1a～ｈ_nmは機能を表す変換行列の要素である。また、式（２）において、ｆ’’₁～ｆ’’_n（ｎは１以上の整数）は力の状態値を導出するための力ベクトルであり、ｆ’’_a～ｆ’’_m（ｍは１以上の整数）は、基準値及びアクチュエータの作用に基づく力（アクチュエータの可動子の力またはアクチュエータが移動させる部材の力）を要素とするベクトルである。

　機能別力・速度割当変換ブロックＦＴにおける座標変換を、実現する機能に応じて設定することにより、各種動作を実現したり、スケーリングを行ったりすることができる。
　即ち、本発明の基本的原理では、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴにおいて、アクチュエータ単体の変数（実空間上の変数）を、実現する機能を表現するシステム全体の変数群（仮想空間上の変数）に“変換”し、速度の制御エネルギーと力の制御エネルギーとに制御エネルギーを割り当てる。換言すると、本発明の基本的原理では、速度と力とが互いに関連する座標空間から、速度と力とが互いに独立した座標空間に変換した上で、速度及び力の制御に関する演算を行う。そのため、アクチュエータ単体の変数（実空間上の変数）のまま制御を行う場合と比較して、速度の制御エネルギーと力の制御エネルギーとを独立に与えることが可能となっている。

　理想力源ブロックＦＣは、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴによって定義された座標変換に従って、力の領域における演算を行うブロックである。理想力源ブロックＦＣにおいては、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴによって定義された座標変換に基づく演算を行う際の力に関する目標値が設定されている。この目標値は、実現される機能に応じて固定値または可変値として設定される。例えば、基準値が示す機能と同様の機能を実現する場合には、目標値としてゼロを設定したり、スケーリングを行う場合には、実現する機能を示す情報を拡大・縮小した値を設定したりできる。

　理想速度源ブロックＰＣは、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴによって定義された座標変換に従って、速度の領域における演算を行うブロックである。理想速度源ブロックＰＣにおいては、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴによって定義された座標変換に基づく演算を行う際の速度に関する目標値が設定されている。この目標値は、実現される機能に応じて固定値または可変値として設定される。例えば、基準値が示す機能と同様の機能を実現する場合には、目標値としてゼロを設定したり、スケーリングを行う場合には、実現する機能を示す情報を拡大・縮小した値を設定したりできる。

　逆変換ブロックＩＦＴは、速度及び力の領域の値を制御対象システムＳへの入力の領域の値（例えば電圧値または電流値等）に変換するブロックである。
　このような基本的原理により、制御対象システムＳのアクチュエータにおける位置の情報が機能別力・速度割当変換ブロックＦＴに入力されると、位置の情報に基づいて得られる速度及び力の情報を用いて、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴにおいて、機能に応じた位置及び力の領域それぞれの制御則が適用される。そして、理想力源ブロックＦＣにおいて、機能に応じた力の演算が行われ、理想速度源ブロックＰＣにおいて、機能に応じた速度の演算が行われ、力及び速度それぞれに制御エネルギーが分配される。

　理想力源ブロックＦＣ及び理想速度源ブロックＰＣにおける演算結果は、制御対象システムＳの制御目標を示す情報となり、これらの演算結果が逆変換ブロックＩＦＴにおいてアクチュエータの入力値とされて、制御対象システムＳに入力される。
　その結果、制御対象システムＳのアクチュエータは、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴによって定義された機能に従う動作を実行し、目的とする装置の動作が実現される。

　また、スケーリング（力あるいは位置の増幅）を伴う力触覚伝達機能が実現される場合、図６における機能別力・速度割当変換ブロックＦＴにおける座標変換は、次式（３）及び（４）として表される。

　ただし、式（３）において、ｘ’_pは速度の状態値を導出するための速度、ｘ’_fは力の状態値に関する速度である。また、ｘ’_mは基準値（マスタ装置１０からの入力）の速度（マスタ装置１０の現在位置の微分値）、ｘ’_sはスレーブ装置２０の現在の速度（現在位置の微分値）である。また、式（４）において、ｆ_pは速度の状態値に関する力、ｆ_fは力の状態値を導出するための力である。また、ｆ_mは基準値（マスタ装置１０からの入力）の力、ｆ_sはスレーブ装置２０の現在の力である。

　式（３）及び式（４）に示す座標変換とした場合、スレーブ装置２０の位置がα倍（αは正数）、スレーブ装置２０の力がβ倍（βは正数）されて、マスタ装置１０に伝達されることとなる。スレーブ装置２０からマスタ装置１０に伝達される力のみを増幅する場合には、α＝１とすると共に、βの値を目的に応じて設定すればよい。

［ハードウェア構成］
　次に、マスタ・スレーブシステム１における制御系統のハードウェア構成について説明する。
　図７は、マスタ・スレーブシステム１における制御系統のハードウェア構成を示すブロック図である。

　図７に示すように、マスタ・スレーブシステム１は、制御系統のハードウェア構成として、パーソナルコンピュータあるいはサーバコンピュータ等の情報処理装置によって構成される制御装置３０と、マスタ装置１０の制御ユニット１０１と、通信ユニット１０２と、粗動・微動スイッチ１１と、操作レバーセンサ１０３と、回転用アクチュエータ１０４と、直進用アクチュエータ１０５と、リニアエンコーダ１０６と、ロータリーエンコーダ１０７と、ドライバ１０８，１０９と、スレーブ装置２０の制御ユニット２０１と、通信ユニット２０２と、微動時直進用アクチュエータ２２ｂと、ロック用アクチュエータ２２ｄと、微動時回転用アクチュエータ２２ｇと、粗動時直進用アクチュエータ２３ａと、ローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃと、リニアエンコーダ２０３と、ロータリーエンコーダ２０４，２０５と、ドライバ２０６～２１０と、ディスプレイＬと、カメラＣと、を備えている。

　マスタ装置１０の制御ユニット１０１は、プロセッサ及びメモリ等を備えるマイクロコンピュータによって構成され、マスタ装置１０の動作を制御する。例えば、制御ユニット１０１は、制御装置３０から送信される制御パラメータに従って、マスタ装置１０の粗動・微動スイッチ１１、直進・回転スイッチ１４、回転用アクチュエータ１０４及び直進用アクチュエータ１０５の駆動を制御する。
　通信ユニット１０２は、ネットワーク４０を介してマスタ装置１０が他の装置との間で行う通信を制御する。

　粗動・微動スイッチ１１は、粗動モードと微動モードとを切り替えるスイッチであり、設定された粗動モード及び微動モードのいずれかを示す信号は制御ユニット１０１に入力される。
　操作レバーセンサ１０３は、操作レバー１２に入力された操作の内容（操作レバー１２の位置）を検出し、検出した操作の内容を示す信号を制御ユニット１０１に出力する。

　回転用アクチュエータ１０４は、例えば回転型モータによって構成され、制御ユニット１０１の指示に従って、操作者がマスタ装置１０を進退方向に沿う回転軸周りに回転させる操作に対して、反力を付与する。
　直進用アクチュエータ１０５は、例えば直動型モータによって構成され、制御ユニット１０１の指示に従って、操作者がエンドエフェクタを動作させるためのレバー（把持部）等に入力した操作に対して、反力を付与する。

　リニアエンコーダ１０６は、直進用アクチュエータの可動子の位置（直動軸における進退位置）を検出する。
　ロータリーエンコーダ１０９は、回転用アクチュエータ１０４の可動子の位置（回転角度）を検出する。

　ドライバ１０８は、制御ユニット１０１の指示に従って、回転用アクチュエータ１０４に駆動電流を出力する。
　ドライバ１０９は、制御ユニット１０１の指示に従って、直進用アクチュエータ１０５に駆動電流を出力する。

　スレーブ装置２０の制御ユニット２０１は、プロセッサ及びメモリ等を備えるマイクロコンピュータによって構成され、スレーブ装置２０の動作を制御する。例えば、制御ユニット２０１は、制御装置３０から送信される制御パラメータに従って、スレーブ装置２０の微動時直進用アクチュエータ２２ｂ、ロック用アクチュエータ２２ｄ、微動時回転用アクチュエータ２２ｇ、粗動時直進用アクチュエータ２３ａ、ローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃの駆動を制御する。
　通信ユニット２０２は、ネットワーク４０を介してスレーブ装置２０が他の装置との間で行う通信を制御する。

　微動時直進用アクチュエータ２２ｂは、例えば直動型モータによって構成され、微動モードにおいて、制御ユニット２０１の指示に従って、操作者がマスタ装置１０に入力した、カテーテルＴを血管内に挿入していくために進退させる操作に応じて、スレーブ装置２０のカテーテルＴを進退させる。
　ロック用アクチュエータ２２ｄは、例えば直動型モータによって構成され、制御ユニット２０１の指示に従って、微動モードにおいては、カテーテルＴがロックされた状態（即ち、微動実行部２２がカテーテルＴを把持した状態）となるようにロック機構２２ｅを切り替える。また、ロック用アクチュエータ２２ｄは、制御ユニット２０１の指示に従って、粗動モードにおいては、カテーテルＴがリリースされた状態（即ち、微動実行部２２がカテーテルＴを把持していない状態）となるようにロック機構２２ｅを切り替える。
　微動時回転用アクチュエータ２２ｇは、例えば回転型モータによって構成され、微動モードにおいて、制御ユニット２０１の指示に従って、操作者がマスタ装置１０に入力した操作に応じて、スレーブ装置２０のカテーテルＴを進退方向に沿う回転軸周りに回転させる。

　粗動時直進用アクチュエータ２３ａは、例えば回転型モータによって構成され、粗動モードにおいて、制御ユニット２０１の指示に従って、操作者が操作レバー１２に入力した操作に応じて、１対のローラ２３ｂを回転させる。これにより、粗動モードにおいて、カテーテルＴが力触覚の伝達を伴わない動作で、高速に長い距離を移動することが可能となる。

　ローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃは、例えば直動型モータによって構成され、制御ユニット２０１の指示に従って、粗動モードにおいて直進動作が行われる場合に、１対のローラ２２ｂが、互いの外周面を接触させた状態または微小な間隔（カテーテルＴの直径より小さい間隔）を空けた状態（カテーテルＴを挟持した状態）となるようにローラ間隔切替機構を制御する。また、ローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃは、粗動モードにおいて回転動作が行われる場合、及び、微動モードにおいて、１対のローラ２２ｂが、互いの外周面をカテーテルＴの直径よりも大きく離間した状態（カテーテルＴをリリースした状態）となるようにローラ間隔切替機構を制御する。即ち、ローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃは、粗動モードにおいて直進動作が行われる場合にのみ、１対のローラ２３ｂがカテーテルＴを挟持する状態とし、それ以外においてはカテーテルＴをリリースした状態とする。

　リニアエンコーダ２０３は、微動時直進用アクチュエータ２２ｂの可動子の位置（直動軸における進退位置）を検出する。
　ロータリーエンコーダ２０４は、微動時回転用アクチュエータ２２ｇの可動子の位置（回転角度）を検出する。
　ロータリーエンコーダ２０５は、粗動時直進用アクチュエータ２３ａの可動子の位置（回転角度）を検出する。
　ロータリーエンコーダ２１２は、昇降用アクチュエータ２３４ｄの可動子の位置（回転角度）を検出する。

　ドライバ２０６は、制御ユニット２０１の指示に従って、微動時直進用アクチュエータ２２ｂに駆動電流を出力する。
　ドライバ２０７は、制御ユニット２０１の指示に従って、ロック用アクチュエータ２２ｄに駆動電流を出力する。
　ドライバ２０８は、制御ユニット２０１の指示に従って、微動時回転用アクチュエータ２２ｇに駆動電流を出力する。

　ドライバ２０９は、制御ユニット２０１の指示に従って、粗動時直進用アクチュエータ２３ａに駆動電流を出力する。
　ドライバ２１０は、制御ユニット２０１の指示に従って、ローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃに駆動電流を出力する。

　ディスプレイＬは、マスタ装置１０の操作者が画面を視認できる場所に設置され、制御装置３０によって表示を指示された画像（カメラＣによって撮影された被検体の可視光画像あるいはＸ線画像等）を表示する。
　カメラＣは、スレーブ装置２０がカテーテルＴを挿入する被検体を撮影可能な場所に設置され、被検体の画像（可視光画像あるいはＸ線画像等）を撮影し、撮影した画像を制御装置３０に送信する。

　図８は、制御装置３０を構成する情報処理装置のハードウェア構成を示す模式図である。
　図８に示すように、制御装置３０は、プロセッサ３１１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）３１２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）３１３と、バス３１４と、入力部３１５と、出力部３１６と、記憶部３１７と、通信部３１８と、ドライブ３１９と、を備えている。

　プロセッサ３１１は、ＲＯＭ３１２に記録されているプログラム、または、記憶部３１７からＲＡＭ３１３にロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。
　ＲＡＭ３１３には、プロセッサ３１１が各種の処理を実行する上において必要なデータ等も適宜記憶される。

　プロセッサ３１１、ＲＯＭ３１２及びＲＡＭ３１３は、バス３１４を介して相互に接続されている。バス３１４には、入力部３１５、出力部３１６、記憶部３１７、通信部３１８及びドライブ３１９が接続されている。

　入力部３１５は、各種ボタン等で構成され、指示操作に応じて各種情報を入力する。
　出力部３１６は、ディスプレイやスピーカ等で構成され、画像や音声を出力する。
　なお、制御装置３０がスマートフォンやタブレット端末として構成される場合には、入力部３１５と出力部３１６のディスプレイとを重ねて配置し、タッチパネルを構成することとしてもよい。
　記憶部３１７は、ハードディスクあるいはＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成され、各サーバで管理される各種データを記憶する。
　通信部３１８は、ネットワークを介して制御装置３０が他の装置との間で行う通信を制御する。

　ドライブ３１９には、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、あるいは半導体メモリ等よりなる、リムーバブルメディア３３１が適宜装着される。ドライブ３１９によってリムーバブルメディア３３１から読み出されたプログラムは、必要に応じて記憶部３１７にインストールされる。

［機能的構成］
　次に、マスタ・スレーブシステム１の機能的構成について説明する。
　図９は、マスタ・スレーブシステム１の機能的構成を示すブロック図である。
　図９に示すように、マスタ・スレーブシステム１では、制御装置３０が各種処理を実行することにより、プロセッサ３１１において、モード設定部３５１と、センサ情報取得部３５２と、操作制御部３５３と、力触覚伝達部３５４と、が機能する。また、記憶部３１７には、制御パラメータ記憶部３７１が形成される。
　制御パラメータ記憶部３７１は、制御装置３０がマスタ装置１０とスレーブ装置２０との間で力触覚を伝達する制御（微動モードの制御）またはマスタ装置１０からスレーブ装置２０を操作レバー１２で操作する制御（粗動モードの制御）において取得された制御パラメータを時系列に記憶する。即ち、制御パラメータ記憶部３７１には、マスタ・スレーブシステム１の動作の履歴データが記憶される。

　モード設定部３５１は、操作者の操作に応じて、粗動モードと微動モードとを切り替える。具体的には、モード設定部３５１は、粗動・微動スイッチ１１が微動モードに設定されている場合、マスタ・スレーブシステム１を微動モードに切り替え、粗動・微動スイッチ１１が粗動モードに設定されている場合、マスタ・スレーブシステム１を粗動モードに切り替える。

　センサ情報取得部３５２は、マスタ装置１０及びスレーブ装置２０に設置された各種センサによって検出された情報（センサ情報）を取得する。例えば、センサ情報取得部３０２は、リニアエンコーダ１０６，２０３及びロータリーエンコーダ１０７，２０４，２０５によって検出された各アクチュエータの可動子の位置（進退位置または回転角度）を示す情報を取得する。また、センサ情報取得部３５２は、取得したセンサ情報を時系列のデータとして、制御パラメータ記憶部３７１に記憶する。

　操作制御部３５３は、マスタ装置１０における粗動・微動スイッチ１１及び操作レバー１２に入力された操作に応じて、スレーブ装置２０を制御する。
　具体的には、操作制御部３５３は、粗動・微動スイッチ１１が粗動モードに設定されている場合、ロック用アクチュエータ２２ｄを非ロック状態（カテーテルＴをリリースした状態）に制御すると共に、１対のローラ２３ｂがカテーテルＴを挟持する状態となるようにローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃを制御する。

　また、操作制御部３５３は、粗動・微動スイッチ１１が微動モードに設定されている場合、ロック用アクチュエータ２２ｄをロック状態（カテーテルＴを把持した状態）に制御すると共に、１対のローラ２３ｂがカテーテルＴをリリースした状態となるようにローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃを制御する。

　また、操作制御部３５３は、粗動モードにおいて、マスタ装置１０の操作レバー１２に入力された操作の内容に応じて、スレーブ装置２０のアクチュエータを制御する。
　具体的には、操作制御部３５３は、操作レバー１２が奥に移動された場合、粗動時直進用アクチュエータ２３ａを一方向に回転させてカテーテルＴを直進（挿入）させ、操作レバー１２が手前に移動された場合、粗動時直進用アクチュエータ２３ａを逆方向に回転させてカテーテルＴを後退（引き戻し）させる。

　力触覚伝達部３５４は、微動モードにおいて、図６に示す制御アルゴリズムに従って、マスタ装置１０及びスレーブ装置２０における力触覚の伝達を制御する。例えば、力触覚伝達部３５４は、力触覚伝達処理において、マスタ装置１０及びスレーブ装置２０の対応する動作のためのアクチュエータ間で力触覚を伝達する制御を実行する。このとき、力触覚伝達部３５４は、増幅率の設定を受け付け、設定された増幅率で、スレーブ装置２０において検出された外力あるいは位置等を増幅してマスタ装置１０に伝達することとしてもよい。

［動作］
　次に、マスタ・スレーブシステム１の動作を説明する。

［操作制御処理］
　図１０は、制御装置３０が実行する操作制御処理の流れを説明するフローチャートである。
　操作制御処理は、入力部３１５あるいは通信部３１８を介して操作制御処理の実行が指示されることに対応して開始される。

　ステップＳ１において、操作制御部３５３は、粗動モードまたは微動モードのいずれに設定されているかの判定を行う。
　粗動モードに設定されていると判定された場合、ステップＳ１の後、処理はステップＳ２に移行する。
　一方、微動モードに設定されていると判定された場合、ステップＳ１の後、処理はステップＳ５に移行する。

　ステップＳ２において、操作制御部３５３は、ロック機構２２ｅが非ロック状態（カテーテルＴをリリースした状態）となるようにロック用アクチュエータ２２ｄを制御する。
　ステップＳ３において、操作制御部３５３は、１対のローラ２３ｂがカテーテルＴを挟持した状態となるようにローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃを制御する。
　ステップＳ４において、操作制御部３５３は、マスタ装置１０に対する操作の内容に応じてカテーテルＴを進退させる。
　ステップＳ５において、後述する力触覚伝達処理が実行される。
　ステップＳ４及びステップＳ５の後、操作制御処理が繰り返される。

［力触覚伝達処理］
　次に、操作制御処理のステップＳ５において実行される力触覚伝達処理について説明する。
　図１１は、制御装置３０が実行する力触覚伝達処理の流れを説明するフローチャートである。
　ステップＳ１１において、操作制御部３５３は、直進動作または回転動作のいずれに設定されているかの判定を行う。
　直進動作に設定されていると判定された場合、ステップＳ１１の後、処理はステップＳ１２に移行する。
　一方、回転動作に設定されていると判定された場合、ステップＳ１１の後、処理はステップＳ１５に移行する。

　ステップＳ１２において、操作制御部３５３は、ロック機構２２ｅがロック状態（カテーテルＴを把持した状態）となるようにロック用アクチュエータ２２ｄを制御する。
　ステップＳ１３において、操作制御部３５３は、１対のローラ２３ｂがカテーテルＴをリリースした状態となるようにローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃを制御する。
　ステップＳ１４において、力触覚伝達部３５４は、微動時直進用アクチュエータ２２ｂの制御を開始する。
　ステップＳ１４の後、処理はステップＳ１８に移行する。

　ステップＳ１５において、操作制御部３５３は、ロック機構２２ｅがロック状態（カテーテルＴを把持した状態）となるようにロック用アクチュエータ２２ｄを制御する。
　ステップＳ１６において、操作制御部３５３は、１対のローラ２３ｂがカテーテルＴをリリースした状態となるようにローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃを制御する。
　ステップＳ１７において、力触覚伝達部３５４は、微動時回転用アクチュエータ２２ｂの制御を開始する。
　ステップＳ１８において、センサ情報取得部３５２は、マスタ装置１０及びスレーブ装置２０に設置された各種センサによって検出された情報（センサ情報）を取得する。ステップＳ１８において取得されたセンサ情報は、時系列のデータとして制御パラメータ記憶部３７１に記憶される。
　ステップＳ１９において、力触覚伝達部３５４は、取得されたセンサ情報を入力として座標変換（例えば、式（１）及び（２）参照）を行い、力触覚の伝達制御（直進または回転）を実行する。

　ステップＳ２０において、操作制御部３５３は、直進動作及び回転動作の切り替えが行われたか否かの判定を行う。
　直進動作及び回転動作の切り替えが行われていない場合、ステップＳ２０においてＮＯと判定されて、処理はステップＳ２１に移行する。
　一方、直進動作及び回転動作の切り替えが行われた場合、ステップＳ２０においてＹＥＳと判定されて、処理はステップＳ１１に移行する。

　ステップＳ２１において、操作制御部３５３は、微動モードの終了が指示されたか否か（即ち、粗動モードへの切り替え操作が行われたか否か）の判定を行う。
　微動モードの終了が指示されていない場合、ステップＳ２１において、ＮＯと判定されて、処理はステップＳ１８に移行する。
　一方、微動モードの終了が指示された場合、ステップＳ２１において、ＹＥＳと判定されて、処理は操作制御処理に戻る。

　以上のように、本実施形態に係るマスタ・スレーブシステム１は、カテーテルＴとマスタ装置１０との間で力触覚を伝達しながら、カテーテルＴを正確に短い距離移動させる微動モードと、カテーテルＴとマスタ装置１０との間で力触覚を伝達することなく、カテーテルＴを高速に長い距離移動させる粗動モードとを実行可能である。そして、マスタ・スレーブシステム１が粗動モードに設定された場合、マスタ装置１０の操作レバー１２に対する操作に応じて、スレーブ装置２０は、カテーテルＴを高速に長い距離移動させる。また、マスタ・スレーブシステム１が微動モードに設定された場合、マスタ装置１０のマニピュレータ１３に対する操作に応じて、スレーブ装置２０は、マスタ装置１０に入力された操作の力触覚をカテーテルＴに伝達すると共に、カテーテルＴに入力した力触覚をマスタ装置１０に伝達して、カテーテルＴを正確に短い距離移動させる。
　これにより、マスタ・スレーブシステム１においてスレーブ装置２０を移動させる動作形態をより適切なものとすることができる。

　また、マスタ・スレーブシステム１は、カテーテルＴを軸周りに回転させる微動時回転用アクチュエータ２２ｇを備えている。
　これにより、カテーテルＴの微動時において、力触覚の伝達を行いながら、カテーテルＴを回転させることができる。
　したがって、カテーテルＴを被検体の体内に挿入する際に、カテーテルＴをより柔軟に動かしながら、適切な動作を行うことが可能となる。

［第２実施形態］
　次に、本発明の第２実施形態について説明する。
　第１実施形態においては、カテーテルＴを進退方向に沿う回転軸周りに回転させる場合、カテーテルＴがロックされた状態（即ち、微動実行部２２がカテーテルＴを把持した状態）とし、微動実行部２２の微動時回転用アクチュエータ２２ｇによって回転させるものとした。
　これに対し、粗動時における回転動作と、微動時における回転動作とを異なる機構によって実行することが可能である。

［構成］
　図１２は、本発明の第２実施形態に係るマスタ・スレーブシステム１の全体構成を示す模式図である。
　図１２において、本実施形態に係るマスタ・スレーブシステム１は、図１に示す第１実施形態のマスタ・スレーブシステム１に対し、マスタ装置１０及びスレーブ装置２０の構成が異なっている。

　マスタ装置１０は、粗動モードと微動モードとを切り替える粗動・微動スイッチ１１と、粗動モードにおいて直進動作の操作を行うための操作レバー１２と、微動モード及び粗動モードにおける回転動作の操作と微動モードにおける直進動作の操作を行うためのマニピュレータ１３と、カテーテルＴの直進動作（挿入及び引き戻し動作）と回転動作（軸周りの回転動作）とを切り替える直進・回転スイッチ１４と、を備えている。
　粗動・微動スイッチ１１及び直進・回転スイッチ１４において設定された信号は、制御装置３０に送信される。
　即ち、粗動・微動スイッチ１１及び直進・回転スイッチ１４の切り替えにより、マスタ・スレーブシステム１は、粗動時の直進動作、粗動時の回転動作、微動時の直進動作及び微動時の回転動作のいずれかを行う状態に設定される。

　操作レバー１２は、粗動モードにおいて、スレーブ装置２０を制御するための操作を受け付ける。本実施形態において、操作レバー１２を奥に移動させるとカテーテルＴを直進（挿入）させる動作、操作レバー１２を手前に移動させるとカテーテルＴを後退（引き戻し）させる動作、操作レバー１２を右に移動させるとカテーテルＴを軸周りに右回転させる動作、操作レバー１２を左に移動させるとカテーテルＴを軸周りに左回転させる動作がスレーブ装置２０において実行される。なお、操作レバー１２に入力された操作の内容（操作レバー１２の位置）はセンサによって検出され、検出された操作の内容を示す信号は、制御装置３０に送信される。
　マニピュレータ１３の構成は、図１に示す第１実施形態のマニピュレータ１３と同様である。

　図１３及び図１４は、スレーブ装置２０の構成を示す模式図であり、図１３は、スレーブ装置２０の構成を示す斜視図、図１４は、スレーブ装置２０の構成を示す側面図である。
　図１３及び図１４に示すように、スレーブ装置２０は、支持体２１と、微動実行部２２と、粗動実行部２３と、を備えている。
　支持体２１は、スレーブ装置２０全体を支持する部材であり、スレーブ装置２０の各部が配置される底部２１ａと、カテーテルＴが患者に向けて送出される側の一端（前端）に形成された側壁２１ｂと、側壁２１ｂと反対側の一端（後端）に形成された収容部２１ｃと、を備えている。なお、側壁２１ｂには、カテーテルＴを挿通する貫通穴が形成されている。また、収容部２１ｃは、内部に部品を収容可能な空間を有し、後述する粗動時直進用アクチュエータ２３ａ及びローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃを収容している。

　直動軸２２ａは、微動時直進用アクチュエータ２２ｂの直動を案内する部材であり、支持体２１の側壁２１ｂと収容部２１ｃとの間に設置される。本実施形態において、直動軸２２ａは、シャフトモータとして構成される微動時直進用アクチュエータ２２ｂのシャフトとして機能し、直動軸２２ａ内部には、円筒型の永久磁石が、Ｎ極同士、Ｓ極同士を接合された状態で連続的に配置されている。
　微動時直進用アクチュエータ２２ｂは、例えばシャフトモータによって構成され、制御装置３０の指示に従って、直動軸２２ａ（シャフト）に沿って、可動コイルを備えた移動子（スライダ）を移動させる。なお、微動時直進用アクチュエータ２２ｂの可動部の位置は、リニアエンコーダ２０３によって検出され、検出された位置を示す信号は、制御装置３０に送信される。

　ロック機構２２ｅは、ロック用アクチュエータ２２ｄの動作に従って、カテーテルＴをロックした状態と、カテーテルＴをリリースした状態とを切り替える。
　なお、本実施形態のロック機構２２ｅにおいても、図４に示す構成例とすることができる。

　粗動実行部２３は、粗動時直進用アクチュエータ２３ａと、１対のローラ２３ｂと、ローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃと、把持・擦り合わせ部２３ｄと、を備えている。
　これらのうち、粗動時直進用アクチュエータ２３ａ、１対のローラ２３ｂ及びローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃの構成は、図２及び図３に示す第１実施形態の構成と同様である。

　把持・擦り合わせ部２３ｄは、粗動モードにおいて、カテーテルＴを把持して軸周りに回転させたり、進退されるカテーテルＴの乱雑な動きを抑制するようカテーテルＴ周囲の空間（主として上下方向の空間）を制限したりする。
　図１５は、把持・擦り合わせ部２３ｄの構成例を示す模式図である。
　図１５に示すように、把持・擦り合わせ部２３ｄは、下側把持部材２３１ｄと、昇降部材２３２ｄと、ラックギア２３３ｄと、昇降用アクチュエータ２３４ｄと、ピニオンギア２３５ｄと、擦り合わせ用アクチュエータ２３６ｄと、ガイド２３７ｄと、上側把持部材２３８ｄと、ケース２３９ｄと、を備えている。なお、図１５においては、説明の便宜のため、ケース２３９ｄを透視して把持・擦り合わせ部２３ｄの内部構造を示している。

　下側把持部材２３１ｄは、収容部２１ｃの側面に固定された板状の支持部２３１ｄ－１と、支持部２３１ｄ－１の上端からケース２３９ｄの外側に向かって収容部２１ｃの上面に平行（水平）に延びる天板部２３１ｄ－２と、を備えている。天板部２３１ｄ－２は、粗動モードにおいてカテーテルＴが軸周りに回転される際に、上側把持部材２３８ｄとの間でカテーテルＴを把持し、カテーテルＴを擦り合わせる動作の基台となる。そのため、天板部２３１ｄ－２の上面は、カテーテルＴに対して一定の摩擦を与える形状（微小な凹凸が形成された形状等）となっている。なお、天板部２３１ｄ－２の上面の形状によってカテーテルＴに摩擦を与えることの他、天板部２３１ｄ－２の上面にカテーテルＴを擦り合わせるための摩擦を与える素材（ゴムまたはシリコーン等）からなる部材を設置することとしてもよい。

　昇降部材２３２ｄは、下側把持部材２３１ｄの支持部２３１ｄ－１に接触して上下方向に摺動する板状の摺動部２３２ｄ－１と、摺動部２３２ｄ－１の上端からケース２３９ｄの内側に向かって水平に延びる天板部２３２ｄ－２と、を備えている。摺動部２３２ｄ－１は、下側把持部材２３１ｄの支持部２３１ｄ－１と接触する面の裏面側に、ラックギア２３３ｄを備えている。また、天板部２３２ｄ－２の上面には、後述するように、擦り合わせ用アクチュエータ２３６ｄ、ガイド２３７ｄ及び上側把持部材２３８ｄが設置される。

　ラックギア２３３ｄは、昇降部材２３２ｄの摺動部２３２ｄ－１において、下側把持部材２３１ｄの支持部２３１ｄ－１と接触する面の裏面側に上下方向に平歯が配列された状態で設置されている。また、ラックギア２３３ｄには、昇降用アクチュエータ２３４ｄによって回転されるピニオンギア２３５ｄが噛み合っている。
　昇降用アクチュエータ２３４ｄは、例えば回転型モータによって構成される。昇降用アクチュエータ２３４ｄは、出力軸に設置されたピニオンギア２３５ｄを回転させ、ピニオンギア２３５ｄと噛み合うラックギア２３３ｄを上下方向に移動させることにより、昇降部材２３２ｄを昇降させる。

　ピニオンギア２３５ｄは、ラックギア２３３ｄと噛み合い、昇降用アクチュエータ２３４ｄの出力軸と一体に回転する。即ち、ピニオンギア２３５ｄは、昇降用アクチュエータ２３４ｄの駆動力を昇降部材２３２ｄに伝達する。
　擦り合わせ用アクチュエータ２３６ｄは、例えば直動型モータによって構成され、昇降部材２３２ｄの天板部２３２ｄ－２の上面に設置される。擦り合わせ用アクチュエータ２３６ｄは、粗動モードにおいてカテーテルＴが軸周りに回転される際に、出力軸に連結された上側把持部材２３８ｄを下側把持部材２３１ｄの天板部２３１ｄ－２に平行に進退させる。

　ガイド２３７ｄは、擦り合わせ用アクチュエータ２３６ｄの動きを案内する部材であり、昇降部材２３２ｄの天板部２３２ｄ－２の上面に設置される。具体的には、ガイド２３７ｄは、上側把持部材２３８ｄが擦り合わせ用アクチュエータ２３６ｄによって移動される際に、上側把持部材２３８ｄが下側把持部材２３１ｄの天板部２３１ｄ－２と平行に移動するように案内する。

　上側把持部材２３８ｄは、擦り合わせ用アクチュエータ２３６ｄの出力軸に連結され、下側把持部材２３１ｄの天板部２３１ｄ－２と対向するように設置されている。また、上側把持部材２３８ｄは、擦り合わせ用アクチュエータ２３６ｄによって、下側把持部材２３１ｄの天板部２３１ｄ－２と平行に進退される。擦り合わせ用アクチュエータ２３６ｄは、昇降部材２３２ｄの天板部２３２ｄ－２に設置されていることから、上側把持部材２３８ｄは、昇降用アクチュエータ２３４ｄによって昇降可能であると共に、擦り合わせ用アクチュエータ２３６ｄによって下側把持部材２３１ｄの天板部２３１ｄ－２と平行に進退可能となっている。

　ケース２３９ｄは、把持・擦り合わせ部２３ｄの各構成部を収容するケースであり、収容部２１ｃの側面に設置されていると共に、収容部２１ｃの上面よりも上方に延びる側面（即ち、収容部２１ｃの上面を臨む側面）に、下側把持部材２３１ｄの天板部２３１ｄ－２及び上側把持部材２３８ｄがケース２３９ｄから突出する開口部２３９ｄ－１を備えている。なお、上側把持部材２３８ｄは、昇降用アクチュエータ２３４ｄによって昇降されると、開口部２３９ｄ－１内を上下方向に移動する。

　図１２に戻り、制御装置３０は、例えば、パーソナルコンピュータあるいはサーバコンピュータ等の情報処理装置によって構成され、マスタ装置１０、スレーブ装置２０、ディスプレイＬ及びカメラＣを制御する。例えば、制御装置３０は、微動モードにおいて、マスタ装置１０及びスレーブ装置２０の可動部の位置（ロータリーエンコーダによって検出されるアクチュエータの回転角度あるいはリニアエンコーダによって検出される可動部の進退位置等）を取得し、マスタ装置１０及びスレーブ装置２０の間で力触覚を伝達するための制御を実行する。また、制御装置３０は、粗動モードにおいて、マスタ装置１０における操作レバー１２の操作の内容を取得し、操作レバー１２の操作の内容に応じた動作をスレーブ装置２０の粗動実行部２３に実行させる。

　微動モードにおいて、本実施形態における制御装置３０が実行する力触覚伝達制御の基本的原理は、図６に示す第１実施形態の基本的原理と同様である。

［ハードウェア構成］
　次に、本実施形態のマスタ・スレーブシステム１における制御系統のハードウェア構成について説明する。
　図１６は、本実施形態のマスタ・スレーブシステム１における制御系統のハードウェア構成を示すブロック図である。

　図１６に示すように、マスタ・スレーブシステム１は、制御系統のハードウェア構成として、パーソナルコンピュータあるいはサーバコンピュータ等の情報処理装置によって構成される制御装置３０と、マスタ装置１０の制御ユニット１０１と、通信ユニット１０２と、粗動・微動スイッチ１１と、操作レバーセンサ１０３と、回転用アクチュエータ１０４と、直進用アクチュエータ１０５と、リニアエンコーダ１０６と、ロータリーエンコーダ１０７と、ドライバ１０８，１０９と、直進・回転スイッチ１４と、スレーブ装置２０の制御ユニット２０１と、通信ユニット２０２と、微動時直進用アクチュエータ２２ｂと、ロック用アクチュエータ２２ｄと、微動時回転用アクチュエータ２２ｇと、粗動時直進用アクチュエータ２３ａと、ローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃと、昇降用アクチュエータ２３４ｄと、擦り合わせ用アクチュエータ２３６ｄと、リニアエンコーダ２０３，２１１と、ロータリーエンコーダ２０４，２０５，２１２と、ドライバ２０６～２１０，２１３，２１４と、ディスプレイＬと、カメラＣと、を備えている。

　リニアエンコーダ１０６は、直進用アクチュエータの可動子の位置（直動軸における進退位置）を検出する。
　ロータリーエンコーダ１０７は、回転用アクチュエータ１０４の可動子の位置（回転角度）を検出する。

　ドライバ１０８は、制御ユニット１０１の指示に従って、回転用アクチュエータ１０４に駆動電流を出力する。
　ドライバ１０９は、制御ユニット１０１の指示に従って、直進用アクチュエータ１０５に駆動電流を出力する。
　直進・回転スイッチ１４は、カテーテルＴの直進動作と回転動作とを切り替えるスイッチであり、設定された直進動作及び回転動作のいずれかを示す信号は制御ユニット１０１に入力される。

　スレーブ装置２０の制御ユニット２０１は、プロセッサ及びメモリ等を備えるマイクロコンピュータによって構成され、スレーブ装置２０の動作を制御する。例えば、制御ユニット２０１は、制御装置３０から送信される制御パラメータに従って、スレーブ装置２０の微動時直進用アクチュエータ２２ｂ、ロック用アクチュエータ２２ｄ、微動時回転用アクチュエータ２２ｇ、粗動時直進用アクチュエータ２３ａ、ローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃ、昇降用アクチュエータ２３４ｄ及び擦り合わせ用アクチュエータ２３６ｄの駆動を制御する。
　通信ユニット２０２は、ネットワーク４０を介してスレーブ装置２０が他の装置との間で行う通信を制御する。

　昇降用アクチュエータ２３４ｄは、例えば回転型モータによって構成される。昇降用アクチュエータ２３４ｄは、出力軸に設置されたピニオンギア２３５ｄを回転させ、ピニオンギア２３５ｄと噛み合うラックギア２３３ｄを上下方向に移動させることにより、昇降部材２３２ｄを昇降させる。このような機構により、昇降用アクチュエータ２３４ｄは、微動モードにおいては、昇降部材２３２ｄを上方に移動させ、カテーテルＴがリリースされた状態とする。ただし、微動モードにおいて、昇降用アクチュエータ２３４ｄは、下側把持部材２３１ｄの天板部２３１ｄ－２と上側把持部材２３８ｄとの距離が、カテーテルＴの直径より長く、進退されるカテーテルＴの乱雑な動きを抑制する程度となるように、昇降部材２３２ｄを移動させる。また、粗動モードにおいて、昇降用アクチュエータ２３４ｄは、下側把持部材２３１ｄの天板部２３１ｄ－２と上側把持部材２３８ｄとがカテーテルＴを把持するように、昇降部材２３２ｄを下方に移動させる。

　擦り合わせ用アクチュエータ２３６ｄは、例えば直動型モータによって構成され、粗動モードにおいて、制御ユニット２０１の指示に従って、操作者が操作レバー１２に入力した操作に応じて、出力軸に連結された上側把持部材２３８ｄを下側把持部材２３１ｄの天板部２３１ｄ－２に平行に進退させる。

　リニアエンコーダ２０３は、微動時直進用アクチュエータ２２ｂの可動子の位置（直動軸における進退位置）を検出する。
　リニアエンコーダ２１１は、擦り合わせ用アクチュエータ２３６ｄの可動子の位置（直動軸における進退位置）を検出する。
　ロータリーエンコーダ２０４は、微動時回転用アクチュエータ２２ｇの可動子の位置（回転角度）を検出する。
　ロータリーエンコーダ２０５は、粗動時直進用アクチュエータ２３ａの可動子の位置（回転角度）を検出する。
　ロータリーエンコーダ２１２は、昇降用アクチュエータ２３４ｄの可動子の位置（回転角度）を検出する。

　ドライバ２０９は、制御ユニット２０１の指示に従って、粗動時直進用アクチュエータ２３ａに駆動電流を出力する。
　ドライバ２１０は、制御ユニット２０１の指示に従って、ローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃに駆動電流を出力する。
　ドライバ２１３は、制御ユニット２０１の指示に従って、昇降用アクチュエータ２３４ｄに駆動電流を出力する。
　ドライバ２１４は、制御ユニット２０１の指示に従って、擦り合わせ用アクチュエータ２３６ｄに駆動電流を出力する。

［機能的構成］
　次に、マスタ・スレーブシステム１の機能的構成について説明する。
　本実施形態におけるマスタ・スレーブシステム１の機能的構成は、図９に示す第１実施形態の機能的構成と同様である。
　ただし、本実施形態におけるマスタ・スレーブシステム１の機能的構成では、センサ情報取得部３５２及び操作制御部３５３の具体的な構成が第１実施形態と異なっている。

　センサ情報取得部３５２は、マスタ装置１０及びスレーブ装置２０に設置された各種センサによって検出された情報（センサ情報）を取得する。例えば、センサ情報取得部３０２は、リニアエンコーダ１０６，２０３，２１１及びロータリーエンコーダ１０７，２０４，２０５，２１２によって検出された各アクチュエータの可動子の位置（進退位置または回転角度）を示す情報を取得する。また、センサ情報取得部３５２は、取得したセンサ情報を時系列のデータとして、制御パラメータ記憶部３７１に記憶する。

　操作制御部３５３は、マスタ装置１０における粗動・微動スイッチ１１、直進・回転スイッチ１４及び操作レバー１２に入力された操作に応じて、スレーブ装置２０を制御する。
　具体的には、操作制御部３５３は、粗動・微動スイッチ１１が粗動モードに設定され、直進・回転スイッチ１４が直進動作に設定されている場合、ロック用アクチュエータ２２ｄを非ロック状態（カテーテルＴをリリースした状態）に制御すると共に、１対のローラ２３ｂがカテーテルＴを挟持する状態となるようにローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃを制御し、把持・擦り合わせ部２３ｄにおいて、下側把持部材２３１ｄの天板部２３１ｄ－２と上側把持部材２３８ｄとの距離が、カテーテルＴの直径より長く、進退されるカテーテルＴの乱雑な動きを抑制する程度となるように、昇降用アクチュエータ２３４ｄによって昇降部材２３２ｄを移動させる（即ち、カテーテルＴをリリースした状態とする）。

　また、操作制御部３５３は、粗動・微動スイッチ１１が粗動モードに設定され、直進・回転スイッチ１４が回転動作に設定されている場合、ロック用アクチュエータ２２ｄを非ロック状態（カテーテルＴをリリースした状態）に制御すると共に、１対のローラ２３ｂがカテーテルＴをリリースした状態となるようにローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃを制御し、把持・擦り合わせ部２３ｄにおいて、下側把持部材２３１ｄの天板部２３１ｄ－２と上側把持部材２３８ｄとがカテーテルＴを把持する状態となるように、昇降用アクチュエータ２３４ｄによって昇降部材２３２ｄを移動させる。

　また、操作制御部３５３は、粗動・微動スイッチ１１が微動モードに設定され、直進・回転スイッチ１４が直進動作に設定されている場合、ロック用アクチュエータ２２ｄをロック状態（カテーテルＴを把持した状態）に制御すると共に、１対のローラ２３ｂがカテーテルＴをリリースした状態となるようにローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃを制御し、把持・擦り合わせ部２３ｄにおいて、下側把持部材２３１ｄの天板部２３１ｄ－２と上側把持部材２３８ｄとの距離が、カテーテルＴの直径より長く、進退されるカテーテルＴの乱雑な動きを抑制する程度となるように、昇降用アクチュエータ２３４ｄによって昇降部材２３２ｄを移動させる（即ち、カテーテルＴをリリースした状態とする）。

　また、操作制御部３５３は、粗動・微動スイッチ１１が微動モードに設定され、直進・回転スイッチ１４が回転動作に設定されている場合、ロック用アクチュエータ２２ｄをロック状態（カテーテルＴを把持した状態）に制御すると共に、１対のローラ２３ｂがカテーテルＴをリリースした状態となるようにローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃを制御し、把持・擦り合わせ部２３ｄにおいて、下側把持部材２３１ｄの天板部２３１ｄ－２と上側把持部材２３８ｄとの距離が、カテーテルＴの直径より長く、進退されるカテーテルＴの乱雑な動きを抑制する程度となるように、昇降用アクチュエータ２３４ｄによって昇降部材２３２ｄを移動させる（即ち、カテーテルＴをリリースした状態とする）。

　また、操作制御部３５３は、粗動モードにおいて、マスタ装置１０の操作レバー１２に入力された操作の内容に応じて、スレーブ装置２０のアクチュエータを制御する。
　具体的には、操作制御部３５３は、操作レバー１２が奥に移動された場合、粗動時直進用アクチュエータ２３ａを一方向に回転させてカテーテルＴを直進（挿入）させ、操作レバー１２が手前に移動された場合、粗動時直進用アクチュエータ２３ａを逆方向に回転させてカテーテルＴを後退（引き戻し）させる。また、操作制御部３５３は、粗動モードにおいて、操作レバー１２が右に移動された場合、擦り合わせ用アクチュエータ２３６ｄを一方向に移動させてカテーテルＴを軸周りに右回転させ、操作レバー１２が左に移動された場合、擦り合わせ用アクチュエータ２３６ｄを逆方向に移動させてカテーテルＴを軸周りに左回転させる。

［操作制御処理］
　図１７は、制御装置３０が実行する操作制御処理の流れを説明するフローチャートである。
　操作制御処理は、入力部３１５あるいは通信部３１８を介して操作制御処理の実行が指示されることに対応して開始される。

　ステップＳ２１において、操作制御部３５３は、粗動モードまたは微動モードのいずれに設定されているかの判定を行う。
　粗動モードに設定されていると判定された場合、ステップＳ２１の後、処理はステップＳ２２に移行する。
　一方、微動モードに設定されていると判定された場合、ステップＳ２１の後、処理はステップＳ３１に移行する。

　ステップＳ２２において、操作制御部３５３は、直進動作または回転動作のいずれに設定されているかの判定を行う。
　直進動作に設定されていると判定された場合、ステップＳ２２の後、処理はステップＳ２３に移行する。
　一方、回転動作に設定されていると判定された場合、ステップＳ２２の後、処理はステップＳ２７に移行する。

　ステップＳ２３において、操作制御部３５３は、ロック機構２２ｅが非ロック状態（カテーテルＴをリリースした状態）となるようにロック用アクチュエータ２２ｄを制御する。
　ステップＳ２４において、操作制御部３５３は、１対のローラ２３ｂがカテーテルＴを挟持した状態となるようにローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃを制御する。
　ステップＳ２５において、操作制御部３５３は、把持・擦り合わせ部２３ｄがカテーテルＴをリリースした状態となるよう昇降用アクチュエータ２３４ｄを制御する。
　ステップＳ２６において、操作制御部３５３は、マスタ装置１０に対する操作の内容に応じてカテーテルＴを進退させる。

　ステップＳ２７において、操作制御部３５３は、ロック機構２２ｅが非ロック状態（カテーテルＴをリリースした状態）となるようにロック用アクチュエータ２２ｄを制御する。
　ステップＳ２８において、操作制御部３５３は、１対のローラ２３ｂがカテーテルＴをリリースした状態となるようにローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃを制御する。
　ステップＳ２９において、操作制御部３５３は、把持・擦り合わせ部２３ｄがカテーテルＴを把持した状態となるよう昇降用アクチュエータ２３４ｄを制御する。
　ステップＳ３０において、操作制御部３５３は、マスタ装置１０に対する操作の内容に応じてカテーテルＴを軸周りに回転させる。
　ステップＳ３１において、後述する力触覚伝達処理が実行される。
　ステップＳ２６、ステップＳ３０及びステップＳ３１の後、操作制御処理が繰り返される。

［力触覚伝達処理］
　次に、操作制御処理のステップＳ３１において実行される力触覚伝達処理について説明する。
　図１８は、制御装置３０が実行する力触覚伝達処理の流れを説明するフローチャートである。
　ステップＳ４１において、操作制御部３５３は、直進動作または回転動作のいずれに設定されているかの判定を行う。
　直進動作に設定されていると判定された場合、ステップＳ４１の後、処理はステップＳ４２に移行する。
　一方、回転動作に設定されていると判定された場合、ステップＳ４１の後、処理はステップＳ４６に移行する。

　ステップＳ４２において、操作制御部３５３は、ロック機構２２ｅがロック状態（カテーテルＴを把持した状態）となるようにロック用アクチュエータ２２ｄを制御する。
　ステップＳ４３において、操作制御部３５３は、１対のローラ２３ｂがカテーテルＴをリリースした状態となるようにローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃを制御する。
　ステップＳ４４において、操作制御部３５３は、把持・擦り合わせ部２３ｄがカテーテルＴをリリースした状態となるよう昇降用アクチュエータ２３４ｄを制御する。
　ステップＳ４５において、力触覚伝達部３５４は、微動時直進用アクチュエータ２２ｂの制御を開始する。
　ステップＳ４５の後、処理はステップＳ５０に移行する。

　ステップＳ４６において、操作制御部３５３は、ロック機構２２ｅがロック状態（カテーテルＴを把持した状態）となるようにロック用アクチュエータ２２ｄを制御する。
　ステップＳ４７において、操作制御部３５３は、１対のローラ２３ｂがカテーテルＴをリリースした状態となるようにローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃを制御する。
　ステップＳ４８において、操作制御部３５３は、把持・擦り合わせ部２３ｄがカテーテルＴをリリースした状態となるよう昇降用アクチュエータ２３４ｄを制御する。
　ステップＳ４９において、力触覚伝達部３５４は、微動時回転用アクチュエータ２２ｂの制御を開始する。
　ステップＳ５０において、センサ情報取得部３５２は、マスタ装置１０及びスレーブ装置２０に設置された各種センサによって検出された情報（センサ情報）を取得する。ステップＳ５０において取得されたセンサ情報は、時系列のデータとして制御パラメータ記憶部３７１に記憶される。
　ステップＳ５１において、力触覚伝達部３５４は、取得されたセンサ情報を入力として座標変換（例えば、式（１）及び（２）参照）を行い、力触覚の伝達制御（直進または回転）を実行する。

　ステップＳ５２において、操作制御部３５３は、直進動作及び回転動作の切り替えが行われたか否かの判定を行う。
　直進動作及び回転動作の切り替えが行われていない場合、ステップＳ５２においてＮＯと判定されて、処理はステップＳ５３に移行する。
　一方、直進動作及び回転動作の切り替えが行われた場合、ステップＳ５２においてＹＥＳと判定されて、処理はステップＳ４１に移行する。

　ステップＳ５３において、操作制御部３５３は、微動モードの終了が指示されたか否か（即ち、粗動モードへの切り替え操作が行われたか否か）の判定を行う。
　微動モードの終了が指示されていない場合、ステップＳ５３において、ＮＯと判定されて、処理はステップＳ５０に移行する。
　一方、微動モードの終了が指示された場合、ステップＳ５３において、ＹＥＳと判定されて、処理は操作制御処理に戻る。

　また、マスタ・スレーブシステム１は、粗動モードにおいてカテーテルＴを軸周りに回転させる把持・擦り合わせ部２３ｄと、微動モードにおいてカテーテルＴを軸周りに回転させる微動時回転用アクチュエータ２２ｇとを備えている。
　これにより、カテーテルＴの粗動時において、操作レバー１２に対する操作に応じてカテーテルＴを回転させることができると共に、カテーテルＴの微動時において、力触覚の伝達を行いながら、カテーテルＴを回転させることができる。
　したがって、カテーテルＴを被検体の体内に挿入する際に、カテーテルＴをより柔軟に動かしながら、適切な動作を行うことが可能となる。

［変形例１］
　第１実施形態において、微動実行部２２は、図１～図４に示すように、微動時回転用アクチュエータ２２ｇの回転軸が中空となっており、中空の回転軸をカテーテルＴが挿通する構成例であるものとしたが、これに限られない。
　図１９は、微動実行部２２の他の構成例を示す模式図である。
　図１９に示すように、微動時回転用アクチュエータ２２ｇとロック機構２２ｅとをオフセットさせて配置（軸をずらして配置）し、微動時回転用アクチュエータ２２ｇの回転を、ギアを介してロック機構２２ｅに伝達する構成としてもよい。
　この場合、微動時回転用アクチュエータ２２ｇの設置形態に自由度を持たせることができると共に、ギアを介することによって、より小型のアクチュエータで必要な回転トルクを得ることが可能となる。また、アクチュエータを小型化できることから、スレーブ装置２０全体の小型化・軽量化を図ることができる。

［変形例２］
　第２実施形態において、粗動時にカテーテルＴを回転させるために、把持・擦り合わせ部２３ｄを備えるものとして説明したが、これに限られない。例えば、粗動実行部２３において、粗動時直進用アクチュエータ２３ａと、１対のローラ２３ｂと、ローラ間隔切替用アクチュエータ２３ｃと、を内部に設置するケースを備え、粗動時にカテーテルＴを回転させるためのアクチュエータによって、このケースを回転させることにより、１対のローラ２３ｂに把持されたカテーテルＴを回転させることとしてもよい。
　これにより、粗動時において、カテーテルＴの直進動作及び回転動作を同時に実行することが可能となる。

［変形例３］
　上述の実施形態及び変形例において、微動モードが実行される場合に、直進動作または回転動作のいずれかに設定して力触覚伝達制御を実行するものとしたが、これに限られない。
　即ち、微動モードにおいては、直進動作及び回転動作における力触覚伝達制御を並列に実行することとしてもよい。
　微動モードにおいて、直進動作または回転動作のいずれかに設定して力触覚伝達制御を実行するか、直進動作及び回転動作における力触覚伝達制御を並列に実行するかについては、マスタ・スレーブシステム１が用いられる状況に応じて、より適切な動作が行われる制御形態を選択することができる。

　以上のように、本実施形態に係る構成されるマスタ・スレーブシステム１は、マスタ装置１０と、スレーブ装置２０と、制御装置３０と、を備える。また、制御装置３０は、操作制御部３５３と、力触覚伝達部３５４と、を備える。
　力触覚伝達部３５４は、マスタ装置１０に入力された操作と当該操作に応じて動作する操作対象となる機器（カテーテルまたはガイドワイヤ）に入力された外力とに基づいて、マスタ装置１０とスレーブ装置２０との間で力触覚の伝達制御を実行する。
　操作制御部３５３は、マスタ装置１０に入力された操作に応じて、操作対象となる機器の設定された動作をスレーブ装置２０に実行させる。
　これにより、マスタ・スレーブシステム１において、マスタ装置１０とスレーブ装置２０との間で力触覚の伝達制御による動作を実行する機能と、マスタ装置１０からの操作に応じてスレーブ装置２０が設定された動作を実行する機能との両方を備えることが可能となる。
　したがって、マスタ・スレーブシステム１においてスレーブ装置２０を移動させる動作形態をより適切なものとすることができる。

　マスタ・スレーブシステム１は、ロック機構２２ｅ、１対のローラ２３ｂ及び把持・擦り合わせ部２３ｄを備える。
　ロック機構２２ｅ、１対のローラ２３ｂ及び把持・擦り合わせ部２３ｄは、マスタ装置１０に入力された操作に対して力触覚の伝達制御を実行する第１のモード（微動モード）と、マスタ装置１０に入力された操作に対して力触覚の伝達制御を実行することなく、設定された動作を実行する第２のモード（粗動モード）と、を切り替える。
　これにより、マスタ装置１０とスレーブ装置２０との間で力触覚の伝達制御による動作を実行する機能と、マスタ装置１０からの操作に応じてスレーブ装置２０が設定された動作を実行する機能とを目的に応じて切り替えて実行することが可能となる。

　操作対象となる機器（カテーテルやガイドワイヤ等）は、線状に構成された部分（カテーテルシースやガイドワイヤ本体等）を有する。
　力触覚伝達部３５４は、第１のモードにおいて、操作対象となる機器の軸方向への進退動作及び軸周りの回転動作それぞれについて、力触覚の伝達制御を実行する。
　これにより、例えば、操作対象となる機器を対象物に挿入する過程及び対象物に挿入された操作対象となる機器を回転させる過程のそれぞれにおいて、機械的な機器を用いている場合と同様の力触覚を操作者に与えることができる。

　操作対象となる機器は、被検体に挿入されるカテーテルまたはガイドワイヤを備え、マスタ装置１０におけるカテーテルまたはガイドワイヤの操作に応じて、スレーブ装置２０が当該カテーテルまたはガイドワイヤを軸方向に進退または軸周りに回転させる。
　これにより、被検体に対して、カテーテルまたはガイドワイヤを高速に長い距離移動させる動作と力触覚を伝達しながら正確に短い距離移動させる動作を実行可能なシステムであって、カテーテルまたはガイドワイヤの進退動作及び回転動作を実行可能なマスタ・スレーブシステム１を実現することができる。

　マスタ・スレーブシステム１は、微動時回転用アクチュエータ２２ｇと、把持・擦り合わせ部２３ｄと、を備える。
　微動時回転用アクチュエータ２２ｇは、第１のモードにおいて、力触覚の伝達制御を実行しながら操作対象となる機器を軸周りに回転させる。
　把持・擦り合わせ部２３ｄは、第２のモードにおいて、力触覚の伝達制御を実行することなく、設定された動作として操作対象となる機器を軸周りに回転させる。
　これにより、力触覚の伝達制御を伴うカテーテル等の回転動作と、力触覚の伝達制御を伴うことなく、操作に応じてカテーテル等を回転させる回転動作とを切り替えて実行することが可能となる。

　把持・擦り合わせ部２３ｄは、操作対象となる機器を下側把持部材２３１ｄ及び上側把持部材２３８ｄで挟み、下側把持部材２３１ｄと上側把持部材２３８ｄとを擦り合わせる動作を行うことにより、把持された操作対象となる機器を軸周りに回転させる。
　これにより、力触覚の伝達制御を行わない第２のモードにおいても、カテーテル等の軸周りの回転動作を実現することができる。

　なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
　例えば、上述の実施形態では、マスタ・スレーブシステム１によってカテーテルを遠隔的に操作する場合を例に挙げて説明したが、これに限られない。即ち、マスタ・スレーブシステム１によって遠隔的に操作される機器として、種々のものを対象とすることが可能であり、例えば、線状に構成された部分を有する各種機器、一例として、鉗子あるいは内視鏡等の医療機器を対象とすることができる。

　また、本発明は、上述の実施形態におけるマスタ・スレーブシステム１として実現することの他、マスタ・スレーブシステム１を制御する制御装置、マスタ・スレーブシステム１において実行される各ステップによって構成される制御方法、あるいは、マスタ・スレーブシステム１の機能を実現するためにプロセッサによって実行されるプログラムとして実現することができる。
　また、上述の実施形態では、制御装置３０を独立した装置として実現する構成を例に挙げて説明したが、制御装置３０の機能をマスタ装置１０の制御ユニット１０１及びスレーブ装置２０の制御ユニット２０１の一方に実装したり、これらの両方に分散して実装したりすることができる。

　また、上述の実施形態及び変形例を適宜組み合わせて、本発明を実施することが可能である。
　例えば、第１実施形態の構成において、粗動時におけるカテーテルＴの回転動作を行う場合、マスタ装置１０の操作レバー１２を左右に移動させることに対応して、力触覚伝達を行うことなく、カテーテルＴを左右に回転動作させることとしてもよい。
　また、上述の実施形態における制御のための処理は、ハードウェア及びソフトウェアのいずれにより実行させることも可能である。
　即ち、上述の処理を実行できる機能がマスタ・スレーブシステム１に備えられていればよく、この機能を実現するためにどのような機能構成及びハードウェア構成とするかは上述の例に限定されない。
　上述の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、コンピュータにネットワークや記憶媒体からインストールされる。

　プログラムを記憶する記憶媒体は、装置本体とは別に配布されるリムーバブルメディア、あるいは、装置本体に予め組み込まれた記憶媒体等で構成される。リムーバブルメディアは、例えば、半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク、または光磁気ディスク等により構成される。光ディスクは、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｄｉｓｋ－Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ），ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｋ），Ｂｌｕ－ｒａｙ　Ｄｉｓｃ（登録商標）等により構成される。光磁気ディスクは、ＭＤ（Ｍｉｎｉ－Ｄｉｓｋ）等により構成される。また、装置本体に予め組み込まれた記憶媒体は、例えば、プログラムが記憶されているＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）やハードディスク、あるいは、半導体メモリ等で構成される。

　なお、上記実施形態は、本発明を適用した一例を示しており、本発明の技術的範囲を限定するものではない。即ち、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、省略や置換等種々の変更を行うことができ、上記実施形態以外の各種実施形態を取ることが可能である。本発明が取ることができる各種実施形態及びその変形は、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

　１　マスタ・スレーブシステム、１０　マスタ装置、２０　スレーブ装置、３０　制御装置、４０　ネットワーク、Ｌ　ディスプレイ、Ｃ　カメラ、Ｔ　カテーテル、ＦＴ　機能別力・速度割当変換ブロック、ＦＣ　理想力源ブロック、ＰＣ　理想速度（位置）源ブロック、ＩＦＴ　逆変換ブロック、Ｓ　制御対象システム、１１　粗動・微動スイッチ、１２　操作レバー、１３　マニピュレータ、１４　直進・回転スイッチ、２１　支持体、２１ａ　底部、２１ｂ　側壁、２１ｃ　収容部、２２　微動実行部、２２ａ　直動軸、２２ｂ　微動時直進用アクチュエータ、２２ｃ　支持板、２２ｄ　ロック用アクチュエータ、２２ｅ　ロック機構、Ｗ　楔状部材、Ｗ１　ロッド、Ｗ２　円錐部、Ｒ　受け部材、２２ｆ　ケース、２２ｇ　微動時回転用アクチュエータ、２３　粗動実行部、２３ａ　粗動時直進用アクチュエータ、２３ｂ　ローラ、２３ｃ　ローラ間隔切替用アクチュエータ、Ｐ　平行リンク、Ｇ１，Ｇ２　ギア、２３ｄ　把持・擦り合わせ部、２３１ｄ　下側把持部材、２３１ｄ－１　支持部、２３１ｄ－２，２３２ｄ－２　天板部、２３２ｄ　昇降部材、２３２ｄ－１　摺動部、２３３ｄ　ラックギア、２３４ｄ　昇降用アクチュエータ、２３５ｄ　ピニオンギア、２３６ｄ　擦り合わせ用アクチュエータ、２３７ｄ　ガイド、２３８ｄ　上側把持部材、２３９ｄ　ケース、Ｗ　楔状部材、Ｒ　受け部材、１０１，２０１　制御ユニット、１０２，２０２　通信ユニット、１０３　操作レバーセンサ、１０４　回転用アクチュエータ、１０５　直進用アクチュエータ、１０６，２０３，２１１　リニアエンコーダ、１０７，２０４，２０５，２１２　ロータリーエンコーダ、１０８，１０９，２０６～２１０，２１３，２１４　ドライバ、３１１　プロセッサ、３１２　ＲＯＭ、３１３　ＲＡＭ、３１４　バス、３１５　入力部、３１６　出力部、３１７　記憶部、３１８　通信部、３１９　ドライブ、３３１　リムーバブルメディア、３５１　モード設定部、３５２　センサ情報取得部、３５３　操作制御部、３５４　力触覚伝達部、３７１　制御パラメータ記憶部

Claims

　操作者の操作が入力されるマスタ装置と、前記マスタ装置に入力された操作に応じて操作対象となる機器を遠隔的に動作させるスレーブ装置と、を含むマスタ・スレーブシステムであって、
　前記マスタ装置に入力された操作と当該操作に応じて動作する前記操作対象となる機器に入力された外力とに基づいて、前記マスタ装置と前記スレーブ装置との間で力触覚の伝達制御を実行する力触覚制御手段と、
　前記マスタ装置に入力された操作に応じて、前記操作対象となる機器の設定された動作を前記スレーブ装置に実行させる操作制御手段と、
　を備えることを特徴とするマスタ・スレーブシステム。
　前記マスタ装置に入力された操作に対して前記力触覚の伝達制御を実行する第１のモードと、前記マスタ装置に入力された操作に対して前記力触覚の伝達制御を実行することなく、前記設定された動作を実行する第２のモードと、を切り替える切り替え手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のマスタ・スレーブシステム。
　前記操作対象となる機器は、線状に構成された部分を有し、
　前記力触覚制御手段は、前記第１のモードにおいて、前記操作対象となる機器の軸方向への進退動作及び軸周りの回転動作それぞれについて、前記力触覚の伝達制御を実行することを特徴とする請求項１または２に記載のマスタ・スレーブシステム。
　前記操作対象となる機器は、被検体に挿入されるカテーテルまたはガイドワイヤを備え、前記マスタ装置におけるカテーテルまたはガイドワイヤの操作に応じて、前記スレーブ装置が当該カテーテルまたはガイドワイヤを軸方向に進退または軸周りに回転させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のマスタ・スレーブシステム。
　前記第１のモードにおいて、前記力触覚の伝達制御を実行しながら前記操作対象となる機器を軸周りに回転させる回転用アクチュエータと、
　前記第２のモードにおいて、前記力触覚の伝達制御を実行することなく、前記設定された動作として前記操作対象となる機器を軸周りに回転させる回転機構と、
　を備えることを特徴とする請求項３または４に記載のマスタ・スレーブシステム。
　前記回転機構は、前記操作対象となる機器を第１の把持部材及び第２の把持部材で挟み、前記第１の把持部材と前記第２の把持部材とを擦り合わせる動作を行うことにより、把持された前記操作対象となる機器を軸周りに回転させることを特徴とする請求項５に記載のマスタ・スレーブシステム。
　操作者の操作が入力されるマスタ装置と、前記マスタ装置に入力された操作に応じて操作対象となる機器を遠隔的に動作させるスレーブ装置と、を含むマスタ・スレーブシステムにおける前記マスタ装置及びスレーブ装置を制御する制御装置であって、
　前記スレーブ装置が前記操作対象となる機器を把持した状態で、前記マスタ装置と前記スレーブ装置との間で力触覚の伝達制御を実行する力触覚制御手段と、
　前記マスタ装置における操作に応じて、前記スレーブ装置が前記操作対象となる機器の設定された動作を実行する操作制御手段と、
　を備えることを特徴とする制御装置。
　操作者の操作が入力されるマスタ装置と、前記マスタ装置に入力された操作に応じて操作対象となる機器を遠隔的に動作させるスレーブ装置と、を含むマスタ・スレーブシステムが実行する制御方法であって、
　前記マスタ装置に入力された操作と当該操作に応じて動作する前記操作対象となる機器に入力された外力とに基づいて、前記マスタ装置と前記スレーブ装置との間で力触覚の伝達制御を実行する力触覚制御ステップと、
　前記マスタ装置に入力された操作に応じて、前記操作対象となる機器の設定された動作を前記スレーブ装置に実行させる操作制御ステップと、
　を含むことを特徴とする制御方法。
　操作者の操作が入力されるマスタ装置と、前記マスタ装置に入力された操作に応じて操作対象となる機器を遠隔的に動作させるスレーブ装置と、を含むマスタ・スレーブシステムにおける前記マスタ装置及びスレーブ装置を制御するコンピュータに、
　前記マスタ装置に入力された操作と当該操作に応じて動作する前記操作対象となる機器に入力された外力とに基づいて、前記マスタ装置と前記スレーブ装置との間で力触覚の伝達制御を実行する力触覚制御機能と、
　前記マスタ装置に入力された操作に応じて、前記操作対象となる機器の設定された動作を前記スレーブ装置に実行させる操作制御機能と、
　を実現させることを特徴とするプログラム。