(57)【要約】【課題】操作が容易であり、ユーザが対象物と操作部とを同一視野に入れることができるマニピュレータ装置を提供する。【解決手段】マニピュレータ１１の先端部に取り付けられた処理具１１ｍで対象物を処理するマニピュレータ装置１において、処理具１１ｍにより処理される対象物を撮像する撮像部１２と、撮像部１２が撮像した画像を画面に表示し、かつマニピュレータ１１の動作を制御するための指示を受け付けるタッチパネル２２と、タッチパネル２２が受け付けた指示に基づいて、マニピュレータ１１の動作を制御する制御部とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マニピュレータの先端部に取り付けられた処理具で対象物を処理するマニピュレータ装置において、
前記処理具により処理される対象物を撮像する撮像部と、
該撮像部が撮像した画像を画面に表示し、かつ前記マニピュレータの動作を制御するための指示を受け付けるタッチパネルと、
該タッチパネルが受け付けた指示に基づいて、前記マニピュレータの動作を制御する制御部と
を備える
ことを特徴とするマニピュレータ装置。
【請求項２】
前記マニピュレータ及び撮像部を収容する箱体を備える
ことを特徴とする請求項１に記載のマニピュレータ装置。
【請求項３】
前記対象物を載置する可動ステージを備え、
前記タッチパネルは前記可動ステージの動作を制御するための指示を受け付けるようにしてあり、
前記制御部は、前記タッチパネルが受け付けた指示に基づいて、前記可動ステージの動作を制御するようにしてある
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のマニピュレータ装置。
【請求項４】
前記タッチパネルの画面上における距離及び前記先端部の移動距離を対応付けて記憶し、かつ前記対象物の三次元位置を記憶する記憶部を備え、
前記タッチパネルは前記対象物に対応する前記処理具の三次元目標位置を受け付けるようにしてあり、
前記制御部は、前記タッチパネルが受け付けた前記三次元目標位置及び前記記憶部に記憶された内容に基づいて、前記マニピュレータの動作を制御するようにしてある
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のマニピュレータ装置。
【請求項５】
前記対象物を異なる方向から撮像する複数の撮像部を備え、
前記タッチパネルは前記複数の撮像部が夫々撮像した画像を表示する画面領域各々を有し、かつ該画面領域各々にて前記マニピュレータの動作を制御するための指示を受け付けるようにしてあり、
前記制御部は、前記タッチパネルの画面領域各々が受け付けた指示に基づいて、前記マニピュレータの動作を制御するようにしてある
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のマニピュレータ装置。
【請求項６】
前記撮像部は対象物を拡大して撮像するようにしてある
ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のマニピュレータ装置。
【請求項７】
前記マニピュレータは、前記処理具が前記対象物に及ぼした力に対する反力を検出し、検出した反力に応じた信号を出力する検出部を有し、
該検出部が出力した信号に応じた力を生成する力生成部及び該力生成部により生成された力が付与され、付与された力により前記処理具の三次元目標位置を受け付ける受付部を有する受付装置を備え、
前記制御部は、前記受付装置が受け付けた三次元目標位置に基づいて、前記マニピュレータの動作を制御するようにしてある
ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載のマニピュレータ装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記タッチパネルが受け付けたジェスチャー操作により、前記マニピュレータの粗動作と微動作とを切り替えるようにしてある
ことを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載のマニピュレータ装置。
【請求項９】
前記箱体は、
空気を吹き出す吹出部と、
該吹出部が吹き出した空気を清浄化するフィルタと、
該フィルタからの清浄空気が内部に流入する流入口と、
内部の空気が流出する流出口と
を有する
ことを特徴とする請求項２から請求項８までのいずれか一項に記載のマニピュレータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物を処理するマニピュレータを備えたマニピュレータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
肉眼又は顕微鏡下で、対象物を処理するマニピュレータ装置がある（例えば、特許文献１、２）。ユーザは、マニピュレータの操作部（例えば、ダイヤル、操作レバー等）を操作して、マニピュレータを操作しながら対象物を処理する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３０４３号公報
【特許文献２】特開２００３−８４２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１、２のマニピュレータ装置の場合、処理対象の対象物を見ているユーザの視野にマニピュレータの操作部は入らない。そのため、ユーザは、マニピュレータの操作に習熟するまで、対象物の処理とマニピュレータの操作とを同時に行うことができない。
【０００５】
本願はかかる事情に鑑みてなされたものである。その目的は、操作が容易であり、ユーザが対象物と操作部とを同一視野に入れることができるマニピュレータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願の一観点は、マニピュレータの先端部に取り付けられた処理具で対象物を処理するマニピュレータ装置において、前記処理具により処理される対象物を撮像する撮像部と、該撮像部が撮像した画像を画面に表示し、かつ前記マニピュレータの動作を制御するための指示を受け付けるタッチパネルと、該タッチパネルが受け付けた指示に基づいて、前記マニピュレータの動作を制御する制御部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本願の一観点によれば、ユーザが対象物と操作部とを同一視野に入れることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】マニピュレータ装置の外観を正面側から示した斜視図である。
【図２】マニピュレータ装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。
【図３】コンピュータのハードウェア構成例を示すブロック図である。
【図４】マニピュレータ部における構成要素の配置を概略的に示した上面図である。
【図５】タッチパネルの画面に表示される第一カメラ及び第二カメラの撮像画面を説明する説明図である。
【図６】タッチパネルの画面に表示される第一カメラ及び第二カメラの撮像画面を説明する説明図である。
【図７】ＣＰＵがマニピュレータにパルス信号を送信する処理の手順の一例を示すフローチャートである。
【図８】ＣＰＵがマニピュレータに３次元移動に係るパルス信号を送信する処理の手順の一例を示すフローチャートである。
【図９】入力装置の外観を示す斜視図である。
【図１０】マニピュレータ装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。
【図１１】クリーン箱の構成例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本願の一実施例におけるマニピュレータ装置を、実施の形態を示す図面に基づいて説明する。本願に係るマニピュレータ装置は、微生物、動植物細胞、薄膜、多結晶シリコン、半導体、機械部品、工具、岩石、鉱物等を操作又は加工するために使用される。以下では、茎頂培養（メリクロン）のために、植物体の成長点である茎頂を摘出する場合を例に挙げて、本願に係るマニピュレータ装置を説明する。本実施の形態における処理の対象物は、例えばジャガイモの芽である。
【００１０】
実施の形態１
図１は、マニピュレータ装置１の外観を正面側から示した斜視図である。マニピュレータ装置１は、略水平な机面上に載置されている。ここで、マニピュレータ装置１による処理の対象物に対してユーザが正対した場合、対象物からユーザ側を前側又は正面側、その反対を後側又は背面側とする。ユーザから対象物に向かって、対象物の右側方をマニピュレータ装置１の右側、対象物の左側方をマニピュレータ装置１の左側とする。対象物から机面側をマニピュレータ装置１の下側、その反対をマニピュレータ装置１の上側とする。
【００１１】
図２は、マニピュレータ装置１のハードウェア構成例を示すブロック図である。マニピュレータ装置１は、マニピュレータ部１０及び操作表示部２０を含む。
マニピュレータ部１０は、マニピュレータ１１により対象物を処理又は操作（把持、切断、剥離、除去、移動、組み立て、分解、分離等）する構成部である。また、マニピュレータ部１０は、対象物を処理する作業状況を撮像する構成部でもある。操作表示部２０は、マニピュレータ１１を操作し、かつジャガイモの芽から茎頂を摘出する作業状況を表示する構成部である。
【００１２】
マニピュレータ部１０と、操作表示部２０とは、操作信号、画像信号等を伝達するケーブルで接続されている。なお、マニピュレータ部１０と、操作表示部２０とは、無線で接続されてもよい。
図１の例では、マニピュレータ部１０と操作表示部２０とは、隣接する位置に配置されている。しかし、操作表示部２０はマニピュレータ部１０を遠隔操作することができるので、マニピュレータ部１０と操作表示部２０との配置位置は、物理的な距離の制約を受けない。
【００１３】
マニピュレータ部１０は、マニピュレータ１１、カメラ（撮像部）１２、可動ステージ１３、ベース板１４及びクリーン箱（箱体）１５を含む。なお、図２では、図１に示すベース板１４は省略されている。
マニピュレータ１１は、対象物を処理する処理具（エフェクタ）を前後、左右及び上下に移動する３軸アクチュエータである。マニピュレータ１１は、例えばステッピングモータ、ピエゾ素子、リニアモータ等により駆動される。以下では、マニピュレータ１１は、パルス電力に同期して動作するステッピングモータで駆動されるものとする。
【００１４】
マニピュレータ１１は、互いに直交する３本の棒状体を有している。当該アームは、マニピュレータ１１のアーム１１１に対応する。１本のアーム１１１の先端部にジャガイモの芽を操作するための様々な処理具が取り付けられる。当該処理具は、例えば刃、シリンジ（注射器）、鋏１１ｍ（メッツェン）、ワイヤ駆動多関節ユニットである。図１では、アーム１１１の先端部に鋏１１ｍが取り付けられた様子を例示している。
【００１５】
カメラ１２は、例えばＣＣＤカメラである。カメラ１２は、拡大レンズが装着されたマイクロスコープカメラでもよいし、拡大機能のない通常カメラでもよい。カメラ１２は、処理対象及び処理内容に応じて、適宜選択されてよい。本実施の形態では、例えば０．２ｍｍ前後の微小な茎頂を撮像するために、マイクロスコープカメラがカメラ１２として用いられている。
【００１６】
カメラ１２の数は、１台でもよいし、複数台でもよい。本実施の形態では、ジャガイモの芽を立体的に撮像することが好ましいため、マニピュレータ装置１は前後及び左右の２方向を夫々光軸とする２台のカメラ１２を備えている。勿論、マニピュレータ装置１は、上下方向からジャガイモの芽を撮像する３台目のカメラ１２を備えてもよい。また、１方向のみからの画像で作業することができる場合、マニピュレータ装置１は、１台のカメラ１２のみを備えていてもよい。
【００１７】
可動ステージ１３は、対象物が載置される載置台である。可動ステージ１３は、操作表示部２０による制御の下、机面と略平行なステージ面に載置された対象物を例えばモータ駆動により、移動することができる。可動ステージ１３の移動は、例えば前後又は左右方向の並進移動でもよいし、対象物が載置された位置を中心に回転する回転移動でもよい。あるいは、可動ステージ１３による移動は、並進移動及び回転移動でもよい。
【００１８】
図１の例では、可動ステージ１３の上に、ジャガイモの芽が設置されたトレイ１３１ｔと、摘出された茎頂を培養するための培地トレイ１３２ｔとが左右方向に配列した状態で載置されている。マニピュレータ１１の先端部に取り付けられた鋏１１ｍがジャガイモの茎頂を摘出した場合、可動ステージ１３は鋏１１ｍの直下に培地トレイ１３２ｔを移動させる。マニピュレータ１１は、鋏１１ｍを下方へ移動して、ジャガイモの茎頂を培地トレイ１３２ｔに移植する。
【００１９】
ベース板１４は、マニピュレータ１１、カメラ１２及び可動ステージ１３が載置される平坦な載置板である。ベース板１４は、左右方向に延びた矩形状をなす。
【００２０】
クリーン箱１５は、直方体状をなす。クリーン箱１５は、例えばスチール製の枠と、当該枠に嵌合する例えば透明なアクリル板とから構成されている。クリーン箱１５は、殺菌及び抗菌処理が施されている。クリーン箱１５の底部のサイズはベース板１４と略同一又はベース板１４よりも若干小さい。クリーン箱１５の底部は、開放されている。クリーン箱１５がベース板１４の周に沿って、ベース板１４上に載置された場合、ベース板１４上に載置されたマニピュレータ１１、カメラ１２及び可動ステージ１３は、外部とクリーン箱１５の壁面により、遮断される。クリーン箱１５は、異物、微生物等の侵入を阻止することにより、対象物の処理空間をクリーンな無菌状態に保持することができる。
【００２１】
なお、マニピュレータ部１０は、可動ステージ１３上の対象物に光を照射する照明装置を含んでもよい。
【００２２】
操作表示部２０は、コンピュータ２１、タッチパネル２２、キーボード２３、マウス２４及びモニタ２５を含む。
コンピュータ２１は、マニピュレータ１１及び可動ステージ１３の制御を行ない、かつカメラ１２が撮像した画像をタッチパネル２２及びモニタ２５に表示するための装置である。コンピュータ２１は、デスクトップ型ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、ノートブックＰＣ、タブレット型ＰＣ、スマートフォン等である。以下では、コンピュータ２１は、デスクトップ型ＰＣであるものとする。なお、コンピュータ２１がタッチパネル２２等の入力機能を備えるタブレット型ＰＣ、スマートフォン等である場合、マニピュレータ装置１は、タッチパネル２２、キーボード２３及びマウス２４を備えていなくてもよい。
【００２３】
図３は、コンピュータ２１のハードウェア構成例を示すブロック図である。コンピュータ２１は、ＣＰＵ（制御部）（Central Processing Unit）２１１、ＲＯＭ（Read Only Memory）２１２及びＲＡＭ（Random Access Memory）２１３を含む。また、コンピュータ２１は、ハードディスク（記憶部）２１４、ディスクドライブ２１５、インタフェース２１６及び通信部２１７を含む。コンピュータ２１の各構成部は、バス２１ｂを介して相互に接続されている。
【００２４】
ＣＰＵ２１１は、プロセッサであり、マニピュレータ装置１の各構成部を制御する。ＣＰＵ２１１は、ハードディスク２１４に記憶されたプログラム２１ＰをＲＡＭ２１３に読み出し、ＲＡＭ２１３に読み出したプログラム２１Ｐを実行する。
【００２５】
ＲＯＭ２１２は、不揮発性の半導体メモリ又は半導体メモリ以外の読み出し専用記憶媒体である。ＲＯＭ２１２は、コンピュータ２１の起動時にＣＰＵ２１１が実行するＢＩＯＳ（Basic Input/Output System）、ファームウェア等を記憶している。
ＲＡＭ２１３は、例えばＳＲＡＭ又はＤＲＡＭであり、ＣＰＵ２１１が実行する処理の過程で必要な作業変数、データ等を一時的に記憶する。なお、ＲＡＭ２１３は主記憶装置の一例であり、ＲＡＭ２１３の代わりにフラッシュメモリ、メモリカード等が用いられてもよい。
【００２６】
ハードディスク２１４は、ＣＰＵ２１１が実行するプログラム２１Ｐ及び各種ファイルを記憶する補助記憶装置である。プログラム２１Ｐは、ＣＰＵ２１１が実行する処理の手順を記録している。
【００２７】
ハードディスク２１４は、コンピュータ２１の内部に取り付けられるものであっても、コンピュータ２１の外部に置かれるものであってもよい。ハードディスク２１４は、補助記憶装置の一例であり、大容量の情報の記憶が可能なフラッシュメモリ又はＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＢＤ（Blu-ray Disc、登録商標）等の光ディスク２１ａで代替されてもよい。
【００２８】
ディスクドライブ２１５は、外部の記憶媒体であるＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ等の光ディスク２１ａから情報を読み出し、光ディスク２１ａに情報を記録する補助記憶装置である。ＣＰＵ２１１は、インタフェース２１６からディスクドライブ２１５に対する光ディスク２１ａの排出命令を受け付けた場合、ディスクドライブ２１５の図示しないトレイを排出する。
【００２９】
インタフェース２１６は、タッチパネル２２、キーボード２３、マウス２４及びモニタ２５とバス２１ｂとを接続するコネクタである。なお、インタフェース２１６は、ＵＳＢコネクタ、Ｌｉｇｈｔ  Ｐｅａｋコネクタ等を含んでもよい。
インタフェース２１６は、マニピュレータ部１０のマニピュレータ１１、カメラ１２及び可動ステージ１３とも接続されている。
【００３０】
通信部２１７は、有線又は無線通信のモデム、ＬＡＮ（Local Area Network）カード、ルータ等である。通信部２１７は、ＬＡＮ、ＷＡＮ（Wide Area Network）、インターネット、電話回線、衛星回線等の通信ネットワークと接続されている。なお、通信部２１７は、パラレルポート又はプリンタポートを備えていてもよい。
なお、マニピュレータ部１０と操作表示部２０とが夫々遠隔地に配置された場合、通信部２１７は操作表示部２０をマニピュレータ部１０と接続するための接続装置となる。かかる場合、マニピュレータ部１０に通信部２１７と同様の構成部を追加する。
【００３１】
なお、プログラム２１Ｐは、ディスクドライブ２１５を介して光ディスク２１ａからＲＡＭ２１３に読み込まれてもよい。あるいは、プログラム２１Ｐは、通信部２１７を介して外部の情報処理装置又は記録装置からＲＡＭ２１３に読み込まれてもよい。さらに、プログラム２１Ｐを記録したフラッシュメモリ等の半導体メモリ２１ｃが、コンピュータ２１内に実装されていてもよい。
【００３２】
図２に戻り、説明を続ける。
タッチパネル２２は、表示装置とタッチパッドのような位置入力装置を組み合わせた電子部品であり、画面上の表示を押すことで機器を操作する入力装置である。タッチパネル２２の表示装置は、例えば液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ等の画面を有している。
【００３３】
コンピュータ２１は、カメラ１２が撮像した画像をタッチパネル２２の画面に表示する。タッチパネル２２は、ユーザによるタッチ操作に基づいてマニピュレータ１１及び可動ステージ１３に係る入力信号を生成し、生成した入力信号をコンピュータ２１に出力する。コンピュータ２１は、タッチパネル２２から受け付けた入力信号に基づいて、マニピュレータ１１及び可動ステージ１３を操作する。
【００３４】
キーボード２３は、文字信号等をコンピュータ２１に入力する入力装置である。コンピュータ２１は、キーボードから矢印キー等に対応する信号を受け付けた場合、当該信号に応じてマニピュレータ１１を操作してもよい。
【００３５】
マウス２４は、タッチパネル２２及びモニタ２５の画面上に表示されるポインタやアイコンを操作する入力装置である。コンピュータ２１は、マウス２４からポインタの座標に係る信号を受け付けた場合、当該信号に基づいてマニピュレータ１１を操作する。
【００３６】
モニタ２５は、カメラ１２が撮像した画像を表示する表示装置である。モニタ２５は、ユーザがジャガイモの芽から茎頂を摘出する場合、補助的に使用される。モニタ２５は、ユーザがマニピュレータ装置１の使用方法を初心者に教える場合、教育用の表示装置として使用されてよい。
なお、カメラ１２が撮像した画像は、コンピュータ２１を介在させずに、直接モニタ２５に送信されてもよい。
【００３７】
次に、マニピュレータ装置１の動作について説明する。
図４は、マニピュレータ部１０における構成要素の配置を概略的に示した上面図である。図４では、ベース板１４及びクリーン箱１５は、省略されている。図４において、上方はマニピュレータ装置１の前側を、右方はマニピュレータ装置１の左側を示している。
【００３８】
以下、可動ステージ１３は、回転移動を行う円板状の回転ステージ１３ｒであるものとする。ジャガイモの芽１ｇは、回転ステージ１３ｒの略中心位置に載置されている。図４には、左方から右方へ延びる刃１１ｂの先端が示されている。刃１１ｂは、マニピュレータ１１が有するアーム１１１の先端部に取り付けられる処理具の一例である。
以下、前後、左右及び上下方向を夫々ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向と呼ぶ。後側から前側に向かう方向をｘ軸の＋とする。右から左へ向かう方向をｙ軸の＋とする。下から上へ向かう方向をｚ軸の＋とする。
【００３９】
マニピュレータ部１０のカメラ１２は、ｘ軸の−側からジャガイモの芽1ｇを撮像する第一カメラ（撮像部）１２ｘと、ｙ軸の＋側からジャガイモの芽1ｇを撮像する第二カメラ（撮像部）１２ｙとを含む。第一カメラ１２ｘ及び第二カメラ１２ｙは、夫々拡大レンズ１２１ｘ、１２１ｙが装着されたマイクロスコープカメラである。
【００４０】
図５は、タッチパネル２２の画面に表示される第一カメラ１２ｘ及び第二カメラ１２ｙの撮像画面２２ｐを説明する説明図である。撮像画面２２ｐは、第一カメラ画面２２１ｐ及び第二カメラ画面２２２ｐを含む。第一カメラ画面２２１ｐは、第一カメラ１２ｘが撮像した画像が表示される撮像画面２２ｐの子画面である。第二カメラ画面２２２ｐは、第二カメラ１２ｙが撮像した画像が表示される撮像画面２２ｐの子画面である。
【００４１】
第一カメラ画面２２１ｐ及び第二カメラ画面２２２ｐの上方には、カメラ１２の位置関係を示す簡単な配置図が夫々表示されている。第一カメラ画面２２１ｐの上方の配置図では、第一カメラ１２ｘに対応するカメラの記号が強調表示されている。第二カメラ画面２２２ｐの上方の配置図では、第二カメラ１２ｙに対応するカメラの記号が強調表示されている。
当該配置図において、各カメラの記号に夫々対応する各光軸の交点には、刃１１ｂの先端に対応する記号が表示されている。
【００４２】
第一カメラ画面２２１ｐ及び第二カメラ画面２２２ｐの下方には、夫々第一カメラ１２ｘ及び第二カメラ１２ｙが撮像する画像の方位が表示されている。第一カメラ１２ｘは、ジャガイモの芽1ｇをｙｚ平面に投影した画像として撮像する。他方、第二カメラ１２ｙは、ジャガイモの芽1ｇをｘｚ平面に投影した画像として撮像する。
第一カメラ画面２２１ｐ及び第二カメラ画面２２２ｐにおいて、刃１１ｂの先端には、夫々ポインタ２ｐが表示されている。
【００４３】
図６は、タッチパネル２２の画面に表示される第一カメラ１２ｘ及び第二カメラ１２ｙの撮像画面２２ｐを説明する説明図である。図６は、タッチパネル２２に対する例えば１回のジェスチャー入力により、マニピュレータ１１が刃１１ｂをジャガイモの芽１ｇの外側近傍に移動した後の状態を示している。図６における黒矢印は、刃１１ｂの移動軌跡を示している。
【００４４】
ユーザは、刃１１ｂを移動させるためにマニピュレータ１１に指令を送る場合、タッチパネル２２に対してジェスチャー入力を行う。
ユーザは、第一カメラ画面２２１ｐが表示されたタッチパネル２２の表面において、刃１１ｂを移動させたい目標位置１ｔを例えばタップする。ただし、この目標位置は、刃１１ｂの移動先近傍におけるジャガイモの芽１ｇの部分である。例えば、図５及び図６では、第一カメラ画面２２１ｐにおいて、符号１ｔで示されたジャガイモの芽１ｇの部分を目標位置１ｔに仮定している。ユーザが目標位置１ｔをタップした場合、マニピュレータ１１は刃１１ｂの先端をタップされたジャガイモの芽１ｇの外側近傍に移動する。図６の例の場合、刃１１ｂは、目標位置１ｔに対して＋ｙ側及び−ｘ側の近傍に移動している。上述のタップ操作による刃１１ｂの移動は、高速な粗動作である。
【００４５】
なお、上述において、ユーザが第一カメラ画面２２１ｐで目標位置１ｔをタップした場合、マニピュレータ１１はｙｚ平面及びｘｚ平面の両平面における刃１１ｂの移動を実行する。すなわち、マニピュレータ１１は、第一カメラ画面２２１ｐの奥行き方向についても刃１１ｂの移動を実行する。そのため、図５の第一カメラ画面２２１ｐにおいて、例えば移動前の刃１１ｂがジャガイモの芽１ｇよりも手前側（−ｘ側）に位置していても、マニピュレータ１１は刃１１ｂをより奥側に位置するジャガイモの芽１ｇの近傍に移動する。
【００４６】
ユーザが第一カメラ画面２２１ｐにてポインタ２ｐに対してドラッグ操作を行った場合、マニピュレータ１１は刃１１ｂをｙｚ平面上で、ポインタ２ｐがドラッグされた方向に、ドラッグされた長さに対応する距離だけ刃１１ｂを移動させる。ユーザが第二カメラ画面２２２ｐにおいてポインタ２ｐに対してドラッグ操作を行った場合、マニピュレータ１１は刃１１ｂをｘｚ平面上で、ポインタ２ｐがドラッグされた方向に、ドラッグされた長さに対応する距離だけ刃１１ｂを移動させる。
【００４７】
マニピュレータ１１は、ユーザがタッチパネル２２上で行ったドラッグ操作に同期させて、刃１１ｂを移動する。マニピュレータ１１は、ユーザがタッチパネル２２上で行ったドラッグ操作の速度に比例する速度で、刃１１ｂを移動する。そのため、マニピュレータ１１に粗動作を実行させるか、微動作を実行させるかを、ユーザはタッチパネル２２に対するジェスチャー入力の速度で選択することができる。
【００４８】
コンピュータ２１のＣＰＵ２１１は、タッチパネル２２からの入力信号に基づいて、上述の動作をマニピュレータ１１に実行させる。以下に、コンピュータ２１が実行する処理について説明する。
最初に、ドラッグ操作に基づきＣＰＵ２１１がマニピュレータ１１に処理具を一平面の面内方向へ移動させる場合の処理について説明する。次に、タップ操作に基づきＣＰＵ２１１がマニピュレータ１１に処理具をジャガイモの芽１ｇの外側近傍における三次元方向へ移動させる場合の処理について説明する。
【００４９】
まず、コンピュータ２１にマニピュレータ１１を制御させるための準備として、ＣＰＵ２１１はタッチパネル２２の画面上での距離と、実空間であるｘｙｚ空間における距離との対応関係をハードディスク２１４に記憶させる。
【００５０】
ＣＰＵ２１１は、第一カメラ１２ｘ及び第二カメラ１２ｙが夫々撮像した画像から、撮像物のエッジ検出を一定時間間隔で実行し、実行結果をＲＡＭ２１３に記憶している。ＣＰＵ２１１は、各画像に刃１１ｂが含まれている場合、エッジ検出の結果から、刃１１の先端位置を一定時間間隔でＲＡＭ２１３に記憶している。ＣＰＵ２１１は、タッチパネル２２に対してポインタ２ｐを刃１１の先端位置に表示させる。
【００５１】
ユーザは、第一カメラ画面２２１ｐに表示されているポインタ２ｐを任意の方向に任意の長さだけドラッグする。ＣＰＵ２１１は、タッチパネル２２からユーザのドラッグ終了点に対応する入力信号を受け付ける。ＣＰＵ２１１は、ドラッグ開始点の座標及び受け付けたドラッグ終了点の座標から、ｙｚ平面での刃１１ｂの移動方向を算出する。ＣＰＵ２１１は、算出した方向に一定距離（単位は例えばｍｍ）だけ刃１１ｂを移動させるパルス信号をマニピュレータ１１に送信する。マニピュレータ１１は、ＣＰＵ２１１から受信したパルス信号に基づいて、刃１１ｂをｙｚ平面における面内方向に一定距離だけ移動させる。
【００５２】
第一カメラ１２ｘは、マニピュレータ１１が移動した後の刃１１ｂの画像を撮像し、撮像した画像信号をＣＰＵ２１１に送信する。ＣＰＵ２１１は、第一カメラ１２ｘから受信した画像信号に基づいて行ったエッジ検出から、第一カメラ画面２２１ｐの画像における移動後の刃１１ｂの位置を取得する。ＣＰＵ２１１は、第一カメラ画面２２１ｐの画像における移動後の刃１１ｂの位置と、移動前の刃１１ｂの位置とから、第一カメラ画面２２１ｐにおける刃１１ｂの移動距離を算出する。
【００５３】
ＣＰＵ２１１は、算出した第一カメラ画面２２１ｐにおける刃１１ｂの移動距離（単位は例えばピクセル）と、ユーザのドラッグ操作に起因してＣＰＵ２１１自身がマニピュレータ１１に送信したパルス信号に対応する一定距離（単位は例えばｍｍ）とを対応付けて、ハードディスク２１４に記憶する。これにより、第一カメラ画面２２１ｐ上での距離と、実空間であるｘｙｚ空間におけるｙｚ面内での距離とが対応付けられてハードディスク２１４に記憶される。ここで、ハードディスク２１４に記憶された情報を第一変換情報と呼ぶ。
【００５４】
次に、ユーザは、第二カメラ画面２２２ｐに表示されているポインタ２ｐを任意の方向にドラッグする。以降、ＣＰＵ２１１は、上述と同様の処理を実行する。ＣＰＵ２１１は、算出した第二カメラ画面２２２ｐにおける刃１１ｂの移動距離（単位は例えばピクセル）と、ユーザのドラッグ操作に起因してＣＰＵ２１１自身がマニピュレータ１１に送信したパルス信号に対応する一定距離（単位は例えばｍｍ）とを対応付けて、ハードディスク２１４に記憶する。これにより、第二カメラ画面２２１ｐ上での距離と、実空間であるｘｙｚ空間におけるｘｚ面内での距離とが対応付けられてハードディスク２１４に記憶される。ここで、ハードディスク２１４に記憶された情報を第二変換情報と呼ぶ。
【００５５】
図７は、ＣＰＵ２１１がマニピュレータ１１にパルス信号を送信する処理の手順の一例を示すフローチャートである。
ＣＰＵ２１１は、タップ、ダブルタップ、ドラッグ、ピンチイン、ピンチアウト等のジェスチャー入力に応じて、第一カメラ画面２２１ｐ又は第二カメラ画面２２２ｐから各画面上での距離及び方向に係る情報を受け付ける（ステップＳ１１）。当該情報は、例えば画面上での座標である。ＣＰＵ２１１は、受け付けた情報から第一カメラ画面２２１ｐ又は第二カメラ画面２２２ｐ上での距離及び処理具の移動方向を算出する（ステップＳ１２）。
【００５６】
ＣＰＵ２１１は、ハードディスク２１４から第一変換情報及び第二変換情報を読み出す（ステップＳ１３）。ＣＰＵ２１１は、読み出した第一変換情報及び第二変換情報に基づいて、算出した各画面上での距離をｘｙｚ空間での距離に換算する（ステップＳ１４）。ＣＰＵ２１１は、算出した処理具の移動方向及び換算した距離に対応するパルス信号を生成する（ステップＳ１５）。ＣＰＵ２１１は、生成したパルス信号をマニピュレータ１１に送信し（ステップＳ１６）、処理を終了する。
【００５７】
次に、ＣＰＵ２１１がマニピュレータ１１に処理具をジャガイモの芽１ｇの外側近傍における三次元方向へ移動させる場合の処理について説明する。
まず、コンピュータ２１にマニピュレータ１１の動作を三次元的に制御させるための準備として、ジャガイモの芽１ｇの表面における立体座標分布をハードディスク２１４に記憶させる。そのために、第一カメラ画面２２１ｐでのｙ座標及びｚ座標並びに第二カメラ画面２２２ｐでのｘ座標及びｚ座標（単位は例えばピクセル）を、画像に含まれるジャガイモの芽１ｇに対して実行したエッジ検出処理により取得する。
【００５８】
他方、第一カメラ画面２２１ｐ及び第二カメラ画面２２２ｐの奥行き方向に夫々対応するｘ座標及びｙ座標（単位は例えばｍｍ）は、公知の奥行き方向の距離推定方法により取得する。公知の奥行き方向の距離推定方法として、例えば両眼立体視法、コントラストを用いた方法、レンズの色収差を用いた方法、物体に生じるボケ具合を用いた方法がある。あるいは、奥行き方向の距離は、ジャガイモの芽１ｇの形状を単純形状に近似し、概略数値として求められてもよい。更には、奥行き方向の距離は、手作業により計測されてもよい。
【００５９】
ジャガイモの芽１ｇに対するエッジ検出から取得した第一カメラ画面２２１ｐでのｙ座標及びｚ座標（単位は例えばピクセル）と、距離推定方法等により取得したｘ座標（単位は例えばｍｍ）とを対応付けてハードディスク２１４に記憶させる。ここで、ハードディスク２１４に記憶された情報を第一奥行き情報と呼ぶ。
【００６０】
また、ジャガイモの芽１ｇに対するエッジ検出処理から取得した第二カメラ画面２２２ｐでのｘ座標及びｚ座標（単位は例えばピクセル）と、距離推定方法等により取得したｙ座標（単位は例えばｍｍ）とを対応付けてハードディスク２１４に記憶させる。ここで、ハードディスク２１４に記憶された情報を第二奥行き情報と呼ぶ。
【００６１】
ＣＰＵ２１１は、第一カメラ画面２２１ｐ又は第二カメラ画面２２２ｐにおいて、目標位置1ｔとして、ジャガイモの芽１ｇの２次元座標（単位は例えばピクセル）を受け付ける。ＣＰＵ２１１は、第一奥行き情報又は第二奥行き情報を参照することにより、目標位置1ｔから奥行き距離（単位は例えばｍｍ）を取得することができる。
【００６２】
図８は、ＣＰＵ２１１がマニピュレータ１１に３次元移動に係るパルス信号を送信する処理の手順の一例を示すフローチャートである。
ＣＰＵ２１１は、タップ、ダブルタップ等のジェスチャー入力に応じて、第一カメラ画面２２１ｐ又は第二カメラ画面２２２ｐから目標位置１ｔを受け付ける（ステップＳ２１）。当該情報は、例えば画面上での二次元座標である。ＣＰＵ２１１は、受け付けた情報から第一カメラ画面２２１ｐ又は第二カメラ画面２２２ｐ上での距離及び処理具の移動方向を算出する（ステップＳ２２）。
【００６３】
ＣＰＵ２１１は、ハードディスク２１４から第一変換情報及び第二変換情報を読み出す（ステップＳ２３）。ＣＰＵ２１１は、読み出した第一変換情報及び第二変換情報に基づいて、算出した各画面上での距離をｘｙｚ空間での距離に換算する（ステップＳ２４）。ステップＳ２４で換算される距離は、ｙｚ平面又はｘｚ平面上での距離（単位は例えばｍｍ）である。
【００６４】
ＣＰＵ２１１は、ハードディスク２１４から第一奥行き情報及び第二奥行き情報を読み出す（ステップＳ２５）。ＣＰＵ２１１は、読み出した第一奥行き情報及び第二奥行き情報に基づいて、ステップＳ２１で受け付けた目標位置１ｔの２次元座標に対応する奥行き距離（単位は例えばｍｍ）を取得する（ステップＳ２６）。
【００６５】
ＣＰＵ２１１は、ステップＳ２２で算出した処理具の移動方向、ステップＳ２４で換算した平面上での距離（単位は例えばｍｍ）及びステップＳ２６で取得した奥行き距離（単位は例えばｍｍ）に基づいて、ｘｙｚ空間での処理具の移動距離及び移動方向を決定する（ステップ２７）。なお、ＣＰＵ２１１は、ステップＳ２７において、目標位置１ｔへの処理具の移動距離及び移動方向を決定するのではない。ＣＰＵ２１１が受け付けた目標位置１ｔそのものは、ジャガイモの芽１ｔの表面位置なので、目標位置１ｔに処理具が移動された場合、処理具がジャガイモの芽１ｔに接触する虞がある。そこで、ＣＰＵ２１１は、最終的な移動先位置を、ジャガイモの芽１ｔの例えば上下方向における中心軸に対して目標位置１ｔから外側に一定距離だけ離れた位置に決定する。
【００６６】
ＣＰＵ２１１は、決定したｘｙｚ空間での処理具の移動距離及び移動方向に対応するパルス信号を生成する（ステップＳ２８）。ＣＰＵ２１１は、生成したパルス信号をマニピュレータ１１に送信し（ステップＳ２９）、処理を終了する。
【００６７】
このように、予めジャガイモの芽１ｔの３次元的な座標をハードディスク２１４に記憶しておく。ＣＰＵ２１１は、三次元的な座標が記憶されたジャガイモの芽１ｔの部分を、タッチパネル２２から目標位置１ｔとして、受け付けることにより、ｘｙｚ空間での処理具の移動距離及び移動方向に対応するパルス信号を生成する。これにより、図８に示した処理により、マニピュレータ装置１は、タッチパネル２２から目標位置１ｔに係る二次元情報を受け付け、マニピュレータ１１に三次元的な動作を指示することができる。
【００６８】
タッチパネル２２が受け付ける処理具の移動は直線的な移動だけではない。マニピュレータ１１は、ユーザがタッチパネル２２上で曲線を描くドラッグ操作を行った場合、描かれたドラッグ操作に応じた軌跡を描くように、処理具を移動する。ＣＰＵ２１１は、マニピュレータ１１に対して、細かく、短距離の直線移動を繰り返すことにより、処理具を曲線に沿って移動させることができる。
また、マニピュレータ１１は、ユーザがタッチパネル２２上で不規則な軌跡を描くドラッグ操作を行った場合、描かれたドラッグ操作に応じた軌跡を描くように、処理具を移動する。すなわち、マニピュレータ１１は、タッチパネル２２上でユーザが行なったドラッグ操作に追随するように、処理具を移動する。
【００６９】
タッチパネル２２は、回転ステージ１３ｒを回転させる指示もジェスチャー入力により受け付ける。
回転ステージ１３ｒを回転させる場合、ユーザは第一カメラ画面２２１ｐ又は第二カメラ画面２２２ｐの下部領域を、例えば２本の指で左右方向にドラッグする。ＣＰＵ２１１は、タッチパネル２２から左から右へのドラッグ操作を受け付けた場合、反時計回りの回転をさせるための信号を回転ステージ１３ｒに送信する。ＣＰＵ２１１は、タッチパネル２２から右から左へのドラッグ操作を受け付けた場合、時計回りの回転をさせるための信号を回転ステージ１３ｒに送信する。回転ステージ１３ｒは、ＣＰＵ２１１から回転に係る信号を受信した場合、信号の内容に応じて、反時計回り又は時計回りの回転をする。
【００７０】
以上を踏まえ、ユーザは、ジャガイモの芽１ｇから茎頂を摘出する場合、次のようにマニピュレータ装置１を操作する。
ユーザは、クリーン箱１５を把持してベース板１４から上方に持ち上げ、マニピュレータ装置１から取り外す。ユーザは、回転ステージ１３ｒの略中央にジャガイモの芽１ｇを載置する。ユーザは、クリーン箱１５を把持してベース１４の上に移動し、マニピュレータ部１０の構成物をクリーン箱１５内部に収容する。
ユーザは、上述の準備作業を実行し、ハードディスク２１４に第一変換情報、第二変換情報、第一奥行き情報及び第二奥行き情報を記憶させる。
【００７１】
ユーザは、タッチパネル２２に表示される撮像画面２２ｐにおいて、粗動作により処理具（例えば刃１１ｂ）をジャガイモの芽１ｇの近傍へ移動させるため、ジャガイモの芽１ｇのいずれかの部分を目標位置１ｔに決定する。ユーザは、第一カメラ画面２２１ｐ又は第二カメラ画面２２２ｐにて目標位置1ｔをタップする。ＣＰＵ２１１は、タッチパネル２２からの入力信号及びハードディスク２１４の記憶内容に基づいて、パルス信号を生成し、生成したパルス信号をマニピュレータ１１に送信する。マニピュレータ１１は、ＣＰＵ２１１から受信したパルス信号により、処理具を目標位置１ｇ近傍かつジャガイモの芽１ｇの外側位置へ移動する。
【００７２】
ユーザは、タッチパネル２２にドラッグ操作を行い、マニピュレータ１１に処理具（例えば刃１１ｂ）をジャガイモの芽１ｇの頂上部分へ移動させる。ユーザは、ゆっくりと第一カメラ画面２２１ｐ又は第二カメラ画面２２２ｐに表示されるジャガイモの芽１ｇの例えば左側表皮に沿って曲線を描きながらドラッグする。マニピュレータ１１は、ユーザのドラッグ操作に追随して、処理具をジャガイモの芽１ｇの左側表皮を剥ぐようにゆっくりと移動させる。ジャガイモの芽１ｔの左側表皮が剥がれた場合、ユーザは第一カメラ画面２２１ｐ又は第二カメラ画面２２２ｐの下部領域を、２本の指で左右方向にドラッグし、回転ステージ１３ｒを一定角度回転させる。そして、ユーザは、ドラッグ操作により処理具を再びジャガイモの芽１ｇの頂上部分に移動させる。ユーザは、この操作を繰り返す。
【００７３】
ジャガイモの芽１ｇの表皮が全て除去された場合、ユーザはドラッグ操作により処理具（例えば鋏１１ｍ）をジャガイモの芽１ｇの頂上部分に移動させ、芽１ｇの上部をスライスして、茎頂を摘出する。ユーザは、ドラッグ操作により、摘出した茎頂が付着した処理具を、例えば培地トレイへ移動させる。
このように、ジャガイモの芽１ｇから茎頂を摘出するためには、ジャガイモの芽１ｇの表皮を一枚ずつ剥がし、芽１ｇの上部をスライスする。この微細な作業を手作業で行う場合に比較して、マニピュレータ装置１はより短時間で実行することができる。
【００７４】
マニピュレータ装置１は、ジェスチャー入力により、処理具を対象物から一定距離以上離れた位置へ移動させる粗動作のための機能も有している。当該機能により、マニピュレータ装置１は、処理具を撮像画面２２ｐの外側の待機位置へ短時間で移動させる。
また、マニピュレータ装置１は、ジェスチャー入力により、対象物から一定距離以上離れた状態の処理具を、元の位置に復帰させる粗動作のための機能も有している。
【００７５】
上述の機能を実現するためのマニピュレータ装置１の動作について説明する。例えば、刃１１ｂが第一カメラ画面２２１ｐ若しくは第二カメラ画面２２２ｐにおいて図６の位置にあるものとする。この状態で、ユーザがポインタ１１ｂの位置又は第一カメラ画面２２１ｐ若しくは第二カメラ画面２２２ｐでの任意の位置で、ｚ軸の＋方向にフリックをしたとする。ＣＰＵ２１１は、タッチパネル２２からｚ軸の＋方向へのフリック入力を受け付けた場合、刃１１ｂを現在位置から上方へ一定距離だけ移動させるパルス信号をマニピュレータ１１に送信する。マニピュレータ１１は、ＣＰＵ２１１から受信したパルス信号に基づいて、ｚ軸の＋方向へ刃１１ｂを粗動作させるべく、ｘ軸方向に対応するステッピングモータを回転させる。
【００７６】
なお、ユーザは、ｚ軸の＋方向以外に、ｘ軸の±方向、ｙ軸の±方向にフリックしてもよい。ＣＰＵ２１１は、タッチパネル２２から受け付けたフリック入力の方向に応じたパルス信号をマニピュレータ１１に送信する。あるいは、ＣＰＵ２１１は、タッチパネル２２からフリック入力を受け付けた場合、刃１１ｂを予め決めておいた待機位置へ移動するためのパルス信号をマニピュレータ１１に送信してもよい。
なお、ＣＰＵ２１１は、タッチパネル２２からフリック入力を受け付けた場合、フリック入力を受け付けた開始時点での刃１１ｂの座標位置（ｘｙｚ空間での座標位置）をＲＡＭ２１３に記憶する。
【００７７】
次に、刃１１ｂの復帰動作について説明する。ユーザは、刃１１ｂが対象物から一定距離以上離れた待機位置にある状態で、第一カメラ画面２２１ｐ若しくは第二カメラ画面２２２ｐの任意位置を例えばダブルタップをする。ＣＰＵ２１１は、刃１１ｂが対象物から一定距離以上離れた位置にある状態で、タッチパネル２２からダブルタップ入力を受け付けた場合、フリック入力を受け付けた開始時点での刃１１ｂの座標位置をＲＡＭ２１３から読み出す。ＣＰＵ２１１は、刃１１ｂを待機位置から読み出した位置へ粗動作により復帰させるパルス信号をマニピュレータ１１に送信する。マニピュレータ１１は、刃１１ｂを元の位置へ復帰させるべく、ＣＰＵ２１１から受信したパルス信号に基づいて、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向に対応するステッピングモータを回転させる。
【００７８】
マニピュレータ装置１は、ジェスチャー入力により、処理具の動作を制御する機能も有している。例えば、処理具が鋏１１ｍである場合、ユーザは、マニピュレータ装置１に鋏１１ｍの刃先を開かせる場合、第一カメラ画面２２１ｐ若しくは第二カメラ画面２２２ｐの任意位置でピンチアウトを行なう。また、ユーザは、マニピュレータ装置１に鋏１１ｍの刃先を閉じさせる場合、第一カメラ画面２２１ｐ若しくは第二カメラ画面２２２ｐの任意位置でピンチインを行なう。ＣＰＵ２１１は、タッチパネル２２からピンチアウト又はピンチインの入力を受け付けた場合、マニピュレータ１１に鋏１１ｍの開閉に係る信号を送信する。マニピュレータ１１は、ＣＰＵ２１１から当該信号を受信した場合、鋏１１ｍの開閉を実行する。
【００７９】
上述では、マニピュレータ装置１は、ユーザからの指示をタッチパネル２２から受け付けた。しかし、マニピュレータ装置１は、ユーザからの指示をマウス２４から受け付けてもよい。例えば図５において、ＣＰＵ２１１は、マウス２２の例えばクリック操作により指定された座標を目標位置１ｔとして受け付けてもよい。また、ＣＰＵ２１１は、ポインタ２ｐに対するタッチパネル２２でのドラッグ操作の替わりに、ポインタ２ｐに対するマウス２２を用いたドラッグ操作を受け付けてもよい。
【００８０】
マニピュレータ装置１は、医療の用途に用いられてもよい。かかる場合、マニピュレータ１１の先端部に術具を取り付ける。これにより、マニピュレータ装置１は、例えば縫合処理のような微細作業を行うことができる。また、カメラ１２として内視鏡が用いられてもよい。
【００８１】
マニピュレータ装置１によれば、ユーザは対象物とマニピュレータ１１の操作部とを同一視野に入れることができる。
ユーザは、タッチパネル２２の画面に表示される対象物及び対象物を操作する処理具を見ると同時に、タッチパネル２２に対するジェスチャー入力によりマニピュレータ１１を操作する。そのため、ユーザがタッチパネル２２を見る視野は、例えば顕微鏡の対眼レンズにおける視野のように閉鎖されておらず、開放されている。そのため、従来のマニピュレータ装置に比較して、マニピュレータ装置１における操作可能な空間範囲はより広い。このように、ユーザはマニピュレータ装置１をオープン空間で操作することができるので、ユーザの疲労度は従来のマニピュレータ装置よりも軽減される。
【００８２】
マニピュレータ装置１によれば、ユーザはマニピュレータ１１の操作に迅速に習熟することができる。
タッチパネル２２からのマニピュレータ１１に対する直感的なジェスチャー入力は、複雑なマニピュレータ１１の機械構成を理解する必要がないため、初心者でもすぐにマニピュレータ装置１の操作を開始することができる。タッチパネル２２からの入力は、微細作業に係る入力であっても容易に行うことができる。そのため、マニピュレータ装置１は、例えば手先が震える高齢者、障碍者であっても、操作可能である。
【００８３】
実施の形態２
実施の形態２は、三次元位置を入力する力帰還型の入力装置をマニピュレータ装置１が含む形態に関する。入力装置は、対象物の硬軟に応じて、処理具が対象物に及ぼした力の反力を増幅して、入力装置自身に帰還させる３Ｄ入力装置である。
なお、実施の形態２において、実施の形態１と同様である構成要素には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【００８４】
図９は、入力装置２６の外観を示す斜視図である。入力装置２６は、ベース２６１、本体２６２、第一アーム２６３、第二アーム２６４及びペン２６５を含む。ベース２６１は、入力装置２６の最下部に位置し、上部の構成部材を支える土台である。本体２６２は、例えば球状をなし、ベース２６１の上に水平方向に回動可能に固定されている。本体２６２は、ユーザから受け付けた三次元位置を算出し、算出した三次元位置をコンピュータ２１へ出力する構成部である。
【００８５】
第一アーム２６３は、基部が本体２６２と水平軸で枢支されている。第二アーム２６４は、その一端が第一アーム２６３の先端部にて水平軸で枢支されている。ペン２６５は、ユーザが直接把持する棒状体であり、ペン先に近い根元付近にて第二アーム２６４の他端と水平軸で枢支されている。ユーザは、ペン２６５に設けられたボタン２６５ｂを押下しながら、ペン先の位置を三次元空間で指示することにより、第一アーム２６３及び第二アーム２６４を介して、本体２６２に三次元位置を入力する。マニピュレータ１１のアーム１１１をスレーブアームとした場合、第一アーム２６３、第二アーム２６４及びペン２６５はマスタアームといえる。以下、本体２６２、第一アーム２６３、第二アーム２６４及びペン２６５を受付部２６０と呼ぶ。
【００８６】
本体２６２には、ユーザによるペン２６５の操作に負荷をかけるアクチュエータ（力生成部）２６６が内蔵されている。アクチュエータ２６６は、本体２６２及び第一アーム２６３、第一アーム２６３及び第二アーム２６４並びに第二アーム及びペン２６５の枢支部に抵抗力を付与する例えばワイヤと接合されている。本体は、コンピュータ２１を介したマニピュレータ１１からの信号に応じて、アクチュエータ２６６を動作させて、受付部２６０を力制御する。これにより、ユーザはペン２６５から操作への抵抗感を認知することができる。
【００８７】
なお、入力装置２６に対して一定の仮想平面を設定することができる。かかる場合、ユーザがペン２６５のペン先で仮想平面上の位置を指定することにより、入力装置２６はマウス２４に代替可能である。
【００８８】
図１０は、マニピュレータ装置１のハードウェア構成例を示すブロック図である。マニピュレータ１１は、反力検出部（検出部）１１２及び出力部（検出部）１１３を含む。
反力検出部１１２は、マニピュレータ１１におけるアーム１１１の先端部に取り付けられた例えば歪ゲージ、圧力センサ、変位センサである。反力検出部１１２は、処理具が対象物に及ぼした力の反力を検出し、当該反力に応じた電気信号を生成する。出力部１１３は、反力検出部１１２が生成した電気信号を増幅し、検出信号として、入力装置２６の本体２６２に送信する構成部である。
【００８９】
ＣＰＵ２１１は、入力装置２６から入力された三次元位置の変化に応じて、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸に対応するパルス信号を夫々生成する。ＣＰＵ２１１は、生成した各パルス信号をマニピュレータ１１に送信する。マニピュレータ１１は、ＣＰＵ２１１から受信したパルス信号に基づいて、処理具を移動させる。処理具が対象物に接触し、対象物に力を及ぼした場合、反力検出部１１２は、対象物からの反力を検知し、反力に対応する電気信号を生成する。出力部１１３は、反力検出部１１２が検出した検出信号を増幅して、コンピュータ２１に送信する。コンピュータ２１は、出力部１１３から受信した検出信号を入力装置２６に送信する。入力装置２６のアクチュエータ２６６は、マニピュレータ１１から送信された検出信号に応じた力を目標値として生成する。入力装置２６は、アクチュエータ２６６が生成した力で受付部２６０を力制御する。
【００９０】
マニピュレータ装置１は、ヘッドマウントディスプレイを含んでもよい。例えば視差角をなす位置に２台のカメラ１２を配置し、カメラ１２が撮像した画像をヘッドマウントディスプレイに表示する。これにより、ユーザは対象物の立体認知をより高めることができるので、対象物が複雑な形状をなす場合であっても、マニピュレータ装置１は対象物に対する処理の作業性を向上させることができる。
【００９１】
人間は、手作業で対象物に対して把持、切断、剥離、除去等の操作を行なう場合、操作結果を微妙な感覚で認識しながら行っている。マニピュレータ装置１は、処理具が対象物に及ぼす力の反力を増幅して入力装置２６の受付部２６０に帰還させる。これにより、ユーザは、対象物に対してより微細な操作を施すことができる。
【００９２】
実施の形態３
実施の形態３は、クリーン箱１５内の状態を無菌状態に保持する形態に関する。
なお、実施の形態３において、実施の形態１、２と同様である構成要素には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【００９３】
図１１は、クリーン箱１５の構成例を示す説明図である。図１１は、クリーン箱１５の側断面を示している。クリーン箱１５は、流入口１５１、フィルタ１５２、流出口１５３及び送風ユニット（吹出部）１５４を含む。
【００９４】
流入口１５１は、外部の空気がクリーン箱１５の内部へ流入するための開口である。流入口１５１は、クリーン箱１５の例えば天井板に設けられている。流入口１５１の上部には、クリーン箱１５内へ流入する空気を浄化及び無菌化するためのフィルタ１５２が流入口１５１に覆設されている。フィルタ１５２は、例えばＨＥＰＡフィルタ（High Efficiency Particulate Air Filter）である。フィルタ１５２は、ＨＥＰＡフィルタの粒子捕集効率をさらに上げたＵＬＰＡフィルタ（Ultra Low Penetration Air Filter）でもよい。
【００９５】
流出口１５３は、クリーン箱１５内の空気が外部へ排出されるための開口である。
送風ユニット１５４は、外部の空気をクリーン箱１５内部へ送り出す構成部である。送風ユニット１５４は、フィルタ１５２の上側に設けられている。送風ユニット１５４は、モータ１５４ｍ及びファン１５４ｆを含む。モータ１５４ｍはファン１５４ｆを回転させるための電動機である。ファン１５４ｆは、例えばシロッコファン、サイレントファンである。ファン１５４ｆは、モータ１５４ｍにより回転し、クリーン箱１５上方の空気を流入口１５１へ送り出す。
【００９６】
なお、クリーン箱１５又はベース板１４は、対象物を処理する処理具を滅菌する滅菌用ガスバーナ又は動植物の培養環境温度を調節するヒータを備えていてもよい。
【００９７】
クリーン箱１５によれば、内部に清浄な空気を送り込むことにより、内部の無菌状態を確保することができる。
クリーン箱１５は、謂わば卓上サイズの狭小なクリーンベンチといえる。茎頂の摘出、幼苗の分割等の作業を行う場合、作業環境を清浄に保つ必要がある。そのために、クリーンルーム、クリーンベンチ等が必要とされ、高額の設備投資をしなければならない。しかし、クリーン箱１５は、その小さい容積部分のみを清浄に保つため、コストの低減に資する。
マニピュレータ装置1は、クリーンな環境が求められる半導体基板又は液晶装置における部品加工、高分子材料を用いた部品加工等にも利用可能である。その際にも、クリーン箱１５は、塵埃を排除した清浄な作業環境を提供することができる。
【００９８】
なお、開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【００９９】
また、実施の形態で記載されている技術的特徴（構成要件）はお互いに組合せ可能であり、組み合わせすることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【０１００】
以上の実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
【０１０１】
（付記７）
前記マニピュレータは、前記処理具が前記対象物に及ぼした力に対する反力を検出し、検出した反力に応じた信号を出力する検出部を有し、
該検出部が出力した信号に応じた力が帰還され、かつ前記処理具の三次元目標位置を受け付ける受付装置を備え、
前記制御部は、前記受付装置が受け付けた三次元目標位置に基づいて、前記マニピュレータの動作を制御するようにしてある
ことを特徴とする付記１から付記６までのいずれか一つに記載のマニピュレータ装置。
【０１０２】
（付記１０）
前記先端部に植物細胞を処理するための処理具が取り付けられている
ことを特徴とする付記１から付記９までのいずれか一つに記載のマニピュレータ装置。
【符号の説明】
【０１０３】
１                  マニピュレータ装置
１１                マニピュレータ
１１１              アーム
１１２              反力検出部（検出部）
１１３              出力部（検出部）
１２                カメラ（撮像部）
１２ｘ              第一カメラ（撮像部）
１２ｙ              第二カメラ（撮像部）
１２１ｘ、１２１ｙ  拡大レンズ
１３                可動ステージ
１３ｒ              回転ステージ
１４                ベース板
１５                クリーン箱（箱体）
１５１              流入口
１５２              流出口
１５３              送風ユニット（吹出部）
１５４              フィルタ
２１                コンピュータ
２１１              ＣＰＵ（制御部）
２１２              ＲＯＭ
２１３              ＲＡＭ
２１４              ハードディスク（記憶部）
２１５              通信部
２２                タッチパネル
２３                キーボード
２４                マウス
２５                モニタ
２６                入力装置（受付装置）
２６０              受付部
２６６              アクチュエータ（力生成部）
１１ｂ              刃（処理具）
１１ｍ              鋏（処理具）
１ｇ                ジャガイモの芽（対象物）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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