(57)【要約】【課題】マスタ・スレーブシステムにおいて、自由度の追加を行うと共に操作の臨場感の向上を図ることができるようにする。【解決手段】マスタ・スレーブシステム１は、操作者Ｒが吸い込み及び／又は吹き出しを行うマスタ側操作管２１と、センサ部２２と、吸引離反機構２３を有するスレーブ側操作部２４とを備える。センサ部２２は、マスタ側操作管２１に接続され、操作者Ｒの吸い込み及び／又は吹き出し動作を検出する。そして、吸引離反機構２３は、センサ部２２によって検出された操作者Ｒの吸い込み及び／又は吹き出し動作に応じて、対象物Ｍの吸引及び／又は対象物Ｍを離反する。【選択図】図２
2011099782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作者が吸い込み及び／又は吹き出しを行うマスタ側操作管と、
前記マスタ側操作管に接続され、前記操作者の吸い込み及び／又は吹き出し動作を検出するセンサ部と、
前記センサ部によって検出された前記操作者の吸い込み及び／又は吹き出し動作に応じて、対象物の吸引及び／又は前記対象物を離反させる吸引離反機構を有するスレーブ側操作部と、
を備えた
ことを特徴とするマスタ・スレーブシステム。
【請求項２】
前記センサ部は、前記操作者の吸い込み時の気体の流量を検出する第１のフローセンサと、前記操作者の吹き出し時の気体の流量を検出する第２のフローセンサと、からなる
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。
【請求項３】
前記スレーブ側操作部は、吸排気孔を有する管状部材として形成されており、
前記吸引離反機構は、
前記スレーブ側操作部の吸排気孔に気体を排出するコンプレッサと、
前記スレーブ側操作部の吸排気孔から気体を吸引する真空ポンプと、
前記コンプレッサ及び前記ポンプと前記スレーブ側操作部の間に接続された電磁弁と、
前記センサ部が検出した前記操作者の吸い込み及び／又は吹き出し動作によって前記電磁弁を操作し、前記スレーブ側操作部の前記吸排気孔に生じる気体の流れを制御する制御部と、から構成された
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のマスタ・スレーブシステム。
【請求項４】
前記対象物と前記スレーブ側操作部との接触を前記操作者に認識させる報知手段を設けた
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマスタ・スレーブシステム。
【請求項５】
前記報知手段は、
前記対象物と前記スレーブ側操作部との接触及び／又は離反を検知する接触離反検知部と、
前記接触離反検知部が前記対象物と前記スレーブ側操作部との接触を検知した際に、前記マスタ側操作管を振動させる振動発生部と、からなる
ことを特徴とする請求項４に記載のマスタ・スレーブシステム。
【請求項６】
前記対象物に対する位置及び姿勢の６自由度のうち少なくとも１自由度で前記スレーブ側操作部を動作させるスレーブ側マニピュレータと、
前記スレーブ側マニピュレータを操作するマスタ側操作アームと、を設けた
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のマスタ・スレーブシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作手段を操作者が操作し、その操作に従ってスレーブ側が動作するマスタ・スレーブシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のマスタ・スレーブシステムとしては、例えば特許文献１に記載されているような技術が開示されている。この特許文献１には、二本指のマイクロハンドを有するスレーブマニピュレータを操作手段であるマスタデバイスを用いて操作する技術が記載されている。
【０００３】
また、近年、細胞生物学や微細加工を中心として、マスタ・スレーブシステムを用いたマイクロマニピュレーション技術の重要性が高まっている。例えば、特許文献２では、マイクロマニピュレータのスレーブ側として動作するアームの先端に吸引パイプを取り付けて、この吸引パイプとエアーポンプによって微小物体を吸引する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２２８９６７号公報
【特許文献２】特開２００４−１２３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、対象物を掴むために二本指のマイクロハンドを用いている。そして、細胞生物学等の微細加工では、スレーブ側の操作部を小型に形成する必要がある。その結果、操作者が操作するマスタ側の操作手段の構造だけでなく、スレーブ側の構造も複雑になっていた。このように、スレーブ側の環境がマイクロ環境の場合、自由度の追加を図ることが困難であった。
【０００６】
なお、特許文献２に記載された技術では、エアーポンプ及び吸引パイプを用いて対象物を吸引することで装置の構造を簡略化することができるが、このエアーポンプは、常に駆動していた。そのため、対象物を常時吸引することになるため、対象物をアームから離すことができない、という不具合を有していた。
【０００７】
更に、エアーポンプの操作は、ボタンや操作レバーを操作者の手で行うものであった。そのため、操作者が実際に自分の息で対象物を吸い込んだり、吹いたりしているような臨場感を得ることができない、という問題も有していた。
【０００８】
本発明の目的は、上記の問題点を考慮し、構造の簡略化を可能とすると共に操作の臨場感の向上を図ることができるマスタ・スレーブシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明のマスタ・スレーブシステムは、操作者が吸い込み及び／又は吹き出しを行うマスタ側操作管と、マスタ側操作管に接続され、操作者の吸い込み及び／又は吹き出し動作を検出するセンサ部と、を備える。更に、センサ部によって検出された操作者の吸い込み及び／又は吹き出し動作に応じて、対象物の吸引及び／又は対象物を離反させる吸引離反機構を有するスレーブ側操作部と、を備えている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のマスタ・スレーブシステムによれば、生物にとって基本的な運動である吸い込み／吹き出し動作によって、スレーブ側操作部を操作している。これにより、操作者は、実際にストロー等で対象物を吹いたり、吸ったりしているような臨場感を得ることができる。更に、極めて簡単な構成でマスタ側の操作及びスレーブ側の自由度を増やすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態例にかかるマスタ・スレーブシステムを模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態例にかかるマスタ・スレーブシステムを示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態例にかかるマスタ・スレーブシステムに係る要部を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態例にかかるマスタ・スレーブシステムの動作の要部を拡大して示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明のマスタ・スレーブシステムの実施の形態例について、図１〜図４を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。また、本発明は、以下の形態に限定されるものではない。
また、説明は以下の順序で行う。
１．マスタ・スレーブシステムの構成例
２．マスタ・スレーブシステムの操作方法
【００１３】
＜１．マスタ・スレーブシステムの構成例＞
まず、図１〜図３を参照して本発明の実施の形態例（以下、「本例」という。）にかかるマスタ・スレーブシステムの構成例について説明する。
図１は、本例のマスタ・スレーブシステムを示す斜視図、図２は、マスタ・スレーブシステムのブロック図、図３は、マスタ・スレーブシステムの要部を示すブロック図である。
【００１４】
本例のマスタ・スレーブシステム１は、微小な対象物Ｍの把持及び／又はリリースを行うことができ、例えば細胞生物学等の微細加工に用いられる装置である。図１に示すように、マスタ・スレーブシステム１は、第１のマスタ・スレーブユニット２と、第２のマスタ・スレーブユニット３と、第３のマスタ・スレーブユニット４と、観察手段であるマイクロスコープ６とから構成されている。
【００１５】
第１のマスタ・スレーブユニット２は、操作手段である第１のマスタ側操作アーム７と、この第１のマスタ側操作アーム７によって操作される第１のスレーブ側マニピュレータ８とを有している。
【００１６】
第１のマスタ側操作アーム７は、支持部７ａと、操作者Ｒが把持する把持部７ｂとを有している。把持部７ｂは、支持部７ａによって、第１の方向Ｘと、第１の方向Ｘと直交する第２の方向Ｙに揺動可能に支持されている。この把持部７ｂには、ボイスコイルモータ１１が設けられている。そして、操作者Ｒが把持部７ｂを把持した時に、操作者Ｒの手指がボイスコイルモータ１１に接触する。また、この第１のマスタ側操作アーム７に、第１のスレーブ側マニピュレータ８が接続部１２を介して接続されている。
【００１７】
第１のスレーブ側マニピュレータ８には、第１のスレーブ側操作アーム９が移動可能に取り付けられている。第１のスレーブ側操作アーム９の先端部には、後述するスレーブ側操作部２４が一体に設けられている。そして、この第１のスレーブ側マニピュレータ８は、第１のスレーブ側操作アーム９及びスレーブ側操作部２４を第１の方向Ｘと、第２の方向Ｙに移動させる。すなわち、この第１のスレーブ側マニピュレータ８は、２自由度を有している。
【００１８】
第２のマスタ・スレーブユニット３は、操作手段である第２のマスタ側操作アーム１３と、この第２のマスタ側操作アーム１３によって操作される第２のスレーブ側マニピュレータ１４とを有している。
【００１９】
第２のマスタ側操作アーム１３は、第１のマスタ側操作アーム７と同様に、支持部１３ａと、操作者Ｒが把持する把持部１３ｂとを有している。把持部１３ｂは、支持部１３ａによって、第２の方向Ｙと、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙと直交する第３の方向Ｚに揺動可能に支持されている。そして、この第２のマスタ側操作アーム１３に、第２のスレーブ側マニピュレータ１４が接続部（不図示）を介して接続されている。
【００２０】
第２のスレーブ側マニピュレータ１４には、第２のスレーブ側操作アーム１６が移動可能に取り付けられている。この第２のスレーブ側操作アーム１６の先端には、対象物Ｍが載置されるプレート１７が設けられている。そして、この第２のスレーブ側マニピュレータ１４は、第２のスレーブ側操作アーム１６及びプレート１７を第２の方向Ｙと、第３の方向Ｚに移動させる。すなわち、この第２のスレーブ側マニピュレータ１４は、第１のスレーブ側マニピュレータ８と同様に、２自由度を有している。
【００２１】
このように、本例では、２つのマニピュレータ８，１４によって、第１のスレーブ側操作アーム９をプレート１７に載置された対象物Ｍに対して相対的に第１の方向Ｘ、第２の方向Ｙ及び第３の方向Ｚの３自由度で動作させている。
【００２２】
マイクロスコープ６は、第１のスレーブ側操作アーム９の先端部及び第２のスレーブ側操作アーム１６の先端に設けたプレート１７の上方に配置されている。このマイクロスコープ６は、作業領域を観察する対物レンズ６ａと、操作者Ｒが拡大された作業領域を視認可能な接眼レンズ６ｂとから構成されている。そして、図２に示すように、このマイクロスコープ６は、作業領域Ｐを観察し、作業情報を操作者Ｒの視覚に訴えている。
【００２３】
また、第１のスレーブ側操作アーム９と第２のスレーブ側操作アーム１６の先端に設けたプレート１７には、電位差を設けている。よって、この第１のスレーブ側操作アーム９の先端部が、プレート１７に接触すると通電し、第１のマスタ側操作アーム７の把持部７ｂに設けたボイスコイルモータ１１が駆動するようになっている。なお、上述したように、操作者Ｒが把持部７ｂを把持した際に操作者Ｒの手指がボイスコイルモータ１１に接触する。
【００２４】
そのため、図２に示すように、ボイスコイルモータ１１が駆動することで、第１のスレーブ側操作アーム９とプレート１７の接触を操作者Ｒに対して、音と振動で知らせている。その結果、マイクロスコープ６による視覚情報と、ボイスコイルモータ１１による触覚及び聴覚情報の間の整合性を保つことができ、高い没入感を操作者Ｒに与えることができる。更に、角度によっては、マイクロスコープ６で観察し難い場所での接触もボイスコイルモータ１１によって操作者Ｒに伝えることができる。
【００２５】
なお、本例では、２自由度のマニピュレータを用いた例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば第１の方向Ｘ、第２の方向Ｙ、第３の方向Ｚの軸周りの動作を含めた４自由度以上のマニピュレータを用いてもよい。また、１自由度のマニピュレータでも本発明の目的は達成できるものである。更に、２台のマニピュレータを設けた例を説明したが、マニピュレータは、１台だけでもよく、或いは３台以上設けてもよい。
【００２６】
更に、観察手段としてマイクロスコープ６を用いた例を説明したが、これに限定されるものではない。観察手段は、例えば作業領域を撮影するビデオカメラと、このビデオカメラが撮影した画像を表示する表示部とから構成してもよい。
【００２７】
次に、第３のマスタ・スレーブユニット４について説明する。
図２に示すように、第３のマスタ・スレーブユニット４は、マスタ側操作管２１と、センサ部２２と、吸引離反機構２３と、スレーブ側操作部２４とを有している。
【００２８】
図３に示すように、マスタ側操作管２１は、パイプ状に形成されている。このマスタ側操作管２１は、操作者Ｒの口にくわえられて、操作者Ｒによって吸い込み及び／又は吹き出しが行われる。そして、このマスタ側操作管２１は、第１のパイプ２５を介してセンサ部２２に接続されている。
【００２９】
また、スレーブ側操作部２４は、管状部材として構成されており、その軸心には吸排気孔３６が設けられている。このスレーブ側操作部２４は、第１のマスタ・スレーブユニット２の第１のスレーブ側操作アーム９の先端に一体に配設されている。そのため、スレーブ側操作部２４は、第１のマスタ・スレーブユニット２の第１のスレーブ側マニピュレータ８によって、第１の方向Ｘと第２の方向Ｙに移動可能に支持される。
【００３０】
なお、本例では、このスレーブ側操作部２４は、例えば、外径が２５０μｍ、内径が１００μｍの真鍮管として形成されている。また、より微細な対象物Ｍを操作するために、外径が１００μｍ、内径が３０μｍの真鍮管を用いてもよい。そして、このスレーブ側操作部２４の寸法及び材質は、目的に応じて適宜設定されるものである。
【００３１】
センサ部２２は、第１のフローセンサ２６と、第２のフローセンサ２７とから構成されている。第１のフローセンサ２６の第１端子２６ａは、第１のパイプ２５を介してマスタ側操作管２１に接続されており、第１のフローセンサ２６の第２端子２６ｂは、第２のフローセンサ２７の第１端子２７ａに接続されている。そして、第２のフローセンサ２７の第２端子２７ｂは、開放されており、すなわち大気圧に接続されている。すなわち、第１のフローセンサ２６及び第２のフローセンサ２７は、直列に接続されている。
【００３２】
これにより、操作者Ｒがマスタ側操作管２１から息を吹き出すと、その吹き込まれた空気は、第１のフローセンサ２６及び第２のフローセンサ２７を通り、第２のフローセンサ２７の第２端子２７ｂから大気中に排出される。また、操作者Ｒがマスタ側操作管２１から息を吸い込むと、第２のフローセンサ２７の第２端子２７ｂから空気が吸い込まれ、その空気は、第２のフローセンサ２７及び第１のフローセンサ２６を通り、マスタ側操作管２１に流れる。
【００３３】
第１のフローセンサ２６は、矢印Ｓ、すなわち第１端子２６ａから第２端子２６ｂに向かって流れる気体の流量を検出するものである。すなわち、この第１のフローセンサ２６は、操作者Ｒの吹き出し時の気体の流量を検出している。
【００３４】
また、第２のフローセンサ２７は、矢印Ｔ、すなわち第２端子２７ｂから第１端子２６ａに向かって流れる気体の流量を検出するものである。すなわち、この第２のフローセンサ２７は、操作者Ｒの吸い込み時の気体の流量を検出することができる。その結果、この第１のフローセンサ２６と第２のフローセンサ２７によって、操作者Ｒの吸い込み動作と、吹き出し動作を検出することができる。
【００３５】
吸引離反機構２３は、第１の制御部２９と、第２の制御部３０と、第１の電磁弁３１と、第２の電磁弁３２と、コンプレッサ３３と、真空ポンプ３４とから構成されている。
【００３６】
第１の制御部２９は、第１のフローセンサ２６からの信号を受信可能に第１のフローセンサ２６に接続されている。また、第１の制御部２９は、第１の電磁弁３１に信号を送信可能に第１の電磁弁３１に接続されている。そして、この第１の制御部２９は、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換回路と、処理演算装置と、ＤＩＯ（デジタル入出力端子）とを有している。
【００３７】
Ａ／Ｄ変換回路は、第１のフローセンサ２６から出力された信号をアナログ・ディジタル変換し、処理演算装置に出力している。そして、処理演算装置は、ＤＩＯを介して、入力された情報に応じた制御信号を第１の電磁弁３１に送っている。すなわち、第１の制御部２９は、第１のフローセンサ２６によって検出された気体の流量の情報に応じて第１の電磁弁３１を操作している。
【００３８】
第２の制御部３０は、第２のフローセンサ２７からの信号を受信可能に第２のフローセンサ２７に接続されており、第２の電磁弁３２に信号を送信可能に第２の電磁弁３２に接続されている。そして、この第２の制御部３０は、第１の制御部２９と同様に、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換回路と、処理演算装置と、ＤＩＯ（デジタル入出力端子）とを有している。
【００３９】
Ａ／Ｄ変換回路は、第２のフローセンサ２７から出力された信号をアナログ・ディジタル変換し、処理演算装置に出力している。そして、処理演算装置は、ＤＩＯを介して、入力された情報に応じた制御信号を第２の電磁弁３２に送っている。すなわち、第２の制御部３０は、第２のフローセンサ２７によって検出された気体の流量の情報に応じて第２の電磁弁３２を操作している。
【００４０】
第１の電磁弁３１は、第１のポート３１ａと、第２のポート３１ｂと、第３のポート３１ｃとを有している。第１のポート３１ａは、大気圧に接続されており、第２のポート３１ｂは、減圧弁付きのコンプレッサ３３が接続されている。そして、第３のポート３１ｃは、第２の電磁弁３２に接続されている。
【００４１】
第２の電磁弁３２は、第１の電磁弁３１と同様に、第１のポート３２ａと、第２のポート３２ｂと、第３のポート３２ｃとを有している。第１のポート３２ａは、第１の電磁弁３１の第３のポート３１ｃと接続されており、第２のポート３２ｂは、真空調節器を有する真空ポンプ３４が接続されている。そして、第３のポート３２ｃは、第２のパイプ３７を介してスレーブ側操作部２４が接続されている。
【００４２】
このように、本例では、第１の電磁弁３１と第２の電磁弁３２で２個１組とすることで、３入力１出力としている。上述したように、３つの入力は、コンプレッサ３３と、真空ポンプ３４と、大気圧に接続されており、１つの出力は、スレーブ側操作部２４に接続されている。なお、第１の電磁弁３１の第３のポート３１ｃ及び第２の電磁弁３２の第３のポート３２ｃは、常に開放されている。
【００４３】
また、コンプレッサ３３は、第１の電磁弁３１及び第２の電磁弁３２と第２のパイプ３７を介してスレーブ側操作部２４に気体、例えば空気を供給するものである。これにより、スレーブ側操作部２４の吸排気孔３６から気体が排出される。更に、真空ポンプ３４は、第２の電磁弁３２と第２のパイプ３７を介してスレーブ側操作部２４の吸排気孔３６から空気を吸引するものである。
【００４４】
例えば、第１の電磁弁３１の第１のポート３１ａを閉じ、第２のポート３１ｂを開放すると共に、第２の電磁弁３２の第１のポート３２ａを開放し、第２のポート３２ｂを閉じると、スレーブ側操作部２４とコンプレッサ３３が接続される。その結果、スレーブ側操作部２４の吸排気孔３６から空気が排出される。
【００４５】
また、第２の電磁弁３２の第１のポート３２ａを閉じ、第２のポート３２ｂを開放すると、スレーブ側操作部２４と真空ポンプ３４が接続される。その結果、スレーブ側操作部２４の吸排気孔３６から空気が吸引される。
【００４６】
なお、本例では、制御部を２つ設けた例を説明したが、これに限定されるものではなく、１つの制御部で、センサ部からの信号を受信すると共に第１の電磁弁及び第２の電磁弁を操作するようにしてもよい。
【００４７】
更に、この第３のマスタ・スレーブユニット４は、報知手段３９を有している。報知手段３９は、スレーブ側操作部２４と対象物Ｍとの接触及び離反を検知する接触離反検知部４１と、マスタ側操作管２１を振動させる振動発生部４２と、とから構成されている。この報知手段３９は、対象物Ｍとスレーブ側操作部２４との接触を操作者Ｒに認識させるものである。
【００４８】
接触離反検知部４１は、マイクロスコープ６によって撮影された画像信号が送信される。この接触離反検知部４１は、受信した画像信号から対象物Ｍとスレーブ側操作部２４との接触／離反を判断している。そして、接触離反検知部４１は、画像情報に応じて駆動信号を生成し、且つ振動発生部４２に駆動信号を出力する。
【００４９】
振動発生部４２は、マスタ側操作管２１に設けられている。この振動発生部４２は、接触離反検知部４１からの駆動信号によって振動し、マスタ側操作管２１を振動させている。これにより、操作者Ｒに対してスレーブ側操作部２４と対象物Ｍとの接触を知らせることができる。その結果、操作者Ｒに対して実際にストロー等で対象物を吸引したり、吹いたりしているかのような臨場感及び没入感を与えることができる。なお、振動発生部４２としては、例えばボイスコイルモータや偏心モータ等を用いることができる。
【００５０】
＜２．マスタ・スレーブシステムの操作方法＞
次に、図１〜図４を参照して本例のマスタ・スレーブシステム１の操作方法について説明する。
図４は、本例のマスタ・スレーブシステム１の動作の要部を拡大して示す斜視図である。
【００５１】
まず、操作者Ｒは、マイクロスコープ６で作業領域Ｐを観察しながら、第１のマスタ側操作アーム７と第２のマスタ側操作アーム１３を操作する。すると、図２に示すように、第１のマスタ側操作アーム７の操作に従って第１のスレーブ側マニピュレータ８が第１のスレーブ側操作アーム９を第１の方向Ｘ及び／又は第２の方向Ｙに動作させる。
【００５２】
また、第２のマスタ側操作アーム１３の操作に従って第２のスレーブ側マニピュレータ１４が第２のスレーブ側操作アーム１６を第２の方向Ｙ及び／又は第３の方向Ｚにさせる。そして、図４（ａ）に示すように、第１のスレーブ側操作アーム９の先端部に配設されたスレーブ側操作部２４を対象物Ｍに近づける。
【００５３】
このとき、第１のスレーブ側操作アーム９の先端が第２のスレーブ側操作アーム１６の先端部に設けたプレート１７に接触すると通電する。これにより、操作者Ｒが把持している第１のマスタ側操作アーム７の把持部７ｂに設けたボイスコイルモータ１１が駆動する。その結果、操作者Ｒは、第１のスレーブ側操作アーム９とプレート１７との接触を、マイクロスコープ６の視覚情報だけでなく、ボイスコイルモータ１１の音と振動で認識できる。
【００５４】
次に、操作者Ｒがマスタ側操作管２１を口にくわえた状態で息を吸い込むと、空気は、図２に示す矢印Ｔの方向、すなわちセンサ部２２の第２のフローセンサ２７から第１のフローセンサ２６に向かって流れる。ここで、第２のフローセンサ２７は、矢印Ｔの方向に流れる気体の流量を検出している。そのため、第２のフローセンサ２７によって操作者Ｒの吸い込み動作が検出される。
【００５５】
そして、第２のフローセンサ２７から第２の制御部３０に検出された気体の流量信号が出力される。ここで、気体の流量が予め設定した閾値を超えた場合、第２の制御部３０は、第２の電磁弁３２に駆動信号を送信する。
【００５６】
なお、駆動信号が入力されていない初期状態では、第１の電磁弁３１における大気圧に接続された第１のポート３１ａが開放されており、コンプレッサ３３に接続している第２のポート３１ｂは閉じている。また、第２の電磁弁３２では、第１の電磁弁３１と接続している第１のポート３２ａが開放されており、真空ポンプ３４に接続している第２のポート３２ｂは閉じている。
【００５７】
そして、第２の制御部３０から駆動信号を受信した第２の電磁弁３２は、第２の電磁弁３２接続している第１のポート３２ａを閉じ、真空ポンプ３４に接続している第２のポート３２ｂを開放する。すると、真空ポンプ３４によって第２のパイプ３７を介してスレーブ側操作部２４の吸排気孔３６から空気が吸引される。
【００５８】
これにより、図４（ｂ）に示すように、対象物Ｍがスレーブ側操作部２４の吸排気孔３６に吸引され、対象物Ｍをスレーブ側操作部２４で把持することができる。ここで、対象物Ｍは微小物体である。そのため、スレーブ側操作部２４の吸排気孔３６の中心に一度把持されると、分子間力等によって、吸引動作を行わなくてもスレーブ側操作部２４の先端部に留まる。そして、操作者Ｒの吸い込み動作が終了すると、第２の電磁弁３２は、初期状態に戻る。すなわち、真空ポンプ３４に接続している第２のポート３２ｂが閉じ、第１のポート３２ａが開放される。
【００５９】
このとき、報知手段３９を構成する接触離反検知部４１に、マイクロスコープ６から画像信号が入力される。そして、接触離反検知部４１は、入力された画像信号からスレーブ側操作部２４に対象物Ｍが接触しているかどうかを判断する。接触離反検知部４１は、対象物Ｍがスレーブ側操作部２４に接触していると判断すると、駆動信号を生成する。そして、接触離反検知部４１は、生成した駆動信号を振動発生部４２に出力する。
【００６０】
駆動信号が入力されると、振動発生部４２は、振動し、マスタ側操作管２１を振動させる。これにより、振動によってスレーブ側操作部２４と対象物Ｍとの接触を操作者Ｒに認識させることができる。このように、操作者Ｒは、観察手段であるマイクロスコープ６からの視覚情報だけでなく報知手段３９の振動によってもスレーブ側操作部２４と対象物Ｍとの接触及び離反を認識することができ、臨場感及び没入感を高めることができる。
【００６１】
次に、スレーブ側操作部２４に吸引した対象物Ｍの離反方法について説明する。
まず、操作者Ｒがマスタ側操作管２１を口にくわえた状態で息を吹き出すと、空気は、図２に示す矢印Ｓの方向、すなわちセンサ部２２の第１のフローセンサ２６から第２のフローセンサ２７に向かって流れる。ここで、第１のフローセンサ２６は、矢印Ｓの方向に流れる気体の流量を検出している。そのため、第１のフローセンサ２６によって操作者Ｒの吹き出し動作が検出される。
【００６２】
そして、第１のフローセンサ２６は、第１の制御部２９に検出した気体の流量信号を送信する。ここで、気体の流量が予め設定した閾値を超えた場合、第１の制御部２９は、第１の電磁弁３１に駆動信号を送信する。
【００６３】
そして、第１の制御部２９から駆動信号を受信した第１の電磁弁３１は、大気圧に接続している第１のポート３１ａを閉じ、コンプレッサ３３に接続している第２のポート３１ｂを開放する。すると、コンプレッサ３３から気体が供給されて、第２のパイプ３７を介してスレーブ側操作部２４の吸排気孔３６から気体が排出される。
【００６４】
これにより、スレーブ側操作部２４の先端部に接触していた対象物Ｍは、吸排気孔３６から排出される気体に押し出される。その結果、対象物Ｍは、スレーブ側操作部２４の先端部から離反する。
【００６５】
なお、スレーブ側操作部２４と対象物Ｍとの離反方法としては、プレート１７の所望の位置に対象物Ｍをプレート１７に押し当てて、対象物Ｍをスレーブ側操作部２４から離反させてもよい。
【００６６】
このように、操作者Ｒの吸い込み動作及び／又は吹き出し動作に対応して、対象物Ｍをスレーブ側操作部２４で吸引したり、吹いたりすることができる。その結果、本例のマスタ・スレーブシステム１によれば、操作者に対して実際にストロー等で対象物Ｍを吸引したり、吹いたりしているような臨場感を与えることが可能である。
【００６７】
また、吸引及び吹き出しという新たな自由度の操作を、生物の基本的な運動の一つである吸い込み及び吹き出しで行っている。そのため、マスタ側の操作手段は、操作者Ｒが吸い込み及び／又は吹き出しを行うためのパイプ状のマスタ側操作管２１で構成することができる。その結果、従来のようにマスタ側に操作者Ｒの手で操作するためのボタンやレバーを設ける必要がなく、マスタ側の操作手段の構造を簡略化して、スレーブ側の自由度を追加することができる。
【００６８】
更に、微小物体を掴んだり離したりする動作を、スレーブ側操作部２４の先端に生じる気体の流れを制御して行っている。これにより、従来の二本指のマイクロハンドのマスタ・スレーブシステムに比べて、装置の構造を単純化することができ、装置の小型化を容易に図ることができる。
【００６９】
なお、本発明は上述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。上述した実施の形態例では、吸引離反機構をコンプレッサと、真空ポンプと、電磁弁から構成した例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、対象物が磁性体であれば、吸引離反機構を電磁石で構成し、磁力によってスレーブ側操作部に対象物を吸引及び／又はスレーブ側操作部から対象物を離反させるようにしてもよい。
【００７０】
また、上述した実施の形態例では、マスタ・スレーブシステムを細胞生物学等の微細加工に用いた例を説明したが、これに限定されるものではない。本発明のマスタ・スレーブシステムは、例えば原子炉や海中などの操作者が容易に入り込めない悪環境で作業するロボットにも適用できるものである。
【符号の説明】
【００７１】
１…マスタ・スレーブシステム、  ２…第１のマスタ・スレーブユニット、  ３…第２のマスタ・スレーブユニット、  ４…第３のマスタ・スレーブユニット、  ６…マイクロスコープ、  ７…第１のマスタ側操作アーム、  ８…第１のスレーブ側マニピュレータ、  ９…第１のスレーブ側操作アーム、  １１…ボイスコイルモータ、  １３…第２のマスタ側操作アーム、  １４…第２のスレーブ側マニピュレータ、  １６…第２のスレーブ側操作アーム、    ２１…マスタ側操作管、  ２２…センサ部、  ２３…吸引離反機構、  ２４…スレーブ側操作部、  ２６…第１のフローセンサ、  ２７…第２のフローセンサ、  ２９…第１の制御部、  ３０…第２の制御部、  ３１…第１の電磁弁、  ３２…第２の電磁弁、  ３３…コンプレッサ、  ３４…真空ポンプ、  ３６…吸排気孔、  ３９…報知手段、  ４１…接触離反検知部、  ４２…振動発生部、  Ｍ…対象物、  Ｐ…作業領域、  Ｒ…操作者、  Ｘ…第１の方向、  Ｙ…第２の方向、  Ｚ…第３の方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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