(57)【要約】【課題】高い剛性及び高い応答性能を兼ね備えた、硬性物体に対する臨場感のある人工現実感を与える掘削感付与装置、ジョイント構造物、掘削感付与方法、及び掘削感付与プログラムなどの提供。【解決手段】想定された掘削対象に対する模擬の掘削操作が操作者により行われる被掘削操作部を有する掘削操作手段と、前記被掘削操作部に印加された掘削力に応じて、前記掘削操作手段を介して前記操作者に対して人工的な掘削感を付与する掘削感付与手段と、を有する掘削感付与装置である。【選択図】図１
2019136437.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
想定された掘削対象に対する模擬の掘削操作が操作者により行われる被掘削操作部を有する掘削操作手段と、
前記被掘削操作部に印加された掘削力に応じて、前記掘削操作手段を介して前記操作者に対して人工的な掘削感を付与する掘削感付与手段と、
を有することを特徴とする掘削感付与装置。
【請求項２】
前記被掘削操作部が、打撃手段により打撃されることにより、前記掘削力が印加される被打撃部である請求項１に記載の掘削感付与装置。
【請求項３】
前記被掘削操作部が、押圧されながら回動乃至回転されることにより、押圧力、及び回動力乃至回転力が前記掘削力として印加される被回動乃至回転部である請求項１に記載の掘削感付与装置。
【請求項４】
前記掘削感付与手段が、
前記被掘削操作部と接続されたボールリテーナと、
前記ボールリテーナを押圧しつつ前記ボールリテーナの回動を案内する回動案内部材と、
棒状部材であって、前記ボールリテーナに接続される接続部と、前記回動案内部材により案内された前記ボールリテーナの回動方向と直交する方向に前記棒状部材を回動可能に軸支する軸支部とを有する棒状部材と、
を有する請求項１から３のいずれかに記載の掘削感付与装置。
【請求項５】
前記回動案内部材が、
前記ボールリテーナを押圧する面を有する一対の部材と、
前記一対の部材が前記ボールリテーナを押圧するように前記一対の部材を付勢する付勢部材と、
を有する請求項４に記載の掘削感付与装置。
【請求項６】
前記掘削感付与手段が、前記被掘削操作部に印加された掘削力の大きさと印加方向とを検出する検出部を有する請求項１から５のいずれかに記載の掘削感付与装置。
【請求項７】
前記検出部が、６軸力覚センサである請求項６に記載の掘削感付与装置。
【請求項８】
前記検出部が検出した掘削力の大きさと印加方向とに応じて、
前記掘削力が印加される前の前記被掘削操作部の位置から、
前記掘削力が印加されたときに所定位置に所定速度で前記被掘削操作部が移動するように制御する制御部を有する請求項６から７のいずれかに記載の掘削感付与装置。
【請求項９】
前記制御部による制御が、フィードバック制御とフィードフォワード制御との組合せにより行われる請求項８に記載の掘削感付与装置。
【請求項１０】
前記制御部が、
前記被掘削操作部に単回乃至複数回印加された前記掘削力の大きさの累積が設定値を超えると、
前記設定値を超えるまでの間における前記被掘削操作部を移動させる所定速度よりも速い速度で前記被掘削操作部を移動させる、請求項８から９のいずれかに記載の掘削感付与装置。
【請求項１１】
仮想空間表示手段を更に有し、
前記仮想空間表示手段が、少なくとも前記想定された掘削対象を仮想空間上に表示する請求項１から１０のいずれかに記載の掘削感付与装置。
【請求項１２】
前記掘削感付与装置の設置面内における、Ｘ方向、及び前記Ｘ方向と直交するＹ方向、並びに、前記設置面と直交するＺ方向の各方向に前記掘削操作手段を移動可能に支持する支持手段を更に有する請求項１から１１のいずれかに記載の掘削感付与装置。
【請求項１３】
前記支持手段が、リニアガイドである請求項１２に記載の掘削感付与装置。
【請求項１４】
ボールリテーナと、
前記ボールリテーナを押圧しつつ前記ボールリテーナの回動を案内する回動案内部材と、
棒状部材であって、前記ボールリテーナに接続される接続部と、前記回動案内部材により案内された前記ボールリテーナの回動方向と直交する方向に前記棒状部材を回動可能に軸支する軸支部とを有する棒状部材と、
を有することを特徴とするジョイント構造物。
【請求項１５】
前記回動案内部材が、
前記ボールリテーナを押圧する面を有する一対の部材と、
前記一対の部材が前記ボールリテーナを押圧するように前記一対の部材を付勢する付勢部材と、
を有する請求項１４に記載のジョイント構造物。
【請求項１６】
想定された掘削対象に対する模擬の掘削操作が被掘削操作部に対して操作者により行われる掘削操作工程と、
前記掘削操作工程で前記被掘削操作部に印加された掘削力に応じて、前記掘削操作工程を介して前記操作者に対して人工的な掘削感を付与する掘削感付与工程と、
を含むことを特徴とする掘削感付与方法。
【請求項１７】
想定された掘削対象に対する模擬の掘削操作が操作者により行われる被掘削操作部を有する掘削操作手段と、
前記被掘削操作部に印加された掘削力に応じて、前記掘削操作手段を介して前記操作者に対して人工的な掘削感を付与する掘削感付与手段と、
想定操作者における掘削力の大きさ及び印加方向の少なくともいずれかを予め記憶している基準データと比較して前記操作者の技能を評価する評価手段と、
を有することを特徴とする技能評価装置。
【請求項１８】
想定された掘削対象に対する模擬の掘削操作が被掘削操作部に対して操作者により行われる掘削操作工程と、
前記被掘削操作部に印加された掘削力に応じて、前記掘削操作手段を介して前記操作者に対して人工的な掘削感を付与する掘削感付与工程と、
想定操作者における掘削力の大きさ及び印加方向の少なくともいずれかを予め記憶している基準データと比較して前記操作者の技能を評価する評価工程と、
を含むことを特徴とする技能評価方法。
【請求項１９】
操作者により行われる想定された掘削対象に対する模擬の掘削操作を、被掘削操作部を有する掘削操作手段を介して受け付け、
前記被掘削操作部に印加された掘削力に応じて、前記掘削操作手段を介して前記操作者に対して人工的な掘削感を付与する、
処理をコンピュータに実行させることを特徴とする掘削感付与プログラム。
【請求項２０】
操作者により行われる想定された掘削対象に対する模擬の掘削操作を、被掘削操作部を有する掘削操作手段を介して受け付け、
前記被掘削操作部に印加された掘削力に応じて、前記掘削操作手段を介して前記操作者に対して人工的な掘削感を付与し、
想定操作者における掘削力の大きさ及び印加方向の少なくともいずれかを予め記憶している基準データと比較して前記操作者の技能を評価する
処理をコンピュータに実行させることを特徴とする技能評価プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘削感付与装置、ジョイント構造物、掘削感付与方法、及び掘削感付与プログラム、並びに技能評価装置、技能評価方法、及び技能評価プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療技術の向上や医療機器の発展に伴い、手術者等の技能向上や特殊技能の獲得を目的として、力覚提示装置等を用いたトレーニングシミュレータの開発が進められている。
【０００３】
このような力覚提示装置としては、例えば、皮膚や臓器等の軟性物体への繊細な接触動作に対して臨場感のある人工現実感を実現するものが提案されており、操作者へ力覚を提示する操作端や該操作端に運動を伝える駆動機構を軽量化することにより応答性の向上を図っている。しかし、操作端や駆動機構を軽量化して応答性を高めると、力覚提示装置の剛性が低下するおそれがあるが、皮膚や臓器等の軟性物体への繊細な接触動作では、操作力が小さいため、力覚提示装置の剛性低下の影響は少ないと考えられる。
【０００４】
一方、骨や歯等の硬性物体に対するトレーニングシミュレータとしての力覚提示装置も提案されている。例えば、操作者が握って動かすことができるメスやドリル等の模擬手術道具を備え、複数のモダリティの画像から手術対象部分の各組織を含む画像を合成する画像合成手段と、合成した画像を３次元表示する３次元画像表示手段と、模擬手術道具をその動きを含めて画像に重畳表示する重畳表示手段と、重畳表示手段において模擬手術道具が組織に接したとき、両者の硬度に対応する音を発生し、模擬手術道具に反発力を与える人工現実感創出手段を有する手術シミュレーションシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、手術を実施する際に外科医を支援するための外科用ナビゲーションシステムに関し、骨の切除シミュレーションについて記載されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１２３３２７号公報
【特許文献２】特表２００４−５３０４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した先行技術文献には、骨や歯等の硬性物体に対する臨場感のある人工現実感を与える力覚提示技術については開示されていない。また、骨や歯等の硬性物体への骨切削術及び骨切除術は、強い衝撃力を与える操作であり、その操作に対して臨場感のある人工現実感を与える力覚提示装置には、高い剛性と共に、操作端の運動の高い応答性も求められるが、高い剛性と高い応答性とを兼ね備えた、硬性物体に対する臨場感のある人工現実感を与える力覚提示装置は未だ提供されていない。
更に、骨や歯等の硬性物体に対する骨切削術及び骨切除術を行う操作者は、骨や歯への過剰な負荷により骨や歯の亀裂や骨折、穿孔を生じさせない適切な掘削力と、神経や血管、臓器が近くに存在することが多いため、これらを傷付けることなく安全に手術を行うことができる高度な熟練技能の習得が求められている。
【０００７】
本発明は、従来における前述の諸問題のうち少なくともいずれかを解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、高い剛性及び高い応答性能を兼ね備えた、硬性物体に対する臨場感のある人工現実感を与える掘削感付与装置、ジョイント構造物、掘削感付与方法、及び掘削感付与プログラムを提供することを目的とする。
また、本発明は、操作者の技能を適正に評価でき、安全かつ確実に熟練技能を習得することができる技能評価装置、技能評価方法、及び技能評価プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の掘削感付与装置は、想定された掘削対象に対する模擬の掘削操作が操作者により行われる被掘削操作部を有する掘削操作手段と、前記被掘削操作部に印加された掘削力に応じて、前記掘削操作手段を介して前記操作者に対して人工的な掘削感を付与する掘削感付与手段と、を有する。
本発明の掘削感付与装置によると、掘削操作手段と掘削感付与手段を有することにより、硬性物体に対する臨場感のある人工現実感を与えることができ、口腔外科手術や整形外科手術などにおける骨や歯等の硬性物体の切削や切除のトレーニングシミュレータとして好適である。
【０００９】
本発明の掘削感付与方法は、想定された掘削対象に対する模擬の掘削操作が被掘削操作部に対して操作者により行われる掘削操作工程と、前記掘削操作工程で前記被掘削操作部に印加された掘削力に応じて、前記掘削操作工程を介して前記操作者に対して人工的な掘削感を付与する掘削感付与工程と、を含む。
本発明の掘削感付与方法によると、掘削操作工程と掘削感付与工程を含むことにより、硬性物体に対する臨場感のある人工現実感を与えることができ、口腔外科手術や整形外科手術などにおける骨や歯等の硬性物体の切削や切除のトレーニングを好適に行うことができる。
【００１０】
本発明の掘削感付与プログラムは、操作者により行われる想定された掘削対象に対する模擬の掘削操作を、被掘削操作部を有する掘削操作手段を介して受け付け、前記被掘削操作部に印加された掘削力に応じて、前記掘削操作手段を介して前記操作者に対して人工的な掘削感を付与する、処理をコンピュータに実行させる。
本発明の掘削感付与プログラムによると、硬性物体に対する臨場感のある人工現実感を与えることができ、口腔外科手術や整形外科手術などにおける骨や歯等の硬性物体の切削や切除のトレーニングを好適に行うことができる。
【００１１】
本発明のジョイント構造物は、ボールリテーナと、前記ボールリテーナを押圧しつつ前記ボールリテーナの回動を案内する回動案内部材と、前記ボールリテーナに接続される接続部と、前記回動案内部材により案内された前記ボールリテーナの回動方向と直交する方向に前記ボールリテーナを回動可能にするようにして軸支された軸支部とを有する棒状部材と、を有する。
本発明のジョイント構造物は、ボールリテーナと、回動案内部材と、棒状部材とを有する。ボールリテーナは、回動可能な複数のボールを表面に配置した構造を有しており、ボールリテーナはその表面の複数のボールと回動案内部材との点接触によって支持されている。これにより、ボールリテーナと回動案内部材とが密着し、バックラッシを低減させることによって、滑らかな３軸の回転操作を行うことができ、ガタツキを確実に防止できる。
【００１２】
本発明の技能評価装置は、想定された掘削対象に対する模擬の掘削操作が操作者により行われる被掘削操作部を有する掘削操作手段と、前記被掘削操作部に印加された掘削力に応じて、前記掘削操作手段を介して前記操作者に対して人工的な掘削感を付与する掘削感付与手段と、想定操作者における掘削力の大きさ及び印加方向の少なくともいずれかを予め記憶している基準データと比較して前記操作者の技能を評価する評価部と、を有する。
本発明の技能評価装置によると、掘削操作手段と掘削感付与手段と評価手段とを有することにより、操作者の技能を適正に評価でき、安全かつ確実に技能を習得することができるので、高度な熟練技能を伝承することができる。
【００１３】
本発明の技能評価方法は、想定された掘削対象に対する模擬の掘削操作が被掘削操作部に対して操作者により行われる掘削操作工程と、前記被掘削操作部に印加された掘削力に応じて、前記掘削操作手段を介して前記操作者に対して人工的な掘削感を付与する掘削感付与工程と、想定操作者における掘削力の大きさ及び印加方向の少なくともいずれかを予め記憶している基準データと比較して前記操作者の技能を評価する評価工程と、を含む。
本発明の技能評価方法によると、掘削操作工程と掘削感付与工程と評価工程とを含むことにより、操作者の技能を適正に評価でき、安全かつ確実に技能を習得することができるので、高度な熟練技能を伝承することができる。
【００１４】
本発明の技能評価プログラムは、操作者により行われる想定された掘削対象に対する模擬の掘削操作を、被掘削操作部を有する掘削操作手段を介して受け付け、前記掘削操作手段により前記被掘削操作部に印加された掘削力に応じて、前記掘削操作手段を介して前記操作者に対して人工的な掘削感を付与し、想定操作者における掘削力の大きさ及び印加方向の少なくともいずれかを予め記憶している基準データと比較して前記操作者の技能を評価する処理をコンピュータに実行させる。
本発明の技能評価プログラムによると、操作者の技能を適正に評価でき、安全かつ確実に技能を習得することができるので、高度な熟練技能を伝承することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、硬性物体に対する臨場感のある人工現実感を与えることができる掘削感付与装置、ジョイント構造物、掘削感付与方法、及び掘削感付与プログラムを提供することができる。
また、本発明によると、操作者の技能を適正に評価でき、安全かつ確実に技能を習得することができる技能評価装置、技能評価方法、及び技能評価プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の掘削感付与装置の一例を示す概略斜視図である。
【図２】図２は、本発明の掘削感付与装置のジョイント構造部の一例を示す部分拡大斜視図である。
【図３】図３は、本発明の掘削感付与装置のジョイント構造部の一例を示す部分拡大分解斜視図である。
【図４】図４は、本発明の掘削感付与装置のジョイント構造部に用いるボールリテーナの一例を示す概略図である。
【図５】図５は、掘削感付与装置におけるコンピュータのハードウェア構成の一例を含むブロック図である。
【図６】図６は、掘削感付与装置におけるコンピュータの機能構成の一例を示すブロック図である。
【図７】図７は、アドミタンス制御の一例を示すブロック線図である。
【図８】図８は、掘削感付与装置における制御部が行うアドミタンス制御の詳細な一例を示すブロック線図である。
【図９】図９は、金槌で被掘削操作部に掘削力を加えたときの実験結果を示すグラフである。
【図１０】図１０は、フィードバック（ＦＢ）制御のみで金槌で被掘削操作部に掘削力を加えたときの実験結果を示すグラフである。
【図１１】図１１は、本発明の技能評価装置の一例を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（掘削感付与装置、掘削感付与方法、及び掘削感付与プログラム）
本発明の掘削感付与装置は、掘削操作手段と、掘削感付与手段とを有し、仮想空間表示手段及び支持手段を有することが好ましく、更に必要に応じてその他の手段を有する。
本発明の掘削感付与方法は、掘削操作工程と、掘削感付与工程とを含み、仮想空間表示工程及び支持工程を含むことが好ましく、更に必要に応じてその他の工程を含む。
本発明の掘削感付与プログラムは、操作者により行われる想定された掘削対象に対する模擬の掘削操作を、被掘削操作部を有する掘削操作手段を介して受け付け、前記被掘削操作部に印加された掘削力に応じて、掘削操作手段を介して操作者に対して人工的な掘削感を付与する、処理をコンピュータに実行させる。
【００１８】
本発明の「掘削感付与装置」における掘削操作手段や掘削感付与手段等が行う制御は、本発明の「掘削感付与方法」を実施することと同義であるので、本発明の「掘削感付与装置」の説明を通じて本発明の「掘削感付与方法」の詳細についても明らかにする。また、本発明の「掘削感付与プログラム」は、ハードウェア資源としてのコンピュータ等を用いることにより、本発明の「掘削感付与装置」として実現させることから、本発明の「掘削感付与装置」の説明を通じて本発明の「掘削感付与プログラム」の詳細についても明らかにする。
本発明の掘削感付与方法は、本発明の掘削感付与装置により好適に実施することができ、掘削操作工程は掘削操作手段により行うことができ、掘削感付与工程は掘削感付与手段により行うことができ、仮想空間表示工程は仮想空間表示手段により行うことができ、支持工程は支持手段により行うことができ、その他の工程はその他の手段により行うことができる。
【００１９】
＜掘削操作工程及び掘削操作手段＞
掘削操作工程は、想定された掘削対象に対する模擬の掘削操作が被掘削操作部に対して操作者により行われる工程であり、掘削操作手段により行われる。
【００２０】
＜＜掘削対象＞＞
以下、本発明における模擬の掘削操作の対象物として想定される対象物のことを「掘削対象」と称する。すなわち、以下の記載において「掘削対象に対し掘削力を印加する」ということは、想定された掘削対象に対し模擬の掘削力を印加する操作を意味する。
掘削対象としては、掘削可能な対象物であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
掘削とは、掘削対象に対して強い力を与えて掘削対象を掘ったり、削ったりすることを意味し、打撃や回転体の押し込みなどにより掘削対象を所望の形状に調整することも含む。
掘削対象としては、例えば、骨、歯、石、金属、木材、プラスチック、セラミックス、宝石などが挙げられる。
骨としては、例えば、頭蓋骨、顔面骨、脊椎骨、胸骨、肋骨、肩甲骨、鎖骨、上腕骨、前腕骨、手根骨、中手骨、指骨、骨盤、大腿骨、膝蓋骨、下腿骨、足根骨、中足骨、趾骨などが挙げられる。
歯としては、例えば、乳歯（乳中切歯、乳側切歯、乳犬歯、第一乳臼歯、第二乳臼歯）、永久歯（切歯、犬歯、小臼歯、大臼歯）などが挙げられる。
石としては、例えば、大理石、御影石、花崗岩、砂岩、石灰岩、安山岩、凝灰岩、粘板岩などが挙げられる。
金属としては、例えば、鉄、アルミニウム、銅、金、銀、マグネシウム、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、亜鉛などが挙げられる。
木材としては、例えば、ヒノキ、ベイヒ、ヒバ、ベイヒバ、スギ、ベイスギ、カラマツ、アカマツ、エゾマツ、クリ、ケヤキ、サワラ、マキ、カシ、サクラ、モミ、ツガ、ベイツガなどが挙げられる。
プラスチックとしては、例えば、塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリスチレン、スチレン・アクリロニトリル共重合体、スチレン・ブタジエン・アクリロニトリル共重合体、ポリエチレン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、ポリプロピレン、ポリアセタール、アクリル、ポリメチルメタクリレート、変性アクリル、ポリカーボネートポリアミド、ポリウレタン、ポリブチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミドなどが挙げられる。
セラミックスとしては、例えば、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、窒化アルミ、炭化珪素、チタン酸バリウム、ハイドロキシアパタイト、フェライト、酸化アルミニウム、酸化亜鉛などが挙げられる。
宝石としては、例えば、エメラルド、オパール、水晶、ダイヤモンド、トルコ石、真珠などが挙げられる。
【００２１】
＜＜操作者＞＞
操作者は、掘削対象に対する模擬の掘削操作を被掘削操作部に対して行う者であり、例えば、医学部や歯学部の学生、医者、歯医者、歯科技工士、大工、木材加工職人、石工、彫刻家、金属加工職人、旋盤工、金型職人、宝石加工職人などが挙げられる。
【００２２】
＜＜被掘削操作部＞＞
被掘削操作部は、掘削対象に対する模擬の掘削操作が操作者により行われる箇所であり、例えば、被打撃部や被回動乃至回転部などである。また、掘削対象に応じて大きさ、形状、構造などを適宜選択・交換することができる。
【００２３】
−被打撃部−
被打撃部は、打撃手段により打撃されることにより、掘削力が印加される部分であり、打撃面などが該当する。
打撃とは、掘削対象を強く打つこと、即ち、掘削対象の打撃される面と打撃手段とが強く当たることを意味し、人が実行する場合にかぎられず、機械やロボットが実行する場合も含まれる。
打撃力とは、掘削対象を打撃する力を意味する。
【００２４】
被打撃部の大きさ、形状、及び構造としては、特に制限はなく、掘削対象の大きさ、形状、及び構造に応じて適宜選択することができる。
被打撃部の材質としては、掘削対象を掘削することができれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、金属、樹脂などが挙げられる。
金属としては、例えば、アルミニウム、鉄、銅、ステンレススチール、クロム−ニッケル合金、チタン合金、などが挙げられる。
樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリカーボネート、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）共重合体、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、テフロン（登録商標）などが挙げられる。
【００２５】
被打撃部としては、具体的には、ノミ、骨ノミ、メス、カッター、釘、針等の打撃面が挙げられる。
打撃手段としては、例えば、金槌、骨マレット、ハンマー、斧、人の拳などが挙げられる。
【００２６】
−被回動乃至回転部−
被回動乃至回転部は、押圧されながら回動乃至回転されることにより、押圧力、及び回動力乃至回転力が掘削力として印加される部分である。
押圧されながら回動乃至回転するとは、掘削対象に対して回転体を回動乃至回転しながら押し込むことを意味する。
【００２７】
被回動乃至回転部の大きさ、形状、構造、及び材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
被回動乃至回転部の大きさ、形状、及び構造としては、特に制限はなく、掘削対象の大きさ、形状、及び構造に応じて適宜選択することができる。
被回動乃至回転部の材質としては、掘削対象を掘削することができれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、金属、樹脂などが挙げられる。
金属としては、例えば、アルミニウム、鉄、銅、ステンレススチール、クロム−ニッケル合金、チタン合金、などが挙げられる。
樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリカーボネート、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）共重合体、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、テフロン（登録商標）などが挙げられる。
【００２８】
被回動乃至回転部としては、具体的には、手動又は電動によるドリル、キリ、ネジ、ボルト、フライス、バイト、ヤスリなどが挙げられる。
【００２９】
＜掘削感付与工程及び掘削感付与手段＞
掘削感付与工程は、掘削操作工程により被掘削操作部に印加された掘削力に応じて、掘削操作工程を介して操作者に対して人工的な掘削感を付与する工程であり、掘削感付与手段により実施される。
「人工的な掘削感」とは、力学的なバーチャルリアリティ（ＶＲ）を意味し、実際に掘削対象を掘削するのではないが、掘削する動作に近い臨場感を与えることを意味する。
【００３０】
掘削感付与手段は、ボールリテーナと、回動案内部材と、棒状部材とを有し、検出部及び制御部を有することが好ましく、更に必要に応じてその他の部材を有する。
以下、ボールリテーナと、回動案内部材と、棒状部材と、その他の部材とを合わせてジョイント構造部という。
掘削感付与手段は、ジョイント構造部を有することにより、バックラッシを低減させることができ、滑らかな３軸の回転操作を可能とすると共に、衝撃力に耐えうる高い剛性を備えることができる。ガタツキがないので、硬性物体に対する臨場感のある人工現実感を与えることができる。
【００３１】
−ボールリテーナ−
ボールリテーナは、掘削操作手段における被掘削操作部と接続される。
ボールリテーナと被掘削操作部との接続方法としては、特に制限はなく、被掘削操作部に応じて適宜選択することができる。
ボールリテーナは、回動可能な複数のボールを表面に配置した構造を有しており、ボールリテーナはその表面の複数のボールと回動案内部材との点接触によって支持されている。これにより、ボールリテーナと回動案内部材とが密着し、バックラッシを低減させることによって、ガタツキのない滑らかな３軸の回転操作を可能とすると共に、衝撃力に耐えうる高い剛性を有している。
また、ボールリテーナを採用したことにより、例えば、ボールリテーナを一対の半円形支持板で挟んでいるにもかかわらず、Ｚ軸回転方向の回転抵抗を小さくすることができる。
ボールリテーナとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、市販品を用いることができる。市販品としては、例えば、株式会社ミスミ製のボールリテーナ（型番：ＥＭＢＳ８−２５）などが挙げられる。
【００３２】
−回動案内部材−
回動案内部材は、ボールリテーナを押圧しつつボールリテーナに点乃至線接触しかつボールリテーナの回動を案内する。
回動案内部材は、ボールリテーナを押圧する面を有する一対の部材と、一対の部材がボールリテーナを押圧するように一対の部材を付勢する付勢部材と、を有し、例えば、一対の半円形支持板などが挙げられる。
回動案内部材の大きさ、形状、構造、材質としては、掘削対象の大きさ、形状、及び構造に応じて適宜選択することができる。
回動案内部材の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、金属、樹脂などが挙げられる。
金属としては、例えば、アルミニウム、鉄、銅、ステンレススチール、クロム−ニッケル合金、チタン合金、などが挙げられる。
樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリカーボネート、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）共重合体、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、テフロン（登録商標）などが挙げられる。
【００３３】
−付勢部材−
付勢部材としては、例えば、バネ、ゴム、エラストマー等の弾性体などが挙げられる。
付勢部材としては、具体的には、ボルトと平ワッシャとバネとの組み合わせなどが挙げられる。なお、回動案内部材が弾性材料の場合、回動案内部材が撓むことにより付勢部材を兼ねることもできる。
【００３４】
−棒状部材−
棒状部材は、一端がボールリテーナに接続される接続部であり、他端が、回動案内部材により案内されたボールリテーナの回動方向と直交する方向に棒状部材を回動可能に軸支する軸支部を有する。軸支部としては、例えば、Ｚ方向支持軸などが挙げられる。また、接続部と軸支部は棒状部材の端でなくてもよく、中間部分に存在していてもかまわない。
棒状部材の大きさ、構造、及び材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
棒状部材の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、金属、樹脂などが挙げられる。
金属としては、例えば、アルミニウム、鉄、銅、ステンレススチール、クロム−ニッケル合金、チタン合金、などが挙げられる。
樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリカーボネート、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）共重合体、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、テフロン（登録商標）などが挙げられる。
【００３５】
ジョイント構造部は駆動機構を備えており、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の３回転方向への回動乃至回転が可能である。
Ｘ方向支持軸は、連結されている駆動機構の作動によりジョイント構造部のＸ軸方向への回動乃至回転移動を行う。
Ｙ方向支持軸は、連結されている駆動機構の作動によりジョイント構造部のＹ軸方向への回動乃至回転移動を行う。
Ｚ方向支持軸は、連結されている駆動機構の作動によりジョイント構造部のＺ軸方向への回動乃至回転移動を行う。
駆動機構としては、例えば、サーボモータ、ステッピングモータなどが挙げられる。また、駆動機構と減速器やブレーキを組み合わせて回動乃至回転移動を調整することができる。
ジョイント構造部における各サーボモータ内にはロータリーエンコーダが設けられており、ロータリーエンコーダによりジョイント構造部の回転角度、角速度を計測することができる。
計測されたジョイント構造部の回転角度、角速度は、制御部へ送信される。
【００３６】
＜＜支持手段＞＞
前述したジョイント構造部により、掘削操作手段を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の３回転方向への回動乃至回転可能とした。それに加え、支持手段は、掘削感付与装置の設置面内における、Ｘ方向、及びＸ方向と直交するＹ方向、並びに、設置面と直交するＺ方向の各方向に掘削操作手段を移動可能に支持する。
支持手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、掘削操作手段の直線運動をガイドし、互いに交差するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の３軸に沿って配置される、Ｘ軸リニアガイド、Ｙ軸リニアガイド、Ｚ軸リニアガイドが好適である。
Ｘ軸リニアガイドは、端部に設けられた駆動機構の作動により掘削操作手段におけるジョイント構造部の左右移動を行う。
Ｙ軸リニアガイドは、端部に設けられた駆動機構の作動により掘削操作手段におけるジョイント構造部の前後移動を行う。
Ｚ軸リニアガイドは、端部に設けられた駆動機構の作動により掘削操作手段におけるジョイント構造部の上下移動を行う。
リニアガイドの大きさ、形状、構造、材質などについては、硬性物体に対する臨場感のある人工現実感を与えるのに必要な高い剛性を備えておれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸のリニアガイドとしては、市販品を用いることができ、市販品としては、例えば、ＬＭガイドアクチュエータ（ＴＨＫ株式会社製、型番：ＳＫＲ４６）などが挙げられる。
駆動機構としては、例えば、サーボモータ、ステッピングモータなどが挙げられる。また、駆動機構と減速器やブレーキを組み合わせて回動乃至回転移動を調整することができる。
支持手段における各サーボモータ内にはロータリーエンコーダが設けられており、ロータリーエンコーダによりリニアガイドの各軸の移動位置、移動距離を計測することができる。
計測されたリニアガイドの各軸の移動位置や移動距離は、制御部へ送信される。
【００３７】
−検出部−
検出部は、被掘削操作部に印加された掘削力の大きさと印加方向とを検出する。
被掘削操作部に印加された掘削力の大きさの検出には、６軸力覚センサを用いることが好ましい。
６軸力覚センサは、例えば、Ｚ軸リニアガイドに支持アームを介して上下移動可能に搭載されているジョイント構造部の土台と支持アームとの間に設けられており、被掘削操作部に印加された掘削力の大きさを検出する。
６軸力覚センサは、力とトルク(モーメント)の大きさと方向を３次元空間ベクトルで示すセンサである。各軸方向の力成分をＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚで示し、各軸回りに作用するトルク成分をＴｘ、Ｔｙ、Ｔｚで示すセンサである。
６軸力覚センサとしては、市販品を用いることができ、例えば、株式会社レプトリノ製の６軸力覚センサ（型番：０８０ＹＡ５０１）などが挙げられる。
【００３８】
なお、検出部において、被掘削操作部に印加された掘削力の印加方向は、ジョイント構造部のＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向支持軸に連結されているサーボモータ内のロータリーエンコーダで計測した回転角度や角速度と、支持手段であるＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸リニアガイドに設けられているサーボモータ内のロータリーエンコーダで計測したリニアガイドの各軸の移動位置と、から求めてもかまわない。
【００３９】
−制御部−
制御部は、検出部が検出した掘削力の大きさと印加方向とに応じて、掘削力が印加される前の被掘削操作部の位置から、掘削力が印加されたときに所定位置に所定速度で被掘削操作部が移動、回動及び回転の少なくともいずれかをするように制御する。
ここで、所定位置とは、印加された掘削力に応じた被掘削操作部の位置を意味する。所定位置としては、例えば、仮想モデルにおいて、掘削力に応じて算出される仮想状態における位置が好ましい。
仮想モデルとは、例えば、質量、バネ定数、粘性係数、あるいは固有角振動数などの機械的性質を示すパラメータにより掘削対象を表す数理モデルである。機械的性質を示すパラメータの設定により、掘削対象として、例えば、金属、木材、骨、歯、石、プラスチック、セラミックスなどを想定することが可能となる。仮想モデルとしてあらかじめ設定した機械的性質を示すパラメータ、並びに、検出した掘削力の大きさ及び印加方向から、掘削力を印加された後の仮想モデルにおける位置、速度、角度、角速度などの仮想状態を算出することができる。
所定速度とは、印加された掘削力に応じた被掘削操作部の移動速度、回動速度及び回転速度の少なくともいずれかの速度を意味する。所定速度としては、例えば、仮想モデルにおいて、検出した掘削力の大きさ及び印加方向に応じて算出される仮想状態における速度が好ましい。
【００４０】
制御部による制御は、フィードバック制御とフィードフォワード制御との組合せにより行われることが好ましい。これにより、制御部は、フィードフォワード制御により、掘削力に応じた掘削感を素早く被掘削操作部に付与するように駆動させ、高い応答性を実現できるとともに、フィードバック制御により、掘削力に応じた掘削感を正確に被掘削操作部に付与するように駆動できる。
【００４１】
制御部は、掘削操作手段により掘削対象に単回乃至複数回印加された掘削力の大きさの累積が設定値を超えると、超えるまでの所定速度よりも大きな速度で被掘削操作部を移動、回動、回転させることが好ましい。なお、掘削力の大きさとは、検出した掘削力の力積を意味する。制御部は、掘削力の大きさの累積が設定値を超えるまでは掘削力を印加した直後の掘削対象の所定速度を低くする（所定速度ゼロも含む）ことにより、掘削対象が硬いという感覚を操作者に得させることができる。また、制御部は、掘削力の大きさの累積が設定値を超えた場合には、所定速度よりも大きな速度で被掘削操作部を移動させることにより、掘削対象が削れたり貫通したりしてノミ等が抜けるという感覚を操作者に得させることができる。所定速度よりも大きな速度で被掘削操作部を移動させるために、制御部は、仮想モデルに設定する機械的性質を示すパラメータを切り替えることが好ましい。制御部は、掘削力の大きさの累積が設定値を超えていないと判定した場合には、機械的性質を示すパラメータをあらかじめ設定されたままにしておく。そして、掘削力の大きさの累積が設定値を超えたと判定した場合には、制御部は、機械的性質を示すパラメータのうち、質量及び固有角振動数がほぼ０であるパラメータに切り替えることにより、操作者が被掘削操作部をほぼ自在に動かせることができるため、掘削対象が削れたり貫通したりしてノミ等が抜けるという感覚を操作者に得させることができる。
【００４２】
制御部が行う各種処理は、制御部を有するコンピュータにより実行される。
コンピュータとしては、記憶、演算、制御などの装置を備えた機器であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、パーソナルコンピュータなどが挙げられる。
【００４３】
＜＜仮想空間表示手段＞＞
仮想空間表示手段は、少なくとも掘削対象を仮想空間上に表示する。また、仮想空間表示手段は、掘削対象の手前に被掘削操作部を表示するようにしてもよい。仮想空間表示手段を備えることにより、視覚的なバーチャルリアリティ（ＶＲ）を実現でき、掘削感付与装置により付与される掘削感の臨場感を更に高めることができる。
仮想空間表示手段としては、例えば、モニター、プロジェクター、ＶＲゴーグル、ヘッドマウントディスプレイなどが挙げられる。
【００４４】
＜その他の工程及びその他の手段＞
その他の工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、記録工程、表示工程などが挙げられる。
その他の手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、記録手段、表示手段などが挙げられる。
【００４５】
（ジョイント構造物）
本発明のジョイント構造物は、ボールリテーナと、回動案内部材と、棒状部材と、を有し、更に必要に応じてその他の部材を有する。
回動案内部材は、ボールリテーナを押圧する面を有する一対の部材と、一対の部材が前記ボールリテーナを押圧するように一対の部材を付勢する付勢部材と、を有する。
ジョイント構造物におけるボールリテーナ、回動案内部材、棒状部材、及び付勢部材は、いずれも、本発明の掘削感付与装置のジョイント構造部と同様である。
【００４６】
本発明のジョイント構造物は、通常、スライドレール等の軸の摺動などに用いられるボールリテーナを回動乃至回転動作に用いている。
ジョイント構造物においてボールリテーナは、このボールリテーナの表面の複数のボールと回動案内部材としての一対の半円形支持板との点接触によって支持されている。
一対の半円形支持板の間に配置する凸型部材の突出幅はボールリテーナの外径よりも小さく構成されている。一対の半円形支持板の外側から付勢部材によりボールリテーナを挟んだ状態で固定する。付勢部材の押圧力により一対の半円形支持板でボールリテーナを外側から押さえ付けても、一対の半円形支持板の間に配置した凸型部材によりボールリテーナが摺動する隙間は確保できる。そして、ボールリテーナはその表面の複数のボールにより半円形支持板と点接触しているので、ボールリテーナに接続している操作端を滑らかに動かすことができ、ガタツキを確実に防止できる。
【００４７】
ジョイント構造物は、上記特徴を備えており、本発明の掘削感付与装置のジョイント構造部として好適に用いられが、これ以外にも円滑な回動乃至回転動作が必要な各種装置に幅広く用いることができ、例えば、操縦杆、各種操作レバー、コンピュータの入力装置、ゲームのコントローラとしてのジョイスティックなどが挙げられる。
【００４８】
（技能評価装置、技能評価方法、及び技能評価プログラム）
本発明の技能評価装置は、掘削操作手段と、掘削感付与手段と、評価手段とを有し、更に必要に応じてその他の手段を有する。
本発明の掘削感付与方法は、掘削操作工程と、掘削感付与工程と、評価工程とを含み、更に必要に応じてその他の工程を含む。
本発明の技能評価プログラムは、操作者により行われる想定された掘削対象に対する模擬の掘削操作を、被掘削操作部を有する掘削操作手段を介して受け付け、被掘削操作部に印加された掘削力に応じて、掘削操作手段を介して操作者に対して人工的な掘削感を付与し、
想定操作者における掘削力の大きさ及び印加方向の少なくともいずれかを予め記憶している基準データと比較して操作者の技能を評価する、処理をコンピュータに実行させる。
【００４９】
本発明の「技能評価装置」における掘削操作手段、掘削感付与手段や評価手段等が行う制御は、本発明の「技能評価方法」を実施することと同義であるので、本発明の「技能評価装置」の説明を通じて本発明の「技能評価方法」の詳細についても明らかにする。また、本発明の「技能評価プログラム」は、ハードウェア資源としてのコンピュータ等を用いることにより、本発明の「技能評価装置」として実現させることから、本発明の「技能評価装置」の説明を通じて本発明の「技能評価プログラム」の詳細についても明らかにする。
本発明の技能評価方法は、本発明の技能評価装置により好適に実施することができ、掘削操作工程は掘削操作手段により行うことができ、掘削感付与工程は掘削感付与手段により行うことができ、評価工程は評価手段により行うことができ、その他の工程はその他の手段により行うことができる。
【００５０】
ところで、熟練技能とは、「繰り返しの訓練を通して体で覚える」とか、「先人のやり方を見て覚える」とか、「失敗の繰り返しの中から微妙な感覚を体得する」とかいう中で伝承されてきたものであり、いわゆる「解説しにくい勘所」、「変化に適切に対応する技量」というような、熟練技能者自身でも教示すべき内容を正確に把握しきれていない難しい微妙な項目である場合が多い。
また、「達人」や「職人」などと称される熟練技能者の価値は、予め決められている定型作業においてではなく、新しい事態、あるいは予期せぬ事態への対応において真価が発揮されるものであり、予め決められている定型作業に対しての動作パターンを単に作業仕様に関連付けて抽出するだけでは本当の意味での熟練技能の所在を評価することはできない。
そこで、本発明の技能評価装置及び技能評価方法は、掘削操作手段と掘削感付与手段と評価手段とを有することにより、いわゆる熟練技能といわれる高度かつ微妙な技能の勘所の習得を図るために、操作者の技能を的確に評価することができる。
【００５１】
本発明の「技能評価装置」は、評価手段を有する以外は、本発明の「掘削感付与装置」と同様の手段を有している。本発明の「技能評価方法」は、評価工程を含む以外は、本発明の「掘削感付与方法」と同様の工程を含んでいる。
【００５２】
＜評価工程及び評価手段＞
評価工程は、想定操作者における掘削力の大きさ及び印加方向の少なくともいずれかを予め記憶している基準データと比較して操作者の技能を評価する工程であり、評価手段により実施される。
【００５３】
−想定操作者−
想定操作者とは、技能の評価を行う際の基準となる技術分野における熟練者を意味し、分野に応じて適宜選定することができる。
熟練者としては、例えば、高度な熟練技能を有する整形外科医者、高度な熟練技能を有する口腔外科医者、高度な熟練技能を有する職人などが挙げられる。
【００５４】
−基準データ−
基準データは、技能の評価を行う際の基準となるデータである。基準データとしては、例えば、熟練者の掘削動作における掘削力の大きさ及び印加方向の時系列データなどが挙げられる。
なお、熟練技能者から得られた基準データからデータベースを構築し、このデータベースのデータを作業仕様に合わせてロボットに教示することもできる。
【００５５】
−評価方法−
評価方法としては、例えば、基準データと操作者の掘削力の大きさ及び印加方向のデータとの差の平均値、標準偏差を求める方法、時系列の基準データと操作者の掘削力の大きさ及び印加方向のデータとの相関を求める方法、時系列の基準データから外れた操作者のエラーの数の累積値を求める方法、などが挙げられる。
【００５６】
＜第１の実施形態＞
ここで、本発明の掘削感付与装置の第１の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本発明の第１の実施形態の掘削感付与装置は、ジョイント構造物として本発明のジョイント構造物を用いており、本発明のジョイント構造物は本発明の掘削感付与装置に含まれるため、以下の本発明の掘削感付与装置の実施形態の説明を通じて、本発明のジョイント構造物の実施形態についても説明する。
なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。また、下記構成部材の数、位置、形状等は本実施形態に限定されず、本発明を実施する上で好ましい数、位置、形状等にすることができる。
【００５７】
図１は、本発明の掘削感付与装置の一例を示す概略斜視図である。図２は、掘削感付与装置のジョイント構造部の部分拡大斜視図である。この図１の掘削感付与装置１００は、被掘削操作部としての骨ノミに見立てた操作端１と、支持手段としてのＸ軸リニアガイド２、Ｙ軸リニアガイド３、Ｚ軸リニアガイド４と、検出部としての６軸力覚センサ６と、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸リニアガイドの駆動機構としてのＸ軸サーボモータ７、Ｙ軸サーボモータ８、Ｚ軸サーボモータ９と、ジョイント構造部５０の駆動機構としてのＸ軸回転方向サーボモータ１５、Ｙ軸回転方向サーボモータ１６、及びＺ軸回転方向サーボモータ１７と、制御部１１とを有する。なお、図１中１０はＸ軸補助ガイド、１２は基台である。
【００５８】
操作端１には、操作者の打撃による打撃力が与えられる。１ａは被打撃部としての打撃面である。打撃は金槌を用いて行われる。
操作端１へ操作者の金槌による打撃操作により大きな衝撃力が加わることを考慮して、掘削感付与装置１００は、高い剛性及び強度を有する構造を備えている。また、操作端１を自在に操作できるように前後方向、上下方向、及び左右方向への移動を可能とすることが求められる。そこで、掘削感付与装置１００は、図１に示すように、支持手段としてＸ軸方向の直線移動をガイドするＸ軸リニアガイド２と、Ｙ軸方向の直線移動をガイドするＹ軸リニアガイド３と、Ｚ軸方向の直線移動をガイドするＺ軸リニアガイド４とを有することにより、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の３方向への並進移動が可能となる。このようなリニアガイドを用いた構造は高い強度、剛性を有しているため、並進移動に対する大きな荷重負荷や衝撃に十分に耐えることができる。したがって、掘削感付与装置１００は、硬性物体に対する臨場感のある人工現実感を与えることができる。
【００５９】
支持手段としてのＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸リニアガイド２、３、４は、駆動機構としてのＸ軸サーボモータ７、Ｙ軸サーボモータ８、及びＺ軸サーボモータ９の作動により所望の方向に移動可能である。本実施形態では、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸リニアガイドとして、ＬＭガイドアクチュエータ（ＴＨＫ株式会社製、型番：ＳＫＲ４６）を用いている。
Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸のサーボモータ７、８、９にはロータリーエンコーダが設けられており、ロータリーエンコーダにより各リニアガイドの各軸の移動位置や移動距離を計測する。
計測されたリニアガイドの各軸の移動位置や移動距離は、制御部１１へ送信される。
【００６０】
ジョイント構造部１０は、ボールリテーナ１４と、回動案内部材としての一対の半円形支持板１３、１３と、棒状部材としてのＺ方向支持軸２０とを有する。
ジョイント構造部５０は、Ｚ軸リニアガイド４に支持アーム３３を介して上下移動可能に搭載されており、ジョイント構造部５０の基盤２２と支持アーム３３との間に６軸力覚センサ６が設置されている。本実施形態では、６軸力覚センサ６として、株式会社レプトリノ製の６軸力覚センサ（型番：０８０ＹＡ５０１）を用いている。
６軸力覚センサ６により掘削力や掘削力の印加方向を検出することができ、定格荷重５００（Ｎ）、定格モーメント２０（Ｎｍ）までの計測が可能である。
【００６１】
図２に示すように、Ｘ方向支持軸１８は、一対の半円形支持板１３、１３と、棒状部材としてのＺ方向支持軸２０を介して連結されているサーボモータ１５の作動によりジョイント構造部５０のＸ軸方向への回動乃至回転移動を行う。なお、図２中３１はモータカバー、３２はベアリングホルダーである。
Ｙ方向支持軸１９は、連結されているサーボモータ１６の作動によりジョイント構造部５０のＹ軸方向への回動乃至回転移動を行う。
Ｚ方向支持軸２０は、連結されているサーボモータ１７の作動によりジョイント構造部５０のＺ軸方向への回動乃至回転移動を行う。
各サーボモータ１５、１６、１７内にはロータリーエンコーダが設けられており、ロータリーエンコーダによりジョイント構造部５０の回転角度や角速度を計測することができる。
計測されたジョイント構造部５０の回転角度や角速度は、制御部１１へ送信され、検出部における被掘削操作部に印加された掘削力の回転方向及び回動方向の角度や角速度を検出するのに用いられる。
【００６２】
ジョイント構造部５０は、図３に示すように、ボールリテーナ１４を一対の半円形支持板１３、１３の間で支持する構造を備えている。
ボールリテーナ１４は、図４に示すような、回動可能な複数のボール３４を表面に配置した構造を有している。本実施形態では、株式会社ミスミ製のボールリテーナ（型番：ＥＭＢＳ８−２５）を用いている。
ボールリテーナ１４は、ボールリテーナの表面の複数のボール３４と一対の半円形支持板１３、１３との点接触によって支持されている。
一対の半円形支持板１３、１３の間に配置する凸型部材２４、２４の突出幅はボールリテーナ１４の外径よりも小さく構成されている。一対の半円形支持板１３、１３の外側からバネ２５を介してボルト２６でボールリテーナ１４を挟んだ状態で固定する。バネ２５の押圧力により一対の半円形支持板１３、１３でボールリテーナ１４を外側から押さえ付けても、一対の半円形支持板１３、１３の間に配置した凸型部材２４によりボールリテーナ１４が摺動する隙間は確保できる。そして、ボールリテーナ１４はその表面の複数のボール３４により半円形支持板１３、１３と点接触しているので、ボールリテーナ１４に接続している操作端１を滑らかに動かすことができ、ガタツキを確実に防止できる。
【００６３】
支持手段としてのＸ軸リニアガイド２、Ｙ軸リニアガイド３、及びＺ軸リニアガイド４の各リニアガイドに設けられているサーボモータ内のロータリーエンコーダ、ジョイント構造部５０のＸ方向支持軸１９、Ｙ方向支持軸２０、及びＺ方向支持軸２１に連結されているサーボモータ内のロータリーエンコーダ、並びに６軸力覚センサ６により得られた各種信号は、制御部１１により処理される。
以下では、本実施形態で用いるコンピュータについて説明する。
【００６４】
図５は、掘削感付与装置におけるコンピュータのハードウェア構成を含むブロック図である。図５に示すように、コンピュータ７０は、駆動機構６０と、ヘッドマウントディスプレイ９０とに通信可能に接続されている。また、コンピュータ７０は以下の各部を有する。各部は、バス７７を介してそれぞれ接続されている。
【００６５】
ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）７１は、プロセッサの一種であり、種々の制御や演算を行う処理装置である。
ＣＰＵ７１は、補助記憶装置７３などが記憶するＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）やプログラムを実行することにより、種々の機能を実現する。すなわち、ＣＰＵ７１は、本実施態様では、掘削感付与プログラムを実行することにより、後述する制御部８２として機能する。
【００６６】
掘削感付与プログラムは、必ずしも最初から補助記憶装置７３などに記憶されていなくともよい。掘削感付与プログラムは、例えば、インターネットなどを介して掘削感付与装置１００に通信可能に接続されている他の情報処理装置などに掘削感付与プログラムを格納させ、掘削感付与装置１００がこれらから掘削感付与プログラムを取得して実行してもよい。また、掘削感付与プログラムは、例えば、コンピュータ読取り可能な記録媒体に格納され、掘削感付与装置１００がこの記録媒体から掘削感付与プログラムを取得して実行してもよい。記録媒体としては、例えば、可搬型記録媒体、半導体メモリ、ハードディスクなどが挙げられる。可搬型記録媒体としては、例えば、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）−ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）メモリなどが挙げられる。半導体メモリとしては、例えば、フラッシュメモリなどが挙げられる。
【００６７】
また、ＣＰＵ７１は、掘削感付与装置１００全体の動作を制御するために用いられる。なお、本実施態様では、掘削感付与装置１００全体の動作を制御する装置をＣＰＵ７１としたが、これに限ることなく、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）などとしてもよい。これらは、１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００６８】
主記憶装置７２は、各種プログラムを記憶し、また各種プログラムを実行するために必要なデータなどを記憶する。
主記憶装置７２は、図示しない、ＲＯＭと、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、を有する。
ＲＯＭは、ＢＩＯＳ（Ｂａｓｉｃ  Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）等の各種プログラムなどを記憶している。
ＲＡＭは、各種プログラムがＣＰＵ７１により実行される際に展開される作業範囲などとして機能する。ＲＡＭとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。ＲＡＭとしては、例えば、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）などが挙げられる。
【００６９】
補助記憶装置７３は、本実施態様では、ハードディスクドライブ（「ＨＤＤ」と称することもある）である。
なお、補助記憶装置７３としては、各種情報を記憶できれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ソリッドステートドライブ、磁気テープなどが挙げられる。また、他の補助記憶装置７３としては、例えば、ＣＤドライブ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）ドライブなどの可搬記憶装置などが挙げられる。これらは、１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００７０】
通信インターフェイス７４は、本実施態様では、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）ボードである。
なお、通信インターフェイス７４としては、特に制限はなく、適宜公知のものを用いることができ、例えば、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）ポート等の有線を用いた通信デバイス、無線を用いた通信デバイスなどが挙げられる。また、通信インターフェイス７４は、インターネットなどに接続されていてもよい。
【００７１】
入力装置７５は、本実施態様では、キーボード及びマウスである。
なお、入力装置７５としては、掘削感付与装置１００に対する各種要求を受け付けることができれば特に制限はなく、適宜公知のものを用いることができ、例えば、タッチパネルなどが挙げられる。これらは、１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００７２】
出力装置７６は、本実施態様では、液晶ディスプレイである。
なお、出力装置７６としては、特に制限はなく、適宜公知のものを用いることができ、例えば、他のディスプレイ、スピーカーなどが挙げられる。これらは、１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００７３】
仮想空間表示装置としてのヘッドマウントディスプレイ９０は、操作端１と掘削対象としての骨を仮想空間上に表示する。
【００７４】
図６は、掘削感付与装置におけるコンピュータ７０の機能構成を示すブロック図である。図６に示すように、掘削感付与装置１００は、通信部８１と、制御部８２と、記憶部８３と、入力部８４と、出力部８５と、を有する。
【００７５】
通信部８１には、通信インターフェイス７４により、６軸力覚センサ６からセンサ出力信号が入力されるとともに、各ロータリーエンコーダから検出信号が入力される。通信部８１は、センサ出力信号及び検出信号に基づいた指令信号としての電流指令値を各サーボモータにそれぞれ出力する。
【００７６】
制御部８２は、センサ出力信号及び検出信号により算出した掘削力を入力とし、図７に示すアドミタンス制御のブロック線図のように、フィードフォワード制御及びフィードバック制御により得た電流指令Ｉｄを駆動機構６０に出力する。これにより、制御部８２は、電流指令Ｉｄに基づいて各サーボモータを駆動させて力覚としての駆動力を操作端１に伝達できるため、掘削力に応じた力覚を操作者に提示することができる。
【００７７】
図７は、制御部８２が行うアドミタンス制御のブロック線図を示す。図７に示すように、制御部８２は、フィードバック制御器と、フィードフォワード制御器と、仮想モデルと、駆動機構６０と、を備える。
制御部８２は、掘削力が印加された後の仮想モデルの位置と当該掘削力が印加される前の駆動機構６０の位置との差分をフィードバック制御器に入力する。これにより、掘削対象を駆動させる駆動機構６０は、掘削力が印加された後の仮想モデルの位置に応じて精度よく制御することができる。
さらに、制御部８２は、フィードフォワード制御器とフィードバック制御器との組合せとすることにより、フィードバック制御器のみを備えている場合よりも駆動機構６０の初期の駆動速度を速くすることができる。このため、掘削感付与装置１００は、印加された掘削力に対し高い応答性を得ることができる。
なお、本実施形態では掘削対象を骨と想定し、仮想モデルの質量、粘性抵抗、及びバネ定数のパラメータを比較的大きく設定すると、制御部８２は、操作端１に大きな掘削力を与えても仮想モデルの質量が大きい設定であるため仮想モデルの移動が微小となり、仮想モデルの仮想状態に応じて制御される操作端１の移動も微小となる。なお、例えば、掘削対象を臓器などと想定し、仮想モデルの質量、粘性抵抗、及びバネ定数のパラメータを比較的小さく設定すると、制御部８２は、操作端１に僅かな掘削力を印加されても仮想モデルが移動し、操作端１も移動する。このように、掘削感付与装置は、仮想モデルのパラメータの設定により、掘削対象が所望の材質に近いような力覚を操作者に提示することができる。
【００７８】
図８は、制御部８２が行うアドミタンス制御の詳細なブロック線図を示す。なお、本実施形態では、駆動機構６０の各サーボモータは電流制御系である。このときの駆動機構６０の運動は、次式のように表現される。
【００７９】
【数１】
2019136437.tif 000003
ここで、ｍｄは駆動機構６０の質量（ｋｇ）、ｃｄは等価粘性係数（Ｎｓ／ｍ）、ＫＴは電流・力変換係数（Ｎ／Ａ）、ｘｄは駆動機構６０の搬送距離（ｍ）、Ｉｄは電流指令値（Ａ）を示す。
また、式（１）を標準化すると次式となる。
【００８０】
【数２】
2019136437.tif 000004
ここで、ωｄは折点角周波数（ｒａｄ／ｓ）、Ｋはゲイン定数（ｍ／ｓ／Ａ）を示す。ωｄとＫは同定実験により得られ、ωｄ＝１０ｒａｄ／ｓ、Ｋ＝０．０５ｍ／ｓ／Ａが得られた。
そして、仮想モデルでは、６軸力覚センサ６により計測される掘削トルクＴｎ（Ｎｍ）から、回転機構のハンドル長さＬ０（ｍ）を除することで掘削力Ｆ（Ｎ）が算出される。掘削力Ｆ（Ｎ）から操作端の仮想位置ｘｖ（ｍ）の関係を次式に示す。
【００８１】
【数３】
2019136437.tif 000005
ここで、仮想的な質量をｍｖ（ｋｇ）、粘性係数をｃｖ（Ｎｓ／ｍ）、バネ定数をｋｖ（Ｎ／ｍ）とする。
【００８２】
また、式（３）を標準化すると式（４）となる。
【数４】
2019136437.tif 000006
【００８３】
ここで、固有角振動数をωｖ（ｒａｄ／ｓ）、減衰比をζとする。式（４）におけるパラメータｍｖ、ωｖ、ζを設定することにより、掘削対象の様々な感覚の創出を可能とする。本実施形態では、振動させず高い応答性を得る目的でζ＝１とする。掘削力を印加したときに硬いと感じる感覚の創出では、パラメータのｍｖ、ωｖを大きく与え、抵抗の大きい弾性体を作り出すことで、掘削力Ｆ（Ｎ）が入力された際に、変位を生じさせず硬いと感じさせることができる。その値は、表１上段に示すとおりであり、パラメータを徐々に増加させていき、十分硬いと感じ、それ以上大きくしても変化が見込まれないと判断した値である。
制御部８２は、掘削対象が削れた際にノミが抜ける様な感覚を創出するために、以下のように制御する。まず、制御部８２は、掘削力Ｆ（Ｎ）を蓄積し、式（５）のように、掘削対象の現在の状態ｒ（ｋ）を一つ前の状態ｒ（ｋ−１）と力積を加算していく。次に、加算した力積の値が設定値を超えた際に、表１上段に示したパラメータから、表１下段に示すような、人間が手を自然に動かした状態に近いと感じたときの各パラメータに瞬間的に切り替えるようにする。これにより、掘削感付与装置１００は、掘削対象が削れた際にノミが抜ける様な感覚を創出することができる。なお、表１下段に示したパラメータは、切り替えた後に台車に過剰な挙動がないよう、バネ定数ｋｖは０としていない。
【００８４】
【数５】
2019136437.tif 000007
【００８５】
【表１】
2019136437.tif 000008
【００８６】
ここで、離散時間をｋ、サンプリング時間をΔｔ、参照係数をαとする。ｒ（ｋ）に所定の設定値を設け、設定値を超えた際にパラメータが切り替わる。
フィードフォワード制御器では、駆動機構６０を仮想モデルの仮想状態に応じて制御するように、次式のようにする。
【００８７】
【数６】
2019136437.tif 000009
ここで、Ｐｄ−１は式（２）に示す駆動機構６０の逆モデルを示し、Ｐｄは式（４）に示す仮想モデルであり、Ｌはローパスフィルタを表す。ローパスフィルタは高周波帯域でのノイズを増幅させないように設置されるもので、次式が得られる。
【００８８】
【数７】
2019136437.tif 000010
ここで、ωｆ（ｒａｄ／ｓ）はローパスフィルタの折点角周波数である。本実施形態ではωｆ＝６０ｒａｄ／ｓであった。
そして、フィードバック制御器は、駆動機構６０からの出力と仮想モデルからの出力の偏差を補償するために設置される。本実施形態ではフィードバック制御器をＰＤ制御とする。ＰＤ制御器を次式に示す。
【００８９】
【数８】
2019136437.tif 000011
ここで、ＫＰは比例ゲインであり、ＫＤは微分ゲインを示す。本発明では、ＫＰ及びＫＤの決定は、仮想モデルからの出力ｘｖから駆動機構６０からの出力ｘｄまでの伝達特性を基づいて、極配置法により求める。本実施形態ではＫＰ＝８００、ＫＤ＝６０が求められた。
【００９０】
図９は、金槌で操作端１に掘削力を加えたときの実験結果を示す。掘削力Ｆを断続的に印加すると、パラメータ変化前では変位は非常に小さく、硬い感覚を創出していることが確認される。ｒ（ｋ）の値は徐々に増加し、設定値を超えた際に台車が瞬間的に移動することで、物体が削れた際のノミが抜けるような感覚が創出される。このパラメータ変化は、ｒ（ｋ）の設定値に依存しているため、この設定値を操作しパラメータ変化時期を調節することで、切削材料の板厚の想定も可能とする。また、ノミの抜ける際に発生する加速度は４．５５ｍ／ｓ２と、操作者に違和感を与えない高い加速度が生成されていることが確認される。即ち、これにより、掘削感付与装置は、掘削対象の質量が大きい場合にも、高い応答性を発揮できることが確認される。
【００９１】
図１０は、図９においてフィードフォワード制御を行わず、フィードバック制御だけにより金槌で操作端１に掘削力を加えたときの実験結果を示す。その結果、ノミの抜ける際に発生する加速度は１．５ｍ／ｓ２であり、図９の加速度４．５５ｍ／ｓ２に比べて小さい加速度となった。この結果から、掘削感付与装置１００がフィードフォワード制御器を備えていないと、備えている場合と比べて駆動機構６０の初期の駆動速度が遅くなるため、印加された掘削力に対し高い応答性が得えられないことが確認された。換言すると、掘削感付与装置１００ではフィードフォワード制御を行わないと、臨場感のあるノミが抜けるような感覚を操作者が十分に得られないことが確認された。
【００９２】
＜第２の実施形態＞
ここで、第２の実施形態の技能評価装置について、図面を参照して詳細に説明する。
本発明の第２の実施形態の技能評価装置は、ジョイント構造物として本発明のジョイント構造物を用いており、本発明のジョイント構造物は本発明の技能評価装置に含まれる。
【００９３】
図１１は、本発明の第２の実施形態の技能評価装置３００の一例を示す概略斜視図である。この図１１の技能評価装置３００は、評価手段３１０を有する以外は、図１の掘削感付与装置１００と同じ構成を有するので、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。また、下記構成部材の数、位置、形状等は本実施形態に限定されず、本発明を実施する上で好ましい数、位置、形状等にすることができる。
【００９４】
評価手段３１０は、想定操作者における掘削力の大きさ及び印加方向の少なくともいずれかを予め記憶している基準データと比較して操作者の技能を評価する手段である。
本実施形態では、想定操作者として熟練者の掘削力の大きさ及び印加方向の少なくともいずれかを予め記憶しておき基準データとし、この基準データに基づき、操作者の技能を評価する。
評価方法としては、例えば、基準データの操作者のデータとの差の平均値、標準偏差を求める方法、時系列の基準データとの相関を求める方法、時系列の基準データから外れたエラーの数の累積値を求める方法、などが挙げられる。
【００９５】
なお、本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態では、操作者が被掘削操作部として操作端１に金槌で掘削力を加えたが、これに限ることなく、操作者が被掘削操作部としての被回動乃至回転部に回動乃至回転時における押圧力を印加することにより、操作者に対しドリルなどによる掘削操作の人工現実感を与えることも可能である。
【００９６】
本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
＜１＞  想定された掘削対象に対する模擬の掘削操作が操作者により行われる被掘削操作部を有する掘削操作手段と、
前記被掘削操作部に印加された掘削力に応じて、前記掘削操作手段を介して前記操作者に対して人工的な掘削感を付与する掘削感付与手段と、
を有することを特徴とする掘削感付与装置である。
＜２＞  前記被掘削操作部が、打撃手段により打撃されることにより、前記掘削力が印加される被打撃部である前記＜１＞に記載の掘削感付与装置である。
＜３＞  前記被掘削操作部が、押圧されながら回動乃至回転されることにより、押圧力、及び回動力乃至回転力が前記掘削力として印加される被回動乃至回転部である前記＜１＞に記載の掘削感付与装置である。
＜４＞  前記掘削感付与手段が、
前記被掘削操作部と接続されたボールリテーナと、
前記ボールリテーナを押圧しつつ前記ボールリテーナの回動を案内する回動案内部材と、
棒状部材であって、前記ボールリテーナに接続される接続部と、前記回動案内部材により案内された前記ボールリテーナの回動方向と直交する方向に前記棒状部材を回動可能に軸支する軸支部とを有する棒状部材と、
を有する前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の掘削感付与装置である。
＜５＞  前記回動案内部材が、
前記ボールリテーナを押圧する面を有する一対の部材と、
前記一対の部材が前記ボールリテーナを押圧するように前記一対の部材を付勢する付勢部材と、
を有する前記＜４＞に記載の掘削感付与装置である。
＜６＞  前記掘削感付与手段が、前記被掘削操作部に印加された掘削力の大きさと印加方向とを検出する検出部を有する前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の掘削感付与装置である。
＜７＞  前記検出部が、６軸力覚センサである前記＜６＞に記載の掘削感付与装置である。
＜８＞  前記検出部が検出した掘削力の大きさと印加方向とに応じて、
前記掘削力が印加される前の前記被掘削操作部の位置から、
前記掘削力が印加されたときに所定位置に所定速度で前記被掘削操作部が移動するように制御する制御部を有する前記＜６＞から＜７＞のいずれかに記載の掘削感付与装置である。
＜９＞  前記制御部による制御が、フィードバック制御とフィードフォワード制御との組合せにより行われる前記＜８＞に記載の掘削感付与装置である。
＜１０＞  前記制御部が、
前記被掘削操作部に単回乃至複数回印加された前記掘削力の大きさの累積が設定値を超えると、
前記設定値を超えるまでの間における前記被掘削操作部を移動させる所定速度よりも速い速度で前記被掘削操作部を移動させる、前記＜８＞から＜９＞のいずれかに記載の掘削感付与装置である。
＜１１＞  仮想空間表示手段を更に有し、
前記仮想空間表示手段が、少なくとも前記想定された掘削対象を仮想空間上に表示する前記＜１＞から＜１０＞のいずれかに記載の掘削感付与装置である。
＜１２＞  前記掘削感付与装置の設置面内における、Ｘ方向、及び前記Ｘ方向と直交するＹ方向、並びに、前記設置面と直交するＺ方向の各方向に前記掘削操作手段を移動可能に支持する支持手段を更に有する前記＜１＞から＜１１＞のいずれかに記載の掘削感付与装置である。
＜１３＞  前記支持手段が、リニアガイドである前記＜１２＞に記載の掘削感付与装置である。
＜１４＞  ボールリテーナと、
前記ボールリテーナを押圧しつつ前記ボールリテーナの回動を案内する回動案内部材と、
棒状部材であって、前記ボールリテーナに接続される接続部と、前記回動案内部材により案内された前記ボールリテーナの回動方向と直交する方向に前記棒状部材を回動可能に軸支する軸支部とを有する棒状部材と、
を有することを特徴とするジョイント構造物である。
＜１５＞  前記回動案内部材が、
前記ボールリテーナを押圧する面を有する一対の部材と、
前記一対の部材が前記ボールリテーナを押圧するように前記一対の部材を付勢する付勢部材と、
を有する前記＜１４＞に記載のジョイント構造物である。
＜１６＞  想定された掘削対象に対する模擬の掘削操作が被掘削操作部に対して操作者により行われる掘削操作工程と、
前記掘削操作工程で前記被掘削操作部に印加された掘削力に応じて、前記掘削操作工程を介して前記操作者に対して人工的な掘削感を付与する掘削感付与工程と、
を含むことを特徴とする掘削感付与方法である。
＜１７＞  想定された掘削対象に対する模擬の掘削操作が操作者により行われる被掘削操作部を有する掘削操作手段と、
前記被掘削操作部に印加された掘削力に応じて、前記掘削操作手段を介して前記操作者に対して人工的な掘削感を付与する掘削感付与手段と、
想定操作者における掘削力の大きさ及び印加方向の少なくともいずれかを予め記憶している基準データと比較して前記操作者の技能を評価する評価手段と、
を有することを特徴とする技能評価装置である。
＜１８＞  想定された掘削対象に対する模擬の掘削操作が被掘削操作部に対して操作者により行われる掘削操作工程と、
前記被掘削操作部に印加された掘削力に応じて、前記掘削操作手段を介して前記操作者に対して人工的な掘削感を付与する掘削感付与工程と、
想定操作者における掘削力の大きさ及び印加方向の少なくともいずれかを予め記憶している基準データと比較して前記操作者の技能を評価する評価工程と、
を含むことを特徴とする技能評価方法である。
＜１９＞  操作者により行われる想定された掘削対象に対する模擬の掘削操作を、被掘削操作部を有する掘削操作手段を介して受け付け、
前記被掘削操作部に印加された掘削力に応じて、前記掘削操作手段を介して前記操作者に対して人工的な掘削感を付与する、
処理をコンピュータに実行させることを特徴とする掘削感付与プログラムである。
＜２０＞  操作者により行われる想定された掘削対象に対する模擬の掘削操作を、被掘削操作部を有する掘削操作手段を介して受け付け、
前記被掘削操作部に印加された掘削力に応じて、前記掘削操作手段を介して前記操作者に対して人工的な掘削感を付与し、
想定操作者における掘削力の大きさ及び印加方向の少なくともいずれかを予め記憶している基準データと比較して前記操作者の技能を評価する
処理をコンピュータに実行させることを特徴とする技能評価プログラムである。
【００９７】
前述の＜１＞から＜１３＞のいずれかに記載の掘削感付与装置、前述の＜１４＞から＜１５＞のいずれかに記載のジョイント構造物、前述の＜１６＞に記載の掘削感付与方法、前述の＜１７＞に記載の技能評価装置、前述の＜１８＞に記載の技能評価方法、前述の＜１９＞に記載の掘削感付与プログラム、及び前述の＜２０＞に記載の技能評価プログラムによると、従来における前述の諸問題を解決し、前述の本発明の目的を達成することができる。
【符号の説明】
【００９８】
１      操作端
１ａ      被打撃部（打撃面）
２      Ｘ軸リニアガイド
３      Ｙ軸リニアガイド
４      Ｚ軸リニアガイド
６      ６軸力覚センサ
７      Ｘ軸サーボモータ
８      Ｙ軸サーボモータ
９      Ｚ軸サーボモータ
１０      Ｘ軸補助ガイド
１１      制御部
１２      基台
１４      ボールリテーナ
１５      Ｘ軸回転方向サーボモータ
１６      Ｙ軸回転方向サーボモータ
１７      Ｚ軸回転方向サーボモータ
２２      基盤
３３      支持アーム
５０      ジョイント構造部
６０      駆動機構
７０      コンピュータ
９０      ヘッドマウントディスプレイ
１００      掘削感付与装置
３００      技能評価装置
３１０      評価手段
【図１】
2019136437.tif 000012
【図２】
2019136437.tif 000013
【図３】
2019136437.tif 000014
【図４】
2019136437.tif 000015
【図５】
2019136437.tif 000016
【図６】
2019136437.tif 000017
【図７】
2019136437.tif 000018
【図８】
2019136437.tif 000019
【図９】
2019136437.tif 000020
【図１０】
2019136437.tif 000021
【図１１】
2019136437.tif 000022