(57)【要約】【課題】操作性の優れたマスターアーム入力装置を提供する。【解決手段】  マスターアーム入力装置１１は、複数の自由度に対応した関節軸を有するスレーブマニピュレータ２０を操作するための装置である。マスターアーム入力装置１１は、装置本体１００と、少なくとも１軸以上の関節軸を有し、一端が鉛直な回転軸線を中心に装置本体１００に対して回動自在に支持された水平多関節型リンク機構４０と、水平多関節型リンク機構４０の他端に設けられ、可動部を鉛直な軸線に沿って上下方向に移動可能とする直動機構を有する昇降ガイド１０４と、昇降ガイド１０４を介して、鉛直な軸線に沿って水平多関節型リンク機構４０に対して昇降自在に支持された前記可動部としての昇降リンク１０５と、昇降リンク１０５に設けられた把持部１１０と、を備える。【選択図】図２
2017104964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の自由度に対応した関節軸を有するスレーブマニピュレータを操作するためのマスターアーム入力装置であって、
装置本体と、
少なくとも１軸以上の関節軸を有し、一端が鉛直な回転軸線を中心に前記装置本体に対して回動自在に支持された水平多関節型リンク機構と、
前記水平多関節型リンク機構の他端に設けられ、可動部を鉛直な軸線に沿って上下方向に移動可能とする直動機構を有する昇降ガイドと、
前記昇降ガイドを介して、鉛直な軸線に沿って前記水平多関節型リンク機構に対して昇降自在に支持された前記可動部としての昇降リンクと、
前記昇降リンクに設けられた把持部と、
を備える、マスターアーム入力装置。
【請求項２】
前記水平多関節型リンク機構は、鉛直な回転軸線を中心に前記装置本体に対して回動自在に支持された第１リンクと、鉛直な回転軸線を中心に前記第１リンクに対して回動自在に支持された第２リンクとを備え、
前記昇降リンクは、鉛直な回転軸線を中心に前記第２リンクに対して回動自在に支持される、請求項１に記載のマスターアーム入力装置。
【請求項３】
前記把持部は、前記昇降リンクの先端に設けられ、前記昇降リンクは互いに平行でない３つの回転軸を有し、前記把持部は前記３つの回転軸を介して前記昇降リンクの基部に対して任意姿勢を取り得る、請求項１又は２に記載のマスターアーム入力装置。
【請求項４】
前記把持部は、前記スレーブマニピュレータの先端に設けられたエンドエフェクタの駆動量を直接的に指令するための操作部を備える、請求項１に記載のマスターアーム入力装置。
【請求項５】
前記把持部は、
前記操作部の操作量を検出する操作量検出器と、
前記操作部を駆動するモータとを備える、請求項４に記載のマスターアーム入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスターアーム入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療施設の省人化を図るため、ロボットによる医療処置の研究が行われている。特に、外科分野では、多自由度（多関節）アームを有するマニピュレータによって患者の処置をするマニピュレータシステムについての各種の提案がなされている。一般的には、このようなシステムは、患者の体腔に直接接触するスレーブマニピュレータを、複数の回転軸を備えたマスターアーム入力装置によって遠隔操作できるように構成されている（例えば特許文献１を参照）。最近では、操作性の向上を目的として、複数の回転軸だけでなく、直動軸を備えたマスターアーム入力装置が開発されている（例えば特許文献２及び特許文献３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１３０８００号公報
【特許文献２】特開２００８−１７３７２４号公報
【特許文献３】特開２０１２−１３１０１４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、上記従来のマスターアーム入力装置は、マスターアームの直動機構が装置本体に固定されている構成であったため、入力操作の際に、把持部にマスターアームの重量が直接加わる。このため、操作性には改善の余地があった。
【０００５】
そこで本発明は、操作性の優れたマスターアーム入力装置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】
【０００６】
本発明の一態様に係るマスターアーム入力装置は、複数の自由度に対応した関節軸を有するスレーブマニピュレータを操作するためのマスターアーム入力装置であって、装置本体と、少なくとも１軸以上の関節軸を有し、一端が鉛直な回転軸線を中心に前記装置本体に対して回動自在に支持された水平多関節型リンク機構と、前記水平多関節型リンク機構の他端に設けられ、可動部を鉛直な軸線に沿って上下方向に移動可能とする直動機構を有する昇降ガイドと、前記昇降ガイドを介して、鉛直な軸線に沿って前記水平多関節型リンク機構に対して昇降自在に支持された前記可動部としての昇降リンクと、前記昇降リンクに設けられた把持部と、を備える。
【０００７】
上記構成によれば、昇降リンクが水平多関節型リンク機構の他端に設けられた昇降ガイドを介して昇降自在に支持されているので、昇降ガイドが装置本体に直接取り付けられている構成に比べて、入力操作の際に、把持部にマスターアームの重量が直接加わることはない。これにより、把持部の操作荷重が軽減し、操作性が向上する。
【０００８】
前記水平多関節型リンク機構は、鉛直な回転軸線を中心に前記装置本体に対して回動自在に支持された第１リンクと、鉛直な回転軸線を中心に前記第１リンクに対して回動自在に支持された第２リンクと、前記昇降ガイドは、鉛直な回転軸線を中心に前記第２リンクに対して回動自在に支持されてもよい。
【０００９】
上記構成によれば、３つの関節軸を有する水平多関節型リンク機構の他端に昇降ガイドが設けられるので、垂直多関節型のリンク機構を採用する構成と比べて関節軸を構成するモータ等の部材を小さくすることができる。これにより、操作荷重が軽減し、操作性が向上する。
【００１０】
前記把持部は、前記昇降リンクの先端に設けられ、前記昇降リンクは互いに平行でない３つの回転軸を有し、前記把持部は前記３つの回転軸を介して前記昇降リンクの基部に対して任意姿勢を取り得るように構成されてもよい。
【００１１】
上記構成によれば、操作者は入力操作の際に、昇降リンクの基部に対して把持部の姿勢を自在に変化させることができるので、水平リンク機構や昇降ガイドの重量の影響を受けることがない。これにより、把持部の操作性が向上する。
【００１２】
前記把持部は、前記スレーブマニピュレータの先端に設けられたエンドエフェクタの駆動量を直接的に指令するための操作部を備えてもよい。
【００１３】
上記構成によれば、操作者は、入力操作の際に、スレーブアーム先端に設けられたエンドエフェクタの駆動量（例えばグリッパ（把持器）や鉗子等の術具の開閉量）を直接的に操作することができる。
【００１４】
前記把持部は、前記操作部の操作量を検出する操作量検出器と、前記操作部を駆動するモータとを備えてもよい。
【００１５】
上記構成によれば、位置検出器で検出された操作部の操作量に基づいて、スレーブマニピュレータ先端のエンドエフェクタの駆動（例えば術具の開閉動作）に反映させることができる。一方で、スレーブマニピュレータ先端のエンドエフェクタの移動量や、エンドエフェクタに作用する外力を、操作部のモータの駆動量に反映させることができる。これにより、スレーブマニピュレータで受けた衝撃をマスターアームに振動として伝達することができる。これにより、操作者は、より直観的な操作が可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、操作性の優れたマスターアーム入力装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るマスターアーム入力装置を備えたマスタスレーブマニピュレータシステムの構成を示すブロックダイアグラムである。
【図２】図２は、図１のマスターアーム入力装置の構成を示した斜視図である。
【図３】図３は、図２のマスターアーム入力装置の構成を模式的に示した図である。
【図４】図４は、図２の昇降リンクを拡大して示した斜視図である。
【図５】図５は、図４の把持部を拡大して示した左側面図である。
【図６】図６は、図５の把持部内部の操作部の駆動系を示した左側面図である。
【図７】図７は、マスターアーム入力装置が実際に操作される際の様子を示す把持部の左側面図である。
【図８】図８は、水平多関節型リンク機構を拡大して示した斜視図である。
【図９】図９は、水平多関節型リンク機構の関節の支持構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１９】
［マニピュレータシステム］
図１は、本発明の一実施形態に係るマスターアーム入力装置を備えたマスタスレーブマニピュレータシステム（以下、単にマニピュレータシステムともいう）の全体構成を示すブロックダイアグラムである。図１に示すように、本実施形態に係るマニピュレータシステム１は、マスターマニピュレータ１０と、スレーブマニピュレータ２０と、制御装置３０と、表示装置５０と、カメラ６０と、画像処理部７０と、を備える。
【００２０】
マスターマニピュレータ１０は、マニピュレータシステム１におけるマスタとして機能するものであって、マスターアーム入力装置１１を備える。マスターアーム入力装置１１はスレーブマニピュレータ２０を操作するための装置である。マスターアーム入力装置１１は、操作者（例えば施術者）により操作され、スレーブマニピュレータ２０を操作するための操作信号を生成し、制御装置３０に出力する。
【００２１】
スレーブマニピュレータ２０は、スレーブアーム２１と、エンドエフェクタ２２と、カメラ２３を備える。スレーブアーム２１は、例えばその先端部が６自由度の位置姿勢を有するように構成され、複数台設置される。スレーブアーム２１の先端にはエンドエフェクタ２２が設けられている。エンドエフェクタ２２は例えばグリッパ（把持器）や鉗子等の術具で構成される。術具は患者の体腔内に挿入されて使用される。ここで作業対象部は患部である。
【００２２】
制御装置３０は、マスタ制御部３１と、マニピュレータ制御部３２とを備える。マスタ制御部３１は、マスターアーム入力装置１１からの操作信号に従って、エンドエフェクタ２２の位置・姿勢の指令値を例えば運動学計算に従って算出し、この位置・姿勢の指令値をマニピュレータ制御部３２に出力する。また、マスタ制御部３１は、エンドエフェクタ２２の駆動量を指令するための操作信号をマニピュレータ制御部３２に出力する。マニピュレータ制御部３２は、マスタ制御部３１からの位置・姿勢の指令値を受けて、スレーブアーム２１先端のエンドエフェクタ２２の位置・姿勢を指令値に一致させるために必要なスレーブアーム２１の各関節の駆動量を、例えば逆運動学計算によって算出する。そして、マニピュレータ制御部３２は、算出した駆動量に従ってスレーブアーム２１の各関節を駆動させる。また、マニピュレータ制御部３２は、マスタ制御部３１からのエンドエフェクタ２２の駆動量を指令するための操作信号を受けてスレーブアーム２１先端のエンドエフェクタ２２を駆動させる。
【００２３】
表示装置５０は、カメラ２３により撮像され、画像処理部７０により処理された画像を画面に表示するモニタである。カメラ６０はスレーブアーム２１とその作業対象部とを撮像するようにスレーブアーム２１で移動可能となっている。ここではカメラ６０は立体内視鏡である。カメラ６０はスレーブアーム２１の先端に設けられ、エンドエフェクタ２２と同様に６自由度の位置姿勢を有するように構成されてもよい。画像処理部７０は、スレーブアーム２１の先端に設けられたカメラ６０から得られた画像信号を処理し、表示用の画像信号を生成して表示装置５０に出力する。
【００２４】
［マスターアーム入力装置］
図２は、マスターアーム入力装置１１の構成を示す斜視図である。また、図３は、図２で示した構成を模式的に示す図である。ここで、図２は、右手用のマスターアーム入力装置１１の構成を例示している。左手用の構成は、右手用の構成に対して左右の関係が逆転するだけで実質的な構成は図２に示すものと同様である。これ以後説明する図面（図２〜図７）では、操作者がマスターアーム入力装置１１を操作する場合において、地面と平行で、操作者の顔から装置本体１００に向かう方向を正方向としてＸ軸を設定している。また、地面と平行でＸ軸に対して垂直な方向に沿ってＹ軸を設定している。さらに、地面と垂直な方向に沿ってＺ軸を設定している。
【００２５】
図２に示すように、マスターアーム入力装置１１は、装置本体１００と、水平多関節型リンク機構４０と、昇降ガイド１０４と、昇降リンク１０５と、把持部１１０を備える。
【００２６】
水平多関節型リンク機構４０は、少なくとも１軸以上の関節軸を有し、一端が鉛直な回転軸線を中心に装置本体１００に対して回動自在に支持される。本実施形態では、水平多関節型リンク機構４０は、第１リンク１０１、第２リンク１０２、第３リンク１０３、第１軸ＪＴ１、第２軸ＪＴ２及び第３軸ＪＴ３を備える。第１リンク１０１及び第２リンク１０２はそれぞれ横長の平板形状を有し、第３リンク１０３は縦長の平板形状を有する。第１軸ＪＴ１、第２軸ＪＴ２及び第３軸ＪＴ３は鉛直な回転軸線を中心に回動可能な回転関節軸である。水平多関節型リンク機構４０は、これらの関節軸によって、装置本体１００、第１リンク１０１、第２リンク１０２、及び第３リンク１０３を連結するように構成される。具体的には、第１リンク１０１（長手方向の一端）は、鉛直な回転軸線を中心に装置本体１００に対して回動自在な第１軸ＪＴ１により支持される。第２リンク１０２（長手方向の一端）は、鉛直な回転軸線を中心に第１リンク１０１に対して回動自在な第２軸ＪＴ２により支持される。第３リンク１０３（長手方向の中央）は、鉛直な回転軸線を中心に第２リンク１０２に対して回動自在な第３軸ＪＴ３により支持される。
【００２７】
昇降ガイド１０４は、水平多関節型リンク機構４０の他端に設けられ、可動部を鉛直な軸線に沿って上下方向に移動可能とする直動機構を有する。本実施形態では、昇降ガイド１０４は、水平多関節型リンク機構４０の他端に設けられた第３リンク１０３と一体である。つまり、水平多関節型リンク機構４０側の部材が第３リンク１０３として第３軸ＪＴ３により支持され、昇降リンク１０５側の部材が昇降ガイド１０４の可動部としての第４軸ＪＴ４を備えたリニアガイドレールである。また、昇降ガイド１０４は、重力と反対方向の力を昇降リンク１０５に作用させることによって、昇降ガイド１０４に対して昇降リンク１０５を静止させる重力補償機構１２３を内部に備える（図３参照）。本実施形態では、重力補償機構１２３は、図３に示すように、一端が昇降ガイド１０４に接続され、他端が昇降リンク１０５に接続される。ここでは重力補償機構１２３は、引張りバネであるが、カウンターウェイト又は補助リンクでもよい。これにより、昇降ガイド１０４に対して昇降リンク１０５を所定の位置で静止させることができる。
【００２８】
昇降リンク１０５は、昇降ガイド１０４を介して、鉛直な軸線に沿って水平多関節型リンク機構４０に対して昇降自在に支持される。図４は、昇降リンク１０５を拡大して示した斜視図である。図４に示すように、昇降リンク１０５は、第１リンク１０５ａ、第２リンク１０５ｂ、第３リンク１０５ｃ、第５軸ＪＴ５、第６軸ＪＴ６及び第７軸ＪＴ７を備える。第５軸ＪＴ５、第６軸ＪＴ６及び第７軸ＪＴ７は互いに直交する回転関節軸である。ここで第５軸ＪＴ５はＹ軸方向に平行な回転軸線を中心に回動可能に構成される。第６軸ＪＴ６はＺ軸方向に平行な回転軸線を中心に回動可能に構成される。第７軸ＪＴ７はＸ軸方向に平行な回転軸線を中心に回動可能に構成される。
【００２９】
第１リンク１０５ａは、その一端が昇降ガイド１０４の第４軸ＪＴ４（可動部）に連結され、Ｘ軸のマイナス方向に沿って長手方向に延在し、第１屈曲部２０１においてＹ軸のプラス方向に湾曲し同方向に沿って長手方向に延在し、第２屈曲部２０２においてＺ軸のプラス方向に湾曲し、同方向に沿って長手方向に延在し、その他端部２０３は第５軸ＪＴ５を介して第２リンク１０５ｂに連結される。これにより、第１リンク１０５ａは、昇降ガイド１０４の第４軸ＪＴ４により、鉛直な軸線に沿って昇降ガイド１０４に対して昇降自在に支持される。
【００３０】
第２リンク１０５ｂは、その一端部２０４が第５軸ＪＴ５を介して第１リンク１０５ａの他端部２０３に連結され、Ｚ軸のマイナス方向に沿って長手方向に延在し、屈曲部２０５においてＹ軸のマイナス方向に湾曲し同方向に沿って長手方向に延在し、その他端部２０６は第６軸ＪＴ６を介して第３リンク１０５ｃに連結される。
これにより、第２リンク１０５ｂは、第５軸ＪＴ５により、Ｙ軸方向に鉛直な回転軸線を中心に第１リンク１０５ａに対して回動自在に支持される。
【００３１】
第３リンク１０５ｃは、その一端部２０７が第６軸ＪＴ６を介して第２リンク１０５ｂの他端部２０６に連結され、Ｚ軸方向からＸ軸方向に約４５度傾斜した方向に沿って長手方向に延在し、その他端部２０８は第７軸ＪＴ７を介して把持部１１０に連結される。これにより、第３リンク１０５ｃは、第６軸ＪＴ６により、Ｚ軸方向に鉛直な回転軸線を中心に第２リンク１０５ｂに対して回動自在に支持される。
【００３２】
把持部１１０は、昇降リンク１０５の先端に位置する第３リンク１０５ｃに設けられる。図５は、図４の把持部１１０を拡大して示した左側面図である。図５に示すように、把持部１１０は、その先端が第３リンク１０５ｃの他端部２０８に第７軸ＪＴ７を介して連結され、Ｘ軸のマイナス方向に沿って長手方向に延在されてリンク１１０ａを構成している。このリンク１１０ａは更にＺ軸のマイナス方向に向かって延在されてグリップ１１０ｂを構成している。グリップ１１０ｂは、操作者が手で把持する部分である。これにより、把持部１１０は、第７軸ＪＴ７により、Ｘ軸方向に鉛直な回転軸線を中心に第３リンク１０５ｃに対して回動自在に支持される。
【００３３】
このように互いに直交する回転関節軸である第５軸ＪＴ５、第６軸ＪＴ６及び第７軸ＪＴ７によって、第１リンク１０５ａ、第２リンク１０５ｂ、第３リンク１０５ｃ及び把持部１１０が連結されるように構成される。また、把持部１１０の中心位置Ｇは、互いに直交する３つの回転軸（ＪＴ５、ＪＴ６及びＪＴ７）の軸線の交点に位置する。把持部１１０は３つの回転軸である第５軸ＪＴ５、第６軸ＪＴ６及び第７軸ＪＴ７を介して昇降リンク１０５の基部に対して任意姿勢を取り得る。本実施形態では把持部１１０は、直交３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）方向及び各軸周りの回転方向に移動可能に支持されている。
【００３４】
把持部１１０は、操作者が手でグリップ１１０ｂを握った際に親指と人差し指の指先で開閉可能に構成された操作部１１１を左右に備える。図５に示すように、左側の操作部１１１は、把持部１１０本体のリンク１１０ａの左側面に設けられた親指用の操作レバー１１２を備えて構成される。操作レバー１１２には親指の保護カバーが取り付けられている。また、把持部１１０の右側面には人差し指用の操作部１１１が設けられる。右側の操作部１１１の構成は、親指用の操作部１１１の構成に対して左右の関係が逆転するだけで実質的な構成は同様である。左右の操作部１１１は、図１のスレーブマニピュレータ２０先端に設けられたエンドエフェクタ２２（例えばグリッパ（把持器）や鉗子等の術具）の駆動量を直接的に指令するために設けられている。つまり、左右の操作部１１１は把持部１１０の位置・姿勢とは独立して、開閉操作可能な第８軸ＪＴ８が取り付けられている。
【００３５】
図６は、図５の把持部１１０内部の左右の操作部１１１の駆動系を示した左側面図である。図６に示すように、把持部１１０は、左右の操作部１１１の操作量を検出する操作量検出器Ｅと、左右の操作部１１１を駆動するモータＭとを内部に備える。操作量検出器Ｅは、エンコーダ等の位置検出器である。操作量検出器Ｅ及びモータＭは第１シャフト１１４に連結される。第１シャフト１１４はベアリング１１４ａで軸支され、ワイヤ１１５Ｌ及び１１５Ｒを介して左レバー用プーリ―１１３Ｌ及び右レバー用プーリ―１１３Ｒに連結される。左レバー用プーリ―１１３Ｌ及び右レバー用プーリ―１１３Ｒは第２シャフト１１３に連結され、第２シャフト１１３はベアリング１１３ａで軸支される。第２シャフト１１３は左右の操作部１１１の操作レバー１１２と連結され、レバー操作に連動して回転するように構成される。
【００３６】
尚、ここでは第８軸ＪＴ８に対応して設けられるエンコーダＥ及びモータＭについて説明したが、上述の第１軸ＪＴ１〜第７軸ＪＴ７についてもエンコーダ及びモータをそれぞれ備えている（図示せず）。
【００３７】
図７は、右手用のマスターアーム入力装置１１が実際に操作される際の様子を示す把持部１１０の左側面図である。左手用のマスターアーム入力装置１１の動作は、右手用の動作に対して左右の関係が逆転するだけで実質的な動作は図７に示すものと同様である。図７に示すように、入力操作に際して、操作者は、右手で把持部１１０のグリップ１１０ｂを把持するとともに、親指と人差し指を、本体のリンク１１０ａの左右の操作レバー１１２と保護カバーの間に挿入する。
【００３８】
ここでマスターアーム入力装置１１は、先端に把持部１１０が設けられた昇降リンク１０５が水平多関節型リンク機構４０の他端に設けられた昇降ガイド１０４を介して昇降自在に支持されている（図２参照）。昇降ガイド１０４が装置本体に直接取り付けられている従来の構成に比べて、入力操作の際に、左右の把持部１１０にマスターアームの重量が直接加わることはない。これにより、把持部１１０の操作荷重が軽減し、操作性が向上する。
【００３９】
また、操作者が把持部１１０を基準位置Ｇに対して前後操作可能な水平多関節型リンク機構４０（ＪＴ１、ＪＴ２、ＪＴ３）の他端において、操作者が把持部１１０を基準位置Ｇに対して上下操作可能な昇降ガイド１０４（ＪＴ４）が設けられる（図２等参照）。これにより、垂直多関節型のリンク機構を採用する構成と比べて関節軸を構成するモータ等の部材を小さくすることができるので、操作荷重が軽減し、操作性が向上する。
【００４０】
把持部１１０は、昇降リンク１０５の先端に設けられ、昇降リンク１０５は互いに直交する３つの回転軸（ＪＴ５〜ＪＴ７）を有し、把持部１１０は３つの回転軸（ＪＴ５〜ＪＴ７）を介して昇降リンク１０５の基部に対して任意姿勢を取り得るように構成されていることにより、操作者は入力操作の際に、昇降リンク１０５の基部に対して把持部１１０の姿勢を自在に変化させることができる。これにより、水平多関節型リンク機構４０や昇降ガイド１０４の重量の影響を受けることがないので、把持部１１０の操作性が向上する。また、制御装置３０は各軸の角度情報（エンコーダの検出値）から、昇降リンク１０５の基部に対する把持部１１０の姿勢を算出することができる。
【００４１】
また、把持部１１０は、スレーブマニピュレータ２０の先端に設けられたエンドエフェクタ２２の駆動量を直接的に指令するための操作部１１１（ＪＴ８）を備えることにより、操作者は、入力操作の際に、親指と人差し指で、本体のリンク１１０ａの左右の操作レバー１１２を操作して、スレーブアーム２１先端のグリッパ（把持器）や鉗子等の術具の開閉量を直接的に操作することができる。
【００４２】
また、把持部１１０は、操作部１１１の操作量を検出する操作量検出器Ｅと、操作部１１１を駆動するモータＭを備えることにより（図６参照）、操作量検出器Ｅで検出された操作部１１１の操作量に基づいて、スレーブマニピュレータ２０先端の術具の開閉動作に反映させることができる。一方で、スレーブマニピュレータ２０先端のエンドエフェクタ２２の移動量や、エンドエフェクタ２２に作用する外力を操作部１１１のモータＭの駆動量に反映させることができる。これにより、スレーブマニピュレータ２０で受けた衝撃をマスターアームに振動として伝達することができる。これにより、操作者は、より直観的な操作が可能になる。
【００４３】
また、本実施形態では、水平多関節型リンク機構４０は、各関節軸（ＪＴ１〜ＪＴ３）を支える支持機構を備える。図８は、水平多関節型リンク機構４０を拡大して示した斜視図である。図８に示すように、水平多関節型リンク機構４０は、装置本体１００と第１リンク１０１の間に位置し且つ第１軸ＪＴ１に設けられた第１プーリ―３０１と、第１リンク１０１と第２リンク１０２の間に位置し且つ第２軸ＪＴ２に設けられた第２プーリ―３０２と、第２リンク１０２と第３リンク１０３の間に位置し且つ第３軸ＪＴ３に設けられた第３プーリ―３０３と、第１プーリ３０１及び第２プーリ３０２を支持する第１線状部材１２１と、第２プーリ３０２及び第３プーリ３０３を支持する第２線状部材１２２とを備える。
【００４４】
第１プーリ―３０１は、装置本体１００に固定される。第１プーリ―３０１の表面には固定端３０１ａが設けられる。第２プーリ―３０２は、ベアリング（図示せず）を介して第１リンク１０１又は第２リンク１０２に回転可能に取り付けられる。ここでは第２プーリ―３０２は第１リンク１０１又は第２リンク１０２のいずれにも固定されない。第２プーリ―３０２の表面には固定端３０２ａ及び３０２ｂが設けられる。第３プーリ―３０３は、第３リンク１０３に固定される。第３プーリ―３０３の表面には固定端３０３ａが設けられる。ここで第１プーリ３０１、第２プーリ３０２、及び第３プーリ３０３の巻き付き径は同じである。
【００４５】
第１線状部材１２１は、一端が第１プーリ３０１の固定端３０１ａに固定され、他端が第２プーリ３０２の固定端３０２ａに固定される。第２線状部材１２２は、一端が第２プーリ３０２の固定端３０２ｂに固定され、他端が第３プーリ３０３の固定端３０３ａに固定される。本実施形態では第１線状部材１２１及び第２線状部材１２２はワイヤであるが、線状部材はプーリ―同士を支持可能な程度の強度があれば紐でもよい。尚、第１線状部材１２１及び第２線状部材１２２は、第１プーリ３０１、第２プーリ３０２及び第３プーリ３０３の一方の側面にそれぞれ固定されたが、他方の側面にも同様な構成で固定されている。
【００４６】
図９は、図８の水平多関節型リンク機構４０の関節の支持構造を示す模式図である。図９（ａ）は、操作者による操作が無い場合の各関節軸（ＪＴ１〜ＪＴ３）の状態を示している。この場合は、第１線状部材１２１が、第１プーリ３０１（ＪＴ１）及び第２プーリ３０２（ＪＴ２）を支持する。そして、第２線状部材１２２は、第２プーリ３０２（ＪＴ２）及び第３プーリ３０３（ＪＴ３）を支持する。ここでは、便宜上、第１プーリ３０１、第２プーリ３０２及び第３プーリ３０３の一方の側面にそれぞれ固定された第１線状部材１２１及び第２線状部材１２２のみを模式的に示している。
【００４７】
図９に示すように、第１線状部材１２１により、第１プーリ３０１（ＪＴ１）及び第２プーリ３０２（ＪＴ２）が支持され、第２線状部材１２２により、第２プーリ３０２（ＪＴ２）及び第３プーリ３０３（ＪＴ３）が支持されており、操作が無い場合は、第３リンク１０３裏側の昇降ガイド１０４の正面は操作者側（図９の右方向）に向けられる。
【００４８】
図９（ｂ）は、操作者により第１軸（ＪＴ１）が回転操作された場合の各関節軸（ＪＴ１〜ＪＴ３）の状態を示している。ここでプーリの回転は一点鎖線で示している。同図に示すように、第１軸（ＪＴ１）が約３０度回転した場合、本体１００に固定された第１プーリ３０１に対する第１線状部材１２１の巻き付き量が増加し、第１線状部材１２１の長さが一定であるために、第２プーリ３０２に対する第１線状部材１２１の巻き付き量は減少する。すなわち、第１リンク１０１に対して第２プーリ３０２が約３０度回転する。そして、第２プーリ３０２の回転に連動して固定端３０２ｂを介して第２線状部材１２２に引張り力が生じ、固定端３０３ａを介して、第３リンク１０３に固定された第３プーリ３０３が約３０度回転する。これにより、第３リンク１０３裏側の昇降ガイド１０４の正面が操作者側に向いた状態が維持される。
【００４９】
図９（ｃ）は、操作者により第２軸（ＪＴ２）が回転操作された場合の各関節軸（ＪＴ１〜ＪＴ３）の状態を示している。同図に示すように、第２軸（ＪＴ２）が約３０度回転した場合、第２プーリ３０２に対する第２線状部材１２２の巻き付き量が増加し、第２線状部材１２２の長さが一定であるために、第３プーリ３０３に対する第２線状部材１２２の巻き付き量は減少する。すなわち、第２リンク１０２に対して第３プーリ３０３が約３０度回転する。これにより、第３リンク１０３裏側の昇降ガイド１０４の正面が操作者側に向いた状態が維持される。
【００５０】
このように本実施形態では、水平多関節型リンク機構４０は、各関節軸（ＪＴ１〜ＪＴ３）の支持機構を備えているので、昇降ガイド１０４の正面を常に操作者側に向けることができる。これにより、操作者は把持部１１０を操作しやすくなる。
【００５１】
尚、本実施形態では把持部１１０は、直交３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）方向及び各軸周りの回転方向に移動可能に支持される構成であったが、制御装置３０により、各軸の角度情報（エンコーダの検出値）から、昇降リンク１０５の基部に対する把持部１１０の姿勢が算出可能な構成であれば、把持部１１０はＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸以外の軸周りの回転方向に移動可能に支持されていてもよいし、互いに平行でなく、直交もしない３軸周りの回転方向に移動可能に支持されていてもよい。
【００５２】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び機能の双方又は一方の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、マスタスレーブマニピュレータのマスターアーム入力装置に有用である。
【符号の説明】
【００５４】
１  マニピュレータシステム
１０  マスターマニピュレータ
１１  マスターアーム入力装置
２０  スレーブマニピュレータ
２１  スレーブアーム
２２  エンドエフェクタ
３０  制御装置
３１  マニピュレータ制御部
３２  マスタ制御部
４０  水平多関節型リンク機構
５０  表示装置
６０  カメラ
７０  画像処理部
１００  装置本体
１０１  第１リンク
１０２  第２リンク
１０３  第３リンク
１０４  昇降ガイド
１０５  昇降リンク
１０５ａ〜１０５ｃ  第１リンク〜第３リンク
１１０  把持部
１１１  操作部
１２１，１２２  第１線状部材，第２線状部材
１２３  重力補償機構
ＪＴ１〜ＪＴ８  第１関節軸〜第８関節軸
【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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