(57)【要約】【課題】操作感の向上した操作システムを提供する。【解決手段】アクチュエータ２２と、２軸以上の入力を検出し、複数の入力指令を出力する動作検出部１１と、複数の入力指令から複数の参照入力指令を生成する参照入力生成部３２と、複数の参照入力指令に基づいてアクチュエータ２２を制御するアクチュエータ制御部３３と、を備え、参照入力生成部３２は、複数の入力指令の方向を保ったまま重み付けを行い、複数の参照入力指令を生成する。【選択図】図２
2017099819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータと、
２軸以上の複数の入力を検出し、複数の入力指令を出力する動作検出部と、
前記複数の入力指令から複数の参照入力指令を生成する参照入力生成部と、
前記複数の参照入力指令に基づいて前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御部と、を備え、
前記参照入力生成部は、
前記複数の入力指令の方向を保ったまま重み付けを行い、前記複数の参照入力指令を生成する
ことを特徴とする操作システム。
【請求項２】
前記参照入力生成部は、
前記複数の参照入力指令の各軸成分の比が、前記複数の入力指令の各軸成分の比と等しくなるように、前記複数の参照入力指令を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の操作システム。
【請求項３】
前記複数の入力指令をω1、ω2とし、前記複数の参照入力指令をｑ1、ｑ2とした場合、以下の式の関係を満たす
ことを特徴とする請求項１に記載の操作システム。
【数１】
2017099819.tif 000010
【請求項４】
前記複数の入力指令をω1、ω2、ω3とし、前記複数の参照入力指令をｑ1、ｑ2、ｑ3とした場合、以下の式の関係を満たす
ことを特徴とする請求項１に記載の操作システム。
【数２】
2017099819.tif 000011
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作システムに関し、特に保持装置に保持された鉗子や硬性鏡などの軸状体を遠隔で操作する操作システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
腹腔鏡下手術をはじめとした低侵襲医療技術を工学的な見地から研究開発し、医療の現場に役立てようとする動きが広まっている。なかでも、ロボットを用いた手術支援に関する研究開発が盛んに行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、多関節のスレーブアームと、該スレーブアームと相似構造の関節構成を有し、操作者によって操作されるマスタアームと、該マスタアームになされた操作に基づいて前記スレーブアームを制御する制御部とを備え、該制御部は、前記マスタアームに対して前記スレーブアームが相似形となるように前記マスタアームの各関節の回転量に基づいて前記スレーブアームの各関節の回転動作を制御する第１の制御モードと、前記マスタアームの先端部の所定の部位の移動に前記スレーブアームの先端部の所定の部位が追従するように前記マスタアームの先端部の所定の部位の移動量に基づいて前記スレーブアームの各関節の回転動作を制御する第２の制御モードとの間で切り替え可能である医療用システムが開示されている（請求項１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−２４０３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような遠隔操作が可能なマスタースレーブ型の操作システムにおいて、術者の意図する入力に対して内視鏡操作に反映させる度合いを重み付けすることで操作感の向上を図ることができる。しかしながら、複数軸を同時に駆動する操作システムにおいては、軸ごとの重み付けの大きさによって本来の意図する入力と異なる方向に動作することがある。
【０００６】
そこで、本発明は、操作感の向上した操作システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような課題を解決するために、本発明に係る操作システムは、アクチュエータと、２軸以上の複数の入力を検出し、複数の入力指令を出力する動作検出部と、前記複数の入力指令から複数の参照入力指令を生成する参照入力生成部と、前記複数の参照入力指令に基づいて前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御部と、を備え、前記参照入力生成部は、前記複数の入力指令の方向を保ったまま重み付けを行い、前記複数の参照入力指令を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、操作感の向上した操作システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態に係る操作システムの構成を示す概略図である。
【図２】第１実施形態に係る操作システムの構成を示すブロック図である。
【図３】第１実施形態に係る操作システムの信号処理を示すブロック線図である。
【図４】入力ベクトルと重み付けをした参照入力ベクトルとの関係を示すグラフであり、（ａ）は参考例、（ｂ）は第１実施形態を示す。
【図５】第２実施形態に係る操作システムの構成を示す概略図である。
【図６】第２実施形態に係る操作システムの構成を示すブロック図である。
【図７】３自由度における入力ベクトルと重み付けをした参照入力ベクトルとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
【００１１】
≪第１実施形態≫
＜操作システムＳ＞
第１実施形態に係る操作システムＳの構成について、図１および図２を用いて説明する。図１は、第１実施形態に係る操作システムＳの構成を示す概略図である。図２は、第１実施形態に係る操作システムＳの構成を示すブロック図である。なお、以下の説明において、第１実施形態に係る操作システムＳは、術者ＯＰの動作を検出して内視鏡（硬性鏡、腹腔鏡）の視野を操作するシステムであるものとして説明する。
【００１２】
図１に示すように、第１実施形態に係る操作システムＳは、術者ＯＰの動作を検出する動作検出ユニット１と、内視鏡（軸状体）１００を保持する保持アームユニット２と、動作検出ユニット１で検出した術者ＯＰの動作に基づいて保持アームユニット２を制御する制御ユニット３と、を備えて構成されている。
【００１３】
動作検出ユニット１は、術者ＯＰの頭部に装着され、術者ＯＰの頭部の動きを検出することができるようになっている。なお、動作検出ユニット１を術者ＯＰの頭部に固定する方法は、例えば、手術帽にポケットを設けて、そのポケットに動作検出ユニット１を収納する方法等があるが、これに限定されるものではない。
【００１４】
図２に示すように、動作検出ユニット１は、例えばジャイロセンサで構成される動作検出部１１を備えている。動作検出部１１は、術者ＯＰの左右方向の回転であるヨー(Yaw)軸まわりの入力速度ωGYと、術者ＯＰの上下方向の回転であるピッチ(Pitch)軸まわりの入力速度ωGPと、を検出することができるようになっている。動作検出部１１の検出信号は、制御ユニット３に送信されるようになっている。
【００１５】
図１に戻り、保持アームユニット２は、内視鏡１００を保持し、ピボット（不動点）運動を実現するＲＣＭ（Remote Center Motion；遠隔運動中心）機構を備え、不動点ＰＰを回転中心として、内視鏡１００のヨー軸まわりの回転およびピッチ軸まわりの回転をすることができる２自由度の保持装置である。なお、内視鏡１００のヨー軸は、不動点ＰＰを通る垂直な軸である。また、内視鏡１００のピッチ軸は、不動点ＰＰを通り、内視鏡１００のヨー軸および内視鏡１００の中心軸と直交する軸である。
【００１６】
図２に示すように、保持アームユニット２は、保持アーム部２１と、動力制御装置２４と、を備えている。保持アーム部２１は、アクチュエータ２２と、状態量検出部２３と、を備えている。
【００１７】
アクチュエータ２２は、保持した内視鏡１００をヨー軸まわりに回転させるヨー軸アクチュエータと、保持した内視鏡１００をピッチ軸まわりに回転させるピッチ軸アクチュエータと、を備えている。なお、アクチュエータとしては、例えば、空気圧アクチュエータを用いることができる。
【００１８】
状態量検出部２３は、保持アーム部２１の状態（アクチュエータ２２の状態）を検出し、検出信号を制御ユニット３に送信するようになっている。具体的には、ヨー軸まわりの現在位置ｑresY、ピッチ軸まわりの現在位置ｑresP、ヨー軸アクチュエータの駆動力ｆresY、ピッチ軸アクチュエータの駆動力ｆresPを検出する。なお、現在位置ｑresY，ｑresPの検出にはエンコーダを用いることができ、駆動力ｆresY，ｆresPの検出には圧力センサの値に受圧面積を乗じたものを用いることができる。
【００１９】
動力制御装置２４は、制御ユニット３からの制御信号より、アクチュエータ２２を動作させる。なお、アクチュエータ２２として空気圧アクチュエータを用いた場合、動力制御装置２４は、空気圧アクチュエータの空気圧の流れ方向を制御する方向制御器を用いることができ、制御ユニット３から制御信号として方向制御器のバルブへの印加電圧ｕY，ｕPが入力される。
【００２０】
制御ユニット３は、制御部３１と、入出力部３４と、を備えている。制御部３１は、参照入力生成部３２と、フィードバック制御部３３と、を備えている。
【００２１】
制御部３１は、入出力部３４を介して、動作検出ユニット１の動作検出部１１からの検出信号（入力速度ωGY，ωGP）および保持アームユニット２の状態量検出部２３からの検出信号（現在位置ｑresY，ｑresP、駆動力ｆresY，ｆresP）が入力され、動力制御装置２４への制御信号（印加電圧ｕY，ｕP）を出力する。
【００２２】
制御ユニット３の制御部３１について、図３を用いてさらに説明する。図３は、第１実施形態に係る操作システムＳの信号処理を示すブロック線図である。
【００２３】
参照入力生成部３２は、動作検出ユニット１の動作検出部１１からの検出信号（入力速度ωGY，ωGP）に重み付けをして、保持アームユニット２に保持された内視鏡１００のヨー軸まわりの回転速度の目標値である参照入力速度ｑdrefYおよび内視鏡１００のピッチ軸まわりの回転速度である参照入力速度ｑdrefPを生成する。なお、参照入力生成部３２における参照入力速度ｑdrefY，ｑdrefPの生成（重み付け）については、後述する。
【００２４】
フィードバック制御部３３は、参照入力生成部３２からの参照入力速度ｑdrefY，ｑdrefP、保持アームユニット２の状態量検出部２３からの検出信号（現在位置ｑresY，ｑresP、駆動力ｆresY，ｆresP）に基づいて、動力制御装置２４への制御信号（印加電圧ｕY，ｕP）を生成する。具体的には、フィードバック制御部３３は、位置制御器３３１と、減算器３３２と、駆動力制御器３３３と、を備えている。
【００２５】
位置制御器３３１は、参照入力生成部３２の参照入力速度ｑdrefYを積分して目標位置ｑrefYを生成する。また、状態量検出部２３の現在位置ｑresYの今回値と前回値の差から内視鏡１００のヨー軸まわりの回転速度ｑdresYを生成する。そして、現在位置ｑresYが目標位置ｑrefYに近づくように、回転速度ｑdresYが参照入力速度ｑdrefYに近づくように駆動力参照値ｆrefYを生成する。ここで、位置偏差に係るゲインをＫpとし、速度偏差に係るゲインをＫdとすると、駆動力参照値ｆrefYは以下の式で表すことができる。
ｆrefY＝Ｋp（ｑdrefY−ｑdresY）＋Ｋd（ｑrefY−ｑresY）
また、位置制御器３３１は、参照入力生成部３２の参照入力速度ｑdrefPを積分して目標位置ｑrefPを生成する。また、状態量検出部２３の現在位置ｑresPの今回値と前回値の差から内視鏡１００のピッチ軸まわりの回転速度ｑdresPを生成する。そして、現在位置ｑresPが目標位置ｑrefPに近づくように、回転速度ｑdresPが参照入力速度ｑdrefPに近づくように駆動力参照値ｆrefPを生成する。ここで、位置偏差に係るゲインをＫpとし、速度偏差に係るゲインをＫdとすると、駆動力参照値ｆrefPは以下の式で表すことができる。
ｆrefP＝Ｋp（ｑdrefP−ｑdresP）＋Ｋd（ｑrefP−ｑresP）
なお、ゲインＫp，Ｋdは、ヨー軸とピッチ軸で異なっていてもよく、同じでもよい。
【００２６】
減算器３３２は、位置制御器３３１の駆動力参照値ｆrefYと、状態量検出部２３の駆動力ｆresYと、が入力され、駆動力参照値ｆrefYと駆動力ｆresYとの差（ｆrefY−ｆresY）を生成し、駆動力制御器３３３に出力する。また、減算器３３２は、位置制御器３３１の駆動力参照値ｆrefPと、状態量検出部２３の駆動力ｆresPと、が入力され、駆動力参照値ｆrefPと駆動力ｆresPとの差（ｆrefP−ｆresP）を生成し、駆動力制御器３３３に出力する。
【００２７】
駆動力制御器３３３は、減算器３３２の駆動力参照値ｆrefYと駆動力ｆresYとの差（ｆrefY−ｆresY）から、動力制御装置２４（方向制御器のバルブ）への制御信号（印加電圧ｕY）を生成する。また、駆動力制御器３３３は、減算器３３２の駆動力参照値ｆrefPと駆動力ｆresPとの差（ｆrefP−ｆresP）から、動力制御装置２４（方向制御器のバルブ）への制御信号（印加電圧ｕP）を生成する。
【００２８】
このように、制御ユニット３は、動作検出ユニット１（動作検出部１１）で検出した術者ＯＰの動作（入力速度ωGY，ωGP）に後述する重み付けをした参照入力速度ｑdrefY，ｑdrefPで保持アームユニット２に保持された内視鏡１００をピボット運動させることができる（図１参照）。
【００２９】
＜参照入力生成部３２＞
次に、制御ユニット３の参照入力生成部３２における参照入力速度ｑdrefY，ｑdrefPの生成について更に説明する。
【００３０】
ここで、図１に示すような操作システムＳにおいて、術者ＯＰの頭部に動作検出ユニット１を装着した場合、上下方向（ピッチ軸回転方向）は左右方向（ヨー軸回転方向）と比較して動かしにくいことから、上下方向と左右方向に異なる重み付けをする、具体的には、上下方向に動作信号を増幅するような重み付けを行う。このような構成により、上下方向は左右方向よりも小さな動作で内視鏡１００の視野の操作が可能となる。
【００３１】
（参考例における重み付け処理）
ここで、単純にヨー軸とピッチ軸に異なる重み付けをした場合の参考例を図４（ａ）に示す。図４（ａ）は、参考例における入力ベクトルと重み付けをした参照入力ベクトルとの関係を示すグラフである。図４（ａ）に示すように、ピッチ軸（図４（ａ）において縦軸）に重み付けβ（β＞１）、ヨー軸（図４（ａ）において横軸）には重み付けをしない（α＝１）とする。
【００３２】
このような構成により、術者ＯＰの頭部を上下方向に振った場合、重み付けをする前と比較して大きく動くので、可動域の狭い頭部の上下方向の動きでも、容易に内視鏡１００の視野をピッチ軸まわりに回転させることができる。また、術者ＯＰの頭部を左右方向に振った場合、重み付けをしない場合と同様に内視鏡１００の視野をヨー軸まわりに回転させることができる。
【００３３】
しかしながら、図４（ａ）に示すように、２軸の動作を同時に行った場合、本来の入力ベクトルｒ（ωGY，ωGP）における方向は水平を基準とした角度で角度θとなるのに対して、重み付けされた結果のベクトルＲ（αωGY，βωGP）における方向は角度θ1となり、方向が異なってしまう。
【００３４】
このため、術者ＯＰの入力した向き（角度θ）と、実際に内視鏡１００が移動する向き（角度θ１）とが異なり、術者ＯＰに違和感を生じさせるおそれがある。
【００３５】
（第１実施形態における係る重み付け処理）
次に、第１実施形態に係る操作システムＳの参照入力生成部３２における重み付けをした場合の例を図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）は、第１実施形態における入力ベクトルと重み付けをした参照入力ベクトルとの関係を示すグラフである。
【００３６】
ここで、横軸がヨー、縦軸がピッチである。ここで、入力ベクトルｒの大きさは、以下の式（１）で表すことができ、入力ベクトルｒの方向を示す水平を基準とした角度θは、式（２）で表すことができる。
【００３７】
【数１】
2017099819.tif 000003
【００３８】
なお、式（２）におけるａｒｃｔａｎ２（）関数は、以下の関係を有するものとする。
【００３９】
【数２】
2017099819.tif 000004
【００４０】
ここで、左右方向（ヨー軸回転方向）の重み付けをαmaxとし、上下方向（ピッチ軸回転方向）の重み付けをβmaxとし、ｒ・αmaxを第１軸の半径とし、ｒ・βmaxを第２軸の半径とする楕円弧Ｅを定義する。なお、上下方向に動作信号を増幅するような重み付けを行うため、βmaxは「βmax＞１」であり、αmaxは「αmax＝１」とする。ちなみに、符号Ｃで示す円弧は、半径をｒとする円弧である。
【００４１】
参照入力ベクトルＲ（ｑdrefY，ｑdrefP）は、入力ベクトルｒと向き（角度θ）が等しく、かつ、（ｑdrefY，ｑdrefP）が楕円弧Ｅ上にあるようにする。楕円の式から、入力ベクトルＲの大きさは、以下の式（３）で表すことができる。
【００４２】
【数３】
2017099819.tif 000005
【００４３】
参照入力速度ｑdrefY，ｑdrefPは、以下の式（４）、式（５）で表すことができる。
【００４４】
【数４】
2017099819.tif 000006
【００４５】
以上のように、第１実施形態に係る操作システムＳの参照入力生成部３２は、入力速度ωGY，ωGPから、式（１）から式（５）を用いて、参照入力速度ｑdrefY，ｑdrefPを生成することにより、図４（ｂ）に示すように、参照入力速度ｑdrefY，ｑdrefPは、上下方向と左右方向に異なる重み付けを行いつつも、入力ベクトルｒと参照入力ベクトルＲの向き（角度θ）を等しくすることができる。これにより、術者ＯＰの入力した向き（入力ベクトルｒの角度θ）と、実際に内視鏡１００が移動する向き（参照入力ベクトルＲの角度θ）とが等しくなり、術者ＯＰに違和感を生じさせることがなくなり、術者ＯＰの操作感を向上させることができる。
【００４６】
ここで、入力ベクトルｒと参照入力ベクトルＲの向き（角度θ）を等しくするとは、各軸成分の比が入力ベクトルｒと参照入力ベクトルＲとで等しいことを示す。即ち、「ωGY：ωGP＝ｑdrefY：ｑdrefP」となる。
【００４７】
ちなみに、術者ＯＰの頭部を左右方向（ヨー軸回転方向）にのみ振った場合、（即ち、
ωGP＝０、ωGY≠０）の場合、参照入力速度ｑdrefYは、「ｑdrefY＝αmax・ωGY」となる。また、術者ＯＰの頭部を上下方向（ピッチ軸回転方向）にのみ振った場合、（即ち、ωGY＝０、ωGP≠０）の場合、参照入力速度ｑdrefPは、「ｑdrefP＝βmax・ωGP」となる。
【００４８】
≪第２実施形態≫
＜操作システムＳＡ＞
第２実施形態に係る操作システムＳＡの構成について、図５および図６を用いて説明する。図５は、第２実施形態に係る操作システムＳＡの構成を示す概略図である。図６は、第２実施形態に係る操作システムＳＡの構成を示すブロック図である。なお、以下の説明において、第２実施形態に係る操作システムＳは、術者ＯＰがマスターロボット１Ａを操作することにより、その動作を検出してロボット鉗子（軸状体）１５０を操作するシステムであるものとして説明する。
【００４９】
図５に示すように、第２実施形態に係る操作システムＳＡは、術者ＯＰの動作を検出するマスターロボット１Ａと、ロボット鉗子１５０を保持するスレーブロボット２Ａと、マスターロボット１Ａで検出した術者ＯＰの動作に基づいてスレーブロボット２Ａを制御する制御ユニット３Ａと、を備えて構成されている。
【００５０】
図６に示すように、マスターロボット１Ａは、動作検出部１１と、アクチュエータ１２と、を備えている。動作検出部１１は、上下方向（Ｘ軸方向、軸状体を差し込む方向と直交する軸方向）の位置θMXと、前後方向（Ｚ軸方向、軸状体を差し込む方向）の位置θMZと、を検出することができるようになっている。動作検出部１１の検出信号は、制御ユニット３に送信されるようになっている。
【００５１】
図５に戻り、スレーブロボット２Ａは、ロボット鉗子１５０を保持し、ロボット鉗子１５０の先端に設けられた把持部１５１を上下方向（Ｘ軸方向）および前後方向（Ｚ軸方向、鉗子を差し込む方向）の移動をすることができる２自由度の保持装置である。なお、スレーブロボット２Ａは、不動点ＰＰを回転中心としてロボット鉗子１５０をピボット運動させる。
【００５２】
図６に示すように、制御ユニット３Ａは、参照入力生成部３２およびフィードバック制御部３３を有する制御部３１と、入出力部３４と、を備えている。参照入力生成部３２は、入力位置θMX，θMZに重み付けをして、参照入力位置ｑsrefX，ｑsrefZを生成する。
【００５３】
その他の構成は、「ヨー軸まわりの回転速度およびピッチ軸まわりの回転速度」の制御を、「Ｘ軸方向の位置およびＺ軸方向の位置」の制御に変更する点を除けば、第１実施形態に係る操作システムＳと同様であり、重複する説明を省略する。
【００５４】
ロボット鉗子１５０は、先端に把持部１５１を有している。ロボット鉗子１５０は、把持部１５１を２方向（軸状体を差し込む方向と直交する軸方向、および、軸状体を差し込む方向と直交するもう一方の軸方向）に屈曲させる２自由度と、把持部１５１を開閉する１自由度と、をあわせた３自由度を有している。ここでは、詳細な説明を省略するが、マスターロボット１Ａを操作することにより、ロボット鉗子１５０の把持部１５１の屈曲、開閉を制御することができる。なお、スレーブロボット２Ａに保持されるロボット鉗子１５０の把持部１５１の開閉を制御するアクチュエータを動作させる動力制御装置により、マスターロボット１Ａのアクチュエータ１２が動作し、力覚フィードバックを行うようになっている。
【００５５】
＜参照入力生成部３２＞
次に、制御ユニット３Ａの参照入力生成部３２における参照入力位置ｑsrefX，ｑsrefZの生成について更に説明する。
【００５６】
ここで、図５に示すような操作システムＳにおいて、マスターロボット１Ａで検出した術者ＯＰの動作に対して、安全性を向上させるためロボット鉗子１５０の軸線上の動き（ｚ軸方向）を他の軸の動きよりも遅くなるように重み付けを行う、換言すれば、上下方向（ｘ軸方向）と前後方向（ｚ軸方向）に異なる重み付けをする、具体的には、前後方向に動作信号を減衰するような重み付けを行う。即ち、式（１）から式（５）において、ωGY，ωGP，ｑdrefY，ｑdrefPをそれぞれ、θMX，θMZ，ｑsrefX，ｑsrefZと読み替え、上下方向の重み付けをαmaxとし、前後方向の重み付けをβmaxとし、βmaxは「βmax＜１」であり、αmaxは「αmax＝１」とする。
【００５７】
以上のように、第２実施形態に係る操作システムＳＡは、上下方向と前後方向に異なる重み付けを行いつつも、入力ベクトルｒと参照入力ベクトルＲの向き（図４（ｂ）の角度θ）を等しくすることができる。これにより、術者ＯＰの入力した向き（入力ベクトルｒの角度θ）と、実際にロボット鉗子１５０が移動する向き（参照入力ベクトルＲの角度θ）とが等しくなり、術者ＯＰに違和感を生じさせることがなくなり、術者ＯＰの操作感を向上させることができる。
【００５８】
≪変形例≫
なお、本実施形態（第１〜第２実施形態）に係る操作システムＳ，ＳＡは、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
【００５９】
本実施形態（第１〜第２実施形態）に係る操作システムＳ，ＳＡは、２自由度の場合について説明したが、これに限られるものではない。図７は、３自由度における入力ベクトルｒと重み付けをした参照入力ベクトルＲとの関係を示す図である。例えば、左右方向（軸状体を差し込む方向と直交する軸）、上下方向（軸状体を差し込む方向と直交するもう一方の軸）、前後方向（軸状体を差し込む方向の軸）について、左右方向の重み付け係数をαmaxとし、上下方向の重み付け係数をβmaxとし、前後方向の重み付け係数をγmaxとして、軸半径がαmax・ｒ、βmax・ｒ、γmax・ｒとなる楕円体を考える。
【００６０】
動作検出部１１で検出した左右方向の入力信号、上下方向の入力信号、前後方向の入力信号をそれぞれ、ωGx、ωGy、ωGzとすると、入力ベクトルの大きさは式（６）となり、角度θおよび角度φは、式（７）および式（８）で表すことができる。
【００６１】
【数５】
2017099819.tif 000007
【００６２】
参照入力ベクトルＲの大きさは、式（９）で表すことができる。
【００６３】
【数６】
2017099819.tif 000008
【００６４】
重み付けした参照入力信号ｑdrefx，ｑdrefy，ｑdrefzは、以下の式（１０）から式（１２）で表すことができる。
【００６５】
【数７】
2017099819.tif 000009
【００６６】
このように、本実施形態（第１〜第２実施形態）に係る操作システムＳ，ＳＡは、３自由度の場合についても適用することができ、同様に、多自由度の操作システムについても適用することができる。なお、入力信号ωGx、ωGy、ωGzおよび参照入力信号ｑdrefx，ｑdrefy，ｑdrefzは、第1実施形態のように速度を示すものであってもよく、第２実施形態のように位置を示すものであってもよい。
【００６７】
また、第１実施形態は、内視鏡１００の操作システムＳであり、第２実施形態はロボット鉗子１５０の操作システムＳＡとして説明したが、これに限られるものではなく、マスタースレーブ型の操作システム全般に広く適用することができる。
【００６８】
保持アームユニット２のアクチュエータ２２は、例えば、空気圧アクチュエータを用いるものとして説明したが、これに限定されるものではない。電動アクチュエータを用いてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
Ｓ          操作システム
１          動作検出ユニット
１１        動作検出部
２          保持アームユニット
２１        保持アーム部
２２        アクチュエータ
２３        状態量検出部
２４        動力制御装置
３          制御ユニット
３１        制御部
３２        参照入力生成部
３３        フィードバック制御部（アクチュエータ制御部）
３３１      位置制御器
３３２      減算器
３３３      駆動力制御器
３４        入出力部
ＯＰ        術者
ＰＰ        不動点
１００      内視鏡
１５０    ロボット鉗子
ωG ，θM      入力速度（入力指令）
ｑdref，ｑsref  参照入力速度（参照入力指令）
【図１】
2017099819.tif 000012
【図２】
2017099819.tif 000013
【図３】
2017099819.tif 000014
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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