JPH06210581A

JPH06210581A - 操作装置

Info

Publication number: JPH06210581A
Application number: JP5007196A
Authority: JP
Inventors: Takeo Asano; 武夫浅野; Hisashi Nishimura; 西村　　久; Shuri Sekiguchi; 修利関口
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1993-01-20
Filing date: 1993-01-20
Publication date: 1994-08-02

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、操作者が自分の手によってあたかも
実際に対象を操作しているような感覚を、触覚を得るこ
とによって与え、現状で問題となっている操作の乖離感
を無くして装置の機能向上と、より正確で操作性の良い
装置を提供することを目的とする。【構成】対象物２との接触状態を検出してその接触状態
信号を出力する検出手段３に接続され、その検出手段３
により検出した接触状態の情報を触覚情報に変換して出
力する信号処理手段５が、その処理された信号により検
出手段が接触した対象物２の硬さや表面粗さ等を出力す
る触覚伝達手段４に接続されているものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直接触れることができ
ない対象物を操作する場合に、その対象物の触覚情報を
人間の触覚器官に伝達する操作装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】直接触れることができない微細対象物や
極限環境にて作業を行なう装置であって、操作者が操作
を行なう操作部と、それによってマニピュレータ等が対
象物に対して直接作業を行なう動作部の２つの部分に大
きく分類され、その対象物を間接的に取り扱う操作装置
として例えば以下のようなものが存在する。

【０００３】図１３は顕微鏡に設置して用いられるマイ
クロマニピュレータを示す図で、図１３（Ａ）は全体を
示す図であり、図１３（Ｂ）は部分拡大図である。当該
顕微鏡は、顕微鏡本体１０１に操作対象物１０２を支持
するピペット１０３及び、その対象物に対して作業を行
うマニピュレータ１０４とが操作可能に取り付けられて
いる。顕微鏡本体には、前記ピペット１０３及びマニピ
ュレータ１０４をそれぞれ手元で操作するためのジョイ
スティック１０５が取り付けられている。

【０００４】そして、対象物１０２を顕微鏡で観察しな
がらピペット１０３及びマニピュレータ１０４とをジョ
イスティック１０５を操作することにより、対象物の把
持等の作業を行う。

【０００５】また、図１４はロボットのマニピュレータ
システムを示す図である。実際に作業動作を行う動作部
は、センサを備えた複数の関節１１１及び処置部１１２
を有するスレイブアーム１１３とからなり、スレイブア
ーム１１３と１対１の相似な動きをするよう操作者が動
きを与えるための操作部は、スレイブアーム１１３の構
成に対比して、センサを備えた複数の関節１１４及び処
置部１１５を有するマスタアーム１１６と、動作を直接
伝えるようにマスタアーム１１６に操作者の腕を固定す
る固定部材１１７を有する。そして、スレイブアームと
マスタアームとの両者の動きを制御する各種の処理を行
う信号処理回路を含む制御系１１８が接続されている。

【０００６】操作者がマスタアームに腕を固定し、任意
に操作することによりその動作状態がセンサの情報を制
御し対応するスレイブアーム１１３を駆動する。そし
て、操作者の動作をマスタアーム１１６を介してスレイ
ブアーム１１３で再現し、また、スレイブアーム１１３
が受ける外力をマスタアーム１１６を介して操作者が直
接力として受ける。

【０００７】上記のような一連のマニピュレータシステ
ムは、ロボットのマニピュレータシステムを始めとして
現在数多く発表されている。これらのロボットの操作性
を向上する手法として、バイラテラル制御やインピーダ
ンス制御等が開発されている。

【０００８】図１５は医療用の処置具である把持鉗子を
示す図であり、図１５（Ａ）は全体を示す図であり、図
１５（Ｂ）は先端部を拡大した図である。この把持鉗子
１２１は、トラカール等を介して体腔内に挿入される挿
入部１２２と、この挿入部１２２の先端に設けられた鉗
子部１２３及び挿入部１２２の基端部に設けられた操作
部１２４とから構成されている。

【０００９】前記鉗子部１２３は回動自在に支持された
一対の鉗子部材１２６ａ，１２６ｂを有し、また、操作
部１２４は鉗子部材１２６ａ，１２６ｂを開閉操作する
ための挿入部の基端部に固定された固定操作ハンドル１
２７ａと、回動自在に取り付けられた可動操作ハンドル
１２７ｂとで形成されている。

【００１０】したがって、可動操作ハンドル１２７ｂを
回動操作することにより、図示していない挿入部内部の
操作軸が前後方にスライドし、図示していないリンク機
構を介して鉗子部材１２６ａ，１２６ｂが開閉するよう
に駆動される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで上述したよう
な従来の装置においては、以下のような問題点が存在す
る。

【００１２】まず、図１３の従来例において動作部が試
料に正確に接触しているか否かの情報は、動作部の動作
は３次元であるにも関わらず、顕微鏡の観察画像は２次
元的で、奥行き方向の情報は像のピント情報でしか得ら
れないために、観察画像からでは動作部がどのような状
況で対象物に接触しているか等の判断には相当な技術が
要求され、熟練者しか使用できないような状況が現実に
は存在する。更に、医療やバイオ分野等の研究対象は細
胞から細胞内物質へと、微細なものへと変化してきてい
る。これにより対象物の観察及び操作部位はますます微
小化する傾向にあり、これに伴ってマニピュレータの操
作も、より高度で正確な操作が要求されるようになって
きた。

【００１３】また、図１４のロボットマニピュレータに
関しては、これらは対象物の把持時に抵抗感が増加する
ことにより、把持を認識するもので、対象物の硬さや柔
らかさ等の情報をマスタに表現するといったような通常
の人間が物体を把持する場合に得る状況を再現しようと
するものではないため、対象物の搬送等のおおまかな動
作時にはこのレベルの感覚表示で十分であるが、精密で
微細な動作や判断が要求されるマイクロマニピュレータ
等においては、抵抗感の表示による操作性向上や把持対
象の正確な認識を望むには不十分である。

【００１４】さらに、図１５に示した鉗子を用いて操作
を行なうものでも、その機構上微妙な操作感が得られな
いため熟練した術者においても、腹腔鏡の観察像を見な
がら鉗子のレバー開度と組織の剥離状況を確認するとい
う非常に慎重で正確な操作が要求され、誰にでもできる
手術ではないのが現状である。

【００１５】また鉗子だけではなく体腔内に挿入して観
察治療を行う内視鏡の操作においても、鉗子の操作と似
たような問題があると考えられる。すなわち、先端部か
ら観察される画像情報と上記の挿入抵抗のみを頼りに挿
入操作を行っている現在の内視鏡では、内視鏡の外壁が
患者の器官内壁を圧迫して生じる苦痛を予測しながら内
視鏡を操作挿入することは現状困難である。また、どの
程度の圧迫を与えると患者は苦痛を感じるのかという圧
迫のレベルと、患者の感じる苦痛との相関も、現状の内
視鏡の装置構成では操作情報として術者が入手すること
は不可能である。

【００１６】このように上述のような従来の操作装置は
操作時に対象物、あるいは組織に動作部のマニピュレー
タがどのような状況で接触しているのか、あるいは、対
象物をどれくらいの力量で把持しているのかという、接
触もしくは把持状態を認識すること、及び対象物の表面
粗さや表面温度等の各種の接触情報は得ることはできな
かった。つまり、従来例においては、対象物に対する接
触状態や把持状態、対象物の表面粗さや表面温度等の各
種の触覚情報を操作者にフィードバックすることは行わ
れておらず、そのため、人間の触覚に基づく微妙でかつ
正確な操作を行うことは不可能であった。

【００１７】従って本発明は、操作者が自分の手によっ
てあたかも実際に対象を操作しているような感覚を操作
者に触覚として伝達することにより、現状で問題となっ
ている操作の乖離感を無くして装置の機能向上と、より
正確で操作性の良い装置を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の操作装置は、対象物との接触状態を検出し
その接触状態信号を出力する検出手段と、その検出手段
により検出した接触状態に基づき対象物の触覚情報に変
換して出力する信号処理手段と、その信号処理手段によ
り出力された信号に応じて触覚情報を伝達する触覚伝達
手段とを備えたものである。

【００１９】また、本発明の操作装置は、対象物との接
触状態を検出しその接触状態信号を出力する検出手段を
所定位置に備え、その対象物に対して直接作業を行う動
作部と、信号に応じて触覚情報を操作者に伝達する触覚
伝達手段を所定位置に備え、その操作者が操作を行う操
作部と、動作部に備えた検出手段の対象物との接触状態
信号に基づき対象物の触覚情報に変換して出力する信号
処理手段を備え、その処理された前記信号により触覚伝
達手段を制御すると共に操作部の動きに応じて動作部を
制御する制御手段とを備えたものである。

【００２０】

【作用】そしてこのような構成により、検出手段が対象
物に接触した場合、その対象物との接触状態を検出して
その接触状態信号を出力し、接触状態信号を信号処理手
段によって接触状態に基づく対象物の硬さ、表面粗さや
表面温度等の各種の触覚情報に変換する信号処理を行
う。そして、触覚伝達手段が信号処理手段によって処理
された信号に応じて触覚情報を操作者に伝達して、対象
物と接触した場合の硬さや表面粗さ等の接触状態を操作
者に知覚させる。

【００２１】また、操作者が操作部を操作すると、制御
装置を介して動作部が対象物に対して作業を行い、その
動作部の所定位置に備えられた検出手段が対象物との接
触状態を検出しその接触状態信号を出力する。そして、
その信号を対象物の硬さ、表面粗さや表面温度等の各種
の触覚情報に変換し、操作部の所定位置に備えられた触
覚伝達手段を制御することにより触覚情報を操作者に伝
達して、対象物と接触した場合の硬さや表面粗さ等の接
触状態を操作者に知覚させる。

【００２２】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明す
る。なお、以下の各実施例の説明においては、対象物の
固さに関する触覚情報を扱うものとする。図１は本発明
の実施例の概略を示す図である。対象物２を把持するた
めのスレイブマニピュレータ１の先端であり対象物２を
把持する部分には、電気機械的に信号を発生するように
構成された検出手段の一例であるトランスデューサ３が
取り付けられている。そして、そのトランスデューサ３
からの信号を操作者の指先に接触圧力として伝達するた
めの触覚伝達手段４が、信号処理手段５を介してトラン
スデューサ３に接続されている。

【００２３】このような構成の装置において、操作者が
不図示の操作手段を操作することによってスレイブマニ
ピュレータ１で対象物２を把持する。この時、マニピュ
レータ１の先端部に設けられたトランスデューサ３は、
操作者の対象物２に対して接触する。そのため操作手段
を操作することにより、スレイブマニピュレータ１が対
象物に対して懸けた応力に応じて、そのセンシング部で
あるトランスデューサ３が電気機械的に信号を発生する
ように構成されているために触覚信号を発生させる。こ
の触覚信号は信号処理手段５によって、触覚伝達手段４
の駆動用信号に変換され、その触覚伝達手段４に伝送さ
れることによって、対象物２を把持した状態の圧力を操
作者の指先に伝える。その圧力は、人間の触覚の時間応
答限界を超えるトランスデューサ３からの入力に対応し
た周波数で触覚伝達手段４を振動させることによって与
える。これは人間の触覚に関する時間応答限界は２００
Ｈｚ程度と考えられており、また人間は、時間応答限界
を超える周波数で振動するものに対して剛性感、つまり
硬さや柔らかさ等を感じると考えるられているためであ
る。

【００２４】図２は上記信号処理手段５の処理の流れを
示すものである。この信号処理は動作部に設けた検出手
段の出力信号の種類によって構成がかわるものである。
例えば、図２は信号が交流電圧で出力される場合である
が、検出手段として設けたトランスデューサ３によって
検出された対象物の接触状態に応じて、電気機械的に発
生した信号をインピーダンス変換回路６でインピーダン
スマッチングし、交流直流変換器７を経て、V-F 変換器
８に入力し、さらに増幅器９、インピーダンス変換回路
１０を介して出力するように構成され、触覚伝達手段４
を駆動するための信号を発生させる。

【００２５】このような処理では、信号によってそれぞ
れの指に接触している触覚伝達手段４が、あたかもその
指が対象物と接しているかのような圧迫感を与える。ま
た、押し込みに対する反発力も押し込みの抵抗感の変化
として伝達する。そのため操作者はこの伝達された結果
を指先で認識し、判断することで対象との接触状況を知
覚し、操作の乖離感を無くして装置の機能向上と、より
正確で操作性の良いものを可能としたものである。

【００２６】図３は、信号処理の概略を示した操作装置
全体の信号の流れを説明する図である。ここで、検出手
段１１については静電容量の変化を利用した静電容量型
センサを用い、触覚伝達手段１２には交流電源による振
動を利用したボイスコイルをマトリクス状に並べたもの
を使用する。

【００２７】検出手段１１にはＸ方向及びＹ方向デコー
ダ１３ａ，１３ｂが接続され、さらにＸ方向デコーダ１
３ａにはセンスアンプ１４、インタフェース１５、Ａ−
Ｄ変換器１６が順に接続されている。またＡ−Ｄ変換器
１６に接続されたメモリ１７には、Ｘ方向及びＹ方向デ
コーダ１３ａ，１３ｂに接続されたアクセス信号発信手
段１８が接続されている。

【００２８】そして、メモリ１７に格納されたデータに
よって触覚伝達手段を駆動するようメモリ１７は触覚伝
達手段１２に接続されたＸ方向及びＹ方向デコーダ１９
ａ，１９ｂとＤ−Ａ変換器２０とに接続されている。さ
らにＤ−Ａ変換器２０は圧力−Ｖ変換器２１、アンプ２
２、Ｖ−Ｆ変換器２３及びＸ方向デコーダ１９ａに接続
された駆動アンプ２４に順に接続されている。

【００２９】従って、アクセス信号発信器１８により発
せられたアクセス信号によって検出を行う場所を指定す
ると、各デコーダ１３ａ，１３ｂを介して検出手段１１
からの圧力の情報が得られる。この圧力の情報はセンス
アンプ１４、インタフェイス１５、Ａ−Ｄ変換器１６を
経てディジタル信号となってアクセス信号発信器１８か
らの場所データと共にメモリ１７に格納される。そして
このメモリ１７に格納されたデータから触覚伝達手段１
２を以下のようにして駆動する。

【００３０】ディジタル信号化された圧力の情報はＤ−
Ａ変換器２０で再度アナログ信号である電圧に戻され
る。次に、アンプ２２を経た後この電圧はＶ−Ｆ変換器
２３によって更に周波数に変換される。ここで、メモリ
に格納されていた場所データが指定する位置に、周波数
を駆動アンプ２４によって入力することでボイスコイル
を振動させる。このような手順で検出手段１１の各セン
サの検出結果からそれぞれ対応する位置のボイスコイル
に駆動を与えていくことにより各ボイスコイルは独立に
制御する。

【００３１】次に本発明を利用した具体的な実施例につ
いて説明する。

【００３２】図４は、本発明の操作装置を内視鏡に使用
する場合の実施例を示す図であり、図４（Ａ）は内視鏡
挿入部を示す図であり、図４（Ｂ）は内視鏡操作部を示
す図である。内視鏡３１の挿入部の外周面上に一定の距
離をおいて円周上に検出手段３２を複数張り付ける。ま
た、内視鏡操作部３３には触覚伝達手段３４が設けてあ
る。ここで触覚伝達手段３４は、図示していないが後述
するように複数の駆動部がマトリックス状に配置され、
各検出手段３２に対応した位置が決められており、検出
手段である触覚センサ３２と触覚伝達手段３４とが信号
処理手段によって接続されている。

【００３３】内視鏡を図のように器官内に挿入する場
合、内視鏡胴部が器官内の側壁を強く圧迫することにな
る。このような時、内視鏡３１の胴部に設けられた検出
手段３２の器官内壁の屈折部分に該当する検出手段３２
がその圧力を検出して情報を不図示の信号処理手段に送
る。そして、信号処理手段を経た接触状態の信号は、内
視鏡操作部３３に設けられた触覚伝達手段３４の該当部
分を介して操作者に内視鏡の器官内壁に対する押圧情報
を伝達する。

【００３４】従って、本発明を内視鏡に応用することに
より、操作者は触覚による情報を得ることが可能とな
り、従来は視覚に頼っていた内視鏡の挿入作業が、対象
物への接触圧力が詳細に知覚できるため操作性が飛躍的
に向上した。そのため、図に示した状態で操作者が無理
に内視鏡を挿入し、器官内壁を圧迫して患者を苦しめる
ようなことはなく、器官内壁に当たる圧力を適切な力に
より調節することができるようになった。

【００３５】図５は、本発明の触覚伝達装置をマスタス
レイブシステムに使用する場合の実施例を示す図であ
り、図５（Ａ）はマスタ側を示す図であり、図５（Ｂ）
はスレイブ側を示す図である。操作者の操作を伝達する
腕及び指の各関節にセンサが取り付けられているマスタ
マニピュレータ４１には、対象物の把持に対する操作を
伝達する部分に触覚伝達手段４２が設けられている。こ
れに対し、やはり腕及び指に対応する部分の各関節にセ
ンサが取り付けられているスレイブマニピュレータ４３
には、先端の指に対応する把持部分に検出手段４４が設
けられている。そして、図示していない制御部を介して
マスタマニピュレータ４１とスレイブマニピュレータ４
３が接続されている。

【００３６】そこで操作者はマスタマニピュレータ４１
に腕を固定して、その腕を動かしてマスタマニピュレー
タ４１を同時に動作させる。この時、マスタマニピュレ
ータ４１の腕及び指の各関節にはセンサが取り付けられ
ているため、マニピュレータ４１の動作に伴って制御部
がスレイブマニピュレータ４３の各関節に設けられたア
クチュエータを駆動させることにより操作者の動作を再
現する。

【００３７】そして、スレイブマニピュレータ４１の把
持部が対象物を把持すると、スレイブマニピュレータ４
１の先端部に取り付けられた検出手段４４が、その対象
物の硬さ表面粗さ等を検出して接触状態信号を出力し、
制御部がその対象物に対する接触状態信号を触覚情報に
変換された信号によって、マスタマニピュレータ４１の
把持部に取り付けた触覚伝達手段４２を制御する。

【００３８】これにより操作者は自分の手によってあた
かも対象物を操作しているような感覚を得ることによっ
て、より正確で操作性の良い操作を行うことができる。

【００３９】図６は上述した実施例に使用する本発明に
係る触覚伝達手段の一実施例を示す図である。これは台
座５１上に駆動部５２をマトリクス状に複数個配置した
ものである。そして個々の駆動部５２を独立に制御し、
その各駆動部５２の振動から得られる様々な圧力によ
り、対象の硬いあるいは柔らかい等といった性質を表現
する。

【００４０】なお、この触覚伝達手段は一例として図７
に示すように指先への伝達としての利用するものがあ
り、その大きさは例えば駆動部が６×８個のマトリック
ス状のもので１０mm×１５mm×３mm程度である。また、
実際に対象物を検出して操作者にその情報を伝達する触
覚伝達手段の表現状態を図８に示す。この図では三角形
状が操作者に伝達されることになる。

【００４１】次にこのような触覚伝達手段の駆動部につ
いて詳細に説明する。

【００４２】図９はボイスコイルを触覚伝達手段に利用
した一実施例を示す図である。台座６１上に中心をＮ
極、周りをＳ極とした円型の磁石６２のＮ極とＳ極の間
に、触覚伝達部６４を上部に備えた円形のコイル６３に
よりなっている。

【００４３】このようなボイスコイルは交流電流を磁気
回路を介して機械的な振動に変換する装置であるため、
コイル６３に与える電流を触覚の応答限界を超える周波
数にすると、その振動は圧力として皮膚が知覚する。従
って、高周波の交流電流を与えたボイスコイルは触覚伝
達手段としての利用が可能である。

【００４４】また、このようなボイスコイルを複数連結
することにより、各ボイスコイルを独立して制御すれ
ば、横方向の振動成分を生じさせることができる。

【００４５】図１０は、上記ボイスコイルの代替として
皮膚触覚に刺激を与える装置にＰＺＴを用いるものであ
る。台座７１上にＰＺＴ７２を配置し、その上に触覚伝
達部７３を設けることによって構成する。ＰＺＴはその
大きさからマイクロアクチュエータとして注目されてお
り、ボイスコイルを用いたものに比較して微小化が期待
できるという特徴を持つもので、具体的にはφ１mm×２
mm程度の大きさのものとする。

【００４６】ＰＺＴ７２は与えられた電位に応じて変形
する性質を持つため、この変形を上下方向に伸縮するよ
うに設置して、触覚伝達部７３を上下方向に変位させ皮
膚に刺激を与えるようにする。また、上記ボイスコイル
と同様に、高い周波数、即ち人間の振動に対する知覚の
時間応答限界を超える周波数でＰＺＴ７２に電位の変化
を与えて振動させ、触覚伝達部７３を介して圧力を皮膚
に知覚させることにより、固さに関する触覚情報が伝達
されることになる。

【００４７】図１１はボイスコイルに直流電流を流して
皮膚に触覚を与えるものを示す。台座８１上に永久磁石
或は電磁石等の磁石８２が設置されている。この磁石８
２に囲まれ、磁石８２が発生している一様な磁界と鎖交
する形でコイル８３が設けられている。そして、コイル
８３の下部に可動範囲を制限するストッパ８４と、上部
に触覚伝達部８５と一体に設けられている。

【００４８】ここで、ストッパ８４を上記の位置に配す
るとしているが、可動範囲を制限するという目的さえ満
たしていればどのような位置に取り付けても差し支えな
い。また、コイル８３、ストッパ８４、触覚伝達部８５
の質量は微小なものであり、その質量は電流によってコ
イル８３に生じる力と比較して無視できる程度のもので
ある。

【００４９】このコイル８３に直流電流を与えると、そ
の電流に比例する力がコイル８３に上下方向に生じる。
コイル８３に力が生じることで、触覚伝達部８５は上下
のいずれかに移動し、ストッパ８４によってある位置で
停止する。このことから、触覚伝達部は上に突出してい
る状態と、下に引っ込んでいる状態とが表現できる。そ
こで、突出している状態においては、電流の大きさを変
えることで、圧力が表現できる。例えば、電流を大きく
与えてコイル８３の上向きの力を大きくすれば触覚伝達
部８５に触れた皮膚は硬さを感じることとなり、逆にコ
イル８３に与える電流が小さい場合には上向きの力は小
さくなり触覚伝達部８５に触れた皮膚は柔らかさを感じ
ることになる。

【００５０】なお、この場合も複数のボイスコイルを利
用すれば、触覚の方向性が表現できることは言うまでも
ない。また、可動部として示されたコイルを固定し、逆
に磁石を可動部として使用することも可能であり、この
場合は、制御すべき部分となるコイルを台座に直接設置
しているため、微小化が重要である本手段においては有
利な方法である。

【００５１】次に図１２は、触覚伝達装置としての利用
を考えてきた上記ボイスコイルを接触手段である検知手
段として応用した一実施例を示す図である。台座９１上
に永久磁石あるいは電磁石等の磁石９２が設置されてい
る。この磁石９２に囲まれ、磁石９２が発生している一
様な磁界と鎖交する形でコイル９３が設けられている。
そしてコイル９３は上部に触覚センシング部９４が一体
に設けられ、下部には一方を磁石９２に固定したコイル
ばね９５と連結されている。

【００５２】なお、弾性力を発するものとしてここでは
コイルばねを採用しているが、コイルばね以外のもの、
例えば板ばね等を用いることも当然可能である。

【００５３】このような構成において以下のように動作
する。初期状態において、コイル９３及び触覚センシン
グ部９４は磁界中のコイル９３に与えられている適当な
直流電流によって発生される力とコイルばね９５から生
じる弾性力との平衡によって、ある位置に留まってい
る。そして本検出手段が何らかの対象に衝突すると、触
覚センシング部９４は動き始める。その際、触覚センシ
ング部９４は対象に対してコイルばね９５が縮んだ結
果、変化する弾性力と電流による初期状態からの差が力
としてかかっていることになる。この力は簡単な関数と
して表すことができる。

【００５４】触覚センシング部９４に固定されているコ
イル９３も同様な動きを呈する。そこで磁石９２から生
じる一様な磁界の中をコイル９３が移動すると逆起電力
が発生し、この逆起電力の大きさはコイル９３の移動速
度に比例するということはフレミングの法則より明らか
である。従って、逆起電力を計測することによって、コ
イル９３及び触覚センシング部９４の速度が計算でき
る。触覚とは、対象に対してかけられている力とその力
によって移動する際の位置あるいは速度の時間に関する
値がわかれば規定できるとされている。そのためこの速
度のデータを時間毎に処理し、更に計算で求められる触
覚センシング部９４と対象との間にかかっていた力との
関係を考慮することにより、触覚を計測することができ
る。

【００５５】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。上述の実施例では触覚情報として対
象物の固さを想定して説明したが、例えば対象物の表面
粗さ（滑らかさ、滑り感）や表面温度（温感）等の人間
の触覚できる各種の情報を扱うことができる。

【００５６】表面温度を扱う例としては、検出手段とし
てトランスデューサと共に温度センサを設け、また、触
覚伝達手段として気体、液体等の流体を用いるものと
し、温度センサの情報に基づき流体温度を制御すること
により、温度情報を含めた触覚情報を操作者に伝達する
ことが可能となる。その他、本発明の要旨の範囲内で種
々の変更が可能である。

【００５７】

【発明の効果】上述したように本発明によれば、検出し
た接触状態に基づき対象物の接触情報に変換して出力
し、操作者に触覚情報をフィードバックして伝達するこ
とにより、操作者が自分の手によってあたかも実際に対
象を操作しているような感覚を得ることができ、操作の
乖離感を無くして装置の機能向上と、より正確で操作性
の良い操作を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の概略を示す図である。

【図２】本発明に係る信号処理手段の処理の流れを示す
図である。

【図３】本発明の操作装置の信号処理の概略を示した図
である。

【図４】本発明の操作装置を内視鏡に使用する場合の実
施例を示す図である。

【図５】本発明の操作装置をマスタスレイブシステムに
使用する場合の実施例を示す図である。

【図６】本発明の触覚伝達手段に係る実施例を示す図で
ある。

【図７】本発明の触覚伝達手段に係る実施例を示す図で
ある。

【図８】本発明の触覚伝達手段に係る実施例を示す図で
ある。

【図９】本発明の触覚伝達手段の駆動部に係る一実施例
を示す図である。

【図１０】本発明の触覚伝達手段の駆動部に係る他の実
施例を示す図である。

【図１１】本発明の触覚伝達手段の駆動部に係るさらに
他の実施例を示す図である。

【図１２】本発明の検出手段に係る実施例を示す図であ
る。

【図１３】顕微鏡に関する従来技術を示す図である。

【図１４】ロボットのマニピュレータに関する従来技術
を示す図である。

【図１５】把持鉗子に関する従来技術を示す図である。

【符号の説明】

１マニピュレータ２対象物３トランスデューサ４触覚伝達手段５信号処理手段３１内視鏡３２検出手段３３内視鏡操作部３４触覚伝達手段５１台座５２駆動部６２磁石６３コイル６４触覚伝達部７２ＰＺＴ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物との接触状態を検出してその接触状
態信号を出力する検出手段と、その検出手段により検出
した接触状態に基づき対象物の触覚情報に変換して出力
する信号処理手段と、その信号処理手段により出力され
た信号に応じて触覚情報を伝達する触覚伝達手段とを備
えることを特徴とする操作装置。
【請求項２】対象物との接触状態を検出しその接触状態
信号を出力する検出手段を所定位置に備え、その対象物
に対して直接作業を行う動作部と、信号に応じて触覚情報を操作者に伝達する触覚伝達手段
を所定位置に備え、その操作者が操作を行う操作部と、動作部に備えた検出手段の対象物との接触状態信号に基
づき対象物の触覚情報に変換して出力する信号処理手段
を備え、その処理された前記信号により触覚伝達手段を
制御すると共に操作部の動きに応じて動作部を制御する
制御部とを備えることを特徴とする操作装置。
【請求項３】前記信号処理手段は、検出手段により検出
した接触状態に基づき、その対象物の触覚情報を人間の
触覚の時間応答限界以上の周波数に変換して出力するこ
とを特徴とする請求項１又は２の信号処理手段。
【請求項４】前記触覚伝達手段は、人間の触覚の時間応
答限界以上の周波数で駆動する駆動部がマトリックス状
に配置されたことを特徴とする請求項１又は２の触覚伝
達手段。