JP7748160B2

JP7748160B2 - コンソール装置

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Publication number: JP7748160B2
Application number: JP2025525707A
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Inventors: 翔平雜賀
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Filing date: 2023-07-13
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Description

本開示は、コンソール装置に関する。

多関節ロボットとも呼ばれるマニピュレーターは直列に連結された複数のリンクを有し、マニピュレーターの運動は関節がサーボモーター等によって駆動されることによって実現される。

マニピュレーターの遠隔操縦のためにマスタースレーブ方式が採用されることもある。マスタースレーブ方式では、オペレーターが手元のマスターコンソール装置を操作すると、マスターコンソール装置が操作に応じた制御信号をスレーブマニピュレーターに転送し、スレーブマニピュレーターが制御信号に従ってコンソール装置の動作に追随する。

マニピュレーターのリンクの自重によるトルクが関節に作用するため、マニピュレーターを正確に操縦するためには、そのようなトルクを打ち消すような補償技術が必要である（特許文献１～３参照）。

特許文献１は、マニピュレーターのリンクの自重をカウンターウエイトによって補償する技術を開示する。

特許文献２は、マニピュレーターの関節を駆動するアクチュエーターと自重補償用アクチュエーターを併用して、自重補償用アクチュエーターにより関節にトルクを付与してリンクの自重を補償する技術を開示する。

特許文献３は、ロボットアームの現在位置から自重補償に必要な圧力目標を設定し、圧力目標に基づいて空気圧アクチュエーターの圧力制御を実行する技術を開示する。

JP 2021-130161 A WO 2017/159188 A1 WO 2016/051495 A1

オペレーターが手でコンソール装置を操作する際にコンソール装置の重さを感じないようにするために、コンソール装置においても自重補償技術が必要である。しかしながら、特許文献１～３は、マニピュレーターの自重補償に関する技術を開示するものの、コンソール装置の自重補償に関する技術を開示しない。

コンソール装置は制御用のハーネスを有するところ、ハーネスがコンソール装置の近位端からコンソール装置の関節を経由してコンソール装置の遠位端まで配線されている。ハーネスは関節の回転を許容するために関節において巻かれている。そのようなハーネスの巻きは関節にトルクを発生させる。そのようなトルクは、コンソール装置を操作するオペレーターに抵抗感を与えてしまう。

そこで、本開示の１以上の実施形態の目的は、オペレーターがコンソール装置の操作の際にコンソール装置から受ける抵抗を軽減することである。

以上の課題を解決するために、本開示の一側面によれば、コンソール装置が被把持部、ジンバル及び制御部を備える。前記被把持部は、オペレーターによって把持される。前記ジンバルが、互いに交差するヨー軸、ピッチ軸及びロール軸の回りに前記被把持部を回転可能に支持する。前記制御部は、前記ジンバルを制御する。前記ジンバルが、ハーネス巻き部、駆動部及び角度センサーを有する。前記ハーネス巻き部は、前記ヨー軸の回り、前記ピッチ軸の回り及び前記ロール軸の回りの各関節に巻かれる。前記駆動部は、前記各関節にトルクを付与する。前記角度センサーは、前記各関節の角度を検出して、前記各関節の角度の検出値を前記制御部に出力する。前記制御部が、前記角度センサーから入力した検出値に基づいて前記駆動部を制御することによって、前記駆動部により前記各関節に与えられるトルクを、重力に起因した前記各関節の重力トルクと前記ハーネス巻き部に起因した前記各関節のねじりトルクとの和のぶん補償する。

本開示の１以上の実施形態のコンソール装置は、オペレーターがコンソール装置の操作の際にコンソール装置から受ける抵抗を軽減することに貢献する。

図１は遠隔制御ロボットシステムのブロック図である。図２はコンソール装置を示す。図３はコンソール装置の左右のコンソールを示す。図４は右のコンソールの遠位端に設けられるジンバル及びハンドコントローラーを示す。図５は右のコンソールの遠位端に設けられるジンバル及びハンドコントローラーを示す。図６は関節の角度とトルクの関係を示したグラフである。

以下、図面を参照して、本開示の１つ以上の実施形態について説明する。実施形態の特徴及び技術的な効果は、以下の詳細な説明及び図面から理解される。ただし、本発明の範囲は、以下に開示された実施形態に限定されない。図面は例示のみのために提供されるため、本発明の範囲は図面の例示に限定されない。

＜１．遠隔制御ロボットシステムの概要＞
図１は、遠隔制御ロボットシステムのブロック図である。

遠隔制御ロボットシステムは、ロボット１及びコンソール装置２を備える。コンソール装置２がマスターであり、ロボット１がスレーブである。医師などのようなオペレーターがコンソール装置２を操作すると、ロボット１がコンソール装置２の動作に追随して動作する。

＜２．ロボット＞
ロボット１は、手術室などのような作業場に設置されている。ロボット１は、手術などのような作業を行うロボットである。ロボット１は、２体のマニピュレーター１５、２体のエンドエフェクター１６及びスレーブ制御部１９を備える。

２体のマニピュレーター１５は、左右に並んで配置されている。マニピュレーター１５は５自由度、６自由度又は７自由度の垂直多関節ロボットである。マニピュレーター１５は、複数のリンク、複数の関節及び複数の駆動部を有する。これらリンクがマニピュレーター１５の近位端から遠位端にかけて順に関節によって直列に連結されている。これら関節には、旋回の関節のほか、曲げ関節及びねじり関節がある。駆動部が関節に接続されている。駆動部が関節にトルクを付与することで、マニピュレーター１５が動作する。

エンドエフェクター１６は、マニピュレーター１５の遠位端に連結されている。エンドエフェクター１６は、例えば鉗子、摂子、剪刀、鑷子又はメスなどのような医療器具であってよい。本実施形態では、エンドエフェクター１６が鉗子である。

スレーブ制御部１９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、バス、バスコントローラー、インターフェース回路、駆動回路及び通信機器などを有する１又は複数のコンピューターである。スレーブ制御部１９は、コンソール装置２のマスター制御部３から操作信号を入力する。スレーブ制御部１９は、操作信号に従ってマニピュレーター１５及びエンドエフェクター１６を制御することによって、マニピュレーター１５及びエンドエフェクター１６をコンソール装置２のコンソール６０に追随させる。

＜３．コンソール装置＞
図２は、コンソール装置２の斜視図である。

コンソール装置２は手術室などのような作業場から離れて設置されている。コンソール装置２は作業場に設置されてもよい。

コンソール装置２は台車５０、基台５１、腰掛け５２、表示部５３、２体のコンソール６０及びマスター制御部３を備える。

マスター制御部３はＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、バス、バスコントローラー、インターフェース回路、駆動回路及び通信機器などを有する１又は複数のコンピューターである。マスター制御部３はコンソール装置２の制御を司る。マスター制御部３がネットワークなどを介してスレーブ制御部１９と通信可能である。

台車５０は、ストッパー付きのキャスターを下部に有して、キャスターにより移動可能である。
基台５１は、台車５０の後部に固定されているとともに、台車５０の後部から立ち上がった状態に設けられている。
腰掛け５２は、台車５０の前部に固定されているとともに、台車５０の前部から立ち上がった状態に設けられている。オペレーターは、腰掛け５２に腰掛けて、コンソール６０を操作する。

表示部５３は、液晶ディスプレイデバイス及び有機ＥＬディスプレイデバイスなどのようなフルカラーのディスプレイデバイスである。表示部５３は、カメラによって撮影されたマニピュレーター１５及びエンドエフェクター１６の映像を表示する。

２体のコンソール６０は、基台５１の上部に連結されているとともに、これらの間に間隔を置いて左右に並んでいる。これらコンソール６０が基台５１から前方に延びて、オペレーターが左右の手で左右のコンソール６０をそれぞれ掴む。オペレーターが左手で左のコンソール６０を動かすと、左のマニピュレーター１５及びエンドエフェクター１６が左のコンソール６０の動作に追随して動作し、オペレーターが右手で右のコンソール６０を動かすと、右のマニピュレーター１５及びエンドエフェクター１６が右のコンソール６０の動作に追随して動作する。

図３は、左右のコンソール６０の斜視図である。
図３に示すように、コンソール６０は、関節リンク機構７９、ジンバル８０及び被把持部９０を備える。

関節リンク機構７９の近位端が基台５１に連結され、関節リンク機構７９の遠位端がジンバル８０に連結され、被把持部９０がジンバル８０に連結されている。ここで、遠位とは、基台５１から遠い方をいい、近位とは、基台５１に近い方をいう。

関節リンク機構７９は、３軸の自由度でジンバル８０及び被把持部９０を並進移動可能に支持する。ジンバル８０は、３軸の自由度で被把持部９０を回転可能に支持する。オペレーターが被把持部９０を握って被把持部９０を移動させると、被把持部９０の姿勢及び向きがジンバル８０によって変更され、被把持部９０及びジンバル８０が関節リンク機構７９によって並進される。関節リンク機構７９は、オペレーターがマニピュレーター１５を遠隔操作することによってエンドエフェクター１６の位置を調整するために利用される。ジンバル８０は、オペレーターがマニピュレーター１５を遠隔操作することによってエンドエフェクター１６の姿勢を調整するために利用される。被把持部９０は、オペレーターがエンドエフェクター１６を遠隔操作するために利用されるため、以下では被把持部９０をハンドコントローラー９０という。

関節リンク機構７９は、旋回部６１、近位リンク６２、遠位リンク６３、第１関節６４、第２関節６５及び第３関節６６を有する。図１に示すように、関節リンク機構７９は、関節リンク機構７９の制御のために利用される駆動部６７～６９及びセンサー７０～７２を有する。

旋回部６１は、第１関節６４によって基台５１の上部に回転可能に連結されている。旋回部６１は、第１関節６４により、鉛直な旋回軸の回りに基台５１に対して相対的に旋回するように設けられている。旋回部６１及び第１関節６４は、関節リンク機構７９の近位端に相当する。

ロータリーエンコーダーなどのような旋回角センサー７０が基台５１に設けられ、モーターなどのような第１駆動部６７が基台５１に設けられている。旋回角センサー７０及び第１駆動部６７は第１関節６４に連結されている。旋回角センサー７０は、旋回軸回りの旋回部６１の旋回角を検出して、その検出値をマスター制御部３に出力する。マスター制御部３は、旋回角センサー７０の検出値をスレーブ制御部１９に転送する。スレーブ制御部１９は、旋回角センサー７０の検出値に従ってマニピュレーター１５を制御する。
第１駆動部６７は、旋回軸回りのトルクを第１関節６４及び旋回部６１に付与する。

近位リンク６２の近位端は、第２関節６５によって旋回部６１に回転可能に連結されている。近位リンク６２は、第２関節６５により、左右に延びる水平な第１スイング軸の回りに旋回部６１に対して相対的に振り上げ下げされるように設けられている。近位リンク６２が平行リンク機構などのようなリンク機構によって構成されてもよい。

ロータリーエンコーダーなどのような第１スイング角センサー７１が旋回部６１に設けられ、モーターなどのような第２駆動部６８が旋回部６１に設けられている。第２駆動部６８及び第１スイング角センサー７１は第２関節６５に連結されている。第１スイング角センサー７１は、第１スイング軸の回りの近位リンク６２の第１スイング角を検出して、その検出値をマスター制御部３に出力する。マスター制御部３は、第１スイング角センサー７１の検出値をスレーブ制御部１９に転送する。スレーブ制御部１９は、第１スイング角センサー７１の検出値に基づいてマニピュレーター１５を制御する。
第２駆動部６８は、第１スイング軸の回りのトルクを第２関節６５及び近位リンク６２に付与する。

遠位リンク６３の近位端は、第３関節６６によって近位リンク６２の遠位端に回転可能に連結されている。遠位リンク６３は、第３関節６６により、第１スイング軸に対して平行な第２スイング軸の回りに近位リンク６２に対して相対的に振り上げ下げするように設けられている。遠位リンク６３が平行リンク機構などのようなリンク機構によって構成されてもよい。

ロータリーエンコーダーなどのような第２スイング角センサー７２が旋回部６１に設けられ、モーターなどのような第３駆動部６９が旋回部６１に設けられている。第２スイング角センサー７２及び第３駆動部６９はリンク機構などを介して第３関節６６に連結されている。第２スイング角センサー７２は、第２スイング軸の回りの遠位リンク６３の第２スイング角を検出して、その検出値をマスター制御部３に出力する。マスター制御部３は、第２スイング角センサー７２の検出値をスレーブ制御部１９に転送する。スレーブ制御部１９は、第２スイング角センサー７２の検出値に基づいてマニピュレーター１５を制御する。
第３駆動部６９は、第２スイング軸の回りのトルクを第３関節６６及び遠位リンク６３に付与する。

遠位リンク６３の遠位端が関節リンク機構７９の遠位端に相当し、ジンバル８０が遠位リンク６３の遠位端に取り付けられている。

図４及び図５は、右のジンバル８０及びハンドコントローラー９０の斜視図である。左のジンバル８０及びハンドコントローラー９０は、右のジンバル８０及びハンドコントローラー９０と左右対称である。

図１、図４及び図５に示すように、ジンバル８０は、連結アーム８１、第１回転アーム８２、第２回転アーム８３、関節８４～８６、ハーネス巻き部８４ａ～８６ａ、駆動部９１～９３及び角センサー９４～９６を有する。

連結アーム８１の近位端は、遠位リンク６３の遠位端に取り付けられている。連結アーム８１は、遠位リンク６３が振り上げ下げする面内において、連結アーム８１の近位端から遠位端にかけてＬ字状に曲がった形状を成している。

第１回転アーム８２の近位端は、関節８４によって連結アーム８１の遠位端に回転可能に連結されている。第１回転アーム８２は、関節８４におけるヨー軸１１１の回りに連結アーム８１に対して相対的に回転可能に設けられている。ヨー軸１１１は、遠位リンク６３が振り上げ下げする面に沿っている。関節リンク機構７９がジンバル８０及びハンドコントローラー９０を並進移動可能に支持するため、ヨー軸１１１が鉛直である。

ハーネス巻き部８４ａは、関節８４に巻かれている。ハーネス巻き部８４ａは、マスター制御部３から駆動部９１～９３、角センサー９４～９６、後述の揺動角センサー９８及び後述のピンチ駆動部９７までの配線の束が巻かれたものである。ハーネス巻き部８４ａは、トーションスプリングとして機能する。つまり、ハーネス巻き部８４ａは、ヨー軸１１１の回りのねじりトルクを関節８４に付与する。ハーネス巻き部８４ａによって生じるねじりトルクは、ヨー軸１１１の回りの第１回転アーム８２のヨー角に依存して決まる。具体的には、ねじりトルクはヨー角の一次関数で表される。つまり、ねじりトルクをＴ_ｙ[Nm]、ヨー角をθ_ｙ [deg]、ハーネス巻き部８４ａのトルクばね定数をａ_ｙ [Nm/deg] 、ヨー角がゼロの時の初期ねじりトルクをｂ_ｙ [Nm]としたら、ねじりトルクＴ_ｙは式「Ｔ_ｙ＝ａ_ｙθ_ｙ＋ｂ_ｙ」で表される。

ロータリーエンコーダーなどのようなヨー角センサー９４が関節８４に連結され、モーターなどのようなヨー駆動部９１が関節８４に連結されている。ヨー角センサー９４は、ヨー軸１１１の回りの第１回転アーム８２のヨー角を検出して、その検出値をマスター制御部３に出力する。マスター制御部３は、ヨー角センサー９４の検出値をスレーブ制御部１９に転送する。スレーブ制御部１９は、ヨー角センサー９４の検出値に基づいてマニピュレーター１５を制御する。
ヨー駆動部９１はヨー軸１１１の回りのトルクを関節８４及び第１回転アーム８２に付与する。

第２回転アーム８３の近位端は、関節８５によって第１回転アーム８２の遠位端に回転可能に連結されている。第２回転アーム８３は、関節８５におけるピッチ軸１１２の回りに第１回転アーム８２に対して相対的に回転可能に設けられている。ピッチ軸１１２は、ヨー軸１１１に対して直交する。関節リンク機構７９がジンバル８０及びハンドコントローラー９０を並進移動可能に支持するため、ピッチ軸１１２が水平である。

ハーネス巻き部８５ａは、関節８５に巻かれている。ハーネス巻き部８５ａは、ハーネス巻き部８４ａと同様に、配線の束が巻かれたものである。ハーネス巻き部８５ａは、ピッチ軸１１２の回りのねじりトルクを関節８５に付与するトーションスプリングとして機能する。ハーネス巻き部８５ａによって生じるねじりトルクは、ピッチ軸１１２の回りの第２回転アーム８３のピッチ角の一次関数で表される。

ロータリーエンコーダーなどのようなピッチ角センサー９５が関節８５に連結され、モーターなどのようなピッチ駆動部９２が関節８５に連結されている。ピッチ角センサー９５は、ピッチ軸１１２の回りの第１回転アーム８２のピッチ角を検出して、その検出値をマスター制御部３に出力する。マスター制御部３は、ピッチ角センサー９５の検出値をスレーブ制御部１９に転送する。スレーブ制御部１９は、ピッチ角センサー９５の検出値に基づいてマニピュレーター１５を制御する。
ピッチ駆動部９２はピッチ軸１１２の回りのトルクを関節８５及び第２回転アーム８３に付与する。

ハンドコントローラー９０は、関節８６によって第２回転アーム８３の遠位端に回転可能に連結されている。ハンドコントローラー９０は、関節８６におけるロール軸１１３の回りに第２回転アーム８３に対して相対的に回転可能に設けられている。ロール軸１１３とピッチ軸１１２とヨー軸１１１は、共通交点において互いに交差する。

ハーネス巻き部８６ａは、関節８６に巻かれている。ハーネス巻き部８６ａは、ハーネス巻き部８４ａと同様に、配線の束が巻かれたものである。ハーネス巻き部８６ａは、ロール軸１１３の回りのねじりトルクを関節８６に付与するトーションスプリングとして機能する。ハーネス巻き部８６ａによって生じるねじりトルクは、ロール軸１１３の回りのハンドコントローラー９０のロール角の一次関数で表される。

ロータリーエンコーダーなどのようなロール角センサー９６が関節８６に連結され、モーターなどのようなロール駆動部９３が関節８６に連結されている。ロール角センサー９６は、ロール軸１１３の回りのハンドコントローラー９０のタブ８７のロール角を検出して、その検出値をマスター制御部３に出力する。マスター制御部３は、ロール角センサー９６の検出値をスレーブ制御部１９に転送する。スレーブ制御部１９は、ロール角センサー９６の検出値に基づいてマニピュレーター１５を制御する。
ロール駆動部９３はロール軸１１３の回りのトルクを関節８６及びタブ８７に付与する。

ハンドコントローラー９０は、タブ８７、ハンドル８８、操作レバー８９、ピンチ駆動部９７及び揺動角センサー９８を有する。

タブ８７は、関節８６によって第２回転アーム８３の遠位端に回転可能に連結されている。タブ８７は、関節８６におけるロール軸１１３の回りに第２回転アーム８３に対して相対的に回転可能に設けられている。ロール軸１１３はピッチ軸１１２に対して直交する。ロール軸１１３とピッチ軸１１２とヨー軸１１１は、共通交点において互いに交差する。タブ８７は、関節８６から前記共通交点に向けてロール軸１１３に沿って延設されている。

タブ８７は直方体に形作られている。タブ８７の形状は、ロール軸１１３に沿った中心軸を有した円柱状又は楕円柱状であってもよい。

操作レバー８９は、タブ８７の側面に向かい合って配置されている。操作レバー８９の近位端が、関節８６寄りにおいて、ロール軸１１３に対して直交する軸の回りに回転可能にタブ８７に連結されている。操作レバー８９は、その近位端から遠位端にかけてロール軸１１３に沿って延びている。操作レバー８９は、タブ８７の側面に対して接離するよう、その近位端の軸の回りに揺動可能である。オペレーターが、主に人差し指によって操作レバー８９を揺動させることによって、操作レバー８９をタブ８７の側面に対して接離させる。

ピンチ駆動部９７は、例えばモーターを有する。ピンチ駆動部９７は、操作レバー８９にトルクを付与する。

揺動角センサー９８は、例えば、ロータリーエンコーダーを有する。揺動角センサー９８は、操作レバー８９の揺動角を検出して、その検出値をマスター制御部３に出力する。マスター制御部３は、揺動角センサー９８の検出値をスレーブ制御部１９に転送する。スレーブ制御部１９は、揺動角センサー９８の検出値に基づいてエンドエフェクター１６を制御する。

ハンドル８８は、タブ８７の端面に向かい合って配置されている。ハンドル８８は、リニアガイドを介してタブ８７に取り付けられている。ハンドル８８は、リニアガイドから、ロール軸１１３に対して交差する方向に延びている。ハンドル８８は、ロール軸１１３に対して交差する中心軸を有した柱状、より具体的には円柱状に形作られている。

ハンドル８８は、リニアガイドにより、ロール軸１１３に沿ってタブ８７の端面に対して接離するよう移動可能に設けられている。

オペレーターは、手の平をハンドル８８に当ててハンドル８８を手の平で握って、指でタブ８７及び操作レバー８９を摘まむ。オペレーターがこのようにハンドコントローラー９０を把持すれば、ハンドコントローラー９０の操作の際のオペレーターの手の負担が軽減される上、オペレーターがハンドコントローラー９０を精度良く繊細に操作することができる。

ハンドル８８がタブ８７の端面に対して接離可能であるため、オペレーターが手のサイズに合わせてハンドル８８の位置を調整することができる。

オペレーターはハンドル８８を握った状態で手首、腕、肩及び上体などを動かすことによって、旋回部６１、近位リンク６２、遠位リンク６３及びジンバル８０を操作する。オペレーターが旋回部６１、近位リンク６２、遠位リンク６３及びジンバル８０を操作する際に、マスター制御部３が旋回角センサー７０、第１スイング角センサー７１、第２スイング角センサー７２、ヨー角センサー９４、ピッチ角センサー９５及びロール角センサー９６の検出値をスレーブ制御部１９に転送する。スレーブ制御部１９が旋回角センサー７０、第１スイング角センサー７１、第２スイング角センサー７２、ヨー角センサー９４、ピッチ角センサー９５及びロール角センサー９６の検出値に基づいてマニピュレーター１５を制御する。これにより、左のマニピュレーター１５が左のコンソール６０の動作に追随し、右のマニピュレーター１５が右のコンソール６０の動作に追随する。

オペレーターが指によって操作レバー８９を揺動させる際に、マスター制御部３が揺動角センサー９８の検出値をスレーブ制御部１９に転送する。スレーブ制御部１９が揺動角センサー９８の検出値に基づいてエンドエフェクター１６を制御する。これにより、左のエンドエフェクター１６が左のハンドコントローラー９０の操作レバー８９の揺動に追随し、右のエンドエフェクター１６が右のハンドコントローラー９０の操作レバー８９の揺動に追随する。

＜４．補償＞
オペレーターが表示部５３を見ながらコンソール６０を操作する際にオペレーターがコンソール６０から余分な反力を受けないようにするために、またオペレーターがコンソール６０から手を離した際にコンソール６０が自重及びハーネス巻き部８４ａ，８５ａ，８６ａのねじりトルクによって動かないようにするために、マスター制御部３が以下のような補償処理を行う。

（１）ヨー角
（１－１）打消トルクの算出
上述のようにヨー角センサー９４は、ヨー軸１１１の回りの第１回転アーム８２のヨー角を検出して、その検出値をマスター制御部３に出力する。マスター制御部３は、ヨー角センサー９４の検出値から打消トルクを算出する。打消トルクは、第１回転アーム８２の重量に起因して関節８４に生じる重力トルクと、ハーネス巻き部８４ａのねじりに起因して関節８４に生じるねじりトルクの両方を打ち消すトルクである。つまり、打消トルクは、重力トルクとねじりトルクの和に釣り合う。ここで、図６は任意のヨー角とトルクの関係を示したグラフである。図６中の破線の曲線で示すように、重力トルクは、第１回転アーム８２の姿勢、つまりヨー角に依存して決まる。ハーネス巻き部８４ａのねじりトルクは、第１回転アーム８２のヨー角に依存して決まる。そのため、図６中の実線の曲線で示すように、重力トルクとねじりトルクの和は第１回転アーム８２のヨー角に依存して決まり、重力トルクとねじりトルクの和に釣り合う打ち消すトルクも第１回転アーム８２のヨー角に依存して決まる。

打消トルクの算出のために、マスター制御部３は、第１回転アーム８２の任意のヨー角と打消トルクとの関係を表した関数を数式又はルックアップテーブルとして予め記憶している。そして、マスター制御部３は、ヨー角センサー９４からヨー角の検出値を入力したら、その検出値を関数にあてはめることによって、その検出値に対応する打消トルクを関数により算出する。なお、第１回転アーム８２のヨー角と打消トルクとの関係を表した関数は、事前の実験又はシミュレーションにより求められたものである。

（１－２）打消トルクの発生
マスター制御部３が打消トルクを発生させるようヨー駆動部９１を制御すると、ヨー駆動部９１が関節８４に打消トルクを発生させる。

その後、マスター制御部３はヨー角センサー９４のサンプリング周期又はその整数倍ごとに打消トルクの算出処理及び発生処理を実行する。

（２）ピッチ角
上述のようにピッチ角センサー９５は、ピッチ軸１１２の回りの第２回転アーム８３のピッチ角を検出して、その検出値をマスター制御部３に出力する。マスター制御部３は、ピッチ角センサー９５の検出値から打消トルクを算出する。次に、マスター制御部３が打消トルクを発生させるようピッチ駆動部９２を制御すると、ピッチ駆動部９２が関節８５に打消トルクを発生させる。その後、マスター制御部３はピッチ角センサー９５のサンプリング周期又はその整数倍ごとに打消トルクの算出処理及び発生処理を実行する。

（３）ロール角
上述のようにロール角センサー９６は、ロール軸１１３の回りのハンドコントローラー９０のタブ８７のロール角を検出して、その検出値をマスター制御部３に出力する。マスター制御部３は、ロール角センサー９６の検出値から打消トルクを算出する。次に、マスター制御部３が打消トルクを発生させるようロール駆動部９３を制御すると、ロール駆動部９３が関節８６に打消トルクを発生させる。その後、マスター制御部３はロール角センサー９６のサンプリング周期又はその整数倍ごとに打消トルクの算出処理及び発生処理を実行する。

＜５．まとめ＞
マスター制御部３が、ヨー角センサー９４から入力した検出値に基づいてヨー駆動部９１を制御することによって、ヨー駆動部９１により関節８４に与えられるトルクを、ハーネス巻き部８４ａに起因した関節８４のねじりトルクぶん補償する。具体的には、マスター制御部３は、関節８４の任意のヨー角と打消トルクとの関係を表した関数に、ヨー角センサー９４の検出値をあてはめることによって、その検出値に対応する打消トルクを関数により算出する。マスター制御部３が打消トルクを発生させるようヨー駆動部９１を制御すると、ヨー駆動部９１が関節８４に打消トルクを発生させる。打消トルクは、第１回転アーム８２の重量に起因して関節８４に生じる重力トルクと、ハーネス巻き部８４ａのねじりに起因して関節８４に生じるねじりトルクとの和に釣り合う。よって、オペレーターがハンドコントローラー９０を移動させる際に、オペレーターがヨー軸１１１の回りの抵抗を感じにくい。

同様に、マスター制御部３が、ピッチ角センサー９５から入力した検出値に基づいてピッチ駆動部９２を制御することによって、ピッチ駆動部９２により関節８５に与えられるトルクを、ハーネス巻き部８５ａに起因した関節８５のねじりトルクぶん補償する。よって、オペレーターがハンドコントローラー９０を移動させる際に、オペレーターがピッチ軸１１２の回りの抵抗を感じにくい。

同様に、マスター制御部３が、ロール角センサー９６から入力した検出値に基づいてロール駆動部９３を制御することによって、ロール駆動部９３により関節８６に与えられるトルクを、ハーネス巻き部８６ａに起因した関節８６のねじりトルクぶん補償する。よって、オペレーターがハンドコントローラー９０を移動させる際に、オペレーターがロール軸１１３の回りの抵抗を感じにくい。

オペレーターがハンドコントローラー９０の操作の際にハンドコントローラー９０から受ける抵抗が軽減されるため、オペレーターの疲労感も軽減される。オペレーターは余分な力でハンドコントローラー９０を操作しなくて済み、ロボット１を安定且つ安全に遠隔操作することができる。

２コンソール装置
３マスター制御部
８０ジンバル
８４ヨー軸の関節
８５ピッチ軸の関節
８６ロール軸の関節
９１ヨー駆動部
９２ピッチ駆動部
９３ロール駆動部
９４ヨー角センサー
９５ピッチ角センサー
９６ロール角センサー
９０ハンドコントローラー（被把持部）

Claims

オペレーターによって把持される被把持部と、
互いに交差するヨー軸、ピッチ軸及びロール軸の回りに前記被把持部を回転可能に支持するジンバルと、
前記ジンバルを制御する制御部と、
を備え、
前記ジンバルが、
前記ヨー軸の回り、前記ピッチ軸の回り及び前記ロール軸の回りの各関節に巻かれたハーネス巻き部と、
前記各関節にトルクを付与する駆動部と、
前記各関節の角度を検出して、前記各関節の角度の検出値を前記制御部に出力する角度センサーと、
を有し、
前記制御部が、前記角度センサーから入力した検出値に基づいて前記駆動部を制御することによって、前記駆動部により前記各関節に与えられるトルクを、重力に起因した前記各関節の重力トルクと前記ハーネス巻き部に起因した前記各関節のねじりトルクとの和のぶん補償する
コンソール装置。
前記制御部が前記角度センサーから入力した検出値に基づいて前記駆動部を制御することによって、前記駆動部が、重力に起因した前記各関節の重力トルクと前記ハーネス巻き部に起因した前記各関節のねじりトルクとを打ち消す打消トルクを前記各関節に発生させる
請求項１に記載のコンソール装置。
前記制御部が、
前記角度センサーから入力した検出値から前記打消トルクを算出する算出処理と、
前記算出処理により算出された前記打消トルクを前記各関節に発生させるよう前記駆動部を制御する発生処理と、
を実行する
請求項２に記載のコンソール装置。
前記制御部が、前記角度センサーから検出値を入力するたびに、前記算出処理及び前記発生処理を実行する
請求項３に記載のコンソール装置。
前記制御部が、前記各関節の角度とトルクとの関係を表した関数を予め記憶し、
前記制御部が、前記算出処理において、前記角度センサーから入力した検出値に対応する前記打消トルクを前記関数によりを算出する
請求項３又は４に記載のコンソール装置。