WO2023074335A1 - 制御システム、制御装置、制御方法及びプログラム - Google Patents

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WO2023074335A1
WO2023074335A1 PCT/JP2022/037748 JP2022037748W WO2023074335A1 WO 2023074335 A1 WO2023074335 A1 WO 2023074335A1 JP 2022037748 W JP2022037748 W JP 2022037748W WO 2023074335 A1 WO2023074335 A1 WO 2023074335A1
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WO
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master device
control
force
slave device
assisting
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Application number
PCT/JP2022/037748
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English (en)
French (fr)
Inventor
公平 大西
貴弘 溝口
和広 山田
能行 羽生
伸 牧
俊弘 藤井
Original Assignee
慶應義塾
モーションリブ株式会社
テルモ株式会社
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Filing date
Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B34/37—Master-slave robots
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M25/00—Catheters; Hollow probes
    • A61M25/01—Introducing, guiding, advancing, emplacing or holding catheters
    • A61M25/0105—Steering means as part of the catheter or advancing means; Markers for positioning
    • A61M25/0133—Tip steering devices
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M25/00—Catheters; Hollow probes
    • A61M25/10—Balloon catheters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J3/00—Manipulators of master-slave type, i.e. both controlling unit and controlled unit perform corresponding spatial movements

Definitions

  • the present invention relates to a control system, control device, control method and program.
  • Patent Document 1 a configuration that compensates for frictional force is known (see Patent Document 1, for example).
  • the frictional force acting on the slave device may change based on the state change of the slave device.
  • compensating by simply eliminating the frictional force acting on the slave device, it becomes difficult for the user to perceive the state change of the slave device through the master device.
  • unnecessary movements may be assisted by controls for compensating for frictional forces. That is, there is room for improvement in the control for friction compensation performed in the master-slave system.
  • An object of the present invention is to make the control for friction compensation performed in the master-slave system more appropriate.
  • a control system includes: A control system including a master device to which an operator's operation is input and a slave device that operates according to the operation input to the master device, control amount calculation means for calculating a force for assisting the operation of the master device against the friction generated in the slave device based on the moving average of the speed of the movable portion of the slave device; a control means for assisting an operation in the master device with the force calculated by the control amount calculation means, and for controlling transmission of haptic sensations in the master device and the slave device; characterized by comprising
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the basic principle of haptic transmission control executed by the control device 30.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the hardware configuration of a control system in the control system 1;
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a hardware configuration of an information processing device that constitutes the control device 30;
  • FIG. 2 is a block diagram showing the functional configuration of the control system 1;
  • FIG. 4 is a flowchart for explaining the flow of haptic sensation transmission processing executed by the control device 30.
  • FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between catheter speed and friction compensation amount.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing a forgetting factor of the moving average value with forgetting factor shown in Equation (6);
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the control system 1 that performs force feedback after an operator manually inserts the catheter of the slave device 20.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing a forgetting factor of the moving average value with forgetting factor shown in Equation (6);
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the control system 1 that performs force feedback after an operator manually inserts the catheter of the slave device 20.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a control system 1 according to one embodiment of the present invention.
  • a control system 1 according to this embodiment is configured as a master/slave system including a master device 10 and a slave device 20 that are mechanically separated.
  • the master device 10 constitutes a manipulator operated by a user
  • the slave device 20 constitutes a catheter system having an end effector inserted into a subject.
  • the control system 1 includes a master device 10, a slave device 20, and a control device 30.
  • the master device 10, the slave device 20, and the control device 30 are connected via a network 40. It is configured for wired or wireless communication.
  • control system 1 can include a display L and a plurality of cameras C as appropriate.
  • the camera C various imaging devices such as a video camera for imaging the exterior of the subject into which the slave device 20 is inserted, or an X-ray camera for imaging the interior of the subject with X-rays can be used.
  • the master device 10 receives an operation similar to that for a conventional mechanically configured catheter, and detects the position of a moving part (a movable member of a manipulator, etc.) that moves according to the input operation. Master device 10 transmits information representing the detected position of the movable part to control device 30 . In addition, the master device 10 outputs a reaction force from the actuator in accordance with an instruction from the control device 30 in response to the input operation. Specifically, the master device 10 performs an operation to move the catheter forward and backward (for example, an operation to insert it into a blood vessel), an operation to rotate the catheter around its axis (for example, an operation to change the direction of the end effector).
  • an operation to move the catheter forward and backward for example, an operation to insert it into a blood vessel
  • an operation to rotate the catheter around its axis for example, an operation to change the direction of the end effector.
  • an operation to operate the end effector for example, if the end effector is a balloon, an operation to expand and contract it, or if the end effector is forceps, an operation to open and close it, etc.
  • an operation to operate the end effector for example, if the end effector is a balloon, an operation to expand and contract it, or if the end effector is forceps, an operation to open and close it, etc.
  • the slave device 20 drives an actuator according to instructions from the control device 30 to perform an action corresponding to the operation input to the master device 10, and a movable part (a mover of the actuator or the actuator moved by the action) that moves according to the action. (e.g., catheters, etc.).
  • a movable part a mover of the actuator or the actuator moved by the action
  • various external forces are input to the slave device 20 from the environment.
  • the position of the movable portion in the slave device 20 indicates the result of various external forces acting on the output of the actuator.
  • the slave device 20 transmits information representing the detected position of the movable portion to the control device 30 .
  • the various external forces that are input from the environment to the slave device 20 include a resistance force in the thrust direction that the catheter receives from the blood vessel.
  • the friction compensation amount calculated from the moving average value of the advancing/retreating speed of the catheter in the past set section is used as the force for assisting the operator's operation of the master device 10.
  • Output As a result, while reducing the load on the user operating the master device 10, it is possible to make it easier for the user to perceive the change in the state of the slave device 20, and the force for assisting the operation may cause a simple harmonic motion to occur in the catheter. can be suppressed.
  • the control device 30 is composed of, for example, an information processing device such as a PC (Personal Computer) or a server computer, and controls the master device 10, the slave device 20, the display L and the camera C. For example, the control device 30 acquires the positions of the movable parts of the master device 10 and the slave device 20 (the rotation angle of the actuator detected by a rotary encoder, the forward/backward position of the movable part detected by a linear encoder, etc.), and 10 and the slave device 20 to control the transmission of haptic sensations.
  • an information processing device such as a PC (Personal Computer) or a server computer
  • the control device 30 acquires the positions of the movable parts of the master device 10 and the slave device 20 (the rotation angle of the actuator detected by a rotary encoder, the forward/backward position of the movable part detected by a linear encoder, etc.), and 10 and the slave device 20 to control the transmission of haptic sensations.
  • the control device 30 uses information representing the position of the movable part (the position of the movable element of the actuator or the position of the member moved by the actuator).
  • the real space parameter (input vector) calculated based on the information representing the position and the like) is coordinate-transformed (transformed by a transformation matrix) into a virtual space in which position and force can be handled independently. That is, the input vector is coordinate-transformed from the real space of the oblique coordinate system in which the position and the force are related to each other to the virtual space of the orthogonal coordinate system in which the position and the force are mutually independent.
  • the parameters calculated by the coordinate transformation represent the position and force state values corresponding to the input vector in the virtual space.
  • the control device 30 converts the state values of the position and force calculated from the input vector to the position and force for controlling the position and force (in this case, transmitting the haptic sensation). , and performs inverse transformation (transformation using the inverse matrix of the transformation matrix) to return the computation result to the real space. Further, the control device 30 drives each actuator based on the real space parameters (current command value, etc.) acquired by the inverse transformation, thereby transmitting the haptic sensation between the master device 10 and the slave device 20. Realize a master-slave system that
  • control device 30 in the present embodiment calculates the moving average value of the advancing/retreating speed of the catheter in the past set section when the haptic sensation is transmitted between the master device 10 and the slave device 20.
  • the friction compensation amount is output as a force for assisting the operation of the master device 10 by the operator.
  • position and velocity (or acceleration) or angle and angular velocity (or angular acceleration) are parameters that can be replaced by calculus, so when performing processing related to position or angle, replace them with velocity or angular velocity as appropriate. is possible.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the basic principle of the haptic transmission control executed by the control device 30.
  • the basic principle shown in FIG. 2 determines the operation of the actuator by inputting information representing the position of the movable part (current position of the movable part) and performing calculations in at least one of the areas of velocity and force. be. That is, the basic principle of the present invention includes a system to be controlled S, a functional force/velocity assignment transformation block FT, at least one of an ideal force source block FC or an ideal velocity source block PC, and an inverse transformation block IFT. It is expressed as a control law.
  • the controlled system S is the master device 10 or the slave device 20 equipped with an actuator, and controls the actuator based on acceleration and the like.
  • acceleration, velocity, and position are physical quantities that can be mutually converted by calculus, any of acceleration, velocity, and position may be used for control.
  • the control law is mainly expressed using the velocity calculated from the position.
  • the function-specific force/velocity allocation conversion block FT is a block that defines the conversion of control energy into the velocity and force regions set according to the function of the controlled system S.
  • a coordinate transformation is defined in which a value (reference value) serving as a reference for the function of the controlled system S and the current position of the movable part are input.
  • This coordinate transformation generally converts an input vector whose elements are the reference value and the current velocity into an output vector composed of velocities for calculating the velocity control target value, and an input vector whose elements are the reference value and the current force. It converts the vector into an output vector consisting of force for calculating the force control target value.
  • the coordinate transformation in the functional force/velocity allocation transformation block FT is generalized as shown in the following equations (1) and (2).
  • x' 1 to x' n are velocity vectors for deriving the state value of velocity
  • x' a to x' m are 1 or more
  • ) is a vector whose elements are the reference value and the speed based on the action of the actuator (the speed of the mover of the actuator or the speed of the member moved by the actuator)
  • h 1a to h nm are the elements of the conversion matrix representing the function. be.
  • f′′ 1 to f′′ n are force vectors for deriving force state values
  • f′′ a to f′′ m is an integer equal to or greater than 1
  • f′′ a to f′′ m is an integer equal to or greater than 1 is a vector whose elements are the force based on the reference value and the action of the actuator (the force of the mover of the actuator or the force of the member moved by the actuator).
  • the coordinate transformation in the functional force/velocity allocation transformation block FT By setting the coordinate transformation in the functional force/velocity allocation transformation block FT according to the function to be realized, various operations can be realized and scaling can be performed. That is, in the basic principle of the present invention, in the function-specific force/velocity assignment conversion block FT, the variables of the actuator alone (variables in the real space) are converted to the variable group of the entire system (the virtual space variable) and assign the control energy to the control energy of velocity and the control energy of force. In other words, according to the basic principle of the present invention, a coordinate space in which velocity and force are related to each other is transformed into a coordinate space in which velocity and force are independent of each other, and then calculations related to velocity and force control are performed. Therefore, compared to the case where the control is performed with the variables of the actuator alone (variables in the real space), it is possible to independently apply the velocity control energy and the force control energy.
  • the ideal force source block FC is a block that performs calculations in the force domain according to the coordinate transformation defined by the functional force/velocity assignment transformation block FT.
  • a target value is set for the force when performing calculations based on the coordinate transformation defined by the functional force/velocity assignment transformation block FT.
  • This target value is set as a fixed value or a variable value depending on the function to be implemented. For example, when realizing a function similar to the function indicated by the reference value, set the target value to zero, or when performing scaling, set a value obtained by expanding or reducing the information indicating the function to be realized. can.
  • the ideal velocity source block PC is a block that performs calculations in the velocity domain according to the coordinate transformation defined by the functional force/velocity assignment transformation block FT.
  • the ideal velocity source block PC there are set target values relating to velocity when performing calculations based on the coordinate transformation defined by the functional force/velocity assignment transformation block FT.
  • This target value is set as a fixed value or a variable value depending on the function to be implemented. For example, when realizing a function similar to the function indicated by the reference value, set the target value to zero, or when performing scaling, set a value obtained by expanding or reducing the information indicating the function to be realized. can.
  • the inverse transform block IFT is a block that transforms values in the domain of velocity and force into values in the domain of inputs to the controlled system S (for example, voltage values or current values).
  • the functional force/velocity assignment conversion block FT when the positional information of the actuators of the controlled system S is input to the functional force/velocity assignment conversion block FT, the velocity and force information obtained based on the positional information is used to , in the function-specific force/velocity assignment conversion block FT, the control law for each of the position and force regions according to the function is applied.
  • the ideal force source block FC force calculation is performed according to the function
  • the ideal velocity source block PC velocity calculation is performed according to the function, and control energy is distributed to force and velocity respectively.
  • the calculation results in the ideal force source block FC and the ideal velocity source block PC become information indicating the control target of the controlled system S, and these calculation results are used as input values for the actuators in the inverse transformation block IFT, and the controlled system S is entered in As a result, the actuators of the controlled system S perform operations according to the functions defined by the functional force/velocity assignment conversion block FT, and the intended operation of the device is realized.
  • x'p is the velocity for deriving the state value of velocity
  • x'f is the velocity related to the state value of force
  • x'm is the speed of the reference value (input from the master device 10) (differential value of the current position of the master device 10)
  • x 's is the current speed of the slave device 20 (differential value of the current position).
  • f p is the force related to the state value of velocity
  • f f is the force for deriving the state value of force
  • f m is the force of the reference value (input from the master device 10 )
  • f s is the current force of the slave device 20 .
  • the position of the slave device 20 is multiplied by ⁇ ( ⁇ is a positive number)
  • the force of the slave device 20 is multiplied by ⁇ ( ⁇ is a positive number)
  • the master It will be transmitted to the device 10 .
  • FIG. 3 is a block diagram showing the hardware configuration of the control system in the control system 1.
  • the control system 1 includes, as a hardware configuration of a control system, a control device 30 configured by an information processing device such as a PC or a server computer, a control unit 101 of the master device 10, and a communication unit 102. , an insertion actuator 103 , a detection actuator 104 , a rotation actuator 105 , an operation actuator 106 , linear encoders 107 and 108 , rotary encoders 109 and 110 , drivers 111 to 114 , and slave device 20 .
  • a control unit 201 a communication unit 202, an insertion actuator 203, a detection actuator 204, a rotation actuator 205, an operation actuator 206, linear encoders 207 and 208, rotary encoders 209 and 210, and a driver 211.
  • a display L and a camera C.
  • a control unit 101 of the master device 10 is composed of a microcomputer including a processor, memory, etc., and controls the operation of the master device 10 .
  • the control unit 101 controls the driving of the insertion actuator 103 , the detection actuator 104 , the rotation actuator 105 and the manipulation actuator 106 of the master device 10 according to control parameters transmitted from the control device 30 .
  • Communication unit 102 controls communication between master device 10 and other devices via network 40 .
  • the insertion actuator 103 is composed of, for example, a direct-acting motor, and according to instructions from the control unit 101, the operator inputs the operation to the master device 10 to move the catheter forward and backward in order to insert it into the blood vessel. Gives a reaction force.
  • the detection actuator 104 is composed of, for example, a voice coil motor, and applies a reaction force to an operator's input to the master device 10 in accordance with instructions from the control unit 101 to advance and retract the catheter near the lesion for treatment. Give.
  • the insertion actuator 103 has a longer stroke than the detection actuator 104, while the detection actuator 104 performs more precise position and force control than the insertion actuator 103. It is possible.
  • the rotation actuator 105 is composed of, for example, a rotary motor, and applies a reaction force to the operator's operation to rotate the master device 10 around the rotation axis along the advancing/retreating direction according to instructions from the control unit 101 .
  • the operation actuator 106 is configured by, for example, a rotary motor, and applies a reaction force to an operation input by the operator to a lever (grip) or the like for operating the end effector, according to instructions from the control unit 101. .
  • the linear encoder 107 detects the position of the mover of the insertion actuator 103 (advance/retreat position on the linear motion axis).
  • the linear encoder 108 detects the position of the mover of the detection actuator 104 (advance/retreat position on the linear motion axis).
  • a rotary encoder 109 detects the position (rotational angle) of the mover of the rotary actuator 105 .
  • the rotary encoder 110 detects the position (rotational angle) of the mover of the operating actuator 106 .
  • the driver 111 outputs drive current to the insertion actuator 103 according to instructions from the control unit 101 .
  • the driver 112 outputs a drive current to the detection actuator 104 according to instructions from the control unit 101 .
  • the driver 113 outputs drive current to the rotation actuator 105 according to the instruction from the control unit 101 .
  • the driver 114 outputs drive current to the operating actuator 106 in accordance with instructions from the control unit 101 .
  • a control unit 201 of the slave device 20 is configured by a microcomputer having a processor, memory, etc., and controls the operation of the slave device 20 .
  • the control unit 201 controls driving of the insertion actuator 203 , the detection actuator 204 , the rotation actuator 205 and the operation actuator 206 of the slave device 20 according to control parameters transmitted from the control device 30 .
  • the communication unit 202 controls communication between the slave device 20 and other devices via the network 40 .
  • the insertion actuator 203 is composed of, for example, a direct-acting motor, and according to instructions from the control unit 201, the operator inputs the operation to the master device 10 to move the catheter forward and backward in order to insert it into the blood vessel.
  • the catheter of the slave device 20 is advanced and retracted.
  • the detection actuator 204 is composed of, for example, a voice coil motor, and according to instructions from the control unit 201, the slave device 20 responds to an operation input by the operator to the master device 10 to advance and retract the catheter near the lesion for treatment. advance and retract the catheter.
  • the insertion actuator 203 has a longer stroke than the detection actuator 204, while the detection actuator 204 performs more precise position and force control than the insertion actuator 203. It is possible.
  • the rotation actuator 205 is configured by, for example, a rotary motor, and rotates the catheter of the slave device 20 around a rotation axis along the advancing/retreating direction in accordance with instructions from the control unit 201 and in accordance with operations input to the master device 10 by the operator.
  • the operation actuator 206 is composed of, for example, a rotary motor, and operates the end effector (expansion, contraction, opening/closing, etc.) according to the operation input to the master device 10 by the operator according to instructions from the control unit 201. .
  • the linear encoder 207 detects the position of the mover of the insertion actuator 203 (advance/retreat position on the linear motion axis).
  • a linear encoder 208 detects the position of the mover of the detection actuator 204 (advance/retreat position on the linear motion axis).
  • a rotary encoder 209 detects the position (rotational angle) of the mover of the rotary actuator 205 .
  • a rotary encoder 210 detects the position (rotational angle) of the mover of the operating actuator 206 .
  • the driver 211 outputs drive current to the insertion actuator 203 according to instructions from the control unit 201 .
  • the driver 212 outputs a drive current to the detection actuator 204 according to instructions from the control unit 201 .
  • the driver 213 outputs a drive current to the rotation actuator 205 according to instructions from the control unit 201 .
  • a driver 214 outputs a drive current to the operation actuator 206 according to an instruction from the control unit 201 .
  • the display L is installed in a place where the operator of the master device 10 can visually recognize the screen, and displays an image instructed to be displayed by the control device 30 (visible light image or X-ray image of the subject captured by the camera C). indicate.
  • the camera C is installed in a place where the slave device 20 can capture images of the subject into which the catheter is to be inserted, captures images of the subject (visible light images, X-ray images, etc.), and transmits the captured images to the control device 30. do.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a hardware configuration of an information processing device that constitutes the control device 30.
  • the control device 30 includes a processor 311, a ROM (Read Only Memory) 312, a RAM (Random Access Memory) 313, a bus 314, an input section 315, an output section 316, and a storage section. 317 , a communication unit 318 and a drive 319 .
  • the processor 311 executes various processes according to programs recorded in the ROM 312 or programs loaded from the storage unit 317 to the RAM 313 .
  • the RAM 313 also stores data necessary for the processor 311 to execute various types of processing.
  • the processor 311 , ROM 312 and RAM 313 are interconnected via a bus 314 .
  • An input unit 315 , an output unit 316 , a storage unit 317 , a communication unit 318 and a drive 319 are connected to the bus 314 .
  • the input unit 315 is composed of various buttons and the like, and inputs various information according to instruction operations.
  • the output unit 316 includes a display, a speaker, and the like, and outputs images and sounds. Note that when the control device 30 is configured as a smartphone or a tablet terminal, the display of the input unit 315 and the display of the output unit 316 may be overlapped to configure a touch panel.
  • the storage unit 317 is composed of a hard disk, a DRAM (Dynamic Random Access Memory), or the like, and stores various data managed by each server.
  • the communication unit 318 controls communication between the control device 30 and other devices via the network.
  • a removable medium 331 consisting of a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a semiconductor memory, or the like is appropriately mounted in the drive 319 .
  • a program read from the removable medium 331 by the drive 319 is installed in the storage unit 317 as required.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the functional configuration of the control system 1.
  • the control device 30 executes various processes, so that the sensor information acquisition unit 351, the friction compensation control unit 352, and the tactile sensation transmission unit 353 are installed in the processor 311. Function. Further, a control parameter storage unit 371 and a speed buffer 372 are formed in the storage unit 317 .
  • the control parameter storage unit 371 stores the control parameters acquired in the control of the control device 30 transmitting the haptic sensation between the master device 10 and the slave device 20 in chronological order.
  • the information stored as the control parameters can be various parameters acquired in haptic transmission control, and can include various types of information that can reproduce the haptic transmission control.
  • sensor information acquired by the master device 10 and the slave device 20 state values obtained by coordinate transformation of these sensor information, current command values to each actuator, or set in the control device 30 for tactile transmission control
  • Various set values and the like can be stored as control parameters.
  • the speed buffer 372 stores data on the advancing/retreating speed of the catheter calculated by the friction compensation control unit 352 in the past set interval (for example, the past 5 seconds).
  • the data of the advancing/retreating speed of the catheter stored in the speed buffer 372 is successively updated to the latest data each time the friction compensation control unit 352 newly calculates the advancing/retreating speed of the catheter.
  • the sensor information acquisition unit 351 acquires information (sensor information) detected by various sensors installed in the master device 10 and slave devices 20 .
  • the sensor information acquisition unit 351 acquires information indicating the position (forward/backward position or rotation angle) of the mover of each actuator detected by the linear encoders 107, 108, 207, 208 and the rotary encoders 109, 110, 209, 210. get.
  • the sensor information acquisition unit 351 also stores the acquired sensor information in the control parameter storage unit 371 as time-series data.
  • the friction compensation control unit 352 calculates the current advance/retreat speed (current value) of the catheter in the slave device 20 based on the sensor information acquired by the sensor information acquisition unit 351 . In addition, the friction compensation control unit 352 stores the calculated current advancing/retreating velocity (current value) of the catheter in the velocity buffer 372 in association with the time. Then, the friction compensation control unit 352 calculates the average value (that is, the moving average value) of the advancing/retreating speed of the catheter in the past set section, and calculates the calculated moving average value and the friction compensation set for the friction compensation. By multiplying by the coefficient, the friction compensation amount (force for assisting the operation) output to the user in the master device 10 is calculated. As the moving average value, a simple moving average value is used here.
  • the haptic transmission unit 353 controls haptic transmission in the master device 10 and the slave device 20 according to the control algorithm shown in FIG. For example, in the haptic transmission process, the haptic transmission unit 353 performs control to transmit haptic sensations between the actuators for corresponding actions of the master device 10 and the slave device 20 .
  • the haptic transmission unit 353 also performs control to compensate for the frictional force input to the slave device 20 with the friction compensation amount calculated by the friction compensation control unit 352 . That is, the haptic control unit 353 outputs the friction compensation amount calculated from the moving average value of the advancing/retreating speed of the catheter in the past set section as a force for assisting the operator's operation of the master device 10. .
  • the catheter since the catheter has elasticity, for example, when an external force is input to the slave device 20 due to transient noise such as an operator's sudden contact, the elastic force of the catheter acts on the input. , the catheter will be pushed back. At this time, if friction compensation is simply performed, the operation of the catheter will be amplified, and a simple harmonic motion will occur.
  • the sensor even when no external force is input to the slave device 20, the sensor may detect a minute speed in the forward/backward direction. Friction compensation takes place. Then, the movement in the forward/backward direction is assisted, and a simple vibration is generated.
  • the user's operation of the master device 10 is assisted by the friction compensation amount obtained by multiplying the average value (that is, the moving average value) of the forward/backward movement speed of the catheter in the past set section by the friction compensation coefficient.
  • the friction compensation amount obtained by multiplying the average value (that is, the moving average value) of the forward/backward movement speed of the catheter in the past set section by the friction compensation coefficient.
  • FIG. 6 is a flowchart for explaining the flow of the haptic sensation transmission process executed by the control device 30.
  • the haptic sensation transmission process is started in response to an instruction to execute the haptic sensation transmission process via the input unit 315 or the communication unit 318 .
  • the tip of the catheter is inserted into the subject manually by the operator who assists the operation of the slave device 20 or by remote operation from the master device 10. shall start in the
  • step S ⁇ b>1 the position information acquisition unit 351 acquires information (sensor information) detected by various sensors installed in the master device 10 and the slave device 20 .
  • the sensor information acquired in step S1 is stored in the control parameter storage unit 371 as time-series data.
  • step S ⁇ b>2 the friction compensation control unit 352 calculates the current advance/retreat speed (current value) of the catheter in the slave device 20 based on the sensor information acquired by the sensor information acquisition unit 351 .
  • step S ⁇ b>3 the friction compensation control unit 352 stores the calculated current advancing/retreating velocity (current value) of the catheter in the velocity buffer 372 in association with the time.
  • step S4 the friction compensation control unit 352 calculates an average value (that is, a moving average value) of the advancing/retreating speed of the catheter in the past set section.
  • step S5 the friction compensation control unit 352 multiplies the calculated moving average value by the friction compensation coefficient set for friction compensation, thereby calculating the friction compensation amount to be output to the user in the master device 10. do.
  • step S6 the haptic transmission unit 353 transmits the haptic sense to the master device 10 and the slave device 20 while compensating for the frictional force input to the slave device 20 with the friction compensation amount calculated by the friction compensation control unit 352. to control.
  • step S7 the haptic sensation transmission unit 353 determines whether or not an instruction to end the haptic sensation transmission process has been issued. If the end of the haptic sensation transmission process has not been instructed, a determination of NO is made in step S7, and the process proceeds to step S1. If the end of the haptic sense transmission process has been instructed, a determination of YES is made in step S7, and the haptic sense transmission process ends.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the relationship between the velocity of the catheter and the amount of friction compensation.
  • the waveform shown in FIG. 7 indicates the time change of the normalized speed or friction compensation amount. As shown in FIG.
  • the control system 1 calculates the friction compensation amount obtained by multiplying the average value (that is, the moving average value) of the advancing/retreating speed of the catheter in the past set section by the friction compensation coefficient. It is output as a force for assisting the user's operation on the master device 10 .
  • an assisting force is not applied to the velocity component that causes the catheter to vibrate, and an assisting force is applied to the velocity component that causes the catheter to move in one direction.
  • This force can suppress the occurrence of simple harmonic motion in the catheter. Therefore, the control for friction compensation executed in the master/slave system can be made more appropriate.
  • the friction compensation amount obtained by multiplying the average value (that is, the moving average value) of the forward/backward movement speed of the catheter in the past set section by the friction compensation coefficient is determined by the user's operation on the master device 10. is output as a force for assisting.
  • the average value that is, the moving average value
  • the advancing/retreating speed closer to the current time is given a higher weight.
  • the moving average value of the advancing/retreating speed having the forgetting characteristic is calculated.
  • the control system 1 of this embodiment differs from the control system 1 of the first embodiment in the configuration of the friction compensation control section 352 . Therefore, the configuration of the friction compensation control section 352, which is different, will be mainly described below.
  • the friction compensation control unit 352 calculates the current advance/retreat speed (current value) of the catheter in the slave device 20 based on the sensor information acquired by the sensor information acquisition unit 351 . In addition, the friction compensation control unit 352 stores the calculated current advancing/retreating velocity (current value) of the catheter in the velocity buffer 372 in association with the time.
  • the friction compensation control unit 352 calculates a weighted average value based on a forgetting factor (hereinafter referred to as a "moving average value with a forgetting factor") for the advancing/retreating speed of the catheter in the past set section, and By multiplying the calculated moving average value with forgetting factor by the friction compensation coefficient set for friction compensation, the friction compensation amount (force for assisting the operation) output to the user in the master device 10 is calculated. calculate.
  • a forgetting factor hereinafter referred to as a "moving average value with a forgetting factor”
  • the moving average value of the advancing/retreating speed of the catheter in the past set section in the first embodiment is expressed by the following equation (5), for example.
  • the calculation can be performed by the following equation (6).
  • Equation (6) m is the number of data in the moving average interval
  • n is the data number of the current value
  • k is the number of data going back from the current value
  • T is the time constant
  • exp (-k / T ) indicates the forgetting factor.
  • T is the time constant
  • exp (-k / T ) indicates the forgetting factor.
  • T is the time constant
  • an appropriate value is determined by referring to experimental values or values obtained by simulation based on the behavior of the control system 1 when the friction compensation amount is calculated using a simple moving average. can decide.
  • Calculation of the moving average value with forgetting factor shown in Equation (6) corresponds to calculation of applying a first-order IIR low-pass filter to the waveform of the advancing/retreating velocity of the catheter.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing the forgetting factor of the moving average with forgetting factor shown in Equation (6).
  • the forgetting factor used to calculate the moving average value with forgetting factor has a larger value at a time closer to the current time, and a smaller value at a past time farther from the current time.
  • the haptic transmission unit 353 uses the friction compensation amount calculated in this way to perform control to compensate for the frictional force input to the slave device 20, as in the first embodiment.
  • the control system 1 calculates the moving average value with forgetting factor for the advancing/retreating speed of the catheter in the past set section, and calculates the moving average value with forgetting factor and the moving average value with friction compensation.
  • Friction compensation amount to be output to the user in the master device 10 is calculated by multiplying by the friction compensation coefficient. Then, the friction compensation amount calculated in this manner is output as a force for assisting the user's operation of the master device 10 .
  • an assisting force is not applied to the velocity component that causes the catheter to vibrate, and an assisting force is applied to the velocity component that causes the catheter to move in one direction.
  • the moving average value is calculated with less weight for the past data of the advancing/retreating speed of the catheter. The effect of compensating for is increased.
  • the static force generated is balanced with the elastic force of the catheter at a specific position, making it difficult for the stationary state to occur.
  • the oscillating component of the friction compensation amount calculated by multiplying the moving average value by the forgetting factor is reduced by the effect of the moving average, it is possible to further suppress the occurrence of vibration in the catheter. Therefore, the control for friction compensation executed in the master/slave system can be made more appropriate.
  • the force for friction compensation (force for assisting operation) in the master device 10 is output with respect to the forward/backward movement speed of the catheter.
  • a force for friction compensation in consideration of factors other than the advance/retreat speed of the catheter.
  • the friction compensation control unit 352 calculates the component of gravity acting in the advancing/retreating direction of the catheter based on the tilt angle at which the slave device 20 is installed, and the tilt corresponding to the calculated component of gravity.
  • a force for compensation is calculated (by multiplying the component of gravity by a coefficient, etc.), and the haptic sensation transmission unit 353 can assist the force for tilt compensation in the master device 10 .
  • a negative assist is output in the same direction as the gravity component (that is, a force that prevents the gravity component from moving the catheter), and a positive force is output in the opposite direction to the gravity component.
  • assist a force that suppresses the action of the gravity component that inhibits movement of the catheter
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of the control system 1 that performs force feedback after the operator manually inserts the catheter of the slave device 20 .
  • the catheter of the slave device 20 is provided with an operating lever (grasping portion) or the like so that manual operation by the operator is possible.
  • the control system 1 of this modified example includes only the detection actuators 104 and 204 among the direct acting actuators included in the control system 1 of the first embodiment shown in FIG. not
  • the catheter is released from movement control by sensing actuator 204 and rotation actuator 205 and can be manipulated like a conventional catheter. At this time, it is assumed that the operator inserts the catheter to a position short of the vicinity of the lesion, and with this state as the initial state, the haptic transmission processing is started.
  • the catheter is held for movement control by the sensing actuator 204 and the rotation actuator 205, and the slave device 20 moves the catheter according to the operation of the master device 10, and the catheter is moved. is fed back from the slave device 20 to the master device 10 .
  • the master device 10 outputs the friction compensation amount set based on the moving average value of the advancing/retreating speed of the catheter as a force for assisting the operation of the operator.
  • the average value that is, the moving average value
  • the forward/backward movement speed of the catheter in the past set section is multiplied by the friction compensation coefficient.
  • the friction compensation amount is output as a force for assisting the user's operation on the master device 10 .
  • the actuator since the distance over which the catheter is moved by the actuator is relatively short, it is sufficient to provide an actuator with a short stroke such as a voice coil motor.
  • the moving average value of the forward/backward movement speed of the catheter in the past set section is is output as a force for assisting the operation of the operator in the master device 10 .
  • the control for friction compensation executed in the master/slave system can be made more appropriate.
  • the friction compensation amount calculated from the moving average value with the forgetting factor is used as a force for assisting the operation of the operator in the master device 10. It may be output.
  • the force in the thrust direction (forward and backward direction) of the catheter is haptically transmitted between the master device 10 and the slave device 20, but the present invention is not limited to this.
  • haptic transmission may be performed between the master device 10 and the slave device 20 for rotation about a rotation axis along the advancing/retreating direction or for operating an end effector.
  • the friction compensation amount calculated from the moving average value or the moving average value with the forgetting factor of the advancing/retreating speed of the catheter in the past set section is used to assist the operation of the operator in the master device 10. It is good also as outputting as force.
  • the case where the actuators provided in the master device 10 and the actuators provided in the slave device 20 are associated one-to-one to transmit the haptic sensation has been described as an example.
  • a plurality of actuators of the master device 10 are associated with one actuator of the slave device 20 to transmit haptic sensations, or one actuator of the master device 10 is associated with a plurality of actuators of the slave device 20 to transmit haptic sensations. It is possible to communicate It is also possible to associate the plurality of actuators of the master device 10 with the plurality of actuators of the slave device 20 to transmit the haptic sensation.
  • the insertion actuator 203 and the detection actuator 204 of the slave device 20 shown in FIG. 3 can be associated with the insertion actuator 103 of the master device 10 to transmit the haptic sensation.
  • the configuration including the insertion actuator 203 and the detection actuator 204 as actuators for advancing and retracting the catheter of the slave device 20 has been described as an example, but the configuration is not limited to this. That is, the catheter of the slave device 20 may be advanced and retracted with a single actuator as long as the actuator satisfies the required performance in stroke and accuracy of operation.
  • the control system 1 includes the master device 10 , the slave device 20 and the control device 30 .
  • the control device 30 also includes a friction compensation control section 352 and a haptic transmission section 353 .
  • the friction compensation control unit 352 calculates the force for assisting the operation of the master device 10 against the friction generated in the slave device 20 based on the moving average of the speed of the movable portion of the slave device 20 .
  • the haptic transmission unit 353 assists the operation of the master device 10 with the force calculated by the friction compensation control unit 352 and controls haptic transmission between the master device 10 and the slave device 20 . Thereby, the control for friction compensation executed in the master/slave system can be made more appropriate.
  • the friction compensation control unit 352 calculates a simple moving average value of the speed of the movable portion of the slave device 20 in the past set interval, and based on the simple moving average value, provides a function for assisting the operation of the master device 10. Calculate force. As a result, when compensating for the frictional force input to the slave device 20, it is possible to suppress the occurrence of simple harmonic motion in the catheter due to the force for assisting the operation.
  • the friction compensation control unit 352 calculates a moving average value with a forgetting factor by multiplying a moving average value of the speed of the movable part in the slave device 20 in a past set interval by a forgetting factor, and calculates a moving average value with a forgetting factor based on the moving average value with a forgetting factor. Then, the force for assisting the operation in the master device 10 is calculated. As a result, even when an external force is input to the slave device 20 due to transient noise, the catheter vibrates due to the balance between the force that assists the forward/backward movement of the catheter caused by the external force and the elastic force of the catheter. It is possible to suppress a situation such as a temporary standstill state during the process. Therefore, the control for friction compensation executed in the master/slave system can be made more appropriate.
  • the friction compensation control unit 352 calculates a force for assisting the operation of the master device 10 with respect to the gravity acting on the slave device 20 based on the gravity component acting in the moving direction of the movable portion of the slave device 20. .
  • the haptic transmission unit 353 assists the operation of the master device 10 with a force obtained by adding the force calculated by the friction compensation control unit 352 to the friction generated in the slave device 20 and the gravity acting on the slave device 20 . Together, it controls transmission of haptic sensations in the master device 10 and the slave device 20 . As a result, it is possible to suppress the occurrence of simple vibration in the catheter due to the force assisting the master device 10 while suppressing the influence of gravity due to the inclination.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes modifications, improvements, and the like within the scope of achieving the object of the present invention.
  • the present invention can be implemented as the control system 1 in the above-described embodiment, as well as a control device that controls the control system 1, a control method configured by each step executed in the control system 1, or a control system It can be implemented as a program executed by a processor to implement one function.
  • the configuration in which the control device 30 is implemented as an independent device has been described as an example. It can be implemented in one or distributed in both of them.
  • the processing in the above-described embodiments can be executed by either hardware or software. That is, the control system 1 only needs to have a function capable of executing the above-described processing, and the functional configuration and hardware configuration for realizing this function are not limited to the above example.
  • a program that constitutes the software is installed in the computer from a network or a storage medium.
  • the storage medium that stores the program consists of a removable medium that is distributed separately from the device main body, or a storage medium that is pre-installed in the device main body.
  • Removable media are composed of, for example, a semiconductor memory, a magnetic disk, an optical disk, or a magneto-optical disk.
  • Optical discs are composed of, for example, CD-ROMs (Compact Disk-Read Only Memory), DVDs (Digital Versatile Disks), Blu-ray Discs (registered trademark), and the like.
  • the magneto-optical disk is composed of an MD (Mini-Disk) or the like.
  • the storage medium pre-installed in the device main body is composed of, for example, a ROM (Read Only Memory) storing programs, a hard disk, or a semiconductor memory.
  • control system 10 master device, 20 slave device, 30 control device, 40 network, L display, C camera, FT functional force/velocity allocation conversion block, FC ideal force source block, PC ideal velocity (position) source block, IFT Inverse transform block, S controlled system, 101, 201 control unit, 102, 202 communication unit, 103, 203 insertion actuator, 104, 204 detection actuator, 105, 205 rotation actuator, 106, 206 operation actuator, 107, 108, 207, 208 linear encoder, 109, 110, 209, 210 rotary encoder, 111 to 114, 211 to 214 driver, 311 processor, 312 ROM, 313 RAM, 314 bus, 315 input section, 316 output section, 317 Storage unit, 318 communication unit, 319 drive, 331 removable media, 351 sensor information acquisition unit, 352 friction compensation control unit, 353 haptic transmission unit, 371 control parameter storage unit

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Abstract

【課題】マスタ・スレーブシステムにおいて実行される摩擦補償のための制御をより適切なものとすること。 【解決手段】制御システム（１）は、マスタ装置（１０）と、スレーブ装置（２０）と、制御装置（３０）と、を備える。また、制御装置（３０）は、摩擦補償制御部（３５２）と、力触覚伝達部（３５３）と、を備える。摩擦補償制御部（３５２）は、スレーブ装置（２０）における可動部の速度の移動平均に基づいて、スレーブ装置（２０）において発生する摩擦に対し、マスタ装置（１０）における操作をアシストするための力を算出する。力触覚伝達部（３５３）は、摩擦補償制御部（３５２）によって算出された力でマスタ装置（１０）における操作をアシストすると共に、マスタ装置（１０）及びスレーブ装置（２０）における力触覚の伝達を制御する。

Description

制御システム、制御装置、制御方法及びプログラム
　本発明は、制御システム、制御装置、制御方法及びプログラムに関する。
　従来、マスタスレーブマニピュレータにおいて、摩擦力を補償する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開昭５９－１１５１７２号公報
　スレーブ装置に作用する摩擦力は、スレーブ装置の状態変化に基づいて変化し得る。スレーブ装置に作用する摩擦力を単純に無くすように補償する場合、ユーザは、マスタ装置を通じてスレーブ装置の状態変化を知覚し難くなる。また、摩擦力を補償するための制御によって、必要のない動きがアシストされる可能性がある。
　即ち、マスタ・スレーブシステムにおいて実行される摩擦補償のための制御には改善の余地がある。
　本発明の課題は、マスタ・スレーブシステムにおいて実行される摩擦補償のための制御をより適切なものとすることである。
　上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る制御システムは、
　操作者の操作が入力されるマスタ装置と、前記マスタ装置に入力された操作に応じて動作するスレーブ装置と、を含む制御システムであって、
　前記スレーブ装置における可動部の速度の移動平均に基づいて、前記スレーブ装置において発生する摩擦に対し、前記マスタ装置における操作をアシストするための力を算出する制御量算出手段と、
　前記制御量算出手段によって算出された力で前記マスタ装置における操作をアシストすると共に、前記マスタ装置及び前記スレーブ装置における力触覚の伝達を制御する制御手段と、
　を備えることを特徴とする。
　本発明によれば、マスタ・スレーブシステムにおいて実行される摩擦補償のための制御をより適切なものとすることが可能となる。
本発明の一実施形態に係る制御システム１の全体構成を示す模式図である。 制御装置３０で実行される力触覚伝達制御の基本的原理を示す模式図である。 制御システム１における制御系統のハードウェア構成を示すブロック図である。 制御装置３０を構成する情報処理装置のハードウェア構成を示す模式図である。 制御システム１の機能的構成を示すブロック図である。 制御装置３０が実行する力触覚伝達処理の流れを説明するフローチャートである。 カテーテルの速度と摩擦補償量との関係を示す模式図である。 式（６）に示す忘却係数付き移動平均値の忘却係数を示す模式図である。 スレーブ装置２０のカテーテルを操作者が手動で挿入した後、力のフィードバックを行う制御システム１の構成を示す模式図である。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
［構成］
　図１は、本発明の一実施形態に係る制御システム１の全体構成を示す模式図である。
　図１に示すように、本実施形態に係る制御システム１は、機械的に分離したマスタ装置１０とスレーブ装置２０とを含むマスタ・スレーブシステムとして構成される。一例として、本実施形態における制御システム１は、マスタ装置１０がユーザにより操作されるマニピュレータを構成し、スレーブ装置２０が被検体に挿入されるエンドエフェクタを備えたカテーテルシステムを構成するものとする。
　図１において、制御システム１は、マスタ装置１０と、スレーブ装置２０と、制御装置３０と、を含んで構成され、マスタ装置１０及びスレーブ装置２０と、制御装置３０とは、ネットワーク４０を介して有線または無線通信可能に構成されている。なお、制御システム１は、ディスプレイＬと、複数のカメラＣとを適宜備えることが可能である。カメラＣとして、スレーブ装置２０が挿入される被検体の外観を撮影するビデオカメラ、あるいは、Ｘ線により被検体の内部を撮影するＸ線カメラ等の種々の撮影装置を用いることができる。また、複数のカメラＣによって各種画像を撮影し、これらの画像を表示する複数のディスプレイＬを備えることもできる。
　マスタ装置１０は、機械的に構成された従来のカテーテルに対する操作と同様の操作を受け付け、入力された操作により移動する可動部（マニピュレータの可動部材等）の位置を検出する。マスタ装置１０は、検出した可動部の位置を表す情報を制御装置３０に送信する。また、マスタ装置１０は、入力される操作に対し、制御装置３０の指示に従って、アクチュエータにより反力を出力する。
　具体的には、マスタ装置１０は、カテーテルを進退させる操作（例えば、血管内に挿入していく操作等）、カテーテルを軸回りに回転させる操作（例えば、エンドエフェクタの向きを変化させる操作等）、及び、エンドエフェクタを動作させる操作（例えば、エンドエフェクタがバルーンである場合、これを拡張、収縮させる操作、またエンドエフェクタが鉗子等の場合、これを開閉する操作等）を受け付け、これらの操作に対する反力を付与すると共に、それぞれの操作により移動される可動部の位置を表す情報を制御装置３０に送信する。
　スレーブ装置２０は、制御装置３０の指示に従って、アクチュエータを駆動することにより、マスタ装置１０に入力された操作に対応する動作を行い、動作により移動する可動部（アクチュエータの可動子あるいはアクチュエータによって移動されるカテーテル等）の位置を検出する。スレーブ装置２０が動作することにより、スレーブ装置２０に対して環境から各種外力が入力する。この結果、スレーブ装置２０における可動部の位置は、アクチュエータの出力に対して各種外力が作用した結果を示すものとなる。そして、スレーブ装置２０は、検出した可動部の位置を表す情報を制御装置３０に送信する。ここで、スレーブ装置２０に対して環境から入力する各種外力には、カテーテルが血管から受けるスラスト方向の抵抗力が含まれる。スレーブ装置２０におけるスラスト方向の抵抗力が大きい場合、カテーテルに入力する他の外力（病変や器官に接触した場合の当接力等）を知覚し難くなる可能性がある。本実施形態においては、後述するように、過去の設定された区間におけるカテーテルの進退速度の移動平均値から算出された摩擦補償量を、マスタ装置１０における操作者の操作をアシストするための力として出力する。これにより、マスタ装置１０を操作するユーザの負荷を低減しつつ、スレーブ装置２０の状態変化を知覚させ易くすることができると共に、操作をアシストするための力によって、カテーテルに単振動が発生する事態を抑制することができる。
　制御装置３０は、例えば、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）あるいはサーバコンピュータ等の情報処理装置によって構成され、マスタ装置１０、スレーブ装置２０、ディスプレイＬ及びカメラＣを制御する。例えば、制御装置３０は、マスタ装置１０及びスレーブ装置２０の可動部の位置（ロータリーエンコーダによって検出されるアクチュエータの回転角度あるいはリニアエンコーダによって検出される可動部の進退位置等）を取得し、マスタ装置１０及びスレーブ装置２０の間で力触覚を伝達するための制御を実行する。
　本実施形態における制御装置３０は、マスタ装置１０とスレーブ装置２０とをマスタ・スレーブシステムとして動作させる際に、可動部の位置を表す情報（アクチュエータの可動子の位置あるいはアクチュエータによって移動される部材の位置等を表す情報）を基に算出した実空間のパラメータ（入力ベクトル）を、位置と力とを独立して取り扱うことが可能な仮想空間に座標変換（変換行列によって変換）する。即ち、入力ベクトルが、位置と力とが互いに関連する斜交座標系の実空間から、位置と力とが互いに独立した直交座標系の仮想空間に座標変換される。座標変換によって算出されたパラメータは、仮想空間において、入力ベクトルに対応する位置及び力の状態値を表すものとなる。そして、制御装置３０は、座標変換後の仮想空間において、入力ベクトルから算出された位置及び力の状態値を、位置及び力の制御（ここでは力触覚の伝達）を行うための位置及び力それぞれの目標値に追従させる演算を行い、演算結果を実空間に戻すための逆変換（変換行列の逆行列による変換）を行う。さらに、制御装置３０は、逆変換によって取得された実空間のパラメータ（電流指令値等）に基づいて、各アクチュエータを駆動することにより、マスタ装置１０とスレーブ装置２０との間で力触覚を伝達するマスタ・スレーブシステムを実現する。
　また、本実施形態における制御装置３０は、マスタ装置１０とスレーブ装置２０との間で力触覚の伝達を行う際に、過去の設定された区間におけるカテーテルの進退速度の移動平均値から算出された摩擦補償量を、マスタ装置１０における操作者の操作をアシストするための力として出力する。
　なお、位置と速度（または加速度）あるいは角度と角速度（または角加速度）は、微積分演算により置換可能なパラメータであるため、位置あるいは角度に関する処理を行う場合、適宜、速度あるいは角速度等に置換することが可能である。
　図２は、制御装置３０で実行される力触覚伝達制御の基本的原理を示す模式図である。
　図２に示す基本的原理は、可動部の位置を表す情報（可動部の現在位置）を入力として、速度あるいは力の少なくとも一方の領域における演算を行うことにより、アクチュエータの動作を決定するものである。
　即ち、本発明の基本的原理は、制御対象システムＳと、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴと、理想力源ブロックＦＣあるいは理想速度源ブロックＰＣの少なくとも１つと、逆変換ブロックＩＦＴとを含む制御則として表される。
　制御対象システムＳは、アクチュエータを備えるマスタ装置１０あるいはスレーブ装置２０であり、加速度等に基づいてアクチュエータの制御を行う。ここで、上述したように、加速度、速度及び位置は、微積分によって相互に換算可能な物理量であるため、加速度、速度及び位置のいずれを用いて制御することとしてもよい。ここでは、主として、位置から算出される速度を用いて制御則を表現するものとする。
　機能別力・速度割当変換ブロックＦＴは、制御対象システムＳの機能に応じて設定される速度及び力の領域への制御エネルギーの変換を定義するブロックである。具体的には、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴでは、制御対象システムＳの機能の基準となる値（基準値）と、可動部の現在位置とを入力とする座標変換が定義されている。この座標変換は、一般に、基準値及び現在速度を要素とする入力ベクトルを速度の制御目標値を算出するための速度からなる出力ベクトルに変換すると共に、基準値及び現在の力を要素とする入力ベクトルを力の制御目標値を算出するための力からなる出力ベクトルに変換するものである。具体的には、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴにおける座標変換は、次式（１）及び（２）のように一般化して表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ただし、式（１）において、ｘ’1～ｘ’n（ｎは１以上の整数）は速度の状態値を導出するための速度ベクトルであり、ｘ’a～ｘ’m（ｍは１以上の整数）は、基準値及びアクチュエータの作用に基づく速度（アクチュエータの可動子の速度またはアクチュエータが移動させる部材の速度）を要素とするベクトル、ｈ1a～ｈnmは機能を表す変換行列の要素である。また、式（２）において、ｆ’’1～ｆ’’n（ｎは１以上の整数）は力の状態値を導出するための力ベクトルであり、ｆ’’a～ｆ’’m（ｍは１以上の整数）は、基準値及びアクチュエータの作用に基づく力（アクチュエータの可動子の力またはアクチュエータが移動させる部材の力）を要素とするベクトルである。
　機能別力・速度割当変換ブロックＦＴにおける座標変換を、実現する機能に応じて設定することにより、各種動作を実現したり、スケーリングを行ったりすることができる。
　即ち、本発明の基本的原理では、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴにおいて、アクチュエータ単体の変数（実空間上の変数）を、実現する機能を表現するシステム全体の変数群（仮想空間上の変数）に“変換”し、速度の制御エネルギーと力の制御エネルギーとに制御エネルギーを割り当てる。換言すると、本発明の基本的原理では、速度と力とが互いに関連する座標空間から、速度と力とが互いに独立した座標空間に変換した上で、速度及び力の制御に関する演算を行う。そのため、アクチュエータ単体の変数（実空間上の変数）のまま制御を行う場合と比較して、速度の制御エネルギーと力の制御エネルギーとを独立に与えることが可能となっている。
　理想力源ブロックＦＣは、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴによって定義された座標変換に従って、力の領域における演算を行うブロックである。理想力源ブロックＦＣにおいては、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴによって定義された座標変換に基づく演算を行う際の力に関する目標値が設定されている。この目標値は、実現される機能に応じて固定値または可変値として設定される。例えば、基準値が示す機能と同様の機能を実現する場合には、目標値としてゼロを設定したり、スケーリングを行う場合には、実現する機能を示す情報を拡大・縮小した値を設定したりできる。
　理想速度源ブロックＰＣは、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴによって定義された座標変換に従って、速度の領域における演算を行うブロックである。理想速度源ブロックＰＣにおいては、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴによって定義された座標変換に基づく演算を行う際の速度に関する目標値が設定されている。この目標値は、実現される機能に応じて固定値または可変値として設定される。例えば、基準値が示す機能と同様の機能を実現する場合には、目標値としてゼロを設定したり、スケーリングを行う場合には、実現する機能を示す情報を拡大・縮小した値を設定したりできる。
　逆変換ブロックＩＦＴは、速度及び力の領域の値を制御対象システムＳへの入力の領域の値（例えば電圧値または電流値等）に変換するブロックである。
　このような基本的原理により、制御対象システムＳのアクチュエータにおける位置の情報が機能別力・速度割当変換ブロックＦＴに入力されると、位置の情報に基づいて得られる速度及び力の情報を用いて、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴにおいて、機能に応じた位置及び力の領域それぞれの制御則が適用される。そして、理想力源ブロックＦＣにおいて、機能に応じた力の演算が行われ、理想速度源ブロックＰＣにおいて、機能に応じた速度の演算が行われ、力及び速度それぞれに制御エネルギーが分配される。
　理想力源ブロックＦＣ及び理想速度源ブロックＰＣにおける演算結果は、制御対象システムＳの制御目標を示す情報となり、これらの演算結果が逆変換ブロックＩＦＴにおいてアクチュエータの入力値とされて、制御対象システムＳに入力される。
　その結果、制御対象システムＳのアクチュエータは、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴによって定義された機能に従う動作を実行し、目的とする装置の動作が実現される。
　また、スケーリング（力あるいは位置の増幅）を伴う力触覚伝達機能が実現される場合、図２における機能別力・速度割当変換ブロックＦＴにおける座標変換は、次式（３）及び（４）として表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ただし、式（３）において、ｘ’pは速度の状態値を導出するための速度、ｘ’fは力の状態値に関する速度である。また、ｘ’mは基準値（マスタ装置１０からの入力）の速度（マスタ装置１０の現在位置の微分値）、ｘ’sはスレーブ装置２０の現在の速度（現在位置の微分値）である。また、式（４）において、ｆpは速度の状態値に関する力、ｆfは力の状態値を導出するための力である。また、ｆmは基準値（マスタ装置１０からの入力）の力、ｆsはスレーブ装置２０の現在の力である。
　式（３）及び式（４）に示す座標変換とした場合、スレーブ装置２０の位置がα倍（αは正数）、スレーブ装置２０の力がβ倍（βは正数）されて、マスタ装置１０に伝達されることとなる。スレーブ装置２０からマスタ装置１０に伝達される力のみを増幅する場合には、α＝１とすると共に、βの値を目的に応じて設定すればよい。
［ハードウェア構成］
　次に、制御システム１における制御系統のハードウェア構成について説明する。
　図３は、制御システム１における制御系統のハードウェア構成を示すブロック図である。
　図３に示すように、制御システム１は、制御系統のハードウェア構成として、ＰＣあるいはサーバコンピュータ等の情報処理装置によって構成される制御装置３０と、マスタ装置１０の制御ユニット１０１と、通信ユニット１０２と、挿入用アクチュエータ１０３と、検知用アクチュエータ１０４と、回転用アクチュエータ１０５と、操作用アクチュエータ１０６と、リニアエンコーダ１０７，１０８と、ロータリーエンコーダ１０９，１１０と、ドライバ１１１～１１４と、スレーブ装置２０の制御ユニット２０１と、通信ユニット２０２と、挿入用アクチュエータ２０３と、検知用アクチュエータ２０４と、回転用アクチュエータ２０５と、操作用アクチュエータ２０６と、リニアエンコーダ２０７，２０８と、ロータリーエンコーダ２０９，２１０と、ドライバ２１１～２１４と、ディスプレイＬと、カメラＣと、を備えている。
　マスタ装置１０の制御ユニット１０１は、プロセッサ及びメモリ等を備えるマイクロコンピュータによって構成され、マスタ装置１０の動作を制御する。例えば、制御ユニット１０１は、制御装置３０から送信される制御パラメータに従って、マスタ装置１０の挿入用アクチュエータ１０３、検知用アクチュエータ１０４、回転用アクチュエータ１０５及び操作用アクチュエータ１０６の駆動を制御する。
　通信ユニット１０２は、ネットワーク４０を介してマスタ装置１０が他の装置との間で行う通信を制御する。
　挿入用アクチュエータ１０３は、例えば直動型モータによって構成され、制御ユニット１０１の指示に従って、操作者がマスタ装置１０に入力する、カテーテルを血管内に挿入していくために進退させる操作に対して、反力を付与する。
　検知用アクチュエータ１０４は、例えばボイスコイルモータによって構成され、制御ユニット１０１の指示に従って、操作者がマスタ装置１０に入力する、カテーテルを病変付近で処置のために進退させる操作に対して、反力を付与する。
　本実施形態においては、挿入用アクチュエータ１０３の方が検知用アクチュエータ１０４に比べて長いストロークを有する一方、検知用アクチュエータ１０４の方が挿入用アクチュエータ１０３に比べて高精度な位置及び力の制御を行うことが可能となっている。
　回転用アクチュエータ１０５は、例えば回転型モータによって構成され、制御ユニット１０１の指示に従って、操作者がマスタ装置１０を進退方向に沿う回転軸周りに回転させる操作に対して、反力を付与する。
　操作用アクチュエータ１０６は、例えば回転型モータによって構成され、制御ユニット１０１の指示に従って、操作者がエンドエフェクタを動作させるためのレバー（把持部）等に入力した操作に対して、反力を付与する。
　リニアエンコーダ１０７は、挿入用アクチュエータ１０３の可動子の位置（直動軸における進退位置）を検出する。
　リニアエンコーダ１０８は、検知用アクチュエータ１０４の可動子の位置（直動軸における進退位置）を検出する。
　ロータリーエンコーダ１０９は、回転用アクチュエータ１０５の可動子の位置（回転角度）を検出する。
　ロータリーエンコーダ１１０は、操作用アクチュエータ１０６の可動子の位置（回転角度）を検出する。
　ドライバ１１１は、制御ユニット１０１の指示に従って、挿入用アクチュエータ１０３に駆動電流を出力する。
　ドライバ１１２は、制御ユニット１０１の指示に従って、検知用アクチュエータ１０４に駆動電流を出力する。
　ドライバ１１３は、制御ユニット１０１の指示に従って、回転用アクチュエータ１０５に駆動電流を出力する。
　ドライバ１１４は、制御ユニット１０１の指示に従って、操作用アクチュエータ１０６に駆動電流を出力する。
　スレーブ装置２０の制御ユニット２０１は、プロセッサ及びメモリ等を備えるマイクロコンピュータによって構成され、スレーブ装置２０の動作を制御する。例えば、制御ユニット２０１は、制御装置３０から送信される制御パラメータに従って、スレーブ装置２０の挿入用アクチュエータ２０３、検知用アクチュエータ２０４、回転用アクチュエータ２０５及び操作用アクチュエータ２０６の駆動を制御する。
　通信ユニット２０２は、ネットワーク４０を介してスレーブ装置２０が他の装置との間で行う通信を制御する。
　挿入用アクチュエータ２０３は、例えば直動型モータによって構成され、制御ユニット２０１の指示に従って、操作者がマスタ装置１０に入力した、カテーテルを血管内に挿入していくために進退させる操作に応じて、スレーブ装置２０のカテーテルを進退させる。
　検知用アクチュエータ２０４は、例えばボイスコイルモータによって構成され、制御ユニット２０１の指示に従って、操作者がマスタ装置１０に入力した、カテーテルを病変付近で処置のために進退させる操作に応じて、スレーブ装置２０のカテーテルを進退させる。
　本実施形態においては、挿入用アクチュエータ２０３の方が検知用アクチュエータ２０４に比べて長いストロークを有する一方、検知用アクチュエータ２０４の方が挿入用アクチュエータ２０３に比べて高精度な位置及び力の制御を行うことが可能となっている。
　回転用アクチュエータ２０５は、例えば回転型モータによって構成され、制御ユニット２０１の指示に従って、操作者がマスタ装置１０に入力した操作に応じて、スレーブ装置２０のカテーテルを進退方向に沿う回転軸周りに回転させる。
　操作用アクチュエータ２０６は、例えば回転型モータによって構成され、制御ユニット２０１の指示に従って、操作者がマスタ装置１０に入力した操作に応じて、エンドエフェクタを動作（拡張、収縮動作や開閉動作等）させる。
　リニアエンコーダ２０７は、挿入用アクチュエータ２０３の可動子の位置（直動軸における進退位置）を検出する。
　リニアエンコーダ２０８は、検知用アクチュエータ２０４の可動子の位置（直動軸における進退位置）を検出する。
　ロータリーエンコーダ２０９は、回転用アクチュエータ２０５の可動子の位置（回転角度）を検出する。
　ロータリーエンコーダ２１０は、操作用アクチュエータ２０６の可動子の位置（回転角度）を検出する。
　ドライバ２１１は、制御ユニット２０１の指示に従って、挿入用アクチュエータ２０３に駆動電流を出力する。
　ドライバ２１２は、制御ユニット２０１の指示に従って、検知用アクチュエータ２０４に駆動電流を出力する。
　ドライバ２１３は、制御ユニット２０１の指示に従って、回転用アクチュエータ２０５に駆動電流を出力する。
　ドライバ２１４は、制御ユニット２０１の指示に従って、操作用アクチュエータ２０６に駆動電流を出力する。
　ディスプレイＬは、マスタ装置１０の操作者が画面を視認できる場所に設置され、制御装置３０によって表示を指示された画像（カメラＣによって撮影された被検体の可視光画像あるいはＸ線画像等）を表示する。
　カメラＣは、スレーブ装置２０がカテーテルを挿入する被検体を撮影可能な場所に設置され、被検体の画像（可視光画像あるいはＸ線画像等）を撮影し、撮影した画像を制御装置３０に送信する。
　図４は、制御装置３０を構成する情報処理装置のハードウェア構成を示す模式図である。
　図４に示すように、制御装置３０は、プロセッサ３１１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）３１２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）３１３と、バス３１４と、入力部３１５と、出力部３１６と、記憶部３１７と、通信部３１８と、ドライブ３１９と、を備えている。
　プロセッサ３１１は、ＲＯＭ３１２に記録されているプログラム、または、記憶部３１７からＲＡＭ３１３にロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。
　ＲＡＭ３１３には、プロセッサ３１１が各種の処理を実行する上において必要なデータ等も適宜記憶される。
　プロセッサ３１１、ＲＯＭ３１２及びＲＡＭ３１３は、バス３１４を介して相互に接続されている。バス３１４には、入力部３１５、出力部３１６、記憶部３１７、通信部３１８及びドライブ３１９が接続されている。
　入力部３１５は、各種ボタン等で構成され、指示操作に応じて各種情報を入力する。
　出力部３１６は、ディスプレイやスピーカ等で構成され、画像や音声を出力する。
　なお、制御装置３０がスマートフォンやタブレット端末として構成される場合には、入力部３１５と出力部３１６のディスプレイとを重ねて配置し、タッチパネルを構成することとしてもよい。
　記憶部３１７は、ハードディスクあるいはＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成され、各サーバで管理される各種データを記憶する。
　通信部３１８は、ネットワークを介して制御装置３０が他の装置との間で行う通信を制御する。
　ドライブ３１９には、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、あるいは半導体メモリ等よりなる、リムーバブルメディア３３１が適宜装着される。ドライブ３１９によってリムーバブルメディア３３１から読み出されたプログラムは、必要に応じて記憶部３１７にインストールされる。
［機能的構成］
　次に、制御システム１の機能的構成について説明する。
　図５は、制御システム１の機能的構成を示すブロック図である。
　図５に示すように、制御システム１では、制御装置３０が各種処理を実行することにより、プロセッサ３１１において、センサ情報取得部３５１と、摩擦補償制御部３５２と、力触覚伝達部３５３と、が機能する。また、記憶部３１７には、制御パラメータ記憶部３７１と、速度バッファ３７２と、が形成される。
　制御パラメータ記憶部３７１は、制御装置３０がマスタ装置１０とスレーブ装置２０との間で力触覚を伝達する制御において取得された制御パラメータを時系列に記憶する。本実施形態において、制御パラメータとして記憶される情報は、力触覚の伝達制御で取得される種々のパラメータとすることが可能であり、力触覚の伝達制御が再現可能な各種情報含むことができる。例えば、マスタ装置１０及びスレーブ装置２０において取得されるセンサ情報、これらのセンサ情報を座標変換した状態値、各アクチュエータへの電流指令値あるいは力触覚の伝達制御のために制御装置３０に設定される各種設定値等を制御パラメータとして記憶することができる。
　速度バッファ３７２は、過去の設定された区間（例えば、過去５秒）において、摩擦補償制御部３５２によって算出されたカテーテルの進退速度のデータを記憶する。速度バッファ３７２に記憶されるカテーテルの進退速度のデータは、摩擦補償制御部３５２が新たにカテーテルの進退速度を算出する毎に、最新のデータに逐次更新される。
　センサ情報取得部３５１は、マスタ装置１０及びスレーブ装置２０に設置された各種センサによって検出された情報（センサ情報）を取得する。例えば、センサ情報取得部３５１は、リニアエンコーダ１０７，１０８，２０７，２０８及びロータリーエンコーダ１０９，１１０，２０９，２１０によって検出された各アクチュエータの可動子の位置（進退位置または回転角度）を示す情報を取得する。また、センサ情報取得部３５１は、取得したセンサ情報を時系列のデータとして、制御パラメータ記憶部３７１に記憶する。
　摩擦補償制御部３５２は、センサ情報取得部３５１によって取得されたセンサ情報に基づいて、スレーブ装置２０におけるカテーテルの現在の進退速度（現在値）を算出する。また、摩擦補償制御部３５２は、算出したカテーテルの現在の進退速度（現在値）を時刻と対応付けて、速度バッファ３７２に記憶する。そして、摩擦補償制御部３５２は、過去の設定された区間におけるカテーテルの進退速度の平均値（即ち、移動平均値）を算出し、算出した移動平均値と摩擦補償のために設定された摩擦補償係数とを乗算することにより、マスタ装置１０においてユーザに対して出力する摩擦補償量（操作をアシストするための力）を算出する。なお、移動平均値として、ここでは、単純移動平均値を用いることとする。
　力触覚伝達部３５３は、図２に示す制御アルゴリズムに従って、マスタ装置１０及びスレーブ装置２０における力触覚の伝達を制御する。例えば、力触覚伝達部３５３は、力触覚伝達処理において、マスタ装置１０及びスレーブ装置２０の対応する動作のためのアクチュエータ間で力触覚を伝達する制御を実行する。スレーブ装置２０に入力した外力をマスタ装置１０に拡大して伝達する場合、スレーブ装置２０において検出された位置（速度）または力を拡大してマスタ装置１０に伝達することができる。
　また、力触覚伝達部３５３は、摩擦補償制御部３５２によって算出された摩擦補償量で、スレーブ装置２０に入力する摩擦力を補償する制御を行う。即ち、力触覚制御部３５３は、過去の設定された区間におけるカテーテルの進退速度の移動平均値から算出された摩擦補償量を、マスタ装置１０における操作者の操作をアシストするための力として出力する。
　ここで、カテーテルは弾性を有するものであるため、例えば、操作者が不意に接触する等の一過性のノイズでスレーブ装置２０に外力が入力すると、入力に対してカテーテルの弾性力が作用し、カテーテルが押し返されることになる。
　このとき、単純に摩擦補償を行った場合、カテーテルの動作が増幅されることになり、単振動が発生することとなる。
　また、スレーブ装置２０に外力が入力していない場合であっても、センサによって進退方向に微小な速度が検出されることがあり、単純な摩擦補償を行った場合、この微小な速度に対して摩擦補償が行われる。すると、進退方向の動作がアシストされ、単振動が発生することとなる。
　これに対し、過去の設定された区間におけるカテーテルの進退速度の平均値（即ち、移動平均値）に対して摩擦補償係数が乗算された摩擦補償量を、マスタ装置１０におけるユーザの操作をアシストするための力として出力することで、カテーテルが振動する速度成分に対しては、アシストする力が付与されないと共に、カテーテルが一方向に移動する速度成分に対しては、アシストする力が付与されることとなる。
　この結果、マスタ装置１０を操作するユーザの負荷を低減しつつ、スレーブ装置２０の状態変化を知覚させ易くすることができると共に、操作をアシストするための力によって、カテーテルに単振動が発生する事態を抑制することができる。
　したがって、マスタ・スレーブシステムにおいて実行される摩擦補償のための制御をより適切なものとすることができる。
［動作］
　次に、制御システム１の動作を説明する。
［力触覚伝達処理］
　図６は、制御装置３０が実行する力触覚伝達処理の流れを説明するフローチャートである。
　力触覚伝達処理は、入力部３１５あるいは通信部３１８を介して力触覚伝達処理の実行が指示されることに対応して開始される。本実施形態において、力触覚伝達処理を開始する場合、スレーブ装置２０の動作を補助する操作者が手動により、または、マスタ装置１０からの遠隔的な操作により、カテーテルの先端が被検体に挿入された状態において開始するものとする。
　ステップＳ１において、位置情報取得部３５１は、マスタ装置１０及びスレーブ装置２０に設置された各種センサによって検出された情報（センサ情報）を取得する。ステップＳ１において取得されたセンサ情報は、時系列のデータとして制御パラメータ記憶部３７１に記憶される。
　ステップＳ２において、摩擦補償制御部３５２は、センサ情報取得部３５１によって取得されたセンサ情報に基づいて、スレーブ装置２０におけるカテーテルの現在の進退速度（現在値）を算出する。
　ステップＳ３において、摩擦補償制御部３５２は、算出したカテーテルの現在の進退速度（現在値）を時刻と対応付けて、速度バッファ３７２に記憶する。
　ステップＳ４において、摩擦補償制御部３５２は、摩擦補償制御部３５２は、過去の設定された区間におけるカテーテルの進退速度の平均値（即ち、移動平均値）を算出する。
　ステップＳ５において、摩擦補償制御部３５２は、算出した移動平均値と摩擦補償のために設定された摩擦補償係数とを乗算することにより、マスタ装置１０においてユーザに対して出力する摩擦補償量を算出する。
　ステップＳ６において、力触覚伝達部３５３は、摩擦補償制御部３５２によって算出された摩擦補償量で、スレーブ装置２０に入力する摩擦力を補償しながら、マスタ装置１０及びスレーブ装置２０における力触覚の伝達を制御する。
　ステップＳ７において、力触覚伝達部３５３は、力触覚伝達処理の終了が指示されたか否かの判定を行う。
　力触覚伝達処理の終了が指示されていない場合、ステップＳ７においてＮＯと判定されて、処理はステップＳ１に移行する。
　力触覚伝達処理の終了が指示された場合、ステップＳ７においてＹＥＳと判定されて、力触覚伝達処理は終了する。
［効果の検証］
　図７は、カテーテルの速度と摩擦補償量との関係を示す模式図である。
　図７においては、（ａ）カテーテルの振動が発生している場合の速度の原波形、（ｂ）カテーテルの振動が発生している場合の速度の移動平均値（原波形の１０［Ｈｚ］以上を打ち消した波形）、（ｃ）速度の原波形から算出した摩擦補償量、（ｄ）速度の移動平均値から算出した摩擦補償量が示されている。なお、図７に示す波形は、正規化された速度または摩擦補償量の時間変化を示している。
　図７（ｃ）に示すように、カテーテルの振動が発生している場合の速度の原波形から単純に摩擦補償量を算出すると、カテーテルの振動を維持あるいは増大させる作用が働き、振動が長時間維持されることになる。
　一方、図７（ｄ）に示すように、カテーテルの振動が発生している場合の速度の移動平均値から摩擦補償量を算出すると、カテーテルの振動を維持あるいは増大させる作用が低減されていることがわかる。
　以上のように、本実施形態における制御システム１は、過去の設定された区間におけるカテーテルの進退速度の平均値（即ち、移動平均値）に対して摩擦補償係数が乗算された摩擦補償量を、マスタ装置１０におけるユーザの操作をアシストするための力として出力する。この結果、カテーテルが振動する速度成分に対しては、アシストする力が付与されないと共に、カテーテルが一方向に移動する速度成分に対しては、アシストする力が付与されることとなる。
　これにより、スレーブ装置２０に入力する摩擦力を補償する場合に、マスタ装置１０を操作するユーザの負荷を低減しつつ、スレーブ装置２０の状態変化を知覚させ易くすることができると共に、操作をアシストするための力によって、カテーテルに単振動が発生する事態を抑制することができる。
　したがって、マスタ・スレーブシステムにおいて実行される摩擦補償のための制御をより適切なものとすることができる。
［第２実施形態］
　第１実施形態においては、過去の設定された区間におけるカテーテルの進退速度の平均値（即ち、移動平均値）に対して摩擦補償係数が乗算された摩擦補償量を、マスタ装置１０におけるユーザの操作をアシストするための力として出力するものとした。
　これに対し、本実施形態においては、過去の設定された区間におけるカテーテルの進退速度の平均値（即ち、移動平均値）を算出する際に、現在時刻に近い時刻の進退速度ほど、高い重みを設定した忘却係数を乗算することで、忘却特性を有する進退速度の移動平均値を算出する。
　これにより、スレーブ装置２０における外力の状態に変化が生じた場合に、その変化をより速やかに反映させて、摩擦補償を行うことが可能となる。
　本実施形態における制御システム１は、第１実施形態における制御システム１に対し、摩擦補償制御部３５２の構成が異なっている。
　したがって、以下、異なる部分である摩擦補償制御部３５２の構成を主として説明する。
　摩擦補償制御部３５２は、センサ情報取得部３５１によって取得されたセンサ情報に基づいて、スレーブ装置２０におけるカテーテルの現在の進退速度（現在値）を算出する。また、摩擦補償制御部３５２は、算出したカテーテルの現在の進退速度（現在値）を時刻と対応付けて、速度バッファ３７２に記憶する。そして、摩擦補償制御部３５２は、過去の設定された区間におけるカテーテルの進退速度に対し、忘却係数に基づく重みづけ平均値（以下、「忘却係数付き移動平均値」と称する。）を算出し、算出した忘却係数付き移動平均値と摩擦補償のために設定された摩擦補償係数とを乗算することにより、マスタ装置１０においてユーザに対して出力する摩擦補償量（操作をアシストするための力）を算出する。
　なお、第１実施形態における過去の設定された区間におけるカテーテルの進退速度の移動平均値は、例えば、次式（５）で表される。
　これに対し、本実施形態において、過去の設定された区間におけるカテーテルの進退速度に対し、忘却係数付き移動平均値を算出する場合、次式（６）によって算出することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　なお、式（５）及び（６）において、ｍは移動平均区間のデータ数、ｎは現在値のデータ番号、ｋは現在値から遡るデータの数、Ｔは時定数、ｅｘｐ（－ｋ／Ｔ）は忘却係数を示している。時定数Ｔは、例えば、単純移動平均を用いて摩擦補償量を算出した場合の制御システム１の挙動等を基に、実験値あるいはシミュレーションにより得られた値等を参照して、適切な値を決定することができる。
　式（６）に示す忘却係数付き移動平均値の算出は、カテーテルの進退速度の波形に一次ＩＩＲローパスフィルタを適用する演算に相当する。
　図８は、式（６）に示す忘却係数付き移動平均値の忘却係数を示す模式図である。
　図８に示すように、忘却係数付き移動平均値を算出する際に用いられる忘却係数は、現在時刻に近い時刻ほど大きい値となり、現在時刻から離れた過去の時刻ほど小さい値となる。
　力触覚伝達部３５３は、このように算出された摩擦補償量を用いて、第１実施形態と同様に、スレーブ装置２０に入力する摩擦力を補償する制御を行う。
　以上のように、本実施形態における制御システム１は、過去の設定された区間におけるカテーテルの進退速度に対する忘却係数付き移動平均値を算出し、忘却係数付き移動平均値と摩擦補償のために設定された摩擦補償係数とを乗算することにより、マスタ装置１０においてユーザに対して出力する摩擦補償量を算出する。そして、このように算出した摩擦補償量を、マスタ装置１０におけるユーザの操作をアシストするための力として出力する。この結果、カテーテルが振動する速度成分に対しては、アシストする力が付与されないと共に、カテーテルが一方向に移動する速度成分に対しては、アシストする力が付与されることとなる。さらに、忘却係数付き移動平均値の特性により、カテーテルの進退速度のデータのうち、過去のものほど重みを小さくして移動平均値が算出されるため、現在のカテーテルの進退速度に対応する摩擦力を補償する作用が高くなる。
　これにより、スレーブ装置２０に入力する摩擦力を補償する場合に、マスタ装置１０を操作するユーザの負荷を低減しつつ、スレーブ装置２０の状態変化を知覚させ易くすることができると共に、操作をアシストするための力によって、カテーテルに単振動が発生する事態を抑制することができる。また、一過性のノイズでスレーブ装置２０に外力が入力した場合であっても、その外力に起因したカテーテルの進退をアシストする力と、カテーテルの弾性力とが釣り合うことにより、カテーテルが振動の途中で一時的に静止した状態となること等を抑制することができる。即ち、移動平均値に忘却係数を乗じることで、摩擦補償量が一定とならない（忘却係数の作用により常時変化する）ため、移動平均区間において、一過性のノイズに基づく外力が入力することで生じる定常的な力と、特定位置でのカテーテルの弾性力とが釣り合うことで静止する状態が発生し難くなる。また、移動平均値に忘却係数を乗じることで算出された摩擦補償量の振動する成分は、移動平均の効果により低減されるため、カテーテルに振動が発生する事態をさらに抑制することができる。
　したがって、マスタ・スレーブシステムにおいて実行される摩擦補償のための制御をより適切なものとすることができる。
［変形例１］
　上述の実施形態において、カテーテルの進退速度に対して、マスタ装置１０における摩擦補償のための力（操作をアシストするための力）を出力するものとして説明した。
　これに対し、カテーテルの進退速度以外の要素を加味して、摩擦補償のための力を出力することができる。
　例えば、スレーブ装置２０が設置されている角度によって、進退動作に対して定常的に重力の影響が生じるため、重力に対して、マスタ装置１０における操作をアシストするための力（傾斜補償のための力）を出力することができる。
　この場合、例えば、摩擦補償制御部３５２が、スレーブ装置２０が設置されている傾斜角度を基に、カテーテルの進退方向において作用する重力の成分を算出すると共に、算出した重力の成分に対応する傾斜補償のための力を算出（重力の成分に係数を乗じる等）し、力触覚伝達部３５３が、マスタ装置１０において、傾斜補償のための力をアシストすることができる。このとき、カテーテルの進退方向において、重力の成分と同方向にはマイナスのアシスト（即ち、重力の成分がカテーテルを移動させる作用を妨げる力）を出力すると共に、重力の成分と逆方向にはプラスのアシスト（重力の成分がカテーテルの移動を阻害する作用を抑制する力）を出力することができる。
　これにより、スレーブ装置２０に入力する重力の影響を補償し、マスタ装置１０を操作するユーザの負荷を低減しつつ、スレーブ装置２０の状態変化（実際の負荷の大きさ等）を知覚させ易くすることができる。
　したがって、マスタ・スレーブシステムにおいて実行される摩擦補償のための制御をより適切なものとすることができる。
［変形例２］
　上述の実施形態において、カテーテルを挿入した後、病変に到達するまでをアクチュエータで動作させる構成を例に挙げて説明したが、これに限られない。例えば、病変付近までカテーテルを手動で挿入し、病変付近の特定の区間において、スレーブ装置２０からマスタ装置１０に力をフィードバックさせることとしてもよい。この場合、スレーブ装置２０のカテーテルを操作者が病変付近まで手動で挿入し、病変付近において、カテーテルの進退速度の移動平均値に基づいて設定した摩擦補償量によって、スレーブ装置２０に入力した力を摩擦補償しながら、力触覚の伝達が行われる。
　図９は、スレーブ装置２０のカテーテルを操作者が手動で挿入した後、力のフィードバックを行う制御システム１の構成を示す模式図である。
　図９に示すように、本変形例の制御システム１は、スレーブ装置２０のカテーテルに操作用のレバー（把持部）等が設置され、操作者による手動操作が可能となっている。
　また、本変形例の制御システム１は、図１に示す第１実施形態の制御システム１が備える直動用のアクチュエータのうち、検知用アクチュエータ１０４，２０４のみを備え、挿入用アクチュエータ１０３，２０３は備えていない。
　操作者がカテーテルを手動で挿入する場合、スレーブ装置２０において、カテーテルが検知用アクチュエータ２０４及び回転用アクチュエータ２０５による移動制御からリリースされ、従来のカテーテルと同様に操作することが可能である。
　このとき、操作者によって病変付近の手前の位置までカテーテルが挿入されるものとし、この状態を初期状態として、力触覚伝達処理が開始される。
　力触覚伝達処理が開始される場合、カテーテルが検知用アクチュエータ２０４及び回転用アクチュエータ２０５による移動制御のために保持され、マスタ装置１０に対する操作に応じて、スレーブ装置２０がカテーテルを移動させると共に、カテーテルに入力した外力が、スレーブ装置２０からマスタ装置１０にフィードバックされる。このとき、マスタ装置１０では、カテーテルの進退速度の移動平均値に基づいて設定した摩擦補償量を、操作者の操作をアシストするための力として出力する。
　本変形例の力触覚伝達処理においては、第１実施形態と同様に、過去の設定された区間におけるカテーテルの進退速度の平均値（即ち、移動平均値）に対して摩擦補償係数が乗算された摩擦補償量を、マスタ装置１０におけるユーザの操作をアシストするための力として出力する。
　本変形例においては、アクチュエータによってカテーテルを移動させる距離が比較的短くなるため、ボイスコイルモータ等のストロークが短いアクチュエータを備えれば足りる。
　このように、本変形例の制御システム１によってカテーテルを被検体に挿入する場合にも、第１実施形態の制御システム１と同様に、過去の設定された区間におけるカテーテルの進退速度の移動平均値から算出された摩擦補償量を、マスタ装置１０における操作者の操作をアシストするための力として出力する。
　これにより、マスタ装置１０を操作するユーザの負荷を低減しつつ、スレーブ装置２０の状態変化を知覚させ易くすることができると共に、操作をアシストするための力によって、カテーテルに単振動が発生する事態を抑制することができる。
　したがって、マスタ・スレーブシステムにおいて実行される摩擦補償のための制御をより適切なものとすることができる。
　なお、本変形例の制御システム１においても、第２実施形態と同様に、忘却係数付き移動平均値から算出された摩擦補償量を、マスタ装置１０における操作者の操作をアシストするための力として出力することとしてもよい。
［他の変形例］
　上述の各実施形態及び各変形例を適宜組み合わせて実施することとしてもよい。例えば、第１実施形態または第２実施形態における摩擦補償のための制御と、変形例１の傾斜補償のための制御とを併せて実行することが可能である。
　この場合、第１実施形態または第２実施形態における摩擦補償量と、変形例１の傾斜補償量とを加算した力を、マスタ装置１０における操作をアシストするための力として出力することができる。
　これにより、傾斜による重力の影響を抑制しつつ、マスタ装置１０をアシストする力によって、カテーテルに単振動が発生する事態を抑制することができる。
　また、上述の実施形態において、マスタ装置１０とスレーブ装置２０との間で、カテーテルのスラスト方向（進退方向）の力を力触覚伝達するものとして説明したが、これに限られない。例えば、進退方向に沿う回転軸周りの回転、あるいは、エンドエフェクタの操作に関する力をマスタ装置１０とスレーブ装置２０との間で力触覚伝達してもよい。また、この場合に、過去の設定された区間におけるカテーテルの進退速度の移動平均値または忘却係数付き移動平均値から算出された摩擦補償量を、マスタ装置１０における操作者の操作をアシストするための力として出力することとしてもよい。
　また、上述の実施形態において、マスタ装置１０に備えられたアクチュエータと、スレーブ装置２０に備えられたアクチュエータとを１対１に対応付けて、力触覚の伝達を行う場合を例に挙げて説明したが、これに限られない。即ち、マスタ装置１０の複数のアクチュエータをスレーブ装置２０の１つのアクチュエータと対応付けて力触覚の伝達を行ったり、マスタ装置１０の１つのアクチュエータをスレーブ装置２０の複数のアクチュエータと対応付けて力触覚の伝達を行ったりすることが可能である。また、マスタ装置１０の複数のアクチュエータをスレーブ装置２０の複数のアクチュエータと対応付けて力触覚の伝達を行うことも可能である。一例として、図３に示すスレーブ装置２０の挿入用アクチュエータ２０３及び検知用アクチュエータ２０４を、マスタ装置１０の挿入用アクチュエータ１０３と対応付けて力触覚の伝達を行うことが可能である。この場合、マスタ装置１０の検知用アクチュエータ１０４を備える必要がなくなり、コストの削減及び装置の軽量化等を実現することができる。
　また、上述の実施形態において、スレーブ装置２０のカテーテルを進退させるアクチュエータとして、挿入用アクチュエータ２０３及び検知用アクチュエータ２０４を備える構成を例に挙げて説明したが、これに限られない。即ち、動作のストローク及び精度において、要求される性能を充足するアクチュエータであれば、１つのアクチュエータでスレーブ装置２０のカテーテルを進退させることとしてもよい。
　以上のように、本実施形態に係る制御システム１は、マスタ装置１０と、スレーブ装置２０と、制御装置３０と、を備える。また、制御装置３０は、摩擦補償制御部３５２と、力触覚伝達部３５３と、を備える。
　摩擦補償制御部３５２は、スレーブ装置２０における可動部の速度の移動平均に基づいて、スレーブ装置２０において発生する摩擦に対し、マスタ装置１０における操作をアシストするための力を算出する。
　力触覚伝達部３５３は、摩擦補償制御部３５２によって算出された力でマスタ装置１０における操作をアシストすると共に、マスタ装置１０及びスレーブ装置２０における力触覚の伝達を制御する。
　これにより、マスタ・スレーブシステムにおいて実行される摩擦補償のための制御をより適切なものとすることができる。
　摩擦補償制御部３５２は、過去の設定された区間におけるスレーブ装置２０における可動部の速度の単純移動平均値を算出し、当該単純移動平均値に基づいて、マスタ装置１０における操作をアシストするための力を算出する。
　これにより、スレーブ装置２０に入力する摩擦力を補償する場合に、操作をアシストするための力によって、カテーテルに単振動が発生する事態を抑制することができる。
　摩擦補償制御部３５２は、過去の設定された区間におけるスレーブ装置２０における可動部の速度の移動平均値に忘却係数を乗じた忘却係数付き移動平均値算出し、当該忘却係数付き移動平均値に基づいて、マスタ装置１０における操作をアシストするための力を算出する。
　これにより、一過性のノイズでスレーブ装置２０に外力が入力した場合であっても、その外力に起因したカテーテルの進退をアシストする力と、カテーテルの弾性力とが釣り合うことにより、カテーテルが振動の途中で一時的に静止した状態となること等を抑制することができる。
　したがって、マスタ・スレーブシステムにおいて実行される摩擦補償のための制御をより適切なものとすることができる。
　摩擦補償制御部３５２は、スレーブ装置２０における可動部の移動方向に作用する重力の成分に基づいて、スレーブ装置２０に作用する重力に対し、マスタ装置１０における操作をアシストするための力を算出する。
　力触覚伝達部３５３は、スレーブ装置２０において発生する摩擦及びスレーブ装置２０に作用する重力に対し、摩擦補償制御部３５２によって算出されたそれぞれの力を加算した力でマスタ装置１０における操作をアシストすると共に、マスタ装置１０及びスレーブ装置２０における力触覚の伝達を制御する。
　これにより、傾斜による重力の影響を抑制しつつ、マスタ装置１０をアシストする力によって、カテーテルに単振動が発生する事態を抑制することができる。
　なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
　例えば、本発明は、上述の実施形態における制御システム１として実現することの他、制御システム１を制御する制御装置、制御システム１において実行される各ステップによって構成される制御方法、あるいは、制御システム１の機能を実現するためにプロセッサによって実行されるプログラムとして実現することができる。
　また、上述の実施形態では、制御装置３０を独立した装置として実現する構成を例に挙げて説明したが、制御装置３０の機能をマスタ装置１０の制御ユニット１０１及びスレーブ装置２０の制御ユニット２０１の一方に実装したり、これらの両方に分散して実装したりすることができる。
　また、上述の実施形態における処理は、ハードウェア及びソフトウェアのいずれにより実行させることも可能である。
　即ち、上述の処理を実行できる機能が制御システム１に備えられていればよく、この機能を実現するためにどのような機能構成及びハードウェア構成とするかは上述の例に限定されない。
　上述の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、コンピュータにネットワークや記憶媒体からインストールされる。
　プログラムを記憶する記憶媒体は、装置本体とは別に配布されるリムーバブルメディア、あるいは、装置本体に予め組み込まれた記憶媒体等で構成される。リムーバブルメディアは、例えば、半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク、または光磁気ディスク等により構成される。光ディスクは、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｄｉｓｋ－Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ），ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｋ），Ｂｌｕ－ｒａｙ　Ｄｉｓｃ（登録商標）等により構成される。光磁気ディスクは、ＭＤ（Ｍｉｎｉ－Ｄｉｓｋ）等により構成される。また、装置本体に予め組み込まれた記憶媒体は、例えば、プログラムが記憶されているＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）やハードディスク、あるいは、半導体メモリ等で構成される。
　なお、上記実施形態は、本発明を適用した一例を示しており、本発明の技術的範囲を限定するものではない。即ち、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、省略や置換等種々の変更を行うことができ、上記実施形態以外の各種実施形態を取ることが可能である。本発明が取ることができる各種実施形態及びその変形は、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
　１　制御システム、１０　マスタ装置、２０　スレーブ装置、３０　制御装置、４０　ネットワーク、Ｌ　ディスプレイ、Ｃ　カメラ、ＦＴ　機能別力・速度割当変換ブロック、ＦＣ　理想力源ブロック、ＰＣ　理想速度（位置）源ブロック、ＩＦＴ　逆変換ブロック、Ｓ　制御対象システム、１０１，２０１　制御ユニット、１０２，２０２　通信ユニット、１０３，２０３　挿入用アクチュエータ、１０４，２０４　検知用アクチュエータ、１０５，２０５　回転用アクチュエータ、１０６，２０６　操作用アクチュエータ、１０７，１０８，２０７，２０８　リニアエンコーダ、１０９，１１０，２０９，２１０　ロータリーエンコーダ、１１１～１１４，２１１～２１４　ドライバ、３１１　プロセッサ、３１２　ＲＯＭ、３１３　ＲＡＭ、３１４　バス、３１５　入力部、３１６　出力部、３１７　記憶部、３１８　通信部、３１９　ドライブ、３３１　リムーバブルメディア、３５１　センサ情報取得部、３５２　摩擦補償制御部、３５３　力触覚伝達部、３７１　制御パラメータ記憶部

Claims (11)

  1. 　操作者の操作が入力されるマスタ装置と、前記マスタ装置に入力された操作に応じて動作するスレーブ装置と、を含む制御システムであって、
    　前記スレーブ装置における可動部の速度の移動平均に基づいて、前記スレーブ装置において発生する摩擦に対し、前記マスタ装置における操作をアシストするための力を算出する制御量算出手段と、
    　前記制御量算出手段によって算出された力で前記マスタ装置における操作をアシストすると共に、前記マスタ装置及び前記スレーブ装置における力触覚の伝達を制御する制御手段と、
    　を備えることを特徴とする制御システム。
  2. 　前記制御量算出手段は、過去の設定された区間における前記スレーブ装置における可動部の速度の単純移動平均値を算出し、当該単純移動平均値に基づいて、前記マスタ装置における操作をアシストするための力を算出することを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
  3. 　前記制御量算出手段は、過去の設定された区間における前記スレーブ装置における可動部の速度の移動平均値に忘却係数を乗じた忘却係数付き移動平均値算出し、当該忘却係数付き移動平均値に基づいて、前記マスタ装置における操作をアシストするための力を算出することを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
  4. 　前記制御量算出手段は、前記スレーブ装置における可動部の移動方向に作用する重力の成分に基づいて、前記スレーブ装置に作用する重力に対し、前記マスタ装置における操作をアシストするための力を算出し、
    　前記制御手段は、前記スレーブ装置において発生する摩擦及び前記スレーブ装置に作用する重力に対し、前記制御量算出手段によって算出されたそれぞれの力を加算した力で前記マスタ装置における操作をアシストすると共に、前記マスタ装置及び前記スレーブ装置における力触覚の伝達を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の制御システム。
  5. 　操作者の操作が入力されるマスタ装置と、前記マスタ装置に入力された操作に応じて動作するスレーブ装置と、を含む制御システムであって、
    　前記スレーブ装置における可動部の移動方向に作用する重力の成分に基づいて、前記マスタ装置における操作をアシストするための力を算出する制御量算出手段と、
    　前記制御量算出手段によって算出された力で前記マスタ装置における操作をアシストすると共に、前記マスタ装置及び前記スレーブ装置における力触覚の伝達を制御する制御手段と、
    　を備えることを特徴とする制御システム。
  6. 　操作者の操作が入力されるマスタ装置と、前記マスタ装置に入力された操作に応じて動作するスレーブ装置とにおける力触覚の伝達を制御する制御装置であって、
    　前記スレーブ装置における可動部の速度の移動平均に基づいて、前記スレーブ装置において発生する摩擦に対し、前記マスタ装置における操作をアシストするための力を算出する制御量算出手段と、
    　前記制御量算出手段によって算出された力で前記マスタ装置における操作をアシストすると共に、前記マスタ装置及び前記スレーブ装置における力触覚の伝達を制御する制御手段と、
    　を備えることを特徴とする制御装置。
  7. 　操作者の操作が入力されるマスタ装置と、前記マスタ装置に入力された操作に応じて動作するスレーブ装置とにおける力触覚の伝達を制御する制御装置であって、
    　前記スレーブ装置における可動部の移動方向に作用する重力の成分に基づいて、前記マスタ装置における操作をアシストするための力を算出する制御量算出手段と、
    　前記制御量算出手段によって算出された力で前記マスタ装置における操作をアシストすると共に、前記マスタ装置及び前記スレーブ装置における力触覚の伝達を制御する制御手段と、
    　を備えることを特徴とする制御装置。
  8. 　操作者の操作が入力されるマスタ装置と、前記マスタ装置に入力された操作に応じて動作するスレーブ装置と、を含む制御システムで実行される制御方法であって、
    　前記スレーブ装置における可動部の速度の移動平均に基づいて、前記スレーブ装置において発生する摩擦に対し、前記マスタ装置における操作をアシストするための力を算出する制御量算出ステップと、
    　前記制御量算出ステップにおいて算出された力で前記マスタ装置における操作をアシストすると共に、前記マスタ装置及び前記スレーブ装置における力触覚の伝達を制御する制御ステップと、
    　を含むことを特徴とする制御方法。
  9. 　操作者の操作が入力されるマスタ装置と、前記マスタ装置に入力された操作に応じて動作するスレーブ装置と、を含む制御システムで実行される制御方法であって、
    　前記スレーブ装置における可動部の移動方向に作用する重力の成分に基づいて、前記マスタ装置における操作をアシストするための力を算出する制御量算出ステップと、
    　前記制御量算出ステップにおいて算出された力で前記マスタ装置における操作をアシストすると共に、前記マスタ装置及び前記スレーブ装置における力触覚の伝達を制御する制御ステップと、
    　を含むことを特徴とする制御方法。
  10. 　操作者の操作が入力されるマスタ装置と、前記マスタ装置に入力された操作に応じて動作するスレーブ装置とにおける力触覚の伝達を制御するコンピュータに、
    　前記スレーブ装置における可動部の速度の移動平均に基づいて、前記スレーブ装置において発生する摩擦に対し、前記マスタ装置における操作をアシストするための力を算出する制御量算出機能と、
    　前記制御量算出機能によって算出された力で前記マスタ装置における操作をアシストすると共に、前記マスタ装置及び前記スレーブ装置における力触覚の伝達を制御する制御機能と、
    　を実現させることを特徴とするプログラム。
  11. 　操作者の操作が入力されるマスタ装置と、前記マスタ装置に入力された操作に応じて動作するスレーブ装置とにおける力触覚の伝達を制御するコンピュータに、
    　前記スレーブ装置における可動部の移動方向に作用する重力の成分に基づいて、前記マスタ装置における操作をアシストするための力を算出する制御量算出機能と、
    　前記制御量算出機能によって算出された力で前記マスタ装置における操作をアシストすると共に、前記マスタ装置及び前記スレーブ装置における力触覚の伝達を制御する制御機能と、
    　を実現させることを特徴とするプログラム。
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