CN105431072B - 机械手系统 - Google Patents

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Abstract

提供机械手系统(100)，该机械手系统(100)具有：机械手(1)，其具备具有软性部和弯曲部(15)的插入部(5)以及弯曲部(15)用的弯曲部驱动部(12)；操作输入部(2)；软性部形状检测部(22)和弯曲部形状检测部(23)，它们分别检测软性部和弯曲部(15)的弯曲形状；补偿值设定部(24、25)，其根据由各形状检测部(22、23)检测到的弯曲形状设定补偿值；以及控制部(3)，其根据输入到操作输入部(2)的操作指示，生成用于使弯曲部驱动部(12)进行驱动的弯曲控制信号，进而，使用补偿值对该弯曲控制信号进行校正并将其发送到弯曲部驱动部(12)。

Description

机械手系统
技术领域
本发明涉及机械手系统。
背景技术
一般情况下，由插入到被检体内的细长的插入部和与插入部的基端侧连接的操作部构成的内窥镜或机械手在插入部的前端部分具有弯曲部，通过弯曲部的弯曲动作，能够变更前端的朝向。作为用于使弯曲部弯曲的机构，采用通过手动旋转设置在操作部中的旋钮来牵引与弯曲部连接的线的基端部分的方式。近年来，该弯曲机构的电动化技术的研究进展，广泛研究将现行的基于手动的旋钮操作置换为马达驱动的技术(例如参照专利文献1和2。)。一般情况下，在马达驱动中，通过以与输入到操作部的操作量成比例的量使马达旋转，能够以与操作量对应的弯曲量来变更弯曲部的弯曲角度。
但是，实际上，由于线与周围部件之间的摩擦或线的松弛等，对线的基端部分施加的牵引量很难完全传递到线的前端。即，线的牵引量和弯曲部的弯曲量处于非线性关系。进而，该非线性性依赖于插入部的弯曲形状而变化。因此，仅使马达的旋转量与操作量成比例时，针对操作者的操作，无法得到弯曲部的弯曲动作的良好且相同的响应性。公知在插入到插入部的通道内的处置器械的进退动作和旋转动作中也会产生这种响应性的降低和偏差(例如参照专利文献3。)。
因此，在专利文献1～3中，根据软性部或弯曲部的弯曲形状，对马达进行控制以补偿弯曲部或处置器械的动作的响应性的降低和偏差，由此实现响应性的改善。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-264048号公报
专利文献2：日本特许第5048158号公报
专利文献3：日本特开2007-89808号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，处置器械和弯曲部的动作均受软性部和弯曲部双方的弯曲形状的影响。专利文献1～3仅考虑了软性部和弯曲部中的任意一方的弯曲形状，所以，存在处置器械和弯曲部的响应性的提高存在极限的问题。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供能够高精度地补偿弯曲部或处置器械的动作的响应性的降低和偏差而始终得到良好且相同的响应性的机械手系统。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明提供以下手段。
本发明的第1方式是一种机械手系统，其具有：机械手，其具有插入部和弯曲部驱动部，其中，该插入部具有细长且具有挠性的软性部和设置在该软性部的前端侧的弯曲部，该弯曲部驱动部使所述弯曲部进行弯曲动作；操作输入部，其被操作者输入针对所述弯曲部的操作指示；软性部形状检测部，其检测所述软性部的弯曲形状；弯曲部形状检测部，其检测所述弯曲部的弯曲形状；控制部，其根据输入到所述操作输入部的所述操作指示，生成用于使所述弯曲部驱动部进行驱动的弯曲控制信号；以及补偿值设定部，其根据由所述软性部形状检测部检测到的所述软性部的弯曲形状和由所述弯曲部形状检测部检测到的所述弯曲部的弯曲形状，设定针对所述弯曲控制信号的补偿值，所述控制部使用由所述补偿值设定部设定的所述补偿值对所述弯曲控制信号进行校正，将校正后的所述弯曲控制信号发送到所述弯曲部驱动部。
根据本方式，操作者对操作输入部输入操作指示后，控制部通过由补偿值设定部设定的补偿值对根据该操作指示生成的弯曲控制信号进行校正后，将其发送到弯曲部驱动部，由此，弯曲部进行与操作指示对应的弯曲动作。由此，例如，能够使用配置在体外的操作输入部远程操作配置在体内的插入部的弯曲部。
该情况下，针对操作信号的弯曲部的弯曲动作的响应性依赖于软性部和弯曲部双方的弯曲形状。根据由软性部形状检测部和弯曲部形状检测部检测到的软性部和弯曲部双方的弯曲形状来设定补偿值。由此，能够高精度地补偿弯曲部的响应性的降低和偏差而始终得到良好且相同的响应性。
在上述第1方式中，也可以是，所述机械手具有在长度方向上插入到所述插入部内的处置器械，所述机械手系统具有处置器械识别部，该处置器械识别部识别所述插入部内的所述处置器械的有无，并且在所述插入部内存在所述处置器械的情况下识别该处置器械，所述补偿值设定部还根据由所述处置器械识别部识别出的处置器械的有无、以及在所述插入部内存在所述处置器械的情况下由所述处置器械识别部识别出的处置器械的力学特性，设定所述补偿值。
由此，弯曲部的响应性还依赖于插入部内的处置器械的有无和该处置器械所具有的力学特性。因此，通过将插入部内的处置器械的有无和处置器械的力学特性也反映到补偿值中，能够更高精度地补偿弯曲部的响应性的降低和偏差。
在上述第1方式中，也可以是，所述机械手具有线材，该线材经由所述软性部连接所述弯曲部和所述弯曲部驱动部，将所述弯曲部驱动部产生的驱动力传递到所述弯曲部，在所述插入部中设置有规定该插入部内的所述线材的路径的通路。
由此，由于弯曲部的响应性的偏差的要因、即线材中产生的摩擦和松弛的偏差减小，所以，能够更高精度地补偿弯曲部的响应性的降低和偏差。
在上述第1方式中，也可以是，所述机械手具有线材，该线材经由所述软性部连接所述弯曲部和所述弯曲部驱动部，将所述弯曲部驱动部产生的驱动力传递到所述弯曲部，所述机械手系统具有体外部分形状检测部，该体外部分形状检测部检测该线材的从所述插入部拉出到外部的基端部分的弯曲形状，所述补偿值设定部还根据由所述体外部分形状检测部检测到的所述线材的基端部分的弯曲形状，设定所述补偿值。
由此，弯曲部的响应性还依赖于位于插入部外部的线材的基端部分的弯曲形状。因此，通过将插入部外部的线材的基端部分的弯曲形状也反映到补偿值中，能够更高精度地补偿弯曲部的响应性的降低和偏差。
在上述第1方式中，也可以是，所述控制部对所述弯曲部驱动部进行前馈控制或反馈控制，所述补偿值设定部将所述控制部在所述前馈控制或反馈控制中使用的增益设定为所述补偿值。
由此，能够利用简便的控制方法来补偿弯曲部的响应性的降低和偏差。
在上述第1方式中，也可以是，所述控制部将叠加了偏置信号的所述弯曲控制信号发送到所述弯曲部驱动部，所述补偿值设定部将所述弯曲部的弯曲动作的方向被切换为相反方向时符号反转的所述偏置信号设定为所述补偿值。
由此，能够有效消除弯曲部的弯曲动作的方向反转时产生的反撞(backrush)。
本发明的第2方式是一种机械手系统，其具有：机械手，其具有插入部、在长度方向上插入到该插入部内的处置器械、在所述插入部内使所述处置器械进行进退动作和旋转动作的处置器械驱动部，其中，该插入部具有细长且具有挠性的软性部和设置在该软性部的前端侧的弯曲部；操作输入部，其被操作者输入针对所述处置器械的操作指示；软性部形状检测部，其检测所述软性部的弯曲形状；弯曲部形状检测部，其检测所述弯曲部的弯曲形状；控制部，其根据输入到所述操作输入部的所述操作指示，生成用于使所述处置器械驱动部进行驱动的进退控制信号和旋转控制信号；以及补偿值设定部，其根据由所述软性部形状检测部检测到的所述软性部的弯曲形状和由所述弯曲部形状检测部检测到的所述弯曲部的弯曲形状，设定针对所述进退控制信号和所述旋转控制信号的补偿值，所述控制部使用由所述补偿值设定部设定的针对所述进退控制信号和所述旋转控制信号的所述补偿值，对所述进退控制信号和所述旋转控制信号进行校正，将校正后的所述进退控制信号和所述旋转控制信号发送到所述处置器械驱动部。
根据本方式，操作者对操作输入部输入操作指示后，控制部通过由补偿值设定部设定的补偿值对根据该操作指示生成的进退控制信号和旋转控制信号进行校正后，将其发送到处置器械驱动部，由此，处置器械进行与操作指示对应的进退动作和旋转动作。由此，例如，能够使用配置在体外的操作输入部远程操作经由插入部配置在体内的处置器械。
该情况下，针对操作信号的处置器械的进退动作和旋转动作的响应性依赖于软性部和弯曲部双方的弯曲形状。根据由软性部形状检测部和弯曲部形状检测部检测到的软性部和弯曲部双方的弯曲形状来设定补偿值。由此，能够高精度地补偿处置器械的响应性的降低和偏差而始终得到良好且相同的响应性。
在上述第2方式中，也可以是，所述机械手系统具有处置器械识别部，该处置器械识别部识别所述插入部内的所述处置器械，所述补偿值设定部还根据由所述处置器械识别部识别出的处置器械的力学特性，设定各所述补偿值。
由此，处置器械的响应性还依赖于该处置器械所具有的力学特性。因此，通过将处置器械的力学特性也反映到补偿值中，能够更高精度地补偿处置器械的响应性的降低和偏差。
在上述第2方式中，也可以是，所述机械手系统具有体外部分形状检测部，该体外部分形状检测部检测所述处置器械的从所述插入部拉出到外部的基端部分的弯曲形状，所述补偿值设定部还根据由所述体外部分形状检测部检测到的所述处置器械的基端部分的弯曲形状，设定各所述补偿值。
由此，处置器械的响应性还依赖于位于插入部外部的基端部分的弯曲形状。因此，通过将插入部外部的处置器械的基端部分的弯曲形状也反映到补偿值中，能够更高精度地补偿处置器械的响应性的降低和偏差。
在上述第2方式中，也可以是，在所述插入部中设置有在长度方向上贯通形成且供所述处置器械插入的多个通道，所述机械手系统具有使用通道检测部，该使用通道检测部检测所述多个通道中的所述处置器械所插入的通道，所述补偿值设定部还根据由所述使用通道检测部检测到的所述通道，设定各所述补偿值。
由此，处置器械的响应性还依赖于处置器械所插入的通道的插入部内的位置和内径尺寸等特性。因此，通过将处置器械所插入的通道也反映到补偿值中，能够更高精度地补偿处置器械的响应性的降低和偏差。
在上述第2方式中，也可以是，所述控制部对所述处置器械驱动部进行前馈控制或反馈控制，所述补偿值设定部将所述控制部在所述前馈控制或反馈控制中使用的增益作为所述补偿值。
在上述第2方式中，也可以是，所述控制部将叠加了偏置信号的所述进退控制信号和所述旋转控制信号发送到所述处置器械驱动部，所述补偿值设定部将所述处置器械的进退动作或旋转动作的方向被切换为相反方向时符号反转的所述偏置信号设定为所述补偿值。
发明效果
根据本发明，发挥能够高精度地补偿弯曲部或处置器械的动作的响应性的降低和偏差而始终得到良好且相同的响应性这样的效果。
附图说明
图1是示出本发明的第1实施方式的机械手系统的基本结构的外观图。
图2是示出图1的机械手系统所具有的插入部的前端部分的结构的外观图。
图3是示出图1的机械手系统的整体结构的框图。
图4是示出图1的机械手系统所具有的插入部的整体结构的外观图。
图5是示出使图4的弯曲部弯曲的机构的结构图。
图6是示出图1的机械手系统所具有的处置器械的整体结构的外观图。
图7A是说明基于图4的软性部形状检测部的特征量k的计算方法的图，是示出由软性部形状检测部检测到的软性部的弯曲形状的图。
图7B是说明基于图4的软性部形状检测部的特征量k的计算方法的图，是示出微小区间的变量的图。
图8A是说明基于图4的软性部形状检测部的特征量k的另一个计算方法的图。
图8B是说明基于图4的软性部形状检测部的特征量k的另一个计算方法的图。
图8C是说明基于图4的软性部形状检测部的特征量k的另一个计算方法的图。
图9A是示出软性部为直线时的通常控制中的弯曲部的响应特性的曲线图。
图9B是示出软性部为弯曲状时的通常控制中的弯曲部的响应特性的曲线图。
图9C是示出软性部为弯曲状时的FF控制中的弯曲部的响应特性的曲线图。
图10是说明基于控制部的弯曲部驱动部的另一个控制方法的图，是示出通过摩擦补偿系数进行校正前(实线)和校正后(虚线)的控制信号的曲线图。
图11是示出图1的机械手系统的变形例的框图。
图12A是示出插入部的变形例的局部纵剖视图。
图12B是图12A的I-I线的横剖视图。
图13是示出本发明的第2实施方式的机械手系统的整体结构的框图。
图14是示出本发明的第3实施方式的机械手系统的整体结构的框图。
图15A是示出软性部为直线状时的通常控制中的弯曲部的响应特性的曲线图。
图15B是示出软性部为弯曲状时的通常控制中的弯曲部的响应特性的曲线图。
图15C是示出软性部为另一个弯曲状时的通常控制中的弯曲部的响应特性的曲线图。
图15D是示出软性部为直线状时的FF控制中的弯曲部的响应特性的曲线图。
图16是示出本发明的第4实施方式的机械手系统的整体结构的框图。
图17是示出本发明的第5实施方式的机械手系统的整体结构的框图。
具体实施方式
(第1实施方式)
参照图1～图12对本发明的第1实施方式的机械手系统100进行说明。
首先，对本实施方式的机械手系统100的概要进行说明。如图1所示，本实施方式的机械手系统100具有从机械手(机械手)1、由手术医生(操作者)Op操作的主输入部(操作输入部)2、根据该主输入部2中进行的操作来控制从机械手1的控制部3作为主要结构。
从机械手1具有配置在患者P横卧的手术台80的附近的从臂4、保持在该从臂4的前端的插入部5、插入到该插入部5内的处置器械6。如图2所示，在插入部5的前端设置有观察部件7，通过该观察部件7对插入部5的前端前方的视野和从插入部5的前端突出的处置器械6进行拍摄。由观察部件7取得的影像显示在设于主输入部2的显示部8中。通过在与插入部5的长度方向垂直的上下方向(UD方向)或左右方向(LR方向)上变更设置在插入部5的前端部分的弯曲部15的弯曲角度，能够移动观察部件7的视野。
手术医生Op一边观察显示部8中显示的体内和处置器械6的影像，一边操作设置在主输入部2上的主臂9，由此，能够远程操作插入到患者P的体内的插入部5和经由该插入部5内导入到体内的处置器械6。
接着，对机械手系统100的各部进行详细说明。
如图3所示，从臂4具有安装有插入部5的插入部安装部10、安装有处置器械6的处置器械安装部11、对安装在插入部安装部10上的插入部5的弯曲部15进行驱动的弯曲部驱动部12、以及对安装在处置器械安装部11上的处置器械6进行驱动的处置器械驱动部13。弯曲部驱动部12和处置器械驱动部13根据从控制部3接收到的控制信号，分别对弯曲部15或处置器械6进行驱动。
图4示出插入部5的外观。如图4所示，插入部5具有细长且具有挠性的软性部14、以及设置在该软性部14的前端侧的弯曲部15。并且，在软性部14的基端侧连接有安装在从臂4的插入部安装部10上的安装单元16。弯曲部15具有连结有多个节轮或弯曲块等的公知构造，通过使与最前端侧的节轮等连接的UD弯曲用线(线材)15a和LR弯曲用线(线材)15b的基端部分在安装单元16内在长度方向上推拉，弯曲部15向UD方向和LR方向弯曲。
具体而言，如图5所示，各线15a、15b的基端部分从软性部14的基端拉出，卷绕在设于安装单元16内的带轮16a上。安装单元16构成为，在安装在插入部安装部10上时，各带轮16a和弯曲部驱动部12所具有的各马达12a同轴地连结。根据来自控制部3的旋转控制信号使马达12a旋转，由此，带轮16a正转或反转，由此，线15a、15b被推拉，弯曲部15的弯曲角度被变更。另外，在图5中，为了简化附图，仅图示了一个马达12a，并且，仅图示了卷绕在软性部14侧的2个带轮16a上的2个线15a、15b。
并且，插入部5具有在长度方向上贯通形成的通道。该通道与设置在插入部5的基端侧的处置器械用端口17连通，处置器械6从该处置器械用端口17插入到通道中。
处置器械6是高频刀、圈套环(スネアループ)、把持钳子等，如图6所示，具有细长且具有挠性的主体18、以及设置在该主体18的前端的处置部19。并且，在主体18的基端侧连接有安装在从臂4的处置器械安装部11上的安装单元20。通过使主体18的基端部分在安装单元20内在长度方向上推拉或在周方向上旋转，处置器械6整体在通道内进退或旋转。
具体而言，在安装单元20内设置有与主体18的基端同轴连结的带轮20a。该带轮20a固定在能够在主体18的长度方向上直线运动的工作台20b上。另一方面，在处置器械驱动部13中设置有使带轮20a旋转的旋转马达13a、以及使工作台20b直线移动的直动马达13b。安装单元20构成为，在安装在处置器械安装部11上时，带轮20a和旋转马达13a连结，工作台20b和直动马达13b连结。由此，旋转马达13a根据来自控制部3的旋转控制信号使带轮20a旋转，由此，处置器械6旋转。并且，直动马达13b根据来自控制部3的进退控制信号使工作台20b直线移动，由此，处置器械6进退。
如上所述，主输入部2具有显示由观察部件7取得的影像的显示部8、以及由手术医生Op操作的多个主臂9。主臂9至少能够通过手术医生Op输入针对弯曲部15和处置器械6的操作指示。主输入部2生成与由手术医生Op输入到主臂9的操作指示对应的操作信号，将所生成的操作信号发送到控制部3。
控制部3在从主输入部2接收到针对弯曲部15的操作信号时，根据该操作信号生成用于使弯曲部驱动部12进行驱动的弯曲控制信号，将该弯曲控制信号发送到弯曲部驱动部12。并且，控制部3在从主输入部2接收到针对处置器械6的操作信号时，根据该操作信号生成用于使处置器械驱动部13进行驱动的进退控制信号和旋转控制信号，将该进退控制信号和旋转控制信号发送到处置器械驱动部13。在各驱动部12、13的马达12a、13a、13b中安装有检测其旋转量的编码器(图示省略)。控制部3通过从编码器接收各马达12a、13a、13b的旋转量，识别弯曲部15的弯曲量和处置器械6的进退量或旋转量，根据识别出的这些量对各驱动部12、13的马达进行反馈(FB)控制。
进而，本实施方式的机械手系统100具有检测软性部14的弯曲形状的软性部形状检测部22、检测弯曲部15的弯曲形状的弯曲部形状检测部23、补偿值设定部24、25。补偿值设定部24、25设定与由各形状检测部22、23检测到的软性部14和弯曲部15的弯曲形状对应的补偿值。控制部3使用由补偿值设定部24、25设定的补偿值对弯曲部驱动部12进行前馈(FF)控制，以使得弯曲部15的弯曲动作准确地追随操作信号。接着，对基于该控制部3的弯曲部15的控制方法进行具体说明。
软性部形状检测部22具有内窥镜插入形状观测装置，该内窥镜插入形状观测装置通过检测内置于软性部14中的磁线圈产生的磁，取得软性部14的形状。软性部形状检测部22根据由内窥镜插入形状观测装置取得的软性部14的形状，计算表示该软性部14的弯曲形状的特征量k。
在软性部14的长度方向上的不同位置设置多个磁线圈。内窥镜插入形状观测装置具有接收各磁线圈产生的磁的天线，根据由天线接收到的磁运算各磁线圈的位置，通过利用平滑的曲线连接所得到的磁线圈的位置，取得软性部14的弯曲形状。
软性部形状检测部22根据由内窥镜插入形状观测装置取得的软性部14的弯曲形状，按照以下顺序计算特征量k。首先，如图7A和图7B所示，软性部形状检测部22在长度方向上将软性部14分割为微小区间Δd，针对各微小区间Δd测定弯曲半径r和弯曲角度软性部形状检测部22保持定义了微小区间Δd的特征量Δk与弯曲半径r及弯曲角度之间的关系的函数。该函数设定为，在软性部14呈直线状延伸时(即，r＝∞且弯曲角度时)，特征量Δk成为零，弯曲半径r越小、并且弯曲角度越大，则特征量Δk越大。通过在该函数中代入弯曲半径r和弯曲角度得到与各微小区间Δd有关的特征量Δk。然后，通过在软性部14的全长范围内对特征量Δk进行积分，计算表示软性部14整体的弯曲形状的弯曲量的特征量k。在图7A中，符号X表示插入部5所插入的大肠。
另外，也可以仅使用弯曲半径r和弯曲角度中的一方计算特征量k。
并且，除了内窥镜插入形状观测装置以外，软性部形状检测部22还可以使用其他单元检测软性部14的弯曲形状。例如，软性部形状检测部22可以通过设置在软性部14的长度方向上的多个位置的弯曲传感器来检测软性部14的实际的弯曲角度。作为弯曲传感器，例如使用变形传感器或光纤传感器等。
或者，软性部形状检测部22可以根据软性部14所插入的体内的部位的形状来检测软性部14的弯曲形状。例如，在软性部14插入到大肠X中的情况下，体内的软性部14的形状与大肠X的形状大致相同。因此，能够使用软性部14所插入的体内的部位的形状作为软性部14的弯曲形状。该情况下，根据软性部14的插入位置，软性部14的整体的弯曲形状不同，所以，例如如图8A～图8C所示，优选针对与多个处置部位a、b、c对应的软性部14的弯曲形状分别存储上述特征量k。
弯曲部形状检测部23根据控制部3向弯曲部驱动部12发送的弯曲控制信号，检测弯曲部15的UD方向和LR方向的弯曲角度θUD、θLR。然后，弯曲部形状检测部23将LR方向的弯曲角度θLR发送到UD补偿值设定部24，将UD方向的弯曲角度θUD发送到LR补偿值设定部25。
另外，弯曲部形状检测部23也可以代替弯曲控制信号而根据设置在弯曲部驱动部12的马达12a中的编码器的输出来检测弯曲部15的弯曲形状。或者，弯曲部形状检测部23也可以使用上述内窥镜插入形状观测装置或弯曲传感器等。
补偿值设定部由设定UD方向用的补偿值的UD补偿值设定部(补偿值设定部)24和设定LR方向用的补偿值的LR补偿值设定部(补偿值设定部)25构成。
UD补偿值设定部24使用由软性部形状检测部22计算出的特征量k和由弯曲部形状检测部23检测到的弯曲角度θLR，根据下式(1)计算用于供控制部3对弯曲部15的UD方向的弯曲动作进行前馈(FF)控制的FF增益GffUD。
(1) GffUD＝gffUD×αUD(θLR)×βff(k)
这里，gffUD是软性部14和弯曲部15呈一条直线延伸时(即θLR＝k＝0时)的FF增益，αUD(θLR)是与弯曲角度θLR对应的校正系数，βff(k)是与特征量k对应的校正系数。其中，αUD(0)＝1，βff(0)＝1。
校正系数αUD(θLR)是弯曲角度θLR的比例函数或多项式函数，根据弯曲部15的力学特性而不同。例如，通过在各种LR方向的弯曲角度θLR下测定输入到弯曲部驱动部12的弯曲控制信号与弯曲部15的实际的UD方向的弯曲角度θUD之间的关系，以实验的方式决定校正系数αUD(θLR)。或者，也可以通过基于机构特性或力学特性的模拟以逻辑的方式决定校正系数αUD(θLR)。机构特性例如是基于机械设计附图等的形状或尺寸等特性。或者，也可以组合逻辑手法和实验手法来决定校正系数αUD(θLR)。
校正系数βff(k)是特征量k的比例函数或多项式函数，根据软性部14的力学特性而不同。例如，通过在各种软性部14的弯曲形状下测定输入到弯曲部驱动部12的弯曲控制信号与弯曲部15的实际的UD方向的弯曲角度θUD的关系，以实验的方式决定校正系数βff(k)。或者，也可以通过基于机构特性或力学特性的模拟以逻辑的方式决定校正系数βff(k)。或者，也可以组合逻辑手法和实验手法来决定校正系数βff(k)。
同样，LR补偿值设定部25使用弯曲角度θUD和特征量k，根据下式(2)计算用于供控制部3对弯曲部15的LR方向的弯曲动作进行FF控制的FF增益GffLR。
(2) GffLR＝gffLR×αLR(θUD)×βff(k)
这里，gffLR是软性部14和弯曲部15呈一条直线延伸时(即θUD＝k＝0)的FF增益，αLR(θUD)是与弯曲部15的弯曲角度θUD对应的校正系数。其中，αLR(0)＝1。
控制部3通过对根据从主输入部2输入的操作信号生成的弯曲控制信号乘以根据式(1)和式(2)得到的FF增益GffUD、GffLR，对弯曲控制信号进行放大，将放大后的弯曲控制信号发送到弯曲部驱动部12。由此，对弯曲部驱动部12进行FF控制。
接着，对这样构成的机械手系统100的作用进行说明。
在使用本实施方式的机械手系统100对体内进行处置时，如图1所示，首先，手术医生Op将插入部5出患者P的自然开口(在图示的例子中为口)插入到体内。手术医生Op一边利用显示部8观察由观察部件7取得的影像，一边使插入部5的前端移动到对象部位。
接着，手术医生Op使插入到插入部5的通道内的处置器械6从插入部5的前端开口突出。然后，手术医生Op一边观察显示部8中显示的影像，一边变更弯曲部15的弯曲角度、处置器械6的突出量和旋转方向，由此对处置部19与体内的对象部位的位置关系进行调整，通过处置部19对对象部位进行处置。
此时，手术医生Op对主臂9输入用于变更弯曲部15的弯曲角度的操作后，与该操作对应的操作信号从主臂9发送到控制部3。控制部3根据接收到的操作信号，生成用于使弯曲部15向LR方向或UD方向弯曲的弯曲控制信号。另一方面，补偿值设定部24、25根据该时点的软性部14和弯曲部15的弯曲形状设定FF增益GffUD、GffLR，将该FF增益GffUD、GffLR发送到控制部3。控制部3将通过FF增益GffUD、GffLR进行放大后的弯曲控制信号发送到弯曲部驱动部12，由此对弯曲部驱动部12进行FF控制。
这里，对针对手术医生Op输入到主臂9的操作的、弯曲部15的弯曲动作的响应性进行说明。
图9A～图9C示出针对操作信号的弯曲部15的响应特性，图9A是软性部14呈直线状延伸时，图9B和图9C是软性部14以形成直径150mm的圆的方式360°弯曲时。在图9A～图9C中，实线表示输入到控制部3的操作信号所指定的弯曲角度，虚线表示根据设置在弯曲部驱动部12中的编码器的输出而以逻辑方式计算出的弯曲部15的弯曲角度，单点划线表示弯曲部15的实际的弯曲角度。
如图9A和图9B所示，在以使马达12a的旋转量与输入到主臂9的操作量成比例的方式控制马达12a(即非FF控制)的通常控制中，在从马达12a开始旋转到弯曲部15进行动作的期间内，产生延迟时间T1、T2。进而，存在弯曲部15的弯曲动作不追随马达12a的旋转的不敏感段D1、D2。可知与软性部14为直线状时相比，在软性部14弯曲时，延迟时间T1、T2和不敏感段D1、D2更大。该延迟时间T1、T2和不敏感段D1、D2的差异意味着，针对手术医生Op输入到主臂9的操作的弯曲部15的弯曲动作的响应性根据软性部14的形状而不同。
这种弯曲部15的弯曲动作的响应性的降低和偏差是由于以下理由而产生的。即，用于使弯曲部15弯曲的线15a、15b与周围部件之间产生的摩擦以及线15a、15b的松弛等是主要原因，马达12a对的线15a、15b的基端部分的牵引力在传递到线15a、15b的前端的期间内衰减。由此，针对马达12a的旋转量，实际的弯曲部15的弯曲量减小。上述摩擦和松弛根据软性部14的弯曲形状而不同，存在软性部14整体的弯曲量越大、则上述摩擦和松弛越大的倾向。其结果，即使手术医生Op对主臂9输入相同操作，根据软性部14的弯曲形状，弯曲部15的弯曲动作的响应性也产生偏差。根据同样理由，弯曲部15的响应性的偏差还因为弯曲部15的弯曲角度θUD、θLR的差异而产生。
图9C示出在与图9B同样使软性部14以360°弯曲的状态下对弯曲部驱动部12进行FF控制时的弯曲部15的响应特性。根据图9C可知，在图9A和图9B中表现显著的延迟时间T1、T2和不敏感段D1、D2大幅消除，弯曲部15针对操作信号的响应性提高。虽然没有图示，但是，在软性部14为直线状的情况下，也得到与图9C相同的良好的响应性。这样，不依赖于软性部14的形状而得到弯曲部15的较高的响应灵敏度意味着，无论软性部14成为何种弯曲形状，针对手术医生Op对主臂9输入的操作，始终得到良好且相同的弯曲部15的响应性。
这样，根据本实施方式，通过根据软性部14和弯曲部15双方的弯曲形状对用于使弯曲部15进行弯曲动作的弯曲控制信号进行放大，高精度地补偿了弯曲部15的响应性的降低和偏差。由此，具有始终能够得到良好且相同的弯曲部15的弯曲动作的响应性的优点。特别是弯曲部15的UD方向的弯曲动作和LR方向的弯曲动作相互造成影响。因此，通过在UD方向的弯曲控制中反映LR方向的弯曲角度θLR、在LR方向的弯曲控制中反映UD方向的弯曲角度θUD，能够高精度地补偿各方向的弯曲动作的响应性的降低和偏差。
另外，在本实施方式中，补偿值设定部24、25设定FF增益GffUD、GffLR作为补偿值，但是，取而代之，也可以设定其他补偿值。
例如，补偿值设定部24、25可以设定控制部3在弯曲部驱动部12的FB控制中使用的FB增益。
如上所述，控制部3根据由编码器检测到的马达12a的旋转量对该马达12a进行FB控制。因此，补偿值设定部24、25可以根据软性部14和弯曲部15的弯曲形状来设定FB控制中使用的FB增益。这样，也能够高精度地补偿依赖于软性部14和弯曲部15的弯曲形状的差异的弯曲部15的响应性的降低和偏差。
或者，补偿值设定部24、25也可以设定控制部3在弯曲控制信号中叠加的摩擦补偿系数(偏置信号)。如图10所示，摩擦补偿系数设定为，在弯曲部15的弯曲动作的方向切换为相反方向的折返部分中，弯曲控制信号的偏置量较大。由此，特别能够减少将弯曲动作的方向切换为相反方向时(例如从L方向切换为R方向时)产生的反撞，能够有效消除上述不敏感段D1、D2。
并且，在本实施方式中，如图11所示，也可以还具有处置器械识别部26，该处置器械识别部26识别通道内的处置器械6的有无，并且在通道内存在处置器械6的情况下识别该处置器械6，除了软性部14和弯曲部15的弯曲形状以外，补偿值设定部24、25还考虑处置器械6的有无，并且在通道内存在处置器械6的情况下还考虑该处置器械6的力学特性来设定补偿值。
在处置器械6的安装单元20中设置有记录了用于识别该处置器械6的识别信息的条形码或IC标签等记录介质。
处置器械识别部26读取安装在处置器械安装部11上的安装单元20的记录介质中记录的识别信息，将读取出的识别信息发送到补偿值设定部24、25。
另外，处置器械识别部26也可以构成为以电或磁的方式识别处置器械6。例如，也可以构成为在安装单元20中设置有具有根据处置器械6而不同的特性的磁铁或电阻，处置器械识别部26检测磁铁或电阻的特性。或者，处置器械识别部26也可以由键盘、触摸面板、按钮等输入单元构成。
补偿值设定部24、25按照处置器械6的识别信息来保持具有不同力学特性的校正系数αUD(θLR)、αLR(θUD)、βff(k)的组合。补偿值设定部24、25选择与从处置器械识别部26接收到的识别信息对应的校正系数αUD(θLR)、αLR(θUD)、βff(k)的组合，使用选择出的校正系数αUD(θLR)、αLR(θUD)、βff(k)计算FF增益GffUD、GffLR。
弯曲部15的响应性还根据通道内的处置器械6的有无、以及在通道内存在处置器械6的情况下还根据该处置器械6的力学特性(例如刚性或摩擦系数)而不同。例如，在处置器械6存在于通道内时，与处置器械6不存在于通道内时相比，弯曲部15的响应性降低。因此，通过考虑处置器械6的有无及其力学特性，能够更高精度地补偿弯曲部15的响应性的偏差。
并且，在本实施方式中，如图12A和图12B所示，也可以在软性部14和弯曲部15中形成规定用于使弯曲部15弯曲的线15a、15b的位置的通路27。该通路27由在弯曲部15中固定在节轮的内周面上的环状部件构成。在软性部14中，通路27是在软性部14的长度方向上贯通形成、且与设置有线15a、15b以外的部件的空间隔离的空间。
如果是线15a、15b在软性部14和弯曲部15的内部在径向上移动自如的情况，则即使软性部14和弯曲部15的弯曲形状相同，最佳的补偿值也可能不同。这是因为，由于在线15a、15b的路径中产生偏差，线15a、15b中产生的摩擦或松弛可能不同。因此，通过通路27规定软性部14和弯曲部15的内部的线15a、15b的路径，进而，防止线15a、15b与其他部件不规则地接触，由此，能够更高精度地补偿弯曲部15的弯曲动作的响应性的降低和偏差。
(第2实施方式)
接着，参照图13对本发明的第2实施方式的机械手系统200进行说明。
在本实施方式中，主要说明与上述第1实施方式的不同之处，对与第1实施方式共通的结构标注相同符号并省略说明。
如图13所示，本实施方式的机械手系统200与第1实施方式的不同之处主要在于，还具有识别插入部5的安装单元16的体外部分形状检测部29。
在安装单元16中设置有记录了识别该安装单元16的识别信息的记录介质。
体外部分形状检测部29读取安装在插入部安装部10上的安装单元16的记录介质中记录的识别信息，将读取出的识别信息发送到补偿值设定部24、25。
与第1实施方式中说明的设置在安装单元20上的记录介质和处置器械识别部26同样，分别构成记录介质和体外部分形状检测部29的其他结构。
UD补偿值设定部24按照安装单元16的识别信息来保持具有不同力学特性的校正系数αUD(θLR)、βff(k)的组合。UD补偿值设定部24选择与从体外部分形状检测部29接收到的安装单元16的识别信息对应的校正系数αUD(θLR)、βff(k)的组合，使用选择出的校正系数αUD(θLR)、βff(k)，根据式(1)计算FF增益GffUD。在本实施方式中，根据各安装单元16内的UD弯曲用的线15a的走线(引き回し)形状来设定校正系数αUD(θLR)、βff(k)。
LR补偿值设定部25按照安装单元16的识别信息来保持具有不同力学特性的校正系数αLR(θUD)、βff(k)的组合。LR补偿值设定部25选择与从体外部分形状检测部29接收到的识别信息对应的校正系数αLR(θUD)、βff(k)的组合，使用选择出的校正系数αLR(θUD)、βff(k)，根据式(2)计算FF增益GffLR。在本实施方式中，根据各安装单元16内的LR弯曲用的线15b的走线形状来设定校正系数αLR(θUD)、βff(k)。
根据本实施方式的机械手系统200，除了第1实施方式的效果以外，还发挥以下效果。弯曲部15的UD方向和LR方向的弯曲动作的响应性除了依赖第1实施方式中说明的软性部14和弯曲部15的弯曲形状以外，还依赖于安装单元16内的线15a、15b的走线形状的差异而不同。通过考虑该线15a、15b的走线形状来设定补偿值GffUD、GffLR，具有能够更高精度地补偿弯曲部15的弯曲动作的响应性的降低和偏差的优点。
(第3实施方式)
接着，参照图14～图15D对本发明的第3实施方式的机械手系统300进行说明。
在本实施方式中，主要说明与上述第1和第2实施方式的不同之处，对与第1和第2实施方式共通的结构标注相同符号并省略说明。
如图14所示，本实施方式的机械手系统300与第1和第2实施方式的不同之处主要在于，还具有处置器械识别部30，并且，代替补偿值设定部24、25而具有设定处置器械驱动部13的控制用的补偿值Gffbf、Gffrot的补偿值设定部31、32。
在安装单元20中设置有记录了识别与该安装单元20连接的处置器械6的识别信息的记录介质。
处置器械识别部30读取安装在处置器械安装部11上的安装单元20的记录介质中记录的识别信息，将读取出的识别信息发送到补偿值设定部31、32。
与第1实施方式中说明的记录介质和处置器械识别部26同样地构成记录介质和处置器械识别部30的其他结构。
在本实施方式中，补偿值设定部31、32由设定处置器械6的进退动作用的补偿值的进退补偿值设定部(补偿值设定部)31、以及设定处置器械6的旋转动作用的补偿值的旋转补偿值设定部(补偿值设定部)32构成。
进退补偿值设定部31根据下式(3)设定控制部3在处置器械6的进退动作的FF控制中使用的FF增益Gffbf。
(3) Gffbf＝gffbf×αbf(θUD，θLR)×βbf(k)
这里，gffbf是软性部14和弯曲部15呈一条直线延伸时(即θLR＝θUD＝k＝0时)的FF增益，αbf(θUD，θLR)是与弯曲部15的弯曲角度θUD、θLR对应的校正系数，βbf(k)是与软性部14的特征量k对应的校正系数。其中，αUD(0，0)＝1，βbf(0)＝1。
校正系数αbf(θUD，θLR)是弯曲角度θUD、θLR的比例函数或多项式函数，根据弯曲部15的力学特性而不同。校正系数βbf(k)是特征量k的比例函数或多项式函数，根据软性部14的力学特性而不同。与第1实施方式中说明的校正系数αUD(θLR)、αLR(θUD)、βff(k)同样，以实验或逻辑的方式决定这种校正系数αbf(θUD，θLR)、βbf(k)。或者，也可以组合逻辑手法和实验手法来决定校正系数αbf(θUD，θLR)、βbf(k)。
同样，旋转补偿值设定部32根据下式(4)设定控制部3在处置器械6的旋转动作的FF控制中使用的FF增益Gffrot。
(4) Gffrot＝gffrot×αrot(θUD，θLR)×βrot(k)
这里，gffrot是软性部14和弯曲部15呈一条直线延伸时(即θUD＝θLR＝k＝0)的FF增益，αrot(θUD，θLR)是与弯曲部15的弯曲角度θLR、θUD对应的校正系数，βrot(k)是与软性部14的特征量k对应的校正系数。其中，αrot(0，0)＝1，βrot(0)＝1。
进退补偿值设定部31对应于处置器械6的识别信息来保持与各处置器械6的力学特性(例如刚性或摩擦系数)对应的校正系数αbf(θUD，θLR)、βbf(k)的组合。进退补偿值设定部31选择与从处置器械识别部30接收到的识别信息对应的校正系数αbf(θUD，θLR)、βbf(k)的组合，使用选择出的校正系数αbf(θUD，θLR)、βbf(k)，根据式(3)计算FF增益GffLR。
旋转补偿值设定部32对应于处置器械6的识别信息来保持与各处置器械6的力学特性(例如刚性或摩擦系数)对应的校正系数αrot(θUD，θLR)、βrot(k)的组合。旋转补偿值设定部32选择与从处置器械识别部30接收到的识别信息对应的校正系数αrot(θUD，θLR)、βrot(k)的组合，使用选择出的校正系数αrot(θUD，θLR)、βrot(k)，根据式(4)计算FF增益Gffrot。
控制部3通过对根据从主输入部2输入的操作信号生成的进退控制信号和旋转控制信号分别乘以根据式(3)和式(4)得到的FF增益Gffbf、Gffrot，对这些控制信号进行放大，将放大后的控制信号发送到处置器械驱动部13。由此，对处置器械驱动部13进行FF控制。
接着，对这样构成的机械手系统300的作用进行说明。
基本顺序与第1实施方式相同。本实施方式的机械手系统100与第1和第2实施方式的不同之处在于使处置器械6进退或旋转时的控制。
手术医生Op对主臂9输入用于使处置器械6前进或后退的操作后，与该操作对应的操作信号从主臂9发送到控制部3。控制部3根据接收到的操作信号，生成用于使处置器械6进行进退动作的进退控制信号和用于使其进行旋转动作的旋转控制信号。另一方面，补偿值设定部31、32根据该时点的软性部14和弯曲部15的弯曲形状设定FF增益Gffbf、Gffrot，将该FF增益Gffbf、Gffrot发送到控制部3。控制部3将通过FF增益Gffbf、Gffrot进行放大后的进退控制信号和旋转控制信号发送到处置器械驱动部13，由此对处置器械驱动部13进行FF控制。
这里，对针对手术医生Op输入到主臂9的操作的、处置器械6的动作的响应特性进行说明。
图15A～图15D示出针对操作信号的处置器械6的进退动作的响应特性，图15A是软性部14和弯曲部15呈直线状延伸时，图15B是软性部14以形成直径150mm的半圆的方式180°弯曲时，图15C是软性部14以形成直径150mm的圆的方式360°弯曲时。在图15A～图15D中，实线表示主输入部2生成的操作信号，虚线表示根据设置在处置器械驱动部13中的编码器的输出而以逻辑方式计算出的处置器械6的位置，单点划线表示处置器械6的实际的位置。
如图15A～图15C所示，在以使处置器械驱动部13的马达13a、13b的旋转量与输入到主臂9的操作量成比例的方式控制该马达13a、13b(即非FF控制)的通常控制中，产生与图9A和图9B相同的延迟时间，进而，存在处置器械6的进退动作不追随马达13a、13b的旋转的不敏感段D3、D4、D5。可知与软性部14为直线状时相比，在软性部14弯曲时，延迟时间和不敏感段D3、D4、D5更大，针对手术医生Op输入到主臂9的操作的处置器械6的进退动作的响应性根据软性部14的形状而不同。这种处置器械6的进退动作的响应性的偏差是由于与第1实施方式中说明的弯曲部15的弯曲动作的响应性的偏差相同的理由而产生的。
图15D示出在与图15A同样使软性部14呈直线状延伸的状态下对处置器械驱动部13进行FF控制时的处置器械6的进退动作的响应特性。根据图15D可知，延迟时间和不敏感段大幅消除，针对操作信号的处置器械6的进退动作的响应性提高。
在处置器械6的旋转动作中也发现同样的响应性的特征。即，针对操作信号的处置器械6的旋转动作的响应性根据软性部14和弯曲部15的弯曲形状而变化，与软性部14和弯曲部15呈直线状延伸时相比，在软性部14和弯曲部15弯曲时，处置器械6的响应性降低。也通过对处置器械驱动部13进行FF控制来改善该响应性的降低。
这样，根据本实施方式，通过根据软性部14和弯曲部15双方的弯曲形状来补偿用于使处置器械6进行进退动作和旋转动作的进退控制信号和旋转控制信号，高精度地补偿了依赖于软性部14和弯曲部15的弯曲形状的差异的处置器械6的动作的响应性的降低和偏差。由此，具有始终能够得到良好且相同的处置器械6的进退动作和旋转动作的响应性的优点。
另外，在本实施方式中，与第1实施方式同样，补偿值设定部31、32也可以代替FF增益而设定控制部3在马达13a、13b的FB控制中使用的FB增益，还可以设定控制部3在弯曲控制信号中叠加的摩擦补偿系数(偏置信号)。
(第4实施方式)
接着，参照图16对本发明的第4实施方式的机械手系统400进行说明。
在本实施方式中，主要说明与上述第1～第3实施方式的不同之处，对与第1～第3实施方式共通的结构标注相同符号并省略说明。
本实施方式的机械手系统400是对第3实施方式进行变形而得到的，如图16所示，与第3实施方式的不同之处主要在于，还具有体外部分形状检测部34，该体外部分形状检测部34通过识别插入到插入部5中的处置器械6的安装单元20，检测处置器械6的主体18的基端部分的弯曲形状。
体外部分形状检测部34检测主体18的从处置器械用端口17拉出的部分(以下将该部分称为处置器械6的体外部分。)的弯曲角度θex。根据主体18的刚性或长度尺寸等的差异，体外部分的走线形状按照每个处置器械6而不同。并且，在构成为设置多个处置器械安装部11、根据处置器械6的种类或处置器械6所插入的通道来选择要安装安装单元20的处置器械安装部11的情况下，由于安装了安装单元20的处置器械安装部11的位置不同，处置器械6的体外部分的走线形状不同。
体外部分的走线形状按照处置器械6和处置器械安装部11的每个组合而大致固定。因此，体外部分形状检测部34保持将处置器械6和处置器械安装部11的组合与预先测定的弯曲角度θex对应起来的表。体外部分形状检测部34对安装安装单元20的处置器械安装部11和该安装单元20进行识别，通过参照表而得到弯曲角度θex。
具体而言，在安装单元20中设置有记录了识别该安装单元20的识别信息的记录介质。
体外部分形状检测部34读取安装在处置器械安装部11上的安装单元20的记录介质中记录的识别信息，将读取出的识别信息发送到补偿值设定部31、32。
与第1实施方式中说明的设置在处置器械6的安装单元20中的记录介质和处置器械识别部26同样地，分别构成记录介质和体外部分形状检测部34的其他结构。
各补偿值设定部31、32根据下式(5)和(6)分别设定FF增益Gffbf、Gffrot。
(5) Gffbf＝gffbf×αbf(θUD，θLR)×βbf(k)×γbf(θex)
(6) Gffrot＝gffrot×αrot(θUD，θLR)×βrot(k)×γrot(θex)
这里，γbf(θex)和γrot(θex)是与弯曲角度θex对应的校正系数。其中，γbf(0)＝γrot(0)＝1。
根据本实施方式的机械手系统400，除了第3实施方式的效果以外，还发挥以下效果。处置器械6的进退动作和旋转动作的响应性除了依赖软性部14和弯曲部15的弯曲形状以外，还依赖位于插入部5外部的处置器械6的体外部分的弯曲形状的差异而不同。通过考虑该体外部分的弯曲形状来设定补偿值Gffbf、Gffrot，具有能够更高精度地补偿处置器械6的进退动作和旋转动作的响应性的降低和偏差的优点。
另外，在本实施方式中，对仅具有一个处置器械6用的通道的插入部5进行了说明，但是，取而代之，插入部5也可以具有2个以上的通道。
该情况下，优选机械手系统400还具有检测在哪个通道中插入了处置器械6的使用通道检测部(图示省略)，各补偿值设定部31、32还根据由使用通道检测部检测到的通道来设定补偿值Gffbf、Gffrot。
在插入部5中设置有多个通道的情况下，根据处置器械6插入到哪个通道中，处置器械6的响应性不同。即，通道内作用于处置器械6的摩擦力根据通道的内表面的形状和材质以及处置器械6的形状和材质的组合而不同。并且，插入部5弯曲时的处置器械6的弯曲形状根据处置器械6插入到哪个通道中而不同。
根据本变形例，补偿值设定部31、32根据通道和处置器械6的组合来设定补偿值Gffbf、Gffrot，从而具有能够更高精度地补偿处置器械6的动作的响应性的降低和偏差的优点。
(第5实施方式)
接着，参照图17对本发明的第5实施方式的机械手系统500进行说明。
在本实施方式中，主要说明与第1～第4实施方式的不同之处，对与第1～第4实施方式共通的结构标注相同符号并省略说明。
本实施方式的机械手系统500是对第1实施方式和第3实施方式进行组合而得到的，如图17所示，具有上述4个补偿值设定部24、25、31、32。
如第1实施方式中说明的那样，控制部3使用由UD补偿值设定部24和LR补偿值设定部25设定的FF增益GffUD、GffLR对弯曲部驱动部12进行FF控制。与此同时，控制部3使用由进退补偿值设定部31和旋转补偿值设定部32设定的FF增益Gffbf、Gffrot对处置器械驱动部13进行FF控制。
根据本实施方式，具有能够根据软性部14和弯曲部15的弯曲形状而同时补偿弯曲部15的弯曲动作以及处置器械6的进退动作和旋转动作的响应性的优点。
标号说明
1：从机械手(机械手)；2：主输入部(操作输入部)；3：控制部；4：从臂；5：插入部；6：处置器械；7：观察部件；8：显示部；9：主臂；10：插入部安装部；11：处置器械安装部；12：弯曲部驱动部；13：处置器械驱动部；13a：旋转马达；13b：直动马达；14：软性部；15：弯曲部；15a、15b：线(线材)；16、20：安装单元；17：处置器械用端口；18：主体；19：处置部；20a：带轮；20b：工作台；22：软性部形状检测部；23：弯曲部形状检测部；24：UD补偿值设定部(补偿值设定部)；25：LR补偿值设定部(补偿值设定部)；26、30：处置器械识别部；27：通路；29、34：体外部分形状检测部；31：进退补偿值设定部(补偿值设定部)；32：旋转补偿值设定部(补偿值设定部)；80：手术台；100、200、300、400、500：机械手系统；X：大肠；Op：手术医生(操作者)。

Claims (12)

1.一种机械手系统，其具有：
机械手，其具有插入部和弯曲部驱动部，其中，该插入部具有细长且具有挠性的软性部和设置在该软性部的前端侧的弯曲部，该弯曲部驱动部使所述弯曲部进行弯曲动作；
操作输入部，其被操作者输入针对所述弯曲部的操作指示；
软性部形状检测部，其检测所述软性部的弯曲形状；
弯曲部形状检测部，其检测所述弯曲部的弯曲形状；
控制部，其根据输入到所述操作输入部的所述操作指示，生成用于使所述弯曲部驱动部进行驱动的弯曲控制信号；以及
补偿值设定部，其根据由所述软性部形状检测部检测到的所述软性部的弯曲形状和由所述弯曲部形状检测部检测到的所述弯曲部的弯曲形状，设定针对所述弯曲控制信号的补偿值，
所述控制部使用由所述补偿值设定部设定的所述补偿值对所述弯曲控制信号进行校正，将校正后的所述弯曲控制信号发送到所述弯曲部驱动部，
所述机械手具有在长度方向上插入到所述插入部内的处置器械，
所述机械手系统具有处置器械识别部，该处置器械识别部识别所述插入部内的所述处置器械的有无，并且在所述插入部内存在所述处置器械的情况下识别该处置器械，
所述补偿值设定部还根据由所述处置器械识别部识别出的处置器械的有无、以及在所述插入部内存在所述处置器械的情况下由所述处置器械识别部识别出的处置器械的力学特性，设定所述补偿值。
2.根据权利要求1所述的机械手系统，其中，
所述机械手具有线材，该线材经由所述软性部连接所述弯曲部和所述弯曲部驱动部，将所述弯曲部驱动部产生的驱动力传递到所述弯曲部，
在所述插入部中设置有规定该插入部内的所述线材的路径的通路。
3.根据权利要求1或2所述的机械手系统，其中，
所述机械手具有线材，该线材经由所述软性部连接所述弯曲部和所述弯曲部驱动部，将所述弯曲部驱动部产生的驱动力传递到所述弯曲部，
所述机械手系统具有体外部分形状检测部，该体外部分形状检测部检测该线材的从所述插入部拉出到外部的基端部分的弯曲形状，
所述补偿值设定部还根据由所述体外部分形状检测部检测到的所述线材的基端部分的弯曲形状，设定所述补偿值。
4.根据权利要求1或2所述的机械手系统，其中，
所述控制部对所述弯曲部驱动部进行前馈控制，
所述补偿值设定部将所述控制部在所述前馈控制中使用的增益设定为所述补偿值。
5.根据权利要求1或2所述的机械手系统，其中，
所述控制部对所述弯曲部驱动部进行反馈控制，
所述补偿值设定部将所述控制部在反馈控制中使用的增益设定为所述补偿值。
6.根据权利要求1或2所述的机械手系统，其中，
所述控制部将叠加了偏置信号的所述弯曲控制信号发送到所述弯曲部驱动部，
所述补偿值设定部将所述弯曲部的弯曲动作的方向被切换为相反方向时符号反转的所述偏置信号设定为所述补偿值。
7.一种机械手系统，其具有：
机械手，其具有插入部、在长度方向上插入到该插入部内的处置器械、在所述插入部内使所述处置器械进行进退动作和旋转动作的处置器械驱动部，其中，该插入部具有细长且具有挠性的软性部和设置在该软性部的前端侧的弯曲部；
操作输入部，其被操作者输入针对所述处置器械的操作指示；
软性部形状检测部，其检测所述软性部的弯曲形状；
弯曲部形状检测部，其检测所述弯曲部的弯曲形状；
控制部，其根据输入到所述操作输入部的所述操作指示，生成用于使所述处置器械驱动部进行驱动的进退控制信号和旋转控制信号；以及
补偿值设定部，其根据由所述软性部形状检测部检测到的所述软性部的弯曲形状和由所述弯曲部形状检测部检测到的所述弯曲部的弯曲形状，设定分别针对所述进退控制信号和所述旋转控制信号的补偿值，
所述控制部使用由所述补偿值设定部设定的针对所述进退控制信号和所述旋转控制信号的所述补偿值，对所述进退控制信号和所述旋转控制信号进行校正，将校正后的所述进退控制信号和所述旋转控制信号发送到所述处置器械驱动部，
所述机械手系统具有处置器械识别部，该处置器械识别部识别所述插入部内的所述处置器械，
所述补偿值设定部还根据由所述处置器械识别部识别出的处置器械的力学特性，设定各所述补偿值。
8.根据权利要求7所述的机械手系统，其中，
所述机械手系统具有体外部分形状检测部，该体外部分形状检测部检测所述处置器械的从所述插入部拉出到外部的基端部分的弯曲形状，
所述补偿值设定部还根据由所述体外部分形状检测部检测到的所述处置器械的基端部分的弯曲形状，设定各所述补偿值。
9.根据权利要求7或8所述的机械手系统，其中，
在所述插入部中设置有在长度方向上贯通形成且供所述处置器械插入的多个通道，
所述机械手系统具有使用通道检测部，该使用通道检测部检测所述多个通道中的所述处置器械所插入的通道，
所述补偿值设定部还根据由所述使用通道检测部检测到的所述通道，设定各所述补偿值。
10.根据权利要求7或8所述的机械手系统，其中，
所述控制部对所述处置器械驱动部进行前馈控制，
所述补偿值设定部将所述控制部在所述前馈控制中使用的增益设定为所述补偿值。
11.根据权利要求7或8所述的机械手系统，其中，
所述控制部对所述处置器械驱动部进行反馈控制，
所述补偿值设定部将所述控制部在反馈控制中使用的增益设定为所述补偿值。
12.根据权利要求7或8所述的机械手系统，其中，
所述控制部将叠加了偏置信号的所述进退控制信号和所述旋转控制信号发送到所述处置器械驱动部，
所述补偿值设定部将所述处置器械的进退动作或旋转动作的方向被切换为相反方向时符号反转的所述偏置信号设定为各所述补偿值。
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