CN108348141A - 插入装置的控制装置以及插入装置 - Google Patents

Abstract

控制装置(200)具有：马达电流检测部(201)，其检测用于对马达(150)进行驱动的马达电流值，该马达(150)用于对旋转体进行驱动；以及控制部(202)，其在马达电流值为切换值之前以速度控制方式对马达(150)进行控制，当马达电流值为切换值时，切换成转矩控制方式而对马达(150)进行控制，其中，在该速度控制方式中，对马达(150)进行控制以使马达(150)的旋转速度为目标旋转速度，在该转矩控制方式中，对马达(150)进行控制以使马达电流值为目标电流值。

Description

插入装置的控制装置以及插入装置

技术领域

本发明涉及插入装置的控制装置以及插入装置。

背景技术

通常，内窥镜装置等插入装置插入到管腔内。在这样的插入装置中公知有自动行进式的插入装置。在这种自动行进式的插入装置中，例如通过利用马达使设置在插入部的周围的旋转体旋转而产生的推进力来使插入部进退。通过这样的插入装置来辅助使用者所进行的插入部的插入或拔出操作。

通常的插入装置具有当马达的转矩(马达电流)为规定的值以上时使旋转停止的转矩极限功能。例如在日本特开2008-093029号公报中所提出的旋转自动行进式内窥镜系统根据插入部的插入量使转矩极限值发生变化，该转矩极限值是为了判定是否使转矩极限功能发挥作用而使用的规定的值。

发明内容

在自动行进式的插入装置的马达的控制方式中，通常使用如下的速度控制方式：对马达进行控制以使旋转体按照使用者所指定的旋转速度进行旋转。这里，在速度控制方式中，难以控制对旋转体施加的负荷。即，在速度控制方式中，即使使用者注意到向旋转体施加了负荷，也难以立即减轻负荷，其结果是，转矩极限功能发挥作用。在该情况下，插入部的插入被中断。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供能够抑制马达的转矩上升至所需以上的插入装置的控制装置以及插入装置。

为了达成上述目的，本发明的第1方式提供了插入装置的控制装置，该插入装置具有：细长形状的插入部；自动行进机构，其被旋转驱动而使所述插入部进退；以及马达，其向所述自动行进机构提供驱动力，其中，该控制装置具有：驱动电流检测部，其检测用于驱动所述马达的驱动电流值；以及控制部，其在所述驱动电流值为规定的切换值之前以速度控制方式对所述马达进行控制，当所述驱动电流值为所述切换值时，切换成转矩控制方式而对所述马达进行控制，其中，在该速度控制方式中，对所述马达进行控制以使所述马达的旋转速度为目标旋转速度，在该转矩控制方式中，对所述马达进行控制以使所述驱动电流值为目标电流值。

为了达成上述目的，本发明的第2方式的插入装置具有：细长形状的插入部；自动行进机构，其被旋转驱动而使所述插入部进退；马达，其向所述自动行进机构提供驱动力；驱动电流检测部，其检测用于驱动所述马达的驱动电流值；以及控制部，其在所述驱动电流值为规定的切换值之前以速度控制方式对所述马达进行控制，当所述驱动电流值为所述切换值时，切换成转矩控制方式而对所述马达进行控制，其中，在该速度控制方式中，对所述马达进行控制以使所述马达的旋转速度为目标旋转速度，在该转矩控制方式中，对所述马达进行控制以使所述驱动电流值为目标电流值。

根据本发明，可以提供能够抑制马达的转矩上升至所需以上的插入装置的控制装置以及插入装置。

附图说明

图1示出作为本发明的一个实施方式的插入装置的一例的内窥镜系统的结构的概略的图。

图2是示出内窥镜系统的动作的一例的流程图。

图3是示出图2的处理中的马达控制方式的变化的图。

图4A是示出速度控制方式中的脚踏开关的踩踏量与目标旋转速度之间的关系的图。

图4B是示出转矩控制方式中的脚踏开关的踩踏量与目标电流值之间的关系的图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是示出作为本发明的一个实施方式的插入装置的一例的内窥镜系统的结构的概略的图。如该图所示，内窥镜系统1具有内窥镜100、控制装置200、光源装置300、内窥镜图像观察监视器400、外部显示单元500以及脚踏开关600。内窥镜100是旋转自动行进式的内窥镜，具有插入部110。插入部110为细长形状，构成为插入到生物体内。另外，内窥镜100具有用于进行内窥镜100的各种操作的控制单元160。控制单元160由使用者来保持。这里，将插入部110的前端一侧称作前端侧。另外，将插入部110的设置有控制单元160的一侧称作基端侧。将从插入部110的前端侧起沿着基端侧的方向称作长度方向。内窥镜100的控制单元160和光源装置300通过通用线缆190来连接。

插入部110具有前端硬性部112和弯曲部114。前端硬性部112是插入部110的最前端的部分，具有不会弯曲的结构。弯曲部114是形成于前端硬性部112的基端侧的部分，该弯曲部114具有根据设置于控制单元160的操作部161的操作而主动弯曲的部分和因外力而被动弯曲的部分。

前端硬性部112具有摄像元件120和照明透镜121。摄像元件120例如生成基于插入部110的前端侧的被摄体像的图像信号。摄像元件120所生成的图像信号经由穿过插入部110和通用线缆190的未图示的图像信号用信号线而传送给光源装置300。照明透镜121对从光源装置300经由穿过插入部110和通用线缆190的未图示的光纤引导的光进行扩散而将该光射出。

在插入部110的弯曲部114上安装有旋转部130，该旋转部130用于传递内置于控制单元160的马达150的驱动力。另外，在旋转部130的前端侧安装有作为旋转体的动力螺旋管132。动力螺旋管132例如由橡胶或树脂之类的软性材料形成为筒形状，并且被安装成能够绕弯曲部114的长度轴进行旋转。在动力螺旋管132的外周面上沿着动力螺旋管132的长度轴设置有螺旋形状的翅片134。另外，动力螺旋管132也可以构成为能够从旋转部130取下。

另外，动力螺旋管132与设置于控制单元160的作为致动器的马达150连接。马达150经由穿过控制单元160和通用线缆190的未图示的致动器电流信号用信号线而与光源装置300连接。并且，马达150经由光源装置300与控制装置200连接。

马达150根据使用了脚踏开关600的操作来进行动作。马达150的旋转力被传递给旋转部130。其结果是，设置于动力螺旋管132的翅片134绕长度轴进行旋转。

当翅片134例如在与管腔内壁之类的壁部接触的状态下旋转时会产生摩擦力。例如在小肠或大肠中，因翅片134与存在于小肠或大肠的内壁的皱襞接触而对插入部110作用摩擦力。插入部110通过该摩擦力而自动行进。通过使插入部110自动行进来辅助使用者所进行的插入部110的插入作业和拔出作业。另外，马达150具有脉冲产生部。脉冲产生部生成与马达150的旋转速度对应的脉冲信号(旋转速度信号)，将旋转速度信号经由穿过通用线缆190的旋转速度信号线而输入给光源装置300。而且，光源装置300将旋转速度信号输入给控制装置200。利用该旋转速度信号对马达150的旋转速度进行控制。

内窥镜图像观察监视器400例如具有液晶显示器之类的通常的显示元件。内窥镜图像观察监视器400例如显示基于摄像元件120所获得的图像信号的内窥镜图像。

脚踏开关600包含前进(FORWARD、F)踏板602和后退(BACKWARD、B)踏板604。该脚踏开关600是用于指定目标旋转速度和目标电流值的操作部。这里，F踏板602通过使用者进行踩踏来发出用于使马达150正转的指示信号。B踏板604通过使用者进行踩踏来发出用于使马达150反转的指示信号。另外，F踏板602和B踏板604分别构成为产生大小与踩踏的强度对应的信号。

外部显示单元500是使用LED等显示元件构成的显示装置，该外部显示单元500根据从马达电流检测部201输入的马达电流值，对使用者进行用于示出马达150的转矩(马达电流)的大小的显示。

控制装置200对内窥镜系统1的各部进行控制。控制装置200具有马达电流检测部201、控制部202以及马达驱动电路203。

作为驱动电流检测部的马达电流检测部201检测作为从马达驱动电路203输出的驱动电流的马达电流的值。并且，马达电流检测部201将检测出的马达电流值输入给外部显示单元500。

控制部202例如由CPU或ASIC构成，该控制部202具有速度控制部/转矩控制部2011的功能、控制方式切换判定部2012的功能以及转矩极限检测部2013的功能。控制部202的各个功能可以通过单一的硬件或软件来实现，也可以通过多个硬件或软件来实现。另外，一部分功能也可以与控制部202分开设置。

速度控制部/转矩控制部2011以速度控制方式和转矩控制方式中的任意方式对马达150进行控制。速度控制方式是对马达150进行控制以使马达150的旋转速度为目标旋转速度的控制方式。转矩控制方式是对马达150进行控制以使马达电流值(与马达150的转矩的值对应)为目标电流值的控制方式。当以速度控制方式对马达150进行控制时，速度控制部/转矩控制部2011将目标旋转速度的值输入给马达驱动电路203。目标旋转速度的值例如根据脚踏开关600的踩踏量来设定。另外，当以转矩控制方式对马达150进行控制时，速度控制部/转矩控制部2011将目标电流值输入给马达驱动电路203。目标电流值是比在后面说明的切换值大并且比转矩极限值小的值，该目标电流值例如根据脚踏开关600的踩踏量来设定。

控制方式切换判定部2012判定是否进行速度控制部/转矩控制部2011中的马达控制方式的切换。具体而言，控制方式切换判定部2012在马达电流值小于切换值的期间，将速度控制部/转矩控制部2011所进行的马达控制方式切换成速度控制方式，在马达电流值为切换值以上时，将速度控制部/转矩控制部2011所进行的马达控制方式切换成转矩控制方式。并且，控制方式切换判定部2012在将马达控制方式切换成转矩控制方式之后，当脚踏开关600的踩踏量为规定的值以下或马达150的旋转速度为规定的值以上时，将马达控制方式切换成速度控制方式。在后面对该切换的详细情况进行说明。

转矩极限检测部2013判定马达电流检测部201所检测出的马达电流值是否为作为规定的电流阈值的转矩极限值以上。在转矩极限检测部2013判定为马达电流为转矩极限值以上时，判断为对马达150实施转矩极限。这里，转矩极限是指如下的处理：通过停止从马达驱动电路203向马达150提供马达电流而使马达150停止，由此抑制马达150的转矩上升。

在速度控制方式时，马达驱动电路203在每个规定的采样期间取入从控制单元160的脉冲产生部输入的旋转速度信号，将所取入的旋转速度信号作为反馈信号来变更马达电压，以使得马达150的旋转速度为与脚踏开关600的踩踏强度对应的目标旋转速度。另外，在转矩控制方式时，马达驱动电路203变更马达电压，以使得马达电流为与脚踏开关600的踩踏强度对应的目标电流值。

存储部204是即使切断电源也能保存内容的记录介质(例如是闪存)，在该存储部204中记录有用于使控制装置200进行动作的程序和切换值、转矩极限值等数据。

光源装置300具有镜体连接检测连接器191。内窥镜100经由该镜体连接检测连接器191安装于光源装置300。当内窥镜100经由镜体连接检测连接器191安装于光源装置300时，从内窥镜100对控制装置200的控制部202输入镜体连接检测信号。由此，控制部202对内窥镜100的安装进行检测。另外，光源装置300例如具有白色LED或者氙灯，该光源装置300向通用线缆190内的未图示的光纤输入光。从照明透镜121照射该光。另外，光源装置300对经由插入部110和通用线缆190而输入的图像信号实施图像处理。另外，光源装置300通过将处理后的图像信号输入给内窥镜图像观察监视器400而使内窥镜图像观察监视器400显示内窥镜图像。

下面，对本发明的一个实施方式的内窥镜系统1的动作进行说明。图2是示出内窥镜系统1的动作的一例的流程图。图2的动作由控制装置200的控制部202来进行控制。该动作例如在内窥镜系统1的电源接通时开始。另外，与图2的动作并行地进行使内窥镜图像观察监视器400显示基于摄像元件120所获得的图像信号的内窥镜图像的处理等。另外，图3是示出图2的处理中的马达控制方式的变化的图。

在步骤S1中，控制部202进行初始设定。在初始设定中，控制部202例如进行内窥镜100的连接的确认、各种设定值的初始化。在初始设定之后，处理转移至步骤S2。另外，这里将内窥镜100视为已经安装完成而继续进行说明，但实际上在安装内窥镜100之前处理不会转移至步骤S2。

在步骤S2中，控制部202判定是否存在脚踏开关600的踩踏。这里的踩踏是F踏板602和B踏板604中的任意踏板。在步骤S2中，当判定为不存在脚踏开关600的踩踏时，处理转移至步骤S3。在步骤S2中，当判定为存在脚踏开关600的踩踏时，处理转移至步骤S4。

在步骤S3中，控制部202通过停止从马达驱动电路203提供马达电流来使马达150停止。然后，处理返回到步骤S2。

在步骤S4中，控制部202以速度控制方式对马达150进行控制。即，控制部202变更马达电压，以使得马达150的旋转速度为与脚踏开关600的踩踏量对应的目标旋转速度。然后，处理转移至步骤S5。图4A是示出速度控制方式中的脚踏开关600的踩踏量与目标旋转速度之间的关系的图。如图4A所示，在速度控制方式下，目标旋转速度相对于脚踏开关600的踩踏量呈线性变化。并且，在脚踏开关600的踩踏量为最大踩踏量时目标旋转速度为最大旋转速度。因此，在马达150的控制方式为速度控制方式的期间，如图3所示，维持与脚踏开关600的踩踏量对应的旋转速度。并且，在马达150的旋转速度为最大旋转速度之后，马达150的旋转速度维持最大旋转速度。这里，为了维持与脚踏开关600的踩踏量对应的旋转速度，需要抵抗体内负荷而驱动马达150。为此，需要提高马达电压。其结果为，在速度控制方式下，马达150的转矩(马达电流)与脚踏开关600的踩踏对应地上升。

另外，在图4A的例子中，在踩踏量超过规定的脚踏开关踩踏游隙量之前，目标旋转速度不会从0开始增加。这是为了准确地检测使用者对脚踏开关600的踩踏意图。通过设定这样的脚踏开关踩踏游隙量，抑制了因使用者的意图之外的脚踏开关600的踩踏而导致的插入部110的误动作。

在步骤S5中，控制部202使外部显示单元500进行示出马达电流检测部201所检测出的马达电流值(转矩的值)的显示。转矩的值例如是通过点亮与马达电流值对应的数字的仪表来进行的。

在步骤S6中，控制部202判定马达电流检测部201所检测出的马达电流值是否为所设定的切换值以上。切换值是比转矩极限值小的规定的电流值，例如被存储在存储部204中。在步骤S6中，在判定为马达电流检测部201所检测出的马达电流值小于所设定的切换值时，处理返回到步骤S2。在该情况下，继续以速度控制方式对马达150进行控制。在步骤S6中，在判定为马达电流检测部201所检测出的马达电流值为所设定的切换值以上时，处理转移至步骤S7。

在步骤S7中，控制部202以转矩控制方式对马达150进行控制。即，控制部202变更马达电压，以使得马达电流值为与脚踏开关600的踩踏量对应的目标电流值。然后，处理转移至步骤S8。目标电流值是根据脚踏开关600的踩踏量来确定的值，是比切换值大、比转矩极限值小的电流值。图4B是示出转矩控制方式中的脚踏开关600的踩踏量与目标旋转速度之间的关系的图。如图4B所示，在转矩控制方式下，目标电流值相对于脚踏开关600的踩踏量呈线性变化。并且，在脚踏开关600的踩踏量为最大踩踏量时目标电流值为最大目标电流值。因此，在马达150的控制方式为转矩控制方式的期间，如图3所示，维持与脚踏开关600的踩踏量对应的马达电流值。并且，在马达电流值为最大目标电流值之后，马达电流值维持最大目标电流值。由于最大目标电流值也比转矩极限值小，因此在马达电流值维持最大目标电流值的期间，转矩极限功能不发挥作用。这里，为了维持与脚踏开关600的踩踏量对应的马达电流值，即使体内负荷变大也不能使马达电流变大。其结果为，在体内负荷增加的条件下，马达150的旋转速度在转矩控制方式下与脚踏开关600的踩踏对应地降低。

另外，如图4B所示，在踩踏量为规定的值以下时，马达150的控制方式从转矩控制方式切换成速度控制方式。在后面对该切换进行详细地说明。

在步骤S8中，控制部202使外部显示单元500进行示出马达电流检测部201所检测出的马达电流值(转矩的值)的显示。

在步骤S9中，控制部202判定脚踏开关600的踩踏量是否为规定的值以下。该踩踏量例如是比速度控制方式时的与最大目标旋转速度对应的踩踏量小的量。在步骤S9中，在判定为脚踏开关600的踩踏量为规定的值以下时，处理返回到步骤S2。在该情况下，马达150的控制方式从转矩控制方式返回到速度控制方式。由于目标旋转速度下降，因此认为即使以速度控制方式对马达150进行控制，马达电流值为转矩极限值以上的可能性也较低。因此，马达150的控制方式能够切换成速度控制方式。通过切换来高效地进行内窥镜100的插入或拔出操作。在步骤S9中，在判定为脚踏开关600的踩踏量不为规定的值以下时，处理转移至步骤S10。

在步骤S10中，控制部202判定马达150的旋转速度是否为规定的切换旋转速度以上。切换旋转速度是速度控制方式时的最大的目标旋转速度(即，与脚踏开关600的踩踏量为最大量时的目标旋转速度一致或者比该目标旋转速度大的值)。在步骤S10中，在判定为马达150的旋转速度为规定的切换旋转速度以上时，处理返回到步骤S2。在该情况下，马达150的控制方式从转矩控制方式返回到速度控制方式。由于在转矩控制方式下控制为马达电流恒定，因此当体内负荷变小时，其结果为，马达150的旋转速度上升。体内负荷减小意味着马达150的转矩也能够变小。因此，认为即使以速度控制方式对马达150进行控制，马达电流值为转矩极限值以上的可能性也较低。因此，通过将马达150的控制方式切换成速度控制方式来高效地进行内窥镜100的插入或者拔出。在步骤S10中，在判定为马达150的旋转速度不为规定的切换旋转速度以上时，处理转移至步骤S11。

在步骤S11中，控制部202判定马达电流检测部201所检测出的马达电流值是否为转矩极限值以上。转矩极限值例如被存储在存储部204中。在步骤S11中，在判定为马达电流值不为转矩极限值以上时，处理返回到步骤S7。在该情况下，继续以转矩控制方式对马达150进行控制。在步骤S11中，在判定为马达电流值为转矩极限值以上时，处理转移至步骤S12。

在步骤S12中，控制部202通过停止从马达驱动电路203提供马达电流来使马达150停止。如上所述，在转矩控制方式下，马达电流值基本上不会为转矩极限值以上。但是，即使是转矩控制方式，也可能因某些干扰而使马达电流值为转矩极限值以上，因此在该情况下使马达150停止。

在步骤S13中，控制部202通知使用者转矩极限功能发挥了作用。例如使用外部显示单元500来进行该通知。

在步骤S14中，控制部202判定是否解除了脚踏开关600的踩踏。这里的踩踏是F踏板602和B踏板604的两者。在步骤S14中，在判定为脚踏开关600的踩踏没有解除时，处理返回到步骤S13。在步骤S14中，在判定为脚踏开关600的踩踏被解除时，处理返回到步骤S2。

如上面所说明的那样，根据本实施方式，在马达电流为切换值以上时，马达150的控制方式从速度控制方式切换成转矩控制方式，其中，该切换值是小于转矩极限值的值。在转矩控制方式下，虽然插入部110的旋转速度降低，但抑制了马达电流的上升。由此，转矩极限功能不会频繁地发挥作用。

另外，在切换成转矩控制方式之后，在脚踏开关600的踩踏量变小的情况下或在旋转速度因体内负荷的减少而上升的情况下，马达150的控制方式从转矩控制方式切换成速度控制方式。由此，使用者能够更高效地进行插入部110的插入或拔出操作。

根据以上实施方式对本发明进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式，当然可以在本发明的主旨范围内进行各种变形和应用。例如，在上述实施方式中，使内窥镜100的插入部110进退的旋转体是动力螺旋管132。与此相对，本实施方式的技术可以应用在通过旋转体使插入部110进退的各种插入装置中。

另外，在上述的各动作流程图的说明中，为了方便而使用了“首先”、“接着”等对动作进行说明，但不意味着必须按照该顺序来实施动作。

另外，上述实施方式的各处理还能够预先存储为可供作为计算机的控制部202执行的程序。此外，能够保存在磁盘、光盘、半导体存储器等外部存储装置的存储介质中而进行散布。并且，控制部202读取存储于该外部存储装置的存储介质中的程序，根据该读取的程序来控制动作，从而能够执行上述的处理。

Claims (5)

1.一种插入装置的控制装置，该插入装置具有：细长形状的插入部；自动行进机构，其被旋转驱动而使所述插入部进退；以及马达，其向所述自动行进机构提供驱动力，其中，该控制装置具有：

驱动电流检测部，其检测用于驱动所述马达的驱动电流值；以及

控制部，其在所述驱动电流值为规定的切换值之前以速度控制方式对所述马达进行控制，当所述驱动电流值为所述切换值时，切换成转矩控制方式而对所述马达进行控制，其中，在该速度控制方式中，对所述马达进行控制以使所述马达的旋转速度为目标旋转速度，在该转矩控制方式中，对所述马达进行控制以使所述驱动电流值为目标电流值。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其中，

所述控制部在所述驱动电流值为转矩极限值时控制为使所述马达停止，该转矩极限值是比所述切换值大的电流值。

3.根据权利要求2所述的控制装置，其中，

所述目标电流值比所述切换值大并且比所述转矩极限值小。

4.根据权利要求1所述的控制装置，其中，

所述控制装置还具有操作部，该操作部用于指定所述目标旋转速度和所述目标电流值，

所述控制部在切换成所述转矩控制方式之后，当所述操作部的操作量为第1规定的值以下时或所述马达的旋转速度为第2规定的值以上时，切换成所述速度控制方式而对所述马达进行控制。

5.一种插入装置，该插入装置具有：

细长形状的插入部；

自动行进机构，其被旋转驱动而使所述插入部进退；

马达，其向所述自动行进机构提供驱动力；

驱动电流检测部，其检测用于驱动所述马达的驱动电流值；以及

控制部，其在所述驱动电流值为规定的切换值之前以速度控制方式对所述马达进行控制，当所述驱动电流值为所述切换值时，切换成转矩控制方式而对所述马达进行控制，其中，在该速度控制方式中，对所述马达进行控制以使所述马达的旋转速度为目标旋转速度，在该转矩控制方式中，对所述马达进行控制以使所述驱动电流值为目标电流值。