JP3973504B2 - 牽引位置決め装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、牽引位置決め装置に係り、特に電動内視鏡やロボットハンド等の電動牽引機構の被牽引機構をワイヤ等の牽引部材により湾曲または回転させる牽引位置決め装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動内視鏡やロボットハンド等のように、モータ等の駆動手段を駆動することによって、ワイヤ等の牽引部材を牽引して、先端部を湾曲もしくは回転させる電動牽引機構が広く知られている。この電動牽引機構は、一般的に大きくて重い駆動手段をワイヤ等の牽引部材を介して先端部から離して設けることができるため、先端部の被牽引機構を小型軽量化できるという利点がある。
【０００３】
しかし、係る電動牽引機構は、湾曲もしくは回転させる方向の牽引部材に弛みが生じていると、その弛みが解消されるまでは先端部の被牽引機構が応答しなくなるという問題がある。
【０００４】
係るワイヤの弛みを制御する従来の内視鏡として、特開２０００−３００５１１号公報に開示されているように、湾曲部を有する可橈管と、可橈管に配設されて湾曲部の湾曲操作を行なうワイヤと、ワイヤを駆動する駆動手段と、ワイヤの基準位置からの変位を検出する変位検出手段と、ワイヤの変位方向を検出する変位方向検出手段と、変位検出手段及び変位方向検出手段の出力を用いてワイヤの弛みを制御する弛み制御手段とを具備するものがある。この従来技術には、ワイヤの張力を検出する張力検出手段を更に備え、張力検出手段と変位検出手段と変位方向検出手段の出力を用いてワイヤの弛みを制御する弛み制御手段とするものも開示されている。
【０００５】
そして、この従来技術には、弛みの状態を推定するのに、ワイヤの変位情報及び変位方向情報を用いて推定することや、張力検出手段で検出したワイヤの張力を用いて推定することが開示されている。また、具体的な弛み制御方法に関しては、両方のワイヤに弛みがなく且つ湾曲部も屈曲していない初期状態（中立基準位置）から可橈管を一方に湾曲させるように駆動手段を駆動した際に、押し出される側のワイヤに弛みが発生し、駆動手段を他方に反転して駆動した際に弛みのあるワイヤによって可橈管を他方に直ぐに湾曲をさせられない場合を推定して、反転した後の駆動手段の駆動速度を反転直後に速い速度とすると共に後半に通常の速度とすることが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術には、中立基準位置で両方のワイヤに弛みを有すると共に可橈管やワイヤ等が湾曲した状態から元の状態にある程度まで復元しようとする性質を有する牽引位置決め装置において、中立基準位置におけるワイヤの弛みを制御することに関しては開示されていない。
【０００７】
本発明の目的は、中立基準位置で両方の牽引手段に弛みが生じていても中立基準位置での弛み制御を可能として被牽引機構を素早く正確に位置決めできる牽引位置決め装置を提供することにある。
【０００８】
なお、本発明のその他の目的と有利点は以下の記述から明らかにされる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、湾曲自在又は回転自在に形成された被牽引機構を両方向から牽引して湾曲又は回転させるワイヤ等の牽引手段と、制御信号に応じて前記牽引手段への駆動力を発生するモータ等の駆動手段と、操作手段による目標値に対応した前記制御信号を出力する制御手段とを備える牽引位置決め装置において、前記制御手段は前記牽引手段の中立基準位置を含む所定範囲で出力する前記制御信号の変化量を他の範囲で出力する前記制御信号の変化量より大きくなる様に整形する機能を具備する構成にしたことにある。
【００１０】
なお、本発明のその他の手段は以下の記述から明らかにされる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の複数の実施例を、図を用いて説明する。なお、各実施例の図における同一符号は同一物または相当物を示す。以下では、主に電動内視鏡に用いる場合について説明するが、本発明は必ずしも電動内視鏡に用いる場合に限定されるべきものではなく、ロボットハンド等、他の電動牽引機構に用いる場合を含むものである。
【００１２】
本発明の第1実施例の電動内視鏡を図1から図５を参照しながら説明する。
【００１３】
この電動内視鏡は、湾曲自在に形成された被牽引機構である湾曲部２と、湾曲部２を両方向から牽引して湾曲させる牽引手段であるワイヤ４、５と、制御信号に応じてワイヤ４、５への駆動力を発生する駆動手段であるモータ９と、モータ９の位置を検出するための位置検出手段であるロータリーエンコーダ１４と、目標値を入力するための操作手段であるジョイスティック１０と、ジョイスティックによる目標値に対応した制御信号で且つロータリーエンコーダ１４で検出された検出位置に基づいた制御信号を出力する制御手段である制御装置１１とを備えて構成されている。
【００１４】
挿入部１は、体腔内や配管等に挿入するために細長く形成されており、先端側に設けられた湾曲部２、湾曲部２を上下／左右に湾曲させるためのワイヤ４、５、ワイヤ４、５を保護するコイルシース６、７から成る。プーリ８、モータ９及び制御装置１１は挿入部１の外側に設けられている。
【００１５】
湾曲部２は、複数の節輪３を互いに回転自在に連結した蛇管からなり、図１では上下方向に湾曲される状態を示している。この湾曲部２は、湾曲された状態からワイヤ４、５による張力を弱めると元の状態にある程度まで復元しようとする性質を備えている。湾曲部２の先端部には、ワイヤ４、５の一側先端部が取り付けられている。２つのワイヤ４、５は、可橈性を有する材料で構成されており、それぞれコイルシース６、７の内部を通り、ワイヤ他端部がプーリ８に互いに反対側から巻き付けられて固定されている。プーリ８は、ギヤ等（図示しない）を介してモータ９と連結されて駆動手段の一部を構成している。つまり、モータ９を駆動してプーリ８を回転すると、プーリ８に巻き付けられている一方のワイヤ４は引かれ、他方のワイヤ５は繰り出される。これによって、湾曲部２は上方に湾曲される。
【００１６】
なお、図１では、図の簡略化のため、上下方向に湾曲させるための装置のみを図示しており、左右に湾曲させるためのワイヤ、コイルシース、プーリ、モータ、制御装置については、上下に湾曲させる装置と基本的には、構成、動作、作用が同じなため省略してある。また、図示していないが、湾曲部やワイヤ、コイルシース等からなる挿入部は、細長の弾性パイプ等により保護されている。
【００１７】
挿入部１の最先端部には、通常、ＣＣＤ等（図示せず）が取り付けられており、ＣＣＤでとらえた体腔内の臓器や配管内部等の画像を映し出すモニタ（図示せず）が付属されている。操作者は、モニタに映し出される画像を見ながら、ジョイスティック１０によって、湾曲部２を上下／左右に湾曲操作する。よって、ジョイスティック１０の操作量と湾曲部２の湾曲角度とを一致させることが操作性の向上につながる。
【００１８】
制御装置１１は、ジョイスティック１０の操作量を目標値Ｒとして、この目標値Ｒと湾曲部２の湾曲角度をできる限り一致させるように、モータ９を駆動するための制御信号を出力する。制御装置１１は、予め具備したパラメータを有する補正テーブル１２、補正テーブル１２から出力された制御信号Ｒｍｏｔをもとにモータ９を駆動するモータ制御器１３から成る。モータ９にはロータリーエンコーダ１４が取り付けられており、モータ位置検出器１５でロータリーエンコーダ１４の出力が検出され、モータ位置検出器１５からモータ位置信号Ｙｍｏｔが出力される。モータ制御器１３は、制御信号Ｒｍｏｔとモータ位置信号Ｙｍｏｔの偏差Ｅｍｏｔ（＝Ｒｍｏｔ−Ｙｍｏｔ）を補償するためのものであり、例えば、公知技術であるＰＩＤ（比例・積分・微分）補償器で構成されている。モータ制御器１３から出力された制御信号は、モータアンプ１６により増幅され、モータ９に入力される。このような構成により、モータ９は制御信号Ｒｍｏｔにほぼ遅れなく追従することができる。
【００１９】
モータ９は制御信号Ｒｍｏｔにほぼ遅れなく追従することができるので、補正テーブル１２は、モータ９から湾曲部２の湾曲角度までの特性を補償すれば良い。電動内視鏡は、通常、湾曲部２が上下方向のどちらにも湾曲していない状態である中立基準位置では、ワイヤ４とワイヤ５のどちらにも弛みは生じていない。しかし、経時変化によりワイヤ４、５が伸びると、湾曲部２が上下方向のどちらにも湾曲していない初期状態（中立基準位置）で、ワイヤ４とワイヤ５の両方に弛みが生じてしまう場合がある。その状態では、上下方向のどちらに湾曲させようとしても、その方向のワイヤ弛みが解消されるところまでモータ９が回転するまでは、湾曲部２は湾曲しない。そこで、補正テーブル１２は中立基準位置の所定範囲におけるその特性を補償するように構成されている。
【００２０】
補正テーブル１２は、具体的には次式（１）〜（３）のように構成されている。
【００２１】
Ｒ＜Ｒ１の時、Ｒｍｏｔ＝Ｒ＋（ａ−１）×Ｒ１ （１）
Ｒ１≦Ｒ≦Ｒ２の時、Ｒｍｏｔ＝ａ×Ｒ （２）
Ｒ２＜Ｒの時、Ｒｍｏｔ＝Ｒ＋（ａ−１）×Ｒ２ （３）
ただし、ａは１よりも大きい値、Ｒ１は両方のワイヤ４、５に弛みが生じる中立基準位置を含む目標値Ｒの範囲の下限値、Ｒ２は両方のワイヤ４、５に弛みが生じる目標値Ｒの範囲の上限値である。この補正テーブル１２の特性を図２に示す。ここでは、ジョイスティック１０の操作量を湾曲部２の湾曲角度（位置）の目標値Ｒとしている。
【００２２】
このような構成によって、補正テーブル１２は、両方のワイヤ４、５に弛みが生じる中立基準位置を含む目標値Ｒの範囲では、それ以外の範囲よりも、目標値Ｒに対する変化量が大きくなる制御信号Ｒｍｏｔを出力し、モータ９を素早く回転させ、ワイヤ弛みを素早く解消するように機能する。
【００２３】
下限値Ｒ１、上限値Ｒ２は、ワイヤ４、５の伸び具合に応じて変えることが好ましいが、その都度、手動で設定しても良いし、適当なタイミングでキャリブレーションを行って、自動で設定しても良い。キャリブレーションにより自動で設定する場合は、ワイヤ４、５に張力センサ等を取り付けて、ワイヤ弛みを測定できるようにする必要がある。キャリブレーションでは、目標値Ｒを自動的に生成して電動内視鏡を湾曲動作させるとともに、ワイヤ弛みを測定し、両方のワイヤ４、５に弛みが生じる目標値Ｒの範囲を調べて、下限値Ｒ１、上限値Ｒ２を設定する。
【００２４】
また、両方のワイヤ４、５に弛みが生じる中立基準位置を含む目標値Ｒの範囲は、挿入部１の形状や湾曲部２の速度等によって異なる。よって、下限値Ｒ１、上限値Ｒ２は、実際に両方のワイヤ４、５に弛みが生じる目標値Ｒの範囲と完全に一致させることはできない。実際の範囲よりも目標範囲Ｒ１〜Ｒ２が小さいと、ワイヤ弛みの補償が不十分になるし、実際の範囲よりも目標範囲Ｒ１〜Ｒ２が大きいと、弛みが生じていない部分で湾曲部の速度が大きくなりすぎてしまうことがある。下限値Ｒ１、上限値Ｒ２は、それらの特性を考慮しながら、最も操作性が良くなるように調整する。
【００２５】
また、制御信号Ｒｍｏｔの微分値が急激に変化しないように、補正テーブル１２の出力をそのまま制御信号Ｒｍｏｔとするのではなく、ノッチフィルタやローパスフィルタを通してから、制御信号Ｒｍｏｔとしても良い。また、同様の理由で、補正テーブル１２を、図３のように、制御信号Ｒｍｏｔの目標値Ｒに対する変化量が、１からａへと連続的かつなめらかに変化するような特性とすることがより好ましい。
【００２６】
図４、図５を用いて、第１実施例の効果を説明する。図４は図１において補正テーブル１２を用いない場合の実験結果の一例、図５は図１に示す補正テーブル１２を用いている場合の実験結果の一例である。この実験では、ジョイスティック１０の操作量が三角波の場合を想定して、三角波を目標値１００として与えている。図４、図５において、上段には、目標値１００とモータ位置１０１、中段には、目標値１００とワイヤ４、５の張力１０２、下段には、目標値１００と湾曲部２の湾曲角度（先端の向き）１０４の時間波形を示す。なお、ワイヤ４、５の張力１０２は必ず正の値になるが、ここでは、湾曲角度１０４と対応して見やすくするため、下に湾曲させるためのワイヤ５の張力１０２は、負の値で表している。また、湾曲角度１０４は、上下方向のどちらにも湾曲していない時を０、上に湾曲した時を正、下に湾曲した時を負としている。
【００２７】
図４に示す補正テーブルを用いない場合は、図４上段で明らかなように目標値１００とモータ位置１０１が一致しており、モータ９は制御信号に遅れなく追従していることが分かる。また、図４中段で明らかなように、目標値１００が０となる近傍で、両方のワイヤ４、５の張力１０２、１０３が０となっており、両方のワイヤ４、５に弛みが生じていることが分かる。この弛みが生じている範囲１０５では、図４下段で明らかなように湾曲角度１０４はほとんど変化しておらず、湾曲部２は目標値１００に対してほとんど応答していないことが分かる。
【００２８】
これに対し、図５に示す補正テーブル１２を用いる場合は、図５中段に示す両方のワイヤ４、５の張力１０７、１０８が０となる範囲１１０で、図５上段で明らかなようにモータ位置１０６が大きく変化しており、モータ９が素早く大きく回転していることが分かる。その結果、弛みが生じている範囲１１０の時間が、図４に比べて短くなり、図５下段に示すように湾曲部２の応答性が格段に向上していることが分かる。
【００２９】
次に、本発明の第２実施例を、図６を用いて説明する。この第２実施例は、次に述べる通り第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一である。
【００３０】
この第２実施例は、ジョイスティック１０の操作量を湾曲部２の速度の目標値Ｒ’としている。つまり、操作者は、湾曲部２の速度を指定して、操作することになる。この第２実施例では、補正テーブル１２の前に積分器１７を設けて、第１実施例と同様に、補正テーブル１２に入力する値を湾曲部２の位置の目標値Ｒとする。そして、補正テーブル１２の後に微分器１８を設けて、補正テーブル１２から出力された制御信号Ｒｍｏｔを微分して、速度制御信号Ｒｍｏｔ’とする。さらに、図１のモータ位置検出器１５の替わりに、モータ速度検出器１９を設けて、モータ速度信号Ｙｍｏｔ’を得られるようにしている。モータ制御器１３は、速度制御信号Ｒｍｏｔ’とモータ速度信号Ｙｍｏｔ’の偏差Ｅｍｏｔ’（＝Ｒｍｏｔ’−Ｙｍｏｔ’）を補償するようになっている。
【００３１】
この第２実施例の構成によっても、第１実施例と同様の効果を得ることができる。
【００３２】
次に、本発明の第３実施例を、図７及び図８を用いて説明する。この第３実施例は、次に述べる通り第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一である。
【００３３】
第３実施例は、両方のワイヤ４、５に弛みが生じる目標値Ｒの範囲Ｒ１〜Ｒ２を自動で更新するものである。この第３実施例では、図7に示すようにワイヤ４、５に張力センサ２０、２１を取り付けて、ワイヤ張力検出器２２でワイヤ４、５の張力Ｔ１、Ｔ２（どちらも０以上の値）を検出する。更新手段２３は、ワイヤ４、５の張力Ｔ１、Ｔ２とモータ位置信号Ｙｍｏｔを用いて、下限値Ｒ１、上限値Ｒ２の更新を行なう。この更新手段２３は、両方のワイヤ４、５に弛みが生じており、かつ、下限値Ｒ１、上限値Ｒ２を更新してもモータ９を急激に駆動させることがないと判断した時に、下限値Ｒ１もしくは上限値Ｒ２にその時のＲを代入する。
【００３４】
この更新手段２３の動作を、図８を用いて説明する。
【００３５】
まず、ステップＳ１で、両方のワイヤ４、５に弛みが生じているかどうかを判断する。両方のワイヤ４、５に弛みが生じている時は、Ｔ１＝Ｔ２＝０となるので、Ｔ１＋Ｔ２＝０となれば、両方のワイヤ４、５に弛みが生じていることになる（Ｔ１とＴ２はどちらも０以上の値しかとらないため）。しかし、張力センサ２０、２１の精度を考慮すると、Ｔ１＋Ｔ２が完全に０となるとは限らないので、あらかじめ設定した小さな正の値Ｔ０を用いて、Ｔ１＋Ｔ２＜Ｔ０となった時に、両方のワイヤ４、５に弛みが生じていると判断するようにする。両方のワイヤ４、５に弛みが生じていると判断した時は、次のステップＳ２へ進み、そうではない時は、下限値Ｒ１、上限値Ｒ２の更新は行なわない。
【００３６】
なお、ステップＳ１は、小さな正の値Ｔ０１、Ｔ０２を用いて、Ｔ１＜Ｔ０１かつＴ２＜Ｔ０２となった時に、両方のワイヤ４、５に弛みが生じていると判断するようにしても良い。
【００３７】
ステップＳ２では、下限値Ｒ１、上限値Ｒ２を更新することによってモータ９を急激に駆動させることがないように、下限値Ｒ１、上限値Ｒ２を更新した場合の制御信号Ｒｍｏｔと、現在のモータ位置信号Ｙｍｏｔが、ほぼ等しいかどうかを判断する。下限値Ｒ１、上限値Ｒ２を更新した場合の制御信号は、ａ×Ｒと表すことができるので、｜Ｙｍｏｔ−ａ×Ｒ｜が、あらかじめ設定した小さな正の値εよりも小さいかどうかで判断する。｜Ｙｍｏｔ−ａ×Ｒ｜＜εの時は、下限値Ｒ１もしくは上限値Ｒ２の更新を行なうために、次のステップＳ３へ進み、そうではない時は、下限値Ｒ１、上限値Ｒ２の更新は行なわない。
【００３８】
また、現在のモータ位置信号Ｙｍｏｔは、一瞬前（１サンプリング前）の制御信号とほぼ等しいので、ステップＳ２では、モータ位置信号Ｙｍｏｔの替わりに、一瞬前（１サンプリング前）の制御信号を用いるようにしても良い。
【００３９】
ステップＳ３では、下限値Ｒ１と上限値Ｒ２のどちらを更新するかを判断する。湾曲部２が上下方向のどちらにも湾曲していない状態の目標値を０とすれば、両方のワイヤ４、５に弛みが生じる目標値の範囲は、普通は０をまたぐので、Ｒ１＜０、Ｒ２＞０となる。よって、Ｒ＞０の時は、上限値Ｒ２に現在のＲを代入し、そうではない時は、下限値Ｒ１に現在のＲを代入するようにする。図８に示すこれらの方法で、下限値Ｒ１、上限値Ｒ２を更新する。
【００４０】
また、｜Ｒ１｜＝｜Ｒ２｜とみなして、下限値Ｒ１を更新する時は、上限値Ｒ２も−Ｒ１の値に更新し、上限値Ｒ２を更新する時は、下限値Ｒ１も−Ｒ２の値に更新するようにしても良い。
【００４１】
両方のワイヤ４、５に弛みが生じる目標値Ｒの範囲は、挿入部の形状や湾曲部の速度等によって異なるが、第３実施例を用いれば、自動的に下限値Ｒ１、上限値Ｒ２を更新することができるので、実際の使用条件に適した状況で湾曲部の応答性を向上させることができる。
【００４２】
次に、本発明の第４実施例を、図９を用いて説明する。この第４実施例は、次に述べる通り第３実施例と相違するものであり、その他の点については第３実施例と基本的には同一である。
【００４３】
第４実施例は、ジョイスティック１０の操作量を湾曲部２の速度の目標値Ｒ’としたものである。この第４実施例では、補正テーブル１２の前に積分器１７を設けて、補正テーブル１２に入力する値を、第３実施例と同様に、湾曲部２の位置の目標値Ｒとする。そして、補正テーブル１２の後に微分器１８を設けて、補正テーブル１２から出力された制御信号Ｒｍｏｔを微分して、速度制御信号Ｒｍｏｔ’とする。また、図７のモータ位置検出器１５の替わりにモータ速度検出器１９を設けて、モータ制御器１３は、速度制御信号Ｒｍｏｔ’とモータ速度信号Ｙｍｏｔ’の偏差Ｅｍｏｔ’（＝Ｒｍｏｔ’−Ｙｍｏｔ’）を補償するようになっている。また、モータ速度検出器１９と更新手段２３の間に、積分器２４を設けて、更新手段２３には、モータ位置信号Ｙｍｏｔが入力されるように構成している。
【００４４】
この第４実施例の構成によっても、第３実施例と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
次に、本発明の第５実施例を、図１０を用いて説明する。この第５実施例は、次に述べる通り第３実施例と相違するものであり、その他の点については第３実施例と基本的には同一である。
【００４６】
第５実施例は、第３実施例を示した図７において、補正テーブル１２を、微分器２５、可変ゲイン２６、積分器２７に置き換え、更新手段２３を、切替手段２８に置き換えたものである。補正テーブル１２は、位置の目標値Ｒから制御信号Ｒｍｏｔを決定するが、第５実施例の可変ゲイン２６は、速度の目標値Ｒ’から速度制御信号Ｒｍｏｔ’を決定する。
【００４７】
微分器２５は、ジョイスティック１０から出力された位置の目標値Ｒを微分して、速度の目標値Ｒ’を出力する。可変ゲイン２６は、速度の目標値Ｒ’にｋを乗じて、速度制御信号Ｒｍｏｔ’として出力する。ｋは、切替手段２８によって決定する。切替手段２８は、ワイヤ４とワイヤ５の両方に弛みが生じている時は、ｋを１よりも大きいａとし、そうではない時は、ｋを１とする。ワイヤ４とワイヤ５の両方に弛みが生じているかどうかは、第３実施例と同様の方法で判断する。つまり、Ｔ１＋Ｔ２＜Ｔ０となった時、もしくは、Ｔ１＜Ｔ０１かつＴ２＜Ｔ０２となった時に、両方のワイヤ４、５に弛みが生じていると判断する。積分器２７は、速度制御信号Ｒｍｏｔ’を積分して、制御信号Ｒｍｏｔを出力する。
【００４８】
また、制御信号Ｒｍｏｔの微分値が急激に変化しないように、積分器２７の出力をそのまま制御信号Ｒｍｏｔとするのではなく、ノッチフィルタやローパスフィルタを通してから、制御信号Ｒｍｏｔとしても良い。また、同様の理由で、切替手段２８は、ワイヤ４、５の張力に応じて、１からａへと連続的に変化するようにｋを決定しても良い。
【００４９】
第５実施例の構成によっても、第３実施例と同様の効果を得ることができる。
【００５０】
次に、本発明の第６実施例を、図１１を用いて説明する。この第６実施例は、次に述べる通り第５実施例と相違するものであり、その他の点については第５実施例と基本的には同一である。
【００５１】
第６実施例は、第５実施例で湾曲部２の位置の目標値Ｒとしたジョイスティック１０の操作量を、湾曲部２の速度の目標値Ｒ’としたものである。よって、第５実施例を示した図１０における微分器２５、積分器２７を不要としている。また、図１０のモータ位置検出器１５の替わりに、モータ速度検出器１９を設けて、モータ制御器１３は、速度制御信号Ｒｍｏｔ’とモータ速度信号Ｙｍｏｔ’の偏差Ｅｍｏｔ’（＝Ｒｍｏｔ’−Ｙｍｏｔ’）を補償する。
【００５２】
この第６実施例の構成によっても、第５実施例と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
また、図１１の切替手段２８は、両方のワイヤ４、５に弛みが生じているかどうかを判断するのではなく、湾曲しようとしている方向のワイヤ４または５のみを考慮して、そのワイヤ４または５に弛みが生じているかどうかを判断して、ｋを決定するようにしても良い。湾曲しようとしている方向のワイヤ４または５に弛みが生じている時に、ｋを大きくするようにすれば、湾曲する方向を切り替えた時に生じる弛みを補償することができ、その時の湾曲部の応答性も向上することができる。
【００５４】
次に、本発明の第７実施例を、図１２を用いて説明する。この第７実施例は、次に述べる通り第１実施例と相違するものであり、その他の点については第５実施例と基本的には同一である。
【００５５】
この第７実施例は、第１実施例の牽引位置決め装置を、ロボットハンドに適用した場合の構成を示す。このロボットハンドは、先端側に設けられた従動回転部２９、従動回転部２９を回転させるためのワイヤ４、５、このワイヤ４、５を保護するコイルシース６、７、原動回転部となるプーリ８、モータ９、ジョイスティック１０、制御装置１１を備えて構成されている。
【００５６】
従動回転部２９にはフィンガー３０が固定されており、従動回転部２９が回転すると上下方向に動く。従動回転部２９には、ワイヤ４、５の一側先端部が互いに反対側から巻き付けられて固定されている。ワイヤ４、５は、それぞれコイルシース６、７の内部を通り、ワイヤ４、５の他端部がプーリ８に互いに反対側から巻き付けられて固定されている。プーリ８は、ギヤ等（図示しない）を介してモータ９と連結されている。モータ９を駆動してプーリ８を回転すると、従動回転部２９が回転し、フィンガー３０が動く。なお、ロボットハンドは、内視鏡と異なり、従動回転部２９とプーリ８の間が柔軟な構造ではなくても良い場合があり、その場合は、コイルシース６、７は必ずしも必要ではない。
【００５７】
また、図１２で、同じ装置をもう一台下側に設けて、下側のフィンガーは、上側のフィンガーと逆の動きをさせることによって、物を把持したり開放したりする構成としても良い。その場合、ジョイスティック１０や、制御装置１１は、上側と下側で共通のものを使用して、プーリ８の回転方向だけ逆になるような構成にしても良い。また、フィンガー３０の先に、さらに牽引機構を設けたり、別の機具を設けたりしても良い。また、ジョイスティック１０の替わりに、コンピュータ等を用いて、自動的に目標値Ｒを生成しても良い。
【００５８】
このようなロボットハンドにおいても、内視鏡と同様にワイヤ弛みの問題が生じるが、図１２に示す構成によって、電動内視鏡の場合と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
同様に、第２から６実施例についても、ロボットハンドに適用することができる。
【００６０】
【発明の効果】
上述した実施例の説明から明らかなように、本発明によれば、中立基準位置で両方の牽引手段に弛みが生じていても中立基準位置での弛み制御を可能として被牽引機構を素早く正確に位置決めできる牽引位置決め装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の電動内視鏡の構成図である。
【図２】図１における補正テーブルの特性の一例を示す図である。
【図３】図１における補正テーブルの特性の別の一例を示す図である。
【図４】図１の電動内視鏡における補正テーブルを用いない場合のモータ位置、ワイヤ張力、湾曲角度の時間波形を示す図である。
【図５】図１の電動内視鏡におけるモータ位置、ワイヤ張力、湾曲角度の時間波形を示す図である。
【図６】本発明の第２実施例の電動内視鏡の構成図である。
【図７】本発明の第３実施例の電動内視鏡の構成図である。
【図８】図７の電動内視鏡の更新手段の動作を表すフローチャート図である。
【図９】本発明の第４実施例の電動内視鏡の構成図である。
【図１０】本発明の第５実施例の電動内視鏡の構成図である。
【図１１】本発明の第６実施例の電動内視鏡の構成図である。
【図１２】本発明の第７実施例のロボットハンドの構成図である。
【符号の説明】
１…挿入部、２…湾曲部、４、５…ワイヤ、６、７…コイルシース、８…プーリ、９…モータ、１０…ジョイスティック、１１…制御装置、１２…補正テーブル、１３…モータ制御器、１４…ロータリーエンコーダ、２０、２１…張力センサ、２３…更新手段、２６…可変ゲイン、２８…切替手段。
【発明の属する技術分野】
本発明は、牽引位置決め装置に係り、特に電動内視鏡やロボットハンド等の電動牽引機構の被牽引機構をワイヤ等の牽引部材により湾曲または回転させる牽引位置決め装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動内視鏡やロボットハンド等のように、モータ等の駆動手段を駆動することによって、ワイヤ等の牽引部材を牽引して、先端部を湾曲もしくは回転させる電動牽引機構が広く知られている。この電動牽引機構は、一般的に大きくて重い駆動手段をワイヤ等の牽引部材を介して先端部から離して設けることができるため、先端部の被牽引機構を小型軽量化できるという利点がある。
【０００３】
しかし、係る電動牽引機構は、湾曲もしくは回転させる方向の牽引部材に弛みが生じていると、その弛みが解消されるまでは先端部の被牽引機構が応答しなくなるという問題がある。
【０００４】
係るワイヤの弛みを制御する従来の内視鏡として、特開２０００−３００５１１号公報に開示されているように、湾曲部を有する可橈管と、可橈管に配設されて湾曲部の湾曲操作を行なうワイヤと、ワイヤを駆動する駆動手段と、ワイヤの基準位置からの変位を検出する変位検出手段と、ワイヤの変位方向を検出する変位方向検出手段と、変位検出手段及び変位方向検出手段の出力を用いてワイヤの弛みを制御する弛み制御手段とを具備するものがある。この従来技術には、ワイヤの張力を検出する張力検出手段を更に備え、張力検出手段と変位検出手段と変位方向検出手段の出力を用いてワイヤの弛みを制御する弛み制御手段とするものも開示されている。
【０００５】
そして、この従来技術には、弛みの状態を推定するのに、ワイヤの変位情報及び変位方向情報を用いて推定することや、張力検出手段で検出したワイヤの張力を用いて推定することが開示されている。また、具体的な弛み制御方法に関しては、両方のワイヤに弛みがなく且つ湾曲部も屈曲していない初期状態（中立基準位置）から可橈管を一方に湾曲させるように駆動手段を駆動した際に、押し出される側のワイヤに弛みが発生し、駆動手段を他方に反転して駆動した際に弛みのあるワイヤによって可橈管を他方に直ぐに湾曲をさせられない場合を推定して、反転した後の駆動手段の駆動速度を反転直後に速い速度とすると共に後半に通常の速度とすることが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術には、中立基準位置で両方のワイヤに弛みを有すると共に可橈管やワイヤ等が湾曲した状態から元の状態にある程度まで復元しようとする性質を有する牽引位置決め装置において、中立基準位置におけるワイヤの弛みを制御することに関しては開示されていない。
【０００７】
本発明の目的は、中立基準位置で両方の牽引手段に弛みが生じていても中立基準位置での弛み制御を可能として被牽引機構を素早く正確に位置決めできる牽引位置決め装置を提供することにある。
【０００８】
なお、本発明のその他の目的と有利点は以下の記述から明らかにされる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、湾曲自在又は回転自在に形成された被牽引機構を両方向から牽引して湾曲又は回転させるワイヤ等の牽引手段と、制御信号に応じて前記牽引手段への駆動力を発生するモータ等の駆動手段と、操作手段による目標値に対応した前記制御信号を出力する制御手段とを備える牽引位置決め装置において、前記制御手段は前記牽引手段の中立基準位置を含む所定範囲で出力する前記制御信号の変化量を他の範囲で出力する前記制御信号の変化量より大きくなる様に整形する機能を具備する構成にしたことにある。
【００１０】
なお、本発明のその他の手段は以下の記述から明らかにされる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の複数の実施例を、図を用いて説明する。なお、各実施例の図における同一符号は同一物または相当物を示す。以下では、主に電動内視鏡に用いる場合について説明するが、本発明は必ずしも電動内視鏡に用いる場合に限定されるべきものではなく、ロボットハンド等、他の電動牽引機構に用いる場合を含むものである。
【００１２】
本発明の第1実施例の電動内視鏡を図1から図５を参照しながら説明する。
【００１３】
この電動内視鏡は、湾曲自在に形成された被牽引機構である湾曲部２と、湾曲部２を両方向から牽引して湾曲させる牽引手段であるワイヤ４、５と、制御信号に応じてワイヤ４、５への駆動力を発生する駆動手段であるモータ９と、モータ９の位置を検出するための位置検出手段であるロータリーエンコーダ１４と、目標値を入力するための操作手段であるジョイスティック１０と、ジョイスティックによる目標値に対応した制御信号で且つロータリーエンコーダ１４で検出された検出位置に基づいた制御信号を出力する制御手段である制御装置１１とを備えて構成されている。
【００１４】
挿入部１は、体腔内や配管等に挿入するために細長く形成されており、先端側に設けられた湾曲部２、湾曲部２を上下／左右に湾曲させるためのワイヤ４、５、ワイヤ４、５を保護するコイルシース６、７から成る。プーリ８、モータ９及び制御装置１１は挿入部１の外側に設けられている。
【００１５】
湾曲部２は、複数の節輪３を互いに回転自在に連結した蛇管からなり、図１では上下方向に湾曲される状態を示している。この湾曲部２は、湾曲された状態からワイヤ４、５による張力を弱めると元の状態にある程度まで復元しようとする性質を備えている。湾曲部２の先端部には、ワイヤ４、５の一側先端部が取り付けられている。２つのワイヤ４、５は、可橈性を有する材料で構成されており、それぞれコイルシース６、７の内部を通り、ワイヤ他端部がプーリ８に互いに反対側から巻き付けられて固定されている。プーリ８は、ギヤ等（図示しない）を介してモータ９と連結されて駆動手段の一部を構成している。つまり、モータ９を駆動してプーリ８を回転すると、プーリ８に巻き付けられている一方のワイヤ４は引かれ、他方のワイヤ５は繰り出される。これによって、湾曲部２は上方に湾曲される。
【００１６】
なお、図１では、図の簡略化のため、上下方向に湾曲させるための装置のみを図示しており、左右に湾曲させるためのワイヤ、コイルシース、プーリ、モータ、制御装置については、上下に湾曲させる装置と基本的には、構成、動作、作用が同じなため省略してある。また、図示していないが、湾曲部やワイヤ、コイルシース等からなる挿入部は、細長の弾性パイプ等により保護されている。
【００１７】
挿入部１の最先端部には、通常、ＣＣＤ等（図示せず）が取り付けられており、ＣＣＤでとらえた体腔内の臓器や配管内部等の画像を映し出すモニタ（図示せず）が付属されている。操作者は、モニタに映し出される画像を見ながら、ジョイスティック１０によって、湾曲部２を上下／左右に湾曲操作する。よって、ジョイスティック１０の操作量と湾曲部２の湾曲角度とを一致させることが操作性の向上につながる。
【００１８】
制御装置１１は、ジョイスティック１０の操作量を目標値Ｒとして、この目標値Ｒと湾曲部２の湾曲角度をできる限り一致させるように、モータ９を駆動するための制御信号を出力する。制御装置１１は、予め具備したパラメータを有する補正テーブル１２、補正テーブル１２から出力された制御信号Ｒｍｏｔをもとにモータ９を駆動するモータ制御器１３から成る。モータ９にはロータリーエンコーダ１４が取り付けられており、モータ位置検出器１５でロータリーエンコーダ１４の出力が検出され、モータ位置検出器１５からモータ位置信号Ｙｍｏｔが出力される。モータ制御器１３は、制御信号Ｒｍｏｔとモータ位置信号Ｙｍｏｔの偏差Ｅｍｏｔ（＝Ｒｍｏｔ−Ｙｍｏｔ）を補償するためのものであり、例えば、公知技術であるＰＩＤ（比例・積分・微分）補償器で構成されている。モータ制御器１３から出力された制御信号は、モータアンプ１６により増幅され、モータ９に入力される。このような構成により、モータ９は制御信号Ｒｍｏｔにほぼ遅れなく追従することができる。
【００１９】
モータ９は制御信号Ｒｍｏｔにほぼ遅れなく追従することができるので、補正テーブル１２は、モータ９から湾曲部２の湾曲角度までの特性を補償すれば良い。電動内視鏡は、通常、湾曲部２が上下方向のどちらにも湾曲していない状態である中立基準位置では、ワイヤ４とワイヤ５のどちらにも弛みは生じていない。しかし、経時変化によりワイヤ４、５が伸びると、湾曲部２が上下方向のどちらにも湾曲していない初期状態（中立基準位置）で、ワイヤ４とワイヤ５の両方に弛みが生じてしまう場合がある。その状態では、上下方向のどちらに湾曲させようとしても、その方向のワイヤ弛みが解消されるところまでモータ９が回転するまでは、湾曲部２は湾曲しない。そこで、補正テーブル１２は中立基準位置の所定範囲におけるその特性を補償するように構成されている。
【００２０】
補正テーブル１２は、具体的には次式（１）〜（３）のように構成されている。
【００２１】
Ｒ＜Ｒ１の時、Ｒｍｏｔ＝Ｒ＋（ａ−１）×Ｒ１ （１）
Ｒ１≦Ｒ≦Ｒ２の時、Ｒｍｏｔ＝ａ×Ｒ （２）
Ｒ２＜Ｒの時、Ｒｍｏｔ＝Ｒ＋（ａ−１）×Ｒ２ （３）
ただし、ａは１よりも大きい値、Ｒ１は両方のワイヤ４、５に弛みが生じる中立基準位置を含む目標値Ｒの範囲の下限値、Ｒ２は両方のワイヤ４、５に弛みが生じる目標値Ｒの範囲の上限値である。この補正テーブル１２の特性を図２に示す。ここでは、ジョイスティック１０の操作量を湾曲部２の湾曲角度（位置）の目標値Ｒとしている。
【００２２】
このような構成によって、補正テーブル１２は、両方のワイヤ４、５に弛みが生じる中立基準位置を含む目標値Ｒの範囲では、それ以外の範囲よりも、目標値Ｒに対する変化量が大きくなる制御信号Ｒｍｏｔを出力し、モータ９を素早く回転させ、ワイヤ弛みを素早く解消するように機能する。
【００２３】
下限値Ｒ１、上限値Ｒ２は、ワイヤ４、５の伸び具合に応じて変えることが好ましいが、その都度、手動で設定しても良いし、適当なタイミングでキャリブレーションを行って、自動で設定しても良い。キャリブレーションにより自動で設定する場合は、ワイヤ４、５に張力センサ等を取り付けて、ワイヤ弛みを測定できるようにする必要がある。キャリブレーションでは、目標値Ｒを自動的に生成して電動内視鏡を湾曲動作させるとともに、ワイヤ弛みを測定し、両方のワイヤ４、５に弛みが生じる目標値Ｒの範囲を調べて、下限値Ｒ１、上限値Ｒ２を設定する。
【００２４】
また、両方のワイヤ４、５に弛みが生じる中立基準位置を含む目標値Ｒの範囲は、挿入部１の形状や湾曲部２の速度等によって異なる。よって、下限値Ｒ１、上限値Ｒ２は、実際に両方のワイヤ４、５に弛みが生じる目標値Ｒの範囲と完全に一致させることはできない。実際の範囲よりも目標範囲Ｒ１〜Ｒ２が小さいと、ワイヤ弛みの補償が不十分になるし、実際の範囲よりも目標範囲Ｒ１〜Ｒ２が大きいと、弛みが生じていない部分で湾曲部の速度が大きくなりすぎてしまうことがある。下限値Ｒ１、上限値Ｒ２は、それらの特性を考慮しながら、最も操作性が良くなるように調整する。
【００２５】
また、制御信号Ｒｍｏｔの微分値が急激に変化しないように、補正テーブル１２の出力をそのまま制御信号Ｒｍｏｔとするのではなく、ノッチフィルタやローパスフィルタを通してから、制御信号Ｒｍｏｔとしても良い。また、同様の理由で、補正テーブル１２を、図３のように、制御信号Ｒｍｏｔの目標値Ｒに対する変化量が、１からａへと連続的かつなめらかに変化するような特性とすることがより好ましい。
【００２６】
図４、図５を用いて、第１実施例の効果を説明する。図４は図１において補正テーブル１２を用いない場合の実験結果の一例、図５は図１に示す補正テーブル１２を用いている場合の実験結果の一例である。この実験では、ジョイスティック１０の操作量が三角波の場合を想定して、三角波を目標値１００として与えている。図４、図５において、上段には、目標値１００とモータ位置１０１、中段には、目標値１００とワイヤ４、５の張力１０２、下段には、目標値１００と湾曲部２の湾曲角度（先端の向き）１０４の時間波形を示す。なお、ワイヤ４、５の張力１０２は必ず正の値になるが、ここでは、湾曲角度１０４と対応して見やすくするため、下に湾曲させるためのワイヤ５の張力１０２は、負の値で表している。また、湾曲角度１０４は、上下方向のどちらにも湾曲していない時を０、上に湾曲した時を正、下に湾曲した時を負としている。
【００２７】
図４に示す補正テーブルを用いない場合は、図４上段で明らかなように目標値１００とモータ位置１０１が一致しており、モータ９は制御信号に遅れなく追従していることが分かる。また、図４中段で明らかなように、目標値１００が０となる近傍で、両方のワイヤ４、５の張力１０２、１０３が０となっており、両方のワイヤ４、５に弛みが生じていることが分かる。この弛みが生じている範囲１０５では、図４下段で明らかなように湾曲角度１０４はほとんど変化しておらず、湾曲部２は目標値１００に対してほとんど応答していないことが分かる。
【００２８】
これに対し、図５に示す補正テーブル１２を用いる場合は、図５中段に示す両方のワイヤ４、５の張力１０７、１０８が０となる範囲１１０で、図５上段で明らかなようにモータ位置１０６が大きく変化しており、モータ９が素早く大きく回転していることが分かる。その結果、弛みが生じている範囲１１０の時間が、図４に比べて短くなり、図５下段に示すように湾曲部２の応答性が格段に向上していることが分かる。
【００２９】
次に、本発明の第２実施例を、図６を用いて説明する。この第２実施例は、次に述べる通り第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一である。
【００３０】
この第２実施例は、ジョイスティック１０の操作量を湾曲部２の速度の目標値Ｒ’としている。つまり、操作者は、湾曲部２の速度を指定して、操作することになる。この第２実施例では、補正テーブル１２の前に積分器１７を設けて、第１実施例と同様に、補正テーブル１２に入力する値を湾曲部２の位置の目標値Ｒとする。そして、補正テーブル１２の後に微分器１８を設けて、補正テーブル１２から出力された制御信号Ｒｍｏｔを微分して、速度制御信号Ｒｍｏｔ’とする。さらに、図１のモータ位置検出器１５の替わりに、モータ速度検出器１９を設けて、モータ速度信号Ｙｍｏｔ’を得られるようにしている。モータ制御器１３は、速度制御信号Ｒｍｏｔ’とモータ速度信号Ｙｍｏｔ’の偏差Ｅｍｏｔ’（＝Ｒｍｏｔ’−Ｙｍｏｔ’）を補償するようになっている。
【００３１】
この第２実施例の構成によっても、第１実施例と同様の効果を得ることができる。
【００３２】
次に、本発明の第３実施例を、図７及び図８を用いて説明する。この第３実施例は、次に述べる通り第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一である。
【００３３】
第３実施例は、両方のワイヤ４、５に弛みが生じる目標値Ｒの範囲Ｒ１〜Ｒ２を自動で更新するものである。この第３実施例では、図7に示すようにワイヤ４、５に張力センサ２０、２１を取り付けて、ワイヤ張力検出器２２でワイヤ４、５の張力Ｔ１、Ｔ２（どちらも０以上の値）を検出する。更新手段２３は、ワイヤ４、５の張力Ｔ１、Ｔ２とモータ位置信号Ｙｍｏｔを用いて、下限値Ｒ１、上限値Ｒ２の更新を行なう。この更新手段２３は、両方のワイヤ４、５に弛みが生じており、かつ、下限値Ｒ１、上限値Ｒ２を更新してもモータ９を急激に駆動させることがないと判断した時に、下限値Ｒ１もしくは上限値Ｒ２にその時のＲを代入する。
【００３４】
この更新手段２３の動作を、図８を用いて説明する。
【００３５】
まず、ステップＳ１で、両方のワイヤ４、５に弛みが生じているかどうかを判断する。両方のワイヤ４、５に弛みが生じている時は、Ｔ１＝Ｔ２＝０となるので、Ｔ１＋Ｔ２＝０となれば、両方のワイヤ４、５に弛みが生じていることになる（Ｔ１とＴ２はどちらも０以上の値しかとらないため）。しかし、張力センサ２０、２１の精度を考慮すると、Ｔ１＋Ｔ２が完全に０となるとは限らないので、あらかじめ設定した小さな正の値Ｔ０を用いて、Ｔ１＋Ｔ２＜Ｔ０となった時に、両方のワイヤ４、５に弛みが生じていると判断するようにする。両方のワイヤ４、５に弛みが生じていると判断した時は、次のステップＳ２へ進み、そうではない時は、下限値Ｒ１、上限値Ｒ２の更新は行なわない。
【００３６】
なお、ステップＳ１は、小さな正の値Ｔ０１、Ｔ０２を用いて、Ｔ１＜Ｔ０１かつＴ２＜Ｔ０２となった時に、両方のワイヤ４、５に弛みが生じていると判断するようにしても良い。
【００３７】
ステップＳ２では、下限値Ｒ１、上限値Ｒ２を更新することによってモータ９を急激に駆動させることがないように、下限値Ｒ１、上限値Ｒ２を更新した場合の制御信号Ｒｍｏｔと、現在のモータ位置信号Ｙｍｏｔが、ほぼ等しいかどうかを判断する。下限値Ｒ１、上限値Ｒ２を更新した場合の制御信号は、ａ×Ｒと表すことができるので、｜Ｙｍｏｔ−ａ×Ｒ｜が、あらかじめ設定した小さな正の値εよりも小さいかどうかで判断する。｜Ｙｍｏｔ−ａ×Ｒ｜＜εの時は、下限値Ｒ１もしくは上限値Ｒ２の更新を行なうために、次のステップＳ３へ進み、そうではない時は、下限値Ｒ１、上限値Ｒ２の更新は行なわない。
【００３８】
また、現在のモータ位置信号Ｙｍｏｔは、一瞬前（１サンプリング前）の制御信号とほぼ等しいので、ステップＳ２では、モータ位置信号Ｙｍｏｔの替わりに、一瞬前（１サンプリング前）の制御信号を用いるようにしても良い。
【００３９】
ステップＳ３では、下限値Ｒ１と上限値Ｒ２のどちらを更新するかを判断する。湾曲部２が上下方向のどちらにも湾曲していない状態の目標値を０とすれば、両方のワイヤ４、５に弛みが生じる目標値の範囲は、普通は０をまたぐので、Ｒ１＜０、Ｒ２＞０となる。よって、Ｒ＞０の時は、上限値Ｒ２に現在のＲを代入し、そうではない時は、下限値Ｒ１に現在のＲを代入するようにする。図８に示すこれらの方法で、下限値Ｒ１、上限値Ｒ２を更新する。
【００４０】
また、｜Ｒ１｜＝｜Ｒ２｜とみなして、下限値Ｒ１を更新する時は、上限値Ｒ２も−Ｒ１の値に更新し、上限値Ｒ２を更新する時は、下限値Ｒ１も−Ｒ２の値に更新するようにしても良い。
【００４１】
両方のワイヤ４、５に弛みが生じる目標値Ｒの範囲は、挿入部の形状や湾曲部の速度等によって異なるが、第３実施例を用いれば、自動的に下限値Ｒ１、上限値Ｒ２を更新することができるので、実際の使用条件に適した状況で湾曲部の応答性を向上させることができる。
【００４２】
次に、本発明の第４実施例を、図９を用いて説明する。この第４実施例は、次に述べる通り第３実施例と相違するものであり、その他の点については第３実施例と基本的には同一である。
【００４３】
第４実施例は、ジョイスティック１０の操作量を湾曲部２の速度の目標値Ｒ’としたものである。この第４実施例では、補正テーブル１２の前に積分器１７を設けて、補正テーブル１２に入力する値を、第３実施例と同様に、湾曲部２の位置の目標値Ｒとする。そして、補正テーブル１２の後に微分器１８を設けて、補正テーブル１２から出力された制御信号Ｒｍｏｔを微分して、速度制御信号Ｒｍｏｔ’とする。また、図７のモータ位置検出器１５の替わりにモータ速度検出器１９を設けて、モータ制御器１３は、速度制御信号Ｒｍｏｔ’とモータ速度信号Ｙｍｏｔ’の偏差Ｅｍｏｔ’（＝Ｒｍｏｔ’−Ｙｍｏｔ’）を補償するようになっている。また、モータ速度検出器１９と更新手段２３の間に、積分器２４を設けて、更新手段２３には、モータ位置信号Ｙｍｏｔが入力されるように構成している。
【００４４】
この第４実施例の構成によっても、第３実施例と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
次に、本発明の第５実施例を、図１０を用いて説明する。この第５実施例は、次に述べる通り第３実施例と相違するものであり、その他の点については第３実施例と基本的には同一である。
【００４６】
第５実施例は、第３実施例を示した図７において、補正テーブル１２を、微分器２５、可変ゲイン２６、積分器２７に置き換え、更新手段２３を、切替手段２８に置き換えたものである。補正テーブル１２は、位置の目標値Ｒから制御信号Ｒｍｏｔを決定するが、第５実施例の可変ゲイン２６は、速度の目標値Ｒ’から速度制御信号Ｒｍｏｔ’を決定する。
【００４７】
微分器２５は、ジョイスティック１０から出力された位置の目標値Ｒを微分して、速度の目標値Ｒ’を出力する。可変ゲイン２６は、速度の目標値Ｒ’にｋを乗じて、速度制御信号Ｒｍｏｔ’として出力する。ｋは、切替手段２８によって決定する。切替手段２８は、ワイヤ４とワイヤ５の両方に弛みが生じている時は、ｋを１よりも大きいａとし、そうではない時は、ｋを１とする。ワイヤ４とワイヤ５の両方に弛みが生じているかどうかは、第３実施例と同様の方法で判断する。つまり、Ｔ１＋Ｔ２＜Ｔ０となった時、もしくは、Ｔ１＜Ｔ０１かつＴ２＜Ｔ０２となった時に、両方のワイヤ４、５に弛みが生じていると判断する。積分器２７は、速度制御信号Ｒｍｏｔ’を積分して、制御信号Ｒｍｏｔを出力する。
【００４８】
また、制御信号Ｒｍｏｔの微分値が急激に変化しないように、積分器２７の出力をそのまま制御信号Ｒｍｏｔとするのではなく、ノッチフィルタやローパスフィルタを通してから、制御信号Ｒｍｏｔとしても良い。また、同様の理由で、切替手段２８は、ワイヤ４、５の張力に応じて、１からａへと連続的に変化するようにｋを決定しても良い。
【００４９】
第５実施例の構成によっても、第３実施例と同様の効果を得ることができる。
【００５０】
次に、本発明の第６実施例を、図１１を用いて説明する。この第６実施例は、次に述べる通り第５実施例と相違するものであり、その他の点については第５実施例と基本的には同一である。
【００５１】
第６実施例は、第５実施例で湾曲部２の位置の目標値Ｒとしたジョイスティック１０の操作量を、湾曲部２の速度の目標値Ｒ’としたものである。よって、第５実施例を示した図１０における微分器２５、積分器２７を不要としている。また、図１０のモータ位置検出器１５の替わりに、モータ速度検出器１９を設けて、モータ制御器１３は、速度制御信号Ｒｍｏｔ’とモータ速度信号Ｙｍｏｔ’の偏差Ｅｍｏｔ’（＝Ｒｍｏｔ’−Ｙｍｏｔ’）を補償する。
【００５２】
この第６実施例の構成によっても、第５実施例と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
また、図１１の切替手段２８は、両方のワイヤ４、５に弛みが生じているかどうかを判断するのではなく、湾曲しようとしている方向のワイヤ４または５のみを考慮して、そのワイヤ４または５に弛みが生じているかどうかを判断して、ｋを決定するようにしても良い。湾曲しようとしている方向のワイヤ４または５に弛みが生じている時に、ｋを大きくするようにすれば、湾曲する方向を切り替えた時に生じる弛みを補償することができ、その時の湾曲部の応答性も向上することができる。
【００５４】
次に、本発明の第７実施例を、図１２を用いて説明する。この第７実施例は、次に述べる通り第１実施例と相違するものであり、その他の点については第５実施例と基本的には同一である。
【００５５】
この第７実施例は、第１実施例の牽引位置決め装置を、ロボットハンドに適用した場合の構成を示す。このロボットハンドは、先端側に設けられた従動回転部２９、従動回転部２９を回転させるためのワイヤ４、５、このワイヤ４、５を保護するコイルシース６、７、原動回転部となるプーリ８、モータ９、ジョイスティック１０、制御装置１１を備えて構成されている。
【００５６】
従動回転部２９にはフィンガー３０が固定されており、従動回転部２９が回転すると上下方向に動く。従動回転部２９には、ワイヤ４、５の一側先端部が互いに反対側から巻き付けられて固定されている。ワイヤ４、５は、それぞれコイルシース６、７の内部を通り、ワイヤ４、５の他端部がプーリ８に互いに反対側から巻き付けられて固定されている。プーリ８は、ギヤ等（図示しない）を介してモータ９と連結されている。モータ９を駆動してプーリ８を回転すると、従動回転部２９が回転し、フィンガー３０が動く。なお、ロボットハンドは、内視鏡と異なり、従動回転部２９とプーリ８の間が柔軟な構造ではなくても良い場合があり、その場合は、コイルシース６、７は必ずしも必要ではない。
【００５７】
また、図１２で、同じ装置をもう一台下側に設けて、下側のフィンガーは、上側のフィンガーと逆の動きをさせることによって、物を把持したり開放したりする構成としても良い。その場合、ジョイスティック１０や、制御装置１１は、上側と下側で共通のものを使用して、プーリ８の回転方向だけ逆になるような構成にしても良い。また、フィンガー３０の先に、さらに牽引機構を設けたり、別の機具を設けたりしても良い。また、ジョイスティック１０の替わりに、コンピュータ等を用いて、自動的に目標値Ｒを生成しても良い。
【００５８】
このようなロボットハンドにおいても、内視鏡と同様にワイヤ弛みの問題が生じるが、図１２に示す構成によって、電動内視鏡の場合と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
同様に、第２から６実施例についても、ロボットハンドに適用することができる。
【００６０】
【発明の効果】
上述した実施例の説明から明らかなように、本発明によれば、中立基準位置で両方の牽引手段に弛みが生じていても中立基準位置での弛み制御を可能として被牽引機構を素早く正確に位置決めできる牽引位置決め装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の電動内視鏡の構成図である。
【図２】図１における補正テーブルの特性の一例を示す図である。
【図３】図１における補正テーブルの特性の別の一例を示す図である。
【図４】図１の電動内視鏡における補正テーブルを用いない場合のモータ位置、ワイヤ張力、湾曲角度の時間波形を示す図である。
【図５】図１の電動内視鏡におけるモータ位置、ワイヤ張力、湾曲角度の時間波形を示す図である。
【図６】本発明の第２実施例の電動内視鏡の構成図である。
【図７】本発明の第３実施例の電動内視鏡の構成図である。
【図８】図７の電動内視鏡の更新手段の動作を表すフローチャート図である。
【図９】本発明の第４実施例の電動内視鏡の構成図である。
【図１０】本発明の第５実施例の電動内視鏡の構成図である。
【図１１】本発明の第６実施例の電動内視鏡の構成図である。
【図１２】本発明の第７実施例のロボットハンドの構成図である。
【符号の説明】
１…挿入部、２…湾曲部、４、５…ワイヤ、６、７…コイルシース、８…プーリ、９…モータ、１０…ジョイスティック、１１…制御装置、１２…補正テーブル、１３…モータ制御器、１４…ロータリーエンコーダ、２０、２１…張力センサ、２３…更新手段、２６…可変ゲイン、２８…切替手段。
Claims (7)
- 湾曲自在又は回転自在に形成された被牽引機構を両方向から牽引して湾曲又は回転させるワイヤ等の牽引手段と、制御信号に応じて前記牽引手段への駆動力を発生するモータ等の駆動手段と、操作手段による目標値に対応した前記制御信号を出力する制御手段とを備える牽引位置決め装置において、
前記制御手段は前記牽引手段の中立基準位置を含む所定範囲で出力する前記制御信号の変化量を他の範囲で出力する前記制御信号の変化量より大きくなる様に整形する機能を具備する
ことを特徴とする牽引位置決め装置。 - 前記制御手段は前記操作対象の速度を目標値とする前記制御信号を出力することを特徴とする請求項１記載の牽引位置決め装置。
- 前記制御手段は前記目標値に対して予め具備したパラメータを参照することで前記制御信号を決定することを特徴とする請求項１記載の牽引位置決め装置。
- 前記制御手段は、前記目標値に対してパラメータを参照することで前記制御信号を決定し、前記牽引手段の状態量に応じて前記パラメータを更新することを特徴とする請求項１記載の牽引位置決め装置。
- 前記制御手段は前記牽引手段の張力に応じて前記パラメータを更新することを特徴とする請求項４記載の牽引位置決め装置。
- 前記制御手段は、前記目標値に可変ゲインを乗じることで前記制御信号を決定し、前記牽引手段の状態量に応じて前記可変ゲインを更新することを特徴とする請求項１記載の牽引位置決め装置。
- 前記制御手段は前記牽引手段の張力に応じて前記可変ゲインを更新することを特徴とする請求項６記載の牽引位置決め装置。
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