JP4823597B2 - 医療用制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、医療用具の湾曲部に対して湾曲動作を行わせるための駆動手段を制御する医療用制御装置に関する。

従来より、医療用具として内視鏡は、幅広く利用されている。内視鏡の細長の挿入部を体腔内に挿入することにより、術者は、体腔内臓器などを観察したり、必要に応じて処置具チャンネル内に挿通した処置具を用いて各種治療処置ができる。また、工業分野においても、作業者は、内視鏡の細長の挿入部を挿入することにより、ボイラ，タービン，エンジン，化学プラントなどの内部の傷や腐蝕などを観察したり検査することができる。

このような内視鏡には、細長な挿入部の先端部基端側に湾曲自在な湾曲部が設けられている。前記内視鏡において、術者等の使用者は、操作部に設けられた湾曲操作レバー等の湾曲操作入力手段を操作することにより、湾曲部を湾曲動作させるための湾曲駆動手段に、前記湾曲部の湾曲方向や湾曲の速度が湾曲量として指示入力される。

そして、前記湾曲駆動手段は、前記湾曲操作レバーによる湾曲量に基づき、前記湾曲部を構成する湾曲駒に接続された湾曲操作ワイヤを機械的に牽引又は弛緩させることにより、前記湾曲部を湾曲動作させる。

この種の従来の内視鏡には、湾曲駆動手段として例えば内視鏡内部に内蔵したモータを電気的に回動制御してこのモータの駆動力により湾曲操作ワイヤを牽引又は弛緩して前記湾曲部を湾曲動作させる電気的湾曲駆動方式、つまり電動湾曲内視鏡がある。

例えば、特許２９１７２６３号公報には、電動湾曲内視鏡において、前記湾曲操作ワイヤを牽引するプーリを有しこのプーリに対応するモータのトルクを内視鏡挿入部の種類に合うように設定できる制御手段等に関する技術が開示されている。
また、特許２８４５２５５号公報には、電動湾曲内視鏡において、湾曲部の全操作範囲のモータにかかる負荷を均一にできる内視鏡の湾曲操作装置に関する技術が開示されている。
特許２９１７２６３号公報 特許２８４５２５５号公報

しかしながら、前記従来の電動湾曲内視鏡は、湾曲入力手段を操作して指示入力される湾曲量に基づいて湾曲駆動手段であるモータを電気的に回動制御することにより、湾曲操作ワイヤを牽引又は弛緩して前記湾曲部を湾曲動作させるものである。この湾曲部には複数の湾曲駒が連接されており、湾曲時に湾曲部は湾曲部全体に渡って湾曲するといった構成であるため、例えば大腸などの管腔内に挿入する際、先端側の湾曲駒の角度が後段の湾曲駒にかけてシフトするように湾曲部を湾曲させて挿入することはできず、例えばＳ状結腸部への挿入については熟練した操作を要していた。

本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、湾曲部の先端側の角度が基端側にかけて順次シフトするように湾曲部の駆動を制御することにより、医療用具の挿入部の挿入性を向上できる医療用制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の医療用制御装置は、被検体内に挿入される挿入部の先端側に、複数のリンク部材がそれぞれ回動自在に連設された湾曲部を有する医療用具と、前記複数のリンク部材をそれぞれ回動させて前記湾曲部を湾曲動作させるための駆動手段と、前記複数のリンク部材の内、前記挿入部の最も先端側のリンク部材と前記最も先端側のリンク部材に連結するリンク部材との空間における角度を指定する指定手段と、前記最も先端側のリンク部材と前記最も先端側のリンク部材に連結するリンク部材との空間における角度が、前記先端側から基端側に向かって順次隣り合うリンク部材のなす角度になるように移行しながら前記複数のリンク部材を回動させるように前記駆動手段を制御する制御手段と、を具備し、前記最も先端側のリンク部材と前記最も先端側のリンク部材に連結するリンク部材との空間における角度を、前記先端側から基端側に向かって順次隣り合うリンク部材のなす角度になるように移行するそれぞれの移行時間を変更する時間変更手段を有していることを特徴とする。
本発明の一態様の医療用制御装置は、被検体内に挿入される挿入部の先端側に、複数のリンク部材がそれぞれ回動自在に連設された湾曲部を有する医療用具と、前記複数のリンク部材をそれぞれ回動させて前記湾曲部を湾曲動作させるための駆動手段と、前記複数のリンク部材の内、前記挿入部の最も先端側のリンク部材と前記最も先端側のリンク部材に連結するリンク部材との空間における角度を指定する指定手段と、前記最も先端側のリンク部材と前記最も先端側のリンク部材に連結するリンク部材との空間における角度が、前記先端側から基端側に向かって順次隣り合うリンク部材のなす角度になるように移行しながら前記複数のリンク部材を回動させるように前記駆動手段を制御する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記最も先端側のリンク部材と前記最も先端側のリンク部材に連結するリンク部材との空間における角度を移行した所定時間後に、逆方向となるように前記複数のリンク部材をそれぞれ回動させるように駆動手段を制御することを特徴とする。
本発明の一態様の医療用制御装置は、被検体内に挿入される挿入部の先端側に、複数のリンク部材がそれぞれ回動自在に連設された湾曲部を有する医療用具と、前記複数のリンク部材をそれぞれ回動させて前記湾曲部を湾曲動作させるための駆動手段と、前記複数のリンク部材の内、前記挿入部の最も先端側のリンク部材と前記最も先端側のリンク部材に連結するリンク部材との空間における角度を指定する指定手段と、前記最も先端側のリンク部材と前記最も先端側のリンク部材に連結するリンク部材との空間における角度が、前記先端側から基端側に向かって順次隣り合うリンク部材のなす角度になるように移行しながら前記複数のリンク部材を回動させるように前記駆動手段を制御する制御手段と、を具備し、前記医療用具は、前記挿入部の先端側に前記湾曲部を有する内視鏡であることを特徴とする。

本発明によれば、湾曲部の先端側の角度が基端側にかけて順次シフトするように湾曲部の駆動を制御することにより、医療用具の挿入部の挿入性を向上できる医療用制御装置の実現が可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１乃至図１３は本発明の実施例１における医療用制御装置の基本構成を説明するためのもので、図１は医療用制御装置を用いて内視鏡装置として構成した場合のシステム構成図である。

図１に示すように、本発明に係る医療用制御装置を用いた内視鏡装置１は、挿入部先端部内に図示しない撮像手段を備え、操作部１０内あるいは湾曲部１４内に後述する挿入部９の湾曲部１４を湾曲させるための駆動部１０ｂを備えた医療用具としての電子内視鏡（以下、単に内視鏡）２と、前記内視鏡２に着脱自在に接続され、この内視鏡２に照明光を供給する光源装置３と、前記内視鏡２に着脱自在に接続され、前記内視鏡２の前記撮像手段を制御すると共に、この撮像手段から得られた信号を処理して標準的な映像信号を出力するビデオプロセッサ４と、前記ビデオプロセッサ４内あるいはこのビデオプロセッサ４とは別体に設けられ、前記湾曲部１４を湾曲動作させるように前記内視鏡２の駆動部１０ｂを制御するコントローラ５と、前記ビデオプロセッサ４で信号処理して得られた内視鏡画像を表示するモニタ６と、前記コントローラ５に電気的に接続される指定手段としての操作指令部７と、前記コントローラ５に電気的に接続される設定値入力手段としての設定値指令部８と、を有している。
なお、前記ビデオプロセッサ４には、図示しないＶＴＲデッキ，ビデオプリンタ，ビデオディスク，画像ファイル記録装置などが接続できるようになっている。

前記内視鏡２は、観察対象部位へ挿入する細長の挿入部９と、この挿入部９の基端部に連設され、ビデオスイッチや送気・送水スイッチ等の操作部１０ａを有する把持部１２と、この把持部１２の側面より延設され、図示しない撮像手段に接続する信号ケーブルや照明光を伝達するライトガイドなどを内蔵したユニバーサルコード１１と、このユニバーサルコード１１の端部に設けられ、前記光源装置３及びビデオプロセッサ４に着脱自在に接続されるコネクタ部１２と、を有している。

前記挿入部９は、先端に設けられた先端部１３と、この先端部１３の後部（被検体に挿入される挿入部９の先端側）に設けられた湾曲自在の湾曲部１４と、この湾曲部１４の後部に設けられ、軟性の管状の部材より形成される長尺で可撓性を有する可撓管部１５とが連設されて構成している。

前記先端部１３は、撮像手段としてＣＣＤなどの図示しない固体撮像素子及びこの固体撮像素子を駆動するための回路基板などが組み込まれた撮像部や、体腔内の観察対象部位を照明するための照明光を伝達する図示しないライトガイドなどを内蔵して構成されている。なお、前記湾曲部１４の構成については後述する。

前記コントローラ５には、接続線７ｂを介して前記操作指令部７が電気的に接続されている。この操作指令部７は、例えばジョイスティック７ａを備えて構成されたものであり、このジョイスティック７ａを操作することにより前記湾曲部１４を湾曲動作させるための操作指令値信号を出力する。

また、前記コントローラ５には、接続線８ｂを介して設定値指令部８が電気的に接続されている。この設定値指令部８は、例えばキーボード８ａを用いて構成されたものであり、このキーボード８ａによるキー操作によって、コントローラ５に対し前記湾曲部１４を湾曲させるのに必要な各種設定値の入力を行う。

次に、前記湾曲部１４の構成について、図３乃至図８を参照しながら説明する。
図３及び図４はリンク構造の駆動機構を備えた湾曲部を有する挿入部先端側の概略構成を説明するもので、図３は挿入部先端側の斜視図、図４は挿入部先端側の断面図である。また、図５は駆動機構がモータ及びギアで構成された湾曲部の構成を示す断面図、図６は図５に示す湾曲部の変形例１の構成を示す断面図、図７は図５に示す湾曲部の変形例２の構成を示す断面図、図８はモータとフレシキブルシャフトとの接続構成を示す斜視図である。

図３及び図４に示すように、前記挿入部９の湾曲部１４は、被検体内に挿入される挿入部９の先端側に設けられいる。この湾曲部１４は、挿入部駆動機構２０を有し、この挿入部駆動機構２０は、複数のリンク部材２１ａ、２１ｂ、２１ｃ…２１ｎが複数の関節部材２０ａ、２０ｂ、２０ｃ…２０ｎによってそれぞれ回動自在に連接されることにより、構成している。つまり、挿入部駆動機構２０は、多関節のリンク構造を有している。

また、前記駆動部１０ｂは、前記複数のリンク部材２１ａ、２１ｂ、２１ｃ…２１ｎをそれぞれ回動させるための駆動源であるモータ２７（図５及び図８参照）である。
この駆動部１０ｂであるモータ２７が前記操作部１０内に設けられた場合には、図８に示すようにモータ２７の駆動軸２７ａにはジョイント３０ａを介してフレシキブルシャフト３０が連結される。そして、このフレシキブルシャフト３０は、図示しないが挿入部９内に延設され、基端部が前記複数のリンク部材２１ａ、２１ｂ、２１ｃ…２１ｎに連結される。このことにより、それぞれのモータ２７の回転力がフレシキブルシャフト３０を介して、前記複数のリンク部材２１にそれぞれ伝達されるようになっている。

また、前記駆動部１０ｂであるモータ２７が挿入部９の湾曲部１４内に設けられた場合には、図５に示すように、モータ２７は、前記挿入部駆動機構２０を構成する前記複数のリンク部材２１ａ、２１ｂ、２１ｃ…２１ｎ内にそれぞれ配設される。そして、モータ２７の回転力は、前記モータ２７と連結する連結ギア２６等によって前記複数のリンク部材２１ａ、２１ｂ、２１ｃ…２１ｎにそれぞれ伝達されるようになっている。

なお、前記リンク部材２１及び関節部材２０の数は、図中に示す構成例に限定されるものではなく、前記内視鏡２の目的に応じて適宜その数を増減して構成することも可能である。また、前記リンク部材２１ａは、先端部１３の最先端側に配置されたもので、このリンク部材２１ａの基端側には順にリンク部材２１ｂ、２１ｃ…２１ｎが連結されるようになっている。また、これに伴い、前記関節部材２０ａ、２０ｂ、２０ｃ…２０ｎついても先端部１３側から順にリンク部材２１との間にそれぞれ配置されることになる。

図５には前記湾曲部１４の具体的な構成が示されている。
図５に示すように、前記湾曲部１４の挿入部駆動機構２０は、前記駆動部１０ｂであるモータ２７を前記複数のリンク部材２１ａ、２１ｂ、２１ｃ…２１ｎ内にそれぞれ配設している。
前記複数のリンク部材２１ａ、２１ｂ、２１ｃ…２１ｎは、前記関節部材２０ａ、２０ｂ、２０ｃ…２０ｎであるジョイントシャフト２２によってそれぞれ回動自在に連結されている。前記ジョイントシャフト２２は軸部材であり、このジョイントシャフト２２には、それぞれ検出手段としてのポテンショメータ２３が装着されている。

このポテンショメータ２３は、ジョイントシャフト２２の回転量を検出してリンク部材２１の状態量検知信号として図示しない信号線を介して前記コントローラ５に出力するようになっている。

また、前記複数のリンク部材２１ａ、２１ｂ、２１ｃ…２１ｎの各基端側には、前記ジョイントシャフト２２を回動自在に軸止した歯車２４がそれぞれ固定されている。この歯車２４には連結ギア２６の歯車２５が噛合される。この連結ギア２６は、前記リンク部材２１ａ、２１ｂ、２１ｃ…２１ｎ毎に設けられたモータ２７の図示しない駆動軸と連結しており、この駆動軸の回転力は軸２６ａを介して前記歯車２５に伝達されるようになっている。

このことにより、モータ２７の回転力が連結ギア２６の軸２６ａ及び歯車２５を介して歯車２４に伝達されて、この歯車２４が固定されたリンク部材２１を所定方向に回動させることが可能である。

また、図５に示す湾曲部１４は、各リンク部材２１毎に挿入部駆動機構２０を構成する、モータ２７、連結ギア２６，歯車２４、２５を有しているので、前記複数のリンク部材２１ａ〜２１ｎの内、指定したリンク部材２１のモータ２７の回転制御を行えば、前記指定されたリンク部材２１のみを回転動作させることが可能である。

なお、本実施例では、前記湾曲部１４における駆動機構２０を、図６に示す変形例１、あるいは図７に示す変形例２のように構成しても良い。このような湾曲部１４の変形例１、変形例２を図６及び図７を参照しながら説明する。

変形例１及び変形例２における湾曲部１４は、図５に示す湾曲部１４とは異なり、各リンク部材２１毎にモータ２７を設けずに、駆動部１０ｂであるモータ２７を操作部１０内に複数設けている。そして、これらのモータ２７の回転力は、これらのモータ２７の駆動軸３０ｂにジョイント３０ａを介してそれぞれ連結され且つ挿入部９内に延設されるそれぞれのフレシキブルシャフト３０を介して、これらのフレシキブルシャフト３０にそれぞれ連結している前記複数のリンク部材２１ａ、２１ｂ、２１ｃ…２１ｎに伝達されるようになっている。

図６に示すように、変形例１の湾曲部１４は、図５に示す挿入部駆動機構２０と略同様の構成であるが、各リンク部材２１毎に延設されるフレシキブルシャフト３０の先端側に歯車２９を設けている。

この歯車２９には、前記歯車２５を逆側に設けた連結歯車２８ギアが噛合する。この連結ギア２８は前記リンク部材２１内部に内装されており、この連結ギア２８の軸２９ａの逆側に設けた歯車２５を介して、フレシキブルシャフト３０からの回転力を歯車２４に伝達するようになっている。
このことにより、モータ２７の回転力が、駆動軸３０ｂ、ジョイント３０ａ、フレシキブルシャフト３０、歯車２９、連結歯車２８、軸２９ａ及び歯車２５を介して歯車２４に伝達されて、この歯車２４が固定されたリンク部材２１を所定方向に回動させることが可能である。

変形例１の湾曲部１４は、図５に示す湾曲部１４と同様に、各リンク部材２１毎に挿入部駆動機構２０を構成する、フレシキブルシャフト３０、連結歯車２８、歯車２４、２５を有しているので、前記複数のリンク部材２１ａ〜２１ｎの内、指定したリンク部材２１のモータ２７の回転制御を行えば、前記指定されたリンク部材２１のみを回転動作させることがで可能である。

また、図７に示すように、変形例２の湾曲部１４は、前記変形例１の挿入部駆動機構２０と略同様の構成であるが、前記連結歯車２８を無くし、各リンク部材２１毎に延設されるフレシキブルシャフト３０を各リンク部材２１内部に配設するように構成している。

前記フレシキブルシャフト３０の先端側には前記歯車２５が設けられている。したがって、フレシキブルシャフト３０からの回転力は、前記歯車２５を介して、連結歯車２８等の連結部材を介さすとも直に各リンク部材２１の基端側に固定された歯車２４に伝達されるようになっている。このことにより、前記変形例１と同様に前記歯車２４が固定されたリンク部材２１を所定方向に回動させることが可能である。

変形例２の湾曲部１４は、前記変形例１と同様に各リンク部材２１毎に挿入部駆動機構２０を構成する、フレシキブルシャフト３０、歯車２４、２５を有しているので、前記複数のリンク部材２１ａ〜２１ｎの内、指定したリンク部材２１のモータ２７の回転制御を行えば、前記指定されたリンク部材２１のみを回転動作させることが可能である。

次に、このような湾曲部１４を有する内視鏡２を備えた内視鏡装置１の電気的な主要構成について図２を参照しながら説明する。
図２は内視鏡装置１の主要構成部分の電気的な構成を示すブロック図である。
図２に示すように、前記内視鏡装置１は、例えばジョイスティック７ａを用いて構成される操作手段及び指定手段としての操作指令部７と、キーボード８ａを用いて構成される設定値入力手段としての設定値指令部８と、前記操作指令部７からの操作指令値信号、前記設定値指令部８により設定された設定値及び前記ポテンショメータ２３等からの状態量検知信号に基づいて前記駆動部１０ｂを制御するための駆動指令値信号を出力するコントローラ５と、前記コントローラ５からの駆動指令値信号に基づいてそれぞれ回転制御されるモータ２７等の駆動部１０ｂと、この駆動部１０ｂの回転力によって姿勢制御される湾曲部１４内に設けられた挿入部駆動機構２０と、を有して主要部を構成している。

前記操作指令部７は、ジョイスティック７ａを用いて前記湾曲部１４の湾曲を指示するための操作手段であり、操作に基づく操作指令値信号を前記コントローラ５に出力する。また、前記操作指令部７は、前記湾曲部１４を構成する前記複数のリンク部材２１ａ〜２１ｎの内、２次元における位置と向きを固定するリンク部材２１を指定する指定手段であり、この操作に基づく前記操作指令値信号を前記コントローラ５に出力する。

前記コントローラ５、駆動部１０ｂ及び挿入部駆動機構２０を有する主要部の制御ブロック図が図９に示されている。

図９に示すように、前記コントローラ５（図２参照）は、指令制御部５Ａを有している。この指令制御部５Ａには、前記操作指令部７からの操作指令値信号が供給されるようになっている。

前記指令制御部５Ａは、供給された操作指令値信号及び状態量検知信号に基づき、アクチュエータ制御ブロック３１に設けられた駆動部１０ｂを制御する操作出力値信号（駆動信号）を得るための演算処理等を行う。

前記指令制御部５Ａには、前記湾曲部１４の挿入部駆動機構２０を構成する複数のリンク部材２１毎に設けられた複数の第１、第２…第ｎアクチュエータ制御ブロック３１ａ〜３１ｎが電気的に接続されている。

図１０は図９に示す前記指令制御部５Ａ及びアクチュエータ制御ブロック３１の具体的な構成を示すブロック図である。
図１０に示すように、前記指令制御部５Ａは、前記操作指令部７からの操作指令値信号を入力するための入力部Ｉ／Ｆ３３と、前記設定値指令部８からの設定指令値を入力するための入力部Ｉ／Ｆ３４、３５と、これらのＩ／Ｆ３３〜３５を介して入力された各種指令値信号に基づき、前記第１、第２、…第ｎアクチュエータ制御ブロック３１ａ〜３１ｎ内の駆動部１０ｂを制御する中央処理演算装置（例えばＣＰＵ）３２と、を有している。

なお、前記入力部Ｉ／Ｆ３３は、ジョイスティック７ａがアナログの操作指令値信号を出力するものである場合にはこのアナログ信号の入力が可能である。また、前記入力部Ｉ／Ｆ３３は、操作指令部７が他のデジタルの操作指令値信号を出力する操作手段である場合にはこのデジタル信号の入力が可能である。

また、前記入力部Ｉ／Ｆ３４は、連続的に動作するのに必要なアナログの設定値指令信号の入力が可能であり、前記入力部Ｉ／Ｆ３５はパラメータ変更などのデジタルの設定指令値などの入力が可能である。前記入力部Ｉ／Ｆ３４と前記入力部Ｉ／Ｆ３５とは１つのＩ／Ｆとして構成しても良い。

一方、前記アクチュエータ制御ブロック３１は、高速で各種の演算処理を行うとともに、演算結果に基づき駆動指令値信号を生成し出力するデジタルシグナルプロセッサ（Digital Signal Processor で、以下、ＤＳＰと称す）３６と、このＤＳＰ３６からの駆動指令値信号（サーボ指令値信号）に基づき操作出力値信号（駆動信号）を生成し出力する制御指令値出力部３７と、この制御指令値出力部３７からの操作出力値信号に基づき回転が制御される駆動部１０ｂであるモータ２７と、このモータ２７の回転位置を検出するエンコーダやリンク部材２１の回転角度を検出するポテンショメータ等の検出手段であるセンサ３８と、このセンサ３８により検出された位置情報である状態量検知信号（位置Ｆ／Ｂ情報ともいう）を検出して前記ＤＳＰ３６に出力するための信号入力部３９と、を有している。

なお、本実施例では、前記駆動部１０ｂとしてモータ２７を用いているが、これに限定されることはなく、他のアクチュエータを駆動部１０ｂとして用いるように構成しても良い。

図１１は前記アクチュエータ制御ブロックの具体的な構成を示すブロック図であり、図１２は図１１のサーボ制御コントローラのブロック線図を示している。
図１０に示すアクチュエータ制御ブロック３１において、前記ＤＳＰ３６は図１１に示すサーボ制御コントローラ３６Ａを構成し、このサーボ制御コントローラ３６Ａは、供給されたサーボ指令値信号に基づく操作出力値信号（駆動信号）を生成し、前記制御指令値出力部３７であるドライバ（アンプ）３７ａに出力する。なお、前記サーボ制御コントローラ３６Ａは、図１０に示すＣＰＵ３２に置き換えて構成しても良い。

前記ドライバ３７ａは、供給された操作出力値信号を増幅してモータ２７を回転させる。すると、このモータ２７の回転により図５に示すリンク部材２１は回動動作する。このとき、前記センサ３８は、リンク部材２１の状態量検知信号を生成し、前記信号入力部３９である検知部（アンプ）３９ａに出力する。

前記検知部３９ａは、供給された状態量検知信号を増幅して前記サーボ制御コントローラ３６Ａに出力する。このことにより、サーボ制御コントローラ３６Ａは、供給された状態量検知信号とサーボ指令値信号との比較を行いながら前記モータ２７の回転制御を行うようになっている。

この場合、前記サーボ制御コントローラ３６Ａは、図１２に示すように、供給されたサーボ指令値信号と、前記センサ３８により得られたモータ２７の変位情報である状態検出信号とに基づいて、ＰＤ制御部４０を用いて公知の比例・微分制御等のＰＤ制御を行って操作出力値信号（駆動信号）を生成し、モータ２７に与えることにより回転制御する。

ところで、このような多関節のリンク構造の湾曲部１４を備えた内視鏡２は、湾曲部１４の先端側のリンク部材２１ａの角度が基端側のリンク部材２１ａ〜２１ｄにかけて順次シフトするように湾曲部１４の駆動を制御することにより、挿入部９の挿入性を向上できるようにしている。このような湾曲部１４の駆動を制御するためのの具体的な構成及び制御方法を図１３乃至図１６を参照しながら説明する。

図１３乃至図１６は実施例１に係るサーボ制御コントローラの具体的な構成及び制御動作を説明するためのもので、図１３はサーボ制御コントローラ内に含まれる運動学演算部を示すブロック図、図１４はアクチュエータ制御ブロック毎に設けられたサーボ制御コントローラ全体構成を示すブロック図、図１５は図１４の制御ブロックのブロック線図、図１６は図１４の制御ブロックの具体的な構成を示すブロック図をそれぞれ示している。

本実施例の指令令制御部５Ａに接続されるサーボ制御コントローラ３６Ａは、前記湾曲部１４を構成する複数のリンク部材２１ａ〜２１ｎの回動をそれぞれ制御する際に、後述する動的制御演算部に基づく演算処理を行うようになっている。

具体的には、図１３に示すように、前記サーボ制御コントローラ３６Ａには、動的制御演算部３６Ｂが設けられている。この動的制御演算部３６Ｂは、供給された操作指令値信号（指令値情報）に基づき、時間・周波数領域での信号処理（フィルタリング処理）を行うことで、アクチュエータ制御ブロック３１に設けられた駆動部１０ｂを制御するのに必要な操作出力値信号（駆動信号）を生成する。

次に、前記時間・周波数領域での信号処理に基づき演算処理を行うサーボ制御コントローラ３６Ａの具体的な構成及びシフト制御方法について図１４乃至１６を参照しながら説明する。

図１４に示すように、サーボ制御コントローラ３６Ａは、制御ブロック４１を有しており、この制御ブロック４１には、先端側のリンク部材２１ａにおけるサーボ指令値信号を含む操作指令値信号とが供給される。

そして、制御ブロック４１は、供給された指令値信号と位置Ｆ／Ｂ信号とに基づいて、前記動的制御演算部３６Ｂによってリンク部材２１に対応する関節トルク指令値信号であるアクチュエータ制御指令信号を得るための演算処理を行い、対応する駆動部１０ｂ及び後段の制御ブロック４１に出力する。

前記制御ブロック４１から出力された第１〜第Ｎアクチュエータ制御指令信号は、図１５の指令変位情報へと接続される構成となっており、供給された指令値信号と、前記センサ３８により得られたモータ２７の変位情報である位置Ｆ／Ｂ信号とに基づいて、ＰＤ制御部４０を用いて公知の比例・微分制御等のＰＤ制御を行って前記アクチュエータ制御指令信号（駆動信号）を生成し、モータ２７に与えることにより回転制御する。

本実施例では、前記サーボ制御コントローラ３６Ａは、第１〜第ｎアクチュエータ制御ブロック３１ａ〜３１ｎの数だけ設けられている。このため、コントローラ５は、前記第１〜第ｎアクチュエータ制御ブロック３１ａ〜３１ｎの数だけ、複数の制御ブロック４１ａ〜４１ｎを有している。

すなわち、前記指令制御部５Ａ（図９参照）には、図１４に示すように、先端側のリンク部材２１ａに対応した第１制御ブロック４１ａが接続される。

そして、前記第１制御ブロック４１ａには、この第１制御ブロック４１ａの出力信号（第１アクチュエータ制御指令信号）を入力する二段目のリンク部材２１ｂに対応した第２制御ブロック４１ｂが接続される。

そして、前記第２制御ブロック４１ｂには、この第２制御ブロック４１ｂの出力信号（第２アクチュエータ制御指令信号）を入力する三段目のリンク部材２１ｂに対応した第３制御ブロック４１ｃ（図示せず）が接続される。

以降、同様にの接続することによって、ｎー１段目のリンク部材２１ｎ−１に応じた第ｎ−１制御ブロック４１ｎ−１が前段の制御ブロック４１の出力信号を取り込むように接続され、そして、ｎ段目のリンク部材２１ｎに応じた第ｎ制御ブロック４１ｎが前段の第ｎ−１制御ブロック４１ｎ−１の出力信号を取り込むように接続されるようになっている。

なお、前記操作指令値信号は、先端側のリンク部材２１ａとこのリンク部材２１ａに連なるリンク部材２１ｂとがなす関節角度（角度）を指示するためのもので、また、第１〜第ｎアクチュエータ制御指令信号についても同様に対応するリンク部材２１ａとこれに連なるリンク部材２１とがなす関節角度（角度）を指示するためのものである。

このような構成により、先端側のリンク部材２１ａを駆動する操作指令値信号（主に角度）を後段側のリンク部材２１に順次時系列にて伝達することができる。

以降、動的制御演算部３６Ｂの内容について示す。
図１６には、前記複数の第１〜第ｎ制御ブロック４１の具体的なブロック構成が示されている。

図１６に示すように、前記制御ブロック４１は、サンプルホールド回路４２と、記憶素子４３とを有して構成される。

前記サンプルホールド回路４２は、供給された操作指令値信号をサンプリングし、サンプリングした操作指令値信号を予め設定された時間ホールドして前記記憶素子４３に出力する。

前記記憶素子４３は、供給された操作指令値信号を一旦記憶し、新たに操作指令値信号が供給されると記憶している操作指令値信号をアクチュエータ制御指令信号として出力する記憶手段である。

したがって、前記サンプルホールド回路４２及び記憶素子４３で構成される制御ブロック４１は、前記したように第１〜第ｎアクチュエータ制御ブロック３１ａ〜３１ｎの数だけ設けられているので、複数の第１〜第ｎサンプルホールド回路４２ａ〜４２ｎと複数の記憶素子４３ａ〜４３ｎとが図１６に示すように接続される。

つまり、先端側のリンク部材２１ａの操作指令値信号は、第１サンプルホールド回路４２ａによってサンプリングされた後、このサンプリングした操作指令値信号を予め設定された時間ホールドして前記記憶素子４３ａに出力される。

そして、前記記憶素子４３ａに操作指令値信号が供給されると、この操作指令値信号は前記記憶素子４３ａに一旦記憶され、既に記憶している操作指令値信号が第１アクチュエータ制御指令信号として駆動部１０ｂの先端側のリンク部材２１ａに対応するモータ２７及び、後段である二段目の第２サンプルホールド回路４２ｂに供給される。

このことにより、前記モータ２７は第１アクチュエータ制御指令信号に基づき回転が制御されることにより、先端側のリンク部材２１は、前記操作指令値信号に基づく角度で回動することになる。

次に、前記第１アクチュエータ制御指令値信号は、第２サンプルホールド回路４２ｂによってサンプリングされた後、このサンプリングした操作指令値信号を予め設定された時間ホールドして前記記憶素子４３ｂに出力される。

そして、前記記憶素子４３ｂに操作指令値信号が供給されると、この操作指令値信号は前記記憶素子４３ｂに一旦記憶され、既に記憶している操作指令値信号が第２アクチュエータ制御指令信号として駆動部１０ｂの二段目のリンク部材２１ｂに対応するモータ２７及び、後段である３段目（図示せず）の第３サンプルホールド回路４２ｃ（図示せず）に供給される。

このことにより、前記モータ２７が第２アクチュエータ制御指令信号に基づき回転が制御されることにより、二段目のリンク部材２１ｂは、前記第２サンプルホールド回路４２ｂにより予め設定された時間後に、前記操作指令値信号に基づく角度、すなわち、前記先端側のリンク部材２１ａと同じ角度で回動することになる。

このように、三段目のリンク部材２１ｃ、ｎ−１段目のリンク部材２１、ｎ段目のリンク部材２１についても同様に前段のアクチュエータ制御指令信号がサンプリングされて設定時間後に記憶素子４３を介してアクチュエータ制御指令信号が対応するモータ２７に供給されることにより、それぞれのリンク部材２１は、前記設定時間毎に時系列にて前記先端側のリンク部材２１ａと同じ角度で順次回動することになる。

すなわち、前記湾曲部１４は、先端側のリンク部材２１ａの角度がこれに連なる基端側の複数のリンク部材２１ｂ〜２１ｎにかけて、サンプルホールドの時間分（設定時間分）毎に時系列にて順次シフトするように湾曲動作することになる。

このような内視鏡装置１において、挿入部９を大腸に挿入する場合、術者は、挿入部９を肛門より挿入する。そして、挿入部９の先端部１３がＳ状結腸部に到達すると、サーボ制御コントローラ３６Ａは先端側のリンク部材２１ａを操作指令部７により指定した空間における向き（角度）になるように湾曲動作させる。

このことにより、先端側のリンク部２１ａは指定された角度で湾曲しているので、Ｓ状結腸部の腸壁に沿いながらさらに奥へと挿入することができる。

そして、予め設定された設定時間（ホールド時間）後、前記先端側のリンク部材２１ａに連なる２段目のリンク部材２１は、先端側のリンク部材２１ａと同じ向き（角度）に湾曲動作する。

以降、３段目以降の複数のリンク部材２１についても前記同様に、設定時間毎に時系列にて、前記先端側のリンク部材と同じ向き（角度）に順次シフトするように湾曲動作することになる。

これにより、湾曲部１４は、挿入操作に伴って、Ｓ状結腸部の形状に合うように先端側のリンク部材２１ａの角度が先端側から基端側にかけて順次シフトするように湾曲動作しながら挿入されることになる。

このことにより、従来、挿入に困難を要していたＳ状結腸部を容易に通過させることが可能となる。よって、さらに、大腸の深部へと容易に挿入することができるので、挿入性を向上させることができる。

なお、実施例１の内視鏡装置１では、前記湾曲部１４を構成する複数のリンク部材２１において、先端側のリンク部材２１ａの角度が基端側のリンク部材２１ｂ〜２１ｎにかけて順次設定時間毎にシフトするように湾曲動作するが、先端側のリンク部材２１ａの角度ではなく、角度をシフトさせる任意のリンク部材２１（対象軸ともいう）を指定し、また、前記設定時間（ホールド時間）についても任意に設定することも可能である。このような実施例１の変形例１を図１７に示す。

図１７は前記実施例１の変形例１を示すブロック図である。

図１７に示すように、変形例１のコントローラ５には、選択手段としての軸選択部４４と、時間変更手段としてのホールド時間設定部４５と、オフセット量選択部４６と、設定部４７とが設けられている。

前記軸選択部４４は、角度をシフト制御する軸、つまり、任意のリンク部材２１を指定し、指定信号を設定部４７に出力する。すなわち、この軸選択部４４を設けたことによって、角度をシフトさせる軸が先端側のリンク部材２１ａに限らず、他の任意の軸（リンク部材２１）の角度をシフトさせることができる。

前記ホールド時間設定部４５は、前記第１〜第ｎサンプルホールド回路４２ａ〜４２ｎにおけるサンプルホールド時間（設定時間）を任意に設定可能であり、設定した設定信号を設定部４７に出力する。すなわち、このホールド時間設定部４５を設けたことによって、先端側から基端側にかけて順次時系列にてシフトする各リンク部材２１間の動作移行時間を自由に設定することが可能となる。

例えば、挿入部９の湾曲部１４のシフト制御をゆっくりと行いながら挿入する場合には、前記ホールド時間設定部４５によって前記ホールド時間（設定時間）を長くするように設定すればよい。逆に、挿入部９の湾曲部１４のシフト制御を速く行いながら挿入する場合には、前記ホールド時間設定部４５によって前記ホールド時間（設定時間）を短くするように設定すればよい。
前記オフセット量選択部４６は、軸選択部４４によって選択されたリンク部材２１、あるいは操作指令部７により予め設定されたリンク部材２１の向きを変更する量を選択し、オフセット指令値信号を設定部４７に出力する。つまり、このオフセット量選択部４６を設けたことにより、指定されたリンク部材２１の向きを変更する場合には前記オフセット指令値信号に基づく量だけ、前記リング部材の向きを微妙に変化（オフセット）させて調整することができる。

そして、前記設定部４７は、前記軸選択部４４からの指定信号と、前記ホールド時間設定部４５からの設定信号と、前記オフセット量選択部４６からのオフセット指令値信号とが供給され、これらの制御信号に基づく設定を行う。

すなわち、前記設定部４７は、前記軸選択部４４からの指定信号が供給された場合には、この指定信号に基づくリンク部材２１をシフト制御を開始するリンク部材２１として設定する。また、前記設定部４７は、前記ホールド時間設定部４５からの設定信号が供給された場合には、この設定信号に基づくホールド時間になるように該当するサンプルホールド回路４２のホールド時間を設定する。さらに、前記設定部４７は、前記オフセット量選択部４６からのオフセット指令値信号が供給された場合には、このオフセット指令値信号に基づく量だけ指定されたリンク部材の向きを変化させるように設定する。

したがって、変形例１によれば、前記実施例１と同様に効果が得られる他に、先端側のリンク部材２１ａの角度が順次基端側のリンク部材２１ｂ〜２１ｎにかけてシフト制御する各リンク部材の動作時間を任意に設定することが可能となる。また、シフト制御を開始するリンク部材２１を任意に設定することができるとともに、指定したリンク部材２１のオフセット量も任意に設定することが可能となる。このことにより、挿入状態に応じて最適なシフト制御を行うことが可能となり、より挿入性を向上させることができる。

ところで、挿入部９の湾曲部１４をシフト制御しながら大腸などの管腔内に挿入する場合、挿入部９の挿入量、すなわち、操作量を考慮すれば、より挿入性を向上させることが可能である。このような実施例１の変形例２を図１８に示す。

図１８は前記実施例１の変形例２を示すブロック図である。

図１８に示すように、変形例２のコントローラ５には、操作量変化検知部５０が設けられている。

この操作量変化検知部５０は、先端側のリンク部材２１ａに対する指令制御部５Ａからの操作指令値信号を入力し、この操作指令値信号から先端側のリンク部材２１の操作量を検出し、検出結果をサンプルホールド回路４２のデータを更新するためのデータ更新信号として前記第１〜第ｎサンプルホールド回路４２ａ〜４２ｎに出力する。

そして、前記第１〜第ｎサンプルホールド回路４２ａ〜４２ｎは、前記データ更新信号が供給されると、それぞれのデータを同時に更新する。すなわち、前記第１〜第ｎサンプルホールド回路４２ａ〜４２ｎは、先端側のリンク部材２１ａの操作量が変化したときに、この操作量に応じた速さでデータの更新を行うことになる。つまり、本変形例２では、先端側のリンク部材２１ａの操作量が変化したときに、この操作量の変化に応じて、先端側のリンク部材２１ａに連なる複数のリンク部材２１が順次シフト制御されるようになっている。

このことにより、時間的な依存性はなく、先端側のリンク部材２１ａの操作量の変化に応じたシフト制御を行うことができるので、挿入部９の挿入性を向上できる。

なお、変形例２では、前記操作量変化検知部５０による過敏な操作量の変化の検出によって、湾曲部１４のシフト制御が意図的でなく行われてしまうことを防止するために、図１９又は図２０に示すような手段を設けても良い。

図１９は図１８の操作量変化検知部の具体的な構成を示すブロック図であり、図２０は図１８の操作量変化検知部に不感帯幅設定部を設けた構成を示すブロック図である。

図１９に示すように、前記操作量変化検知部５０は、操作指令値信号から先端側のリンク部材２１ａの操作変化量を算出する変化量算出部５１と、この変化量算出部５１の算出結果から予め設定された検知レベルで検知することによりデータ更新信号を出力する検知レンジ部５２と、を有している。なお、前記検知レンジ部５２は、検知レベルを任意に設定することが可能である。

このような構成により、前記検知レンジ部５２の先端側のリンク部材２１ａの操作変化量の検知レベルを任意に設定することができるので、湾曲部１４のシフト制御が意図的に行われてしまうのを防止することが可能となり、安全性を向上できる。

また、変形例２においては、図２０に示すように、図５２の検知レンジ部５２の検知レンジの不感帯幅を任意に設定可能な不感帯幅設定部５３を設けても良い。

例えば、前記検知レンジ部５２の検知レンジの不感帯幅を狭くしたい場合には、術者は、前記不感帯幅設定部５３を操作することにより、図中矢印方向に示されている検知レンジ部５２のように不感帯幅を狭くするように設定する。勿論、これとは逆に前記検知レンジ部５２の不感帯幅を広くすることも可能である。

このことにより、幅広い、先端側のリンク部材２１ａの操作変化量の検知を行うことができ、安全性向上に寄与できる。

なお、前記操作量変化検知部５０は、サーボ制御コントローラ３６Ａ内に設けた構成について説明したが、これに限定されるものではなく、操作指令部７内に設けて構成しても良い。

図２１乃至図２６は実施例２に係り、図２１はアクチュエータ制御ブロック毎に設けられたサーボ制御コントローラ全体構成を示すブロック図、図２２は図２１の制御ブロックの入出力信号のゲインと周波数との特性を示すグラフ、図２３は図２１の制御ブロックの入出力信号の位相と周波数との特性を示すグラフ、図２４及び図２５は図２２及び図２３に示す周波数特性を得るための説明図で、図２４は複素開平面において実軸上の極値と零点値とが虚軸に対して対象に設定した状態を示す図、図２５は複素開平面において正負の実軸上の極値と零点値とが虚軸に対して対象に設定した状態を示す図、図２６は図２１の第１制御ブロックに含まれるフィルタ部を示すブロック図である。

本実施例では、前記湾曲部１４を先端側から基端側のリンク部材２１にかけてシフト制御する場合に、時間で管理するのではなく、操作指令値信号の周波数に応じてシフトする動作を早く、あるいは遅くできるように制御することが可能である。すなわち、先端側から基端側へと順次伝送する操作指令値信号の周波数領域における位相をシフトさせることによって実現する。

図２１に示すように、本実施例のコントローラ５は、前記実施例１と同様に指令制御部５Ａと、第１〜第ｎアクチュエータ制御ブロック３１ａ〜３１ｎとを有し、第１〜第ｎアクチュエータ制御ブロック３１ａ〜３１ｎには、図１４に示す接続形態と同様に複数の第１〜第Ｎ制御ブロック４１Ａ〜４１Ｎが設けられている。

前記第１〜第Ｎ制御ブロック４１Ａ〜４１Ｎは、入力されるアクチュエータ制御指令信号の位相をシフトさせるための図２６に示すフィルタ部５４をそれぞれ有している。

前記フィルタ部５４は、入出力信号のゲインが一定で、予め設定された位相遅れを有して出力するフィルタ特性を有している。具体的には、図２６に示すように、フィルタ部５４は、入力信号に対し、複素開平面の有理関数（Ｓ−Ｐ／Ｓ＋Ｐ ：Ｓはラプラス演算子で、Ｐは極値（零点値）である）を用いた演算処理を行うことにより、ゲインが一定で予め設定された位相遅れを有する出力信号を得る。

すなわち、図２２に示すように、各制御ブロック４１の入出力信号のゲインＧは、図２２に示すように、信号の周波数ｆに依存することなく一様であり、また、各入出力信号にそれぞれ位相遅れがあった場合には、これらの入出力信号の位相遅れＰ０は、図２３に示すように、信号の周波数ｆに依存することなく、一様である。

つまり、図２４に示すように複素開平面において実軸（Ｒｅａｌ）上の極値○と零点値×とが虚軸（Ｉｍａｇ）に対して対象に設定し、あるいは、図２５に示すように、複素開平面において正負（＋−）の実軸（Ｒｅａｌ）上の極値○と零点値×とが虚軸（Ｉｍａｇ）に対して対象に設定することにより、図２２及び図２３に示すような周波数特性が得られる。

したがって、前記フィルタ部５４は、このような周波数特性を用いることにより、入出力信号のゲインが一定で、予め設定された位相遅れを有して出力するフィルタ特性を有することになる。

このことにより、図２１に示すコントローラ５では、実施例１にて用いたサンプルホールド時間によるものではなく、各第１〜第Ｎ制御ブロック４１Ａ〜４１Ｎのフィルタ部４５による入出力信号の位相遅れを用いることにより、前記実施例１と同様に複数のリンク部材２１のシフト制御を行うことが可能となる。

なお、実施例２においては、図２７の変形例１に示すように、前記第１〜第Ｎ制御ブロック４１Ａ〜４１Ｎの各フィルタ部５４による入出力信号の位相遅れ量を調節して設定可能な位相変更手段として極・零点設定部５５を設けて構成しても良い。

この場合、前記極・零点設定部５５は、図２４及び図２５に示すように、前記フィルタ部４５のフィルタ特性を決定する極値と零点値とを変更し且つ設定することによって、前記第１〜第Ｎ制御ブロック４１Ａ〜４１Ｎの出力信号の位相遅れ量を変化させる。

このことにより、前記湾曲部１４を先端側から基端側のリンク部材２１にかけて位相遅れを用いてシフト制御する場合に、位相遅れ量を変化させることにより、シフトする移行時間を速く、あるいは遅くできるように制御することが可能である。

なお、実施例２の内視鏡装置１では、前記湾曲部１４を構成する複数のリンク部材２１において、先端側のリンク部材２１ａの角度が基端側のリンク部材２１ｂ〜２１ｎにかけて順次予め設定された位相遅れ量毎にシフトするように湾曲動作するが、この位相遅れ量を任意に変更可能であるとともに、この位相遅れ量を変更する任意のリンク部材２１（対象軸ともいう）を指定することも可能である。このような実施例２の変形例２を図２８に示す。

図２８は前記実施例２の変形例２を示すブロック図である。

図２８に示すように、変形例２のコントローラ５には、軸選択部４４Ａと、オフセット選択部５６と、極・零点選択部５５Ａとが設けられている。

前記軸選択部４４は、位相遅れ量を変更する軸、つまり、任意のリンク部材２１を指定し、指定信号を設定部４７に出力する。すなわち、この軸選択部４４を設けたことによって、位相遅れ量ほ変更する任意の軸（リンク部材２１）を選択することができるる。

前記オフセット選択部５６は、軸選択部４４Ａによって選択されたリンク部材２１、あるいは操作指令部７により予め設定されたリンク部材２１の向きを変更する量を選択し、オフセット指令値信号を設定部４７に出力する。つまり、このオフセット選択部５６を設けたことにより、指定されたリンク部材２１の向きを変更する場合には前記オフセット指令値信号に基づく量だけ、前記リング部材の向きを微妙に変化（オフセット）させて調整することができる。

前記極・零点選択部５５Ａは、前記フィルタ部４５のフィルタ特性を決定する極値と零点値とを変更することによって、前記第１〜第Ｎ制御ブロック４１Ａ〜４１Ｎの出力信号の位相遅れ量を任意に設定可能であり、設定した設定信号を設定部４７Ａに出力する。すなわち、前記極・零点選択部５５Ａを設けたことによって、先端側から基端側にかけて入出力信号の位相遅れによって順次シフトする各リンク部材２１間の動作移行時間を自由に設定することが可能となる。

例えば、挿入部９の湾曲部１４のシフト制御をゆっくりと行いながら挿入する場合には、前記極・零点選択部５５Ａによってフィルタ部４５による前記位相遅れ量を大きくするように設定すればよい。逆に、挿入部９の湾曲部１４のシフト制御を速く行いながら挿入する場合には、前記フィルタ部４５によって前記位相遅れ量を小さくするように設定すればよい。なお、このような設定は、前記軸選択部４４Ａによって選択されたリンク部材２１に対応するフィルタ部４５に対し行っても良い。これにより幅広いシフト制御を行うことができる。
そして、前記設定部４７Ａは、前記軸選択部４４Ａからの指定信号と、前記オフセット選択部５６からのオフセット指令値信号と、前記極・零点選択部５５Ａからの設定信号とが供給され、これらの制御信号に基づく設定を行う。

すなわち、前記設定部４７Ａは、前記軸選択部４４からの指定信号が供給された場合には、この指定信号に基づくリンク部材２１を位相遅れ量を変更するリンク部材２１として設定する。また、前記設定部４７Ａは、前記オフセット選択部５６からのオフセット指令値信号が供給された場合には、このオフセット指令値信号に基づく量だけ指定されたリンク部材２１の向きを変化させるように設定する。さらに、前記極・零点選択部５５Ａからの設定信号が供給された場合には、この設定信号に基づく位相遅れ量になるように該当するフィルタ部４５の位相遅れ量を設定する。

したがって、変形例２によれば、前記実施例２と同様に効果が得られる他に、先端側のリンク部材２１ａの角度が順次基端側のリンク部材２１ｂ〜２１ｎにかけてシフト制御する各リンク部材の位相遅れによる動作時間を任意に設定することが可能となる。また、位相遅れ量を任意に設定することができるとともに、指定したリンク部材２１のオフセット量も任意に設定することが可能となる。このことにより、挿入状態に応じて最適なシフト制御を行うことが可能となり、より挿入性を向上させることができる。

なお、前記変形例２において、前記軸選択部４４Ａによって、位相遅れ量を変更するリンク部材２１を指定するだけでなく、位相遅れを用いて角度のシフトを開始するリンク部材２１（対象軸ともいう）を指定するようにしても良い。

図２９は本発明の実施例３に係り、アクチュエータ制御ブロック毎に設けられたサーボ制御コントローラ全体構成を示すブロック図、図３０乃至３４は実施例３の変形例を示し、図３０はシフト経路を設定する設定手段を備えたサーボ制御コントローラ全体構成を示すブロック図、図３１は図３０のチャンネル設定部により設定可能なチャンネルを説明するための説明図、図３２はチャンネル設定部の入出力信号の一例を示す図、図３３はチャンネル設定部によるチャンネル設定により用いられる置換行列を示す図、図３４はチャンネル設定部により設定されたチャンネル設定例を示す図である。

本実施例の内視鏡装置１は、実施例１の内視鏡装置を改良したもので、シフト制御を開始するリンク部材２１を指定することができるとともに、この指定したリンク部材２１の角度をシフトする任意のリンク部材２１を選択可能に構成されている。

図２９に示すように、本実施例のサーボ制御コントローラ３６Ａの全体構成は、図１４に示すブロック構成と略同様であるが、軸選択設定部５７と、サンプルホールド回路４２枚に設けられた複数のスイッチＳａ〜Ｓｎ、Ｓ１ａ〜Ｓ１ｎとを設けたことが異なる。

具体的には、第１サンプルホールド回路４２ａに入力する操作指令値信号は、スイッチｓａを介して後段の第２サンプルホールド回路４２ｂ及びスイッチｓｂに供給される。

また、記憶素子４３ａの出力側には、スイッチＳ１ａが設けられ、このスイッチＳ１ａがオンすることによって、第１サンプルホールド回路４２ａからの出力信号が記憶素子４３ａを介して第１アクチュエータ制御指令信号として出力する。

第２サンプルホールド回路４２ｂに入力する操作指令値信号は、スイッチｓｂを介して後段の第３サンプルホールド回路４２ｃ（図示せず）及びスイッチＳｃ（図示せず）に供給される。

また、記憶素子４３ｂの出力側には、スイッチＳ１ｂが設けられ、このスイッチＳ１ｂがオンすることによって、第２サンプルホールド回路４２ｂからの出力信号が記憶素子４３ｂを介して第２アクチュエータ制御指令信号として出力する。

以降、後段のリンク部材２１に対応するサンプルホールド回路４２ｎについても同様にスイッチＳｎが接続されるとともに、このサンプルホールド回路４２ｎの記憶素子４３ｎの出力側についても同様のスイッチＳ１ｎが接続されるようになっている。

なお、スイッチＳａ及びスイッチＳ１ａは、先端側のリンク部材２１ａに対応するもので、スイッチＳｂ及びスイッチＳ１ｂは、二段目のリンク部材２１ｂに対応し、以降同様に、スイッチＳｎ及びスイッチＳ１ｎは、ｎ段目のリンク部材２１ｎに対応するように設けられている。

前記軸選択設定部５７は、シフト制御を開始するリンク部材２１を設定するとともに、この設定したリンク部材２１の角度をシフトさせる任意のリンク部材２１の設定が可能である。また、前記軸選択設定部５７は、この設定された設定内容に基づき、前記スイッチＳａ〜Ｓｎ及びスイッチＳ１ａ〜Ｓ１ｎの切替えを制御するようになっている。

この場合、前記軸選択設定部５７は、設定されたリンク部材２１に対応するスイッチＳについてはオフし、この設定されたリンク部材２１に対応する記憶素子４３側に設けられたスイッチＳ１についてはオンするように制御することになる。

逆に、前記軸選択設定部５７は、設定されてないリンク部材２１に対応するスイッチＳについてはオンして後段に操作指令値信号を伝送し、同時にこの設定されたリンク部材２１に対応する記憶素子４３側に設けられたスイッチＳ１についてはオフするように制御してアクチュエータ制御指令信号の出力を停止させる。

このような構成によれば、前記軸選択設定部５７によって例えば二番目のリンク部材２１ｂをシフト制御を開始するリンク部材２１と指定し、さらに、このリンク部材２１ｂの角度をシフトするリンク部材２１を、４番目〜ｎ段目のリンク部材２１ｄ〜２１ｎと設定すれば、二段目のリンク部材２１ｂの角度が４番目〜ｎ段目のリンク部材２１ｄ〜２１ｎにかけてシフトするように制御することが可能となる。このことにより、前記実施例１よりも挿入部９の挿入性を向上させることが可能となる。

なお、実施例２では、図３０の変形例に示すように、ネットワーク設定部６１に接続されるチャンネル設定部６０を各リンク部材２１に対応する記憶素子４３の出力側に設け、前記ネットワーク設定部６１により設定された設定信号に基づき、チャンネル設定部６０によってシフト制御する順序を変更するように構成しても良い。

この場合、前記チャンネル設定部６０は、前記ネットワーク設定部６１により設定された設定信号、すなわち、シフト制御する順序を示す設定信号に基づき、各記憶素子４３ａ〜４３ｎのそれぞれの出力信号の出力経路（チャンネルともいう）を変更する。

例えば、前記チャンネル設定部６０は、図３１に示すように、入力１を第１サンプルホールド回路４２ａの出力信号だとすると、入力１を、第１アクチュエータ制御指令信号である出力１、あるいは第２アクチュエータ制御指令信号である出力２、あるいは第３アクチュエータ制御指令信号である出力３のいずれかに出力させることが可能である。同じように、前記チャンネル設定部６０は、入力２を第１アクチュエータ制御指令信号である出力１、あるいは第２アクチュエータ制御指令信号である出力２、あるいは第３アクチュエータ制御指令信号である出力３のいずれかに出力させることが可能である。以降、入力３……入力ｎについても同様にいずれかの出力経路（チャンネル）を介して出力させることが可能である。

つまり、前記チャンネル設定部６０においては、出力経路を変更するためのソフトウェアを用いた場合、ネットワーク設定部６１からの設定信号に基づき、図３３に示すように置換行列を用いることにより、チャンネルを変更することができる。

すなわち、置換行列に対する行列演算を用いることで特別な処理を必要とすることなくチャンネル切り替えが可能となる。

なお、図３３に示す置換行列の場合は、図３２に示すような入出力信号のチャンネルとなる。また、図３４には、前記チャンネル設定部６０によりチャンネル設定された一例が示されている。

前記示したように、置換行列を組み合わせる演算を行うことで、任意のチャンネル変更が可能となる。

したがって、本変形例によれば、ネットワーク設定部６１及びチャンネル設定部６０を設けたことにより、入出力信号の出力経路（チャンネル）を任意に設定することができるので、シフトする順序を簡単に且つ容易に変更することが可能となる。

図３５乃至図３８は本発明の実施例４に係り、図３５は基本的なシフト制御を説明するための説明図、図３６は実施例４における相対移動量に基づくシフト制御を説明するための説明図、図３７は実施例４におけるアクチュエータ制御ブロック毎に設けられたサーボ制御コントローラ全体構成を示すブロック図、図３８は図３７の相対移動量変換部の具体的な構成を示すブロック図である。また、図３９は実施例４の変形例１を示し、相対移動量に基づく他のシフト制御を説明するための説明図、図４０は実施例４の変形例２を示し、コントローラ５及びこのコントローラ５の周辺機器における全体構成を示すブロック図である。

本発明の内視鏡装置１は、指定されたリンク部材２１の角度が順次後段側のリンク部材２１にかけてシフト制御するようになっている。ここで、例えば先端側のリンク部材２１ａの角度が４５度であり、この４５度の角度が後段側のリンク部材２１ｂ〜２１ｇにかけて順次シフト制御すると、シフトする角度が４５度である絶対移動量であるのでこの４５の角度が最基端側のリンク部材２１ｇに到達した場合には、湾曲部１４は、図３５に示すような手順で姿勢が変化することになる。つまり、端にシフト制御するのみだと、湾曲部１４は、図３５に示すような姿勢となるように湾曲動作してしまうことになる。したがって、操作を行っている場合にリンクがトグロを巻く形状となり、体腔内においては患者に負担のかかる姿勢となる可能性がある。

そこで、本実施例では、さらに湾曲部１４の湾曲姿勢を考慮して挿入部９の挿入性を高めるために、前記したような絶対移動量の他に、角度をシフトするリンク部材２１の角度の変化量に基づいて得られる相対的な移動量（以下、相対移動量と称す）によってそれぞれのリンク部材２１の角度を制御することも可能である。

具体的には、図３７に示すように、本実施例のサーボ制御コントローラ３６Ａの全体構成は、前記実施例１における図１４に示すブロック構成と略同様であるが、軸選択部４４Ｂと、複数のリンク部材２１に対応する複数記憶素子４３ａ〜４３ｎの出力側にそれぞれ設けられた複数の相対移動量変換部６２ａ〜６２ｎとを設けたことが異なる。

前記軸選択部４４は、前記複数の相対移動量変換部６２ａ〜６２ｎのオン／オフをそれぞれ制御可能である。また、前記軸選択部４４は、前記実施例１と同様の図３５に示すような絶対移動量に基づくシフト制御（以降、絶対移動量シフトモードと称す）を行うリンク部材２１と、後述する相対移動量に基づくシフト制御（以降、相対移動量シフトモードと称す）を行うリンク部材２１とを指定することが可能である。

すなわち、前記軸選択部４４は、前記絶対移動量シフトモードを実行するように指定されたリンク部材２１については、対応する出力経路中の相対移動量変換部６２をオフさせて記憶素子４３からの出力信号をそのままアクチュエータ制御指令信号として出力させる。 一方、前記軸選択部４４は、前記相対移動量シフトモードを実行するように指定されたリンク部材２１については、対応する出力経路中の相対移動量変換部６２をオンさせて記憶素子４３からの出力信号に相対移動量変換処理を施した後、アクチュエータ制御指令信号として出力させる。
前記相対移動量変換部６２は、前記軸選択部４４によってオン／オフ制御されるもので、例えば入力信号であるアクチュエータ制御信号に相対移動量変換処理を施す微分回路である。

図３８に前記相対移動量変換部６２の具体的な構成が示されている。

図３８に示すように、前記相対移動量変換部６２は、記憶素子４３からの指令値信号を取り込み、この指令値信号に対して角度の相対移動量（相対変化量）を求める相対移動量変換回路６３と、この相対移動量変換回路６３の出力信号を一旦記憶して出力する相対移動量記憶部６４と、この相対移動量記憶部６４からの相対移動量を逆方向に変換する変換部６５と、この変換部６５の出力信号を設定されたサンプリング時間にてサンプリングを行い、前記相対移動量変換回路６３にフィードバックするサンプルホールド回路６６と、を有している。

つまり、前記相対移動量変換部６２がオンすることにより、該当するリンク部材２１は、操作指令値信号に基づく角度に回動した後に、その移動した相対移動量（相対変化量）である角度分、逆方向に回動、元の角度に戻るように制御されることになる。

例えば、前記軸選択部４４によって全てのリンク部材２１に対し相対移動量シフトモードが指定されているものとすると、図３７に示す前記相対移動量変換部６２ａ〜６２ｎはオンされることになる。その結果、湾曲部１４は、図３６に示すように、先端側のリンク部材２１ａから前記したように操作指令値信号に基づく角度に回動したのち、元に戻り、そして、この角度が二段側に伝達されると同時に二段目のリンク部材２１ｂについても同様に動作し、以降の後段側のリンク部材２１ｃ〜２１ｇについても順次同様に動作することになる。すなわち、前記湾曲部１４は、あたかも先端側のリンク部材２１ａの角度がそのまま基端側へと移行するように湾曲動作することになる。

したがって、本実施例によれば、前記軸選択部４４により、絶対移動量シフトモードを実行するリンク部材２１と、前記したような相対移動量シフトモードを実行するリンク部材２１とを適宜指定すれば、より目的部材に的した湾曲動作を行うことができるので、より挿入部９の挿入性を向上させることができる。

なお、本実施例では、前記相対移動量変換部６２を改良することにより、図３９の変形例１に示すように、前記湾曲部１４は、あたかも操作指令値信号に基づく角度に回動したリンク部材２１が順次基端側に平行移動するような湾曲動作（ロコモーション動作）を行わせることも可能である。

また、本実施例では、前記湾曲部１４の湾曲動作パターンを実行指示する手段として、ジョイスティックなどの操作指令部７によって操作するのではなく、図４０の変形例２に示すように、入力部７０及びパターン指令値生成部７１を設けて「予め設定された運転パターンによる自動制御」が行えるような構成に構成しても良い。

すなわち、図４０に示すように、変形例２の内視鏡装置１は、さらに、指定された角度をどのような湾曲動作波形にてシフト制御するのかを選択する入力Ｉ／Ｆである入力部７０と、この入力部７０により選択した湾曲動作波形に基づくパターン信号を生成し、図１０に示すＣＰＵ３２に出力するパターン指令値生成部７１と、前記ＣＰＵ３２に接続され、院内の他の操作機器、あるいは院外から遠隔操作するための通信機器に対して通信可能な通信Ｉ／Ｆ７２とを設けている。

例えば、入力部７０によって正弦波を選択すると、前記湾曲部１４は、指定された角度があたかも正弦波のように順次シフトしながら湾曲動作することになる。また、入力部７０によって三角波を選択すると、前記湾曲部１４は、指定された角度があたかも三角形の各辺を沿うように順次シフトしながら湾曲動作することになる。また、入力部７０によって矩形波形を選択すると、恣意された角度があたかも矩形波形のように順次シフトしながら湾曲動作することになる。なお、前記以外の任意の波形を前記入力部７０によって入力しても良い。

このことにより、術者がジョイスティックなどの操作指令部７を操作せずとも、予め、手技に応じて最適な湾曲動作パターンを生成するための湾曲動作波形を選択し設定しておけば、自動的に手技に応じて最適な湾曲動作パターンにて湾曲部１４をシフト制御することが可能となる。よって、より、挿入部９の挿入性を向上できる。

なお、本発明に係る実施例において、マニピュレータを構成する挿入部駆動機構２０を有する湾曲部１４は、内視鏡２の挿入部９に設けられたものとして説明したが、前記湾曲部１４は内視鏡２の挿入部９を挿通させて管腔内に対する挿入部９の挿入を補助する内視鏡挿入補助具の挿入部に設けて構成しても良い。

以上、実施例においては、簡単のため平面動作に関する説明を実施してきたが、内視鏡においては、３次元空間での動作を行うための構成となることは言うまでもない。

本発明は、以上述べた実施例及び変形例のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。

本発明の医療用制御装置を用いて内視鏡装置として構成した場合のシステム構成図。 内視鏡装置の主要構成部分の電気的な構成を示すブロック図。 リンク構造の駆動機構を備えた湾曲部を有する挿入部先端側の斜視図。 リンク構造の駆動機構を備えた湾曲部を有する挿入部先端側の断面図。 駆動機構がモータ及びギアで構成された湾曲部の構成を示す断面図。 図５に示す湾曲部の変形例１の構成を示す断面図。 図５に示す湾曲部の変形例２の構成を示す断面図。 モータとフレシキブルシャフトとの接続構成を示す斜視図。 コントローラ、駆動部及び挿入部駆動機構部を有する主要部部の制御ブロック図。 図９に示す前記指令制御部及びアクチュエータ制御ブロックの具体的な構成を示すブロック図。 アクチュエータ制御ブロックの具体的な構成を示すブロック図。 図１１のサーボ制御コントローラのブロック線図。 実施例１に係るサーボ制御コントローラ内に含まれる運動学演算部を示すブロック図。 アクチュエータ制御ブロック毎に設けられたサーボ制御コントローラ全体構成を示すブロック図。 図１４の制御ブロックのブロック線図。 図１４の制御ブロックの具体的な構成を示すブロック図。 実施例１の変形例１を示すブロック図。 実施例１の変形例２を示すブロック図。 図１８の操作量変化検知部の具体的な構成を示すブロック図。 図１８の操作量変化検知部に不感帯幅設定部を設けた構成を示すブロック図。 実施例２に係るアクチュエータ制御ブロック毎に設けられたサーボ制御コントローラ全体構成を示すブロック図。 図２１の制御ブロックの入出力信号のゲインと周波数との特性を示すグラフ。 図２１の制御ブロックの入出力信号の位相と周波数との特性を示すグラフ。 複素開平面において実軸上の極値と零点値とが虚軸に対して対象に設定した状態を示す図。 複素開平面において正負の実軸上の極値と零点値とが虚軸に対して対象に設定した状態を示す図。 図２１の第１制御ブロックに含まれるフィルタ部を示すブロック図。 実施例２の変形例１を示すブロック図。 実施例２の変形例２を示すブロック図。 本発明の実施例３に係るアクチュエータ制御ブロック毎に設けられたサーボ制御コントローラ全体構成を示すブロック図。 実施例３の変形例を示し、シフト経路を設定する設定手段を備えたサーボ制御コントローラ全体構成を示すブロック図。 図３０のチャンネル設定部により設定可能なチャンネルを説明するための説明図。 チャンネル設定部の入出力信号の一例を示す図。 チャンネル設定部によるチャンネル設定により用いられる置換行列を示す図。 チャンネル設定部により設定されたチャンネル設定例を示す図。 本発明の実施例４に係る基本的なシフト制御を説明するための説明図。また、図３９は実施例４の変形例１を示し、相対移動量に基づく他のシフト制御を説明するための説明図。 実施例４に係る相対移動量に基づくシフト制御を説明するための説明図。 実施例４に係るアクチュエータ制御ブロック毎に設けられたサーボ制御コントローラ全体構成を示すブロック図。 図３７の相対移動量変換部の具体的な構成を示すブロック図。 実施例４の変形例１を示し、相対移動量に基づく他のシフト制御を説明するための説明図。 実施例４の変形例２を示すブロック図。

符号の説明

１…内視鏡装置、
２…内視鏡、
３…光源装置、
４…ビデオプロセッサ、
５…コントローラ、
６…モニタ、
５Ａ…指令制御部、
７…操作指令部、
７ａ…ジョイスティック、
８…設定値指令部、
９…挿入部、
１０…操作部、
１０ｂ…駆動部、
１３…先端部、
１４…湾曲部、
２０…挿入部駆動機構（マニピュレータ）、
２０ａ〜２０ｎ…関節部材、
２１ａ〜２１ｎ…リンク部材、
２２…ジョイントシャフト、
２３…ポテンショメータ、
２４、２５…歯車、
２６…連結ギア、
２７…モータ、
２８…連結歯車、
３０…フレシキブルシャフト、
３１…アクチュエータ制御ブロック、
３１ａ〜３１ｎ…アクチュエータ制御ブロック、
３６Ａ…サーボ制御コントローラ、
３６Ｂ…運動学演算部、
３７…制御指令値出力部、
３７ａ…ドライバ、
３８…センサ、
３９…信号入力部、
３９ａ…検知部、
４０…ＰＤ制御部、
４１、４１ａ〜４１ｎ…制御ブロック、
４２、４２ａ〜４２ｎ…サンプルホールド回路、
４３、４３ａ〜４３ｎ…記憶素子、
４４、４４Ａ、４４Ｂ…軸選択部、
４５…ホールド時間設定部、
４６…オフセット量選択部、
４７、４７Ａ…設定部、
５０…操作量変化検知部、
５１…変化量算出部、
５２…検知レンジ部、
５３…不感帯幅設定部、
５４…フィルタ部、
５５…極・零点設定部、
５５Ａ…極・零点選択部、
５６…オフセット選択部、
５７…軸選択設定部、
６０…チャンネル設定部
６１…ネットワーク設定部、
６２、６２ａ〜６２ｎ…相対移動量変換部、
６３…相対移動量変換回路、
６４…相対移動量記憶部、
６５…変換部、
７０…入力部、
７１…パターン指令値生成部。

Claims (7)

1. 被検体内に挿入される挿入部の先端側に、複数のリンク部材がそれぞれ回動自在に連設された湾曲部を有する医療用具と、
   前記複数のリンク部材をそれぞれ回動させて前記湾曲部を湾曲動作させるための駆動手段と、
   前記複数のリンク部材の内、前記挿入部の最も先端側のリンク部材と前記最も先端側のリンク部材に連結するリンク部材との空間における角度を指定する指定手段と、
   前記最も先端側のリンク部材と前記最も先端側のリンク部材に連結するリンク部材との空間における角度が、前記先端側から基端側に向かって順次隣り合うリンク部材のなす角度になるように移行しながら前記複数のリンク部材を回動させるように前記駆動手段を制御する制御手段と、
   を具備し、
   前記最も先端側のリンク部材と前記最も先端側のリンク部材に連結するリンク部材との空間における角度を、前記先端側から基端側に向かって順次隣り合うリンク部材のなす角度になるように移行するそれぞれの移行時間を変更する時間変更手段を有していることを特徴とする医療用制御装置。
2. 前記時間変更手段は、前記最も先端側のリンク部材と前記最も先端側のリンク部材に連結するリンク部材との空間における角度に前記最も先端側のリンク部材を回動させるための指令信号の位相を遅らすことによって、この指令値信号を前記最も先端側のリンク部材に連結する基端側の複数のリンク部材に対し順次移行するそれぞれの移行時間を変更することを特徴とする請求項１に記載の医療用制御装置。
3. 前記指定手段により指定された前記最も先端側のリンク部材と前記最も先端側のリンク部材に連結するリンク部材との空間における角度を順次移行するリンク部材を選択する選択手段を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の医療用制御装置。
4. 前記制御手段は、前記最も先端側のリンク部材と前記最も先端側のリンク部材に連結するリンク部材との空間における角度を移行した所定時間後に、逆方向となるように前記複数のリンク部材をそれぞれ回動させるように駆動手段を制御することを特徴とする請求項請求項１−３のいずれか一項に記載の医療用制御装置。
5. 前記医療用具は、前記挿入部の先端側に前記湾曲部を有する内視鏡であることを特徴とする請求項１−４のいずれか一項に記載の医療用制御装置。
6. 被検体内に挿入される挿入部の先端側に、複数のリンク部材がそれぞれ回動自在に連設された湾曲部を有する医療用具と、
   前記複数のリンク部材をそれぞれ回動させて前記湾曲部を湾曲動作させるための駆動手段と、
   前記複数のリンク部材の内、前記挿入部の最も先端側のリンク部材と前記最も先端側のリンク部材に連結するリンク部材との空間における角度を指定する指定手段と、
   前記最も先端側のリンク部材と前記最も先端側のリンク部材に連結するリンク部材との空間における角度が、前記先端側から基端側に向かって順次隣り合うリンク部材のなす角度になるように移行しながら前記複数のリンク部材を回動させるように前記駆動手段を制御する制御手段と、
   を具備し、
   前記制御手段は、前記最も先端側のリンク部材と前記最も先端側のリンク部材に連結するリンク部材との空間における角度を移行した所定時間後に、逆方向となるように前記複数のリンク部材をそれぞれ回動させるように駆動手段を制御することを特徴とする医療用制御装置。
7. 被検体内に挿入される挿入部の先端側に、複数のリンク部材がそれぞれ回動自在に連設された湾曲部を有する医療用具と、
   前記複数のリンク部材をそれぞれ回動させて前記湾曲部を湾曲動作させるための駆動手段と、
   前記複数のリンク部材の内、前記挿入部の最も先端側のリンク部材と前記最も先端側のリンク部材に連結するリンク部材との空間における角度を指定する指定手段と、
   前記最も先端側のリンク部材と前記最も先端側のリンク部材に連結するリンク部材との空間における角度が、前記先端側から基端側に向かって順次隣り合うリンク部材のなす角度になるように移行しながら前記複数のリンク部材を回動させるように前記駆動手段を制御する制御手段と、
   を具備し、
   前記医療用具は、前記挿入部の先端側に前記湾曲部を有する内視鏡であることを特徴とする医療用制御装置。

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