JP5963981B2 - 挿入装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転自走式の挿入装置に関する。

回転自走式等と呼ばれる挿入装置が知られている。回転自走式の挿入装置の挿入部の周囲には、スパイラルフィンと呼ばれる回転可能な螺旋状の凸部を有する回転筒体が設けられている。このような回転自走式の挿入装置は、回転筒体の回転によって管腔内を自走する。これにより、管腔内への挿入装置の挿入が補助される。この種の回転自走式の挿入装置は、日本国特開２００８−９３０２９号公報等に示されるような内視鏡システムに用いられている。

例えば、内視鏡システムの場合、回転筒体を回転させるための動力は、挿入装置の操作部に設けられたモータによって得られる。そして、モータで発生した動力は、挿入部内に設けられたトルクシャフトを介して回転筒体に伝達される。これによって回転筒体が回転する。

挿入装置が管腔に挿入されている間には、回転筒体によって管腔に無理な回転力が付与されてしまうことがある。このような無理な回転力の付与は防止されることが望ましい。このような回転力の付与を防止するためには、モータを停止させることが考えられる。しかしながら、頻繁にモータが停止してしまうことは望ましくない。

本発明は、前記の事情に鑑みてなされたもので、管腔への無理な回転力の付与を停止させるための処理の必要なタイミングを適切に判定することが可能な挿入装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明の一態様の挿入装置は、基端側から先端側に向かう長手軸に沿って形成された挿入部と、前記挿入部の長手軸回りに回転自在に設けられ、前記挿入部の長手軸に沿って螺旋状に設けられたスパイラルフィンを有する回転筒体と、前記回転筒体を回転させるモータと、前記モータを駆動するためのモータ電流を供給して前記モータの駆動を制御するモータ制御部と、前記モータが起動後、所定期間内の前記モータ電流の平均値を算出する移動平均算出部と、前記移動平均算出部の算出結果を前記モータの起動時を除くタイミングで所定のトルクリミット設定値と比較することにより、前記モータのトルクが限界状態にあるか否かを判定するトルクリミット判定部とを具備する。

本発明によれば、管腔への無理な回転力の付与を停止させるための処理の必要なタイミングを適切に判定することが可能な挿入装置を提供することができる。

図１は、本発明の各実施形態に係る挿入装置の一例としての内視鏡システムの構成の概略を示す図である。 図２は、コントローラの構成を示すブロック図である。 図３は、移動平均算出部の回路例を示す図である。 図４は、挿入装置のモータ制御の動作を示すフローチャートである。 図５Ａは、トルクの状態の表示例を示す第１図である。 図５Ｂは、トルクの状態の表示例を示す第２図である。 図５Ｃは、トルクの状態の表示例を示す第３図である。 図５Ｄは、トルクの状態の表示例を示す第４図である。 図６は、トルクリミット判定領域について示す図である。 図７は、第２の実施形態を説明するためのコントローラとモータとを表すブロック線図である。 図８Ａは、伝達特性の切り替えについて示す第１図である。 図８Ｂは、伝達特性の切り替えについて示す第２図である。 図９は、伝達特性の切り替え後の系をダイナミカルアナロジー的に表した図である。 図１０は、モータ制御部の機能を示すブロック図である。 図１１は、トルクリミットがかけられたときのトルクの減衰挙動を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
［第１の実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の各実施形態に係る挿入装置１の一例としての内視鏡システムの構成の概略を示す図である。この図に示すように、挿入装置１は、内視鏡１００と、コントローラ２００と、モニタ３１０と、入力部３６０とを有する。内視鏡１００は、回転自走式の内視鏡であって、生体内に挿入されるように構成された細長形状をした挿入部１１０を備える。また、内視鏡１００は、内視鏡１００の各種操作を行うための操作部１６０を備える。操作部１６０は、使用者によって保持される。ここでは、挿入部１１０の先端の側を先端側と称し、操作部１６０の側を基端側と称することにする。また、挿入部１１０の先端側から基端側に沿った方向を長手方向とする。内視鏡１００の操作部１６０とコントローラ２００とは、ユニバーサルケーブル１９０によって接続されている。

挿入部１１０は、先端硬性部１１２と、湾曲部１１４と、蛇管部１１６とを有している。先端硬性部１１２は、挿入部１１０の最先端の部分であり、湾曲しないような構成を有している。湾曲部１１４は、先端硬性部１１２の基端側に形成されている部分であり、操作部１６０に設けられた図示しない操作ノブの回転に応じて能動的に湾曲するように構成されている。蛇管部１１６は、湾曲部１１４の基端側に形成されている部分であり、外力によって受動的に湾曲する。

先端硬性部１１２には、撮像素子１２０が設けられている。撮像素子１２０は、挿入部１１０の例えば先端側の被写体像に基づく画像信号を生成する。撮像素子１２０で取得された画像信号は、挿入部１１０及びユニバーサルケーブル１９０を通る撮像信号用信号線１２２を介してコントローラ２００に送信される。

挿入部１１０の蛇管部１１６には、操作部１６０に内蔵されたモータ１５０の駆動力を伝達するためのパワーユニット１３０が取付けられている。パワーユニット１３０は、回転筒体であるベースチューブ１３２を有している。ベースチューブ１３２は、蛇管部１１６の長手軸回りに回転可能に装着される。ベースチューブ１３２は、蛇管部１１６から取り外し可能に構成されていても良い。ベースチューブ１３２の外周面にはスパイラルフィン１３４が設けられている。スパイラルフィン１３４は、ベースチューブ１３２の長手軸を中心とする螺旋状に設けられている。

また、ベースチューブ１３２は、操作部１６０に設けられたアクチュエータとしてのモータ１５０に、ギヤボックス１４４内のギヤ及びトルクシャフト１４６を介して接続されている。モータ１５０は、操作部１６０及びユニバーサルケーブル１９０を通るアクチュエータ電流信号用信号線１５６を介してコントローラ２００に接続されている。

入力部３６０を用いた操作によってモータ１５０が動作すると、その駆動力はギヤボックス１４４内のギヤ及びトルクシャフト１４６によって伝達される。その結果、ベースチューブ１３２は長手軸回りに回転する。このベースチューブ１３２の回転に伴ってスパイラルフィン１３４も回転する。

スパイラルフィン１３４が例えば管腔壁といった壁部に接した状態で、スパイラルフィン１３４が回転すると、挿入部１１０を自走させるような推進力が発生する。例えば小腸や大腸においては、小腸や大腸の内壁に存在する襞をスパイラルフィン１３４が手繰りよせることによって挿入部１１０に推進力が作用する。この推進力によって挿入部１１０が自走する。挿入部１１０が自走することにより、使用者による挿入部１１０の挿入作業及び抜去作業が補助される。なお、以下の説明においては、挿入部１１０を先端側に自走させるモータ１５０の回転方向を正転方向とし、挿入部１１０を基端側に自走させるモータ１５０の回転方向を逆転方向とする。

モータ１５０には、インクリメンタルエンコーダ１５２が設けられている。インクリメンタルエンコーダ１５２は、モータ１５０の回転速度に応じた電気信号（エンコーダ信号）を生成し、生成したエンコーダ信号を、ユニバーサルケーブル１９０を通る図示しない信号線を介してコントローラ２００に出力する。

モニタ３１０は、例えば液晶ディスプレイといった一般的な表示素子である。モニタ３１０は、コントローラ２００の制御下で、例えば撮像素子１２０で得られた画像信号に基づく内視鏡画像を表示する。

入力部３６０は、例えばフットスイッチを含む。フットスイッチは、右足用ペダル３６２と左足用ペダル３６４とを含む。右足用ペダル３６２は、使用者によって踏まれることにより、モータ１５０を正転させる指示信号を発する。また、左足用ペダル３６４は、使用者によって踏まれることにより、モータ１５０を逆転させる指示信号を発する。また、右足用ペダル３６２及び左足用ペダル３６４は、それぞれ、使用者のペダルの踏み込みの強さに応じた大きさの信号を発生させるように構成されている。そして、モータ１５０は、右足用ペダル３６２又は左足用ペダル３６４の踏み込みに応じた速度で正転又は逆転するように構成されている。

コントローラ２００は、挿入装置１の各部の制御を行う。図２は、コントローラ２００の構成を示すブロック図である。コントローラ２００は、カレントループインターフェース（Ｉ／Ｆ）２０２と、ＣＰＵ２０４と、モータドライバ２０６と、リレー２０８と、エンコーダＩ／Ｆ２１０と、モータ電流Ｉ／Ｆ２１２と、シリアルＩ／Ｆ２１４と、画像信号Ｉ／Ｆ２１６と、シリアルＩ／Ｆ２１８とを有している。

カレントループＩ／Ｆ２０２は、入力部３６０で生成された指示信号をカレントループ方式でＣＰＵ２０４のＬＰＦ２０４１に伝送するためのシリアルインターフェースである。

ＣＰＵ２０４は、入力部３６０からの指示信号及びインクリメンタルエンコーダ１５２からのエンコーダ信号を受けてモータドライバ２０６を駆動制御する。また、ＣＰＵ２０４は、撮像素子１２０からの画像信号を処理し、処理された画像信号に基づく画像をモニタ３１０に表示させる。このようなＣＰＵ２０４の詳細については後で説明する。

モータドライバ２０６は、ＣＰＵ２０４のモータ制御部２０４２から供給されるモータ電流に基づいてモータ１５０を駆動させる。モータドライバ２０６は、例えばドライバアンプ回路によって構成されている。なお、モータドライバ２０６は、ＰＷＭ制御によってモータ１５０を駆動させるように構成されていても良い。

リレー２０８は、モータドライバ２０６とモータ１５０との間に設けられており、モータ制御部２０４２からのリレー切替信号に基づいてモータドライバ２０６とモータ１５０との間、すなわちコントローラ２００とモータ１５０との間を電気的導通状態又は電気的遮断状態にする。

エンコーダＩ／Ｆ２１０は、インクリメンタルエンコーダ１５２で生成されたエンコーダ信号をモータ制御部２０４２に伝送するためのインターフェースである。モータ電流Ｉ／Ｆ２１２は、モータ１５０に供給されているモータ電流をＣＰＵ２０４の電流データ変換部２０４３に伝送するためのインターフェースである。シリアルＩ／Ｆ２１４は、ＣＰＵ２０４のＶＦＧ（ビジュアルフォースゲージ）データ変換部２０４７で得られたＶＦＧデータをモニタ３１０に伝送するためのシリアルインターフェースである。ＶＦＧデータは、モニタ３１０にモータ電流値の変化量を視覚的に視認可能な様に提示するデータである。ＶＦＧデータは、例えばモニタ３１０の観察画像画面の近傍に観察画像に重畳される構成になっている。シリアルＩ／Ｆ２１４は、ＣＰＵ２０４の画像処理部２０４９で処理された画像信号をモニタ３１０に伝送するためのシリアルインターフェースである。

次に、ＣＰＵ２０４の詳細を説明する。図２に示すように、ＣＰＵ２０４は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０４１と、モータ制御部２０４２と、電流データ変換部２０４３と、移動平均算出部２０４４と、トルクリミット判定部２０４５と、ＬＰＦ２０４６と、ＶＦＧ（ビジュアルフォースゲージ）データ変換部２０４７と、ＶＦＧデータルックアップテーブル２０４８と、画像処理部２０４９とを有している。

ＬＰＦ２０４１は、カレントループＩ／Ｆ２０２を介して入力される入力部３６０からの指示信号における高周波ノイズを取り除くためのローパスフィルタ処理を行う。

モータ制御部２０４２は、モータ１５０をＰＩ（比例・積分）速度制御する。すなわち、モータ制御部２０４２は、指示信号に応じた速度でモータ１５０が回転するようにモータ電流指令値を生成し、生成したモータ電流をモータドライバ２０６に入力する。具体的には、モータ制御部２０４２は、ＬＰＦ２０４１を介して入力される指示信号とエンコーダＩ／Ｆ２１０を介して入力されるエンコーダ信号との差信号に基づいてモータ電流指令値を生成し、生成したモータ電流をモータドライバ２０６に入力する。また、モータ制御部２０４２は、トルクリミット判定部２０４５の判定結果に従ってリレー２０８の状態を制御する。

電流データ変換部２０４３は、モータ電流Ｉ／Ｆ２１２を介して入力されるモータ電流を、所定のサンプリング期間毎に取り込み、取り込んだモータ電流の値を移動平均算出部２０４４及びＶＦＧデータ変換部２０４７で利用可能なスケールに変換する。

移動平均算出部２０４４は、電流データ変換部２０４３で取り込まれたモータ電流の所定期間内の平均値（モータ電流の移動平均）を算出する。図３は、移動平均算出部２０４４の回路例である。図３に示すように、移動平均算出部２０４４は、入力端子ＩＮと、Ｎ個の遅延器Ｄ１、Ｄ２、…、ＤＮと、加算器Ａと、ゲイン器Ｇと、出力端子ＯＵＴとを有している。ここで、Ｎは、サンプリング数を示す自然数である。Ｎは、２以上であれば特に限定されない。

入力端子ＩＮには、電流データ変換部２０４３で取り込まれたモータ電流のデータが入力される。遅延器Ｄ１〜ＤＮは、それぞれ、入力端子ＩＮを介して入力されたモータ電流のデータを１サンプリング期間ずつ遅らせる。遅延器Ｄ１〜ＤＮにより、サンプリング期間Ｎの時点でＮ個のモータ電流のデータが同時に加算器Ａに入力される。加算器Ａは、入力されたＮ個のモータ電流のデータを加算する。ゲイン器Ｇは、加算器Ａの出力（Ｎ個のモータ電流のデータの総和）に１／Ｎのゲインをかけることで移動平均を算出する。このような構成により、出力端子ＯＵＴからは、ゲイン器Ｇで得られた移動平均の値が出力される。

トルクリミット判定部２０４５移動平均算出部２０４４で得られた移動平均の値を所定の電流閾値であるトルクリミット設定値と比較することによって、モータ１５０にトルクリミットをかけるか否かを判定し、判定結果を示す信号をモータ制御部２０４２に入力する。ここで、トルクリミットとは、モータ１５０のトルクを抑制する処理のことを言う。

ＬＰＦ２０４６は、電流データ変換部２０４３から入力されるモータ電流のデータに対してローパスフィルタ処理を行う。ＶＦＧデータ変換部２０４７は、ＶＦＧデータルックアップテーブル２０４８を参照して、ＬＰＦ２０４６から入力されるモータ電流のデータをＶＦＧデータに変換する。ＶＦＧデータルックアップテーブル２０４８は、モータ電流のデータとＶＦＧデータとを対応付けたルックアップテーブルである。ＶＦＧデータは、モータ電流の大きさ、すなわちモータ１５０のトルクの大きさを使用者に認知させるための表示用データである。

画像処理部２０４９は、画像信号Ｉ／Ｆ２１６を介して入力された画像信号に対して画像処理を施す。また、画像処理部２０４９は、処理した画像信号をシリアルＩ／Ｆ２１８を介してモニタ３１０に入力することでモニタ３１０に内視鏡画像を表示させる。

以下、第１の実施形態に係る挿入装置１の動作を説明する。図４は、挿入装置１のモータ制御の動作を示すフローチャートである。図４の処理は、例えば挿入装置１の電源がオンされたときに開始される。なお、図４の処理と平行して撮像素子１２０で得られた画像信号に基づく内視鏡画像をモニタ３１０に表示させる処理等が行われる。

ステップＳ１０１において、モータ制御部２０４２は、フットスイッチが踏まれているか、すなわち、入力部３６０からの指示信号の入力があるか否かを判定する。ステップＳ１０１においてフットスイッチが踏まれていないと判定された場合に、処理はステップＳ１０２に移行する。ステップＳ１０２において、モータ制御部２０４２は、モータ１５０を停止させる。例えば、モータ制御部２０４２は、モータ電流の供給を停止させる。その後、処理はステップＳ１１２に移行する。ステップＳ１０２の処理では、ＰＩ速度制御によるフィードバック制御がされながらモータ１５０が停止する。これにより、モータ１５０の回転位置は、停止指示がされた時点の回転位置に維持される。

ステップＳ１０１においてフットスイッチが踏まれたと判定された場合に、処理はステップＳ１０３に移行する。ステップＳ１０３において、モータ制御部２０４２は、現在、モータ１５０の起動中であるか否かを判定する。ここでの起動中とは、挿入装置１の電源がオンされている状態等のモータ１５０が停止中でない状態を言うものとする。

ステップＳ１０３において、現在、モータ１５０の起動中でなかったと判定された場合、処理はステップＳ１０４に移行する。ステップＳ１０４において、モータ制御部２０４２は、コントローラ２００とモータ１５０との間を導通状態にするようにリレー２０８にリレー切替信号を入力する。ステップＳ１０５において、モータ制御部２０４２は、モータドライバ２０６に指示信号に応じたモータ電流を供給してモータ１５０の起動を開始させる。その後、処理はステップＳ１１２に移行する。

ステップＳ１０３において、現在、モータ１５０の起動中であると判定された場合、処理はステップＳ１０６に移行する。ステップＳ１０６において、移動平均算出部２０４４は、モータ電流Ｉ／Ｆ２１２及び電流データ変換部２０４３を介して、モータ１５０に供給されているモータ電流のデータを取得する。そして、ステップＳ１０７において、移動平均算出部２０４４は、直近のＮ個のモータ電流のデータの平均値である移動平均を算出する。その後、ステップＳ１０８において、トルクリミット判定部２０４５は、モータ１５０にトルクリミットをかけるか否かを判定する。この判定は、移動平均がトルクリミット設定値を超えているか否かを判定することにより行われる。なお、Ｎ個のモータ電流のデータが取得されていない場合には、ステップＳ１０７の処理は省略される。また、このとき、ステップＳ１０８では、トルクリミットをかけないと判定される。

ステップＳ１０８において、トルクリミットをかけないと判定された場合、すなわち移動平均がトルクリミット設定値を超えていないと判定された場合には、処理はステップＳ１０９に移行する。ステップＳ１０９において、モータ制御部２０４２は、エンコーダＩ／Ｆ２１０を介してインクリメンタルエンコーダ１５２からエンコーダ信号を取得する。そして、ステップＳ１１０において、モータ制御部２０４２は、ＰＩ速度制御を行う。すなわち、モータ制御部２０４２は、指示信号とエンコーダ信号との差異が小さくなるようにＰＩ制御によってモータ電流指令値を生成する。その後、処理はステップＳ１１２に移行する。

ステップＳ１０８において、トルクリミットをかけると判定された場合には、処理はステップＳ１１１に移行する。ステップＳ１１１において、モータ制御部２０４２は、コントローラ２００とモータ１５０との間を切断状態にするように、リレー２０８にリレー切替信号を入力する。これにより、モータ１５０への電流供給が断たれてモータ１５０は停止する。その後、処理はステップＳ１１２に移行する。ステップＳ１１１の処理では、リレー２０８によってモータ１５０がコントローラ２００から切断されるのでモータ１５０の回転位置を維持させるようなフィードバック制御はされない。すなわち、モータ１５０は、外力に対してフリーな状態となる。

ステップＳ１１２において、ＶＦＧデータ変換部２０４７は、モータ電流のデータに対応したＶＦＧデータをＶＦＧデータルックアップテーブル２０４８から取得し、取得したＶＦＧデータをモニタ３１０に入力する。モニタ３１０は、入力されたＶＦＧデータに基づいて現在のモータ１５０のトルクの状態を表示する。

図５Ａ〜図５Ｄは、トルクの状態の表示例を示す図である。図５Ａ〜図５Ｄは、トルクの大きさをレベルメータで表示する例である。すなわち、この例では、モータ１５０が回転していないことを示す「０」を中心として、右方向（ＦＯＲＷＡＲＤ）及び左方向（ＢＡＣＫＷＡＲＤ）に沿って例えば１５段階の目盛が設定されている。ここで、「ＦＯＲＷＡＲＤ」は、モータ１５０が正転していることを示す。また、「ＢＡＣＫＷＡＲＤ」は、モータ１５０が逆転していることを示す。使用者は、どの方向の目盛が何個点灯しているかを見ることによって、現在のモータ１５０の状態を知ることができる。

例えば、図５Ａは、モータ１５０にモータ電流が供給されていないとき、例えばフットスイッチの踏み込み量がモータ１５０を駆動させるまでには至っていないときの表示例である。このとき、「０」の位置の目盛のみが点灯される。これにより、使用者は、モータ１５０が回転していないことを知ることができる。また、図５Ｂは、フットスイッチの右足用ペダル３６２が踏み込まれたときの表示例である。このとき、モータ電流の大きさに応じて「ＦＯＲＷＡＲＤ」の方向の目盛が点灯される。これにより、使用者は、モータ１５０がどの程度のトルクで正転しているかを知ることができる。また、図５Ｃは、フットスイッチの左足用ペダル３６４が踏み込まれたときの表示例である。このとき、モータ電流の大きさに応じて「ＢＡＣＫＷＡＲＤ」の方向の目盛が点灯される。これにより、使用者は、モータ１５０がどの程度のトルクで逆転しているかを知ることができる。さらに、図５Ｄは、トルクリミットをかけるべきときの表示例である。このとき、それまで回転していた方向の全目盛（例えば図５Ｄは正転方向）が点滅表示される。これにより、使用者は、トルクリミットがかかったことを知ることができる。

なお、本実施形態では、モニタ３１０にトルクの状態を表示させるようにしている。これに対し、モニタ３１０とは別の表示素子にトルクの状態を表示させるようにしても良い。

ここで、図４の説明に戻る。トルク状態の表示後、ステップＳ１１３において、モータ制御部２０４２は、使用者によって挿入装置１の電源がオフされたか否かを判定する。ステップＳ１１３において、挿入装置１の電源がオフされていないと判定された場合に、処理はステップＳ１０１に戻る。ステップＳ１１３において、挿入装置１の電源がオフされたと判定された場合に、図４の処理が終了する。

以上説明したように本実施形態では、モータ電流の平均値である移動平均に基づいてトルクリミットをかけるべきか否かを判定するようにしている。移動平均とトルクリミット設定値とを比較することにより、図６に示すような、モータ電流が連続してトルクリミット設定値を超えているトルクリミット判定領域１の期間だけでなく、モータ電流がトルクリミット設定値の付近で振動的に変化するトルクリミット判定領域２の期間も判定することができる。例えば、スパイラルフィン１３４の回転によって管腔に無理な回転力が付与されている場合、モータ１５０のトルクの上昇は、比較的長時間継続すると考えられる。すなわち、本実施形態では、モータ電流の平均値である移動平均に基づいてトルクリミットをかけるべきか否かを判定することにより、スパイラルフィン１３４の回転によって管腔に無理な回転力が付与されているような期間を適切に判定することができる。

また、モータ電流の瞬時値とトルクリミット設定値との比較をしていないので、例えば一瞬だけトルクの上昇が判定されたときにはモータ１５０は停止されない。これにより、頻繁にモータ１５０が停止してしまうことが防止される。また、図６に示すように、モータ１５０の起動時には瞬間的に大きなモータ電流を流す必要がある。本実施形態では、モータ１５０の起動時にはトルクリミットの判定が行われないようにすることで、モータ１５０を正しく起動させることができるようにしている。

なお、本実施形態ではモータ電流の平均値を算出してトルクリミットをかけるべきか否かを判定するようにしている。これに対し、例えばモータ電流の二乗平均値、すなわち実効値を算出してトルクリミットをかけるべきか否かを判定するようにしても良い。

また、本実施形態では、トルクリミットと判定されたときの処理として、モータ１５０をリレー２０８によってコントローラ２００から切断するようにしている。前述したように、通常のモータ１５０の停止処理では、モータ１５０の現在の回転位置を維持するようなフィードバック制御がされる。この場合、例えばスパイラルフィン１３４が管腔に接触している状況下では、管腔に無理な力が付与されたままでモータ１５０が停止されてしまう可能性がある。これに対し、本実施形態では、モータ１５０を外力に対してフリーの状態にすることにより、管腔に付与されている力を無くすことができる。

なお、本実施形態では、リレー２０８によってモータ１５０がコントローラ２００から切断された場合、その後のステップＳ１０１において、フットスイッチの再度の踏み込みが確認された場合に、モータ１５０とコントローラ２００との間が導通状態となってモータ１５０の駆動が再開される。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、リレー２０８を用いずに第１の実施形態と同様の効果を得ることができるようにしたものである。なお、挿入装置１の構成は、リレー２０８が不要であることを除けば、図１から図３で示したものが適用される。したがって、詳細な説明は省略する。また、モータ制御の動作も、ステップＳ１０４及びステップＳ１０８におけるリレー２０８の切り替えが以下で説明する動作に置き換わるだけである。

第１の実施形態において説明したように、コントローラ２００（モータ制御部２０４２）は、ＰＩ速度制御によってモータ１５０を駆動する。このとき、コントローラ２００とモータ１５０とは、図７に示すようなブロック線図として表すことができる。ここで、図７の（１）は入力部からの指令値であり、（２）はモータの回転速度を示す。また、（３）はモータの軸にかかる負荷が印加される事を示している。

前述したように、トルクリミットをかけないと判定された場合、モータ制御部２０４２は、フットスイッチの踏み込み量にモータ１５０の回転速度を追従させるように、すなわち指示信号とエンコーダ信号との差が小さくなるようにＰＩ速度制御を行う。このようなＰＩ速度制御は、入力部３６０からモータ１５０を見たときの伝達特性、すなわち図７の（１）から（２）を見たときの伝達特性を、図８Ａの破線で示すようなローパスフィルタ特性とすることで行うことができる。なお、このとき、挿入部１１０の回転筒体であるベースチューブ１３２からモータ１５０を見たときの伝達特性は、図７の（３）から（２）を見たときの伝達特性であって、図８Ａの実線で示すようなハイパスフィルタ特性となっている。

ここで、第１の実施形態では、トルクリミットをかけるべきであると判定された場合、リレー２０８によってコントローラ２００とモータ１５０との間を切断状態とするようにしている。これに対し、本実施形態では、トルクリミットをかけるべきであると判定された場合には、モータ制御部２０４２は、ベースチューブ１３２からモータ１５０を見たときの伝達特性を、図８Ｂで示すようなローパスフィルタ特性としてＰＩ速度制御を行う。伝達特性をローパスィルタ特性に切り替えることにより、ベースチューブ１３２からモータ１５０を見たときの系は、図９に示すようなバネ定数Ｋのバネと減衰定数Ｄのダンパとを有する機械と同じ特性で動作することになる。

伝達特性の切り替えは、モータ制御部２０４２における比例ゲインと積分ゲインとをそれぞれ切り替えることによって行われる。図１０は、モータ制御部２０４２の機能を示すブロック図である。図１０に示すように、モータ制御部２０４２は、入力部３６０からの指示信号とインクリメンタルエンコーダ１５２からの差分信号に比例ゲインＫｐをかけたものと積分ゲインＫＩ／ｓ（ｓはラプラス演算子）をかけたものの和をモータ電流の指示信号として出力するように構成されている。このような構成において、トルクリミットをかけない場合には、トルクリミットをかけない場合の、すなわち図７の（１）から（２）を見たときの伝達特性をローパスフィルタ特性とするための比例ゲインＫＰｎ及び積分ゲインＫＩｎが用いられる。一方、トルクリミットをかける場合には、図７の（１）から（２）を見たときの伝達特性をローパスフィルタ特性とするための比例ゲインＫＰｔ及び積分ゲインＫＩｔが用いられる。これらの比例ゲイン及び積分ゲインは、予めモータ制御部２０４２に記憶されているものである。

このような伝達特性の切り替えにより、トルクリミットがかけられたときのトルクの減衰挙動は、図１１に示すような特性となる。すなわち、図１１の特性は、時間変化に伴って順次トルクが減少していき、ある時点でトルクがゼロ、すなわちモータ１５０が停止状態となる特性である。なお、図１１の減衰曲線の時定数は、以下の式で表される。なお、以下の式のｓはラプラス演算子である。また、Ｋはバネ定数である。Ｄはダンパの減衰定数である。

以上説明したように本実施形態によれば、モータ制御部２０４２による伝達特性の切り替えによって、ベースチューブ１３２からモータ１５０を見たときの伝達特性をローパスフィルタ特性とするようにしている。これにより、例えばスパイラルフィン１３４が管腔に接触している状況下における管腔からの反作用による外力Ｆは、バネ・ダンパ特性を有することになるモータ１５０等の挙動によって吸収される。このようにして第１の実施形態と同様に管腔に付与されている力を無くすことができる。

また、第１の実施形態のようにモータ１５０をフリーの状態にしていないので、モータ１５０をフリーにした後のモータ１５０の回転によって生じる不必要な回生電力が生じることがない。

Claims (4)

1. 基端側から先端側に向かう長手軸に沿って形成された挿入部と、
   前記挿入部の長手軸回りに回転自在に設けられ、前記挿入部の長手軸に沿って螺旋状に設けられたスパイラルフィンを有する回転筒体と、
   前記回転筒体を回転させるモータと、
   前記モータを駆動するためのモータ電流を供給して前記モータの駆動を制御するモータ制御部と、
   前記モータが起動後、所定期間内の前記モータ電流の平均値を算出する移動平均算出部と、
   前記移動平均算出部の算出結果を前記モータの起動時を除くタイミングで所定のトルクリミット設定値と比較することにより、前記モータのトルクが限界状態にあるか否かを判定するトルクリミット判定部と、
   を具備する挿入装置。
2. 前記モータ制御部と前記モータとの間に設けられたリレーをさらに具備し、
   前記モータ制御部は、前記モータ電流の移動平均が前記トルクリミット設定値を超えていると判定された場合に、前記リレーによって前記モータへの電流供給を遮断することによって前記モータを停止させる請求項１に記載の挿入装置。
3. 前記モータ制御部は、前記モータ電流の移動平均が前記トルクリミット設定値を超えていると判定された場合に、前記回転筒体から前記モータを見たときの伝達特性をローパスフィルタ特性とするように前記モータの駆動の制御を切り替えることによって前記モータを停止させる請求項１に記載の挿入装置。
4. 前記モータの駆動指示をするための入力部をさらに具備し、
   前記モータ制御部は、前記モータの停止後、前記入力部によって前記モータの駆動指示がされた場合に、前記モータを起動させるように制御する請求項２又は３に記載の挿入装置。

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