JP6701232B2 - マニピュレータシステムとその駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、マニピュレータシステムとその駆動方法に関するものである。

従来、マニピュレータの関節に光ファイバセンサを配置し、光ファイバセンサの曲げに関する情報と運動学的なモデルに関する情報とを基に、マニピュレータの運動学的な形状情報、すなわち、マニピュレータの関節角度に関する情報を出力する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

米国特許第７７２０３２２号明細書

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、低侵襲化のために細径化が求められるマニピュレータの先端部に光ファイバセンサを搭載するスペースが必要なため、マニピュレータの先端部の細径化が妨げられ、低侵襲化の実現が困難になるという問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、マニピュレータを含む挿入部の細径化を図りつつ、マニピュレータの操作性を向上することができるマニピュレータシステムおよびその駆動方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の第１態様は、可撓性を有し、長手方向に貫通するルーメンを有するチューブ部材と、該チューブ部材の前記ルーメンに挿脱可能に挿入されて、該ルーメンの形状を検出可能な可撓性を有する形状センサと、該形状センサに代えて、前記ルーメン内に挿入可能な可撓性を有するマニピュレータと、前記形状センサにより検出された前記ルーメンの形状に基づいて、前記マニピュレータを制御する制御パラメータを更新し、更新された前記制御パラメータに基づいて、前記マニピュレータを制御する制御部とを備えるマニピュレータシステムである。

本態様によれば、ルーメン内に形状センサを挿入したチューブ部材を体腔内に挿入していくと、チューブ部材および形状センサが体腔の形状に倣って湾曲する。チューブ部材の先端を処置の目的部位近傍に配置すると、チューブ部材のルーメンの形状が形状センサによって検出される。その後、ルーメン内から形状センサを抜き去り、これに代えてマニピュレータをルーメン内に挿入していくと、マニピュレータがルーメンの形状に倣って湾曲し、先端が目的部位に到達する。

この場合において、マニピュレータの湾曲形状はルーメンの湾曲形状と等しく、ルーメンの湾曲形状は形状センサにより予め検出されているので、制御部はマニピュレータの湾曲形状に合わせて適正な制御を行うことができる。また、形状センサとマニピュレータをチューブ部材のルーメン内に交互に挿入することで、チューブ部材にこれら形状センサとマニピュレータの２本分を挿入可能なスペースを確保しなくて済む。
したがって、マニピュレータやチューブ部材の細径化を図りつつ、マニピュレータの操作性を向上することができる。

上記態様においては、前記マニピュレータが、細長い軟性部と、該軟性部の先端に設けられた可動部と、前記軟性部の基端に設けられ前記可動部を駆動する駆動部と、前記可動部と前記駆動部とを接続する張力伝達部材とを備え、前記制御部が前記駆動部を制御することとしてもよい。

このように構成することで、体腔内に挿入されたチューブ部材のルーメン内にマニピュレータを挿入すると、ルーメンの形状に倣ってマニピュレータの軟性部および張力伝達部材の形状が変化することにより、張力伝達部材の形状に応じた摩擦力によって、可動部を駆動するのに必要な張力伝達部材の張力が変化する。

この場合において、形状センサにより検出されたチューブ部材のルーメンの形状に基づいて制御部により駆動部を制御することで、チューブ部材の形状に関わらずマニピュレータの可動部を精度よく駆動させることができる。

上記態様においては、前記ルーメンと該ルーメン内に収容される前記形状センサとを挿入方向に位置合わせる位置合わせ部を備えることとしてもよい。
このように構成することで、位置合わせ部により、チューブ部材のルーメンと形状センサとを長手方向に位置合わせして、チューブ部材のルーメンの湾曲形状をより精度よく検出することができる。これにより、マニピュレータの操作性をより向上することができる。

上記態様においては、前記ルーメン内に収容される前記形状センサの中心軸回りの傾きを規制する傾き規制部を備えることとしてもよい。
このように構成することで、傾き規制部により、チューブ部材のルーメンの中心軸回りの傾きと形状センサの中心軸回りの傾きとを対応付けて、チューブ部材のルーメンの湾曲形状をより精度よく検出することができる。これにより、マニピュレータの操作性をより向上することができる。

上記態様においては、前記傾き規制部が、前記ルーメンおよび前記形状センサの一方に設けられたキー溝と、前記ルーメンおよび前記形状センサの他方に設けられたキーであることとしてもよい。
このように構成することで、チューブ部材のルーメンおよび形状センサのキー溝とキーとを合わせるだけの簡易な操作で、形状センサの中心軸回りの傾きを容易かつ正確に規制することができる。

上記態様においては、前記ルーメンの中心軸と該ルーメン内の前記形状センサの中心軸とを略一致させる軸合わせ部を備えることとしてもよい。
チューブ部材のルーメン内に挿入された形状センサの中心軸がルーメンの中心軸と異なると、形状センサにより検出されるルーメンの形状と実際のルーメンの形状とに誤差が生じ易い。軸合わせ部を設けることにより、ルーメンと形状センサの径寸法が大きく異なる場合でも、ルーメンと形状センサの中心軸を略一致させてルーメンの形状を精度よく検出することができる。

上記態様においては、前記軸合わせ部が、前記ルーメンと前記形状センサとの径方向の隙間を周方向の全域に亘り略均等に埋める補填部材であることとしてもよい。
このように構成することで、ルーメンと形状センサとの径方向の隙間に補填部材を埋めるだけの簡易な構成で、ルーメンの中心軸と形状センサの中心軸とを略一致させることができる。

上記態様においては、前記制御部が、前記形状センサにより前記ルーメンの形状を検出して前記マニピュレータの制御パラメータを更新する検出更新モードと、前記ルーメンの形状検出および前記制御パラメータの更新を行わない非検出更新モードとを切り替え可能なこととしてもよい。
このように構成することで、形状センサによるチューブ部材のルーメンの形状検出と、マニピュレータによる体腔内の目的部位の処置とをモードにより切り替えて実行することができる。

上記態様においては、前記検出更新モードと前記非検出更新モードとを切り替えるユーザからの指示を前記制御部に入力する入力部を備えることとしてもよい。
このように構成することで、マニピュレータを変更した場合や処置を施す体内の部位を変更した場合など、入力部により、ユーザが所望のタイミングで検出更新モードと非検出更新モードとを切り替えることができる。これにより、マニピュレータの制御パラメータを適宜更新して、マニピュレータを精度よく駆動することができる。

上記態様においては、前記制御部が、前記検出更新モードと前記非検出更新モードとを自動的に切り替えるモード切替部を備えることとしてもよい。
このように構成することで、ユーザが手動でモードを切り替えなくて済み、操作を簡便化することができる。

上記態様においては、前記モード切替部が、前記ルーメン内に前記形状センサが挿入されたことを検出する検出センサと、前記形状センサが挿入されたことを前記検出センサにより検出された場合に前記非検出更新モードから前記検出更新モードに切り替える切替実行部とを備えることとしてもよい。

このように構成することで、チューブ部材のルーメン内に形状センサが挿入されたことを検出センサによって検出されると、切替実行部により非検出更新モードから検出更新モードに自動的に切り替えられるので、マニピュレータの制御パラメータを迅速に更新することができる。

本発明の第２態様は、可撓性を有する細長いチューブ部材のルーメンに挿入された形状センサによって、前記ルーメンの形状を検出する形状検出ステップと、該形状検出ステップにより検出された前記ルーメンの形状に基づき、マニピュレータを制御する制御パラメータを更新するパラメータ更新ステップと、前記形状センサに代えて前記ルーメンに挿入された前記マニピュレータを、前記パラメータ更新ステップにより更新された前記制御パラメータに基づいて制御する制御ステップとを含むマニピュレータシステムの駆動方法である。

本態様によれば、形状検出ステップにおいて、形状センサによりチューブ部材のルーメンの形状が検出され、パラメータ更新ステップにおいて、形状センサにより検出されたルーメンの形状に合わせてマニピュレータの制御パラメータが更新されることで、制御ステップにおいて、ルーメン内に形状センサに代えて挿入されたマニピュレータが適正な制御パラメータで駆動される。

この場合において、チューブ部材のルーメン内に形状センサとマニピュレータとを交互に挿入することにより、ルーメンに形状センサとマニピュレータの２本分のスペースを設けなくて済むので、チューブ部材やマニピュレータが細径化されたマニピュレータシステムにおいて、ルーメンの形状に関わらず、ルーメン内に挿入したマニピュレータを高精度に操作することができる。

本発明によれば、マニピュレータを含む挿入部の細径化を図りつつ、マニピュレータの操作性を向上することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るマニピュレータシステムを示す全体構成図である。 図１の内視鏡、マニピュレータ、形状センサおよびマニピュレータを示す概略構成図である。 オーバーチューブの先端部とその先端部を貫通する内視鏡の先端部およびマニピュレータの先端部を示す概略構成図である。 制御部とマニピュレータの駆動部、可動部およびエンコーダを示すブロック図である。 オーバーチューブに形状センサを挿入する前のこれらの縦断面図である。 オーバーチューブに形状センサを挿入した状態のこれらの縦断面図である。 待機モード、センサ挿入モードおよび処置モードの遷移関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係るマニピュレータシステムの駆動方法を示すフローチャートである。 チューブ部材としての内視鏡処置具ＣＨに形状センサを挿入する様子を示す概略図である。 本発明の一実施形態の第１変形例に係るマニピュレータシステムの突き当て部を有する形状センサをオーバーチューブに挿入する前のこれらの縦断面図である。 図９Ａの形状センサをオーバーチューブに挿入した状態のこれらの縦断面図である。 本発明の一実施形態の第１変形例に係るマニピュレータシステムの別の突き当て部を有する形状センサをオーバーチューブに挿入する前のこれらの縦断面図である。 図１０Ａの形状センサをオーバーチューブに挿入した状態のこれらの縦断面図である。 本発明の一実施形態の第１変形例に係るマニピュレータシステムのフォトセンサを有するオーバーチューブに形状センサを挿入する前のこれらの縦断面図である。 図１１Ａのオーバーチューブに形状センサを挿入した状態のこれらの縦断面図である。 本発明の一実施形態の第１変形例に係るマニピュレータシステムの近接センサを有するオーバーチューブに形状センサを挿入する前のこれらの縦断面図である。 図１２Ａのオーバーチューブに形状センサを挿入する前のこれらの縦断面図である。 本発明の一実施形態の第１変形例に係るマニピュレータシステムの磁石を有するオーバーチューブにホール素子を有する形状センサを挿入する前のこれらの縦断面図である。 図１３Ａのオーバーチューブに形状センサを挿入する前のこれらの縦断面図である。 本発明の一実施形態の第１変形例に係るマニピュレータシステムのローラとエンコーダを有するオーバーチューブにホール素子を有する形状センサを挿入する前のこれらの縦断面図である。 図１４Ａのオーバーチューブに形状センサを挿入する前のこれらの縦断面図である。 本発明の一実施形態の第２変形例に係るマニピュレータシステムの形状センサの一例を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態の第３変形例に係るマニピュレータシステムの傾き規制部を有するオーバーチューブに形状センサを挿入する前のこれらの縦断面図である。 図１６Ａのオーバーチューブと形状センサを長手方向に見た縦断面図である。 本発明の一実施形態の第３変形例に係るマニピュレータシステムの別の傾き規制部を有するオーバーチューブに形状センサを挿入する前のこれらの縦断面図である。 断面が四角形状に加工されたオーバーチューブと形状センサをそれぞれ長手方向に見た縦断面図である。 断面が三角形状に加工されたオーバーチューブと形状センサをそれぞれ長手方向に見た縦断面図である。 断面がＤカット状に加工されたオーバーチューブと形状センサをそれぞれ長手方向に見た縦断面図である。 本発明の一実施形態の第４変形例に係るマニピュレータシステムの補填部材を有するオーバーチューブに形状センサを挿入した状態を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態の第４変形例に係るマニピュレータシステムの補填部材を有する形状センサをオーバーチューブに挿入した状態を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態の第４変形例の参考例としての互いに径寸法が大きく異なるオーバーチューブに形状センサを挿入した状態を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態の第４変形例に係るマニピュレータシステムの中間シースを採用してオーバーチューブに形状センサを挿入する様子を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態の第４変形例に係るマニピュレータシステムのバルーンを採用してオーバーチューブに形状センサを挿入する様子を示す縦断面図である。

本発明の一実施形態に係るマニピュレータシステムおよびその駆動方法について図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るマニピュレータシステム１は、図１および図２に示すように、患者Ｐの体内に挿入される内視鏡３およびマニピュレータ（処置具）５と、これらを収容可能な長手方向に貫通するルーメン９Ａ，９Ｂを有するオーバーチューブ（チューブ部材）１１と、オーバーチューブ１１の形状を検出可能な形状センサ１３と、操作者Ａにより操作される操作部（入力部）１５と、操作部１５の操作に基づいてマニピュレータ５を制御する制御部１７と、内視鏡３により取得された画像を表示するモニタ１９とを備えている。

マニピュレータ５は、図２に示すように、オーバーチューブ１１を介して患者Ｐの体内に挿入される細長い軟性部５Ａと、軟性部５Ａの先端に配置された可動部５Ｂと、軟性部５Ａの基端側に配置され、ワイヤ等（図示略）の張力伝達部材によって可動部５Ｂを駆動するモータ等の駆動部５Ｃとを備えている。

可動部５Ｂは、図３に示すように、長手方向の最先端に配置され、体内の患部に作用してこれを処置する処置部７Ａと、処置部７Ａの先端位置および姿勢を変化させる複数の関節７Ｂとを備えている。これら処置部７Ａおよび各関節７Ｂは、張力伝達部材の牽引力によって駆動されるようになっている。

駆動部５Ｃには、図４に示すように、駆動量を検出するエンコーダ５Ｄが備えられている。この駆動部５Ｃは、制御部１７から送られてくる制御信号に基づいて駆動されるとともに、駆動量を検出したエンコーダ５Ｄの出力がフィードバックされることにより、制御部１７の制御信号通りの駆動量が達成されるように制御されるようになっている。

オーバーチューブ１１は、図２に示すように、可撓性を有する材質からなる細長いチューブである。このオーバーチューブ１１は、先端側に配置されたやや太径の先端側管状部１１Ａと、先端側管状部１１Ａの基端から長手方向に延びるやや細径の基端側管状部１１Ｂとを備えている。先端側管状部１１Ａには、内視鏡３を挿脱可能な内視鏡用ルーメン９Ａと、マニピュレータ５を挿脱可能なマニピュレータ用ルーメン９Ｂとが設けられ、基端側管状部１１Ｂには、先端側管状部１１Ａから延びるマニピュレータ用ルーメン９Ｂのみが設けられている。

マニピュレータ用ルーメン９Ｂは、マニピュレータ５の軟性部５Ａの径寸法とほぼ同等に近い径寸法を有している。また、マニピュレータ用ルーメン９Ｂは、図５Ａに示すように、長手方向の先端部の内表面に径方向外方に窪む位置合わせ凹部（位置合わせ部）１０を有している。

形状センサ１３は、例えば、図２に示すように、可撓性を有する細長い光ファイバセンサや三次元磁気センサである。この形状センサ１３は、マニピュレータ５に代えて、オーバーチューブ１１の内視鏡用ルーメン９Ａに挿脱可能に挿入することができるようになっている。また、形状センサ１３は、内視鏡用ルーメン９Ａに挿入されて、内視鏡用ルーメン９Ａの形状を検出することができるようになっている。

また、形状センサ１３は、図５Ａに示すように、長手方向の先端部の側面に径方向に伸縮可能な弾性体からなる位置合わせ凸部（位置合わせ部）１４を有している。位置合わせ凸部１４は、例えば、ばね１４Ａにより伸縮可能に形成されている。オーバーチューブ１１のマニピュレータ用ルーメン９Ｂ内に形状センサ１３が挿入されて、図５Ｂに示すように、マニピュレータ用ルーメン９Ｂの位置合わせ凹部１０に形状センサ１３の位置合わせ凸部１４が収容されることにより、マニピュレータ用ルーメン９Ｂと形状センサ１３とが挿入方向に位置合わせされるようになっている。

制御部１７は、図４に示すように、操作部１５から指令信号が入力されると、制御パラメータに従い、マニピュレータ５の駆動部５Ｃを制御するようになっている。制御パラメータは、形状センサ１３により検出されたオーバーチューブ１１の内視鏡用ルーメン９Ａの形状から推定されるマニピュレータ５の形状推定値に基づいて設定されるようになっている。

ここで、オーバーチューブ１１の内視鏡用ルーメン９Ａ内にマニピュレータ５を挿入すると、内視鏡用ルーメン９Ａの形状に倣ってマニピュレータ５の軟性部５Ａの形状が変化する。したがって、マニピュレータ５の湾曲形状は内視鏡用ルーメン９Ａの湾曲形状とほぼ等しく、内視鏡用ルーメン９Ａの湾曲形状をオーバーチューブ１１の湾曲形状と推定することができる。制御パラメータは、形状センサ１３により内視鏡用ルーメン９Ａの形状が検出される度に制御部１７が自動的に更新するようになっている。なお、操作者Ａが手動で制御パラメータを更新することしてもよい。

また、制御部１７は、図６に示すように、形状センサ１３によりマニピュレータ用ルーメン９Ｂの形状を検出してマニピュレータ５の制御パラメータを更新するセンサ挿入モード（検出更新モード）と、マニピュレータ用ルーメン９Ｂの形状検出および制御パラメータの更新を行わない待機モードおよび処置モード（いずれも非検出更新モード）とに切り替えられるようになっている。

モードの切り替えは、操作者Ａが操作部１５を操作することにより行われるようになっている。例えば、起動時は待機モードに設定されるようになっている。待機モードでは、マニピュレータ用ルーメン９Ｂに形状センサ１３が挿入される場合にセンサ挿入モードに切り替えられ、体内の処置部位を変更せずに再起動された場合に処置モードに切り替えられる。センサ挿入モードでは、マニピュレータ用ルーメン９Ｂの形状が検出されて制御パラメータが更新された場合に処置モードに切り替えられ、非常時には待機モードに切り替えられる。処置モードでは、非常時や処置終了時に待機モードに切り替えられ、処置部位が変更された場合にセンサ挿入モードに切り替えられる。

また、本実施形態に係るマニピュレータシステムの駆動方法は、図７のフローチャートに示すように、オーバーチューブ１１の内視鏡用ルーメン９Ａに形状センサ１３を挿入して、内視鏡用ルーメン９Ａの形状を検出する形状検出ステップＳ２と、形状検出ステップＳ２により検出された内視鏡用ルーメン９Ａの形状に基づき、マニピュレータ５を制御する制御パラメータを更新するパラメータ更新ステップＳ３と、形状センサ１３に代えて内視鏡用ルーメン９Ａにマニピュレータ５を挿入し、パラメータ更新ステップＳ３により更新された制御パラメータに基づいて、マニピュレータ５の駆動部５Ｃを制御する処置ステップ（制御ステップ）Ｓ６とを含んでいる。

このように構成されたマニピュレータシステムおよびその駆動方法の作用について説明する。
本実施形態に係るマニピュレータシステム１を用いて患者Ｐの体腔内の患部を処置するには、まず、操作者Ａは、制御部１７を待機モードからセンサ挿入モードに切り替え、患者Ｐの体外でオーバーチューブ１１の内視鏡用ルーメン９Ａ内に形状センサ１３を挿入する（ステップＳ１）。このとき、マニピュレータ用ルーメン９Ｂの位置合わせ凹部１０に形状センサ１３の位置合わせ凸部１４が収容されることで、マニピュレータ用ルーメン９Ｂと形状センサ１３とを挿入方向に位置合わせすることができる。

次いで、操作者Ａは、形状センサ１３を収容したオーバーチューブ１１を患者Ｐの体腔内に挿入する。形状センサ１３を収容したオーバーチューブ１１を体腔内に挿入していくと、可撓性を有するオーバーチューブ１１および形状センサ１３が患者Ｐの体腔の形状に倣って湾曲する。

次いで、操作者Ａによりオーバーチューブ１１の先端が処置の目的部位近傍に配置され、形状センサ１３によりオーバーチューブ１１の内視鏡用ルーメン９Ａの形状が検出される（形状検出ステップＳ２）。そして、制御部１７により、形状センサ１３により検出されたオーバーチューブ１１の内視鏡用ルーメン９Ａの形状に基づいて、マニピュレータ５を制御する制御パラメータが更新される（パラメータ更新ステップＳ３）。

次いで、操作者Ａは、制御部１７をセンサ挿入モードから処置モードに切り替え、患者Ｐの体内にオーバーチューブ１１を残した状態で、オーバーチューブ１１の内視鏡用ルーメン９Ａ内から形状センサ１３を抜去する（ステップＳ４）。そして、形状センサ１３に代えて、マニピュレータ５を内視鏡用ルーメン９Ａ内に挿入する（ステップＳ５）。マニピュレータ５は、軟性部５Ａが内視鏡用ルーメン９Ａの形状に倣って湾曲し、先端の可動部５Ｂが患者Ｐの目的の患部に到達する。

次いで、操作者Ａは操作部１５を操作して処置を開始する。すると、操作部１５から送られてくる指令信号に基づき制御部６が作動し、制御部６により、更新された制御パラメータに従ってマニピュレータ５の駆動部５Ｃが制御されて可動部５Ｂが駆動する（制御ステップＳ６）。

この場合において、オーバーチューブ１１の内視鏡用ルーメン９Ａの形状に倣ってマニピュレータ５の軟性部５Ａおよび張力伝達部材の形状が変化することにより、張力伝達部材の形状に応じた摩擦力によって、可動部５Ｂを駆動するのに必要な張力伝達部材の張力が変化する。本実施形態においては、形状センサ１３により予め検出された内視鏡用ルーメン９Ａの形状に基づいて制御部１７により駆動部５Ｃが制御されることで、オーバーチューブ１１の形状に関わらず、マニピュレータ５の可動部５Ｂを精度よく駆動させることができる。

このように、本実施形態に係るマニピュレータシステム１およびその駆動方法によれば、マニピュレータ５の湾曲形状と等しいオーバーチューブ１１のマニピュレータ用ルーメン９Ｂの湾曲形状を形状センサ１３によりを予め検出してマニピュレータ５の制御パラメータを設定することで、制御部１７はマニピュレータ５の湾曲形状に合わせて適正な制御を行うことができる。また、形状センサ１３とマニピュレータ５をオーバーチューブ１１のマニピュレータ用ルーメン９Ｂ内に交互に挿入することで、オーバーチューブ１１にこれら形状センサ１３とマニピュレータ５の２本分を挿入可能なスペースを確保しなくて済む。したがって、マニピュレータ５やオーバーチューブ１１の細径化を図りつつ、マニピュレータ５の操作性を向上することができる。

本実施形態においては、チューブ部材として、内視鏡３とマニピュレータ５を収容可能なオーバーチューブ１１を例示して説明したが、これに代えて、例えば、図８に示すように、マニピュレータ５単体を収容可能なマニピュレータ用の内視鏡処置具ＣＨ（チャネル）２１を採用することとしてもよい。この場合も、内視鏡処置具ＣＨ２１のルーメンに形状センサ１３とマニピュレータ５とを交互に挿入して、形状センサ１３により検出された内視鏡処置具ＣＨ２１のルーメンの形状に基づいてマニピュレータ５を制御することで、内視鏡処置具チャネル２１の細径化を図りつつ、マニピュレータ５の湾曲形状に合わせて適正な制御を行うことができる。

本実施形態は以下のように変形することができる。
本実施形態においては、位置合わせ部として凹凸構造の位置合わせ凹部１０および位置合わせ凸部１４を例示して説明したが、第１変形例としては、例えば、突き当て部を位置合わせ部として採用することしてもよい。突き当て部は、例えば、図９Ａおよび図９Ｂに示すように、ばね１４Ａを有する弾性体２２であってもよいし、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、マニピュレータ用ルーメン９Ｂの径寸法よりも半径方向外方に大きく広がる鍔部２３であってもよい。

これら突き当て部としての弾性体２２または鍔部２３は、形状センサ１３の先端がオーバーチューブ１１の先端に到達したときにマニピュレータ用ルーメン９Ｂの挿入口に突き当たるように、形状センサ１３の先端からマニピュレータ用ルーメン９Ｂの長さ分だけ基端側にずらした位置に配置することとすればよい。

また、位置合わせ部として、例えば、センサ（検出線センサ）を採用することとしてもよい。センサは、例えば、図１１Ａおよび図１１Ｂに示すようなフォトセンサ２５Ａ，２５Ｂであってもよい。この場合、オーバーチューブ１１のマニピュレータ用ルーメン９Ｂの先端の内表面にフォトセンサ２５Ａ，２５Ｂを互いに径方向に対向させて配置することとすればよい。そして、マニピュレータ用ルーメン９Ｂ内に挿入された形状センサ１３によりフォトセンサ２５Ａ，２５Ｂ間で光が遮断されたことを検知した場合に、形状センサ１３がマニピュレータ用ルーメン９Ｂの所定の位置まで挿入されたものとすればよい。

また、センサは、例えば、図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、近接センサ２７Ａ，２７Ｂを採用することとしてもよい。この場合、オーバーチューブ１１のマニピュレータ用ルーメン９Ｂの先端の内表面に近接センサ２７Ａを配置するとともに、形状センサ１３の先端の側面に近接センサ２７Ｂを配置することとすればよい。そして、マニピュレータ用ルーメン９Ｂ内に形状センサ１３を挿入して、近接センサ２７Ａ，２７Ｂどうしが互いに近接したことを検知した場合に、形状センサ１３がマニピュレータ用ルーメン９Ｂの所定の位置まで挿入されたものとすればよい。近接センサ２７Ａ，２７Ｂとしては、例えば、誘導形近接センサ、静電容量形近接センサまたは磁気式近接センサ等が挙げられる。

また、センサは、例えば、図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、磁石２９Ａとホール素子２９Ｂを採用することとしてもよい。この場合、オーバーチューブ１１のマニピュレータ用ルーメン９Ｂの先端の内表面に磁石２９Ａを配置するともに、形状センサ１３の先端の側面にホール素子２９Ｂを配置することとすればよい。そして、マニピュレータ用ルーメン９Ｂ内に形状センサ１３を挿入して、磁石２９Ａによる磁界がホール素子２９Ｂにより検知された場合に、形状センサ１３がマニピュレータ用ルーメン９Ｂの所定の位置まで挿入されたものとすればよい。

また、位置合わせ部として、例えば、図１４Ａおよび図１４Ｂに示すように、ローラ３１Ａとエンコーダ３１Ｂを採用してもよい。この場合、ローラ３１Ａは、例えば、オーバーチューブ１１のマニピュレータ用ルーメン９Ｂの挿入口に、形状センサ１３の挿入方向に直交する軸回りに回転可能に配置することとすればよい。また、マニピュレータ用ルーメン９Ｂに挿入される形状センサ１３がローラ３１Ａに接触することによって回転するローラ３１Ａの回転量をエンコーダ３１Ｂにより検知して、形状センサ１３の挿入量を検出することとすればよい。

本変形例においては、各センサによりマニピュレータ用ルーメン９Ｂ内への形状センサ１３の挿入が検出された場合に、制御部（モード切替部、切替実行部）１７が非検出更新モードから検出更新モードに切り替えることとしてもよい。このようにすることで、マニピュレータ５の制御パラメータを迅速に更新することができる。

第２変形例としては、形状センサ１３の長手方向の有効範囲を設定することとしてもよい。この場合、形状センサ１３は、例えば、図１５に示すように、長手方向に所定の距離間隔で配された複数の検出点３３を有すものであればよい。また、オーバーチューブ１１のマニピュレータ用ルーメン９Ｂの全長を予め制御部１７により記憶し、形状センサ１３の先端からマニピュレータ用ルーメン９Ｂの全長と同じ範囲に配されている検出点３３からのみの検出情報を用いて、マニピュレータ用ルーメン９Ｂの形状を検出することとすればよい。このようにすることで、オーバーチューブ１１の外でマニピュレータ５と形状センサ１３が離れて置かれているような場合でも、マニピュレータ用ルーメン９Ｂの形状を精度よく検出することができる。

第３変形例としては、例えば、マニピュレータ用ルーメン９Ｂ内に収容される形状センサ１３の中心軸回りの傾きを規制する傾き規制部を備えることとしてもよい。傾き規制部は、例えば、図１６Ａおよび図１６Ｂに示すように、マニピュレータ用ルーメン９Ｂの内表面に長手方向に沿って形成された溝状のキー溝３５Ａと、形状センサ１３の側面に長手方向に沿って形成された突状のキー３５Ｂであってもよい。

このようにすることで、マニピュレータ用ルーメン９Ｂのキー溝３５Ａと形状センサ１３のキー３５Ｂとを合わせるだけの簡易な操作で、形状センサ１３の中心軸回りの傾きを容易かつ正確に規制することができる。そして、これらキー溝３５Ａおよびキー３５Ｂにより、マニピュレータ用ルーメン９Ｂの中心軸回りの傾きと形状センサ１３の中心軸回りの傾きとを対応付けて、マニピュレータ用ルーメン９Ｂの湾曲形状をより精度よく検出することができる。これにより、マニピュレータ５の操作性をより向上することができる。本変形例においては、マニピュレータ用ルーメン９Ｂの内表面に長手方向に沿って凸状のキー３５Ｂを形成し、形状センサ１３の側面に長手方向に沿って溝状のキー溝３５Ａを形成することとしてもよい。

また、傾き規制部は、形状センサ１３の断面形状とマニピュレータ用ルーメン９Ｂの断面形状をそれぞれ多角形状やＤカット状に加工したものであってもよい。例えば、図１７および図１８Ａに示すように、形状センサ１３を長手方向に沿って延びる四角柱形状にしたり、図１７および図１８Ｂに示すように、形状センサ１３を長手方向に沿って延びる三角柱形状にしたり、図１７および図１８Ｃに示すように、形状センサ１３を長手方向に沿って延びる円柱形状の周方向の一部を長手方向に切除した形状にしたりすることとしてもよい。この場合、マニピュレータ用ルーメン９Ｂは、形状センサ１３の形状に対応する形状に加工したものであればよい。

第４変形例としては、マニピュレータ用ルーメン９Ｂの中心軸と形状センサ１３の中心軸とを略一致させる軸合わせ部を備えることとしてもよい。軸合わせ部は、例えば、マニピュレータ用ルーメン９Ｂと形状センサ１３との径方向の隙間を周方向の全域に亘り略均等に埋める補填部材を採用することとしてもよい。

補填部材は、例えば、図１９に示すように、マニピュレータ用ルーメン９Ｂの長手方向の同位置の内表面に形成された、互いに径方向内方に突出する複数の凸部３７Ａであってもよい。この場合、径方向に対向する凸部３７Ａどうしが、形状センサ１３の径寸法よりも若干大きい距離だけ離間するように配置すればよい。また、このような凸部３７Ａの組を長手方向に沿って距離間隔を空けて複数配置することとすればよい。また、補填部材は、例えば、図２０に示すように、形状センサ１３の周方向の全域に亘り径方向外方に突出する環状の凸部３７Ｂであってもよい。これら凸部３７Ａ，３７Ｂは、例えば、内部にばねを有する弾性体であってもよい。

図２１に示すように、マニピュレータ用ルーメン９Ｂの径寸法と形状センサ１３の径寸法とが大きく異なるために、マニピュレータ用ルーメン９Ｂの中心軸と形状センサ１３の中心軸とがルーメンの中心軸とが一致しない場合は、形状センサ１３により検出されるマニピュレータ用ルーメン９Ｂの形状と実際のマニピュレータ用ルーメン９Ｂの形状とに誤差が生じ易い。凸部３７Ａ，３７Ｂを設けることにより、マニピュレータ用ルーメン９Ｂと形状センサ１３の径寸法が大きく異なる場合でも、マニピュレータ用ルーメン９Ｂと形状センサ１３の中心軸を略一致させてマニピュレータ用ルーメン９Ｂの形状を精度よく検出することができる。

また、補填部材は、図２２に示すように、マニピュレータ用ルーメン９Ｂと形状センサ１３の径方向の隙間を埋める厚さ寸法を有する筒状の中間シース３９であってもよい。また、補填部材は、図２３に示すように、形状センサ１３またはマニピュレータ用ルーメン９Ｂの径方向の隙間に配されたバルーン４１であってもよい。バルーン４１は、マニピュレータ用ルーメン９Ｂ内の所望の位置に形状センサ１３を挿入したときに膨らませることとすればよい。

このようにすることで、マニピュレータ用ルーメン９Ｂと形状センサ１３との径方向の隙間に補填部材を埋めるだけの簡易な構成で、マニピュレータ用ルーメン９Ｂの中心軸と形状センサ１３の中心軸とを略一致させて、マニピュレータ用ルーメン９Ｂの形状を精度よく検出することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記各実施形態および変形例に適用したものに限定されることなく、これらの実施形態および変形例を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定されるものではない。

１ マニピュレータシステム
５ マニピュレータ
５Ａ 軟性部
５Ｂ 可動部
５Ｃ 駆動部
９Ａ 内視鏡用ルーメン（ルーメン）
９Ｂ マニピュレータ用ルーメン（ルーメン）
１０ 位置合わせ凹部（位置合わせ部）
１１ オーバーチューブ（チューブ部材）
１３ 形状センサ
１４ 位置合わせ凸部（位置合わせ部）
１５ 操作部（入力部）
１７ 制御部（制御部、切替実行部） ２３ 突き当て部（位置合わせ部）
２５Ａ，２５Ｂ フォトセンサ（位置合わせ部、検出センサ）
２７Ａ，２７Ｂ 近接センサ（位置合わせ部、検出センサ）
２９Ａ 磁石（位置合わせ部、検出センサ）
２９Ｂ ホール素子（位置合わせ部、検出センサ）
３１Ａ ローラ（位置合わせ部、検出センサ）
３１Ｂ エンコーダ（位置合わせ部、検出センサ）
３５Ａ キー溝（傾き規制部）
３５Ｂ キー（傾き規制部）
３７Ａ，３７Ｂ 凸部（軸合わせ部、補填部材）
Ｓ２ 形状検出ステップ
Ｓ３ パラメータ更新ステップ
Ｓ６ 処置ステップ（制御ステップ）

Claims (12)

1. 可撓性を有し、長手方向に貫通するルーメンを有するチューブ部材と、
   該チューブ部材の前記ルーメンに挿脱可能に挿入されて、該ルーメンの形状を検出可能な可撓性を有する形状センサと、
   該形状センサに代えて、前記ルーメン内に挿入可能な可撓性を有するマニピュレータと、
   前記形状センサにより検出された前記ルーメンの形状に基づいて、前記マニピュレータを制御する制御パラメータを更新し、更新された前記制御パラメータに基づいて、前記マニピュレータを制御する制御部とを備えるマニピュレータシステム。
2. 前記マニピュレータが、細長い軟性部と、該軟性部の先端に設けられた可動部と、前記軟性部の基端に設けられ前記可動部を駆動する駆動部と、前記可動部と前記駆動部とを接続する張力伝達部材とを備え、
   前記制御部が前記駆動部を制御する請求項１に記載のマニピュレータシステム。
3. 前記ルーメンと該ルーメン内に収容される前記形状センサとを挿入方向に位置合わせる位置合わせ部を備える請求項１または請求項２に記載のマニピュレータシステム。
4. 前記ルーメン内に収容される前記形状センサの中心軸回りの傾きを規制する傾き規制部を備える請求項１から請求項３のいずれかに記載のマニピュレータシステム。
5. 前記傾き規制部が、前記ルーメンおよび前記形状センサの一方に設けられたキー溝と、前記ルーメンおよび前記形状センサの他方に設けられたキーである請求項４に記載のマニピュレータシステム。
6. 前記ルーメンの中心軸と該ルーメン内の前記形状センサの中心軸とを略一致させる軸合わせ部を備える請求項１から請求項５のいずれかに記載のマニピュレータシステム。
7. 前記軸合わせ部が、前記ルーメンと前記形状センサとの径方向の隙間を周方向の全域に亘り略均等に埋める補填部材である請求項６に記載のマニピュレータシステム。
8. 前記制御部が、前記形状センサにより前記ルーメンの形状を検出して前記マニピュレータの制御パラメータを更新する検出更新モードと、前記ルーメンの形状検出および前記制御パラメータの更新を行わない非検出更新モードとを切り替え可能な請求項１から請求項７のいずれかに記載のマニピュレータシステム。
9. 前記検出更新モードと前記非検出更新モードとを切り替えるユーザからの指示を前記制御部に入力する入力部を備える請求項８に記載のマニピュレータシステム。
10. 前記制御部が、前記検出更新モードと前記非検出更新モードとを自動的に切り替えるモード切替部を備える請求項８に記載のマニピュレータシステム。
11. 前記モード切替部が、前記ルーメン内に前記形状センサが挿入されたことを検出する検出センサと、前記形状センサが挿入されたことを前記検出センサにより検出された場合に前記非検出更新モードから前記検出更新モードに切り替える切替実行部とを備える請求項１０に記載のマニピュレータシステム。
12. 可撓性を有する細長いチューブ部材のルーメンに挿入された形状センサによって、前記ルーメンの形状を検出する形状検出ステップと、
    該形状検出ステップにより検出された前記ルーメンの形状に基づき、マニピュレータを制御する制御パラメータを更新するパラメータ更新ステップと、
    前記形状センサに代えて前記ルーメンに挿入された前記マニピュレータを、前記パラメータ更新ステップにより更新された前記制御パラメータに基づいて制御する制御ステップとを含むマニピュレータシステムの駆動方法。

Images