KR20080028959A - 의료용 제어 장치 - Google Patents

Abstract

삽입부의 만곡부가 관강 내의 형상에 맞는 형상으로 되도록 만곡부의 구동을 제어함으로써, 의료 용구의 삽입부의 삽입성을 향상시킨다. 이 때문에, 컨트롤러(5)는 만곡부(14)의 자세 제어를 행하는 서보 제어 컨트롤러(36A)를 가지고, 이 서보 제어 컨트롤러(36A)에는 포인트 로크 연산부(50)가 설치되어 있다. 포인트 로크 연산부(50)는, 공급된 선단 명령값 정보와 위치 F/B 정보에 기초하여, 선단 링크 근원 좌표 위치 계산부(51) 및 역운동학 연산부(52)에 의해 선단측의 링크 부재(21a1)에 대한 서보 위치 명령 신호와, 이 링크(21a1) 이외의 링크 부재(21a)에 대한 서보 위치 명령 신호를 얻기 위한 연산 처리를 행하여 구동부(10b)에 출력한다. 이에 의해, 선단측의 링크 부재(21a1)와 임의의 링크 부재(21a)의 2개소에서 포인트 로크할 수 있고, 다른 링크 부재(21a)에 대해서는 용장성이 있는 자세로 제어된다.

의료 용구, 구동 수단, 지정 수단, 링크 부재, 제어 수단

Description

의료용 제어 장치 {MEDICAL CONTROLLER}

본 발명은, 의료 용구의 만곡부에 대하여 만곡 동작을 행하게 하기 위한 구동 수단을 제어하는 의료용 제어 장치에 관한 것이다.

종래부터, 내시경은, 의료 용구로서 폭넓게 이용되고 있다. 이러한 종류의 내시경은 가늘고 긴 삽입부를 구비하고, 시술자는, 삽입부를 체강 내에 삽입함으로써, 체강 내 장기 등을 관찰하거나, 필요에 따라 처치구 채널 내에 삽입 통과한 처치구를 이용하여 각종 치료 처치를 행할 수 있다. 또한, 공업 분야에 이용하는 내시경에서도, 작업자는, 가늘고 긴 삽입부를 삽입함으로써, 보일러, 터빈, 엔진, 화학 플랜트 등의 내부의 흠집이나 부식 등을 관찰하거나 검사할 수 있다.

이와 같은 내시경에는, 삽입부의 선단부 기단측에, 만곡이 자유로운 만곡부가 설치되어 있다. 상기 내시경에서, 시술자 등의 사용자는, 조작부에 설치된 만곡 조작 레버 등의 만곡 조작 입력 수단을 조작함으로써, 만곡부를 만곡 동작시키기 위한 만곡 구동 수단에, 상기 만곡부의 만곡 방향이나 만곡의 속도를 만곡량으로서 지시 입력한다.

이에 의해, 상기 만곡 구동 수단은, 상기 만곡 조작 레버에 의한 만곡량에 기초하여, 상기 만곡부를 구성하는 만곡구에 접속된 만곡 조작 와이어를 기계적으 로 견인 또는 이완시킴으로써, 상기 만곡부를 만곡 동작시킨다.

이러한 종류의 종래의 내시경에는, 만곡 구동 수단으로서 예를 들면 내시경 내부에 내장한 모터를 전기적으로 회전 제어하여 이 모터의 구동력에 의해 만곡 조작 와이어를 견인 또는 이완하여 상기 만곡부를 만곡 동작시키는 전기적 만곡 구동 방식, 즉 전동 만곡 내시경이 있다.

예를 들면, 일본 특허 제2917263호 공보에는, 전동 만곡 내시경에서, 상기 만곡 조작 와이어를 견인하는 풀리를 가지고 이 풀리에 대응하는 모터의 토크를 내시경 삽입부의 종류에 맞도록 설정할 수 있는 제어 수단 등에 관한 기술이 개시되어 있다.

또한, 일본 특허 2845255호 공보에는, 전동 만곡 내시경에서, 만곡부의 전체 조작 범위의 모터에 걸리는 부하를 균일하게 할 수 있는 내시경의 만곡 조작 장치에 관한 기술이 개시되어 있다.

그러나, 상기 종래의 전동 만곡 내시경은, 만곡 입력 수단을 조작하여 지시 입력되는 만곡량에 기초하여 만곡 구동 수단인 모터를 전기적으로 회전 제어함으로써, 만곡 조작 와이어를 견인 또는 이완하여 상기 만곡부를 만곡 동작시키는 것이다. 또한, 이 만곡부에는 복수의 만곡구가 연접되어 있고, 만곡시에 만곡부는 만곡부 전체에 걸쳐 만곡하는 구성이다. 따라서, 예를 들면, 대장 등의 관강 내에 내시경의 삽입부를 삽입할 때에, S형상 결장부로의 삽입에 대해서는 숙련된 조작을 필요로 하였다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 만곡한 관강 내에 대한 의료 용구의 삽입부의 삽입성을 향상시킬 수 있는 의료용 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 피검체 내에 삽입되는 삽입부의 선단측에, 복수의 링크 부재가 각각 회전가능하게 연달아 설치된 만곡부를 가지는 의료 용구와, 상기 복수의 링크 부재를 각각 회전시켜 상기 만곡부를 만곡 동작시키기 위한 구동 수단과, 상기 복수의 링크 부재 중의 적어도 어느 하나의 링크 부재를 지정하고, 당해 링크 부재의 위치와 방향을 지정하는 지정 수단과, 상기 의료 용구의 상기 만곡부가 이동하였을 때에 상기 지정 수단에 의해 지정된 위치와 방향을 유지하면서 상기 지정 수단에 의해 지정된 링크 부재 및 이 링크 부재에 이어지는 다른 링크 부재가 상기 위치를 통과하도록, 상기 복수의 링크 부재의 각각의 각도를 연산하고, 이 연산 결과에 기초하여, 상기 복수의 링크 부재를 회전시키도록 상기 구동 수단을 제어하는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 피검체 내에 삽입되는 삽입부의 선단측에, 복수의 링크 부재가 각각 회전가능하게 연달아 설치된 만곡부를 가지는 의료 용구와, 상기 복수의 링크 부재를 각각 회전시켜 상기 만곡부를 만곡 동작시키기 위한 구동 수단과, 상기 복수의 링크 부재 중, 상기 삽입부의 가장 선단측의 링크 부재와 상기 가장 선단측의 링크 부재에 연결하는 링크 부재의 공간에서의 각도를 지정하는 지정 수단과, 상기 가장 선단측의 링크 부재와 상기 가장 선단측의 링크 부재에 연결하는 링크 부재의 공간에서의 각도가, 상기 선단측으로부터 기단측을 향하여 순차 인접하는 링크 부재가 이루는 각도로 되도록 이행하면서 상기 복수의 링크 부재를 회전시키도록 상기 구동 수단을 제어하는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

도1은 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 의료용 제어 장치를 이용하여 구성한 내시경 장치의 시스템 구성도이다.

도2는 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 내시경 장치의 주요 구성 부분의 전기적인 구성을 도시한 블록도이다.

도3은 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 삽입부 구동 기구의 주요부를 삽입부의 선단측으로부터 사시한 배치도이다.

도4는 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 삽입부 구동 기구의 주요부를 도시한 배치도이다.

도5는 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 구동 기구가 모터 및 기어로 구성된 만곡부의 개략 구성도이다.

도6은 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 도5에 도시한 만곡부의 변형예 1을 도시한 개략 구성도이다.

도7은 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 도5에 도시한 만곡부의 변형예 2를 도시한 개략 구성도이다.

도8은 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 모터와 플렉시블 샤프트의 접속 구성을 도시한 사시도이다.

도9는 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 컨트롤러, 구동부 및 삽입부 구동 기구부를 가지는 주요 부분의 제어 블록도이다.

도10은 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 도9에 도시한 상기 명령 제어부 및 액추에이터 제어 블록의 구체적인 구성을 도시한 블록도이다.

도11은 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 액추에이터 제어 블록의 구체적인 구성을 도시한 블록도이다.

도12는 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 도11의 서보 제어 컨트롤러의 블록선도이다.

도13은 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 선단부측의 링크 부재가 소정의 선단 위치 및 자세 벡터의 상태인 설명도이다.

도14는 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 도13의 링크 부재의 자세 상태인 경우에 예상되는 다른 링크 부재의 상태를 나타내는 설명도이다.

도15는 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 선단부측의 링크 부재만을 독립적으로 자세 제어한 소정의 위치 및 자세 벡터의 상태를 나타내는 설명도이다.

도16은 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 서보 제어 컨트롤러의 개략 구성을 도시한 블록도이다.

도17은 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 도16의 제어칙 연산부의 구체적인 구성을 도시한 블록도이다.

도18은 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 도17의 다이내믹스 연산부의 개략 구성을 도시한 블록도이다.

도19는 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 도18의 다이내믹스 연산부의 구 체적인 구성을 도시한 블록도이다.

도20은 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 도17의 운동학 연산부의 개략 구성을 도시한 블록도이다.

도21은 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 도20의 운동학 연산부의 구체적인 구성을 도시한 블록도이다.

도22는 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 삽입부의 삽입시에 수반하는 삽입부의 물리적인 특성을 도시한 설명도이다.

도23은 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 선단측의 링크를 고정한 경우의 다른 링크 부재의 자세 상태를 나타내는 설명도이다.

도24는 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 최적의 관절 토크 명령값 신호를 얻기 위한 계수인 가중치 함수의 일례를 나타내는 그래프이다.

도25는 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 가중치 함수의 변형예 1의 특성을 나타내는 그래프이다.

도26은 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 가중치 함수의 변형예 2의 특성을 나타내는 그래프이다.

도27은 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 가중치 함수의 변형예 3의 특성을 나타내는 그래프이다.

도28은 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 가중치 함수의 변형예 4의 특성을 나타내는 그래프이다.

도29는 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 가중치 함수의 변형예 5의 특성 을 나타내는 그래프이다.

도30은 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 내시경 장치(1)의 컨트롤러(5)의 구체적인 구성을 도시한 블록도이다.

도31은 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 삽입부 구동 기구부의 자세 제어를 설명하는 것으로, 선단측의 링크 부재를 포인트 로크한 상태를 도시한 설명도이다.

도32는 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 선단측의 링크 부재를 포인트 로크함으로써 차단의 링크 부재가 용장성을 가지고 있는 상태를 도시한 설명도이다.

도33은 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 도30의 포인트 로크 연산부의 구체적인 구성을 도시한 블록도이다.

도34는 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 도33의 역운동학 연산부의 구체적인 구성을 도시한 블록도이다.

도35는 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 선단측의 링크 부재만 포인트 로크하였을 때의 자세 상태를 설명하는 도면이다.

도36은 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 제4 링크 부재를 포인트 로크하였을 때의 자세 상태를 더 설명하는 설명도이다.

도37은 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 2개소의 포인트 로크를 하는 경우의 자세 제어하기 위한 설명도이다.

도38은 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 포인트 로크 연산부가 각 링크 부재(21)에 설치된 컨트롤러 내부의 구성을 도시한 블록도이다.

도39는 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 구동축 설정 수단 및 구동축 인지 수단을 설치한 제어칙 연산부의 구성을 도시한 블록도이다.

도40은 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 오프셋 명령 입력부를 가지는 서보 제어 컨트롤러의 블록선도이다.

도41은 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 도39의 구동축 설정 수단 및 구동축 인지 수단과 도40의 오프셋 명령 입력부를 조합하여 구성한 경우의 서보 제어 컨트롤러를 도시한 블록도이다.

도42는 본 발명의 실시예 2에 관한 것으로, 장벽과의 접촉에 의해 발생하는 부하를 검출하는 부하 검출부를 각 링크 부재마다 설치한 삽입부 구동 기구의 구성을 도시한 개략 구성도이다.

도43은 본 발명의 실시예 2에 관한 것으로, 도42의 부하 검출부 및 제어칙 연산부(36B) 내에 포함되는 다이내믹스 연산부를 도시한 블록도이다.

도44는 본 발명의 실시예 2에 관한 것으로, 부하 검출부로부터의 검출 결과와 가중치 함수를 결정하는 계수의 특성을 나타내는 그래프이다.

도45는 본 발명의 실시예 2에 관한 것으로, 도44의 특성과는 상이한 특성의 일례를 나타내는 그래프이다.

도46은 실시예 2의 변형예 1을 나타내고, 도46은 부하 검출부로부터의 검출 결과와 시간의 특성을 나타내는 그래프이다.

도47은 실시예 2의 변형예 1을 실시하기 위한 주요 블록 구성을 도시한 블록도이다.

도48은 실시예 2의 변형예 2를 나타내고, 부하 검출부로서 이용한 변위 센서로부터의 검출 결과와 시간의 특성을 나타내는 그래프이다.

도49는 실시예 2의 변형예 2를 실시하기 위한 주요 블록 구성을 도시한 블록도이다.

도50은 본 발명의 실시예 3에 관한 것으로, 구동 기구가 만곡 조작 와이어, 구동용 풀리 및 프리 풀리로 구성된 만곡부의 구성을 도시한 상면도이다.

도51은 본 발명의 실시예 3에 관한 것으로, 도50에 도시한 만곡부의 각 링크 부재 간에 설치된 만곡 조작 와이어의 현가 상태를 도시한 측면도이다.

도52는 본 발명의 실시예 3에 관한 것으로, 도50의 구동축을 구비한 구동용 풀리의 구성을 도시한 구성도이다.

도53은 본 발명의 실시예 3에 관한 것으로, 도50의 프리 풀리의 구성을 도시한 상면도이다.

도54는 본 발명의 실시예 3에 관한 것으로, 만곡 조작 와이어의 조작 또는 이완에 의해 링크 부재를 만곡 동작시키는 경우의 문제점을 설명하기 위한 설명도로, 복수의 링크 부재가 비만곡 동작시인 상태를 도시한 도면이다.

도55는 본 발명의 실시예 3에 관한 것으로, 2단째의 링크 부재를 90도 만곡시켰을 때에 선단측의 링크 부재가 간섭에 의해 만곡하는 상태를 도시한 도면이다.

도56은 본 발명의 실시예 3에 관한 것으로, 부하 검출부로부터의 검출 결과와 가중치 함수를 결정하는 계수의 특성을 나타내는 그래프이다.

도57은 본 발명의 실시예 3에 관한 것으로, 본 실시예의 컨트롤러에 의해 도 55에 도시한 상태로부터 선단측의 링크 부재를 90도 역방향으로 보정 제어한 상태를 도시한 도면이다.

도58은 본 발명의 실시예 4에 관한 것으로, 내시경 장치 전체의 구성을 도시한 구성도이다.

도59는 본 발명의 실시예 4에 관한 것으로, 컨트롤러에 의해 만곡 구동되었을 때의 만곡부의 특성을 설명하는 설명도이다.

도60은 실시예 4의 컨트롤러에 의해 강성 제어되었을 때의 만곡부의 특성을 설명하는 설명도이다.

도61은 실시예 4의 변형예 1에 관한 것으로, 내시경 장치 전체의 구성을 도시한 구성도이다.

도62는 실시예 4의 변형예 1에 관한 것으로, 서보 제어 컨트롤러 내의 구체적인 구성을 도시한 블록도이다.

도63은 실시예 4의 변형예 1에 관한 것으로, 컨트롤러에 의해 강성 제어되었을 때의 만곡부의 특성을 설명하는 설명도이다.

도64는 실시예 4의 변형예 1에 관한 것으로, 도62의 만곡용 제어부를 도시한 블록선도이다.

도65는 실시예 4의 변형예 1에 관한 것으로, 도62의 강성 제어용 제어부를 도시한 블록선도이다.

도66은 실시예 4의 변형예 2에 관한 것으로, 변형예 2의 내시경 장치 전체의 구성을 도시한 구성도이다.

도67은 실시예 4의 변형예 2에 관한 것으로, 컨트롤러에 의해 강성 제어되었을 때의 만곡부의 특성을 설명하는 설명도이다.

도68A는 실시예 4의 변형예 2에 관한 것으로, 작용을 설명하기 위한 만곡부의 원리도이다.

도68B는 실시예 4의 변형예 2에 관한 것으로, 제1 만곡부의 와이어의 견인에 수반하는 사관(蛇管) 길이의 단축에 의해 와이어에 이완이 발생한 상태를 도시한 설명도이다.

도68C는 실시예 4의 변형예 2에 관한 것으로, 제2 만곡부의 와이어의 견인에 수반하는 제2 만곡부의 사관 길이의 단축에 의해 와이어에 이완이 발생한 상태를 도시한 설명도이다.

도69는 실시예 4의 변형예 2에 관한 것으로, 제어부를 도시한 블록선도이다.

도70은 실시예 5에 관한 것으로, 서보 제어 컨트롤러 내에 포함되는 운동학 연산부를 도시한 블록도이다.

도71은 실시예 5에 관한 것으로, 액추에이터 제어 블록마다 설치된 서보 제어 컨트롤러 전체 구성을 도시한 블록도이다.

도72는 실시예 5에 관한 것으로, 도71의 제어 블록의 블록선도이다.

도73은 실시예 5에 관한 것으로, 도71의 제어 블록의 구체적인 구성을 도시한 블록도이다.

도74는 실시예 5의 변형예 1을 도시한 블록도이다.

도75는 실시예 5의 변형예 2를 도시한 블록도이다.

도76은 실시예 5에 관한 것으로, 도75의 조작량 변화 검지부의 구체적인 구성을 도시한 블록도이다.

도77은 실시예 5에 관한 것으로, 도75의 조작량 변화 검지부에 불감대폭 설정부를 설치한 구성을 도시한 블록도이다.

도78은 본 발명의 실시예 6에 관한 것으로, 액추에이터 제어 블록마다 설치된 서보 제어 컨트롤러 전체 구성을 도시한 블록도이다.

도79는 본 발명의 실시예 6에 관한 것으로, 도78의 제어 블록의 입출력 신호의 게인과 주파수의 특성을 나타내는 그래프이다.

도80은 본 발명의 실시예 6에 관한 것으로, 도78의 제어 블록의 입출력 신호의 위상과 주파수의 특성을 나타내는 그래프이다.

도81은 본 발명의 실시예 6에 관한 것으로, 복소개평면(複素開平面)에서 실축 상의 극값과 영점값이 허축에 대하여 대칭되는 상으로 설정한 상태를 나타내는 도면이다.

도82는 본 발명의 실시예 6에 관한 것으로, 복소개평면에서 플러스 마이너스의 실축 상의 극값과 영점값이 허축에 대하여 대칭되는 상으로 설정한 상태를 나타내는 도면이다.

도83은 본 발명의 실시예 6에 관한 것으로, 도78의 제1 제어 블록에 포함되는 필터부를 도시한 블록도이다.

도84는 실시예 6의 변형예 1을 도시한 블록도이다.

도85는 실시예 6의 변형예 2를 도시한 블록도이다.

도86은 본 발명의 실시예 7에 관한 것으로, 액추에이터 제어 블록마다 설치된 서보 제어 컨트롤러 전체 구성을 도시한 블록도이다.

도87은 실시예 7의 변형예를 나타내고, 시프트 경로를 설정하는 설정 수단을 구비한 서보 제어 컨트롤러 전체 구성을 도시한 블록도이다.

도88은 실시예 7의 변형예를 나타내고, 도87의 채널 설정부에 의해 설정 가능한 채널을 설명하기 위한 설명도이다.

도89는 실시예 7의 변형예를 나타내고, 채널 설정부의 입출력 신호의 일례를 나타내는 도면이다.

도90은 실시예 7의 변형예를 나타내고, 채널 설정부에 의한 채널 설정에 의해 이용되는 치환 행렬을 나타내는 도면이다.

도91은 실시예 7의 변형예를 나타내고, 채널 설정부에 의해 설정된 채널 설정예를 나타내는 도면이다.

도92는 본 발명의 실시예 4에 관한 기본적인 시프트 제어를 설명하기 위한 설명도이다.

도93은 실시예 8에 관한 것으로, 상대 이동량에 기초한 시프트 제어를 설명하기 위한 설명도이다.

도94는 실시예 8에 관한 것으로, 액추에이터 제어 블록마다 설치된 서보 제어 컨트롤러 전체 구성을 도시한 블록도이다.

도95는 실시예 8에 관한 것으로, 도94의 상대 이동량 변환부의 구체적인 구성을 도시한 블록도이다.

도96은 실시예 8의 변형예 1을 나타내고, 상대 이동량에 기초한 다른 시프트 제어를 설명하기 위한 설명도이다.

도97은 실시예 8의 변형예 2를 도시한 블록도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

도1 내지 도29는 본 발명의 실시예 1에서의 의료용 제어 장치의 기본 구성을 설명하기 위한 것으로, 도1은 의료용 제어 장치를 이용하여 구성한 내시경 장치의 시스템 구성도이다.

도1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 관한 의료용 제어 장치를 이용한 내시경 장치(1)는, 삽입부 선단부 내에 도시하지 않은 촬상 수단을 구비하고, 파지부(10) 내 혹은 만곡부(14) 내에 후술하는 삽입부(9)의 만곡부(14)를 만곡시키기 위한 구동부(10b)를 구비한 의료 용구로서의 전자 내시경(이하, 간단히 내시경)(2)과, 상기 내시경(2)에 착탈가능하게 접속되고, 이 내시경(2)에 조명광을 공급하는 광원 장치(3)와, 상기 내시경(2)에 착탈가능하게 접속되고, 상기 내시경(2)의 상기 촬상 수단을 제어함과 함께, 이 촬상 수단으로부터 얻어진 신호를 처리하여 표준적인 영상 신호를 출력하는 비디오 프로세서(4)와, 상기 비디오 프로세서(4) 내 혹은 이 비디오 프로세서(4)와는 별체로 설치되고, 상기 만곡부(14)를 만곡 동작시키도록 상기 내시경(2)의 구동부(10b)를 제어하는 컨트롤러(5)와, 상기 비디오 프로세서(4)로 신호 처리하여 얻어진 내시경 화상을 표시하는 모니터(6)와, 상기 컨트롤러(5)에 전기적으로 접속되는 지정 수단으로서의 조작 명령부(7)와, 상기 컨트롤 러(5)에 전기적으로 접속되는 설정값 입력 수단으로서의 설정값 명령부(8)를 가지고 있다.

또한, 상기 비디오 프로세서(4)에는, 도시하지 않은 VTR데크, 비디오 프린터, 비디오 디스크, 화상 파일 기록 장치 등을 접속할 수 있도록 되어 있다.

상기 내시경(2)은, 관찰 대상 부위로 삽입하는 가늘고 긴 삽입부(9)와, 이 삽입부(9)의 기단부에 연달아 설치되고, 비디오 스위치나 송기·송수 스위치 등의 조작부(10a)를 가지는 파지부(10)와, 이 파지부(10)의 측면으로부터 연달아 설치되고, 도시하지 않은 촬상 수단에 접속하는 신호 케이블이나 조명광을 전달하는 라이트 가이드 등을 내장한 유니버설 코드(11)와, 이 유니버설 코드(11)의 단부에 설치되고, 상기 광원 장치(3) 및 비디오 프로세서(4)에 착탈가능하게 접속되는 커넥터부(12)를 가지고 있다.

상기 삽입부(9)는, 선단에 설치된 선단부(13)와, 이 선단부(13)의 후부(피검체에 삽입되는 삽입부(9)의 선단측)에 설치된 만곡이 자유로운 만곡부(14)와, 이 만곡부(14)의 후부에 설치되고, 연성의 관 형상의 부재로 형성되는 길이가 길고 가요성을 가지는 가요관부(15)가 연달아 설치되어 구성하고 있다.

상기 선단부(13)는, 촬상 수단으로서 CCD 등의 도시하지 않은 고체 촬상 소자 및 이 고체 촬상 소자를 구동하기 위한 회로 기판 등이 조립된 촬상부나, 체강 내의 관찰 대상 부위를 조명하기 위한 조명광을 전달하는 도시하지 않은 라이트 가이드 등을 내장하여 구성되어 있다. 또한, 상기 만곡부(14)의 구성에 대해서는 후술한다.

상기 컨트롤러(5)에는, 접속선(7b)을 통하여 상기 조작 명령부(7)가 전기적으로 접속되어 있다. 이 조작 명령부(7)는, 예를 들면 조이 스틱(7a)을 구비하여 구성된 것이고, 이 조이 스틱(7a)을 조작함으로써 상기 만곡부(14)를 만곡 동작시키기 위한 조작 명령값 신호를 출력한다.

또한, 상기 컨트롤러(5)에는, 접속선(8b)을 통하여 설정값 명령부(8)가 전기적으로 접속되어 있다. 이 설정값 명령부(8)는, 예를 들면 키보드(8a)를 이용하여 구성된 것으로, 이 키보드(8a)에 의한 키 조작에 의해, 컨트롤러(5)에 대하여 상기 만곡부(14)를 만곡시키는 데 필요한 각종 설정값의 입력을 행한다.

다음에, 상기 만곡부(14)의 구성에 대하여, 도3 내지 도8을 참조하면서 설명한다. 또한, 상기 만곡부(14)에 대해서는, 간단히 하기 위해서, 평면적 동작 구동부로서의 취급으로서 설명을 행한다(2차원의 평면 동작).

도3 및 도4는 링크 구조의 구동 기구를 구비한 만곡부를 가지는 삽입부 선단측의 개략 구성을 설명하는 것으로, 도3은 삽입부 구동 기구의 주요부를 삽입부의 선단측으로부터 사시한 배치도, 도4는 삽입부 구동 기구의 주요부를 도시한 배치도이다. 또한, 도5는 구동 기구가 모터 및 기어로 구성된 만곡부의 개략 구성도, 도6은 도5에 도시한 만곡부의 변형예 1을 도시한 개략 구성도, 도7은 도5에 도시한 만곡부의 변형예 2를 도시한 개략 구성도, 도8은 모터와 플렉시블 샤프트의 접속 구성을 도시한 사시도이다.

도3 및 도4에 도시한 바와 같이, 만곡부(14)는, 피검체 내에 삽입되는 삽입부(9)의 선단측에 설치되어 있다. 이 만곡부(14)는, 삽입부 구동 기구(20)를 가지 고, 이 삽입부 구동 기구(20)는, 복수의 링크 부재[21al, 21a2, 21a3…21an(n은 자연수)]가 복수의 관절 부재(21bl, 21b2, 21b3…21bn)에 의해 각각 회전가능하게 연접됨으로써, 구성되어 있다. 즉, 삽입부 구동 기구(20)는, 다관절의 링크 구조를 가지고 있다.

또한, 상기 구동부(10b)는, 상기 복수의 링크 부재(21al, 21a2, 21a3…21an)를 각각 회전시키기 위한 구동원인 모터(27)(도5 및 도8 참조)로 구성되어 있다.

이 구동부(10b)인 모터(27)가 상기 조작부(10) 내에 설치된 경우에는, 도8에 도시한 바와 같이 모터(27)의 구동축(27a)에는 조인트(30a)를 통하여 플렉시블 샤프트(30)가 연달아 설치된다. 그리고, 플렉시블 샤프트(30)는, 도시하지 않지만 삽입부(9) 내에 연달아 설치되고, 기단부가 상기 복수의 링크 부재(21al, 21a2, 21a3…21an)에 연결된다. 이에 의해, 각각의 모터(27)의 회전력이 플렉시블 샤프트(30)를 통하여, 상기 복수의 링크 부재(21a)에 각각 전달되도록 이루어져 있다.

또한, 상기 구동부(10b)인 모터(27)가 삽입부(9)의 만곡부(14) 내에 설치된 경우에는, 도5에 도시한 바와 같이, 모터(27)는, 상기 삽입부 구동 기구(20)를 구성하는 상기 복수의 링크 부재(21al, 21a2, 21a3…21an) 내에 각각 설치된다. 그리고, 모터(27)의 회전력은, 상기 모터(27)와 연결하는 연결 기어 유닛(26) 등에 의해 상기 복수의 링크 부재(21al, 21a2, 21a3…21an)에 각각 전달되도록 이루어져 있다.

또한, 상기 링크 부재(21a) 및 관절 부재(21b)의 수는, 도면 중에 도시한 구성예에 한정되는 것이 아니라, 상기 내시경(2)의 목적에 따라 적절히 그 수를 증감 하여 구성하는 것도 가능하다. 또한, 상기 링크 부재(21al)는, 선단부(13)의 최선단측에 배치된 것으로, 이 링크 부재(21al)의 후단측에는 차례로 링크 부재(21a2, 21a3…21an)가 연결되도록 이루어져 있다. 또한, 이에 수반하여, 상기 관절 부재(21bl, 21b2, 21b3…21bn)에 대해서도 선단부(13)측으로부터 차례로 링크 부재(21a)와의 사이에 각각 배치되게 된다.

도5에는 상기 만곡부(14)의 구체적인 구성이 도시되어 있다.

도5에 도시한 바와 같이, 상기 만곡부(14)의 삽입부 구동 기구(20)는, 상기 구동부(10b)인 모터(27)를 상기 복수의 링크 부재(21al, 21a2, 21a3…21an) 내에 각각 설치하고 있다.

상기 복수의 링크 부재(21al, 21a2, 21a3…21an)는, 상기 관절 부재(21bl, 21b2, 21b3…21bn)인 조인트 샤프트(22)에 의해 각각 회전가능하게 연결되어 있다. 상기 조인트 샤프트(22)는 축 부재이고, 이 조인트 샤프트(22)는, 각각 제1 검출 수단으로서의 포텐쇼미터(23)가 장착되어 있다.

이 포텐쇼미터(23)는, 조인트 샤프트(22)의 회전량을 검출하여 링크 부재(21a)의 상태량 검지 신호로서 도시하지 않은 신호선을 통하여 상기 컨트롤러(5)에 출력하도록 되어 있다.

또한, 상기 복수의 링크 부재(21al, 21a2, 21a3…21an)의 각 기단측에는, 상기 조인트 샤프트(22)를 회전가능하게 축지지한 치차(24)가 각각 고정되어 있다. 이 치차(24)에는 연결 기어 유닛(26)의 축(26a)에 고정설치하는 치차(25)가 맞물린다. 즉, 이 연결 기어 유닛(26)은, 상기 링크 부재(21al, 21a2, 21a3…21an)마다 설치된 모터(27)의 도시하지 않은 구동축과 연결하고 있고, 이 구동축의 회전력은 축(26a)을 통하여 상기 치차(25)에 전달되도록 이루어져 있다.

이에 의해, 모터(27)의 회전력이 연결 기어 유닛(26)의 축(26a) 및 치차(25)를 통하여 치차(24)에 전달되어, 이 치차(24)가 고정된 링크 부재(21a)를 소정 방향으로 회전시키는 것이 가능하다.

또한, 도5에 도시한 만곡부(14)는, 각 링크 부재(21a)마다 삽입부 구동 기구(20)를 구성하는, 모터(27), 연결 기어 유닛(26), 치차(24, 25)를 가지고 있기 때문에, 상기 복수의 링크 부재(21al 내지 21an) 중, 지정한 링크 부재(21a)의 모터(27)의 회전 제어를 행하면, 상기 지정된 링크 부재(21a)만을 회전 동작시키는 것이 가능하다.

또한, 본 실시예에서는, 상기 만곡부(14)에서의 구동 기구(20)를, 도6에 도시한 변형예 1, 혹은 도7에 도시한 변형예 2와 같이 구성하여도 된다. 이와 같은 만곡부(14)의 변형예 1, 변형예 2를 도6 및 도7을 참조하면서 설명한다.

변형예 1 및 변형예 2에서의 만곡부(14)는, 도5에 도시한 만곡부(14)와는 달리, 각 링크 부재(21a)마다 모터(27)를 설치하지 않고, 구동부(10b)인 모터(27)를 조작부(10) 내에 복수 설치하고 있다. 이들 각 모터(27)의 구동축(30b)에는, 각각 조인트(30a)를 통하여 플렉시블 샤프트(30)가 연결되어 있다. 또한, 각 플렉시블 샤프트(30)는, 삽입부(9) 내에 연달아 설치되고, 각 링크 부재(21a, 21b, 21c…21n)에 각각 연결되어 있다. 그리고, 이들 모터(27)의 회전력은, 각각 대응하는 플렉시블 샤프트(30)를 통하여, 상기 복수의 링크 부재(21a, 21b, 21c…21n)에 전 달되도록 이루어져 있다.

도6에 도시한 바와 같이, 변형예 1의 만곡부(14)는, 도5에 도시한 삽입부 구동 기구(20)와 거의 마찬가지의 구성인데, 각 링크 부재(21a)마다 연달아 설치되는 플렉시블 샤프트(30)의 선단측에 치차(29)를 설치하고 있다.

이 치차(29)에는, 연결 치차(28)가 맞물린다. 이 연결 치차(28)는 상기 링크 부재(21a) 내부에 내장되어 있고, 이 연결 치차(28)의 축(29a)의 반대측에는 치차(25)가 고정 설치되어 있다. 그리고, 이 치차(25)를 통하여, 플렉시블 샤프트(30)로부터의 회전력이 치차(24)에 전달된다.

이에 의해, 모터(27)의 회전력이, 구동축(30b), 조인트(30a), 플렉시블 샤프트(30), 치차(29), 연결 치차(28), 축(29a) 및 치차(25)를 통하여 치차(24)에 전달되어, 이 치차(24)가 고정된 링크 부재(21a)를 소정 방향으로 회전시키는 것이 가능하다.

변형예 1의 만곡부(14)는, 도5에 도시한 만곡부(14)와 마찬가지로, 각 링크 부재(21a)마다 삽입부 구동 기구(20)를 구성하는, 플렉시블 샤프트(30), 연결 치차(28), 치차(24, 25)를 가지고 있기 때문에, 상기 복수의 링크 부재(21al 내지 21an) 중, 지정한 링크 부재(21a)의 모터(27)의 회전 제어를 행하면, 상기 지정된 링크 부재(21a)를 회전 동작시키는 것이 가능하다.

또한, 도7에 도시한 바와 같이, 변형예 2의 만곡부(14)는, 상기 변형예 1의 삽입부 구동 기구(20)와 거의 마찬가지의 구성인데, 상기 연결 치차(28)를 없애고, 각 링크 부재(21a)마다 연달아 설치되는 플렉시블 샤프트(30)를 각 링크 부재(21a) 내부에 설치하도록 구성하고 있다.

상기 플렉시블 샤프트(30)의 선단측에는 상기 치차(25)가 설치되어 있다. 따라서, 플렉시블 샤프트(30)로부터의 회전력은, 상기 치차(25)를 통하여, 연결 치차(24) 등의 연결 부재를 통하지 않고도 바로 각 링크 부재(21a)의 후단측에 고정된 치차(24)에 전달되도록 이루어져 있다. 이에 의해, 상기 변형예 1과 마찬가지로 상기 치차(24)가 고정된 링크 부재(21a)를 소정 방향으로 회전시키는 것이 가능하다.

변형예 2의 만곡부(14)는, 상기 변형예 1과 마찬가지로 각 링크 부재(21a)마다 삽입부 구동 기구(20)를 구성하는, 플렉시블 샤프트(30), 치차(24, 25)를 가지고 있기 때문에, 상기 복수의 링크 부재(21al 내지 21an) 중, 지정한 링크 부재(21a)의 모터(27)의 회전 제어를 행하면, 상기 지정된 링크 부재(21a)만을 회전 동작시키는 것이 가능하다.

다음에, 이와 같은 만곡부(14)를 가지는 내시경(2)을 구비한 내시경 장치(1)의 전기적인 주요 구성에 대하여 도2를 참조하면서 설명한다.

도2는 내시경 장치(1)의 주요부 구성 부분의 전기적인 구성을 도시한 블록도이다.

도2에 도시한 바와 같이, 상기 내시경 장치(1)는, 예를 들면 조이 스틱(7a)을 이용하여 구성되는 조작 수단 및 지정 수단으로서의 조작 명령부(7)와, 키보드(8a)를 이용하여 구성되는 설정값 입력 수단으로서의 설정값 명령부(8)와, 상기 조작 명령부(7)로부터의 조작 명령값 신호, 상기 설정값 명령부(8)에 의해 설정된 설정값 및 상기 포텐쇼미터(23) 등으로부터의 상태량 검지 신호에 기초하여 상기 구동부(10b)를 제어하기 위한 구동 명령값 신호를 출력하는 컨트롤러(5)와, 상기 컨트롤러(5)로부터의 구동 명령값 신호에 기초하여 각각 회전 제어되는 모터(27) 등의 구동부(10b)와, 이 구동부(10b)의 회전력에 의해 자세 제어되는 만곡부(14) 내에 설치된 삽입부 구동 기구(20)를 가지며 주요부를 구성하고 있다.

상기 조작 명령부(7)는, 조이 스틱(7a)을 이용하여 상기 만곡부(14)의 만곡을 지시하기 위한 조작 수단으로, 조작에 기초한 조작 명령값 신호를 상기 컨트롤러(5)에 출력한다. 또한, 상기 조작 명령부(7)는, 상기 만곡부(14)를 구성하는 상기 복수의 링크 부재(21al 내지 21an) 중, 2차원에서의 위치와 방향을 고정하는 링크 부재(21a)를 지정하는 지정 수단으로, 이 조작에 기초한 상기 조작 명령값 신호를 상기 컨트롤러(5)에 출력한다.

상기 컨트롤러(5), 구동부(10b) 및 삽입부 구동 기구(20)를 가지는 주요부의 제어 블록도가 도9에 도시되어 있다.

도9에 도시한 바와 같이, 상기 컨트롤러(5)(도2 참조)는, 명령 제어부(5A)를 가지고 있다. 이 명령 제어부(5A)에는, 상기 조작 명령부(7)로부터의 조작 명령값 신호가 공급되도록 이루어져 있다.

상기 명령 제어부(5A)는, 공급된 조작 명령값 신호 및 상태량 검지 신호에 기초하여, 액추에이터 제어 블록(31)에 설치된 구동부(10b)를 제어하는 데 필요한 연산 처리 등을 행하는 것이다.

상기 명령 제어부(5A)에는, 상기 만곡부(14)의 삽입부 구동 기구(20)를 구성 하는 복수의 링크 부재(21a)마다 설치된 복수의 제1, 제2…제n 액추에이터 제어 블록(31a1 내지 31an)이 전기적으로 접속되어 있다.

도10은 도9에 도시한 상기 명령 제어부(5A) 및 액추에이터 제어 블록(31)의 구체적인 구성을 도시한 블록도이다.

도10에 도시한 바와 같이, 상기 명령 제어부(5A)는, 상기 조작 명령부(7)로부터의 조작 명령값 신호를 입력하기 위한 입력부 I/F(33)와, 상기 설정값 명령부(8)로부터의 설정 명령값을 입력하기 위한 입력부 I/F(34, 35)와, 이들 I/F(33 내지 35)를 통하여 입력된 각종 명령값 신호에 기초하여, 상기 제1, 제2, …제n 액추에이터 제어 블록(31a1 내지 31an) 내의 구동부(10b)를 제어하는 중앙 처리 연산 장치(예를 들면 CPU)(32)를 가지고 있다.

또한, 상기 입력부 I/F(33)는, 조이 스틱(7a)이 아날로그의 조작 명령값 신호를 출력하는 것인 경우에는 이 아날로그 신호의 입력이 가능하다. 또한, 상기 입력부 I/F(33)는, 조작 명령부(7)가 다른 디지털의 조작 명령값 신호를 출력하는 조작 수단인 경우에는 이 디지털 신호의 입력이 가능하다.

또한, 상기 입력부 I/F(34)는, 복수의 링크 부재(21a)를 연속적으로 동작하는 데 필요한 아날로그의 설정값 명령 신호의 입력이 가능하고, 상기 입력부 I/F(35)는 파라미터 변경 등의 디지털의 설정 명령값의 입력이 가능하다. 상기 입력부 I/F(34)와 상기 입력부 I/F(35)는 1개의 I/F로서 구성하여도 된다.

한편, 상기 액추에이터 제어 블록(31)은, 고속으로 각종 연산 처리를 행함과 함께, 연산 결과에 기초하여 구동 명령값 신호를 생성하여 출력하는 디지털 시그널 프로세서(Digital Signal Processor로, 이하, DSP라고 함)(36)와, 이 DSP(36)로부터의 구동 명령값 신호(서보 명령값 신호)에 기초하여 조작 출력값 신호(구동 신호)를 생성하여 출력하는 제어 명령값 출력부(37)와, 이 제어 명령값 출력부(37)로부터의 조작 출력값 신호에 기초하여 회전이 제어되는 구동부(10b)인 모터(27)와, 이 모터(27)의 회전 위치를 검출하는 인코더나 링크 부재(21a)의 회전 각도를 검출하는 포텐쇼미터(23) 등의 제1 검출 수단인 센서(38)와, 이 센서(38)에 의해 검출된 위치 정보인 상태량 검지 신호를 검출하여 상기 DSP(36)에 출력하기 위한 신호 입력부(39)를 가지고 있다.

또한, 본 실시예에서는, 상기 구동부(10b)로서 모터(27)를 가지고 있는데, 이에 한정되지는 않고, 다른 액추에이터를 구동부(10b)로서 이용하도록 구성하여도 된다.

도11은 상기 액추에이터 제어 블록의 구체적인 구성을 도시한 블록도이고, 도12는 도11의 서보 제어 컨트롤러의 블록도를 도시하고 있다.

도10에 도시한 액추에이터 제어 블록(31)에서, 상기 DSP(36)는 도11에 도시한 서보 제어 컨트롤러(36A)를 구성하고, 이 서보 제어 컨트롤러(36A)는, 공급된 서보 명령값 신호에 기초한 조작 출력값 신호(구동 신호)를 생성하고, 상기 제어 명령값 출력부(37)인 드라이버(앰프)(37a)에 출력한다. 또한, 상기 서보 제어 컨트롤러(36A)는, 도10에 도시한 CPU(32)로 치환하여 구성하여도 된다.

상기 드라이버(37a)는, 공급된 조작 출력값 신호를 증폭하여 모터(27)를 회전시킨다. 그러면, 이 모터(27)의 회전에 의해 도5에 도시한 링크 부재(21a)는 회 전 동작한다. 이 때, 상기 센서(38)는, 링크 부재(21a)의 상태량 검지 신호를 생성하고, 상기 신호 입력부(39)인 검지부(앰프)(39a)에 출력한다.

상기 검지부(39a)는, 공급된 상태량 검지 신호를 증폭하여 상기 서보 제어 컨트롤러(36A)에 출력한다. 이에 의해, 서보 제어 컨트롤러(36A)는, 공급된 상태량 검지 신호와 서보 명령값 신호의 비교를 행하면서 상기 모터(27)의 회전 제어를 행하도록 되어 있다.

이 경우, 상기 서보 제어 컨트롤러(36A)는, 도12에 도시한 바와 같이, 공급된 서보 명령값 신호와, 상기 센서(38)에 의해 얻어진 모터(27)의 변위 정보인 상태 검출 신호에 기초하여, PD 제어부(40)를 이용하여 공지의 비례·미분 제어 등의 PD 제어를 행하여 조작 출력값 신호(구동 신호)를 생성하고, 모터(27)에 부여함으로써 회전 제어한다.

그런데, 이와 같은 다관절의 링크 구조의 만곡부(14)를 구비한 내시경(2)에서는, 대장 등의 관강 내의 형상에 맞춘 형상으로 삽입하기 위해서는, 선단측의 링크 부재(21al)를 최적의 자세 각도로 제어함과 동시에, 이에 연동하여 이 선단측의 링크 부재(21al)에 이어지는 복수의 다른 링크 부재(21a)에 대해서도 제어할 필요가 있다. 이와 같은 본 발명에 이용되는 기본적인 제어 방법을 도13 내지 도15를 참조하면서 설명한다.

도13 내지 도15는 다관절의 링크 구조를 가지는 만곡부의 자세 제어를 설명하는 것으로 선단부(13)측의 링크 부재(21al 내지 21a3)에 대응한 설명도이고, 도13은 선단부(13)측의 링크 부재(21al)가 소정의 선단 위치 및 자세 벡터의 상태인 도면, 도14는 도13의 링크 부재(21al)의 자세 상태인 경우에 예상되는 다른 링크 부재의 상태를 도시한 도면, 도15는 선단부(13)측의 링크 부재(21al)만을 독립적으로 자세 제어한 소정의 위치 및 자세 벡터의 상태를 도시한 도면이다.

본 실시예의 컨트롤러(5)의 명령 제어부(5A)는, 상기 만곡부(14)를 구성하는 복수의 링크 부재(21al 내지 21an)를 각각 자세 제어할 때에, 후술하는 운동학(순운동학 및 역운동학)에 기초한 연산 처리를 행하도록 되어 있다.

또한, 순운동학에 기초한 연산 처리란, 각 관절[각 링크 부재(21a)]의 각도가 얻어졌을 때, 선단부의 위치·자세 벡터를 구하기 위한 연산 처리이고, 역운동학에 기초한 연산 처리란, 선단부의 위치·자세 벡터가 얻어졌을 때, 각 관절[각 링크 부재(21a)]의 각도를 구하기 위한 연산 처리를 의미하고 있다.

상기 명령 제어부(5A)는, 후술하는 로봇의 운동학을 저량화하는 기본식에 기초하여, 연산 처리를 행한다. 이와 같은 로봇의 운동학을 정량화하는 기본식을 하기에 나타낸다. 금후, 간단히 하기 위해서, 3링크 및 전술한 바와 같이 2차원 평면에 한한 동작 설명을 행하는데, 2차원 평면 동작으로부터 3차원 공간 동작으로 치환하는 것은, 잘 알려져 있는 로봇의 좌표 변환 처리와 마찬가지로 DH법(Denavit-Hartenberg 표기법)에 의한 처리로 바꿈으로써 대응 가능하게 된다.

여기서, x를 손끝 좌표, q를 관절 좌표, 및 J를 야코비안(속도 벡터)으로 하면, 하기의 식을 정의할 수 있다. 또한, x, q, J는, 각각의 벡터를 나타내는 것으로 한다.

[식 1]

손끝과 관절의 위치 관계

또한, 도13은 2차원 좌표를 나타내고 있기 때문에,

이다.

[식 2]

손끝과 관절의 속도 관계

그리고, 이상의 식(식 1, 식 2)과 각 링크 구속 조건의 운동학(라그랑지안)을 풀면, 하기의 로봇 다이내믹스{관절 좌표에서의 토크[τ(또는 (∂²d/∂t²)]}와 다이내믹스의 관계)를 도출하는 것이 가능하다.

[식 3]

단, H(q)는 관성 행렬항, h는 코리올리 및 자세 변화에 의존하는 다이내믹스항, g는 중력항, τEXT는 외란 요소를 나타낸다.

각 관절(각 링크 부재(21a)이고 도13 중의 q1, q2, q3)과 손끝 위치(선단측의 링크 부재(21a1)의 위치이고 q1)에서, 손끝 위치 가속도와 관절 가속도의 동적 관계에 대해서는, 상기 (식 1) 내지 (식 3)의 관계와, 상기 (식 2) 양변을 시간에 의한 미분 조작을 행한 결과를 이용하여,

X=J·(d²q/dt²)+(dJ/dt)·(dq/dt)의 관계와, 우변을 행렬 분해(특이값 분해 등)함으로써 행렬 공간을 핵 공간(Kernell)과 영 공간(Null)으로 분해할 수 있다.

이에 의해, 하기에 나타내는 (식 4)를 도출하는 것이 가능하다.

[식 4]

단, (식 4) 중의 표기 #은 유사 역행렬을 나타내고 있다. 일반적으로, 상기 (식 4)에서, 좌변 제1항은 손끝 위치의 움직임을 나타내고, 제2항은 손끝 이외의 각 관절의 움직임을 나타내고 있다. 따라서, 손끝 위치(선단측 링크 부재(21a1)의 위치로 q1)를 결정하는 경우에 그 이후의 관절 자세(다른 링크 부재(21al 내지 21an)로 q1, q2)는, 일의적으로 결정되지 않는다.

즉, 도14에 나타내는 바와 같이, 선단부의 q1의 위치가 지정한 경우, 이 q1을 포함하는 q2, q3으로 이루어진 링크 부재의 자세의 잡는 법은, 도면 중 실선으로 나타내는 자세 이외에 점선으로 나타내는 자세의 잡는 법도 행할 수 있고, 자세가 일의적으로 결정되는 것은 아니다. 즉, 만곡부(14)의 각 링크 부재(21a)는, 로봇의 자세의 용장성을 가지게 된다.

그리고, 컨트롤러(5)의 명령 제어부(5A)는, 상기 (식 3), (식 4)의 링크 운동 방정식을 실시간으로 제어하기 위한 각 링크에 부여할 토크 계산, 즉 후술하는 (식 7), (식 8)의 계산을 행하는데, 도15에 나타내는 바와 같이, 선단부로부터 차단의 링크 부재[21a2, 21a3(q2, q3)]에 대해서는 링크 위치·자세의 운동학에 기초 한 연산 처리를 행하고, 선단측의 링크 부재[21al(q1)]에 대해서는, 독립적으로 구동 제어하는 알고리즘(도시하지 않은 메모리에 기억되어 있음)에 기초하여 연산 처리를 행하도록 되어 있다.

이에 의해, 선단측의 링크 부재(21al)의 위치, 자세(방향)가 결정되면, 상기 연산 처리를 행함으로써, 선단측의 링크 부재(21a1)에 이어지는 다른 링크 부재(21)의 각도를 구하는 것이 가능하다.

다음에, 상기 운동학(순운동학 및 역운동학)에 기초한 연산 처리를 행하기 위한 서보 제어 컨트롤러(36A)의 구체적인 구성 및 제어 방법에 대하여 도16 내지 도21을 참조하면서 설명한다.

도16 내지 도21은 서보 제어 컨트롤러(36A)의 구체적인 구성 및 제어 방법을 설명하기 위한 것으로, 도16은 서보 제어 컨트롤러(36A)의 개략 구성을 도시한 블록도, 도17은 도16의 제어칙 연산부(36B)의 구체적인 구성을 도시한 블록도, 도18은 도17의 다이내믹스 연산부(43)의 개략 구성을 도시한 블록도, 도19는 도18의 다이내믹스 연산부(43)의 구체적인 구성을 도시한 블록도, 도20은 도17의 운동학 연산부(41)의 개략 구성을 도시한 블록도, 도21은 도20의 운동학 연산부(41)의 구체적인 구성을 도시한 블록도를 각각 나타내고 있다.

도16에 도시한 바와 같이, 서보 제어 컨트롤러(36A)는, 제어칙 연산부(36B)를 가지고 있고, 이 제어칙 연산부(36B)에는, 선단측의 링크 부재(21al) 혹은 각 링크 부재(21a)에서의 서보 명령값 신호를 포함하는 설정 명령값 신호 등의 명령값 정보(설정값 정보도 포함함)와, 각 링크 부재(21a)에서의 상태량 검지 신호 등의 위치 피드백 정보(이하, 위치 F/B 정보라고 함)가 공급된다.

그리고, 상기 제어칙 연산부(36B)는, 공급된 명령값 정보와 위치 F/B 정보에 기초하여, 후술하는 운동학 연산부(41) 및 다이내믹스 연산부(43)에 각 링크 부재(21a)에 대응하는 구동 명령값 신호로서의 관절 토크 명령값 신호를 얻기 위한 연산 처리를 행하고, 구동부(10b)에 출력한다.

상기 제어칙 연산부(36B)의 구체적인 구성이 도17에 도시되어 있다.

도17에 도시한 바와 같이, 상기 제어칙 연산부(36B)는, 선단측의 링크 부재(21al)의 선단 위치 좌표인 명령값 위치 정보와, 각 관절[각 링크 부재(21a)]의 관절 위치 F/B 정보를 입력하여, 이들 정보를 이용하여 운동학에 기초한 연산 처리를 행하는 운동학 연산부(41)와, 이 운동학 연산부(41)의 연산 결과와, 상기 명령값 정보 및 관절 위치 F/B 정보를 입력하여, 이들 정보를 이용하여 각 링크 부재(21a)의 변화량에 관한 동적인 부분을 도출하기 위해서 다이내믹스 연산 처리를 행하는 다이내믹스 연산부(43)와, 상기 명령값 정보와 상기 운동학 연산부(41) 및 상기 다이내믹스 연산부(43)의 각 연산 결과를 입력하고, 이들 정보에 기초하여 각 링크 부재(21a)를 제어하는 데 필요한 관절 토크 명령값 신호를 연산 처리하는 제어 연산부(42)를 가지고 있다.

그리고, 상기 제어칙 연산부(36B)는, 생성된 상기 관절 토크 명령값 신호를, 상기 액추에이터 제어 블록(31) 내의 구동부(10b)에 공급함으로써, 삽입부 구동 기구(머니퓰레이터)(20)를 제어한다.

이 때, 머니퓰레이터(20)는, 상기 액추에이터 제어 블록(31) 내의 센서(38) 에 의해 검출된, 상태량 검지 신호인 각 관절의 관절 위치 F/B 정보를 상기 운동학 연산부(41) 및 다이내믹스 연산부(43)에 출력한다.

도18에 상기 다이내믹스 연산부(43)의 개략 구성을 도시하고, 도19에 상기 다이내믹스 연산부의 구체적인 구성이 도시되어 있다.

도18에 도시한 바와 같이, 상기 다이내믹스 연산부(43)는, 상기 운동학 연산부(41)의 연산 결과인 후술하는 야코비안[속도 벡터로, J 혹은 야코비안(J)으로서 설명하는 경우도 있음]과, 상기 명령값 정보 및 관절 위치 F/B 정보를 입력하여, 이들 정보를 이용하여 다이내믹스 연산 처리를 행함으로써, 각 링크 부재(21a)의 변화량에 관한 동적인 부분, 즉, 각 링크 부재(21a)의 위치 편차, 야코비안(J), 관절 위치 속도·가속도를 도출하고, 연산 처리 결과로서 출력한다.

구체적으로는, 상기 다이내믹스 연산부(43)는, 도19에 도시한 바와 같이, 순운동학 연산부(44)와, 시간 미분 연산부(45)와, 시간 미분 연산부(46)를 가지고 있다.

상기 순운동학 연산부(44)는, 상기 관절 위치 F/B 정보에 기초하여 상기한 순운동학에 기초한 연산 처리를 행한다. 이 연산 출력 결과는, 감산기에 의해 선단부의 링크 부재(21a1)의 선단 위치 정보로부터 빼짐으로써, 각 링크 부재(21a)의 위치 편차(e)가 도출된다.

상기 시간 미분 연산부(45)는, 상기 관절 위치 F/B 정보와 야코비안(J)이 입력되고, 상기 관절 위치 F/B 정보와 야코비안(J)을 이용하여 시간 미분 연산 처리를 행함으로써, 각 링크 부재(21a)의 변위량, 즉, 야코비안 속도(∂J/∂t), 관절 위치 속도(∂q/∂t)를 생성한다.

상기 시간 미분 연산부(46)는, 상기 관절 위치 속도(∂q/∂t)를 입력하여 시간 미분 연산 처리를 행함으로써, 관절 위치 가속도(∂²q/∂t²)를 생성한다.

도20에 상기 운동학 연산부(41)의 개략 구성을 도시하고, 도21에 상기 운동학 연산부(41)의 구체적인 구성이 도시되어 있다.

도20에 도시한 바와 같이, 상기 운동학 연산부(41)는, 상기 명령값 정보 및 관절 위치 F/B 정보를 입력하여, 이들 정보를 이용하여 운동학에 기초한 연산 처리를 행함으로써, 선단측의 링크 부재(21a1)의 야코비안(J), 야코비안(J)의 유사 역행렬(J⁺), 및 야코비안(J)의 영 공간 유사 역행렬(I-J⁺J)을 도출하고, 연산 처리 결과로서 출력한다.

구체적으로는, 상기 운동학 연산부(41)는, 도21에 도시한 바와 같이, 야코비안 연산부(47)와, 유사 역행렬 연산부(48)와, 야코비안 영 공간 연산부(49)를 가지고 있다.

상기 야코비안 연산부(47)는, 상기 명령 위치 정보와 위치 F/B 정보에 기초하여 야코비안(J)을 얻기 위한 연산 처리를 행하고, 얻어진 야코비안(J)을 도17에 도시한 제어 연산부(42), 상기 유사 역행렬 연산부(48) 및 상기 야코비안 영 공간 연산부(49)에 출력한다.

또한, 상기 야코비안 연산부(47)에 의한 야코비안 연산 처리에 기초한 (식 5)를 하기에 나타낸다.

[식 5]

상기 유사 역행렬 연산부(48)는, 상기 야코비안(J)이 입력되고, 이 야코비안(J)에 일반화 역행렬 연산 처리를 행함으로써, 유사 역행렬(J⁺)을 생성하고, 도17에 도시한 제어 연산부(42) 및 상기 야코비안 영 공간 연산부(49)에 출력한다.

또한, 일반화 역행렬 연산 처리에 기초한 (식 6)을 하기에 나타낸다.

[식 6]

단, 식 중의 슈퍼 스크립트(T)는 전치 행렬을 나타내고 있다.

상기 야코비안 영 공간 연산부(49)는, 공급된 야코비안(J)과 상기 유사 역행렬(J⁺)에 야코비안 영 공간 연산 처리를 행함으로써, 유사 역행렬(I-J⁺J)을 생성하고, 상기 도17에 도시한 제어 연산부(42)에 출력한다.

따라서, 상기 야코비안(J), 야코비안(J)의 유사 역행렬(J⁺) 및 야코비안 영 공간 유사 역행렬(I-J⁺J)은 상기 운동학 연산부(41)의 연산 처리 결과로서, 도17에 도시한 제어 연산부(42)에 공급되게 된다. 제어 연산부(42)에서는, 전술한 명령값 과 상태량에 기초한 PD 제어를 행한다.

다음에, 전술한 도17에 도시한 제어칙 연산부(36B) 내에서 행해지는 각종 연산 처리에 필요한 제어칙식을 설명한다.

본 발명의 의료용 제어 장치를 이용한 내시경 장치(1)는, 복수의 링크 부재(21a)와, 복수의 관절 부재(21b)를 가지며 머니퓰레이터를 구성하는 삽입부 구동 기구(20)를 구비하고 있다. 이 때문에, 상기 도17에 도시한 제어칙 연산부(36B)는, 머니퓰레이터 운동 방정식인 상기 (식 3), (식 4)를 기본으로 하고, 또한, 후술하는 머니퓰레이터 제어칙에 기초한 각 식을 이용하여 각종 연산 처리를 행함으로써, 상기 관절 토크 명령값 신호를 이끌고 있다.

상기 머니퓰레이터 제어칙에 기초한 식을 하기에 나타낸다. 이 경우, 관절 토크를 τ로 하고, 위치 편차를 e로 하면,

[식 7]

로 된다.

단, KP는 제어량 비례 게인, KD는 제어량 미분 게인, e는 명령값과 상태량으로부터 산출되는 위치 편차, φ는 전술한 용장성에 가중치를 부여하기 위한 제어 파라미터, h(^*, ^*), g는 전술한 파라미터이다.

[식 8]

로 된다. 또한, K_NULL은, 상기 제어 연산부(42)에서 이용되는 계수이다.

상기 (식 7)에서는, 도17에 도시한 상기 운동학 연산부(41), 상기 다이내믹스 연산부(43) 및 상기 제어 연산부(42)에 의해 각종 구해진 연산 처리 결과를 적용시킴으로써, 관절 토크(τ)를 얻을 수 있다.

또한, 상기 (식 8)에서, 상기 K_NULL 이외의 값에 대해서는, 상기 운동학 연산부(41)에 의해 구해진 연산 결과이다.

그런데, 상기 구성의 내시경(2)의 삽입부(9)를 체강 내에 삽입하는 경우, 만곡부(14)가 강체로 되지 않도록, 만곡부 자체가 부드러운 다이내믹스 특성으로 하는 것이 바람직하다. 그 때문에, 삽입부 구동 기구(20)는, 도22에 도시한 바와 같은 스프링(20a) 및 댐퍼(20b)의 조합에 의한 다이내믹스 특성을 선단부에서 가짐으로써 실현하고 있다.

다시 말하면, 스프링(20a) 및 댐퍼(20b)에 의한 점탄성 작용에 의해, 도22 중에 도시한 힘량(F)이 삽입부(9)의 선단부(13)에 가해지면, 상기 만곡부(14)는, 부드러운 특성, 즉, 컴플라이언스 특성을 가지게 된다.

이하, 제어 연산부(42)에 실장되는 제어칙에 대한 설명을 행한다.

우선, 도22에서의 다이내믹스 특성의 운동 방정식은, (식 9)와 같이 기술된 다.

[식 9]

(식 9)로부터, 머니퓰레이터 손끝의 명령 위치를 X, 손끝에 가해지는 외력을 F_TIP, 그 결과, 발생하는 위치를 X_D로 하면, 컴플라이언스 특성을 가지는 선단의 다이내믹스 특성은, (식 10)과 같이 된다.

[식 10]

여기서, F_TIP에 저항하는 등가의 관절력(τ_F)은, (식 11)과 같다.

[식 11]

또한, 간단히 하기 위해서 선단부가 구속된 상태에서 외부 환경으로부터 외력(F)을 받았을 때의 운동 방정식은, 선단부 질량(M)에 대해서만 기술하면 (식 12)와 같이 된다.

[식 12]

그런데, 전술한 바와 같이, 머니퓰레이터의 운동 방정식은, (식 13)으로부터, (식 14a) 및 (식 14b)가 도출된다.

[수학식 13]

[식 14a]

[식 14b]

여기서, 다시, 각 링크의 파라미터를 포함한 머니퓰레이터 다이내믹스의 기술을 행하였을 때의 컴플라이언스 특성은 (식 15)와 같이 된다.

[식 15]

상기 (식 15)를 상기 (식 14a)에 대입하면, (식 16)과 같이 된다.

[식 16]

상기 (식 16)은 (식 7)과 마찬가지의 것을 별도의 형태로 나타낸 것이다. 여기서는, 간단히 하기 위해서 선단부에 스프링 특성(K)을 갖는 토크 명령의 제어식을 도출한다.

(식 16)에서, 속도가 작을 때에는, 하기에 나타내는 (식 17)의 우변 1, 2항을 생략하는 것이 가능해지기 때문에, (식 17)이 도출되고, 또한, D=0, K_F=I로 하고, 선단 변위량[ΔX=(X-X_D)]이 비교적 작다고 가정하면, 근사적으로 ΔX=J(q)·Δq가 성립한다.

그 결과, (식 18)이 도출된다. 이는, 원하는 컴플라이언스 특성으로서 K를 설정한 경우의 각 관절에 어떠한 토크 명령을 생성시켰는지를 나타내고 있다.

[식 17]

[식 18]

전술한 점으로부터, (식 7), (식 16)에 관하여, 일반적으로, (식 4)에서 좌 변 제1항은 손잡이 위치의 움직임을 나타내고, 제2항은 관절의 움직임을 나타내고 있음을 알 수 있다.

그래서, 상기 컨트롤러(5)의 명령 제어부(5A)는, 전술한 바와 같이 상기 (식 7), (식 8)을 실시간으로 토크 계산을 행하는데, 상기 (식 7)의 2항에 해당하는 값을, 링크 부재(21a)의 가동 범위에 따른 가중치 부여를 연산 처리한 결과로서, 구동부(10b)를 구동 제어하는 알고리즘에 기초하여, 연산 처리를 행하도록 하여도 된다.

즉, 상기 (식 7)의 2항의 (I-J^#·J)·(d²q/dt²)의 알고리즘을, 예를 들면 도24에 나타내는 바와 같은 파라미터인 가중치 함수(φ)로 변경하여 연산 처리를 행한다. 즉, 상기 가중치 함수(φ)는, 각 링크 부재(21a)의 각도를 결정할 때에, 각 링크 가동 범위 한계에서는 가중치가 커지고, 가동 범위 중립 위치 근방에서는 가중치가 작아지도록 하는 연산 처리를 행한다. 즉, 각 링크의 자세는 가능한 한, 중립 부근으로 되도록 하는 자세로 되는 가중치 설정으로 되고, 무리한 자세를 배제하고, 움직이기 쉬운 범위 내에서 동작하기 위한 계수이다.

또한, 예를 들면 인접하는 링크 부재(21a)가 이루는 각도는, ±90도의 범위가 허용 범위로서 미리 설정되어 있다. 즉, 상기 파라미터는, 상기 인접하는 링크 부재(21a)가 이루는 각도가 예각으로 되지 않도록 하기 위한 것으로 되어 있다.

이에 의해, 상기 삽입부 구동 기구(20)의 각 링크 부재(21a)가 움직이기 쉽고, 또한 매끄러운 자세 제어가 가능해진다.

또한, 상기 가중치 함수(φ)는, 후술하는 도25 내지 도29 중 어느 하나의 그래프에 나타내는 바와 같은 가중치 함수를 이용하여도 된다. 이들 도25 내지 도29의 종축은 (식 8)에서의 K_NULL을 나타내고, 횡축은 각 링크 부재(21a)의 동작 범위(각 링크 부재(21a)의 검출된 각도)를 나타내고 있다. 또한, 플러스의 동작 제한값은 90도이고, 마이너스의 동작 제한값은 -90도로 하고 있다.

도25는 가중치 함수(φ)의 변형예 1의 특성을 나타내는 그래프이다. 도25에 나타내는 바와 같이, 상기 가중치 함수(φ)는 1차 함수이고, 각 링크 부재(21a)의 위치 변화에 대응하는 하기에 나타내는 바와 같이 연산 처리함으로써 얻은 가중치 함수로 한 것이다.

[식 19]

또한, 이 경우 α를 음의 정부호, qi를 각 링크 위치, qi_org를 링크 원점 위치로 한다.

또한, 도26은 가중치 함수(φ)의 변형예 2의 특성을 나타내는 그래프이다. 도29에 나타내는 바와 같이, 상기 가중치 함수(φ)는 2차 함수이고, 각 링크 부재(21a)의 위치 변화에 대응하는 하기에 나타내는 바와 같이 연산 처리함으로써 얻은 가중치 함수로 한 것이다.

[식 20]

또한, 이 경우, α는 음의 정부호이다.

또한, 도27은 가중치 함수(φ)의 변형예 3의 특성을 나타내는 그래프이다. 도27에 나타내는 바와 같이, 상기 가중치 함수(φ)는, 각 링크 부재(21)의 위치 변화에 대응하는 편미분을 하기에 나타내는 바와 같이 연산 처리함으로써 얻은 가중치 함수로 한 것이다.

[식 21]

또한, 이 경우, α는 음의 정부호, qi는 각 링크 위치, qi_org는 링크 원점 위치, qi_max는 링크 상한 각도값, qi_min은 링크 하한 각도값이다.

또한, 도28은 가중치 함수(φ)의 변형예 4의 특성을 나타내는 그래프이다. 도28에 나타내는 바와 같이, 상기 가중치 함수(φ)는, 경우에 따라서는 상기 도27에 나타낸 가중치 함수와는 반대로, 가능한 한 동작 제한값 근방으로 되도록 하는 가중치 함수로서, 후술하는 (식 22)에 φ의 오프셋 값을 더하여 새로 φ로 하고 α를 양의 정부호로 함으로써 도28의 가중치 함수도 실현할 수 있다. 또한, 이 경우 α는 양의 정부호이다.

또한, 도29는 가중치 함수(φ)의 변형예 5의 특성을 나타내는 그래프이다. 도29에 도시한 바와 같이, 상기 가중치 함수(φ)는, 상기 변형예 4와 마찬가지의 효과로서, 도면 중 파선 부분을 포함하도록 하는 삼각함수의 절대값을 (식 22)와 같이 이용한 것이어도 된다.

[식 22]

또한, 이 경우, α는 음의 정부호이다.

따라서, 전술한 도25 내지 도29 중 어느 하나에 나타내는 바와 같은 상기 가중치 함수(φ)를 이용하여 연산 처리를 행함으로써, 무리한 자세를 배제하고, 움직이기 쉬운 범위 내에서 동작하기 위한 각도를 각 링크 부재(21a)마다 취득하는 것이 가능하다.

또한, 본 실시예에서는, 각 링크 부재(21a)마다 가중치 부여를 행하는 것이 아니라, 머니퓰레이터(20) 전체에 대하여, 무리한 자세를 배제하고, 움직이기 쉬운 범위 내에서 동작하기 위한 가중치 부여를 행하는 것도 가능하다.

이와 같은 경우, 상기 가중치 함수(φ)는, 머니퓰레이터 자세의 특이도를 평가 지표로 한 것을 이용한다. 즉, 야코비안(J)에 대한 가조작성 지표(M)를 하기에 나타내는 (식 23)과 같이 정의하고, 이 가조작성 지표(M)를 상기 가중치 함수(φ) 대신에 이용하여도 된다.

[식 23]

또한, J·J^T의 고유값을 계산하면, (식 24)로 나타내는 도식

[식 24]

로 된다.

즉, 상기 (식 23) 및 (식 24)에 나타내는 바와 같이, J·J^T의 고유값을 계산하면, 통상, 행렬(J·J^T)의 계수=Rank(i)로 되는데, 특이 자세의 경우에는, 행렬(J·J^T)의 계수＜Rank(i)로 되어 행렬(M)이 퇴화된다. 즉, 상기 가중치 함수(φ) 대신에, 상기 가조작성 지표(M)를 이용하여 연산 처리를 행함으로써, 각 링크 부재(21a)마다가 아니라, 머니퓰레이터(20) 전체에 대하여, 무리한 자세를 배제하고, 움직이기 쉬운 범위 내에서 동작하기 위한 가중치 부여를 행하는 것이 가능하다. 이 경우, 각 링크 부재(21a)는 일의적으로 제어되지 않는다.

이상 나타낸 바와 같이 몇 가지 자세 제어에서의 가중치 함수를 나타내고 있는데, 경우에 따라서는 후술하는 축 절환 수단에 의해, 상기 가중치 함수의 조합을, 각 링크 간에서의 상이한 가중치의 조합을 선택적으로 행하는 것도 가능하다.

이 경우, 상기 도25 내지 도29에 나타내는 가중치 함수나, (식 23) 및 (식 24)에 나타내는 바와 같은 가조작성 지표(M)를 이용한 가중치 함수는, 각각 테이블마다 저장하는 것이 가능하다. 그리고, 컨트롤러(5)[구체적으로는 CPU(32)]는, 상기 복수의 테이블 중, 어느 하나의 테이블에 기초한 가중치 함수를 선택하고, 선택한 가중치 함수를 이용하여, 각 링크 부재(21)의 각도의 연산 처리, 혹은 머니퓰레이터 전체에 대한 각 링크 부재(21)의 각 각도의 연산 처리를 행한다.

다음에, 전술한 바와 같은 만곡부(14)의 자세 구동 제어를 행하는 컨트롤러(5)의 실시예 1에 대하여 도30 내지 도38을 참조하면서 설명한다.

도30 내지 도38은 본 발명의 실시예 1에 관한 것으로, 도30은 내시경 장치(1)의 컨트롤러(5)의 구체적인 구성을 도시한 블록도, 도31 및 도32는 만곡부(14)를 구성하는 삽입부 구동 기구(20)의 자세 제어를 설명하는 것으로, 도31은 선단측의 링크 부재(21a1)를 포인트 로크한 상태를 나타내고, 도32는 선단측의 링크 부재(21a1)를 포인트 로크함으로써 차단의 링크 부재가 용장성을 가지고 있는 상태를 나타내고 있다. 또한, 도33은 도30의 포인트 로크 연산부(50)의 구체적인 구성을 도시한 블록도, 도34는 도33의 역운동학 연산부(52)의 구체적인 구성을 도시한 블록도, 도35는 선단측의 링크 부재(21a1)만 포인트 로크하였을 때의 자세 상태를 설명하는 도면, 도36은 또한, 제4 링크 부재(21a4)를 포인트 로크하였을 때의 자세 상태를 설명하는 도면이다. 또한, 도37은 2개소의 포인트 로크를 하는 경우의 자세 제어하기 위한 설명도이고, 도38은 포인트 로크 연산부가 각 링크 부재(21a)마다 설치된 컨트롤러 내부의 구성을 도시한 블록도이다.

본 실시예에서의 컨트롤러(5)는, 전술한 바와 같은 만곡부(14)의 자세 제어 를 행하는 서보 제어 컨트롤러(36A)를 가지고, 이 서보 제어 컨트롤러(36A)에는, 상기 제어칙 연산부(36B)의 연산 처리 기능을 가지는 포인트 로크 연산부(50)가 설치되어 있다.

상기 서보 컨트롤러(36)는, 상기 포인트 로크 연산부(50)를 이용하여, 상기 만곡부(14)가 삽입됨으로써 이동하였을 때에 상기 조작 명령부(7)에 의해 지정된 위치와 방향을 유지하면서 상기 조작 명령부(7)에 의해 지정된 링크 부재(21a1) 및 이 링크 부재(21a1)에 이어지는 다른 링크 부재(22)가 상기 위치를 통과하도록, 상기 복수의 링크 부재(21a)의 각각의 각도를 연산 처리하고, 이 연산 결과에 기초하여, 상기 복수의 링크 부재(21a)를 회전시키도록 구동부(10b)를 제어한다.

또한, 본 실시예에서, 서보 컨트롤러(36)는, 상기 포인트 로크 연산부(50)에 의해 상기 복수의 링크 부재(21a)의 각각의 각도를 구하기 위한 연산 처리를 행할 때에, 상기 도25 내지 도29의 그래프에 나타내는 특성 등의 가중치 함수를 저장한 각각의 테이블 중, 수동, 혹은 자동적으로 어느 하나의 테이블을 선택하고, 이 테이블에 기초한 가중치 함수를 이용하여 연산 처리를 행하도록 되어 있다.

이와 같은 연산 처리를 행하는 포인트 로크 연산부(50)의 구성에 대하여 도30, 도33 및 도34를 참조하면서 설명한다.

도30에 도시한 바와 같이, 상기 포인트 로크 연산부(50)에는, 선단측의 링크 부재(21a1)에서의 서보 명령값 신호를 포함하는 설정 명령값 신호 등의 선단 명령값 정보와, 상기 링크 부재(21a1)에서의 상태량 검지 신호 등의 위치 F/B 정보가 공급된다.

그리고, 상기 포인트 로크 연산부(50)는, 공급된 선단 명령값 정보와 위치 F/B 정보에 기초하여, 후술하는 선단 링크 근원 좌표 위치 계산부(51) 및 역운동학 연산부(52)에 의해 각 링크 부재(21a)에 대응하는 구동 명령값 신호로서의 서보 위치 명령 신호(관절 토크 명령값 신호를 포함함)를 얻기 위한 연산 처리를 행한다.

즉, 상기 포인트 로크 연산부(50)는, 공급된 선단 명령값 정보와 위치 F/B 정보에 기초하여, 상기 만곡부(14)가 삽입됨으로써 이동하였을 때에 상기 조작 명령부(7)에 의해 지정된 위치와 방향을 유지하면서 상기 조작 명령부(7)에 의해 지정된 링크 부재(21a1) 및 이 링크 부재(21a1)에 이어지는 다른 링크 부재(22)가 상기 위치를 통과하도록, 상기 복수의 링크 부재(21a)의 각각의 각도를 연산 처리하고, 이 연산 결과를 서보 위치 명령값 신호로서 구동부(10b)에 출력한다.

또한, 상기 포인트 로크 연산부(50)의 연산 처리에 이용되는 상기 선단 명령값 정보와 상기 위치 F/B 정보는, 제1 검출 수단인 센서(38)에 의해 검출되는, 상기 복수의 링크 부재(21a)가 서로 이루는 각도 및 그 각도의 변화량을 나타내고 있다.

이에 의해, 구동부(10b)는, 공급된 서보 위치 명령 신호에 기초하여 지정된 링크 부재(21a)의 회전을 각각 제어함으로써, 상기 삽입부 구동 기구(20)를 가지는 만곡부(14)는, 삽입하는 관강 내의 형상에 맞춘 형상으로 만곡되게 된다.

도31에는 선단측의 링크 부재(21a1)만이 지시된 소정의 자세 상태로 포인트 로크된 상태가 도시되어 있다.

이와 같은 자세 상태로 제어하는 경우, 상기 포인트 로크 연산부(50)는, 도 32에 도시한 바와 같이, 선단부측의 링크 부재(21a1)의 관절 부재(21b1)를 포인트 로크(R1)로 하면, 이 포인트 로크(R1)의 포인트 로크 좌표값을 연산 처리함으로써 선단측의 링크 부재(21a1)를 2차원에서의 위치와 방향을 자세 제어하는 데 필요한 서보 위치 명령 신호를 생성한다.

또한, 도32에 도시한 바와 같이, 선단측의 링크 부재(21a)가 포인트 로크되어 있는 자세 상태에서는, 상기 포인트 로크(R1) 이후의 복수의 링크 부재(21a2, 21a3, 21a4)로 구성되는 링크부(20B)는, 전술한 자세 제어에 의해 용장성을 가지고, 도면 중 파선으로 나타내는 바와 같이 규제되지 않는 임의의 자세로 변화 가능해진다.

도33에 상기 포인트 로크 연산부(50)의 구체적인 구성이 도시되어 있다. 도33에 도시한 바와 같이, 상기 포인트 로크 연산부(50)는, 선단 링크 근원 좌표 위치 계산부(51)와, 역운동학 연산부(52)를 가지고 있다.

상기 선단 링크 근원 좌표 위치 계산부(51)는, 링크 부재(21a)의 관절 각도 정보와, 선단측의 링크 부재(21a1)의 위치 정보인 선단 명령값 정보와, 위치 F/B 정보가 입력되고, 이들 정보에 기초하여, 선단측의 링크 부재(21a1)의 선단 링크 근원 좌표 위치를 산출하고, 산출 결과를 역운동학 연산부(52)에 출력한다.

상기 역운동학 연산부(52)는, 상기 선단 링크 근원 좌표 위치 계산부(51)로부터의 선단 명령값 정보와 상기 위치 F/B 정보가 입력되고, 이들 정보에 기초하여, 상기 선단측의 링크 부재(21a1) 이후의 링크 부재(21a)에서의 근원 좌표 위치를 연산 처리하고, 선단측의 링크 부재(21a1) 이외의 서보 위치 명령값 신호를 생 성하여 출력한다.

도34에 상기 역운동학 연산부(52)의 구체적인 구성이 도시되어 있다. 도34에 도시한 바와 같이, 상기 역운동학 연산부(52)는, 기구 파라미터 연산부(57)와, 순운동학 연산부(54)와, 야코비안 연산부(55)와, 게인(56)과, 행렬 연산부(57)와, 적분 회로(58)를 가지고 있다. 상기 기구 파라미터 연산부(53)는, 위치 F/B 정보를 기초로 선단측의 링크 부재(21a1)를 미묘한 자세로 조정 제어하기 위한 선단 링크 오프셋 값을 연산 처리하여 생성한다. 이 선단 링크 오프셋 값은, 상기 선단 명령값 신호와에서 차분이 구해지고, 이 차분값은, 상기 순운동학 연산부(54)에 의해 연산 처리된 명령값 F/B 정보와에서 다시 차분이 구해진다. 이에 의해, 이 차분값은 2단째 위치 명령 정보로서 상기 게인(56)에 공급된다. 상기 게인(56)은, 공급된 2단째 위치 명령 정보를 증폭하고, 상기 행렬 연산부(57)에 출력한다.

한편, 상기 야코비안 연산부(55)는, 도21에서 설명한 것과 마찬가지로, 명령값 정보를 기초로 연산 처리함으로써 야코비안(J)을 생성하고, 상기 행렬 연산부(57)에 출력한다.

상기 행렬 연산부(57)는, 공급된 2단째 위치 명령 정보를 기초로, 링크 부재(21a)의 자세 상태에 따른 2단째 이후의 링크 부재(21a)의 자세(각도)를 결정하기 위한 행렬 연산 처리를 행하고, 얻어진 연산 결과를 적분 회로(58)에 의해 적분 처리를 실시한 후, 2단째 이후의 서보 명령값 신호로서 구동부(10b)에 출력한다.

또한, 상기 적분 회로(58)의 출력, 즉, 2단째 이후의 서보 명령값 신호는, 상기 야코비안 연산부(55) 및 순운동학 연산부(54)를 통하여 선단 명령값 정보와 위치 F/B 정보의 편차값에 피드백되어 있다. 이는, 역운동학을 풀 때의 특이해를 가능한 한 발생하지 않도록 고려하고 있기 때문이다.

통상 역운동학이라면 해석적으로 해를 구하는데, 특이해가 발생한 경우에 해가 구해지지 않는 경우가 발생한다. 그 때문에, 여기서는, 역운동학을 이용하지 않고, 순운동학에 의한 역운동학을 구하는 방법을 이용하고 있고, 게인(56)의 값에 의해 수속 속도를 설정하는 구조로 되어 있다.

이에 의해, 2단째 이후의 링크 부재(21a)는, 상기 선단측의 링크 부재(21a1)의 자세 제어에 연동하여 미묘한 자세로 되도록 제어되게 된다.

도35는 실시예 1의 포인트 로크 연산부(50)에 의해 자세 제어된 만곡부(14)의 만곡 상태를 도시하고 있다.

예를 들면, 조작자가 조작 명령부(7)를 이용하여 선단측의 링크 부재(21a1)만을 포인트 로크하기 위한 지시를 입력하면, 상기 포인트 로크 연산부(50)는, 상기한 바와 같이 연산 처리를 행함으로써, 포인트 로크(R1)의 포인트 로크 좌표값(2차원에서의 위치와 방향)으로 선단측의 링크 부재(21a1)를 포인트 로크하기 위한 서보 위치 명령값 신호를 생성하고, 구동부(10b)에 부여하여 제어한다.

이에 의해, 만곡부(14)의 선단측의 링크 부재(21a1)는, 도35에 도시한 바와 같이 포인트 로크(R1)로 지시된 자세 벡터(2차원에서의 위치와 방향)로 포인트 로크된다.

또한, 이 때, 상기 포인트 로크(R1) 이후의 복수의 링크 부재(21a2, 21a3, 21a4)로 구성되는 링크부(20B)는, 상기 도33 및 도34의 블록도에서 설명한 바와 같 이, 상기 포인트 로크 연산부(50)에 의해, 상기 선단측의 링크 부재(21a1)의 자세 제어에 연동한 용장성을 가지는 자세 제어가 행해지기 때문에, 예를 들면 도면 중 화살표 A 방향에 대하여 그 자세가 임의로 된다.

즉, 포인트 로크 연산부(50)는, 상기 만곡부(14)가 삽입됨으로써 이동하였을 때에 상기 조작 명령부(7)에 의해 지정된 위치와 방향을 유지하면서 상기 조작 명령부(7)에 의해 지정된 링크 부재(21a) 및 이 링크 부재(21a)에 이어지는 다른 링크 부재(21a)가 상기 위치를 통과하도록, 상기 복수의 링크 부재(21a)의 각각의 각도를 연산 처리하고, 이 연산 결과에 기초하여 상기 복수의 링크 부재(21a)를 회전시키도록 구동부(10b)를 제어한다.

또한, 상기 포인트 로크 연산부(50)는, 상기 복수의 링크 부재(21a)의 각각의 각도를 연산 처리하는 경우, 상기 설정값 명령부(8)에 의해 지정된 가중치 함수 테이블에 기초한 가중치 함수를 이용하여 연산 처리한다. 이에 의해, 복수의 링크 부재(21a)나 머니퓰레이터(20)의 무리한 자세를 배제하고, 움직이기 쉬운 범위 내에서 동작시키는 데 필요한 각도를 상기 복수의 링크 부재(21a)마다 취득할 수 있고, 이 연산 결과에 기초하여, 각 링크 부재(21a)의 회전이 제어된다.

이와 같은 내시경 장치(1)에서, 삽입부(9)를 대장에 삽입하는 경우, 시술자는, 만곡부(14)를 가지는 삽입부(9)를 항문을 통하여 삽입한다. 그리고, 삽입부(9)의 선단부(14)가 S형상 결장부에 도달하면, 서보 제어 컨트롤러(36A)는 선단측의 링크 부재(21a1)를 조작 명령부(7)에 의해 지정한 2차원에서의 위치와 방향으로 포인트 로크시킨다.

그리고, 시술자는 2차원에서의 위치와 방향으로 포인트 로크된 선단측의 링크 부재(21a1)를 S형상 결장부의 장벽을 따라 더 안쪽으로 삽입한다.

그러면, 상기 선단측의 링크 부재(21a1) 및 링크 부재(21a1)에 이어지는 다른 링크 부재(21a)는, 상기 조작 명령부(7)에 의해 지정된 위치와 방향을 유지하면서 상기 위치를 통과하도록 하는 각도로 제어되게 된다. 즉, 만곡부(14)는 S형상 결장부의 형상에 맞는 형상으로 만곡 동작하면서 삽입되게 된다. 또한, 2단째 이후의 링크 부재(21a2 내지 21an)는, 상기한 바와 같이 용장성을 가지는 자세 제어가 행해지게 된다.

이에 의해, 종래, 삽입에 어려움을 요했던 S형상 결장부에 맞춘 형상으로 삽입할 수 있기 때문에, S형상 결장부를 용이하게 통과시키는 것이 가능해진다. 이에, 대장의 심부로 용이하게 삽입할 수 있기 때문에, 삽입성을 더 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 선단측의 링크 부재(21a1)만을 포인트 로크시키는 것이 아니라, 2단째 이후의 임의의 링크 부재(21a)를 포인트 로크시키는 것도 가능하다.

도36은 포인트 로크가 2개소로 되도록 자세 제어된 만곡부(14)의 만곡 상태를 도시한 도면, 도37은 2개소의 포인트 로크를 지정하기 위한 포인트 로크 연산부(50)에 의한 연산 방법을 설명하기 위한 설명도, 도38은 복수 개소의 포인트 로크를 지정하여 제어하는 데 필요한 컨트롤러의 구성을 도시한 블록도이다.

도38에 도시한 바와 같이, 선단측의 링크 부재(21a1)와 2단째 이후의 임의의 링크 부재(21a)를 포인트 로크하기 위한 구성으로서는, 상기 포인트 로크 연산부(50)(포인트 로크 연산부(50A1 내지 50An)를 복수의 링크 부재(21a)에 대응시켜 복수 설치함과 함께, 차단의 포인트 로크 좌표 위치를 얻기 위한 서보 명령값 신호를 차단의 포인트 로크 연산부(50)에 입력 가능해지도록 접속하여 구성한다.

즉, 선단측의 링크 부재(21a1)에 대응하는 블록을 포인트 로크 연산부(50A1)로 하면, 차단의 링크 부재(21a2)에 대응하는 포인트 로크 연산부(50A2)는, 상기 포인트 로크 연산부(50A1)의 출력인 서보 위치 명령값 신호를, 2번째의 포인트 로크 위치를 연산하기 위한 입력 신호로서 저장하게 된다.

이후, 마찬가지로 하여 복수의 링크 부재(21a) 중, 포인트 로크하는 링크 부재(21a)에 따른 수의 포인트 로크 연산부(50A3…50An)를 설치하여, 서보 제어 컨트롤러(36A)를 구성하면 된다.

또한, 도38에 도시한 구성에서, 2개소의 포인트 로크가 지정된 경우에는, 상기 복수의 포인트 로크 연산부(50A1, 50A2, …50An)에 의해 각각 선단측의 링크 부재(21a1)의 위치 명령값 신호에 기초하여 연산 처리를 행한다.

이 경우, 예를 들면 포인트 로크(R1) 외에, 2번째의 포인트 로크 개소를 3번째의 링크 부재(21a3)의 관절 부재(21b3)로 한 경우, 도37에 도시한 바와 같이, 이 관절 부재(21b3)(q3)의 포인트 로크 개소를 가상 선단 위치로 상정한다. 즉, q3을 가상 선단 위치로 하는 q4에 대응의 링크 부재(21a)가, 가상의 선단측의 링크 부재(21a)로 된다.

그리고, 이 링크 부재(21a)의 q4의 자세 벡터(2차원 또는 3차원의 위치와 방 향)로 포인트 로크하도록, 대응하는 포인트 로크 연산부(50)에 의해 연산 처리가 행해진다. 이에 의해, 선단측의 링크 부재(21a1)의 q1과 q4의 2개소에서 포인트 로크하는 데 필요한 연산 처리를 행하는 것이 가능해진다.

또한, 복수의 링크 부재(21a) 중, 포인트 로크하는 링크 부재(21a)의 지정은, 상기 조작 명령부(7)에 의해 행해지도록 되어 있다.

도36에는 포인트 로크가 2개소로 되도록 자세 제어된 만곡부(14)의 만곡 상태가 도시되어 있다.

도36에 도시한 바와 같이, 예를 들면, 조작자가 조작 명령부(7)를 이용하여 선단측의 링크 부재(21a1)와 4단째의 링크 부재(21a4)를 2차원에서의 위치와 방향으로 포인트 로크하기 위한 지시를 입력하면, 상기 포인트 로크 연산부(50A1, 50A4)(도시하지 않은 4단째의 링크 부재(21a4)에 대응하는 포인트 로크 연산부)는, 상기한 바와 같은 연산 처리를 행함으로써, 포인트 로크(R1) 및 포인트 로크(R2)의 포인트 로크 좌표값으로 선단측의 링크 부재(21a1) 및 링크 부재(21a4)를 포인트 로크하기 위한 서보 위치 명령값 신호를 각각 생성하고, 구동부(10b)에 부여하여 제어한다.

이에 의해, 도36에 도시한 바와 같이, 만곡부(14)의 선단측의 링크 부재(21a1)는, 포인트 로크(R1)로 지시된 자세 벡터(2차원에서의 위치와 방향)로 포인트 로크된다. 동시에, 4단재의 링크 부재(21a4)는, 포인트 로크(R1)로 지시된 자세 벡터(2차원에서의 위치와 방향)로 포인트 로크된다.

또한, 이 때, 상기 포인트 로크(R1) 이후의 복수의 링크 부재(21a2, 21a3)로 구성되는 링크부(20B)와, 상기 포인트 로크(R2) 이후의 복수의 링크 부재(21a5, 21a6)로 구성되는 링크부(20C)는, 상기 도33 및 도34의 블록도에서 설명한 바와 같이, 상기 포인트 로크 연산부(50)에 의해, 상기 선단측의 링크 부재(21a1)의 자세 제어에 연동한 용장성을 가지는 자세 제어가 행해지기 때문에, 예를 들면 도면 중 화살표 A방향에 대하여 그 자세가 임의로 된다.

즉, 포인트 로크 연산부(50A1, 50A2)는, 상기 만곡부(14)가 삽입됨으로써 이동하였을 때에 상기 조작 명령부(7)에 의해 지정된 위치와 방향을 유지하면서 상기 조작 명령부(7)에 의해 지정된 링크 부재(21a1, 21a4) 및 이 링크 부재(21a1, 21a4)에 각각 이어지는 다른 링크 부재(21a)가 상기 위치를 통과하도록, 상기 복수의 링크 부재(21a)의 각각의 각도를 연산 처리하고, 이 연산 결과에 기초하여 상기 복수의 링크 부재(21a)를 회전시키도록 구동부(10b)를 제어한다.

이와 같은 내시경 장치(1)에서, 삽입부(9)를 대장에 삽입하는 경우, 시술자는, 만곡부(14)를 가지는 삽입부(9)를 항문을 통하여 삽입한다. 그리고, 삽입부(9)의 선단부(14)가 S형상 결장부에 도달하면, 서보 컨트롤러(36A)는 선단측의 링크 부재(21a1)를 조작 명령부(7)에 의해 지정한 2차원에서의 위치와 방향으로 포인트 로크시킨다.

그리고, 시술자는 2차원에서의 위치와 방향으로 포인트 로크된 선단측의 링크 부재(21a1)를 S형상 결장부의 장벽을 따라 더 안쪽으로 삽입한다.

그러면, 상기 선단측의 링크 부재(21a1) 및 이 링크 부재(21a1)에 이어지는 다른 링크 부재(21a)는, 상기 조작 명령부(7)에 의해 지정된 위치와 방향을 유지하 면서 상기 위치를 통과하도록 하는 각도로 제어되게 된다.

또한, 만곡부(14)의 삽입이 진행하면, 서보 컨트롤러(36A)는 지정된 링크 부재(21a4)를 상기 포인트 로크 연산부(50A5)에 의해 구해진 2차원에서의 위치와 방향으로 포인트 로크시킨다.

그리고, 시술자는, 또한, 2차원에서의 위치와 방향으로 포인트 로크된 도중의 링크 부재(21a4)를 S형상 결장부의 장벽을 따라 더 안쪽으로 삽입한다.

그러면, 상기 링크 부재(21a4) 및 이 링크 부재(21a4)에 이어지는 다른 링크 부재(21a)는, 상기 선단측의 링크 부재(21a1)와 이 링크 부재(21a1)에 이어지는 다른 링크 부재(21a)와 마찬가지로 상기 조작 명령부(7)에 의해 지정된 위치와 방향을 유지하면서 상기 위치를 통과하도록 하는 각도로 제어되게 된다.

즉, 만곡부(14)는 S형상 결장부의 형상에 맞는 형상으로 만곡 동작하면서 삽입되게 된다. 또한, 2단째 이후의 링크 부재(21a2 내지 21an)는, 상기한 바와 같이 용장성을 가지는 자세 제어가 행해지고 있다.

이에 의해, 삽입부(9)를 대장에 삽입하는 경우, 선단측의 링크 부재(21a1)를 포인트 로크시킨 상태보다, S형상 결장부에 맞춘 형상으로 더 삽입할 수 있기 때문에, S형상 결장부를 더 용이하게 통과시키는 것이 가능해진다. 이에, 대장의 심부로 용이하게 삽입할 수 있기 때문에, 삽입성을 더 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 상기 복수의 링크 부재(21a) 중, 임의의 링크 부재(21a)의 2차원에서의 위치와 방향을 포인트 로크하는 것에 대하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것이 아니라, 임의의 링크 부재(21a)의 2차원에서의 위치와 방향을 포인트 로크시키도록 구성하여도 된다.

또한, 본 실시예에서는, 포인트 로크 연산부(50)를 가지는 서보 제어 컨트롤러(36A)에 의해, 임의의 링크 부재(21a)를 포인트 로크시킴과 동시에, 다른 링크 부재(21a)에 대해서는 임의의 용장성을 가지는 자세로 변화 가능한 자세 제어를 행하는 것에 대하여 설명하였으나, 삽입된 대장 등의 관강 내로부터 삽입부(9)를 빼는 경우에는, 예를 들면, 구동부(10b)의 구동을 정지시킴으로써, 만곡부(14)의 전부, 혹은 일부의 링크 부재(21a)의 자세 제어를 해제하여 부하가 없는 프리한 상태(자유롭게 회전할 수 있는 상태)로 되도록 제어하여도 된다. 이에 의해, 삽입부(9)를 관강 내로부터 용이하게 뺄 수 있다.

또한, 도39에 도시한 바와 같이, 구동축 선택 수단(60) 및 구동축 인지 수단(61)을 설치하여, 자세 제어를 해제하여 프리한 상태로 하는 링크 부재(21a)를, 조작자에 의한 조작에 기초하여 지정하도록 구성하여도 된다.

이 경우, 도39에 도시한 바와 같이, 구동축 선택 수단(60)은, 조작자에 의해 프리한 상태로 하는 링크 부재(21a)를 선택하고, 선택한 조작 신호를 상기 구동축 인지 수단(61)에 공급한다. 그리고, 이 구동축 인지 수단(61)은, 조작 신호에 기초하여 선택된 링크 부재(21a)에 기초한 위치 정보를 인식하여, 이 인식한 링크 부재(21a)의 자세 제어를 해제하는 취지를 나타내는 제어 신호를 제어칙 연산부(36B)(도16 참조)에 출력한다.

그리고, 제어칙 연산부(36B)는, 상기와 마찬가지로, 링크 부재(21a)의 자세 제어를 행함과 동시에, 제어 신호에 기초한 링크 부재(21a)에 대해서는 자세 제어 를 해제하도록 구동부(10b)를 제어한다. 이에 의해, 만곡부(14)의 만곡 자세의 자유도를 증가시키고, 삽입부(9)의 조작성을 더 높일 수 있다.

이상, 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 삽입부(9)의 만곡부(14)를 구성하는 복수의 링크 부재(21a) 중, 선단측의 링크 부재를 포함하는 임의의 링크 부재(21a)를 포인트 로크함과 함께, 다른 링크 부재에 대해서는 용장성을 가지는 임의의 자세로 되도록 자세 제어할 수 있기 때문에, 삽입부(9)의 만곡부(14)를 관강 내의 형상에 맞춘 형상으로 삽입하는 것이 가능해진다. 이에, 삽입부의 삽입성을 향상시킬 수 있다고 하는 효과를 얻는다.

또한, 본 실시예에서는, 관강 내에서 삽입부(9)가 삽입되어 상기한 바와 같이 자세 제어되어 있을 때에, 이 자세 상태를 바꾸지 않고 포인트 로크된 선단측의 링크 부재(21a1) 또는 이 링크 부재(21a1) 이외에서 임의의 링크 부재(21a)의 자세를 미묘하게 변화시키고 싶은 일도 생기는 경우가 있다.

이는, 용장성을 가지는 자세의 행렬 연산을 행하고 있기 때문에, 미묘하게 움직인 것만으로도 자세가 싹 변경하는 경우가 발생한다. 이 때문에, 자세는 그대로이고, 원하는 링크를 미묘하게 조정하고 싶은 경우에 유효해진다.

그래서, 본 실시예에서는 이와 같은 요구를 만족하기 위해서, 예를 들면 도40에 도시한 바와 같이, 포인트 로크된 선단측의 링크 부재(21a1) 또는 이 링크 부재(21a1) 이외에서 임의의 링크 부재(21a)의 위치 또는 방향을 미리 설정된 양만큼 변경하는 오프셋 명령 입력부(62)를 설치하고 있다. 즉, 이 오프셋 명령 입력부(62)를 이용함으로써, 포인트 로크된 선단측의 링크 부재(21a1) 또는 이 링크 부 재(21a1) 이외에서 임의의 링크 부재(21a)의 위치 또는 방향을 미묘하게 변화(오프셋)시켜 조정할 수 있다.

이 오프셋 명령 입력부(62)는 서보 제어 컨트롤러(36A) 내에 설치되고, 임의의 링크 부재(21a)가 미리 설정된 양으로 오프셋하는지를 나타내는 오프셋 명령값 정보를 생성하여 출력한다. 또한, 오프셋 명령 입력부(62)에서의 설정량은, 경우에 따라서는 가변시켜도 된다.

이 오프셋 명령값 정보는, 도40에 도시한 바와 같이, 서보 명령값 신호와 가산된 후, 도12에서 설명한 바와 같이 PD 제어부(40)에 의해 비례·미분 제어 등의 PD 제어가 행해짐으로써 조작 출력값 신호(구동 신호)로 되고, 모터(27)에 부여한다. 이에 의해, 모터(27)는, 오프셋량이 가미된 조작 출력값 신호에 기초하여 회전 제어되기 때문에, 지정된 링크 부재(21a)의 자세(위치 또는 방향)는 미묘하게 오프셋되게 된다.

이에 의해, 포인트 로크된 선단측의 링크 부재(21a1) 또는 이 링크 부재(21a1) 이외에서 임의의 링크 부재(21a)가 S형상 결장부의 장벽에 맞닿아 삽입이 방해된 경우에는, 상기 링크 부재(21a)의 위치 또는 방향이 오프셋되기 때문에, 환자에게 고통을 주지 않고, 원활하게 삽입할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 도39에 도시한 구동축 선택 수단(60) 및 구동축 인지 수단(61)과, 도40에 도시한 오프셋 명령 입력부(62)를 조합하여 서보 제어 컨트롤러(36A)를 구성하여도 된다. 이와 같은 구성이 도41에 도시되어 있다.

즉, 도41에 도시한 바와 같이, 상기 서보 제어 컨트롤러(36A)를 가지는 명령 제어부(5A)에서, 상기 입력 I/F(34)에는 상기 오프셋 명령 입력부(62)로부터의 오프셋 명령값 정보가 입력되고, 상기 I/F(35)에는 상기 구동축 인지 수단(61)으로부터의 축 설정 정보 등의 제어 신호가 입력되도록 이루어져 있다. 그리고, CPU(32)는, 이들 정보에 기초하여, 만곡부(14)의 각 링크 부재의 자세를 제어하기 위한 연산 처리를 행하게 된다. 그 외의 구성 및 작용은 도10에 도시한 구성과 마찬가지이다.

또한, 본 실시예에서, 머니퓰레이터를 구성하는 삽입부 구동 기구(20)를 가지는 만곡부(14)는, 내시경(2)의 삽입부(9)에 설치된 것으로서 설명하였으나, 상기 만곡부(14)는 내시경(2)의 삽입부(9)를 삽입 통과시켜 관강 내에 대한 삽입부(9)의 삽입을 보조하는 내시경 삽입 보조구의 삽입부에 설치하여 구성하여도 된다.

다음에, 본 발명의 실시예 2에 대하여, 도42 내지 도49를 참조하여 설명한다. 도42는 장벽과의 접촉에 의해 발생하는 부하를 검출하는 부하 검출부를 각 링크 부재마다 설치한 삽입부 구동 기구의 구성을 도시한 개략 구성도, 도43은 도42의 부하 검출부 및 제어칙 연산부(36B) 내에 포함되는 다이내믹스 연산부를 도시한 블록도, 도44는 부하 검출부로부터의 검출 결과와 가중치 함수를 결정하는 계수의 특성을 나타내는 그래프, 도45는 도44의 특성과는 상이한 특성의 일례를 나타내는 그래프이다. 또한, 도46 및 도47은 실시예 2의 변형예 1을 나타내고, 도46은 부하 검출부로부터의 검출 결과와 시간의 특성을 나타내는 그래프, 도47은 변형예 1을 실시하기 위한 주요 블록 구성을 도시한 블록도, 도48 및 도49는 실시예 2의 변형예 2를 나타내고, 도48은 부하 검출부로서 이용한 변위 센서로부터의 검출 결과와 시간의 특성을 나타내는 그래프, 도49는 변형예 2를 실시하기 위한 주요 블록 구성을 도시한 블록도를 각각 나타내고 있다.

또한, 본 실시예 2는, 상기 만곡부(14)를 관강 내에 삽입하였을 때에, 상기 만곡부(14)를 구성하는 복수의 링크 부재(21) 혹은 복수의 링크 부재(21) 내의 임의의 링크 부재(21)의 각도에 관하여 가중치 함수를 이용하여 연산 처리를 행하는 경우에, 후술하는 부하 검출부(60)로부터의 검출 결과에 기초하여 자동적으로 최적의 파라미터인 가중치 함수를 결정하기 위한 구체적인 처리에 대하여 설명하는 것이다. 그 외, 전술한 실시예 1과 마찬가지의 점에 대해서는, 설명을 생략한다.

도42에 도시한 바와 같이, 삽입부(9)의 만곡부(14)를 구성하는 각 링크 부재(21a)에는, 부하 검출 수단(제2 검출 수단)으로서 부하 검출부(60)가 각각 설치되어 있다.

이 부하 검출부(60)는, 예를 들면 변형 게이지 등의 텐션 센서를 이용하여 구성된 것으로, 각 링크 부재(21a)의 둘레면 상의 미리 설정된 개소(예를 들면 90도마다 설치한 경우에는 4개소)에 배치되도록, 각 링크 부재(21a)를 덮는 외피 튜브(도시 생략) 내에 각각 설치되어 있다.

도42 및 도43에 도시한 바와 같이, 상기 부하 검출부(60)는, 만곡부(14)가 관강 내에 삽입되어 있을 때에, 장벽 등의 접촉에 의해 발생하는 힘(또는 텐션이라고도 함)을 검출하고, 검출 결과를 힘 F/B 정보로서 다이내믹스 연산부(43A)에 출력한다.

다이내믹스 연산부(43A)에는, 상기 부하 검출부(60)로부터의 검출 결과에 기 초하여, 가중치 함수를 결정하는 연산 처리를 행하는 데 필요한 파라미터 값을 생성함과 함께 이 파라미터 값에 따른 가중치 함수를 연산 처리하는 설정 수단으로서의 가중치 절환 연산부(62)가 설치되어 있다.

이 가중치 절환 연산부(62)는, 예를 들면 상기 도25 내지 도29에 나타내는 가중치 함수나, (식 23) 및 (식 24)에 나타내는 바와 같은 가조작성 지표(M)를 이용한 가중치 함수를 각각 저장한 가중치 함수 테이블(62a)을 가지고 있다. 또한, 이 가중치 함수 테이블(62a)은, 상기 가중치 절환 연산부(62) 내가 아니라, 명령 제어부(5A) 내 등에 설치하여 구성하여도 된다.

상기 다이내믹스 연산부(43A)는, 각 링크 부재(21a)의 각도의 변화량인 위치 F/B 정보에 기초하여 상기 가중치 절환 연산부(62)를 이용하여 상기 복수의 링크 부재(21a)의 각도에 관하여 가중치 함수를 이용하여 연산 처리를 행하게 함으로써, 가중치 부여된 서보 명령값 신호를 구동부(10b)에 출력한다.

이 경우, 가중치 절환 연산부(62)는, 상기 부하 검출부(60)로부터의 검출 결과에 기초하여, 가중치 함수를 결정하는 연산 처리를 행하는 데 필요한 파라미터 값을 생성한다.

그리고, 가중치 절환 연산부(62)는, 조작 명령부(7)에 의해 미리 설정된 상기 가중치 함수 테이블(62a)의 어느 하나의 테이블의 가중치 함수와 상기 생성한 파라미터 값을 이용하여 연산 처리를 행한다.

즉, 하기 (식 25)에 나타내는 바와 같이,

[식 25]

가중치 절환 연산부(62)는, 상기 (식 25)에 나타내는 부하 검출부(60)로부터의 검출 결과인 (F)가 변화함으로써, 파라미터 값인 K_NULL을 결정한다.

이 파라미터 값의 특성의 일례가 도44의 그래프에 나타나 있다.

도44에 나타내는 바와 같이, 상기 파라미터 값인 상기 K_NULL은, 상기 힘 F/B 정보의 값이 미리 설정된 값으로 될 때까지 커지고, 이 설정값 이후에 대해서는 항상 일정한 값으로 된다. 즉, 힘 F/B 정보에 따라 K_NULL 게인이 선형으로 변화하고, 미리 설정된 임의의 임계값으로 포화하는 파라미터 값으로 된다. 상기 파라미터 값(K_NULL) 임계값의 설정값은, 상기 설정값 명령부(8)에 의해 입력하는 것도 가능하다.

이상의 점으로부터, 상기 만곡부(14) 근방에서, 장벽에 닿는 등의 외란에 따라, 외란 작용을 받지 않도록 하는 자세로 되는 가중치 함수값(φ)으로 된다.

또한, 상기에 나타낸 선형의 가중치 함수 파라미터 이외에도, 센서 특성·센서 실장 등에 의해 발생하는 비선형 성분을 상쇄하는 경우나, 동작의 자세를 의식적으로 비선형으로 하고자 하는 경우 등이 있는데, 그 일례로서, 가중치 함수 파라미터(K_NULL)를 하기 (식 26), (식 27)에 나타내는 비선형 함수로 하여도 된다.

파라미터 값인 K_NULL의 게인 최대값을 K_NULLMAX로 하고, 상기 힘 F/B 정보를 (F)로 하면,

[식 26]

[식 27]

로 된다. 단, β＞0으로 한다.

이 경우, 도45의 그래프에 나타내는 바와 같은 상기 파라미터 값의 특성으로 된다.

또한, 도45에 나타내는 그래프 특성 이외에도, (식 28), (식 29)와 같은 고차의 함수를 이용하여도 상관없다. 이와 같은 (식 28) 내지 (식 29)를 하기에 나타낸다.

[식 28]

[식 29]

로 된다. 단, β, α＞0(임의값)으로 한다.

따라서, 이상 설명한 바와 같이 상기 가중치 절환 연산부(62)는, 부하 검출 부(60)로부터의 힘 F/B 정보에 기초하여, 각 링크 부재(21a)의 각도에 가중치를 부여하여 연산 처리할 때의 파라미터 값을 변경하여 연산 처리를 행함으로써, 최적의 가중치 함수를 얻을 수 있다. 즉, 다이내믹스 연산부(43A)에 의해, 상기 부하 검출부(60)로부터의 힘 F/B 정보에 따라 가중치 부여가 된 서보 명령값 신호를 얻을 수 있고, 임의의 링크 부재(21a) 혹은 머니퓰레이터(20) 전체에 대하여 무리한 자세를 배제하고, 움직이기 쉬운 범위 내에서 동작시키는 것이 가능해진다.

이상, 부하 검출부(60)로부터의 부하 정보를 이용하여 최적의 자세에서의 동작을 가능으로 하고 있으나, 부하 검출부(60)의 부착 방법에 따라서는, 자세 변화에서 발생하는 부하와 외란 부하가 중첩된다. 이 때문에, 자세 변화에서 발생하는 부하의 특성을 미리 파라미터이고 센서 기지 특성으로서 상기 컨트롤러(5) 내에 기억시켜 두고, 가중치 절환 연산부(62)로 상기 센서 기지 특성분을 뺌으로써, 외란 검지로서의 정보를 취득할 수 있는 것도 가능하다.

또한, 상기 센서 기지 특성은, 만곡부(14)를 동작시키기 위한 부하 센서로 함으로써 상태량 검지 신호부에 힘 정보 피드백 정보를 이용하여 치밀한 다이내믹스 제어를 실시하여도 상관없다.

그런데, 본 실시예의 내시경 장치(1)는, 삽입부(9)의 관강 내로의 삽입시, 삽입부(9)의 만곡부(14)가 관강 내의 장벽 등에 접촉하여 이 접촉 상태가 계속한 경우라도, 더 안전하게 삽입하는 것이 가능하다.

즉, 본 실시예에서는, 상기 부하 검출부(60)에 의한 검출 결과에 기초한 복수의 링크 부재(21a)의 각도의 가중치 부여의 연산 처리를 행하는 경우에, 시간을 고려함과 동시에 장벽 등에 접촉하고 있는 링크 부재(21a)를 회피시키도록 하는 머니퓰레이터(20) 전체에 대한 가중치 함수를 얻도록 하고 있다. 이와 같은 변형예를 도46 내지 도49에 나타낸다.

도46 및 도47은 실시예 2의 변형예 1을 설명하는 것으로, 도46은 부하 검출부로부터의 검출 결과와 시간의 특성을 나타내는 그래프, 도47은 다이내믹스 연산부 내의 가중치 절환 연산부를 포함하는 주요부의 구성을 도시한 블록도를 나타내고 있다. 또한, 도46 중의 종축은 부하 검출부인 텐션 센서(변형 게이지)에 의해 얻어진 텐션 센서값(힘 F/B 정보), 횡축은 시간(t)을 나타내고, 축 1, 축 2는 1, 2번째의 링크 부재(21a)를 각각 나타내고 있다.

도46에 나타내는 바와 같이, 내시경 장치(1)의 삽입부(9)의 관강 내로의 삽입시에, 2번째의 링크 부재(21a2)의 부하 검출부(60)에 의한 텐션 센서값은, 예를 들면 시간이 경과함에 따라 작아지는데, 1번째(선단측)의 링크 부재(21a1)의 부하 검출부(60)에 의한 텐션 센서값은, 어느 소정 시간을 경계로 하여 커지고 있다.

즉, 1번째의 링크 부재(21a1)가, 어느 소정 시간에서, 대장 등의 장벽에 접촉함으로써, 시간에 수반하여 텐션 센서값이 높아진 것을 나타내고, 이후, 상기 링크 부재(21a1)의 장벽으로의 접촉 상태가 계속되어 있음으로써, 텐션 센서값이 더 높아진 것을 나타내고 있다.

그래서, 본 실시예에서는, 이와 같은 임의의 링크 부재(21a)가 장벽에 대한 접촉 상태가 계속된 경우라도, 이 때에 검출된 텐션 센서값에 기초하여, 이 접촉 상태를 회피할 수 있도록 하는 가중치 함수를 연산 처리하여 구하도록 하고 있다. 즉, 복수의 링크 부재(21a)의 각도를 결정할 때에, 실시예 2에서 이용한 각 링크 부재(21a)마다의 가중치 함수가 아니라, 복수의 링크 부재(21a) 전체, 즉, 머니퓰레이터(20) 전체에 가중치 부여를 하도록 하는 가중치 함수를 생성하도록 하고 있다.

구체적으로는, 도47에 도시한 바와 같이, 다이내믹스 연산부(43) 내의 가중치 함수 절환 연산부(62)에는, 복수의 링크 부재(21a)마다 설치된 시간 적분 연산부(61a1, 61a2…61an)가 접속되도록 이루어져 있다.

각 시간 적분 연산부(61a1, 61a2…61an)에는, 각각의 링크 부재(21a)에 설치된 부하 검출부(60)로부터의 텐션 센서값(F1, F2…Fn)이 각각 공급된다.

상기 시간 적분 연산부(61a1)는, 공급된 텐션 센서값(F1)을 이용하여 평가 함수를 얻기 위한 시간 적분 연산 처리를 행하고, 평가 함수(SF1)를 얻어 가중치 함수 절환 연산부(62A)에 출력한다.

또한, 상기 시간 적분 연산부(61a2…61an)에 대해서도 마찬가지로 시간 적분 연산 처리를 행하여, 각각 평가 함수(SF2, …SFn)를 구하고, 상기 가중치 함수 절환 연산부(62A)에 각각 출력한다.

상기 각 시간 적분 연산부(61a1, 61a2…61an)에 의한 연산 처리에 기초한 식을 하기에 나타낸다.

[식 30]

평가함수

그리고, 상기 가중치 함수 절환 연산부(62)는, 각각 공급된 평가 함수(S_FK)를 이용하여 다음의 (식 31)에 의해 평균화 처리하여 평가 함수(S_SUM)를 구하고, 또한, 이 평가 함수(S_SUM)를 이용하여 (식 32)에 기초한 연산 처리를 행함으로써, 머니퓰레이터(20) 전체의 가중치 함수(φ_Fi)를 얻는다. (식 31) 및 (식 32)를 하기에 나타낸다.

[식 31]

평가함수

[식 32]

가중치함수

또한, 상기 가중치 절환 연산부(62A) 내에 상기 실시예 2에서 이용한 가중치 함수 테이블(62a)을 설치하고, 필요에 따라 이들의 적어도 하나의 가중치 함수 테이블의 가중치 함수와, 상기 연산 처리에서 얻어진 가중치 함수(φ_Fi)를 절환하여 이용하도록 하여도 된다. 이에 의해, 삽입부(9)의 삽입 상태에 따라 폭넓은 만곡 제어를 행할 수 있다.

따라서, 변형예 1에 의하면, 상기한 바와 같이 머니퓰레이터(20) 전체에 대하여, 장벽 등의 접촉 상태가 회피되도록 하는 가중치 함수(φ_Fi)가 얻어져서 복수의 링크 부재(21a)의 각도가 제어됨으로써, 삽입부(9)의 관강 내로의 삽입시, 삽입 부(9)의 만곡부(14)가 관강 내의 장벽 등에 접촉하여 이 접촉 상태가 계속된 경우라도, 머니퓰레이터(20) 전체가 장벽으로부터 회피되도록 하는 각도로 만곡 동작하기 때문에, 더 안전하게 또한 원활하게 삽입할 수 있다.

또한, 상기 변형예 1에서는, 부하 검출부(60)의 검출 결과를 이용한 구성에 대하여 설명하였으나, 본 실시예에서는, 이에 한정되는 것이 아니라, 부하 검출부(60)인 텐션 센서의 유무에 관계없이, 머니퓰레이터(20) 전체에 대한 가중치 함수를 얻는 것도 가능하다. 이와 같은 변형예 2를 하기에 나타낸다.

도48 및 도49는 실시예 2의 변형예 2를 설명하는 것으로, 도48은 액추에이터 제어 블록의 센서로부터의 검출 결과와 시간의 특성을 나타내는 그래프, 도49는 다이내믹스 연산부 내의 가중치 절환 연산부를 포함하는 주요부의 구성을 도시한 블록도이다. 또한, 도48 중의 종축은 센서에 의해 얻어진 각 링크 부재(21a)가 움직이는 각도의 변위량(P), 횡축은 시간(t)을 나타내고, 축 1, 축 2는 1, 2번째의 링크 부재(21a)를 각각 나타내고 있다.

도48에 나타내는 바와 같이, 상기 변형예 1과 마찬가지로, 내시경 장치(1)의 삽입부(9)의 관강 내로의 삽입시에, 2번째의 링크 부재(21a2)의 센서(38)(도10, 도11 참조)에 의한 변화량 값(P)은, 예를 들면 시간이 경과함에 따라서 작아지는데, 1번째(선단측)의 링크 부재(21a1)의 센서(38)에 의한 변화량 값(P)은, 소정 시간을 경계로 하여 커지고 있다.

즉, 1번째의 링크 부재(21a1)가, 소정 시간에서, 대장 등의 장벽에 접촉함으로써, 시간에 수반하여 변량 값이 높아진 것을 나타내고, 이후, 상기 링크 부 재(21a1)의 장벽으로의 접촉 상태가 계속되어 있기 때문에 선단측의 링크 부재(21a1)를 더 회피함으로써, 링크 부재(21a1)가 움직이는 각도의 변위량 값이 더 높아진 것을 나타내고 있다.

그래서, 본 실시예에서는, 이와 같은 임의의 링크 부재(21a)가 장벽에 대한 접촉 상태가 계속된 경우라도, 이 때에 검출된 변위량 값에 기초하여, 이 접촉 상태를 회피할 수 있도록 하는 가중치 함수를 연산 처리하여 구해도록 하고 있다. 즉, 복수의 링크 부재(21a)의 각도를 결정할 때에, 실시예 2에서 이용한 각 링크 부재(21a)마다의 가중치 함수가 아니라, 복수의 링크 부재(21a) 전체, 즉, 머니퓰레이터(20) 전체에 가중치 부여를 하도록 하는 가중치 함수를 생성하도록 하고 있다.

구체적으로는, 도49에 도시한 바와 같이, 다이내믹스 연산부(43) 내의 가중치 함수 절환 연산부(62B)에는, 복수의 링크 부재(21a)마다 설치된 시간 적분 연산부(61A1, 61A2…61An)가 접속되도록 이루어져 있다.

각 시간 적분 연산부(61A1, 61A2…61An)에는, 각각의 링크 부재(21a)에 설치된 액추에이터 제어 블록(31) 내의 센서(38)로부터의 변위량 값(P1, P2…Pn)이 공급된다.

상기 시간 적분 연산부(61A1)는, 공급된 변화량(P1)을 이용하여 평가 함수를 얻기 위한 시간 적분 연산 처리를 행하고, 평가 함수(SP1)를 얻어 가중치 함수 절환 연산부(62B)에 출력한다.

또한, 상기 시간 적분 연산부(61A2, …, 61An)에 대해서도 마찬가지로 시간 적분 연산 처리를 행하여, 각각 평가 함수(SP2, …, SPn)를 구하고, 상기 가중치 함수 절환 연산부(62B)에 출력한다.

상기 각 시간 적분 연산부(61A1, 61A2…61An)에 의한 연산 처리에 기초한 식을 하기에 나타낸다.

[식 33]

평가함수

그리고, 상기 가중치 함수 절환 연산부(62B)는, 각각 공급된 평가 함수(S_PK)를 이용하여 다음의 (식 34)에 의해 평균화 처리하여 평가 합수(S_SUM)를 구하고, 또한, 이 평가 함수(S_SUM)를 이용하여 (식 35)에 기초한 연산 처리를 행함으로써, 머니퓰레이터(20) 전체의 가중치 함수(φ_i)를 얻는다. (식 34) 및 (식 35)를 하기에 나타낸다.

[식 34]

평가함수

[식 35]

가중치함수

또한, 상기 가중치 함수 절환 연산부(62A, 62B)에 상기 실시예 2에서 이용한 가중치 함수 테이블(62a)을 설치하고, 필요에 따라 이들의 적어도 하나의 가중치 함수 테이블의 가중치 함수와, 상기 연산 처리에서 이용된 가중치 함수(φ_i)를 절환하여 이용하도록 하여도 된다. 이에 의해, 삽입부(9)의 삽입 상태에 따라 폭넓은 만곡 제어를 행할 수 있다.

따라서, 상기한 바와 같이, 부하 검출부(60)인 텐션 센서를 설치하지 않아도, 머니퓰레이터(20) 전체에 대하여, 장벽 등의 접촉 상태가 회피되도록 하는 가중치 함수(φ_Fi)를 얻는 것이 가능해진다. 그리고, 이 가중치 함수(φ_i)를 이용하여 복수의 링크 부재(21a)의 각도가 제어됨으로써, 삽입부(9)의 관강 내로의 삽입시, 삽입부(9)의 만곡부(14)가 관강 내의 장벽 등에 접촉하여 이 접촉 상태가 계속된 경우라도, 변형예 1과 마찬가지로 머니퓰레이터(20) 전체가 장벽으로부터 회피되도록 하는 각도로 만곡 동작하기 때문에, 더 안전하고 또한 원활하게 삽입할 수 있다.

이상, 설명한 바와 같이 본 실시예 2에 의하면, 삽입부(9)의 만곡부(14)를 구성하는 복수의 링크 부재(21a) 중, 선단측의 링크 부재(21a)를 포인트 로크함과 함께, 다른 링크 부재(21a)에 대해서는 용장성을 가지는 임의의 자세로 되도록 자세 제어할 수 있기 때문에, 삽입부(9)의 만곡부(14)를 관강 내의 형상에 맞춘 형상으로 삽입하는 것이 가능해진다. 이에, 삽입부의 삽입성을 향상시킬 수 있다고 하는 효과를 얻는다.

또한, 본 실시예 2의 내시경 장치(1)는, 상기 만곡부(14)를 관강 내에 삽입 하였을 때에, 상기 만곡부(14)를 구성하는 복수의 링크 부재(21a) 혹은 복수의 링크 부재(21a) 내의 임의의 링크 부재(21a)의 각도에 관하여 가중치 함수를 이용하여 연산 처리를 행하는 경우에, 부하 검출부(60)로부터의 검출 결과에 기초하여 자동적으로 최적의 가중치 함수를 결정하는 것이 가능하다. 이에 의해, 복수의 링크 부재(21a)나 머니퓰레이터(20)의 무리한 자세를 배제하고, 움직이기 쉬운 범위 내에서 동작시키는 데 필요한 각도를 상기 복수의 링크 부재(21a)마다 취득할 수 있기 때문에, 관강 내로의 삽입을 매끄럽게 행하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시예에서는, 상기 복수의 링크 부재(21a) 중, 선단측의 링크 부재(21a1)의 2차원에서의 위치와 방향을 포인트 로크하는 것에 대하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것이 아니라, 3차원에서의 위치와 방향을 포인트 로크하도록 구성하여도 된다.

또한, 본 실시예에서, 머니퓰레이터를 구성하는 삽입부 구동 기구(20)를 가지는 만곡부(14)는, 내시경(2)의 삽입부(9)에 설치된 것으로 설명하였으나, 상기 만곡부(14)는 내시경(2)의 삽입부(9)를 삽입 통과시켜 관강 내에 대한 삽입부(9)의 삽입을 보조하는 내시경 삽입 보조구의 삽입부에 설치하여 구성하여도 된다.

다음에, 본 발명의 실시예 3에 대하여, 도50 내지 도57을 참조하여 설명한다. 본 실시예 3은, 복수의 만곡 조작 와이어[130A(130A1, 130A2, …, 130An)]를 각각 견인 또는 이완시킴으로써 복수의 링크 부재(21a)를 각각 회전시켜 만곡부(14)를 만곡 동작시키는 점이, 전술한 실시예 1에 대하여 주로 상이하다. 그 외, 전술한 실시예 1과 마찬가지의 점에 대해서는, 설명을 생략한다.

도50은 구동 기구가 만곡 조작 와이어, 구동용 풀리 및 프리 풀리로 구성된 만곡부의 구성을 도시한 상면도, 도51은 도50에 도시한 만곡부의 각 링크 부재 간에 설치된 만곡 조작 와이어의 현가 상태를 도시한 측면도, 도52는 도50의 구동축을 구비한 구동용 풀리의 구성을 도시한 구성도, 도53은 도50의 프리 풀리의 구성을 도시한 상면도이다.

또한, 본 실시예 3에서, 구동부(10b)는 조작부(10) 내에 설치되고, 구동부(10b)의 복수의 모터(27)는, 삽입부(9)를 통하여, 상기 각 만곡 조작 와이어(130A)에 연결되도록 이루어져 있다.

상기 구동부(10b)[각 모터(27)]는, 상기 복수의 링크 부재(21a1, 21a2, …21an)를 상기 만곡 조작 와이어(130A1, 130A2, …130An)의 견인 또는 이완에 의해 각각 회전시킨다.

이들 모터(27)의 구동축에는, 도시는 하지 않지만 기어, 스프로킷을 통하여, 상기 만곡 조작 와이어(130A1 내지 130An)가 연결되도록 이루어져 있다. 그리고, 이들 만곡 조작 와이어(130A1 내지 130An)는 삽입부(9) 내에 연달아 설치되고, 기단부가 상기 복수의 링크 부재(21a1, 21a2, …21an) 중의 가장 후단측의 링크 부재(21an)의 구동용 풀리(123) 및 프리 풀리(125)에 현가된다. 이 링크 부재(21an)와 그 이외의 링크 부재[21a1, …21a(n-1)]의 각 링크 부재 간에 대해서는, 후술하지만 다른 만곡 조작 와이어[131a1, 131a2, …131am(m은 자연수)]에 의해 현가되도록 이루어져 있다.

이에 의해, 각각의 모터(27)의 회전력이 만곡 조작 와이어(130A1 내지 130An), 구동용 풀리(123), 프리 풀리(125) 및 만곡 조작 와이어(131a1 내지 131am)를 통하여, 상기 복수의 링크 부재(21a)에 각각 전달되도록 이루어져 있다.

또한, 상기 링크 부재(21a) 및 관절 부재(21b)의 수는, 도면 중에 나타낸 구성예에 한정되는 것이 아니라, 상기 내시경(2)의 목적에 따라 적절히 그 수를 증감하여 구성하는 것도 가능하다. 또한, 상기 링크 부재(21a1)는, 선단부(13)의 최선단측에 배치된 것으로, 이 링크 부재(21a1)의 후단측에는 차례로 링크 부재(21a2, 21a3, …21an)가 연결되도록 이루어져 있다. 또한, 이에 수반하여, 상기 관절 부재(21b1, 21b2, 21b3…21bn)에 대해서도 선단부(13)측으로부터 차례로 링크 부재(21a)와의 사이에 각각 배치되게 된다.

도50에는 상기 만곡부(14)의 구체적인 구성이 도시되어 있다. 또한, 도50의 예에서는, n=4이고, 4개의 링크 부재(21a1 내지 21a4)를 이용하여 상기 삽입부 구동 기구(20)를 구성한 경우를 나타내고 있다.

도50에 도시한 바와 같이, 상기 만곡부(14)의 삽입부 구동 기구(20)는, 상기 만곡 조작 와이어(130A1 내지 130A4, 131a1 내지 131a6)를 견인 또는 이완함으로써 상기 복수의 링크 부재(21a1, 21a2, 21a3, 21a4)가 각각 회전가능하게 연접되어 있다.

상기 복수의 링크 부재(21a1 내지 21a4)는, 상기 관절 부재(21b1 내지 21b4)인 구동 샤프트(124)에 의해 각각 회전가능하게 연결되어 있다. 상기 구동 샤프트(124)는, 후술하는 구동용 풀리(123)와 일체적으로 구성된 축부재이고, 이 구동 샤프트(124)에는, 도시는 하지 않지만 각각 제1 검출 수단으로서의 포텐쇼미터가 장착되어 있다.

이 포텐쇼미터는, 구동 샤프트(124)의 회전량을 검출하여 링크 부재(21a)의 상태량 검지 신호로서 도시하지 않은 신호선을 통하여 상기 컨트롤러(5)에 출력하도록 되어 있다. 또한, 제1 검출 수단으로서의 포텐쇼미터는, 예를 들면 구동부(10b)측에 설치된 모터(27)의 회전력을 만곡 조작 와이어에 전달하기 위한 스프로킷(도시 생략)에 설치하여 구성하여도 된다.

상기 복수의 링크 부재(21a1 내지 21a4)에는, 후단의 링크 부재(21a)에 형성된 연결 돌기부(122A)를 회전 가능하게 축지지하여 수용하기 위한 연결홈(122)이 각각 형성되어 있다. 그리고, 후단의 링크 부재(21a)는, 상기 링크 부재(21a)의 연결홈(122)에 장착된 상태에서 연결 돌기부(122A)에 형성된 구멍에 상기 구동 샤프트(124)가 끼워 장착되어 고정됨으로써, 회전 가능하게 연결되도록 이루어져 있다.

가장 선단측의 링크 부재(21a1)의 기단측에는, 상기 연결홈(124) 및 2번째의 링크 부재(21a2)의 연결 돌기부(122A)를 축지지하는 구동 샤프트(124)가 끼워 장착되어 고정되어 있다. 이 구동 샤프트(124)의 편측의 기단부에는 구동용 풀리(123)가 일체적으로 형성되어 있고, 이 구동용 풀리(123)는, 선단측의 링크 부재(21a1)의 측면에 고정되도록 이루어져 있다.

상기 구동 샤프트(124)를 가지는 구동용 풀리(123)는, 도52에 도시한 바와 같이, 만곡 조작 와이어(131a6)가 현가되고 또한 견인 또는 이완됨으로써 회전력을 발생하는 것으로, 중앙 하측에는 상기 구동 샤프트(124)가 일체적으로 설치되어 있 다.

또한, 구동용 풀리(123)의 구동 샤프트(124)의 길이는, 선단측의 링크 부재(21a1), 2단째의 링크 부재(21a2), 3단째의 링크 부재(21a3), 4단째의 링크 부재(21a4)로 차례로, 후술하는 프리 풀리(125)를 포개서 장착하는 데 필요한 두께분을 고려하여 길어지도록 형성되어 있다.

상기 선단측의 링크 부재(21a1)에 고정된 구동용 풀리(123)에는, 만곡 조작 와이어(131a6)가 현가되고, 이 만곡 조작 와이어(131a6)의 타방측은, 2단째의 링크 부재(21a2)의 동일한 측에 배치되고 또한 구동 샤프트(124)에 회전 가능하게 축지지된 프리 풀리(125)에 현가되어 있다.

이 프리 풀리(125)는, 도50 및 도53에 도시한 바와 같이, 2개의 풀리가 병설됨과 함께, 구동 샤프트(124)를 삽입 통과하는 구멍(125a)을 가지며 구성되어 있다. 이 프리 풀리(125)는, 2단째의 링크 부재(21a2)의 반대측에 고정된 구동용 풀리(123)의 구동 샤프트(124)에 회전 가능하게 축지지되어 있다. 이 프리 풀리(125)는, 상기 선단측의 링크 부재(21a1)의 구동용 풀리(123)와, 3단째의 링크 부재(21a3)에 설치된 프리 풀리(125)의 쌍방으로부터의 만곡 조작 와이어(131a6, 131a4)를 각각 2개의 풀리에 의해 현가하고 있다.

또한, 2단째의 링크 부재(21a)의 상기 프리 풀리(125)의 반대측에는 구동용 풀리(123)가 고정되어 있다. 이 구동용 풀리(123)에는, 만곡 조작 와이어(131a5)가 현가되고, 이 만곡 조작 와이어(131a5)의 타방측은, 3단째의 링크 부재(21a3)의 동일한 측에 배치되고 또한 구동 샤프트(124)에 회전 가능하게 축지지된 프리 풀 리(125)에 현가되어 있다.

이 프리 풀리(125)의 다른 한쪽의 풀리에는, 만곡 조작 와이어(131a3)가 현가되고, 이 만곡 조작 와이어(131a3)의 타방측은, 4단째의 링크 부재(21a4)의 동일한 측에 배치되고 또한 구동 샤프트(124)에 회전 가능하게 축지지된 프리 풀리(125)에 현가되어 있다.

또한, 3단째의 링크 부재(21a3)의 상기 프리 풀리(125)의 반대측에는 프리 풀리(125)를 통하여 구동용 풀리(123)가 고정되어 있다. 이 구동용 풀리(123)에는, 만곡 조작 와이어(131a1)가 현가되고, 이 만곡 조작 와이어(131a1)의 타방측은, 4단째의 링크 부재(21a4)의 동일한 측에 배치되고 또한 구동 샤프트(124)에 회전 가능하게 축지지된 프리 풀리(125)에 현가되어 있다. 또한, 상기 구동용 풀리(123)에 의해 회전 가능하게 축지지된 프리 풀리(125)의 다른 한쪽의 풀리에는, 만곡 조작 와이어(131a2)가 현가되고, 이 만곡 조작 와이어(131a2)의 타방측은, 4단째의 링크 부재(21a4)의 동일한 측에 배치되고 또한 구동 샤프트(124)에 회전 가능하게 축지지된 프리 풀리(125)에 현가되어 있다.

4단째의 링크 부재(21a4)의 편측에는, 상기 만곡 조작 와이어(131a1, 131a4)를 각각 한쪽의 풀리에 현가하고 있는 2개의 프리 풀리(125)가 구동 샤프트(124)에 축지지되어 있다. 그리고, 이들 2개의 프리 풀리(125)에는, 삽입부(9) 내를 통하여 연달아 설치된 만곡 조작 와이어(130A1, 130A2)가 현가되도록 이루어져 있다.

또한, 4단째의 링크 부재(21a4)의 반대측에는, 상기 만곡 조작 와이어(130A3)를 한쪽의 풀리에 현가하고 있는 프리 풀리(125)가 구동 샤프트(124)에 축지지되어 있다. 또한, 이 프리 풀리(125)의 외측에는, 상기 구동 샤프트(124)와 일체적으로 구성되는 구동용 풀리(123)가 배치되어 있다. 이 구동용 풀리(123)는 이 프리 풀리(125)를 통하여 상기 4단째의 링크 부재(21a4)에 고정되어 있다. 그리고, 이 프리 풀리(125)에는, 삽입부(9) 내를 통하여 연달아 설치된 만곡 조작 와이어(131A3)가 현가되도록 이루어져 있다. 또한, 상기 구동용 풀리(123)에는, 마찬가지로 삽입부(9) 내를 통하여 연달아 설치된 만곡 조작 와이어(130A4)가 현가되도록 이루어져 있다.

상기 만곡 조작 와이어(131a1 내지 131a6)는, 도51에 도시한 바와 같이, 각각 크로스한 상태에서 대응하는 각 링크 부재(21a) 간의 구동용 풀리(123) 또는 프리 풀리(125)에 현가되도록 이루어져 있다.

상기 구성의 만곡부(14)의 만곡 조작 와이어(130A1 내지 130A4)의 견인에 의한 만곡 동작을 설명하면, 예를 들면 도50에 도시한 만곡 조작 와이어(130A4)를 회전력(F4)에 의해 견인하면, 이 만곡 조작 와이어(130A4)가 현가하고 있는 구동용 풀리(123)는, 4단째의 링크 부재(21a4)에 고정되어 있기 때문에, 이 4단째의 링크 부재(21a4)가 회전하게 된다.

또한, 상기 만곡 조작 와이어(130A4)를 멈춘 상태에서, 반대측의 만곡 조작 와이어(130A1)를 회전력(F2)에 의해 견인하면, 이 만곡 조작 와이어(130A1)가 현가하고 있는 프리 풀리(125)가 회전함으로써, 이 프리 풀리(125)에 현가되어 있는 만곡 조작 와이어(131a1)가 견인된다. 그리고, 이 회전력은, 이 만곡 조작 와이어(131a1)가 현가되어 있는 3단째의 링크 부재(21a3)의 구동용 풀리(123)에 전달됨 으로써, 이 3단째의 링크 부재(21a4)가 회전하게 된다.

또한, 상기 만곡 조작 와이어(130A4, 130A1)를 멈춘 상태에서, 만곡 조작 와이어(130A3)를 회전력(F3)에 의해 견인하면, 이 만곡 조작 와이어(130A3)가 현가하고 있는 프리 풀리(125)가 회전함으로써, 이 프리 풀리(125)에 현가되어 있는 만곡 조작 와이어(131a3)가 견인된다. 그리고, 이 회전력은, 이 만곡 조작 와이어(131a3)가 현가되어 있는 3단째의 링크 부재(21a3)의 프리 풀리(125)에 전달된다. 그리고, 이 프리 풀리(125)가 회전함으로써, 이 프리 풀리(125)에 현가되어 있는 만곡 조작 와이어(131a5)가 견인된다. 그리고, 이 회전력은, 이 만곡 조작 와이어(131a5)가 현가되어 있는 2단째의 링크 부재(21a2)의 구동용 풀리(123)에 전달됨으로써, 이 2단째의 링크 부재(21a2)가 회전하게 된다.

또한, 상기 만곡 조작 와이어(130A4, 130A1, 130A3)를 멈춘 상태에서, 만곡 조작 와이어(130A2)를 회전력(F1)에 의해 견인하면, 이 만곡 조작 와이어(130A2)가 현가하고 있는 프리 풀리(125)가 회전함으로써, 이 프리 풀리(125)에 현가되어 있는 만곡 조작 와이어(131a2)가 견인된다. 그리고, 이 회전력은, 상기와 마찬가지로, 이 만곡 조작 와이어(131a2)가 현가되어 있는 3단째의 링크 부재(21a3)의 프리 풀리(125), 만곡 조작 와이어(131a4), 2단째의 링크 부재(21a2)의 프리 풀리(125), 만곡 조작 와이어(131a6)를 통하여, 선단측의 링크 부재(21a1)의 구동용 풀리(123)에 전달된다. 이에 의해, 구동용 풀리(123)가 회전함으로써, 이 선단측의 링크 부재(21a1)가 회전하게 된다.

이와 같이 만곡부(14)는, 상기 만곡 조작 와이어(130A1 내지 130A4)를 견인 또는 이완하도록 구동부(10b) 내의 각 모터(27)의 회전력(F1 내지 F4)을 적절히 회전 제어하면, 복수의 링크 부재 혹은 지정된 링크 부재(21a)만을 회전 동작시키는 것이 가능하다.

그런데, 다관절의 링크 구조를 가지는 내시경 장치에서는, 만곡 조작 와이어의 견인 또는 이완을 제어함으로써 만곡부(14)를 만곡시키는 것이기 때문에, 링크 부재(21a) 간의 만곡 조작 와이어의 간섭에 의해 만곡 동작에 영향을 미치는 경우가 있다. 이와 같은 문제점을 도50, 도54를 참조하면서 설명한다.

도54 내지 도56은 만곡 조작 와이어의 견인 또는 이완에 의해 다링크 부재(21a)를 만곡 동작시키는 경우의 문제점을 설명하기 위한 설명도로, 도54는 복수의 링크 부재가 비만곡 동작시인 상태를 나타내고, 도55는 2단째의 링크 부재를 90도 만곡시켰을 때에 선단측의 링크 부재가 간섭에 의해 만곡하는 상태를 나타내고, 도56은 본 실시예의 컨트롤러에 의해 도55에 도시한 상태로부터 선단측의 링크 부재를 90도 역방향으로 보정 제어한 상태를 각각 나타내고 있다. 또한, 도57은 본 실시예의 각 액추에이터 제어 블록 내의 서보 제어 컨트롤러의 구성을 도시한 블록선도이다.

또한, 도54, 도55 중의 구동용 풀리(123) 및 프리 풀리(125)의 위치를 나타낸 화살표는, 설명을 위해서 각 링크 부재의 회전 방향을 나타내고, 또한 도면 중 좌측의 파선 부분은, 만곡부(14)의 각 링크 부재의 반대측 부분을 나타내고 있다.

예를 들면, 도54에 도시한 바와 같이, 시술자는, 삽입부(9)의 만곡부(14)가 비만곡 상태이고, 각 링크 부재(21a1 내지 21a4)가 만곡하고 있지 않은 상태로부 터, 2단째의 링크 부재(21a2)를 도면 중에 나타내는 A 화살표 방향으로 90도 만곡하도록 만곡 조작한 것으로 한다.

이 경우, 2단째의 링크 부재(21a2)는, 도50에 도시한 바와 같이, 만곡 조작 와이어(130A4, 130A1)를 멈춘 상태에서, 만곡 조작 와이어(130A3)를 회전력(F3)에 의해 견인함으로써, 이 만곡 조작 와이어(130A3, 131a3), 프리 풀리(125), 만곡 조작 와이어(131a5)를 통하여 이 2단째의 링크 부재(21a2)에 고정된 고정용 풀리(123)에 회전력이 전달되어, 예를 들면 도면 중에 나타내는 A 화살표 방향으로 90도 만곡하게 된다.

그런데, 이 때, 만곡부(14)의 반대측에 배치된 만곡 조작 와이어[130A1, 130A2, 131a1, 131a2, 131a4, 131a6(도50 참조)]는, 각각 멈춰져 있는 상태이기 때문에, 이들 만곡 조작 와이어(130A1, 130A2, 131a1, 131a2, 131a4, 131a6)를 각각 현가하고 있는 구동용 풀리(123)나 프리 풀리(125)에는, 도55에 도시한 바와 같이, 상기 2단째의 링크 부재(21a2)의 만곡 동작에 수반하여, 도면 중 좌측의 파선 부분에 나타내는 화살표 방향으로 구부러지도록 하는 힘이 발생하게 된다.

그리고, 선단측의 링크 부재(21a1)는, 도50에 도시한 바와 같이, 구동용 풀리(123)에 현가하고 있는 만곡 조작 와이어(131a6)를 통하여 2단째의 링크 부재(21a2)의 프리 풀리(125)와 연결하고 있기 때문에, 상기 2단째의 링크 부재(21a2)의 만곡 동작에 의해 이 프리 풀리(125)에 발생한 힘이 상기 만곡 조작 와이어(131a6)에 간섭한다. 그 결과, 선단측의 링크 부재(21a1)는, 도55에 도시한 바와 같이, 2단째의 링크 부재(21a2)에 대하여 도면 중에 나타내는 C 화살표 방향 으로 만곡하게 된다.

그러나, 본 실시예의 내시경 장치(1)는, 상기한 바와 같은 도중 링크 부재(21a)의 만곡 동작에 기인하여 선단측의 링크 부재(21a1)가 만곡한 경우에는, 도56에 도시한 바와 같이, 이 선단측의 링크 부재(21a1)를, 만곡한 각도분(90도) 역방향(도면 중에 나타내는 D 화살표 방향)으로 만곡 동작시키도록 보정 제어하는 것이 가능하다. 이와 같은 만곡 보정 제어 가능한 액추에이터 제어 블록 내의 개략 구성을 도57에 도시한다.

본 실시예 3의 내시경 장치(1)는, 전술한 실시예 1에서 도9 내지 도12에서 설명한 바와 같이, 각 링크 부재(21a)에 따른 액추에이터 제어 블록(31a1 내지 31an)을 가지고 있고, 이들 액추에이터 제어 블록(31a1 내지 31an)에는, 각각 서보 제어 컨트롤러(36A)가 설치되어 있다.

상기 서보 제어 컨트롤러(36A)는, 전술한 실시예 1에서 도12에서 설명한 바와 같이 PD 제어부(40)를 가지고, 본 실시예에서는, 도57에 도시한 바와 같이, 또한, 이 PD 제어부(40)에 공급되는 서보 명령값 신호(모터(27)로부터의 변위 정보도 포함함)를 저장하고, 이 서보 명령값 신호로부터 역방향의 위치 명령 변화 보정량을 구하여 후단의 PD 제어부(40)에 서보 명령값 신호와 함께 가산하여 공급하는 위치 명령 변화량 보정부(160)를 설치하고 있다.

또한 도57에서는, 각단의 PD 제어부(40)가 부호 40A1 내지 40An을 붙여서 도시되고, 각단의 위치 명령 변화량 보정부(160)가 부호 160A1 내지 160An을 붙여서 도시되어 있다. 즉, 본 실시예에서는, 도57에 도시한 바와 같이, 선단측의 링크 부재(21a1)(최근위단측 링크 부재)에 대응하는 PD 제어부(40)를 제1 PD 제어부(40A1)로 하고, 차단(2단째)의 링크 부재(21a2)(도중측 링크 부재)에 대응하는 PD 제어부(40)를 제2 PD 제어부(40A2)로 하고, …, 최원위단측 링크 부재(21an)에 대응하는 PD 제어부(40)를 제NPD 제어부(40AN)로 하면, 각 PD 제어부(40A1, 40A2…40AN)의 사이에는, 각각 상기 위치 명령 변화량 보정부[160A1, 160A2…160A(N-1)]가 설치되어 있다.

예를 들면, 상기 제1 위치 명령 변화량 보정부(160A1)는, 공급되는 서보 명령값 신호와 모터(27)의 변위 정보로부터 선단측의 링크 부재(21a1)의 역방향으로 되는 위치 명령 변화량을 구하고, 후단의 제2PD 제어부(40A2)의 입력측에 출력한다.

그러면, 제2 PD 제어부(40A2)는, 상기 제1 위치 명령 변화량 보정부(160A1)로부터의 위치 명령 변화량이 가산된 서보 명령값 신호가 공급되고, 그리고, 이 서보 명령값 신호에 기초하여, 비례·미분 제어 등의 PD 제어에 의해 조작 출력값 신호(구동 신호이고, 도면 중에는 도중측 링크 부재 구동 신호)를 생성하여 대응하는 모터(27)에 부여한다.

또한, 상기 제2 위치 명령 변화량 보정부(160A2)는, 상기 제2 PD 제어부(40A2)에 공급되는 서보 명령값 신호로부터 2단째의 링크 부재(21a2)의 역방향으로 되는 위치 명령 변화량을 구하고, 후단의 예를 들면 제3 PD 제어부(40A3)의 입력측에 출력한다.

그러면, 제3 PD 제어부(40A3)는, 상기 제2 위치 명령 변화량 보정부(160A2) 로부터의 위치 명령 변화량이 가산된 서보 명령값 신호가 공급되고, 그리고, 이 서보 명령값 신호에 기초하여, 비례·비분 제어 등의 PD 제어에 의해 조작 출력값 신호(구동 신호이고, 도면 중에는 최원위단측 링크 부재 구동 신호)를 생성하여 대응하는 모터(27)에 부여한다.

이와 같이 본 실시예에서는, 최근위단측 링크 부재로부터 도중측 링크 부재를 통하여 최원위단측 링크 부재에 걸쳐서, 전단의 링크 부재(21a)의 역방향의 위치 명령 변화량이 순차 후단의 링크 부재의 서보 명령값 신호에 가산되고, 얻어진 구동 신호에 기초하여 모터(27)의 회전 제어가 이루어지게 된다.

즉, 본 실시예의 서보 제어 컨트롤러(36A)는, 선단측의 링크 부재(21a1)가 도55에 도시한 바와 같이 도중 링크 부재(21a)의 만곡 동작에 기인하여 90도 만곡한 경우에는, 선단측의 링크 부재(21a1)가 만곡한 각도분(90도) 역방향으로 차단의 링크 부재(21a2)를 만곡 동작시키도록 보정 제어한다. 그리고, 서보 제어 컨트롤러(36A)는, 후단의 링크 부재(21a3) 이후에 대해서도 마찬가지로 전단의 링크 부재(21a)가 만곡한 각도분 역방향으로 만곡 동작시키도록 보정 제어한다.

이에 의해, 임의의 링크 부재(21a)의 만곡 조작시에, 각 링크 부재(21a) 간의 만곡 조작 와이어의 간섭에 의해 선단측의 링크 부재(21a)가 만곡한 경우라도 이 선단측의 링크 부재(21a1)를 확실하게 원래의 위치로 되도록 보정할 수 있다. 이에, 조작 명령에 기초한 선단부(13)의 위치를 유지하는 것이 가능해진다.

그런데, 상기 컨트롤러(5)는, 만곡부(14)를 포함하는 삽입부(9) 전체의 강성을 변화시키도록 강성 제어를 행함으로써, 삽입부(9)의 삽입성을 더 향상시키는 것 이 가능하다. 이와 같은 실시예 4를 도58 내지 도60에 나타낸다.

도58 내지 도60은 실시예 4에 관한 것으로, 도58은 실시예 4의 내시경 장치 전체의 구성을 도시한 구성도, 도59는 컨트롤러에 의해 만곡 구동되었을 때의 만곡부의 특성을 설명하는 설명도, 도60은 실시예 2의 컨트롤러에 의해 강성 제어되었을 때의 만곡부의 특성을 설명하는 설명도이다. 또한, 본 실시예 4에서는, 만곡부(14)를 상하 2방향으로 만곡시킬 수 있는 내시경(2)을 구비하고 있는 것으로서 설명한다.

도58에 도시한 바와 같이, 내시경 장치(1)는, 실시예 3과 마찬가지의 컨트롤러(5)와, 조작 명령부(7)와, 강성 설정 다이얼(207)과, 내시경(2)을 가지고 있다.

이 내시경(2)은, 구동부(10b)인 2개의 모터(227a, 227b)와, 각 모터(227a, 227b)의 회전력을 전달하기 위한 2개의 기어(261a, 261b)와, 이들 2개의 기어(261a, 261b)와 맞물려서 회전함으로써 만곡 조작 와이어(230a, 230b)를 각각 견인 또는 이완시키는 스프로킷(262a, 262b)과, 상기 만곡 조작 와이어(230a, 230b)가 삽입부(9) 내에 연달아 설치되고, 이 만곡 조작 와이어(230a, 230b)의 견인 또는 이완에 의해 상하 2방향으로 만곡 가능한 만곡부(14) 및 선단부(13)를 가지고 있다.

또한, 도시는 하지 않지만, 상기 스프로킷(262a, 262b)에는, 각 모터(227a, 227b)의 회전량을 검출하는 포텐쇼미터가 설치되어 있고, 이들 포텐쇼미터에 의한 검출 결과는 상기 컨트롤러(5)에 피드백되도록 이루어져 있다.

상기 강성 설정 다이얼(207)은, 상기 만곡부(14) 혹은 만곡부(14)를 포함하 는 삽입부(9) 전체의 강성 레벨을 설정하기 위한 조작 수단으로, 시술자의 조작에 기초한 강성 설정 레벨 신호를 상기 컨트롤러(5)에 출력한다.

상기 컨트롤러(5)는, 상기 실시예 3과 거의 마찬가지의 구성이기는 하지만, 상기 조작 명령부(7)에 의한 조작 명령값 신호에 기초하여 만곡부(14)를 만곡 제어하고 있을 때에, 상기 강성 설정 다이얼(207)이 조작되면, 이 강성 설정 레벨 신호에 기초하여 만곡 동작하고 있는 만곡부(14) 혹은 만곡부(14)를 포함하는 삽입부(9) 전체의 강성을 제어한다.

만곡부(14) 혹은 삽입부(9) 전체에서의 강성 제어에 대하여 도59 및 도60을 참조하면서 설명한다.

도59는 상기 컨트롤러(5)에 의해 만곡부(14)가 하방향으로 만곡 구동하고 있는 상태에 대하여, 동적 간이 모델로서 나타내고 있다. 여기서, 도59에서, 만곡 조작 와이어(견인 와이어)(230a, 230b)의 상태는, 간단히 하기 위해서, 각각의 끝점이 내시경 선단부에 고정된 스프링 모델로서 취급되어 있다. 즉, 도59에 도시한 바와 같이, 상기 만곡 조작 와이어(230a, 230b)에 인가되는 부하량은, 스프링(200a, 200b)에 의해 예로 들어져 있다. 동도에서, 모터(227b)만이 구동하고 있는 경우, 만곡 조작 와이어(230b)측의 스프링(200b)을 견인하는 힘은, 만곡 조작 와이어(230a)측의 스프링(200a)을 견인하는 힘보다 커진다. 이에 의해, 상기 만곡부(14)는, 하방향으로 만곡하게 된다.

본 실시예에서는, 상기 만곡부(14)가 소정의 만곡 형상으로 동작시킨 후에, 예를 들면 도60에 도시한 바와 같이, 반대측의 모터(227a)를 상기한 모터(227b)와 동일하게 회전 제어함으로써, 상기 만곡 조작 와이어(230a)측의 스프링(200a)을 견인하는 힘을, 상기 만곡 조작 와이어(230b)측의 스프링(200b)을 견인하는 힘과 동일해지도록 모터(227a)를 회전 제어한다.

이에 의해, 본 실시예의 내시경 선단부는 견인 와이어(230a, 230b)의 쌍방이 끝점 고정이기 때문에, 만곡 조작 와이어(230a)측의 스프링(200a)을 견인하는 힘과 상기 만곡 조작 와이어(230b)측의 스프링(200b)을 견인하는 힘에 의해, 내시경 삽입부 전체에 압축력이 가해지게 된다. 이 때, 쌍방에 힘이 가해졌다 하더라도, 와이어 견인의 제어 방식을 위치 제어로 해 두면, 와이어의 위치를 유지한 채로, 힘이 가해지는 형태로 된다.

여기서, 도59, 도60에서 표현되어 있는 스프링은 견인 와이어의 동적 모델로서 표현하고 있기 때문에, 와이어 그 자체의 특성으로 되는 것을 기록해 둔다.

이 때문에, 상기 만곡부(14)가 그 만곡 형상이 유지된 강성 상태로 된다. 또한, 상기 만곡 조작 와이어(230a, 230b)는 상기 삽입부(9) 내에 배치되어 있기 때문에, 이 삽입부(9) 전체에서도 강성을 가지게 된다.

또한, 상기 강성 설정 다이얼(207)은, 상기 만곡 조작 와이어(230a, 230b)측의 스프링(200a, 200b)을 견인하는 각각의 힘의 레벨을 단계적으로 바꾸어 설정할 수 있도록 되어 있고, 이 때문에, 컨트롤러(5)는, 만곡 구동시에, 만곡부(14) 혹은 이 만곡부(14)를 포함하는 삽입부(9)의 강성 레벨을 적절히 바꾸도록 제어하는 것이 가능하다.

따라서, 실시예 4에 의하면, 만곡부(14) 혹은 만곡부(14)를 포함하는 삽입 부(9) 전체의 강성을 제어할 수 있기 때문에, 삽입시에, 적절히 만곡부(14) 혹은 삽입부(9) 전체를 강성 제어하면, 삽입부(9)의 삽입성을 향상시키는 것이 가능해진다.

도61 내지 도65는 실시예 4의 변형예 1을 설명하는 것으로, 도61은 변형예 4의 내시경 장치 전체의 구성을 도시한 구성도, 도62는 서보 제어 컨트롤러 내의 구체적인 구성을 도시한 블록도, 도63은 실시예 4의 컨트롤러에 의해 강성 제어되었을 때의 만곡부의 특성을 설명하는 설명도, 도64는 도62의 만곡용 제어부를 도시한 블록선도, 도65는 도62의 강성 제어용 제어부를 도시한 블록선도이다.

도61에 도시한 바와 같이, 변형예 1의 내시경 장치(1)는, 상기 실시예 4에서 이용한 강성 설정 다이얼(207)을 삭제하는 것 외에, 만곡 조작 와이어(230a, 230b)의 각각의 텐션 상태를 검출하여 상기 컨트롤러(5)에 출력하는 텐션 센서(263a, 263b)를 각각 설치하고 있다.

즉, 상기 텐션 센서(263a, 263b)를 각각 설치함으로써, 강성 제어시에서의 만곡부(14) 혹은 만곡부(14)를 포함하는 삽입부(9) 전체의 강성 상태를 검출할 수 있도록 되어 있다.

그리고, 컨트롤러(5)는, 상기 텐션 센서(263a, 263b)에 의한 검출 결과, 즉, 텐션 F/B 정보를 저장하고, 강성 제어시에는, 조작 명령부(7)에 의해 지시되는 강성 명령 정보와 텐션 F/B 정보에 기초하여, 각 모터(227a, 227b)의 회전 구동을 제어함으로써, 만곡부(14) 혹은 삽입부(9) 전체의 강성 제어를 행한다.

또한, 상기 컨트롤러(5)는, 상기 실시예 4와 마찬가지로, 만곡부(14)의 위치 명령 제어를 행하는 것이 가능하고, 이 때문에, 이 위치 명령 제어와 상기 강성 명령 제어의 어느 하나의 모드를 실행할 수 있도록 되어 있다.

구체적으로는, 상기 조작 명령부(7)에는, 상기 만곡 위치 명령 제어를 나타내는 모드와, 상기 강성 명령 제어를 나타내는 모드를 지정하고, 지정한 모드 명령 정보를 출력하는 모드 지정 수단(도시 생략)이 설치되어 있다. 이 모드 지정 수단으로부터의 모드 명령 정보는, 상기 컨트롤러(5) 내의 서보 제어 컨트롤러(36A)에 출력되도록 이루어져 있다.

도62에는 각 모터(227a, 227b)마다 설치된 서보 제어 컨트롤러(36A) 내의 구체적인 구성이 도시되어 있다.

도62에 도시한 바와 같이, 변형예 1의 서보 제어 컨트롤러(36A)는, 상기 조작 명령부(7)의 모드 지정 수단으로부터의 모드 명령 정보에 기초하여, 만곡 위치 명령 제어 모드와 강성 명령 제어 모드인지를 판별하는 모드 판별부(270)와, 위치 명령 정보(서보 명령값 신호)와 위치 F/B 정보에 기초하여 만곡 위치 명령 제어 모드를 실행하는 데 필요한 만곡 위치 명령 제어용의 조작 출력값 신호(구동 신호이고 모터 위치 명령 신호라도고 함)를 생성하여 출력하는 만곡 제어부인 PID 제어부(271)(도64 참조)와, 강성 명령 정보와 텐션 F/B 정보에 기초하여 강성 명령 제어 모드를 실행하는 데 필요한 강성 명령 제어용의 조작 출력값 신호(구동 신호이고 모터 위치 명령 신호라고도 함)를 생성하여 출력하는 강성 제어용 제어부인 P 제어부(272)(도65 참조)와, 상기 모드 판별부(270)의 판별 결과에 기초하여, 상기 PID 제어부(271)의 출력과 상기 P 제어부(272)의 출력의 어느 한쪽을 선택 출력하 여 해당하는 모터(227a, 227b)에 출력하는 절환부(264)를 가지고 있다.

따라서, 상기 절환부(264)는, 상기 모드 판별부(270)에 의한 판별 결과가 만곡 위치 명령 제어 모드이면, 만곡용 제어부인 PID 제어부(271)로부터의 구동 신호(모터 명령값 신호)를 지정한 모터(227a), 또는 모터(227b)에 출력한다.

이 경우, 상기 만곡용 제어부인 PID 제어부(271)는, 도64에 도시한 바와 같이, 위치 명령 정보(서보 명령값 신호)와 위치 F/B 정보에 기초하여, 비례·미분 제어 등의 PD 제어에 의해 만곡 위치 명령 제어용의 구동 신호(모터 위치 명령 신호라고도 함)를 생성하여 출력한다. 이에 의해, 이 만곡 위치 명령 제어용의 구동 신호가 상기 절환부(264)를 통하여 지정된 모터(227a), 또는 모터(227b)에 공급되어 이 모터(227a) 또는 모터(227b)의 구동이 제어됨으로써, 만곡부(14)는 위치 명령 정보에 기초한 만곡 동작이 이루어지게 된다.

한편, 상기 절환부(264)는, 상기 모드 판별부(270)에 의한 판별 결과가 강성 명령 제어 모드이면, 강성 제어용 제어부인 P 제어부(272)로부터의 구동 신호(모터 위치 명령값 신호)를 지정한 모터(227a), 또는 모터(227b)에 출력한다.

이 경우, 상기 강성 제어용 제어부인 P 제어부(272)는, 도65에 도시한 바와 같이, 조작 명령부(7)로부터 공급되는 강성 명령 정보와 텐션 F/B 정보에 기초하여, 비례 제어 등의 P 제어에 의해 강성 명령 제어용의 구동 신호(모터 위치 명령 신호라고도 함)를 생성하여 출력한다. 이에 의해, 이 강성 명령 제어용의 구동 신호가 상기 절환부(264)를 통하여 지정된 모터(227a), 또는 모터(227b)에 공급되어 구동이 제어됨과 동시에, 다른 한쪽의 모터(227b), 또는 모터(227a)에 만곡 위치 명령 제어용의 구동 신호가 공급되어 구동이 제어됨으로써, 만곡부(14)는 실시예 4에서 설명한 바와 같이 만곡 구동시의 자세(만곡 방향)가 유지된 상태에서 강성이 제어되게 된다.

또한, 강성 명령 제어 모드 실행시는, 상기 실시예 4에서 설명한 바와 같이, 예를 들면 모터(227a)에 강성 위치 명령 제어용의 구동 신호를 공급하여 구동한 경우에는, 반드시, 다른 한쪽의 모터(227b)에 만곡 위치 명령 제어용의 구동 신호가 공급되어 구동되게 된다.

즉, 도63에 도시한 바와 같이, 만곡 구동시의 모터(227b)에 연결되는 만곡 조작 와이어(230b)측의 스프링(200b)의 견인하는 힘과, 강성 변화 구동시의 모터(227a)에 연결되는 만곡 조작 와이어(230a)측의 스프링(200a)을 견인하는 힘을 동일하게 함으로써, 상기 실시예 4와 마찬가지로 상기 만곡부(14)는 그 만곡 형상이 유지된 채로 강성을 가지는 상태로 된다.

따라서, 본 변형예에 의하면, 만곡부(14)의 만곡 위치 명령 제어를 행한 상태에서 강성 명령 제어를 행하는 것이 가능해지고, 실시예 2보다 더 삽입부(9)의 삽입성을 높이는 것이 가능해진다.

도66 및 도67은 실시예 4의 변형예 2를 설명하는 것으로, 도66은 변형예 4의 내시경 장치 전체의 구성을 도시한 구성도, 도67은 변형예 2의 컨트롤러에 의해 강성 제어되었을 때의 만곡부의 특성을 설명하는 설명도이다. 또한, 도66 및 도67은, 상기 실시예 3, 4 및 실시예 4의 변형예 1과 마찬가지의 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략하고, 상이한 부분만을 설명한다.

도66에 도시한 바와 같이, 변형예 2의 내시경 장치(1)는, 상기 실시예 2와 상기 변형예 1의 구성을 조합한 것으로, 만곡부로서 상기 실시예 3과 거의 마찬가지의 다관절의 링크 구조를 가지는 만곡부(14)를 더 이용하여 구성되어 있다.

즉, 변형예 2의 내시경 장치(1)는, 상기 실시예 4와 마찬가지로 강성 설정 다이얼(207), 텐션 센서(263a, 263b)를 가지고 있고, 또한 상하 2방향으로 각각 만곡 가능한 복수의 링크 부재(21a1 내지 21an)(예를 들면 n=4)를 구비하여 구성된 만곡부(14)를 가지고 있다.

변형예 2의 컨트롤러(5)는, 상기 변형예 1과 마찬가지로, 만곡 구동시의 만곡부(14)의 만곡 방향(만곡 상태)을 유지하면서 만곡부(14)를 강성 상태로 하도록 만곡 위치 명령 제어 및 강성 명령 제어를 행하는데, 복수의 링크 부재(21a) 중, 임의로 지정된 링크 부재(21a)에 대해서도 이 만곡 위치 명령 제어 및 강성 명령 제어를 행하는 것이 가능하다.

이 경우의 복수의 링크 부재(21a)를 가지는 만곡부(14)의 특성이 도67에 도시되어 있다. 즉, 도67에 도시한 바와 같이, 만곡부(14)는, 선단측의 링크 부재(21a1)의 2개의 만곡 조작 와이어에 인가되는 부하량을 나타내는 2개의 스프링(200a, 200b)과, 2단째의 링크 부재(21a2)의 2개의 만곡 조작 와이어에 인가되는 부하량을 나타내는 2개의 스프링(200c, 200d)과, 3단째의 링크 부재(21c)의 2개의 만곡 조작 와이어에 인가되는 부하량을 나타내는 2개의 스프링(200e, 200f)과, 이후의 링크 부재(21an)의 2개의 만곡 조작 와이어에 인가되는 부하량인 2개의 스프링(200n, 200n)으로 나타나는 특성을 가지게 된다.

예를 들면, 2단째, 3단째의 링크 부재(21a2, 21a3)의 만곡 구동시에 강성 명령 제어를 행한 경우에는, 링크 부재(21a2)의 스프링(200c)과 스프링(200d)을 각각 견인하는 힘이 동일해지고, 동시에 링크 부재(21a3)의 스프링(200e)과 스프링(200f)을 각각 견인하는 힘이 동일해진다.

그러나, 도67에 도시되어 있는 구성과 같이, 복수의 스프링이 길항하고 있는 물리 모델이기 때문에, 실제로 컨트롤러(5)에서, 복수의 링크 부재(21a) 중, 임의의 링크 부재(21a)의 강성 명령 제어를 행하고자 하면, 이 링크 부재(21a)와 이 링크 부재(21a)에 연결하는 링크 부재(21a)의 사이에 배치되는 만곡 조작 와이어나 구동용 풀리 및 프리 풀리에 의해 간섭하고, 선단측의 링크 부재(21a1) 등이 만곡한다.

이 때문에, 상기 컨트롤러(5)의 서보 제어 컨트롤러(36A)에는, 도시는 하지 않지만 임의의 링크 부재(21a)를 강성 명령 제어한 경우에 선단측의 링크 부재(21a1)의 만곡 동작을 보정하기 위한 연산 처리를 행하는 보정 연산부가 설치되어 있다.

여기서, 도67에 원리 모델도, 도68A 내지 도68C에 작용 원리도를 도시한다. 또한, 도68A는 작용을 설명하기 위한 만곡부의 원리도, 도68B는 제1 만곡부의 와이어의 견인에 수반하는 사관 길이의 단축에 의해 와이어에 이완이 발생한 상태를 나타내고, 도68C는 제2 만곡부의 와이어의 견인에 수반하는 제2 만곡부의 사관 길이의 단축에 의해 와이어에 이완이 발생한 상태를 나타내고 있다.

도68A에서, 예를 들면, 제1 만곡부를 구동하기 위해서 견인 와이어(200a)(도 67 참조)를 견인하였다고 한다. 이 때, 도68B와 같이 견인 와이어(200a)의 와이어 견인에 의해 사관 길이가 단축되는 것과 동시에, 제2 만곡부측에 압축력이 작용하고, 그 때문에 견인 와이어(200b, 200c)의 와이어 경로가 짧아짐으로써 와이어 이완이 발생한다.

또한, 도68A의 상태로부터 제2 만곡부를 구동하기 위해서 견인 와이어(200b)를 견인한 경우, 제2 만곡부의 사관 길이가 압축되기 때문에, 견인 와이어(200a)에 상기와 마찬가지의 이완이 발생하게 된다.

이 때문에, 원하는 구동 만곡부 이외의 만곡부에도 구동하는 것에 의한 영향이 발생한다. 즉, 복수 만곡부를 가지는 경우에는, 원하는 구동부 이외의 만곡부에 보정을 행하게 하게 된다고 하는 것이다.

다음에, 보정 연산부의 구성·작용을 설명한다.

보정 방법은, 상기 실시예 4 내에서 나타낸 바와 같이, 각 만곡 견인 와이어마다 와이어 부하 검지 수단(263)이 각각 배치되고, 원하는 강성 설정 만곡부가 구동하기 전에, 미리 원하는 강성 설정 만곡부 이외의 강성 설정값을 기억하는 수단인 설정값 기억부(274)(도69 참조)가 내장되어 있다.

상기에 나타낸 블록선도(도62, 도64, 도65)의 위치 명령, 강성 명령, 텐션 명령의 입력부에, 도69에 도시한 바와 같이, 데이터를 보존하는 설정값 기억부(274)를 가짐으로써 보정이 행해진다.

설정값 기억부(274)는, 원하는 만곡부의 강설 설정이 행해짐과 동시에, 원하는 만곡부 이외의 구동부에서 래치 신호가 움직이고, 강성 설정 전의 상태의 값을 유지하게 된다. 또한, 원하는 만곡부에서의 강성 설정시의 설정값 기억부(274)는, 명령 정보를 제어부(273)에 실시간으로 전하도록 작용한다.

이에 의해, 각 만곡부의 간섭이 발생하여도 보정을 행하는 것이 가능해진다.

또한, 이 보정 연산부는, 강성 명령 제어 실행시에, 선단측의 링크 부재(21a1)의 만곡 보정을 행할 뿐만 아니라, 강성 명령 제어 실행에 의해 예상되는 다른 링크 부재(21a)의 만곡 동작을 보정하기 위한 연산 처리도 행하는 것이 가능해진다.

또한, 변형예 2에서, 상기 컨트롤러(5)는, 복수의 링크 부재(21a)를 가지는 만곡부(14)를 강성 명령 제어하는 경우, 하기에 나타내는 강성 조건을 만족하도록 강성 명령 제어를 행하도록 되어 있다.

예를 들면, 만곡부(14)가 4개의 링크 부재(21a1 내지 21a4)로 구성된 것이라고 하면, 각 링크 부재(21a)의 각 강성 레벨의 관계는,

4단째의 링크 부재(21a4)＞3단째의 링크 부재(21a3)＞2단째의 링크 부재(21a2)＞선단측의 링크 부재(21a1)로 된다.

따라서, 이상 설명한 바와 같이, 변형예 2의 내시경 장치는, 만곡부(14)가 다관절의 링크 구조를 가지는 구성이어도, 상기 실시예 3, 실시예 4 및 그 변형예 1과 마찬가지로, 만곡부(14)의 만곡 위치 명령 제어를 행한 상태에서, 복수의 링크 부재(21a) 중, 임의로 지정된 링크 부재(21a)에 대하여 강성 명령 제어를 행하는 것이 가능해진다.

또한, 변형예 1에서는, 만곡부(14)의 상하 2개의 만곡 방향에 대하여 설명하 였으나, 이에 한정되는 것이 아니라, 만곡부(14)의 상하 좌우 4개의 만곡 방향으로 만곡 동작 가능하게 상기 만곡부(14)를 구성함과 동시에, 이에 수반하여 구동부(10b)인 모터 및 만곡 조작 와이어를 설치하여 구성하여도 된다.

또한, 본 발명에 관한 실시예 3에서는, 상기 복수의 링크 부재(21a) 중, 선단측의 링크 부재(21a1)의 2차원에서의 위치와 방향을 포인트 로크하는 것에 대하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것이 아니라, 3차원에서의 위치와 방향을 포인트 로크하도록 구성하여도 된다.

또한, 본 발명에 관한 실시예 3에서, 머니퓰레이터를 구성하는 삽입부 구동 기구(20)를 가지는 만곡부(14)는, 내시경(2)의 삽입부(9)에 설치된 것으로서 설명하였으나, 상기 만곡부(14)는 내시경(2)의 삽입부(9)를 삽입 통과시켜 관강 내에 대한 삽입부(9)의 삽입을 보조하는 내시경 삽입 보조구의 삽입부에 설치하여 구성하여도 된다.

다음에, 본 발명의 실시예 5에 대하여, 도70 내지 도73을 참조하여 설명한다. 도70 내지 도73은 본 발명의 실시예 5에 관한 서보 제어 컨트롤러의 구체적인 구성 및 제어 동작을 설명하기 위한 것으로, 도70은 서보 제어 컨트롤러 내에 포함되는 운동학 연산부를 도시한 블록도, 도71은 액추에이터 제어 블록마다 설치된 서보 제어 컨트롤러 전체 구성을 도시한 블록도, 도72는 도71의 제어 블록의 블록선도, 도73은 도71의 제어 블록의 구체적인 구성을 도시한 블록도를 각각 나타내고 있다.

또한, 실시예 5는, 다관절의 링크 구조의 만곡부(14)를 구비한 내시경(2)에 서, 만곡부(14)의 선단측의 링크 부재(21a1)의 각도가 기단측의 링크 부재(21a1 내지 21an)에 걸쳐서 순차 시프트하도록 만곡부(14)의 구동을 제어함으로써, 삽입부(9)의 삽입성을 향상시키는 점이 전술한 실시예 1에 대하여 주로 상이하다. 그 외, 전술한 실시예 1과 마찬가지의 점에 대해서는 설명을 생략한다.

본 실시예 5의 명령 제어부(5A)에 접속되는 서보 제어 컨트롤러(36A)는, 상기 만곡부(14)를 구성하는 복수의 링크 부재(21a1 내지 21an)의 회전을 각각 제어할 때에, 후술하는 동적 제어 연산부에 기초한 연산 처리를 행하도록 되어 있다.

구체적으로는, 도70에 도시한 바와 같이, 상기 서보 제어 컨트롤러(36A)에는, 동적 제어 연산부(336B)가 설치되어 있다. 이 동적 제어 연산부(336B)는, 공급된 조작 명령값 신호(명령값 정보)에 기초하여, 신호·주파수 영역에서의 신호 처리(필터링 처리)를 행함으로써, 액추에이터 제어 블록(31)에 설치된 구동부(10b)를 제어하는 데 필요한 조작 출력값 신호(구동 신호)를 생성한다.

다음에, 상기 시간·주파수 영역에서의 신호 처리에 기초하여 연산 처리를 행하는 서보 제어 컨트롤러(36A)의 구체적인 구성 및 시프트 제어 방법에 대하여 도71 및 도73을 참조하면서 설명한다.

도71에 도시한 바와 같이, 서보 제어 컨트롤러(36A)는, 제어 블록(341)(제1 내지 제n 제어 블록[41a1 내지 41an)]을 가지고 있고, 이 제어 블록(341)에는, 선단측의 링크 부재(21a1)에서의 서보 명령값 신호을 포함하는 조작 명령값 신호가 공급된다.

그리고, 제어 블록(341)은, 공급된 명령값 신호와 위치 F/B 신호에 기초하 여, 상기 동적 제어 연산부(336B)에 의해 링크 부재(21a)에 대응하는 관절 토크 명령값 신호인 액추에이터 제어 명령 신호를 얻기 위한 연산 처리를 행하고, 대응하는 구동부(10b) 및 후단의 제어 블록(341)에 출력한다.

상기 제어 블록(341)으로부터 출력된 제1 내지 제n 액추에이터 제어 명령 신호는, 도72의 명령 변위 정보로 접속되는 구성으로 되어 있고, 공급된 명령값 신호와, 상기 센서(38)에 의해 얻어진 모터(27)의 변위 정보인 위치 F/B 신호에 기초하여, PD 제어부(40)를 이용하여 공지의 비례·미분 제어 등의 PD 제어를 행하여 상기 액추에이터 제어 명령 신호(구동 신호)를 생성하고, 모터(27)에 부여함으로써 회전 제어한다.

본 실시예에서는, 상기 서보 제어 컨트롤러(36A)는, 제1 내지 제n 액추에이터 제어 블록(31a1 내지 31an)의 수만큼 설치되어 있다. 이 때문에, 컨트롤러(5)는, 상기 제1 내지 제n 액추에이터 제어 블록(31a1 내지 31an)의 수만큼, 복수의 제어 블록(341a1 내지 341an)을 가지고 있다.

즉, 상기 명령 제어부(5A)(도9 참조)에는, 도71에 도시한 바와 같이, 선단측의 링크 부재(21a1)에 대응한 제1 제어 블록(341a1)이 접속된다.

그리고, 상기 제1 제어 블록(341a1)에는, 이 제1 제어 블록(341a1)의 출력 신호(제1 액추에이터 제어 명령 신호)를 입력하는 2단째의 링크 부재(21a2)에 대응한 제2 제어 블록(341a2)이 접속된다.

그리고, 상기 제2 제어 블록(341a2)에는, 이 제2 제어 블록(341a2)의 출력 신호(제2 액추에이터 제어 명령 신호)를 입력하는 3단째의 링크 부재(21a3)에 대응 한 제3 제어 블록(341a3)(도시 생략)이 접속된다.

이후, 마찬가지로 접속함으로써, n-1단째의 링크 부재[21a(n-1)]에 대응한 제n-1 제어 블록[341a(n-1)]이 전단의 제어 블록(341)의 출력 신호를 저장하도록 접속되고, 그리고, n단째의 링크 부재(21an)에 따른 제n 제어 블록(341an)이 전단의 제n-1 제어 블록[341a(n-1)]의 출력 신호를 저장하도록 접속되도록 이루어져 있다.

또한, 상기 조작 명령값 신호는, 선단측의 링크 부재(21a1)와 이 링크 부재(21a1)에 이어지는 링크 부재(21a2)가 이루는 관절 각도(각도)를 지시하기 위한 것이고, 또한, 제1 내지 제n 액추에이터 제어 명령 신호에 대해서도 마찬가지로 대응하는 링크 부재(21a)와 이에 이어지는 링크 부재(21a)가 이루는 관절 각도(각도)를 지시하기 위한 것이다.

이와 같은 구성에 의해, 선단측의 링크 부재(21a1)를 구동하는 조작 명령값 신호(주로 각도)를 후단측의 링크 부재(21a)에 순차 시계열로 전달할 수 있다.

이후, 동적 제어 연산부(336B)의 내용에 대하여 나타낸다.

도73에는, 상기 복수의 제1 내지 제n 제어 블록(341)의 구체적인 블록 구성이 도시되어 있다.

도73에 도시한 바와 같이, 상기 제어 블록(341)은, 샘플 홀드 회로(342)와, 기억 소자(343)를 가지며 구성된다.

상기 샘플 홀드 회로(342)는, 공급된 조작 명령값 신호를 샘플링하고, 샘플링한 조작 명령값 신호를 미리 설정된 시간 홀드하여 상기 기억 소자(343)에 출력 한다.

상기 기억 소자(343)는, 공급된 조작 명령값 신호를 일단 기억하고, 새로 조작 명령값 신호가 공급되면 기억하고 있는 조작 명령값 신호를 액추에이터 제어 명령 신호로서 출력하는 기억 수단이다.

따라서, 상기 샘플 홀드 회로(342) 및 기억 소자(343)로 구성되는 제어 블록(341)은, 상기한 바와 같이 제1 내지 제n 액추에이터 제어 블록(31a1 내지 31an)의 수만큼 설치되어 있기 때문에, 복수의 제1 내지 제n 샘플 홀드 회로(342a1 내지 342an)와 복수의 기억 소자(343a1 내지 343an)가 도73에 도시한 바와 같이 접속된다.

즉, 선단측의 링크 부재(21a1)의 조작 명령값 신호는, 제1 샘플 홀드 회로(342a1)에 의해 샘플링된 후, 이 샘플링한 조작 명령값 신호를 미리 설정된 시간 홀드하여 상기 기억 소자(343a1)에 출력된다.

그리고, 상기 기억 소자(343a1)에 조작 명령값 신호가 공급되면, 이 조작 명령값 신호는 상기 기억 소자(343a1)에 일단 기억되고, 이미 기억하고 있는 조작 명령값 신호가 제1 액추에이터 제어 명령 신호로서 구동부(10b)의 선단측의 링크 부재(21a1)에 대응하는 모터(27) 및, 후단인 2단째의 제2 샘플 홀드 회로(342a2)에 공급된다.

이에 의해, 상기 모터(27)는 제1 액추에이터 제어 명령 신호에 기초하여 회전이 제어됨으로써, 선단측의 링크 부재(21a1)는, 상기 조작 명령값 신호에 기초한 각도로 회전하게 된다.

다음에, 상기 제1 액추에이터 제어 명령값 신호는, 제2 샘플 홀드 회로(342a2)에 의해 샘플링된 후, 이 샘플링한 조작 명령값 신호를 미리 설정된 시간 홀드하여 상기 기억 소자(343a2)에 출력된다.

그리고, 상기 기억 소자(343a2)에 조작 명령값 신호가 공급되면, 이 조작 명령값 신호는 상기 기억 소자(343a2)에 일단 기억되고, 이미 기억하고 있는 조작 명령값 신호가 제2 액추에이터 제어 명령 신호로서 구동부(10b)의 2단째의 링크 부재(21a2)에 대응하는 모터(27) 및, 후단인 3단째(도시 생략)의 제3 샘플 홀드 회로(342a3)(도시 생략)에 공급된다.

이에 의해, 상기 모터(27)가 제2 액추에이터 제어 명령 신호에 기초하여 회전이 제어됨으로써, 2단째의 링크 부재(21a2)는, 상기 제2 샘플 홀드 회로(342a2)에 의해 미리 설정된 시간 후에, 상기 조작 명령값 신호에 기초한 각도, 즉, 상기 선단측의 링크 부재(21a1)와 동일한 각도로 회전하게 된다.

이와 같이, 3단째의 링크 부재(21a3), …, n-1단째의 링크 부재[21a(n-1)], n단째의 링크 부재(21an)에 대해서도 마찬가지로 전단의 액추에이터 제어 명령 신호가 샘플링되어 설정 시간 후에 기억 소자(343)를 통하여 액추에이터 제어 명령 신호가 대응하는 모터(27)에 공급됨으로써, 각각의 링크 부재(21a)는, 상기 설정 시간마다 시계열로 상기 선단측의 링크 부재(21a1)와 동일한 각도로 순차 회전하게 된다.

즉, 상기 만곡부(14)는, 선단측의 링크 부재(21a1)의 각도가 이에 이어지는 기단측의 복수의 링크 부재(21a2 내지 21an)에 걸쳐, 샘플 홀드의 시간분(설정 시 간분)마다 시계열로 순차 시프트하도록 만곡 동작하게 된다.

이와 같은 내시경 장치(1)에서, 삽입부(9)를 대장에 삽입하는 경우, 시술자는, 삽입부(9)를 항문으로부터 삽입한다. 그리고, 삽입부(9)의 선단부(13)가 S형상 결장부에 도달하면, 서보 제어 컨트롤러(36A)는 선단측의 링크 부재(21a1)를 조작 명령부(7)에 의해 지정한 공간에서의 방향(각도)으로 되도록 만곡 동작시킨다.

이에 의해, 선단측의 링크 부재(21a1)는 지정된 각도로 만곡하고 있기 때문에, S형상 결장부의 장벽을 따르면서 더 안쪽으로 삽입할 수 있다.

그리고, 미리 설정된 설정 시간(홀드 시간) 후, 상기 선단측의 링크 부재(21a1)에 이어지는 2단째의 링크 부재(21a2)는, 선단측의 링크 부재(21a1)와 동일한 방향(각도)으로 만곡 동작한다.

이후, 3단째 이후의 복수의 링크 부재(21a3)에 대해서도 상기와 마찬가지로, 설정 시간마다 시계열로, 상기 선단측의 링크 부재와 동일한 방향(각도)으로 순차 시프트하도록 만곡 동작하게 된다.

이에 의해, 만곡부(14)는, 삽입 조작에 수반하여, S형상 결장부의 형상에 맞도록 선단측의 링크 부재(21a1)의 각도고 선단측으로부터 기단측에 걸쳐서 순차 시프트하도록 만곡 동작하면서 삽입되게 된다.

이에 의해, 종래, 삽입에 어려움을 요했던 S형상 결장부를 용이하게 통과시키는 것이 가능해진다. 이에, 대장의 심부로 용이하게 삽입할 수 있기 때문에, 삽입성을 더 향상시킬 수 있다.

또한, 실시예 5의 내시경 장치(1)에서는, 상기 만곡부(14)를 구성하는 복수 의 링크 부재(21a)에서, 선단측의 링크 부재(21a1)의 각도가 기단측의 링크 부재(21a2 내지 21an)에 걸쳐서 순차 설정 시간마다 시프트하도록 만곡 동작하는데, 선단측의 링크 부재(21a1)의 각도가 아니라, 각도를 시프트시키는 임의의 링크 부재(21a)[대상축(對象軸)이라고도 함]를 지정하고, 또한, 상기 설정 시간(홀드 시간)에 대해서도 임의로 설정하는 것도 가능하다. 이와 같은 실시예 5의 변형예 1을 도74에 도시한다.

도74는 상기 실시예 5의 변형예 1을 도시한 블록도이다.

도74에 도시한 바와 같이, 변형예 1의 컨트롤러(5)에는, 선택 수단으로서의 축 선택부(344)와, 시간 변경 수단으로서의 홀드 시간 설정부(345)와, 오프셋량 선택부(346)와, 설정부(347)가 설치되어 있다.

상기 축 선택부(344)는, 각도를 시프트 제어하는 축, 즉, 임의의 링크 부재(21a)를 지정하고, 지정 신호를 설정부(347)에 출력한다. 즉, 이 축 선택부(344)를 설치함으로써, 각도를 시프트시키는 축이 선단측의 링크 부재(21a1)에 한하지 않고, 다른 임의의 축(링크 부재(21a))의 각도를 시프트시킬 수 있다.

상기 홀드 시간 설정부(345)는, 상기 제1 내지 제n 샘플 홀드 회로(342a1 내지 342an)에서의 샘플 홀드 시간(설정 시간)을 임의로 설정 가능하고, 설정한 설정 신호를 설정부(347)에 출력한다. 즉, 이 홀드 시간 설정부(345)를 설치함으로써, 선단측으로부터 기단측에 걸쳐서 순차 시계열로 시프트하는 각 링크 부재(21a) 간의 동작 이행 시간을 자유롭게 설정하는 것이 가능해진다.

예를 들면, 삽입부(9)의 만곡부(14)의 시프트 제어를 천천히 행하면서 삽입 하는 경우에는, 상기 홀드 시간 설정부(345)에 의해 상기 홀드 시간(설정 시간)을 길게 하도록 설정하면 된다. 반대로, 삽입부(9)의 만곡부(14)의 시프트 제어를 빠르게 행하면서 삽입하는 경우에는, 상기 홀드 시간 설정부(345)에 의해 상기 홀드 시간(설정 시간)을 짧게 하도록 설정하면 된다.

상기 오프셋량 선택부(346)는, 축 선택부(344)에 의해 선택된 링크 부재(21a), 혹은 조작 명령부(7)에 의해 미리 설정된 링크 부재(21a)의 방향을 변경하는 양을 선택하고, 오프셋 명령값 신호를 설정부(347)에 출력한다. 즉, 이 오프셋량 선택부(346)를 설치함으로써, 지정된 링크 부재(21a)의 방향을 변경하는 경우에는 상기 오프셋 명령값 신호에 기초한 양만큼, 상기 링크 부재의 방향을 미묘하게 변화(오프셋)시켜 조정할 수 있다.

그리고, 상기 설정부(347)는, 상기 축 선택부(344)로부터의 지정 신호와, 상기 홀드 시간 설정부(345)로부터의 설정 신호와, 상기 오프셋량 선택부(346)로부터의 오프셋 명령값 신호가 공급되고, 이들 제어 신호에 기초한 설정을 행한다.

즉, 상기 설정부(347)는, 상기 축 선택부(344)로부터의 지정 신호가 공급된 경우에는, 상기 지정 신호에 기초한 링크 부재(21a)를 시프트 제어를 개시하는 링크 부재(21a)로서 설정한다. 또한, 상기 설정부(347)는, 상기 홀드 시간 설정부(345)로부터의 설정 신호가 공급된 경우에는, 이 설정 신호에 기초한 홀드 시간으로 되도록 해당하는 샘플 홀드 회로(342)의 홀드 시간을 설정한다. 또한, 상기 설정부(347)는, 상기 오프셋량 선택부(346)로부터의 오프셋 명령값 신호가 공급된 경우에는, 이 오프셋 명령값 신호에 기초한 양만큼 지정된 링크 부재의 방향을 변 화시키도록 설정한다.

따라서, 변형예 1에 의하면, 상기 실시예 5와 마찬가지로 효과가 얻어지는 것 외에, 선단측의 링크 부재(21a1)의 각도가 순차 기단측의 링크 부재(21a2 내지 21an)에 걸쳐서 시프트 제어하는 각 링크 부재의 동작 시간을 임의로 설정하는 것이 가능해진다. 또한, 시프트 제어를 개시하는 링크 부재(21a)를 임의로 설정할 수 있음과 함께, 지정한 링크 부재(21a)의 오프셋량도 임의로 설정하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 삽입 상태에 따라 최적의 시프트 제어를 행하는 것이 가능해지고, 삽입성을 더 향상시킬 수 있다.

그런데, 삽입부(9)의 만곡부(14)를 시프트 제어하면서 대장 등의 관강 내에 삽입하는 경우, 삽입부(9)의 삽입량, 즉, 조작량을 고려하면, 삽입성을 더 향상시키는 것이 가능하다. 이와 같은 실시예 5의 변형예 2를 도75에 도시한다.

도75는 상기 실시예 5의 변형예 2를 도시한 블록도이다.

도75에 도시한 바와 같이, 변형예 2의 컨트롤러(5)에는, 조작량 변화 검지부(350)가 설치되어 있다.

이 조작량 변화 검지부(350)는, 선단측의 링크 부재(21a1)에 대한 명령 제어부(5A)로부터의 조작 명령값 신호를 입력하고, 이 조작 명령값 신호로부터 선단측의 링크 부재(21a1)의 조작량을 검출하고, 검출 결과를 샘플 홀드 회로(342)의 데이터를 갱신하기 위한 데이터 갱신 신호로서 상기 제1 내지 제n 샘플 홀드 회로(342a1 내지 342an)에 출력한다.

그리고, 상기 제1 내지 제n 샘플 홀드 회로(342a1 내지 342an)는, 상기 데이 터 갱신 신호가 공급되면, 각각의 데이터를 동시에 갱신한다. 즉, 상기 제1 내지 제n 샘플 홀드 회로(342a1 내지 342an)는, 선단측의 링크 부재(21a1)의 조작량이 변화하였을 때에, 이 조작량에 따른 속도로 데이터의 갱신을 행하게 된다. 즉, 본 변형예 2에서는, 선단측의 링크 부재(21a1)의 조작량이 변화하였을 때에, 이 조작량의 변화에 따라, 선단측의 링크 부재(21a1)에 이어지는 복수의 링크 부재(21a)가 순차 시프트 제어되도록 이루어져 있다.

이에 의해, 시간적인 의존성은 없고, 선단측의 링크 부재(21a1)의 조작량의 변화에 따른 시프트 제어를 행할 수 있기 때문에, 삽입부(9)의 삽입성을 향상시킬 수 있다.

또한, 변형예 2에서는, 상기 조작량 변화 검지부(350)에 의한 과민한 조작량의 변화의 검출에 의해, 만곡부(14)의 시프트 제어가 의도적이지 않게 행해지는 것을 방지하기 위해서, 도76 또는 도77에 도시한 바와 같은 수단을 설치하여도 된다.

도76은 도75의 조작량 변화 검지부의 구체적인 구성을 도시한 블록도이고, 도77은 도75의 조작량 변화 검지부에 불감대폭 설정부를 설치한 구성을 도시한 블록도이다.

도76에 도시한 바와 같이, 상기 조작량 변화 검지부(350)는, 조작 명령값 신호로부터 선단측의 링크 부재(21a1)의 조작 변화량을 산출하는 변화량 산출부(351)와, 이 변화량 산출부(351)의 산출 결과로부터 미리 설정된 검지 레벨로 검지함으로써 데이터 갱신 신호를 출력하는 검지 레인지부(352)를 가지고 있다. 또한, 상기 검지 레인지부(352)는, 검지 레벨을 임의로 설정하는 것이 가능하다.

이와 같은 구성에 의해, 상기 검지 레인지부(352)의 선단측의 링크 부재(21a1)의 조작 변화량의 검지 레벨을 임의로 설정할 수 있기 때문에, 만곡부(14)의 시프트 제어가 의도적으로 행해지는 것을 방지하는 것이 가능해지고, 안전성을 향상시킬 수 있다.

또한, 변형예 2에서는, 도77에 도시한 바와 같이, 도76의 검지 레인지부(352)의 검지 레인지의 불감대폭을 임의로 설정 가능한 불감대폭 설정부(353)를 설치하여도 된다.

예를 들면, 상기 검지 레인지부(352)의 검지 레인지의 불감대폭을 좁히고자 하는 경우에는, 시술자는, 상기 불감대폭 설정부(353)를 조작함으로써, 도면 중 화살표 방향으로 나타나 있는 검지 레인지부(352)와 같이 불감대폭을 좁히도록 설정한다. 물론, 이와는 반대로 상기 검지 레인지부(352)의 불감대폭을 넓히는 것도 가능하다.

이에 의해, 폭넓은, 선단측의 링크 부재(21a1)의 조작 변화량의 검지를 행할 수 있고, 안전성 향상에 기여할 수 있다.

또한, 상기 조작량 변화 검지부(350)는, 서보 제어 컨트롤러(36A) 내에 설치한 구성에 대하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것이 아니라, 조작 명령부(7) 내에 설치하여 구성하여도 된다.

다음에, 도78 내지 도83은 실시예 6에 관한 것으로, 도78은 액추에이터 제어 블록마다 설치된 서보 제어 컨트롤러 전체 구성을 도시한 블록도, 도79는 도78의 제어 블록의 입출력 신호의 게인과 주파수의 특성을 나타내는 그래프, 도80은 도78 의 제어 블록의 입출력 신호의 위상과 주파수의 특성을 나타내는 그래프, 도81 및 도82는 도79 및 도80에 나타내는 주파수 특성을 얻기 위한 설명도로, 도81은 복소개평면에서 실축 상의 극값과 영점값이 허축에 대하여 대칭되는 상으로 설정한 상태를 나타내는 도면, 도82는 복소개평면에서 플러스 마이너스의 실축 상의 극값과 영점값이 허축에 대하여 대칭되는 상으로 설정한 상태를 나타내는 도면, 도83은 도78의 제1 제어 블록에 포함되는 필터부를 도시한 블록도이다.

본 실시예에서는, 상기 만곡부(14)를 선단측으로부터 기단측의 링크 부재(21a)에 걸쳐서 시프트 제어하는 경우에, 시간으로 관리하는 것이 아니라, 조작 명령값 신호의 주파수에 따라 시프트하는 동작을 빠르게, 혹은 느리게 할 수 있도록 제어하는 것이 가능하다. 즉, 선단측으로부터 기단측으로 순차 전송하는 조작 명령값 신호의 주파수 영역에서의 위상을 시프트시킴으로써 실현한다.

도78에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 컨트롤러(5)는, 상기 실시예 5와 마찬가지로 명령 제어부(5A)와, 제1 내지 제n 액추에이터 제어 블록(31a1 내지 31an)을 가지고, 제1 내지 제n 액추에이터 제어 블록(31a1 내지 31an)에는, 도71에 도시한 접속 형태와 마찬가지로 복수의 제1 내지 제n 제어 블록(441A1 내지 441An)(이하, 이들을 총칭하여 제어 블록(441)이라고도 함)이 설치되어 있다.

상기 제1 내지 제n 제어 블록(441A1 내지 441An)은, 입력되는 액추에이터 제어 명령 신호의 위상을 시프트시키기 위한 필터부(454)(도83 참조)를 각각 가지고 있다.

상기 필터부(454)는, 입출력 신호의 게인이 일정하고, 미리 설정된 위상 지 연을 가지며 출력하는 필터 특성을 가지고 있다. 구체적으로는, 도83에 도시한 바와 같이, 필터부(454)는, 입력 신호에 대하여, 복소개평면의 유리 함수(S-P/S+P:S는 라플라스 연산자이고, P는 극값(영점값)임)를 이용한 연산 처리를 행함으로써, 게인이 일정하고 미리 설정된 위상 지연을 가지는 출력 신호를 얻는다.

즉, 도79에 나타내는 바와 같이, 각 제어 블록(441)의 입출력 신호의 게인(G)은, 도79에 나타내는 바와 같이, 신호의 주파수(f)에 의존하지 않고 일정하고, 또한, 각 입출력 신호에 각각 위상 지연이 있는 경우에는, 이들 입출력 신호의 위상 지연(PO)은, 도80에 나타내는 바와 같이, 신호의 주파수(f)에 의존하지 않고, 일정하다.

즉, 도81에 나타내는 바와 같이 복소개평면에서 실축(Real) 상의 극값(○)과 영점값(×)이 허축(Imag)에 대하여 대칭되는 상으로 설정하고, 혹은, 도82에 나타내는 바와 같이, 복소개평면에서 플러스 마이너스(+ -)의 실축(Real) 상의 극값(○)과 영점값(×)이 허축(Imag)에 대하여 대칭되는 상으로 설정함으로써, 도79 및 도80에 나타내는 바와 같은 주파수 특성이 얻어진다.

따라서, 상기 필터부(454)는, 이와 같은 주파수 특성을 이용함으로써, 입출력 신호의 게인이 일정하고, 미리 설정된 위상 지연을 가지며 출력하는 필터 특성을 가지게 된다.

이에 의해, 도78에 도시한 컨트롤러(5)에서는, 실시예 5에서 이용한 샘플 홀드 시간에 의한 것이 아니라, 각 제1 내지 제n 제어 블록(441A1 내지 441An)의 필터부(454)에 의한 입출력 신호의 위상 지연을 이용함으로써, 상기 실시예 5와 마찬 가지로 복수의 링크 부재(21a)의 시프트 제어를 행하는 것이 가능해진다.

또한, 실시예 6에서는, 도84의 변형예 1에 나타내는 바와 같이, 상기 제1 내지 제n 제어 블록(441A1 내지 441An)의 각 필터부(454)에 의한 입출력 신호의 위상 지연량을 조절하여 설정 가능한 위상 변경 수단으로서 극·영점 설정부(455)를 설치하여 구성하여도 된다.

이 경우, 상기 극·영점 설정부(455)는, 도81 및 도82에 나타내는 바와 같이, 상기 필터부(454)의 필터 특성을 결정하는 극값과 영점값을 변경하고 또한 설정함으로써, 상기 제1 내지 제n 제어 블록(441A1 내지 441An)의 출력 신호의 위상 지연량을 변화시킨다.

이에 의해, 상기 만곡부(14)를 선단측으로부터 기단측의 링크 부재(21a)에 걸쳐서 위상 지연을 이용하여 시프트 제어하는 경우에, 위상 지연량을 변화시킴으로서, 시프트하는 이행 시간을 빠르게, 혹은 느리게 할 수 있도록 제어하는 것이 가능하다.

또한, 실시예 6의 내시경 장치(1)에서는, 상기 만곡부(14)를 구성하는 복수의 링크 부재(21a)에서, 선단측의 링크 부재(21a1)의 각도가 기단측의 링크 부재(21a2 내지 21an)에 걸쳐서 순차 미리 설정된 위상 지연량마다 시프트하도록 만곡 동작하는데, 이 위상 지연량을 임의로 변경 가능함과 함께, 이 위상 지연량을 변경하는 임의의 링크 부재(21a)(대상축이라고도 함)를 지정하는 것도 가능하다. 이와 같은 실시예 6의 변형예 2를 도85에 도시한다.

도85는 상기 실시예 6의 변형예 2를 도시한 블록도이다.

도85에 도시한 바와 같이, 변형예 6의 컨트롤러(5)에는, 축 선택부(444A)와, 오프셋 선택부(456)와, 극·영점 선택부(455A)가 설치되어 있다.

상기 축 선택부(444A)는, 위상 지연량을 변경하는 축, 즉, 임의의 링크 부재(21a)를 지정하고, 지정 신호를 설정부(447A)에 출력한다. 즉, 이 축 선택부(444A)를 설치함으로써, 위상 지연량을 변경하는 임의의 축(링크 부재(21a))을 선택할 수 있다.

상기 오프셋 선택부(456)는, 축 선택부(444A)에 의해 선택된 링크 부재(21a), 혹은 조작 명령부(7)에 의해 미리 설정된 링크 부재(21a)의 방향을 변경하는 양을 선택하고, 오프셋 명령값 신호를 설정부(447A)에 출력한다. 즉, 이 오프셋 선택부(456)를 설치함으로써, 지정된 링크 부재(21a)의 방향을 변경하는 경우에는 상기 오프셋 명령값 신호에 기초한 양만큼, 상기 링크 부재의 방향을 미묘하게 변화(오프셋)시켜 조정할 수 있다.

상기 극·영점 선택부(455A)는, 상기 필터부(454)의 필터 특성을 결정하는 극값과 영점값을 변경함으로써, 상기 제1 내지 제n 제어 블록(441A1 내지 441An)의 출력 신호의 위상 지연량을 임의로 설정 가능하고, 설정한 설정 신호를 설정부(447A)에 출력한다. 즉, 상기 극·영점 선택부(455A)를 설치함으로써, 선단측으로부터 기단측에 걸쳐서 입출력 신호의 위상 지연에 의해 순차 시프트하는 각 링크 부재(21a) 간의 동작 이행 시간을 자유롭게 설정하는 것이 가능해진다.

예를 들면, 삽입부(9)의 만곡부(14)의 시프트 제어를 천천히 행하면서 삽입하는 경우에는, 상기 극·영점 선택부(455A)에 의해 필터부(454)에 의한 상기 위상 지연량을 크게 하도록 설정하면 된다. 반대로, 삽입부(9)의 만곡부(14)의 시프트 제어를 빠르게 행하면서 삽입하는 경우에는, 상기 필터부(454)에 의해 상기 위상 지연량을 작게 하도록 설정하면 된다. 또한, 이와 같은 설정은, 상기 축 선택부(444A)에 의해 선택된 링크 부재(21a)에 대응하는 필터부(454)에 대하여 행하여도 된다. 이에 의해 폭넓은 시프트 제어를 행할 수 있다.

그리고, 상기 설정부(447A)는, 상기 축 선택부(444A)로부터의 지정 신호와, 상기 오프셋 선택부(456)로부터 오프셋 명령값 신호와, 상기 극·영점 선택부(455A)로부터의 설정 신호가 공급되고, 이들 제어 신호에 기초한 설정을 행한다.

즉, 상기 설정부(447A)는, 상기 축 선택부(444A)로부터의 지정 신호가 공급된 경우에는, 이 지정 신호에 기초한 링크 부재(21a)를 위상 지연량을 변경하는 링크 부재(21a)로서 설정한다. 또한, 상기 설정부(447A)는, 상기 오프셋 선택부(456)로부터의 오프셋 명령값 신호가 공급된 경우에는, 이 오프셋 명령값 신호에 기초한 양만큼 지정된 링크 부재(21a)의 방향을 변화시키도록 설정한다. 또한, 상기 극·영점 선택부(455A)로부터의 설정 시간이 공급된 경우에는, 이 설정 시간에 기초한 위상 지연량으로 되도록 해당하는 필터부(454)의 위상 지연량을 설정한다.

따라서, 변형예 2에 의하면, 상기 실시예 6과 마찬가지로 효과가 얻어지는 것 외에, 선단측의 링크 부재(21a1)의 각도가 순차 기단측의 링크 부재(21a2 내지 21an)에 걸쳐서 시프트 제어하는 각 링크 부재의 위상 지연에 의한 동작 시간을 임의로 설정하는 것이 가능해진다. 또한, 위상 지연량을 임의로 설정할 수 있음과 함께, 지정한 링크 부재(21a)의 오프셋량도 임의로 설정하는 것이 가능해진다. 이 에 의해, 삽입 상태에 따라 최적의 시프트 제어를 행하는 것이 가능하고, 삽입성을 더 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 변형예 2에서, 상기 축 선택부(444A)에 의해, 위상 지연량을 변경하는 링크 부재(21a)를 지정할 뿐만 아니라, 위상 지연을 이용하여 각도의 시프트를 개시하는 링크 부재(21a)(대치되는 상축이라고도 함)를 지정하도록 하여도 된다.

도86은 본 발명의 실시예 7에 관한 것으로, 액추에이터 제어 블록마다 설치된 서보 제어 컨트롤러 전체 구성을 도시한 블록도, 도87 내지 도91은 실시예 7의 변형예를 나타내고, 도87은 시프트 경로를 설정하는 설정 수단을 구비한 서보 제어 컨트롤러 전체 구성을 도시한 블록도, 도88은 도87의 채널 설정부에 의해 설정 가능한 채널을 설명하기 위한 설명도, 도89는 채널 설정부의 입출력 신호의 일례를 도시한 도면, 도90은 채널 설정부에 의한 채널 설정에 의해 이용되는 치환 행렬을 나타내는 도면, 도91은 채널 설정부에 의해 설정된 채널 설정예를 나타내는 도면이다.

본 실시예 7의 내시경 장치(1)는, 실시예 5의 내시경 장치를 개량한 것으로, 시프트 제어를 개시하는 링크 부재(21a)를 지정할 수 있음과 함께, 이 지정한 링크 부재(21a)의 각도를 시프트하는 임의의 링크 부재(21a)를 선택 가능하게 구성되어 있다.

도86에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 서보 제어 컨트롤러(36A)의 전체 구성은, 도71에 도시한 블록 구성과 거의 마찬가지인데, 축 선택 설정부(457)와, 샘 플 홀드 회로(342(342a1 내지 342an))마다 설치된 복수의 스위치(Sa1 내지 San, S1a1 내지 S1an)를 설치한 것이 상이하다.

구체적으로는, 제1 샘플 홀드 회로(342a1)에 입력하는 조작 명령값 신호는, 스위치(Sa1)를 통하여 후단의 제2 샘플 홀드 회로(342a2) 및 스위치(Sa2)에 공급된다.

또한, 기억 소자(343a1)의 출력측에는, 스위치(S1a1)가 설치되고, 이 스위치(S1a1)가 온함으로써, 제1 샘플 홀드 회로(342a1)로부터의 출력 신호가 기억 소자(343a1)를 통하여 제1 액추에이터 제어 명령 신호로서 출력한다.

제2 샘플 홀드 회로(342a2)에 입력하는 조작 명령값 신호는, 스위치(Sa2)를 통하여 후단의 제3 샘플 홀드 회로(342a3)(도시 생략) 및 스위치(Sa3)(도시 생략)에 공급된다.

또한, 기억 소자(343a2)의 출력측에는, 스위치(S1a2)가 설치되고, 이 스위치(S1a2)가 온함으로써, 제2 샘플 홀드 회로(342a2)로부터의 출력 신호가 기억 소자(343a2)를 통하여 제2 액추에이터 제어 명령 신호로서 출력한다.

이후, 후단의 링크 부재(21a)에 대응하는 샘플 홀드 회로(342an)에 대해서도 마찬가지로 스위치(San)가 접속됨과 함께, 이 샘플 홀드 회로(342an)의 기억 소자(343an)의 출력측에 대해서도 마찬가지의 스위치(S1an)가 접속되도록 이루어져 있다.

또한, 스위치(Sa1) 및 스위치(S1a1)는, 선단측의 링크 부재(21a1)에 대응하는 것이고, 스위치(Sa2) 및 스위치(S1a2)는, 2단재의 링크 부재(21a2)에 대응하고, 이후 마찬가지로, 스위치(San) 및 스위치(S1an)는, n단째의 링크 부재(21an)에 대응하도록 설치되어 있다.

상기 축 선택 설정부(457)는, 시프트 제어를 개시하는 링크 부재(21a)를 설정함과 함께, 이 설정한 링크 부재(21a)의 각도를 시프트시키는 임의의 링크 부재(21a)의 설정이 가능하다. 또한, 상기 축 선택 설정부(457)는, 이 설정된 설정 내용에 기초하여, 상기 스위치(Sa1 내지 San) 및 스위치(S1a1 내지 S1an)의 절환을 제어하도록 되어 있다.

이 경우, 상기 축 선택 설정부(457)는, 설정된 링크 부재(21a)에 대응하는 스위치(Sa)에 대해서는 오프하고, 이 설정된 링크 부재(21a)에 대응하는 기억 소자(343)측에 설치된 스위치(S1a)에 대해서는 온하도록 제어하게 된다.

반대로, 상기 축 선택 설정부(457)는, 설정되어 있지 않은 링크 부재(21a)에 대응하는 스위치(Sa)에 대해서는 온하여 후단에 조작 명령값 신호를 전송하고, 동시에 이 설정된 링크 부재(21a)에 대응하는 기억 소자(343)측에 설치된 스위치(S1a)에 대해서는 오프하도록 제어하여 액추에이터 제어 명령 신호의 출력을 정지시킨다.

이와 같은 구성에 의하면, 상기 축 선택 설정부(457)에 의해 예를 들면 2번째의 링크 부재(21a2)를 시프트 제어를 개시하는 링크 부재(21a)로 지정하고, 또한, 이 링크 부재(21a2)의 각도를 시프트하는 링크 부재(21a)를, 4단째 내지 n단째의 링크 부재(21a4 내지 21an)로 설정하면, 2단째의 링크 부재(21a2)의 각도가 4단째 내지 n단째의 링크 부재(21a4 내지 21an)에 걸쳐서 시프트하도록 제어하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 상기 실시예 5보다 삽입부(9)의 삽입성을 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 실시예 7에서는, 도87의 변형예에 나타내는 바와 같이, 네트워크 설정부(461)에 접속되는 채널 설정부(460)를 각 링크 부재(21a)에 대응하는 기억 소자(343)의 출력측에 설치하고, 상기 네트워크 설정부(461)에 의해 설정된 설정 신호에 기초하여, 채널 설정부(460)에 의해 시프트 제어하는 순서를 변경하도록 구성하여도 된다.

이 경우, 상기 채널 설정부(460)는, 상기 네트워크 설정부(461)에 의해 설정된 설정 신호, 즉, 시프트 제어하는 순서를 나타내는 설정 신호에 기초하여, 각 기억 소자(343a1 내지 343an)의 각각의 출력 신호의 출력 경로(채널이라고도 함)를 변경한다.

예를 들면, 상기 채널 설정부(460)는, 도88에 나타내는 바와 같이, 입력 1을 제1 샘플 홀드 회로(342a1)의 출력 신호라고 하면, 입력 1을, 제1 액추에이터 제어 명령 신호인 출력 1, 혹은 제2 액추에이터 제어 명령 신호인 출력 2, 혹은 제3 액추에이터 제어 명령 신호인 출력 3의 어느 하나에 출력시키는 것이 가능하다. 마찬가지로, 상기 채널 설정부(460)는, 입력 2를 제1 액추에이터 제어 명령 신호인 출력 1, 혹은 제2 액추에이터 제어 명령 신호인 출력 2, 혹은 제3 액추에이터 제어 명령 신호인 출력 3의 어느 하나에 출력시키는 것이 가능하다. 이후, 입력 3…입력 n에 대해서도 마찬가지로 어느 하나의 출력 경로(채널)를 통하여 출력시키는 것이 가능하다.

즉, 상기 채널 설정부(460)에서는, 출력 경로를 변경하기 위한 소프트웨어를 이용한 경우, 네트워크 설정부(461)로부터의 설정 신호에 기초하여, 도90에 나타내는 바와 같이 치환 행렬을 이용함으로써, 채널을 변경할 수 있다.

즉, 치환 행렬에 대한 행렬 연산을 이용함으로써 특별한 처리를 필요로 하지 않고 채널 절환이 가능해진다.

또한, 도90에 나타내는 치환 행렬의 경우는, 도89에 나타내는 바와 같은 입출력 신호의 채널로 된다. 또한, 도91에는, 상기 채널 설정부(460)에 의해 채널 설정된 일례가 나타나 있다.

상기에 나타낸 바와 같이, 치환 행렬을 조합하는 연산을 행함으로써, 임의의 채널 변경이 가능해진다.

따라서, 본 변형예에 의하면, 네트워크 설정부(461) 및 채널 설정부(460)를 설치함으로써, 입출력 신호의 출력 경로(채널)를 임의로 설정할 수 있기 때문에, 시프트하는 순서를 간단하고 또한 용이하게 변경하는 것이 가능해진다.

도92 내지 도94는 본 발명의 실시예 8에 관한 것으로, 도92는 기본적인 시프트 제어를 설명하기 위한 설명도, 도93은 실시예 8에서의 상대 이동량에 기초한 시프트 제어를 설명하기 위한 설명도, 도94는 실시예 8에서의 액추에이터 제어 블록마다 설치된 서보 제어 컨트롤러 전체 구성을 도시한 블록도, 도95는 도94의 상대 이동량 변환부의 구체적인 구성을 도시한 블록도이다. 또한, 도96은 실시예 8의 변형예 1을 나타내고, 상대 이동량에 기초한 다른 시프트 제어를 설명하기 위한 설명도, 도97은 실시예 8의 변형예 2를 나타내고, 컨트롤러(5) 및 컨트롤러(5)의 주 변 기기에서의 전체 구성을 도시한 블록도이다.

본 발명의 내시경 장치(1)는, 지정된 링크 부재(21a)의 각도가 순차 후단측의 링크 부재(21a)에 걸쳐서 시프트 제어하도록 되어 있다. 여기서, 예를 들면 선단측의 링크 부재(21a)의 각도가 45도이고, 이 45도의 각도가 후단측의 링크 부재(21a2 내지 21a7)에 걸쳐서 순차 시프트 제어하면, 시프트하는 각도가 45도인 절대 이동량이기 때문에 이 45의 각도가 최기단측의 링크 부재(21a7)에 도달한 경우에는, 만곡부(14)는, 도92에 도시한 바와 같은 수순으로 자세가 변화하게 된다. 즉, 단에서 시프트 제어하는 것만으로, 만곡부(14)는, 도92에 도시한 바와 같은 자세로 되도록 만곡 동작하게 된다. 따라서, 조작을 행하고 있는 경우에 링크가 뱀이 몸을 서리는 형상으로 되어, 체강 내에서는 환자에게 부담이 가해지는 자세로 될 가능성이 있다.

그래서, 본 실시예에서는, 만곡부(14)의 만곡 자세를 고려하여 삽입부(9)의 삽입성을 더 높이기 위해서, 상기한 바와 같은 절대 이동량 외에, 각도를 시프트하는 링크 부재(21a)의 각도의 변화량에 기초하여 얻어지는 상대적인 이동량(이하, 절대 이동량이라고 함)에 의해 각각의 링크 부재(21a)의 각도를 제어하는 것도 가능하다.

구체적으로는, 도94에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 서보 제어 컨트롤러(36A)의 전체 구성은, 상기 실시예 5에서의 도7도8도시한 블록 구성과 거의 마찬가지인데, 축 선택부(444B)와, 복수의 링크 부재(21a)에 대응하는 복수 기억 소자(343a1 내지 343an)의 출력측에 각각 설치된 복수의 상대 이동량 변환부(462a1 내지 462an)를 구비하는 점이 상이하다.

상기 축 선택부(444B)는, 상기 복수의 상대 이동량 변환부(462a1 내지 462an)의 온/오프를 각각 제어 가능하다. 또한, 상기 축 선택부(444B)는, 상기 실시예 5와 마찬가지의 도92에 도시한 바와 같은 절대 이동량에 기초한 시프트 제어(이후, 절대 이동량 시프트 모드라고 함)를 행하는 링크 부재(21a)와, 후술하는 상대 이동량에 기초한 시프트 제어(이후, 상대 이동량 시프트 모드라고 함)를 행하는 링크 부재(21a)를 지정하는 것이 가능하다.

즉, 상기 축 선택부(444B)는, 상기 절대 이동량 시프트 모드를 실행하도록 지정된 링크 부재(21a)에 대해서는, 대응하는 출력 경로 중의 상대 이동량 변환부(462)를 오프시켜 기억 소자(343)로부터의 출력 신호를 그대로 액추에이터 제어 명령 신호로서 출력시킨다. 한편, 상기 축 선택부(444B)는, 상기 상대 이동량 시프트 모드를 실행하도록 지정된 링크 부재(21a)에 대해서는, 대응하는 출력 경로 중의 상대 이동량 변환부(462)를 온시켜 기억 소자(343)로부터의 출력 신호에 상대 이동량 변환 처리를 실시한 후, 액추에이터 제어 명령 신호로서 출력시킨다.

상기 상대 이동량 변환부(462)는, 상기 축 선택부(444B)에 의해 온/오프 제어되는 것으로, 예를 들면 입력 신호인 액추에이터 제어 신호에 상대 이동량 변환 처리를 실시하는 미분 회로이다.

도94에 상기 상대 이동량 변환부(462)(상대 이동량 변환부(462a1 내지 462an))의 구체적인 구성이 도시되어 있다.

도94에 도시한 바와 같이, 상기 상대 이동량 변환부(462)는, 기억 소자(343) 로부터의 명령값 신호를 저장하고, 이 명령값 신호에 대하여 각도의 상대 이동량(상대 변화량)을 구하는 상대 이동량 변환 회로(463)와, 이 상대 이동량 변환 회로(463)의 출력 신호를 일단 기억하여 출력하는 상대 이동량 기억부(465)와, 이 상대 이동량 기억부(465)로부터의 상대 이동량을 역방향으로 변환하는 변환부(465)와, 이 변환부(465)의 출력 신호를 설정된 샘플링 시간으로 샘플링을 행하고, 상기 상대 이동량 변환 회로(463)에 피드백하는 샘플 홀드 회로(466)를 가지고 있다.

즉, 상기 상대 이동량 변환부(432)가 온함으로써, 해당하는 링크 부재(21a)는, 조작 명령값 신호에 기초한 각도로 회전한 후에, 그 이동한 상대 이동량(상대 변화량)인 각도분, 역방향으로 회전, 원래의 각도로 되돌아오도록 제어되게 된다.

예를 들면, 상기 축 선택부(444B)에 의해 모든 링크 부재(21a)에 대하여 상대 이동량 시프트 모드가 지정되어 있는 것으로 하면, 도94에 도시한 상기 상대 이동량 변환부(462a1 내지 462an)는 온되게 된다. 그 결과, 만곡부(14)는, 도93에 도시한 바와 같이, 선단측의 링크 부재(21a1)로부터 상기한 바와 같이 조작 명령값 신호에 기초한 각도로 회전한 후, 원래로 되돌아오고, 그리고, 이 각도가 2단측에 전달됨과 동시에 2단째의 링크 부재(21a2)에 대해서도 마찬가지로 동작하고, 이후의 후단측의 링크 부재(21a3 내지 21a7)에 대해서도 순차 마찬가지로 동작하게 된다. 즉, 상기 만곡부(14)는, 마치 선단측의 링크 부재(21a1)의 각도가 그대로 기단측으로 이동하는 것처럼 만곡 동작하게 된다.

따라서, 본 실시예에 의하면, 상기 축 선택부(444B)에 의해, 절대 이동량 시프트 모드를 실행하는 링크 부재(21a)와, 상기한 바와 같은 상대 이동량 시프트 모 드를 실행하는 링크 부재(21a)를 적절히 설정하면, 더 목적 부재에 적합한 만곡 동작을 행할 수 있기 때문에, 삽입부(9)의 삽입성을 더 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 상기 상대 이동량 변환부(462)를 개량함으로써, 도96의 변형예 1에 나타내는 바와 같이, 상기 만곡부(14)는, 마치 조작 명령값 신호에 기초한 각도로 회전한 링크 부재(21a)가 순차 기단측으로 평행 이동하도록 하는 만곡 동작(로코모션 동작)을 행하게 하는 것도 가능하다.

또한, 본 실시예에서는, 상기 만곡부(14)의 만곡 동작 패턴을 실행 지시하는 수단으로서, 조이스틱 등의 조작 명령부(7)에 의해 조작하는 것이 아니라, 도97의 변형예 2에 나타내는 바와 같이, 입력부(470) 및 패턴 명령값 생성부(471)를 설치하여 「미리 설정된 운전 패턴에 의한 자동 제어」를 행할 수 있도록 하는 구성으로 구성하여도 된다.

즉, 도97에 도시한 바와 같이, 변형예 2의 내시경 장치(1)는, 지정된 각도를 어떠한 만곡 동작 파형으로 시프트 제어할지를 선택하는 입력 I/F인 입력부(470)와, 이 입력부(470)에 의해 선택한 만곡 동작 파형에 기초한 패턴 신호를 생성하고, 도10에 도시한 CPU(32)에 출력하는 패턴 명령값 생성부(471)와, 상기 CPU(32)에 접속되고, 병원 내의 조작 기기, 혹은 병원 외로부터 원격 조작하기 위한 통신 기기에 대하여 통신 가능한 통신 I/F(472)를 더 설치하고 있다.

예를 들면, 입력부(470)에 의해 정현파를 선택하면, 상기 만곡부(14)는, 지정된 각도가 마치 정현파처럼 순차 시프트하면서 만곡 동작하게 된다. 또한, 입력부(470)에 의해 삼각파를 선택하면, 상기 만곡부(14)는, 지정된 각도가 마치 삼각 형의 각 변을 따르듯이 순차 시프트하면서 만곡 동작하게 된다. 또한, 입력부(470)에 의해 구형파형을 선택하면, 자의된 각도가 마치 구형파형처럼 순차 시프트하면서 만곡 동작하게 된다. 또한, 상기 이외의 임의의 파형을 상기 입력부(470)에 의해 입력하여도 된다.

이에 의해, 시술자가 조이스틱 등의 조작 명령부(7)를 조작하지 않아도, 미리, 손재주에 따라 최적의 만곡 동작 패턴을 생성하기 위한 만곡 동작 파형을 선택하여 설정해 두면, 자동적으로 손재주에 따라 최적의 만곡 동작 패턴으로 만곡부(14)를 시프트 제어하는 것이 가능해진다. 이에, 삽입부(9)의 삽입성을 더 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 실시예에서, 머니퓰레이터를 구성하는 삽입부 구동 기구(20)를 가지는 만곡부(14)는, 내시경(2)의 삽입부(9)에 설치된 것으로서 설명하였으나, 상기 만곡부(14)는 내시경(2)의 삽입부(9)를 삽입 통과시켜 관강 내에 대한 삽입부(9)의 삽입을 보조하는 내시경 삽입 보조구의 삽입부에 설치하여 구성하여도 된다.

이상, 본 실시예에서는, 간단히 하기 위해서 평면 동작에 관한 설명을 실시하여 왔으나, 내시경에서는, 3차원 공간에서의 동작을 행하기 위한 구성으로 됨은 물론이다.

또한, 본 발명은, 전술한 각 실시예 및 그 변형예에 한정되는 것이 아니라, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변형 실시 가능하다. 또한, 전술한 각 실시예 및 그 변형예를 적절히 조합하여도 됨은 물론이다.

Claims (19)

1. 피검체 내에 삽입되는 삽입부의 선단측에, 복수의 링크 부재가 각각 회전가능하게 연달아 설치된 만곡부를 가지는 의료 용구와,

   상기 복수의 링크 부재를 각각 회전시켜 상기 만곡부를 만곡 동작시키기 위한 구동 수단과,

   상기 복수의 링크 부재 중의 적어도 어느 하나의 링크 부재를 지정하고, 당해 링크 부재의 위치와 방향을 지정하는 지정 수단과,

   상기 의료 용구의 상기 만곡부가 이동하였을 때에 상기 지정 수단에 의해 지정된 위치와 방향을 유지하면서 상기 지정 수단에 의해 지정된 링크 부재 및 이 링크 부재에 이어지는 다른 링크 부재가 상기 위치를 통과하도록, 상기 복수의 링크 부재의 각각의 각도를 연산하고, 이 연산 결과에 기초하여, 상기 복수의 링크 부재를 회전시키도록 상기 구동 수단을 제어하는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 의료용 제어 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 링크 부재가 서로 이루는 각도 및 그 각도의 변화량을 검출하는 제1 검출 수단을 가지고,

   상기 제어 수단은, 상기 제1 검출 수단에 의한 검출 결과를 이용하여, 상기 복수의 링크 부재에서의 인접하는 링크 부재의 각각의 각도를 연산하고, 이 연산 결과에 기초하여, 상기 복수의 링크 부재를 회전시키도록 상기 구동 수단을 제어하 는 것을 특징으로 하는 의료용 제어 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 지정 수단에 의해 지정되는 링크 부재는, 상기 복수의 링크 부재 중, 적어도 가장 선단측의 링크 부재와, 이 링크 부재 이외의 링크 부재의 2개인 것을 특징으로 하는 의료용 제어 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지정 수단은, 상기 지정 수단에 의해 지정된 링크 부재의 위치 또는 방향을 미리 설정된 양만큼 변경하는 변경 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 의료용 제어 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 구동 수단에 의한 구동을 정지시킴으로써, 상기 복수의 링크 부재의 전부 또는 일부를 자유롭게 회전할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 의료용 제어 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 지정 수단은, 자유롭게 회전시키는 링크 부재를 선택하기 위한 선택 수단을 가지고,

   상기 제어 수단은, 상기 선택 수단에 의해 선택된 링크 부재만 자유롭게 회전할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 의료용 제어 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 복수의 링크 부재의 각각 인접하는 링크 부재가 이루 는 각도를 연산할 때에, 상기 인접하는 링크 부재가 이루는 각도가 미리 설정된 허용 범위 내로 되도록 하기 위한 파라미터를 설정하는 설정 수단을 구비하고,

   상기 지정 수단은, 상기 복수의 링크 부재 중, 가장 선단측의 링크 부재의 위치와 방향을 지정하고,

   상기 제어 수단은, 상기 의료 용구의 상기 만곡부가 이동하였을 때에 상기 지정 수단에 의해 지정된 위치와 방향을 유지하면서 상기 가장 선단측의 링크 부재 및 이 링크 부재에 이어지는 다른 링크 부재가 상기 위치를 통과하도록, 상기 설정 수단에 의해 설정된 파라미터에 기초하여 상기 복수의 링크 부재의 각각의 각도를 연산하고, 이 연산 결과에 기초하여, 상기 복수의 링크 부재를 회전시키도록 상기 구동 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 의료용 제어 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 복수의 링크 부재의 각각에 미치는 힘량을 링크 부재마다 검출하는 제2 검출 수단을 가지고,

   상기 제어 수단은, 상기 제2 검출 수단에 의한 검출 결과에 따라 상기 파라미터를 변경하고, 이 변경한 파라미터에 기초하여, 상기 복수의 링크 부재에서의 인접하는 링크 부재의 각각의 각도를 연산하고, 이 연산 결과에 기초하여, 상기 복수의 링크 부재를 회전시키도록 상기 구동 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 의료용 제어 장치.
9. 제7항에 있어서, 상기 복수의 링크 부재가 서로 이루는 각도 및 그 각도의 변화량을 검출하는 제1 검출 수단을 가지고,

   상기 제어 수단은, 상기 제1 검출 수단에 의한 검출 결과에 따라 상기 파라미터를 변경하고, 이 변경한 파라미터에 기초하여, 상기 복수의 링크 부재에서의 인접하는 링크 부재의 각각의 각도를 연산하고, 이 연산 결과에 기초하여, 상기 복수의 링크 부재를 회전시키도록 상기 구동 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 의료용 제어 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 의료 용구는, 피검체 내에 삽입되는 삽입부의 선단측에, 복수의 만곡 조작 와이어에 각각 연결되는 복수의 링크 부재가 각각 회전가능하게 연달아 설치된 만곡부를 가지고,

    상기 구동 수단은, 상기 만곡 조작 와이어의 각각을 견인 또는 이완함으로써 상기 복수의 링크 부재를 각각 회전시켜 상기 만곡부를 만곡 동작시키고,

    상기 지정 수단은, 상기 복수의 링크 부재 중, 상기 삽입부의 가장 선단측의 링크 부재의 위치와 방향을 지정하는 것을 특징으로 하는 의료용 제어 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 복수의 링크 부재가 서로 이루는 각도 및 그 각도의 변화량을 검출하는 제1 검출 수단을 가지고,

    상기 제어 수단은, 상기 제1 검출 수단에 의한 검출 결과를 이용하여, 상기 복수의 링크 부재에서의 인접하는 링크 부재의 각각의 각도를 연산하고, 이 연산 결과에 기초하여, 상기 복수의 링크 부재를 회전시키도록 상기 구동 수단을 제어하 는 것을 특징으로 하는 의료용 제어 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 가장 선단측의 링크 부재가 상기 지정 수단에 의해 지정된 방향에 대하여 상이한 방향으로 변화하였을 때에, 상기 제1 검출 수단에 의한 검출 수단을 이용하여, 상기 가장 선단측의 링크 부재의 상기 변화한 방향과는 역방향으로 변화한 양만큼 회전하도록 상기 가장 선단측의 링크 부재에 이어지는 복수의 링크 부재에서의 인접하는 링크 부재의 각각의 각도를 연산하고, 이 연산 결과에 기초하여, 상기 복수의 링크 부재를 회전시키도록 상기 구동 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 의료용 제어 장치.
13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 만곡 조작 와이어는, 상기 만곡부를 적어도 2방향으로 각각 만곡 동작시키기 위한 제1, 및 제2 만곡 조작 와이어를 가지고,

    상기 제어 수단은, 상기 만곡부의 상기 2방향에서의 만곡 동작 후에, 상기 제1 만곡 조작 와이어를 견인하는 힘량과, 상기 제2 만곡 조작 와이어를 견인하는 힘량이 동일해지도록 상기 구동 수단을 제어함으로써, 상기 만곡부에 강성을 일으키는 것을 특징으로 하는 의료용 제어 장치.
14. 피검체 내에 삽입되는 삽입부의 선단측에, 복수의 링크 부재가 각각 회전가능하게 연달아 설치된 만곡부를 가지는 의료 용구와,

    상기 복수의 링크 부재를 각각 회전시켜 상기 만곡부를 만곡 동작시키기 위한 구동 수단과,

    상기 복수의 링크 부재 중, 상기 삽입부의 가장 선단측의 링크 부재와 상기 가장 선단측의 링크 부재에 연결하는 링크 부재의 공간에서의 각도를 지정하는 지정 수단과,

    상기 가장 선단측의 링크 부재와 상기 가장 선단측의 링크 부재에 연결하는 링크 부재의 공간에서의 각도가, 상기 선단측으로부터 기단측을 향하여 순차 인접하는 링크 부재가 이루는 각도로 되도록 이행하면서 상기 복수의 링크 부재를 회전시키도록 상기 구동 수단을 제어하는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 의료용 제어 장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 가장 선단측의 링크 부재와 상기 가장 선단측의 링크 부재에 연결하는 링크 부재의 공간에서의 각도를, 상기 선단측으로부터 기단측을 향하여 순차 인접하는 링크 부재가 이루는 각도로 되도록 이행하는 각각의 이행 시간을 변경하는 시간 변경 수단을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 의료용 제어 장치.
16. 제15항에 있어서, 상기 시간 변경 수단은, 상기 가장 선단측의 링크 부재와 상기 가장 선단측의 링크 부재에 연결하는 링크 부재의 공간에서의 각도에 상기 가장 선단측의 링크 부재를 회전시키기 위한 명령 신호의 위상을 지연시킴으로써, 이 명령값 신호를 상기 가장 선단측의 링크 부재에 연결하는 기단측의 복수의 링크 부재에 대하여 순차 이행하는 각각의 이행 시간을 변경하는 것을 특징으로 하는 의료용 제어 장치.
17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지정 수단에 의해 지정된 상기 가장 선단측의 링크 부재와 상기 가장 선단측의 링크 부재에 연결하는 링크 부재의 공간에서의 각도를 순차 이행하는 링크 부재를 선택하는 선택 수단을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 의료용 제어 장치.
18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 가장 선단측의 링크 부재와 상기 가장 선단측의 링크 부재에 연결하는 링크 부재의 공간에서의 각도를 이행한 소정 시간 후에, 역방향으로 되도록 상기 복수의 링크 부재를 각각 회전시키도록 구동 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 의료용 제어 장치.
19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 의료 용구는, 상기 삽입부의 선단측에 상기 만곡부를 가지는 내시경인 것을 특징으로 하는 의료용 제어 장치.

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