WO2016009711A1 - 挿入装置 - Google Patents

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WO2016009711A1
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torque limit
torque
control unit
insertion device
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河合　利昌
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オリンパス株式会社
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    • A61B1/00042—Operational features of endoscopes provided with input arrangements for the user for mechanical operation

Definitions

  • the present invention relates to a rotary self-propelled insertion device.
  • An insertion device called a rotating self-propelled type is known.
  • a rotating cylinder having a rotatable spiral convex portion called a spiral fin.
  • Such a rotation self-propelled insertion device is self-propelled in the lumen by the rotation of the rotating cylinder. This assists the insertion of the insertion device into the lumen.
  • This type of rotary self-propelled insertion device is used in an endoscope system as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-93029.
  • an excessive rotational force may be applied to the lumen by the rotating cylinder. It is desirable to prevent such an excessive torque from being applied. In order to prevent the application of such rotational force, it is conceivable to stop the motor. However, it is not desirable for the motor to stop frequently.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an insertion device capable of appropriately determining the necessary timing of processing for stopping the application of excessive rotational force to a lumen. With the goal.
  • an insertion device includes an insertion portion formed along a longitudinal axis from a proximal end side to a distal end side, and rotatable about the longitudinal axis of the insertion portion.
  • a rotating cylinder having spiral fins provided spirally along the longitudinal axis of the insertion portion, a motor for rotating the rotating cylinder, and a motor current for driving the motor
  • a motor control unit that controls driving of the motor, and a torque limit determination unit that determines whether the torque of the motor is in a limit state by comparing a moving average of the motor current with a predetermined torque limit setting value It comprises.
  • an insertion device that can appropriately determine the timing required for processing for stopping the application of excessive rotational force to a lumen.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an outline of a configuration of an endoscope system as an example of an insertion device according to each embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the controller.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a circuit example of the moving average calculation unit.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the motor control operation of the insertion device.
  • FIG. 5A is a first diagram illustrating a display example of a torque state.
  • FIG. 5B is a second diagram illustrating a display example of a torque state.
  • FIG. 5C is a third diagram illustrating a display example of a torque state.
  • FIG. 5D is a fourth diagram illustrating a display example of a torque state.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the torque limit determination region.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a controller and a motor for explaining the second embodiment.
  • FIG. 8A is a first diagram illustrating switching of transfer characteristics.
  • FIG. 8B is a second diagram illustrating switching of transfer characteristics.
  • FIG. 9 is a diagram showing a dynamic analogy of the system after switching of the transfer characteristics.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating functions of the motor control unit.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a torque attenuation behavior when a torque limit is applied.
  • FIG. 1 is a diagram showing an outline of a configuration of an endoscope system as an example of an insertion apparatus 1 according to each embodiment of the present invention.
  • the insertion apparatus 1 includes an endoscope 100, a controller 200, a monitor 310, and an input unit 360.
  • the endoscope 100 is a rotary self-propelled endoscope and includes an elongated insertion portion 110 configured to be inserted into a living body.
  • the endoscope 100 includes an operation unit 160 for performing various operations of the endoscope 100.
  • the operation unit 160 is held by the user.
  • the distal end side of the insertion portion 110 is referred to as a distal end side
  • the operation portion 160 side is referred to as a proximal end side
  • the direction from the distal end side to the proximal end side of the insertion portion 110 is defined as the longitudinal direction.
  • the operation unit 160 of the endoscope 100 and the controller 200 are connected by a universal cable 190.
  • the insertion portion 110 has a distal end rigid portion 112, a bending portion 114, and a serpentine tube portion 116.
  • the distal end rigid portion 112 is the most advanced portion of the insertion portion 110 and has a configuration that does not bend.
  • the bending portion 114 is a portion formed on the proximal end side of the distal end rigid portion 112, and is configured to bend actively according to the rotation of an operation knob (not shown) provided in the operation portion 160.
  • the snake tube portion 116 is a portion formed on the proximal end side of the bending portion 114 and is passively bent by an external force.
  • the tip rigid portion 112 is provided with an image sensor 120.
  • the image sensor 120 generates an image signal based on, for example, a subject image on the distal end side of the insertion unit 110.
  • the image signal acquired by the imaging element 120 is transmitted to the controller 200 via the imaging signal signal line 122 that passes through the insertion unit 110 and the universal cable 190.
  • the power unit 130 for transmitting the driving force of the motor 150 built in the operation unit 160 is attached to the serpentine tube unit 116 of the insertion unit 110.
  • the power unit 130 has a base tube 132 that is a rotating cylinder.
  • the base tube 132 is mounted so as to be rotatable around the longitudinal axis of the serpentine tube portion 116.
  • the base tube 132 may be configured to be removable from the serpentine tube portion 116.
  • Spiral fins 134 are provided on the outer peripheral surface of the base tube 132.
  • the spiral fins 134 are provided in a spiral shape with the longitudinal axis of the base tube 132 as the center.
  • the base tube 132 is connected to a motor 150 as an actuator provided in the operation unit 160 via a gear in the gear box 144 and a torque shaft 146.
  • the motor 150 is connected to the controller 200 via an actuator current signal signal line 156 passing through the operation unit 160 and the universal cable 190.
  • the motor 150 When the motor 150 is operated by an operation using the input unit 360, the driving force is transmitted by the gear in the gear box 144 and the torque shaft 146. As a result, the base tube 132 rotates around the longitudinal axis. As the base tube 132 rotates, the spiral fin 134 also rotates.
  • a propulsive force that causes the insertion portion 110 to self-run is generated.
  • a propulsive force acts on the insertion portion 110 when the spiral fin 134 moves the wrinkles present on the inner wall of the small intestine or the large intestine.
  • the insertion portion 110 is self-propelled by this propulsive force.
  • the insertion part 110 is self-propelled, the insertion operation and removal work of the insertion part 110 by a user are assisted.
  • the rotation direction of the motor 150 that causes the insertion unit 110 to self-propel to the distal end side is defined as the normal rotation direction
  • the rotation direction of the motor 150 that causes the insertion unit 110 to self-propel to the proximal side is defined as the reverse rotation direction.
  • the motor 150 is provided with an incremental encoder 152.
  • the incremental encoder 152 generates an electrical signal (encoder signal) corresponding to the rotational speed of the motor 150 and outputs the generated encoder signal to the controller 200 via a signal line (not shown) passing through the universal cable 190.
  • the monitor 310 is a general display element such as a liquid crystal display.
  • the monitor 310 displays an endoscopic image based on, for example, an image signal obtained by the image sensor 120 under the control of the controller 200.
  • the input unit 360 includes, for example, a foot switch.
  • the foot switch includes a right foot pedal 362 and a left foot pedal 364.
  • the right foot pedal 362 generates an instruction signal for causing the motor 150 to rotate forward when it is stepped on by the user.
  • the left foot pedal 364 generates an instruction signal for reversing the motor 150 when stepped on by the user.
  • the right foot pedal 362 and the left foot pedal 364 are each configured to generate a signal having a magnitude corresponding to the strength of the user's pedal depression.
  • the motor 150 is configured to rotate forward or reverse at a speed corresponding to the depression of the right foot pedal 362 or the left foot pedal 364.
  • the controller 200 controls each part of the insertion device 1.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the controller 200.
  • the controller 200 includes a current loop interface (I / F) 202, a CPU 204, a motor driver 206, a relay 208, an encoder I / F 210, a motor current I / F 212, a serial I / F 214, and an image signal I / F. F216 and serial I / F218 are provided.
  • the current loop I / F 202 is a serial interface for transmitting the instruction signal generated by the input unit 360 to the LPF 2041 of the CPU 204 by the current loop method.
  • the CPU 204 controls the drive of the motor driver 206 in response to the instruction signal from the input unit 360 and the encoder signal from the incremental encoder 152. Further, the CPU 204 processes the image signal from the image sensor 120 and causes the monitor 310 to display an image based on the processed image signal. Details of the CPU 204 will be described later.
  • the motor driver 206 drives the motor 150 based on the motor current supplied from the motor control unit 2042 of the CPU 204.
  • the motor driver 206 is configured by a driver amplifier circuit, for example. Note that the motor driver 206 may be configured to drive the motor 150 by PWM control.
  • the relay 208 is provided between the motor driver 206 and the motor 150, and based on a relay switching signal from the motor control unit 2042, between the motor driver 206 and the motor 150, that is, between the controller 200 and the motor 150. To an electrically conductive state or an electrically disconnected state.
  • the encoder I / F 210 is an interface for transmitting the encoder signal generated by the incremental encoder 152 to the motor control unit 2042.
  • the motor current I / F 212 is an interface for transmitting the motor current supplied to the motor 150 to the current data conversion unit 2043 of the CPU 204.
  • the serial I / F 214 is a serial interface for transmitting the VFG data obtained by the VFG (Visual Force Gauge) data conversion unit 2047 of the CPU 204 to the monitor 310.
  • the VFG data is data that is presented to the monitor 310 so that the change amount of the motor current value can be visually recognized.
  • the VFG data is configured to be superimposed on the observation image in the vicinity of the observation image screen of the monitor 310, for example.
  • the serial I / F 214 is a serial interface for transmitting the image signal processed by the image processing unit 2049 of the CPU 204 to the monitor 310.
  • the CPU 204 includes a low-pass filter (LPF) 2041, a motor control unit 2042, a current data conversion unit 2043, a moving average calculation unit 2044, a torque limit determination unit 2045, an LPF 2046, and a VFG ( A visual force gauge) data conversion unit 2047, a VFG data lookup table 2048, and an image processing unit 2049.
  • LPF low-pass filter
  • the LPF 2041 performs a low-pass filter process for removing high-frequency noise in the instruction signal from the input unit 360 input via the current loop I / F 202.
  • the motor control unit 2042 performs PI (proportional / integral) speed control of the motor 150. That is, the motor control unit 2042 generates a motor current command value so that the motor 150 rotates at a speed according to the instruction signal, and inputs the generated motor current to the motor driver 206. Specifically, the motor control unit 2042 generates and generates a motor current command value based on a difference signal between the instruction signal input via the LPF 2041 and the encoder signal input via the encoder I / F 210. The motor current is input to the motor driver 206. The motor control unit 2042 controls the state of the relay 208 according to the determination result of the torque limit determination unit 2045.
  • PI proportional / integral speed control of the motor 150. That is, the motor control unit 2042 generates a motor current command value so that the motor 150 rotates at a speed according to the instruction signal, and inputs the generated motor current to the motor driver 206. Specifically, the motor control unit 2042 generates and generates a motor current command value based
  • the current data conversion unit 2043 captures the motor current input via the motor current I / F 212 for each predetermined sampling period, and uses the captured motor current value in the moving average calculation unit 2044 and the VFG data conversion unit 2047. Convert to a possible scale.
  • the moving average calculation unit 2044 calculates an average value (moving average of motor current) within a predetermined period of the motor current taken in by the current data conversion unit 2043.
  • FIG. 3 is a circuit example of the moving average calculation unit 2044. As shown in FIG. 3, the moving average calculation unit 2044 has an input terminal IN, N delay units D1, D2,..., DN, an adder A, a gain unit G, and an output terminal OUT. ing.
  • N is a natural number indicating the sampling number. N is not particularly limited as long as it is 2 or more.
  • the motor current data captured by the current data converter 2043 is input to the input terminal IN.
  • Each of the delay devices D1 to DN delays the motor current data input via the input terminal IN by one sampling period.
  • N motor current data are simultaneously input to the adder A at the time of the sampling period N by the delay units D1 to DN.
  • the adder A adds the input N motor current data.
  • the gain unit G calculates a moving average by applying a gain of 1 / N to the output of the adder A (the sum of data of N motor currents). With such a configuration, the moving average value obtained by the gain device G is output from the output terminal OUT.
  • the torque limit determination unit 2045 determines whether to apply a torque limit to the motor 150 by comparing the moving average value obtained by the moving average calculation unit 2044 with a torque limit set value that is a predetermined current threshold. A signal indicating the result is input to the motor control unit 2042.
  • the torque limit refers to a process for suppressing the torque of the motor 150.
  • the LPF 2046 performs low-pass filter processing on the motor current data input from the current data conversion unit 2043.
  • the VFG data converter 2047 refers to the VFG data look-up table 2048 and converts the motor current data input from the LPF 2046 into VFG data.
  • the VFG data lookup table 2048 is a lookup table in which motor current data and VFG data are associated with each other.
  • the VFG data is display data for allowing the user to recognize the magnitude of the motor current, that is, the magnitude of the torque of the motor 150.
  • the image processing unit 2049 performs image processing on the image signal input via the image signal I / F 216. Also, the image processing unit 2049 causes the monitor 310 to display an endoscopic image by inputting the processed image signal to the monitor 310 via the serial I / F 218.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the motor control operation of the insertion device 1.
  • the process of FIG. 4 is started when the power supply of the insertion apparatus 1 is turned on, for example.
  • the process etc. which display the endoscope image based on the image signal obtained with the image pick-up element 120 on the monitor 310 in parallel with the process of FIG.
  • step S101 the motor control unit 2042 determines whether the foot switch is stepped on, that is, whether there is an instruction signal input from the input unit 360. If it is determined in step S101 that the foot switch is not depressed, the process proceeds to step S102.
  • step S102 the motor control unit 2042 stops the motor 150. For example, the motor control unit 2042 stops the supply of motor current. Thereafter, the process proceeds to step S112.
  • step S102 the motor 150 is stopped while feedback control is performed by PI speed control. Thereby, the rotational position of the motor 150 is maintained at the rotational position at the time when the stop instruction is given.
  • step S101 If it is determined in step S101 that the foot switch has been depressed, the process proceeds to step S103.
  • step S103 the motor control unit 2042 determines whether or not the motor 150 is currently being activated.
  • the term “starting up” here means a state where the motor 150 is not stopped, such as a state where the power supply of the insertion device 1 is turned on.
  • step S104 the motor control unit 2042 inputs a relay switching signal to the relay 208 so that the controller 200 and the motor 150 are in a conductive state.
  • step S ⁇ b> 105 the motor control unit 2042 supplies the motor current corresponding to the instruction signal to the motor driver 206 to start the motor 150. Thereafter, the process proceeds to step S112.
  • step S106 the moving average calculation unit 2044 acquires data on the motor current supplied to the motor 150 via the motor current I / F 212 and the current data conversion unit 2043.
  • step S107 the moving average calculation unit 2044 calculates a moving average that is an average value of the data of the most recent N motor currents.
  • step S108 the torque limit determination unit 2045 determines whether to apply a torque limit to the motor 150. This determination is performed by determining whether or not the moving average exceeds the torque limit set value. If N motor current data has not been acquired, the process of step S107 is omitted. At this time, it is determined in step S108 that the torque limit is not applied.
  • step S108 If it is determined in step S108 that the torque limit is not applied, that is, if it is determined that the moving average does not exceed the torque limit set value, the process proceeds to step S109.
  • step S ⁇ b> 109 the motor control unit 2042 acquires an encoder signal from the incremental encoder 152 via the encoder I / F 210.
  • step S110 the motor control unit 2042 performs PI speed control. That is, the motor control unit 2042 generates a motor current command value by PI control so that the difference between the instruction signal and the encoder signal is small. Thereafter, the process proceeds to step S112.
  • step S111 the motor control unit 2042 inputs a relay switching signal to the relay 208 so that the controller 200 and the motor 150 are disconnected. Thereby, the current supply to the motor 150 is cut off and the motor 150 stops. Thereafter, the process proceeds to step S112. In the process of step S111, since the motor 150 is disconnected from the controller 200 by the relay 208, feedback control that maintains the rotational position of the motor 150 is not performed. That is, the motor 150 is free from external force.
  • step S112 the VFG data conversion unit 2047 acquires VFG data corresponding to the motor current data from the VFG data lookup table 2048, and inputs the acquired VFG data to the monitor 310.
  • the monitor 310 displays the current torque state of the motor 150 based on the input VFG data.
  • FIG. 5A to FIG. 5D are diagrams showing display examples of torque states.
  • 5A to 5D are examples of displaying the magnitude of torque with a level meter. That is, in this example, for example, 15 scales are set along the right direction (FORWARD) and the left direction (BACKWARD) with “0” indicating that the motor 150 is not rotating as the center.
  • FORWARD indicates that the motor 150 is rotating forward.
  • BACKWARD indicates that the motor 150 is rotating in reverse. The user can know the current state of the motor 150 by observing how many graduations in which direction are lit.
  • FIG. 5A is a display example when the motor current is not supplied to the motor 150, for example, when the stepping amount of the foot switch does not reach the driving of the motor 150. At this time, only the scale at the position “0” is lit. Thereby, the user can know that the motor 150 is not rotating.
  • FIG. 5B is a display example when the right foot pedal 362 of the foot switch is depressed. At this time, the scale in the “FORWARD” direction is turned on according to the magnitude of the motor current. Accordingly, the user can know how much torque the motor 150 is rotating forward.
  • FIG. 5C is a display example when the left foot pedal 364 of the foot switch is depressed.
  • FIG. 5D is a display example when the torque limit is to be applied. At this time, all graduations in the direction that has been rotated so far (for example, the forward rotation direction in FIG. 5D) are displayed blinking. Thereby, the user can know that the torque limit has been applied.
  • the torque state is displayed on the monitor 310.
  • the torque state may be displayed on a display element different from the monitor 310.
  • step S113 the motor control unit 2042 determines whether or not the power of the insertion device 1 is turned off by the user. If it is determined in step S113 that the power of the insertion device 1 is not turned off, the process returns to step S101. If it is determined in step S113 that the power of the insertion device 1 has been turned off, the processing in FIG. 4 ends.
  • the motor current is not only torque as shown in FIG. 6 but also the period of the torque limit determination region 1 where the motor current continuously exceeds the torque limit setting value. It is also possible to determine the period of the torque limit determination region 2 that changes in vibration near the limit set value. For example, when an excessive rotational force is applied to the lumen by the rotation of the spiral fin 134, it is considered that the increase in the torque of the motor 150 continues for a relatively long time.
  • the motor 150 since the instantaneous value of the motor current is not compared with the torque limit set value, the motor 150 is not stopped when, for example, an increase in torque is determined for a moment. This prevents the motor 150 from frequently stopping. Also, as shown in FIG. 6, it is necessary to flow a large motor current instantaneously when the motor 150 is started. In the present embodiment, the motor 150 can be correctly started by preventing the torque limit from being determined when the motor 150 is started.
  • the average value of the motor current is calculated to determine whether or not the torque limit should be applied.
  • the root mean square value of the motor current that is, the effective value may be calculated to determine whether or not the torque limit should be applied.
  • the motor 150 is disconnected from the controller 200 by the relay 208 as a process when the torque limit is determined.
  • feedback control is performed to maintain the current rotational position of the motor 150.
  • the motor 150 may be stopped while an excessive force is applied to the lumen.
  • the force applied to the lumen can be eliminated by setting the motor 150 in a free state with respect to the external force.
  • step S101 when the motor 150 is disconnected from the controller 200 by the relay 208, when the stepping of the foot switch is confirmed again in step S101, the motor 150 and the controller 200 are electrically connected. Then, the driving of the motor 150 is resumed.
  • the controller 200 drives the motor 150 by PI speed control.
  • the controller 200 and the motor 150 can be represented as a block diagram as shown in FIG.
  • (1) in FIG. 7 is a command value from the input unit, and (2) indicates the rotational speed of the motor. (3) indicates that a load applied to the motor shaft is applied.
  • the motor control unit 2042 causes the rotational speed of the motor 150 to follow the stepping amount of the foot switch, that is, the difference between the instruction signal and the encoder signal is small.
  • PI speed control is performed so that In such PI speed control, the transfer characteristic when the motor 150 is viewed from the input unit 360, that is, the transfer characteristic when viewed from (1) to (2) in FIG. This can be done by using a low-pass filter characteristic.
  • the transmission characteristic when the motor 150 is viewed from the base tube 132 that is the rotating cylinder of the insertion unit 110 is the transmission characteristic when viewed from (3) to (2) in FIG.
  • the high-pass filter characteristic is as shown by the solid line in FIG. 8A.
  • the controller 208 and the motor 150 are disconnected by the relay 208.
  • the motor control unit 2042 shows the transfer characteristic when the motor 150 is viewed from the base tube 132 as shown in FIG. 8B.
  • PI speed control is performed as a low-pass filter characteristic.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating functions of the motor control unit 2042.
  • the motor control unit 2042 obtains an integral gain KI / s (s is a Laplace operator) obtained by multiplying the instruction signal from the input unit 360 and the differential signal from the incremental encoder 152 by the proportional gain Kp.
  • the sum of the multiplications is output as a motor current instruction signal.
  • the proportionality when the torque limit is not applied that is, when the transmission characteristics when viewing from (1) to (2) in FIG.
  • a gain KPn and an integral gain KIn are used.
  • a proportional gain KPt and an integral gain KIt are used to make the transfer characteristic when looking at (1) to (2) in FIG. 7 a low-pass filter characteristic. These proportional gain and integral gain are stored in the motor control unit 2042 in advance.
  • the torque attenuation behavior when the torque limit is applied is as shown in FIG. That is, the characteristic of FIG. 11 is a characteristic in which the torque decreases sequentially with time and the torque is zero at a certain point, that is, the motor 150 is stopped.
  • the time constant of the attenuation curve in FIG. 11 is expressed by the following equation. Note that s in the following expression is a Laplace operator. K is a spring constant. D is a damping constant of the damper.
  • the transfer characteristic when the motor 150 is viewed from the base tube 132 is set to the low-pass filter characteristic by switching the transfer characteristic by the motor control unit 2042.
  • the external force F due to the reaction from the lumen in a situation where the spiral fin 134 is in contact with the lumen is absorbed by the behavior of the motor 150 or the like that has spring / damper characteristics. In this way, the force applied to the lumen can be eliminated as in the first embodiment.

Abstract

　挿入装置（１）は、基端側から先端側に向かう長手軸に沿って形成された挿入部と、挿入部の長手軸回りに回転自在に設けられ、挿入部の長手軸に沿って螺旋状に設けられたスパイラルフィンを有するベースチューブと、ベースチューブを回転させるモータ（１５０）と、モータ（１５０）を駆動するためのモータ電流を供給してモータ（１５０）の駆動を制御するモータ制御部（２０４２）と、モータ電流の平均値又は実効値を所定のトルクリミット設定値と比較することにより、モータ（２０４２）のトルクが限界状態にあるか否かを判定するトルクリミット判定部（２０４５）とを有する。

Description

挿入装置
　本発明は、回転自走式の挿入装置に関する。
　回転自走式等と呼ばれる挿入装置が知られている。回転自走式の挿入装置の挿入部の周囲には、スパイラルフィンと呼ばれる回転可能な螺旋状の凸部を有する回転筒体が設けられている。このような回転自走式の挿入装置は、回転筒体の回転によって管腔内を自走する。これにより、管腔内への挿入装置の挿入が補助される。この種の回転自走式の挿入装置は、日本国特開２００８－９３０２９号公報等に示されるような内視鏡システムに用いられている。
　例えば、内視鏡システムの場合、回転筒体を回転させるための動力は、挿入装置の操作部に設けられたモータによって得られる。そして、モータで発生した動力は、挿入部内に設けられたトルクシャフトを介して回転筒体に伝達される。これによって回転筒体が回転する。
　挿入装置が管腔に挿入されている間には、回転筒体によって管腔に無理な回転力が付与されてしまうことがある。このような無理な回転力の付与は防止されることが望ましい。このような回転力の付与を防止するためには、モータを停止させることが考えられる。しかしながら、頻繁にモータが停止してしまうことは望ましくない。
　本発明は、前記の事情に鑑みてなされたもので、管腔への無理な回転力の付与を停止させるための処理の必要なタイミングを適切に判定することが可能な挿入装置を提供することを目的とする。
　前記の目的を達成するために、本発明の一態様の挿入装置は、基端側から先端側に向かう長手軸に沿って形成された挿入部と、前記挿入部の長手軸回りに回転自在に設けられ、前記挿入部の長手軸に沿って螺旋状に設けられたスパイラルフィンを有する回転筒体と、前記回転筒体を回転させるモータと、前記モータを駆動するためのモータ電流を供給して前記モータの駆動を制御するモータ制御部と、前記モータ電流の移動平均を所定のトルクリミット設定値と比較することにより、前記モータのトルクが限界状態にあるか否かを判定するトルクリミット判定部とを具備する。
　本発明によれば、管腔への無理な回転力の付与を停止させるための処理の必要なタイミングを適切に判定することが可能な挿入装置を提供することができる。
図１は、本発明の各実施形態に係る挿入装置の一例としての内視鏡システムの構成の概略を示す図である。 図２は、コントローラの構成を示すブロック図である。 図３は、移動平均算出部の回路例を示す図である。 図４は、挿入装置のモータ制御の動作を示すフローチャートである。 図５Ａは、トルクの状態の表示例を示す第１図である。 図５Ｂは、トルクの状態の表示例を示す第２図である。 図５Ｃは、トルクの状態の表示例を示す第３図である。 図５Ｄは、トルクの状態の表示例を示す第４図である。 図６は、トルクリミット判定領域について示す図である。 図７は、第２の実施形態を説明するためのコントローラとモータとを表すブロック線図である。 図８Ａは、伝達特性の切り替えについて示す第１図である。 図８Ｂは、伝達特性の切り替えについて示す第２図である。 図９は、伝達特性の切り替え後の系をダイナミカルアナロジー的に表した図である。 図１０は、モータ制御部の機能を示すブロック図である。 図１１は、トルクリミットがかけられたときのトルクの減衰挙動を示す図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。　
　［第１の実施形態］
　まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の各実施形態に係る挿入装置１の一例としての内視鏡システムの構成の概略を示す図である。この図に示すように、挿入装置１は、内視鏡１００と、コントローラ２００と、モニタ３１０と、入力部３６０とを有する。内視鏡１００は、回転自走式の内視鏡であって、生体内に挿入されるように構成された細長形状をした挿入部１１０を備える。また、内視鏡１００は、内視鏡１００の各種操作を行うための操作部１６０を備える。操作部１６０は、使用者によって保持される。ここでは、挿入部１１０の先端の側を先端側と称し、操作部１６０の側を基端側と称することにする。また、挿入部１１０の先端側から基端側に沿った方向を長手方向とする。内視鏡１００の操作部１６０とコントローラ２００とは、ユニバーサルケーブル１９０によって接続されている。
　挿入部１１０は、先端硬性部１１２と、湾曲部１１４と、蛇管部１１６とを有している。先端硬性部１１２は、挿入部１１０の最先端の部分であり、湾曲しないような構成を有している。湾曲部１１４は、先端硬性部１１２の基端側に形成されている部分であり、操作部１６０に設けられた図示しない操作ノブの回転に応じて能動的に湾曲するように構成されている。蛇管部１１６は、湾曲部１１４の基端側に形成されている部分であり、外力によって受動的に湾曲する。
　先端硬性部１１２には、撮像素子１２０が設けられている。撮像素子１２０は、挿入部１１０の例えば先端側の被写体像に基づく画像信号を生成する。撮像素子１２０で取得された画像信号は、挿入部１１０及びユニバーサルケーブル１９０を通る撮像信号用信号線１２２を介してコントローラ２００に送信される。
　挿入部１１０の蛇管部１１６には、操作部１６０に内蔵されたモータ１５０の駆動力を伝達するためのパワーユニット１３０が取付けられている。パワーユニット１３０は、回転筒体であるベースチューブ１３２を有している。ベースチューブ１３２は、蛇管部１１６の長手軸回りに回転可能に装着される。ベースチューブ１３２は、蛇管部１１６から取り外し可能に構成されていても良い。ベースチューブ１３２の外周面にはスパイラルフィン１３４が設けられている。スパイラルフィン１３４は、ベースチューブ１３２の長手軸を中心とする螺旋状に設けられている。
　また、ベースチューブ１３２は、操作部１６０に設けられたアクチュエータとしてのモータ１５０に、ギヤボックス１４４内のギヤ及びトルクシャフト１４６を介して接続されている。モータ１５０は、操作部１６０及びユニバーサルケーブル１９０を通るアクチュエータ電流信号用信号線１５６を介してコントローラ２００に接続されている。
　入力部３６０を用いた操作によってモータ１５０が動作すると、その駆動力はギヤボックス１４４内のギヤ及びトルクシャフト１４６によって伝達される。その結果、ベースチューブ１３２は長手軸回りに回転する。このベースチューブ１３２の回転に伴ってスパイラルフィン１３４も回転する。
　スパイラルフィン１３４が例えば管腔壁といった壁部に接した状態で、スパイラルフィン１３４が回転すると、挿入部１１０を自走させるような推進力が発生する。例えば小腸や大腸においては、小腸や大腸の内壁に存在する襞をスパイラルフィン１３４が手繰りよせることによって挿入部１１０に推進力が作用する。この推進力によって挿入部１１０が自走する。挿入部１１０が自走することにより、使用者による挿入部１１０の挿入作業及び抜去作業が補助される。なお、以下の説明においては、挿入部１１０を先端側に自走させるモータ１５０の回転方向を正転方向とし、挿入部１１０を基端側に自走させるモータ１５０の回転方向を逆転方向とする。
　モータ１５０には、インクリメンタルエンコーダ１５２が設けられている。インクリメンタルエンコーダ１５２は、モータ１５０の回転速度に応じた電気信号（エンコーダ信号）を生成し、生成したエンコーダ信号を、ユニバーサルケーブル１９０を通る図示しない信号線を介してコントローラ２００に出力する。
　モニタ３１０は、例えば液晶ディスプレイといった一般的な表示素子である。モニタ３１０は、コントローラ２００の制御下で、例えば撮像素子１２０で得られた画像信号に基づく内視鏡画像を表示する。
　入力部３６０は、例えばフットスイッチを含む。フットスイッチは、右足用ペダル３６２と左足用ペダル３６４とを含む。右足用ペダル３６２は、使用者によって踏まれることにより、モータ１５０を正転させる指示信号を発する。また、左足用ペダル３６４は、使用者によって踏まれることにより、モータ１５０を逆転させる指示信号を発する。また、右足用ペダル３６２及び左足用ペダル３６４は、それぞれ、使用者のペダルの踏み込みの強さに応じた大きさの信号を発生させるように構成されている。そして、モータ１５０は、右足用ペダル３６２又は左足用ペダル３６４の踏み込みに応じた速度で正転又は逆転するように構成されている。
　コントローラ２００は、挿入装置１の各部の制御を行う。図２は、コントローラ２００の構成を示すブロック図である。コントローラ２００は、カレントループインターフェース（Ｉ／Ｆ）２０２と、ＣＰＵ２０４と、モータドライバ２０６と、リレー２０８と、エンコーダＩ／Ｆ２１０と、モータ電流Ｉ／Ｆ２１２と、シリアルＩ／Ｆ２１４と、画像信号Ｉ／Ｆ２１６と、シリアルＩ／Ｆ２１８とを有している。
　カレントループＩ／Ｆ２０２は、入力部３６０で生成された指示信号をカレントループ方式でＣＰＵ２０４のＬＰＦ２０４１に伝送するためのシリアルインターフェースである。
　ＣＰＵ２０４は、入力部３６０からの指示信号及びインクリメンタルエンコーダ１５２からのエンコーダ信号を受けてモータドライバ２０６を駆動制御する。また、ＣＰＵ２０４は、撮像素子１２０からの画像信号を処理し、処理された画像信号に基づく画像をモニタ３１０に表示させる。このようなＣＰＵ２０４の詳細については後で説明する。
　モータドライバ２０６は、ＣＰＵ２０４のモータ制御部２０４２から供給されるモータ電流に基づいてモータ１５０を駆動させる。モータドライバ２０６は、例えばドライバアンプ回路によって構成されている。なお、モータドライバ２０６は、ＰＷＭ制御によってモータ１５０を駆動させるように構成されていても良い。
　リレー２０８は、モータドライバ２０６とモータ１５０との間に設けられており、モータ制御部２０４２からのリレー切替信号に基づいてモータドライバ２０６とモータ１５０との間、すなわちコントローラ２００とモータ１５０との間を電気的導通状態又は電気的遮断状態にする。
　エンコーダＩ／Ｆ２１０は、インクリメンタルエンコーダ１５２で生成されたエンコーダ信号をモータ制御部２０４２に伝送するためのインターフェースである。モータ電流Ｉ／Ｆ２１２は、モータ１５０に供給されているモータ電流をＣＰＵ２０４の電流データ変換部２０４３に伝送するためのインターフェースである。シリアルＩ／Ｆ２１４は、ＣＰＵ２０４のＶＦＧ（ビジュアルフォースゲージ）データ変換部２０４７で得られたＶＦＧデータをモニタ３１０に伝送するためのシリアルインターフェースである。ＶＦＧデータは、モニタ３１０にモータ電流値の変化量を視覚的に視認可能な様に提示するデータである。ＶＦＧデータは、例えばモニタ３１０の観察画像画面の近傍に観察画像に重畳される構成になっている。シリアルＩ／Ｆ２１４は、ＣＰＵ２０４の画像処理部２０４９で処理された画像信号をモニタ３１０に伝送するためのシリアルインターフェースである。
　次に、ＣＰＵ２０４の詳細を説明する。図２に示すように、ＣＰＵ２０４は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０４１と、モータ制御部２０４２と、電流データ変換部２０４３と、移動平均算出部２０４４と、トルクリミット判定部２０４５と、ＬＰＦ２０４６と、ＶＦＧ（ビジュアルフォースゲージ）データ変換部２０４７と、ＶＦＧデータルックアップテーブル２０４８と、画像処理部２０４９とを有している。
　ＬＰＦ２０４１は、カレントループＩ／Ｆ２０２を介して入力される入力部３６０からの指示信号における高周波ノイズを取り除くためのローパスフィルタ処理を行う。
　モータ制御部２０４２は、モータ１５０をＰＩ（比例・積分）速度制御する。すなわち、モータ制御部２０４２は、指示信号に応じた速度でモータ１５０が回転するようにモータ電流指令値を生成し、生成したモータ電流をモータドライバ２０６に入力する。具体的には、モータ制御部２０４２は、ＬＰＦ２０４１を介して入力される指示信号とエンコーダＩ／Ｆ２１０を介して入力されるエンコーダ信号との差信号に基づいてモータ電流指令値を生成し、生成したモータ電流をモータドライバ２０６に入力する。また、モータ制御部２０４２は、トルクリミット判定部２０４５の判定結果に従ってリレー２０８の状態を制御する。
　電流データ変換部２０４３は、モータ電流Ｉ／Ｆ２１２を介して入力されるモータ電流を、所定のサンプリング期間毎に取り込み、取り込んだモータ電流の値を移動平均算出部２０４４及びＶＦＧデータ変換部２０４７で利用可能なスケールに変換する。
　移動平均算出部２０４４は、電流データ変換部２０４３で取り込まれたモータ電流の所定期間内の平均値（モータ電流の移動平均）を算出する。図３は、移動平均算出部２０４４の回路例である。図３に示すように、移動平均算出部２０４４は、入力端子ＩＮと、Ｎ個の遅延器Ｄ１、Ｄ２、…、ＤＮと、加算器Ａと、ゲイン器Ｇと、出力端子ＯＵＴとを有している。ここで、Ｎは、サンプリング数を示す自然数である。Ｎは、２以上であれば特に限定されない。
　入力端子ＩＮには、電流データ変換部２０４３で取り込まれたモータ電流のデータが入力される。遅延器Ｄ１～ＤＮは、それぞれ、入力端子ＩＮを介して入力されたモータ電流のデータを１サンプリング期間ずつ遅らせる。遅延器Ｄ１～ＤＮにより、サンプリング期間Ｎの時点でＮ個のモータ電流のデータが同時に加算器Ａに入力される。加算器Ａは、入力されたＮ個のモータ電流のデータを加算する。ゲイン器Ｇは、加算器Ａの出力（Ｎ個のモータ電流のデータの総和）に１／Ｎのゲインをかけることで移動平均を算出する。このような構成により、出力端子ＯＵＴからは、ゲイン器Ｇで得られた移動平均の値が出力される。
　トルクリミット判定部２０４５移動平均算出部２０４４で得られた移動平均の値を所定の電流閾値であるトルクリミット設定値と比較することによって、モータ１５０にトルクリミットをかけるか否かを判定し、判定結果を示す信号をモータ制御部２０４２に入力する。ここで、トルクリミットとは、モータ１５０のトルクを抑制する処理のことを言う。
　ＬＰＦ２０４６は、電流データ変換部２０４３から入力されるモータ電流のデータに対してローパスフィルタ処理を行う。ＶＦＧデータ変換部２０４７は、ＶＦＧデータルックアップテーブル２０４８を参照して、ＬＰＦ２０４６から入力されるモータ電流のデータをＶＦＧデータに変換する。ＶＦＧデータルックアップテーブル２０４８は、モータ電流のデータとＶＦＧデータとを対応付けたルックアップテーブルである。ＶＦＧデータは、モータ電流の大きさ、すなわちモータ１５０のトルクの大きさを使用者に認知させるための表示用データである。
　画像処理部２０４９は、画像信号Ｉ／Ｆ２１６を介して入力された画像信号に対して画像処理を施す。また、画像処理部２０４９は、処理した画像信号をシリアルＩ／Ｆ２１８を介してモニタ３１０に入力することでモニタ３１０に内視鏡画像を表示させる。
　以下、第１の実施形態に係る挿入装置１の動作を説明する。図４は、挿入装置１のモータ制御の動作を示すフローチャートである。図４の処理は、例えば挿入装置１の電源がオンされたときに開始される。なお、図４の処理と平行して撮像素子１２０で得られた画像信号に基づく内視鏡画像をモニタ３１０に表示させる処理等が行われる。
　ステップＳ１０１において、モータ制御部２０４２は、フットスイッチが踏まれているか、すなわち、入力部３６０からの指示信号の入力があるか否かを判定する。ステップＳ１０１においてフットスイッチが踏まれていないと判定された場合に、処理はステップＳ１０２に移行する。ステップＳ１０２において、モータ制御部２０４２は、モータ１５０を停止させる。例えば、モータ制御部２０４２は、モータ電流の供給を停止させる。その後、処理はステップＳ１１２に移行する。ステップＳ１０２の処理では、ＰＩ速度制御によるフィードバック制御がされながらモータ１５０が停止する。これにより、モータ１５０の回転位置は、停止指示がされた時点の回転位置に維持される。
　ステップＳ１０１においてフットスイッチが踏まれたと判定された場合に、処理はステップＳ１０３に移行する。ステップＳ１０３において、モータ制御部２０４２は、現在、モータ１５０の起動中であるか否かを判定する。ここでの起動中とは、挿入装置１の電源がオンされている状態等のモータ１５０が停止中でない状態を言うものとする。
　ステップＳ１０３において、現在、モータ１５０の起動中でなかったと判定された場合、処理はステップＳ１０４に移行する。ステップＳ１０４において、モータ制御部２０４２は、コントローラ２００とモータ１５０との間を導通状態にするようにリレー２０８にリレー切替信号を入力する。ステップＳ１０５において、モータ制御部２０４２は、モータドライバ２０６に指示信号に応じたモータ電流を供給してモータ１５０の起動を開始させる。その後、処理はステップＳ１１２に移行する。
　ステップＳ１０３において、現在、モータ１５０の起動中であると判定された場合、処理はステップＳ１０６に移行する。ステップＳ１０６において、移動平均算出部２０４４は、モータ電流Ｉ／Ｆ２１２及び電流データ変換部２０４３を介して、モータ１５０に供給されているモータ電流のデータを取得する。そして、ステップＳ１０７において、移動平均算出部２０４４は、直近のＮ個のモータ電流のデータの平均値である移動平均を算出する。その後、ステップＳ１０８において、トルクリミット判定部２０４５は、モータ１５０にトルクリミットをかけるか否かを判定する。この判定は、移動平均がトルクリミット設定値を超えているか否かを判定することにより行われる。なお、Ｎ個のモータ電流のデータが取得されていない場合には、ステップＳ１０７の処理は省略される。また、このとき、ステップＳ１０８では、トルクリミットをかけないと判定される。
　ステップＳ１０８において、トルクリミットをかけないと判定された場合、すなわち移動平均がトルクリミット設定値を超えていないと判定された場合には、処理はステップＳ１０９に移行する。ステップＳ１０９において、モータ制御部２０４２は、エンコーダＩ／Ｆ２１０を介してインクリメンタルエンコーダ１５２からエンコーダ信号を取得する。そして、ステップＳ１１０において、モータ制御部２０４２は、ＰＩ速度制御を行う。すなわち、モータ制御部２０４２は、指示信号とエンコーダ信号との差異が小さくなるようにＰＩ制御によってモータ電流指令値を生成する。その後、処理はステップＳ１１２に移行する。
　ステップＳ１０８において、トルクリミットをかけると判定された場合には、処理はステップＳ１１１に移行する。ステップＳ１１１において、モータ制御部２０４２は、コントローラ２００とモータ１５０との間を切断状態にするように、リレー２０８にリレー切替信号を入力する。これにより、モータ１５０への電流供給が断たれてモータ１５０は停止する。その後、処理はステップＳ１１２に移行する。ステップＳ１１１の処理では、リレー２０８によってモータ１５０がコントローラ２００から切断されるのでモータ１５０の回転位置を維持させるようなフィードバック制御はされない。すなわち、モータ１５０は、外力に対してフリーな状態となる。
　ステップＳ１１２において、ＶＦＧデータ変換部２０４７は、モータ電流のデータに対応したＶＦＧデータをＶＦＧデータルックアップテーブル２０４８から取得し、取得したＶＦＧデータをモニタ３１０に入力する。モニタ３１０は、入力されたＶＦＧデータに基づいて現在のモータ１５０のトルクの状態を表示する。
　図５Ａ～図５Ｄは、トルクの状態の表示例を示す図である。図５Ａ～図５Ｄは、トルクの大きさをレベルメータで表示する例である。すなわち、この例では、モータ１５０が回転していないことを示す「０」を中心として、右方向（ＦＯＲＷＡＲＤ）及び左方向（ＢＡＣＫＷＡＲＤ）に沿って例えば１５段階の目盛が設定されている。ここで、「ＦＯＲＷＡＲＤ」は、モータ１５０が正転していることを示す。また、「ＢＡＣＫＷＡＲＤ」は、モータ１５０が逆転していることを示す。使用者は、どの方向の目盛が何個点灯しているかを見ることによって、現在のモータ１５０の状態を知ることができる。
　例えば、図５Ａは、モータ１５０にモータ電流が供給されていないとき、例えばフットスイッチの踏み込み量がモータ１５０を駆動させるまでには至っていないときの表示例である。このとき、「０」の位置の目盛のみが点灯される。これにより、使用者は、モータ１５０が回転していないことを知ることができる。また、図５Ｂは、フットスイッチの右足用ペダル３６２が踏み込まれたときの表示例である。このとき、モータ電流の大きさに応じて「ＦＯＲＷＡＲＤ」の方向の目盛が点灯される。これにより、使用者は、モータ１５０がどの程度のトルクで正転しているかを知ることができる。また、図５Ｃは、フットスイッチの左足用ペダル３６４が踏み込まれたときの表示例である。このとき、モータ電流の大きさに応じて「ＢＡＣＫＷＡＲＤ」の方向の目盛が点灯される。これにより、使用者は、モータ１５０がどの程度のトルクで逆転しているかを知ることができる。さらに、図５Ｄは、トルクリミットをかけるべきときの表示例である。このとき、それまで回転していた方向の全目盛（例えば図５Ｄは正転方向）が点滅表示される。これにより、使用者は、トルクリミットがかかったことを知ることができる。
　なお、本実施形態では、モニタ３１０にトルクの状態を表示させるようにしている。これに対し、モニタ３１０とは別の表示素子にトルクの状態を表示させるようにしても良い。
　ここで、図４の説明に戻る。トルク状態の表示後、ステップＳ１１３において、モータ制御部２０４２は、使用者によって挿入装置１の電源がオフされたか否かを判定する。ステップＳ１１３において、挿入装置１の電源がオフされていないと判定された場合に、処理はステップＳ１０１に戻る。ステップＳ１１３において、挿入装置１の電源がオフされたと判定された場合に、図４の処理が終了する。
　以上説明したように本実施形態では、モータ電流の平均値である移動平均に基づいてトルクリミットをかけるべきか否かを判定するようにしている。移動平均とトルクリミット設定値とを比較することにより、図６に示すような、モータ電流が連続してトルクリミット設定値を超えているトルクリミット判定領域１の期間だけでなく、モータ電流がトルクリミット設定値の付近で振動的に変化するトルクリミット判定領域２の期間も判定することができる。例えば、スパイラルフィン１３４の回転によって管腔に無理な回転力が付与されている場合、モータ１５０のトルクの上昇は、比較的長時間継続すると考えられる。すなわち、本実施形態では、モータ電流の平均値である移動平均に基づいてトルクリミットをかけるべきか否かを判定することにより、スパイラルフィン１３４の回転によって管腔に無理な回転力が付与されているような期間を適切に判定することができる。
　また、モータ電流の瞬時値とトルクリミット設定値との比較をしていないので、例えば一瞬だけトルクの上昇が判定されたときにはモータ１５０は停止されない。これにより、頻繁にモータ１５０が停止してしまうことが防止される。また、図６に示すように、モータ１５０の起動時には瞬間的に大きなモータ電流を流す必要がある。本実施形態では、モータ１５０の起動時にはトルクリミットの判定が行われないようにすることで、モータ１５０を正しく起動させることができるようにしている。
　なお、本実施形態ではモータ電流の平均値を算出してトルクリミットをかけるべきか否かを判定するようにしている。これに対し、例えばモータ電流の二乗平均値、すなわち実効値を算出してトルクリミットをかけるべきか否かを判定するようにしても良い。
　また、本実施形態では、トルクリミットと判定されたときの処理として、モータ１５０をリレー２０８によってコントローラ２００から切断するようにしている。前述したように、通常のモータ１５０の停止処理では、モータ１５０の現在の回転位置を維持するようなフィードバック制御がされる。この場合、例えばスパイラルフィン１３４が管腔に接触している状況下では、管腔に無理な力が付与されたままでモータ１５０が停止されてしまう可能性がある。これに対し、本実施形態では、モータ１５０を外力に対してフリーの状態にすることにより、管腔に付与されている力を無くすことができる。
　なお、本実施形態では、リレー２０８によってモータ１５０がコントローラ２００から切断された場合、その後のステップＳ１０１において、フットスイッチの再度の踏み込みが確認された場合に、モータ１５０とコントローラ２００との間が導通状態となってモータ１５０の駆動が再開される。
　［第２の実施形態］
　次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、リレー２０８を用いずに第１の実施形態と同様の効果を得ることができるようにしたものである。なお、挿入装置１の構成は、リレー２０８が不要であることを除けば、図１から図３で示したものが適用される。したがって、詳細な説明は省略する。また、モータ制御の動作も、ステップＳ１０４及びステップＳ１０８におけるリレー２０８の切り替えが以下で説明する動作に置き換わるだけである。
　第１の実施形態において説明したように、コントローラ２００（モータ制御部２０４２）は、ＰＩ速度制御によってモータ１５０を駆動する。このとき、コントローラ２００とモータ１５０とは、図７に示すようなブロック線図として表すことができる。ここで、図７の（１）は入力部からの指令値であり、（２）はモータの回転速度を示す。また、（３）はモータの軸にかかる負荷が印加される事を示している。
　前述したように、トルクリミットをかけないと判定された場合、モータ制御部２０４２は、フットスイッチの踏み込み量にモータ１５０の回転速度を追従させるように、すなわち指示信号とエンコーダ信号との差が小さくなるようにＰＩ速度制御を行う。このようなＰＩ速度制御は、入力部３６０からモータ１５０を見たときの伝達特性、すなわち図７の（１）から（２）を見たときの伝達特性を、図８Ａの破線で示すようなローパスフィルタ特性とすることで行うことができる。なお、このとき、挿入部１１０の回転筒体であるベースチューブ１３２からモータ１５０を見たときの伝達特性は、図７の（３）から（２）を見たときの伝達特性であって、図８Ａの実線で示すようなハイパスフィルタ特性となっている。
　ここで、第１の実施形態では、トルクリミットをかけるべきであると判定された場合、リレー２０８によってコントローラ２００とモータ１５０との間を切断状態とするようにしている。これに対し、本実施形態では、トルクリミットをかけるべきであると判定された場合には、モータ制御部２０４２は、ベースチューブ１３２からモータ１５０を見たときの伝達特性を、図８Ｂで示すようなローパスフィルタ特性としてＰＩ速度制御を行う。伝達特性をローパスィルタ特性に切り替えることにより、ベースチューブ１３２からモータ１５０を見たときの系は、図９に示すようなバネ定数Ｋのバネと減衰定数Ｄのダンパとを有する機械と同じ特性で動作することになる。
　伝達特性の切り替えは、モータ制御部２０４２における比例ゲインと積分ゲインとをそれぞれ切り替えることによって行われる。図１０は、モータ制御部２０４２の機能を示すブロック図である。図１０に示すように、モータ制御部２０４２は、入力部３６０からの指示信号とインクリメンタルエンコーダ１５２からの差分信号に比例ゲインＫｐをかけたものと積分ゲインＫＩ／ｓ（ｓはラプラス演算子）をかけたものの和をモータ電流の指示信号として出力するように構成されている。このような構成において、トルクリミットをかけない場合には、トルクリミットをかけない場合の、すなわち図７の（１）から（２）を見たときの伝達特性をローパスフィルタ特性とするための比例ゲインＫＰｎ及び積分ゲインＫＩｎが用いられる。一方、トルクリミットをかける場合には、図７の（１）から（２）を見たときの伝達特性をローパスフィルタ特性とするための比例ゲインＫＰｔ及び積分ゲインＫＩｔが用いられる。これらの比例ゲイン及び積分ゲインは、予めモータ制御部２０４２に記憶されているものである。
　このような伝達特性の切り替えにより、トルクリミットがかけられたときのトルクの減衰挙動は、図１１に示すような特性となる。すなわち、図１１の特性は、時間変化に伴って順次トルクが減少していき、ある時点でトルクがゼロ、すなわちモータ１５０が停止状態となる特性である。なお、図１１の減衰曲線の時定数は、以下の式で表される。なお、以下の式のｓはラプラス演算子である。また、Ｋはバネ定数である。Ｄはダンパの減衰定数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　以上説明したように本実施形態によれば、モータ制御部２０４２による伝達特性の切り替えによって、ベースチューブ１３２からモータ１５０を見たときの伝達特性をローパスフィルタ特性とするようにしている。これにより、例えばスパイラルフィン１３４が管腔に接触している状況下における管腔からの反作用による外力Ｆは、バネ・ダンパ特性を有することになるモータ１５０等の挙動によって吸収される。このようにして第１の実施形態と同様に管腔に付与されている力を無くすことができる。
　また、第１の実施形態のようにモータ１５０をフリーの状態にしていないので、モータ１５０をフリーにした後のモータ１５０の回転によって生じる不必要な回生電力が生じることがない。

Claims (5)

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