WO2017203909A1 - 挿入装置の制御装置及び挿入装置 - Google Patents

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WO2017203909A1
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motor
current value
value
control method
switching
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PCT/JP2017/015928
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鈴木　崇
小野田　文幸
恵二朗 尾本
隆司 山下
名取　靖晃
義孝 梅本
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オリンパス株式会社
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
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    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • G02B23/2476—Non-optical details, e.g. housings, mountings, supports
    • G02B23/2484—Arrangements in relation to a camera or imaging device

Definitions

  • the present invention relates to an insertion device control device and an insertion device.
  • an insertion device such as an endoscope device is inserted into a lumen.
  • a self-propelled insertion device is known.
  • the insertion portion is advanced and retracted by a propulsive force generated by rotating a rotating body provided around the insertion portion by a motor.
  • Such an insertion device assists the user in inserting or removing the insertion portion.
  • General insertion devices have a torque limit function that stops rotation when the motor torque (motor current) exceeds a predetermined value.
  • a rotating self-propelled endoscope system proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 2008-093029 is used to determine whether or not to operate a torque limit function according to the amount of insertion of an insertion portion.
  • the torque limit value which is a predetermined value, is changed.
  • a speed control system for controlling the motor so that the rotating body rotates at a rotational speed specified by the user is used as a motor control system for the self-propelled insertion device.
  • the speed control system it is difficult to control the load applied to the rotating body. That is, in the speed control system, even if the user notices that the load is applied to the rotating body, it is difficult to reduce the load immediately, and as a result, the torque limit function is activated. In this case, the insertion of the insertion part is interrupted.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a control device and an insertion device for an insertion device capable of suppressing an increase in motor torque more than necessary.
  • a control device for an insertion device includes an elongated insertion portion, a self-propelled mechanism that is driven to rotate and advances and retracts, and the self-propelled mechanism.
  • a control device for an insertion device having a motor for supplying a driving force to the driving current detection unit for detecting a driving current value for driving the motor, and until the driving current value becomes a predetermined switching value Controls the motor by a speed control method for controlling the motor so that the rotational speed of the motor becomes the target rotational speed, and the driving current value becomes the target current value when the driving current value becomes the switching value. And a controller for controlling the motor by switching to a torque control method for controlling the motor.
  • an insertion device includes an elongated insertion portion, a self-propelled mechanism that is rotationally driven to advance and retract the insertion portion, and a driving force applied to the self-propelled mechanism.
  • a drive current detector for detecting a drive current value for driving the motor, and a rotational speed of the motor until the drive current value reaches a predetermined switching value.
  • a torque control method for controlling the motor by a speed control method for controlling the motor and controlling the motor so that the drive current value becomes a target current value when the drive current value becomes the switching value.
  • a control unit that controls the motor by switching.
  • an insertion device control device and an insertion device capable of suppressing an unnecessarily increase in motor torque.
  • FIG. 1 is a diagram showing an outline of a configuration of an endoscope system as an example of an insertion apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of the operation of the endoscope system.
  • FIG. 3 is a diagram showing a change in the motor control method during the process of FIG.
  • FIG. 4A is a diagram showing the relationship between the foot switch depression amount and the target rotation speed in the speed control method.
  • FIG. 4B is a diagram illustrating a relationship between a foot switch depression amount and a target current value in the torque control method.
  • FIG. 1 is a diagram showing an outline of a configuration of an endoscope system as an example of an insertion apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the endoscope system 1 includes an endoscope 100, a control device 200, a light source device 300, an endoscope image observation monitor 400, an external display unit 500, and a foot switch 600.
  • the endoscope 100 is a rotary self-propelled endoscope and includes an insertion portion 110.
  • the insertion part 110 has an elongated shape and is configured to be inserted into a living body.
  • the endoscope 100 has a control unit 160 for performing various operations of the endoscope 100.
  • the control unit 160 is held by the user.
  • the distal end side of the insertion portion 110 is referred to as the distal end side.
  • the side where the control unit 160 of the insertion portion 110 is provided 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 control unit 160 of the endoscope 100 and the light source device 300 are connected by a universal cable 190.
  • the insertion part 110 has a distal end hard part 112 and a bending part 114.
  • 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 a portion that is actively bent according to the operation of the operation portion 161 provided in the control unit 160 and passively by an external force. A curved portion.
  • the distal end hard portion 112 includes an image sensor 120 and an illumination lens 121.
  • the image sensor 120 generates an image signal based on a subject image on the distal end side of the insertion unit 110, for example.
  • the image signal generated by the image sensor 120 is transmitted to the light source device 300 via an image signal signal line (not shown) passing through the insertion unit 110 and the universal cable 190.
  • the illumination lens 121 diffuses and emits light guided from the light source device 300 via an optical fiber (not shown) that passes through the insertion portion 110 and the universal cable 190.
  • Rotating portion 130 for transmitting the driving force of motor 150 built in control unit 160 is attached to bending portion 114 of insertion portion 110.
  • a power spiral tube 132 that is a rotating body is attached to the distal end side of the rotating unit 130.
  • the power spiral tube 132 is formed in a cylindrical shape from a soft material such as rubber or resin, for example, and is mounted rotatably around the longitudinal axis of the curved portion 114.
  • On the outer peripheral surface of the power spiral tube 132 a spiral fin 134 is provided along the longitudinal axis of the power spiral tube 132.
  • the power spiral tube 132 may be configured to be removable from the rotating unit 130.
  • the power spiral tube 132 is connected to a motor 150 as an actuator provided in the control unit 160.
  • the motor 150 is connected to the light source device 300 via an actuator current signal signal line (not shown) passing through the control unit 160 and the universal cable 190. Further, the motor 150 is connected to the control device 200 via the light source device 300.
  • the motor 150 is operated by an operation using the foot switch 600.
  • the rotational force of the motor 150 is transmitted to the rotating unit 130.
  • the fin 134 provided in the power spiral tube 132 rotates around the longitudinal axis.
  • a frictional force is generated.
  • friction force acts on the insertion portion 110 when the fins 134 come into contact with the wrinkles present on the inner wall of the small intestine or large intestine.
  • the insertion part 110 is self-propelled by this frictional force.
  • the motor 150 has a pulse generator.
  • the pulse generation unit generates a pulse signal (rotation speed signal) corresponding to the rotation speed of the motor 150 and inputs the rotation speed signal to the light source device 300 via a rotation speed signal line passing through the universal cable 190. Further, the light source device 300 inputs a rotation speed signal to the control device 200. The rotational speed of the motor 150 is controlled by this rotational speed signal.
  • the endoscopic image observation monitor 400 has a general display element such as a liquid crystal display.
  • the endoscopic image observation monitor 400 displays an endoscopic image based on an image signal obtained by the image sensor 120, for example.
  • the foot switch 600 includes a forward (FORWARD, F) pedal 602 and a backward (BACKWARD, B) pedal 604.
  • the foot switch 600 is an operation unit for designating a target rotation speed and a target current value.
  • the F-pedal 602 issues an instruction signal for causing the motor 150 to rotate forward when stepped on by the user.
  • the B pedal 604 emits an instruction signal to reverse the motor 150 when stepped on by the user.
  • the F pedal 602 and the B pedal 604 are each configured to generate a signal having a magnitude corresponding to the depression strength.
  • the external display unit 500 is a display device configured using a display element such as an LED, and based on the motor current value input from the motor current detection unit 201, the external display unit 500 gives the user the magnitude of torque (motor current) of the motor 150. Display to show the accuracy.
  • the control device 200 controls each part of the endoscope system 1.
  • the control device 200 includes a motor current detection unit 201, a control unit 202, and a motor drive circuit 203.
  • the motor current detection unit 201 as the drive current detection unit detects the value of the motor current as the drive current output from the motor drive circuit 203. Then, the motor current detection unit 201 inputs the detected motor current value to the external display unit 500.
  • the control unit 202 is configured by, for example, a CPU or an ASIC, and has a function of a speed control unit / torque control unit 2011, a function of a control method switching determination unit 2012, and a function of a torque limit detection unit 2013.
  • Each function of the control unit 202 may be realized by a single piece of hardware or software, or may be realized by a plurality of pieces of hardware or software. Some functions may be provided separately from the control unit 202.
  • the speed control unit / torque control unit 2011 controls the motor 150 by either the speed control method or the torque control method.
  • the speed control method is a control method for controlling the motor 150 so that the rotational speed of the motor 150 is set to the target rotational speed.
  • the torque control method is a control method for controlling the motor 150 so that the motor current value (corresponding to the torque value of the motor 150) is the target current value.
  • the speed control unit / torque control unit 2011 inputs a value of the target rotation speed to the motor drive circuit 203.
  • the value of the target rotation speed is set according to, for example, the depression amount of the foot switch 600.
  • the speed control unit / torque control unit 2011 inputs a target current value to the motor drive circuit 203.
  • the target current value is a value that is larger than a switching value, which will be described later, and smaller than a torque limit value.
  • the target current value is set according to the depression amount of the foot switch 600.
  • the control method switching determination unit 2012 determines whether or not to switch the motor control method in the speed control unit / torque control unit 2011. Specifically, the control method switching determination unit 2012 switches the motor control method by the speed control unit / torque control unit 2011 to the speed control method while the motor current value is less than the switching value, and the motor current value is greater than or equal to the switching value. Then, the motor control method by the speed control unit / torque control unit 2011 is switched to the torque control method. Furthermore, after the motor control method is switched to the torque control method, the control method switching determination unit 2012 is when the stepping amount of the foot switch 600 becomes a predetermined value or less or the rotation speed of the motor 150 becomes a predetermined value or more. Then, the motor control method is switched to the speed control method. Details of this switching will be described later.
  • the torque limit detection unit 2013 determines whether or not the motor current value detected by the motor current detection unit 201 is equal to or greater than a torque limit value that is a predetermined current threshold value. When it is determined that the motor current is equal to or greater than the torque limit value, the torque limit detection unit 2013 determines to apply a torque limit to the motor 150.
  • the torque limit is a process of stopping the motor 150 by stopping the supply of the motor current from the motor drive circuit 203 to the motor 150, thereby suppressing the torque increase of the motor 150.
  • the motor drive circuit 203 takes in the rotation speed signal input from the pulse generation unit of the control unit 160 at every predetermined sampling period, and uses the taken rotation speed signal as a feedback signal as a feedback signal. Is changed to a target rotational speed corresponding to the stepping force of the foot switch 600. Further, in the torque control method, the motor drive circuit 203 changes the motor voltage so that the motor current becomes a target current value corresponding to the stepping force of the foot switch 600.
  • the storage unit 204 is a recording medium in which contents are saved even when the power is turned off, for example, a FLASH memory, and records a program for operating the control device 200 and data such as a switching value and a torque limit value. .
  • the light source device 300 has a scope connection detection connector 191.
  • the endoscope 100 is attached to the light source device 300 via the scope connection detection connector 191.
  • a scope connection detection signal is input from the endoscope 100 to the control unit 202 of the control device 200.
  • the control unit 202 detects the attachment of the endoscope 100.
  • the light source device 300 includes, for example, a white LED or a xenon lamp, and inputs light into an optical fiber (not shown) in the universal cable 190. This light is emitted from the illumination lens 121.
  • the light source device 300 performs image processing on an image signal input via the insertion unit 110 and the universal cable 190. Further, the light source device 300 causes the endoscope image observation monitor 400 to display the endoscope image by inputting the processed image signal to the endoscope image observation monitor 400.
  • FIG. 2 is a flowchart showing an example of the operation of the endoscope system 1.
  • the operation of FIG. 2 is controlled by the control unit 202 of the control device 200. This operation is started, for example, when the endoscope system 1 is turned on.
  • processing for displaying an endoscopic image based on an image signal obtained by the image sensor 120 on the endoscopic image observation monitor 400 is performed.
  • FIG. 3 is a diagram showing a change in the motor control method during the process of FIG.
  • step S1 the control unit 202 performs initial setting.
  • the control unit 202 confirms the connection of the endoscope 100 and initializes various setting values, for example.
  • step S2 the process proceeds to step S2.
  • the description will be continued assuming that the endoscope 100 is already mounted, but in practice, the process does not proceed to step S2 until the endoscope 100 is mounted.
  • step S2 the control unit 202 determines whether or not the foot switch 600 has been depressed. Depression here is either the F pedal 602 or the B pedal 604. When it is determined in step S2 that the foot switch 600 has not been depressed, the process proceeds to step S3. When it is determined in step S2 that the foot switch 600 has been depressed, the process proceeds to step S4.
  • step S3 the control unit 202 stops the motor 150 by stopping the supply of the motor current from the motor drive circuit 203. Thereafter, the process returns to step S2.
  • step S4 the control unit 202 controls the motor 150 by the speed control method. That is, the control unit 202 changes the motor voltage so that the rotation speed of the motor 150 becomes a target rotation speed corresponding to the depression amount of the foot switch 600. Thereafter, the process proceeds to step S5.
  • FIG. 4A is a diagram showing the relationship between the amount of depression of the foot switch 600 and the target rotation speed in the speed control method. As shown in FIG. 4A, in the speed control method, the target rotational speed changes linearly with respect to the stepping amount of the foot switch 600. Then, when the depression amount of the foot switch 600 becomes the maximum depression amount, the target rotation speed becomes the maximum rotation speed. Therefore, while the control method of the motor 150 is the speed control method, as shown in FIG.
  • the rotation speed according to the depression amount of the foot switch 600 is maintained. Then, after the rotation speed of the motor 150 reaches the maximum rotation speed, the rotation speed of the motor 150 is maintained at the maximum rotation speed.
  • the torque (motor current) of the motor 150 increases as the foot switch 600 is depressed.
  • the target rotational speed does not increase from 0 until the amount of depression exceeds a predetermined foot switch depression play amount. This is to correctly detect the intention of the user to depress the foot switch 600. By setting such a foot switch stepping play amount, malfunction of the insertion portion 110 due to the foot switch 600 being unintended by the user is suppressed.
  • step S5 the control unit 202 displays on the external display unit 500 the motor current value (torque value) detected by the motor current detection unit 201.
  • the torque value is determined by, for example, lighting a number of gauges corresponding to the motor current value.
  • step S6 the control unit 202 determines whether or not the motor current value detected by the motor current detection unit 201 is greater than or equal to the set switching value.
  • the switching value is a predetermined current value smaller than the torque limit value, and is stored in the storage unit 204, for example.
  • step S6 when it is determined that the motor current value detected by the motor current detection unit 201 is less than the set switching value, the process returns to step S2. In this case, the control of the motor 150 by the speed control method is continued. If it is determined in step S6 that the motor current value detected by the motor current detection unit 201 is equal to or greater than the set switching value, the process proceeds to step S7.
  • step S7 the control unit 202 controls the motor 150 by a torque control method. That is, the control unit 202 changes the motor voltage so that the motor current value becomes a target current value corresponding to the depression amount of the foot switch 600. Thereafter, the process proceeds to step S8.
  • the target current value is a value determined according to the amount of depression of the foot switch 600, and is a current value that is larger than the switching value and smaller than the torque limit value.
  • FIG. 4B is a diagram showing the relationship between the amount of depression of the foot switch 600 and the target rotation speed in the torque control method. As shown in FIG. 4B, in the torque control method, the target current value changes linearly with respect to the depression amount of the foot switch 600.
  • the target current value becomes the maximum target current value when the depression amount of the foot switch 600 becomes the maximum depression amount. Therefore, while the control method of the motor 150 is the torque control method, the motor current value corresponding to the depression amount of the foot switch 600 is maintained as shown in FIG. Then, after the motor current value reaches the maximum target current value, the motor current value is maintained at the maximum target current value. Since the maximum target current value is also smaller than the torque limit value, the torque limit function does not work while the motor current value is maintained at the maximum target current value.
  • the motor current cannot be increased even if the internal load increases. As a result, under the condition where the internal load is increasing, in the torque control method, the rotation speed of the motor 150 is reduced in response to the foot switch 600 being depressed.
  • control method of the motor 150 is switched from the torque control method to the speed control method when the stepping amount becomes a predetermined value or less. This switching will be described in detail later.
  • step S8 the control unit 202 displays on the external display unit 500 the motor current value (torque value) detected by the motor current detection unit 201.
  • step S9 the control unit 202 determines whether or not the depression amount of the foot switch 600 is equal to or less than a predetermined value.
  • This stepping amount is, for example, an amount smaller than the stepping amount corresponding to the maximum target rotational speed in the speed control method.
  • step S9 when it is determined that the stepping amount of the foot switch 600 is equal to or less than the predetermined value, the process returns to step S2.
  • the control method of the motor 150 returns from the torque control method to the speed control method. Since the target rotational speed is lowered, even if the motor 150 is controlled by the speed control method, it is considered that the possibility that the motor current value becomes equal to or greater than the torque limit value is low.
  • step S9 the control system of the motor 150 can be switched to the speed control system. By switching, the insertion or removal operation of the endoscope 100 is efficiently performed.
  • step S10 the control unit 202 determines whether or not the rotation speed of the motor 150 is equal to or higher than a predetermined switching rotation speed.
  • the switching rotational speed is equal to or larger than the maximum target rotational speed in the speed control method, that is, the target rotational speed when the stepping amount of the foot switch 600 is the maximum amount. If it is determined in step S10 that the rotation speed of the motor 150 is equal to or higher than the predetermined switching rotation speed, the process returns to step S2. In this case, the control method of the motor 150 returns from the torque control method to the speed control method.
  • the motor current is controlled to be constant, so that the rotation speed of the motor 150 increases as a result of a decrease in the internal load.
  • the small internal load means that the torque of the motor 150 can be reduced. Therefore, even if the motor 150 is controlled by the speed control method, it is considered that the possibility that the motor current value becomes equal to or greater than the torque limit value is low. For this reason, insertion or extraction of the endoscope 100 is efficiently performed by switching the control method of the motor 150 to the speed control method.
  • step S10 determines that the rotation speed of the motor 150 is not equal to or higher than the predetermined switching rotation speed.
  • step S11 the control unit 202 determines whether or not the motor current value detected by the motor current detection unit 201 is equal to or greater than the torque limit value.
  • the torque limit value is stored in the storage unit 204, for example. If it is determined in step S11 that the motor current value is not equal to or greater than the torque limit value, the process returns to step S7. In this case, the control of the motor 150 by the torque control method is continued. If it is determined in step S11 that the motor current value is equal to or greater than the torque limit value, the process proceeds to step S12.
  • step S12 the control unit 202 stops the motor 150 by stopping the supply of the motor current from the motor drive circuit 203.
  • the motor current value basically does not exceed the torque limit value.
  • the motor current value becomes equal to or greater than the torque limit value. In this case, the motor 150 is stopped.
  • step S13 the control unit 202 notifies the user that the torque limit function has been operated. This notification is performed using, for example, the external display unit 500.
  • step S14 the control unit 202 determines whether or not the foot switch 600 is released. Depression here is both the F pedal 602 and the B pedal 604. If it is determined in step S14 that the foot switch 600 is not released, the process returns to step S13. If it is determined in step S14 that the foot switch 600 has been released, the process returns to step S2.
  • the control method of the motor 150 is switched from the speed control method to the torque control method when the motor current becomes equal to or greater than the switching value that is smaller than the torque limit value.
  • the torque control method the rotational speed of the insertion portion 110 decreases, but the increase in motor current is suppressed. As a result, the torque limit function does not operate frequently.
  • the control method of the motor 150 is changed from the torque control method to the speed control method when the stepping amount of the foot switch 600 is reduced or the rotational speed is increased due to a decrease in the internal load. Can be switched. Thereby, the user can perform the insertion or removal operation of the insertion portion 110 more efficiently.
  • the present invention has been described above based on the embodiments, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and applications are naturally possible within the scope of the present invention.
  • the rotating body that advances and retracts the insertion portion 110 of the endoscope 100 is the power spiral tube 132.
  • the technique of the present embodiment can be applied to various types of insertion devices that move the insertion unit 110 back and forth with a rotating body.
  • each process according to the above-described embodiment can be stored as a program that can be executed by the control unit 202 which is a computer.
  • it can be stored and distributed in a storage medium of an external storage device such as a magnetic disk, an optical disk, or a semiconductor memory.
  • the control part 202 can perform the process mentioned above by reading the program memorize

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Abstract

制御装置（２００）は、回転体を駆動するためのモータ（１５０）を駆動するためのモータ電流値を検出するモータ電流検出部（２０１）と、モータ電流値が切り替え値になるまではモータ（１５０）の回転速度が目標回転速度になるようにモータ（１５０）を制御する速度制御方式でモータ（１５０）を制御し、モータ電流値が切り替え値になったときにモータ電流値が目標電流値になるようにモータ（１５０）を制御するトルク制御方式に切り替えてモータ（１５０）を制御する制御部（２０２）とを備える。

Description

挿入装置の制御装置及び挿入装置
　本発明は、挿入装置の制御装置及び挿入装置に関する。
　一般に、内視鏡装置等の挿入装置は、管腔内に挿入される。このような挿入装置のうちで自走式の挿入装置が知られている。この種の自走式の挿入装置では、例えば挿入部の周囲に設けられた回転体をモータによって回転させることによる推進力によって挿入部を進退させる。このような挿入装置では、使用者による挿入部の挿入又は抜去操作が補助される。
　一般の挿入装置は、モータのトルク（モータ電流）が所定値以上となったときに回転を停止させるトルクリミット機能を有している。例えば日本国特開２００８－０９３０２９号公報において提案されている回転自走式内視鏡システムは、挿入部の挿入量に応じて、トルクリミット機能を動作させるか否かを判定するために用いられる所定値であるトルクリミット値を変化させるようにしている。
　通常、自走式の挿入装置のモータの制御方式には、使用者によって指定された回転速度で回転体が回転するようにモータを制御する速度制御方式が用いられている。ここで、速度制御方式では、回転体にかかる負荷の制御が困難である。すなわち、速度制御方式では、使用者が回転体に負荷がかかっていることに気づいたとしてもすぐには負荷を軽減することは困難であり、結果として、トルクリミット機能が働いてしまう。この場合、挿入部の挿入は中断されてしまう。
　本発明は、前記の事情に鑑みてなされたもので、モータのトルクの必要以上の上昇を抑制することが可能な挿入装置の制御装置及び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、本発明の第１の態様の挿入装置の制御装置は、細長形状の挿入部と、回転駆動されて前記挿入部を進退させる自走機構と、前記自走機構に駆動力を供給するモータとを有する挿入装置の制御装置であって、前記モータを駆動するための駆動電流値を検出する駆動電流検出部と、前記駆動電流値が所定の切り替え値になるまでは前記モータの回転速度が目標回転速度になるように前記モータを制御する速度制御方式で前記モータを制御し、前記駆動電流値が前記切り替え値になったときに前記駆動電流値が目標電流値になるように前記モータを制御するトルク制御方式に切り替えて前記モータを制御する制御部とを具備する。
　前記の目的を達成するために、本発明の第２の態様の挿入装置は、細長形状の挿入部と、回転駆動されて前記挿入部を進退させる自走機構と、前記自走機構に駆動力を供給するモータと、前記モータを駆動するための駆動電流値を検出する駆動電流検出部と、前記駆動電流値が所定の切り替え値になるまでは前記モータの回転速度が目標回転速度になるように前記モータを制御する速度制御方式で前記モータを制御し、前記駆動電流値が前記切り替え値になったときに前記駆動電流値が目標電流値になるように前記モータを制御するトルク制御方式に切り替えて前記モータを制御する制御部とを具備する。
　本発明によれば、モータのトルクの必要以上の上昇を抑制することが可能な挿入装置の制御装置及び挿入装置を提供することができる。
図１は、本発明の一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、内視鏡システムの動作の一例を示すフローチャートである。 図３は、図２の処理中のモータ制御方式の変化を示した図である。 図４Ａは、速度制御方式におけるフットスイッチの踏み込み量と目標回転速度との関係を示す図である。 図４Ｂは、トルク制御方式におけるフットスイッチの踏み込み量と目標電流値との関係を示す図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一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。この図に示すように、内視鏡システム１は、内視鏡１００と、制御装置２００と、光源装置３００と、内視鏡画像観察モニタ４００と、外部表示ユニット５００と、フットスイッチ６００とを有している。内視鏡１００は、回転自走式の内視鏡であって、挿入部１１０を有している。挿入部１１０は、細長形状であり、生体内に挿入されるように構成されている。また、内視鏡１００は、内視鏡１００の各種操作を行うためのコントロールユニット１６０を有している。コントロールユニット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する。また、挿入部１１０のコントロールユニット１６０が設けられている側を基端側と称する。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のコントロールユニット１６０と光源装置３００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とを有する。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、コントロールユニット１６０に設けられた操作部１６１の操作に応じて能動的に湾曲する部分と、外力によって受動的に湾曲する部分とを有する。
　先端硬性部１１２は、撮像素子１２０と照明レンズ１２１とを有している。撮像素子１２０は、例えば挿入部１１０の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で生成された画像信号は、挿入部１１０及びユニバーサルケーブル１９０を通る図示しない画像信号用信号線を介して光源装置３００に伝送される。照明レンズ１２１は、挿入部１１０及びユニバーサルケーブル１９０を通る図示しない光ファイバを介して光源装置３００から導かれた光を拡散して射出する。
　挿入部１１０の湾曲部１１４には、コントロールユニット１６０に内蔵されたモータ１５０の駆動力を伝達するための回転部１３０が取り付けられている。また、回転部１３０の先端側には、回転体であるパワースパイラルチューブ１３２が取り付けられている。パワースパイラルチューブ１３２は、例えばゴムや樹脂といった軟性材料により筒形状に形成され、湾曲部１１４の長手軸周りに回転可能に装着されている。パワースパイラルチューブ１３２の外周面には、パワースパイラルチューブ１３２の長手軸に沿って螺旋形状のフィン１３４が設けられている。なお、パワースパイラルチューブ１３２は、回転部１３０から取り外し可能に構成されていても良い。
　また、パワースパイラルチューブ１３２は、コントロールユニット１６０に設けられたアクチュエータとしてのモータ１５０に接続されている。モータ１５０は、コントロールユニット１６０及びユニバーサルケーブル１９０を通る図示しないアクチュエータ電流信号用信号線を介して光源装置３００に接続されている。さらに、モータ１５０は、光源装置３００を介して制御装置２００に接続されている。
　モータ１５０は、フットスイッチ６００を用いた操作によって動作する。モータ１５０の回転力は、回転部１３０に伝達される。その結果、パワースパイラルチューブ１３２に設けられたフィン１３４は、長手軸周りに回転する。
　フィン１３４が例えば管腔内壁といった壁部に接した状態で回転すると、摩擦力が発生する。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にフィン１３４が接触することによって挿入部１１０に摩擦力が作用する。この摩擦力によって挿入部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。また、モータ１５０は、パルス発生部を有している。パルス発生部は、モータ１５０の回転速度に応じたパルス信号（回転速度信号）を生成し、回転速度信号を、ユニバーサルケーブル１９０を通る回転速度信号線を介して光源装置３００に入力する。さらに、光源装置３００は、回転速度信号を制御装置２００に入力する。この回転速度信号によってモータ１５０の回転速度が制御される。
　内視鏡画像観察モニタ４００は、例えば液晶ディスプレイといった一般的な表示素子を有する。内視鏡画像観察モニタ４００は、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。
　フットスイッチ６００は、前進（ＦＯＲＷＡＲＤ、Ｆ）ペダル６０２と後退（ＢＡＣＫＷＡＲＤ、Ｂ）ペダル６０４とを含む。このフットスイッチ６００は、目標回転速度及び目標電流値を指定するための操作部である。ここで、Ｆペダル６０２は、使用者により踏まれることにより、モータ１５０を正転させるための指示信号を発する。Ｂペダル６０４は、使用者により踏まれることにより、モータ１５０を逆転させるための指示信号を発する。また、Ｆペダル６０２及びＢペダル６０４は、それぞれ、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。
　外部表示ユニット５００は、ＬＥＤ等の表示素子を用いて構成された表示装置であり、モータ電流検出部２０１から入力されたモータ電流値に基づいて使用者にモータ１５０のトルク（モータ電流）の大きさを示すための表示を行う。
　制御装置２００は、内視鏡システム１の各部を制御する。制御装置２００は、モータ電流検出部２０１と、制御部２０２と、モータ駆動回路２０３とを有する。
　駆動電流検出部としてのモータ電流検出部２０１は、モータ駆動回路２０３から出力される駆動電流としてのモータ電流の値を検出する。そして、モータ電流検出部２０１は、検出したモータ電流値を外部表示ユニット５００に入力する。
　制御部２０２は、例えばＣＰＵやＡＳＩＣによって構成され、速度制御部/トルク制御部２０１１の機能と、制御方式切り替え判定部２０１２の機能と、トルクリミット検出部２０１３の機能とを有する。制御部２０２の各機能は、単一のハードウェア又はソフトウェアによって実現されてもよいし、複数のハードウェア又はソフトウェアによって実現されてもよい。また、一部の機能は、制御部２０２と別個に設けられていてもよい。
　速度制御部/トルク制御部２０１１は、モータ１５０を速度制御方式とトルク制御方式の何れかで制御する。速度制御方式は、モータ１５０の回転速度を目標回転速度とするようにモータ１５０を制御する制御方式である。トルク制御方式は、モータ電流値（モータ１５０のトルクの値に対応している）を目標電流値とするようにモータ１５０を制御する制御方式である。モータ１５０を速度制御方式で制御するとき、速度制御部/トルク制御部２０１１は、目標回転速度の値をモータ駆動回路２０３に入力する。目標回転速度の値は、例えばフットスイッチ６００の踏み込み量に応じて設定される。また、モータ１５０をトルク制御方式で制御するとき、速度制御部/トルク制御部２０１１は、目標電流値をモータ駆動回路２０３に入力する。目標電流値は、後で説明する切り替え値よりも大きく、かつ、トルクリミット値よりも小さい値であって、例えばフットスイッチ６００の踏み込み量に応じて設定される。
　制御方式切り替え判定部２０１２は、速度制御部/トルク制御部２０１１におけるモータ制御方式の切り替えを行うか否かを判定する。具体的には、制御方式切り替え判定部２０１２は、モータ電流値が切り替え値未満の間は、速度制御部/トルク制御部２０１１によるモータ制御方式を速度制御方式に切り替え、モータ電流値が切り替え値以上となったときに、速度制御部/トルク制御部２０１１によるモータ制御方式をトルク制御方式に切り替える。さらに、制御方式切り替え判定部２０１２は、モータ制御方式をトルク制御方式に切り替えた後は、フットスイッチ６００の踏み込み量が所定値以下となるか又はモータ１５０の回転速度が所定値以上となったときに、モータ制御方式を速度制御方式に切り替える。この切り替えの詳細については後で説明する。
　トルクリミット検出部２０１３は、モータ電流検出部２０１で検出されたモータ電流値が所定の電流閾値であるトルクリミット値以上であるか否かを判定する。トルクリミット検出部２０１３は、モータ電流がトルクリミット値以上であると判定したときに、モータ１５０にトルクリミットをかけると判断する。ここで、トルクリミットとは、モータ駆動回路２０３からモータ１５０へのモータ電流の供給を停止することによってモータ１５０を停止させ、これによってモータ１５０のトルクの上昇を抑制する処理である。
　モータ駆動回路２０３は、速度制御方式のときには、コントロールユニット１６０のパルス発生部から入力される回転速度信号を所定のサンプリング期間毎に取り込み、取り込んだ回転速度信号をフィードバック信号として、モータ１５０の回転速度をフットスイッチ６００の踏み込みの強さに応じた目標回転速度とするようにモータ電圧を変更する。また、モータ駆動回路２０３は、トルク制御方式のときには、モータ電流をフットスイッチ６００の踏み込みの強さに応じた目標電流値とするようにモータ電圧を変更する。
　記憶部２０４は、電源を切っても内容が保存される記録媒体、例えばＦＬＡＳＨメモリであって、制御装置２００を動作させるためのプログラム、及び切り替え値、トルクリミット値等のデータを記録している。
　光源装置３００は、スコープ接続検出コネクタ１９１を有している。このスコープ接続検出コネクタ１９１を介して内視鏡１００が光源装置３００に装着される。スコープ接続検出コネクタ１９１を介して内視鏡１００が光源装置３００に装着されると、内視鏡１００から制御装置２００の制御部２０２に対してスコープ接続検出信号が入力される。これにより、制御部２０２は、内視鏡１００の装着を検出する。また、光源装置３００は、例えば白色ＬＥＤ又はキセノンランプを有し、ユニバーサルケーブル１９０内の図示しない光ファイバに光を入力する。この光は、照明レンズ１２１から照射される。また、光源装置３００は、挿入部１１０及びユニバーサルケーブル１９０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、光源装置３００は、処理した画像信号を内視鏡画像観察モニタ４００に入力することで内視鏡画像観察モニタ４００に内視鏡画像を表示させる。
　以下、本発明の一実施形態に係る内視鏡システム１の動作を説明する。図２は、内視鏡システム１の動作の一例を示すフローチャートである。図２の動作は、制御装置２００の制御部２０２によって制御される。この動作は、例えば内視鏡システム１の電源がオンされたときに開始される。なお、図２の動作と並行して、撮像素子１２０で得られた画像信号に基づく内視鏡画像を内視鏡画像観察モニタ４００に表示させる処理等が行われる。また、図３は、図２の処理中のモータ制御方式の変化を示した図である。
　ステップＳ１において、制御部２０２は、初期設定を行う。初期設定では、制御部２０２は、例えば内視鏡１００の接続の確認、各種の設定値の初期化を行う。初期設定の後、処理はステップＳ２に移行する。なお、ここでは内視鏡１００は装着済みであるとして説明を続けるが、実際には内視鏡１００が装着されるまで処理はステップＳ２に移行しない。
　ステップＳ２において、制御部２０２は、フットスイッチ６００の踏み込みがあったか否かを判定する。ここでの踏み込みは、Ｆペダル６０２及びＢペダル６０４の何れかである。ステップＳ２において、フットスイッチ６００の踏み込みがないと判定されたときに、処理はステップＳ３に移行する。ステップＳ２において、フットスイッチ６００の踏み込みがあったと判定されたときに、処理はステップＳ４に移行する。
　ステップＳ３において、制御部２０２は、モータ駆動回路２０３からのモータ電流の供給を停止させることによってモータ１５０を停止させる。その後、処理はステップＳ２に戻る。
　ステップＳ４において、制御部２０２は、速度制御方式でモータ１５０を制御する。すなわち、制御部２０２は、モータ１５０の回転速度がフットスイッチ６００の踏み込み量に応じた目標回転速度となるようにモータ電圧を変更する。その後、処理はステップＳ５に移行する。図４Ａは、速度制御方式におけるフットスイッチ６００の踏み込み量と目標回転速度との関係を示す図である。図４Ａに示すように、速度制御方式では、フットスイッチ６００の踏み込み量に対して目標回転速度は線形に変化するようになっている。そして、フットスイッチ６００の踏み込み量が最大踏み込み量となったときに目標回転速度は最大回転速度となる。したがって、モータ１５０の制御方式が速度制御方式である間は、図３に示すように、フットスイッチ６００の踏み込み量に応じた回転速度が維持される。そして、モータ１５０の回転速度が最大回転速度となった後は、モータ１５０の回転速度は最大回転速度で維持される。ここで、フットスイッチ６００の踏み込み量に応じた回転速度を維持するためには、体内負荷に反してモータ１５０を駆動する必要がある。このためには、モータ電圧を高くする必要がある。結果として、速度制御方式では、フットスイッチ６００の踏み込みに応じてモータ１５０のトルク（モータ電流）は上昇する。
　また、図４Ａの例では、踏み込み量が所定のフットスイッチ踏み込み遊び量を超えるまでは目標回転速度は０から増えないようになっている。これは、使用者によるフットスイッチ６００の踏み込みの意図を正しく検知するためである。このようなフットスイッチ踏み込み遊び量が設定されていることにより、使用者の意図しないフットスイッチ６００の踏み込みによる挿入部１１０の誤動作が抑制される。
　ステップＳ５において、制御部２０２は、モータ電流検出部２０１で検出されたモータ電流値（トルクの値）を示す表示を外部表示ユニット５００に行う。トルクの値は、例えばモータ電流値に応じた数のゲージを点灯させることで行われる。
　ステップＳ６において、制御部２０２は、モータ電流検出部２０１で検出されたモータ電流値が設定された切り替え値以上であるか否かを判定する。切り替え値は、トルクリミット値よりも小さい所定の電流値であり、例えば記憶部２０４に記憶されている。ステップＳ６において、モータ電流検出部２０１で検出されたモータ電流値が設定された切り替え値未満であると判定されたときには、処理はステップＳ２に戻る。この場合、速度制御方式でのモータ１５０の制御が継続される。ステップＳ６において、モータ電流検出部２０１で検出されたモータ電流値が設定された切り替え値以上であると判定されたときには、処理はステップＳ７に移行する。
　ステップＳ７において、制御部２０２は、トルク制御方式でモータ１５０を制御する。すなわち、制御部２０２は、モータ電流値がフットスイッチ６００の踏み込み量に応じた目標電流値となるようにモータ電圧を変更する。その後、処理はステップＳ８に移行する。目標電流値は、フットスイッチ６００の踏み込み量に応じて決定される値であり、切り替え値よりも大きく、トルクリミット値よりも小さい電流値である。図４Ｂは、トルク制御方式におけるフットスイッチ６００の踏み込み量と目標回転速度との関係を示す図である。図４Ｂに示すように、トルク制御方式では、フットスイッチ６００の踏み込み量に対して目標電流値は線形に変化するようになっている。そして、フットスイッチ６００の踏み込み量が最大踏み込み量となったときに目標電流値は最大目標電流値となる。したがって、モータ１５０の制御方式がトルク制御方式である間は、図３に示すように、フットスイッチ６００の踏み込み量に応じたモータ電流値が維持される。そして、モータ電流値が最大目標電流値となった後は、モータ電流値は最大目標電流値で維持される。最大目標電流値もトルクリミット値よりも小さいので、モータ電流値が最大目標電流値で維持されている間はトルクリミット機能が働くことはない。ここで、フットスイッチ６００の踏み込み量に応じたモータ電流値を維持するためには、体内負荷が大きくなったとしてもモータ電流を大きくすることはできない。結果として、体内負荷が増加している条件下においては、トルク制御方式では、フットスイッチ６００の踏み込みに応じてモータ１５０の回転速度は低下する。
　また、図４Ｂに示すように、踏み込み量が所定値以下となったときにモータ１５０の制御方式はトルク制御方式から速度制御方式に切り替えられる。この切り替えについては後で詳しく説明する。
　ステップＳ８において、制御部２０２は、モータ電流検出部２０１で検出されたモータ電流値（トルクの値）を示す表示を外部表示ユニット５００に行う。
　ステップＳ９において、制御部２０２は、フットスイッチ６００の踏み込み量が所定値以下か否かを判定する。この踏み込み量は、例えば速度制御方式のときの最大の目標回転速度に対応した踏み込み量よりも小さい量である。ステップＳ９において、フットスイッチ６００の踏み込み量が所定値以下であると判定されたときには、処理はステップＳ２に戻る。この場合、モータ１５０の制御方式は、トルク制御方式から速度制御方式に戻る。目標回転速度が下げられているので、速度制御方式でモータ１５０の制御がされたとしても、モータ電流値がトルクリミット値以上となる可能性は低いと考えられる。このため、モータ１５０の制御方式が速度制御方式に切り替えることができる。切り替えにより、内視鏡１００の挿入又は抜去操作は効率よく行われる。ステップＳ９において、フットスイッチ６００の踏み込み量が所定値以下でないと判定されたときには、処理はステップＳ１０に移行する。
　ステップＳ１０において、制御部２０２は、モータ１５０の回転速度が所定の切り替え回転速度以上となったか否かを判定する。切り替え回転速度は、速度制御方式のときの最大の目標回転速度、すなわちフットスイッチ６００の踏み込み量が最大量のときの目標回転速度と一致しているか又はそれよりも大きな値である。ステップＳ１０において、モータ１５０の回転速度が所定の切り替え回転速度以上であると判定されたときには、処理はステップＳ２に戻る。この場合、モータ１５０の制御方式は、トルク制御方式から速度制御方式に戻る。トルク制御方式では、モータ電流を一定とするように制御がされるので、体内負荷が小さくなると結果としてモータ１５０の回転速度は上昇する。体内負荷が小さいということはモータ１５０のトルクも小さくできることを意味している。したがって、速度制御方式でモータ１５０の制御がされたとしても、モータ電流値がトルクリミット値以上となる可能性は低いと考えられる。このため、モータ１５０の制御方式が速度制御方式に切り替えられることによって、内視鏡１００の挿入又は抜去は効率よく行われる。ステップＳ１０において、モータ１５０の回転速度が所定の切り替え回転速度以上でないと判定されたときには、処理はステップＳ１１に移行する。
　ステップＳ１１において、制御部２０２は、モータ電流検出部２０１で検出されたモータ電流値がトルクリミット値以上であるか否かを判定する。トルクリミット値は、例えば記憶部２０４に記憶されている。ステップＳ１１において、モータ電流値がトルクリミット値以上でないと判定されたときには、処理はステップＳ７に戻る。この場合、トルク制御方式でのモータ１５０の制御が継続される。ステップＳ１１において、モータ電流値がトルクリミット値以上であると判定されたときには、処理はステップＳ１２に移行する。
　ステップＳ１２において、制御部２０２は、モータ駆動回路２０３からのモータ電流の供給を停止させることによってモータ１５０を停止させる。前述したように、トルク制御方式では、基本的にはモータ電流値がトルクリミット値以上となることはない。しかしながら、何らかの擾乱によってトルク制御方式であってもモータ電流値がトルクリミット値以上となる可能性もあるので、この場合にはモータ１５０は停止される。
　ステップＳ１３において、制御部２０２は、トルクリミット機能が動作したことを使用者に対して報知する。この報知は、例えば外部表示ユニット５００を用いて行われる。
　ステップＳ１４において、制御部２０２は、フットスイッチ６００の踏み込みが解除されたか否かを判定する。ここでの踏み込みは、Ｆペダル６０２及びＢペダル６０４の両方である。ステップＳ１４において、フットスイッチ６００の踏み込みが解除されていないと判定されたときには、処理はステップＳ１３に戻る。ステップＳ１４において、フットスイッチ６００の踏み込みが解除されたと判定されたときには、処理はステップＳ２に戻る。
　以上説明したように本実施形態によれば、モータ電流がトルクリミット値よりも小さい値である切り替え値以上となったときにモータ１５０の制御方式が速度制御方式からトルク制御方式に切り替えられる。トルク制御方式では、挿入部１１０の回転速度は低下するものの、モータ電流の上昇は抑制される。これにより、トルクリミット機能は頻繁には動作しない。
　また、トルク制御方式に切り替えられた後は、フットスイッチ６００の踏み込み量が小さくなった場合又は体内負荷の減少によって回転速度が上昇した場合にモータ１５０の制御方式がトルク制御方式から速度制御方式に切り替えられる。これにより、使用者は、挿入部１１０の挿入又は抜去操作をより効率よく行うことが可能になる。
　以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。例えば、前述の実施形態では、内視鏡１００の挿入部１１０を進退させる回転体は、パワースパイラルチューブ１３２である。これに対し、本実施形態の技術は、回転体によって挿入部１１０を進退させる各種の挿入装置に適用可能である。
　また、前述の各動作フローチャートの説明において、便宜上「まず」、「次に」等を用いて動作を説明しているが、この順で動作を実施することが必須であることを意味するものではない。
　また、上述した実施形態による各処理は、コンピュータである制御部２０２に実行させることができるプログラムとして記憶させておくこともできる。この他、磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等の外部記憶装置の記憶媒体に格納して配布することができる。そして、制御部２０２は、この外部記憶装置の記憶媒体に記憶されたプログラムを読み込み、この読み込んだプログラムによって動作が制御されることにより、上述した処理を実行することができる。

Claims (5)

  1. 　細長形状の挿入部と、回転駆動されて前記挿入部を進退させる自走機構と、前記自走機構に駆動力を供給するモータとを有する挿入装置の制御装置であって、
    　前記モータを駆動するための駆動電流値を検出する駆動電流検出部と、
    　前記駆動電流値が所定の切り替え値になるまでは前記モータの回転速度が目標回転速度になるように前記モータを制御する速度制御方式で前記モータを制御し、前記駆動電流値が前記切り替え値になったときに前記駆動電流値が目標電流値になるように前記モータを制御するトルク制御方式に切り替えて前記モータを制御する制御部と、
    　を具備する制御装置。
  2. 　前記制御部は、前記駆動電流値が前記切り替え値よりも大きな電流値であるトルクリミット値になったときに前記モータを停止させるように制御する請求項１に記載の制御装置。
  3. 　前記目標電流値は、前記切り替え値よりも大きく、かつ、前記トルクリミット値よりも小さい請求項２に記載の制御装置。
  4. 　前記目標回転速度及び前記目標電流値を指定するための操作部をさらに具備し、
    　前記制御部は、前記トルク制御方式に切り替えた後、前記操作部の操作量が第１の所定値以下となったとき又は前記モータの回転速度が第２の所定値以上となったときに前記速度制御方式に切り替えて前記モータを制御する請求項１に記載の制御装置。
  5. 　細長形状の挿入部と、
    　回転駆動されて前記挿入部を進退させる自走機構と、
    　前記自走機構に駆動力を供給するモータと、
    　前記モータを駆動するための駆動電流値を検出する駆動電流検出部と、
    　前記駆動電流値が所定の切り替え値になるまでは前記モータの回転速度が目標回転速度になるように前記モータを制御する速度制御方式で前記モータを制御し、前記駆動電流値が前記切り替え値になったときに前記駆動電流値が目標電流値になるように前記モータを制御するトルク制御方式に切り替えて前記モータを制御する制御部と、
    　を具備する挿入装置。
PCT/JP2017/015928 2016-05-24 2017-04-20 挿入装置の制御装置及び挿入装置 WO2017203909A1 (ja)

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