WO2019008895A1 - 自走式内視鏡装置及びその制御装置 - Google Patents

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regenerative
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regeneration
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義孝 梅本
鈴木　崇
小野田　文幸
隆司 山下
名取　靖晃
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オリンパス株式会社
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    • H02P6/24—Arrangements for stopping

Definitions

  • the present invention relates to a self-propelled endoscope apparatus and a control device therefor.
  • a self-propelled endoscope apparatus proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 2009-055956 or the like is known.
  • the insertion portion is advanced and retracted by a propulsive force by rotating a rotating housing provided around the insertion portion by a motor.
  • the insertion or removal operation of the insertion portion by the user is assisted.
  • the rotating housing is rotated by the motor, regeneration may occur when the rotation of the motor is stopped.
  • the regenerative voltage generated by the regeneration of the motor may affect the internal circuit of the self-propelled endoscope apparatus such as a drive circuit of the motor.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and a self-propelled endoscope apparatus capable of suppressing the influence on the internal circuit of the self-propelled endoscope apparatus due to the regeneration of the motor, and such It is an object of the present invention to provide a control device of a self-propelled endoscope apparatus.
  • a self-propelled endoscope apparatus includes an elongated insertion portion, and a rotation provided rotatably around a longitudinal axis on an outer peripheral surface of the insertion portion.
  • a control device of a self-propelled endoscope apparatus includes: an insertion portion having an elongated shape; and an outer peripheral surface of the insertion portion rotatably around a longitudinal axis.
  • a control device of a self-propelled endoscope apparatus having a rotating case provided and a motor for rotating the rotating case, a drive circuit for driving the motor, and a regenerative voltage generated by regeneration of the motor And a regenerative protection circuit that performs a protection operation to protect the drive circuit.
  • FIG. 1 is a view showing a configuration example of an endoscope apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the regenerative protection circuit.
  • FIG. 3 is a timing chart regarding regeneration processing of the endoscope apparatus.
  • FIG. 1 is a view showing a configuration example of an endoscope apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the endoscope apparatus 1 includes an endoscope 100 and a control device 200.
  • the endoscope 100 is configured to be connected to the control device 200 via a connector 116 provided in the endoscope 100.
  • the endoscope 100 is a self-propelled endoscope apparatus including an insertion unit 101 and an operation unit 111.
  • the insertion portion 101 is a portion of the tip of the endoscope 100.
  • the insertion portion 101 has an elongated shape and is configured flexibly.
  • an imaging element 102 is provided at the tip of the insertion portion 101.
  • the imaging element 102 captures an object present on the tip side of the insertion unit 101, and acquires image data of the object.
  • the insertion portion 101 is provided with a self-propelled mechanism 103.
  • the self-propelled mechanism 103 has a rotary housing 104 and a spiral tube 105.
  • the rotary housing 104 is provided on the outer peripheral surface of the insertion portion 101 so as to be rotatable around the longitudinal axis.
  • the spiral tube 105 is provided to have a spiral fin around the rotation housing 104.
  • Spiral tube 105 may be configured to be removable from rotating housing 104.
  • the spiral tube 105 may be configured to be disposable.
  • the operation unit 111 is a portion gripped by the user, and includes various operation members for operating the endoscope 100. Further, the operation unit 111 has a motor 112. The motor 112 generates a driving force of the self-propelled mechanism 103. When the motor 112 rotates, the rotational movement is transmitted to the rotating housing 104 via the transmission member 113 provided from the inside of the operation unit 111 to the insertion unit 101. The spiral tube 105 rotates with the rotation of the rotary housing 104. The rotation of the spiral tube 105 generates a propulsive force in the insertion portion 101. The insertion portion 101 is self-propelled by this propulsive force. The self-traveling of the insertion unit 101 assists the user in inserting and removing the insertion unit 101.
  • a rotary encoder 114 is provided in the vicinity of the motor 112, for example.
  • the encoder 114 outputs an encoder signal according to the rotational speed of the motor 112.
  • the encoder signal includes an encoder A phase signal and an encoder B phase signal.
  • the phases of the encoder A phase signal and the encoder B phase signal differ by 90 degrees.
  • a universal cable 115 is connected to the operation unit 111.
  • the universal cable 115 is provided with various signal lines for exchanging signals between the endoscope 100 and the control device 200.
  • the universal cable 115 is connected to the connector 116. As described above, the endoscope 100 and the control device 200 are connected via the connector 116.
  • the control device 200 includes a foot switch 201, a control circuit 202, a drive circuit 203, a regenerative protection circuit 204, and a power supply circuit 205.
  • the foot switch 201 includes a forward pedal and a reverse pedal.
  • the forward pedal generates an operation state signal for causing the motor 112 to rotate in the forward direction by being stepped on by the user.
  • the reverse pedal emits an operation state signal for reversing the motor 112 when depressed by the user.
  • the foot switch 201 may be configured to emit an operation state signal of a strength corresponding to the depression.
  • the control circuit 202 is a control circuit configured by hardware such as an FPGA and a CPU, and controls the operation of each part of the control device 200 such as the drive circuit 203 and the regenerative protection circuit 204.
  • the control circuit 202 includes a drive control unit 2021, a monitoring unit 2022, and a regeneration control unit 2023.
  • the control circuit 202 may be configured by a single FPGA or the like, or may be configured by a plurality of FPGAs or the like. Some functions of the control circuit 202 may be realized by software.
  • the drive control unit 2021 controls the drive circuit 203 to drive the motor 112 at a rotational speed corresponding to the internal load. For example, the drive control unit 2021 takes in an encoder signal output from the encoder 114. Then, the drive control unit 2021 controls the magnitude of the voltage output from the drive circuit 203 so that the actual rotation speed of the motor 112 detected from the encoder signal matches the rotation speed according to the depression of the foot switch 201. To generate PWM data.
  • the rotational speed corresponding to the depression of the foot switch 201 is a rotational speed corresponding to the operation state signal.
  • the drive control unit 2021 turns on a servo control signal for causing the drive circuit 203 to drive the motor 112 and inputs the servo control signal to the drive circuit 203 together with the PWM data.
  • the drive control unit 2021 also inputs a servo control signal and an encoder signal to the monitoring unit 2022.
  • the monitoring unit 2022 monitors the operation state of the motor 112 and inputs the monitoring result to the regeneration control unit 2023.
  • the operating state of the motor 112 includes the state of the servo control signal and the actual rotational speed of the motor 112.
  • the state of the servo control signal includes the state as to whether or not the motor control by the drive control unit 2021 is being performed.
  • the monitoring unit 2022 detects that control of the motor 112 is being performed when the servo control signal is on, and detects that control of the motor 112 is not being performed when the servo control signal is off.
  • the monitoring unit 2022 also detects the rotational speed of the motor 112 from the encoder signal.
  • the regeneration control unit 2023 controls the regeneration protection circuit 204 based on the monitoring result of the monitoring unit 2022. Although described in detail later, the regeneration control unit 2023 causes the regeneration protection circuit 204 to start the protection operation when the control of the motor by the drive control unit 2021 is stopped. Then, the regeneration control unit 2023 terminates the protection operation by the regeneration protection circuit 204 after a predetermined set time has elapsed since the control of the motor by the drive control unit 2021 is stopped and the motor 112 is actually stopped.
  • the drive circuit 203 generates a voltage to be supplied to the motor 112 according to the PWM data included in the servo control signal from the drive control unit 2021, and applies the generated voltage to the motor 112.
  • the regeneration protection circuit 204 is provided between the paths of the motor 112 and the drive circuit 203, and performs protection operation to protect each part of the control device 200 from the regeneration voltage generated by regeneration in the motor 112.
  • the regenerative protection circuit 204 includes a regenerative resistor 2041 and a regenerative resistor switching circuit 2042. One end of the regenerative resistor 2041 is connected in parallel to the power supply line connecting the motor 112 and the drive circuit 203, and the other end is grounded.
  • Regenerative resistor switching circuit 2042 is provided between regenerative resistor 2041 and ground (GND_F), and between regenerative resistor 2041 and ground (GND_F) according to a regenerative control signal from regenerative control unit 2023 of control circuit 202. It is a switch that shorts or opens.
  • the regenerative protection circuit 204 will be described in detail later.
  • the power supply circuit 205 includes, for example, an AC power supply, and converts the power of the AC power supply into the power required by each part of the control device 200. Then, the power supply circuit 205 supplies the converted power to each part of the control device 200. The power supply circuit 205 also supplies power to the motor 112 and the encoder 114 of the endoscope 100.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the regenerative protection circuit.
  • the regenerative protection circuit 204 is provided between the paths of the motor 112 and the drive circuit 203.
  • the motor 112 and the drive circuit 203 are connected via the motor power supply line 1121.
  • the motor power supply line 1121 has a power supply line (M +) connected to the positive (+) terminal of the motor 112 and a power supply line (M ⁇ ) connected to the negative ( ⁇ ) terminal of the motor 112.
  • M + power supply line
  • M ⁇ power supply line
  • a motor relay 1122 is provided on the power supply line M-.
  • the motor relay 1122 connects the power supply line M- when the servo control signal is on, and disconnects the power supply line M- when the servo control signal is off.
  • the motor 112 is in the free state where there is no power supply from the drive circuit 203.
  • the motor 112 freely rotates, for example, in response to an external force from the body.
  • the regenerative resistor 2041 of the regenerative protection circuit 204 includes a first regenerative resistor 2041a connected in parallel with the power supply line M +, which is the first power supply line, and a power supply line M, which is the second power supply line. And a second regenerative resistor 2041 b connected in parallel to The first regenerative resistor 2041 a is connected to the ground (GND_F) via the first regenerative resistor switching circuit 2042 a that constitutes the regenerative resistor switching circuit 2042.
  • the second regenerative resistor 2041 b is connected to the ground (GND_F) via a second regenerative resistor switching circuit 2042 b that constitutes the regenerative resistor switching circuit 2042.
  • the first regenerative resistor 2041a and the second regenerative resistor 2041b have the same structure and have the same resistance value.
  • the first regenerative resistance switching circuit 2042 a and the second regenerative resistance switching circuit 2042 b are each turned on or off in accordance with the regenerative control signal from the control circuit 202.
  • the first regenerative resistor switching circuit 2042a is turned on, the first regenerative resistor 2041a is shorted to the ground.
  • the first regenerative resistor switching circuit 2042a is turned off, the first regenerative resistor 2041a is opened.
  • the second regenerative resistor switching circuit 2042b is turned on, the second regenerative resistor 2041b is shorted to ground.
  • the second regenerative resistor switching circuit 2042b is turned off, the second regenerative resistor 2041b is opened.
  • the first regenerative resistor 2041a and the second regenerative resistor 2041b are designed to be grounded or released at the same time.
  • the first regenerative resistor 2041a and the second regenerative resistor 2041b may be separately grounded or opened.
  • an encoder power supply line 1141 is disposed in the vicinity of the motor power supply line 1121 as shown in FIG.
  • the encoder power supply line 1141 is a power supply line connecting the encoder 114 and the power supply circuit 205, and transmits the power for the encoder 114 generated by the power supply circuit 205 to the encoder 114.
  • FIG. 3 is a timing chart regarding the regeneration process of the endoscope apparatus 1.
  • the “operation state signal” shown in FIG. 3 indicates the on / off state of the foot switch 201.
  • “servo control signal” indicates the on or off state of the servo control signal.
  • PWM data indicates the state of PWM data sent to the drive circuit 203.
  • regeneration control signal indicates the on or off state of the regeneration control signal.
  • encoder A phase indicates the state of the encoder A phase signal.
  • encoder B phase indicates the state of the encoder B phase signal.
  • “Motor output voltage (+)” indicates the voltage of the power supply line M +.
  • “Motor output voltage ( ⁇ )” indicates the voltage of the power supply line M ⁇ .
  • the sequence of the regeneration process in this embodiment is (1) the sequence when the foot switch is not depressed, (2) the sequence when the foot switch is depressed, and (3) when the regeneration control is Divided into three sequences.
  • the foot switch not depressed state is a state in which the motor 112 is stopped and the foot switch 201 is not depressed.
  • the foot switch depressed state is a state while the foot switch 201 is depressed.
  • the regenerative control state is a state immediately after switching from the state in which the foot switch 201 is depressed to the state in which the foot switch 201 is not depressed.
  • the operation state signal is off.
  • the drive control unit 2021 does not control the motor 112. That is, the drive control unit 2021 turns off the servo control signal input to the drive circuit 203.
  • the motor relay 1122 also operates to disconnect the power supply line M-. Therefore, the motor 112 is in the free state.
  • the drive control unit 2021 does not have to input PWM data to the drive circuit 203.
  • the motor 112 does not rotate, so that the encoder signals (A-phase and B-phase) also indicate values when the rotation of the motor 112 is stopped.
  • the monitoring unit 2022 of the control circuit 202 acquires the servo control signal and the encoder signal from the drive control unit 2021 and inputs the servo control signal and the encoder signal to the regeneration control unit 2023. Since the servo control signal is off, the regenerative control unit 2023 recognizes that control of the motor 112 is not currently performed, and the motor 112 is currently stopped from the rotational speed indicated by the encoder signal. Recognize that. At this time, the regeneration control unit 2023 turns off the regeneration control signal. Thereby, the first regenerative resistor switching circuit 2042a is turned off, and the first regenerative resistor 2041a is opened. Similarly, the second regenerative resistor switching circuit 2042b is also turned off, and the second regenerative resistor 2041b is opened.
  • the drive control unit 2021 controls the motor 112. That is, the drive control unit 2021 takes in an encoder signal output from the encoder 114. Then, the drive control unit 2021 controls the magnitude of the voltage output from the drive circuit 203 so that the actual rotation speed of the motor 112 detected from the encoder signal matches the rotation speed according to the depression of the foot switch 201. To generate PWM data.
  • the rotational speed corresponding to the depression of the foot switch 201 is a rotational speed corresponding to the operation state signal.
  • the drive control unit 2021 turns on a servo control signal for causing the drive circuit 203 to drive the motor 112 and inputs the servo control signal to the drive circuit 203 together with the PWM data.
  • the drive circuit 203 generates a voltage to be supplied to the motor 112 according to the PWM data from the drive control unit 2021, and applies the generated voltage to the motor 112. Thereby, the motor 112 is rotated. As the motor 112 rotates, the encoder signals (A-phase and B-phase) show values corresponding to the rotational speed of the motor 112.
  • the regeneration control unit 2023 Since the servo control signal is on, the regeneration control unit 2023 recognizes that control of the motor 112 is currently performed. At this time, the regeneration control unit 2023 keeps the regeneration control signal off.
  • the operation state signal is turned off. That is, the drive control unit 2021 turns off the servo control signal input to the drive circuit 203. At this time, the motor relay 1122 also operates to disconnect the power supply line M-. Therefore, the motor 112 is in the free state.
  • FIG. 3 shows an example in which the motor 112 is reversely rotated by regeneration and a regenerative voltage is generated on the power supply line M-. Such regenerative voltage may adversely affect the drive circuit 203 and the like.
  • the respective portions of the control device 200 are determined from the regenerative voltage.
  • a protective action is taken to protect.
  • the regeneration control unit 2023 recognizes that the control of the motor 112 is currently stopped because the servo control signal is switched from on to off. At this time, the regeneration control unit 2023 turns on the regeneration control signal.
  • the first regenerative resistor switching circuit 2042a is turned on and the first regenerative resistor 2041a is grounded.
  • the second regenerative resistor switching circuit 2042b is also turned on, and the second regenerative resistor 2041b is grounded.
  • FIG. 2 shows an example when the motor 112 rotates forward by regeneration. In this case, the regenerative current RC flows to the ground via the second regenerative resistor 2041b. On the other hand, when the motor 112 reverses due to regeneration, the regenerative current RC flows to the ground via the first regenerative resistor 2041a.
  • the regeneration of the motor 112 is caused by the influence of the internal load. Therefore, when there is no internal load on the motor 112, the rotation of the motor 112 ends. After the rotation of the motor 112 is finished, there is no possibility that the regenerative voltage adversely affects the drive circuit 203 and the like even if the regenerative resistor 2041 is opened.
  • the regeneration control unit 2023 shorts the regeneration resistor 2041 (turns on the regeneration resistor switching circuit 2042), and then determines from the encoder signal whether the motor 112 has stopped. Then, when it is determined that the motor 112 has stopped, the regeneration control unit 2023 determines whether or not a predetermined set time has elapsed, and when it is determined that the set time has elapsed, the regenerative resistance switching circuit 2042 By turning off, the regenerative resistor 2041 is opened. Thereby, even if a short circuit between motor power supply line 1121 and encoder power supply line 1141 occurs thereafter, it is possible to suppress unintended rotation of motor 112.
  • the set time may be a fixed time, or may be set appropriately according to, for example, the size of the assumed load.
  • the magnitude of the load can be detected, for example, from the magnitude of the current supplied to the motor 112.
  • a regenerative protection circuit between the motor and its drive circuit, for example, a control device such as a drive circuit from regenerative voltage generated by motor regeneration under the influence of internal body load.
  • the protection operation by the regeneration protection circuit is not performed at timing when it is considered that regeneration does not occur, such as when the foot switch is not depressed or when the foot switch is depressed.
  • the protection operation by the regenerative protection circuit it is possible to keep the load of the motor lower than that of always inserting the regenerative resistor.
  • the protection operation by the regeneration protection circuit is not performed at the timing when it is considered that the regeneration of the motor is lost in the regeneration control state.
  • the motor is free and no protection operation is performed by the regenerative protection circuit. That is, the motor does not rotate because the regenerative resistance is not grounded.
  • the regenerative protection circuit in the present embodiment has a simple configuration including a resistor and a switch. This contributes to the miniaturization of the control device. Furthermore, the configuration can be further simplified by making the M + side regenerative protection circuit the same as the M ⁇ side regenerative protection circuit.
  • the present invention has been described above based on the embodiment, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various modifications and applications are possible within the scope of the present invention.
  • the rotating body for advancing and retracting the insertion portion 101 of the endoscope 100 is the spiral tube 105.
  • the technique of the present embodiment is applicable to various insertion devices that advance and retract the insertion unit 101 by a rotating body.

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Abstract

内視鏡装置（１）は、挿入部（１０１）と、挿入部（１０１）の外周面に長手軸周りに回転可能に設けられる回転筐体（１０４）と、回転筐体（１０４）を回転させるモータ（１１２）と、モータ（１１２）を駆動する駆動回路（２０３）と、モータ（１１２）の回生によって発生する回生電圧から駆動回路（２０３）を保護する保護動作を行う回生保護回路（２０４）とを備える。

Description

自走式内視鏡装置及びその制御装置
　本発明は、自走式内視鏡装置及びその制御装置に関する。
　管腔内に挿入される内視鏡装置として、日本国特開２００９－０５５９５６号公報等で提案されている自走式の内視鏡装置が知られている。自走式の内視鏡装置は、例えば挿入部の周囲に設けられた回転筐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。このような内視鏡装置では、使用者による挿入部の挿入又は抜去操作が補助される。
　自走式内視鏡装置ではモータによって回転筐体を回転させているため、モータの回転の停止時に回生が発生することがある。モータの回生によって発生した回生電圧は、モータの駆動回路等の自走式内視鏡装置の内部回路に影響を与える可能性がある。
　本発明は、前記の事情に鑑みてなされたものであり、モータの回生による自走式内視鏡装置の内部回路への影響を抑制することができる自走式内視鏡装置及びそのような自走式内視鏡装置の制御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の態様の自走式内視鏡装置は、細長形状の挿入部と、前記挿入部の外周面に長手軸周りに回転可能に設けられる回転筐体と、前記回転筐体を回転させるモータと、前記モータの駆動を制御する駆動回路と、前記モータの回生によって発生する回生電圧から前記駆動回路を保護する保護動作を行う回生保護回路とを具備する。
　前記の目的を達成するために、本発明の第２の態様の自走式内視鏡装置の制御装置は、細長形状の挿入部と、前記挿入部の外周面に長手軸周りに回転可能に設けられる回転筐体と、前記回転筐体を回転させるモータとを有する自走式内視鏡装置の制御装置であって、前記モータを駆動する駆動回路と、前記モータの回生によって発生する回生電圧から前記駆動回路を保護する保護動作を行う回生保護回路とを具備する。
図１は、本発明の一実施形態に係る内視鏡装置の構成例を示す図である。 図２は、回生保護回路の構成を説明するための図である。 図３は、内視鏡装置の回生処理に関するタイミングチャートである。
　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内視鏡装置の構成例を示す図である。内視鏡装置１は、内視鏡１００と、制御装置２００とを有している。内視鏡１００は、内視鏡１００に設けられたコネクタ１１６を介して制御装置２００に接続されるように構成されている。
　内視鏡１００は、挿入部１０１と、操作部１１１とを有している自走式内視鏡装置である。
　挿入部１０１は、内視鏡１００の先端の部分である。この挿入部１０１は、細長形状をしており、柔軟に構成されている。また、挿入部１０１の先端には、撮像素子１０２が設けられている。撮像素子１０２は、挿入部１０１の先端側に存在する被写体を撮像し、被写体についての画像データを取得する。さらに、挿入部１０１には、自走機構１０３が設けられている。自走機構１０３は、回転筐体１０４と、スパイラルチューブ１０５とを有している。回転筐体１０４は、挿入部１０１の外周面に長手軸周りに回転可能に設けられている。スパイラルチューブ１０５は、回転筐体１０４の周囲に螺旋状のフィンを有するように設けられている。スパイラルチューブ１０５は、回転筐体１０４から取り外しできるように構成されていてもよい。また、スパイラルチューブ１０５は、使い捨てできるように構成されていてもよい。
　操作部１１１は、ユーザによって把持される部分であって、内視鏡１００の操作を行うための各種の操作部材を有している。また、操作部１１１は、モータ１１２を有している。モータ１１２は、自走機構１０３の駆動力を発生する。モータ１１２が回転すると、その回転運動は、操作部１１１の内部から挿入部１０１にかけて設けられた伝達部材１１３を介して回転筐体１０４に伝達される。回転筐体１０４の回転に伴って、スパイラルチューブ１０５は回転する。このスパイラルチューブ１０５の回転により、挿入部１０１には推進力が発生する。この推進力によって挿入部１０１が自走する。挿入部１０１が自走することにより、ユーザによる挿入部１０１の挿入作業及び抜去作業が補助される。また、モータ１１２の近傍には、例えば回転式のエンコーダ１１４が設けられている。エンコーダ１１４は、モータ１１２の回転速度に応じたエンコーダ信号を出力する。エンコーダ信号は、エンコーダＡ相信号とエンコーダＢ相信号とを含む。エンコーダＡ相信号とエンコーダＢ相信号との位相は、９０度異なる。
　また、操作部１１１には、ユニバーサルケーブル１１５が接続されている。ユニバーサルケーブル１１５には、内視鏡１００と制御装置２００との間の信号の授受をするための各種の信号線が設けられている。このユニバーサルケーブル１１５は、コネクタ１１６に接続されている。前述したように、内視鏡１００と制御装置２００とはコネクタ１１６を介して接続される。
　制御装置２００は、フットスイッチ２０１と、制御回路２０２と、駆動回路２０３と、回生保護回路２０４と、電源回路２０５とを有している。
　フットスイッチ２０１は、前進ペダルと後退ペダルとを含む。前進ペダルは、使用者により踏まれることにより、モータ１１２を正転させるための操作状態信号を発する。後退ペダルは、使用者により踏まれることにより、モータ１１２を逆転させるための操作状態信号を発する。フットスイッチ２０１は、踏み込みに応じた強さの操作状態信号を発するように構成されていてもよい。
　制御回路２０２は、ＦＰＧＡ、ＣＰＵ等のハードウェアから構成される制御回路であって、駆動回路２０３、回生保護回路２０４といった制御装置２００の各部の動作を制御する。制御回路２０２は、駆動制御部２０２１と、監視部２０２２と、回生制御部２０２３とを有している。制御回路２０２は、単一のＦＰＧＡ等で構成されていてもよいし、複数のＦＰＧＡ等で構成されていてもよい。制御回路２０２の一部の機能は、ソフトウェアによって実現されてもよい。
　駆動制御部２０２１は、駆動回路２０３を制御してモータ１１２を体内負荷に応じた回転速度で駆動する。例えば、駆動制御部２０２１は、エンコーダ１１４から出力されるエンコーダ信号を取り込む。そして、駆動制御部２０２１は、エンコーダ信号から検出されるモータ１１２の実際の回転速度がフットスイッチ２０１の踏み込みに応じた回転速度と一致するように駆動回路２０３から出力される電圧の大きさを制御するためのＰＷＭデータを生成する。フットスイッチ２０１の踏み込みに応じた回転速度は、操作状態信号に応じた回転速度である。そして、駆動制御部２０２１は、駆動回路２０３によるモータ１１２の駆動を開始させるためのサーボ制御信号をオンにしてＰＷＭデータとともに駆動回路２０３に入力する。また、駆動制御部２０２１は、サーボ制御信号とエンコーダ信号とを監視部２０２２に入力する。
　監視部２０２２は、モータ１１２の動作状態を監視し、監視結果を回生制御部２０２３に入力する。ここで、モータ１１２の動作状態は、サーボ制御信号の状態と、モータ１１２の実際の回転速度とを含む。サーボ制御信号の状態は、駆動制御部２０２１によるモータの制御がされているか否かの状態を含む。監視部２０２２は、サーボ制御信号がオンであるときにはモータ１１２の制御が行われていることを検知し、サーボ制御信号がオフであるときにはモータ１１２の制御が行われていないことを検知する。また、監視部２０２２は、エンコーダ信号からモータ１１２の回転速度を検知する。
　回生制御部２０２３は、監視部２０２２の監視結果に基づいて回生保護回路２０４を制御する。詳しくは後で説明するが、回生制御部２０２３は、駆動制御部２０２１によるモータの制御が停止されたときに回生保護回路２０４による保護動作を開始させる。そして、回生制御部２０２３は、駆動制御部２０２１によるモータの制御が停止されて実際にモータ１１２が停止してから所定の設定時間の経過後に回生保護回路２０４による保護動作を終了させる。
　駆動回路２０３は、駆動制御部２０２１からのサーボ制御信号に含まれるＰＷＭデータに応じてモータ１１２に供給する電圧を生成し、生成した電圧をモータ１１２に印加する。
　回生保護回路２０４は、モータ１１２と駆動回路２０３との経路間に設けられており、モータ１１２における回生によって発生した回生電圧から制御装置２００の各部を保護するための保護動作を行う。この回生保護回路２０４は、回生抵抗２０４１と、回生抵抗切換回路２０４２とを有している。回生抵抗２０４１は、その一端がモータ１１２と駆動回路２０３とを接続する電源線に対して並列に接続され、他端が接地されている抵抗である。回生抵抗切換回路２０４２は、回生抵抗２０４１とグランド（ＧＮＤ＿Ｆ）との間に設けられており、制御回路２０２の回生制御部２０２３からの回生制御信号に従って回生抵抗２０４１とグランド（ＧＮＤ＿Ｆ）との間を短絡又は開放するスイッチである。回生保護回路２０４については後で詳しく説明する。
　電源回路２０５は、例えば交流電源を含み、この交流電源の電力を制御装置２００の各部が必要とする電力に変換する。そして、電源回路２０５は、変換した電力を制御装置２００の各部に供給する。また、電源回路２０５は、内視鏡１００のモータ１１２及びエンコーダ１１４等への電力も供給する。
　以下、回生保護回路２０４についてさらに説明する。図２は、回生保護回路の構成を説明するための図である。前述したように、回生保護回路２０４は、モータ１１２と駆動回路２０３との経路間に設けられる。図２の例では、モータ１１２と駆動回路２０３とは、モータ電源線１１２１を介して接続されている。モータ電源線１１２１は、モータ１１２のプラス（＋）端子に接続される電源線（Ｍ＋）と、モータ１１２のマイナス（－）端子に接続される電源線（Ｍ－）とを有している。駆動回路２０３が電源線Ｍ＋から電源線Ｍ－に電流を流したときにはモータ１１２は正転する。逆に、駆動回路２０３が電源線Ｍ－から電源線Ｍ＋に電流を流したときにはモータ１１２は逆転する。さらに、電源線Ｍ－にはモータリレー１１２２が設けられている。モータリレー１１２２は、サーボ制御信号がオンであるときには電源線Ｍ－を接続状態にし、サーボ制御信号がオフであるときには電源線Ｍ－を切断状態にする。電源線Ｍ－が切断状態であるとき、モータ１１２は駆動回路２０３からの電力供給のないフリー状態になる。モータ１１２がフリー状態であるとき、モータ１１２は、例えば体内からの外力を受けて自由に回転する。
　図２の例において、回生保護回路２０４の回生抵抗２０４１は、第１の電源線である電源線Ｍ＋に並列に接続された第１の回生抵抗２０４１ａと、第２の電源線である電源線Ｍ－に並列に接続された第２の回生抵抗２０４１ｂとを有する。第１の回生抵抗２０４１ａは、回生抵抗切換回路２０４２を構成する第１の回生抵抗切換回路２０４２ａを介してグランド（ＧＮＤ＿Ｆ）に接続されている。第２の回生抵抗２０４１ｂは、回生抵抗切換回路２０４２を構成する第２の回生抵抗切換回路２０４２ｂを介してグランド（ＧＮＤ＿Ｆ）に接続されている。なお、第１の回生抵抗２０４１ａと第２の回生抵抗２０４１ｂとは同一の抵抗値を有する同一の構造の抵抗であることが望ましい。
　第１の回生抵抗切換回路２０４２ａ及び第２の回生抵抗切換回路２０４２ｂは、それぞれ、制御回路２０２からの回生制御信号に従ってオン又はオフする。第１の回生抵抗切換回路２０４２ａがオンしたとき、第１の回生抵抗２０４１ａはグランドに短絡される。一方、第１の回生抵抗切換回路２０４２ａがオフしたとき、第１の回生抵抗２０４１ａは開放される。同様に、第２の回生抵抗切換回路２０４２ｂがオンしたとき、第２の回生抵抗２０４１ｂはグランドに短絡される。一方、第２の回生抵抗切換回路２０４２ｂがオフしたとき、第２の回生抵抗２０４１ｂは開放される。なお、図２の例では、第１の回生抵抗２０４１ａ及び第２の回生抵抗２０４１ｂは同時に地絡又は開放されるようになっている。勿論、第１の回生抵抗２０４１ａ及び第２の回生抵抗２０４１ｂは個別に地絡又は開放されるようになっていてもよい。
　ここで、ユニバーサルケーブル１１５の細径化等を図るために、図２に示すように、モータ電源線１１２１の近傍にエンコーダ電源線１１４１が配置される。エンコーダ電源線１１４１は、エンコーダ１１４と電源回路２０５とを接続する電源線であり、電源回路２０５で生成されたエンコーダ１１４のための電力をエンコーダ１１４に伝送する。
　以下、本実施形態における内視鏡装置１の動作を説明する。図３は、内視鏡装置１の回生処理に関するタイミングチャートである。ここで、図３に示す「操作状態信号」は、フットスイッチ２０１のオン又はオフの状態を示している。また、「サーボ制御信号」は、サーボ制御信号のオン又はオフの状態を示している。また、「ＰＷＭデータ」は、駆動回路２０３に送られるＰＷＭデータの状態を示している。また、「回生制御信号」は、回生制御信号のオン又はオフの状態を示している。また、「エンコーダＡ相」は、エンコーダＡ相信号の状態を示している。また、「エンコーダＢ相」は、エンコーダＢ相信号の状態を示している。また、「モータ出力電圧（＋）」は、電源線Ｍ＋の電圧を示している。また、「モータ出力電圧（－）」は、電源線Ｍ－の電圧を示している。
　図３に示すように、本実施形態における回生処理のシーケンスは、（１）フットスイッチ未踏み込み状態のときのシーケンス、（２）フットスイッチ踏み込み状態のときのシーケンス、（３）回生制御状態のときのシーケンスの３つに分けられている。フットスイッチ未踏み込み状態は、モータ１１２の停止中で、かつ、フットスイッチ２０１が踏み込まれていない状態である。フットスイッチ踏み込み状態は、フットスイッチ２０１が踏み込まれている間の状態である。回生制御状態は、フットスイッチ２０１が踏み込まれていた状態からフットスイッチ２０１が踏み込まれていない状態に切り換わった直後の状態である。
　フットスイッチ未踏み込み状態のときには、操作状態信号はオフである。このとき、駆動制御部２０２１は、モータ１１２の制御を行わない。すなわち、駆動制御部２０２１は、駆動回路２０３に入力するサーボ制御信号をオフにする。このとき、モータリレー１１２２も動作して電源線Ｍ－を切断状態にする。したがって、モータ１１２はフリー状態になっている。モータ１１２をフリー状態としているときには、駆動制御部２０２１は、ＰＷＭデータを駆動回路２０３に入力する必要はない。また、フットスイッチ未踏み込み状態のときには、モータ１１２が回転しないのでエンコーダ信号（Ａ相及びＢ相）もモータ１１２の回転停止時の値を示している。
　制御回路２０２の監視部２０２２は、駆動制御部２０２１からサーボ制御信号とエンコーダ信号とを取得して回生制御部２０２３に入力する。回生制御部２０２３は、サーボ制御信号がオフであることから、現在、モータ１１２の制御が行われていないことを認識し、エンコーダ信号によって示される回転速度から、現在、モータ１１２が停止していることを認識する。このとき、回生制御部２０２３は、回生制御信号をオフにする。これにより、第１の回生抵抗切換回路２０４２ａはオフして第１の回生抵抗２０４１ａは開放される。同様に、第２の回生抵抗切換回路２０４２ｂもオフして第２の回生抵抗２０４１ｂは開放される。
　フットスイッチ踏み込み状態のときには、操作状態信号はオンになる。このとき、駆動制御部２０２１は、モータ１１２の制御を行う。すなわち、駆動制御部２０２１は、エンコーダ１１４から出力されるエンコーダ信号を取り込む。そして、駆動制御部２０２１は、エンコーダ信号から検出されるモータ１１２の実際の回転速度がフットスイッチ２０１の踏み込みに応じた回転速度と一致するように駆動回路２０３から出力される電圧の大きさを制御するためのＰＷＭデータを生成する。フットスイッチ２０１の踏み込みに応じた回転速度は、操作状態信号に応じた回転速度である。そして、駆動制御部２０２１は、駆動回路２０３によるモータ１１２の駆動を開始させるためのサーボ制御信号をオンにしてＰＷＭデータとともに駆動回路２０３に入力する。
　駆動回路２０３は、駆動制御部２０２１からのＰＷＭデータに応じてモータ１１２に供給する電圧を生成し、生成した電圧をモータ１１２に印加する。これにより、モータ１１２は回転する。モータ１１２の回転により、エンコーダ信号（Ａ相及びＢ相）はモータ１１２の回転速度に応じた値を示す。
　回生制御部２０２３は、サーボ制御信号がオンであることから、現在、モータ１１２の制御が行われていることを認識する。このとき、回生制御部２０２３は、回生制御信号をオフのままにする。
　フットスイッチ踏み込み状態においてフットスイッチ２０１の踏み込みが解除されたときには、操作状態信号はオフになる。すなわち、駆動制御部２０２１は、駆動回路２０３に入力するサーボ制御信号をオフにする。このとき、モータリレー１１２２も動作して電源線Ｍ－を切断状態にする。したがって、モータ１１２はフリー状態になる。
　ここで、モータ１１２の回転中、挿入部１０１は、体内負荷に反して自走している。この状態でモータ１１２がフリーになると、モータ１１２は体内負荷の影響により、それまでの回転方向とは逆方向に回転する可能性がある。このようなモータ１１２の逆回転（回生）により、モータ１１２自体が発電機となって回生電圧が発生する。図３は、回生によってモータ１１２が逆転して電源線Ｍ－に回生電圧が発生した例を示している。このような回生電圧が駆動回路２０３等に悪影響を与える可能性がある。
　そこで、本実施形態では、フットスイッチ２０１が踏み込まれていた状態からフットスイッチ２０１が踏み込まれていない状態に切り換わった直後の状態である回生制御状態のときには、回生電圧から制御装置２００の各部を保護するための保護動作が行われる。具体的には、回生制御部２０２３は、サーボ制御信号がオンからオフに切り換わったことから、現在、モータ１１２の制御が停止されたことを認識する。このとき、回生制御部２０２３は、回生制御信号をオンにする。これにより、第１の回生抵抗切換回路２０４２ａはオンして第１の回生抵抗２０４１ａは地絡される。同様に、第２の回生抵抗切換回路２０４２ｂもオンして第２の回生抵抗２０４１ｂは地絡される。これにより、図２に示すように、回生電圧に応じた回生電流ＲＣは、回生抵抗２０４１を介してグランドに流れることになる。これにより、回生電圧が駆動回路２０３等に印加されることが防止される。なお、図２は、回生によってモータ１１２が正転したときの例を示している。この場合、回生電流ＲＣは、第２の回生抵抗２０４１ｂを介してグランドに流れる。一方、回生によってモータ１１２が逆転したときには、回生電流ＲＣは、第１の回生抵抗２０４１ａを介してグランドに流れる。
　ここで、前述したようにモータ電源線１１２１とエンコーダ電源線１１４１と近接しているので、図２のＳで示すようにしてモータ電源線１１２１とエンコーダ電源線１１４１との短絡故障が生じる可能性がある。モータ電源線１１２１とエンコーダ電源線１１４１とが短絡すると、エンコーダ電源線１１４１からモータ１１２に対して電流が流れる。このとき、回生抵抗２０４１が地絡されていると、エンコーダ電源線１１４１、モータ１１２、回生抵抗２０４１、グランドの間で閉回路が形成されるので、フットスイッチ２０１が踏み込まれていないにもかかわらずにモータ１１２が回転してしまうことになる。
　ところで、モータ１１２の回生は体内負荷の影響によって起こるものである。したがって、モータ１１２に対する体内負荷がなくなれば、モータ１１２の回転は終了する。モータ１１２の回転が終了した後であれば、回生抵抗２０４１を開放しても回生電圧が駆動回路２０３等に悪影響を与える可能性はない。
　そこで、本実施形態では、回生制御部２０２３は、回生抵抗２０４１を短絡（回生抵抗切換回路２０４２をオンに）した後、エンコーダ信号からモータ１１２が停止したか否かを判定する。そして、回生制御部２０２３は、モータ１１２が停止したと判定したときに所定の設定時間の経過があったか否かを判定し、設定時間の経過があったと判定したときに、回生抵抗切換回路２０４２をオフにすることで回生抵抗２０４１を開放する。これにより、モータ電源線１１２１とエンコーダ電源線１１４１との短絡がその後に起きても意図しないモータ１１２の回転を抑制することができる。なお、設定時間は、固定時間であってもよいし、例えば想定される負荷の大きさによって適宜に設定するようにしてもよい。負荷の大きさは、例えばモータ１１２に供給される電流の大きさから検知することができる。
　以上説明したように本実施形態によれば、モータとその駆動回路との間に回生保護回路を設けることにより、例えば体内負荷の影響によるモータの回生によって発生した回生電圧から駆動回路等の制御装置の各部を保護することができる。
　また、本実施形態では、フットスイッチ未踏み込み状態のとき又はフットスイッチ踏み込み状態のときのような回生が発生していないと考えられるタイミングでは回生保護回路による保護動作が行われない。このように、常時、回生保護回路による保護動作を行わないようにすることで、常に回生抵抗を挿入しておくよりも、モータの負荷を低く保つことができる。
　さらに、本実施形態では、回生制御状態においてモータの回生がなくなったと考えられるタイミングでは回生保護回路による保護動作を行わないようにしている。これにより、モータ電源線とエンコーダ電源線との短絡が起きても意図しないモータの回転を抑制することができる。すなわち、フットスイッチ未踏み込み状態のときには、モータ電源線とエンコーダ電源線との短絡が起きても、モータがフリー状態になっていて回生保護回路による保護動作も行われていない。つまり、回生抵抗が地絡されていないので、モータは回転しない。一方、フットスイッチ踏み込み状態のときには、モータ電源線とエンコーダ電源線との短絡が起きたときには、エンコーダ電源線からの電流によってもモータは回転する。しかしながら、この場合には、モータは駆動制御部の制御下にあるので、モータ電源線とエンコーダ電源線との短絡が起きていたとしてもモータの回転速度はフットスイッチの踏み込み量に応じた回転速度になる。
　また、本実施形態における回生保護回路は、抵抗とスイッチからなる簡易な構成である。このことは、制御装置の小型化に寄与する。さらに、Ｍ＋側の回生保護回路とＭ－側の回生保護回路とを同じ構成とすることで構成をより簡易にすることができる。
　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１０１を進退させる回転体は、スパイラルチューブ１０５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１０１を進退させる各種の挿入装置に適用可能である。

Claims (7)

  1. 　細長形状の挿入部と、
    　前記挿入部の外周面に長手軸周りに回転可能に設けられる回転筐体と、
    　前記回転筐体を回転させるモータと、
    　前記モータを駆動する駆動回路と、
    　前記モータの回生によって発生する回生電圧から前記駆動回路を保護する保護動作を行う回生保護回路と、
    　を具備する自走式内視鏡装置。
  2. 　前記モータの動作状態を監視し、
    　前記監視した結果に応じて前記回生保護回路による前記保護動作を制御する、
    　ように構成された制御回路
    　をさらに具備する請求項１に記載の自走式内視鏡装置。
  3. 　前記制御回路は、前記駆動回路による前記モータの駆動が停止されたことが検知されたときに前記回生保護回路による前記保護動作を開始させるように制御し、前記モータの停止が検知されてから所定の設定時間の経過後に前記回生保護回路による前記保護動作を終了させるように制御する請求項２に記載の自走式内視鏡装置。
  4. 　前記駆動回路は、前記回生保護回路による前記保護動作が行われている間は、前記モータをフリー状態にする請求項１に記載の自走式内視鏡装置。
  5. 　前記回生保護回路は、
    　第１の端子が前記モータと前記駆動回路との間の電源線に並列に接続され、第２の端子がグランドに接続された回生抵抗と、
    　前記回生抵抗とグランドとの間に設けられ、前記制御回路からの制御信号に応じて前記回生抵抗と前記グランドとの間を短絡又は開放する回生抵抗切換回路と、
    　を有する請求項２に記載の自走式内視鏡装置。
  6. 　前記電源線は、前記モータを正転させるための電力を供給するための第１の電源線と、
    前記モータを逆転させるための電力を供給するための第２の電源線とを有し、
    　前記回生抵抗は、第３の端子が前記第１の電源線に並列に接続され、第４の端子が前記グランドに接続された第１の回生抵抗と、第５の端子が前記第２の電源線に並列に接続され、第６の端子が前記グランドに接続された第２の回生抵抗とを有し、
    　前記回生抵抗切換回路は、前記第１の回生抵抗と前記グランドとの間を短絡又は開放する第１の回生抵抗切換回路と、前記第２の回生抵抗と前記グランドとの間を短絡又は開放する第２の回生抵抗切換回路とを有し、
    　前記第１の回生抵抗と前記第２の回生抵抗とは同一の抵抗値を有する請求項５に記載の自走式内視鏡装置。
  7. 　細長形状の挿入部と、前記挿入部の外周面に長手軸周りに回転可能に設けられる回転筐体と、前記回転筐体を回転させるモータとを有する自走式内視鏡装置の制御装置であって、
    　前記モータを駆動する駆動回路と、
    　前記モータの回生によって発生する回生電圧から前記駆動回路を保護する保護動作を行う回生保護回路と、
    　を具備する自走式内視鏡装置の制御装置。
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