WO2020049718A1

WO2020049718A1 - マニピュレータシステム

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Publication number: WO2020049718A1
Application number: PCT/JP2018/033220
Authority: WO
Inventors: 考広小室
Original assignee: オリンパス株式会社
Priority date: 2018-09-07
Filing date: 2018-09-07
Publication date: 2020-03-12
Also published as: US20210186306A1

Abstract

マニピュレータシステムは、湾曲部と、前記湾曲部を湾曲させるワイヤと、を有する長尺部と、操作者によって前記ワイヤを牽引する第一動力を発生可能に構成される操作部と、前記ワイヤを牽引するための第二動力を発生可能に構成されるモータと、前記ワイヤを牽引するための牽引動力を、前記第一動力と前記第二動力の少なくとも一方に切り替え可能に構成されるクラッチ機構と、前記操作者が前記操作部を把持する把持状態を検知する把持検知部と、前記モータおよび前記クラッチ機構を制御するよう構成される制御部と、を備え、前記制御部は、前記把持検知部から前記把持状態を取得し、取得した前記把持状態に基づいて、前記クラッチ機構を制御するための制御信号を生成し、生成した前記制御信号を前記クラッチ機構に送信する。

Description

マニピュレータシステム

　本発明は、内視鏡システム等のマニピュレータシステムに関する。

　従来、電動操作と手動操作のいずれかを選択して内視鏡の湾曲部を操作できる内視鏡システム等のマニピュレータシステムが用いられている。そのようなマニピュレータシステムでは、電動操作による内視鏡の湾曲部の自動操作や、操作者による手動操作の電動アシスト等を実施可能である。

　特許文献１には、湾曲部の操作を電動操作と手動操作とに切り替えることができるクラッチ機構を備えた内視鏡装置が記載されている。特許文献１に記載の内視鏡装置は、クラッチ機構により電動操作から手動操作に切り替えて、湾曲部への電動による駆動力の伝達を解除する際に、湾曲部の湾曲角度が大きい場合、湾曲部が急激に復帰することを防止する規制動作を一時的に行う。

特開平６－１８９８９７号公報

　しがしながら、特許文献１に記載の内視鏡装置は、検知した湾曲部の湾曲角度に基づいて、湾曲部が急激にストレート状態に復帰することを防止する規制動作を実施している。手動操作のための操作ノブ等の把持状態に関わらず、湾曲部が急激にストレート状態に復帰することを防止する規制動作が実施されると、操作者による操作ノブ等の把持状態に基づく動作とは異なる動作を湾曲部が実施し、操作者が湾曲部の動作に対して違和感を覚える場合があった。

　上記事情を踏まえ、本発明は、クラッチ機構を有するマニピュレータシステムにおいて、電動操作と手動操作とを切り替える際に、湾曲部が急激にストレート状態になろうとする動作の発生を防止するマニピュレータシステムを提供することを目的とする。

　上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
　本発明の第一の態様に係るマニピュレータシステムは、湾曲部と、前記湾曲部を湾曲させるワイヤと、を有する長尺部と、操作者によって前記ワイヤを牽引する第一動力を発生可能に構成される操作部と、前記ワイヤを牽引するための第二動力を発生可能に構成されるモータと、前記ワイヤを牽引するための牽引動力を、前記第一動力と前記第二動力の少なくとも一方に切り替え可能に構成されるクラッチ機構と、前記操作者が前記操作部を把持する把持状態を検知する把持検知部と、前記モータおよび前記クラッチ機構を制御するよう構成される制御部と、を備え、前記制御部は、前記把持検知部から前記把持状態を取得し、取得した前記把持状態に基づいて、前記クラッチ機構を制御するための制御信号を生成し、生成した前記制御信号を前記クラッチ機構に送信する。

　本発明の第二の態様によれば、第一の態様のマニピュレータシステムにおいて、前記クラッチ機構は、前記牽引動力を前記第一動力のみとする手動操作モードと、前記牽引動力を前記第二動力のみとする電動操作モードと、を備え、前記制御部からの前記制御信号に基づき、前記手動操作モードまたは前記電動操作モードに切り替えてもよい。

　本発明の第三の態様によれば、第二の態様のマニピュレータシステムにおいて、前記クラッチ機構は、前記手動操作モードから前記電動操作モードに切り替える前記制御信号の場合、前記牽引動力が前記第一動力の割合が時間とともに徐々に小さくなり、前記第二動力の割合が時間とともに徐々に大きくなるように切り替わり、前記電動操作モードから前記手動操作モードに切り替える前記制御信号の場合、前記牽引動力が前記第二動力の割合が時間とともに徐々に小さくなり、前記第一動力の割合が時間とともに徐々に大きくなるように切り替わってもよい。

　本発明の第四の態様によれば、第二の態様のマニピュレータシステムにおいて、前記制御部は、前記電動操作モードから前記手動操作モードに切り替える指示を受けた際、前記第二動力が所定の規定値より小さい場合、前記把持状態に関わらず、前記電動操作モードから前記手動操作モードに切り替えてもよい。

　本発明の第五の態様によれば、第二または第四の態様のマニピュレータシステムにおいて、前記制御部は、前記電動操作モードから前記手動操作モードに切り替える指示を受けた際、前記把持状態から検知した前記第一動力が、前記第二動力に相当する場合に、前記電動操作モードから前記手動操作モードに切り替えてもよい。

　本発明の第六の態様によれば、第五の態様のマニピュレータシステムにおいて、前記把持状態から検知した前記第一動力が、前記第二動力に相当する場合でなくとも、前記ワイヤが移動しないように固定されている場合、前記電動操作モードから前記手動操作モードに切り替えてもよい。

　本発明の第七の態様によれば、第二から第六のいずれかの態様のマニピュレータシステムにおいて、前記制御部は、前記手動操作モードで動作している際、前記把持状態から検知した前記操作部への外力が所定の規定値より小さく、前記湾曲部が所定の規定角度以上湾曲している場合、前記電動操作モードに切り替えてもよい。

　本発明の第八の態様によれば、第二の態様のマニピュレータシステムにおいて、前記ワイヤを牽引するプーリを備え、前記操作部は前記プーリを回転させる操作ノブを備え、前記電動操作モードにおいて、前記操作ノブは前記第二動力により前記プーリとともに回転してもよい。

　本発明の第九の態様によれば、第八の態様のマニピュレータシステムにおいて、前記制御部は、前記電動操作モードから前記手動操作モードに切り替える指示を受けた際、前記操作ノブの回転角度が所定の規定値より小さい場合、前記把持状態に関わらず、前記電動操作モードから前記手動操作モードに切り替えてもよい。

　本発明の第十の態様によれば、第八または第九の態様のマニピュレータシステムにおいて、前記制御部は、前記電動操作モードから前記手動操作モードに切り替える指示を受けた際、前記操作ノブに加えられる回転トルクが、前記操作ノブの回転角度に相当する場合に、前記電動操作モードから前記手動操作モードに切り替えてもよい。

　本発明の第十一の態様によれば、第十の態様のマニピュレータシステムにおいて、前記操作ノブに加えられる回転トルクが、前記操作ノブの回転角度に相当する場合でなくとも、前記ワイヤが移動しないように固定されている場合、前記電動操作モードから前記手動操作モードに切り替えてもよい。

　本発明の第十二の態様によれば、第八から第十一のいずれかの態様のマニピュレータシステムにおいて、記制御部は、前記手動操作モードで動作している際、前記把持状態から検知した前記操作ノブへの外力が所定の規定値より小さく、前記操作ノブの回転角度が所定の規定角度以上である場合、前記電動操作モードに切り替えてもよい。

　本発明のマニピュレータシステムは、クラッチ機構により電動操作と手動操作とを切り替える際に、湾曲部が急激にストレート状態（直線状態）に近づく動作の発生を防止することが可能である。

本発明の第一実施形態に係る内視鏡システムの全体構成を示す図である。同内視鏡システムの湾曲部の断面図である。同内視鏡システムの挿入部と操作部とコントローラと示す模式図である。同内視鏡システムの制御部の構成図である。同内視鏡システムにおいて、操作モードを電動操作モードから手動操作モードに切り替える際における制御部の制御に関するフローチャートである。同内視鏡システムにおいて、手動操作モードにおける制御部の制御に関するフローチャートである。図５に示す制御部の制御の変形例に関するフローチャートである。本発明の第二実施形態に係る内視鏡システムの挿入部と操作部とコントローラと示す模式図である。同内視鏡システムにおいて、操作モードを電動操作モードから手動操作モードに切り替える際における制御部の制御に関するフローチャートである。

（第一実施形態）
　本発明の第一実施形態について、図１から図６を参照して説明する。
　図１は、本実施形態に係る内視鏡システム１００の全体構成を示す図である。

　内視鏡システム（マニピュレータシステム）１００は、図１に示すよう、挿入部２と、操作部３と、ユニバーサルケーブル４と、本体８と、を備えている。

　挿入部（長尺部）２は、観察対象部位へ挿入される細長な長尺部材である。挿入部２は先端側から順に、先端部５と、湾曲部６と、可撓管部７と、を連設している。

　先端部５は、ライトガイドを備える照明光学系（不図示）と、撮像装置を備える撮像部（不図示）を内蔵している。湾曲部６は、上下もしくは左右の二方向に湾曲自在に構成されている。可撓管部７は、長尺で可撓性を有する管状部材である。

　図２は、湾曲部６の断面図である。
　湾曲部６には、湾曲部６を湾曲させる二本のワイヤ（１５ａ，１５ｂ）、撮像部に接続される撮像ケーブル１６、処置具チャンネルチューブ１７、２本のライトガイドファイバー束１８、送気送水用チューブ１９等が挿入部２の長手軸２ａに沿って挿通されている。

　ワイヤ（１５ａ，１５ｂ）は、上下もしくは左右の湾曲方向に対応して二本設けられている。二本のワイヤ（１５ａ，１５ｂ）の先端は、先端部５に固定されている。二本のワイヤ（１５ａ，１５ｂ）は、挿入部２の長手軸２ａに沿って、先端部５と、湾曲部６、可撓管部７の内部を挿通して、可撓管部７の基端側に設けられた操作部３内に延出されている。

　操作部３は、操作ノブ（操作入力部）１０、各種スイッチ１１、送気送水ボタン１２、吸引ボタン１３、処置具挿入口１４等が外周部に設けられている。各種スイッチ１１は、操作モード切替ボタン１１ａ等である。また、操作部３には、操作ノブ１０をロックするためのアングルロック２０が設けられている。

　なお、湾曲部６は、上下左右の四方向に湾曲自在な構成であってもよい。この場合、ワイヤ１５は上下左右の湾曲方向に対応して四本設けられ、操作ノブ１０は、例えば上下湾曲用ノブと左右湾曲用ノブとを有して構成される。

　図３は、挿入部２と操作部３と本体８と示す模式図である。
　操作部３は、内部に湾曲部６を操作する湾曲操作部３０を有している。湾曲操作部３０は、ワイヤ牽引部３１と、電動駆動部３２と、クラッチ機構３３と、把持検知部３４と、を有する。

　ワイヤ牽引部３１は、可撓管部７から延出されるワイヤ（１５ａ，１５ｂ）を牽引する。ワイヤ牽引部３１は、ワイヤ（１５ａ，１５ｂ）を牽引するプーリ３１ａと、プーリ３１ａを回転可能に支持する第一軸部材３１ｂと、プーリ３１ａの回転角度を検知するポテンショメータ３１ｃと、を有している。
　以降の説明において、挿入部２の長手軸方向をＺ軸方向、第一軸部材３１ｂの軸方向をＹ軸方向、Ｚ軸方向とＹ軸方向とに垂直な方向をＸ軸方向とも称す。

　プーリ３１ａは、第一軸部材３１ｂを中心軸として回転する円盤部材である。プーリ３１ａは回転することで外周に基端が取り付けられたワイヤ（１５ａ，１５ｂ）のいずれか一方を牽引する。なお、二本のワイヤ（１５ａ，１５ｂ）の基端が接続されて形成された一本のワイヤが、プーリ３１ａの外周に掛けられていてもよい。以降の説明において、プーリ３１ａから二本のワイヤ（１５ａ，１５ｂ）の基端までの距離が同じであるプーリ３１ａの状態を、プーリ３１ａの「初期状態」と称する。

　第一軸部材３１ｂは、プーリ３１ａの回転軸Ｏである棒状部材である。一方の端部は、操作ノブ１０に接続されている。他方の端部は、プーリ３１ａを貫通してクラッチ機構３３に接続されている。

　ポテンショメータ３１ｃは、プーリ３１ａの回転角度を検知する。初期状態であるプーリ３１ａの回転角度を「ゼロ」と定義する。ポテンショメータ３１ｃは、角度検知可能な公知のポテンショメータから適宜選択したものである。検知した回転角度は、本体８に出力される。

　操作ノブ（操作入力部）１０は、操作者がプーリ３１ａを回転させてワイヤ（１５ａ，１５ｂ）を牽引する動力（第一動力）を入力する入力部である。操作ノブ１０は第一軸部材３１ｂに接続されており、第一動力は第一軸部材３１ｂを経由してプーリ３１ａに伝達される。操作者は、操作ノブ１０をＺ軸中心に回転させることにより、第一軸部材３１ｂおよびプーリ３１ａを回転させることができる。

　操作ノブ（操作入力部）１０は、操作者からの操作入力がない場合、プーリ３１ａが初期位置に戻るように付勢されている。そのため、操作者が、操作ノブ１０から手を離すと、プーリ３１ａが初期位置に戻り、湾曲部６は湾曲していない「ストレート状態」となる。

　電動駆動部３２は、プーリ３１ａを回転させてワイヤ（１５ａ，１５ｂ）を牽引する動力（第二動力）を電力により発生させる。電動駆動部３２は、モータ３２ａと、モータａの回転軸に接続された第一ギア３２ｂと、第一ギア３２ｂと噛合する第二ギア３２ｃと、第二ギア３２ｃの回転軸である第二軸部材３２ｄと、を有している。第二軸部材３２ｄは、クラッチ機構３３に接続されている。

　クラッチ機構３３は、第二動力を第一軸部材３１ｂに伝達するか否かを切り替えるクラッチを有する。クラッチ機構３３は、第一軸部材３１ｂと第二軸部材３２ｄとの接続の有無を切り替える。クラッチ機構３３のクラッチの切替は、電磁式であってもよく、機械式であってもよい。

　クラッチ機構３３により第一軸部材３１ｂと第二軸部材３２ｄとの接続が切り離されている場合（クラッチが切られている場合）、第二動力を第一軸部材３１ｂに伝達することができない。第一軸部材３１ｂは第一動力によってのみ回転する。すなわち、ワイヤ（１５ａ，１５ｂ）は、操作者の手動操作のみによって牽引される。この操作モードを「手動操作モード」を称す。

　クラッチ機構３３により第一軸部材３１ｂと第二軸部材３２ｄとの接続がつながっている場合（クラッチがつながっている場合）、第二動力を第一軸部材３１ｂに伝達することができる。第一軸部材３１ｂは第二動力によって回転する。すなわち、ワイヤ（１５ａ，１５ｂ）は、電動駆動部３２の電動操作によって牽引される。この操作モードを「電動操作モード」を称す。第一軸部材３１ｂと操作ノブ１０とは接続されたままであるため、第二動力によって第一軸部材３１ｂが回転すると操作ノブ１０も回転する。

　クラッチ機構３３のクラッチの切替や、電動駆動部３２のモータ３２ａの駆動は、手動操作モードや電動操作モードといった操作モードに基づいて、本体８によって制御される。

　把持検知部３４は、操作者の手によって前記操作ノブを把持している把持状態を検知する。把持検知部３４は、公知の３軸トルクセンサから適宜選択したものである。把持検知部３４は、操作者による操作ノブ１０に入力されるＺ軸を中心として回転トルクを検知する。また、把持検知部３４は、操作者による操作ノブ１０に入力されるＺ軸方向の力も検知することができる。検知したこれらの把持状態は、本体８に出力される。

　ユニバーサルケーブル４は、操作部３の側部より延出している。ユニバーサルケーブル４の端部には本体８が接続されている。

　本体８は、操作部３の湾曲操作部３０を制御する制御部９を有している。
　図４は、制御部９の構成図である。制御部９は、プロセッサ９０と、プログラムを読み込み可能なメモリ９１と、プログラムおよびデータを記憶可能な記憶部９２と、入出力制御部９３と、を有するプログラム実行可能な処理装置（コンピュータ）である。制御部９の機能は、制御部９に提供されたプログラムをプロセッサ９０が実行することにより実現される。

　プロセッサ９０は、入出力制御部９３を経由して、アングルロック２０や、操作モード切替ボタン１１ａ等の操作部３に設けられたボタンの入力状態を取得することができる。また、プロセッサ９０は、入出力制御部９３を経由して、把持検知部３４が検知した把持状態を取得する。また、プロセッサ９０は、入出力制御部９３を経由して、電動駆動部３２およびクラッチ機構３３を制御することができる。

　上述したプログラムは、例えばＣＤ－ＲＯＭやフラッシュメモリのような「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」により提供されてもよい。また、上述したプログラムは、このプログラムが保存された記憶装置等を有するコンピュータから、伝送媒体を介して、あるいは伝送媒体中の伝送波により内視鏡システム１００に伝送されてもよい。プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように、情報を伝送する機能を有する媒体である。さらに、上述したプログラムは、制御部９の機能を制御部９に既に記録されているプログラムとの組合せで実現できる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

　また、本体８は、図示しない表示部を有している。表示部はＬＥＤやディスプレイパネル等である。表示部は、制御部９の制御により、操作者に対する警告メッセージ等を表示することができる。

　上記のように構成された内視鏡システム１００の使用時の動作について、図５から図６に示すフローチャートを参照して説明する。

［電動操作モードから手動操作モードへの切り替え動作］
　図５は、操作モードを電動操作モードから手動操作モードに切り替える際における制御部９の制御に関するフローチャートである。図５に示すように、制御部９の動作モードが電動操作モードに変更されると、制御部９は電動操作モードの制御を開始する（ステップＳ１０）。次に、制御部９はステップＳ１１を実行する。

　ステップＳ１１において、操作モードが電動操作モードでない場合、制御部９は、クラッチ機構３３を制御して、第一軸部材３１ｂと第二軸部材３２ｄとを接続する（クラッチをつなげる）。また、制御部９は、電動駆動部３２のモータ３２ａを駆動し、湾曲部６を電動により制御する。所定の期間経過後、制御部９は、次にステップＳ１２を実行する。

　ステップＳ１２において、制御部９は、操作モード切替ボタン１１ａの押下の有無を検知する。操作モード切替ボタン１１ａの押下を検知した場合、操作者は操作モードを電動操作モードから手動操作モードへと変更することと意図している。この場合、制御部９は次にステップＳ１３を実行する。一方、操作モード切替ボタン１１ａの押下を検知しない場合、制御部９は次にステップＳ１１を再度実行する。

　ステップＳ１３において、制御部９は、ポテンショメータ３１ｃからプーリ３１ａおよび操作ノブ１０の回転角度を取得する。制御部９は、電動操作により回転したプーリ３１ａおよび操作ノブ１０の回転角度を正確に取得することができる。制御部９は次にステップＳ１４を実行する。

　ステップＳ１４において、制御部９は、ステップＳ１３において検知した操作ノブ１０の回転角度が、所定の規定値（例えば、９０度）以上であるかを判定する。すなわち、操作ノブ１０を回転させる第二動力が所定の規定値以上であるかを判定する。回転角度が所定の規定値以上である場合、制御部９は次にステップＳ１５を実行する。回転角度が所定の規定値以上でない場合、クラッチ機構３３のクラッチを切って第二動力の伝達を解除した場合であっても、解除直後に湾曲部６が急激にストレート状態に近づく動作を行わないと制御部９は判断する。この場合、制御部９は次にステップＳ１７を実施して、操作モードを手動操作モードに切り替える。

　ステップＳ１５において、制御部９は、把持検知部３４から出力される把持状態の一部である回転トルクを取得する。次に、制御部９は次にステップＳ１６を実行する。

　ステップＳ１６において、制御部９は、操作者によって操作ノブ１０に入力される回転トルクが、ステップＳ１３で取得した操作ノブ１０の回転角度に相当するものかを判定する。すなわち、把持状態から検知した第一動力の大きさや向きが、第二動力の大きさや向きに相当するものかを判定する。回転トルクが操作ノブ１０の回転角度に相当するものである場合、クラッチ機構３３のクラッチを切って第二動力の伝達を解除した場合であっても、解除直後に湾曲部６が急激にストレート状態になろうとする動作を行わないと制御部９は判断する。この場合、制御部９は次にステップＳ１７を実施して、操作モードを手動操作モードに切り替える。

　一方、回転トルクが操作ノブ１０の回転角度に相当するものでない場合、クラッチ機構３３のクラッチを切って第二動力の伝達を解除した場合、解除直後に湾曲部６が急激にストレート状態になろうとする動作を行うと制御部９は判断する。この場合、制御部９は操作モードを手動操作モードに切り替えない。制御部９は次にステップＳ１９を実施する。

　操作ノブ１０に入力される回転トルクと、操作ノブ１０の回転角度と、の対応関係は、設計情報に基づく計算によって求めてもよいし、事前の実験結果から求めてもよい。
　なお、操作ノブ１０に入力される回転トルクと、操作ノブ１０の回転角度と、の対応関係は、ノブやワイヤの誤差やあそび等を考慮したうえで、一定の範囲を用いて対応付けを行うことが望ましい。

　ステップＳ１９において、制御部９は、表示部に対して、「操作モードを手動操作モードに切り替えることができない」旨のメッセージ等を表示する。表示部がＬＥＤの場合は、制御部９はＬＥＤを点灯させる。制御部９は次にステップＳ１１を再度実施する。操作者は、操作ノブ１０に入力する回転トルクを調整したうえで、操作モード切替ボタン１１ａを押下し、操作モードを手動操作モードへ切り替えることを再度試みる。

　ステップＳ１７において、制御部９は、クラッチ機構３３のクラッチを切って第二動力の伝達を解除し、操作モードを手動操作モードへ切り替え、制御を終了する（ステップＳ１）。

　上記のような内視鏡システム１００の制御によれば、操作モードを電動操作モードから手動操作モードへ切り替えることで、湾曲部６が急激にストレート状態になろうとする動作を発生することを防止することが可能である。

［手動操作モードにおける動作］
　次に、手動操作モードにおける内視鏡システム１００の動作に関して説明する。
　図６は、手動操作モードにおける制御部９の制御に関するフローチャートである。図６に示すように、制御部９の動作モードが電動操作モードに変更されると、制御部９は手動操作モードの制御を開始する（ステップＳ２０）。次に、制御部９はステップＳ２１を実行する。

　ステップＳ２１において、操作モードが手動操作モードでない場合、制御部９は、クラッチ機構３３を制御して、第一軸部材３１ｂと第二軸部材３２ｄとを切り離す（クラッチを切る）。操作者は操作ノブ１０を用いて湾曲部６を手動により制御する。所定の期間経過後、制御部９は、次にステップＳ２２を実行する。

　ステップＳ２２において、制御部９は、把持検知部３４から出力される把持状態の一部である回転トルクおよびＺ軸方向の力（以降、「外力」という）を取得する。次に、制御部９は次にステップＳ２３を実行する。

　ステップＳ２３において、制御部９は、操作者による操作ノブ１０に入力される外力が、所定の規定値以上であるかを判定する。外力が所定の規定値以上である場合、操作者が操作ノブ１０を把持していると制御部９は判断する。この場合、制御部９は再度ステップＳ２２を実行して、手動操作モードにおける制御を継続する。

　一方、操作者による操作ノブ１０に入力される外力が、所定の規定値以上でない場合、操作者が操作ノブ１０を把持していないと制御部９は判断する。この場合、制御部９は再度ステップＳ２１を実行する。

　ステップＳ２４において、制御部９は、ポテンショメータ３１ｃからプーリ３１ａおよび操作ノブ１０の回転角度を取得する。制御部９は、電動操作により回転したプーリ３１ａおよび操作ノブ１０の回転角度を正確に取得することができる。制御部９は次にステップＳ２５を実行する。

　ステップＳ２５において、制御部９は、ステップＳ２４において検知した操作ノブ１０の回転角度が、所定の規定値（例えば、９０度）以上であるかを判定する。回転角度が、所定の規定値以上でない場合、操作者が操作ノブ１０を把持していない場合であっても、湾曲部６が急激にストレート状態に近づく動作を行わないと制御部９は判断する。この場合、制御部９は再度ステップＳ２１を実行して、手動操作モードにおける制御を継続する。

　一方、回転角度が所定の規定値以上である場合、操作者が操作ノブ１０を把持していないことにより、湾曲部６が急激にストレート状態に近づく動作を行うと制御部９は判断する。制御部９は次にステップＳ２６を実行する。

　ステップＳ２６において、制御部９は、クラッチ機構３３のクラッチをつなげて第二動力の伝達を開始し、操作モードを電動操作モードへ切り替え、制御を終了する（ステップＳ２）。伝送操作モードに切り替えられた場合、制御部９は、プーリ３１ａの回転角度が変更されないようにモータ３２ａを駆動する。この制御により、湾曲部６の湾曲姿勢は維持される。

　上記のような内視鏡システム１００の制御によれば、操作モードが手動操作モードの場合に、操作者が操作ノブ１０から手を離した場合であっても、操作モードを電動操作モードに切り替え、湾曲部６が急激にストレート状態になろうとする動作の発生を防止する。

　以上、本発明の第一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。また、上述の第一実施形態および以下で示す変形例において示した構成要素は適宜に組み合わせて構成することが可能である。

（変形例１）
　例えば、上記実施形態では、マニピュレータシステムが内視鏡システム１００であったが、マニピュレータシステムの態様はこれに限定されない。マニピュレータシステムは先端に処置具を搭載したロボットアームで、クラッチ機構により電動操作と手動操作とを切り替えることが可能なものであってもよい。

（変形例２）
　例えば、上記実施形態では、ワイヤ牽引部３１はプーリ３１ａによりワイヤを牽引していたが、ワイヤ牽引部の態様はこれに限定されない。ワイヤ牽引部は、リンク構造によりワイヤを牽引してもよい。この場合、操作入力部は、リンク構造を操作可能なレバー等であってもよい。
（変形例３）
　例えば、上記実施形態では、制御部９はポテンショメータ３１ｃによりプーリ３１ａおよび操作ノブ１０の回転角度を取得していたが、回転角度所得の態様はこれに限定されない。制御部９はポテンショメータ３１ｃに限らずエンコーダ等から回転角度を取得してもよい。
（変形例４）
　例えば、上記実施形態では、制御部９は３軸トルクセンサにより操作ノブ１０の把持状態を検知していたが、把持検知の態様はこれに限定されない。制御部９は３軸トルクセンサに限らず、３個のひずみセンサ等から把持状態を検知してもよい。

（変形例５）
　例えば、上記実施形態では、制御部９は、ステップＳ１６において、回転トルクが操作ノブ１０の回転角度に相当するものでない場合、操作モードを手動操作モードに切り替えなかった。しかしながら、制御部による電動操作モードから手動操作モードへの切り替え動作態様はこれに限定されない。図７は、操作モードを電動操作モードから手動操作モードに切り替える際における制御部９の制御の変形例に関するフローチャートである。制御部９は、ステップＳ１６において、回転トルクが操作ノブ１０の回転角度に相当するものでない場合、次にステップＳ１８を実施する。ステップＳ１８において、制御部９は、アングルロック２０の押下の有無を検知する。アングルロック２０の押下を検知した場合、プーリ３１ａは回転しないように機械的に固定され、ワイヤ１５は移動しない（アングルロック）。この場合、制御部９は、クラッチ機構３３のクラッチを切って第二動力の伝達を解除した場合であっても、解除直後に湾曲部６が急激にストレート状態になろうとする動作を防止すべきと制御部９は判断する。この場合、制御部９は次にステップＳ１７を実施して、操作モードを手動操作モードに切り替える。

（第二実施形態）
　本発明の第二実施形態について、図８および図９を参照して説明する。以降の説明において、既に説明したものと共通する構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。第二実施形態に係る内視鏡システム１００Ｂは、第一実施形態に係る内視鏡システム１００と比較して、本体８の機能構成等が異なる。

　図８は、内視鏡システム１００Ｂの挿入部２と操作部３と本体８Ｂと示す模式図である。
　内視鏡システム１００Ｂは、挿入部２と、操作部３と、ユニバーサルケーブル４と、本体８Ｂと、を備えている。

　本体８Ｂは、制御部９と、電流センサ９Ｂと、を有している。電流センサ９Ｂはモータ３２ａに流れる電流を検知し、その電流からモータ３２ａの出力である回転トルクを検知することができる。

　上記のように構成された内視鏡システム１００Ｂの使用時の動作について、図９に示すフローチャートを参照して説明する。

［電動操作モードから手動操作モードへの切り替え動作］
　図９は、操作モードを電動操作モードから手動操作モードに切り替える際における制御部９の制御に関するフローチャートである。図５に示すように、制御部９の動作モードが電動操作モードに変更されると、制御部９は電動操作モードの制御を開始する（ステップＳ３０）。次に、制御部９はステップＳ３１を実行する。

　　ステップＳ３１において、操作モードが電動操作モードでない場合、制御部９は、クラッチ機構３３を制御して、第一軸部材３１ｂと第二軸部材３２ｄとを接続する（クラッチをつなげる）。また、制御部９は、電動駆動部３２のモータ３２ａを駆動し、湾曲部６を電動により制御する。所定の期間経過後、制御部９は、次にステップＳ３２を実行する。

　ステップＳ３２において、制御部９は、操作モード切替ボタン１１ａの押下の有無を検知する。操作モード切替ボタン１１ａの押下を検知した場合、操作者は操作モードを電動操作モードから手動操作モードへと変更することと意図している。この場合、制御部９は次にステップＳ３３を実行する。一方、操作モード切替ボタン１１ａの押下を検知しない場合、制御部９は次にステップＳ３１を再度実行する。

　ステップＳ３３において、制御部９は、ポテンショメータ３１ｃからプーリ３１ａおよび操作ノブ１０の回転角度を取得する。制御部９は、電動操作により回転したプーリ３１ａおよび操作ノブ１０の回転角度を正確に取得することができる。制御部９は次にステップＳ３４を実行する。

　ステップＳ３４において、制御部９は、ステップＳ３３において検知した操作ノブ１０の回転角度が、所定の規定値（例えば、９０度）以上であるかを判定する。回転角度が、所定の規定値以上である場合、制御部９は次にステップＳ３５を実行する。回転角度が、所定の規定値以上でない場合、クラッチ機構３３のクラッチを切って第二動力の伝達を解除した場合であっても、解除直後に湾曲部が急激にストレート状態に近づく動作を行わないと制御部９は判断する。この場合、制御部９は次にステップＳ３６を実施して、操作モードを手動操作モードに切り替える。

　ステップＳ３５において、制御部９はモータ３２ａの出力である回転トルクを検知する。制御部９は検知した回転トルクが小さくなりように、モータ３２ａに流れる電流を小さくする。電動駆動部３２によるプーリ３１ａを回転させる動力（第二動力）が小さくなることで、プーリ３１ａの回転角度は小さくなり、プーリ３１ａは初期状態に近づく。制御部９は次にステップＳ３３を再度実行する。

　制御部９がステップＳ３３からステップＳ３５を繰り返すことで、操作ノブ１０の回転角度は徐々に小さくなり、プーリ３１ａは徐々に初期状態に近づく。その結果、制御部９は、ステップＳ３４においてステップＳ３６に分岐し、操作モードを手動操作モードに切り替える。

　本実施形態の内視鏡システム１００Ｂによれば、操作モードを電動操作モードから手動操作モードへ切り替えることで、湾曲部６が急激にストレート状態になろうとする動作を発生することを防止する。内視鏡システム１００Ｂは、湾曲している湾曲部６を除々にストレート状態に戻してから、手動操作モードに移行することができる。

　以上、本発明の第二実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。また、上述の実施形態および変形例において示した構成要素は適宜に組み合わせて構成することが可能である。

　本発明は、電動操作と手動操作のいずれかを選択して内視鏡の湾曲部を操作できる内視鏡システムに適用することができる。

１００，１００Ｂ　内視鏡システム
２　　　挿入部（長尺部）
３　　　操作部
４　　　ユニバーサルケーブル
５　　　先端部
６　　　湾曲部
７　　　可撓管部
８，８Ｂ　本体
９　　　制御部
９Ｂ　　電流センサ
１０　　操作ノブ（操作部）
２０　アングルロック
１１ａ　操作モード切替ボタン
１５ａ　ワイヤ
１５ｂ　ワイヤ
３０　　湾曲操作部
３１　　ワイヤ牽引部
３１ａ　プーリ
３１ｂ　第一軸部材
３１ｃ　ポテンショメータ
３２　　電動駆動部（モータ）
３２ａ　モータ
３２ｂ　第一ギア
３２ｃ　第二ギア
３２ｄ　第二軸部材
３３　　クラッチ機構
３４　　把持検知部（センサ）

Claims

　湾曲部と、前記湾曲部を湾曲させるワイヤと、を有する長尺部と、
　操作者によって前記ワイヤを牽引する第一動力を発生可能に構成される操作部と、
　前記ワイヤを牽引するための第二動力を発生可能に構成されるモータと、
　前記ワイヤを牽引するための牽引動力を、前記第一動力と前記第二動力の少なくとも一方に切り替え可能に構成されるクラッチ機構と、
　前記操作者が前記操作部を把持する把持状態を検知する把持検知部と、
　前記モータおよび前記クラッチ機構を制御するよう構成される制御部と、
を備え、
　前記制御部は、
　　前記把持検知部から前記把持状態を取得し、
　　取得した前記把持状態に基づいて、前記クラッチ機構を制御するための制御信号を生成し、
　　生成した前記制御信号を前記クラッチ機構に送信する、
　マニピュレータシステム。
　前記クラッチ機構は、
　　前記牽引動力を前記第一動力のみとする手動操作モードと、
　　前記牽引動力を前記第二動力のみとする電動操作モードと、
を備え、
　前記制御部からの前記制御信号に基づき、前記手動操作モードまたは前記電動操作モードに切り替える、
　請求項１に記載のマニピュレータシステム。
　前記クラッチ機構は、
　　前記手動操作モードから前記電動操作モードに切り替える前記制御信号の場合、前記牽引動力が前記第一動力の割合が時間とともに徐々に小さくなり、前記第二動力の割合が時間とともに徐々に大きくなるように切り替わり、
　　前記電動操作モードから前記手動操作モードに切り替える前記制御信号の場合、前記牽引動力が前記第二動力の割合が時間とともに徐々に小さくなり、前記第一動力の割合が時間とともに徐々に大きくなるように切り替わる、
　請求項２に記載のマニピュレータシステム。
　前記制御部は、前記電動操作モードから前記手動操作モードに切り替える指示を受けた際、前記第二動力が所定の規定値より小さい場合、前記把持状態に関わらず、前記電動操作モードから前記手動操作モードに切り替える、
　請求項２に記載のマニピュレータシステム。
　前記制御部は、前記電動操作モードから前記手動操作モードに切り替える指示を受けた際、前記把持状態から検知した前記第一動力が、前記第二動力に相当する場合に、前記電動操作モードから前記手動操作モードに切り替える、
　請求項２に記載のマニピュレータシステム。
　前記把持状態から検知した前記第一動力が、前記第二動力に相当する場合でなくとも、前記ワイヤが移動しないように固定されている場合、前記電動操作モードから前記手動操作モードに切り替える、
　請求項５に記載のマニピュレータシステム。
　前記制御部は、前記手動操作モードで動作している際、前記把持状態から検知した前記操作部への外力が所定の規定値より小さく、前記湾曲部が所定の規定角度以上湾曲している場合、前記電動操作モードに切り替える、
　請求項２に記載のマニピュレータシステム。
　前記ワイヤを牽引するプーリを備え、
　前記操作部は前記プーリを回転させる操作ノブを備え、
　前記電動操作モードにおいて、前記操作ノブは前記第二動力により前記プーリとともに回転する、
　請求項２に記載のマニピュレータシステム。
　前記制御部は、前記電動操作モードから前記手動操作モードに切り替える指示を受けた際、前記操作ノブの回転角度が所定の規定値より小さい場合、前記把持状態に関わらず、前記電動操作モードから前記手動操作モードに切り替える、
　請求項８に記載のマニピュレータシステム。
　前記制御部は、前記電動操作モードから前記手動操作モードに切り替える指示を受けた際、前記操作ノブに加えられる回転トルクが、前記操作ノブの回転角度に相当する場合に、前記電動操作モードから前記手動操作モードに切り替える、
　請求項８に記載のマニピュレータシステム。
　前記操作ノブに加えられる回転トルクが、前記操作ノブの回転角度に相当する場合でなくとも、前記ワイヤが移動しないように固定されている場合、前記電動操作モードから前記手動操作モードに切り替える、
　請求項１０に記載のマニピュレータシステム。
　前記制御部は、前記手動操作モードで動作している際、前記把持状態から検知した前記操作ノブへの外力が所定の規定値より小さく、前記操作ノブの回転角度が所定の規定角度以上である場合、前記電動操作モードに切り替える、
　請求項８に記載のマニピュレータシステム。