WO2007080953A1 - 電動湾曲内視鏡 - Google Patents

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WO2007080953A1
WO2007080953A1 PCT/JP2007/050302 JP2007050302W WO2007080953A1 WO 2007080953 A1 WO2007080953 A1 WO 2007080953A1 JP 2007050302 W JP2007050302 W JP 2007050302W WO 2007080953 A1 WO2007080953 A1 WO 2007080953A1
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control
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Toshimasa Kawai
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Olympus Medical Systems Corp
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    • A61B1/005—Flexible endoscopes
    • A61B1/009—Flexible endoscopes with bending or curvature detection of the insertion part

Definitions

  • the present invention is equipped with a motorized bending endoscope in which a bending portion performs electric bending in a state corresponding to an absolute position signal by operating a bending operation instruction unit that outputs an absolute position signal. About the mirror.
  • a bending portion that bends vertically and horizontally to the left and right is provided on the tip end side, and the bending portion is operated by pulling and loosening the bending wire connected to the bending portion. Curved in the direction.
  • the bending wire is generally operated manually.
  • bending power means such as an electric motor is used.
  • motorized bending endoscope that pulls and operates.
  • the electric motor is rotated by a joystick which outputs a bending instruction signal of an absolute position, for example, a bending operation instruction means provided in the operation unit, and the pulley is rotated by the rotation of the electric motor. Rotate and connect to this pulley
  • V pull the bending wire to bend the bending portion.
  • the joystick indicates a bending position by performing a tilting operation. That is, the direction in which the joystick is tilted is the direction in which the bending portion is to be bent, and the tilting angle of the joystick is the bending angle of the bending portion.
  • the tilt angle of the joystick is 0 degrees
  • the bending portion is in a non-curved state (linear state). Therefore, the operator can easily grasp the bending state of the bending portion in the body cavity with the feeling of the finger holding the joystick.
  • the bending portion can be easily bent into a desired state with one finger. Since it is possible to operate other switches provided on the operation unit with other fingers, operability is improved. However, since the tension is always applied to the bending wire regardless of the bending state or the non-bending state,
  • the rotational state of the bending motor is monitored by an encoder, and the bending state of the bending portion is monitored by a potentiometer.
  • the driving force of the bending motor force is transmitted to the bending portion by the clutch mechanism, the bending state of the bending portion is monitored by the potentiometer.
  • the position detection of the bending portion with the potentiometer is not necessarily an accurate value, so there is a possibility that the position detection when the force clutch is connected may contain an error, which is particularly effective when the clutch is disconnected. Suitable for flexible curvature control, and there is a problem.
  • the present invention has been made in view of the above-described point, and it is possible to easily use the clutch according to the bending state according to the bending state even if the driving force transmission / disconnection state is switched to the Z driving force transmission / restoration state using the clutch mechanism.
  • Another object of the present invention is to provide a motorized bending endoscope capable of performing appropriate bending drive control in accordance with the driving force transmission state to the bending portion.
  • the electric bending endoscope comprises: a bending portion provided at an insertion portion; a bending driving means having a plurality of constituent members for causing a bending movement of the bending portion; and a drive for driving the bending driving means
  • a bending power means for outputting a force
  • a driving force transmission means for selectively transmitting the driving force from the bending power means to the bending driving means, and a driving state detecting means for detecting driving state information of the bending power means
  • Bending state detection means for detecting operation information of the bending drive means to detect bending state information of the bending portion, instruction means for outputting bending instruction information for bending the bending portion, and driving the instruction means
  • an instruction drive control means for controlling the instruction drive means based on the transmission state of the driving force of the drive force transmission means.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a motor-driven bending endoscope apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 A diagram showing the configuration of the front panel of the image processing apparatus of FIG.
  • FIG. 3 A diagram showing the configuration of the bending control unit of FIG.
  • FIG. 4 A diagram showing the configuration of the control unit of the bending control unit of FIG.
  • FIG. 6 A diagram showing a configuration of a control processing unit of the motor controller of FIG.
  • FIG. 7 A diagram showing a configuration of a servo abnormality detection unit of the motor controller of FIG.
  • FIG. 8 An explanatory diagram for explaining servo control in the motor controller of FIG.
  • FIG. 9 An explanatory view for explaining a first modification of servo control in the motor controller of FIG. 5.
  • FIG. 10 An explanatory view for explaining a modification of the configuration of the FPGA in FIG.
  • FIG. 11 An explanatory view for explaining a second modification of servo control in the motor controller of FIG. ⁇ 12] Explanation of logic element blocks constituting the FPGA block abnormality monitoring unit of FIG. 5
  • FIG. 15 A diagram for explaining the processing transition in the FPGA of FIG.
  • FIG. 16 A flowchart for explaining the processing in the FPGA of FIG.
  • FIG. 17 A flowchart for explaining the initial mode processing of FIG.
  • FIG. 18 A flowchart illustrating the maintenance mode process of FIG.
  • FIG. 19 A diagram showing the configuration of a remote control operation unit for the bending control unit at the time of clutch connection in FIG.
  • FIG. 20 is a diagram showing the configuration of a remote control operation unit for the bending control unit when the clutch is disconnected in FIG. 3
  • FIG. 21 A diagram showing the configuration of a remote control operation unit for the bending control unit at the time of clutch reconnection in FIG.
  • FIG. 22 A flowchart for explaining the calibration mode process of FIG.
  • FIG. 23 A flowchart for explaining the alignment processing of FIG.
  • FIG. 24 A first diagram for explaining the alignment processing of FIG.
  • FIG. 25 A second diagram for explaining the alignment processing of FIG.
  • FIG. 26 A third diagram for explaining the alignment processing of FIG.
  • FIG. 27 A fourth diagram illustrating the alignment processing of FIG.
  • FIG. 28 A fifth diagram illustrating the alignment processing of FIG.
  • FIG. 29 A sixth diagram illustrating the alignment process of FIG.
  • FIG. 30 A diagram for explaining also the signal control point of view of the calibration mode processing of FIG.
  • FIG. 31 is a view showing the configuration of a modification of the remote control operation unit with respect to the bending control unit at the time of clutch connection in FIG.
  • FIG. 32 A flow chart for explaining alignment processing in the configuration of FIG.
  • FIG. 33 A first diagram illustrating the signal control point of view also of the calibration mode processing in the configuration of FIG.
  • FIG. 34 A second diagram illustrating the signal control point of view in calibration mode processing in the configuration of FIG. 31.
  • FIG. 35 A third diagram illustrating the signal control point of view in the calibration mode processing in the configuration of FIG. 31.
  • FIG. 36 A fourth diagram also illustrating signal control point of view processing of calibration mode in the configuration of FIG.
  • FIG. 37 A diagram for explaining generation of tension data as an alternative to the means for detecting tension of the endoscope bending wire shown in FIG.
  • FIG. 38 A flowchart for explaining the operation mode processing of FIG.
  • FIG. 39 A timing chart explaining the operation mode processing of FIG.
  • FIG. 40 An explanatory diagram for explaining position servo control in a motor controller of an FPGA according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 41 A flowchart for explaining the calibration mode processing in the position servo control of FIG. 40.
  • FIGS. 1 to 39 relate to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a motor-driven bending endoscope apparatus
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a front panel of the image processing apparatus of FIG. 3 shows the configuration of the bending control unit of FIG. 1
  • FIG. 4 shows the configuration of the control unit of the bending control unit of FIG. 1
  • FIG. 5 shows the configuration of the logic block of the FPGA of FIG. 5 shows the configuration of the control processing unit of the motor controller shown in FIG. 5
  • FIG. 7 shows the configuration of the servo error detection unit of the motor controller shown in FIG. 5
  • FIG. 8 shows servo control in the motor controller shown in FIG. FIG.
  • FIG. 9 is an explanatory view for explaining a first modified example of servo control in the motor controller of FIG. 5, and FIG. 10 is an explanatory view for explaining a modified example of the configuration of the FPGA in FIG.
  • FIG. 11 illustrates a second modification of servo control in the motor controller of FIG.
  • FIG. 12 is an explanatory view for explaining a logic element block constituting the FPGA block abnormality monitoring unit of FIG. 5, and FIG. 13 is a first explanatory view for explaining a logic judgment block using the logic element block of FIG.
  • FIG. 14 is a second explanatory diagram for explaining the logic determination block using the logic element block of FIG. 12,
  • FIG. 15 is a diagram for explaining the processing transition in the FPGA of FIG.
  • FIG. 17 is a flowchart for explaining the processing in the FPGA of FIG. 5, FIG. 17 is a flowchart for explaining the initial mode processing of FIG. 16, FIG. 18 is a flowchart for explaining the maintenance mode processing of FIG. 20 shows the configuration of the remote control operation unit for the bending control unit, FIG. 20 shows the configuration of the remote control operation unit for the bending control unit at the time of disengaging the clutch in FIG.
  • FIG. 22 is a flowchart for explaining the calibration mode process of FIG. 16
  • FIG. 23 is a flowchart for explaining the alignment process of FIG. 22, and
  • FIG. 25 is a first diagram for explaining the alignment process
  • FIG. 25 is a second diagram for explaining the alignment process of FIG. 22
  • FIG. 26 is a third diagram for explaining the alignment process of FIG.
  • FIG. 28 is a fourth diagram for explaining the alignment process
  • FIG. 28 is a fifth diagram for explaining the alignment process of FIG. 22
  • FIG. 29 is a sixth diagram for explaining the alignment process of FIG. 31 is a diagram for explaining the calibration mode processing in terms of signal control
  • FIG. 31 is a diagram showing a configuration of a modification of the remote control operation unit for the bending control unit at the time of clutch connection in FIG. 31 is a flowchart for explaining the alignment processing
  • FIG. 33 is a first diagram for explaining the control mode processing in the configuration of FIG. 31 from the viewpoint of signal control
  • FIG. 35 is a third diagram for explaining the calibration mode processing in the configuration of FIG. 31 from a signal control viewpoint
  • FIG. 36 is a diagram for explaining the calibration mode processing in the configuration of FIG.
  • FIG. 37 illustrates the generation of tension data as an alternative to the means for detecting tension of the bending wire shown in Fig. 31.
  • Fig. 38 illustrates the operation mode of Fig. 16
  • FIG. 39 is a flow chart for explaining the process, and FIG. 39 is a timing chart for explaining the operation mode process of FIG.
  • the motorized bending endoscope apparatus 1 of the present embodiment incorporates, for example, an imaging device (not shown) in the distal end rigid portion of an endoscope insertion portion (hereinafter abbreviated as insertion portion) 9, A motorized bending endoscope (hereinafter abbreviated as an endoscope) 2 which performs a bending operation by electrically pulling a bending wire (described later) which constitutes a bending driving means by the bending portion 11 of the insertion portion 9; A remote control operation unit (hereinafter referred to as a remote control operation unit) 7 for performing a drive operation of the unit 11 and an image processing for generating an image signal transmitted through the universal cable 12 into a video signal.
  • a remote control operation unit hereinafter referred to as a remote control operation unit 7 for performing a drive operation of the unit 11 and an image processing for generating an image signal transmitted through the universal cable 12 into a video signal.
  • a signal is output and a display device for displaying an endoscope image is mainly configured by a monitor 6 and an air supply / water supply channel and a pump unit 14 for performing suction.
  • the light source device 3, the image processing device 4 and the pump unit 14 are mounted on the cart 15, and the pump unit 14 is provided with a flow control force set 14 a having a flow adjustment mechanism for air supply, water supply conduit and suction. It is installed detachably. Also, from the cart 15, an endoscope fixing arm 13 for holding and fixing the endoscope 2 is provided, and the proximal end grasping portion 10 of the endoscope 2 is attached to and removed from the tip of the endoscope fixing arm 13. It is designed to be held and fixed freely.
  • a forceps plug 10a to which a suction tube from the flow control cassette 14a can be connected is disposed, and a universal cable 12 and a flow control force set 14a
  • the pneumatic water supply tube is connected.
  • An air / water feeding tube or the like and a suction tube are connected to, for example, a gas feeding line, a water feeding line, and a suction line (not shown) in the insertion portion 9.
  • a bending control portion 10b which controls a motor or the like for driving the bending portion 11 by electric bending
  • the remote control operation portion 7 is the bending control portion. Connection is made via 10b and cable 7a.
  • the remote control unit 7 can also be connected to the image processing apparatus 4 via the cable 7a, and can be connected to the bending control unit 10b via the universal cable 12.
  • the remote control operation unit 7 is an operation input device for performing an electric bending operation of a bending portion 11 described later, and for example, a joystick 701 as an instruction means and an operation input switch for air supply, water supply and suction although not shown.
  • the image processing apparatus 4 is equipped with a scope switch consisting of a remote switch such as freeze, release, etc.
  • the image processing device 4 can be connected to the pump unit 14, and as shown in FIG. 2, the front panel 4 a of the image processing device 4 is initialized with the power switch 20 and the motorized bending endoscope device 1. Indication of initialization completion and notification of initialization completion Initialization button 23 with LED function, Calibration LED unit 24 of notification of calibration of electric bending of bending section 11, pump Test input LED group 25 for air / water / water / suction operation input of unit 14 and testable LED 26 for notifying the state that inspection is possible with motorized bending endoscope device 1 A conduit connection display unit 27 or the like for displaying the connection state is provided.
  • the upper and lower bending wires 33 for extending the bending portion 11 by extending from the bending control portion 10b into the insertion portion 9 and the left and right bending wires (not shown) Is inserted.
  • the configuration relating to the upper and lower bending wires 33 will be described, and the configuration relating to the left and right bending wires which is the same configuration as the upper and lower bending wires 33 is not shown for simplicity. Also omitted.
  • Both ends of the bending wire 33 are connected and fixed to, for example, a chain (not shown), and the chain is jointed to a rotatable upper and lower sprocket portion 34 constituting a bending driving means. . Therefore, when the sprocket portion 34 rotates in a predetermined direction, the bending wire 33 fixed to the chain is pulled to operate so that the bending portion 11 bends in a predetermined direction. .
  • the sprocket portion 34 is disposed, for example, in the bending control portion 10 b.
  • the driving force of a bending power means such as three-phase motor power, which is a bending power means, is coupled to the plurality of gears 31 and 32 and a driving force transmission cutting and restoring means, for example, a combination of gears.
  • a clutch mechanism section 36 as a driving force transmitting means for attaching and detaching the state.
  • the bending drive means is composed of the gears 31 and 32, the bending wire 33, and the sprocket portion 34.
  • the clutch mechanism section 36 has a switching force lever 10 c (see FIG. 1) as a state switching means at a driving force transmission cutting position (hereinafter referred to as a bending free designated position) or a driving force transmission restoration position (hereinafter By switching to the angle operation indication position), it is possible to switch between the driving force transmission disconnection state in which the clutch mechanism portion 36 is in the disconnection state and the driving force transmission restoration state in which the clutch mechanism portion 36 is in the connection state. It is!
  • the switching mechanism lever 10 c is switched to mechanically operate the clutch mechanism section 36.
  • the bending motor 30 and the sprocket part 34 are reversibly removable by switching to the disconnected state or the connected state.
  • the rotation amount of the sprocket portion 34 is detected by a potentiometer 35 as a bending state detecting means.
  • Reference numeral 30a is an encoder as a drive state detection means for detecting the amount of rotation of the bending motor 30.
  • Reference numeral 38 denotes a thermistor that measures the temperature of the bending motor 30.
  • the remote control unit 7, the encoder 30a, the potentiometer 35, the clutch mechanism 36 and the thermistor 38 are connected to the control unit 37 of the bending control unit 10b.
  • the bending control unit 10 b is connected to the power connector 50 to which a power cable (not shown) via the universal cable 12 is connected and to the cable 7 a of the remote control operation unit 7.
  • a section connector 51 is provided.
  • the power supply connector 50 is connected to the control power supply unit 52 in the control unit 37 and the drive power supply unit 53.
  • the control power supply unit 52 supplies control power to each unit via the DCZDC converter 54. Also, drive power for the three-phase sine wave power generated by the drive power supply unit 53 and motor driver 55 is supplied.
  • the operation unit connector 51 is connected to an FPGA (field programmable gate array) 56 in the bending control unit 10 b.
  • the FPGA 56 is configured based on the data stored in the EEPROM 59 to construct internal cells into desired logic blocks.
  • the encoder 30 a, the potentiometer 35, the clutch mechanism 36 and the thermistor 38 are connected to the FPGA 56 and controlled by the FPGA 56. Further, the FPG A 56 supplies data for generation of three-phase sine wave power to the motor driver 55, whereby the motor driver 55 supplies three-phase sine wave power to the bending motor 30.
  • the FPGA 56 outputs a WDT-CR signal that clears the WDT (watching timer) 57 when a predetermined abnormality of a certain level or more occurs in the internal cell.
  • a reset signal is output from the WDT 5 7 to the FPGA 56 by the WDT-CR, and the FPGA 56 is reset.
  • the FPGA 56 activates the reset IC 58, performs reconfiguration with the EEPROM 59, and reconstructs the logic block of the internal cell.
  • the logic block of FPGA 56 is, as shown in FIG. 5, serial communication unit 100, serial Communication control unit 101, EEPROM controller 102, abnormal signal processing unit 103, LED controller 104, operation mode controller 105, DPRAM 106, clutch signal input unit 107, jig board input / output unit 108, RAM 109, motor controller 110, motor Drive waveform generation unit 111, 13 ⁇ 4 (left and right) motor current 78 unit 112, 110 (upper and lower) motor current 8 unit 113, potion control unit 114, thermistor control unit 115, RL encoder control unit 116, UD encoder control unit 117 And an FPGA block abnormality monitoring unit 118.
  • the motor controller 110 is configured to have respective logic blocks of a measurement processing unit 200, a control processing unit 201, a servo abnormality detection unit 202, and a servo ONZOFF control unit 203.
  • a solid line indicates the flow of normal control and data signals
  • a broken line indicates the flow of a communication error signal, with a logic block error signal and a servo error signal.
  • Serial communication unit 100 performs serial communication with remote control operation unit 7 by using, for example, LVDS, and serial communication control unit 101 controls serial communication unit 100 and communicates with motor controller 110 to communicate with motor controller 110.
  • the data received from 110 is stored in the DPRA M106.
  • EEPROM controller 102 follows the program stored in EEPROM 59.
  • the abnormality signal processing unit 103 monitors the power supply voltage abnormality and the overcurrent of the bending motor 30, and outputs the monitoring result to the operation mode controller 105.
  • the clutch signal input unit 107 receives from the clutch mechanism unit 36 a state signal indicating a power transmission disconnection state or a driving power transmission restoration state, and outputs the state signal to the operation mode controller 105.
  • the jig substrate input / output unit 108 transmits / receives data to / from a jig substrate (not shown) for performing debugging processing. Also, the LED controller 104 controls the LEDs of the jig substrate.
  • the operation mode controller 105 outputs an operation mode corresponding to the power transmission disconnection state or the driving force transmission restoration state, and the connection state with the jig substrate from the clutch mechanism section 36 to the motor controller 110.
  • the serial communication control unit 1 is included in the operation mode controller 105.
  • a communication error signal is input from 01, and a servo error signal is input from motor controller 110. The operation mode based on these error signals is
  • the motor drive waveform generation unit 111 reads sine wave data stored in the RAM 109 through the motor controller 110, generates three-phase sine wave data, and generates an RL (left and right) motor driver and UD (upper and lower)
  • the motor driver 55 outputs the three-phase sine wave data.
  • the seventh section 112 converts the U-phase current value and the V-phase current value from the RL (right and left) motor into digital signals and outputs the digital signals to the motor controller 110.
  • UD (upper and lower) motor current FZB section 113 converts U-phase current value and V-phase current value from UD (upper and lower) motor 30 into digital signals and outputs them to motor controller 110.
  • the potential control unit 114 converts position information of the potentiometer 35 connected to the RL (left and right) sprocket unit and the UD (upper and lower) sprocket unit 34 into a digital signal and outputs the digital signal to the motor controller 110.
  • Thermistor control unit 115 converts temperature data measured by the thermistor 38 provided in the RL (left and right) motor and the UD (upper and lower) motor 30 into a digital signal and outputs the digital signal to the motor controller 110.
  • the RL encoder control unit 116 and the UD encoder control unit 117 are provided in the RL (left and right) motor and the UD (upper and lower) motor 30 and output the count value of the encoder 30 a to the motor controller 110.
  • the motor controller 110 controls the RL (left and right) motor and UD (upper and lower) based on the operation mode by the measurement processing unit 200, the control processing unit 201, the servo abnormality detection unit 202 and the servo ON / OFF control unit 203. ) Servo control the motor 30.
  • the logic block abnormality signal, the servo abnormality signal, or the communication abnormality signal of each of the above logic blocks is input to the FPGA block abnormality monitoring unit 118, and the motor controller 110 receives the TRG based on these abnormality signals. While outputting the signal, WDT 57 W
  • the control processing unit 201 of the motor controller 110 is configured to include a position control block 201a, a speed control block 201b, and a torque control block 201c.
  • the servo abnormality detection unit 202 includes a position deviation abnormality determination block 202a, a rotational direction abnormality detection block 202b, an abnormal speed detection block 202c, and an overload abnormality detection block 202d. It is done.
  • the position control block 201a compares the position command value from the remote control unit 7 with the output value of the encoder 30a, and if the position deviation exceeds a predetermined value, the position deviation abnormality judgment block 202a outputs a servo abnormality signal. Output.
  • the speed control block 201 b compares the output of the position control block 201 a with the differential value of the output value of the encoder 30 a (executed by the differentiating circuit 211).
  • the rotation direction abnormality detection block 202b outputs a servo abnormality signal when an abnormality in the rotation direction is detected by the output of the position control block 201a and the differential value of the output value of the encoder 30a.
  • the abnormal speed detection block 202c outputs a servo abnormal signal when a speed abnormality is detected based on the differential value of the output value of the encoder 30a.
  • the torque control block 201 c compares the output of the speed control block 201 b with the current value of the motor driver 55 to control the motor driver 55.
  • the overload abnormality detection block 202d monitors the load state of the bending motor 30 based on the output of the speed control block 20 lb, and outputs a servo abnormality signal when it is judged as an overload state.
  • the FPGA block abnormality monitoring unit 118 If an error occurs in the position control block 201a or the speed control block 201b, the FPGA block abnormality monitoring unit 118 outputs a TRG signal to the motor controller 110 based on the logical block abnormality signal, and the switch unit 210a.
  • the control of the position control block 201a or the speed control block 201b can be omitted by controlling the switch unit 210b and the switch unit 210c.
  • servo control in the motor controller 110 is configured by, for example, two sets of a position control block 201 a, a speed control block 201 b, and a torque control block 201 c in parallel each other. It is also possible to control 210a to 210f with the TRG signal and select a normal control block to perform servo control (note that the feedback system is omitted in Fig. 9).
  • two EEPROMs 59 are prepared.
  • the FPGA 56 is reconfigured by the program optimum for the abnormal processing correspondence. Even better!
  • the position of the potentiometer 35 is determined by the output. Even if control is performed and a problem occurs in the potentiometer, the position control may be performed by the output of the potentiometer 35.
  • a logic element block 250 composed of AND, OR and a switch as shown in FIG.
  • the WDT-CR signal ⁇ generates a TRG signal by the logic judgment block 251 using a plurality of 250s.
  • the operation mode is a mode in which the electric bending operation is performed based on the operation command of the remote control operation unit 7, and the maintenance mode is a parameter setting (reading and writing), a state monitor, etc. It is a mode to perform remote control etc. by HMI mode connected to the personal computer mentioned later.
  • the mode shifts to the calibration mode, and the clutch is reconnected and the operation command value matches the scope position
  • the process returns to the mode switching process.
  • the operation mode when the operation mode is selected, the operation mode is set and the servo is turned ON, and when the end of the operation mode is instructed, the process returns to the mode switching process.
  • the abnormal stop mode is set, and the server is turned off.
  • step S1 When the power is turned on, the configuration of the FPGA 56 is executed by the EEPROM controller 102 in step S1. Subsequently, in step S2, an initial mode process (described later) is executed, and in step S3, the end of the initial mode process is awaited.
  • step S5 it is determined from the operation mode controller 105 whether or not a maintenance mode processing request has occurred. If a maintenance mode processing request has occurred, maintenance mode processing (described later) is executed in step S6, and the process returns to step S5.
  • step S7 If there is no maintenance mode processing request, it is determined in step S7 whether the operation mode controller 105 has also returned to the mode switching processing of the maintenance mode processing power. Then, when the mode switching process is restored, a calibration request is generated from the operation mode controller 105 in step S8, and the process returns to step S5.
  • step S9 determines whether the calibration request is valid or not. If the calibration request is valid, the operation mode is selected in step S10. The controller 105 executes the calibration process, and determines in step S11 whether the calibration process has ended normally. If the calibration process is not normally completed, the process returns to step S5. If the calibration process is normally completed, the calibration request is canceled in step S12 and the process returns to step S5.
  • step S13 the operation mode controller 105 determines whether or not the bending operation start command has been turned off. If it is determined that the bending operation start command is turned off, a calibration request is generated from the operation mode controller 105 in step S14, and the process returns to step S5. If it is determined that the bending operation start command is not OFF, the operation mode controller 105 determines whether or not the clutch connection is OFF at step S15. If the clutch connection is off, the process proceeds to step S14. If the clutch connection is on, the operation mode process at step S16 (described later)
  • WDT 57 starts at S21. Then, in step S22, each logic block initializes internal variables, and in step 323, 1 ⁇ (left and right) motor current? 78 unit 112, UD (upper and lower) motor current FZB unit 113, potentiometer control unit 114, and thermistor control unit 115 each start sampling of data.
  • step S24 communication is started by the serial communication unit 100 and the serial communication control unit 101 in step S24, and it is determined in step S25 whether the external hardware is normal. In the case of abnormality, abnormal stop is performed in step S26. Execute mode processing.
  • motor controller 110 determines whether the motor current offset is normal or not in step S27. If the motor current offset is abnormal, abnormal stop mode processing is performed in step S26. Run.
  • the motor controller 110 detects the rotor position of the motor 30 in step S28, and reads parameters in the DPRAM 106 in step S29.
  • motor controller 110 determines whether the parameter value read in step S30 is “0” or not, and the parameter value is “0” or not. If the value is "0”, then at step S31, the motor controller 110 writes the default value of the parameter into the DPRAM 106 and ends the processing.
  • step S41 the operation mode controller 105 determines whether a servo ON request has been generated from the jig, and the servo ON request is determined in step S42. If there is, the servo is turned on and the process returns to step S41.
  • step S41 the operation mode controller 105 determines whether or not a servo OFF request has been generated from the jig, and if there is a servo OFF request in step S44, the servo is turned off. And return to step S41.
  • step S45 the operation mode controller 105 determines whether or not the force for which the HMI mode (monitor monitoring mode of the servo state) request has been generated from the jig, and if there is an HMI mode request in step S46 The mode process is performed and the process returns to step S41.
  • step S47 operation mode controller 105 determines whether or not the first maintenance request has been generated from the jig, and if there is the first maintenance request in step S48, the sine wave output mode process is executed. It returns to step S41.
  • step S49 operation mode controller 105 determines whether or not the second maintenance request has been generated from the jig, and if there is the second maintenance request in step S50, torque control mode processing is executed. It returns to step S41.
  • step S51 operation mode controller 105 determines whether or not the third maintenance request has been issued from the jig, and in step S52, if there is a third maintenance request, speed control mode processing is executed and step is executed. Return to S41.
  • step S53 operation mode controller 105 determines whether or not the fourth maintenance request has been generated from the jig, and in step S54, if there is a fourth maintenance request, position control mode processing is executed and step is executed. Return to S41.
  • step S55 the operation mode controller 105 determines whether or not the fifth maintenance request has been issued from the jig, and executes the analog input position control mode process if the fifth maintenance request is received in step S56. Then, the process returns to step S41.
  • step S57 the operation mode controller 105 determines whether or not the sixth maintenance request has been issued from the jig, and in step S58, if there is a sixth maintenance request, the scope limit adjustment mode processing is executed and the step is executed. Return to S41.
  • step S59 operation mode controller 105 determines whether or not the seventh maintenance request has been generated from the jig, and if there is the seventh maintenance request in step S60, the lap operation mode processing is executed. It returns to step S41.
  • the lap operation mode is a predetermined bending operation, for example, RL-> UD->.
  • step S61 the operation mode controller 105 requests the eighth maintenance from the jig. If it is determined in step S62 that an eighth maintenance request is made, calibration adjustment mode processing is executed, and the process returns to step S41.
  • independent operation confirmation can be performed for each function required for the electric bending operation.
  • the remote control unit 7 is provided with a joystick 701, and the position is detected by the potentiometer 702. Further, the joystick 701 is provided with a gear 703, and the gear 705 provided on the rotation shaft of a servomotor 704 as an instruction drive unit is in agreement with the gear 703, whereby the joystick 701 is operated by the driving force of the servomotor 704. It can move. Furthermore, in the remote control operation unit 7, a drive Z communication unit 706 which detects position information of the potentiometer 702 and drives the servomotor 704 and can communicate with the control unit 37 is provided.
  • the instruction drive control means includes, for example, a potentiometer 702 and a drive Z communication unit 706 c.
  • the gear 32 and the gear 31 can be disconnected by the clutch operation of the clutch mechanism 36.
  • the bending wire 33 is in a free state, and the output value of the potentiometer 35 is in a state unrelated to the bending command value of the joystick 701.
  • the output value of the potentiometer 35 at disconnection is stored in the DPRAM 106, and the output value of the potentiometer 35 and the count value of the encoder 30a at the free state are monitored.
  • operation mode controller 105 determines whether or not the clutch connection is OFF in step S81. If the clutch connection is OFF, the servo is turned off in step S82, and the process proceeds to step S83. If the clutch connection is not OFF, the process directly proceeds to step S83. Then, in step S83, the operation mode controller 105 determines whether or not the clutch connection is ON. If the clutch connection is ON, the process proceeds to step S84. If the clutch connection is not ON, the process returns to step S81.
  • step S 84 Alignment processing (described later) is performed in step S 84, and thereafter, in step S 85, it is determined whether the operation amount and the current position are within the predetermined range, and if within the predetermined range, the process proceeds to step S 86. If not within the predetermined range, the process returns to step S81.
  • step S86 it is determined whether or not the bending operation start command is ON, and if the bending operation start instruction is ON, the servo is turned ON in step S87 and the process is ended, and the bending operation start instruction is ON! , Then return to step S81.
  • FIG. 24 schematically shows, for example, the difference between the current encoder value of the encoder 30a on the UD side immediately after the clutch connection and the output value of the potentiometer 35.
  • FIG. The output value of the potentiometer is shown in two dimensions.
  • step S94 the current output value of the potentiometer 35 is read, and the step is performed.
  • the variation A is calculated from the difference between the output value of the potentiometer 35 immediately after the disconnection and the current output value of the potentiometer 35.
  • step S 96 the drive Z communication unit 706 is controlled to drive the servomotor 704 on the side of the joystick 701 based on the change amount A. At this time, the bending portion motor 30 is not driven and is stopped.
  • step S97 the potentiometer 702 on the joystick 701 is read, and in step S98, the current count value of the encoder 30a is updated in the DPRAM 106 to a value according to the position of the potentiometer 702 on the joystick 701 side.
  • FIG. 26 schematically shows, for example, the count value of the current encoder 30a on the UD side and the output value of the potentiometer 35 after the update
  • FIG. 27 shows the count value and potentiometer of the UD and RL encoders. Two-dimensionally show the output value of.
  • the monitor 6 at the time of calibration, in addition to the image display area 6a for displaying an endoscope image, the count value of the encoder 30a and the potentiometer 35 A navigation display area 6b for displaying a navigation image for adjusting the output value and a digital display area 6c for displaying the current output value of the tension sensor 35 are displayed. Conventionally, only the digital display area 6c is displayed, and the joystick 701 is manually adjusted! /.
  • the calibration mode process will be described with reference to FIGS. 19 to 29.
  • the calibration mode process will be described from a signal control viewpoint using FIG.
  • an endoscope drive unit 750 includes a bending motor 30, gears 31, 32, an encoder 30a, a potentiometer 35, and a clutch mechanism 36.
  • the operation unit driver 751 includes a servomotor 704 and gears 703 and 705.
  • the motor controller 110 acquires current bending position data from the endoscope drive unit 750. This data is converted into the position scale of the operation unit 7 inside the control unit 37 of the controller 110.
  • the operation unit drive unit 751 in the operation unit 7 acts to move to the return data position by transferring the operation unit position scale conversion data to the operation unit 7 as the return command data. .
  • the operation unit 7 it becomes possible to cause the operation unit 7 to perform an operation to automatically coincide with the bending position.
  • the above calibration is not limited to the force performed by the output value of the potentiometer 35 of the bending portion motor 30.
  • FIG. 31 shows an embodiment in which a tension sensor for detecting the amount of tension is disposed in the bending wire portion for performing the bending of the endoscope in the configuration of FIG.
  • the arrangement configuration of the tension sensor to the wire is shown in the figure.
  • the tension state of the bending wire 33 is detected by the tension sensor 800, and the joystick 701 is moved by the driving force of the servomotor 704 based on the detected tension state of the bending wire 33 It is good even if it performs alignment processing with the position of 701!
  • step S91 when the clutch connection is confirmed in step S91, the current count value of encoder 30a is read from DPRAM 106 in step S92, and in step S100.
  • the tension data B of the bending wire 33 is read by the tension sensor 800.
  • step S 101 the drive Z communication unit 706 is controlled to drive the servomotor 704 on the side of the joystick 701 based on the tension data B. At this time, the bending portion motor 30 is not driven but is stopped.
  • step S97 the potentiometer 702 on the side of the joystick 701 is read.
  • step S98 the DPRAM 106 updates the current count value of the encoder 30a to a value corresponding to the position of the potentiometer 702 on the joystick 701 side, and the processing is ended.
  • a tension sensor 800 is provided to transfer the state of tension of the endoscope pulling wiper to the controller.
  • FIG. 34 shows a block diagram of the operation unit driver 751 of the operation unit 7.
  • Block diagram As it is expressed, it differs from the actual physical configuration. If a supplement is added, the input of the force when the operator defeats the joystick 701 is the operation value in the figure, and the operator's joystick 701 The position command value changes according to the command of. At this time, it has a mechanical impedance of the joystick 701 by having a dynamic characteristic because it is used in motor control and has a feedback loop configuration that is excellent.
  • the dynamic characteristic is a characteristic according to the commonly known panel 850 and damper 851 as shown in FIG. 35, and the position command value and operation value as shown in FIG. It is a type filter.
  • the tension data is set such that the reaction force corresponds to the command of the joystick 701. That is, the load on the endoscope pulling wire increases in accordance with the direction in which the joystick 701 is tilted.
  • the tension may be detected indirectly by detecting the current of the endoscope drive unit. This can be realized by detection with a disturbance observer, as shown in FIG. 37 showing the principle of detection of an endoscope insertion portion tension by current detection.
  • a dashed-two dotted line portion 900 is a block diagram of a motor model of an actual bending motor 30.
  • the torque command value from the motor driver in the figure is a current command, and the rotation 'positioning of the bending motor 30 is performed according to this current command.
  • the disturbance described as an input to the two-point broken line portion 900 is a disturbance load acting on the motor shaft.
  • Disturbance estimation values are arranged in parallel in the control unit 37 as shown in FIG. This is a method to estimate the disturbance that is applied to the motor axis of the information force of the reverse dynamics with respect to.
  • step S71 the servo is first turned ON, and it is determined at step S72 whether it is a torque control cycle event period. If it is a torque control cycle event, torque control arithmetic processing is executed at step S73, and the process returns to step S72. Not an event Then, proceed to step S74.
  • step S 74 it is determined whether it is a position, speed control event period, and if it is a position, speed control event, position and speed control processing is performed in step S 75, and the process returns to step S 72. If it is not a control cycle event, the process proceeds to step S76. Then, in step S76, it is determined whether or not the servo abnormality is detected force. If the servo abnormality is detected, the abnormal stop mode processing is executed in step S77. If the servo abnormality is not detected, the process returns to step S72. .
  • the position of the joystick 701 is detected by the potentiometer 702, and the joystick 701 is provided with the gear 703,
  • the gear 701 provided on the rotation shaft of the servomotor 704 and the gear 703 can be moved to move the joystick 701 by the driving force of the servomotor 704.
  • a drive Z communication unit 706 which detects the position information of the potentiometer 702 and drives the servo motor 704 and can communicate with the control unit 37 is provided.
  • the control unit 37 may be provided in the bending control unit 10b of the endoscope 2. Not limited to this, the control unit 37 may be provided in the image processing apparatus 4, or a separate controller device It may be provided inside.
  • FIG. 40 is an explanatory diagram for explaining position servo control in the motor controller of the FPGA
  • FIG. 41 is a diagram for explaining calibration mode processing in the position servo control of FIG. Is a flow chart.
  • the output of the encoder 30a and the output of the potentiometer 35 are switched by the switch section 222, and when the clutch mechanism section 36 disconnects the clutch, the output of the potentiometer 35 is filtered.
  • the scale converter 1003 converts the signal into a position signal, and the switch 222 performs position control as an absolute position signal.
  • the output of the encoder 30a is counted by the counter 1000, and position control is performed using the counted position signal as an absolute position signal via the switch unit 222.
  • the position of the potentiometer 35 is properly adjusted using the value of the potentiometer 35, and in the operation mode, the encoder 30a performs precise position control.
  • control can be performed such that the correspondence between the position of the joystick of the remote control operation unit 7 and the bending position becomes one to one.
  • the other configuration is the same as that of the first embodiment.
  • step S81 operation mode controller 105 determines whether or not the clutch connection is OFF. If the clutch connection is OFF, the servo is turned off in step S82 and the process proceeds to step S83, and if the clutch connection is not OFF. Proceed to step S83.
  • step S83 the operation mode controller 105 determines whether or not the clutch connection is ON. If the clutch connection is ON, the process proceeds to step S84. If the clutch connection is not ON, the process returns to step S81.
  • step S84 it is determined whether the operation amount and the current position are within the predetermined range, and if within the predetermined range, the process proceeds to step S85, and within the predetermined range, the process returns to step S81.
  • step S85 it is determined whether or not the bending operation start instruction is ON, and if the bending operation start instruction is ON, the process is ended, and if the bending operation start instruction is not ON, the process returns to step S81.
  • the other actions are the same as in Example 1.
  • the control unit 37 may be provided in the bending control unit 10b of the endoscope 2. Not limited to this, the control unit 37 may be provided in the image processing device 4, or a separate controller device It may be provided inside.

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Abstract

　本発明においては、リモコン操作部７には、ジョイスティック７０１が設けられ、ポテンショメータ７０２によりその位置が検知されるようになっている。また、該ジョイスティック７０１にはギア７０３が設けられ、サーボモータ７０４の回転軸に設けられたギア７０５がギア７０３と噛み合うことで、サーボモータ７０４の駆動力によりジョイスティック７０１が可動することができる。さらに、リモコン操作部７においては、ポテンショメータ７０２の位置情報を検出し、サーボモータ７０４を駆動すると共に制御部３７と通信可能な駆動／通信部７０６が設けられている。このような構成により、クラッチ機構を用いて駆動力伝達切断状態／駆動力伝達復元状態に切り換えても、容易に湾曲状態に応じたジョイスティックの位置調整を行う。

Description

明 細 書
電動湾曲内視鏡
技術分野
[0001] 本発明は、絶対位置信号を出力する湾曲動作指示部を操作することによって、湾 曲部が絶対位置信号に対応する状態に電動湾曲する電動湾曲内視鏡を具備した 電動湾曲内視鏡に関する。
背景技術
[0002] 近年、体腔内に細長の挿入部を挿入することにより、体腔内の臓器を観察したり、 必要に応じ、処置具チャンネル内に挿入した処置具を用いて、各種治療処置の行え る内視鏡が広く利用されて 、る。
[0003] この内視鏡には、一般に先端部側に上下 Z左右に湾曲する湾曲部が設けられて おり、この湾曲部に接続した湾曲ワイヤを牽引'弛緩操作することによって湾曲部を 所望の方向に湾曲させられる。
[0004] 前記湾曲ワイヤは、一般的に手動で操作されていた力 近年では、例えば日本国 特開 2003 - 245246号公報等に開示されて 、るように、電動モータ等の湾曲動力 手段を用いて牽引操作する電動湾曲内視鏡もある。
[0005] この電動湾曲内視鏡では例えば、操作部に設けた湾曲動作指示手段である例え ば絶対位置の湾曲指示信号を出力するジョイスティックによって電動モータを回転さ せ、この電動モータの回転によってプーリーを回転させ、このプーリーに連結されて
V、る湾曲ワイヤを牽引して湾曲部を湾曲させて 、た。
[0006] 前記ジョイスティックは、傾倒操作することによって湾曲位置を指示する。つまり、ジ ョィスティックを傾けた方向が湾曲部を湾曲させたい方向であり、ジョイスティックの傾 倒角度が湾曲部の湾曲角度になる。そして、ジョイスティックの傾倒角度が 0度である 直立状態のとき、前記湾曲部は非湾曲状態 (直線状態）になる。したがって、術者は ジョイスティックを保持している手指の感覚で、体腔内の湾曲部の湾曲状態を容易に 把握することができる。
[0007] この種の電動湾曲内視鏡では、指 1本で容易に湾曲部を所望の状態に湾曲動作さ せることが可能であるとともに、他の指で操作部に設けた他のスィッチ類の操作も行 えるので操作性が向上する。しかし、前記湾曲ワイヤに対して湾曲状態或いは非湾 曲状態にかかわらず常に張力が力かった状態になっているため、
( 1)張力によって湾曲ワイヤが伸びる傾向にあるので、ワイヤの伸びを防止したい
(2)挿入手技中に湾曲ワイヤに張力の力からな 、状態にして、湾曲部が外力によ つて自由に湾曲する湾曲フリー状態にしたい
(3)挿入中に、故障或いは不具合の発生したとき、湾曲フリー状態にして挿入部を 抜去したい
等の要望があるため、湾曲ワイヤにかかる張力を必要に応じて駆動力伝達切断状 態 Z駆動力伝達復元状態に切り換え可能なクラッチ機構が設けられていた。
[0008] し力しながら、上記日本国特開 2003— 245246号公報等の電動湾曲内視鏡にお いては、湾曲モータの回転状態はエンコーダによりモニタし、湾曲部の湾曲状態はポ テンショメータによりモニタして 、るが、クラッチ機構による駆動力伝達切断状態には 、ジョイスティックの位置と湾曲部の湾曲状態が連動せず、クラッチ機構により駆動力 伝達復元状態に戻した場合には、マニュアルでジョイスティックの位置をポテンショメ ータと一致させた後に、湾曲制御を再開する必要があり、このマニュアルでのジョイス ティックの位置調整が煩雑であるため、クラッチ操作を効率的かつ迅速に行うことが できな 、と!/、つた問題がある。
[0009] また、上記日本国特開 2003— 245246号公報の電動湾曲内視鏡においては、湾 曲モータの回転状態はエンコーダによりモニタし、湾曲部の湾曲状態はポテンショメ ータによりモニタしているが、クラッチ機構により湾曲モータ力もの駆動力が湾曲部に 伝達されている場合においても、湾曲部の湾曲状態をポテンショメータによりモニタし ていた。
[0010] し力しながら、ポテンショメータでの湾曲部の位置検出は必ずしも正確な値ではな いため、クラッチ切断時には特に有効である力 クラッチ接続時の位置検知には誤差 を含む虞れがあり、適切な湾曲制御に適して ヽな ヽと 、つた問題がある。
[0011] 本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、クラッチ機構を用いて駆動力伝達 切断状態 Z駆動力伝達復元状態に切り換えても、容易に湾曲状態に応じたジョイス ティックの位置調整を行うことのできる電動湾曲内視鏡を提供することを目的として!/ヽ る。
[0012] また、本発明の他の目的は、湾曲部への駆動力伝達状態に応じて適切な湾曲駆 動制御を行うことのできる電動湾曲内視鏡を提供することである。
発明の開示
課題を解決するための手段
[0013] 本発明の電動湾曲内視鏡は、挿入部に設けられた湾曲部と、前記湾曲部を湾曲 動作させる複数の構成部材を有する湾曲駆動手段と、前記湾曲駆動手段を駆動す る駆動力を出力する湾曲動力手段と、前記湾曲動力手段からの前記駆動力を選択 的に前記湾曲駆動手段に伝達する駆動力伝達手段と、前記湾曲動力手段の駆動 状態情報を検出する駆動状態検出手段と、前記湾曲駆動手段の動作情報を検知し て前記湾曲部の湾曲状態情報を検出する湾曲状態検出手段と、前記湾曲部を湾曲 させる湾曲指示情報を出力する指示手段と、前記指示手段を駆動する指示駆動手 段と、前記駆動力伝達手段の前記駆動力の伝達状態に基づ!、て前記指示駆動手 段を制御する指示駆動制御手段とを備える。
図面の簡単な説明
[0014] [図 1]本発明の実施例 1に係る電動湾曲内視鏡装置の構成を示す構成図
[図 2]図 1の画像処理装置のフロントパネルの構成を示す図
[図 3]図 1の湾曲制御部の構成を示す図
[図 4]図 1の湾曲制御部の制御部の構成を示す図
[図 5]図 4の FPGAの論理ブロックの構成を示す図
[図 6]図 5のモータコントローラの制御処理部の構成を示す図
[図 7]図 5のモータコントローラのサーボ異常検出部の構成を示す図
[図 8]図 5のモータコントローラにおけるサーボ制御を説明する説明図
[図 9]図 5のモータコントローラにおけるサーボ制御の第 1の変形例を説明する説明図 [図 10]図 4の FPGAのコンフィギュレーションの変形例を説明する説明図
[図 11]図 5のモータコントローラにおけるサーボ制御の第 2の変形例を説明する説明 図 圆 12]図 5の FPGAブロック異常監視部を構成する論理要素ブロックを説明する説明 図
圆 13]図 12の論理要素ブロックを用いた論理判定ブロックを説明する第 1の説明図 圆 14]図 12の論理要素ブロックを用いた論理判定ブロックを説明する第 2の説明図
[図 15]図 5の FPGAにおける処理遷移を説明する図
[図 16]図 5の FPGAにおける処理を説明するフローチャート
[図 17]図 16のイニシャルモード処理を説明するフローチャート
[図 18]図 16のメンテナンスモード処理を説明するフローチャート
[図 19]図 3のクラッチ接続時の湾曲制御部に対するリモコン操作部の構成を示す図
[図 20]図 3のクラッチ切断時の湾曲制御部に対するリモコン操作部の構成を示す図
[図 21]図 3のクラッチ再接続時の湾曲制御部に対するリモコン操作部の構成を示す 図
[図 22]図 16のキャリブレーションモード処理を説明するフローチャート
[図 23]図 22の位置合わせ処理を説明するフローチャート
[図 24]図 22の位置合わせ処理を説明する第 1の図
[図 25]図 22の位置合わせ処理を説明する第 2の図
[図 26]図 22の位置合わせ処理を説明する第 3の図
[図 27]図 22の位置合わせ処理を説明する第 4の図
[図 28]図 22の位置合わせ処理を説明する第 5の図
[図 29]図 22の位置合わせ処理を説明する第 6の図
[図 30]図 16のキャリブレーションモード処理を信号制御的見地力も説明する図
[図 31]図 3のクラッチ接続時の湾曲制御部に対するリモコン操作部の変形例の構成 を示す図
[図 32]図 30の構成での位置合わせ処理を説明するフローチャート
[図 33]図 31の構成におけるキャリブレーションモード処理を信号制御的見地力も説 明する第 1の図
[図 34]図 31の構成におけるキャリブレーションモード処理を信号制御的見地力も説 明する第 2の図 [図 35]図 31の構成におけるキャリブレーションモード処理を信号制御的見地力も説 明する第 3の図
[図 36]図 31の構成におけるキャリブレーションモード処理を信号制御的見地力も説 明する第 4の図
[図 37]図 31で示した内視鏡湾曲ワイヤのテンションを検知する手段に代わるテンショ ンデータの生成を説明する図
[図 38]図 16の動作モード処理を説明するフローチャート
[図 39]図 16の動作モード処理を説明するタイミング図
[図 40]本発明の実施例 2に係る FPGAのモータコントローラにおける位置サーボ制御 を説明する説明図
[図 41]図 40の位置サーボ制御におけるキャリブレーションモード処理を説明するフロ ーテヤー卜
発明を実施するための最良の形態
[0015] 以下、図面を参照しながら本発明の実施例について述べる。
[0016] (実施例 1)
図 1ないし図 39は本発明の実施例 1に係わり、図 1は電動湾曲内視鏡装置の構成 を示す構成図、図 2は図 1の画像処理装置のフロントパネルの構成を示す図、図 3は 図 1の湾曲制御部の構成を示す図、図 4は図 1の湾曲制御部の制御部の構成を示す 図、図 5は図 4の FPGAの論理ブロックの構成を示す図、図 6は図 5のモータコント口 ーラの制御処理部の構成を示す図、図 7は図 5のモータコントローラのサーボ異常検 出部の構成を示す図、図 8は図 5のモータコントローラにおけるサーボ制御を説明す る説明図、図 9は図 5のモータコントローラにおけるサーボ制御の第 1の変形例を説 明する説明図、図 10は図 4の FPGAのコンフィギユレーションの変形例を説明する説 明図、図 11は図 5のモータコントローラにおけるサーボ制御の第 2の変形例を説明す る説明図、図 12は図 5の FPGAブロック異常監視部を構成する論理要素ブロックを 説明する説明図、図 13は図 12の論理要素ブロックを用いた論理判定ブロックを説明 する第 1の説明図、図 14は図 12の論理要素ブロックを用いた論理判定ブロックを説 明する第 2の説明図、図 15は図 5の FPGAにおける処理遷移を説明する図、図 16は 図 5の FPGAにおける処理を説明するフローチャート、図 17は図 16のイニシャルモ ード処理を説明するフローチャート、図 18は図 16のメンテナンスモード処理を説明 するフローチャート、図 19は図 3のクラッチ接続時の湾曲制御部に対するリモコン操 作部の構成を示す図、図 20は図 3のクラッチ切断時の湾曲制御部に対するリモコン 操作部の構成を示す図、図 21は図 3のクラッチ再接続時の湾曲制御部に対するリモ コン操作部の構成を示す図、図 22は図 16のキャリブレーションモード処理を説明す るフローチャート、図 23は図 22の位置合わせ処理を説明するフローチャート、図 24 は図 22の位置合わせ処理を説明する第 1の図、図 25は図 22の位置合わせ処理を 説明する第 2の図、図 26は図 22の位置合わせ処理を説明する第 3の図、図 27は図 22の位置合わせ処理を説明する第 4の図、図 28は図 22の位置合わせ処理を説明 する第 5の図、図 29は図 22の位置合わせ処理を説明する第 6の図、図 30は図 16の キャリブレーションモード処理を信号制御的見地力 説明する図、図 31は図 3のクラ ツチ接続時の湾曲制御部に対するリモコン操作部の変形例の構成を示す図、図 32 は図 30の構成での位置合わせ処理を説明するフローチャート、図 33は図 31の構成 におけるキャリブレーションモード処理を信号制御的見地力 説明する第 1の図、図 3 4は図 31の構成におけるキャリブレーションモード処理を信号制御的見地力も説明 する第 2の図、図 35は図 31の構成におけるキャリブレーションモード処理を信号制 御的見地から説明する第 3の図、図 36は図 31の構成におけるキャリブレーションモ ード処理を信号制御的見地から説明する第 4の図、図 37は図 31で示した内視鏡湾 曲ワイヤのテンションを検知する手段に代わるテンションデータの生成を説明する図 、図 38は図 16の動作モード処理を説明するフローチャート、図 39は図 16の動作モ ード処理を説明するタイミング図である。
図 1に示すように本実施例の電動湾曲内視鏡装置 1は、内視鏡挿入部（以下、挿入 部と略記する） 9の先端硬性部に例えば撮像素子 (不図示）を内蔵し、挿入部 9の湾 曲部 11が湾曲駆動手段を構成する湾曲ワイヤ (後述)を電動で牽引することによって 湾曲動作する電動湾曲内視鏡 (以下、内視鏡と略記する） 2と、前記湾曲部 11の駆 動操作等を行うリモートコントロール操作部（以下、リモコン操作部と略記する） 7と、ュ 二バーサルケーブル 12を介して伝送された画像信号を映像信号に生成する画像処 理装置 4と、図示しない照明光学系にユニバーサルケーブル 12に内蔵されたライト ガイドファイバ一束 (不図示)を介して照明光を供給する光源装置 3と、前記画像処理 装置 4で生成された映像信号が出力されて内視鏡画像を表示する表示装置である モニタ 6と、送気、送水管路及び吸引を行うポンプユニット 14とで主に構成されている
[0018] 光源装置 3、画像処理装置 4及びポンプユニット 14はカート 15に搭載されており、 ポンプユニット 14は、送気、送水管路及び吸引の流量調整機構を備えた流量制御力 セット 14aを着脱自在に設置されている。また、カート 15からは内視鏡 2を保持 Z固 定する内視鏡固定アーム 13が設けられており、内視鏡固定アーム 13の先端に内視 鏡 2の基端把時部 10が着脱自在に保持 Z固定されるようになっている。
[0019] 内視鏡 2の基端把時部 10には、流量制御カセット 14aからの吸引チューブが接続 可能な鉗子栓 10aが配置されると共に、ユニバーサルケーブル 12及び流量制御力 セット 14aからの送気送水チューブが接続されるようになっている。前記挿入部 9内の 図示しない例えば送気管路、送水管路、吸引管路に送気送水チューブ等及び吸引 チューブが連結される。
[0020] また、基端把時部 10内には、湾曲部 11を電動湾曲駆動するためのモータ等を制 御する湾曲制御部 10bが内蔵されており、リモコン操作部 7が該湾曲制御部 10bとケ 一ブル 7aを介して接続されるようになっている。なお、リモコン操作部 7は、画像処理 装置 4ともケーブル 7aを介して接続可能であり、ユニバーサルケーブル 12を介して 湾曲制御部 10bと接続することできるようになつている。
[0021] リモコン操作部 7は、後述する湾曲部 11を電動湾曲操作を行う操作入力デバイス である、例えば指示手段としてのジョイスティック 701及び、図示はしないが、送気、 送水及び吸引の操作入力スィッチ、画像処理装置 4でのフリーズ、レリーズ等のリモ 一トスイッチからなるスコープスィッチを備えて ヽる。
[0022] 画像処理装置 4はポンプユニット 14と接続可能となっており、画像処理装置 4のフ ロントパネル 4aは、図 2に示すように、パワースィッチ 20、電動湾曲内視鏡装置 1の 初期化を指示し初期化完了を告知する LED機能を有する初期化ボタン 23、湾曲部 11の電動湾曲のキャリブレーションを告知するキャリブレーション LED部 24、ポンプ ユニット 14の送気、送水及び吸引の操作入力スィッチ群 25、電動湾曲内視鏡装置 1 での検査が可能な状態を告知する検査可能 LED26及び送気管路、送水管路、吸 引管路の接続状態を表示する管路接続表示部 27等を備えて構成されている。
[0023] 図 3に示すように、前記挿入部 9内には前記湾曲制御部 10bから延出して前記湾 曲部 11を湾曲操作する上下用の前記湾曲ワイヤ 33及び図示しない左右用の湾曲 ワイヤが挿通している。なお、以下の説明では上下用の湾曲ワイヤ 33に関わる構成 を説明し、この上下用の湾曲ワイヤ 33と同様な構成である左右用の湾曲ワイヤに関 わる構成は簡単のため不図示にして説明も省略する。
[0024] 前記湾曲ワイヤ 33の両端部は例えば図示しないチ ーンに連結固定されており、 このチェーンが湾曲駆動手段を構成する回動自在な上下用のスプロケット部 34に嚙 合配置されている。このため、前記スプロケット部 34が所定方向に回転することによ つて、前記チ ーンに固定された湾曲ワイヤ 33が牽引操作されて、前記湾曲部 11が 所定方向に湾曲動作するようになって 、る。
[0025] 前記スプロケット部 34は例えば湾曲制御部 10b内に配設されている。このスプロケ ット部 34には湾曲動力手段である例えば 3相モータ力もなる上下用の湾曲モータ 30 の駆動力が、複数のギア 31、 32と駆動力伝達切断復元手段である例えば歯車同士 の嚙合状態を着脱する駆動力伝達手段としてのクラッチ機構部 36とを備えている。 そして、前記クラッチ機構部 36によって、前記湾曲ワイヤ 33に張力が力からない状 態にすることにより、湾曲部 11が外力によって自由に湾曲する湾曲フリー状態になる
[0026] なお、湾曲駆動手段は、ギア 31、 32、湾曲ワイヤ 33及びスプロケット部 34より構成 される。
[0027] 前記クラッチ機構部 36は、状態切換手段である切換操作レバー 10c (図 1参照）を 駆動力伝達切断位置 (以下、湾曲フリー指示位置と記載する)又は駆動力伝達復元 位置 (以下、アングル操作指示位置）に切換操作することによって、前記クラッチ機構 部 36が切断状態である駆動力伝達切断状態と、クラッチ機構部 36が接続状態であ る駆動力伝達復元状態とに切り換わるようになって!/、る。
[0028] つまり、前記切換操作レバー 10cを切換操作して、このクラッチ機構部 36を機械的 に切断状態或いは接続状態に切り換えることによって、前記湾曲モータ 30と前記ス プロケット部 34とは可逆的に着脱可能になっている。
[0029] 前記スプロケット部 34の回転量は、湾曲状態検出手段としてのポテンショメータ 35 で検出される。なお、符号 30aは前記湾曲モータ 30の回転量を検出する駆動状態 検出手段としてのエンコーダである。また、符号 38は、湾曲モータ 30の温度を計測 するサーミスタである。
[0030] 湾曲制御部 10bの制御部 37には、リモコン操作部 7、エンコーダ 30a、ポテンショメ ータ 35、クラッチ機構部 36及びサーミスタ 38が接続されて 、る。
[0031] 湾曲制御部 10bは、図 4に示すように、ユニバーサルケーブル 12を介した電源ケー ブル (不図示）が接続される電源コネクタ 50と、リモコン操作部 7のケーブル 7aが接続 される操作部コネクタ 51が設けられている。電源コネクタ 50は、制御部 37内の制御 用電源部 52と、駆動用電源部 53に接続されている。制御用電源部 52は DCZDC コンバータ 54を介して制御用の電力を各部に供給するようになっている。また、駆動 用電源部 53モータドライバ 55が生成する 3相正弦波電力のための駆動電力を供給 する。
[0032] 操作部コネクタ 51は、湾曲制御部 10b内の FPGA (フィールドプログラマブルゲー トアレー） 56と接続されている。この FPGA56は、 EEPROM59に格納されているデ ータに基づきコンフィギュレーションを行い、内部セルを所望の論理ブロックに構築す るようになっている。エンコーダ 30a、ポテンショメータ 35、クラッチ機構部 36及びサ 一ミスタ 38は、 FPGA56に接続されており、 FPGA56により制御される。また、 FPG A56は、モータドライバ 55に対して 3相正弦波電力の生成のためのデータを供給し ており、これによりモータドライバ 55は 3相正弦波電力を湾曲モータ 30に供給する。
[0033] FPGA56は、内部セルに一定以上の所定の異常が発生すると、 WDT (ウォッチド グタイマ） 57をクリァするWDT—CR信号を出カする。この WDT— CRにより WDT5 7からリセット信号が FPGA56に出力され、 FPGA56がリセットされる。 FPGA56は、 リセット信号が入力されると、リセット IC58を起動させ、 EEPROM59により再コンフィ ギユレーシヨンを行、、内部セルの論理ブロックを再構築するようになって 、る。
[0034] FPGA56の論理ブロックは、図 5に示すように、シリアル通信ユニット 100、シリアル 通信制御部 101、 EEPROMコントローラ 102、異常信号処理部 103、 LEDコント口 ーラ 104、運転モードコントローラ 105、 DPRAM106,クラッチ信号入力部 107、治 具基板入出力部 108、 RAM109、モータコントローラ 110、モータ駆動波形生成部 111、 1¾^ (左右）モータ電流 78部112、 110(上下）モータ電流 8部113、ポテ ンショコントロール部 114、サーミスタコントロール部 115、 RLエンコーダコントロール 部 116、 UDエンコーダコントロール部 117、 FPGAブロック異常監視部 118とから構 成される。また、モータコントローラ 110は、計測処理部 200、制御処理部 201、サー ボ異常検出部 202及びサーボ ONZOFF制御部 203の各論理ブロックを有して構 成されている。
[0035] なお、図 5においては、実線は通常の制御及びデータ信号の流れを示し、破線は 論理ブロック異常信号、サーボ異常信号ある 、は通信異常信号の流れを示して 、る
[0036] シリアル通信ユニット 100は、リモコン操作部 7と例えば LVDS等によりシリアル通信 を行い、シリアル通信制御部 101は、シリアル通信ユニット 100を制御すると共に、モ 一タコントローラ 110と交信し、モータコントローラ 110から受信したデータを DPRA M106に格納する。
[0037] EEPROMコントローラ 102は、 EEPROM59に格納されているプログラムに従って
、 FPGA56のコンフィギュレーションを実行する。
[0038] 異常信号処理部 103は、湾曲モータ 30の電源電圧異常及び過電流を監視し、監 視結果を運転モードコントローラ 105に出力する。
[0039] クラッチ信号入力部 107は、クラッチ機構部 36から動力伝達切断状態あるいは駆 動力伝達復元状態を示す状態信号を入力し、運転モードコントローラ 105に出力す る。
[0040] 治具基板入出力部 108は、デバッグ処理を行うための治具基板 (不図示）とデータ を送受する。また、 LEDコントローラ 104は治具基板の LEDを制御する。
[0041] 運転モードコントローラ 105は、クラッチ機構部 36から動力伝達切断状態あるいは 駆動力伝達復元状態、治具基板との接続状態に応じた運転モードをモータコント口 ーラ 110に出力する。なお、運転モードコントローラ 105には、シリアル通信制御部 1 01より通信異常信号が、またモータコントローラ 110からはサーボ異常信号が入力さ れるようになっており、これらの異常信号に基づいた運転モードをモータコントローラ
110に出力するようになって 、る。
[0042] モータ駆動波形生成部 111は、モータコントローラ 110を介して RAM 109に格納さ れている正弦波データを読み出し、 3相正弦波データを生成し、 RL (左右)モータド ライバ及び UD (上下)モータドライバ 55に該 3相正弦波データを出力する。
[0043] !^ (左右）モータ電流 7 部112は、 RL (左右）モータより U相電流値及び V相電 流値をデジタル信号に変換してモータコントローラ 110に出力する。同様に、 UD (上 下）モータ電流 FZB部 113は、 UD (上下）モータ 30より U相電流値及び V相電流値 をデジタル信号に変換してモータコントローラ 110に出力する。
[0044] ポテンショコントロール部 114は、 RL (左右）スプロケット部及び UD (上下）スプロケ ット部 34に接続されているポテンショメータ 35の位置情報をデジタル信号に変換して モータコントローラ 110に出力する。
[0045] サーミスタコントロール部 115は、 RL (左右）モータ及び UD (上下）モータ 30に設け られているサーミスタ 38により計測された温度データをデジタル信号に変換してモー タコントローラ 110に出力する。
[0046] RLエンコーダコントロール部 116及び UDエンコーダコントロール部 117は、 RL ( 左右）モータ及び UD (上下）モータ 30に設けられて!/、るエンコーダ 30aのカウント値 をモータコントローラ 110に出力する。
[0047] そして、モータコントローラ 110は、計測処理部 200、制御処理部 201、サーボ異常 検出部 202及びサーボ ON/OFF制御部 203により、運転モードに基づいて、 RL ( 左右）モータ及び UD (上下）モータ 30をサーボ制御する。
[0048] また、 FPGAブロック異常監視部 118には、上記の各論理ブロックの論理ブロック 異常信号、サーボ異常信号あるいは通信異常信号が入力されており、これらの異常 信号に基づき、モータコントローラ 110に TRG信号を出力すると共に、 WDT57に W
DT—CRを出力するようになって 、る。
[0049] ここで、モータコントローラ 110の制御処理部 201は、図 6に示すように、位置制御 ブロック 201a、速度制御ブロック 201b及びトルク制御ブロック 201cを備えて構成さ れ、また、サーボ異常検出部 202は、図 7に示すように、位置偏差異常判定ブロック 2 02a,回転方向異常検出ブロック 202b、異常速度検出ブロック 202c及び過負荷異 常検出ブロック 202dを備えて構成されて 、る。
[0050] 次に、モータコントローラ 110におけるサーボ制御を図 8を用いて説明する。位置制 御ブロック 201aは、リモコン操作部 7からの位置指令値とエンコーダ 30aの出力値と を比較し、位置偏差が所定値を超えた場合、位置偏差異常判定ブロック 202aはサ ーボ異常信号を出力する。
[0051] また、速度制御ブロック 201bは、位置制御ブロック 201aの出力と、エンコーダ 30a の出力値の微分値 (微分回路 211にて実行)とを比較する。回転方向異常検出プロ ック 202bは、位置制御ブロック 201aの出力とエンコーダ 30aの出力値の微分値とに より回転方向の異常を検出するとサーボ異常信号を出力する。また、異常速度検出 ブロック 202cは、エンコーダ 30aの出力値の微分値に基づき速度異常を検出すると サーボ異常信号を出力する。
[0052] さらに、トルク制御ブロック 201cは、速度制御ブロック 201bの出力と、モータドライ バ 55の電流値を比較し、モータドライバ 55を制御する。過負荷異常検出ブロック 20 2dは、速度制御ブロック 20 lbの出力に基づき、湾曲モータ 30の負荷状態を監視し 、過負荷状態と判断するとサーボ異常信号を出力する。
[0053] なお、位置制御ブロック 201aあるいは速度制御ブロック 201bに異常が発生した場 合、 FPGAブロック異常監視部 118は論理ブロック異常信号に基づき、モータコント ローラ 110に TRG信号を出力し、スィッチ部 210aあるいは、スィッチ部 210b及びス イッチ部 210cを制御し、位置制御ブロック 201aあるいは速度制御ブロック 201bでの 制御を省略することができる。
[0054] なお、モータコントローラ 110におけるサーボ制御を図 9に示すように、例えば位置 制御ブロック 201a、速度制御ブロック 201b及びトルク制御ブロック 201cを並列にそ れぞれ 2組構築することで、スィッチ部 210a〜210fを TRG信号で制御し、正常な制 御ブロックを選択してサーボ制御を行うようにしても良!、（なお、図 9ではフィードバッ ク系は省略している)。
[0055] また、図 10に示すように、 EEPROM59を 2つ用意し、これらの EEPROM59に異 常処理対処方法の異なるプログラムを格納しておき、異常処理対応に応じて選択判 断部 220がスィッチ部 221を切り変えることで、異常処理対応に最適なプログラムに より FPGA56を再コンフィギュレーションするようにしても良!ヽ。
[0056] さらに、図 11に示すように、エンコーダ 30aの出力とポテンショメータ 35の出力をス イッチ部 222にて切り換えて、エンコーダ 30aに異常が生じた場合は、ポテンショメ一 タ 35の出力により位置制御を行い、ポテンショメータに異常が生じた場合は、ポテン ショメータ 35の出力により位置制御を行うようにしても良!、。
[0057] FPGAブロック異常監視部 118では、 1例として、図 12に示すような、 AND、 OR及 びスィッチより構成される論理要素ブロック 250を、図 13に示すように、論理要素プロ ック 250を複数用いた論理判定ブロック 251により、 WDT— CR信号ある ヽは TRG 信号を生成している。
[0058] すなわち、図 14に示すように、複数の異常要因を条件として、複数の論理判定プロ ック 251 (1)〜 (n)によりエラー判定を実行させて、適切な判定により適切な TRG信 号あるいは適切なタイミングで WDT— CR信号を生成する。
[0059] このように構成された本実施例の作用について説明する。本実施例では、図 15に 示すように、電源が投入されると、まず、イニシャルモード処理が実行される。そして、 イニシャルモード処理後に、モード切り替え処理に移行する。
[0060] ここで、運転モードとはリモコン操作部 7の操作指令に基づいて、電動湾曲操作を 行うモードで、メンテナンスモードとは、パラメータの設定 (読み書き）、状態モニタ等 を専用の治具や後述するパソコンに接続した HMIモードによる遠隔操作等を行うモ ードである。
[0061] このモード切り替え処理では、例えばクラッチ切断時あるいはイニシャルモード処理 終了時の湾曲動作開始指令 OFF時においては、キャリブレーションモードに移行し 、クラッチ再接続して操作指令値とスコープ位置が一致し、あるいは湾曲動作開始指 令 ONになると、モード切り替え処理に戻る。
[0062] また、モード切り替え処理において、運転モードが選択されると運転モードとなりサ ーボが ONとなり、運転モード終了が指示されるとモード切り替え処理に戻る。
[0063] さらに、モード切り替え処理において、メンテナンスモードが選択されるとメンテナン スモードとなりサーボが ONとなり、メンテナンスモード終了が指示されるとモード切り 替え処理に戻る。
[0064] また、モード切り替え処理では、停止要因が発生すると異常停止モードとなり、サー ボが OFFとなる。
[0065] 上記内容を図 16のフローチャートを用いて詳細に説明する。電源が ONされると、 ステップ S1にて EEPROMコントローラ 102により FPGA56のコンフィギュレーション が実行される。続いて、ステップ S2にてイニシャルモード処理 (後述）が実行され、ス テツプ S3にてイニシャルモード処理の終了を待つ。
[0066] イニシャルモード処理が終了すると、ステップ S4にて運転モードコントローラ 105よ りキャリブレーション要求が発生する。そして、ステップ S5にて運転モードコントローラ 105よりメンテナンスモード処理要求が発生したかどうか判断する。メンテナンスモー ド処理要求が発生した場合は、ステップ S6にてメンテナンスモード処理 (後述）を実 行し、ステップ S 5に戻る。
[0067] メンテナンスモード処理要求がない場合には、ステップ S7にて運転モードコント口 ーラ 105がメンテナンスモード処理力もモード切り替え処理に復帰したかどうか判断 する。そして、モード切り替え処理に復帰した場合には、ステップ S8にて運転モード コントローラ 105よりキャリブレーション要求が発生し、ステップ S5に戻る。
[0068] モード切り替え処理に復帰していない場合には、ステップ S9にて運転モードコント ローラ 105はキャリブレーション要求が有効かどうか判断し、キャリブレーション要求が 有効の場合にはステップ S10にて運転モードコントローラ 105はキャリブレーション処 理を実行し、ステップ S 11にてキャリブレーション処理が正常に終了したかどうか判断 する。キャリブレーション処理が正常に終了しなかった場合には、ステップ S5に戻り、 キャリブレーション処理が正常に終了した場合には、ステップ S12にてキヤリブレーシ ヨン要求を解除してステップ S5に戻る。
[0069] ステップ S9においてキャリブレーション要求が有効でないと判断すると、ステップ S1 3にて運転モードコントローラ 105は湾曲動作開始指令が OFFされた力どうか判断す る。湾曲動作開始指令が OFFされたと判断すると、ステップ S14にて運転モードコン トローラ 105よりキャリブレーション要求が発生しステップ S5に戻る。 [0070] 湾曲動作開始指令が OFFしていないと判断すると、ステップ S 15にて運転モードコ ントローラ 105はクラッチ接続が OFFカゝどうか判断する。クラッチ接続が OFFならばス テツプ S 14に進み、クラッチ接続が ONならばステップ S 16にて運転モード処理 (後述
)を実行してステップ S 5に戻る。
[0071] つぎに、図 17のフローチャートを用いてイニシャルモード処理を説明する。ステップ
S21にてまず WDT57がスタートする。そして、ステップ S22にて各論理ブロックが内 部の変数を初期化し、ステップ323にて1^ (左右）モータ電流？78部112、 UD (上 下）モータ電流 FZB部 113、ポテンショコントロール部 114、サーミスタコントロール 部 115がそれぞれ、データのサンプリングを開始する。
[0072] そして、ステップ S24にてシリアル通信ユニット 100、シリアル通信制御部 101により 通信を開始し、ステップ S25にて外部のハードウェアが正常かどうか判断し、異常の 場合はステップ S26にて異常停止モード処理を実行する。
[0073] 外部のハードウェアが正常と判断すると、ステップ S27にてモータコントローラ 110 がモータ電流のオフセットが正常かどうか判断し、モータ電流のオフセットが異常の 場合にはステップ S26にて異常停止モード処理を実行する。
[0074] そして、モータ電流のオフセットが正常と判断すると、ステップ S28にてモータコント ローラ 110がモータ 30のロータ位置を検出し、ステップ S29にて DPRAM106内の パラメータを読み込む。
[0075] 次に、モータコントローラ 110は、ステップ S30にて読み込んだパラメータ値が統べ て「0」かどうか判断し、パラメータ値が統べて「0」でな 、場合はそのまま処理を終了し 、パラメータ値が統べて「0」の場合は、ステップ S31にてモータコントローラ 110は、 パラメータのデフォルト値を DPRAM106に書き込み処理を終了する。
[0076] 次に、図 18のフローチャートを用いてメンテナンスモード処理を説明する。運転モ ードコントローラ 105と治具 (不図示）と更新を開始し、ステップ S41にて運転モードコ ントローラ 105は治具よりサーボ ON要求が発生したかどうか判断し、ステップ S42に てサーボ ON要求があればサーボを ONしてステップ S41に戻る。
[0077] 同様にステップ S41にて運転モードコントローラ 105は治具よりサーボ OFF要求が 発生したかどうか判断し、ステップ S44にてサーボ OFF要求があればサーボを OFF してステップ S41に戻る。
[0078] 次に、ステップ S45にて運転モードコントローラ 105は治具より HMIモード（サーボ 状態のモニタ監視モード)要求が発生した力どうか判断し、ステップ S46にて HMIモ ード要求があれば HMIモード処理を実行してステップ S41に戻る。
[0079] そして、ステップ S47にて運転モードコントローラ 105は治具より第 1メンテナンス要 求が発生したかどうか判断し、ステップ S48にて第 1メンテナンス要求があれば正弦 波出力モード処理を実行してステップ S41に戻る。
[0080] 続いて、ステップ S49にて運転モードコントローラ 105は治具より第 2メンテナンス要 求が発生したかどうか判断し、ステップ S50にて第 2メンテナンス要求があればトルク 制御モード処理を実行してステップ S41に戻る。
[0081] また、ステップ S51にて運転モードコントローラ 105は治具より第 3メンテナンス要求 が発生したかどうか判断し、ステップ S52にて第 3メンテナンス要求があれば速度制 御モード処理を実行してステップ S41に戻る。
[0082] そして、ステップ S53にて運転モードコントローラ 105は治具より第 4メンテナンス要 求が発生したかどうか判断し、ステップ S54にて第 4メンテナンス要求があれば位置 制御モード処理を実行してステップ S41に戻る。
[0083] 次に、ステップ S55にて運転モードコントローラ 105は治具より第 5メンテナンス要求 が発生したかどうか判断し、ステップ S56にて第 5メンテナンス要求があればアナログ 入力位置制御モード処理を実行してステップ S41に戻る。
[0084] また、ステップ S57にて運転モードコントローラ 105は治具より第 6メンテナンス要求 が発生したかどうか判断し、ステップ S58にて第 6メンテナンス要求があればスコープ リミット調整モード処理を実行してステップ S41に戻る。
[0085] 続いて、ステップ S59にて運転モードコントローラ 105は治具より第 7メンテナンス要 求が発生したかどうか判断し、ステップ S60にて第 7メンテナンス要求があればラップ 動作モード処理を実行してステップ S41に戻る。
[0086] ここで、ラップ動作モードとは、予め決められた湾曲動作、例えば RL— >UD— >
RL等のシーケンシャル動作を行わせるモードのことである。
[0087] 次に、ステップ S61にて運転モードコントローラ 105は治具より第 8メンテナンス要求 が発生したかどうか判断し、ステップ S62にて第 8メンテナンス要求があればキヤリブ レーシヨン調整モード処理を実行してステップ S41に戻る。
[0088] 以上のように、電動湾曲動作に必要な各機能について独立した動作確認を行わせ ることがでさる。
[0089] 次に、図 19ないし図 37を用いて運転モードコントローラ 105にて実行されるキヤリ ブレーシヨンモード処理説明する。図 19に示すように、リモコン操作部 7には、ジョイス ティック 701が設けられ、ポテンショメータ 702によりその位置が検知されるようになつ ている。また、該ジョイスティック 701にはギア 703が設けられ、指示駆動手段としての サーボモータ 704の回転軸に設けられたギア 705がギア 703と嚙み合うことで、サー ボモータ 704の駆動力によりジョイスティック 701が可動することができる。さらに、リモ コン操作部 7においては、ポテンショメータ 702の位置情報を検出し、サーボモータ 7 04を駆動すると共に制御部 37と通信可能な駆動 Z通信部 706が設けられている。
[0090] なお、指示駆動制御手段は、例えばポテンショメータ 702及び駆動 Z通信部 706よ り構成される c
[0091] 図 20に示すように、湾曲制御部 10bにおいては、クラッチ機構部 36のクラッチ操作 によりギア 32とギア 31が切断可能になっている。ギア 32とギア 31が切断されると、湾 曲ワイヤ 33はフリー状態となり、ポテンショメータ 35の出力値はジョイスティック 701の 湾曲指令値と無関係な状態となる。クラッチ切断時には切断時のポテンショメータ 35 の出力値が DPRAM106に格納されると共に、フリー状態となっている際のポテンシ ョメータ 35の出力値及びエンコーダ 30aのカウント値が監視され、それぞれの最新の 値が DPRAM106に格納される。
[0092] このような状態で、図 21に示すように、クラッチ機構部 36のクラッチ操作によりギア 3 2とギア 31を再度連結し場合に上記のキャリブレーションモード処理、すなわち、ジョ ィスティック 701と湾曲部 11との調整処理が必要となる。
[0093] そこで、図 22に示すように、ステップ S81にて運転モードコントローラ 105はクラッチ 接続が OFFかどうか判断し、クラッチ接続が OFFならば、ステップ S82にてサーボを OFFしてステップ S83に進み、クラッチ接続が OFFでないならば、そのままステップ S 83に進む。 [0094] そして、ステップ S83にて運転モードコントローラ 105はクラッチ接続が ONかどうか 判断し、クラッチ接続が ONならばステップ S84に進み、クラッチ接続が ONでないな らばステップ S81に戻る。
[0095] ステップ S84にて位置合わせ処理 (後述）を実行し、その後、ステップ S85では、操 作量と現在位置が所定範囲内にあるかどうか判断し、所定範囲内ならばステップ S8 6に進み、所定範囲内でないならばステップ S81に戻る。
[0096] そして、ステップ S86にて湾曲動作開始指令 ONかどうか判断し、湾曲動作開始指 令 ONならばステップ S87にてサーボを ONして処理を終了し、湾曲動作開始指令 O Nでな!/、ならばステップ S81に戻る。
[0097] 上記位置合わせ処理は、図 23に示すように、ステップ S 91にてクラッチ接続を確認 すると、ステップ S92にて DPRAM106から現在のエンコーダ 30aのカウント値が読 み出され、ステップ S93にてクラッチ切断直後のポテンショメータ 35の出力値が DPR AM106から読み出される。図 24はクラッチ接続直後の例えば UD側の現在のェン コーダ 30aのカウント値とポテンショメータ 35の出力値の差異を模式的に示しており、 また、図 25は UD及び RLのエンコーダのカウント値とポテンショメータの出力値を 2 次元的に示している。
[0098] そして、ステップ S94にて現在のポテンショメータ 35の出力値を読み込み、ステップ
S95にて切断直後のポテンショメータ 35の出力値と、現在のポテンショメータ 35の出 力値との差分により変化量 Aを算出する。
[0099] 次に、ステップ S96にて駆動 Z通信部 706を制御し、ジョイスティック 701側のサー ボモータ 704を変化量 Aに基づき駆動する。このとき、湾曲部モータ 30は駆動されな いで、停止している。
[0100] そして、ステップ S97にてジョイスティック 701側のポテンショメータ 702を読み込み 、ステップ S98にて DPRAM106に対して現在のエンコーダ 30aのカウント値をジョイ スティック 701側のポテンショメータ 702の位置に応じた値に更新し処理を終了する。 図 26は更新後の例えば UD側の現在のエンコーダ 30aのカウント値とポテンショメ一 タ 35の出力値を模式的に示しており、また、図 27は UD及び RLのエンコーダのカウ ント値とポテンショメータの出力値を 2次元的に示して 、る。 [0101] このようにして、エンコーダ 30aのカウント値とポテンショメータ 35の出力値を調整す ると共に、ジョイスティック 701をサーボモータ 704により移動させる力 図 28に示すよ うに、湾曲部モータ 30のポテンショメータ 35に対してジョイスティック 701からの湾曲 指令値は誤差を有しているが、図 22のステップ S85にてその誤差範囲が所定範囲 内ならば、図 28に示すように、ジョイスティック 701による湾曲部モータ 30の制御が可 能と判断している。
[0102] 本実施例では、図 29に示すように、モニタ 6においては、キャリブレーション時には 、内視鏡画像を表示する画像表示エリア 6aの他に、エンコーダ 30aのカウント値とポ テンショメータ 35の出力値を調整するためのナビゲーシヨン画像を表示するナビゲー シヨン表示エリア 6b及び現在のテンションセンサ 35の出力値を表示したデジタル表 示エリア 6cが表示される。従来は、デジタル表示エリア 6cのみが表示され、ジョイステ イツク 701をマニュアルで調整して!/、た。
[0103] 以上、図 19ないし図 29を用いてキャリブレーションモード処理をメカ-カル制御的 見地力も説明した力 図 30を用いて上記キャリブレーションモード処理を信号制御的 見地から説明する。
[0104] 図 30において、内視鏡駆動部 750は湾曲モータ 30、ギア 31、 32、エンコーダ 30a 、ポテンショメータ 35及びクラッチ機構部 36より構成される。また、操作部駆動部 751 はサーボモータ 704、ギア 703、 705より構成される。
[0105] 図 30によればキャリブレーションモードにおいて、モータコントローラ 110側では現 在の湾曲位置データを内視鏡駆動部 750より取得する。このデータをコントローラ 11 0の制御部 37内部にて操作部 7の位置スケールに変換処理を行う。
[0106] 通常は、制御部 37において、操作部 7からの操作部指令 (指令値データ)を内視鏡 駆動部 750へ位置スケール変換してジョイスティック 701の稼動範囲と湾曲稼動範囲 がー致するように内視鏡駆動部指令 (湾曲指令信号）にスケール変換されるが、キヤ リブレーシヨンモードでは、逆に内視鏡駆動部指令 (湾曲指令信号)をスケール変換 して操作部位置スケール変換データを生成する。
[0107] そして、操作部位置スケール変換データを復帰指令データとして操作部 7に転送 することで、操作部 7内の操作部駆動部 751が復帰データ位置に動くように作用する 。これにより、操作部 7が自動的に湾曲位置に一致するような動作を行わせることが 可能となる。
[0108] 次に、キャリブレーションモード処理の変形例を図 31ないし図 33を用いて説明する
。上記のキャリブレーションでは、湾曲部モータ 30のポテンショメータ 35の出力値に より行っていた力 これに限らない。
[0109] 図 31は図 21の構成に内視鏡湾曲を行わせるための湾曲ワイヤ部にテンション量を 検出するテンションセンサを配置した実施例を示して 、る。ここではテンションセンサ のワイヤへの配置構成にっ 、ては図示して ヽな 、。
[0110] 例えば図 31に示すようにテンションセンサ 800により湾曲ワイヤ 33のテンション状 態を検出し、検出した湾曲ワイヤ 33のテンション状態に基づいてサーボモータ 704 の駆動力によりジョイスティック 701を可動してジョイスティック 701の位置との位置合 わせ処理を行うようにしても良!、。
[0111] 具体的には、図 32に示すように、ステップ S91にてクラッチ接続を確認すると、ステ ップ S92にて DPRAM106から現在のエンコーダ 30aのカウント値が読み出され、ス テツプ S100にてテンションセンサ 800により現在の湾曲ワイヤ 33のテンションデータ Bを読み込む。
[0112] そして、ステップ S101にて駆動 Z通信部 706を制御し、ジョイスティック 701側のサ ーボモータ 704をテンションデータ Bに基づき駆動する。このとき、湾曲部モータ 30 は駆動されないで、停止している。
[0113] 続いて、ステップ S97にてジョイスティック 701側のポテンショメータ 702を読み込み
、ステップ S98にて DPRAM106に対して現在のエンコーダ 30aのカウント値をジョイ スティック 701側のポテンショメータ 702の位置に応じた値に更新し処理を終了する。
[0114] 以上、図 31及び図 32を用いてキャリブレーションモード処理の変形例をメカ-カル 制御的見地から説明したが、図 30のように、図 33ないし図を用いて上記キヤリブレー シヨンモード処理の変形例を信号制御的見地から説明する。
[0115] 図 33において、図 30と異なる点はテンションセンサ 800を設けて、内視鏡牽引ワイ ャのテンションの状態をコントローラに転送して 、る点にある。
[0116] 図 34に操作部 7の操作部駆動部 751に関するブロック線図を示す。ブロック線図で 表現しているため、実際の物理構成とは異なるため補足を加えると、操作者がジョイ スティック 701を倒した場合の力の入力は図中の操作値であり、操作者のジョイスティ ック 701の指令に応じて位置指令値が変化する。このときモータ制御で用 、られて!ヽ るフィードバックループ構成となって ヽるため動的特性を有することで、ジョイステイツ ク 701のメカ-カルインピーダンスを有することになる。動的特性は、一般に知られて いる図 35に示すようなパネ 850·ダンバ 851による特性となり、図 36に示すような位 置指令値及び操作値カもポテンショメータ 702までの周波数特性が低域通過形ろ過 器となっている。
[0117] これにカ卩えて図 34の操作値にテンションデータを重畳させる構成とすることで、内 視鏡揷入部の状態を操作者にカ覚フィードバックとして反す構成が実現できる。
[0118] このとき、テンションデータはジョイスティック 701の指令に対して反力が対応するよ うに設定されている。すなわち、ジョイスティック 701を倒した方向に応じて内視鏡牽 引ワイヤへの負荷が増大する対応となっている。
[0119] なお、テンションセンサ 800以外に内視鏡駆動部の電流を検知することで間接的に テンションを検知することでも構わない。これは、電流検知による内視鏡挿入部テン シヨン検知原理を示す図 37に示すとおり、外乱オブザーバにより検知することで実現 が可能である。
[0120] 図 37において、 2点破線部 900は実際の湾曲モータ 30のモータモデルのブロック 線図とする。図中モータドライバからのトルク指令値は電流指令であり、この電流指令 に応じて湾曲モータ 30の回転'位置決めが行われる。また、 2点破線部 900に入力と して記した外乱はモータ軸に力かる外乱負荷として 、る。外乱推定値は 2点破線部 9 00の実際の湾曲モータ 30と同じ物理モデルを図 37のように制御部 37内に並列に 配置させ、トルク指令値及び湾曲モータ 30の回転数 (Speed)情報に対する逆ダイナミ タスの情報力 モータ軸に力かる外乱を推定するという手法である。
[0121] 次に、図 38のフローチャートを用い、また図 39のタイミングチャートを参照して動作 モード処理を説明する。ステップ S71にてまずサーボを ONとし、ステップ S72にてト ルク制御周期イベント期間かどうか判断し、トルク制御周期イベントならばステップ S7 3にトルク制御演算処理を実行しステップ S72に戻り、トルク制御周期イベントでない ならば、ステップ S 74に進む。
[0122] ステップ S74では、位置、速度制御イベント期間かどうかかどうか判断し、位置、速 度制御イベントならばステップ S 75に位置、速度制御演算処理を実行しステップ S 72 に戻り、位置、速度制御周期イベントでないならば、ステップ S 76に進む。そして、ス テツプ S76にてサーボ異常が検出された力どうか判断し、サーボ異常が検出された 場合はステップ S77に異常停止モード処理を実行し、サーボ異常が検出されない場 合にはステップ S72に戻る。
[0123] 以上説明したように、本実施例では、 リモコン操作部 7においては、ジョイスティック 701はポテンショメータ 702によりその位置が検知されるようになっており、ジョイステ イツク 701にはギア 703が設けられ、サーボモータ 704の回転軸に設けられたギア 70 5がギア 703と嚙み合うことで、サーボモータ 704の駆動力によりジョイスティック 701 が可動することができる。さらに、ポテンショメータ 702の位置情報を検出し、サーボ モータ 704を駆動すると共に制御部 37と通信可能な駆動 Z通信部 706が設けられ ている。このよう構成により、クラッチ切断 Z接続を切り換えて実行しても、ジョイスティ ック 701の位置を湾曲部の湾曲位置に自動的に調整することができる。
[0124] なお、制御部 37を内視鏡 2の湾曲制御部 10bに設けるとした力 これに限らず、制 御部 37を画像処理装置 4内に設けても良いし、別体のコントローラ装置内に設けても 良い。
[0125] (実施例 2)
図 40及び図 41は本発明の実施例 2に係わり、図 40は FPGAのモータコントローラ における位置サーボ制御を説明する説明図、図 41は図 40の位置サーボ制御にお けるキャリブレーションモード処理を説明するフローチャートである。
[0126] 実施例 2は、実施例 1とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成 には同じ符号をつけ説明は省略する。
[0127] 本実施例においては、図 40に示すように、エンコーダ 30aの出力とポテンショメータ 35の出力をスィッチ部 222にて切り換えて、クラッチ機構部 36でクラッチ切断時には 、ポテンショメータ 35の出力をフィルタ 1002を介しスケール変換部 1003にて位置信 号に変換しスィッチ部 222を介して絶対位置信号として位置制御を行 ヽ、またクラッ チ機構部 36でクラッチ接続時には、エンコーダ 30aの出力をカウンタ 1000にてカウ ントし、カウントした位置信号をスィッチ部 222を介して絶対位置信号として位置制御 を行う。
[0128] すなわち、キャリブレーションモード時は、ポテンショメータ 35の値を用いておおま かな位置合わせを行 、、運転モード時にはエンコーダ 30aによる精密な位置制御を 行う機能となっている。
[0129] これにより、リモコン操作部 7のジョイスティックの位置と湾曲位置との対応が 1対 1に なるように制御が可能となる。その他の構成は実施例 1と同じである。
[0130] このように構成された本実施例の作用について説明する。図 41のフローチャートを 用いて本実施例におけるキャリブレーションモード処理を説明する。
[0131] ステップ S81にて運転モードコントローラ 105はクラッチ接続が OFFかどうか判断し 、クラッチ接続が OFFならば、ステップ S82にてサーボを OFFしてステップ S83に進 み、クラッチ接続が OFFでないならば、そのままステップ S83に進む。
[0132] そして、ステップ S83にて運転モードコントローラ 105はクラッチ接続が ONかどうか 判断し、クラッチ接続が ONならばステップ S84に進み、クラッチ接続が ONでないな らばステップ S81に戻る。
[0133] ステップ S84では、操作量と現在位置が所定範囲内にあるかどうか判断し、所定範 囲内ならばステップ S85に進み、所定範囲内でな!、ならばステップ S81に戻る。
[0134] そして、ステップ S85にて湾曲動作開始指令 ONかどうか判断し、湾曲動作開始指 令 ONならば処理を終了し、湾曲動作開始指令 ONでないならばステップ S81に戻る 。その他の作用は実施例 1と同じである。
[0135] 以上説明したように、本実施例では、 クラッチ機構部 36でクラッチ切断時には、ポ テンショメータ 35の出力をフィルタ 1002を介しスケール変換部 1003にて位置信号 に変換しスィッチ部 222を介して絶対位置信号として位置制御を行 ヽ、またクラッチ 機構部 36でクラッチ接続時には、エンコーダ 30aの出力をカウンタ 1000にてカウント しカウントした位置信号をスィッチ部 222を介して絶対位置信号として位置制御を行 うので、湾曲部への駆動力伝達状態に応じて適切な湾曲駆動制御を行うことができ る。 [0136] なお、制御部 37を内視鏡 2の湾曲制御部 10bに設けるとした力 これに限らず、制 御部 37を画像処理装置 4内に設けても良いし、別体のコントローラ装置内に設けても 良い。
[0137] 本発明は、上述した実施例に限定されるものではなぐ本発明の要旨を変えない範 囲において、種々の変更、改変等が可能である。
[0138] 本出願は、 2006年 1月 13日に日本国に出願された特願 2006— 006145号、及 び 2006年 1月 13日に日本国に出願された特願 2006— 006144号を優先権主張の 基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲に引 用されるものである。

Claims

請求の範囲
[1] 挿入部に設けられた湾曲部と、
前記湾曲部を湾曲動作させる複数の構成部材を有する湾曲駆動手段と、 前記湾曲駆動手段を駆動する駆動力を出力する湾曲動力手段と、
前記湾曲動力手段からの前記駆動力を選択的に前記湾曲駆動手段に伝達する駆 動力伝達手段と、
前記湾曲動力手段の駆動状態情報を検出する駆動状態検出手段と、 前記湾曲駆動手段の動作情報を検知して前記湾曲部の湾曲状態情報を検出する 湾曲状態検出手段と、
前記湾曲部を湾曲させる湾曲指示情報を出力する指示手段と、
前記指示手段を駆動する指示駆動手段と、
前記駆動力伝達手段の前記駆動力の伝達状態に基づいて前記指示駆動手段を 制御する指示駆動制御手段と
を備えたことを特徴とする電動湾曲内視鏡。
[2] 挿入部に設けられた湾曲部と、
前記湾曲部を湾曲動作させる複数の構成部材を有する湾曲駆動手段と、 前記湾曲駆動手段を駆動する駆動力を出力する湾曲動力手段と、
前記湾曲動力手段からの前記駆動力を選択的に前記湾曲駆動手段に伝達する駆 動力伝達手段と、
前記湾曲動力手段の駆動状態情報を検出する駆動状態検出手段と、 前記湾曲部の湾曲状態情報を検出する湾曲状態検出手段と、
前記駆動力伝達手段の前記駆動力の伝達状態に基づいて前記駆動状態情報と 前記湾曲状態情報とを選択して湾曲動作を制御する湾曲動作制御手段と
を備えたことを特徴とする電動湾曲内視鏡。
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