JP2005137701A

JP2005137701A - 医療用制御装置

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Publication number: JP2005137701A
Application number: JP2003378972A
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Inventors: Toshimasa Kawai; 利昌河合
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Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2005-06-02
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Abstract

【課題】医療用具の挿入部の挿入性及び操作性を向上できる医療用制御装置を提供すること。
【解決手段】本発明の医療用制御装置は、被検体内に挿入される内視鏡挿入部３９と、この内視鏡挿入部３９先端側に設けた湾曲部を湾曲動作させる電気的な湾曲駆動手段１と、前記湾曲部に対する湾曲動作を指示入力するとともに、この指示に応じて制御量を決定するアングルノブ２と、前記湾曲駆動手段１の変化量を検出するポテンショメータ６及びエンコーダと、このアングルノブ２からの制御量に基づいて前記湾曲駆動手段１を制御するコントローラ８とを有する。このコントローラ８内の受動コントローラ２０は、前記被検体側から前記内視鏡挿入部３９に及ぼす力を受けて、前記変化量に基づいて前記湾曲駆動手段１を受動的に制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、医療用具に対して所定の動作を行わせしめる駆動手段を有する医療用制御装置に関する。

従来より、医療用具として内視鏡は、広く利用されている。内視鏡は、細長の挿入部を体腔内に挿入することにより、体腔内臓器などを観察したり、必要に応じて処置具チャンネル内に挿通した処置具を用いて各種治療処置ができる。また、工業分野においても、内視鏡は、細長の挿入部を挿入することにより、ボイラ，タービン，エンジン，化学プラントなどの内部の傷や腐蝕などを観察したり検査することができる。

このような内視鏡には、細長な挿入部の先端部基端側に湾曲自在な湾曲部が連設されている。前記内視鏡において、使用者は、操作部に設けられた湾曲操作レバー等の湾曲操作入力手段を操作することにより、湾曲部を湾曲動作させるための湾曲駆動手段に、前記湾曲部の湾曲方向や湾曲の速度を湾曲量として指示入力される。そして、前記湾曲駆動手段は、前記湾曲操作レバーによる湾曲量に基づき、湾曲操作ワイヤを機械的に牽引弛緩させることにより、前記湾曲部を湾曲動作させる。

このような内視鏡は、湾曲駆動手段として内視鏡内部に内蔵したモータを電気的に回動制御してこのモータの駆動力により前記湾曲操作ワイヤを牽引弛緩して前記湾曲部を湾曲動作される電気的湾曲駆動方式、つまり電動湾曲の内視鏡がある。

例えば、特許２９１７２６３号公報には、電動湾曲の内視鏡において、前記湾曲操作ワイヤを牽引するプーリを有しこのプーリに対応するモータのトルクを内視鏡挿入部の種類に合うように設定できる制御手段等が開示されている。また、特許２８４５２５５号公報には、電動湾曲の内視鏡において、湾曲部の全操作範囲のモータにかかる負荷を均一にできる内視鏡の湾曲操作装置が開示されている。さらに、米国特許５４９６２０号公報には、電動湾曲の内視鏡において、所定のトルクを越えると湾曲操作ノブ（湾曲操作レバー）がスリップするトルクオーバーライド手段等が開示されている。
特許２９１７２６３号公報特許２８４５２５５号公報米国特許５４９６２０号公報

しかしながら、上記従来の電動湾曲内視鏡は、前記湾曲入力手段を操作して指示入力される湾曲量に基づき前記湾曲駆動手段としてのモータを電気的に制御することにより、前記湾曲部を湾曲動作させるといった能動的な駆動制御方法を行っているため、前記湾曲部に、例えば前記挿入部を体腔内に挿入した際の操作力量、あるいは体腔内の管腔との接触による力等が加わった場合には、前記挿入部の体腔内への挿入がしずらくなってしまうといった不都合があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、医療用具の挿入部の挿入性及び操作性を向上できる医療用制御装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明の医療用制御装置は、被検体内に挿入される挿入部を有する医療用具と、前記医療用具に対して所定の動作を行わせしめる駆動手段と、前記医療用具に対して所定の動作を指示入力する操作部を有し、この操作部の指示に応じて制御量を決定する入力手段と、前記被検体側から前記挿入部に及ぼされる力によって変化する前記挿入部の変化量を検出する検出手段と、前記入力手段による制御量及び前記検出手段による変化量に基づいて、前記駆動手段を受動的に制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。

請求項２の発明の内視鏡用制御装置は、請求項１に記載の医療用制御装置において、前記医療用具は、前記挿入部の先端側に湾曲部を有する内視鏡であり、前記駆動手段は、前記湾曲部を湾曲動作させる湾曲駆動手段であることを特徴とするものである。

請求項３の発明の医療用制御装置は、請求項１または請求項２に記載の医療用制御装置において、前記医療用具は、前記挿入部を有する内視鏡であり、前記駆動手段は、前記内視鏡の挿入部に対して進退動作及びひねり動作の少なくとも１つの動作を行わせしめる駆動手段であることを特徴とするものである。

請求項４の発明の医療用制御装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の医療用制御装置において、前記医療用具は、前記被検体内で処置動作を行う処置具であり、前駆駆動手段は、前記処置具を処置動作させる処置駆動手段であることを特徴とするものである。

請求項５の発明の医療用制御装置は、請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の医療用制御装置において、前記医療用具は、前記被検体内で処置動作を行う処置具であり、前駆駆動手段は、前記処置具の挿入部に対して進退動作及びひねり動作の少なくとも１の動作を行わせしめる駆動手段であることを特徴とするものである。

本発明の医療用制御装置は、医療用具の挿入部の挿入性及び操作性を向上できるといった利点がある。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１乃至図８は本発明に係る医療用制御装置としての内視鏡用制御装置の概念を説明するためのもので、図１は本発明の内視鏡用制御装置の簡略化したブロック線図、図２及び図３は内視鏡用制御装置によって制御される湾曲駆動手段の具体的な構成を示し、図２は前記湾曲駆動手段の斜視図、図３は図２の湾曲駆動手段の側面図、図４は操作力量に伴う内視鏡用制御装置の物理的な特性を示す説明図、図５は従来のコントローラの具体的な構成例を示すブロック図、図６は内視鏡用制御装置のサーボ特性を説明するための特性図であり、図６（ａ）はローパスフィルタに相当する内視鏡制御装置によるサーボ特性を示す特性図、図６（ｂ）はハイパスフィルタに相当する通常の制御装置によるサーボ特性を示す特性図である。図７は内視鏡制御用装置をモータ駆動機構に適用した場合の具体的な構成を示すブロック図、図８は本発明の内視鏡用制御装置全体の構成例を示すブロック図である。

図１に示すように、内視鏡用制御装置は、図示しない内視鏡操作部により例えば、医療用具としての内視鏡の湾曲部の位置指令信号が供給されるコントローラ８と、このコントローラ８によって駆動制御される、例えば湾曲部を駆動するためのモータなどの制御対象部９と、を有し、この制御対象部９を介して、例えば、内視鏡挿入部の体腔内での挿入操作時などに湾曲操作を行うための内視鏡湾曲位置指示信号が出力されるようになっている。

ここで、本発明の特徴であるコントローラ内部の説明を行う。
従来の電動内視鏡におけるコントローラのブロック線図を図５に示す。位置指令入力部への信号入力は、ジョイスティック（以下、ＪＳと称す）等で操作したときの信号入力部であり、図５中に示した通り、位置指令コントローラ１０、速度指令コントローラ１１、トルク指令コントローラ１２をシリーズに構成され、モータへのエネルギを供給する構成になっている。

モータにはエンコーダが連結されており、モータ回転が行われるときに、位置指令コントローラ１０、速度指令コントローラ１１にフィードバックされる構成になっている。ただし、トルク指令コントローラ１２へのフィードバックは、モータ駆動時の電流値をフィードバックする構成になっている。速度指令コントローラ１１へのフィードバックには、エンコーダ信号の微分値を用いるため、エンコーダ信号の微分を行うための微分器１１ａが配置されている。これにより、位置、速度、トルクに対して応答性が良く、なめらかな動作が可能になる構成となる。

このような構成にした場合、位置指令入力部からモータ駆動指令部までの伝達特性を周波数領域におけるゲイン特性で見た場合には、図６（ａ）の通りとなる（ローパスフィルタ特性）。また、操作入力部からモータ駆動司令部までの伝達特性は、図６（ｂ）の通りとなる（ハイパスフィルタ特性）。
以上のように前記コントローラのゲイン特性、位相特性を決定している。

しかしながら、本発明のコントローラにおいては、位置指令入力部からモータ駆動司令部までの伝達特性及び操作入力部からモータ駆動司令部までの伝達特性双方を、図６（ａ）のような特性に設定しているのが特徴である。特に、操作入力部からモータ駆動司令部までの伝達特性を図６（ａ）の特性にすることで、図４のようなばね９ａ及びダンパ９ｂで組み合わせた力学モデル特性を有することになる。換言すれば、ばね９ａ及びダンパ９ｂによる粘弾性作用により、図４中に示す力量Ｆが操作入力部に加わえられると、柔らかな特性、すなわち、コンプライアンス特性を有することができる。
本発明においては、前記示した通りのコンプライアンス特性を有するようにもコントローラの周波数特性を設定している。
さて、本発明のコントローラを用いた内視鏡操作部の一構成を示す。

図２及び図３に示すように、前記湾曲駆動手段１は、図示しない内視鏡操作部に配され、湾曲部（図示せず）を操作するためのアングルノブ２と、このアングルノブ２による操作に連動可能に設けられ、後述する対となる湾曲用ワイヤ４、４の基端部を巻き付けて固定し、対の湾曲用ワイヤ４、４を牽引及び弛援するスプロケット３と、このスプロケット３に基端部を巻き付けて固定し、湾曲部(図示せず）を観察視野の上下、左右の方向に湾曲するために図示しない内視鏡挿入部内に挿通された２対の４本の湾曲操作ワイヤ（図２及び図３では簡略化のため、上下方向又は左右方向の１対のみ、つまり２本）４、４と、前記スプロケット３を回動させるサーボモータ７と、このサーボモータ７の駆動力を前記スプロケット３に伝達する駆動ギア５Ａ、５Ｂと、前記スプロケット３の同軸上に設けられ、このスプロケット３の回転位置検出手段として回転位置を検出するためのポテンショメータ６と、を有している。

なお、前記サーボモータ７は、モータ駆動時にフィードバック制御が可能なものであり、またこのサーボモータ７は、図示はしないがこのサーボモータ７の回転位置検出手段としてその回転位置を検出するエンコーダを取付けている。

前記サーボモータ７、ポテンショメータ６、エンコーダ（図示せず）は、それぞれ図示しない信号線を介して前記コントローラ８に接続される。このポテンショメータ６は、検出したスプロケット３の回転位置を示す回転位置信号（以下、位置信号と称す）を図示しない信号線を介して前記コントローラ８に出力するようになっている。また、前記エンコーダ（図示せず）は、検出したサーボモータ７の回転位置を示す回転位置信号（以下、位置信号と称す）を図示しない信号線を介して前記コントローラ８に出力するようになっている。

そして、コントローラ８は、図示はしないが例えばジョイスティック等の内視鏡操作部からの位置指令信号（湾曲操作信号）に従って、回転位置検出手段としてのエンコーダ（図示せず）及びポテンショメータ６からの位置信号に基づき、サーボモータ７を回転駆動させ、図示しない湾曲部を電動で湾曲動作させることができるようになっている。

図７は前記内視鏡用制御装置をモータ駆動制御に適用した場合の具体的な構成例を示している。

図７に示すように、前記内視鏡用制御装置は、例えば複数の内視鏡を前記コントローラ８に接続し、これら内視鏡のモータ駆動制御をそれぞれ行う場合を想定すると、前記コントローラ８と、このコントローラ８に接続された複数の内視鏡毎のサーボモータ７、７ａ…７ｎ及び駆動ギア５Ｂ…を含む湾曲駆動手段１、１ａ、…１ｎと、前記複数の内視鏡毎に設けられ、前記サーボモータ７からの位置信号（エンコーダ信号）を入力し、この位置信号（エンコーダ信号）に応じて前記コントローラ８からの位置指令信号に補正処理してモータ駆動制御信号を生成する信号処理手段としてのＤＳＰ（Digital Signal Processorで、以下、ＤＳＰと称す）１７、１７ａ、…１７ｎと、このＤＳＰ１７からのモータ駆動制御信号を増幅しサーボモータ７に供給して駆動させるためのモータアンプ１８、１８ａ、…１８ｎと、前記複数の内視鏡毎に設けられたジョイスティック、アングルノブ、あるいは内視鏡挿入部のセンサー等の入力手段インターフェイス１９、１９ａ、…１９ｎと、を有している。

前記コントローラ８は、内部に統合管理ユニット１３を有し、この統合管理ユニット１３は、前記入力手段インターフェイス１９、１９ａ、…１９ｎからの位置指令信号（湾曲操作信号等）を入力する指令信号入力部１４と、この指令信号入力部１４により取り込まれた位置指令信号にパラメータ変換演算処理を施して各内視鏡の湾曲駆動手段の物理的パラメータを得る駆動機構パラメータ変換演算ユニット１５と、この駆動機構パラメータ変換演算ユニット１５からのパラメータにモータ位置指令演算処理を施してモータの位置指令信号を得るモータ位置指令演算ユニット１６と、を有している。

また、前記ＤＳＰ１７は、上述したようにモータ駆動制御信号を生成してサーボモータ７を駆動させる他に、後述するがサーボモータ７からの位置信号（エンコーダ信号）、及びポテンショメータ６からの位置信号を基に、内視鏡挿入部の体腔内への挿入時にこの内視鏡挿入部に対し挿入操作に伴う外界の力（例えば管腔との接触による力）がかかわったことを判断し、この判断結果に基づき前記湾曲駆動手段、あるいは内視鏡挿入部の進退を駆動する駆動手段（図示せず）を受動的に制御する受動コントローラ２０（図８参照）を有している。

つまり、前記受動コントローラ２０は、前記サーボモータ７からの位置信号（エンコーダ信号）、及びポテンショメータ６からの位置信号を基に、内視鏡挿入部の体腔内への挿入時にこの内視鏡挿入部に対し挿入操作に伴う外界の力が印加されたことを判断すると、その操作力量に対応した反力を発生するように、前記湾曲駆動手段、あるいは内視鏡挿入部の進退を駆動する駆動手段（図示せず）を受動的に制御するようになっている。すなわち、前記受動コントローラ２０は、通常のモータ駆動制御信号と操作力量反力の印加時のモータ駆動制御信号との差分に応じて、例えば湾曲駆動手段におけるサーボモータ７をフィードバック制御することで、このサーボモータ７、駆動ギア５Ａ、５Ｂ、及びスプロケット３を介して、術者が操作するアングルノブ２に前記反力を伝えるようになっている。

なお、本発明において、前記コントローラ２０による前記サーボモータ７のフィードバック制御は、前記位置信号に応じて前記サーボモータ７の駆動量を変化させるもので、例えばサーボモータ７の駆動を一度停止し、負方向に駆動させた後、再度正方向に駆動させる。これにより、前記反力を発生することができるようになっている。このとき、操作入力部から一出力部までの周波数伝達特性がローパスフィルタであるため、フィードバック制御によるモータ駆動部の発振等が発生することなく、スムーズに動作を行わせることが可能となる。

図８はこのような受動コントローラを備えた内視鏡用制御装置全体の基本構成を示すブロック図である。なお、図８は、１つの内視鏡がコントローラ８に接続された構成例を示している。
図８に示すように、内視鏡用制御装置は、上述した受動コントローラ２０を有するコントローラ８と、このコントローラ８からのモータ駆動制御信号により駆動されるサーボモータ及びエンコーダに相当するモータダイナミクス２１と、このモータダイナミクス２１によるモータ駆動力を図示しない湾曲部へと伝達するための駆動ギア５Ａ、５Ｂ、スプロケット３及びポテンショメータに相当するギアダイナミクス２２と、このギアダイナミクス２２により駆動力が伝達されることにより湾曲動作する内視鏡挿入部の湾曲部、あるいは内視鏡挿入部を体腔内に進退させる駆動手段に相当する内視鏡ダイナミクス２３と、を有している。

前記モータダイナミクス２１は、上述したようにサーボモータ７に設けられたエンコーダからの位置信号（エンコーダ信号）を前記コントローラ８内の受動コントローラ２０に供給する。また、前記ギアダイナミクス２２は、前記ポテンショメータ６からの位置信号を同様に前記受動コントローラ２０に供給する。

前記コントローラ８は、図示はしないが例えばジョイスティック、アングルノブ２等の内視鏡操作部からの位置指令信号（湾曲操作信号）に従って、エンコーダ（図示せず）及びポテンショメータ６からの回転位置信号に基づき、モータダイナミクス２１のサーボモータ７を回転駆動させ、ギアダイナミクス２２の駆動ギア５Ａ、５Ｂ及びスプロケット３を介して内視鏡ダイナミクス２３の図示しない湾曲部を電動で湾曲動作させる。あるいは、前記コントローラ８は、内視鏡ダイナミクス２３の内視鏡挿入部の進退駆動手段（図示せず）を駆動して内視鏡挿入部を進退させる。

上記構成の内視鏡用制御装置において、内視鏡挿入部の体腔内への挿入時に、例えば前記湾曲部に外部からの力が印加された場合、前記ギアダイナミクス２２の駆動ギア５Ａ、５Ｂ及びスプロケット３は、前記湾曲部の湾曲用ワイヤ４（図２参照）とが機械的に連結されているため、前記外部からの力、つまり、操作力量が図８に示すように入力されることになる。

すると、前記受動コントローラ２０は、供給されたエンコーダ（図示せず）及びポテンショメータ６からの位置信号を基に、通常のモータ駆動制御信号と操作力量の印加時のモータ駆動制御信号との差分を求め、この差分に応じて、例えばモータダイナミクス２１のサーボモータ７をフィードバック制御する。

これにより、前記内視鏡用制御装置は、ギアダイナミクス２２（スプロケット３）に連動可能に設けられたアングルノブ２に、前記操作力量に対応した反力を発生させることができる（例えば、力覚提示）。また、アングルノブ２に反力を発生させることにより、湾曲部に操作力量が印加させたことを術者に認識させることができ、その後の湾曲部の操作に反映させることで、前記湾曲部の操作性向上及び内視鏡挿入部の挿入性向上を図ることができるようになっている。

次に、このような本発明の医療用制御装置としての内視鏡用制御装置の第１実施例を図９乃至図１２を参照しながら説明する。図９乃至図１１は本発明の内視鏡用制御装置の第１実施例を示し、図９は内視鏡用制御装置の受動コントローラの概略的な構成を示すブロック図、図１０は内視鏡用制御装置を２つ接続して構成した場合のシステム全体の構成を示す構成図、図１１は第１実施例のシステムの第１変形例を示す構成図である。

図１０に示すように、本システムは、第１の内視鏡に電気的に接続した第１の内視鏡用制御装置と、第２の内視鏡に電気的に接続した第２の内視鏡用制御装置とを有し、前記第１の内視鏡装置と前記第２の内視鏡用制御装置は、接続線２０Ａ、２０Ｂを介して電気的に接続されている。

なお、以降の説明は、前記第１の内視鏡をマスター側内視鏡、前記第１の内視鏡用制御装置をマスター側内視鏡用制御装置として説明し、また、前記第２の内視鏡をスレーブ側内視鏡、前記第２の内視鏡用制御装置をスレーブ側内視鏡用制御装置として説明する。

前記マスター側内視鏡用制御装置は、前記マスター側内視鏡と、このマスター側内視鏡に設けられた湾曲駆動手段１と、前記受動コントローラ２０を有するマスター側コントローラコントローラ８と、を有している。

前記湾曲駆動手段１は、図２及び図３により説明した構成と略同様ではあるが、スプロケット３と連動可能に軸支された駆動ギア５Ｃを有している。この駆動ギア５Ｃは、ポテンショメータ６を設けた駆動ギア５Ｄに噛合している。この駆動ギア５Ｄは、アングルノブ２と連動可能に軸支されており、このアングルノブ２の操作に伴う回動を前記駆動ギア５Ｃを介してスプロケット３に伝達する。一方、前記湾曲駆動手段１のサーボモータ７は、駆動ギア５Ｂが軸支され、この駆動ギア５Ｂと噛合する駆動ギア５Ａを介して駆動力を前記スプロケット３に伝達する。

前記ポテンショメータ６は、検出した位置信号を前記マスター側コントローラ８の位置信号入力部２０ａを介してこのマスター側コントローラ８に供給する。また、このマスター側コントローラ８は、モータ駆動信号をモータ駆動信号出力部２０ｂを介して前記サーボモータ７に供給する。

一方、前記スレーブ側内視鏡用制御装置は、前記スレーブ側内視鏡と、このスレーブ側内視鏡に設けられた湾曲駆動手段１Ａと、前記マスター側内視鏡用制御装置と略同様の受動コントローラ２０Ａを有するスレーブ側コントローラ８Ａと、を有している。

前記湾曲駆動手段１Ａは、前記マスター側内視鏡の湾曲駆動手段１と略同様の構成である。したがって、この湾曲駆動手段１Ａは、スプロケット３Ａと連動可能に軸支された駆動ギア５Ｃ１を有している。この駆動ギア５Ｃ１は、ポテンショメータ６を設けた駆動ギア５Ｄ１に噛合している。この駆動ギア５Ｄ１は、アングルノブ２Ａと連動可能に軸支されており、このアングルノブ２Ａの操作に伴う回動を前記駆動ギア５Ｃ１を介してスプロケット３Ａに伝達する。一方、前記湾曲駆動手段１Ａのサーボモータ７Ａは、駆動ギア５Ｂ１が軸支され、この駆動ギア５Ｂ１と噛合する駆動ギア５Ａ１を介して駆動力を前記スプロケット３Ａに伝達する。

前記ポテンショメータ６Ａは、検出した位置信号を前記スレーブ側コントローラ８Ａの位置信号入力部２０ａを介してこのスレーブ側コントローラ８Ａに供給する。また、このスレーブ側コントローラ８Ａは、モータ駆動信号をモータ駆動信号出力部２０ｂを介して前記サーボモータ７Ａに供給する。

図９は前記マスター側コントローラ８及び前記スレーブ側コントローラ８Ａ内にそれぞれ設けられた受動コントローラ２０の構成例を示している。
図９に示すように、前記受動コントローラ２０は、コントロール部２４と、アクチュエータ駆動部２５と、スイッチ２６と、前記ポテンショメータ６（６Ａ）からの位置信号を入力するための位置信号入力部２０ａと、前記サーボモータ７（７Ａ）にモータ駆動信号を出力するためのモータ駆動信号出力部２０ｂと、制御対象部９の位置信号などのリファレンス信号を入力するためのリファレンス信号入力部２０ｃと、位置信号を出力するための位置信号出力部２０ｄと、リファレンス信号を出力するためのリファレンス信号出力部２０ｅと、を有している。

前記コントロール部２４には、前記位置信号入力部２０ａを介して位置信号、前記リファレンス信号入力部２０ｃを介してリファレンス信号がそれぞれ入力されるようになっている。このコントロール部２４は、供給された位置信号及びリファレンス信号に基づくモータ駆動信号を生成し、前記スイッチ２６の一方の入力端に供給する。また、このスイッチ２６の他方の入力端には、前記アクチュエータ駆動部２５を介してモータ駆動を停止させるための制御信号が供給されるようになっている。つまり、前記アクチュエータ駆動部２５は、サーボモータ７の駆動を停止するためのモータ駆動信号を生成し、前記スイッチ２６の他方の入力端に供給する。

前記スイッチ２６は、前記受動コントローラ２０により切替え制御されるようになっており、例えば通常の湾曲動作を行う場合には前記コントロール部２４からのモータ駆動信号を選択し、モータ駆動信号出力部２６ｂを介してサーボモータ７に供給する。一方、前記スイッチ２６は、例えば湾曲部に操作力量が印加された場合には、アクチュエータ駆動部２５からのモータ駆動信号（モータ駆動停止信号）を選択し、上記同様モータ駆動信号出力部２６ｂを介してサーボモータ７に供給する。したがって、前記受動コントローラ２０は、例えば湾曲部に操作力量が印加されたと判断した場合に、例えば前記サーボモータ７の駆動を停止させるように前記スイッチ２６を切替えることになる。

また、本実施例では、図１０に示すように、前記スレーブ側コントローラ８Ａの位置信号出力部２０ｄは、接続線２０Ａを介して前記マスター側コントローラ８のリファレンス信号入力部２０ｃに接続しており、前記スレーブ側内視鏡の位置信号を前記マスター側コントローラ８に供給している。

また、前記マスター側コントローラ８の位置信号出力部２０ｄは、接続線２０Ｂを介して前記スレーブ側コントローラ８Ａのリファレンス信号入力部２０ｃに接続しており、前記マスター側内視鏡の位置信号を前記スレーブ側コントローラ８Ａに供給している。

なお、本実施例では、前記接続線２０Ａ、２０Ｂは、通常の信号線に限定されるものではなく、例えば前記マスター側内視鏡用制御装置と前記スレーブ側内視鏡用制御装置とが院内、あるいは遠隔地に配されたシステムである場合には、院内のネットワーク回線、あるいはインターネット回線を用いて接続しても良い。

次に、本実施例のシステムの作用を図１０を参照しながら説明する。
いま、術者がスレーブ側内視鏡用制御装置のスレーブ側内視鏡を用いて、患者の体腔内の観察・処置を行っているものとする。この場合、術者は、図示しない操作部のアングルノブ２Ａを適宜操作することにより、スレーブ側コントローラ８Ａによるモータ駆動制御により図示しない湾曲部を湾曲動作させ、体腔内に挿入されているスレーブ側内視鏡の挿入部先端部を体腔内の目的部位（被検部）近傍へと配置させる。

このとき、スレーブ側内視鏡を操作する術者が、マスター側内視鏡を操作する熟練術者に指示を仰ぐものとする。このような場合、熟練術者は、マスター側内視鏡の操作部のアングルノブ２を適宜操作して、スレーブ側内視鏡を操作する術者に手技を伝達する。すなわち、マスター側コントローラ８は、このときの熟練術者の操作による手技をポテンショメータ６からの位置信号を位置信号入力部２０ａを介して取り込み、この取り込んだ位置信号を位置信号出力部２０ｂ、接続線２０Ｂを介してスレーブ側コントローラ８Ａのリファレンス信号入力部２０ｃに供給する。

すると、スレーブ側コントローラ８Ａは、この供給された位置信号に基づき、モータ駆動信号を生成し、サーボモータ７を駆動制御する。これにより、スレーブ側内視鏡の湾曲部(図示せず）は、熟練術者が操作するマスター側内視鏡の湾曲動作と略同様に湾曲動作させることが可能となり、熟練術者の手技を術者に認識させ、指示を与えることができる。

そして、術者は、スレーブ側内視鏡の挿入部をさらに体腔内に挿入しながら、操作部のアングルノブ２Ａを操作して湾曲部を体腔内の管腔に沿って湾曲動作させる。このとき、スレーブ側内視鏡において、この挿入部に体腔内への挿入により操作力量が印加され、あるいは、この挿入部の湾曲部に体腔内の管腔との接触により操作力量が印加されたとすると、スレーブ側コントローラ８Ａは、供給されたエンコーダ（図示せず）及びポテンショメータ６からの位置信号を基に、通常のモータ駆動制御信号と操作力量の印加時のモータ駆動制御信号との差分を求め、この差分に応じて、サーボモータ７の駆動量を変化させ、あるいは停止するように制御する。同時にスレーブ側コントローラ８Ａは、このときの位置信号を位置信号出力部２０ｄ、接続線２０Ａを介してマスター側コントローラ８のリファレンス信号入力部２０ｃに供給する。

すると、マスター側コントローラ８は、前記スレーブ側コントローラ８Ａから供給された位置信号に基づき、スレーブ側内視鏡に操作力量が印加されたと判断して、アクチュエータ駆動部２５からのモータ駆動信号（モータ駆動停止信号）を選択出力するようにスイッチ２６（図９参照）を切替え制御する。これにより、サーボモータ７の駆動が停止することにより、アングルノブ２を介して前記操作力量に対応した反力を発生させることが可能となり、このアングルノブ２に反力を発生させることにより、熟練技術者にスレーブ側内視鏡の湾曲部に操作力量が印加されたことを認識させることができる。

そして、熟練技術者は、再度、マスター側内視鏡の湾曲部の操作を適宜行い、スレーブ側内視鏡を操作する術者に指示（手技）を伝達する。
その後、前記マスター側内視鏡用制御装置と前記スレーブ側内視鏡用制御装置との間で、上述したようなスレーブ側内視鏡用制御装置に対する連動制御（位置指令制御）及び受動制御を繰り返して行うことにより、熟練術者による指示（手技）を確実にスレーブ側内視鏡を操作する術者に伝達することが可能となる。

なお、本実施例では、スレーブ側内視鏡による観察・処置を行っている最中に、マスター側内視鏡用制御装置を用いて、スレーブ側内視鏡用制御装置を制御するように説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、スレーブ側内視鏡用制御装置は、常時マスター側内視鏡用制御装置からの制御に基づき、連動した駆動制御を行うように構成しても良い。つまり、マスター側内視鏡用制御装置及びスレーブ側内視鏡用制御装置とを擬似的な体腔内の観察・処置を行う教育シュミレーションとして構成すれば、大きなシステムを構成しなくても、熟練術者の指示（手技）を確実に他の術者に伝達させることができる。

したがって、本実施例によれば、湾曲駆動手段を受動的に制御可能な受動コントローラ２０を設けたことにより、内視鏡単体でもその反力を利用して効果的に湾曲操作を行うことができるので、内視鏡の挿入部の挿入性及び内視鏡の操作性を向上させることが可能となる。また、マスター側とスレーブ側にそれぞれ内視鏡用制御装置を設けてシステムを構成した場合には、スレーブ側内視鏡を操作する術者に対し、マスター側内視鏡を操作する熟練術者の指示(手技を)を確実に伝達させることが可能となるので、例えば教育用シュミレーションとして前記システムを適用すれば有効である。

なお、本実施例のシステムは、図１１の第１変形例に示すように、スレーブ側内視鏡用制御装置を、複数（ｎ）個、前記実施例と同様に前記マスター側内視鏡用制御装置に接続し、これら複数（ｎ）個全て、あるいは少なくとも２つのスレーブ側内視鏡用制御装置を受動的に制御するように構成しても良い。この場合、これらのスレーブ側内視鏡用制御装置は、マスター側内視鏡用制御装置による湾曲動作に連動するように湾曲制御が実行されることになるので、教育用シュミレーションとしてシステムを構成すれば特に有効となる。

図１２乃至図１４は前記第１実施例の内視鏡用制御装置の第２変形例を示し、図１２は本変形例の内視鏡用制御装置全体の構成を示すブロック図、図１３は本変形例の内視鏡用制御装置の具体的な構成を示す構成図、図１４は図１３に示すジョイスティックの具体的な構成を示す構成図である。

図１２に示すように、本例の内視鏡用制御装置は、前記第１実施例の内視鏡用制御装置（図８参照）と略同様に構成されているが、内視鏡ダイナミクス２３には操作手段としてのジョイスティック２７が設けられ、このジョイスティック２７を介して反力が得られるようになっている。

また、前記内視鏡用制御装置は、図１３に示すように、前記第１実施例と同様の受動コントローラ２０を有するコントローラ８と、このコントローラ８に電気的に接続されたジョイスティック２７と、前記コントローラ８に接続され、アングルノブ２のみを削除して構成した湾曲駆動手段１ａと、を有している。なお、この湾曲駆動手段１ａは、アングルノブ２以外の構成は前記第１実施例の湾曲駆動手段１と同様である。

前記ジョイスティック２７は、内視鏡操作部とは別体に設けられ、湾曲部を所望する方向に湾曲させるための操作手段であり、操作に基づく位置指令信号を生成し、前記コントローラ８に供給する。このジョイスティック２７は、例えば操作固定部２８と、ジョイスティック操作レバー２９と、を有している。このジョイスティック操作レバー２９は、前記操作固定部２８内に例えば左右２方向に移動可能に取付けられた支持部材２９ａと、この支持部材２９ａの先端側に設けられた把持部２９ｂと、を有している。

また、前記操作固定部２８は、図１４に示すように、前記支持部材２９ａの基端部が固定された駆動カム３０と、この駆動カム３０と噛合する駆動ギア３１と、この駆動ギア３１を軸支し、前記コントローラ８と電気的に接続されるサーボモータ３２と、を有している。

上記構成のジョイスティック２７は、前記把持部２９ｂを術者が把持しながら、図１４中矢印方向に適宜操作すると、この操作に基づき前記支持部材２９ａ、駆動カム３０、駆動ギア３１を介してサーボモータ３２を回動させ、このサーボモータ３２に取付けられたエンコーダ（図示せず）によりこの回動に基づく位置指令信号を生成して前記コントローラ８に出力するようになっている。

また、前記ジョイスティック２７は、前記第１実施例と同様に、反力が発生した場合には、前記コントローラ８（受動コントローラ２０）によって前記操作固定部２８内のサーボモータ３２を駆動停止するように制御することで、駆動ギア３１、駆動カム３０、支持部材２９ａを介して反力が把持部２９ｂに伝達されるようになっている。

その他の構成及び作用については、前記第１実施例と同様である。
したがって、本例によれば、湾曲操作を行う操作手段を、アングルノブ２に変えてジョイスティック２７を設けて構成した場合でも、前記第１実施例と同様に作用し、同様の効果を得ることが可能となる。また、ジョイスティック２７を内視鏡操作部とは別体に設けたことにより、内視鏡操作部の軽量化を図ることが可能となり、内視鏡操作性の向上化に大きく寄与する。

図１５乃至図１７は本発明の内視鏡用制御装置の第２実施例を示し、図１５は内視鏡用制御装置の全体構成を示す構成図、図１６は図１５に示す挿入部ドライブユニットの全体構成を示す構成図、図１７は図１６に示す挿入部ドライブユニットの構成を説明するもので、図１７（ａ）は正面図、図１７（ｂ）は上面断面図、図１７（ｃ）は正面断面図である。なお、図１５乃至図１７は、前記第１実施例と同様な構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分のみを説明する。

本実施例の内視鏡用制御装置は、前記第１実施例のように湾曲駆動手段を操作力量に対して受動的に制御するだけでなく、さらに、内視鏡挿入部を体腔内に電動で進退駆動させるための進退駆動手段である挿入部ドライブユニット３６を設け、この挿入部ドライブユニット３６を、内視鏡挿入部に加わる操作力量に対して受動的に制御するように構成している。

図１５に示すように、内視鏡用制御装置は、前記第１実施例の内視鏡用制御装置と略同様に構成されるが、ジョイスティック（以下、ＪＳと称す）操作入力部３４及び挿入部進退入力部３５を有する操作部３３と、この操作部３３に接続線３３ａ、コネクタ３３ｂを介して接続され、前記第１実施例と略同様の制御を行うとともに、後述する挿入部ドライブユニット３６の駆動制御を行うコントローラ（ドライブユニットコントローラ）８と、このコントローラ８にコネクタ３７ｂ、接続線３７ａ及びコネクタ３７ｃを介して接続され、内視鏡挿入部３９を体腔内へと電動で進退駆動させるための進退駆動手段である挿入部ドライブユニット３６と、を有している。

前記ＪＳ操作入力部３４は、前記第１実施例の第２変形例（図１３参照）のジョイスティック２７と略同様に、湾曲操作に伴う位置指令信号をコントローラ８に供給する。

前記挿入部進退入力部３５は、前記操作部３３の例えば側面側に設けられたスライド式のスイッチであり、このスライド式のスイッチをスライド動作させることにより、前記挿入部ドライブユニット３６を駆動制御するための位置指令信号を前記コントローラ８に供給する。また、前記スイッチは、前記操作部３３内に設けられた前記内視鏡挿入部３９からの反力を伝達するためのサーボモータ４５、駆動ギア４６（図２６参照）に連結されており、これらサーボモータ４５、駆動ギアを介して前記コントローラ８による制御により反力が生じるように構成されている。

前記挿入部ドライブユニット３６は、図１５に示すように、ユニット本体内部に対向配置して固定された第１、第２ユニット３７、３７と、これらの第１、第２ユニット３７、３７に挟持された状態で内視鏡挿入部３９が挿入可能であり、前記ユニット本体内を連通する内視鏡挿入部挿通口３６Ａと、を有している。

前記第１、第２ユニット３７、３７は、図１６、図１７に示すように、前記内視鏡挿入部３９の外周面を挟持しながらこの内視鏡挿入部３９を進退駆動するための一対の回転弾性体３８、３８と、これら回転弾性体３８を回動させるためのサーボモータ３７Ａ、３７Ａと、このサーボモータ３７Ａ、３７Ａのモータ駆動力を前記一対の回転弾性体３８、３８に伝達するための駆動ギア３７Ｂ、３７Ｂと、を有している。なお、前記回転弾性体３８，３８は、挟持する内視鏡挿入部３９の外周面を適度な押圧力で挟持可能で且つ傷つけない柔らかい材質３８ａ（例えばラバー）により形成されている。

前記サーボモータ３７Ａ、３７Ａは、図示しない信号線により前記コネクタ３７ｃに接続され、このコネクタ３７ｃは接続線３７ａを介して前記コントローラ８に接続されている。また、このサーボモータ３７Ａ、３７Ａは、前記第１実施例と同様に図示はしないがエンコーダを有し、このエンコーダにより得られる位置信号を前記コントローラ８に供給するようになっている。

前記コントローラ８は、図示はしないが前記第１実施例と略同様に湾曲駆動手段に対して受動制御を行うとともに、前記ＪＳ操作入力部３４及び前記挿入部進退入力部３５からの位置指令信号に基づき、前記挿入部ドライブユニット３６の駆動制御を行う。これにより、内視鏡挿入部３９の体腔内への自動挿入が可能となる。

また、前記コントローラ８は、前記サーボモータ３７Ａ、３７Ａのエンコーダ（図示せず）及びポテンショメータ６（図示せず）からの位置信号を基に、内視鏡挿入部に体腔内の管腔との接触による操作力量が印加されたか否かを判断し、操作力量が印加されたと判断した場合には、サーボモータ３７Ａ、３７Ａにモータ駆動信号（モータ駆動停止信号）を出力して前記挿入部ドライブユニット３６の駆動を一端停止するように制御する。

そして、前記コントローラ８は、前記挿入部ドライブユニット３６の駆動を停止するように制御することで内視鏡挿入部３９の体腔内への挿入を止め、この際に、前記操作部３３の前記挿入部進退入力部３５を介して前記操作力量に対応した反力を発生させるように制御する。これにより、この内視鏡を操作する術者に内視鏡挿入部に操作力量が印加されたことを認識させることができる。

さらに、前記コントローラ８は、前記挿入部ドライブユニット３６の駆動停止して前記操作部３３に反力を発生させる第１の受動制御モードが実行された後に、前記位置信号に基づき前記内視鏡挿入部３９を逆方向に少し進退させるように挿入部ドライブユニット３６の駆動を制御し、湾曲部（図示せず）を自動的に所定角度で湾曲動作させる第２の受動制御モードを実行するように制御する。

さらに、また前記コントローラ８は、前記第１の受動制御モードを実行した際に、内視鏡挿入部に操作力量が印加されたか否かの判断処理が行えない場合には、前記操作部３３の前記ＪＳ操作入力部３４を用いた術者による湾曲操作指示モードに切替えるように制御することも可能である。
その他の構成は、前記第１実施例と略同様である。

次に、本実施例の内視鏡用制御装置の作用を図１５乃至図１７を参照しながら説明する。
いま、術者が内視鏡用制御装置の内視鏡を用いて、患者の体腔内の観察・処置を行うものとする。この場合、術者は、操作部３３の前記挿入部進退入力部３５を適宜スライド操作することにより、前記挿入部ドライブユニット３６によるモータ駆動制御により内視鏡挿入部３９を体腔内に挿入し、この挿入部先端部を体腔内の目的部位（被検部）近傍へと進退させる。

このとき、前記コントローラ８は、前記第１実施例と同様に湾曲駆動手段１の受動制御が可能であるので、体腔内の管腔に沿って湾曲部を湾曲させながら前記内視鏡挿入部３９を進退を行う。

そして、前記コントローラ８は、前記サーボモータ３７Ａ、３７Ａのエンコーダ（図示せず）及びポテンショメータ６（図示せず）からの位置信号を基に、内視鏡挿入部に体腔内の管腔との接触による操作力量が印加されたか否かを判断し、操作力量が印加されたと判断した場合には、サーボモータ３７Ａ、３７Ａにモータ駆動信号（モータ駆動停止信号）を出力して前記挿入部ドライブユニット３６の駆動を一端停止するように制御する。同時に、前記コントローラ８は、前記操作部３３内のサーボモータ４５（図２６参照）の駆動を停止するように制御することにより、このサーボモータ４５、駆動ギア４６（図２６参照）を介して前記挿入部進退入力部３５に対し、前記操作力量に対応した反力を発生させる。第１の受動制御モード）。これにより、この内視鏡を操作する術者に内視鏡挿入部に操作力量が印加されたことを認識させることができる。

その後、前記コントローラ８は、前記第１の受動制御モードが実行された後に、前記位置信号に基づき前記内視鏡挿入部３９を逆方向に少し進退させるように挿入部ドライブユニット３６の駆動を制御し、湾曲部（図示せず）を自動的に所定角度で湾曲動作させる第２の受動制御モードを実行する。これにより、内視鏡挿入部の体腔内への挿入性を向上させることができる。

なお、前記コントローラ８は、前記第１の受動制御モードを実行した際に、内視鏡挿入部に操作力量が印加されたか否かの判断処理が行えない場合には、前記操作部３３の前記ＪＳ操作入力部３４を用いた術者による湾曲操作指示モードに切替えるように制御する。湾曲操作指示モードに切り替えない場合には、図示しないドライブユニットコントローラ８内のブザーにより、術者に警告をならす仕組みとなっている。
本実施例では、サーボモータのみの構成を示しているが、前記示した通り、トルクセンサをサーボモータに機械的に結合させ、挿入進退時の負荷トルクをモータエンコーダにフィードバック検知でなく、直接計測する方法を取っても構わない。
その他の作用は、前記第１実施例と略同様である。

したがって、本実施例によれば、前記第１実施例と略同様の効果が得られる他に、前記操作部３３の挿入部進退入力部３５によるスライダ操作のみで内視鏡挿入部３９の体腔内への挿入が可能となり、内視鏡挿入部の挿入性及び内視鏡の操作性を向上できる。

図１８は前記第２実施例の内視鏡制御装置の第１変形例を示し、改良された挿入部ドライブユニットの構成を示す構成図、図１９は図１８に示す挿入部ドライブユニットの第２変形例を示し、図１９（ａ）は第１変形例の挿入部ドライユニットの平面図、図１９（ｂ）は第１変形例の挿入部ドライブユニットの平面図である。

図１８に示すように、本例の内視鏡制御装置は、前記第２実施例の内視鏡用制御装置と略同様の構成ではあるが、さらに、内視鏡挿入部３９を確実に保持しながら体腔内への挿入性を向上させるために、改良がなされた挿入ドライブユニット３６Ｂを有している。

前記挿入ドライブユニット３６Ｂは、同図に示すように、第１、第２ユニット３７、３７の内いずれか一方のユニット３７が前記回転弾性体３８、３８の接触方向にスライド可能に取付けられている。また、このスライド可能に取付けられた第１又は第２ユニット３７は、ユニット本体内に固定された板状の固定板３６Ｃ上のばね部材３９Ａによって、前記接触方向に付勢されるようになっている。

したがって、前記挿入部ドライブユニット３６Ｂは、図１９（ａ）に示すように、内視鏡挿入部挿通口３６Ａを介して挿入し、前記回転弾性体３８、３８に挟持させながら進退させる場合に、前記ばね部材３９Ａの付勢力によって前記回転弾性体３８，３８の間に挟持した内視鏡挿入部３９又は処置具を確実に保持することができるとともに、この保持状態を確保しながら確実に進退させることが可能となる。

また、本例の内視鏡制御装置は、図１９（ｂ）の第２変形例に示すように、第１、第２ユニット３７、３７両方を前記同様にスライド可能に構成するとともに、前記固定板３６Ｃをユニット本体内の前記第１、第２ユニット３７、３７の外側に２つ配設し且つそれぞれ設けたばね部材３９Ａによって、前記第１、第２ユニット３７、３７を前記接触方向に付勢するように挿入部ドライブユニット３６Ｂ１を構成しても良い。これにより、前記挿入部ドライブユニット３６Ｂ１は、さらに回転弾性体３８、３８による内視鏡挿入部３９の保持力を向上でき、内視鏡挿入部の挿入性を向上させることができる。

したがって、本例によれば、前記第２実施例と同様の効果が得られる他に、内視鏡挿入部３９又は処置具を確実に保持しながら進退させることができるので、さらに、内視鏡挿入部の挿入性を向上させることが可能となる。

第３実施例

図２０及び図２１は本発明の内視鏡用制御装置の第３実施例を示し、図２０は内視鏡用制御装置全体の構成を示す構成図、図２１は図２０に示す挿入部ドライブユニットの構成を説明するもので、図２１（ａ）は正面図、図２１（ｂ）は上面断面図、図２１（ｃ）は正面断面図である。また、図２２は第３実施例の操作部の第１変形例を示す構成図、図２３は第３実施例の操作部の第２変形例を示す構成図である。なお、図２０乃至図２３は、前記第１、第２実施例と同様に構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分のみを説明する。

本実施例の内視鏡用制御装置は、前記第２実施例の内視鏡用制御装置と略同様に構成されているが、前記内視鏡挿入部の進退動作の際にひねりが生じた場合でも、このひねりを修正して内視鏡挿入部の進退動作を良好に行うための改良を施した挿入部ドライブユニット３６Ｄを有している。

図２０に示すように、前記挿入部ドライブユニット３６Ｄは、前記第２実施例の挿入部ドライブユニット３６の構成要件の他に、一対の前記回転弾性体３８、３８に対し鉛直の方向に軸支された一対の回転弾性体４１、４１を設けている。

前記回転弾性体４１、４１は、前記回転弾性体３８、３８を有している第１、第２ユニット３７、３７の上下方向にそれぞれ配置した図示しない第３、第４ユニットに設けられている。これらの第３、第４ユニットの構成は、前記第２実施例における第１、第２ユニット３７、３７と同様である。しかしながら、前記第３、第４ユニット（図示せず）は、前記第１、第２ユニット３７、３７の上下方向に配置されるようにユニット本体内に設けられている。この場合、前記回転弾性体４１、４１は、前記回転弾性体３７、３７とともに前記内視鏡挿入部３９の外周面を挟持しながらこの内視鏡挿入部３９の進退方向におけるひねりを正常に戻すためにその回転軸が内視鏡挿入部３９の進退方向となるように配置される（図２１参照）。

したがって、前記回転弾性体４１、４１は、前記回転弾性体３７、３７と同様にサーボモータ４０、４０、駆動ギア（図示せず）を介して適宜回転することにより、挟持している内視鏡挿入部３９のひねりを戻し、正常な状態で進退動作を行うことができるようになっている。なお、前記サーボモータ４０、４０は、前記第２実施例と同様にコントローラ８によって駆動制御される。

操作部３３内には、ジャイロセンサ３２ａが配置され、ジャイロセンサ３２ａで検出した検知信号をドライブユニットコントローラ８内に送信可能な構成となっている。同時にドライブユニットコントローラ８側内では、ジャイロセンサ３２ａの信号に基づいて、回転弾性体４１を駆動する構成になっている。
以上の構成により、例えば、術者がひねり動作を行いたい場合には、操作部３３を図中上下方向を軸にひねることでジャイロセンサ３２ａの検知信号に基づいて、所望の内視鏡挿入部ひねり動作を行わすことが可能となる。したがって、前記第２実施例の内視鏡用制御装置と同様に作用する他に、内視鏡挿入部ひねり動作ね行わせることが可能となるため、体腔内への挿入・進退・ひねり動作と現在の内視鏡操作と同様なことが行えるようになる。

また、ひねり動作についても反力を提示したい場合の構成として、図２２もしくは図２３のような構成をとっても良い。この場合、前記実施例で示したドライブコントローラ８内でのジャイロセンサ信号に基づいて回転弾性体４１を駆動していた部分を前記から示してある受動コントローラとすることで構成されることになる。

図２２のように、ひねり操作部用のサーボモータを操作部３３と機械的に連結させることとしても良い。この場合、前記操作部３３Ａは、把持レバー３４Ａが水平方向に３６０°回転操作が可能となるように、操作部本体を駆動ギア３２Ｂ、固定軸４２ａを介して操作固定部４２に固定するようにして構成する。つまり、操作部３３Ａは、この把持レバー３４Ａの回転位置に応じた位置信号をコントローラ８に出力することになる。
また、コントローラ８は、前記操作部３３Ａ内に設けたサーボモータ３２を介して反力を把持レバー３４Ａに伝達するようになっている。

また、本実施例では、図２３の第２変形例に示すように、上述した第１変形例の前記サーボモータ３２及び駆動ギア３２Ｂは、前記操作固定部４２内に設けて構成しても良い。この場合、操作部３３は、把持レバー３４による回転操作に伴い、固定軸４２ａとともに回転することになる。また、コントローラ８の駆動制御により生じる反力は、前記サーボモータ３２、駆動ギア３２Ｂ、固定軸４２ａ、操作部本体を介して前記把持レバー３４に伝達されることになる。

第４実施例

図２４乃至図２６は本発明の内視鏡用制御装置の第４実施例を示し、図２４は内視鏡用制御装置全体の構成を示す構成図、図２５は図２４に示す処置具鉗子操作部の具体的な構成例を示し、図２５（ａ）は処置具鉗子操作部の外観構成を示す構成図、図２５（ｂ）は処置具鉗子操作部の内部構成を示す構成図である。また、図２６は図２４の処置具進退入力部の具体的な構成を示す構成図である。なお、図２４乃至図２６は、前記第１、第２実施例と同様に構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分のみを説明する。

前記第１乃至第３実施例の内視鏡用制御装置は、内視鏡の湾曲駆動手段１及挿入部ドライブユニット３６における受動制御を行った実施例について説明したが、本実施例の内視鏡制御装置は、例えば鉗子などの医療用具としての処置具の進退駆動用として用いることができるようになっている。

図２４に示すように、内視鏡用制御装置は、前記第２実施例の内視鏡用制御装置と略同様に構成されるが、図示しない内視鏡の鉗子挿通口に挿通される処置具４４Ａと、処置具進退入力部４４を有する処置具鉗子操作部４３と、この処置具鉗子操作部４３に接続線３３ａ、コネクタ３３ｂを介して接続され、前記第２実施例と略同様の制御を行うコントローラ８と、このコントローラ８にコネクタ３７ｂ、接続線３７ａ及びコネクタ３７ｃを介して接続され、前記処置具４４Ａを内視鏡の鉗子挿通口を介して内視鏡挿入部内へと電動で進退駆動させるための進退駆動手段である挿入部ドライブユニット３６と、前記処置具４４Ａの鉗子操作部４３ａ１を固定保持するための固定ユニット４５Ａと（図３０参照）、を有している。

図３０は前記第４実施例の内視鏡用制御装置の第３変形例を示し、スレーブ側の固定ユニットの構成を示す構成図である。
図３０に示すように、前記固定ユニット４５Ａは、双方の係止部４５ａによってスレーブ側の鉗子操作部４３Ａの固定把持部４３ｂ１を固定保持する構成については同様であるが、鉗子操作部４３Ａの鉗子把持部４３ａ１と係止して自動的にスライド操作するためのＬ字状に形成された係止部材４６と、この係止部材４６の基端部に設けられた送りネジ４６Ａと、この送りネジ４６Ａと噛合する駆動ギア３２Ｂと、この駆動ギア３２Ｂを軸支したサーボモータ３２と、有している。

前記サーボモータ３２は、前記挿入部ドライブユニット３６のサーボモータ７と同様に接続線３７ａを介してコントローラ８に接続され、このコントローラ８によって駆動が制御されるようになっている。

前記処置具進退入力部４４は、前記第２実施例の挿入部進退入力部３５と同様に、前記処置具鉗子操作部４３の例えば側面側に設けられたスライド式のスイッチ４４ａを有し、このスライド式のスイッチ４４ａをスライド動作させることにより、前記挿入部ドライブユニット３６を駆動制御するための位置指令信号を前記コントローラ８に供給する。また、前記スイッチ４４ａは、図２６に示すように、前記処置具鉗子操作部４３内に設けられたスライドスイッチガイド４５によりスライド可能に取付けられており、また、スイッチ４４ａは、裏面に設けられたギア４６ａを介して、駆動ギア４６に連結されている。この駆動ギア４６は、前記処置具進退入力部４４内に設けられた、前記処置具４４Ａからの反力を伝達するためのサーボモータ４５に連結されている。これにより、処置具進退入力部４４は、これらサーボモータ４５、駆動ギア４６、ギア４６ａを介して前記コントローラ８による制御により反力が生じるように構成されている。

また、前記処置具鉗子操作部４３は、前記処置具４４Ａによる鉗子処置を操作するための鉗子把持部４３ａと、操作部本体上部両側に設けられた固定把持部４３ｂとを有している。つまり、熟練術者が、他の術者の前記処置具４４Ａによる処置を指示操作する場合には、図２５（ａ）に示すように、前記鉗子把持部４３ａを押し込み、あるいは引いたりしてスライド操作を行う。前記処置具鉗子操作部４３は、図２５（ｂ）に示すように、前記鉗子把持部４３の指示部材４３ｃに設けられた送りネジ４３ｄが駆動ギア３１と噛合してサーボモータ３２を駆動させることで、位置信号を前記コントローラ８に供給する。一方、このコントローラ８は、前記第２実施例と同様に、前記処置具４４Ａの鉗子処置した際に操作力量が印加されたと判断した場合には、前記サーボモータ７をフィードバック制御することにより、駆動ギア３１，送りネジ４３ｄを介して前記鉗子把持部４３ａに対し反力が生じるようになっている。

なお、前記挿入部ドライブユニット３６は、前記第２実施例と略同様の構成であるが、処置具４４Ａの外径に合わせて回転弾性体３８が配置されるようになっている。

また、前記処置具４４Ａは、鉗子操作部４３Ａを有し、この鉗子操作部４３Ａは、処置具４４による鉗子処置を操作するための鉗子把持部４３ａ１と、操作部本体上部両側に設けられた固定把持部４３ｂ１とを有している。この鉗子操作部４３Ａは、前記固定把持部４３ｂ１が前記固定ユニット４５Ａの前面に設けられた係止部４５ａに係止されることで、この固定ユニット４５Ａに固定保持されている。
鉗子把持部４３ａ１は、固定ユニット４５Ａの４６Ｂに嵌合する構成となっている。

前記処置具４４Ａは、前記第２実施例と同様に、前記挿入部ドライブユニット３６の挿入部挿通口を介して挿通され、図示しない内視鏡の鉗子挿通口を介して内視鏡挿入部に挿通される。

上記構成の内視鏡用制御装置において、前記コントローラ８は、前記第２実施例の内視鏡用制御装置と略同様に作用するが、前記処置具４４Ａを用いて術者が鉗子処置を行う場合に、前記コントローラ８は、処置具４４Ａの内視鏡挿入部への進退動作時に、供給された位置信号を基に、この処置具４４Ａに対し操作力量が印加されたことを判断すると、前記処置具鉗子操作部４３内のサーボモータ４５、３２をフィードバック制御することにより、前記処置具鉗子操作部４３のスイッチ４４ａ、鉗子把持部４３ａに反力を発生させる。これにより、処置具４４Ａを用いて鉗子処置を行う場合でも、熟練術者が前記処置具鉗子操作部４３を用いて前記処置具４４Ａを操作する術者に対して操作指示を与えることができる。

したがって、本実施例によれば、前記挿入部ドライブユニット３６を院内の他の手術室、あるいは遠隔地に配置すれば、前記第１実施例の内視鏡用制御装置と同様に、低コストで実施可能な教育シュミレーションのシステム、あるいは遠隔支援システムとして構成することが可能となる。その他の効果は前記第２実施例と同様である。

なお、本実施例の内視鏡用制御装置は、例えば後述する図２７及び図２８に示す第１変形例、または図２９に示す第２変形例のように、前記処置具鉗子操作部４３を改良しても良い。

第１の変形例の内視鏡用制御装置は、図２７に示すように、前記スライド操作型の処置具鉗子操作部４３（図２５参照）に替えて、はさみ操作型の処置具鉗子操作部４７を有している。

前記処置具鉗子操作部４７は、前記第４実施例と同様にスライド式の処置具進退入力部４４を有する他に、図２８に示すように、操作部本体内に設けられたサーボモータ３２と、このサーボモータ３２と軸支された駆動ギア３１と、この駆動ギア３１と噛合する送りネジ４９と、この送りネジ４９を基端側に設け、中央近傍に軸４８ａにより回動可能に軸支された一方のはさみ操作部材４８と、前記軸４８ａに中央近傍が固定された他方のはさみ部材４８と、有している。
熟練術者が、前記処置具鉗子操作部４７を用い手操作指示を行う場合、前記一対のはさみ部材４８、４８を把持し、回動可能な一方のはさみ部材４８を回動させて操作を行う。

したがって、上記構成の処置具鉗子操作部４７は、一方のはさみ部材４８の回動に伴い、送りネジ４９、駆動ギア３１を介してサーボモータ３２を駆動させることで、位置信号を前記コントローラ８に供給する。一方、このコントローラ８は、前記第４実施例と同様に、前記処置具４４Ａの鉗子処置した際に操作力量が印加されたと判断した場合には、前記サーボモータ３２をフィードバック制御することにより、駆動ギア３１，送りネジ４９を介して前記はさみ部材４８に対し反力が生じるようになっている。その他の構成、及び作用は前記第４実施例と同様である。

また、図２９の第２変形例に示すように、処置具鉗子操作部４７Ａは、２つのはさみ操作部４８、４８を回動可能に取付け、さらに、それぞれのはさみ操作部４８、４８の基端側の所定位置にギア溝５１、５１を設けて構成する（図２９（ａ）参照）。また、前記処置具鉗子操作部４７Ａは、内部に前記ギア溝５１、５１に噛合するように駆動ギア５０を設け、この駆動ギア５０、５０を軸支するようにサーボモータ３２、３２を設けて構成する（図２９（ｂ）参照）。このような構成により、両方のはさみ把持部４８、４８に反力を発生させることが可能となる。その他の構成、及び作用は前記第４実施例と同様である。

以上のように、本変形例の内視鏡制御装置では、マスター側の熟練術者が処置具鉗子操作部４３のスイッチ４４をスライド操作すると、コントローラ８は、遠隔地のスレーブ側の挿入部ドライブユニット３６を駆動しながら処置具４４Ａを進退させる。また、熟練術者が処置具鉗子操作部４３の鉗子操作部４３Ａを操作すると、コントローラ８は、その指示信号に基づき、スレーブ側の固定ユニット４５Ａのサーボモータ３２を駆動制御することにより、駆動ギア３２Ｂ、送りネジ４６Ａを介して前記係止部材４６Ｂを上下方向に移動させる。これにより、鉗子操作部４３Ａの鉗子把持部４３ａ１は、熟練術者の操作に対応するように自動的に操作されることになる。

勿論、本例の内視鏡用制御装置は、処置具４４Ａによる鉗子処置に伴い処置具４４Ａに操作力量が印加された場合においても、前記第４実施例と同様にマスター側の処置具鉗子操作部４３に反力を発生させることができる。

図３１は前記第４実施例の内視鏡用制御装置の第４変形例を示し、図３０の固定ユニットに改良を施した場合の固定ユニットの構成を示す構成図である。
図３１に示すように、前記固定ユニット４５Ｂは、さらに、鉗子把持部４３ａ１を自在に姿勢制御するために、鉗子開閉駆動部４７Ｂを有している。この鉗子開閉駆動部４７Ｂは、前記鉗子把持部４３ａ１を係止する係止部材４６Ｂと、この係止部材４６Ｂを自在に折曲可能な関節部４６ａ１と、この関節部４６ａ１を介して接続された指示部材４７ａと、この指示部材４７ａを自在駆動可能な駆動機構部４７Ａと、この駆動機構部４７Ａを駆動するサーボモータ３２、駆動ギア３２Ｂ（図示せず）と、を有している。

したがって、上記構成の固定ユニット４５Ｂをスレーブ側に設けた構成とすることにより、スレーブ側の処置具４４Ａの鉗子操作を、さらに、マスター側の熟練術者の指示操作に忠実に再現するように指示制御が可能となり、効率を向上させることができる。

図３２は前記４実施例の内視鏡用制御装置の第５変形例を示し、図３２（ａ）はマスター側の処置具鉗子操作部に替えて設けたデータグローブの構成を示す構成図、図３２（ｂ）は前記固定ユニットに替えて設けたマニピュレータの構成を示す構成図である。

図３２（ａ）、図３２（ｂ）に示すように、本例の内視鏡用制御装置は、マスター側の処置具鉗子操作部４３（図２４参照）に替えて設けられた、処置具４４Ａの操作入力手段としてのデータグローブ５０と、スレーブ側の前記固定ユニット４５（４５Ａ、４５Ｂ）に替えて設けたマニピュレータ５３と、を有している。

前記データグローブ５０は、図３２（ａ）に示すように、熟練術者による処置具４４Ａの鉗子処置操作に基づく位置信号を生成するための３次元デジタイザ５１と、データグローブ５０全体に配され、前記マニピュレータ５３を受動的に駆動制御するために前記処置具４４Ａからの反力をフィードバックさせる形状記憶合金（ＳＭＡ）ワイヤ及び光ファイバーセンサ５２と、を有している。このデータグローブ５０は、前記コントローラ８に接続され、このコントローラ８は前記第４実施例と同様に、供給された位置信号に基づき前記マニピュレータ５３の姿勢制御を行う。

一方、前記マニピュレータ５３は、前記マニピュレータ５３自体を所定位置に固定する駆動機構部４７Ａと、前記鉗子把持部４３ａ１を係止する第１係止部材５３ａと、前記２つの固定把持部４３ｂ１をそれぞれ把持固定する第２係止部材５３ｂと、前記第１係止部材５３ａを自在に駆動可能な第１関節部５４Ａと、前記２つの第２係止部材５３ｂをそれぞれ自在に駆動可能な第２関節部５４Ｂと、前記第１関節部５４Ａと前記第２関節部５４Ｂを介して配された複数の腕部５５と、これらの腕部５５を自在に駆動可能な第３関節部５３Ａと、この第３関節部５３Ａと前記駆動機構部４７Ａとの間に設けられ、前記第３関節部５３Ａを自在に駆動可能とする複数の指示部材５６及び複数の関節部５７と、を有している。

なお、前記第３関節部５３Ａより手先部分、つまり、第１係止部材５３ａ、第２係止部材５３ｂ、第１関節部５４Ａ、第２関節部５４Ｂ及び第３関節部５３Ａより構成される部分が、受動制御可能になっている。

前記コントローラ８は、前記データグローブ５０からの位置信号に基づき、前記第１関節部５４Ａ、前記第２関節部５４Ｂ及び複数の関節部５７を駆動制御することにより、前記マニピュレータ５３の姿勢制御を行う。また、このマニピュレータ５３は、処置具鉗子操作を行っている際に操作力量が印加された場合には、そのときの位置信号を前記コントローラ８にフィードバックする。そして、このコントローラ８は、その位置信号が前記マニピュレータ５３に操作力量が印加されたことを判断し、前記データグローブ５０を介して反力を発生させる。

なお、前記マニピュレータ５３のダイナミクスは、一般に、
Ｈ（ｑ）^＊（ｄｑ／ｄｔ）^２＋ｈ（ｑ，ｄｑ／ｄｔ）＋ｇ（ｑ）＝τ …（式１）
と表現される。ただし、ｑはマニピュレータリンク関節座標ベクトル、Ｈ（ｑ）はイナーシャマトリクス、ｈ（ｑ，ｄｑ／ｄｔ）はコリオリカ・摩擦を含むダイナミクス項、ｇ（ｑ）は重力項、τはスレーブ調整入力トルクとする。

一方で、前記マニピュレータ５３の前記第１関節部５４Ａから前記第１、第２係止部材５３ａ、５３ｂまでの手先に対する所望インピーダンス（エンドフェクターのメカニカルインピーダンス）を、
Ｍ^＊（ｄｘ／ｄｔ）^２＋Ｄ（ｄｘ／ｄｔ−ｄｘｄ／ｄｔ）＋Ｋ（ｘ−ｘｄ）＝Ｆ …（式２）
とする。ただし、Ｍはインピーダンスモデルの質量、Ｄは粘性係数、Ｋは弾性係数、ｘは作業座標ベクトル、ｘｄは目標位置軌道とする。
ここで、スレーブマニピュレータ手先に加わる力をＦとすれば、τ_Ｆ＝Ｊ^ＴＦ（Ｊはヤコビアン、Ｔは転置をあらわす）の関係から、
（式１）の左辺＝τ＋τ_Ｆ …（式３）
となる。

以上の事を用いて、（式３）の恒等式τについて解けば、所望のインピーダンス制御が可能となる。
なお、前記マニピュレータは、各関節部が３次元方向に駆動可能になされているが、これに限定されるものではなく、１次元方向、または２次元方向のみ駆動可能なものであっても良い。

したがって、本例によれば、前記第４変形例と同様に、マスター側の熟練術者の指示操作に基づき、スレーブ側の処置具４４Ａの処置操作を全て自動的に指示制御が可能となり、効率を向上させることができる。

第５実施例

図３３及び図３４は本発明の内視鏡用制御装置の第５実施例を示し、図３３は内視鏡用制御装置全体の構成を示す構成図、図３４は図３３に示す処置具鉗子操作部の具体的な構成例を示す構成図である。また、図３５は前記処置具鉗子操作部の第１変形例を示す構成図、図３６は前記処置具鉗子操作部の第２変形例を示す構成図である。なお、図３３乃至図３６は、前記第１乃至第４実施例と同様に構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分のみを説明する。

本実施例の内視鏡用制御装置は、前記第４実施例の内視鏡用制御装置と略同様に構成されているが、図３３に示すように、処置具４４Ａの進退動作の自由度を向上させるために、前記挿入部ドライブユニット３６を、前記第３実施例にて用いた挿入部ドライブユニット３６Ｄ（図２０参照）に替えて構成している。また、前記内視鏡用制御装置は、前記第４実施例の第２変形例における処置具鉗子操作部４７Ａ（図２９参照）に改良施した処置具鉗子操作部４７Ｂを有している。

前記処置具鉗子操作部４７Ｂは、図２９に示す処置具鉗子操作部４７Ａの構成要件に加え、図３４に示すように、操作部本体内の下端部に処置具４４Ａのひねりが生じた際に反力を発生するためのサーボモータ３２Ａ、駆動ギア３２Ｂを有している。つまり、このサーボモータ３２Ａは、処置具４４Ａのひねり方向に回転駆動を行うように設けられており、前記コントローラ８によって処置具４４Ａにひねりが生じたと判断されると、フィードバック制御されることで、駆動ギア３２Ｂを介して処置具４４Ａをひねり方向に回動させて、反力を発生させる。

なお、前記挿入部ドライブユニット３６Ｄは、図２０に示す挿入部ドライブユニット３６Ｄと略同様に構成されているが、処置具４４Ａの外径に合わせて各回転弾性体３８、４１が配置されるようになっている。
その他の構成、及び作用は、前記第４実施例と同様である。

したがって、本実施例によれば、前記第４実施例と同様の効果が得られる他に、処置具４４Ａのひねりが生じた場合でもこれを修正して処置具４４Ａの進退動作を行うことができるので、処置具４４Ａの挿入時の自由度が増し、すなわち、さらに処置具４４Ａの挿入性を向上させることができる。

なお、本実施例では、前記処置具鉗子操作部４７Ｂは、図３５の第１変形例に示すように、はさみ操作部４８、４８による鉗子処置操作及び処置具４４Ａのひねり修正操作とを合わせて実行可能となるように構成しても良い。この場合、前記処置具鉗子操作部４７Ｂは、はさみ操作部４８、４８が水平方向に３６０°回転操作が可能となるように、操作部本体を駆動ギア３２Ｂ、固定軸４２ａを介して操作固定部４２に固定するようにして構成する。つまり、処置具鉗子操作部４７Ｂは、このはさみ操作部４８、４８の回転位置に応じた位置信号をコントローラ８に出力することになる。

また、コントローラ８は、前記処置具鉗子操作部４７Ｂ内に設けたサーボモータ３２Ａを介して反力をはさみ操作部４８、４８に伝達するようになっている。

また、本実施例では、図３６の第２変形例に示すように、上述した第１変形例の前記サーボモータ３２Ａ及び駆動ギア３２Ｂは、前記操作固定部４２内に設けて構成しても良い。この場合、処置具鉗子操作部４７Ｂは、はさみ操作部４８、４８による回転操作に伴い、固定軸４２ａとともに回転することになる。また、コントローラ８の駆動制御により生じる反力は、前記サーボモータ３２、駆動ギア３２Ｂ、固定軸４２ａ、操作部本体を介して前記はさみ操作部４８、４８に伝達されることになる。

したがって、前記第１、第２変形例によれば、処置具４４Ａの挿入性、及び操作性を向上することができ、また、遠隔支援システムとして構成すれば、効率が向上する。

第６実施例

図３７は本発明の内視鏡用制御装置の第６実施例を示し、内視鏡用制御装置全体の構成を示すブロック図である。なお、図３７は、前記第１実施例と同様に構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分のみを説明する。

図３７に示すように、本実施例の内視鏡制御装置は、前記第１実施例と略同様に構成されているが、内視鏡ダイナミクス２３の内視鏡から湾曲ワイヤ４のテンション状態を検出し、検出結果を前記コントローラ８の受動コントローラ２０に供給することにより、この湾曲ワイヤ４のテンション情報に基づき、前記湾曲駆動手段１を受動的に制御するようになっている。

すなわち、前記内視鏡ダイナミクス２３は、図３７に示すように、前記湾曲駆動手段１のスプロケット近傍に相当する手元駆動ダイナミクス２３Ａと、図示しない内視鏡操作部から内視鏡挿入部の湾曲部近傍までの全体に配された湾曲ワイヤ４に相当するワイヤーダイナミクス２３Ｂと、内視鏡挿入部先端部に設けられた湾曲部に相当する先端湾曲ダイナミクス２３Ｃと、を有し、前記手元駆動ダイナミクス２３Ａには、前記湾曲ワイヤ４のテンション状態を検出するテンションセンサ（図示せず）が設けられている。

したがって、前記手元駆動ダイナミクス２３Ａは、内部のテンションセンサを用いて常時湾曲ワイヤ４のテンション状態を検出し、前記受動コントローラ２０にフィードバックしている。そして、前記受動コントローラ２０は、この供給されたテンション情報を元に、前記湾曲部に操作力量が印加されたか否かを判断し、印加された場合には、前記第１実施例と同様に、湾曲駆動手段１のサーボモータ７をフィードバック制御することで、アングルノブ２に反力発生させるように制御する。

したがって、本実施例によれば、湾曲ワイヤ４のテンション情報を元に、湾曲駆動手段１の受動制御を行うので、さらに前記内視鏡挿入部の挿入性及び内視鏡の操作性を向上させることができる。

なお、本発明に係る前記第１乃至第５の実施例において、内視鏡用制御装置は、内視鏡単体、処置具単体を受動制御することも可能であり、また、マスター側とスレーブ側にそれぞれ設けて接続することにより、遠隔支援システムとして、あるいは境域シュミレーションシステムとして構成することも可能であり、必要に応じて適宜必要な構成要件を組み合わせて構成しても良い。

また、被検体側から及ぼされる力によって変化する挿入部の変化量を検出する検出手段として、エンコーダ、ポテンショメータまたはトルクセンサを用いる例で説明したが、これら限定されるものではなく、挿入部に圧力センサ等のセンサを設けても良いし、挿入部に位置検出素子を内蔵して挿入部の位置を検出することで変化量を検出しても良い。

本発明は、上述した第１乃至第５実施例、変形例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。

［付記］
（１）被検体内に挿入される挿入部と、前記挿入部先端側に設けた湾曲部を湾曲動作させる電気的な湾曲駆動手段と、前記湾曲部に対する湾曲動作を指示入力する操作部を有し、この操作部の指示に応じて制御量を決定する入力手段と、前記湾曲駆動手段の変化量を検出する検出手段と、前記入力手段による制御量及び前記検出手段による変化量に基づいて前記湾曲駆動手段を制御する制御手段とを有する内視鏡用制御装置において、
前記制御手段は、前記被検体側から前記挿入部に及ぼす力を受けて、前記変化量に基づいて前記湾曲駆動手段を受動的に制御することを特徴とする内視鏡用制御装置。

（２）前記内視鏡用制御装置は、少なくとも２つの第１、第２の内視鏡用制御装置を電気的に接続してシステムを構成し、前記第１の内視鏡用制御装置の前記制御手段は、前記制御量及び前記変化量に基づいて前記第２の内視鏡用制御装置の湾曲駆動手段を制御するとともに、前記被検体側から前記挿入部に及ぼす力を受けて前記第２の内視鏡用制御装置の湾曲駆動手段を受動的に制御することを特徴とする付記（１）に記載の内視鏡用制御装置。

（３）前記第１の内視鏡用制御装置は熟練術者が使用する主検査室手術室に配置され、前記第２の内視鏡用制御装置は前記熟練術者とは別の術者が使用するもので、前記主検査室手術室とは遠隔の副検査室手術室に配置されたことを特徴とする付記（２）に記載の内視鏡用制御装置。

（４）前記制御手段は、前記制御量とは異なる別の力が前記湾曲駆動手段に印加された場合には、前記湾曲駆動手段をフィードバック制御することにより、前記別の力に対応する反力を前記操作部に発生させることを特徴とする付記（１）乃至付記（３）のいずれか１つに記載の内視鏡用制御装置。

（５）さらに、前記挿入部を進退動作させる電気的な進退駆動手段と、前記入力手段に設けられ、前記挿入部に対する進退動作を指示入力する進退操作部と、前記進退駆動手段の変化量を検出する検出手段とを有し、前記制御手段は、前記被検体側から前記挿入部に及ぼす力を受けて、前記変化量に基づいて前記湾曲駆動手段と前記進退駆動手段との少なくとも一方を受動的に制御することを特徴とする付記（１）に記載の内視鏡用制御装置。

（６）前記制御手段は、前記制御量とは異なる別の力が前記湾曲駆動手段と前記進退駆動手段との少なくとも一方に印加された場合には、前記湾曲駆動手段と前記進退駆動手段との少なくとも一方をフィードバック制御することにより、前記別の力に対応する反力を前記操作部と前記進退操作部との少なくとも一方に発生させることを特徴とする付記（５）に記載の内視鏡用制御装置。

（７）前記進退駆動手段は、前記挿入部をひねり動作させるためのひねり駆動手段を有していることを特徴とする付記（５）に記載の内視鏡用制御装置。

（８）前記制御手段は、前記制御量とは異なる別の力が前記進退駆動手段に印加された場合には、前記進退駆動手段をフィードバック制御することにより、前記別の力に対応する反力を前記進退操作部に発生させることを特徴とする付記（５）に記載の内視鏡用制御装置。

（９）さらに、前記挿入部に挿通する処置具を進退動作させる電気的な処置具進退駆動手段と、前記入力手段に設けられ、前記処置具に対する進退動作を指示入力する処置具進退操作部と、前記処置具進退駆動手段の変化量を検出する検出手段とを有し、前記制御手段は、前記被検体側から前記処置具に及ぼす力を受けて、前記変化量に基づいて前記進退駆動手段を受動的に制御することを特徴とする付記（１）に記載の内視鏡用制御装置。

（１０）前記処置具進退駆動手段は、前記処置具をひねり動作させるためのひねり駆動手段を有していることを特徴とする付記（９）に記載の内視鏡用制御装置。

（１１）前記制御手段は、前記制御量とは異なる別の力が前記処置具進退駆動手段に印加された場合には、前記処置具進退駆動手段をフィードバック制御することにより、前記別の力に対応する反力を前記処置具進退操作部に発生させることを特徴とする付記（９）に記載の内視鏡用制御装置。

（１２）前記挿入部に挿通する処置具を全方向に駆動するマニピュレータ駆動手段と、前記処置具に対する操作を全方向に駆動させるための指示入力を行う操作部を有し、この操作部の指示に応じて制御量を決定するとともに、前記処置具の把持力覚提示が可能な入力手段と、前記マニピュレータ駆動手段の変化量を検出する検出手段と、前記入力手段による制御量及び前記検出手段による変化量に基づき前記マニピュレータ駆動手段を自動制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記変化量に基づいて前記マニピュレータ駆動手段を、前記制御量とは異なる別の力に対して受動的に制御することを特徴とする内視鏡用制御装置。

（１３）前記入力手段は熟練術者が使用する主検査室手術室に配置され、前記マニピュレータ駆動手段は前記熟練術者とは別の術者が使用する、前記主検査室手術室とは遠隔の副検査室手術室に配置されたことを特徴とする付記（１２）に記載の内視鏡用制御装置。

（１４）前記制御手段は、前記制御量とは異なる別の力が前記マニピュレータ駆動手段に印加された場合には、前記マニピュレータ駆動手段をフィードバック制御することにより、前記別の力に対応する反力を前記入力手段に発生させることを特徴とする付記（１２）に記載の内視鏡用制御装置。

（１５）前記入力手段は３次元方向に対して指示入力可能な３次元入力手段であることを特徴とする（１２）に記載の内視鏡用制御装置。

（１６）前記３次元入力手段は、データグローブであることを特徴とする付記（１５）に記載の内視鏡用制御装置。

本発明の医療用制御装置は、制御対象部である内視鏡の湾曲駆動手段、挿入部進退駆動手段、あるいは処置具進退駆動手段に対し加えられる力量を受動的に制御できるので、医療用具の内視鏡挿入部の挿入性及び操作性を向上させるのに有効であり、また、医療用制御装置を遠隔支援システムとして構成すれば、熟練術者の手技を確実に遠隔の術者に伝達可能で、低コストで実施可能な教育シュミレーションに適用できる。

本発明の内視鏡用制御装置の簡略化したブロック線図。内視鏡用制御装置によって制御される湾曲駆動手段の具体的な構成を示す斜視図。図２に示す湾曲駆動手段の側面図。操作力量に伴う内視鏡用制御装置の物理的な特性を示す説明図。従来のコントローラの具体的な構成例を示すブロック図。内視鏡用制御装置のサーボ特性を説明するための特性図。内視鏡制御用装置をモータ駆動機構に適用した場合の具体的な構成を示すブロック図。本発明の内視鏡用制御装置全体の構成例を示すブロック図。本発明の内視鏡用制御装置の第１実施例を示し、内視鏡用制御装置の受動コントローラの概略的な構成を示すブロック図。内視鏡用制御装置を２つ接続して構成した場合のシステム全体の構成を示す構成図。第１実施例のシステムの第１変形例を示す構成図。第１実施例の内視鏡用制御装置の第２変形例を示し、内視鏡用制御装置全体の構成を示すブロック図。第２変形例の内視鏡用制御装置の具体的な構成を示す構成図。図１３に示すジョイスティックの具体的な構成を示す構成図。本発明の内視鏡用制御装置の第２実施例を示し、内視鏡用制御装置の全体構成を示す構成図。図図１５に示す挿入部ドライブユニットの全体構成を示す構成図。図１６に示す挿入部ドライブユニットの構成を説明するための構成図。第２実施例の内視鏡制御装置の第１変形例を示し、改良された挿入部ドライブユニットの構成を示す構成図。図１８に示す挿入部ドライブユニットの第２変形例を示す平面図。本発明の内視鏡用制御装置の第３実施例を示し、内視鏡用制御装置全体の構成を示す構成図。図２０に示す挿入部ドライブユニットの構成を説明するための構成図。第３実施例の操作部の第１変形例を示す構成図。第３実施例の操作部の第２変形例を示す構成図。本発明の内視鏡用制御装置の第４実施例を示し、内視鏡用制御装置全体の構成を示す構成図。図２４に示す処置具鉗子操作部の具体的な構成例を示す構成図。図２４に示す処置具進退入力部の具体的な構成を示す構成図。第４実施例の内視鏡制御装置の第１変形例を示す全体構成図。図２７の処置具鉗子操作部の具体的な構成を示す構成図。第４実施例の処置具鉗子操作部の第２変形例を示す構成図。第４実施例の内視鏡用制御装置の第３変形例を示し、スレーブ側の固定ユニットの構成を示す構成図。第４実施例の内視鏡用制御装置の第４変形例を示し、図３０の固定ユニットに改良を施した場合の固定ユニットの構成を示す構成図。第４実施例の内視鏡用制御装置の第５変形例を示し、内視鏡用制御装置の全体構成を示す構成図。本発明の内視鏡用制御装置の第５実施例を示し、内視鏡用制御装置全体の構成を示す構成図。図３３に示す処置具鉗子操作部の具体的な構成例を示す構成図。第５実施例の処置具鉗子操作部の第１変形例を示す構成図。第５実施例の処置具鉗子操作部の第２変形例を示す構成図。本発明の内視鏡用制御装置の第６実施例を示し、内視鏡用制御装置全体の構成を示すブロック図。

符号の説明

１、１Ａ、１ａ…湾曲駆動手段、
２、２Ａ…アングルノブ、
３、３Ａ…スプロケット、
４…湾曲ワイヤ、
５Ａ、５Ｂ、５Ｂ１、５Ｃ、５Ｃ１、５Ｄ、５Ｄ１…駆動ギア、
６、６Ａ…ポテンショメータ、
７…サーボモータ、
８…コントローラ（マスター側コントローラコントローラ）、
８Ａ…スレーブ側コントローラ、
９…制御対象部、
９ａ…ばね、
９ｂ…ダンパ、
１０…位置指令コントローラ、
１１…速度指令コントローラ、
１２…トルク指令コントローラ、
１３…統合管理ユニット、
１４…指令信号入力部、
１５…駆動機構パラメータ変換演算ユニット、
１６…モータ位置指令演算ユニット、
１８、１８ａ…モータアンプ、
１９、１９ａ…入力手段インターフェイス、
２０、２０Ａ…受動コントローラ、
２０Ａ、２０Ｂ…接続線、
２０ａ…位置信号入力部、
２０ｂ…モータ駆動信号出力部、
２０ｂ…位置信号出力部、
２０ｃ…リファレンス信号入力部、
２０ｄ…位置信号出力部<
２０ｅ…リファレンス信号出力部、
２１…モータダイナミクス、
２２…ギアダイナミクス、
２３…内視鏡ダイナミクス、
２５…アクチュエータ駆動部、
２６…スイッチ、
２６ｂ…モータ駆動信号出力部、
２７…ジョイスティック、
２８…操作固定部、
２９…ジョイスティック操作レバー、
２９ａ…支持部材、
２９ｂ…把持部、
３０…駆動カム、
３１…駆動ギア、
３２…サーボモータ、
３５…挿入部進退入力部、
３６…挿入部ドライブユニット。
代理人弁理士伊藤進

Claims

被検体内に挿入される挿入部を有する医療用具と、
前記医療用具に対して所定の動作を行わせしめる駆動手段と、
前記医療用具に対して所定の動作を指示入力する操作部を有し、この操作部の指示に応じて制御量を決定する入力手段と、
前記被検体側から前記挿入部に及ぼされる力によって変化する前記挿入部の変化量を検出する検出手段と、
前記入力手段による制御量及び前記検出手段による変化量に基づいて、前記駆動手段を受動的に制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする医療用制御装置。
前記医療用具は、前記挿入部の先端側に湾曲部を有する内視鏡であり、前記駆動手段は、前記湾曲部を湾曲動作させる湾曲駆動手段であることを特徴とする請求項１に記載の医療用制御装置。
前記医療用具は、前記挿入部を有する内視鏡であり、前記駆動手段は、前記内視鏡の挿入部に対して進退動作及びひねり動作の少なくとも１つの動作を行わせしめる駆動手段であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の医療用制御装置。
前記医療用具は、前記被検体内で処置動作を行う処置具であり、前駆駆動手段は、前記処置具を処置動作させる処置駆動手段であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の医療用制御装置。
前記医療用具は、前記被検体内で処置動作を行う処置具であり、前駆駆動手段は、前記処置具の挿入部に対して進退動作及びひねり動作の少なくとも１の動作を行わせしめる駆動手段であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の医療用制御装置。