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JP4757838B2 - Positioning control device for towed mechanism - Google Patents

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JP4757838B2
JP4757838B2 JP2007134149A JP2007134149A JP4757838B2 JP 4757838 B2 JP4757838 B2 JP 4757838B2 JP 2007134149 A JP2007134149 A JP 2007134149A JP 2007134149 A JP2007134149 A JP 2007134149A JP 4757838 B2 JP4757838 B2 JP 4757838B2
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signal
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pulling
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Olympus Corp
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Description

本発明は、被牽引機構の位置決め制御装置に係り、特に、湾曲自在に形成された被牽引機構を操作対象として、操作対象の先端側を上下・左右方向に湾曲させるに好適な被牽引機構の位置決め制御装置に関する。   The present invention relates to a positioning control device for a towed mechanism, and more particularly to a towed mechanism suitable for bending a distal end side of an operation target in the up / down and left / right directions with a towed mechanism formed to be bendable as an operation target. The present invention relates to a positioning control device.

従来、体腔内の臓器を観察したり、体腔内の患部に各種の治療を施したりするときに内視鏡が用いられている。この内視鏡は、円筒状に形成された細長の挿入部先端側の湾曲部に設けられているとともに、モニタに接続されている。このため、体腔内に挿入部を挿入することにより、湾曲部の内視鏡で体腔内の臓器を観察することができるとともに、内視鏡で体腔内を観察しながら、必要に応じ、処置具などを挿入部に挿入することで、患部に各種の治療や処置を施すことができる。また、医療分野に限らず、工業分野においても、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食を観察したり、検査したりするために、工業用内視鏡が広く用いられている。   2. Description of the Related Art Conventionally, an endoscope is used for observing an organ in a body cavity or performing various treatments on an affected part in a body cavity. The endoscope is provided in a curved portion on the distal end side of the elongated insertion portion formed in a cylindrical shape, and is connected to a monitor. For this reason, by inserting the insertion portion into the body cavity, it is possible to observe the organ in the body cavity with the endoscope of the bending portion, and as necessary, the treatment tool while observing the inside of the body cavity with the endoscope And the like can be inserted into the insertion portion to perform various treatments and treatments on the affected portion. Industrial endoscopes are widely used not only in the medical field but also in the industrial field to observe and inspect internal scratches and corrosion in boilers, turbines, engines, chemical plants, and the like. Yes.

内視鏡が設けられた湾曲部を駆動するに際しては、例えば、特許文献1に記載されているように、内視鏡挿入部の先端側に設けられた湾曲部にワイヤを接続し、このワイヤを電動モータの駆動力によって牽引することによって、湾曲部を上下/左右に湾曲させるようにしたものがある。この電動モータを駆動するに際しては、操作部に設けられた操作レバーからの操作量に比例して電動モータを駆動するモータ駆動回路が採用されている。この場合、電動モータによって牽引ワイヤを牽引して湾曲部を上下あるいは左右方向に移動させることで、湾曲部の湾曲角を設定できるようになっている。   When driving the bending portion provided with the endoscope, for example, as described in Patent Document 1, a wire is connected to the bending portion provided on the distal end side of the endoscope insertion portion, and this wire There is one in which the bending portion is bent up and down / left and right by pulling the portion by the driving force of the electric motor. When the electric motor is driven, a motor drive circuit that drives the electric motor in proportion to an operation amount from an operation lever provided in the operation unit is employed. In this case, the bending angle of the bending portion can be set by pulling the pulling wire with the electric motor and moving the bending portion in the vertical and horizontal directions.

また、特許文献2には、内視鏡挿入部の先端側に設けられている湾曲部に牽引用ワイヤを取り付け、この牽引用ワイヤを、操作部に設けられた中継プーリを介してユニバーサルコード内を通し、牽引用ワイヤを電動モータの駆動力によって牽引するようにしたものが記載されている。さらにこの公報には、操作部に設けたプーリの回転角と電動モータの回転角とを比較することで、牽引ワイヤの弛緩状態を検出し、牽引ワイヤが弛緩状態にあるときには電動モータを最高速度で回転させて、牽引ワイヤの弛みを瞬時に解除する手法が示されている。   In Patent Document 2, a traction wire is attached to a bending portion provided on the distal end side of an endoscope insertion portion, and the traction wire is connected to a universal cord via a relay pulley provided in an operation portion. And the traction wire is pulled by the driving force of the electric motor. Furthermore, this publication detects the loose state of the pulling wire by comparing the rotation angle of the pulley provided in the operation unit with the rotation angle of the electric motor, and when the pulling wire is in the relaxed state, the electric motor is set to the maximum speed. The method of releasing the slack of the pulling wire instantaneously by rotating with the rotation is shown.

特公昭63−59329号公報Japanese Patent Publication No. 63-59329 特開平6−22904号公報JP-A-6-22904

上記従来技術のうち前者のものは、操作レバーに取り付けられた歪みゲージなどを用いて操作量を検出し、検出された操作量にしたがった電圧を直接モータに印加する構成になっているため、操作レバーの操作量に比例して電動モータを駆動することはできるが、牽引ワイヤと牽引ワイヤをガイドするためのコイルシース内面との摩擦や、牽引ワイヤの弛みなどについて十分配慮されておらず、操作量と湾曲部先端の湾曲量とが対応せず、観察者(内視鏡操作者)の操作性を高めるには十分ではない。   Among the above prior arts, the former one is configured to detect an operation amount using a strain gauge attached to an operation lever, and to directly apply a voltage according to the detected operation amount to the motor. The electric motor can be driven in proportion to the amount of operation of the control lever, but the friction between the pulling wire and the inner surface of the coil sheath for guiding the pulling wire and the slackness of the pulling wire are not fully considered. The amount does not correspond to the amount of bending at the distal end of the bending portion, which is not sufficient for improving the operability of the observer (endoscope operator).

また、従来技術のうち後者のものは、操作性向上のために、モータと中継プーリとの間のユニバーサルコードにおいて発生するワイヤの弛みを解除する手法を採用しているが、操作部に設けた中継プーリから先の内視鏡挿入部の牽引ワイヤに発生する弛みや摩擦について配慮されていないとともに、中継プーリが存在しない場合についての弛みの解除についても配慮されておらず、操作性を高めるには十分ではない。   In addition, the latter of the conventional techniques employs a technique for releasing the slack of the wire that occurs in the universal cord between the motor and the relay pulley in order to improve operability. It is not considered about the slack and friction that occurs from the relay pulley to the pulling wire of the endoscope insertion part, and it is not considered about the release of the slack when there is no relay pulley. Is not enough.

本発明の課題は、操作対象の湾曲位置を操作指令値に瞬値に追従させることができる被牽引機構の位置決め制御装置を提供することにある。   The subject of this invention is providing the positioning control apparatus of the towed mechanism which can make the operation command value follow the instantaneous value of the bending position of operation object.

上記の課題を解決するため、本発明は、操作に応じた指令値信号を出力可能な指令値信号出力手段と、前記指令値信号出力手段から出力される前記指令値信号に応じた駆動信号を出力する駆動信号生成手段と、前記駆動信号生成手段から出力される前記駆動信号に応じた駆動力を発生する駆動手段と、前記駆動手段により発生された駆動力に基づき牽引動作を行う牽引手段と、前記牽引手段の動作量を検出するとともに、前記動作量に応じた検出信号を出力するセンサとを備え、前記駆動信号生成手段は、前記センサから出力される前記検出信号に基づき補正量が変化可能なフィルタと、当該フィルタに基づき前記指令値信号を補正した信号を前記駆動信号としてフィードフォワード制御信号を出力するフィードフォワード制御手段とを有する被牽引機構の位置決め制御装置を構成とする。   In order to solve the above problems, the present invention provides a command value signal output means capable of outputting a command value signal corresponding to an operation, and a drive signal corresponding to the command value signal output from the command value signal output means. Drive signal generation means for outputting, drive means for generating a drive force corresponding to the drive signal output from the drive signal generation means, and traction means for performing a traction operation based on the drive force generated by the drive means A sensor that detects an operation amount of the traction means and outputs a detection signal corresponding to the operation amount, and the drive signal generation means changes a correction amount based on the detection signal output from the sensor. And a feedforward control means for outputting a feedforward control signal using a signal obtained by correcting the command value signal based on the filter as the drive signal. A structure positioning control device of the traction mechanism.

また、本発明は、操作に応じた指令値信号を出力可能な指令値信号出力手段と、前記指令値信号出力手段から出力される前記指令値信号に応じた駆動信号を出力する駆動信号生成手段と、前記駆動信号生成手段から出力される前記駆動信号に応じた駆動力を発生する駆動手段と、前記駆動手段により発生された駆動力に基づき牽引動作を行う牽引手段と、前記牽引手段により湾曲可能な湾曲部を有する被牽引機構と、前記牽引手段の内部張力信号を出力するセンサと、前記指令値信号出力手段から出力される前記指令信号と前記センサから出力される前記内部張力信号との比を求め、該比と前記被牽引機構が有する周波数特性との関係を示す予め設定された関数に従って前記被牽引機構が有する周波数特性を推定して状態推定結果を出力する状態推定手段と、前記内部張力信号と前記牽引手段の先端位置の周波数特性を予め複数のモデルとして備え、該複数のモデルから前記状態推定結果に対応するモデルを選択し、該選択されたモデルと前記内部張力信号から前記被牽引機構の湾曲部の先端位置を推定する位置推定手段と、前記位置推定手段から出力される前記先端位置の推定結果に基づいて、前記指令値信号出力手段から出力される前記指令値信号をフィードバック補正するフィードバック制御手段と、前記フィードバック制御手段から出力される出力信号に基づいて、前記駆動信号生成手段に入力される前記指令値信号をフィードフォワード補正して前記駆動信号として出力するフィードフォワード制御手段とを有する被牽引機構の位置決め制御装置を構成する。 The present invention also provides a command value signal output means capable of outputting a command value signal according to an operation, and a drive signal generation means for outputting a drive signal according to the command value signal output from the command value signal output means. Driving means for generating a driving force corresponding to the driving signal output from the driving signal generating means, traction means for performing a traction operation based on the driving force generated by the driving means, and bending by the traction means A towed mechanism having a bendable portion, a sensor that outputs an internal tension signal of the traction means, the command signal output from the command value signal output means, and the internal tension signal output from the sensor. determine the specific, and outputs the state estimation result the estimates a frequency characteristic which the traction mechanism has according to a preset function showing a relationship between a frequency characteristic of the said and the ratio towed mechanism A state estimation means, wherein the includes a frequency characteristic of the end position of the internal tension signal and said traction means as previously plurality of models, and models to select the model corresponding to the state estimation result from the model of the plurality of, is said selected Based on the position estimation means for estimating the tip position of the bending portion of the towed mechanism from the internal tension signal, and the command value signal output means based on the estimation result of the tip position output from the position estimation means. Feedback control means for feedback-correcting the command value signal, and feed-forward correction of the command value signal input to the drive signal generation means based on an output signal output from the feedback control means to drive the drive signal The tow mechanism positioning control device having the feedforward control means for outputting as

また、(1)湾曲自在に形成された被牽引機構を操作対象として前記操作対象を駆動力に応じて牽引する牽引手段と、操作に応答して前記操作対象の目標位置に対応した操作指令値信号を出力する操作指令値信号出力手段と、前記操作指令値信号をフィードフォワード補償値に従って補償してフィードフォワード制御信号を生成するフィードフォワード制御手段と、前記フィードフォワード制御信号に基づいて駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、前記駆動信号に従った駆動力で前記牽引手段を駆動する駆動手段とを備えた構成とすることができる。
(2)前記(1)に記載の前記被牽引機構の位置決め制御装置において、前記駆動状態検出信号を出力する駆動検出手段と、前記フィードフォワード制御手段の生成によるフィードフォワード制御信号を前記駆動手段に対する指令信号として前記指令信号と前記駆動検出手段の検出信号との偏差を算出する偏差算出手段と、前記偏差算出手段の算出による偏差を基に前記偏差を零に抑制するための演算を行って駆動信号を生成する演算手段とを備えた構成とすることができる。
(3)前記(1)、(2)に記載の被牽引機構の位置決め制御装置において、前記牽引手段として互いに連結されて前記駆動手段の駆動による駆動力を順次伝達する複数の牽引手段を備えているとともに、前記複数の牽引手段のうち前記駆動手段からの駆動力を他の牽引手段から受ける中継用牽引手段の駆動に伴う位置を検出して中継状態信号を出力する駆動検出手段と、前記フィードフォワード制御手段の生成によるフィードフォワード制御信号を前記駆動検出手段に対する指令信号として前記指令信号と前記駆動検出手段から出力される信号との偏差を算出する偏差算出手段と、前記偏差算出手段の算出による偏差を基に前記偏差を零に抑制するための演算を行って駆動信号を生成する演算手段とを備えた構成とすることができる。
(4)前記(1)、(2)または(3)に記載の被牽引機構の位置決め制御装置において、前記フィードフォワード制御手段の生成によるフィードフォワード制御信号は前記操作指令値信号に対して位相が進んでだものとすることができる。
(5)前記(1)、(2)または(3)に記載の被牽引機構の位置決め制御装置において、駆動状態検出信号は駆動位置を出力する駆動検出手段とすることができる。
(6)前記(1)、(2)または(3)に記載の被牽引機構の位置決め制御装置において、駆動状態検出信号は牽引手段の牽引に伴う張力を出力する駆動検出手段であり、操作指令値信号を張力指令値信号に変換する指令値変換手段を備えてなるものとすることができる。。
(7)前記(1)、(2)または(3)に記載の被牽引機構の位置決め制御装置において、前記牽引手段の牽引状態量を検出して牽引状態量検出信号を出力する牽引状態量検出手段と、前記操作指令値信号出力手段の出力による操作指令値信号と前記牽引状態量検出信号との偏差を算出する指令値・状態量偏差算出手段と、前記指令値・状態量偏差算出手段の算出による偏差を基に前記偏差を零に抑制するためのフィードバック制御信号を生成するフィードバック制御信号生成手段と、前記フィードフォワード制御手段の生成によるフィードフォワード制御信号を前記フィードバック制御信号で補正して前記駆動手段に対する位置指令値信号を生成する位置指令値信号生成手段とを備えて構成することができる。
(8)前記(7)に記載の被牽引機構の位置決め制御装置において、前記牽引状態量検出手段は、前記牽引手段の牽引に伴う変位を検出して前記操作対象の湾曲位置に対応した位置信号を牽引状態量検出信号として出力する湾曲位置検出手段で構成することができる。
(9)前記(7)に記載の被牽引機構の位置決め制御装置において、前記牽引状態量検出手段は、前記牽引手段の牽引に伴う張力を検出する張力検出手段と、前記張力検出手段の検出による張力と前記駆動位置検出手段の出力による駆動位置検出信号とから前記操作対象の湾曲位置を推定しこの推定結果を牽引状態量検出信号として出力する位置推定手段とから構成することができる。
(10)前記(7)に記載の被牽引機構の位置決め制御装置において、前記牽引状態量検出手段は、前記牽引手段の牽引に伴う張力を検出する張力検出手段と、前記操作指令値信号出力手段の出力による操作指令値信号と前記張力検出手段の検出による張力とから前記操作対象の状態を推定する状態推定手段と、前記状態推定手段により前記フィードフォワード制御手段、フィードバック制御手段各々のダイナミックスを変更するダイナミックス変更手段とから構成することができる。
(11)前記(3)に記載の被牽引機構の位置決め制御装置において、前記中継状態信号は中継位置を出力する中継状態量検出手段とすることができる。
(12)前記(3)に記載の被牽引機構の位置決め制御装置において、前記中継状態信号は中継用牽引手段の牽引に伴う張力を出力する中継状態量検出手段から出力することができる。
(13)前記(10)に記載の被牽引機構の位置決め制御装置において、フィードフォワード制御手段のダイナミックスを変更するダイナミックス変更手段とから構成されてなるものとすることができる。
(14)前記(10)に記載の被牽引機構の位置決め制御装置において、フィードバック制御手段のダイナミックスを変更するダイナミックス変更手段とから構成されてなるものとすることができる。
(1)〜(14)に記載した手段によれば、操作者の操作に応答して操作指令値信号が出力されると、操作指令値信号がフィードフォワード制御手段によって補償され、フィードフォワード制御手段の生成によるフィードフォワード制御信号に基づいて生成された駆動信号にしたがった駆動力で牽引手段が駆動されるため、牽引時に、牽引手段の駆動に伴う遅れが生じても、この遅れはフィードフォワード制御手段によって補償され、操作対象の湾曲位置を操作指令値に瞬時に追従させることができ、操作性の向上に寄与することができる。
さらに、牽引手段の牽引状態量として、摩擦や弛みによって減衰した牽引手段の牽引に伴う変位(ワイヤの位置)を検出し、牽引状態量をフィードバックし、牽引状態量検出信号と操作指令値信号との偏差を基にフィードバック制御信号を生成し、フィードフォワード制御信号をフィードバック信号で補正する制御を行うことで、牽引手段の内部に含まれる摩擦や弛み(ワイヤの弛み)に起因した非線形性を補償することができる。
Further, (1) traction means for pulling the operation target in accordance with a driving force with a towed mechanism formed to be bendable, and an operation command value corresponding to the target position of the operation target in response to the operation Operation command value signal output means for outputting a signal; feedforward control means for generating a feedforward control signal by compensating the operation command value signal according to a feedforward compensation value; and a drive signal based on the feedforward control signal. The driving signal generating means for generating and the driving means for driving the traction means with the driving force according to the driving signal can be employed.
(2) In the positioning control device for the towed mechanism according to (1), a drive detection means for outputting the drive state detection signal, and a feedforward control signal generated by the feedforward control means for the drive means. A deviation calculating means for calculating a deviation between the command signal and the detection signal of the drive detecting means as a command signal, and driving by performing an operation for suppressing the deviation to zero based on the deviation calculated by the deviation calculating means It can be set as the structure provided with the calculating means which produces | generates a signal.
(3) In the positioning control device for a towed mechanism according to (1) and (2), a plurality of traction means connected to each other as the traction means and sequentially transmitting a driving force by driving of the driving means are provided. A drive detection means for detecting a position associated with driving of the relay traction means that receives driving force from the drive means from other traction means among the plurality of traction means and outputting a relay state signal; and the feed By calculating a deviation between the command signal and a signal output from the drive detection means using a feedforward control signal generated by the forward control means as a command signal for the drive detection means, and by calculating the deviation calculation means An arithmetic means for generating a drive signal by performing an operation for suppressing the deviation to zero based on the deviation can be provided.
(4) In the towed mechanism positioning control device according to (1), (2) or (3), the feedforward control signal generated by the feedforward control means has a phase with respect to the operation command value signal. It can be advanced.
(5) In the positioning control device for a towed mechanism according to (1), (2), or (3), the drive state detection signal may be a drive detection unit that outputs a drive position.
(6) In the positioning control device for a towed mechanism according to (1), (2), or (3), the drive state detection signal is a drive detection unit that outputs a tension associated with the traction of the traction unit, and an operation command Command value conversion means for converting a value signal into a tension command value signal can be provided. .
(7) In the positioning control device for a towed mechanism according to (1), (2), or (3), a tow state amount detection that detects a tow state amount of the tow means and outputs a tow state amount detection signal. A command value / state quantity deviation calculating means for calculating a deviation between the operation command value signal output from the operation command value signal output means and the traction state quantity detection signal, and the command value / state quantity deviation calculating means. Feedback control signal generating means for generating a feedback control signal for suppressing the deviation to zero based on the calculated deviation, and correcting the feedforward control signal generated by the feedforward control means with the feedback control signal; Position command value signal generation means for generating a position command value signal for the drive means can be provided.
(8) In the positioning control device for a towed mechanism according to (7), the traction state amount detection unit detects a displacement associated with the traction of the traction unit and corresponds to a curved position of the operation target. Can be constituted by a bending position detecting means for outputting as a traction state quantity detection signal.
(9) In the positioning control device for a towed mechanism according to (7), the towed state amount detecting means is based on a tension detecting means for detecting a tension accompanying pulling of the towing means, and detection by the tension detecting means. The position estimation means can estimate the bending position of the operation target from the tension and the drive position detection signal output from the drive position detection means, and output the estimation result as a traction state quantity detection signal.
(10) In the positioning control device for a towed mechanism according to (7), the towed state amount detecting means includes a tension detecting means for detecting a tension accompanying pulling of the towing means, and the operation command value signal output means. The state estimation means for estimating the state of the operation target from the operation command value signal by the output of the force and the tension detected by the tension detection means, and the dynamics of the feedforward control means and the feedback control means by the state estimation means, respectively. Dynamics changing means for changing can be configured.
(11) In the positioning control device for a towed mechanism according to (3), the relay state signal may be a relay state amount detection unit that outputs a relay position.
(12) In the positioning control device for a towed mechanism according to (3), the relay state signal can be output from a relay state amount detecting unit that outputs a tension accompanying pulling of the relay pulling unit.
(13) In the positioning control device of the traction mechanism according to (10), can be made is composed of a dynamics changing means for changing the dynamics of the feed forward control means.
(14) In the positioning control device of the traction mechanism according to (10), can be made is composed of a dynamics changing means for changing the dynamics of the feedback control means.
According to the means described in (1) to (14), when the operation command value signal is output in response to the operation of the operator, the operation command value signal is compensated by the feedforward control means, and the feedforward control means Because the traction means is driven by the driving force according to the drive signal generated based on the feedforward control signal generated by generating the traction means, even if there is a delay associated with the driving of the traction means during traction, this delay is controlled by feedforward control. Compensated by the means, the bending position of the operation target can be made to follow the operation command value instantaneously, which can contribute to the improvement of operability.
Further, as the traction state quantity of the traction means, the displacement (wire position) associated with the traction of the traction means attenuated by friction or slack is detected, the traction state quantity is fed back, the traction state quantity detection signal, the operation command value signal, By generating a feedback control signal based on the deviation and correcting the feedforward control signal with the feedback signal, non-linearity due to friction and slack (wire slack) contained in the traction means is compensated can do.

本発明によれば、操作指令値をフィードフォワード制御手段によって補償するようにしたため、操作対象の湾曲位置を操作指令値に瞬時に追従させることができ、操作性の向上に寄与することができる。   According to the present invention, since the operation command value is compensated by the feedforward control means, the bending position of the operation target can be instantaneously followed by the operation command value, which can contribute to improvement in operability.

以下、本発明の参考例及び一実施形態を図面にしたがって説明する。図1は本発明の第1参考例を示す電動内視鏡の湾曲位置決め制御装置の全体構成図である。図1において、電動内視鏡には、操作部に取付られて上下/左右に操作可能なジョイスティック10、湾曲自在に構成された湾曲部12、湾曲部12の先端側を上下方向に湾曲させるための牽引ワイヤ14、16、牽引ワイヤ14、16が巻き付けられて牽引ワイヤ14、16に牽引力を付与するプーリ18、プーリ18にギア機構を介して連結され、プーリ18を回転駆動するためのモータ(電動モータ)20が設けられており、牽引ワイヤ14、16は連続した1本のワイヤで構成され、牽引ワイヤ14、16はそれぞれコイルシース22、24内を通って湾曲部12に連結されている。湾曲部12は、被牽引機構の主要素を構成する操作対象として、複数の節輪26が互いに回転自在に連結された蛇管から構成されており、この湾曲部12はほぼ円筒状に形成されて、上下/左右方向に湾曲自在に構成されている。 A reference example and an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a bending positioning control device for an electric endoscope showing a first reference example of the present invention. In FIG. 1, the electric endoscope has a joystick 10 that is attached to an operation unit and can be operated up and down / left and right, a bending portion 12 configured to be bendable, and a distal end side of the bending portion 12 to bend in the vertical direction. The pulling wires 14 and 16, the pulling wires 14 and 16 are wound around and a pulley 18 that applies a pulling force to the pulling wires 14 and 16, and the pulley 18 is connected to the pulley 18 via a gear mechanism to drive the pulley 18 to rotate ( An electric motor) 20 is provided, and the pulling wires 14 and 16 are formed of a single continuous wire, and the pulling wires 14 and 16 are connected to the bending portion 12 through the coil sheaths 22 and 24, respectively. The bending portion 12 is constituted by a serpentine tube in which a plurality of node rings 26 are rotatably connected to each other as an operation target constituting the main element of the towed mechanism, and the bending portion 12 is formed in a substantially cylindrical shape. It is configured to be able to bend in the up / down / left / right directions.

そして本参考例においては、湾曲部12は、牽引ワイヤ14、16の牽引により上下方向に湾曲するようになっている。具体的には、モータ20が正回転または逆回転してプーリ18が回転すると、プーリ18に巻き付けられたワイヤ14、16のうち一方のワイヤが引かれ、他方が繰り出され、湾曲部12が上下方向に湾曲するようになっている。すなわち、牽引ワイヤ14、16、プーリ18はモータ20の駆動によって、操作対象としての湾曲部12を牽引する牽引手段として構成されている。 In the present reference example , the bending portion 12 is bent in the vertical direction by pulling the pulling wires 14 and 16. Specifically, when the motor 20 rotates forward or backward and the pulley 18 rotates, one of the wires 14 and 16 wound around the pulley 18 is drawn, the other is drawn out, and the bending portion 12 is moved up and down. It is designed to bend in the direction. That is, the pulling wires 14 and 16 and the pulley 18 are configured as pulling means that pulls the bending portion 12 as an operation target by driving the motor 20.

なお、本参考例では、図の簡略化のために、湾曲部12を上下に湾曲させるための一対の牽引ワイヤ14、16のみを図示しており、湾曲部12を左右方向に湾曲させるのに必要な牽引ワイヤ、プーリ、モータ、制御装置については、湾曲部12を上下に湾曲させるものと基本的には同じもので構成することができるため省略してある。 In this reference example , for the sake of simplification of the drawing, only a pair of pulling wires 14 and 16 for bending the bending portion 12 up and down are shown, and the bending portion 12 is bent in the left-right direction. Necessary pulling wires, pulleys, motors, and control devices are omitted because they can be basically the same as those for bending the bending portion 12 up and down.

また、湾曲部12とコイルシース22、24は細長の弾性パイプで構成された挿入部(図示省略)内に挿入されて保護されており、この挿入部先端となる湾曲部12の先端には、CCDなどで構成されたCCDカメラが取付られており(図示省略)、このCCDカメラは挿入部内に配線されたケーブルを介してモニタ(図示省略)に接続されている。そして、このCCDカメラで撮像された体腔内の臓器や工業用の配管などの画像がモニタの画面上に映し出されるようになっている。この場合、操作者は、基本的には、モニタの画面上に映し出された画像を見ながら、左手でジョイスティック10を上下または左右に湾曲操作するとともに、挿入部の途中を右手で保持し、挿入部を前後に移動させるとともに、時には挿入部に回転を加えて挿入部を体腔内などに押し込み、挿入部の先端側が観測点に到達した後は、湾曲部12の先端を湾曲操作することで、適切な状態で観測点を撮影したり、挿入部に挿入された処置具を用いて適切な処置を施すことができる。   Further, the bending portion 12 and the coil sheaths 22 and 24 are inserted and protected in an insertion portion (not shown) formed of an elongated elastic pipe, and the distal end of the bending portion 12 serving as the distal end of the insertion portion is provided with a CCD. A CCD camera constituted by the above is attached (not shown), and this CCD camera is connected to a monitor (not shown) via a cable wired in the insertion portion. Images of organs in the body cavity and industrial piping taken by the CCD camera are displayed on the screen of the monitor. In this case, the operator basically performs the bending operation of the joystick 10 up and down or left and right with the left hand while watching the image displayed on the monitor screen, and holds the middle of the insertion portion with the right hand to insert The part is moved back and forth, and sometimes the insertion part is rotated to push the insertion part into the body cavity or the like, and after the distal end side of the insertion part has reached the observation point, the distal end of the bending part 12 is bent, An observation point can be imaged in an appropriate state, or an appropriate treatment can be performed using a treatment tool inserted into the insertion portion.

このため、操作者はモニタを見て挿入部の先端から見た動きをリアルタイムに観察することができるため、モータ20を適切に制御することにより、湾曲部12先端の動きを自在に制御できれば、操作者の操作負担が軽減され、操作性が大幅に向上することになる。   For this reason, since the operator can observe the movement seen from the distal end of the insertion portion in real time by looking at the monitor, if the movement of the distal end of the bending portion 12 can be freely controlled by appropriately controlling the motor 20, The burden on the operator is reduced and the operability is greatly improved.

電動でワイヤ駆動する内視鏡において、モータの駆動力にしたがい挿入部先端側の湾曲部12を牽引ワイヤ14、16によって牽引する。牽引する際に考慮しなければならないことは、牽引ワイヤ14、16とコイルシース22、24間の摩擦、プーリ18によって牽引されていない側の牽引ワイヤ(繰り出される牽引ワイヤ)に発生する弛みの発生、または、挿入部途中の屈曲形状の変化によって牽引ワイヤ14、16とコイルシース22、24間の摩擦や弛みの量が変動することである。すなわち、摩擦、弛み、特性変動の課題を克服しなければ、湾曲部12の湾曲位置を操作指令値に瞬時に追従させることはできない。   In an endoscope that is electrically driven by a wire, the bending portion 12 on the distal end side of the insertion portion is pulled by the pulling wires 14 and 16 in accordance with the driving force of the motor. What must be considered when towing is friction between the towing wires 14 and 16 and the coil sheaths 22 and 24, occurrence of slack in the pulling wire on the side not pulled by the pulley 18 (drawing tow wire), Alternatively, the amount of friction or slack between the pulling wires 14 and 16 and the coil sheaths 22 and 24 varies due to a change in the bent shape in the middle of the insertion portion. That is, the bending position of the bending portion 12 cannot be made to follow the operation command value instantaneously unless the problems of friction, slack, and characteristic fluctuation are overcome.

そこで、本参考例においては、操作指令値の位相を進ませるフィードフォワード制御系を用いて、位相が遅れるプーリ位置から牽引ワイヤ14または16の先端位置までのダイナミックスを動かし、フイードフォワード制御系では補償しきれない追従誤差をフィードバック制御系で補償する構成を採用することとしている。 Therefore, in the present reference example , a feedforward control system that advances the phase of the operation command value is used to move the dynamics from the pulley position where the phase is delayed to the tip position of the pulling wire 14 or 16, and the feedforward control system However, a configuration is adopted in which a tracking error that cannot be compensated for is compensated by a feedback control system.

具体的には、フィードフォワード制御系とフィードバック制御系を含む制御系は以下のように構成されている。   Specifically, the control system including the feedforward control system and the feedback control system is configured as follows.

まず、フィードバック制御系を構成するに際して、本参考例においては、まず、コイルシース22、24の先端側に、各牽引ワイヤ14、16の移動量を観測するためのセンサ28、30が取り付けられている。センサ28、30は、牽引ワイヤ14、16の移動量を検出するセンサとして、例えば、光学式リニアエンコーダ、抵抗型リニアポテンショメータによって、各牽引ワイヤ14、16の移動量を検出するようになっている。この場合、各センサ28、30から湾曲部12の先端までの距離は、挿入部全体の長さに比べて短いため、各センサ28、30によって検出された牽引ワイヤ14、16の位置は、湾曲部12先端側の移動量、すなわち湾曲位置に等しい。各センサ28、30の検出によるワイヤ位置信号32、34はそれぞれワイヤ位置検出器36に入力されている。この場合、ワイヤ位置信号32、34は、牽引ワイヤ14、16がそれぞれ矢印の方向に移動したときに正の値を示すようになっており、ワイヤ位置検出器36は、ワイヤ位置信号32、34の和の平均を求め、この平均値を湾曲部12先端の位置としてワイヤ先端位置信号38を出力するようになっている。 First, in configuring the feedback control system, in the present reference example , first, sensors 28 and 30 for observing the moving amounts of the pulling wires 14 and 16 are attached to the distal ends of the coil sheaths 22 and 24. . The sensors 28 and 30 detect movement amounts of the pulling wires 14 and 16 using, for example, an optical linear encoder and a resistance linear potentiometer as sensors for detecting the movement amounts of the pulling wires 14 and 16. . In this case, since the distance from each sensor 28, 30 to the tip of the bending portion 12 is shorter than the entire length of the insertion portion, the position of the pulling wires 14, 16 detected by each sensor 28, 30 is curved. It is equal to the amount of movement on the tip side of the portion 12, that is, the bending position. Wire position signals 32 and 34 detected by the sensors 28 and 30 are input to a wire position detector 36, respectively. In this case, the wire position signals 32 and 34 show positive values when the pulling wires 14 and 16 are moved in the directions of the arrows, respectively, and the wire position detector 36 receives the wire position signals 32 and 34. The wire tip position signal 38 is output with the average value as the position of the tip of the bending portion 12.

すなわち、センサ28、30、ワイヤ位置検出器36は牽引状態量検出手段とともに牽引ワイヤ14、16の牽引に伴う変位を検出して湾曲部12の湾曲位置に対応したワイヤ先端位置信号38を牽引状態量検出信号として出力する湾曲位置検出手段として構成されている。   That is, the sensors 28 and 30 and the wire position detector 36 detect the displacement accompanying the pulling of the pulling wires 14 and 16 together with the pulling state amount detecting means, and pull the wire tip position signal 38 corresponding to the bending position of the bending portion 12. It is configured as a bending position detecting means for outputting as a quantity detection signal.

ワイヤ先端位置信号38はコントローラ40の加算器42に入力されており、この加算器42には指令値検出器44から指令値信号46が入力されている。指令値検出器44は、ジョイスティック10が上下/左右方向に操作されるときに、ジョイスティック10の操作に応答して、湾曲部12の目標湾曲位置に対応した指令値信号(操作指令値信号)46を出力する操作指令値信号出力手段として構成されている。加算器42は、指令値信号46とワイヤ先端位置信号38との偏差を算出し、算出した偏差に関する信号をフィードバック制御器48に出力する指令値・状態量偏差算出手段として構成されている。フィードバック制御器48は、加算器42の算出による偏差に対してゲイン補償のみを実施して前記偏差を零に抑制するためのフィードバック制御信号を生成し、フィードバック制御信号を加算器50に出力するフィードバック制御信号生成手段として構成されている。   The wire tip position signal 38 is input to the adder 42 of the controller 40, and the command value signal 46 is input to the adder 42 from the command value detector 44. The command value detector 44 responds to the operation of the joystick 10 when the joystick 10 is operated in the up / down / left / right directions, and a command value signal (operation command value signal) 46 corresponding to the target bending position of the bending portion 12. Is configured as an operation command value signal output means. The adder 42 is configured as a command value / state quantity deviation calculating means for calculating a deviation between the command value signal 46 and the wire tip position signal 38 and outputting a signal related to the calculated deviation to the feedback controller 48. The feedback controller 48 performs only gain compensation on the deviation calculated by the adder 42 to generate a feedback control signal for suppressing the deviation to zero, and outputs the feedback control signal to the adder 50. It is configured as control signal generation means.

加算器50には、フィードフォワード制御器52からフィードフォワード信号が入力されるようになっている。フィードフォワード制御器52は、指令値検出器44から指令値信号46を入力したときに、この指令値信号46の位相を進ませるための処理として、指令値信号46をフィードフォワード補償値にしたがって補償する演算を行い、この演算結果としてフィードフォワード制御信号を生成するフィードフォワード制御手段として構成されている。具体的には、フィードフォワード制御器52は、次の(1)式で示すように、二次の位相進みフィルタで構成されている。   A feedforward signal is input to the adder 50 from the feedforward controller 52. When the command value signal 46 is input from the command value detector 44, the feedforward controller 52 compensates the command value signal 46 according to the feedforward compensation value as a process for advancing the phase of the command value signal 46. It is configured as feedforward control means for performing a calculation to generate a feedforward control signal as a result of the calculation. Specifically, the feedforward controller 52 is composed of a secondary phase advance filter, as shown by the following equation (1).

Figure 0004757838

ここで、sはラプラス演算子、w1とw2は設定する周波数で、w1<w2の関係にあり、z1とz2は減衰係数で、z1>z2の関係に設定されている。このフィルタの特性は、加算器50の生成によるモータ位置指令値54から牽引ワイヤ14、16の先端位置までの伝達特性を測定し、その逆モデルを近似して得られたものである。このため、基本的には、操作指令値が指令値信号46としてフィードフォワード制御器52を通過し、後述するモータフィードバック閉ルーループ系、牽引ワイヤ14、16の先端位置までの伝達関数はほぼ1となり、牽引ワイヤ14、16の先端位置である湾曲部12の湾曲位置は操作指令値とほぼ等しい動きをすることとなる。
Figure 0004757838

Here, s is a Laplace operator, w1 and w2 are frequencies to be set, and a relationship of w1 <w2, z1 and z2 are attenuation coefficients, and a relationship of z1> z2 is set. The characteristics of this filter are obtained by measuring the transmission characteristics from the motor position command value 54 generated by the adder 50 to the tip positions of the pulling wires 14 and 16, and approximating the inverse model. Therefore, basically, the operation command value passes through the feedforward controller 52 as the command value signal 46, and the transfer function to the tip positions of the motor feedback closed loop system and the pulling wires 14 and 16 described later becomes approximately 1. The bending position of the bending portion 12 which is the tip position of the pulling wires 14 and 16 moves substantially equal to the operation command value.

フィードフォワード制御信号が入力される加算器50は、フィードフォワード制御信号をフィードバック制御信号で補正し、モータ20に対する位置指令値信号としてのモータ位置指令値信号54を生成する位置指令値信号生成手段として構成されており、モータ位置指令値信号54は加算器56に入力されている。加算器56にはモータ位置指令値信号54の他にモータ位置検出器58からモータ位置信号60が入力されている。モータ位置検出器58には、モータ20の回転角度を検出するロータリエンコーダ62から回転角度を示す信号が入力されており、モータ位置検出器58はロータリエンコーダ62の検出によるモータ20の回転角度にしたがってモータ位置信号60を生成するようになっている。すなわち、ロータリエンコーダ62、モータ位置検出器58はモータ20の駆動に伴う位置を検出して駆動位置検出信号としてのモータ位置信号60を加算器56に出力する駆動位置検出手段として構成されている。   The adder 50 to which the feedforward control signal is input serves as position command value signal generating means for correcting the feedforward control signal with the feedback control signal and generating a motor position command value signal 54 as a position command value signal for the motor 20. The motor position command value signal 54 is input to the adder 56. In addition to the motor position command value signal 54, the motor position signal 60 is input from the motor position detector 58 to the adder 56. A signal indicating the rotation angle is input to the motor position detector 58 from the rotary encoder 62 that detects the rotation angle of the motor 20, and the motor position detector 58 is in accordance with the rotation angle of the motor 20 detected by the rotary encoder 62. A motor position signal 60 is generated. That is, the rotary encoder 62 and the motor position detector 58 are configured as drive position detection means for detecting a position associated with the drive of the motor 20 and outputting a motor position signal 60 as a drive position detection signal to the adder 56.

加算器56はモータ位置指令値信号54とモータ位置信号60との偏差を算出する位置偏差算出手段として構成されており、加算器56の算出による位置偏差に関する信号はモータ用制御器64に入力されている。モータ用制御器64は、例えば、PID(比例・積分・微分)補償器を備え、加算器56の生成による偏差を零にするための演算を行って駆動信号を生成し、駆動信号をモータアンプ66に出力する演算手段として構成されている。モータアンプ66は駆動信号を増幅し、増幅した駆動信号をモータ20に出力するようになっている。   The adder 56 is configured as a position deviation calculating means for calculating a deviation between the motor position command value signal 54 and the motor position signal 60, and a signal relating to the position deviation calculated by the adder 56 is input to the motor controller 64. ing. The motor controller 64 includes, for example, a PID (proportional / integral / differential) compensator, performs a calculation for making the deviation generated by the adder 56 zero, generates a drive signal, and converts the drive signal into a motor amplifier. 66 is configured as a calculation means for outputting to 66. The motor amplifier 66 amplifies the drive signal and outputs the amplified drive signal to the motor 20.

上記構成において、操作者がジョイスティック10を操作すると、この操作にしたがった操作指令値が指令値信号46として出力され、指令値信号46とワイヤ先端位置信号38との偏差が加算器42で算出され、この偏差にしたがったフィードバック制御信号がフィードバック制御器48で生成されるとともに、位置指令値信号46の位相を進めるためのフィードフォワード補償演算がフィードフォワード制御器52で行われ、フィードフォワード制御信号が生成される。そしてフィードフォワード制御信号がフィードバック制御信号で補正されてモータ位置指令値信号54が生成され、モータ位置指令値信号54とモータ位置信号60との偏差に応じた位置偏差が加算器56で求められ、この位置偏差に基づいた駆動信号がモータ用制御器64で生成され、この駆動信号によってモータ20が正回転または逆回転駆動されると、牽引ワイヤ14または16による牽引が行われ、湾曲部12の先端側が上方または下方に湾曲する。この場合、モータ20は、プーリ18に加わる牽引ワイヤ14、16の張力の反力を打消し、モータ20の回転位置はモータ位置指令値54にほぼ遅れなく追従することができる。このためギアのがたなどを無視すれば、プーリ18の回転によって移動したプーリ18近傍のワイヤ移動量は、モータ位置指令値信号54にギア比とプーリ18の半径とを積演算することで算出することができる。   In the above configuration, when the operator operates the joystick 10, the operation command value according to this operation is output as the command value signal 46, and the deviation between the command value signal 46 and the wire tip position signal 38 is calculated by the adder 42. A feedback control signal in accordance with this deviation is generated by the feedback controller 48, and a feedforward compensation calculation for advancing the phase of the position command value signal 46 is performed by the feedforward controller 52. Generated. The feedforward control signal is corrected with the feedback control signal to generate a motor position command value signal 54, and a position deviation corresponding to the deviation between the motor position command value signal 54 and the motor position signal 60 is obtained by the adder 56, A drive signal based on this positional deviation is generated by the motor controller 64. When the motor 20 is driven to rotate forward or backward by this drive signal, the pulling wire 14 or 16 is pulled, and the bending portion 12 The tip side curves upward or downward. In this case, the motor 20 cancels the reaction force of the tension of the pulling wires 14 and 16 applied to the pulley 18, and the rotational position of the motor 20 can follow the motor position command value 54 almost without delay. Therefore, if the rattling of the gear is ignored, the wire movement amount in the vicinity of the pulley 18 moved by the rotation of the pulley 18 is calculated by multiplying the motor position command value signal 54 by the gear ratio and the radius of the pulley 18. can do.

しかし、プーリ18が回転することによって移動したプーリ18近傍の牽引ワイヤ14または16の移動量と湾曲部12先端側の牽引ワイヤ14または16の移動量は比例関係にはならない。これは、牽引ワイヤ14、16とコイルシース22、24との間の摩擦によって牽引ワイヤ14、16の引っ張り張力が途中で減衰するとともに、プーリ18の回転方向が逆転したときに弛みを巻取るまでの時間的空白(デッドゾーン)による位相の遅れ、さらに湾曲部12を構成する蛇管とチューブからなる湾曲部12の曲げを阻止しようとするダイナミックスが原因として考えられる。   However, the moving amount of the pulling wire 14 or 16 near the pulley 18 moved by the rotation of the pulley 18 and the moving amount of the pulling wire 14 or 16 on the distal end side of the bending portion 12 are not in a proportional relationship. This is because the tension between the pulling wires 14 and 16 and the coil sheaths 22 and 24 attenuates the pulling tension of the pulling wires 14 and 16 halfway, and when the pulley 18 rotates in the reverse direction, the slack is wound up. This is considered to be caused by the phase delay due to the time gap (dead zone) and the dynamics trying to prevent the bending portion 12 formed of the serpentine tube and the tube constituting the bending portion 12 from bending.

そこで、本参考例においては、指令値信号46の位相を進ませるフィードフォワード制御器52を用いて、位相が遅れるプーリ18位置から湾曲部12先端位置までのダイナミックスを動かし、それでは補償できない追従誤差をフィードバック制御器46で補償するようにしているため、湾曲部12の先端位置(湾曲位置)を操作指令値に遅れなく追従させることができる。 Thus, in this reference example , the feedforward controller 52 for advancing the phase of the command value signal 46 is used to move the dynamics from the pulley 18 position where the phase is delayed to the distal end position of the bending portion 12, and this cannot be compensated by this. Is compensated by the feedback controller 46, the tip position (curved position) of the bending portion 12 can be made to follow the operation command value without delay.

また本参考例においては、牽引ワイヤ14、16の移動量をセンサ28、30によって検出しているため、摩擦や弛みによって減衰した牽引ワイヤ14、16の位置を検出することができるとともに、この検出信号をフィードバックすることで、牽引手段を構成する系の内部に含まれる摩擦やワイヤの弛みに起因した非線形性を補償することができる。 In this reference example , since the movement amounts of the pulling wires 14 and 16 are detected by the sensors 28 and 30, it is possible to detect the position of the pulling wires 14 and 16 attenuated by friction and slack, and this detection. By feeding back the signal, it is possible to compensate for non-linearity caused by friction or loosening of the wire included in the system constituting the traction means.

また本参考例においては、挿入部のワイヤ機構は基本的には安定な系であることと、操作指令値とのオフセットは操作者がモニタを見て調整すればよいことから、フィードバック制御器48には、積分特性や微分特性を持たせず、ゲイン補償のみを実施することとしている。ただし、フィードバックを施すことにより特定の周波数帯域ではゲインが増大することもあるため、ノッチフィルタなどにより閉ループ系の特性を必要に応じて修正する。 In this reference example , since the wire mechanism of the insertion portion is basically a stable system and the offset with respect to the operation command value may be adjusted by the operator looking at the monitor, the feedback controller 48 However, only gain compensation is performed without having integral characteristics or differential characteristics. However, since the gain may increase in a specific frequency band by applying feedback, the characteristics of the closed loop system are corrected as necessary by a notch filter or the like.

またフィードバック制御器48のゲインを高くすると、目標である操作指令値に追従するが、ゲインをあまり高くすると、急激なモータの反転動作を繰り返して振動的になるため、フィードバックゲインは1倍から2倍に設定されている。この場合、フィードバックゲインを低くする分だけ操作指令値と湾曲部12の先端位置は完全に一致しないが、操作指令値信号46の位相をフィードフォワード制御器52で進ませることで、湾曲部12先端位置を操作指令値に瞬時に追従させることができる。   Further, when the gain of the feedback controller 48 is increased, the target operation command value is followed. However, if the gain is increased too much, the reversing operation of the motor is repeated and becomes oscillating. It is set to double. In this case, the operation command value and the tip position of the bending portion 12 do not completely coincide with each other as the feedback gain is lowered, but the tip of the bending portion 12 is advanced by advancing the phase of the operation command value signal 46 by the feedforward controller 52. The position can be made to follow the operation command value instantaneously.

次に、本参考例に係る装置と従来技術の実験結果を図2および図3にしたがって説明する。図2は図1に示す制御装置によって内視鏡の湾曲位置決め動作を実施したときの実験結果の1例を示す。図3はジョイスティックの操作による位置指令値を直接モータ位置指令値として生成するようにした従来技術による応答結果である。図2および図3において、上段の(a)には上下の牽引ワイヤの先端位置における時間波形を、下段の(b)には、内視鏡挿入部の上下の牽引ワイヤに作用する張力をプーリ側で測定した時間波形を示す。各図において、上段と下段の図には、ともに7秒周期の三角波形が図示されているが、これはジョイスティックからの指令値を想定して指令値300として印加したものである。また区間Aにおいて、図1に示すプーリ18は矢印方向(時計周り)に回転し、区間Bでは反時計周りに回転するものとしている。 Next, the experimental results of the apparatus according to this reference example and the prior art will be described with reference to FIGS. FIG. 2 shows an example of an experimental result when the bending positioning operation of the endoscope is performed by the control device shown in FIG. FIG. 3 shows a response result according to the prior art in which a position command value obtained by operating a joystick is directly generated as a motor position command value. 2 and 3, the upper stage (a) shows the time waveform at the tip position of the upper and lower traction wires, and the lower stage (b) shows the tension acting on the upper and lower traction wires of the endoscope insertion portion. The time waveform measured on the side is shown. In each figure, the upper and lower figures both show a triangular waveform with a period of 7 seconds, which is applied as a command value 300 assuming a command value from a joystick. In the section A, the pulley 18 shown in FIG. 1 rotates in the direction of the arrow (clockwise), and in the section B, it rotates counterclockwise.

図3において、従来技術のものは、上下のワイヤの先端位置307、308は目標指令値300に対し位相が20度程度遅れ、ゲインも三角形の頭がつぶれた台形形状となっていることが分かる。よって、従来技術のものでは、操作者が仮に湾曲部先端の移動を三角波に追従させようと思った場合には、ジョイスティックから三角波の指令値を入力しただけでは、湾曲部先端位置の位相が遅れるだけでなく、台形波形となっていることから、操作者は正確な位置決めを行うことができないことを意味する。したがって、目的を達成するためには、操作者はモニタを見ながら自分で湾曲部先端位置が三角波に追従するように指令値を修正することが余儀なくされる。このため、操作に熟練を要し、内視鏡を電動化することによってかえって操作者の負担が増加することになる。   In FIG. 3, it can be seen that the tip positions 307 and 308 of the upper and lower wires in the prior art are trapezoidal with the phase delayed by about 20 degrees with respect to the target command value 300, and the gain of the triangular shape is crushed. . Therefore, in the case of the prior art, if the operator wants to make the movement of the bending portion tip follow the triangular wave, the phase of the bending portion tip position is delayed only by inputting the triangular wave command value from the joystick. In addition, since it has a trapezoidal waveform, it means that the operator cannot perform accurate positioning. Therefore, in order to achieve the object, the operator is forced to correct the command value so that the position of the distal end of the bending portion follows the triangular wave while watching the monitor. For this reason, skill is required for operation, and the burden on the operator increases on the contrary by electrification of the endoscope.

これに対し、本参考例のものは、図2に示すように、上下の牽引ワイヤの先端位置303、304と目標指令値(操作指令値)300とはほぼ一致する。このため操作者は、指令値通りに牽引ワイヤ14、16の先端位置が動くので、電動化することで操作の負担が減り、精度良く湾曲部の先端を目的の個所に素早く位置決めすることが可能になる。 On the other hand, in the reference example , as shown in FIG. 2, the tip positions 303 and 304 of the upper and lower traction wires and the target command value (operation command value) 300 substantially coincide. For this reason, the operator moves the tip positions of the traction wires 14 and 16 according to the command value, so that the operation burden is reduced by electrification, and the tip of the bending portion can be quickly positioned at a target location with high accuracy. become.

次に、張力に比較するに際して、図3(b)の従来技術の波形を観察すると、A区間からB区間において、回転の方向(操作方向)が代わる瞬間における張力305が1番大きく、回転の方向が代わったにも関わらず張力は徐々に下がり、逆に、下側のワイヤの張力306は張力がない(0)、すなわち弛みの状態からB区間に移行し、回転の方向が変わったにも関わらず弛みの影響で0.7秒程経ってから張力が張り始め、それとともに先端位置の方向が変化していることが分かる。   Next, when comparing with the tension, when observing the waveform of the prior art in FIG. 3 (b), the tension 305 at the moment when the direction of rotation (operation direction) changes from the A section to the B section is the largest. In spite of the change of direction, the tension gradually decreases. Conversely, the tension 306 of the lower wire has no tension (0), that is, from the slack state to the B section, and the direction of rotation has changed. Nevertheless, it can be seen that the tension begins to increase after about 0.7 seconds due to the slackness, and the direction of the tip position changes with it.

これに対して、本参考例のものは、図2(b)に示すように、B区間になってからほぼ瞬時に張力302が張り始めていることが分かる。これは、目標指令値(操作指令値)の位相を進ませたフィードフォワード制御器52とワイヤの先端位置をフィードバック制御するフィードバック制御器48の効果である。牽引ワイヤ14、16の張力が張ることにより、牽引ワイヤ14、16の先端位置をプーリ18で制御することができる。なお、弛みに着目し、弛みを早急に解除する他の従来技術では、その間にワイヤの先端位置が目標の指令値から大きくずれてしまうため、操作者はワイヤの先端位置を指令値に合わせるための修正を自分自身で試みなければならないため、熟練を要し、電動化することによってかえって操作者の負担が増加することになる。 On the other hand, as shown in FIG. 2B, it can be seen that the tension 302 starts to be applied almost instantaneously after the section B is reached in the reference example . This is an effect of the feedforward controller 52 that advances the phase of the target command value (operation command value) and the feedback controller 48 that feedback-controls the tip position of the wire. When the tension of the pulling wires 14 and 16 is increased, the tip position of the pulling wires 14 and 16 can be controlled by the pulley 18. In other conventional techniques that focus on slack and release the slack quickly, the tip position of the wire greatly deviates from the target command value during that time, so that the operator adjusts the tip position of the wire to the command value. Since it is necessary to try to correct the error by yourself, skill is required, and the electric load increases the burden on the operator.

次に、本発明の第2参考例を図4にしたがって説明する。本参考例は、図1に示す制御装置から牽引ワイヤの先端位置をフィードバック制御するためのフィードバック制御系を取り除いたものであり、他の構成は図1と同様である。 Next, a second reference example of the present invention will be described with reference to FIG. This reference example is obtained by removing the feedback control system for feedback control of the tip position of the pulling wire from the control device shown in FIG. 1, and the other configurations are the same as those in FIG.

本さにおいては、指令値検出器44の出力による指令値信号46の位相をフィードフォワード制御器52で進ませてフィードフォワード制御信号を生成し、フィードフォワード制御信号とモータ位置信号60との偏差を加算器56で求め、この偏差を零にするための駆動信号をモータ用制御器64で生成し、この駆動信号をモータアンプ66で増幅してモータ20を回転駆動する構成を採用しているので、操作指令値に対して牽引ワイヤ14、16の牽引による湾曲部12の先端位置を遅れなく追従させることができる。すなわち、プーリ18の動きから牽引ワイヤ14、16の先端位置までは牽引ワイヤ14、16とコイルシース22、24との摩擦や牽引ワイヤ14、16の弛みなどの非線形性の影響で位相は遅れるが、この位相の遅れをフィードフォワード制御器52によって補償することができる。このため、操作指令値の位相をフィードフォワード制御器52で進ませることで、操作指令値に対してプーリ18の動きを進ませることが可能になる。   In this embodiment, the phase of the command value signal 46 output from the command value detector 44 is advanced by the feedforward controller 52 to generate a feedforward control signal, and the deviation between the feedforward control signal and the motor position signal 60 is calculated. Since the motor controller 64 generates a drive signal for obtaining this deviation by the adder 56 and makes this deviation zero, the drive signal is amplified by the motor amplifier 66 and the motor 20 is driven to rotate. The tip position of the bending portion 12 due to the pulling of the pulling wires 14 and 16 can follow the operation command value without delay. That is, the phase is delayed from the movement of the pulley 18 to the tip position of the pulling wires 14 and 16 due to non-linear effects such as friction between the pulling wires 14 and 16 and the coil sheaths 22 and 24 and slack of the pulling wires 14 and 16. This phase delay can be compensated for by the feedforward controller 52. For this reason, it is possible to advance the movement of the pulley 18 with respect to the operation command value by advancing the phase of the operation command value by the feedforward controller 52.

参考例において、牽引ワイヤ14、16の先端位置と操作指令値との関係を測定したところ図5に示すような実験結果が得られた。図5の下段である(b)には、操作指令値を示す三角波300とフィードフォワード制御器52から出力されるモータ位置指令値の波形311の特性を示す。図5から、ジョイスティック10の操作によって操作方向が変化する度に、適切なオフセットが指令に加わり、その指令値はその位相が進む方向に修正されていることが分かる。これにより、図3上段に示した先端位置307、308に比べて、図5上段に示す(a)では、牽引ワイヤ14、16の先端位置307、308が指令値の三角波300に近づいていることが分かる。 In this reference example , when the relationship between the tip positions of the pulling wires 14 and 16 and the operation command value was measured, an experimental result as shown in FIG. 5 was obtained. 5B shows the characteristics of the triangular wave 300 indicating the operation command value and the waveform 311 of the motor position command value output from the feedforward controller 52. From FIG. 5, it can be seen that an appropriate offset is added to the command each time the operation direction is changed by operating the joystick 10, and the command value is corrected in the direction in which the phase advances. Thereby, compared with the tip positions 307 and 308 shown in the upper part of FIG. 3, the tip positions 307 and 308 of the pulling wires 14 and 16 are approaching the triangular wave 300 of the command value in (a) shown in the upper part of FIG. I understand.

このように、本参考例においては、前記参考例とは異なりフィードバック系がないため、挿入部の摩擦などの特性変動には対応することはでいないが、操作指令値の位相を進ませることにより、湾曲部12先端の動きはより操作指令値に近づくことが分かる。 Thus, in this reference example , unlike the reference example , there is no feedback system, so it cannot cope with characteristic fluctuations such as friction of the insertion portion, but by advancing the phase of the operation command value. It can be seen that the movement of the distal end of the bending portion 12 is closer to the operation command value.

また本参考例におけるフィードフォワード制御器52としては、次の(2)式で示すように、符号が変化する構成を用いても良い。 In addition, as the feedforward controller 52 in this reference example, a configuration in which the sign changes as shown in the following equation (2) may be used.

Figure 0004757838

ここで、Rは目標指令値、sgnはその符号を表す。またゲインgの大きさは、一定値よりも指令値の速度が小さいときにはその速度に比例し、指令値の速度が一定値以上大きくなったときには一定値とするように構成した方が良い。これにより、速度の符号の変化に対し、モータ20の速度を徐々に変化させることができ、牽引ワイヤ14、16などの振動を抑えることができる。
Figure 0004757838

Here, R represents a target command value, and sgn represents its sign. The magnitude of the gain g is proportional to the speed when the speed of the command value is smaller than a certain value, and is preferably set to a constant value when the speed of the command value becomes larger than the certain value. Thereby, the speed of the motor 20 can be gradually changed with respect to the change of the sign of the speed, and vibrations of the pulling wires 14 and 16 can be suppressed.

また本参考例においては、内視鏡挿入部には、特殊なセンサ28、30やフィードバック制御系がないため、前記参考例よりも低コスト化を図ることができる。 Further, in this reference example , the endoscope insertion part does not have special sensors 28 and 30 and a feedback control system, so that the cost can be reduced as compared with the reference example .

次に、本発明の実施形態を図6ないし図11にしたがって説明する。本実施形態は、牽引ワイヤの先端位置をフィードバックする代わりに、牽引ワイヤ14、16の張力を検出し、この張力をフィードバックするようにしたものであり、牽引ワイヤ14、16のプーリ18側に牽引ワイヤ14、16の張力を検出する張力センサ68、70が設けられており、各張力センサ68、70の検出値はそれぞれワイヤ張力検出器72に入力されている。 Next, an embodiment of the present invention according to FIGS. 6 to 11. In this embodiment, instead of feeding back the tip position of the pulling wire, the tension of the pulling wires 14 and 16 is detected and the tension is fed back, and the pulling wires 14 and 16 are pulled toward the pulley 18 side. Tension sensors 68 and 70 for detecting the tension of the wires 14 and 16 are provided, and the detected values of the tension sensors 68 and 70 are input to the wire tension detector 72, respectively.

各張力センサ68、70は、例えば、図7に示すように、歪みゲージ74、ブリッジ回路76、差動増幅回路78を備えて構成されており、牽引ワイヤ14、16に微小細長の歪みゲージ74がそれぞれ装着されている。歪みゲージ74によって歪み量の変化が検出されると、この歪み量の変化を示す信号は、歪み量の変化に比例して抵抗の変化するブリッジ回路76を介して差動増幅回路78で増幅されるようになっている。この場合、牽引ワイヤ14、16に外力が加わらないときには、歪みゲージ74の抵抗値でブリッジ回路76のバランスが保たれており、差動増幅回路78の出力は0である。一方、牽引ワイヤ14または16がプーリ18によって引っ張られると、牽引ワイヤ14または16に外力が加わり、歪みゲージ74の抵抗値が変化し、ブリッジ回路76のバランスが崩れ、差増増幅回路78の出力端に電圧が発生する。この出力電圧は、各牽引ワイヤ14または16に作用する張力を示す信号としてワイヤ張力検出器72に出力されるようになっている。ワイヤ張力検出器72は各張力センサ68、70の検出による張力を加算して、湾曲部12の先端を引っ張る実質の内部張力を示す内部張力信号80を出力するようになっている。すなわち、張力センサ68、70、ワイヤ張力検出器72は張力検出手段として構成されており、内部張力信号80は内視鏡状態推定器82と位置推定器84に出力されるようになっている。なお、ここで張力センサ68、70の検出による張力の正負は、図2(b)に示す特性と同じ関係となっている。   For example, as shown in FIG. 7, each of the tension sensors 68 and 70 includes a strain gauge 74, a bridge circuit 76, and a differential amplifier circuit 78. Are installed. When a change in the amount of strain is detected by the strain gauge 74, a signal indicating the change in the amount of strain is amplified by the differential amplifier circuit 78 via the bridge circuit 76 whose resistance changes in proportion to the change in the amount of strain. It has become so. In this case, when no external force is applied to the pulling wires 14 and 16, the bridge circuit 76 is balanced by the resistance value of the strain gauge 74, and the output of the differential amplifier circuit 78 is zero. On the other hand, when the pulling wire 14 or 16 is pulled by the pulley 18, an external force is applied to the pulling wire 14 or 16, the resistance value of the strain gauge 74 changes, the balance of the bridge circuit 76 is lost, and the output of the differential amplification circuit 78 A voltage is generated at the end. This output voltage is output to the wire tension detector 72 as a signal indicating the tension acting on each pulling wire 14 or 16. The wire tension detector 72 adds the tensions detected by the tension sensors 68 and 70 and outputs an internal tension signal 80 indicating a substantial internal tension for pulling the tip of the bending portion 12. That is, the tension sensors 68 and 70 and the wire tension detector 72 are configured as tension detecting means, and the internal tension signal 80 is output to the endoscope state estimator 82 and the position estimator 84. Here, the positive and negative tensions detected by the tension sensors 68 and 70 have the same relationship as the characteristics shown in FIG.

位置推定器84は、内部張力信号80と内視鏡状態推定器82の推定結果86とから湾曲部12の湾曲位置を推定し、この推定結果88を牽引状態量検出信号として加算器42に出力する位置推定手段として構成されている。この位置推定器84は、内部張力信号80から牽引ワイヤ14、16の先端位置までのダイナミックスをモデル化したもので構成されており、状態推定結果86にしたがって複数のモデルの中から指定のモデルを選択することで挿入部の先端位置を推定できるようになっている。この位置推定器84に用いられるモデルとしては、例えば、一次のローパスフィルタを複数個用いて構成されている。そして、状態推定結果86からモデルを選択する場合、内視鏡の挿入部の状態に応じて指定のモデルを選択する必要がある。すなわち、挿入部は体腔内などに挿入されることから、挿入開始はほぼストレート状態であるが、腸などの形状に沿って挿入される際、挿入部の途中の屈曲率は場所によって大きくなることがある。屈曲率が大きくなると、コイルシース22、24と牽引ワイヤ14、16との間の摩擦力が大きくなり、測定した内部張力信号80から牽引ワイヤ14、16先端位置までのダイナミックスは挿入部がストレート状態の時と比べてその特性が変動する。さらに、内視鏡の使用環境状態や経時的な変化によってもダイナミックスの特性は変動する。よって、より牽引ワイヤの先端位置(湾曲位置)の推定精度を上げるためには、それらの状態を推定し、この推定にしたがったモデルを選択するとともに、選択したモデルにしたがってフィードバック制御器48を制御する必要がある。   The position estimator 84 estimates the bending position of the bending portion 12 from the internal tension signal 80 and the estimation result 86 of the endoscope state estimator 82, and outputs the estimation result 88 to the adder 42 as a traction state amount detection signal. It is comprised as a position estimation means to do. This position estimator 84 is configured by modeling the dynamics from the internal tension signal 80 to the tip positions of the pulling wires 14 and 16, and a specified model from a plurality of models according to the state estimation result 86. The position of the distal end of the insertion portion can be estimated by selecting. As a model used for this position estimator 84, for example, a plurality of primary low-pass filters are used. When a model is selected from the state estimation result 86, it is necessary to select a designated model according to the state of the insertion portion of the endoscope. That is, since the insertion portion is inserted into a body cavity or the like, the insertion start is almost straight, but when inserted along the shape of the intestine or the like, the bending rate in the middle of the insertion portion increases depending on the location. There is. As the bending rate increases, the frictional force between the coil sheaths 22 and 24 and the pulling wires 14 and 16 increases, and the dynamics from the measured internal tension signal 80 to the leading end positions of the pulling wires 14 and 16 are in a straight state. The characteristics fluctuate compared to Furthermore, the characteristics of dynamics vary depending on the usage environment of the endoscope and changes over time. Therefore, in order to further improve the estimation accuracy of the tip position (curved position) of the pulling wire, the state is estimated, a model according to this estimation is selected, and the feedback controller 48 is controlled according to the selected model. There is a need to.

そこで、本実施形態においては、内視鏡状態推定器82において、操作指令値を示す指令値信号46と内部張力の大きさを示す内部張力信号80との関係比から予め定めた関数にしたがって適切なモデルを選択するための状態推定結果86を求め、この状態推定結果86を位置推定器84に出力することとしている。この状態推定結果86は、内部張力信号80から牽引ワイヤ14、16先端位置までのダイナミックスの特性変動が張力に最も現われることを考慮して求められるようになっている。すなわち、同じ操作指令値であっても、操作指令値に基づいてモータ20を駆動したときに、挿入部がストレート状態のときには、牽引ワイヤ14、16に加わる張力は小さく、逆に挿入部の屈曲率が大きく、挿入部の途中がぐるりと回転しているときには、牽引ワイヤ14、16に加わる張力は大きくなる。このため、内視鏡状態推定器82は、操作指令値と内部張力とから湾曲部12の状態を推定するようになっており、内視鏡状態推定器82は操作指令値信号46と内部張力信号80とから湾曲部12の状態を推定する状態推定手段として構成されている。   Therefore, in the present embodiment, in the endoscope state estimator 82, an appropriate value is determined according to a predetermined function from a relational ratio between the command value signal 46 indicating the operation command value and the internal tension signal 80 indicating the magnitude of the internal tension. A state estimation result 86 for selecting a simple model is obtained, and this state estimation result 86 is output to the position estimator 84. This state estimation result 86 is obtained in consideration of the fact that the dynamic characteristic variation from the internal tension signal 80 to the tip position of the pulling wires 14 and 16 appears most in the tension. That is, even when the operation command value is the same, when the motor 20 is driven based on the operation command value, when the insertion portion is in a straight state, the tension applied to the pulling wires 14 and 16 is small, and conversely, the insertion portion is bent. When the rate is large and the middle of the insertion portion rotates around, the tension applied to the pulling wires 14 and 16 increases. For this reason, the endoscope state estimator 82 estimates the state of the bending portion 12 from the operation command value and the internal tension, and the endoscope state estimator 82 determines the operation command value signal 46 and the internal tension. It is configured as state estimation means for estimating the state of the bending portion 12 from the signal 80.

位置推定器84に用いるモデルとしては、例えば、図8に示すように、4つの一次ローパスフィルタを用いることができる。4つのモデルは特性320、321、322、323で表されており、各特性のクロスオーバー周波数はそれぞれ1Hz、2Hz、4Hz、8Hzになっている。そして、挿入部がストレート状態のときには、クロスオーバー周波数が4Hzで特性322のものを使用する。また挿入部の途中が回転していて摩擦などが大きい場合には、例えば、クロスオーバー周波数が1Hzで特性320のものを使用する。ここで、モデルとしてクロスオーバー周波数が4Hzのローパスフィルタを用いてワイヤの先端位置を推定したところ、図9に示すような実験結果が得られた。この場合、ワイヤ先端の位置を示す台形波形の形状は指令値とは完全に形状は一致していないが、位相特性が一致しており、牽引ワイヤの先端位置307、308と位置推定器84によって推定した推定結果312とは一致することが確認できた。   As a model used for the position estimator 84, for example, four first-order low-pass filters can be used as shown in FIG. The four models are represented by characteristics 320, 321, 322, and 323, and the crossover frequencies of the characteristics are 1 Hz, 2 Hz, 4 Hz, and 8 Hz, respectively. When the insertion portion is in a straight state, a crossover frequency of 4 Hz and a characteristic 322 is used. Further, when the middle of the insertion portion is rotated and friction is large, for example, a crossover frequency of 1 Hz and a characteristic of 320 is used. Here, when the position of the tip of the wire was estimated using a low-pass filter having a crossover frequency of 4 Hz as a model, an experimental result as shown in FIG. 9 was obtained. In this case, the shape of the trapezoidal waveform indicating the position of the tip of the wire does not completely match the shape of the command value, but the phase characteristics match, and the tip position 307, 308 of the pulling wire and the position estimator 84 It was confirmed that the estimated result 312 was in agreement.

また内視鏡状態推定器82は、図10に示すように、ローパスフィルタ90、92、絶対値演算回路94、96、積分回路98、100、評価値算出回路102、関数参照回路104、モデル決定回路106を備えて構成されている。ジョイスティック10の操作に基づく指令値信号46はローパスフィルタ90に入力されており、指令値信号46がローパスフィルタ90を通過することでノイズ成分がカットされるとともに必要な帯域の信号のみが通過する。ローパスフィルタ90を通過した信号は絶対値演算回路94で正のみの信号に変換され、その信号は積分回路98で一定時間T0だけ積分され、その積分値は操作指令値の大きさRIとして評価値算出回路102に出力される。この場合、操作指令値をRとすると、RIは次の(3)式で示すように、   Further, as shown in FIG. 10, the endoscope state estimator 82 includes low-pass filters 90 and 92, absolute value calculation circuits 94 and 96, integration circuits 98 and 100, an evaluation value calculation circuit 102, a function reference circuit 104, and a model determination. A circuit 106 is provided. The command value signal 46 based on the operation of the joystick 10 is input to the low-pass filter 90. When the command value signal 46 passes through the low-pass filter 90, a noise component is cut and only a signal in a necessary band passes. The signal that has passed through the low-pass filter 90 is converted into a positive-only signal by the absolute value calculation circuit 94, the signal is integrated by the integration circuit 98 for a fixed time T0, and the integrated value is an evaluation value as the magnitude RI of the operation command value. It is output to the calculation circuit 102. In this case, if the operation command value is R, RI is expressed by the following equation (3):

Figure 0004757838
となる。
Figure 0004757838
It becomes.

一方、内部張力信号80はローパスフィルタ92に入力されており、この内部張力信号80はローパスフィルタ92でノイズ成分が除去されるとともに必要な帯域の信号のみがローパスフィルタ92を通過し、ローパスフィルタ92を通過した信号は絶対値演算回路96で正のみの信号に変換される。そしてこの信号が積分回路100で一定時間T0だけ積分されると、この積分値は内部張力Cの大きさCIを示す信号として評価値算出回路102に出力される。この場合、内部張力Cの大きさCIは、次の(4)式で示すように、   On the other hand, the internal tension signal 80 is input to the low-pass filter 92, and the noise component is removed from the internal tension signal 80 by the low-pass filter 92, and only a necessary band signal passes through the low-pass filter 92. The signal that has passed through is converted into a positive signal by the absolute value calculation circuit 96. When this signal is integrated by the integration circuit 100 for a predetermined time T0, this integration value is output to the evaluation value calculation circuit 102 as a signal indicating the magnitude CI of the internal tension C. In this case, the magnitude CI of the internal tension C is expressed by the following equation (4):

Figure 0004757838
となる。
Figure 0004757838
It becomes.

評価値算出回路102において操作指令値の大きさRIを内部張力の大きさCIで除算することで、内視鏡挿入部の状態に関する評価値が算出される。この評価値にしたがって関数参照回路104において関数を参照するに際しては、図11に示すような評価値とモデル折れ点周波数(クロスオーバ周波数)との関係が設定されている。この関係は次の(5)式で示すように、   The evaluation value calculation circuit 102 calculates the evaluation value related to the state of the endoscope insertion portion by dividing the magnitude RI of the operation command value by the magnitude CI of the internal tension. When referring to a function in the function reference circuit 104 according to this evaluation value, the relationship between the evaluation value and the model breakpoint frequency (crossover frequency) as shown in FIG. 11 is set. This relationship is expressed by the following equation (5):

Figure 0004757838
で表される。
Figure 0004757838
It is represented by

評価値に対応したモデル折れ点周波数(クロスオーバー周波数)が決定されると、評価値に対応したモデル折れ点周波数のモデルがモデル決定回路106によって決定され、この決定が状態推定結果86として出力される。   When the model breakpoint frequency (crossover frequency) corresponding to the evaluation value is determined, the model of the model breakpoint frequency corresponding to the evaluation value is determined by the model determination circuit 106, and this determination is output as the state estimation result 86. The

例えば、評価値が8より大きい場合、すなわち、操作指令値に対して張力の大きさが大きい場合には、摩擦などにより挿入部のダイナミックスの遅れが大きくなることを意味し、モデルには折れ点周波数1Hzのローパスフィルタのものが選択される。一方、評価値が1から8の間のときには、(5)式にしたがってモデル折れ点周波数を算出し、評価値が1より小さい場合には、モデル折れ点周波数として8Hzに設定する。例えば、評価値が2で関数との交点がAのときにはストレート状態の評価値であり、このときのモデルとしては折れ点周波数4Hzものが選択される。   For example, if the evaluation value is greater than 8, that is, if the magnitude of the tension is large relative to the operation command value, this means that the delay in the dynamics of the insertion portion increases due to friction or the like, and the model is broken. A low-pass filter having a point frequency of 1 Hz is selected. On the other hand, when the evaluation value is between 1 and 8, the model breakpoint frequency is calculated according to equation (5). When the evaluation value is smaller than 1, the model breakpoint frequency is set to 8 Hz. For example, when the evaluation value is 2 and the intersection with the function is A, the evaluation value is in a straight state, and a model with a break frequency of 4 Hz is selected as the model at this time.

なお、絶対値演算回路94、96を通過した信号を所定時間積分する代わりに、所定時間だけ0.1Hz程度のローパスフィルタを通過した信号を用いることもできる。またモデルの更新は一定時間ごとに実施すれば良い。   Instead of integrating the signals that have passed through the absolute value arithmetic circuits 94 and 96 for a predetermined time, it is also possible to use a signal that has passed through a low-pass filter of about 0.1 Hz for a predetermined time. The model may be updated at regular intervals.

このように、本実施形態において、位置推定器84によって推定された推定結果88がフィードバックされてフィードバック制御が実行されるため、フィードフォワード制御器52では補償しきれない追従誤差をフィードバック制御系で補償することができる。   As described above, in the present embodiment, the estimation result 88 estimated by the position estimator 84 is fed back and feedback control is executed, so that a tracking error that cannot be compensated for by the feedforward controller 52 is compensated by the feedback control system. can do.

さらに、本実施形態においては、フィードフォワード制御器52とフィードバック制御器48において一定時間ごとに内視鏡挿入部の状態に応じてモデルを更新することで、より高精度な位置決めを達成することができる。   Furthermore, in the present embodiment, the feedforward controller 52 and the feedback controller 48 can update the model according to the state of the endoscope insertion unit at regular intervals, thereby achieving more accurate positioning. it can.

なお、本実施形態においては、モデルの更新とともに、フィードバック制御器48のパラメータやフイードフォワード制御器52のパラメータも調整することができる。   In the present embodiment, the parameters of the feedback controller 48 and the feedforward controller 52 can be adjusted along with the model update.

次に、本発明の第3参考例を図12にしたがって説明する。本参考例は、図6に示す内視鏡状態設定器82、位置推定器84の代わりに、プーリ18の回転移動量を示すモータ位置信号60と内部張力信号80とから牽引ワイヤ14、16の先端位置を推定する位置推定器108を設けたものであり、他の構成は図6のものと同様である。この位置推定器108は、モータ位置検出器58の検出によるモータ位置信号60とワイヤ張力検出器72の検出による内部張力信号80とを受け、これらの信号を基に牽引ワイヤ14、16の先端位置(湾曲部12の湾曲位置)を推定し、この推定結果110を牽引状態量検出信号として加算器42に出力する位置推定手段として構成されている。 Next, a third reference example of the present invention will be described with reference to FIG. In this reference example , instead of the endoscope state setting unit 82 and the position estimator 84 shown in FIG. 6, the motor position signal 60 indicating the rotational movement amount of the pulley 18 and the internal tension signal 80 are used for the pulling wires 14 and 16. A position estimator 108 for estimating the tip position is provided, and other configurations are the same as those in FIG. The position estimator 108 receives a motor position signal 60 detected by the motor position detector 58 and an internal tension signal 80 detected by the wire tension detector 72, and based on these signals, the tip positions of the traction wires 14 and 16 are detected. The position estimation means is configured to estimate (the bending position of the bending portion 12) and output the estimation result 110 to the adder 42 as a traction state amount detection signal.

位置推定器108において、プーリ18の回転移動量に相当するモータ位置信号60と内部張力を示す内部張力信号80とから牽引ワイヤ14、16の先端位置を推定するに際しては、牽引ワイヤ14、16の剛性が既知であるとして牽引ワイヤの先端位置を推定することとしている。この場合、内部張力Tenは次の(6)式によって発生すると考えられる。   When the position estimator 108 estimates the tip positions of the pulling wires 14 and 16 from the motor position signal 60 corresponding to the rotational movement amount of the pulley 18 and the internal tension signal 80 indicating the internal tension, Assuming that the rigidity is known, the tip position of the pulling wire is estimated. In this case, the internal tension Ten is considered to be generated by the following equation (6).

Figure 0004757838
ここで、Kは牽引ワイヤ14、16の剛性、Pospはプーリ18が回転することによって移動した牽引ワイヤ14、16の移動量、Posfは牽引ワイヤの先端位置である。この式を牽引ワイヤの先端位置について解くと、次の(7)式となる。
Figure 0004757838
Here, K is the rigidity of the pulling wires 14 and 16, Posp is the amount of movement of the pulling wires 14 and 16 moved by the rotation of the pulley 18, and Posf is the tip position of the pulling wire. When this equation is solved for the tip position of the pulling wire, the following equation (7) is obtained.

Figure 0004757838

上記(7)式において、牽引ワイヤ14、16の剛性を予め測定しておくことで、Pospのワイヤ移動量は、ロータリエンコーダ62の検出値からギア比とプーリ18の半径とを積演算することにより算出することができる。これにより、牽引ワイヤの先端位置をリアルタイムに推定することが可能である。
Figure 0004757838

In the above equation (7), by measuring the rigidity of the pulling wires 14 and 16 in advance, the wire movement amount of Posp is calculated by multiplying the detected value of the rotary encoder 62 by the gear ratio and the radius of the pulley 18. Can be calculated. Thereby, it is possible to estimate the tip position of the pulling wire in real time.

参考例においては、位置の推定結果110と操作指令値との偏差に応じたフィードバック制御が実行されるため、牽引ワイヤの先端位置を操作指令値に追従させることができる。 In this reference example , feedback control is executed in accordance with the deviation between the position estimation result 110 and the operation command value, so that the tip position of the pulling wire can be made to follow the operation command value.

次に、本発明の第4参考例を図13にしたがって説明する。本参考例は、ジョイスティック10の操作による操作指令値は位置の関数であることを考慮し、指令値信号46を指令値変換器112において張力指令値114に変換し、張力指令値114と内部張力信号80との偏差を加算器42で求め、この偏差をフィードバック制御器48でフィードバック制御を実行するようにしたものであり、他の構成は図4のものと同様である。 Next, a fourth reference example of the present invention will be described with reference to FIG. This reference example considers that the operation command value by the operation of the joystick 10 is a function of the position, and converts the command value signal 46 into the tension command value 114 by the command value converter 112, and the tension command value 114 and the internal tension. The deviation from the signal 80 is obtained by the adder 42, and this deviation is executed by the feedback controller 48. The other configuration is the same as that of FIG.

指令値変換器112は、例えば一次のハイパスフィルタを備え、指令値信号46を張力指令値114に変換する指令値変換手段として構成されている。   The command value converter 112 includes, for example, a primary high-pass filter, and is configured as command value conversion means for converting the command value signal 46 into a tension command value 114.

参考例においては、内部張力信号80と張力指令値(張力指令値信号)114との偏差に従ってフィードバック制御するようにしているため、牽引ワイヤ14、16の先端位置を張力指令値に追従させることがでいる。 In this reference example , since feedback control is performed according to the deviation between the internal tension signal 80 and the tension command value (tension command value signal) 114, the tip positions of the traction wires 14 and 16 are made to follow the tension command value. Is out.

なお、ジョイスティック10などの入力手段に張力指令を直接入力できる場合には、その信号と内部張力との偏差を取ってフィードバック制御器48に入力する構成を採用することもできる。   In the case where a tension command can be directly input to input means such as the joystick 10, a configuration in which a deviation between the signal and the internal tension is taken and input to the feedback controller 48 can be employed.

次に、本発明の第5参考例を図14にしたがって説明する。本参考例は、図1に示す牽引ワイヤ14、16を操作部116に設けられた中継プーリ118に巻き付け、さらに中継プーリ118に牽引ワイヤ120、122の一端側を巻き付けるとともにコイルシース124、126内を通し、牽引ワイヤ120、122の他端側をプーリ118に巻き付け、牽引ワイヤ14、16と牽引ワイヤ120、122とを中継プーリ118を介して互いに連結して複数の牽引手段を構成するようになっている。中継プーリ118には中継プーリ118の回転角を検出するポテンショメータ128が設けられており、ポテンショメータ128の検出による回転角信号130は中継位置検出器132に出力されるようになっている。すなわち、本参考例においては、操作部116を、挿入部の途中に中継プーリ118を介して設けることで、挿入部の長さを短くするようになっている。また、モータ20から中継プーリ118までの牽引ワイヤ120、122とコイルシース124、126は、先端湾曲部26に取り付けられたCCD用の電送系などが配設されたユニバーサルコード内に配置されている。そして、操作者は、中継プーリ118を覆う操作部116に取り付けられているジョイスティック10などの入力手段(図示しない)を親指などで操作できるようになっている。 Next, a fifth reference example of the present invention will be described with reference to FIG. In this reference example , the traction wires 14 and 16 shown in FIG. 1 are wound around the relay pulley 118 provided in the operation unit 116, and one end side of the traction wires 120 and 122 is wound around the relay pulley 118 and the inside of the coil sheaths 124 and 126 is wound. The other ends of the pulling wires 120 and 122 are wound around the pulley 118, and the pulling wires 14 and 16 and the pulling wires 120 and 122 are connected to each other via the relay pulley 118 to form a plurality of pulling means. ing. The relay pulley 118 is provided with a potentiometer 128 that detects the rotation angle of the relay pulley 118, and the rotation angle signal 130 detected by the potentiometer 128 is output to the relay position detector 132. That is, in this reference example , the length of the insertion part is shortened by providing the operation part 116 via the relay pulley 118 in the middle of the insertion part. Further, the traction wires 120 and 122 and the coil sheaths 124 and 126 from the motor 20 to the relay pulley 118 are disposed in a universal cord in which a CCD power transmission system and the like attached to the distal end bending portion 26 are disposed. The operator can operate an input means (not shown) such as the joystick 10 attached to the operation unit 116 covering the relay pulley 118 with a thumb or the like.

中継位置検出器132は回転角信号130を基に中継プーリ118の回転角を示す中継位置信号134を加算器136に出力するようになっている。すなわちポテンショメータ128、中継位置検出器132は牽引手段のうち中継用牽引手段の駆動に伴う位置を検出して中継位置信号134を出力する中継位置検出手段として構成されている。加算器136は加算器50の出力によるモータ位置指令値信号54を中継プーリ位置指令値として受け、この中継プーリ位置指令値と中継位置信号134との偏差を求め、この偏差を中継位置フィードバック制御器138に出力するようになっている。中継位置フィードバック制御器138は加算器136の算出による偏差を零に抑制するための中継位置フィードバック制御信号を生成し、この中継位置フィードバック制御信号をモータ位置指令値として加算器56に出力するようになっている。加算器56では、モータ位置指令値とモータ位置信号60との偏差が求められ、この偏差に応じた駆動信号がモータ用制御器64で生成され、この駆動信号がモータアンプ66で増幅されてモータ20が駆動されるようになっている。すなわち、モータ用制御器64においては、プーリ18に加わる張力の反作用を打消し、モータ20の回転角をモータ位置指令値に追従させる制御が行われる。   The relay position detector 132 outputs a relay position signal 134 indicating the rotation angle of the relay pulley 118 to the adder 136 based on the rotation angle signal 130. That is, the potentiometer 128 and the relay position detector 132 are configured as relay position detection means for detecting the position of the traction means when the relay traction means is driven and outputting the relay position signal 134. The adder 136 receives the motor position command value signal 54 output from the adder 50 as a relay pulley position command value, obtains a deviation between the relay pulley position command value and the relay position signal 134, and uses this deviation as a relay position feedback controller. 138 is output. The relay position feedback controller 138 generates a relay position feedback control signal for suppressing the deviation calculated by the adder 136 to zero, and outputs the relay position feedback control signal to the adder 56 as a motor position command value. It has become. In the adder 56, a deviation between the motor position command value and the motor position signal 60 is obtained, and a drive signal corresponding to the deviation is generated by the motor controller 64, and this drive signal is amplified by the motor amplifier 66 to be supplied to the motor. 20 is driven. That is, the motor controller 64 performs control to cancel the reaction of the tension applied to the pulley 18 and cause the rotation angle of the motor 20 to follow the motor position command value.

一方、中継位置フィードバック制御器138においては、モータ20に連結されたプーリ18の端部で生じる弛みやユニバーサルコード内の牽引ワイヤ120、122の摩擦などの影響を打消し、中継プーリ118の回転角を中継プーリ位置指令値54に追従させる制御が行われる。   On the other hand, the relay position feedback controller 138 cancels the influence of the slack generated at the end of the pulley 18 connected to the motor 20 and the friction of the pulling wires 120 and 122 in the universal cord, and the rotation angle of the relay pulley 118. Is controlled to follow the relay pulley position command value 54.

また、フィードバック制御器48においては、中継プーリ118から先端の内視鏡挿入部に存在する弛みや摩擦の影響を打消し、牽引ワイヤ先端位置を操作指令値に追従させる制御が行われる。   Further, the feedback controller 48 performs control to cancel the influence of slack and friction existing in the endoscope insertion portion at the distal end from the relay pulley 118 and to make the pulling wire distal end position follow the operation command value.

さらにフィードフォワード制御器52においては、操作指令値の位相を進ませる制御が行われ、位相が遅れるプーリの位置からワイヤ先端位置までのダイナミックスを動かす制御が行われるようになっている。   Further, in the feedforward controller 52, control for advancing the phase of the operation command value is performed, and control for moving the dynamics from the pulley position where the phase is delayed to the wire tip position is performed.

参考例において、中継プーリ118にポテンショメータ128などを取り付けると、操作部116が大きく且つ重くなるため、中継プーリ118の回転角を検出できない場合があるときには、モータ位置のフィードバック系とワイヤ位置のフィードバック系を実施すればよい。また、センサ28、30を取り付けることができないときには、位相進みフィルタで構成したフィードフォワード制御器52のみでモータ位置指令値を作成すればよい。さらに、挿入部に張力センサを取付け、張力センサの検出による張力からワイヤの先端位置を推定する構成を採用してもよい。またモータ側の牽引ワイヤに張力センサを取付け、牽引ワイヤの位置を推定してフィードバックする構成を採用してもよい。 In this reference example , when the potentiometer 128 or the like is attached to the relay pulley 118, the operation unit 116 becomes large and heavy. Therefore, when the rotation angle of the relay pulley 118 may not be detected, the motor position feedback system and the wire position feedback The system may be implemented. In addition, when the sensors 28 and 30 cannot be attached, the motor position command value may be created only by the feedforward controller 52 configured by the phase advance filter. Furthermore, a configuration may be adopted in which a tension sensor is attached to the insertion portion, and the tip position of the wire is estimated from the tension detected by the tension sensor. Further, a configuration may be adopted in which a tension sensor is attached to the pulling wire on the motor side and the position of the pulling wire is estimated and fed back.

参考例は、基本的には、2つの内視鏡挿入部の組み合わせであるため、第1参考例から第4参考例及び本発明の実施形態においても複数の牽引手段を設けることを実施することができる。さらに中継プーリ118をもう1段増やす構成を採用することもできる。 This reference example is basically because of the combination of two of the endoscope insertion portion, to implement the providing a plurality of traction means also in the embodiment of the fourth reference example and the present invention from the first reference example be able to. Further, a configuration in which the relay pulley 118 is further increased by one stage can be employed.

前記各参考例及び本発明の実施形態においては、電動内視鏡の湾曲部12を操作対象にしたものについて述べたが、牽引ワイヤなどで牽引して先端部を操作するための他の装置、例えば、ワイヤ駆動ロボットアーム(ハンド)や鉗子などの口部の開閉をワイヤなどを利用して実施する装置などを操作対象として本発明を適用することができる。 In each of the above reference examples and the embodiments of the present invention, the bending portion 12 of the electric endoscope is described as an operation target, but other devices for pulling with a pulling wire or the like to operate the tip portion, For example, the present invention can be applied to a device that uses a wire or the like to open and close the mouth of a wire-driven robot arm (hand) or forceps.

また、前記参考例及び本発明の実施形態のうち、フィードバック制御器とフィードフォワード制御器を用いたものについて述べたが、一方のみを設けることによっても各制御器を設けたことによる効果を達成することができる。 Moreover, although the reference example and the embodiment of the present invention using the feedback controller and the feedforward controller have been described, the effect of providing each controller is achieved by providing only one of them. be able to.

さらに、前記各参考例及び本発明の実施形態では、制御装置をアナログ回路で構成したものについて述べたが、マイクロコンピュータなどを用いてデジタル制御することも可能である。 Further, in each of the reference examples and the embodiments of the present invention , the control device is configured as an analog circuit. However, digital control using a microcomputer or the like is also possible.

また、前記各参考例及び本発明の実施形態によれば、ジョイスティック10の操作に伴う操作指令値とモータ20によって牽引ワイヤが牽引されることによって湾曲する湾曲部12の湾曲動作の応答性を向上させることができ、電動内視鏡の位置決めの操作性の向上を図ることができる。 Further, according to each of the above reference examples and the embodiment of the present invention , the operation command value accompanying the operation of the joystick 10 and the responsiveness of the bending operation of the bending portion 12 that is bent when the pulling wire is pulled by the motor 20 are improved. Therefore, the operability of positioning the electric endoscope can be improved.

本発明の第1参考例を示す電動内視鏡の位置決め制御装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a positioning control device for an electric endoscope showing a first reference example of the present invention. FIG. 本発明の第1参考例によるワイヤ先端位置とワイヤ張力の応答波形図である。It is a response waveform figure of the wire tip position and wire tension by the 1st reference example of the present invention. 従来技術によるワイヤ先端位置とワイヤ張力の応答波形図である。It is a response waveform diagram of the wire tip position and wire tension according to the prior art. 本発明の第2参考例示す電動内視鏡の位置決め制御装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the positioning control apparatus of the electric endoscope which shows the 2nd reference example of this invention. 本発明の第2参考例によるワイヤ先端位置とフィードフォワード制御器の応答波形図である。It is a response waveform figure of the wire tip position and feedforward controller by the 2nd reference example of the present invention. 本発明の実施形態を示す電動内視鏡の位置決め制御装置の全体構成図である。 1 is an overall configuration diagram of a positioning control apparatus for an electric endoscope showing an embodiment of the present invention. ワイヤ張力検出器の回路構成図である。It is a circuit block diagram of a wire tension detector. 位置推定器で用いるモデルの特性図である。It is a characteristic view of the model used with a position estimator. 本発明の実施形態におけるワイヤ先端位置の推定結果を示す応答波形図である。It is a response waveform diagram which shows the estimation result of the wire tip position in one Embodiment of this invention. 内視鏡状態推定器のブロック構成図である。It is a block block diagram of an endoscope state estimator. 内視鏡状態推定器に用いる評価値とモデルとの関係を示す線図である。It is a diagram which shows the relationship between the evaluation value used for an endoscope state estimator, and a model. 本発明の第3参考例を示す電動内視鏡の位置決め制御装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the positioning control apparatus of the electric endoscope which shows the 3rd reference example of this invention. 本発明の第4参考例を示す電動内視鏡の位置決め制御装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the positioning control apparatus of the electric endoscope which shows the 4th reference example of this invention. 本発明の第5参考例を示す電動内視鏡の位置決め制御装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the positioning control apparatus of the electric endoscope which shows the 5th reference example of this invention.

10 ジョイスティック
12 湾曲部
14、16 牽引ワイヤ
18 プーリ
20 モータ
22、24 コイルシース
28、30 センサ
36 ワイヤ位置検出器
40 コントローラ
42 加算器
44 指令値検出器
46 指令値信号
48 フィードバック制御器
50 加算器
52 フィードフォワード制御器
54 モータ位置指令値
56 加算器
58 モータ位置検出器
60 モータ位置信号
62 ロータリエンコーダ
64 モータ用制御器
66 モータアンプ
82 内視鏡状態推定器
84 位置推定器
108 位置推定器
112 指令値変換器
118 中継プーリ
128 ポテンショメータ
132 中継位置検出器
136 加算器
138 中継位置フィードバック制御器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Joystick 12 Bending part 14, 16 Pulling wire 18 Pulley 20 Motor 22, 24 Coil sheath 28, 30 Sensor 36 Wire position detector 40 Controller 42 Adder 44 Command value detector 46 Command value signal 48 Feedback controller 50 Adder 52 Feed Forward controller 54 Motor position command value 56 Adder 58 Motor position detector 60 Motor position signal 62 Rotary encoder 64 Motor controller 66 Motor amplifier 82 Endoscope state estimator 84 Position estimator 108 Position estimator 112 Command value conversion 118 Relay pulley 128 Potentiometer 132 Relay position detector 136 Adder 138 Relay position feedback controller

Claims (3)

操作に応じた指令値信号を出力可能な指令値信号出力手段と、
前記指令値信号出力手段から出力される前記指令値信号に応じた駆動信号を出力する駆動信号生成手段と、
前記駆動信号生成手段から出力される前記駆動信号に応じた駆動力を発生する駆動手段と、
前記駆動手段により発生された駆動力に基づき牽引動作を行う牽引手段と、
前記牽引手段により湾曲可能な湾曲部を有する被牽引機構と、
前記牽引手段の内部張力信号を出力するセンサと、
前記指令値信号出力手段から出力される前記指令信号と前記センサから出力される前記内部張力信号との比を求め、該比と前記被牽引機構が有する周波数特性との関係を示す予め設定された関数に従って前記被牽引機構が有する周波数特性を推定して状態推定結果を出力する状態推定手段と、
前記内部張力信号と前記牽引手段の先端位置の周波数特性を予め複数のモデルとして備え、該複数のモデルから前記状態推定結果に対応するモデルを選択し、該選択されたモデルと前記内部張力信号から前記被牽引機構の湾曲部の先端位置を推定する位置推定手段と、
前記位置推定手段から出力される前記先端位置の推定結果に基づいて、前記指令値信号出力手段から出力される前記指令値信号をフィードバック補正するフィードバック制御手段と、
前記フィードバック制御手段から出力される出力信号に基づいて、前記駆動信号生成手段に入力される前記指令値信号をフィードフォワード補正して前記駆動信号として出力するフィードフォワード制御手段とを有する被牽引機構の位置決め制御装置。
Command value signal output means capable of outputting a command value signal according to the operation;
Drive signal generating means for outputting a drive signal corresponding to the command value signal output from the command value signal output means;
Driving means for generating a driving force according to the driving signal output from the driving signal generating means;
Traction means for performing a traction operation based on the driving force generated by the driving means;
A towed mechanism having a bending portion that can be bent by the pulling means;
A sensor that outputs an internal tension signal of the traction means;
A ratio between the command signal output from the command value signal output means and the internal tension signal output from the sensor is obtained, and a ratio indicating the relationship between the ratio and the frequency characteristics of the towed mechanism is set in advance. State estimation means for estimating a frequency characteristic of the towed mechanism according to a function and outputting a state estimation result;
A frequency characteristic of the internal tension signal and the tip position of the traction means is provided in advance as a plurality of models, a model corresponding to the state estimation result is selected from the plurality of models, and the selected model and the internal tension signal are selected. Position estimating means for estimating the tip position of the curved portion of the towed mechanism;
Feedback control means for feedback correcting the command value signal output from the command value signal output means based on the estimation result of the tip position output from the position estimation means;
A feed-forward control unit that feed-forward corrects the command value signal input to the drive signal generation unit based on an output signal output from the feedback control unit and outputs the command value signal as the drive signal. Positioning control device.
請求項1に記載の被牽引機構の位置決め制御装置において、
前記状態推定手段は、前記指令値信号と前記内部等力信号との比に基づいて評価値を求める評価値算出回路と、前記評価値に従って前記関数を参照し前記被牽引機構が有する周波数特性を決定する関数参照回路と、前記決定された前記被牽引機構が有する周波数特性に対応する前記位置推定手段で選択すべき前記モデルを決定し、該モデルを前記状態推定結果として出力するモデル決定回路とを備えてなることを特徴とする被牽引機構の位置決め制御装置。
The positioning control device for a towed mechanism according to claim 1,
The state estimation means includes an evaluation value calculation circuit that obtains an evaluation value based on a ratio between the command value signal and the internal equal force signal, and a frequency characteristic of the towed mechanism that refers to the function according to the evaluation value. A function reference circuit for determining, a model determining circuit for determining the model to be selected by the position estimating means corresponding to the determined frequency characteristic of the towed mechanism, and outputting the model as the state estimation result; A positioning control device for a towed mechanism, comprising:
請求項1又は2に記載の被牽引機構の制御装置において、
前記位置推定手段は、前記モデルとして特性の異なる4つのローパスフィルターを備えてなり、前記関数は、前記指令値信号と前記内部張力信号との前記比又は前記評価値と、前記各ローパスフィルターのクロスオーバー周波数とを関係付けて設定されていることを特徴とする被牽引機構の位置決め制御装置。
In the control apparatus of the towed mechanism according to claim 1 or 2,
The position estimating means includes four low-pass filters having different characteristics as the model, and the function is a ratio between the command value signal and the internal tension signal or the evaluation value, and a cross of each low-pass filter. A positioning control device for a towed mechanism, characterized by being set in association with an over frequency.
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