本發(fā)明涉及驅動系統(tǒng)、具有驅動系統(tǒng)的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)以及用于驅動系統(tǒng)的控制裝置。
背景技術:
例如在日本特開2007-319547號公報中公開了在插入部的周圍設置有旋轉筒體的內(nèi)窺鏡系統(tǒng),該旋轉筒體具有能夠旋轉的螺旋狀的凸部。在日本特開2007-319547號公報中公開有如下的技術。在該內(nèi)窺鏡中,旋轉筒體繞長度軸旋轉從而螺旋狀的凸部拖拉周圍的組織,使插入部可以在其長度軸方向上前進或后退。在這樣的旋轉筒體的前端部和基端部分別設置有用于檢測轉速的傳感器。根據(jù)前端部與基端部的轉速的差來控制向使旋轉筒體旋轉的電動機的電力供給。
在具有上述旋轉筒體那樣的動力單元的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中,為了能夠使插入部前進和后退,需要動力單元的旋轉體能夠向正轉和反轉這兩個方向旋轉。這時,包含電源和用于進行旋轉方向的切換的結構在內(nèi)的驅動電路優(yōu)選是簡單的電路。另一方面,需要準確地控制該旋轉。
技術實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于提供具有簡單的結構并且能夠進行準確的控制的驅動系統(tǒng)、具有驅動系統(tǒng)的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)以及用于驅動系統(tǒng)的控制裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一個方式,驅動系統(tǒng)具有:控制部,其輸出控制信號;驅動部,其具有輸出第一電位的第一端子和輸出第二電位的第二端子,所述第一電位和所述第二電位是基于所述控制信號而得到的,所述第一電位和所述第二電位都是比基準電位高或都是比基準電位低的電位;動作器,其連接于所述第一端子與所述第二端子之間,能夠根據(jù)所述第一電位與所述第二電位的電位差而向正方向和負方向進行動作;動作信息獲取部,其獲取與所述動作器的動作情況有關的動作信息;存儲部,其存儲有包含在控制信息中的校正信息,該控制信息是所述動作情況與用于獲得該動作情況的所述控制信號之間的關系;以及校正部,其對從所述控制部輸出的所述控制信號和根據(jù)所述動作信息而獲得的所述動作情況是否與所述控制信息匹配進行判斷,當不匹配時對所述校正信息進行校正,以使得所述控制信號和所述動作情況與所述控制信息匹配。
根據(jù)本發(fā)明的一個方式,內(nèi)窺鏡系統(tǒng)具有:所述驅動系統(tǒng);內(nèi)窺鏡,其包含插入部;以及動力單元,其設置于所述插入部,由所述驅動系統(tǒng)的所述動作器驅動,以使得所述插入部前進或后退。
根據(jù)本發(fā)明的一個方式,用于驅動系統(tǒng)的控制裝置具有:控制部,其輸出控制信號;驅動部,其具有輸出第一電位的第一端子和輸出第二電位的第二端子,所述第一電位和所述第二電位是基于所述控制信號而得到的,所述第一電位和所述第二電位都是比基準電位高或都是比基準電位低的電位;動作信息獲取部,其獲取與動作器的動作情況有關的動作信息,該動作器連接于所述第一端子與所述第二端子之間,能夠根據(jù)所述第一電位與所述第二電位的電位差而向正方向和負方向進行動作;存儲部,其存儲有包含在控制信息中的校正信息,該控制信息是所述動作情況與用于獲得該動作情況的所述控制信號之間的關系;以及校正部,其對從所述控制部輸出的所述控制信號和根據(jù)所述動作信息而獲得的所述動作情況是否與所述控制信息匹配進行判斷,當不匹配時對所述校正信息進行校正,以使得所述控制信號和所述動作情況與所述控制信息匹配。
根據(jù)本發(fā)明,能夠提供具有簡單的結構并且能夠進行準確的控制的驅動系統(tǒng)、具有驅動系統(tǒng)的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)以及用于驅動系統(tǒng)的控制裝置。
附圖說明
圖1是示出本發(fā)明的一個實施方式的活體內(nèi)導入裝置的結構例的概要的圖。
圖2是示出動力單元控制部的結構例的概要的框圖。
圖3是示出第一實施方式的驅動部的結構例的概要的圖。
圖4是示出第一實施方式的動力單元控制部的動作的一例的流程圖。
圖5是示出第二實施方式的驅動部的結構例的概要的圖。
具體實施方式
【第一實施方式】
參照附圖對本發(fā)明的第一實施方式進行說明。圖1示出本實施方式的作為內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的活體內(nèi)導入裝置1的結構的概要。如該圖所示,活體內(nèi)導入裝置1具有內(nèi)窺鏡100、控制器200、監(jiān)視器310以及輸入部360。內(nèi)窺鏡100具有構成為插入到活體內(nèi)的形成為細長形狀的插入部110。并且,內(nèi)窺鏡100具有用于進行內(nèi)窺鏡100的各種操作的操作部160。操作部160由使用者保持。這里,將插入部110的前端一側稱作前端側,將操作部160一側稱作基端側。內(nèi)窺鏡100的操作部160與控制器200通過通用纜線190而連接。
插入部110具有設置于最前端側的前端硬性部112、設置于前端硬性部112的基端側的彎曲部114以及設置于彎曲部114的基端側的蛇管部116。彎曲部114構成為根據(jù)設置于操作部160的未圖示的操作旋鈕的旋轉而主動地彎曲。蛇管部116借助外力而被動地彎曲。
在前端硬性部112中設置有攝像元件120。攝像元件120生成基于插入部110的例如前端側的被攝體像的圖像信號。攝像元件120所獲取的圖像信號經(jīng)由穿過插入部110和通用纜線190的攝像信號用信號線122而被發(fā)送給控制器200。并且,在前端硬性部112中設置有用于照明被攝體的未圖示的照明窗。從控制器延伸的未圖示的光導連接于照明窗。從設置于控制器內(nèi)的光源射出的光被光導引導,從照明窗射出。被攝體被從照明窗射出的光照明。并且,在前端硬性部112中設置有供鉗子等處置器具通過的處置器具通道管的開口部。
在插入部110的蛇管部116上安裝有動力單元(螺旋單元)130。動力單元130在蛇管部116的周圍具有圓筒狀的安裝單元(基管)132,該安裝單元132設置成能夠繞蛇管部的長度軸旋轉。在安裝單元132的外周面設置有翅片134。翅片134設置成以安裝單元132的長度軸為中心的螺旋狀。翅片134根據(jù)安裝單元132的旋轉而旋轉。
安裝單元132經(jīng)由齒輪箱144內(nèi)的齒輪和驅動軸146與設置于操作部160的致動器150連接。當致動器150根據(jù)使用了輸入部360的操作而進行動作時,其驅動力被齒輪箱144內(nèi)的齒輪和驅動軸146傳遞。其結果是,安裝單元132和翅片134可以繞它們的長度軸進行順時針和逆時針旋轉。
在翅片134與例如管腔壁這樣的壁部接觸的狀態(tài)下,當安裝單元132和翅片134旋轉時,朝向前端側或基端側的推進力作用于插入部110。在例如小腸或大腸中,通過由翅片拖拉存在于小腸或大腸的內(nèi)壁的褶皺而使推進力作用于插入部110。借助這樣的推進力,提高管腔中的插入部110的插入性和拔出性。
監(jiān)視器310是例如稱作液晶顯示器的普通的顯示元件。監(jiān)視器310在后述的圖像處理部290的控制下例如顯示內(nèi)窺鏡圖像。
輸入部360例如包含有腳踏開關。輸入部360包含由模擬開關等構成的第一輸入部362和第二輸入部364?;铙w內(nèi)導入裝置1構成為:當?shù)谝惠斎氩?62導通時,致動器150進行動作以使得翅片134例如繞順時針旋轉。并且,活體內(nèi)導入裝置1構成為:當?shù)诙斎氩?64導通時,致動器150進行動作以使得翅片134例如繞逆時針旋轉。其結果是,當?shù)谝惠斎氩?62導通時,插入部110向前端側前進,當?shù)诙斎氩?64導通時,插入部110向基端側后退。這樣,用戶的指示被輸入給輸入部360。將從輸入部360輸出的信號稱作調(diào)整信號。從輸入部360輸出具有與用戶踏入腳踏開關的程度對應的值的調(diào)整信號。根據(jù)該值來控制翅片134的旋轉速度。
控制器200進行活體內(nèi)導入裝置1的各部分的控制??刂破?00具有圖像處理部290。圖像處理部290從攝像元件120獲取圖像信號,并對該圖像實施所需的圖像處理。圖像處理部290將實施了圖像處理后的圖像信號輸出給監(jiān)視器310,使圖像顯示于監(jiān)視器310。
控制器200具有動力單元控制部210,該動力單元控制部210作為用于控制動力單元130的動作的控制裝置而發(fā)揮作用。致動器150與動力單元控制部210由致動器電流信號用信號線156來連接。
參照圖2所示的框圖對以動力單元控制部210為中心的結構進行說明。設置于內(nèi)窺鏡100的致動器150具有電動機152和編碼器154,該電動機152作為動作器而發(fā)揮作用。電動機152是使動力單元130動作的動力源。為了使插入部110前進和后退,動力單元130的安裝單元132進行正轉和反轉。因此,電動機152進行正轉和反轉。在本實施方式中,電動機152是直流電動機。編碼器154檢測電動機152的旋轉量。
動力單元控制部210具有控制部220、驅動部230、動作信息獲取部240以及存儲部250。
控制部220例如包含有CPU和ASIC。控制部220從輸入部360獲取調(diào)整信號,該調(diào)整信號表示與用戶期望的電動機152的旋轉方向和旋轉速度有關的信息??刂撇?20根據(jù)從輸入部360獲取到的調(diào)整信號來調(diào)整輸出給驅動部230的控制信號??刂撇?20將該控制信號輸出給驅動部230。
在本實施方式的控制中,使用利用了脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation:PWM)的控制信號。即,從控制部220向驅動部23輸出矩形波??刂撇?20的輸出是使用了一個端子的一線輸出。即,控制部220與驅動部230的連接系統(tǒng)數(shù)為1。從控制部220輸出的矩形波例如是0V和5V的信號。
并且,如后述的那樣,控制部220為了準確地驅動電動機152并進行控制信號的校正而包含有校正部222。校正部222確定準確地驅動電動機152所需的控制信息中包含的校正信息。這里,控制信息是包含有控制部220輸出的控制信號與電動機152的驅動量的關系的信息。校正信息是用于校正包含于該控制信息的關系的信息??刂撇?20使用包含有所確定的校正信息的控制信息而生成控制信號。
存儲部250存儲控制信息和校正信息,其中,該控制信息包含有控制部220輸出的控制信號與電動機152的驅動量的關系,該校正信息是包含于該控制信息的用于校正控制信息的信息。校正信息由校正部222適當?shù)刈兏?/p>
驅動部230包含有根據(jù)從控制部220輸入的矩形波而驅動電動機152的電路。參照圖3對驅動部230的電路結構的一例進行說明。
控制部220的輸出端與驅動部230的輸入端連接。在驅動部230的輸入端連接有低通濾波器231。低通濾波器231是通過設置兩級由電阻和電容構成的低通濾波器而得的。即,低通濾波器231具有串聯(lián)連接如下的低通濾波器的結構:該低通濾波器具有在輸入端與輸出端之間連接有電阻并且在輸出端與接地端之間連接有電容的結構。從控制部220輸出的矩形波首先由該低通濾波器231進行FV轉換。即,如圖3所示,當將從控制部220輸出的矩形波的導通狀態(tài)的脈寬A與斷開狀態(tài)的脈寬B的比設為占空比時,由低通濾波器231將矩形波轉換成與占空比對應的電壓值。例如在占空比為100:0時,低通濾波器231的輸出端為5V,在占空比為50:50時,低通濾波器231的輸出端為2.5V。在占空比為0:100時,低通濾波器231的輸出端為0V。
第一放大器232的輸入端與低通濾波器231的輸出端連接。通過了低通濾波器231的信號根據(jù)第一放大器232的增益而被放大。
在第一放大器232的輸出端并聯(lián)連接有第一電路233與第二電路234。第一電路233包含有第二放大器235。第一電路233使第一放大器232所放大的信號的電位增加規(guī)定的值。另一方面,第二電路234包含-1倍的反轉放大器236與第三放大器237串聯(lián)連接的電路結構。第二電路234在使第一放大器232所放大的信號的電位反轉之后,使該電位增加規(guī)定的值。第一電路233的輸出端和第二電路234的輸出端分別與電動機152的輸入端子連接。
驅動部230的電路將與控制部220所輸出的控制信號的占空比成比例的輸出值調(diào)整成第一電路233的輸出端與第二電路234的輸出端的比。例如,當電動機152的額定電壓為24V時,如下面那樣進行調(diào)整。即,當控制信號的占空比為90:10時,第一電路233的輸出端為27V,第二電路234的輸出端為3V。這時,對電動機152施加了+24V的電壓。并且,當控制信號的占空比為50:50時,第一電路233的輸出端為15V,第二電路234的輸出端為15V。這時,未對電動機152施加電壓。當控制信號的占空比為10:90時,第一電路233的輸出端為3V,第二電路234的輸出端為27V。這時,對電動機152施加了-24V的電壓。這樣,驅動部230作為具有第一端子和第二端子的驅動部而發(fā)揮作用,其中,該第一端子輸出基于控制信號的比接地電位高的第一電位,該第二端子輸出基于控制信號的比所述接地電位高的第二電位。
與控制部220所輸出的矩形波的占空比對應的電壓通過驅動部230而施加給電動機152。根據(jù)驅動部230的結構,電源可以僅是正側的電源,并且,控制部220的輸出端子可以是一個。即,通過具有一線式的結構,能夠將例如使用CPU而構成的控制部220的輸出端子的使用數(shù)量減少到僅一個引腳。如上所述,本實施方式的電路具有極為簡單的結構。并且,基于模擬電路的較高的響應和線性在本實施方式中對動力單元130進行速度控制的方面具有效果。另外,記述了電源可以僅是正側的電源,但電源也可以僅是負側的電源。
假如在使電動機152的端子的一方接地的情況下,為了使電動機152正轉和反轉,需要向電動機152的另一方的端子輸入正的電壓值和負的電壓值。在該情況下,需要正電源和負電源。與此相對,根據(jù)本實施方式,不需要負電源。
并且,也存在如下方法:當使電動機152正轉時,使一方的端子與正側連接,使另一方的端子接地,當使電動機152反轉時,使一方的端子接地,使另一方的端子與負側連接。然而,假如在采用了這樣的結構的情況下,例如需要使用了場效應晶體管的開關電路。與此相對,根據(jù)本實施方式,不需要開關電路。其結果是,不需要用于控制開關電路的信號,能夠減少控制部220的輸出端子數(shù)。
另外,這里,示出了僅用正電源或負電源來使電動機152正轉和反轉的電路的例子,但驅動部230的電路結構并不限于此。在可以準備正電源和負電源的情況下,提高了驅動部230的電路結構的自由度。即使在可以準備正電源和負電源的情況下,驅動部230也可以作為具有第一端子和第二端子的驅動部而發(fā)揮作用,其中,該第一端子輸出基于控制信號的比基準電位高的第一電位,該第二端子輸出基于控制信號的比所述基準電位高的第二電位。并且,在該情況下,驅動部230可以作為具有第一端子和第二端子的驅動部而發(fā)揮作用,其中,該第一端子輸出基于控制信號的比基準電位低的第一電位,該第二端子輸出基于控制信號的比所述基準電位低的第二電位。即,驅動部30可以構成為使得從第一端子和第二端子輸出與控制部220所輸出的控制信號的占空比對應的輸出值。并且,在可以準備正電源和負電源的情況下,驅動部230是使控制部220的輸出端子為一個的一線式,并且可以采用簡單的各種電路結構。
返回圖2繼續(xù)說明。動作信息獲取部240獲取編碼器154的輸出,并根據(jù)該編碼器的輸出來獲取與電動機的動作情況有關的動作信息。動作信息獲取部240將獲取到的動作信息輸出給控制部220。與電動機152的動作情況有關的動作信息用于控制部220的反饋控制。即,控制部220使用動作信息獲取部240獲取到的電動機152的旋轉量的信息通過速度控制來控制電動機152的動作。
并且,動作信息獲取部240獲取到的動作信息也用于作為矩形波的控制信號的校正。例如理想的是,當占空比為50:50時,第一電路233和第二電路234的輸出端的電壓都為15V,從而電動機152停止。然而,因包含于驅動部230的各元件的個體差異、它們的特性隨時間的變化、溫度等環(huán)境等而導致即使占空比為50:50的矩形波從控制部220輸入給驅動部230,電動機152也能夠旋轉。因此,在本實施方式的動力單元控制部210中,對控制部220的輸出進行校正,以使得電動機152不進行意料之外的動作。即,控制部220的校正部222在根據(jù)動作信息獲取部240的輸出值而檢測出當占空比為50:50時電動機152稍微正轉的情況下,例如以使用于使電動機152靜止的占空比為49:51的方式進行校正。上述校正信息例如是表示為了使電動機152靜止而需要將占空比校正成49:51而不是50:50的信息。通過進行以上那樣的校正,可以準確地控制電動機152的動作。
如果包含于驅動部230的元件使用了高精度的元件,則也可能不需要進行上述那樣的校正。然而,在這種情況下會提高裝置整體的成本。與此相對,根據(jù)本實施方式,能夠廉價地制造進行適當動作的裝置。另外,在裝置的出廠時需要進行這樣的校正。并且,優(yōu)選在裝置的啟動時自動地實施。
如上所述,用于使內(nèi)窺鏡100的插入部110前進和后退的驅動系統(tǒng)10包含有動力單元控制部210、致動器150以及輸入部360。
對本實施方式的活體內(nèi)導入裝置1的動作進行說明?;铙w內(nèi)導入裝置1例如用于體腔內(nèi)的觀察。在使用活體內(nèi)導入裝置1時,使用者例如用左手把持操作部160,用右手保持蛇管部116,并且將插入部110插入到被檢測者的體內(nèi)。并且,使用者例如通過用腳操作作為腳踏開關的輸入部360來使翅片134旋轉,而使插入部110前進和后退。這時,使用者一邊觀察監(jiān)視器310,一邊操作活體內(nèi)導入裝置1。
參照圖4所示的流程圖對動力單元控制部210的動作進行說明。該控制例如在輸入控制器200的電源時被執(zhí)行。首先,進行上述校正。
在步驟S101中,控制部220獲取控制信息,該控制信息包含存儲于存儲部250的最新的校正信息。
在步驟S102中,控制部220根據(jù)獲取到的控制信息而輸出用于使電動機152靜止的矩形波作為控制信號。例如在不需要進行校正時,控制部220輸出占空比為50:50的矩形波。在步驟S103中,控制部220根據(jù)編碼器154的輸出而獲取動作信息獲取部240計算出的與當前的電動機152的動作情況有關的動作信息。
在步驟S104中,控制部220對電動機152是否靜止進行判斷。當判斷為電動機152未靜止時,處理前進到步驟S105。在步驟S105中,控制部220重新設定校正信息。然后,處理返回到步驟S102。因此,然后根據(jù)包含有重新設定的校正信息的控制信息進行控制信號的輸出。例如輸出占空比為49:51的矩形波作為用于使電動機152靜止的矩形波。
在步驟S104的判斷中,當判斷為電動機152靜止時,處理前進到步驟S106。在步驟S106中,控制部220將當前所使用的校正信息存儲于存儲部250。在步驟S107中,控制部220通知能夠進行動作。例如控制部220使監(jiān)視器310顯示能夠進行動作。在這之后,根據(jù)用戶的操作使動力單元130動作。此時,使用更新了校正信息后的控制信息。
在步驟S108中,控制部220獲取基于向輸入部360的輸入的調(diào)整信號。由用戶將有關使翅片134正轉還是反轉和翅片134的旋轉量的信息輸入給輸入部360。調(diào)整信號是顯示這些信息的信號。在步驟S109中,控制部220根據(jù)調(diào)整信號和控制信息來確定控制信號的占空比。在步驟S110中,控制部220輸出所確定的占空比的矩形波作為控制信號。其結果是,電動機152旋轉,動力單元130進行動作。
在步驟S111中,控制部220對是否輸入了結束的指示進行判斷。例如在動力單元130的使用結束時輸入結束的指示。當判斷為未輸入結束的指示時,處理返回到步驟S108。另一方面,當判斷為輸入了結束的指示時,處理結束。
根據(jù)本實施方式,即使控制部220與驅動部230的連接系統(tǒng)數(shù)為1,并且驅動部230采用廉價的電路結構,也能夠準確地控制電動機152。由于上述校正僅通過調(diào)整從控制部220輸出的作為矩形波的控制信號的占空比來進行,因此不會使驅動部230的電路結構復雜。并且,根據(jù)基于調(diào)整占空比而進行的校正,與使用作為數(shù)字值的電壓值進行校正的情況等相比,能夠容易實現(xiàn)高精度的校正。并且,在校正中使用了編碼器154的輸出,但是,由于編碼器154是為了控制電動機152的動作而原本所需的結構,因此不必為了校正而對驅動系統(tǒng)10重新追加結構要素。
另外,在上述例子中,校正是在使電動機152靜止的條件下進行的。然而并不限于此。也可以根據(jù)以規(guī)定的速度使電動機152旋轉時的控制信號和動作信息來進行校正。
在上述實施方式中,示出了根據(jù)編碼器154的輸出來進行控制電動機152的驅動的速度控制的例子。然而控制方法并不限于此??紤]到對活體的負載,也可以利用扭矩控制,其中,該扭矩控制使用了在電動機152中流動的電流值和施加給電動機152的電壓值等。即,在速度控制中,當翅片134的旋轉被周圍的活體組織阻礙時可能會對該活體組織施加高負載。與此相對,在扭矩控制中,會限制施加給活體組織的負載。在這種情況下,由于在控制中不需要編碼器154的輸出值,因此也考慮到該輸出值始終不被監(jiān)視。本實施方式的驅動系統(tǒng)10的結構像這樣在編碼器154的輸出值始終不被監(jiān)視的情況下也具有效果。
在上述實施方式中,根據(jù)編碼器154的輸出來獲取電動機152的動作情況。然而并不限于此。例如也可以獲取第一電路233的輸出端的電位和第二電路234的輸出端的電位,并將這些值用作表示電動機152的動作情況的動作信息。即,也可以以使第一電路233的輸出端與第二電路234的輸出端的電位差和控制信號的關系成為規(guī)定的關系的方式進行校正。
并且,本實施方式的驅動系統(tǒng)10作為用于驅動動力單元130的系統(tǒng)而進行了說明。然而并不限于此,本實施方式的技術可以用于驅動各種單元的驅動系統(tǒng)。例如,本實施方式的技術也可以用于電動彎曲內(nèi)窺鏡的彎曲機構的驅動。根據(jù)用途也可以將作為動作器的電動機152替換成其他的動力源。
【第二實施方式】
對第二實施方式進行說明。這里,對與第一實施方式的不同點進行說明,對相同的部分標注相同的標號而省略其說明。在第一實施方式的控制中,使用利用了脈寬調(diào)制的控制信號,從控制部220向驅動部230輸出矩形波。與此相對,在本實施方式中,從控制部220輸出模擬信號。
圖5示出了本實施方式的驅動部230的電路結構的一例。如圖5所示,與第一實施方式的驅動部230相比,沒有了將脈寬信號轉換成模擬信號的低通濾波器231。其他的電路結構與第一實施方式的驅動部230相同。即,從控制部220輸出的模擬信號被輸入給第一放大器232。
在本實施方式中,在參照圖4進行說明的處理中,以下方面與第一實施方式不同。即,在步驟S102中,控制部220輸出具有用于使電動機152靜止的電壓值的模擬信號作為控制信號。例如考慮到控制部220能夠輸出從0V到5V的電壓值的情況。當不需要進行校正時,控制部220輸出2.5V的電壓。在步驟S104中,當判斷為電動機152未靜止時,在步驟S105中重新設定校正信息。即,步驟S102中的控制部220的輸出例如變更為2.4V。
并且,在步驟S109中,控制部220根據(jù)調(diào)整信號和控制信號來確定輸出電壓值。在步驟S110中,控制部220輸出具有所確定的輸出電壓值的模擬信號作為控制信號。其結果是,電動機152旋轉,動力單元130進行動作。
根據(jù)本實施方式,即使控制部220與驅動部230的連接系統(tǒng)數(shù)為1,并且驅動部230采用簡單且廉價的電路結構,也能夠準確地控制電動機152。