專利名稱：醫(yī)療用控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用插入體腔內(nèi)取得醫(yī)療對象部位的圖像信息或?qū)嵤┽t(yī)療處置的處置器具的醫(yī)療用控制裝置。
背景技術(shù)：
一般地，公知有用于插入體腔內(nèi)對患部等進(jìn)行觀察的內(nèi)窺鏡裝置。內(nèi)窺鏡裝置中的插入體腔內(nèi)的插入部構(gòu)成為，前端部分能夠自由彎曲，以便沿著體腔內(nèi)的彎曲前進(jìn)后退， 并對希望觀察的部位進(jìn)行拍攝。該彎曲機構(gòu)構(gòu)成為，前端部分被分割成多個短棒，通過關(guān)節(jié)連接這些棒之間。這些關(guān)節(jié)分別連接著線，并與設(shè)于基端側(cè)的角度旋鈕連接。通過操作該角度旋鈕，對線的牽引程度進(jìn)行加減，能夠自由屈曲。在該彎曲機構(gòu)中，手術(shù)醫(yī)生(觀察者)通過自身的手動操作使插入部彎曲，所以對手術(shù)醫(yī)生造成操作上較大的負(fù)擔(dān)。為了減輕這種負(fù)擔(dān)，考慮使用了電動機的電動方式。具體而言，提出了如下技術(shù)將電動機等電驅(qū)動源與線連接，通過設(shè)于操作部的開關(guān)的指示操作來牽引線，使關(guān)節(jié)屈曲。通過這樣進(jìn)行操作輔助，減輕對手術(shù)醫(yī)生造成的負(fù)荷。由于介入有基于開關(guān)操作的電驅(qū)動單元，所以操作者的感覺與手動操作不同，使插入部細(xì)微屈曲的操作的加減變得困難。例如，在專利文獻(xiàn)1中，設(shè)置用于檢測插入部的變化量(屈曲程度)的傳感器，根據(jù)檢測到的變化量被動地控制彎曲驅(qū)動部。該傳感器例如使用電位計和編碼器，根據(jù)檢測到的變化量和基于開關(guān)(角度旋鈕)的指示輸入，決定彎曲驅(qū)動部中的彎曲動作的控制量?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開2005-137701號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開平08-293074號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題在通過所述電動機等電驅(qū)動源來牽引線的結(jié)構(gòu)中，為了提高傳遞到線上的動力的轉(zhuǎn)矩等，介入有齒輪等傳遞機構(gòu)。該情況下，雖然得到了轉(zhuǎn)矩，但是由于傳遞機構(gòu)設(shè)置在線與電動機之間，因此難以檢測基于內(nèi)窺鏡的彎曲力量的反作用力。因此，如果排除該傳遞機構(gòu)，則直接連接線和電動機(旋轉(zhuǎn)軸)。但是由于在低速旋轉(zhuǎn)下具有充分轉(zhuǎn)矩性能的電動機大型化，所以在實現(xiàn)內(nèi)窺鏡裝置的小型化和輕量化的方面，搭載多個電動機的操作部成為問題。進(jìn)而，為了檢測用于表示彎曲狀態(tài)的針對線施加的拉伸量來控制動作量，需要設(shè)置多個傳感器，會導(dǎo)致插入部大型化。這樣，操作部的大型化對操作性造成影響，對操作者造成負(fù)擔(dān)。并且，在減輕對患者造成的負(fù)擔(dān)的方面，插入部的大型化成為應(yīng)該解決的問題。
進(jìn)而，這些傳感器由于設(shè)置在內(nèi)窺鏡內(nèi)，所以在進(jìn)行插入部的消毒和滅菌處理時， 施加基于壓力或溫度的負(fù)荷，所以必須充分考慮傳感器耐性。因此，本發(fā)明的目的在于，提供如下的醫(yī)療用控制裝置針對具有以電動方式屈曲的插入部的內(nèi)窺鏡，在基于控制彎曲動作用的彎曲指示值和插入部的變化量的控制中，準(zhǔn)確反映干擾信息。用于解決課題的手段為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實施方式提供一種醫(yī)療用控制裝置，該醫(yī)療用控制裝置具有插入體腔內(nèi)的插入部，其具有彎曲部，該彎曲部設(shè)有通過線牽引驅(qū)動的多個關(guān)節(jié)；驅(qū)動部，其牽引驅(qū)動所述線使所述彎曲部彎曲；控制部，其針對所述驅(qū)動部控制所述線的牽引驅(qū)動；檢測部，其檢測輸入到所述控制部的所述線的牽引驅(qū)動量的變化；以及調(diào)整部，其根據(jù)所述檢測部的檢測結(jié)果，調(diào)整在所述驅(qū)動部中產(chǎn)生的干擾信息的特性。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，能夠提供如下的醫(yī)療用控制裝置針對具有通過電動方式屈曲的插入部的內(nèi)窺鏡，在基于用于控制彎曲動作的彎曲指示值和插入部的變化量的控制中，準(zhǔn)確反映干擾信息。


圖1是示出本發(fā)明的第1實施方式的醫(yī)療用控制裝置內(nèi)的電動機單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖。圖2是示出第1實施方式的醫(yī)療用控制裝置的概略全體結(jié)構(gòu)的圖。圖3示出第1實施方式的設(shè)置在電動機單元3內(nèi)的基于電動機驅(qū)動系統(tǒng)的信號處理的控制器的結(jié)構(gòu)例。圖4是適用于第1實施方式的電動機模型的框線圖。圖5是示出對圖3所示的電動機驅(qū)動系統(tǒng)的信號處理進(jìn)行簡化后的結(jié)構(gòu)的圖。圖6是示出以往的增益與頻率的關(guān)系中的追隨特性和干擾特性的圖。圖7是示出本實施方式的控制器中的追隨特性和干擾特性的圖。圖8是示出第2實施方式的控制器中的追隨特性和干擾特性的圖。圖9是示出對第3實施方式的電動機驅(qū)動系統(tǒng)的信號處理進(jìn)行簡化后的結(jié)構(gòu)的圖。圖10是示出第3實施方式的控制器中的追隨特性和干擾特性的圖。圖11是示出對第4實施方式的電動機驅(qū)動系統(tǒng)的信號處理進(jìn)行簡化后的結(jié)構(gòu)的圖。圖12是示出第4實施方式的控制器中的追隨特性和干擾特性的圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式。 圖1是示出本發(fā)明的第1實施方式的醫(yī)療用控制裝置內(nèi)的電動機單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖。圖2是示出第1實施方式的醫(yī)療用控制裝置的概略全體結(jié)構(gòu)的圖，關(guān)于以下的第 1實施方式的各結(jié)構(gòu)部，僅示出說明本發(fā)明主旨所需要的結(jié)構(gòu)部，一般內(nèi)窺鏡裝置所具有的結(jié)構(gòu)部例如腳踏開關(guān)等假設(shè)是具有的，但省略圖示及其說明。本實施方式的醫(yī)療用控制裝置1是主從醫(yī)療用控制裝置，使設(shè)置在內(nèi)窺鏡主體2 的插入部加內(nèi)的多個關(guān)節(jié)部進(jìn)行基于線的牽引的彎曲動作。該醫(yī)療用控制裝置1由使插入部(插入部) 彎曲的內(nèi)窺鏡主體2、設(shè)置在內(nèi)窺鏡主體2的基端側(cè)的電動機單元(驅(qū)動部)3、對系統(tǒng)全體進(jìn)行控制的系統(tǒng)控制部4、對系統(tǒng)控制部4進(jìn)行插入部加的彎曲指示的操作部5、以及顯示所拍攝的圖像的監(jiān)視器部6構(gòu)成。作為控制，系統(tǒng)控制部4向電動機單元3送出驅(qū)動控制信號，進(jìn)行驅(qū)動控制，并且， 對由設(shè)置在插入部2的前端的攝像部2b拍攝的圖像進(jìn)行圖像處理。電動機單元3通過電動機單元電纜7與系統(tǒng)控制部4進(jìn)行連接器連接。同樣，操作部5和監(jiān)視器部6分別通過操作部電纜8和監(jiān)視器電纜9與系統(tǒng)控制部4進(jìn)行連接器連接。并且，如果采用設(shè)置了攝像部2b的結(jié)構(gòu)，則在電動機單元3內(nèi)設(shè)置向系統(tǒng)控制部4送出由攝像元件拍攝的圖像數(shù)據(jù)的未圖示的圖像送出線。進(jìn)而，雖然沒有圖示，但是在插入部 2內(nèi)設(shè)有為了貫通安裝對患部進(jìn)行處置的處置器具等而從在基端側(cè)開口的插入口貫通到前端部的孔即所謂的鉗子通道、光導(dǎo)或照明用LED等。圖1示出電動機單元3的結(jié)構(gòu)例。在電動機單元3中設(shè)有電源連接器13和操作部連接器14，該電源連接器13和操作部連接器14將從所述系統(tǒng)控制部4伸出的電動機單元電纜7分支為電源線和操作部線并與其連接。另外，在本實施方式中，為了易于理解，將連接器分成2個進(jìn)行圖示，但是，在實際的電纜中，有時將一個連接器內(nèi)的端子區(qū)分用作電源用端子和操作部用端子。該電動機單元3大致分為驅(qū)動部11和驅(qū)動控制部12。驅(qū)動部11具有多個電動機24，其用于牽引與配置在屈曲部加內(nèi)的多個關(guān)節(jié)21 連接的各線22 ；驅(qū)動齒輪機構(gòu)23，其介于電動機M與各線22之間，用于提高電動機M輸出的轉(zhuǎn)矩；離合器部25，其用于連接或切斷驅(qū)動齒輪機構(gòu)23與各線22的驅(qū)動力的傳遞；開關(guān)構(gòu)造的離合器傳感器26，其檢測離合器部25的連接(ON) /切斷(OFF)狀態(tài)；電位計27， 其用于檢測電動機M的電流值的絕對值；齒輪觀，其設(shè)置在線22上以使電位計27檢測絕對值；以及編碼器四，其設(shè)置在電動機24(或未圖示的皮帶輪)上用于取得線牽引信息。并且，驅(qū)動控制部11例如是在LSI (大規(guī)模集成電路)芯片上形成的電子電路。在該驅(qū)動控制部11中設(shè)有與系統(tǒng)控制部4進(jìn)行通信的通信電路31、接受后述信號進(jìn)行伺服運算等的處理部(FPGA)32、以及作為電源供給部的控制電源33和驅(qū)動電源34。進(jìn)而，在驅(qū)動控制部11中設(shè)有輸入來自編碼器四的輸出信號的反饋(F/B)信號輸入部35、輸入對電動機M施加的電流信號的模擬輸入(Al)信號輸入部36、以及輸入來自離合器傳感器沈的表示絕對值的信號的數(shù)字輸入(DI)信號輸入部37。進(jìn)而，控制電源33經(jīng)由DC/DC轉(zhuǎn)換器38供給升降為符合處理部16的標(biāo)準(zhǔn)的直流電壓后的驅(qū)動電源。驅(qū)動電源18根據(jù)來自處理部16的控制信號，對驅(qū)動電動機M的電動機驅(qū)動器20供給驅(qū)動電源。圖3示出本實施方式的設(shè)置在電動機單元3內(nèi)的基于電動機驅(qū)動系統(tǒng)的信號處理的控制器的結(jié)構(gòu)例。該控制器40由位置控制部41、速度控制部42、電流控制部43、微分電路44、干擾觀察部45構(gòu)成。
這種結(jié)構(gòu)中的位置控制部41生成基于從操作部5輸入的指令值([1]命令)的位置命令，并作為位置指令輸出到速度控制部42。在速度控制部42中，將根據(jù)位置命令和被反饋的輸入給電動機M的電流信號而生成的速度命令作為速度指令，輸出給電流控制部 43。在電流控制部43中，根據(jù)速度命令生成作為針對線的牽引驅(qū)動量的電流命令，作為電流指令輸出給電動機M并使其驅(qū)動。電動機M牽引驅(qū)動線，使其成為該電流命令提示的目標(biāo)位置[2]。以反饋到微分電路44和位置控制部41的方式，從電動機M輸入基于目標(biāo)位置的位置信息。在微分電路44中，對以時間序列輸入的位置信息實施微分處理，向速度控制部 42和干擾觀察部45輸出該微分信號(電動機的定位)。并且，干擾觀察部45被輸入輸入給電動機M的電流信號和從微分電路44輸出的微分信號，輸出后述的拉伸估計值。并且，在電動機對的驅(qū)動時，通過機械結(jié)構(gòu)對電動機M的電動機軸施加負(fù)荷干擾 [3]。該負(fù)荷干擾與線牽引的反作用力相等，所以能夠檢測為對線施加的負(fù)荷。因此，即使不設(shè)置拉伸傳感器等傳感器，也能夠根據(jù)該干擾負(fù)荷中的干擾量來估計對線施加的負(fù)荷(拉伸量)。干擾觀察本身已經(jīng)公知，并用于各種控制。本實施方式的干擾觀察部45作為應(yīng)用程序，例如存在于設(shè)置在系統(tǒng)控制部4內(nèi)的CPU等運算處理部內(nèi)。圖4是適用于本實施方式的電動機模型的框線圖。從電動機驅(qū)動器對電動機施加的輸入指令(線牽引驅(qū)動量轉(zhuǎn)矩命令)是電流指令。根據(jù)該電流指令進(jìn)行電動機中的旋轉(zhuǎn)和定位。并且，設(shè)圖4所示的輸入的干擾d為對電動機軸施加的干擾負(fù)荷。在本實施方式的實際的電動機模型中，從電動機驅(qū)動器39反饋輸入的輸入指令 u (轉(zhuǎn)矩命令)是電流指令。根據(jù)該電流指令輸出電動機轉(zhuǎn)矩常數(shù)Kt。接著，對該電動機轉(zhuǎn)矩常數(shù)Kt和干擾負(fù)荷d進(jìn)行相加，其相加值除以電動機慣性力矩j和拉普拉斯算子s的積。 該除法運算的商成為速度指令、即電動機的轉(zhuǎn)速信息(速度信息)，再次除以拉普拉斯算子 s,作為電動機目標(biāo)位置進(jìn)行輸出。干擾觀察部配置成并列與該實際的電動機模型相同的物理模型。在電動機的轉(zhuǎn)速信息上乘以電動機慣性力矩jn(目錄值)和拉普拉斯算子s的積(jn*s)所得的值減去在來自電動機驅(qū)動器39的輸入指令u上乘以電動機轉(zhuǎn)矩常數(shù)Kt'(目錄值)所得的值，得到觀測干擾。即，干擾觀察部求出逆動力學(xué)，根據(jù)該逆動力學(xué)信息估計對電動機軸施加的干擾 (拉伸)。圖5示出對圖3所示的電動機驅(qū)動系統(tǒng)的信號處理進(jìn)行簡化后的結(jié)構(gòu)。圖6是示出以往的增益與頻率的關(guān)系的圖，示出追隨特性和干擾特性。圖7是示出本實施方式的控制器40中的增益與頻率的關(guān)系的圖，示出位置的傳遞即追隨特性和干擾特性。在圖5中，提示電動機的目標(biāo)位置的電流值通過反饋環(huán)，反饋到控制器40的輸入側(cè)，與指令值一起輸入到控制器40。從指令值[1]到電動機的目標(biāo)位置[2]的傳遞作為追隨特性示出。該追隨特性能夠通過C(s)P(S)/(1+C(s)P(S))表示。其中，設(shè)C(S)為控制器的傳遞特性，設(shè)P(S)為電動機模型的傳遞特性。并且，從負(fù)荷干擾[3]到電動機的目標(biāo)位置[2]的傳遞作為干擾特性示出。該干擾特性能夠通過P(S)/(1+C(s)P(S))表示。其中， 設(shè)C(S)為控制器的傳遞特性，設(shè)P(s)為電動機模型的傳遞特性。
這些追隨特性和干擾特性無法單獨變更設(shè)定，關(guān)于頻率中的增益具有互補的關(guān)系。例如具有如下關(guān)系當(dāng)提高干擾特性的增益、即提高靈敏度時，追隨特性的增益也變高。 當(dāng)追隨特性的增益的設(shè)定過高時，在輸入信號存在變化時，發(fā)生過沖等而產(chǎn)生在收斂于一個值之前需要時間等問題。即，追隨性變差。關(guān)于該追隨特性，在理論上如圖7的虛線m所示，從低頻率到某個頻率T，增益以某個值固定推移，從超過該頻率T的時刻起，以直線降低的方式逐漸衰減。并且，關(guān)于實線 η所示的干擾特性，從低頻率到某個頻率Τ，增益直線增加，從超過與追隨特性交叉的頻率T 的時刻起，增益以某個值固定推移。如上所述，為了提高針對干擾的靈敏度來提高檢測性能，優(yōu)選較高地設(shè)定干擾特性的增益、并使追隨特性的增益保持通常值。因此，在本實施方式中，檢測指令值的變化量，判斷電動機處于動作狀態(tài)還是處于停止?fàn)顟B(tài)。如果在該判斷中處于停止?fàn)顟B(tài)，則如圖7的實線ρ所示，與通常的設(shè)定值相比， 將控制器的增益較高地設(shè)定到期望是干擾特性的增益的值(減小阻尼因子)。此時，較高地設(shè)定了控制器的增益時的追隨特性成為如下特性如圖7的粗虛線q所示，增益在頻率T 的附近存在一次人形波的上下變化，從該波的頂部降低后超過頻率T，線性衰減。由于該增益的上下變化，在電動機驅(qū)動時無法順暢地旋轉(zhuǎn)，有時伴隨振動進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。另外，控制器的增益是在圖3所示的位置控制部、速度控制部和電流控制部中分別設(shè)定的參數(shù)。例如，如果是電流控制部，則是為了設(shè)定針對輸入值(速度指令)的輸出值(電流指令)而任意設(shè)定的參數(shù)。預(yù)先在設(shè)置在圖2所示的驅(qū)動控制部12內(nèi)的存儲器(未圖示)中設(shè)定這些參數(shù)， 設(shè)定為能夠根據(jù)需要讀出并在各個結(jié)構(gòu)部位中進(jìn)行改寫。然后，根據(jù)指令值的變化量的判斷，在判斷為電動機處于動作狀態(tài)的情況下，進(jìn)行使控制器的增益返回通常的設(shè)定值的設(shè)定。通過這種增益的設(shè)定切換，能夠在停止時以高靈敏度取入負(fù)荷干擾，在電動機的驅(qū)動開始時之前的期間，能夠提高干擾觀察部的檢測能力。進(jìn)而，在電動機的驅(qū)動開始的同時，使干擾特性的設(shè)定得較高的增益返回原來的設(shè)定值。如上所述，根據(jù)本實施方式，通過在電動機處于停止?fàn)顟B(tài)時較高地設(shè)定增益，能夠在較高地設(shè)定了干擾特性的靈敏度的狀態(tài)下取入干擾。并且，通過在電動機的動作開始的同時使干擾特性的增益返回通常的設(shè)定值，不會對追隨特性造成影響。因此，由于能夠通過干擾觀察部得到高精度的干擾量，所以能夠估計對電動機施加的適當(dāng)?shù)睦?，通過適當(dāng)設(shè)定對用于驅(qū)動屈曲部的線施加的張力，對于操作者來說，細(xì)微的位置操作變得容易。進(jìn)而，能夠省去用于檢測拉伸的專用傳感器，有助于電動機單元的小型輕量化。接著，說明第2實施方式。在所述第1實施方式中，在電動機處于停止?fàn)顟B(tài)時較高地設(shè)定了干擾特性的增益，但是，在本實施方式中，是如下的例子為了在處于停止?fàn)顟B(tài)時提高干擾特性的靈敏度， 進(jìn)行切換以便擴大頻率中的頻帶。另外，本實施方式的結(jié)構(gòu)與所述第1實施方式相同，針對結(jié)構(gòu)部位使用相同的參照標(biāo)號并省略其說明。圖8是示出本實施方式的控制器40中的增益與頻率的關(guān)系的圖，示出對追隨特性和干擾特性進(jìn)行切換的狀態(tài)。
在本實施方式中，從指令值[1]到電動機的目標(biāo)位置[2]的傳遞與上述相同，是追隨特性C (s) P(S)/(1+C (s) P(S))，從負(fù)荷干擾[3]到電動機的目標(biāo)位置[2]的傳遞是干擾特 fiP(s)/(l+C(s)P(s))0因此，在本實施方式中，檢測指令值的變化量，判斷電動機處于動作狀態(tài)還是處于停止?fàn)顟B(tài)。如果判斷為處于停止?fàn)顟B(tài)，則如圖8的粗實線pi所示，與控制器的增益變化的頻率T的通常的設(shè)定值(細(xì)實線p2)相比，將干擾特性切換設(shè)定為降低到期望的頻率Tl (降低截止頻率)。此時，在追隨特性中，也從圖8所示的細(xì)虛線的頻率T降低到Tl。然后，根據(jù)指令值的變化量的判斷，在判斷為電動機處于動作狀態(tài)的情況下，從所設(shè)定的頻率Tl切換為頻率T，恢復(fù)成通常的狀態(tài)。S卩，通過在電動機處于停止?fàn)顟B(tài)時切換為檢查頻帶低的頻率，能夠提高增益，以高靈敏度取入負(fù)荷干擾，在電動機的驅(qū)動開始時之前的期間，能夠提高干擾觀察部的檢測能力。進(jìn)而，在電動機的驅(qū)動開始的同時，使設(shè)定得較低的頻率恢復(fù)成通常狀態(tài)。如上所述，根據(jù)本實施方式，通過在電動機處于停止?fàn)顟B(tài)時較高地設(shè)定增益，能夠在較高地設(shè)定了干擾特性的靈敏度的狀態(tài)下開始電動機的動作。并且，通過在動作開始的同時通過切換使干擾特性的增益恢復(fù)成通常的設(shè)定頻率，也不會對追隨特性造成影響。因此，能夠得到與所述第1實施方式的效果相同的效果。即，能夠估計對電動機施加的適當(dāng)?shù)睦?，從而適當(dāng)?shù)仳?qū)動屈曲部，細(xì)微的位置操作變得容易。進(jìn)而，能夠省去用于檢測拉伸的專用傳感器，有助于電動機單元的小型輕量化。接著，說明第3實施方式。在所述第1、2實施方式中，在電動機的停止?fàn)顟B(tài)或動作狀態(tài)的切換時進(jìn)行了增益的切換，但是，在本實施方式中構(gòu)成為，在電動機處于停止?fàn)顟B(tài)時，除了增益的改寫以外，還通過切換在反饋環(huán)中插入補償要素(FB)。圖9示出對電動機驅(qū)動系統(tǒng)的信號處理進(jìn)行簡化后的結(jié)構(gòu)。圖10是示出本實施方式的控制器40中的追隨特性和干擾特性的圖。本實施方式是如下的結(jié)構(gòu)例除了所述控制器(C)40和電動機(P06以外，還在從電動機(P) 26到控制器(C)40的反饋環(huán)中配置了補償要素(FB)51和切換開關(guān)52。補償要素(FB)51是設(shè)置在程序(或者應(yīng)用軟件)上的處理部，具體而言，例如利用如下設(shè)定的程序來構(gòu)筑在某個頻帶、在本實施方式中為頻率T以上且到上限頻率T2為止的頻帶中，較高地設(shè)定增益并提高干擾的靈敏度。并且，在切換開關(guān)52中，也通過同樣進(jìn)行切換動作的程序來構(gòu)筑。在本實施方式中，在電動機以通常方式動作的情況下，切換開關(guān)52與端子1連接， 成為與所述第1實施方式中的追隨特性時相同的連接結(jié)構(gòu)。另一方面，在判斷為電動機處于停止?fàn)顟B(tài)時，切換開關(guān)52從端子1切換為端子2，在反饋環(huán)內(nèi)插入補償要素(FB)51。通過取入該補償要素(FB)51，如圖10所示，在從頻率T到上限頻率T2的頻帶中，與通常時相比，按照將弧描繪成拋物線形的方式，較高地設(shè)定增益。并且，在判斷為電動機從停止?fàn)顟B(tài)切換為動作狀態(tài)的情況下，開始電動機的動作， 并且，切換開關(guān)52從端子2切換為端子1，成為卸下了補償要素(FB) 51的通常的結(jié)構(gòu)。如以上說明的那樣，根據(jù)本實施方式的結(jié)構(gòu)，能夠得到與所述第1實施方式相同的效果。進(jìn)而，根據(jù)本實施方式，在用于從電動機反饋到控制器的反饋環(huán)中，通過切換開關(guān)52插入或卸下補償要素(FB)51。通過該裝卸，能夠根據(jù)補償要素(FB)51的參數(shù)(或者系數(shù))一維地進(jìn)行切換，而不用分別變更控制器內(nèi)的多個增益，所以增益變更中的設(shè)定變得容易。并且，在補償要素(FB)51中也通過程序等進(jìn)行構(gòu)筑，所以不使用裝置內(nèi)的實質(zhì)性的空間，不會產(chǎn)生大型化等問題。接著，說明第4實施方式。圖11示出對本實施方式的電動機驅(qū)動系統(tǒng)的信號處理進(jìn)行簡化后的結(jié)構(gòu)。圖12 是示出本實施方式的控制器40中的追隨特性和干擾特性的圖。在所述第3實施方式中，通過切換開關(guān)在反饋環(huán)內(nèi)裝卸補償要素(FB)51，但是，本實施方式是如下的結(jié)構(gòu)例在控制器(C)40的前級配置補償要素(FF)，在從電動機(P06 到控制器(C)40的反饋環(huán)中配置補償要素(FB)。這些補償要素(FF)和補償要素(FB)是設(shè)置在程序(或者應(yīng)用軟件)上的處理部。如圖10所示，補償要素(FB)發(fā)揮如下作用進(jìn)行提高干擾特性的增益的補償。補償要素(FF)發(fā)揮如下作用進(jìn)行使基于補償要素(FB)的補償返回通常時的干擾特性的增益的補償。在圖11中，從指令值[1]到電動機的目標(biāo)位置[2]的傳遞作為追隨特性示出。該追隨特性能夠通過C(S) .P(S) .FF(s)/(l+C(s) .P(s) -FB(s))表示。其中，設(shè)C(s)為控制器的傳遞特性，設(shè)P(S)為電動機模型的傳遞特性，設(shè)FF(S)為補償要素(FF)的傳遞特性，設(shè)FB(S)為補償要素(FB)的傳遞特性。并且，從負(fù)荷干擾[3]到電動機的目標(biāo)位置[2] 的傳遞作為干擾特性示出。該干擾特性能夠通過P(s)/(1+C(s) -P(S) ^FB(S))表示。其中，設(shè)P(S)為電動機模型的傳遞特性，設(shè)FF(S)為補償要素(FF)的傳遞特性，設(shè)ra(s)為補償要素(FB)的傳遞特性。關(guān)于圖12所示的追隨特性，通過一起插入補償要素的傳遞特性和補償要素(FB)， 在輸入到控制器40的時刻，各個補償被抵消，成為與所述第1實施方式相同的特性。并且， 關(guān)于干擾特性，通過使用補償要素(FB)，與停止或動作狀態(tài)無關(guān)，根據(jù)頻率提高檢測靈敏度。干擾特性如圖12的粗實線Pl所示，在頻率T以上的頻率的頻帶中，進(jìn)行提高控制器的增益的補償。如以上說明的那樣，根據(jù)本實施方式，關(guān)于干擾特性的增益即靈敏度，使用補償要素(FB)，與停止或動作狀態(tài)無關(guān)，根據(jù)頻率提高檢測靈敏度，關(guān)于追隨特性，通過補償要素 (FF)的補償來抵消由補償要素(FB)產(chǎn)生的補償，即返回通常時的增益，所以不需要判定電動機的停止/動作狀態(tài)，并且，不需要反饋環(huán)中的開關(guān)等切換部。因此，本實施方式能夠得到與所述第1實施方式相同的作用效果。進(jìn)而，本實施方式不需要判斷電動機的停止/動作狀態(tài)，在干擾特性中，關(guān)于希望提高靈敏度的頻帶，對反饋的信號實施任意補償來提高增益，在追隨特性中，抵消與干擾特性有關(guān)的補償，能夠防止追隨性的性能劣化。另外，關(guān)于所述各實施方式的發(fā)明，還能夠組合各實施方式來實施，即使刪除各實施方式的主旨以外的結(jié)構(gòu)部位也能夠?qū)崿F(xiàn)，能夠得到本發(fā)明的作用和效果。根據(jù)以上說明的各實施方式，包含以下的本發(fā)明。(1) 一種醫(yī)療用控制裝置，其特征在于，該醫(yī)療用控制裝置具有插入單元，其插入體腔內(nèi)并且在內(nèi)部設(shè)有線；
驅(qū)動單元，其驅(qū)動所述線使所述插入單元彎曲；指示輸入單元，其對所述線輸入彎曲指示量； 控制單元，其根據(jù)來自所述指示輸入單元的彎曲指示量，進(jìn)行所述插入單元中的驅(qū)動控制；檢測單元，其檢測輸入到所述指示輸入單元的彎曲指示量的變化；以及干擾估計單元，其在根據(jù)所述檢測單元的檢測結(jié)果，從所述彎曲驅(qū)動量的變化中判斷為處于停止?fàn)顟B(tài)的情況下，調(diào)整在所述驅(qū)動單元中產(chǎn)生的干擾信息的取得靈敏度，估計干擾量，根據(jù)由所述干擾估計單元估計出的干擾量，進(jìn)行所述插入單元的驅(qū)動控制。(2)根據(jù)所述(1)所述的醫(yī)療用控制裝置，其特征在于，所述干擾估計單元在所述控制單元中提高針對頻率的增益。(3)根據(jù)所述(1)所述的醫(yī)療用控制裝置，其特征在于，所述干擾估計單元在所述控制單元中降低針對頻率的增益。(4)根據(jù)所述(1)所述的醫(yī)療用控制裝置，其特征在于，所述干擾估計單元根據(jù)針對頻率的增益的追隨特性，進(jìn)行提高所述干擾信息的靈敏度的補償。(5)根據(jù)所述(1)所述的醫(yī)療用控制裝置，其特征在于，與所述檢測單元中的檢測結(jié)果無關(guān)，所述干擾估計單元對所述輸入的驅(qū)動量進(jìn)行補償，并且進(jìn)行提高所述干擾信息的靈敏度的補償。
權(quán)利要求
1.一種醫(yī)療用控制裝置，其特征在于，該醫(yī)療用控制裝置具有插入體腔內(nèi)的插入部，其具有彎曲部，該彎曲部設(shè)有通過線牽引驅(qū)動的多個關(guān)節(jié)；驅(qū)動部，其牽引驅(qū)動所述線使所述彎曲部彎曲；控制部，其針對所述驅(qū)動部控制所述線的牽引驅(qū)動；檢測部，其檢測輸入到所述控制部的所述線的牽引驅(qū)動量的變化；以及調(diào)整部，其根據(jù)所述檢測部的檢測結(jié)果，調(diào)整在所述驅(qū)動部中產(chǎn)生的干擾信息的特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)療用控制裝置，其特征在于，在所述檢測部根據(jù)所述驅(qū)動量的變化判斷為所述驅(qū)動部處于停止?fàn)顟B(tài)的情況下，所述調(diào)整部進(jìn)行提高所述干擾信息的特性中的增益值的增益調(diào)整。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)療用控制裝置，其特征在于，在所述檢測部根據(jù)所述驅(qū)動量的變化判斷為所述驅(qū)動部處于停止?fàn)顟B(tài)的情況下，所述調(diào)整部進(jìn)行使所述干擾信息的特性中的增益峰值向低頻側(cè)移動的增益調(diào)整。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)療用控制裝置，其特征在于，在所述檢測部根據(jù)所述驅(qū)動量的變化判斷為所述驅(qū)動部處于停止?fàn)顟B(tài)的情況下，所述調(diào)整部進(jìn)行提高所述干擾信息的靈敏度的第1補償。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)療用控制裝置，其特征在于，與所述檢測部中的檢測結(jié)果無關(guān)，所述調(diào)整部對所述輸入的驅(qū)動量進(jìn)行第2補償，并且進(jìn)行提高所述干擾信息的靈敏度的第1補償。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)療用控制裝置，其特征在于，在所述檢測部根據(jù)所述驅(qū)動量的變化判斷為所述驅(qū)動部處于停止?fàn)顟B(tài)的情況下，所述調(diào)整部進(jìn)行提高所述干擾信息的特性中的增益值并提高干擾特性的靈敏度的調(diào)整。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)療用控制裝置，其特征在于，在所述檢測部根據(jù)所述驅(qū)動量的變化判斷為所述驅(qū)動部處于停止?fàn)顟B(tài)的情況下，所述調(diào)整部進(jìn)行使所述干擾信息的特性中的增益峰值向低頻側(cè)移動來提高干擾特性相對于頻率的靈敏度的調(diào)整。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)療用控制裝置，其特征在于， 所述調(diào)整部具有第1補償部，其根據(jù)輸入到所述驅(qū)動部的驅(qū)動量的變化，進(jìn)行提高所述干擾信息的特性中的增益值的補償；以及切換部，其通過切換向所述控制部輸入所述補償部的輸出，在所述檢測部根據(jù)所述驅(qū)動量的變化判斷為所述驅(qū)動部處于停止?fàn)顟B(tài)的情況下，所述調(diào)整部進(jìn)行如下調(diào)整通過所述切換部向所述控制部輸入由所述補償部補償后的干擾信息的特性，提高干擾特性的靈敏度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)療用控制裝置，其特征在于， 所述調(diào)整部具有第1補償部，其根據(jù)輸入到所述驅(qū)動部的驅(qū)動量的變化，進(jìn)行提高所述干擾信息的特性中的增益值的第1補償；以及第2補償部，其進(jìn)行降低與通過所述第1補償部的補償而提高的增益值相同的增益的第2補償，所述第1補償部對基于輸入到所述驅(qū)動部的所述驅(qū)動量的信號進(jìn)行第1補償，并反饋到所述控制部，所述第2補償部接受所述輸入部的所述彎曲指令值，進(jìn)行所述第2補償，使增益值降低，進(jìn)而進(jìn)行如下調(diào)整針對進(jìn)行了所述第1補償?shù)幕谒鲵?qū)動量的信號，通過所述第1 補償來抵消增益的降低，并輸入到所述控制部，提高期望頻率以上的干擾特性的靈敏度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)療用控制裝置，其特征在于，分別針對使所述彎曲部進(jìn)行彎曲動作時的位置控制中的位置指令、彎曲動作速度的速度控制中的速度指令、通過所述位置指令和所述速度指令而生成的使所述驅(qū)動部進(jìn)行動作的電流信號的電流控制中的電流指令，實施由所述調(diào)整部進(jìn)行的增益調(diào)整。
11.一種醫(yī)療用控制裝置，其特征在于，該醫(yī)療用控制裝置具有插入體腔內(nèi)的插入部，其具有彎曲部，該彎曲部在前端側(cè)內(nèi)部設(shè)有分別與線連接的多個關(guān)節(jié)；驅(qū)動部，其牽引所述線使所述關(guān)節(jié)屈曲，從而使所述插入部彎曲；輸入部，其指示所述彎曲部中的彎曲指令值；控制部，其接受基于所述輸入部的所述彎曲指令值，生成針對所述驅(qū)動部的驅(qū)動量，進(jìn)行所述彎曲部的驅(qū)動控制；檢測部，其取得輸入到所述驅(qū)動部的所述驅(qū)動量和掛在所述彎曲部上的所述線的牽引信息；以及調(diào)整部，其根據(jù)所述線的牽引信息和所述干擾信息，調(diào)整在所述驅(qū)動部中產(chǎn)生的干擾信息的特性，并反饋到所述控制部，向所述控制部輸入從所述調(diào)整部輸出的反映了調(diào)整后的干擾信息的特性的所述彎曲指令值。
全文摘要
在醫(yī)療用控制裝置中，在基于指令值的變化量的判斷中，當(dāng)電動機處于停止?fàn)顟B(tài)時，高靈敏度地設(shè)定干擾特性，在電動機的驅(qū)動開始時之前的期間，提高干擾觀察部的檢測能力，如果電動機處于動作狀態(tài)，則使控制器的增益返回通常的設(shè)定值，維持良好的追隨特性。
文檔編號G02B23/24GK102368944SQ20108001444
公開日2012年3月7日 申請日期2010年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月11日
發(fā)明者河合利昌 申請人:奧林巴斯醫(yī)療株式會社