(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に貫通形成された複数のチャネルを有する細長い挿入部と、該挿入部の前記チャネル内に挿入される処置具と、前記チャネル内において前記処置具に進退および回転のうち少なくとも一方の動作をさせる処置具駆動部とを有するマニピュレータと、
前記処置具に対する操作指示が操作者によって入力される操作入力部と、
該操作入力部に入力された前記操作指示に従って、前記処置具駆動部を駆動させるための制御信号を生成する制御部と、
前記複数のチャネルのうち、前記処置具が挿入されているチャネルを検出する使用チャネル検出部と、
該使用チャネル検出部によって検出されたチャネルに基づいて、前記制御信号に対する補償値を設定する補償値設定部とを備え、
前記制御部が、前記制御信号を、前記補償値設定部によって設定された前記補償値を用いて補正し、補正された前記制御信号を前記処置具駆動部に送信するマニピュレータシステム。
【請求項２】
各前記チャネル内に挿入されている前記処置具を識別する処置具識別部を備え、
前記補償値設定部が、前記処置具識別部によって識別された処置具の力学的特性にさらに基づいて、各前記補償値を設定する請求項１に記載のマニピュレータシステム。
【請求項３】
前記挿入部が、可撓性を有する細長い軟性部と、該軟性部の先端側に設けられた湾曲可能な湾曲部とを備え、
該湾曲部の湾曲形状を検出する湾曲部形状検出部を備え、
前記補償値設定部が、前記湾曲部形状検出部によって検出された前記湾曲部の湾曲形状にさらに基づいて、各前記補償値を設定する請求項１または請求項２に記載のマニピュレータシステム。
【請求項４】
前記挿入部が、可撓性を有する細長い軟性部と、該軟性部の先端側に設けられた湾曲可能な湾曲部とを備え、
前記軟性部の湾曲形状を検出する軟性部形状検出部を備え、
前記補償値設定部が、前記軟性部形状検出部によって検出された前記軟性部の湾曲形状にさらに基づいて、各前記補償値を設定する請求項１から請求項３のいずれかに記載のマニピュレータシステム。
【請求項５】
前記処置具の、前記挿入部から外部に引き出された基端側の部分の湾曲形状を検出する体外部分形状検出部を備え、
前記補償値設定部が、前記体外部分形状検出部によって検出された前記処置具の基端側の部分の湾曲形状にさらに基づいて、各前記補償値を設定する請求項１から請求項４のいずれかに記載のマニピュレータシステム。
【請求項６】
前記チャネルが、前記挿入部内に長手方向に沿って配置されたチューブからなり、
該チューブは、前記挿入部内における径方向の位置が固定されている請求項１から請求項５のいずれかに記載のマニピュレータシステム。
【請求項７】
前記制御部が、前記処置具駆動部をフィードフォワード制御し、
前記補償値設定部は、前記制御部が前記フィードフォワード制御に用いるゲインを前記補償値として設定する請求項１から請求項６のいずれかに記載のマニピュレータシステム。
【請求項８】
前記制御部が、前記処置具駆動部をフィードバック制御し、
前記補償値設定部は、前記制御部がフィードバック制御に用いるゲインを前記補償値として設定する請求項１から請求項６のいずれかに記載のマニピュレータシステム。
【請求項９】
前記制御部が、オフセット信号を重畳した前記制御信号を前記処置具駆動部に送信し、
前記補償値設定部は、前記処置具の動作の方向が逆方向に切り替わるときに符号が反転する前記オフセット信号を各前記補償値として設定する請求項１から請求項６のいずれかに記載のマニピュレータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マニピュレータシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内視鏡の挿入部には、長手方向に貫通形成された処置具用のチャネルが設けられ、このチャネル内を介して患部の処置に必要な処置具を体内に案内することができるようになっている。また、チャネル内の処置具は、操作者が操作指示装置を操作することによって、進退および回転可能になっている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
処置具を進退および回転させるための機構として、処置具の基端部分を電動のモータによって前後方向に押し引きし、また、周方向に回転させる方式が採用されている。操作指示装置に入力された操作量に比例する量だけモータを回転させることによって、操作量に対応する量だけ、処置具を進退および回転させることができる。
【０００４】
しかし、実際には、処置具とチャネルの内面との間の摩擦やチャネル内における処置具の弛み等によって、処置具の基端部分に加えられた進退運動および回転運動は、処置具の先端まで伝達される間に減衰する。すなわち、モータによって処置具の基端部分に与えられた進退量・回転量と、処置具の先端の進退量・回転量とは、非線形の関係にある。さらに、この非線形性は、挿入部の湾曲形状に依存して変化する。したがって、モータの回転量を単に操作量に比例させていたのでは、操作者の操作に対して、処置具の良好かつ同一の応答性を得ることができない。そこで、特許文献１では、処置具の動作の応答性を低下させる要因である湾曲部の湾曲形状に基づき、湾曲部の応答性の低下およびばらつきを補償するようにモータを制御することによって、上記応答性の改善を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−８９８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、処置具の動作の応答性を低下させる要因は、上記の湾曲部の湾曲形状以外にも存在する。したがって、特許文献１のように、湾曲部の湾曲形状のみを考慮していたのでは、処置具の動作の応答性の向上に限界があるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、処置具の動作の応答性の低下およびばらつきを高精度に補償して常に良好かつ同一の応答性を得ることができるマニピュレータシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、長手方向に貫通形成された複数のチャネルを有する細長い挿入部と、該挿入部の前記チャネル内に挿入される処置具と、前記チャネル内において前記処置具に進退および回転のうち少なくとも一方の動作をさせる処置具駆動部とを有するマニピュレータと、前記処置具に対する操作指示が操作者によって入力される操作入力部と、該操作入力部に入力された前記操作指示に従って、前記処置具駆動部を駆動させるための制御信号を生成する制御部と、前記複数のチャネルのうち、前記処置具が挿入されているチャネルを検出する使用チャネル検出部と、該使用チャネル検出部によって検出されたチャネルに基づいて、前記制御信号に対する補償値を設定する補償値設定部とを備え、前記制御部が、前記制御信号を、前記補償値設定部によって設定された前記補償値を用いて補正し、補正された前記制御信号を前記処置具駆動部に送信するマニピュレータシステムを提供する。
【０００９】
本発明によれば、操作者が操作入力部に操作指示を入力すると、制御部が、この操作指示から生成した制御信号を処置具駆動部に送信することによって、処置具が操作指示に対応する進退および回転のうち少なくとも一方の動作を行う。これにより、例えば、挿入部のチャネルを介して体内に配置された処置具を、体外に配置された操作入力部を用いて遠隔操作することができる。
【００１０】
この場合に、制御部は、制御信号を、補償値設定部によって設定された補償値を用いて補正した後に湾曲部駆動部に送信する。操作信号に対する処置具の動作の応答性は、チャネル毎の特性、例えば、内径や内面の摩擦係数等に依存する。補償値は、使用チャネル検出部によって検出された、処置具が挿入されているチャネルに基づいて設定されている。これにより、処置具の動作の応答性の低下およびばらつきを高精度に補償して常に良好かつ同一の応答性を得ることができる。
【００１１】
上記発明においては、各前記チャネル内に挿入されている前記処置具を識別する処置具識別部を備え、前記補償値設定部が、前記処置具識別部によって識別された処置具の力学的特性にさらに基づいて、各前記補償値を設定してもよい。
このようにすることで、処置具の応答性は、その処置具が有する力学的特性にも依存する。したがって、処置具の力学的特性も補償値に反映することによって、処置具の応答性の低下およびばらつきをさらに高精度に補償することができる。
【００１２】
また、上記発明においては、前記挿入部が、可撓性を有する細長い軟性部と、該軟性部の先端側に設けられた湾曲可能な湾曲部とを備え、該湾曲部の湾曲形状を検出する湾曲部形状検出部を備え、前記補償値設定部が、前記湾曲部形状検出部によって検出された前記湾曲部の湾曲形状にさらに基づいて、各前記補償値を設定してもよい。
このようにすることで、処置具の応答性は、湾曲部の湾曲形状にも依存する。したがって、湾曲部の湾曲形状も補償値に反映することによって、処置具の応答性の低下およびばらつきをさらに高精度に補償することができる。
【００１３】
また、上記発明においては、前記挿入部が、可撓性を有する細長い軟性部と、該軟性部の先端側に設けられた湾曲可能な湾曲部とを備え、前記軟性部の湾曲形状を検出する軟性部形状検出部を備え、前記補償値設定部が、前記軟性部形状検出部によって検出された前記軟性部の湾曲形状にさらに基づいて、各前記補償値を設定してもよい。
このようにすることで、処置具の応答性は、軟性部の湾曲形状にも依存する。したがって、軟性部の湾曲形状も補償値に反映することによって、処置具の応答性の低下およびばらつきをさらに高精度に補償することができる。
【００１４】
また、上記発明においては、前記処置具の、前記挿入部から外部に引き出された基端側の部分の湾曲形状を検出する体外部分形状検出部を備え、前記補償値設定部が、前記体外部分形状検出部によって検出された前記処置具の基端側の部分の湾曲形状にさらに基づいて、各前記補償値を設定してもよい。
このようにすることで、処置具の応答性は、挿入部の外部に位置する基端側の部分の湾曲形状にも依存する。したがって、処置具の基端側の部分の湾曲形状も補償値に反映することによって、処置具の応答性の低下およびばらつきをさらに高精度に補償することができる。
【００１５】
また、上記発明においては、前記チャネルが、前記挿入部内に長手方向に沿って配置されたチューブからなり、該チューブは、前記挿入部内における径方向の位置が固定されていてもよい。
このようにすることで、処置具の応答性のばらつきの要因である処置具に発生する摩擦や弛み等のばらつきは、挿入部内を通る処置具の経路に依存する。挿入部内におけるチューブの径方向の位置を固定して処置具の経路を規定することで、前記摩擦や弛みのばらつきを低減し、補償値による、処置具の応答性の低下およびばらつきの補償精度を向上することができる。
【００１６】
また、上記発明においては、前記制御部が、前記処置具駆動部をフィードフォワード制御またはフィードバック制御し、前記補償値設定部は、前記制御部が前記フィードフォワード制御またはフィードバック制御に用いるゲインを前記補償値としてもよい。
このようにすることで、処置具の応答性の低下およびばらつきを簡便な制御方法を利用して補償することができる。
【００１７】
また、上記発明においては、前記制御部が、オフセット信号を重畳した前記制御信号を前記処置具駆動部に送信し、前記補償値設定部は、前記処置具の動作の方向が逆方向に切り替わるときに符号が反転する前記オフセット信号を各前記補償値として設定してもよい。
このようにすることで、処置具の動作の方向が反転する際に生じるバックラッシを効果的に解消することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、処置具の動作の応答性の低下およびばらつきを高精度に補償して常に良好かつ同一の応答性を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るマニピュレータシステムの基本構成を示す外観図である。
【図２】図１のマニピュレータシステムが備える挿入部の先端部分の構成を示す外観図である。
【図３】図１のマニピュレータシステムの全体構成を示すブロック図である。
【図４】図１のマニピュレータシステムが備える挿入部の全体構成を示す外観図である。
【図５】図４の湾曲部を湾曲させる機構を示す構成図である。
【図６】処置具用のチャネルの構成を示す挿入部の側面図である。
【図７】図１のマニピュレータシステムが備える処置具の全体構成を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るマニピュレータシステムの全体構成を示すブロック図である。
【図９】図８の制御部が保持するＦＦゲインのテーブルである。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係るマニピュレータシステムの全体構成を示すブロック図である。
【図１１】図１０の制御部が保持するＦＦゲインのテーブルである。
【図１２】湾曲部の湾曲角度と、各チャネルの曲げ半径との関係を説明する、湾曲部の側面図である。
【図１３】湾曲部の湾曲方向と、各チャネルの曲げ半径との関係を説明する、湾曲部の側面図である。
【図１４】湾曲部の湾曲方向と、２つのチャネルの位置との関係を説明する、挿入部の正面図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態に係るマニピュレータシステムの全体構成を示すブロック図である。
【図１６】図１５の軟性部形状検出部による特徴量ｋの算出方法を説明する図であり、（ａ）軟性部形状検出部によって検出された軟性部の湾曲形状を示す図と、（ｂ）微小区間の変数を示す図ある。
【図１７】図１５の制御部が保持するＦＦゲインのテーブルである。
【図１８】本発明の第５の実施形態に係るマニピュレータシステムの全体構成を示すブロック図である。
【図１９】図１８の制御部が保持するＦＦゲインのテーブルである。
【図２０】本発明の第６の実施形態に係るマニピュレータシステムの全体構成を示すブロック図である。
【図２１】図２０のマニピュレータシステムが備える挿入部の先端部分の構成を示す外観図である。
【図２２】図２０の制御部が保持するＦＦゲインのテーブルである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るマニピュレータシステム１００について図１から図７を参照して説明する。
まず、本実施形態に係るマニピュレータシステム１００の概要について説明する。本実施形態に係るマニピュレータシステム１００は、図１に示すように、スレーブマニピュレータ（マニピュレータ）１と、術者（操作者）Ｏｐによって操作されるマスタ入力部（操作入力部）２と、該マスタ入力部２になされた操作に基づいてスレーブマニピュレータ１を制御する制御部３とを基本構成として備えている。
【００２１】
スレーブマニピュレータ１は、患者Ｐが横たわる手術台８０の近傍に配置されるスレーブアーム４と、該スレーブアーム４の先端に保持された挿入部５と、該挿入部５内に挿入される処置具６とを備えている。挿入部５の先端には、図２に示されるように、観察部材７が設けられ、該観察部材７によって、挿入部５の先端前方の視野と、挿入部５の先端から突出した処置具６とが、撮影されるようになっている。観察部材７によって取得された映像は、マスタ入力部２に設けられた表示部８に表示される。観察部材７の視野は、挿入部５の先端部分に設けられた湾曲部１５の湾曲角度を、挿入部５の長手方向に直交する上下方向（ＵＤ方向）または左右方向（ＬＲ方向）に変更することによって、移動可能になっている。
【００２２】
術者Ｏｐは、表示部８に表示される体内および処置具６の映像を観察しながら、マスタ入力部２に設けられたマスタアーム９を操作することによって、患者Ｐの体内に挿入された挿入部５と、該挿入部５内を介して体内に導入された処置具６とを、遠隔操作することができる。
【００２３】
次に、マニピュレータシステム１００の各部について詳細に説明する。
スレーブアーム４は、図３に示されるように、挿入部５が取り付けられる挿入部取付部１０と、処置具６が取り付けられる複数の処置具取付部１１Ａ，１１Ｂと、挿入部取付部１０に取り付けられた挿入部５の湾曲部１５を駆動する湾曲部駆動部１２と、各処置具取付部１１Ａ，１１Ｂに取り付けられた処置具６を駆動する複数の処置具駆動部１３Ａ，１３Ｂとを備えている。本実施形態においては、後述するように、挿入部５に処置具６を挿入するためのチャネル５Ａ，５Ｂが２つ設けられている構成を想定し、各チャネル５Ａ，５Ｂに対応して処置具取付部１１Ａ，１１Ｂおよび処置具駆動部１３Ａ，１３Ｂが２つずつ設けられている。以下、２つの処置具取付部１１Ａ，１１Ｂを、まとめて処置具取付部１１ともいう。また、２つの処置具駆動部１３Ａ，１３Ｂを、まとめて処置具駆動部１３ともいう。
【００２４】
図４は、挿入部５の外観を示している。図４に示されるように、挿入部５は、可撓性を有する細長い軟性部１４と、該軟性部１４の先端側に設けられた湾曲可能な湾曲部１５を備えている。また、軟性部１４の基端側には、スレーブアーム４の挿入部取付部１０に取り付けられる取付ユニット１６が接続されている。湾曲部１５は、複数の節輪や湾曲コマ等が連結された公知の構造を有し、最も先端側の節輪等に接続されたＵＤ湾曲用のワイヤ１５ａおよびＬＲ湾曲用のワイヤ１５ｂの基端部分が取付ユニット１６内において押し引きされることによって、ＵＤ方向およびＬＲ方向に湾曲するように構成されている。
【００２５】
具体的には、各ワイヤ１５ａ，１５ｂの基端部分は、図５に示されるように、軟性部１４の基端から引き出され、取付ユニット１６内に設けられたプーリ１６ａに巻き付けられている。取付ユニット１６は、挿入部取付部１０に取り付けられたときに、各プーリ１６ａと、湾曲部駆動部１２が有する各モータ１２ａとが同軸に連結するように構成されている。制御部３からの湾曲制御信号に従ってモータ１２ａが回転することによってプーリ１６ａが正転または反転し、これによりワイヤ１５ａ，１５ｂが押し引きされて湾曲部１５の湾曲角度が変更されるようになっている。なお、図５においては、図面を簡略にするために、モータ１２ａは１つだけ、また、ワイヤ１５ａ，１５ｂは、軟性部１４側の２つのプーリ１６に巻き付けられている２つだけ、図示されている。
【００２６】
また、挿入部５は、図６に示されるように、挿入部５の先端から長手方向に沿って貫通形成された複数の（本例においては２つの）チャネル５Ａ，５Ｂを有している。チャネル５Ａ，５Ｂは、可撓性を有するチューブからなり、挿入部５の先端から、挿入部５の基端側に設けられた処置具用ポート１７まで延びている。処置具用ポート１７から各チャネル５Ａ，５Ｂへ処置具６が挿入される。
【００２７】
処置具６は、高周波ナイフやスネアループ、把持鉗子等であり、図７に示されるように、可撓性を有する細長い本体１８と、該本体１８の先端に設けられた処置部１９とを備えている。また、本体１８の基端には、スレーブアーム４の処置具取付部１１に取り付けられる取付ユニット２０が接続されている。本体１８の基端部分が取付ユニット２０内において長手方向に押し引きされ、または、周方向に回転されることによって、処置具６全体がチャネル５Ａ，５Ｂ内において進退または回転するようになっている。
【００２８】
具体的には、取付ユニット２０内には、本体１８の基端に同軸に連結されたプーリ２０ａが設けられている。このプーリ２０ａは、本体１８の長手方向に直線運動可能なステージ２０ｂ上に固定されている。一方、処置具駆動部１３には、プーリ２０ａを回転させる回転モータ１３ａと、ステージ２０ｂを直線移動させる直動モータ１３ｂとが設けられている。取付ユニット２０は、処置具取付部１１に取り付けられたときに、プーリ２０ａと回転モータ１３ａとが連結し、ステージ２０ｂと直動モータ１３ｂとが連結するように、構成されている。これにより、制御部３からの回転制御信号（制御信号）に従って回転モータ１３ａがプーリ２０ａを回転させることによって、処置具６が回転するようになっている。また、制御部３からの進退制御信号（制御信号）に従って直動モータ１３ｂがステージ２０ｂを直線移動させることによって、処置具６が進退するようになっている。
【００２９】
マスタ入力部２は、上述したように、観察部材７によって取得された映像を表示する表示部８と、術者Ｏｐによって操作される複数のマスタアーム９とを備えている。マスタアーム９は、少なくとも湾曲部１５および処置具６に対する操作指示が術者Ｏｐによって入力可能になっている。マスタ入力部２は、術者Ｏｐによってマスタアーム９に入力された操作指示に応じた操作信号を生成し、生成した操作信号を制御部３に送信する。
【００３０】
制御部３は、マスタ入力部２から湾曲部１５に対する操作信号を受信したときに、当該操作信号から湾曲部駆動部１２を駆動させるための湾曲制御信号を生成し、該湾曲制御信号を湾曲部駆動部１２に送信する。また、制御部３は、マスタ入力部２から処置具６に対する操作信号を受信したときに、当該操作信号から処置具駆動部１３を駆動させるための進退制御信号および回転制御信号を生成し、該進退制御信号および回転制御信号を処置具駆動部１３に送信する。各駆動部１２，１３のモータ１２ａ，１３ａ，１３ｂには、その回転量を検出するエンコーダ（図示略）が取り付けられている。制御部３は、各モータ１２ａ，１３ａ，１３ｂの回転量をエンコーダから受信することによって、湾曲部１５の湾曲量や、処置具６の進退量または回転量を認識し、認識したこれらの量に基づいて、各駆動部１２，１３のモータ１２ａ，１３ａ，１３ｂをフィードバック（ＦＢ）制御するようになっている。
【００３１】
さらに、本実施形態に係るマニピュレータシステム１００は、処置具６が挿入されているチャネル５Ａ，５Ｂを検出する使用チャネル検出部２２を備えている。
各処置具取付部１１Ａ，１１Ｂには、対応するチャネル５Ａ，５Ｂを識別する識別情報を記録したバーコードやＩＣタグ等の記録媒体が設けられている。使用チャネル検出部２２は、取付ユニット２０に設けられており、処置具取付部１１Ａまたは１１Ｂに取付ユニット２０が取り付けられたときに、当該処置具取付部１１Ａまたは１１Ｂの記録媒体に記録されている識別情報を読み取り、読み取った識別情報をスレーブアーム４を介して制御部３に送信する。
【００３２】
なお、使用チャネル検出部２２は、電気的または磁気的にチャネル５Ａ，５Ｂを識別するように構成されていてもよい。例えば、処置具取付部１１に、対応するチャネル５Ａ，５Ｂに応じて異なる特性を有する磁石または抵抗が設けられ、使用チャネル検出部２２が磁石または抵抗の特性を検出するように構成されていてもよい。または、使用チャネル検出部２２は、キーボードやタッチパネル、ボタン等の入力手段から構成されていてもよい。
【００３３】
ここで、制御部（補償値設定部）３は、処置具６に対する操作信号をマスタ入力部２から受信したときに、処置具駆動部１３に進退制御信号および回転制御信号を送信するのに先立ち、進退制御信号および回転制御信号の各々に対する補償値を設定する。
【００３４】
すなわち、制御部３は、進退制御信号および回転制御信号の各々に対する補償値を各チャネル５Ａ，５Ｂと対応付けて保持している。この補償値は、進退制御信号および回転制御信号に乗算されるフィードフォワード（ＦＦ）ゲインＫ１，Ｋ２であり、例えば、各チャネル５Ａ，５Ｂを使用したときの、処置具駆動部１３Ａ，１３Ｂに入力される進退制御信号および回転制御信号と、処置具６の先端の実際の進退距離および回転角度との関係を測定することによって、実験的に決定された値である。
【００３５】
制御部３は、使用チャネル検出部２２から受信したチャネル５Ａ，５Ｂの識別情報に基づいて、処置具６が挿入されているチャネル５Ａ，５Ｂを認識し、認識したチャネル５Ａ，５Ｂに対応するＦＦゲインＫ１，Ｋ２を選択する。次に、制御部３は、操作信号から生成した進退制御信号および回転制御信号にＦＦゲインＫ１，Ｋ２を各々乗算することによって進退制御信号および回転制御信号を増幅し、増幅された進退制御信号および回転制御信号を、認識したチャネル５Ａ，５Ｂに対応する処置具駆動部１３Ａ，１３Ｂに送信することによって、処置具駆動部１３Ａ，１３Ｂをフィードフォワード制御する。
【００３６】
次に、このように構成されたマニピュレータシステム１００の作用について説明する。
本実施形態に係るマニピュレータシステム１００を用いて体内を処置するには、図１に示されるように、術者Ｏｐは、まず挿入部５を患者Ｐの自然開口（図示する例では口）から体内に挿入する。術者Ｏｐは、観察部材７によって取得される映像を表示部８で観察しながら、挿入部５の先端を対象部位まで移動させる。
【００３７】
次に、術者Ｏｐは、処置に応じて選択したチャネル５Ａ，５Ｂに処置具６を挿入し、選択したチャネル５Ａ，５Ｂに対応する処置具取付部１１Ａ，１１Ｂに取付ユニット２０を取り付ける。本例においては、第１のチャネル５Ａに処置具６を挿入し、取付ユニット２０を第１の処置具取付部１１Ａに取り付けることとする。第１の処置具取付部１１Ａに付されている記録媒体の識別情報は、使用チャネル検出部２２によって読み取られ、その識別情報が制御部３に送信されることによって、制御部３は、第１のチャネル５Ａに処置具６が挿入されたことを認識する。そして、制御部３は、第１のチャネル５Ａに対応するＦＦゲインＫ１を選択する。
【００３８】
次に、術者Ｏｐは、チャネル５Ａ内に挿入した処置具６を挿入部５の先端開口から突出させる。そして、術者Ｏｐは、表示部８に表示される映像を観察しながら、湾曲部１５の湾曲角度や、処置具６の突出量および回転方向を変更することによって、処置部１９と体内の対象部位との位置関係を調整し、処置部１９によって対象部位を処置する。
【００３９】
このときに、術者Ｏｐがマスタアーム９に処置具６を前進または後退させるための操作を入力すると、この操作に応じた操作信号がマスタアーム９から制御部３に送信される。制御部３は、受信した操作信号から、処置具６を進退動作させるための進退制御信号および回転動作させるための回転制御信号を生成する。次に、制御部３は、ＦＦゲインＫ１によって増幅した進退制御信号および回転制御信号を処置具駆動部１３Ａに送信することによって、処置具駆動部１３ＡをＦＦ制御する。
【００４０】
術者Ｏｐは、処置具６を第２のチャネル５Ｂ内で使用したい場合には、処置具６を第１のチャネル５Ａ内から引き抜き、該処置具６を第２のチャネル５Ｂ内に挿入する。このときに、術者Ｏｐは、取付ユニット２０を、第２のチャネル５Ｂに対応する第２の処置具取付部１１Ｂに付け替える。第２の処置具取付部１１Ｂに付されている記録媒体の識別情報は、使用チャネル検出部２２によって読み取られ、その識別情報が制御部３に送信されることによって、制御部３は、処置具６が、第１のチャネル５Ａから第２のチャネル５Ｂに移動したことを認識する。そこで、制御部３は、ＦＦゲインＫ１から、第２のチャネル５Ｂに対応するＦＦゲインＫ２に切り替え、進退制御信号および回転制御信号の送信先を処置具駆動部１３Ｂに変更する。
【００４１】
ここで、術者Ｏｐがマスタアーム９に入力した操作に対する、処置具６の動作の応答特性について説明する。
モータ１３ａ，１３ｂによって本体１８の基端部分に加えられた直線運動および回転運動は、処置具６とチャネル５Ａ，５Ｂの内面との間に発生する摩擦や、チャネル５Ａ，５Ｂ内における本体１８の弛み等が要因で、本体１８の先端まで伝達する間に減衰する。これにより、モータ１３ａ，１３ｂの出力に対して、処置部１９の実際の進退量および回転量が小さくなる。上記摩擦や弛みは、チャネル５Ａ，５Ｂの内径や内面の素材に応じて異なる。その結果、同一の処置具６であってもいずれのチャネル５Ａ，５Ｂ内で使用するかに応じて、処置具６の動作の応答性にばらつきが生じる。
【００４２】
本実施形態によれば、進退制御信号および回転制御信号を増幅するＦＦゲインＫ１，Ｋ２を、チャネル５Ａ，５Ｂに応じて設定することによって、チャネル５Ａ，５Ｂ毎の特性の違いに依存する処置具６の動作の応答性のばらつきが補償される。これにより、処置具６をいずれのチャネル５Ａ，５Ｂ内において使用しても、常に良好かつ同一の処置具６の進退動作および回転動作の応答性を得ることができるという利点がある。
【００４３】
なお、本実施形態においては、補償値が、フィードフォワードゲインであることとしたが、これに代えて、他の補償値であってもよい。
【００４４】
例えば、補償値は、制御部３が処置具駆動部１３のフィードバック制御に用いるフィードバックゲインであってもよい。
上述したように、制御部３は、エンコーダによって検出されたモータ１２ａ，１３ａ，１３ｂの出力に基づいて、これらのモータ１２ａ，１３ａ，１３ｂをフィードバック制御している。そこで、制御部３が、フィードバックゲインを、チャネル５Ａ，５Ｂ毎に設定してもよい。このようにしても、チャネル５Ａ，５Ｂが違うことに起因する処置具６の応答性のばらつきを精度良く補償することができる。
【００４５】
あるいは、補償値は、進退制御信号および回転制御信号にオフセットを与えるために制御部３がこれら制御信号に加算する摩擦補償係数（オフセット信号）であってもよい。摩擦補償係数は、処置具６の動作の方向が逆方向に切り替わる折り返し部分において、符号が反転するように設定される。これにより、特に、動作の方向を逆方向へ切り替えたとき（例えば、左回転から右回転へ切り替えたとき）に発生するバックラッシを低減することができる。
【００４６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係るマニピュレータシステム２００について図８および図９を参照して説明する。
本実施形態に係るマニピュレータシステム２００は、図８に示されるように、マニピュレータ１が２つの処置具６を備え、チャネル５Ａ，５Ｂ内に挿入されている処置具６を識別する処置具識別部２３をさらに備えている点において、第１の実施形態と異なっている。したがって、本実施形態においては、処置具識別部２３について主に説明し、第１の実施形態と共通する構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４７】
２つの処置具６は、例えば、種類が互いに異なり、本体１８の剛性や表面の摩擦係数が互いに異なっている。なお、マニピュレータ１は、３つ以上の処置具６を備えていてもよい。なお、図８においては、チャネル５Ａに挿入されている第１の処置具６のみを図示し、第２の処置具の図示を省略している。
【００４８】
本実施形態において、取付ユニット２０には、バーコードやＩＣタグ等の記録媒体が設けられている。この記録媒体には、取付ユニット２０が接続されている処置具６を識別する識別情報が記録されている。処置具識別部２３は、各処置具取付部１１に設けられており、処置具取付部１１に取付ユニット２０が取り付けられたときに、当該取付ユニット２０に付されている記録媒体から処置具６の識別情報を読み取り、読み取った処置具６の識別情報を制御部３に送信する。
【００４９】
制御部３は、処置具識別部２３から受信した処置具６の識別情報に基づいて、いずれの処置具６がチャネル５Ａ，５Ｂに挿入されているかを認識する。制御部３は、使用チャネル検出部２２から受信したチャネル５Ａ，５Ｂの識別情報と、処置具識別部２３から受信した処置具６の識別情報とに応じて、ＦＦゲインを設定する。具体的には、制御部３は、図９に示されるように、チャネル５Ａ，５Ｂおよび処置具６と、ＦＦゲインＫ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４とを対応付けたテーブルを有している。制御部３は、４つのＦＦゲインＫ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４の中から、各識別情報が示すチャネル５Ａ，５Ｂと処置具６との組み合わせに対応するものを選択する。
【００５０】
次に、このように構成されたマニピュレータシステム２００の作用について説明する。
基本手順は、第１の実施形態と同様である。本実施形態に係るマニピュレータシステム２００は、ＦＦゲインの設定方法が、第１の実施形態とは異なる。
【００５１】
術者Ｏｐが、処置に応じて選択した処置具６を、いずれかのチャネル５Ａ，５Ｂ内に挿入し、処置具６を挿入したチャネル５Ａ，５Ｂに対応する処置具取付部１１Ａ，１１Ｂに取付ユニット２０を取り付ける。例えば、第１の処置具６を第１のチャネル５Ａに挿入すると仮定する。第１の処置具取付部１１Ａに付されたチャネル５Ａの識別情報は使用チャネル検出部２２によって読み取られ、その識別情報が制御部３に送信される。これと同時に、第１の処置具６に付された当該処置具６の識別情報は処置具識別部２３によって読み取られ、その識別情報が制御部３に送信される。これにより、制御部３は、第１のチャネル５Ａに第１の処置具６が挿入されたことを認識する。制御部３は、第１のチャネル５Ａおよび第１の処置具６の組み合わせに対して設定されているＦＦゲインＫ１を選択する。この後、マスタアーム９に処置具６に対する操作が入力されると、制御部３は、進退制御信号および回転制御信号にＦＦゲインＫ１を乗算し、増幅されたこれら制御信号を処置具駆動部１３Ａに送信する。
【００５２】
術者Ｏｐによって処置具６またはチャネル５Ａ，５Ｂが変更された場合には、制御部３は、使用チャネル検出部２２および処置具識別部２３の各々から新たに識別情報を受信し、受信した識別情報に基づいてＦＦゲインＫ１からＦＦゲインＫ２、Ｋ３またはＫ４に切り替える。
【００５３】
ここで、上述した処置具６の動作の応答性は、さらに、チャネル５Ａ，５Ｂと処置具６との組み合わせにも依存して異なる。すなわち、処置具６とチャネル５Ａ，５Ｂの内面との間に発生する摩擦は、チャネル５Ａ，５Ｂの内径や内面の素材と、処置具６の外形や素材との組み合わせに応じて異なる。さらに、処置具６の本体１８が有する剛性等の力学的特性に応じて、処置具６毎に応答性は異なる。その結果、使用するチャネル５Ａ，５Ｂは同一であっても、そのチャネル５Ａ，５Ｂ内に挿入される処置具６が異なる場合には、処置具６毎に動作の応答性が異なる。
【００５４】
本実施形態によれば、ＦＦゲインＫ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４を、さらに、チャネル５Ａ，５Ｂと処置具６との組み合わせもに応じて設定することによって、チャネル５Ａ，５Ｂと処置具６との組み合わせに応じて異なる処置具６の動作の応答性のばらつきもさらに補償される。これにより、いずれの処置具６をいずれのチャネル５Ａ，５Ｂ内において使用しても、常に良好かつ同一の処置具６の進退動作および回転動作の応答性を得ることができるという利点がある。
【００５５】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係るマニピュレータシステム３００について図１０から図１４を参照して説明する。
本実施形態に係るマニピュレータシステム３００は、図１０に示されるように、第２の実施形態のマニピュレータシステム２００に、湾曲部１５の湾曲角度θを検出する湾曲部形状検出部２４をさらに設けたものである。したがって、本実施形態においては、湾曲部形状検出部２４について主に説明し、第１および第２の実施形態と共通する構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５６】
湾曲部形状検出部２４は、湾曲部駆動部１２の各回転モータ１２ａに設けられたエンコーダの各々から回転モータ１２ａの回転角度を受信し、受信した回転角度を湾曲部１５の湾曲角度θに換算することによって、湾曲角度θを得る。
【００５７】
なお、湾曲部形状検出部２４は、上述したエンコーダの出力の他に、他の手段を用いて湾曲部１５の湾曲角度を検出してもよい。例えば、湾曲部形状検出部２４は、制御部３が湾曲部駆動部１２に送信する湾曲制御信号に基づいて、湾曲部１５の湾曲角度θを検出してもよい。または、湾曲部形状検出部２４は、湾曲部１５の長手方向の複数の位置に設けられた曲げセンサによって湾曲部１５の実際の曲げ角度を検出してもよい。曲げセンサとしては、例えば、歪みセンサまたは光ファイバセンサ等が用いられる。さらには、各ワイヤ１５ａ，１５ｂの先端部分に固定されて軟性部１４の基端側まで各ワイヤ１５ａ，１５ｂに並列に延び、各ワイヤ１５ａ，１５ｂと一緒に移動可能に設けられた線材を備え、該線材の移動量に基づいて湾曲部１５の実際の曲げ角度を検出してもよい。この場合、線材がセンサに相当する。
【００５８】
または、湾曲部形状検出部２４は、内視鏡挿入形状観測装置を用いて、湾曲部１５の湾曲形状を検出してもよい。この場合、湾曲部１５には、長手方向の異なる位置に複数個の磁気コイルが内蔵される。内視鏡挿入形状観測装置は、湾曲部１５に内蔵された磁気コイルが発生する磁気を受信し、受信した磁気から各磁気コイルの位置を演算し、得られた磁気コイルの位置を滑らかな曲線で結ぶことによって、湾曲部１５の湾曲形状を取得する。
【００５９】
本実施形態において、制御部３は、図１１に示されるように、チャネル５Ａ，５Ｂおよび処置具６と、ＦＦゲインＫｉ＋ｆθ＋ｆＲ（ただし、ｉ＝１，２，３，４）とを対応付けたテーブルを有している。ＦＦゲインは、湾曲部１５の湾曲角度θの関数ｆθと、湾曲角度θにおける各チャネル５Ａ，５Ｂの曲げ半径Ｒの関数ｆＲとして定義されている。制御部３は、第２の実施形態で説明したように、４つのＫｉ＋ｆθ＋ｆＲの中から１つを選択し、選択したＦＦゲインの各関数ｆθ，ｆＲに、湾曲部形状検出部２４から受信した湾曲角度θと、該湾曲角度θに対応する各チャネル５Ａ，５Ｂの曲げ半径Ｒを代入することによって、ＦＦゲインの値を算出する。
【００６０】
次に、このように構成されたマニピュレータシステム３００の作用について説明する。
基本手順は、第１の実施形態と同様である。本実施形態に係るマニピュレータシステム３００は、ＦＦゲインの設定方法が、第１および第２の実施形態とは異なる。
【００６１】
第２の実施形態において説明したように、制御部３は、処置具６と、当該処置具６が挿入されているチャネル５Ａまたは５Ｂとの組み合わせに応じて、ＦＦゲインＫｉ＋ｆθ＋ｆＲを選択する。この後、マスタアーム９に処置具６に対する操作が入力されると、制御部３は、湾曲部形状検出部２４から湾曲部１５の湾曲角度θを受信し、受信した湾曲角度θと、これに対応するチャネル５Ａまたは５Ｂの曲げ半径Ｒとを用いてＦＦゲインの値を算出し、算出された値を進退制御信号および回転制御信号に乗算し、増幅されたこれら制御信号を処置具駆動部１３に送信する。
【００６２】
ここで、上述した処置具６の応答性のばらつきは、湾曲部１５の湾曲角度θおよび各チャネル５Ａ，５Ｂの曲げ半径Ｒにも依存する。例えば、図１２に示されるように、第１のチャネル５Ａが外周側に位置するように湾曲部１５が湾曲しているとき、第１のチャネル５Ａの曲げ半径Ｒ１と、第２のチャネル５Ｂの曲げ半径Ｒ２とは互いに異なり、Ｒ１＞Ｒ２となる。したがって、湾曲部１５の湾曲角度θに応じて、さらに、処置具６がいずれのチャネル５Ａ，５Ｂに挿入されているかに応じて、適切なＦＦゲインは異なる。
【００６３】
本実施形態によれば、ＦＦゲインＫｉ＋ｆθ＋ｆＲを、さらに、湾曲部１５の湾曲角度θおよびチャネル５Ａ，５Ｂの曲げ半径Ｒにも応じて設定することによって、湾曲部１５の湾曲角度θと曲げ半径Ｒの違いに起因する処置具６の動作の応答性のばらつきもさらに補償される。これにより、第２の実施形態の効果に加えて、いずれの湾曲角度θの下で処置具６を使用しても、常に良好かつ同一の処置具６の進退動作および回転動作の応答性を得ることができるという利点がある。
【００６４】
なお、本実施形態においては、湾曲部１５の湾曲方向にもさらに応じて、ＦＦゲインを設定してもよい。
例えば、湾曲部１５が、左側に湾曲しているとき（すなわち、−９０°≦θ≦０°）と、湾曲部１５が、右側に湾曲しているとき（すなわち、０≦θ≦９０°）とで、異なる関数ｆθが別々に設定されていてもよい。
【００６５】
図１３に示されるように、湾曲部１５が左側に湾曲しているときと、湾曲部１５が右側に湾曲しているときとで、各チャネル５Ａ，５Ｂの曲げ半径Ｒ（Ｒ１，Ｒ２）は異なる。そこで、関数ｆθを湾曲部１５の湾曲方向毎に設定し、図１１に示されるＦＦゲインを、下式のように変形してもよい。ここで、Ｋは、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３またはＫ４である。
ＦＦゲイン（左側）  ＝  Ｋ  ＋  ｆθ＿ＬＥＦＴ  ＋  ｆＲ 
ＦＦゲイン（右側）  ＝  Ｋ  ＋  ｆθ＿ＲＩＧＨＴ  ＋  ｆＲ 
このようにすることで、処置具６の応答性をさらに向上することができる。
【００６６】
また、本実施形態においては、湾曲部１５のＬＲ方向およびＵＤ方向の両方の湾曲角度を補償値に反映し、図１１に示されるＦＦゲインを、下式のように変形してもよい。ここで、ｆθ＿ＬＲは、湾曲部１５のＬＲ方向の湾曲角度θＬＲの関数であり、ｆＲ_ＬＲは、湾曲角度θＬＲにおけるＬＲ平面内の各チャネル５Ａ，５Ｂの曲げ半径の関数であり、ｆθ＿ＵＤは、湾曲部１５のＵＤ方向の湾曲角度θＵＤの関数であり、ｆＲ＿ＵＤは、湾曲角度θＵＤにおけるＵＤ平面内の各チャネル５Ａ，５Ｂの曲げ半径の関数である。
ＦＦゲイン  ＝  Ｋ  ＋  ｆθ＿ＬＲ  ＋  ｆＲ_ＬＲ  ＋  ｆθ＿ＵＤ  ＋  ｆＲ＿ＵＤ
【００６７】
湾曲部１５を、ＬＲ方向およびＵＤ方向の両方に湾曲させた状態において、チャネル５Ａ，５Ｂの湾曲形状は、湾曲部１５のＬＲ方向の湾曲角度と、湾曲部１５のＵＤ方向の湾曲角度の両方の影響を受ける。したがって、上記の式を使用することによって、処置具６の応答性をさらに向上することができる。
【００６８】
また、本実施形態においては、関数ｆθ＿ＬＲ，ｆＲ_ＬＲ，ｆθ＿ＵＤ，ｆＲ＿ＵＤをチャネル５Ａ，５Ｂ毎に最適な設定し、図１１に示されるＦＦゲインを、下式のように変形してもよい。
ＦＦゲイン（第１のチャネル）  
＝  Ｋ  ＋  ｆθ＿ＬＲ１  ＋  ｆＲ_ＬＲ１  ＋  ｆθ＿ＵＤ１  ＋  ｆＲ＿ＵＤ１
ＦＦゲイン（第２のチャネル）  
＝  Ｋ  ＋  ｆθ＿ＬＲ２  ＋  ｆＲ_ＬＲ２  ＋  ｆθ＿ＵＤ２  ＋  ｆＲ＿ＵＤ２
【００６９】
図１４に示されるように、チャネル５Ａ，５Ｂの配列方向が、湾曲部１５の湾曲方向（ＬＲ方向およびＵＤ方向）に対して傾いている場合、湾曲部１５の湾曲角度θＬＲ，θＵＤと、各チャネル５Ａ，５ＢのＬＲ方向およびＵＤ方向の曲げ半径Ｒとの対応関係が異なる。したがって、上記の式を使用することによって、処置具６の応答性をさらに向上することができる。
【００７０】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係るマニピュレータシステム４００について図１５から図１７を参照して説明する。
本実施形態に係るマニピュレータシステム４００は、図１５に示されるように、第３の実施形態のマニピュレータシステム３００に、軟性部１４の湾曲形状を検出する軟性部形状検出部２５をさらに設けたものである。したがって、本実施形態においては、軟性部形状検出部２５について主に説明し、第１から第３の実施形態と共通する構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００７１】
軟性部形状検出部２５は、上述した内視鏡挿入形状観測装置を備えている。すなわち、軟性部形状検出部２５は、軟性部１４の長手方向に異なる位置に内蔵された複数個の磁気コイルが発生する磁気を受信し、受信した磁気から各磁気コイルの位置を演算し、得られた磁気コイルの位置を滑らかな曲線で結ぶことによって、軟性部１４の湾曲形状を取得する。
【００７２】
次に、軟性部形状検出部２５は、内視鏡挿入形状観測装置によって取得された軟性部１４の湾曲形状から以下の手順に従って軟性部１４の全体の湾曲量を示す特徴量ｋを算出する。まず、軟性部形状検出部２５は、図１６（ａ），（ｂ）に示されるように、軟性部１４を長手方向に微小区間Δｄに分割し、各微小区間Δｄについて、曲げ半径ｒおよび曲げ角度Δφを測定する。軟性部形状検出部２５は、微小区間Δｄの特徴量Δｋと、曲げ半径ｒおよび曲げ角度Δφとの関係を定義する関数を保持している。この関数は、軟性部１４が直線状に延びているとき（すなわち、ｒ＝∞かつ曲げ角度Δφ＝０のとき）に特徴量Δｋがゼロになり、曲げ半径ｒが小さい程、また、曲げ角度Δφが大きい程、特徴量Δｋが大きくなるように、設定されている。この関数に曲げ半径ｒおよび曲げ角度Δφを代入することによって、各微小区間Δｄについての特徴量Δｋが得られる。そして、軟性部１４の全長にわたって特徴量Δｋを積分することによって、軟性部１４全体の湾曲形状の湾曲量を表わす特徴量ｋが算出される。図１６（ａ）において、符号Ｘは、挿入部５が挿入される大腸を示している。
【００７３】
本実施形態において、制御部３は、図１７に示されるように、チャネル５Ａ，５Ｂおよび処置具６と、ＦＦゲインＫｉ＋ｆθ＋ｆＲ＋ｇｋ（ただし、ｉ＝１，２，３，４）とを対応付けたテーブルを有している。ＦＦゲインは、さらに軟性部１４の特徴量ｋの関数ｇｋとして定義されている。制御部３は、第２の実施形態で説明したように、４つのＦＦゲインＫｉ＋ｆθ＋ｆＲ＋ｇｋの中から１つを選択し、選択したＦＦゲインの各関数ｆθ，ｆＲ，ｇｋに、湾曲角度θおよび曲げ半径Ｒと、さらに軟性部形状検出部２５から受信した特徴量ｋとを代入することによって、ＦＦゲインの値を算出する。
【００７４】
次に、このように構成されたマニピュレータシステム４００の作用について説明する。
基本手順は、第１の実施形態と同様である。本実施形態に係るマニピュレータシステム４００は、ＦＦゲインの設定方法が、第１から第３の実施形態とは異なる。
【００７５】
第２の実施形態において説明したように、制御部３は、処置具６と、当該処置具６が挿入されているチャネル５Ａまたは５Ｂとの組み合わせに応じて、ＦＦゲインＫｉ＋ｆθ＋ｆＲ＋ｇｋを選択する。この後、マスタアーム９に処置具６に対する操作が入力されると、制御部３は、さらに軟性部形状検出部２５から特徴量ｋを受信し、受信した特徴量ｋと、上述した湾曲角度θおよび曲げ半径Ｒとを用いてＦＦゲインの値を算出し、算出された値を進退制御信号および回転制御信号に乗算し、増幅されたこれら制御信号を処置具駆動部１３に送信する。
【００７６】
ここで、上述した処置具６の応答性のばらつきは、さらに軟性部１４の湾曲形状にも依存する。例えば、軟性部１４が直線状に延びているときよりも、軟性部１４が湾曲しているときの方が、処置具６の動作の応答性は低い。このような処置具６の動作の応答性の低下およびばらつきは、軟性部１４の湾曲形状に応じて、チャネル５Ａ，５Ｂ内の処置具６の本体１８に生じる摩擦や弛みが異なることに起因する。
【００７７】
本実施形態によれば、ＦＦゲインＫｉ＋ｆθ＋ｆＲ＋ｇｋを、さらに、軟性部１４の湾曲形状に応じて設定することによって、軟性部１４の湾曲形状の違いに起因する処置具６の動作の応答性のばらつきもさらに補償される。これにより、第３の実施形態の効果に加えて、軟性部１４のいずれの湾曲形状の下で処置具６を使用しても、常に良好かつ同一の処置具６の進退動作および回転動作の応答性を得ることができるという利点がある。
【００７８】
なお、本実施形態においては、チャネル５Ａ，５Ｂを構成するチューブが、挿入部５内において径方向の位置を固定されていることが好ましい。
もし、軟性部１４および湾曲部１５の内部においてチューブが径方向に移動自在であった場合、軟性部１４および湾曲部１５の湾曲形状が同一であったとしても、最適な補償値が異なる可能性がある。これは、チューブの経路にばらつきが生じることによって、処置具６の本体１８に発生する摩擦や弛みが異なる可能性があるためである。
【００７９】
そこで、チューブの、挿入部５内における経路を規定することによって、軟性部１４および湾曲部１５の湾曲形状と処置具６の本体１８の湾曲形状とが１対１で対応するので、補償値による、処置具６の応答性の低下およびばらつきの補償精度を向上することができる。
【００８０】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態に係るマニピュレータシステム５００について図１８および図１９を参照して説明する。
本実施形態に係るマニピュレータシステム５００は、図１８に示されるように、第４の実施形態のマニピュレータシステム４００に、挿入部５に挿入されている処置具６の取付ユニット２０を識別することによって、処置具６の本体１８の基端側の部分の湾曲形状を検出する体外部分形状検出部２６をさらに設けたものである。したがって、本実施形態においては、体外部分形状検出部２６について主に説明し、第１から第４の実施形態と共通する構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００８１】
体外部分形状検出部２６は、本体１８の、処置具用ポート１７から挿入部５の外部に引き出されている基端側の部分（以下、この部分を処置具６の体外部分という。）の湾曲角度θｅｘを検出する。
【００８２】
処置具６が挿入されるチャネル５Ａ，５Ｂに応じて、取付ユニット２０が取り付けられる処置具取付部１１Ａ，１１Ｂの位置が異なることに起因し、処置具６の体外部分の引き回し形状が異なる。また、この引き回し形状は、本体１８の剛性や長さ寸法等にも応じて処置具６毎に異なる。体外部分の引き回し形状は、処置具取付部１１Ａ，１１Ｂと、処置具６との組み合わせ毎にほぼ一定である。したがって、取付ユニット２０を各処置具取付部１１Ａ，１１Ｂに取り付けたときの各処置具６の体外部分の湾曲角度θｅｘを測定することによって、処置具６および処置具取付部１１Ａ，１１Ｂと、湾曲角度θｅｘとを対応付けたテーブルを事前に取得しておく。そして、体外部分形状検出部２６は、上述したチャネル５Ａ，５Ｂと処置具６との識別情報に基づいてテーブルを参照することによって、湾曲角度θｅｘを検出することができる。
【００８３】
本実施形態において、制御部３は、図１９に示されるように、チャネル５Ａ，５Ｂおよび処置具６と、ＦＦゲインＫｉ＋ｆθ＋ｆＲ＋ｇｋ＋ｈθｅｘ（ただし、ｉ＝１，２，３，４）とを対応付けたテーブルを有している。ＦＦゲインは、さらに体外部分の湾曲角度θｅｘの関数ｇｋとして定義されている。制御部３は、第２の実施形態で説明したように、４つのＦＦゲインＫｉ＋ｆθ＋ｆＲ＋ｇｋ＋ｈθｅｘの中から１つを選択し、選択したＦＦゲインの各関数ｆθ，ｆＲ，ｇｋ，ｈθｅｘに、湾曲角度θ、曲げ半径Ｒおよび特徴量ｋと、さらに体外部分形状検出部２６から受信した湾曲角度θｅｘとを代入することによって、ＦＦゲインの値を算出する。
【００８４】
次に、このように構成されたマニピュレータシステム５００の作用について説明する。
基本手順は、第１の実施形態と同様である。本実施形態に係るマニピュレータシステム５００は、ＦＦゲインの設定方法が、第１から第４の実施形態とは異なる。
【００８５】
第２の実施形態において説明したように、制御部３は、処置具６と、当該処置具６が挿入されているチャネル５Ａまたは５Ｂとの組み合わせに応じて、ＦＦゲインＫｉ＋ｆθ＋ｆＲ＋ｇｋ＋ｈθｅｘを選択する。この後、マスタアーム９に処置具６に対する操作が入力されると、制御部３は、さらに体外部分形状検出部２６から湾曲角度ｈθｅｘを受信し、受信した湾曲角度ｈθｅｘと、上述した湾曲角度θ、曲げ半径Ｒおよび特徴量ｋとを用いてＦＦゲインの値を算出し、算出された値を進退制御信号および回転制御信号に乗算し、増幅されたこれら制御信号を処置具駆動部１３に送信する。
【００８６】
ここで、上述した処置具６の応答性のばらつきは、さらに処置具６の体外部分の湾曲形状にも依存する。
本実施形態によれば、ＦＦゲインＫｉ＋ｆθ＋ｆＲ＋ｇｋ＋ｈθｅｘを、さらに、体外部分の湾曲角度θｅｘにも応じて設定することによって、体外部分の湾曲角度θｅｘの違いに起因する処置具６の動作の応答性のばらつきもさらに補償される。これにより、第４の実施形態の効果に加えて、いずれの体外部分の引き回し経路の下で処置具６を使用しても、常に良好かつ同一の処置具６の進退動作および回転動作の応答性を得ることができるという利点がある。
【００８７】
（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態に係るマニピュレータシステム６００について図２０から図２２を参照して説明する。
本実施形態に係るマニピュレータシステム６００は、図２０に示されるように、第３の実施形態のマニピュレータシステム３００に、さらに２つの湾曲部形状検出部２４２，２４３を設けたものである。したがって、本実施形態においては、湾曲部形状検出部２４２，２４３について主に説明し、第１から第５の実施形態と共通する構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００８８】
本実施形態において、挿入部５には、図２１に示されるように、さらに２つの湾曲部１５２，１５３が設けられている。すなわち、挿入部５の先端から延びる２つのアーム部１４２，１４３が設けられ、各アーム部１４２，１４３は、先端部分に湾曲部１５２，１５３を有している。チャネル５Ａ，５Ｂは、アーム部１４２，１４３の先端まで延びており、処置具６がアーム部１４２，１４３の先端から出没可能になっている。湾曲部１５２，１５３は、湾曲部１５と同様に、各々に対して設けられた湾曲部駆動部（図示略）によって駆動される。
湾曲部形状検出部２４２，２４３はそれぞれ、第３の実施形態において説明した湾曲部形状検出部２４と同様にして、湾曲部１５２，１５３の湾曲角度θ２，θ３を検出する。
【００８９】
本実施形態において、制御部３は、図２２に示されるように、チャネル５Ａ，５Ｂおよび処置具６と、ＦＦゲインＫｉ＋ｆθ＋ｆＲ＋ｆθ２またはθ３＋ｆＲ２またはＲ３（ただし、ｉ＝１，２，３，４）とを対応付けたテーブルを有している。ここで、ｆθ２またはθ３は、各湾曲部１５’，１５”の湾曲角度θ２またはθ３の関数であり、ｆＲ２またはＲ３は、各チャネル５Ａ，５Ｂの、湾曲角度θ２またはθ３における曲げ半径Ｒ２またはＲ３の関数である。
制御部３は、さらに、ＦＦゲインの各関数ｆθ２またはθ３，ｆＲ２またはＲ３に、湾曲部形状検出部２４２，２４３から受信した湾曲角度θ２，θ３と、該湾曲角度θ２，θ３に対応する各チャネル５Ａ，５Ｂの曲げ半径Ｒ２，Ｒ３とを代入することによって、ＦＦゲインの値を算出する。
【００９０】
本実施形態に係るマニピュレータシステム６００の作用は、ＦＦゲインの値の算出に、処置具６が挿入されているアーム部１４２，１４３の湾曲部１５２，１５３の湾曲角度θ２，θ３と、曲げ半径Ｒ２，Ｒ３とをさらに用いることを除いて、第３の実施形態と同様である。
本実施形態によれば、軟性部１４の先端に湾曲部１５２，１５３を有するアーム部１４２，１４３が接続され、チャネル５Ａ，５Ｂが２箇所で湾曲する構成である場合に、両方の湾曲部１５，１５２または１５，１５３における湾曲角度および曲げ半径に応じてＦＦゲインを設定することによって、処置具６の動作の応答性のばらつきをさらら正確に補償することができるという利点がある。
【００９１】
なお、上記各実施形態とその変形例においては、マニピュレータ１と操作入力部２とが別体であり、マニピュレータ１から離れた位置に配置された操作入力部２によってマニピュレータ１を遠隔操作する構成を例に挙げて説明したが、マニピュレータ１と操作入力部２の形態はこれに限定されるものではなく、例えば、マニピュレータ１の後端側に一体的に操作入力部２を配設してもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１  スレーブマニピュレータ（マニピュレータ）
２  マスタ入力部（操作入力部）
３  制御部（補償値設定部）
４  スレーブアーム
５  挿入部
５Ａ，５Ｂ  チャネル
６  処置具
７  観察部材
８  表示部
９  マスタアーム
１０  挿入部取付部
１１Ａ，１１Ｂ  処置具取付部
１２  湾曲部駆動部
１２ａ  モータ
１３Ａ，１３Ｂ  処置具駆動部
１３ａ，１３ｂ  モータ
１４  軟性部
１５，１５２，１５３  湾曲部
１５ａ，１５ｂ  ワイヤ（線材）
１６，２０  取付ユニット
１７  処置具用ポート
１８  本体
１９  処置部
２２  使用チャネル検出部
２３  処置具識別部
２４，２４２，２４３  湾曲部形状検出部
２５  軟性部形状検出部
２６  体外部分形状検出部
８０  手術台
１００，２００，３００，４００，５００，６００  マニピュレータシステム
１４２，１４３  アーム部
Ｏｐ  術者（操作者）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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