(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟性内視鏡の動作を指示するためのマスター装置と、前記マスター装置からの指示により軟性内視鏡を動作させるスレーブ装置と、前記マスター装置および前記スレーブ装置を制御する制御装置とを備え、
前記マスター装置は、
前記軟性内視鏡の進退方向を指示するためのマスターレール部、前記マスターレールをスライドさせることで前記軟性内視鏡の進退方向の操作となるマスター台座部、および前記軟性内視鏡の軸回転を指示するための前記台座部に設けられた指示部を備え、前記軟性内視鏡の動作指示する操作手段と、
前記マスター台座部の進退方向の動作状態を検出するマスター進退方向検出部、および前記指示部の軸回転方向の動作状態を検出するマスター軸回転検出部を備え、前記操作手段の動作状態を検出して、マスター状態信号を出力するマスター検出手段と、
前記マスター台座部のスライド力に対する反力を駆動するマスター進退方向駆動部、および前記指示部の軸回転に対する反力を駆動するマスター軸回転駆動部を備え、駆動信号により前記操作手段への操作力に対する反力を駆動するマスター駆動手段とを備え、
前記スレーブ装置は、
前記軟性内視鏡を保持する支持手段と、駆動信号により前記軟性内視鏡を駆動するスレーブ駆動手段と、前記軟性内視鏡の動作状態を検出して、スレーブ状態信号を出力するスレーブ検出手段とを備え、
前記制御装置は、
前記マスター装置からのマスター状態信号と、前記スレーブ装置からのスレーブ状態信号とに基づいた双方向力覚フィードバックにより、前記マスター装置および前記スレーブ装置への駆動信号を生成することで、前記マスター装置に加えられた操作力を前記スレーブ装置へ出力し、前記スレーブ装置に発生した力を前記マスター装置に出力することを特徴とする内視鏡操作システム。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記マスター検出手段からの位置情報を示すマスター状態信号と前記スレーブ装置からの位置情報を示すスレーブ状態信号との差分に基づいて現在速度に対する補正値である速度指令補正値を演算すると共に、前記マスター検出手段からの力情報を示すマスター状態信号と前記スレーブ装置からの力情報を示すスレーブ状態信号とに基づいて、仮想ばね、仮想ダンパおよび仮想質量を組み合わせた力学モデルにより、新たな指示速度を生成して、前記マスター装置および前記スレーブ装置への駆動信号を生成することで双方向力覚フィードバックにおけるバイラテラル制御を行う請求項１記載の内視鏡操作システム。
【請求項３】
前記制御装置は、
前記マスター検出手段からの位置情報を示すマスター状態信号に基づいて、新たな指示速度となる前記スレーブ装置への駆動信号を生成すると共に、前記マスター検出手段からの力情報を示すマスター状態信号と前記スレーブ装置からの力情報を示すスレーブ状態信号との差分に基づいて新たな指示速度となる前記マスター装置への駆動信号を生成する請求項１記載の内視鏡操作システム。
【請求項４】
前記スレーブ装置は、
前記支持手段として設けられた、前記軟性内視鏡を進退方向へスライドさせるためのスレーブレール部、前記スレーブレール部をスライドするスレーブ台座部、および前記軟性内視鏡を保持した状態で軸回転する前記スレーブ台座部に設けられた保持部と、
前記スレーブ駆動手段として設けられた、前記スレーブ台座部を進退方向へスライドさせるスレーブ進退方向駆動部および前記軟性内視鏡を軸回転させるスレーブ軸回転駆動部と、
前記スレーブ検出手段として設けられた、前記スレーブ台座部に掛かる力に基づいた情報を第１力情報として検出する第１力検出部および前記保持部に掛かる力に基づいた情報を第２検出力として検出する第２力検出部とを備え、
前記制御装置は、前記第１力検出部からの第１検出力から、前記第２力検出部からの第２検出力を差し引いた値を、前記スレーブ装置からの力情報を示すスレーブ状態信号とする請求項２または３記載の内視鏡操作システム。
【請求項５】
前記マスター装置は、
前記操作手段として設けられた、前記軟性内視鏡の進退方向および前記軟性内視鏡の軸回転を指示するための操作棒と、前記マスター検出手段として設けられた、前記操作棒の傾斜角度および傾斜方向を動作状態として検出する操作検出部と有するジョイスティックと、
前記マスター駆動手段として設けられた、前記軟性内視鏡の進退方向および前記操作棒による進退方向および軸回転への操作力に対する反力を駆動する操作棒駆動部と、
を備えた操作盤としたものである請求項１または３記載の内視鏡操作システム。
【請求項６】
前記制御装置は、前記スレーブ装置からのスレーブ状態信号および／またはマスター装置からのマスター状態信号の状態を表示装置に表示させる機能を備えた請求項１から５のいずれかの項に記載の内視鏡操作システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟性内視鏡を操作・制御することができる内視鏡操作システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
軟性内視鏡は、大腸や食道、胃、十二指腸などの消化管のポリープ・潰瘍などの検査や、内視鏡的粘膜下層剥離術（ＥＳＤ）に代表される手術に使用される重要な医療機器である。軟性内視鏡による検査を行う操作者は、異常を見逃さないように相当な集中力を要する。また、手術においては、集中力だけでなく、手術時間が長時間に及ぶため体力も必要である。
集中力や体力が必要な検査や手術を行う操作者の負担を軽減する内視鏡操作システムが知れている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１に記載の内視鏡遠隔操作システムは、被術者の消化管に挿入される消化管内視鏡を保持し、消化管内視鏡の各部を駆動する本体部と、本体部へ操作の指示をする操作制御部とを備えたものである。軟性内視鏡を遠隔操作すれば、座位の姿勢でも検査や手術を行うことができる。
【０００４】
一方、軟性内視鏡による検査、特に大腸の内視鏡検査は、程度の差はあるが腹満感や疼痛等の苦痛を伴う。中には、お産より痛く苦しかったとの感想を述べる女性もいるし、怒りを訴えられることもある。このような疼痛の原因の第一は、大腸を腹腔内で支える役割をしている腸間膜が、軟性内視鏡の挿入により過伸展させられることにより起こる。従って、内視鏡検査医は、この過伸展をなるだけ起こさぬように軟性内視鏡を挿入する技術が必要である。
【０００５】
そこで、軟性内視鏡を遠隔操作する際の挿入性や操作性を向上させるために、軟性内視鏡の挿入部が進行し難くなったことを操作側へ通知する内視鏡操作装置が開発されている（例えば、特許文献２参照。）。
特許文献２には、内視鏡の湾曲部を上下左右に湾曲させる２対の４本のワイヤを牽引・弛緩するためのサーボモータを制御する受動コントロールが、サーボモータからの位置信号（エンコーダ信号）、およびポテンショメータからの位置信号を基に、挿入操作に伴う外界の力が印加されたことを判断すると、その操作力量に対応した反力を発生するように、湾曲駆動手段、あるいは内視鏡挿入部の進退を駆動する駆動手段を受動的に制御する医療用制御装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２７９６８８号公報
【特許文献２】特開２００５−１３７７０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
軟性内視鏡の挿入操作は、左手によるスコープの回旋と右手による挿入動作の「内臓感覚」を頼りに行なっている。一方、挿入操作による過伸展やその他の原因による患者の苦痛は、必ずしも強い力による無理な挿入によって起こるわけではない。軟体で一定の物理特性を有していない大腸への挿入は、挿入による力・挿入速度・加速度に比例して苦痛が生ずるわけではない。小さな力・挿入速度・加速度でも、例えばそれが腸間膜を伸展させる方向に働けば強い疼痛となるし、そうでない方向に働けば、大きな力・挿入速度・加速度でも、ほとんど疼痛を感じないこともある。検査時間の短縮のために、苦痛を感じない場面では、臓器側からの強い反力を感じながらも挿入操作に大きな力・挿入速度・加速度を用いる場面もある。
【０００８】
従って、内視鏡検査医の感覚に臓器側からの力覚・反力（力・挿入速度・加速度）が正確にフィードバックされるだけでなく、臓器側にも挿入操作による力・挿入速度・加速度が等質・等量で同時に伝達され出力されていなければならない。現在、通常行っているように用手的な内視鏡挿入操作をしている場合、内視鏡医はこの伝達を無意識に前提としている。
【０００９】
しかし、このような内視鏡検査医の実情があるにも関わらず、特許文献２に記載の医療用制御装置では、臓器側からの反力に基づいた一方向の力覚フィードバックであり、この内視鏡検査医の無意識の前提を担保していない。
【００１０】
そこで本発明は、より実際の感触に近い操作感覚が得られることにより、精度の高い操作性を図ることができる内視鏡操作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】
【００１１】
本発明の内視鏡操作システムは、軟性内視鏡の動作を指示するためのマスター装置と、前記マスター装置からの指示により軟性内視鏡を動作させるスレーブ装置と、前記マスター装置および前記スレーブ装置を制御する制御装置とを備え、前記マスター装置は、前記軟性内視鏡の動作指示する操作手段と、前記操作手段の動作状態を検出して、マスター状態信号を出力するマスター検出手段と、駆動信号により前記操作手段への操作力に対する反力を駆動するマスター駆動手段とを備え、前記スレーブ装置は、前記軟性内視鏡を保持する支持手段と、駆動信号により前記軟性内視鏡を駆動するスレーブ駆動手段と、前記軟性内視鏡の動作状態を検出して、スレーブ状態信号を出力するスレーブ検出手段とを備え、前記制御装置は、前記マスター装置からのマスター状態信号と、前記スレーブ装置からのスレーブ状態信号とに基づいた双方向力覚フィードバックにより、前記マスター装置および前記スレーブ装置への駆動信号を生成することで、前記マスター装置に加えられた操作力を前記スレーブ装置へ出力し、前記スレーブ装置に発生した力を前記マスター装置に出力することを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、制御装置が、マスター装置とスレーブ装置の双方からの動作状態を加味して制御するので、単にスレーブ装置の動作状態をマスター装置へ反映させて、操作力に対する反力を発生させるだけでなく、マスター装置を操作することによるマスター装置の動作状態がスレーブ装置へ反映される共に、スレーブ装置に発生した動作状態がマスター装置へ反映される。従って、双方向力覚フィードバックにより、操作者が軟性内視鏡を無意識に操作する際の力覚が、マスター装置の操作でも再現できる。
【００１３】
前記制御装置が、前記マスター検出手段からの位置情報を示すマスター状態信号と前記スレーブ装置からの位置情報を示すスレーブ状態信号との差分に基づいて現在速度に対する補正値である速度指令補正値を演算する共に、前記マスター検出手段からの力情報を示すマスター状態信号と前記スレーブ装置からの力情報を示すスレーブ状態信号とに基づいて、仮想ばね、仮想ダンパおよび仮想質量を組み合わせた力学モデルにより、新たな指示速度を生成して、前記マスター装置および前記スレーブ装置への駆動信号を生成することで、バイラテラル制御による双方向力覚フィードバックが可能となる。
【００１４】
前記制御装置を、前記マスター検出手段からの位置情報を示すマスター状態信号に基づいて、新たな指示速度となる前記スレーブ装置への駆動信号を生成すると共に、前記マスター検出手段からの力情報を示すマスター状態信号と前記スレーブ装置からの力情報を示すスレーブ状態信号との差分に基づいて新たな指示速度となる前記マスター装置への駆動信号を生成するようにしても、双方向力覚フィードバックが可能となる。
【００１５】
前記スレーブ装置は、前記支持手段として設けられた、前記軟性内視鏡を進退方向へスライドさせるためのスレーブレール部、前記スレーブレール部をスライドするスレーブ台座部、および前記軟性内視鏡を保持した状態で軸回転する前記スレーブ台座部に設けられた保持部と、前記スレーブ駆動手段として設けられた、前記スレーブ台座部を進退方向へスライドさせるスレーブ進退方向駆動部および前記軟性内視鏡を軸回転させるスレーブ軸回転駆動部と、前記スレーブ検出手段として設けられた、前記スレーブ台座部に掛かる力に基づいた情報を第１力情報として検出する第１力検出部および前記保持部に掛かる力に基づいた情報を第２検出力として検出する第２力検出部とを備え、前記制御装置は、前記第１力検出部からの第１検出力から、前記第２力検出部からの第２検出力を差し引いた値を、前記スレーブ装置からの力情報を示すスレーブ状態信号とするのが望ましい。
【００１６】
軟性内視鏡は、保持部に保持され、スレーブ台座部に搭載されてスレーブレール部によりスライドする。従って、スレーブ台座部に掛かる力に基づいた第１力情報を検出する第１力検出部からの検出力は、少なくとも保持部の重量が加味された値となる。制御装置が、第１力検出部からの第１力情報から、第２力検出部による第２力情報を差し引いた値を、スレーブ装置からの力情報を示すスレーブ状態信号として新たな指示速度を生成するので、軟性内視鏡自体に掛かる力を間接的に算出して制御を行うことができる。従って、誤差の少ない制御を行うことができる。
【００１７】
前記マスター装置は、前記操作手段として設けられた、前記軟性内視鏡の進退方向を指示するためのマスターレール部、前記マスターレールをスライドさせることで前記軟性内視鏡の進退方向の操作となるマスター台座部、および前記軟性内視鏡の軸回転を指示するための前記台座部に設けられた指示部と、前記マスター駆動手段として設けられた、前記マスター台座部のスライド力への反力を駆動するマスター進退方向駆動部、および前記指示部の軸回転への反力を駆動するマスター軸回転駆動部とを備え、前記マスター検出手段として設けられた、前記マスター台座部の進退方向の動作状態を検出するマスター進退方向検出部、および前記指示部の軸回転方向の動作状態を検出するマスター軸回転検出部とを備えたものであるのが望ましい。
【００１８】
マスター装置をこのような構成とすることにより、操作者が軟性内視鏡を進退させるときには、マスターレール部にマスター台座部をスライドさせ、軟性内視鏡を軸回転させるときには、指示部を回転させる。従って、軟性内視鏡の動作方向と同じ方向へマスター装置を操作すればよいので、直感的な操作が可能である。
【００１９】
前記マスター装置は、前記操作手段として設けられた、前記軟性内視鏡の進退方向および前記軟性内視鏡の軸回転を指示するための操作棒と、前記マスター検出手段として設けられた、前記操作棒の傾斜角度および傾斜方向を動作状態として検出する操作検出部と有するジョイスティックと、前記マスター駆動手段として設けられた、前記軟性内視鏡の進退方向および前記操作棒による進退方向および軸回転への操作力への反力を駆動する操作棒駆動部と、を備えた操作盤としたものであるのが望ましい。
【００２０】
マスター装置をこのような構成とすることにより、操作者が軟性内視鏡を進退させたり、軟性内視鏡を軸回転させるときには、ジョイスティックを倒したり、回転させたりすることで、容易に軟性内視鏡を操作することができる。
【００２１】
前記制御装置は、前記スレーブ装置からのスレーブ状態信号および／またはマスター装置からのマスター状態信号の状態を表示装置に表示させる機能を備えると、力覚だけでなく視覚的に軟性内視鏡に掛かる力を把握することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の内視鏡操作システムは、双方向力覚フィードバックにより、操作者が軟性内視鏡を無意識に操作する際の力覚が、マスター装置の操作でも再現できるので、操作者はより実際の感触に近い操作感覚が得られる。よって、精度の高い操作性を図ることができるので、用手的に内視鏡挿入操作をしている操作者の使用を満足させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態に係る内視鏡操作システムを示す図である。
【図２】図１に示す内視鏡操作システムのスレーブ装置の斜視図である。
【図３】図１に示す内視鏡操作システムのスレーブ装置の右側面図である。
【図４】図１に示す内視鏡操作システムのスレーブ装置の前端部の拡大斜視図である。
【図５】図１に示す内視鏡操作システムのスレーブ装置の後端部の拡大斜視図である。
【図６】図１に示す内視鏡操作システムのスレーブ装置の可動部の拡大斜視図である。
【図７】図１に示す内視鏡操作システムのスレーブ装置の可動部の右側面図である。
【図８】図１に示す内視鏡操作システムのスレーブ装置の可動部の正面図である。
【図９】図１に示す内視鏡操作システムのスレーブ装置の可動部の背面図である。
【図１０】図１に示す内視鏡操作システムのマスター装置の斜視図である。
【図１１】図１に示す内視鏡操作システムのマスター装置の可動部の拡大斜視図である。
【図１２】図１に示す内視鏡操作システムのマスター装置の右側面である。
【図１３】図１に示す内視鏡操作システムのマスター装置の正面図である。
【図１４】図１に示す内視鏡操作システムのマスター装置の背面図である。
【図１５】図１に示す内視鏡操作システムの制御装置を示すブロック図である。
【図１６】図１に示す内視鏡操作システムを示すブロック線図であり、軟性内視鏡を進退方向に動作させる際の図である。
【図１７】図１に示す内視鏡操作システムを示すブロック線図であり、軟性内視鏡を軸回転方向に動作させる際の図である。
【図１８】図１に示す内視鏡操作システムを示すブロック線図であり、軟性内視鏡の挿入部を上下左右方向に動作させる際の図である。
【図１９】図１５に示す制御装置の進退方向制御部を示す図である。
【図２０】図１５に示す制御装置の軸回転制御部を示す図である。
【図２１】図１５に示す制御装置の表示制御部により表示装置に表示された表示画面の一例を示す図である。
【図２２】内視鏡操作システムのマスター装置を操作盤とした一例を示す斜視図である。
【図２３】図２２に示す操作盤のジョイスティックの構成を示す概略図である。
【図２４】図２２に示す操作盤を採用したときの制御装置の進退方向制御部を示す図である。
【図２５】図２２に示す操作盤を採用したときの制御装置の軸回転制御部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施の形態に係る内視鏡操作システムを、図面に基づいて説明する。なお、本明細書においては、軟性内視鏡を被術者の体内へ挿入したり、排出したりする方向を進退方向と称し、被術者の体内に挿入される軟性内視鏡の挿入部の軸線回りに回転することを軸回転と称する。
図１に示すように、内視鏡操作システム１は、被術者側となるスレーブ装置２と、操作側となるマスター装置３と、スレーブ装置２とマスター装置３とを制御する制御装置４と、モータドライバ装置５，６（図１６から図１８参照）と、表示装置７と、入力装置８とを備えている。
【００２５】
まず、スレーブ装置２の構成について、図２から図９に基づいて説明する。
スレーブ装置２は、スレーブ装置２全体を支持する基台部２１と、進退方向に移動する可動部２２と、軟性内視鏡Ｅの挿入部を進退方向に沿って吊り下げた状態で支持する懸架部２３とを備えている。
【００２６】
基台部２１（支持手段）は、キャスターと支持脚とが設けられたフレーム部２１１と、フレーム部２１１の長手方向（進退方向）に沿って配置された２本のレール部２１２と、レール部２１２により案内される可動部２２を進退方向に移動させる進退方向駆動部２１３と、進退方向駆動部２１３の動作状態を検知するロータリエンコーダ２１４とを備えている。
【００２７】
フレーム部２１１は、平行な２本の棒部材２１１ａの両端を連結部材２１１ｂにより固定することで平面視矩形状に形成されている。
レール部２１２（スレーブレール部）は、連結部材２１１ｂ同士の間に配置された平行の２本の丸棒部材により形成されている。
進退方向駆動部２１３（スレーブ駆動手段，スレーブ進退方向駆動部）は、可動部２２に接続固定された無端ベルト２１３ａと、無端ベルト２１３ａを移動させる従動プーリ２１３ｂおよび駆動プーリ２１３ｃと、駆動プーリ２１３ｃと同軸に配置されたプーリ２１３ｄを、無端ベルトを介して回転駆動するモータ２１３ｅとを備えている。
ロータリエンコーダ２１４（スレーブ検出手段）は、モータ２１３ｅの回転情報を、位置情報（スレーブ位置）として、進退方向位置信号（スレーブ状態信号）により出力する。
【００２８】
可動部２２は、レール部２１２をスライドする台座部２２１と、台座部２２１に設けられたスライダ２２２と、スライダ２２２上に設けられた支持部材により支持され、軟性内視鏡Ｅを軸回転させる軸回転駆動部２２３と、軸回転駆動部２２３の動作状態を検出するロータリエンコーダ２２４ａとトルクセンサ２２４ｂと、軟性内視鏡Ｅを保持する保持部２２５と、軟性内視鏡Ｅのハンドル部を駆動する２つのハンドル駆動部２２６と、軟性内視鏡Ｅのハンドル部の動作状態を検出するハンドル検出部（図示せず）と、スライダ２２２の固定側（台座部２２１側）および可動側の間に設けられ、両方に固定されたロードセル２２８ａと、可動部２２の加速度を検出する加速度センサ２２８ｂを備えている。
【００２９】
台座部２２１（支持手段，スレーブ台座部）は、レール部２１２に取り付けられた移動ステージである。
スライダ２２２は、進退方向が長手方向となる矩形状の板体（固定側）とこの板体を溝内に内包して被さる断面凹状の板体（可動側）とから構成され、可動側が進退方向へスライドする。
軸回転駆動部２２３（スレーブ駆動手段，スレーブ軸回転駆動部）は、駆動源となるモータ２２３ａと、モータ２２３ａにより回転駆動される駆動プーリ２２３ｂと、駆動プーリ２２３ｂにより周回する無端ベルト２２３ｃと、無端ベルト２２３ｃにより周回して保持部２２５を軸回転させる従動プーリ２２３ｄとを備えている。
【００３０】
ロータリエンコーダ２２４ａ（スレーブ検出手段）は、モータ２２３ａよる可動部２２の回転を検出し、スレーブ装置２の軸回転の位置情報（スレーブ位置）を軸回転の位置信号（スレーブ状態信号）により軸回転の動作状態として出力する。
トルクセンサ２２４ｂ（スレーブ検出手段，第１力検出部）は、モータ２２３ａによる可動部２２の軸回転の力に基づく第１力情報として検出し、このスレーブ装置２の軸回転の第１力情報（スレーブ検出力）を、軸回転の力信号（スレーブ状態信号）により、軸回転の動作状態として出力する。
保持部２２５（支持手段）は、軟性内視鏡Ｅのハンドル部が収納され、ハンドル駆動部２２６（上下ハンドル駆動部２２６ａ，左右ハンドル駆動部２２６ｂ）が取り付けられた状態で、軸回転する。
【００３１】
ハンドル駆動部２２６は、上下アングルハンドルを駆動する上下ハンドル駆動部２２６ａと左右アングルハンドルを駆動する左右ハンドル駆動部２２６ｂとを備えている。
上下ハンドル駆動部２２６ａは、上下アングルハンドルを内包する平歯車と、駆動源となるモータとを備え、保持部２２５の天板の裏側面に設けられている。
左右ハンドル駆動部２２６ｂも同様にして、左右アングルハンドルを内包する平歯車と、駆動源となるモータとを備え、保持部２２５の天板の裏側面に設けられている。
ハンドル検出部は、上下ハンドル検出部と左右ハンドル検出部とを備え、上下アングルハンドルおよび左右アングルハンドルの動作状態を検出するロータリエンコーダである。
【００３２】
ロードセル２２８ａ（スレーブ検出手段，第１力検出部）は、スライダ２２２に搭載された各部の荷重によりスライダ２２２がスライドすることで生じるロードセル２２８ａのひずみを、可動部２２（軟性内視鏡Ｅ）に掛かる力に基づく第１力情報として検出し、このスレーブ装置２の進退方向の第１力情報（スレーブ検出力）を、進退方向の力信号（スレーブ状態信号）により進退方向の動作状態として出力するひずみセンサである。
加速度センサ２２８ｂ（スレーブ検出手段，第２力検出部）は、保持部２２５に設けられている。加速度センサ２２８ｂは、可動部２２（軟性内視鏡Ｅ）の進退方向および軸回転の加速度を保持部２２５に掛かる力に基づく第２力情報として検出し、このスレーブ装置２の進退方向または軸回転における第２力情報を進退方向加速信号（検出加速度）として出力する。
【００３３】
懸架部２３は、軟性内視鏡Ｅの被術者の体内に挿入される長尺の挿入部を支持するものである。
懸架部２３は、基台部２１の一方の側部に設けられた略Ｌ字状の３本の支柱部２３１と、支柱部２３１のそれぞれの上部に架設された梁部２３２と、支柱部２３１の上部に設けられた固定部材２３３と、固定部材２３３に架設された断面凹状のレール部２３４と、軟性内視鏡Ｅの挿入部を一端部のリングに挿通させて吊り下げ、他端部がレール部２３４をスライドする吊り下げ部材２３５とを備えている。
【００３４】
次に、マスター装置３について、図１０から図１４に基づいて説明する。
マスター装置３は、マスター装置３全体を支持する基台部３１と、進退方向に移動する可動部３２と、リニアエンコーダ３３と、シャフトモータ３４とを備えている。
【００３５】
基台部３１は、平面視矩形状のフレーム部３１１と、可動部３２のスライドを安定した滑りとするための案内溝が形成された案内板３１２とを備えている。
案内板３１２（マスターレール部）は、長手方向に沿って可動部３２が移動するための案内溝として直線状溝が両側面に設けられている。
【００３６】
可動部３２は、案内板３１２をスライドする台座部３２１と、台座部３２１に設けられたスライダ３２２と、スライダ３２２上に設けられた支持部材と軸受により支持され、軟性内視鏡Ｅを進退方向へ指示したり、軸回転を指示したりするための指示部３２３と、指示部３２３の動作状態を検出するロータリエンコーダ３２４ａおよびトルクセンサ３２４ｂと、操作者の操作力に反力を駆動する軸回転駆動部３２５と、軟性内視鏡Ｅの上下アングルハンドルの駆動および左右アングルハンドルの駆動を指示するハンドル指示部３２６と、スライダ３２２の固定側（台座部３２１側）および可動側の間に設けられ、両方に固定されたロードセル３２７とを備えている。
【００３７】
台座部３２１（マスター台座部）は、案内板３１２およびシャフトモータ３４に取り付けられた移動ステージである。
スライダ３２２は、進退方向が長手方向となる矩形状の板体（固定側）とこの板体を溝内に内包して被さる断面凹状の板体（可動側）とから構成され、可動側が進退方向へスライドする。
指示部３２３（操作手段）は、操作者が把持して、可動部３２を進退方向へ移動させたり、回転させたりする把手である。
ロータリエンコーダ３２４ａ（マスター検出手段）は、指示部３２３による可動部３２の回転を検出し、マスター装置３の軸回転の位置情報（マスター位置）を軸回転の位置信号（マスター状態信号）により軸回転の動作状態として出力する。
【００３８】
トルクセンサ３２４ｂ（マスター検出手段）は、指示部３２３による可動部３２の軸回転の力を検出し、このマスター装置３の軸回転の力情報（マスター検出力）を、軸回転の力信号（マスター状態信号）により、軸回転の動作状態として出力する。
軸回転駆動部３２５（マスター駆動手段，マスター軸回転駆動部）は、指示部３２３への軸回転の操作力に対する反力を駆動するモータである。
ハンドル指示部３２６（操作手段）は、操作棒を前後左右に移動させ、内蔵された操作検出部が操作棒の傾斜角度および傾斜方向を動作状態として検出して、制御装置４へ通知する、軟性内視鏡Ｅの挿入部の先端へ湾曲方向を指示するためのジョイスティックである。
【００３９】
ロードセル３２７（マスター検出手段）は、指示部３２３の操作によりスライダ３２２がスライドすることで生じるロードセル３２７のひずみを、可動部３２に掛かる力として検出し、このマスター装置３の進退方向の力情報（マスター検出力）を、進退方向の力信号（マスター状態信号）により進退方向の動作状態として出力するひずみセンサである。
【００４０】
リニアエンコーダ３３（マスター検出手段）は、スケール部３３１と、センサ部３３２とにより構成されている。
スケール部３３１は、フレーム部３１１に設けられている。スケール部３３１は、進退方向の位置を示すもので、本実施の形態では光学式を用いている。センサ部３３２は、照射した光がスケール部３３１に反射した戻り光を電気信号に変換して出力することで、マスター装置３の進退方向の位置情報（マスター位置）を、進退方向の位置信号（マスター状態信号）により進退方向の動作状態として出力する。
【００４１】
シャフトモータ３４（マスター駆動手段，マスター進退方向駆動部）は、進退方向への操作力に対する反力を駆動するものである。シャフトモータ３４は、シャフト部３４１と可動子３４２とにより構成される。シャフト部３４１は、フレーム部３１１の長手方向（進退方向）に沿って配置され、内部に磁石が内蔵された丸棒部材により形成されている。
シャフト部３４１と対をなす可動子３４２は、コイルを内蔵した円筒状体であり、シャフト部３４１に沿って移動する。
【００４２】
次に、制御装置４について図１５から図２１に基づいて説明する。
制御装置４は、コンピュータ上で内視鏡制御プログラムが動作するコンピュータにより実現されている。制御装置４は、図１５に示すように、進退方向制御部４１と、軸回転制御部４２と、ハンドル制御部４３と、表示制御部４４と、入力制御部４５と、記憶部４６と、出力部４７とを備えている。
【００４３】
進退方向制御部４１は、軟性内視鏡Ｅの進退方向への移動を制御するものである。軸回転制御部４２は、軟性内視鏡Ｅの軸回転の制御するものである。ハンドル制御部４３は、軟性内視鏡Ｅの上下アングルハンドルおよび左右アングルハンドルの制御するものである。進退方向制御部４１，軸回転制御部４２，ハンドル制御部４３からの駆動信号はモータドライバ装置５，６を介してスレーブ装置２，マスター装置３へ送られる。
表示制御部４４は、進退方向制御部４１、軸回転制御部４２およびハンドル制御部４３から情報を受けて、表示装置７へ表示する機能を備えている。入力制御部４５は、入力装置８からの入力情報に基づいて制御装置４全体を制御する。
【００４４】
記憶部４６は、マスター装置３により操作されたときの進退方向および軸回転の位置と力、挿入部の上下方向および左右方向の屈曲の位置と力のそれぞれのデータが格納される。記憶部４６は、高速でアクセスが可能で大容量なハードディスクやフラッシュメモリとすることができる。
出力部４７は、記憶部４６に格納されたデータを外部へＬＡＮ（Local Area Network）やＵＳＢ（Universal Serial Bus）を介して出力する。出力部４７の出力形式は任意のものが採用できるが、例えば、ＣＳＶ（Comma Separated Values）としたり、バイナリデータとしたりすることができる。
記憶部４６により各データが保存でき、出力部４７によりデータが取り出せるので、熟練の操作者の操作を、未熟な操作者が、後で学習して、習熟度を向上させることができる。
【００４５】
モータドライバ装置５，６は、制御装置４からの駆動信号を受け、各モータを駆動する制御電流を発生する。また、モータドライバ装置５，６は、それぞれの動作状態の信号を受け、適正な制御を行う機能を有している。モータドライバ装置５，６は一般の市販品が使用でき、状況に応じて省略することも可能である。
【００４６】
表示装置７は、制御装置４からの表示信号に基づいてディスプレイに表示するものである。表示装置７は、ＣＲＴやＬＣＤ、有機ＥＬディスプレイとすることができる。入力装置８は、制御装置４がコンピュータであれば、キーボードとすることができる。また、入力装置８は、始動・停止・いくつかの制御キーを備えた操作盤とすることができる。
【００４７】
以上のように構成された本発明の実施の形態に動作および使用状態について、図１６から図２１に基づいて説明する。図１６から図１８は、それぞれ、軟性内視鏡Ｅを進退方向へ動作させたとき、軸回転させたとき、挿入部の先端を上下方向や左右方向に動作させたときのブロック線図を示すものであるが、本実施の形態では、軟性内視鏡Ｅの進退方向の制御と、軸回転の制御について説明する。
【００４８】
操作者が、マスター装置３の指示部３２３を把持して、可動部３２を進退方向へ移動させると、制御装置４がスレーブ装置２の可動部２２を同方向へ移動させる。
【００４９】
図１６に示すように、マスター装置３の可動部３２が進退方向へ移動すると、リニアエンコーダ３３から進退方向の位置情報が制御装置４へ出力され、ロードセル３２７から力信号が出力される。
また、スレーブ装置２の可動部２２が進退方向へ移動すると、ロータリエンコーダ２１４から進退方向の位置情報が制御装置４へ出力され、ロードセル２２８ａから力信号が出力され、加速度センサ２２８ｂから加速度信号が出力される。
制御装置４では、進退方向制御部４１に、それぞれの情報が入力される。
【００５０】
ここで、進退方向制御部４１にて行われるバイラテラル制御について、図１９に基づいて説明する。
図１９に示すように、進退方向制御部４１では、マスター装置３のリニアエンコーダ３３からの進退方向の位置情報（マスター位置）とスレーブ装置２のロータリエンコーダ２１４からの進退方向の位置情報（スレーブ位置）とが、減算器４１１により減算され、マスター位置とスレーブ位置との差分である位置偏差が算出される。減算器４１１により減算されることで得られた位置偏差が、演算器４１２により速度に変換され、この速度が現在速度に対する補正値である進退方向の速度指令補正値として算出される。本実施の形態では、演算器４１２による演算を、位置偏差に係数を掛ける比例式に基づいて行なっている。この係数は、様々な方法で決定できるが、本実施の形態の演算器４１２では、ぎりぎり発振しない大きい値を、実験的に求めている。
【００５１】
また、進退方向制御部４１では、マスター装置３のロードセル３２７からの進退方向の力情報と、スレーブ装置２のロードセル２２８ａからの進退方向の力情報とが、仮想モデルによる速度生成器４１３に入力されるが、スレーブ装置２のロードセル２２８ａからの進退方向の力情報は、事前に、スレーブ装置２の加速度センサ２２８ｂからの検出加速度をＦ＝ｍａ（但し、ｍはロードセル２２８ａが搭載されたスライダ２２２より上の可動部２２の重量、ａは加速度センサ２２８ｂが検出した加速度。）を演算する演算器４１４により力に変換した値に変換され、減算器４１５にて減算される。
【００５２】
これは、スレーブ装置２のロードセル２２８ａからの進退方向の力情報には、軟性内視鏡Ｅを保持する保持部２２５を含む可動部２２全体の重量が加味された値となっているため、予め、ロードセル２２８ａからの進退方向の力情報から加速度センサ２２８ｂが検出した加速度に基づく力情報を減算器４１５にて差し引くことで、保持部２２５を含む可動部２２と軟性内視鏡Ｅとの重さを打ち消すことができる。従って、軟性内視鏡Ｅを改造せずに、そのまま使用でき、誤差の少ない制御を行うことができる。
【００５３】
なお、本実施の形態では、第２力検出部として加速度センサ２２８ｂを用い、制御装置４の演算器４１４にて力に変換しているが、保持部２２５に掛かる力が直接検出できれば加速度センサ２２８ｂを力センサとしてもよい。また、可動部２２に掛かる力が推定できる情報（第２力情報）が検出できれば、他のものを使用して第２検出部を構成してもよい。
また、ロードセル２２８ａにおいても、保持部２２５に掛かる力が推定できる情報（第１力情報）が検出できれば、他のものを使用して第１力検出部を構成してもよい。
この場合、進退方向制御部４１内の演算器４１４のように、第１力情報または第２力情報を必要に応じて演算器で力に変換することで対応が可能である。
例えば、位置情報であれば２回微分して質量を乗算したり、速度情報であれば１回微分して質量を乗算したりすることで力情報に変換することができる。
【００５４】
速度生成器４１３では、仮想ばね、仮想ダンパおよび仮想質量を組み合わせた仮想モデルに、マスター装置３のロードセル３２７からの進退方向の力情報が示す力と、減算器４１５からの力情報が示す力とを印加することで、仮想モデルを運動させ、速度を生成させる。なお、本実施の形態の仮想モデルでは、仮想ばね定数を０としているため、図１９に示す速度生成器４１３では、仮想ばねを図示していないが、目的とする制御に応じて仮想ばね定数に数値を与えてもよい。速度生成器４１３にて仮想モデルにより速度を生成することで、力学モデルの設定に応じた制御が可能なので、発振しないぎりぎりの速度を指示速度として生成させることも可能である。
【００５５】
進退方向制御部４１は、速度生成器４１３における仮想モデルの速度を、新たな進退方向における指示速度であるスレーブ装置２への進退方向の速度指令値（スレーブ駆動信号）として出力する。
また、進退方向制御部４１は、位置偏差（マスター位置とスレーブ位置との差分）を演算器４１２により速度に変換した速度指令補正値に、速度生成器４１３による仮想モデルの速度を加算器４１６にて加算したものを、マスター装置３への進退方向の速度指令値として出力する。
このような制御により、進退方向制御部４１は、マスター装置３の進退方向への操作を強制的にスレーブ装置２へ合わせるように制御している。
【００５６】
このように制御装置４は、スレーブ装置２とマスター装置３との進退方向の位置情報と力情報とに基づいて、補正速度との相対値である速度指令補正値と、目標速度である速度指令値とを算出してスレーブ装置２およびマスター装置３とへ指示するバイラテラル制御を行うことで、マスター装置３に加えられた操作力がスレーブ装置２へ出力され、スレーブ装置２に発生した力がそのままマスター装置３に発生させることができる。
【００５７】
従って、内視鏡操作システム１は、内視鏡検査医の感覚に、臓器側からの力覚・反力（力・挿入速度・加速度）が正確にフィードバックされるだけでなく、臓器側にも挿入操作による力・挿入速度・加速度が等質・等量で同時に伝達されるので、この双方向力覚フィードバックにおけるバイラテラル制御より操作者はより実際の感触に近い操作感覚が得られるので、精度の高い操作性を図ることができる。よって、用手的に内視鏡挿入操作をしている操作者の使用を満足させることができる。また、「内蔵感覚」を手掛かりとした経験を要する内視鏡挿入操作が遠隔操作で可能となる。
【００５８】
次に、操作者が、マスター装置３の指示部３２３を把持して、可動部３２を軸回転させた場合を、図１７および図２０に基づいて説明する。なお、図１７においては図１６と、図２０においては図１９と同じ構成のものは同符号を付している。
【００５９】
操作者が、マスター装置３の指示部３２３を軸回転させることで、制御装置４がスレーブ装置２の可動部２２を同方向へ軸回転させる。
図１７に示すように、マスター装置３の可動部３２が軸回転すると、ロータリエンコーダ３２４ａから軸回転の位置情報が制御装置４へ出力され、トルクセンサ３２４ｂから力信号が出力される。
また、スレーブ装置２の可動部２２が軸回転すると、ロータリエンコーダ２２４ａから軸回転の位置情報が制御装置４へ出力され、トルクセンサ２２４ｂから力信号が出力され、加速度センサ２２８ｂから加速度信号が出力される。
【００６０】
制御装置４では、図２０に示すように、軸回転制御部４２に、それぞれの情報が入力される。
軸回転制御部４２では、進退方向制御部４１と同様にして、速度生成器４１３における仮想モデルの速度を、スレーブ装置２への軸回転の速度指令値（スレーブ駆動信号）として出力する。
また、軸回転制御部４２は、位置偏差（マスター位置とスレーブ位置との差分）を演算器４１２により速度に変換した速度指令補正値に、速度生成器４１３による仮想モデルの速度を加算器４１６により加算したものを、マスター装置３への進退方向の速度指令値として出力する。
【００６１】
なお、本実施の形態では、第１力検出部としてトルクセンサ２２４ｂを用いているが、ロードセル２２８ａと同様に、保持部２２５に掛かる力が推定できる情報（第１力情報）が検出できれば、他のものを使用して第１力検出部を構成してもよい。
【００６２】
このような制御により、軸回転制御部４２は、マスター装置３の軸回転の操作を強制的にスレーブ装置２へ合わせるように制御している。
【００６３】
このように制御装置４は、スレーブ装置２とマスター装置３との軸回転の位置情報と軸回転の力情報とに基づいて、補正速度との相対値である速度指令補正値と、目標速度である速度指令値とを算出することで、進退方向制御部４１と同様の効果を得ることができる。
【００６４】
表示制御部４４は、表示装置７の表示画面７０に様々な情報を表示する。図２１に示す表示画面では、進退方向の力グラフ表示７１と、進退方向の棒グラフ表示７２と、進退方向の位置グラフ表示７３と、軸回転の力グラフ表示７４と、回旋量表示７５と、屈曲状態表示７６と、接続状態表示７７とが表示されている。
【００６５】
進退方向の力グラフ表示７１は、軟性内視鏡Ｅに掛かる進退方向の力として、進退方向制御部４１の減算器４１５からの力情報を、縦軸を力、横軸を経過時間により表示されたグラフである。
進退方向の棒グラフ表示７２は、リアルタイムに軟性内視鏡Ｅに掛かる進退方向の力を、棒の伸縮により表示するレベルメーターである。
進退方向の位置グラフ表示７３は、マスター位置またはスレーブ位置から得られる軟性内視鏡Ｅの進退方向の位置を示すもので、縦軸を位置、横軸を経過時間により表示されるグラフである。
軸回転の力グラフ表示７４は、軟性内視鏡Ｅに掛かる軸回転の力として、マスター装置３からのマスター検出力、またはスレーブ装置２のスレーブ検出力を示す軸回転制御部４２の減算器４１５からの力情報を、指針の回転により表示したレベルメーターである。
回旋量表示７５は、マスター装置３のロータリエンコーダ３２４ａからのマスター位置またはスレーブ装置２のロータリエンコーダ２２４ａからのスレーブ位置から得られる軟性内視鏡Ｅの軸回転の角度（方向I)を指針の回転方向により表示するものである。
屈曲状態表示７６は、軟性内視鏡Ｅの挿入部の上下方向および左右方向の屈曲方向と屈曲力を、指針の方向と長さにより表示するものである。
接続状態表示７７は、マスター装置３を操作すればスレーブ装置２が動作する接続状態か、マスター装置３を操作してもスレーブ装置２が動作しない切断状態かを示すものである。
【００６６】
このように表示制御部４４が、軟性内視鏡Ｅに掛かる力や軟性内視鏡Ｅの位置などを表示することで、手の感触だけなく、視覚的に把握することができるので、より確実な操作が可能となる。
【００６７】
この接続状態または切断状態は、入力装置８の所定キーまたは所定レバーなどにより指示することで切り替えることができる。
接続状態では、進退方向制御部４１からハンドル制御部４３までの各制御部は、マスター装置３にスレーブ装置２が追従する通常の動作を行う。
切断状態では、入力装置８からの指示を受けた入力制御部４５が、進退方向制御部４１からハンドル制御部４３までの各制御部の動作を停止させる。
【００６８】
例えば、マスター装置３の基台部３１の長さ方向の長さが、スレーブ装置２の基台部２１に対して短い場合、基台部３１の一端から他端まで可動部３２を進めても、スレーブ装置２の基台部２１では、まだ進行させることができ、被術者の体内へ深く挿入するためには、更に可動部３２を進める必要がある。このような場合に、入力装置８により切断状態を指示することで、一旦、可動部３２を基台部３１の他端から一端へ復帰させて、次に、接続状態としてから、再度、可動部３２を一端から他端側へ移動させることで、引き続き可動部３２を先に進めることができる。
【００６９】
本実施の形態に係るマスター装置３では、操作者が軟性内視鏡Ｅを進退させるときには、指示部３２３を持って案内板３１２に可動部３２をスライトさせ、軟性内視鏡Ｅを軸回転させるときには、指示部３２３を回転させることにより操作できるので、軟性内視鏡Ｅの動作方向と同じ方向へマスター装置を操作すればよい。従って、直感的な操作が可能である。
【００７０】
しかし、マスター装置は、操作盤でも実現できる。図２２に示すマスター装置は、ジョイスティックによる操作盤である。
図２２に示す操作盤９は、箱状の本体９１に２本のジョイスティック９２，９３が設けられている。
【００７１】
ジョイスティック９２は、操作棒９２ａを前後に傾斜させると、軟性内視鏡を進退方向への移動を指示することができる。また、操作棒９２ａを左右に傾斜させると、軟性内視鏡の軸回転を指示することができる。
また、ジョイスティック９３は、操作棒９２ａを前後に傾斜させると、挿入部の先端の上下方向への屈曲の指示ができ、また、操作棒９２ａを左右に傾斜させると、挿入部の先端の左右方向への屈曲の指示ができる。
【００７２】
このジョイスティック９２の操作棒９２ａには、ひずみゲージ９２ｂ，９２ｃと、モータ９２ｄ，９２ｅと、エンコーダ９２ｆ，９２ｇとが設けられている。
ひずみゲージ９２ｂ（マスター検出手段）は、進退方向を指示する傾斜の力を、進退方向の力情報（マスター検出力）として、進退方向の力信号（マスター状態信号）により出力する。
ひずみゲージ９２ｃ（マスター検出手段）は、軸回転方向を指示する傾斜の力を、軸回転方向の力情報（マスター検出力）として、軸回転の力信号（マスター状態信号）により出力する。
モータ９２ｄ（マスター軸回転駆動部）は、ひずみゲージ９２ｃが検出した操作棒９２ａへの軸回転への操作力に対する反力を駆動するものである。
モータ９２ｅ（マスター進退方向駆動部）は、ひずみゲージ９２ｂが検出した操作棒９２ａへの進退方向への操作力に対する反力を駆動するものである。
エンコーダ９２ｆ（マスター検出手段）は、進退方向を指示する操作棒９２ａの傾斜の角度をモータ９２ｄの回転により検出し、進退方向の位置情報（マスター位置）として、進退方向の位置信号（マスター状態信号）により出力する。
エンコーダ９２ｇ（マスター検出手段）は、軸回転を指示する操作棒９２ａの傾斜の角度をモータ９２ｅの回転により検出し、軸回転の位置情報（マスター位置）として、軸回転の位置信号（マスター状態信号）により出力する。
【００７３】
また、ジョイスティック９３の操作棒９３ａには、同様にして、ひずみゲージ９３ｂ，９３ｃと、モータ９３ｄ，９３ｅと、エンコーダ９３ｆ，９３ｇとが設けられている。
ひずみゲージ９３ｂ（マスター検出手段）は、挿入部の先端の上下方向への屈曲を指示する傾斜の力を、上下方向の力情報（マスター検出力）として、上下方向の力信号（マスター状態信号）により出力する。
ひずみゲージ９３ｃ（マスター検出手段）は、挿入部の先端の左右方向への屈曲を指示する傾斜の力を、左右方向の力情報（マスター検出力）として、左右方向の力信号（マスター状態信号）により出力する。
モータ９３ｄ（マスター左右方向駆動部）は、ひずみゲージ９３ｃが検出した操作棒９３ａへの左右方向への操作力に対する反力を駆動するものである。
モータ９３ｅ（マスター上下方向駆動部）は、ひずみゲージ９３ｂが検出した操作棒９３ａへの上下方向への操作力に対する反力を駆動するものである。
エンコーダ９３ｆ（マスター検出手段）は、上下方向を指示する操作棒９２ａの傾斜の角度をモータ９３ｄの回転により検出し、上下方向の位置情報（マスター位置）として、上下方向の位置信号（マスター状態信号）により出力する。
エンコーダ９３ｇ（マスター検出手段）は、左右方向を指示する操作棒９２ａの傾斜の角度をモータ９３ｅの回転により検出し、左右方向の位置情報（マスター位置）として、左右方向の位置信号（マスター状態信号）により出力する。
【００７４】
ここで、マスター装置として操作盤９を採用したときの制御装置の進退方向制御部について、図２４に基づいて説明する。
図２４に示すように、進退方向制御部４１ｘでは、マスター装置３のエンコーダ９２ｆからの進退方向の位置情報（マスター位置）が演算器４１７により速度に変換され、この速度が現在速度に対する補正値である進退方向の速度指令補正値として算出され、スレーブ装置２へ出力される。
【００７５】
また、進退方向制御部４１ｘでは、マスター装置３のひずみゲージ９２ｂからの進退方向の力情報と、スレーブ装置２のロードセル２２８ａからの進退方向の力情報とが、加算器４１８により加算されるが、図１９で説明した進退方向制御部４１と同様に、スレーブ装置２のロードセル２２８ａからの進退方向の力情報は、事前に、スレーブ装置２の加速度センサ２２８ｂからの検出加速度を演算器４１４により力に変換した値により減算器４１５にて減算される。
なお、加算器４１８による加算は、操作棒９２ａを進行方向に傾斜させたときには、ひずみゲージ９２ｂからの力情報が正の値となり、操作棒９２ａを後退方向に傾斜させたときには、ひずみゲージ９２ｂからの力情報が負の値となるからである。
【００７６】
加算器４１８により加算された力偏差を示す力情報は、演算器４１８にて速度に変換され、この速度が現在速度に対する補正値である進退方向の速度指令補正値として算出され、マスター装置３へ出力される。
このような制御を進退方向制御部４１ｘが行うことにより、バイラテラル制御を行う進退方向制御部４１と同様の効果を得ることができる。
【００７７】
なお、スレーブ装置２のロータリエンコーダ２１４からの進退方向の位置情報（スレーブ位置）であるが、この位置情報は、スレーブ装置２の可動部２２の可動限界位置をチェックするための図示しない比較器へ入力することができる。そうすることで、スレーブ装置２の可動部２２への過度な動作指示を防止することができる。
【００７８】
次に、図２５に示す軸回転制御部４２ｘであるが、軸回転制御部４２ｘは、図２４に示す進退方向制御部４１ｘと同様の構成であるため、同符号を付して説明を省略する。
このように、１本のジョイスティック９２で軟性内視鏡を進退方向へ移動させながら、右回りまたは左回りの軸回転をさせることができ、１本のジョイスティック９３で軟性内視鏡の先端を上下方向に屈曲させながら、左右方向へ屈曲させることができる。
【００７９】
また、本実施の形態に係るスレーブ装置２では、軟性内視鏡Ｅを保持させてマスター装置３により操作するアタッチメント式であったが、コンピュータ上でスレーブ装置を機能させることもできる。
つまり、スレーブ装置は、コンピュータを、軟性内視鏡、前記軟性内視鏡を保持する支持手段、スレーブ駆動信号により前記軟性内視鏡を駆動するスレーブ駆動手段、前記軟性内視鏡の動作状態を検出して、スレーブ状態信号として出力するスレーブ検出手段として機能させる、スレーブ装置のシミュレーションプログラムを動作させたものとすることができる。
スレーブ装置を、シミュレーションプログラムをコンピュータで動作させたものとすることで、内視鏡操作システムを訓練用のシミュレーション装置とすることができる。
このとき、シミュレーションプログラムでは、軟性内視鏡、支持手段、スレーブ駆動手段、スレーブ検出手段を、仮想ばね、仮想ダンパおよび仮想質量を組み合わせた仮想モデルを更に組み合わせて再現し、制御装置４へ電気信号として、スレーブ状態信号を出力するようにインタフェースを取る。また、制御装置４からの駆動信号により動作するようにインタフェースを取る。このようにしてコンピュータをスレーブ装置として機能させることが可能である。
【００８０】
なお、本実施の形態では、リニアエンコーダ３３，ロータリエンコーダ２１４，２２４ａ，３２４ａからの位置情報に基づいて制御装置４により制御する速度を生成していたが、微分したり積分したりすることで相互に変換が可能であるため、速度や加速度としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明の内視鏡操作システムは、経口的消化管内視鏡だけでなく、下部消化管内視鏡へも適用が可能であり、内視鏡による検査、手術、操作の訓練に好適である。
【符号の説明】
【００８２】
１  内視鏡操作システム
２  スレーブ装置
２１  基台部
２１１  フレーム部
２１１ａ  棒部材
２１１ｂ  連結部材
２１２  レール部
２１３  進退方向駆動部
２１３ａ  無端ベルト
２１３ｂ  従動プーリ
２１３ｃ  駆動プーリ
２１３ｄ  プーリ
２１３ｅ  モータ
２１４  ロータリエンコーダ
２２  可動部
２２１  台座部
２２２  スライダ
２２３  軸回転駆動部
２２３ａ  モータ
２２３ｂ  駆動プーリ
２２３ｃ  無端ベルト
２２３ｄ  従動プーリ
２２４ａ  ロータリエンコーダ
２２４ｂ  トルクセンサ
２２５  保持部
２２６  ハンドル駆動部
２２６ａ  上下ハンドル駆動部
２２６ｂ  左右ハンドル駆動部
２２８ａ  ロードセル
２２８ｂ  加速度センサ
２３  懸架部
２３１  支柱部
２３２  梁部
２３３  固定部材
２３４  レール部
２３５  吊り下げ部材
３  マスター装置
３１  基台部
３１１  フレーム部
３１２  案内板
３２  可動部
３２１  台座部
３２２  スライダ
３２３  指示部
３２４ａ  ロータリエンコーダ
３２４ｂ  トルクセンサ
３２５  軸回転駆動部
３２６  ハンドル指示部
３２７  ロードセル
３３  リニアエンコーダ
３３１  スケール部
３３２  センサ部
３４  シャフトモータ
３４１  シャフト部
３４２  可動子
４  制御装置
４１，４１ｘ  進退方向制御部
４１１  減算器
４１２  演算器
４１３  速度生成器
４１４  演算器
４１５  減算器
４１６  加算器
４２，４２ｘ  軸回転制御部
４３  ハンドル制御部
４４  表示制御部
４５  入力制御部
４６  記憶部
４７  出力部
５，６  モータドライバ装置
７  表示装置
７０  表示画面
７１  進退方向の力グラフ表示
７２  進退方向の棒グラフ表示
７３  進退方向の位置グラフ表示
７４  軸回転の力グラフ表示
７５  回旋量表示
７６  屈曲状態表示
７７  接続状態表示
８  入力装置
９  操作盤
９１  本体
９２，９３  ジョイスティック
９２ａ，９３ａ  操作棒
９２ｂ，９３ｂ  ひずみゲージ
９２ｄ，９２ｅ  モータ
９２ｆ，９２ｇ  エンコーダ
Ｅ  軟性内視鏡
【図１５】
0005880952.tif 000002
【図１６】
0005880952.tif 000003
【図１７】
0005880952.tif 000004
【図１８】
0005880952.tif 000005
【図１９】
0005880952.tif 000006
【図２０】
0005880952.tif 000007
【図２１】
0005880952.tif 000008
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【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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