(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
【特許文献１】特公昭６３−５９３２９号公報
【特許文献２】特開平６−２２９０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【発明の効果】
【００１２】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
【数１】
0004757838.tif 000002
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
本参考例において、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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
【数２】
0004757838.tif 000003
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。
【００４５】
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。
【００４６】
次に、本発明の一実施形態を図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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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、
【００５２】
【数３】
0004757838.tif 000004
となる。
【００５３】
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、
【００５４】
【数４】
0004757838.tif 000005
となる。
【００５５】
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、
【００５６】
【数５】
0004757838.tif 000006
で表される。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
【数６】
0004757838.tif 000007
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。
【００６６】
【数７】
0004757838.tif 000008
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。
【００６７】
本参考例においては、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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
本参考例においては、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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
本参考例において、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。
【００７８】
本参考例は、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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】本発明の一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。
【図７】ワイヤ張力検出器の回路構成図である。
【図８】位置推定器で用いるモデルの特性図である。
【図９】本発明の一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。
【図１０】内視鏡状態推定器のブロック構成図である。
【図１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】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。
【符号の説明】
【００８４】
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
【図１】
0004757838.tif 000009
【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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